JP5691320B2 - インクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録装置 - Google Patents

Description

本発明は、インク滴を吐出して画像を形成するインクジェット記録ヘッド、該インクジェット記録ヘッドを有するインクジェット記録装置に関する。

インクジェットヘッドを搭載したプリンタは、近年、画質の綺麗さ、値段の安さ、高速対応性（ノズルを増減することにより速いプリンタから遅いプリンタまで対応ができる）が評価され、インクジェットプリンタとして普及が進んでいる。
そのような中で、一層の画質向上、信頼性向上、コストダウン、小型化が要求されてきている。
近年、ノズル数の増加と高密度化に伴い、駆動信号を生成するドライバＩＣとインクジェットヘッドを結ぶ配線も細線化しかつ高密度になって、配線上の信号がノイズの影響を受けやすくなり、また回路基板とフレキシブル配線基板との配線の接合箇所が増大するようになった。

このため、ドライバＩＣをアクチュエータとできるだけ接近させるように、フレキシブル配線基板上にドライバＩＣを搭載するようになった。
一方、ノズル数増加に伴い、ドライバＩＣの発熱量も多くなって、この熱を放出するために、例えば特許文献１では、フレキシブル配線基板上を覆おう蓋板に、ドライバＩＣをスポンジ等の弾性部材により押圧して接触させ、蓋板にヒートシンク機能を持たせている。

しかしながら特許文献１の構成では、上記の配線上の信号ノイズの影響と接合箇所の増大に加え、ひらひらするＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）や接合部の強度などハンドリングのしにくさ、全体の嵩張り、ヒートシンク設置による部品点数増加に伴うコストアップの問題がある。
この問題を解消すべく、例えば特許文献２、３には、ドライバＩＣをヘッド本体に搭載する構成が提案されており、ドライバＩＣをインク収容部材と接合することでドライバＩＣからの発熱をインクの流れによって放熱するようになっている。

しかしながら、インクによる放熱にはインクの温度上昇による吐出性能のバラツキが避けられず、信頼性に問題がある。

本発明は以上のような問題に鑑みてなされたものであり、部品点数を増やすことなく放熱効率を上げることができ、コストダウンと信頼性向上を同時に達成できるインクジェット記録ヘッドの提供を、その主な目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、複数のノズルを有するノズル基板と、前記ノズル基板上に設けられ、該ノズル基板から立ち上がる側壁により個別に区切られた複数の液室と、前記液室の一部を構成する振動板及び該振動板と一体的に形成された加圧手段とからなる液室基板と、前記液室に液体を供給する液体流路基板と、前記液体流路基板に接合され、前記液体流路基板を通って前記液室に連通する共通液室を形成し、該共通液室に外部からインクを供給するインク供給口を有するフレーム基板と、で構成され、前記加圧手段を駆動する駆動ＩＣと前記加圧手段とを配線部材を介して接合し、前記加圧手段に電圧を印加し、前記液室に圧力を発生させるインクジェット記録ヘッドにおいて、前記液体流路基板と反対側の前記フレーム基板上に緩衝部材を設け、前記緩衝部材の上部に熱伝導性を有する薄板フレーム基板を設置し、前記薄板フレーム基板に前記駆動ＩＣが搭載され、前記薄板フレーム基板は前記液体流路基板との積層領域よりも外側に張り出した張り出し部を有し、
前記薄板フレーム基板が、前記フレーム基板の外面に設けられ複数の凸部を有する金属フレームに接続されていることを特徴とする。

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記録ヘッドにおいて、前記薄板フレーム基板が前記張り出し部を介して前記金属フレームに接続されていることを特徴とする。
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記録ヘッドにおいて、前記薄板フレーム基板の一部の面に穴部を設け、前記緩衝部材を覆うように前記薄板フレーム基板を前記フレーム基板に接合したことを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１つに記載のインクジェット記録ヘッドにおいて、前記フレーム基板の前記インク供給口を含む箇所が前記共通液室を含む箇所より高くなるように段差部が設けられ、前記共通液室を含む箇所に前記緩衝部材と前記薄板フレーム基板とを接合したときに前記インク供給口を含む前記フレーム基板と前記薄板フレーム基板の高さが一致していることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、インクジェット記録装置において、請求項１〜４のいずれか１つに記載のインクジェット記録ヘッドを備えていることを特徴とする。

本発明によれば、部品点数を増やすことなく駆動ＩＣ３８の発熱を放熱するヒートシンク機能を搭載したインクジェット記録ヘッドを実現できる。これにより駆動ＩＣ３８の過剰な発熱による動作不良を回避でき信頼性の向上を実現することに加え、駆動ＩＣ３８の発熱がインクへ過度に伝達され、インクの温度が不安定になりそれによりインク粘度が不安定になることによるインク吐出不良を回避でき、信頼性の向上を実現できる。
また、特別にヒートシンク部材を用意することはせず、共通液室８における薄板フレーム基板３０にヒートシンク機能を持たせることでコストを抑えることができ、コストダウンと信頼性向上を同時に実現することができる。

本発明の第１の実施形態に係るインクジェット記録装置の構成の概要を示す図である。 インクジェット記録ヘッドの概要断面図である。 インクジェット記録ヘッドにおける異なる方向からの断面図である。 インクジェット記録ヘッドの平面図である。 図４におけるＡ−Ａ線断面図である。 第２の実施形態におけるインクジェット記録ヘッドの概要断面図である。 第２の実施形態のインクジェット記録ヘッドにおける異なる方向からの断面図である。

以下、本発明の実施形態を図を参照して説明する。
図１乃至図５に基づいて第１の実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るインクジェット方式の画像形成装置の構成を示す概略図である。
図１に示すように、給紙トレイ２０に収納された被記録材としての記録紙Ｓは、送り出しローラ２１、搬送ローラ対２２、給紙ガイド板２３、レジストローラ対２４を通り、印字ユニット１０で各色（ここでは４色）の画像を印字されて画像を形成される。
印字ユニット１０は、記録ヘッドとして、イエロー用ラインヘッド１１Ｙ、マゼンタ用ラインヘッド１１Ｍ、シアン用ラインヘッド１１Ｃ、ブラック用ラインヘッド１１Ｂ、記録液を供給する供給手段と供給流路（図示せず）、記録液カートリッジ（図示せず）、各ラインヘッドの制御基板（図示せず）、電源供給手段（図示せず）、各色のラインヘッドに対向したドラム状の中間転写体１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｂ及び各中間転写体に対応した清掃手段としての清掃ユニット１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｂ等から構成されている。
各ラインヘッド１１は、記録紙Ｓの搬送方向と直交する幅方向において、記録紙Ｓの幅以上の長さを有している。

各中間転写体１２に形成された記録液ドット（インク画像）は、転写手段としての押圧ローラ２５で記録紙Ｓに圧力をかけて記録紙Ｓと中間転写体１２を密着させることで記録紙側に転写させる。
その後、搬送ローラ対２６により排紙トレイ２７に排紙される。

次に、図２〜図５に基づいてインクジェット記録ヘッド１１の構成を詳細に説明する。
インクジェット記録ヘッド１１は、複数のノズル２を設けたノズル基板１と、側壁３３により個別の液室３に区切られた複数の液室３を有し、液室３の一部を構成する振動板１６、及びこの振動板１６と一体的に形成された加圧手段としての圧電素子１８からなる液室基板４２と、個別の液室３に液体を供給する液体流路基板７を有し、圧電素子１８を駆動する駆動ＩＣ３８と、液室基板４２上に振動板１６と一体的に形成された圧電素子１８とを配線部材（ワイヤボンディング）１９を介して接合し、圧電素子１８に電圧を印加し、液室３に圧力を発生させる。

駆動ＩＣ３８に入力された画像信号は各圧電素子１８に電圧を印加し、一体形成されている振動板１６を変形させる。変形した振動板１６は液室３内に充填されているインクに圧力を発生させ、ノズル２からインクが吐出されて画像が記録される。
液体流路基板7と接合する液室基板４２の配置側と反対側のフレーム基板９上に緩衝部材２９を設け、その上部に液体流路基板７よりも面積の大きい薄板フレーム基板３０を設置し、薄板フレーム基板３０に駆動ＩＣ３８が搭載されている。

図５に示すように、液室基板４２はシリコン基板で構成され、片面に下電極４５がスパッタなどで成膜され、その上に圧電素子１８が形成される。圧電素子１８は所定の長さ、幅にパターニングされる。その上に絶縁層１７が必要部に成膜され、さらに圧電素子１８上に上電極１４が成膜される。さらに上電極１４の電極取り出し用部には金などで形成されたパッド１５が形成されている（図４参照）。
液室基板４２には上記の工程後、ガラス、またはシリコン基板で構成された液体流路基板７が接合される。液体流路基板７はインク導入路６、共通液室８、開口部４４があらかじめエッチングなどで形成されている。
接合した液室基板４２は液体流路基板７を土台として、所定の厚さまで薄く加工、研磨される。本実施例では100μm以下が好ましい厚さである。その後、液室基板４２にはエッチングなどにより液室３とインク導入路６と振動板１６が形成される。

その後、液室基板４２にノズル基板１を接合し、液体流路基板７にフレーム基板９を接合する。フレーム基板９にはあらかじめ共通液室８とインク供給口３４が設けられ、図３に示すように、インク供給口３４を含む領域の方が高くなるようにインク供給口３４を含まない領域との間に段差部３６が設けられている。
段差部は、緩衝部材２９と薄板フレーム基板３０を接合した際に上面が同じ高さになるように調整する。液体流路基板７の上面にフレーム基板９を、その上面に緩衝部材２９を接合することで共通液室８を形成する。
インク供給口３４に薄板フレーム基板３０が露出していると、インク接触による腐食耐性で薄板フレーム基板３０の材質に制限があるため、インク供給口３４付近には薄板フレーム基板３０を露出させない構成にし、材料の選択の自由度を上げることで、ヒートシンク機能が向上し信頼性向上を実現するものである。
この場合、薄板フレーム基板３０の材質は特に熱伝導率の良いアルミ・銅が好ましく、またコストダウンの点からアルミであることが望ましい。
緩衝部材２９の上部には薄板フレーム基板３０が接合されており、その薄板フレーム基板３０の一部には穴３０ａが形成され、緩衝部材２９が液体を伝わってくる圧力波を吸収しやすくしている。
薄板フレーム基板３０の一部に比較的広い面積の穴を開けることで緩衝部材２９の稼動面積が広くなり、クロストークの低減が可能となる構成にするため、緩衝機能を持つ緩衝部材２９と緩衝部を形成する薄板フレーム基板３０を共通液室８を形成するフレーム基板９の上面に設置した。

薄板フレーム基板３０の上面には駆動ＩＣ３８が接合され、パッド１５とＦＰＣ３１とワイヤボンディング４６により電気的接続をしたのち、保護フレーム３５が薄板フレーム基板３０に接合され駆動ＩＣ３８を保護するように設置されている。薄板フレーム基板３０の張り出し部３７は保護フレーム３５の側壁に接合されている。
ここで、ノズル基板１、フレーム基板９、駆動ＩＣ３８の接合、あるいはワイヤボンディングの順序は適宜変更可能である。又ノズル基板１、液室基板４２、液体流路基板７の外周端には印刷時の紙の接触シール性確保などでノズルカバー４３が設けられている。

次に、図６及び図７に基づいて第２の実施形態を示す。なお、上記実施形態と同一部分は同一符号で示し、特に必要がない限り既にした構成上及び機能上の説明は省略して要部のみ説明する。
本実施形態では、上記実施形態の内容に加えて、フレーム基板９の外周に複数の凸部５０ａを持つ表面積の大きい金属フレーム５０を設け、金属フレーム５０と張り出し部３７とが熱移動可能に接続がされており、金属フレーム５０が放熱板として機能するものである。
フレーム基板９の外周に複数の凸部５０ａを持つ金属フレーム５０を接続することにより、更なるヒートシンク機能の向上を実現でき、信頼性の向上を実現できる。駆動ＩＣ３８からの発熱量が多い場合には金属フレームを設置することが望ましい。

１ ノズル基板
２ ノズル
３ 液室
７ 液体流路基板
８共通液室
９ フレーム基板
１６ 振動板
１８ 加圧手段としての圧電素子
２９ 緩衝部材
３０ 薄板フレーム基板
３３ 側壁
３４ インク供給口
３６ 段差部
３８ 駆動ＩＣ
４２ 液室基板
５０ 金属フレーム

特開２００６−１８１９６５号公報 特開平９−３２３４１４号公報 特開平９−３２３４１５号公報

Claims (5)

1. 複数のノズルを有するノズル基板と、
   前記ノズル基板上に設けられ、該ノズル基板から立ち上がる側壁により個別に区切られた複数の液室と、
   前記液室の一部を構成する振動板及び該振動板と一体的に形成された加圧手段とからなる液室基板と、
   前記液室に液体を供給する液体流路基板と、
   前記液体流路基板に接合され、前記液体流路基板を通って前記液室に連通する共通液室を形成し、該共通液室に外部からインクを供給するインク供給口を有するフレーム基板と、
   で構成され、
   前記加圧手段を駆動する駆動ＩＣと前記加圧手段とを配線部材を介して接合し、前記加圧手段に電圧を印加し、前記液室に圧力を発生させるインクジェット記録ヘッドにおいて、
   前記液体流路基板と反対側の前記フレーム基板上に緩衝部材を設け、前記緩衝部材の上部に熱伝導性を有する薄板フレーム基板を設置し、前記薄板フレーム基板に前記駆動ＩＣが搭載され、
   前記薄板フレーム基板は前記液体流路基板との積層領域よりも外側に張り出した張り出し部を有し、
   前記薄板フレーム基板が、前記フレーム基板の外面に設けられ複数の凸部を有する金属フレームに接続されていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
2. 請求項１に記載のインクジェット記録ヘッドにおいて、
   前記薄板フレーム基板が前記張り出し部を介して前記金属フレームに接続されていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
3. 請求項１又は２に記載のインクジェット記録ヘッドにおいて、
   前記薄板フレーム基板の一部の面に穴部を設け、前記緩衝部材を覆うように前記薄板フレーム基板を前記フレーム基板に接合したことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載のインクジェット記録ヘッドにおいて、
   前記フレーム基板の前記インク供給口を含む箇所が前記共通液室を含む箇所より高くなるように段差部が設けられ、前記共通液室を含む箇所に前記緩衝部材と前記薄板フレーム基板とを接合したときに前記インク供給口を含む前記フレーム基板と前記薄板フレーム基板の高さが一致していることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載のインクジェット記録ヘッドを備えたインクジェット記録装置。

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