液体吐出ヘッド
【課題】液体を効率よく温める。
【解決手段】インクジェットヘッド１が、インクを貯溜するインクプール８２が形成された上流リザーバユニット８１と、インクプール８２に連通していると共に共通インク室の出口から圧力室を介してノズルに至る複数の個別インク流路が形成された流路ユニット９と、圧力室内のインクにノズルからインク滴を吐出させる吐出エネルギーを付与するアクチュエータユニット２１とアクチュエータユニット２１を駆動するドライバＩＣ５２とを有している。上流インクリザーバユニット８１が、高熱伝導性樹脂（２．０〜５．０Ｗ／（ｍ・Ｋ））で形成されている。ドライバＩＣ５２が、上流リザーバユニット８１の下面と熱的に結合されるように固定されている。
【解決手段】インクジェットヘッド１が、インクを貯溜するインクプール８２が形成された上流リザーバユニット８１と、インクプール８２に連通していると共に共通インク室の出口から圧力室を介してノズルに至る複数の個別インク流路が形成された流路ユニット９と、圧力室内のインクにノズルからインク滴を吐出させる吐出エネルギーを付与するアクチュエータユニット２１とアクチュエータユニット２１を駆動するドライバＩＣ５２とを有している。上流インクリザーバユニット８１が、高熱伝導性樹脂（２．０〜５．０Ｗ／（ｍ・Ｋ））で形成されている。ドライバＩＣ５２が、上流リザーバユニット８１の下面と熱的に結合されるように固定されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を吐出する液体吐出ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
印刷用紙等の記録媒体にインク滴を吐出するインクジェットヘッドとしては、インクを貯留するリザーバが形成されたリザーバユニットと、リザーバからのインクが流入する共通インク室及び共通インク室の出口から圧力室を介してノズルに至る多数の個別インク流路が形成された流路ユニットと、流路ユニットに固定されつつ各圧力室の容積を変化させることにより圧力室のインクに吐出エネルギーを付加するアクチュエータとを有するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述したインクジェットヘッドにおいては、環境温度が低くなるに伴って内部に貯溜されたインクの粘度が高くなる。インクの粘度が高くなると、ノズルから所望の体積のインク滴を吐出させるためにアクチュエータの駆動力を高くする必要があり、消費電力が大きくなってしまう。
【０００４】
本発明の目的は、液体を効率よく温めることができる液体吐出ヘッドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の液体吐出ヘッドは、液体を貯溜すると共に、貯溜した液体を流出口から流出させるリザーバが形成された第１流路構造体と、前記第１流路構造体の前記流出口に連通された流入口、前記流入口から流入した液体が供給される共通液体室、及び、前記共通液体室の出口から圧力室を経てノズルに至る複数の個別液体流路が形成された第２流路構造体と、複数の前記圧力室内の液体に吐出エネルギーを付与するアクチュエータユニットと、前記アクチュエータユニットを駆動するドライバＩＣとを備えている。前記ドライバＩＣが前記第１流路構造体の外壁面と熱的に結合されており、前記第１流路構造体が、２．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有する樹脂で形成されている。
【０００６】
本発明によると、第１流路構造体が高い熱伝導率を有する樹脂で形成されているため、ドライバＩＣから発生した熱が、リザーバ内の液体に効率よく伝達される。これにより、液体を効率よく温めることができる。
【０００７】
本発明においては、前記第１流路構造体と前記第２流路構造体との間に空隙が形成されており、前記ドライバＩＣが、前記空隙内に位置していることが好ましい。これによると、空隙内の空気が入れ替わりにくいため、ドライバＩＣが外気によって冷却されるのを抑制することができる。これにより、ドライバＩＣから発生した熱をリザーバ内のインクにさらに効率よく伝達することができる。
【０００８】
また、本発明においては、前記第１流路構造体の外壁面に固定された前記ドライバＩＣが、断熱材で覆われていることが好ましい。これによると、ドライバＩＣが外気によって冷却されるのを確実に抑制することができる。このため、ドライバＩＣから発生した熱をリザーバ内のインクにより一層効率よく伝達することができる。
【０００９】
さらに、本発明においては、前記ドライバＩＣが、前記第１流路構造体の鉛直方向に関する下面と熱的に結合されていることが好ましい。これによると、リザーバ内のインクが、リザーバの底面から温められて対流し、リザーバ内のインク全体を効率よく温めることができる。
【００１０】
加えて、本発明においては、前記ドライバＩＣが熱伝導性接着剤によって前記第１流路構造体と熱的に結合されていることがより好ましい。これによると、第１流路構造体とドライバＩＣとの結合部における熱抵抗を小さくすることができる。そのため、ドライバＩＣと第１流路構造体とを効率よく熱的に結合することができる。
【００１１】
また、本発明においては、液体を貯溜するタンクをさらに備えており、前記リザーバの長手方向に関する一方端部近傍に、前記タンクからの液体が供給される供給口が形成されており、前記リザーバの他方端部近傍に、前記流出口が形成されていることがより一層好ましい。これによると、インクをリザーバの延在方向に沿って効率よく流動させることができる。これにより、リザーバ内のインクを均一に温めることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、第１流路構造体が高い熱伝導率を有する樹脂で形成されているため、ドライバＩＣから発生した熱が、リザーバ内の液体に効率よく伝達される。これにより、液体を効率よく温めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態によるインクジェットプリンタの断面図である。
【図２】図１に示すインクジェットヘッドの幅方向に沿った断面図である。
【図３】図２に示すIII-III線に関する断面図である。
【図４】図３に示すIV-IV線に関する断面図である。
【図５】図２に示すV-V線に関する断面図である。
【図６】図５に示す一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。
【図７】図６に示すVII−VII線断面図である。
【図８】図６に示すアクチュエータユニットを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１５】
図１は、本発明の好適な実施形態のインクジェットプリンタの内部構成を示す断面図である。インクジェットプリンタ１０１は、図１に示すように、直方体形状の筐体１ａを有している。また、筐体１ａの上部には、排紙部３１が設けられている。さらに、筐体１ａ内は、上から順に３つの空間Ａ、Ｂ、Ｃに区分されている。空間Ａには、マゼンタ、シアン、イエロー、ブラックのインクをそれぞれ吐出する４つのインクジェットヘッド１、及び、搬送ユニット２０が配置されている。空間Ｂ、Ｃはそれぞれ、筐体１ａに対して着脱可能な給紙ユニット１ｂ及びインクタンクユニット１ｃが配置される空間である。なお、本実施形態において、副走査方向とは搬送ユニット２０で用紙Ｐを搬送するときの搬送方向と平行な方向であり、主走査方向とは副走査方向に直交する方向であって水平面に沿った方向である。
【００１６】
インクジェットプリンタ１０１の内部には、給紙ユニット１ｂから排紙部３１に向けて、用紙Ｐが搬送される用紙搬送経路が形成されている（図１中太矢印）。給紙ユニット１ｂは、複数枚の用紙Ｐを収納することが可能な給紙トレイ２３と、給紙トレイ２３に取り付けられた給紙ローラ２５とを有している。給紙ローラ２５は、給紙トレイ２３に積層して収納された複数の用紙Ｐのうち、最も上方にある用紙Ｐを送り出す。給紙ローラ２５によって送り出された用紙Ｐは、ガイド２７ａ，２７ｂによりガイドされ且つ送りローラ対２６によって挟持されつつ搬送ユニット２０へと送られる。
【００１７】
搬送ユニット２０は、図１に示すように、２つのベルトローラ６，７と、両ローラ６，７間に架け渡されるように巻回されたエンドレスの搬送ベルト８と、テンションローラ１０とを有している。テンションローラ１０は、搬送ベルト８の下側ループにおいて、その内周面に接触しつつ下方に付勢されることで搬送ベルト８にテンションを付加している。ベルトローラ７は、駆動ローラであって、搬送モータＭから２つのギアを介して駆動力が与えられることで、図１中時計回りに回転する。ベルトローラ６は、従動ローラであって、ベルトローラ７の回転により搬送ベルト８が走行するのに伴って、図１中時計回りに回転する。
【００１８】
搬送ベルト８の外周面８ａにはシリコーン処理が施されており、粘着性を有している。用紙搬送経路上において搬送ベルト８を挟んでベルトローラ６と対向する位置には、ニップローラ４が配置されている。ニップローラ４は、給紙ユニット１ｂから送り出された用紙Ｐを搬送ベルト８の外周面８ａに押さえ付ける。外周面８ａに押さえ付けられた用紙Ｐは、その粘着力によって外周面８ａ上に保持されつつ、図１右方へと搬送される。
【００１９】
また、用紙搬送経路上において搬送ベルト８を挟んでベルトローラ７と対向する位置には、剥離プレート５が設けられている。剥離プレート５は、搬送ベルト８の外周面８ａに保持されている用紙Ｐを外周面８ａから剥離する。剥離プレート５によって外周面８ａから剥離された用紙Ｐは、ガイド２９ａ，２９ｂによりガイドされ且つ二組の送りローラ対２８によって挟持されつつ搬送され、筐体１ａ上部に形成された開口３０から排紙部３１へと排出される。
【００２０】
４つのインクジェットヘッド１は、それぞれ主走査方向に沿って延在し、副走査方向に並設されており、フレーム３を介して筐体１ａに支持されている。すなわち、インクジェットプリンタ１０１は、主走査方向に延びた吐出領域が形成されたライン式のカラーインクジェットプリンタである。各インクジェットヘッド１の下面は、インク滴が吐出される吐出面２ａとなっている。
【００２１】
搬送ベルト８のループ内には、４つのインクジェットヘッド１と対向するように、プラテン１９が配置されている。プラテン１９の上面は、搬送ベルト８の上側ループの内周面と接触しており、搬送ベルト８の内周側からこれを支持している。これにより、搬送ベルト８の上側ループの外周面８ａとインクジェットヘッド１の下面、即ち吐出面２ａとが対向しつつ平行になり、且つ、吐出面２ａと搬送ベルト８の外周面８ａとの間に僅かな隙間が形成されている。当該隙間は、用紙搬送経路の一部を構成している。搬送ベルト８の外周面８ａ上に保持されつつ搬送されてきた用紙Ｐが４つのヘッド１のすぐ下方を通過する際に、各ヘッド１から用紙Ｐの上面に向けて各色のインクが順に吐出され、用紙Ｐ上に所望のカラー画像が形成される。
【００２２】
インクジェットヘッド１はそれぞれ、空間Ｃに装着されたインクタンクユニット１ｃ内のインクタンク４９と接続されている。すなわち、４つのインクタンク４９にはそれぞれ対応するインクジェットヘッド１が吐出するインクが貯留されている。そして、各インクタンク４９からチューブ（図３参照）等を介してインクジェットヘッド１にインクが供給される。
【００２３】
次に、図２〜図５を参照しつつインクジェットヘッド１について詳細に説明する。図２は、インクジェットヘッド１の幅方向である副走査方向に沿った断面図である。図３は、図２に示すIII−III線に関するインクジェットヘッド１の断面図である。図４は、図３に示すIV−IV線に関する上流リザーバユニット８１の断面図である。図５は、図２に示すV−V線に関するインクジェットヘッド１の断面図である。
【００２４】
図２に示すように、インクジェットヘッド１は、上流リザーバユニット（第１流路構造体）８１と、下流リザーバユニット７１（第２流路構造体の一部）と、流路ユニット９（第２流路構造体の一部）及びアクチュエータユニット２１を含むヘッド本体２と、一端がアクチュエータユニット２１に接続されていると共にドライバＩＣ５２が実装されたＣＯＦ（Chip On Film：平型柔軟基板）５０と、ＣＯＦ５０の他端に接続された制御基板５４とを有している。
【００２５】
上流リザーバユニット８１は、高熱伝導性樹脂によって成形された部材であり、内部にリザーバとしてのインクプール８２が形成されている。高熱伝導性樹脂は、有機材料と無機材料とからなる一種のハイブリッド材料であって、両者間の分子間相互作用を高めて、ベースポリマーにフィラーを緻密に充填した構造を有する。ベースポリマーとしては、ポリフェニレンサルファイド、ポリプロピレン等が用いられ、フィラーとしては、炭素繊維、アルミ粉、銅粉、黒鉛粉、窒化硼素、窒化アルミ、アルミナ等が用いられる。具体的な高熱伝導性樹脂としては、ＤＭ６０３０（ダイマット社）、ハイポーカ（ヤマトマテリアル社）、ヘルメタイトＴＸ−８７３Ｂ（日本ヘルメチック社）等がある。なお、ここで、高熱伝導性樹脂は、ポリプロピレンなど一般的な樹脂（０．１２〜０．３８Ｗ／（ｍ・Ｋ））と比較して１０倍以上の熱伝導率を有する樹脂である。本実施形態において、高熱伝導性樹脂は２．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上（好ましくは、３．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、より好ましくは４．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上）の熱伝導率を有している。これにより、上流リザーバユニットを金属で形成する場合と比較して、低コスト化及び軽量化を図ることができる。なお、後述するように、微細な内部流路を有する下流リザーバユニット７１及び流路ユニット９は、ステンレス綱で形成されており、１６．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）の熱伝導率を有している。ステンレス綱で形成することによって、下流リザーバユニット７１及び流路ユニット９の内部流路の製作精度を高くすることができる。このとき、上流リザーバユニット８１の熱伝導率λｊに対する、下流リザーバユニット７１及び流路ユニット９の熱伝導率λｓｕｓの比率Ａ（Ａ＝λｊ／λｓｕｓ）が大きくなることが好ましい。
【００２６】
図３及び図４に示すように、インクプール８２は、上流リザーバユニット８１の長手方向に沿って延在しており、幅方向に関する断面が楕円形状を有している。また、インクプール８２は、上流リザーバユニット８１の上面の当該長手方向に関する一方端部（図３中左方端部）近傍に形成されたインク流入口８１ａと、上流リザーバユニット８１の下面の当該長手方向に関する他方端部（図３中右方端部）近傍に形成されたインク流出口８１ｂとを有している。インク流入口８１ａは、チューブを介してインクタンク４９と連通しており、インクタンク４９からのインクをインクプール８１内に流入させる。インク流入口８１ａから流入したインクは、インクプール８２において一時的に貯溜される。インク流出口８１ｂは、下流リザーバユニット８１と連通しており、インクプール８２に貯溜されたインクを下流リザーバユニット８１に流出させる。
【００２７】
インク流入口８１ａ及びインク流出口８１ｂは、上流リザーバユニット８１の幅方向に関する中央に配置されており、平面視においてインク流入口８１ａとインク流出口８１ｂとを結ぶ直線がインクプール８２の延在方向と平行になっている。また、平面視において、インクプール８２がインク流出口８１ｂに向かって先細りになっている。これにより、インク流入口８１ａから流入したインクが、効率よくインク流出口８１ｂに到達する。
【００２８】
図２及び図３に示すように、下流リザーバユニット７１は、上流リザーバユニット８１からのインクをヘッド本体２に供給するものであり、上流リザーバユニット８１の下方において上流リザーバユニット８１に接続されていると共に、ヘッド本体２の上面に固定されている。また、下流リザーバユニット７１は、プレート９１〜９４の４枚のステンレス鋼からなる金属製のプレートが互いに位置合わせされて積層されたものであり、インク導入口７１ａ、インクリザーバ７２、及び、１０個のインク流出流路７３が互いに連通するように形成されている。なお、図２においては、１つのインク流出流路７３のみが現れている。インク流出流路７３は、流路ユニット９の上面に形成されたインク供給口１０５ｂ（図５参照）を介して流路ユニット９に連通している。上流リザーバユニット８１からのインクは、インク導入口７１ａを介してインクリザーバ７２に流入し、インク流出流路７３を通過して、インク供給口１０５ｂから流路ユニット９に供給される。下流リザーバユニット７１が金属製のプレートで形成されているため、内部流路の製作精度を高くすることができる。
【００２９】
プレート９４の下面には、凹部９４ａが形成されている。凹部９４ａは、流路ユニット９の上面との間で空隙９０を形成している。空隙９０には、流路ユニット９の上面に固定された４つの台形状アクチュエータユニット２１が、プレート９４に関する長手方向に延びた中心線に沿って千鳥状に且つ等間隔で配列されている。４つのアクチュエータユニット２１は、中心線に対して、互いに平行な相反する外側方向に交互に等距離偏倚して配置されている。このとき、台形の下底に相当する底辺が、ヘッド本体２の副走査方向端縁部に位置している。空隙９０は、プレート９４の長手方向に沿って且つ中心線を挟んで交互に配置されるように、インクジェットヘッド１の側面に形成された４つの開口９０ａを有している。
【００３０】
また、プレート９４の下面は、凸部（凹部９４ａ以外の部分）が流路ユニット９と接着されている。凸部内に形成されたインク流出流路７３を介して、インクリザーバ７２とインク供給口１０５ｂとが連通している。
【００３１】
ＣＯＦ５０は、その一方端部近傍がアクチュエータユニット２１の上面に接続されている。さらに、ＣＯＦ５０は、アクチュエータユニット２１の上面から水平方向に延在して開口９０ａを通過した後に、反転して上流リザーバユニット８１と下流リザーバユニット７１との間に形成された空隙８５を通過し、さらに、上方に向かって上流リザーバユニット８１の上方まで延在している。そして、上流リザーバユニット８１の上方において、ＣＯＦ５０の他方端部がコネクタ５４ａを介して制御基板５４に接続されている。制御基板５４は、上流リザーバユニット８１の上方に配置されており、ＣＯＦ５０のドライバＩＣ５２を介してアクチュエータユニット２１の駆動を制御する。ドライバＩＣ５２は、アクチュエータユニット２１を駆動する駆動信号を生成するものである。
【００３２】
上流リザーバユニット８１と下流リザーバユニット７１との間に形成された空隙８５内において、ＣＯＦ５０の途中部に実装されたドライバＩＣ５２が、上流リザーバユニット８１の（鉛直方向に関する）下面に、熱伝導性接着剤によって固定されている。熱伝導性接着剤は、エポキシ系接着剤やポリイミド系接着剤に熱伝導性フィラーを添加した接着剤である。フィラー材としては、パラジウム銀、金、パラジウム、ニッケル、カーボン、窒化アルミ等が用いられる。具体的な熱伝導性接着剤としては、ハードロックＯＲ（山富商事社）、ＴＫ２００（住友ベークライト社）等がある。熱伝導性接着剤の熱伝導率は、２．４〜５．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、通常のシリコン接着剤（０．１７〜０．８３Ｗ／（ｍ・Ｋ））と比較して１０倍以上高くなっている。これにより、ドライバＩＣ５２と上流リザーバユニット８１とが、熱的に結合されている。なお、ドライバＩＣ５２は、熱伝導性接着剤以外の接着剤によって上流リザーバユニット８１の下面に固定されてもよい。そして、ドライバＩＣ５２の表面が、ウレタンフォーム（０．０４Ｗ／（ｍ・Ｋ））などの断熱材５２ａで被覆されている。このとき、ドライバＩＣ５２は、上流リザーバユニット８１の下面と共に断熱材５２ａによって密閉されるので、発生する熱のほとんどが上流リザーバユニット８１側に伝わることになる。
【００３３】
図３及び図４に示すように、上流リザーバユニット８１の下面に、アクチュエータユニット２１にそれぞれ対応した４つのドライバＩＣ５２が固定されている。これら４つのドライバＩＣ５２は、インクプール８２と対向しつつインクプール８２の延在方向に関して等間隔に配列されている。また、各ドライバＩＣ５２は、自身の長手方向がインクプール８２の延在方向と一致するように配置されている。
【００３４】
ドライバＩＣ５２から発生した熱が、上流リザーバユニット８１の壁部を介してインクプール８２内のインクに伝達されて、インクプール８２の底面からインクが温められる。このとき、図２に示すように、インクプール８２の幅方向に関する断面が長円形状を有しているため、インクプール８２の底面から温められたインクがインクプール８２内をスムーズに対流し、インクプール８２内のインク全体が効率よく温められる。
【００３５】
次に、図５〜図８を参照しつつ、ヘッド本体２について説明する。図５は、図２に示すV-Vに沿った断面図である。図６は、ヘッド本体２における図５の一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。なお、図６では説明の都合上、アクチュエータユニット２１の下方にあって破線で描くべき圧力室１１０、アパーチャ１１２及びノズル１０８を実線で描いている。また、プレート９４の断面部分は省略している。図７は、図６に示すVII−VII線に沿った部分断面図である。図８（ａ）はアクチュエータユニット２１の拡大断面図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）においてアクチュエータユニット２１の表面に配置された個別電極を示す平面図である。
【００３６】
ヘッド本体２は、図５に示すように、流路ユニット９、及び、流路ユニット９の上面９ａに固定された４つのアクチュエータユニット２１を含んでいる。図６に示すように、流路ユニット９は、圧力室１１０等を含むインク流路が内部に形成されている。アクチュエータユニット２１は、各圧力室１１０に対応した複数のアクチュエータを含んでおり、圧力室１１０内のインクに選択的に吐出エネルギーを付与する機能を有する。
【００３７】
流路ユニット９は、下流リザーバユニット７１のプレート９４とほぼ同じ平面形状を有する直方体形状となっている。流路ユニット９の上面９ａには、下流リザーバユニット７１のインク流出流路７３（図２参照）に対応して、計１０個のインク供給口１０５ｂが開口している。流路ユニット９の内部には、図５及び図６に示すように、インク供給口１０５ｂに連通するマニホールド流路１０５及びマニホールド流路１０５から分岐した副マニホールド流路１０５ａが形成されている。流路ユニット９の下面には、図６及び図７に示すように、多数のノズル１０８がマトリクス状に配置された吐出面２ａが形成されている。圧力室１１０も流路ユニット９におけるアクチュエータユニット２１の固定面においてノズル１０８と同様マトリクス状に多数配列されている。
【００３８】
流路ユニット９は、図７に示すように、９枚のステンレス鋼からなる金属製のプレート１２２〜１３０から構成されている。これらプレート１２２〜１３０を互いに位置合わせしつつ積層することによって、流路ユニット９内に、マニホールド流路１０５から副マニホールド流路１０５ａ、そして副マニホールド流路１０５ａの出口から圧力室１１０を経てノズル１０８に至る多数の個別インク流路１３２が形成される。
【００３９】
流路ユニット９におけるインクの流れについて説明する。図５〜図７に示すように、上流リザーバユニット８１及び下流リザーバユニット７１からインク供給口１０５ｂを介して流路ユニット９内に供給されたインクは、マニホールド流路１０５から副マニホールド流路１０５ａに分岐される。副マニホールド流路１０５ａ内のインクは、各個別インク流路１３２に流れ込み、絞りとして機能するアパーチャ１１２及び圧力室１１０を介してノズル１０８に至る。
【００４０】
次に、アクチュエータユニット２１について説明する。図５に示すように、４つのアクチュエータユニット２１は、それぞれ台形の平面形状を有しており、インク供給口１０５ｂを避けるよう千鳥状に配置されている。さらに、各アクチュエータユニット２１の平行対向辺は流路ユニット９の長手方向に沿っており、隣接するアクチュエータユニット２１の斜辺同士は流路ユニット９の幅方向（副走査方向）に沿って互いにオーバーラップしている。これによって、長手方向両端の２つの斜辺部によって挟まれた範囲で、全てのノズル１０８が長手方向に沿って所定の等間隔で配列することになる。
【００４１】
図８（ａ）に示すように、アクチュエータユニット２１は、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミックス材料からなる３枚の圧電シート１４１〜１４３から構成されている。また、最上層の圧電シート１４１の上面における圧力室１１０に対向する位置には、個別電極１３５が形成されている。最上層の圧電シート１４１とその下側の圧電シート１４２との間にはシート全面に形成された共通電極１３４が介在している。個別電極１３５は、図８（ｂ）に示すように、圧力室１１０と相似な略菱形の平面形状を有する。平面視で、個別電極１３５の大部分は、圧力室１１０の領域内にある。略菱形の個別電極１３５における鋭角部の一方は圧力室１１０の外に延出され、その先端には個別電極１３５と電気的に接続された個別バンプ１３６が設けられている。
【００４２】
共通電極１３４は、すべての圧力室１１０に対応する領域において等しくグランド電位が付与されている。一方、個別電極１３５は、ＣＯＦ５０を介してドライバＩＣ５２の各出力端子と電気的に接続されており、ドライバＩＣ５２からの駆動信号が選択的に供給されるようになっている。なお、共通電極１３４は、スルーホールを介して圧電シート１４１の上面に形成された共通電極用バンプと接続されている。さらに、共通電極用バンプは、ＣＯＦ５０を介して制御基板５４と接続されている。
【００４３】
ここで、アクチュエータユニット２１の駆動方法について述べる。圧電シート１４１はその厚み方向に分極されている。個別電極１３５を共通電極１３４と異なる電位にして圧電シート１４１に対してその分極方向に電界を印加すると、圧電シート１４１における電界印加部分が圧電効果により歪む活性部として働く。つまり、アクチュエータユニット２１には、個別電極１３５と圧力室１１０とで挟まれた部分が、個別のアクチュエータとして働き、圧力室１１０の数に対応した複数のアクチュエータが作り込まれている。例えば、分極方向と電界の印加方向とが同じであれば、活性部は分極方向に直交する方向（平面方向）に縮む。つまり、アクチュエータユニット２１は、圧力室１１０から離れた上側１枚の圧電シート１４１を活性部が含まれる層とし、且つ圧力室１１０に近い下側２枚の圧電シート１４２、１４３を非活性層とした、いわゆるユニモルフタイプのアクチュエータである。図８（ａ）に示すように、圧電シート１４１〜１４３は圧力室１１０を区画するプレート１２２の上面に固定されているため、圧電シート１４１における電界印加部分とその下方の圧電シート１４２、１４３との間で平面方向への歪みに差が生じると、圧電シート１４１〜１４３全体が圧力室１１０側へ凸になるように変形（ユニモルフ変形）する。これにより圧力室１１０内のインクに圧力（吐出エネルギー）が付与され、ノズル１０８からインク滴が吐出される。流路内のインク粘度が高くなるに伴って、アクチュエータユニット２１を変位させるために、個別電極１３５と共通電極１３４との間に印加する電圧を高くする必要がある。
【００４４】
なお、本実施形態においては、予め個別電極１３５に所定の電位を付与しておき、吐出要求があるごとに一旦個別電極１３５をグランド電位にした後、所定のタイミングで再び個別電極１３５に所定の電位を付与するような駆動信号をドライバＩＣ５２から出力させる。この場合、個別電極１３５がグランド電位となるタイミングで圧電シート１４１〜１４３が元の状態に戻り、圧力室１１０の容積は初期状態（予め電圧が印加された状態）と比較して増加し、副マニホールド流路１０５ａから個別インク流路１３２へとインクが吸い込まれる。その後、再び個別電極１３５に所定の電位が付与されたタイミングで圧電シート１４１〜１４３において活性領域と対向する部分が圧力室１１０側に凸となるように変形し、圧力室１１０の容積低下によりインクの圧力が上昇し、ノズル１０８からインクが吐出される。
【００４５】
以上のように、本実施形態によるインクジェットヘッド１によると、上流リザーバユニット８１が高い熱伝導率を有する高熱伝導性樹脂で形成されているため、ドライバＩＣ５２から発生した熱が、インクプール８２内のインクに効率よく伝達される。これにより、インクプール８２内のインクを効率よく温めることができる。このため、インクが冷えて粘度が高くなるのが抑制され、アクチュエータユニット２１を駆動するときの消費電力を低減させることができる。
【００４６】
また、ドライバＩＣ５２が、上流リザーバユニット８１と下流リザーバユニット７１との間に形成された空気が入れ替わりにくい空隙８５内に配置されているため、ドライバＩＣ５２が外気によって冷却されるのを抑制することができる。これにより、ドライバＩＣ５２から発生した熱を、さらに効率よくインクプール８２内のインクに伝達することができる。
【００４７】
加えて、ドライバＩＣ５２の表面が、ウレタンフォームなどの断熱材５２ａで被覆されているため、ドライバＩＣ５２が外気によって冷却されるのを確実に抑制することができる。
【００４８】
また、ドライバＩＣ５２が、上流リザーバユニット８１の下面と熱的に結合されているため、インクプール８２の底面からインクが温められる。このため、インクプール８２の底面から温められたインクがインクプール８２内をスムーズに対流し、インクプール８２内のインク全体が効率よく温めることができる。
【００４９】
このとき、ドライバＩＣ５２が熱伝導性接着剤によって上流リザーバユニット８１の下面に固定されているため、上流リザーバユニット８１とドライバＩＣ５２との結合部における熱抵抗を小さくすることができる。これにより、ドライバＩＣ５２と上流リザーバユニット８１とを効率よく熱的に結合することができる。
【００５０】
また、インクプール８２が、上流リザーバユニット８１の上面の当該長手方向に関する一方端部近傍に形成されたインク流入口８１ａと、上流リザーバユニット８１の下面の当該長手方向に関する他方端部近傍に形成されたインク流出口８１ｂとを有しているため、インクを、インクプール８２の延在方向に沿って効率よく流動させることができる。これにより、インクプール８２のインクを均一に温めることができる。
【００５１】
なお、インクを流路ユニット９に分配するインク流出流路７３は、インクリザーバ７２の中央に関して点対称に配置されている。本実施形態では、下流リザーバユニット７１の長手方向端部において、インクリザーバ７２とインク導入口７１ａとが連結されている。このとき、反対側端部近傍のインク流出流路７３では、連結部から離れていることによって、暖められたインクが再び冷えてしまい、両端間の温度差によるインク吐出特性に差が生じる虞がある。インクの分配位置に対応したインク吐出特性の差を抑えるという観点から、インク導入口７１ａに供給されたインクは、長手方向に関して、インクリザーバ７２の中央からインクリザーバ７２内に落とし込まれるような形態の流路が下流リザーバユニット７１に形成されているとよい。
【００５２】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能なものである。上述の実施形態では、ドライバＩＣ５２が、上流リザーバユニット８１と下流リザーバユニット７１との間に形成された空隙８５内において、上流リザーバユニット８１の下面に固定されている構成であるが、ドライバＩＣ５２は、上流リザーバユニット８１の他の外壁面に固定されていてもよい。このとき、上流リザーバユニット８１と下流リザーバユニット７１との間に空隙８５が形成されていなくてもよい。
【００５３】
また、上述の実施形態においては、ドライバＩＣ５２の表面がウレタンフォームなどの断熱材５２ａで被覆されている構成であるが、ドライバＩＣ５２の表面が断熱材５２ａで被覆されていなくてもよい。
【００５４】
さらに、上述の実施形態においては、インクプール８２が、インク流入口８１ａと、インク流出口８１ｂとが、平面視において直線上に配置される構成であるが、インク流入口８１ａ及びインク流出口８１ｂは上流リザーバユニットの任意の位置に形成されていてよい。
【００５５】
また、上述した実施形態においては、アクチュエータユニット２１がユニモルフタイプのアクチュエータであるが、アクチュエータの構成は任意のものであってよい。例えば、アクチュエータユニットが縦振動を利用する積層型のアクチュエータであってもよい。
【００５６】
本発明による記録ヘッドは、ライン式に限定されず、ヘッドが往復移動するシリアル式の記録ヘッドや、インク以外の液体を吐出する記録ヘッドにも適用可能である。さらに、プリンタに限定されず、ファクシミリやコピー機などにも適用可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１ インクジェットヘッド
２ ヘッド本体
２ａ 吐出面
９ 流路ユニット
２１ アクチュエータユニット
５０ ＣＯＦ
５２ ドライバＩＣ
５２ａ 断熱材
５４ 制御基板
７１ａ インク導入口
７１ 下流リザーバユニット
７２ インクリザーバ
７３ インク流出流路
８１ インクプール
８１ａ インク流入口
８１ｂ インク流出口
８１ 上流リザーバユニット
８１ 下流リザーバユニット
８２ インクプール
８５ 空隙
９４ａ 凹部
１０１ インクジェットプリンタ
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５８】
【特許文献１】特開２００５−１０４１４７号公報（図４）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を吐出する液体吐出ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
印刷用紙等の記録媒体にインク滴を吐出するインクジェットヘッドとしては、インクを貯留するリザーバが形成されたリザーバユニットと、リザーバからのインクが流入する共通インク室及び共通インク室の出口から圧力室を介してノズルに至る多数の個別インク流路が形成された流路ユニットと、流路ユニットに固定されつつ各圧力室の容積を変化させることにより圧力室のインクに吐出エネルギーを付加するアクチュエータとを有するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述したインクジェットヘッドにおいては、環境温度が低くなるに伴って内部に貯溜されたインクの粘度が高くなる。インクの粘度が高くなると、ノズルから所望の体積のインク滴を吐出させるためにアクチュエータの駆動力を高くする必要があり、消費電力が大きくなってしまう。
【０００４】
本発明の目的は、液体を効率よく温めることができる液体吐出ヘッドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の液体吐出ヘッドは、液体を貯溜すると共に、貯溜した液体を流出口から流出させるリザーバが形成された第１流路構造体と、前記第１流路構造体の前記流出口に連通された流入口、前記流入口から流入した液体が供給される共通液体室、及び、前記共通液体室の出口から圧力室を経てノズルに至る複数の個別液体流路が形成された第２流路構造体と、複数の前記圧力室内の液体に吐出エネルギーを付与するアクチュエータユニットと、前記アクチュエータユニットを駆動するドライバＩＣとを備えている。前記ドライバＩＣが前記第１流路構造体の外壁面と熱的に結合されており、前記第１流路構造体が、２．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有する樹脂で形成されている。
【０００６】
本発明によると、第１流路構造体が高い熱伝導率を有する樹脂で形成されているため、ドライバＩＣから発生した熱が、リザーバ内の液体に効率よく伝達される。これにより、液体を効率よく温めることができる。
【０００７】
本発明においては、前記第１流路構造体と前記第２流路構造体との間に空隙が形成されており、前記ドライバＩＣが、前記空隙内に位置していることが好ましい。これによると、空隙内の空気が入れ替わりにくいため、ドライバＩＣが外気によって冷却されるのを抑制することができる。これにより、ドライバＩＣから発生した熱をリザーバ内のインクにさらに効率よく伝達することができる。
【０００８】
また、本発明においては、前記第１流路構造体の外壁面に固定された前記ドライバＩＣが、断熱材で覆われていることが好ましい。これによると、ドライバＩＣが外気によって冷却されるのを確実に抑制することができる。このため、ドライバＩＣから発生した熱をリザーバ内のインクにより一層効率よく伝達することができる。
【０００９】
さらに、本発明においては、前記ドライバＩＣが、前記第１流路構造体の鉛直方向に関する下面と熱的に結合されていることが好ましい。これによると、リザーバ内のインクが、リザーバの底面から温められて対流し、リザーバ内のインク全体を効率よく温めることができる。
【００１０】
加えて、本発明においては、前記ドライバＩＣが熱伝導性接着剤によって前記第１流路構造体と熱的に結合されていることがより好ましい。これによると、第１流路構造体とドライバＩＣとの結合部における熱抵抗を小さくすることができる。そのため、ドライバＩＣと第１流路構造体とを効率よく熱的に結合することができる。
【００１１】
また、本発明においては、液体を貯溜するタンクをさらに備えており、前記リザーバの長手方向に関する一方端部近傍に、前記タンクからの液体が供給される供給口が形成されており、前記リザーバの他方端部近傍に、前記流出口が形成されていることがより一層好ましい。これによると、インクをリザーバの延在方向に沿って効率よく流動させることができる。これにより、リザーバ内のインクを均一に温めることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、第１流路構造体が高い熱伝導率を有する樹脂で形成されているため、ドライバＩＣから発生した熱が、リザーバ内の液体に効率よく伝達される。これにより、液体を効率よく温めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態によるインクジェットプリンタの断面図である。
【図２】図１に示すインクジェットヘッドの幅方向に沿った断面図である。
【図３】図２に示すIII-III線に関する断面図である。
【図４】図３に示すIV-IV線に関する断面図である。
【図５】図２に示すV-V線に関する断面図である。
【図６】図５に示す一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。
【図７】図６に示すVII−VII線断面図である。
【図８】図６に示すアクチュエータユニットを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１５】
図１は、本発明の好適な実施形態のインクジェットプリンタの内部構成を示す断面図である。インクジェットプリンタ１０１は、図１に示すように、直方体形状の筐体１ａを有している。また、筐体１ａの上部には、排紙部３１が設けられている。さらに、筐体１ａ内は、上から順に３つの空間Ａ、Ｂ、Ｃに区分されている。空間Ａには、マゼンタ、シアン、イエロー、ブラックのインクをそれぞれ吐出する４つのインクジェットヘッド１、及び、搬送ユニット２０が配置されている。空間Ｂ、Ｃはそれぞれ、筐体１ａに対して着脱可能な給紙ユニット１ｂ及びインクタンクユニット１ｃが配置される空間である。なお、本実施形態において、副走査方向とは搬送ユニット２０で用紙Ｐを搬送するときの搬送方向と平行な方向であり、主走査方向とは副走査方向に直交する方向であって水平面に沿った方向である。
【００１６】
インクジェットプリンタ１０１の内部には、給紙ユニット１ｂから排紙部３１に向けて、用紙Ｐが搬送される用紙搬送経路が形成されている（図１中太矢印）。給紙ユニット１ｂは、複数枚の用紙Ｐを収納することが可能な給紙トレイ２３と、給紙トレイ２３に取り付けられた給紙ローラ２５とを有している。給紙ローラ２５は、給紙トレイ２３に積層して収納された複数の用紙Ｐのうち、最も上方にある用紙Ｐを送り出す。給紙ローラ２５によって送り出された用紙Ｐは、ガイド２７ａ，２７ｂによりガイドされ且つ送りローラ対２６によって挟持されつつ搬送ユニット２０へと送られる。
【００１７】
搬送ユニット２０は、図１に示すように、２つのベルトローラ６，７と、両ローラ６，７間に架け渡されるように巻回されたエンドレスの搬送ベルト８と、テンションローラ１０とを有している。テンションローラ１０は、搬送ベルト８の下側ループにおいて、その内周面に接触しつつ下方に付勢されることで搬送ベルト８にテンションを付加している。ベルトローラ７は、駆動ローラであって、搬送モータＭから２つのギアを介して駆動力が与えられることで、図１中時計回りに回転する。ベルトローラ６は、従動ローラであって、ベルトローラ７の回転により搬送ベルト８が走行するのに伴って、図１中時計回りに回転する。
【００１８】
搬送ベルト８の外周面８ａにはシリコーン処理が施されており、粘着性を有している。用紙搬送経路上において搬送ベルト８を挟んでベルトローラ６と対向する位置には、ニップローラ４が配置されている。ニップローラ４は、給紙ユニット１ｂから送り出された用紙Ｐを搬送ベルト８の外周面８ａに押さえ付ける。外周面８ａに押さえ付けられた用紙Ｐは、その粘着力によって外周面８ａ上に保持されつつ、図１右方へと搬送される。
【００１９】
また、用紙搬送経路上において搬送ベルト８を挟んでベルトローラ７と対向する位置には、剥離プレート５が設けられている。剥離プレート５は、搬送ベルト８の外周面８ａに保持されている用紙Ｐを外周面８ａから剥離する。剥離プレート５によって外周面８ａから剥離された用紙Ｐは、ガイド２９ａ，２９ｂによりガイドされ且つ二組の送りローラ対２８によって挟持されつつ搬送され、筐体１ａ上部に形成された開口３０から排紙部３１へと排出される。
【００２０】
４つのインクジェットヘッド１は、それぞれ主走査方向に沿って延在し、副走査方向に並設されており、フレーム３を介して筐体１ａに支持されている。すなわち、インクジェットプリンタ１０１は、主走査方向に延びた吐出領域が形成されたライン式のカラーインクジェットプリンタである。各インクジェットヘッド１の下面は、インク滴が吐出される吐出面２ａとなっている。
【００２１】
搬送ベルト８のループ内には、４つのインクジェットヘッド１と対向するように、プラテン１９が配置されている。プラテン１９の上面は、搬送ベルト８の上側ループの内周面と接触しており、搬送ベルト８の内周側からこれを支持している。これにより、搬送ベルト８の上側ループの外周面８ａとインクジェットヘッド１の下面、即ち吐出面２ａとが対向しつつ平行になり、且つ、吐出面２ａと搬送ベルト８の外周面８ａとの間に僅かな隙間が形成されている。当該隙間は、用紙搬送経路の一部を構成している。搬送ベルト８の外周面８ａ上に保持されつつ搬送されてきた用紙Ｐが４つのヘッド１のすぐ下方を通過する際に、各ヘッド１から用紙Ｐの上面に向けて各色のインクが順に吐出され、用紙Ｐ上に所望のカラー画像が形成される。
【００２２】
インクジェットヘッド１はそれぞれ、空間Ｃに装着されたインクタンクユニット１ｃ内のインクタンク４９と接続されている。すなわち、４つのインクタンク４９にはそれぞれ対応するインクジェットヘッド１が吐出するインクが貯留されている。そして、各インクタンク４９からチューブ（図３参照）等を介してインクジェットヘッド１にインクが供給される。
【００２３】
次に、図２〜図５を参照しつつインクジェットヘッド１について詳細に説明する。図２は、インクジェットヘッド１の幅方向である副走査方向に沿った断面図である。図３は、図２に示すIII−III線に関するインクジェットヘッド１の断面図である。図４は、図３に示すIV−IV線に関する上流リザーバユニット８１の断面図である。図５は、図２に示すV−V線に関するインクジェットヘッド１の断面図である。
【００２４】
図２に示すように、インクジェットヘッド１は、上流リザーバユニット（第１流路構造体）８１と、下流リザーバユニット７１（第２流路構造体の一部）と、流路ユニット９（第２流路構造体の一部）及びアクチュエータユニット２１を含むヘッド本体２と、一端がアクチュエータユニット２１に接続されていると共にドライバＩＣ５２が実装されたＣＯＦ（Chip On Film：平型柔軟基板）５０と、ＣＯＦ５０の他端に接続された制御基板５４とを有している。
【００２５】
上流リザーバユニット８１は、高熱伝導性樹脂によって成形された部材であり、内部にリザーバとしてのインクプール８２が形成されている。高熱伝導性樹脂は、有機材料と無機材料とからなる一種のハイブリッド材料であって、両者間の分子間相互作用を高めて、ベースポリマーにフィラーを緻密に充填した構造を有する。ベースポリマーとしては、ポリフェニレンサルファイド、ポリプロピレン等が用いられ、フィラーとしては、炭素繊維、アルミ粉、銅粉、黒鉛粉、窒化硼素、窒化アルミ、アルミナ等が用いられる。具体的な高熱伝導性樹脂としては、ＤＭ６０３０（ダイマット社）、ハイポーカ（ヤマトマテリアル社）、ヘルメタイトＴＸ−８７３Ｂ（日本ヘルメチック社）等がある。なお、ここで、高熱伝導性樹脂は、ポリプロピレンなど一般的な樹脂（０．１２〜０．３８Ｗ／（ｍ・Ｋ））と比較して１０倍以上の熱伝導率を有する樹脂である。本実施形態において、高熱伝導性樹脂は２．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上（好ましくは、３．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、より好ましくは４．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上）の熱伝導率を有している。これにより、上流リザーバユニットを金属で形成する場合と比較して、低コスト化及び軽量化を図ることができる。なお、後述するように、微細な内部流路を有する下流リザーバユニット７１及び流路ユニット９は、ステンレス綱で形成されており、１６．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）の熱伝導率を有している。ステンレス綱で形成することによって、下流リザーバユニット７１及び流路ユニット９の内部流路の製作精度を高くすることができる。このとき、上流リザーバユニット８１の熱伝導率λｊに対する、下流リザーバユニット７１及び流路ユニット９の熱伝導率λｓｕｓの比率Ａ（Ａ＝λｊ／λｓｕｓ）が大きくなることが好ましい。
【００２６】
図３及び図４に示すように、インクプール８２は、上流リザーバユニット８１の長手方向に沿って延在しており、幅方向に関する断面が楕円形状を有している。また、インクプール８２は、上流リザーバユニット８１の上面の当該長手方向に関する一方端部（図３中左方端部）近傍に形成されたインク流入口８１ａと、上流リザーバユニット８１の下面の当該長手方向に関する他方端部（図３中右方端部）近傍に形成されたインク流出口８１ｂとを有している。インク流入口８１ａは、チューブを介してインクタンク４９と連通しており、インクタンク４９からのインクをインクプール８１内に流入させる。インク流入口８１ａから流入したインクは、インクプール８２において一時的に貯溜される。インク流出口８１ｂは、下流リザーバユニット８１と連通しており、インクプール８２に貯溜されたインクを下流リザーバユニット８１に流出させる。
【００２７】
インク流入口８１ａ及びインク流出口８１ｂは、上流リザーバユニット８１の幅方向に関する中央に配置されており、平面視においてインク流入口８１ａとインク流出口８１ｂとを結ぶ直線がインクプール８２の延在方向と平行になっている。また、平面視において、インクプール８２がインク流出口８１ｂに向かって先細りになっている。これにより、インク流入口８１ａから流入したインクが、効率よくインク流出口８１ｂに到達する。
【００２８】
図２及び図３に示すように、下流リザーバユニット７１は、上流リザーバユニット８１からのインクをヘッド本体２に供給するものであり、上流リザーバユニット８１の下方において上流リザーバユニット８１に接続されていると共に、ヘッド本体２の上面に固定されている。また、下流リザーバユニット７１は、プレート９１〜９４の４枚のステンレス鋼からなる金属製のプレートが互いに位置合わせされて積層されたものであり、インク導入口７１ａ、インクリザーバ７２、及び、１０個のインク流出流路７３が互いに連通するように形成されている。なお、図２においては、１つのインク流出流路７３のみが現れている。インク流出流路７３は、流路ユニット９の上面に形成されたインク供給口１０５ｂ（図５参照）を介して流路ユニット９に連通している。上流リザーバユニット８１からのインクは、インク導入口７１ａを介してインクリザーバ７２に流入し、インク流出流路７３を通過して、インク供給口１０５ｂから流路ユニット９に供給される。下流リザーバユニット７１が金属製のプレートで形成されているため、内部流路の製作精度を高くすることができる。
【００２９】
プレート９４の下面には、凹部９４ａが形成されている。凹部９４ａは、流路ユニット９の上面との間で空隙９０を形成している。空隙９０には、流路ユニット９の上面に固定された４つの台形状アクチュエータユニット２１が、プレート９４に関する長手方向に延びた中心線に沿って千鳥状に且つ等間隔で配列されている。４つのアクチュエータユニット２１は、中心線に対して、互いに平行な相反する外側方向に交互に等距離偏倚して配置されている。このとき、台形の下底に相当する底辺が、ヘッド本体２の副走査方向端縁部に位置している。空隙９０は、プレート９４の長手方向に沿って且つ中心線を挟んで交互に配置されるように、インクジェットヘッド１の側面に形成された４つの開口９０ａを有している。
【００３０】
また、プレート９４の下面は、凸部（凹部９４ａ以外の部分）が流路ユニット９と接着されている。凸部内に形成されたインク流出流路７３を介して、インクリザーバ７２とインク供給口１０５ｂとが連通している。
【００３１】
ＣＯＦ５０は、その一方端部近傍がアクチュエータユニット２１の上面に接続されている。さらに、ＣＯＦ５０は、アクチュエータユニット２１の上面から水平方向に延在して開口９０ａを通過した後に、反転して上流リザーバユニット８１と下流リザーバユニット７１との間に形成された空隙８５を通過し、さらに、上方に向かって上流リザーバユニット８１の上方まで延在している。そして、上流リザーバユニット８１の上方において、ＣＯＦ５０の他方端部がコネクタ５４ａを介して制御基板５４に接続されている。制御基板５４は、上流リザーバユニット８１の上方に配置されており、ＣＯＦ５０のドライバＩＣ５２を介してアクチュエータユニット２１の駆動を制御する。ドライバＩＣ５２は、アクチュエータユニット２１を駆動する駆動信号を生成するものである。
【００３２】
上流リザーバユニット８１と下流リザーバユニット７１との間に形成された空隙８５内において、ＣＯＦ５０の途中部に実装されたドライバＩＣ５２が、上流リザーバユニット８１の（鉛直方向に関する）下面に、熱伝導性接着剤によって固定されている。熱伝導性接着剤は、エポキシ系接着剤やポリイミド系接着剤に熱伝導性フィラーを添加した接着剤である。フィラー材としては、パラジウム銀、金、パラジウム、ニッケル、カーボン、窒化アルミ等が用いられる。具体的な熱伝導性接着剤としては、ハードロックＯＲ（山富商事社）、ＴＫ２００（住友ベークライト社）等がある。熱伝導性接着剤の熱伝導率は、２．４〜５．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、通常のシリコン接着剤（０．１７〜０．８３Ｗ／（ｍ・Ｋ））と比較して１０倍以上高くなっている。これにより、ドライバＩＣ５２と上流リザーバユニット８１とが、熱的に結合されている。なお、ドライバＩＣ５２は、熱伝導性接着剤以外の接着剤によって上流リザーバユニット８１の下面に固定されてもよい。そして、ドライバＩＣ５２の表面が、ウレタンフォーム（０．０４Ｗ／（ｍ・Ｋ））などの断熱材５２ａで被覆されている。このとき、ドライバＩＣ５２は、上流リザーバユニット８１の下面と共に断熱材５２ａによって密閉されるので、発生する熱のほとんどが上流リザーバユニット８１側に伝わることになる。
【００３３】
図３及び図４に示すように、上流リザーバユニット８１の下面に、アクチュエータユニット２１にそれぞれ対応した４つのドライバＩＣ５２が固定されている。これら４つのドライバＩＣ５２は、インクプール８２と対向しつつインクプール８２の延在方向に関して等間隔に配列されている。また、各ドライバＩＣ５２は、自身の長手方向がインクプール８２の延在方向と一致するように配置されている。
【００３４】
ドライバＩＣ５２から発生した熱が、上流リザーバユニット８１の壁部を介してインクプール８２内のインクに伝達されて、インクプール８２の底面からインクが温められる。このとき、図２に示すように、インクプール８２の幅方向に関する断面が長円形状を有しているため、インクプール８２の底面から温められたインクがインクプール８２内をスムーズに対流し、インクプール８２内のインク全体が効率よく温められる。
【００３５】
次に、図５〜図８を参照しつつ、ヘッド本体２について説明する。図５は、図２に示すV-Vに沿った断面図である。図６は、ヘッド本体２における図５の一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。なお、図６では説明の都合上、アクチュエータユニット２１の下方にあって破線で描くべき圧力室１１０、アパーチャ１１２及びノズル１０８を実線で描いている。また、プレート９４の断面部分は省略している。図７は、図６に示すVII−VII線に沿った部分断面図である。図８（ａ）はアクチュエータユニット２１の拡大断面図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）においてアクチュエータユニット２１の表面に配置された個別電極を示す平面図である。
【００３６】
ヘッド本体２は、図５に示すように、流路ユニット９、及び、流路ユニット９の上面９ａに固定された４つのアクチュエータユニット２１を含んでいる。図６に示すように、流路ユニット９は、圧力室１１０等を含むインク流路が内部に形成されている。アクチュエータユニット２１は、各圧力室１１０に対応した複数のアクチュエータを含んでおり、圧力室１１０内のインクに選択的に吐出エネルギーを付与する機能を有する。
【００３７】
流路ユニット９は、下流リザーバユニット７１のプレート９４とほぼ同じ平面形状を有する直方体形状となっている。流路ユニット９の上面９ａには、下流リザーバユニット７１のインク流出流路７３（図２参照）に対応して、計１０個のインク供給口１０５ｂが開口している。流路ユニット９の内部には、図５及び図６に示すように、インク供給口１０５ｂに連通するマニホールド流路１０５及びマニホールド流路１０５から分岐した副マニホールド流路１０５ａが形成されている。流路ユニット９の下面には、図６及び図７に示すように、多数のノズル１０８がマトリクス状に配置された吐出面２ａが形成されている。圧力室１１０も流路ユニット９におけるアクチュエータユニット２１の固定面においてノズル１０８と同様マトリクス状に多数配列されている。
【００３８】
流路ユニット９は、図７に示すように、９枚のステンレス鋼からなる金属製のプレート１２２〜１３０から構成されている。これらプレート１２２〜１３０を互いに位置合わせしつつ積層することによって、流路ユニット９内に、マニホールド流路１０５から副マニホールド流路１０５ａ、そして副マニホールド流路１０５ａの出口から圧力室１１０を経てノズル１０８に至る多数の個別インク流路１３２が形成される。
【００３９】
流路ユニット９におけるインクの流れについて説明する。図５〜図７に示すように、上流リザーバユニット８１及び下流リザーバユニット７１からインク供給口１０５ｂを介して流路ユニット９内に供給されたインクは、マニホールド流路１０５から副マニホールド流路１０５ａに分岐される。副マニホールド流路１０５ａ内のインクは、各個別インク流路１３２に流れ込み、絞りとして機能するアパーチャ１１２及び圧力室１１０を介してノズル１０８に至る。
【００４０】
次に、アクチュエータユニット２１について説明する。図５に示すように、４つのアクチュエータユニット２１は、それぞれ台形の平面形状を有しており、インク供給口１０５ｂを避けるよう千鳥状に配置されている。さらに、各アクチュエータユニット２１の平行対向辺は流路ユニット９の長手方向に沿っており、隣接するアクチュエータユニット２１の斜辺同士は流路ユニット９の幅方向（副走査方向）に沿って互いにオーバーラップしている。これによって、長手方向両端の２つの斜辺部によって挟まれた範囲で、全てのノズル１０８が長手方向に沿って所定の等間隔で配列することになる。
【００４１】
図８（ａ）に示すように、アクチュエータユニット２１は、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミックス材料からなる３枚の圧電シート１４１〜１４３から構成されている。また、最上層の圧電シート１４１の上面における圧力室１１０に対向する位置には、個別電極１３５が形成されている。最上層の圧電シート１４１とその下側の圧電シート１４２との間にはシート全面に形成された共通電極１３４が介在している。個別電極１３５は、図８（ｂ）に示すように、圧力室１１０と相似な略菱形の平面形状を有する。平面視で、個別電極１３５の大部分は、圧力室１１０の領域内にある。略菱形の個別電極１３５における鋭角部の一方は圧力室１１０の外に延出され、その先端には個別電極１３５と電気的に接続された個別バンプ１３６が設けられている。
【００４２】
共通電極１３４は、すべての圧力室１１０に対応する領域において等しくグランド電位が付与されている。一方、個別電極１３５は、ＣＯＦ５０を介してドライバＩＣ５２の各出力端子と電気的に接続されており、ドライバＩＣ５２からの駆動信号が選択的に供給されるようになっている。なお、共通電極１３４は、スルーホールを介して圧電シート１４１の上面に形成された共通電極用バンプと接続されている。さらに、共通電極用バンプは、ＣＯＦ５０を介して制御基板５４と接続されている。
【００４３】
ここで、アクチュエータユニット２１の駆動方法について述べる。圧電シート１４１はその厚み方向に分極されている。個別電極１３５を共通電極１３４と異なる電位にして圧電シート１４１に対してその分極方向に電界を印加すると、圧電シート１４１における電界印加部分が圧電効果により歪む活性部として働く。つまり、アクチュエータユニット２１には、個別電極１３５と圧力室１１０とで挟まれた部分が、個別のアクチュエータとして働き、圧力室１１０の数に対応した複数のアクチュエータが作り込まれている。例えば、分極方向と電界の印加方向とが同じであれば、活性部は分極方向に直交する方向（平面方向）に縮む。つまり、アクチュエータユニット２１は、圧力室１１０から離れた上側１枚の圧電シート１４１を活性部が含まれる層とし、且つ圧力室１１０に近い下側２枚の圧電シート１４２、１４３を非活性層とした、いわゆるユニモルフタイプのアクチュエータである。図８（ａ）に示すように、圧電シート１４１〜１４３は圧力室１１０を区画するプレート１２２の上面に固定されているため、圧電シート１４１における電界印加部分とその下方の圧電シート１４２、１４３との間で平面方向への歪みに差が生じると、圧電シート１４１〜１４３全体が圧力室１１０側へ凸になるように変形（ユニモルフ変形）する。これにより圧力室１１０内のインクに圧力（吐出エネルギー）が付与され、ノズル１０８からインク滴が吐出される。流路内のインク粘度が高くなるに伴って、アクチュエータユニット２１を変位させるために、個別電極１３５と共通電極１３４との間に印加する電圧を高くする必要がある。
【００４４】
なお、本実施形態においては、予め個別電極１３５に所定の電位を付与しておき、吐出要求があるごとに一旦個別電極１３５をグランド電位にした後、所定のタイミングで再び個別電極１３５に所定の電位を付与するような駆動信号をドライバＩＣ５２から出力させる。この場合、個別電極１３５がグランド電位となるタイミングで圧電シート１４１〜１４３が元の状態に戻り、圧力室１１０の容積は初期状態（予め電圧が印加された状態）と比較して増加し、副マニホールド流路１０５ａから個別インク流路１３２へとインクが吸い込まれる。その後、再び個別電極１３５に所定の電位が付与されたタイミングで圧電シート１４１〜１４３において活性領域と対向する部分が圧力室１１０側に凸となるように変形し、圧力室１１０の容積低下によりインクの圧力が上昇し、ノズル１０８からインクが吐出される。
【００４５】
以上のように、本実施形態によるインクジェットヘッド１によると、上流リザーバユニット８１が高い熱伝導率を有する高熱伝導性樹脂で形成されているため、ドライバＩＣ５２から発生した熱が、インクプール８２内のインクに効率よく伝達される。これにより、インクプール８２内のインクを効率よく温めることができる。このため、インクが冷えて粘度が高くなるのが抑制され、アクチュエータユニット２１を駆動するときの消費電力を低減させることができる。
【００４６】
また、ドライバＩＣ５２が、上流リザーバユニット８１と下流リザーバユニット７１との間に形成された空気が入れ替わりにくい空隙８５内に配置されているため、ドライバＩＣ５２が外気によって冷却されるのを抑制することができる。これにより、ドライバＩＣ５２から発生した熱を、さらに効率よくインクプール８２内のインクに伝達することができる。
【００４７】
加えて、ドライバＩＣ５２の表面が、ウレタンフォームなどの断熱材５２ａで被覆されているため、ドライバＩＣ５２が外気によって冷却されるのを確実に抑制することができる。
【００４８】
また、ドライバＩＣ５２が、上流リザーバユニット８１の下面と熱的に結合されているため、インクプール８２の底面からインクが温められる。このため、インクプール８２の底面から温められたインクがインクプール８２内をスムーズに対流し、インクプール８２内のインク全体が効率よく温めることができる。
【００４９】
このとき、ドライバＩＣ５２が熱伝導性接着剤によって上流リザーバユニット８１の下面に固定されているため、上流リザーバユニット８１とドライバＩＣ５２との結合部における熱抵抗を小さくすることができる。これにより、ドライバＩＣ５２と上流リザーバユニット８１とを効率よく熱的に結合することができる。
【００５０】
また、インクプール８２が、上流リザーバユニット８１の上面の当該長手方向に関する一方端部近傍に形成されたインク流入口８１ａと、上流リザーバユニット８１の下面の当該長手方向に関する他方端部近傍に形成されたインク流出口８１ｂとを有しているため、インクを、インクプール８２の延在方向に沿って効率よく流動させることができる。これにより、インクプール８２のインクを均一に温めることができる。
【００５１】
なお、インクを流路ユニット９に分配するインク流出流路７３は、インクリザーバ７２の中央に関して点対称に配置されている。本実施形態では、下流リザーバユニット７１の長手方向端部において、インクリザーバ７２とインク導入口７１ａとが連結されている。このとき、反対側端部近傍のインク流出流路７３では、連結部から離れていることによって、暖められたインクが再び冷えてしまい、両端間の温度差によるインク吐出特性に差が生じる虞がある。インクの分配位置に対応したインク吐出特性の差を抑えるという観点から、インク導入口７１ａに供給されたインクは、長手方向に関して、インクリザーバ７２の中央からインクリザーバ７２内に落とし込まれるような形態の流路が下流リザーバユニット７１に形成されているとよい。
【００５２】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能なものである。上述の実施形態では、ドライバＩＣ５２が、上流リザーバユニット８１と下流リザーバユニット７１との間に形成された空隙８５内において、上流リザーバユニット８１の下面に固定されている構成であるが、ドライバＩＣ５２は、上流リザーバユニット８１の他の外壁面に固定されていてもよい。このとき、上流リザーバユニット８１と下流リザーバユニット７１との間に空隙８５が形成されていなくてもよい。
【００５３】
また、上述の実施形態においては、ドライバＩＣ５２の表面がウレタンフォームなどの断熱材５２ａで被覆されている構成であるが、ドライバＩＣ５２の表面が断熱材５２ａで被覆されていなくてもよい。
【００５４】
さらに、上述の実施形態においては、インクプール８２が、インク流入口８１ａと、インク流出口８１ｂとが、平面視において直線上に配置される構成であるが、インク流入口８１ａ及びインク流出口８１ｂは上流リザーバユニットの任意の位置に形成されていてよい。
【００５５】
また、上述した実施形態においては、アクチュエータユニット２１がユニモルフタイプのアクチュエータであるが、アクチュエータの構成は任意のものであってよい。例えば、アクチュエータユニットが縦振動を利用する積層型のアクチュエータであってもよい。
【００５６】
本発明による記録ヘッドは、ライン式に限定されず、ヘッドが往復移動するシリアル式の記録ヘッドや、インク以外の液体を吐出する記録ヘッドにも適用可能である。さらに、プリンタに限定されず、ファクシミリやコピー機などにも適用可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１ インクジェットヘッド
２ ヘッド本体
２ａ 吐出面
９ 流路ユニット
２１ アクチュエータユニット
５０ ＣＯＦ
５２ ドライバＩＣ
５２ａ 断熱材
５４ 制御基板
７１ａ インク導入口
７１ 下流リザーバユニット
７２ インクリザーバ
７３ インク流出流路
８１ インクプール
８１ａ インク流入口
８１ｂ インク流出口
８１ 上流リザーバユニット
８１ 下流リザーバユニット
８２ インクプール
８５ 空隙
９４ａ 凹部
１０１ インクジェットプリンタ
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５８】
【特許文献１】特開２００５−１０４１４７号公報（図４）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を貯溜すると共に、貯溜した液体を流出口から流出させるリザーバが形成された第１流路構造体と、
前記第１流路構造体の前記流出口に連通された流入口、前記流入口から流入した液体が供給される共通液体室、及び、前記共通液体室の出口から圧力室を経てノズルに至る複数の個別液体流路が形成された第２流路構造体と、
複数の前記圧力室内の液体に吐出エネルギーを付与するアクチュエータユニットと、
前記アクチュエータユニットを駆動するドライバＩＣとを備えており、
前記ドライバＩＣが前記第１流路構造体の外壁面と熱的に結合されており、
前記第１流路構造体が、２．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有する樹脂で形成されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記第１流路構造体と前記第２流路構造体との間に空隙が形成されており、
前記ドライバＩＣが、前記空隙内に位置し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。
【請求項３】
前記第１流路構造体の外壁面に固定された前記ドライバＩＣが、断熱材で覆われていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記ドライバＩＣが、前記第１流路構造体の鉛直方向に関する下面と熱的に結合されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
前記ドライバＩＣが熱伝導性接着剤によって前記第１流路構造体と熱的に結合されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】
液体を貯溜するタンクをさらに備えており、
前記リザーバの長手方向に関する一方端部近傍に、前記タンクからの液体が供給される供給口が形成されており、
前記リザーバの他方端部近傍に、前記流出口が形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１】
液体を貯溜すると共に、貯溜した液体を流出口から流出させるリザーバが形成された第１流路構造体と、
前記第１流路構造体の前記流出口に連通された流入口、前記流入口から流入した液体が供給される共通液体室、及び、前記共通液体室の出口から圧力室を経てノズルに至る複数の個別液体流路が形成された第２流路構造体と、
複数の前記圧力室内の液体に吐出エネルギーを付与するアクチュエータユニットと、
前記アクチュエータユニットを駆動するドライバＩＣとを備えており、
前記ドライバＩＣが前記第１流路構造体の外壁面と熱的に結合されており、
前記第１流路構造体が、２．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有する樹脂で形成されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記第１流路構造体と前記第２流路構造体との間に空隙が形成されており、
前記ドライバＩＣが、前記空隙内に位置し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。
【請求項３】
前記第１流路構造体の外壁面に固定された前記ドライバＩＣが、断熱材で覆われていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記ドライバＩＣが、前記第１流路構造体の鉛直方向に関する下面と熱的に結合されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
前記ドライバＩＣが熱伝導性接着剤によって前記第１流路構造体と熱的に結合されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】
液体を貯溜するタンクをさらに備えており、
前記リザーバの長手方向に関する一方端部近傍に、前記タンクからの液体が供給される供給口が形成されており、
前記リザーバの他方端部近傍に、前記流出口が形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−２０１７６５（Ｐ２０１０−２０１７６５Ａ）
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−４９２１３（Ｐ２００９−４９２１３）
【出願日】平成２１年３月３日（２００９．３．３）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月３日（２００９．３．３）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【Ｆターム（参考）】
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