JP2006297657A - 液体吐出ヘッド及びその製造方法並びに画像形成装置 - Google Patents

液体吐出ヘッド及びその製造方法並びに画像形成装置 Download PDF

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Abstract

【課題】撓み振動モードの圧電素子の運動を阻害することなく、その上部に設けられたスルーホールを介して圧電素子の電極への確実な配線を形成可能とする。
【解決手段】液体を吐出するノズルと連通する圧力室の一部を形成する振動板と、該振動板を変形する圧電素子を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記圧電素子の電極の少なくとも一部に感光性樹脂を形成する工程と、貫通孔を有する基板を前記感光性樹脂に接合する工程と、前記貫通孔を介して前記感光性樹脂を露光現像する工程と、前記貫通孔及び前記感光性樹脂を露光現像することによって形成される孔に導電性材料を充填する工程とを含むことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法で液体吐出ヘッドを製造し、特に前記圧電素子は撓み振動モードで駆動し、前記圧電素子と前記基板との間に該圧電素子の駆動を妨げないための空間を形成する。
【選択図】図7

Description

本発明は、液体吐出ヘッド及びその製造方法並びに画像形成装置に係り、特に、液体を吐出させるための圧力発生手段として圧電素子を用いた液体吐出ヘッドにおいて、圧電素子に駆動信号を供給する駆動配線の接続を工夫した液体吐出ヘッド及びその製造方法並びに画像形成装置に関する。
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、インクを吐出するための圧力発生手段として圧電素子を用い、圧電素子の変形によって圧力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、多数の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(駆動配線)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、多ノズル化、高密度化が容易なインクジェットヘッドを提供することを目的として、ヘッド基板のエネルギー発生手段(圧電素子)と接続手段(駆動配線)とは、ヘッド基板に設けたスルーホールを介して電気的に接続することで、ヘッドの小型化を図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)。
特開2001−113700号公報
上述したように、インクジェット記録装置において記録速度の高速化、高画質化を実現するためには多ノズル化及び高密度化が必須となり、その結果各ノズルに対応する圧電素子との電気的接続をとる配線の数も増加するため、配線を水平方向に引き出す、1次元的あるいは2次元的な配線では配線を高密度化することは困難であり、例えばスルーホールを用いた3次元的な配線が必要となってくる。
また、圧電方式のインクジェット記録ヘッドは、前述したように、インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電素子により変形させて圧力室のインクを加圧してノズル開口からインク滴を吐出させるようにしているが、この圧電素子には、圧電素子が電界の方向と同方向に変形し、軸方向に伸長・収縮する縦振動モード(d33モード)と、圧電素子が電界の方向と直交する方向に変形し、圧電素子が撓む撓み振動モード(d31モード)の2種類がある。
縦振動モードの圧電素子を使用するタイプの場合には、圧電素子の振動板と反対側を固定板で押えることで振動板方向への変位量を増加させることができる。そのため圧電素子の上部は固定板と密着させることが可能である。従って、予め固定板の表面に圧電素子を形成し、圧電素子の電極と接続するためのスルーホール形状の配線を固定板に形成しておくことが可能である。
一方、撓み振動モードの圧電素子を使用するタイプの場合には、圧電素子を固定板に密着させてしまっては圧電素子が撓むことができないため、圧電素子の振動板と反対側には圧電素子が撓むことができる空間(圧電素子の運動を阻害しない程度の空間)を確保する必要がある。またこの空間は圧電素子を保護するために圧電素子の上部を覆い密閉空間とする必要がある。このため、撓み振動モードの圧電素子を使用する場合には、上部からのスルーホールとの接続はこの密閉空間内部で行わなければならない。
しかしながら、上記特許文献1に記載のものは、圧電素子の直下のヘッド基板に設けたスルーホールを介して圧電素子への電気接続を行うようにしているが、上述したような撓み振動モードの圧電素子を使用する場合に必要となる圧電素子の運動を阻害しないための空間については考慮されておらず、撓み振動モードの圧電素子を用いる場合に、このようなスルーホールを介した電気接続を行おうとすると問題が発生する。
例えば、スルーホールを介して圧電素子の電極を配線に接続する際、ハンダや導電性ペーストなどの半流動性物質を使用すると、上記密閉空間内の本来必要な部分以外に半流動性物質がはみ出して、これが圧電素子の運動を阻害する虞れがあるという問題がある。また、電気接続が密閉された空間内で行われるため、接続状態を確認することができず、接続不良となる虞れもある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、撓み振動モードの圧電素子の運動を阻害しないための空間が圧電素子の上部に設けられている場合においても、圧電素子の上部に設けられたスルーホール(貫通孔)を介して圧電素子の電極への確実な配線が形成可能で、かつ、配線形成に流動性のある導電性物質を用いても、圧電素子の運動を阻害することなくスルーホール内部の配線を一括形成することのできる液体吐出ヘッド及びその製造方法並びに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、液体を吐出するノズルと連通する圧力室の一部を形成する振動板と、該振動板を変形する圧電素子を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記圧電素子の電極の少なくとも一部に感光性樹脂を形成する工程と、貫通孔を有する基板を前記感光性樹脂に接合する工程と、前記貫通孔を介して前記感光性樹脂を露光現像する工程と、前記貫通孔及び前記感光性樹脂を露光現像することによって形成される孔に導電性材料を充填する工程と、を含む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。
これによれば、電極と接続する配線用の孔の位置合わせが不要になるとともに、配線を形成するための導電性材料を、必要な箇所以外に付着させることなく、電気的接続が可能となる。
また、同様に前記目的を達成するために、請求項2に記載の発明は、液体を吐出するノズルと連通する圧力室の一部を形成する振動板と、該振動板を変形する圧電素子を有する液体吐出ヘッドであって、前記圧電素子の電極の少なくとも一部に形成された感光性樹脂と、前記感光性樹脂に対し、前記圧電素子側とは逆側に接合された貫通孔を有する基板と、前記基板と前記感光性樹脂を貫通し、前記圧電素子の電極と導通する配線と、を有することを特徴とする液体吐出ヘッドを提供する。
これによれば、電極と配線の接続部が感光性樹脂で固められているため、圧電素子の駆動に伴う接続部の断線を防止することが可能となる。
また、請求項3に示すように、前記圧電素子と前記基板との間に、該圧電素子が撓むことを可能とする空間が設けられ、前記圧電素子は撓み振動モードで駆動されることを特徴とする。
これによれば、圧電素子の撓み変形が阻害されることがないため、圧電素子の駆動変位を向上させることが可能となる。
また、請求項4に示すように、前記基板は、前記圧力室に供給するための液体を貯蔵する共通液室を有することを特徴とする。
これによれば、圧力室の配置を高密度化することができ、液体のリフィル性を向上させるとともに、高粘度液体の吐出に対応することも可能となる。
また、同様に前記目的を達成するために、請求項5に記載の発明は、請求項2〜4のいずれかに記載の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を提供する。
これによれば、高密度化されたノズルにより高画質の画像を形成することができる。
以上説明したように、本発明によれば、電極と接続する配線用の孔の位置合わせが不要になるとともに、配線を形成するための導電性材料を、必要な箇所以外に付着させることなく、電気的接続が可能となる。
また特に、前記圧電素子がd31モードで駆動し、前記圧電素子と前記基板との間に該圧電素子の駆動を妨げないための空間を形成するようにした場合には、圧電素子の撓み変形が阻害されることがないため、圧電素子の駆動変位を向上させることが可能となる。
以下、添付図面を参照して、本発明に係る液体吐出ヘッド及びその製造方法並びに画像形成装置について詳細に説明する。
図1は、本発明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第1実施形態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、ベルト搬送部22へと送られる。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。
ベルト搬送部22は、特に限定されるものではなく、ベルト面に設けられた吸引孔より空気を吸引して負圧により記録紙16をベルト33に吸着させて搬送する真空吸着搬送でもよいし、静電吸着による方法でもよい。
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、上に述べた真空吸着搬送の場合には、ベルト面には図示を省略した多数の吸引孔が形成されている。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、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。
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。
図2は、インクジェット記録装置10の印字部12周辺を示す要部平面図である。
図2に示すように、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。
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2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液室から圧力室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。
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、他方の端の側にインク供給口53が設けられている。
また、図示は省略するが、複数の短尺ヘッドを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4(a)に、図3に示した印字ヘッド50を構成する圧力室ユニット54を拡大して示す(図4(a)には、2つの圧力室ユニット54が示されている。)。図3では説明を省略していたが、圧力室52の上面は振動板56で構成され、振動板56の上には振動板56を変形させる圧電体58が形成され、圧電体58の上には圧電体58を駆動させるための個別電極57が形成されている。なお、振動板56は、個別電極57に対する共通電極を兼ねている。このように圧電体58を両側から個別電極57及び共通電極(振動板56で兼用)で挟むことにより圧電素子が構成される。
また、圧電体58及び個別電極57の一部が圧力室52の形成範囲から外へ延設され、配線接続部59とされ、そこから圧電体58が形成される面に対して略垂直に立ち上がるように個別電極57に駆動信号を供給する駆動配線90が立設されている。
また、図4(a)中の4B−4B線に沿った断面図を図4(b)に示す。
図4(b)に示すように、圧力室ユニット54を断面方向から見ると、圧力室52の底面にはノズル51が形成されるとともに、圧力室52の上面は振動板56で構成されている。また上述したように振動板56は共通電極を兼ねており、その上に圧電体58が形成され、さらにその上に個別電極57が形成されている。
圧電体58及び個別電極57はその一部が圧力室52の範囲より外側へ延びて配線接続部59となっており、配線接続部59に駆動配線90が接続されている。駆動配線90を通じて個別電極57に駆動信号を供給することで、個別電極57と共通電極(振動板56)との間に駆動電圧を印加すると、圧電体58が変形する。
本実施形態においては、圧電体58は、印加される電界の方向と直交する方向に変位するd31モード(撓み振動モード)で変位する性質を持っているものとする。すなわち、図4(b)に示すように、上下から個別電極57と共通電極(振動板56)で圧電体58を挟んで図の縦方向に電界をかけると圧電体58は、図の横方向に伸長・収縮して撓み、振動板56を圧力室52側へ押し込むように変形する。これにより、圧力室52の体積が減少して圧力室52内のインクがノズル51から吐出される。
従って、効率良くインクを吐出するためには、圧電体58が撓み変形する運動を阻害しないようにする必要がある。そこで、本実施形態では、圧電体58の周囲に圧電体カバー92を設けて、圧電体58の上部に、圧電体58の運動を阻害しないための空間94を形成するようにしている。
圧電体カバー92は、圧力室52の隔壁52a上の振動板56上に、圧電体58の厚みよりも高くなるよう所定の厚みで形成される。そして、その上に配線基板96を形成することにより、圧電体58の周辺を完全に密閉する空間94が形成される。このように、空間94を形成することにより、圧電体58はその運動を阻害されることなく駆動することができる。
また、配線基板96には、駆動配線90を形成するためのスルーホール(貫通孔)96aが形成されている。さらに、配線基板96の上部には図示を省略した外部の駆動電源と接続するための配線(上部配線)98が設けられ、駆動配線90と接続している。
また、詳しくは後述するが、駆動配線90が配線接続部59と接続する部分の駆動配線90の周囲は、感光性樹脂100で固められている。
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ようになっている。
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を清浄化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、吐出駆動用のアクチュエータである圧電体58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(圧電体58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電体58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、以下に述べる吸引動作を行う。
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、圧電体58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のアクチュエータ58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、第1実施形態に係る印字ヘッド50(液体吐出ヘッド)の製造方法について説明する。
図7に、本実施形態の製造方法の各工程を順を追って示す。
まず、図7(a)に示すように、ノズル51に連通するとともに、図示を省略したインク供給路と連通する圧力室52、圧力室52の天面を構成する振動板56、振動板56上の圧電体58、圧電体58上の個別電極57、及び圧電体58周辺に圧電体58の運動を阻害しないための空間を形成するための圧電体カバー92までを形成する。
このとき、図7(a)の下側に圧力室52を平面図で示すように、圧電体58の個別電極57の一部を圧力室52の外側に引き出して、駆動配線に接続するための配線接続部59を形成するようにする。
次に、図7(b)に示すように、圧力室52の領域に掛からないように、かつ配線接続部59を覆うようにして、光を当てると溶解するポジ型の感光性樹脂100を圧電体カバー92と同じ高さになるようにして塗布する。この感光性樹脂100を塗布する方法は特に限定されるものではないが、例えばスクリーン印刷等の手法が好適に用いられる。
次に、図7(c)に示すように、上で塗布した感光性樹脂100をベークした後、駆動配線を形成するためのスルーホール96aや上部配線98等が予め所定の位置に形成された配線基板96等の上部構造体を、圧電体カバー92及び焼き固められた感光性樹脂100の上に形成する。
次に、図7(d)に示すように、上から光を当てて、スルーホール96aが形成された配線基板96等の上部構造体をマスクとして感光性樹脂100を露光する。
そして、図7(e)に示すように、露光した感光性樹脂100を現像すると、スルーホール96aを通して光の照射を受けた部分だけが溶解し、除去されるので、配線基板96のスルーホール96aと一直線の穴が、圧電体58の個別電極57の配線接続部59に達するまで貫通して形成される。
最後に、図7(f)に示すように、上で形成された上部配線98から配線接続部59まで貫通する穴の内部に、例えば真空印刷等の一般的な手法を用いて、導電性ペーストを充填する。これにより、駆動配線が形成され、印字ヘッドが出来上がる。
このように、本実施形態では、配線接続部59を圧電体カバー92と同じ高さまで感光性樹脂100で覆い、配線基板96のスルーホール96aと一直線の穴を配線接続部59まで貫通させるようにしたため、導電性ペーストやはんだをスルーホール96aの上から流し込んでも、これが圧電体58の運動を阻害しないための空間94に流れ出ることなく、圧電体58駆動時にその動きを妨げることがない。
また、配線基板96等の上部構造体を露光マスクとして使用するようにしているため、位置合わせが不要で、配線基板96のスルーホール96aと配線接続部59上に設ける穴とが自動的に合うようになっている。
さらに、圧電体58への配線接続部59が感光性樹脂100で固められているため、圧電体58の駆動に伴う電気的接続部分の断線を防止することができる。
また、このとき、図7に示す例では、上部配線98は、同じ平面上に配置されていたが、配線のさらなる高密度化を達成するために、例えば図8に示すように、上部配線98を多層に形成するようにしてもよい。
また、図9に示すように、配線基板96中に各圧力室52にインクを供給する共通液室55を設けるようにしてもよい。このように、共通液室55を圧力室52より上側に設け、上から圧力室52にインクを供給するようにすれば、圧力室52の配置をより高密度化することができるとともに、インクのリフィル性向上、及び高粘度インクの吐出にも対応することが可能となる。
なお、このように、その中に共通液室55を有する配線基板96の製造方法は、特に限定されるものではなく、例えば、トランスファーモールド等の公知の方法で樹脂成形によって、形成することが可能である。
次に、本発明の第2実施形態に係る印字ヘッド50の製造方法について説明する。
本実施形態は、圧電体58の運動を阻害しないための空間を形成するための圧電体カバー92、及び駆動配線90と配線接続部59との接合部分を覆う部分を、一体化して形成るようにしたものである。
図10に、本実施形態の印字ヘッド製造方法の各工程を順を追って示す。
まず、図10(a)に示すように、ノズル51及び図示を省略したインク供給路に連通する圧力室52、圧力室52の天面を構成する振動板56、振動板56上の圧力室52の領域に圧電体58及び個別電極57を形成し、その上にポジ型の感光性樹脂層102を形成する。感光性樹脂層102は、個別電極57を有する圧電体58の上にも、振動板56の上にもその全面に渡って形成される。
次に、図10(b)に示すように、上で形成した感光性樹脂層102をベークして固めた後に、マスク104を介して光を照射し、感光性樹脂層102の圧力室52上部の圧電体58に相当する部分102aを露光する。その後、現像することにより、この部分102aを除去して、圧電体58の動きを阻害しないための空間(94)となる部分を形成する。
次に、図10(c)に示すように、圧電体58周辺の空間94となるべき部分が形成された感光性樹脂層102の上に、予めスルーホール96aが形成された配線基板96などの上部構造体を形成し、これをマスクとして上から光を照射し、スルーホール96aを介して、感光性樹脂層102の、個別電極57から引き出された配線接続部59に相当する部分102bを露光する。
そして、図10(d)に示すように、露光した部分102bを現像して除去し、スルーホール96aから一直線に配線接続部59まで貫通する穴を形成し、この中に、例えば真空印刷などの手法により導電性ペーストを充填して穴内部を導電化して、上部配線98と配線接続部59を電気的に接続する駆動配線を形成する。
本実施形態においては、圧電体カバーと配線接続部を覆う感光性樹脂を一体的に形成するようにしているため、印字ヘッドの製造がより容易となる。
なお、本実施形態においても、前述した第1実施形態と同様に、上部配線98を図8に示すように多層にしてもよいし、また図9に示すように配線基板96中に共通液室55を形成するようにしてもよい。
また、以上説明してきた例においては、共通電極は振動板56で兼用し、圧電体58の上側に形成された個別電極57からのみ駆動配線90を引き出すようにしていたが、圧電体58の下側に振動板56とは別に共通電極を形成し、これからも配線を引き出し、各圧電体58から2本ずつ配線を引き出すようにしてもよい。
すなわち、図11に示すように、振動板56上の圧力室52の領域に対応して圧電体58を形成し、圧電体58を上下から挟むように、圧電体58の上側に個別電極57を形成するとともに、圧電体58と振動板56の間に共通電極56aを形成する。
圧電体58の周囲の振動板56上には圧電体カバー92が形成され、これにより圧電体58上に圧電体58の駆動を妨げないように空間94が形成される。また、圧電体58の個別電極57はその一部が圧力室52の外側(図では圧力室52の右側)にはみ出して配線接続部59を形成している。また、一方で、共通電極56aもその一部が圧力室52の外側(図では圧力室52の左側)にはみ出して配線接続部56bが形成されている。そして、各配線接続部59及び56bの周囲は感光性樹脂100で固められている。
圧電体カバー92の上にはスルーホール96aを有する配線基板96が形成され、前述したようにこのスルーホール96aから感光性樹脂100を貫通して各配線接続部59、56bに達する穴が一直線に形成され、この穴に導電性ペーストなどが充填されて上部配線98、99と配線接続部59、56bがそれぞれ電気的に接続される。このようにして、各圧電体58から2本の配線が引き出される。
なお、以上説明した各例においては、その上部に上部配線が予め形成された配線基板を用いていたが、これらの上部配線を有さない単なる基板を使用して、垂直の駆動配線90を基板の上に引き出すだけで、後からこの上に多層フレキシブルケーブル(FPC)を形成し、各駆動配線90を多層フレキシブルケーブルの各配線とバンプ等により接続するようにしてもよい。
以上説明したように、本発明の各実施形態によれば、圧電体の運動を阻害しないように圧電体の上部周辺に形成される空間中の配線接続部付近に感光性樹脂を配置し、この上からスルーホールが形成された基板をマスクとして、感光性樹脂を露光、現像し、配線接続部まで貫通する穴をあけて、ここに導電性ペースト等を流し込んで駆動配線を形成するようにしているため、穴に流し込んだ導電性ペーストが前記空間内の必要箇所以外に流れ込むことはなく、圧電体の動きを妨げることはない。
また、スルーホールが形成された基板をマスクとして露光するので、穴の位置合わせが不要であり、また、配線接続部周辺が感光性樹脂で固められているため、圧電体の駆動に伴う振動により、接続部における断線を防ぐことができる。
以上、本発明の液体吐出ヘッド及びその製造方法並びに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。
本発明に係る液体吐出ヘッド(印字ヘッド)を備えた画像形成装置としてのインクジェット記録装置の一実施形態の概略を示す全体構成図である。 インクジェット記録装置の印字部周辺を示す要部平面図である。 印字ヘッドの概略を示す平面透視図である。 (a)は圧力室ユニットの拡大図であり、(b)は図4(a)中の4B−4B線に沿った断面図である。 インクジェット記録装置のインク供給系の概略を示す構成図である。 インクジェット記録装置のシステム構成を示すブロック図である。 (a)〜(f)は、本発明の第1実施形態における印字ヘッドを形成する各工程を示す説明図である。 上部配線を多層にした印字ヘッドの例を示す断面図である。 配線基板中にインク供給路を形成した例を示す断面図である。 (a)〜(d)は、本発明の第2実施形態における印字ヘッドを形成する各工程を示す説明図である。 各圧電体から2つずつ配線を引き出した例を示す断面図である。
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…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、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)、56a…共通電極、57…個別電極、58…圧電体、59…配線接続部、60…インクタンク、62…フィルタ、64…キャップ、66…クリーニングブレード、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…駆動配線、92…圧電体カバー、94…(圧電体の運動を阻害しないための)空間、96…配線基板、98…上部配線、100…感光性樹脂、102…感光性樹脂層

Claims (5)

  1. 液体を吐出するノズルと連通する圧力室の一部を形成する振動板と、該振動板を変形する圧電素子を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
    前記圧電素子の電極の少なくとも一部に感光性樹脂を形成する工程と、
    貫通孔を有する基板を前記感光性樹脂に接合する工程と、
    前記貫通孔を介して前記感光性樹脂を露光現像する工程と、
    前記貫通孔及び前記感光性樹脂を露光現像することによって形成される孔に導電性材料を充填する工程と、
    を含むことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
  2. 液体を吐出するノズルと連通する圧力室の一部を形成する振動板と、該振動板を変形する圧電素子を有する液体吐出ヘッドであって、
    前記圧電素子の電極の少なくとも一部に形成された感光性樹脂と、
    前記感光性樹脂に対し、前記圧電素子側とは逆側に接合された貫通孔を有する基板と、
    前記基板と前記感光性樹脂を貫通し、前記圧電素子の電極と導通する配線と、
    を有することを特徴とする液体吐出ヘッド。
  3. 前記圧電素子と前記基板との間に、該圧電素子が撓むことを可能とする空間が設けられ、前記圧電素子は撓み振動モードで駆動されることを特徴とする請求項2に記載の液体吐出ヘッド。
  4. 前記基板は、前記圧力室に供給するための液体を貯蔵する共通液室を有することを特徴とする請求項2または3に記載の液体吐出ヘッド。
  5. 請求項2〜4のいずれかに記載の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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