JP2023109063A - 液体吐出ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】所望の流路形状を容易に設定できる、液体吐出ヘッドを提供する。【解決手段】一実施形態に係る液体吐出ヘッドは、ノズル板と、流路部と、を備える。前記ノズル板は液滴を吐出する複数のノズルを有する。前記流路部は、積層される複数の流路基板を有し、前記複数のノズルに連通する液室を構成する。少なくとも１枚の前記流路基板がドライフィルムレジストで構成されるフィルム基板である。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、液体吐出ヘッドに関する。

インクジェットヘッドなどの液体吐出ヘッドにおいて、ＰＺＴ等の圧電体で構成されるアクチュエータを用いて振動板を変形させることで、振動板に面する圧力室を変形させて、圧力室に連通するノズルからインクを吐出させる方式が用いられている。液体吐出ヘッドは、振動板に接合される複数のアクチュエータと、振動板に面する複数の圧力室や圧力室に連通する流路を形成する流路部と、を備える。例えばアクチュエータは、溝加工により複数の圧電柱が並列して形成される積層型の圧電部材を有する。複数の圧電柱として、例えば駆動波形を与えて駆動させる駆動圧電柱と、駆動波形を与えず支柱として使用する非駆動圧電柱とが交互に設けられる。そして、駆動圧電柱に電圧を印加することで、圧力室内のインクに振動を与え、圧力室に連通するノズルからインク滴を吐出させる。

特開２００７－１７６１５３号公報

本発明が解決しようとする課題は、所望の流路形状を容易に設定できる、液体吐出ヘッドを提供することである。

一実施形態に係る液体吐出ヘッドは、ノズル板と、流路部と、を備える。前記ノズル板は液滴を吐出する複数のノズルを有する。前記流路部は、積層される複数の流路基板を有し、前記複数のノズルに連通する液室を構成する。少なくとも１枚の前記流路基板がドライフィルムレジストで構成されるフィルム基板である。

第１実施形態に係るインクジェットヘッドの一部の構成を示す斜視図。 同インクジェットヘッドの一部の構成を示す断面図。 同インクジェットヘッドの一部の構成を示す断面図。 同インクジェットヘッドの振動板の構成を示す平面図。 同インクジェットヘッドの第１流路基板の構成を示す平面図。 同インクジェットヘッドの第２流路基板の構成を示す平面図。 同インクジェットヘッドの第３流路基板の構成を示す平面図。 同インクジェットヘッドのノズルプレートの構成を示す平面図。 同インクジェットヘッドの流路の構造とメニスカス特性を示す表。 第１実施形態に係るインクジェット記録装置の概略構成を示す説明図。 第２実施形態に係るインクジェットヘッドの一部の構成を示す断面図。 同インクジェットヘッドの第３流路基板の構成を示す平面図。

以下に、第１実施形態に係る液体吐出ヘッドであるインクジェットヘッド１及び液体吐出装置であるインクジェット記録装置１００について、図１乃至図１０を参照して説明する。図１は、インクジェットヘッド１の概略構成を示す斜視図であり、図２はインクジェットヘッド１の一部の概略構成を示す断面図である。図３はインクジェットヘッドの一部の構成を示す断面図である。図４は振動板の構成を示す平面図、図５は第１流路基板、図６は第２流路基板、図７は第３流路基板、図８はノズルプレートの構成をそれぞれ示す平面図である。図９は流路構成とメニスカス特性を示す表である図１０はインクジェット記録装置１００の概略構成を示す説明図である。図中矢印Ｘ，Ｙ，Ｚは互いに直交する３方向をそれぞれ示す。各図において説明のため、適宜構成を拡大、縮小または省略して示す。

図１乃至図３に示すように、インクジェットヘッド１は、ベース１０と、アクチュエータ２０と、振動板３０と、流路部材としてのマニホールド４０と、複数のノズル５１を有するノズルプレート５０（ノズル板）と、構造部としてのフレーム部６０と、駆動回路７０と、を備える。

ベース１０は、例えば、矩形板状に形成される。ベース１０には、アクチュエータ２０が接合される。

アクチュエータ２０は、例えば、複数の圧電柱２１と、複数の圧電柱２１と交互に配置された非駆動圧電柱２２と、を備える圧電部材である。アクチュエータ２０は、複数の圧電柱２１及び複数の非駆動圧電柱２２が所定の間隔で一方向に並ぶことで、櫛歯状に形成される。例えば、このようなアクチュエータ２０は、ベース１０に接合された積層型圧電部材を、ベース１０側とは反対側の端面からダイシングによって溝２３を加工して、１つの圧電部材に対して矩形の柱状に形成された複数の圧電素子を所定の間隔で形成する。そして、形成された複数の圧電素子は、電極等が設けられることで、圧電素子としての、交互に配置された複数の圧電柱２１及び複数の非駆動圧電柱２２を構成する。即ち、アクチュエータ２０は、形成された複数の溝２３により、一端側が複数に分割され、他端側（ベース１０側）が連結する。即ち、複数の圧電柱２１及び複数の非駆動圧電柱２２は、一方向（第１方向）に沿って、溝２３を挟んで交互に並列配置される。

例えば、アクチュエータ２０を構成する積層型圧電部材は、シート状の圧電材料を積層して焼結することで形成される。

具体例として、図１乃至図３に示すように、圧電柱２１及び非駆動圧電柱２２は、例えば駆動素子としての積層圧電体である。圧電柱２１及び非駆動圧電柱２２は、積層された複数の圧電体層２１１と、ベース１０側のダミー層２１２と、各圧電体層２１１の主面に形成される内部電極２２１、２２２と、外部電極２２３、２２４と、を備える。なお、一例としては、圧電柱２１及び非駆動圧電柱２２は同じ構成である。

圧電体層２１１は、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）系、または無鉛のＫＮＮ（ニオブ酸ナトリウムカリウム）系等の圧電材料から薄板状に構成される。複数の圧電体層２１１は厚さ方向が積層方向に沿って積層され、互いに接着されている。

内部電極２２１、２２２は、銀パラジウムなどの焼成可能な導電性材料で所定形状に構成される導電膜である。内部電極２２１、２２２は各圧電体層２１１の主面の所定領域に形成される。内部電極２２１、２２２は、互いに異なる極である。例えば、図３に示すように、一方の内部電極２２１は、複数の圧電柱２１及び複数の非駆動圧電柱２２の並び方向である第１方向（Ｘ方向）、並びに、圧電体層２１１の積層方向である第２方向（Ｙ方向）の双方と直交する方向である第３方向（Ｚ方向）において、圧電体層２１１の一方の端部に至り、圧電体層２１１の他方の端部には至らない領域に形成される。他方の内部電極２２２は、図３に示すように、第３方向において、圧電体層２１１の一方の端部には至らず、圧電体層２１１の他方の端部に至る領域に形成される。内部電極２２１、２２２は圧電柱２１、２２の側面に形成される外部電極２２３、２２４にそれぞれ接続される。

外部電極２２３、２２４は、複数の圧電柱２１及び複数の非駆動圧電柱２２の表面に形成され、内部電極２２１、２２２の端部を集めて構成される。例えば外部電極２２３、２２４は、圧電体層２１１の積層方向と直交する第３方向における一方の端面と他方の端面とに、それぞれ形成される。外部電極２２３、２２４はメッキ法やスパッタ法など既知の方法で、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕなどにより成膜される。外部電極２２３と外部電極２２４は、異なる極である。外部電極２２３と外部電極２２４とは、複数の圧電柱２１及び複数の非駆動圧電柱２２の異なる側面部にそれぞれ配置されている。なお、外部電極２２３と２２４とは、複数の圧電柱２１及び複数の非駆動圧電柱２２の同じ側面部のうち、異なる領域に取り回されていてもよい。

本実施形態において一例として外部電極２２３を個別電極、外部電極２２４を共通電極とする。複数の圧電柱２１及び複数の非駆動圧電柱２２の個別電極となる外部電極２２３は、電極層が溝２３によって分割され、互いに独立して配置される。共通電極となる外部電極２２４は、電極層が溝２３よりもベース１０側の領域で互いに連結され、例えば接地される。
外部電極２２３、２２４は、例えば駆動回路に接続される。例えば、個々の外部電極２２３、２２４は、配線により駆動回路のドライバを介して、駆動部としての制御部１５０に接続され、プロセッサ１５１による制御によって駆動制御可能に構成される。

ダミー層２１２は、圧電体層２１１と同材料である。ダミー層２１２は電極を片側にしか有さず、電界がかからないので変形しない。すなわち、ダミー層２１２は圧電体としては機能せず、アクチュエータ２０をベース１０に固定するベースとなり、あるいは組立中や組立後の精度を出すために研磨する研磨代となる。

一例として、各圧電柱２１、２２は、圧電体層２１１の積層数を５０層以下、各層の厚さを１０μｍ～４０μｍ、厚さと総積層数の積を１０００μｍ未満とする。

圧電柱２１及び非駆動圧電柱２２は、外部電極２２３、２２４を介して内部電極２２１、２２２に電圧が印加されることで、圧電体層２１１の積層方向に沿って縦振動する。ここで言う縦振動とは、例えば「圧電定数ｄ３３で定義される厚み方向の振動」である。例えば、図２に示すように、１つおきに配される複数の圧電柱２１が振動板３０を挟んで圧力室３１に対応して配置され、残りの非駆動圧電柱２２は振動板３０を挟んで隔壁部４２に対向する位置に配置される。

圧電柱２１は、電圧が印加されることで縦振動し、振動板３０を変位させる。即ち、圧電柱２１は、圧力室３１を変形させる。非駆動圧電柱２２は、隔壁部４２に対向する位置に配置される。非駆動圧電柱２２には電圧を印加しない。

振動板３０は、複数の圧電柱２１、２２の圧電体層２１１の積層方向の一方側、即ち、ノズルプレート５０側の面に接合される。振動板３０は、例えば変形可能に構成される。振動板３０は、アクチュエータ２０の圧電柱２１及び非駆動圧電柱２２と、フレーム部６０と、に接合される。例えば振動板３０は、圧電柱２１、２２に対向する振動領域３０１と、フレーム部６０に対向する支持領域３０２と、を有する。

振動領域３０１は、例えば厚さ方向が圧電体層２１１の積層方向となるように配された平板状である。振動板３０は、複数の圧電柱２１及び複数の非駆動圧電柱２２の並び方向に面方向が延びる。振動板３０は、例えば金属板である。振動板３０は、各圧力室３１に対向するとともに個別に変位可能な複数の振動部位を有する。振動板３０は、複数の振動部位が一体に連なって形成される。

一例として、振動板３０はＳＵＳ板で構成され、積層方向に沿う厚さ寸法は５μｍ～１５μｍ程度に構成される。なお、振動領域３０１は、複数の振動部位が、変位しやすいように、振動部位と隣接する部位あるいは互いに隣接する振動部位間に、折り目や段差が形成されていてもよい。振動領域３０１は、圧電柱２１の伸長と圧縮によって、当該圧電柱２１に対向配置された部位が変位することで、変形する。例えば、振動板３０は非常に薄く複雑な形状が必要なため、電鋳法等により、形成される。

支持領域３０２は、フレーム部６０とマニホールド４０との間に配置される板状部材である。支持領域３０２は、共通室３２に連通する貫通孔を有する開口部３０３を備える。例えば開口部３０３は液体が通過可能な多数の細孔を有するフィルタ部材を備える。

マニホールド４０は、振動板３０の一方側に接合される。

マニホールド４０は、積層される複数枚の流路基板４０１、４０２、４０３を備える。一例として、マニホールド４０は、第１流路基板４０１と、第２流路基板４０２と、第３流路基板４０３と、を積層して備える。

マニホールド４０は、ノズルプレート５０と振動板３０との間に配される。マニホールド４０は、複数の流路基板４０１、４０２、４０３が積層され、互いに接合されることにより、内部に、複数の圧力室３１と、共通室３２に連通する共通流路３３と、共通流路３３から圧力室３１に至る複数の絞り流路３４と、を有する所定のインク流路３５（液室）を形成する。
言い換えるとマニホールド４０は、積層される複数の流路基板４０１、４０２、４０３によって、複数の圧力室３１、複数の絞り流路３４及び共通流路３３で構成されるインク流路３５（液室）を囲む周壁部４１と、複数の圧力室３１を隔てる複数の隔壁部４２と、複数の絞り流路３４を隔てる側壁部４３と、を備える。

第１流路基板４０１は、振動板３０に接合される。第１流路基板４０１は、振動板３０と同形状の板状部材であり、一例としてＳＵＳ４３０を含む材料で構成される。第１流路基板４０１は、圧力室３１の一部を形成する第１開口４０１１と、共通流路３３の一部を構成する第２開口４０１２と、を有する。

第２流路基板４０２は、第１流路基板４０１に接合される。第２流路基板４０２は、振動板３０と同形状の板状部材であり、圧力室３１の一部を形成する第１開口４０２１と、共通流路３３の一部を構成する第２開口４０２２と、第１開口４０２１と第２開口４０２２とを連通し絞り流路３４を構成する連通溝４０２３と、を有する。第２流路基板４０２は、絞り流路３４を形成する壁部材である流路抵抗部としての側壁部４３を有する。第２流路基板４０２は、ドライフィルムレジストで構成されるフィルム基板である。好ましくは、第２流路基板４０２は、永久レジストで構成され、より好ましくは、エポキシを主成分とする永久レジストで構成される。

第３流路基板４０３は、第２流路基板４０２に接合される。第３流路基板４０３は、一例としてＳＵＳ４３０を含む材料で構成される。第３流路基板４０３は、振動板３０と同形状の板状部材であり、圧力室３１の一部を形成する第１開口４０３１と、共通流路３３の一部を構成する第２開口４０３２と、を有する。

複数の圧力室３１は、振動板３０の振動領域３０１の一方側に形成される空間であり、積層方向に並ぶ複数の流路基板４０１、４０２、４０３の第１開口４０１１、４０２１、４０３１によって構成される。各圧力室３１は、ノズルプレート５０に形成されたノズル５１に連通する。また、圧力室３１は、ノズルプレート５０の反対側が振動板３０によって塞がれる。

複数の圧力室３１は、絞り流路３４、共通流路３３を経て開口部３０３を介して共通室３２に連通する。圧力室３１は共通室３２から供給される液体を保有し、圧力室３１の一部を形成する振動板３０の振動によって変形することで、ノズル５１から液体を吐出する。

隔壁部４２は、複数の圧力室３１間を並び方向において隔てる壁状部材である。隔壁部４２は振動板３０を介して、非駆動圧電柱２２に対向配置され、非駆動圧電柱２２によって支持される。隔壁部４２は、複数の圧力室３１が並ぶピッチと同ピッチで複数設けられる。

流路抵抗部としての側壁部４３は、複数の絞り流路３４間を並び方向において隔てる壁状部材である。例えば側壁部４３は圧力室の入口に設けられている。側壁部４３は、絞り流路３４の流路抵抗が圧力室３１内部よりも大きく、絞り流路３４の流路断面積が圧力室３１内よりも小さくなるように、構成される。側壁部４３は、複数の圧力室３１が並ぶピッチと同ピッチで複数設けられる。

上述したように、マニホールド４０を構成する複数の流路基板４０１、４０２、４０３のうち、少なくとも１枚の流路基板４０２はドライフィルムレジストで構成されるとともに流路抵抗部を有するフィルム基板である。また、マニホールド４０を構成する複数の流路基板４０１、４０２、４０３のうち、フィルム基板である流路基板４０２以外の流路基板４０１、４０３はＳＵＳ４３０を含む材料で構成される。すなわち、流路抵抗部が無く形状が比較的単純な流路基板４０１、４０３は、ＳＵＳ板をエッチングやプレスで加工して構成される。なお、ＳＵＳは耐食性のよいＳＵＳ３０４やＳＵＳ４３０が好適である。特に安価で熱膨張率の小さいＳＵＳ４３０の方がより好適であり、熱伝導率も大きく、インク温度の均一化やアクチュエータの発熱を拡散するにも好適である。

一方、金属板は薄すぎると扱いにくく、エッチングやプレス加工で細い流路抵抗部を形成することが困難である。本実施形態においては流路抵抗部を有し形状が複雑な流路基板４０２については、永久レジストであるドライフィルムレジストで構成する。永久レジストはエポキシ系の樹脂が主で、耐インク性に加え、剛性も強く圧力室材料として好適である。

ノズルプレート５０は、例えばＳＵＳ・Ｎｉなどの金属やポリイミドなどの樹脂材料からなる厚さ１０μｍ～１００μｍ程度の方形の板状に構成される。ノズルプレート５０は圧力室３１の一方側の開口を覆うように、マニホールド４０の一方側に配置されている。ノズルプレート５０には、厚さ方向に貫通する複数のノズル５１が形成される。ノズル５１は圧力室３１の並び方向と同じ第１方向に複数並び、ノズル列が形成される。各ノズル５１は、複数の圧力室３１に対応する位置にそれぞれ設けられている。

フレーム部６０は圧電柱２１，２２とともに振動板３０に接合される構造体である。フレーム部６０は圧電柱２１、２２の、振動板３０の、マニホールド４０とは反対側に設けられ、例えば本実施形態においてはアクチュエータ２０に隣接して配置される。フレーム部６０は、インクジェットヘッド１の外郭を構成する。またフレーム部６０は、内部に液体の流路を形成していてもよい。本実施形態において、フレーム部６０は、振動板３０の他方側に接合されるとともに、振動板３０との間に共通室３２を形成する。

共通室３２は、フレーム部６０の内側に形成され、振動板３０に設けられた開口部３０３、共通流路３３、絞り流路３４を通じて圧力室３１に連通する。

駆動回路７０は、一端が外部電極２２３、２２４に接続される配線フィルムと、配線フィルムに搭載されたドライバＩＣと、配線フィルムの他端に実装されたプリント配線基板と、を備える。

駆動回路７０は、ドライバＩＣにより駆動電圧を外部電極２２３、２２４に印加することで、圧電柱２１を駆動し、圧力室３１の容積を増減させて、ノズル５１から液滴を吐出させる。

配線フィルムは、複数の外部電極２２３、２２４に接続される。例えば、配線フィルムは、外部電極２２３、２２４の接続部に熱圧着等により固定されるＡＣＦ（異方導電性フィルム）である。配線フィルムは、例えば、ドライバＩＣが実装されたＣＯＦ（Ｃｈｉｐ ｏｎ Ｆｉｌｍ）である。

ドライバＩＣは、配線フィルムを介して外部電極２２３、２２４に接続される。なお、ドライバＩＣは、配線フィルムではなく、ＡＣＰ（異方導電ペースト）、ＮＣＦ（非導電性フィルム）、及びＮＣＰ（非導電性ペースト）のような他の手段によって、外部電極２２３、２２４に接続されても良い。

ドライバＩＣは、各圧電柱２１を動作させるための制御信号及び駆動信号を生成する。ドライバＩＣは、インクジェット記録装置１００の制御部１５０から入力された画像信号に従い、インクを吐出させるタイミング及びインクを吐出させる圧電柱２１を選択するなどの制御のための制御信号を生成する。また、ドライバＩＣは、制御信号に従って圧電柱２１に印加する電圧、すなわち駆動信号（電気信号）を生成する。ドライバＩＣが圧電柱２１に駆動信号を印加すると、圧電柱２１は、振動板３０を変位させて圧力室３１の容積を変化させるように駆動する。これにより、圧力室３１に充填されたインクは、圧力振動を生じる。圧力振動により、圧力室３１に設けられたノズル５１からインクが吐出する。なお、インクジェットヘッド１は、１画素に着弾するインク滴の量を変更することで階調表現を実現できるようにしてもよい。また、インクジェットヘッド１は、インクの吐出回数を変えることで、１画素に着弾するインク滴の量を変更できるようにしてもよい。このように、ドライバＩＣは、駆動信号を圧電柱２１に印加する印加部の一例である。

例えば、ドライバＩＣは、データバッファ、デコーダ、ドライバを備えている。データバッファは、印字データを圧電柱２１毎に時系列に保存する。デコーダは、圧電柱２１毎に、データバッファに保存された印字データに基づいて、ドライバを制御する。ドライバは、デコーダの制御に基づき、各圧電柱２１を動作させる駆動信号を出力する。駆動信号は、例えば各圧電柱２１に印加する電圧である。

プリント配線基板は、各種電子部品やコネクタが搭載されたＰＷＡ（Ｐｒｉｎｔｉｎｇ Ｗｉｒｉｎｇ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）である。プリント配線基板は、インクジェット記録装置１００の制御部１５０に接続される。

以上のように構成されたインクジェットヘッド１において、ノズルプレート５０とフレーム部６０と、マニホールド４０と、振動板３０とによって、ノズル５１に連通する複数の圧力室３１と、複数の絞り流路３４と、複数の圧力室３１に連通する共通流路３３と、共通室３２と、を有するインク流路が形成される。例えば共通室３２はカートリッジに連通し、インクが共通室３２を通じて各圧力室３１へ供給される。全ての圧電柱２１は配線により電圧が印加可能に接続されている。インクジェットヘッド１において、制御部１５０が、ドライバＩＣにより電極２２１、２２２に駆動電圧を印加すると、駆動対象の圧電柱２１が積層方向、すなわち各圧電体層２１１の厚さ方向に振動する。つまり、圧電柱２１は縦振動する。

具体的には、制御部１５０は、駆動対象の圧電柱２１の内部電極２２１、２２２に駆動電圧を印加して、駆動対象の圧電柱２１を選択的に駆動する。そして、駆動対象の圧電柱２１による、引張方向の変形と圧縮方向の変形を組み合わせて、振動板３０を変形させ、圧力室３１の容積を変化させることで、共通室３２から液体を導き、ノズル５１から吐出させる。

以下、インクジェットヘッド１を備えるインクジェット記録装置１００の一例について、図１０を参照して説明する。インクジェット記録装置１００は、筐体１１１と、媒体供給部１１２と、画像形成部１１３と、媒体排出部１１４と、搬送装置１１５と、制御部１５０と、を備える。

インクジェット記録装置１００は、媒体供給部１１２から画像形成部１１３を通って媒体排出部１１４に至る所定の搬送路Ａに沿って、吐出対象物である印刷媒体として例えば用紙Ｐを搬送しながらインク等の液体を吐出することで、用紙Ｐに画像形成処理を行う液体吐出装置である。

筐体１１１は、インクジェット記録装置１００の外郭を構成する。筐体１１１の所定箇所に、用紙Ｐを外部に排出する排出口を備える。

媒体供給部１１２は複数の給紙カセットを備え、各種サイズの用紙Ｐを複数枚積層して保持可能に構成される。

媒体排出部１１４は、排出口から排出される用紙Ｐを保持可能に構成された排紙トレイを備える。

画像形成部１１３は、用紙Ｐを支持する支持部１１７と、支持部１１７の上方に対向配置された複数のヘッドユニット１３０と、を備える。

支持部１１７は、画像形成を行う所定領域にループ状に備えられる搬送ベルト１１８と、搬送ベルト１１８を裏側から支持する支持プレート１１９と、搬送ベルト１１８の裏側に備えられた複数のベルトローラ１２０と、を備える。

支持部１１７は、画像形成の際に、搬送ベルト１１８の上面である保持面に用紙Ｐを支持するとともに、ベルトローラ１２０の回転によって所定のタイミングで搬送ベルト１１８を送ることにより、用紙Ｐを下流側へ搬送する。

ヘッドユニット１３０は、複数（４色）のインクジェットヘッド１と、各インクジェットヘッド１上にそれぞれ搭載された液体タンクとしてのインクタンク１３２と、インクジェットヘッド１とインクタンク１３２とを接続する接続流路１３３と、供給ポンプ１３４と、を備える。

本実施形態において、シアン、マゼンダ、イエロー、ブラックの４色のインクジェットヘッド１と、これらの各色のインクをそれぞれ収容するインクタンク１３２を備える。インクタンク１３２は接続流路１３３によってインクジェットヘッド１に接続される。

また、インクタンク１３２には、図示しないポンプなどの負圧制御装置が連結される。そして、インクジェットヘッド１とインクタンク１３２との水頭値に対応して、負圧制御装置によりインクタンク１３２内を負圧制御することで、インクジェットヘッド１の各ノズル５１に供給されたインクを所定形状のメニスカスに形成させている。

供給ポンプ１３４は、例えば圧電ポンプで構成される送液ポンプである。供給ポンプ１３４は、供給流路に設けられている。供給ポンプ１３４は、配線により制御部１５０の駆動回路に接続され、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）による制御によって制御可能に構成される。供給ポンプ１３４は、インクジェットヘッド１に液体を供給する。

搬送装置１１５は、媒体供給部１１２から画像形成部１１３を通って媒体排出部１１４に至る搬送路Ａに沿って、用紙Ｐを搬送する。搬送装置１１５は、搬送路Ａに沿って配置される複数のガイドプレート対１２１と、複数の搬送用ローラ１２２と、を備えている。

複数のガイドプレート対１２１は、それぞれ、搬送される用紙Ｐを挟んで対向配置される一対のプレート部材を備え、用紙Ｐを搬送路Ａに沿って案内する。

搬送用ローラ１２２は、制御部１５０の制御によって駆動されて回転することで、用紙Ｐを搬送路Ａに沿って下流側に送る。なお、搬送路Ａには用紙の搬送状況を検出するセンサが各所に配置される。

制御部１５０は、コントローラであるＣＰＵ等の制御回路と、各種のプログラムなどを記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）と、各種の可変データや画像データなどを一時的に記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）と、外部からのデータの入力及び外部へのデータの出力をするインターフェイス部と、を備える。

以上のように構成されたインクジェット記録装置１００において、制御部１５０は、例えばインターフェイスにおいてユーザが操作入力部の操作による印刷指示を検出すると、搬送装置１１５を駆動して用紙Ｐを搬送するとともに、所定のタイミングでヘッドユニット１３０に対して印字信号を出力することで、インクジェットヘッド１を駆動する。インクジェットヘッド１は吐出動作として、画像データに応じた画像信号により、ドライバＩＣに駆動信号を送り、内部電極２２１，２２２に駆動電圧を印加して吐出対象の圧電柱２１を選択的に駆動して積層方向に縦振動させ、圧力室３１の容積を変化させることでノズル５１からインクを吐出し、搬送ベルト１１８上に保持された用紙Ｐに画像を形成する。また、液体吐出動作として、制御部１５０は、供給ポンプ１３４を駆動することで、インクタンク１３２からインクジェットヘッド１の共通室３２にインクを供給する。

ここで、インクジェットヘッド１を駆動する駆動動作について、説明する。本実施形態に係るインクジェットヘッド１は、圧力室３１に対向配置される圧電柱２１を備え、これらの圧電柱２１は配線により電圧が印加可能に接続されている。制御部１５０は、画像データに応じた画像信号により、ドライバＩＣに駆動信号を送り、駆動対象の圧電柱２１の内部電極２２１、２２２に駆動電圧を印加して、駆動対象の圧電柱２１を選択的に変形させる。そして、振動板３０の引張方向の変形と圧縮方向の変形を組み合わせて、圧力室３１の容積を変化させることで、液体を吐出させる。

例えば制御部１５０は、引っ張り動作と、圧縮動作とを交互に行う。インクジェットヘッド１において、対象の圧力室３１の内容積を増加させる引張時には、駆動対象の圧電柱２１を収縮し、駆動対象外の駆動圧電素子は変形させない。また、インクジェットヘッド１において対象の圧力室３１の内容積を減少させる圧縮時には、対象の駆動圧電柱２１を伸長し、非駆動圧電柱２２は変形させない。

上述した実施形態に係るインクジェットヘッド１及びインクジェット記録装置１００によれば、複数の流路基板を積層するとともに、複雑な流路形状を有する一部の流路基板４０２をドライフィルムレジストで構成したことにより、微細な流路形状を容易に設定できる。すなわち、形状が単純な流路基板は、安価であるＳＵＳのエッチングやプレスで形成することができるが、微細な絞り流路３４を構成する複数の側壁部を有する部位は、加工が困難となる。したがって、絞り流路３４を形成する流路基板４０２をドライフィルムレジストで形成することで、容易に、複雑な流路構成を実現できる。また、その他の流路基板４０１、４０３は金属で構成することで、低コスト化が図れる。また、ドライフィルムレジストで構成する流路基板４０２の両側を、剛性の高い金属板で構成される流路基板４０１、４０３で挟む構成により、強度を確保することができる。

一般的にインクジェットヘッドにおいて、高速化には絞りの好適化が必要であり、流体抵抗が小さいとインク吐出後のメニスカス振動が大きく、メニスカスが盛り上がるため収まるまで待つ必要がある。一方で、絞りの流体抵抗が大きいと、吐出後のインクリフィルが遅くなり、再充填されるのに時間がかかる。したがって、絞り流路３４は、メニスカス振動とインクの充填のバランスが取れる最適値とする必要がある。ここで、図９はインクの粘度と、スリットの寸法とメニスカスの特性を示すグラフであり、粘度１０ｍＰａｓと５ｍＰａｓの場合の絞りの長さ（ＬＡ）は固定し、幅（スリット幅ＷＡ）・厚さ（スリット高さＴＡ）をシミュレーションした結果である。吐出後メニスカス最小の絶対値が大きいと、メニスカスが引き込まれすぎて気泡巻き込みの原因となる。一方で、吐出後メニスカス最大が大きいと吐出後の残留振動が大きく収束しないため、次の吐出が出来ない。例えば吐出後のメニスカス最小値は絶対値が小さいほど好適であり、例えば±３ｐｌ以下が好適である。吐出後のメニスカス最大値は小さいほど好適であり、例えば６ｐｌ以下が好適である。また、圧力室内の振動伝搬時間であるＡＬは小さいほど高速吐出となる。すなわち、図９に示すように、最適値はインク粘度、吐出インク体積、駆動周波数などにより異なり、インク粘度が小さいほど流体抵抗は大きくする必要がある。したがって、インク粘度が小さい場合、流体抵抗を大きくするために、絞りの断面積を小さく、長さＬＡを長くする必要がある。なお、絞り流路を長くすることも考えられるが絞り流路が長すぎるとＡＬ（圧力室内の振動伝搬時間）も長くなり、これも高速化を阻害する要因となる。一方で、金属板の積層により流路を設ける場合、薄いと扱いにくく、流路が細いと製造がエッチング・プレス等の加工で形成することが困難であるといった問題がある。例えばＳＵＳのエッチングの場合、厚さは３０μｍ以上必要であり、幅は、厚みによるが、製造時の精度を考慮すると８０μｍ程度が必要となる。したがって、図９によれば、５ｍＰａｓは実現が困難であり、１０ｍＰａｓでもメニスカス特性を確保する構造を得る形状を実現することは難しい。

これに対し、上記実施形態においては、第２流路基板４０２のみを、ドライフィルムレジスト（ＤＦＲ）で形成することで、好適な流路形状を簡単に確保することができる。すなわち、ドライフィルムレジストであれば、薄くても対向配置される流路基板４０１や流路基板４０３に予め積層することで操作性を確保できる。また、ドライフィルムで構成することによって、μｍオーダーの細い溝も容易に形成できる。さらに上記実施形態によれば、永久レジストのＤＦＲを用いることで、耐インク性に加え、剛性も強く圧力室材料として好適な構成とすることができる。したがって、１０ｍＰａｓ以下の低粘度インクであっても、好適にメニスカスを制御できる流体抵抗部が形成でき、高速吐出することができる。

例えば流路基板４０１～４０３を全てＳＵＳで形成した場合、接着により積層することが多いが、第２流路基板４０２がＤＦＲの場合、積層後に本硬化させることで、隣接する流路基板４０１、４０３と接合されるため、接着剤を使用する必要がなくなり、接着箇所が減るので、接着剤のはみ出しも抑制できる。

また、上記第１実施形態では、第３流路基板４０３にも共通流路３３用の開口４０３２を形成し、共通流路３３の一面を軟らかい材料であるノズルプレート５０によって構成することで、クロストーク防止のために共通流路３３の振動を吸収するダンパ機能を持たせることが出来る。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。

例えばマニホールド４０の具体的な構成は上記に限られるものではない。例えば３枚の流路基板４０１、４０２、４０３で形成した例を示したが、２枚あるいは４枚以上であっても良い。また、各流路基板４０１、４０２、４０３における開口部の形状も上記実施形態に限られるものではない。

例えば他の実施形態として図１１及び図１２に示すインクジェットヘッド１０００において、第３の流路基板１４０３には共通流路３３を構成する開口を有さない。この他の構成は上記第１実施形態と同様である。この場合にあっても、微細な加工が必要となる一部の流路基板４０２をドライフィルムレジストで形成することで、流路形状を簡単に設定できる。

また、ドライフィルムレジストの代わりに、電鋳法により絞りを有する流路基板を作成してもよい。電鋳法を用いた場合には、位置合わせや接着工程は必要となるが、上記実施形態と同様に、所望の細かい絞りを形成することが可能である。

例えば、上記実施形態においては、複数層の圧電部材を積層し、積層方向の縦振動（ｄ３３）を用いて圧電柱２１を駆動する構成としたが、これに限られるものではない。例えば圧電柱２１が単層の圧電部材で構成される形態にも適用可能であるし、横振動（ｄ３１）により駆動する形態にも適用可能である。

また、圧電柱２１、２２の具体的な構成や、流路の形状、マニホールド４０、ノズルプレート５０、フレーム部６０を含む各種部品の構成や位置関係は上述した例に限られるものではなく、適宜変更可能である。また、ノズル５１や圧力室３１の配列も上記に限られるものではない。たとえばノズル５１を２列以上配列してもよい。また複数の圧力室３１の間に、ダミー室を形成してもよい。また、圧電柱２１、２２が積層方向の両端にダミー層２１２を有する例を示したがこれに限られるものではなく、圧電柱２１、２２の一方側のみにダミー層２１２を有していてもよく、あるいは圧電柱２１、２２がダミー層２１２を備えない構成であってもよい。

また、吐出する液体は印字用のインクに限られるものではなく、例えばプリント配線基板の配線パターンを形成するための導電性粒子を含む液体を吐出する装置等であっても良い。

また、上記実施形態において、インクジェットヘッド１は、インクジェット記録装置等の液体吐出装置に用いられる例を示したが、これに限られるものではなく、例えば３Ｄプリンタ、産業用の製造機械、医療用途にも用いることが可能であり、小型軽量化及び低コスト化が可能である。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、所望の流路形状を容易に設定できる。

この他、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…ベース、２０…アクチュエータ、２１…駆動圧電柱、２２…非駆動圧電柱、２３…溝、３０…振動板、３１…圧力室、３２…共通室、３３…共通流路、３４…絞り流路、３５…インク流路、４０…マニホールド、４１…周壁部、４２…隔壁部、４３…側壁部、５０…ノズルプレート、５１…ノズル、６０…フレーム部、７０…駆動回路、１００…インクジェット記録装置、１１１…筐体、１１２…媒体供給部、１１３…画像形成部、１１４…媒体排出部、１１５…搬送装置、１１７…支持部、１１８…搬送ベルト、１１９…支持プレート、１２０…ベルトローラ、１２１…ガイドプレート対、１２２…搬送用ローラ、１３０…ヘッドユニット、１３２…インクタンク、１３３…接続流路、１３４…供給ポンプ、１５０…制御部、１５１…プロセッサ、２１１…圧電体層、２１２…ダミー層、２２１…内部電極、２２２…内部電極、２２３…外部電極、２２４…外部電極、３０１…振動領域、３０２…支持領域、３０３…開口部、４０１…第１流路基板、４０２…第２流路基板、４０３…第３流路基板、１０００…インクジェットヘッド、１４０３…流路基板、４０１１…第１開口、４０１２…第２開口、４０２１…第１開口、４０２２…第２開口、４０２３…連通溝、４０３１…第１開口、４０３２…第２開口。

Claims (5)

1. 液滴を吐出する複数のノズルを有するノズル板と、
   積層される複数の流路基板を有し、前記複数のノズルに連通する液室を構成するとともに、少なくとも１枚の前記流路基板がドライフィルムレジストで構成されるフィルム基板である、流路部材と、
   を備える、液体吐出ヘッド。
2. 前記液室は、前記複数のノズルとそれぞれ連通する複数の圧力室、前記圧力室に連通する複数の絞り流路、及び複数の前記圧力室に連通する共通流路、を有し、
   前記フィルム基板は前記複数の絞り流路を形成する流路抵抗部を有する、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記フィルム基板は永久レジストで構成される請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記フィルム基板は、エポキシを主成分とする、請求項３に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記流路部材を構成する前記フィルム基板以外の前記流路基板が、ＳＵＳ４３０を含む材料で構成される、請求項１乃至４のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。