JP2007030361A - 液体吐出ヘッド及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高密度配線の実装を可能にし、リフィル性能を向上させる。
【解決手段】液体を吐出する複数のノズルに各々連通する複数の圧力室が２次元状に配列された液体吐出ヘッドであって、複数の圧力室のノズル側と反対側の壁面を構成する振動板と、振動板の圧力室側の反対側の表面の複数の圧力室に対応する位置にそれぞれ配置され、複数の圧力室に対応した振動板上の部位を変形させる複数の圧電素子と、振動板の複数の圧電素子側に設けられ、複数の圧電素子の周囲に空間をそれぞれ形成し、複数の圧電素子を駆動するための駆動回路と複数の圧電素子の駆動電極をそれぞれ電気的に接続する電気配線が配設された中間板と、中間板の振動板側と反対側に設けられ、複数の圧力室に液体を供給する共通液室若しくは共通流路とを備えた液体吐出ヘッドを提供することにより、前記課題を解決する。
【選択図】 図２

Description

本発明は 液体吐出ヘッド及び画像形成装置に係り、特に、液体を吐出する複数のノズルに各々連通する複数の圧力室が２次元状に配列された液体吐出ヘッド及び画像形成装置に関する。

画像形成装置に搭載される印字ヘッド（単に、「ヘッド」ともいう）には、圧電素子の変位を利用して、圧力室内に充填されているインクを加圧し、圧力室に連通するノズルからインク滴を吐出して、記録媒体上に画像を形成する、いわゆる圧電方式の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乃至特許文献４参照）。

特許文献１には、圧力室の一壁面を構成する振動板上に圧電素子が配置されたヘッドが開示されている。このヘッドでは、振動板の圧電素子側にリザーバが設けられ、圧電素子及び振動板を貫通するように形成された供給口を介して、リザーバから圧力室にインクが供給される。

特許文献２には、振動板上の圧電素子の運動を阻害しない程度の空間を確保した状態でその空間を封止する封止基板が設けられたヘッドが開示されている。リザーバは圧力室列の領域外の振動板を貫通するように形成されており、各圧力室の下部側方からインクが供給されるようになっている。

特許文献３には、振動板の圧電素子側に設けられるインク供給タンクの隔壁が圧電素子を密閉する構造を有するヘッドが開示されている。このヘッドでは、振動板の圧力室以外の領域部分に形成されたインク供給路を介して、インク供給タンクから各圧力室にインクが供給される。

特許文献４には、圧力室が形成された圧力室基板と、各圧力室に対応する位置に各々形成された圧電素子を有する共通電極膜と、複数の圧電素子を内部に納める蓋状構造を有するリザーバ部材を積層したヘッドが開示されている。
特開平９−３１４８３３号公報 特開２００３−１２７３６６号公報 特開２００１−１７９９７３号公報 特開２００４−１５５０号公報

ところで、近年、インクジェットヘッドに対する高画質化や高速印字化の要求が高まっている。これらを実現するためには、ヘッドを高密度化し、さらに、高周波で高粘度インクを吐出可能にすることが必要である。

しかしながら、高密度化されたヘッドでは、インク流路が複雑になりやすい。そのため、ヘッド内のインクに対する流路抵抗が増大し、リフィル性能が低下し、高粘度インクを高周波で吐出することができず、インク吐出が不安定になるという問題がある。

また、ヘッドの高密度化に伴って、圧電素子を駆動するための電気配線（内部配線）スペースが不足したり、配線難易度が向上したりするなどの問題もある。

特許文献１では、圧電素子と同じ数だけの薄膜トランジスタ素子（ＴＦＴ）がヘッド側面に配列され、各ＴＦＴの引き出し配線を圧電素子の駆動電極まで引き延ばして接続しているが、圧電素子を２次元状に配列したような構成は考慮されておらず、高密度配線の実装には適さない構成である。

特許文献２では、封止基板に複数の圧電素子に共通する共通電極と電気的に接続される電極配線を有すると共に、この電極配線と圧電素子を駆動するための駆動回路とが接続される接続部を封止基板上に設けているが、圧電素子列が１列の構成しか開示されておらず、特許文献１と同様に、高密度配線の実装には適さない。さらに、特許文献２に開示されたヘッドを高密度化した場合にはインク流路が複雑になって、リフィル性能が低下する恐れもある。

特許文献３では、圧電素子の電極をヘッド端部まで引き出す電気配線（内部配線）は、圧電素子が配置される振動板と同一平面上に配置されるため、上述した電気配線上の問題が生じる可能性が高く、ヘッドの高密度化には適さない構成である。また、インク流路が複数に折れ曲がった構成となっており、リフィル性能が低下しやすく、高周波で高粘度インクを吐出することは難しい。

特許文献４では、圧電素子を駆動するための電気配線（内部配線）の配設方法は考慮されておらず、上述した電気配線上の問題が生じる恐れがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、高密度配線の実装を可能にし、リフィル性能を向上させた液体吐出ヘッド及び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、液体を吐出する複数のノズルに各々連通する複数の圧力室が２次元状に配列された液体吐出ヘッドであって、前記複数の圧力室の前記ノズル側と反対側の壁面を構成する振動板と、前記振動板の前記圧力室側と反対側の表面の前記複数の圧力室に対応する位置にそれぞれ配置され、前記複数の圧力室に対応した前記振動板上の部位を変形させる複数の圧電素子と、前記振動板の前記複数の圧電素子側に設けられ、前記複数の圧電素子の周囲に空間をそれぞれ形成し、前記複数の圧電素子を駆動するための駆動回路と前記複数の圧電素子の駆動電極をそれぞれ電気的に接続する電気配線が配設された中間板と、前記中間板の前記振動板側と反対側に設けられ、前記複数の圧力室に前記液体を供給する共通液室若しくは共通流路と、を備えたことを特徴とする液体吐出ヘッドを提供する。

本発明によれば、圧電素子を駆動するための電気配線（内部配線）は圧電素子が配置される振動板とは異なる中間板に配設されるため、圧電素子に重なるようにして電気配線を設けることができ、高密度配線の実装が可能となる。

また、共通液室若しくは共通流路が複数の圧力室のノズル側の反対側に（振動板及び中間板を介して）配置されるため、共通液室若しくは共通流路と圧力室を連通する液体供給路の構成が簡易となり、液体に対する流路抵抗を低減することができる。これにより、リフィル性能が向上し、高粘度液体を高周波で吐出することが可能となる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の液体吐出ヘッドであって、前記電気配線の少なくとも一部は、前記圧電素子に重なるようにして前記中間板に配設されていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の液体吐出ヘッドであって、前記中間板は、前記電気配線が配設されるプレート部材を少なくとも有することを特徴とする。

請求項３の態様によれば、中間板の構造が簡易化され、液体吐出ヘッドの製造が容易となる。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の液体吐出ヘッドであって、前記電気配線は、前記プレート部材の前記振動板側に配設されていることを特徴とする。

請求項４の態様によれば、プレート部材の共通液室側に対する電気絶縁処理が不要になる。

請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の液体吐出ヘッドであって、前記電気配線は、前記プレート部材の両面に設けられていることを特徴とする。

請求項５の態様によれば、プレート部材の片面に電気配線が配設される場合に比べて、高密度配線の実装が可能になる。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の液体吐出ヘッドであって、前記駆動回路は、前記プレート部材の両面に設けられていることを特徴とする。

請求項６の態様によれば、高密度配線の実装が可能になり、液体吐出ヘッドを小型化することができる。

請求項７に記載の発明は、請求項５又は請求項６に記載の液体吐出ヘッドであって、前記プレート部材は、折り曲げ可能なシート材質で構成され、前記プレート部材は、前記複数の圧電素子が配置される領域以外で前記インクプール側に折り曲げられていることを特徴とする。

請求項７の態様によれば、液体吐出ヘッドと記録媒体とのクリアランスが拡大し、液体吐出ヘッドの小型化が可能になる。

請求項８に記載の発明は、請求項３乃至請求項７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドであって、前記プレート部材は、前記電気配線を複数の層に配設可能な積層構造を有することを特徴とする。

請求項８の態様によれば、電気配線を複数の層に分散して配設することができるので、配線難易度が低下すると共に、高密度配線の実装が可能になる。

請求項９に記載の発明は、請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドであって、前記共通液室若しくは共通流路と前記圧力室を連通する液体供給路の一部を構成する前記中間板の孔部の内壁面に前記電気配線の一部が配設されていることを特徴とする。

請求項９の態様は、中間板を貫通する電気配線用の孔部を形成することが不要になる。

請求項１０に記載の発明は、請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドであって、前記中間板の孔部の断面積は、前記液体流路の一部を構成する前記振動板の孔部の断面積より大きく、且つ、前記中間板の孔部は、前記中間板に配設される電気配線の配線方向に細長い長孔であることを特徴とする。

請求項１０の態様によれば、リフィル性能が向上するとともに、高密度配線を実装することが可能になる。

請求項１１に記載の発明は、請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドであって、前記共通液室若しくは共通流路を構成する隔壁は放熱部材を少なくとも含み、前記隔壁上に前記駆動回路が設けられていることを特徴とする。

請求項１１の態様は、駆動回路の発熱を放熱させることができる。

請求項１２に記載の発明は、請求項１乃至請求項１１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を提供する。

本発明によれば、圧電素子を駆動するための電気配線（内部配線）は圧電素子が配置される振動板とは異なる中間板に配設されるため、圧電素子に重なるようにして電気配線を設けることができ、高密度配線の実装が可能となる。

また、共通液室若しくは共通流路が複数の圧力室のノズル側の反対側に（振動板及び中間板を介して）配置されるため、共通液室若しくは共通流路と圧力室を連通する液体供給路の構成が簡易となり、液体に対する流路抵抗を低減することができる。これにより、リフィル性能が向上し、高粘度液体を高周波で吐出することが可能となる。

以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。

〔インクジェット記録装置の全体構成〕
図１は、本発明が適用される画像形成装置としてのインクジェット記録装置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、印字部１２による印字結果を読み取る印字検出部２４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のノズル面及び印字検出部２４のセンサ面に対向する部分が平面をなすように構成されている。

ベルト３３は、記録紙１６の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（不図示）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のノズル面及び印字検出部２４のセンサ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（不図示）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。従って、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。

印字部１２を構成する各印字ヘッド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。

なお、ここで主走査方向及び副走査方向とは、次に言うような意味で用いる。すなわち、記録紙の全幅に対応したノズル列を有するフルラインヘッドで、ノズルを駆動する時、（１）全ノズルを同時に駆動するか、（２）ノズルを片方から他方に向かって順次駆動するか、（３）ノズルをブロックに分割して、ブロックごとに片方から他方に向かって順次駆動するか、等のいずれかのノズルの駆動が行われ、用紙の幅方向（記録紙の搬送方向と直交する方向）に１ライン（１列のドットによるライン又は複数列のドットから成るライン）の印字をするようなノズルの駆動を主走査と定義する。そして、この主走査によって記録される１ライン（帯状領域の長手方向）の示す方向を主走査方向という。

一方、上述したフルラインヘッドと記録紙とを相対移動することによって、上述した主走査で形成された１ライン（１列のドットによるライン又は複数列のドットから成るライン）の印字を繰り返し行うことを副走査と定義する。そして、副走査を行う方向を副走査方向という。結局、記録紙の搬送方向が副走査方向であり、それに直交する方向が主走査方向ということになる。

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。

印字検出部２４は、印字部１２の打滴結果を撮像するためのイメージセンサ（ラインセンサ等）を含み、該イメージセンサによって読み取った打滴画像からノズルの目詰まりその他の吐出不良をチェックする手段として機能する。

本例の印字検出部２４は、少なくとも各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙによるインク吐出幅（画像記録幅）よりも幅の広い受光素子列を有するラインセンサで構成される。このラインセンサは、赤（Ｒ）の色フィルタが設けられた光電変換素子（画素）がライン状に配列されたＲセンサ列と、緑（Ｇ）の色フィルタが設けられたＧセンサ列と、青（Ｂ）の色フィルタが設けられたＢセンサ列とからなる色分解ラインＣＣＤセンサで構成されている。なお、ラインセンサに代えて、受光素子が二次元配列されて成るエリアセンサを用いることも可能である。

印字検出部２４は、各色の印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙにより印字されたテストパターンを読み取り、各ヘッドの吐出検出を行う。吐出判定は、吐出の有無、ドットサイズの測定、ドット着弾位置の測定等で構成される。

印字検出部２４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（不図示）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。

〔印字ヘッドの構造〕
次に、本発明が適用される印字ヘッド（液体吐出ヘッド）の各実施形態について説明する。インク色ごと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示すものとする。

＜第１の実施形態＞
図２は、第１の実施形態に係る印字ヘッド５０の断面図である。本実施形態に係る印字ヘッド５０は記録媒体の紙幅に対応する長さにわたって多数のノズル５１が配列されたラインヘッドであるが、図２では、印字ヘッド５０の基本的構成に対する理解を容易にするため、印字ヘッド５０の断面を簡略的に表示している。

印字ヘッド５０は、ノズルプレート６０、キャビティプレート６２、振動板５６、中間板７０、及び、インクプール部材６４を積層して構成される。ノズルプレート６０には、インク滴を吐出するためのノズル５１が形成される。キャビティプレート６２には、圧力室５２に相当する孔部６２ａ、及び、後述するインク供給路５３の一部を構成する溝部６２ｂが形成される。孔部６２aの一方（図２の下側）はノズルプレート６０で塞がれ、他方（図２の上側）は振動板５６で塞がれており、これにより圧力室５２が構成されている。

インクプール部材６４は、一方に開口するように形成された容器状の構造となっており、インクプール部材６４はその開口側が図２の下側に向くように中間板７０上に積層されている。インクプール部材６４と中間板７０によって形成される空間はインクプール（共通液室）５５であり、複数の圧力室５２に対応する領域にわたって構成される。インクプール５５には本流や支流のような共通流路が構成されていてもよい。中間板７０、振動板５６及びキャビティプレート６２には、各圧力室５２に対応して設けられるインク供給路５３の一部を構成する孔部７０a、５６ａ及び溝部６２ｂが各々形成される。これら（７０a、５６ａ、６２ｂ）により構成されるインク供給路５３を介して、インクプール５５と各圧力室５２が連通している。インクプール５５には、図１に示したインク貯蔵／装填部１４の不図示のタンクから供給されるインクが貯留される。各圧力室５２には、インクプール５５から各インク供給路５３を介してインクが分配供給される。

振動板５６の圧力室５２側の反対側（即ち、インクプール側）の表面には、各圧力室５２に対応する位置に、上面に個別電極（駆動電極）５７を備えた圧電素子５８が設けられる。振動板５６はＳＵＳなどの導電部材で構成されており、複数の圧電素子５８に対する共通電極を兼ねている。尚、振動板５６の表面に共通電極層が形成されていてもよい。

中間板７０には、各圧電素子５８に対応する凹部７０ｂが形成されている。これにより、圧電素子５８周辺部には所定の空間が確保されるので、圧電素子５８の変位を阻害せずに、吐出性能の良い印字ヘッド５０を実現することが可能となる。

中間板７０は、振動板５６やインクプール部材６４よりも幅広に構成されている。ヘッド側面より突出する（中間板７０の）延在部７０ｃの表面側（インクプール５５側）には、例えば、スイッチＩＣで構成される駆動回路７２が設けられる。

中間板７０には、所定の形状にパターニングされた電気配線（内部配線）７４が配設されている。本実施形態では、電気配線７４は、駆動回路７２が配置される位置から中間板７０の表面側（インクプール５５側）に沿って水平方向に形成される水平部７４ａと、水平部７４ａの一端から中間板７０を鉛直方向に貫通する鉛直部７４ｂとから構成される。このような電気配線７４の一端は駆動回路７２に電気的に接続され、他端は電気接続部７６を介して圧電素子５８の個別電極５７に電気的に接続される。中間板７０の表面でインクプール５５内のインクに接液する部分には、例えば、樹脂等で構成される絶縁保護膜（不図示）が形成される。

次に、印字ヘッド５０の平面構成について図３〜図５を用いて説明する。

図３は、ノズルプレート６０の平面図である。前述したように、本実施形態の印字ヘッド５０は記録媒体の紙幅に対応する長さを有するラインヘッドであり、ノズルプレート６０の長手方向は主走査方向となり、短手方向は副走査方向（紙送り方向）となる。ノズルプレート６０には、長手方向（主走査方向）及び長手方向に直交しない斜めの方向に沿って２次元状（マトリクス状）に多数のノズル５１が配列されている。長手方向（主走査方向）に沿って並ぶように投影された投影ノズル列は一定のノズルピッチＰで配列されており、これにより、ノズル５１の高密度化が実質的に実現されている。

図４は、中間板７０の平面図である。図４中、圧電素子５８の配置に対応する凹部７０ｂは破線で表示している。中間板７０の長手方向両端部には圧電素子５８を駆動するための駆動回路７２が複数（本例では４つ）設けられる。中間板７０の表面には、駆動回路７２と各凹部７０ｂをそれぞれ接続する電気配線７４（図２の水平部７４ａに相当）が形成されている。尚、電気配線７４の凹部７０ｂ側端部では、中間板７０を貫通する鉛直部７４ｂが形成されている（図２参照）。また、凹部７０ｂとインク供給路５３の一部を構成する孔部７０ａが、上述したノズル５１や圧電素子５８と同様に、２次元状に配列されている。

このように、ある個別電極５７から鉛直部７４ｂを介して引き出された電気配線７４は、中間板７０の面上を圧電素子５８の配置場所と重なるように配線パターニングされているので高密度実装が可能となる。

図５は、印字ヘッド５０の平面透視図である。同図に示すように、略正方形状の各圧力室５２の略中央にはそれぞれノズル５１が配置され、各圧力室５２の右斜め上方には圧力室５２にインクを供給するためのインク供給路５３が設けられている。また、圧電素子５８は圧力室５２に略重なるようにして配置されている。このような圧力室５２、インク供給路５３及び圧電素子５８は、それぞれ２次元状に配列されている。

各圧電素子５８の個別電極５７は、電気接続部７６及び電気配線７４を介して、圧電素子５８に対応する領域外（即ち、中間板７０の長手方向両端部）に配置される駆動回路７２に電気的に接続される。圧電素子５８及び圧力室５２に対応する領域には、インクプール部材６４によって構成されるインクプール５５が構成される。

第１の実施形態に係る印字ヘッド５０では、圧電素子５８を駆動するための電気配線（内部配線）７４が圧電素子５８が配置される振動板５６とは異なる中間板７０に設けられるため、図５の如く、圧電素子５８に重なるように電気配線７４を配設することができ、高密度配線の実装が可能となる。

また、インクプール５５が圧力室５２のノズル側の反対側に振動板５６及び中間板７０を介して配置されるため、インクプール５５と圧力室５２を連通するインク供給路５３の構成が簡易となり、インクに対する流路抵抗を低減することができる。これにより、リフィル性能が向上し、高粘度インクを高周波で吐出することが可能となる。

第１の実施形態に係る印字ヘッド５０の作用は次のとおりである。駆動回路７２から電気配線７２を介して圧電素子５８の個別電極８２に駆動信号（駆動電圧）が印加されると、圧電素子５８が変位して、圧力室５２の容積を減少させる。これにより、圧力室５２内のインクは加圧され、圧力室５２に連通するノズル５１からインク滴が吐出される。その後、インクプール５５から圧力室５２にインクがリフィルされ、次のインク吐出動作に備えられる。尚、以下に説明する他の実施形態に係る印字ヘッド５０も上記作用と同様である。

＜第２の実施形態＞
図６は、第２の実施形態に係る印字ヘッド５０の側面断面図である。

第２の実施形態では、上部プレート７８及び下部プレート８０から成る２層構成の中間板７０が用いられている。中間板７０には、第１の実施形態と同様に、凹部７０ｂが形成されており、圧電素子５８周辺部に空間が確保され、圧電素子５８の変位を阻害しないように構成されている。

下部プレート８０は振動板５６と略同じ幅に構成される。一方、上部プレート７８は振動板５６より幅広に構成される。ヘッド側面より突出する上部プレート７８の延在部７８ａの裏面側（振動板５６側）には駆動回路７２が設けられる。電気配線７４は上部プレート７８の裏面側（振動板５６側）にパターニングされており、一方は駆動回路７２に電気的に接続され、他方は電気接続部７６を介して圧電素子５８の個別電極５７に電気的に接続される。

第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、圧電素子５８が配置される振動板５６とは異なる中間板７０に設けられるため、高密度配線の実装が可能となる。また、中間板７０を複数のプレート部材７８、８０から簡易に構成することができるので、印字ヘッド５０の製造が容易になる。さらに、上部プレート７８の裏面側（振動板５６側）に電気配線７４が配設されるため、電気配線７４がインクプール５５内のインクに接液することがなく、上部プレート７８の表面側（インクプール５５側）に対する電気絶縁処理が不要となる。

＜第３の実施形態＞
図７は、第３の実施形態に係る印字ヘッド５０の側面断面図である。

第３の実施形態は、第２の実施形態と同様に中間プレート７０が２層構成となっているが、上部プレート７８が折り曲げ可能な弾性シートで形成され、図７に示すように、上部プレート７８の延在部７８ａがインクプール５５側に折り曲げられている点で異なっている。上部プレート７８は、例えば、ＦＰＣ、ポリイミド等で構成される。第２の実施形態に比べて、記録媒体とのクリアランスが拡大し、印字ヘッド５０を小型化することが可能となる。

＜第４の実施形態＞
図８は、第４の実施形態に係る印字ヘッド５０の側面断面図である。

第２の実施形態では、駆動回路７２が上部プレート７８の裏面側に配置される構成（図６参照）であるのに対して、第４の実施形態では、図８に示すように、駆動回路７２が上部プレートの表面側（インクプール５５側）に配置される。また、電気配線７４の水平部７４ａは上部プレート７４の裏面側（振動板５６側）に形成され、鉛直部７４ｂは駆動回路７２が配置される位置に形成される。第２の実施形態に比べて、記録媒体とのクリアランスが拡大し、記録媒体による駆動回路７２の破損を防止できる。

＜第５の実施形態＞
図９は、第５の実施形態に係る印字ヘッド５０の断面図である。

第５の実施形態は、第２及び第４の実施形態を組み合わせた態様である。即ち、上部プレート７８の表裏面にそれぞれ駆動回路７２及び電気配線７４が設けられた構成となっている。尚、上部プレート７８の表面側でインクプール５５内のインクに接液する部分には、絶縁保護膜（不図示）が形成される。従って、第２、第４の実施形態に比べて、高密度配線の実装が可能となり、印字ヘッド５０の小型化が可能となる。

＜第６の実施形態＞
図１０は、第６の実施形態に係る印字ヘッド５０の断面図である。

第６の実施形態は、上部プレート７８が多層板で構成される態様である。各圧電素子５８の個別電極５７と駆動回路７２を電気的に接続する各電気配線７４は、上部プレート７８の各層に分散して形成される。これにより、さらなる高密度配線の実装が可能になるとともに、各層の配線密度が低下するので配線難易度が容易化する。

＜第７の実施形態＞
図１１は、第７の実施形態に係る印字ヘッド５０の断面図である。

第７の実施形態は、印字ヘッド５０上部、即ち、インクプール５５の隔壁を構成するインクプール部材６４の上面に駆動回路７２を配置した態様である。電気配線７４は、上部プレート７８の裏面側（振動板５６側）に沿って端部まで引き出され、さらに、インクプール５５側に回りこんで、インクプール部材６４の側面から上面に沿って、駆動回路７２が配置される位置まで形成される。

インクプール部材６４は熱伝導率の高い素材で構成されていることが好ましい。例えば、インクプール部材６４の素材として、セラミックス（熱伝導率：１５〜３０Ｗ／ｍ・Ｋ）やアルミナ（熱伝導率：１７Ｗ／ｍ・Ｋ）が好適に用いられる。このような構成により、駆動回路７２の発熱を放熱させる効果がある。尚、駆動回路７２は、インクプール部材６４の側面に設けられていてもよい。

また、インクプール部材６４を樹脂で形成する場合は、樹脂に無機微粒子を含有させ、熱伝導率を改善することが好ましい。例えば、熱硬化型エポキシ樹脂にアルミナやセラミックス等の微粒子を８０〜９０％（重量％）含有させて樹脂成形すれば成形性と放熱性の両立が可能となる。

＜第８の実施形態＞
図１２は、第８の実施形態に係る印字ヘッド５０の断面図である。

第８の実施形態は、インク供給路５３の内壁面に電気配線７４の鉛直部７４ｂが形成されている態様である。電気配線７４の水平部７４ａは上部プレート７８の表裏面に形成され、圧電素子５８側では裏面側、駆動回路７２側では表面側となっている。そして、表面側と裏面側の電気配線７４の水平部７４ａは、インク供給路５３の内壁面に形成される部鉛直部７４ｂを介して電気的に接続されている。このように電気配線７４の一部をインク供給路５３の内壁面に配設することで、電気配線７４を上部プレート７８の表裏面に分散させることができ、高密度配線の実装が可能になる。

＜第９の実施形態＞
図１３は、第９の実施形態に係る印字ヘッド５０の平面透視図であり、（ａ）は印字ヘッド５０の全体図、（ｂ）はその一部を拡大した拡大図である。図１４は、図１３中Ａ−Ａ線に沿う断面図である。図１３及び図１４中、図５と共通する部分には同一の符号を付与している。

図１３に示すように、各圧力室５２に対応して設けられるインク供給路５３は、印字ヘッド５０の長手方向に細長い孔部（長孔）７０ａと、孔部７０ａの短手方向の長さと略同じ径を有し孔部７０ａの略中央に配置される孔部５６ａと、孔部５６ａと圧力室５２を接続するように構成される溝部６２ｂとから構成される。図１４に示すように、孔部７０ａ、孔部５６ａ、溝部６２ｂは、それぞれ中間板７０、振動板５６、キャビティプレート６２にそれぞれ形成され、インクプール５５と圧力室５２を連通するインク供給路５３を構成する。

中間板７０に形成される孔部（長孔）７０ａの断面積は、振動板５６に形成される孔部５６ａの断面積より大きく形成されている。流路における圧力損失は、流路径の４乗に反比例し、流路長及び液体粘度にそれぞれ正比例する。従って、第１〜第８の各実施形態に比べて、第９の実施形態では、インク供給路５３における圧力損失が低減するので、リフィル性能に優れ、高周波で高粘度インクを吐出するのに適した構成となっている。

また、中間板７０に形成される孔部（長孔）７０ａを電気配線７４の引き出し方向（即ち、印字ヘッド５０の長手方向）に細長く構成することにより、孔部７０ａが円形状である場合に比べて、より高密度に電気配線７４を中間板７０に実装することが可能になる。

上述した各実施形態では、各圧電素子５８の個別電極５７と駆動回路７２を各々電気的に接続する電気配線７４は中間板７０に集約されるので、電気接続後の検査が容易になる。また、印字ヘッド５０内の電気配線７４の構造が簡略化し、コストダウンにつながる効果がある。

以上、本発明の液体吐出ヘッド及び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。

インクジェット記録装置の概略を示す全体構成図である。 第１の実施形態に係る印字ヘッドの断面図である。 ノズルプレートの平面図である。 中間板の平面図である。 第１の実施形態に係る印字ヘッドの平面透視図である。 第２の実施形態に係る印字ヘッドの断面図である。 第３の実施形態に係る印字ヘッドの断面図である。 第４の実施形態に係る印字ヘッドの断面図である。 第５の実施形態に係る印字ヘッドの断面図である。 第６の実施形態に係る印字ヘッドの断面図である。 第７の実施形態に係る印字ヘッドの断面図である。 第８の実施形態に係る印字ヘッドの断面図である。 第９の実施形態に係る印字ヘッドの平面透視図であり、（ａ）は全体図、（ｂ）は一部拡大図である。 図１３中Ａ−Ａ線に沿う断面図である。

符号の説明

１０…インクジェット記録装置、５０…印字ヘッド、５１…ノズル、５２…圧力室、５３…インク供給路、５５…インクプール、５６…振動板、５６ａ…孔部、５７…個別電極、５８…圧電素子、６０…ノズルプレート、６２…キャビティプレート、６２ａ…孔部、６２ｂ…溝部、６４…インクプール部材、７０…中間板、７０ａ…孔部、７０ｂ…凹部、７０ｃ…延在部、７２…駆動回路、７４…電気配線、７６…電気接続部、７８…上部プレート、８０…下部プレート

Claims (12)

1. 液体を吐出する複数のノズルに各々連通する複数の圧力室が２次元状に配列された液体吐出ヘッドであって、
   前記複数の圧力室の前記ノズル側と反対側の壁面を構成する振動板と、
   前記振動板の前記圧力室側と反対側の表面の前記複数の圧力室に対応する位置にそれぞれ配置され、前記複数の圧力室に対応した前記振動板上の部位を変形させる複数の圧電素子と、
   前記振動板の前記複数の圧電素子側に設けられ、前記複数の圧電素子の周囲に空間をそれぞれ形成し、前記複数の圧電素子を駆動するための駆動回路と前記複数の圧電素子の駆動電極をそれぞれ電気的に接続する電気配線が配設された中間板と、
   前記中間板の前記振動板側と反対側に設けられ、前記複数の圧力室に前記液体を供給する共通液室若しくは共通流路と、を備えたことを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記電気配線の少なくとも一部は、前記圧電素子に重なるようにして前記中間板に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記中間板は、前記電気配線が配設されるプレート部材を少なくとも有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記電気配線は、前記プレート部材の前記振動板側に配設されていることを特徴とする請求項３に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記電気配線は、前記プレート部材の両面に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記駆動回路は、前記プレート部材の両面に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記プレート部材は、折り曲げ可能なシート材質で構成され、
   前記プレート部材は、前記複数の圧電素子が配置される領域以外で前記インクプール側に折り曲げられていることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の液体吐出ヘッド。
8. 前記プレート部材は、前記電気配線を複数の層に配設可能な積層構造を有することを特徴とする請求項３乃至請求項７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
9. 前記共通液室若しくは共通流路と前記圧力室を連通する液体供給路の一部を構成する前記中間板の孔部の内壁面に前記電気配線の一部が配設されていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
10. 前記中間板の孔部の断面積は、前記液体流路の一部を構成する前記振動板の孔部の断面積より大きく、且つ、前記中間板の孔部は、前記中間板に配設される電気配線の配線方向に細長い長孔であることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
11. 前記共通液室若しくは共通流路を構成する隔壁は放熱部材を少なくとも含み、
    前記隔壁上に前記駆動回路が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
12. 請求項１乃至請求項１１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。
    

Images