JP2009297908A - ヘッドチップ、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】狭ピッチ化を図ると共に、簡単な構成でノズル孔内への接着剤の流れ込みを効果的に防止でき、吐出不良防いで高品質化を図ること。
【解決手段】液体が充填される複数の溝部３５が形成されたプレート３０と、溝部に液体を導入させる導入孔３１ａが形成されたカバープレート３１と、プレート３０の端面に接着剤を介して固定され、横幅（Ｘ）方向に溝部と同じ間隔でノズル孔３３ａが形成されたノズルプレート３３と、ノズルプレートとプレート３０との間に設けられ、外形輪郭線がノズル孔の外形輪郭線から少なくとも一定距離以上離間した状態でノズル孔の周囲を囲み、ノズルプレートの固定時に余った接着剤を溜め込むと共に、ノズル孔と溝部とをそれぞれ連通させる逃げ孔３４ａと、を備え、ノズル孔及び逃げ孔は、隣り合うノズル孔及び逃げ孔に対してノズルプレートの縦幅（Ｚ）方向に所定距離だけずれた状態で配列されたヘッドチップ２１を提供する。
【選択図】図４

Description

本発明は、ノズル孔より液体を吐出して被記録媒体に画像や文字を記録するヘッドチップ、該ヘッドチップを有する液体噴射ヘッド及び該液体噴射ヘッドを有する液体噴射装置に関するものである。

現在、液体噴射装置の１つとして、記録紙等の被記録媒体にインク（液体）を吐出して画像や文字等の記録を行うインクジェット方式の記録装置が提供されている。例えば、プリンタやファックス等である。この記録装置は、インクタンクからインク供給管を介してインクジェットヘッドにインクを供給し、該インクジェットヘッドのノズル孔からインクを被記録媒体に吐出することで記録を行っている。

一般的にこのインクジェットヘッドは、図１２及び図１３に示すように、アクチュエータプレート１０１、カバープレート１０２、ノズルプレート１０３及び支持プレート１０４で構成されるヘッドチップ１００を備えている。

アクチュエータプレート１０１は、圧電材料で形成されたプレートであり、側壁１１０でそれぞれ区切られた複数の溝部１１１が形成されている。この溝部１１１は、インクが流れ込んで溜まるチャネルとして機能するものである。これら各溝部１１１の両側壁１１０には、それぞれ長手方向に沿って板状の図示しない駆動電極が蒸着等によって形成されている。この駆動電極には、駆動電圧が印加されるようになっている。

カバープレート１０２は、アクチュエータプレート１０１の上面に重ね合わされており、複数の溝部１１１を遮蔽している。このカバープレート１０２には、インクが導入されるインク導入孔１０２ａが凹み形成されている。これにより、複数の溝部１１１内にインクが導入される。

互いに重ね合わされたアクチュエータプレート１０１及びカバープレート１０２は、支持プレート１０４の嵌合孔１０４ａに嵌った状態で支持されている。この際、支持プレート１０４の端面と、アクチュエータプレート１０１及びカバープレート１０２の端面とは、面一な状態とされている。
ノズルプレート１０３は、板状に形成されたプレートであり、支持プレート１０４、アクチュエータプレート１０１及びカバープレート１０２の端面に接着剤Ｓを利用して固定されている。なお、図１２及び図１３では、接着剤Ｓの図示を省略している。

ノズルプレート１０３には、複数のノズル孔１０３ａが一定の間隔を空けた状態で形成されている。この際、複数のノズル孔１０３ａは、複数の溝部１１１にそれぞれ連通するように形成されている。つまり、ノズル孔１０３ａは、溝部１１１のピッチと同じ間隔を空けた状態で形成されている。
また、各ノズル孔１０３ａは、溝部１１１側の入口径の直径が被記録媒体側の出口径の直径よりも大きい断面テーパ状に形成されているのが一般的である。

このように構成されたヘッドチップ１００を有するインクジェットヘッドにより、インクを吐出させる場合には、まず、インク導入孔１０２ａを介して、複数の溝部１１１内にインクを供給して充填しておく。そして、駆動電極に対して駆動電圧を印加する。すると、圧電厚み滑り効果により、アクチュエータプレート１０１の側壁１１０が変形する。この側壁１１０の変形及び駆動方法について、より詳細に説明すると、まず、インクを吐出する溝部１１１の両側の側壁１１０を、吐出する溝部１１１に隣接している溝部１１１側に突出するように変形させる。即ち、吐出する溝部１１１があたかも膨らむように変形させる。すると、吐出する溝部１１１の容積が増大するので、インクはインク導入孔１０２ａから溝部１１１内に誘導される。そして、吐出する溝部１１１にインクを誘導した後、駆動電極に印加した駆動電圧をゼロにする。これにより、一旦増大した溝部１１１の容積が元の容積に戻る。この動作によって、吐出する溝部１１１の内部の圧力が増加し、インクが加圧される。その結果、ノズル孔１０３ａから液滴状のインク、即ちインク滴を吐出させることができる。

ところで、さらなる小型化や高画質化を図るために、溝部１１１の間隔（ピッチ）を狭くする狭ピッチ化が今後のヘッドチップに求められている。具体的には現行、溝部１１１の横幅が７０〜８０μｍ、側壁１１０の横幅が６０μｍ〜７０μｍ程度に設計されているものを、溝部１１１の横幅を４０μｍ程度、側壁１１０の横幅を３０μｍ程度まで狭く設計し、狭ピッチ化を図ることが望まれている。
なお、ノズル孔１０３ａのサイズに関しては、現行、入口径の直径が５０μｍ〜５５μｍ、出口径の直径が２０μｍ〜４０μｍに形成されているが、狭ピッチ化を図ったとしてもインクの吐出性能を確保するため、これ以上サイズを小さくすることが難しい。そのため、図１４に示すように、狭ピッチ化を図った場合には、ノズル孔１０３ａの入口径が溝部１１１の横幅よりも大きくなってしまうものであった。

ここで、従来のヘッドチップにおいて狭ピッチ化を図った場合には、下記の不都合があった。
通常ヘッドチップ１００を組み立てる際、支持プレート１０４、アクチュエータプレート１０１及びカバープレート１０２側に接着剤Ｓを塗布した状態で、ノズルプレート１０３を貼り付けている。そのため、この貼り付けの際に、ノズル孔１０３ａ内に接着剤Ｓが流れ込んでしまい、ノズル孔１０３ａの一部を塞いでしまう不都合があった。
特に、上述したようにノズル孔１０３ａの入口径の直径が溝部１１１の横幅よりも大きいので、図１５及び図１６に示すように、接着剤Ｓがノズル孔１０３ａ内に流れ込み易く、ノズル孔１０３ａを塞いでしまう確率が高かった。

このように接着剤Ｓの流れ込みによりノズル孔１０３ａの一部が塞がれてしまうと、インクを正常に吐出することができない等の吐出不良を招いてしまう。そのため、このような不都合が生じないように、何らかの対策を施すことが望まれている。

そこで、この種の対策の１つとして、ノズルプレートを接着する接着剤に段差加工を施す方法が知られている（特許文献１参照）。この方法は、まず、接着面に予め接着剤が塗布されたノズルプレートにノズル孔を形成する。次に、ノズル孔の周りの接着剤をノズル孔の直径よりも大きい径で同心円状に除去する方法である。

また、別の対策の１つとして、ノズルプレートにノズル孔を形成する際に、接着剤の余剰分を補足するための溝をノズル孔の周辺に複数形成する方法が知られている（特許文献２参照)。
特開平５−３３００６１号公報 特開平７−１１７２３０号公報

しかしながら、従来の方法では、まだ下記の不都合が残されていた。
まず、接着剤に段差加工を施す方法によれば、ノズル孔内への接着剤の流れ込みを防ぐことができると考えられるが、このような方法に最適な接着剤を見出すことが難しい。即ち、この場合の接着剤としては、ノズルプレートを強固に接着する接着性と、段差加工を施すための定形性と、インクに対する耐性とを少なくとも有しているものを使用する必要がある。しかしながら、このような各種の特性を兼ねる接着剤を実際に見出すことは困難であり、実現性に乏しいものであった。

一方、ノズル孔の周辺に接着剤の余剰分を補足するための溝を複数形成する方法によれば、確かに余った接着剤を溝に引き込むことができるが、ノズル孔に近い位置に塗布されている接着剤に関しては依然としてノズル孔内に流れ込んでしまう。また、溝が余剰な接着剤によって埋まってしまい、それ以上の余剰な接着剤を補足することができなくなってしまった場合には、余剰な接着剤が依然としてノズル孔内に流れ込んでしまう。そのため、流れ込む量を減らすことができるかもしれないが、流れ込み自体を防ぐことができるものではなかった。従って、吐出不良を引き起こす可能性が依然として残るものであった。

また、余剰な接着剤を含まないようにするという目的のもと、接着するのに十分である接着剤の分量よりも少ない接着剤を塗布することによって、ノズルプレート１０３と、アクチュエータプレート１０１及びカバープレート１０２からなる接合体とを接着する手法も考えられる。しかしながら、このような手法を採用した場合、接着が不十分である可能性がある。しかしながら、接着が不十分である場合には、以下の不都合が懸念される。
例えば、接着が不十分な場合には、ノズルプレート１０３を図示しないワイパー等の清掃部材によって清掃をしたときに、ノズルプレート１０３が上述した接合体から剥がれてしまう恐れがある。更に、接着が不十分な場合には、ノズルプレート１０３と接合体との間に不要な隙間が形成される恐れがあり、吐出する溝部１１１に誘導したインクが隙間から漏れ出てしまう恐れがある。
このように、接着材が不十分な場合には、上述した不都合が生じてしまう可能性が考えられるので、十分な分量の接着剤を塗布することが必要不可欠であり、ノズルプレート１０３と接合体とを確実に接着する必要がある。従って、接着剤に起因する上述した問題が生じてしまうものであった。

本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、その目的は、狭ピッチ化を図ることができると共に、簡単な構成でノズル孔内への接着剤の流れ込みを効果的に防止して吐出不良を招くことがない高品質なヘッドチップ、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供することである。

本発明は、前記課題を解決するために以下の手段を提供する。
本発明に係るヘッドチップは、被記録媒体に向けて液体を吐出するヘッドチップであって、前記液体が充填される複数の溝部が横幅方向に一定間隔を空けた状態で形成されたアクチュエータプレートと、前記溝部の側壁にそれぞれ形成され、駆動電圧が印加されたときに側壁を変形させることで溝部内の圧力を高め、充填された前記液体を溝部内から吐出させる駆動電極と、前記アクチュエータプレートに重ねられ、前記複数の溝部に前記液体を導入させる導入孔が形成されたカバープレートと、前記アクチュエータプレートの端面に接着剤を介して固定され、前記横幅方向に前記複数の溝部と同じ間隔で複数のノズル孔が形成されたノズルプレートと、を備え、前記ノズルプレートと前記アクチュエータプレートとの間には、前記ノズル孔と前記溝部とをそれぞれ連通する逃げ孔がノズル孔の数に対応して形成され、該逃げ孔の外形輪郭線がノズル孔の外形輪郭線から少なくとも一定距離以上離間した状態でノズル孔の周囲を囲むと共に、該逃げ孔にはノズルプレートの固定時に余った前記接着剤が溜め込まれ、前記複数のノズル孔及び逃げ孔が、隣り合うノズル孔及び逃げ孔に対して、前記横幅方向に直交する前記ノズルプレートの縦幅方向に所定距離だけずれた状態で配列されていることを特徴とする。

この発明に係るヘッドチップにおいては、カバープレートに形成された導入孔を介して、アクチュエータプレートに形成された複数の溝部内に液体が充填されている。ここで、駆動電極に駆動電圧を印加すると、圧電厚み滑り効果により溝部の側壁が変形する。これにより、溝部内の容積が減少して圧力が高まり、充填された液体が溝部内から吐出される。すると、吐出された液体は、逃げ孔によって連通されているノズル孔を通過した後、外部に吐出される。しかも、ノズル孔を通過する際に、液体は液滴状、即ち液滴となって吐出される。その結果、被記録媒体に文字や画像等を記録することができる。

ところで、ヘッドチップを組み立てるにあたり、アクチュエータプレートの端面に接着剤を介してノズルプレートを固定する必要がある。この際、ノズルプレートとアクチュエータプレートとの間には、余った接着剤が逃げ込んで溜め込まれる逃げ孔がノズル孔の数に対応して設けられている。しかも、これら逃げ孔は、外形輪郭線がノズル孔の外形輪郭線から少なくとも一定距離以上離間した状態でノズル孔の周囲を囲むように形成されている。

従って、ノズルプレートの接着時に、余った接着剤が拡がったとしてもノズル孔に到達する前に逃げ孔に入り込ませて溜め込むことができる。そのため、ノズル孔内に接着剤が流れ込んで該ノズル孔を塞いでしまうことがないので、吐出不良を防止することができる。特に、逃げ孔は、ノズル孔がどのような形状であったとしても外形輪郭線から少なくとも一定距離以上離間するように外形形成されているので、逃げ込んできた接着剤を確実に溜め込むことができる。よって、吐出不良を効果的に防止することができる。
これらのことから、吐出不良を招くことがない高品質なヘッドチップとすることができる。また、逃げ孔を設けるだけの簡単な構成であるので、容易にヘッドチップを組み立てることができ、歩留まりを向上して低コスト化を図ることもできる。また、実現性の高いヘッドチップとすることができる。

更に、複数のノズル孔及び逃げ孔は、横幅方向に向けて一直線に並んでいるのではなく、隣り合うノズル孔及び逃げ孔に対して、ノズルプレートの縦幅方向に所定距離だけずれた状態で配列されている。つまり、隣接するノズル孔及び逃げ孔同士は、横に並ぶことがないので、周囲にある程度自由なスペースが確保されている。そのため、溝部の横幅や側壁の横幅を従来よりも短くして狭ピッチ化を図ったとしても、ノズル孔のサイズを小さくする必要がなく従来と同じ大きさのままにすることができる。しかも、逃げ孔の存在により、ノズル孔内に接着剤が流れ込む恐れもない。これらのことから、ヘッドチップの狭ピッチ化を図ることができる。

また、本発明に係るヘッドチップは、上記本発明に係るヘッドチップにおいて、前記複数のノズル孔及び逃げ孔が、前記所定距離だけ間を空けて平行に２列に並ぶように、前記横幅方向に向けて千鳥状に配列されていることを特徴とする。

この発明に係るヘッドチップにおいては、複数のノズル孔及び逃げ孔が横幅方向に向けて交互に千鳥状に配列されており、横幅方向に直交する縦幅方向に所定距離だけ間を空けて平行に２列に並んでいる。特に、ノズル孔の位置がバラバラではなく、２列に統制されているので、液体を吐出する際の制御がより簡便になる。

また、本発明に係るヘッドチップは、上記本発明のヘッドチップにおいて、前記ノズル孔が、前記外形輪郭線が円形を描くように形成された孔であることを特徴とする。

この発明に係るヘッドチップにおいては、ノズル孔が円形に形成されているので、液体をより真っ直ぐに直進性を向上させた状態で吐出することができる。従って、ヘッドチップの品質をより高めることができる。

また、本発明に係るヘッドチップは、上記本発明のヘッドチップにおいて、前記逃げ孔が、中心が前記ノズル孔の中心に略一致した正方形状に形成されていることを特徴とする。

この発明に係るヘッドチップにおいては、逃げ孔が複雑な形状ではなく単純な正方形状であるので、逃げ孔を簡便に設けることができる。また、正方形状の逃げ孔であるので、ノズル孔が円形である場合には、逃げ孔の四隅に接着剤を溜め込むことができるスペースをより多く確保することができる。従って、接着剤がノズル孔側に流れてしまうことをより確実に防止することができる。

また、本発明に係るヘッドチップは、上記本発明のヘッドチップにおいて、前記逃げ孔が、前記ノズルプレートと前記アクチュエータプレートとの間に介在され、両プレートに対して前記接着剤を介して固定される接着プレートに形成されていることを特徴とする。

この発明に係るヘッドチップにおいては、接着プレートに逃げ孔を形成できるので、所望の大きさ及び形状の逃げ孔を確実に得ることができる。特に、接着プレートを介在させるだけで、複数のノズル孔に対して逃げ孔を容易且つ確実に位置合わせできるので、組み立てがより簡便になる。

また、本発明に係るヘッドチップは、上記本発明のヘッドチップにおいて、前記複数の溝部が、前記液体が充填される吐出チャネルとして機能する部分と、液体が非充填されるダミーチャネルとして機能する部分とが交互に並ぶように設けられ、前記導入孔には、前記吐出チャネルとして機能する溝部にだけ前記液体を導入するスリットが形成され、前記ノズル孔が、前記吐出チャネルとして機能する溝部にだけ連通するように形成されていることを特徴とする。

この発明に係るヘッドチップにおいては、導入孔にスリットが形成されているので、複数の溝部のうち、吐出チャネルとして機能する溝部だけに液体を導入することができる。つまり、ダミーチャネルとして機能する溝部を間に１つ空けて、吐出チャネルとして機能する溝部だけに液体を導入することができる。そして、駆動電極に電圧を印加すると、吐出チャネルとして機能する溝部に充填された液体を、ノズル孔を介して吐出することができる。
特に、複数の溝部が１つおきに吐出チャネルとして機能するので、導電性を有する液体を用いたとしても、吐出チャネルとして機能する溝部の側壁に形成された駆動電極と、ダミーチャネルとして機能する溝部の側壁に形成された駆動電極とを、液体を介して導通させることなく電気的に切り離した状態で使い分けることができる。従って、導電性の液体を利用して記録を確実に行うことができる。加えて、利用できる液体の選択幅が広がるので、付加価値を高めることができる。

また、本発明に係る液体噴射ヘッドは、上記本発明のヘッドチップと、所定量の前記液体を前記導入孔に供給する供給手段と、前記駆動電極に前記駆動電圧を印加する制御手段と、を備えていることを特徴とする。

この発明に係る液体噴射ヘッドにおいては、供給手段がヘッドチップの導入孔に対して所定量の液体を確実に供給している。そして、制御手段により駆動電極に駆動電圧を適宜印加することで、上述したように液体をノズル孔から吐出して記録を行うことができる。
特に、吐出不良を招くことのない高品質なヘッドチップを備えているので、記録を確実に行うことができ、同様に高品質化を図ることができる。また、狭ピッチ化されたヘッドチップでもあるので、高画質に記録を行うことができると共に小型化を図ることもできる。

また、本発明に係る液体噴射装置は、上記本発明の液体噴射ヘッドと、前記被記録媒体を予め決められた方向に搬送する搬送手段と、前記被記録媒体の搬送方向に直交する方向に前記液体噴射ヘッドを往復移動させる移動手段と、を備えていることを特徴とする。

この発明に係る液体噴射装置においては、搬送手段が被記録媒体を予め決められた方向に搬送しながら、移動手段が被記録媒体の搬送方向に直交する方向に液体噴射ヘッドを往復移動させる。これにより、被記録媒体の所望する範囲に対して正確に記録を行うことができる。特に、吐出不良を招くことがない高品質な液体噴射ヘッドを備えているので、やはり同様に液体噴射装置自体の高品質化を図ることができる。

本発明に係るヘッドチップによれば、狭ピッチ化を図ることができるうえ、簡単な構成でノズル孔内への接着剤の流れ込みを効果的に防止することができ、吐出不良を招くことのない高品質なヘッドチップとすることができる。
また、本発明に係る液体噴射ヘッド及び液体噴射装置によれば、上記ヘッドチップを備えているので、接着剤の流れ込みに起因する吐出不良をなくすことができ、高品質化を図ることができる。狭ピッチ化が図られたヘッドチップを備えているので、高画質化や小型化を図ることができる。

以下、本発明に係る一実施形態を、図１から図１１を参照して説明する。
なお、本実施形態では、液体噴射装置の一例として、非導電性の非水性のインク（液体）Ｗを利用して記録を行うインクジェットプリンタ１を例に挙げて説明する。

本実施形態のインクジェットプリンタ１は、図１に示すように、インクＷを吐出する複数のインクジェットヘッド（液体噴射ヘッド）２と、記録紙（被記録媒体）Ｐを予め決められた搬送方向Ｌ１に搬送する搬送手段３と、この搬送方向Ｌ１に直交する直交方向Ｌ２に複数のインクジェットヘッド２を往復移動させる移動手段４とを、備えている。

つまり、このインクジェットプリンタ１は、記録紙Ｐを搬送方向Ｌ１に搬送しながら、該搬送方向Ｌ１に直交する直交方向Ｌ２にインクジェットヘッド２を移動させて、記録紙Ｐに文字や画像を記録する所謂シャトルタイプのプリンタである。
なお、本実施形態では、それぞれ異なる色（例えば、ブラック、シアン、マゼンタ及びイエロー）のインクＷを吐出する４つのインクジェットヘッド２を備えている場合を例にしている。なお、これら４つのインクジェットヘッド２は、同一構成とされている。

これら４つのインクジェットヘッド２は、略直方体形状の筐体５内に組み込まれたキャリッジ６に搭載されている。
このキャリッジ６は、複数のインクジェットヘッド２を載置する平板状の基台６ａと、該基台６ａから垂直に立ち上げられた壁部６ｂと、で構成されており、直交方向Ｌ２に沿って配置されたガイドレール７によって往復移動可能に支持されている。また、キャリッジ６は、ガイドレール７に支持された状態で一対のプーリ８に巻回された搬送ベルト９に連結されている。一対のプーリ８のうち一方のプーリ８は、モータ１０の出力軸に連結されており、モータ１０からの回転駆動力を受けて回転するようになっている。これにより、キャリッジ６は、直交方向Ｌ２に向けて往復移動できるようになっている。
即ち、これら一対のガイドレール７、一対のプーリ８、搬送ベルト９及びモータ１０は、上記移動手段４として機能する。

また、筐体５には、一対のガイドレール７と同じ直交方向Ｌ２に沿って一対の搬入ローラ１５と、一対の搬送ローラ１６とが間隔を空けて並設されている。一対の搬入ローラ１５は、筐体５の背面側に設けられ、一対の搬送ローラ１６は筐体５の前面側に設けられている。そして、これら一対の搬入ローラ１５及び一対の搬送ローラ１６は、図示しないモータによって記録紙Ｐを間に挟んだ状態で回転するようになっている。これにより、筐体５の背面側から前面側に向かう搬送方向Ｌ１に沿って記録紙Ｐを搬送することができるようになっている。
即ち、これら一対の搬入ローラ１５及び一対の搬送ローラ１６は、上記搬送手段３として機能する。

各インクジェットヘッド２は、図２に示すように、キャリッジ６の基台６ａに図示しないネジを介して取り付けられる矩形状の固定板２０と、該固定板２０の上面に固定されたヘッドチップ２１と、該ヘッドチップ２１の後述するインク導入孔３１ａにインクＷを供給する供給手段２２と、後述する駆動電極３７に駆動電圧を印加する制御手段２３と、を主に備えている。

ヘッドチップ２１は、図３及び図４に示すように、アクチュエータプレート３０、カバープレート３１、支持プレート３２、ノズルプレート３３及び接着プレート３４とで主に構成されている。
アクチュエータプレート３０は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等の圧電材料から形成されたプレートである。このアクチュエータプレート３０の上面には、長さ方向（矢印Ｘ方向）に伸びる溝部３５が横幅方向（矢印Ｙ方向）に一定間隔を空けた状態で複数形成されている。即ち、複数の溝部３５は、側壁３６によってそれぞれ区分けされた状態となっている。

複数の溝部３５は、アクチュエータプレート３０の前端面側に開口するように形成されていると共に、後端面に向かうにしたがって漸次深さが浅くなるように形成されている。なお、溝部３５の後端面側は、図示しない封止手段によって封止されている。これら複数の溝部は、インクＷが充填されるチャネルとして機能する。

複数の溝部３５の側壁３６には、図５及び図６に示すように、長さ方向に亘って駆動電極３７が蒸着等により形成されている。この駆動電極３７は、各溝部３５内において深さが浅くなるアクチュエータプレート３０の後端面側で電気的に１つに合流した状態となっている。そして、後述するフレキシブル基板２７の引き出し電極２７ａに電気的に接続されるようになっている。
そして、駆動電極３７は、駆動電圧が印加されたときに、側壁３６を圧電厚み滑り効果により変形させることで溝部内の圧力を高め、充填されたインクＷを溝部内から吐出させる働きをしている。

図３及び図４に戻って、カバープレート３１は、複数の溝部３５の一部を露出させた状態で、アクチュエータプレート３０の上面に重ね合わされている。また、カバープレート３１には、インクＷが供給されてくるインク導入孔３１ａが横幅方向に亘って形成されている。これより、複数の溝部３５にインクＷを充填できるようになっている。

支持プレート３２は、重ね合わされたアクチュエータプレート３０及びカバープレート３１を支持していると共に、ノズルプレート３３及び接着プレート３４を同時に支持している。支持プレート３２には、横幅方向に亘って嵌合孔３２ａが形成されており、重ね合わされたアクチュエータプレート３０及びカバープレート３１をこの嵌合孔３２ａ内に嵌め込んだ状態で両プレート３０、３１を支持している。この際、支持プレート３２の端面は、両プレート３０、３１の前端面と面一となるように組み合わされている。

そして、これら支持プレート３２の端面、両プレート３０、３１の前端面に、接着プレート３４を間に介在させた状態でノズルプレート３３が接着剤Ｓにより接着固定されている。なお、図３及び図４では、接着剤Ｓの図示を省略している。
このノズルプレート３３は、厚みが５０μｍ程度のポリイミド等のフィルム材からなるシート状のプレートである。そして、ノズルプレート３３は、一方の面が接着プレート３４に接着される接着面となっており、他方の面が記録紙Ｐに対向する対向面となっている。なお、対向面には、インクＷの付着等を防止するための撥水性を有する撥水膜がコーティングされている。

また、このノズルプレート３３には、横幅方向に複数の溝部３５のピッチと同じ間隔で複数のノズル孔３３ａが形成されている。この際、ノズル孔３３ａは、隣り合うノズル孔３３ａに対して横幅方向に直交するノズルプレートの縦幅方向（矢印Ｚ方向）に所定距離Ｎ１だけずれた状態で配列されるように形成されている。
より具体的に説明すると、複数のノズル孔３３ａは、横幅方向に向けて交互に千鳥状に配列されるように形成されており、縦幅方向に所定距離Ｎ１だけ間を空けて平行に２列に並んだ状態となっている。しかも、各ノズル孔３３ａは、図７及び図８に示すように、各溝部３５の横幅中心線上に中心が位置するように形成されている。
加えて、本実施形態では、上記所定距離Ｎ１が溝部の縦幅Ｎ２よりも大きく長く設計されており、ノズルプレート３３を平面視したときにノズル孔３３ａと溝部３５とが直線上に重ならないようになっている。

また、各ノズル孔３３ａは、外形輪郭線が円形を描くように円状に形成されている。しかも、図４に示すように、接着面側の入口径Ｄ１（ノズル孔３３ａの外形輪郭線の直径）が対向面側の出口径Ｄ２よりも大きい断面テーパ状に形成されている。特に、ノズル孔３３ａの入口径Ｄ１の直径は、溝部３５の横幅よりも大きいサイズとされている。
なお、ノズル孔３３ａは、エキシマレーザ装置等を用いて形成されている。

接着プレート３４は、図３及び図４に示すように、ノズルプレート３３と略同じ厚みで同じサイズに形成されたプレートである。なお、材質としては、例えばセラミックやポリイミド等であるが、インクＷに耐性を有していれば自由に選択して構わない。また、接着プレート３４の材質は、アクチュエータプレート３０及びカバープレート３１の接合体と接着するため、相互の熱変形が略同等となるように接合体に使用する材質と略同等の熱変形特性を備えていることが好ましい。

この接着プレート３４には、複数のノズル孔３３ａにそれぞれ対向するように形成されている。即ち、横幅方向に向けてノズル孔３３ａと同じピッチで千鳥状に複数形成されている。しかも、逃げ孔３４ａは、図８に示すように、外形輪郭線がノズル孔３３ａの外形輪郭線から少なくとも一定距離Ｈ離間した状態でノズル孔３３ａの周囲を囲むように形成されており、ノズルプレート３３の固定時に余った接着剤Ｓが逃げ込んで溜め込まれるようになっている。

具体的に逃げ孔３４ａは、中心がノズル孔３３ａの中心に一致した正方形状に形成されており、一辺の長さが〔（ノズル孔３３ａの入口径の直径Ｄ１）＋（（上記一定距離Ｈ）×２）〕となっている。しかも、この逃げ孔３４ａには、溝部３５に向けて延出した延出部３４ｂが一部に形成されており、図８及び図９に示すように、ノズル孔３３ａと溝部３５とをそれぞれ連通させている。これにより、溝部３５にて加圧されたインクＷを、逃げ孔３４ａを介してノズル孔３３ａから外部に吐出できるようになっている。

図２に示すように、このように構成されたヘッドチップ２１は、上述したように固定板２０の上面に固定されている。この固定板２０の上面には、アルミニウム等で形成された矩形状のベースプレート２４が垂直に立ち上がった状態で固定されていると共に、ヘッドチップ２１のインク導入孔３１ａにインクＷを供給する流路部材２２ａが固定されている。この流路部材２２ａの上方には、インクＷを貯留する貯留室を内部に有する圧力緩衝器２２ｂがベースプレート２４に支持された状態で配置されている。この圧力緩衝器２２ｂと流路部材２２ａとは、インク連結管２２ｃを介して連結されている。また、圧力緩衝器２２ｂの上部には、インクＷが供給されてくる供給チューブ４０が取り付けられている。
このように構成されているので、供給チューブ４０を介して圧力緩衝器２２ｂにインクＷが供給されると、該インクＷは圧力緩衝器２２ｂ内の貯留室に一旦貯留される。そして、圧力緩衝器２２ｂは、貯留されたインクＷのうち、所定量のインクＷをインク連結管２２ｃ及び流路部材２２ａを介してヘッドチップ２１のインク導入孔３１ａに供給するようになっている。
即ち、流路部材２２ａ、圧力緩衝器２２ｂ及びインク連結管２２ｃは、上記供給手段２２として機能する。

なお、供給チューブ４０は、図１に示すように、筐体５内に組み込まれたインクタンク４１に連結されている。これにより、インクタンク４１に貯留されている色の異なるインクＷが、４つのインクジェットヘッド２にそれぞれ供給されるようになっている。

また、図２に示すように、ベースプレート２４には、ヘッドチップ２１を駆動するための集積回路等の駆動回路２５が搭載されたＩＣ基板２６が固定されている。この駆動回路２５と、ヘッドチップ２１の駆動電極３７とは、複数の引き出し電極２７ａがプリント配線されたフレキシブル基板２７を介して電気的に接続されている。
フレキシブル基板２７は、図５に示すように、深さが浅くなった各溝部３５に嵌り込む形で駆動電極３７に接続されている。そして、駆動回路２５は、フレキシブル基板２７を介して駆動電極３７に駆動電圧を印加して、インクＷの吐出を行わせている。
即ち、駆動回路２５及びフレキシブル基板２７は、上記制御手段２３として機能する。

次に、上述したように構成されたインクジェットプリンタ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、４つのインクタンク４１にはそれぞれ異なる色のインクＷが十分に封入されているものとする。また、水頭差によって、インクタンク４１内のインクＷが供給チューブ４０を介して圧力緩衝器２２ｂに供給された状態となっている。そのため、所定量のインクＷがインク連結管２２ｃ及び流路部材２２ａを介してヘッドチップ２１のインク導入孔３１ａに供給され、複数の溝部３５内に充填された状態となっている。

このような初期状態のもと、インクジェットプリンタ１を作動させると、一対の搬入ローラ１５及び一対の搬送ローラ１６が回転して記録紙Ｐを搬送方向Ｌ１に向けて搬送する。また、これと同時にモータ１０がプーリ８を回転させて搬送ベルト９を動かす。これにより、キャリッジ６がガイドレール７でガイドされながら直交方向Ｌ２に往復移動する。そしてこの間に、各インクジェットヘッド２のヘッドチップ２１より４色のインクＷ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。特に、シャトル方式であるので、記録紙Ｐの所望する範囲に対して正確に記録を行うことができる。

ここで、各インクジェットヘッド２の動きについて、以下に詳細に説明する。
キャリッジ６によって往復移動が開始されると、駆動回路２５は、フレキシブル基板２７を介して駆動電極３７に駆動電圧を印加する。より詳しくは、図１０に示すように、インクＷを吐出する溝部３５の両側の２つの側壁３６にそれぞれ設けられている駆動電極３７に駆動電圧を印加し、この２つの側壁３６を、インクＷを吐出させる溝部３５に隣接している溝部３５側へ突出するように変形させる。即ち、吐出する溝部３５があたかも膨らむように変形させる。なお、図１０では、１つの溝部３５からインクＷを吐出する場合を例に挙げて図示している。

この２つの側壁３６の圧電厚み滑り効果による変形によって、吐出する溝部３５の容積が増大する。そして、溝部３５の容積が増大したことにより、インクＷがインク導入孔３１ａから溝部３５に誘導される。そして、インクＷを溝部３５に誘導したタイミングで、駆動電極３７に印加した駆動電圧をゼロにする。これにより、側壁３６の変形が元に戻り、一旦増大した溝部３５の容積が元の容積に戻る。この動作によって、吐出する溝部３５の内部の圧力が増加し、インクＷが加圧される。その結果、インクＷが溝部３５内から吐出される。

なお、ここで述べている駆動電極３７は、それぞれ隣接する溝部３５から選択的にインクＷを吐出させるための電極として、別々に機能するように形成されている。また、インクＷを安定して吐出するために、さらなるインクＷの加圧が必要な場合には、側壁３６を吐出する溝部３５側へ突出するように変形させる。この動作によって、吐出する溝部３５
の内部の圧力がさらに増加するので、インクＷをより加圧することができる。但し、この動作は上述したとおり、インクＷを安定して吐出させることを目的とするものであるので、必須な動作ではなく必要に応じて適宜使用すれば良い。
また、本実施形態では、非水性のインクＷを使用しているので、上述した各動作を必要に応じて組み合わせて実行することにより、最適なインクＷの吐出を実現することができる。

吐出されたインクＷは、逃げ孔の延出部３４ｂを介してノズル孔３３ａを通過した後、外部に吐出される。しかもノズル孔３３ａを通過する際に、インクＷは液滴状、即ちインク滴となって吐出される。その結果、上述したように、記録紙Ｐに文字や画像等を記録することができる。
特に、本実施形態のノズル孔３３ａは、断面テーパ状であるので、インク滴を速い速度で真っ直ぐに直進性良く吐出することができる。よって、高画質に記録を行うことができる。

次に、このように構成されたヘッドチップ２１を組み立てるにあたり、ノズルプレート３３の固定について簡単に説明する。
まず、固定に先立って、アクチュエータプレート３０及びカバープレート３１の前端面に接着剤Ｓを塗布した後、溝部３５に接着プレート３４の逃げ孔３４ａ及び延出部３４ｂが対向するように位置合わせを行いながら該接着プレート３４を両プレート３０、３１の前端面に接触させ、加熱硬化させる。この際、加熱することで硬化するエポキシ系の接着剤Ｓを用いることが好ましい。次に、接着プレート３４に接着剤Ｓを塗布した後、今度は逃げ孔３４ａとノズル孔３３ａとが対向するように位置合わせを行いながらノズルプレート３３を接着プレート３４に接触させ、加熱硬化させる。最後に、支持プレート３２の端面に接着剤Ｓを塗布した後、ノズルプレート３３の裏面に押し付けて加熱し、硬化させる。これにより、図３に示すヘッドチップ２１を組み立てることができる。

特に、ノズルプレート３３の接着時に余った接着剤Ｓが拡がったとしても、図８及び図９に示すように、該接着剤Ｓをノズル孔３３ａに到達する前に逃げ孔３４ａに入り込ませて溜め込むことができる。そのため、ノズル孔３３ａ内に接着剤Ｓが流れ込んで該ノズル孔３３ａを防いでしまうことがないので、吐出不良を防止することができる。しかも、逃げ孔３４ａは、ノズル孔３３ａの外形輪郭線から少なくとも一定距離Ｈ離間する大きさで形成されているので、逃げ込んできた接着剤Ｓを確実に溜め込むことができる。加えて、本実施形態の逃げ孔３４ａは正方形状であるので、四隅に接着剤Ｓを溜め込むことができるスペースが多く確保されている。従って、接着剤Ｓがノズル孔３３ａ側に流れてしまうことを確実に防止できる。その結果、接着剤Ｓの流れ込みに起因する吐出不良を効果的に防止することができる。

これらのことから、吐出不良を招くことのない高品質なヘッドチップ２１とすることができる。また、逃げ孔３４ａを設けるだけの簡単な構成であるので、容易にヘッドチップ２１を組み立てることができ、歩留まりを向上して低コスト化を図ることができると共に、実現性の高いヘッドチップ２１とすることができる。
しかも、複数の逃げ孔３４ａは接着プレート３４に形成されている。よって、接着プレート３４とノズルプレート３３とを重ね合わせるだけで、複数のノズル孔３３ａに対して逃げ孔３４ａを容易且つ確実に位置合わせできるので、組み立てが簡便である。

更に、複数のノズル孔３３ａ及び逃げ孔３４ａは、横幅方向に向けて一直線に並んでいるのではなく、隣り合うノズル孔３３ａ及び逃げ孔３４ａに対して、ノズルプレート３３の縦幅方向に所定距離Ｎ１だけずれた状態で配列されている。つまり、隣接するノズル孔３３ａ及び逃げ孔３４ａ同士は、横に並ぶことがないので、周囲にある程度自由なスペースが確保されている。そのため、溝部３５の横幅や側壁３５の横幅を従来よりも短くして狭ピッチ化を図ったとしても、ノズル孔３３ａのサイズを小さくする必要がなく従来と同じ大きさのままにすることができる。しかも、逃げ孔３４ａの存在により、ノズル孔３３ａ内に接着剤Ｓが流れ込む恐れもない。これらのことから、ヘッドチップ２１の狭ピッチ化を図ることができる。

例えば、従来、溝部３５の横幅が７５μｍ、側壁３６の横幅が６６μｍ、ノズル孔３３ａの入口径の直径Ｄ１が５５μｍであったものを、本実施形態によれば、溝部３５の横幅を４０μｍ、側壁３６の横幅を３０μｍ程度に狭ピッチ化したとしても、ノズル孔３３ａの入口径の直径Ｄ１を５５μｍのままにすることができる。なお、この場合の逃げ孔３４ａのサイズとしては、一辺の長さが７０μｍ程度にすれば良い。このように、従来に比べてヘッドチップ２１の狭ピッチ化を図ることができる。

また、本実施形態のインクジェットヘッド２及びインクジェットプリンタ１によれば、接着剤Ｓの流れ込みに起因する吐出不良がない高品質なヘッドチップ２１を備えているので、同様に高品質化を図ることができる。加えて、狭ピッチ化されたヘッドチップ２１でもあるので、高画質に記録を行うことができると共に、小型化を図ることができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明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、上記実施形態では、液体噴射装置の一例として、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構わない。
また、逃げ孔３４ａの形状を正方形状としたが、この形状に限定されるものではない。外形輪郭線がノズル孔３３ａの外形輪郭線から少なくとも一定距離Ｈ以上離間した状態でノズル孔３３ａの周囲を囲むのであれば、逃げ孔３４ａの形状は自由に設計して構わない。

また、ノズル孔３３ａ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。このようにノズル孔３３ａを形成した場合には、ノズル孔３３ａの形状に合わせて逃げ孔３４ａの形状を決定すれば良い。
また、上記実施形態では、ノズルプレート３３を平面視したときに、ノズル孔３３ａと溝部３５とが直線上に重ならないように構成したが、縦幅方向へのずれ量を小さくして、ノズル孔３３ａと溝部３５とが直線上に重なるように形成しても構わない。つまり、この場合には、平行に２列に並ぶノズル孔３３ａの間隔をより接近させた状態にすることができる。なおこの場合には、逃げ孔３４ａの一部に形成された延出部３４ｂは不要である。

また、上記実施形態では、ノズル孔３３ａ及び逃げ孔３４ａを横幅方向に千鳥状に配列させたが、このような配列に限定されるものではない。つまり、隣り合うノズル孔３３ａ及び逃げ孔３４ａに対して、縦幅方向にずれた状態で配列されるのであれば、配列を自由に設計して構わない。但し、上記実施形態のように、ノズル孔３３ａを２列に並ぶように形成することで、インクＷを吐出する際の駆動電圧の印加制御がより簡便になるので好ましい。

また、非水性のインクＷを利用した場合を説明したが、例えば、導電性の水性インク、ソルベントインク、オイルインクやＵＶインク等を用いても構わない。なお、水性インクを用いる場合には、ヘッドチップ２１を次にように構成すれば良い。
即ち、図１１に示すように、複数の溝部３５を、インクＷが充填される吐出チャネルとして機能する溝部３５ａと、インクＷが充填されないダミーチャネルとして機能する溝部３５ｂとして交互に利用する。そして、インク導入孔３１ａに、供給されたインクＷを吐出チャネルとして機能する溝部３５ａ内に導入するスリット３１ｂを形成する。つまり、吐出チャネルとして機能する溝部３５ａに対向する位置にスリット３１ｂを形成する。これにより、吐出チャネルとして機能する溝部３５ａだけにインクＷを充填することができる。そして、吐出チャネルとして機能する溝部３５ａに対向するように、逃げ孔３３ａ及びノズル孔３４ａを形成する。

このようにヘッドチップ２１を構成することで、水性のインクＷであっても、吐出チャネルとして機能する溝部３５ａに設けられた駆動電極３７と、ダミーチャネルとして機能する溝部３５ｂに設けられた駆動電極３７とをインクＷを介して導通させることなく、電気的に切り離した状態で使い分けることができる。従って、水性のインクＷを利用して記録を行うことができる。
特に、導電性を有するインクＷであっても問題なく利用できるので、インクジェットプリンタ１の付加価値を高めることができる。なお、その他は同様の作用効果を奏することができる。

本発明に係る液体噴射装置の一実施形態であるインクジェットプリンタを示す斜視図である。 図１に示すインクジェットプリンタを構成するインクジェットヘッドの外観斜視図である。 図２に示すインクジェットヘッドを構成するヘッドチップの斜視図である。 図３に示すヘッドチップの分解斜視図である。 図３に示すヘッドチップの拡大図であって、アクチュエータプレートとカバープレートを分解した状態における拡大図である。 図３に示すヘッドチップの断面図である。 図３に示すヘッドチップをノズルプレート側から見た図である。 図７に示すノズル孔周辺の拡大図であって、ノズル孔と逃げ孔との位置関係を示す図である。 図８に示す断面矢視Ａ−Ａ図である。 図６に示す状態から、駆動電極に駆動電圧を印加させて側壁を変形させた状態を示す図である。 本発明に係るヘッドチップの変形例を示す図であって、水性のインクを用いる場合のヘッドチップの分解斜視図である。 従来のヘッドチップの一例を示す斜視図である。 図１２に示すヘッドチップの分解斜視図である。 図１２に示すヘッドチップをノズルプレート側から見た図である。 図１４に示すノズル孔周辺の拡大図である。 図１５に示す断面矢視Ｂ−Ｂ図である。

符号の説明

Ｐ…記録紙（被記録媒体）
Ｓ…接着剤
Ｗ…インク（液体）
１…インクジェットプリンタ（液体噴射装置）
２…インクジェットヘッド（液体噴射ヘッド）
３…搬送手段
４…移動手段
２１…ヘッドチップ
２２…供給手段
２３…制御手段
３０…アクチュエータプレート
３１…カバープレート
３１ａ…インク導入孔
３１ｂ…スリット
３３…ノズルプレート
３３ａ…ノズル孔
３４…接着プレート
３４ａ…逃げ孔
３５…溝部
３５ａ…吐出チャネルとして機能する溝部
３５ｂ…ダミーチャネルとして機能する溝部
３６…側壁
３７…駆動電極

Claims (8)

1. 被記録媒体に向けて液体を吐出するヘッドチップであって、
   前記液体が充填される複数の溝部が横幅方向に一定間隔を空けた状態で形成されたアクチュエータプレートと、
   前記溝部の側壁にそれぞれ形成され、駆動電圧が印加されたときに側壁を変形させることで溝部内の圧力を高め、充填された前記液体を溝部内から吐出させる駆動電極と、
   前記アクチュエータプレートに重ねられ、前記複数の溝部に前記液体を導入させる導入孔が形成されたカバープレートと、
   前記アクチュエータプレートの端面に接着剤を介して固定され、前記横幅方向に前記複数の溝部と同じ間隔で複数のノズル孔が形成されたノズルプレートと、を備え、
   前記ノズルプレートと前記アクチュエータプレートとの間には、前記ノズル孔と前記溝部とをそれぞれ連通する逃げ孔がノズル孔の数に対応して形成され、該逃げ孔の外形輪郭線がノズル孔の外形輪郭線から少なくとも一定距離以上離間した状態でノズル孔の周囲を囲むと共に、該逃げ孔にはノズルプレートの固定時に余った前記接着剤が溜め込まれ、
   前記複数のノズル孔及び逃げ孔は、隣り合うノズル孔及び逃げ孔に対して、前記横幅方向に直交する前記ノズルプレートの縦幅方向に所定距離だけずれた状態で配列されていることを特徴とするヘッドチップ。
2. 請求項１に記載のヘッドチップにおいて、
   前記複数のノズル孔及び逃げ孔は、前記所定距離だけ間を空けて平行に２列に並ぶように、前記横幅方向に向けて千鳥状に配列されていることを特徴とするヘッドチップ。
3. 請求項１又は２に記載のヘッドチップにおいて、
   前記ノズル孔は、前記外形輪郭線が円形を描くように形成された孔であることを特徴とするヘッドチップ。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載のヘッドチップにおいて、
   前記逃げ孔は、中心が前記ノズル孔の中心に略一致した正方形状に形成されていることを特徴とするヘッドチップ。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載のヘッドチップにおいて、
   前記逃げ孔は、前記ノズルプレートと前記アクチュエータプレートとの間に介在され、両プレートに対して前記接着剤を介して固定される接着プレートに形成されていることを特徴とするヘッドチップ。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載のヘッドチップにおいて、
   前記複数の溝部は、前記液体が充填される吐出チャネルとして機能する部分と、液体が非充填されるダミーチャネルとして機能する部分とが交互に並ぶように設けられ、
   前記導入孔には、前記吐出チャネルとして機能する溝部にだけ前記液体を導入するスリットが形成され、
   前記ノズル孔は、前記吐出チャネルとして機能する溝部にだけ連通するように形成されていることを特徴とするヘッドチップ。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載のヘッドチップと、
   所定量の前記液体を前記導入孔に供給する供給手段と、
   前記駆動電極に前記駆動電圧を印加する制御手段と、を備えていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
8. 請求項７に記載の液体噴射ヘッドと、
   前記被記録媒体を予め決められた方向に搬送する搬送手段と、
   前記被記録媒体の搬送方向に直交する方向に前記液体噴射ヘッドを往復移動させる移動手段と、を備えていることを特徴とする液体噴射装置。

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