JP2014177084A - インクジェット記録ヘッドモジュールおよびそれを備えたライン走査型インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】記録ヘッドのプリンタ組付け作業性を向上し、作業時に発生する不具合を防止する。
【解決手段】駆動制御基板78の記録ヘッド75搭載位置に大きめの貫通穴63が形成され、貫通穴63付近に実装位置調整のための基板側電極パターン82A〜82Dを形成し、ヘッド基板76側にヘッド側電極パターン81A〜81Dを形成して静電容量センサ71A〜71Dに接続し、静電容量センサ71A〜71Dの出力に基づいて、貫通穴63内で記録ヘッド75の実装位置を調整する。
【選択図】図４

Description

本発明は、インクジェット記録ヘッドモジュールと、それを用いて構成されるライン走査型インクジェット記録装置に係り、特にインクジェット記録ヘッドに電源を供給したり、画像データや駆動波形などの信号を伝送する駆動制御基板上でのインクジェット記録ヘッドの実装位置調整技術に関するものである。

図１２は、従来のライン走査型インクジェット記録装置に用いられていたインクジェット記録ヘッドモジュール８の斜視図である。
従来のインクジェット記録ヘッドモジュール８は図１２に示すように、多数のインクジェット記録ヘッド１５と、左右に分かれて設けられた２枚の駆動制御基板１８と、フラットケーブル１９と、アジャストプレート２０から主に構成されている。

前記駆動制御基板１８は、インクジェット記録ヘッド１５内の圧電素子５３（図１０参照）を駆動する駆動波形、及び、画像データ信号を生成するための回路を搭載したリジッド基板である。前記フラットケーブル１９は、各インクジェット記録ヘッド１５と駆動制御基板１８を電気的に接続するものである。前記アジャストプレート２０は、多数のインクジェット記録ヘッド１５を高精度に配置・固定したものである。

１枚の駆動制御基板１８に対して複数個のインクジェット記録ヘッド１５が接続可能になっており、図１２の示す従来例では、１枚の駆動制御基板１８に対して最大８個のインクジェット記録ヘッド１５が接続可能である。図１２では図面の簡略化を図るために、１枚の駆動制御基板１８に対して４本のフラットケーブル１９が接続されているが、実際には１６本のフラットケーブル１９が接続される。

図１２に示すように、アジャストプレート２０の下側に記録用紙１を搬入して、駆動制御基板１８から送信される駆動波形、及び、画像データ信号の指令値に応じて、インクジェット記録ヘッド１５から記録用紙１に対してインク滴が吐出されて、所望の画像が形成される。

図１３は、この従来のインクジェット記録ヘッドモジュール８の一部を断面した側面図である。なお図面の簡略化を図るために本図では、インクジェット記録ヘッド１５と駆動制御基板１８を一対一の関係で図示している。

図１３に示すように駆動制御基板１８は、各インクジェット記録ヘッド１５の特性に応じた駆動波形を生成するＤ／Ａコンバータ（図示せず）、そのＤ／Ａコンバータから出力されるアナログ信号を電圧増幅するオペアンプ（図示せず）、そのオペアンプから出力される駆動波形電圧を電流増幅して、インクジェット記録ヘッド１５内の圧電素子（図示せず）へ供給するＭＯＳＦＥＴ２１、そのＭＯＳＦＥＴ２１の損失として発せられるジュール熱を冷却する冷却フィン２２、圧電素子への電流供給を補助する電解コンデンサ２３、コントローラ（図示せず）から送信される画像データ信号のシリアライズ処理を実施し、インクジェット記録ヘッド１５へ送信する画像データ信号ドライバＩＣ２４、インクジェット記録ヘッド１５との電気的接続を図るためのフラットケーブル１９を着脱するコネクタ２５などを有している。

また、インクジェット記録ヘッド１５は、画像データ制御基板３０、フレキシブルプリント基板３１、インクタンク３３、ヘッド基板３４ならびにヘッド部３５などを有している。

前記画像データ制御基板３０は、画像データ信号レシーバＩＣ２９と、フラットケーブル１９を着脱するコネクタ２６を搭載したリジッド基板であり、インクタンク３３の側面にタッピングネジ２８で固定されている。

前記画像データ信号レシーバＩＣ２９は、駆動制御基板１８に搭載された画像データ信号ドライバＩＣ２４からシリアル転送される画像データ信号をデシリアライス処理し、圧電素子駆動ＩＣ５５（図１０参照）にパラレル転送する機能を有している。

前記フレキシブルプリント基板３１は、画像データ制御基板３０とヘッド基板３４を電気的に接続するためのもので、柔軟な素材で構成されて基板であり、容易に折り曲げることができる。

前記インクタンク３３は、印字ノズル１６（図１０参照）から吐出するインクを一時的に溜めるためのタンクである。また、そのインクは、インクタンク３３の上部に設けられたジョイント部３２を通して供給される。なお、ジョイント部３２から上位の構成については、図示と説明を省略する。

前記ヘッド基板３４は、ヘッド部３５内に実装されている圧電素子支持基板５４（図１０参照）を接続するためのパッドが設けられたリジッド基板であり、ヘッド部３５とインクタンク３３との間に接着・配置されている。アジャストプレート２０に配置・固定されたヘッド部３５の内部構造については、図１０を用いて後で説明する。

画像データ制御基板３０に搭載したコネクタ２６にフラットケーブル１９を着脱する際に発生する応力が、全てタッピングネジ２８と画像データ制御基板３０の接合部、すなわち基板固定部に集中する。そのため、画像データ制御基板３０に反りが生じ、画像データ制御基板３０の変形が原因で、画像データ信号レシーバＩＣ２９の半田付け部分にクラックが発生したり、インクタンク３３とヘッド基板３４とヘッド部３５との接着部分にクラックが生じ、インク供給路に損傷を与えたりする問題がある。

また、図示していないが、駆動制御基板１８からインクジェット記録ヘッド１５へ送信される駆動波形、及び、画像データ信号用の銅箔パターン、及び、画像データ信号が経由する部品（コネクタ２５，２６、フラットケーブル１９など）は、以下の理由により、インピーダンス整合することが必須となる。

（１）数百Ｍｂｐｓ〜数Ｇｂｐｓの転送速度でシリアル伝送される画像データ信号の反射／減衰を抑制するため。
（２）駆動波形印加時におけるインクジェット記録ヘッド１５への供給電流のバラツキを抑制するため。
なお、画像データ信号は、駆動制御基板１８→コネクタ２５→フラットケーブル１９→コネクタ２６→画像データ制御基板３０→ヘッド基板３４を経由してヘッド部３５に送信される。

各構成部品のインピーダンス値は、それぞれ±１５％程度の公差があるため、構成部品が多いほど、インピーダンスの不整合が生じ易くなり、場合によっては外乱の影響が加算されて、正確な信号伝達が困難となり得ることもある。

図１４は、インクジェット記録ヘッド１５をアジャストプレート２０に実装する方法を説明するための斜視図である。
図１４に示すように、アジャストプレート２０のヘッド取り付け部には所定の間隔をおいて２本の基準ピン７０が設けられ、一方、インクジェット記録ヘッド１５を接着固定したヘッド基板３４の両端部には基準穴３６が形成されている。そしてアジャストプレート２０の基準ピン７０にヘッド基板３４の基準穴３６を嵌め込み、ネジ５９でヘッド基板３４（インクジェット記録ヘッド１５）をアジャストプレート２０に固定する方法をとっていた。

なお、インクジェット記録ヘッドの先行技術としては、例えばＷＯ２００４／０２２３４４号公報（特許文献１）、特開平５−１６３５１号公報（特許文献２）、特開２００５−２２５０９８号公報（特許文献３）ならびに特開２００７−９０６９１号公報（特許文献４）などを挙げることができる。

前記ＷＯ２００４／０２２３４４号公報（特許文献１）には、ライン走査型インクジェット記録装置の製造時やメンテナンス時において、インクジェット記録ヘッドの交換などを容易にする目的で、複数個のインクジェット記録ヘッドが固定されたアジャストプレートの中に、インクジェット記録ヘッドに信号を送信するためのケーブルや、インクを供給するためのチューブを埋設することによって、インクジェット記録ヘッドの交換時におけるケーブルやチューブの障害を排除して、インクジェット記録ヘッドの着脱作業の容易化を図ることが開示されている。

前記特開平５−１６３５１号公報（特許文献２）には、圧電素子を用いたインクジェット記録ヘッドにおいて、位置決め調整する対象となる材料が非透明材料のものにも適用でき、位置調整のスピードを向上して、インクジェット記録ヘッド内部で高精度な位置きめを目的にして、圧電素子と流路板の接合に静電容量検出回路を用いることが開示されている。

前記特開２００５−２２５０９８号公報（特許文献３）には、低コストで組み立てが容易なＦＷＡインクジェット記録ヘッドを提供することを目的として、基板との嵌合部に電極を設けたダイユニット（インクジェット記録ヘッド）と、内部に電気配線を有して剛性の高い支持体と一体化した基板を用いて、前記ダイユニットを基板の開口に嵌合することにより、ダイユニットと基板が電気的に接続されたヘッドアレイユニットを構成することが開示されている。

前記特開２００７−９０６９１号公報（特許文献４）には、１回の走査で印刷が可能なライン走査型インクジェット記録装置において、ユニット間の配線数を少なくして、複数のインクジェット記録ヘッド間の位置合わせを容易にすることを目的として、インクジェット記録ヘッドモジュールが、複数個の圧力発生手段を並べた２つのインク吐出基板どうしが互いに貼り付けられて、共通のノズルプレートを備えたヘッドチップを有する記録ヘッドがｎ個（ｎは１以上の整数）組合わされたインクジェット記録ヘッドモジュールであって、当該インクジェット記録ヘッドモジュールのノズルピッチが、インク吐出基板のノズルピッチの１／（２ｎ）であることが開示されている。

しかし、図１４に示すインクジェット記録ヘッド１５の実装方法では、基準ピン７０の寸法公差：±０．１ｍｍと基準穴３６の寸法公差：±０．１ｍｍを累積すると±０．２ｍｍの実装位置ずれが発生し、それが起因して印刷画像の品質劣化を招くことになる。さらに、インクジェット記録ヘッド１５の交換作業を繰り返し行った場合に、基準ピン７０が摩耗して、前記±０．２ｍｍ以上の実装位置ずれが発生する恐れがあり、それが起因して印刷画像の品質劣化を招くことになる。

また、多数のインクジェット記録ヘッド１５を列設して構成されるライン走査型インクジェット記録装置は、インクジェット記録ヘッド１５の経年変化による故障および保守点検などにより、定期交換を実施する必要がある。そのため、インクジェット記録ヘッド１５の交換作業（メンテナンス）の容易化が求められる。

しかしながら、図１２に示す従来のインクジェット記録ヘッドモジュール８では、アジャストプレート２０に実装されている多数のインクジェット記録ヘッド１５の中から、特定（１個）のインクジェット記録ヘッド１５を交換する場合、交換対象ではないインクジェット記録ヘッド１５、および、インクジェット記録ヘッド１５に接続されたフラットケーブル１９が障害となり、交換時の作業性が悪いという問題がある。

前記ＷＯ２００４／０２２３４４号公報（特許文献１）に開示されているライン走査型インクジェット記録装置では、インクジェット記録ヘッドをメカニカルな方法で位置合わせを行うため、部品の寸法公差や部品の摩耗などにより、インクジェット記録ヘッドが所望の位置から実装ずれして、印刷画像の劣化を招くという問題は解消できていない。

前記特開平５−１６３５１号公報（特許文献２）は、インクジェット記録ヘッド単体の製造方法に関するもので、インクジェット記録ヘッドの保守交換における高精度な実装方法や交換作業の容易化に関して、また、ライン走査型インクジェット記録装置のように多数のインクジェット記録ヘッドを高精度に実装する手段に関しては開示されていない。

前記特開２００５−２２５０９８号公報（特許文献３）には、ダイユニット（インクジェット記録ヘッド）の実装時の位置合わせの手法、ならびにダイユニット（インクジェット記録ヘッド）の交換時の作業性や保守性などについての考慮がなされていない。

前記特開２００７−９０６９１号公報（特許文献４）ではインクジェット記録ヘッドをメカニカルな方法で位置合わせを行うため、部品の寸法公差や部品の摩耗などにより、インクジェット記録ヘッドが所望の位置から実装ずれして、印刷画像の劣化を招くという問題は解消できていない。

本発明の目的は、インクジェット記録ヘッドの画像形成装置内への組付け作業性を向上し、作業時に発生する不具合を防止することのできるインクジェット記録ヘッドモジュールを提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明は、
複数のインクジェット記録ヘッドと、
そのインクジェット記録ヘッドを個別に搭載するヘッド基板と、
そのヘッド基板をライン状に搭載して、各ヘッド基板を介してインクジェット記録ヘッドに電源を供給したり、画像データや駆動波形などの信号を伝送するための駆動制御基板を備えたインクジェット記録ヘッドモジュールであって、
前記駆動制御基板は全数の前記インクジェット記録ヘッドを搭載する１枚の基板からなり、
その駆動制御基板の各インクジェット記録ヘッドが搭載される位置には、インクジェット記録ヘッドのヘッド部が挿入されてヘッド部の位置調整が可能な広さの貫通穴がライン状に形成され、
前記駆動制御基板の各貫通穴の付近に前記インクジェット記録ヘッドの実装位置調整のための複数の基板側電極パターンを形成し、
前記ヘッド基板側に前記基板側電極パターンと夫々対向する複数のヘッド側電極パターンを形成して、
各基板側電極パターンとヘッド側電極パターンを接続する複数の静電容量センサを設け、
前記複数の静電容量センサの出力に基づいて、前記貫通穴内で前記ヘッド部の実装位置を調整して、前記インクジェット記録ヘッドを前記駆動制御基板に実装していることを特徴とするものである。

本発明は前述のような構成になっており、インクジェット記録ヘッドの画像形成装置内への組付け作業性を向上し、作業時に発生する不具合を防止することができるインクジェット記録ヘッドモジュールの提供が可能となる。

本発明の実施例に係るオンデマンド方式のライン走査型インクジェット記録装置の全体構成を示す概略図である。 そのインクジェット記録装置に用いるインクジェット記録ヘッドモジュールの斜視図である。 そのインクジェット記録ヘッドモジュールの一部を断面した側面図である。 そのインクジェット記録ヘッドモジュールでのインクジェット記録ヘッドの実装方法を説明するための分解斜視図である。 そのインクジェット記録ヘッドの平面図である。 そのインクジェット記録ヘッドの実装位置調整時に用いる各静電容量センサーの出力信号の処理回路を説明するためのブロック図である。 静電容量センサーの出力信号に基づくインクジェット記録ヘッドの位置合わせ処理を説明するためのフローチャートである。 インクジェット記録ヘッドモジュール中のインクジェット記録ヘッドの配置を説明するための概略構成図である。 そのインクジェット記録ヘッドの拡大底面図である。 そのインクジェット記録ヘッドのヘッド部の分解斜視図である。 本発明の実施例における静電容量センサー、その静電容量センサーの出力信号の処理回路を構成しているプロセッサ、液晶表示部ならびにインクジェット記録ヘッドのＸ，Ｙ方向微調整手段との関係を示したブロック図ある。 従来のライン走査型インクジェット記録装置に用いられていたインクジェット記録ヘッドモジュールの斜視図である。 そのインクジェット記録ヘッドモジュールの一部を断面した側面図である。 そのインクジェット記録ヘッドモジュールのインクジェット記録ヘッドをアジャストプレーに実装する方法を説明するための図である。

本発明は、以下のような特徴点を有している。
第１の特徴点は、
複数のインクジェット記録ヘッドと、
そのインクジェット記録ヘッドを個別に搭載するヘッド基板と、
そのヘッド基板をライン状に搭載して、各ヘッド基板を介してインクジェット記録ヘッドに電源を供給したり、画像データや駆動波形などの信号を伝送するための駆動制御基板を備えたインクジェット記録ヘッドモジュールであって、
前記駆動制御基板は全数の前記インクジェット記録ヘッドを搭載する１枚の基板からなり、
その駆動制御基板の各インクジェット記録ヘッドが搭載される位置には、インクジェット記録ヘッドのヘッド部が挿入されてヘッド部の位置調整が可能な広さの貫通穴がライン状に形成され、
前記駆動制御基板の各貫通穴の付近に前記インクジェット記録ヘッドの実装位置調整のための複数の基板側電極パターンを形成し、
前記ヘッド基板側に前記基板側電極パターンと夫々対向する複数のヘッド側電極パターンを形成して、
各基板側電極パターンとヘッド側電極パターンを接続する複数の静電容量センサを設け、
前記複数の静電容量センサの出力に基づいて、前記貫通穴内で前記ヘッド部の実装位置を調整して、前記インクジェット記録ヘッドを前記駆動制御基板に実装していることを特徴とするものである。

このような構成をとることにより、インクジェット記録ヘッドの画像形成装置内への組付け作業性を向上し、作業時に発生する不具合を防止することができる。

第２の特徴点は、
前記駆動制御基板と前記ヘッド部の間に配線される前記電源を供給したり、画像データや駆動波形などの信号を伝送するための銅箔パターンに対してインピーダンス整合がなされていることを特徴とするものである。のこのように銅箔パターンに対してインピーダンス整合することにより、信号伝達特性、即ち信頼性の向上を図ることができる。

第３の特徴点は、
前記駆動制御基板に剛性の例えばアジャストプレートなどの支持部材が貼り合わされて一体化されて、前記支持部材にも前記駆動制御基板の貫通穴と同様の貫通穴が形成されていることを特徴とするものである。このように剛性の支持部材により駆動制御基板を補強することにより、インクジェット記録ヘッドを着脱する際の応力により駆動制御基板が撓むことが抑制され、駆動制御基板の変形による各種トラブルが解消される。

第４の特徴点は、
前記駆動制御基板とヘッド基板の接触面に金属接栓部がそれぞれパターンニングされており、前記駆動制御基板とヘッド基板を重ね合わせることにより、前記金属接栓部を介して前記駆動制御基板とヘッド基板を電気的に接続したことを特徴とするものである。

これにより、従来使用していたフラットケーブルと、駆動制御基板側ならびにヘッド基板側のコネクタが不要となり、構造が簡素化されるとともに、インクジェット記録ヘッドの交換作業の容易化、迅速化が図れる。

第５の特徴点は、
前記インクジェット記録ヘッドは、
多数の印字ノズルと、
各印字ノズルに個別に連通してインクを蓄える多数の圧力室と、
各圧力室を個別に加圧して前記印字ノズルからインク滴を吐出する多数の圧電素子と、
シリアル転送される画像データ信号をパラレル転送に変換する画像データ制御素子と、
前記画像データ信号に応じて、前記圧電素子に駆動波形を入力する圧電素子駆動素子を搭載したことを特徴とするものである。

第６の特徴点は、
インクジェット記録ヘッドモジュールと、
そのインクジェット記録ヘッドモジュールに対して記録媒体を搬送する記録媒体搬送手段を備えたライン走査型インクジェット記録装置であって、
前記インクジェット記録ヘッドモジュールが前記第１ない第５のいずれかの特徴点を有するインクジェット記録ヘッドモジュールであることを特徴とするものである。

次に本発明の実施例を図面と共に説明する。図１は、本発明の実施例に係るオンデマンド方式のライン走査型インクジェット記録装置の全体構成を示す概略図である。

図１に示すようにインクジェット記録装置Ｘは、用紙供給部２と用紙回収部１３の間に配置されている。用紙供給部２から高速で繰り出された連続した記録用紙（被記録媒体）１は、インクジェット記録装置Ｘで所望のカラー画像が形成されて、用紙回収部１３で順次巻き取り回収される。

インクジェット記録装置Ｘ内の用紙搬送装置は、前記用紙供給部２から供給された記録用紙１の幅方向の位置決めを行う規制ガイド３、駆動ローラと従動ローラで構成されたインフィード部４、記録用紙１の張力に対応して上下して位置信号を出力するダンサローラ５、記録用紙１の蛇行を制御するＥＰＣ（Ｅｄｇｅ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）６、蛇行量のフィードバックに使用する蛇行量検出器７、記録用紙１を設定された速度で搬送するために一定速度で回転する駆動ローラと従動ローラからなるアウトフィード部１１、記録用紙１を装置外に排紙する駆動ローラと従動ローラからなるプラー１２などから構成されている。

この用紙搬送装置は、ダンサローラ５の位置検出を行い、インフィード部４の回転を制御して搬送中の記録用紙１の張力を一定に保つ張力制御型の搬送装置である。またインクジェット記録装置Ｘ内には、インクジェット記録ヘッドモジュール６８と、そのインクジェット記録ヘッドモジュール６８と対向するように設けられたプラテン９と、乾燥手段１０が設けられている。
インクジェット記録ヘッドモジュール６８の詳細な構成などについては、後から図２ないし図５などを用いて詳細に説明する。

前記インクジェット記録ヘッドモジュール６８は印字ノズルを印刷幅全域に配置したラインヘッドを有し、カラー印刷はブラック、シアン、マゼンダ、イエローの各ラインヘッドにより行われ、各ラインヘッドのノズル面はプラテン９上に所定の隙間を保って支持されている。インクジェット記録ヘッドモジュール６８が用紙搬送速度に同期してインク滴吐出を行うことで、記録用紙１上にカラー画像を形成する。

前記乾燥手段１０は、インクジェット記録ヘッドモジュール６８により着弾されたインク滴を記録用紙１に定着させるためのものである。本実施例において乾燥手段１０は記録用紙１から若干離れた非接触の乾燥手段を用いているが、接触式の乾燥手段であってもよい。

図２は、前記インクジェット記録ヘッドモジュール６８の斜視図である。
本発明の実施例に係るインクジェット記録ヘッドモジュール６８は、図２に示すように、１枚の駆動制御基板７８と、多数のインクジェット記録ヘッド７５と、アジャストプレート２０から主に構成され、従来のインクジェット記録ヘッドモジュール８（図１２参照）で用いられていたコネクタ２５，２６ならびにフラットケーブル１９が不要である。

前記駆動制御基板７８は、インクジェット記録ヘッド７５内の圧電素子５３（図１０参照）を駆動する駆動波形、及び、画像データ信号を生成するための回路を搭載したリジッド基板である。

前記インクジェット記録ヘッド７５は、駆動制御基板７８から送信される駆動波形、及び、画像データ信号の指令値に応じて、インクジェット記録ヘッド７５から記録用紙１に対してインク滴が吐出されて、所望の画像が形成される。

従来のインクジェット記録ヘッド１５と比較して、以下の点で異なる。
図２に示すように、駆動制御基板７８の下面（半田面）とアジャストプレート２０の上面が貼り合わされ、駆動制御基板７８とアジャストプレート２０とに、インクジェット記録ヘッド７５のヘッド部５３の上面サイズと略同寸の貫通穴６５（図１４参照）が設けられ、その貫通穴６５にインクジェット記録ヘッド７５のヘッド部３５が埋め込まれる（図１３参照）。

駆動制御基板７８は一般的にガラスエポキシ樹脂で形成しているため、強度が弱く、インクジェット記録ヘッド７５を着脱する際の応力により駆動制御基板７８が撓む可能性があり、駆動制御基板７８を単独で使用するのは好ましくない。そのため、アジャストプレート２０を駆動制御基板７８に貼り合わせることにより、駆動制御基板７８の強度を高めている。このアジャストプレート２０は、撓み難い剛性のある例えば硬質合成樹脂板、金属板あるいは硬質合成樹脂板と金属板の複合材などから構成されている。

駆動制御基板７８とヘッド基板７６（インクジェット記録ヘッド７５）の接触面にパターンニングされた金属接栓部３７，３８（図３、図４参照）が設けられているため、従来のようなコネクタ２５，２６ならびにフラットケーブル１９などを使用せずに、駆動制御基板７８とインクジェット記録ヘッド７５の電気的接続を図ることができる。

本実施例では、１枚の駆動制御基板７８に対して複数個のインクジェット記録ヘッド７５が実装されて駆動可能な構成になっており、具体的には１枚の駆動制御基板７８に対して最大１６個のインクジェット記録ヘッド７５を駆動制御することが可能である。

駆動制御基板７８及びアジャストプレート２０に実装された複数個のインクジェット記録ヘッド７５の中から、特定（１個）のインクジェット記録ヘッド７５を交換する場合、従来技術と比較すると、多数本のフラットケーブル１９ならびにコネクタ２５，２６等の障害物がないため、交換作業が容易で、効率的である。

図３は、このインクジェット記録ヘッドモジュール６８の一部を断面した側面図である。なお図面の簡略化を図るために本図では、インクジェット記録ヘッド７５と駆動制御基板７８を一対一の関係で図示している。

図３に示すように１枚の駆動制御基板７８は、各インクジェット記録ヘッド７５の特性に応じた駆動波形を生成するＤ／Ａコンバータ（図示せず）、そのＤ／Ａコンバータから出力されるアナログ信号を電圧増幅するオペアンプ（図示せず）、そのオペアンプから出力される駆動波形電圧を電流増幅して、インクジェット記録ヘッド７５内の圧電素子へ供給するＭＯＳＦＥＴ２１、そのＭＯＳＦＥＴ２１の損失として発せられるジュール熱を冷却する冷却フィン２２、圧電素子への電流供給を補助する電解コンデンサ２３、コントローラ（図示せず）から送信される画像データ信号のシリアライズ処理を実施し、インクジェット記録ヘッド７５へ送信する画像データ信号ドライバＩＣ２４などを有している。

図２に示すように、駆動制御基板７８の両側端部に冷却フィン２２などが配置されており、駆動制御基板７８の中央部側に多数のインクジェット記録ヘッド７５が列設されている。

従来技術との相違点は、フラットケーブル１９を着脱するコネクタ２５が削除され、また、駆動制御基板７８のインクジェット記録ヘッド７５と対応する位置に金属接栓部３８が設けられている点である。

また、インクジェット記録ヘッド７５は、画像データ信号レシーバＩＣ２９、インクタンク３３、ヘッド基板７６、ヘッド部３５などで主に構成されている。従来技術との相違点は、画像データ制御基板３０とフレキシブルプリント基板３１と、フラットケーブル１９を着脱するコネクタ２６が削除されて、画像データ信号レシーバＩＣ２９がヘッド基板７６に搭載され、さらにヘッド基板７６の端部（前記金属接栓部３８と対向する位置）に駆動制御基板７８と電気的に接続する金属接栓部３７が設けられている点である。

アジャストプレート２０、金属接栓部３７，３８、ヘッド基板７６、駆動制御基板７８の接続構成については、図４ならびに図５を用いて説明する。

本実施例においては、フラットケーブル１９の着脱作業が発生しないため、インクジェット記録ヘッド７５の交換作業時に不良を発生させるような局所的な負荷を与えることなく、インクジェット記録ヘッド７５の交換が可能となる。

本実施例においても従来技術と同様に、駆動信号や画像データ信号を伝送する銅箔パターン６１（図４参照）に対して、インピーダンス整合する必要がある。本実施例の場合、前記信号は、駆動制御基板７８ならびにヘッド基板７６を介してヘッド部７５に伝送される。従って、構成部品を最小限に抑えることが可能で、インピーダンスの不整合が生じ憎くなり、信号伝達特性、即ち信頼性の向上が図れる。

図４はインクジェット記録ヘッド７５の実装方法を説明するための分解斜視図、図５はインクジェット記録ヘッド７５の平面図である。なお、図面の簡略化を図るため、インクジェット記録ヘッド７５の１個分のみを図示している。

図４に示すように、駆動制御基板７８とアジャストプレート２０の同じ位置には、インクジェット記録ヘッド７５のヘッド部３５の上面サイズよりも若干大きい（本実施例では１．５０ｍｍ大きい）の貫通穴６３、６５がそれぞれ設けられ、その貫通穴６３、６５にインクジェット記録ヘッド７５のヘッド部３５が埋め込まれる（図３参照）。

アジャストプレート２０の前記貫通穴６５の両側にはネジ孔６４が形成されている。また、駆動制御基板７８の前記貫通穴６３の両側にはスルーホール６２が、ヘッド基板７６の前記スルーホール６２と対応する位置にはスルーホール６０がそれぞれ設けられている。

そして、アジャストプレート２０と駆動制御基板７８とインクジェット記録ヘッド７５の接合は、アジャストプレート２０と駆動制御基板７８とヘッド基板７６を重ね合わせて、固定用ネジ５９を、アジャストプレート２０に形成されたネジ孔６４に対して、ヘッド基板７６のスルーホール６０及び駆動制御基板７８のスルーホール６２を通して、ねじ込むことによってなされる。

ヘッド基板７６のスルーホール６０は固定用ネジ５９の外径よりも大径になっており、具体的には、固定用ネジ５９の外径に、スルーホール６０の寸法公差（±０．１ｍｍ）より大きな値を加算した寸法としている。本実施例では、固定用ネジ５９の外径３．０ｍｍに対して、スルーホール６０の径を６．０ｍｍとしているため、ヘッド基板７６（インクジェット記録ヘッド７５）がアジャストプレート２０に対して、前後左右に±１．５０ｍｍ移動可能な構造になっている。

この寸法設定の考え方は、前述したヘッド部３５の上面サイズに対して駆動制御基板７８とアジャストプレート２０の貫通穴６３、６５の径を１．５０ｍｍほど大きくして、アジャストプレート２０に対してヘッド基板７６（インクジェット記録ヘッド７５）を移動可能にしている構造にも適用されている。

図５ならびに図１１に示されているように、駆動制御基板７８上でのヘッド基板７６（インクジェット記録ヘッド７５）の位置を検出するために、ヘッド基板７６の下面の４つの角位置にはヘッド側電極パターン８１Ａ〜８１Ｄが設けられ、一方、駆動制御基板７８の上面には前記ヘッド側電極パターン８１Ａ〜８１Ｄと対向する位置に基板側電極パターン８２Ａ〜８２Dが設けられている。本実施例の場合、基板側電極パターン８２Ａ〜８２Dの方がヘッド側電極パターン７９Ａ〜７９Ｄよりも広い面積になっている。

ヘッド側電極パターン８１Ａ〜８１Ｄならびに基板側電極パターン８２Ａ〜８２Dは、静電容量センサー７１Ａ〜７１Dにそれぞれ接続されている。図１１では図面の簡略化をはかるため、ヘッド側電極パターン８１Ａと基板側電極パターン８２Ａが静電容量センサー７１Ａに接続されている状態を示している。この４つの静電容量センサー７１Ａ〜７１Dの出力信号のアナログ値が同等になる位置で、インクジェット記録ヘッド７５を駆動制御基板７８上で固定することにより、高精度な実装位置合わせが可能となる。
なお、静電容量センサー７１Ａ〜７１Dの出力信号の処理回路ならびに処理手順については、図６ならびに図７を用いて後で説明する。

図４ならびに図５に示すように、駆動信号や画像データ信号を伝送するための銅箔パターン６１は駆動制御基板７８に設けられたパターン状の金属接栓３８に接続されている。一方、ヘッド基板７６側にはパターン状の金属接栓３７が設けられており、ヘッド基板７６と駆動制御基板７８を重ね合わせて、金属接栓３７と金属接栓３８を接触させることにより、両基板７６、７８を電気的に接続する。金属接栓３７と金属接栓３８の接触は、固定ネジ５９のねじ込みによって良好に維持される。

図６は、静電容量センサー７１Ａ〜７１Dの出力信号の処理回路を説明するためのブロック図で、図面の簡略化を図るため、インクジェット記録ヘッド７５の１個分を図示している。
ヘッド側電極パターン８１Ａ〜８１Ｄと基板側電極パターン８２Ａ〜８２Dはそれぞれ個別に微小の隙間ｔを介して対向しているが、駆動制御基板７８に対するヘッド基板７６の位置がずれると、電極パターンの対向面積が異なり、それによってヘッド側電極パターン８１と基板側電極パターン８２の間の静電容量、すなわち、静電容量センサー７１の出力値が異なる。
なお、前記隙間ｔは０．２ｍｍ程度で、図示していないが電極パターン上に塗布されたレジストによって隙間ｔが維持されている。

図６に示すように、静電容量センサー７１Ａ〜７１Dの出力信号の処理回路は、プロセッサ８０に設けられたマルチプレクサ７２、Ｃｈ切替制御モジュール（以下、モジュール：Ｍｄと略記する）７３、Ａ／Ｄ変換Ｍｄ７４、加算＆平均処理Ｍｄ７７ならびに実装位置判定Ｍｄ７９から主に構成されている。

前記マルチプレクサ７２は、各静電容量センサー７１Ａ〜７１Dから出力されるアナログ信号をＣｈ切替制御Ｍｄ７３の制御信号に応じて順次切り替えて、Ａ／Ｄ変換Ｍｄ７４に送信する。

Ｃｈ切替制御Ｍｄ７３は、各静電容量センサー７１の処理がＡ→Ｂ→Ｃ→Ｄの順で処理を繰り返すように制御信号を切り替える。Ａ／Ｄ変換Ｍｄ７４は、入力されるアナログ信号を一定の周期でＡ／Ｄ変換して、次の加算＆平均処理Ｍｄ７７に送信する。本実施例におけるＡ／Ｄ変換は、使用する電源のスイッチングを考慮して、３３．３ｍｓに設定し、また、Ａ／Ｄ変換精度は、インクジェット記録ヘッド７５を高精度に配置する関係上２４ビットにしている。

加算＆平均処理Ｍｄ７７は、外来ノイズの影響を避けるため、Ａ／Ｄ変換データを多数回（本実施例では１６回）加算し、その加算値データを平均化処理（減算）し、得られた平均値データを次の実装位置判定Ｍｄ７９に送信する。

実装位置判定Ｍｄ７９には、２４ビットのレジスタが４個設けられており（図示せず）、静電容量センサー７１Ａ〜７１Dの各出力信号の平均値データがそれぞれ格納される。格納処理はＡ→Ｂ→Ｃ→Ｄの順で実施され、静電容量センサー７１の平均値データがレジスタに格納されたタイミングで、４つの平均値データを比較する。夫々の平均値データがＡ／Ｄ変換誤差である±３ＬＢ以内になった場合には、インクジェット記録ヘッド７５が適正な実装位置にあると判定して、平均値データが±３ＬＢ以内に入っていない場合には、インクジェット記録ヘッド７５が適正な実装位置にないと判定して、合否の結果を例えば液晶表示部８３（図１１参照）などにより実装作業者に通知する。

図７は、静電容量センサー７１Ａ〜７１Dの出力信号に基づくインクジェット記録ヘッド７５の位置合わせ処理を説明するためのフローチャートである。

ステップ（以下、Ｓと略記する）１で各静電容量センサー７１Ａ〜７１Dからの出力信号をマルチプレクサ７２で順次切り替えて取り込み、Ａ／Ｄ変換Ｍｄ７４に送信して、Ａ／Ｄ変換処理を行う。次にＳ２でＡ／Ｄ変換データを多数回（本実施例では１６回）加算し、その加算値データをＳ３で平均化処理（減算）し、さらにＳ４で得られた平均値データを実装位置判定Ｍｄ７９に設けられている４個のレジスタにそれぞれ格納する。前述のＳ１からＳ４までの処理は、センサー７１Ａ→センサー７１Ｂ→センサー７１Ｃ→センサー７１Ｄの順で実施される。

次にＳ５で各静電容量センサー７１Ａ〜７１Dの平均値データの格納が完了したか否かの判定が行われ、Ｓ６で格納された平均値データに基づいてインクジェット記録ヘッド７５の位置合わせの合否判定処理が行われる。そしてＳ７において、各静電容量センサー７１Ａ〜７１Dからの出力信号に基づいて演算された各平均値データが予め設定されている範囲（本実施例では±３ＬＳＢ）内に入っているか否かの判定がなされる。

各平均値データが予め設定されている範囲内に入っておれば、Ｓ８でインクジェット記録ヘッド７５が適正な位置に配置されていることを液晶表示部８３（図１１参照）で表示し、実装作業者はその表示を見て、その位置で固定用ネジ５９を締め付けてインクジェット記録ヘッド７５を固定し（Ｓ９）、インクジェット記録ヘッド７５の位置合わせを終了する。

一方、各平均値データが予め設定されている範囲内に入っていなければ、Ｓ１０でインクジェット記録ヘッド７５が適正な位置に配置されていないこと、すなわちインクジェット記録ヘッド７５が左右前後のどの方向に偏って、位置合わせが不合格であることを液晶表示部８３（図１１参照）で表示し、実装作業者はその表示を見て、Ｓ１１でインクジェット記録ヘッド７５の位置をＸ，Ｙ方向微調整手段８４（図１１参照）を用いて位置の微調整を行い、Ｓ１に戻って再び位置合わせの処理がなされる。

図１１は、ヘッド側電極パターン８１ならびに基板側電極パターン８２に接続された静電容量センサー７１Ａ〜７１Dと、静電容量センサー７１Ａ〜７１Dの出力信号の処理回路を構成しているプロセッサ８０、液晶表示部８３、インクジェット記録ヘッド７５のＸ，Ｙ方向微調整手段８４との関係を示したブロック図である。なお、各部の機能などについては既に説明したので、重複する説明は省略する。

本実施例では、１つのインクジェット記録ヘッド７５に対して静電容量センサー７１、ヘッド側電極パターン８１ならびに基板側電極パターン８２を夫々４つ設けたが、必ずしもその数に特定されるものではなく、１つのインクジェット記録ヘッド７５に対して静電容量センサー７１、ヘッド側電極パターン８１ならびに基板側電極パターン８２を例えば夫々３つ設けることも可能である。

図８は、インクジェット記録ヘッドモジュール６８中のインクジェット記録ヘッド７５の配置を説明するための概略構成図である。

本実施例の場合、インクジェット記録ヘッドモジュール６８は、ブラックのインク滴を吐出するブラック用ヘッドアレイ１４Ｋ、シアンのインク滴を吐出するシアン用ヘッドアレイ１４Ｃ、マゼンダのインク滴を吐出するマゼンダ用ヘッドアレイ１４Ｍ、イエローのインク滴を吐出するイエロー用ヘッドアレイ１４Ｙの集合体により構成されている。

各ヘッドアレイ１４Ｋ，１４Ｃ，１４Ｍ，１４Ｙは、図に示すように記録用紙１の搬送方向（矢印方向）と直交する方向に延びている。このようにヘッドをアレイ化することにより広域な印刷領域幅を確保している。

さらに各ヘッドアレイ１４Ｋ，１４Ｃ，１４Ｍ，１４Ｙは、複数個のインクジェット記録ヘッド７５によりアジャストプレート２０（駆動制御基板７８）上に配置される構成となっており、図８に示すように、本実施例では１列（１色）毎にインクジェット記録ヘッド７５を４個配置している。

図９は、前記インクジェット記録ヘッド７５の拡大底面図である。
同図に示すように、インクジェット記録ヘッド７５のノズル面（底面）１７には多数の印字ノズル１６が千鳥状に配列されており、本実施例では印字ノズル１６を２列各６４個千鳥状に配列している。このように多数の印字ノズル１６を千鳥配列することで、高解像度に対応している。

図１０は、ヘッド部３５（図３参照）の分解斜視図である。
ヘッド部３５は図１０に示すように、ノズルプレート４０、圧力室プレート４１、リストリクタプレート４３、ダイアフラムプレート４５、剛性プレート５０ならびに圧電素子群５２から主に構成されている。

多数個の印字ノズル１６が千鳥状に配列、形成されたノズルプレート４０と、各印字ノズル１６に対応する圧力室４２を形成した圧力室プレート４１と、共通インク流路４８と圧力室４２を連通して圧力室４２へのインク流量を制御するリストリクタ４４を形成したリストリクタプレート４３と、振動板４７とフィルタ４６を設けたダイアフラムプレート４５を順次重ねて位置決めして接合することにより流路板が構成される。

この流路板を剛性プレート５０に接合して、フィルタ４６を共通インク流路４８の開口部と対向させる。インク導入パイプ５１の上側開口端は、剛性プレート５０の共通インク流路４８に接続され、インク導入パイプ５１の下側開口端は、図３に示したヘッドタンク３３のジョイント部３２に接続される。

圧電素子支持基板５４上に圧電素子５３を多数個配列して構成した圧電素子群５２を、剛性プレート５０に設けられている開口部４９から挿入し、各圧電素子５３の自由端を振動板４７に接着固定することにより、ヘッド部３５が構成される。

圧電素子支持基板５４には、図３に示したヘッド基板７６と接続するための電極パッド５６が設けられ、ヘッド基板７６と半田付けで電気的に接続される。また、圧電素子支持基板５４には、画像データ信号レシーバＩＣ２９からパラレル伝送される画像データ信号に応じて、圧電素子５３に駆動波形を入力する圧電素子駆動ＩＣ５５が搭載される。

尚、図中の符号５８は、圧電素子５３と圧電素子駆動ＩＣ５５を電気的に接続するための銅箔パターンである。また、符号５７は、圧電素子５３と銅箔パターン５８を電気的に接続し、かつ、圧電素子５３と圧電素子支持基板５４を接着させるための圧電素子接続用電極パッドである。

図１０では図面の簡略化を図るために、印字ノズル１６、圧力室４２、リストリクタ４４、圧電素子５３などの数を減らして図示している。またこのヘッド部３５におけるインク滴の吐出動作の説明は、一般に公知であるため省略する。

１：記録用紙，
４：インフィード部，
９：プラテン，
１１：アウトフィード部，
１６：印字ノズル，
２０：アジャストプレート，
２９：画像データ信号レシーバＩＣ，
３５：ヘッド部，
３７，３８：金属接栓部，
４２：圧力室，
５３：圧電素子，
５５：圧電素子駆動ＩＣ，
６１：銅箔パターン，
６３，６５：貫通穴，
６８：インクジッェト記録ヘッドモジュール，
７１Ａ〜７１Ｄ：静電容量センサー，
７５：インクジッェト記録ヘッド，
７６：ヘッド基板，
７８：駆動制御基板，
８１Ａ〜８１Ｄ：ヘッド側電極パターン，
８２Ａ〜８２Ｄ：基板側電極パターン，
８３：液晶表示部，
８４：Ｘ，Ｙ方向微調整手段，
Ｘ：インクジッェト記録装置。

ＷＯ２００４／０２２３４４号公報 特開平５−１６３５１号公報 特開２００５−２２５０９８号公報 特開２００７−９０６９１号公報

Claims (6)

1. 複数のインクジェット記録ヘッドと、
   そのインクジェット記録ヘッドを個別に搭載するヘッド基板と、
   そのヘッド基板をライン状に搭載して、各ヘッド基板を介してインクジェット記録ヘッドに電源を供給したり、画像データや駆動波形などの信号を伝送するための駆動制御基板を備えたインクジェット記録ヘッドモジュールであって、
   前記駆動制御基板は全数の前記インクジェット記録ヘッドを搭載する１枚の基板からなり、
   その駆動制御基板の各インクジェット記録ヘッドが搭載される位置には、インクジェット記録ヘッドのヘッド部が挿入されてヘッド部の位置調整が可能な広さの貫通穴がライン状に形成され、
   前記駆動制御基板の各貫通穴の付近に前記インクジェット記録ヘッドの実装位置調整のための複数の基板側電極パターンを形成し、
   前記ヘッド基板側に前記基板側電極パターンと夫々対向する複数のヘッド側電極パターンを形成して、
   各基板側電極パターンとヘッド側電極パターンを接続する複数の静電容量センサを設け、
   前記複数の静電容量センサの出力に基づいて、前記貫通穴内で前記ヘッド部の実装位置を調整して、前記インクジェット記録ヘッドを前記駆動制御基板に実装していることを特徴とするインクジェット記録ヘッドモジュール。
2. 請求項１に記載のインクジェット記録ヘッドモジュールにおいて、
   前記駆動制御基板と前記ヘッド部の間に配線される前記電源を供給したり、画像データや駆動波形などの信号を伝送するための銅箔パターンに対してインピーダンス整合がなされていることを特徴とするインクジェット記録ヘッドモジュール。
3. 請求項１に記載のインクジェット記録ヘッドモジュールにおいて、
   前記駆動制御基板に剛性の支持部材が貼り合わされて一体化されて、前記支持部材にも前記駆動制御基板の貫通穴と同様の貫通穴が形成されていることを特徴とするインクジェット記録ヘッドモジュール。
4. 請求項１に記載のインクジェット記録ヘッドモジュールにおいて、
   前記駆動制御基板とヘッド基板の接触面に金属接栓部がそれぞれパターンニングされており、前記駆動制御基板とヘッド基板を重ね合わせることにより、前記金属接栓部を介して前記駆動制御基板とヘッド基板を電気的に接続したことを特徴とするインクジェット記録ヘッドモジュール。
5. 請求項１に記載のインクジェット記録ヘッドモジュールにおいて、
   前記インクジェット記録ヘッドは、
   多数の印字ノズルと、
   各印字ノズルに個別に連通してインクを蓄える多数の圧力室と、
   各圧力室を個別に加圧して前記印字ノズルからインク滴を吐出する多数の圧電素子と、
   シリアル転送される画像データ信号をパラレル転送に変換する画像データ制御素子と、
   前記画像データ信号に応じて、前記圧電素子に駆動波形を入力する圧電素子駆動素子を搭載したことを特徴とするインクジェット記録ヘッドモジュール。
6. インクジェット記録ヘッドモジュールと、
   そのインクジェット記録ヘッドモジュールに対して記録媒体を搬送する記録媒体搬送手段を備えたライン走査型インクジェット記録装置であって、
   前記インクジェット記録ヘッドモジュールが請求項１ないし５のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッドモジュールであることを特徴とするライン走査型インクジェット記録装置。

Images