JP2009061772A - 液体噴射ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】小型化に寄与することが可能な液体噴射ヘッドを提供する。
【解決手段】ヘッドユニット２０は、一端部に設けられて共通インク室に連通する第１ケース流路（第１連通流路）と、一端部とは異なる端部に設けられて共通インク室に連通する第２ケース流路（第２連通流路）とを有し、ヘッドユニットのノズル形成面とは反対側の基端面に設けられた各ケース流路の流入開口部３５の間に、駆動基板２８を基端面に対して起立した状態で配置した。
【選択図】図８

Description

本発明は、インクジェット式記録ヘッド等の液体噴射ヘッドに係り、特に、液体室からの液体を圧力発生手段の作動によりノズル開口から噴射可能なヘッドユニットと、圧力発生手段に駆動信号を供給するための駆動基板と、を備える液体噴射ヘッドに関する。

液体を噴射（吐出）可能な液体噴射ヘッドの代表的なものとして、例えば、記録紙等の記録媒体（噴射対象物）に対して液体状のインクを吐出・着弾させて記録を行うインクジェット式プリンタ（液体噴射装置の一種。以下、プリンタという。）に搭載されるインクジェット式記録ヘッド（以下、記録ヘッドという。）を挙げることができる。また、この他、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（Electro Luminescence）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噴射ヘッド、バイオチップ（生物化学素子）の製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等がある。

上記液体噴射ヘッドでは、装置本体側からの駆動信号を受けてこれを圧力発生手段に供給するための駆動基板（プリント基板、回路基板）をケース部材に備え、ＴＣＰ（テープ・キャリア・パッケージ）等の可撓性を有する配線部材（以下、フレキシブルケーブルと称する。）を通じて駆動基板から各圧力発生手段に駆動信号が供給される（例えば、特許文献１（第７頁）参照。）。そして、このフレキシブルケーブルの一端側の端子部は圧力発生手段の端子部に接続され、他端側の端子部は駆動基板上の基板端子部に接続される。

特開２００４−０７４６７８号公報（第７頁）

ところで、上記特許文献１の構成では、ケース部材内部に形成された収容空部に圧力発生手段（振動子ユニット）を収納し、ノズル形成面と平行となる姿勢で収容空部の上部開口を塞ぐように駆動基板を配置し、ケース部材との間に配線基板を挟み込んだ状態で導入針ユニットを取り付ける構成を採っているため、駆動基板にフレキシブルケーブルが挿通可能な大きさの貫通孔を開設し、この貫通孔にフレキシブルケーブルを通して駆動基板と圧力発生手段との間の配線を行うようになっている。つまり、一端部が圧力発生手段に接続されたフレキシブルケーブルの他端部を、ケース部材側から貫通孔を通して駆動基板の接続端子形成面側に引き出して折り曲げ、半田付けによって駆動基板に接続していた。

しかしながら、駆動基板に上記のような貫通孔を開設すると、この貫通孔を避けた状態に配線パターンを駆動基板に形成する必要があるため、その分、駆動基板の面方向の大きさを拡大することとなり、これにより駆動基板が大型化する。その結果、液体噴射ヘッド全体が大型化するという問題があった。近年では、複数の液体噴射ヘッドを組み合わせて一度により広い範囲に液体を噴射可能に構成したライン型ヘッドが実用化されており、このライン型ヘッドへの適用を考慮すると、液体噴射ヘッドの一層の小型化が望まれる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型化に寄与することが可能な液体噴射ヘッドを提供することにある。

本発明の液体噴射ヘッドは、上記目的を達成するために提案されたものであり、液体室からの液体を圧力発生手段の作動によりノズル開口から噴射可能なヘッドユニットと、前記圧力発生手段に駆動信号を供給するための駆動基板と、を備え、
前記ヘッドユニットは、当該ヘッドユニットの一端部に設けられて前記液体室に連通する第１連通流路と、前記一端部とは異なる端部に設けられて前記液体室に連通する第２連通流路とを有し、
前記ヘッドユニットのノズル形成面とは反対側の基端面に設けられた前記第１、第２連通流路の流入開口部の間に、前記駆動基板を基端面に対して起立した状態で配置したことを特徴とする。

上記構成によれば、ヘッドユニットのノズル形成面とは反対側の基端面に設けられた前記第１、第２連通流路の流入開口部の間に、前記駆動基板を基端面に対して起立した状態で配置したので、駆動基板のサイズに左右されずに液体噴射ヘッドの平面のサイズを従来よりも縮小することが可能となる。また、駆動基板にフレキシブルケーブルを通すための穴を開設する必要が無いので、駆動基板自体のサイズを縮小することができ、また、従来のようにフレキシブルケーブルと駆動基板との配線時にフレキシブルケーブルを折り曲げる必要が無いため、配線作業が容易となる。

上記構成において、前記ヘッドユニットの基端面の中央部に前記駆動基板を配置することが望ましい。

この構成によれば、駆動基板を中央に配置することで、駆動基板が中央部から外れて配置される構成と比較して駆動基板から圧力発生手段までの配線の長さが圧力発生手段間で偏ることが抑制され、配線の電気抵抗のばらつきが抑えられる。これにより、圧力発生手段を駆動するための駆動信号の電圧のばらつきが小さくなり、その結果、各ノズル開口から噴射される液体の量のばらつきを低減することができる。
また、中央に配置された駆動基板の両側に連通流路を配置することで、当該駆動基板の何れか一側に各連通流路を集めて配置する構成と比べて液体噴射ヘッドを全体的に小型化できる。
さらに、従来のように配線基板に流路を通すための逃げ穴を開設する必要が無いので、万一の液漏れの際のショートの危険性を低減することができる。

上記構成において、液体供給源からの液体を導入して前記第１連通流路および前記第２連通流路に供給する液体供給路を有する液体導入部材を備える構成を採用することが望ましい。
また、この構成において、前記液体導入部材に、前記駆動基板を前記起立姿勢で保持する基板保持部を設けることが望ましい。
そして、この構成において、前記液体供給路の導入部を前記駆動基板の幅方向の側部に配設する構成を採用することが望ましい。

上記の構成によれば、液体導入部材の基板保持部に駆動基板を保持し、液体供給路の導入部を駆動基板の幅方向の側部に配設するので、駆動基板を起立姿勢で安定して配設することができ、また、駆動基板の面に垂直な方向の液体噴射ヘッドのサイズを抑えつつ、駆動基板と液体供給路を分離したレイアウトを採ることができる。これにより、万一の液漏れの際のショートの危険性をより低減することが可能となる。

そして、上記構成において、前記液体供給路を第１分岐供給路と第２分岐供給路とに分岐し、
前記第１分岐供給路を、前記導入部に対して近い側の前記第１連通流路に連通させ、
前記第２分岐供給路を、前記導入部に対して遠い側の前記第２連通流路に前記配線基板を迂回させて連通させる構成を採用することが望ましい。

さらに、上記構成において、前記第１連通流路および前記第２連通流路が、同一の前記液体室の両端部にそれぞれ連通する構成を採用することが望ましい。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、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（以下、記録ヘッド）を例に挙げて説明する。

図１は、本発明に係る記録ヘッド１０を搭載するプリンタ１の構成を示す平面図である。このプリンタ１は、フレーム２と、このフレーム２内に配設されたプラテン３とを備えており、紙送りモータの駆動により回転する紙送りローラ（何れも図示せず）によってプラテン３上に記録紙（記録媒体又は噴射対象物の一種：図示せず）が搬送されるようになっている。また、フレーム２内には、プラテン３と平行にガイドロッド４が架設されており、このガイドロッド４には、記録ヘッド１０を収容したキャリッジ５が摺動可能に支持されている。このキャリッジ５は、パルスモータ６の駆動によって回転する駆動プーリ７と、この駆動プーリ７とはフレーム２における反対側に設けられた遊転プーリ８との間に架設されたタイミングベルト９に接続されている。そして、キャリッジ５は、パルスモータ６を駆動することで、ガイドロッド４に沿って紙送り方向と直交する主走査方向に往復移動するように構成されている。

フレーム２の一側には、インクカートリッジ１３を着脱可能に搭載するカートリッジホルダ１４が設けられている。インクカートリッジ１３は、エアチューブ１５を介してエアポンプ１６と接続されており、このエアポンプ１６からの空気が各インクカートリッジ１３内に供給される。そして、この空気によるインクカートリッジ１３内の加圧により、インク供給チューブ１７を通じて記録ヘッド１０側にインクが供給（圧送）されるように構成されている。

インク供給チューブ１７は、例えば、シリコーン等の合成樹脂で作製された可撓性を有する中空部材であり、このインク供給チューブ１７の内部には、各インクカートリッジ１３に対応するインク流路が形成されている。また、プリンタ１本体側と記録ヘッド１０側との間には、プリンタ１本体側の制御部（図示せず）から記録ヘッド１０側に駆動信号等を伝送するためのＦＦＣ（フレキシブルフラットケーブル）１８が配線されている。

図２〜８は、上記記録ヘッド１０の構成を説明する図であり、図２は記録ヘッド１０の斜視図、図３は記録ヘッド１０の正面図、図４は記録ヘッド１０の分解斜視図である。また、図５は導入針ユニット２１を取り付けていない状態の記録ヘッド１０（即ち、ヘッドユニット２０）の平面図、図６は同状態の記録ヘッド１０の正面図、図７は同状態の記録ヘッド１０の側面図、図８は同状態の記録ヘッド１０の斜視図である。そして、図９は、ヘッドユニット２０の要部断面図である。

本実施形態における記録ヘッド１０は、ヘッドユニット２０と導入針ユニット２１（液体導入部材の一種）を主な構成要素としている。ヘッドユニット２０は、ヘッドケース２５、振動子ユニット２６、流路ユニット２７、及び駆動基板２８から構成されている。

ヘッドケース２５は、中空箱体状部材であり、その先端面（下面）には流路ユニット２７を固定し、ケース内部に形成された収容空部１２内には振動子ユニット２６を収容し、先端面とは反対側の上面側には、駆動基板２８と導入針ユニット２１が配置される。このヘッドケース２５の上面は、即ちヘッドユニット２０の基端面である。またヘッドケース２５の内部には、その高さ方向を貫通してケース流路３４が形成されている。このケース流路３４は、導入針ユニット２１側からのインクを共通インク室４０（本発明における液体室に相当）に供給するための流路であり、１つの共通インク室４０に対して２本ずつ設けられている。本実施形態における記録ヘッド１０は２条のノズル列（ノズル群の一種）に対応して２つの共通インク室４０を有しており、合計４本のケース流路３４がヘッドケース２５内部に形成されている。そして、ヘッドケース２５の上面には、各ケース流路３４の上流端として流入開口部３５が突設されている。この流入開口部３５には、導入針ユニット２１のインク供給路５１（分岐供給路５４）が接続される。

そして、図１０に示すように、１つの共通インク室４０に対応する２つのケース流路３４のうち、一方の第１ケース流路３４ａ（本発明における第１連通流路に相当）は、ヘッドユニット２０の一端部、より詳しくは、共通インク室４０の長手方向（ノズル列方向）の一端部でこの共通インク室４０と連通し、他方の第２ケース流路３４ｂ（本発明における第２連通流路に相当）は、一端部とは異なる端部（共通インク室４０の長手方向の他端部）で当該共通インク室４０に連通するようになっている。このように共通インク室４０に対して長手方向の両側からインクを導入する構成とすることにより、共通インク室４０に連通する各圧力発生室４２に関し、従来のように共通インク室の長手方向の中央部のみからインクを供給する構成と比較して、インクの供給圧力の損失を低減することができる。これにより、各圧力発生室における噴射特性を可及的に揃えることが可能となる。

振動子ユニット２６は、櫛歯状に列設された複数の圧電振動子３１（圧力発生手段の一種）と、この圧電振動子３１に駆動基板２８からの駆動信号を供給するためのフレキシブルケーブル３２（配線部材の一種）と、圧電振動子３１を固定する固定板３３から構成される。圧電振動子３１は、圧力発生室４２の一部を区画する可撓面（振動板３８）に接合されている。そして、この圧電振動子３１は、駆動信号の印加により伸縮して圧力発生室４２の容積を膨張又は収縮することで、圧力発生室４２内のインクに圧力変動を生じさせ、この圧力変動の制御によりノズル開口４３からインクを噴射させることができる。

流路ユニット２７は、ノズル開口４３が開設されたノズル形成基板３６、インク流路を形成する流路形成基板３７、流路形成基板３７の開口面を封止する振動板３８を積層した状態で接合して一体化することにより作製されており、共通インク室４０からインク供給口４１及び圧力発生室４２を通りノズル開口４３に至るまでの一連のインク流路（液体流路）を形成するユニット部材である。共通インク室４０から分岐する圧力発生室４２は、ノズル開口４３毎に形成されており、導入針ユニット２１側からケース流路３４及び共通インク室４０を介してインクが供給されるように構成されている。この流路ユニット２７は、ノズル形成基板３６を下側（プリンタ本体のプラテン３側）に向けた姿勢でヘッドケース２５の先端面に接合される。したがって、このノズル形成基板３６がヘッドユニット２０におけるノズル形成面となる。

駆動基板２８は、基板端子部４４（図６参照）にフレキシブルケーブル３２が半田付け等によって電気的に接続される。また、駆動基板２８は、プリンタ本体側からのＦＦＣ１８を接続するためのコネクタ４５を備え、このＦＦＣ１８を通じて制御部側から駆動信号を受け、この駆動信号をフレキシブルケーブル３２を通じて圧電振動子側へ供給するように構成されている。このフレキシブルケーブル３２は、ポリイミド等の絶縁フィルムから成るベースフィルム４３の表面に、銅箔等の導体材料で配線パターンが形成され、配線端子以外の部分がレジストで覆われて構成されている。そして、駆動基板２８の基板端子部４４と圧電振動子の個別端子との間を導通する配線は、圧電振動子の数に対応して複数設けられる。
図５及び図６に示すように、駆動基板２８は、ヘッドケース２５の上面において同じ共通インク室４０に直通する第１ケース流路３４ａと第２ケース流路３４ｂの各流入開口部３５の間の領域、本実施形態においてはヘッドケース２５の上面の中央部に、当該上面に対して起立すると共に基板の面がノズル列に平行となる状態で配置されている。即ち、駆動基板２８は、ヘッドユニット２０のノズル形成面及び基端面に対して起立した姿勢となっている。そして、この駆動基板２８は、導入針ユニット２１によって上記姿勢を維持した状態で保持される。この点については後述する。

ヘッドケース２５の上面（ヘッドユニット２０の基端面）には、上記駆動基板２８の他、導入針ユニット２１が配置される。この導入針ユニット２１は、合成樹脂等によって成型されており、ヘッドケース２５の上面とほぼ同じ寸法に設定されたベース部４７と、このベース部４７の中央部から上方（ヘッドユニット側とは反対側）に立設された基板保持部４８と、ベース部４７において基板保持部４８の両側（ノズル列方向両側）に設けられたインク導入部４９（本発明における導入部に相当）とにより構成されている。

基板保持部４８は、上下が開口した箱体状に形成されており、その内部に駆動基板２８を収容して保持するように構成されている。基板保持部４８においてインク導入部４９に隣接した側壁部の内壁面には、断面コ字状の嵌合レール部５０が基板保持部４８の高さ方向に沿って延設されている（図３参照）。この嵌合レール部５０は、駆動基板２８の周縁部と嵌合可能に構成されており、基板保持部４８に駆動基板２８を収容する際のガイドとして機能すると共に収容状態の駆動基板２８の位置及び姿勢を規定する。即ち、図２に示すように、この基板保持部４８に駆動基板２８を収容して保持した状態では、ヘッドケース２５の上面に対して起立した状態で配置される。

インク導入部４９は、インクカートリッジ１３からインク供給チューブ１７を通じて圧送されてきたインクをヘッドユニット２０側に導入するためのインク供給路５１（本発明における液体供給路の一種）が内部に形成された部位であり、インクの色毎、即ち、共通インク室４０毎に設けられている。このインク導入部４９は、導入針ユニット２１において、基板保持部４８の両側、即ち、基板保持部４８に保持されている駆動基板２８の基板幅方向の側部に配置されている。そして、インク導入部４９の上流側開口部４９′には、フィルタ５２を介在させた状態でインク導入針５３（液体導入針）が取り付けられる。このインク導入針５３には、インク供給チューブ１７からのインクの圧力を調整して当該インクをインク導入針５３に導入するための自己封止バルブ（図示せず）が装着されるようになっている。

インク導入部４９内のインク供給路５１は、第１分岐供給路５４ａと第２分岐供給路５４ｂとに分岐している。これらの分岐供給路５４ａ，５４ｂは、一方の共通インク室４０に連通するケース流路３４ａ，３４ｂにそれぞれ対応している。即ち、第１分岐供給路５４ａは、当該インク導入部４９に対して近い側の（当該インク導入部４９の下方に位置する）第１ケース流路３４ａに連通し、第２分岐供給路５４ｂは、当該インク導入部４９に対して遠い側の（もう一方のインク導入部４９の下方に位置する）第２ケース流路３４ｂに連通する。そして、第２分岐供給路５４ｂは、基板保持部４８（配線基板２８）を迂回するように形成されている。本実施形態においては、導入針ユニット２１の正面側であってベース部４７の上部に、導入針ユニット２１の背面側に窪んだ横長な溝部が形成されており、この溝部が第２分岐供給路５４ｂの一部として機能するようになっている。なお、図２及び図３においては、溝部が開口した状態で示されているが、この開口部は樹脂フィルムなどによって塞がれる。

同様に、もう一方のインク導入部４９のインク供給路５１も第１分岐供給路５４ａと第２分岐供給路５４ｂとに分岐し、これらの分岐供給路５４ａ，５４ｂは、他方の共通インク室４０に連通するケース流路３４ａ，３４ｂにそれぞれ対応している。そして、第２分岐供給路５４ｂは、導入針ユニット２１の背面側において基板保持部４８（配線基板２８）を迂回するように形成されている。

上記のように構成された記録ヘッド１０では、インクカートリッジ１３からインク供給チューブ１７を通じて送られてきたインクが、インク導入針５３からインク導入部４９内のインク供給路５１に導入されると、その一部が第１分岐供給路５４ａを通って第１ケース流路３４ａに供給され、残りが第２分岐供給路５４ｂを通って第２ケース流路３４ｂに供給される。そして、各ケース流路３４ａ，３４ｂから共通インク室４０に対して当該共通インク室４０の長手方向の両側からインクが導入される。

このように、本発明に係る記録ヘッド１０では、ヘッドユニット２０の基端面に設けられた各ケース流路３４ａ，３４ｂの流入開口部３５の間に、駆動基板２８を基端面に対して起立した状態で配置したので、駆動基板２８のサイズに左右されずに記録ヘッド１０の平面のサイズ、特に、ノズル列に直交する方向のサイズを従来よりも縮小することが可能となる。このため、本発明に係る記録ヘッド１０は、複数の記録ヘッドを組み合わせて構成されるライン型ヘッドに好適である。

また、駆動基板２８をヘッドケース２５の基端面の中央部に配置することで、駆動基板２８がケース基端面の中央部から外れて配置される構成と比較して駆動基板２８から圧電振動子３１までの配線の長さが圧電振動子間で偏ることが抑制され、配線の電気抵抗のばらつきが抑えられる。これにより、圧電振動子３１を駆動するための駆動信号の電圧のばらつきが小さくなり、その結果、各ノズル開口４３から噴射されるインクの量のばらつきを低減することができる。
また、ヘッドケース２５の上面の中央部に配置された駆動基板２８の両側にケース流路３４ａ，３４ｂを配置することで、駆動基板２８の何れか一側に各連通流路を集めて配置する構成と比べて記録ヘッド１０を全体的に小型化できる。
さらに、配線基板２８の配置位置と流路の配置位置とが従来構成のように平面上（ケースの基端面上）で重ならないので、配線基板２８に流路を通すための逃げ穴を開設する必要が無い。このため、万一のインク漏れの際のショートの危険性を低減することができる。また、フレキシブルケーブル３２と駆動基板２８との配線時にフレキシブルケーブルを折り曲げる必要が無いため、配線作業が容易となる。

さらに、本実施形態においては、導入針ユニット２１の基板保持部４８に駆動基板２８を保持し、インク導入部４９を駆動基板２８の幅方向の側部に配設したので、駆動基板２８を起立姿勢で安定して配設することができ、また、駆動基板２８の面に垂直な方向（ノズル列に直交する方向）の記録ヘッド１０のサイズを抑えつつ、駆動基板２８とインク供給路５１を分離したレイアウトを採ることができる。これにより、万一のインク漏れの際のショートの危険性をより低減することが可能となる。

なお、上記実施形態においては、オフキャリッジタイプの液体噴射装置の一種である上記プリンタ１について本発明を適用する例を示したが、勿論、オンキャリッジタイプの液体噴射装置にも本発明を適用可能である。

また、本発明は、例示した記録ヘッド１０に限らず、ディスプレー製造装置、電極製造装置、チップ製造装置、マイクロピペット等に搭載される液体噴射ヘッドにも適用することができる。

プリンタの構成を説明する平面図である。 記録ヘッドの斜視図である。 記録ヘッドの正面図である。 記録ヘッドの分解斜視図である。 ヘッドユニットの平面図である。 ヘッドユニットの正面図である。 ヘッドユニットの側面図である。 ヘッドユニットの斜視図である。 ヘッドユニットの要部断面図である。 流路形成基板の平面図である。

符号の説明

１…プリンタ，１０…記録ヘッド，１８…ＦＦＣ，２０…ヘッドユニット，２１…導入針ユニット，２５…ヘッドケース，２７…流路ユニット，２８…駆動基板，３１…圧電振動子，３２…フレキシブルケーブル，３４…ケース流路，３５…流入開口部，３６…ノズル形成基板，４０…共通インク室，４２…圧力発生室，４３…ノズル開口，４７…ベース部，４８…基板保持部，４９…インク導入部，５０…嵌合レール部，５１…インク供給路，５２…フィルタ，５３…インク導入針，５４…分岐供給路

Claims (7)

1. 液体室からの液体を圧力発生手段の作動によりノズル開口から噴射可能なヘッドユニットと、前記圧力発生手段に駆動信号を供給するための駆動基板と、を備え、
   前記ヘッドユニットは、当該ヘッドユニットの一端部に設けられて前記液体室に連通する第１連通流路と、前記一端部とは異なる端部に設けられて前記液体室に連通する第２連通流路とを有し、
   前記ヘッドユニットのノズル形成面とは反対側の基端面に設けられた前記第１連通流路の流入開口部と第２連通流路の流入開口部との間に、前記駆動基板を基端面に対して起立した状態で配置したことを特徴とする液体噴射ヘッド。
2. 前記ヘッドユニットの基端面の中央部に前記駆動基板を配置したことを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
3. 液体供給源からの液体を導入して前記第１連通流路および前記第２連通流路に供給する液体供給路を有する液体導入部材を備えたことを特徴とする請求項２に記載の液体噴射ヘッド。
4. 前記液体導入部材に、前記駆動基板を前記起立姿勢で保持する基板保持部を設けたことを特徴とする請求項３に記載の液体噴射ヘッド。
5. 前記液体供給路の導入部を前記駆動基板の幅方向の側部に配設したことを特徴とする請求項４に記載の液体噴射ヘッド。
6. 前記液体供給路を第１分岐供給路と第２分岐供給路とに分岐し、
   前記第１分岐供給路を、前記導入部に対して近い側の前記第１連通流路に連通させ、
   前記第２分岐供給路を、前記導入部に対して遠い側の前記第２連通流路に前記駆動基板を迂回させて連通させたことを特徴とする請求項５に記載の液体噴射ヘッド。
7. 前記第１連通流路および前記第２連通流路は、同一の前記液体室の両端部にそれぞれ連通することを特徴とする請求項１から請求項６の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
   

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