JP2013001096A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】 ノズルの高密度配置を実現しつつも配線の設置スペースを確保する。
【解決手段】インクジェットヘッドの多数のノズルがなす四角形状の一辺に沿う方向をＸ方向、Ｘ方向に直交する方向をＹ方向、Ｘ方向に並ぶノズルの個数をＮ_ｘ、Ｘ方向のノズルのピッチをＸ_０、Ｙ方向に並ぶノズルの個数をＮ_ｙ、Ｙ方向のノズルのピッチをＹ_０とすると、Ｘ方向は記録媒体の搬送方向に対して角度θで傾いている。搬送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、ノズルの全てが搬送方向から見て所定のピッチＰで位置がずれている。搬送方向のノズルのピッチをＣ_１とし、主走査方向のノズルのピッチをＳ_１とすると以下の式（１）〜（３）の関係を満たしている。Ｙ方向に並ぶノズル一列分の配線は、Ｘ方向のノズルのピッチＸ_０内で均一に配置されている。
Ｃ_１＝Ｐ×整数・・・（１）
Ｓ_１＝Ｐ×Ｎ_ｙ・・・（２）
θ＝ａｔａｎ（Ｃ_１／Ｓ_１）・・・（３）
【選択図】 図９

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。
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）。

特開２００６−２６４３２２号公報

ところで、ノズルを二次元に高密度配置した場合、各ノズルから引き出される配線の設置スペースが確保しにくくなってしまうおそれがあった。
本発明の課題は、ノズルの高密度配置を実現しつつも配線の設置スペースを確保することである。

請求項１に記載の発明に係る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、
前記多数のノズルのそれぞれ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、Ｘ方向に並ぶ前記ノズルの個数をＮ_ｘ、Ｘ方向の前記ノズルのピッチをＸ_０、Ｙ方向に並ぶ前記ノズルの個数をＮ_ｙ、Ｙ方向の前記ノズルのピッチをＹ_０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で傾いており、
前記搬送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、前記多数のノズルの全てが前記搬送方向から見て所定のピッチＰで前記主走査方向における位置がずれていて、
前記搬送方向の前記ノズルのピッチをＣ_１とし、前記主走査方向の前記ノズルのピッチをＳ_１とすると以下の式（１）〜（３）の関係を満たし、
前記Ｙ方向に並ぶ前記ノズル一列分の前記配線は、前記Ｘ方向の前記ノズルのピッチＸ_０内で均一に配置されていることを特徴としている。
Ｃ_１＝Ｐ×整数・・・（１）
Ｓ_１＝Ｐ×Ｎ_ｙ・・・（２）
θ＝ａｔａｎ（Ｃ_１／Ｓ_１）・・・（３）

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、
前記角度θは、４５度以上であることを特徴としている。

請求項３記載の発明は、請求項２記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記角度θは、４５度であることを特徴としている。

本発明によれば、ノズルの高密度配置を実現しつつも配線の設置スペース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。 本実施形態に係るノズル面を搬送方向に対して傾けた場合のノズル面１２及び配線６１を示す説明図である。 ノズル面を搬送方向に対して傾けていない場合のノズル面及び配線を示す説明図である。

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、上述したようにマトリクス状に配列された多数のノズル１１の全てが搬送方向から見て所定のピッチＰで主走査方向における位置がずれるように配置されているため、搬送方向から見ると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。
図１０は、ノズル面１２を搬送方向に対して傾けた場合のノズル面１２及び配線６１を示す説明図である。また、図１１は、ノズル面１２を搬送方向に対して傾けていない場合のノズル面１２及び配線６１を示す説明図である。
例えば、ノズル面１２を搬送方向に対して傾けない場合、各ノズル列のピッチは主走査方向のノズル１１のピッチＳ_１となる（図９に示すノズル１１ａ参照）。つまり、ノズル面１２を搬送方向に傾けてない場合では、Ｙ方向に並ぶノズル一列分の配線６１は、ピッチＳ_１内で所定の間隔を空けて配置されることになる。傾けない場合と傾けた場合とで、Ｙ方向に並ぶノズル一列分のノズル１１の個数が同数で、描画ピッチ（所定のピッチＰ）も同数であれば、式（１）〜（３）の関係を満たした位置関係であると、配線６１の設置スペースを広くすることができ、図１０に示す配線６１のピッチＰ１の方が図１１に示す配線６１のピッチＰ２よりも広くすることができる。

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ノズル列をなすノズルの搬送方向に並ぶ個数は、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搬送方向に並ぶ個数が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の搬送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。

以上のように、本実施形態によれば、式（１）〜（３）の関係を満たした位置関係で、Ｙ方向に並ぶノズル一列分の配線６１は、Ｘ方向のノズル１１のピッチＸ_０内で均一に配置されているので、描画ピッチ（所定のピッチＰ）を狭くして、ノズル１１の高密度配置を実現したとしても配線６１の設置スペースを確保することができる。
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 (3)

1. 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、
   前記多数のノズルのそれぞれ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、Ｘ方向に並ぶ前記ノズルの個数をＮ_ｘ、Ｘ方向の前記ノズルのピッチをＸ_０、Ｙ方向に並ぶ前記ノズルの個数をＮ_ｙ、Ｙ方向の前記ノズルのピッチをＹ_０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で傾いており、
   前記搬送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、前記多数のノズルの全てが前記搬送方向から見て所定のピッチＰで前記主走査方向における位置がずれていて、
   前記搬送方向の前記ノズルのピッチをＣ_１とし、前記主走査方向の前記ノズルのピッチをＳ_１とすると以下の式（１）〜（３）の関係を満たし、
   前記Ｙ方向に並ぶ前記ノズル一列分の前記配線は、前記Ｘ方向の前記ノズルのピッチＸ_０内で均一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。
   Ｃ_１＝Ｐ×整数・・・（１）
   Ｓ_１＝Ｐ×Ｎ_ｙ・・・（２）
   θ＝ａｔａｎ（Ｃ_１／Ｓ_１）・・・（３）
2. 請求項１記載のインクジェットヘッドにおいて、
   前記角度θは、４５度以上であることを特徴とするインクジェットヘッド。
3. 請求項２記載のインクジェットヘッドにおいて、
   前記角度θは、４５度であることを特徴とするインクジェットヘッド。

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