JP2013001093A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】装置の大型化を抑制しつつ、共通インク室内のインクを効率的に加熱可能とすることで吐出の安定性を確保する。
【解決手段】インクジェットヘッド１は、インクを吐出する複数のノズルが設けられたヘッドチップ２と、ヘッドチップ２の厚み方向の一方側に配設されて複数のノズルにインクを供給する共通インク室とを備えている。共通インク室には、ヘッドチップ２と対向するように配置され、当該共通インク室内のインクを加熱するフィルム状のインク用ヒータ８７が設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明はインクジェットヘッドに関する。

従来、インクジェット記録装置に設けられ、複数の微細なノズルからインクを吐出して記録媒体に画像を形成するインクジェットヘッドが知られている。近年、インクジェット記録装置による高精度・高精細な画像形成を実現するために、インクジェットヘッドにおけるノズルの高密度配置が求められている。

インクジェットヘッドには、インクの共通流路がノズル列毎に設けられる他、インクに吐出圧力を付与するための圧力室や、共通流路から各圧力室へインクを供給するための個別流路が、複数のノズルに対して個別に設けられている。そのため、これら共通流路、圧力室及び個別流路をノズルの配列方向（水平方向）に並設してしまうと、複数のノズルを高密度に配置することが困難であった。

そこで、ノズルの上方に圧力室を設け、共通流路に代わる共通インク室を圧力室の上方に設けることで、ノズルの高密度配置を可能としたインクジェットヘッドが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
このようなインクジェットヘッドにおいては、共通インク室内のインクを吐出に適した粘度とするために、インクを加熱するインク用ヒータが設けられている。具体的には共通インク室にヒートシンクを介してセラミックヒータやフィルムヒータ等のインク用ヒータを設置している。

特開２００６−２６４３２２号公報

ところで、共通インク室にヒートシンクを介してインク用ヒータを設置した場合、当該ヒータのために余分なスペースが必要となる。さらには、インク用ヒータと共通インク室内との間には、インクジェットヘッドの壁部やヒートシンク等が介在しているために、共通インク室内のインクを効率的に加熱するには、発熱量の高い大型のインク用ヒータを用いる必要があった。そして、インク用ヒータ自体の大型化や、設置スペースの確保といった観点から装置自体の大型化を招く一因となっていた。
本発明の課題は、装置の大型化を抑制しつつ、共通インク室内のインクを効率的に加熱可能とすることで吐出の安定性を確保することである。

請求項１に記載の発明は、
インクを吐出する複数のノズルが設けられたヘッドチップと、前記ヘッドチップの厚み方向の一方側に配設されて前記複数のノズルにインクを供給する共通インク室とを備えるインクジェットヘッドにおいて、
前記共通インク室には、前記ヘッドチップと対向するように配置され、当該共通インク室内のインクを加熱するフィルム状のインク用ヒータが設けられていることを特徴としている。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記インク用ヒータの前記ヘッドチップ側のとは反対側には空間が形成されていることを特徴としている。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記共通インク室にインクを供給するインク供給口と、
前記共通インク室と連通し、当該共通インク室内と連通する通気口と、
前記インク供給口から流入するインクを濾過するフィルタを備え、
前記フィルタは、前記インク用ヒータの上方に配置されていることを特徴としている。

本発明によれば、装置の大型化を抑制しつつ、共通インク室内のインクを効率的に加熱可能とすることで吐出の安定性を確保することができる。

本実施形態に係るインクジェットヘッドの概略構成を示す斜視図である。 図１のインクジェットヘッドの断面図である。 図１のインクジェットヘッドに備わるヘッドチップの概略構成を示す部分断面図である。 図１のインクジェットヘッドに備わるインク用ヒータの概略構成を示す正面図である。 図４のインク用ヒータの変形例を示す正面図である。 図１のインクジェットヘッドに備わるフレーム部の概略構成を示す斜視図である。 本実施形態のインクジェットヘッドを模式的に示した正面図（ａ）と、従来のインクジェットヘッドを模式的に示した正面図（ｂ）である。

以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。ただし、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。

図１は、本発明に係るインクジェットヘッド１の斜視図であり、図２はインクジェットヘッド１の断面図である。
これらの図に示すように、インクジェットヘッド１には、ヘッドチップ２と、インク供給部３と、これらヘッドチップ２及びインク供給部３を一体的に保持するフレーム部４とを備えている。

ヘッドチップ２は、複数のノズル１１を備えた板状の部材であり、フレーム部４の底面に取り付けられている。図３はヘッドチップ２の概略構成を示す部分断面図である。なお、図３は、一個のノズル１１に係る構成要素のみを図示しているが、ヘッドチップ２を構成する層部材自体を除く各構成要素は、複数のノズル１１に個別に対応して複数設けられている。
図３に示すように、ヘッドチップ２は、ノズルプレート層１０、中間プレート層２０、ボディプレート層３０、第一接着層４０、配線層５０及び第二接着層６０の６つの層部材が、この順で積層されて構成されている。

このうち、ノズルプレート層１０は、シリコン製の基板であり、ヘッドチップ２の最下層に位置している。このノズルプレート層１０には、複数のノズル１１が形成されている。
ノズル１１は、略マトリクス状となるようにノズル面１２上に配列されている。

中間プレート層２０は、ガラス製の基板であり、ノズルプレート層１０の上面に積層され、接合されている。中間プレート層２０には、ノズルプレート層１０のノズル１１と連通する貫通孔２０１が形成されている。

ボディプレート層３０は、圧力室層３１と振動板３２とから構成されている。
圧力室層３１は、シリコン製の基板であり、中間プレート層２０の上面に積層され、接合されている。圧力室層３１には、ノズル１１から吐出されるインクに吐出圧力を付与する圧力室３１１が、当該圧力室層３１を貫通するように形成されている。圧力室３１１は、貫通孔２０１及びノズル１１の上方に設けられ、これら貫通孔２０１及びノズル１１と連通している。また、圧力室層３１には、圧力室３１１と連通する連通孔３１２が、当該圧力室層３１を貫通しつつ水平方向に延在するように形成されている。
振動板３２は、圧力室３１１の開口を覆うように圧力室層３１の上面に積層され、接合されている。すなわち、振動板３２は、圧力室３１１の上壁部を構成している。振動板３２の表面には、酸化膜が形成されている。また、振動板３２には、連通孔３１２と連通する貫通孔３２１が形成されている。

第一接着層４０は、振動板３２の上面に積層されている。この第一接着層４０は、振動板３２と配線層５０とを接着する感光性樹脂層であるとともに、その内部に空間４１を形成する隔壁層となっている。空間４１は、第一接着層４０を貫通するように圧力室３１１の上方に形成され、内部に圧電素子４２を収容している。
圧電素子４２は、圧力室３１１と略同一の平面視形状に形成され、振動板３２を挟んで圧力室３１１と対向する位置に設けられている。この圧電素子４２は、振動板３２を変形させるためのＰＺＴ(lead zirconium titanate)からなるアクチュエータである。また、圧電素子４２には、上面及び下面に２つの電極４２１，４２２が設けられており、このうち下面側の電極４２２が振動板３２に接続されている。
また、第一接着層４０には、振動板３２の貫通孔３２１と連通する貫通孔４０１が、空間４１とは独立して形成されている。

配線層５０は、シリコン製の基板であるインターポーザ５１を備えている。インターポーザ５１の下面には、２層の酸化ケイ素の絶縁層５２，５３が被覆され、上面には、同じく酸化ケイ素の絶縁層５４が被覆されている。そして、絶縁層５２，５３のうち下方に位置する絶縁層５３が、第一接着層４０の上面に積層され、接合されている。
インターポーザ５１には、スルーホール５１１が形成されており、このスルーホール５１１には、貫通電極５５が挿通されている。貫通電極５５の下端には、水平方向に延在するアルミ基板５６の一端が接続されており、このアルミ基板５６の他端には、圧電素子４２上面の電極４２１に設けられたスタッドバンプ４２３が、空間４１内に露出した半田５６１を介して接続されている。また、アルミ基板５６は、インターポーザ５１下面の２層の絶縁層５２，５３によって挟まれて保護されている。
また、インターポーザ５１には、第一接着層４０の貫通孔４０１と連通するインレット５１２が、当該インターポーザ５１を貫通するように形成されている。

第二接着層６０は、配線層５０の上面に配設された銅基板６１を覆いつつ、インターポーザ５１の絶縁層５４の上面に積層され、接合されている。この第二接着層６０は、フレーム部４とヘッドチップ２とを接着する感光性樹脂層であるとともに、銅基板６１を保護する保護層となっている。銅基板６１は、水平方向に延在されて、一端が貫通電極５５の上端に接続されるとともに、他端が図示しないフレキシブル基板を介してドライバに接続されている。また、第二接着層６０には、インレット５１２と連通する貫通孔６０１が形成されている。

インク供給部３は、図１及び図２に示すように、耐インク性を持つ樹脂の成形や削りだしにより形成された筐体部８０を備えている。この筐体部８０の上部からはヘッドチップ２にインクを供給するためのインク供給口８１と、フレーム部４内のインクを排出するためのインク排出口８２と、フレーム部４内と連通する通気口８３とが上方に向かって延出している。インク供給口８１と、通気口８３とは互いに連通していて、その下方にはインクをフレーム部４に供給するとともに、フレーム部４内のインクから上昇してきた空気を通気口８３まで案内する共通流路８４が形成されている。そして、インク供給口８１及び通気口８３と、共通流路８４との間には、フィルタ８５が流路全体を覆うように水平に配置されている。
インク排出口８２は、インク供給口８１近傍に設けられていて、インク供給口８１及び通気口８３とは独立して形成されている。

また、筐体部８０の底面における共通流路８４と通気口８３との間の領域には、凹部８６が形成されている。この凹部８６の下方には、当該凹部８６を閉塞するようにフィルム状のインク用ヒータ８７が取り付けられている。インク用ヒータ８７の線膨張係数は、フレーム部４の線膨張係数以上であることが好ましい。
図４はインク用ヒータ８７の概略構成を示す正面図である。図４に示すようにインク用ヒータ８７は、通電すると発熱する金属パターン８７１を、絶縁性材料からなる薄膜材８７２によって挟んだ構成となっている。金属パターン８７１はメッキや、スパッタリング、スクリーン印刷等によって形成されている。図４に示すように金属パターン８７１は、千鳥形状にパターニングされたユニット８７３が横方向にジグザグに往復するように設けられている。なお、金属パターン８７１のパターン形状はこれに限定されるものではなく、インク用ヒータ８７の全面で極力均一に加熱できるのであれば如何様であってもよい。例えば図５に示す金属パターン８７１Ａのように、千鳥形状にパターニングされたユニット８７４を、その千鳥方向を縦横に異ならせながら一方向に沿って配列し、それを複数列設け、各列を導通させたパターン形状であってもよい。

図６は、フレーム部４の概略構成を示す斜視図である。図１、図２及び図６に示すようにフレーム部４の底面には、二つのヘッドチップ２が貼り付けられており、この二つのヘッドチップ２に対向する領域に、開口９１，９２が形成されている。これらの開口９１，９２は、フレーム部４の上部に形成された溝９３によって連通している。フレーム部４の上部には、開口９１，９２及び溝９３を閉塞するようにインク供給部３が取り付けられている。そして、フレーム部４の上部には、共通流路８４に対向する位置と、インク排出口８２に対向する位置とに開口９１，９２に連通する切欠９４，９５が形成されている。この切欠９４，９５によってインクの供給、排出や空気の排出がスムーズに行えるようになっている。
そして、フレーム部４におけるヘッドチップ２と、インク供給部３とに囲まれた空間、つまり、開口９１，９２及び溝９３が本発明に係る共通インク室７である。ヘッドチップ２の厚み方向の一方側に配置された共通インク室７は、そこに溜まったインクをヘッドチップ２の貫通孔６０１に供給する。

図３に示すように、ヘッドチップ２の連通孔３１２、貫通孔３２１，４０１，６０１及びインレット５１２は、共通インク室７と圧力室３１１とを連通する流路７０を構成しているので、共通インク室７のインクはこの流路７０を介してノズル１１に供給される。

流路７０を介して共通インク室７にインクが供給される際には、共通インク室７内の空気が通気口８３から排出されながら共通インク室７にインクが充填される。このとき、インクはフィルタ８５を通過するため、インクに含まれていた不純物が除去される。充填後においては、通気口８３は封止される。
封止後、インクを吐出する前には、インク用ヒータ８７が共通インク室７内のインクを加熱し、吐出に適した粘度までインクを低粘化してから、ヘッドチップ２のノズル１１からインクを吐出する。このとき、圧電素子４２から圧力波が共通インク室７内に伝播することになるが、インク用ヒータ８７がダンパとして機能し、当該圧力派は吸収される。

以上のように、本実施形態によれば、フィルム状のインク用ヒータ８７がヘッドチップ２と対向するように共通インク室７内に配置されているので、インクの加熱効率が同じであれば、従来と比べてもインクジェットヘッド１を小型にすることができる。
例えば図７は本実施形態のインクジェットヘッド１の正面図（ａ）と、従来のインクジェットヘッド１００の正面図（ｂ）である。図７（ｂ）に示すように、従来のインクジェットヘッド１００であると、共通インク室内のインクを外側から加熱するためにヒータ１０１も大きくなり、それに合わせて共通インク室も大きくなってしまう。一方、図７（ａ）に示すように、本実施形態のインクジェットヘッド１であれば共通インク室７の内側でインク用ヒータ８７がインクを加熱しているので、加熱効率を高めることができ、全体としても小型に形成することができる。したがって、装置の大型化を抑制しつつ、共通インク室７内のインクを効率的に加熱可能とすることが可能となり、結果として吐出の安定性を確保することができる。

また、インク用ヒータ８７のヘッドチップ２側のとは反対側には凹部８６からなる空間が形成されているので、圧電素子４２から発生した圧力波を吸収するダンパとしてインク用ヒータ８７を機能させることができる。これにより、ダンパ専用の部材を別に搭載しなくともよいので、装置全体としての小型化をより高めることができる。
そして、フィルタ８５は、インク用ヒータ８７の上方に配置されているので、平面状のフィルタ８５とインク用ヒータ８７とを対向して配置することができ、両者の配置スペースを小さくすることができる。したがって、装置全体をより小さくすることが可能となる。
さらに、インク用ヒータ８７の線膨張係数が、フレーム部４の線膨張係数以上であると、インクを加熱することによりフレーム部４が熱膨張したとしても、それ以上にインク用ヒータ８７が膨張するので、インク用ヒータ８７に張力が付与されにくくなり、結果としてダンパとして機能し続けることになる。
なお、本発明は上記実施形態に限らず適宜変更可能である。

１ インクジェットヘッド
２ ヘッドチップ
３ インク供給部
４ フレーム部
７ 共通インク室
１１ ノズル
１２ ノズル面
７０ 流路
８０ 筐体部
８１ インク供給口
８２ インク排出口
８３ 通気口
８４ 共通流路
８５ フィルタ
８６ 凹部（空間）
８７ インク用ヒータ
９１，９２ 開口
９３ 溝
９４，９５ 切欠

Claims (3)

1. インクを吐出する複数のノズルが設けられたヘッドチップと、前記ヘッドチップの厚み方向の一方側に配設されて前記複数のノズルにインクを供給する共通インク室とを有するインクジェットヘッドにおいて、
   前記共通インク室には、前記ヘッドチップと対向するように配置され、当該共通インク室内のインクを加熱するフィルム状のインク用ヒータが設けられていることを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 請求項１記載のインクジェットヘッドにおいて、
   前記インク用ヒータの前記ヘッドチップ側のとは反対側には空間が形成されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
3. 請求項１又は２記載のインクジェットヘッドにおいて、
   前記共通インク室にインクを供給するインク供給口と、
   前記共通インク室と連通し、当該共通インク室内と連通する通気口と、
   前記インク供給口から流入するインクを濾過するフィルタを備え、
   前記フィルタは、前記インク用ヒータの上方に配置されていることを特徴とするインクジェットヘッド。

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