JP2006224622A - 液体吐出ヘッド及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 圧電素子の駆動用電極を外部配線に接続するための十分な配線スペースを確保し、ノズルの高密度化及びリフィル性能の向上を実現させる。
【解決手段】 液体を吐出する複数の吐出口と、各吐出口に連通する圧力室と、圧力室の吐出口側と反対側に設けられ圧力室を変形する圧電素子と、複数の圧電素子を覆う保護部材と、保護部材に構成され第１の外部配線に接続される第１の配線層と、圧力室の吐出口側と反対側に保護部材を介して設けられ圧力室に液体供給する共通液室と、共通液室の上壁に構成され第２の外部配線に接続される第２の配線層とを備え、各圧電素子の各駆動用電極は、第１の配線層に導通するか又は圧電素子配置面に対して略垂直方向にその少なくとも一部が共通液室内を立ち上がる配線部材を介して第２の配線層に導通するように構成された液体吐出ヘッドを提供することにより、前記課題を解決する。
【選択図】 図３

Description

本発明は 液体吐出ヘッド及び画像形成装置に係り、特に、ノズルから液滴を吐出する液体吐出ヘッドに関する。

画像形成装置には、印字ヘッド（液体吐出ヘッド）に形成される複数のノズルからインク滴を吐出して記録媒体上に画像を形成するインクジェット方式のものが知られている。このような画像形成装置において、画像の高画質化や高速印字化を実現するためには、ノズルの高密度化、高周波駆動、高粘度インクの吐出が要求されている。

ところで、従来より印字ヘッドの様々な構成が提案されている（例えば、特許文献１乃至特許文献６参照）。

特許文献１には、圧力室（圧力発生室）のノズルが形成される側とは反対側に共通液室（インク供給タンク）が配置された構成が開示されている。同文献によれば、インク吐出側から順番に、ノズルプレート、接着層、流路形成基板、圧力室としてのキャビティを備えたキャビティ形成基板、振動板が積層され、振動板のキャビティ形成基板側と反対側の面には圧電素子（圧電振動子）が配置されている。そして、圧電素子に蓋をするようにした隔壁によって構成される共通液室が振動板の圧電素子側に配置されている。このような構成において、圧力室に対するインク供給は、共通液室から、振動板に形成される微細供給孔、キャビティ形成基板に形成されるインク供給孔、及び流路形成基板に形成される連通孔を介して行われる。

特許文献２には、圧力室（圧力発生室）のノズルが形成される側とは反対側に共通液室（リザーバ）が配置された構成が開示されている。同文献によれば、圧力室の一壁面を構成する振動板（流路封止板）上に圧電素子（圧電振動子）が配置されると共に、振動板上の各圧力室が並ぶ領域以外の部分に対応する位置に共通液室が配置されている。振動板の共通液室開口に対応する部分は薄肉部となっており、インク圧力の変動を吸収するようになっている。

特許文献３には、圧力室のノズルが形成される側とは反対側に共通液室（リザーバ）が配置された構成が開示されている。同文献によれば、圧力室の一壁面を構成する振動板上に圧電素子が配置されると共に、振動板の圧電素子側に共通液室が形成され、振動板に形成される供給口を介して共通液室と各圧力室は連通している。

特許文献４には、圧力室（圧力発生室）のノズルが形成される側と同一側に共通液室（共通インク室）が配置された構成が開示されている。同文献によれば、圧力室の上壁を構成する振動板（弾性膜）上に圧電素子が配置され、各圧電素子を覆う保護カバー（接合基板）がガラスにより形成されている。またノズルが形成されるノズルプレートのインク吐出側（圧力室側の反対側）に共通液室が設けられており、共通液室はノズルプレートの各圧力室の一端部に対応する位置に形成されたインク供給口を介して各圧力室と連通している。

特許文献５には、圧力室（圧力発生室）のノズルが形成される側とは反対側に共通液室（リザーバ）が配置された構成が開示されている。同文献によれば、各圧力室の上壁を構成する振動板（弾性膜）を挟むようにして、各圧力室に対向する位置に圧電素子が配置され、各圧電素子を区画壁によって区画し密封する保護カバー（封止部材）がシリコンにより形成されている。また圧力室の圧電素子側には、圧電素子が配列される領域とは異なる領域に共通液室が配置されている。

特許文献６には、圧力室（圧力発生室）のノズルが形成される側と同一側に共通液室（リザーバ）が配置された構成が開示されている。同文献によれば、圧力室のノズル側の壁面は振動板（弾性膜）によって構成され、振動板を挟んで圧力室の対向する位置には圧電素子が配置されている。またノズルが形成される封止板のインク吐出側（圧力室側の反対側）には、封止板の端部に対応する位置に共通液室が形成されている。また圧力室はシリコンをハーフエッチングすることにより形成されており、その底面には埋設された大気連通孔（導通孔）が設けられている。
特開２００１−１７９９７３号公報 特開２００１−３５３８７１号公報 特開平９−２２６１１４号公報 特開２００２−３６５４７号公報 特開２００２−８６７２４号公報 特開２００２−２６４３３１号公報

しかしながら、特許文献１においては、共通液室に貯留されるインクは、圧力室上方（圧力室のノズルが形成される側と反対側）から、圧力室下方（圧力室のノズルが形成される側）に位置する連通孔を経由して圧力室に供給されるため、リフィル性能が良くないという問題がある。また外部配線としてのフレキシブルケーブルは振動板の一端部に接続される構成となっており、各圧電素子の駆動用電極は振動板の表面に沿うように配設されるようになっている。そのため圧電素子が高密度に配置される場合には、これらの配線スペースが不足する恐れがある。

また特許文献２においては、振動板上の各圧力室が並ぶ領域以外の部分に対応する位置に共通液室が配置される構成となっている。すなわち、各圧力室の直上には共通液室を配置することができず、各圧力室へ直接インクを供給できないので圧力室の高密度配置には適さない構成となっている。また同文献では、圧電素子の駆動用電極を外部配線に接続するための配線構成については考慮されていない。そのため圧電素子を高密度に配置する場合には、外部配線に接続するための配線スペースが不足する恐れがある。

また特許文献３においては、各圧電素子の駆動用電極を外部配線に接続するための配線構成については考慮されていない。そのため圧電素子を高密度に配置する場合には、外部配線に接続するための配線スペースが不足してしまう恐れがある。

また特許文献４においては、圧電素子の駆動用電極は振動板に沿うリード電極を介して外部配線に接続される構成となっている。振動板上には圧電素子が配置されるため、圧電素子を高密度に配置する場合にはこれらの配線スペースが不足する恐れがある。またノズルプレートのインク吐出側に共通液室が設けられているため、共通液室から圧力室に対するインクのリフィル性能が良くないという問題がある。

また特許文献５においては、圧電素子の駆動用電極を外部配線に接続するための配線構成については考慮されていない。そのため圧電素子を高密度に配置する場合には、外部配線に接続するための配線スペースが不足してしまう恐れがある。また同文献では、振動板上の圧力室が１列に並ぶように構成され、その圧力室列に並ぶようにして共通液室が設けられており、圧力室の高密度化配置には適さない構造となっている。

また特許文献６においては、圧電素子の駆動用電極は、振動板の表面に沿うリード電極を介して外部配線に接続される構成となっており、振動板上には圧電素子が配置されるため、圧電素子を高密度に配置する場合にはこれらの配線スペースが不足する恐れがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、圧電素子の駆動用電極を外部配線に接続するための十分な配線スペースを確保し、ノズルの高密度化及びリフィル性能の向上を実現させる液体吐出ヘッド及び画像形成装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、液体を吐出する複数の吐出口と、前記複数の吐出口のそれぞれと連通する複数の圧力室と、前記複数の圧力室の前記吐出口が形成される側とは反対側に設けられ、前記複数の圧力室のそれぞれを変形する圧電素子と、前記複数の圧電素子を覆う保護部材と、前記保護部材に構成され、第１の外部配線に接続される第１の配線層と、前記複数の圧力室の前記吐出口が形成される側とは反対側に前記保護部材を介して設けられ、前記複数の圧力室に液体を供給する共通液室と、前記共通液室の上壁に構成され、第２の外部配線に接続される第２の配線層と、を備え、前記複数の圧電素子の駆動用電極のそれぞれは、前記第１の配線層に導通するか、又は前記圧電素子が配置される面に対して略垂直方向にその少なくとも一部が前記共通液室内を立ち上がるように形成された配線部材を介して前記第２の配線層に導通するように構成されていることを特徴とする液体吐出ヘッドを提供する。

本発明によれば、複数の圧電素子の駆動用電極のそれぞれは、保護部材に構成される第１の配線層、又は共通液室内を立ち上がる配線部材を介して共通液室の上壁に構成される第２の配線層に導通するように構成したので、圧電素子の駆動用電極を外部配線に接続するための十分な配線スペースを確保することができる。これにより圧電素子を高密度に配置することができ、吐出口の高密度化を実現することができる。また共通液室は、圧力室の吐出口が形成される側とは反対側に構成され、各圧力室へ直接液体を供給できるため、リフィル性能が向上し、吐出口の高周波駆動、高粘度インクの吐出が可能となる。

「共通液室の上壁」とは、共通液室の圧電素子が配置される面に対向する面を形成する隔壁をいう。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の液体吐出ヘッドであって、前記保護部材は、多層配線されたグリーンシートと、前記圧電素子を覆うための凹部を有するグリーンシートとを重ねて構成されたものであることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の液体吐出ヘッドであって、前記保護部材は、シリコン基板上に配線層及び絶縁層を重ねた構成であって、シリコン基板の配線層と反対側の面には、前記圧電素子を覆うための凹部が形成されていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の液体吐出ヘッドであって、前記保護部材は、剛体基板上に選択的液滴吐出手段により形成された配線層、及び絶縁層を重ねた構成であって、前記剛体基板の配線層と反対側の面には、前記圧電素子を覆うための凹部が形成されていることを特徴とする。

請求項２〜４の態様のいずれの態様においても、保護部材を薄く形成することが可能であり、共通液室から圧力室への液体のリフィル性能が良好となる。また保護部材は、圧電素子を覆う構造を兼ねており、製造工程を簡略化することが可能となる。特に、請求項２の態様においては一括焼成によって形成することが可能であり、層間の剥離が起こらないという利点がある。また、請求項３の態様では、半導体プロセスによる形成が可能で高精度化できる。また、請求項４の態様では、より薄層化が可能となる。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドであって、前記圧力室の前記圧電素子側の面から前記保護部材の前記共通液室側の面までの厚さは、１００μｍ以上２００μｍ以下であることを特徴とする。

請求項５の態様によれば、共通液室から圧力室への液体のリフィル性能が良好であると共に、高粘度液体の吐出や吐出口の高周波駆動が可能となる。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドであって、さらに、前記複数の圧力室の圧力変動をそれぞれ検出する圧力センサを備え、前記複数の圧電素子の駆動用電極のすべては、前記第１の配線層及び前記第２の配線層のいずれか一方に導通し、前記複数の圧力センサの検出用電極のすべては、前記複数の圧電素子の駆動用電極が導通する配線層とは異なる配線層に導通することを特徴とする。

請求項６の態様によれば、複数の圧電素子の駆動用電極と圧力センサの検出用電極とを異なる配線層を介して外部配線に接続することによって、高密度な配線の実装が可能となると共に、相互のノイズ干渉を防止することができる。

請求項７に記載の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドであって、前記配線部材は、前記圧電素子又は前記圧電素子の近傍から立ち上がるように形成されていることを特徴とする。

請求項７の態様によれば、吐出口の高密度化が可能となる。

請求項８に記載の発明は、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドであって、前記複数の吐出口は、２次元的に配列され、前記配線部材は、前記圧電素子が配置される面に２次元的に配列されていることを特徴とする。

請求項８の態様によれば、吐出口の高密度化が可能となると共に、クロストークを効果的に防止することができる。

また前記目的を達成するために、請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドを備えた画像形成装置を提供する。

本発明によれば、複数の圧電素子の駆動用電極のそれぞれは、保護部材に構成される第１の配線層に導通するか、又は共通液室内を立ち上がる配線部材を介して共通液室の上壁に構成される第２の配線層に導通するように構成したので、圧電素子の駆動用電極を外部配線に接続するための十分な配線スペースを確保することができる。これにより圧電素子を高密度に配置することができ、吐出口の高密度化を実現することができる。また共通液室は、圧力室の吐出口が形成される側とは反対側に構成され、各圧力室へ直接液体を供給できるため、リフィル性能が向上し、出口の高周波駆動、高粘度インクの吐出が可能となる。

以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。

〔第１の実施形態；インクジェット記録装置の全体構成〕
図１は、本発明の第１の実施形態に係る画像形成装置としてのインクジェット記録装置の概略を示す全体構成図である。図１に示すように、このインクジェット記録装置１０は、インクの色毎に設けられた複数の印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙを有する印字部１２と、各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵／装填部１４と、記録紙１６を供給する給紙部１８と、記録紙１６のカールを除去するデカール処理部２０と、前記印字部１２のノズル面（インク吐出面）に対向して配置され、記録紙１６の平面性を保持しながら記録紙１６を搬送する吸着ベルト搬送部２２と、印字部１２による印字結果を読み取る印字検出部２４と、印画済みの記録紙（プリント物）を外部に排紙する排紙部２６と、を備えている。

図１では、給紙部１８の一例としてロール紙（連続用紙）のマガジンが示されているが、紙幅や紙質等が異なる複数のマガジンを併設してもよい。また、ロール紙のマガジンに代えて、又はこれと併用して、カット紙が積層装填されたカセットによって用紙を供給してもよい。

ロール紙を使用する装置構成の場合、図１のように、裁断用のカッター２８が設けられており、該カッター２８によってロール紙は所望のサイズにカットされる。カッター２８は、記録紙１６の搬送路幅以上の長さを有する固定刃２８Ａと、該固定刃２８Ａに沿って移動する丸刃２８Ｂとから構成されており、印字裏面側に固定刃２８Ａが設けられ、搬送路を挟んで印字面側に丸刃２８Ｂが配置されている。なお、カット紙を使用する場合には、カッター２８は不要である。

複数種類の記録紙を利用可能な構成にした場合、紙の種類情報を記録したバーコードあるいは無線タグ等の情報記録体をマガジンに取り付け、その情報記録体の情報を所定の読取装置によって読み取ることで、使用される用紙の種類を自動的に判別し、用紙の種類に応じて適切なインク吐出を実現するようにインク吐出制御を行うことが好ましい。

給紙部１８から送り出される記録紙１６はマガジンに装填されていたことによる巻き癖が残り、カールする。このカールを除去するために、デカール処理部２０においてマガジンの巻き癖方向と逆方向に加熱ドラム３０で記録紙１６に熱を与える。このとき、多少印字面が外側に弱いカールとなるように加熱温度を制御するとより好ましい。

デカール処理後、カットされた記録紙１６は、吸着ベルト搬送部２２へと送られる。吸着ベルト搬送部２２は、ローラー３１、３２間に無端状のベルト３３が巻き掛けられた構造を有し、少なくとも印字部１２のノズル面及び印字検出部２４のセンサ面に対向する部分が平面をなすように構成されている。

ベルト３３は、記録紙１６の幅よりも広い幅寸法を有しており、ベルト面には多数の吸引孔（不図示）が形成されている。図１に示したとおり、ローラー３１、３２間に掛け渡されたベルト３３の内側において印字部１２のノズル面及び印字検出部２４のセンサ面に対向する位置には吸着チャンバー３４が設けられており、この吸着チャンバー３４をファン３５で吸引して負圧にすることによってベルト３３上の記録紙１６が吸着保持される。

ベルト３３が巻かれているローラー３１、３２の少なくとも一方にモータ（不図示）の動力が伝達されることにより、ベルト３３は図１において、時計回り方向に駆動され、ベルト３３上に保持された記録紙１６は、図１の左から右へと搬送される。

縁無しプリント等を印字するとベルト３３上にもインクが付着するので、ベルト３３の外側の所定位置（印字領域以外の適当な位置）にベルト清掃部３６が設けられている。ベルト清掃部３６の構成について詳細は図示しないが、例えば、ブラシ・ロール、吸水ロール等をニップする方式、清浄エアーを吹き掛けるエアーブロー方式、あるいはこれらの組み合わせなどがある。清掃用ロールをニップする方式の場合、ベルト線速度とローラー線速度を変えると清掃効果が大きい。

なお、吸着ベルト搬送部２２に代えて、ローラー・ニップ搬送機構を用いる態様も考えられるが、印字領域をローラー・ニップ搬送すると、印字直後に用紙の印字面にローラーが接触するので、画像が滲み易いという問題がある。従って、本例のように、印字領域では画像面と接触させない吸着ベルト搬送が好ましい。

吸着ベルト搬送部２２により形成される用紙搬送路上において印字部１２の上流側には、加熱ファン４０が設けられている。加熱ファン４０は、印字前の記録紙１６に加熱空気を吹きつけ、記録紙１６を加熱する。印字直前に記録紙１６を加熱しておくことにより、インクが着弾後乾き易くなる。

印字部１２は、最大紙幅に対応する長さを有するライン型ヘッドを紙搬送方向（副走査方向）と直交する方向（主走査方向）に配置した、いわゆるフルライン型のヘッドとなっている。

印字部１２を構成する各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙは、本インクジェット記録装置１０が対象とする最大サイズの記録紙１６の少なくとも一辺を超える長さにわたってインク吐出口（ノズル）が複数配列されたライン型ヘッドで構成されている。

記録紙１６の搬送方向（紙搬送方向）に沿って上流側（図１の左側）から黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の順に各色インクに対応した印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙが配置されている。記録紙１６を搬送しつつ各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙからそれぞれ色インクを吐出することにより記録紙１６上にカラー画像を形成し得る。

このように、紙幅の全域をカバーするフルラインヘッドがインク色毎に設けられてなる印字部１２によれば、紙搬送方向（副走査方向）について記録紙１６と印字部１２を相対的に移動させる動作を一回行うだけで（すなわち、一回の副走査で）記録紙１６の全面に画像を記録することができる。これにより、印字ヘッドが紙搬送方向と直交する方向（主走査方向）に往復動作するシャトル型ヘッドに比べて高速印字が可能であり、生産性を向上させることができる。

なお、ここで主走査方向及び副走査方向とは、次に言うような意味で用いる。すなわち、記録紙の全幅に対応したノズル列を有するフルラインヘッドで、ノズルを駆動する時、（１）全ノズルを同時に駆動するか、（２）ノズルを片方から他方に向かって順次駆動するか、（３）ノズルをブロックに分割して、ブロックごとに片方から他方に向かって順次駆動するか、等のいずれかのノズルの駆動が行われ、用紙の幅方向（記録紙の搬送方向と直交する方向）に１ライン（１列のドットによるライン又は複数列のドットから成るライン）の印字をするようなノズルの駆動を主走査と定義する。そして、この主走査によって記録される１ライン（帯状領域の長手方向）の示す方向を主走査方向という。

一方、上述したフルラインヘッドと記録紙とを相対移動することによって、上述した主走査で形成された１ライン（１列のドットによるライン又は複数列のドットから成るライン）の印字を繰り返し行うことを副走査と定義する。そして、副走査を行う方向を副走査方向という。結局、記録紙の搬送方向が副走査方向であり、それに直交する方向が主走査方向ということになる。

また本例では、ＫＣＭＹの標準色（４色）の構成を例示したが、インク色や色数の組み合わせについては本実施形態には限定されず、必要に応じて淡インク、濃インクを追加してもよい。例えば、ライトシアン、ライトマゼンタ等のライト系インクを吐出する印字ヘッドを追加する構成も可能である。

図１に示したように、インク貯蔵／装填部１４は、各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙに対応する色のインクを貯蔵するタンクを有し、各タンクは図示を省略した管路を介して各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙと連通されている。また、インク貯蔵／装填部１４は、インク残量が少なくなるとその旨を報知する報知手段（表示手段、警告音発生手段等）を備えるとともに、色間の誤装填を防止するための機構を有している。

印字検出部２４は、印字部１２の打滴結果を撮像するためのイメージセンサ（ラインセンサ等）を含み、該イメージセンサによって読み取った打滴画像からノズルの目詰まりその他の吐出不良をチェックする手段として機能する。

本例の印字検出部２４は、少なくとも各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙによるインク吐出幅（画像記録幅）よりも幅の広い受光素子列を有するラインセンサで構成される。このラインセンサは、赤（Ｒ）の色フィルタが設けられた光電変換素子（画素）がライン状に配列されたＲセンサ列と、緑（Ｇ）の色フィルタが設けられたＧセンサ列と、青（Ｂ）の色フィルタが設けられたＢセンサ列とからなる色分解ラインＣＣＤセンサで構成されている。なお、ラインセンサに代えて、受光素子が二次元配列されて成るエリアセンサを用いることも可能である。

印字検出部２４は、各色の印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙにより印字されたテストパターンを読み取り、各ヘッドの吐出検出を行う。吐出判定は、吐出の有無、ドットサイズの測定、ドット着弾位置の測定等で構成される。

印字検出部２４の後段には、後乾燥部４２が設けられている。後乾燥部４２は、印字された画像面を乾燥させる手段であり、例えば、加熱ファンが用いられる。印字後のインクが乾燥するまでは印字面と接触することは避けたほうが好ましいので、熱風を吹きつける方式が好ましい。

多孔質のペーパに染料系インクで印字した場合などでは、加圧によりペーパの孔を塞ぐことでオゾンなど、染料分子を壊す原因となるものと接触することを防ぐことで画像の耐候性がアップする効果がある。

後乾燥部４２の後段には、加熱・加圧部４４が設けられている。加熱・加圧部４４は、画像表面の光沢度を制御するための手段であり、画像面を加熱しながら所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラー４５で加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。

このようにして生成されたプリント物は、排紙部２６から排出される。本来プリントすべき本画像（目的の画像を印刷したもの）とテスト印字とは分けて排出することが好ましい。このインクジェット記録装置１０では、本画像のプリント物と、テスト印字のプリント物とを選別してそれぞれの排出部２６Ａ、２６Ｂへと送るために排紙経路を切り換える選別手段（不図示）が設けられている。なお、大きめの用紙に本画像とテスト印字とを同時に並列に形成する場合は、カッター（第２のカッター）４８によってテスト印字の部分を切り離す。カッター４８は、排紙部２６の直前に設けられており、画像余白部にテスト印字を行った場合に、本画像とテスト印字部を切断するためのものである。カッター４８の構造は前述した第１のカッター２８と同様であり、固定刃４８Ａと丸刃４８Ｂとから構成されている。

また、図示を省略したが、本画像の排出部２６Ａには、オーダー別に画像を集積するソーターが設けられている。

〔印字ヘッドの構造〕
次に、印字ヘッド５０の構造について説明する。インク色毎に設けられている各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙの構造は共通しているので、以下、これらを代表して符号５０によって印字ヘッドを表すものとする。

図２は、印字ヘッド５０の概略構成を表す平面透視図である。本実施形態における印字ヘッド５０には、図２に示すように、インク滴を吐出するノズル５１が千鳥でマトリクス状（２次元的）に形成されており、ノズル５１の高密度化が図られている。

また印字ヘッド５０には、略矩形状の平面形状を有する圧力室５２が各ノズル５１に対応するように形成されていると共に、圧力室５２と略同様の平面形状を有する圧電素子５８が圧力室５２に重なるように形成されている。圧力室５２の図２中左上隅部の外側には、圧力室５２にインクを供給するためのインク供給口５３が設けられている。また圧電素子５８の図２中左下隅部には、外側に突出するようにして圧電素子５８と一体に構成される突起部５８ａが設けられている。また突起部５８ａの先端には圧電素子５８を駆動するための配線部材９０が形成されている。なおノズル５１、圧力室５２、圧電素子５８、インク供給口５３、配線部材９０の平面形状や配置関係は本構成例に限定されるものではない。

印字ヘッド５０の長手方向一端部（図２中右端部）には、コネクタ７８、８０を介して外部配線としてのフレキシブルケーブル１００、１０２が接続されている。フレキシブルケーブル１００、１０２の他端は、各圧電素子５８を駆動するための駆動回路（不図示）に接続されている。

図３は、図２に示した印字ヘッド５０の一部を表した側面断面図である。図３（ａ）は、図２中３ａ−３ａ線に沿う断面図であり、図３（ｂ）は、図２中３ｂ−３ｂ線に沿う断面図である。図３（ａ）に示すように、印字ヘッド５０は、インク吐出面（ノズル面）５０Ａ側から順番に、ノズル５１が形成されるノズルプレート６２、ノズル流路６０が形成されるノズル流路プレート６４、圧力室５２の側壁を構成する圧力室プレート６６、圧力室５２の上壁を構成する振動板５６を積層した構造となっている。ノズル５１は、ノズル流路６０を介して、圧力室５２と連通している。また振動板５６を挟んで圧力室５２に対向する位置には、個別電極５７（駆動用電極）を備えた圧電素子５８が設けられている。なお振動板５６の表面には導電性部材（不図示）が構成されており、圧電素子５８の共通電極となっている。

振動板５６上には、圧電素子５８を囲むように形成された凹部６８ａを有する保護カバー６８（保護部材）が設けられている。なお保護カバー６８の構成等については後述する。保護カバー６８上に形成される空間は、インク供給源であるインクタンク（不図示）から供給されるインクを貯留する共通液室５５である。すなわち、共通液室５５の下壁は、保護カバー６８によって構成されている。一方、共通液室５５の上壁は、配線基板７２によって構成されている。共通液室５５は、図３（ｂ）に示すように、各圧力室５２ごとに設けられたインク供給口５３を介して各圧力室５２に連通している。

共通液室５５の内部には、図３（ａ）に示すように、保護カバー６８と配線基板７２を接続するように構成された柱状の配線部材９０が設けられている。配線部材９０は、電極９２（９２Ａ、９２Ｃ）を内部に有し、圧電素子５８が配置される振動板５６に対して略垂直方向に立ち上がるように構成されている。電極９２Ａ、９２Ｃの一端部（図３（ａ）中下端部）は、保護カバー６８及び半田ボール７６Ａ、７６Ｃを介して、それぞれ圧電素子５８Ａ、５８Ｃの個別電極５７Ａ、５７Ｃに導通している。一方、電極９２（９２Ａ、９２Ｃ）の他端部（図３（ａ）中上端部）は、圧電素子毎にパターニングされた配線基板７２の配線層７４（第２の配線層）に導通している。配線基板７２の一端部にはコネクタ７８を介してフレキシブルケーブル１００（第２の外部配線）が接続されており、配線層７４とフレキシブルケーブル１００は導通している。

本実施形態における保護カバー６８は、厚さが数十μｍ程度のグリーンシートを多層配線したものと、キャビティ付きグリーンシートとを重ねて一括焼成することにより形成される。このように形成される保護カバー６８の内部には、圧電素子毎にパターニングされた配線層７０（第１の配線層）が構成され、圧電素子５８Ｂ、５８Ｄの個別電極５７Ｂ、５７Ｄは、半田ボール７６Ｂ、７６Ｄを介して、それぞれ配線層７０に導通している。保護カバー６８の一端部にはコネクタ８０を介してフレキシブルケーブル１０２（第１の外部配線）が接続されており、配線層７０とフレキシブルケーブル１０２は導通している。なお、それぞれの配線層と導通するための部材は半田ボールに限らない。

保護カバー６８及び振動板５６の厚さＨ（図３（ａ）及び（ｂ）参照）が薄くなるように構成することが望ましい。共通液室５５からインク供給口５３を通って各圧力室５２に供給されるインクに対する流路抵抗を低くすることにより、リフィル性能がさらに良くなる。特に、ノズル５１を４０ｋＨｚ程度の高周波で駆動する場合には、インク供給口５３の口径Ｗを８０μｍ程度とすると、保護カバー６８及び振動板５６の厚さＨは２００μｍ程度以下にする必要がある。従って、振動板５６の厚さを考慮すると、保護カバー６８及び振動板５６の厚さＨは、１００μｍ以上２００μｍ以下であることが望ましい。

次に、印字ヘッド５０の作用について図３（ａ）及び（ｂ）を用いて説明する。まず共通液室５５に貯留されたインクは、インク供給口５３を通って、各圧力室５２に分配供給される。圧電素子５８Ａ（又は５８Ｃ）に対する駆動信号が、不図示の駆動回路に接続されるフレキシブルケーブル１００から配線基板７２の配線層７４及び電極９２Ａ（又は９２Ｃ）を介して圧電素子５８Ａ（又は５８Ｃ）の個別電極５７Ａ（又は５７Ｃ）に供給されると、圧電素子５８Ａ（又は５８Ｃ）の変位によって、振動板５６の圧力室５２Ａ（又は５２Ｃ）に対応する部分が変形し、圧力室５２Ａ（又は５２Ｃ）に充填されているインクは加圧され、ノズル５１Ａ（又はノズル５１Ｃ）からインク滴として吐出される。

一方、圧電素子５８Ｂ（又は５８Ｄ）に対する駆動信号が、不図示の駆動回路に接続されるフレキシブルケーブル１０２から保護カバー６８の配線層７０を介して圧電素子５８Ｂ（又は５８Ｄ）の個別電極５７Ｂ（又は５７Ｄ）に供給されると、圧電素子５８Ｂ（又は５８Ｄ）の変位によって、振動板５６の圧力室５２Ｂ（又は５２Ｄ）に対応する部分は変形し、圧力室５２Ｂ（又は５２Ｄ）に充填されているインクは加圧され、ノズル５１Ｂ（又はノズル５１Ｄ）からインク滴として吐出される。

このようにしてノズル５１（５１Ａ〜５１Ｄ）からインク滴が吐出されると、共通液室５５からインク供給口５３を通って新しいインクが各圧力室５２（５２Ａ〜５２Ｄ）に供給され、次のインク吐出が行われる。

本実施形態では、各圧電素子５８の個別電極５７（駆動用電極）のそれぞれが、保護カバー６８の配線層７０（第１の配線層）に導通するか、又は共通液室５５内を立ち上がる配線部材９０の電極９２を介して配線基板７２の配線層７４（第２の配線層）に導通するように構成したので、圧電素子５８の個別電極５７を外部配線に接続するための十分な配線スペースを確保することができる。これにより圧電素子５８を高密度に配置することができ、ノズル５１の高密度化を実現することが可能となる。また共通液室５５は圧力室５２が形成される側とは反対側に構成され、各圧力室５２へ直接インクを供給できるため、リフィル性能が向上し、ノズル５１の高周波駆動や高粘度インクの吐出が可能となる。

また本実施形態では、保護カバー６８は複数のグリーンシートを重ねて一括焼成したものであるため、層間剥離が起こらないという利点がある。また保護カバー６８の厚さを薄く構成することにより、共通液室５５から圧力室５２に対するインクのリフィル性能をさらに良くすることができる。

なお本実施形態では、圧電素子５８の個別電極５７を配線層７０、７４を介して外部配線であるフレキシブルケーブル１００、１０２に接続する構成を例示したが、これに限らず、その他の電極を配線層７０、７４を介して外部配線に接続するように構成してもよい。また保護カバー６８及び配線基板７２の配線層７０、７４はそれぞれ１層の場合を例示したが、これに限定されず、２層以上でもよい。

〔第２の実施形態〕
次に、第２の実施形態について説明する。図４は、第２の実施形態における印字ヘッド５０の保護カバー６８、振動板５６及び圧電素子５８の一部を表した側面断面図である。同図に示すように、本実施形態における保護カバー６８は３層から構成され、振動板５６側からシリコン基板８２、高密度配線層８４、絶縁層８６となっている。このような保護カバー６８は、厚さ１００μｍ程度のシリコン基板８２の表面に高密度にパターニングされた高密度配線層８４を形成し、高密度配線層８４の表面を厚さ５０μｍ程度の絶縁層８６によって保護すると共に、シリコン基板８２の裏面に深さ５０μｍ程度の凹部６８ａを異方性エッチング等で形成することにより作製される。なお凹部６８ａには、振動板５６上に設けられた圧電素子５８が配置される。本実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果を奏し、圧電素子５８の個別電極５７（駆動用電極）を外部配線に接続するための十分な配線スペースを確保することができるようになる。

〔第３の実施形態〕
次に、第３の実施形態について説明する。図５は、第３の実施形態における印字ヘッド５０の保護カバー６８、振動板５６及び圧電素子５８の一部を表した側面断面図である。同図に示すように、本実施形態における保護カバー６８は、剛体基板８８の表面に、絶縁層８６と、数μｍの厚さの配線層８５とを交互にインクジェット（選択的液滴吐出手段）で描画して多層化すると共に、剛体基板８８の裏面に振動板５６上の圧電素子５８を囲む凹部６８ａを形成することにより作製される。なお、剛体基板８８は絶縁材が望ましい。本実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果を奏し、圧電素子５８の個別電極５７（駆動用電極）を外部配線に接続するための十分な配線スペースを確保することができるようになる。

〔第４の実施形態〕
次に、第４の実施形態について説明する。図６は、第４の実施形態における印字ヘッド５０の側面断面図である。本実施形態における印字ヘッド５０は、図６に示すように、圧力室５２の圧力変動を検出する圧力センサ１３０を備えている。ノズル流路プレート６４と圧力室プレート６６との間にはＰＶＤＦによって構成されるセンサ層１１０が配置され、センサ層１１０の圧力室５２に対応する部分にはセンサ層１１０を挟むようにしてセンサ電極１１２、１１４が形成されており、センサ電極１１２、１１４に挟まれたセンサ層１１０の部分が圧力センサ１３０となっている。

センサ電極１１２、１１４は、図６の垂直方向の引き出し電極１１６、１１８を介して、保護カバー６８の２つの配線層１２０、１２２（第１の配線層）に導通されている。配線層１２０、１２２には、保護カバー６８の端部に形成されるコネクタ８０を介してフレキシブルケーブル１０２（第１の外部配線）が接続されている。フレキシブルケーブル１０２の他端は、圧力室５２の圧力変動を検出するための圧力検出回路（不図示）に接続される。このようにしてセンサ電極１１２、１１４は、フレキシブルケーブル１０２と電気的に接続されている。

一方、圧電素子５８の個別電極５７（駆動用電極）は、第１の実施形態における圧電素子５８Ａ、５８Ｃ（図３（ａ）参照）と同様に、配線部材９０の電極９２を介して配線基板７２の配線層７４（第２の配線層）に導通し、さらに配線基板７２の配線層７４はコネクタ７８を介してフレキシブルケーブル１００（第２の外部配線）に導通している。このようにして圧電素子５８の個別電極５７は、フレキシブルケーブル１００と電気的に接続されている。

図７は、図６に示した印字ヘッド５０の平面透視図である。図７では、保護カバー６８の配線層１２０、１２２の構成に対する理解を容易にするために、配線層１２０、１２２の構成を主に図示し、配線基板７２の配線層７４等は図示を省略している。

図７に示すように、配線層１２０には、各圧力室５２に対応して設けられる引き出し電極１１６とコネクタ８０を接続する電極１２０ａ（図７中実線で図示）がそれぞれ形成されている。同様に、配線層１２２には、各圧力室５２に対応して設けられる引き出し電極１１８とコネクタ８０を電気的に接続する電極１２２ａ（図７中破線で図示）がそれぞれ形成されている。なお図７では、電極１２０ａ、１２２ａが圧力室５２（又は圧電素子５８）に重ならないように圧力室列の間を通過するように図示したが、これらは図６に示すように異なる層に形成されるため、実際には圧力室５２（又は圧電素子５８）に重なるように配置してもよい。

このような構成によって、圧力室５２内の圧力変動は、圧力センサ１３０によって検知された検知信号は、センサ電極１１２、１１４から引き出し電極１１６、１１８、保護カバー６８の配線層１２０、１２２を介して、フレキシブルケーブル１０２が接続される圧力検出回路（不図示）に送られる。そして圧力検出回路において、圧力室５２の圧力変動の正常であるか否かが判断される。

また圧電素子５８に対する駆動信号が、不図示の駆動回路に接続されるフレキシブルケーブル１００から、配線基板７２の配線層７４及び配線部材９０の電極９２を介して、圧電素子５８の個別電極５７に供給されると、圧電素子５８は変形し、振動板５６の圧力室５２に対応する部分が変形し、圧力室５２に充填されているインクは加圧され、ノズル５１よりインク滴として吐出される。

本実施形態では、各圧電素子５８の個別電極５７（駆動用電極）の全ては、配線基板７２の配線層７４（第２の配線層）を介してフレキシブルケーブル１００に接続される一方、各圧力センサ１３０のセンサ電極１１２、１１４（検出用電極）の全ては、保護カバー６８の配線層１２０、１２２（第１の配線層）を介してフレキシブルケーブル１０２に接続される。このように圧電素子５８の個別電極５７と、圧力センサ１３０のセンサ電極１１２、１１４を異なる配線層を介して外部配線に接続することで、高密度配線の実装が可能となると共に、相互のノイズ干渉を防止することができる。

なお本実施形態では、圧力センサ１３０のセンサ電極１１２、１１４が保護カバー６８の配線層１２０、１２２に導通し、圧電素子５８の個別電極５７が配線部材９０の電極９２を介して配線基板７２の配線層７４に導通する構成を例示したが、これに限定されず、例えば、圧力センサ１３０のセンサ電極１１２、１１４が配線部材９０の電極９２を介して配線基板７２の配線層７４に導通し、圧電素子５８の個別電極５７が保護カバー６８の配線層１２０（又は１２２）に導通するように構成してもよい。

以上、本発明の液体吐出ヘッド及び画像形成装置について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。

本発明の第１の実施形態に係る画像形成装置としてのインクジェット記録装置の概略を示す全体構成図である。 印字ヘッドの概略構成を表す平面透視図である。 （ａ）は、図２中３ａ−３ａ線に沿う断面図であり、（ｂ）は、図２中３ｂ−３ｂ線に沿う断面図である。 第２の実施形態における印字ヘッドの保護カバー、振動板及び圧電素子の一部を表した側面断面図である。 第３の実施形態における印字ヘッドの保護カバー、振動板及び圧電素子の一部を表した側面断面図である。 第４の実施形態における印字ヘッドの側面断面図である。 図６に示した印字ヘッド５０の平面透視図である。

符号の説明

１０…インクジェット記録装置、５０…印字ヘッド、５１…ノズル、５２…圧力室、５３…インク供給口、５５…共通液室、５６…振動板、５７…個別電極、５８…圧電素子、６８…保護カバー、７０…配線層、７２…配線基板、７４…配線層、８２…シリコン基板、８４…高密度配線層、８５…配線層、８６…絶縁層、８８…剛体基板、９０…配線部材、９２…電極、１００、１０２…フレキシブルケーブル、１１０…センサ層、１１２、１１４…センサ電極、１３０…圧力センサ、１２０、１２２…配線層

Claims (9)

1. 液体を吐出する複数の吐出口と、
   前記複数の吐出口のそれぞれと連通する複数の圧力室と、
   前記複数の圧力室の前記吐出口が形成される側とは反対側に設けられ、前記複数の圧力室のそれぞれを変形する圧電素子と、
   前記複数の圧電素子を覆う保護部材と、
   前記保護部材に構成され、第１の外部配線に接続される第１の配線層と、
   前記複数の圧力室の前記吐出口が形成される側とは反対側に前記保護部材を介して設けられ、前記複数の圧力室に液体を供給する共通液室と、
   前記共通液室の上壁に構成され、第２の外部配線に接続される第２の配線層と、を備え、
   前記複数の圧電素子の駆動用電極のそれぞれは、前記第１の配線層に導通するか、又は前記圧電素子が配置される面に対して略垂直方向にその少なくとも一部が前記共通液室内を立ち上がるように形成された配線部材を介して前記第２の配線層に導通するように構成されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記保護部材は、多層配線されたグリーンシートと、前記圧電素子を覆うための凹部を有するグリーンシートとを重ねて構成されたものであることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記保護部材は、シリコン基板上に配線層及び絶縁層を重ねた構成であって、シリコン基板の配線層と反対側の面には、前記圧電素子を覆うための凹部が形成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。
4. 前記保護部材は、剛体基板上に選択的液滴吐出手段により形成された配線層、及び絶縁層を重ねた構成であって、前記剛体基板の配線層と反対側の面には、前記圧電素子を覆うための凹部が形成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。
5. 前記圧力室の前記圧電素子側の面から前記保護部材の前記共通液室側の面までの厚さは、１００μｍ以上２００μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドであって、さらに、
   前記複数の圧力室の圧力変動をそれぞれ検出する圧力センサを備え、
   前記複数の圧電素子の駆動用電極のすべては、前記第１の配線層及び前記第２の配線層のいずれか一方に導通し、
   前記複数の圧力センサの検出用電極のすべては、前記複数の圧電素子の駆動用電極が導通する配線層とは異なる配線層に導通することを特徴とする液体吐出ヘッド。
7. 前記配線部材は、前記圧電素子又は前記圧電素子の近傍から立ち上がるように形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
8. 前記複数の吐出口は、２次元的に配列され、
   前記複数の配線部材は、前記圧電素子が配置される面に対して２次元的に配列されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載された液体吐出ヘッドを備えたことを特徴とする画像形成装置。
   

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