(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルターと、前記フィルターの下流側に連通する第一液室と、前記第一液室に連通し液体に圧力を誘起する複数のチャンネルと、複数の前記チャンネルに駆動信号を伝達する電極端子と、前記フィルターの上流側に連通する連絡路とを有するアクチュエータ部と、
前記チャンネルに連通するノズルを有し、前記アクチュエータ部の第一端面に接合されるノズルプレートと、を有するヘッドチップを複数備え、
複数の前記ヘッドチップが各前記ノズルプレートの表面を面一にして積層されるとともに、
前記第一端面に直交し、複数の前記チャンネルが配列する方向の一方に位置する、前記アクチュエータ部の第三端面に設置され、前記アクチュエータ部の各前記フィルターの上流側及び各前記連絡路に連通する第二供給路を有する流路部材を備える液体噴射ヘッド。
【請求項２】
前記第一端面に直交し、複数の前記チャンネルが配列する方向の他方に位置する、前記アクチュエータ部の第四端面に設置され、前記アクチュエータ部の各前記フィルターの上流側及び各前記連絡路に連通する第二排出路を有する流路部材を備えることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項３】
前記アクチュエータ部は、前記フィルターの上流側に連通する第二液室を備える請求項１または２に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項４】
上段の前記ヘッドチップは、下段の前記ヘッドチップの前記フィルターに対応する領域に凹部を有する請求項１〜３のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項５】
前記電極端子は、前記アクチュエータ部の前記第一端面に対して反対側の第二端面の側に設置される請求項１〜４のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項６】
上段の前記ヘッドチップと下段の前記ヘッドチップとはゴムシール材により接合される請求項１〜５のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項７】
前記ヘッドチップは、その上端面又は下端面に接合剤導入用の接合溝を有する請求項１〜５のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項８】
前記アクチュエータ部の前記第一端面に対して反対側の端面を第二端面として、複数の前記ヘッドチップは前記第二端面を面一にして積層される請求項１〜７のいずれか一項に記載される液体噴射ヘッド。
【請求項９】
前記アクチュエータ部は、圧電基板と前記圧電基板の表面に接合されるカバープレートから構成され、
前記チャンネルは、前記圧電基板の表面の一方の端部から反対側の他方の端部の近傍まで設置される溝と、前記溝の上部開口を覆う前記カバープレートから構成され、
前記第一液室は前記カバープレートに形成され、
前記フィルターは前記第一液室の上流側の前記カバープレートに設置され、
前記電極端子は前記圧電基板の表面に設置され、
前記第一端面は、前記圧電基板と前記カバープレートが面一に形成される端面から構成される請求項１〜８のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項１０】
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を往復移動させる移動機構と、
前記液体噴射ヘッドに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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズルから液体を吐出して被記録媒体に文字や図形を記録する、あるいは機能性薄膜を形成する液体噴射ヘッド及びこれを用いた液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、インクや液体材料を液体タンクから供給管を介して液体噴射ヘッドに供給し、チャンネルに充填したインクや液体材料をチャンネルに連通するノズルから吐出する。液体の吐出の際には、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を形成する。
【０００３】
従来から、液体噴射ヘッドの小型化、高密度記録化のためにアクチュエータユニットを多層化して一体的に構成したインクジェットヘッド１００が提案されている。図１２は、特許文献１に記載されるインクジェットヘッドの模式図である（特許文献１の図１）。インクジェットヘッド１００は、カバープレート１２１とベースプレート１２２とから構成されるアクチュエータユニット１２０〜１９０の８ユニットが積層され、その端面に一枚のノズルプレート１１１が接着されている。各ユニットは基本的に同じ構造を有している。即ち、ベースプレート１２２にはその表面に並列する複数のインク室１２４が形成され、各インク室１２４は２つの圧電素子により挟まれ、上面の開口がカバープレート１２１により覆われている。
【０００４】
積層部のカバープレート１３１はノズルプレート１１１とは反対側にはみ出し部１３１ａを備え、このはみ出し部１３１ａに出力側電極１２８と入力側電極１２６が形成され、駆動ＩＣチップ１２５が設置されている。はみ出し部１３１ａにはフレキシブル基板（以下、ＦＰＣという。）１２７が接続され、入力側電極１２６に導通する。ノズルプレート１１１には各ベースプレート１２２の各インク室１２４に連通する複数のノズル１１２が形成されている。各アクチュエータユニットの駆動ＩＣチップ１２５は、ＦＰＣ１２７、入力側電極１２６を介して制御信号を入力し、出力側電極１２８、ベースプレート１２２のノズルプレート１１１側の端面に形成した駆動電極１２３を介して圧電素子に駆動信号を供給し、インク室１２４を駆動する。インク室１２４は駆動信号に応じて内部に充填されるインクに圧力を印加してノズル１1２からインク滴を吐出する。
【０００５】
図１３は、特許文献２に記載される液体噴射ヘッド２２０の断面模式図である。液体噴射ヘッド２２０は、アクチュエータ基板２２５とカバープレート基板２２６が積層されるヘッドチップ本体２２７が４段積層され、その他縁端２２１ｂには一枚のノズルプレート２２３が接合されている。４段積層されるヘッドチップ本体２２７の各アクチュエータ基板２２５は下段になるに従い一縁端２２１Ａが上段よりも突出する。各アクチュエータ基板２２５の突出部上面である基板接続面２２８にはＦＰＣ２１３がそれぞれ接続される。
【０００６】
各アクチュエータ基板２２５にはＰ方向のほぼ同じ位置にチャンネル２２９が複数並列に形成され、各チャンネル２２９は側壁２２９ｂにより挟まれ、各側壁２２９ｂには電極２３１が形成される。電極２３１は基板接続面２２８まで延設され、基板接続面２２８に接合されるＦＰＣ２１３に形成される図示しない配線に導通する。ノズルプレート２２３には複数のノズル２２３ａが形成され、複数のノズル２２３ａは各アクチュエータ基板２２５の複数のチャンネル２２９にそれぞれ連通する。カバープレート基板２２６には各チャンネル２２９に連通するインク室２３２と、一方の端部がインク室２３２に開口し、他方の端部が下段のヘッドチップ本体２２７のインク室２３２に連通するインク供給孔２３４が形成される。したがって、最上段のヘッドチップ本体２２７のインク室２３２に供給されるインクは最上段のヘッドチップ本体２２７の各チャンネル２２９に供給されるとともに、下段のヘッドチップ本体２２７のインク室２３２に供給され、全ヘッドチップ本体の２２７のチャンネル２２９に供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−１４６９７４号公報
【特許文献２】特開２００８−２０７３５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１のインクジェットヘッド１００は、上段のアクチュエータユニット１２０のインク室１２４に供給される駆動信号は、下段のアクチュエータユニット１３０に設置される駆動ＩＣチップ１２５から供給される。また、一枚のノズルプレート１１１を使用している。したがって、インクジェットヘッド１００は各段のアクチュエータユニット１２０〜１９０をすべて積層して組み立てが完了した後でなければ試験駆動を行って良否を判定することができない。
【０００９】
また、特許文献１のインクジェットヘッド１００では、従来から用いられているＦＰＣ１２７を図面上側からカバープレート１３１に圧着して接続する工程を検討した場合、各段のアクチュエータユニット１２０〜１９０を積層した後で各段にＦＰＣ１２７を接続することは困難である。そのため、予めＦＰＣ１２７を接続したアクチュエータユニット１２０〜１９０を用意し、ＦＰＣ１２７が接合されたアクチュエータユニット１２０〜１９０を順次積層することになる。その場合に、各アクチュエータユニット１２０〜１９０をノズルプレート１１１側の端面を面一に整列させて接合するのが難しい。各アクチュエータユニット１２０〜１９０のノズルプレート１１１側の端面には駆動電極１２３が設置されているので、各アクチュエータユニット１２０〜１９０を接合した後に、ノズルプレート側の端面を研削して面一に整形することができない。また、一枚のノズルプレート１１１に多数のノズル１１２を形成し、多段に積層したアクチュエータユニット１２０〜１９０の各インク室１２４に高精度で位置合わせを行う必要があり、高度な組立作業が要求される。
【００１０】
特許文献２に記載の液体噴射ヘッド２２０では、各液体噴射ヘッド２２０を積層した後に各ヘッドチップ本体２２７の一縁端２２１ＡにＦＰＣ２１３を接続することは可能である。しかし、各ヘッドチップ本体２２７を積層して接合した後に一枚のノズルプレート２２３を接合するので、上記特許文献２に記載されるインクジェットヘッド１００と同様に、多数のチャンネル２２９に多数のノズル２２３ａを高精度で位置合わせをする必要があり、高度な組立作業が要求される。また、特許文献１の場合と同様に、組み立てが完了した後でなければ試験駆動を行って良否を判定することができない。
【００１１】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、組み立てが容易であり、試験駆動により良否判定を行ったヘッドチップのみを組み立てることが可能な液体噴射ヘッドの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の液体噴射ヘッドは、フィルターと、前記フィルターの下流側に連通する第一液室と、前記第一液室に連通し液体に圧力を誘起するチャンネルと、前記チャンネルに駆動信号を伝達する電極端子と、を有するアクチュエータ部と、前記チャンネルに連通するノズルを有し、前記アクチュエータ部の第一端面に接合されるノズルプレートと、を有するヘッドチップを複数備え、複数の前記ヘッドチップが各前記ノズルプレートの表面を面一にして積層されることとした。
【００１３】
また、前記アクチュエータ部は連絡路を有し、上段の前記アクチュエータ部の前記連絡路は、下段の前記アクチュエータ部の前記フィルターの上流側及び前記連絡路と連通することとした。
【００１４】
また、最上段の前記ヘッドチップの上部に設置され、前記フィルターの上流側及び前記連絡路に連通する第一供給路を有する上端流路部材を備えることとした。
【００１５】
また、最下段の前記ヘッドチップの下部に設置され、前記連絡路に連通する第一排出路を有する下端流路部材を備えることとした。
【００１６】
また、前記チャンネルは複数配列してチャンネル列を構成し、前記第一液室は、前記チャンネル列を構成する複数の前記チャンネルに連通し、前記連絡路は、前記第一液室の前記チャンネルが配列する方向の端部近傍に設置されることとした。
【００１７】
また、前記連絡路は、前記第一液室の前記チャンネルが配列する方向の一方の端部近傍に設置される第一連絡路と、他方の端部近傍に設置される第二連絡路とを有することとした。
【００１８】
また、上端の前記ヘッドチップの前記第一連絡路は下段の前記ヘッドチップの前記第一連絡路及び前記フィルターの上流側に連通し、上段の前記ヘッドチップの前記第二連絡路は下段の前記ヘッドチップの前記第二連絡路及び前記フィルターの上流側に連通することとした。
【００１９】
また、最上段の前記ヘッドチップの上部に設置され、前記フィルターの上流側及び前記第一連絡路に連通する第一供給路を有する上端流路部材を備えることとした。
【００２０】
また、最下段の前記ヘッドチップの下部に設置され、前記第二連絡路に連通する第一排出路を有する下端流路部材を備えることとした。
【００２１】
また、前記上端流路部材は、前記第二連絡路に連通する第一排出路を有することとした。
【００２２】
また、前記連絡路は第二液室に連通することとした。
【００２３】
また、前記アクチュエータ部は連絡路を有し、前記アクチュエータ部の第三端面に設置され、前記フィルターの上流側及び前記連絡路に連通する第二供給路を有する右端流路部材を備えることとした。
【００２４】
また、前記連絡路は、前記第二供給路に連通する第三連絡路と、前記フィルターの上流側に連通する第四連絡路とを有し、前記アクチュエータ部の前記第三端面に対応する第四端面に設置され、前記第四連絡路に連通する第二排出路を有する左端流路部材を備えることとした。
【００２５】
また、前記アクチュエータ部は、前記フィルターの上流側に連通する第二液室を備えることとした。
【００２６】
また、上段の前記ヘッドチップは、下段の前記ヘッドチップの前記フィルターに対応する領域に凹部を有することとした。
【００２７】
また、前記電極端子は、前記アクチュエータ部の前記第一端面に対して反対側の第二端面の側に設置されることとした。
【００２８】
また、上段の前記ヘッドチップと下段の前記ヘッドチップとはゴムシール材により接合されることとした。
【００２９】
また、前記ヘッドチップは、その上端面又は下端面に接合剤導入用の接合溝を有することとした。
【００３０】
また、前記アクチュエータ部の前記第一端面に対して反対側の端面を第二端面として、複数の前記ヘッドチップは前記第二端面を面一にして積層されることとした。
【００３１】
また、前記アクチュエータ部は、圧電基板と前記圧電基板の表面に接合されるカバープレートから構成され、前記チャンネルは、前記圧電基板の表面の一方の端部から反対側の他方の端部の近傍まで設置される溝と、前記溝の上部開口を覆う前記カバープレートから構成され、前記第一液室は前記カバープレートに形成され、前記フィルターは前記第一液室の上流側の前記カバープレートに設置され、前記電極端子は前記圧電基板の表面に設置され、前記第一端面は、前記圧電基板と前記カバープレートが面一に形成される端面から構成されることとした。
【００３２】
本発明の液体噴射装置は、上記いずれかに記載の液体噴射ヘッドと、前記液体噴射ヘッドを往復移動させる移動機構と、前記液体噴射ヘッドに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。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の液体噴射ヘッドは、アクチュエータ部とノズルプレートとを有するヘッドチップを複数備える。アクチュエータ部は、フィルターと、フィルターの下流側に連通する第一液室と、第一液室に連通し液体に圧力を誘起するチャンネルと、チャンネルに駆動信号を伝達する電極端子と、を有する。ノズルプレートは、チャンネルに連通するノズルを有し、アクチュエータ部の第一端面に接合される。複数の上記ヘッドチップは各ノズルプレートの表面を面一にして積層される。
【００３４】
このように構成したことにより、各ヘッドチップを積層して組み立てる前に各ヘッドチップの検査を行うことが可能となり、事前検査により合格したヘッドチップのみを組み立てることができるので、製造歩留まりを大幅に向上させ、コストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の液体噴射ヘッドの基本構成を表す概念図である。
【図２】本発明の液体噴射ヘッドの構成を表す概念図である。
【図３】本発明の第一実施形態に係るヘッドチップを説明するための図である。
【図４】本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッドの断面模式図である。
【図５】本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッドを吐出面側から見る正面模式図である。
【図６】本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッドを吐出面側から見る正面模式図である。
【図７】本発明の第三実施形態に係る液体噴射ヘッドを吐出面側から見る正面模式図である。
【図８】本発明の第四実施形態に係る液体噴射ヘッドの断面模式図である。
【図９】本発明の第五実施形態に係るヘッドチップの上面模式図である。
【図１０】本発明の第六実施形態に係る液体噴射ヘッドの断面模式図である。
【図１１】本発明の第七実施形態に係る液体噴射装置の模式的な斜視図である。
【図１２】従来公知のインクジェットヘッドの模式図である。
【図１３】従来公知の液体噴射ヘッドの断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
図１は、本発明の液体噴射ヘッド１の基本構成を表す概念図である。液体噴射ヘッド１はヘッドチップ２ａとヘッドチップ２ｂが積層される。ヘッドチップ２ａは、アクチュエータ部３ａとアクチュエータ部３ａの第一端面Ｆ１ａに接合されるノズルプレート４ａとを備える。ヘッドチップ２ｂは、アクチュエータ部３ｂとアクチュエータ部３ｂの第一端面Ｆ１ｂに接合されるノズルプレート４ｂとを備える。
【００３７】
アクチュエータ部３ａは、フィルター７ａの下流側に連通する第一液室５ａと、第一液室５ａに連通し、液体に圧力を誘起するチャンネル８ａと、チャンネル８ａに駆動信号を伝達する電極端子１０ａを有する。ノズルプレート４ａは、チャンネル８ａに連通するノズル１２ａを有し、第一端面Ｆ１ａに接合される。アクチュエータ部３ｂは、フィルター７ｂの下流側に連通する第一液室５ｂと、第一液室５ｂに連通し、液体に圧力を誘起するチャンネル８ｂと、チャンネル８ｂに駆動信号を伝達する電極端子１０ｂとを有する。ノズルプレート４ｂは、チャンネル８ｂに連通するノズル１２ｂを有し、第一端面Ｆ１ｂに接合される。そして、ヘッドチップ２ａとヘッドチップ２ｂとは各ノズルプレート４ａ、４ｂの表面を面一にして積層される。なお、ノズルプレート４ａ、４ｂの表面は、一枚のノズルプレート４をヘッドチップ２ａの第一端面Ｆ１ａとヘッドチップ２ｂの第一端面Ｆ１ｂに亘って接合する際に要求されるほど高精度に面一とする必要はない。チャンネル８ａ、８ｂは、紙面奥側又は紙面手前側に複数並列して形成され、チャンネル列９ａ、９ｂが構成される。
【００３８】
ヘッドチップ２ａとヘッドチップ２ｂが同一構造であれば、ヘッドチップ２ａの第一端面Ｆ１ａに対して反対側の第二端面Ｆ２ａと、ヘッドチップ２ｂの第一端面Ｆ１ｂに対して反対側の第二端面Ｆ２ｂも面一に設置される。各電極端子１０ａ、１０ｂはそれぞれ第二端面Ｆ２ａ、Ｆ２ｂの近傍上面に設置され、ＦＰＣ２４ａ、２４ｂがそれぞれ接続される。
【００３９】
ヘッドチップ２ａは次のよう動作する。開口部Ｋａから供給される液体の一部は、フィルター７ａを介して第一液室５ａに流入し、チャンネル８ａに充填され、他は連絡路１３ａに流入する。連絡路１３ａはアクチュエータ部３ａの開口部Ｋｂに開口し、液体の一部はフィルター７ｂを介して第一液室５ｂに充填され、他は連絡路１３ｂに流入する。チャンネル８ａは、例えば圧電素子から成る側壁に挟まれるように構成され、これらの圧電素子には電極端子１０ａから駆動信号が与えられる。チャンネル８ａは、駆動信号に応じて容積が変化し、内部に充填される液体に圧力を誘起する。この誘起された圧力によってノズル１２ａから液滴が吐出される。ヘッドチップ２ｂも同様の構造を有し、同様に動作する。
【００４０】
以上の通り、上段のヘッドチップ２ａと下段のヘッドチップ２ｂは同じ構造を有する。従って、２つのヘッドチップ２ａ、２ｂは同一の製造工程により製造することができる。各ヘッドチップ２ａ、２ｂは、それぞれフィルター７ａ、７ｂを備える。そのため、組立工程の途中でチャンネル８ａ、８ｂにゴミ等の異物が進入することを防止できる。また、各アクチュエータ部３ａ、３ｂの第一端面Ｆ１ａ、Ｆ１ｂにノズルプレート４ａ、４ｂを個別に設置するので、１枚のノズルプレートを複数のアクチュエータ部の端面に接合するよりも位置合わせが容易となり、更に、他のヘッドチップを積層して接合する前に各ヘッドチップ２ａ、２ｂの吐出検査を行うことができる。言い換えれば、実際に液体を吐出させる吐出検査により合格したヘッドチップ２ａ、２ｂのみを組み付けることができるので、組み付けた後にヘッドチップ２ａ、２ｂを検査する場合よりも製造歩留まりが向上し、コストダウンを図ることができる。
【００４１】
なお、図１に示すように各ヘッドチップ２ａ、２ｂは、開口部Ｋａ、Ｋｂにそれぞれ連通し、液体を流すための連絡路１３ａ、１３ｂを有する。上段のヘッドチップ２ａの連絡路１３ａは、下段のヘッドチップ２ｂのフィルター７ｂの上流側及び連絡路１３ｂと連通する。そのため、上段のヘッドチップ２ａの連絡路１３ａから流出する液体は下段のヘッドチップ２ｂのフィルター７ｂ及び連絡路１３ｂに流入する。このように上段のヘッドチップ２ａから下段のヘッドチップ２ｂに順次液体を供給することができ、２段以上の多数段のヘッドチップ２を積層する場合でも各段の間に別に流路部材を設置する必要が無い。
【００４２】
図２は、本発明の液体噴射ヘッド１の構成を表す概念図であり、４つのヘッドチップ２ａ〜２ｄが積層される。各ヘッドチップ２ａ〜２ｄは、図１に示すヘッドチップ２ａと同じ構造を有し、互いに接着剤を介して、或いはゴムシール材を介在して固定される。最上段のヘッドチップ２ａの上部には上端流路部材１４が設置され、上端流路部材１４はフィルター７ａの上流側及び連絡路１３ａに連通する第一供給路５５を備える。最下段のヘッドチップ２ｄの下部には下端流路部材１５が設置され、下端流路部材１５は連絡路１３ｄに連通する第一排出路５７を備える。更に、ヘッドチップ２ａの電極端子１０ａと回路基板２５とはＦＰＣ２４ａにより接続される。同様に、各ヘッドチップ２ｂ〜２ｄの電極端子１０ｂ〜１０ｄと回路基板２５とはそれぞれＦＰＣ２４ｂ〜２４ｄにより接続される。
【００４３】
これにより、上端流路部材１４の第一供給路５５に供給される液体は、ヘッドチップ２ａの開口部Ｋａを介して一部がフィルター７ａに流入し、更にチャンネル８ａに充填され、他が連絡路１３ａに流入し、以下、各ヘッドチップ２ｂ〜２ｄの各チャンネル及び各連絡路に流入する。更に、連絡路１３ｄから下端流路部材１５の液体排出路１７に流入し、外部へ排出される。
【００４４】
なお、図２において最上段のヘッドチップ２ａの上部に上端流路部材１４を設置し、最下段のヘッドチップ２ｄの下部に下端流路部材１５を設置したが、本発明はこの構成に限定されない。各ヘッドチップ２ａ〜２ｄに液体流入用と液体流出用の複数の連絡路１３を形成し、ヘッドチップ２ａの上部に設置する上端流路部材１４に液体供給用の供給路と液体排出用の排出路を形成し、供給路がヘッドチップ２ａの液体流入用の連絡路及びフィルター７の上流側に連通し、排出路がヘッドチップ２ａの液体排出用の連絡路に連通する構成としてもよい。また、液体を供給し及び排出する流路部材を各ヘッドチップ２ａ〜２ｄの側端面に接合し、各ヘッドチップ２ａ〜２ｄの横方向から液体を流入出するように構成することができる。
【００４５】
このように、ヘッドチップ２ａ〜２ｄの多数段を積層したので、各ノズルから吐出する液滴の記録密度を向上させることができる。また、４つのヘッドチップ２ａ〜２ｄは同一の製造工程により製造することができる。各ヘッドチップ２ａ〜２ｄにはそれぞれフィルターが設置されるので、製造途中で各チャンネルにゴミ等の異物が進入することを防止できる。また、各アクチュエータ部の第一端面にそれぞれノズルプレートを設置したので、各ヘッドチップ２ａ〜２ｄを積層して接合する前に事前に吐出検査を行うことができる。つまり、合格したヘッドチップ２ａ〜２ｄのみを組み付けることができるので、組み付けた後に検査するよりも製造歩留まりが向上し、コストダウンを図ることができる。
【００４６】
（第一実施形態）
図３、図４及び図５は、本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッド１を説明するための図である。図３はヘッドチップ２を説明するための図であり、図３（ａ）がヘッドチップ２の平面模式図であり、図３（ｂ）が部分ＹＹの断面模式図であり、図３（ｃ）が部分ＸＸの断面模式図である。図４は液体噴射ヘッド１の断面模式図である。図５は液体噴射ヘッド１を吐出面側から見る正面模式図である。なお、各図において、同一の部分または同一の機能を有する部分には同じ符号を付した。
【００４７】
図３に示すように、アクチュエータ部３は、圧電体からなる圧電基板２１とこの圧電基板２１の表面に接合されるカバープレート２２から構成される。圧電基板２１の表面には一方の端部である第一端面Ｆ１から反対側の他方の端部である第二端面Ｆ２の近傍まで延設される複数の並列する溝２３が形成され、第二端面Ｆ２側の表面には複数の溝２３に対応して複数の電極端子１０が形成される。チャンネル８は、圧電基板２１に形成される溝２３と溝２３の上部開口を覆うカバープレート２２から構成される。
【００４８】
カバープレート２２にはフィルター７が設置され、フィルター７の液体流入側に第二液室６が、フィルター７の液体流出側には第一液室５がそれぞれ設置される。カバープレート２２は複数の溝２３を覆うように、また、複数の電極端子１０が露出するように圧電基板２１の表面に接合される。ノズルプレート４は、圧電基板２１の第一端面Ｆ１とこの第一端面Ｆ１に面一に形成されるカバープレート２２の端面に接合される。圧電基板２１の第二端面Ｆ２の表面にはＦＰＣ２４が接合される。ＦＰＣ２４の表面に形成される複数の配線２７は圧電基板２１の表面に形成される複数の電極端子１０とそれぞれ導通する。ＦＰＣ２４の配線２７は接合部以外は保護膜２８により覆われている。
【００４９】
チャンネル８は、液体を吐出する吐出チャンネル８’と液体を吐出しないダミーチャンネル８’’が交互に並列して形成される。液体を吐出する複数の吐出チャンネル８’は吐出チャンネル８’の短手方向に複数配列するチャンネル列を構成する。カバープレート２２には第一液室５と連通する複数のスリット１１が形成され、各スリット１１はそれぞれ吐出チャンネル８’に連通し、ダミーチャンネル８’’には連通しない。従って、吐出チャンネル８’には液体が流入するがダミーチャンネル８’’には液体が流入しない。
【００５０】
第一液室５は、チャンネル列を構成する複数の吐出チャンネル８’に連通する。連絡路は、第一液室５の吐出チャンネル８’が配列する方向の一方の端部近傍に設置される第一連絡路５１と他方の端部近傍に設置される第二連絡路５２とを有する。２つの第一及び第二連絡路５１、５２は、第二液室６からカバープレート２２と圧電基板２１とを貫通してヘッドチップ２のフィルター７が設置される側とは反対側の表面に開口する。
【００５１】
各チャンネル８を構成する側壁の側面には駆動電極２６が形成され、側壁の厚さ方向に電界を印加できるように構成されている。各側壁の駆動電極２６は電極端子１０に導通する。各チャンネル８を構成する側壁は圧電体から成り、予め側壁の立設方向に分極処理が施されている。第二液室６に供給される液体は、フィルター７を通して第一液室５に流入し、更に、スリット１１を介して複数の吐出チャンネル８’に充填される。電極端子１０に駆動信号が印加されと側壁は立設方向に対し「くの字」状に変形（厚み滑り変形）する。これにより、吐出チャンネル８’に充填される液体に圧力が誘起されて吐出チャンネル８’に連通するノズル１２から液滴が吐出される。
【００５２】
図４に示すように、４つの上記ヘッドチップ２ａ〜２ｄを、それぞれに設置されるノズルプレート４の表面が面一になるようにして接着剤により接合する。この際に、上段のアクチュエータ部３の第一及び第二連絡路５１、５２は下段のアクチュエータ部３の第一連絡路５１と第二液室６及び第二連絡路５２と第二液室６にそれぞれ連通する。更に、最上段のヘッドチップ２ａの上部に上端流路部材１４を設置し、最下段のヘッドチップ２ｄの下部に下端流路部材１５を設置する。上端流路部材１４は第一供給路５５を有し、第一供給路５５がヘッドチップ２ａの第二液室６に連通するようにヘッドチップ２ａの上面に接着剤により接合される。下端流路部材１５は、第一排出路５７を有し、第一排出路５７がヘッドチップ２ｄの第二連絡路５２に連通するようにヘッドチップ２ｄの下面に接着剤により接合される。
【００５３】
４枚のヘッドチップ２ａ〜２ｄと上端流路部材１４及び下端流路部材１５の積層体は、枠体３０の中央開口部Ｋｃにノズルプレート４ａ〜４ｄの表面が露出するようにして挿入され、ベース基板２９に固定される。ベース基板２９には回路基板２５が設置され、回路基板２５と各ヘッドチップ２ａ〜２ｄのそれぞれに設置される電極端子１０とはＦＰＣ２４により電気的に接続される。
【００５４】
図５に示すように、液体噴射ヘッド１の吐出面は、各ヘッドチップ２ａ〜２ｄに設置される各ノズルプレート４ａ〜４ｄにより構成される。各ノズルプレート４ａ〜４ｄには複数のノズル１２が開口する。矢印で示すように、上端流路部材１４の第一供給路５５から流入する液体は各ヘッドチップ２ａ〜２ｄの第一連絡路５１及び第二液室６に流入し、第二液室６を第一連絡路５１側から第二連絡路５２側に流れて最下段のヘッドチップ２ｄの第二連絡路５２ｄに集まり、下端流路部材１５の第一排出路５７から排出される。従って、各ノズル１２には常に新鮮な液体が供給される。なお、各ノズルプレート４ａ〜４ｄのノズル１２は、複数のノズル１２が配列するノズル列方向に１／４ピッチ、あるいは１／２ピッチずらして設置し、密度記録を向上させることができる。
【００５５】
このように、４つのヘッドチップ２ａ〜２ｄは同じ構造を有する。従って、各ヘッドチップ２ａ〜２ｄは同一の製造工程により製造することができる。更に、各ヘッドチップ２ａ〜２ｄにはノズルプレート４ａ〜４ｄとフィルター７ａ〜７ｄが設置される。そのため、各ヘッドチップ２ａ〜２ｄにＦＰＣ２４を接合する工程や、各ヘッドチップ２ａ〜２ｄを積層して接合する接合工程や、上端流路部材１４や下端流路部材１５を設置する工程においてチャンネル８にごみ等の異物が進入することを防止できる。また、各ヘッドチップ２ａ〜２ｄは、積層して接合する前に事前に吐出検査を行うことができるので、製造歩留まりが向上する。また、いずれかのヘッドチップ２が故障した場合は、その故障したヘッドチップ２のみを交換することができるので、メンテナンスを容易にかつ安価に行うことができる。また、図１３に示される従来の液体噴射ヘッド２２０と比較して、ヘッドチップ本体が下段になるほど後方に大きく突出することがないので、圧電体等の材料を削減することができ、軽量でかつコンパクトに構成することができる。
【００５６】
なお、上記実施形態においては吐出チャンネル８’とダミーチャンネル８’’が交互に配列する１サイクル駆動により吐出動作を行うヘッドチップ２について説明したが、本発明はこれに限定されない。全てのチャンネル８を吐出チャンネルとし３サイクル駆動により吐出動作を行うヘッドチップ２であってもよい。また、アクチュエータ部３を構成する圧電基板２１として圧電体を使用したが、これに代えて、溝２３の側壁のみを圧電体とし、その他を絶縁体からなる基板を使用してもよい。また、アクチュエータ部３に形成する溝２３を第一端面Ｆ１から第二端面Ｆ２までストレートに形成し、第一液室５の第二端面Ｆ２側の溝２３を封止材により封止し、液体が外部に漏れ出ないように構成してもよい。
【００５７】
（第二実施形態）
図６は、本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッド１の吐出面側から見る正面模式図である。第一実施形態と異なる点は、上端流路部材１４によって液体の供給と排出を行い、下端流路部材１５を省いた点である。その他の構成は第一実施形態と同様なので説明を省略する。同一の部分または同一の機能を有する部分には同一の符号を付した。
【００５８】
図６に示すように、上端流路部材１４は、最上段のヘッドチップ２ａの上部に設置され、フィルター７ａの上流側（第二液室６）及び第一連絡路５１ａに連通する第一供給路５５と、第二連絡路５２ａに連通する第一排出路５７とを有する。矢印で示すように、液体は、上端流路部材１４の第一供給路５５からヘッドチップ２ａの第二液室６と第一連絡路５１ａに流入し、更に、第一連絡路５１ａから順次下段の各ヘッドチップ２ｂ〜２ｄの第二液室６と第一連絡路５１に流入し、各ヘッドチップ２ａ〜２ｄの第二液室６を一方の端部から他方の端部に流れて各ヘッドチップ２ａ〜２ｄの第二連絡路５２に流入し、上端流路部材１４の第一排出路５７から排出される。
【００５９】
以上の通り、下端流路部材１５を省略することができるので、液体噴射ヘッド１の体積及び重量を小さく構成することができる。なお、図６において、最下段のヘッドチップ２の下部に下端流路部材１５を設置し、ヘッドチップ２ｄの第一連絡路５１から第二連絡路５２に液体を流して液体の滞留個所を除去するように構成してもよい。また最下段のヘッドチップ２ｄから第一連絡路５１及び第二連絡路５２を除去し、ヘッドチップ２ｃの第一連絡路５１から流入する全ての液体をヘッドチップ２ｄの第二液室６に導き、この第二液室６から流出する液体をヘッドチップ２ｃの第二連絡路５２に導くように構成してもよい。
【００６０】
（第三実施形態）
図７は、本発明の第三実施形態に係る液体噴射ヘッド１の吐出面側から見る正面模式図である。第一実施形態と異なる点は、上端流路部材１４及び下端流路部材１５に代えて、ヘッドチップ２ａ〜２ｄの右側面である第三端面Ｆ３に右端流路部材１６を設置し、左側面である第四端面Ｆ４に左端流路部材１７を設置した点である。以下、主に第一実施形態と異なる部分について説明し、同一の部分については説明を省略する。同一の部分または同一の機能を有する部分には同一の符号を付した。なお、以下の説明で「右」及び「左」は、アクチュエータ部３のチャンネル列方向における両側面の内の一方と他方の意味であり、特定角度から見たときの右及び左を指すものではない。
【００６１】
図７に示すように、右端流路部材１６はヘッドチップ２ａ〜２ｄの第三端面Ｆ３に設置され、各ヘッドチップ２ａ〜２ｄのフィルター７の上流側（第二液室６）及び第三連絡路５３に連通する。また、左端流路部材１７はヘッドチップ２ａ〜２ｄの第四端面Ｆ４に設置され、各ヘッドチップ２ａ〜２ｄのフィルター７の上流側及び第四連絡路５４に連通する。
【００６２】
ここで、各ヘッドチップ２ａ〜２ｄの第三連絡路５３及び第四連絡路５４は各アクチュエータ部３を構成するカバープレート２２（図４を参照）の表面に設置される。矢印で示すように、右端流路部材１６に供給される液体は、第二供給路５６から各ヘッドチップ２ａ〜２ｄの第三連絡路５３と第二液室６に流入し、第三連絡路５３側から第四連絡路５４側に流れ、第四連絡路５４を介して第二排出路５８に流入して排出される。
【００６３】
なお、図７においては、第二供給路５６から第三連絡路５３を介して各ヘッドチップ２ａ〜２ｄに液体が流入し、各ヘッドチップ２ａ〜２ｄの第四連絡路５４を介して第二排出路５８に液体が流入する。これに代えて、各ヘッドチップ２ａ〜２ｄの第三連絡路５３を第二実施形態のように上段のヘッドチップ２と下段のヘッドチップ２間で連通するように構成する。第四連絡路５４も同様に上段と下段のヘッドチップ２間で連通するように構成する。そして、右端流路部材１６の第二供給路５６をヘッドチップ２ａの第三連絡路５３に連通し、左端流路部材１７の第二排出路５８をヘッドチップ２ｄの第四連絡路５４に連通するように構成してもよい。これにより、液滴吐出方向と直交する方向から液体の流入出を行うことができる。
【００６４】
（第四実施形態）
図８は、本発明の第四実施形態に係る液体噴射ヘッド１の断面模式図である。図８において、枠体、ベース基板、回路基板及びＦＰＣは省略した。同一の部分または同一の機能を有する部分には同じ符号を付している。第一実施形態と異なる部分は、上段のヘッドチップ２は下段のヘッドチップ２のフィルター７に対応する領域に凹部１８が形成される点であり、その他は第一実施形態と同様である。以下、第一実施形態と異なる部分について説明し、同一の部分については説明を省略する。
【００６５】
図８に示すように、液体噴射ヘッド１は、４つのヘッドチップ２ａ〜２ｄが各ノズルプレート４ａ〜４ｄの表面を面一に積層される。最上段のヘッドチップ２ａの上部には上端流路部材１４が、最下段のヘッドチップ２ｄの下部には下端流路部材１５がそれぞれ設置される。そして、上段のヘッドチップ２は下段のヘッドチップ２のフィルター７に対応する領域に凹部１８を有し、上段のヘッドチップ２の第一連絡路５１(第二連絡路５２)はこの凹部１８の底面に開口する。つまり、下段のフィルター７の上流側に設置される第二液室６は、上段のヘッドチップ２の凹部１８が加わり領域が拡大する。第二液室６に凹部１８の領域が加わることにより、第二液室６に流入する液体がフィルター７の有効面の全面に回り込みやすくなり、フィルター７による圧力損失が低減する。
【００６６】
（第五実施形態）
図９は、本発明の第五実施形態に係る液体噴射ヘッド１のヘッドチップ２の上面模式図である。同一の部分または同一の機能を有する部分には同じ符号を付している。第一実施形態のヘッドチップ２と異なる点は、ヘッドチップ２の上端面ＴＦの外周近傍に接合溝２０を有することと、圧電基板２１の表面に形成する溝２３は両端部の溝２３を除き全て液滴の吐出可能なチャンネル８を構成し、第一液室５はスリットを備えず両端部の溝２３を除く全ての溝２３に連通する点である。以下、第一実施形態と異なる点について説明し、同一の部分については説明を省略する。
【００６７】
図９に示すように、ヘッドチップ２は、その上端面ＴＦ、即ちヘッドチップ２を構成するカバープレート２２の上端面ＴＦに接合剤導入用の接合溝２０を有する。接合溝２０は、カバープレート２２の上端面ＴＦに開口する第二液室６の開口部を囲むように、カバープレート２２の外周に沿って設置される。接合溝２０は、複数のチャンネル８が配列する配列方向の側面に開口する２つの開口部Ｋ１を備える。下段のヘッドチップ２の上に上段のヘッドチップ２を積層し、開口部Ｋ１から接着剤を導入して上段と下段のヘッドチップ２を接着することができる。
【００６８】
なお、本実施形態では３サイクル駆動により吐出駆動を行うことができる。また、本実施形態では接合溝２０をヘッドチップ２の上端面ＴＦに設置したが、これに代えて、又はこれに加えて接合溝２０をヘッドチップ２の下端面（圧電基板２１の下面）に設置してもよい。
【００６９】
（第六実施形態）
図１０は、本発明の第六実施形態に係る液体噴射ヘッド１の断面模式図である。図１０において、枠体、ベース基板、回路基板及びＦＰＣは省略した。同一の部分または同一の機能を有する部分には同じ符号を付した。第一実施形態と異なる部分は、上段のヘッドチップ２と下段のヘッドチップ２とはゴムシール材１９を介して積層される点であり、その他の構成は第一実施形態と同様である。以下、第一実施形態と異なる部分について説明し、同一の部分については説明を省略する。
【００７０】
図１０に示すように、上段のヘッドチップ２と下段のヘッドチップ２とはゴムシール材１９を挟んで積層される。ゴムシール材１９は、上段のヘッドチップ２の第一連絡路５１（第二連絡路５２）が開口する位置、及び下段のヘッドチップ２の第二液室６が開口する領域に貫通孔ＫＴを備える。また、最上段のヘッドチップ２ａの上部に上端流路部材１４が、最下段のヘッドチップ２ｄの下部に下端流路部材１５がそれぞれゴムシール材１９を介して設置される。最上段のヘッドチップ２ａと上端流路部材１４との間に設置されるゴムシール材１９は、上端流路部材１４に形成される第一供給路５５が開口する領域と最上段のヘッドチップ２ａの第二液室６が開口する領域に対応して貫通孔ＫＴを有する。最下段のヘッドチップ２ｄと下端流路部材１５との間のゴムシール材１９も同様に貫通孔ＫＴを有する。このように、各ヘッドチップ２ａ〜２ｄ、上端流路部材１４及び下端流路部材１５の間にゴムシール材１９を設置することにより、メンテナンス時に液体噴射ヘッド１を容易に分解し、容易に組み立てることが可能となる。
【００７１】
（第七実施形態）
図１１は本発明の第七実施形態に係る液体噴射装置５０の模式的な斜視図である。液体噴射装置５０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’に液体を供給する液体ポンプ３３、３３’及び液体タンク３４、３４’とを備えている。各液体噴射ヘッド１、１’は複数のヘッドチップを備え、各ヘッドチップは複数のチャンネルを備え、各チャンネルに連通するノズルから液滴を吐出する。液体噴射ヘッド１、１’は既に説明した第一〜第六実施形態のいずれかを使用する。
【００７２】
液体噴射装置５０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に液体を吐出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。
【００７３】
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を備えている。
【００７４】
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種類の液滴を吐出する。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’は駆動信号に応じて各色の液滴を吐出する。液体噴射ヘッド１、１’から液体を吐出させるタイミング、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。
【符号の説明】
【００７５】
１  液体噴射ヘッド
２、２ａ〜２ｄ  ヘッドチップ
３、３ａ、３ｂ  アクチュエータ部
４、４ａ〜４ｄ  ノズルプレート
５、５ａ、５ｂ  第一液室
６  第二液室
７、７ａ〜７ｄ  フィルター
８、８ａ、８ｂ  チャンネル、８’  吐出チャンネル、８’’ダミーチャンネル
１０、１０ａ〜１０ｄ  電極端子
１１  スリット
１２、１２ａ、１２ｂ  ノズル
１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｄ  連絡路
１４  上端流路部材
１５  下端流路部材
１６  右端流路部材
１７  左端流路部材
１８  凹部
１９  ゴムシール材
２０  接合溝
２１  圧電基板
２２  カバープレート
２３  溝
２４、２４ａ〜２４ｄ  ＦＰＣ
５１  第一連絡路、５２  第二連絡路、５３  第三連絡路、５４  第四連絡路
５５  第一供給路、５６  第二供給路
５７  第一排出路、５８  第二排出路
【図１】
0005856493.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0005856493.tif 000007
【図７】
0005856493.tif 000008
【図８】
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【図９】
0005856493.tif 000010
【図１０】
0005856493.tif 000011
【図１１】
0005856493.tif 000012
【図１２】
0005856493.tif 000013
【図１３】
0005856493.tif 000014