JP2006255948A - 液体吐出ヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】各圧電素子へ駆動信号を供給する配線を高密度化し、かつ接合の信頼性を向上させる。
【解決手段】液体を吐出するノズルと連通するとともに、その上面に圧電素子が形成された振動板によって一つの壁面が構成される複数の圧力室が２次元マトリクス状に配列された液体吐出ヘッドであって、前記圧電素子の前記振動板とは反対側に空間を確保しつつ前記圧電素子を封止するとともに、前記圧電素子を配置する平面に対して略垂直に立ち上がって形成される電気配線をも封止する封止部材と、前記封止部材に関して前記圧力室とは反対側に形成された、前記圧力室に前記液体を供給する共通液室とを備えたことを特徴とする液体吐出ヘッド及びその製造方法を提供する。
【選択図】 図１０

Description

本発明は、液体吐出ヘッド及びその製造方法に係り、特に、液体吐出ヘッドの各吐出口から液体を吐出させるアクチュエータに対して駆動信号を供給する電気配線を高密度化するための技術に関する。

従来より、画像形成装置として、インク（液体）を吐出する多数のノズル（吐出口）を配列させたインクジェットヘッド（液体吐出ヘッド）を有し、このインクジェットヘッドと被記録媒体を相対的に移動させながら、被記録媒体に向けてノズルからインクを吐出することにより、被記録媒体上に画像を形成するインクジェット記録装置（インクジェットプリンタ）が知られている。

このようなインクジェット記録装置におけるインクの吐出方法として、例えば、圧電素子（ピエゾ素子）の変形によって圧力室（インク室）の一つの壁面を構成する振動板を変形させて、圧力室の容積を変化させ、圧力室の容積増大時にインク供給路から圧力室内にインクを導入し、圧力室の容積減少時に圧力室内のインクをノズルから液滴として吐出する圧電方式が知られている。

また近年、インクジェット記録装置においても、写真プリントと同様の高画質の画像記録を行うことが望まれており、そのためには、ノズルを小さくしてノズルから吐出されるインク滴をより小さくするとともに、ノズルを高密度化して配置する必要がある。

このとき、各ノズルに連通する圧力室もノズルの高密度化に伴い高密度に配置する必要がある。またさらに、各圧力室に対して設置される圧電素子に駆動信号を供給するための電気配線をも高密度化しなければならない。

このようにノズルを高密度化するための様々な工夫が、従来からいろいろ提案されている。

例えば、高ノズル密度のインクジェットプリンタヘッドを誤動作なく駆動し、かつそれを安価に実現することを目的として、圧力室を印字面に対して水平方向に配列させたインクジェットプリンタヘッドにおいて、圧力室の上面を構成する振動板の上に圧電素子を配置し、さらにその上に圧力室にインクを供給するリザーバ（共通液室）を配置した構成とし、高価である高密度のＦＰＣ（フレキシブルプリント配線基板）を使用せずに、圧電素子からの配線を水平に引き出して、圧電素子に垂直に位置する駆動基板上に配置したＴＦＴ（薄膜トランジスタ）と接続するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１等参照）。

また、例えば、インクジェットヘッドの、インク吐出特性を良好に保持し、かつ小型化を図ることを目的として、ノズル開口に連通する圧力室が形成される流路形成基板の圧電素子側に接合され圧電素子に対向する領域にその運動を阻害しない程度の空間を確保した状態で、当該空間を封止するリザーバ形成基板（ピエゾカバー）を有し、このリザーバ形成基板の内面に電極配線を行い、流路形成基板と接合することで圧電素子の共通電極と電気的に接続するようにしたものが知られている（例えば、特許文献２等参照）。
特開平９−３１４８３３号公報 特開２００３−１２７３６６号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載のものは、圧電素子からの配線を水平に引き出して各々ＴＦＴに接続するようにしているため、１０００ｄｐｉを越える高密度配線は実現できないという問題がある。また、上記特許文献２に記載のものは、電極配線をリザーバ形成基板（ピエゾカバー）の内面に設けることにより、ヘッドが大型化することを防いでいるが、やはり高密度配線を実現することはできないという問題がある。

例えば、被記録媒体の全幅を担うようなフルラインヘッドにおいて、２４００ｄｐｉ（ドットパーインチ）のような高密度配置を実現するために、圧電素子をマトリクス状に配置した場合、各圧電素子から各々配線を引き出す必要がある。このとき、配線のライン間隔は１０μｍ以下となり、エッチングやメッキで配線を引き回す方法では、このような高密度化は実現が難しいという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、各圧電素子へ駆動信号を供給する配線を高密度化し、かつ接合の信頼性を向上させることのできる液体吐出ヘッド及びその製造方法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、液体を吐出するノズルと連通するとともに、その上面に圧電素子が形成された振動板によって一つの壁面が構成される複数の圧力室が２次元マトリクス状に配列された液体吐出ヘッドであって、前記圧電素子の前記振動板とは反対側に空間を確保しつつ前記圧電素子を封止するとともに、前記圧電素子を配置する平面に対して略垂直に立ち上がって形成される電気配線をも封止する封止部材と、前記封止部材に関して前記圧力室とは反対側に形成された、前記圧力室に前記液体を供給する共通液室と、を備えたことを特徴とする液体吐出ヘッドを提供する。

これにより、圧電素子の駆動を阻害せず、圧電素子への電気接続と液室からの絶縁性を確保することが可能となる。

また、請求項２に示すように、前記封止部材は、樹脂成型で形成されることを特徴とする。これにより、一体成型することが可能であり、製造適性が向上する。

また、請求項３に示すように、前記封止部材は、前記振動板に対してインサートモールドすることにより形成されることを特徴とする。これにより、圧電素子のシール性が向上する。

また、請求項４に示すように、前記封止部材は、複数の圧電素子をまとめて封止することを特徴とする。

これにより、複数の圧電素子を同時に含むように封止部材で覆うことで、振動板と封止部材の接合面積を小さくすることができ、封止部材と振動板の接合の信頼性を向上させることができる。

また、請求項５に示すように、前記まとめて封止される複数の圧電素子は、同列方向に並んでいることを特徴とする。

また、請求項６に示すように、前記まとめて封止される複数の圧電素子は、縦横方向それぞれについて２つ以上並んでおり、かつ前記共通液室から前記各圧力室への間に前記液体を供給する液供給路が形成されていることを特徴とする。

これにより、封止部材と振動板との接合の信頼性が向上する。

また、同様に前記目的を達成するために、請求項７に記載の発明は、液体を吐出するノズルと連通するとともに、その上面に圧電素子が形成された振動板によって一つの壁面が構成される複数の圧力室が２次元マトリクス状に配列された液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記圧電素子の前記振動板とは反対側に空間を確保しつつ前記圧電素子を封止するとともに、前記圧電素子を配置する平面に対して略垂直に立ち上がって形成される電気配線をも封止する封止部材を樹脂成型によって一体的に形成し、前記形成した封止部材を、前記空間が前記圧電素子を内部に含むように、前記圧電素子が形成された振動板に対して接合することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法を提供する。

これにより、圧電素子の駆動を阻害せず、圧電素子への電気接続と液室からの絶縁性を確保した液体吐出ヘッドの製造が容易となる。

また、同様に前記目的を達成するために、請求項８に記載の発明は、液体を吐出するノズルと連通するとともに、その上面に圧電素子が形成された振動板によって一つの壁面が構成される複数の圧力室が２次元マトリクス状に配列された液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記振動板上に形成された圧電素子の周辺を覆うように保護層を形成し、前記圧電素子の前記振動板とは反対側に空間を確保しつつ前記圧電素子を封止するとともに、前記圧電素子を配置する平面に対して略垂直に立ち上がって形成される電気配線をも封止する封止部材を、前記保護層が形成された振動板に対して、インサートモールドすることによって一体的に形成することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法を提供する。

これにより、圧電素子の駆動を阻害せず、圧電素子への電気接続と液室からの絶縁性を確保するとともに圧電素子のシール性を向上させた液体吐出ヘッドの製造が容易となる。

以上説明したように、本発明に係る液体吐出ヘッド及びその製造方法によれば、圧電素子の高密度配置が可能となるとともに、圧電素子の駆動を阻害せず、圧電素子への電気接続と液室からの絶縁性を確保することが可能となる。

以下、添付した図面を参照して、本発明に係る液体吐出ヘッド及びその製造方法について詳細に説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る液体吐出ヘッドを有す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（液体吐出ヘッド）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）を外部に排出する排紙部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（フラット面）をなすように構成されている。

ベルト３３は、記録紙１６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（図示省略）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（図示省略）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。したがって、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（図２参照）。

図２に示すように、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ている。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（図示省略）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。

次に、印字ヘッド（液体吐出ヘッド）のノズル（液体吐出口）の配置について説明する。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し、図３に印字ヘッド５０の平面透視図を示す。

図３に示すように、本実施形態の印字ヘッド５０は、インクを液滴として吐出するノズル５１、インクを吐出する際インクに圧力を付与する圧力室５２、図３では図示を省略した共通流路から圧力室５２にインクを供給するインク供給口５３を含んで構成される圧力室ユニット５４が千鳥状の２次元マトリクス状に配列され、ノズル５１の高密度化が図られている。

このような印字ヘッド５０上のノズル配置のサイズは特に限定されるものではないが、一例として、ノズル５１を横４８行（２１ｍｍ）、縦６００列（３０５ｍｍ）に配列することにより２４００ｎｐｉを達成する。

図３に示す例においては、各圧力室５２を上方から見た場合に、その平面形状は略正方形状をしているが、圧力室５２の平面形状はこのような正方形に限定されるものではない。圧力室５２には、図３に示すように、その対角線の一方の端にノズル５１が形成され、他方の端にインク供給口５３が設けられている。

また、図４は他の印字ヘッドの構造例を示す平面透視図である。図４に示すように、複数の短尺ヘッド５０’を２次元の千鳥状に配列して繋ぎ合わせて、これらの複数の短尺ヘッド５０’全体で印字媒体の全幅に対応する長さとなるようにして１つの長尺のフルラインヘッドを構成するようにしてもよい。

図５はインクジェット記録装置１０におけるインク供給系の構成を示した概要図である。インクタンク６０は印字ヘッド５０にインクを供給するための基タンクであり、図１で説明したインク貯蔵／装填部１４に設置される。インクタンク６０の形態には、インク残量が少なくなった場合に、補充口（図示省略）からインクを補充する方式と、タンクごと交換するカートリッジ方式とがある。使用用途に応じてインク種類を替える場合には、カートリッジ方式が適している。この場合、インクの種類情報をバーコード等で識別して、インク種類に応じて吐出制御を行うことが好ましい。なお、図５のインクタンク６０は、先に記載した図１のインク貯蔵／装填部１４と等価のものである。

図５に示したように、インクタンク６０と印字ヘッド５０を繋ぐ管路の中間には、異物や気泡を除去するためにフィルタ６２が設けられている。フィルタ・メッシュサイズは印字ヘッド５０のノズル径と同等若しくはノズル径以下（一般的には、２０μｍ程度）とすることが好ましい。

なお、図５には示さないが、印字ヘッド５０の近傍又は印字ヘッド５０と一体にサブタンクを設ける構成も好ましい。サブタンクは、ヘッドの内圧変動を防止するダンパー効果及びリフィルを改善する機能を有する。

また、インクジェット記録装置１０には、ノズルの乾燥防止又はノズル近傍のインク粘度上昇を防止するための手段としてのキャップ６４と、ノズル面５０Ａの清掃手段としてのクリーニングブレード６６とが設けられている。

これらキャップ６４及びクリーニングブレード６６を含むメンテナンスユニットは、図示を省略した移動機構によって印字ヘッド５０に対して相対移動可能であり、必要に応じて所定の退避位置から印字ヘッド５０下方のメンテナンス位置に移動される。

キャップ６４は、図示しない昇降機構によって印字ヘッド５０に対して相対的に昇降変位される。昇降機構は、電源ＯＦＦ時や印刷待機時にキャップ６４を所定の上昇位置まで上昇させ、印字ヘッド５０に密着させることにより、ノズル面５０Ａのノズル領域をキャップ６４で覆うようになっている。

クリーニングブレード６６は、ゴムなどの弾性部材で構成されており、図示を省略したブレード移動機構により印字ヘッド５０のインク吐出面（ノズル面５０Ａ）に摺動可能である。ノズル面５０Ａにインク液滴又は異物が付着した場合、クリーニングブレード６６をノズル面５０Ａに摺動させることでノズル面５０Ａを拭き取り、ノズル面５０Ａを清浄するようになっている。

印字中又は待機中において、特定のノズル５１の使用頻度が低くなり、そのノズル５１近傍のインク粘度が上昇した場合、粘度が上昇して劣化したインクを排出すべく、キャップ６４に向かって予備吐出が行われる。

また、印字ヘッド５０内のインク（圧力室５２内のインク）に気泡が混入した場合、印字ヘッド５０にキャップ６４を当て、吸引ポンプ６７で圧力室５２内のインク（気泡が混入したインク）を吸引により除去し、吸引除去したインクを回収タンク６８へ送液する。この吸引動作は、初期のインクのヘッドへの装填時、或いは長時間の停止後の使用開始時にも行われ、粘度が上昇して固化した劣化インクが吸い出され除去される。

すなわち、印字ヘッド５０は、ある時間以上吐出しない状態が続くと、ノズル近傍のインク溶媒が蒸発してノズル近傍のインクの粘度が高くなってしまい、吐出駆動用の圧力発生手段（図示省略、後述）が動作してもノズル５１からインクが吐出しなくなる。したがって、この様な状態になる手前で（圧力発生手段の動作によってインク吐出が可能な粘度の範囲内で）、インク受けに向かって圧力発生手段を動作させ、粘度が上昇したノズル近傍のインクを吐出させる「予備吐出」が行われる。また、ノズル面５０Ａの清掃手段として設けられているクリーニングブレード６６等のワイパーによってノズル面５０Ａの汚れを清掃した後に、このワイパー摺擦動作によってノズル５１内に異物が混入するのを防止するためにも予備吐出が行われる。なお、予備吐出は、「空吐出」、「パージ」、「唾吐き」などと呼ばれる場合もある。

また、ノズル５１や圧力室５２内に気泡が混入したり、ノズル５１内のインクの粘度上昇があるレベルを超えたりすると、上記予備吐出ではインクを吐出できなくなるため、上述したような吸引動作を行う。

すなわち、ノズル５１や圧力室５２のインク内に気泡が混入した場合、或いはノズル５１内のインク粘度があるレベル以上に上昇した場合には、圧力発生手段を動作させてもノズル５１からインクを吐出できなくなる。このような場合、印字ヘッド５０のノズル面５０Ａに、キャップ６４を当てて圧力室５２内の気泡が混入したインク又は増粘インクをポンプ６７で吸引する動作が行われる。

ただし、上記の吸引動作は、圧力室５２内のインク全体に対して行われるためインク消費量が大きい。したがって、粘度上昇が少ない場合はなるべく予備吐出を行うことが好ましい。なお、図５で説明したキャップ６４は、吸引手段として機能するとともに、予備吐出のインク受けとしても機能し得る。

また、好ましくは、キャップ６４の内側が仕切壁によってノズル列に対応した複数のエリアに分割されており、これら仕切られた各エリアをセレクタ等によって選択的に吸引できる構成とする。

図６はインクジェット記録装置１０のシステム構成を示す要部ブロック図である。インクジェット記録装置１０は、通信インターフェース７０、システムコントローラ７２、画像メモリ７４、モータドライバ７６、ヒータドライバ７８、プリント制御部８０、画像バッファメモリ８２、ヘッドドライバ８４等を備えている。

通信インターフェース７０は、ホストコンピュータ８６から送られてくる画像データを受信するインターフェース部である。通信インターフェース７０にはＵＳＢ、ＩＥＥＥ１３９４、イーサネット、無線ネットワークなどのシリアルインターフェースやセントロニクスなどのパラレルインターフェースを適用することができる。この部分には、通信を高速化するためのバッファメモリ（図示省略）を搭載してもよい。ホストコンピュータ８６から送出された画像データは通信インターフェース７０を介してインクジェット記録装置１０に取り込まれ、一旦画像メモリ７４に記憶される。画像メモリ７４は、通信インターフェース７０を介して入力された画像を一旦格納する記憶手段であり、システムコントローラ７２を通じてデータの読み書きが行われる。画像メモリ７４は、半導体素子からなるメモリに限らず、ハードディスクなどの磁気媒体を用いてもよい。

システムコントローラ７２は、通信インターフェース７０、画像メモリ７４、モータドライバ７６、ヒータドライバ７８等の各部を制御する制御部である。システムコントローラ７２は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）及びその周辺回路等から構成され、ホストコンピュータ８６との間の通信制御、画像メモリ７４の読み書き制御等を行うとともに、搬送系のモータ８８やヒーター８９を制御する制御信号を生成する。

モータドライバ７６は、システムコントローラ７２からの指示に従ってモータ８８を駆動するドライバ（駆動回路）である。ヒータドライバ７８は、システムコントローラ７２からの指示にしたがって後乾燥部４２等のヒーター８９を駆動するドライバである。

プリント制御部８０は、システムコントローラ７２の制御に従い、画像メモリ７４内の画像データから印字制御用の信号を生成するための各種加工、補正などの処理を行う信号処理機能を有し、生成した印字制御信号（印字データ）をヘッドドライバ８４に供給する制御部である。プリント制御部８０において所要の信号処理が施され、該画像データに基づいてヘッドドライバ８４を介して印字ヘッド５０のインク液滴の吐出量や吐出タイミングの制御が行われる。これにより、所望のドットサイズやドット配置が実現される。

プリント制御部８０には画像バッファメモリ８２が備えられており、プリント制御部８０における画像データ処理時に画像データやパラメータなどのデータが画像バッファメモリ８２に一時的に格納される。なお、図６において画像バッファメモリ８２はプリント制御部８０に付随する態様で示されているが、画像メモリ７４と兼用することも可能である。また、プリント制御部８０とシステムコントローラ７２とを統合して１つのプロセッサで構成する態様も可能である。

ヘッドドライバ８４はプリント制御部８０から与えられる印字データに基づいて各色の印字ヘッド５０の圧力発生手段を駆動する。ヘッドドライバ８４にはヘッドの駆動条件を一定に保つためのフィードバック制御系を含んでいてもよい。

印字検出部２４は、図１で説明したように、ラインセンサー（図示省略）を含むブロックであり、記録紙１６に印字された画像を読み取り、所要の信号処理などを行って印字状況（吐出の有無、打滴のばらつきなど）を検出し、その検出結果をプリント制御部８０に提供するものである。

プリント制御部８０は、必要に応じて印字検出部２４から得られる情報に基づいて印字ヘッド５０に対する各種補正を行うようになっている。

次に、本発明の特徴である駆動信号を供給する配線を高密度化した液体吐出ヘッド（印字ヘッド５０）について詳しく説明する。

本実施形態においては、このような印字ヘッドの高密度化を実現するために、まず、例えば図３に示したように、圧力室５２（ノズル５１）を２次元マトリクス状に配置してノズル５１の高密度化（例えば２４００ｎｐｉ（ノズルパーインチ））を図っている。次に、詳しくは以下説明するが、本実施形態では圧力室５２にインクを供給する共通液室を振動板の上側に配置し、インクのリフィル性を重視するためこの共通液室から直接圧力室５２へインクを供給するようにして流路抵抗となるような配管をなくしてインク供給系を高集積化するようにした。さらに、本実施形態では、圧力室５２を変形する圧力発生手段の電極（個別電極）に駆動信号を供給する電気配線を各個別電極から垂直に立ち上げて共通液室中を貫通するようにして上部のフレキシブルケーブル等の配線へと接続するようにしている。

図７に、このような高密度化された印字ヘッド５０の一部を、簡単化して斜視透視図で示す。

図７に示すように、本実施形態の印字ヘッド５０においては、ノズル５１及びインク供給口５３と連通する圧力室５２の上側に、圧力室５２の上面を形成する振動板５６が配置され、振動板５６上の各圧力室５２に対応する部分に上下を電極で挟んだピエゾ（ＰＺＴ）等の圧電体で構成される圧力発生手段としての圧電素子５８（圧電アクチュエータ）が配置されている。圧電素子５８の上には個別電極５７が形成され、また振動板５６が共通電極を兼ねており、圧電素子５８は個別電極５７と共通電極（振動板５６）で上下を挟まれている。そして、個別電極５７及び共通電極（振動板５６）に駆動信号を供給することにより、圧電素子５８が駆動される。

圧電素子５８等が配置された振動板５６の上にはピエゾカバー１００が配置されている。詳しくは後述するが、ピエゾカバー１００は、圧電素子５８を覆い、保護するとともに、圧電素子５８の駆動を容易にするための空隙を形成するものである。

また、ピエゾカバー１００の上には、振動板５６に対して略垂直に立ち上がった柱状の配線部材９０が形成され、その上部には多層フレキシブルケーブル９２が配置されている。また、詳しくは後述するが、柱状の配線部材９０の内部には、圧電素子５８の個別電極５７と多層フレキシブルケーブル９２とを電気的に接続する電気配線が形成されている。

このように、ピエゾカバー１００と多層フレキシブルケーブル９２との間に柱状の配線部材９０が形成された空間が各圧力室５２にインクを供給するための共通液室５５となっている。そして、共通液室５５から圧力室５２にインクを供給するために、ピエゾカバー１００には、孔１０２が形成されており、この孔１０２は振動板５６を貫通し、インク供給口５３と連通している。

本発明は、このピエゾカバー１００と配線部材９０とをまとめて、圧電素子を封止するとともに電気配線を封止する封止部材として一体成形することにより、配線の高密度化を達成するとともに、ピエゾカバー１００と配線部材９０の電気配線の信頼性を向上させ、さらに絶縁性の確保を容易にするようにしたものである。

なお、ここに示した共通液室５５は、図３に示した全ての圧力室５２にインクを供給するように、圧力室５２が形成された全領域に渡って形成される１つの大きな空間となっているが、共通液室５５は、必ずしもこのように一つの空間として形成されるものには限定されず、いくつかの領域に分かれて複数の空間として形成されていてもよい。

また、ここに示した配線部材９０は、各圧電素子５８の個別電極５７に対して１つずつ形成され、一対一に対応しているが、共通液室５５中に配置される柱状の配線部材９０の個数を削減するために、いくつかの圧電素子５８に対する配線をまとめて１つの配線部材９０の中に形成するようにしてもよい。このように共通液室５５中の配線部材９０の個数を減らすことにより、共通液室５５中を流れるインクの抵抗を減少させたり、インク内部の気泡が柱状の配線部材に付着することを低減させることができる。

振動板５６は、各圧力室５２に共通のものとし１枚のプレートで形成されている。そして、振動板５６の各圧力室５２に対応する部分に、圧力室５２を変形させるための圧電素子５８が配置されている。圧電素子５８に電圧を印加して駆動するための電極（共通電極（振動板５６）と個別電極５７）が圧電素子５８を挟むようにその上下面に形成されている。振動板５６は、例えばＳＵＳ等の導電性の薄膜で形成され、共通電極を兼ねるようにしている。

また、ピエゾカバー１００も各圧電素子５８に対して共通のものとして１枚のプレートで形成されているが、ピエゾカバー１００の形状はこれに限定されるものではなく、いくつかの圧電素子毎に１つのピエゾカバーを配置するようにしてもよい。このような態様については後で詳しく述べる。

また、図７では図示を省略したが、共通液室５５はインクで満たされるため、共通電極としての振動板５６、個別電極５７、配線部材９０及び多層フレキシブルケーブル９２のインクと接触する面はそれぞれ絶縁性の保護膜で覆われている。

なお、上述したような印字ヘッド５０の各サイズは、特に限定されるものではないが、一例を示すと、圧力室５２は平面形状が３００μｍ×３００μｍの略正方形（インク流れのよどみ点を排除する目的で角は面取りされている。）で、高さが１５０μｍ、振動板５６及び圧電素子５８はそれぞれ厚さが１０μｍ、配線部材９０はピエゾカバー１００との接続部の直径が１００μｍ、高さは５００μｍ等のように形成される。

図８に、このような圧力室５２の一部を、拡大した平面透視図で示す。前述したように、各圧力室５２は略正方形状であり、その対角線の両隅にノズル５１及びインク供給口５３が形成されている。圧力室５２の上にはその上面を形成するように振動板５６が配置され、振動板５６上の圧力室５２の部分に圧電素子５８及び個別電極５７が形成されている。そして、これらを覆うように、その上にピエゾカバー１００が配置され、ピエゾカバー１００の上に圧電素子５８形成面から略垂直に立ち上がるように配線部材９０が形成されている。

図８中の一点鎖線、９Ａ−９Ｂ線に沿った断面図を図９に示す。

図９に示すように、第１実施形態の印字ヘッド５０は、複数の薄膜を積層して形成されている。まず、ノズル５１が形成されたノズルプレート９４の上に、圧力室５２、インク供給口５３及び圧力室５２とノズル５１を結ぶノズル流路５１ａ等が形成された流路プレート９６が積層される。図では流路プレート９６は、１枚のプレートのように表されているが、実際は、流路プレート９６は複数のプレートを積層して形成されていても良い。

流路プレート９６の上には、圧力室５２の天面を形成する振動板５６が積層される。振動板５６は個別電極５７とともに後述する圧電素子５８を駆動するための共通電極をも兼ねていることが好ましい。また、振動板５６には圧力室５２のインク供給口５３に対応する開口部５６ａが設けられている。

振動板５６（共通電極）上の圧力室５２上面の略全面に対応する部分に圧電素子５８が形成され、圧電素子５８の上面には個別電極５７が形成される。このようにしてその上下を共通電極（振動板５６）と個別電極５７で挟まれた圧電素子５８は、共通電極５６と個別電極５７によって電圧が印加されると変形して圧力室５２の体積を減少させ、ノズル５１からインクを吐出させる。

圧電素子５８及び個別電極５７が形成された振動板５６上に、これらを覆うようにピエゾカバー１００が形成される。ピエゾカバー１００は、圧電素子５８を保護するものであり、また、圧電素子５８の駆動を容易にするために、ピエゾカバー１００の圧電素子５８の部分には空隙部１０４が形成されている。また、ピエゾカバー１００にもインク供給口５３に対応する孔１０２が設けられており、この孔１０２と振動板５６の開口部５６ａはインク供給口５３に連通し、ここを通じて共通液室５５から圧力室５２にインクが供給される。

ピエゾカバー１００の上には、圧電素子５８が形成される面に対して略垂直に立ち上がって柱状に配線部材９０が形成される。配線部材９０は、後述するように、ピエゾカバー１００と一体的に成形される。配線部材９０の上には多層フレキシブルケーブル９２が形成され、配線部材９０を介してピエゾカバー１００と多層フレキシブルケーブル９２で形成される空間が共通液室５５となっている。

配線部材９０の内部は、圧電素子５８の個別電極５７と多層フレキシブルケーブル９２の電極９８とを電気的に接続する電気配線を形成するために空洞となっている。実際、図９に示すように、圧電素子５８上の個別電極５７から振動板５６上に絶縁膜を介して電極パッド５９を引き出すとともに、配線部材９０の内部に例えばメッキ等で電気配線１０６を形成し、これをピエゾカバー１００内の空隙部１０４部に形成した配線１０８に接続し、この配線１０８と電極パッド５９とを半田１１０等によって接続することによって電気的導通を得る。図では配線部材９０の一部に電気配線１０６があるが、配線部材９０の内部が電気配線１０６で満たされていても良い。

これにより、多層フレキシブルケーブル９２に形成される図示を省略した各配線が電気配線１０６に電極９８で接続し、各圧電素子５８を駆動するための駆動信号がそれぞれの電気配線１０６等を通じて供給される。

このように、本実施形態においては、従来、振動板に関して圧力室と同じ側にあった共通液室を、振動板の上側に形成し、圧力室とは反対側に配置するようにしたため、従来必要であった共通液室から圧力室にインクを導くための配管等が不要となり、また共通液室のサイズを大きくすることができるためインクを確実に供給することができる。

また、圧電素子に駆動信号を供給する電気配線を封止する配線部材を圧電素子が形成される面に対し略垂直に立ち上がるように柱状に形成するとともに、この配線部材を、圧電素子の周囲に空間を確保しつつ封止し、圧電素子を保護しその駆動を容易にするためのピエゾカバーと一体的に成形するようにしたため、配線の高密度化、電気配線の信頼性及び絶縁性を向上させることが可能となった。

次に、このような圧電素子５８を封止するとともに電気配線を封止する、ピエゾカバー１００及び配線部材９０を一体成形する方法について説明する。

図１０に、本実施形態におけるピエゾカバー１００及び配線部材９０を一体成形する工程を示す。

まず、図１０（ａ）に示すように、ピエゾカバー１００と配線部材９０を一体で成形し、また一方で振動板５６と圧電素子５８を形成する。

ピエゾカバー１００と配線部材９０を一体で成形する方法としては、３次元構造物を一体で作ることができるためコストが安価になる樹脂成型が良い。樹脂材料としては、寸法精度の優れたエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂が好ましく、中でもエポキシ樹脂はインク耐性にも優れており、特に好ましい。エポキシ樹脂の内部には剛性を向上させるためにシリカやアルミナのフィラーを入れるのが良く、これによりヘッド構造体として強度を保つことができる。

ピエゾカバー１００と配線部材９０を一体で成形する際、ピエゾカバー１００には、圧電素子５８の自由な駆動を確保する空隙部となるべき凹部１０３及びインク供給口５３に対応する孔１０２が形成される。また、配線部材９０の内部は、電気配線を形成するために空洞とされる。なお、配線部材９０は、樹脂成型後に型から抜くため、図に示すように下側よりも上側が細くなるようなテーパ角θを有するテーパ状に形成される。このテーパ角θは、大きいほど型から樹脂を離型することが容易になるが、大きすぎると配線部材９０の体積が大きくなり、共通液室５５が小さくなるので、１°〜２０°が使用され、より好ましくは５°〜１５°である。

ピエゾカバー１００と配線部材９０を一体成形した後、配線部材９０の内部に例えばメッキを施すか、あるいは導電性ペーストを埋め込む等の方法により電気配線１０６を形成する。さらに、この電気配線１０６に接続させて将来空隙部となる凹部１０３内にも配線１０８を形成する。

一方、振動板５６は、例えばＳＵＳ等の薄板として形成し、その表面を絶縁処理した後、その上に圧電素子５８を形成する。圧電素子５８の形成は、スパッタ法、ＡＤ法、バルク法など特に限定はされない。また、圧電素子５８の上に絶縁膜を介して個別電極５７を形成し、個別電極５７から配線を引き出し、絶縁された振動板５６上に電極パッド５９を形成する。なお、振動板５６にも、インク供給口５３に対応する開口部５６ａが形成される。

次に、図１０（ｂ）に示すように、上で形成したピエゾカバー１００及び配線部材９０と、圧電素子５８等の形成された振動板５６を、圧電素子５８がピエゾカバー１００の凹部１０３に収まるように、また孔１０２と開口部５６ａが一致するように位置合わせをして接合する。接合にはエポキシ系接着剤が良い。これにより、ピエゾカバー１００内部に圧電素子５８の駆動を容易にするための空隙部１０４が形成される。

このとき、ピエゾカバー１００の凹部１０３（空隙部１０４）内に形成された配線１０８と振動板５６上に形成された電極パッド５９とを、例えば半田や導電性ペースト等によって電気的に接続する。また、振動板５６やピエゾカバー１００、配線部材９０等の、インクと接する面に対して保護、絶縁膜を形成する。

なお、図１０（ｂ）に示すように、ピエゾカバー１００及び配線部材９０と、圧電素子５８等の形成された振動板５６を接合した状態で、インク供給口５３に連通するピエゾカバー１００の孔１０２及び振動板５６の開口部５６ａがきちんと開いているか例えば顕微鏡により確認したり、また例えば液体を通して空隙部１０４への液体の漏れがないか確認する等により、孔１０２及び開口部５６ａのシール性の確認を行うことができる。

次に、図１０（ｃ）に示すように、配線部材９０の上部に上蓋９１を取り付ける。そして、図示は省略するが、最後に、振動板５６の下側に、ノズル５１を有するノズルプレート９４が接合された圧力室５２が形成された流路プレート９６を取り付けるとともに、配線部材９０及び上蓋９１の上側に多層フレキシブルケーブル９２を取り付けて印字ヘッド（液体吐出ヘッド）５０が形成される。

次に本発明の第２実施形態に係る液体吐出ヘッド（印字ヘッド５０）の製造方法について説明する。

第２実施形態は、ピエゾカバー１００と配線部材９０を一体成形する際に、金属材料で形成された振動板５６に対して、樹脂部であるピエゾカバー１００と配線部材９０をインサートモールドによって形成するものである。

この方法によれば、まず振動板５６上の圧力室５２に対応する場所に圧電素子５８を形成し、将来ピエゾカバー１００の空隙部１０４を形成するための保護層（犠牲層）を圧電素子５８の周辺にパターニングして形成する。

この様子を図１１に示す。図１１（ａ）は圧電素子５８の周辺を示す平面透視図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）中の１１Ａ−１１Ｂ線に沿った断面図である。なお、図１１（ａ）では、説明のため圧力室５２やノズル５１、インク供給口５３をも示しているが、図１１（ｂ）では振動板５６より上の部分のみを示した。

図１１（ａ）に示すように、振動板５６には圧力室５２に対応して圧電素子５８がマトリクス状に配置されているが、隣り合った圧電素子５８の間には、インサートモールドする際、ピエゾカバー１００となるモールド樹脂が振動板５６の裏側まで回り込むようにするためのモールド孔５６ｂが設けられている。これにより、インサートモールドで成形されるピエゾカバー１００と振動板５６との接合を確実にすることができ、圧電素子をインクから絶縁、シールすることができるために、信頼性が向上する。

また、圧電素子５８の一部が図の上方に向かって、圧力室５２の位置から外へ飛び出しているが、この部分は後で配線部材９０が形成される場所となる。

図１１（ｂ）に示すように、保護層１１２は、振動板５６上に圧電素子５８を覆い、モールド孔５６ｂを避けるように形成される。この保護層１１２の部分が後に圧電素子５８上の空隙部１０４となる。なお、保護層１１２は、インク供給口５３に対応して振動板５６に設けられる開口部５６ａ（図１１（ａ）参照）をも避けるように形成される。なお、保護層１１２としては、感光性レジストを用いるのが好ましい。

次に、圧電素子５８の周辺を保護層で覆った振動板５６を形成用金型で型締めして、金型の中に形成されたキャビティに樹脂を注入して、ピエゾカバー１００と配線部材９０を振動板５６に対してインサートモールドすることにより一体成形する。

図１２〜１４に、振動板５６に対してインサートモールドすることによりピエゾカバー１００及び配線部材９０を一体成形する様子を示す。図１２は圧電素子５８周辺の平面透視図であり、図１３は図１２中の１３Ａ−１３Ｂ線に沿った断面図、図１４は図１２中の１４Ａ−１４Ｂ線に沿った断面図である。

図１３（ａ）に示すように、金型の間のキャビティ（図示省略）中に樹脂を流し込むことによって、ピエゾカバー１００と配線部材９０を一体的に形成する。このとき配線部材９０は図の下側よりも上側の方が細くなるようなテーパ状に形成されるとともに、配線部材９０の内部には電気配線用の空洞部９０ａが形成される。また、ピエゾカバー１００には、保護層１１２によって凹部１０３が形成される。この凹部１０３は将来保護層１１２を除去した後、圧電素子５８の駆動を容易にするための空隙部となる部分である。

また、図示を省略したキャビティ内に注入される樹脂は、図中符号１００ａで示すように、振動板５６に形成されたモールド孔５６ｂから振動板５６の裏面側に漏れ出して固化する。これにより、ピエゾカバー１００と振動板５６は剥がれることなく強固に接合される。

次に、図１３（ｂ）に示すように、樹脂が固化したら、金型から取出し、配線部材９０に設けられた空洞部９０ａに保護層を溶解する溶液を流し込み加熱することで空洞部９０ａを経由して保護層１１２を除去する。保護層１１２を除去することによって、圧電素子５８の周囲に凹部１０３によって囲まれた空隙部１０４が形成される。

次に、図１４（ａ）に示すように、配線部材９０の空洞部９０ａ内に、例えば導電性ペースト１１４を埋め込み、電気配線１０６を形成する。電気配線１０６の下部は圧電素子５８上に形成された個別電極５７から引き出された電極パッド５９に接続している。また、電気配線１０６の上部は、図示を省略したが多層フレキシブルケーブルの電極と接続している。

また、この場合には、配線部材９０の空洞部９０ａ内に埋め込んだ導電性ペースト１１４によって個別電極５７との電気的接続を得るようにしているため、前述した第１実施形態のように、配線部材９０を圧電素子５８の真中に配置すると、圧電素子５８の駆動を阻害するので、図１４（ｂ）に示すように、電極パッド５９を完全に圧電素子５８の外へ引き出して導電性ペースト１１４と接続するようにしても良い。このように、電極パッド５９と導電性ペースト１１４との接合部を圧電素子５８の外側に設けることにより、圧電素子５８が拘束されることがないため、圧電素子５８を有効に駆動することができる。

また、図１４に示すように、振動板５６の端部においては、インサートモールド時に、ピエゾカバー１００を形成する樹脂が図１４に符号１００ｂで示すように振動板５６の端部から裏側に回りこんでいる。前述した振動板５６のモールド孔５６ｂから裏面側にはみ出した樹脂１００ａとともに、これによってピエゾカバー１００と振動板５６との接合が強化される。

次に、本発明の第３実施形態について説明する。上述した第１及び第２実施形態においては、ピエゾカバー１００は印字ヘッド５０全面に１枚のプレートとして形成され、各圧電素子５８毎に個別の空隙部１０４（いわば狭義のピエゾカバー）を有していたが、本第３実施形態においては、１列に並んだ複数の圧電素子５８に対して１つの空隙部を対応させて、複数の圧電素子を１つの空隙部で覆うようにするものである。

本実施形態のピエゾカバーを図１５に斜視図で示す。

図１５に示すように、本実施形態のピエゾカバー１００は、圧電素子５８を覆う空隙部を、各々の圧電素子５８毎に持つのではなく、少なくとも同列上に２個以上の圧電素子５８を同時に覆う空隙部１０４を有している。ここで、列とは、インク供給口５３同士を一直線に結んだときに、圧力室５２を横切らない方向のことを言うものとする。例えば、図１５においては、図に示す印字ヘッド５０の短手方向（図の縦方向）であり、この方向に並ぶ複数の圧電素子５８をこの方向に延びたピエゾカバー１００の１つの空隙部１０４で覆ったとしても、その中にインク供給口５３が含まれることはない。同列方向であれば、圧力室を列方向にまとめて覆うことが可能になる。

なお、図１５では、わかり易くするために、右側の２列のみピエゾカバー１００が配置されているが、実際には左側の２列の各圧電素子５８についてもピエゾカバー１００が配置されることは言うまでもない。このようにインク供給口５３を含まないように１列に並ぶ複数の圧電素子５８を同時に含むように覆うピエゾカバー１００を配置することで、振動板５６とピエゾカバー１００の接合面積を小さくすることができるので、ピエゾカバー１００と振動板５６の接合の信頼性を向上させることができる。

また、配線部材９０は、複数の圧電素子５８を覆う１列あるいは複数列のピエゾカバー１００に対して１つ設ければよい。このとき、各圧電素子５８の個別電極５７から電極を引き出して、空隙部１０４の内側表面あるいは空隙部１０４の内部を通して電気配線１０８を配線し、さらにこれらに接続する複数の電気配線１０６をこの１つの配線部材９０の中に通すようにする。

また、各複数の圧電素子５８を覆うピエゾカバー１００は、それぞれ１列毎に分離されていてもよいし、図１５に示すように、隣のピエゾカバー１００と結合部１１６によって結合していてもよい。このとき結合部１１６は、インク供給口５３を避けて設置される。またこの結合部１１６の中に電気配線１０８を通すようにしもてよい。

このように、複数列のピエゾカバー１００を結合することにより、例えば、第１実施形態のようにピエゾカバー１００と振動板５６を接合する際にも、部品点数が少なくなるため、製造時間を短縮することが可能となる。このとき、結合されているピエゾカバー１００の結合数はいくつでもよい。

また、複数列のピエゾカバー１００が結合している場合に、この結合部１１６に弾性部材（例えば、１〜２０μのポリイミドフィルムで、後方に空気などの気体層があるとなお好ましい）を配置して、リフィル性能向上とクロストーク防止のためのダンパー部材を兼ねるようにしてもよい。あるいは、圧力室５２への異物や気泡の混入を防止するためのフィルタ（例えば、開口部が直径０．５〜２０μの穴を持つものなど）を配置したりしても良い。さらに、結合部１１６の形状は、図１５に示したものは、角ばっているが、インク供給口５３付近は、流路抵抗を低減するために図１６（ａ）に示すようにロート状にしたり、あるいは図１６（ｂ）に示すようにテーパ状にしたりすることが好ましい。

次に、本発明の第４実施形態について説明する。前述した第３実施形態のピエゾカバーは、１列に並んだ複数の圧電素子を覆う空隙部を有していたが、本第４実施形態のピエゾカバーは、縦横の２次元マトリクス状に並んだ複数の圧電素子を覆う空隙部を有する。

図１７に、本実施形態のピエゾカバーを斜視図で示す。図１７に示すように、本実施形態のピエゾカバー１００は、２列に並んだ複数の圧力素子５８を覆う空隙部１０４を有している。なお、図１７では、わかり易くするために、右側の２列の圧電素子５８についてのみピエゾカバー１００を表示し、左側の２列についてはピエゾカバーの表示を省略して、圧力室５２へのインク供給系がわかるようにした。２列以上の圧電素子を覆うことで、１列の場合よりも接合部分の面積を小さくすることができ、接合の信頼性を向上させることができる。

ピエゾカバー１００の一つの空隙部１０４が覆う２列に並んだ複数の圧電素子５８に対して一つの配線部材９０がピエゾカバー１００の上にピエゾカバー１００と一体的に形成されている。そして、配線部材９０の上部には多層フレキシブルケーブル９２が配置され、この多層フレキシブルケーブル９２と振動板５６に形成されたピエゾカバー１００との間の空間が各圧力室５２にインクを供給する共通液室５５となっている。

図１７に示すように、２列に並んだ圧力室５２の列と平行にインク供給のための支流（液供給路）１１８が振動板５６の下側に設置される。そして、支流１１８から、支流１１８の両側に配置された各圧力室５２に対してインクが供給されるようになっている。また、支流１１８には共通液室５５から支流１１８にインクを供給するための供給口１２０が設けられている。この供給口１２０は、支流１１８の配列方向に対しその両隣に圧電素子５８が存在しない部分に設けられる。

ピエゾカバー１００は、２列に並んだ複数の圧電素子５８を覆う空隙部１０４が形成されている部分は、外観が凸状に形成されているが、支流１１８の供給口１２０が形成されている部分においては、図中符号１２２で示すように凹状に形成されピエゾカバー１００と振動板５６とは接触し、ここに供給口１２０に連通する開口部１２２ａが設けられている。なお、この供給口１２０の個数は、圧力室５２の個数よりも少なくてよい。

図１８は、図１６の右側のピエゾカバー１００が表示されている部分の平面透視図である。また、図１８中の１９Ａ−１９Ｂ線に沿った断面図を図１９（ａ）に示し、図１８中の１９Ｃ−１９Ｄ線に沿った断面図を図１９（ｂ）に示す。

図１９（ａ）に示すように、ピエゾカバー１００の各空隙部１０４内には、２列に並んだ圧電素子５８が複数配置されている。ピエゾカバー１００の各空隙部１０４の上には配線部材９０が形成されている。各圧電素子５８の個別電極５７から電気配線１０８が空隙部１０４の内側表面（あるいはその内部）を通って配線され、配線部材９０中を通る電気配線１０６となって上部の多層フレキシブルケーブル９２に接続している。

また、２列に並んだ圧力室５２の列方向と平行にインク供給用の支流１１８が形成され、各圧力室５２にインク供給口５３を介してインクを供給するようになっている。

このとき、図１９（ｂ）に示すように、２列に並んだ圧力室５２の列方向において、空隙部１０４と空隙部１０４との間は、凹状１２２に形成され、ピエゾカバー１００と振動板５６とが接触しており、この部分に共通液室５５から支流１１８にインクを供給するための供給口１２０に連通する開口部１２２ａが設けられている。

以上説明した第３実施形態及び第４実施形態のようにそれぞれ単独で、列方向の複数の圧電素子５８を覆う空隙部１０４を有するピエゾカバー１００のみ、あるいは縦横方向の複数の圧電素子５８を覆う空隙部１０４を有するピエゾカバー１００のみを有するものとして実施する必要はなく、これらを組み合わせて用いるようにしてもよい。

例えば、図２０に示すように、１列に並ぶ複数の圧電素子５８を覆う空隙部１０４を有するピエゾカバー１００ａ、１００ｂとともに、２列に並んだ複数の圧電素子５８を覆う空隙部１０４を有するピエゾカバー１００ｃを備えるようにしてもよい。

なお、上述した第３実施形態あるいは第４実施形態において、個々の圧電素子５８に対してピエゾカバー１００（空隙部１０４）を配置する場合には、ピエゾカバー１００と振動板５６とが接触する接合幅は非常に狭くなる。例えば、圧電素子５８が５００μｍピッチで並び、圧電素子５８の大きさが３００μｍであったとすると、図２０に示す接合幅ｄは１００μｍ以下となり、インク供給口５３へのインクの流れに対する抵抗が大きくなるため、インクの流れを考慮した場合には、図２０の接合幅ｄを広くとることにより、抵抗を少なくすることが望ましい。接合幅ｄを広くするために、ピエゾカバー１００と振動板５６との接合部分は５０μｍ以下とすることが望ましい。しかし、ピエゾカバー１００を配線部材９０と一体成形した後に振動板５６と接合する場合には、部品バラツキ、接合のバラツキあるいは接着剤等の接合部材のはみ出しなどを考慮すると、５０μｍでは十分な接合信頼性が得られないので、接合部分は数百μｍにすることが望ましい。

従って、圧電素子５８を２次元マトリクス状に平面配置する際に、圧電素子５８を等間隔ではなく、いくつかの圧電素子５８を含むブロック毎に隙間を設けることで、接合部分の面積を確保することが望ましい。

また、ピエゾカバー１００と配線部材９０を一体で成形した場合、金型からピエゾカバー１００及び配線部材９０を離型する際の押し出しピン（ＥＰ）は、離型可能な間隔に配置しなければならないが、配線部材９０の高アスペクト品を離型するための押し出しピンの間隔は５〜２０ｍｍにする必要がある。特に、押し出しピンを配置する場所には１ｍｍ程度の隙間が必要になるので、少なくともその部分でピエゾカバー１００と振動板５６とが接合するように配置することが好ましい。

また、図１７に示すように、列方向に並んだ圧力室５２に平行に支流１１８を設けて、支流１１８から各圧力室５２にインクを供給するようにした場合には、共通液室５５からインク供給口５３を介して直接インクを供給する場合に比べて、流路抵抗が大きくなる。

これに対して、各圧力室５２へのインク供給をスムーズにするために、例えば、図２１（ａ）に示すように、圧力室５２の各列毎に支流１１８を設けるようにすることが好ましい。また、この場合、各支流１１８へインクを供給する供給口１２０が配置される部分において、図１７あるいは図１９（ｂ）に示すように、ピエゾカバー１００が振動板５６に接触するが、前述したようにこの部分に押し出しピンの位置１２４を設けるようにすることが好ましい。

また、各支流１１８へインクを供給する供給口１２０は、各支流１１８毎に独立して設置するのではなく、図２１（ｂ）に示すように、各供給口１２０同士を連結して、さらにインクの流れを良くするようにしてもよい。

さらに、支流１１８をこのように１方向にのみ配置するのではなく、図２１（ｃ）に示すように、支流１１８を縦横に配置して、各圧力室５２に対して四方からインクを供給するようにしてもよい。

また、上述した第３実施形態あるいは第４実施形態においては、例えば図１５に示すように、同一の配線部材９０の中に多数の電気配線１０６をまとめて配置する必要がある。このような多数の電気配線１０６を内部に有する配線部材９０の構造としては、特に限定はされず、様々なものが考えられる。

例えば、図２２（ａ）に示すように、配線部材９０の内部に必要本数だけの電気配線１０６を設ける穴１０７を開口したものを成型で作り、その穴１０７の中に電気メッキや導電性ペーストを埋め込むなどによって電気接続を行うようにすればよい。

またその他、図２２（ｂ）に示すように、配線部材９０の中に大きな穴１０９を開けておき、その内部に電気メッキによる導電層１０６ａと絶縁層１０６ｂとを交互に繰り返して形成することにより、配線部材９０の内部に複数の電気配線１０６を形成するようにしてもよい。

なお、配線部材９０の形状は円柱状（実際にはテーパを有する）に限定はされず、例えば、図２２（ｃ）に示すように、壁状の配線部材９０の中に電気配線１０６用の穴１０７を必要な数だけ形成するようにしたものでもよい。

以上説明したように、本発明の各実施形態によれば、ピエゾカバーと配線部材を樹脂成型で一体的に形成し、配線部材の内部に電気配線を配置するようにしたため、電気配線の高密度化をするとともに、ピエゾカバーと配線部材の電気配線の接続の信頼性を向上させ、さらに絶縁性の確保が容易となった。

以上、本発明の液体吐出ヘッド及びその製造方法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実施形態に係る液体吐出ヘッドを有す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に示したインクジェット記録装置の印字部周辺の要部平面図である。 印字ヘッドの構造例を示す平面透視図である。 印字ヘッドの他の例を示す平面図である。 本実施形態のインクジェット記録装置におけるインク供給系の構成を示した概要図である。 本実施形態のインクジェット記録装置のシステム構成を示す要部ブロック図である。 本実施形態の印字ヘッドの一部を拡大して示す斜視透視図である。 圧力室の一部を拡大して示す平面透視図である。 図８中の９Ａ−９Ｂ線に沿った断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は第１実施形態に係る印字ヘッドの製造工程を示す説明図である。 （ａ）は本発明の第２実施形態に係るピエゾカバーを示す圧電素子周辺の平面透視図であり、（ｂ）は図１１（ａ）中の１１Ａ−１１Ｂ線に沿った断面図である。 同じく本発明の第２実施形態に係るピエゾカバーを示す圧電素子周辺の平面透視図である。 図１２中の１３Ａ−１３Ｂ線に沿った断面図であり、（ａ）は空隙部内に保護層が残っている状態、（ｂ）は空隙部内の保護層を除去した状態を示す。 図１２中の１４Ａ−１４Ｂ線に沿った断面図である。 本発明の第３実施形態のピエゾカバーを示す斜視図である。 （ａ）、（ｂ）はインク供給口付近の様子を示す断面図である。 本発明の第４実施形態のピエゾカバーを示す斜視図である。 図１７の右側のピエゾカバーの部分を示す平面透視図である。 （ａ）は図１８中の１９Ａ−１９Ｂ線に沿った断面図であり、（ｂ）は図１８中の１９Ｃ−１９Ｄ線に沿った断面図である。 本発明の第３実施形態及び第４実施形態を融合させた変形例を示すピエゾカバーを示す斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）は、各圧力室にインクを供給する支流の例を示す平面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、配線部材の構造例を示す斜視図である。

符号の説明

１０…インクジェット記録装置、１２…印字部、１４…インク貯蔵／装填部、１６…記録紙、１８…給紙部、２０…デカール処理部、２２…吸着ベルト搬送部、２４…印字検出部、２６…排紙部、２８…カッター、３０…加熱ドラム、３１、３２…ローラー、３３…ベルト、３４…吸着チャンバー、３５…ファン、３６…ベルト清掃部、４０…加熱ファン、４２…後乾燥部、４４…加熱・加圧部、４５…加圧ローラー、４８…カッター、５０…印字ヘッド、５０Ａ…ノズル面、５１…ノズル、５１ａ…ノズル流路、５２…圧力室、５３…インク供給口、５４…圧力室ユニット、５５…共通液室、５６…振動板（共通電極）、５７…個別電極、５８…圧電素子、５９…電極パッド、６０…インクタンク、６２…フィルタ、６４…キャップ、６６…ブレード、６７…吸引ポンプ、６８…回収タンク、７０…通信インターフェース、７２…システムコントローラ、７４…画像メモリ、７６…モータドライバ、７８…ヒータドライバ、８０…プリント制御部、８２…画像バッファメモリ、８４…ヘッドドライバ、８６…ホストコンピュータ、８８…モータ、８９…ヒータ、９０…配線部材、１００…ピエゾカバー、１０２…孔、１０３…凹部、１０４…空隙部、１０６、１０８…電気配線、１１０…半田、１１２…保護層、１１４…導電性ペースト、１１６…結合部、１１８…支流、１２０…供給口、１２２…（ピエゾカバーの）凹部、１２４…押し出しピンの位置

Claims (8)

1. 液体を吐出するノズルと連通するとともに、その上面に圧電素子が形成された振動板によって一つの壁面が構成される複数の圧力室が２次元マトリクス状に配列された液体吐出ヘッドであって、
   前記圧電素子の前記振動板とは反対側に空間を確保しつつ前記圧電素子を封止するとともに、前記圧電素子を配置する平面に対して略垂直に立ち上がって形成される電気配線をも封止する封止部材と、
   前記封止部材に関して前記圧力室とは反対側に形成された、前記圧力室に前記液体を供給する共通液室と、
   を備えたことを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記封止部材は、樹脂成型で形成され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. 前記封止部材は、前記振動板に対してインサートモールドすることにより形成され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. 前記封止部材は、複数の圧電素子をまとめて封止す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。
5. 前記まとめて封止される複数の圧電素子は、同列方向に並んで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。
6. 前記まとめて封止される複数の圧電素子は、縦横方向それぞれについて２つ以上並んでおり、かつ前記共通液室から前記各圧力室への間に前記液体を供給する液供給路が形成され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。
7. 液体を吐出するノズルと連通するとともに、その上面に圧電素子が形成された振動板によって一つの壁面が構成される複数の圧力室が２次元マトリクス状に配列された液体吐出ヘッドの製造方法であって、
   前記圧電素子の前記振動板とは反対側に空間を確保しつつ前記圧電素子を封止するとともに、前記圧電素子を配置する平面に対して略垂直に立ち上がって形成される電気配線をも封止する封止部材を樹脂成型によって一体的に形成し、
   前記形成した封止部材を、前記空間が前記圧電素子を内部に含むように、前記圧電素子が形成された振動板に対して接合することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
8. 液体を吐出するノズルと連通するとともに、その上面に圧電素子が形成された振動板によって一つの壁面が構成される複数の圧力室が２次元マトリクス状に配列された液体吐出ヘッドの製造方法であって、
   前記振動板上に形成された圧電素子の周辺を覆うように保護層を形成し、
   前記圧電素子の前記振動板とは反対側に空間を確保しつつ前記圧電素子を封止するとともに、前記圧電素子を配置する平面に対して略垂直に立ち上がって形成される電気配線をも封止する封止部材を、前記保護層が形成された振動板に対して、インサートモールドすることによって一体的に形成することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。

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