JP7136993B1 - ヘッドチップ、液体噴射ヘッド及び液体噴射記録装置 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)本開示の一態様に係るヘッドチップは、液体が収容される圧力室を有する流路部材と、前記圧力室に対して第1方向に向かい合った状態で前記流路部材上に積層されたアクチュエータプレートと、前記アクチュエータプレートのうち前記第1方向を向く面に形成され、前記アクチュエータプレートを前記第1方向に変形させて前記圧力室の容積を変化させる駆動電極と、前記第1方向において、前記アクチュエータプレートを挟んで前記流路部材とは反対側に積層され、前記第1方向における前記流路部材とは反対側への前記アクチュエータプレートの変位を規制する非駆動部材と、を備え、前記非駆動部材は、前記アクチュエータプレートよりも圧縮弾性率が小さい第1緩衝材と、前記第1緩衝材を挟んで前記第1方向における前記アクチュエータプレートとは反対側に設けられ、前記第1緩衝材よりも圧縮弾性率が大きい剛性部材と、を備えている。
また、本態様によれば、剛性部材とアクチュエータプレートとの間に第1緩衝材が配置される。これにより、アクチュエータプレートの変形に伴い緩衝材が変形することで、アクチュエータプレートの変形を許容しつつ、剛性部材によってアクチュエータプレートの変位を規制できる。これにより、駆動電極に供給される電力に応じた変形量をアクチュエータプレートに確保することができる。
本態様によれば、非駆動部材の剛性を確保し易くなるので、アクチュエータプレートの変形時において、第1方向における流路部材とは反対側へのアクチュエータプレートの変位を効果的に規制し、アクチュエータプレートが電圧印可による理論的な変形挙動を示し易くなる。
本態様によれば、非駆動部材が仕切壁間に架け渡されているので、非駆動部材の剛性を確保し易い。これにより、アクチュエータプレートの第1方向における流路部材とは反対側への変位を抑制し、アクチュエータプレートが電圧印可による理論的な変形挙動を示し易くなる。
本態様によれば、アクチュエータプレートと流路部材との間において、開口部を閉塞するように第2緩衝材が設けられていることで、開口部を通じて作用する液体の抵抗力を第2緩衝材によって緩和することができる。これにより、アクチュエータプレートの第1方向における流路部材とは反対側への変位を抑制し、アクチュエータプレートが電圧印可による理論的な変形挙動を示し易くなる。
本態様によれば、省電力で高性能な液体噴射ヘッドを提供できる。
本態様によれば、省電力で高性能な液体噴射記録装置を提供できる。
[プリンタ1]
図1はプリンタ1の概略構成図である。
図1に示すプリンタ(液体噴射記録装置)1は、一対の搬送機構2,3と、インクタンク4と、インクジェットヘッド(液体噴射ヘッド)5と、インク循環機構6と、走査機構7と、を備えている。
インクタンク4には、例えばイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの4色のインクが各別に収容されている。各インクジェットヘッド5は、接続されたインクタンク4に応じてイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの4色のインクをそれぞれ吐出可能に構成されている。
図1、図2に示すように、インク循環機構6は、インクタンク4とインクジェットヘッド5との間でインクを循環させる。具体的に、インク循環機構6は、インク供給管21及びインク排出管22を有する循環流路23と、インク供給管21に接続された加圧ポンプ24と、インク排出管22に接続された吸引ポンプ25と、を備えている。
吸引ポンプ25は、インク排出管22内を減圧し、インク排出管22内を通してインクジェットヘッド5からインクを吸引している。これにより、インクジェットヘッド5に対してインク排出管22側は負圧となっている。インクは、加圧ポンプ24及び吸引ポンプ25の駆動により、インクジェットヘッド5とインクタンク4との間を、循環流路23を通して循環可能となっている。
インクジェットヘッド5は、キャリッジ29に搭載されている。図示の例では、複数のインクジェットヘッド5が、一つのキャリッジ29にY方向に並んで搭載されている。インクジェットヘッド5は、ヘッドチップ50(図3参照)と、インク循環機構6及びヘッドチップ50間を接続するインク供給部(不図示)と、ヘッドチップ50に駆動電圧を印加する制御部(不図示)と、を備えている。
図3は、ヘッドチップ50の分解斜視図である。図4は、図3のIV-IV線に対応するヘッドチップ50の断面図である。図5は、図4のV-V線に対応するヘッドチップ50の断面図である。
図3~図5に示すヘッドチップ50は、インクタンク4との間でインクを循環させるとともに、後述する圧力室61における延在方向(Y方向)の中央部からインクを吐出する、いわゆる循環式サイドシュートタイプのヘッドチップ50である。ヘッドチップ50は、ノズルプレート51と、流路部材52と、第1フィルム53と、アクチュエータプレート54と、第2フィルム55と、カバープレート56と、を備えている。以下の説明では、Z方向のうち、ノズルプレート51からカバープレート56に向かう方向(+Z側)を上側とし、カバープレート56からノズルプレート51に向かう方向(-Z側)を下側として説明する場合がある。
入口共通インク室66は、例えば圧力室61の+Y側端部とZ方向から見て重なる位置に形成されている。入口共通インク室66は、例えば各圧力室61を跨る長さでX方向に延びるとともに、カバープレート56の上面で開口している。
出口共通インク室67は、例えば圧力室61の-Y側端部とZ方向から見て重なる位置に形成されている。出口共通インク室67は、例えば各圧力室61を跨る長さでX方向に延びるとともに、カバープレート56の上面で開口している。
出口共通インク室67において、圧力室61とZ方向から見て重なり合う位置には、出口スリット69が形成されている。出口スリット69は、カバープレート56、第2フィルム55、アクチュエータプレート54及び第1フィルム53をZ方向に貫通している。出口スリット69は、各圧力室61と、出口共通インク室67内と、の間を各別に連通している。
共通配線81は、第1共通電極81aと、第2共通電極81bと、下面引き回し配線81cと、上面引き回し配線81dと、貫通配線81eと、共通接続配線81fと、共通パッド81gと、を備えている。なお、共通配線81のうち、共通電極81a,81b以外の部分(下面引き回し配線81c、上面引き回し配線81d、貫通配線81e、共通接続配線81f及び共通パッド81g)と、アクチュエータプレート54と、の間には不図示の絶縁体(例えば、SiO2等)が設けられていることが好ましい。
次に、上述したように構成されたプリンタ1を利用して、被記録媒体Pに文字や図形等を記録する場合について以下に説明する。
なお、初期状態として、図1に示す4つのインクタンク4にはそれぞれ異なる色のインクが十分に封入されているものとする。また、インクタンク4内のインクがインク循環機構6を介してインクジェットヘッド5内に充填された状態となっている。
インクジェットヘッド5が往復移動する間に、各インクジェットヘッド5よりインクを被記録媒体Pに適宜吐出させる。これにより、被記録媒体Pに対して文字や画像等の記録を行うことができる。
本実施形態のような循環式サイドシュートタイプのインクジェットヘッド5では、まず図2に示す加圧ポンプ24及び吸引ポンプ25を作動させることで、循環流路23内にインクを流通させる。この場合、インク供給管21を流通するインクは、入口共通インク室66及び入口スリット68を通して各圧力室61内に供給される。各圧力室61内に供給されたインクは、各圧力室61をY方向に流通する。その後、インクは、出口スリット69を通じて出口共通インク室67に排出された後、インク排出管22を通してインクタンク4に戻される。これにより、インクジェットヘッド5とインクタンク4との間でインクを循環させることができる。
図8に示すように、駆動電圧の印加により、第1共通電極81a及び第1個別電極82a間、並びに第2共通電極81b及び第2個別電極82b間には、X方向で電位差が生じる。X方向に生じた電位差により、アクチュエータプレート54には分極方向(Z方向)に直交する方向に電界が生じる。その結果、アクチュエータプレート54は、シェアモードによりZ方向に厚み滑り変形する。具体的に、アクチュエータプレート54の下面において、第1共通電極81a及び第1個別電極82a間には、X方向で互いに接近する向きに電界が生じる(矢印E1参照)。アクチュエータプレート54の上面において、第2共通電極81b及び第2個別電極82b間には、X方向で互いに離れる向きに電界が生じる(矢印E2参照)。その結果、アクチュエータプレート54のうち、各圧力室61に対応する部分は、X方向の両端部から中央部に向かうに従い上方に向けてせん断変形する。一方、第1共通電極81a及び第2個別電極82b間、並びに第1個別電極82a及び第2共通電極81b間には、Z方向で電位差が生じる。Z方向に生じた電位差により、アクチュエータプレート54には分極方向(Z方向)に平行な方向に電界が生じる(矢印E0参照)。その結果、アクチュエータプレート54は、ベンドモードによりZ方向に伸縮変形する。すなわち、第1実施形態のヘッドチップ50では、アクチュエータプレート54のシェアモード及びベンドモードに起因する変形が、何れもZ方向に及ぶことになる。具体的に、駆動電圧の印加により、アクチュエータプレート54は、圧力室61から離間する向きに変形する。これにより、圧力室61内の容積が拡大する。その後、駆動電圧をゼロにすると、アクチュエータプレート54が復元することで、圧力室61内の容積が元に戻ろうとする。アクチュエータプレート54が復元する過程で、圧力室61内の圧力が増加し、圧力室61内のインクがノズル孔71を通じて外部に吐出される。外部に吐出されたインクが被記録媒体Pに着弾することで、被記録媒体Pに印刷情報が記録される。
次に、上述したヘッドチップ50の製造方法について説明する。図9は、ヘッドチップ50の製造方法を説明するためのフローチャートである。図10~図20は、ヘッドチップ50の製造方法を説明するための工程図であって、図4に対応する断面図である。以下の説明では、便宜上、ヘッドチップ50をチップレベルで製造する場合を例にして説明する。
図9に示すように、ヘッドチップ50の製造方法は、アクチュエータ第1加工工程S01と、カバー加工工程S02と、第1接合工程S03と、フィルム加工工程S04と、アクチュエータ第2加工工程S05と、第2接合工程S06と、流路部材第1加工工程S07と、第3接合工程S08と、流路部材第2加工工程S09と、第4接合工程S10と、を備えている。
フィルム加工工程S04では、スリット68,69の一部となるスリット用凹部107,108を第2フィルム55に形成する。スリット用凹部107,108は、第2フィルム55のうち対応するスリット用凹部105,106とZ方向から見て重なり合う部分に対し、例えばレーザ加工等を行うことで形成できる。これにより、スリット用凹部105,107同士、及びスリット用凹部106,108同士が互いに連通する。
図18に示すように、流路部材第1加工工程S07では、流路部材52に対して圧力室61を形成する。具体的には、流路部材52に対して例えば上面からダイサーを進入させることにより行う。
図19に示すように、第3接合工程S08では、第1フィルム53の下面に、接着剤等によって流路部材52を貼り付ける。
以上により、ヘッドチップ50が完成する。
この構成によれば、例えば圧力室内におけるインクの圧力等に起因してアクチュエータプレート54に作用するインクの抵抗力に対し、アクチュエータプレート54のZ方向における流路部材52とは反対側への変位を、カバープレート56によって規制することができる。これにより、アクチュエータプレート54が電圧印可による理論的な変形挙動を示すことになり、アクチュエータプレート54の変形を圧力室61に向けて効果的に伝えることができる。ここで、本実施形態のヘッドチップ50は、駆動電圧の印加によって圧力室61の容積が拡大する方向にアクチュエータプレート54を変形させた後、アクチュエータプレート54を復元させることで、インクを吐出させる構成(いわゆる、引き打ち)を採用している。そのため、駆動電圧を印加した状態(アクチュエータプレート54が圧力室61とは反対側に変形した状態)から駆動電圧をゼロにした際に、アクチュエータプレート54を初期位置まで復元させやすくなる。よって、駆動電圧をゼロにした際において、圧力室61内のインクに効果的に圧力を付与することができる。
しかも、アクチュエータプレート自体を厚くする等してインクの抵抗力に耐えうる剛性を確保する場合と異なり、アクチュエータプレート54の厚さを維持できるので、アクチュエータプレート54を効率的に駆動させることができる。その結果、アクチュエータプレート54の変形時における圧力室61内の発生圧力を向上させ、省電力化を図ることができる。
この構成によれば、カバープレート56の剛性を確保し易くなるので、アクチュエータプレート54の変形時において、Z方向における流路部材52とは反対側へのアクチュエータプレート54の変位を効果的に規制し、アクチュエータプレート54が電圧印可による理論的な変形挙動を示し易くなる。
この構成によれば、カバープレート56とアクチュエータプレート54との間に第2フィルム55が配置される。これにより、アクチュエータプレート54の変形に伴い第2フィルム55が変形することで、アクチュエータプレート54の変形を許容しつつ、カバープレート56によってアクチュエータプレート54の変位を規制できる。これにより、電極81a,81b,82a,82bに印加される電圧に応じた変形量をアクチュエータプレート54で確保することができる。
この構成によれば、カバープレート56及び第2フィルム55が仕切壁62間に架け渡されているので、カバープレート56及び第2フィルム55の剛性を確保し易い。これにより、アクチュエータプレート54の流路部材52とは反対側への変位を抑制し、アクチュエータプレート54が電圧印可による理論的な変形挙動を示し易くなる。
この構成によれば、圧力室61の上端開口部を通じて作用するインクの抵抗力を第1フィルム53によって緩和することができる。これにより、アクチュエータプレート54の流路部材52とは反対側への変位を抑制し、アクチュエータプレート54が電圧印可による理論的な変形挙動を示し易くなる。
なお、本開示の技術範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上述した実施形態では、液体噴射記録装置の一例として、インクジェットプリンタ1を例に挙げて説明したが、プリンタに限られるものではない。例えば、ファックスやオンデマンド印刷機等であってもよい。
上述した実施形態では、印刷時にインクジェットヘッドが被記録媒体に対して移動する構成(いわゆる、シャトル機)を例にして説明をしたが、この構成に限られない。本開示に係る構成は、インクジェットヘッドを固定した状態で、インクジェットヘッドに対して被記録媒体を移動させる構成(いわゆる、固定ヘッド機)に採用してもよい。
上述した実施形態では、被記録媒体Pが紙の場合について説明したが、この構成に限られない。被記録媒体Pは、紙に限らず、金属材料や樹脂材料であってもよく、食品等であってもよい。
上述した実施形態では、液体噴射ヘッドが液体噴射記録装置に搭載された構成について説明したが、この構成に限られない。すなわち、液体噴射ヘッドから噴射される液体は、被記録媒体に着弾させるものに限らず、例えば調剤中に配合する薬液や、食品に添加する調味料や香料等の食品添加物、空気中に噴射する芳香剤等であってもよい。
上述した実施形態では、循環式サイドシュートタイプのヘッドチップ50を例にして説明したが、この構成に限られない。ヘッドチップは、圧力室61における延在方向(Y方向)の端部からインクを吐出する、いわゆるエッジシュートタイプであってもよい。
さらに、上述した図21に示す構成では、少なくとも圧力室61とZ方向から見て重なり合う位置で、共通電極及び個別電極が向かい合う構成について説明したが、この構成に限られない。例えば、図23に示すように、アクチュエータプレート54の下面において第1共通電極81a及び第1個別電極82aが並んだ状態で、仕切壁62で向かい合う位置のみで第1個別電極82a及び第2共通電極81bが向かい合う構成であってもよい。
上述した実施形態では、剛性部材としてカバープレート56を採用した場合について説明したが、この構成に限られない。剛性部材は、インクの抵抗力に対して実質的に変形しない程度の剛性を有する部材であればよい。但し、剛性部材は、インクの抵抗力に起因するアクチュエータプレート54の圧力室61とは反対側への変位を制限できる部材であればよく、駆動電圧の変化に伴うアクチュエータプレート54の理論的な変形挙動を許容する範囲で変形してもよい。
5:インクジェットヘッド(液体噴射ヘッド)
50:ヘッドチップ
52:流路部材
53:第1フィルム(第2緩衝材)
54:アクチュエータプレート
55:第2フィルム(第1緩衝材、非駆動部材)
56:カバープレート(剛性部材、非駆動部材)
61:圧力室
62:仕切壁
62a:仕切壁
62b:仕切壁
81a:第1共通電極(駆動電極)
81b:第2共通電極(駆動電極)
82a:第1個別電極(駆動電極)
82b:第2個別電極(駆動電極)
Claims (6)
- 液体が収容される圧力室を有する流路部材と、
前記圧力室に対して第1方向に向かい合った状態で前記流路部材上に積層されたアクチュエータプレートと、
前記アクチュエータプレートのうち前記第1方向を向く面に形成され、前記アクチュエータプレートを前記第1方向に変形させて前記圧力室の容積を変化させる駆動電極と、
前記第1方向において、前記アクチュエータプレートを挟んで前記流路部材とは反対側に積層され、前記第1方向における前記流路部材とは反対側への前記アクチュエータプレートの変位を規制する非駆動部材と、を備え、
前記非駆動部材は、
前記アクチュエータプレートよりも圧縮弾性率が小さい第1緩衝材と、
前記第1緩衝材を挟んで前記第1方向における前記アクチュエータプレートとは反対側に設けられ、前記第1緩衝材よりも圧縮弾性率が大きい剛性部材と、を備えているヘッドチップ。 - 前記非駆動部材は、前記アクチュエータプレートよりも前記第1方向の厚さが厚い請求項1に記載のヘッドチップ。
- 前記圧力室は、前記第1方向に交差する第2方向において仕切壁を間に挟んで複数設けられ、
前記非駆動部材は、一の前記圧力室に対して前記第2方向の両側に位置する前記仕切壁間に架け渡されている請求項1又は請求項2に記載のヘッドチップ。 - 液体が収容される圧力室を有する流路部材と、
前記圧力室に対して第1方向に向かい合った状態で前記流路部材上に積層されたアクチュエータプレートと、
前記アクチュエータプレートのうち前記第1方向を向く面に形成され、前記アクチュエータプレートを前記第1方向に変形させて前記圧力室の容積を変化させる駆動電極と、
前記第1方向において、前記アクチュエータプレートを挟んで前記流路部材とは反対側に積層され、前記第1方向における前記流路部材とは反対側への前記アクチュエータプレートの変位を規制する非駆動部材と、を備え、
前記圧力室は、前記第1方向において前記アクチュエータプレートに向けて開口する開口部を備え、
前記開口部は、前記アクチュエータプレートよりも圧縮弾性率が小さい第2緩衝材によって閉塞され、
前記アクチュエータプレートは、前記第2緩衝材を挟んで前記流路部材とは反対側に設けられているヘッドチップ。 - 請求項1から請求項4の何れか1項に記載のヘッドチップを備えている液体噴射ヘッド。
- 請求項5に記載の液体噴射ヘッドを備えている液体噴射記録装置。
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