JP6148184B2

JP6148184B2 - 液体吐出ヘッド、およびそれを用いた記録装置

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Publication number: JP6148184B2
Application number: JP2014011423A
Authority: JP
Inventors: 敏文久保
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2014-01-24
Filing date: 2014-01-24
Publication date: 2017-06-14
Anticipated expiration: 2034-01-24
Also published as: JP2015136921A

Description

本発明は、液体吐出ヘッド、およびそれを用いた記録装置に関する。

従来、液体吐出ヘッド本体、液体吐出ヘッド本体を駆動するドライバＩＣ（Integrated
Circuit)、および筐体を備えた液体吐出ヘッドにおいて、駆動を行なうドライバＩＣを
、筐体の内側に押し当てることで、ドライバＩＣの熱を筐体に伝えて放熱を行なう構造が知られていた（例えば、特許文献１を参照。）。

特開２０１０−５２２５６号公報

特許文献１に記載されているような液体吐出ヘッドは、放熱性能が高くできるものの、ドライバＩＣからの発熱量が大きくなると、筐体から液体吐出ヘッド本体に熱が伝わり、液体吐出ヘッド本体の温度が高くなったり、液体吐出ヘッド本体の中で温度差が大きくなることがあった。吐出される液体の特性は、温度よって変わるのが一般的であり、通常、温度が高くなれば液体の粘度は低くなる。そのため、ドライバＩＣの発熱で、液体吐出ヘッド本体の温度が高くなったり、場所により温度差が大きくなると、液体の吐出特性（吐出速度や吐出量など）が変動することで、液体吐出ヘッドの記録精度が低くなるという問題があった。

したがって、本発明の目的は、ドライバＩＣの発熱の影響を受けにくい液体吐出ヘッド、およびそれを用いた記録装置を提供することにある。

本発明の液体吐出ヘッドは、液体吐出ヘッド本体と、該液体吐出ヘッド本体を駆動するドライバＩＣと、前記液体吐出ヘッド本体の少なくとも一部を覆っている筐体と、該筐体に当接していて、流体が通り抜け可能な流路を備えている流路ユニットとを含んでいる液体吐出ヘッドであって、前記筐体は、前記液体吐出ヘッド本体と接合されている複数の側面を有しており、該複数の側面には、前記ドライバＩＣが前記筐体の内側から当接している第１側面と、前記ドライバＩＣが当接していない第２側面とがあり、前記第１側面を平面視したとき、前記流路は、当該第１側面を、前記ドライバＩＣが当接している部位を含む第１領域と、前記液体吐出ヘッド本体に接合されている部位を含む第２領域とに分けるように配置されており、前記第１側面と前記第２側面との境界において、前記第２領域と、前記第２側面とが離間して配置されていることを特徴とする。

本発明の記録装置は、前記液体吐出ヘッドと、記録媒体を前記液体吐出ヘッドに対して搬送する搬送部と、前記液体吐出ヘッドを制御する制御部を備えていることを特徴とする。

本発明の液体吐出ヘッドによれば、液体吐出ヘッド本体に接合されている、第１側面の第２領域は、第１領域および第２側面から熱が伝わり難いため、液体吐出ヘッド本体の温度変化を少なくすることができる。

（ａ）は、本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッドを含む記録装置の側面図であり、（ｂ）は平面図である。図１の液体吐出ヘッドの要部である第１ヘッド本体の平面図である。図２（ａ）の一点鎖線に囲まれた領域の拡大図であり、説明のため一部の流路を省略した図である。図２（ａ）の一点鎖線に囲まれた領域の拡大図であり、説明のため一部の流路を省略した図である。図３のＶ−Ｖ線に沿った縦断面図である。（ａ）は、図１の液体吐出ヘッドの斜視図であり、（ｂ）は、側面図である。図６（ａ）のＸ−Ｘ方向から見た縦断面図である。

図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッド２を含む記録装置である（カラーインクジェット）プリンタ１の概略の側面図であり、図１（ｂ）は、概略の平面図である。プリンタ１は、記録媒体である印刷用紙Ｐを搬送ローラ８０ａから搬送ローラ８０ｂへと搬送することにより、印刷用紙Ｐを液体吐出ヘッド２に対して相対的に移動させる。制御部８８は、画像や文字のデータに基づいて、液体吐出ヘッド２を制御して、記録媒体Ｐに向けて液体を吐出させ、印刷用紙Ｐに液滴を着弾させて、印刷用紙Ｐに印刷などの記録を行なう。

本実施形態では、液体吐出ヘッド２はプリンタ１に対して固定されており、プリンタ１はいわゆるラインプリンタとなっている。本発明の記録装置の他の実施形態としては、液体吐出ヘッド２を、印刷用紙Ｐの搬送方向に交差する方向、例えば、ほぼ直交する方向に往復させるなどして移動させる動作と、印刷用紙Ｐの搬送を交互に行なう、いわゆるシリアルプリンタが挙げられる。

プリンタ１には、印刷用紙Ｐとほぼ平行するように平板状の（ヘッド搭載）フレーム７０が固定されている。フレーム７０には図示しない２０個の孔が設けられており、２０個の液体吐出ヘッド２がそれぞれの孔の部分に搭載されていて、液体吐出ヘッド２の、液体を吐出する部位が印刷用紙Ｐに面するようになっている。液体吐出ヘッド２と印刷用紙Ｐとの間の距離は、例えば０．５〜２０ｍｍ程度とされる。５つの液体吐出ヘッド２は、１つのヘッド群７２を構成しており、プリンタ１は、４つのヘッド群７２を有している。

液体吐出ヘッド２は、図１（ａ）の手前から奥へ向かう方向、図１（ｂ）の上下方向に細長い長尺形状を有している。この長い方向を長手方向と呼ぶことがある。１つのヘッド群７２内において、３つの液体吐出ヘッド２は、印刷用紙Ｐの搬送方向に交差する方向、例えば、ほぼ直交する方向に沿って並んでおり、他の２つの液体吐出ヘッド２は搬送方向に沿ってずれた位置で、３つ液体吐出ヘッド２の間にそれぞれ一つずつ並んでいる。液体吐出ヘッド２は、各液体吐出ヘッド２で印刷可能な範囲が、印刷用紙Ｐの幅方向に（印刷用紙Ｐの搬送方向に交差する方向に）繋がるように、あるいは端が重複するように配置されており、印刷用紙Ｐの幅方向に隙間のない印刷が可能になっている。

４つのヘッド群７２は、記録用紙Ｐの搬送方向に沿って配置されている。各液体吐出ヘッド２には、図示しない液体タンクから液体（インク）が供給される。１つのヘッド群７２に属する液体吐出ヘッド２には、同じ色のインクが供給されるようになっており、４つのヘッド群で４色のインクが印刷できる。各ヘッド群７２から吐出されるインクの色は、例えば、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）およびブラック（Ｋ）である。
このようなインクを、制御部８８で制御して印刷すれば、カラー画像が印刷できる。

プリンタ１に搭載される液体吐出ヘッド２の個数は、単色で、１つの液体吐出ヘッド２で印刷可能な範囲を印刷するのなら１つでもよい。ヘッドの群７２に含まれる液体吐出ヘッド２の個数や、ヘッド群７２の個数は、印刷する対象や印刷条件により適宜変更できる。例えば、さらに多色の印刷をするためにヘッドの群７２の個数を増やしてもよい。また、同色で印刷するヘッド群７２を複数配置して、搬送方向に交互に印刷することで、印刷速度（搬送速度）を速くすることができる。また、同色で印刷するヘッド群７２を複数準備して、搬送方向と交差する方向にずらして配置して、印刷用紙Ｐの幅方向の解像度を高くしてもよい。

さらに、色の付いたインクを印刷する以外に、印刷用紙Ｐの表面処理をするために、コーティング剤などの液体を印刷してもよい。

プリンタ１は、記録媒体である印刷用紙Ｐに印刷を行なう。印刷用紙Ｐは、給紙ローラ８０ａに巻き取られた状態になっており、２つのガイドローラ８２ａの間を通った後、フレーム７０に搭載されている液体吐出ヘッド２の下側を通り、その後２つの搬送ローラ８２ｂの間を通り、最終的に回収ローラ８０ｂに回収される。印刷する際には、搬送ローラ８２ｂを回転させることで印刷用紙Ｐは、一定速度で搬送され、液体吐出ヘッド２によって印刷される。回収ローラ８０ｂは、搬送ローラ８２ｂから送り出された印刷用紙Ｐを巻き取る。搬送速度は、例えば、７５ｍ／分とされる。各ローラは、制御部８８によって制御されてもよいし、人によって手動で操作されてもよい。

記録媒体は、印刷用紙Ｐ以外に、布などでもよい。また、プリンタ１を、印刷用紙Ｐの代わりに搬送ベルトを搬送する形態にし、記録媒体は、ロール状のもの以外に、搬送ベルト上に置かれた、枚葉紙や裁断された布、木材、タイルなどにしてもよい。さらに、液体吐出ヘッド２から導電性の粒子を含む液体を吐出するようにして、電子機器の配線パターンなどを印刷してもよい。またさらに、液体吐出ヘッド２から反応容器などに向けて所定量の液体の化学薬剤や化学薬剤を含んだ液体を吐出させて、反応させるなどして、化学薬品を作製してもよい。

また、プリンタ１に、位置センサ、速度センサ、温度センサなどを取り付け、制御部８８が、各センサからの情報から分かるプリンタ１各部の状態に応じて、プリンタ１の各部を制御してもよい。特に、液体吐出ヘッド２から吐出される液体の吐出特性（吐出量や吐出速度など）が外部の影響を受けるようであれば、液体吐出ヘッド２の温度や液体タンクの液体の温度、液体タンクの液体が液体吐出ヘッド２に加えている圧力に応じて、液体吐出ヘッド２において液体を吐出させる駆動信号を変えるようにしてもよい。

次に、本発明の一実施形態の液体吐出ヘッド２について説明する。図２は、図１に示された液体吐出ヘッド２の要部である第１ヘッド本体２ａａを示す平面図である。図３は、図２の一点鎖線で囲まれた領域の拡大平面図であり、第１ヘッド本体２ａａの一部である。図３では、説明のため、一部の流路を省略して描いている。図４は、図３と同じ位置の拡大平面図であり、図３とは別の一部の流路を省略して描いている。なお、図３および図４において、図面を分かり易くするために、圧電アクチュエータ基板２１の下方にあって破線で描くべき加圧室１０、しぼり６および吐出孔８などを実線で描いている。図５は、図３のＶ−Ｖ線に沿った縦断面図である。図６（ａ）は、図１の液体吐出ヘッド２の斜視図であり、図６（ｂ）は、側面図である。図７は、図６（ａ）のＸ−Ｘ方向から見た縦断面図である。

液体吐出ヘッド２には、液体を吐出する部分である液体吐出ヘッド本体（以下でヘッド
本体と言うことがある）２ａ、ヘッド本体２ａを駆動するドライバＩＣ６４、ヘッド本体２ａの少なくとも一部を覆っている筐体６８と、筐体６８に当接していて、流体が通り抜け可能な流路５１ａを備えている流路ユニット５１とが含まれている。ヘッド本体２ａには、液体を吐出する第１ヘッド本体２ａａと、第１ヘッド本体２ａａに液体を供給する第２ヘッド本体２ａｂが含まれている。また、第１ヘッド本体２ａａは、流路部材４と、変位素子３０が作り込まれている圧電基板である圧電アクチュエータ基板２１とを含んでいる。

ヘッド本体２ａは、液体吐出ヘッド２の下部に位置し、ヘッド本体２ａの上部を覆うように、直方体状で金属製の筐体６８が接合されている。筐体６８は、ヘッド本体２ａに接合されている４つの側面（後述の、２つの第１側面６８ａおよび２つの第２側面６８ｂ）と、上面６８ｃとで構成されており、下部は開口している。

ヘッド本体２ａには、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）などの信号伝達部６０が接続されている。ドライバＩＣ６４は、信号伝達部６０上に実装されており、筐体６８の第１側面６８ａの内側に当接されていることで、発生した熱が第１側面６８ａに伝わることで放熱するようなっている。信号伝達部６０の、ヘッド本体２ａに接続されているのと反対側の端は、接続基板６６に実装されている内部コネクタ６６ａを介して、接続基板６６に接続されている。接続基板６６には外部コネクタ６６ｂが実装されており、外部コネクタ６６ｂは制御部８８から信号が入力される。筐体６８の上面６８ｃには、外部コネクタ６６ｂと制御部８８とが電気的に接続できるように開口６８ｃａが開いている。

接続基板６６は図示しないフレームを介して第２ヘッド本体２ａｂに固定されている。またそのフレームは、筐体６８の上面６８ｃ近くまで伸びており、上面６８とねじ止めされることで、筐体６８を固定している。また、ヘッド本体２ａと筐体６８の下部とは、樹脂などで接合されることで、筐体６８内部に吐出された液体のミスト等が侵入し難くなっている。

また、第２ヘッド本体２ａｂには、押圧板６２が固定されており、押圧板６２は、筐体６８の側面に、ドライバＩＣ６４を押し付けている。押圧板６２には、断熱部材６２ａが取り付けられており、ドライバＩＣ６４の熱が第２ヘッド本体２ａｂに伝わり難いようになっている。押圧板６２は、薄い金属などの板で構成することで、弾性を持たせてもよいし、断熱部材６２ａに弾性を持たせてもよいし、さらに両方を行なってもよい。

ドライバＩＣ６４は、駆動信号の処理を行なう際に発熱する。ドライバＩＣ６４は押圧板６２により筺体９０に押し当てられているため、発生した熱は主に筺体６８に伝わる。筐体６８の側面には、ドライバＩＣ６４が内側から当接している第１側面６８ａと、ドライバＩＣ６４が当接していない第２側面６８ｂとがある。ドライバＩＣ６４が当接しているのは、筐体６８の側面のうち、ヘッド本体２ａの長手方向に沿った対向する２面である。２つの第２側面６８ｂには、それぞれ１つの流路ユニット５１が当接している。流路ユニット５１の内部には、流路５１ａがヘッド本体２ａの長手方向に沿って配置されている。２つの流路ユニット５１の流路５１ａは、チューブ５２で繋がれていて、一方の流路ユニット５１の端の開口５１ｂから入られた流体は、一方の流路ユニット５１内を通った後、チューブ５２を通って、他方の流路ユニット５１内を通って、開口５１ｂから外部に出るようになっている。流体としては、水、アルコールなどの液体、空気や窒素などの気体が流され、第１側面６８ａに伝わったドライバＩＣ６４の熱は、流路ユニット５１に伝わり、流体によって外部に運び出される。流体は、液体の方が運ぶ熱量が多くできるので好ましい。なお、流路ユニット５１に流れる液体は、吐出を行なう液体でも構わないが、基本的には、吐出される液体とは異なる液体が用いられる。また、流体として、周囲より温度の高いものを流して加温するために用いてもよい。

第２ヘッド本体２ａｂには、リザーバ流路が設けられている。リザーバ流路の一端は液体供給孔２ａｂａとして、液体吐出ヘッド２の外部に開口している。また、第２ヘッド本体２ａｂは流路部材４の長手方向の両端で接続されており、その両方で、リザーバ流路はマニホールドの開口５ａに繋がっている。つまり、液体供給孔２ａｂａから供給された液体は、リザーバ流路に入り、内部で分岐して、マニホールド５の両端に供給され、最終的には吐出孔８から吐出される。

また、リザーバ流路の内壁の一部は弾性変形可能な材質のダンパになっている。ダンパのリザーバ流路と反対の面が面する方向に変形できるようになっているので、ダンパは弾性変形することでリザーバ流路の体積を変化させることができ、液体吐出量が急激に多くなった場合などに、安定して液体が供給できるようになる。また、リザーバ流路の中にフィルタを設けて、液体の中に含まれる異物が流路部材４に入って行き難いようにするのが好ましく、異物が詰まることによって起こる不吐出などを抑制できる。

第１ヘッド本体２ａａを構成する流路部材４は、共通流路であるマニホールド５と、マニホールド５と繋がっている複数の加圧室１０と、複数の加圧室１０とそれぞれ繋がっている複数の吐出孔８とを備えている。加圧室１０は流路部材４の上面に開口しており、流路部材４の上面が加圧室面４−２となっている。また、流路部材４の上面は、マニホールド５と繋がっている開口５ａを有し、この開口５ａより液体が供給されるようになっている。

また、流路部材４の上面には、変位素子３０を含む圧電アクチュエータ基板２１が接合されており、各変位素子３０が加圧室１０上に位置するように配置されている。また、圧電アクチュエータ基板２１には、各変位素子３０に信号を供給する信号伝達部６０が接続されている。図２には、２つの信号伝達部６０が圧電アクチュエータ基板２１に繋がる状態が分かるように、信号伝達部６０の圧電アクチュエータ基板２１に接続される付近の外形を点線で示した。圧電アクチュエータ基板２１に電気的に接続されている、信号伝達部６０に形成されている電極は、信号伝達部６０の端部に、矩形状に配置されている。２つの信号伝達部６０は、圧電アクチュエータ基板２１の短手方向の中央部にそれぞれの端がくるように接続されている。２つの信号伝達部６０は、中央部から圧電アクチュエータ基板２１の長辺に向かって伸びている。

第１ヘッド本体２ａａは、平板状の流路部材４と、流路部材４上に接続された変位素子３０を含む圧電アクチュエータ基板２１を１つ有している。圧電アクチュエータ基板２１の平面形状は長方形状であり、その長方形の長辺が流路部材４の長手方向に沿うように流路部材４の上面に配置されている。

流路部材４の内部には２つのマニホールド５が形成されている。マニホールド５は流路部材４の長手方向の一端部側から、他端部側に延びる細長い形状を有しており、その両端部において、流路部材４の上面に開口しているマニホールドの開口５ａが形成されている。

また、マニホールド５は、少なくとも加圧室１０に繋がっている領域である長手方向における中央部分において、短手方向に間隔を開けて設けられた隔壁１５で仕切られている。隔壁１５は、加圧室１０に繋がっている領域である長手方向の中央部分においては、マニホールド５と同じ高さを有し、マニホールド５を複数の副マニホールド５ｂに完全に仕切っている。このようにすることで、平面視したときに、隔壁１５と重なるように、吐出孔８および吐出孔８から加圧室１０に繋がっている流路を設けることができる。

図２では、マニホールド５の両端部を除く全体が隔壁１５で仕切られている。このようにする以外に、両端部のうちのどちらか一端部以外が隔壁１５で仕切られているようにしてもよい。また、流路部材４の上面に開口している開口５ａ付近のみが仕切られておらず、開口５ａから流路部材４の深さ方向に向かう間に隔壁が設けられるようにしてもよい。いずれにしても、仕切られていない部分があることにより、流路抵抗が小さくなり、液体の供給量を多くできるので、マニホールド５の両端部が隔壁１５で仕切られていない方が好ましい。

複数に分けられた部分のマニホールド５を副マニホールド５ｂと呼ぶことがある。本実施形態においては、マニホールド５は独立して２本設けられており、それぞれの両端部に開口５ａが設けられている。また、１つのマニホールド５には、７つの隔壁１５が設けられており、８つの副マニホールド５ｂに分けられている。副マニホールド５ｂの幅は、隔壁１５の幅より大きくなっており、これにより副マニホールド５ｂに多くの液体を流すことができる。また、７つの隔壁１５は、幅方向の中央に近いほど、長さが長くなっており、マニホールド５の両端において、幅方向の中央に近い隔壁１５ほど、隔壁１５の端がマニホールド５の端に近くなっている。これにより、マニホールド５の外側の壁により生じる流路抵抗と、隔壁１５により生じる流路抵抗との間のバランスがとれ、各副マニホールド５ｂのうち、加圧室１０に繋がる部分である個別供給流路１４が形成されている領域の端における液体の圧力差を少なくできる。この個別供給流路１４での圧力差は、加圧室１０内の液体に加わる圧力差につながるため、個別供給流路１４での圧力差を少なくすれば、吐出ばらつきを低減できる。

流路部材４は、複数の加圧室１０が２次元的に広がって形成されている。加圧室１０は、角部にアールが施されたほぼ菱形あるいは楕円形状の平面形状を有する中空の領域である。

加圧室１０は１つの副マニホールド５ｂと個別供給流路１４を介して繋がっている。１つの副マニホールド５ｂに沿うようにして、この副マニホールド５ｂに繋がっている加圧室１０の行である加圧室行１１が、副マニホールド５ｂの両側に１行ずつ、合計２行設けられている。したがって、１つのマニホールド５に対して、１６行の加圧室１１が設けられており、第１ヘッド本体２ａａ全体では３２行の加圧室行１１が設けられている。各加圧室行１１における加圧室１０の長手方向の間隔は同じであり、例えば、３７．５ｄｐｉの間隔となっている。

各加圧室行１１の端にはダミー加圧室１６の列が１列設けられている。このダミー加圧室列のダミー加圧室１６は、マニホールド５とは繋がっているが、吐出孔８とは繋がっていない。また、３２行の加圧室行１１の外側には、ダミー加圧室１６が直線状に並んだダミー加圧室行が１行設けられている。このダミー加圧室行のダミー加圧室１６は、マニホールド５および吐出孔８のいずれとも繋がっていない。これらのダミー加圧室１６により、端から１つ内側の加圧室１０の周囲の構造（剛性）が他の加圧室１０の構造（剛性）と近くなることで、液体吐出特性の差を少なくできる。なお、周囲の構造の差の影響は、距離の近い、長さ方向に隣接する加圧室１０の影響が大きいため、長さ方向には、両端にダミー加圧室を設けてある。幅方向については、影響が比較的小さいため、ヘッド本体２１ａの端に近い方のみに設けている。これにより、ヘッド本体２１ａの幅を小さくできる。

１つのマニホールド５に繋がっている加圧室１０は、矩形状の圧電アクチュエータ基板２１の各外辺に沿った行および列をなす格子上に配置されている。これにより、圧電アクチュエータ基板２１の外辺から、加圧室１０の上に形成されている第１電極である個別電極２５が等距離に配置されることになるので、個別電極２５を形成する際に、圧電アクチュエータ基板２１に変形が生じ難くできる。圧電アクチュエータ基板２１と流路部材４と
を接合する際に、この変形が大きいと外辺に近い変位素子３０に応力が加わり、変位特性にばらつきが生じるおそれがあるが、変形を少なくすることで、そのばらつきを低減できる。また、最も外辺に近い加圧室行１１の外側にダミー加圧室１６のダミー加圧室行が設けられているために、変形の影響をより受け難くできる。加圧室行１１に属する加圧室１０は等間隔で配置されており、加圧室行１１に対応する個別電極２５も等間隔で配置されている。加圧室行１１は短手方向に等間隔で配置されており、加圧室行１１に対応する個別電極２５の行も短手方向に等間隔で配置されている。これにより、特にクロストークの影響が大きくなる部位をなくすことができる。

本実施形態では、加圧室１０は格子状に配置したが、隣り合う圧室列１１の加圧室１０が互いの間に位置するように千鳥状に配置してもよい。このようにすると、隣接加圧室行１１に属する加圧室１０の間の距離がより長くなるので、よりクロストークを抑制できる。

加圧室行１１をどのように並べるかによらず、流路部材４を平面視したとき、１つの加圧室行１１に属する加圧室１０が、隣接する加圧室行１１に属する加圧室１０と、液体吐出ヘッド２の長手方向において、重ならないように配置することにより、クロストークを抑制できる。一方、加圧室行１１の間の距離を離すと、液体吐出ヘッド２の幅が大きくなるので、プリンタ１に対する液体吐出ヘッド２の設置角度の精度や、複数の液体吐出ヘッド２を使用する際の、液体吐出ヘッド２の相対位置の精度が印刷結果に与える影響が大きくなる。そこで、隔壁１５の幅を副マニホールド５ｂよりも小さくすることで、それらの精度が印刷結果に与える影響を少なくできる。

１つの副マニホールド５ｂに繋がっている加圧室１０は、２列の加圧室行１１をなしており、１つの加圧室行１１に属する加圧室１０から繋がっている吐出孔８は、１つの吐出孔行９をなしている。２行の加圧室行１１に属する加圧室１０に繋がっている吐出孔８はそれぞれ、副マニホールド５ｂの異なる側に開口している。図４では隔壁１５には、２行の吐出孔行９が設けられているが、それぞれの吐出孔行９に属する吐出孔８は、吐出孔８に近い側の副マニホールド５ｂに加圧室１０を介して繋がっている。隣接する副マニホールド５ｂに加圧室行１１を介して繋がっている吐出孔８と液体吐出ヘッド２の長手方向において重ならないように配置されていると、加圧室１０と吐出孔８とを繋ぐ流路間のクロストークが抑制できるので、さらにクロストークを少なくすることができる。加圧室１０と吐出孔８とを繋ぐ流路全体が、液体吐出ヘッド２の長手方向において重ならないように配置されていると、さらにクロストークを少なくすることができる。

１つのマニホールド５に繋がっている複数の加圧室１０により加圧室群（変位素子群３１と同じ範囲である）が構成されており、マニホールド５が２つあるため、加圧室群は２つある。各加圧室群内における吐出に関わる加圧室１０の配置は同じで、短手方向に平行移動させた位置に配置されている。これらの加圧室１０は、流路部材４の上面における圧電アクチュエータ基板２１に対向する領域に、加圧室群間などの少し間隔が広くなった部分があるものの、ほぼ全面にわたって配列されている。つまり、これらの加圧室１０によって形成された加圧室群は圧電アクチュエータ基板２１とほぼ同一の形状の領域を占有している。また、各加圧室１０の開口は、流路部材４の上面に圧電アクチュエータ基板２１が接合されることで閉塞されている。

加圧室１０の個別供給流路１４が繋がっている角部と対向する角部からは、流路部材４の下面の吐出孔面４−１に開口している吐出孔８に繋がる流路が伸びている。この流路は、平面視において、加圧室１０から離れる方向に伸びている。より具体的には、加圧室１０の長い対角線に沿う方向に離れつつ、その方向に対して左右にずれながら伸びている。これにより、加圧室１０は各加圧室行１１内での間隔が３７．５ｄｐｉになっている格子
状の配置にしつつ、吐出孔８は、全体で１２００ｄｐｉの間隔で配置することができる。

これは別の言い方をすると、流路部材４の長手方向に平行な仮想直線に対して直交するように吐出孔８を投影すると、図４に示した仮想直線のＲの範囲に、各マニホールド５に繋がっている１６個の吐出孔８、全部で３２個の吐出孔８が、１２００ｄｐｉの等間隔となっているということである。これにより、すべてのマニホールド５に同じ色のインクを供給することで、全体として長手方向に１２００ｄｐｉの解像度で画像が形成可能となる。また、１つのマニホールド５に繋がっている１個の吐出孔８は、仮想直線のＲの範囲で６００ｄｐｉの等間隔になっている。これにより、各マニホールド５に異なる色のインクを供給することで、全体として長手方向に６００ｄｐｉの解像度で２色の画像が形成可能となる。この場合、２つの液体吐出ヘッド２を用いれば、６００ｄｐｉの解像度で４色の画像が形成可能となり、６００ｄｐｉで印刷可能な液体吐出ヘッドを用いるよりも、印刷精度が高くなり、印刷のセッティングも簡単にできる。なお、第１ヘッド本体２ａａの短手方向に並んでいる１列の加圧室列に属する加圧室１０から繋がっている吐出孔８で、仮想直線のＲの範囲がカバーされている。

圧電アクチュエータ基板２１の上面における各加圧室１０に対向する位置には第１電極である個別電極２５がそれぞれ形成されている。個別電極２５は、加圧室１０より一回り小さく、加圧室１０とほぼ相似な形状を有している個別電極本体２５ａと、個別電極本体２５ａから引き出されている引出電極２５ｂとを含んでおり、個別電極２５は、加圧室１０と同じように、個別電極列および個別電極群を構成している。また、圧電アクチュエータ基板２１の上面には、第３の電極である共通電極２４とビアホール３４を介して電気的に接続されている第２電極である共通電極用表面電極２８が形成されている。共通電極用表面電極２８は、圧電アクチュエータ基板２１の外周に沿って存在し、その内側に個別電極２５が配置されている外周部２８ａと、外周部２８ａの内側で、個別電極２５間に、個別電極２５が並んでいる行方向に沿って伸びている突出部２８ｂとを含んでいる。共通電極用表面電極２８の形状の詳細については後述する。共通電極用表面電極２８と共通電極２４とは、圧電セラミック層２１ｂに配置された、ビアホール３４内の導体を通じて、電気的に接続される。

吐出孔８は、流路部材４の下面側に配置されたマニホールド５と対向する領域を避けた位置に配置されている。さらに、吐出孔８は、流路部材４の下面側における圧電アクチュエータ基板２１と対向する領域内に配置されている。これらの吐出孔８は、１つの群として圧電アクチュエータ基板２１とほぼ同一の形状の領域を占有しており、対応する圧電アクチュエータ基板２１の変位素子３０を変位させることにより吐出孔８から液滴が吐出できる。

第１ヘッド本体２ａａに含まれる流路部材４は、複数のプレートが積層された積層構造を有している。これらのプレートは、流路部材４の上面から順に、キャビティプレート４ａ、ベースプレート４ｂ、アパーチャ（しぼり）プレート４ｃ、サプライプレート４ｄ、マニホールドプレート４ｅ〜ｊ、カバープレート４ｋおよびノズルプレート４ｌである。これらのプレートには多数の孔が形成されている。各プレートの厚さは１０〜３００μｍ程度であることにより、形成する孔の形成精度を高くできる。流路部材４の厚さは、５００μｍ〜２ｍｍ程度である。各プレートは、これらの孔が互いに連通して個別流路１２およびマニホールド５を構成するように、位置合わせして積層されている。第１ヘッド本体２ａａは、加圧室１０は流路部材４の上面に、マニホールド５は内部の下面側に、吐出孔８は下面にと、個別流路１２を構成する各部分が異なる位置に互いに近当接して配設され、加圧室１０を介してマニホールド５と吐出孔８とが繋がる構成を有している。

各プレートに形成された孔について説明する。これらの孔には、次のようなものがある
。第１に、キャビティプレート４ａに形成された加圧室１０である。第２に、加圧室１０の一端からマニホールド５へと繋がる個別供給流路１４を構成する連通孔である。この連通孔は、ベースプレート４ｂ（詳細には加圧室１０の入り口）からサプライプレート４ｃ（詳細にはマニホールド５の出口）までの各プレートに形成されている。なお、この個別供給流路１４には、アパーチャプレート４ｃに形成されている、流路の断面積が小さくなっている部位であるしぼり６が含まれている。

第３に、加圧室１０の個別供給路１４が繋がっている端と反対の他端から吐出孔８へと連通する流路を構成する連通孔である。この連通孔は、以下の記載においてディセンダ（部分流路）と呼称されることがある。ディセンダは、ベースプレート４ｂ（詳細には加圧室１０の出口）からノズルプレート４ｌ（詳細には吐出孔８）までの各プレートに形成されている。

第４に、副マニホールド５ａを構成する連通孔である。この連通孔は、マニホールドプレート４ｅ〜ｊに形成されている。マニホールドプレート４ｅ〜ｊには、副マニホールド５ｂを構成するように隔壁１５となる仕切り部が残るように孔が形成されている。各マニホールドプレート４ｅ〜ｊにおける仕切り部は、ハーフエッチングした支持部（図では省略してある）で各マニホールドプレート４ｅ〜ｊと繋がった状態にされる。

第１〜４の連通孔が相互に繋がり、マニホールド５からの液体の流入口（マニホールド５の出口）から吐出孔８に至る個別流路１２を構成している。マニホールド５に供給された液体は、以下の経路で吐出孔８から吐出される。まず、マニホールド５から上方向に向かって、個別供給流路１４に入り、しぼり６の一端部に至る。次に、しぼり６の延在方向に沿って水平に進み、しぼり６の他端部に至る。そこから上方に向かって、加圧室１０の一端部に至る。さらに、加圧室１０の延在方向に沿って水平に進み、加圧室１０の他端部に至る。加圧室１０からディセンダに入った液体は、水平方向にも移動しつつ、主に下方に向かい、下面に開口した吐出孔８に至って、外部に吐出される。

圧電アクチュエータ基板２１は、圧電体である２枚の圧電セラミック層２１ａ、２１ｂからなる積層構造を有している。これらの圧電セラミック層２１ａ、２１ｂはそれぞれ２０μｍ程度の厚さを有している。圧電アクチュエータ基板２１の圧電セラミック層２１ａの下面から圧電セラミック層２１ｂの上面までの厚さは４０μｍ程度である。圧電セラミック層２１ａ、２１ｂのいずれの層も複数の加圧室１０を跨ぐように延在している。これらの圧電セラミック層２１ａ、２１ｂは、例えば、強誘電性を有する、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系、ＮａＮｂＯ_３系、ＢａＴｉＯ_３系、（ＢｉＮａ）ＮｂＯ_３系、ＢｉＮａＮｂ_５Ｏ_１５系などのセラミックス材料からなる。なお、圧電セラミック層２１ｂは、振動板として働いており、必ずしも圧電体である必要はなく、代わりに、圧電体でない他のセラミック層や金属板を用いてもよい。

圧電アクチュエータ基板２１は、Ａｇ−Ｐｄ系などの金属材料からなる共通電極２４およびＡｕ系などの金属材料からなる個別電極２５を有している。個別電極２５は上述のように圧電アクチュエータ基板２１の上面における加圧室１０と対向する位置に配置されている個別電極本体２５ａと、そこから引き出された引出電極２５ｂとを含んでいる。引出電極２５ｂの一端の、加圧室１０と対向する領域外に引き出された部分には、接続バンプ２６が形成されている。また、共通電極２８上には、共通電極用接続バンプ３２が形成されている。接続バンプ２６および共通電極用接続バンプ３２は、例えばガラスフリットを含む銀−パラジウムからなり、厚さが１５μｍ程度で凸状に形成されている。接続バンプ２６および共通電極用接続バンプ３２は、信号伝達部６０に設けられた電極と電気的に接合されている。詳細は後述するが、個別電極２５には、制御部８８から信号伝達部６０を通じて駆動信号が供給される。駆動信号は、印刷媒体Ｐの搬送速度と同期して一定の周期
で供給される。

共通電極２４は、圧電セラミック層２１ａと圧電セラミック層２１ｂとの間の領域に面方向のほぼ全面にわたって形成されている。すなわち、共通電極２４は、アクチュエータ基板２１に対向する領域内のすべての加圧室１０を覆うように延在している。共通電極２４の厚さは２μｍ程度である。共通電極２４は、圧電セラミック層２１ａ上に個別電極２５からなる電極群を避ける位置に形成されている共通電極用表面電極２８に、圧電セラミック層２１ａを貫通して形成されたビアホール３４を介して繋がっていて、接地され、グランド電位に保持されている。共通電極用表面電極２８は、多数の個別電極２５と同様に、制御部８８と直接あるいは間接的に接続されている。

圧電セラミック層２１ａの個別電極２５と共通電極２４とに挟まれている部分は、厚さ方向に分極されており、個別電極２５に電圧を印加すると変位する、ユニモルフ構造の変位素子３０となっている。より具体的には、個別電極２５を共通電極２４と異なる電位にして圧電セラミック層２１ａに対してその分極方向に電界を印加したとき、この電界が印加された部分が、圧電効果により歪む活性部として働く。この構成において、電界と分極とが同方向となるように、制御部８８により個別電極２５を共通電極２４に対して正または負の所定電位にすると、圧電セラミック層２１ａの電極に挟まれた部分（活性部）が、面方向に収縮する。一方、非活性層の圧電セラミック層２１ｂは電界の影響を受けないため、自発的には縮むことがなく活性部の変形を規制しようとする。この結果、圧電セラミック層２１ａと圧電セラミック層２１ｂとの間で分極方向への歪みに差が生じて、圧電セラミック層２１ｂは加圧室１０側へ凸となるように変形（ユニモルフ変形）する。

続いて、液体の吐出動作について、説明する。制御部８８からの制御でドライバＩＣなどを介して、個別電極２５に供給される駆動信号により、変位素子３０が駆動（変位）させられる。本実施形態では、様々な駆動信号で液体を吐出させることができるが、ここでは、いわゆる引き打ち駆動方法について説明する。

あらかじめ個別電極２５を共通電極２４より高い電位（以下高電位と称す）にしておき、吐出要求がある毎に個別電極２５を共通電極２４と一旦同じ電位（以下低電位と称す）とし、その後所定のタイミングで再び高電位とする。これにより、個別電極２５が低電位になるタイミングで、圧電セラミック層２１ａ、２１ｂが元の（平らな）形状に戻り（始め）、加圧室１０の容積が初期状態（両電極の電位が異なる状態）と比較して増加する。これにより、加圧室１０内の液体に負圧が与えられる。そうすると、加圧室１０内の液体が固有振動周期で振動し始める。具体的には、最初、加圧室１０の体積が増加し始め、負圧は徐々に小さくなっていく。次いで加圧室１０の体積は最大になり、圧力はほぼゼロとなる。次いで加圧室１０の体積は減少し始め、圧力は高くなっていく。その後、圧力がほぼ最大になるタイミングで、個別電極２５を高電位にする。そうすると最初に加えた振動と、次に加えた振動とが重なり、より大きい圧力が液体に加わる。この圧力がディセンダ内を伝搬し、吐出孔８から液体を吐出させる。

つまり、高電位を基準として、一定期間低電位とするパルスの駆動信号を個別電極２５に供給することで、液滴を吐出できる。このパルス幅は、圧力室１０の液体の固有振動周期の半分の時間であるＡＬ（Acoustic Length）とすると、原理的には、液体の吐出速度
および吐出量を最大にできる。圧力室１０の液体の固有振動周期は、液体の物性、圧力室１０の形状の影響が大きいが、それ以外に、アクチュエータ基板２１の物性や、加圧室１０に繋がっている流路の特性からの影響も受ける。

なお、パルス幅は、吐出される液滴を１つにまとめるようにするなど、他に考慮する要因もあるため、実際は、０．５ＡＬ〜１．５ＡＬ程度の値にされる。また、パルス幅は、
ＡＬから外れた値にすることで、吐出量を少なくすることができるため、吐出量を少なくするためにＡＬから外れた値にされる。

吐出に用いられる液体の特性は、温度により変化する場合が多く、基本的には、高温になるほど粘度が低くなる。また、圧電セラミック層２１ｂや各部の導体などもある程度の温度特性があることが多い。したがって、ヘッド本体２ａが所定の温度から外れた温度になったり、ヘッド本体２ａ内で温度の差が大きいと、吐出される液体の吐出特性がばらつくことで印刷精度が低くなってしまう。ドライバＩＣ６４は、発熱源であるため、その熱がヘッド本体２ａに多く伝わると、印刷精度が低下してしまう。

そこで、本実施形態の液体吐出ヘッド２では、温調部５０を設けることで、熱がヘッド本体２ａに伝わり難くする。温調部５０は、流体が流れる流路５１ａを有する流路ユニット５１と、２つある流路ユニット５１間で、流路５１ａを繋ぐチューブ５２と、２つある流路ユニット５１の両端同士を連結し、筐体６８を挟み込むように締め付けることで、流路ユニット５１を筐体に当接させる２つの連結部５２とを含む。流路ユニット５１と筐体６８との間には伝熱シートを挟めば、熱が伝わり易くなるので好ましい。

流路ユニット５１は、アルミニウム、あるいは銅を主成分としたものにすることで熱伝導性を高くできる。また、アルミニウムを主成分とする方が、コストが安くなり好ましい。アルミニウムを主成分とする材料の中でも、Ａｌ−Ｍｇ系材よりもＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系材料の方が、熱伝導性が高いので好ましい。また、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系材料であれば、押し出し、またはダイキャスト製法を用いることで、安価に作製できる。

チューブ５２は、ＰＦＡ（四弗化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂）チューブ、ニトリルやシリコーンなどのゴムチューブを用いることができる。アルコールなどの液体を流すのであれば、内面にフッ素系テフロン（登録商標）コーティングなどのコーティングをしたものであるのが好ましい。

ヘッド本体２ａ、特に第１ヘッド本体２ａａの温度変化や温度ばらつきが、吐出特性に影響を与えるので、長手方向に沿った側面で、第１ヘッド本体２ａａに接合されている第１側面６８ａからヘッド本体２ａへの熱伝導が少なくなるようにするのが好ましい。そこで、第１側面６８ａのうち、第１ヘッド本体２ａａに接合されている部分を含む第２領域６８ａｂに熱が伝わって来難い構造にする。すなわち、第１側面６８ａを平面視したとき、第２領域６８ａｂとドライバＩＣ６４との間に流路５１ａ（２つある流路５１ａのうちの下側の流路５１ａ）が存在するように配置する。別の表現をすると、第１側面６８ａが、ドライバＩＣ６４が当接している部分を含む第１領域６８ａａと、第２領域６８ａｂとに分けられるように流路５１ａを配置する。そして、第１側面６８ａと第２側面６８ｂとの境界において、第２領域６８ａｂと第２側面６８ｂとを離間部６８ｄとで離間させる。このようにすることで、第２領域６８ａｂは、外部から熱的に影響を受けにくい、熱的に比較的孤立した状態になるので、ヘッド本体２ａに熱が伝わり難くできる。

離間部６８ｄは、第２領域６８ａｂと第２側面６８ｂとの間の空間や樹脂などの断熱材で構成される。筐体６８は、金属板を折り曲げたり、組み合わせて接合することで、作製することができる。第１側面６８ａと第２側面６８ｂの間で接合しない部分を設けることで離間部６８ｄを構成することができる。筐体６８を金属のプレス加工でなどで作製する場合は、加工後に切断することで離間部６８ｄを設けることができる。

筐体６８全体の強度を強くするため、第１側面６８ａと第２側面との境界全体が離間部６８ｄとなっていないことが好ましい。すなわち、第２側面６８ｂと第１領域６８ａａとが接続されているのが好ましい。ここで言う接続とは、溶接などのようにほぼ一体になる
ように接合や、ねじによる接合で、面の一部同士が重なるような接合のことである。

流路５１ａの配置としては第１側面６８ａを、ヘッド本体２ａの長手方向に沿って、第１側面６８ａの長手方向の一方の端から他方の端まで伸びる形状であれば、流路５１ａとヘッド本体２ａとの距離が略一定になるので、流路５１ａを流れる流体の温度の、ヘッド本体２ａに対する影響が、場所に依り難くなるので好ましい。

また、流路５１ａは、ヘッド本体２ａの長手方向に沿って、第１側面６８ａの外側まで伸びているのが好ましい。このようにすることで、第１側面６８ａと第２側面６８ｂの境界付近を、より冷却できる。さらに、流路５１ａは２つ以上設けて、ドライバＩＣ６４の下側および上側に配置して、ドライバＩＣ６４を上下に挟むように配置することで、熱が筐体６８全体に広がり難くし、冷却することができる。

チューブ５２は、流路ユニット５１の端部の上方に繋がるように配置するのが好ましい。液体吐出ヘッド２の端部には、液体供給孔２ａｂａに繋がる、吐出する液体を供給するチューブが配置される。また、液体吐出ヘッド２の端部の周囲には、液吐出ヘッド２をヘッド搭載フレーム７０に取り付けるために、工具などを使って作業する空間が必要になる。チューブ５２を流路ユニット５１から上方に向かわせることで、液体吐出ヘッド２の端部に空間的余裕をつくることができる。また、チューブ５２として光が透過するものを用いて、冷却用の流体として視認可能なものを用いた場合、流体の存在を確認しやすくなる。

流路ユニット５１は、金属パイプなど管状のもので構成してもよい。流路ユニット５１として、金属パイプをＵ字形状にしたものを用いれば、チューブ５２等を用いずに、２つの第２側面６８ａの両方に当接させることができる。また、安価に製造できる。

１・・・プリンタ
２・・・液体吐出ヘッド
２ａ・・・（液体吐出）ヘッド本体
２ａａ・・・・第１ヘッド本体
２ａｂ・・・・第２ヘッド本体
４・・・流路部材
４ａ〜ｌ・・・（流路部材の）プレート
４−１・・・吐出孔面
４−２・・・加圧室面
５・・・マニホールド
５ａ・・・（マニホールドの）開口
５ｂ・・・副マニホールド
６・・・しぼり
８・・・吐出孔
９・・・吐出孔行
１０・・・加圧室
１１・・・加圧室行
１２・・・個別流路
１４・・・個別供給流路
１５・・・隔壁
１６・・・ダミー加圧室
２１・・・圧電アクチュエータ基板（圧電基板）
２１ａ・・・圧電セラミック層（振動板）
２１ｂ・・・圧電セラミック層
２４・・・共通電極
２５・・・個別電極
２５ａ・・・個別電極本体
２５ｂ・・・引出電極
２６・・・接続バンプ
２８・・・共通電極用表面電極
３０・・・変位素子
３４・・・ビアホール
３６・・・ダミー電極
５０・・・温調部
５１・・・流路ユニット
５１ａ・・・流路
５１ｂ・・・（流路の）開口
５２・・・チューブ
５３・・・連結部
６０・・・信号伝達部
６２・・・押圧板
６２ａ・・・断熱部材
６４・・・ドライバＩＣ
６６・・・接続基板
６６ａ・・・内部コネクタ
６６ｂ・・・外部コネクタ
６８・・・筐体
６８ａ・・・第１側面
６８ａａ・・・第１領域
６８ａｂ・・・第２領域
６８ｂ・・・第２側面
６８ｃ・・・上面
６９ｃａ・・・（筐体の）開口
６８ｄ・・・離間部
７０・・・（ヘッド搭載）フレーム
７２・・・ヘッド群
８０ａ・・・給紙ローラ
８０ｂ・・・回収ローラ
８２ａ・・・ガイドローラ
８２ｂ・・・搬送ローラ
８８・・・制御部
Ｐ・・・印刷用紙

Claims

液体吐出ヘッド本体と、
該液体吐出ヘッド本体を駆動するドライバＩＣと、
前記液体吐出ヘッド本体の少なくとも一部を覆っている筐体と、
該筐体に当接していて、流体が通り抜け可能な流路を備えている流路ユニットとを含んでいる液体吐出ヘッドであって、
前記筐体は、前記液体吐出ヘッド本体と接合されている複数の側面を有しており、
該複数の側面には、前記ドライバＩＣが前記筐体の内側から当接している第１側面と、前記ドライバＩＣが当接していない第２側面とがあり、
前記第１側面を平面視したとき、前記流路は、当該第１側面を、前記ドライバＩＣが当接している部位を含む第１領域と、前記液体吐出ヘッド本体に接合されている部位を含む第２領域とに分けるように配置されており、
前記第１側面と前記第２側面との境界において、前記第２領域と、前記第２側面とが離間して配置されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
前記第１側面と前記第２側面との境界において、前記第２領域と、前記第２側面とは、断熱材を介して接続されていることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
前記第１側面と前記第２側面との境界において、前記第１領域と前記第２側面とが接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
前記液体吐出ヘッド本体が一方方向に長く、
前記筐体が前記一方方向に長い直方体状であり、
前記第１側面は、前記側面のうち前記一方方向に沿った側面であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
前記第１側面を平面視したとき、前記流路は、前記一方方向に沿って、当該第１側面の前記一方方向の一端から他端まで伸びていることを特徴とする請求項４に記載の液体吐出ヘッド。
前記第１側面を平面視したとき、前記流路は、前記一方方向に沿って、当該第１側面の前記一方方向の一端の外側から他端の外側まで伸びていることを特徴とする請求項５に記載の液体吐出ヘッド。
前記側面のうち前記一方方向に沿った２つの側面が、前記第１側面であり、２つの前記第１側面のそれぞれに、前記流路ユニットが当接していることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
請求項１〜７のいずれかに記載の液体吐出ヘッドと、記録媒体を前記液体吐出ヘッドに対して搬送する搬送部と、前記液体吐出ヘッドを制御する制御部を備えていることを特徴とする記録装置。