JP5516122B2 - ラインヘッドおよびインクジェット記録装置 - Google Patents

Description

本発明はラインヘッドおよびインクジェット記録装置に関する。

従来から、インクジェット記録装置における画像形成において、画像の高精細化，記録速度の高速化は強く要望されている。この問題を解決する方法として、記録ヘッドを千鳥状に配列し、紙送りのみで描画をおこなう１パス描画方式（ラインヘッド方式）が知られている。記録ヘッドは通常、ノズル基板，ガラス基板，圧力室基板などが順次積層され製造されるが、ラインヘッド方式では、記録ヘッドを列状に配列するという構成上、記録ヘッド（ノズル基板）間の位置ずれが大きな問題となる。たとえば、特許文献１の技術では、ノズル基板に嵌合部（７，８）を形成して嵌合部同士を当接させ、これを防止している（段落００１８〜００２０，図３など参照）。

近年では、ノズル基板，ガラス基板，圧力室基板を陽極接合により強固に接合することがあり（特許文献２参照）、この場合、特許文献１のように単純にノズル基板同士を嵌合させるといった技術では、対応しきれなくなってきている。
すなわち、ノズル基板，圧力室基板はシリコン（Ｓｉ）から構成される。特許文献１のようにノズル基板に嵌合部（切欠き部）を設けることは、シリコン材料の裁断にコストがかかるし、特にノズル基板はウエハ状のシリコンからダイシングにより得られるため、ダイシング後のチップ状のシリコンをさらに裁断するのはシリコン材料を無駄にすることになる。特許文献２のような陽極接合にあたっては、電極を接続するため、ガラス基板をノズル基板や圧力室基板から露出させる必要がある。その方法として、ノズル基板や圧力室基板に切り欠きを形成する方法やガラス基板自体のサイズを大きくする方法がある。前者の方法は、上記のとおり各基板を構成するシリコンの裁断にコストがかかり材料の無駄を招くため、後者の方法が採用される。

特開２００１−２６０３６６号公報 特開２００８−０００９４１号公報（段落００６５，図８など参照）

この場合において、図７に示すとおり、記録ヘッド１００を千鳥状に配列したとき、ノズル基板１０２から露出したガラス基板１０４であって電極接続用に露出した部分同士が互いに当接するため、ガラス基板１０４同士で位置ずれが発生すると（図７中矢印参照）、必然的にノズル基板１０２同士でも位置ずれが発生する。
したがって、本発明の主な目的は、記録ヘッドがノズル基板，ガラス基板，圧力室基板を陽極接合して製造されるラインヘッドであって、ノズル基板同士の位置ずれを防止することができるラインヘッドおよびこれを備えるインクジェット記録装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の一態様によれば、
複数の記録ヘッドが千鳥状に配列されたラインヘッドにおいて、
前記記録ヘッドは、
複数のノズルが列状に形成されたノズル基板と、
前記ノズルに連通する圧力室を有する圧力室基板と、
前記ノズル基板と前記圧力室基板との間に介在するガラス基板とを有し、
前記ノズル基板、前記ガラス基板および前記圧力室基板がこの順に積層され、
前記ノズル基板および前記ガラス基板が矩形状を呈しており、
当該ラインヘッドの長手方向と交差する幅方向において前記ガラス基板が前記ノズル基板より幅広でかつその４隅の角部が切り欠かれており、
隣り合う前記記録ヘッドは、前記ノズル基板同士が前記ガラス基板の角部の切欠き部に対応する領域で、前記幅方向と交差する面において当接し、前記ガラス基板同士が前記長手方向と交差する面において当接していることを特徴とするラインヘッドが提供される。

本発明の他の態様によれば、
記録媒体を搬送する搬送ローラと、
前記記録媒体を支持するプラテンと、
複数の記録ヘッドが千鳥状に配列されたラインヘッドとを備え、
前記記録ヘッドは、
複数のノズルが列状に形成されたノズル基板と、
前記ノズルに連通する圧力室を有する圧力室基板と、
前記ノズル基板と前記圧力室基板との間に介在するガラス基板とを有し、
前記ノズル基板、前記ガラス基板および前記圧力室基板がこの順に積層され、
前記ノズル基板および前記ガラス基板が矩形状を呈しており、
前記ラインヘッドの長手方向と交差する幅方向において前記ガラス基板が前記ノズル基板より幅広でかつその４隅の角部が切り欠かれており、
隣り合う前記記録ヘッドは、前記ノズル基板同士が前記ガラス基板の角部の切欠き部に対応する領域で、前記幅方向と交差する面において当接し、前記ガラス基板同士が前記長手方向と交差する面において当接していることを特徴とするインクジェット記録装置が提供される。

本発明によれば、ガラス基板がノズル基板より幅広でその４隅の角部が切り欠かれているから、記録ヘッドを千鳥状に配列した状態において、ノズル基板の一部であってガラス基板の切欠き部に対応する部位同士を互いに当接することができ、ノズル基板同士の位置ずれを防止することができる。

インクジェット記録装置の概略構成を示す斜視図である。 記録ヘッド同士の配列状態を概略的に説明するための平面図である。 記録ヘッドの外観を概略的に示す斜視図である。 記録ヘッドの内部構造を概略的に示す断面図である。 ノズル基板とガラス基板との概略的な構成を示す平面図である。 記録ヘッド同士の当接（位置決め）状態を概略的に説明するための平面図である。 従来の問題点を説明するための図面である。

以下、図面を参照しながら本発明の好ましい実施形態について説明する。

図１に示す通り、インクジェット記録装置２は記録媒体４を支持するプラテン６を有している。プラテン６の前後には記録媒体４を搬送するための搬送ローラ８が設けられている。搬送ローラ８が駆動されると、記録媒体４がプラテン６に支持された状態で後方から前方に搬送される。
下記では、記録媒体４の搬送方向を「Ｙ方向」といい、当該搬送方向に直交する方向を「Ｘ方向」という。Ｙ方向，Ｘ方向は水平面上の方向である。

プラテン６の上方には、Ｙ方向の上流側から下流側にかけてラインヘッド１０，１２，１４，１６が設けられている。各ラインヘッド１０，１２，１４，１６はＸ方向に延在しており、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの各プロセスカラーのインクを記録媒体４に向けて吐出するようになっている。

ラインヘッド１０を下方から平面視すると、図２に示すとおり、５つの記録ヘッド２０がＸ方向に沿って千鳥状に配列されている。
図３に示すとおり、記録ヘッド２０は、外観上、直方体状の筐体２２を有しており、筐体２２にノズル基板３０が設けられている。筐体２２の前後の側部にはフランジ２４が一体に形成されている。図２中の拡大部分（断面）に示すとおり、フランジ２４には凹部２４ａが形成され、ネジ２６によりフランジ２４がラインヘッド１０の一部である支持体２８に固定されている。ネジ２６の頭部は凹部２４ａに埋没している。
なお、他のラインヘッド１２，１４，１６もラインヘッド１０と同様の構成を有している。

図４に示すとおり、記録ヘッド２０は大まかにはノズル基板３０，ガラス基板３２，圧力室層３４，第１接着層３６，配線層３８および第２接着層４０の６つの部材が上下方向に積層され、その上にインクタンク４２が設けられている。
下記では、これら部材の積層方向を「Ｚ方向」という。Ｚ方向はＸ方向，Ｙ方向と直交している。

ノズル基板３０はシリコン製の基板であり、最下層に位置している。ノズル基板３０には複数のノズル３０ａが形成されている。ノズル３０ａは、図２，図３に示すとおり、複数列にわたりＸ方向に沿って延在している。

ガラス基板３２はガラス製の基板であり、図４に示すとおり、ノズル基板３０の上面に積層され、ノズル基板３０と陽極接合されている。ガラス基板３２には、ノズル基板３０のノズル３０ａと連通する貫通孔３２ａがＺ方向に形成されている。

圧力室層３４は、圧力室基板３４ａと振動板３４ｂとから構成されている。
圧力室基板３４ａはシリコン製の基板であり、ガラス基板３２の上面に積層され、ガラス基板３２と陽極接合されている。
圧力室基板３４ａには、ノズル３０ａから吐出されるインクに吐出圧力を付与する圧力室３４ｃが形成されている。圧力室３４ｃは圧力室基板３４ａをＺ方向へ貫通するように形成されている。圧力室３４ｃは、貫通孔３２ａおよびノズル３０ａの上方に設けられ、貫通孔３２ａおよびノズル３０ａと連通している。
振動板３４ｂは、圧力室３４ｃの開口を覆うように圧力室基板３４ａの上面に積層され、接合されている。すなわち、振動板３４ｂは、圧力室３４ｃの上壁部を構成している。振動板３４ｂの表面には酸化膜が形成されている。
圧力室基板３４ａ，振動板３４ｂには貫通孔で構成される流路３４ｄが形成されている。圧力室３４ｃと流路３４ｄとは、ガラス基板３２に形成された連通路３２ｂを介して連通している。

第１接着層３６は振動板３４ｂの上面に積層されている。第１接着層３６は振動板３４ｂと配線層３８とを接着する感光性樹脂層であるとともに、その内部に空間３６ａを形成する隔壁層となっている。空間３６ａは、第１接着層３６をＺ方向へ貫通するように圧力室３４ｃの上方に形成され、内部に圧電素子５０を収容している。
圧電素子５０は、圧力室３４ｃとほぼ同一の平面視形状に形成され、振動板３４ｂを挟んで圧力室３４ｃと対向する位置に設けられている。圧電素子５０は、振動板３４ｂを変形させるためのＰＺＴ(lead zirconium titanate)からなるアクチュエータである。圧電素子４２の上面および下面には２つの電極５２，５４が設けられており、このうち下面側の電極５４が振動板３４ｂに接続されている。
第１接着層３６には貫通孔で構成される流路３６ｂが形成されている。流路３６ｂは流路３２ｂと連通している。

配線層３８はシリコン製の基板であるインターポーザ３８ａを備えている。
インターポーザ３８ａの下面には２層の酸化ケイ素の絶縁層３８ｂ，３８ｃが被覆され、上面にも同じく酸化ケイ素の絶縁層３８ｄが被覆されている。絶縁層３８ｂ，３８ｃのうち下方に位置する絶縁層３８ｃが、第１接着層３６の上面に積層され、接合されている。
インターポーザ３８ａにはスルーホール３８ｅがＺ方向に形成されており、スルーホール３８ｅには貫通電極３８ｆが挿通されている。貫通電極３８ｆの下端には、水平方向に延在するアルミ基板３８ｇの一端が接続されている。アルミ基板３８ｇの他端には、圧電素子５０上面の電極５２に設けられたスタッドバンプ５６が、空間３６ａ内に露出した半田５８を介して接続されている。アルミ基板３８ｇは、インターポーザ３８ａ下面の２層の絶縁層３８ｂ，３８ｃによって挟まれて保護されている。貫通電極３８ｆの上端には銅基板３８ｈが接続されている。銅基板３８ｈは水平方向に延在している。
インターポーザ３８ａおよび絶縁層３８ｂ，３８ｃ，３８ｄには貫通孔で構成された流路３８ｉが形成されている。流路３８ｉは、インターポーザ３８ａをＺ方向へ貫通するように形成されている。流路３８ｉは流路３６ｂと連通している。

第２接着層４０は、配線層３８の上面に配設された銅基板３８ｈを覆いつつ、インターポーザ３８ａの絶縁層３８ｄの上面に積層され、接合されている。
第２接着層４０は、インクタンク４２を接着する感光性樹脂層であるとともに、銅基板３８ｈを保護する保護層となっている。
第２接着層４０には、貫通孔で構成された流路４０ａがＺ方向へ形成されている。流路４０ａは配線層３８の流路３８ｉと連通している。

以上の構成を具備する記録ヘッド２０では、インクタンク４２内のインクが各流路４０ａ，３８ｉ，３６ｂ，３４ｄと連通路３２ｂとを通じて圧力室３４ｃに供給される。この状態で、銅基板３８ｈ，貫通電極３８ｆ，アルミ基板３８ｇ，半田５８およびスタッドバンプ５６を通じて電極５２，５４間に電圧が印加されると、電極５２，５４に挟まれた圧電素子５０が振動板３４ｂとともに変形し、圧力室３４ｃ内のインクが押し出されてノズル３０ａから吐出される。

ここで、ノズル基板３０を平面視した場合、図５（ａ）に示すとおり、ノズル基板３０は矩形状を呈している。他方、ガラス基板３２を平面視した場合、図５（ｂ）に示すとおり、ガラス基板３２もほぼ矩形状を呈しているものの、４隅の角部が切り欠かれており、ガラス基板３２には４つの切欠き部３２ｃ〜３２ｆが形成されている。各切欠き部３２ｃ〜３２ｆ間には凸部３２ｇ〜３２ｊが形成されている。
ノズル基板３０とガラス基板３２との平面形状を比較した場合、ノズル基板３０の長さＬ１はガラス基板３２の長さＬ２と同一となっている。ノズル基板３０の幅Ｗ１はガラス基板３２の幅Ｗ２より狭く、凸部３２ｇ，３２ｈの幅Ｗ３より広くなっている。ガラス基板３２中では、切欠き部３２ｃ，３２ｄの深さＤ１が切欠き部３２ｅ，３２ｆの深さＤ２より深くなっている。
以上のノズル基板３０とガラス基板３２とを積層した場合には、図５（ｃ）に示すとおり、ガラス基板３２の凸部３２ｉ，３２ｊの一部がノズル基板３０から露出している。

記録ヘッド２０をＸ方向に千鳥状に配列した状態においては、図６に示すとおり、２つの記録ヘッド２０が隣り合う組合せ６０では、ノズル基板３０同士の側面が領域６０ａで当接してノズル基板３０同士の平行度が保持され、ガラス基板３２の凸部３２ｇと凸部３２ｊとが領域６０ｂで当接して記録ヘッド２０同士の位置決めがなされるようになっている。他の組合せ６２でも、ノズル基板３０同士の側面が領域６２ａで当接してノズル基板３０同士の平行度が保持され、ガラス基板３２の凸部３２ｇと凸部３２ｉとが領域６２ｂで当接して記録ヘッド２０同士の位置決めがなされるようになっている。

以上の本実施形態によれば、ガラス基板３２の幅Ｗ２がノズル基板３０の幅Ｗ１より広く、ガラス基板３２には切欠き部３２ｃ〜３２ｆが形成されているから、記録ヘッド２０をＸ方向に千鳥状に配列した状態において、ノズル基板３０の各部のうちガラス基板３２の切欠き部３２ｃ〜３２ｆに対応する部位を互いに直接的に当接させることができ（図６中の領域６０ａ，６２ａ参照）、ノズル基板３０同士の位置ずれを防止することができる。そしてその結果として、従来のようにガラス基板３２の側面同士を当接させる場合よりも、記録ヘッド２０の全体幅Ｗ０（図６参照）を狭く抑えることができ、ラインヘッド１０，１２，１４，１６における記録ヘッド２０の配置スペースをコンパクト化することができる。

さらに、本実施形態によれば、ガラス基板３２のＸ方向に沿う一方の側の切欠き部３２ｃ，３２ｄと他方の側の切欠き部３２ｅ，３２ｆとで深さＤ１，Ｄ２が互いに異なっているから、記録ヘッド２０をＸ方向に千鳥状に配列した状態において、ガラス基板３２同士を単に凸部３２ｇと凸部３２ｉ，３２ｊとで当接させれば（図６中の領域６０ｂ，６２ｂ参照）、切欠き部３２ｃ〜３２ｆ同士を完全に嵌合させるまでもなく、記録ヘッド２０のＸ方向の位置決めを容易におこなうことができる。

２ インクジェット記録装置
４ 記録媒体
６ プラテン
８ 搬送ローラ
１０，１２，１４，１６ ラインヘッド
２０ 記録ヘッド
２２ 筐体
２４ フランジ
２６ ネジ
２８ 支持体
３０ ノズル基板
３０ａ ノズル
３２ ガラス基板
３２ａ 貫通孔
３２ｂ 連通路
３２ｃ〜３２ｆ 切欠き部
３２ｇ〜３２ｊ 凸部
３４ 圧力室層
３４ａ 圧力室基板
３４ｂ 振動板
３４ｃ 圧力室
３４ｄ 流路
３６ 第１接着層
３６ａ 空間
３６ｂ 流路
３８ 配線層
３８ａ インターポーザ
３８ｂ，３８ｃ，３８ｄ 絶縁層
３８ｅ スルーホール
３８ｆ 貫通電極
３８ｇ アルミ基板
３８ｈ 銅基板
３８ｉ 流路
４０ 第２接着層
４０ａ 流路
４２ インクタンク
５０ 圧電素子
５２，５４ 電極
５６ スタッドバンプ
５８ 半田
６０ 組合せ
６０ａ，６０ｂ 領域
６２ 組合せ
６２ａ，６２ｂ 領域
１００ 記録ヘッド
１０２ ノズル基板
１０４ ガラス基板

Claims (4)

1. 複数の記録ヘッドが千鳥状に配列されたラインヘッドにおいて、
   前記記録ヘッドは、
   複数のノズルが列状に形成されたノズル基板と、
   前記ノズルに連通する圧力室を有する圧力室基板と、
   前記ノズル基板と前記圧力室基板との間に介在するガラス基板とを有し、
   前記ノズル基板、前記ガラス基板および前記圧力室基板がこの順に積層され、
   前記ノズル基板および前記ガラス基板が矩形状を呈しており、
   当該ラインヘッドの長手方向と交差する幅方向において前記ガラス基板が前記ノズル基板より幅広でかつその４隅の角部が切り欠かれており、
   隣り合う前記記録ヘッドは、前記ノズル基板同士が前記ガラス基板の角部の切欠き部に対応する領域で、前記幅方向と交差する面において当接し、前記ガラス基板同士が前記長手方向と交差する面において当接していることを特徴とするラインヘッド。
2. 請求項１に記載のラインヘッドにおいて、
   前記ガラス基板の４隅の角部の切欠き部のうち、前記ノズルの形成方向に沿う前側の切欠き部と後側の切欠き部とで深さが異なることを特徴とするラインヘッド。
3. 記録媒体を搬送する搬送ローラと、
   前記記録媒体を支持するプラテンと、
   複数の記録ヘッドが千鳥状に配列されたラインヘッドとを備え、
   前記記録ヘッドは、
   複数のノズルが列状に形成されたノズル基板と、
   前記ノズルに連通する圧力室を有する圧力室基板と、
   前記ノズル基板と前記圧力室基板との間に介在するガラス基板とを有し、
   前記ノズル基板、前記ガラス基板および前記圧力室基板がこの順に積層され、
   前記ノズル基板および前記ガラス基板が矩形状を呈しており、
   前記ラインヘッドの長手方向と交差する幅方向において前記ガラス基板が前記ノズル基板より幅広でかつその４隅の角部が切り欠かれており、
   隣り合う前記記録ヘッドは、前記ノズル基板同士が前記ガラス基板の角部の切欠き部に対応する領域で、前記幅方向と交差する面において当接し、前記ガラス基板同士が前記長手方向と交差する面において当接していることを特徴とするインクジェット記録装置。
4. 請求項３に記載のインクジェット記録装置において、
   前記ガラス基板の４隅の角部の切欠き部のうち、前記ノズルの形成方向に沿う前側の切欠き部と後側の切欠き部とで深さが異なることを特徴とするインクジェット記録装置。

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