JP2005178222A

JP2005178222A - ヘッドユニット及び液体噴射装置

Info

Publication number: JP2005178222A
Application number: JP2003423796A
Authority: JP
Inventors: Hironari Owaki; 寛成大脇; Yoshinao Miyata; 佳直宮田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-12-19
Filing date: 2003-12-19
Publication date: 2005-07-07

Abstract

【課題】インク流路を良好に形成できると共に小型化を図ることのできるヘッドユニット及びそれを具備する液体噴射装置を提供する。
【解決手段】液体導入路６のそれぞれが、ケースヘッド５の幅方向両端部近傍で且つケースヘッド５の長手方向で異なる位置に開口し、ケースヘッド５が、液体導入路６の開口に対応する位置にケースヘッド５の幅方向に突出するフランジ部８を有すると共に、ケースヘッド５の幅方向でフランジ部５と同一位置にフランジ部８を収容可能な凹部９を有し、複数の液体噴射ヘッド２を、ケースヘッド５のフランジ部８の少なくとも先端部側の一部が隣接するケースヘッド９の凹部内に収容された状態で並設する。
【選択図】図１

Description

本発明は、被噴射液を吐出するヘッド本体にケースヘッドが接合された複数の液体噴射ヘッドを具備するヘッドユニット及び液体噴射装置に関する。

液体噴射装置としては、例えば、インクジェット式記録ヘッドを具備するインクジェット式記録装置が挙げられる。インクジェット式記録装置では、キャリッジに搭載したインクジェット式記録ヘッドを移動させながら、インクジェット式記録ヘッドのノズル開口からインク滴を吐出させて記録媒体の所定位置にインク滴を着弾させることで文字や画像等を記録する。

このようなインクジェット式記録ヘッドは、例えば、インクカートリッジからのインクを記録ヘッドに供給するためのインク供給管を有するヘッドケースと接合されてヘッドユニットが構成され、このヘッドユニットが、ベース板部に複数取り付けられて、インクジェット式記録装置のキャリッジに搭載される（例えば、特許文献１参照）。また、ヘッドケース上には、インク供給路を有するインク供給路形成部材等がさらに設けられ、ヘッドケースのインク供給管とインク供給路とが接続されて、インクジェット式記録ヘッドとインクカートリッジとを繋ぐインク流路が形成されている。

このような構成では、インク供給管とインク供給路とを確実に接続するために、ケースヘッドのインク供給管の周囲には、インク供給路形成部材との接着領域を確保する必要がある。このため、ケースヘッドの面積を比較的大きくする必要があり、ヘッドユニットが大型化してしまうという問題がある。さらに、このようなヘッドユニットが搭載されるインクジェット式記録装置自体も大型化してしまうという問題がある。なお、このような問題は、インク滴を吐出するヘッドユニット及びそれを具備するインクジェット式記録装置だけでなく、勿論、インク以外を吐出するヘッドユニット及びそれを具備する液体噴射装置においても同様に存在する。

特開２００１−１７９９５７号公報（第１図、第３図、第４頁）

本発明は、このような事情に鑑み、インク流路を良好に形成できると共に小型化を図ることのできるヘッドユニット及びそれを具備する液体噴射装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、液滴を吐出するノズル開口が連通される液室の列を１列以上有するヘッド本体と、該ヘッド本体に接合されて前記液室に液体を導入するための液体導入路を当該液室の列毎に有するケースヘッドとを具備する液体噴射ヘッドがその幅方向に複数並設されたヘッドユニットであって、前記液体導入路のそれぞれが、前記ケースヘッドの幅方向両端部近傍で且つ当該ケースヘッドの長手方向で異なる位置に開口し、前記ケースヘッドが、前記液体導入路の開口に対応する位置に当該ケースヘッドの幅方向に突出するフランジ部を有すると共に、前記ケースヘッドの幅方向で前記フランジ部と同一位置に前記フランジ部を収容可能な凹部を有し、複数の前記液体噴射ヘッドは、前記ケースヘッドの前記フランジ部の少なくとも先端部側の一部が隣接する前記ケースヘッドの前記凹部内に収容された状態で並設されていることを特徴とするヘッドユニットにある。
かかる第１の態様では、ケースヘッドを小型化しても、フランジ部を設けることで、ケースヘッドの液体導入路の開口周縁部に接着領域を確保できる。したがって、ヘッドユニットを小型化でき且つインク流路も良好に形成することができる。

本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記フランジ部及び前記凹部が、前記ケースヘッドの前記液体噴射ヘッド側の面に達することなく形成されていることを特徴とするヘッドユニットにある。
かかる第２の態様では、ケースヘッドの液体噴射ヘッドとの接着面積が狭くなることがないため、これらケースヘッドと液体噴射ヘッドとが良好に接着固定される。

本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記フランジ部及び前記凹部の横断面積が、前記ケースヘッドの前記液体導入路の開口面側ほど広くなっていることを特徴とするヘッドユニットにある。
かかる第３の態様では、ケースヘッドの剛性を確保しつつ、ケースヘッドの液体導入路の開口周縁部に接着領域を確保できる。

本発明の第４の態様は、第１〜３の何れかのヘッドユニットを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。
かかる第４の態様では、液体吐出特性を良好に保持し且つ小型化した液体噴射ヘッドを実現することができる。

以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１に係るヘッドユニットの組立斜視図であり、図２はヘッドユニットを構成するインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図であり、図３はその断面図である。なお、本実施形態では、液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを例示して説明する。

図１に示すように、ヘッドユニット１は、一体的に固定された複数のインクジェット式記録ヘッド２（以下、記録ヘッド）で構成されている。例えば、本実施形態では、４つの記録ヘッド２がその幅方向で近接して並べられた状態で１枚の固定基板３に接合されて、ヘッドユニット１を構成している。また、このようにヘッドユニット１を構成する各記録ヘッド２は、図２及び図３に示すように、インクを吐出する記録ヘッド本体４とこの記録ヘッド本体４に接合されるヘッドケース５とからなる。

記録ヘッド本体４を構成する流路形成基板１０は、本実施形態では面方位（１１０）のシリコン単結晶基板からなり、図３に示すように、その一方の面には予め熱酸化により形成した二酸化シリコンからなる、厚さ１〜２μｍの弾性膜５０が形成されている。流路形成基板１０には、隔壁によって画成される複数の液室としての圧力発生室１２が設けられ、本実施形態では、このように複数の圧力発生室１２が並設された列が２列設けられている。また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向外側の領域には各圧力発生室１２の列毎に連通部１３が形成され、連通部１３と圧力発生室１２とがインク供給路１４を介して連通されている。
また、流路形成基板１０の開口面側には、圧力発生室１２を形成する際のマスクとして用いられる絶縁膜５１を介して、各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側の端部近傍に連通するノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が接着剤や熱溶着フィルム等を介して固着されている。

一方、このような流路形成基板１０の開口面とは反対側には、上述したように、厚さが例えば約１．０μｍの弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、厚さが例えば、約０．４μｍの絶縁体膜５５が形成されている。さらに、この絶縁体膜５５上には、厚さが例えば、約０．２μｍの下電極膜６０と、厚さが例えば、約１．０μｍの圧電体層７０と、厚さが例えば、約０．０５μｍの上電極膜８０とが、後述するプロセスで積層形成されて、圧電素子３００を構成している。また、各圧電素子３００の上電極膜８０の一端部近傍にはリード電極９０が接続されている。このリード電極９０は、流路形成基板１０の中央部近傍まで延設され、後述する保護基板３０上に実装された駆動ＩＣと接続される。

また、このような圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上には、圧電素子３００に対向する領域にその運動を阻害しない程度の空間を確保可能な圧電素子保持部３１を有する保護基板３０が接着剤３５を介して接合されている。圧電素子３００は、この圧電素子保持部３１内に形成されているため、外部環境の影響を殆ど受けない状態で保護されている。また、保護基板３０の各圧電素子保持部３１の外側には、リザーバ１００の少なくとも一部を構成するリザーバ部３２が、圧電素子保持部３１に隣接して設けられている。これらのリザーバ部３２は、保護基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２の列方向に亘って設けられている。そして、流路形成基板１０の連通部１３と連通されて各圧力発生室１２の列毎の共通のインク室となるリザーバ１００をそれぞれ構成している。また、保護基板３０の圧電素子保持部３１の間の領域には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が、各圧電素子３００の列に対応して設けられている。そして、各圧電素子３００から引き出されたリード電極９０は、その先端部近傍がこの貫通孔３３内で露出されている。

このような保護基板３０上には、圧電素子３００を駆動するための駆動ＩＣ（半導体集積回路）１１０が各圧電素子３００の列毎に実装されている。そして、各駆動ＩＣ１１０と各圧電素子３００から引き出されたリード電極９０とは、保護基板３０の貫通孔３３内にワイヤボンディング等により形成される接続配線（図示なし）によって接続される。なお、駆動ＩＣ１１０には、フレキシブルプリントケーブル（ＦＰＣ）等の外部配線１１１が接続され、この外部配線１１１を介して印刷信号等の各種信号が駆動ＩＣ１１０に入力されるようになっている（図１参照）。

さらに、保護基板３０上には、リザーバ部３２に対応する領域を含む周縁部を囲むように、封止膜４１及び固定板４２とからなるコンプライアンス基板４０が接合されている。なお、封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料（例えば、厚さが６μｍのポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルム）からなり、この封止膜４１によってリザーバ部３２の一方面が封止されている。また、固定板４２は、金属等の硬質の材料（例えば、厚さが３０μｍのステンレス鋼（ＳＵＳ）等）で形成される。また、この固定板４２のリザーバ１００に対向する領域には、各リザーバ１００にインクを供給するためのインク供給口４３が形成されている。なお、固定板４２のリザーバ１００に対向する領域は、このインク供給口４３が形成される領域を除いて、厚さ方向に完全に除去された開口部４４となっている。すなわち、リザーバ１００の一方面は可撓性を有する封止膜４１のみで封止されたコンプライアンス部４５となっており、リザーバ１００の内部圧力の変化は、このコンプライアンス部４５が変形することによって吸収されるようになっている。

そして、このような構成の記録ヘッド本体４上には、インク供給口４３に接続されるインク導入路６を有するケースヘッド５が接合されて記録ヘッド２が構成されている。また、このケースヘッド５は、本実施形態では、保護基板３０上に設けられた駆動ＩＣ１１０を囲む空間であるＩＣ保持部７を有している。なお、このケースヘッド５は、例えば、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂を射出成形することにより形成され、ＩＣ保持部７はケースヘッド５を厚さ方向に貫通して設けられている。勿論、ケースヘッド５の材料は、樹脂材料に限定されず、例えば、ニッケル、アルミニウム等の金属材料を用いてもよい。

ここで、本発明に係るケースヘッド５のインク導入路６は、ケースヘッドの幅方向両端部近傍にそれぞれ開口し、各インク導入路６の開口６ａは、ケースヘッド５の長手方向で異なる位置となるように配置されている。また、ケースヘッド５の幅方向両端部には、これらの各インク導入路６の開口６ａに対応する位置に、ケースヘッド５の幅方向の各端面からそれぞれ突出するフランジ部８が設けられている。このフランジ部８はケースヘッド５の表面に沿って設けられ、各インク導入路６の開口６ａの周縁には、後述するカートリッジケースとの接着領域が確保されている。また、ケースヘッド５には、その幅方向でフランジ部８と同一となる位置に、このフランジ部８を収容可能な大きさの凹部９が設けられている。

このようなフランジ部８の形状（横断面形状）は、特に限定されないが、例えば、本実施形態では、フランジ部８の強度を考慮して略半円形状としている。勿論、このフランジ部８は、例えば、多角形等の他の形状であってもよいことは言うまでもない。また、フランジ部８の大きさ（横断面積）も、特に限定されないが、その突出量はケースヘッド５の幅方向の端面とＩＣ保持部７の端面との間の長さよりも短いことが好ましい。

一方、凹部９の形状（横断面形状）及び大きさ（横断面積）は、フランジ部８の先端部側の少なくとも一部を収容可能な形状及び大きさであれば、特に限定されないが、例えば、本実施形態では、フランジ部８と略同一の形状及び大きさとしている。また、凹部９は、ケースヘッド５の厚さ方向の一部のみに設けられて、ケースヘッド５の液体噴射ヘッド２側の面に達することなく形成されているのが望ましい。例えば、本実施形態では、フランジ部８が、ケースヘッド５の厚さ方向の一部に設けられ、凹部９はフランジ部８の厚さよりも若干深くなるように形成されている。これにより、ケースヘッド５の記録ヘッド本体４との接着面積が減少することがなく、両者を良好に接着固定することができる。

そして、このような記録ヘッド本体４とケースヘッド５とで構成される複数の記録ヘッド２が、その幅方向で近接した状態で固定基板３に接着されることによりヘッドユニット１となる（図１参照）。また、各記録ヘッド２のケースヘッド５は、フランジ部８が隣接するケースヘッド５の凹部９内に収容された状態、すなわち、フランジ部８の少なくとも先端側の一部が隣接する記録ヘッド２と厚さ方向で重なった状態で、固定基板３に接着固定される。

このような本発明の構成では、ヘッドユニット１を構成する各記録ヘッド２の間隔を狭くしてノズル開口２１の列の間隔を狭くすることができる。すなわち、ヘッドユニット１の幅を縮小することができ、ヘッドユニット１の小型化を図ることができる。また、このようなヘッドユニット１上には、例えば、図４に示すように、ケースヘッド５のインク導入路６とインクカートリッジとを繋ぐインク連通路１５１を有するカートリッジケース１５０が接着されるが、本発明の構成によれば、これらヘッドユニット５とカートリッジケース１５０とを良好に接着固定することができる。すなわち、ケースヘッド５のインク導入路６に対応する位置にフランジ部８を設けることで、ケースヘッド５のインク導入路６の開口６ａの周縁部に接着領域を確保できるため、両者を良好に固定してインク導入路６とインク連通路１５１とを確実に連通させることができる。

さらに、製造過程において、ノズル開口２１から圧力発生室１２等に所定の液体を供給して記録ヘッド２内の流路を洗浄する逆洗工程が実行されるが、このとき、ケースヘッド５のインク導入路６に対応する部分にフランジ部８が設けられていれば、インク導入路６の開口６ａの周縁部に洗浄用の治具等を確実に接触させることができる。これにより、圧力発生室１２等の流路を良好に洗浄することができる。

なお、例えば、インク導入路６の開口６ａをケースヘッド５の幅方向端面から離れた位置に設けることで、インク導入路６の開口６ａの周縁部に流路部材との接着領域を確保することはできる。しかしながら、この場合、インク導入路６に繋がるインク供給口４３もコンプライアンス基板４０の端部から離れた位置に設ける必要がある。このため、コンプライアンス基板４０の開口部４４の面積、すなわち、コンプライアンス部４５の面積が狭くなってしまい、リザーバ１００の内部圧力の変化を十分に吸収できなくなる虞があるため好ましくない。

また、本実施形態では、フランジ部８及び凹部９をケースヘッド５の厚さ方向の一部のみに設けるようにしたが、これに限定されず、フランジ部８及び凹部９をケースヘッド５の厚さ方向に亘って形成するようにしてもよい。ただし、この場合には、例えば、図５に示すように、フランジ部８及び凹部９の端面がケースヘッド５の端面に対して傾斜するようにするのが好ましい。すなわち、フランジ部８及び凹部９の横断面積がケースヘッド５の表面側ほど広くなるようにして、凹部９がケースヘッド５の記録ヘッド本体４側の面には開口しないようにするのが好ましい。これにより、ケースヘッド５の記録ヘッド本体４（コンプライアンス基板４０）との接着領域を確保することができ、記録ヘッド本体４とケースヘッド５とを良好に接合することができる。

そして、このようなヘッドユニット１は、インクジェット式記録装置に搭載される。図６は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。図６に示すように、インクジェット式記録ヘッドを有するヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、キャリッジ２０１に搭載される。また、このキャリッジ２０１には、インク供給手段を構成するカートリッジ２０２Ａ及び２０２Ｂが着脱可能に固定されて、ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂにインクが供給される。そして、このヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ２０１は、装置本体２０３に取り付けられたキャリッジ軸２０４に軸方向移動自在に設けられている。そして、駆動モータ２０５の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト２０６を介してキャリッジ２０１に伝達されることで、ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ２０１はキャリッジ軸２０４に沿って移動される。一方、装置本体２０３にはキャリッジ軸２０４に沿ってプラテン２０７が設けられており、図示しない給紙ローラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シート２０８がプラテン２０７上を搬送されるようになっている。

そして、このような構成の記録装置に、本願発明に係るヘッドユニット１を搭載することにより、記録装置自体も小型化することができる。すなわち、キャリッジ２０１を移動させて記録シート２０８に印刷するためには、記録シート２０８の両外側にヘッドユニット１が記録シートに対向しない領域（非印刷領域）が必要となる。したがって、記録装置の大きさ（幅）は、ヘッドユニット１の幅にも依存するため、このヘッドユニット１の幅を縮小できれば、記録装置の大きさ（幅）も小さくすることができる。

（他の実施形態）
以上、本発明の各実施形態を説明したが、本発明は上述したものに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態においては、本発明に係るヘッドユニットの一例としてインクジェット式記録ヘッドを具備するものについて説明したが、勿論、インクジェット式記録ヘッドを具備するものに限定されるものではない。また、本発明の圧力発生室等の液室の液体を吐出させるための手段として、圧電素子を例示して説明したが、これに限定されず、発熱素子を用いて液室内に気泡を発生させて液室内の液体をノズル開口から吐出させてもよい。本発明は、広く液体噴射ヘッドを具備するヘッドユニット全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射するヘッドユニットにも勿論適用することができる。その他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（面発光ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。

実施形態１に係るヘッドユニットの組立斜視図である。実施形態１に係る記録ヘッドの分解斜視図である。実施形態１に係る記録ヘッドの断面図である。実施形態１に係るヘッドユニットの要部断面図である。実施形態１に係るケースヘッドの変形例を示す斜視図である。実施形態１に係る記録装置の概略を示す斜視図である。

符号の説明

１ヘッドユニット、２記録ヘッド、３固定基板、４記録ヘッド本体、５ケースヘッド、６インク導入路、７ＩＣ保持部、８フランジ部、９凹部、１０流路形成基板、２０ノズルプレート、３０保護基板、４０コンプライアンス基板、４５コンプライアンス部、５０弾性膜、６０下電極膜、７０圧電体層、８０上電極膜、１００リザーバ、１１０駆動ＩＣ、３００圧電素子

Claims

液滴を吐出するノズル開口が連通される液室の列を１列以上有するヘッド本体と、該ヘッド本体に接合されて前記液室に液体を導入するための液体導入路を当該液室の列毎に有するケースヘッドとを具備する液体噴射ヘッドがその幅方向に複数並設されたヘッドユニットであって、
前記液体導入路のそれぞれが、前記ケースヘッドの幅方向両端部近傍で且つ当該ケースヘッドの長手方向で異なる位置に開口し、前記ケースヘッドが、前記液体導入路の開口に対応する位置に当該ケースヘッドの幅方向に突出するフランジ部を有すると共に、前記ケースヘッドの幅方向で前記フランジ部と同一位置に前記フランジ部を収容可能な凹部を有し、複数の前記液体噴射ヘッドは、前記ケースヘッドの前記フランジ部の少なくとも先端部側の一部が隣接する前記ケースヘッドの前記凹部内に収容された状態で並設されていることを特徴とするヘッドユニット。
請求項１において、前記フランジ部及び前記凹部が、前記ケースヘッドの前記液体噴射ヘッド側の面に達することなく形成されていることを特徴とするヘッドユニット。
請求項１又は２において、前記フランジ部及び前記凹部の横断面積が、前記ケースヘッドの前記液体導入路の開口面側ほど広くなっていることを特徴とするヘッドユニット。
請求項１〜３の何れかのヘッドユニットを具備することを特徴とする液体噴射装置。