(57)【要約】【課題】振動板の変位量を大きくすることができる液体噴射ヘッドを提供する。【解決手段】本発明に係る液体噴射ヘッド１００は、圧力室２２が形成された基板２０と、基板２０の上方に形成された振動板３０と、振動板３０の上方に形成された第１部材４０と、振動板３０の上方に形成され、第１部材４０を下方側から支持している支持部５２を有する第２部材５０と、第１部材４０の上方に形成された圧電素子６０と、を含み、第１部材４０は、圧力室２２の上方の振動板３０に接着された第１部分４２と、圧電素子６０が形成された第２部分４４と、第１部分４２から第２部分４４に向かって斜め上方に延び、第２部材５０の支持部５２によって支持された第３部分４６と、を有し、支持部５２から第１部分４２までの距離Ｌ１は、支持部５２から第２部分４４までの距離Ｌ２より大きい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力室が形成された基板と、
前記基板の上方に形成された振動板と、
前記振動板の上方に形成された第１部材と、
前記振動板の上方に形成され、前記第１部材を下方側から支持している支持部を有する第２部材と、
前記第１部材の上方に形成された圧電素子と、
を含み、
前記第１部材は、
前記圧力室の上方の前記振動板に接着された第１部分と、
前記圧電素子が形成された第２部分と、
前記第１部分から前記第２部分に向かって斜め上方に延び、前記第２部材の前記支持部によって支持された第３部分と、
を有し、
前記支持部から前記第１部分までの距離は、前記支持部から前記第２部分までの距離より大きい、液体噴射ヘッド。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１部材の前記第１部分は、前記第１部材の一方の端部であり、
前記第１部材の前記第２部分は、前記第１部材の他方の端部である、液体噴射ヘッド。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記第１部材の前記第１部分は、前記基板の厚み方向と直交する方向に延びている、液体噴射ヘッド。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかにおいて、
前記第１部材の前記第２部分は、前記基板の厚み方向と直交する方向に延びている、液体噴射ヘッド。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかにおいて、
１０ｍＰａ・ｓ以上の粘度である液体を吐出する、液体噴射ヘッド。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかにおいて、
前記第１部材は、複数の前記第２部分と、複数の前記第３部分と、を有し、
複数の前記第３部分は、１つの前記第１部分から複数の前記第２部分に向かって延びている、液体噴射ヘッド。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の液体噴射ヘッドを有する、プリンタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体噴射ヘッド、およびプリンタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、インク滴を吐出するノズル孔と連通する圧力室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電素子により変形させて、圧力室のインクを加圧してノズル孔からインク滴を吐出させるインクジェットヘッドが知られている（例えば特許文献１参照）。このようなインクジェットヘッドでは、振動板の変位量を大きくすることができると圧力室の容積変化を大きくすることができるので、インク滴の吐出量を変化させたり、様々な種類のインク滴を吐出させたりと、その汎用性を高めることができる。
【特許文献１】特開２００７−１１４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的の１つは、振動板の変位量を大きくすることができる液体噴射ヘッドを提供することにある。また、本発明の目的の１つは、上記液体噴射ヘッドを有するプリンタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明に係る液体噴射ヘッドは、
圧力室が形成された基板と、
前記基板の上方に形成された振動板と、
前記振動板の上方に形成された第１部材と、
前記振動板の上方に形成され、前記第１部材を下方側から支持している支持部を有する第２部材と、
前記第１部材の上方に形成された圧電素子と、
を含み、
前記第１部材は、
前記圧力室の上方の前記振動板に接着された第１部分と、
前記圧電素子が形成された第２部分と、
前記第１部分から前記第２部分に向かって斜め上方に延び、前記第２部材の前記支持部によって支持された第３部分と、
を有し、
前記支持部から前記第１部分までの距離は、前記支持部から前記第２部分までの距離より大きい。
【０００５】
本発明に係る液体噴射ヘッドは、振動板の変位量を大きくすることができる。
【０００６】
なお、本発明に係る記載では、「上方」という文言を、例えば、「特定のもの（以下「Ａ」という）の「上方」に他の特定のもの（以下「Ｂ」という）を形成する」などと用いている。本発明に係る記載では、この例のような場合に、Ａ上に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ上に他のものを介してＢを形成するような場合とが含まれるものとして、「上方」という文言を用いている。同様に、「下方」という文言は、Ａ下に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ下に他のものを介してＢを形成するような場合とが含まれるものとする。
【０００７】
本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、
前記第１部材の前記第１部分は、前記第１部材の一方の端部であり、
前記第１部材の前記第２部分は、前記第１部材の他方の端部であることができる。
【０００８】
本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、
前記第１部材の前記第１部分は、前記基板の厚み方向と直交する方向に延びていることができる。
【０００９】
本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、
前記第１部材の前記第２部分は、前記基板の厚み方向と直交する方向に延びていることができる。
【００１０】
本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、
１０ｍＰａ・ｓ以上の粘度である液体を吐出することができる。
【００１１】
本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、
前記第１部材は、複数の前記第２部分と、複数の前記第３部分と、を有し、
複数の前記第３部分は、１つの前記第１部分から複数の前記第２部分に向かって延びていることができる。
【００１２】
本発明に係るプリンタは、
本発明に係る液体噴射ヘッドを有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１４】
１．  液体噴射ヘッド
まず、本実施形態に係る液体噴射ヘッドについて説明する。図１は、本実施形態に係る液体噴射ヘッド１００の要部を模式的に示す断面図である。図２は、本実施形態に係る液体噴射ヘッド１００の分解斜視図であり、通常使用される状態とは上下を逆に示したものである。なお、図２では、便宜上、第１部材４０および第２部材５０の図示を省略している。
【００１５】
液体噴射ヘッド１００は、図１および図２に示すように、ノズル孔１２が形成されたノズルプレート１０と、圧力室２２が形成された基板２０と、振動板３０と、第１部材４０と、第２部材５０と、圧電素子６０と、を有する。さらに、液体噴射ヘッド１００は、図２に示すように、供給路２４と、リザーバ２６と、筐体７０と、を有することができる。
【００１６】
ノズルプレート１０は、例えば、ニッケル、銅、シリコン、ステンレスなどからなる。
【００１７】
ノズル孔１２は、ノズルプレート１０に形成されている。ノズル孔１２は、複数設けられていることができ、その数は特に限定されない。ノズル孔１２は、基板２０の厚み方向
（−Ｙ方向）に向けて液体（インク）を吐出することができる。ノズル孔１２から吐出される液体の粘度は、例えば、２５℃において、１０ｍＰａ・ｓ以上、さらには、２０ｍＰａ・ｓ以上である。
【００１８】
基板２０は、図１に示すように、ノズルプレート１０上（図２では下）に形成されている。基板２０は、例えば、ニッケル、銅、シリコンなどからなる。基板２０は、圧力室２２、供給路２４およびリザーバ２６を区画することができる。
【００１９】
圧力室２２は、基板２０に形成されている。圧力室２２は、ノズル孔１２と連通している。圧力室２２は、図２に示すように、供給路２４を介してリザーバ２６と連通している。リザーバ２６は、供給路２４を介して圧力室２２に液体を供給することができる。リザーバ２６には、貫通孔２８が形成されており、貫通孔２８を通って外部からリザーバ２６内に液体が供給される。
【００２０】
振動板３０は、図１に示すように、基板２０上（図２では下）に形成されている。振動板５０は、例えば、ニッケルなどの金属膜、ポリイミドなどの高分子材料膜、二酸化ジルコニウムや二酸化シリコンなどの絶縁膜からなる。
【００２１】
第２部材５０は、振動板３０上に形成されている。第２部材は、例えば、ステンレス鋼からなる。第２部材５０は、支持部５２を有する。支持部５２は、第１部材４０を下方側（Ｙ方向側）から支持することができる。
【００２２】
第１部材４０は、振動板３０上に形成されている。第１部材は、例えば、タングステンカーボン、ステンレスなどからなる。第１部材４０は、第１部分４２と、第２部分４４と、第３部分４６と、を有する。
【００２３】
第１部分４２は、圧力室２２上の振動板３０に接着されている。第１部分４２は、第１部材４０の一方の端部であることができる。第１部分４２は、基板２０の厚み方向（Ｙ方向）と直交する方向（Ｘ方向）に延びていることができる。
【００２４】
第２部分４４は、振動板３０の上方に形成されている。第２部分４４には、圧電素子６０が形成されている。第２部分４４は、第１部材４０の他方の端部であることができる。第２部分４４は、Ｘ方向に延びていることができる。
【００２５】
第３部分４６は、第１部分４２から第２部分４４に向かって斜め上方（Ｙ方向に対して斜めの方向）に延びている。第３部分４６は、第１部分４２から第２部分４４まで斜め上方に延びているということもできる。すなわち、第２部分４４は、第１部分４２の斜め上方に位置している。第３部分４６は、第１部分４２および第２部分４４と接していることができる。第３部材４６は、第２部材５０の支持部５２によって支持されている。支持部５２から第１部分４２までの距離Ｌ１は、支持部５２から第２部分４４までの距離Ｌ２より大きい。例えば、距離Ｌ１は、距離Ｌ２の２倍である。
【００２６】
圧電素子６０は、第１部材４０の第２部分４４上に形成されている。圧電素子６０は、与えられる電気信号にしたがって、第２部分４４を上下方向（Ｙ方向）に振動（変位）させることができる。圧電素子６０は、圧電体を電極で挟んだ構造を有する。圧電素子６０の電極の延びる方向は、第２部分４４の振動方向に対して垂直（縦モード）であってもよいし、平行（横モード）であってもよい。縦モードの場合は、圧電素子６０の上部は、固定基板（図示せず）に固定されている。圧電素子６０の電極は、例えばケーブル（図示せず）によって、外部駆動回路と接続されている。圧電素子６０の圧電体は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３：ＰＺＴ）からなる。圧電素子６０の電極は、例えば、白金、イリジウムなどからなる。
【００２７】
筐体７０は、図２に示すように、圧電素子６０やノズルプレート１０などを収納することができる。筐体７０は、例えば、各種樹脂材料、各種金属材料からなる。
【００２８】
ここで、液体噴射ヘッド１００の動作原理について説明する。
【００２９】
圧電素子６０によって、第１部材４０の第２部分４４が、例えば、下方向（−Ｙ方向）にΔｄ変位したとする。このとき、支持部５２から第１部分４２までの距離Ｌ１が、支持部５２から第２部分４４までの距離Ｌ２の２倍の長さであるとすると、「てこの原理」により、第１部分４２は、上方向（＋Ｙ方向）にΔｄの２倍変位することができる。いうなれば、支持部５２が「支点」、第２部分４４が「力点」、第１部分４２が「作用点」となる。すなわち、「てこの原理」により、第１部分４２の変位量は、第２部分４４の変位量の２倍となることができる。第１部分４２は、振動板３０に接着されているため、圧電素子６０によって直接的に変位する第２部分４４に対して、より大きく振動板３０を変位させることができる。その結果、圧力室２２の容積変化を大きくすることができる。
【００３０】
本実施形態に係る液体噴射ヘッド１００は、例えば、以下の特徴を有する。
【００３１】
液体噴射ヘッド１００では、上述のように、「てこの原理」を利用することにより、振動板３０の変位量を大きくすることができる。
【００３２】
液体噴射ヘッド１００では、第１部材４０の第１部分４２は、Ｘ方向に延びていることができる。そのため、第１部分４２と振動板３０との接着面積を大きくすることができ、確実に、第１部分４２の変位を振動板３０に伝えることができる。
【００３３】
液体噴射ヘッド１００では、第１部材４０の第２部分４４は、Ｘ方向に延びていることができる。そのため、圧電素子６０は、効率よく第２部分４４を変位させることができる。
【００３４】
液体噴射ヘッド１００では、例えば、１０ｍＰａ・ｓ以上の粘度である液体を吐出することができる。すなわち、液体噴射ヘッド１００は、上述のように振動板３０の変位量を大きくすることができるため、圧力室２２の変位量を大きくすることができ、高粘度の液体の吐出に有利である。
【００３５】
２．  液体噴射ヘッドの製造方法
次に、本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法について、図面を参照しながら説明する。図３および図４は、本実施形態に係る液体噴射ヘッド１００の要部の製造工程を模式的に示す断面図である。
【００３６】
図３に示すように、母型基板１上にノズルプレート１０を形成する。ノズルプレート１０は、例えば、電鋳法、ＬＩＧＡ（Lithographie Galvanoformung Abformung）プロセスなどにより形成される。具体的には、母型基板１上に所定の形状を有するレジスト層Ｒ１を形成し、めっきを行うことによりノズルプレート１０を形成する。レジスト層Ｒ１の形状によって、ノズル孔１２の形状が決定される。なお、母型基板１は、例えば、ステンレスからなる。
【００３７】
図３に示すように、ノズルプレート１０上に基板２０を形成する。基板２０は、ノズルプレート１０上およびレジスト層Ｒ１上に、所定の形状を有するレジスト層Ｒ２を形成して、例えばノズルプレート１０と同じ方法で形成される。レジスト層Ｒ２の形状によって、圧力室２２の形状が決定される。
【００３８】
図４に示すように、レジスト層Ｒ１，Ｒ２を除去し、母型基板１を剥離する。これにより、ノズル孔１２および圧力室２２を形成することができる。なお、同時に、供給路２４およびリザーバ２６を形成することができる。
【００３９】
図４に示すように、基板２０上に振動板３０および第２部材５０を形成する。具体的には、まず、振動板３０を、例えば、めっき法により形成する。次に、例えば、振動板３０上の全面に金属膜（図示せず）を形成し、該金属膜をパターニングすることにより、第２部材５０を形成する。次に、第２部材５０が形成されている振動板３０を、基板２０上に接着させる。なお、まず、基板２０上に振動板３０を形成し、次に、振動板３０上に第２部材５０を形成することもできる。
【００４０】
図１に示すように、振動板３０上に第１部材４０および圧電素子６０を形成する。具体的には、まず、第１部材４０を電鋳法やプレス加工技術により形成する。次に、第１部材４０を振動板３０上に接着させる。次に、公知の方法で形成された圧電素子６０を、第１部材４０の第２部分４４上に接着させる。なお、まず、第１部材４０の第２部分４４上に圧電素子６０を接着させ、次に、圧電素子６０が形成されている第１部材４０を、振動板３０上に接着させることもできる。
【００４１】
以上の方法により、液体噴射ヘッド１００を製造することができる。なお、液体噴射ヘッド１００の製造方法は、上述の製造方法に限定されない。例えば、シリコン基板をフォトリソグラフィ技術によって加工してノズルプレート１０および基板２０を形成し、液体噴射ヘッド１００を製造することもできる。
【００４２】
３．  変形例
次に、本実施形態の変形例に係る液体噴射ヘッド２００について、図面を参照しながら説明する。図５は、本実施形態の変形例に係る液体噴射ヘッド２００の要部を模式的に示す断面図であり、本実施形態に係る液体噴射ヘッド１００の図１に相当している。以下、本実施形態の変形例に係る液体噴射ヘッド２００において、本実施形態に係る液体噴射ヘッド１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００４３】
液体噴射ヘッド２００では、図５に示すように、第１部材２４０は、複数の第２部分４４と、複数の第３部分４６と、を有することができる。第２部分４４および第３部分４６は、図示の例では、２つずつ設けられているが、その数は特に限定されない。複数の第３部分４６は、１つの第１部分４２から複数の第２部分４４に向かって延びている。そして、複数の第２部分４４の各々の上には、圧電素子６０が形成されている。また、複数の第３部分４６の各々は、第２部材５０の支持部５２によって、支持されている。
【００４４】
液体噴射ヘッド２００では、複数の圧電素子６０によって複数の第３部分４４を変位させ、該変位を「てこの原理」により１つの第１部分４２に伝えることができる。そのため、いっそう振動板３０を変位させる力を大きくすることができる。
【００４５】
４．  プリンタ
次に、本実施形態に係るプリンタについて説明する。本実施形態に係るプリンタは、本発明に係る液体噴射ヘッドを有する。ここでは、本実施形態に係るプリンタ３００がインクジェットプリンタである場合について説明する。図６は、本実施形態に係るプリンタ３００を模式的に示す斜視図である。
【００４６】
プリンタ３００は、ヘッドユニット３３０と、駆動部３１０と、制御部３６０と、を含む。また、プリンタ３００は、装置本体３２０と、給紙部３５０と、記録用紙Ｐを設置するトレイ３２１と、記録用紙Ｐを排出する排出口３２２と、装置本体３２０の上面に配置された操作パネル３７０と、を含むことができる。
【００４７】
ヘッドユニット３３０は、例えば、上述した液体噴射ヘッド１００から構成されるインクジェット式記録ヘッド（以下単に「ヘッド」ともいう）を有する。ヘッドユニット３３０は、さらに、ヘッドにインクを供給するインクカートリッジ３３１と、ヘッドおよびインクカートリッジ３３１を搭載した運搬部（キャリッジ）３３２と、を備える。
【００４８】
駆動部３１０は、ヘッドユニット３３０を往復動させることができる。駆動部３１０は、ヘッドユニット３３０の駆動源となるキャリッジモータ３４１と、キャリッジモータ３４１の回転を受けて、ヘッドユニット３３０を往復動させる往復動機構３４２と、を有する。
【００４９】
往復動機構３４２は、その両端がフレーム（図示せず）に支持されたキャリッジガイド軸３４４と、キャリッジガイド軸３４４と平行に延在するタイミングベルト３４３と、を備える。キャリッジガイド軸３４４は、キャリッジ３３２が自在に往復動できるようにしながら、キャリッジ３３２を支持している。さらに、キャリッジ３３２は、タイミングベルト３４３の一部に固定されている。キャリッジモータ３４１の作動により、タイミングベルト３４３を走行させると、キャリッジガイド軸３４４に導かれて、ヘッドユニット３３０が往復動する。この往復動の際に、ヘッドから適宜インクが吐出され、記録用紙Ｐへの印刷が行われる。
【００５０】
制御部３６０は、ヘッドユニット３３０、駆動部３１０および給紙部３５０を制御することができる。
【００５１】
給紙部３５０は、記録用紙Ｐをトレイ３２１からヘッドユニット３３０側へ送り込むことができる。給紙部３５０は、その駆動源となる給紙モータ３５１と、給紙モータ３５１の作動により回転する給紙ローラ３５２と、を備える。給紙ローラ３５２は、記録用紙Ｐの送り経路を挟んで上下に対向する従動ローラ３５２ａおよび駆動ローラ３５２ｂを備える。駆動ローラ３５２ｂは、給紙モータ３５１に連結されている。制御部３６０によって供紙部３５０が駆動されると、記録用紙Ｐは、ヘッドユニット３３０の下方を通過するように送られる。
【００５２】
ヘッドユニット３３０、駆動部３１０、制御部３６０および給紙部３５０は、装置本体３２０の内部に設けられている。
【００５３】
プリンタ３００では、本発明に係る液体噴射ヘッドを有することができる。本発明に係る液体噴射ヘッドは、上述のように、振動板３０の変位量を大きくすることができる。そのため、振動板３０の変位量が大きいプリンタ３００を得ることができる。
【００５４】
なお、上述した例では、プリンタ３００がインクジェットプリンタである場合について説明したが、本発明のプリンタは、工業的な液体吐出装置として用いられることもできる。この場合に吐出される液体（液状材料）としては、各種の機能性材料を溶媒や分散媒によって適当な粘度に調整したものなどを用いることができる。
【００５５】
上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本実施形態に係る液体噴射ヘッドを模式的に示す断面図。
【図２】本実施形態に係る液体噴射ヘッドを模式的に示す分解斜視図。
【図３】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程を模式的に示す断面図。
【図４】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程を模式的に示す断面図。
【図５】本実施形態の変形例に係る液体噴射ヘッドを模式的に示す断面図。
【図６】本実施形態に係るプリンタを模式的に示す斜視図。
【符号の説明】
【００５７】
１  母型基板、１０  ノズルプレート、１２ノズル孔、２０  基板、２２  圧力室、
２４  供給路、２６  リザーバ、２８  貫通孔、３０  振動板、４０  第１部材、
４２  第１部分、４４  第２部分、４６  第３部分、５０  第２部材、５２  支持部、
６０  圧電素子、７０  筐体、１００  液体噴射ヘッド、２００  液体噴射ヘッド、
２４０  第１部材、３００  プリンタ、３１０  駆動部、３２０  装置本体、
３２１  トレイ、３２２  排出口、３３０  ヘッドユニット、
３３１  インクカートリッジ、３３２  キャリッジ、３４１  キャリッジモータ、
３４２  往復動機構、３４３  タイミングベルト、３４４  キャリッジガイド軸、
３５０  給紙部、３５１  給紙モータ、３５２  給紙ローラ、３６０  制御部、
３７０  操作パネル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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