(57)【要約】【課題】インクを加熱するための加熱手段を容易に配置することができる液滴吐出ヘッドを提供する。【解決手段】ノズル２７を有するノズル基板２２と、ノズル２７に連通する圧力室３１と、圧力室３１内の液体に圧力を加える圧力発生素子３５と、圧力室３１に連通する供給側連通路３４及び供給側連通路３４に連通する液室空部３３を有する連通基板２３と、液室空部３３に連通する液室形成空部４６及び圧力発生素子３５を収容する収容空部４７を有するケース部材２６とを備え、連通基板２３とケース部材２６は対向して接合し、圧力室３１は収容空部４７内に形成されるとともに、連通基板２３を介してノズル２７と連通し、連通基板２３に発熱素子５２が配置されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルを有するノズル基板と、
前記ノズルに連通する圧力室と、
前記圧力室内の液体に圧力を加える圧力発生素子と、
前記圧力室に連通する供給側連通路及び該供給側連通路に連通する液室空部を有する連通基板と、
前記液室空部に連通する液室形成空部及び前記圧力発生素子を収容する収容空部を有するケース部材とを備え、
前記連通基板と前記ケース部材は対向して接合し、
前記圧力室は前記収容空部内に形成されるとともに、前記連通基板を介して前記ノズルと連通し、
前記連通基板に発熱素子が配置されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
前記連通基板は、シリコンからなることを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
前記発熱素子は、前記圧力室と対向する位置に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
前記発熱素子は、前記連通基板における前記供給側連通路の位置に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
前記供給側連通路は、前記ケース部材と反対側に開口し、該開口部が可撓性を有するコンプライアンス部材により封止されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項６】
前記ノズルのヘルムホルツ周期を検出する検出手段を有し、前記ノズルごとのヘルムホルツ周期が同一になるように前記発熱素子の加熱を制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを備えることを特徴とする液滴吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液滴吐出ヘッドを用いた液滴吐出装置に関して、高粘度インクを吐出する方法として、ヒーターを液滴吐出ヘッドに実装し、加熱することによってインクを低粘度化して、高粘度インクの吐出に対応する方法が知られている。
【０００３】
しかし、今までのヒーターの配置位置（インクタンクや共通液室部分）では、薄膜ヘッドのように圧力室が小型化、低パワー化してしまうと従来のヒーターでは配置位置が確保できなかったり、配置位置（例えばインクタンク）が遠すぎてヒーターの加熱を充分にできなかったりするという問題があった。
【０００４】
これに対し、特許文献１では、ヘッド内の流路長の差によって発生するインク間の温度差を是正する、液滴の温度を均一化するということを目的としており、加熱手段の配置と構成に特徴を有している。特許文献１では、リザーバを有するリザーバ基板に積層され、金属からなる基板に空間を設け、この空間に加熱手段を実装して液滴を加熱することが開示されている。
【０００５】
しかしながら、特許文献１では、加熱手段や加熱手段を実装する基板として、金属部材を使用することを前提としている。このため、薄膜特有のＭＥＭＳ構成（Ｓｉ系）の材料に対して、材料間の熱膨張差での量産性（精度難）の低さや、設置位置の確保などの点で実現性を下げているという問題は解消できていない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は上記課題を鑑み、インクを加熱するための加熱手段を容易に配置することができる液滴吐出ヘッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の液滴吐出ヘッドは、ノズルを有するノズル基板と、前記ノズルに連通する圧力室と、前記圧力室内の液体に圧力を加える圧力発生素子と、前記圧力室に連通する供給側連通路及び該供給側連通路に連通する液室空部を有する連通基板と、前記液室空部に連通する液室形成空部及び前記圧力発生素子を収容する収容空部を有するケース部材とを備え、前記連通基板と前記ケース部材は対向して接合し、前記圧力室は前記収容空部内に形成されるとともに、前記連通基板を介して前記ノズルと連通し、前記連通基板に発熱素子が配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、インクを加熱するための加熱手段を容易に配置することができる液滴吐出ヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る画像形成装置の一例を示す模式図である。
【図２】液滴吐出ヘッドの一例を分解した場合の斜視図である。
【図３】液滴吐出ヘッドの一例の内部構成を示す模式図である。
【図４】図３における領域Ａの拡大図である。
【図５】本発明に係る液滴吐出ヘッドの連通基板の一例を示す模式図（ａ）及び（ａ）における領域Ｂの拡大図（ｂ）である。
【図６】液滴吐出ヘッドのユニットケースの一例を示す模式図である。
【図７】本発明に係る液滴吐出ヘッドの一例における内部構成を示す模式図である。
【図８】本発明に係る液滴吐出ヘッドの他の例における内部構成を示す模式図である。
【図９】本発明に係る液滴吐出ヘッドのユニットケースの一例を示す模式図である。
【図１０】本発明に係る液滴吐出ヘッドの各ノズル列におけるヘルムホルツ周期を検出するフローの一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明に係る液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置について図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、修正、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。
【００１１】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、ノズルを有するノズル基板と、前記ノズルに連通する圧力室と、前記圧力室内の液体に圧力を加える圧力発生素子と、前記圧力室に連通する供給側連通路及び該供給側連通路に連通する液室空部を有する連通基板と、前記液室空部に連通する液室形成空部及び前記圧力発生素子を収容する収容空部を有するケース部材とを備え、前記連通基板と前記ケース部材は対向して接合し、前記圧力室は前記収容空部内に形成されるとともに、前記連通基板を介して前記ノズルと連通し、前記連通基板に発熱素子が配置されていることを特徴とする。
【００１２】
＜液滴吐出装置＞
まず、図１に本発明の液滴吐出装置の一実施形態を説明する。図１におけるプリンタ１（液滴吐出装置）は、記録紙等の記録媒体２（着弾対象の一種）の表面に対して液体状のインクを吐出して画像等の記録を行う装置である。プリンタ１は、インクを吐出する液滴吐出ヘッド３、液滴吐出ヘッド３が取り付けられるキャリッジ４、キャリッジ４を主走査方向に移動させるキャリッジ移動機構５、記録媒体２を副走査方向に移送するプラテンローラー６（搬送機構の一部）等を備えている。
【００１３】
ここで、上記のインクは液体供給源としてのインクカートリッジ７に貯留されており、インクカートリッジ７は液滴吐出ヘッド３に対して着脱可能に装着される。なお、インクカートリッジ７がプリンタ１の本体側に配置され、当該インクカートリッジ７からインク供給チューブ等を通じて液滴吐出ヘッド３に供給される構成を採用することもできる。
【００１４】
キャリッジ移動機構５はタイミングベルト８を備えており、タイミングベルト８はＤＣモーター等のパルスモーター９により駆動される。パルスモーター９が作動すると、キャリッジ４は、プリンタ１に架設されたガイドロッド１０に案内されて、主走査方向（液滴吐出ヘッド３の走査方向）に往復移動する。
【００１５】
図２は、上記の液滴吐出ヘッド３を分解した場合の斜視図である。本実施形態における液滴吐出ヘッド３は、ケース１５と、複数のヘッドユニット１６と、ユニット固定板１７と、ヘッドカバー１８とにより概略構成されている。
【００１６】
ケース１５は、複数のヘッドユニット１６や、当該ヘッドユニット１６へインクを供給する供給流路を備える箱体状部材であり、上面側に針ホルダー１９が形成されている。この針ホルダー１９は、インク導入針２０が立設された部材であり、本実施形態においては各色のインクカートリッジ７のインクに対応させて合計８本のインク導入針２０が針ホルダー１９に横並びに配設されている。なお、インク導入針２０の数は、特に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。
【００１７】
インク導入針２０は、インクカートリッジ７内に挿入される中空針状の部材であり、先端部に開設された導入孔からインクカートリッジ７内に貯留されたインクをケース１５内の供給流路を通じてヘッドユニット１６側に導入する。
【００１８】
また図２では、ケース１５の底面側に、４つのヘッドユニット１６が主走査方向（液滴吐出ヘッド３の走査方向）に横並びに位置決めされた状態で配置されていることが図示されている。金属製等のユニット固定板１７には各ヘッドユニット１６に対応する４つの開口部１７’が設けられ、ヘッドユニット１６はユニット固定板１７に接合される。それとともに、同じく各ヘッドユニット１６に対応する４つの開口部１８’が設けられた金属製等のヘッドカバー１８によってヘッドユニット１６は固定される。
【００１９】
＜液滴吐出ヘッドの全体構成＞
次に本発明に係る液滴吐出ヘッドの全体構成について説明する。
図３は、液滴吐出ヘッドの一実施形態における内部構成を示す模式図である。図３では、上記のヘッドユニット１６の一実施形態における内部構成が図示されている。また、図４に、図３における領域Ａの拡大図を示す。なお、便宜上、各部材の積層方向を上下方向として説明する。
【００２０】
本実施形態におけるヘッドユニット１６は、圧力発生ユニット１４、流路ユニット２１を備え、これらの部材が積層された状態で、ケース部材であるユニットケース２６に取り付けられて構成されている。
流路ユニット２１は、ノズル基板２２、連通基板２３、コンプライアンス部材であるコンプライアンスシート２５を有している。また、圧力発生ユニット１４は、圧力室３１が形成された圧力室形成基板２９、弾性膜３０、圧力発生素子である圧電素子３５、保護基板２４が積層されてユニット化されている。
【００２１】
圧力発生ユニット１４の構成部材である圧力室形成基板２９は、シリコン単結晶基板（結晶性基板の一種。以下、単にシリコン基板とも言う。）から作製されることが好ましい。圧力室形成基板２９には、シリコン基板に対して異方性エッチングを行うことによって、ノズル基板２２の各ノズル２７に対応して複数の圧力室３１を形成することができる。
【００２２】
このように、シリコン基板に対して異方性エッチングを行うによって圧力室を形成することで、より高い寸法・形状精度を確保することができる。詳細は後述するが、本実施形態におけるノズル基板２２にはノズル２７の列が２列形成されているので、圧力室形成基板２９には、圧力室３１の列が各ノズル列に対応して２列形成されている。
【００２３】
圧力室３１は、ノズル２７が連なって設置される方向（第１の方向）に直交する方向（第２の方向）に長尺な空部である。なお、図３及び図４では、紙面垂直方向が第１の方向となる。
圧力発生ユニット１４における圧力室形成基板２９が後述する連通基板２３に対して位置決めされた状態で接合されると、圧力室３１の第２の方向における一端部は、連通基板２３のノズル連通路３６を介してノズル２７と連通する。また、圧力室３１の第２の方向におけるもう一方の端部は、連通基板２３の供給側連通路３４を介して共通液室３２（液室空部３３）と連通する。
【００２４】
圧力室形成基板２９の上面（連通基板２３との接合面とは反対側の面）には、圧力室３１の上部開口を封止する状態で弾性膜３０が形成されている。
弾性膜３０としては、例えば厚さが約１μｍの二酸化シリコン等が挙げられる。また、弾性膜３０上には絶縁膜が形成されるのが好ましい。前記絶縁膜は、例えば、酸化ジルコニウム等が挙げられる。
【００２５】
そして、弾性膜３０、前記絶縁膜上における各圧力室３１に対応する位置に、圧電素子３５がそれぞれ形成される。圧電素子３５としては、例えばいわゆる撓みモードの圧電素子が挙げられる。
圧電素子３５は、弾性膜３０、前記絶縁膜上に、金属製の下電極膜、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなる圧電体層、及び、金属製の上電極膜が順次積層された後に、圧力室３１毎にパターニングされて構成される。
また、上電極膜又は下電極膜の一方が共通電極とされ、他方が個別電極とされる。そして、弾性膜３０、前記絶縁膜及び下電極膜が、圧電素子３５の駆動時に振動板として機能する。
【００２６】
各圧電素子３５の個別電極からは、電極配線部が絶縁膜上にそれぞれ延出され、これらの電極配線部の電極端子に相当する部分に、フレキシブルケーブル４９の一端側の端子が接続される。フレキシブルケーブル４９は、例えば、ポリイミド等のベースフィルムの表面に銅箔等で導体パターンを形成し、この導体パターンをレジストで被覆した構成とすることができる。
【００２７】
また、フレキシブルケーブル４９の表面には、圧電素子３５を駆動する駆動ＩＣ５０が実装されている。各圧電素子３５は、駆動ＩＣ５０を通じて上電極膜と下電極膜との間に駆動信号（駆動電圧）が印加されることにより、撓み変形する。上記圧電素子３５が形成された連通基板２３の上面には保護基板２４が配置される。
【００２８】
保護基板２４は下面側が開口した中空箱体状の部材であり、例えば、ガラス、セラミックス材料、シリコン単結晶基板、金属、合成樹脂等から作製される。
保護基板２４の内部には、圧電素子３５上面の領域に当該圧電素子３５の駆動を阻害しない程度の大きさの逃げ凹部３９が形成されている。さらに、保護基板２４において、隣り合う圧電素子３５列の間には、保護基板２４の厚さ方向に貫通した配線空部３８が形成されている。配線空部３８内には、圧電素子３５の電極端子とフレキシブルケーブル４９の一端部とが配置される。
【００２９】
ノズル基板２２は、ドット形成密度に対応したピッチで複数のノズル２７を列状に開設した板状部材である。本実施形態では、例えば３６０ｄｐｉに対応するピッチで１インチあたり３６０個のノズル２７を列設することでノズル列が構成されている。なお、ノズル２７の形成密度は適宜変更が可能である。
【００３０】
本実施形態においては、ノズル基板２２に２列のノズル列が形成されている。ノズル基板２２はシリコン基板等から作製することができる。そして、当該基板に対してドライエッチング等を施すことにより円筒形状のノズル２７を形成することができる。
ノズル２７を形成する方法としては、特に制限されるものではないが、中でもドライエッチングによって形成されることが好ましい。これにより、例えば、ステンレス鋼等の金属製の板材に対して塑性加工によりノズルを形成する構成と比較して、より高い精度でノズル２７を形成することが可能となる。さらに、ノズル２７から噴射されるインクの着弾精度を向上させることができる。
【００３１】
上記の圧力発生ユニット１４の寸法に関し、第２の方向の寸法Ｗ１は、連通基板２３の同方向の寸法Ｗ２及びユニットケース２６の同方向の寸法Ｗ３よりも小さく設定されている。
また、ノズル列に直交する方向（第２の方向）の寸法Ｗ４は、圧力発生ユニット１４の同方向の寸法Ｗ１、連通基板２３の同方向の寸法Ｗ２、及びユニットケース２６の同方向の寸法Ｗ３よりも小さく設定されている。具体的には、後述するノズル連通路３６とノズル２７との液密が確実に確保される範囲内、すなわち、ノズル連通路３６とノズル２７とを液密状態で連通させ得る接合代が確保できる状態で、できるだけ小さく設定される。
【００３２】
このようにノズル基板２２をできるだけ小型化することで、コストの低減に寄与することが可能となる。
なお、ノズル連通路３６とノズル２７とが位置決めされて連通する状態で連通基板２３とノズル基板２２とが接合された状態では、後述する液室空部３３及び供給側連通路３４は、ノズル基板２２に覆われることなく露出することとなる。そのため、コンプライアンスシート２５で封止されることとなる。
【００３３】
図５は、連通基板の一例を示す模式図（ａ）及び（ａ）における領域Ｂの拡大図（ｂ）である。図５（ａ）は、ノズル基板２２及びコンプライアンスシート２５が接合される側の面（下面）から連通基板２３を見た場合の平面図である。本実施形態における連通基板２３は、シリコン基板から作製された板状部材であり、基板上に発熱素子５２がシリコンプロセスによって作製されている。シリコンプロセスとして、例えば、基板上に電極（Ｐｔもしくは多結晶シリコン等）を製膜し、パターニングを行う。その上に発熱源としてのシリコン酸化膜等の絶縁膜を製膜することにより、発熱素子５２を作製することができる。また、シリコン酸化膜は保護膜としての機能も有し得るが別途保護膜を設けてもよい。発熱素子５２についての詳細は後述する。
【００３４】
連通基板２３には、共通液室３２の一部となる液室空部３３が、異方性エッチング等によって、連通基板２３の板厚方向を貫通する状態で形成されている。本実施形態における連通基板２３では、１列のノズル列に対する同ノズル列方向（第１の方向）に合計３つの液室空部３３が形成されている。これにより、１列のノズル列に対して異なる複数種類のインクを割り当てることが可能となる。
【００３５】
本実施形態においては、ノズル基板２２に２列のノズル列が形成されているので、連通基板２３に合計６つの液室空部３３が形成されることになる。また、図５（ｂ）に示されるように、連通基板２３において、液室空部３３における第２の方向の内側（中央寄り）に隣接して、供給側連通路３４が液室空部３３ごとに形成されている。
【００３６】
供給側連通路３４は、図４に示されるように、液室空部３３（共通液室３２）と圧力室形成基板２９の圧力室３１とを連通する流路である。そして、供給側連通路３４は、連通基板２３の下面（すなわち、ユニットケース２６との接合面とは反対側の面）から当該連通基板２３の厚さ方向の途中までハーフエッチングされて形成された共通連通路４１と、連通基板２３を貫通する個別連通路４２と、から構成される。
【００３７】
共通連通路４１は、液室空部３３に沿って形成されており、連通基板２３の断面において矩形状の窪み（凹部）となっている。図４に示されるように、共通連通路４１の第２の方向における一端部は液室空部３３と連通する一方、同方向の他端部は、連通基板２３に接合された圧力室形成基板２９の圧力室３１に対応する位置に形成されている。個別連通路４２は、圧力室形成基板２９の各圧力室３１に対応して、共通連通路４１の他端部に第１の方向に沿って複数形成されている（図５（ｂ）参照）。
【００３８】
また、図４に示されるように、個別連通路４２の下端は共通連通路４１と連通し、上端は連通基板２３に接合された圧力室形成基板２９の圧力室３１と連通する。そして、連通基板２３において、共通連通路４１に対応する部分（ハーフエッチングの残りの肉薄部４０）の上面は、連通基板２３とユニットケース２６とが接合する際の第１の接合代４３として機能する。なお、上記の肉薄部４０は、連通基板２３のハーフエッチングにおいて、エッチングされずに基板材料が残った部分を示す。
【００３９】
図４に示されるように、液室空部３３及び供給側連通路３４は、連通基板２３の下面において、ノズル基板２２と異なる位置で開口しており、液室空部３３及び供給側連通路３４の開口部は、コンプライアンスシート２５によって封止される。コンプライアンスシート２５は、可撓性を有する合成樹脂や金属等からなる薄手のシート材である。そして、コンプライアンスシート２５は、共通液室３２内のインクの圧力変動を吸収するいわゆるコンプライアンス部として機能する。
【００４０】
図６にヘッドユニット１６におけるユニットケース２６の一例を示す。図６は、ユニットケース２６の下面（連通基板２３が接合される側の面）から見た場合の平面図である。
ユニットケース２６は、ノズル基板２２、コンプライアンスシート２５及び圧力発生ユニット１４が接合された連通基板２３（図３及び図４参照）が底面側（下面側）に固定される箱体状部材である。ユニットケース２６の材質としては特に制限されるものではないが、例えば合成樹脂等により形成することができる。
【００４１】
図６では、ユニットケース２６の下面から見た場合の中央付近に、ノズル列方向（第１の方向）に長尺な矩形状の開口を有する貫通空部４４が、ユニットケース２６の高さ方向を貫通する状態で形成されている。なお、ユニットケース２６の高さ方向を貫通する状態が、図３に示されている。
図３に示されるように、貫通空部４４は、圧力発生ユニット１４の配線空部３８と連通して、フレキシブルケーブル４９の一端部及び駆動ＩＣ５０が収容される空部を形成する。また、貫通空部４４の下端は、収容空部４７の天井面に対して開口している。
【００４２】
ユニットケース２６の下面側には、当該下面側からユニットケース２６の高さ方向の途中まで収容空部４７が形成されており、収容空部４７は圧力発生ユニット１４を収容するための空間である。収容空部４７の深さ（高さ）は、圧力発生ユニット１４の厚さ（高さ）よりも少し大きく設定されている。また、収容空部４７の第１方向の寸法及び第２方向の寸法は、それぞれ、圧力発生ユニット１４の寸法よりも少し大きく設定されている。そして、流路ユニット２１がユニットケース２６の下面に位置決めされた状態で接合されると、連通基板２３上に配置された圧力発生ユニット１４が収容空部４７に収容される。
【００４３】
図３及び図６に示されるように、ユニットケース２６には、液室形成空部４６及びインク導入路４５が形成されている。液室形成空部４６は、ユニットケース２６における収容空部４７に対して隔壁４８を間に挟んで形成されており、液室形成空部４６は収容空部４７よりも第２の方向の外側に形成されている。
より具体的には、図６に示されるように、連通基板２３の各液室空部３３のそれぞれに対応して、収容空部４７の両側にそれぞれ３つずつ、合計６つの液室形成空部４６が形成されている。そして、ユニットケース２６に連通基板２３が接合された状態では、各液室形成空部４６がそれぞれ対応する液室空部３３と連通するように共通液室３２を画成する。
【００４４】
収容空部４７と液室形成空部４６とを隔てる隔壁４８は、連通基板２３における第１の接合代４３に対応する位置に形成されている。この隔壁４８における第１の接合代４３と対向する面は、第２の接合代５１（図４参照）として機能する。
【００４５】
インク導入路４５は、液室形成空部４６ごとに設けられた流路であり、その一端はユニットケース２６の上面に開口し、下端は対応する液室形成空部４６に開口している。そして、インクカートリッジ７側からのインクは、インク導入路４５を通じて、液室形成空部４６（共通液室３２）に導入される。
【００４６】
次に、上記構成のヘッドユニット１６を製造する一例について、図３等を参照しながら以下に説明する。
まず、圧力室形成基板２９（圧力室３１が形成されていない状態のシリコン基板）の上面に弾性膜３０、絶縁膜が順次形成された後、圧電素子３５が焼成により形成される。この上に、逃げ凹部３９に圧電素子３５が収容される状態で保護基板２４が接合される。そして、この状態で、圧力室形成基板２９の下面側から異方性エッチングによって圧力室３１が形成される。
このように、圧力室形成基板２９に圧力室３１が形成される前の段階で、当該圧力室形成基板２９の上面側に圧電素子３５及び保護基板２４を積層してユニット化しておくことが好ましい。これにより、圧力発生ユニット１４の組み立て工程中に圧力室形成基板２９が破損することを抑制できる。
【００４７】
次に、ノズル連通路３６とノズル２７とが連通する状態で、連通基板２３の下面にノズル基板２２が接着により接合される。さらに、連通基板２３の下面に、液室空部３３及び供給側連通路３４の開口を塞ぐ状態で、コンプライアンスシート２５が接合される。このようにして流路ユニット２１がユニット化される。
【００４８】
続いて、この流路ユニット２１における連通基板２３の上面に、上記の圧力発生ユニット１４が接合される。具体的には、圧力室３１における第２の方向の一端部がノズル連通路３６と連通するとともに、圧力室３１における第２の方向の他端部が供給側連通路３４の個別連通路４２と連通する状態で、連通基板２３の上面に、圧力発生ユニット１４の圧力室形成基板２９が接着剤によって接合される。
【００４９】
流路ユニット２１と圧力発生ユニット１４が組み付けられたならば、保護基板２４の配線空部３８を通じて各圧電素子３５の電極端子に対してフレキシブルケーブル４９の配線が行われる。すなわち、各圧電素子３５の電極端子に相当する部分に、フレキシブルケーブル４９の一端部の端子がそれぞれ電気的に接続される。
【００５０】
続いて、流路ユニット２１の連通基板２３とユニットケース２６とが接着剤により接合される。具体的には、上記の第１の接合代４３を含む連通基板２３の上面と、第２の接合代５１を含むユニットケース２６の下面とを、接着剤により接合する。これにより、第１の接合代４３と第２の接合代５１とが接合される。
【００５１】
流路ユニット２１とユニットケース２６とが接合されると、収容空部４７内に圧力発生ユニット１４が収容される。これとともに、液室形成空部４６と液室空部３３とが液密に連通して、複数（本実施形態においては合計６つ）の共通液室３２が、相互に独立した空部として画成される。
【００５２】
また、フレキシブルケーブル４９の一端部及び駆動ＩＣ５０は、ユニットケース２６の貫通空部４４内に収容される。これにより、ヘッドユニット１６が組み上がる。
そして、ヘッドユニット１６の内部には、インク導入路４５から共通液室３２を通って供給側連通路３４の共通連通路４１までの一連の共通流路と、供給側連通路３４の個別連通路４２から圧力室３１及びノズル連通路３６を通ってノズル２７に至るまでの個別流路と、が形成される。
【００５３】
このように、上記構成を採用するヘッドユニット１６では、連通基板２３において上面側に肉薄部４０を残した状態で、供給側連通路３４を連通基板２３の下面側から厚さ方向の途中までハーフエッチングにより形成している。そして、肉薄部４０の上面を第１の接合代４３としている。また、ユニットケース２６における収容空部４７と液室形成空部４６とを隔壁４８で隔て、当該隔壁４８の下面を第２の接合代５１としている。
【００５４】
これにより、１つのノズル列に対して当該ノズル列方向に複数の共通液室３２を設ける構成において、圧力発生ユニット１４を小型化した場合に、第１の方向に隣り合う共通液室３２同士を区画する壁の側面が圧力発生ユニット１４の側面に接合してしまうことを防止できる。このため、第１の接合代４３を含む連通基板２３の上面と、第２の接合代５１を含むユニットケース２６の下面と、を接合するだけで、互いに独立した複数の共通液室３２を画成することができる。
【００５５】
さらにこれにより、１つのノズル列に対して当該ノズル列方向に複数の共通液室３２を設ける構成において、共通液室３２間の液漏れを防止しつつ、圧力発生ユニット１４、特に、シリコン基板で作製された圧力室形成基板２９の小型化が可能となる。従って、ヘッドユニット１６全体のコストの削減を図ることが可能となる。
【００５６】
上記の実施形態では、２列のノズル列のいずれもがノズル列方向に複数の共通液室３２を設ける構成を示した。しかしながら、本発明についてはこれに限られるものではなく、適宜変更が可能であり、例えばノズル列方向に１つの共通液室のみを設けるようにしてもよい。
【００５７】
上記の説明では、ヘッドユニット１６を有する液滴吐出ヘッドの一例を挙げて説明したが、本発明は、ユニットケースに圧力発生ユニット及び流路ユニットを固定する構成を採用する他の液滴吐出ヘッドにも適用することができる。例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬ（Electro  Luminescence）ディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材噴射ヘッド、バイオチップ（生物化学素子）の製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等にも本発明を適用することができる。
【００５８】
＜第一の実施形態＞
本実施形態に係る液滴吐出ヘッドについて、詳細を以下に説明する。
本実施形態における連通基板２３上の発熱素子５２は、基板上に下部電極、発熱源、上部電極を作製し、パターニングを行い形成することができ、必要に応じて保護膜を設けてもよい。
発熱素子５２における電極等の製膜方法としては既存の半導体プロセスを用いることができ、発熱源としては、電熱線素材、絶縁体膜、多結晶半導体膜などの既存の電気熱変換材料等を用いることができる。
なお、発熱素子５２はヒーターとも称されることがある。
【００５９】
図７に、本実施形態に係る液滴吐出ヘッドの内部構成を示す。圧力室３１はユニットケース２６における収容空部４７内に形成されており、連通基板２３を介して、すなわちノズル連通路３６を通りノズル２７と連通している。本実施形態における発熱素子５２は、圧力室３１に対向する位置に配置されている。
発熱素子５２をこのような位置に配置することで、圧力室３１内のインクを効率的に加熱することができ、発熱素子５２からの熱がインクに伝わる際のロスを減らすことができる。
【００６０】
本実施形態における発熱素子５２は、連通基板２３上、すなわちユニットケース２６や圧力発生ユニット１４が形成されていない場合の連通基板２３の表面に形成されることが好ましい。なお、発熱素子５２が配置される位置としては、インクを加熱できればよいため、これに限られるものではなく、連通基板２３中に埋め込まれるような態様であってもよい。また、流路を流れるインクに発熱素子５２が直接接していてもよいし、いなくともよい。
【００６１】
また、本実施形態における発熱素子５２のパターンを図５に示す。上述したように、図５（ａ）は、ノズル基板２２及びコンプライアンスシート２５が接合される側の面（下面）から連通基板２３を見た場合の平面図である。本実施形態の発熱素子５２は図５（ａ）において点線で示されている。なお、図５（ａ）は、連通基板２３を下面から見た場合平面図であり、発熱素子５２は図の裏側に形成されていることを考慮し、図中、発熱素子５２は点線で示されている。
【００６２】
本実施形態における発熱素子５２を配置する手順の一例を以下に説明する。
連通基板(例えばＳｉ基板)上に、ＣＶＤ（Chemical  Vapor  Deposition）法を用いて電極としての多結晶シリコン（Poly−Si）膜を製膜し、ドライエッチングにより発熱素子のパターンにパターニングを行う。パターニング後、ＣＶＤ法により発熱源である絶縁膜としてシリコン酸化膜を製膜する。ここで、シリコン酸化膜は保護膜としての機能も有し得る。なお、シリコン酸化膜の他にもシリコン窒化膜等も用いることができる。
【００６３】
本実施形態によれば、連通基板２３に対して発熱素子５２を配置することにより、液滴吐出ヘッドに新たに発熱素子を配置するための構造の変更をすることなく加熱手段を配置することができ、高粘度材料を用いたインクを加熱により容易に低粘度化することができる。このように本実施形態によれば、新規のジグ等を必要とせず、設備の更新を行わずに効果的なヒーター配置を得ることができる。
また、上述したように連通基板２３はシリコンからなることが好ましい。この場合、金属材料を用いた場合では困難であったが、従来のＭＥＭＳプロセスを活用して加熱手段を所望の位置に精度よく配置することができる。
なお、本実施形態の構成の場合であっても、発熱素子５２に対する引き出し配線をスルーホールやワイヤーボンディングによって確保することは可能である。
【００６４】
本実施形態では、ノズル列ごとに発熱素子５２が一つ配置されているため、図５（ａ）では合計２つの発熱素子５２が備えられている。
発熱素子５２の数は、特に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。ノズル列内で吐出材料が異なるような場合、それぞれの液種に対応して発熱素子５２を分割することが好ましい。また、個別の圧力室３１に対応するように発熱素子５２を個別化しても構わない。
【００６５】
上記のように、連通基板２３に対して、発熱素子５２を実装することにより、高粘度対応のための発熱素子５２（ヒーター）実装領域を新規に確保することなく、加熱による高粘度対応が可能なより高機能なヘッドを獲得することができる。そのため、液滴吐出ヘッドに対して、インクを加熱するための加熱手段を容易に配置することができる。
【００６６】
＜第二の実施形態＞
本実施形態に係る液滴吐出ヘッドについて、詳細を以下に説明する。なお、上記の実施形態と同様の事項については記載を省略する。
本実施形態に係る液滴吐出ヘッドの内部構成を図８に示す。なお連通基板２３上の発熱素子５２の形成やパターニング方法は上記の実施形態と同じである。
【００６７】
図８に示されるように、本実施形態における発熱素子５２は、上記の実施形態と異なる位置に配置されており、前記連通基板における前記供給側連通路の位置に配置されている。詳述すると、コンプライアンスシート２５と対向する位置であり、連通基板２３における肉薄部４０に発熱素子５２が配置されており、第２の方向におけるコンプライアンスシート２５よりも内側に配置されている。なお、上記第一の実施形態では、図７に示されるように、第２の方向におけるコンプライアンスシート２５の内側及び外側に発熱素子５２が配置されている。また、図８を参照すると、連通基板２３において、第一の接合代４３が設けられる箇所に発熱素子５２が配置されている。
【００６８】
本実施形態における発熱素子５２のパターンを図９に示す。図９（ａ）は、ノズル基板２２及びコンプライアンスシート２５が接合される側の面（下面）から連通基板２３を見た場合の平面図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）における領域Ｃの拡大図である。
図９（ａ）における発熱素子５２は点線で示されており、図５（ａ）における発熱素子５２に比べて、配置される位置が異なっている。すなわち、図５（ａ）における発熱素子５２よりも、第２の方向の外側に配置されている。なお、上記実施形態と同様に、図９（ａ）は、連通基板２３を下面から見た場合平面図であり、発熱素子５２は図の裏側に形成されていることを考慮し、点線で示されている。
【００６９】
本実施形態によれば、上記第一の実施形態に比べて発熱素子５２が圧力室３１から離れて形成されているため、上記第一の実施形態よりもインクの加熱に時間がかかる。しかし、共通液室３２の液室空部３３や共通連通路４１を加熱することができるため、ノズル列内におけるインクの温度の均一性を確保しやすい。そのため、圧力室３１へのインク供給速度を上記第一の実施形態よりも高くすることができ、連続吐出安定性や吐出周波数の向上を得ることができる。
【００７０】
＜第三の実施形態＞
本実施形態に係る液滴吐出ヘッドについて、詳細を以下に説明する。なお、上記の実施形態と同様の事項については記載を省略する。本実施形態に係る液滴吐出ヘッドは図面に示していないが、上記第一の実施形態における発熱素子５２と上記第二の実施形態における発熱素子５２を併せたものである。
【００７１】
すなわち、発熱素子５２は、圧力室３１と対向する位置と、圧力室３１と対向する位置を除きかつ供給側連通路３４近傍の位置とに備えられている態様である。
本実施形態では、上記第一の実施形態及び第二の実施形態に比べ、発熱素子５２を多く設けているため、消費電力が大きくなるが、上記第一の実施形態及び第二の実施形態の利点を生かすことができる。本実施形態では、圧力室３１内のインクを加熱することで圧力室３１内のインクを低粘度化することができ、共通液室３２の液室空部３３や共通連通路４１を加熱することでノズル列内におけるインクの温度の均一性を確保しやすくすることができる。
【００７２】
＜第四の実施形態＞
本実施形態に係る液滴吐出ヘッドについて、詳細を以下に説明する。なお、上記の実施形態と同様の事項については記載を省略する。本実施形態における発熱素子５２のパターンは上記第一の実施形態と同様のパターンである。
本実施形態に係る液滴吐出ヘッドは、ノズル２７のヘルムホルツ周期を検出する検出手段を有し、ノズル２７ごとのヘルムホルツ周期が同一になるように発熱素子５２の加熱を制御する。なお、以下の説明では、ノズル列ごとにヘルムホルツ周期を検出し、加熱制御する態様を例に挙げて説明するが、ノズル２７ごとにヘルムホルツ周期を検出し、加熱制御することも可能である。
【００７３】
ヘルムホルツ周期の検出手段としては、例えば、レーザードップラーによるメニスカス面観察や正圧電効果を用いた圧電素子からの応答解析（例えば、特開２００４−２７６５４４参照）のような既知の手法を用いることができる。この検出手段により、各ノズル列のヘルムホルツ周期を検出することができる。検出手段は特に制限されるものではなく、適宜変更が可能であるが、例えば、圧電体そのものを検出装置として用いることができる。
なお、ヘルムホルツ周期はインクだけでなく圧電発生素子の影響をも含めた振動系全体の固有周期（共振周期）をいう。
【００７４】
図１０に、各ノズル列におけるヘルムホルツ周期を検出するフローの一例を示す。なお、図１０において、「Ｔｃ」はノズル列ごとのヘルムホルツ周期、「Ｔｓ」は閾値となるヘルムホルツ周期、「Ｔｒ」はノズル列間のヘルムホルツ周期の差における許容値を示す。
図１０に示されるように、まず、ノズル列ごとのヘルムホルツ周期（Ｔｃ）を検出手段により取得する。ノズル列ごとのヘルムホルツ周期（Ｔｃ）と閾値となるヘルムホルツ周期（Ｔｓ）との差（絶対値）が、ノズル列間のヘルムホルツ周期の差における許容値（Ｔｒ）よりも小さいかどうかをチェックする。この差がＴｒよりも大きい場合、この差を基に加熱時間を算出し、加熱を行う。
【００７５】
ヘルムホルツ周期の差は粘度の差を示すので、ノズル列間でのヘルムホルツ周期の差が一致するようにノズル列ごとに加熱を制御してヘルムホルツ周期を一致させるようにすることで、ノズル列間の吐出速度差（ばらつき）を改善できる。また、インクの粘度を加熱制御することで、リフレッシュ回数を低減させることができる。
本実施形態では、ノズル列ごとのヘルムホルツ周期が同一になるように加熱制御を行うが、厳密に「同一」でなくともよく、略同一であればよい。この場合、ノズル列間のヘルムホルツ周期の差における許容値（Ｔｒ）は、ヘッド構成等により適宜変更されるため、一概に規定できないが、本構成ではＴｒ＝２０μｓ以下であることが好ましい。
【００７６】
上述したように、上記の説明では、ノズル列ごとのヘルムホルツ周期を検出して加熱制御を行う態様について説明したが、本発明ではこれに限られるものではなく、ノズルごとのヘルムホルツ周期を検出して加熱制御を行うことも可能である。この場合、発熱素子５２を各圧力室３１ごとにパターニングし、個別に制御すれば、ノズル間の吐出速度のばらつきも改善できる。
【符号の説明】
【００７７】
１  プリンタ
２  記録媒体
３  液滴吐出ヘッド
４  キャリッジ
５  キャリッジ移動機構
６  プラテンローラー
７  インクカートリッジ
８  タイミングベルト
９  パルスモーター
１０  ガイドロッド
１５  ケース
１６  ヘッドユニット
１７  ユニット固定板
１７’、１８’  開口部
１８  ヘッドカバー
１９  針ホルダー
２０  インク導入針
２１  流路ユニット
２２  ノズル基板
２３  連通基板
２４  保護基板
２５  コンプライアンスシート
２６  ユニットケース
２７  ノズル
２９  圧力室形成基板
３０  弾性膜
３１  圧力室
３２  共通液室
３３  液室空部
３４  供給側連通路
３５  圧電素子
３６  ノズル連通路
３８  配線空部
３９  逃げ凹部
４０  肉薄部
４１  共通連通路
４２  個別連通路
４３  第一の接合代
４４  貫通空部
４５  インク導入部
４６  液室形成空部
４７  収容空部
４８  隔壁
４９  フレキシブルケーブル
５０  駆動ＩＣ
５１  第二の接合代
５２  発熱素子
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７８】
【特許文献１】特許第４４５３７２０号公報
【図１】
2016078316.tif 000003
【図２】
2016078316.tif 000004
【図５】
2016078316.tif 000005
【図６】
2016078316.tif 000006
【図９】
2016078316.tif 000007
【図１０】
2016078316.tif 000008
【図３】
2016078316.tif 000009
【図４】
2016078316.tif 000010
【図７】
2016078316.tif 000011
【図８】
2016078316.tif 000012