JP4145482B2 - 記録ヘッドと記録ヘッドの製造方法と記録ヘッドの製造装置と駆動アクチュエータの製造方法及びインクジェット記録装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、インク液滴をノズルから射出させる記録ヘッドと記録ヘッドの製造方法と記録ヘッドの製造装置と駆動アクチュエータの製造方法及びインクジェット記録装置、特に記録ヘッドを作製時の歩留まりの向上と印字特性の向上に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ノンインパクト記録装置は記録時の騒音発生が無視できる程度に小さい点でオフィス用等として注目されている。そのうち高速記録可能で、かつ普通紙に特別の定着処理を要せずに記録できるインクジェット記録装置が近年多く使用されている。このインクジェット記録装置のなかで特にオンデマンド方式は従来のインパクト方式の記録装置などと比べると、動作音が小さいことや、高精細な画像を出力できることなどの特徴を有し、急速に普及している。
【0003】
このオンデマンド方式の記録装置は、その駆動方法からアクチュエータ方式と熱エネルギによりインク滴を吐出する方式に分類される。アクチュエータ方式は圧電振動子などのアクチュエータでインク流路の壁の一部を振動板として変形させることによりインクを押し出す方式であり、インクを噴射する複数のノズルと加圧液室をアレイ状に設け、共通液室から流体抵抗路を介して各加圧液室に供給して充満しているインクの圧力を加圧液室の一面に配置された振動板に圧電振動子を接合し、圧電振動子により振動板を変位させ、この振動板の変位によりノズルからインクを吐出させて記録紙等の記録媒体に印字する。熱エネルギを利用した方式は薄膜の抵抗加熱体によりインクを局所的に加熱して気泡を発生させ、気泡の体積増大によりインクを吐出させて記録紙等の記録媒体に印字する。
【0004】
近年、出力画像の高品質化と出力速度の高速化が要求されており、より小滴なインク滴をより高い周波数で安定して吐出させることができる高密度の記録ヘッドの開発が要望されている。しかしながら圧電振動子を用いた記録ヘッドを高密度化するためには加圧液室の幅も高密度化に対応した微少寸法にするため振動板の板厚も数ミクロンと薄くする必要がある。この振動板を研磨等の方法により数ミクロンの板厚に形成することは加工精度上極めて困難である。また、熱エネルギを利用した記録ヘッドは駆動手段が薄膜の抵抗加熱体により形成されるため、上記のような問題はないが、薄膜の抵抗加熱体が急速な加熱と冷却の繰り返すため、抵抗加熱体が損傷して記録ヘッドの寿命が短くなってしまう。
【0005】
これらの短所を解消するために、個別電極を振動板と微小間隔をおいて設け、振動板と個別電極の間に電圧を印加して正又は負の電荷をそれらに与えて振動板を個別電極側に静電的吸引又は反発させて変形させ、加圧液室のインクをノズルから吐出させて記録紙に印字する静電気力を利用した記録ヘッドが特開平6−126956号公報や特開平9−20007号公報等に開示されている。この静電気力を利用した記録ヘッドは小型高密度化がはかれるとともに高印字品質で長寿命であるという利点を有する。
【0006】
この静電力を利用した記録ヘッドは薄く加工された振動板に対して個別電極を一定の微小間隔をおいて配置しているため、アレイ状に配置された個別電極と振動板を有する静電アクチュエータを作製するときに、例えば1個の個別電極と振動板の間にごみ等の異物が混入して振動板が正常に動作しない場合、その静電アクチュエータを使用した記録ヘッドは不良品になってしまう。また、いずれの駆動方式でも、共通液室から流体抵抗路及びノズルを有する加圧液室までのインク供給経路の1系統にごみ等の異物が付着した場合にもノズルから正常にインクを吐出させることができず、作製した記録ヘッドが不良品になってしまう。特に、記録する画像の高画質化に伴うパターン密度が上昇するにしたがい、記録ヘッドの異物などによる欠陥の発生が増大しており、記録ヘッドを作製するときの歩留まり低下の大きな要因となっている。また、不良品となる記録ヘッドのほとんどは1〜2ビットの不良が占めており、この1〜2ビットの不良に対する対策により歩留まり上昇とコストダウンを図ることができる。また、例えば特開平4−193542号公報に示すように、記録用紙と同じ幅を有するフルラインタイプの記録ヘッドを用い、記録の高速化を図る場合、ノズル数の増大によるチップ面積の増大も歩留まり低下の大きな要因となっている。
【0007】
この記録ヘッドの歩留まり低下を防ぐために、例えば特開平8−174805号公報に示すように、複数のノズルが1列に配置された第1のノズルアレイと、第1のノズルアレイの各ノズルと同じピッチで複数個のノズルを1列に配置した第2のノズルアレイを第1のノズルアレイと並列に配置し、第1のノズルアレイのノズルに不良がある場合、その不良のノズルに対応した第2のノズルアレイのノズルを代用し、代用したノズルからのインク吐出を遅延回路やプログラムの切替により記録用紙の送りに対して1タイミングだけずらして記録するようにしている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら複数のノズルを有するノズルアレイと並列に代用のノズルアレイを設けると、ノズル数に比例してチップの面積が増大して、ノズルプレートや振動板を有するアクチュエータを作製するときの歩留まりが低下するとともに、記録ヘッドが大型化するという短所がある。
【0009】
この発明はかかる短所を改善し、記録画像の高解像度化にともなうアクチュエータの微細化によって生じる1〜2ビット不良による歩留まり低下及び高速化に伴うノズル数の増加によって生じる歩留まり低下を、チップ面積を増大させないとともに新たな製造プロセスを用いることなく防ぐことができる記録ヘッドと記録ヘッドの製造方法と記録ヘッドの製造装置と駆動アクチュエータの製造方法及びインクジェット記録装置を提供することを目的とするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る記録ヘッドは、複数のノズルがアレイ状に設けられたノズルプレートと、振動板を有する加圧液室と振動板を変位させる駆動手段とからなるインク滴吐出機構を複数有する駆動アクチュエータとを備え、振動板を変形させて加圧液室のインクをノズルから噴射させて記録紙に記録する記録ヘッドにおいて、駆動アクチュエータは1つのノズル毎に対応したインク滴吐出機構と、複数のインク吐出機構の両端部に設けられた冗長インク滴吐出機構を有し、駆動アクチュエータに正常に動作しない不良インク滴吐出機構が発生したときに、不良インク滴吐出機構を使用せずに、不良インク滴吐出機構を境界として、一方のインク滴吐出機構及び一方の冗長インク滴吐出機構が有するノズルから噴射するインクの噴射方向と、他方のインク滴吐出機構及び他方の冗長インク滴吐出機構が有するノズルから噴射するインクの噴射方向とを異ならせてインク滴を吐出させることを特徴とする。
【0011】
上記駆動アクチュエータに不良インク滴吐出機構が発生したときに、不良インク滴吐出機構を境界とした両側のノズルプレートのノズルの方向を異ならせてインク噴射方向を異ならせると良い。
【0012】
また、駆動アクチュエータに正常に動作しない不良インク滴吐出機構が発生したときに、不良インク滴吐出機構を使用せずに、不良インク滴吐出機構を境界として、一方のインク滴吐出機構及び一方の冗長インク滴吐出機構によりインクを噴射するノズルプレートのノズルの位置と、他方のインク滴吐出機構及び他方の冗長インク滴吐出機構によりインクを噴射するノズルプレートのノズルの位置とを、紙送り方向と直交する方向に1つのインク滴吐出機構分近付けて形成しても良い。また、ノズルプレートのノズルの位置を変えるときに、駆動アクチュエータの各インク滴吐出機構と冗長インク滴吐出機構の加圧液室の紙送り方向の両端を紙送り方向と直交する方向に1つのインク吐出機構分ずらして各インク滴吐出機構と冗長インク滴吐出機構を紙送り方向に対して斜めになるように配置し、不良インク滴吐出機構を境界としてノズルプレートのノズルの位置を紙送り方向と直交する方向にずらして形成したり、駆動アクチュエータの各インク滴吐出機構と冗長インク滴吐 出機構の加圧液室の紙送り方向の両端を紙送り方向と直交する方向に1つのインク吐出機構分ずらして各インク滴吐出機構と冗長インク滴吐出機構を紙送り方向に対して階段状に形成し、不良インク滴吐出機構を境界としてノズルプレートのノズルの位置を紙送り方向と直交する方向にずらして形成したり、あるいは不良インク滴吐出機構を境界として両側のノズルプレートのノズルの位置を、インク滴吐出機構と冗長インク滴吐出機構の加圧液室の範囲内で不良インク滴吐出機構に近付けて配置しても良い。
【0013】
また、駆動アクチュエータの各インク滴吐出機構と冗長インク滴吐出機構の加圧液室のピッチとノズルプレートのノズルのピッチとを異ならせ、駆動アクチュエータに不良インク滴吐出機構が発生したときに、不良インク滴吐出機構の位置にノズルが配置されないようにノズルプレートと駆動アクチュエータを接合しても良い。
【0014】
【0015】
【0016】
この発明の記録ヘッドの製造方法は、上記駆動アクチュエータの不良インク滴吐出機構の有無を検出し、不良インク滴吐出機構を検出したときに、不良インク滴吐出機構を境界とした一方のインク滴吐出機構及び一方の冗長インク滴吐出機構に対応するノズルプレートのノズルの形状と、他方のインク滴吐出機構及び他方の冗長インク滴吐出機構に対応するノズルプレートのノズルの形状とを異ならせて形成し、ノズルを形成したノズルプレートと駆動アクチュエータを接合することを特徴とする。
【0017】
このノズルプレートにノズルを形成するときに、上記ノズルプレートのノズルを形成するノズルパターンを、駆動アクチュエータの不良インク滴吐出機構を境界として、一方は100%の開口率を有するパターンを有し、他方は開口率に一定の変化を設けたグラデーションパターンを有するマスクを使用してレジストを露光して形成し、形成したノズルパターンを使用して電鋳法でノズルを形成すると良い。
【0018】
また、駆動アクチュエータの不良インク滴吐出機構を境界として、ノズルプレートに対するレーザ光の照射角度を変えてノズルを形成したり、あるいは駆動アクチュエータの不良インク滴吐出機構を境界としてノズルプレートを回動し、ノズルプレートに対するレーザ光の照射角度を変えてノズルを形成しても良い。
【0019】
この発明に係る記録ヘッドの製造装置は、検査装置とノズル加工装置を有し、検査装置は駆動アクチュエータの不良インク滴吐出機構の有無を検出し、ノズル加工装置は検査装置から出力される不良インク滴吐出機構有無情報によりノズルプレートの保持角度を切り替えてレーザ光を照射しノズルを形成することを特徴とする。
【0020】
この発明に係る記録ヘッドの駆動アクチュエータの製造方法は、複数のノズルがアレイ状に設けられたノズルプレートと、振動板を有する加圧液室と振動板を変位させる駆動手段とからなるインク滴吐出機構を1つのノズル毎に対応して有するとともにインク滴吐出機構の両端に設けた冗長インク滴吐出機構を有する駆動アクチュエータとを備え、振動板を変形させて加圧液室のインクをノズルから噴射させて記録紙に記録する記録ヘッドの駆動アクチュエータの製造方法であって、上記インク滴吐出機構を多数形成したウエハで不良インク滴吐出機構を検出し、ノズルプレートのノズル数と同じ数のインク滴吐出機構に冗長インク滴吐出機構の個数を加えた領域のなかで不良インク滴吐出機構が1個又は2個の領域を良品領域として選択し、選択した領域を切り出すことを特徴とする。
【0021】
【0022】
この発明のインクジェット記録装置は、上記記録ヘッドを使用したことを特徴とする。
【0023】
【発明の実施の形態】
この発明のインクジェットプリンタに使用する記録ヘッドは、複数のノズルが設けられたノズルプレートと静電アクチュエータを有する。静電アクチュエータには、各ノズル毎に設けられた加圧液室と流体抵抗路と、各流体抵抗路を介して加圧液室にインクを供給する共通液室を有し、Ni電鋳又はステンレスにより形成されたノズルプレートが位置合わせして接合される。この静電アクチュエータには加圧液室に設けられた振動板と、振動板に対して所定間隔で設けられた個別電極とからなるインク滴吐出機構を有し、振動板と個別電極の間に電圧を印加して正又は負の電荷をそれらに与えて振動板を個別電極側に静電的吸引又は反発させて変形させ、加圧液室のインクをノズルから吐出させて記録紙に印字する。
【0024】
この記録ヘッドの静電アクチュエータとノズルプレートを接合するときは、静電アクチュエータを作製してノズルプレートを接合する前の検査や動作チェックで不良インク滴吐出機構の有無を検出する。この不良インク滴吐出機構の検出結果によりノズルプレートのノズルを形成する。静電アクチュエータには、所定のnビット分のインク滴吐出機構設けられているとともに複数、例えば両端に1ビットずつの冗長インク滴吐出機構が設けられている。この冗長インク滴吐出機構は、静電アクチュエータを作製したときに所定のnビット分のインク滴吐出機構のうち1ビット又2ビット分のインク滴吐出機構が異物等により不良となったときに、不良インク滴吐出機構に替えて使用する。すなわち、静電アクチュエータを作製してノズルプレートを接合する前に、所定のnビット分のインク滴吐出機構のうちの1ビット分のインク滴吐出機構の個別電極と振動板との間に異物が混入したりして不良インク滴吐出機構となったことを検出すると、ノズルプレートのノズルを形成するときに、不良インク滴吐出機構に対応するノズルを形成しないで不良インク滴吐出機構の隣のインク滴吐出機構から残りの全てのインク滴吐出機構と冗長インク滴吐出機構に対応するノズルを不良インク滴吐出機構側に一定角度、例えば70度〜85度の角度だけ傾けて形成する。このノズルプレートを静電アクチュエータに位置合わせして接合する。このように不良インク滴吐出機構の隣のインク滴吐出機構から全てのインク滴吐出機構と冗長インク滴吐出機構に対応するノズルを一定角度傾けて形成することにより、不良インク滴吐出機構の隣のインク滴吐出機構から記録紙に射出するインクの射出位置を1ビットずつずらしてビット抜けを防ぐことができる。
【0025】
【実施例】
〔実施例1〕 図1はこの発明の一実施例の構成図である。図に示すように、インクジェットプリンタ1はシアンC,マゼンタM、イェロY,ブラックBkの各色のインクをそれぞれ収納した4個のインクカートリッジ2と、複数のノズルを有し各インクカートリッジ2からインクが供給される4個の記録ヘッド3と、インクカートリッジ2と記録ヘッド3を搭載したキャリッジ4と、記録紙を収納した給紙トレイ5a,5bや手差しテーブル6から記録紙を印字部7に搬送する搬送ローラ8と、印字した記録紙を排紙トレイ9に排出する排出ローラ10を有する。そしてホスト装置から送られる画像データを記録紙に印字するときは、キャリッジ4をキャリッジガイドローラ11に倣って走査しながら、搬送ローラ8により印字部7に送られた記録紙に記録ヘッド3のノズルから画像データに応じてインクを噴射して文字や画像を記録する。
【0026】
記録ヘッド3は、図2の分解斜視図に示すように、複数のノズル12が設けられたノズルプレート13と静電アクチュエータ14とFPCケーブル15とフレーム16とフィルタ17及びジョイント部18を有する。静電アクチュエータ14には、図3の断面図に示すように、各ノズル毎に設けられた加圧液室19と流体抵抗路20と、各流体抵抗路20を介して加圧液室19にインクを供給する共通液室21を有し、Ni電鋳又はステンレスにより形成されたノズルプレート13が位置合わせして接合される。この静電アクチュエータ14の加圧液室19には振動板22と、振動板22に対して所定間隔で設けられた個別電極23を有し、振動板22と個別電極23の間に電圧を印加して正又は負の電荷をそれらに与えて振動板22を個別電極23側に静電的吸引又は反発させて変形させ、加圧液室19のインクをノズル12から吐出させて記録紙に印字する。FPCケーブル15はドライバIC24が搭載され、静電アクチュエータ14に異方性導電膜によって電気的に接続される。フィルタ17が熱溶着されたフレーム16とインク供給タンク又はインクカートリッジからインクを供給するためのジョイント部18は接着剤により接合され、静電アクチュエータ14と接合したノズルプレート12にフレーム16が位置合わせして接合される。
【0027】
この記録ヘッド3の静電アクチュエータ14とノズルプレート13を接合するときは、まず静電アクチュエータ14を作製してノズルプレート13を接合する前の検査や動作チェックで不良ビットの有無を検出する。この不良ビットの検出結果によりノズルプレート13のノズル12を形成する。静電アクチュエータ14には、図4に示すように、加圧液室19と振動板22及び個別電極23からなるインク滴吐出機構30が所定のnビット分の他に複数、例えば両端に1ビット分ずつの冗長インク滴吐出機構31が設けられている。この冗長インク滴吐出機構31は、静電アクチュエータ14を作製したときに所定のnビット分のインク滴吐出機構30うち1ビット又2ビット分が異物等により不良インク滴吐出機構なったときに、不良インク滴吐出機構に替えて使用するものである。すなわち、静電アクチュエータ14を作製してノズルプレート13を接合する前に、例えば図5の断面図に示すように、所定のnビット分のインク滴吐出機構30のうちの1ビット分のインク滴吐出機構30iの個別電極23と振動板22との間に異物32が混入したりして不良インク滴吐出機構になったことを検出すると、ノズルプレート13のノズル12を形成するときに、不良インク滴吐出機構30iに対応するノズルを形成しないで不良インク滴吐出機構30iの隣のインク滴吐出機構30jから残りの全てのインク滴吐出機構30と冗長インク滴吐出機構31に対応するノズル12bを不良インク滴吐出機構30iに対応するノズルを形成する位置の方に一定角度、例えば70度〜85度の角度だけ傾けて形成する。このノズルプレート13を、図5に示すように、静電アクチュエータ14に位置合わせして接合する。このように不良インク滴吐出機構30iの隣のインク滴吐出機構30jから全てのインク滴吐出機構30と冗長インク滴吐出機構31に対応するノズル12bを一定角度傾けて形成することにより、不良インク滴吐出機構30iの隣のインク滴吐出機構30jから記録紙25に射出するインクの射出位置33を、図5に示すように、1ビットずつずらしてビット抜けを防ぐことができる。
【0028】
この一定角度傾けたノズル12bを有するノズルプレート13の製造方法を図6の工程図を参照して説明する。まず、図6(a)に示すように、フォトマスク34を静電アクチュエータ14の不良インク滴吐出機構の有無により作製する。このフォトマスク34を作製するときに、不良インク滴吐出機構30iの位置に応じて一定角度傾けたノズル12bを形成するパターン部35とそれ以外の正常なインク滴吐出機構に対応する通常のノズル12aに対応するパターン部36を作製する。パターン部36は黒100%のパターンで形成し、パターン部35はノズル12bの傾斜角度に対応して開口率に一定の変化を設けたグラデーションパターンで形成する。次に、例えばステンレス板等の導電性材料からなるマスター基板37に電鋳マスク材、例えばドライフイルムレジスト38を張り合わせる。その後、ドライフイルムレジスト38の表面からフォトマスク34を介し露光して現像する。このフォトマスク34を使用して露光し現像すると、図6(b)に示すように、グラデーションパターンを有するパターン部35により一方が傾斜したノズルパターン39が形成され、黒100%のパターンを有するパターン部36で正常なノズルパターン40が形成される。このノズルパターン39,40をマスクとして電鋳法でめっき析出や蒸着等により、図6(c)に示すように、ノズル材料41を形成する。その後、マスタ基板37とノズルパターン39,40を除去して、図6(d)に示すように、一定角度傾けたノズル12bと通常のノズル12aを有するノズルプレート13を形成することができる。
【0029】
〔実施例2〕 上記実施例は一定角度傾けたノズル12bと通常のノズル12aを有するノズルプレート13を電鋳法で形成した場合について説明したが、レーザ加工装置で一定角度傾けたノズル12bと通常のノズル12aを加工しても良い。このノズルプレート13のノズル12a,12bを加工するレーザ加工装置50は、図7の構成図に示すように、X軸モータ51とY軸モータ52を有するX−Yテーブル53と、X−Yテーブル53に搭載され、Z軸モータ54を有する昇降装置55と、昇降装置55の先端部に設けた回動モータ56により支持面の角度を自由に可変できる支持テーブル57と、支持テーブル57の上部に配置されたレーザ装置58を有する。レーザ装置58は例えば高出力のエキシマレーザビーム等を出射する。このレーザ加工装置50の駆動制御部59は、図8のブロック図に示すように、静電アクチュエータ14の不良インク滴吐出機構の有無を検査する検査装置60の欠陥検査装置61から出力する欠陥検出信号を入力してX軸モータ51とY軸モータ52とZ軸モータ54及び回動モータ56の動作を制御するマイクロコンピュータ62を有する。
【0030】
このレーザ加工装置50で支持テーブル57に載置されたノズルプレート13のノズル12を加工するとき、検査装置60の欠陥検出装置61で静電アクチュエータ14の不良インク滴吐出機構有無を検出し、検出信号をレーザ加工装置50のマイクロコンピュータ62に送る。マイクロコンピュータ62は欠陥検出装置61から不良インク滴吐出機構の検出信号が送られないときは、回動モータ56により支持テーブル57を水平に保持し、図9(a)に示すように、支持テーブル57に載置されて水平に保持されたノズルプレート13にレーザ装置58からレーザビーム63を照射してノズルプレート13の表面に対して垂直な通常のノズル12aを加工する。この通常のノズル12aの加工をX−Yテーブル53を所定ピッチで移動しながら繰り返しているときに、欠陥検出装置61から静電アクチュエータ14の不良インク滴吐出機構30iの検出信号が送られると、マイクロコンピュータ62はX−Yテーブル53を2ピッチ分だけ移動し、回動モータ56を駆動して支持テーブル57をあらかじめ定めた一定角度回動して、支持テーブル57に載置したノズルプレート13を傾け、Z軸モータ54を駆動して昇降装置55の位置を可変してノズルプレート13のノズル加工位置をレーザビームの焦点に合わせる。この状態で、図9(b)に示すように、レーザ装置58からレーザビーム63を照射して、ノズルプレート13の表面に対して一定角度傾いたノズル12bを加工する。その後、ノズルプレート13を一定角度傾けた状態で冗長インク滴吐出機構31に対応するノズル12bまで順次加工して通常のノズル12aと一定角度傾けたノズル12bとを有するノズルプレート13を作製する。
【0031】
このように静電アクチュエータ14の不良インク滴吐出機構有無の情報を利用してノズルプレート13を加工することにより、作製された各静電アクチュエータ14に適したノズル12を有するノズルプレート13を簡単に作製することができ、記録ヘッド3を作製するときに不良品が発生することを低減して歩留まりを高めることができる。
【0032】
〔実施例3〕 次にノズルプレート13に一定角度傾けたノズル12bを形成せずに不良ビットのビット抜けを防ぐ場合の実施例について説明する。この実施例の場合、静電アクチュエータ14には、図10(a)に示すように、加圧液室19と振動板22及び個別電極23で構成した各インク滴吐出機構30と両端の冗長インク滴吐出機構31とを、記録紙25の搬送方向であるY方向の両端部が少なくとも1ビット分を越えるよう傾けて形成する。
【0033】
この静電アクチュエータ14に使用するノズルプレート13にノズル12を加工するとき、レーザ加工装置50のマイクロコンピュータ62は、検査装置60の欠陥検出装置61で検出した静電アクチュエータ14の不良インク滴吐出機構の有無によりノズル12の加工位置を変える。すなわち、検査装置60の欠陥検出装置61から不良インク滴吐出機構の検出信号が出力されないとき、マイクロコンピュータ62は、図10(a)に示すように、各インク滴吐出機構30の先端部に対応する位置64にノズル12aを加工するように支持テーブル57に載置されたノズルプレート13を位置決めしてレーザ装置58からレーザビーム63を照射してノズル12aを加工する。このノズル12aの加工を、ノズルプレート13を載置した支持テーブル57をX方向に1ビット分ずつずらしながら繰り返しているときに、欠陥検出装置61で不良インク滴吐出機構30iを検出すると、マイクロコンピュータ62はX軸モータ51とY軸モータ52を駆動してノズルプレート13のノズル加工位置を静電アクチュエータ14の各インク滴吐出機構30の傾き角αと各インク滴吐出機構30の間隔Dで定まる距離L=D/tanαだけ記録紙の搬送方向であるY方向の後方に移動し、さらにX方向に1ビット分ずらして、不良インク滴吐出機構30iの隣のインク滴吐出機構30jに対応する位置にノズル加工位置65を定め、レーザ装置58からレーザビーム63を照射して位置をずらしたノズル12cを加工する。このノズル12cの加工を、ノズルプレート13を載置した支持テーブル57をX方向に1ビット分ずつずらしながら冗長ビット31まで繰り返して、ノズルプレート13にnビットのノズル12を形成し、形成したノズルプレート13と検査していた静電アクチュエータ14を接合して記録ヘッド3を作製する。
【0034】
この作製した記録ヘッド3を使用して記録紙25にインクを射出して記録するエンジン制御部70には、図11のブロック図に示すように、アクチュエータ情報入力部71とタイミング設定部72とタイミング制御部73及び信号発生部74を有する。アクチュエータ情報入力部71は欠陥検査装置61で検出した静電アクチュエータ14の不良ビットの有無とその位置を示す情報を入力する。タイミング設定部72はアクチュエータ情報入力部71に入力した静電アクチュエータ14の情報から記録ヘッド3の各インク滴吐出機構30のインクを射出するタイミングを設定する。タイミング制御部73はプリンタコントローラ75から送られた画像データの出力タイミングをタイミング設定部72で設定された射出タイミングにより制御して信号発生部74に送る。信号発生部74はインクの射出タイミングに応じて送られた画像データにより、記録ヘッド3の各インク滴吐出機構30毎に個別電極23と振動板22に駆動電圧を出力する。
【0035】
このエンジン制御部70で、例えば図11に示すように、静電アクチュエータ14に2つの不良インク滴吐出機構30d,30iがあって、ノズルプレート13の第1の冗長インク滴吐出機構31とインク滴吐出機構30a〜インク滴吐出機構30cの先端部に対応する位置にノズル12aを形成し、不良インク滴吐出機構30d,30iの間のインク滴吐出機構30e〜インク滴吐出機構30hに対応する位置にノズル12aから距離Lだけずらしたノズル12cを形成し、不良インク滴吐出機構30i以降のインク滴吐出機構30jから第2の冗長インク滴吐出機構31に対応する位置にノズル12aから距離2Lだけずらしたノズル12dを形成した記録ヘッド3からインクを射出して記録紙に画像を形成するときは、図11の射出タイミングに示すように、第1の冗長インク滴吐出機構31とインク滴吐出機構30〜インク滴吐出機構30cを駆動してノズル12aからインクを射出させた後、距離Lと記録紙の送り速度で定まる射出タイミングT1だけずらしてノズル12cからインクを射出させ、さらにノズル12aからインクを射出させた後、距離2Lと記録紙の送り速度で定まる射出タイミングT2だけずらしてノズル12dからインクを射出させる。このようにしてビット抜けなしに画像を形成することができる。
【0036】
上記実施例は静電アクチュエータ14に各インク滴吐出機構30を斜めに形成してノズル12の位置をずらした場合について説明したが、静電アクチュエータ14に形成する各インク滴吐出機構30を、図10(b)に示すように、クランク形状に形成し、不良ビットが生じた場合、ノズルプレート13に位置をずらしたノズル12cを形成しても良い。また、図12に示すように、紙送り方向Yとヘッドスキャン方向Xに対して記録ヘッド3を一定角度傾けて配置し、各ノズル12から一定の射出タイミングT3でインクを射出し、不良インク滴吐出機構30iの位置で射出タイミングをT4に切り替えるようにしても良い。
【0037】
〔実施例4〕上記実施例は静電アクチュエータ14に不良インク滴吐出機構が生じたときに、紙送り方向にずらしたノズル12c,12dをノズルプレート13に形成してビット抜けを防ぐ場合について説明したが、静電アクチュエータ14に不良インク滴吐出機構が生じたときに、ノズルプレート13に形成するノズル12のピッチを変えてもビット抜けを防ぐことができる。例えば図13(a)に示すように、各インク滴吐出機構30を形成する加圧液室19の間隔Aとノズル12の直径Bが加圧液室19の幅Wに対して十分に小さい場合、不良インク滴吐出機構30iを境界にしてその前後のインク滴吐出機構30hとインク滴吐出機構30jに対応するノズル12h,12jを不良インク滴吐出機構30iに近付けて例えばピッチP=(W+2A+B)で形成し、その他のノズル12を等ピッチP=(W+A)で形成すると、使用上問題のないレベルでビット抜けを防ぐことができる。また、図13(b)に示すように、静電アクチュエータ14の各インク滴吐出機構30を形成する加圧液室19の配列ピッチPよりノズルプレート13に形成するノズル12のピッチNPを大きくして、一定間隔毎に加圧液室19を使用しないようにしても良い。例えば図13(b)に示すように、ノズル12のピッチNPを加圧液室19のピッチPに対して、NP=(6P/5)になるように定め、静電アクチュエータ14に不良インク滴吐出機構30iが存在した場合、不良インク滴吐出機構30iの位置にノズル12を形成しないようにする。このように加圧液室19のピッチPとノズル12のピッチNPを異ならせると、加圧液室19の6ビット毎に冗長ビットが1ビット存在することになり、静電アクチュエータ14やノズルプレート13のチップ面積が若干大きくなるが、各ノズル12からインクを噴射するタイミングを切り替える必要がなく、記録ヘッド3を駆動するエンジン制御部の構成と制御を簡略化することができる。
【0038】
〔実施例5〕次に、静電アクチュエータ14の作製方法について説明する。インクジェットプリンタ1の記録ヘッド3を作製するときに、半導体微細加工技術等を用いてシリコンウエハ上にアクチュエータを作成することにより記録ヘッド3の製造コストを下げることができる。特に静電アクチュエータ14の場合には低消費電力という特徴もあるため、多ノズル化に適した構造である。この静電アクチュエータ14に限らず、多ノズル化によりチップサイズを大きくすると、歩留まりが落ちる傾向にある。特に静電アクチュエータ14は個別電極23と振動板22の間に微細な間隙を有するためパーティクルによる欠陥が発生しやすい。この静電アクチュエータ14の歩留まり低下を防ぐ方法として、図13(a)に示すように、振動板22を有する加圧液室19と個別電極23を、ノズル数を規定せずに単純に一列に多数配置したアクチュエータ80を複数組有するウエハ81の段階で、各振動板22の動作確認を行い、不良インク滴吐出機構30xを検出する。その後、必要とするビット数に冗長ビットを加えたビット数の中に不良インク滴吐出機構30xが1個又は2個以下含まれる領域を良品領域として選択し、ダイシングにより切り出し、静電アクチュエータ14とする。このように振動板22を有する加圧液室19と個別電極23を多数配置したウエハ81から静電アクチュエータ14の良品チップを切り出すことにより、実際に使用できる静電アクチュエータ14だけを切り出すことができ、静電アクチュエータ14を作成するときの歩留まりを向上することができる。また、不良インク滴吐出機構30xが1個又は2個以下含まれる領域を良品領域とするから、ウエハ81から多数の静電アクチュエータ14を切り出すことができ、ウエハ81を有効に利用することができる。さらにフルラインタイプの静電アクチュエータを効率良く作成することもできる。
【0039】
また、図14(b)に示すように、振動板22を有する加圧液室19と個別電極23を一列に多数配置したアクチュエータ80を複数組有するウエハ81から、一定ビット数、例えば12ビットずつ1チップ82として切り出し、切り出した各チップ82毎に検査を行い、必要とするビット数と冗長ビットの中に不良インク滴吐出機構30xが1個又は2個以下含まれるように選別して貼り合せて静電アクチュエータ14を形成しても良い。この場合も、多ノズルを有する静電アクチュエータ14を歩留まりを低下させずに作製することができる。
【0040】
上記各実施例は静電アクチュエータ14を使用した場合について説明したが、圧電振動子を使用した記録ヘッドやバブルジェットを使用した記録ヘッドにも同様に適用することができる。
【0041】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように、振動板を有する加圧液室と振動板を変位させる駆動手段を有する駆動アクチュエータに冗長インク滴吐出機構を設け、駆動アクチュエータに正常に動作しない不良インク滴吐出機構が発生したときに、不良インク滴吐出機構を使用せずに冗長インク滴吐出機構を使用してビット抜けを防ぐようにしたから、駆動アクチュエータを製造しているときに、不良インク滴吐出機構が1〜2ビット発生しても、その駆動アクチュエータを使用することができ、駆動アクチュエータを製造しているときの歩留まりを向上することができる。
【0042】
また、駆動アクチュエータに不良インク滴吐出機構が発生したときに、不良インク滴吐出機構を境界として両側のインク滴吐出機構でノズルからのインク噴射方向を異ならせることにより、ビット抜けを確実に防ぐことができ、記録ヘッドを製造したときの歩留まりを高めることができる。
【0043】
また、不良インク滴吐出機構を境界として両側のインク滴吐出機構でノズルプレートのノズルの方向を変えてインク噴射方向を異ならせることにより、所定のインク噴射位置に確実にインクを噴射することができ、良質な印刷を安定して行うことができる。
【0044】
また、駆動アクチュエータに不良インク滴吐出機構が発生したときに、不良インク滴吐出機構を境界として両側のインク滴吐出機構でノズルプレートのノズルの位置を変えて、不良インク滴吐出機構のインク噴射位置にインクを噴射させることにより、不良インク滴吐出機構があってもビット抜けを確実に防止することができ、記録ヘッドの歩留まりを高めることができる。この場合、駆動アクチュエータの各インク滴吐出機構の加圧液室を、紙送り方向に斜めになるように配置し、不良インク滴吐出機構を境界として両側のインク滴吐出機構でノズルプレートのノズルの位置を紙送り方向で異ならせたり、駆動アクチュエータの各インク滴吐出機構の加圧液室を、紙送り方向に対して階段状に形成し、不良インク滴吐出機構を境界として両側のインク滴吐出機構でノズルプレートのノズルの位置を紙送り方向で異ならせたり、あるいは駆動アクチュエータの各インク滴吐出機構の加圧液室を紙送り方向に斜めになるように配置し、駆動アクチュエータに不良インク滴吐出機構が発生したときに、不良インク滴吐出機構を境界として両側のインク滴吐出機構でノズルプレートのノズルの位置を紙送り方向に2ビット分異ならせることにより、不良インク滴吐出機構があってもビット抜けを確実に防止することができ、記録ヘッドの歩留まりを高めることができる。
【0045】
また、駆動アクチュエータに不良インク滴吐出機構が発生したときに、不良インク滴吐出機構を境界として両側のインク滴吐出機構でノズルプレートのノズルの位置を、両側のインク滴吐出機構の加圧液室の範囲内で不良インク滴吐出機構に近付けて配置したり、駆動アクチュエータの各インク滴吐出機構の加圧液室の間隔とノズルプレートの間隔を異ならせ、駆動アクチュエータに不良インク滴吐出機構が発生したときに、不良インク滴吐出機構の位置にノズルが配置されないようにノズルプレートと駆動アクチュエータを接合することにより、簡単な駆動制御でビット抜けを防止して、記録ヘッドの歩留まりを向上することができる。
【0046】
また、個別電極と振動板の間の間隙が非常に狭い静電アクチュエータを多ノズル化した場合、不良インク滴吐出機構が1〜2ビット発生しても、その静電アクチュエータを使用することができ、静電アクチュエータを製造しているときの歩留まりを向上することができるとともにフルラインの記録ヘッドも効率良く作製することができる。
【0047】
【0048】
また、記録ヘッドを製造するときに、駆動アクチュエータの不良インク滴吐出機構の有無を検出し、不良インク滴吐出機構の有無の検出結果によりノズルプレートにノズルを形成し、ノズルを形成したノズルプレートと駆動アクチュエータを接合することにより、駆動アクチュエータに不良インク滴吐出機構があっても、その影響を受けずにビット抜けのない記録ヘッドを安定して製造することができる。
【0049】
この記録ヘッドを製造しているときに、駆動アクチュエータで不良インク滴吐出機構を検出した場合、不良インク滴吐出機構を境界として両側のインク滴吐出機構でノズルプレートのノズルの形状を異ならせて射出方向を変えることにより、ビット抜けのない記録ヘッドを安定して製造することができる。
【0050】
この形状が異なるノズルを形成するときに、ノズルを形成するノズルパターンを、駆動アクチュエータの不良インク滴吐出機構を境界として、一方は100%の開口率を有するパターンを有し、他方は開口率に一定の変化を設けたグラデーションパターンを有するマスクを使用してレジストを露光して形成し、形成したノズルパターンを使用して電鋳法でノズルを形成することにより、特別な方法を使用せずに形状の異なるノズルを容易に形成することができる。
【0051】
また、駆動アクチュエータの不良インク滴吐出機構を境界として、ノズルプレートに対するレーザ光の照射角度を変えてノズルを形成したり、駆動アクチュエータの不良インク滴吐出機構を境界としてノズルプレートを回動し、ノズルプレートに対するレーザ光の照射角度を変えてノズルを形成することにより、形状の異なるノズルを容易に形成することができる。
【0052】
また、ノズルプレートのノズルを形成するときに、駆動アクチュエータの不良インク滴吐出機構の有無の情報を利用してノズルプレートの保持角度を切り替えてレーザ光を照射してノズルを形成することにより、駆動アクチュエータの状態に応じたノズルを精度良く形成できる。
【0053】
また、駆動アクチュエータを製造するときに、振動板を有する加圧液室と振動板を変位させる駆動手段からなるインク滴吐出機構を多数形成したウエハで不良インク滴吐出機構を検出し、不良インク滴吐出機構が1個又は2個以下の領域を良品領域として選択し、選択した領域を切り出すことにより、実際に使用できる駆動アクチュエータだけを切り出すことができ、駆動アクチュエータを作成するときの歩留まりを向上することができる。また、不良インク滴吐出機構が1個又は2個以下含まれる領域を良品領域とするから、ウエハから多数の駆動アクチュエータを切り出すことができ、ウエハを有効に利用することができる。
【0054】
削除
さらに、振動板を有する加圧液室と振動板を変位させる駆動手段からなるインク滴吐出機構を多数形成したウエハから、一定ビット数ずつ1チップとして切り出し、切り出した各チップ毎に不良インク滴吐出機構の有無を検出し、必要とするインク滴吐出機構数の中に不良インク滴吐出機構が1個又は2個以下含まれるように選別して貼り合せることにより、多ノズルを有する駆動アクチュエータを歩留まりを低下させずに作製できる。
【0055】
また、この記録ヘッドをインクジェット記録装置に使用することによりビット抜けのない画像等を安定して記録することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施例のインクジェットプリンタの構成図である。
【図2】 記録ヘッドの構成を示す分解斜視図である。
【図3】 記録ヘッドの構成を示す断面図である。
【図4】 静電アクチュエータの各インク滴吐出機構の配置図である。
【図5】 静電アクチュエータとノズルプレートのノズルの構成を示す断面図である。
【図6】 形状が異なるノズルを有するノズルプレートの作製工程を示す工程図である。
【図7】 ノズルを加工するレーザ加工装置の構成図である。
【図8】 レーザ加工装置の駆動制御部の構成を示すブロック図である。
【図9】 レーザ加工装置で形状が異なるノズルを作製するときの工程図である。
【図10】 第2の静電アクチュエータとノズルの配置図である。
【図11】 エンジン制御部の構成を示すブロック図である。
【図12】 第3の静電アクチュエータの構成と射出タイミングを示す説明図である。
【図13】 他の静電アクチュエータとノズルの配置図である。
【図14】 静電アクチュエータを製造方法を示す配置図である。
【符号の説明】
1;インクジェットプリンタ、3;記録ヘッド、12;ノズル、
13;ノズルプレート、14;静電アクチュエータ、19;加圧液室、
20;流体抵抗路、21;共通液室、22;振動板、23;個別電極、
31;冗長インク滴吐出機構、32;異物、33;インク射出位置。
Claims (14)
- 複数のノズルがアレイ状に設けられたノズルプレートと、振動板を有する加圧液室と振動板を変位させる駆動手段とからなるインク滴吐出機構を複数有する駆動アクチュエータとを備え、振動板を変形させて加圧液室のインクをノズルから噴射させて記録紙に記録する記録ヘッドにおいて、
駆動アクチュエータは1つのノズル毎に対応したインク滴吐出機構と、複数のインク吐出機構の両端部に設けられた冗長インク滴吐出機構を有し、駆動アクチュエータに正常に動作しない不良インク滴吐出機構が発生したときに、不良インク滴吐出機構を使用せずに、不良インク滴吐出機構を境界として、一方のインク滴吐出機構及び一方の冗長インク滴吐出機構が有するノズルから噴射するインクの噴射方向と、他方のインク滴吐出機構及び他方の冗長インク滴吐出機構が有するノズルから噴射するインクの噴射方向とを異ならせてインク滴を吐出させることを特徴とする記録ヘッド。 - 上記駆動アクチュエータに不良インク滴吐出機構が発生したときに、不良インク滴吐出機構を境界とした両側のノズルプレートのノズルの方向を異ならせる請求項1記載の記録ヘッド。
- 複数のノズルがアレイ状に設けられたノズルプレートと、振動板を有する加圧液室と振動板を変位させる駆動手段とからなるインク滴吐出機構を複数有する駆動アクチュエータとを備え、振動板を変形させて加圧液室のインクをノズルから噴射させて記録紙に記録する記録ヘッドにおいて、
駆動アクチュエータは1つのノズル毎に対応したインク滴吐出機構と、複数のインク吐出機構の両端部に設けられた冗長インク滴吐出機構を有し、駆動アクチュエータに正常に動作しない不良インク滴吐出機構が発生したときに、不良インク滴吐出機構を使用せずに、不良インク滴吐出機構を境界として、一方のインク滴吐出機構及び一方の冗長インク滴吐出機構によりインクを噴射するノズルプレートのノズルと、他方のインク滴吐出機構及び他方の冗長インク滴吐出機構によりインクを噴射するノズルプレートのノズルの位置とを、紙送り方向と直交する方向に1つのインク滴吐出機構分近付けて形成したことを特徴とする記録ヘッド。 - 上記駆動アクチュエータの各インク滴吐出機構と冗長インク滴吐出機構の加圧液室の紙送り方向の両端を紙送り方向と直交する方向に1つのインク吐出機構分ずらして各インク滴吐出機構と冗長インク滴吐出機構を紙送り方向に対して斜めになるように配置し、不良インク滴吐出機構を境界としてノズルプレートのノズルの位置を紙送り方向と直交する方向にずらして形成する請求項3記載の記録ヘッド。
- 上記駆動アクチュエータの各インク滴吐出機構と冗長インク滴吐出機構の加圧液室の紙送り方向の両端を紙送り方向と直交する方向に1つのインク吐出機構分ずらして各インク滴吐出機構と冗長インク滴吐出機構を紙送り方向に対して階段状に形成し、不良インク滴吐出機構を境界としてノズルプレートのノズルの位置を紙送り方向と直交する方向にずらして形成する請求項3記載の記録ヘッド。
- 上記不良インク滴吐出機構を境界として両側のノズルプレートのノズルの位置を、インク滴吐出機構と冗長インク滴吐出機構の加圧液室の範囲内で不良インク滴吐出機構に近付けて配置した請求項3記載の記録ヘッド。
- 複数のノズルがアレイ状に設けられたノズルプレートと、振動板を有する加圧液室と振動板を変位させる駆動手段とからなるインク滴吐出機構を複数有する駆動アクチュエータとを備え、振動板を変形させて加圧液室のインクをノズルから噴射させて記録紙に記録する記録ヘッドにおいて、
駆動アクチュエータは1つのノズル毎に対応したインク滴吐出機構と、複数のインク吐出機構の両端部に設けられた冗長インク滴吐出機構を有し、
上記駆動アクチュエータの各インク滴吐出機構と冗長インク滴吐出機構の加圧液室のピッチとノズルプレートのノズルのピッチとを異ならせ、上記駆動アクチュエータに不良インク滴吐出機構が発生したときに、不良インク滴吐出機構の位置にノズルが配置されないようにノズルプレートと駆動アクチュエータを接合したことを特徴とする記録ヘッド。 - 複数のノズルがアレイ状に設けられたノズルプレートと、振動板を有する加圧液室と振動板を変位させる駆動手段とからなるインク滴吐出機構を1つのノズル毎に対応して有するとともに複数の冗長インク滴吐出機構を有する駆動アクチュエータとを備え、振動板を変形させて加圧液室のインクをノズルから噴射させて記録紙に記録する記録ヘッドの製造方法であって、
駆動アクチュエータの不良インク滴吐出機構の有無を検出し、不良インク滴吐出機構を検出したときに、不良インク滴吐出機構を境界とした一方のインク滴吐出機構及び一方の冗長インク滴吐出機構に対応するノズルプレートのノズルの形状と、他方のインク滴吐出機構及び他方の冗長インク滴吐出機構に対応するノズルプレートのノズルの形状とを異ならせて形成し、ノズルを形成したノズルプレートと駆動アクチュエータを接合することを特徴とする記録ヘッドの製造方法。 - 上記ノズルプレートのノズルを形成するノズルパターンを、駆動アクチュエータの不良インク滴吐出機構を境界として、一方は100%の開口率を有するパターンを有し、他方は開口率に一定の変化を設けたグラデーションパターンを有するマスクを使用してレジストを露光して形成し、形成したノズルパターンを使用して電鋳法でノズルを形成する請求項8記載の記録ヘッドの製造方法。
- 上記駆動アクチュエータの不良インク滴吐出機構を境界として、ノズルプレートに対するレーザ光の照射角度を変えてノズルを形成する請求項8記載の記録ヘッドの製造方法。
- 上記駆動アクチュエータの不良インク滴吐出機構を境界としてノズルプレートを回動し、ノズルプレートに対するレーザ光の照射角度を変えてノズルを形成する請求項10記載の記録ヘッドの製造方法。
- 複数のノズルがアレイ状に設けられたノズルプレートと、振動板を有する加圧液室と振動板を変位させる駆動手段とからなるインク滴吐出機構を1つのノズル毎に対応して有するとともにインク滴吐出機構の両端に設けた冗長インク滴吐出機構を有する駆動アクチュエータとを備え、振動板を変形させて加圧液室のインクをノズルから噴射させて記録紙に記録する記録ヘッドの製造装置であって、
検査装置とノズル加工装置を有し、検査装置は駆動アクチュエータの不良インク滴吐出機構の有無を検出し、ノズル加工装置は検査装置から出力される不良インク滴吐出機構有無情報によりノズルプレートの保持角度を切り替えてレーザ光を照射しノズルを形成することを特徴とする記録ヘッドの製造装置。 - 複数のノズルがアレイ状に設けられたノズルプレートと、振動板を有する加圧液室と振動板を変位させる駆動手段とからなるインク滴吐出機構を1つのノズル毎に対応して有するとともにインク滴吐出機構の両端に設けた冗長インク滴吐出機構を有する駆動アクチュエータとを備え、振動板を変形させて加圧液室のインクをノズルから噴射させて記録紙に記録する記録ヘッドの駆動アクチュエータの製造方法であって、
上記インク滴吐出機構を多数形成したウエハで不良インク滴吐出機構を検出し、ノズルプレートのノズル数と同じ数のインク滴吐出機構に冗長インク滴吐出機構の個数を加えた領域のなかで不良インク滴吐出機構が1個又は2個の領域を良品領域として選択し、選択した領域を切り出すことを特徴とする駆動アクチュエータの製造方法。 - 請求項1乃至7に記載の記録ヘッドを使用したことを特徴とするインクジェット記録装置。
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