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1. (WO2017169681) INK JET HEAD AND INK JET RECORDING APPARATUS
Document

明 細 書

発明の名称 インクジェットヘッド及びインクジェット記録装置

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003   0004  

先行技術文献

特許文献

0005  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0006   0007   0008  

課題を解決するための手段

0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017  

発明の効果

0018  

図面の簡単な説明

0019  

発明を実施するための形態

0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081   0082   0083   0084   0085   0086   0087   0088   0089   0090   0091   0092   0093   0094   0095   0096   0097   0098   0099  

産業上の利用可能性

0100  

符号の説明

0101  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8   9  

図面

1   2   3A   3B   4   5A   5B   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15   16A   16B   17A   17B   18  

明 細 書

発明の名称 : インクジェットヘッド及びインクジェット記録装置

技術分野

[0001]
 本発明は、インクジェットヘッド及びインクジェット記録装置に関する。

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。また、インクジェット記録装置うち、特にインクジェットヘッドを固定して記録媒体を搬送する1パス方式が、生産性が高い描画方式であるとして知られている。しかし、ノズル近傍に気泡や異物が存在する場合、射出性能が低下するために、これらの気泡や異物を除去するメンテナンス作業が必要であり、当該メンテナンス作業に時間を要すると生産性が大幅に低下するという問題がある。
[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流路を設けることによって、別途のメンテナンス作業を要することなくノズル近傍の気泡等を除去できるインクジェット記録装置が知られている。
 例えば、特許文献1には、ノズルから射出されるインクを貯留する圧力室と、ノズル近傍に連結する連通流路(高インピーダンスチャンネル)とを備えたインクジェットヘッドが開示されている。当該インクジェットヘッドでは、当該連通流路からノズルに向かってインクを流すことで、ノズル近傍の気泡等を、圧力室を経てマニホールド側に排出することができる。
[0004]
 また、特許文献2には、ノズルから射出されるインクを貯留する圧電材料の隔壁によって形成された圧力室と、ノズル近傍に連結する個別連通流路と、当該個別連通流路からのインクが合流する共通連通流路と、ヘッドの外部にインクを排出するための流路と、を備えたインクジェットヘッドが開示されている。当該インクジェットヘッドでは、個別連通流路及び共通連通流路はノズルが設けられた基板に設けられており、ノズル近傍の気泡等をインクとともにこれらの流路を通過させて、インクジェットヘッドの外部に排出できる。
 特許文献1及び2記載のインクジェットヘッドでは、ノズルからインクを射出しながら、ノズル近傍の気泡等を除去できるため、別途のメンテナンス作業による生産性の低下を抑えることが可能である。

先行技術文献

特許文献

[0005]
特許文献1 : 特許第5047958号公報
特許文献2 : 特許第5381915号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0006]
 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連通流路(高インピーダンスチャンネル)や圧力室等が必要であり、多数のノズルを有する構成とする場合、大型化するという問題がある。ここで、特に記録媒体を回転するドラムにインクジェットヘッドを固定して連続印字するインクジェット記録装置(図1参照)では、インクジェットヘッドが大型であると、記録媒体とインクジェットヘッドの各ノズルとの距離を一定に保ちにくくなり、高精細な印字をすることが難しくなる。そのため、インクジェットヘッドを小型にすることが求められている。また、製造に使用する材料の増加による製造コストの増加や、装置の省スペース化の観点からも、インクジェットヘッドを小型にすることが望ましい。
[0007]
 また、特許文献2に記載のインクジェットヘッドは、ノズルが設けられた基板に流路を設けるので、小型化可能な構成である。しかしながら、ノズルが設けられた基板の狭い領域にのみ個別連通流路及び共通連通流路が形成されているため、これらの流路の流路抵抗を下げることが難しく、気泡等を排出するために十分なインクの循環流を発生させることが難しい。
[0008]
 本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、その解決課題は、小型化可能であり、かつ気泡等を効果的に排出可能な流路を有するインクジェットヘッド及びインクジェット記録装置を提供することである。

課題を解決するための手段

[0009]
 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が形成されたノズル層と、前記複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室が形成された圧力室層と、を有するヘッドチップと、
 前記複数の圧力室に供給するインクを貯留するマニホールドと、
 を備えるインクジェットヘッドであって、
 前記ヘッドチップは、
 前記複数の圧力室の各々に連通し、前記圧力室のインクを排出可能な複数の個別連通流路と、
 前記圧力室層のノズル層に面する部分に設けられ、前記複数の個別連通流路が連結し、前記複数の個別連通流路から排出されたインクが合流する共通連通流路と、
 を有することを特徴とする。
[0010]
 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において、
 前記共通連通流路のインクの射出方向の幅は、前記ノズル層の厚さよりも大きいことを特徴とする。
[0011]
 請求項3に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載のインクジェットヘッドにおいて、
 前記個別連通流路は、前記ノズル層の前記圧力室層に面する部分に設けられていることを特徴とする。
[0012]
 請求項4に記載の発明は、請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載のインクジェットヘッドにおいて、
 前記圧力室層は、前記共通連通流路に連通し前記ノズル層側とは反対側に向かってインクを排出可能な排出流路を有することを特徴とする。
[0013]
 請求項5に記載の発明は、請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載のインクジェットヘッドにおいて、
 前記共通連通流路の前記ヘッドチップの長手方向の端部部分には、封止部材が設けられていることを特徴とする。
[0014]
 請求項6に記載の発明は、請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載のインクジェットヘッドにおいて、
 前記共通連通流路は、前記ヘッドチップの長手方向の端部に向かってインク射出方向の幅が狭くなり、上面と下面が結合することで封止されていることを特徴とする。
[0015]
 請求項7に記載の発明は、請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載のインクジェットヘッドにおいて、
 前記マニホールドが、前記圧力室の上部に設けられていることを特徴とする。
[0016]
 請求項8に記載の発明は、請求項1から請求項7までのいずれか一項に記載のインクジェットヘッドにおいて、
 前記複数の圧力室は、電圧の印加によってシェアモード型の変位をする隔壁で隔てられていることを特徴とする。
[0017]
 請求項9に記載の発明は、
 請求項1から請求項8までのいずれか一項に記載のインクジェットヘッドと、
 前記圧力室から前記個別連通流路への循環流を発生させるためのインクの循環手段と、
 を備えることを特徴とするインクジェット記録装置である。

発明の効果

[0018]
 本発明によれば、小型化可能であり、かつ気泡等を効果的に排出可能な流路を有するインクジェットヘッド及びインクジェット記録装置を提供することができる。

図面の簡単な説明

[0019]
[図1] インクジェット記録装置を示す概略図
[図2] ヘッドユニットを示す底面図
[図3A] インクジェットヘッドを示す斜視図
[図3B] インクジェットヘッドを示す断面図
[図4] インクジェットヘッドを示す分解斜視図
[図5A] ヘッドチップ、配線基板、フレキシブル基板及び駆動回路基板を示す上面側からの斜視図
[図5B] ヘッドチップ、配線基板、フレキシブル基板及び駆動回路基板を示す下面側からの斜視図
[図6] ヘッドチップ及び配線基板を模式的に示す分解斜視図
[図7] ヘッドチップ内のインクの流れを説明するための下面側からの斜視図
[図8] 図7中の(VIII)-(VIII)線に沿う部分で切断した断面図
[図9] 図8の変形例を示した断面図
[図10] 図7中の(X)-(X)線に沿う部分で切断した断面図
[図11] 図7中の(XI)-(XI)線に沿う部分で切断した断面図
[図12] 図11の変形例を示した断面図
[図13] ヘッドチップのノズル層を示す斜視図
[図14] 図13の点線部分(XIV)であって、ノズル層の上面における個別連通流路の上流側端部付近を拡大した平面図
[図15] 図14の変形例を示した平面図
[図16A] マニホールドを示す上面側からの斜視図
[図16B] マニホールドを示す下面側からの斜視図
[図17A] 筐体を示す上面側からの斜視図
[図17B] 筐体を示す下面側からの斜視図
[図18] インクジェット記録装置におけるインクの循環機構を示す概念図

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。なお、本明細書では、インクジェットヘッド100のノズル11aの配列方向を左右方向(図2、図6及び図7等参照)とし、インクの射出方向を上下方向とし、左右方向及び上下方向の双方に直交する方向を前後方向として説明する。また、図面の流路中の矢印は、インクの流れる方向を指す。
[0021]
[インクジェット記録装置]
 インクジェット記録装置200は、図1に示すように、給紙部210と、画像記録部220と、排紙部230と、インクの循環機構8(図18参照)等を備える。インクジェット記録装置200は、給紙部210に格納された記録媒体Mを画像記録部220に搬送し、画像記録部220で記録媒体Mに画像を形成し、画像が形成された記録媒体Mを排紙部230に搬送する。
 記録媒体Mとしては、普通紙や塗工紙といった紙のほか、布帛又はシート状の樹脂等、表面に着弾したインクを定着させることが可能な種々の媒体を用いることができる。
[0022]
 給紙部210は、記録媒体Mを格納する給紙トレー211と、給紙トレー211から画像記録部220に記録媒体Mを搬送して供給する媒体供給部212とを有する。媒体供給部212は、内側が2本のローラーにより支持された輪状のベルトを備え、このベルト上に記録媒体Mを載置した状態でローラーを回転させることで記録媒体Mを給紙トレー211から画像記録部220へ搬送する。
[0023]
 画像記録部220は、搬送ドラム221と、受け渡しユニット222と、加熱部223と、ヘッドユニット224と、定着部225と、デリバリー部226等を有する。
[0024]
 搬送ドラム221は、円柱面をなしており、その外周面が記録媒体Mを載置させる搬送面となっている。搬送ドラム221は、その搬送面上に記録媒体Mを保持した状態で図1中の矢印の向きに回転することによって、記録媒体Mを搬送面に沿って搬送する。また、搬送ドラム221は、爪部及び吸気部(図示省略)を備え、爪部により記録媒体Mの端部を押さえ、かつ吸気部により記録媒体Mを搬送面に吸い寄せることで、搬送面上に記録媒体Mを保持している。
[0025]
 受け渡しユニット222は、給紙部210の媒体供給部212と搬送ドラム221との間の位置に設けられ、媒体供給部212から搬送された記録媒体Mの一端をスイングアーム部222aで保持して取り上げ、受け渡しドラム222bを介して搬送ドラム221に引き渡す。
[0026]
 加熱部223は、受け渡しドラム222bの配置位置とヘッドユニット224の配置位置との間に設けられ、搬送ドラム221により搬送される記録媒体Mが所定の温度範囲内の温度となるように当該記録媒体Mを加熱する。加熱部223は、例えば、赤外線ヒーター等を有し、制御部(図示省略)から供給される制御信号に基づいて赤外線ヒーターに通電してヒーターを発熱させる。
[0027]
 ヘッドユニット224は、画像データに基づいて、記録媒体Mが保持された搬送ドラム221の回転に応じた適切なタイミングで記録媒体Mに対してインクを射出して画像を形成する。ヘッドユニット224は、インク射出面が搬送ドラム221に対向して所定の距離を置いて配置される。本実施形態のインクジェット記録装置200では、例えば、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の4色のインクにそれぞれ対応する4つのヘッドユニット224が、記録媒体Mの搬送方向上流側からY,M,C,Kの色の順に所定の間隔で並ぶように配列されている。
[0028]
 ヘッドユニット224は、図2に底面図を示すように、前後方向に隣接する一対のインクジェットヘッド100の組が、前後方向について異なる位置に千鳥状に配置されている。このようなインクジェットヘッド100の配置により、記録媒体Mに画像が形成される領域の幅よりも、インクジェットヘッド100のノズル11aの左右方向への配置された幅の方が、同等以上の幅の広さとなっている。また、ヘッドユニット224は、画像の記録時には搬送ドラム221の回転軸に対する位置が固定されて用いられる。即ち、インクジェット記録装置200は、ラインヘッドを用いた1パス描画方式の画像記録を行うインクジェット記録装置である。
[0029]
 インクジェットヘッド100のノズル11aから射出されるインクとしては、例えば、温度によってゲル状又はゾル状に相変化し、紫外線等のエネルギー線を照射することにより硬化する性質を有するものが用いられる。
 また、本実施形態では、例えば、常温でゲル状であり加熱されることによりゾル状となるインクが用いられる。ヘッドユニット224は、ヘッドユニット224内に貯留されるインクを加熱する図示略のインク加熱部を備え、当該インク加熱部は、ゾル状となる温度にインクを加熱できるようになっている。インクジェットヘッド100は、加熱されてゾル状となったインクを射出する。このゾル状のインクが記録媒体Mに射出されると、インク滴が記録媒体Mに着弾した後、自然冷却されることで速やかにインクがゲル状となって記録媒体M上で凝固する。
[0030]
 定着部225は、搬送ドラム221のX方向の幅に亘って配置された発光部を有し、搬送ドラム221に載置された記録媒体Mに対して当該発光部から紫外線等のエネルギー線を照射して記録媒体M上に射出されたインクを硬化させて定着させる。定着部225の発光部は、搬送方向についてヘッドユニット224の配置位置の下流側かつデリバリー部226の受け渡しドラム226aの配置位置の上流側に搬送面と対向して配置される。
[0031]
 デリバリー部226は、内側が2本のローラーにより支持された輪状のベルトを有するベルトループ226bと、記録媒体Mを搬送ドラム221からベルトループ226bに受け渡す円筒状の受け渡しドラム226aとを有し、受け渡しドラム226aにより搬送ドラム221からベルトループ226b上に受け渡された記録媒体Mをベルトループ226bにより搬送して排紙部230に送出する。
[0032]
 排紙部230は、デリバリー部226により画像記録部220から送り出された記録媒体Pが載置される板状の排紙トレー231を有する。
[0033]
[インクジェットヘッド]
 図3Aは、本発明を適用した実施形態のインクジェットヘッド100を示す斜視図であり、図3Bはインクジェットヘッド100の断面図である。また、図4は、インクジェットヘッド100を示す分解斜視図である。なお、図3Aでは、マニホールド5の図示を省略しており、図3B及び図4では、カバー部材9の図示を省略している。
 なお、本実施形態では、ヘッドチップ1のノズル列が2列である例について説明するが、ノズル11aの列数や配置は適宜変更可能であり、例えば、1列でもよく、3列以上であってもよい。
[0034]
 本実施形態のインクジェットヘッド100は、図3A、図3B及び図4等に示すように、ヘッドチップ1と、ヘッドチップ1が配設された配線基板2と、配線基板2とフレキシブル基板3を介して接続された駆動回路基板4と、ヘッドチップ1内の圧力室13Aに供給するインクを貯留するマニホールド5と、内側にマニホールド5が収納された筐体6と、筐体6の底面開口を塞ぐように取り付けられたキャップ受板7と、筐体6に取り付けられたカバー部材9等を備えている。
[0035]
 ヘッドチップ1は、左右方向に長尺な略四角柱状の部材であり、ノズル層11と圧力室層12とによって構成されている(図6、図7等参照)。なお、図7~図13では、ヘッドチップ1の一部の領域のみを拡大して模式的に示しており、ヘッドチップ1の左側の端部側の領域は図示を省略している。
[0036]
 圧力室層12には、圧力室13A、排出流路13B及び共通連通流路19等が設けられている。
 圧力室13Aは、圧電材料によって形成された隔壁により隔てられて形成されており、ノズル11aから射出するためのインクを貯留している。各圧力室13Aの内面には、隣接する圧力室13A間の隔壁を駆動するための駆動電極14が設けられており、駆動電極14に電圧が印加されると、隣接する圧力室13A間の隔壁部分がシェアモード型の変位を繰り返すことにより、圧力室13A内のインクに圧力が加えられる。なお、本実施形態においては、駆動電極14は金属被膜となっている。
[0037]
 また、各圧力室13Aは、略矩形状の断面を有し上下方向に沿って形成されており、圧力室層12の上面に入口を有し、下面に出口を有している。また、各圧力室13Aは、入口から出口に亘る長さ方向(上下方向)で大きさと形状がほぼ変わらないストレートタイプであり、複数の圧力室13A,…が互いに平行となるように配設されている。そして、これらの複数の圧力室13Aが左右方向に配列されるとともに、前後方向に2つの列をなすように形成されている。なお、図6以外では、駆動電極14の図示を省略している。
[0038]
 排出流路13Bは、圧力室13Aと同様に隔壁により隔てられて形成されており、上側(ノズル層11側とは反対側)に向かって、インクをインクジェットヘッド100の外部に排出するための流路となっている。また、排出流路13Bは、上下方向に沿って形成されており、圧力室層12の上面に出口を有し、下面に入口を有している。また、排出流路13Bは、入口から出口に亘る長さ方向(上下方向)で大きさと形状がほぼ変わらないストレートタイプであり、圧力室13A,…と互いに平行になるように並んで配設され、ヘッドチップ1の右端部付近に2つ形成されている。
 また、排出流路13Bは、図6、図10及び図11等に示すように、インクの排出効率を高める観点から、圧力室13Aよりも大きな容積を有するように設けることが好ましい。
[0039]
 共通連通流路19は、圧力室層12のノズル層11に面する部分に設けられており、圧力室13Aに連通する個別連通流路18が連結し、その個別連通流路18から流れてくるインクが合流する。また、共通連通流路19は、左右方向に平行となるようにノズル列毎に設けられており、共通流路の右端部付近で排出流路13Bに連通している(図6、図7及び図11参照)。また、本実施形態では共通連通流路19を圧力室層12に設けることによって、共通連通流路19の上下方向の幅を、ノズル層11の厚さよりも大きくできるため、ノズル層11のみに共通連通流路19を設けるときよりも、流路の容積を大きくできる。また、容積の大きな共通連通流路19を設けることで、ヘッドチップ1内のインクの循環量を増やすことができるため、気泡等を効果的に排出することができる。また、ヘッドチップ1の放熱を効果的に行うことができる。
[0040]
 ノズル層11は、矩形板状の部材であり、圧力室層12の下面に、圧力室13A及び排出流路13Bの下側の端部を塞ぐように配設されている。また、ノズル層11には、ノズル11aと、個別連通流路18等が設けられている。
[0041]
 ノズル11aは、ノズル層11における各圧力室13Aの対向位置に厚み方向(上下方向)に貫通して設けられており、連通する圧力室13Aに貯留されたインクを射出するようになっている。なお、本実施形態においては、ノズル11aは左右方向に配列されるとともに、前後方向に2つの列をなしている。
[0042]
 個別連通流路18は、ノズル層11の圧力室層12に面する部分に、ノズル11a側から共通連通流路19に向かって前後方向に延在するよう形成されており、圧力室13Aと、共通連通流路19とを連通している(図8、図13等参照)。
[0043]
 なお、本実施形態では、個別連通流路18は、ノズル列毎に設けられた1つの共通連通流路19に対して、ノズル11aから近い方の共通連通流路19に向かってのみ設けられているが(図8及び図13)、これに限られない。例えば、図9に変形例を示すように、前後方向に平行な共通連通流路19を、圧力室13Aの前後方向の両側に1列ずつ設け、その両方の共通連通流路19,19のそれぞれに向かって、個別連通流路18,18を設けることとしても良い。このような構成とすれば、インクの循環量をさらに増やすことができるため、気泡等をより効果的に排出することができる。
 また、本実施形態では、個別連通流路18をノズル層11にのみ形成しているが、各圧力室13Aと共通連通流路19とを連通していれば、必ずしもノズル層11のみに形成する必要はなく、圧力室層12に形成しても良いし、ノズル層11と圧力室層12とに跨って形成しても良い。
 また、ノズル層11に個別連通流路18を設けた場合には、図13に示すように、共通連通流路19をノズル層11に跨って形成することが好ましい。これにより、個別連通流路18から流れてきたインクを、圧力室層12の共通連通流路19に流しやすくできる。
[0044]
 ヘッドチップ1を、共通連通流路19を通過するように上下方向で切断した断面(図7のXI-XIに沿う断面)を図11に示す。共通連通流路19の長手方向(左右方向)の端部部分には、封止部材12cが設けられおり、封止部材12cによって端部が封止されている。このような構成とすることにより、圧力室層12に共通連通流路19を形成する際に、左右方向(共通連通流路19の長手方向)の側面部まで貫くように製造できるので、共通連通流路19を製造効率が高い方法で製造できる。
 なお、共通連通流路19を封止する構成としては、共通連通流路19からインクが漏れないように封止されていれば適宜の構成に変更可能である。例えば、ヘッドチップ1の左右方向の側面に向かって上下方向(インク射出方向)の幅を狭くして、上面と下面が結合することによって封止することとしても良い(図12)。このような構成とすれば、ノズル層11と圧力室層12の接合のみで封止することができる。
 なお、図11及び図12では、左端部側の領域は図示省略しているが、それぞれ右端部側と同様の方法で、共通連通流路19の側面部が封止されていることが好ましい。
[0045]
 ノズル層11の上面における個別連通流路18の上流側端部付近を拡大した平面図(図13の点線部分(XIV))を図14に示す。図8及び図14に示すように、ノズル層11
のノズル11a上部に矩形状の凹部11bを設け、凹部11bの内にノズル11aが穿設されている。また、図14に示すように、個別連通流路18の上流側端部は、凹部11b側(上流側)ほど幅が広くなるようテーパー状に形成することが好ましい。このような形状とすることにより、気泡が引っかかり難くなるため、ノズル11a付近に存在する気泡を排出しやすくできる。
 また、図15には、ヘッドチップ1を図9に示した変形例に示す構成とした場合について、個別連通流路18の上流側端部付近を拡大した平面図を示す。この変形例では、ノズル層11の凹部11bから、前側及び後側に1列ずつ設けられた共通連通流路19,19のそれぞれに向かって、個別連通流路18,18が設けられている。
[0046]
 以上のようなノズル層11は、例えば、ポリイミド材料のプレートに対してレーザー加工する方法や、シリコン材料のプレートに対してエッチング加工する方法によって、ノズル11a、凹部11b及び個別連通流路18を一遍に形成することで製造することができる。なお、ノズル層11の材料は、エッチング加工が可能である限りにおいて、樹脂や金属としても良い。
[0047]
 ヘッドチップ1の上面には、図5A及び図5Bに示すように、配線基板2が配設され、配線基板2の左右方向に沿った両縁部に、駆動回路基板4,4と接続された2つのフレキシブル基板3,3が配設されている。
[0048]
 配線基板2は、左右方向に長尺な略矩形板状に形成されており、その略中央部に開口部22を有している。配線基板2の左右方向及び前後方向の各幅は、ヘッドチップ1よりもそれぞれ大きく形成されている。
[0049]
 開口部22は、左右方向に長尺な略矩形状に形成されており、配線基板2にヘッドチップ1が取り付けられた状態においては、ヘッドチップ1における各圧力室13Aの入口と、排出流路13Bの出口とを上側に露出させるようになっている。
[0050]
 また、開口部22の前後方向側の縁部には、ヘッドチップ1の駆動電極14からヘッドチップ1の上面に引き出された電極(図示省略)に接続される電極部21が所定数配設されている(図6)。
[0051]
 また、図4、図5A及び図5B等に示すように、配線基板2の前後方向側の縁部の各々には、フレキシブル基板3が配設されている。
[0052]
 フレキシブル基板3は、図6に示すように、駆動回路基板4と配線基板2の電極部21とを電気的に接続させる複数の配線31,…を有している。これにより、駆動回路基板4からの信号が、配線31及び電極部21を介して、ヘッドチップ1の各圧力室13A内の駆動電極14に印加される。
[0053]
 また、図4に示すように、配線基板2の外縁部には、マニホールド5の下端部が接着により取り付け固定されている。即ち、マニホールド5は、ヘッドチップ1の圧力室13Aの入口側(上側)に配置され、配線基板2を介してヘッドチップ1と連結されている。
[0054]
 マニホールド5は、樹脂により成形されてなる部材であり、ヘッドチップ1の圧力室13Aの上部に設けられ、圧力室13Aに導入されるインクを貯留するものである。具体的には、図3B、図16A及び図16B等に示すように、マニホールド5は、左右方向に長尺に形成されており、インク貯留部51を構成する中空状の本体部52と、インク流路を構成する第1~第4インクポート53~56とを備えている。
[0055]
 本体部52は、下側開口の凹型に形成され、その下端開口の縁部に、配線基板2が接着により取り付け固定される配線基板取付部521が設けられている。そして、下端開口を塞ぐようにヘッドチップ1を具備する配線基板2が配線基板取付部521に取り付けられることにより、インク貯留部51が構成される。
[0056]
 インク貯留部51の右側上端部には、第1インクポート53が連通されている。また、インク貯留部51の左側上端部に第2インクポート54が連通され、この第2インクポート54が連通された部分よりもさらに左側、且つ、下側に第3インクポート55が連通されている。更に、インク貯留部51の右側下端部には、ヘッドチップ1の排出流路13Bに連通する排出用液室57が区画されており、この排出用液室57には、第4インクポート56が連通されている。
[0057]
 また、図3Bに示すように、本体部52の内側であって、インク貯留部51の上下方向中央やや下寄りの位置には、インク中のゴミを除去するためのフィルタFが配設されている。
 また、インク貯留部51には、図3B及び図8B等に示すように、本体部52の下端部から上側に向かって上下方向に沿って略同じ高さに形成された内側面部511が設けられている。ここで、インク貯留部51は、この内側面部511の上端から内側に向かって前後方向及び左右方向に対して略平行に所定の長さ延出され、略矩形状のフィルタFの外縁部が当接するフィルタ縁取付部512が設けられている。
 また、フィルタ縁取付部512の左端部であって、第2インクポート54と第3インクポート55の間の部分には、内側面部511の前面と後面を亘るように形成され、フィルタFの左端よりもわずかに内側の部分が当接する端部側フィルタ取付部513が設けられている。この端部側フィルタ取付部513は、フィルタ縁取付部512と略等しい高さに形成されている。
 そして、端部側フィルタ取付部513及びフィルタ縁取付部512にフィルタFが接着により取り付け固定されている。
[0058]
 このように、インク貯留部51にフィルタFが配設されることによって、当該インク貯留部51は、第1インクポート53及び第2インクポート54に連通された第1液室51aと、ヘッドチップ1における各圧力室13Aに連通された第2液室51bとに区画されている。このうち、第2液室51bは、フィルタFを介して第3インクポート55と連通
している。
[0059]
 第1インクポート53は、例えば、インク貯留部51にインクを導入するためのものである。この第1インクポート53は、上下方向に沿って延在する円筒状に形成され、外径が上下方向に亘って略等しくされている。また、第1インクポート53は、マニホールド5が筐体6に取り付けられる際に、筐体6の第1挿通孔66(後述)に挿通されるようになっており、当該第1インクポート53の外径は、第1挿通孔66の内径と略等しいか、或いは、これよりもわずかに小径とされている。
[0060]
 また、第1インクポート53の先端部には、第1ジョイント81aが外挿されるようになっている。即ち、マニホールド5を筐体6に取り付ける際に、第1挿通孔66に挿通され、筐体6の上面から突出された第1インクポート53の先端部に第1ジョイント81aが上下方向にスライド自在に外挿されている。この第1ジョイント81aは、図示しないインク供給管が上端部に接続されるタケノコ継手(継手部材)である。具体的には、第1ジョイント81aは、上下方向に沿って延在する筒状に形成され、上端部にインク管接続部811が形成され、インク管接続部811の下側に第1インクポート53の先端部が挿入される先端挿入部812が設けられている。
[0061]
 第2インクポート54は、例えば、第1液室51a内の気泡を除去するためのものである。この第2インクポート54は、第1インクポート53と略等しい形状に形成されている。
 即ち、第2インクポート54は、上下方向に沿って延在する円筒状に形成され、外径が上下方向に亘って略等しくされている。また、第2インクポート54は、マニホールド5が筐体6に取り付けられる際に、筐体6の第2挿通孔64(後述)に挿通されるようになっており、当該第2インクポート54の外径は、第2挿通孔64の内径と略等しいか、或いは、これよりもわずかに小径とされている。
[0062]
 また、第2インクポート54の先端部には、第2ジョイント81bが外挿されるようになっている。即ち、マニホールド5を筐体6に取り付ける際に、第2挿通孔64に挿通され、筐体6の上面から突出された第2インクポート54の先端部に第2ジョイント81bが上下方向にスライド自在に外挿されている。第2ジョイント81bは、第2インクポート54の先端部が上下方向にスライド自在に挿入される先端挿入部812が下部に形成されている。なお、第2ジョイント81bの構成は、第2インクポート54に外挿される第1ジョイント81aと略等しくなっており、その詳細な説明は省略する。
[0063]
 第3インクポート55は、例えば、第2液室51b内の気泡を除去するためのものである。この第3インクポート55は、上下方向に沿って延在する円筒状に形成され、外径が上下方向に亘って略等しくされている。また、第3インクポート55は、マニホールド5が筐体6に取り付けられる際に、筐体6の第3挿通孔65(後述)に挿通されるようになっており、当該第3インクポート55の外径は、第3挿通孔65の内径と略等しいか、或いは、これよりもわずかに小径とされている。
[0064]
 また、第3インクポート55の先端部には、第3ジョイント82が外挿されるようになっている(図3A等参照)。即ち、マニホールド5を筐体6に取り付ける際に、第3挿通孔65に挿通され、筐体6の上面から突出された第3インクポート55の先端部に第3ジョイント82が上下方向にスライド自在に外挿されている。なお、第3ジョイント82は、第1ジョイント81a及び第2ジョイント81bの寸法を第3インクポート55の先端部に外挿可能となるように小さくしたものであり、その主要な構成は第1ジョイント81a及び第2ジョイント81bと略等しくなっているため、その詳細な説明は省略する。
[0065]
 第4インクポート56は、個別連通流路18、共通連通流路19及び排出流路13Bを介してヘッドチップ1における圧力室13A内の気泡をインクジェットヘッド100の外部に排出するためのものである。この第4インクポート56は、上下方向に沿って延在する円筒状に形成され、外径が上下方向に亘って略等しくされている。また、第4インクポート56は、マニホールド5が筐体6に取り付けられる際に、筐体6の排出用挿通孔67(後述)に挿通されるようになっており、当該第4インクポート56の外径は、排出用挿通孔67の内径と略等しいか、或いは、これよりもわずかに小径とされている。
[0066]
 次に、筐体6について、図17A及び図17B等を参照して説明する。
[0067]
 筐体6は、アルミニウムを材料としてダイキャスト法により成形されてなる部材であり、左右方向に長尺に形成されている。また、筐体6は、その内側にヘッドチップ1、配線基板2及びフレキシブル基板3が取り付けられたマニホールド5を収納可能に形成されてなり、当該筐体6の底面が開放されている。
 具体的には、筐体6の下端部には、左右方向に長尺な略矩形状の下側開口部61が形成されてなり、当該下側開口部61を介して、ヘッドチップ1、配線基板2及びフレキシブル基板3が取り付けられたマニホールド5を下側から挿通させるようにして、当該筐体6の内側に配設可能となっている。
[0068]
 下側開口部61の縁部には、キャップ受板7(図4等参照)が取り付け固定されるキャップ受板取付部62が設けられている。
 キャップ受板7は、図4に示すように、キャップ受板取付部62の形状に対応させて、外形が左右方向に長尺な略矩形板状に形成され、その略中央部にノズル層11を露出させる左右方向に長尺なノズル用開口部71が形成されている。
 そして、筐体6の内側にヘッドチップ1、配線基板2及びフレキシブル基板3が取り付けられたマニホールド5を配設した後、ノズル層11がノズル用開口部71を介して露出するようにしてキャップ受板7をキャップ受板取付部62に取り付けることにより、筐体6の下側開口部61が塞がされた状態となる。
[0069]
 また、図4、図17A及び図17B等に示すように、筐体6の左右方向の略中央部には、マニホールド5に接続された2つの駆動回路基板4,4及びフレキシブル基板3,3を挿通させる基板挿通用開口63が2つ形成されている。
 これら基板挿通用開口63,63は、筐体6にカバー部材9(図3A参照)が取り付けられることで閉塞されるようになっている。
[0070]
 筐体6の2つの基板挿通用開口63,63の左側には、マニホールド5の第2インクポート54の先端部が挿通される第2挿通孔64が形成され、第2挿通孔64よりもわずかに左側であって当該第2挿通孔64よりも低い位置に、マニホールド5の第3インクポート55の先端部が挿通される第3挿通孔65が形成されている(図3B参照)。
[0071]
 第2挿通孔64は、筐体6の左第1上面6aから所定の深さ凹んだ左上側凹部641に配設され、当該左上側凹部641の底面を上下方向に貫通するように形成されている。また、第2挿通孔64は、第2インクポート54の外径と略等しいか、或いは、これよりもわずかに大径とされている。さらに、第2挿通孔64の外縁部は、左右方向及び前後方向に対して略平行に形成されている。
[0072]
 第3挿通孔65は、左第1上面6aよりも低い左第2上面6bから所定の深さ凹んだ左下側凹部651に配設され、当該左下側凹部651の底面を上下方向に貫通するように形成されている。また、第3挿通孔65は、第3インクポート55の外径と略等しいか、或いは、これよりもわずかに大径とされている。さらに、第3挿通孔65の外縁部は、左右方向及び前後方向に対して略平行に形成されている。
[0073]
 一方、筐体6の2つの基板挿通用開口63,63の右側には、第2挿通孔64と略等しい高さに、マニホールド5の第1インクポート53の先端部が挿通される第1挿通孔66が形成され、第1挿通孔66よりもわずかに右側であって当該第1挿通孔66よりも低い位置に、マニホールド5の第4インクポート56の先端部が挿通される排出用挿通孔67が形成されている(図3B参照)。
[0074]
 第1挿通孔66は、筐体6の右第1上面6cから所定の深さ凹んだ右上側凹部661に配設され、当該右上側凹部661の底面を上下方向に貫通するように形成されている。また、第1挿通孔66は、第1インクポート53の外径と略等しいか、或いは、これよりもわずかに大径とされている。さらに、第1挿通孔66の外縁部は、左右方向及び前後方向に対して略平行に形成されている。
[0075]
 排出用挿通孔67は、右第1上面6cよりも低い右第2上面6dから所定の深さ凹んだ右下側凹部671に配設され、当該右下側凹部671の底面を上下方向に貫通するように形成されている。また、排出用挿通孔67は、第4インクポート56の外径と略等しいか、或いは、これよりもわずかに大径とされている。さらに、排出用挿通孔67の外縁部は、左右方向及び前後方向に対して略平行に形成されている。
[0076]
 また、筐体6の第3挿通孔65よりも左側の端部及び排出用挿通孔67よりも右側の端部には、当該筐体6をプリンタ本体側に取り付けるための取付用孔68がそれぞれ形成されている。
[0077]
[インクの循環機構]
 本実施形態におけるインクジェット記録装置200は、インクの循環手段としてのインクの循環機構8を有している。インクの循環機構8は、圧力室13Aから個別連通流路18への循環流を発生させ、圧力室13A内のインクを排出流路13Bからヘッドチップの外部に排出することができれば構成は適宜選択可能であるが、以下その一例について説明する。
 インクの循環機構8は、メインタンク201、サブタンク202及び循環流路203等によって構成されている(図18)。なお、図18は、インクジェット記録装置200におけるインクの循環を説明するための概念図であり、インクの流れる方向を矢印で指している。
[0078]
 メインタンク201には、サブタンク202に供給するためのインクが充填されており、インク流路によってサブタンク202に接続されている。そして、例えば、圧力発生手段としてのポンプ(図示省略)等によって加えられた圧力によって、メインタンク201からサブタンク202にインクを供給することができるようになっている。
[0079]
 サブタンク202には、インクジェットヘッド100に供給するためのインクが充填されており、インク流路によって、インクジェットヘッド100の第1インクポート53に接続されている。そして、例えば、圧力発生手段としてのポンプ(図示省略)等によって加えられた圧力によって、サブタンク202からインクジェットヘッド100にインクを供給することができるようになっている。また、サブタンク202は、気液分離機能を有しており、内部に充填されているインクから気泡を分離できるようになっている。
[0080]
 ここで、サブタンク202からインクジェットヘッド100に供給されたインクは、第1インクポート53及びインク貯留部51を介して各圧力室13Aに流入する。つまり、本実施形態においては、第1インクポート53及びインク貯留部51は、複数の圧力室13Aに対し、当該圧力室13Aの上流側からインクを供給する流路として機能するようになっている。また、上述した通り、圧力室13A内のインクは、圧力室13Aの駆動電極14に電圧が印加されることによって、隣接する圧力室13A間の隔壁部分が変位し、ノズル11aから射出されるようになっている。
[0081]
 また、各圧力室13A内のインクは、上述のようにノズル11aから射出される他、気泡とともに個別連通流路18を介して共通連通流路19に流入した後、排出流路13B、排出用液室57及び第4インクポート56を介してインクジェットヘッド100の外部に排出されるようになっている。つまり、本実施形態においては、排出流路13B、排出用液室57及び第4インクポート56は、共通連通流路19からインクジェットヘッド100の外部にインクを排出する流路として機能するようになっている。
[0082]
 インクジェットヘッド100の第4インクポート56には、当該第4インクポート56から排出されるインクをサブタンク202に供給する循環流路203が接続されている。そして、第4インクポート56から排出されたインクは、循環流路203を介してサブタンク202に供給された後、気泡と分離されて再利用されるようになっている。
[0083]
[本発明の技術的効果]
 以上説明したように、本発明のインクジェットヘッド100におけるヘッドチップ1は、複数のノズル11aが形成されたノズル層11と、当該複数のノズル11aにそれぞれ連通する複数の圧力室13Aが形成された圧力室層12と、を有し、複数の圧力室13Aの各々に連通し、圧力室13Aのインクを排出可能な複数の個別連通流路18と、圧力室層12のノズル層に面する部分に設けられ、複数の個別連通流路18が連結し、複数の個別連通流路18から排出されたインクが合流する共通連通流路19とを有している。圧力室層12に共通連通流路を設けることによって、インクを排出するための共通連通流路19の容積を大きく確保して気泡等を効果的に排出することができ、かつ隔壁を等間隔で配置することで小型化可能な構成になっている。また、容積の大きな共通連通流路19を設けることで、ヘッドチップ1内のインクの循環量を増やすことができるため、ヘッドチップ1の放熱を効果的に行うことができる。
[0084]
 また、本実施形態のインクジェットヘッド100は、ヘッドチップ1に設けられた共通連通流路19の上下方向(インクの射出方向)の幅を、ノズル層11の厚さよりも大きくすることで、ノズル層11のみに共通連通流路19を設けるときよりも、流路の容積を大きくすることができる。
[0085]
 また、本実施形態のインクジェットヘッド100は、個別連通流路18を、ノズル層11の圧力室層12に面する部分に設けることで、個別連通流路18を、ノズル層11のプレートに対するエッチング加工等によって高精度に設けることができる。
[0086]
 また、本実施形態のインクジェットヘッド100は、圧力室層12に、共通連通流路19に連通し、上側(ノズル層11側とは反対側)に向かってインクを排出可能な排出流路13Bを設けることで、インクの排出口が上部になるため、インクジェットヘッド100を小型化することができる。
[0087]
 また、本実施形態のインクジェットヘッド100は、共通連通流路19のヘッドチップ1の長手方向(左右方向)の端部部分に、封止部材12cを設ける構成とすることで、共通連通流路19をヘッドチップに形成する際に、共通連通流路19の長手方向の側面部まで貫くように製造できるので、製造効率が高い方法で製造できる。
[0088]
 また、本実施形態のインクジェットヘッド100は、共通連通流路19を、ヘッドチップ1の長手方向(左右方向)の端部に向かってインク射出方向(上下方向)の幅が狭くなり、上面と下面が結合することによって封止することで、ノズル層11と圧力室層12の接合のみで封止することができる。
[0089]
 また、本実施形態のインクジェットヘッド100は、マニホールド5を圧力室13Aの上部に設けることで、インクの供給と排出を上部でまとめて行う構成とできるため、インクジェットヘッド100をより小型化することができる。
[0090]
 また、本実施形態のインクジェットヘッド100は、電圧の印加によってシェアモード型の変位をする隔壁で隔てられた圧力室13Aを備えたシェアモード型のインクジェットヘッド100に、好適に適用することができる。
[0091]
 また、本実施形態のインクジェットヘッド100と、圧力室13Aから個別連通流路18への循環流を発生させるためのインクの循環手段と、を備えるインクジェット記録装置200とすることで、圧力室13Aやノズル11a付近に存在する気泡等をインクとともにインクジェットヘッド100の外部に排出可能なインクジェット記録装置200とすることができる。
[0092]
[その他]
 以上で説明した本発明の実施形態は、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。すなわち、本発明の範囲は、上記した説明ではなくて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。
[0093]
 例えば、インクジェットヘッド100の例として、シェアモード型のインクジェットヘッド100を一例に示して説明したが、シェアモード型に限定されず、圧力室13A内のインクに圧力が加えられる手段が設けられていればよい。
[0094]
 また、インクジェット記録装置200として、ラインヘッドを用いた1パス描画方式のインクジェット記録装置200を説明したが、スキャン方式のインクジェット記録装置200であってもよい。
[0095]
 また、ヘッドチップ1のノズル列が2列である実施形態で説明したが、ノズル11aの列数や配置は適宜変更可能であり、例えば、1列でもよく、3列以上であってもよい。
 また、圧力室層12の右側に、排出流路13Bを2つ設ける構成としたが、排出流路を連結して1つのみとしても良い。また、右側だけでなく、左側にも排出流路13Bを設ける構成としてもよい。
[0096]
 また、図18を用いてインクの循環機構8について説明したが、圧力室13Aから個別連通流路18への循環流を発生させ、圧力室13A内のインクを排出流路13Bからヘッドチップの外部に排出することができれば、構成は適宜変更可能である。
[0097]
 また、ヘッドユニット224として、前後方向に隣接する一対のインクジェットヘッド100の組が、前後方向について異なる位置に千鳥状に配置されたヘッドユニット224を説明したが、インクジェットヘッド100の配置方法は適宜変更可能である。
[0098]
 また、図12には、共通連通流路19が、長手方向の端部に向かって幅が狭くなり、上面と下面が結合するように設けられた例を示したが、図12のように上面と下面が徐々に近づくような構成に限られず、例えば、上面部を階段状になるように設けてもよい。
[0099]
 また、ヘッドチップ1の圧力室13A及び排出流路13Bを、ヘッドチップの上下面で開口するストレートタイプとして説明したが、ヘッドチップ1の下面で開口するとともに、上方に向かうに従って湾曲し、ヘッドチップ1の側面で開口する形状としても良い。

産業上の利用可能性

[0100]
 本発明は、インクジェットヘッド及びインクジェット記録装置に利用することができる。

符号の説明

[0101]
1   ヘッドチップ
5   マニホールド
8   インクの循環機構(インクの循環手段)
11  ノズル層
11a ノズル
12  圧力室層
12c 封止部材
13A 圧力室
13B 排出流路
18  個別連通流路
19  共通連通流路
100 インクジェットヘッド
200 インクジェット記録装置

請求の範囲

[請求項1]
 インクを射出する複数のノズルが形成されたノズル層と、前記複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室が形成された圧力室層と、を有するヘッドチップと、
 前記複数の圧力室に供給するインクを貯留するマニホールドと、
 を備えるインクジェットヘッドであって、
 前記ヘッドチップは、
 前記複数の圧力室の各々に連通し、前記圧力室のインクを排出可能な複数の個別連通流路と、
 前記圧力室層のノズル層に面する部分に設けられ、前記複数の個別連通流路が連結し、前記複数の個別連通流路から排出されたインクが合流する共通連通流路と、
 を有することを特徴とするインクジェットヘッド。
[請求項2]
 前記共通連通流路のインクの射出方向の幅は、前記ノズル層の厚さよりも大きい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]
 前記個別連通流路は、前記ノズル層の前記圧力室層に面する部分に設けられていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のインクジェットヘッド。
[請求項4]
 前記圧力室層は、前記共通連通流路に連通し前記ノズル層側とは反対側に向かってインクを排出可能な排出流路を有することを特徴とする請求項1から請求項3まで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]
 前記共通連通流路の前記ヘッドチップの長手方向の端部部分には、封止部材が設けられていることを特徴とする請求項1から請求項4まで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]
 前記共通連通流路は、前記ヘッドチップの長手方向の端部に向かってインク射出方向の幅が狭くなり、上面と下面が結合することで封止されていることを特徴とする請求項1から請求項4まで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]
 前記マニホールドが、前記圧力室の上部に設けられていることを特徴とする請求項1から請求項6まで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]
 前記複数の圧力室は、電圧の印加によってシェアモード型の変位をする隔壁で隔てられていることを特徴とする請求項1から請求項7までのいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
[請求項9]
 請求項1から請求項8までのいずれか一項に記載のインクジェットヘッドと、
 前記圧力室から前記個別連通流路への循環流を発生させるためのインクの循環手段と、
 を備えることを特徴とするインクジェット記録装置。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3A]

[ 図 3B]

[ 図 4]

[ 図 5A]

[ 図 5B]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]

[ 図 9]

[ 図 10]

[ 図 11]

[ 図 12]

[ 図 13]

[ 図 14]

[ 図 15]

[ 図 16A]

[ 図 16B]

[ 図 17A]

[ 図 17B]

[ 図 18]