JP2015044421A - 液体吐出ヘッドおよびそれを用いた記録装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】液体吐出ヘッド内に温度のばらつきの生じ難い液体吐出ヘッドおよびそれを用いた記録装置を提供する。
【解決手段】本発明の液体吐出ヘッドは、複数の吐出孔8および複数の加圧室10を備えている一方方向に長い流路部材4と、複数の加圧室10の中の液体をそれぞれ加圧する複数の加圧部30と、流路部材4に接合されており、複数の加圧室10に液体を供給する複数のリザーバ流路42および複数のリザーバ流路にそれぞれ面するように設けられている複数のダンパ46を備えている前記一方方向に長いリザーバ40とを備えており、リザーバ流路42は、前記一方方向に延在しており、中央部から一方端部までの幅が、中央部から他方端部までの幅よりも広くなっている幅広部42cを備えており、複数のリザーバ流路42は、前記一方方向に交差する方向に隣接して配置されているとともに、隣り合うリザーバ流路42の幅広部42cが交互に配置されており、かつダンパ46が幅広部42cに面するように設けられている。
【選択図】図4

Description

本発明は、液滴を吐出させる液体吐出ヘッドおよびそれを用いた記録装置に関するものである。

近年、インクジェットプリンタやインクジェットプロッタなどの、インクジェット記録方式を利用した印刷装置が、一般消費者向けのプリンタだけでなく、例えば電子回路の形成や液晶ディスプレイ用のカラーフィルタの製造、有機ELディスプレイの製造といった工業用途にも広く利用されている。
このようなインクジェット方式の印刷装置には、液体を吐出させるための液体吐出ヘッドが印刷ヘッドとして搭載されている。この種の印刷ヘッドには、インクが充填されたインク流路内に加圧手段としてのヒータを備え、ヒータによりインクを加熱、沸騰させ、インク流路内に発生する気泡によってインクを加圧し、インク吐出孔より、液滴として吐出させるサーマルヘッド方式と、インクが充填されるインク流路の一部の壁を変位素子によって屈曲変位させ、機械的にインク流路内のインクを加圧し、インク吐出孔より液滴として吐出させる圧電方式が一般的に知られている。

また、このような液体吐出ヘッドには、記録媒体の搬送方向(副走査方向)と直交する方向(主走査方向)に液体吐出ヘッドを移動させつつ記録を行なうシリアル式、および記録媒体より主走査方向に長い液体吐出ヘッドを固定した状態で、副走査方向に搬送されてくる記録媒体に記録を行なうライン式がある。ライン式は、シリアル式のように液体吐出ヘッドを移動させる必要がないので、高速記録が可能であるという利点を有する。

液体吐出ヘッドとしては、吐出孔を備えている流路部材と吐出孔から液体が吐出できるように圧力を加える圧電アクチュエータとを備える液体吐出ヘッド本体以外に、液体吐出ヘッド本体に安定して液体を供給できるように、一時的に液体を蓄えておくリザーバを備えたものが知られている(例えば、特許文献1を参照)。この液体吐出ヘッドでは、長尺状の液体吐出ヘッドの、圧電アクチュエータが接合された側にリザーバが積層されており、圧電アクチュエータを駆動する信号を伝達するFPC(Flexible Printed Circuit)は、液体吐出ヘッドとリザーバとの間から外部に引き出されている。
また、特許文献2に記載の積滞吐出ヘッドのリザーバのリザーバ流路は、長尺状の液体吐出ヘッドの端から入れられた液体は液体吐出ヘッドの中央部で、液体吐出ヘッド本体へ送られている。

特開2005−169839号公報 特開2008−162144号公報

しかしながら、特許文献1に記載の液体吐出ヘッドでは、長手方向において温度差が生じることで、液体吐出ヘッド内で吐出特性のばらつきが大きくなることがあった。温度が変わることで、使用する液体の粘度や、吐出させる加圧部の特性などが変わるためである。安定した温度で使用するために、液体吐出ヘッドにヒータを付けることも行なわれているが、長手方向の端部では、端部からの放熱があるため、中央よりも温度が低くなりやすく、温度分布に起因する、液体吐出ヘッド内の吐出特性のばらつきが生じることがあった。
また、特許文献1および2に記載の液体吐出ヘッドには、リザーバ流路は1つしかなく、1つの液体吐出ヘッドから複数種類の液体を吐出さるためには、リザーバには複数のリザーバ流路を設ける必要がある。その際、複数のリザーバ流路を平行に設けることが考えられるが、そのようにすると1つのリザーバ流路の幅が狭くなり、リザーバ流路にダンパを設けても十分なダンピング効果が得られないおそれがあった。

したがって、本発明の課題は、液体吐出ヘッド内に温度のばらつきの生じ難い液体吐出ヘッドおよびそれを用いた記録装置を提供することにある。また、本発明の課題は、ダンパのダンピング効果を高めた液体吐出ヘッドおよびそれを用いた記録装置を提供することにある。

本発明の液体吐出ヘッドは、複数の吐出孔および該複数の吐出孔とそれぞれ繋がっている複数の加圧室を備えている一方方向に長い流路部材と、該流路部材に接合されており、前記複数の加圧室の中の液体をそれぞれ加圧する複数の加圧部と、前記流路部材に接合されており、前記複数の加圧室に液体を供給する複数のリザーバ流路および該複数のリザーバ流路にそれぞれ面するように設けられている複数のダンパを備えている前記一方方向に長いリザーバとを備えており、前記リザーバ流路は、前記一方方向に延在しており、中央部から一方端部までの幅が、前記中央部から他方端部までの幅よりも広くなっている幅広部を備えており、前記複数のリザーバ流路は、前記一方方向に交差する方向に隣接して配置されているとともに、隣り合うリザーバ流路の幅広部が交互に配置されており、かつ前記ダンパが前記幅広部に面するように設けられている。また、本発明の記録装置は、前記液体吐出ヘッドと、記録媒体を前記液体吐出ヘッドに対して搬送する搬送部と、前記複数の加圧部を制御する制御部とを備えている。

本発明によれば、熱伝導部により、長手方向の熱伝導性がよくなり、液体吐出ヘッド内の温度ばらつきを低減でき、ひいては液体吐出ヘッド内の吐出特性のばらつきを小さくできる。また、本発明によれば、ダンパのダンピング効果を高くできる。

本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッドを含む記録装置であるカラーインクジェットプリンタの概略構成図である。 図1の液体吐出ヘッドの縦断面図である。 図1の液体吐出ヘッドの図2と90度異なる方向の部分縦断面図である。 (a)は、図2の液体吐出ヘッドを構成する流路部材および圧電アクチュエータの平面図であり、(b)は液体吐出ヘッドを構成する分岐流路部材の平面図であり、(c)(d)は、液体吐出ヘッドを構成するリザーバを構成する部材の平面図である。 図4(a)の一点鎖線に囲まれた領域の拡大図であり、説明のため一部の流路を省略した図である。 図4(a)の一点鎖線に囲まれた領域の拡大図であり、説明のため一部の流路を省略した図である。 図5のV−V線に沿った縦断面図である。 (a)〜(c)は、本発明の他の液体吐出ヘッド本体の部分縦断面図である。 本発明の他の実施形態の液体吐出ヘッド本体の部分縦断面図である。 (a)は、図9に示した液体吐出ヘッドのリザーバを構成する部材の平面図であり、(b)は、(a)のX−X線に沿った縦断面図である。 (a)は、本発明の他の液体吐出ヘッドのリザーバに用いられる分岐流路部材であり、(b)は、本発明の他の液体吐出ヘッドのリザーバに用いられる流路構造体である。

図1は、本発明の一実施形態による液体吐出ヘッドを含む記録装置であるカラーインクジェットプリンタの概略構成図である。このカラーインクジェットプリンタ1(以下、プリンタ1とする)は、液体吐出ヘッド2を有している。液体吐出ヘッド2は、プリンタ1に固定されている。液体吐出ヘッド2は、図1の手前から奥へ向かう方向に細長い長尺形状を有している。この長い方向を長手方向と呼ぶことがある。

プリンタ1には、印刷用紙Pの搬送経路に沿って、給紙ユニット114、搬送ユニット120および紙受け部116が順に設けられている。また、プリンタ1には、液体吐出ヘッド2や給紙ユニット114などのプリンタ1の各部における動作を制御するための制御部100が設けられている。
給紙ユニット114は、複数枚の印刷用紙Pを収容することができる用紙収容ケース115と、給紙ローラ145とを有している。給紙ローラ145は、用紙収容ケース115に積層して収容された印刷用紙Pのうち、最も上にある印刷用紙Pを1枚ずつ送り出すことができる。
給紙ユニット114と搬送ユニット120との間には、印刷用紙Pの搬送経路に沿って、二対の送りローラ118aおよび118b、ならびに119aおよび119bが配置されている。給紙ユニット114から送り出された印刷用紙Pは、これらの送りローラによってガイドされて、さらに搬送ユニット120へと送り出される。

搬送ユニット120は、エンドレスの搬送ベルト111と2つのベルトローラ106および107とを有している。搬送ベルト111は、ベルトローラ106および107に巻き掛けられている。搬送ベルト111は、2つのベルトローラに巻き掛けられたとき所定の張力で張られるような長さに調整されている。これによって、搬送ベルト111は、2つのベルトローラの共通接線をそれぞれ含む互いに平行な2つの平面に沿って、弛むことなく張られている。これら2つの平面のうち、液体吐出ヘッド2に近い方の平面が、印刷用紙Pを搬送する搬送面127である。
ベルトローラ106には、図1に示されるように、搬送モータ174が接続されている。搬送モータ174は、ベルトローラ106を矢印Aの方向に回転させることができる。また、ベルトローラ107は、搬送ベルト111に連動して回転することができる。したがって、搬送モータ174を駆動してベルトローラ106を回転させることにより、搬送ベルト111は、矢印Aの方向に沿って移動する。
ベルトローラ107の近傍には、ニップローラ138とニップ受けローラ139とが、搬送ベルト111を挟むように配置されている。ニップローラ138は、図示しないバネによって下方に付勢されている。ニップローラ138の下方のニップ受けローラ139は、下方に付勢されたニップローラ138を、搬送ベルト111を介して受け止めている。2つのニップローラは回転可能に設置されており、搬送ベルト111に連動して回転する。

給紙ユニット114から搬送ユニット120へと送り出された印刷用紙Pは、ニップローラ138と搬送ベルト111との間に挟み込まれる。これによって、印刷用紙Pは、搬送ベルト111の搬送面127に押し付けられ、搬送面127上に固着する。そして、印刷用紙Pは、搬送ベルト111の回転に従って、液体吐出ヘッド2が設置されている方向へと搬送される。なお、搬送ベルト111の外周面113に粘着性のシリコンゴムによる処理を施してもよい。これにより、印刷用紙Pを搬送面127に確実に固着させることができる。

液体吐出ヘッド2は、下端にヘッド本体2aを有している。ヘッド本体2aの下面は、液体を吐出する多数の吐出孔が設けられている吐出孔面4−1となっている。
1つの液体吐出ヘッド2に設けられた吐出孔からは、4色の液滴(インク)が吐出されるようになっている。液体吐出ヘッド2の各色を吐出する吐出孔は、一方方向(印刷用紙Pと平行で印刷用紙Pの搬送方向に直交する方向であり、液体吐出ヘッド2の長手方向)に等間隔で配置されているため、各色を一方方向に隙間なく印刷することができる。液体吐出ヘッド2から吐出される液体の色は、例えば、それぞれ、マゼンタ(M)、イエロー(Y)、シアン(C)およびブラック(K)である。液体吐出ヘッド2は、ヘッド本体2aの下面の吐出孔面4−1と搬送ベルト111の搬送面127との間に、わずかな隙間をおいて配置されている。

搬送ベルト111によって搬送された印刷用紙Pは、液体吐出ヘッド2と搬送ベルト111との間の隙間を通過する。その際に、液体吐出ヘッド2を構成するヘッド本体2aから印刷用紙Pの上面に向けて液滴が吐出される。これによって、印刷用紙Pの上面には、制御部100によって記憶された画像データに基づくカラー画像が形成される。

搬送ユニット120と紙受け部116との間には、剥離プレート140と二対の送りローラ121aおよび121bならびに122aおよび122bとが配置されている。カラー画像が印刷された印刷用紙Pは、搬送ベルト111によって剥離プレート140へと搬送される。このとき、印刷用紙Pは、剥離プレート140の右端によって、搬送面127から剥離される。そして、印刷用紙Pは、送りローラ121a〜122bによって、紙受け部116に送り出される。このように、印刷済みの印刷用紙Pが順次紙受け部116に送られ、紙受け部116に重ねられる。
なお、印刷用紙Pの搬送方向について最も上流側にある液体吐出ヘッド2とニップローラ138との間には、紙面センサ133が設置されている。紙面センサ133は、発光素子および受光素子によって構成され、搬送経路上の印刷用紙Pの先端位置を検出することができる。紙面センサ133による検出結果は、制御部100に送られる。制御部100は、紙面センサ133から送られた検出結果により、印刷用紙Pの搬送と画像の印刷とが同期するように、液体吐出ヘッド2や搬送モータ174等を制御することができる。

次に、本発明の液体吐出ヘッド2について説明する。
図2は、液体吐出ヘッド2の長手方向に直交する方向の縦断面図である。ただし、流路部材4およびリザーバ40の内部の流路は省略してある。図3は、液体吐出ヘッド2の長手方向に沿った方向の縦断面図である。ただし、リザーバ40よりも上方に位置するもの、および流路部材4の内部の流路は、一部省略してある。
図4(a)は、ヘッド本体2aの平面図であり、図4(b)は、分岐流路部材51の平面図である。図4(c)および(d)は、リザーバ40を構成する部材の平面図であり、図4(d)は、図3に示したプレート41b、dおよびダンパプレート41cを積層接合したものである。図4(c)および(d)に示した部材を接合することで、リザーバ40の一部であるリザーバ本体41が構成される。図5は、図4(a)の一点鎖線で囲まれた領域の拡大図であり、説明のため一部の流路を省略した図である。図6は、図2(a)の一点鎖線で囲まれた領域の拡大図であり、説明のため図5とは異なる一部の流路を省略した図である。なお、図5および図6において、図面を分かりやすくするために、圧電アクチュエータ基板21の下方にあって破線で描くべきマニホールド(共通流路)5、吐出孔8および加圧室10を実線で描いている。図7は、図5のV−V線に沿った縦断面図である。

液体吐出ヘッド2は、ヘッド本体2aとリザーバ40と金属製の筐体90とを含んでいる。ヘッド本体2aおよびリザーバ40は、いずれも一方方向に長く、互いに沿うように接合されている。また。ヘッド本体2aは、流路部材4と、変位素子(加圧部)30が作り込まれている圧電アクチュエータ基板21とを含んでいる。さらに、リザーバ40は、リザーバ本体41と分岐流路部材51とを含んでいる。
ヘッド本体2aを構成する流路部材4は、共通流路であるマニホールド5と、マニホールド5と繋がっている複数の加圧室10と、複数の加圧室10とそれぞれ繋がっている複数の吐出孔8とを備え、加圧室10は流路部材4の上面に開口しており、流路部材4の上面が加圧室面4−2となっている。また、流路部材4の上面にはマニホールド5と繋がる開口5aを有し、この開口5aより液体が供給されるようになっている。
また、流路部材4の上面には、変位素子30を含む圧電アクチュエータ基板21が接合されており、各変位素子30が加圧室10上に位置するように設けられている。また、圧電アクチュエータ基板21には、各変位素子30に信号を供給するためのFPC(Flexible Printed Circuit)などの信号伝達部92が接続されている。
リザーバ40は、リザーバ流路42が形成されているリザーバ本体41と分岐流路52が形成されている分岐流路部材51とが接合されて構成されている。リザーバ流路42の供給孔42aは外部に向けて開口しており、外部から供給された液体は、供給孔42a、リザーバ流路42、分岐流路52をこの順に通って、流路部材4のマニホールド5に供給される。なお、分岐流路52を設けずに、リザーバ流路42を直接マニホールド5に繋げてもよい。

リザーバ本体41には、その下面より下側に突出する壁41a−2(遮蔽部)を有し、この壁41a−2に囲まれた内側に凹部41a−1が設けられており、この凹部41a−1内に分岐流路部材51およびヘッド本体2aがこの順に配置されている。そして、圧電アクチュエータ基板21は、分岐流路部材51と流路部材4と壁41a−2とで構成される空間である加圧部収容部54に収容されている。
また、流路部材4と壁41a−2とは接合剤で接合されており、加圧部収容部54は略密閉された空間となっている。

このように、本実施形態においては、リザーバ40に設けられている壁41a−2が、ヘッド本体2aの流路部材4の周囲を覆うように配置された状態で接合されており、かつ流路部材4の圧電アクチュエータ基板21が接合されている加圧室面4−2よりも上方にまで設けられていることから、印刷中などに発生する液体のミストが、圧電アクチュエータ基板21、信号伝達部92、および圧電アクチュエータ基板21と信号伝達部92との接続部などに接触することで生じるおそれのある短絡や腐食などを生じ難くできる。
なお、本実施形態においては、リザーバ40にヘッド本体2aの周囲を囲む壁41a−2を設け、リザーバ40とヘッド本体2aの流路部材10との間に加圧部収容部54を形成した例を示したが、これに限定されない。例えば、流路部材4の長手方向の両端に加圧室面4−2より上方へ突出する壁(遮蔽部)を設けるとともに、リザーバ40の短手方向の両端に下方へ突出する壁(遮蔽部)を設け、リザーバ40とヘッド本体2aとを組み合わせたときにリザーバ40の壁と流路部材4の壁とで圧電アクチュエータ基板21が収容され、その周囲を囲む加圧部収容部54を構成するようにしてもよく、また、ヘッド本体2aの流路部材4にヘッド本体2aを取り囲む枠体(遮蔽部)を接合し、さらにこの枠体をリザーバ40と接合剤を用いて接合することにより流路部材4、枠体、リザーバ40とで加圧部収容部54を構成するようにしてもよい。さらに、加圧部収容部54を構成する壁や枠体のリザーバ40側の一部は切り欠かれていても構わない。ただし、切り欠かれた部位の壁や枠体の上面は流路部材4の加圧室面4−2よりもリザーバ40側、つまり加圧室面4−2よりも上方にあればよい。

また、リザーバ40には、加圧部収容部54に繋がるように、上下に貫通する貫通孔44が設けられており、変位素子30を駆動する信号を伝達する信号伝達部92がその中を通っている。貫通孔44の幅は、例えば、1〜2mm程度にされる。貫通孔44は、その一部の内面と壁41a−2の内面とができるだけ滑らかに繋がるように、壁41a−2の近くに設けることが好ましい。貫通孔44を壁41a−2の近くに設けることで、貫通孔44の一部の内面と壁41a−2の内面との間の段差を小さくして滑らかにすることができ、信号伝達部92を貫通孔44へ案内し易くなる。より好ましくは、貫通孔44の一部の内面と壁41a−2の内面とが同一面となるように、貫通孔44をリザーバ40に設けることが望ましい。
また、リザーバ本体41には、断熱性弾性部材97が付けられた押圧板96と、コネクタ95が実装された配線基板94とが固定されている。信号伝達部92にはドライバIC55が実装されている。

そして、制御部100から信号ケーブル(不図示)を介して配線基板94に送られた駆動信号は、コネクタ95を介して信号伝達部92に送られる。信号伝達部92に実装されたドライバIC55は駆動信号を処理し、処理後の駆動信号は信号伝達部92を通じて、圧電アクチュエータ基板21の変位素子30を駆動し、流路部材4の内部の液体を加圧することにより、液滴が吐出される。なお、配線基板94は、例えば、吐出信号を複数のドライバIC55に分けたり、吐出信号の整流などを行ったりしてもよいが、配線基板94を設けず、制御部100からの信号ケーブルを直接信号伝達部92に接続するようにしてもよい。信号伝達部92は可撓性を有する帯状のもので、内部に金属の配線を有し、配線の一部は、信号伝達部92の表面に露出しており、露出した配線により、コネクタ95、ドライバIC55および圧電アクチュエータ基板21と電気的に接続される。
ドライバIC55は、上述の駆動信号処理を行う際に発熱する。ドライバIC55が、押圧板96および断熱性弾性部材97により、信号伝達部92を介して押されて、金属製の筐体90に押し当てられているため、発生した熱は主に筐体90に伝わり、さらに筐体90全体に速く広がり、外部に放熱されていく。押圧板96は、ドライバIC55が取り付けられる際に、湾曲するようになっており、この湾曲が戻る力により、ドライバIC55が筐体90押さえつけられる。

リザーバ本体41は、流路構造体41aと平板状のプレート41b、dと、ダンパプレート41cとが積層されて構成されている。流路構造体41aは厚さが5〜10mm程度とされており、平板状のプレート41b、d、ダンパプレート41cの3層は全体で0.5〜2mm程度の厚さとされている。また、流路構造体41aの下面に形成されている壁41a−2の幅は例えば、1〜2mmとされている。
さらに、流路構造体41aは金属、樹脂、セラミックスなどにより形成することができるが、樹脂製であることが好ましく、これにより複雑な形状であっても安価に作製できる。流路構造体4と壁41a−2と一体的な構造体であれば、流路構造体4と他の平板上のプレートとを積層することで、略密閉されている加圧部収容部54および加圧部収容部54に繋がる貫通孔44を有する液体吐出ヘッド2が得られる。また、プレート40b、dは、樹脂や金属により形成することができるが、樹脂により形成することで、安価にできるとともに、リザーバ本体40aとの間に膨張係数差が生じないので好ましい。

流路構造体41aは、リザーバ流路42の基本的構造を構成するものである。流路構造体41aの上側にプレート41b、下側に分岐流路部材52が積層されることで、長尺状のリザーバ本体41の長さ方向に延在するとともに、リザーバ本体41を上下に貫通するリザーバ流路42がほぼ構成される。リザーバ流路42がリザーバ本体41を上下に貫通する間にフィルタ48が設けられており、液体中の異物などの通過を抑制する。また、リザーバ流路42は、リザーバ本体41の長手方向の一端部から他端部まで延在しており、その両端には、外部へ開口するリザーバ流路の供給孔42aが1箇所ずつ、計2箇所設けられている。このようにすることで、最初に液体を入れる際に一方から液体を入れ、他方から気体および液体を排出することができ、そのため流路内の気体の残存を少なくすることができる。そして、印刷時には、液体はどちらか一方から供給され、他方は不図示のプリンタの機構によって閉じるようにする。そのようにすると、リザーバ流路42内の液体は、液体が供給される方のリザーバ流路42の供給孔42aから中央の分岐流路の供給孔52aまでの流れが主になり、閉じられている方の側ではあまり液体は流動しない。
リザーバ流路42の内壁の一部は、弾性変形可能な材質のダンパプレート41cで構成されたダンパ46になっている。ダンパ46のリザーバ流路42と反対の面が面する方向に変形できるように開口しているため、ダンパ46は弾性変形することでリザーバ流路42の体積を変化させることができ、液体吐出量が急激に多くなった場合などに、安定して液体が供給できるようになる。ダンパプレート41cの材質は、例えば、樹脂や金属であり、厚みは5〜30μm程度である。

本実施形態では、リザーバ流路42は長手方向に沿って延在するとともに、長さ方向に交際する方向に隣接している4本が、独立して設けられている。詳細は後述するが、これにより、1つの液体吐出ヘッド4から4色のインクを吐出できるようになる。また、リザーバ本体41のリザーバ流路42は、長さ方向の中央部で、後述の分岐流路52の供給孔(中央流路)42aに繋がっている。
ダンパ46は、変形によりリザーバ流路42の体積を変える量が大きいほど、急激な流量の変化に対応でき、ダンピング効果が高くなる。最初にインクを入れる際、リザーバ流路42に気泡などが残り難いように、複数のリザーバ流路42をザーバ本体41の長さ方向に延在させ、幅方向に隣接するように設けようとすると、リザーバ流路42に面するように設けられるダンパ46の幅は狭くなってしまう。ダンパ46の変形量は、長さの短い幅方向の長さの影響を大きく受けるので、幅が狭いとダンピング効果は低くなる。
そこで、リザーバ流路42において、中央部から一方端部までの流路を、中央部から他方端部までの流路よりも幅の広い幅広部42cとして、幅広部42cに面するようにダンパ48を設けて、隣接するリザーバ流路42で、幅広部42cが設けられるのを異なる端部側にする。別の言い方をすれば、隣り合っているリザーバ流路42では、幅広部42cと幅広部42cより幅の狭い幅狭部42dと隣り合うようにする。このようにすることで、ダンパ46のダンピング効果を高くできる。これは、ダンパ46の面積が同程度であっても、幅が広い方が、変形量が大きくなってダンピング効果が高くなるからである。また、リザーバ40の幅方向に幅広部42と幅狭部42dとが交互に配置されていることにより、リザーバ40の幅が大きくなることを抑制できる。

さらに、印刷を行う際に、液体の供給を幅広部42c側より行うことで、液体の供給が液体吐出ヘッド2の両端部からそれぞれ行われる。そのため液体吐出ヘッド2と異なる温度の液体が供給された際に、液体吐出ヘッド2の長さ方向の温度分布がほぼ対称になり、温度分布の不均一さを減らすことができる。液体の粘度などは、通常ある程度温度依存性があるので、温度分布を平均化することにより、印刷精度を高くできる。また、複数の液体吐出ヘッド2を長さ方向に並べて、広い面積に印刷を行う場合、液体吐出ヘッド2の両端の温度差が小さいため、隣接する液体吐出ヘッド2の間で、温度差による吐出特性の差によって、境界がすじ状に見えるなどの印刷精度の低下を起き難くできる。幅広部42cの幅を広くするため、幅の狭い側の幅狭部42dの幅は狭い方が好ましい。また、幅狭部42dの深さは、流路構造体41aの1/2以上、好ましくは3/4以上にすることで流量を多くできる。

また、後述の分岐流路52には、長さ方向の中央部に、中央流路52aで繋がるので、液体を長手方向の一端から入れる場合、他端側にフィルタ48を設けても、他端側のフィルタ48を通る液体の量は相対的に少なくなる。そこで、液体が供給される側のリザーバ流路42の幅を広くすれば、フィルタとして有効利用される部分の面積が広くなり、同じ開口比率のフィルタ48を使用した場合のスループット多くできるとともに、一部に異物が詰まっても、機能低下が起り難くできる。

分岐流路部材51には、分岐流路52が設けられており、分岐流路52の中央部の供給孔(中央流路)52aは、リザーバ本体41の中のリザーバ流路42の中央部と繋がっている。分岐流路52は、途中で分岐して、流路部材4の中のマニホールド5の開口5aと繋がっている。
分岐流路52を設けて、マニホールド5の両端から流路部材4へ液体を供給することにより、液体の供給不足が起り難くできる。また、マニホールド5の一端から供給する場合と比較して、マニホールド5を液体が流れる際に生じる圧力損失の差を約半分にできるため、液体吐出特性のばらつきを少なくできる。さらに、圧力損失の差を少なくするために、マニホールド5の中央付近で供給したり、マニホールド5の途中の数か所から供給したりすることも考えられるが、そのような構造では液体吐出ヘッド2の幅が大きくなり、吐出孔8の配置の幅方向への広がりも大きくなってしまう。そうなると、液体吐出ヘッド2をプリンタ1に取り付ける角度のずれが印刷結果に与える影響が大きくなるので好ましくない。複数の液体吐出ヘッド2を用いて印刷する場合においても、複数の液体吐出ヘッド2の全体の吐出孔8が配置されている面積が広がるので、複数の液体吐出ヘッド2の相対的な位置の精度が印刷結果に与える影響が大きくなるので好ましくない。そのため、液体吐出ヘッド2の幅を小さくしつつ、圧力損失の差を少なくするためには、マニホールド5の両端から供給するのが好ましい。なお、分岐流路52を設けず、リザーバ流路42とマニホールド5の開口5aとを直接繋げてもよい。
また、圧力損失を少なくするため、平面視した際の、分岐流路52の長手方向の両方の端の位置と、マニホールド5の両方の端の位置とを同じにしておき、分岐流路52の両方の端からマニホールド5の両方の端へは、直線的に下方に向かう流路で繋ぐことが好ましい。
分岐流路52の供給孔(中央流路)52aは、長手方向の中央部に形成されているため、複数の部分で繋がるマニホールド5までの流路長の長さの差を比較的小さくすることができるので、液体の供給を安定化させることができる。ここで言う中央部とは、リザーバ流路42の両端の間の中央の1/3の部分のことであり、中央流路52aを設ける範囲を、両端の間の中央の1/10にすれば、分岐した後の分岐流路52の長さをより近くできる。

分岐流路部材51の流路部材4に接合されている長尺形状の両端の間に凹部が設けられており、圧電アクチュエータ基板21が収められている。このような構造であるため、圧電アクチュエータ基板21として、幅が流路部材4の80%以上、長さがマニホールドの開口5a間の80%以上、変位素子30を構成する個別電極25が4インチにわたって形成されている非常に大きなものを用いることができる。これにより、接合する圧電アクチュエータ基板21の数を少なくできるので、工程を簡略化できるとともに、複数の圧電アクチュエータ基板21を用いる際に生じる圧電アクチュエータ基板21間の変位素子30のばらつきがなくなるため、吐出ばらつきを低減できる。
分岐流路部材51は複数の長方形状のプレート51a〜51cを積層して構成されている。分岐流路52は、分岐流路52の供給孔52aの直下で長手方向の一方および他方に分岐し、長手方向の端近くで下側に向かい、分岐流路52の流出孔52bで流路部材4のマニホールド5の開口5aに繋がる。分岐した後の分岐流路52は、マニホールド5までの流路長はそれぞれ略等しくなっている。これにより、外部から供給される液体の温度変動や圧力変動が、マニホールド5との複数の連結部に、少ない時間差で伝わるため、液体吐出ヘッド2内の液滴の吐出特性のバラツキをより少なくできる。なお、ここで言う略等しいとは、最も長い流路長に対して、最も短い流路長が80%以上であることであり、90%以上であるとより好ましい。また、分岐流路52は、それぞれの長さが略等しいだけでなく、断面積も略等しいことが好ましい。ここで断面積が略等しいとは、分岐流路52の液体導入孔60bから同じ流路長である場所での、流路の断面積の差が20%以下であることであり、10%以下であるとより好ましい。

ヘッド本体2aは、平板状の流路部材4と、流路部材4上に、変位素子30を含む圧電アクチュエータ基板21を1つ有している。圧電アクチュエータ基板21の平面形状は長方形状であり、その長方形の長辺が流路部材4の長手方向に沿うように流路部材4の上面に配置されている。
流路部材4の内部には4つのマニホールド5が形成されている。マニホールド5は流路部材4の長手方向に沿って延びる細長い形状を有しており、その両端において、流路部材4の上面にマニホールド5の開口5aが形成されている。本実施例においては、マニホールド5は独立して4本設けられており、それぞれ開口5aにおいて分岐流路52に繋がっている。
流路部材4は、複数の加圧室10が2次元的に広がって形成されている。加圧室10は、角部にアールが施されたほぼ菱形の平面形状を有する中空の領域である。加圧室10は流路部材4の上面である加圧室面4−2に開口している。
加圧室10は1つのマニホールド5と個別供給流路14とを介して繋がっている。1つのマニホールド5に沿うようにして、このマニホールド5に繋がっている加圧室10の列である加圧室列11が、マニホールド5の両側に2列ずつ、合計4列設けられている。したがって、全体では16列の加圧室列11が設けられている。各加圧室列11における加圧室10の長手方向の間隔は同じであり、37.5dpiの間隔となっている。なお、各加圧室列11の端の加圧室10は、ダミーとなっており、マニホールド5とは繋がっていない。このダミーにより、端から1つ内側の加圧室10の周囲の構造(剛性)が他の加圧室10の構造(剛性)と近くなることで、液体吐出特性の差を少なくできる。

各加圧室列11の加圧室10は、隣接する圧室列11の間に角部が位置するように千鳥状に配置されている。1つのマニホールド5に繋がっている加圧室10により加圧室群が構成されており、加圧室群は4つある。各加圧室群内における加圧室10の相対的な配置は同じになっており、各加圧室群は長手方向にわずかにずれて配置されている。これらの加圧室10は、流路部材4の上面における圧電アクチュエータ基板21に対向する領域に、加圧室群間などの少し間隔が広くなって部分はあるものの、ほぼ全面にわたって配列されている。つまり、これらの加圧室10によって形成された加圧室群9は圧電アクチュエータ基板21とほぼ同一の大きさおよび形状の領域を占有している。また、各加圧室10の開口は、流路部材4の上面に圧電アクチュエータ基板21が接合されることで閉塞されている。
加圧室10の個別供給流路14が繋がっている角部と対向する角部とからは、流路部材4の下面の吐出面4−1に開口している吐出孔8に繋がるディセンダが伸びている。ディセンダは、平面視において、加圧室の対角線を延長する方向に伸びている。つまり、長手方向の吐出孔8の配置と加圧室10配置は同じになっている。各加圧室列11において、加圧室10は37.5dpiの間隔で並んでおり、1つのマニホールド5に繋がっている加圧室10は全体として、長手方向に150dpiの間隔になっている。さらに、4つのマニホールド5に繋がっている加圧室10は、長手方向に600dpiに相当する間隔でずれて配置されているため、液体加圧室10は全体で長手方向に600dpiの間隔で形成されている。前述のように、吐出孔8の長手方向の配置は液体加圧室10と同じになっているので、吐出孔8の長手方向の間隔も600dpiになっている。

別の言い方をすると、流路部材4の長手方向に平行な仮想直線に対して直交するように吐出孔8を投影すると、図6に示した仮想直線のRの範囲に、各マニホールド5に繋がっている4つの吐出孔8、つまり全部で16個の吐出孔8が、600dpiの等間隔となっているということである。これにより、全てのマニホールド5に同じ色のインクを供給することで、全体として長手方向に600dpiの解像度で画像が形成可能となる。また、1つのマニホールド5に繋がっている4つの吐出孔8は、仮想直線のRの範囲で150dpiの等間隔になっている。これにより、各マニホールド5に異なる色のインクを供給することで、全体として長手方向に150dpiの解像度で4色の画像が形成可能となる。この場合、さらに4つの液体吐出ヘッド2を用いて、それぞれ液体吐出ヘッド2において各色のインクを異なる位置のマニホールド5に供給するようにして、600dpiの解像度で4色の画像が形成してもよい。さらに、2つの液体吐出ヘッド2を用いて、それぞれ液体吐出ヘッド2において各色のインクを異なる位置のマニホールド5に供給するようにして、300dpiの解像度で4色の画像が形成してもよい。このようにすることで、記録媒体P上において、主走査方向に並んだ同じ色のインクでは、吐出されたもとが、異なる液体吐出ヘッド2の、しかも液体吐出ヘッド2の中のマニホールド5の位置が異なるものになる。そのため、液体吐出ヘッド2毎に生じる液体吐出特性のばらつきや、各液体吐出ヘッド2内におけるマニホールド5の位置により生じたばらつきを反映した同傾向の吐出ばらつきが並んで生じ難いので、きれいな画像が得られる。

圧電アクチュエータ基板21の上面における各加圧室10に対向する位置には、個別電極25がそれぞれ形成されている。個別電極25は、加圧室10より一回り小さく、加圧室10とほぼ相似な形状を有している個別電極本体25aと、個別電極本体25aから引き出されている引出電極25bとを含んでおり、個別電極25は、加圧室10と同じように、個別電極列および個別電極群を構成している。また、圧電アクチュエータ基板21の上面には、共通電極24と電気的に接続されている共通電極用表面電極28が形成されている。共通電極用表面電極28は、圧電アクチュエータ基板21の短手方向の中央部に、長手方向に沿うように2列形成され、また、長手方向の端近くで短手方向に沿って1列形成されている。図示した共通電極用表面電極28は、直線上に断続的に形成されたものであるが、直線上に連続的に形成してもよい。圧電アクチュエータ基板21には、2枚の信号伝達部92が、圧電アクチュエータ基板21の2つの長辺側から、それぞれ中央に向かうように配置され、接合される。共通電極用表面電極28は、信号伝達部92の端部(先端および圧電アクチュエータ基板21の長手方向の端)において接続され、共通電極用表面電極28およびその上に形成される共通電極用接続電極が、引出電極25bおよびその上に形成される接続電極26よりも面積が大きいため、信号伝達部92が端からはがれ難くできる。

また、吐出孔8は、流路部材4の下面側に配置されたマニホールド5と対向する領域を避けた位置に配置されている。さらに、吐出孔8は、流路部材4の下面側における圧電アクチュエータ基板21と対向する領域内に配置されている。これらの吐出孔8は、1つの群として圧電アクチュエータ基板21とほぼ同一の大きさおよび形状の領域を占有しており、対応する圧電アクチュエータ基板21の変位素子30を変位させることにより吐出孔8から液滴が吐出できる。
ヘッド本体2aに含まれる流路部材4は、複数のプレートが積層された積層構造を有している。これらのプレートは、流路部材4の上面から順に、キャビティプレート4a、ベースプレート4b、アパーチャ(しぼり)プレート4c、サプライプレート4d、マニホールドプレート4e〜g、カバープレート4hおよびノズルプレート4iである。これらのプレートには多数の孔が形成されている。各プレートの厚さは10〜300μm程度であることにより、形成する孔の形成精度を高くできる。各プレートは、これらの孔が互いに連通して個別流路12およびマニホールド5を構成するように、位置合わせして積層されている。ヘッド本体2aは、加圧室10は流路部材4の上面に、マニホールド5は内部の下面側に、吐出孔8は下面にと、個別流路12を構成する各部分が異なる位置に互いに近接して配設され、加圧室10を介してマニホールド5と吐出孔8とが繋がる構成を有している。

各プレートに形成された孔について説明する。これらの孔には、次のようなものがある。第1に、キャビティプレート4aに形成された加圧室10である。第2に、加圧室10の一端からマニホールド5へと繋がる個別供給流路14を構成する連通孔である。この連通孔は、ベースプレート4b(詳細には加圧室10の入り口)からサプライプレート4c(詳細にはマニホールド5の出口)までの各プレートに形成されている。なお、この個別供給流路14には、アパーチャプレート4cに形成されている、流路の断面積が小さくなっている部位であるしぼり6が含まれている。
第3に、加圧室10の他端から吐出孔8へと連通する流路を構成する連通孔であり、この連通孔は、以下の記載においてディセンダ(部分流路)と呼称される。ディセンダは、ベースプレート4b(詳細には加圧室10の出口)からノズルプレート4i(詳細には吐出孔8)までの各プレートに形成されている。第4に、マニホールド5を構成する連通孔である。この連通孔は、マニホールドプレート4e〜gに形成されている。
第1〜4の連通孔が相互に繋がり、マニホールド5からの液体の流入口(マニホールド5の出口)から吐出孔8に至る個別流路12を構成している。マニホールド5に供給された液体は、以下の経路で吐出孔8から吐出される。まず、マニホールド5から上方向に向かって、個別供給流路14に入りを通り、しぼり6の一端部に至る。次に、しぼり6の延在方向に沿って水平に進み、しぼり6の他端部に至る。そこから上方に向かって、加圧室10の一端部に至る。さらに、加圧室10の延在方向に沿って水平に進み、加圧室10の他端部に至る。そこから少しずつ水平方向に移動しながら、主に下方に向かい、下面に開口した吐出孔8へと進む。

分岐流路部材51も、流路部材4と同様には圧延法等により得られプレート51a〜cに、エッチングや研削により所定の形状に加工されて積層接着され、液体流路52および圧電アクチュエータが収納される加圧部収容部54となる凹部が設けられる。プレート51a〜cの厚さは、例えば0.3〜3m程度である。
圧電アクチュエータ基板21は、2枚の圧電セラミック層21a、21bからなる積層構造を有している。これらの圧電セラミック層21a、21bはそれぞれ20μm程度の厚さを有している。圧電アクチュエータ基板21の圧電セラミック層21aの下面から圧電セラミック層21bの上面までの厚さは40μm程度である。圧電セラミック層21a、21bのいずれの層も複数の加圧室10を跨ぐように延在している。これらの圧電セラミック層21a、21bは、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)系のセラミックス材料からなる。
圧電アクチュエータ基板21は、Ag−Pd系などの金属材料からなる共通電極24およびとAu系などの金属材料からなる個別電極25を有している。個別電極25は上述のように圧電アクチュエータ基板21の上面における加圧室10と対向する位置に配置されている個別電極本体25aそこから引き出された引出電極25bとを含んでいる。引出電極25bの一端の、加圧室10と対向する領域外に引き出され部分には接続電極26が形成されている。接続電極26は例えばガラスフリットを含む銀−パラジウムからなり、厚さが15μm程度で凸状に形成されている。また、接続電極26は、信号伝達部92に設けられた電極と電気的に接合されている。詳細は後述するが、個別電極25には、制御部100から信号伝達部92を通じて駆動信号が供給される。駆動信号は、印刷媒体Pの搬送速度と同期して一定の周期で供給される。流路部材4に、接続電極26が形成された圧電アクチュエータ基板21を積層して接合する際に、ダミー接続電極27も形成しておけば、接合する圧力は接続電極26およびダミー接続電極27を介して伝わるので、加わる圧力の分布を均一化し、接合されない部分や接合の弱い部分を生じにくくできる。ダミー接接続電極27は、信号伝達部92と接続しなくてもよいが、接続すれば、圧電アクチュエータ基板21と信号伝達部92との接続強度を高くすることができる。

共通電極24は、圧電セラミック層21aと圧電セラミック層21bとの間の領域に面方向のほぼ全面にわたって形成されている。すなわち、共通電極24は、圧電アクチュエータ基板21に対向する領域内の全ての加圧室10を覆うように延在している。共通電極24の厚さは2μm程度である。共通電極24は、圧電セラミック層21b上に個別電極25からなる電極群を避ける位置に形成されている共通電極用表面電極28に、圧電セラミック層21bに形成されたビアホールを介して繋がっていて、接地され、グランド電位に保持されている。共通電極用表面電極28は、多数の個別電極25と同様に、信号伝達部92上の別の電極と接続されている。
なお、後述のように、個別電極25に選択的に所定の駆動信号が供給されることにより、この個別電極25に対応する加圧室10内の液体に圧力が加えられる。これによって、個別流路12を通じて、対応する液体吐出口8から液滴が吐出される。すなわち、圧電アクチュエータ基板21における各加圧室10に対向する部分は、各加圧室10および液体吐出口8に対応する個別の変位素子30に相当する。つまり、2枚の圧電セラミック層からなる積層体中には、図5に示されているような構造を単位構造とする圧電アクチュエータである変位素子30が加圧室10毎に、加圧室10の直上に位置する振動板21a、共通電極24、圧電セラミック層21b、個別電極25により作り込まれており、圧電アクチュエータ基板21には加圧部である変位素子30が複数含まれている。なお、本実施形態において1回の吐出動作によって液体吐出口8から吐出される液体の量は5〜7pl(ピコリットル)程度である。
多数の個別電極25は、個別に電位を制御することができるように、それぞれが信号伝達部92および配線を介して、個別に制御部100に電気的に接続されている。個別電極25を共通電極24と異なる電位にして圧電セラミック層21bに対してその分極方向に電界を印加したとき、この電界が印加された部分が、圧電効果により歪む活性部として働く。この構成において、電界と分極とが同方向となるように、制御部100により個別電極25を共通電極24に対して正または負の所定電位にすると、圧電セラミック層21bの電極に挟まれた部分(活性部)が、面方向に収縮する。一方、非活性層の圧電セラミック層21aは電界の影響を受けないため、自発的には縮むことがなく活性部の変形を規制しようとする。この結果、圧電セラミック層21bと圧電セラミック層21aとの間で分極方向への歪みに差が生じて、圧電セラミック層21bは加圧室10側へ凸となるように変形(ユニモルフ変形)する。

本実施の形態における実際の駆動手順は、あらかじめ個別電極25を共通電極24より高い電位(以下高電位と称す)にしておき、吐出要求がある毎に個別電極25を共通電極24と一旦同じ電位(以下低電位と称す)とし、その後所定のタイミングで再び高電位とする。これにより、個別電極25が低電位になるタイミングで、圧電セラミック層21a、bが元の形状に戻り、加圧室10の容積が初期状態(両電極の電位が異なる状態)と比較して増加する。このとき、加圧室10内に負圧が与えられ、液体がマニホールド5側から加圧室10内に吸い込まれる。その後再び個別電極25を高電位にしたタイミングで、圧電セラミック層21a、bが加圧室10側へ凸となるように変形し、加圧室10の容積減少により加圧室10内の圧力が正圧となり液体への圧力が上昇して、液滴が吐出される。つまり、液滴を吐出させるため、高電位を基準とするパルスを含む駆動信号を個別電極25に供給することになる。このパルス幅は、圧力波がしぼり6から吐出孔8まで伝播する時間長さであるAL(Acoustic Length)が理想的である。これによると、加圧室10内部が負圧状態から正圧状態に反転するときに両者の圧力が合わさり、より強い圧力で液滴を吐出させることができる。
また、階調印刷においては、吐出孔8から連続して吐出される液滴の数、つまり液滴吐出回数で調整される液滴量(体積)で階調表現が行なわれる。このため、指定された階調表現に対応する回数の液滴吐出を、指定されたドット領域に対応する吐出孔8から連続して行う。一般に、液体吐出を連続して行う場合は、液滴を吐出させるために供給するパルスとパルスとの間隔をALとすることが好ましい。これにより、先に吐出された液滴を吐出させるときに発生した圧力の残余圧力波と、後に吐出させる液滴を吐出させるときに発生する圧力の圧力波との周期が一致し、これらが重畳して液滴を吐出するための圧力を増幅させることができる。なお、この場合後から吐出される液滴の速度が速くなると考えられるが、その方が複数の液滴の着弾点が近くなり好ましい。

続いて、本発明の他の液体吐出ヘッドの実施形態を図8(a)〜(c)を用いて説明する。図8(a)〜(c)に示す液体吐出ヘッド202、302、402は、基本構造は図1〜7で示したものと同じであるが、リザーバ本体41の流路構造体241a、341a、441aの構造が異なっている。なお、変わりがない部位については、同じ符号を付けて、説明を省略する。

図8(a)に示す液体吐出ヘッド202では、加圧部収容部54を構成する壁241a−2の先端がヘッド本体2aの吐出孔面4−1より下側に突出している。このように、壁241a−2の先端を吐出孔面4−1より突出させることにより、記録媒体Pが吐出孔面4−1に当たり吐出孔8の形状をゆがませたり、吐出孔面4−1に形成さている撥水膜を傷つけたりしてしまうことにより、液体の吐出が変動するのを抑制できる。壁241a−2の先端は、吐出孔面4−1の周囲の少なくとも一部より突出させてあれば、上述の効果が得られる。液体吐出ヘッド202と記録媒体Pとが相対的に移動する方向に直交する方向である吐出孔面4−1の長辺全体に設けられていれば、吐出孔面4−1を守る効果を高くできる。さらに、壁241a−2の先端を、吐出孔面4−1の周囲全体より突出させることで、吐出孔面4−1をより守ることができる。壁241a−2の先端を、吐出孔面4−1の周囲全体より突出させることで、流路部材4の側面全体が壁241a−2により覆われた状態になる。そのため、流路部材4が複数のプレートを積層して形成されている場合、各プレートの接着が不十分であっても、外部との液体の行き来を生じ難くすることができ、印刷に支障をきたすことを抑制できる。なお、吐出孔面4−1より壁241a−2の先端までの突出量を0.2mm以上にすることにより、吐出孔面4−1を守る効果を高くすることができる。一方、0.5mm以下にすることにより、吐出孔面4−1と突出した部分との段差を、吐出孔面4−1をワイプする際に支障なくできる。
また、このような構造を有することにより、吐出孔面4−1を保護するために別の部材を組み付ける必要がなく、吐出ヘッド2aとリザーバ40とを接合するだけで、加圧部収容部54として、略密閉された空間を確保するとともに、吐出孔面4−1を保護する突出を設けることができる。

図8(b)に示す液体吐出ヘッド302では、圧電アクチュエータ基板21を収容する空間である加圧部収容部54を構成する壁241a−2の先端が、吐出孔面4−1より下側に突出しているとともに、壁241a−2の先端部の外側のエッジが面取りされている。そのため、記録媒体Pが傷つくことが抑制できる。
図8(c)に示す液体吐出ヘッド402では、圧電アクチュエータ基板21を収容する空間である加圧部収容部54を構成する壁241a−2の先端が、吐出孔面4−1より下側に突出しているとともに、壁241a−2の先端面を内側面より外側面に向かう傾斜面としてある。そのため、記録媒体Pが傷つくことが抑制できる。
以上を遮蔽部に関してまとめると、液体吐出ヘッド2が、複数の吐出孔8および複数の吐出孔8とそれぞれ繋がっている複数の加圧室20を備えている流路部材4と、流路部材4に接合されており、複数の加圧室10の中の液体をそれぞれ加圧する複数の加圧部30と、流路部材4に沿うように接合されており、流路部材4の加圧部30が接合されている加圧室面4−2より突出するように設けられている遮蔽部41a−2とを備えている場合、ミストなどによる短絡や腐食などを生じ難くできる。
また、流路部材4が、複数の吐出孔8が開口した平面状の吐出孔面4−1を有し、遮蔽部341a−2の少なくとも一部が吐出孔面4−1よりも突出している場合、吐出孔面4−1を外部からの衝撃から保護することができる。
さらに、吐出孔面4−1が遮蔽部341a−2により囲まれており、かつ遮蔽部341a−2が吐出孔面4−1の周囲全てにわたって吐出孔面4−1よりも突出している場合、よりよく保護できる。遮蔽部は、吐出孔面側の先端部のうち吐出孔面と対向しない側が面取りされていることが好ましい。

液体吐出ヘッド2が、複数の加圧室10に液体を供給するリザーバ流路42を備えているとともに、一部が遮蔽部41a−3となっているリザーバ40を備え、リザーバ40と流路部材4と遮蔽部41a−3との間に、複数の加圧部30が収容されている加圧部収容部54を備えている場合、リザーバ40によってもミストの侵入が抑制できる。
また、液体吐出ヘッド2が、複数の加圧室30に液体を供給するリザーバ流路42を備えているとともに、一部が遮蔽部41a−3となっているリザーバ40を備え、リザーバ40と流路部材4との間に、複数の加圧部30が収容される加圧部収容部54を備えている場合、リザーバ40によってもミストの侵入が抑制できるとともに、流路部材4とリザーバ40と接合させるだけで、液体吐出ヘッド2に遮蔽部41a−3が取り付けられた状態にできるので、製造工程が簡単になる。
リザーバ40が加圧部収容部54に繋がっている貫通孔44を備えており、貫通孔44を通っており、複数の加圧部30を駆動する信号を伝達する信号伝達部92を備えている場合、信号伝達部92および信号伝達部92と複数の加圧部30との接点をなどによる短絡や腐食などを生じ難くできるとともに、信号伝達部92をリザーバ40の上に引き回すことができる。
流路部材4が、一方方向に長い長尺形状であり、かつ共通流路5を備えており、共通流路5は、流路部材4の前記一方方向に延在しているとともに、複数の加圧室10に繋がっており、リザーバ40は、前記一方方向に長く、かつ分岐流路52を備えており、分岐流路52は、リザーバ40の前記一方方向に延在しており、分岐流路52の中央部がリザーバ流路42の中央部と繋がっており、かつ分岐流路52両端部がそれぞれ流路部材4の共通流路5と繋がっている場合、共通流路5の両端から供給することで、液体の供給が安定するとともに、分岐流路52のその両端までの長さの差が小さくなるので、供給の条件が近くなる。

流路部材4およびリザーバ40に、それぞれ独立した共通流路5およびリザーバ流路42が複数設けられている場合、それぞれに異なる液体を供給して吐出すことができるので、多色印刷などができるようになる。
また、ヘッド本体2aが一方方向に長い場合、長手方向において、温度差を生じ易いが、図4(c)に示されているように、リザーバ40に、長手方向に延びる複数の断熱部間に熱伝導部41a−3が存在していることにより、長手方向に熱が伝わり易くなり、ヘッド本体2a内の温度ばらつきを小さくできる。リザーバ540と流路部材4とを接合している接合方向から見た場合、すなわち平板状のリザーバの540の平面視において、熱伝導部41a−3と、リザーバ40の長手方向に沿った外壁の間にはリザーバ流路42が存在する。リザーバ流路42を満たす水などの液体は、金属などで構成される熱伝導部41a−3より熱伝導率が低いので、リザーバ流路42は、熱伝導部41a−3から長手方向に沿った外壁に熱が伝わって外部に逃げていくのを抑制する断熱部として作用して、熱を長手方向に伝わり易くできる。
リザーバ40は、全体を金属などの高熱伝導部材で構成してもよい。また、流路構造体41を基本的にプラスチックで構成して、熱伝導部41a−3として、金属などの高熱伝導部材を柱状にして入れれば、長手方向へ運ばれる熱の割合をより多できる。また、そうすれば、流路構造体41を金属製にして、複雑な形状を研削など加工するよりも安価に作製することができる。

リザーバ40にヒータを取り付けて40〜60℃程度に加熱して使用する場合、長手方向の両端部からの熱の放散があるので、ヒータをリザーバ40の主面のほぼ全体に取り付けたとしても、ヘッド本体2aの両端の温度が中央の温度よりも低く成り易い。熱伝導部41a−3が存在しない場合、例えば、長手方向において2〜5℃程度の温度差を生じることがあるが、液体の粘度や変位素子30の変位特性は、ある程度温度により変わるため、温度差により吐出性がばらつくことがある。熱伝導部41a−3に存在することにより、他の構造にもよるが、例えば、長手方向の温度差が1℃程度あるいは、それ以下にすることができる。
熱伝導部41a−3を、短手方向であるリザーバの幅方向の中央部に設ければ、短手方向の温度差も少なくすることができる。ここで、熱伝導部41a−3を、短手方向の中央部に設けるとは、熱伝導部41a−3が、短手方向の中央の短手方向の幅の1/2の領域(すなわち、短手方向の端から1/4〜3/4までの領域)と重なっていることを指し、中央の幅の1/4の領域(すなわち、短手方向の端から3/8〜5/8までの領域)と重なっていることが好ましい。

また、特に印刷の結果への影響が大きい流路部材4における温度差を小さくするために、リザーバ40と流路部材4とは、それぞれの両端を接続するのがよい。そのようにすることで、リザーバ40から流路部材4への熱が、主に両端から伝わり、長手方向における液体吐出ヘッド2全体の温度分布と相殺されるようになるので、流路部材4における温度差をより小さくできる。
さらに、リザーバ40は、リザーバ40と流路部材4との接合方向から見た場合の流路部材4の外周を囲うようにして、流路部材4と接合されている場合、リザーバ40から流路部材4への熱が流路部材4の外周全体から伝わってくるので、流路部材4における温度差をより小さくできる。

図9ならびに図10(a)および(b)は、本発明の液体吐出ヘッド2の他の実施形態である。図9は、ヘッド本体2の部分縦断面図であり、図10(a)は、図9に示した液体吐出ヘッドのリザーバ540を構成する部材の平面図であり、(b)は、図9(a)のX−X線に沿った縦断面図である。これらにおいて、図2〜7で示した液体吐出ヘッドと差異の少ない部分については、同じ符号を付けて説明を省略する。

この液体吐出ヘッドには、リザーバ流路42、分岐流路52、共通流路であるマニホールド5が、それぞれ2本設けられている。リザーバ流路42は、それぞれ別の分岐流路52に繋がっており、分岐流路52は、途中で分岐して、それぞれ別のマニホールド5に繋がっている。各マニホールドは、300dpiの間隔で配置された複数の吐出孔8にそれぞれ繋がっている加圧室に繋がっている。これにより、2本のリザーバ流路42に異なる色のインクを供給すれば、300dpiで2色の印刷ができ、同じ色のインクを供給すれば、600dpiの印刷が可能になる。
この液体吐出ヘッドにおいても、リザーバ540の長手方向に熱伝導部541a−3が延在しており、これにより短手方向よりも長手方向に熱が伝わり易くなっている。
熱伝導部541a−3とリザーバ540の長手方向に沿った外壁との間には、リザーバ流路42があることにより、熱伝導が抑制される。また、リザーバ540には、空間541a−4が設けられており、この空間541a−4は、熱伝導部541a−3とリザーバ540の長手方向に沿った外壁との間の熱伝導を抑制する断熱部となっている。すなわち、リザーバ流路42および空間541a−4の両方が、熱伝導部541a−3とリザーバ540の長手方向に沿った外壁との間に設けられていて、断熱部として機能するため、長手方向に運ばれる熱の割合を多くできる。なお、空間541a−4には、リザーバ540よりも熱伝導性の低いものが入れられていてもよい。例えば、弾性体を入れて、吐出に伴う液体吐出ヘッド2の共振を抑制させるようにしてもよい。

断熱部は、リザーバ流路42および空間541a−4のどちらか一方で構成されていてもよい。しかし、断熱部を空間541a−4のみで構成しようとすると、リザーバ540に、リザーバ流路42以外に空間541a−4の占める割合が多くなり、空間の利用効率が悪くなる。また、断熱部をリザーバ流路42のみで構成しようとすると、液体を効率よく供給したり、泡などが流路部材4へ流れ難くしたりする上で不必要な流路を作ることになってしまい、本来のリザーバ流路42の役割を阻害するおそれがある。したがって、リザーバ流路42と空間541a−4とを組み合わせて断熱部とするのがよい。
断熱部は長手方向に沿って、熱伝導部541a−3とリザーバ540の短手方向の外壁の間に存在すれば、連続的に設けられていても、断続的に設けられていてもよい。異なる液体が流れる可能性のあるリザーバ流路42の間やリザーバ流路42と空間541a−4との間以外において、連続的に設けることで、短手方向への熱伝導をより抑制できる。

また、ヘッド本体2aにヒータを取り付ける場合、熱伝導部541a−3のあるリザーバ540に取り付けるのが好ましい。その場合、ヒータは長手方向に沿って取り付け、さらに長手方向の一端部から他端部までの長さを有するものを取り付けるのが好ましい。一般的に、ヒータを取り付けた場合であっても、ヘッド本体2aの長手方向の両端からの放熱が多くなるので、両端の温度が低くなる傾向があるが、上述のように、熱伝導部541a−3によって熱が長手方向へ移送されるので、長手方向の温度分布の差を小さくできる。

続いて、本発明のさらに他の液体吐出ヘッドの実施形態を図11(a)および(b)を用いて説明する。図1〜7で示した液体吐出ヘッド2の分岐流路部材51を図11(a)に示した分岐流路部材651に変え、流路構造体41aを図11(a)に示した流路構造体641aに変えることで、本発明のさらに他の液体吐出ヘッドが得られる。

分岐流路部材651の供給孔(中央流路)652aは、長さ方向の中央部に設けられているが、長さ方向に交互にずれて配置されている。これにより供給孔652aが離れて配置されるため、流路構造体641aと分岐流路部材651との接合に際に、小さな接合不良が生じても、隣接する供給孔652a同士が繋がり難く、液体の混合が生じにくい。また、接合を接着で行う場合、流路構造体641aと分岐流路部材651との少なくとも一方に余分な接着剤が流路にはみ出さないように溜める溝が設けられていることが好ましく、隣り合う供給孔652aの間の、溝を形成する余地を広くできる。さらに、隣り合う供給孔652aの間が広いので、接続部の周囲にOリングを入れることで、液体の混合をより抑制することができる。長さ方向にずらす量は、分岐流路52の長さの1/5以下、特に1/10以下にすることで、分岐した後の分岐流路52の長さの差を少なくできる。流出孔52bまでの長さが短い方の分岐流路52を蛇行あるいは斜行させて長くすれば、分岐流路52の長さの差をより少なくできる。

流路構造体641aの幅広部642cと幅狭部642dの間は、幅の広さを徐々に変わるようにすることで、液体の流れをスムーズにできる。そうすることで、液体を最初に入れる際に、気泡や異物がリザーバ流路642内に残りにくくすることもできる。また、そのような場合、供給孔652aの長さ方向へのずれを、幅広部642cと反対側にすることで、隣り合うリザーバ流路642間の隔壁の厚さを一定以上にしつつ、ダンパ46の長さを長くできるので、ダンピング効果を高くできる。さらに、フィルタの長さも長くできるので、スループット高くできる。
なお、この実施態様では、加圧部として圧電変形を用いた変位素子30を示したが、これに限定されず、加圧室10中の液体を加圧できるものなら他のものでよく、例えば、加圧室10中の液体を加熱して沸騰させて圧力を生じさせるものや、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)を用いたものでもよい。

以上のような液体吐出ヘッド2は、例えば、以下のようにして作製する。ロールコータ法、スリットコーター法などの一般的なテープ成形法により、圧電性セラミック粉末と有機組成物からなるテープの成形を行い、焼成後に圧電セラミック層21a、21bとなる複数のグリーンシートを作製する。グリーンシートの一部には、その表面に共通電極24となる電極ペーストを印刷法等により形成する。また、必要に応じてグリーンシートの一部にビアホールを形成し、その内部にビア導体を充填する。
次いで、各グリーンシートを積層して積層体を作製し、加圧密着を行う。加圧密着後の積層体を高濃度酸素雰囲気下で焼成し、その後有機金ペーストを用いて焼成体表面に個別電極25を印刷して焼成する。その後Agペーストを用いて接続電極26を印刷し、焼成することにより、圧電アクチュエータ基板21を作製する。
次いで、圧延法等により得られプレートプレート4a〜iを、接着層を介して積層して、流路部材4を作製する。プレート4a〜iに、マニホールド5、個別供給流路14、加圧室10およびディセンダなどとなる孔を、エッチングにより所定の形状に加工する。
これらプレート4a〜jは、Fe―Cr系、Fe−Ni系、WC−TiC系の群から選ばれる少なくとも1種の金属によって形成されていることが望ましく、特に液体としてインクを使用する場合にはインクに対する耐食性の優れた材質からなることが望ましいため、Fe−Cr系がより好ましい。

リザーバ40は、リザーバ本体41を構成する射出成形したリザーバ本体の流路構造体41a、金属にさまざまな孔を開けたプレート41b、d、およびダンパプレート41cと、積層接着分岐流路部材51を構成する、金属にさまざまな孔を開けたプレート51a〜cを積層接着し、フィルタ48を貼り付けて作製する。
圧電アクチュエータ基板21と流路部材4とは、例えば接着層を介して積層接着することができる。接着層としては、周知のものを使用することができるが、圧電アクチュエータ基板21や流路部材4への影響を及ぼさないために、熱硬化温度が100〜150℃のエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂の群から選ばれる少なくとも1種の熱硬化性樹脂系の接着剤を用いるのがよい。このような接着層を用いて熱硬化温度にまで加熱することによって、圧電アクチュエータ基板21と流路部材4とを加熱接合することができる。

圧電アクチュエータ基板21と制御回路100とを電気的に接続するために、接続電極26に銀ペーストを供給し、予めドライバIC55を実装した信号伝達部92であるFPCを載置し、熱を加えて銀ペーストを硬化させて電気的に接続させる。なお、ドライバIC55の実装は、FPCに半田で電気的にフリップチップ接続した後、半田周囲に保護樹脂を供給して硬化させた。
次いで、リザーバ40と流路部材4とを、リザーバ40の貫通孔44に、FPCを通した後、接着する。接着層としては、周知のものを使用することができるが、圧電アクチュエータ基板21や流路部材4への影響を及ぼさないために、熱硬化温度が100〜150℃のエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂の群から選ばれる少なくとも1種の熱硬化性樹脂系の接着剤を用いるのがよい。このような接着層を用いて熱硬化温度にまで加熱することによって、分岐流路部材51と流路部材4とを加熱接合することができる。これにより、リザーバ40と流路部材4との間に、加圧部収容部54ができ、貫通孔44以外の部分が略密閉された空間に、圧電アクチュエータ基板21が収容される。この後、より密閉状態を高めるために、凹部の縁41a−2と流路部材4との間に樹脂などの封止剤を充填してもよい。
次いで、所定の位置に断熱性弾性部材95を樹脂などで取り付けた押圧板96をリザーバ40、および予めコネクタ95や制御部100と電気的に接続される信号ケーブルなどを実装した配線基板94をねじで固定する。さらに、信号伝達部92を曲げて、信号伝達部92の一端をコネクタ95に差し込んで固定する。その後、筐体90をねじで固定する。信号ケーブルは、筐体90に開けられた孔より外部に引き出される。必要に応じて、リザーバ40と流路部材の間は封止され、信号ケーブルが引き出された孔は樹脂製の部品なので塞いで、液体吐出ヘッド2を作製することができる。

Claims (6)

  1. 複数の吐出孔および該複数の吐出孔とそれぞれ繋がっている複数の加圧室を備えている一方方向に長い流路部材と、
    該流路部材に接合されており、前記複数の加圧室の中の液体をそれぞれ加圧する複数の加圧部と、
    前記流路部材に接合されており、前記複数の加圧室に液体を供給する複数のリザーバ流路および該複数のリザーバ流路にそれぞれ面するように設けられている複数のダンパを備えている前記一方方向に長いリザーバと、を備えており、
    前記リザーバ流路は、前記一方方向に延在しており、中央部から一方端部までの幅が、前記中央部から他方端部までの幅よりも広くなっている幅広部を備えており、
    前記複数のリザーバ流路は、前記一方方向に交差する方向に隣接して配置されているとともに、隣り合うリザーバ流路の幅広部が交互に配置されており、かつ前記ダンパが前記幅広部に面するように設けられていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
  2. 前記幅広部に、フィルタが設けられていることを特徴とする請求項1に記載の液体吐出ヘッド。
  3. 前記流路部材が共通流路を備えており、該共通流路は、前記流路部材の前記一方方向に延在しているとともに、前記複数の加圧室に繋がっており、
    前記リザーバは分岐流路を備えており、該分岐流路は、前記リザーバの前記一方方向に延在しているとともに、前記分岐流路の中央部が前記リザーバ流路の中央部と繋がっており、かつ前記分岐流路の両端部がそれぞれ前記流路部材の共通流路と繋がっていることを特徴とする請求項1または2に記載の液体吐出ヘッド。
  4. 前記リザーバ流路の中央部と前記分岐流路の中央部とを繋いでいる中央流路を備えており、隣り合う前記中央流路が、前記一方方向に交互にずらして配置されていることを特徴とする請求項3に記載の液体吐出ヘッド。
  5. 前記中央流路は、前記幅広部が設けられている側とは反対側に配置されていることを特徴とする請求項4に記載の液体吐出ヘッド。
  6. 請求項1〜5のいずれかに記載の液体吐出ヘッドと、記録媒体を前記液体吐出ヘッドに対して搬送する搬送部と、前記複数の加圧部を制御する制御部とを備えていることを特徴とする記録装置。
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