JP6052588B2 - 液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、液滴を吐出する液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置及び画像形成装置に関するものである。

一般に、プリンタ、ファックス、複写機、プロッタ、或いはこれらの内の複数の機能を複合した画像形成装置としては、例えばインクの液滴を吐出する液体吐出ヘッドを備え、媒体を搬送しながらインク滴を用紙に付着させて画像形成を行うインクジェット記録装置がある。ここでの媒体は「用紙」ともいうが材質を限定するものではなく、被記録媒体、記録媒体、転写材、記録紙なども同義で使用する。また、画像形成装置は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の媒体に液体を吐出して画像形成を行う装置を意味する。そして、画像形成とは、文字や図形等の意味を持つ画像を媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を媒体に付与する（単に液滴を吐出する）ことをも意味する。また、インクとは、所謂インクに限るものではなく、吐出されるときに液体となるものであれば特に限定されるものではなく、例えばＤＮＡ試料、レジスト、パターン材料なども含まれる液体の総称として用いる。

上記画像形成装置の一つとして、インクジェットヘッドを搭載した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の液滴を吐出する。そして、吐出したインクの微小液滴を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プリンタが知られている。カラー印刷用のインクジェットヘッドにあっては、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各インクタンクから各色のインクを、インク供給孔を経由して各色毎の共通液室に供給し、各共通液室から各個別液室を経由してノズル板に設けられたノズルに供給している。

最近では、記録が必要な時にのみインクの微小液滴を吐出するように構成されたオン・デマンド方式のインクジェットプリンタが主流になっている。このオン・デマンド方式のインクジェットプリンタにインクジェットヘッド搭載されている。このインクジェットヘッドには、主に、圧電式とサーマル式とに区別される。圧電式は、個別液室内に設けた圧力発生手段としての圧電素子の変位により個別液室内の圧力を高めてノズルからインクを吐出させる。サーマル式は、ヒータにより液室内のインク中に気泡を発生させることによりインクを吐出させる。いずれの方式においても、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（駆動信号供給手段）からの駆動信号で圧力発生手段を駆動させ、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ている。

近年、インクジェットヘッドに対して、小型化や低コスト化の要求が一段と増している。この要求に対応するために駆動ＩＣチップをインクジェットヘッドに内蔵させる試みがなされている。その具体的な試みとして、特許文献１に記載されたものが知られている。この特許文献１のインクジェットヘッドでは、弾性体膜に接合され、圧電素子が形成されている圧電アクチュエータ基板上に駆動信号が入力される駆動ＩＣチップの入力端子である入力用パッドが設けられている。この入力用パッドには、フレキシブルプリント基板（以下ＦＰＣと略す）、ボンディングワイヤ等の外部配線が電気的に接続されている。そして、駆動ＩＣチップには外部配線及び入力用パッドを介して上位装置から駆動制御信号が入力される。駆動ＩＣチップは駆動制御信号に基づいた駆動信号を圧力発生手段である圧電素子に供給し、圧電素子の変位によって圧電アクチュエータ基板上の弾性体膜によって個別液室の内圧が変化することでノズルからインク液滴を吐出する。

しかしながら、上記特許文献１のインクジェットヘッドでは、外部配線から入力用パッドを介して駆動ＩＣチップに駆動制御信号が供給され、外部配線と入力用パッドの電気抵抗による熱が発生する。入力用パッドは圧電アクチュエータ基板上に設けられているので、外部配線で発生した熱は電気的に接続されている入力用パッドに伝わり、その熱と入力用パッド自体で発生した熱とは、入力用パッドが設けられているアクチュエータ基板に伝わる。そして、アクチュエータ基板を介してアクチュエータ基板に接触している個別液室内のインクに伝わり、個別液室内のインクの温度が上昇する。入力用パッドは個別液室列の列方向における両端側に設けられている。このため、入力用パッドからの熱は、入力用パッドから近い個別液室から遠い位置にある個別液室の順に、アクチュエータ基板を介して伝わる。これにより、入力用パッドに近い個別液室内のインクは、入力用パッドから遠い位置にある個別液室内のインクよりも比較的に高温となる。その結果、個別液室間でインクの温度ムラが生ずる。このような個別液室間でのインクの温度ムラは、各個別液室に対応させて設けられているノズル間でインクの温度ムラ及びインク粘度のムラを起こす。このため、ノズル間でインク吐出特性にバラツキを生ずる。

本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、ノズル間で温度ムラを少なくしインク粘度のムラを少なくして、ノズル間でインク吐出特性にバラツキを少なくすることができる、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置及び画像形成装置を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、複数のノズルが形成されるノズル板と、前記ノズルと連通する個別液室の一部を構成する個別液室基板と、前記複数のノズルのそれぞれに対応したアクチュエータが設けられたアクチュエータ基板と、前記ノズル板を外部から保護するノズルカバーとを有し、前記アクチュエータに駆動信号を供給する外部配線と電気的に接続されている入力用パッドが、ノズル配列方向における前記アクチュエータ基板上の端部に設けられた液滴吐出ヘッドにおいて、前記入力用パッドが設けられた前記アクチュエータ基板の端部には、前記アクチュエータ基板のノズル配列方向に対し直交する方向に沿って、熱伝導部材が前記アクチュエータ基板に接触して設けられており、かつ、該熱伝導部材の少なくとも一部が前記ノズルカバーに接触していることを特徴とするものである。

本発明では、入力用パッドを介して圧力発生手段に駆動信号が供給されると入力用パッドの電気抵抗で発熱する。この発熱源である入力用パッドに、熱伝導部材を接触させる。その熱伝導部材は、入力用パッドが設けられたアクチュエータ基板の端部において、アクチュエータ基板のノズル配列方向に対し直交する方向に沿って、アクチュエータ基板に接触して設けられている。さらに、熱伝導部材の少なくとも一部がノズルカバーに接触している。これらにより、入力用パッドで発生した熱は、アクチュエータ基板に伝わり、そのアクチュエータ基板に伝わった熱はアクチュエータ基板に接触して設けられた熱伝導部材に伝わり、ノズルカバーを介して外部に逃がす。この結果、入力用パッドが設けられているアクチュエータ基板に伝わる熱の熱量が減る。そして、アクチュエータ基板を介して個別液室のインクに伝わる熱も減る。各個別液室で生じる熱が減ることで、個別液室間での温度差が小さくなる。ノズル間でインク吐出特性のバラツキを少なくすることができる、という特有な効果が得られる。

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。 本実施形態に係るインクジェットヘッドの分離斜視図である。 インクジェットヘッドの実施例１における図２のＡ−Ａ’線の断面図である。 インクジェットヘッドの実施例２の断面図である。 インクジェットヘッドの実施例３の断面図である。 インクジェットヘッドの実施例４の断面図である。

以下に、本発明の実施形態に係る液滴吐出装置に搭載された液滴吐出ヘッドの一例としてインクジェットヘッドを詳細に説明する。
図１は、インクジェット記録装置内の要部の構成を示す概略斜視図である。同図に示すインクジェット記録装置３００には、装置本体３０１の内部に、印字機構部３０２が収納されている。この印字機構部３０２は、操作方向に移動可能なキャリッジ３０３にインクカートリッジ３０４が搭載されており、インクカートリッジ３０４の下にインクジェットヘッドが搭載されている。

図２は、本実施形態に係るインクジェットヘッドの分離斜視図である。また、図３はインクジェットヘッドの実施例１における図２のＡ−Ａ’線の断面図である。図２及び図３において、インクジェットヘッドは、インクを吐出させるノズル１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３が形成された個別液室形成基板１０１とを有している。個別液室３内のインクを押し込んでノズル１からインクを吐出させるためのアクチュエータ１５ｙ、１５ｍ、１５ｃ、１５ｋと、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、１０５ｃ、１０５ｄが形成されたアクチュエータ基板１４を備えている。共通液室形成基板１０３と、インク供給孔１０７ｙ、１０７ｍ、１０７ｃ、１０７ｋが形成されているマニホールド１０４と、ハウジング１０６が順に積層されている。また、外部配線から駆動ＩＣチップ１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄに駆動信号を供給するために、保持基板１０２の端部に接着されているＦＰＣ１１１と、ボンディングワイヤ１１２、入力用パッド１１０がそれぞれ電気的に接続されている。一方、ＦＰＣ１１１が接着された保持基板１０２の端部では、アクチュエータ基板１４上に、高熱伝達部材２００が接触するように設けられて、高熱伝達部材２００の上面に保持基板１０２が接触されるように設けられている。ここで、高熱伝達部材２００に接触されたサブフレームの厚さｈ２は、アクチュエータ基板１４上に積層されたサブフレーム（不図示）の厚さｈ１よりも薄くなるように、研磨または切削などにより加工されている。なお、添字ｙ、ｍ、ｃ、ｋはそれぞれシアン、マセンタ、イエロー、ブラックの各色に対応する。

本実施例において、入力用パッド１１０から発生する熱は、図３を参照すると、ＦＰＣ１１１、ボンディングワイヤ１１２と入力用パッド１１０が封止剤１１４により封止されているため、アクチュエータ基板１４に伝わる。アクチュエータ基板１４に伝わった熱は、熱伝導率が高い高熱伝達部材２００に伝わる。例えば、高熱伝達部材２００の材質を銅、インクを水と仮定すると、高熱伝達部材２００の熱伝導率は３９８［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、インクの熱伝導率は０．６［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］となるため、高熱伝達部材２００はインクよりも熱伝導率が約６６３倍大きい。したがって、アクチュエータ基板１４での熱は個別液室３ｙ、３ｍ、３ｃ、３ｋ内のインクにほとんど伝わらず高熱伝達部材２００に伝わる。高熱伝達部材２００に伝わった熱は、高熱伝達部材２００の一面が接触しているノズルカバー１１３を介して外部に放散される。その結果、図２の個別液室３ｙ、３ｍ、３ｃ、３ｋ内のインクの温度は一定に維持できる。

ここで、高熱伝達部材２００は入力用パッド１１０からの熱を効率良くノズルカバー１１３に伝えさせるため、熱伝導率が高い銅、アルミニウムなどの金属材料が好ましい。さらに、熱伝導率を良くするため、高熱伝達部材２００の厚さｈ１は、高熱伝達部材２００に接触された保持部材１０２の端部の厚さｈ２よりも厚いことが好ましい。

図４はインクジェットヘッドの実施例２の断面図である。図４を参照すると、高熱伝達部材２００は保持部材１０２の端部で、保持基板１０２とアクチュエータ基板１４の間に挟まれており、保持基板１０２の外部では、ノズルカバー１１３の面に沿ってＺ２方向に延在している。これにより、高熱伝達部材２００はノズルカバー１１３に接触されている。本実施例によれば、高熱伝達部材２００はマニホールド１０４の面に沿ってＺ２方向に延在しているため、ノズルカバー１１３と高熱伝達部材２００との接触面積が広くなるため、実施例１よりも熱伝達効率が高くなる利点がある。

図５はインクジェットヘッドの実施例３の断面図である。図５を参照すると、アクチュエータ基板１４の端部に高熱伝達部材２００を接触させており、アクチュエータ基板１４と高熱伝達部材２００とが接触されている面の反対面にＦＰＣ１１１が接着されている。さらに、ＦＰＣ１１１、ボンディングワイヤ１１２、入力用パッド１１０は電気的に接続されている。本実施例によれば、高熱伝達部材２００は、アクチュエータ基板１４に接触されているため、実施例１、実施例２と比較して、保持基板１０２を研磨又は切削などの工程を省略できる利点がある。

図６はインクジェットヘッドの実施例４の断面図である。図６を参照すると、アクチュエータ基板１４上には、駆動ＩＣチップ１０５ｂを保護するために積層された保持基板１１５と、入力パッド１１０からの熱をノズルカバー１１３に伝達させるための高熱伝達部材２００が接触されるように設けられている。保持基板１１５と高熱伝達部材２００との上面に、高熱伝達部材保持基板１１６が接触するように設けられている。また、ＦＰＣ１１２は高熱伝達部材保持基板１１６の端部に接着されている。本実施例によれば、アクチュエータ基板１４に積層された保持基板１１５と、保持基板１１５と高熱伝達部材２００の上面に接触されている高熱伝達部材保持基板１１６に分離されている。このため、実施例１、実施例２と比較して、保持基板を研磨又は切削などの工程を省略できる利点がある。さらに、実施例３と比較して、アクチュエータ基板１４と高熱伝達部材２００間の接触具合を向上させる利点がある。

なお、以上実施例では、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、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。

以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様１）
複数のノズルが形成されるノズル板と、ノズルと連通する個別液室の一部を構成する個別液室基板と、複数のノズルのそれぞれに対応したアクチュエータが設けられたアクチュエータ基板と、ノズル板を外部から保護するノズルカバーとを有し、アクチュエータに駆動信号を供給する外部配線と電気的に接続されている入力用パッドが、ノズル配列方向におけるアクチュエータ基板上の端部に設けられた液滴吐出ヘッドにおいて、入力用パッドが設けられたアクチュエータ基板の端部には、アクチュエータ基板のノズル配列方向に対し直交する方向に沿って、熱伝導部材がアクチュエータ基板に接触して設けられており、かつ、該熱伝導部材の少なくとも一部がノズルカバーに接触している。
これによれば、上記実施形態について説明したように、入力用パッドを介して圧力発生手段に駆動信号が供給されると入力用パッドの電気抵抗で発熱する。この発熱源である入力用パッドに、熱伝導部材を接触させる。その熱伝導部材は、入力用パッドが設けられたアクチュエータ基板の端部において、アクチュエータ基板のノズル配列方向に対し直交する方向に沿って、アクチュエータ基板に接触して設けられている。さらに、熱伝導部材の少なくとも一部がノズルカバーに接触している。これらにより、入力用パッドで発生した熱は、アクチュエータ基板に伝わり、そのアクチュエータ基板に伝わった熱はアクチュエータ基板に接触して設けられた熱伝導部材に伝わり、ノズルカバーから外部に逃がす。この結果、入力用パッドが設けられているアクチュエータ基板に伝わる熱の熱量が減る。そして、アクチュエータ基板を介して個別液室のインクに伝わる熱も減る。各個別液室で生じる熱が減ることで、個別液室間での温度差が小さくなる。ノズル間でインク吐出特性のバラツキを少なくすることができる。
（態様２）
（態様１）において、外部配線は、フレキシブルプリント基板であり、入力用パッドは、ボンディングワイヤを介して、フレキシブルプリント基板と電気的に接続されている。これによれば、上記実施形態について説明したように、入力用パッドで発生した熱は、ボンディングワイヤを介してフレキシブルプリント基板に伝わり、そのフレキシブルプリント基板から外部に逃がす。それにより、個別液室で生じる熱が減ることで、個別液室間での温度差が小さくなる。ノズル間でインク吐出特性のバラツキを少なくすることができる。
（態様３）
（態様２）において、熱伝導部材の少なくとも一面に、フレキシブルプリント基板が接着された保持基板が接触されている。これによれば、上記実施形態について説明したように、入力用パッドで発熱した熱は、熱伝導部材に伝わり、その熱伝導部材に伝わった熱は熱伝導部材の少なくとも一面に接触する保持基板に伝わる。さらに、保持基板に伝わった熱はフレキシブルプリント基板に伝わり、そのフレキシブルプリント基板から外部に逃がす。それにより、個別液室で生じる熱が減ることで、個別液室間での温度差が小さくなる。ノズル間でインク吐出特性のバラツキを少なくすることができる。
（態様４）
（態様３）において、熱伝導部材の厚さが、熱伝導部材と接触された保持基板の端部における厚さよりも厚い。これによれば、上記実施形態について説明したように、熱伝導効率が向上する。
（態様５）
（態様３）又は（態様４）のいずれかにおいて、保持基板と熱伝導部材とに、熱伝導部材を保持する熱伝導部材保持基板が接触されている。これによれば、上記実施形態について説明したように、保持基板を研磨又は切削などの工程を省略できる。さらに、アクチュエータ基板と熱伝導部材との間の接触具合を向上させることができる。
（態様６）
（態様２）において、フレキシブルプリント基板が、熱伝導部材に接触されている。これによれば、上記実施形態について説明したように、熱伝導効率が向上する。
（態様７）
（態様１）〜（態様６）のいずれかにおいて、熱伝導部材がノズルカバーの面に沿って延在している。これによれば、上記実施形態について説明したように、熱伝導部材におけるノズルカバーとの接触面積が広くなり、熱伝導効率が向上する。
（態様８）
（態様１）〜（態様７）のいずれかに液滴吐出ヘッドを搭載する液滴吐出装置である。これによれば、上記実施形態について説明したように、吐出特性のバラツキが少なくなり、液滴吐出が安定する。
（態様９）
（態様１）〜（態様７）のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを搭載し、該液滴吐出ヘッドのノズル孔から記録液を記録剤に吐出して画像を形成する画像形成装置である。これによれば、上記実施形態について説明したように、記録剤の吐出特性のバラツキが少なくなり、画像の画質が安定する。

１１０ 入力用パッド
１１１ ＦＰＣ
１１４ 封止剤
２００ 高熱伝達部材

特開２０１１−１６７９０８号公報

Claims (9)

1. 複数のノズルが形成されるノズル板と、前記ノズルと連通する個別液室の一部を構成する個別液室基板と、前記複数のノズルのそれぞれに対応したアクチュエータが設けられたアクチュエータ基板と、前記ノズル板を外部から保護するノズルカバーとを有し、前記アクチュエータに駆動信号を供給する外部配線と電気的に接続されている入力用パッドが、ノズル配列方向における前記アクチュエータ基板上の端部に設けられた液滴吐出ヘッドにおいて、
   前記入力用パッドが設けられた前記アクチュエータ基板の端部には、前記アクチュエータ基板のノズル配列方向に対し直交する方向に沿って、熱伝導部材が前記アクチュエータ基板に接触して設けられており、かつ、該熱伝導部材の少なくとも一部が前記ノズルカバーに接触していることを特徴と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、
   前記外部配線は、フレキシブルプリント基板であり、前記入力用パッドは、ボンディングワイヤを介して、前記フレキシブルプリント基板と電気的に接続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、
   前記熱伝導部材の少なくとも一面に、前記フレキシブルプリント基板が接着された保持基板が接触されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
4. 請求項３記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
   前記熱伝導部材の厚さが、前記熱伝導部材と接触された前記保持基板の端部における厚さよりも厚いことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
5. 請求項３又は４に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
   前記保持基板と前記熱伝導部材とに、前記熱伝導部材を保持する熱伝導部材保持基板が接触されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
6. 請求項２記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
   前記フレキシブルプリント基板が、前記熱伝導部材に接触されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
   前記熱伝導部材が、前記ノズルカバーの面に沿って延在していることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを搭載することを特徴とする液滴吐出装置。
9. 請求項１〜７のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを搭載し、該液滴吐出ヘッドのノズル孔から記録液を記録材に吐出して画像を形成することを特徴とする画像形成装置。

Images