JP2008213434A - 液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置及び画像形成装置の小型化を図る。
【解決手段】インクプール室38内のインクを圧力室50へ供給するための流路である、インク供給用貫通口112及びインク供給用貫通口44の内壁に接続配線86を形成し、この接続配線86によって、駆動IC60が接続される金属配線90と上部電極54とを接続することで、上部電極54と駆動IC60とを電気的に接続させる。したがって、配線用貫通孔とインク流路を別々の孔部で形成する場合と比較して、天板41に形成する孔部が少なくなるため、電気配線領域を広くでき、結果としてインクジェット記録ヘッド32を小型化することができる。
【選択図】図8
【解決手段】インクプール室38内のインクを圧力室50へ供給するための流路である、インク供給用貫通口112及びインク供給用貫通口44の内壁に接続配線86を形成し、この接続配線86によって、駆動IC60が接続される金属配線90と上部電極54とを接続することで、上部電極54と駆動IC60とを電気的に接続させる。したがって、配線用貫通孔とインク流路を別々の孔部で形成する場合と比較して、天板41に形成する孔部が少なくなるため、電気配線領域を広くでき、結果としてインクジェット記録ヘッド32を小型化することができる。
【選択図】図8
Description
本発明は、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置及び画像形成装置に関する。
従来から、液滴吐出ヘッドの一例としてのインクジェット記録ヘッドの複数のノズルから選択的にインク滴を吐出し、記録用紙等の記録媒体に画像(文字を含む)等を記録するインクジェット記録装置(液滴吐出装置)は知られている。このようなインクジェット記録装置のインクジェット記録ヘッドは、圧力室を構成する振動板を変位させることによって、その圧力室内に充填されているインクをノズルから吐出させるようになっており、振動板上には振動板を変位させるための圧電素子が形成されている。
この圧電素子を間において、圧力室の反対側にインク供給手段を設けている場合(特許文献1)、圧電素子が形成された基板にインク供給路を設けて、該インク供給手段と圧力室を繋げている。
特許第3522163号公報
本発明では、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置及び画像形成装置の小型化を図ることを目的とする。
上記の目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、液滴吐出ヘッドにおいて、電圧が印加されると変形する圧電素子が形成された振動板と、前記圧電素子上に配置され、該圧電素子を変形させるための電気配線が配設された配線板と、前記配線板を間において、前記圧電素子と反対側に設けられた液体貯留室と、前記振動板を間において、前記配線板と反対側に設けられた圧力室と、前記圧力室の液滴を吐出する吐出口と、前記液体貯留室内の液体を前記圧力室に供給するインク供給口と、前記配線板を貫通し、前記インク供給口を通して前記圧電素子と前記電気配線を電気的に接続する電気接続部と、を有することを特徴とする。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記インク供給口の内壁に前記電気接続部が形成されたことを特徴とする。
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記電気接続部が真空体積法で形成されたことを特徴とする。
請求項4に記載の発明は、請求項1〜3の何れか1項に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記電気配線及び前記電気接続部が保護膜で被覆されていることを特徴とする。
請求項5に記載の発明は、液滴吐出装置において、請求項1〜4の何れか1項に記載の液滴吐出ヘッドが、液滴を吐出可能な領域の幅方向に沿って複数配設されたことを特徴とする。
請求項6に記載の発明は、画像形成装置において、前記液滴がインクであり、記録媒体を搬送する搬送手段と、前記搬送手段で搬送された記録媒体にインクを吐出する請求項5に記載の液滴吐出装置と、を有することを特徴とする。
請求項1に記載の発明によれば、電気配線の領域を小さくすることができ、液滴吐出ヘッドの小型化が可能となる。
請求項2に記載の発明によれば、インク供給口と共用でき、電気接続部の占有領域を小さくすることができる。
請求項3に記載の発明によれば、圧電素子が形成される圧電素子基板を形成する工程で電気接続部を形成することができる。
請求項4に記載の発明によれば、電気配線及び電気接続部の腐食を防止することができる。
請求項5に記載の発明によれば、液滴吐出装置の小型化が可能となる。
請求項6に記載の発明によれば、画像形成装置の小型化が可能となる。
以下、本発明の最良な実施の形態について、図面に示す実施例を基に詳細に説明する。
まず、液滴吐出ヘッドを備えたインクジェット記録装置10を例に採って説明する。したがって、液体はインク110とし、液滴吐出ヘッドはインクジェット記録ヘッド32として説明をする。そして、記録媒体は記録用紙Pとして説明をする。
インクジェット記録装置10は、図1で示すように、記録用紙Pを送り出す用紙供給部12と、記録用紙Pの姿勢を制御するレジ調整部14と、インク滴を吐出して記録用紙Pに画像形成する記録ヘッド部16及び記録ヘッド部16のメンテナンスを行うメンテナンス部18を備える記録部20と、記録部20で画像形成された記録用紙Pを排出する排出部22とから基本的に構成されている。
用紙供給部12は、記録用紙Pが積層されてストックされているストッカー24と、ストッカー24から1枚ずつ取り出してレジ調整部14に搬送する搬送装置26とから構成されている。レジ調整部14は、ループ形成部28と、記録用紙Pの姿勢を制御するガイド部材29とを有しており、記録用紙Pは、この部分を通過することによって、そのコシを利用してスキューが矯正されるとともに、搬送タイミングが制御されて記録部20に供給される。そして、排出部22は、記録部20で画像が形成された記録用紙Pを、排紙ベルト23を介してトレイ25に収納する。
記録ヘッド部16とメンテナンス部18の間には、記録用紙Pが搬送される用紙搬送路27が構成されている(用紙搬送方向を矢印PFで示す)。用紙搬送路27は、スターホイール17と搬送ロール19とを有し、このスターホイール17と搬送ロール19とで記録用紙Pを挟持しつつ連続的に(停止することなく)搬送する。そして、この記録用紙Pに対して、記録ヘッド部16からインク滴が吐出され、記録用紙Pに画像が形成される。
メンテナンス部18は、インクジェット記録ユニット30に対して対向配置されるメンテナンス装置21を有しており、インクジェット記録ヘッド32に対するキャッピングや、ワイピング、更には、予備吐出や吸引等の処理を行う。
図2で示すように、各インクジェット記録ユニット30は、矢印PFで示す用紙搬送方向と直交する方向に配置された支持部材34を備えており、この支持部材34に複数のインクジェット記録ヘッド32が取り付けられている。インクジェット記録ヘッド32には、マトリックス状に複数のノズル56が形成されており、記録用紙Pの幅方向には、インクジェット記録ユニット30全体として一定のピッチでノズル56が並設されている。
そして、用紙搬送路27を連続的に搬送される記録用紙Pに対し、ノズル56からインク滴を吐出することで、記録用紙P上に画像が記録される。なお、インクジェット記録ユニット30は、例えば、いわゆるフルカラーの画像を記録するために、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の各色に対応して、少なくとも4つ配置されている。
図3で示すように、それぞれのインクジェット記録ユニット30のノズル56による印字領域幅は、このインクジェット記録装置10での画像記録が想定される記録用紙Pの用紙最大幅PWよりも長くされており、インクジェット記録ユニット30を紙幅方向に移動させることなく、記録用紙Pの全幅にわたる画像記録が可能とされている。つまり、このインクジェット記録ユニット30は、シングルパス印字が可能なFull Width Array(FWA)となっている。
ここで、印字領域幅とは、記録用紙Pの両端から印字しないマージンを引いた記録領域のうち最大のものが基本となるが、一般的には印字対象となる用紙最大幅PWよりも大きくとっている。これは、記録用紙Pが搬送方向に対して所定角度傾斜して(スキューして)搬送されるおそれがあるためと、縁無し印字の要望が高いためである。
以上のような構成のインクジェット記録装置10において、次にインクジェット記録ヘッド32について詳細に説明する。なお、図4はインクジェット記録ヘッド32の全体構成を示す概略平面図であり、図5は図4のX−X線断面図である。また、図7(B)は、図4のY−Y線の概略断面図であり、図7(A)は(B)の平面図である。さらに、図8は、図7(B)に示す領域Aの拡大図である。
(第1実施形態)
図4及び図5で示すように、このインクジェット記録ヘッド32には、天板部材40が配置されている。本実施形態では、天板部材40を構成するガラス製の天板41は板状で、かつ配線を有しており、インクジェット記録ヘッド32全体の天板となっている。
図4及び図5で示すように、このインクジェット記録ヘッド32には、天板部材40が配置されている。本実施形態では、天板部材40を構成するガラス製の天板41は板状で、かつ配線を有しており、インクジェット記録ヘッド32全体の天板となっている。
天板部材40には、耐インク性を有する材料で構成されたプール室部材39が貼着されており、天板41との間に、所定の形状及び容積を有するインクプール室38が形成されている。プール室部材39には、インクタンク(図示省略)と繋がるインク供給ポート36が所定箇所に穿設されており、インク供給ポート36から注入されたインク110は、インクプール室38に貯留される。
また、天板部材40には、駆動IC60と、駆動IC60に通電するための金属配線90が設けられており、金属配線90は、樹脂保護膜92で被覆保護され、インク110による浸食が防止されるようになっている。なお、この金属配線90にはフレキシブルプリント基板(FPC)100も接続される。
一方、駆動IC60の下面には、図6で示すように、複数のバンプ62がマトリックス状に所定高さ突設されており、天板41上で、かつプール室部材39よりも外側の金属配線90にフリップチップ実装されるようになっている。なお、駆動IC60の周囲は樹脂材58で封止されている。
また、天板41には、後述する圧力室50と1対1で対応するインク供給用貫通口112が貫通しており、その内部が第1インク供給路114Aとなっている。
一方、流路基板としてのシリコン基板72には、インクプール室38から供給されたインク110が充填される圧力室50が形成されている。このシリコン基板72の下部には、SUSで形成された連通路基板120が接着剤122を介して接合されている。
この連通路基板120には、圧力室50と繋がる連通路124が形成されており、該連通路124は圧力室50よりも狭い空間となるようにしている。そして、連通路基板120の下面に、連通路124と繋がるノズル56が形成されたノズルプレート74が貼着されている。
シリコン基板72の上面には、圧電素子基板70が形成されており、該圧電素子基板70は振動板48を有している。そして、この振動板48が圧力室50の1つの面を構成している。振動板48は、Chemical Vapor Deposition(CVD)法で形成されたSiOx膜であり、少なくとも上下方向に弾性を有し、後述する圧電素子45に電圧が印加されると、上下方向に撓み変形する(変位する)構成になっている。なお、振動板48は、Cr等の金属材料であっても差し支えはない。この振動板48の振動によって、圧力室50の容積を増減させて圧力波を発生させることで、圧力室50及び連通路124を経て、ノズル56からインク滴が吐出されるようになっている。
圧電素子45は圧力室50毎に振動板48の上面に設けられており、撓み変形可能な圧電体46を間に挟んで、上部電極54と下部電極52とで構成され、振動板48側が下部電極52となっている。そして、この下部電極52が接地電位となる。
また、圧電素子45(厳密には、上部電極54)と天板41との間には、空間126(空気層)が設けられており、圧電素子45の駆動や振動板48の振動に影響を与えないようにしている。
また、圧電素子45の上には、隔壁樹脂層82が積層されており、圧電素子基板70と天板部材40との間の空間を区画している。隔壁樹脂層82には、天板41のインク供給用貫通口112とシリコン基板72の圧力室50を繋げるインク供給用貫通口44が貫通しており、その内部が第2インク供給路114Bとなっている。ここで、第2インク供給路114Bは、インク供給用貫通口112と圧力室50を繋げる貫通孔であり、圧電素子45及び振動板48に形成された貫通孔も含む(図8参照)。
そして、この第2インク供給路114Bは、第1インク供給路114Aの断面積よりも小さい断面積を有しており、インク供給路114全体での流路抵抗が所定の値になるように調整されている。つまり、第1インク供給路114Aの断面積は、第2インク供給路114Bの断面積よりも充分に大きくされており、第2インク供給路114Bでの流路抵抗と比べて実質的に無視できる程度とされている。したがって、インクプール室38から圧力室50へのインク供給路114の流路抵抗は、第2インク供給路114Bで規定される。
ところで、図8に示すように、インク供給用貫通口112及びインク供給用貫通口44の内壁の一部には、接続配線(電気接続部)86を形成している。インク供給用貫通口44において、上部電極54の一部が隔壁樹脂層82の内縁部から張り出している。そして、接続配線86の一端側は、この張り出した上部電極54の一部と接続し、他端側は金属配線90と接続している。これにより、上部電極54と駆動IC60とが接続される。
そして、少なくともインク110が接する、インク供給用貫通口112、44(圧電素子45、振動板48)、接続配線86、圧力室50等の表面は、保護膜としての低透水性絶縁膜(SiOx膜)80で被覆保護している。低透水性絶縁膜(SiOx膜)80は、水分透過性が低くなる条件で着膜するため、圧電素子45の場合、水分が内部に侵入して信頼性不良となること(PZT膜内の酸素を還元することにより生ずる圧電特性の劣化)を防止できる。また、接続配線86等においては、インクによる腐食を防止する。ここで、保護膜として、SiOx膜80を用いたが、これ以外にも、SiC、SiCNでも良い。
次に、インクジェット記録ヘッド32を備えたインクジェット記録装置10において、次に、その作用を説明する。
まず、図1に示すインクジェット記録装置10に印刷を指令する電気信号が送られると、ストッカー24から記録用紙Pが1枚ピックアップされ、搬送装置26により搬送される。
一方、図5に示すインクジェット記録ユニット30では、すでにインクタンクからインク供給ポートを介してインクジェット記録ヘッド32のインクプール室38にインク110が注入(充填)され、インクプール室38に充填されたインク110は、インク供給路114を経て圧力室50へ供給(充填)されている。そして、このとき、ノズル56の先端(吐出口)では、インク110の表面が圧力室50側に僅かに凹んだメニスカスが形成されている。
そして、記録用紙Pを搬送しながら、複数のノズル56から選択的にインク滴を吐出することにより、記録用紙Pに、画像データに基づく画像の一部を記録する。すなわち、駆動IC60により、所定のタイミングで、所定の圧電素子45に電圧を印加し、振動板48を上下方向に撓み変形させて(面外振動させて)、圧力室50内のインク110を加圧し、所定のノズル56からインク滴として吐出させる。
こうして、記録用紙Pに、画像データに基づく画像が完全に記録されたら、排紙ベルト23により記録用紙Pをトレイ25に排出する。これにより、記録用紙Pへの印刷処理(画像記録)が完了する。
ところで、図5に示すように、インクプール室38と圧力室50に挟まれて配置された天板41及び隔壁樹脂層82(振動板48等も含む)には、インクプール室38内のインクを圧力室50へ供給するための流路を形成する必要がある。また、天板41には、天板41の上面に配設された駆動IC60と、隔壁樹脂層82の下部に位置する圧電素子45とを電気的に接続させるため、天板41及び隔壁樹脂層82に電気配線用の貫通孔を形成する必要がある。
しかしながら、本実施形態では、図8に示すように、インクプール室38内のインクを圧力室50へ供給するための流路である、インク供給用貫通口112及びインク供給用貫通口44(インク供給路114)の内壁の一部に接続配線86を配設し、この接続配線86を、駆動IC60(図5参照)と接続する金属配線90と上部電極54に接続することで、前述した電気配線用の貫通孔は不要となる。
したがって、電気配線用の貫通孔とインク供給路を別々の孔で形成する場合と比較して、天板41に形成する孔が少なくなるため、電気配線領域を広くでき、結果としてインクジェット記録ヘッド32を小型化することができる。
なお、ここでは、インク供給用貫通口112及びインク供給用貫通口44(インク供給路114)の内壁の一部に接続配線86を形成し、該接続配線86によって金属配線90と上部電極54とを接続させたが、金属配線90と上部電極54を電気的に接続することができれば良いため、これに限るものではない。
(第2実施形態)
次に、第2実施形態のインクジェット記録ヘッド32について説明する。なお、以下において、第1実施形態のインクジェット記録ヘッド32と同一の構成要素、部材等は同一符号を付して、その詳細な説明(作用を含む)を省略する。
次に、第2実施形態のインクジェット記録ヘッド32について説明する。なお、以下において、第1実施形態のインクジェット記録ヘッド32と同一の構成要素、部材等は同一符号を付して、その詳細な説明(作用を含む)を省略する。
本実施形態では、上部電極54側を共通電極とする接地電位とし、下部電極52側を個別電極となるようにする。具体的には、図9に示すように、上部電極54が圧電体46の内縁部よりも外側になるようにし、また、下部電極52の一部が隔壁樹脂層82及び圧電体46の内縁部から張り出すようにしている。そして、この張り出した下部電極52の一部に、金属配線90と接続する接続配線86を接続させる。
(第3実施形態)
次に、第3実施形態のインクジェット記録ヘッド32について説明する。なお、以下において、第2実施形態のインクジェット記録ヘッド32と同一の構成要素、部材等は同一符号を付して、その詳細な説明(作用を含む)を省略する。
(第3実施形態)
次に、第3実施形態のインクジェット記録ヘッド32について説明する。なお、以下において、第2実施形態のインクジェット記録ヘッド32と同一の構成要素、部材等は同一符号を付して、その詳細な説明(作用を含む)を省略する。
本実施形態では、図10に示すように、天板41の下面側の、圧力室50の周壁に対応する位置に突設部41Aを凸設させている。つまり、第2実施形態において設けていた隔壁樹脂層82を用いない構成である。
したがって、接続配線86は、天板41(厳密には、圧電体46も含む)の表面に沿って形成されることとなる。図9に示すように、接続配線86を天板41及び隔壁樹脂層82の表面に配設した場合、隔壁樹脂層82として用いられる樹脂膜の材料によっては、天板41との間で、その熱膨張差により、接続配線86が断線する怖れも生じるが、隔壁樹脂層82を用いないことで、このような問題は生じない。
ところで、図11(A)〜(C)は、本実施形態で示した接続配線86の製造方法の1例を示した図である。図11(A)は、圧電素子基板70上に天板41を形成後、圧電素子基板70を保持するワーク(図示省略)を所定の角度(インク供給路114の影が下部電極52の露出している部分に掛からない程度)に傾けて、該ワークを回転させながらスパッタ法により、接続配線86及び金属配線90を形成する方法である。
これにより、図11(B)に示すように、接続配線86を下部電極52及び金属配線90に確実に接続させる。そして、図11(C)に示すように、スパッタ法によって形成した金属配線90をパターニングし、その後、蒸着工程により接続配線86及び金属配線90の表面を低透水性絶縁膜(SiOx膜)で被覆する。
ところで、これらのインクジェット記録ヘッド32は、インクプール室38と圧力室50の間に振動板48(圧電素子45)が配置され、インクプール室38と圧力室50が同一水平面上に存在しないように構成されている。したがって、圧力室50が互いに近接配置され、ノズル56が高密度に配設されている。
また、圧電素子45に電圧を印加する駆動IC60は、圧電素子基板70よりも外方側へ突出しない構成とされている(インクジェット記録ヘッド32内に内蔵されている)。したがって、インクジェット記録ヘッド32の外部に駆動IC60を実装する場合に比べて、圧電素子45と駆動IC60の間を接続する金属配線90の長さが短くて済み、これによって、駆動IC60から圧電素子45までの低抵抗化が実現されている。
つまり、実用的な配線抵抗値で、ノズル56の高密度化、即ちノズル56の高密度なマトリックス状配設が実現されており、これによって、高解像度化が実現可能になっている。しかも、その駆動IC60は、天板41上にフリップチップ実装されているので、高密度の配線接続と低抵抗化が容易に実現可能であり、更には駆動IC60の高さの低減も図れる(薄くできる)。したがって、インクジェット記録ヘッド32の小型化も実現される。
また、上記実施例のインクジェット記録装置10では、ブラック、イエロー、マゼンタ、シアンの各色のインクジェット記録ユニット30から画像データに基づいて選択的にインク滴が吐出されてフルカラーの画像が記録用紙Pに記録されるようになっているが、本発明におけるインクジェット記録は、記録用紙P上への文字や画像の記録に限定されるものではない。
すなわち、記録媒体は紙に限定されるものでなく、また、吐出する液体もインクに限定されるものではない。例えば、高分子フィルムやガラス上にインクを吐出してディスプレイ用カラーフィルターを作成したり、溶接状態の半田を基板上に吐出して部品実装用のバンプを形成するなど、工業的に用いられる液滴噴射装置全般に対して、本発明に係るインクジェット記録ヘッド32を適用することができる。
また、上記実施例のインクジェット記録装置10では、紙幅対応のいわゆるFull Width Array(FWA)の例で説明したが、これに限定されず、主走査機構と副走査機構を有するPartial Width Array(PWA)であってもよい。
10 インクジェット記録装置(画像形成装置)
17 スターホイール(搬送手段)
19 搬送ロール(搬送手段)
30 インクジェット記録ユニット(液滴吐出装置)
32 インクジェット記録ヘッド(液滴吐出ヘッド)
38 インクプール室(液体貯留室)
41 天板(配線板)
45 圧電素子
46 圧電体
48 振動板
50 圧力室
52 下部電極
54A 貫通孔
54 上部電極
56 ノズル(吐出口)
60 駆動IC(集積回路)
86 接続配線(電気接続部)
80 低透水性絶縁膜(保護膜)
90 金属配線(電気配線)
114 インク供給路(インク供給口)
130 ワイヤ(電気接続部)
17 スターホイール(搬送手段)
19 搬送ロール(搬送手段)
30 インクジェット記録ユニット(液滴吐出装置)
32 インクジェット記録ヘッド(液滴吐出ヘッド)
38 インクプール室(液体貯留室)
41 天板(配線板)
45 圧電素子
46 圧電体
48 振動板
50 圧力室
52 下部電極
54A 貫通孔
54 上部電極
56 ノズル(吐出口)
60 駆動IC(集積回路)
86 接続配線(電気接続部)
80 低透水性絶縁膜(保護膜)
90 金属配線(電気配線)
114 インク供給路(インク供給口)
130 ワイヤ(電気接続部)
Claims (6)
- 電圧が印加されると変形する圧電素子が形成された振動板と、
前記圧電素子上に配置され、該圧電素子を変形させるための電気配線が配設された配線板と、
前記配線板を間において、前記圧電素子と反対側に設けられた液体貯留室と、
前記振動板を間において、前記配線板と反対側に設けられた圧力室と、
前記圧力室の液滴を吐出する吐出口と、
前記液体貯留室内の液体を前記圧力室に供給するインク供給口と、
前記配線板を貫通し、前記インク供給口を通して前記圧電素子と前記電気配線を電気的に接続する電気接続部と、
を有することを特徴とする液滴吐出ヘッド。 - 前記インク供給口の内壁に前記電気接続部が形成されたことを特徴とする請求項1に記載の液滴吐出ヘッド。
- 前記電気接続部が真空体積法で形成されたことを特徴とする請求項1又は2に記載の液滴吐出ヘッド。
- 前記電気配線及び前記電気接続部が保護膜で被覆されていることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の液滴吐出ヘッド。
- 請求項1〜4の何れか1項に記載の液滴吐出ヘッドが、液滴を吐出可能な領域の幅方向に沿って複数配設されたことを特徴とする液滴吐出装置。
- 前記液滴がインクであり、記録媒体を搬送する搬送手段と、前記搬送手段で搬送された記録媒体にインクを吐出する請求項5に記載の液滴吐出装置と、を有することを特徴とする画像形成装置。
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