JP4096318B2 - 液体吐出ヘッド及びその製造方法 - Google Patents

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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、前記振動板上の前記圧電素子側に、前記圧電素子をその中に囲む空隙部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前記圧電素子を封止する部分から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、前記振動板を挟んで前記圧力室とは反対側に、前記封止部材をその中に含むような空間として形成された、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、前記振動板上の前記圧電素子側に、前記圧電素子をその中に囲む空隙部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前記圧電素子を封止する部分から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圧電素子が形成された振動板に対して接合し、前記封止部材の前記電気配線を封止する部分の上部に、多層フレキシブルケーブルを形成し、前記多層フレキシブルケーブルと、前記圧電素子を封止する前記封止部材のなす平面と、の間の空間を、前記圧力室に前記液体を供給する共通液室と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前記圧電素子を封止する部分から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し、前記封止部材の前記電気配線を封止する部分の上部に、多層フレキシブルケーブルを形成し、前記多層フレキシブルケーブルと、前記圧電素子を封止する前記封止部材のなす平面と、の間の空間を、前記圧力室に前記液体を供給する共通液室と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17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、
    前記振動板上の前記圧電素子側に、前記圧電素子をその中に囲む空隙部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前記圧電素子を封止する部分から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、
    前記振動板を挟んで前記圧力室とは反対側に、前記封止部材をその中に含むような空間として形成された、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、
    前記振動板上の前記圧電素子側に、前記圧電素子をその中に囲む空隙部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前記圧電素子を封止する部分から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圧電素子が形成された振動板に対して接合し、
    前記封止部材の前記電気配線を封止する部分の上部に、多層フレキシブルケーブルを形成し、
    前記多層フレキシブルケーブルと、前記圧電素子を封止する前記封止部材のなす平面と、の間の空間を、前記圧力室に前記液体を供給する共通液室と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前記圧電素子を封止する部分から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し、
    前記封止部材の前記電気配線を封止する部分の上部に、多層フレキシブルケーブルを形成し、
    前記多層フレキシブルケーブルと、前記圧電素子を封止する前記封止部材のなす平面と、の間の空間を、前記圧力室に前記液体を供給する共通液室と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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