JP7151708B2 - 液体吐出ヘッド及び液体吐出装置 - Google Patents
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Description
所定の第1の開口形成面に形成されている液体流入口から供給された液体を貯留する圧力室と、前記圧力室内における液体の圧力の変動に応じて、当該圧力室から供給された液体を吐出するノズルと、前記圧力室における液体の入口と前記ノズルの開口との間の吐出流路から分岐して設けられており、前記圧力室に供給される液体を、前記第1の開口形成面に形成されている液体排出口に導く液体排出流路と、を有する液体吐出部と、
前記液体流入口から前記圧力室に供給される液体を貯留する供給液室と、前記液体排出口から排出された液体が導かれる排出液室と、を有し、前記供給液室から液体が流出する液体供給口、及び前記排出液室に導かれる液体が流入する排液流入口が、所定の第2の開口形成面に形成されている液体貯留部と、
前記液体吐出部における前記第1の開口形成面と、前記液体貯留部における前記第2の開口形成面との間に設けられており、前記液体供給口から供給された液体を前記液体流入口に導く中継供給流路、及び前記液体排出口から排出された液体を前記排液流入口に導く中継排出流路が形成されている流路部と、
を備え、
前記中継排出流路は、前記液体排出口から前記排液流入口に至る途中で、前記中継供給流路との間隔が増大するように前記中継供給流路とは反対側の方向に屈曲している。
上記目的を達成するため、請求項2に記載の液体吐出ヘッドの発明は、
所定の第1の開口形成面に形成されている液体流入口から供給された液体を貯留する圧力室と、前記圧力室内における液体の圧力の変動に応じて、当該圧力室から供給された液体を吐出するノズルと、前記圧力室における液体の入口と前記ノズルの開口との間の吐出流路から分岐して設けられており、前記圧力室に供給される液体を、前記第1の開口形成面に形成されている液体排出口に導く液体排出流路と、を有する液体吐出部と、
前記液体流入口から前記圧力室に供給される液体を貯留する供給液室と、前記液体排出口から排出された液体が導かれる排出液室と、を有し、前記供給液室から液体が流出する液体供給口、及び前記排出液室に導かれる液体が流入する排液流入口が、所定の第2の開口形成面に形成されている液体貯留部と、
前記液体吐出部における前記第1の開口形成面と、前記液体貯留部における前記第2の開口形成面との間に設けられており、前記液体供給口から供給された液体を前記液体流入口に導く中継供給流路、及び前記液体排出口から排出された液体を前記排液流入口に導く中継排出流路が形成されている流路部と、
を備え、
前記中継供給流路は、前記液体供給口から前記液体流入口に至る途中で、前記中継排出流路との間隔が減少するように、インクの流動方向に沿って当該流動方向に垂直な方向の幅が増大する形状を有する。
前記流路部は、積層されている複数の板状部材を有し、
前記複数の板状部材の各々には、前記中継供給流路の一部を形成している供給貫通孔、及び前記中継排出流路の一部を形成している排出貫通孔が設けられている。
前記複数の板状部材のうち少なくとも一の板状部材における前記排出貫通孔の面積は、当該少なくとも一の板状部材の前記液体吐出部側に隣接する板状部材における前記排出貫通孔の面積よりも大きい。
前記液体吐出部は、複数の前記液体流入口と、前記複数の液体流入口からそれぞれ供給された液体を各々貯留する複数の前記圧力室と、前記複数の圧力室からそれぞれ供給された液体を各々吐出する複数の前記ノズルと、を有し、
前記第1の開口形成面における前記複数の液体流入口に対して、共通の前記中継供給流路の開口から液体が流入する。
前記液体排出流路は、前記複数のノズルの各々に対応する前記吐出流路から分岐して設けられている個別排出流路と、二以上の前記個別排出流路に連通し、当該二以上の個別排出流路内の液体を前記液体排出口に導く一又は二以上の共通排出流路と、を含む。
前記流路部には、第1の前記中継排出流路と、前記中継供給流路に対して前記第1の中継排出流路とは反対側に設けられた第2の前記中継排出流路とが形成されており、
前記第2の開口形成面には、前記第1の中継排出流路及び前記第2の中継排出流路に各々対応する前記排液流入口が形成されている。
前記流路部と前記第1の開口形成面との間、及び前記流路部と前記第2の開口形成面との間の少なくとも一方は、接着剤により接着されており、
前記流路部の前記第1の開口形成面に接する面、及び前記第2の開口形成面に接する面のうち前記接着剤による接着がなされる面には、前記接着剤の流動可能範囲を制限する流動範囲制限部が設けられている。
請求項1から8のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッドを備える。
以下の説明では、記録媒体Mの搬送方向を前後方向、記録媒体Mの搬送面において当該搬送方向に直交する方向を左右方向とし、前後方向及び左右方向に垂直な方向を上下方向として説明する。
記録ヘッド1は、ノズルNが設けられているヘッドチップ2(液体吐出部)と、ヘッドチップ2に供給されるインクを貯留するインク貯留部3(液体貯留部)と、ヘッドチップ2及びインク貯留部3の間に設けられている流路部8などを備える。
インク貯留部3の前後方向の外周壁の一部には、第2ダンパー3g(図7)が形成されている。第2ダンパー3gは、弾性力のあるポリイミドなどの樹脂やステンレスなどの金属部材によって形成されており、インク貯留部3の内圧が急激に上昇又は低下することを防いでいる。
図3は、ヘッドチップ2を上側から見た平面図である。図3では、ヘッドチップ2の内部に形成されている構成要素の一部が破線で描かれている。
このように、ヘッドチップ2の上面2Sには、インク流入口601及びインク排出口602が形成されており、当該上面2Sは、第1の開口形成面を構成する。
流路部8のうち保持板81は、ヘッドチップ2より一回り大きい長方形の板状部材である。保持板81は、接着剤を介してヘッドチップ2の上面2Sに接着されている。
保持板81には、ヘッドチップ2の上面2Sに形成されている全てのインク流入口601を包含する大きさの供給貫通孔81aが形成されている。また、保持板81の左右方向両端近傍には、ヘッドチップ2の上面2Sにおける端部近傍に形成されている4つのインク排出口602を包含する大きさの排出貫通孔82bがそれぞれ形成されている。
ヘッドチップ2の上面2Sにおけるインク流入口601とインク排出口602との間の距離は、ごく小さいため(例えば、約1mm)、保持板81は、ヘッドチップ2に対して高精度で位置合わせを行った上で接着される。このような高精度の位置合わせを行うために、ヘッドチップ2及び保持板81には、それぞれアライメントマーク(図示省略)が設けられている。
流路部8では、保持板81の供給貫通孔81a及び流路基板821~824の供給貫通孔82aにより、中継供給流路8aが形成される。
このうち、流路基板821に形成されている排出貫通孔821bは、保持板81に形成されている排出貫通孔81bと同一の大きさ、形状を有している。
また、流路基板822に形成されている排出貫通孔822bは、排出貫通孔821bと同一形状の開口に加え、当該開口の前方側端部から供給貫通孔82aとは反対側に向かって延びる延在部Eを有した形状で設けられている。
また、流路基板823に形成されている排出貫通孔823bは、排出貫通孔822bの延在部Eの先端と平面視で重なる位置に設けられた円状の開口部である。
また、流路基板824に形成されている排出貫通孔824bは、排出貫通孔823bよりも大きな直径を有し排出貫通孔823bを包含する範囲に形成された円状の開口部である。
流路部8では、保持板81の排出貫通孔81b及び流路基板821~824の排出貫通孔821b,822b,823b,824bにより中継排出流路8bが形成される。また、中継供給流路8aを挟む両側に、一対の中継排出流路8b(第1の中継排出流路、第2の中継排出流路)が形成されている。
図5に示されるように、流路基板824の上面には、接着剤の流動可能範囲を塗布領域R内に制限するグルーガードG(流動範囲制限部)が設けられている。グルーガードGは、塗布領域Rの周囲を囲むように延在する、流路基板824の表面上に設けられた突起である。グルーガードGで囲まれた領域に接着剤を塗布して接合対象物(ここでは、インク貯留部3の下面3S)と接合することで、所望の塗布領域R内で接着剤による接着を行うことができる。塗布領域Rの形状は、特には限られないが、流路基板824の周縁部に沿った位置や、供給貫通孔824a及び排出貫通孔824bを囲む位置に設定することが好ましい。
また、図5と同様のグルーガードGは、接着剤による接合がなされる他の面、すなわち、保持板81の下面、及び保持板81の上面(又は流路基板821の下面)にも形成されている。なお、グルーガードGは、必ずしも接着剤による接合がなされるすべての面に設けられていなくても良い。
また、流路部8のうち流路基板823から流路基板824にかけて、中継排出流路8bの断面積が増大するようになっている。これは、上述したように、流路基板823の排出貫通孔823bの直径よりも流路基板824の排出貫通孔824bの直径が大きくなっているためである。このように、インクの流動方向に沿って中継排出流路8bの断面積が増大する構成とすることで、インク内の気泡や異物をインク貯留部3に排出しやすくすることができる。
図7は、図3のB-B線におけるヘッドチップ2、流路部8及びインク貯留部3の断面図である。
図8は、ヘッドチップ2における一のノズルNに対応する部分を拡大した断面図である。
ヘッドチップ2は、下側から順にノズル基板10、共通流路基板70、中間基板20、圧力室基板30、スペーサー基板40、配線基板50及び保護層60が積層された構造を有している。
また、ノズル基板10は、SOI基板によって製造されており、異方性エッチングにより高精度に加工されて形成されている。そのため、ノズルNの上下方向の長さ及び個別排出流路102の下部の厚みは、例えば10μm程度に薄くすることができる。また、個別排出流路102は、ノズルNの上部の大径部101に分岐して設けられているため、ノズルNの近傍のインクを還流させて排出させることができ、ノズルNの近傍の気泡等を個別排出流路102に流すことができる。
大径部701は、共通流路基板70を上下方向に貫通しており、ノズル基板10の大径部101と同径でそれぞれが連通している。
共通排出流路703は、ノズルNの配列方向(左右方向)に並んだ一列分の個別排出流路102が絞り部702を通じて連通しており、複数の個別排出流路102から流れてきたインクが流入する。また、共通排出流路703は、ノズルNの配列方向(左右方向)に沿って設けられ、ヘッドチップ2の右端部及び左端部付近で共通流路基板70から保護層60までを貫通する上方向に延びる流路が形成されており、ヘッドチップ2の上面2Sのインク排出口602に連通している(図6参照)。また、以下の説明では、個別排出流路102と、絞り部702と、共通排出流路703を合わせて排出流路72という。個別排出流路102の流路インピーダンスを十分大きくすることができれば、絞り部702を省略することもできる。
第1ダンパー704は、例えば、厚さ1~50μmからなるSi基板からなり、共通排出流路703の上面に面して設けられ、第1ダンパー704の上面には空気室203が形成されている。第1ダンパー704は、薄いSi基板であるため、共通排出流路703と空気室203との圧力差によって弾性変形して、共通排出流路703の容積を変更可能である。これにより、インク流路の急激な圧力変動を防ぐことができる。また、空気室203を閉空間とすることで、第1ダンパー704が変形に伴う振動を起こした場合の減衰力が働き、さらに圧力変動を抑えることができる。
なお、共通排出流路703には、ノズルNの配列方向(左右方向)に並んだ一列分の個別排出流路102が連通するとしたが、二列分以上の個別排出流路102が連通するように構成しても良い。したがって、すべてのノズルNに対応する個別排出流路102と連通する単一の共通排出流路703が設けられた構成としても良い。
連通孔201は、大径部701に連通している。また、連通孔201は、インクが通過する経路の径を絞る形状となっており、インクの吐出においてインクに加えられる運動エネルギーを調整するように形成されている。また、以下の説明では、連通孔201、大径部701及び大径部101を合わせて連通路71という。
振動板32は、圧力室311の開口を覆うように圧力室層31の上面に積層され、圧力室311の上壁部を構成している。振動板32の表面には、酸化膜が形成されている。また、振動板32には、圧力室311と連通して上方向に貫通する貫通孔321が形成されている。
圧電素子42は、圧力室311と略同一の平面視形状で形成され、振動板32を挟んで圧力室311と対向する位置に設けられている。圧電素子42は、振動板32を変形させるためのPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)からなるアクチュエーターである。また、圧電素子42には、上面及び下面に2つの電極421,422が設けられており、このうち下面側の電極422が振動板32に接続されている。
また、スペーサー基板40には、振動板32の貫通孔321と連通して上方向に貫通する貫通孔401が、空間41とは独立して形成されている。
インターポーザー51には、上方向に貫通するスルーホール511が形成されており、このスルーホール511には、貫通電極55が挿通されている。貫通電極55の下端には、水平方向に延在する配線56の一端が接続されている。
この配線56の他端は、接続部561を介して圧電素子42上面の電極421上に接続されている。接続部561は、配線56の下面に設けられたスタッドバンプ561aと、スタッドバンプ561aの下端側に塗布されて形成された導電性材料561bとからなる。スタッドバンプ561aは、例えば、金を材料としたワイヤーボンディングにより形成される。また、導電性材料561bとしては、各種の導電性接着剤や半田を用いることができる。
また、貫通電極55の上端には、個別配線57が接続されており、個別配線57は水平方向に延在し、接続部材4(図7)に接続されている。接続部材4は、駆動回路5に接続された例えばFPC等からなる配線部材である。そして、駆動回路5から、接続部材4と個別配線57を通じて、圧電素子42に駆動信号が供給される。
また、インターポーザー51には、スペーサー基板40の貫通孔401と連通して上方向に貫通する貫通孔512が形成されている。なお、絶縁層52~54のうち、貫通孔512の近傍を被覆する各部分は、貫通孔512よりも大きい開口径となるように形成されている。
ここで、共通排出流路703や絞りはノズル形成基板に形成しても良いし流路形成基板に形成しても良い。
例えば、流路形成基板に形成する場合は、ノズル形成基板のうち流路形成基板に隣接する側に、各ノズルNに対応して、流路形成基板の絞り又は共通排出流路703に達する溝(個別排出流路102)を形成し、このノズル形成基板が絞り又は共通排出流路703が形成された流路形成基板に接合されることにより、排出流路72を構成することが好ましい。
排出流路72を圧力室311の出口311b側の端部から分岐する場合は、圧力室311が形成された圧力室基板30のノズルN側の面に各圧力室311に対応して形成され排出流路72となる溝を形成し、この圧力室基板が圧力室311に連通する流路が形成された流路形成基板に接合されることにより、排出流路72を構成することが好ましい。
流路形成基板に形成する場合は、圧力室基板30のうち流路形成基板に隣接する側に、各圧力室311に対応して、流路形成基板の絞りや共通排出流路703に達する溝(個別排出流路102)を形成し、この圧力室基板30が絞りや共通排出流路703が形成された流路基板に接合されることにより、排出流路72を構成することが好ましい。
また、図8の上下方向から見て絞り部702が圧力室311と重ならないように図8の後側にずれた位置に配置されるように、共通排出流路703、絞り部702、第1ダンパー704の位置を図8の後側にずらして配置させる。そして、圧力室311を形成する圧力室基板30の中間基板20側の面に各圧力室311に連通して形成され他方側に隣接する絞り部702に達し、個別排出流路102となる溝を形成し、この圧力室基板30が中間基板20(流路形成基板)に接合されることにより、個別排出流路102、絞り部702、共通排出流路703を形成できる。絞り部702を設けない場合は、例えば、絞り部702を共通排出流路703にすれば良い。
図9は、インク還流機構9の構成を示す模式図である。
インク還流機構9は、供給用サブタンク91、還流用サブタンク92及びメインタンク93などを備える。
還流用サブタンク92は、インク貯留部3の排出液室3bから排出されたインクが充填されており、インク流路95によってアウトレット3dに接続されている。
また、供給用サブタンク91と還流用サブタンク92は、ヘッドチップ2のインク吐出面(以下、「位置基準面」とも記す)に対して、上下方向(重力方向)に異なる位置に設けられている。よって、位置基準面と供給用サブタンク91の水頭差による圧力P1と、位置基準面と還流用サブタンク92との水頭差による圧力P2が生じている。
また、供給用サブタンク91と還流用サブタンク92は、インク流路96で接続されている。そして、ポンプ98によって加えられた圧力によって、還流用サブタンク92から供給用サブタンク91にインクを戻すことができる。
メインタンク93は、供給用サブタンク91に供給するためのインクが充填されており、インク流路97によって供給用サブタンク91に接続されている。そして、ポンプ99によって加えられた圧力によって、メインタンク93から供給用サブタンク91にインクを供給することができる。
このような構成によれば、中継供給流路8aの開口と中継排出流路8bの開口とが距離d2以上離隔している流路部8に対してインク貯留部3が接合されるため、ヘッドチップ2の上面2Sに直接インク貯留部3を接合させる構成と比較して、要求されるインク貯留部3の接合位置精度を緩和することができる。また、流路部8に対してインク貯留部3を接合する際に、中継供給流路8aと排出液室3bとが連通し、又は中継排出流路8bと供給液室3aとが連通して供給インクと排出インクとが混流する不具合の発生を容易に抑制することができる。よって、より容易に記録ヘッド1を製造することができる。
例えば、上記実施形態では、流路部8において中継排出流路8bを屈曲させることで、インク貯留部3との接合面における中継供給流路8aの開口と中継排出流路8bの開口との間隔を広げる例を用いて説明したが、これに限定する趣旨ではない。例えば、図10に示されるように、中継供給流路8aにおけるインクの流動方向に沿って中継供給流路8aの左右方向の幅を増大させることで、インク貯留部3側での中継供給流路8aの開口と中継排出流路8bの開口との間隔を広く確保するようにしても良い。
また、中継供給流路8a及び中継排出流路8bの双方の形状を調整しても良い。例えば、図10の構成において、中継排出流路8bの排液流入口3f側の開口の左右方向についての位置が、ヘッドチップ2の上面2Sにおけるインク排出口602よりも内側(すなわち、中継供給流路8a側)にずれるように中継排出流路8bが設けられていても良い。
2 ヘッドチップ
2S 上面
3 インク貯留部
3a 供給液室
3b 排出液室
3c インレット
3d アウトレット
3e インク供給口
3f 排液流入口
3g ダンパー
3S 下面
8 流路部
8a 供給流路
8b 排出流路
81 保持板
81a,82a 供給貫通孔
81b,82b,821b~824b 排出貫通孔
82,821~824 流路基板
9 インク還流機構
10 ノズル基板
102 個別排出流路
20 中間基板
30 圧力室基板
311 圧力室
40 スペーサー基板
42 圧電素子
50 配線基板
60 保護層
601 インク流入口
602 インク排出口
70 共通流路基板
703 共通排出流路
100 インクジェット記録装置
1001 搬送ベルト
1002 搬送ローラー
1003~1006 ヘッドユニット
1007 制御部
E 延在部
G グルーガード
M 記録媒体
N ノズル
Claims (9)
- 所定の第1の開口形成面に形成されている液体流入口から供給された液体を貯留する圧力室と、前記圧力室内における液体の圧力の変動に応じて、当該圧力室から供給された液体を吐出するノズルと、前記圧力室における液体の入口と前記ノズルの開口との間の吐出流路から分岐して設けられており、前記圧力室に供給される液体を、前記第1の開口形成面に形成されている液体排出口に導く液体排出流路と、を有する液体吐出部と、
前記液体流入口から前記圧力室に供給される液体を貯留する供給液室と、前記液体排出口から排出された液体が導かれる排出液室と、を有し、前記供給液室から液体が流出する液体供給口、及び前記排出液室に導かれる液体が流入する排液流入口が、所定の第2の開口形成面に形成されている液体貯留部と、
前記液体吐出部における前記第1の開口形成面と、前記液体貯留部における前記第2の開口形成面との間に設けられており、前記液体供給口から供給された液体を前記液体流入口に導く中継供給流路、及び前記液体排出口から排出された液体を前記排液流入口に導く中継排出流路が形成されている流路部と、
を備え、
前記中継排出流路は、前記液体排出口から前記排液流入口に至る途中で、前記中継供給流路との間隔が増大するように前記中継供給流路とは反対側の方向に屈曲している、液体吐出ヘッド。 - 所定の第1の開口形成面に形成されている液体流入口から供給された液体を貯留する圧力室と、前記圧力室内における液体の圧力の変動に応じて、当該圧力室から供給された液体を吐出するノズルと、前記圧力室における液体の入口と前記ノズルの開口との間の吐出流路から分岐して設けられており、前記圧力室に供給される液体を、前記第1の開口形成面に形成されている液体排出口に導く液体排出流路と、を有する液体吐出部と、
前記液体流入口から前記圧力室に供給される液体を貯留する供給液室と、前記液体排出口から排出された液体が導かれる排出液室と、を有し、前記供給液室から液体が流出する液体供給口、及び前記排出液室に導かれる液体が流入する排液流入口が、所定の第2の開口形成面に形成されている液体貯留部と、
前記液体吐出部における前記第1の開口形成面と、前記液体貯留部における前記第2の開口形成面との間に設けられており、前記液体供給口から供給された液体を前記液体流入口に導く中継供給流路、及び前記液体排出口から排出された液体を前記排液流入口に導く中継排出流路が形成されている流路部と、
を備え、
前記中継供給流路は、前記液体供給口から前記液体流入口に至る途中で、前記中継排出流路との間隔が減少するように、インクの流動方向に沿って当該流動方向に垂直な方向の幅が増大する形状を有する、液体吐出ヘッド。 - 前記流路部は、積層されている複数の板状部材を有し、
前記複数の板状部材の各々には、前記中継供給流路の一部を形成している供給貫通孔、及び前記中継排出流路の一部を形成している排出貫通孔が設けられている請求項1又は2に記載の液体吐出ヘッド。 - 前記複数の板状部材のうち少なくとも一の板状部材における前記排出貫通孔の面積は、当該少なくとも一の板状部材の前記液体吐出部側に隣接する板状部材における前記排出貫通孔の面積よりも大きい請求項3に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記液体吐出部は、複数の前記液体流入口と、前記複数の液体流入口からそれぞれ供給された液体を各々貯留する複数の前記圧力室と、前記複数の圧力室からそれぞれ供給された液体を各々吐出する複数の前記ノズルと、を有し、
前記第1の開口形成面における前記複数の液体流入口に対して、共通の前記中継供給流路の開口から液体が流入する請求項1から4のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。 - 前記液体排出流路は、前記複数のノズルの各々に対応する前記吐出流路から分岐して設けられている個別排出流路と、二以上の前記個別排出流路に連通し、当該二以上の個別排出流路内の液体を前記液体排出口に導く一又は二以上の共通排出流路と、を含む請求項5に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記流路部には、第1の前記中継排出流路と、前記中継供給流路に対して前記第1の中継排出流路とは反対側に設けられた第2の前記中継排出流路とが形成されており、
前記第2の開口形成面には、前記第1の中継排出流路及び前記第2の中継排出流路に各々対応する前記排液流入口が形成されている請求項1から6のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。 - 前記流路部と前記第1の開口形成面との間、及び前記流路部と前記第2の開口形成面との間の少なくとも一方は、接着剤により接着されており、
前記流路部の前記第1の開口形成面に接する面、及び前記第2の開口形成面に接する面のうち前記接着剤による接着がなされる面には、前記接着剤の流動可能範囲を制限する流動範囲制限部が設けられている請求項1から7のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。 - 請求項1から8のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッドを備える液体吐出装置。
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