JP6569195B2 - 液体吐出装置、及び、液体吐出装置の製造方法 - Google Patents

液体吐出装置、及び、液体吐出装置の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、液体吐出装置、及び、液体吐出装置の製造方法に関する。
特許文献1には、液体吐出装置として、ノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドが開示されている。このインクジェットヘッドは、複数のノズルが形成された合成樹脂製のノズルプレートと、複数のノズルに連通するインク流路が形成された金属製の流路形成板と、流路形成板に設けられた圧電素子を有する。インクジェットヘッドは、圧電素子により、インク流路内のインクに圧力を付与することで、ノズルからインクを吐出させる。
上記の特許文献1のインクジェットヘッドにおいて、合成樹脂製のノズルプレートの、複数のノズルの吐出口が配置されているインク吐出面には、吐出口の周囲にインク滴が付着することを防止するための撥インク膜が形成されている。また、ノズルプレートのインク吐出面には、ノズルの列を挟むように配置され、ノズル列方向に延びる2本の長い凸部(凸条部)が形成されている。この凸部により、紙ジャム等によって記録用紙が浮き上がった場合でも、記録用紙がノズルの吐出口に衝突することが抑制され、吐出口の縁や吐出口の周囲の撥インク膜に傷がつくことが防止される。
上記のノズルプレートは以下の工程で製造される。まず、ノズルプレートとなる合成樹脂の基板として、ポリイミド等の合成樹脂フィルムを準備する。この合成樹脂フィルムの一面に撥インク材を塗布して加熱乾燥させることで、撥インク膜を形成する。次に、撥インク膜が形成された合成樹脂フィルムに、レーザー加工で複数のノズルを形成する。次に、複数のノズルが形成された合成樹脂フィルム(ノズルプレート)を、流路孔が形成されている流路形成板に接合する。接合後、ノズルプレートの、撥インク膜が形成されたインク吐出面に金型を当て、熱プレスを行うことによって、インク吐出面に凸部を形成する。
特開2006−256165号公報
特許文献1では、合成樹脂製のノズルプレートに凸部が形成されており、凸部の材質も合成樹脂である。しかし、合成樹脂の凸部は強度が低いため、耐久性に劣る。即ち、凸部に繰り返し記録用紙が当たることで、凸部が徐々に削られてなくなってしまう。また、記録用紙が大きな力で凸部に衝突したときには、凸部が欠けてしまうこともある。
また、ノズルプレートとなる合成樹脂製の基板に熱プレスで凸部を形成しているが、熱プレス時に基板が加熱されることによって、成型時に基板が反ってしまう。この反りを抑えようとすると、基板に大きな変形を生じさせることは難しくなり、凸部の高さが小さいものとなってしまう。凸部の高さが小さいと、記録用紙が凸部を簡単に乗り越えてしまうため、吐出口の周囲を保護する効果は低くなる。
本発明の目的は、液体吐出面の、吐出口の近くに凸部が配置されて吐出口の周囲を確実に保護でき、また、凸部の耐久性にも優れた、液体吐出装置を提供することである。
課題を解決するための手段及び発明の効果
第1の発明の液体吐出装置は、所定のノズル配列方向に配列され、前記ノズル配列方向と直交する方向に並ぶ複数のノズル列を構成する複数のノズル、及び、前記複数のノズルに連通する液体流路が形成された流路構造体を備え、前記流路構造体は、前記複数のノズルが形成された金属製のノズルプレートであって、圧延によって形成された圧延材からなるノズルプレートを有し、前記ノズルプレートには、前記複数のノズルの吐出口が配置される液体吐出面から突出する複数の凸部が、前記複数のノズル列の間において、前記ノズル配列方向に沿って、前記複数のノズルと並んで配列され、前記複数の凸部は、前記ノズルプレートに対する前記液体吐出面とは反対側からのプレス加工によって、それぞれ頂部が丸みを帯びた形状に形成されており、前記複数の凸部は、前記ノズル配列方向と前記ノズル配列方向と直交する方向の、2つの方向に沿ってそれぞれ配列されており、前記ノズル配列方向における前記凸部の配列数と、前記ノズル配列方向と直交する方向における前記凸部の配列数とが異なっており、前記2つの方向のうちの前記凸部の配列数が多い方向が、前記ノズルプレートの圧延方向に沿っていることを特徴とするものである。
本発明では、金属製のノズルプレートには、このノズルプレートの液体吐出面から突出する複数の凸部が形成されている。これら複数の凸部は、複数のノズル列の間において、ノズル配列方向に沿って、複数のノズルと並んで配列されている。そのため、各ノズルの吐出口の周囲が、その近くに位置する凸部によって確実に保護される。
また、ノズルプレートに対して、液体吐出面とは反対側からのプレス加工が行われることによって、上記の複数の凸部がそれぞれ形成されている。凸部が金属材料で形成されていることから、凸部の強度が高くなり耐久性に優れる。また、プレス加工によって、金属製のノズルプレートを大きく変形させて、ノズルの近くに、液体吐出面から大きく突出した凸部を形成することが可能である。また、ノズルプレートが金属であるため、プレス加工時に金属材料が塑性変形することで、プレス成形後の凸部の形状が維持される。
さらに、凸部は、ノズルプレートがプレス加工によって局所的に屈曲変形した部分である。そのため、複数の凸部が一方向に配列されていると、その配列方向に沿ってノズルプレートが伸び縮みしやすい。また、複数の凸部が、ノズル配列方向とその直交方向の2つの方向にそれぞれ配列され、且つ、これら2つの方向で凸部の配列数が異なる場合、ノズルプレートは、凸部の配列数が多い方向に沿って伸び縮みしやすい。つまり、ノズルプレートは、凸部の配列数が多い方向に沿って反りやすいと言える。一方で、ノズルプレートが金属の圧延材である場合に、ノズルプレートはその圧延方向に引き伸ばされているために、圧延方向には伸び縮みしにくい。そこで、凸部の配列数が多い方向が、圧延方向に沿っていれば、凸部が形成されることによるノズルプレートの反りが抑制される。
第2の発明の液体吐出装置は、前記第1の発明において、前記ノズルプレートの圧延方向に沿って、前記複数のノズルが配列されていることを特徴とするものである。
ノズルプレートが、圧延工程を経て製造された金属の圧延材である場合は、凸部を形成するためのプレス加工時には、ノズルプレートを構成している金属材料が圧延方向に大きく押し広げられるため、ノズルプレートに形成される凸部は圧延方向に長い形状となりやすい。この場合に、凸部とノズルとが、ノズルプレートの圧延方向に並んでいるとすると、プレス加工の際に、ノズルプレートを構成する金属材料が圧延方向に押し広げられたときに、ノズルが形成される部分にも変形が及び、ノズルの形状が変わる、あるいは、ノズルの位置がずれるなどの影響が出る虞がある。この点、本発明では、ノズルの配列方向と凸部の配列方向が共に圧延方向であり、ノズルの列と凸部の列は、圧延方向と交差する方向に並んでいる。従って、プレス加工による凸部形成時に、ノズルプレートが圧延方向に大きく変形した場合でも、それが、ノズルへ及ぼす影響が小さくなる。
の発明の液体吐出装置は、前記第1又はの発明において、前記ノズルプレートは、部分的に厚みが薄くなった薄肉部を有し、前記ノズルプレートの前記薄肉部に、プレス加工が施されて前記凸部が形成されていることを特徴とするものである。
本発明では、ノズルプレートの薄肉部にプレス加工が行われて凸部が形成されるため、プレス加工による変形が、薄肉部と厚肉部との境界を越えて、厚肉部側に広がりにくく、変形が広がる範囲が限定される。そのため、プレス加工時における薄肉部の変形が、ノズルが形成される部分へ及ぼす影響を小さくすることができる。
の発明の液体吐出装置は、前記第の発明において、前記ノズルプレートの、前記液体吐出面とは反対側に凹部が形成され、前記ノズルプレートの前記凹部が形成された部分が、前記薄肉部であり、前記流路構造体は、前記複数のノズルと共通に連通する共通液室が形成された、液室形成部材を有し、前記ノズルプレートの、前記液体吐出面と反対側の面が、前記液室形成部材の、前記共通液室を区画する1つの壁部に接して配置され、前記液室形成部材の前記1つの壁部と、前記ノズルプレートの前記薄肉部との間に、空間が存在することを特徴とするものである。
本発明では、ノズルプレートに凹部が形成されることによって、このノズルプレートの薄肉部と、液室形成部材の共通液室を区画する1つの壁部との間に、空間が存在している。これにより、液室形成部材の前記1つの壁部が変形可能となる。従って、共通液室内に液体に圧力変動が生じたときに、前記壁部が変形することによって圧力変動を吸収することができる。つまり、本発明では、プレス加工で凸部を形成するための薄肉部形成と、共通液室の1つの壁部を変形可能とするための空間確保という、2つの目的のために、ノズルプレートに凹部が形成されている。
第6の発明の液体吐出装置は、前記第1〜第5の発明の何れかにおいて、前記複数の凸部は、それぞれ、前記ノズル配列方向に長い楕円形状を有することを特徴とするものである。
の発明の液体吐出装置の製造方法は、所定のノズル配列方向に配列され、前記ノズル配列方向と直交する方向に並ぶ複数のノズル列を構成する複数のノズル、及び、前記複数のノズルに連通する液体流路が形成された流路構造体を備えた、液体吐出装置の製造方法であって、前記流路構造体に含まれ、圧延によって形成された圧延材からなる、前記複数のノズルが形成される金属プレートに、前記複数のノズルの吐出口が配置される液体吐出面から突出する複数の凸部を、前記複数のノズル列の間において、前記ノズル配列方向に沿って、前記複数のノズルと並んで配列されるように形成する、凸部形成工程を備え、前記凸部形成工程において、前記金属プレートに対して前記液体吐出面とは反対側からプレス加工を行って、前記金属プレートに前記複数の凸部をそれぞれ頂部が丸みを帯びた形状に形成し、前記複数の凸部を、前記ノズル配列方向と前記ノズル配列方向と直交する方向の、2つの方向に沿ってそれぞれ配列し、前記ノズル配列方向における前記凸部の配列数と、前記ノズル配列方向と直交する方向における前記凸部の配列数とが異なり、前記2つの方向のうちの前記凸部の配列数が多い方向が、前記金属プレートの圧延方向に沿うようにすることを特徴とするものである。
本発明では、まず、複数のノズルが形成される金属プレートに、液体吐出面とは反対側からプレス加工を行うことによって、液体吐出面から突出する複数の凸部を形成する。各凸部は金属材料で形成されることから、凸部の強度が高くなり、耐久性に優れる。また、プレス加工によって、金属製のノズルプレートを大きく変形させて、ノズルの近くに、液体吐出面から大きく突出した凸部を形成することが可能である。また、プレス加工の際に、金属プレートを塑性変形させることで、プレス成形後に各凸部の形状が維持される。
の発明の液体吐出装置の製造方法は、前記第の発明において、前記金属プレートに、部分的に厚みが薄くなった薄肉部を形成する、薄肉部形成工程をさらに備え、前記凸部形成工程において、前記金属プレートの前記薄肉部にプレス加工を行うことにより、前記複数の凸部を形成することを特徴とするものである。
本発明では、金属プレートに薄肉部を形成し、この薄肉部にプレス加工を行って複数の凸部を形成する。金属プレートの薄肉部にプレス加工を行ったときには、プレス加工による変形が、薄肉部と厚肉部との境界を越えて厚肉部側に広がりにくいため、変形が広がる範囲が限定される。
の発明の液体吐出装置の製造方法は、前記第又は第の発明において、前記凸部形成工程において、前記金属プレートに対して、前記液体吐出面とは反対側からパンチを押し込んで前記凸部を形成し、前記パンチは、先端部に設けられた先細り状のテーパ部と、このテーパ部に連なるストレート部とを有し、前記パンチの前記テーパ部のみを前記金属プレートに押し込み、前記ストレート部まで押し込まないことを特徴とするものである。
本発明では、金属プレートにパンチを押し当てる際に、先細り状のテーパ部のみを金属プレートに押し込み、径の変化しないストレート部まで押し込まない。そのため、金属プレートに生じるせん断変形が小さく、金属プレートが破断してしまうことを防止できる。
の発明の液体吐出装置の製造方法は、前記第〜第の何れかの発明において、前記凸部形成工程において、前記プレス加工を行う際に加工油を使用しないことを特徴とするものである。
パンチを、テーパ部までしか押し込まないようにすることで、パンチと金属プレートとの間の摩擦は小さくなる。そのため、潤滑のための加工油を使用しない加工が可能となり、プレス加工後に、金属プレートに付着した加工油を洗い流す洗浄工程が不要となる。
第1の発明の液体吐出装置の製造方法は、前記第又は第の発明において、前記凸部形成工程において、前記金属プレートにストリッパーを設置せずに、前記金属プレートに対して、前記液体吐出面とは反対側からパンチを押し込んで前記凸部を形成することを特徴とするものである。
一般的なプレス加工では、プレス後のパンチをワークから確実に抜くためや、ワークの反りを防止するため等の目的で、ワークの、パンチを押し当てる側の面にストリッパーを設置することが多い。しかし、ワークとストリッパーとの間に異物を噛み込むと、その部分に打痕が生じることがある。この点、本発明では、金属プレートに対して、パンチのテーパ部までしか押し込まないため、金属プレートからパンチを容易に抜くことができ、また、プレス加工によって金属プレートに生じる反りも小さい。そこで、本発明では、第2プレートにストリッパーを設置しないようにすることで、金属プレートに打痕が生じることを防止する。
本実施形態のインクジェットプリンタの概略平面図である。 インクジェットヘッドの上面図である。 図2のA部拡大図である。 図3のIV-IV線断面図である。 インクジェットヘッドの下面図である。 インクジェットヘッドの製造工程を説明する図である。 変更形態のインクジェットヘッドの下面図である。 別の変更形態のインクジェットヘッドの下面図である。 別の変更形態のインクジェットヘッドの、図4相当の断面図である。 別の変更形態のインクジェットヘッドの、ノズルプレート周辺の断面図である。
次に、本発明の実施の形態について説明する。本実施形態は、液体吐出装置としてのインクジェットヘッドに本発明を適用した一例である。まず、インクジェットヘッドを備えたインクジェットプリンタの概略構成について説明する。図1は、本実施形態のインクジェットプリンタの概略平面図である。尚、以下では、図1の紙面手前側を上方、紙面向こう側を下方と定義して、適宜、「上」「下」の方向語を使用して説明する。図1に示すように、インクジェットプリンタ1は、プラテン2と、キャリッジ3と、インクジェットヘッド4と、搬送機構5と、メンテナンス機構6等を備えている。
プラテン2の上面には、被記録媒体である記録用紙100が載置される。キャリッジ3は、プラテン2と対向する領域において、2本のガイドレール10,11に沿って走査方向に往復移動可能である。キャリッジ3には無端ベルト14が連結され、キャリッジ駆動モータ15によって無端ベルト14が駆動されることで、キャリッジ3は走査方向に移動する。
インクジェットヘッド4はキャリッジ3に取り付けられており、キャリッジ3とともに走査方向に移動する。インクジェットヘッド4の、図1の紙面向こう側の面である下面には、複数のノズル44が形成されている。また、図1に示すように、プリンタ1のプリンタ本体1aにはホルダ9が設けられている。ホルダ9には、4色のインク(ブラック、イエロー、シアン、マゼンタ)がそれぞれ貯留された、4つのインクカートリッジ17が装着される。キャリッジ3に搭載されたインクジェットヘッド4とホルダ9は、図示しないチューブによって接続されている。そして、4つのインクカートリッジ17にそれぞれ貯留された4色のインクが、チューブを介してインクジェットヘッド4に供給される。インクジェットヘッド4は、キャリッジ3とともに走査方向に移動しつつ、その下面の複数のノズル44から、プラテン2に載置された記録用紙100に対して4色のインクを吐出する。
搬送機構5は、搬送方向にプラテン2を挟むように配置された2つの搬送ローラ18,19を有する。搬送機構5は、2つの搬送ローラ18,19によって、プラテン2に載置された記録用紙100を搬送方向に搬送する。
そして、インクジェットヘッド4が走査方向に移動しながら、複数のノズル44からインクを吐出する動作と、2つの搬送ローラ18,19が記録用紙100を搬送方向に所定量搬送する動作が、交互に繰り返されることで、記録用紙100に、画像や文字等が記録される。
メンテナンス機構6は、走査方向に関するキャリッジ3の移動範囲のうちの、プラテン2よりも右側の位置に配置されている。メンテナンス機構6は、キャップ20と、キャップ20に接続された吸引ポンプ21と、ワイパー22等を備える。
キャップ20は上下方向(図1の紙面垂直方向)に移動可能である。キャップ20は、キャリッジ3がこのキャップ20と対向する位置にあるときに上方に移動することで、インクジェットヘッド4の下面に密着して複数のノズル44を覆う。この状態で、吸引ポンプ21によりキャップ20内を減圧することで、複数のノズル44からそれぞれインクを強制的に排出する、吸引パージが実行される。このとき、インクジェットヘッド4内の塵や気泡、あるいは、乾燥により増粘したインクが、複数のノズル44から排出されるため、上記塵や気泡等に起因するノズル44の吐出不良が解消される。
ワイパー22は、ゴム材料などの弾性材料で形成された薄板状の部材であり、走査方向においてキャップ20に隣接した位置に立設されている。上記の吸引パージが行われた後の状態では、インクジェットヘッド4の下面にはインクが付着している。そこで、吸引パージ後に、キャップ20がインクジェットヘッド4の下面から離れた状態で、キャリッジ3を走査方向に移動させる。このとき、ワイパー22は、インクジェットヘッド4の下面に接触した状態でインクジェットヘッド4に対して相対移動し、インクジェットヘッド4の下面に付着したインクを拭き取る。
次に、インクジェットヘッド4について説明する。図2は、インクジェットヘッド4の上面図である。図3は、図2のA部拡大図である。図4は、図3のIV-IV線断面図である。図5は、インクジェットヘッド4の下面図である。図2〜図4に示すように、インクジェットヘッド4は、流路ユニット23と、圧電アクチュエータ24とを備えている。尚、図4では、流路ユニット23に形成されたインク流路内に、インク(符号Iで示す)が充填されている状態が示されている。
(流路ユニット)
図4に示すように、流路ユニット23は、複数枚のプレート31〜39が積層された構造を有する。複数枚のプレート31〜39は、それぞれステンレス鋼等の金属材料で形成されたプレートである。より詳細には、各プレート31〜39は、金属を圧延して得られた所定厚みのシート状の圧延材を、所定のサイズに切り分けることによって形成されている。複数枚のプレート31〜39は、互いに積層された状態でそれぞれ接着剤によって接合されている。
複数枚のプレート31〜39のうちの、最下層のプレート39は、複数のノズル44が形成されたノズルプレートである。ノズルプレート39には、このプレート39を厚み方向に貫通する、先細りのテーパ形状の複数のノズル44が形成されている。尚、以下の説明では、複数のノズル44の吐出口44aが形成されたノズルプレート39の下面を、特に、インク吐出面39aとも呼ぶこともある。
複数のノズル44は、搬送方向に配列されており、走査方向に並ぶ4列のノズル列48を構成している。4列のノズル列48は、4色(ブラック、イエロー、シアン、マゼンタ)のインクをそれぞれ吐出するものである。尚、以下の説明において、インクジェットヘッドの構成要素のうち、ブラック(K)、イエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)のインクにそれぞれ対応するものについては、その構成要素を示す符号の後に、どのインクに対応するかが分かるように、適宜、ブラックを示す“k”、イエローを示す“y”、シアンを示す“c”、マゼンタを示す“m”の何れかの記号を付す。例えば、ノズル列48kとは、ブラックインクを吐出するノズル列48のことを指す。
ノズルプレート39のインク吐出面39aは、PTFEなどのフッ素系樹脂で形成された撥液膜40によって覆われている。この撥液膜40が、インク吐出面39aの、ノズル44の吐出口44aの周囲領域を覆うことで、ノズル44から吐出されたインクが吐出口44aの周囲に残留することが防止される。尚、図4では、撥液膜40は、ノズルプレート39の下面全域に形成されているが、撥液膜40が、インク吐出面39aの、吐出口44aの周囲領域のみを覆うように形成されてもよい。
流路ユニット23を構成する、ノズルプレート39以外の他のプレート31〜38には、複数のノズル44に連通する、次述のマニホールド46や圧力室47等を含む、インク流路が形成されている。以下、プレート31〜38、及び、これらのプレート31〜38に形成されたインク流路の詳細について、以下説明する。
図2に示すように、流路ユニット23の上面を構成する最上層のプレート31には、4つのインク供給孔45が走査方向に並んで形成されている。4つのインク供給孔45(45k,45y,45c,45m)には、ホルダ9の4つのインクカートリッジ17(図1参照)から4色(ブラック、イエロー、シアン、マゼンタ)のインクがそれぞれ供給される。また、上から4番目から7番目のプレート34〜37には、搬送方向に延在する4本のマニホールド46(46k,46y,46c,46m)が形成されている。1つのマニホールド46は、上下に積層された4枚のプレート34〜37にわたって形成されている。4つのインク供給孔45と4本のマニホールド46は、プレート32,33に形成された連通孔(図示省略)によって、それぞれ接続されている。
図4に示すように、マニホールド46を形成している4枚のプレート34〜37のうち、最も下側に位置するプレート37の、マニホールド46を区画する底壁部37aとなる部分には、ハーフエッチングによって、4本のマニホールド46に沿って延びる4つの凹部37bが形成されている。これにより、プレート37の底壁部37aの厚みは、それ以外の部分と比べて薄くなっている。また、このプレート37のすぐ下に位置するプレート38の、上記底壁部37aと対向する部分の上側には、ハーフエッチングによって凹部38bが形成され、上記の対向部分は部分的に厚みが薄くなった薄肉部38aとなっている。そして、プレート37に形成されたマニホールド46の底壁部37aと、その下のプレート38の薄肉部38aとの間には空間41が存在する。これにより、マニホールド46内の圧力変動に応じて底壁部37aが容易に変形できるようになっており、マニホールド46内の圧力が変動したときに、底壁部37aの変形によってマニホールド46内の圧力変動が減衰される。
最上層のプレート31には、複数のノズル44にそれぞれ対応する複数の圧力室47が形成されている。複数の圧力室47は、複数のノズル44と同様に、4本のマニホールド46に対応して4列に配列されている。複数の圧力室47は、圧電アクチュエータ24の振動板60によって覆われている。図3、図4に示すように、各圧力室47は、走査方向に長い形状を有し、上方から見て、その左端部が対応するノズル44と重なり、その右端部はマニホールド46と重なるように配置されている。
図3、図4に示すように、上から2番目に位置するプレート32には、マニホールド46と複数の圧力室47を接続する、複数の絞り流路49が形成されている。また、最上層のプレート31とノズルプレート39との間に位置する合計7枚のプレート32〜38には、圧力室47とノズル44とを接続する連通流路43を構成する、個別流路孔32c〜38cがそれぞれ形成されている。
以上説明したプレート31〜39が積層された状態で接合されることで、流路ユニット23が構成されている。そして、流路ユニット23内には、1つのマニホールド46から分岐して、絞り流路49、圧力室47、及び、連通流路43を経てノズル44に至る個別流路が、複数形成されている。
ところで、記録用紙100のジャム(紙詰まり)、あるいは、記録用紙100が撓んだ状態で搬送された場合などに、インクジェットヘッド4のインク吐出面39aに、搬送方向に搬送される記録用紙100が接触することがある。このとき、インク吐出面39aの、吐出口44aの縁部や吐出口44aの周囲領域に傷がついて、吐出曲がりなどの不具合が生じることがある。特に、本実施形態のように、インク吐出面39aが撥液膜40に覆われている構成においては、吐出口44aの周囲の撥液膜40に傷がついて撥水性が低下することにより、吐出口44aの周囲にインクが残留しやすくなり、吐出不良が発生する虞がある。そこで、図3〜図5に示すように、流路ユニット23のインク吐出面39aには、記録用紙100が、吐出口44aの周囲に接触することを防止するための、複数の凸部50が形成されている。
図3〜図5に示すように、ノズルプレート39のインク吐出面39aには、複数の凸部50が搬送方向に沿って配列されており、5列の凸部列51を構成している。また、先にも説明したが、ノズルプレート39には、ブラック、イエロー、シアン、マゼンタのインクをそれぞれ吐出する4列のノズル列48(48k,48y,48c,48m)が、走査方向に並んで配置されている。その上で、図5に示すように、5つの凸部列51(51a〜51e)は、4列のノズル列48と走査方向に並んで配置されている。尚、図5では、搬送方向(ノズル配列方向)に延びる凸部列51が、走査方向に5列並んでいることから、複数の凸部50は、搬送方向と、搬送方向に直交する走査方向の、2方向に配列されているとも言える。ただし、本実施形態では、凸部50の搬送方向における配列数は、走査方向における配列数よりも多くなっている。
まず、4列のノズル列48の走査方向における両外側に、これら4列のノズル列48を走査方向に挟むように、2つの凸部列51a,51eがそれぞれ配置されている。また、他の3つの凸部列51b,51c,51dは、4列のノズル列48の間にそれぞれ配置されている。これにより、4列のノズル列48(48k,48y,48c,48m)の各々が、走査方向において2つの凸部列51に挟まれている。
このように、複数の凸部50が、ノズル44の配列方向(搬送方向)に沿って、走査方向において複数のノズル44と並んで配列されている。さらに、各ノズル列48は、走査方向における近い位置にそれぞれ配置された2列の凸部列51によって挟まれている。そのため、キャリッジ3が左方に移動する場合でも右方に移動する場合でも、記録用紙100が各ノズル44の周囲領域に接触しにくくなる。従って、インク吐出面39aの、各ノズル44の吐出口44aの周囲部分が、その近くに位置する凸部50によって確実に保護されることになり、撥液膜40が傷つくことが防止される。
凸部50の構成の詳細について説明する。図3、図5に示すように、各凸部50は、平面視で搬送方向(ノズル配列方向)に長い、略楕円形の平面形状を有する。また、凸部50の頂部は、丸みを帯びた形状に形成されている。そのため、記録用紙100が凸部50に衝突しても記録用紙100が傷みにくくなっている。また、インク吐出面39aに付着したインクをワイパー22で拭き取る場合に、凸部50にワイパー22がひっかかりにくく、ワイパー22は凸部50を簡単に乗り越えることができる。
図4から分かるように、各凸部50は、金属製のノズルプレート39の一部が下方へ突き出るように変形することによって形成されている。また、後でも詳細に説明するが、各凸部50は、プレス加工によって行われている。尚、記録用紙100が、インク吐出面39aのノズル44の周囲領域へ接触するのを確実に防止するには、凸部50の高さ(インク吐出面39aからの突出量)は、ある程度大きいことが好ましい。例えば、凸部50の高さhは、100μm程度であることが好ましい。
上述のように、金属製のノズルプレート39の一部が変形することによって、インク吐出面39aから突出する金属製の複数の凸部50が形成されている。凸部が金属材料で形成されていることから、凸部の強度が高くなり耐久性に優れる。即ち、記録用紙100が凸部50に衝突しても、凸部50が削られてなくなったり、欠けたりしにくい。
(圧電アクチュエータ)
図2〜図4に示すように、圧電アクチュエータ24は、振動板60と、圧電層64,65と、複数の個別電極62と、共通電極66を備えている。振動板60は、複数の圧力室47を覆った状態で流路ユニット23の上面に接合されている。2枚の圧電層64,65は、振動板60の上面に積層されている。複数の個別電極62は、上層の圧電層65の上面において、複数の圧力室47とそれぞれ対向するように配置されている。共通電極66は、2枚の圧電層64,65の間において、複数の圧力室47に跨って配置されている。
複数の個別電極62は、圧電アクチュエータ24を駆動するドライバIC67とそれぞれ接続されている。一方、共通電極66は常にグランド電位に保持されている。また、上層の圧電層65の、個別電極62と共通電極66とに挟まれた部分は、それぞれ、厚み方向に分極されている。
ノズル44からインクを吐出させる際の圧電アクチュエータ24の動作は以下の通りである。ある個別電極62に対してドライバIC67から駆動信号が印加されると、この個別電極62とグランド電位に保持されている共通電極66の間に電位差が生じる。これによって、圧電層65の、個別電極62と共通電極66の間に挟まれた部分に厚み方向の電界が生じる。また、圧電層65の分極方向と電界の方向とが一致するために、圧電層65はその分極方向である厚み方向に伸びて面方向に収縮する。この圧電層65の収縮変形に伴って、振動板60の圧力室47と対向する部分が圧力室47側に凸となるように撓む。このとき、圧力室47の容積が減少してその内部のインクに圧力が付与され、圧力室47に連通するノズル44からインクの液滴が吐出される。
次に、上述したインクジェットヘッド4の製造方法について、流路ユニット23の製造工程を中心に説明する。図6は、インクジェットヘッド4の製造工程を説明する図である。
(流路形成工程)
まず、図4に示される、流路ユニット23を構成する複数の金属プレート31〜39のうち、ノズルプレート39を除くプレート31〜38に対して、それぞれ、圧力室47やマニホールド46となる孔や、個別流路孔32c〜38cなどの、それぞれインク流路の一部を構成する各種流路孔を、エッチングで形成する。
(ノズル形成工程)
次に、図6(a)に示すように、ノズルプレート39となる金属プレート70に、複数のノズル44を形成する。金属プレート70へのノズル44の形成方法としては、プレスによる孔あけ加工、レーザー加工等を挙げることができる。プレスによる孔あけの場合は、まず、金属プレート70を、複数の抜き孔76aを有するダイ76の上に載せる。次に、この金属プレート70の上面の、抜き孔76aを覆っている部分にパンチ77を押し付けて、金属プレート70を貫通させることで、複数のノズル44を形成する。プレスでノズル44を形成した場合には、ノズルプレート39(金属プレート70)のインク吐出面39aにおいて、吐出口44aの周囲にバリが発生するため、このバリを除去するために、ノズルプレート39の下面の研磨を行う。
(撥液膜形成工程)
次に、図6(b)に示すように、複数のノズルが形成されたノズルプレート39のインク吐出面39aに、撥液膜40を形成する。撥液膜40は、フッ素系樹脂のフィルムをノズルプレート39に貼り付けることによって形成してもよいし、液状のフッ素系樹脂をノズルプレート39に塗布することによって形成してもよい。
(保護膜貼付工程)
次に、図6(c)に示すように、ノズルプレート39のインク吐出面39aに、撥液膜40を保護するための、合成樹脂フィルムからなる保護膜71を貼り付ける。この保護膜71は、例えば、UV剥離性の接着剤を用いてノズルプレート39に接着する。
(凸部形成工程)
次に、図6(d)に示すように、ノズルプレート39にプレス加工を行って、複数の凸部50を形成する。まず、保護膜71で覆われたノズルプレート39を、複数の孔72aを有するダイ72の上に設置する。次に、ノズルプレート39に、インク吐出面39aと反対の上面側からパンチ73の先端部を押し込んでプレス加工を行い、金属のノズルプレート39に部分的に塑性変形を生じさせる。これにより、ノズルプレート39に、インク吐出面39aよりも下方に突出し、且つ、複数のノズル44と平行に搬送方向に沿って並ぶ複数の凸部50を形成する。尚、このプレス加工の際に、ノズルプレート39の下面は保護膜71で保護されてダイ72には接触していないため、ノズルプレート39に形成されている撥液膜40が傷むことが防止される。
図6(c)に示すように、パンチ73は、ほぼ円柱状の形状を有し、その先端部には、先細りのテーパ部73aが形成されている。ここで、パンチ73をノズルプレート39に押し付ける際には、テーパ部73aのみを押し込み、その上の、径が変化しないストレート部73bは押し込まないようにすることが好ましい。これにより、ノズルプレート39に生じるせん断変形が小さくなり、ノズルプレート39が破断してしまうことを防止できる。また、パンチ73を、テーパ部73aまでしか押し込まないようにすることで、パンチ73とノズルプレート39との間の摩擦は小さくなるため、潤滑のための加工油を使用しなくて済む。これにより、プレス加工後に、ノズルプレート39に付着した加工油を洗い流す洗浄工程が不要となる。
また、一般的なプレス加工では、プレス後のパンチをワークから確実に抜くためや、ワークの反りを防止するため等の目的で、ワークの、パンチを押し当てる側の面にストリッパーを設置することが多い。しかし、ワークとストリッパーとの間に異物を噛み込むと、その部分に打痕が生じることがある。この点、本実施形態では、ノズルプレート39に対して、パンチ73のテーパ部73aまでしか押し込まないため、加工後にノズルプレート39からパンチ73を容易に抜くことができ、また、プレス加工によってノズルプレート39に生じる反りも小さい。そのため、ストリッパー80を使用せずに加工することが可能となる。そこで、ノズルプレート39に打痕を発生させないように、ストリッパー80を設置しないことが好ましい。
このように、本実施形態では、ノズルプレート39の、インク吐出面39aから突出する複数の凸部50が、インク吐出面39aとは反対側からのプレス加工によって形成される。また、プレス加工によって、金属製のノズルプレート39を大きく変形させて、ノズル44の近くに、インク吐出面39aから大きく突出した凸部50を形成することが可能である。また、ノズルプレート39が金属であるため、プレス加工時に金属材料が塑性変形することで、プレス成形後の凸部50の形状が維持される。
尚、ノズルプレート39は、圧延工程を経て製造された金属の圧延材である。一般に、一般に、圧延材は、その圧延方向に引き伸ばされることによって、結晶粒が圧延方向に伸ばされるため、材料組織に異方性を有する。そのため、金属のノズルプレート39にパンチ73を押し当てて凸部50を形成したときに、圧延方向よりも圧延方向と直交する方向の方が結晶粒界での変形が起こりやすいために、変形領域は圧延方向と直交する方向の方が小さくなる。従って、円柱状のパンチ73を用いても、図3、図5に示すように、ノズルプレート39に形成される凸部50は圧延方向に長くなって楕円形状になる。ここで、凸部50とノズル44とが、ノズルプレート39の圧延方向に並んでいるとすると、プレス加工による凸部50の形成の際に、ノズルプレート39を構成する金属材料が圧延方向に押し広げられたときに、ノズルプレート39の、複数のノズル44が形成される部分にも変形が及び、ノズル44の形状が変わったり、位置がずれたりするなどの影響が出る虞がある。そこで、ノズル44の配列方向である搬送方向が、ノズルプレート39の圧延方向に沿っていることが好ましい。これにより、ノズル44の列と凸部50の列は、圧延方向と交差する方向に並ぶことになる。そのため、プレス加工時に、ノズルプレート39が圧延方向へ大きく変形しても、ノズルプレート39のノズル44が形成されている部分へ及ぼす影響は小さくなる。
ノズルプレート39の圧延方向と凸部50との関係については、次のようなことも言える。本実施形態では、複数の凸部50が搬送方向(ノズル配列方向)と走査方向の2方向に配列されている。また、図5に示すように、凸部50の搬送方向における配列数は、走査方向における配列数よりも多くなっている。凸部50は、ノズルプレート39がプレス加工によって局所的に屈曲変形した部分であるから、ノズルプレート39は、凸部50の配列数が多い搬送方向に沿って伸び縮みしやすい。つまり、ノズルプレート39は、搬送方向に沿って反りやすいと言える。一方で、ノズルプレート39が圧延材である場合に、このノズルプレート39はその圧延方向に引き伸ばされているために、圧延方向には伸び縮みしにくい。そこで、凸部50を形成することによるノズルプレート39の反りを抑制するには、凸部50の配列数が多い搬送方向が、ノズルプレート39の圧延方向に沿っていることが好ましい。
尚、上の説明では、搬送方向における凸部50の数が、走査方向における凸部50の数よりも多い場合を例に挙げたが、走査方向における凸部50の数が多い場合は、この走査方向が、圧延方向に沿うようにすればよい。また、流路ユニット23を構成する他の金属プレート31〜38についても、それぞれの圧延方向が、ノズルプレート39の圧延方向と同じになるように積層されることで、ノズルプレート39の反り抑制効果が増す。
(保護膜除去工程)
ノズルプレート39に複数のノズル44を形成したら、図6(e)に示すように、ノズルプレート39から保護膜71を剥離する。尚、保護膜71が、UV剥離性の接着剤でノズルプレート39に接合されている場合には、UVを照射することによって保護膜71を簡単に剥離することができる。その他、保護膜71の種類によっては、適当な溶剤によって保護膜71を溶かして除去することも可能である。
(接合工程)
次に、複数の凸部50及び複数のノズル44が形成されたノズルプレート39と、流路ユニット23を構成する他のプレート31〜38、及び、圧電アクチュエータ24の振動板60を接合する。詳細には、図6(f)に示すように、ノズルプレート39、金属プレート31〜38、及び、振動板60のそれぞれの接合面に熱硬化性接着剤を塗布してから積層し、ヒータプレート74,75によって上下両側から加熱しながら押圧することで接着を行う。尚、図6(f)に示すように、下側のヒータプレート75には、押圧接着の際に、ノズルプレート39の凸部50が押し潰されてしまうのを防止するために、凸部50と接触しない凹状、あるいは、孔状の逃がし部75aが形成されていることが好ましい。上記の接合工程後、振動板60の上に、別工程で製造した圧電層64,65を貼り付けて、圧電アクチュエータ24を形成する。
以上説明した本実施形態において、インクジェットヘッド4が、本発明の「液体吐出装置」に相当する。流路ユニット23が、本発明の「流路構造体」に相当する。ノズルプレート39の下面のインク吐出面39aが、本発明の「液体吐出面」に相当する。また、複数のノズル44が形成される金属のプレート70が、本発明の「金属プレート」に相当する。
次に、前記実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。但し、前記実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。
1]凸部50の形状は前記実施形態の構成には限られず、パンチ73の先端部やダイ72の形状を変更することにより、様々な形の凸部50を形成することが可能である。また、プレート38の材質特性(延性など)によっては、プレス加工時に、凸部50の変形方向が、ノズルプレート39の特定の方向に片寄らない場合もある。この場合には、円柱形状のパンチ73を使用することにより、平面視でほぼ真円の凸部50を形成することもできる。
2]ノズルプレート39の凸部50の形成位置についても、前記実施形態の構成には限られない。前記実施形態の図5では、1つのノズル列48の、その走査方向両側に2列の凸部列51が配置されているが、図7に示すように、少なくとも一部のノズル列48(ここでは、ノズル列48k)について、走査方向の一方側にのみ凸部列51が配置されていてもよい。
あるいは、図8に示すように、ノズルプレート39の、4列のノズル列48よりも搬送方向上流側、あるいは、搬送方向下流側にも、凸部50が配置されてもよい。これにより、ノズル44の周囲の保護効果が高まる。
3]ノズルプレート39が、部分的に厚みが薄くなった薄肉部を有し、このノズルプレート39の薄肉部に、プレス加工が施されて凸部50が形成されてもよい。これについての具体的な形態を、図9を参照して説明する。
図9の変更形態の構成で、図4の前記実施形態の構成と大きく異なっている点は、図4では、ノズルプレート39と、マニホールド46を形成するプレート37との間に存在するプレート38が、図9では省略されている点である。その代わり、図9の構成では、ノズルプレート39に、マニホールド46の底壁部37aを変形可能とするための構成が設けられている。
具体的には、図9に示すように、ノズルプレート39の上面の、マニホールド46の底壁部37aと重なる部分には凹部39bが形成されている。これにより、ノズルプレート39には、マニホールド46と重なる薄肉部39cが形成されている。これにより、マニホールド46の底壁部37aと、ノズルプレート39の薄肉部39cとの間には空間41が存在することになり、マニホールド46内の圧力変動に応じて底壁部37aが容易に変形できるようになる。
その上で、ノズルプレート39の複数の凸部50は、上記の薄肉部39cにプレス加工が施されることによって形成される。薄肉部39cにプレス加工を行うことで、そのプレス加工による変形が、薄肉部39cと、薄肉部39cよりも厚みの大きい部分との境界を越えて、外側に広がりにくいため、変形が広がる範囲が限定される。従って、プレス加工時の薄肉部38aの変形が、ノズル44が形成される部分に及ぼす影響を小さくすることができる。尚、この図9の変更形態において、マニホールド46が形成されているプレート34〜37が、本発明の「液室形成部材」に相当する。
尚、図9の構成では、ノズルプレート39の薄肉部39c(凹部39b)は、プレス加工によるノズルプレート39への凸部50の形成と、マニホールド46の底壁部37aを変形可能とするための空間確保という、2つの目的のために形成されているが、凸部50の形成の目的だけのために薄肉部39cが形成されてもよい。その場合は、薄肉部39c及び凸部50は、マニホールド46と重なる位置に配置される必要はなく、マニホールド46の位置とは関係なく自由に配置されてよい。
また、図9の構成に関連して、図10に示すように、ノズルプレート39のノズル44が形成される部分にも凹部が形成され、薄肉部39dが形成されてもよい。肉厚が薄くなるため、プレスによる孔あけ加工、あるいは、レーザー加工などでノズル44を形成することが容易になる。また、ノズルプレート39の2種類の薄肉部39c,39dは、エッチングにより同時に形成することが可能である。
4]前記実施形態の図6では、ノズルプレート39となる金属プレート70に複数のノズル44を形成してから、この金属プレート70にプレス加工を行って複数の凸部50を形成している。これに対して、ノズル形成工程と凸部形成工程の順番を逆にして、金属プレート70に複数の凸部50を形成してから、複数のノズル44を形成してもよい。
5]前記実施形態のインクジェットヘッド4は、キャリッジ3とともに記録用紙100に対して移動しながらインクを吐出する、いわゆる、シリアルタイプのヘッドであるが、本発明の適用対象は、上記のようなシリアルヘッドには限られない。例えば、プリンタ本体内に固定的に設置され、記録用紙100の幅方向に配列された複数のノズルを有する、いわゆる、ラインタイプのヘッドにも、本発明を適用することは可能である。
以上説明した実施形態及びその変更形態は、本発明を、記録用紙にインクを吐出して画像等を印刷するインクジェットヘッドに適用したものであるが、画像等の印刷以外の様々な用途で使用される液体吐出装置においても本発明は適用されうる。例えば、基板に導電性の液体を吐出して、基板表面に導電パターンを形成する液体吐出装置にも、本発明を適用することは可能である。
4 インクジェットヘッド
23 流路ユニット
37 プレート
37a 底壁部
39 ノズルプレート
39a インク吐出面
39b 凹部
39c 薄肉部
44 ノズル
44a 吐出口
46 マニホールド
50 凸部
70 金属プレート
73 パンチ
73a テーパ部
73b ストレート部

Claims (10)

  1. 所定のノズル配列方向に配列され、前記ノズル配列方向と直交する方向に並ぶ複数のノズル列を構成する複数のノズル、及び、前記複数のノズルに連通する液体流路が形成された流路構造体を備え、
    前記流路構造体は、前記複数のノズルが形成された金属製のノズルプレートであって、圧延によって形成された圧延材からなるノズルプレートを有し、
    前記ノズルプレートには、前記複数のノズルの吐出口が配置される液体吐出面から突出する複数の凸部が、前記複数のノズル列の間において、前記ノズル配列方向に沿って、前記複数のノズルと並んで配列され、
    前記複数の凸部は、前記ノズルプレートに対する前記液体吐出面とは反対側からのプレス加工によって、それぞれ頂部が丸みを帯びた形状に形成されており、
    前記複数の凸部は、前記ノズル配列方向と前記ノズル配列方向と直交する方向の、2つの方向に沿ってそれぞれ配列されており、
    前記ノズル配列方向における前記凸部の配列数と、前記ノズル配列方向と直交する方向における前記凸部の配列数とが異なっており、
    前記2つの方向のうちの前記凸部の配列数が多い方向が、前記ノズルプレートの圧延方向に沿っていることを特徴とする液体吐出装置。
  2. 前記ノズルプレートの圧延方向に沿って、前記複数のノズルが配列されていることを特徴とする請求項1に記載の液体吐出装置。
  3. 前記ノズルプレートは、部分的に厚みが薄くなった薄肉部を有し、
    前記ノズルプレートの前記薄肉部に、プレス加工が施されて前記凸部が形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の液体吐出装置。
  4. 前記ノズルプレートの、前記液体吐出面とは反対側に凹部が形成され、
    前記ノズルプレートの前記凹部が形成された部分が、前記薄肉部であり、
    前記流路構造体は、前記複数のノズルと共通に連通する共通液室が形成された、液室形成部材を有し、
    前記ノズルプレートの、前記液体吐出面と反対側の面が、前記液室形成部材の、前記共通液室を区画する1つの壁部に接して配置され、
    前記液室形成部材の前記1つの壁部と、前記ノズルプレートの前記薄肉部との間に、空間が存在することを特徴とする請求項に記載の液体吐出装置。
  5. 前記複数の凸部は、それぞれ、前記ノズル配列方向に長い楕円形状を有することを特徴とする請求項1〜の何れかに記載の液体吐出装置。
  6. 所定のノズル配列方向に配列され、前記ノズル配列方向と直交する方向に並ぶ複数のノズル列を構成する複数のノズル、及び、前記複数のノズルに連通する液体流路が形成された流路構造体を備えた、液体吐出装置の製造方法であって、
    前記流路構造体に含まれ、圧延によって形成された圧延材からなる、前記複数のノズルが形成される金属プレートに、前記複数のノズルの吐出口が配置される液体吐出面から突出する複数の凸部を、前記複数のノズル列の間において、前記ノズル配列方向に沿って、前記複数のノズルと並んで配列されるように形成する、凸部形成工程を備え、
    前記凸部形成工程において、
    前記金属プレートに対して前記液体吐出面とは反対側からプレス加工を行って、前記金属プレートに前記複数の凸部をそれぞれ頂部が丸みを帯びた形状に形成し、
    前記複数の凸部を、前記ノズル配列方向と前記ノズル配列方向と直交する方向の、2つの方向に沿ってそれぞれ配列し、
    前記ノズル配列方向における前記凸部の配列数と、前記ノズル配列方向と直交する方向における前記凸部の配列数とが異なり、前記2つの方向のうちの前記凸部の配列数が多い方向が、前記金属プレートの圧延方向に沿うようにすることを特徴とする液体吐出装置の製造方法。
  7. 前記金属プレートに、部分的に厚みが薄くなった薄肉部を形成する、薄肉部形成工程をさらに備え、
    前記凸部形成工程において、前記金属プレートの前記薄肉部にプレス加工を行うことにより、前記複数の凸部を形成することを特徴とする請求項に記載の液体吐出装置の製造方法。
  8. 前記凸部形成工程において、前記金属プレートに対して、前記液体吐出面とは反対側からパンチを押し込んで前記凸部を形成し、
    前記パンチは、先端部に設けられた先細り状のテーパ部と、このテーパ部に連なるストレート部とを有し、
    前記パンチの前記テーパ部のみを前記金属プレートに押し込み、前記ストレート部まで押し込まないことを特徴とする請求項又はに記載の液体吐出装置の製造方法。
  9. 前記凸部形成工程において、前記プレス加工を行う際に加工油を使用しないことを特徴とする請求項の何れかに記載の液体吐出装置の製造方法。
  10. 前記凸部形成工程において、前記金属プレートにストリッパーを設置せずに、前記金属プレートに対して、前記液体吐出面とは反対側からパンチを押し込んで前記凸部を形成することを特徴とする請求項又はに記載の液体吐出装置の製造方法。
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