JP2013001095A - インクジェットヘッドユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 複数のインクジェットヘッドからなるラインヘッドの製造上の効率化を図る。
【解決手段】インクジェットヘッドユニットに備わる一対のインクジェットヘッドは、多数のノズルがマトリクス状に配列されたノズル面と、ノズルにインクを供給するインク室と、多数のノズルから延びてノズル面から引き出される配線とを有する。多数のノズルが配列されてなす四角形状の一辺をなす方向をＸ方向、Ｘ方向に直交する方向をＹ方向とすると、Ｘ方向は記録媒体の搬送方向に対して角度θで傾き、ノズル面はＸ方向に沿う辺と有している。一対のインクジェットヘッドは主走査方向から見た当該一対のインクジェットヘッドのそれぞれのノズル列をなすノズルの個数が同数となるよう互いに補完して配置されている。一対のインクジェットヘッドのそれぞれの配線はノズル面のＸ方向に沿う辺から引き出されている。一対のインクジェットヘッドのインク室は共通化されている。
【選択図】 図６

Description

本発明はインクジェットヘッドユニットに関する。

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。
ノズルを高密度に配置するために近年ではノズルを二次元に高密度配置することが知られている（特許文献１参照）。そして、ノズルが高密度配置されたインクジェットヘッドを千鳥状に配置することでラインヘッドを構成している。

特開２００６−２６４３２２号公報

ところで、単にインクジェットヘッドを千鳥状に配置してラインヘッドを構築する場合、インクジェットヘッドの個数が多いほど取り付け工程や位置調整等に工数がかかってしまうのが実状であった。
本発明の課題は、複数のインクジェットヘッドからなるラインヘッドの製造上の効率化を図ることである。

請求項１に記載の発明は、
一対のインクジェットヘッドを一体的に備え、複数組み合わせることでラインヘッドをなすインクジェットヘッドユニットにおいて、
前記インクジェットヘッドは、
多数のノズルが略四角形のマトリクス状に配列されたノズル面と、
前記ノズルにインクを供給するインク室と、
前記多数のノズルのそれぞれから延びて前記ノズル面から引き出される配線とを有し、
前記多数のノズルが配列されてなす四角形状の一辺をなす方向をＸ方向、Ｘ方向に直交する方向をＹ方向とすると、前記Ｘ方向は記録媒体の搬送方向に対して角度θで傾き、
前記ノズル面は前記Ｘ方向に沿う辺と有し、
前記一対のインクジェットヘッドは、当該一対のインクジェットヘッドの隣接部分で、前記搬送方向に直交する主走査方向から見た当該一対のインクジェットヘッドのそれぞれのノズル列をなす前記ノズルの個数が同数となるよう互いに補完して配置されていて、
前記一対のインクジェットヘッドのそれぞれの配線は、前記ノズル面の前記Ｘ方向に沿う辺から前記Ｙ方向に沿うように引き出され、
前記一対のインクジェットヘッドのインク室は、共通化されていることを特徴としている。

本発明によれば、複数のインクジェットヘッドからなるラインヘッドの製造上の効率化を図ることができる。

本実施形態に係るインクジェットヘッドを搭載したラインヘッドの概略構成を示す斜視図である。 本実施形態に係るインクジェットヘッドユニットの概略構成を示す説明図であり、（ａ）が上面図、（ｂ）が正面図である。 図２（ａ）のIII−III切断線から見た断面図である。 本実施形態に係るインクジェットヘッドユニット２の概略構成を示す斜視図である。 本実施形態に係るヘッドチップの概略構成を示す部分断面図である。 本実施形態に係る一対のインクジェットヘッドのそれぞれのヘッドチップの配置位置を示す下面図である。 本実施形態に係るヘッドチップのノズル面を示す拡大図である。 本実施形態に係るノズルの個数を少なくした場合のモデルを示す説明図である。 本実施形態に係る各ノズルの位置関係をより詳細に示す説明図である。 ノズル面を搬送方向に対して傾けずに千鳥配置した場合のラインヘッドの一部を示す模式図である。 第一パターンのインクジェットヘッドユニットを示す説明図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は下面図である。 第二パターンのインクジェットヘッドユニットを示す斜視図である。

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ユニットを搭載したラインヘッドの概略構成を示す下面図である。図１に示すようにラインヘッド１は、記録媒体の搬送方向に直交する主走査方向に沿って延在している。このラインヘッド１には、複数のインクジェットヘッドユニット２が主走査方向Ｂに沿って配列されている。

図２はインクジェットヘッドユニット２の概略構成を示す説明図であり、（ａ）が上面図、（ｂ）が正面図である。また、図３は図２（ａ）のIII−III切断線から見た断面図である。図４はインクジェットヘッドユニット２の概略構成を示す斜視図である。
この図２〜図４に示すように、インクジェットヘッドユニット２には、一対のインクジェットヘッド３が備えられている。
インクジェットヘッド３は、ヘッドチップ４と、インク供給部５と、これらヘッドチップ４及びインク供給部５を一体的に保持するフレーム部９とを備えている。

インク供給部５は、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を備えており、一対のインクジェットヘッド３で共通化されている。この筐体部８０の内部には、一対のインクジェットヘッド３のそれぞれのヘッドチップ４にインクを供給するため共通化されたインク室８１が形成されている。また、筐体部８０の上部からはインク室８１にインクを供給するためのインク供給口８２と、インク室８１内のインクを排出するためのインク排出口８３とが上方に向かって延出している。

フレーム部９は、上面にインク供給部５が設置され、下面に一対のヘッドチップ４が設置されている。フレーム部９におけるインク供給部５とヘッドチップ４との間の領域には空間が形成されていて、インク供給部５とヘッドチップ４とを連通している。このため、インク供給部５はヘッドチップ４と対向して配置されなければならず、ヘッドチップ４の配置位置に対応するようにインク供給部５はフレーム部９の上面に配置されている。
フレーム部９の両端部には、それぞれ外側に向けて突出した突出部９１が形成されている。この突出部９１には、フレーム部９をインクジェットヘッドユニット２の基台（図示省略）に固定するための固定孔９２が形成されている。

ヘッドチップ４は、複数のノズル１１を備えた板状の部材である。図５はヘッドチップ４の概略構成を示す部分断面図である。なお、図５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４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５に示すように、ヘッドチップ４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４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配線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９とヘッドチップ４とを接着する感光性樹脂層であるとともに、配線６１を保護する保護層となっている。配線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。
また、ヘッドチップ４の連通孔３１２、貫通孔３２１，４０１，６０１及びインレット５１２は、インク室８１と圧力室３１１とを連通する流路７０を構成するので、インク室８１のインクはこの流路７０を介してノズル１１に供給される。

図６は、一対のインクジェットヘッド３のそれぞれのヘッドチップ４の配置位置を示す下面図である。図６に示すように、ノズル面１２は四角形状に形成されている。ノズル面１２の長辺方向をＸ方向、短辺方向をＹ方向とすると、Ｘ方向は記録媒体の搬送方向に対して角度θだけ傾いている。そして一対のヘッドチップ４のうち、搬送方向の上流側に配置されるヘッドチップ４と、下流側に配置されるヘッドチップ４とはＹ方向に沿ってずれている。この位置ズレについては後述する。

そして、一対のヘッドチップ４それぞれのノズル面１２には、多数のノズル１１が略四角形のマトリクス状に配列されている。この多数のノズル１１が配列されてなす四角形状の長辺はＸ方向に沿っており、短辺はＹ方向に沿っている。

図７はヘッドチップ４のノズル面１２を示す拡大図である。図７ではヘッドチップ４のノズル１１毎に、それぞれ対応する圧力室３１１、スタッドバンプ４２３、連通孔３１２、流路７０を実線で示している。また、各ノズル１１に対する配線６１も実際にはノズル面１２の奥側に形成されているがその部分においては図示を省略し、ノズル面１２から引き出された部分のみを実線にて示している。
図７に示すように、各ノズル１１の配線６１は、ノズル面１２の長辺からＹ方向に沿うように所定の間隔を空けて引き出されている。
また、搬送方向（すなわち副走査方向）及び当該搬送方向に直交する主走査方向を基準とした場合、多数のノズル１１の全てが搬送方向（副走査方向）から見て主走査方向に所定のピッチＰで位置がずれている。

以下、ノズル１１の個数を少なくしたモデルを用いて各位置関係について説明する。図８は、ノズル１１の個数を少なくした場合のモデルを示している。このモデルでは、Ｘ方向に並ぶノズル１１の個数Ｎ_ｘを８個とし、Ｙ方向に沿うノズル１１の個数Ｎ_ｙも８個としている。なお、Ｙ方向に沿うノズル１１の並びは千鳥状に配列されている（図８中、一点鎖線参照）。これは拡大して図示したために千鳥状に配列されたように見えるが、実際のサイズであるとほとんど直線状に配列されている。
そして、上述したように多数のノズル１１の全てが搬送方向（副走査方向）から見て主走査方向に所定のピッチＰで位置がずれているため、主走査方向から見ると８つのノズル列Ｌ１〜Ｌ８が存在する。各ノズル列Ｌ１〜Ｌ８のノズル１１は、搬送方向（副走査方向）の下流側から上流側に向けて徐々に所定のピッチＰで左に位置がずれている。そして、ノズル列Ｌ１〜Ｌ８の最も上流側に位置するノズル１１と、左隣のノズル列Ｌ１〜Ｌ８の最下流に位置するノズル１１とも所定のピッチＰで位置がずれている。

図９は各ノズル１１の位置関係をより詳細に示す説明図である。図９において無色の円はノズル面１２が傾いていない場合のノズル１１の位置を示している。ここで、Ｘ方向のノズル１１のピッチをＸ_０、Ｙ方向のノズル１１のピッチをＹ_０、搬送方向（副走査方向）のノズル１１のピッチをＣ_１、主走査方向のノズル１１のピッチをＳ_１とすると以下の式（１）〜（３）の関係を満たすような配置となっている。

Ｃ_１＝Ｐ×整数・・・（１）
Ｓ_１＝Ｐ×Ｎ_ｙ・・・（２）
θ＝ａｔａｎ（Ｃ_１／Ｓ_１）・・・（３）

ここで、角度θとして好ましいのは４５度以上であり、さらに好ましいのは４５度である。角度θを４５度以上とすることインクジェットヘッド３を主走査方向に多数配列することができ、主走査方向の解像度を向上させることが可能となる。さらに、４５度のときにインクジェットヘッドユニット２の搬送方向の幅を小さく構成する事ができ、コンパクトにできる。

また、図８に示すように、Ｙ方向に並ぶノズル一列（図８中、一点鎖線参照）分の配線６１は、Ｘ方向のノズル１１のピッチＸ_０内で所定の間隔を空けて均一に配置されている。

次に、一対のヘッドチップ４のうち、搬送方向の上流側に配置されるヘッドチップ４と、下流側に配置されるヘッドチップ４との位置ズレについて説明する。図６においては、主走査方向から見た搬送方向に並ぶノズル列をなすノズルの個数は、全て１４個なければならないが、ヘッドチップ４が搬送方向に対して傾いているために、その両端（二点鎖線で囲った部分）では一つのヘッドチップ４では１４個未満となってしまう。このため、一対のヘッドチップ４の隣接部分においては、互いに補完しあうことで主走査方向から見たノズル列をなすノズルの個数が搬送方向に数えて１４個となるように、搬送方向の上流側に配置されるヘッドチップ４と、下流側に配置されるヘッドチップ４とを位置ズレさせている（真ん中の二点鎖線で囲った部分）。

このように、一対のインクジェットヘッド３は、主走査方向から見た当該一対のインクジェットヘッド３のそれぞれのノズル列のノズル１１の副走査方向に並ぶ個数が同数となるよう互いに補完して配置されている。
また、両端の二点鎖線で囲った部分においては、図１に示すように別のインクジェットヘッドユニット２で補完しあうことで、主走査方向から見たノズル列をなすノズル１１の搬送方向に並ぶ個数を同数としている。

ここで、図１０は、ノズル面１２を搬送方向に対して傾けずに千鳥配置した場合のラインヘッド１００の一部を示す模式図である。このラインヘッド１００において、一対のインクジェットヘッド１０３をユニット化しようとすると、図１０の一点鎖線で囲まれた組み合わせのように主走査方向に並ぶ一対のインクジェットヘッド３をユニット化すること（第一パターン）か、二点鎖線で囲まれた組み合わせのように搬送方向の前後に並ぶ一対のインクジェットヘッド３をユニット化すること（第二パターン）が考えられる。
図１１は、第一パターンのインクジェットヘッドユニット２００を示す説明図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は下面図である。このインクジェットヘッドユニット２００では、一対のインクジェットヘッド１０３のインク供給部１０５を共通化することができるので、インク室１８１も共通化することができるが、図１１（ｂ）に示すように一つのインクジェットヘッド１０３を近接させることができないため、ノズル面１１２同士の間に隙間ができ、これが形成した画像にスジムラを発生させるおそれがあった。
一方、図１２は第二パターンのインクジェットヘッドユニット３００を示す斜視図である。このインクジェットヘッドユニット３００では、一対のインクジェットヘッド１０３の間のそれぞれから配線１６１が引き出されるために、インク供給部１０５を共通化することができなかった。

しかしながら、本実施形態のインクジェットヘッドユニット２では、一対のインクジェットヘッド３が、当該一対のインクジェットヘッド３の隣接部分で、主走査方向から見た当該一対のインクジェットヘッド３のそれぞれのノズル列をなすノズル１１の個数が同数となるよう互いに補完して配置されているので、形成後の画像にスジムラが発生されにくくなる。
また、一対のインクジェットヘッド３のそれぞれの配線６１は、ノズル面１２のＸ方向に沿う辺からＹ方向に沿うように引き出され、一対のインクジェットヘッド３のインク室８１が共通化されているので、インク室８１の共通化によって流路構成の簡易化も可能となる。
そして、一対のインクジェットヘッド３を備えたインクジェットヘッドユニット２を組み付けることでラインヘッド１が構成されるので、従来のようにインクジェットヘッド３を一つずつラインヘッド１に組み付ける場合と比べても大幅に組み立て工数を削減することができる。
したがって、複数のインクジェットヘッド３からなるラインヘッド１の製造上の効率化を図ることが可能となる。
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 ラインヘッド
２ インクジェットヘッドユニット
３ インクジェットヘッド
４ ヘッドチップ
５ インク供給部
９ フレーム部
１０ ノズルプレート層
１１ ノズル
１２ ノズル面
６１ 配線
７０ 流路
８０ 筐体部
８１ インク室

Claims (1)

1. 一対のインクジェットヘッドを一体的に備え、複数組み合わせることでラインヘッドをなすインクジェットヘッドユニットにおいて、
   前記インクジェットヘッドは、
   多数のノズルが略四角形のマトリクス状に配列されたノズル面と、
   前記ノズルにインクを供給するインク室と、
   前記多数のノズルのそれぞれから延びて前記ノズル面から引き出される配線とを有し、
   前記多数のノズルが配列されてなす四角形状の一辺をなす方向をＸ方向、Ｘ方向に直交する方向をＹ方向とすると、前記Ｘ方向は記録媒体の搬送方向に対して角度θで傾き、
   前記ノズル面は前記Ｘ方向に沿う辺と有し、
   前記一対のインクジェットヘッドは、当該一対のインクジェットヘッドの隣接部分で、前記搬送方向に直交する主走査方向から見た当該一対のインクジェットヘッドのそれぞれのノズル列をなす前記ノズルの個数が同数となるよう互いに補完して配置されていて、
   前記一対のインクジェットヘッドのそれぞれの配線は、前記ノズル面の前記Ｘ方向に沿う辺から前記Ｙ方向に沿うように引き出され、
   前記一対のインクジェットヘッドのインク室は、共通化されていることを特徴とするインクジェットヘッドユニット。

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