JP6314057B2 - 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 - Google Patents
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Description
本発明に係る液体噴射ヘッドは、第1方向に沿って延在するとともに、液体が充填される噴射チャネル及び液体が充填されないダミーチャネルが、第1方向に直交する第2方向に間隔をあけて交互に並設されてなるチャネル列が配設されたアクチュエータプレートと、前記噴射チャネルの内面に形成された個別電極と、前記アクチュエータプレートの一方の主面上で前記個別電極に接続された個別配線と、前記ダミーチャネルの内面に形成された共通電極と、前記一方の主面上で前記共通電極に接続された共通配線と、を備え、前記個別配線は、前記アクチュエータプレートのうち、前記チャネル列に対して第1方向の一端側に位置する尾部で外部配線の個別電極用配線に接続され、前記共通配線は、前記ダミーチャネルから第1方向の一端側に向けて各別に引き出された引き出し部と、前記尾部のうち前記個別配線よりも第1方向の一端側に位置する部分で第2方向に沿って延在するとともに、前記引き出し部がまとめて接続された集合部と、前記集合部に接続されるとともに、前記外部配線の共通電極用配線に接続されるパッド部と、を有し、前記尾部のうち、前記アクチュエータプレートを厚さ方向から見た平面視で、少なくとも前記集合部と前記個別電極用配線との交差部分には、両者間を離間させる絶縁部が配設されていることを特徴とする。
この構成によれば、個別電極用配線と共通配線(集合部)との間に第1絶縁膜が介在することになるので、両者間の短絡を確実に抑制できる。
この構成によれば、個別電極用配線と共通配線(集合部)との間を確実に離間させることができ、両者間の短絡を抑制できる。
この構成によれば、絶縁化凹部が個別配線と共通配線(集合部)との間を遮ることで、例えば無電解めっき等により共通化凹部の内面全体に集合部を形成した場合であっても、個別配線と共通配線(集合部)との間の短絡を抑制できる。この場合、共通化凹部の内面全体に集合部を形成することで、共通配線のインピーダンスを低下させることができる。
この構成によれば、浅溝部の深さが、噴射チャネルの深さの半分以下になっているため、例えば斜め蒸着法等により各電極や配線を成膜する場合において、浅溝部の内面全体に共通配線となる電極材料を成膜することができる。これにより、浅溝部の内面を介してダミーチャネル内の共通電極と共通配線を確実に導通させることができる。
この構成によれば、パッド部が個別配線と第1方向で同等の位置に配置されているため、外部配線と個別配線及び共通配線との接続作業をより簡単に行うことができ、製造効率の更なる向上を図ることができる。
この構成によれば、液体を介して各電極が短絡するのを抑制できるため、水性インク等の導電性を有するインクを用いる等、汎用性を向上させることができる。
この構成によれば、上記本発明に係る液体噴射ヘッドを備えているため、信頼性の高い液体噴射装置を提供できる。
[プリンタ]
図1はプリンタ1の概略構成図である。
図1に示すように、本実施形態のプリンタ1は、紙等の記録紙(被記録媒体)Pを搬送する一対の搬送手段(移動機構)2,3と、インクが収容されたインクタンク4と、記録紙Pに液滴状のインクを吐出するインクジェットヘッド(液体噴射ヘッド)5と、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インク循環手段6と、インクジェットヘッド5を記録紙Pの搬送方向(以下、X方向とする)と直交する方向(記録紙Pの幅方向、以下、Y方向とする)に走査させる走査手段(移動機構)7と、を備えている。なお、図中Z方向はX方向及びY方向と直交する高さ方向を示す。
図1、図2に示すように、インク循環手段6は、インクジェットヘッド5にインクを供給するインク供給管21、及びインクジェットヘッド5からインクを排出するインク排出管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。なお、インク供給管21及びインク排出管22は、インクジェットヘッド5を支持する走査手段7の動作に対応可能な可撓性を有するフレキシブルホースからなる。
吸引ポンプ25は、インク排出管22内を減圧し、インクジェットヘッド5の後述する出口側共通インク室91a,91b(図3参照)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。そして、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を介して循環可能となっている。
次に、上述したインクジェットヘッド5について詳述する。なお、インクジェットヘッド5Y,5M,5C,5Bは、供給されるインクの色以外は何れも同一の構成からなるため、以下の説明では、まとめてインクジェットヘッド5として説明する。
図3はインクジェットヘッド5の分解斜視図、図4はノズルプレート51を取り外した状態におけるインクジェットヘッド5の底面図である。
図3、図4に示すように、各インクジェットヘッド5は、後述する吐出チャネル71における延在方向(Y方向(第1方向))の中央部からインクを吐出する、いわゆるサイドシュートタイプのうち、インクタンク4との間でインクを循環させる循環式のインクジェットヘッド5である。また、本実施形態のインクジェットヘッド5は、複数のノズル孔(噴射孔)85,86からなるノズル列87,88が二列に亘って形成された二列タイプのインクジェットヘッド5である。
図5は図4のV−V線に相当する断面図、図6は図4のVI−VI線に相当する断面図である。
図5、図6に示すように、アクチュエータプレート52は、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)等の圧電材料で形成され、その分極方向が厚さ方向(Z方向)に沿って一方向に設定されている。このアクチュエータプレート52には、X方向(第2方向)に間隔をあけて並設された複数のチャネル71,72からなるチャネル列(第1チャネル列63及び第2チャネル列64)が2列配設されている。なお、以下の説明では、主に第1チャネル列63について説明し、第2チャネル列64における第1チャネル列63と対応する箇所には同一の符号を付して説明を省略する。
図3、図6に示すように、吐出チャネル71は、X方向から見た側面視において、Z方向の一端側に向けて凸の湾曲形状を呈している。具体的に、吐出チャネル71は、Y方向の両端部から中央部に向かうに従いZ方向の一端側に向けて湾曲しながら延びる切り上がり部66と、各切り上がり部66間に位置する中間部67と、を有している。吐出チャネル71は、中間部67を通してアクチュエータプレート52におけるZ方向の一端側に位置する第1主面52a上に開口し、切り上がり部66及び中間部67を通してZ方向の他端側に位置する第2主面52b上に開口している。すなわち、アクチュエータプレート52において、吐出チャネル71の中間部67に位置する部分は、Z方向に貫通している。
また、図6、図7に示すように、アクチュエータプレート52の後述する第1尾部70Aのうち、ダミーチャネル72に対してY方向の外側(一端側)に位置する部分には、浅溝部77が形成されている。浅溝部77は、Y方向の内側端部がダミーチャネル72内に連通し、Y方向の外側端部がアクチュエータプレート52のY方向における外側端面で開口している。なお、浅溝部77の深さは、後述する製造工程において、浅溝部77の底面まで蒸着可能な深さになっており、本実施形態では吐出チャネル71の半分以下程度になっている。
一方、図4、図6に示すように、各チャネル列63,64におけるダミーチャネル72のY方向の内側端部同士は、Z方向の一端部(第1主面52a側)において、X方向から見て互いに重なり合っている。この場合、アクチュエータプレート52の第1主面52a上において、各チャネル列63,64のダミーチャネル72同士がX方向で重なり合う領域は、ダミー側ラップ領域R2を構成している。
集合部93は、上述した共通化凹部78の底面上(尾部70A,70Bのうち、上述した個別配線74よりもY方向の外側に位置する部分)の全体に亘って形成され、各引き出し部92及びパッド部94にまとめて接続されている。すなわち、共通化凹部78の立ち上り面上には、集合部93等の電極は形成されていない。したがって、共通化凹部78の立ち上り面を介して共通配線76(集合部93)と、個別配線74と、が分離している。
共通電極用配線83は、共通配線76のパッド部94に接続され、パッド部94を介して各共通電極75を基準電位GNDとする。
このように、本実施形態において、各チャネル列63,64の個別電極73は、対応するフレキシブルプリント基板80,81の個別電極用配線82に各別に接続されている。一方、共通電極75は、共通配線76の各パッド部94を介して各フレキシブルプリント基板80,81に接続されている。
図3に示すように、ノズルプレート51は、厚みが50μm程度のポリイミド等のフィルム材からなり、アクチュエータプレート52の第1主面52a上に接着されている。なお、ノズルプレート51は、Y方向における幅がアクチュエータプレート52よりも狭くなっており、アクチュエータプレート52におけるY方向の外側端部(尾部70A,70B)を露出させている。そして、アクチュエータプレート52のうち、ノズルプレート51から露出した部分に上述したフレキシブルプリント基板80,81がそれぞれ実装されている。
カバープレート53は、各チャネル列63,64を閉塞するようにアクチュエータプレート52の第2主面52b上に接着された板状とされている。
図3、図6に示すように、カバープレート53には、入口側共通インク室90及び出口側共通インク室(第1出口側共通インク室91a、及び第2出口側共通インク室91b)が形成されている。
第2出口側共通インク室91bは、第2チャネル列64の吐出チャネル71におけるY方向の外側端部とZ方向で対向する部分に形成されている。そして、第2出口側共通インク室91bは、第2チャネル列64の吐出チャネル71におけるY方向の外側端部において、第2チャネル列64の吐出チャネル71内にまとめて連通している。
次に、上述したように構成されたプリンタ1を利用して、記録紙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手段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。
そしてこの間に、各インクジェットヘッド5より4色のインクを記録紙Pに適宜吐出させることで、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サイドシュートタイプのうち、循環式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、入口側共通インク室90を通り、各チャネル列63,64の吐出チャネル71内に供給される。また、各吐出チャネル71内のインクは、各出口側共通インク室91a,91b内に流入し、その後インク排出管22に排出される。インク排出管22に排出されたインクは、インクタンク4に戻された後、再びインク供給管21に供給される。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。
なお、本実施形態におけるインクを吐出チャネル71の内部に循環させる動作と、吐出チャネル71からインクを吐出する動作は、個別に実施しても、同時に実施しても構わない。
次に、上述したインクジェットヘッド5の製造方法について説明する。なお、以下の説明では、アクチュエータプレート52の製造方法を主として説明する。図8はインクジェットヘッド5の製造方法を説明するためのフローチャートである。図9〜図21は、インクジェットヘッド5の製造方法を説明するための工程図であって、図9〜図15は図6に相当する断面図、図16〜図21は図5に相当する断面図である。
その後、図5〜図8に示すように、アクチュエータプレート52の第1主面52a上にノズルプレート51を接合する(ノズルプレート接合工程(S9))。
さらに、アクチュエータプレート52の尾部70A,70Bのうち、ノズルプレート51から露出した部分にフレキシブルプリント基板80,81を実装する。
以上により、本実施形態のインクジェットヘッド5が作製される。
この構成によれば、個別電極用配線82と共通配線76(集合部93)との間での短絡を抑制した上で、個別配線74及び引き出し部92を同一方向(チャネル列63,64に対してそれぞれY方向の外側)に引き出すことができる。これにより、従来のように例えば個別配線及び共通配線をチャネル列に対して互いに反対側に引き出す場合に比べて、配線パターンの簡素化を図ることができる。その結果、フレキシブルプリント基板80,81との接続作業を簡単に行うことができる等、製造効率の向上も図ることができる。
しかも、本実施形態では、共通配線76のパッド部94が個別配線74とY方向で同等の位置に配置されているため、フレキシブルプリント基板80,81と個別配線74及び共通配線76との接続作業をより簡単に行うことができ、製造効率の更なる向上を図ることができる。
また、浅溝部77の深さが、吐出チャネル71の深さの半分以下になっているため、斜め蒸着法等により各電極73,75や配線74,76を成膜する場合において、浅溝部77の内面全体に共通配線76となる電極材料を成膜することができる。これにより、浅溝部77の内面を介してダミーチャネル72内の共通電極75及び引き出し部92間や集合部93上を確実に導通させることができる。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態では、上述した各電極73,75や配線74,76を無電解めっきにより形成する点で、上述した第1実施形態と相違している。なお、以下の説明では、上述した第1実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図22は、第2実施形態におけるインクジェットヘッド105の図7に相当する斜視図である。
図22に示すように、本実施形態のインクジェットヘッド105において、アクチュエータプレート152は、分極方向がZ方向で異なる2枚の圧電基板を積層した積層基板とされている(いわゆる、シェブロン基板)。そして、各電極73,75のうち、個別電極73は吐出チャネル71の内面全体に亘って形成され、共通電極75はダミーチャネル72の内面全体に亘って形成されている。
図23に示すように、本実施形態の電極形成工程(S7)では、各電極73,75や配線74,76を無電解めっきにより形成する。電極形成工程(S7)では、まずアクチュエータプレート152及びカバープレート53の接合体のうち、各電極73,75や配線74,76の形成領域(マスク97の開口部から露出する領域)に対して触媒を付与する。具体的には、塩化第1錫水溶液に浸漬させ、接合体の表面に塩化第1錫を吸着させるセンシタイジング処理を行う。続いて、接合体を水洗等により軽く洗浄する。その後、接合体を、塩化パラジウム水溶液に浸漬させ、接合体の表面に塩化パラジウムを吸着させる。すると、接合体の表面に吸着した塩化パラジウムと、上述したセンシタイジング処理で吸着した塩化第1錫との間で酸化還元反応が生じることで、触媒として金属パラジウムが析出される(アクチベーティング処理)。
以上により、本実施形態のインクジェットヘッド105が作製される。
また、ノズル孔85,86の形状に関しても、円形に限定されるものではない。例えば、三角等の多角形状や、楕円形状や星型形状でも構わない。
また、上述した実施形態では、各チャネル列63,64間において、吐出チャネル71同士及びダミーチャネル72同士が半ピッチずれた千鳥状に配列された構成について説明したが、これに限られない。吐出チャネル71同士及びダミーチャネル72同士が、X方向で異なる位置に形成されていれば構わない。
さらに、吐出チャネルの延在方向の端部に臨むノズル孔からインクを吐出する、いわゆるエッジシュートタイプのインクジェットヘッドに本実施形態の構成を採用しても構わない。
さらに、上述した実施形態では、パッド部94がチャネル列63,64に対してX方向の外側に配置された構成について説明したが、これに限らず、パッド部94の位置は個別配線74と交差しない位置であれば適宜設計変更が可能である。
また、上述した実施形態では、第1主面52a側からダミーチャネル72を形成し、第2主面52b側から吐出チャネル71を形成する構成について説明したが、これに限られない。
この構成によれば、インクを介して各電極73,75が短絡するのを抑制できるため、水性インク等の導電性を有するインクを用いる等、汎用性を向上させることができる。
2,3…搬送手段(移動機構)
5,5Y,5M,5C,5B,105…インクジェットヘッド(液体噴射ヘッド)
7…走査手段(移動機構)
51…ノズルプレート(噴射孔プレート)
52,152…アクチュエータプレート
52a…第1主面(一方の主面)
52b…第2主面(他方の主面)
63…第1チャネル列(チャネル列)
64…第2チャネル列(チャネル列)
70A,70B…尾部
71…吐出チャネル(噴射チャネル)
72…ダミーチャネル
73…個別電極
74…個別配線
75…共通電極
76…共通配線
78…共通化凹部(絶縁部)
80…第1フレキシブルプリント基板(外部配線)
81…第2フレキシブルプリント基板(外部配線)
82…個別電極用配線
85…第1ノズル孔(噴射孔)
86…第2ノズル孔(噴射孔)
92…引き出し部
93…集合部
94…パッド部
101…絶縁化凹部
103…絶縁膜(第1絶縁膜)
Claims (8)
- 第1方向に沿って延在するとともに、液体が充填される噴射チャネル及び液体が充填されないダミーチャネルが、第1方向に直交する第2方向に間隔をあけて交互に並設されてなるチャネル列が配設されたアクチュエータプレートと、
前記噴射チャネルの内面に形成された個別電極と、
前記アクチュエータプレートの一方の主面上で前記個別電極に接続された個別配線と、
前記ダミーチャネルの内面に形成された共通電極と、
前記一方の主面上で前記共通電極に接続された共通配線と、を備え、
前記個別配線は、前記アクチュエータプレートのうち、前記チャネル列に対して第1方向の一端側に位置する尾部で外部配線の個別電極用配線に接続され、
前記共通配線は、
前記ダミーチャネルから第1方向の一端側に向けて各別に引き出された引き出し部と、
前記尾部のうち前記個別配線よりも第1方向の一端側に位置する部分で第2方向に沿って延在するとともに、前記引き出し部がまとめて接続された集合部と、
前記集合部に接続されるとともに、前記外部配線の共通電極用配線に接続されるパッド部と、を有し、
前記尾部のうち、前記アクチュエータプレートを厚さ方向から見た平面視で、少なくとも前記集合部と前記個別電極用配線との交差部分には、両者間を離間させる絶縁部が配設されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 前記絶縁部は、前記尾部のうち、少なくとも前記交差部分を被覆する第1絶縁膜を有していることを特徴とする請求項1に記載の液体噴射ヘッド。
- 前記絶縁部は、前記尾部のうち、少なくとも前記交差部分が前記一方の主面に対して窪む共通化凹部を有し、
前記集合部は、前記共通化凹部を通して隣り合う前記引き出し部間に接続されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の液体噴射ヘッド。 - 前記絶縁部は、前記尾部のうち、前記個別配線と前記共通配線との間に位置する部分に形成された絶縁化凹部を備え、
前記絶縁化凹部は、前記共通化凹部に連なるとともに、前記個別配線と前記集合部との間を遮ることを特徴とする請求項3記載の液体噴射ヘッド。 - 前記アクチュエータプレートには、前記ダミーチャネル内に連通するとともに、前記ダミーチャネルから第1方向の一端側に向けて延びる浅溝部が形成され、
前記浅溝部は、深さが前記噴射チャネルの深さの半分以下になっていることを特徴とする請求項1から請求項4の何れか1項に記載の液体噴射ヘッド。 - 前記パッド部は、前記個別配線と第1方向で同等の位置に配置されていることを特徴とする請求項1から請求項5の何れか1項に記載の液体噴射ヘッド。
- 前記噴射チャネルの内面には、前記個別電極を被覆する第2絶縁膜が形成されていることを特徴とする請求項1から請求項6の何れか1項に記載の液体噴射ヘッド。
- 請求項1から請求項7の何れか1項に記載の液体噴射ヘッドと、
前記液体噴射ヘッドと被記録媒体とを相対的に移動させる移動機構と、を備えていることを特徴とする液体噴射装置。
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