JP6253460B2 - 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、被記録媒体に液滴を噴射して記録する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関する。

近年、記録紙等にインク滴を吐出して文字や図形を記録する、或いは素子基板の表面に液体材料を吐出して機能性薄膜を形成するインクジェット方式の液体噴射ヘッドが利用されている。この方式は、インクや液体材料などの液体を液体タンクから供給管を介してチャンネルに導き、チャンネルに充填される液体に圧力を印加してチャンネルに連通するノズルから液滴として吐出する。液滴の吐出の際には、液体噴射ヘッドや被記録媒体を移動させて文字や図形を記録する、或いは所定形状の機能性薄膜や３次元構造を形成する。

インクジェット方式の液体噴射ヘッドは、インク等の液体が導かれる圧力室と、圧力室を駆動する駆動素子と、駆動素子に駆動波形を生成し、供給する駆動回路部と、圧力室に連通し圧力室の液体を吐出するノズル等から構成される。駆動素子は、圧電体のピエゾ効果を利用して圧力室に充填される液体に圧力波を発生させ、この圧力波により液滴を吐出する方式や、圧力室に設けた発熱体を加熱して圧力室の液体に気泡を発生させ、この気泡の発生にともなう圧力波により液滴を吐出する方式などが用いられる。駆動の際には駆動素子自体が発熱するとともに、駆動波形を生成する駆動回路部も発熱する。

特許文献１には、圧電体を用いた駆動素子が形成されるヘッド部の冷却と、駆動波形を生成する駆動回路部の冷却を行う構成が記載される。図８は、特許文献１に記載されるインクジェットプリンタヘッド１０５の斜視図であり、図９は、特許文献１に記載されるインクジェットプリンタヘッド１０５用の温度制御用ベース１５１の説明図である。温度制御用ベース１５１の上にインクジェットプリンタヘッド１０５を固定してインクジェットプリンタヘッド１０５の必要な部分を冷却する。インクジェットプリンタヘッド１０５は、主に、インク吐出部１２１と駆動波形生成部１２２から構成される。インク吐出部１２１は、ＰＺＴ基板１２４の上に天板１２５が被され、先端部にノズルプレート１２６が固定される。ＰＺＴ基板１２４は図示しない複数の溝を備え、天板１２５が被さって圧力室が構成される。圧力室にはインク供給チューブ１２７を介してインクが供給される。駆動波形生成部１２２は、インク吐出部１２１に連結する回路基板１２８により構成される。回路基板１２８は、インク吐出部１２１に直接固定される第１の基板１２８ａと、第１の基板１２８ａに連結しコネクタ１３０を備える第２の基板１２８ｂにより構成される。第１の基板１２８ａは下面側に図示しないドライバＩＣを備える。ドライバＩＣが駆動波形を生成し、この駆動波形が圧力室の両側の支柱に形成される図示しない駆動電極に与えられると、支柱がピエゾ効果により変形し、溝の容積が変化して圧力室に充填されるインクがノズル１２３から吐出される。この際に、ドライバＩＣとＰＺＴ基板１２４が発熱する。

温度制御用ベース１５１は、第１のベース１５２と第２のベース１５３が接着剤層１５４によって連結され、インクジェットプリンタヘッド１０５の下方に固定される。構造ベース１５１ａは温度制御用ベース１５１の下方に取り付けられる。第１のベース１５２は、インク吐出部１２１に固定され、インク吐出部１２１のＰＺＴ基板１２４を冷却する。第２のベース１５３は、駆動波形生成部１２２に固定され、ドライバＩＣを加熱する。第１のベース１５２は内部に液体流通用チューブを備え、このチューブが２つの第１の連結部１５５に連結する。第２のベース１５３は内部に液体流通用チューブを備え、このチューブが２つの第２の連結部１５６に連結する。第１の連結部１５５及び第２の連結部１５６に冷却用液体を流通させて熱を外部に放熱する。冷却用液体としては水やオイルが使用される。

特許文献２には、ノズルが設置される場所によって吐出用インクに温度差が生じ、記録品質が低下するのを防止する構成が記載される。ノズル設置場所によって吐出用インクに温度差が生ずると、インクの温度差に応じて吐出特性が変化し、非記録媒体への記録品質が低下する。そこで、ヘッド部駆動用の駆動波形を生成するＩＣチップを放熱部材に連結し、この放熱部材をヘッド部のインク供給部材の近傍まで引き回す。その結果、ＩＣチップが発熱すると熱は放熱部材を伝達してインク供給部材の近傍で放熱され、インク供給部材のインクを加熱してインクの場所による温度むらを小さくする。

特開２００６−２１２７９５号公報 特開２００５−２７９９５２号公報

特許文献１に記載のインクジェットプリンタヘッド１０５は、ＰＺＴ基板１２４と回路基板１２８を独立して冷却することができる。しかし、インクジェットプリンタヘッド１０５は、インクをヘッド部に供給するインク供給チューブ１２７と、ＰＺＴ基板１２４を冷却するための冷却チューブと、回路基板１２８を冷却するための冷却チューブとを接続する必要がある。各チューブは往路と復路の２本必要であり、従って、ヘッド部と制御部との間に合計５本又は６本の液体流通用チューブを接続しなければならならず、構成要素が多く、組み立てが煩雑となる。また、特許文献２には、ヘッド部駆動用のＩＣチップが生成する熱を利用する構成について記載されるが、ＩＣ駆動チップを効率よく冷却する構成や方法については記載されていない。

本発明の液体噴射ヘッドは、外部から供給される液体を流通する供給流路と、前記供給流路に連通する圧力室と、前記圧力室を駆動する駆動素子と、前記圧力室に連通するノズルとを含み、前記ノズルから液滴を吐出するヘッド部と、前記駆動素子に駆動波形を供給する回路部と、前記液体を流通する冷却流路を含み、前記回路部と連結固定される冷却部と、を備え、前記供給流路と前記冷却流路は前記液体が並列に流通することとした。

また、前記外部から供給される前記液体を流入する供給ポートと、外部へ前記液体を排出する排出ポートを更に備え、前記供給ポートに供給される前記液体は前記供給流路と前記冷却流路に分流され、前記供給流路と前記冷却流路から流出する前記液体は合流して前記排出ポートから外部に排出されることとした。

また、前記供給流路は第一供給流路と第二供給流路を含み、前記供給ポートに流入する前記液体は前記第一供給流路、前記第二供給流路及び前記冷却流路に分流され、前記第一供給流路、前記第二供給流路及び前記冷却流路から流出する前記液体は合流して前記排出ポートから外部に排出されることとした。

また、前記液体が前記第一供給流路と前記第二供給流路に分流する分岐点を備え、前記分岐点から前記第一供給流路までの流路抵抗と、前記分岐点から前記第二供給流路までの流路抵抗が等しいこととした。

また、前記第一供給流路と前記第二供給流路から流出する前記液体が合流する合流点を備え、前記合流点から前記第一供給流路までの流路抵抗と、前記合流点から前記第二供給流路までの流路抵抗が等しいこととした。

また、前記回路部は、前記駆動波形を生成する駆動ＩＣと、前記駆動ＩＣが実装される回路基板とを含み、前記冷却部は、内部に前記冷却流路が形成される冷却基板を含み、前記回路基板と前記冷却基板は基板面を対向して連結固定されることとした。

また、前記回路基板と前記冷却基板は放熱シートを介在して連結固定されることとした。

また、前記回路基板は第一回路基板と第二回路基板を含み、前記第一回路基板は前記冷却基板の一方の基板面に連結固定され、前記第二回路基板は前記冷却基板の他方の基板面に連結固定されることとした。

また、前記冷却流路の流路断面の形状は、前記冷却基板の基板面に平行方向の幅が前記冷却基板の板面に垂直方向の幅よりも広いこととした。

また、前記冷却流路は、前記冷却基板の基板面と平行な面内において蛇行することとした。

また、前記駆動ＩＣは、前記冷却流路に対応して設置されることとした。

また、前記冷却流路は、上流側において複数の流路に分岐し下流側において複数の前記流路が統合することとした。

本発明の液体噴射ヘッドは、上記の液体噴射ヘッドと、前記液体噴射ヘッドと被記録媒体とを相対的に移動させる移動機構と、前記液体噴射ヘッドに前記液体を供給する液体供給管と、前記液体供給管に前記液体を供給する液体タンクと、を備えることとした。

本発明による液体噴射ヘッドは、外部から供給される液体を流通する供給流路と、供給流路に連通する圧力室と、圧力室を駆動する駆動素子と、圧力室に連通するノズルとを含み、ノズルから液滴を吐出するヘッド部と、駆動素子に駆動波形を供給する回路部と、液体を流通する冷却流路を含み、回路部と連結固定される冷却部と、を備え、供給流路と冷却流路は液体が並列に流通する。これにより、吐出用の液体以外の冷却液を必要としないで回路部を効率よく冷却することができ、液体噴射ヘッドを設置する装置との間の接続を簡素化することができる。

本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッドの模式図である。 本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッドの模式的な斜視図である。 本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッドの説明図である。 本発明の第三実施形態に係る液体噴射ヘッドの説明図である。 本発明の第四実施形態に係る液体噴射ヘッドの内部流路を説明するための断面模式図である。 本発明の第五実施形態に係る液体噴射ヘッドに使用する冷却部の模式的な正面図である。 本発明の第六実施形態に係る液体噴射装置の模式的な斜視図である。 従来公知のインクジェットプリンタヘッドの斜視図である。 従来公知のインクジェットプリンタヘッド用の温度制御用ベースの説明図である。

（第一実施形態）
図１は、本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッド１の模式図である。本第一実施形態は本発明の基本的な構成を示す。図１に示すように、液体噴射ヘッド１は、ノズル６から液滴を吐出するヘッド部２と、ヘッド部２に駆動波形を供給する回路部７と、回路部７に連結固定される冷却部１０とを備える。ヘッド部２は、外部から供給される液体の一部を流入し内部を流通して外部へ流出する供給流路３と、供給流路３に連通する圧力室４と、圧力室４を駆動する駆動素子５と、圧力室４に連通するノズル６とを含む。回路部７は、ヘッド部２の駆動素子５を駆動するための駆動波形を生成する。冷却部１０は、外部から供給される液体の他の一部又は他の全部を流入し内部を流通して外部へ流出する冷却流路１１を含む。従って、供給流路３と冷却流路１１は液体が並列に流通する。

圧力室４は、例えば、ＰＺＴセラミックス等の圧電材料からなる左右の側壁４ｃ、４ｄと圧電材料又は非圧電材料からなる上下の側壁４ｅ、４ｆに囲まれ、供給流路３とノズル６に連通する。駆動素子５は、圧電材料からなる左右の側壁４ｃ、４ｄとこの側壁４ｃ、４ｄの両側面に設置される駆動電極５ａ、５ｂから構成される。駆動電極５ａ、５ｂが設置される側壁４ｃ、４ｄは予め１／２の高さを境に上方と下方に分極処理が施される。回路部７は駆動ＩＣ８を含み、駆動ＩＣ８は駆動素子５を駆動するための駆動波形を生成する。圧力室４の側の駆動電極５ａと圧力室４とは反対側の駆動電極５ｂとの間に駆動波形が印加されると２つの側壁４ｃ、４ｄが厚み滑り変形し、圧力室４の容積が変化して圧力室４に充填される液体がノズル６から吐出される。圧力室４の液体が消費されると供給流路３から液体が供給される。なお、上下の側壁４ｅ、４ｆはＰＺＴセラミックス等の圧電材料や他の絶縁材料を使用することができる。

駆動ＩＣ８は、駆動素子５に駆動波形を供給する際に発熱する。回路部７の駆動ＩＣ８で生成された熱は冷却部１０の冷却流路１１に伝達し、冷却流路１１を流通する液体に伝達して外部に放出される。従って、外部から供給される液体は、冷却流路１１と供給流路３を並列に流通する。そのため、例えば、液体を冷却部１０の冷却流路１１とヘッド部２の供給流路３とを直列に流通させる場合よりも、供給流路３の液体の圧力を高精度に制御することができる。具体的には、ノズル６の開口部に形成されるメニスカスの制御が容易となる。また、冷却用の液体と吐出用の液体を共用するので、液体噴射ヘッド１を設置する装置の構成を簡素化することができる。つまり、冷却専用の液体を用いる必要がなく、冷却専用のチューブや送液又は吸液ポンプを設置する必要がない。更に、供給流路３を液体が流通するのでヘッド部２の温度を安定させることができる。

なお、駆動電極５ａ、５ｂを圧力室４の側壁４ｃ、４ｄの１／２の高さまで形成し、側壁４ｃ、４ｄを予め上方又は下方に一様に分極処理を施してもよい。また、駆動素子５として本実施形態とは異なる他の方式を用いることができる。例えば、圧力室４の内部に発熱体からなる駆動素子を設置し、発熱体を加熱して圧力室４の液体に気泡を発生させ、この気泡の発生に伴う圧力波により液滴を吐出する方式であってもよい。また、駆動素子５として厚さ方向に分極処理を施した圧電体を側壁４ｃ、４ｄの外部に設置し、この圧電体を駆動して側壁４ｃ、４ｄを変形させ、圧力室４の容積を変化させる方式であってもよい。また、本実施形態において、ヘッド部２の供給流路３は、外部から供給される液体の一部を流入し、内部を流通して外部へ流出する。これに代えて、ヘッド部２の供給流路３は、外部から供給される液体の一部を流入し、圧力室４に供給し、外部へ流出させない構成であってよい。つまり、ヘッド部２の供給流路３はもっぱら吐出される液体の流通に使用される。

（第二実施形態）
図２は本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッド１の模式的な斜視図であり、図３は本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッド１の説明図である。図３（ａ）は、冷却部１０を正面から見る液体噴射ヘッド１の正面模式図であり、図３（ｂ）は冷却部１０と回路部７を側面から見る液体噴射ヘッド１の側面模式図であり、図３（ｃ）はヘッド部２の基準方向Ｋと直交する方向の断面模式図である。同一の部分又は同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。

図２及び図３に示すように、液体噴射ヘッド１は、液滴を下方に吐出するヘッド部２と、ヘッド部２が固定されるベース部材１８と、ベース部材１８のヘッド部２とは反対側に設置される供給ポート１３及び排出ポート１４と、供給ポート１３及び排出ポート１４に固定されてヘッド部２とは反対側に起立する冷却部１０と、冷却部１０に連結固定される回路部７と、を備える。回路部７は、駆動波形を生成する駆動ＩＣ８と、駆動ＩＣ８が実装される回路基板９と、駆動信号等のデータを入出力するコネクタ９ａ、９ｂと、駆動波形を出力するための図示しない電極端子を含む。冷却部１０は、内部に冷却流路１１が形成される冷却基板１２を含む。回路基板９と冷却基板１２は、熱伝導シリコンのペースト又はシートからなる放熱シート１５を介在し、基板面を対向して連結固定される。具体的に、これらの基板は図３（ｂ）において図面左側から、冷却基板１２、放熱シート１５及び回路基板９の順番で形成され、回路基板９のコネクタ９ａ等が位置する面の反対側に放熱シート１５が接触する。また、放熱シート１５は、回路基板９と接触する面の反対面で、冷却基板１２と接触する。冷却基板１２は、ベース部材１８から離間して供給ポート１３及び排出ポート１４に固定される。ベース部材１８と冷却基板１２を離間させて冷却基板１２からの熱がヘッド部２に伝達されないようにしている。供給ポート１３は接続部１３ａを備え、外部から供給される液体は接続部１３ａに流入する。排出ポート１４は接続部１４ａを備え、接続部１４ａから外部に液体を排出する。

図３（ｃ）に示すように、ヘッド部２は、アクチュエータ基板２ａと、アクチュエータ基板２ａの上面に接合されるカバープレート２ｂと、カバープレート２ｂの上面に接合される流路部材２ｄと、アクチュエータ基板２ａの下面に接合されるノズルプレート２ｃとを備える。アクチュエータ基板２ａは、例えばＰＺＴセラミックスからなる圧電体基板からなり、基準方向Ｋに直交する方向に細長い圧力室４ａ、４ｂを備える。左右の圧力室４ａ、４ｂは基準方向Ｋに半ピッチずれて並列に設置される。圧力室４ａ、４ｂを構成する各側壁は、側壁に形成される図示しない駆動電極とともに駆動素子として機能し、各圧力室４ａ、４ｂを駆動する。カバープレート２ｂは、圧力室４ａの右端と圧力室４ｂの左端に連通する液室２ｅと、圧力室４ａの左端に連通する液室２ｆと、圧力室４ｂの右端に連通する液室２ｇとを備える。アクチュエータ基板２ａの上面又は下面、又はカバープレート２ｂの上面には駆動素子と電気的に接続される図示しない電極端子が形成され、図示しないフレキシブル回路基板を介して回路基板９の図示しない電極端子と電気的に接続される。このように、駆動ＩＣ８により生成される駆動波形が駆動素子に伝達可能に構成される。

流路部材２ｄは、中央の液室２ｅと供給ポート１３の内部流路Ｒとを連通する連通流路２ｈと、左側の液室２ｆ及び右側の液室２ｇと排出ポート１４の内部流路Ｓとを連通する連通流路２ｉを備える。従って、供給ポート１３から流入する液体は、ヘッド部２の内部の連通流路２ｈ、液室２ｅ、圧力室４ａ、４ｂ、液室２ｆ、２ｇ及び連通流路２ｉを含む供給流路３を流通して排出ポート１４に流出する。なお、連通流路２ｈと２ｉは、基準方向Ｋの一方と他方の端部にそれぞれ形成され、互いに基準方向Ｋに離間している。そして、液室２ｅは、基準方向Ｋの一方の端部で連通流路２ｈと連通し、図３（ｃ）の紙面方向（複数の圧力室４ａ、４ｂがそれぞれ配列する方向）に複数の圧力室４ａ、４ｂにわたって位置している。そして、液室２ｆは、基準方向Ｋの他方の端部で連通流路２ｉと連通し、図３（ｃ）の紙面方向に複数の圧力室４ａにわたって位置している。また、液室２ｇは、基準方向Ｋの他方の端部で連通流路２ｉと連通し、図３（ｃ）の紙面方向に複数の圧力室４ｂにわたって位置している。

ノズルプレート２ｃは、左右の圧力室４ａ、４ｂそれぞれに連通する左右のノズル６ａ、６ｂを備える。即ち、ノズルプレート２ｃは左右２列のノズル列を備える。供給ポート１３は、外部から供給される液体を供給流路３と冷却流路１１に分流する。排出ポート１４は、供給流路３と冷却流路１１から流出する液体を合流して外部へ排出する。

冷却基板１２はアルミニウム等の熱良導体を使用することが好ましい。冷却流路１１は、冷却基板１２の基板面と平行な面内において蛇行する。これにより、液体と冷却基板１２の間の接触面積が拡大して冷却効率を向上させることができる。また、冷却流路１１を滑らかに蛇行する一本の流路とすることにより、液体を充填する際に気泡が混入し難く、また、充填した液体の排出が容易となる。冷却流路１１の流路断面の形状は、冷却基板１２の基板面に平行方向の幅が冷却基板１２の基板面に垂直方向の幅よりも広いほうが好ましい。これにより、冷却基板１２の体積増加を抑え、かつ、液体と冷却基板１２との間の接触面積が拡大し、冷却効率を向上させることができる。なお、冷却基板１２を構成する冷却流路１１の天板や底板は、所定の厚さ、例えば０．５ｍｍ以上の厚さを確保し、熱伝導性を向上させることが好ましい。

駆動ＩＣ８は、冷却流路１１に対応して設置することが好ましい。即ち、駆動ＩＣ８を、冷却基板１２の法線方向において冷却流路１１に重なるように設置する。これにより、駆動ＩＣ８で発生する熱を冷却流路１１の液体に迅速に伝達させることができる。なお、冷却流路１１と駆動ＩＣ８の重なり面積はできるだけ広いほうが好ましい。また、駆動ＩＣ８の外表面に接触する熱伝導体を冷却基板１２に固定し、駆動ＩＣ８を両面側から冷却してもよい。

このように、外部から供給される液体の一部をヘッド部２の供給流路３を流通させ、他の一部又は他の全部を冷却部１０の冷却流路１１を流通させるので、吐出用の液体以外の冷却液を必要としないで回路部７を効率よく冷却することができる。更に、冷却用の液体と吐出用の液体を共用するので、液体噴射ヘッド１を設置する装置の構成を簡素化することができる。また、回路基板９と冷却部１０は液滴吐出方向とは反対側に起立するので液体噴射ヘッド１の設置面が縮小し、多数の液体噴射ヘッド１を高密度に配置することができる。

（第三実施形態）
図４は、本発明の第三実施形態に係る液体噴射ヘッド１の説明図である。図４（ａ）は液体噴射ヘッド１の側面模式図であり、図４（ｂ）はヘッド部２の基準方向Ｋに直交する方向の断面模式図である。第二実施形態と異なる主な点は、冷却部１０に第一及び第二回路部７ｘ、７ｙが連結固定され、ヘッド部２は第一及び第二供給流路３ｘ、３ｙを備える点である。同一の部分又は同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。

図４に示すように、液体噴射ヘッド１は、液滴を下方に吐出するヘッド部２と、ヘッド部２が固定されるベース部材１８と、ベース部材１８のヘッド部２とは反対側に設置される供給ポート１３及び排出ポート１４と、供給ポート１３及び排出ポート１４に固定されヘッド部２とは反対側に起立する冷却部１０と、冷却部１０に連結固定される第一及び第二回路部７ｘ、７ｙと、を備える。

冷却部１０は、内部に冷却流路１１が形成される冷却基板１２を含む。冷却流路１１は、第二実施形態と同様に、冷却基板１２の基板面と平行な面内において蛇行する。回路部７は、第一回路部７ｘと第二回路部７ｙを備える。第一回路部７ｘは、駆動波形を生成する第一駆動ＩＣ８ｘと、第一駆動ＩＣ８ｘが実装される第一回路基板９ｘと、第一回路基板９ｘの上端に設置されるコネクタ９ａを備える。第二回路部７ｙは、駆動波形を生成する第二駆動ＩＣ８ｙと、第二駆動ＩＣ８ｙが実装される第二回路基板９ｙと、第二回路基板９ｙの上端に設置されるコネクタ９ａを備える。第一回路基板９ｘは冷却基板１２の一方の基板面に放熱シート１５ａを介在して連結固定され、第二回路基板９ｙは冷却基板１２の他方の基板面に放熱シート１５ｂを介在して連結固定される。

ヘッド部２は、第二実施形態のヘッド部２が２つ連結する構造を有し、基準方向Ｋに直交する方向に４つの圧力室４ａ、４ｂ、４ａ、４ｂが並び、基準方向Ｋに４つの圧力室列が配列する。各列の圧力室４は基準方向Ｋに１／４ピッチずれている。ヘッド部２は、例えば、第二実施形態の構造を有する第一ヘッド部２ｘと同じ構造を有する第二ヘッド部２ｙを基準方向Ｋに１／４ピッチずらして設置する。あるいは、単一のアクチュエータ基板２ａの基準方向Ｋに直交する方向に４つの圧力室４が並び、基準方向Ｋに４つの圧力室列が配列するものであってもよい。この場合は、このアクチュエータ基板２ａの上面に単一のカバープレート２ｂが、アクチュエータ基板２ａの下面に４列のノズル列を備える単一のノズルプレート２ｃがそれぞれ設置され、カバープレート２ｂの上面に流路部材２ｄが設置され、一体的に構成される。供給流路３は第一及び第二供給流路３ｘ、３ｙを含み、第一供給流路３ｘは２つの圧力室列に連通し、第二供給流路３ｙは他の２つの圧力室列に連通する。なお、第一回路基板９ｘとアクチュエータ基板２ａとの間、及び、第二回路基板９ｙとアクチュエータ基板２ａとの間には図示しないフレキシブル回路基板が設置され、第一駆動ＩＣ８ｘ及び第二駆動ＩＣ８ｙにより生成される駆動波形がアクチュエータ基板２ａに供給可能に構成される。

冷却部１０の冷却基板１２はベース部材１８から離間して供給ポート１３及び排出ポート１４により保持される。供給ポート１３は、外部から供給される液体が流入する接続部１３ａを備え、流入する液体を第一供給流路３ｘ、第二供給流路３ｙ及び冷却流路１１に分流する。排出ポート１４は、外部へ液体を排出する接続部１４ａを備え、第一供給流路３ｘ、第二供給流路３ｙ及び冷却流路１１から流出する液体を合流して外部に排出する。

供給ポート１３は、液体を第一供給流路３ｘと第二供給流路３ｙに分流する分岐点Ｐｂと、分岐点Ｐｂと第一供給流路３ｘの間の流路に冷却流路１１に分流する分岐点Ｐｂ’を備える。同様に、排出ポート１４は、第一供給流路３ｘと第二供給流路３ｙから流出する液体が合流する図示しない合流点Ｐｇと、合流点Ｐｇと第一供給流路３ｘの間の流路に冷却流路１１から流出する液体が合流する図示しない合流点Ｐｇ’を備える。供給ポート１３の分岐点Ｐｂから第一供給流路３ｘまでの流路抵抗と分岐点Ｐｂから第二供給流路３ｙまでの流路抵抗は異なる。また、分岐点Ｐｂ’で液体が冷却流路１１に分岐する。同様に、排出ポート１４の合流点Ｐｇから第一供給流路３ｘまでの流路抵抗と合流点Ｐｇから第二供給流路３ｙまでの流路抵抗が異なる。また、合流点Ｐｇ’で冷却流路１１からの液体が合流する。従って、第一供給流路３ｘに供給される液体と第二供給流路３ｙに供給される液体との間に圧力差が生ずるが、この圧力差が吐出特性に影響しない程度となるように供給ポート１３及び排出ポート１４の内部流路Ｒ、Ｓを設計すればよい。

なお、本実施形態では分岐点Ｐｂ及び合流点Ｐｇを供給ポート１３及び排出ポート１４の内部流路Ｒ、Ｓに設置するが、本発明はこの構成に限定されない。分岐点Ｐｂ又は合流点Ｐｇは冷却流路１１に設置してもよいし、ヘッド部２の内部に設置してもよい。

（第四実施形態）
図５は、本発明の第四実施形態に係る液体噴射ヘッド１の内部流路を説明するための断面模式図である。第三実施形態と異なる点は、供給ポート１３及び排出ポート１４の内部流路Ｒ、Ｒｘ、Ｒｙ、Ｓ、Ｓｘ、Ｓｙの構成であり、その他は第三実施形態と同様である。従って、以下、第三実施形態と異なる点について説明し、その他の構成は説明を省略する。同一の部分又は同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。

図５に示すように、ベース部材１８の下部にヘッド部２が設置され、ベース部材１８の上部に供給ポート１３と排出ポート１４が設置され、冷却部１０は供給ポート１３及び排出ポート１４によりベース部材１８から離間して保持される。供給ポート１３は外部から供給される液体が流入する接続部１３ａを備える。同様に、排出ポート１４は外部へ液体を排出する接続部１４ａを備える。

供給ポート１３の内部には外部から供給する液体を冷却基板１２に流通させる内部流路Ｒが形成される。内部流路Ｒと冷却流路１１が連通する地点が分岐点Ｐｂ’を成し、この分岐点Ｐｂ’において液体は冷却流路１１とヘッド部２側の流路に分流する。ヘッド部２側の流路には分岐点Ｐｂが設置され、分岐点Ｐｂにおいて第一供給流路３ｘに連通する内部流路Ｒｘと第二供給流路３ｙに連通する内部流路Ｒｙに分岐する。同様に、排出ポート１４の内部には液体を冷却基板１２から外部へ流通させる内部流路Ｓが形成される。冷却流路１１と内部流路Ｓが連通する地点が合流点Ｐｇ’を成し、この合流点Ｐｇ’において冷却流路１１とヘッド部２側の流路から流通する液体が合流する。ヘッド部２側の流路には合流点Ｐｇが設置され、第一供給流路３ｘに連通する内部流路Ｓｘと第二供給流路３ｙに連通する内部流路Ｓｙが合流する。従って、供給ポート１３に供給される液体は第一供給流路３ｘ、第二供給流路３ｙ及び冷却流路１１に分流され、同様に、第一供給流路３ｘ、第二供給流路３ｙ及び冷却流路１１から流出する液体は合流して排出ポート１４から排出される。

ここで、分岐点Ｐｂから第一供給流路３ｘまでの内部流路Ｒｘの流路抵抗と、分岐点Ｐｂから第二供給流路３ｙまでの内部流路Ｒｙの流路抵抗が等しい。同様に、合流点Ｐｇから第一供給流路３ｘまでの内部流路Ｓｘの流路抵抗と、合流点Ｐｇから第二供給流路３ｙまでの内部流路Ｓｙの流路抵抗が等しい。これにより、第一供給流路３ｘに連通する圧力室と第二供給流路３ｙに連通する圧力室の圧力差が減少し、各圧力室から吐出する際の吐出特性を均質化することができる。なお、分岐点Ｐｂを供給ポート１３の内部に、合流点Ｐｇを排出ポート１４の内部にそれぞれ設置し、内部流路Ｒｘの流路抵抗と内部流路Ｒｙの流路抵抗を等しく、また、内部流路Ｓｘの流路抵抗と内部流路Ｓｙの流路抵抗を等しく構成してもよい。

また、本実施形態では分岐点Ｐｂ、Ｐｂ’や合流点Ｐｇ、Ｐｇ’を冷却基板１２の内部に設けているが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、接続部１３ａから流入する液体を直接ヘッド部２に導き、ヘッド部２に分岐点Ｐｂを備える内部流路Ｒと、合流点Ｐｇを備える内部流路Ｓを設ける。そして、分岐点Ｐｂと第一供給流路３ｘの間の流路抵抗と分岐点Ｐｂと第二供給流路３ｙの間の流路抵抗を等しく、また、合流点Ｐｇと第一供給流路３ｘの間の流路抵抗と合流点Ｐｇと第二供給流路３ｙの間の流路抵抗を等しく構成してもよい。

（第五実施形態）
図６は、本発明の第五実施形態に係る液体噴射ヘッド１に使用する冷却部１０の模式的な正面図である。第一から第四実施形態の冷却部１０と異なる点は、冷却流路１１が複数に分岐する点である。その他の構成は他の実施形態と同様である。同一の部分又は同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。

図６に示すように、冷却流路１１は、上流側において複数の流路１１ａに分岐し、下流側において複数の流路１１ａが統合する。これにより、流路抵抗の増加を抑えて流路面積を拡大させ、冷却効率を向上させることができる。

（第六実施形態）
図７は本発明の第六実施形態に係る液体噴射装置３０の模式的な斜視図である。液体噴射装置３０は、液体噴射ヘッド１、１’を往復移動させる移動機構４０と、液体噴射ヘッド１、１’に液体を供給し、液体噴射ヘッド１、１’から液体を排出する流路部３５、３５’と、流路部３５、３５’に連通する液体ポンプ３３、３３’及び液体タンク３４、３４’とを備えている。液体ポンプ３３、３３’として、流路部３５、３５’に液体を供給する供給ポンプとそれ以外に液体を排出する排出ポンプのいずれかもしくは両方を設置し、液体を循環させることができる。また、図示しない圧力センサーや流量センサーを設置し、液体の流量を制御することができる。液体噴射ヘッド１、１’は、第一〜第五実施形態の液体噴射ヘッド１を使用することができる。即ち、液体噴射ヘッド１は、液滴を吐出するヘッド部２と、ヘッド部２の駆動素子に駆動波形を供給する回路部７と、回路部７と連結固定される冷却部１０とを備える。冷却部１０は吐出用の液体を使用して冷却するので、液体噴射ヘッド１、１’は冷却専用の流路部に接続する必要がなく、また、液体噴射ヘッド１、１’を冷却するための専用の液体ポンプを設置する必要がない。

液体噴射装置３０は、紙等の被記録媒体４４を主走査方向に搬送する一対の搬送手段４１、４２と、被記録媒体４４に液体を噴射する液体噴射ヘッド１、１’と、液体噴射ヘッド１、１’を載置するキャリッジユニット４３と、液体タンク３４、３４’に貯留した液体を流路部３５、３５’に押圧して供給する液体ポンプ３３、３３’と、液体噴射ヘッド１、１’を主走査方向と直交する副走査方向に走査する移動機構４０とを備えている。図示しない制御部は液体噴射ヘッド１、１’、移動機構４０、搬送手段４１、４２を制御して駆動する。

一対の搬送手段４１、４２は副走査方向に延び、ローラ面を接触しながら回転するグリッドローラとピンチローラを備えている。図示しないモータによりグリッドローラとピンチローラを軸周りに移転させてローラ間に挟み込んだ被記録媒体４４を主走査方向に搬送する。移動機構４０は、副走査方向に延びた一対のガイドレール３６、３７と、一対のガイドレール３６、３７に沿って摺動可能なキャリッジユニット４３と、キャリッジユニット４３を連結し副走査方向に移動させる無端ベルト３８と、この無端ベルト３８を図示しないプーリを介して周回させるモータ３９とを備えている。

キャリッジユニット４３は、複数の液体噴射ヘッド１、１’を載置し、例えばイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４種類の液滴を噴射する。液体タンク３４、３４’は対応する色の液体を貯留し、液体ポンプ３３、３３’、流路部３５、３５’を介して液体噴射ヘッド１、１’に供給する。各液体噴射ヘッド１、１’は駆動波形に応じて各色の液滴を噴射する。液体噴射ヘッド１、１’から液体を噴射させるタイミングや、キャリッジユニット４３を駆動するモータ３９の回転及び被記録媒体４４の搬送速度を制御することにより、被記録媒体４４上に任意のパターンを記録することできる。

本発明に係る液体噴射ヘッド１は、ヘッド部２において液滴吐出用の液体の他に冷却専用の液体を使用しないので、液体噴射ヘッド１、１’と液体ポンプ３３、３３’の間に冷却用液体のチューブを設置する必要がない。そのため、液体噴射ヘッド1の設置が容易となり、また、液体噴射装置３０の構成が簡素化される。なお、本実施形態は、移動機構４０がキャリッジユニット４３と被記録媒体４４を移動させて記録する液体噴射装置３０であるが、これに代えて、キャリッジユニットを固定し、移動機構が被記録媒体を２次元的に移動させて記録する液体噴射装置であってもよい。つまり、移動機構は液体噴射ヘッドと被記録媒体とを相対的に移動させるものであればよい。

１ 液体噴射ヘッド
２ ヘッド部、２ａ アクチュエータ基板、２ｂ カバープレート、２ｃ ノズルプレート、２ｄ 流路部材、２ｅ〜２ｇ 液室、２ｘ 第一ヘッド部、２ｙ 第二ヘッド部
３ 供給流路、３ｘ 第一供給流路、３ｙ 第二供給流路
４、４ａ、４ｂ 圧力室
４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ 側壁
５ 駆動素子、５ａ、５ｂ 駆動電極
６ ノズル
７ 回路部、７ｘ 第一回路部、７ｙ 第二回路部
８ 駆動ＩＣ、８ｘ 第一駆動ＩＣ、８ｙ 第二駆動ＩＣ
９ 回路基板、９ｘ 第一回路基板、９ｙ 第二回路基板
９ａ、９ｂ コネクタ
１０ 冷却部
１１、１１ａ 冷却流路
１２ 冷却基板
１３ 供給ポート、１３ａ 接続部
１４ 排出ポート、１４ａ 接続部
１５ 放熱シート
１８ ベース部材
Ｒ、Ｒｘ、Ｒｙ、Ｓ、Ｓｘ、Ｓｙ 内部流路
Ｋ 基準方向
Ｐｂ、Ｐｂ’ 分岐点
Ｐｇ、Ｐｇ’ 合流点

Claims (12)

1. 外部から供給される液体を流通する供給流路と、前記供給流路に連通する圧力室と、前記圧力室を駆動する駆動素子と、前記圧力室に連通するノズルとを含み、前記ノズルから液滴を吐出するヘッド部と、
   前記駆動素子に駆動波形を供給する回路部と、
   前記液体を流通する冷却流路を含み、前記回路部と連結固定される冷却部と、を備え、
   前記供給流路と前記冷却流路は前記液体が並列に流通する、
   液体噴射ヘッドであって、
   外部から供給される前記液体を流入する供給ポートと、外部へ前記液体を排出する排出ポートを更に備え、
   前記供給ポートに流入する前記液体は前記供給流路と前記冷却流路に分流され、前記供給流路と前記冷却流路から流出する前記液体は合流して前記排出ポートから外部に排出される、
   液体噴射ヘッド。
2. 前記供給流路は第一供給流路と第二供給流路を含み、
   前記供給ポートに流入する前記液体は前記第一供給流路、前記第二供給流路及び前記冷却流路に分流され、
   前記第一供給流路、前記第二供給流路及び前記冷却流路から流出する前記液体は合流して前記排出ポートから外部に排出される請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
3. 前記液体が前記第一供給流路と前記第二供給流路に分流する分岐点を備え、
   前記分岐点から前記第一供給流路までの流路抵抗と、前記分岐点から前記第二供給流路までの流路抵抗が等しい請求項２に記載の液体噴射ヘッド。
4. 前記第一供給流路と前記第二供給流路から流出する前記液体が合流する合流点を備え、
   前記合流点から前記第一供給流路までの流路抵抗と、前記合流点から前記第二供給流路までの流路抵抗が等しい請求項２又は３に記載の液体噴射ヘッド。
5. 前記回路部は、前記駆動波形を生成する駆動ＩＣと、前記駆動ＩＣが実装される回路基板とを含み、
   前記冷却部は、内部に前記冷却流路が形成される冷却基板を含み、
   前記回路基板と前記冷却基板は基板面を対向して連結固定される請求項１〜４のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
6. 前記回路基板と前記冷却基板は放熱シートを介在して連結固定される請求項５に記載の液体噴射ヘッド。
7. 前記回路基板は第一回路基板と第二回路基板を含み、
   前記第一回路基板は前記冷却基板の一方の基板面に連結固定され、前記第二回路基板は前記冷却基板の他方の基板面に連結固定される請求項５又は６に記載の液体噴射ヘッド。
8. 前記冷却流路の流路断面の形状は、前記冷却基板の基板面に平行方向の幅が前記冷却基板の板面に垂直方向の幅よりも広い請求項５〜７のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
9. 前記冷却流路は、前記冷却基板の基板面と平行な面内において蛇行する請求項５〜８のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
10. 前記駆動ＩＣは、前記冷却流路に対応して設置される請求項５〜９のいずれか一項に
    記載の液体噴射ヘッド。
11. 前記冷却流路は、上流側において複数の流路に分岐し下流側において複数の前記流路が統合する請求項１〜１０のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
12. 請求項１に記載の液体噴射ヘッドと、
    前記液体噴射ヘッドと被記録媒体とを相対的に移動させる移動機構と、
    前記液体噴射ヘッドに前記液体を供給する液体供給管と、
    前記液体供給管に前記液体を供給する液体タンクと、を備える液体噴射装置。

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