JP4631434B2

JP4631434B2 - インクジェットヘッド

Info

Publication number: JP4631434B2
Application number: JP2004380708A
Authority: JP
Inventors: 智幸久保
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2004-12-28
Filing date: 2004-12-28
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2024-12-28
Also published as: US20060139391A1; JP2006181975A; US7347522B2

Description

本発明は、記録媒体にインクを吐出して印刷を行うインクジェットヘッドに関する。

特許文献１には、キャリッジに記録ヘッド部を搭載して、キャリッジを往復移動させながら、記録ヘッド部に設けられた圧電アクチュエータを含むヘッドユニット（インクジェットヘッド）から記録媒体上にインクを吐出して印刷する記録装置が記載されている。この記録装置において、記録ヘッド部には、ドライバー素子（ドライバＩＣ）の熱を放熱するヒートシンクが設けられており、ヒートシンクの下面にヘッドユニットが固定されている。ヒートシンクのヘッドユニットと対向する位置には開口が設けられている。この構成により、ヘッドユニットの上方には、空間が設けられることになり、ドライバー素子の熱がヒートシンクを介してヘッドユニットに伝わりにくくなる。したがって、ヒートシンクが高温になるような場合でも、ヘッドユニットの圧電アクチュエータの動作特性は大きく変わらない。さらに、ヒートシンクの開口内には、圧電アクチュエータと接触しヒートシンクとは接触しない放熱体が設けられている。これにより、圧電アクチュエータ自体で発生した熱を放熱して、ヘッドユニットが自身の発熱によって高温になることを抑制できる。

特開２００４−２９１３４２号公報

しかしながら、上述した特許文献１に記載の記録装置において、ヒートシンクとヘッドユニットとが固定されているため、ドライバー素子からヒートシンクに伝わった熱及びドライバー素子からの輻射熱がヘッドユニット及び放熱体に伝わる。このヘッドユニット及び放熱体に伝わる熱は、ドライバー素子に近い領域ほど大きくなるため、ヘッドユニット及び放熱体において、ドライバー素子に近い領域と離れた領域とで温度差が生じることになる。これより、複数のキャビティ（圧力室）間、及び、ノズル間のインク温度に大きな差が生じ、ノズルからのインク吐出特性にばらつきが生じる。

そこで、本発明の目的は、ドライバＩＣが発生する熱に起因して生じる圧力室及びノズルでのインク温度差を小さくすることが可能なインクジェットヘッドを提供することである。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明のインクジェットヘッドは、複数のノズルとこれらノズルとそれぞれ連通する複数の圧力室とを備え、前記複数の圧力室が平面に沿って配列された流路ユニットと、前記流路ユニットの前記平面に固定されて前記複数の圧力室内のインクに吐出エネルギーを付与するエネルギー付与手段とを備えている。そして、前記エネルギー付与手段に供給される駆動信号を生成するドライバＩＣと、前記ドライバＩＣが実装されていると共に、前記ドライバＩＣと前記エネルギー付与手段とを接続する複数の配線が形成された平型柔軟ケーブルと、前記流路ユニットの前記平面との間で前記エネルギー付与手段の少なくとも一部を挟み込むように配置されており、且つ、前記平面に垂直な方向に関する厚みが前記ドライバＩＣから離れる方向に向かって減少する伝熱体とをさらに備えている。

これによると、ドライバＩＣの発熱により伝熱体が温められる際には、伝熱体のドライバＩＣに近い領域が、ドライバＩＣから離れた領域より温められにくくなる。その結果、伝熱体においてドライバＩＣからの距離が異なる領域間の温度差が小さくなり、流路ユニットの圧力室間のインク温度差及び流路ユニットのノズル間のインク温度差が小さくなる。したがって、ノズルからのインク吐出特性のばらつきを抑制することができる。

本発明において、前記伝熱体が、前記平面に平行に配置された複数の板を重ね合わせたものであることが好ましい。これにより、伝熱体の構成が簡易になる。

また、このとき、前記複数の板が同じ金属材料からなっていてもよい。これにより、伝熱体を安価なものにすることができ、インクジェットヘッドのコストを低減することが可能になる。

また、本発明において、前記複数のノズル及び前記複数の圧力室がそれぞれ一方向に配列された一又は複数の列を形成しており、前記伝熱体における前記厚みが、前記一方向に沿って一定であることが好ましい。これにより、列を形成する複数の圧力室及びノズルの間で、インク温度がばらつきにくくなる。

また、本発明において、前記伝熱体の表面積が、前記ドライバＩＣから離れる方向に向かって漸減していることが好ましい。これによると、伝熱体の表面からの放熱量がドライバＩＣに近い領域ほど大きくなる。そのため、伝熱体のドライバＩＣに近い領域が温められにくくなる。したがって、伝熱体においてドライバＩＣからの距離が異なる領域間の温度差をより小さくすることが可能になる。

また、本発明のインクジェットヘッドは、別の観点では、複数のノズルとこれらノズルとそれぞれ連通する複数の圧力室とを備え、前記複数の圧力室が平面に沿って配列された流路ユニットと、前記流路ユニットの前記平面に固定されて前記複数の圧力室内のインクに吐出エネルギーを付与するエネルギー付与手段と、前記エネルギー付与手段に供給される駆動信号を生成するドライバＩＣと、前記ドライバＩＣが実装されていると共に、前記ドライバＩＣと前記エネルギー付与手段とを接続する複数の配線が形成された平型柔軟ケーブルと、前記流路ユニットの前記平面との間で前記エネルギー付与手段の少なくとも一部を挟み込むように配置された伝熱体とを備えている。そして、前記伝熱体は、第１の領域と、前記第１の領域よりも前記ドライバＩＣから離れ且つ前記平面に垂直な方向に関する厚みが前記第１の領域よりも小さい第２の領域とを有し、前記伝熱体は、前記第１及び第２の領域に配置され前記平面に垂直な方向に関する厚みが一定な板と、前記板の前記平面と同じ方向を向いた面上であって前記第１の領域に配置された放熱体とを含み、前記放熱体には、一又は複数の突起が形成されている。これにより、ドライバＩＣの発熱により伝熱体が温められる際には、伝熱体のドライバＩＣに近い領域（第１の領域）が、ドライバＩＣから離れた領域（第２の領域）より温められにくくなる。その結果、伝熱体においてドライバＩＣからの距離が異なる領域間の温度差が小さくなり、流路ユニットの圧力室間のインク温度差及び流路ユニットのノズル間のインク温度差が小さくなる。したがって、ノズルからのインク吐出特性のばらつきを抑制することができる。また、伝熱体の表面積を容易に大きくすることが可能になる。

また、このとき、前記突起が、前記放熱体において前記流路ユニットの前記平面と同じ方向を向いた面上に形成されていてもよい。これにより、突起が伝熱体の平面領域内に収まるので、ヘッドが面方向に大型化しない。

また、本発明において、前記エネルギー付与手段が、前記複数の圧力室の容積を変化させる圧電アクチュエータからなり、前記圧電アクチュエータが、前記複数の圧力室のそれぞれに対向する複数の個別電極を含んでいることが好ましい。これにより、圧電アクチュエータの個別電極間の温度差が小さくなる。そのため、個別電極を一方の電極とするキャパシタごとの静電容量のばらつきが抑制される。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の第１実施形態によるインクジェットヘッドが採用されたインクジェットプリンタの概略平面図である。インクジェットプリンタ１の内部には、図１に示すように、２本のガイド軸６，７が設けられている。これらガイド軸６，７には、キャリッジを兼用するヘッドユニット８が取り付けられている。ヘッドユニット８は、合成樹脂材料からなるヘッドホルダ９を含んでいる。ヘッドホルダ９には、印刷用紙Ｐへインクを吐出して印刷を行うインクジェットヘッド３０が保持されている。ヘッドホルダ９は、キャリッジモータ１２により回転する無端ベルト１１に取り付けられており、キャリッジモータ１２の駆動により、ガイド軸６，７に沿って主走査方向に往復移動する。

インクジェットプリンタ１には、イエローインクが収容されたインクカートリッジ５ａと、マゼンタインクが収容されたインクカートリッジ５ｂと、シアンインクが収容されたインクカートリッジ５ｃと、ブラックインクが収容されたインクカートリッジ５ｄとが備えられている。各インクカートリッジ５ａ〜５ｄは、それぞれ可撓性のチューブ１４ａ〜１４ｄによってチューブジョイント２０と接続されている。また、インクジェットプリンタ１には、ヘッドホルダ９が左端に移動したときに対向するインク吸収部材３が設けられている。インク吸収部材３は、フラッシングのときにノズルから吐出されたインクを吸収する。また、インクジェットプリンタ１には、ヘッドホルダ９が右端に移動したときに対向するパージ装置２が設けられている。パージ装置２は、パージ時にノズルからインクを吸引する。そのパージ装置２の左方には、ノズル面に付着したインクを払拭するワイパ４が設けられている。

次に、ヘッドユニット８の主要構造について以下に説明する。図２は、図１に示すヘッドユニット８の分解斜視図であり、ヘッドホルダ９からバッファタンク４８及びヒートシンク６０を取り外した状態を示している。図３は、図２に示すインクジェットヘッドユニットの縦断面図である。

図２及び図３に示すように、ヘッドホルダ９は、上方に向かって開口した略箱状に形成されており、その底部にはインクジェットヘッド３０に含まれるヘッド本体２５が固定されている。また、ヘッドホルダ９において、ヘッド本体２５の上方には、ヘッド本体２５へ供給するインクを一時的に貯溜するバッファタンク４８が設置されている。ヘッド本体２５は、複数のノズル２８が形成されたノズル面（底面）２５ａがヘッドホルダ９の下方外側に露出するように設置されている（図５参照）。

バッファタンク４８の端部には、図２に示すように、インクをこのバッファタンク４８に供給するためのチューブジョイント２０が接続されている。バッファタンク４８の下面には、４つのインク流出口（不図示）が設けられており、ヘッド本体２５に設けられた４つインク供給口３０ａ（後述する）とシール部材９０を介して接続されている。バッファタンク４８の上方には、コンデンサ８３などの電子部品及びコネクタ８５が実装された制御基板８４が設けられている。制御基板８４の上方は、ヘッドホルダ９の上方を覆うカバー９ａにより覆われている。

ヘッドホルダ９には、図３に示すように、ヒートシンク６０がバッファタンク４８の左側側壁４８ａに隣接する位置に固定されている。ヒートシンク６０は、図３中左右方向に延在する水平部６０ａと、水平部６０ａの一端部から上方に立ち上がった垂直部６０ｂとを有している。水平部６０ａ及び垂直部６０ｂは、図２に示すように、共に横長の板状に形成されており、垂直部６０ｂの内側の板面はバッファタンク４８の側壁４８ａと対向している。バッファタンク４８の右方には、バッファタンク４８内に蓄積された空気を外部へ排気する排気装置４９が設けられている。

次に、インクジェットヘッド３０の主要構成について以下に説明する。図４は、本発明の第１実施形態によるインクジェットヘッド３０を示す外観斜視図である。図３及び図４に示すように、インクジェットヘッド３０は、ヘッド本体２５と、ヘッド本体２５の上面に接合されたフレキシブルプリント回路（ＦＰＣ：Flexible Printed Circuit）７０とを含んでいる。ヘッド本体２５は、それぞれの色ごとに複数のインク流路が形成された流路ユニット２７と、流路ユニット２７の上面に熱硬化性接着剤によって接着された圧電アクチュエータ（エネルギー付与手段）２１とを含んでいる。流路ユニット２７及び圧電アクチュエータ２１はともに、長方形平面形状を有する複数の薄板を積層して構成され、バッファタンク４８の下方に配置されている。流路ユニット２７の上面には、圧電アクチュエータ２１を避けて平面形状が楕円形状の４つのインク供給口３０ａが形成されている。これら４つのインク供給口３０ａが形成された領域には、各インク供給口３０ａと対向する位置に複数の微小孔が形成されたフィルタ５５が配置されている（図５参照）。こうして、バッファタンク４８のインク流出口（不図示）からの流出したインクがフィルタ５５で濾過され、インク供給口３０ａから流路ユニット２７内に流通する。

ＦＰＣ７０は、図４に示すように、圧電アクチュエータ２１から制御基板８４まで延在する基材７１と、基材７１の延在方向に沿って形成された複数の配線７２とを有している。基材７１上には、ドライバＩＣ８０が実装されている。複数の配線７２は、圧電アクチュエータ２１に形成された複数の個別電極３７（後述する）とドライバＩＣ８０とを個別電極３７ごとに電気的に接続する複数の個別配線７３と、ドライバＩＣ８０と制御基板８４とを電気的に接続する複数の信号線７４と、圧電アクチュエータ２１に形成された共通電極（後述する）３８をグランドに接続する共通配線７５とを有している。なお、複数の個別配線７３は、対応する個別電極３７ごとに形成されているので、複数の信号線７４より本数が多く形成されている。ＦＰＣ７０は、圧電アクチュエータ２１の上面から主走査方向の一方に引き出され、図３に示すように、ヘッドホルダ９の底部に形成された孔１７を通されて垂直部６０ｂとヘッドホルダ９の側壁との間に形成された隙間を介して上方に向かう。そして、ＦＰＣ７０は、制御基板８４とバッファタンク４８との隙間を介して制御基板８４上に設けられたコネクタ８５と電気的に接続されている。ドライバＩＣ８０は、制御基板８４からシリアル転送されてきた印刷信号を、圧電アクチュエータ２１の個別電極３７ごとに対応したパラレル信号に変換し且つ所定の電位に変換した駆動信号を各個別電極３７に接続した個別配線７３に出力する。また、ＦＰＣ７０は、ドライバＩＣ８０と対向する位置に配置された弾性部材１８によりドライバＩＣ８０の上面がヒートシンク６０の水平部６０ａに接触するように押圧されている。これにより、発熱したドライバＩＣ８０の過剰な熱を放熱することが可能になる。

また、ＦＰＣ７０の圧電アクチュエータ２１と対向する領域には、伝熱体８１が配置されている。伝熱体８１は、圧電アクチュエータ２１の上面とほぼ同じサイズの長方形平面形状を有する厚みが一定なアルミ板８２と、アルミ板８２の上面に接合された放熱体８３とを含んでいる。本実施形態における放熱体８３は、アルミニウムから構成されている。放熱体８３は、副走査方向に沿って延在しており、アルミ板８２の上面においてドライバＩＣ８０側の端部に配置されている。放熱体８３には、底部８５から上方に向かって突出した４つの突起８６が主走査方向に互いに離隔して形成されている。各突起８６は、放熱体８３の主走査方向に沿った断面がすべて同じ形状になるように、副走査方向に沿って延在している。このように伝熱体８１は、放熱体８３によってドライバＩＣ８０に近い領域（本実施形態においてアルミ板８２が放熱体８３で覆われた領域である。以下同様）の厚みがドライバＩＣ８０から離れた領域（本実施形態においてアルミ板８２が露出した領域である。以下同様）の厚みより大きくなっているとともに、表面積も同様に増加している。

図５は、ヘッド本体２５及びＦＰＣ７０の分解斜視図である。図５に示すように、流路ユニット２７は、上から、キャビティプレート１０８、サプライプレート１０７、アパーチャプレート１０６、２枚のマニホールドプレート１０４，１０５、ダンパプレート１０３、カバープレート１０２、ノズルプレート１０１の計８枚のシート材が積層された積層構造を有している。各プレート１０１〜１０８は、副走査方向に長手方向を有する長方形平面形状となっている。本実施の形態において、流路ユニット２７を構成する８枚のプレート１０１〜１０８のうち、ノズルプレート１０１を除く７枚のプレート１０２〜１０８がステンレス鋼からなり、ノズルプレート１０１がポリイミド樹脂からなる。

ノズルプレート１０１には、微小径のノズル２８が微小間隔で多数個穿設されている。これらノズル２８は、ノズルプレート１０１の長手方向（副走査方向）に沿って、千鳥配列状で５列に配列されている。

キャビティプレート１０８には、各ノズル２８に対応する複数の圧力室１０がキャビティプレート１０８の長手方向に沿って千鳥状配列で５列に穿設されている。各圧力室１０の長手方向は、キャビティプレート１０８の長手方向に対して直交している。各圧力室１０の一端部は、サプライプレート１０７、アパーチャプレート１０６、２枚のマニホールドプレート１０４，１０５、ダンパプレート１０３及びカバープレート１０２に千鳥状配列で穿設されている微小径の貫通孔２９を介して、ノズルプレート１０１におけるノズル２８に連通している。また、キャビティプレート１０８の一端部側には、インク供給口３０ａとなる４つの孔１０８ａがキャビティプレート１０８の短手方向（主走査方向）に沿って離隔して形成されている。

図５に示すように、２枚のマニホールドプレート１０４，１０５のうち、アパーチャプレート１０６に近い側のマニホールドプレート１０５には、５つのインク室半部１０５ａが貫通状に形成されている。これら５つのインク室半部１０５ａは、マニホールドプレート１０５の長手方向に沿って延在されつつ、マニホールドプレート１０５の短手方向に互いに離隔している。

一方、ダンパプレート１０３側のマニホールドプレート１０４にも、５つのインク室半部１０５ａと同様の５つのインク室半部１０４ａが貫通して形成されている。この構成で２枚のマニホールドプレート１０４，１０５、アパーチャプレート１０６及びダンパプレート１０３の計４枚を積層することにより、対向する２つのインク室半部１０４ａ，１０５ａが相互に接合され、このときに形成される上下の開口が、上からのアパーチャプレート１０６と下からのダンパプレート１０３とにより覆われる。これにより、貫通孔２９の列の間及び外側に計５つの共通インク室９９が形成される。なお、共通インク室９９の一端部がインク供給口３０ａとそれぞれ対向している。

サプライプレート１０７には、複数の貫通孔２９の他に、複数の連絡孔５１が貫通して形成されている。これらの連絡孔５１は、一方の開口において圧力室１０と連通し他方の開口において後述のアパーチャ５２と連通している。さらに、複数の連絡孔５１は、各圧力室１０に対応してサプライプレート１０７の長手方向に沿って千鳥状の５列に配列されている。また、サプライプレート１０７は、長手方向の一端部側に、図５に示すように、４つの孔１０７ａを有している。これら孔１０７ａは、それぞれキャビティプレート１０８の４つの孔１０８ａと対向するように形成されている。

アパーチャプレート１０６には、複数の貫通孔２９の他に、アパーチャプレート１０６の短手方向に沿って延在した略長方形平面形状のアパーチャ５２が、アパーチャプレート１０６の長手方向に沿って千鳥状の５列に配列されている。アパーチャ５２は、一端部において連絡孔５１と連通し、他端部において共通インク室９９と連通している。アパーチャ５２は、インク流動方向と直交する方向の断面積が若干小さくなっており、インク吐出時に圧力室１０から共通インク室９９側に逆流しようとするインクの流れを制限するものである。また、アパーチャプレート１０６には、４つの孔１０７ａとそれぞれ対向する位置に孔１０６ａが形成されている。各孔１０６ａは、一方の開口において孔１０７ａとそれぞれ連通し、他方の開口において対応する共通インク室９９とそれぞれ連通している。

なお、４つの孔１０６ａのうち、図５中最も奥に位置する１つの孔１０６ａは、図５中奥の２つの共通インク室９９と連通しており、他の３つの孔１０６ａは、図５中手前の３つの共通インク室９９とそれぞれ連通している。つまり、５つの共通インク室９９のうち、図５中奥に位置する２つの共通インク室９９には、１つのインク供給口３０ａからのインクがそれぞれに供給され、他の３つの共通インク室９９には、対応する１つのインク供給口３０ａからのインクがそれぞれに供給される。本実施の形態において、図５中奥の２つの共通インク室９９には、ブラックのインクが供給され、図５中手前から奥に向かって配置する３つの共通インク室９９には、イエロー、マゼンタ及びシアンの順にインクが供給されている。

ダンパプレート１０３には、図５に示すように５列のダンパ溝１０３ａが凹設されている。これらダンパ溝１０３ａは、カバープレート１０２に向けてのみ開放するように形成され、その位置及び形状は共通インク室９９と同形状となっている。したがって、マニホールドプレート１０４，１０５及びダンパプレート１０３を接合したときは、ダンパプレート１０３の共通インク室９９と対向する部分には、ダンパ部５３が位置する。ここで、ダンパ部５３は、適宜弾性変形し得るステンレス鋼に形成された凹部の底面として構成されているので、共通インク室９９側及びダンパ溝１０３ａ側に自由に振動することができる。このような構成により、インク吐出時に圧力室１０で発生した圧力変動が共通インク室９９に伝播しても、これに対応してダンパ部５３が弾性変形することによって吸収減衰させることができる。

このような流路ユニット２７の構成により、流路ユニット２７の内部には、インク供給口３０ａから順に共通インク室９９、アパーチャ５２、連絡孔５１、圧力室１０及び貫通孔２９を通ってノズル２８に至る複数のインク流路が構成されている。バッファタンク４８からインク供給口３０ａを介して流路ユニット２７内に流入したインクは、一旦共通インク室９９に貯溜される。そして、アパーチャ５２を経由して、各圧力室１０に供給される。各圧力室１０で、圧電アクチュエータ２１により圧力が付与されたインクが、各貫通孔２９を経由して、対応するノズル２８から吐出される。

図６は、図５に示す圧電アクチュエータ２１の要部分解斜視図である。図６に示すように、圧電アクチュエータ２１は、２枚の絶縁シート３３，３４と２枚の圧電シート３５，３６とが積層されてなる。圧電シート３６の上面には、複数の個別電極３７が流路ユニット２７における各圧力室１０に対向配置するように形成されている。これら個別電極３７は、圧力室１０の配列に対応して、圧電シート３６の長手方向に沿って千鳥状の５列に配列されている。各個別電極３７は、全体として圧電シート３６の短手方向に細長く形成されている。また、各個別電極３７は、いずれか一方の端部から圧電シート３６の長手方向に延出された引き出し部３７ａを有している。なお、いずれの引き出し部３７ａも、各圧力室１０を区画する隔壁と対向する位置まで引き出されている。

圧電シート３５の上面には、複数の圧力室１０に跨った共通電極３８が設けられている。圧電シート３５の上面には、共通電極３８が形成されていない複数の非形成領域３９が形成されており、各非形成領域３９内に圧電シート３５の厚み方向に貫通した孔４０が形成されている。非形成領域３９は、対応する個別電極３７の引き出し部３７ａと対向する位置に形成されている。

最上層の絶縁シート３３の上面（すなわち、圧電アクチュエータ２１の上面）には、複数の個別電極３７のそれぞれに対応する表面電極２２と、共通電極３８に対応する表面電極２３とが設けられている。表面電極２２は、圧力室１０同士の区画する隔壁と対向する位置に配置されており、各個別電極３７に対応して圧電アクチュエータ２１の長手方向に沿って千鳥状の５列に配列されている。表面電極２３は、絶縁シート３３の一端部上において、圧電アクチュエータ２１の短手方向に沿って延在している。

絶縁シート３３，３４には、表面電極２２と引き出し部３７ａとに対向する領域であって各孔４０に対向する位置に、絶縁シート３３，３４の厚み方向に貫通した複数の連続孔４１が形成されている。この構成で、孔４０と連続孔４１とそれぞれ位置合わせした状態で、２枚の絶縁シート３３，３４と１枚の圧電シート３５とを積層することで、圧電アクチュエータ２１には、２枚の絶縁シート３３，３４と１枚の圧電シート３５とを連続して貫通する複数のスルーホールが形成される。これらスルーホールには、圧電アクチュエータ２１を製造するときに、表面電極２２と個別電極３７とを電気的に接続するために、導電性部材が充填されている。また、絶縁シート３３，３４には、表面電極２３と共通電極３８とが対向する領域に、絶縁シート３３，３４の厚み方向に貫通した３つの連続孔４２が絶縁シート３３，３４の短手方向に沿って離隔して形成されている。これら連続孔４２にも、圧電アクチュエータ２１を製造するときに、表面電極２３と共通電極３８とが電気的に接続されるように、導電性部材が充填されている。

このような構成により、圧電アクチュエータ２１の各個別電極３７が表面電極２２及び個別配線７３を介してドライバＩＣ８０に接続され、共通電極３８が表面電極２３及び共通配線７５を介してグランドに接続される。これにより、共通電極３８をグランド電位にしつつ、圧電アクチュエータ２１の各個別電極３７のうち、任意の個別電極３７と共通電極３８との間にドライバＩＣ８０からの駆動電圧（駆動信号）を印加することが可能となる。こうして、所望の個別電極３７に対応する活性部に、積層方向の歪みを発生させ、この個別電極３７に対応するノズル２８からインクを吐出させることで、用紙への所定の印字が行われる。

次に、本実施の形態によるインクジェットヘッド３０と比較例によるインクジェットヘッドとを所定の駆動条件で駆動したときの所定位置における温度差を比較した結果を以下に説明する。図７は、インクジェットヘッドの温度測定位置を示す模式図である。なお、比較例によるインクジェットヘッドは、インクジェットヘッド３０とほぼ同様な構成を有しているものの、伝熱体８１に相当する伝熱体がアルミ板８２のみからなる。また、各インクジェットヘッドは、圧電アクチュエータ２１における個別電極３７の１つに対応する静電容量が約１５００ｐＦ、各個別電極３７の駆動電圧２８Ｖ、駆動周波数が２４ＫＨｚ、及び、駆動デューティが１１．１％で、すべてのノズル（３７０チャンネル）から同時に３発のインク滴を連続吐出する駆動信号を所定時間供給する駆動条件で駆動した。このときのアルミ板８２の長さ（副走査方向の長さ）は２６ｍｍ、幅（主走査方向の長さ）は１２ｍｍ、板厚は１ｍｍ、及び、表面積（圧電アクチュエータの上面と対向する面の面積を除く）は３８８ｍｍ²である。放熱体８３の底部の長さ（副走査方向の長さ）は１９ｍｍ、底部の幅（主走査方向の長さ）は５．６ｍｍ、底部の厚みは１．５ｍｍであり、各突起８６の底部からの突出長は３ｍｍ及び幅（主走査方向の長さ）は０．８ｍｍであり、放熱体８１の表面積（アルミ板８２の上面との接合部分の面積を除く）は６５５．４ｍｍ²である。また、アルミ板８２及び放熱体８３は同じアルミニウムからなり、その熱伝導率は２３６Ｗ／ｍ・Ｋである。

各インクジェットヘッドの温度測定位置は、図７に示されるアルミ板８２のドライバＩＣ８０に近い領域Ａと離れた領域Ｂ、及び、ノズル面２５ａのドライバＩＣ８０に近いノズル２８近傍領域Ｃとノズル面２５ａのドライバＩＣ８０から離れたノズル２８近傍領域Ｄである。そして、インクジェットヘッド３０の領域Ａと領域Ｂとの温度差をＴ１、領域Ｃと領域Ｄとの温度差をＴ２とし、比較例によるインクジェットヘッドの領域Ａと領域Ｂとの温度差をＴ１´、領域Ｃと領域Ｄとの温度差をＴ２´とする。この結果、各インクジェットヘッドを駆動して３７秒の時点で、比較例では温度差Ｔ１´及び温度差Ｔ２´が、ともに０．３℃となっていたが、インクジェットヘッド３０の温度差Ｔ１及び温度差Ｔ２は、ともに０℃であった。次に、各インクジェットヘッドを駆動して７０秒の時点で、温度差Ｔ１´は０．３℃のまま維持され、温度差Ｔ２´は０．５℃に上昇した。これに対して温度差Ｔ１は、０．１℃に上昇し、温度差Ｔ２は０．３℃に上昇した。そして、各インクジェットヘッドを駆動して１０３秒の時点で、温度差Ｔ１´は０．４℃に上昇し、温度差Ｔ２´は０．７℃に上昇した。これに対して温度差Ｔ１は、０．１℃のまま維持され、温度差Ｔ２は０．５℃に上昇した。

以上の結果から、本実施形態のインクジェットヘッド３０は、ドライバＩＣ８０が発熱する駆動時において、比較例のインクジェットヘッドよりも伝熱体８１及びノズル面２５ａにおけるドライバＩＣ８０からの距離が異なる領域間の温度差が小さいことがわかる。これは、ドライバＩＣ８０に近いほど伝熱体８１の厚みが大きいこと（ドライバＩＣ８０から離れる方向に向かって伝熱体８１の厚みが減少していること）、すなわち伝熱体８１の単位面積当たりの体積がドライバＩＣ８０から近い領域において大きくなり、近い領域における熱容量が離れた領域の熱容量よりも大きくなったことで、伝熱体８１においてドライバＩＣ８０に近い領域が温まるのに要する時間が比較例の場合よりも長くなるために、ドライバＩＣ８０から近い領域と離れた領域との温度差が小さく保たれたものと推測される。加えて、伝熱体８１は、ドライバＩＣ８０に近い領域に突起８６が形成された放熱体８３を備えているので、この放熱体８３によってドライバＩＣ８０に近い領域がより暖まりにくくなったものと推測される。つまり、放熱体８３によって表面積が増え、放熱性が向上するので、当該近い領域がより温められにくくなる。これにより、離れた領域との温度差が一層小さくなる。また、インクジェットヘッド３０の温度差Ｔ２は、比較例によるインクジェットヘッドの温度差Ｔ２´よりも小さくなっている。これは伝熱体８１と隣接した圧電アクチュエータ２１や流路ユニット２７が伝熱体８１によって均熱されるからである。

以上のように、本実施の形態のインクジェットヘッド３０によると、ドライバＩＣ８０の発熱により伝熱体８１が温められる際には、伝熱体８１のドライバＩＣ８０に近い領域が、伝熱体８１のドライバＩＣ８０から離れた領域より温められにくくなる。その結果、上述のように伝熱体８１においてドライバＩＣ８０からの距離が異なる領域間の温度差が小さくなるので、伝熱体８１に隣接した流路ユニット２７の圧力室１０間のインク温度差が小さくなる。これは、均熱作用を有する伝熱体８１が複数の圧力室１０と比較的隣接した位置に配置されているからである。加えて、上述のように流路ユニット２７のノズル２８間のインク温度差が小さくなる。以上から、ノズル２８からのインク吐出特性のばらつきを抑制することができる。

また、伝熱体８１が、圧電アクチュエータ２１と対向するＦＰＣ７０上に配置されているため、個別電極３７間の温度差も小さくなる。一方、圧電アクチュエータ２１の個別電極３７間に温度差が生じると、各個別電極を一方の電極とするキャパシタ（他方の電極は共通電極となる）の静電容量が異なるので、それら静電容量に合わせて各個別電極３７に異なる電位（駆動信号）を供給しなければならない。しかしながら、本実施形態においては、伝熱体８１によって個別電極３７間の温度差が縮小されるので、すべての個別電極３７に同じ電位を供給してもノズル間のインク吐出特性のばらつきが抑制される。したがって、ドライバＩＣ８０から異なる電位を個別電極３７に供給する必要がなくなり、制御が簡易になる。

また、伝熱体８１に放熱体８３が設けられていることで、伝熱体８１の表面からの放熱量が伝熱体８１においてドライバＩＣ８０から離れた領域よりドライバＩＣ８０に近い領域の方が大きくなる。そのため、ドライバＩＣ８０に近い領域が上述のように温められにくくなる。したがって、ドライバＩＣ８０に近い領域と離れた領域との温度差をより小さくすることが可能になる。放熱体８３には、４つの突起８６が設けられているので、伝熱体８１の表面積を容易に大きくすることが可能になる。また、突起８６が放熱体８３の底部（上面）から上方に向かって突出しているので、アルミ板８１の平面領域内に収まることになる。そのため、インクジェットヘッド３０がアルミ板８２の上面の面方向に大型化しない。

続いて、本発明の第２実施形態によるインクジェットヘッド２３０について、以下に説明する。図８は、本発明の第２実施形態によるインクジェットヘッド２３０の外観斜視図である。なお、上述のインクジェットヘッド３０と同様なものについては同符号で示し説明を省略する。図８に示すように、本実施形態におけるインクジェットヘッド２３０は、伝熱体２８１の構成が上述の伝熱体８１と若干異なるだけで、その他は上述したインクジェットヘッド３０と同じ構成を有している。伝熱体２８１は、それぞれ一定な厚みを有する３枚の平板２８２〜２８４が積層して構成されている。３枚の平板２８２〜２８４のうち、最下層に位置する平板２８２は、上述のアルミ板８２と同じものであり、圧電アクチュエータ２１と対向する位置に配置されている。平板２８２の上面に積層された平板２８３は、主走査方向に関する幅が平板２８２の主走査方向に関する幅の約２／３倍となっている。そして、平板２８３の上面に積層された平板２８４は、主走査方向に関する幅が平板２８２の主走査方向に関する幅の約１／３倍となっている。これら３枚の平板２８２〜２８４は、ともに副走査方向に沿って同じ長さを有しており、各平板２８２〜２８４のドライバＩＣ８０側の端部が重なるように配置されている。つまり、伝熱体２８１は、主走査方向に沿った断面がすべて同じ形状になっている。また、各平板２８２〜２８４は、アルミニウムから構成されている。

このように、伝熱体２８１の厚みは、ドライバＩＣ８０から離れるに連れ段階的に小さくなっている。言い換えると、伝熱体２８１はドライバＩＣ８０に近づくに連れて段階的に単位平面積当たりの体積が大きくなっている。これにより、伝熱体２８１は上述した伝熱体８１と同様に、ドライバＩＣ８０が発熱した場合に、３つの領域間の温度差、つまり３枚の平板２８２〜２８４が積層された領域と、２枚の平板２８２、２８３が積層された領域と、平板２８２だけが存在する領域との温度差が比較的小さなものとなる。これより、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。加えて、伝熱体２８１は、３枚の平板２８２〜２８４が重ね合わせて互いに接合するだけの簡易な構成となっている。さらに、伝熱体２８１の３つの領域を比較すると、ドライバＩＣ８０に近い領域ほど表面積が大きいので、伝熱体２８１の表面からの放熱量もドライバＩＣ８０から近い領域ほど大きくなる。そのため、ドライバＩＣ８０に近い領域ほど温められにくくなり、伝熱体２８１の３つの領域間の温度差をより小さくすることが可能になる。なお、本実施形態の伝熱体２８１において、ドライバＩＣ８０から近い領域は、３つの平板２８２〜２８４が重なった領域であり、ドライバＩＣ８０から離れた領域は、平板２８４が重なっていない平板２８２、２８３の領域である。また、複数の圧力室１０の列方向（副走査方向）に沿って伝熱体２８１の厚みが一定（すなわち主走査方向に沿う断面形状が一定）なので、副走査方向に沿う複数の圧力室１０及びノズル２８において、圧力室１０及びノズル２８間のインク温度がばらつきにくくなる。また、同じ種類の金属から３枚の平板２８２〜２８４が形成されているので、伝熱体２８１を安価なものとすることができる。そのため、インクジェットヘッド２３０のコストの削減が可能になる。

続いて、本発明の第３実施形態によるインクジェットヘッド３３０について、以下に説明する。図９は、本発明の第３実施形態によるインクジェットヘッド３３０の外観斜視図である。なお、上述のインクジェットヘッド３０，２３０と同様なものについては同符号で示し説明を省略する。図９に示すように、本実施形態におけるインクジェットヘッド３３０は、伝熱体３８１の構成が上述の伝熱体８１，２８１と若干異なるだけで、その他は上述したインクジェットヘッド３０，２３０と同じ構成を有している。伝熱体３８１は、ドライバＩＣ８０から離れるほど厚みが減少したテーパー板状部材からなる。伝熱体３８１は、上述のアルミ板８２と同じ平面形状を有しており、圧電アクチュエータ２１と対向する位置に配置されている。また、伝熱体３８１は、主走査方向に沿った断面形状が一定となるように副走査方向に沿って延在している。このように、伝熱体３８１の厚みは、ドライバＩＣ８０から離れるに連れ徐々に小さくなっている。言い換えると、伝熱体３８１はドライバＩＣ８０に近づくに連れて徐々に単位平面積当たりの体積が大きくなっている。これにより、上述した伝熱体８１，２８１と同様に、ドライバＩＣ８０が発熱した場合に、ドライバＩＣ８０からの距離が異なる領域間の温度差が比較的小さなものとなる。これより、第１及び第２実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、伝熱体３８１においては、ドライバＩＣ８０に近い領域ほど表面積が徐々に大きい。これは厚みが増えることによって側面の表面積が増加するからである。そのため、伝熱体３８１の表面からの放熱量もドライバＩＣ８０から近い領域ほど大きくなる。したがって、上述と同様にドライバＩＣ８０からの距離が異なる領域間の温度差をより小さくすることが可能になる。なお、本実施形態の伝熱体３８１においては、ドライバＩＣ８０から近い領域は、副走査方向に沿ったドライバＩＣ８０側の端部であり、ドライバＩＣ８０から離れた領域は、伝熱体３８１の当該端部以外の領域である。また、伝熱体３８１の厚みが副走査方向に沿って一定なので、副走査方向に沿う複数の圧力室１０及びノズル２８において、圧力室１０及びノズル２８間のインク温度がばらつきにくくなる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能なものである。例えば、上述した各実施形態においては、伝熱体８１，２８１，３８１はアルミニウムから構成されているが、他の金属から構成されていてもよい。また、第１及び第２実施形態のように、２以上の部材が伝熱体８１，２８１を構成している場合では、それぞれを構成する材質を異なる種類の材質にしてもよい。また、伝熱体８１，２８１，３８１は、圧電アクチュエータ２１の少なくとも一部を流路ユニット２７との間で挟み込むように配置されていればよく、圧電アクチュエータ２１の上面全体と対向していなくてもよい。また、放熱体８３の副走査方向における長さを、アルミ板８２の副走査方向における長さと同じにして、アルミ板８２のドライバＩＣ８０側の端部の上面全体を覆っていてもよい。これにより、複数の圧力室１０の列方向に沿って伝熱体の厚みが一定になるので、同じ列内の圧力室１０及びノズル２８において、圧力室１０及びノズル２８間のインク温度がばらつきにくくなる。また、放熱体８３は、４つの突起８６を有しているが、突起８６が１つだけであってもよい。また、伝熱体８１は、放熱体８３の代わりに、アルミ板８２のドライバＩＣ側の端部近傍にアルミ板８２から直接突出した少なくとも１以上の突起を有していてもよい。また、突起８６は、副走査方向に沿って長尺に延在していなくてもよい。また、伝熱体８１の突起がアルミ板８２の面方向に突出していてもよい。

また、上述した各実施形態におけるインクジェットヘッド３０，２３０，３３０は、シリアルタイプのインクジェットプリンタに適用されるものであるが、ラインタイプのインクジェットヘッドプリンタに適用されるインクジェットヘッドにも本発明を適用可能である。また、上述した実施形態に係るインクジェットヘッドは圧電方式の圧電アクチュエータによって駆動され、インクがノズルから吐出されるが、ＦＰＣから送られた駆動信号によって各圧力室内のインクを加熱し、圧力室内のインクに吐出エネルギーを付与するサーマル方式のインクジェットヘッドであっても本発明を適用可能である。また、ヘッド本体２５は、複数の圧力室１０及びノズル２８がともに５列の圧力室列及びノズル列を形成しているがそれぞれ１列であってもよい。この場合、圧電アクチュエータ２１の個別電極３７も同様に１列となる。

本発明の第１実施形態によるインクジェットヘッドが採用されたインクジェットプリンタの概略平面図である。図１に示すヘッドユニットの分解斜視図である。図２に示すインクジェットヘッドユニットの縦断面図である。本発明の第１実施形態によるインクジェットヘッドを示す外観斜視図である。図４に示すヘッド本体及びＦＰＣの分解斜視図である。図５に示す圧電アクチュエータの要部分解斜視図である。インクジェットヘッドの温度測定位置を示す模式図である。本発明の第２実施形態によるインクジェットヘッドの外観斜視図である。本発明の第３実施形態によるインクジェットヘッドの外観斜視図である。

符号の説明

１インクジェットプリンタ
８ヘッドユニット
１０圧力室
２１圧電アクチュエータ（エネルギー付与手段）
２５ヘッド本体
２７流路ユニット
２８ノズル
３０，２３０，３３０インクジェットヘッド
３７個別電極
７０ＦＰＣ（平型柔軟ケーブル）
７２配線
８０ドライバＩＣ
８１，２８１，３８１伝熱体
８２アルミ板
８３放熱体
８６突起
２８２〜２８４平板

Claims

複数のノズルとこれらノズルとそれぞれ連通する複数の圧力室とを備え、前記複数の圧力室が平面に沿って配列された流路ユニットと、
前記流路ユニットの前記平面に固定されて前記複数の圧力室内のインクに吐出エネルギーを付与するエネルギー付与手段と、
前記エネルギー付与手段に供給される駆動信号を生成するドライバＩＣと、
前記ドライバＩＣが実装されていると共に、前記ドライバＩＣと前記エネルギー付与手段とを接続する複数の配線が形成された平型柔軟ケーブルと、
前記流路ユニットの前記平面との間で前記エネルギー付与手段の少なくとも一部を挟み込むように配置されており、且つ、前記平面に垂直な方向に関する厚みが前記ドライバＩＣから離れる方向に向かって減少する伝熱体とを備えていることを特徴とするインクジェットヘッド。
前記伝熱体が、前記平面に平行に配置された複数の板を重ね合わせたものであることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
前記複数の板が同じ金属材料からなることを特徴とする請求項２に記載のインクジェットヘッド。
前記複数のノズル及び前記複数の圧力室がそれぞれ一方向に配列された一又は複数の列を形成しており、
前記伝熱体における前記厚みが、前記一方向に沿って一定であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
前記伝熱体の表面積が、前記ドライバＩＣから離れる方向に向かって漸減していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
複数のノズルとこれらノズルとそれぞれ連通する複数の圧力室とを備え、前記複数の圧力室が平面に沿って配列された流路ユニットと、
前記流路ユニットの前記平面に固定されて前記複数の圧力室内のインクに吐出エネルギーを付与するエネルギー付与手段と、
前記エネルギー付与手段に供給される駆動信号を生成するドライバＩＣと、
前記ドライバＩＣが実装されていると共に、前記ドライバＩＣと前記エネルギー付与手段とを接続する複数の配線が形成された平型柔軟ケーブルと、
前記流路ユニットの前記平面との間で前記エネルギー付与手段の少なくとも一部を挟み込むように配置された伝熱体とを備えており、
前記伝熱体は、第１の領域と、前記第１の領域よりも前記ドライバＩＣから離れ且つ前記平面に垂直な方向に関する厚みが前記第１の領域よりも小さい第２の領域とを有し、
前記伝熱体は、前記第１及び第２の領域に配置され前記平面に垂直な方向に関する厚みが一定な板と、前記板の前記平面と同じ方向を向いた面上であって前記第１の領域に配置された放熱体とを含み、
前記放熱体には、一又は複数の突起が形成されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
前記突起が、前記放熱体において前記流路ユニットの前記平面と同じ方向を向いた面上に形成されていることを特徴とする請求項６に記載のインクジェットヘッド。
前記エネルギー付与手段が、前記複数の圧力室の容積を変化させる圧電アクチュエータからなり、
前記圧電アクチュエータが、前記複数の圧力室のそれぞれに対向する複数の個別電極を含んでいることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。