JP2017159614A - 液体吐出ヘッド及び液体吐出装置並びに記録素子基板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の目的は、吐出口寸法や記録素子の諸特性におけるばらつきを抑制して均一な吐出特性を実現し、吐出される液体における濃度変化も抑制して高い記録品質を確保する液体吐出ヘッド及び液体吐出装置と、そのための製造方法とを提供することになる。
本発明の製造方法は、本発明の液体吐出ヘッドで用いられる記録素子基板の製造方法であって、記録素子列が形成された基板の第1の面の上に第1の樹脂層を形成して圧力室の形成位置を含む領域を露光する工程と、第1の樹脂層への露光の後、第1の樹脂層の上に第2の樹脂層を形成し、吐出口となる領域を露光する工程と、第2の樹脂層への露光の後、現像を行って圧力室と吐出口とを形成する工程と、を有することを特徴とする。
まず、本発明に基づく液体吐出装置の一例として、吐出口から液体として記録液を吐出して被記録媒体に記録を行うインクジェット記録装置1000(以下、記録装置とも称する)について説明する。図1は第1の構成例の液体吐出装置である記録装置1000の概略構成を示している。記録装置1000は、被記録媒体2を搬送する搬送部1と、被記録媒体2の搬送方向と略直交して配置されるライン型の液体吐出ヘッド3とを備え、複数の被記録媒体2を連続もしくは間欠に搬送しながら1パスで連続記録を行うライン型記録装置である。被記録媒体2は例えばカット紙であるが、カット紙以外にも連続したロール紙などであってもよい。液体吐出ヘッド3は、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)及びブラック(K)の各色(以下、これらの色をまとめてCMYKとも称する)の記録液によりフルカラーでの記録が可能なものである。後述するように、液体吐出ヘッド3には、液体を液体吐出ヘッド3へ供給する供給路である液体供給手段、メインタンク及びバッファタンク(図2参照)が流体的に接続される。液体吐出ヘッド3は、後述の図2に示すように、大別すると、液体供給ユニット220、負圧制御ユニット230及び液体吐出ユニット300によって構成されている。液体吐出ユニット300には、複数の記録素子基板10と共通供給流路211と共通回収流路212とが設けられており、各記録素子基板10にはそれぞれ複数の記録素子が設けられている。液体吐出ヘッド300において、各記録素子基板10に対して図示矢印で示すように共通供給経路211から記録液が供給され、この記録液は共通回収流路212を介して回収されるようになっている。また、液体吐出ヘッド3には、液体吐出ヘッド3へ電力及び吐出制御信号を伝送する電気制御部が電気的に接続される。液体吐出ヘッド3内における液体経路及び電気信号経路の詳細については後述する。
図2は、本発明に基づく液体吐出装置に適用される循環経路構成の一形態である第1の循環形態を示している。第1の循環形態では、液体吐出ヘッド3が、高圧側の第1循環ポンプ1001、低圧側の第1循環ポンプ1002、及びバッファタンク1003などに流体的に接続している。なお図2では、説明を簡略化するためにCMYKの各色の記録液のうちの一色の記録液が流動する経路のみを示しているが、実際には4色分の循環経路が液体吐出ヘッド3及び記録装置本体に設けられる。メインタンク1006と接続される、サブタンクとしてのバッファタンク1003は、記録液を貯留する貯留手段として機能するものであり、タンク内部と外部とを連通する大気連通口(不図示)を有し、記録液中の気泡を外部に排出することが可能である。バッファタンク1003は、補充ポンプ1005とも接続されている。補充ポンプ1005は、記録液を吐出しての記録や吸引回復等、液体吐出ヘッドの吐出口から記録液を吐出(排出)することによって液体吐出ヘッド3で液体が消費された際に、消費された記録液分をメインタンク1006からバッファタンク1003へ移送する。
図3は、本発明に基づく液体吐出装置に適用される循環経路構成のうち、上述した第1の循環形態とは異なる循環形態である第2の循環形態を示している。第2の循環形態の第1の循環形態との主な相違点は、負圧制御ユニット230を構成する2つの圧力調整機構が、いずれも、負圧制御ユニット230よりも上流側の圧力を、所望の設定圧を中心として一定範囲内の変動で制御する機構であることである。このような圧力調整機構は、いわゆる背圧レギュレーターと同じ作用の機構部品として構成することができる。また、第2循環ポンプ1004が負圧制御ユニット230の下流側を減圧する負圧源として作用し、高圧側及び低圧側の第1循環ポンプ1001,1002が液体吐出ヘッド3の上流側に配置されている。これに伴って、負圧制御ユニット230は液体吐出ヘッド3の下流側に配置されている。
次に、液体吐出ヘッド3の構成について、図4を用いて説明する。図4の(a)は、液体吐出ヘッド3において吐出口が形成された面の側から見た斜視図であり、(b)は(a)とは反対方向から見た斜視図である。液体吐出ヘッド3は、それぞれがシアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)及びブラック(K)の4色の記録液を吐出可能な記録素子基板10が直線上に15個配列(インラインに配置)されたライン型の液体吐出ヘッドである。図4(a)に示すように、液体吐出ヘッド3は、15個の記録素子基板10とフレキシブル配線基板40と電気配線基板90とを備えている。電気配線基板90には信号入力端子91及び電力供給端子92が設けられており、信号入力端子91及び電力供給端子92は、電気配線基板90及びフレキシブル配線基板40を介して各記録素子基板10に電気的に接続されている。信号入力端子91及び電力供給端子92は、記録装置1000の制御回路に対して電気的に接続されるものであり、それぞれ、吐出駆動信号及び吐出に必要な電力を記録素子基板10に供給する。電気配線基板90内の電気回路によって配線を集約することで、信号入力端子91及び電力供給端子92の数を記録素子基板10の数に比べて少なくできる。これにより、記録装置1000に対して液体吐出ヘッド3を組み付ける時または液体吐出ヘッドの交換時に取り外しが必要な電気接続部の数を少なくすることができる。図4(b)に示すように、液体吐出ヘッド3の両端部に設けられた液体接続部111は、例えば図2あるいは図3に示したような記録装置1000の液体供給系と接続される。これによりCMYKの各色の記録液が記録装置1000の供給系から液体吐出ヘッド3に供給され、また液体吐出ヘッド3内を通った記録液が記録装置1000の供給系へ回収されるようになっている。このように各色の記録液は、記録装置1000の経路と液体吐出ヘッド3の経路を介して循環可能である。
次に、吐出モジュール200について説明する。図9(a)は吐出モジュール200の斜視図であり、図9(b)はその分解図である。吐出モジュール200の製造方法としては、まず、記録素子基板10及びフレキシブル配線基板40を、予め液体連通口31が設けられた支持部材30上に接着する。その後、記録素子基板10上の端子16と、フレキシブル配線基板40上の端子41とをワイヤーボンディングによって電気的に接続し、その後にワイヤーボンディング部(電気接続部)を封止材110で覆って封止する。フレキシブル配線基板40での記録素子基板10とは反対側の端子42は、電気配線基板90の接続端子93(図5参照)と電気的に接続される。支持部材30は、記録素子基板10を支持する支持体であるとともに、記録素子基板10と流路構成部材210とを流体的に連通させる流路連通部材であるため、平面度が高く、また十分に高い信頼性をもって記録素子基板と接合できるものが好ましい。支持部材30の材質としては、例えばアルミナや樹脂材料が好ましい。
次に、記録素子基板10の構成について説明する。図10(a)は記録素子基板10の吐出口13が形成される側の面の平面図であり、図10(b)は図10(a)のAで示した部分の拡大図であり、図10(c)は図10(a)の裏面にあたる側の平面図である。図10(a)に示すように、記録素子基板10は、複数の吐出口13が列をなして形成された吐出口形成部材12を有する。吐出口形成部材12には、記録液の色であるCMYKの4色にそれぞれ対応する4列の吐出口列が形成されている。なお、以後、複数の吐出口13が配列される吐出口列が延びる方向を「吐出口列方向」と呼称する。吐出口形成部材12では、以下に説明する複数の圧力室23を形成するために、後述する基板11側の面に、吐出口列方向に延びる細長い凹部25(図11参照)が形成されており、各吐出口13は、凹部25内に設けられている。図10(b)に示すように、各吐出口13に対応した位置には液体を熱エネルギーにより発泡させるための発熱素子である記録素子15が配置されている。記録素子15も列をなして配置しているので、この列を「記録素子列」と呼ぶ。吐出口形成部材12の一部である隔壁22により、記録素子15を内部に備える圧力室23が区画されている。記録素子15は記録素子基板10に設けられる電気配線(不図示)によって、図10(a)に示す端子16と電気的に接続されている。記録素子15は、記録装置1000の制御回路から電気配線基板90(図5)及びフレキシブル配線基板40(図9)を介して入力されるパルス信号に基づいて発熱し、圧力室23の液体を沸騰させ、この沸騰による発泡の力で液体を吐出口13から吐出する。図10(b)に示すように、各吐出口列に沿って、一方の側には液体供給路18が、他方の側には液体回収路19が延在している。液体供給路18及び液体回収路19は、記録素子基板10に設けられた吐出口列方向に延びた流路であり、それぞれ供給口17a及び回収口17bを介して吐出口13と連通している。
上述したように液体吐出ヘッド3は複数の吐出モジュール200を備えている。図12は隣接する2つの吐出モジュール200における、記録素子基板10の隣接部を部分的に拡大して示しいる。図10に示すように、ここでは略平行四辺形の記録素子基板10を用いるものとする。図12に示すように、各記録素子基板10において吐出口13が配列される各吐出口列14a〜14dは、被記録媒体の搬送方向Lに対し一定角度傾くように配置されている。これによって記録素子基板10同士の隣接部における吐出口列は、少なくとも1つの吐出口が被記録媒体の搬送方向Lにオーバーラップするようになっている。図12に示したものでは、線D上の2つの吐出口13が互いにオーバーラップする関係にある。このような配置によって、仮に記録素子基板10の位置が所定位置から多少ずれた場合であっても、相互にオーバーラップする吐出口の駆動制御によって、記録画像における黒色のすじや白抜け部分を目立たなくすることができる。複数の記録素子基板10を千鳥配置ではなくインラインに配置したときも、図12のような構成により、液体吐出ヘッド3の被記録媒体の搬送方向の長さの増大を抑えつつ、記録素子基板10同士のつなぎ部における黒スジや白抜け対策を行うことができる。なお、ここでは記録素子基板10の輪郭形状は略平行四辺形であるが、これに限られるものではなく、例えば長方形、台形、その他形状の記録素子基板10を用いた場合でも、本発明の構成を好ましく適用することができる。
本発明を適用できる液体吐出装置は、上述した第1の構成例のものに限られるものではない。以下、本発明に基づく液体吐出装置の第2の構成例であるインクジェット記録装置1000(以下、記録装置とも称する)について説明する。図13は第2の構成例の液体吐出装置である記録装置1000の概略構成を示している。以下の説明では、主として第1の構成例と異なる部分のみを説明し、第1の構成例と同様の部分については説明を省略する。
第2の構成例での液体吐出ヘッド3の構造について、図14を用いて説明する。図14の(a)は、液体吐出ヘッド3において吐出口が形成された面の側から見た斜視図であり、(b)は(a)とは反対方向から見た斜視図である。液体吐出ヘッド3は、その長手方向に直線上に配列される16個の記録素子基板10を備えており、単一の色の記録液での記録が可能なインクジェット式のライン型液体吐出ヘッドである。液体吐出ヘッド3は、第1の構成例と同様に、液体接続部111、信号入力端子91及び電力供給端子92を備える。しかしながらこの液体吐出ヘッド3は、第1の構成例のものと比べて吐出口列が多いため、液体吐出ヘッド3の両側に信号入力端子91及び電力供給端子92が配置されている。これは記録素子基板10に設けられる配線部で生じる電圧低下や信号伝送遅れを低減のためである。
次に、第2の構成例での吐出モジュール200を説明する。図19(a)は吐出モジュール200の斜視図であり、図9(b)はその分解図である。第1の構成例との差異は、記録素子基板10の複数の吐出口列方向に沿った両辺部(記録素子基板10の各長辺部)に複数の端子16がそれぞれ配置され、それに電気接続されるフレキシブル配線基板40も1つの記録素子基板10あたり2枚配置される点である。これは、記録素子基板10に設けられる吐出口列数が例えば20列あり、第1の構成例の4列よりも大幅に増加しているためである。すなわち、端子16から、吐出口列に対応して設けられる記録素子15までの最大距離を短く抑制して、記録素子基板10内の配線部で生じる電圧低下や信号伝送遅れを低減することを目的としている。また支持部材30の液体連通口31は、記録素子基板10に設けられる全吐出口列を跨るように開口している。その他の点は、第1の構成例におけるものと同様である。
次に、第2の構成例での記録素子基板10の構成について説明する。図20(a)は記録素子基板10の吐出口13が形成される側の面の平面図であり、図20(b)は液体供給路18及び液体回収路19が形成されている部分を示す図であり、図20(c)は図20(a)の裏面にあたる側の平面図である。ここで図20(b)は、図20(c)において記録素子基板10の裏面側に設けられている蓋部材20を除去した状態を示している。図20(b)に示すように、記録素子基板10の裏面側には、吐出口列方向に沿って、液体供給路18と液体回収路19とが交互に設けられている。吐出口列数は第1の構成例よりも大幅に増加しているものの、第1の構成例との本質的な差異は、前述のように端子16が記録素子基板10の吐出口列方向に沿った両辺部に配置されていることである。各吐出口列ごとに一組の液体供給路18及び液体回収路19が設けられていること、蓋部材20に、支持部材30の液体連通口31と連通する開口21が設けられていることなど、基本的な構成は第1の構成例のものと同様である。
次に、上述したように圧力室23内を記録液などの液体が循環する構成において、吐出口13から水分や溶媒成分が蒸発して液体が濃縮することについて、図21を用いてさらに詳しく説明する。図21(a)は、上述の図10及び図11に示す記録素子基板10における圧力室23の近傍を模式的に示す平面図であり、図21(b)は図21(a)のX−X線での断面図である。供給口17a及び回収口17bは、これらの図によって示される範囲の外側に位置するが、これらの図では、供給口17aと圧力室23を接続する流路27aと、圧力室23と回収口17bを接続する流路27bが模式的に示されている。ここでは、吐出口13から吐出されるべき液体が、例えばインクジェット記録に用いられる記録液であるものとする。記録液は、水やその他の溶媒(あるいは分散媒)に、溶質である染料を溶解させ、あるいは分散質である顔料を分散させたものである。流路27a,27b及び圧力室23内に存在する記録液は、グレースケールで示されており、特に、グレースケールにおける濃淡は、記録液における染料あるいは顔料濃度を概念的に示している。濃い色ほど染料濃度あるいは顔料濃度が高いことを表している。図中の矢印401は、流路27a,27bでの記録液の流れ方向を示している。この流れは、供給口17aに連通する液体供給路18と回収口17bに連通する液体回収路19との間の圧力差(差圧)によって生じるものである。
図23は、本発明の第1の実施形態の液体吐出ヘッドを説明する図であって、記録素子基板10の端部を模式的に示す拡大平面図である。以下に説明する記録素子基板10は、上述の第1及び第2の構成例のいずれの液体吐出装置における液体吐出ヘッド3において利用可能なものである。ここでは説明を容易にするため、例えば図10及び図11に示すような記録素子基板10のうちの1つの吐出口列に関する部分のみを示しているが、記録素子基板10は、複数本の吐出口列を備えることができる。吐出口列に対応して基板11の第1の面には記録素子列が形成されており、基板11において第1の面とは反対側となる第2の面には、図10及び図11に示したものと同様に、液体供給路18及び液体回収路19が設けられている。さらに、液体供給路18及び液体回収路19が圧力室23に連通するように、基板11を貫通する供給口17a及び回収口17bがそれぞれ設けられている。
図23に示した第1の実施形態における記録素子基板10では、吐出に関わらない記録素子15bに対して圧力室状空間23bが形成されていたが、吐出に関わらないダミーの記録素子15bについて圧力室状空間23bを形成しないことも可能である。図24は、本発明の第2の実施形態の液体吐出ヘッドを説明する図であって、記録素子基板10の端部を模式的に示す拡大平面図である。図24に示す第2の実施形態では、吐出口形成部材12の基板11側の面に形成される細長い凹部25は、ダミーの記録素子15bの位置にまでは形成されておらず、そのため、ダミーの記録素子15bの位置には圧力室状空間23bは設けられていない。
次に、本発明に基づく液体吐出ヘッドにおける記録素子基板10の製造方法、特に吐出口形成部材12の好適な製造方法について、図25を用いて説明する。ここでは図24に示した第2の実施形態での記録素子基板10の製造方法について説明するが、ここで説明する方法は、図23に示した第1の実施形態の記録素子基板10の製造にも適用できるものである。図25は、図24のY−Y線での断面により製造方法を示す図であって、(a−1)〜(a−3)は一般的なフォトリソグラフィーによる方法の工程を順に示し、(b−1)〜(b−3)は好適な方法による工程を順に示している。
11 基板
12 吐出口形成部材
13 吐出口
15,15b 記録素子
17a 供給口
17b 回収口
23 圧力室
Claims (9)
- 液体を吐出するエネルギーを発生する複数の記録素子が第1の面に設けられた基板と、
前記第1の面側に設けられて前記液体を吐出する複数の吐出口が形成され、前記吐出口ごとに前記基板との間で当該吐出口に連通する圧力室を構成する吐出口形成部材と、
前記第1の面と前記第1の面とは反対側となる第2の面との間で前記基板を貫通して複数の前記圧力室に連通する供給口及び回収口と、
を有する記録素子基板を備え、
前記第1の面において前記複数の記録素子は列をなして配置して記録素子列を構成し、
前記記録素子列の端部において少なくとも1つのダミーの記録素子が備えられて残余の前記記録素子は吐出に関わる記録素子とされ、
前記圧力室ごとに当該圧力室の内部に前記吐出に関わる記録素子が配置され、前記複数の吐出口は前記吐出に関わる記録素子のみに対応して設けられていることを特徴とする、液体吐出ヘッド。 - 前記ダミーの記録素子に対応して、吐出口とは連通しない圧力室状空間が前記基板との間に前記吐出口形成部材によって構成されている、請求項1に記載の液体吐出ヘッド。
- 液体を吐出するエネルギーを発生する複数の記録素子が第1の面に設けられた基板と、
前記第1の面側に設けられて前記液体を吐出する複数の吐出口が形成され、前記吐出口ごとに前記基板との間で当該吐出口に連通する圧力室を構成する吐出口形成部材と、
前記第1の面と前記第1の面とは反対側となる第2の面との間で前記基板を貫通して複数の前記圧力室に連通する供給口及び回収口と、
を有する記録素子基板を備え、
前記第1の面において前記複数の記録素子は列をなして配置して記録素子列を構成し、
前記記録素子列の端部において少なくとも1つのダミーの記録素子が備えられて残余の前記記録素子は吐出に関わる記録素子とされ、
前記吐出に関わる記録素子のみに対応して、前記吐出に関わる記録素子ごとに当該吐出に関わる記録素子を内部に備える前記圧力室が設けられていることを特徴とする、液体吐出ヘッド。 - 前記ダミーの記録素子は、前記記録素子列の方向において、前記供給口及び前記回収口の形成位置よりも前記基板の端部側に設けられている、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記供給口から前記圧力室を経て前記回収口に向けて前記液体を流す手段を備え、前記圧力室の内部の液体が当該圧力室の外部との間で循環される、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記基板の前記第2の面に、前記供給口を介して前記圧力室に連通する液体供給路と、前記回収口を介して前記圧力室に連通する液体回収路と、を備え、前記液体供給路と前記液体回収路との間の圧力差に応じて、前記液体供給路から前記供給口、前記圧力室、前記回収口を経て前記液体回収路に至る前記液体の流れが形成される、請求項5に記載の液体吐出ヘッド。
- 複数の前記記録素子基板が、前記記録素子列の方向に配列されている、請求項1乃至6のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
- 請求項1乃至7のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドと、
前記液体を貯える貯留手段と、
前記貯留手段から前記液体を前記液体供給路に接続する共通供給流路に循環させる第1の循環系と、
前記貯留手段から前記液体を前記液体回収路に接続する共通回収流路に循環させる第2の循環系と、
を備えることを特徴とする液体吐出装置。 - 請求項1乃至7のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドで用いられる記録素子基板の製造方法であって、
前記記録素子列が形成された前記基板の前記第1の面の上に第1の樹脂層を形成して前記圧力室の形成位置を含む領域を露光する工程と、
前記第1の樹脂層への露光の後、前記第1の樹脂層の上に第2の樹脂層を形成し、前記吐出口となる領域を露光する工程と、
前記第2の樹脂層への露光の後、現像を行って前記圧力室と前記吐出口とを形成する工程と、
を有することを特徴とする製造方法。
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