JP2023135594A - 液滴吐出ヘッド及び液滴吐出ユニット及び液滴吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】接着剤中のフィラによるダンパへの局所的な応力集中の発生を抑制し、ダンパの破損を抑制可能な液滴吐出ヘッドを提供する。
【解決手段】振動エネルギーを軽減するダンパ６６と、ダンパ６６が接合されダンパ６６が振動可能な空間６８を有するダンパ保持基板６５と、ダンパ６６のダンパ保持基板６５とは反対側に設けられ、圧電素子４０を収容する凹部及びダンパ６６が振動可能な空間５８を有する圧電素子保持基板７０と、ダンパ６６と圧電素子保持基板７０との間にダンパ６６と一体的に設けられ、フィラ９１を含む接着剤９０により圧電素子保持基板７０と接合された脚部３とを有する液滴吐出ヘッド２。
【選択図】図１１

Description

本発明は、液滴吐出ヘッド及び液滴吐出ユニット及び液滴吐出装置に関する。

従来、インクジェット方式の画像形成装置に採用される液滴吐出ヘッドが知られている。この液滴吐出ヘッドは、ノズルに連通する個別液室を構成する液室基板と、ノズルが設けられたノズル板とは反対側で液室基板と接合して圧電素子が収容される凹部が形成された圧電素子保持基板と、振動エネルギーを消散させて衝撃または振動の振幅を軽減するダンパと、ダンパが振動可能な空間を有するダンパ保持基板とを備えている。圧電素子保持基板とダンパとを接合する場合には、接合強度を向上させるためにフィラを含む接着剤によって接合することが好ましい。また、ダンパとダンパ保持基板との接合方法として、ダンパ材料を成膜した基板の成膜面とダンパ保持基板とを接着剤で接合し、その後、成膜する際に基板を研磨する方法が挙げられる。

上述の液滴吐出ヘッドとして、複数のノズルと、各ノズルに連通した複数の個別液室と、各個別液室内を昇圧するエネルギーを発生させるアクチュエータと、各個別液室に連通する共通液室とを備えた構成が知られている。この液滴吐出ヘッドでは、インクを共通液室から各ノズルに連通する各個別液室に供給し、各個別液室に対応するアクチュエータを駆動することで各個別液室内を昇圧してノズルからインクを吐出させている。この際に、個別液室内で生じた圧力変動が各個別液室に連通する共通液室にも伝播し、伝播した圧力変動によって隣接する個別液室内のインクに影響が及ぶ相互干渉が発生すると、意図しないノズルからの液滴の漏出や吐出、不安定な吐出状態を誘発して高品質の画像を得ることが困難となる。
そこで、共通液室に伝播した圧力変動が良好なダンパ効果を得ると共に、共通液室からの水分の揮発を抑制する技術として、共通液室の少なくとも一部を形成する可撓性部材を介して共通液室に対向配置された空気貯留室と、この空気貯留室と外部とを連通可能な弁とを備えた液滴吐出ヘッドが提案されている（例えば「特許文献１」参照）。

しかし従来の液滴吐出ヘッドでは、ダンパ保持基板の隔壁幅が圧電素子保持基板の隔壁幅よりも狭く形成されているため、ダンパ保持基板と圧電素子保持基板とを接合する際に、接着剤に含まれるフィラによってダンパに対して局所的な応力が作用し、ダンパが破損してしまうという問題点があった。
本発明は、上述した問題点を解決し、接着剤中のフィラによるダンパへの局所的な応力集中の発生を抑制し、ダンパの破損を抑制可能な液滴吐出ヘッドの提供を目的とする。

請求項１記載の発明は、振動エネルギーを軽減するダンパと、前記ダンパが接合され前記ダンパが振動可能な空間を有するダンパ保持基板と、前記ダンパの前記ダンパ保持基板とは反対側に設けられ、圧電素子を収容する凹部及び前記ダンパが振動可能な空間を有する圧電素子保持基板と、前記ダンパと前記圧電素子保持基板との間に前記ダンパと一体的に設けられ、フィラを含む接着剤により前記圧電素子保持基板と接合された脚部とを有することを特徴とする。

本発明によれば、脚部を設けたことにより部分的にダンパの強度が増加し、フィラによってダンパに対して局所的な応力が作用した場合でも、応力を脚部が吸収してダンパへの局所的な応力集中の発生を抑制し、ダンパの破損を抑制可能な液滴吐出ヘッドを提供できる。

本発明の一実施形態を適用可能な液滴吐出ヘッドの概略斜視図である。 本発明の一実施形態を適用可能な液滴吐出ヘッドの概略分解斜視図である。 本発明の一実施形態を適用可能な液滴吐出ヘッドの概略断面斜視図である。 本発明の一実施形態を適用可能な液滴吐出ヘッドのフレーム部材を除いた概略分解斜視図である。 本発明の一実施形態を適用可能な液滴吐出ヘッドの流路部分における概略断面斜視図である。 本発明の一実施形態を適用可能な液滴吐出ヘッドの流路部分における拡大断面斜視図である。 本発明の一実施形態を適用可能な液滴吐出ヘッドの流路部分における概略平面図である。 本発明の一実施形態を適用可能な液滴吐出ヘッドのダンパ部材を示す概略斜視図である。 本発明の一実施形態を適用可能な液滴吐出ヘッドにおけるノズル板と流路板と振動板部材と共通流路部材とダンパ部材とフレーム部材との積層状態を示す概略図である。 図９における圧電素子保持基板を構成する共通流路部材とダンパ板とダンパフレーム基板との接合部を示す拡大図である。 本発明の第１の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの特徴部を示す拡大図である。 図１１におけるＣ部の拡大図である。 本発明の第２の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの特徴部を示す拡大図である。 本発明の各実施形態に係る液滴吐出ヘッドにおけるひび割れ発生率比較試験を行う際に用いられる液滴吐出ヘッドの特徴部を示す拡大図である。 本発明の各実施形態に係る液滴吐出ヘッドと図１４に示す液滴吐出ヘッドとにおけるひび割れ発生率の比較試験結果を示す表である。 本発明の各実施形態に係る液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出ユニットの概略分解斜視図である。 本発明の各実施形態に係る液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出ユニットのノズル面側から見た概略分解斜視図である。 本発明の各実施形態に係る液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置の概略正面図である。 本発明の各実施形態に係る液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置の液滴吐出ユニットを説明する概略平面図である。 本発明の各実施形態に係る液滴吐出ヘッドを備えた他の液滴吐出装置の概略平面図である。 本発明の各実施形態に係る液滴吐出ヘッドを備えた他の液滴吐出装置の概略側面図である。 本発明の各実施形態に係る液滴吐出ヘッドを備えた他の液滴吐出装置の液滴吐出ユニットを説明する概略平面図である。 本発明の各実施形態に係る液滴吐出ヘッドを備えた他の液滴吐出装置の他の液滴吐出ユニットを説明する概略正面図である。 本発明の第３の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの特徴部を示す拡大図である。 本発明の第４の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの特徴部を示す拡大図である。

図１及び図２は、本発明の一実施形態を適用可能な液滴吐出ヘッドの概略斜視図を示している。同図において液滴吐出ヘッド１は、ノズル板１０、個別流路部材である流路板２０、振動板部材３０、共通流路部材５０、ダンパ部材６０、フレーム部材８０、駆動回路１０２を実装したフレキシブル配線基板１０１を備えている。
ノズル板１０を構成するノズル基板、流路板２０及び振動板部材３０を構成するアクチュエータ基板、共通流路部材５０を構成するサブフレーム基板、及びダンパ部材６０を構成するダンパ基板は、いずれも単結晶Ｓｉウエハを基板材料としている。そしてこれ等の基板は、ＭＥＭＳや半導体デバイスの微細加工技術によってＳｉウエハ上に複数のチップ（液体吐出ヘッド）を同時に作製し、チップ化後の各基板を接合して液滴吐出ヘッド１となる。

図３は、本発明の一実施形態を適用可能な液滴吐出ヘッドの短手方向に沿った断面図を示している。同図において液滴吐出ヘッド１は、ノズル板１０、個別流路部材である流路板２０、振動板部材３０、共通流路部材５０、ダンパ部材６０、フレーム部材８０、駆動回路１０２を実装したフレキシブル配線基板１０１を備えている。
共通流路部材５０は、複数の共通供給流路支流５２に通じる１または複数の共通供給流路本流５６と、複数の共通回収流路支流５３に通じる１または複数の共通回収流路本流５７とを形成している。
なお、図３は液滴吐出ヘッド短手方向に延びる共通供給流路支流５２の一つの位置における断面図を示している。

図４及び図５に示すように、ノズル板１０には液滴を吐出する複数のノズル１１が設けられている。複数のノズル１１は二次元状にマトリクス配置され、図７に示すように、第１方向Ｆ、第２方向Ｓ及び第３方向Ｔの三方向に並んで配置されている。
図５及び図６に示すように、流路板２０は、複数のノズル１１にそれぞれ連通する複数の個別液室である圧力室２１と、複数の圧力室２１にそれぞれ通じる複数の個別供給流路２２と、複数の圧力室２１にそれぞれ通じる複数の個別回収流路２３とを有している。図７に示すように、一つの圧力室２１とこれに通じる個別供給流路２２及び個別回収流路２３とを併せて個別流路２５という。

振動板部材３０は、圧力室２１の変形可能な壁面である振動板３１を形成し、振動板３１には圧電素子４０が一体に設けられている。また振動板部材３０には、個別供給流路２２に通じる供給側開口３２と、個別回収流路２３に通じる回収側開口３３とが形成されている。圧電素子４０は、電気機械変換素子であり、振動板３１を変形させて圧力室２１内の液体を加圧する圧力発生手段である。
なお、流路板２０と振動板部材３０とは、部材として別部材であることに限定さるものではない。例えば、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を使用して流路板２０及び振動板部材３０を同一部材で一体に形成することができる。つまり、シリコン基板上に、シリコン酸化膜、シリコン層、シリコン酸化膜の順に成膜されたＳＯＩ基板を使用し、シリコン基板を流路板２０とし、シリコン酸化膜、シリコン層及びシリコン酸化膜とで振動板３１を形成することができる。この構成では、ＳＯＩ基板のシリコン酸化膜、シリコン層及びシリコン酸化膜の層構成が振動板部材３０となる。このように、振動板部材３０は流路板２０の表面に成膜された材料で構成されるものを含む。

共通流路部材５０は、２以上の個別供給流路２２に通じる複数の共通供給流路支流５２と、２以上の個別回収流路２３に通じる複数の共通回収流路支流５３とを、ノズル１１の第２方向Ｓに交互に隣接して形成している。共通流路部材５０には、個別供給流路２２の供給側開口３２と共通供給流路支流５２を通じる供給口５４となる貫通孔と、個別回収流路２３の回収側開口３３と共通回収流路支流５３を通じる回収口５５となる貫通孔とが形成されている。

ダンパ部材６０は、共通供給流路支流５２の供給口５４と対面する（対向する）供給側ダンパ６２と、共通回収流路支流５３の回収口５５と対面する（対向する）回収側ダンパ６３とを有している。
ここで、共通供給流路支流５２及び共通回収流路支流５３は、同じ部材である共通流路部材５０に交互に並べて配列された溝部を薄板からなるダンパとしてのダンパ板６６で封止することにより構成している。そして、共通供給流路支流５２と対応するダンパ板６６によって供給側ダンパ６２が、共通回収流路支流５３と対応するダンパ板６６によって回収側ダンパ６３がそれぞれ構成される。なお、ダンパ板６６としては有機溶剤に強い金属薄膜または無機薄膜を用いることが好ましく、その厚みは１０μｍ以下が好ましい。また、ダンパ板６６は複数層からなる積層構造を呈している。

本実施形態で示した液滴吐出ヘッド１には、ノズル１１からの液滴吐出時に生じる液体流路（例えば個別供給流路２２）の圧力変動が、他のノズル１１からの液滴吐出に与える影響（例えばクロストーク）を抑制するダンパ部材６０が設けられている。ダンパ部材６０が適切にダンパ機能を発揮することで、液滴吐出時の振動（圧力変動）が液体を介して伝播して、隣接するノズルの液滴吐出に影響するというクロストークの発生を抑制でき、各ノズル１１からの液滴吐出精度を安定させることができる。
図８に示すように、ダンパ部材６０は矩形板状の部材からなるダンパ保持基板としてのダンパフレーム基板６５から主に構成され、ダンパフレーム基板６５には、その長辺に沿って、共通流路部材５０の共通供給流路本流５６と共通回収流路本流５７とに連通する貫通孔６１Ａ，６１Ｂが形成されている。ダンパフレーム基板６５の貫通孔６１Ａ，６１Ｂに挟まれた領域に供給側ダンパ６２及び回収側ダンパ６３が形成され、これによりダンパ部材６０が構成されている。

ここで、上述した構成の液滴吐出ヘッド１における問題点を説明する。
図９は、液滴吐出ヘッド１におけるノズル板１０、流路板２０、振動板部材３０、共通流路部材５０、ダンパ部材６０、フレーム部材８０の積層状態を示す概略図である。同図において、流路板２０、振動板部材３０、共通流路部材５０によって圧電素子保持基板７０が構成されている。図９に示すような一般的なダンパ部材６０は、ダンパ板６６の変位を可能とするための変位空間（空隙）が形成されたダンパフレーム基板６５にダンパ板６６を重ね合わせ、両者を接着剤により接合して構成される。
図９において、共通流路部材５０はダンパ板６６が振動可能な複数の空間５８有しており、各空間５８は共通流路部材５０が有する複数の第一の隔壁である隔壁５９間に形成されている。また、ダンパ保持基板６５もダンパ板６６が振動可能な複数の空間６８を有しており、各空間６８はダンパ保持基板６５が有する複数の第二の隔壁である隔壁６９間に形成されている。各空間５８，６８は、ダンパ板６６を介して互いに対向する位置に配置されている。

図１０は、図９における部分Ａ、すなわち圧電素子保持基板７０を構成する共通流路部材５０の隔壁５９と、ダンパ板６６と、ダンパフレーム基板６５の隔壁６９との接合部における拡大図を示している。図１０に示すように、隔壁５９とダンパ板６６とは接着剤９０によって互いに接着されている。ここで用いられる接着剤９０としては、接着性を向上させるためあるいは接着強度を向上させるため等の目的により、充填剤であるフィラ９１を含んだものを用いることが好ましい。本実施形態で示した接着剤９０には、それぞれ球形状を呈した複数個のフィラ９１が含まれており、その最大粒径は１０μmである。
図１０に示すように、フィラ９１の直径が大きく、隔壁５９とダンパ板６６との間にフィラ９１が直接挟まれてしまう場合には、フィラ９１によってダンパ板６６に対して局所的な応力が作用し、図１０に符号Ｂで示すように亀裂が生じてダンパ板６６が破損してしまうという問題点があった。この不具合は、図１０に示すように、隔壁５９の幅に比して隔壁６９の幅が狭い場合に、より顕著に発生していた。以下に、この問題点の発生を防止する構成を説明する。

図１１は、本発明の第１の実施形態に係る液滴吐出ヘッド２の、共通流路部材５０の隔壁５９とダンパ板６６とダンパフレーム基板６５の隔壁６９との接合部における拡大図である。液滴吐出ヘッド２は、上述した液滴吐出ヘッド１と比較すると、ダンパ板６６と圧電素子保持基板７０を構成する共通流路部材５０の隔壁５９との間にダンパ板６６と一体的に設けられた脚部３を有する点においてのみ相違しており、他の構成は同一である。
ダンパフレーム基板６５及びダンパ板６６及び脚部３は、半導体プロセスを用いて作製されている。本実施形態では、基材となるウエハにダンパ板６６となる材料を成膜し、成膜面とダンパ板６６が振動可能な空間がパターニングされたダンパフレーム基板６５とを接合する。その後、成膜する際の基材としていたウエハをフォトリソグラフィとエッチングによりパターニングすることで脚部３を形成する。

本実施形態において、脚部３としてはヤング率１９０ＧＰａのＳｉを使用しており、その高さはフィラ９１の最大粒径である１０μｍよりも大きい２５μｍに設定されている。
また、ダンパ部材６０のコンプライアンス、すなわち基準圧力当たりの容積変化率を低下させないために、隔壁６９の幅及び脚部３の幅を隔壁５９の幅よりも狭くしている。
そして、脚部３の幅を狭くして接合面積が小さくなったことによる接着剤９０の接合強度が低下することを抑制するため、脚部３の隔壁５９との接合面に半導体プロセスを用いて図１２に示す凹凸部３ａを形成している。図１２は、図１１における符号Ｃ部の拡大図である。なお、本実施形態では脚部３に凹凸部３ａを設ける構成を示したが、凹凸部は脚部３側あるいは隔壁５９側の少なくとも一方側に設けられていればよい。

上述のように、本発明の液滴吐出ヘッド２は、ダンパ板６６と圧電素子保持基板７０を構成する共通流路部材５０との間にダンパ板６６と一体的に設けられ、フィラ９１を含む接着剤９０により共通流路部材５０と接合された脚部３を有している。この構成により、部分的にダンパ板６６の強度が増加し、フィラ９１によってダンパ板６６に対して局所的な応力が作用した場合でも、応力を脚部３が吸収してダンパ板６６への局所的な応力集中の発生を抑制し、ダンパ板６６の破損を抑制できる。
また、圧電素子保持基板７０が有する隔壁５９とダンパフレーム基板６５が有する隔壁６９との間に脚部３が配置されているので、フィラ９１による応力を脚部３によって確実に吸収することができ、ダンパ板６６への局所的な応力集中の発生を確実に抑制できる。

また、隔壁５９の幅に比して隔壁６９の幅を狭くしたので、圧電素子保持基板７０の隔壁５９の幅の内側に脚部３の幅が収まり、ダンパ部材６０のコンプライアンスすなわち基準圧力当たりの容積変化率が低下することを防止することができる。
また、接着剤９０に含まれるフィラ９１の最大径に比して脚部３の高さを高くしたので、接合時にはみ出した接着剤９０がダンパ板６６に接触した際に、フィラ９１によりダンパ板６６に対して局所的な応力が作用することを防止できる。
また、脚部３としてヤング率１００ＧＰａ以上のケイ素からなるものを用いているので、ダンパ部材６０と圧電素子保持基板７０との接合構造を維持しつつ両者間に十分なギャップを確保することができ、接着剤９０がはみ出した場合であってもフィラ９１によるダンパ板６６への応力集中の発生を抑制できる。

また、圧電素子保持基板７０の隔壁５９と脚部３との各接合面の少なくとも一方に凹凸部３ａを設けたので、接着面積を増加させることができると共に、材料表面の微細な凹凸に接着剤９０が木の根のように入り込んで硬化することにより接着力が高まるアンカー効果を生じるため、接合強度を増加させることができる。
上述した構成において、ダンパ板６６はコンプライアンスすなわち基準圧力当たりの容積変化率が７Ｅ－１７以上、ヤング率が３～２００ＧＰａ、厚みが２～１０μｍとなるように形成されている。この構成により、ダンパ板６６はダンパとして必要な機能、すなわち振動エネルギーを消散させて衝撃または振動の振幅を軽減するという機能を確実に満たすことができる。
また、ダンパ板６６は複数の層からなる積層構造となるように構成されているため、成膜により形成されるダンパ板６６の物性を任意に変更することができる。

図１３は、本発明の第２の実施形態に係る液滴吐出ヘッド４の、隔壁５９とダンパ板６６と隔壁６９との接合部における拡大図である。液滴吐出ヘッド４は、上述した液滴吐出ヘッド２と比較すると、隔壁６９の幅が隔壁５９の幅よりも大きく形成されている点、脚部３に代えて脚部５を有する点においてのみ相違しており、他の構成は同一である。
脚部５は、脚部３と同様に半導体プロセスを用いて作製されており、その幅が隔壁６９と同じとなるように、すなわちその幅が隔壁５９よりも大きくなるように形成されている。また、脚部５の隔壁５９との接合面には、凹凸部が形成されていない。
この構成によれば、隔壁６９の幅と脚部５の幅を隔壁５９の幅よりも大きくすることにより、隔壁５９と脚部５との接合時において接着剤９０のはみ出しによるダンパ板６６と接着剤９０との接触を抑制でき、フィラ９１によるダンパ板６６への応力集中の発生を抑制できる。

次に、従来の液滴吐出ヘッド１と同様に構成された図１４に示す脚部を持たない液滴吐出ヘッド６と、上述した各液滴吐出ヘッド２，４とのダンパ板６６におけるひび割れ発生率の比較試験を行った。ダンパ板６６のひび割れは、接合後にＩＲ顕微鏡でダンパ板６６の状態を観察することにより評価を行った。試験結果を図１５に示す。
図１５に示すように、試験結果は比較例１に比して各実施形態１，２のひび割れ発生率が低かった。これは、比較例１の構成ではダンパ板６６にフィラ９１が直接接触して局所的な応力集中が発生するのに対し、各実施形態１，２の構成では脚部３，５を設けたことで接合面の強度が増加し、ダンパ板６６とフィラ９１との接触が抑制されたことによりダンパ板６６のひび割れが発生しなかったものであると考えられる。
以上のことから、ダンパ板６６のひび割れの観点からは液滴吐出ヘッド２，４の構成に差異は見られず良好であるが、ダンパ板６６のコンプライアンスを高める必要がある場合には液滴吐出ヘッド２の構成が好ましい。

図２４は、本発明の第３の実施形態に係る液滴吐出ヘッド７の、隔壁５９とダンパ板６６と隔壁６９との接合部における拡大図である。液滴吐出ヘッド７は、上述した液滴吐出ヘッド４と比較すると、隔壁５９の幅が隔壁６９の幅よりも大きく形成されている点、脚部５に代えてその幅が隔壁５９よりも大きく形成された脚部８を有する点においてのみ相違しており、他の構成は同一である。
脚部８は、脚部５と同様に半導体プロセスを用いて作製されており、その幅が隔壁５９よりも大きくなるように形成されている。また、脚部８の隔壁５９との接合面には、凹凸部が形成されていない。

この構成によれば、隔壁５９の幅を隔壁６９よりも大きくし、かつ脚部８の幅を隔壁５９の幅よりも大きくすることにより、隔壁５９と脚部８との接合時において接着剤９０のはみ出しによるダンパ板６６と接着剤９０との接触を抑制できる。また、脚部８及び各隔壁５９，６９は半導体プロセスを用いて作製され、液滴吐出ヘッド７では液滴吐出ヘッド４と比較してエッチングされるシリコンの面積が減少するため、異物混入によるパターン不良の発生が抑制される。
また上述の構成では、隔壁５９の幅を隔壁６９の幅よりも大きくしているため、隔壁５９と脚部８との接合面積が増加して接合強度が向上する。さらに、液滴吐出ヘッド４に比して隔壁６９とダンパ板６６の振動領域との距離が離れているため、接着剤９０のはみ出しによりダンパ板６６の振動がばらつくことを抑制できる。

図２５は、本発明の第４の実施形態に係る液滴吐出ヘッド９の、隔壁５９とダンパ板６６と隔壁６９との接合部における拡大図である。液滴吐出ヘッド９は、上述した液滴吐出ヘッド７と比較すると、脚部８に代えて隔壁５９との接合面からダンパ板６６との接合面に向かうに従い末広がり形状となるように形成された脚部１２を有する点においてのみ相違しており、他の構成は同一である。
脚部１２は脚部５と同様に半導体プロセスを用いて作製されており、半導体プロセスの条件を調整することで隔壁５９との接合面からダンパ板６６との接合面に向かうに従い末広がり形状となるように形成されている。
この構成によれば、脚部１２とダンパ板６６との接合面エッジに応力集中することが緩和され、ダンパ板６６の振動時に応力集中が発生することによるクラックの発生を抑制することができる。

次に、上述した各液滴吐出ヘッド２，４，７，９を備えた液滴吐出ユニットについて説明する。
図１６、図１７に示すように液滴吐出ユニット１００は、液滴吐出ヘッド２、複数の液滴吐出ヘッド２を保持するベース部材１０３、液滴吐出ヘッド２のノズルカバーとなるカバー部材１１３を備えている。さらに液滴吐出ユニット１００は、放熱部材１０４、複数の液滴吐出ヘッド２に対して液体を供給する流路を形成しているマニホールド１０５、フレキシブル配線基板１０１に接続されるプリント基板（ＰＣＢ）１０６、モジュールケース１０７を備えている。

次に、上述した各液滴吐出ヘッド２，４，７，９を備えた液滴吐出装置について説明する。
図１８、図１９に示すように、液滴吐出装置である印刷装置５００は、被記録媒体である連続体５１０を搬入する搬入手段５０１、搬入手段５０１によって搬入された連続体５１０を印刷手段５０５に向けて案内搬送する案内搬送手段５０３を備えている。また印刷装置５００は、連続体５１０に対して液滴を吐出して画像を形成する印刷動作を行う印刷手段５０５、液滴が付着した連続体５１０を乾燥させる乾燥手段５０７、連続体５１０を搬出する搬出手段５０９等を備えている。
連続体５１０は、搬入手段５０１に支持された元巻きローラ５１１から送り出され、搬入手段５０１、案内搬送手段５０３、乾燥手段５０７、搬出手段５０９がそれぞれ有するローラによって案内及び搬送され、搬出手段５０９の巻き取りローラ５９１に巻き取られる。連続体５１０は、印刷手段５０５において搬送ガイド部材５５９上を液滴吐出ユニットであるヘッドユニット５５０に対向して搬送され、ヘッドユニット５５０から吐出される液滴によって画像が印刷される。

印刷装置５００は、ヘッドユニット５５０に上述した液滴吐出ユニット１００Ａ，１００Ｂを備えており、各液滴吐出ユニット１００Ａ，１００Ｂはそれぞれ共通ベース部材５５２上に設けられている。
各液滴吐出ユニット１００Ａ，１００Ｂは、連続体搬送方向と直交する方向における液滴吐出ヘッド２の並び方向をヘッド配列方向とするとき、液滴吐出ユニット１００Ａのヘッド列１Ａ１，１Ａ２の組で同じ色の液滴を吐出する。同様に、液滴吐出ユニット１００Ａのヘッド列１Ｂ１，１Ｂ２の組、液滴吐出ユニット１００Ｂのヘッド列１Ｃ１，１Ｃ２の組、液滴吐出ユニット１００Ｂのヘッド列１Ｄ１，１Ｄ２の組で、それぞれ所望の色の液滴を吐出する。

次に、本発明に係る液滴吐出装置である印刷装置の他の例を図２０及び図２１に基づいて説明する。
液滴吐出装置としての印刷装置４００はシリアル型印刷装置であり、主走査移動機構４９３によってキャリッジ４０３が主走査方向に向けて往復移動する。主走査移動機構４９３は、ガイド部材４０１、主走査モータ４０５、タイミングベルト４０８等を有している。ガイド部材４０１は左右の側板４９１Ａ，４９１Ｂに掛け渡されており、キャリッジ４０３を移動可能に保持している。キャリッジ４０３は、駆動プーリ４０６と従動プーリ４０７との間に掛け渡されたタイミングベルト４０８を介して、主走査モータ４０５の駆動力を伝達されて主走査方向に往復移動される。

キャリッジ４０３には、液滴吐出ヘッド２及びヘッドタンク４４１を一体的に有する液滴吐出ユニット４４０が搭載されている。ここで液滴吐出ヘッド２は、例えばイエロ（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の各色の液滴を吐出する。また液滴吐出ヘッド２は、複数のノズルからなるノズル列を主走査方向と直交する副走査方向に配列し、液滴吐出方向を下方とした状態で装着されている。液滴吐出ヘッド２は、図示しない液体循環装置と接続されており、液滴吐出ヘッド２には所望の色の液体が循環供給される。

印刷装置４００は、被記録媒体である用紙４１０を搬送する搬送機構４９５を備えている。搬送機構４９５は、搬送手段である搬送ベルト４１２、搬送ベルト４１２を駆動する副走査モータ４１６を有している。無端状ベルトである搬送ベルト４１２は搬送ローラ４１３とテンションローラ４１４との間に掛け渡されており、用紙４１０を吸着して液滴吐出ヘッド２に対向する位置で搬送する。吸着は、静電吸着あるいはエア吸引等によって実施される。搬送ベルト４１２は、副走査モータ４１６の駆動力をタイミングベルト４１７及びタイミングプーリ４１８を介して伝達されることにより、副走査方向に周回移動される。

キャリッジ４０３の主走査方向の一方側であって搬送ベルト４１２の側方には、液滴吐出ヘッド２の維持回復を行う維持回復機構４２０が配置されている。維持回復機構４２０は、例えば液滴吐出ヘッド２のノズル面をキャッピングするキャップ部材４２１、ノズル面を払拭するワイパ部材４２２等で構成されている。また、主走査移動機構４９３、維持回復機構４２０、搬送機構４９５は、側板４９１Ａ，４９１Ｂ、背板４９１Ｃを含む筐体に取り付けられている。
上述した構成の印刷装置４００では、用紙４１０が搬送ベルト４１２によって吸着され、搬送ベルト４１２の周回移動により用紙４１０が副走査方向に搬送される。このとき、キャリッジ４０３を主走査方向に移動させつつ画像信号に応じて液滴吐出ヘッド２を駆動することにより、停止している用紙４１０に液滴を吐出して画像を形成する。

次に、上述した液滴吐出ユニット４４０を図２２に基づいて説明する。
液滴吐出ユニット４４０は、液滴吐出装置である印刷装置４００を構成している各部材のうち、各側板４９１Ａ，４９１Ｂ及び背板４９１Ｃで構成される筐体部分と、主走査移動機構４９３、キャリッジ４０３、液滴吐出ヘッド２等によって構成されている。
なお、この液滴吐出ユニット４４０の例えば側板４９１Ｂに、上述した維持回復機構４２０をさらに取り付けた液滴吐出ユニットを構成することも可能である。

次に、本発明の一実施形態に係る液滴吐出ユニットの他の例を、図２３に基づいて説明する。
図２３に示す液滴吐出ユニット４５０は、流路部品４４４が取り付けられた液滴吐出ヘッド２と、流路部品４４４に接続されたチューブ４５６を有している。流路部品４４４はカバー４４２の内部に配置されており、流路部品４４４の上部には液滴吐出ヘッド２と電気的接続を行うコネクタ４４３が設けられている。なお、流路部品４４４に代えてヘッドタンク４４１を含む構成も可能である。

上述した液滴吐出ヘッド２を含む、液滴吐出ユニット１００，１００Ａ，１００Ｂ，４４０，４５０，５５０、及び液滴吐出装置である印刷装置４００，５００では、上述した液滴吐出ヘッド２における作用効果と同様の作用効果を得ることができる。また、上記各構成では液滴吐出ヘッドとして液滴吐出ヘッド２を用いる構成を示したが、液滴吐出ヘッド２に代えて各液滴吐出ヘッド４，７，９を用いることも可能である。この場合には、各液滴吐出ヘッド４，７，９と同様の作用効果を得ることができる。

本発明において、使用される液体はヘッドから吐出可能な粘度や表面張力を有するものであればよく特に限定されないが、常温・常圧下において、または加熱・冷却により粘度が３０ｍＰａ・ｓ以下となるものであることが好ましい。より具体的には、水や有機溶媒等の溶媒、染料や顔料等の着色剤、重合性化合物、樹脂、界面活性剤等の機能性付与材料、ＤＮＡ、アミノ酸やタンパク質、カルシウム等の生体適合材料、天然色素等の可食材料、これ等を含む溶液や懸濁液やエマルション等である。これ等は、例えばインクジェット用インク、表面処理液、三次元造形用材料液等の用途で用いることができる。
液滴を吐出するエネルギー発生源として、圧電アクチュエータ（積層型圧電素子及び薄膜型圧電素子）、発熱抵抗体等の電気熱変換素子を用いるサーマルアクチュエータ、振動板と対向電極とからなる静電アクチュエータ等を使用するものが含まれる。

「液滴吐出ユニット」は、液滴吐出ヘッドに機能部品、機構が一体化したものであり、液滴の吐出に関連する部品の集合体が含まれる。例えば「液滴吐出ユニット」は、ヘッドタンク、キャリッジ、供給機構、維持回復機構、主走査移動機構、液体循環装置の構成の少なくとも一つを液滴吐出ヘッドと組み合わせたもの等が含まれる。
ここで一体化とは、例えば液滴吐出ヘッドと機能部品や機構が、締結、接着、係合等によって互いに固定されているもの、一方が他方に対して移動可能に保持されているものを含む。また、液滴吐出ヘッドと機能部品や機構が互いに着脱可能であってもよい。

液滴吐出ユニットとして、液滴吐出ヘッドとヘッドタンクとが一体化されているもの、両者がチューブ等で互いに接続されて一体化されているものがある。ここで、これ等の液滴吐出ユニットの液滴吐出ヘッドとヘッドタンクとの間に、フィルタを含むユニットを追加することも可能である。
また液滴吐出ユニットとして、液滴吐出ヘッドとキャリッジとが一体化されているもの、液滴吐出ヘッドとキャリッジと主走査移動機構とが一体化されているものがある。また液滴吐出ユニットとして、液滴吐出ヘッドを走査移動機構の一部を構成するガイド部材に移動可能に保持させ、液滴吐出ヘッドと走査移動機構とが一体化されているものがある。

液滴吐出ユニットとして、液滴吐出ヘッドが取り付けられたキャリッジに維持回復機構の一部であるキャップ部材を固定させて、液滴吐出ヘッドとキャリッジと維持回復機構とが一体化されているものがある。また液滴吐出ユニットとして、ヘッドタンクまたは流路部品が取り付けられた液滴吐出ヘッドにチューブが接続され、液滴吐出ヘッドと供給機構とが一体化されているものがある。このチューブを介して、液体貯留源の液体が液滴吐出ヘッドに供給される。
主走査移動機構は、ガイド部材単体も含むものとする。供給機構は、チューブ単体及び装填部単体も含むものとする。

本発明では、液滴吐出ユニットについて液滴吐出ヘッドとの組み合わせで説明しているが、液滴吐出ユニットには上述した液滴吐出ヘッドを含むヘッドモジュールやヘッドユニットと上述したような機能部品や機構が一体化されたものも含まれる。
液滴吐出装置には、液滴吐出ヘッド、液滴吐出ユニット、ヘッドモジュール、ヘッドユニット等を備え、液滴吐出ヘッドを駆動させて液滴を吐出させる装置が含まれる。液滴吐出装置には、液滴が付着可能なものに対して液滴を吐出することが可能な装置だけではなく、液滴を気体中や液体中に向けて吐出する装置も含まれる。

液滴吐出装置は、液滴が付着可能なものの給送、搬送、排紙に関わる手段、その他の前処理装置や後処理装置等にも含むことができる。
例えば液滴吐出装置としては、インクを吐出させて被記録媒体に画像を形成する装置である画像形成装置、立体造形物（三次元造形物）を造形するために粉体を層状に形成した粉体層に造形液を吐出する立体造形装置（三次元造形装置）が挙げられる。
また液滴吐出装置は、吐出された液滴によって文字や図形等の有意な画像が可視化されるものに限定されるものではない。例えば、それ自体では意味を持たないパターン等を形成するもの、三次元像を造形するものも含まれる。

上述した液滴が付着可能なものとは、液滴が少なくとも一時的に付着可能なものであって、付着して固着するものや付着して浸透するもの等を意味する。具体例としては、用紙、フィルム、布等の被記録媒体、電子基板、圧電素子等の電子部品、粉体層（粉末層）、臓器モデル、検査用セル等の媒体が挙げられ、特に限定しない限り液滴が付着する全てのものが含まれる。
液滴が付着可能なものの材質は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等、液滴が一時的でも付着可能であれば、どのような材質のものであってもよい。

液滴吐出装置には、液滴吐出ヘッドと液滴が付着可能なものとが相対的に移動する構成を含むが、移動する対象は何れか一方には限定されない。具体例としては、液滴吐出ヘッドを移動させるシリアル型装置、液滴吐出ヘッドを移動させないライン型装置が共に含まれる。
また、液滴吐出装置としては他にも、用紙の表面を改質する等の目的で用紙の表面に処理液を塗布するために用紙表面に対して処理液を吐出する処理液塗布装置、原材料を溶液中に分散した組成液を、ノズルを介して噴射させて原材料の微粒子を造粒する噴射造粒装置等が挙げられる。

本発明の態様は、例えば以下の通りである。
［１］振動エネルギーを軽減するダンパと、前記ダンパが接合され前記ダンパが振動可能な空間を有するダンパ保持基板と、前記ダンパの前記ダンパ保持基板とは反対側に設けられ、圧電素子を収容する凹部及び前記ダンパが振動可能な空間を有する圧電素子保持基板と、前記ダンパと前記圧電素子保持基板との間に前記ダンパと一体的に設けられ、フィラを含む接着剤により前記圧電素子保持基板と接合された脚部とを有する液滴吐出ヘッドである。
［２］前記圧電素子保持基板は前記空間を形成する第一の隔壁を備え、前記ダンパ保持基板は前記空間を形成する第二の隔壁を備え、前記脚部は前記第一の隔壁と前記第二の隔壁との間に配置されていることを特徴とする［１］に記載の液滴吐出ヘッドである。
［３］前記第一の隔壁の幅に比して前記第二の隔壁の幅及び前記脚部の幅が狭く形成されていることを特徴とする［２］に記載の液滴吐出ヘッドである。
［４］前記脚部の幅が前記第一の隔壁の幅及び前記第二の隔壁の幅よりも広く形成されていることを特徴とする［２］に記載の液滴吐出ヘッドである。
［５］前記第一の隔壁の幅に比して前記第二の隔壁の幅が狭く形成されていることを特徴とする［４］に記載の液滴吐出ヘッドである。
［６］前記脚部は、前記圧電素子保持基板側から前記ダンパ側に向かうに従い末広がり形状となるように形成されていることを特徴とする［１］ないし［５］の何れか一つに記載の液滴吐出ヘッドである。
［７］前記脚部の高さは前記フィラの最大径よりも大きいことを特徴とする［１］ないし［６］の何れか一つに記載の液滴吐出ヘッドである。
［８］前記脚部はヤング率１００ＧＰａ以上のケイ素からなることを特徴とする［１］ないし［７］の何れか一つに記載の液滴吐出ヘッドである。
［９］前記圧電素子保持基板と前記脚部との各接合面の少なくとも一方に凹凸部を有することを特徴とする［１］ないし［８］の何れか一つに記載の液滴吐出ヘッドである。
［１０］前記ダンパは、コンプライアンスが７Ｅ－１７以上、ヤング率が３～２００ＧＰａ、厚みが２～１０μｍであることを特徴とする［１］ないし［９］の何れか一つに記載の液滴吐出ヘッドである。
［１１］前記ダンパは複数層からなる積層構造を有することを特徴とする［１］ないし［１０］の何れか一つに記載の液滴吐出ヘッドである。
［１２］［１］ないし［１１］の何れか一つに記載の液滴吐出ヘッドを有することを特徴とする液滴吐出ユニットである。
［１３］［１］ないし［１１］の何れか一つに記載の液滴吐出ヘッドを有することを特徴とする液滴吐出装置である。
［１４］［１２］記載の液滴吐出ユニットを有することを特徴とする液滴吐出装置である。

以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定しない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を例示したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。

２，４，７，９ 液滴吐出ヘッド
３，５，８，１２ 脚部
３ａ 凹凸部
４０ 圧電素子
５８，６８ 空間
５９ 第一の隔壁（隔壁）
６５ ダンパ保持基板（ダンパフレーム基板）
６６ ダンパ（ダンパ板）
６９ 第二の隔壁（隔壁）
７０ 圧電素子基板
９０ 接着剤
９１ フィラ
１００，１００Ａ，１００Ｂ，４４０，４５０，５５０ 液滴吐出ユニット
４００，５００ 液滴吐出装置（印刷装置）

特許第６２６０８５３号公報

Claims (14)

1. 振動エネルギーを軽減するダンパと、
   前記ダンパが接合され前記ダンパが振動可能な空間を有するダンパ保持基板と、
   前記ダンパの前記ダンパ保持基板とは反対側に設けられ、圧電素子を収容する凹部及び前記ダンパが振動可能な空間を有する圧電素子保持基板と、
   前記ダンパと前記圧電素子保持基板との間に前記ダンパと一体的に設けられ、フィラを含む接着剤により前記圧電素子保持基板と接合された脚部と
   を有する液滴吐出ヘッド。
2. 請求項１記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
   前記圧電素子保持基板は前記空間を形成する第一の隔壁を備え、
   前記ダンパ保持基板は前記空間を形成する第二の隔壁を備え、
   前記脚部は前記第一の隔壁と前記第二の隔壁との間に配置されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
3. 請求項２記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
   前記第一の隔壁の幅に比して前記第二の隔壁の幅及び前記脚部の幅が狭く形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
4. 請求項２記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
   前記脚部の幅が前記第一の隔壁の幅及び前記第二の隔壁の幅よりも広く形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
5. 請求項４記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
   前記第一の隔壁の幅に比して前記第二の隔壁の幅が狭く形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
6. 請求項５記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
   前記脚部は、前記圧電素子保持基板側から前記ダンパ側に向かうに従い末広がり形状となるように形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
7. 請求項１記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
   前記脚部の高さは前記フィラの最大径よりも大きいことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
8. 請求項１記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
   前記脚部はヤング率１００ＧＰａ以上のケイ素からなることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
9. 請求項１記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
   前記圧電素子保持基板と前記脚部との各接合面の少なくとも一方に凹凸部を有することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
10. 請求項１記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
    前記ダンパは、コンプライアンスが７Ｅ－１７以上、ヤング率が３～２００ＧＰａ、厚みが２～１０μｍであることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
11. 請求項１記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
    前記ダンパは複数層からなる積層構造を有することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
12. 請求項１ないし１１の何れか一つに記載の液滴吐出ヘッドを有することを特徴とする液滴吐出ユニット。
13. 請求項１ないし１１の何れか一つに記載の液滴吐出ヘッドを有することを特徴とする液滴吐出装置。
14. 請求項１２記載の液滴吐出ユニットを有することを特徴とする液滴吐出装置。

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