JP5375555B2

JP5375555B2 - 液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置

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Publication number: JP5375555B2
Application number: JP2009267304A
Authority: JP
Inventors: 武竹本; 行利田嶋
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2009-11-25
Filing date: 2009-11-25
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2029-11-25
Also published as: JP2011110743A; US20110122199A1; US8480208B2

Description

本発明は、インクジェットヘッド及びそれを備えたインクジェット記録装置に関する。

インクジェットヘッド（液滴吐出ヘッド）を搭載したインクジェットプリンタ（液滴吐出装置）は、近年、高画質、低価格、高速対応性（ノズルの数を増減することにより、速いプリンタから遅いが安いプリンタまで対応ができる）が評価されて普及が進むなか、より一層の画質向上、コストダウン、小型化が要求されてきている。
インクジェットヘッドの工法としては、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術が取り入れられている。これは半導体プロセスを利用した微細加工技術である。
たとえば、シリコン基板上にインクジェットヘッドに必要な液室、振動板、圧電素子、電極などの部品をエッチング、スパッタなどの加工方法により形成することができるが、これらの部品を小さく形成したり、それぞれの部品の配置に工夫を凝らすことにより、ヘッドとして小型に作りこむことができる。その結果、１枚のシリコン基板から多くのヘッドを作る（取り数を多くする）ことができ、小型化するほどにコストを下げることが出来る。
インクジェットヘッドの小型化に際しては、上記した各部品に加えて、インクジェットヘッドに設ける圧電素子を駆動する駆動ＩＣを如何にコンパクトに実装するかということも大きな問題である。

図１１は、従来のインクジェットヘッドの構成を示す図である。
図１１に示すように、従来のインクジェットヘッドには、インクを吐出するノズル孔を備えたノズル基板２０１、圧電素子と振動板の撓み動作によって圧力を加えられてノズル孔から吐出されるインクが供給される液室が設けられた液室基板２０２、液室に対してインクを供給する液体供給基板２０３、フレーム基板２０４からなるヘッド本体２００を有し、そのヘッド本体２００に対し、液室基板２０２の圧電素子を駆動するための駆動ＩＣ２０５が接合されたＦＰＣ（フレキシブルプリント基板：Flexible Printed Circuit）２０６がハンダ接合、あるいはＡＣＦ（異方性導電フィルム：Anisotropic Conductive Film）接合などにより、電気的に接合されているものがある。
この場合、ヘッドの動作に伴ってＦＰＣ２０６が揺動したり、ＦＰＣ２０６とヘッド本体との接合部の強度に難があるなど、ハンドリングのしにくさがり、また、全体的にかさばって小型化に向かないという問題があった。

このような問題を解消するため、駆動ＩＣをヘッド本体に搭載する構成が提案されている。例えば、特許文献１では、圧電素子が設けられている圧電素子基板に駆動ＩＣが接合されている構成が開示されている。
しかしながら、この場合、圧力室（圧力室、振動板、圧電素子はほぼ並列に形成されている）と、インク流路及び駆動ＩＣが直列に並ぶため、それぞれの幅を足したインクジェットヘッドのヘッド幅はかなり大きくなってしまうという問題がある。
それに対し、液室と駆動ＩＣの配置を並列にしたものがある（特許文献２、特許文献３）。詳しくは、特許文献２では、圧電素子が形成されている流路形成基板の圧電素子側に封止基板を設け、その上に駆動ＩＣが接合されている。また、特許文献３は、ワイヤーボンディングの引き出し方向を外側としたものである。
このようにすることにより、液室が形成されている流路形成基板の幅は小さくすることが可能である。

しかしながら、特許文献２、３の構成によっても、駆動ＩＣが搭載される封止基板またはリザーバ形成基板が駆動ＩＣとリザーバの幅を足した幅が必要となる。もしくは圧電素子とリザーバの幅を足した幅が必要となる。リザーバは、クロストークなどを緩和させるため、より大きな容積があるほうが有利であること、また各液室へのインクの供給量（たとえば全チャンネル同時吐出したときに最大流量となる）を確保するための容積が必要となる。供給量が少ないと必然的に駆動周波数を低くせざるを得なくなり、ヘッド特性に大きな影響を与える。
このようなことを考慮すると、リザーバの幅はより大きく必要とされ、その結果ヘッド幅は小さくならず、コストが高くなってしまう問題がある。
本発明はかかる不具合を解消し、シリコン基板上でのヘッドの取り数を増加し、コストを大幅に低減し、なおかつ共通液室の大きさを十分大きく取ることにより、駆動周波数の低下を防ぐことを可能にしたインクジェットヘッドを提供することを目的とする。

上記の課題を解消するために、請求項１の発明は、少なくとも、複数のノズルを設けたノズル基板と、各ノズルに連通した複数の液室、各液室の一部を構成する振動板及び各液室に対応して該振動板と一体的に形成された複数の電気機械変換素子からなる液室基板と、各液室に液体を供給する液体供給基板と、を順次積層し、前記電気機械変換素子を駆動する駆動回路部材と、各電気機械変換素子とを配線部材を介して接合し、各電気機械変換素子に電圧を印加して前記電気機械変換素子及び前記振動板を撓ませることで前記液室に圧力を発生させる液滴吐出ヘッドにおいて、前記液体供給基板の前記液室基板を配置した側とは反対側にフレーム基板を設け、前記フレーム基板に配置したＦＰＣ上に前記駆動回路部材を搭載したこと液滴吐出ヘッドを特徴とする。
また、請求項２の発明は、少なくとも、複数のノズルを設けたノズル基板と、各ノズルに連通した複数の液室、各液室の一部を構成する振動板及び各液室に対応して該振動板と一体的に形成された複数の電気機械変換素子からなる液室基板と、各液室に液体を供給する液体供給基板と、を順次積層し、前記電気機械変換素子を駆動する駆動回路部材と、各電気機械変換素子とを配線部材を介して接合し、各電気機械変換素子に電圧を印加して前記電気機械変換素子及び前記振動板を撓ませることで前記液室に圧力を発生させる液滴吐出ヘッドにおいて、前記液体供給基板の前記液室基板を配置した側とは反対側に設けたフレーム基板上に、緩衝部材と、該緩衝部材を補強する薄板フレーム基板を順次積層し、前記薄板フレーム基板の上面に設けられたＦＰＣ上に前記駆動回路部材を搭載した液滴吐出ヘッドを特徴とする。

また、請求項３の発明は、前記液体供給基板、前記フレーム基板及び前記ＦＰＣを貫通する開口部を設け、該開口部を通して前記配線部材を配置できるようにした請求項１に記載の液滴吐出ヘッドを特徴とする。
また、請求項４の発明は、前記液体供給基板及び前記フレーム基板に跨って複数の前記液室に連通する共通液室を形成し、前記共通液室の前記液室との連通口に対向する面に凹所を形成するとともに、該凹所を覆い前記共通液室に発生する圧力を緩衝する緩衝部材を設けた請求項１に記載の液滴吐出ヘッドを特徴とする。
また、請求項５の発明は、前記液体供給基板、前記フレーム基板、記薄板フレーム基板及び前記ＦＰＣを貫通する開口部を設け、該開口部を通じて前記配線部材を配置できるようにした請求項２に記載の液滴吐出ヘッドを特徴とする。

また、請求項６の発明は、前記薄板フレーム基板は金属である請求項２又は５に記載の液滴吐出ヘッドを特徴とする。
また、請求項７の発明は、前記液体供給基板はガラス、またはシリコン基板から構成され請求項１乃至６の何れか一項に記載の液滴吐出ヘッドを特徴とする。
また、請求項８の発明は、前記フレーム基板は樹脂である請求項１乃至７の何れか一項に記載の液滴吐出ヘッドを特徴とする。
また、請求項９の発明は、前記配線部材はワイヤーボンディング接合である請求項１乃至８の何れか一項に記載の液滴吐出ヘッドを特徴とする。
また、請求項１０の発明は、請求項１乃至９の何れか一項に記載の液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置を特徴とする。

以上のように構成したので、本発明によれば、シリコン基板上でのヘッドの取り数を増加し、コストを大幅に低減することが出来る。
また、より大きな共通液室を備えることができ、各液室へのインク供給量をより多くすることにより、ヘッドの駆動周波数を向上、確保できると同時に、クロストークを緩和することができる。

第１の実施の形態に係るインクジェットヘッドの概略構成図。図１のインクジェットヘッドの透過断面図。図２のＡ−Ａ線における断面図。第２の実施形態に係るインクジェットヘッドの概略構成図。図４のインクジェットヘッドの透過概略図。第３の実施形態に係るインクジェットヘッドの概略構成図。本発明のインクジェットヘッドのプリンタへの搭載例を示す図。本発明に係るインクカートリッジを示す概略斜視図。インクジェット記録装置を示す斜視図。インクジェット記録装置の機構部の側面図。従来のインクジェットヘッドの構成を示す図。

以下に、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るインクジェットヘッドの概略構成図である。
図２は、図１のインクジェットヘッドの透過概略図である。
図３は、図２のＡ−Ａ線における断面図であり、主に圧電素子と液室の周辺の構成を詳細に説明する図である。
図１に示すように、本実施形態に係るインクジェットヘッドは、複数のノズル２を設けたノズル基板１に、各ノズル２に連通した複数の液室３を設けた液室基板１２、液室３にインク供給溝６を介してインクを供給するための共通液室８を設けた液体供給基板７、及び外部に設けたインクタンクから共通液室８にインクを供給するためのインク導入路３４を設けたフレーム基板９、が順次積層された構成となっている。
すなわち、フレーム基板９は、液体供給基板７と接合する液室基板１２の配置側と反対側に設けられている。

液室基板１２は、液体供給基板７のインク供給溝６と連通したインク導入路５、流体抵抗部４を有している。
図３に示すように、液室基板１２は、液室３の一部を構成する振動板１６と、振動板１６と一体的に形成された電気機械変換素子（圧電素子）１８を有している。なお、複数の液室３は側壁３３により個別に区切られている。
図１に示すように、本実施形態にあっては圧電素子１８を駆動する駆動回路部材（駆動ＩＣ）１１を、ヘッド本体のフレーム基板９に直接設置している。
駆動ＩＣ１１と圧電素子１８とを配線部材１０を介して接合し、圧電素子１８に電圧を印加し、液室３に圧力を発生させる。
詳しくは、駆動ＩＣ１１に入力された画像信号は各圧電素子１８に電圧を印加し、一体形成されている振動板１６を変形させる。変形した振動板１６は液室３内に充填されているインクに圧力を発生させ、ノズル２からインクを吐出し、記録紙に対し画像を記録する。

次に、図１乃至図３に従って、本実施の形態に係るインクジェットヘッドの製造工程について説明する。
液室基板１２はシリコン基板で構成され、片面に下電極１３がスパッタなどで成膜され、その上に圧電素子１８が形成される。圧電素子１８は所定の長さ、幅にパターニングされる。その上に絶縁層１７が必要部に成膜され、さらに圧電素子１８上に上電極１４が成膜される。さらに上電極１４の電極取り出し用部には金などで形成されたパッド１５（図１、図２を参照）が形成されている。
次に、液室基板１２には、ガラス、またはシリコン基板で構成された液体供給基板７が接合される。液体供給基板に７はインク供給溝６、共通液室８、液室基板１２上のパッド１５を露出するための切り欠き部３２（図２）があらかじめエッチングなどで形成されている。
液室基板１２は、液体供給基板７を土台として、所定の厚さまで薄く加工、研磨される。本実施例では１００μｍ以下が好ましい厚さである。

その後、液室基板１２の液室３、流体抵抗部４、共通液室８と連通する開口部となるインク導入路５がエッチングなどで形成される。図２に示すように、流体抵抗部４の幅を液室３の幅より小さくすることにより流体抵抗として機能するようになっている。
次いで、液室基板１２にノズル基板１を接合し、液体供給基板７の、液室基板１２の接合面とは逆側の面にフレーム基板９を接合する。
フレーム基板９には少なくとも列（液室３が並ぶ方向）あたり１個のインク導入路３４が設けられている。
その後、駆動ＩＣ１１をフレーム基板９に接合後、配線部材１０によってパッド１５とワイヤーボンディング接合する。これらノズル基板１、フレーム基板９、駆動ＩＣ１１の接合、あるいはワイヤーボンディングの順序は適宜変更が可能である。
図示はしていないが、フレーム基板９には、駆動ＩＣ１１の端子に相当する位置に電極がパターニングされており、適宜な手段の配線部材により信号、電力の入力が可能となっている。
駆動ＩＣ１１のフレーム基板への接合は、より接合長さ（幅）を短くするため、ワイヤーボンディングが好適である。また、接合温度が比較的低い接合方法としてもワイヤーボンディング接合は好ましい方法である。また、図１に示すように接合対象同士（配線箇所）に段差があるような場合の接合方法としてもワイヤーボンディングが最適である。

また、液体供給基板７はシリコン基板で構成することが出来るが、よりコストダウンするにはガラスで構成し、たとえばサンドブラスト工法で加工することでよりコストダウンが可能となる。
なお、フレーム基板９はガラス基板で構成することが出来るが、よりコストダウンをするために、樹脂で構成することが好ましい。ただし、駆動ＩＣ１１の接合時かなりの高温がかかるため、特に液晶ポリマーやＰＰＳ、エポキシ樹脂などの耐熱樹脂がより好ましい。

次に、本発明のインクジェットヘッドの第２の実施形態を説明する。
ただし、図１乃至３に示す実施形態と同様に機能する構成については、同じ符号を付して詳細な説明は省略する。
図４は、第２の実施形態のインクジェットヘッドの概略構成図である。
図５は、図４のインクジェットヘッドの透過概略図である。
第２の実施形態の、第１の実施形態との大きな違いは、液室基板１２に形成されている圧電素子１８と駆動ＩＣ１１を接合するため、フレーム基板９、液体供給基板７それぞれの中央部に開口部２５、２４を設け、液室基板１２の中央部からワイヤーボンディングにより、パッド１５と駆動ＩＣ１１とを接合するようにした点にある。そのため、液室基板１２の液室３、流体抵抗部４、インク導入路５、インク供給溝６の位置が図１の配置と逆になっている。

また、駆動ＩＣ１１は、フレーム基板９の開口部２５を挟んで、各液室に対応する圧電素子毎に複数の駆動ＩＣ１１が設けられ、パッド１５は、それぞれの駆動ＩＣ１１と結合される構成となっている。
また、ノズル基板１、液室基板１２、液体供給基板７の端部外周には印刷時の紙の接触、シール性確保などでノズルカバー２７が接合されている。
圧電素子１８及び液室３の周辺の構成は図１及び図３に示すものと同様である。
図１に示すようにヘッドの外側にそれぞれボンディング用のパッドを設けるとそれぞれの必要幅（２倍）がヘッド幅に加算される。しかし、中央部に設ければ、ボンディング幅は兼用できるところがあり、単純に２倍にはならず必要幅を節約できることになり、より幅の小さいヘッド構成となる。

本実施形態のインクジェットヘッドの構成を詳細に説明する。
図４に示すように、液体供給基板７の中央部には開口部２４が設けられ、液室基板１２上に一体的に設けられている圧電素子１８上にある上電極１４（図３を参照）の延長部にパッド１５が設けられている。また、液体供給基板７に接合されているフレーム基板９の中央部にも開口部２５が設けられている。
フレーム基板９の液体供給基板７との接合面には共通液室２３が設けられ、液体供給基板７の共通液室８と合わせてヘッドの共通液室として機能するようにしてある。
フレーム基板９の液体供給基板７との接合面の反対側には大きな凹部２６が形成され、この凹部２６の底面にＦＰＣ３１が配設されており、駆動ＩＣ１１はＦＰＣ３１上に接合されている。
なお、ＦＰＣ３１にもフレーム基板９の開口２５に対応した開口を設けているため、上述した液室基板１２中央部のパッド１５と駆動ＩＣ１１とのワイヤーボンディングを妨げることがない。

図５に示すように、駆動ＩＣ１１が接合されているＦＰＣ３１には、パッド３５が金メッキなどで形成され、また、駆動ＩＣ１１上にも、パッド３６及びパッド３７が形成されている。パッド３６はパッド３５と、パッド３７はパッド１５と、それぞれ配線部材２０、配線部材１９によってワイヤーボンディングされる。さらに、パッド３５は、ＦＰＣ３１上に形成された配線部材３８を介して、適宜の接続方法により、電力及び必要な信号が入力される。
このように、フレーム基板９上への駆動ＩＣ１１の接合方法として、直接フレーム基板９上に駆動ＩＣ１１を接合するのではなく、フレーム基板９上に配設したＦＰＣ３１上に駆動ＩＣ１１搭載することにより、コストダウンを図ることが出来る。これは、直接駆動ＩＣを接合する場合、フレーム基板上に電極や接合するためのバンプなどを形成することや、フレーム基板から外部に電極を引き出すために同様のＦＰＣ３１などが必要となるためである。
さらに、フレーム基板９の液体供給基板７との接合面で、共通液室８の一部の面を形成することでヘッド幅の極小化をすることが出来る。

以上の構成により、微細加工技術で製作する液体供給基板７の寸法を極限まで小さくすることが出来るが、かかるインクジェットヘッドのクロストークを低減するためは、共通液室８の容積は大きいことが望ましい。また、インク供給量確保のためにも共通液室８の容積が多く必要となる。
一般的にはクロストークは伝達してくる圧力を緩衝する効果を期待してダイヤフラムが設けられている。
本実施形態では、フレーム基板９に設けた共通液室２３の一面には空間（凹部）２１が設けられ、その空間２１を密閉するようにＳＵＳ(Stainless Steel)の薄板２２が接合されて空間２１を密閉している。この薄板２２が、液体を伝達してくる圧力を緩衝する圧力波の緩衝部材２９として機能するダイヤフラムとなり、クロストークを低減できる。

次に、本発明のインクジェットヘッドの第３の実施形態を説明する。
図６は、第３の実施形態のインクジェットヘッドの概略構成図である。
図６に示す構成は、図４に示す第２の実施形態の構成をさらに変形したものである。
第２の実施形態との大きな違いは、液体供給基板７の上面に共通液室８の側壁を形成するフレーム基板９を接合し、フレーム基板９の上面に緩衝部材２９を接合することで共通液室８を形成した点にある。
緩衝部材２９の上部には薄板フレーム基板３０が接合されており、その薄板フレーム基板３０の一部には開口部２１が形成され緩衝部材２９が液体を伝わってくる圧力波を吸収しやすくしている。また、薄板フレーム基板３０の上面にはＦＰＣ３１が設けられ駆動ＩＣ１１が接合されている。
さらに、薄板フレーム基板３０には、薄板フレーム基板３０に接合され駆動ＩＣ１１を保護する保護フレーム３５が接合されている。
液室基板１２に形成されている圧電素子１８と駆動ＩＣ１１を接合するため、液体供給基板７を貫通する開口部２４、フレーム基板９、緩衝部材２９、薄板フレーム基板３０、ＦＰＣ３１の中央部を貫通する開口部２５を設け、この貫通口を通じて、パッド１５と駆動ＩＣ１１を配線部材１９によってワイヤーボンディングで接合する。

図６に示す例では、各液室に対応する圧電素子毎に複数の駆動ＩＣ１１が設けられ、パッド１５は、それぞれの駆動ＩＣ１１と結合される構成となっている。
図１のように外側にそれぞれボンディング用のパッドを設けるとそれぞれの必要幅（２倍）がヘッド幅に加算されるが、中央部に設けることでボンディング幅は兼用できるところがあり、単純に２倍にはならず、必要幅を節約できることになり、より幅の小さいヘッド構成となる。
少なくとも必要不可欠な中央部のワイヤーボンディングを組み付けるための開口部２４、２５、液体供給基板７とフレーム基板９を接合するための接合代を形成し、比較的かさばる駆動ＩＣ１１を安価なプレス加工品で作れる薄板フレーム基板３０に搭載することにより、微細加工技術で製作する液体供給基板７の寸法を極限まで小さくすることが出来る。

また、図６で横方向に大きな寸法を取る液室３、共通液室８、駆動ＩＣ１１を直列で配置または形成するのではなく、階層ごとに分配することにより、ヘッドの横方向の寸法を極限に小さくし、シリコン基板上でのチップの取り数を増やし、１個あたりのコストを低減することが出来る。
また共通液室８の上部に、極薄の緩衝部材２９と薄板フレーム基板３０、ＦＰＣ３１、駆動ＩＣ１１を段積み構造としていることで、駆動ＩＣ１１の発熱を共通液室８内に充填されているインクによって冷却される効果を得ることも可能である。
クロストーク低減方法のひとつとして、共通液室の容積を大きくすることや緩衝部材２９の面積を大きくする方法がある。本実施形態においては、ヘッド幅を極小化しても比較的広い面積の圧力緩衝部が形成できるようにフレーム基板９の上面全体に緩衝部材２９を設け伝達してくる圧力を緩衝し、クロストークを低減する構造としている。
さらに薄板フレーム基板３０の一部に比較的広い面積の開口部２１を開けることで緩衝部材２９の可動面積が広くなりクロストークの低減が可能となる構成にする為、緩衝機能を持つ緩衝部材２９と緩衝部を形成する薄板フレーム基板３０を、共通液室８を形成するフレーム基板９の上面に設置した。
また、ノズル基板１、液室基板１２、液体供給基板７の外周端にはノズルカバー２７が設けられている。

図７は、本発明のインクジェットヘッドのプリンタへの搭載例を示す図である。
シリアルプリンタに搭載する場合、たとえば、Ｃ、Ｍ、Ｙ、Ｂｋインクを供給した４個のヘッドを、図７（ａ）に示すようにヘッドの横幅方向に並べて主走査方向に走査するキャリッジに搭載し、副走査である紙送りとヘッドを搭載したキャリッジの主走査をすると同時に、送られてくる画像信号により各ヘッドからインクを吐出し画像を紙などに記録することができる。
よく知られているようにシリアルプリンタの横寸法は少なくとも、紙幅とヘッドユニット（この場合４個のヘッド）の幅の２倍が必要になる。したがって、ヘッドの横幅寸法がシリアルプリンタの小型化の重要な要因となっている。本発明のインクジェットヘッドを使用することにより、より小型のシリアルプリンタを作ることができ、同時にコストダウンも可能となる。
また、シリアルプリンタだけではなく、図７（ｂ）に示すように、本発明のヘッドを紙幅方向に一列に並べて、紙送りのみで記録するいわゆるライン型ヘッドを構成できる。
このラインヘッドは紙幅方向に垂直方向に非常に幅が狭いラインヘッドが構成できるため、４色のラインヘッドを構成した場合、紙送り方向のヘッド幅は非常に小さくなり、ラインプリンタそのものも小型化ができ、同時にコストダウンが可能となる。

図８は本発明のヘッドを適用したインクカートリッジを示す概略斜視図である。
インクカートリッジについて図８を参照して説明する。このインクカートリッジ５０は、ノズル孔２等を有する上述した実施の形態の何れかのインクジェットヘッド６１と、このインクジェットヘッド６１に対してインクを供給するインクタンク６２とを一体化したものである。
特に、図７（ａ）に示したような、シリアルプリンタに搭載可能なインクカートリッジである。
このように、インクタンク一体型のヘッドの場合、ヘッドの低コスト化、信頼性向上は、直ちにインクカートリッジ全体の低コスト化、信頼性向上に繋がるので、上述したように低コスト化、高信頼性化、製造不良低減することで、インクカートリッジの歩留まり、信頼性が向上し、ヘッド一体型インクカートリッジの低コスト化を図れる。

図９はインクジェット記録装置を示す斜視図である。図１０は図９のインクジェット記録装置の機構部の側面図である。
インクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置の一例について図９及び図１０を参照して説明する。
このインクジェット記録装置は、記録装置本体８１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ９３、このキャリッジ９３に搭載した本発明を実施したインクジェットヘッドからなる記録ヘッド、記録ヘッドへインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部８２等を収納している。
装置本体８１の下方部には前方側から多数枚の用紙８３を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい）８４を抜き差し自在に装着することができる。また、用紙８３を手差しで給紙するための手差しトレイ８５を開倒することができ、給紙カセット８４或いは手差しトレイ８５から給送される用紙８３を取り込み、印字機構部８２によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ８６に排紙する。

印字機構部８２は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド９１と従ガイドロッド９２とでキャリッジ９３を主走査方向に摺動自在に保持している。
このキャリッジ９３にはイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出する本発明に係るインクジェットヘッドからなるヘッド９４の複数のインク吐出口（ノズル）を主走査方向と交差する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。またキャリッジ９３にはヘッド９４に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ９５を交換可能に装着している。
インクカートリッジ９５は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッドへインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有している。この多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッドへ供給されるインクを僅かな負圧に維持している。また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘッド９４を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドでもよい。

ここで、キャリッジ９３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド９１に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド９２に摺動自在に載置している。
そして、このキャリッジ９３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ９７で回転駆動される駆動プーリ９８と従動プーリ９９との間にタイミングベルト１００を張装し、このタイミングベルト１００をキャリッジ９３に固定しており、主走査モータ９７の正逆回転によりキャリッジ９３が往復駆動される。

一方、給紙カセット８４にセットした用紙８３を記録ヘッド９４の下方側に搬送するために、給紙カセット８４から用紙８３を分離給装する給紙ローラ１０１及びフリクションパッド１０２と、用紙８３を案内するガイド部材１０３と、給紙された用紙８３を反転させて搬送する搬送ローラ１０４と、この搬送ローラ１０４の周面に押し付けられる搬送コロ１０５及び搬送ローラ１０４からの用紙８３の送り出し角度を規定する先端コロ１０６とを設けている。搬送ローラ１０４は副走査モータ１０７によってギヤ列を介して回転駆動される。
キャリッジ９３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１０４から送り出された用紙８３を記録ヘッド９４の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材１０９を設けている。
この印写受け部材１０９の用紙搬送方向下流側には、用紙８３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ１１１、拍車１１２を設け、さらに用紙８３を排紙トレイ８６に送り出す排紙ローラ１１３及び拍車１１４と、排紙経路を形成するガイド部材１１５、１１６とを配設している。
記録時には、キャリッジ９３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド９４を駆動することにより、停止している用紙８３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙８３を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙８３の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙８３を排紙する。

また、キャリッジ９３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、記録ヘッド９４の吐出不良を回復するための回復装置１１７を配置している。この回復装置１１７は図示しないキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。
キャリッジ９３は、印字待機中には、回復装置１１７側に移動されてキャッピング手段で記録ヘッド９４をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段で記録ヘッド９４の吐出口（ノズル）を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去されて吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（図示せず）に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。

このように、このインクジェット記録装置においては本発明を実施したインクジェットヘッドを搭載しているので、製造不良が減少し、低コスト化を図ることができ、振動板駆動不良によるインク滴吐出不良がなく、安定したインク滴吐出特性が得られて、画像品質が向上する。
なお、上記実施の形態においては、液滴吐出ヘッドとしてインクジェットヘッドに適用した例で説明したが、インクジェットヘッド以外の液滴吐出ヘッドとして、例えば、液体レジストを液滴として吐出する液滴吐出ヘッド、ＤＮＡの試料を液滴として吐出する液滴吐出ヘッド（スポッタ）などの他の液滴吐出ヘッドにも適用できる。

１ノズル基板、２ノズル、３液室、４流体抵抗部、５インク導入路、６インク供給溝、７液体供給基板、８共通液室、９フレーム基板、１０配線部材、１１駆動ＩＣ、１２液室基板、１３下電極、１４上電極、１５パッド、１６振動板、１７絶縁層、１８圧電素子、１９配線部材、２０配線部材、２１開口部、２２薄板、２３共通液室、２４開口部、２５開口部、２６凹部、２７ノズルカバー、２９緩衝部材、３０薄板フレーム基板、３１ＦＰＣ、３２切り欠き部、３３側壁、３４インク導入路、３５保護フレーム、５０インクカートリッジ、６１インクジェットヘッド、６２インクタンク、８１記録装置本体、８２印字機構部、８３用紙、８４給紙カセット、８５トレイ、８６排紙トレイ、９１主ガイドロッド、９２従ガイドロッド、９３キャリッジ、９４記録ヘッド、９５インクカートリッジ、９７主走査モータ、９８駆動プーリ、９９従動プーリ、１００タイミングベルト、１０１給紙ローラ、１０２フリクションパッド、１０３ガイド部材、１０４搬送ローラ、１０５搬送コロ、１０６先端コロ、１０７副走査モータ、１０９部材、１１１搬送コロ、１１２拍車、１１３排紙ローラ、１１４拍車、１１５ガイド部材、１１７回復装置、２００ヘッド本体、２０１ノズル基板、２０２液室基板、２０３液体供給基板、２０４フレーム基板、２０５駆動ＩＣ、２０６ＦＰＣ

特開２００５−３４９７１２公報特許第３９８８０４２号特許第３５８０３６３号

Claims

少なくとも、複数のノズルを設けたノズル基板と、各ノズルに連通した複数の液室、各液室の一部を構成する振動板及び各液室に対応して該振動板と一体的に形成された複数の電気機械変換素子からなる液室基板と、各液室に液体を供給する液体供給基板と、を順次積層し、前記電気機械変換素子を駆動する駆動回路部材と、各電気機械変換素子とを配線部材を介して接合し、各電気機械変換素子に電圧を印加して前記電気機械変換素子及び前記振動板を撓ませることで前記液室に圧力を発生させる液滴吐出ヘッドにおいて、
前記液体供給基板の前記液室基板を配置した側とは反対側にフレーム基板を設け、前記フレーム基板に配置したＦＰＣ上に前記駆動回路部材を搭載したことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
少なくとも、複数のノズルを設けたノズル基板と、各ノズルに連通した複数の液室、各液室の一部を構成する振動板及び各液室に対応して該振動板と一体的に形成された複数の電気機械変換素子からなる液室基板と、各液室に液体を供給する液体供給基板と、を順次積層し、前記電気機械変換素子を駆動する駆動回路部材と、各電気機械変換素子とを配線部材を介して接合し、各電気機械変換素子に電圧を印加して前記電気機械変換素子及び前記振動板を撓ませることで前記液室に圧力を発生させる液滴吐出ヘッドにおいて、
前記液体供給基板の前記液室基板を配置した側とは反対側に設けたフレーム基板上に、緩衝部材と、該緩衝部材を補強する薄板フレーム基板を順次積層し、前記薄板フレーム基板の上面に設けられたＦＰＣ上に前記駆動回路部材を搭載したことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
前記液体供給基板、前記フレーム基板及び前記ＦＰＣを貫通する開口部を設け、該開口部を通して前記配線部材を配置できるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
前記液体供給基板及び前記フレーム基板に跨って複数の前記液室に連通する共通液室を形成し、前記共通液室の前記液室との連通口に対向する面に凹所を形成するとともに、該凹所を覆い前記共通液室に発生する圧力を緩衝する緩衝部材を設けたことを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
前記液体供給基板、前記フレーム基板、記薄板フレーム基板及び前記ＦＰＣを貫通する開口部を設け、該開口部を通じて前記配線部材を配置できるようにしたことを特徴とする請求項２に記載の液滴吐出ヘッド。
前記薄板フレーム基板は金属であることを特徴とする請求項２又は５に記載の液滴吐出ヘッド。
前記液体供給基板はガラス、またはシリコン基板から構成されことを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の液滴吐出ヘッド。
前記フレーム基板は樹脂であることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の液滴吐出ヘッド。
前記配線部材はワイヤーボンディング接合であることを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の液滴吐出ヘッド。
請求項１乃至９の何れか一項に記載の液滴吐出ヘッドを搭載したことを特徴とする液滴吐出装置。