(57)【要約】【課題】本発明の課題は、小型で高解像度化が可能であり、生産コストを低減できる、インクの循環が可能な流路を有するインクジェットヘッド等を提供することである。【解決手段】ノズルＮと、ノズルＮに連通路２０３を介して連通する圧力室２０２と、圧力室２０２内のインクに圧力を加える圧力発生部４０と、連通路２０３から圧力室２０２内のインクを排出可能な個別循環流路２０４と、を備えたインクジェットヘッド１において、圧力発生部４０が配置されるアクチュエーター基板２３の上面に個別配線４１４が列状に配置され、個別配線４１４と所定の電装部材とが接続された実装部４と、実装部４の下部に設けられた共通循環流路２０５と、圧力室２０２の上部に設けられた共通供給液室５１と、を備え、実装部４と共通循環流路２０５は、ノズルＮのインクの射出方向において、少なくとも一部が重なる位置に設けられていることを特徴とする。【選択図】図４
2020032732.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを射出する複数のノズルと、
前記複数のノズルの各々に連通路を介して連通し、インクが貯留される複数の圧力室と、
前記複数の圧力室の各々に対応して設けられ、対応する前記圧力室内のインクに圧力を加える複数の圧力発生手段と、
前記連通路から分岐して設けられ、前記複数の圧力室内のインクを排出可能な複数の個別循環流路と、
を備えたインクジェットヘッドにおいて、
前記複数の圧力発生手段が配置される基板の上面に、前記複数の圧力発生手段の各々に接続する個別配線が列状に配置され、当該個別配線と所定の電装部材とが接続された実装部と、
前記基板の前記実装部が設けられた側と反対側に設けられ、前記複数の個別循環流路のうち少なくとも二つが連通する共通循環流路と、
前記複数の圧力室の上部に設けられ、前記複数の圧力室の各々に共通に供給するインクを貯留する共通供給液室と、を備え、
前記実装部と前記共通循環流路は、前記複数のノズルのインクの射出方向において、少なくとも一部が重なる位置に設けられていることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記複数の圧力室及び前記複数のノズルが、複数列で配列されており、
前記複数列のうち一対の隣り合う列において、前記複数の圧力発生手段から同一の前記実装部に前記個別配線が引き出されており、前記複数の圧力室に連通する前記複数の循環流路が同一の前記共通循環流路に連通されてい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。
【請求項３】
前記基板はシリコンによって形成され、
前記複数の圧力発生手段の各々は、薄膜状の電極及び薄膜状の圧電体を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記所定の電装部材は、フレキシブルプリント基板であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
前記所定の電装部材は、前記複数の圧力発生手段の駆動制御を行う集積回路であること特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
【請求項６】
前記共通循環流路に、当該共通循環流路の前記インクの射出方向の対向する面を連結する連結部が形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載のインクジェットヘッドと、
前記連通路から前記個別循環流路への循環流を発生させるためのインクの循環手段を備えたことを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項８】
請求項３に記載のインクジェットヘッドの製造方法であって、
前記基板上に、前記個別配線と、前記電極間に挟まれた前記圧電体の薄膜を半導体プロセスによって形成することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェットヘッド、インクジェット記録装置及びインクジェットヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、インクジェットヘッドに備えられた複数のノズルからインクの液滴を射出して記録媒体に画像を形成するインクジェット記録装置が知られている。
このようなインクジェット記録装置では、インクジェットヘッド内に発生した気泡や混入した異物等によって、ノズルが詰まり、射出不良等の問題が生じる場合がある。また、インクの種類によっては、長時間使用しないままにしておくと、インク粒子の沈降等によってノズル付近のインク粘度が高まり、安定したインクの射出性能が得難い場合がある。
【０００３】
そこで、インクジェットヘッドのヘッドチップにインクの循環が可能な循環流路を設けることによって、ヘッド内の気泡等をインクとともに当該循環流路に流すことができるインクジェット記録装置が知られている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、インクを循環させるための循環流路と、圧力室に共通にインクを供給する供給液室を備え、当該供給流路が圧力室の左右方向の領域に設けられているインクジェットヘッドが開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、インクを循環させるための循環流路と複数のアクチュエーターを設けたヘッドチップと、当該アクチュエーターからの導電線が接続された集積回路をヘッドチップの上面端部に備えたインクジェットヘッドが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−１４３９４８号公報
【特許文献２】特表２０１１−５２０６７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、近年、インクジェットの小型化や画像の高解像度化のため、ノズルを高密度に配置することが求められている。しかしながら、特許文献１に記載のインクジェットヘッドでは、ヘッドチップ内部に比較的大きな容積の循環流路及び供給液室が必要となるので、大型化しやすく、ノズルを高密度に配置することが難しいという問題がある。
【０００８】
また、特許文献２に記載のインクジェットヘッドでは、アクチュエーターからの配線をヘッドチップの端に引き出して集積回路を実装しているため、限られたスペースに導電線を高密度で設ける必要がある。そのため、高密度でノズル及びアクチュエーターを設けた場合、導電線の細密化で電気抵抗が高くなり、発熱の要因になるため、小型化が難しいという問題がある。また、チップの外側に集積回路を実装しているため、装置が大型化しやすく、製造に使用する材料の増加により、生産コストが増加するという問題もある。
【０００９】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、小型で高解像度化でき、生産コストを低減できる、インクの循環が可能な流路を有するインクジェットヘッド、インクジェット記録装置及びインクジェットヘッドの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題の解決のために、請求項１に記載の発明は、
インクを射出する複数のノズルと、
前記複数のノズルの各々に連通路を介して連通し、インクが貯留される複数の圧力室と、
前記複数の圧力室の各々に対応して設けられ、対応する前記圧力室内のインクに圧力を加える複数の圧力発生手段と、
前記連通路から分岐して設けられ、前記複数の圧力室内のインクを排出可能な複数の個別循環流路と、
を備えたインクジェットヘッドにおいて、
前記複数の圧力発生手段が配置される基板の上面に、前記複数の圧力発生手段の各々に接続する個別配線が列状に配置され、当該個別配線と所定の電装部材とが接続された実装部と、
前記基板の前記実装部が設けられた側と反対側に設けられ、前記複数の個別循環流路のうち少なくとも二つが連通する共通循環流路と、
前記複数の圧力室の上部に設けられ、前記複数の圧力室の各々に共通に供給するインクを貯留する共通供給液室と、を備え、
前記実装部と前記共通循環流路は、前記複数のノズルのインクの射出方向において、少なくとも一部が重なる位置に設けられていることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のインクジェットヘッドであって、
前記複数の圧力室及び前記複数のノズルが、複数列で配列されており、
前記複数列のうち一対の隣り合う列において、前記複数の圧力発生手段から同一の前記実装部に前記個別配線が引き出されており、前記複数の圧力室に連通する前記複数の循環流路が同一の前記共通循環流路に連通されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のインクジェットヘッドであって、
前記基板はシリコンによって形成され、
前記複数の圧力発生手段の各々は、薄膜状の電極及び薄膜状の圧電体を有することを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載のインクジェットヘッドであって、
前記所定の電装部材は、フレキシブルプリント基板であることを特徴とする。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載のインクジェットヘッドであって、
前記所定の電装部材は、前記複数の圧力発生手段の駆動制御を行う集積回路であること特徴とする。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載のインクジェットヘッドであって、
前記共通循環流路に、当該共通循環流路の前記インクの射出方向の対向する面を連結する連結部が形成されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、
請求項１〜６のいずれか一項に記載のインクジェットヘッドと、
前記連通路から前記個別循環流路への循環流を発生させるためのインクの循環手段を備えたことを特徴とするインクジェット記録装置である。
【００１７】
請求項８の発明は、
請求項３に記載のインクジェットヘッドの製造方法であって、
前記基板上に、前記個別配線と、前記電極間に挟まれた前記圧電体の薄膜を半導体プロセスによって形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、インクの循環が可能な流路を有するインクジェットヘッドにおいて、小型で高解像度化が可能であり、生産コストを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】インクジェット記録装置の概略構成を示す斜視図
【図２Ａ】インクジェットヘッドの上方からの斜視図
【図２Ｂ】インクジェットヘッドの下方からの斜視図
【図３Ａ】ヘッドチップ内のアクチュエーター基板の上面の要部を示す平面図
【図３Ｂ】ノズル基板の底面図
【図４】図３ＡのIV-IVの断面を示すインクジェットヘッドの断面図
【図５】インクジェットヘッドの断面の拡大図
【図６】インクの循環機構の構成を説明する模式図
【図７】変形例に係るアクチュエーター基板の上面の要部を示す平面図
【図８】図７のVIII-VIIIの断面を示すインクジェットヘッドの断面図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。但し、発明の範囲は図示例に限定されない。また、以下の説明において、同一の機能及び構成を有するものについては、同一の符号を付し、その説明を省略する。
なお、以下の説明では、ラインヘッドを用いた記録媒体の搬送のみで描画を行う１パス描画方式での実施形態を例にして説明するが、適宜の描画方式に適用可能であり、例えば、スキャン方式やドラム方式を用いた描画方式を採用しても良い。
また、以下の説明では、記録媒体Ｒの搬送方向を前後方向、記録媒体Ｒの搬送面において当該搬送方向に直行する方向を左右方向とし、前後方向及び左右方向に垂直な方向（インクの射出方向）を上下方向として説明する。
【００２１】
［インクジェット記録装置の概略］
インクジェット記録装置１００は、プラテン１０１、搬送ローラー１０２、ラインヘッド１０３，１０４，１０５，１０６、及びインクの循環機構６等を備える（図１及び図６参照）。
プラテン１０１は、上面に記録媒体Ｒを支持しており、搬送ローラー１０２が駆動されると、記録媒体Ｒを搬送方向（前後方向）に搬送する。
ラインヘッド１０３，１０４，１０５，１０６は、記録媒体Ｒの搬送方向（前後方向）の上流側から下流側にかけて、搬送方向に直交する幅方向（左右方向）に並列して設けられている。そして、ラインヘッド１０３，１０４，１０５，１０６の内部には、後述するインクジェットヘッド１が少なくとも一つ設けられており、例えば、シアン（Ｃ），マゼンタ（Ｍ），イエロー（Ｙ），黒（Ｋ）のインクを記録媒体Ｒに向けて吐出する。
なお、インクの循環機構６については、後述する（図６参照）。
【００２２】
［インクジェットヘッド］
インクジェットヘッド１の構成について、図２〜５に基づいて説明する。
なお、図３Ａは、ヘッドチップ内部の圧電体４１と個別配線４１４の配置を説明するための、アクチュエーター基板２３の上面の要部を示す平面図である。また、図３Ｂは、ノズル基板２１の底面図である。また、図３Ａ及び図３Ｂでは、他層に形成される構成要素の一部を破線で示している。
また、図４は、図３Ａ中に破線で示したIV-IV部分に平行な面について、インクジェッ
トヘッド１の断面を表した図である。
【００２３】
インクジェットヘッド１は、ヘッドチップ２、保持部３及び共通インク室５等を備える（図２Ａ及び図２Ｂ等）。
【００２４】
（ヘッドチップ）
ヘッドチップ２は、内部に、下側から順にノズル基板２１、中間基板２２、アクチュエーター基板２３及び保護基板２４が積層一体化されることによって構成されている（図５参照）。
【００２５】
ノズル基板２１は、例えば、ノズル層２１ａ、酸化膜層２１ｂ、ノズル支持層２１ｃの３層から構成されるＳＯＩ基板からなる。
ノズル層２１ａは、インクの液滴を射出するためのノズルＮが形成された層であり、厚さ、例えば、１０〜２０μｍのＳｉ基板からなる。ノズルＮは、例えば、左右方向に沿って、複数列（例えば、４列）に並んで設けられている（図２、図３Ｂ参照）。また、ノズル層２１ａの下面であるノズル面には、撥インク膜（図示省略）が形成されている。
酸化膜層２１ｂは、例えば、厚さ０．３〜１．０μｍのＳｉＯ２基板からなる。
ノズル支持層２１ｃは、例えば、厚さ１００〜３００μｍのＳｉ基板からなる。ノズル支持層２１ｃには、ノズルＮと連通しノズルＮよりも径の大きな大径部２１１と、大径部２１１から前後方向に分岐して設けられ、インクの循環に使用される個別循環流路２０４と、が形成されている。
なお、個別循環流路２０４は、ノズルＮに近い位置の気泡や異物を除去する観点から、ノズル基板２１に設けることが好ましいが、中間基板２２に設けても良い。
【００２６】
また、ノズル層２１ａ及びノズル支持層２１ｃは、それぞれＳｉ基板で構成されているため、ドライエッチングやウェットエッチングによって容易に加工することが可能である。また、酸化膜層２１ｂはエッチングレートが非常に低い層であるため、ノズル層２１ａとノズル支持層２１ｃをそれぞれ酸化膜層２１ｂに向かって加工した場合に、ノズル層２１ａ又はノズル支持層２１ｃに加工ムラがあっても、酸化膜層２１ｂで加工を制御することが可能である。
ここで、個別循環流路２０４は、酸化膜層２１ｂに面した空隙部によって形成されているため、高精度に加工されて製造されている。なお、酸化膜層２１ｂに面した空隙部を形成した後に、バッファード・フッ酸（ＢＨＦ）等を用いたウェットエッチング処理で酸化膜層２１ｂを除去しても良い。
【００２７】
中間基板２２は、例えば、厚さ１００〜３００μｍのＳｉ基板からなり、連通孔２２１、共通循環流路２０５及びダンパー２２２が設けられている。
連通孔２２１は、中間基板２２を上下方向に貫通し大径部２１１に連通している。連通孔２２１と大径部２１１は、圧力室２０２とノズルＮを連通する連通路２０３となっており、インクの射出時にインク流路となる。
なお、連通孔２２１は、インクが通過する経路の径を絞る形状とする等、インクの流路の形状を調整することによって、インクの射出においてインクに加えられる運動エネルギーを調整するように形成しても良い。
【００２８】
共通循環流路２０５には、ノズル支持層２１ｃに形成された複数の個別循環流路２０４が連通し、複数の個別循環流路２０４から流れてきたインクが合流する。また、共通循環流路２０５は、インクの射出方向（上下方向）において、後述する実装部４と少なくとも一部が重なるように配置されている（図３Ａ）。また、アクチュエーター基板２３の上面のスペースを有効に利用する観点から、実装部４は、安定な電気接続が得られる最低限の接続幅で構成し、共通循環流路２０５は射出性能や循環流量に影響しない最小幅とし、両者が極力大きな領域で重なり合うことが好ましい。さらには、どちらかの領域内（前後左右方向）に他方の領域が完全に収まることが好ましい。
また、以下の説明では、個別循環流路２０４と共通循環流路２０５をあわせて、循環流路２０６という。
【００２９】
ダンパー２２２は、例えば、厚さ１〜５０μｍからなるＳｉ基板からなり、共通循環流路２０５の上面に面して設けられ、ダンパー２２２の上面には空気室２２３が形成されている。ダンパー２２２は、共通循環流路２０５と空気室２２３との圧力差によって弾性変形して、共通循環流路２０５の容積を変更可能である。例えば、圧力室２０２に一度に圧力が加えられ射出が行われて共通循環流路２０５に一度にインクが流れた場合、共通循環流路２０５内の圧力が急激に下がるため、ダンパー２２２が下方向に向かって弾性変形することによって、インク流路の急激な圧力変動を防ぐことができる。
また、ダンパー２２２の設けられる領域は、図３Ｂに示すように、複数のノズルＮが設けられた領域Ａ１のノズルの配列方向（左右方向）において、右端のノズルＮａ及び左端のノズルＮｂの位置よりも、それぞれノズルＮの配列方向（左右方向）に延出するように形成されている。
【００３０】
空気室２２３は、ダンパー２２２が弾性変形できる厚み（例えば、１〜１００μｍ）を有して形成されている。また、空気室２２３の容積は、共通循環流路２０５の容積よりも小さくなるように形成されている。
また、空気室２２３は、大気に連通する大気連通部２２４（図５参照）を有し、大気連通部２２４を蓋等で開け閉めできる構成となっている。これにより、空気室２２３の圧力を調整でき、ダンパー２２２が弾性変形する際の変形量を調整することができる。
なお、空気室２２３は、必ずしも大気連通部２２４を有する必要はなく、ヘッドチップ２内部に密閉された空間としても良い。
【００３１】
複数の圧力発生部４０（圧力発生手段）が配置される基板としてのアクチュエーター基板２３は、圧力室層２３ａ、振動層２３ｂから構成されており、ＳＯＩ基板によって形成されている。
圧力室層２３ａは、例えば、１００〜３００μｍ程度のＳｉ基板からなり、圧力室層２３ａには、圧力室２０２が形成されている。圧力室２０２は、中間基板２２の連通路２０３に連通しており、ノズルＮから射出されるインクが貯留されている。
振動層２３ｂは、例えば、１〜１０μｍ程度の薄い弾性変形可能なＳｉ基板であり、圧力室層２３ａの上面の一面に形成されている。振動層２３ｂの上面に設けられた圧電体４１の動作に応じて振動層が振動され、圧電体４１の下部に設けられた圧力室２０２内のインクに圧力が加えられる。また、振動層２３ｂの上面には、圧力発生部４０が設けられている。
【００３２】
圧力発生手段としての圧力発生部４０は、下から順に、下部電極４１１、圧電体４１及び上部電極４１３等によって構成されており、電極間に外部から電圧が印加されると、圧電体４１が伸縮することによって、上下方向に変位が生じる。
具体的には、振動層２３ｂの上面に、チタン（Ｔｉ）や白金（Ｐｔ）等の薄膜状の層を成膜して下部電極４１１が形成され、スパッタ法やゾルゲル法等でチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電材料の薄膜状の層を成膜して圧電体４１が形成され、クロム（Ｃｒ）や金（Ａｕ）等の薄膜状の層を成膜することによって上部電極４１３が形成されている。ここで、下部電極４１１と、上部電極４１３に接続する個別配線４１４との間には、ＳｉＯ２等の絶縁層４１２が形成されている。また、これらの層は、フォトリソグラフィーやエッチング等によりパターニングされ、支持層であるＳｉ基板をエッチングすることで形成される。
このように、圧力発生部４０は、振動層２３ｂと一体的に形成されている。ここでいう「一体的に形成」とは、具体的には、振動層２３ｂの上面に、例えば、上述したような各電極及び圧電体の積層工程を有する半導体プロセスによって形成することであるが、これに限らず、層同士を接着する接着剤が使用されることなく形成されることを意味する。なお、上記圧力発生部４０は、例えば、特許第４９３５９６５号公報に記載される半導体プロセス等によって製造することができる。
【００３３】
圧電体４１は、ノズル列に対応して複数列で配列されている（図３Ｂ参照）。また、当該複数列のうち一対の隣り合う列の向かい合う方向に、上部電極４１３から個別配線４１４が列状に引き出されており、個別配線４１４の端部と電装部材としてのフレキシブルプリント基板４２が、実装部４で電気的に接続されている。個別配線４１４とフレキシブルプリント基板４２は、例えば、異方性導電フィルム（ＡＣＦ）を挟んで熱圧着することによって、各々に設けられた接続端子が電気的に接続されている。
そして、フレキシブルプリント基板４２に接続された駆動ＩＣ４３から、フレキシブルプリント基板４２を通じて電気が供給されることで、圧電体４１を挟む電極間に電圧が印加される。
個別配線４１４は、上述した圧力発生部４０を形成する半導体プロセスによって、アクチュエーター基板２３上に一体的に形成される。また、実装部４をアクチュエーター基板上に形成できるため、別途配線用の基板を設ける必要がなく、ヘッドチップ２の構成を簡略化することができる。
【００３４】
保護基板２４は、例えば、４２アロイにより構成された基板であり、圧力発生部４０等を収容する空間部が形成されている。また、保護基板２４には、当該空間部とは独立して、上下方向に貫通する供給流路２０１が形成されており、共通供給液室５１と圧力室２０２とを連通している。
【００３５】
次に、ヘッドチップ２内部のインクの循環経路について説明する。インクは、共通インク室５の共通供給液室５１から、各ノズルＮに対応して設けられた供給流路２０１にそれぞれ供給される。次に、インクは、圧力室２０２，・・・、連通路２０３，・・・に流れ、連通路２０３から分岐して個別循環流路２０４，・・・に流れる。次に、各個別循環流路２０４，・・・からのインクが共通循環流路２０５で合流してヘッドチップ２の左右方向の端部に向かって流れ、最終的に、共通インク室５の共通排出液室５２に排出される（図３〜図５等参照）。
【００３６】
なお、実装部４及び共通循環流路２０５を設けるスペースを確保する観点から、上述したように、実装部４及び共通循環流路２０５を、複数のノズル列のうち２列毎に設けることが望ましいが、各列毎に設ける構成としても良い。
【００３７】
（保持部）
保持部３は、ヘッドチップ２の上面に接合されており、共通インク室５を支持している。保持部３をヘッドチップ２の上面に位置合わせして設けた後に、保持部３を目印として、共通インク室５を設けることができるため、高精度に共通インク室５をヘッドチップ２の上面に形成することができる。
また、高精度に位置合わせを行う観点から、ヘッドチップ２と保持部３のそれぞれにアライメントマーク（図示省略）を設けて、接合することが望ましい。
【００３８】
（共通インク室）
共通インク室５は、共通供給液室５１と、２つの共通排出液室５２を有しており（図２Ａ等参照）、それぞれのインク室には、例えば、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）及び黒（Ｋ）のうち１色が充填されている。また、共通インク室５には、実装部４に接続されたフレキシブルプリント基板４２が、共通インク室５の外側に引き出せるように、実装部４の上部の部分には空間部を有している。
共通供給液室５１は、圧力室２０２の上部、かつ共通インク室５の中央部に設けられており、下面において、ヘッドチップ２に設けられた供給流路２０１に連通している。また、共通供給液室５１には、上部に設けられたインク供給口５０１からインクが供給され、ヘッドチップ２に供給するインクが充填されている。
共通排出液室５２は、共通インク室５の左右方向の端部側に２つ設けられており、ヘッドチップ内の共通循環流路と連通している。また、共通排出液室５２には、ヘッドチップ２の内部から排出されたインクが充填されており、当該インクは、上部に設けられたインク排出口５０２から排出される。
【００３９】
［インクの循環機構］
インクの循環手段としてのインクの循環機構６は、メインタンク６１、供給用サブタンク６２及び循環用サブタンク６３等によって構成されている（図６）。
【００４０】
供給用サブタンク６２は、共通インク室５の共通供給液室５１に供給するためのインクが充填されており、インク流路７２によってインク供給口５０１に接続されている。
循環用サブタンク６３は、共通インク室５の共通排出液室５２から排出されたインクが充填されており、インク流路７３によってインク排出口５０２，５０２に接続されている。
また、供給用サブタンク６２と循環用サブタンク６３は、ヘッドチップ２のノズル面（以下、「位置基準面」ともいう。）に対して、上下方向（重力方向）に異なる位置に設けられている。よって、位置基準面と供給用サブタンク６２の水頭差による圧力Ｐ１と、位置基準面と循環用サブタンク６３との水頭差による圧力Ｐ２が生じている。
また、供給用サブタンク６２と循環用サブタンク６３は、インク流路７４で接続されている。そして、ポンプ８２によって加えられた圧力によって、循環用サブタンク６３から供給用サブタンク６２にインクを戻すことができる。
【００４１】
メインタンク６１は、供給用サブタンク６２に供給するためのインクが充填されており、インク流路７１によって供給用サブタンク６２に接続されている。そして、ポンプ８１によって加えられた圧力によって、メインタンク６１から供給用サブタンク６２にインクを供給することができる。
【００４２】
上述したような各サブタンク内のインク量の調整や、さらには、各サブタンクの上下方向（重力方向）の位置変更によって、圧力Ｐ１及び圧力Ｐ２を調整することができる。そして、圧力Ｐ１及び圧力Ｐ２の圧力差によって、適宜の循環流速で、ノズルＮの上部のインクを循環できる。これにより、ヘッドチップ２内に発生した気泡を除去し、ノズルの詰まりや、射出不良等を抑制することができる。
【００４３】
［変形例］
ヘッドチップ２の変形例について、図７及び図８を用いて説明する。
なお、図７は、ヘッドチップ内部の圧電体４１と個別配線４１４の配置を説明するための、アクチュエーター基板２３の上面の要部を示す平面図である。また、図８は、図７中に破線で示したVIII-VIII部分に平行な面について、インクジェットヘッド１の断面を表
した図である。
また、以下の説明では、上述した実施例と同様の構成については説明を省略し、変更点のみを説明する。
【００４４】
ヘッドチップ２のアクチュエーター基板２３の上部に設けられた圧電体４１は、ノズル列に対応して複数列で配列されている。また、当該複数列のうち一対の隣り合う列の向かい合う方向に、上部電極４１３から個別配線４１４が列状に引き出されており、個別配線４１４の端部と、駆動制御を行う集積回路である駆動ＩＣ４３が、実装部４で電気的に接続されている。個別配線４１４と電装部材としての駆動ＩＣ４３との接続は、例えば、異方性導電フィルム（ＡＣＦ）を挟んで熱圧着することによって、各々に設けられた接続端子が電気的に接続されている。
そして、駆動ＩＣ４３から、個別配線４１４を通じて上部電極４１３に電気が供給されることで、圧電体４１を挟む電極間に電圧が印加される。
駆動ＩＣ４３は、適宜の数で設ければよく、例えば、一対の圧電体４１の列の中央部に、左右方向に２つに分けて配置される。
また、駆動ＩＣ４３には、入力配線４４が接続されており、入力配線４４が左右方向の端部に引き出されている。
【００４５】
共通循環流路２０５は、ノズル基板２１と中間基板２２に設けられている。また、共通循環流路２０５のノズル基板側の厚さは、例えば、１〜５０μｍとなるように形成されており、共通循環流路の下面が、弾性変形可能なダンパー２１３として機能する。したがって、共通循環流路２０５内の圧力が急激に下がった場合には、ダンパー２１３が上方向に向かってわずかに弾性変形することで、インク流路の急激な圧力変動を防ぐことができる。
共通循環流路２０５には、インクの射出方向（上下方向）を連結する連結部２２５が形成されている。連結部２２５は、適宜の大きさと数で設ければよく、例えば、共通循環流路２０５の前後方向の中央部に、左右方向に沿って設けられている。連結部２２５を設けることにより、ヘッドチップの強度を向上させることができ、ＦＰＣやＩＣのＡＣＦ接続時の荷重に対する強度が向上し、確実に接続を行うことができる。
【００４６】
［本発明における技術的効果］
以上、説明した通り、本発明のインクジェットヘッド１は、比較的大きなスペースが必要となる実装部４、共通循環流路２０５及び共通供給液室５１について、実装部４と共通循環流路２０５がインクの射出方向（上下方向）に少なくとも一部が重なる位置に配置され、かつ、共通供給液室５１が圧力室２０２の上部に配置されている。これにより、ヘッドチップ２を小型化することができるため、小型で高解像度化が可能であり、生産コストの低減ができるインクジェットヘッド１を提供することができる。
【００４７】
また、本発明のインクジェットヘッド１は、圧力室２０２及びノズルＮが、複数列で配列されており、当該複数列のうち一対の隣り合う列において、圧力発生部４０から同一の実装部４に個別配線４１４が引き出されている。また、当該一対の隣り合う列に対応する個別循環流路２０４が同一の共通循環流路２０５に連通されている。これにより、個別配線４１４をアクチュエーター基板２３の端部に向かって引く場合よりも、配線を短くし、かつ、配線パターンを簡略化することができる。
【００４８】
また、本発明のインクジェットヘッド１は、アクチュエーター基板２３がシリコンによって形成され、圧力発生部４０が薄膜状の電極及び薄膜状の圧電体４１を有している。これにより、圧力発生部４０を省スペースに設け、インクジェットヘッド１を小型化することができる。
【００４９】
また、本発明のインクジェットヘッド１は、個別配線４１４とフレキシブルプリント基板４２が接続された実装部４を有している。これにより、実装部４を異方性導電フィルム（ＡＣＦ）等により生産性の高い方法で製造することが可能である。
【００５０】
また、本発明のインクジェットヘッド１は、変形例で示したように、実装部４は、個別配線４１４が駆動ＩＣ４３と電気的に接続されるように構成しても良い。これにより、駆動ＩＣ４３は共通循環流路２０５の上部に配置されるため、駆動ＩＣ４３で発生した熱を、共通循環流路２０５を通過するインクへ排熱することが可能である。共通循環流路２０５を通過するインクは、インクの射出に使用されることなく、インクジェットヘッド１から循環用サブタンク６３に排出されるものであり、インクの循環によってすぐに入れ替わるため、効率的に排熱することができる。
【００５１】
また、本発明のインクジェットヘッド１は、変形例で示したように、共通循環流路２０５には、当該共通循環流路２０５のインクの射出方向（上下方向）を連結する連結部２２５が形成されていても良い。これにより、ヘッドチップ２の強度を向上させることができ、特に変形例で示したように、共通循環流路２０５の下面をダンパー２１３として機能させる際に有用である。
【００５２】
また、本発明のインクジェットヘッド１の製造方法では、個別配線４１４と、電極間に挟まれた圧電体４１の薄膜を半導体プロセスによって形成している。これにより、配線パターンを簡略化できるとともに、別途配線用の基板を設ける必要がないため、インクジェットヘッド１を小型化でき、生産コストを低減できる。
【００５３】
［その他］
本発明の今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した詳細な説明に限定されるものではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【００５４】
例えば、ダンパー２２２は、厚さ１〜３０μｍからなるＳｉ基板からなるとしたが、弾性変形することができれば、構成は適宜変更可能である。例えば、適宜の厚みを有するステンレス板や、弾性力のある樹脂部材によって形成しても良い。
また、ダンパー２２２は、循環流路２０６に面するように設ければよく、大きさや設ける面は、適宜変更可能である。例えば、個別循環流路２０４の下面に、ダンパー２１２を形成してもよい（図５参照）。
【００５５】
また、共通インク室５は、共通供給液室５１と共通排出液室５２を、共通インク室５の内部で分離して設けたが、それぞれ独立したインク室として設けても良い。
また、共通インク室５は、フレキシブルプリント基板４２を上に引き出すためのスペースを空けた形状としたが、適宜変更可能である。例えば、変形利においては、フレキシブルプリント基板４２を有しない構成なので、当該スペースを有しない立方体形状としても良い。
【００５６】
また、インクの循環機構６として、水頭差によってインクの循環を制御する方法を説明したが、本発明のように循環流を発生できる構成であれば、当然適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１  インクジェットヘッド
２０２  圧力室
２０３  連通路
２０４  個別循環流路
２０５  共通循環流路
２０６  循環流路
２２５  連結部
２３  アクチュエーター基板（複数の圧力発生手段が配置される基板）
４  実装部
４０  圧力発生部（圧力発生手段）
４１  圧電体
４１４  個別配線
４２  フレキシブルプリント基板
４３  駆動ＩＣ（集積回路）
５１  共通供給液室
６  インクの循環機構（インクの循環手段）
１００  インクジェット記録装置
Ｎ  ノズル
【図１】
2020032732.tif 000003
【図２Ａ】
2020032732.tif 000004
【図２Ｂ】
2020032732.tif 000005
【図３Ａ】
2020032732.tif 000006
【図３Ｂ】
2020032732.tif 000007
【図４】
2020032732.tif 000008
【図５】
2020032732.tif 000009
【図６】
2020032732.tif 000010
【図７】
2020032732.tif 000011
【図８】
2020032732.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】令和1年12月26日(2019.12.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを射出する複数のノズルと、
前記複数のノズルの各々に連通路を介して連通し、インクが貯留される複数の圧力室と、
前記複数の圧力室の各々に対応して設けられ、対応する前記圧力室内のインクに圧力を加える複数の圧力発生手段と、
前記連通路から分岐して設けられ、前記複数の圧力室内のインクを排出可能な複数の個別循環流路と、
を備えたインクジェットヘッドにおいて、
前記複数の圧力発生手段が配置される基板の上面に、前記複数の圧力発生手段の各々に接続する個別配線が列状に配置され、当該個別配線と所定の電装部材とが接続された実装部と、
前記基板の前記実装部が設けられた側と反対側に設けられ、前記複数の個別循環流路のうち少なくとも二つが連通する共通循環流路と、
前記複数の圧力室の上部に設けられ、前記複数の圧力室の各々に共通に供給するインクを貯留する共通供給液室と、を備え、
前記実装部と前記共通循環流路は、前記複数のノズルのインクの射出方向において、少なくとも一部が重なる位置に設けられており、
前記複数のノズル、前記複数の圧力室、及び前記複数の圧力発生手段が、それぞれ４列以上の複数列で配列されており、
前記複数列のうち２列毎に前記実装部及び前記共通循環流路が設けられており、
前記複数列のうち任意の前記２列において、各前記圧力発生手段から、当該２列に対応する一の前記実装部に前記個別配線が引き出されており、
前記複数列のうち任意の前記２列において、各前記圧力室に連通する前記個別循環流路が、当該２列に対応する一の前記共通循環流路に連通されており、
前記所定の電装部材は、フレキシブルプリント基板であり、
前記共通供給液室には、前記フレキシブルプリント基板を当該共通供給液室の外側に引き出すための空間部が設けられており、
前記共通供給液室は単一空間で形成されており、前記フレキシブルプリント基板の間に前記共通供給液室の一部があることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記基板はシリコンによって形成され、
前記複数の圧力発生手段の各々は、薄膜状の電極及び薄膜状の圧電体を有す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。
【請求項３】
前記共通循環流路の面の一部は、前記共通循環流路内の圧力変動に応じて弾性変形するダンパーからなることを特徴とする請求項１又は２に記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記共通循環流路に、当該共通循環流路の前記インクの射出方向の対向する面を連結する連結部が形成されており、
前記対向する面の一方は、前記ダンパーからなることを特徴とする請求項３に記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
前記ダンパーの前記共通循環流路側とは反対側に空気室が設けられていることを特徴とする請求項３又は４に記載のインクジェットヘッド。
【請求項６】
前記複数のノズルが設けられたノズル基板を備え、
前記ダンパーは、前記ノズル基板の一部からなることを特徴とする請求項３又は４のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
【請求項７】
前記ダンパーの少なくとも一部は、前記複数のノズルのインクの射出方向において、前記実装部と重なる位置に設けられていることを特徴とする請求項３〜６のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載のインクジェットヘッドと、
前記連通路から前記個別循環流路への循環流を発生させるためのインクの循環手段を備えたことを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項９】
請求項２に記載のインクジェットヘッドの製造方法であって、
前記基板上に、前記個別配線と、前記電極間に挟まれた前記圧電体の薄膜を半導体プロセスによって形成することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
上記課題の解決のために、請求項１に記載の発明は、
インクを射出する複数のノズルと、
前記複数のノズルの各々に連通路を介して連通し、インクが貯留される複数の圧力室と、
前記複数の圧力室の各々に対応して設けられ、対応する前記圧力室内のインクに圧力を加える複数の圧力発生手段と、
前記連通路から分岐して設けられ、前記複数の圧力室内のインクを排出可能な複数の個別循環流路と、
を備えたインクジェットヘッドにおいて、
前記複数の圧力発生手段が配置される基板の上面に、前記複数の圧力発生手段の各々に接続する個別配線が列状に配置され、当該個別配線と所定の電装部材とが接続された実装部と、
前記基板の前記実装部が設けられた側と反対側に設けられ、前記複数の個別循環流路のうち少なくとも二つが連通する共通循環流路と、
前記複数の圧力室の上部に設けられ、前記複数の圧力室の各々に共通に供給するインクを貯留する共通供給液室と、を備え、
前記実装部と前記共通循環流路は、前記複数のノズルのインクの射出方向において、少なくとも一部が重なる位置に設けられており、
前記複数のノズル、前記複数の圧力室、及び前記複数の圧力発生手段が、それぞれ４列以上の複数列で配列されており、
前記複数列のうち２列毎に前記実装部及び前記共通循環流路が設けられており、
前記複数列のうち任意の前記２列において、各前記圧力発生手段から、当該２列に対応する一の前記実装部に前記個別配線が引き出されており、
前記複数列のうち任意の前記２列において、各前記圧力室に連通する前記個別循環流路が、当該２列に対応する一の前記共通循環流路に連通されており、
前記所定の電装部材は、フレキシブルプリント基板であり、
前記共通供給液室には、前記フレキシブルプリント基板を当該共通供給液室の外側に引き出すための空間部が設けられており、
前記共通供給液室は単一空間で形成されており、前記フレキシブルプリント基板の間に前記共通供給液室の一部があることを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のインクジェットヘッドであって、
前記基板はシリコンによって形成され、
前記複数の圧力発生手段の各々は、薄膜状の電極及び薄膜状の圧電体を有することを特徴とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のインクジェットヘッドであって、前記共通循環流路の面の一部は、前記共通循環流路内の圧力変動に応じて弾性変形するダンパーからなることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のインクジェットヘッドであって、
前記共通循環流路に、当該共通循環流路の前記インクの射出方向の対向する面を連結する連結部が形成されており、
前記対向する面の一方は、前記ダンパーからなることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項３又は４に記載のインクジェットヘッドであって、
前記ダンパーの前記共通循環流路側とは反対側に空気室が設けられていることを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項３又は４に記載のインクジェットヘッドであって、
前記複数のノズルが設けられたノズル基板を備え、
前記ダンパーは、前記ノズル基板の一部からなることを特徴とする。
請求項７に記載の発明は、請求項３〜６のいずれか一項に記載のインクジェットヘッドであって、
前記ダンパーの少なくとも一部は、前記複数のノズルのインクの射出方向において、前記実装部と重なる位置に設けられていることを特徴とする。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
請求項８に記載の発明は、
請求項１〜７のいずれか一項に記載のインクジェットヘッドと、
前記連通路から前記個別循環流路への循環流を発生させるためのインクの循環手段を備えたことを特徴とするインクジェット記録装置である。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
請求項９の発明は、
請求項２に記載のインクジェットヘッドの製造方法であって、
前記基板上に、前記個別配線と、前記電極間に挟まれた前記圧電体の薄膜を半導体プロセスによって形成することを特徴とする。