特開 2024-77532 液体吐出ヘッド、液体を吐出する装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024077532

(43)【公開日】2024-06-07

(54)【発明の名称】液体吐出ヘッド、液体を吐出する装置

(51)【国際特許分類】

   B41J 2/14 20060101AFI20240531BHJP

【ＦＩ】

B41J2/14 603

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022189672

(22)【出願日】2022-11-28

(71)【出願人】

【識別番号】000006747

【氏名又は名称】株式会社リコー

(74)【代理人】

【識別番号】230100631

【弁護士】

【氏名又は名称】稲元 富保

(72)【発明者】

【氏名】秋山 浩樹

【テーマコード（参考）】

2C057

【Ｆターム（参考）】

2C057AF40

2C057AG44

2C057AG68

2C057AN05

2C057BA04

2C057BA14

(57)【要約】

【課題】安定した吐出特性が得られる液体吐出ヘッド、液体を吐出する装置を提供する。
【解決手段】液体を吐出するノズル１１に連通する複数の圧力室２１と、複数の圧力室２１に通じる共通供給流路５６と、複数の圧力室２１に通じる共通回収流路５７とを備え、共通供給流路５６内には、短手方向の両側壁５０ａ、５０ｃをつなぐトラス形状に配置された梁５９が設けられ、共通回収流路５７内には、短手方向の両側壁５０ｂ、５０ｃをつなぐトラス形状に配置された梁５９が設けられている。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

液体を吐出する複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室と、
前記複数の圧力室に通じる共通供給流路と、を備え、
前記共通供給流路内には、短手方向の両側の側壁をつなぐトラス状に配置された梁が設けられている
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。

【請求項2】

液体を吐出するノズルに連通する複数の圧力室と、
前記複数の圧力室に通じる共通供給流路と、
前記複数の圧力室に通じる共通回収流路と、を備え、
前記共通供給流路内及び前記共通回収流路内には、それぞれ、短手方向の両側の側壁をつなぐラス状に配置された梁が設けられている
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。

【請求項3】

前記共通回収流路の一方の側壁は、前記共通供給流路の一方の側壁の一部と共通である
ことを特徴とする請求項２に記載の液体吐出ヘッド。

【請求項4】

前記共通回収流路の前記梁は、前記側壁の高さ方向における中央部に配置されている
ことを特徴とする請求項２に記載の液体吐出ヘッド。

【請求項5】

請求項１ないし４のいずれかに記載の液体吐出ヘッドを備えている
ことを特徴とする液体を吐出する装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は液体吐出ヘッド、液体を吐出する装置に関する。

【背景技術】

【0002】

液体を吐出する液体吐出ヘッドは、例えば、複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室（個別液室、加圧液室などとも称される。）の共通の共通供給流路（共通液室）を備える（特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４－４３０３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、液体吐出ヘッドにおいては、駆動するノズルの数によっては共通流路部材が振動し、この振動がノズル板に伝わってメニスカス振動に影響を与え、吐出特性が安定しないという課題がある。

【0005】

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、安定した吐出特性が得られるようにすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の課題を解決するため、本発明の請求項１に係る液体吐出ヘッドは、
液体を吐出する複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室と、
前記複数の圧力室に通じる共通供給流路と、を備え、
前記共通供給流路内には、短手方向の両側の側壁をつなぐトラス状に配置された梁が設けられている
構成とした。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、安定した吐出特性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の第１実施形態に係る液体吐出ヘッドの外観斜視説明図である。

【図2】同ヘッドのノズル配列方向と直交する方向に沿う断面説明図である。

【図3】同ヘッドのノズル配列方向に沿う断面説明図である。

【図4】同ヘッドの図２のＡ－Ａ線に沿う平断面説明図である。

【図5】比較例の図４と同様な平断面説明図である。

【図6】本発明の第２実施形態に係る液体吐出ヘッドのノズル配列方向と直交する方向に沿う断面説明図である。

【図7】本発明の第３実施形態に係る液体吐出ヘッドのノズル配列方向と直交する方向に沿う断面説明図である。

【図8】本発明に係る液体を吐出する装置としての印刷装置の一例の概略説明図である。

【図9】同装置のヘッドユニットの一例の平面説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。本発明の第１実施形態に係る液体吐出ヘッドについて図１ないし図３を参照して説明する。図１は同液体吐出ヘッドの外観斜視説明図、図２は同ヘッドのノズル配列方向と直交する方向に沿う断面説明図、図３は同ヘッドのノズル配列方向に沿う断面説明図である。

【0010】

液体吐出ヘッド１は、圧力室循環型ヘッドであり、ノズル板１０と、流路板２０と、壁面部材としての振動板部材３０とを積層接合している。そして、振動板部材３０の振動領域３１を変位させる圧電アクチュエータ４０と、液体吐出ヘッド１のフレーム部材を兼ねている共通流路部材５０と、カバー９０を備えている。

【0011】

ノズル板１０は、複数のノズル１１を配列したノズル列を有している。

【0012】

流路板２０は、複数のノズル１１にノズル連通路２７を介して通じる複数の圧力室２１、各圧力室２１にそれぞれ通じる流体抵抗部を兼ねる個別供給流路２２、１又は複数の個別供給流路２２に通じる１又は複数の中間供給流路２４を形成している。

【0013】

また、流路板２０は、ノズル連通路２７を介して複数の圧力室２１にそれぞれ通じる流体抵抗部を兼ねる個別回収流路２３、１又は複数の個別回収流路２３に通じる１又は複数の中間回収流路２５を形成している。

【0014】

本実施形態では、流路板２０は、ノズル板１側から３枚（限定されない。）の板状部材２０Ａ～２０Ｃを積層して構成している。

【0015】

振動板部材３０は、流路板２０の圧力室２１の壁面を形成する変位可能な複数の振動領域３１を有する。ここでは、振動板部材３０は２層構造（限定されない）とし、流路板２０側から薄肉部を形成する第１層３０Ａと、厚肉部を形成する第２層３０Ｂで構成されている。

【0016】

そして、薄肉部である第１層３０Ａで圧力室２１に対応する部分に変形可能な振動領域３１を形成している。振動領域３１内には、第２層３０Ｂで圧電アクチュエータ４０と接合する厚肉部である島状の凸部３１ａを形成している。

【0017】

そして、振動板部材３０の圧力室２１とは反対側に、振動板部材３０の振動領域３１を変形させる駆動手段（アクチュエータ手段、圧力発生手段）としての電気機械変換素子（圧電素子４２）を含む圧電アクチュエータ４０を配置している。

【0018】

この圧電アクチュエータ４０は、ベース部材４５上に接合した圧電部材４１にハーフカットダイシングによって溝加工をして、ノズル配列方向において、所要数の柱状の圧電素子４２と支柱部４３とダミー圧電素子４４を所定の間隔で櫛歯状に形成している。

【0019】

圧電素子４２は、駆動電圧を与えることで振動領域３１を変位させる圧電素子である。支柱部４３は、駆動電圧を与えないで圧力室２１，２１間の隔壁２８を支える圧電素子である。ダミー圧電素子４４は、ダミー圧力室６１に対応する圧電素子である。

【0020】

そして、圧電素子４２は、振動板部材３０の振動領域３１の凸部３１ａに接着剤で接合している。支柱部４３は、振動板部材３０の隔壁２８に対応する部位に接着剤で接合している。

【0021】

この圧電部材４１は、圧電層と内部電極とを交互に積層したものであり、内部電極がそれぞれ端面に引き出されて外部電極（端面電極）に接続され、外部電極にフレキシブル配線部材４６が接続される。

【0022】

共通流路部材５０は共通供給流路５６及び共通回収流路５７（両者を併せて、共通流路という。）を形成している。共通供給流路５６は、振動板部材３０に設けた供給側開口３２を介して中間供給流路２４に通じている。共通回収流路５７は、振動板部材３０に設けた回収側開口３３を介して中間回収流路２５に通じている。

【0023】

ここで、共通供給流路５６と共通回収流路５７とは、ノズル配列方向と直交する方向（短手方向）において、流路板２０側で、共通回収流路５７が共通供給流路５６の一部と重複し、平面視において、共通回収流路５７が共通供給流路５６の一部と重複する配置としている。

【0024】

したがって、ノズル配列方向と直交する方向（短手方向）において、共通供給流路５６は両側に側壁５０ａ、５０ｃ及び５０ｄを有し、共通回収流路５７は両側に側壁５０ｂ、５０ｃを有する。つまり、共通回収流路５７の一方の側壁５０ｃは、共通供給流路５６の一方の側壁５０ｃ及び５０ｄの一部である側壁５０ｃと共通である。

【0025】

共通供給流路５６は外部の液体循環装置の供給側に供給口８１の供給ポート８１ａ、８１ｂを通じて接続され、共通回収流路５７は外部の液体循環装置の回収側に回収口８２の回収ポート８２ａ、８２ｂを通じて接続されている。

【0026】

この液体吐出ヘッド１においては、外部の液体循環経路から供給口８１に供給された液体は、共通供給流路５６、供給側開口３２、中間供給流路２４、個別供給流路２２を介して、圧力室２１に供給される。

【0027】

そして、圧電素子４２が駆動されることでノズル１１から吐出される液体以外の液体は、圧力室２１から個別回収流路２３、中間回収流路２５、回収側開口３３、共通回収流路５７、回収口８２を介して、外部の液体循環経路に戻される。

【0028】

また、圧電素子４２が駆動されていないときには、供給された液体は圧力室２１から個別回収流路２３、中間回収流路２５、回収側開口３３、共通回収流路５７、回収口８２を介して、外部の液体循環経路に戻される。

【0029】

次に、本実施形態における共通流路の構造について図４も参照して説明する。図４は図２のＡ－Ａ線に沿う平断面説明図である。

【0030】

共通供給流路５６内には、短手方向（ノズル配列方向と直交する方向）の両側の側壁５０ａと側壁５０ｃとをつなぐトラス状に配置された梁５９が設けられている。共通回収流路５７には、短手方向の両側の側壁５０ｃと側壁５０ｂとをつなぐトラス状に配置された梁５９が設けられている。

【0031】

これにより、共通供給流路５６の両側の側壁５０ａ、５０ｃ、及び、共通回収流路５７の両側の側壁５０ｂ、５０ｃの剛性を高めて、フレーム部材である共通流路部材５０の変形による振動を抑えることができる。

【0032】

したがって、フレーム部材である共通流路部材５０の振動がノズル板１０に伝わってメニスカスが振動することを低減でき、安定した吐出特性を得ることができる。

【0033】

ここで、共通供給流路５６の両側の側壁５０ａ、５０ｃ、及び、共通回収流路５７の両側の側壁５０ｂ、５０ｃの高さ方向の中央部に応力が集中する。そこで、梁５９は側壁の高さ方向における中央部に配置することで、フレーム部材である共通流路部材５０の変形による振動をより効果的抑えることができる。なお、本実施形態ように、共通供給流路５６及び共通回収流路５７に梁５９を設ける場合には、共通の側壁５０ｃの高さ方向における中央部に配置する。

【0034】

次に、比較例における梁の配置について図５を参照して説明する。図５は比較例における図４と同様な平断面説明図である。

【0035】

この比較例では、共通供給流路５６内及び共通回収流路５７内に、それぞれ、両側の側壁５０ａ、５０ｃ、両側の側壁５０ｂ、５０ｃをつなぐ、ノズル配列方向と直交する方向に配置した梁５９を長手方向（ノズル配列方向）に所定の間隔で並べている。

【0036】

この比較例における梁５９の配置にあっては、長手方向において、梁５９がある部分と梁５９がない部分とが生じるので、ノズル位置によって吐出特性にバラツキが生じるおそれがある。

【0037】

これに対し、上記実施形態のように梁５９をトラス状に配置することで、ノズル位置によって発生し得る吐出特性のバラツキを低減することができる。

【0038】

なお、共通供給流路５６及び共通回収流路５７を備える圧力室循環型ヘッドにおいて、共通供給流路５６の両側壁間及び共通回収流路の両側壁間に梁５９を設けているが、これに限定されない。つまり、共通供給流路５６の両側壁間、及び、共通回収流路の両側壁間、のいずれかにトラス状に配置された梁を設けても、その限度で、上記の作用効果を得ることができる。

【0039】

次に、本発明の第２実施形態に係る液体吐出ヘッドについて図６を参照して説明する。図６は同液体吐出ヘッドのノズル配列方向と直交する方向に沿う断面説明図である。

【0040】

本実施形態の液体吐出ヘッド１は、圧力室循環型ヘッドであり、共通供給流路５６及び共通回収流路５７を備える。本実施形態では、共通供給流路５６と共通回収流路５７は、ノズル配列方向と直交する方向で並んで配置されているが、前記第１実施形態と異なり、平面視において、共通供給流路５６と共通回収流路５７とは一部が重ならない配置としている。

【0041】

また、共通供給流路５６内には、両側の側壁５０ａ、５０ｃの高さ方向の中央部よりもノズル板１０側に偏って、両側の側壁５０ａ、５０ｃをつなぐトラス状に配置された梁５９が設けられている。共通回収流路５７内には、両側の側壁５０ｂ、５０ｃの高さ方向の中央部よりもノズル板１０側に偏って、両側の側壁５０ｂ、５０ｃをつなぐトラス状に配置された梁５９が設けられている。ただし、前記第１実施形態と同様に、側壁の高さ方向の中央部に梁５９を設けることもできる。また、共通供給流路５６及び共通回収流路５７の一方のみに梁５９を設けることもできる。

【0042】

本実施形態においても、梁５９を設けない場合に比べて、吐出特性の安定化を図ることができる。

【0043】

次に、本発明の第３実施形態に係る液体吐出ヘッドについて図７を参照して説明する。図７は同液体吐出ヘッドのノズル配列方向と直交する方向に沿う断面説明図である。

【0044】

本実施形態の液体吐出ヘッド１は、循環型ヘッドではなく、共通供給流路５６のみを有し、共通回収流路５７を含む回収側の流路を有していない。

【0045】

また、共通供給流路５６の両側の側壁５０ａ、５０ｃの高さ方向の中央部に、両側の側壁５０ａ、５０ｃをつなぐトラス状に配置された梁５９が設けられている。ただし、前記第１実施形態と同様に、側壁５０ａ、５０ｃの高さ方向の中央部から偏らせて梁５９を設けることもできる。

【0046】

本実施形態においても、梁５９を設けない場合に比べて、吐出特性の安定化を図ることができる。

【0047】

次に、本発明に係る液体を吐出する装置としての印刷装置の一例について図８及び図９を参照して説明する。図８は同装置の概略説明図、図９は同装置のヘッドユニットの一例の平面説明図である。

【0048】

印刷装置５００は、液体を吐出する装置である。印刷装置５００は、搬入手段５０１と、案内搬送手段５０３と、印刷手段５０５と、乾燥手段５０７と、搬出手段５０９などを備えている。

【0049】

搬入手段５０１は、ウェブ状のシート材Ｓを搬入する。案内搬送手段５０３は、搬入手段５０１から搬入されたシート材Ｓを印刷手段５０５に案内搬送する。印刷手段５０５は、シート材Ｓに対して液体を吐出して画像を形成する印刷を行う。乾燥手段５０７は、シート材Ｓを乾燥する。搬出手段５０９は、シート材Ｓを搬出する。

【0050】

シート材Ｓは搬入手段５０１の元巻きローラ５１１から送り出され、搬入手段５０１、案内搬送手段５０３、乾燥手段５０７、搬出手段５０９の各ローラによって案内、搬送されて、搬出手段５０９の巻取りローラ５９１にて巻き取られる。

【0051】

このシート材Ｓは、印刷手段５０５において、ヘッドユニット５５０に対向して搬送され、ヘッドユニット５５０から吐出される液体によって画像が印刷され、ヘッドユニット５５５から吐出される処理液で後処理が行われる。

【0052】

ここで、ヘッドユニット５５０には、例えば、搬送方向上流側から、４色分のフルライン型ヘッドアレイ５５１Ａ、５５１Ｂ、５５１Ｃ、５５１Ｄ（以下、色の区別しないときは「ヘッドアレイ５５１」という。）が配置されている。

【0053】

各ヘッドアレイ５５１は、液体吐出手段であり、それぞれ、搬送されるシート材Ｓに対してブラックＫ，シアンＣ、マゼンタＭ、イエローＹの液体を吐出する。なお、色の種類及び数はこれに限るものではない。

【0054】

ヘッドアレイ５５１は、例えば、本発明に係る液体吐出ヘッド１をベース部材５５２上に千鳥状に並べて配置したものであるが、これに限らない。

【0055】

本願において、吐出される液体は、ヘッドから吐出可能な粘度や表面張力を有するものであればよく、特に限定されないが、常温、常圧下において、または加熱、冷却により粘度が３０ｍＰａ・ｓ以下となるものであることが好ましい。より具体的には、水や有機溶媒等の溶媒、染料や顔料等の着色剤、重合性化合物、樹脂、界面活性剤等の機能性付与材料、ＤＮＡ、アミノ酸やたんぱく質、カルシウム等の生体適合材料、天然色素等の可食材料、などを含む溶液、懸濁液、エマルジョンなどであり、これらは例えば、インクジェット用インク、表面処理液、電子素子や発光素子の構成要素や電子回路レジストパターンの形成用液、３次元造形用材料液等の用途で用いることができる。

【0056】

液体を吐出するエネルギー発生源として、圧電アクチュエータ（積層型圧電素子及び薄膜型圧電素子）、発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いるサーマルアクチュエータ、振動板と対向電極からなる静電アクチュエータなどを使用するものが含まれる。

【0057】

「液体を吐出する装置」には、液体吐出ヘッドを備え、液体吐出ヘッドを駆動させて液体を吐出させる装置が含まれる。液体を吐出する装置には、液体が付着可能なものに対して液体を吐出することが可能な装置だけでなく、液体を気中や液中に向けて吐出する装置も含まれる。

【0058】

この「液体を吐出する装置」は、液体が付着可能なものの給送、搬送、排紙に係わる手段、その他、前処理装置、後処理装置なども含むことができる。

【0059】

例えば、「液体を吐出する装置」として、インクを吐出させて用紙に画像を形成する装置である画像形成装置、立体造形物（三次元造形物）を造形するために、粉体を層状に形成した粉体層に造形液を吐出させる立体造形装置（三次元造形装置）がある。

【0060】

また、「液体を吐出する装置」は、吐出された液体によって文字、図形等の有意な画像が可視化されるものに限定されるものではない。例えば、それ自体意味を持たないパターン等を形成するもの、三次元像を造形するものも含まれる。

【0061】

上記「液体が付着可能なもの」とは、液体が少なくとも一時的に付着可能なものであって、付着して固着するもの、付着して浸透するものなどを意味する。具体例としては、用紙、記録紙、記録用紙、フィルム、布などの被記録媒体、電子基板、圧電素子などの電子部品、粉体層（粉末層）、臓器モデル、検査用セルなどの媒体であり、特に限定しない限り、液体が付着するすべてのものが含まれる。

【0062】

上記「液体が付着可能なもの」の材質は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックスなど液体が一時的でも付着可能であればよい。

【0063】

また、「液体を吐出する装置」は、液体吐出ヘッドと液体が付着可能なものとが相対的に移動する装置があるが、これに限定するものではない。具体例としては、液体吐出ヘッドを移動させるシリアル型装置、液体吐出ヘッドを移動させないライン型装置などが含まれる。

【0064】

また、「液体を吐出する装置」としては、他にも、用紙の表面を改質するなどの目的で用紙の表面に処理液を塗布するために処理液を用紙に吐出する処理液塗布装置、原材料を溶液中に分散した組成液を、ノズルを介して噴射させて原材料の微粒子を造粒する噴射造粒装置などがある。

【符号の説明】

【0065】

１ 液体吐出ヘッド
１０ ノズル板
１１ ノズル
２０ 流路板
２１ 圧力室
３０ 振動板部材
４０ 圧電アクチュエータ
４２ 圧電素子
５０ 共通流路部材
５０あ、５０ｂ、５０ｃ 側壁
５６ 共通供給流路
５７ 共通回収流路
５９ 梁
５００ 印刷装置（液体を吐出する装置）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】