JP2011240636A - 液滴吐出ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】液体貯留室内のインクを加熱する際のノズル近傍における気泡の発生を効果的に抑制でき、射出曲がりや不射出を発生させるおそれのない液滴吐出ヘッドの提供。
【解決手段】液体を吐出する複数のノズル111と、前記ノズル111に連通する複数の圧力室131と、前記圧力室131の一壁面を構成する振動板14と、前記振動板14を変位させて前記圧力室131内の液体を前記ノズル111から吐出させる圧電素子とを含んで構成されるボディ基板10と、前記圧力室131の各々に対して供給する液体を貯留する液体貯留室41と、前記液体貯留室41に設けられ、内部の液体を所定温度に加熱する第１の加熱手段と、前記ボディ基板10と前記液体貯留室41との間に設けられ、（液体貯留室内の液体温度）＞（圧力室内の液体温度）となるように前記液体貯留室41から前記ボディ基板10へ供給される液体に温度差を形成する断熱層30とを有することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体を加熱するための加熱手段を有する液滴吐出ヘッドに関する。

微細なノズルからインクを吐出して各種記録媒体に画像を形成する液滴吐出ヘッドにおいて高品質の描画を行うためには、インクの粘度がある程度の範囲（一般に数ｃｐ〜数十ｃｐ）に収まる必要がある。低粘度のインクは、インクの着弾後、乾燥・定着するまでに時間がかかり、また、他のインクと混色を起こし易い問題がある。一方、高粘度のインクは、上記のような問題はないが、吐出に大きな圧力を必要とし、インクを安定して吐出することが難しい問題がある。

そこで、描画時のみ、インクの粘度を安定吐出が可能な粘度まで低下させ、着弾後に粘度を上昇させる手法が採られており、従来、描画時のインク粘度を低下させるために、ヒーター等の加熱手段によってインクを加熱し、ノズルから安定的に吐出するために必要な所定粘度とする方法が種々提案されている。

特許文献１、２及び３には、ノズルの近傍位置にヒーターを設けることにより、吐出直前のインクを加熱することが開示されている。

特許文献４には、インク供給管を介してヘッドと接続されたインクタンクにヒーターを設けることにより、インクタンク内のインクを加熱することが開示されている。

特許文献５には、ヘッドとインクタンクとを繋ぐチューブにヒーターを設けることにより、このチューブ内を流れるインクを加熱することが開示されている。

ところで、一般に、液体を加熱すると、温度上昇に伴って液体の飽和溶存酸素量は低下していく。このため、特許文献１、２及び３のように、ノズル近傍においてヒーターによりインクを所定の温度まで加熱する構成とすると、ノズル近傍で気泡が発生し易くなる。駆動中にノズル近傍で発生した気泡は直ちに除去することができず、この気泡が原因で射出曲がりや不射出の原因となる問題があった。

一方、特許文献４及び５のように、ヘッドから離れて配置されたインクタンクやヘッドとインクタンクとの間を繋ぐ流路を加熱する構成とすれば、インクタンク内や流路中の加熱部位で気泡が発生することはあっても、ノズル近傍では加熱されないため気泡が発生するおそれは低くなる。インクタンク内や流路中で発生した気泡は、気泡トラップ等を設けることにより、排出もしくはノズル側への流出を防止する等の対策を採ることが可能であるが、その一方で、ノズル近傍におけるインク温度を所定温度に制御、維持することが難しくなるといった問題がある。

また、近年、ヘッドのコンパクト化等の要請から、各ノズル（各圧力室）に対して共通にインクを供給するための共通インク室となる液体貯留室をヘッド本体に一体に設けた構造の液滴吐出ヘッドが提案されている（特許文献６）。この液滴吐出ヘッドは、ノズル、圧力室及び圧電素子を立体的に積層してヘッド本体を構成し、更にその上方に液体貯留室を一体に配置している。液体貯留室内のインクは、圧力室に向けてヘッド本体を縦方向に延びるインク供給路を介して供給されるようになっている。

この特許文献６記載のような構造の液滴吐出ヘッドにおいて、インクを加熱する構成を採用する場合、液体貯留室と各ノズルとが比較的近接しているため、液体貯留室内のインクを加熱する構成とすれば、ノズル近傍で加熱を行う場合に比べて、ノズル近傍での気泡の発生は抑えられると共に、ノズル近傍でのインク温度の制御も比較的容易になると考えられる。

特開平９−１４１８９６号公報 特開２００３−２００５５９号公報 特開２００９−１２５９７１号公報 特開２００５−１３１８２９号公報 特開２００６−２８１４５４号公報 特開２００６−２８１７７７号公報

しかしながら、このような液滴吐出ヘッドでは、次のような新たな問題がある。

すなわち、液体貯留室とヘッド本体とが一体である場合、液体貯留室内のインクをヒーターにより加熱すると、そのヒーターの熱が液体貯留室を形成している部材（壁）やインク自体を介して圧力室やノズルを有するヘッド本体に伝わることで、ヘッド本体も加熱されることになる。一般に液体貯留室は、例えばステンレス等の金属によって形成され、また、ヘッド本体にはＳｉ（シリコン）基板（熱伝導率：１６３Ｗ／ｍ・ｋ）が多用されることから、いずれも熱が伝わり易いためである。液体貯留室をアクリル（熱伝導率：０．２５Ｗ／ｍ・ｋ）等の樹脂材によって形成する場合もあるが、この場合でも、少なからず熱が樹脂材を伝わることでヘッド本体が加熱される問題がある。このため、ヘッド本体全体が熱を帯びてしまい、ノズル近傍のインク温度と液体貯留室内の加熱されたインク温度との差がほとんどなくなり、ノズル近傍においても気泡が発生してしまうおそれがあった。

特許文献６記載の液滴吐出ヘッドは、圧力室の上壁を形成している振動板の上面に圧電素子を設け、その上方に、圧電素子に対して給電するための配線を有する配線基板を、圧電素子の機械的な変形動作を阻害しない程度の間隙を形成するための隔壁を介して積層する構造であり、この圧電素子上方の間隙によって、液体貯留室側から伝わる熱を断つことができると考えられるが、この液滴吐出ヘッドは、図８に示すように、隔壁１００２が、圧電素子１００１を取り囲むように設けられ、この隔壁１００２によって各圧電素子１００１を仕切った構造であるため、間隙内の空気の流通が隔壁１００２によって阻害される構造となっている。このため、圧電素子１００１の周囲の空間内の空気はほとんど動かないために、圧電素子１００１の駆動によって発生する熱によって加温された状態となってしまい、断熱効果は得られず、液体貯留室内のインクと圧力室内のインクとの間の温度差はほとんど生じない。

なお、図中、１００３は電気配線との電気的接続部であるバンプ、１００４は配線基板の上部に配置された共通インク室内のインクを圧電素子１００１の下方に配置される各圧力室に供給するべく隔壁１００２を貫通するように形成されたインク供給路、１００５は圧電素子１００１の駆動時等の隔壁１００２で囲まれた空間内の圧力変動を低減するために隔壁１００２の一部分に形成された大気連通孔である。

液滴吐出ヘッドは、印刷速度の高速化の要望から、駆動周波数を高速化することが求められており、圧電素子自身の発熱量も増大する傾向にある。従って、特許文献６記載のような隔壁構造によって断熱を期待することは不可能である。

そこで、本発明は、液体貯留室を一体に設けた液滴吐出ヘッドにおいて、液体貯留室内のインクを加熱する際のノズル近傍における気泡の発生を効果的に抑制でき、射出曲がりや不射出を発生させるおそれのない液滴吐出ヘッドを提供することを課題とする。

本発明の他の課題は、以下の記載により明らかとなる。

上記課題は、以下の各発明によって解決される。

請求項１記載の発明は、液体を吐出する複数のノズルと、前記ノズルに連通する複数の圧力室と、前記圧力室の一壁面を構成する振動板と、前記振動板を変位させて前記圧力室内の液体を前記ノズルから吐出させる圧電素子とを含んで構成されるボディ基板と、
前記圧力室の各々に対して供給する液体を貯留する液体貯留室と、
前記液体貯留室に設けられ、内部の液体を所定温度に加熱する第１の加熱手段と、
前記ボディ基板と前記液体貯留室との間に設けられ、（液体貯留室内の液体温度）＞（圧力室内の液体温度）となるように前記液体貯留室から前記ボディ基板へ供給される液体に温度差を形成する断熱層とを有することを特徴とする液滴吐出ヘッドである。

請求項２記載の発明は、前記圧電素子は前記ボディ基板の上面に形成されていると共に、前記ボディ基板の上面と前記液体貯留室との間に、前記圧電素子に対して給電するための配線が設けられた配線基板を有し、
前記断熱層は、前記ボディ基板と前記配線基板との間に介在された間隙によって形成され、外気と連通する空気層であり、前記間隙に、前記ボディ基板上に前記配線基板を支持する複数の柱状部材が相互に間隔をおいて個別に配置され、前記間隙が前記柱状部材の部分以外では互いに連通していることを特徴とする請求項１記載の液滴吐出ヘッドである。

請求項３記載の発明は、前記柱状部材は中空形状であり、前記液体貯留室内の液体を前記圧力室に供給するための液体流路の一部を構成していることを特徴とする請求項２記載の液滴吐出ヘッドである。

請求項４記載の発明は、前記間隙に冷却用の空気を流入させる空気流入手段を有することを特徴とする請求項２又は３記載の液滴吐出ヘッドである。

請求項５記載の発明は、前記ボディ基板は、（液体貯留室内の液体温度）＞（圧力室内の液体温度）の条件下で、前記圧力室内の液体を所定温度に加熱するための第２の加熱手段を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の液体吐出ヘッドである。

請求項６記載の発明は、前記第１の加熱手段は、前記液体貯留室の壁部に設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドである。

請求項７記載の発明は、前記液体貯留室の天井壁に、該液体貯留室内で発生して該天井壁に溜まった気泡を排出するための気泡排出孔を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドである。

請求項８記載の発明は、前記液体貯留室の側壁内面のうちの少なくとも１面は、前記天井壁に行くに従って次第に内向きに傾斜する傾斜面であることを特徴とする請求項７記載の液滴吐出ヘッドである。

本発明によれば、液体貯留室を一体に設けた液滴吐出ヘッドにおいて、液体貯留室内のインクを加熱する際のノズル近傍における気泡の発生を効果的に抑制でき、射出曲がりや不射出を発生させるおそれのない液滴吐出ヘッドを提供することができる。

本発明に係る液滴吐出ヘッドの断面図 本発明に係る液滴吐出ヘッドの部分拡大断面図 圧電素子と柱状部材との配置構造を示す平面図 ボディ基板の平面図 本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法を説明する図 本発明に係る液滴吐出ヘッドの他の態様を示す断面図 本発明に係る液滴吐出ヘッドの更に他の態様を示す断面図 従来の液滴吐出ヘッドにおける圧電素子と隔壁の配置構造を示す平面図

本発明の液滴吐出ヘッドは、ボディ基板と液体貯留室とを一体に有している。ボディ基板は、液体を吐出する複数のノズルと、ノズルに連通する複数の圧力室と、圧力室の一壁面を構成する振動板と、振動板を変位させて圧力室内の液体をノズルから吐出させるＰＺＴ等の圧電素子とを含んで構成される。また、液体貯留室は、ボディ基板の圧力室の各々に対して共通に供給する液体を貯留し、ボディ基板におけるノズルとは反対側に配置されている。

ＰＺＴ等からなる圧電素子は、振動板の上面にそれぞれ対応して、圧力室内のインクをボディ基板の下面に開口形成されたノズルから吐出させるための圧力を付与する。

本発明において液体は、一般に画像形成用のインクが用いられるが、ノズルから被記録材に対して吐出する用途に用いられる液体であれば問わない。インクとしては、常温では高粘度を有し、加熱されることで粘度が、圧力室内における安定吐出に必要な数ｃｐ〜数十ｃｐ程度まで低下するものが好ましく用いられる。ＵＶインク、固形インク、ゲルインク等が挙げられる。

なお、本明細書において、圧力室内のインクがノズルから吐出される方向を基準とし、そのインクが吐出される方向を下、その反対方向を上とする。従って、下方に向いた面が下面、上方に向いた面が上面と定義される。

液体貯留室には第１の加熱手段が設けられ、内部の液体が所定温度に加熱されるようになっている。第１の加熱手段としては、液体貯留室内の液体を加熱することができるものであればどのようなものでも問わないが、一般には面状ヒーター等のヒーターを用いることができる。

本発明の液滴吐出ヘッドは、ボディ基板と液体貯留室との間に断熱層を有しており、この断熱層によって、（液体貯留室内の液体温度）＞（圧力室内の液体温度）となるように、液体貯留室からボディ基板へ供給される液体に温度差が形成される。

このため、液体貯留室内の液体は第１の加熱手段によって加熱されることで、この液体貯留室内において液体の飽和溶存酸素量が低下して気泡が発生し易い状態となる。液体中に含まれる気体は、この液体貯留室内で気泡を形成して分離され、液体貯留室内を上昇し、気泡が分離した後の気体含有量が少なくなった液体がボディ基板の圧力室に供給されるようになる。圧力室内の液体温度は液体貯留室内の液体温度よりも相対的に低くなるので、この圧力室内で更に気泡が発生することはなくなり、ノズル近傍で発生した気泡に起因する射出曲がりや不射出が発生するおそれはなくなる。

液体貯留室の天井壁には、液体貯留室内で発生して上昇し、天井壁に溜まった気泡を排出するための気泡排出孔を設けることで、液体貯留室内から気泡を外部に排出できるようにしてもよい。

また、液体貯留室の側壁内面のうちの少なくとも一面は、このような天井壁に行くに従って次第に内向きに傾斜する傾斜面とすると、気泡排出孔に気泡を円滑に導くようにすることができる。

第１の加熱手段は、液体貯留室の壁部に設けられていることが好ましい。壁部は天井壁の他、側壁であってもよい。第１の加熱手段は該壁部にボディ基板から離れて配置される。このため、ボディ基板側への伝熱量を抑えることができる。第１の加熱手段は壁部の外面又は内面に貼着してもよいし、壁部内に埋設してもよい。

液体貯留室内の液体温度と圧力室内の液体温度との差は、小さすぎると液体貯留室内で液体中に含まれる気体を気泡として分離させることが不十分となって、ノズル近傍での気泡発生を完全に防止することが難しくなり、大きすぎると液体貯留室内のインクを過度に加熱することになって、液体品質に影響を及ぼす懸念があるため、５〜２０℃が適当である。

断熱層は、液体貯留室内のインクが第１の加熱手段によって加熱された際の熱が、ボディ基板側に伝達され、ボディ基板が熱せられることを防止するものであり、一般に断熱効果が得られる層、好ましくは冷却効果が得られる層によって形成することができる。圧電素子がボディ基板の上面に形成され、ボディ基板の上面と液体貯留室との間に、圧電素子に対して給電するための配線が設けられた配線基板を有する構造である場合、断熱層は、ボディ基板と配線基板との間に介在された間隙によって形成され、外気と連通する空気層であることが好ましい。この間隙には、ボディ基板上に配線基板を支持する複数の柱状部材が相互に間隔をおいて個別に配置され、間隙が柱状部材の部分以外では四方に（水平方向に）に互いに連通している。

これによれば、断熱層内の空気が間隙内を自由に流動し、外気と連通することで外気との間で熱交換されるため、液体貯留室側からの熱を効果的に断熱することができる。従って、ボディ基板側に熱が伝わることを防止することができ、液体貯留室内の液体と圧力室内の液体との間の温度差を容易に形成することができる。しかも、圧電素子の駆動によって発生する熱の放熱効果も高められる。

この柱状部材は、中空形状とすることで、液体貯留室内の液体を圧力室に供給するための液体流路の一部を構成することができる。これにより、液体貯留室内の液体を、配線基板を貫通し、柱状部材の内部を通して圧力室に供給することができ、配線基板とボディ基板との間に別途の流路形成用部材を設ける必要がなくなると共に、断熱層内に空気の流動を妨げる要因となる部材を極力少なくすることができ、断熱向上効果をも図ることができる。

間隙には、冷却用の空気を流入させる空気流入手段を設けることで、空気層からなる断熱層を積極的に冷却して、更なる断熱向上効果を図ることも好ましい。空気流入手段としては、例えば、断熱層にロート状のダクトを連設し、このダクト内に向けてファンを回転させることによって強制的に空気流入を行うようにしたり、逆にファンによってダクト内から強制的に空気を排出することで、別の部位から断熱層内に空気が流入されるようにしてもよい。また、液滴吐出ヘッド自体が描画動作時に往復移動する場合には、その往復移動によってロート状のダクトから自然に空気の流入及び流出を行うようにしてもよい。

ボディ基板の圧力室には、第１の加熱手段によって加熱された液体が液体貯留室内から供給される。このとき、圧力室内の液体は、ノズルから安定して吐出することができる所定粘度となる温度とされるが、液滴吐出ヘッドの使用環境温度や液滴吐出ヘッドの駆動状況によっては、このノズル近傍での温度低下が大きくなることによって、ノズル近傍での液体粘度が上昇して安定吐出機能が低下する懸念がある。

このため、ボディ基板は、（液体貯留室内の液体温度）＞（圧力室内の液体温度）の条件下で、圧力室内の液体を、ノズルから安定して吐出可能な粘度となる所定温度に加熱するための第２の加熱手段を有することが好ましい。この第２の加熱手段としては、ノズルの近傍にヒーターを設ける構成とする他にも、ノズルに隣接するように流路を形成し、この流路内に加熱された流体、例えば水、オイル等の液体、蒸気等の気体を流通させる構成とすることができる。

以下、本発明の具体例について図面を用いて更に説明する。

図１は、本発明に係る液滴吐出ヘッドの断面図、図２はその部分拡大断面図、図３は、圧電素子と柱状部材との配置構造を示す平面図である。

液滴吐出ヘッド１は、それぞれ平面視矩形状のボディ基板１０と配線基板２０とが、間に設けられた断熱層３０を介して積層一体化されている。配線基板２０の上面には箱型形状のマニホールド４０が設けられ、配線基板２０の上面との間で、内部にインクが貯留される液体貯留室４１を形成している。

ボディ基板１０は、図中下層側から、Ｓｉ（シリコン）基板によって形成されたノズルプレート１１（熱伝導率：１６３Ｗ／ｍ・ｋ）、ガラス基板によって形成された中間プレート１２（熱伝導率：１Ｗ／ｍ・ｋ）、Ｓｉ（シリコン）基板によって形成された圧力室プレート１３（熱伝導率：１６３Ｗ／ｍ・ｋ）、ＳｉＯ_２薄膜によって形成された振動板１４（熱伝導率：１Ｗ／ｍ・ｋ）と有している。ノズルプレート１１には下面にノズル１１１が開口している。

圧力室プレート１３には、吐出のためのインクを収容する圧力室１３１が上下に貫通するように形成されている。従って、圧力室１３１の上壁は振動板１４によって形成され、下壁は中間プレート１２によって構成されている。中間プレート１２には、圧力室１３１の内部とノズル１１１とを連通する連通路１２１が貫通形成されている。

圧電素子１５は薄膜ＰＺＴからなり、上部電極１５１と下部電極１５２とで挟まれている。下部電極１５２は振動板１４の表面に形成されており、この下部電極１５２上に、圧力室１３１に１対１に対応するように個別に圧電素子１５とその上面の上部電極１５１とが積層されていると共に、上部電極１５１上に金等によって形成されたスタッドバンプ１５３が配線基板２０に向けて突出形成されている。

配線基板２０には、Ｓｉ基板からなる基板本体２１の上面に、ＳｉＯ_２からなる絶縁層２２を介して上部配線２３が形成されている。この上部配線２３には、配線基板２０の端部において、駆動ＩＣ５０が実装されたＦＰＣ（フレキシブルプリント回路基板）５１が例えばＡＣＦ（異方性導電フィルム）によって電気的に接続されている。上部配線２３の上面には、ＳｉＯ_２からなる配線保護層２４が積層されている。

上部配線２３の一部は、基板本体２１に形成された貫通孔２１１によって基板本体２１の下面に臨んでおり、該基板本体２１の下面にＳｉＯ_２からなる絶縁層２５を介して形成された下部配線２６と導通している。圧電素子１５に面するＳｉＯ_２からなる配線保護層２７には、下部配線２６の一部が露出しており、その露出した下部配線２６に、例えばＳｎ−Ｂｉ系共晶はんだによって形成されたはんだバンプ２６１がボディ基板１０に向けて突出形成されている。

断熱層３０は、ボディ基板１０と配線基板２０との間に設けられた所定の間隙３００からなる空気層であり、ボディ基板１０と配線基板２０との間に設けられた所定高さを有する複数の柱状部材３１によって、両基板１０、２０間が支持されることによって形成されている。

断熱層３０となる間隙３００に設けられている柱状部材３１は、熱硬化性の感光性接着樹脂シートを用いて露光、現像によって形成された中空状の構造体である。具体的な感光性接着樹脂シートとしては、例えば東レ社製感光性ポリイミド接着シート、デュポン社製ＰｅｒＭＸシリーズ（商品名）等を用いることができる。

柱状部材３１は、ここでは中空の円柱構造であるが、中空状であれば角柱構造、その他の柱状構造体であってもよい。ボディ基板１０と配線基板２０は、共にこの柱状部材３１に対して、所定温度で加熱され、所定圧力で圧着されることによって、この柱状部材３１の部分で接着しており、これによって間隙３００を形成するように積層一体化されている。この積層一体化と同時に、ボディ基板１０側のスタッドバンプ１５３と配線基板２０側のはんだバンプ２６１とが間隙３００内で互いに接触し、配線２６を介して各圧電素子１５の上部電極１５１に対して駆動ＩＣ５０からの給電が可能となっている。

間隙３００を形成する柱状部材３１の高さは、圧電素子１５の厚さ（高さ）よりも十分に大きく、このため圧電素子１５の上方には、配線基板２０との間に十分な間隔が形成され、圧電素子１５の機械的な変形動作を阻害しないようにしている。

柱状部材３１は、圧電素子１５の近傍に該圧電素子１５に１対１に対応するように配置されている。各柱状部材３１は個別に設けられており、相互に間隔をおいて独立している。このため、ボディ基板１０と配線基板２０との間の間隙３００は、圧電素子１５の周囲が隔壁によって仕切られるようなことはなく、図３に示すように、この柱状部材３１の部分以外では四方に（水平方向に）開放された構造となり、隣接する圧電素子１５の間がＸＹ方向に連通する。この間隙３００は、図４に示すように、液滴吐出ヘッド１のＸＹ方向における少なくとも対向する２つの側部１ａ、１ａにおいて、柱状部材３１以外の部分で全体的に開放されており、該側部１ａ、１ａ全体に亘って外気と連通している。

なお、図４中の符号３３は、柱状部材３１と同じ感光性接着樹脂シートからなる支持層である。各支持層３３は、液滴吐出ヘッド１の対向する２つの側部１ｂ、１ｂにそれぞれ帯状に配置され、柱状部材３１と共にボディ基板１０と配線基板２０を接着すると共に両者間を支持している。この支持層３３は、柱状部材３１を露光、現像によって形成する際に同時に形成される。

柱状部材３１は中空状であるため、その内部は上下に貫通する貫通孔３２となっており、その上端は、配線基板２０を上下に貫通する貫通孔２８と連通し、下端は、ボディ基板１０の下部電極１５２及び振動板１４を貫通するように形成された開口１４１を通して、圧力室プレート１３を上下に貫通する貫通孔１３２と連通している。中間プレート１２の表面（圧力室プレート１３との接合面）には、この貫通孔１３２と圧力室１３１の内部と連通する連通路１２２が凹設されており、これら貫通孔２８、貫通孔３２、貫通孔１３２及び連通路１２２によって、液体貯留室４１のインクを各圧力室１３１に供給するための個別流路６０がそれぞれ構成される。すなわち、一つの個別流路６０は一つの柱状部材３１内を通っている。

マニホールド４０は、ここではＳＵＳ３０４（熱伝導率：１６．３Ｗ／ｍ・ｋ）によって形成された箱型形状を呈している。このマニホールド４０には、配線基板２０から最も離れている天井壁４０１に、インク供給口４２とインク排出口４３とが設けられており、液体貯留室４１へのインク供給及び液体貯留室４１内からのインク排出を行うようになっている。また、このマニホールド４０の壁内には、液体貯留室４１に貯留されているインクを加熱するための面状のヒーター４４（第１の加熱手段）が埋設されている。ここでは天井壁４０１の壁内のみにヒーター４４を設けているが、側壁４０２の壁内にも併せて、又は側壁４０２の壁内のみに設けることもできる。また、ヒーター４４は必ずしも壁内でなくてもよく、壁外面又は壁内面でもよい。このヒーター４４による液体貯留室４１内のインク温度は、加熱されたインクが圧力室１３１内に供給されたとき、該圧力室１３１内でインク温度が安定吐出のための適温となるように、若干高めに設定される。

天井壁４０１の内面には、側壁４０２の内面４０２ａとの境界に沿うように気泡トラップ溝４５が凹設されている。この気泡トラップ溝４５は、液体貯留室４１内のインクがヒーター４４によって加熱された際に発生、上昇して天井壁４０１の内面４０１ａに到達した気泡を集めて収容する。天井壁４０１には、この気泡トラップ溝４５内と連通する気泡排出孔４６が設けられており、気泡トラップ溝４５内に溜まった気泡を外部に排出できるようになっている。気泡排出孔４６の内部には、気体は通過させるが液体は通過不能であるメンブレンフィルター４６１が設けられ、インクの漏出を防止している。

ここでは、液体貯留室４１を構成しているマニホールド４０の全ての側壁４０２の内面４０２ａは、天井壁４０１に行くに従って次第に内向きに傾斜する傾斜面となっている。このため、液体貯留室４１内のインクがヒーター４４によって加熱されることで発生し、この側壁内面４０ｂに付着した気泡は、気泡トラップ溝４５に円滑に案内される。傾斜面は側壁４０２の内面４０２ａのうちの少なくとも一面に形成されていればよい。

かかる液滴吐出ヘッド１は、液体貯留室４１のインクがヒーター４４によって所定温度で加熱され、この液体貯留室４１内に臨むように開口している個別流路６０を通して、該個別流路６０に１対１に対応する圧力室１３１内に供給される。圧力室１３１内のインクは、配線基板２０の下部配線２６を介して駆動ＩＣ５０から与えられる駆動信号によって圧電素子１５が変形し、振動板１４が振動することで、吐出のための圧力が付与され、連通路１２１を通ってノズル１１１から微小液滴として吐出される。

ここで、ボディ基板１０と配線基板２０との間の断熱層３０を形成している間隙３００内の空気は、ＸＹ方向に自由に流動することが可能であり、液滴吐出ヘッド１の側部１ａ、１ａから外部に開放されて大気と連通することで外気と交換され、効率的に放熱されるようになる。このため、液体貯留室４１のインクを加熱しているヒーター４４の熱がマニホールド４０及び配線基板２０に伝わっても、また、液体貯留室４１の加熱されたインクと配線基板２０とが直に接することで該配線基板２０に伝わっても、配線基板２０の表面は断熱層３０の部分で放熱され、ボディ基板１０への伝熱を抑制して該ボディ基板１０の表面温度の上昇を防止する。この場合、ボディ基板１０側では何ら加熱を行わないので、この液滴吐出ヘッド１において、液体貯留室４１内のインク温度＞圧力室１３１内のインク温度となる温度差が維持され、ノズル１１１近傍における気泡の発生が抑制される。

これらボディ基板１０と配線基板２０とは、各々別々に作製された後、ボディ基板１０の圧電素子１５側の面と配線基板２０の配線保護層２７側の面とを対面させ、柱状部材３１を介して積層一体化することで、ボディ基板１０と配線基板２０との間に間隙３００からなる断熱層３０が形成される。

本発明に係る液滴吐出ヘッド１は、図５に示すように、ボディ基板１０と配線基板２０とをそれぞれ個別に作製しておき、両者を積層一体化することによって製造される。

柱状部材３１の作製方法としては、配線基板２０の下面（ボディ基板１０と対向する面）に、熱硬化性の感光性接着樹脂シートをラミネートし、露光・現像処理によってパターニングを行い、貫通孔２８を円形状に取り囲む部位を残して該感光性接着樹脂シートを除去することにより、貫通孔２８と連通する貫通孔３２を有する感光性接着樹脂シートからなる中空円柱状の柱状部材３１をそれぞれ個別に形成する。

その後、下部配線２６の表面に低融点はんだペーストを付与することによってはんだバンプ２６１を突出するように形成する。

そして、ボディ基板１０の上方に配線基板２０の柱状部材３１側を対面させ、ボディ基板１０の貫通孔１３２と柱状部材３１の貫通孔３２が一致すると共に、ボディ基板１０のスタッドバンプ１５３と配線基板２０のはんだバンプ２６１とが一致するように両者を位置合わせした後、所定の加熱温度で加熱すると共に所定の圧力で圧着し、ボディ基板１０と配線基板２０とを感光性接着樹脂シートからなる柱状部材３１によって一体に接着する。これにより配線基板２０の上面から圧力室１３１を通ってノズル１１１に至る個別流路６０が形成され、また、加熱圧着時に、スタッドバンプ１５３とはんだバンプ２６１とが溶融して一体に接合し、両者が電気的に接続される。

このようにしてボディ基板１０と配線基板２０とを柱状部材３１によって積層一体化した後は、図１に示すように配線基板２０の上面にマニホールド４０を接着して液体貯留室４１を形成することで、液滴吐出ヘッド１が完成する。

図６は、本発明に係る液滴吐出ヘッド１の別の態様を示している。図１と同一符号の部位は同一構成の部位であるため、それらの説明は省略する。

この態様では、ボディ基板１０におけるノズルプレート１１に、液体流路１１２（第２の加熱手段）を設けている。ここでは液体流路１１２は、ノズルプレート１１において各ノズル１１１の間に配置されている。

液体流路１１２は、ノズルプレート１１の上面（中間プレート１２と接する面）から凹設された溝によって形成されており、ノズルプレート１１の端面において不図示の加熱液体供給装置と接続され、この加熱液体供給装置から所定温度に加熱された液体（温水又は加熱されたオイル）が供給されるようになっている。

この液体流路１１２は、ノズル１１１近傍の温度を、液体貯留室４１内のインク温度＞圧力室１３１内のインク温度となる条件下で加熱することで、ノズル１１１近傍でのインク粘度の上昇を防止し、インクの安定吐出を確保するようにしている。

図７は、本発明に係る液滴吐出ヘッド１の更に別の態様を示している。

この液滴吐出ヘッド１は、図１に示す液滴吐出ヘッド１における断熱層３０を形成している間隙３００に、冷却用の空気を流入させる空気流入手段７０を設けることで断熱層３０に冷却機能を持たせ、その断熱効果を更に高めている。

空気流入手段７０は、断熱層３０に連通するように設けられたロート状のダクト７１、７２と、ファン７３とを有している。ダクト７１、７２は、液滴吐出ヘッド１の対向する２つの側面に開放している間隙３００にそれぞれ連通するように設けられており、そのうちの一方のダクト７１にファン７３が配置されている。この場合、ファン７３を回転させ、図示するように、一方のダクト７１内から空気を吸引することで、他方のダクト７２から空気を積極的に間隙３００内に取り込むことができる。また、ファン７３を逆方向に回転させ、一方のダクト７１内に積極的に空気を吹き込むことで、間隙３００内に空気を流入させ、他方のダクト７２から流出するようにしてもよい。

また、液滴吐出ヘッド１が描画時に往復移動する場合は、ファン７３を不要にして、これらのダクト７１、７２が移動方向に向くように配置することで、移動時に間隙３００内に空気を自然に取り入れるようにすることができる。

このような空気流入手段７０は、図６に示した第２の加熱手段を有する液滴吐出ヘッド１にも適用することができる。

１：液滴吐出ヘッド
１ａ：側部
１０：ボディ基板
１１：ノズルプレート
１１１：ノズル
１１２：液体流路
１２：中間プレート
１２１：連通路
１２２：連通路
１３：圧力室プレート
１３１：圧力室
１３２：貫通孔
１４：振動板
１４１：開口
１５：圧電素子
１５１：上部電極
１５２：下部電極
１５３：スタッドバンプ
２０：配線基板
２１：基板本体
２１１：貫通孔
２２：絶縁層
２３：上部配線
２４：配線保護層
２５：絶縁層
２６：下部配線
２６１：はんだバンプ
２７：配線保護層
２８：貫通孔
３０：断熱層
３１：柱状部材
３２：貫通孔
３３：支持層
３００：間隙
４０：マニホールド
４０１：天井壁
４０１ａ：内面
４０２：側壁
４０２ａ：内面
４１：液体貯留室
４２：インク供給口
４３：インク排出口
４４：ヒーター
４５：気泡トラップ溝
４６：気泡排出孔
４６１：メンブレンフィルター
５０：駆動ＩＣ
５１：ＦＰＣ
６０：個別流路
７０：空気流入手段
７１、７２：ダクト
７３：ファン

Claims (8)

1. 液体を吐出する複数のノズルと、前記ノズルに連通する複数の圧力室と、前記圧力室の一壁面を構成する振動板と、前記振動板を変位させて前記圧力室内の液体を前記ノズルから吐出させる圧電素子とを含んで構成されるボディ基板と、
   前記圧力室の各々に対して供給する液体を貯留する液体貯留室と、
   前記液体貯留室に設けられ、内部の液体を所定温度に加熱する第１の加熱手段と、
   前記ボディ基板と前記液体貯留室との間に設けられ、（液体貯留室内の液体温度）＞（圧力室内の液体温度）となるように前記液体貯留室から前記ボディ基板へ供給される液体に温度差を形成する断熱層とを有することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
2. 前記圧電素子は前記ボディ基板の上面に形成されていると共に、前記ボディ基板の上面と前記液体貯留室との間に、前記圧電素子に対して給電するための配線が設けられた配線基板を有し、
   前記断熱層は、前記ボディ基板と前記配線基板との間に介在された間隙によって形成され、外気と連通する空気層であり、前記間隙に、前記ボディ基板上に前記配線基板を支持する複数の柱状部材が相互に間隔をおいて個別に配置され、前記間隙が前記柱状部材の部分以外では互いに連通していることを特徴とする請求項１記載の液滴吐出ヘッド。
3. 前記柱状部材は中空形状であり、前記液体貯留室内の液体を前記圧力室に供給するための液体流路の一部を構成していることを特徴とする請求項２記載の液滴吐出ヘッド。
4. 前記間隙に冷却用の空気を流入させる空気流入手段を有することを特徴とする請求項２又は３記載の液滴吐出ヘッド。
5. 前記ボディ基板は、（液体貯留室内の液体温度）＞（圧力室内の液体温度）の条件下で、前記圧力室内の液体を所定温度に加熱するための第２の加熱手段を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記第１の加熱手段は、前記液体貯留室の壁部に設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
7. 前記液体貯留室の天井壁に、該液体貯留室内で発生して該天井壁に溜まった気泡を排出するための気泡排出孔を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
8. 前記液体貯留室の側壁内面のうちの少なくとも１面は、前記天井壁に行くに従って次第に内向きに傾斜する傾斜面であることを特徴とする請求項７記載の液滴吐出ヘッド。
   
   
   
   

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