JP5974558B2 - インクジェットヘッドおよびインクジェット記録装置 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェットヘッドから被記録体へインクを吐出して記録を行うインクジェットヘッドおよびインクジェット記録装置に関する。

画像形成手段として、キャリッジにインクジェットヘッドを搭載して、キャリッジを主走査方向に往復移動させながら、インクジェットヘッドからインク液滴を吐出し、記録媒体上に着弾させることにより画像パターンを形成するインクジェットヘッドがある。

インクジェットプリンタは、インクジェットヘッドからインクの微小液滴を紙などの記録媒体上に吐出させて、画像を記録する装置である。なかでも、記録が必要な時のみインクの微小液滴を吐出する、オン・デマンド方式が現在主流になっている。また、オン・デマンド方式には、微小液滴を吐出させるために設けられる液室内の圧力発生源により、圧電素子の変位により圧力室の圧力を高め、インクを吐出させる圧電式と、ヒータにより液室内のインク中に気泡を発生させ、インクを吐出させるサーマル方式とに区別される。いずれの方式とも、インクジェットヘッドを駆動させるための駆動ＩＣチップからの駆動信号で圧力発生源が作動し、ノズルからインク液滴を吐出して、記録媒体上に着弾させる。

近年、インクジェットヘッドにおける小型化・低コスト化の要求が一段と増している。それに応じて、駆動ＩＣチップをインクジェットヘッドの中に挿入しようとしている。そこで、インクジェットヘッドの小型化に関する問題に対しては、駆動ＩＣチップをインクジェットヘッドの中にフリップチップボンディングする構成が提案されている。例えば、駆動ＩＣチップをアクチュエータ基板上のサブフレームの間にフリップチップボンディングさせ、インクジェットヘッドを小型化する構成が提案されている。

一方、駆動ＩＣチップは、インクジェットヘッドに駆動信号を出力する際に、大きな電流が流れるため、駆動ＩＣチップが発熱し、温度が上昇する。駆動ＩＣチップから発生する熱が共通液室形成基板や個別液室形成基板を通じてインクに伝達されると、インクの粘度が変化し、ノズルからの吐出挙動が変動する。

また、共通液室のインクの流れに沿って熱が伝達されると共通液室の下流にいくにつれてインクの温度が上がるため、共通液室に沿って配置された個別液室ごとにインクの温度が異なり、ノズルからの吐出挙動が個別液室ごとに変化する。その結果、印字ムラなどの不具合が生じる恐れがある。したがって、インクジェットヘッドの中に挿入された駆動ＩＣチップが発生する熱によるインクの温度差を小さくする対策が必要となる。

特許文献１では、駆動ＩＣチップが発生する熱に起因して生じる個別液室でのインク温度差を低減する提案がされている。これによると、同じ個別液室列に属する個別液室は、駆動ＩＣチップに対して湾曲状に配置されている。これにより、駆動ＩＣチップと個々の個別液室との距離の差が小さくなり、個別液室に伝わる熱の量の差が小さくなる。

特許文献２では、共通液室形成部材に冷却流路を設けて、共通液室内のインク温度を均一化する提案がされている。これによると、複数のインク共通液室が形成されている共通液室形成部材にヒートパイプや冷却流路などの温度均一化部材が設けられている。これにより、インクを吐出するための圧力発生部材から発生する熱を、共通液室形成部材を介してヒートパイプや冷却流路内の冷却液に受け取り排出し、共通液室内のインクにおける温度ムラが抑制される。この構成では、共通液室と圧力発生部材の間にヒートパイプや冷却流路を挟み込むように配設することにより、圧力発生部材からの熱を適切に抑制することが可能となり、共通液室内のインクにおける温度ムラの低減を効率的に行うことができる。

しかし、駆動ＩＣチップをアクチュエータ基板上のサブフレームの間にフリップチップボンディングさせた構成では、駆動ＩＣチップの上面方向に、共通液室形成基板が設けられており、かつ駆動ＩＣチップと共通液室形成基板に空隙があるため、駆動ＩＣチップにおける温度上昇の抑制の効果が限定される。

また、特許文献１に記載された構成では、温度差が小さくなるように個別液室を湾曲状に配置しなければならないため、インクジェットヘッドの小型化には限界がある。

また、特許文献２に記載された構成では、圧力発生部材と共通液室の間にヒートパイプまたは、冷却流路を設けなければならないため、インクジェットヘッドの小型化には限界がある。

本発明は、前記課題を解決するためのものであり、その目的とするところは、インクジェットヘッドの中に挿入された駆動ＩＣチップが発生する熱に起因して生じる個別液室でのインクの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。

かかる目的を達成するために、本発明は、以下の特徴を有する。

本発明に係るインクジェットヘッドは、ノズルを設けたノズル板と、流路隔壁により区画されてなる個別液室を第１の方向に隣接して形成する流路板と、前記個別液室の一部を構成する振動板と、前記振動板に形成された圧力発生素子、該圧力発生素子を駆動するための駆動回路配線を有しているアクチュエータ基板と、前記圧力発生素子を保護するためのサブフレームと、前記個別液室に液体を供給し、前記第１の方向に延在する共通液室が形成された共通液室形成基板と、前記共通液室に液体を供給するための供給孔が形成されたマニホールドと、が順に積層されており、前記サブフレーム近傍の前記駆動回路配線に当接されて、該駆動回路配線に駆動信号を送る駆動ＩＣチップと、前記駆動ＩＣチップから発生する熱を放散する放熱部材と、ハウジングとを備えたインクジェットヘッドであって、前記共通液室の終端部近傍に、前記駆動ＩＣチップから前記ハウジングに向かって前記共通液室形成基板と前記マニホールドに貫通孔が形成され、前記駆動ＩＣチップの少なくとも一面に当接された前記放熱部材が前記貫通孔を介して、前記ハウジングに当接されていることを特徴とする。

本発明によれば、インクジェットヘッドの中に集積された駆動ＩＣチップにおける共通液室の下流側の温度を下げることができるので、ＩＣから共通液室内に伝わる熱が共通液室の下流側で少なくなり、共通液室内での温度差を抑えることができる。

第１の実施形態に係るインクジェットヘッドの分解斜視図である。 第１の実施形態に係るインクジェットヘッドの断面図である。 第２の実施形態に係るインクジェットヘッドの断面図である。 第３の実施形態に係るインクジェットヘッドの断面図である。 第４の実施形態に係るインクジェットヘッドの断面図である。 第５の実施形態に係るインクジェットヘッドの断面図である。 インクジェット記録装置内の要部の構成を示した概略斜視図である。

以下、本実施の形態について図面により詳細に説明する。

図１は、第１の実施形態を説明するインクジェットヘッドの分解斜視図である。また、図２は、図１のＡ−Ａ’線断面図である。

図１を参照すると、インクジェットヘッドは、インクを吐出するノズル１ｙ、１ｍ、１ｃ、１ｋが形成されたノズル板２と、ノズル毎に設けられた個別液室３ｙ、３ｍ、３ｃ、３ｋが形成された個別液室形成基板１０１と、個別液室３ｙ、３ｍ、３ｃ、３ｋの一部を構成する振動板と、振動板に形成された圧力発生素子を駆動するための駆動回路配線を有するアクチュエータ１５ｙ、１５ｍ、１５ｃ、１５ｋに吐出信号を出力する駆動ＩＣチップ１０５ａ、１０５ｂが形成されたアクチュエータ基板１４と、駆動ＩＣチップ１０５ａ、１０５ｂからの熱を伝達する第1の放熱部材２０１ａ、２０１ｂと、貫通孔２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃ、２０３ｄが形成されアクチュエータを保護するサブフレーム１０２と、貫通孔２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃ、２０３ｄと共通液室４ｙ、４ｍ、４ｃ、４ｋが形成された共通液室形成基板１０３と、供給孔１０７ｙ、１０７ｍ、１０７ｃ、１０７ｋと貫通孔２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃ、２０３ｄが形成されたマニホールド１０６と、第1の放熱部材２０１ａ、２０１ｂからの熱を伝達する第２の放熱部材２０２と、第２の放熱部材２０２からの熱を外部に放散するハウジング１０４が順に積層されている。

また、貫通孔２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃ、２０３ｄは、共通液室４ｙ、４ｍ、４ｃ、４ｋの終端部近傍に形成されている。また、マニホールド１０６内の貫通孔２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃ、２０３ｄは、樹脂部材内に形成されており、樹脂部材の肉抜き穴を兼ねている。なお、添字ｙ、ｍ、ｃ、ｋはそれぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色に対応する。

図２を参照すると、駆動ＩＣチップ１０５ａのＸ１、Ｘ２方向の端部側の上面からＺ２方向へ貫通孔２０３ａ、２０３ｂが形成されており、駆動ＩＣチップ１０５ａの上面には第１の放熱部材２０１ａが当接されている。第１の放熱部材２０１ａには、貫通孔２０３ａ、２０３ｂ内をＺ２方向に沿って延在し、かつ貫通孔２０３ａ、２０３ｂの外部でマニホールド１０６の面に沿って延在している第２の放熱部材２０２が当接されており、第２の放熱部材はアルミダイキャストで形成された金属のハウジング１０４にも当接されている。

本実施形態において、駆動ＩＣチップ１０５ａから発生する熱は、駆動ＩＣチップ１０５ａに当接している第１の放熱部材２０１ａに伝達される。第１の放熱部材２０１ａに伝達された熱は、第１の放熱部材２０１ａに接続している第２の放熱部材２０２に伝達され、ハウジング１０４を通じて外部の大気に放散される。

このとき、駆動ＩＣチップ１０５ａから発生する熱は、貫通孔２０３ａ、２０３ｂ側から放熱される。よって、駆動ＩＣチップ１０５ａの温度は、駆動ＩＣチップ１０５ａのＸ１、Ｘ２方向の中心側よりも端部側の方が低くなる。貫通孔２０３ａ、２０３ｂは共通液室４ｙの終端部近傍に形成されているので、駆動ＩＣチップから共通液室４ｙを流れるインクに伝達される熱は、第１の放熱部材２０１ａと第２の放熱部材２０２が無い場合に比べて共通液室４ｙの終端側ほど少なくなる。このため、第１の放熱部材２０１ａと第２の放熱部材２０２が無い場合に比べて、共通液室内のインクの温度上昇を抑えることができる。

また、マニホールド１０６内の貫通孔２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃ、２０３ｄは、樹脂部材の肉抜き穴を兼ねているため、新たに貫通孔を形成する必要がなく、製造コストを低減することができる。

ここで、第１放熱部材２０１ａは、駆動ＩＣチップ１０５ａからの熱を効率よく第２放熱部材２０２に伝達させるため、駆動ＩＣチップ１０５ａの上面と第２の放熱部材に密着できるように変形可能なシリコンゴムが好ましい。また、第２の放熱部材２０２は、第１放熱部材２０１ａからの熱をハウジング１０４に速やかに伝達できるように銅またはアルミニウムなどの金属部材が好ましい。

図３は、第２の実施形態に係るインクジェットヘッドであり、図１のＡ−Ａ’線断面図である。液相である第１の放熱部材２０１ａは、駆動ＩＣチップ１０５ａの全面を封止しており、第１の放熱部材２０１ａに接続している第２の放熱部材２０２は、貫通孔２０３ａ、２０３ｂ内で貫通方向に沿って延在し、かつ貫通孔２０３ａ、２０３ｂの外部でマニホールド１０６の面に沿って延在し、アルミダイキャストで形成されたハウジング１０４が当接されている。

駆動ＩＣチップ１０５ａから発生する熱は、駆動ＩＣチップ１０５ａを封止している第１の放熱部材２０１ａに伝達される。第１の放熱部材２０１ａに伝達された熱は、第２の放熱部材２０２に伝達され、第２の放熱部材に当接しているハウジング１０４を通じて、大気に放散される。

第１の放熱部材２０１ａは、駆動ＩＣチップ１０５ａの全面を封止するため、図示していないが上部電極と下部電極間でショートしないように、絶縁性のサーマルグリースが好ましい。一方、第２の放熱部材２０２は、熱伝導率の高い銅またはアルミニウムなどの金属材料が好ましい。

本実施形態においては、第１の放熱部材２０１ａが液相であるため、第１の放熱部材２０１ａは、駆動ＩＣチップ１０５ａの全面に当接しており、かつ第２の放熱部材２０２の少なくとも２面以上に当接するため、第１の実施形態よりも駆動ＩＣチップ１０５ａからの熱を確実に第２の方熱部材２０２に伝達できる利点がある。また、第１放熱部材２０１ａは駆動ＩＣチップ１０５ａを完全に封止するため、外気の湿気から駆動ＩＣチップ１０５ａを保護する封止材と同様な効果が得られる利点がある。

また、本実施形態においては、貫通孔２０３ａ、２０３ｂ内の空隙がある場合で説明したが、貫通孔２０３ａ、２０３ｂ内の空隙は、第１の放熱部材２０１ａで満たされていてもよい。これにより、貫通孔２０３ａ、２０３ｂ内を伝達する熱量が増加するので、貫通孔２０３ａ、２０３ｂ内に空隙がある場合に比べて駆動ＩＣチップ１０５ａを効率的に冷却できる利点がある。

さらに、第1の放熱部材２０１ａは液相であるため、貫通孔２０３ａ、２０３ｂの形状に制約されることなく空隙を満たすことができるので、貫通孔２０３ａ、２０３ｂの形状は自由に設定できる。このため、例えば、樹脂部材の肉抜き穴を効率的に貫通孔２０３ａ、２０３ｂとして利用できる。

図４は、第３の実施形態に係るインクジェットヘッドであり、図１のＡ−Ａ’線断面図である。第１の放熱部材２０１ａは、第２の放熱部材２０２に接続する部分が谷型になるように、厚さ０．１ｕｍの銅またはアルミニウムのような金属板をプレス加工して形成される。また、第２の放熱部材２０２において、第１の放熱部材２０１ａに接続する部分は山型になるように加工されている。

本実施形態においては、第１の放熱部材２０１ａにおいて、第２の放熱部材２０２に接続する部分が、第２の放熱部材２０２に密着するように変形するため、熱伝導性が高い銅またはアルミなどの金属材料で構成可能である。したがって、第１の実施形態よりも駆動ＩＣチップ１０５ａからの熱を効率よくハウジングや大気に放散できる利点がある。

本実施形態において、第１の放熱部材２０１ａの形状としては谷型、第２の放熱部材２０２の形状としては山型について説明したが、第１の放熱部材２０１ａと第２の放熱部材２０２が密着する形状であれば、どんな形状であっても構わない。

図５は、第４の実施形態に係るインクジェットヘッドであり、図１のＡ−Ａ’線断面図である。駆動ＩＣチップ１０５ａの上面には、第１の放熱部材２０１ａが当接されている。第１の放熱部材２０１ａには、貫通孔２０３ａ、２０３ｂ内でＺ２方向に沿って延在し、かつ貫通孔２０３ａ、２０３ｂの外部でマニホールド１０６の面に沿って延在している第２の放熱部材２０２が当接されており、第２の放熱部材２０２はアルミダイキャストで形成されたハウジング１０４にも当接されている。

さらに、液相である第３の放熱部材２０５は、駆動ＩＣチップ１０５ａの周囲および貫通孔２０３ａ、２０３ｂ内の空隙を満たしている。

本実施形態において、駆動ＩＣチップ１０５ａから発生する熱は、駆動ＩＣチップ１０５ａに当接している第１放熱部材２０１ａ、および第３の放熱部材２０５に伝達される。第１の放熱部材２０１ａ、および第３の放熱部材２０５に伝達された熱は、第１の放熱部材２０１ａおよび第３の放熱部材２０５に接続している第２の放熱部材２０２に伝達され、ハウジング１０４を通じて外部の大気に放散される。

第３の放熱部材２０５は、駆動ＩＣチップ１０５ａの一部を封止するため、図示していないが上部電極と下部電極間にショートしないように、絶縁性のサーマルグリースが好ましい。一方、第２の放熱部材２０２は、熱伝導率の高い銅またはアルミニウムなどの金属材料が好ましい。

本実施形態においては、液相である第３の放熱部材２０５によって貫通孔２０３ａ、２０３ｂ内の空隙を第３の放熱部材２０５で満たしている。このため、貫通孔２０３ａ、２０３ｂ内を伝達する熱量が増加するので、貫通孔２０３ａ、２０３ｂ内に空隙がある場合に比べて駆動ＩＣチップ１０５ａを効率的に冷却できる利点がある。

図６は、第５の実施形態に係るインクジェットヘッドであり、図１のＡ−Ａ’線断面図である。第１の放熱部材２０１ａは、熱伝達シートであって、駆動ＩＣチップ１０５ａの上面に当接しており、貫通孔２０３ａ、２０３ｂ内でＺ２方向に沿って延在し、かつ貫通孔２０３ａ、２０３ｂの外部でマニホールド１０６の面に沿って延在している。

一方、第２の放熱部材２０２は、貫通孔２０３ａ、２０３ｂに設置され、第１の放熱部材２０１ａとハウジング１０４に当接している。

駆動ＩＣチップ１０５ａから発生する熱は、駆動ＩＣチップ１０５ａに当接している第１の放熱部材２０１ａに伝達される。第１の放熱部材２０１ａに伝達された熱は、第１の放熱部材２０１ａに当接しているハウジング１０４に伝達され、大気に放散される。第１の放熱部材２０１ａには、金属板よりも変形の自由度が高い銅張ポリイミドフィルムなどの熱伝導シートが好ましい。

一方、第２の放熱部材２０２は、駆動ＩＣチップ１０５ａからの熱を第１の放熱部材２０１ａに確実に伝達させるため、貫通孔２０３ａ、２０３ｂに設置され、第１の放熱部材２０１ａを駆動ＩＣチップ１０５ａの上面に密着させる。

また、第２の放熱部材２０２には、第１の放熱部材２０１ａを駆動ＩＣチップ１０５ａに付勢しながら、かつ第１放熱部材２０１ａからハウジング１０４に熱伝達できるように、シリコンゴムを用いることが好ましい。しかし、駆動ＩＣチップ１０５ａからの熱は、第１の放熱部材２０１ａを通じてハウジング１０４に伝達されるため、第２の放熱部材２０２が絶縁性のゴムであっても構わない。

本実施形態において、シート状の第１の放熱部材２０１ａは、第２の放熱部材２０２により、駆動ＩＣチップ１０５ａ方向に付勢され、駆動ＩＣチップ１０５ａの上面とハウジング１０４に当接するため、第１の実施形態よりも第１の放熱部材２０１ａまたは第２の放熱部材２０２を製作する工程が省略できる利点がある。

図７は、インクジェット記録装置１０００内の要部の構成を示した概略斜視図である。インクジェット記録装置１０００には、装置本体１００１の内部に、印字機後部１００２などが収納されている。この印字機後部１００２は、操作方向に移動可能なキャリッジ１００３にインクカートリッジ１００４が搭載されており、インクカートリッジ１００４の下に本実施形態に係るインクジェットヘッドが搭載されている。

なお、以上の実施形態では、４色一体の形態をとるインクジェットヘッドに適用される場合を説明したが、本実施形態は、１色以上、任意数のインクジェットヘッドにも適用可能である。

１ｙ、１ｍ、１ｃ、１ｋ ノズル
２ ノズル板
３ｙ、３ｍ、３ｃ、３ｋ 個別液室
４ｙ、４ｍ、４ｃ、４ｋ 共通液室
１４ アクチュエータ基板
１５ｙ、１５ｍ、１５ｃ、１５ｋ アクチュエータ
１０１ 個別液室形成基板
１０２ サブフレーム
１０３ 共通液室形成部材
１０４ ハウジング
１０５ａ，１０５ｂ 駆動ＩＣチップ
１０６ マニホールド
１０７ｙ、１０７ｍ、１０７ｃ、１０７ｋ 供給孔
２０１ａ、２０１ｂ 第１の放熱部材
２０２ 第２の放熱部材
２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃ、２０３ｄ 貫通孔
２０５ 第３の放熱部材
１０００ インクジェット記録装置

特開２００６−２０５６３３号公報 特開２００９−１４９０５７号公報

Claims (12)

1. ノズルを設けたノズル板と、
   流路隔壁により区画されてなる個別液室を第１の方向に隣接して形成する流路板と、
   前記個別液室の一部を構成する振動板と、
   前記振動板に形成された圧力発生素子、該圧力発生素子を駆動するための駆動回路配線を有しているアクチュエータ基板と、
   前記圧力発生素子を保護するためのサブフレームと、
   前記個別液室に液体を供給し、前記第１の方向に延在する共通液室が形成された共通液室形成基板と、
   前記共通液室に液体を供給するための供給孔が形成されたマニホールドと、が順に積層されており、
   前記サブフレーム近傍の前記駆動回路配線に当接されて、該駆動回路配線に駆動信号を送る駆動ＩＣチップと、
   前記駆動ＩＣチップから発生する熱を放散する放熱部材と、
   ハウジングとを備えたインクジェットヘッドであって、
   前記共通液室の終端部近傍に、前記駆動ＩＣチップから前記ハウジングに向かって前記共通液室形成基板と前記マニホールドに貫通孔が形成され、
   前記駆動ＩＣチップの少なくとも一面に当接された前記放熱部材が前記貫通孔を介して、前記ハウジングに当接されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 前記マニホールドは少なくとも一部に樹脂部材を含み、前記マニホールド内の前記貫通孔が前記樹脂部材内の肉抜き穴の少なくとも一つであることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
3. 前記放熱部材は２つ以上であって、前記駆動ＩＣチップに当接する第１の放熱部材と、前記第１の放熱部材に接続する第２の放熱部材を備えたことを特徴とする請求項１または２記載のインクジェットヘッド。
4. 前記第１の放熱部材は可撓部材であって、前記第２の放熱部材は前記貫通孔の貫通方向に沿って延在する部分と前記マニホールドの面に沿って延在する部分とを備えることを特徴とする請求項３記載のインクジェットヘッド。
5. 前記第１の放熱部材は一部に可撓部を有する固体部材であって、前記第1の放熱部材の可撓部は前記第２の放熱部材の少なくとも一面に当接することを特徴とする請求項４記載のインクジェットヘッド。
6. 前記第１の放熱部材は熱伝導性シリコンゴムであることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
7. 第３の放熱部材を有し、前記第３の放熱部材は液体部材であり、少なくとも前記貫通孔に前記第３の放熱部材を有することを特徴とする請求項３〜６のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
8. 前記第１の放熱部材は液体部材であって、前記第１の放熱部材は前記駆動ＩＣチップを封止しており、前記第２の放熱部材は前記貫通孔の貫通方向に沿って延在する部分と前記マニホールドの面に沿って延在する部分とを備えることを特徴とする請求項３記載のインクジェットヘッド。
9. 前記第１の放熱部材は前記貫通孔に有することを特徴とする請求項８記載のインクジェットヘッド。
10. 前記第１の放熱部材は前記駆動ＩＣチップとハウジングに当接する熱伝導シートであって、前記第２の放熱部材は前記第１の放熱部材を前記駆動ＩＣチップ方向に付勢する熱伝導性シリコンゴムであることを特徴とする請求項３記載のインクジェットヘッド。
11. 前記ハウジングは金属であって、前記放熱部材と当接することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の前記インクジェットヘッドが搭載されていることを特徴とするインクジェット記録装置。

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