JP7288073B2 - 液滴吐出ヘッド及び記録装置 - Google Patents

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開示の実施形態は、液滴吐出ヘッド及び記録装置に関する。
印刷装置として、インクジェット記録方式を利用したインクジェットプリンタやインクジェットプロッタが知られている。このようなインクジェット方式の印刷装置には、液体を吐出させるための液滴吐出ヘッドが搭載されている。
また、このような液滴吐出ヘッドの液体吐出方式の1つに圧電方式がある。圧電方式を採用する液滴吐出ヘッドは、液体を供給するリザーバのスリット部から、フレキシブル基板が引き出される構造を有している。このスリット部は、フレキシブル基板と圧電アクチュエータ基板とが電気的に接続されている電極部に直結している。
特開2007-326323号公報 特開2016-74230号公報
実施形態の一態様に係る液滴吐出ヘッドは、フレキシブル基板が引き出されたスリット部を有するリザーバを備える。スリット部は、穴埋め部材が配置されており、穴埋め部材上に封止樹脂が配置される。
図1は、実施形態に係るプリンタの概略的な正面を模式的に示す正面図である。 図2は、実施形態に係るプリンタの概略的な平面を模式的に示す平面図である。 図3は、実施形態に係る液体吐出ヘッドの概略構成を示す分解斜視図である。 図4は、実施形態に係るヘッド本体の拡大平面図である。 図5は、図4に示す一点鎖線に囲まれた領域の拡大図である。 図6は、図4に示すVI-VI線の断面図である。 図7は、実施形態に係るリザーバの外観構成を示す斜視図である。 図8は、実施形態に係るリザーバの外観構成を示す斜視図である。 図9は、図8に示すIX-IX線の断面図である。 図10は、実施形態に係るリザーバに穴埋め部材を配置した状態の外観構成を示す斜視図である。 図11は、実施形態に係る穴埋め部材の外観構成を示す斜視図である。 図12は、実施形態に係る穴埋め部材の外観構成を示す斜視図である。 図13は、図10に示すXIII-XIII線の断面図である。 図14は、図10に示すXIV-XIV線の断面図である。 図15は、実施形態に係る封止確認の説明図である。 図16は、実施形態に係る部品配置の一例を示す図である。 図17は、変形例に係る断面図である。 図18は、変形例に係る穴埋め部材を配置した状態の外観構成を示す斜視図である。 図19は、変形例に係る穴埋め部材の側面図である。 図20は、変形例に係る穴埋め部材の外観を俯瞰した斜視図である。 図21は、変形例に係る穴埋め部材の端部を拡大して示す部分拡大図である。 図22は、図18に示すXXII-XXII線の断面を拡大して示す部分拡大図である。
以下、本願が開示する液滴吐出ヘッド及び記録装置の実施形態を、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態により、本願に係る発明が限定されるものではない。
印刷装置として、インクジェット記録方式を利用したインクジェットプリンタやインクジェットプロッタが知られている。このようなインクジェット方式の印刷装置には、液体を吐出させるための液滴吐出ヘッドが搭載されている。
液体吐出ヘッドから液体を吐出させる方式の1つに圧電方式がある。圧電方式を採用する液滴吐出ヘッドは、液体を供給するリザーバのスリット部から、フレキシブル基板が引き出される構造を有している。このスリット部は、フレキシブル基板と圧電アクチュエータ基板とが電気的に接続されている電極部に直結している。
上記電極部を保護するために、スリット部に樹脂を塗布して封止する対応が行われる場合があるが、スリット部の全体を封止するために相当量の樹脂を必要とするだけでなく、固化する前の樹脂が電極部に流れ込み、動作不良の原因となるという問題がある。また、スリット部が完全に封止されているかを確認する術がないという問題もある。
そこで、このような問題点に鑑み、上述のスリット部を封止する方法の改善が期待されている。
<プリンタの構成>
図1及び図2を用いて、実施形態に係る記録装置の一例であるプリンタ1の概要について説明する。図1は、実施形態に係るプリンタ1の概略的な正面を模式的に示す正面図である。図2は、実施形態に係るプリンタ1の概略的な平面を模式的に示す平面図である。
図1に示すように、プリンタ1は、給紙ローラ2と、ガイドローラ3と、塗布機4と、ヘッドケース5と、複数の搬送ローラ6と、複数のフレーム7と、複数の液体吐出ヘッド8と、搬送ローラ9と、乾燥機10と、搬送ローラ11と、センサ部12と、回収ローラ13とを備える。
さらに、プリンタ1は、プリンタ1の各部を制御する制御部14を有している。制御部14は、給紙ローラ2、ガイドローラ3、塗布機4、ヘッドケース5、複数の搬送ローラ6、複数のフレーム7、複数の液体吐出ヘッド8、搬送ローラ9、乾燥機10、搬送ローラ11、センサ部12および回収ローラ13の動作を制御する。
プリンタ1は、印刷用紙Pに液滴を着弾させることにより、印刷用紙Pに画像や文字の記録を行う。印刷用紙Pは、使用前において給紙ローラ2に引き出し可能な状態で巻回されている。プリンタ1は、印刷用紙Pを、給紙ローラ2からガイドローラ3および塗布機4を介してヘッドケース5の内部に搬送する。
塗布機4は、コーティング剤を印刷用紙Pに一様に塗布する。これにより、印刷用紙Pに表面処理を施すことができることから、プリンタ1の印刷品質を向上させることができる。
ヘッドケース5は、複数の搬送ローラ6と、複数のフレーム7と、複数の液体吐出ヘッド8とを収容する。ヘッドケース5の内部には、印刷用紙Pが出入りする部分などの一部において外部と繋がっている他は、外部と隔離された空間が形成されている。
ヘッドケース5の内部空間は、必要に応じて、温度、湿度、および気圧などの制御因子のうち、少なくとも1つが制御部14によって制御される。搬送ローラ6は、ヘッドケース5の内部で印刷用紙Pを液体吐出ヘッド8の近傍に搬送する。
フレーム7は、矩形状の平板であり、搬送ローラ6で搬送される印刷用紙Pの上方に近接して位置している。また、図2に示すように、フレーム7は、長手方向を印刷用紙Pの搬送方向に直交させるようにして、ヘッドケース5の内部に複数(例えば、4つ)設けられている。そして、複数のフレーム7のそれぞれは、印刷用紙Pの搬送方向に沿って所定の間隔で配置されている。
以降の説明において、印刷用紙Pの搬送方向を「副走査方向」と表記し、かかる副走査方向に直交し、かつ印刷用紙Pに平行な方向を「主走査方向」と表記する場合がある。
液体吐出ヘッド8には、図示しない液体タンクから液体、たとえば、インクが供給される。液体吐出ヘッド8は、かかる液体タンクから供給される液体を吐出する。
制御部14は、画像や文字などのデータに基づいて液体吐出ヘッド8を制御し、印刷用紙Pに向けて液体を吐出させる。液体吐出ヘッド8と印刷用紙Pとの間の距離は、たとえば0.5~20mm程度である。
液体吐出ヘッド8は、フレーム7に固定されている。液体吐出ヘッド8は、たとえば、長手方向の両端部においてフレーム7に固定されている。液体吐出ヘッド8は、長手方向が主走査方向と平行となるようにフレーム7に固定されている。
すなわち、実施形態に係るプリンタ1は、プリンタ1の内部に液体吐出ヘッド8が固定されている、いわゆるラインプリンタである。なお、実施形態に係るプリンタ1は、ラインプリンタに限られず、いわゆるシリアルプリンタであってもよい。
シリアルプリンタとは、液体吐出ヘッド8を、印刷用紙Pの搬送方向に交差する方向、たとえば、ほぼ直交する方向に往復させるなどして移動させながら記録する動作と、印刷用紙Pの搬送とを交互に行う方式のプリンタである。
図2に示すように、1つのフレーム7に複数(たとえば、5つ)の液体吐出ヘッド8が設けられている。図2では、副走査方向の前方に2個、後方に3個の液体吐出ヘッド8が配置されている例を示しており、副走査方向において、それぞれの液体吐出ヘッド8の中心が重ならないように液体吐出ヘッド8が配置されている。
そして、1つのフレーム7に設けられている複数の液体吐出ヘッド8によって、ヘッド群8Aが構成されている。4つのヘッド群8Aは、副走査方向に沿って位置している。同じヘッド群8Aに属する液体吐出ヘッド8には、同じ色のインクが供給される。これにより、プリンタ1は、4つのヘッド群8Aを用いて4色のインクによる印刷を行うことができる。
各ヘッド群8Aから吐出されるインクの色は、たとえば、マゼンタ(M)、イエロー(Y)、シアン(C)およびブラック(K)である。制御部14は、各ヘッド群8Aを制御して複数色のインクを印刷用紙Pに吐出することにより、印刷用紙Pにカラー画像を印刷することができる。
なお、印刷用紙Pの表面処理をするために、液体吐出ヘッド8からコーティング剤を印刷用紙Pに吐出してもよい。
また、1つのヘッド群8Aに含まれる液体吐出ヘッド8の個数や、プリンタ1に搭載されているヘッド群8Aの個数は、印刷する対象や印刷条件に応じて適宜変更可能である。たとえば、印刷用紙Pに印刷する色が単色で、かつ1つの液体吐出ヘッド8で印刷可能な範囲を印刷するのであれば、プリンタ1に搭載されている液体吐出ヘッド8の個数は1つでもよい。
ヘッドケース5の内部で印刷処理された印刷用紙Pは、搬送ローラ9によってヘッドケース5の外部に搬送され、乾燥機10の内部を通る。乾燥機10は、印刷処理された印刷用紙Pを乾燥する。乾燥機10で乾燥された印刷用紙Pは、搬送ローラ11で搬送されて、回収ローラ13で回収される。
プリンタ1では、乾燥機10で印刷用紙Pを乾燥することにより、回収ローラ13において、重なって巻き取られる印刷用紙P同士が接着したり、未乾燥の液体が擦れたりすることを抑制することができる。
センサ部12は、位置センサや速度センサ、温度センサなどにより構成されている。制御部14は、かかるセンサ部12からの情報に基づいて、プリンタ1の各部における状態を判断し、プリンタ1の各部を制御することができる。
これまで説明してきたプリンタ1では、印刷対象(すなわち記録媒体)として印刷用紙Pを用いた場合について示したが、プリンタ1における印刷対象は印刷用紙Pに限られず、ロール状の布などを印刷対象としてもよい。
また、上述のプリンタ1は、印刷用紙Pを直接搬送する代わりに、搬送ベルト上に載せて搬送するものであってもよい。搬送ベルトを用いることで、プリンタ1は、枚葉紙や裁断された布、木材、タイルなどを印刷対象とすることができる。
また、上述のプリンタ1は、液体吐出ヘッド8から導電性の粒子を含む液体を吐出するようにして、電子機器の配線パターンなどを印刷してもよい。
また、上述のプリンタ1は、液体吐出ヘッド8から反応容器などに向けて所定量の液体の化学薬剤や化学薬剤を含んだ液体を吐出させて、化学薬品を作製してもよい。
また、上述のプリンタ1は、液体吐出ヘッド8をクリーニングするクリーニング部を備えていてもよい。クリーニング部は、たとえば、ワイピング処理やキャッピング処理によって液体吐出ヘッド8の洗浄を行う。
ワイピング処理とは、たとえば、柔軟性のあるワイパーで、液体が吐出される部位の面、たとえば流路部材21(図3参照)の第2面21b(図6参照)を擦ることで、かかる第2面21bに付着していた液体を取り除く処理である。
キャッピング処理は、たとえば、液体が吐出される部位をキャップで覆い、液体の吐出を繰り返すことで、吐出孔63(図4参照)に詰まりを解消する処理であり、次のように実施する。まず、液体を吐出される部位、たとえば流路部材21の第2面21bを覆うようにキャップを被せる(これをキャッピングという)。これにより、第2面21bとキャップとの間に、ほぼ密閉された空間が形成される。次に、かかる密閉された空間で液体の吐出を繰り返す。これにより、吐出孔63に詰まっていた、標準状態よりも粘度が高い液体や異物などを取り除くことができる。
<液体吐出ヘッドの構成>
図3を用いて、実施形態に係る液体吐出ヘッド8の構成について説明する。図3は、実施形態に係る液体吐出ヘッド8の概略構成を示す分解斜視図である。
液体吐出ヘッド8は、ヘッド本体20と、配線部30と、筐体40と、1対の放熱板50とを備えている。ヘッド本体20は、流路部材21と、圧電アクチュエータ基板22(図4参照)と、リザーバ23とを有している。
以降の説明において、便宜的に、液体吐出ヘッド8においてヘッド本体20が設けられる方向を「下」と表記し、ヘッド本体20に対して筐体40が設けられる方向を「上」と表記する場合がある。
ヘッド本体20の流路部材21は、略平板形状であり、1つの主面である第1面21a(図6参照)と、かかる第1面21aの反対側に位置する第2面21b(図6参照)とを有している。第1面21aは、開口61a(図4参照)を有し、リザーバ23からかかる開口61aを介して流路部材21の内部に液体が供給される。
第2面21bには、印刷用紙Pに液体を吐出する複数の吐出孔63(図4参照)が設けられている。流路部材21の内部には、第1面21aから第2面21bに液体を流す流路が形成されている。
圧電アクチュエータ基板22は、流路部材21の第1面21a上に位置している。圧電アクチュエータ基板22は、複数の変位素子70(図6参照)を有している。また、圧電アクチュエータ基板22には、配線部30のフレキシブル基板31が電気的に接続されている。
圧電アクチュエータ基板22上にはリザーバ23が配置されている。リザーバ23には、主走査方向の両端部に開口23aが設けられている。リザーバ23は、内部に流路を有しており、外部から開口23aを介して液体が供給される。リザーバ23は、流路部材21に液体を供給する機能、および供給される液体を貯留する機能を有している。
配線部30は、フレキシブル基板31と、配線基板32と、複数のドライバIC33と、押圧部材34と、弾性部材35とを有している。フレキシブル基板31は、外部から送られた所定の信号をヘッド本体20に伝達する機能を有している。なお、図3に示すように、実施形態に係る液体吐出ヘッド8は、フレキシブル基板31を2つ有している。
フレキシブル基板31の一端部は、ヘッド本体20の圧電アクチュエータ基板22と電気的に接続されている。フレキシブル基板31の他端部は、リザーバ23のスリット部23bを挿通するように上方に引き出されており、配線基板32と電気的に接続されている。これにより、ヘッド本体20の圧電アクチュエータ基板22と外部とを電気的に接続することができる。
配線基板32は、ヘッド本体20の上方に位置している。配線基板32は、複数のドライバIC33に信号を分配する機能を有している。
複数のドライバIC33は、フレキシブル基板31における一方の主面に設けられている。図3に示すように、実施形態に係る液体吐出ヘッド8において、ドライバIC33は、1つのフレキシブル基板31上に2つずつ設けられているが、1つのフレキシブル基板31に設けられているドライバIC33の数は2つに限られない。
ドライバIC33は、制御部14(図1参照)から送られた信号に基づいて、ヘッド本体20の圧電アクチュエータ基板22を駆動させている。これにより、ドライバIC33は、液体吐出ヘッド8を駆動させている。
押圧部材34は、断面視で略U字形状を有し、フレキシブル基板31上のドライバIC33を放熱板50に向けて内側から押圧している。これにより、実施形態では、ドライバIC33が駆動する際に発生する熱を、外側の放熱板50へ効率よく放熱することができる。
弾性部材35は、押圧部材34における図示しない押圧部の外壁に接するように設けられている。かかる弾性部材35を設けることにより、押圧部材34がドライバIC33を押圧する際に、押圧部材34がフレキシブル基板31を破損させる可能性を低減することができる。
弾性部材35は、たとえば、発泡体両面テープなどで構成されている。また、弾性部材35として、たとえば、非シリコン系の熱伝導シートを用いることにより、ドライバIC33の放熱性を向上させることができる。なお、弾性部材35は必ずしも設ける必要はない。
筐体40は、配線部30を覆うように、ヘッド本体20上に配置されている。これにより、筐体40は配線部30を封止することができる。筐体40は、たとえば、樹脂や金属などで構成されている。
筐体40は、主走査方向に長く延びる箱形状であり、主走査方向に沿って対向する1対の側面に第1開口40aおよび第2開口40bを有している。また、筐体40は、下面に第3開口40cを有しており、上面に第4開口40dを有している。
第1開口40aには、放熱板50の一方が第1開口40aを塞ぐように配置されており、第2開口40bには、放熱板50の他方が第2開口40bを塞ぐように配置されている。
放熱板50は、主走査方向に延びるように設けられており、放熱性の高い金属や合金などで構成されている。放熱板50は、ドライバIC33に接するように設けられており、ドライバIC33で生じた熱を放熱する機能を有している。
1対の放熱板50は、図示しないネジによってそれぞれ筐体40に固定されている。そのため、放熱板50が固定された筐体40は、第1開口40aおよび第2開口40bが塞がれ、第3開口40cおよび第4開口40dが開口した箱形状をなしている。
第3開口40cは、リザーバ23と対向するように設けられている。第3開口40cには、フレキシブル基板31および押圧部材34が挿通されている。
第4開口40dは、配線基板32に設けられたコネクタ(不図示)を挿通するために設けられている。かかるコネクタと第4開口40dとの間は、樹脂などにより封止されることが好ましい。これにより、筐体40の内部に液体やゴミなどが侵入することを抑制することができる。
また、筐体40は、断熱部40eを有している。かかる断熱部40eは、第1開口40aおよび第2開口40bに隣り合うように配置されており、主走査方向に沿った筐体40の側面から外側へ向けて突出するように設けられている。
また、断熱部40eは、主走査方向に延びるように形成されている。すなわち、断熱部40eは、放熱板50とヘッド本体20との間に位置している。このように、筐体40に断熱部40eを設けることにより、ドライバIC33で発生した熱が放熱板50を介してヘッド本体20に伝わることを抑制することができる。
なお、図3は、液体吐出ヘッド8の構成の一例を示すものであり、図3に示した部材以外の部材をさらに含んでもよい。
<ヘッド本体の構成>
図4~図6を用いて、実施形態に係るヘッド本体20の構成について説明する。図4は、実施形態に係るヘッド本体20の拡大平面図である。図5は、図4に示す一点鎖線に囲まれた領域の拡大図である。図6は、図4に示すVI-VI線の断面図である。
図4に示すように、ヘッド本体20は、流路部材21と圧電アクチュエータ基板22とを有している。流路部材21は、供給マニホールド61と、複数の加圧室62と、複数の吐出孔63とを有している。
複数の加圧室62は、供給マニホールド61に繋がっている。複数の吐出孔63は、複数の加圧室62にそれぞれ繋がっている。
加圧室62は、流路部材21の第1面21a(図6参照)に開口している。また、流路部材21の第1面21aは、供給マニホールド61と繋がる開口61aを有している。そして、リザーバ23(図2参照)から、かかる開口61aを介して流路部材21の内部に液体が供給される。
図4の例において、ヘッド本体20は、流路部材21の内部に4つの供給マニホールド61が位置している。供給マニホールド61は、流路部材21の長手方向(すなわち、主走査方向)に沿って延びる細長い形状を有しており、その両端において、流路部材21の第1面21aに供給マニホールド61の開口61aが形成されている。
流路部材21には、複数の加圧室62が2次元的に広がって形成されている。図5に示すように、加圧室62は、角部にアールが施されたほぼ菱形の平面形状を有する中空の領域である。加圧室62は、流路部材21の第1面21aに開口しており、かかる第1面21aに圧電アクチュエータ基板22が接合されることによって閉塞されている。
加圧室62は、長手方向に配列された加圧室行を構成する。加圧室行の加圧室62は、近隣する2行の加圧室行の間において千鳥状に配置されている。そして、1つの供給マニホールド61に繋がっている4行の加圧室行によって、1つの加圧室群が構成されている。図4の例では、流路部材21がかかる加圧室群を4つ有している。
また、各加圧室群内における加圧室62の相対的な配置は同じになっており、各加圧室群は長手方向にわずかにずれて配置されている。
吐出孔63は、流路部材21のうち供給マニホールド61と対向する領域を避けた位置に配置されている。すなわち、流路部材21を第1面21a側から透過視した場合に、吐出孔63は、供給マニホールド61と重なっていない。
さらに、平面視して、吐出孔63は、圧電アクチュエータ基板22の搭載領域に収まるように配置されている。このような吐出孔63は、1つの群として圧電アクチュエータ基板22とほぼ同一の大きさおよび形状の領域を占有している。
そして、対応する圧電アクチュエータ基板22の変位素子70(図6参照)を変位させることにより、吐出孔63から液滴が吐出される。
図6に示すように、流路部材21は、複数のプレートが積層された積層構造を有している。これらのプレートは、流路部材21の上面から順に、キャビティプレート21A、ベースプレート21B、アパーチャ(しぼり)プレート21C、サプライプレート21D、マニホールドプレート21E、21F、21G、カバープレート21Hおよびノズルプレート21Iである。
プレートには、多数の孔が形成されている。プレートの厚さは、10μm~300μm程度である。これにより、孔の形成精度を高くすることができる。プレートは、これらの孔が互いに連通して所定の流路を構成するように、位置合わせして積層されている。
流路部材21において、供給マニホールド61と吐出孔63との間は、個別流路64で繋がっている。供給マニホールド61は、流路部材21内部の第2面21b側に位置しており、吐出孔63は、流路部材21の第2面21bに位置している。
個別流路64は、加圧室62と、個別供給流路65とを有している。加圧室62は、流路部材21の第1面21aに位置しており、個別供給流路65は、供給マニホールド61と加圧室62とを繋ぐ流路である。
また、個別供給流路65は、他の部分よりも幅の狭いしぼり66を含んでいる。しぼり66は、個別供給流路65の他の部分よりも幅が狭いため、流路抵抗が高い。このように、しぼり66の流路抵抗が高いとき、加圧室62に生じた圧力は、供給マニホールド61に逃げにくい。
圧電アクチュエータ基板22は、圧電セラミック層22A、22Bと、共通電極71と、個別電極72と、接続電極73と、ダミー接続電極74と、表面電極75(図4参照)とを有している。
また、圧電アクチュエータ基板22では、圧電セラミック層22A、共通電極71、圧電セラミック層22B、および個別電極72がこの順に積層されている。
圧電セラミック層22A、22Bは、いずれも複数の加圧室62を跨ぐように流路部材21の第1面21a上に延在している。圧電セラミック層22A、22Bは、それぞれ20μm程度の厚さを有している。圧電セラミック層22A、22Bは、たとえば、強誘電性を有しているチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)系のセラミックス材料で構成されている。
共通電極71は、圧電セラミック層22Aおよび圧電セラミック層22Bの間の領域に面方向のほぼ全面にわたって形成されている。すなわち、共通電極71は、圧電アクチュエータ基板22に対向する領域内の全ての加圧室62と重なっている。
共通電極71の厚さは、2μm程度である。共通電極71は、たとえば、Ag-Pd系などの金属材料で構成されている。
個別電極72は、本体電極72aと、引出電極72bとを含んでいる。本体電極72aは、圧電セラミック層22B上のうち加圧室62と対向する領域に位置している。本体電極72aは、加圧室62よりも一回り小さく、加圧室62とほぼ相似な形状を有している。
引出電極72bは、本体電極72aから加圧室62と対向する領域外に引き出されている。個別電極72は、たとえば、Au系などの金属材料で構成されている。
接続電極73は、引出電極72b上に位置し、厚さが15μm程度で凸状に形成されている。また、接続電極73は、フレキシブル基板31(図3参照)に設けられた電極と電気的に接続されている。接続電極73は、たとえばガラスフリットを含む銀-パラジウムで構成されている。
ダミー接続電極74は、圧電セラミック層22B上に位置しており、個別電極72などの各種電極と重ならないように位置している。ダミー接続電極74は、圧電アクチュエータ基板22とフレキシブル基板31とを接続し、接続強度を高めている。
また、ダミー接続電極74は、圧電アクチュエータ基板22と、圧電アクチュエータ基板22との接触位置の分布を均一化し、電気的な接続を安定させる。ダミー接続電極74は、接続電極73と同等の材料で構成されるとよく、接続電極73と同等の工程で形成されるとよい。
図4に示す表面電極75は、圧電セラミック層22B上において、個別電極72を避ける位置に形成されている。表面電極75は、圧電セラミック層22Bに形成されたビアホールを介して共通電極71と繋がっている。
これにより、表面電極75は接地され、グランド電位に保持されている。表面電極75は、個別電極72と同等の材料で構成されるとよく、個別電極72と同等の工程で形成されるとよい。
複数の個別電極72は、個別に電位を制御するために、それぞれがフレキシブル基板31および配線を介して、個別に制御部14(図1参照)に電気的に接続されている。そして、個別電極72と共通電極71とを異なる電位にして、圧電セラミック層22Aの分極方向に電界を印加すると、かかる圧電セラミック層22A内の電界が印加された部分が、圧電効果により歪む活性部として動作する。
すなわち、圧電アクチュエータ基板22では、個別電極72、圧電セラミック層22Aおよび共通電極71における加圧室62に対向する部位が、変位素子70として機能する。
そして、かかる変位素子70がユニモルフ変形することにより、加圧室62が押圧され、吐出孔63から液体が吐出される。
続いて、実施形態に係る液体吐出ヘッド8の駆動手順について説明する。あらかじめ、個別電極72を共通電極71よりも高い電位(以下、高電位と表記する)にしておく。そして、吐出要求があるごとに個別電極72を共通電極71と一旦同じ電位(以下、低電位と表記する)とし、その後、所定のタイミングでふたたび高電位とする。
これにより、個別電極72が低電位になるタイミングで、圧電セラミック層22A、22Bが元の形状に戻り、加圧室62の容積が、初期状態すなわち高電位の状態よりも増加する。
この際、加圧室62内には負圧が与えられることから、供給マニホールド61内の液体が加圧室62の内部に吸い込まれる。
その後、ふたたび個別電極72を高電位にしたタイミングで、圧電セラミック層22A、22Bは、加圧室62側へ凸となるように変形する。
すなわち、加圧室62の容積が減少することにより、加圧室62内の圧力が正圧となる。これにより、加圧室62内部の液体の圧力が上昇し、吐出孔63から液滴が吐出される。
つまり、制御部14は、吐出孔63から液滴を吐出させるため、ドライバIC33を用いて、高電位を基準とするパルスを含む駆動信号を個別電極72に供給する。このパルスの幅は、しぼり66から吐出孔63まで圧力波が伝播する時間長さであるAL(Acoustic Length)とすればよい。
これにより、加圧室62の内部が負圧状態から正圧状態に反転するときに両者の圧力が合わさり、より強い圧力で液滴を吐出させることができる。
また、階調印刷においては、吐出孔63から連続して吐出される液滴の数、すなわち、液滴吐出回数で調整される液滴量(体積)で階調表現が行われる。このため、指定された階調表現に対応する回数の液滴吐出を、指定されたドット領域に対応する吐出孔63から連続して行う。
一般に、液体吐出を連続して行う場合は、液滴を吐出させるために供給するパルスとパルスとの間隔をALとしてもよい。これにより、先に吐出された液滴を吐出させるときに発生した圧力の残余圧力波と、後に吐出させる液滴を吐出させるときに発生する圧力の圧力波との周期が一致する。
そのため、残余圧力波と圧力波とが重畳して液滴を吐出するための圧力を増幅させることができる。なお、この場合、後から吐出される液滴の速度が速くなり、複数の液滴の着弾点が近くなる。
<リザーバの詳細>
図7~図10を用いて、実施形態に係るリザーバ23の詳細について説明する。図7及び図8は、実施形態に係るリザーバ23の外観構成を示す斜視図である。図9は、図8に示すIX-IX線の断面図である。図10は、実施形態に係るリザーバ23に穴埋め部材100を配置した状態の外観構成を示す斜視図である。
図7に示すように、リザーバ23は、リザーバ23の長手方向に沿って設けられた1対のスリット部23bを有する。スリット部23bは、ほぼ四角形の断面形状を有する溝状の空隙である。スリット部23bは、リザーバ23の上面においてほぼ四角形の平面形状で開口しており、リザーバ23の外部と、リザーバ23の内部に形成された中空の内部領域23c(図9参照)との間を連通している。例えば、スリット部23bは、切削手段等により、リザーバ23の厚み方向に沿って鉛直にリザーバ23を穿設することにより形成できる他、予め用意された所定の型枠等を用いることによりリザーバ23と一体的に成型することにより形成することもできる。
図7では、リザーバ23にスリット部23bが複数設けられる例を示すが、この例には特に限定される必要はない。また、図7は、リザーバ23に設けられるスリット部23bの形状の一例を示すものであり、図7に示す例に特に限定される必要なく、スリット部23bの形状についても必要に応じて適宜変更できる。
また、図8に示すように、スリット部23bには、リザーバ23の内部から上方に引き出されたフレキシブル基板31が挿通されている。また、図9に示すように、スリット部23bは、フレキシブル基板31と圧電アクチュエータ基板22とが電気的に接続されている領域である電極部24に直通している。
また、図7~図9に示すようなスリット部23bを有するリザーバ23には、図10に示すように、スリット部23bに対して、スリット部23bを穴埋めするための穴埋め部材100が配置される。そして、リザーバ23は、スリット部23bに穴埋め部材100が配置されており、穴埋め部材100上に封止樹脂(図示略)が配置される。
<穴埋め部材の配置状態>
図11~図16を用いて、実施形態に係る穴埋め部材100の配置状態について説明する。図11及び図12は、実施形態に係る穴埋め部材100の外観構成を示す斜視図である。図13は、図10に示すXIII-XIII線の断面図である。図14は、図10に示すXIV-XIV線の断面図である。図15は、実施形態に係る封止確認の説明図である。図16は、実施形態に係る部品配置の一例を示す図である。
図11に示すように、穴埋め部材100は、長手方向に沿って対向する1対の脚部101,102を備える。図13に示すように、脚部101,102は、スリット部23bに挿入される部分であり、スリット部23bの空隙を全体に渡って埋めることができ、スリット部23bに挿入可能な寸法で構成される。脚部101,102は、スリット部23bのそれぞれに位置する部位として機能する。
また、図11に示すように、穴埋め部材100は、長手方向に垂直な幅方向に沿って、脚部101,102の一方の端部に架設された連結部103と、脚部101,102の他方の端部に架設された連結部104とを備える。
このように、穴埋め部材100は、スリット部23bの数、形状、並びにサイズに合わせて、スリット部23bに挿入される脚部101,102と、脚部101,102を連結する連結部103,104とを備えた構造を有する。穴埋め部材100が有する構造は、製造時の加工が比較的容易である。
また、図13に示す連結部103の下面103US、並びに図14に示す連結部104の下面104USは、脚部101,102のそれぞれがスリット部23bに完全に挿入されたときに、リザーバ23の上面23TSとそれぞれ当接する。これにより、スリット部23bに配置された穴埋め部材100の姿勢を安定させる。
また、図13及び図14に示すように、リザーバ23は、スリット部23bに穴埋め部材100を配置した後、スリット部23bに樹脂(封止樹脂)200を塗布することにより、封止される。このように、実施形態によれば、スリット部23bに穴埋め部材100を配置するので、スリット部23bの全体を樹脂200により封止する場合に比べて、スリット部23bを封止するための樹脂量を削減できる。
また、スリット部23bに簡便に配置可能な穴埋め部材100を用いることにより、スリット部23bの全体をはじめから樹脂200で封止するよりも、スリット部23bを封止するための工程のタクトタイムを短くすることができる。
また、図11に示す脚部101の上面101aは、鉛直上向きに円弧状に盛り上がった滑らかな凸構造を有する。同様に、図11に示す脚部102の上面102aも、鉛直上向きに円弧状に盛り上がった滑らかな凸構造を有する。これにより、スリット部23bを樹脂200で封止することが容易となる。
また、図11に示す脚部101の下面101bは、断面視したときに、鉛直下向きに円弧状に盛り上がった滑らかな凸構造を有する。同様に、図11に示す脚部102の下面102bも、下部に円弧状に盛り上がった滑らかな凸構造を有する。これにより、スリット部23bへの穴埋め部材100の挿入を容易とする。また、脚部101,102が有する凸構造は、スリット部23bに塗布した樹脂200が、穴埋め部材100とスリット部23bとの隙間からリザーバ23の内部領域23c(図7参照)へ漏れ出した場合に、電極部24への流れ込みを防止するトラップとして機能する。すなわち、穴埋め部材100とスリット部23bとの隙間から漏れ出た樹脂200が、脚部101,102の滑らかな凸構造の表面をつたって移動しやすくなる。この結果、電極部24への流れ込む前に固化させる可能性を高めることができる。
また、スリット部23bを樹脂200で封止する前に、穴埋め部材100をスリット部23bに配置しておくことにより、固化する前の樹脂200が電極部24(図9参照)に流れ込むことを防止でき、動作不良の発生を回避できる。
また、穴埋め部材100は、穴埋め部材100がスリット部23bに配置された時に、脚部101の上面101a及び脚部102の上面102aが、リザーバ23の上面23TSよりも低くなるように構成されている(図13参照)。これにより、スリット部23bからはみ出さないように樹脂200を塗布することが容易となる。
また、スリット部23bに樹脂200を塗布する際、例えば、図16に示すように、樹脂200の上面200TSが、リザーバ23の上面23TS(天面)よりも低くなるように塗布することもできる。これにより、リザーバ23の上面23TS(天面)を各種部品の配置領域として利用できる。例えば、図16に示すように、リザーバ23に液体タンク25を設ける場合には、液体の温度を制御するためのヒーター300の配置領域をリザーバ23の上面23TS(天面)に確保できる。
また、フレキシブル基板31は、スリット部23bに配置された穴埋め部材100の外側から引き出される(図13,図14参照)。すなわち、穴埋め部材100によってフレキシブル基板31が仮止めされた状態となり、フレキシブル基板31の動きを拘束できる。これにより、フレキシブル基板31が動くことにより、フレキシブル基板31と圧電アクチュエータ基板22とが電気的に接続されている領域である電極部24に対して過度なストレスを与えることを防止できる。
また、図12に示すように、連結部104の下面104USには、流路104aと、流路出口104bとが設けられている。図14に示すように、流路104aは、穴埋め部材100をスリット部23bに配置した状態で、流路出口104bと、スリット部23bの内部領域23cとの間を連通する。また、流路出口104bは、連結部104の幅方向の中央付近に設けられる。
このように、穴埋め部材100に流路104aと流路出口104bとを設けることにより、スリット部23bが完全に封止されているかを確認することができる。例えば、スリット部23bに穴埋め部材100を配置し、樹脂200により封止した後、図15に示すように、流路出口104bから空気を注入することによって、スリット部23bが完全に封止されているかを確認することができる。
また、流路出口104bは、連結部104の幅方向の中央付近に設けられるので、封止確認を行う際の作業が容易となる。また、連結部104の下面104USがリザーバ23の上面23TSと当接したときに、連結部104と下面104USがリザーバ23の上面23TSと間の密閉性を高めることができる。
また、封止確認の作業後に、流路出口104bを樹脂200により封止することにより、スリット部23bの封止性を高めることができる。
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
例えば、図7では、リザーバ23にスリット部23bが複数設けられる例を示すが、この例には特に限定される必要はない。また、図7に示すスリット部23bの形状は、図7に示す例に特に限定される必要なく、スリット部23bの形状についても必要に応じて適宜変更できる。
また、本出願の開示する実施形態は、発明の要旨及び範囲を逸脱しない範囲で変更することができる。さらに、本出願の開示する実施形態は、適宜組み合わせることができる。例えば、上記の実施形態は、以下のように変形してもよい。
図17は、変形例に係る断面図である。図17に示すように、フレキシブル基板31をスリット部23b(図7、図8、図10等参照)から引き出した状態で、スリット部23bに穴埋め部材100を配置した後、フレキシブル基板31の外側及び内側に樹脂200を塗布して、樹脂封止するようにしてもよい。
また、以下に説明するように、上記実施形態で説明した穴埋め部材100の形状を変更してもよい。図18は、変形例に係る穴埋め部材を配置した状態の外観構成を示す斜視図である。
図18に示すように、変形例に係る穴埋め部材400は、リザーバ23が有する1対のスリット部23bを塞ぐように、スリット部23bの各々に配置される。穴埋め部材400は、スリット部23bの形状に沿った棒状である。図19は、変形例に係る穴埋め部材の側面図である。図20は、変形例に係る穴埋め部材の外観を俯瞰した斜視図である。図21は、変形例に係る穴埋め部材の端部を拡大して示す部分拡大図である。図22は、図18に示すXXII-XXII線の断面を拡大して示す部分拡大図である。なお、以下の説明では、実質的に同一の部位の各々を特に区別する必要がない場合、例えば、爪部ST_400や、切欠き部NT_400や、天面SF_400などのように、同一符号のみを付して、特に区別することなく説明する。
図19~図21に示すように、穴埋め部材400は、部材の長手方向に断面が略半円状に上部に向かって盛り上がった凸状構造部HBP_400を有する。これにより、スリット部23bに穴埋め部材400を配置した後、樹脂封止が容易となる。また、スリット部23bに樹脂が充填されやすくなる結果、スリット部23bの剛性の向上が期待できる。
また、図19~図21に示すように、穴埋め部材400の一方の端部に爪部ST1_400が設けられ、穴埋め部材400の他方の端部に爪部ST2_400が設けられる。穴埋め部材400は、スリット部23bの長手方向の両端部において、爪部ST_400がスリット部23bに埋没することなくリザーバ23bの天面23TSに引っ掛かることにより、所定の位置に支持される。爪部ST_400が設けられることにより、穴埋め部材400がスリット部23bに埋没することを防止できる。また、穴埋め部材400を適切な位置に位置決めできる。
また、図19~図21に示すように、穴埋め部材400の一方の端部に、爪部ST1_400から連なる切欠き部NT1_400が設けられ、他方の端部に爪部ST2_400から連なる切欠き部NT2_400が設けられる。切欠き部NT_400が設けられることにより、封止樹脂を穴埋め部材400の周囲に行き渡らせることが可能となる。
また、図19又は図21に示すように、穴埋め部材400は、穴埋め部材400の断面方向において、爪部ST1_400と凸状構造部HBP_400とを連結する連結部の天面SF1_400の位置が、爪部ST1_400及び凸状構造部HBP_400の天面よりも低い構造となっている。同様に、爪部ST2_400と凸状構造部HBP_400とを連結する箇所の天面SF2_400の高さが、爪部ST2_400及び凸状構造部HBP_400よりも低い構造となっている。
また、穴埋め部材400がスリット部23bに配置されたときに、爪部ST_400と凸状構造部HBP_400とを連結する箇所の天面SF_400が、リザーバ23の天面TSよりも低い位置に位置付けられる。具体例を示せば、図22に示すように、リザーバ23の断面方向において、爪部ST1_400と凸状構造部HBP_400とを連結する箇所の天面SF1_400の位置は、リザーバ23の天面23TSの位置よりも低くなる。また、穴埋め部材400が有する連結部の天面SF_400は、スリット部23bに塗布される樹脂が搭載される面となる。これにより、スリット部23bに塗布する樹脂をスリット部23bからはみ出すことなく塗布することができる。また、リザーバ23の上面(天面)に部品を配置するスペースを確保できる。
1 プリンタ
4 塗布機
6 搬送ローラ
7 フレーム
8 液体吐出ヘッド
10 乾燥機
14 制御部
20 ヘッド本体
21 流路部材
22 圧電アクチュエータ基板
23 リザーバ
23a 開口
23b スリット部
23c 内部領域
24 電極部
25 液体タンク
31 フレキシブル基板
32 配線基板
33 ドライバIC
63 吐出孔
100、400 穴埋め部材
101、102 脚部
103、104 連結部
200 樹脂
300 ヒーター
P 印刷用紙

Claims (14)

  1. フレキシブル基板が引き出されたスリット部を有するリザーバを備え、
    前記スリット部は、穴埋め部材が配置されており、前記穴埋め部材上に封止樹脂が配置され
    前記穴埋め部材の内部に、外部と連通する流路が設けられ
    液滴吐出ヘッド。
  2. 前記穴埋め部材の上面は、
    前記スリット部に前記穴埋め部材が配置された時に、前記リザーバの上面よりも低くなるような構造を有する請求項1に記載の液滴吐出ヘッド。
  3. 前記穴埋め部材の上面は、
    凸状に形成されている請求項1または2に記載の液滴吐出ヘッド。
  4. 前記穴埋め部材の下面は、
    凸状に形成されている請求項1~3のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッド。
  5. フレキシブル基板が、
    前記スリット部に配置された前記穴埋め部材の外側から引き出される
    請求項1~4のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッド。
  6. 前記スリット部に塗布される樹脂の上面が、前記リザーバの天面よりも低い
    請求項1~5のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッド。
  7. 前記リザーバは、前記スリット部を複数有する
    請求項1~6のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッド。
  8. 前記リザーバは、前記スリット部を複数有しており、
    前記穴埋め部材が、前記スリット部のそれぞれに位置する部位と、前記部位を連結する連結部と、を有しており、
    前記流路の出口が、前記穴埋め部材の連結部に設けられる
    請求項に記載の液滴吐出ヘッド。
  9. 前記流路の出口は、封止樹脂により封止される
    請求項に記載の液滴吐出ヘッド。
  10. フレキシブル基板が引き出されたスリット部を有するリザーバを備え、
    前記スリット部は、穴埋め部材が配置されており、前記穴埋め部材上に封止樹脂が配置され、
    前記穴埋め部材は、前記スリット部の形状に沿った棒状の部材であり、部材の長手方向に断面が上部に向かって盛り上がった凸状構造部を有する
    滴吐出ヘッド。
  11. 前記穴埋め部材は、前記穴埋め部材が前記スリット部に配置されたときに前記穴埋め部材を支持する爪部を両端部に有する
    請求項10に記載の液滴吐出ヘッド。
  12. 前記穴埋め部材は、前記爪部から連なる切欠き部を両端部に有する
    請求項11に記載の液滴吐出ヘッド。
  13. 前記穴埋め部材は、前記凸状構造部と前記爪部とを連結する連結部の天面が前記リザーバの天面よりも低くなるような構造を有する
    請求項12に記載の液滴吐出ヘッド。
  14. 請求項1~13のいずれか1項に記載の液滴吐出ヘッドを備える記録装置。
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