JP2004025736A - インクジェットヘッド、その製造方法及びインクジェット記録装置 - Google Patents

インクジェットヘッド、その製造方法及びインクジェット記録装置 Download PDF

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Abstract

【課題】インクジェットヘッドをキャリッジに実装する際の位置合わせ精度を向上し、また位置合わせ用マークをノズルの作成と同工程で同時に作成する。
【解決手段】複数のノズル2からなるノズル列がノズル板1に形成され、ノズル板1の周囲はノズルカバー3で覆われ、ノズル列の最端部のノズル2より所定距離離間した位置にノズル位置を特定するためのマーク5が形成されている。ノズル板1は電鋳膜から形成され、マーク5は通常のノズル作成工程においてノズル2の作成と同工程で同時に作成することができ、貫通孔でなく凹陥からなるので、ノズル面に付着したインクをワイパで除去する際、マーク内にインクが残留することがない。
【選択図】    図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットヘッド、その製造方法及びインクジェット記録装置に関し、さらに詳しくは、ノズルが形成されている面にノズル位置を特定するためのマークを付することにより、キャリッジ上にインクジェットヘッドを実装する際の位置合わせ精度を向上することができるインクジェットヘッド、その製造方法及びインクジェット記録装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
インクジェットプリンタの印刷速度は、一画素当たりの形成時間とノズル数によって決定される。このうち一画素当たりの形成時間は、インクジェットヘッドの基本特性そのものであり、短期間での大幅な向上は見込めない。
このため、インクジェットプリンタの印刷速度の向上は、1インク色あたりのノズル数を増やすことによって達成してきた。ただし、1ヘッド当たりのノズル数を増加させると、インクジェットヘッドの製造工程での良品率が低下する。ここで、仮にN個のノズルを有するヘッドの製造工程での良品率がnとすると、K×N個のノズルを有するヘッドの歩留まりはnとなり、ノズル数の増加によって良品率は指数関数的に減少する。
この問題を回避しつつノズル数を増加させる手段として、複数のインクジェットヘッドをキャリッジ上で実装する方法が取られる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
このように、複数のインクジェットヘッドをキャリッジ上に実装しようとする場合、キャリッジに実装されたインクジェットヘッドのノズルの相対的な位置合わせをする必要がある。この方法としては、実際に各々のヘッドのノズルを観測し位置合わせを行う方法がある。
しかし、この方法ではノズル内に残留する検査用のインクや洗浄液によって、ノズル画像の状態にバラツキがあり、特に位置合わせを自動化しようとした場合、画像処理上の問題が生じる。さらに通常、ノズルは同一ヘッド上に同一形状・サイズのものが配列されているため、観測しているノズルが配列上のどの位置のものかを判定するのに長時間が必要となり、製造工程におけるスループットの低下を招いていた。
【0004】
本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、インクジェット記録装置のキャリッジ上にインクジェットヘッドを実装する際の位置合わせ精度を向上し、またインクジェットヘッドを製造する工程におけるスループットを向上することを目的とする。
また、インクジェットヘッドの位置合わせのためのマークを用いる際、ノズル面に付着したインクをワイパで除去してもマーク部分にインクが残留することがないインクジェットヘッドを提供することを目的とする。
さらに、ノズル板にノズルを形成する工程で、ノズルと同時にマークを形成することができるインクジェットヘッドの製造方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、複数のノズルが形成されている面にノズル位置を特定するためのマークを有するインクジェットヘッドであることを特徴とする。
【0006】
請求項2の発明は、請求項1記載のインクジェットヘッドにおいて、前記ノズルはノズル板に形成された貫通孔からなり、前記マークは前記ノズル板に形成された凹陥からなることを特徴とする。
【0007】
請求項3の発明は、請求項1または2記載のインクジェットヘッドにおいて、前記マークは前記複数のノズルが配列されたノズル列の最外端より0.1mm以上2mm以内に配置されることを特徴とする。
【0008】
請求項4の発明は、請求項2記載のインクジェットヘッドにおいて、前記ノズル板の外周部分はノズルカバーによって覆われ、前記マークは前記ノズルカバーの端より1mm以上離れた位置に配置されることを特徴とする。
【0009】
請求項5の発明は、導電性基板にノズル形成用及びマーク形成用レジストパターンを形成した後電鋳し、電鋳膜が形成された前記導電性基板から前記電鋳膜を剥離することによりノズル及びマークを同時に形成するインクジェットヘッドの製造方法であることを特徴とする。
【0010】
請求項6の発明は、請求項1乃至4に記載のインクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置であることを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図1〜図9に示された実施例に基いて説明する。図1は、本発明の実施例のインクジェットヘッドを示す外観斜視図、図2は、ノズル板の平面図である。
実施例のインクジェットヘッドにおいて、例えばNiからなるノズル板1には複数のノズル2が何らかの規則性をもって配列されたノズル列が2列形成される。図1、図2に示す例では、それぞれのノズル列は9個のノズル2が等間隔に設けられ、一方のノズル列のノズル位置が他方のノズル列のノズル間位置にあるように1/2ピッチずらされて配置されている。
ノズル板1の周囲はノズルカバー3で覆われ、インクジェットヘッドの振動板を駆動するPZT等は共通液室が形成された樹脂製フレーム部材4内に設置されている。ノズル板1に形成されたノズル列の最端部のノズルより所定距離離間した位置にノズル位置を特定するためのマーク5が形成されている。
【0012】
図3は、インクジェットヘッドの全体構造を示す、図2のA−A断面に対応する断面図である。図4は、同じく図2のB−B断面に対応する断面図である。
図3、図4に示すインクジェットヘッド6は、振動板12をPZT17によって駆動する例であって、金属基板19上にPZT17が接合され、各ノズル2に対応するように溝加工が施されている。さらに溝加工によって分離された個々のPZT17の電極は、FPC18によって実装され駆動制御される。
シリコン流路板13には圧力室11が形成され、ノズル2に連通している。
共通液室16は樹脂製のフレーム部材4で構成され、シリコン流路板13に対して、ノズル面と対抗する方向から接合されている。
インクは共通液室16から振動板12に開いたインク供給口15を介して、圧力室11に供給される。
振動板12は接着層14によってPZT17に接合されている。
【0013】
図3において、ノズル2はノズル板1に形成された貫通孔によって形成されており、またノズル位置を特定するためのマーク5は表面に段差があるのみの凹陥からなり、ノズル板1を貫通していない。ノズル面に付着したインクを図示しないワイパで払拭して除去する際、このマーク内にインクが侵入してしまう。マーク5がノズル板1を貫通している構造であると、侵入したインクをワイパで除去することができず残ってしまう。この残留インクが徐々に増粘し、それが次にワイピングした際にノズル面に一部はみ出し、ノズル面の撥水性が低下する原因となる。
そこで、本実施例に示すように、貫通孔とせず段差のみの凹陥部でマーク5を形成することによって、ワイピング後のマーク内にインクの残留をなくすことができる。
また、このマーク5のノズル板表面からの段差は3μm以下にすることが望ましく、本実施例においては約1μmとしている。
【0014】
また、本実施例のインクジェットヘッド6は、マーク5とノズル列の最端部のノズル間距離は2mm以下であり、本実施例においては570μmとしている。
このような範囲の位置にマーク5を設ける理由について説明する。
ノズル2の位置を正しく検出するためには、マーク5とノズル列との位置精度は高精度である必要があるが、ノズル板自体の加工精度や温度差による収縮等から、ノズル列とマーク5の距離は近い程、位置精度が高くできる。しかし、ノズル2とマーク5が近くなりすぎると、マーク5を検出する際、マーク5とノズル2が検出用のカメラの同一視野内になり、マーク5の検出方法が複雑になる。このため、ノズル2とマーク5はある程度の距離を保つ必要があり、一般的な加工精度を考慮した場合、0.1〜2mmが最適な範囲となる。
【0015】
また、本実施例のインクジェットヘッド6は、マーク5からノズルカバー3への距離は1mm以上であり、本実施例においては1.5mmとしている。
一般に、インクジェットヘッドはインクを用いた噴射検査後、キャリッジへの実装を行う。この際、マーク5にインクが残留しているとマーク5の位置を正しく認識することができない。ワイパはノズルカバーに乗り上げてワイピングを行うため、ノズルカバー3近傍のノズル面はワイピングができない。確実にワイピングを行うためには少なくとも1mm以上ノズルカバーから離す必要がある。
【0016】
図5は、ノズル板を製造する一連の工程において、ノズル板が形成される様子を示す断面図である。
図5(A)において、導電性基板21の主平面には通常のフォトリソグラフィを用いてノズル2となる部分にレジストパターン22、マーク5となる部分にレジストパターン23が形成されている。レジストパターン22,23はともに円形で、レジストパターン22の直径(d1)は86μm、レジストパターン23の直径(d2)は40μmとなっている。また、レジストパターン22,23のレジスト厚さ(d3)は1μmで、一般的なノボラック系のポジ型レジストである。
次に、図5(B)に示すように,導電性基板21の主平面に電解メッキを用いてNi層からなる電鋳膜24を層厚(d4)31μm堆積する。
【0017】
そして、図5(C)に示すように,このNi電鋳膜24を導電性基板21から引き剥がし、引き剥がした面に撥水処理を施し、複数のノズル2及びマーク5が形成されたノズル板1とする。
このとき、ノズル2の径はd1−2・(d4−d3)で約26μmとなり、またマーク5部分はNi電鋳層のせり出しによって完全に閉塞しており、このときのレジスト23除去後の凹陥部がマーク5となる。また、このように作成したマーク5は完全に閉塞しており、インクの残留するスペースがない。また、マーク5の段差がレジスト23の厚さで決まるため、正確なコントロールが可能となり、1μm程度正確な段差が作成可能となる。さらに、マーク5のエッジが非常にシャープであり1μm程度の浅い段差でも非常に鮮明な画像が得られる。
また、通常のノズル作成工程に対して工程の追加なしにマーク5を作成することが可能となる。
【0018】
図6は、インクジェットヘッドをキャリッジに実装する前の様子を示す斜視図、図7は、図6に示すインクジェットヘッドをキャリッジに実装する様子を示す斜視図である。
6Y,6M,6C,6Kは、それぞれイエロー、マゼンダ、シアン、ブラックのインク色用のインクジェットヘッドを示している。各色のインクジェットヘッド6Y,6M,6C,6Kは、キャリッジ7に実装する際それぞれ並べられ、マーク5Y,5M,5C,5Kの位置を検出した後、それぞれのインクジェットヘッドに付されたマーク5Y,5M,5C,5Kの相対位置関係を調整し、キャリッジ7へ実装される。
キャリッジ7に設けられた隔壁8,8…に対してインクジェットヘッド6Y,6M,6C,6Kを位置合わせした後、アジャスタ9,9…を介して位置を固定する。アジャスタ9,9…は透明な部材で形成されており、UV接着剤を用いて接合する。
【0019】
次に、本発明の液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッド6を搭載したインクジェット記録装置の一例について説明する。
図8は、インクジェット記録装置の要部を示す斜視図、図9は、同記録装置の機構部の側断面図である。
本実施例のインクジェット記録装置は、記録装置本体31の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ43、キャリッジに搭載した本発明に係るインクジェットヘッドからなる記録ヘッド44、記録ヘッドへインクを供給するインクカートリッジ45等で構成される印字機構部32等を収納する。
また、記録装置本体31の下方部には、前方側から多数枚の用紙33を積載可能な給紙カセット(或いは、給紙トレイでもよい。)34を抜き差し自在に装着し、また用紙33を手差しで給紙するための手差しトレイ35を開倒することができ、給紙カセット34或いは手差しトレイ35から給送される用紙33を取り込み、印字機構部32によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ36に排紙する。
【0020】
印字機構部32は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド41と従ガイドロッド42とでキャリッジ43を主走査方向(図9で紙面垂直方向)に摺動自在に保持する。キャリッジ43にはイエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ブラック(K)の各色のインク滴を吐出する本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドからなる記録ヘッド44を複数のインク吐出口を主走査方向と交叉する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。また、キャリッジ43には記録ヘッド44に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ45を交換可能に装着している。
インクカートリッジ45は上方に大気と連通する大気口、下方には記録ヘッド44へインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力により記録ヘッド44へ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。
また、記録ヘッド44として、本実施例では各色の記録ヘッドを用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する1個の記録ヘッドでもよい。
【0021】
キャリッジ43は、後方側(用紙搬送方向下流側)を主ガイドロッド41に摺動自在に嵌装し、前方側(用紙搬送方向上流側)を従ガイドロッド42に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ43を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ47で回転駆動される駆動プーリ48と従動プーリ49との間にタイミングベルト50を張装し、このタイミングベルト50をキャリッジ43に固定しており、主走査モータ47の正逆回転によりキャリッジ43が往復駆動される。
【0022】
一方、給紙カセット34にセットした用紙33を記録ヘッド44の下方側に搬送するために、給紙カセット34から用紙33を分離給装する給紙ローラ51及びフリクションパッド52と、用紙33を案内するガイド部材53と、給紙された用紙33を反転させて搬送する搬送ローラ54と、この搬送ローラ54の周面に押し付けられる搬送コロ55及び搬送ローラ54からの用紙33の送り出し角度を規定する先端コロ56とを設けている。搬送ローラ54は副走査モータ57によってギヤ列を介して回転駆動される。そして、キャリッジ43の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ54から送り出された用紙33を記録ヘッド44の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材59を設けている。この印写受け部材59の用紙搬送方向下流側には、用紙33を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ61、拍車62を設け、さらに用紙33を排紙トレイ36に送り出す排紙ローラ63及び拍車64と、排紙経路を形成するガイド部材65,66とを配設している。
【0023】
記録時には、キャリッジ43を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド44を駆動することにより、停止している用紙33にインクを吐出して1行分を記録し、用紙33を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙33の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙33を排紙する。この場合、記録ヘッド44を構成する本発明に係るインクジェットヘッドはインク滴噴射の制御性が向上し、特性変動が抑制されているので、安定して高い画像品質の画像を記録することができる。
【0024】
また、キャリッジ43の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、記録ヘッド44の吐出不良を回復するための回復装置67を配置している。回復装置67はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ43は印字待機中にはこの回復装置67側に移動されてキャッピング手段で記録ヘッド44をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中等に記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段で記録ヘッド44の吐出口を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された図示しない廃インク溜に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。このように本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドを搭載することによって、安定したインク滴吐出特性が得られるので、高画質記録を行うことができる記録装置を得ることができる。
【0025】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、複数のノズルが形成されている面にノズル位置を特定するためのマークを有しているので、キャリッジ上にインクジェットヘッドを実装する際の位置合わせ精度を向上し、またインクジェットヘッドを製造する工程におけるスループットを向上することができる。
また、ノズル位置を特定するためのマークは貫通孔でなく凹陥からなるので、ノズル面に付着したインクをワイパで除去する際、ワイピング後のマーク内にインクが残留することがない。
さらに、マークの作成を通常のノズル作成工程において、ノズルの作成と同工程で同時に作成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例のインクジェットヘッドを示す外観斜視図である。
【図2】ノズル板の平面図である。
【図3】インクジェットヘッドの全体構成を示す、図2のA−A断面に対応する断面図である。
【図4】インクジェットヘッドの全体構成を示す、図2のB−B断面に対応する断面図である。
【図5】ノズル板の製造する一連の工程において、ノズル板が形成される様子を示す断面図である。
【図6】キャリッジにインクジェットヘッドを実装する様子を模式的に示す斜視図である。
【図7】図6に示すインクジェットヘッドをキャリッジに実装する様子を示す斜視図である。
【図8】インクジェット記録装置の要部を示す斜視図である。
【図9】図8に示すインクジェット記録装置の機構部を示す側断面図である。
【符号の説明】
1…ノズル板、2…ノズル、3…ノズルカバー、4…樹脂製フレーム部材、5…マーク、6…インクジェットヘッド、7…キャリッジ、8…隔壁、9…アジャスタ、11…圧力室、12…振動板、13…シリコン流路板、14…接着層、15…インク供給口、16…共通液室、17…PZT、18…FPC、19…金属基板、21…導電性基板、22,23…レジストパターン、24…電鋳膜、31…記録装置本体、32…印字機構部、33…用紙、34…給紙カセット、35…手差しトレイ、36…排紙トレイ、41…主ガイドロッド、42…従ガイドロッド、43…キャリッジ、44…記録ヘッド、45…インクカートリッジ、47…主走査モータ、48…駆動プーリ、49…従動プーリ、50…タイミングベルト、51…給紙ローラ、52…フリクションパッド、53…ガイド部材、54…搬送ローラ、55…搬送コロ、56…先端コロ、57…副走査モータ、59…印写受け部材、61…搬送コロ、62,64…拍車、63…排紙ローラ、65,66…ガイド部材、67…回復装置。

Claims (6)

  1. 複数のノズルが形成されている面にノズル位置を特定するためのマークを有することを特徴とするインクジェットヘッド。
  2. 請求項1記載のインクジェットヘッドにおいて、前記ノズルはノズル板に形成された貫通孔からなり、前記マークは前記ノズル板に形成された凹陥からなることを特徴とするインクジェットヘッド。
  3. 請求項1または2記載のインクジェットヘッドにおいて、前記マークは前記複数のノズルが配列されたノズル列の最外端より0.1mm以上2mm以内に配置されることを特徴とするインクジェットヘッド。
  4. 請求項2記載のインクジェットヘッドにおいて、前記ノズル板の外周部分はノズルカバーによって覆われ、前記マークは前記ノズルカバーの端より1mm以上離れた位置に配置されることを特徴とするインクジェットヘッド。
  5. 導電性基板にノズル形成用及びマーク形成用レジストパターンを形成した後電鋳し、電鋳膜が形成された前記導電性基板から前記電鋳膜を剥離することによりノズル及びマークを同時に形成することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
  6. 請求項1乃至4のいずれかに記載のインクジェットヘッドを搭載したことを特徴とするインクジェット記録装置。
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