JP2006116949A - 液体吐出ヘッド及びこれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吐出口を高密度化するとともに液体供給性能の向上を図り高粘度液の吐出をも可能とする。
【解決手段】液体を吐出する複数の吐出口と、前記複数の吐出口のそれぞれと連通する複数の圧力室と、前記吐出口が形成される側とは反対側に設けられ、前記複数の圧力室をそれぞれ変形する圧電素子と、前記圧電素子に関して前記圧力室とは反対側に形成され、前記複数の圧力室にそれぞれ液体を供給する共通液室と、前記圧電素子に駆動信号を供給する電気配線とを有し、前記共通液室は、流路が形成された薄板を積層することで形成された空間であり、前記電気配線は、前記積層された薄板が重なる部分の一部に前記圧電素子が配置される面に対して略垂直に立ち上がるように形成された開口部に形成する。
【選択図】 図８

Description

本発明は、液体吐出ヘッド及びこれを備えた画像形成装置に係り、特に、液体を吐出する吐出口を高密度化するとともに、液体供給性能を向上させるために、液体を吐出する吐出圧力発生部と液体供給部を薄膜の積層構造で形成した液体吐出ヘッド及びこれを備えた画像形成装置に関する。

従来より、画像形成装置として、多数のノズル（吐出口）を配列させたインクジェットヘッド（液体吐出ヘッド）を有し 、このインクジェットヘッドと被記録媒体を相対的に移動させながら、ノズルから被記録媒体に向けてインクを吐出することにより、被記録媒体上に画像を記録するインクジェットプリンタ（インクジェット記録装置）が知られている。

このようなインクジェットプリンタは、インクタンクからインク供給路を介して圧力室にインクを供給し、画像データに応じた電気信号を圧電素子に付与して圧電素子を駆動することにより、圧力室の一部を構成する振動板を変形させて、圧力室の容積を減少させ、圧力室内のインクをノズルから液滴として吐出するようになっている。

このようにインクジェットプリンタにおいては、ノズルから吐出されたインクによって形成されるドットを組み合わせることによって被記録媒体上に１つの画像が形成される。近年、インクジェットプリンタにおいても写真プリント並みの高画質な画像を形成することが望まれている。これに対して、ノズル径を小さくしてノズルから吐出されるインク液滴を小さくするとともに、ノズルを高密度に配列して単位面積あたりの画素数を多くすることによって高画質を実現することが考えられている。

従来、ノズル配列を高密度化するとともに、インク供給能率を向上させ、プリント速度を高速化させる様々な提案がなされている。

例えば、圧力室の１面を形成する振動板に、インクを圧力室へ供給するインク供給路を設けるとともに、振動板の裏面にリザーバ（共通液室）を形成し、圧力室にリザーバよりインク供給路を介してインクを供給するようにして、ノズルの高密度化を図るようにしたものが知られている（例えば、特許文献１等参照）。

また例えば、圧力室のノズルが設けられた面とは反対側の面に圧電素子を設け、さらに圧電素子側にインク供給用のリザーバを配置し、また圧電素子には覆いを設け、ワイヤボンドや薄膜で電極を取り出すようにして、構造の簡素化を図るようにしたものが知られている（例えば、特許文献２等参照）。

また例えば、圧力室に対して圧電アクチュエータをノズル面側に配置し、さらにアルミプラグが積層を貫通する構成を採用し、Ｓｉのフォトエッチングでインクジェットヘッドを形成することで、高密度化、低コスト化を実現するようにしたものが知られている（例えば、特許文献３等参照）。

また例えば、振動板に供給絞りを設け、圧電素子の圧力室とは反対側にインク供給部としてのインク供給タンクを設け、インク供給タンクから振動板を貫いて圧力室に連通するインク供給口を形成するとともに、インク供給部は、圧電素子に対し絶縁性の密閉カバーとして作用し、圧電素子の覆いやダンパ機能も備え、多ノズル化、低コスト化を図り、高
精度化を実現しようとしたものが知られている（例えば、特許文献４等参照）。

また例えば、インク供給層として、焼結ステンレス鋼などの多数の小さな内部接続された孔を有する多孔質材を用い、ここを通るインクの通過を可能とし、リフィル性を向上させ、高プリント速度、高信頼性を可能とし、多数の種類のインク調合性及び濾過性に優れたインクジェットヘッドを実現しようとしたものが知られている（例えば、特許文献５等参照）。
特開平９−２２６１１４号公報 特開２０００−１２７３７９号公報 特開２０００−２８９２０１号公報 特開２００１−１７９９７３号公報 特表２００３−５１２２１１号公報

しかしながら、圧電素子と、圧電素子を駆動するための駆動信号を供給する配線が形成された電装基板との間に共通インク室（共通液室）を設けて、圧力室からノズルまでの供給吐出流路を短くすることは高粘度液での高速印字や高密度配線実装に有効であるが、例えば上記特許文献１あるいは特許文献２に記載されたもののように、共通液室を圧力室に対し圧電素子側に配置した場合には、共通液室を圧電素子の電装面より外面に設けると、圧力室にインクを供給する供給流路が長くなり、特に高粘度液の場合には、リフィル性が低下し易く、さらに電装面をインク供給路が貫通するため、実装密度が低下し易いという問題がある。

また、例えば上記特許文献３に記載されたもののように、共通液室を圧力室に対してノズル側に設けた場合には、圧力室からノズルに至る吐出流路が長くなり、特に高粘度液において応答性が低下するという問題がある。

また一方、従来の圧力室やリザーバ（共通液室）をシリコンで形成する方法はコスト高で長尺化も難しいという問題がある。また、樹脂成形では加工形状や加工精度、剛性、あるいは線膨張率が不十分であるという問題がある。例えば、上記特許文献１のものは、プロセスがシリコンのフォトエッチングでありコスト高であり長尺化も難しく、またリザーバや信号回路接続についての詳細な記載がない。

また、上記特許文献２の構成では、リザーバが側面に配置されており、マトリクス型（２次元）のノズル配置には不向きである。

また、上記特許文献４に記載されたものは、インク供給部の具体的工法は示されておらず、図示された形状のものでは、特にマトリクス構造への適用が難しいという問題がある。

さらに、上記特許文献５に記載されたものでは、絶縁板の両面にバンプを形成し、弾性パッドで圧電素子を加圧して電極を取り出す構造を採用しているが、高密度化が難しく、接続も不安定になりやすいという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、液体を吐出する吐出口を高密度化するとともに、液体供給性能を向上させ、高粘度液の吐出も可能とした液体吐出ヘッド及びこれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、液体を吐出する複数の吐出口と、前記複数の吐出口のそれぞれと連通する複数の圧力室と、前記吐出口が形成される側とは反対側に設けられ、前記複数の圧力室をそれぞれ変形する圧電素子と、前記圧電素子に関して前記圧力室とは反対側に形成され、前記複数の圧力室にそれぞれ液体を供給する共通液室と、前記圧電素子に駆動信号を供給する電気配線とを有し、前記共通液室は、流路が形成された薄板を積層することで形成された空間であり、前記電気配線は、前記積層された薄板が重なる部分の一部に前記圧電素子が配置される面に対して略垂直に立ち上がるように形成された開口部に形成することを特徴とする液体吐出ヘッドを提供する。

これにより、ノズル高密度化及び高粘度液体の吐出を実現するための柱状の電気配線（エレキ柱）構造を有する液体吐出ヘッドが、薄板のプレート部材を積層して形成される積層構造で製造可能となり、高アスペクト比の立体物を容易に形成することができる。さらに、この積層板構造によって形成される共通液室の強度を向上させることが可能となる。

また、請求項２に示すように、前記流路が形成された薄板の少なくとも一部に液体の通過が可能な切り欠き構造が形成されたことを特徴とする。これにより、従来のいわゆる支流に相当する前記積層された梁状の部分の間の空間が連通して、これらの間に液体が流れることとなり、印字ヘッド全体に渡る共通液室として形成されることとなり、液体のより効率的な供給が可能となる。

また、請求項３に示すように、前記流路が形成された薄板の一部に液体の通過が可能なメッシュ構造を設けたことを特徴とする。これにより、積層板にフィルタ機能を付与することができ、この間を流れる液体中の異物等を除去することが可能となる。

また、請求項４に示すように、前記流路が形成された薄板の一部に薄肉中空構造を設けたことを特徴とする。これにより、積層板にダンパ機能を付与することができ、液体吐出時の逆流に伴うクロストークを低減することが可能となる。

また、請求項５に示すように、前記複数の薄板は、前記各薄板の流路が形成されることによって形成された梁部が、各薄板間で交差するように積層され、前記電気配線は、前記梁部が交差する部分に形成されることを特徴とする。これにより、前記切り欠き部を各積層間で一律同じ形状として設けた場合よりも、液体の流通性が向上し、印字ヘッド全体に渡る共通液室が形成され、液体の供給性が向上する。さらに、共通液室の強度を図るための部材の積層がリフィル効率を抑制することなく、強度向上とリフィル向上の両立を達成することができる。

また、請求項６に示すように、前記圧電素子に対し、該圧電素子に対応する部分が薄肉構造となった流路が形成された薄板を積層することを特徴とする。これにより、圧電素子の安価で剛性の高い保護構造が形成できるとともに、圧電素子の変位も拘束されず動作が安定する。

また、請求項７に示すように、前記薄板の一部に電気配線のための凹形状又は凸形状を設け、電気接続部材を接触させたことを特徴とする。

また、請求項８に示すように、前記積層された電気配線を前記圧電素子を実装する振動板に組み付ける前に、液体を充填して前記圧電素子の駆動検査を行うことを特徴とする。

これにより材料を無駄にすることがなく、製造コストを低減することができる。

また、請求項９に示すように、前記積層された流路が形成された薄板の一部にヒータを
設け、温度設定値を越えた場合は少なくとも前記吐出用の液体を前記共通液室に流して温度制御することを特徴とする。

これにより、均質な液体吐出ヘッドの温度制御を行うことができる。

また、同様に前記目的を達成するために、請求項１０に係る発明は、請求項１〜９のいずか１項に記載の液体吐出ヘッドを備えたことを特徴とする画像形成装置を提供する。

これにより、高密度化された液体吐出ヘッドにより、高粘度液体の吐出も可能となり、より高画質な画像形成が可能となる。

以上説明したように、本発明に係る液体吐出ヘッド及びこれを備えた画像形成装置によれば、ノズル高密度化及び高粘度液体の吐出を実現するための柱状の電気配線（エレキ柱）構造を有する液体吐出ヘッドが、薄板のプレート部材を積層して形成される積層構造で製造可能となり、さらに、この積層構造によって形成される共通液室の強度を向上させることが可能となる。

以下、添付した図面を参照して、本発明に係る液体吐出ヘッド及びこれを備えた画像形成装置について詳細に説明する。

図１は、本発明に係る液体吐出ヘッドを有する画像形成装置としてのインクジェット記録装置の第１実施形態の概略を示す全体構成図である。

図１に示すように、このインクジェット記録装置１０は、インクの色毎に設けられた複数の印字ヘッド（液体吐出ヘッド）１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙを有する印字部１２と、各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵／装填部１４と、記録紙１６を供給する給紙部１８と、記録紙１６のカールを除去するデカール処理部２０と、前記印字部１２のノズル面（インク吐出面）に対向して配置され、記録紙１６の平面性を保持しながら記録紙１６を搬送する吸着ベルト搬送部２２と、印画済みの記録紙（プリント物）を外部に排紙する排紙部２６とを備えている。

図１では、給紙部１８の一例としてロール紙（連続用紙）のマガジンが示されているが、紙幅や紙質等が異なる複数のマガジンを併設してもよい。また、ロール紙のマガジンに代えて、又はこれと併用して、カット紙が積層装填されたカセットによって用紙を供給してもよい。

ロール紙を使用する装置構成の場合、図１のように、裁断用のカッター２８が設けられており、該カッター２８によってロール紙は所望のサイズにカットされる。カッター２８は、記録紙１６の搬送路幅以上の長さを有する固定刃２８Ａと、該固定刃２８Ａに沿って移動する丸刃２８Ｂとから構成されており、印字裏面側に固定刃２８Ａが設けられ、搬送路を挟んで印字面側に丸刃２８Ｂが配置されている。なお、カット紙を使用する場合には、カッター２８は不要である。

複数種類の記録紙を利用可能な構成にした場合、紙の種類情報を記録したバーコードあるいは無線タグ等の情報記録体をマガジンに取り付け、その情報記録体の情報を所定の読取装置によって読み取ることで、使用される用紙の種類を自動的に判別し、用紙の種類に応じて適切なインク吐出を実現するようにインク吐出制御を行うことが好ましい。

給紙部１８から送り出される記録紙１６はマガジンに装填されていたことによる巻き癖が残り、カールする。このカールを除去するために、デカール処理部２０においてマガジンの巻き癖方向と逆方向に加熱ドラム３０で記録紙１６に熱を与える。このとき、多少印字面が外側に弱いカールとなるように加熱温度を制御するとより好ましい。

デカール処理後、カットされた記録紙１６は、吸着ベルト搬送部２２へと送られる。吸着ベルト搬送部２２は、ローラー３１、３２間に無端状のベルト３３が巻き掛けられた構造を有し、少なくとも印字部１２のノズル面に対向する部分が平面（フラット面）をなすように構成されている。

ベルト３３は、記録紙１６幅よりも広い幅寸法を有しており、ベルト面には多数の吸引孔（図示省略）が形成されている。図１に示したとおり、ローラー３１、３２間に掛け渡されたベルト３３の内側において印字部１２のノズル面に対向する位置には吸着チャンバー３４が設けられており、この吸着チャンバー３４をファン３５で吸引して負圧にすることによってベルト３３上の記録紙１６が吸着保持される。 ベルト３３が巻かれているローラー３１、３２の少なくとも一方にモータ（図示省略）の動力が伝達されることにより、ベルト３３は図１において、時計回り方向に駆動され、ベルト３３上に保持された記録紙１６は、図１の左から右へと搬送される。

縁無しプリント等を印字するとベルト３３上にもインクが付着するので、ベルト３３の外側の所定位置（印字領域以外の適当な位置）にベルト清掃部３６が設けられている。ベルト清掃部３６の構成について詳細は図示しないが、例えば、ブラシ・ロール、吸水ロール等をニップする方式、清浄エアーを吹き掛けるエアーブロー方式、あるいはこれらの組み合わせなどがある。清掃用ロールをニップする方式の場合、ベルト線速度とローラー線速度を変えると清掃効果が大きい。

なお、吸着ベルト搬送部２２に代えて、ローラー・ニップ搬送機構を用いる態様も考えられるが、印字領域をローラー・ニップ搬送すると、印字直後に用紙の印字面にローラーが接触するので、画像が滲み易いという問題がある。したがって、本例のように、印字領域では画像面と接触させない吸着ベルト搬送が好ましい。

吸着ベルト搬送部２２により形成される用紙搬送路上において印字部１２の上流側には、加熱ファン４０が設けられている。加熱ファン４０は、印字前の記録紙１６に加熱空気を吹きつけ、記録紙１６を加熱する。印字直前に記録紙１６を加熱しておくことにより、インクが着弾後乾き易くなる。

印字部１２は、最大紙幅に対応する長さを有するライン型ヘッドを紙搬送方向（副走査方向）と直交する方向（主走査方向）に配置した、いわゆるフルライン型のヘッドとなっている（図２参照）。

図２に示すように、各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙは、本インクジェット記録装置１０が対象とする最大サイズの記録紙１６の少なくとも一辺を超える長さにわたってインク吐出口（ノズル）が複数配列されたライン型ヘッドで構成されている。

記録紙１６の搬送方向（紙搬送方向）に沿って上流側（図１の左側）から黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の順に各色インクに対応した印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙが配置されている。記録紙１６を搬送しつつ各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙからそれぞれ色インクを吐出することにより記録紙１６上にカラー画像を形成し得る。

このように、紙幅の全域をカバーするフルラインヘッドがインク色毎に設けられてなる印字部１２によれば、紙搬送方向（副走査方向）について記録紙１６と印字部１２を相対的に移動させる動作を一回行うだけで（すなわち、一回の副走査で）記録紙１６の全面に画像を記録することができる。これにより、印字ヘッドが紙搬送方向と直交する方向（主走査方向）に往復動作するシャトル型ヘッドに比べて高速印字が可能であり、生産性を向上させることができる。

また本例では、ＫＣＭＹの標準色（４色）の構成を例示したが、インク色や色数の組み合わせについては本実施形態には限定されず、必要に応じて淡インク、濃インクを追加してもよい。例えば、ライトシアン、ライトマゼンタ等のライト系インクを吐出する印字ヘッドを追加する構成も可能である。

図１に示したように、インク貯蔵／装填部１４は、各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙに対応する色のインクを貯蔵するタンクを有し、各タンクは図示を省略した管路を介して各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙと連通されている。また、インク貯蔵／装填部１４は、インク残量が少なくなるとその旨を報知する報知手段（表示手段、警告音発生手段等）を備えるとともに、色間の誤装填を防止するための機構を有している。

印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙの後段には、後乾燥部４２が設けられている。後乾燥部４２は、印字された画像面を乾燥させる手段であり、例えば、加熱ファンが用いられる。印字後のインクが乾燥するまでは印字面と接触することは避けたほうが好ましいので、熱風を吹きつける方式が好ましい。

多孔質のペーパに染料系インクで印字した場合などでは、加圧によりペーパの孔を塞ぐことでオゾンなど、染料分子を壊す原因となるものと接触することを防ぐことで画像の耐候性がアップする効果がある。

後乾燥部４２の後段には、加熱・加圧部４４が設けられている。加熱・加圧部４４は、画像表面の光沢度を制御するための手段であり、画像面を加熱しながら所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラー４５で加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。

このようにして生成されたプリント物は、排紙部２６から排出される。本来プリントすべき本画像（目的の画像を印刷したもの）とテスト印字とは分けて排出することが好ましい。このインクジェット記録装置１０では、本画像のプリント物と、テスト印字のプリント物とを選別してそれぞれの排出部２６Ａ、２６Ｂへと送るために排紙経路を切り換える選別手段（図示省略）が設けられている。なお、大きめの用紙に本画像とテスト印字とを同時に並列に形成する場合は、カッター（第２のカッター）４８によってテスト印字の部分を切り離す。カッター４８は、排紙部２６の直前に設けられており、画像余白部にテスト印字を行った場合に、本画像とテスト印字部を切断するためのものである。カッター４８の構造は前述した第１のカッター２８と同様であり、固定刃４８Ａと丸刃４８Ｂとから構成されている。

また、図示を省略したが、本画像の排出部２６Ａには、オーダー別に画像を集積するソーターが設けられている。

次に、印字ヘッド（液体吐出ヘッド）のノズル（液体吐出口）の配置について説明する。インク色毎に設けられている各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙの構造は共通しているので、以下、これらを代表して符号５０によって印字ヘッドを表すものとし、図３に印字ヘッド５０の平面透視図を示す。

図３に示すように、本実施形態の印字ヘッド５０は、インクを液滴として吐出するノズル５１、インクを吐出する際インクに圧力を付与する圧力室５２、図３では図示を省略した共通流路から圧力室５２にインクを供給するインク供給口５３を含んで構成される圧力室ユニット５４が千鳥状の２次元マトリクス状に配列され、ノズル５１の高密度化が図られている。

図３に示す例においては、各圧力室５２を上方から見た場合に、その平面形状は略正方形状をしているが、圧力室５２の平面形状はこのような正方形に限定されるものではない。圧力室５２には、図３に示すように、その対角線の一方の端にノズル５１が形成され、他方の端にインク供給口５３が設けられている。

また、図４は他の印字ヘッドの構造例を示す平面透視図である。図４に示すように、複数の短尺ヘッド５０’を２次元の千鳥状に配列して繋ぎ合わせて、これらの複数の短尺ヘッド５０’全体で印字媒体の全幅に対応する長さとなるようにして１つの長尺のフルラインヘッドを構成するようにしてもよい。

図５は、本実施形態の印字ヘッド５０の一部を拡大して示す平面透視図である。

この後説明するように、本実施形態の印字ヘッド５０は、各種プレート部材を多数積層することによって形成されている。

前述したように、印字ヘッド５０には、ノズル５１と供給口５３を有する略正方形状の圧力室５２が千鳥状の２次元マトリクス状に並んでいる。圧力室５２のノズル５１が形成される下面に対向する上面は共通電極を兼ねる振動板５６で構成され、振動板５６の上には圧力室５２の形状に合わせて圧電体（ピエゾ）５８が形成され、その上に個別電極５７が形成されている。個別電極５７から配線がノズル５１側端部から圧力室５２の外側に引き出され、電極接続部としての電極パッド５９が形成されている。

この電極パッド５９から、ピエゾ５８に略垂直に立ち上がるように柱状の電気配線（エレキ柱）６２が形成される。柱状の電気配線６２を形成するために、横方向に複数の帯状の板を両端で連結した複数の梁部を有するように流路が形成された薄板状の第１の配線プレート６０と、同様に縦方向に複数の帯状の板を両端で連結した複数の梁部を有するように流路が形成された薄板状の第２の配線プレート６１とをそれぞれの各梁部を交互に直交させて格子状になるように積層する。このとき、各配線プレート６０、６１の細長い梁部が各圧力室５２の間の部分に配置されるようにして積層する。第１の配線プレート６０と第２の配線プレート６１とが積層されて形成された梁部が重なって交差する部分６３に電気配線６２が形成される。

また、この第１の配線プレート６０と第２の配線プレート６１の各梁部が交差し重なった部分６３には、圧力室５２内の圧力発生状態を検出する圧力検出手段としてのセンサプレート（図５では図示省略、後述）から検出信号を取り出すための配線であるセンサ柱６４が、電気配線６２と同様に圧電体５８に略垂直に立ち上がる柱状に形成される。

以上を詳しく説明するために、図５中の６−６線に沿った断面図を図６に示す。

図６に示すように、圧力室５２は、下面端部にノズル５１を有し、上面のノズル５１側とは反対側の端部に供給口５３を有し、供給口５３には、インク吐出時における逆流を制限するための供給絞り５３ａが設けられている。

前述したように、圧力室５２の上面は、共通電極を兼ねる振動板５６で形成され、その上にピエゾ５８が形成され、ピエゾ５８の上に個別電極５７が形成されている。個別電極５７は、その端部を圧力室５２の外側へ配線を引き出して電極パッド５９が形成されている。図では省略しているが、振動板５６と電極パッド５９との間には絶縁層が形成されている。

一方、圧力室５２の下面には、圧力室５２内の発生圧力を検出した不吐出検出を行うためのセンサプレート６６が形成されている。そしてセンサプレート６６の下側にはノズル５１が形成されたノズルプレート６５が接合されている。センサプレート６６は、機械−電気変換素子としての圧電体で構成される。センサ柱６４は、センサプレート６６が圧力を受けて変形することによって生じる電圧変化を電気信号として取り出すための電気配線である。なお、図６では１本省略されているが、センサ柱６４は、センサプレート６６の機械−電気変換素子としての圧電体の表と裏から引き出され、各圧力室５２毎に２本設置される。

各電極パッド５９の上に、柱状の電気配線（エレキ柱）６２がピエゾ５８に略垂直に立設される。この柱状の電気配線６２を形成するために、横方向に梁部が形成された第１の配線プレート６０と、縦方向に梁部が形成された第２の配線プレート６１が、各梁部が各圧力室５２の間の部分に位置するようにして、各配線プレート６０及び６１が交互に直交するように積層され、格子状に形成される。この第１の配線プレート６０と第２の配線プレート６１が交差して重なった格子状の部分６３に、柱状の電気配線６２及びセンサ柱６４が形成される。

積層された第１の配線プレート６０及び第２の配線プレート６１の上には、電装基板としての多層フレキシブルケーブル６８が配置され、各電気配線６２及びセンサ柱６４が接続している。

またこのとき、第１の配線プレート６０及び第２の配線プレート６１はそれぞれ各圧力室５２の間に梁部を配置して積層するため、圧力室５２の上の部分には空間が形成され、この梁部の間に流路が形成された薄板（第１の配線プレート６０及び第２の配線プレート６１）を積層することによって形成された空間は各圧力室５２に供給するインクをプールする共通液室（リザーバ）７０となる。共通液室７０は、第１の配線プレート６０及び第２の配線プレート６１を交互に積層したため、その梁部の間が流路となるように空いており、そこで全ての圧力室５２の上の空間が繋がって印字ヘッド５０全体にわたって１つの共通液室７０を形成している。

なお、共通液室７０は、インクが充填されるため、インクに接する部分には、すべて絶縁・保護膜が形成される。

図７（ａ）に第１の配線プレート６０を、図７（ｂ）に第２の配線プレート６１をそれぞれ平面図で示す。図７（ａ）に示すように、第１の配線プレート６０は、横方向に細長く帯状に形成された梁部の上に、電気配線６２を形成するための孔６０ａが等間隔に並んで形成され、その電気配線用の孔６０ａの部分は孔６０ａの形状に合わせて、その外形寸法が膨らんだ形状となっている。また、電気配線用の孔６０ａの両側にはセンサ柱６４を形成するための孔６０ｂが形成されている。

また、図７（ｂ）に示すように、第２の配線プレート６１は、縦方向に細長く帯状に形成された梁部の上に、電気配線６２を形成するための孔６１ａが等間隔に並んで形成され、その電気配線用の孔６１ａの両側にはセンサ柱６４用の孔６１ｂが形成されている。第２の配線プレート６１は、この電気配線用の孔６１ａが形成される部分においてその両側
のセンサ柱用の孔６１ｂも含むように十字状に形成されている。

各配線プレート６０、６１ともその細長い帯状に形成され梁部はそれぞれ両端で連結されており、それぞれ１枚のプレートとして形成されている。第１の配線プレート６０と第２の配線プレート６１を、それぞれの電気配線用の孔６０ａ及び６１ａを合わせて、それぞれの梁部が直交するように交互に積層することにより、それぞれが交差して重なった格子状の部分６３（図６参照）に電気配線６２及びセンサ柱６４を形成するための、各プレートに垂直な空洞部（スルーホール）が形成される。

図８に、以上説明した各プレート部材を積層して形成した本実施形態の印字ヘッドを一部断面を含む斜視図として示す。

図８に示すように、印字ヘッド５０は、一番下にノズル５１が形成されたノズルプレート６５が形成され、その上にセンサプレート６６が形成され、その上に何枚かのプレート部材を積層して圧力室５２が形成される。

圧力室５２の上面は振動板５６で、その上にピエゾ５８、個別電極５７が形成されている。振動板５６上の、２次元マトリクス状に配列された各圧力室５２の間の部分に、複数の梁部を有するように形成された第１の配線プレート６０及び第２の配線プレート６１の細長い帯状に形成された梁部を交互に積層させ、振動板５６上に共通液室７０が形成される。共通液室７０と圧力室５２は、振動板５６に形成された供給口５３（供給絞り５３ａ）によって連通する。

また、第１の配線プレート６０及び第２の配線プレート６１を積層して形成する際に、梁部が交差して重なって形成される格子状の部分６３には、各配線プレート６０、６１に形成された電気配線用の孔６０ａ、６１ａの部分が重なってピエゾ５８に垂直な空洞部（スルーホール）が形成される。また、同様にセンサ柱用の孔６０ｂ、６１ｂの部分が重なってピエゾ５８に垂直な空洞部（スルーホール）が形成される。

これらの空洞部（スルーホール）にはメッキを施したり、導電材を装填することにより、ピエゾ５８に垂直な柱状の電気配線（エレキ柱）６２及びセンサ柱６４が成形される。

また、一番上には多層フレキシブルケーブル６８が形成され、電気配線６２及びセンサ柱６４が多層フレキシブルケーブル６８内の各配線と接続している。電気配線６２は、振動板５６上の個別電極５７から引き出された電極パッド５９から多層フレキシブルケーブル６８との間を接続するように、またセンサ柱６４は圧力室５２の底面をなすセンサプレート６６と多層フレキシブルケーブル６８の間を接続するように、それぞれピエゾ５８（あるいはピエゾ５８が形成される振動板５６等）に略垂直となるように立設される。

このように、本実施形態においては、柱状の電気配線（エレキ柱）６２を形成するための配線プレートの積層を格子状に配置するようにしたため、各圧力室５２の上に形成された空間が、交互に格子を形成するように積層された各梁部の間が流路としてそれぞれ連通し、各空間の間をインクが流れるようになっており、これらの空間は印字ヘッド５０全体に渡って繋がった共通液室を構成する。そして、この共通液室からインク供給口（供給絞り）５３を介して直接圧力室５２にインクを供給するようにすることで、インクの供給性能を向上させることが可能となる。さらに共通液室の強度を確保することも可能となる。

また、電気配線（エレキ柱）だけでなく、センシング部との通電を行うセンサ柱も薄板の積層構造で構成するようにしたため、多くの電極を小型高密度に実装することが可能となる。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。

図９に、第２実施形態に係る印字ヘッドの平面透視図を示す。また、図９の印字ヘッドを矢印Ａ方向から見た側面透視図を図１０（ａ）に示し、図９の印字ヘッドを矢印Ｂ方向から見た側面透視図を図１０（ｂ）に示す。さらに、この印字ヘッドを構成する各プレート部材を分解して図１１及び図１２に示す。

本実施形態は、細長い梁部によって流路が形成された薄板を積層して柱状の電気配線（エレキ柱）を形成するとともに、積層の一部にはフィルタとしてのメッシュとダンパの働きをする空隙を有するフィルタ・ダンパ層を設け、積層された梁部によって形成される空間の間を連通させてインクが流れるようにして、印字ヘッド全体に渡って繋がった共通液室を構成するようにしたものである。

図９は、図１１、図１２に示す全てのプレート部材を積層して構成された印字ヘッド１５０を上から透視した平面図であり、前述した第１実施形態と同様に、略正方形状の圧力室１５２が千鳥状の２次元マトリクス状に配列されている。

圧力室１５２は、供給口（供給絞り）１５３及びノズル１５１を有するとともに、各圧力室１５２毎に、個別電極１５７に駆動信号を供給するための柱状の電気配線（エレキ柱）１６２と不吐出検出を行うためのセンサプレート１６６の圧電体からの検出信号を送出するための電気配線のセンサ柱１６４が設けられている。

本実施形態においても、柱状の電気配線１６２及びセンサ柱１６４を形成するとともに、振動板１５６上に共通液室となる空間を形成するための配線プレート１７０が複数積層されるが、本実施形態の配線プレート１７０は図７に示す第１実施形態のものとは形状が異なっている。さらに、本実施形態では、後述するように配線プレート１７０を積層する間にフィルタ・ダンパ層が形成される。

以下、積層する各プレート部材とその積層方法について説明する。

まず、図１０（ａ）あるいは（ｂ）に示すように、ノズル１５１が形成されるノズルプレート１６５が一番下に積層される。ノズルプレート１６５を図１１（ａ）に平面図で示す。ノズルプレート１６５は、例えば、ステンレスの薄板を半抜きプレス後に研磨したものや、ニッケル電鋳したもの、ポリイミドにエキシマレーザでアブレーション加工したものなどに撥液処理を施したものである。またノズル１５１はインク吐出側（外側）に行く程径が小さくなるように逆テーパ状に形成される。

図１０に示すように、ノズルプレート１６５の上に圧力室１５２内の圧力を検出するためのセンサプレート１６６が形成される。センサプレート１６６を図１１（ｂ）に平面図で示す。センサプレート１６６としては例えば、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）をステンレスに積層したものである。図１１（ｂ）に示すように、センサプレート１６６にはセンサ部１６６ａが略圧力室１５２の形状に対応して形成され、ノズル１５１に対応する位置にノズル流路となる孔１６６ｂが設けられるとともに、センサ部１６６ａの表裏からそれぞれ配線を引き出して接続部１６６ｃが２つ設けられている。

図１０に示すように、センサプレート１６６の上には、圧力室１５２を形成する圧力室プレート１６７が積層される。圧力室プレート１６７としては、例えば、ステンレスを多段エッチングしたり、ステンレスを両面エッチングしたものを積層したりして形成する。

圧力室プレート１６７を図１１（ｃ）に平面図で示す。圧力室プレート１６７には、圧力室１５２及び供給絞り１５３となる開口、センサ柱１６４のための孔（スルーホール）１６７ａ及び接着する際の余剰な接着剤がはみ出して圧力室１５２や供給絞り１５３等を塞いだりしないように接着剤を逃がすための接着剤逃がし溝１６７ｂ等が形成される。なお、スルーホール１６７ａを接着剤逃がし溝として使用してもよい。

圧力室プレート１６７の接合は例えばエポキシ接着あるいは拡散接合等で行えばよい。また、圧力室プレート１６７に対しては、ポリイミド蒸着あるいは電着塗装などにより絶縁処理を行い、センサ柱用のスルーホール１６７ａの内側に導電層を形成するために無電解銅メッキ等を施す。また、センサプレート１６６の接続部１６６ｃとの接続用に銀ペーストなどの充填材を充填しておく。

次に、図１０に示すように、圧力室プレート１６７の上には、振動板１５６がエポキシ接着などで積層される。また図１１（ｄ）に示すように、振動板１５６の上には圧力室１５２に対応する位置にピエゾ（ＰＺＴ）１５８が形成される。ピエゾ１５８は、焼成研磨したものにスパッタで共通電極を付けてから機械分離して使用する。また、図１１（ｄ）に示すように、振動板１５６には、供給絞り１５３用の孔１５６ａ、センサ柱１６４用の孔１５６ｂが形成され、さらにピエゾ１５８の上には個別電極１５７が形成され、これから電極パッド１５９が絶縁層の上に引き出されて形成される。

図１０に示すように、ピエゾ１５８が形成された振動板１５６の上には、ピエゾカバー１６９が積層される。図１１（ｅ）にピエゾカバーの平面図を示す。ピエゾカバー１６９は、例えば、ステンレスの薄板をウエットエッチングで、特にピエゾ１５８の位置に対応する部分１６９ａはハーフエッチングして半抜き構造とし、積層したときにピエゾ１５８を逃げるようにする。また、図１１（ｅ）に示すように、ピエゾカバー１６９には、供給口となる孔１６９ｂ、電気配線用の孔１６９及びセンサ柱用の孔１６９ｄが形成される。また、圧力室プレート１６７と同様の絶縁処理を施し、孔の内側には導電層を形成して充填材を充填しておく。

なお、ピエゾ１５８の位置に対応する部分１６９ａをハーフエッチングするのは、ピエゾ１５８を覆ってインクから保護するためと、インクから分離してピエゾ１５８の駆動を安定にするため、そしてダンピング特性を持たせてクロストークを軽減するためである。

次に図１０に示すように、ピエゾカバー１６９の上には、柱状の電気配線１６２及センサ柱１６４用の空洞部を形成するとともに共通液室用の空間を形成する配線プレート（共通液室プレート）１７０が積層される。配線プレート１７０は、例えば、ステンレスの薄板をウエットエッチングして形成される。図１２（ａ）に配線プレート１７０の平面図を示す。配線プレート１７０は、細長い帯状の梁部１７０ａを多数並べてその両端（図の上下）を連結して１枚のプレートにしたものであり、梁部１７０ａの間の空間１７１が積層したときに共通液室となる空間である。また配線プレート１７０には、各梁部１７０ａ上に電気配線用の孔（スルーホール）１７０ｂとセンサ柱用の孔（スルーホール）１７０ｃが形成されている。

次に図１０に示すように、配線プレート１７０の上にフィルタ・ダンパプレート１７２を積層する。フィルタ・ダンパプレート１７２は、例えば、ステンレスの薄板をウエットエッチングして形成され、フィルタ・ダンパプレート１７２を２枚積層してフィルタ・ダンパ層が形成される。

フィルタ・ダンパ層は、２枚のフィルタ・ダンパプレート１７２の間にダンパとフィルタが形成されたものである。フィルタ・ダンパプレート１７２を図１２（ｂ）に平面図で
示す。図１２（ｂ）に示すように、フィルタ・ダンパプレート１７２には、供給絞り１５３に対応する位置に円弧状にダンパ１７３がハーフエッチングによって形成される。また、配線プレート１７０の各梁部１７０ａに対応する位置にその梁部１７０ａの両側の空間１７１を繋ぐように開口が形成されそこにフィルタ１７４が配置される。

このフィルタ１７４が形成された開口部により各梁部１７０ａ間の空間１７１が連通して、印字ヘッド１５０全体に渡って繋がった共通液室が形成される。

フィルタ１７４は、例えばニッケル電鋳で形成され、２枚のフィルタ・ダンパプレート１７２でサンドイッチすることによって構成される。フィルタ１７４は、積層して形成された共通液室、すなわち図１２（ａ）に示す梁部１７０ａ間の空間１７１の間をインクが流れる際に、異物を除去するためのものであり、メッシュサイズとしては、ノズル径以下が望ましく、１０μｍ程度に設定している。なお、フィルタ・ダンパプレート１７２にも電気配線用の孔（スルーホール）１７２ａ及びセンサ柱用の孔（スルーホール）１７２ｂが形成されている。

図１０に示すように、フィルタ・ダンパ層の上には再度配線プレート（共通液室プレート）１７５が積層され、配線プレート１７５の上には、積層プレート全体を温調制御するためのサーミスタ電極とヒータプレート１７６が積層される。ヒータプレート１７６は、例えば、ステンレスの薄板に抵抗層をパターニングして形成され、図１１（ｄ）に示すように、電気配線用の孔（スルーホール）１７６ａ及びセンサ柱用の孔（スルーホール）１７６ｂが形成されている。

次に図１０に示すように、ヒータ層１７６の上には、ドライバＩＣなどが実装されたバンプ付き多層フレキシブルケーブル１６８で構成される電装基板が積層される。
このようにして、図１１及び図１２に示すようなプレート部材を積層することにより、図９及び図１０に示すような印字ヘッド１５０が形成される。

次に、以上説明した図１１、１２に示すような各プレート部材を積層して印字ヘッド１５０を組み立てる手順を説明する。

まず、圧力室からノズルに至る流路を、複数のプレート部材を積層接合して形成する。すなわち、ノズルプレート１６５、センサプレート１６６、圧力室プレート１６７及び振動板１５６をエポキシ接着剤等を用いて接合する。これにより、天面を振動板１５６で形成され、底面をセンサプレート１６６で形成され、供給口（供給絞り）１５３とノズル１５１を有する圧力室１５２が形成される。

なお、圧力室１５２の平面形状は今まで述べたもののように正方形に限定されるものではない。例えば、図１３に示すように、Ｔ１のように正方形のものの他に、Ｔ２のような平行四辺形のものや、Ｔ３のように菱形のような平面形状を有するものでもよい。

次に、上で形成された積層流路に対しピエゾ１５８を接着する。すなわち、上で形成された流路の一番上に積層された振動板１５６の上にピエゾ１５８を貼り付けて絶縁処理を施し、金スパッタ等によりその上に電極パターニングを行い個別電極１５７を形成する。

次に、ピエゾ１５８に対してピエゾカバー１６９をエポキシ接着等により接合する。前述したように、ピエゾカバー１６９は、ピエゾ１５８に対応する部分は、ハーフエッチングによりピエゾ１５８を逃げるように加工されている。

次に、ノズルプレート１６５に対し、エキシマレーザなどによるアブレーション加工でノズル１５１を吐出側から加工する。このとき、吐出側がくびれるようにテーパ状に加工するのが望ましい。ノズルプレート１６５のノズル１５１を積層後に加工するのは、接着時の目詰まりを防止し、加工精度を向上させるためである。

このようにノズル１５１からピエゾカバー１６９までを形成したところでピエゾ１５８が正しく駆動することができるかを治具を用いて検査を行う。

この治具を用いた検査方法を図１４を用いて説明する。図１４に示すように、検査治具１８０は、インク供給用の筒状のダクト１８０ａと、検査用のプローブ１８０ｂ、１８０ｃを有する。検査治具１８０は、筒状ダクト１８０ａを供給口（供給絞り）１５３に当て、またプローブ１８０ｂをピエゾ１５８の電極パッド１５９に当てて、プローブ１８０ｃをセンサプレート１６６の電極部に当てる。

そして、筒状ダクト１８０ａから供給絞り１５３を介して圧力室１５２にインクを充填し、プローブ１８０ｂから駆動信号を送りピエゾ１５８を駆動する。その結果圧力室１５２に発生する圧力をセンサプレート１６６に当てたプローブ１８０ｃによって検出し、駆動状態を判定する。

検出結果が良好であれば、さらに続けて組立て工程を続行し、検出結果が不良であれば、ノズルプレート１６５からピエゾカバー１６９まで積層された積層流路に対して、以下電気配線及びインク供給系の接続を行う。

すなわち、次にピエゾ１５８の電極パッド１５９から振動板１５６（ピエゾ１５８）に対して垂直に立ち上がる電気配線（エレキ柱）１６２及びセンサ柱１６４を形成するとともに、共通液室となる空間１７１を形成する。ピエゾカバー１６９上に配線プレート（共通液室プレート）１７０、フィルタ・ダンパプレート１７２及び配線プレート（共通液室プレート）１７５、ヒータプレート１７６をエポキシ接着剤又は拡散接合などで積層し、また圧力室プレート１６７と同様の絶縁処理を施し、孔の内側には導電層を形成して充填材を充填する。

また、このとき電極パッド１５９と接続する部分に導電性接着剤を塗布してもよい。これにより、共通液室となる空間が形成される。さらに、その上に電装基板であるフレキシブルケーブル１６８をヒートプレス機によりハンダ融着によって接続する。

そして、ここで再度ピエゾ１５８及びセンサプレート１６６への導通を治具を用いて検査する。

ここでは図１５に示すように積層したプレートに充填材を充填してピエゾやセンシング部から電極を取り出す構造を説明したが、第二の方法として、図１６に示すように球体などの電気接続部材を使用することも可能である。すなわち、ハンダメッキなどを施した電気接続部材を孔に入れ、レーザなどを照射してハンダを溶融して接続するものである。

図１６は、球体接続法を示すものであり、図１６（ａ）中の符号Ｃで示す円内の部分を図１６（ｂ）に拡大して示す。

図１６（ｂ）に示すように、電極部分の一部を前記孔の中心から例えばΔだけオフセットするような凹状に形成すれば、接続部材を安定して孔の側面に接触させることが可能となり、またレーザ照射時も電極部分が接続部材の影にならず、ハンダの溶融が確実に行える。

また、配線プレート１７０の一部をプレスなどで凸状に形成すれば、ピエゾカバー１６９の絶縁や導電処理が不要となり、接続部材の小型化も可能となる。

治具を用いた検査が良好であれば、最後に共通液室にインクを供給する供給口を接着し、組み立てた積層基板をハウジングに組み、フレキシブルケーブルを固定して印字ヘッド１５０の組立てが完了する。

このように、本実施形態によれば、ピエゾやセンシング部の電気配線を薄板の積層構造で構成するようにしたため、アスペクト比（厚み／穴径）が高く高密度の立体物を容易に形成することができる。また、柱状の電気配線（エレキ柱）及び吐出流路を主にステンレスのエッチングで形成するようにしたため、安価で吐出部との線膨張差の少ない構造物を容易に製造可能となる。またピエゾカバーをハーフエッチング等で半抜き状に形成したため、安価で信頼性の高いピエゾの保護構造が容易に形成可能となる。

また、ステンレスのシールド効果により吐出検出信号の耐ノイズ性が向上する。さらに、熱伝導率が樹脂などより良好なため、ヘッドの温調時のローカリティが軽減される。また、拡散接合やろう付けなどの金属接合を用いれば一層の高剛性、高品質、高信頼化を図ることも可能となる。

次に、本発明の第３実施形態について説明する。

図１７に、第３実施形態に係る印字ヘッドの平面透視図を示す。また、図１７の印字ヘッドを矢印Ａ方向から見た側面透視図を図１８（ａ）に示し、図１７の印字ヘッドを矢印Ｂ方向から見た側面透視図を図１８（ｂ）に示す。

本実施形態の印字ヘッドは、前述した第２実施形態と同様に、梁部を有する薄板（配線プレート乃至共通液室プレート）を積層して、柱状の電気配線（エレキ柱）を形成するとともに、積層の一部をハーフエッチングにより連通構造として、積層された梁部の間の空間を連通させてインクを流すようにして共通液室を構成するようにしたものである。

図１７に示すように、供給絞り２５３とノズル２５１を有する圧力室２５２が千鳥状の２次元マトリクス状に配列されている。また圧力室２５２を変形させるためのピエゾ２５８を駆動する個別電極２５７から圧力室２５２の外側へ引き出されて電極パッド２５９が形成されている。この電極パッド２５９から、ピエゾ２５８が形成された面に略垂直となるように立設される電気配線（エレキ柱）２６２が、積層された配線プレート２７０によって形成される。また、圧力室２５２の底面に設けられたセンサプレート２６６（図１８参照）から検出信号を取り出すためのセンサ柱２６４も、この積層された配線プレート２７０によって形成される。

なお、配線プレート２７０を構成する各梁部２７０ａは、破線で示すハーフエッチングされた連通部２７７を有し、この連通部２７７によって各梁部２７０ａ間の従来インク供給のための支流であった空間２７１同士が連通する。

このように各梁部２７０ａ間の空間２７１が連通部２７７によって連通することにより、各空間２７１の間にインクが流れ、この印字ヘッド２５０全体に渡ってすべて連通した空間２７１が共通液室を構成する。

図１８（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態の印字ヘッド２５０においても、前述した第２実施形態と同様に、下からノズルプレート２６５、センサプレート２６６、圧力
室プレート２６７、その上にピエゾ２５８及び個別電極２５７が形成される振動板２５６、ピエゾカバー２６９、配線プレート（共通液室プレート）２７０、ヒータ層２７６及び電装基板としての多層フレキシブルケーブル２６８が積層される。

特に図１８（ｂ）に示すように、各配線プレート２７０には、ハーフエッチングされた連通部２７７が形成されており、これにより各配線プレート２７０の梁部２７０ａ間の空間２７１（図１８（ａ）参照）が連通する。

図１９に、本実施形態における配線プレート（共通液室プレート）２７０の平面図を示す。図１９に示すように、本実施形態の配線プレート２７０は、前述した図７（ａ）に示す配線プレート６０と同様であり、細長く帯状に形成された複数の梁部２７０ａがその両端で連結されて１枚のプレートを形成している。各梁部２７０ａ上には、電気配線用の孔２７０ｂとセンサ柱用の孔２７０ｃが形成されている。

また、本実施形態においては、この他に各梁部２７０ａ間の空間２７１を連通させてインクを流すための連通部２７７がハーフエッチングによって形成されている。図１８に示すように、本実施形態においては、このような配線プレート２７０を４枚積層することによって、柱状の電気配線（エレキ柱）２６２、センサ柱２６４及び共通液室としての空間２７１を形成している。

次に、本発明の第４実施形態について説明する。

図２０に、第４実施形態に係る印字ヘッドの平面透視図を示す。また、図２０の印字ヘッドを矢印Ａ方向から見た側面透視図を図２１（ａ）に示し、図２０の印字ヘッドを矢印Ｂ方向から見た側面透視図を図２１（ｂ）に示す。

本実施形態の印字ヘッドは、２種類の梁部を有する薄板（配線プレート乃至共通液室プレート）を積層して、柱状の電気配線（エレキ柱）を形成するものであるが、本実施形態においては、２種類の梁部を有する薄板の一方の一部をハーフエッチングして、積層したときの供給絞り上の位置に空隙を設けて、吐出時の圧力を緩衝するダンパ機能を付与するようにしたものである。

図２０に示すように、供給絞り３５３とノズル３５１を有する圧力室３５２が千鳥状の２次元マトリクス状に配列されている。また圧力室３５２を変形させるためのピエゾ３５８に駆動信号を供給するための電気配線（エレキ柱）３６２が、積層された配線プレート３７０及び３７１によって形成される。また、圧力室３５２の底面に設けられたセンサプレート３６６（図２１参照）から検出信号を取り出すためのセンサ柱３６４も、この積層された配線プレート３７０及び３７１によって形成される。

図２２及び図２３に、それぞれ本実施形態で用いる２種類の配線プレート３７０及び３７１を平面図で示す。

図２２に示す配線プレート３７０は、前述した図７（ａ）に示す配線プレート６０と同様であり、細長く帯状に形成された複数の梁部３７０ａがその両端で連結されて１枚のプレートを形成している。各梁部３７０ａ上には、電気配線用の孔３７０ｂとセンサ柱用の孔３７０ｃが形成されている。

また、図２３に示す配線プレート３７１は、図２２に示す配線プレート３７０とは直交する方向に梁部３７１ａが形成され、その両端で連結されて１枚のプレートを形成している。そして、図２２に示す配線プレート３７０と積層したときに対応する位置に電気配線
用の孔３７１ａとセンサ柱用の孔３７１ｂが形成されている。さらに、この配線プレート３７１には、各梁部３７１ｂの各電気配線用の孔３７１ｃの間に円形状にハーフエッチンにより空隙３７７が形成されている。この空隙３７７が形成される位置は、各プレート部材を積層して印字ヘッド３５０を形成したときに、供給絞り３５３に対応する位置であり、この空隙３７７部は、供給絞り３５３を介して吐出時の圧力を緩衝するダンパの機能を果たす。

図２１（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態の印字ヘッド３５０においても、前述した第３実施形態と同様に、下からノズルプレート３６５、センサプレート３６６、圧力室プレート３６７、その上にピエゾ３５８及び個別電極３５７が形成される振動板３５６、ピエゾカバー３６９、配線プレート（共通液室プレート）３７０及び３７１、ヒータ層３７６及び電装基板としての多層フレキシブルケーブル３６８が積層される。

特に図２１（ａ）、（ｂ）に示すように、配線プレート３７０及び３７１については、２枚の配線プレート３７０と１枚の配線プレート３７０により、２枚の配線プレート３７１をサンドイッチするように積層される。

ここで積層する２枚の配線プレート３７１は、その１枚のみが図２３に示すようにハーフエッチングされた空隙３７７を有し、他の１枚は平板状であり、これらを積層することで図２１（ａ）または（ｂ）に示すような空隙３７７が形成される。

このように、本実施形態では、積層の一部を半抜き（ハーフエッチング）して、ダンパ機能を付与したため、インク吐出時におけるインクの逆流に伴うクロストークを軽減することができる。

次に、本発明の第５実施形態について説明する。

図２４に、第５実施形態に係る印字ヘッドの平面透視図を示す。また、図２４の印字ヘッドを矢印Ａ方向から見た側面透視図を図２５（ａ）に示し、図２４の印字ヘッドを矢印Ｂ方向から見た側面透視図を図２５（ｂ）に示す。また、図２６に、本実施形態で積層される配線プレートの平面図を示し、図２７に、本実施形態で積層されるメッシュプレートの平面図を示す。

本実施形態は、図２６に示すような配線プレートを積層する、前述した第３実施形態における積層中に、図２７に示すようなメッシュプレートを入れてフィルタ機能を付与するようにしたものである。

図２４に示すように、供給絞り４５３とノズル４５１を有する圧力室４５２が千鳥状の２次元マトリクス状に配列されている。また圧力室４５２を変形させるためのピエゾ４５８に駆動信号を供給するための電気配線（エレキ柱）４６２が、積層された配線プレート４７０によって形成される。また、圧力室４５２の底面に設けられたセンサプレート４６６（図２５参照）から検出信号を取り出すためのセンサ柱４６４も、この積層された配線プレート４７０によって形成される。

本実施形態で積層される配線プレート４７０は図２６に示すように、図１９に示す前述した第３実施形態のものと同様である。すなわち、両端を連結された複数の梁部４７０ａによって１枚のプレートとして形成され、各梁部４７０ａには、電気配線用の孔４７０ｂ、センサ柱用の孔４７０ｃ及びハーフエッチングによる連通部４７７が形成されている。

本実施形態はこのような配線プレート４７０中に図２７に示すようなメッシュプレート
４８０を入れて積層したものである。メッシュプレート４８０は、図２７に示すように、電気配線用の孔４８０ｂとセンサ柱用の孔４８０ｃの他に多数のメッシュ状の孔４８０ａが形成され、これによりフィルタ機能を有している。

図２５（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態の印字ヘッド４５０においても、前述した第４実施形態と同様に、下からノズルプレート４６５、センサプレート４６６、圧力室プレート４６７、その上にピエゾ４５８が形成される振動板４５６、ピエゾカバー４６９、配線プレート（共通液室プレート）４７０及びメッシュプレート４８０、ヒータ層４７６及び電装基板としての多層フレキシブルケーブル４６８が積層される。

特に図２５（ａ）、（ｂ）に示すように、３枚の配線プレート４７０を積層する際、その中にメッシュプレート４８０をサンドイッチするように積層する。このように、多数のメッシュ状の孔４８０ａを有するメッシュプレート４８０を間に入れて積層したため、このメッシュ状の孔４８０ａがフィルタの機能を果たすこととなる。

このように、積層の一部をメッシュ状に構成してフィルタ機能を付与したため、高粘度液に対しても、損失の少ない効率的な濾過が可能となる。

以上説明した各実施形態においては、積層の一部にヒータ層を設けてヘッドの温調を行うようにしているが、単にヒータ層を設けただけでは、連続プリント等においてピエゾの発熱が大きい場合には、ヘッドを約４０℃の適温に温調できない可能性がある。そこで、インク供給系を循環供給系にして、循環するインクをヘッドの冷却に使用することが考えられる。

以下、インク供給系について説明する。

なお、上で説明した印字ヘッド５０、１５０、２５０、３５０、４５０いずれについても同様であるので、印字ヘッド５０で代表して説明することとする。

図２８に、印字ヘッド５０をインクジェット記録装置１０に取り付ける方法を分解斜視図で示す。

印字ヘッド５０をインクジェット記録装置１０に取り付けるには、図２８に示すように、ヘッドブロック８０ごと取り付ける。

印字ヘッド５０をホルダ８１に嵌め込んだ後、アタッチメント８２を挟み、連結板８３によって固定する。連結板８３には、インク供給タンク（図示省略）から印字ヘッド５０にインクを供給するための供給管８４が設けられている。印字ヘッド５０を連結板８３によって固定することにより印字ヘッド５０の主供給口８５と供給管８４とが連結される。

このとき、供給管８４と主供給口８５とはインク漏れ防止用のゴムパッキン８６を介して連結される。なお、図示を省略したが、アタッチメント８２及び連結板８３は図の手前側にも取り付けられている。

図２９は、本実施形態に係る印字ヘッド５０のインク供給系を示す平面透視図である。図２９に示すように、印字ヘッド５０は、図示を省略したインク供給タンクからインクを供給する主流路８７、主流路８７から枝分かれした２つの供給管８４、供給管８４と連通する主供給口８５及びバルブＢ１、Ｂ２などからなるインク供給系を備えている。

図２９に示した印字ヘッド５０には、前述した第１実施形態の印字ヘッド５０を例とし
て示した。すなわち、互いに略直交する梁部が形成された配線プレート６０、６１を交互に格子状に積層して、その格子の升目の中に圧力室５２が形成され、圧力室５２の上の空間７０は、格子状に積層された各梁部の間の隙間で連通し、全体が繋がって１つの共通液室を形成している。この共通液室中に積層された各交差する部分の中に、柱状の電気配線（エレキ柱）６２が形成される。

また、前述した他の実施形態の印字ヘッドにおいても、複数の梁部が形成された配線プレートが積層され、この積層中に柱状の電気配線（エレキ柱）が形成されるとともに、配線プレート中にフィルタを有する開口部や、ハーフエッチングによる連通部等が設けられ、各梁部が壁状に積層されて仕切られた空間同士が連通し、その間にインクが流れるように形成され、結局全体が１つに繋がって共通液室として構成される。

図２９に示すように、主流路８７から分かれた供給管８４は、印字ヘッド５０の長手方向左右両端からそれぞれ２つずつ印字ヘッド５０に導かれ、印字ヘッド５０の四隅に形成された各主供給口８５に連通している。主供給口８５から印字ヘッド５０内に供給されたインクは、全体が繋がった共通液室内を充填し、各圧力室５２毎に設けられた供給絞り５３を介して圧力室５２内に供給される。

供給管８４には、弁手段としてのバルブＢ１、Ｂ２が印字ヘッド５０に対してそれぞれ対角の位置に配置されている。図２９に示す例では、図の右下側の供給管８４にバルブＢ１が取り付けられ、また図の左上側の供給管８４にバルブＢ２が取り付けられている。

このように構成されたインク供給系によれば、供給系の終端部すなわち流路の行き止まりとなる部分が存在しないため、インクの停留が発生せず、インクが澱まずにスムーズに流れ易くなっている。

図３０は、このような印字ヘッド５０が組み込まれたインクジェット記録装置１０のインク供給系の構成を示す概要図である。

図３０に示すように、インクジェット記録装置１０は、インク供給タンク１００と印字ヘッド５０の間にサブタンク１０２、ポンプＰ１、Ｐ２、バッファタンク１０４、１０６及び印字ヘッド５０のメンテナンスユニット１１０等を備えている。

インク供給タンク１００は、インクを印字ヘッド５０に供給するための基タンクであり、例えば図１に示すインク貯蔵／装填部１４に設置される。インク供給タンク１００の形態には、インク残量が少なくなった場合に図示しない補充口からインクを補充する方式と、タンクごと交換するカートリッジ方式等があるが、使用用途に応じてインク種類を変える場合には、後者のカートリッジ方式が適している。この場合、インクの種類情報をバーコードやＩＣチップなどで識別してインク種類に応じた吐出制御をすることが好ましい。

サブタンク１０２は、インク供給タンク１００から供給されるインクを集め、インク内の気泡を可能な限り除去するものである。サブタンク１０２に代えて、またはこれと併用して、異物や気泡を除去するフィルタを設けた構成としてもよい。なお、サブタンク１０２には、インクの有無を検知するセンサが設けられていることが好ましい。

バッファタンク１０４、１０６は、サブタンク１０２と印字ヘッド５０間において、印字ヘッド５０の近傍または印字ヘッド５０と一体的に設けられている。これらのバッファ１０４、１０６は、ポンプＰ１、Ｐ２を駆動させることによって流路内のインク圧力に生じる脈動（内圧変動）を吸収し、印字ヘッド５０内の圧力を適切な一定の値に維持するダンパ効果を得るためのものである。

また、印字反ヘッド５０の近傍には、ノズル５１の乾燥防止またはノズル５１近傍のインク粘度上昇を防止するための手段としてのキャップ１１６と、ノズル面８８の清掃手段としてのクリーニングブレード１１８などからなるメンテナンスユニット１１０が設けられている。

メンテナンスユニット１１０は、図示しない移動機構によって印字ヘッド５０に対して相対移動可能であり、必要に応じて所定の退避位置から印字ヘッド５０下方のメンテナンス位置に移動される。

キャップ１１６は、図示しない昇降機構によって印字ヘッド５０に対して相対的に昇降変位される。電源オフ時や画像形成待機時にキャップ１１６を所定の上昇位置まで上昇させ、印字ヘッド５０のノズル面８８に密着させることにより、印字ヘッド５０のノズル面８８をキャップ１１６で覆うようになっている。

クリーニングブレード１１８は、例えばゴム等の弾性部材で構成されており、図示しないブレード移動機構（ワイパー）により印字ヘッド５０のノズル面８８の下面に摺動可能に設けられている。ノズル面８８にインク液滴または異物が付着した場合、クリーニングブレード１１８をノズル面８８に摺動させることでノズル面８８表面を拭き取り、ノズル面８８を清掃する。なお、ブレード機構による清掃時には、クリーニングブレード１１８によるノズル５１への異物混入防止のため、清掃後に予備吐出を行うことが好ましい。

このようなインク供給系によるインク供給について以下説明する。

まず、インクジェット記録装置１０の立ち上げ時など、初回の電源オン時においては、バルブＢ１、Ｂ２は開いたままであり、この状態でポンプＰ１、Ｐ２を共に給液として駆動させ、サブタンク１０２及びバッファタンク１０４、１０６におけるインクが所定の液位となるまでサブタンク１０２及びバッファタンク１０４、１０６にインクを充填する。なお、サブタンク１０２への充填は図示しない別のポンプを用いてもよい。

ついで、印字ヘッド５０内にインクを確実に充填させるためバルブＢ１を開いたままとし、バルブＢ２を閉じ、ポンプＰ１を送液に、またポンプＰ２を吸液になるように駆動してインクを循環させる。

そして、所定時間経過後、バルブＢ１を閉じ、バルブＢ２を開き、前と同様にポンプＰ１を送液に、またポンプＰ２を吸液になるように駆動してインクを循環させる。これにより、印字ヘッド５０内にはインクが充填され、予備吐出しなくても気泡はスムーズに排出される。さらに、バルブＢ１、Ｂ２のうちの開いているバルブを閉じ、バルブＢ１、Ｂ２の双方を閉じた状態として、ポンプＰ１を送液に、またポンプＰ２を吸液になるように駆動してインクを循環させる。

ついで、バルブＢ１、Ｂ２双方を開放した状態とし、前と同様にポンプＰ１、Ｐ２を駆動してインクを循環しながら予備吐出を行い、ノズル５１から気泡を含むインクを排出する。これにより、圧力室５２における気泡を含むインクをノズル５１から吐出することができる。また、バルブＢ１、Ｂ２双方を開放した状態としていることから、排出されたインクのリフィルもスムーズに行うことができる。

また、ポンプＰ１を送液に駆動したまま、ポンプＰ２を停止するなど、ポンプＰ１、Ｐ２の少なくともいずれか一方を駆動させてインクを加圧しつつ供給する。これにより、圧力室５２内の気泡を含むインクをノズル５１から確実に排出することができる。バルブＢ
１、Ｂ２は開放状態とされているので、印字ヘッド５０にインクをスムーズに供給することができる。

これらの後、ポンプＰ１、Ｐ２は停止させる。なお、ノズル５１の回復処理において、ノズル５１から排出されたインクはキャップ１１６に打滴されて回収され、回収タンク１２０を介してサブタンク１０２に戻されるようになっている。

図２９において、主供給口８５を介して供給管８４から印字ヘッド５０にインクが供給され、印字ヘッド５０にインクが充填される。このようなインク充填によって、インク循環を行うため、インクを確実に充填／置換できる。さらに、圧力室５２やノズル５１にインクが充填し、ノズル５１から予備吐出が行われ、圧力室５２のノズル５１から気泡を含むインクを確実に排出することができる。

また、画像形成時においては、バルブＢ１、Ｂ２を開放状態とし、この状態で印字ヘッド５０のピエゾ５８を駆動させて、ノズル５１からインクの吐出を行う。このとき、ポンプＰ１、Ｐ２は駆動しない。印字ヘッド５０の共通液室に供給管８４が連結されており、共通液室から供給絞り５３を介して直接圧力室５２にインクを供給できるため、高速かつ連続でのインク吐出動作時にもインクを安定して供給することができる。

また、このようにインク供給系をインク循環系として構成したため、連続プリント等によってピエゾ５８の発熱が大きい場合にも、循環するインクによって印字ヘッド５０を冷却することができる。

また、ピエゾ５８に、吐出しない程度の電圧を印加することにより、一層均質な印字ヘッド５０の温度制御を行うことができる。

なお、例えば図１１（ｃ）に示したように、プレート部材を接合して積層する際の接着の安定化のために、接着溝が設けられているが、信号取り出し用のスルーホールを接着剤の逃がし溝として使用するようにしてもよい。この場合、最初に接着剤を塗って、貼り合わせ、そのままスルーホールを吸引して余剰接着剤を取り出し、その後加熱する事で接着剤を硬化させる。そして、他のスルーホールと同じように絶縁処理してメッキを行い導電性を持たせるような構造とするようにしてもよい。

また、上で説明した例においては、ステンレスの薄板を積層して印字ヘッドを構成したが、積層構造の一部は、樹脂やシリコンあるいはセラミック等で形成してもよい。

以上、本発明の液体吐出ヘッド及びこれを備えた画像形成装置について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。

本発明に係る液体吐出ヘッドを有する画像形成装置としてのインクジェット記録装置の第１実施形態の概略を示す全体構成図である。 図１に示したインクジェット記録装置の印字部周辺の要部平面図である。 印字ヘッドの構造例を示す平面透視図である。 印字ヘッドの他の例を示す平面図である。 第１実施形態の印字ヘッドの一部を拡大して示す平面透視図である。 図５中の６−６線に沿った断面図である。 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ第１実施形態に係る配線プレートを示す平面図である。 第１実施形態の印字ヘッドを一部を拡大して示す一部断面を含む斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る印字ヘッドを示す平面透視図である。 第２実施形態の印字ヘッドの側面透視図であり、（ａ）は図９の矢印Ａ方向から見た図、（ｂ）は図９の矢印Ｂ方向から見た図である。 第２実施形態の印字ヘッドで用いられるプレート部材の平面図であり、（ａ）はノズルプレート、（ｂ）はセンサプレート、（ｃ）は圧力室プレート、（ｄ）はし振動板（プレート）、（ｅ）はピエゾカバーである。 同じく第２実施形態の印字ヘッドで用いられるプレート部材の平面図であり、（ａ）、（ｃ）は配線プレート（共通液室プレート）、（ｂ）はフィルタ・ダンパプレート、（ｄ）はヒータ層である。 圧力室の他の形状を示す平面図である。 積層流路に対して治具を用いた検査を行う様子を示す説明図である。 充填接続の様子を示す側面図である。 （ａ）、（ｂ）は、球体接続の様子を示す側面図であり、（ｂ）は、（ａ）中のＣ内の部分の拡大図である。 本発明の第３実施形態に係る印字ヘッドを示す平面透視図である。 第３実施形態の印字ヘッドの側面透視図であり、（ａ）は図１７の矢印Ａ方向から見た図、（ｂ）は図１７の矢印Ｂ方向から見た図である。 第３実施形態で用いられる配線プレートを示す平面図である。 本発明の第４実施形態に係る印字ヘッドを示す平面透視図である。 第４実施形態の印字ヘッドの側面透視図であり、（ａ）は図２０の矢印Ａ方向から見た図、（ｂ）は図２０の矢印Ｂ方向から見た図である。 第４実施形態で用いられる配線プレートを示す平面図である。 同じく第４実施形態で用いられるハーフエッチングによるダンパ部が形成された配線プレートを示す平面図である。 本発明の第５実施形態に係る印字ヘッドを示す平面透視図である。 第５実施形態の印字ヘッドの側面透視図であり、（ａ）は図２４の矢印Ａ方向から見た図、（ｂ）は図２４の矢印Ｂ方向から見た図である。 第５実施形態で用いられる配線プレートを示す平面図である。 同じく第５実施形態で用いられるメッシュが形成された配線プレートを示す平面図である。 印字ヘッドをインクジェット記録装置に組み込む様子を示す分解斜視図である。 印字ヘッドのインク供給系を示す平面透視図である。 印字ヘッドが組み込まれたインクジェット記録装置のインク供給系の構成を示す概要図である。

符号の説明

１０…インクジェット記録装置、１２…印字部、１４…インク貯蔵／装填部、１６…記録紙、１８…給紙部、２０…デカール処理部、２２…吸着ベルト搬送部、２４…印字検出部、２６…排紙部、２８…カッター、３０…加熱ドラム、３１、３２…ローラー、３３…ベルト、３４…吸着チャンバー、３５…ファン、３６…ベルト清掃部、４０…加熱ファン、４２…後乾燥部、４４…加熱・加圧部、４５…加圧ローラー、４８…カッター、５０…印字ヘッド、５０Ａ…ノズル面、５１…ノズル、５１ａ…ノズル流路、５２…圧力室、５３…インク供給口、５４…圧力室ユニット、５６…振動板（共通電極）、５７…個別電極、５８…圧電体（ピエゾ）、５９…電極パッド、６０、６１…配線プレート、６２…電気配線（エレキ柱）、６４…センサ柱、６５…ノズルプレート、６６…センサプレート、６８…電装基板（フレキシブルケーブル）、７０…共通液室

Claims (10)

1. 液体を吐出する複数の吐出口と、
   前記複数の吐出口のそれぞれと連通する複数の圧力室と、
   前記吐出口が形成される側とは反対側に設けられ、前記複数の圧力室をそれぞれ変形する圧電素子と、
   前記圧電素子に関して前記圧力室とは反対側に形成され、前記複数の圧力室にそれぞれ液体を供給する共通液室と、
   前記圧電素子に駆動信号を供給する電気配線とを有し、
   前記共通液室は、流路が形成された薄板を積層することで形成された空間であり、前記電気配線は、前記積層された薄板が重なる部分の一部に前記圧電素子が配置される面に対して略垂直に立ち上がるように形成された開口部に形成することを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記流路が形成された薄板の少なくとも一部に液体の通過が可能な切り欠き構造が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記流路が形成された薄板の一部に液体の通過が可能なメッシュ構造を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記流路が形成された薄板の一部に薄肉中空構造を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記複数の薄板は、前記各薄板の流路が形成されることによって形成された梁部が、各薄板間で交差するように積層され、前記電気配線は、前記梁部が交差する部分に形成されることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記圧電素子に対し、該圧電素子に対応する部分が薄肉構造となった流路が形成された薄板を積層することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記薄板の一部に電気配線のための凹形状又は凸形状を設け、電気接続部材を接触させたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
8. 前記積層された電気配線を前記圧電素子を実装する振動板に組み付ける前に、液体を充填して前記圧電素子の駆動検査を行うことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
9. 前記積層された流路が形成された薄板の一部にヒータを設け、温度設定値を越えた場合は少なくとも前記吐出用の液体を前記共通液室に流して温度制御することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドを備えたことを特徴とする画像形成装置。

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