JP5994433B2

JP5994433B2 - 液滴吐出ヘッド及び画像形成装置

Info

Publication number: JP5994433B2
Application number: JP2012146906A
Authority: JP
Inventors: 剛史宮▲崎▼
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2012-06-29
Filing date: 2012-06-29
Publication date: 2016-09-21
Anticipated expiration: 2032-06-29
Also published as: JP2014008680A

Description

本発明は、ノズル孔等の穴部からインク液滴等の液体を吐出する液滴吐出ヘッドを有するインクジェット記録装置に関し、他にも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等にも応用可能である技術に関する。

プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ等の画像形成装置として、インク液滴を吐出する液滴吐出ヘッドを備えたインクジェット記録装置が知られている。このインクジェット記録装置において、温度変化によってインク粘度が変化することによる画質低下を防止すべく、ヒータ等の加熱手段と熱電対とサーミスタ等の温度検出手段とにより、インクの温度がある所定の範囲内に収まるように制御する技術が、例えば「特許文献１」に開示されている。しかしこの技術では、サーミスタが偏った位置に設けられているとインク全体の温度を正確に把握することができず、例えばサーミスタが設けられていない位置のノズル開口からはインクが良好に吐出されずに印字抜け等の不具合が発生するという問題点がある。また、サーミスタに電圧が印加されることにより、サーミスタはそれ自体の発熱によって抵抗値が変化し、正確な温度を検出できないという問題点がある。

上述の課題に対して、配線基板に複数のサーミスタを設けて温度を検出し、複数のサーミスタを直列に接続することで電圧を印加した際のサーミスタ自体の発熱を抑え、サーミスタの抵抗値の変化によって検出温度に誤差が生じることを防止する技術が、例えば「特許文献２」に開示されている。また、温度により抵抗率が変化する材料を、圧電素子を駆動するための信号を伝達する配線の少なくとも一部に用いる技術が、例えば「特許文献３」に開示されている。この技術によれば、周囲の温度が上昇した場合に材料の抵抗率が増加し、これにより配線内で電圧降下が増大して圧電素子に印加される電圧が減少し、簡素な構成でインク温度に近い場所の温度変化を吐出特性に反映することができる。

「特許文献２」に開示された技術では、インクの温度を正確に検知するために取り付けたサーミスタは、周囲の温度変化やサーミスタ自体の発熱、アクチュエータの発熱等を検出するため、配線基板上の配置ではインク温度を十分に検出できているとはいえず、不正確な温度をフィードバックすることで吐出特性が低下して良好な印字結果が得られなくなるという問題点がある。さらに、近年におけるヘッドの高密度化に伴い、駆動ＩＣをアクチュエータ近くに配置する傾向にあるため駆動ＩＣによる発熱も考慮しなければならず、さらには温度検出の精度を上げるためにサーミスタの個数を増加すると、工程及び材料の増加が避けられずにコストアップしてしまうという問題点がある。

「特許文献３」に開示された技術では、材料としてＬａＳｒＢａＴｉＯ_３を挙げているが、使用温度範囲にわたって良好な印字性能を確保するために広い温度範囲にわたって抵抗値を設計しなければならず、インクに近い温度を反映しているとはいえ駆動電圧を選択すること自体に制限があり、所望の特性を得ることは実質的に困難であるという問題点がある。

本発明は個別液室に圧力変動を発生させ、個別液室に形成された微小ノズルから液体を噴射させる液滴吐出ヘッド及びこれを搭載する記録装置に関するものである。液滴吐出ヘッドの個別液室に圧力変動を発生させる方式は複数のものが実用化及び製品化されており、例えば個別液室内にヒータを設置することで液体を気化させて圧力変動を利用するサーマルインクジェット方式や個別液室にアクチュエータを設置する方式等が挙げられ、アクチュエータを用いる方式はその種類により圧電素子方式、静電方式等が挙げられる。

アクチュエータを用いた方式では、幅広い物性のインクに対応可能である反面、液室配列の高密度化やヘッドの小型化が困難とされているが、いわゆるＭＥＭＳプロセスを用いることで高密度化する技術が確立されてきている。すなわち、個別液室に薄膜形成技術を用いて振動板、電極、圧電体等を積層したユニモルフ型アクチュエータとすることで、半導体デバイス製造プロセス（フォトリソグラフィ）を用いて個別の圧電素子と電極及び配線をパターニングすることで高密度化することができる。

ここで、インクの吐出は温度によって大きく影響を受ける。すなわち、温度が高いと同一の駆動条件下であってもインクの粘度が低くなり、インクが飛び出し易くなってインクの吐出量が増加する。一方、温度が低いとインクの粘度が高くなり、上述とは逆の現象が発生する。この結果、温度の変化に起因する画質変化を抑制するためには、記録ヘッドの温度を検出してこの温度に対応した駆動エネルギを記録ヘッドに供給する必要がある。温度を検出する手段として、熱電対、サーミスタ、測温抵抗体、ダイオード等の市販されている温度センサを接着剤等でヘッドに組み付ける方法や、上述のセンサを記録ヘッド基板に作り込む方法等がある。このうち、コスト面や組み付けの工数、インクに近い場所を検出すること等を考慮すると基板に作り込む方法が好ましい。すなわち、インクの温度を正確に検出するためには、ヘッド内の温度分布を考慮すると構造上の制約から市販のセンサよりもヘッド基板上に作り込むことが望ましく、またコストはできるだけ抑えたい。さらに、上述のように小型化が要求されると共に、温度センサを設けるために大型化することは避けたく、また信頼性も確保したい。
本発明は上述の問題点を解消し、正確な温度を検出でき、小型化ができコストアップせず、さらに信頼性を確保することが可能な液滴吐出ヘッド及びこれを備えた画像形成装置の提供を目的とする。

請求項１記載の発明は、複数のノズルを有するノズルプレートと、隔壁により区切られた複数の個別液室と、前記個別液室の一つの壁を構成する振動板及びこれと一体的に形成された下部電極及び圧電体及び上部電極で構成される複数の圧電素子が設けられる個別液室基板と、前記個別液室基板の前記圧電素子が設けられる側の面に配設された複数の温度検出手段とを有する液滴吐出ヘッドにおいて、前記ノズルプレートと対向すると共に前記個別液室基板に接合される保持基板を有し、前記温度検出手段は、少なくともその一部が前記複数の圧電素子間に配設されていると共に、前記保持基板が前記個別液室基板と接合される接合領域内にその一部が配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、温度検出手段の少なくとも一部を圧電素子間に形成したので、インクに近く局所的な温度を測定でき、専用のエリアを必要とせず圧電素子上の空間の圧力変動を抑制することが可能となり、小型高密度化及び高速化に対応することができると共にインクシール性を確保することができる。

本発明の第１の実施形態を示す個別液室基板の上面図及び断面図である。本発明の第１の実施形態を示す個別液室基板の断面図である。本発明の一実施形態を適用可能な画像形成装置の概略正面図である。本発明の一実施形態を適用可能な画像形成装置の要部概略平面図である。本発明の一実施形態の変形例に用いられる画像形成装置の概略正面図である。本発明の第２の実施形態を示す個別液室基板の上面図及び断面図である。

図１は本発明の第１の実施形態に用いられる個別液室基板の平面図及び保持基板・個別液室基板・ノズルプレートの個別液室配列と直交する方向の断面図を、図２は保持基板・個別液室基板・ノズルプレートの個別液室基板配列方向の断面図をそれぞれ示している。

同図において、振動板１３と圧電素子１２とメタル層１６とを上部に積層した個別液室基板８の下面にノズルプレート１を接合し、個別液室基板８の上部に保持基板６、図示しない共通液室基板を積層して、インク流路を形成することにより液滴吐出ヘッド１８を構成している。液滴となるインクは、図示しないインクタンクから連通する共通液室（共通液室基板、保持基板６）を介して個別液室基板８に開口するインク供給口５、流体抵抗部４、個別液室３に供給され、個別液室３の振動板１３上に形成される圧電素子１２（圧電体１０、上部電極１１、下部電極９によって構成）を駆動することで生じる圧力により、個別液室３に連通するノズル２からインクを吐出する。圧電素子１２の駆動は、上部電極１１及び下部電極９からそれぞれ個別配線１７及び図示しない共通配線を用いて接続された駆動ＩＣ７によって行う。

ノズルプレート１は、インク吐出用のノズル２が配列されている基板であり、材料としては必要な剛性や加工性に見合った任意のものを使用可能である。例えば、ステンレスやニッケル等の金属、合金、シリコン、セラミックス等の無機材料、ポリイミド等の樹脂材料等を挙げることができる。ノズル２の加工方法は、材料の特性と要求される精度や加工性から任意の方法を選ぶことができ、例えば電鋳めっき法、エッチング法、プレス加工法、レーザ加工法、フォトリソグラフィ法等が挙げられる。ノズル２の開口径、配列数、配列密度は、液滴吐出ヘッドに要求される仕様に合わせて最適な組み合わせを設定することができる。

個別液室基板８には、個別液室３、流体抵抗部４、インク供給口５が形成される。個別液室基板８の材料としては加工性や物性から任意のものを用いることができるが、３００ｄｐｉ（約８５μｍピッチ）以上ではフォトリソグラフィ法を適用可能なシリコン基板を用いることが好ましい。個別液室３の加工は任意の方法を適用可能であるが、フォトリソグラフィ法を適用する場合にはウェットエッチング法、ドライエッチング法の何れかを適用できる。何れの方法でも振動板１３の個別液室３側を二酸化シリコン膜等とすることによりエッチングストップ層を構成できるため、個別液室３の高さを高精度に制御することができる。

個別液室３は、インクに圧力を加えてノズル２から液滴として吐出させる機能を有している。個別液室３の上部には振動板１３が設けられ、振動板１３上には下部電極９、圧電体１０、上部電極１１が積層された圧電素子１２が形成されている。振動板１３としては任意のものを用いることができるが、シリコンや窒化物、酸化物、炭化物等の剛性の高い材料を用いることが好ましく、これ等の材料の積層構造を採用してもよい。積層膜とする場合には、各材料の内部応力を考慮して残留応力が少ない構成とすることが好ましい。例えば、Ｓｉ_３Ｎ_４とＳｉＯ_２の積層の場合には、引張応力となるＳｉ_３Ｎ_４と圧縮応力となるＳｉＯ_２とを交互に積層して応力緩和する構成が例として挙げられる。

振動板１３の厚さは所望の特性に応じて選択できるが、概ね０．５〜１０μｍの範囲が好ましく、さらに好ましくは１．０〜５．０μｍの範囲である。振動板１３が薄すぎる場合にはクラック等により振動板１３が破損し易くなり、厚すぎる場合には変位量が小さくなって吐出効率が低下してしまう。また薄すぎる場合には振動板１３の固有振動数が低下して駆動周波数が高められないという問題点がある。

下部電極９及び上部電極１１としては、導電性を有する任意の材料を用いることができる。例えば金属、合金、導電性化合物等が挙げられ、これ等の材料の単層膜でも積層膜でもよい。また、圧電体１０と反応したり拡散したりしない材料を選定する必要があるために安定性の高い材料を選定する必要があり、必要に応じて圧電体１０や振動板１３との密着性を考慮して密着層を形成してもよい。電極材料としては、白金、イリジウム、イリジウム酸化物、パラジウム、パラジウム酸化物が安定性の高いものとして挙げられる。また振動板１３との密着層としては、チタン、タンタル、タングステン、クロム等が挙げられる。

圧電体１０の材料としては、圧電性を示す強誘電体材料が適用可能であり、例えばチタン酸ジルコン酸鉛やチタン酸バリウム等が一般的に用いられる。圧電体１０の成膜方法としては任意の方法が適用可能であり、例えばスパッタリング法やゾルゲル法等が挙げられるが、成膜温度の低さからゾルゲル法が好ましい。上部電極１１、圧電体１０は個別液室３毎にパターニングする必要があり、パターニングは通常のフォトリソグラフィ法が適用可能である。また、圧電体１０の成膜をゾルゲル法にて行う場合には、スピンコーティング法や印刷法を用いることもできる。

上述の圧電体１０と各電極９，１１から構成される圧電素子１２は、個別液室３の上部に形成される必要がある。個別液室３を区画する隔壁１５上に形成すると振動板１３の変形を阻害してしまうため、吐出効率の低下や応力集中による圧電素子の破損等の原因となる。

個別液室基板８には、個別液室３に連通する流体抵抗部４が形成される。流体抵抗部４は、図示しない共通液室から個別液室３にインクを供給する機能を有すると同時に、圧電素子１２を駆動することにより個別液室３に発生する圧力により、インクの逆流を防止しノズル２から吐出させる機能を有する。このため、個別液室３のインク流動方向の断面積を小さくして流体抵抗を高くする必要がある。個別液室基板８としてシリコンを用い、個別液室３と流体抵抗部４とをフォトリソグラフィ法（＋エッチング）を用いて形成した場合には、個別液室３と同一の条件で加工できるというメリットがある。流体抵抗部４の高さを個別液室３よりも低くすることで、流体抵抗を高めるためには個別液室３のオーバエッチング量を時間管理で制御する必要があるため、エッチングレートのばらつきにより流体抵抗を均一にすることができず、結果として吐出均一性が悪化する。流体抵抗部４は、振動板１３が開口するインク供給口５を通じて共通液室に連通する。

図２に示すように個別液室３は隔壁１５によって区画されており、それぞれに対応する圧電素子１２が形成される。個別液室３の高さはヘッド特性から任意に設定可能であるが、２０〜１００μｍの範囲とすることが好ましい。また、個別液室３間の隔壁１５の幅は配列密度に合わせて任意に設定可能であるが、１０〜３０μｍとすることが好ましい。隔壁１５の幅が狭い場合には、隣接する個別液室３の圧電素子１２を駆動した場合に隣接液室間の相互干渉が発生して吐出ばらつきが大きくなる。隔壁１５の幅を狭くする場合には、個別液室３の高さを低くすることによって対応する。

本実施形態における電極配線は、圧電素子１２に駆動信号を入力するために上部電極１１から個別配線１７を引き出し、下部電極９から共通配線を引き出す構成を採用している。配線は、上部電極１１からメタル層１６の一部である個別配線１７を介して個別配線パッドまで引き出され、下部電極９からは図示しない共通配線を介して共通配線パッドまで引き出されて駆動ＩＣ７にそれぞれ接続される。個別配線１７と共通配線とは、同一材料、同一工程で形成することが望ましく、配線材料としては抵抗値の低い金属、合金、導電性材料が適用可能である。

また、上部電極１１及び下部電極９とコンタクト抵抗の低い材料を用いることが必要であり、例えばアルミニウム、金、銀、パラジウム、イリジウム、タングステン、チタン、タンタル、銅、クロム等が挙げられ、コンタクト抵抗を低減するためにこれ等の材料の積層構造としてもよい。コンタクト抵抗を下げる材料としては任意の導電性化合物を用いてもよく、例えばＴａ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２、ＺｎＯ、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＳｎＯ等の酸化物、窒化物、及びその複合化合物が挙げられる。膜厚は任意に設定可能であるが３μｍ以下とすることが好ましく、成膜には真空成膜法等の膜厚均一性が高い成膜方法を採用することが好ましい。

これ等の配線は、後述の保持基板６との接合面にもなるため、高さ均一性を確保できる膜厚・成膜方法を採用する必要がある。すなわち、図１に示すようにインク供給口５の周囲を囲むようにメタル層１６を配置した場合、インク供給口５付近は保持基板６と個別液室基板８との開口部同士が接合されるためにシール性が要求される。そこで、個別液室基板８の高さ均一性を高めるためにインク供給口５の周囲にメタル層１６を形成して信頼性を高めている。ここで図１の断面図から判るように、個別液室基板８のうち保持基板６と接合されるのはメタル層１６と温度検出手段としての測温抵抗体１４等であるため、より広い範囲での接合信頼性確保のためそれぞれの層厚を揃えることが好ましい。

上述したように個別液室基板８はその厚みが２０〜１００μｍと薄いため、個別液室基板８の剛性を確保するために保持基板６をノズルプレート１と対向する側に接合する。保持基板６の材料としては任意のものを用いることができるが、個別液室基板８の反りを防止するために熱膨張係数が個別液室基板８と近いものを選定する必要があり、例えばガラス、シリコン、ＳｉＯ_２、ＺｒＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３等のセラミックス材料とすることが好ましい。

図１に示すように、保持基板６にはインク供給口５の一部を形成する開口部を設ける必要があり、さらに個別液室３に対向する領域に保持基板凹部を形成して、圧電素子１２を駆動して振動板１３が変位可能となる空間を確保する必要がある。そして、図２に示すように保持基板凹部は個別液室３毎に区画され、個別液室３の隔壁１５上で接合されることが好ましい。これにより、板厚の薄い個別液室基板８の剛性を高めることができ、圧電素子１２を駆動した際の隣接液室間の相互干渉を低減することができる。そのためには、保持基板６は樹脂等の低剛性材料ではなく、シリコン等の高剛性材料が好ましい。また、保持基板６の凹部は個別液室３毎に区画されるため、高密度化のためには高度な加工精度が要求され、３００ｄｐｉヘッドにおいては隔壁１５の幅を５〜２０μｍとすることが望ましい。

測温抵抗体１４は、よりインクに近い部位の温度を検出するために個別液室基板８上に形成し、さらに局所的な温度が検出可能となるように個別液室３の圧電素子１２の間に形成する。この構成により、列内の平均温度ではなく任意の部位の温度を検出可能となると共に、インクシールに問題が生じない。また、層構成は個別液室３を加圧する圧電素子１２と同じ層構成としており、これにより測温抵抗体１４専用の材料やプロセスを追加する必要がないためにコストアップとならない。さらに専用のエリアも必要ないためにヘッドが大型化することも防止でき、上部電極１１に定電流を与えたときの電圧値から温度を推定することができる。上部電極１１の材料としては、上述では白金、イリジウム、イリジウム酸化物、パラジウム、パラジウム酸化物等としたが、測温抵抗体１４としては白金が最も好ましい。白金製の測温抵抗体１４は、国際温度目盛の標準温度計に採用されている等、測温抵抗体１４としては精度が最も高く、線形成が高いことや耐腐食性及び経時安定性に優れる等、温度センサとして最適である。

次に、本実施形態の具体例について説明する。直径６インチ、厚さ６００μｍのシリコンウェハ上にＳｉＯ_２０．６μｍ、Ｓｉ１．５μｍ、ＳｉＯ_２０．４μｍを積層することで３層構造の振動板１３を形成した後、下部電極９としてチタン２０ｎｍ、白金２００ｎｍをスパッタリング法で成膜した。下部電極９上にチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を有機金属溶液に用いたゾルゲル法で厚さ２μｍを成膜した後、７００℃で焼成してＰＺＴの圧電体膜を圧電体１０として形成した。その後、圧電体膜上に白金を２００ｎｍスパッタリング法で成膜して上部電極１１とした。

上部電極１１の形成後に、上部電極１１、圧電体１０、下部電極９をドライエッチング法でパターニングすることにより、図１及び図２に示すような配列をした個別液室３に対応した圧電素子１２と測温抵抗体１４とを形成した。圧電素子１２の配列ピッチは８５μｍとし、圧電体１０の幅は４０μｍ、圧電素子１２の長手方向長さは１０００μｍ、圧電素子１２の配列数は３００個とした。測温抵抗体１４の幅は１０μｍで個別液室３に対応した圧電素子１２の周囲を囲むように形成した。測温抵抗体１４は抵抗が高いほど感度が高く精度も高くなるため、周囲に形成することにより抵抗を高めた。また、隔壁１５上の部分は隔壁１５上で振動板１３の可動部にかからないように構成した。これにより個別液室３に対応した振動板１３の変形を阻害することが防止される。次に、プラズマＣＶＤ法により層間絶縁膜を成膜し、上部電極１１上に個別配線コンタクトホール、共通配線コンタクトホールを層間絶縁膜に形成後、チタン５０ｎｍとアルミニウム２μｍを順次積層しドライエッチングすることでメタル層１６を形成し、個別配線１７及び共通配線とインク供給口５周りのメタル層１６を形成した。共通配線の幅は３００μｍとした。その後、図１に示すインク供給口５部分の振動板１３をドライエッチング法で除去して個別液室基板８にインク供給口を形成し、個別液室基板８が完成する。

次に、保持基板凹部及び保持基板開口部を有する保持基板６を直径６インチのシリコンウェハを用いて形成した。先ず、ウェハを厚さ４００μｍに研磨して個別液室基板８側に酸化膜等を形成した後、その酸化膜を保持基板凹部及び保持基板開口部が開口するようにフォトリソパターニングする。そして、さらにその上にレジストを形成して保持基板開口部だけが開口するようにレジストをフォトリソパターニングする。そして、ＩＣＰエッチングで個別液室基板８側から開口部を貫通形成した後、個別液室基板８側のレジストのみを除去して始めにパターニングした酸化膜パターンをマスクとして、個別液室基板８側をＩＣＰエッチングでハーフエッチングし、最後に酸化膜を除去すると個別液室基板８側の凹部と貫通開口部とを形成することができる。

作成した保持基板６の接合面にエポキシ系接着剤をフレキソ印刷機で膜厚２μｍで塗布し、接合後に接着剤を硬化させることで保持基板６を接合した。個別液室基板８のうち、測温抵抗体１４とインク供給口５周りのメタル層１６が保持基板６と主に接合される。ここで、上述のように層厚を同等としているので、問題なく接合を行うことができる。

その後、６００μｍの個別液室基板８を８０μｍまで研磨した後、個別液室３、流体抵抗部４をＩＣＰドライエッチング法で形成した。個別液室３の幅は６０μｍ、流体抵抗部４の幅は３０μｍとし、長さは３００μｍとした。流体抵抗部４、個別液室３のエッチングは振動板１３に到達するまで行い同一の高さとした。また、インク供給口５の振動板１３は、事前にエッチングしたため貫通口を形成することができる。

ウェハをダイシングによりチップに切り出した後、保持基板６と同様の手法でノズルプレート１と個別液室基板８とを接合した。ノズルプレート１は、厚さ３０μｍのステンレス材にプレス加工で直径２０μｍのノズル２を８５μｍピッチで形成したものを用いた。保持基板６上に図示しないステンレス製の共通液室基板を接合し、これをインクタンクと接続して個別配線パッド部にＡＣＦ接合にて駆動ＩＣ７を実装したＴＡＢを接合することにより、液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドを構成することができる。

次に、本発明の第１の実施形態に示す液滴吐出ヘッドを備える画像形成装置の一例を図３、図４を参照して説明する。図３は画像形成装置の機構部の全体構成を示す概略図、図４は同機構部の要部概略平面図である。

同図において画像形成装置２００はシリアル型画像形成装置であり、左右の側板２２１Ａ，２２１Ｂに横架したガイド部材である主従のガイドロッド２３１，２３２でキャリッジ２３３を主走査方向に摺動自在に保持し、図示しない主走査モータによってタイミングベルトを介して矢印方向であるキャリッジ主走査方向に移動走査する。キャリッジ２３３には、イエロ（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の各色のインク滴を吐出するための本発明に係る液滴吐出ヘッドである記録ヘッド２３４を複数のノズルからなるノズル列を主走査方向と直交する副走査方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。記録ヘッド２３４は、それぞれ２つのノズル列を有する液滴吐出ヘッド２３４ａ，２３４ｂを１つのベース部材に取り付けて構成されており、一方のヘッド２３４ａの一方のノズル列はブラックの液滴を、他方のノズル列はシアンの液滴を、他方のヘッド２３４ｂの一方のノズル列はマゼンタの液滴を、他方のノズル列はイエロの液滴をそれぞれ吐出する。ここでは２ヘッド構成で４色の液滴を吐出する構成としているが、各色毎の液滴吐出ヘッドを備える構成としてもよい。キャリッジ２３３には記録ヘッド２３４のノズル列に対応して各色のインクを供給するためのサブタンク２３５ａ，２３５ｂが搭載されている。サブタンク２３５には、各色のインク供給チューブ２３６を介して供給ユニット２２４によって各色のインクカートリッジ２１０から各色のインクが補充供給される。

一方、給紙トレイ２０２の用紙積載部２４１上に積載した記録媒体である用紙２４２を給紙するための給紙部として、用紙積載部２４１から用紙２４２を１枚ずつ分離給送する半月形状の給紙コロ２４３と、給紙コロ２４３に対向配置され摩擦係数の大きな材質からなり給紙コロ２４３側に付勢された分離パッド２４４とが設けられている。また、給紙部より給送された用紙２４２を記録ヘッド２３４の下方へと送り込むため、用紙２４２を案内するガイド部材２４５、カウンタローラ２４６、搬送ガイド部材２４７、先端加圧コロ２４９を有する押さえ部材２４８、給送された用紙２４２を静電吸着して記録ヘッド２３４に対向する位置で搬送する搬送ベルト２５１等を備えている。搬送ベルト２５１は無端状ベルトであり、搬送ローラ２５２とテンションローラ２５３との間に掛け渡されて副走査方向であるベルト搬送方向に走行駆動される。

搬送ベルト２５１の表面を帯電させる帯電ローラ２５６は、搬送ベルト２５１の表層に接触して搬送ベルト２５１の走行に従動して回転するように構成されている。搬送ベルト２５１は、図示しない副走査モータによって搬送ローラ２５２が回転駆動されることにより走行駆動される。また、記録ヘッド２３４で記録された用紙２４２を排紙するための排紙部として、搬送ベルト２５１から用紙２４２を分離するための分離爪２６１、排紙ローラ２６２及び排紙コロ２６３とを備え、排紙ローラ２６２の下方に排紙トレイ２０３を有している。

装置本体の背面部には両面ユニット２７１が着脱自在に配設されている。両面ユニット２７１は、搬送ベルト２５１の逆回転で戻される用紙２４２を取り込み、反転させて再度カウンタローラ２４６と搬送ベルト２５１との間に給紙する。両面ユニット２７１の上面は手差しトレイ２７２として機能する。キャリッジ２３３の走査方向一方側の非印字領域には、記録ヘッド２３４のノズルの状態を維持させると共に回復させる維持回復機構２８１が配設されている。維持回復機構２８１には、記録ヘッド２３４の各ノズル面をキャッピングするためのキャップ２８２ａ，２８２ｂ、ノズル面をワイピングするためのワイパブレード２８３、増粘したインクを排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行うときの液滴を受ける空吐出受け２８４等が設けられている。キャリッジ２３３の走査方向他方側の非印字領域には空吐出を行うときの液滴を受ける空吐出受け２８８が設けられ、空吐出受け２８８には記録ヘッド２３４のノズル列方向に沿った開口部２８９が設けられている。

上述のように構成された画像形成装置２００においては、給紙トレイ２０２から用紙２４２が１枚ずつ分離給送され、ほぼ鉛直上方に給紙された用紙２４２はガイド部材２４５で案内されて搬送ベルト２５１とカウンタローラ２４６との間に挟まれて搬送される。その後、用紙２４２はさらに先端を搬送ガイド部材２４７で案内されて先端加圧コロ２４９で搬送ベルト２５１に押し付けられ、その搬送方向をほぼ９０°転換される。

このとき、帯電ローラ２５６に対してプラス出力とマイナス出力とが交互に繰り返すように交番電圧が印加され、搬送ベルト２５１が交番する帯電電圧パターン、すなわち周回方向である副走査方向にプラスとマイナスとが所定の幅で帯状に交互に帯電されたものとなる。このプラスとマイナスとが交互に帯電した搬送ベルト２５１上に用紙２４２が給送されると、用紙２４２が搬送ベルト２５１に吸着されて搬送ベルト２５１の走行移動によって用紙２４２が副走査方向に搬送される。

そこで、キャリッジ２３３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド２３４を駆動することにより、停止している用紙２４２にインク液滴を吐出して１行分を記録し、用紙２４２を所定量搬送後に次の行の記録を行う。そして、記録終了信号または用紙２４２の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了して用紙２４２を排紙トレイ２０３上に排出する。このように、この画像形成装置２００では本発明の液滴吐出ヘッドを記録ヘッドとして備えているので、信頼性の高い安定した液滴吐出を行うことができると共に、高速で高画質の画像形成を行うことができる。

次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドを備えた画像形成装置の第１の実施形態の変形例について、機構部全体の概略構成図である図５を参照して説明する。同図において画像形成装置４００はライン型画像形成装置であり、装置本体４０１の内部に画像形成部４０２を有し、装置本体４１０の下方に多数枚の記録媒体である用紙４０３を積載可能な給紙トレイ４０４を備えている。そして、給紙トレイ４０４から給送される用紙４０３を取り込んで搬送機構４０５によって用紙４０３を搬送しつつ画像形成部４０２によって所望の画像を記録した後、装置本体４０１の側方に設けられた排紙トレイ４０６に用紙４０３を排出する。また、装置本体４０１に対して着脱自在な両面ユニット４０７を備え、両面印刷時には一面の画像形成終了後に搬送機構４０５によって用紙４０３を逆方向に搬送しつつ両面ユニット４０７内に取り込む。そして、反転後に用紙４０３の他面を画像形成可能面として再度搬送機構４０５に送り込み、他面の画像形成終了後に用紙４０３を排紙トレイ４０６に排出する。

ここで画像形成部４０２は、例えばブラック、シアン、マゼンタ、イエロの各色の液滴を吐出する、フルライン型の４個の本発明に係る液滴吐出ヘッドからなる記録ヘッド４１１ｋ，４１１ｃ，４１１ｍ，４１１ｙを備え、各記録ヘッド４１１は液滴を吐出するノズルを形成したノズル面を下方に向けてヘッドホルダ４１３に装着されている。

また、各記録ヘッド４１１に対応してヘッドの性能を維持回復するための維持回復機構４１２ｋ，４１２ｃ，４１２ｍ，４１２ｙを備え、パージ処理、ワイピング処理等のヘッド性能維持動作時には、記録ヘッド４１１と維持回復機構４１２とを相対的に移動させて記録ヘッド４１１のノズル面に維持回復機構４１２が有するキャッピング部材等を対向させる。ここでは記録ヘッド４１１は用紙搬送方向上流側からブラック、シアン、マゼンタ、イエロの順に各色の液滴を吐出する配置としているが、配置及び色数はこれに限られない。また、ライン型ヘッドとしては各色の液滴を吐出する複数のノズル列を所定間隔で設けた１または複数のヘッドを用いてもよく、ヘッドとこのヘッドにインクを供給する記録液カートリッジとを一体としても別体としてもよい。

給紙トレイ４０４上の用紙４０３は、給紙コロ４２１と図示しない分離パッドとにより１枚ずつに分離されて装置本体４０１内に給紙され、搬送ガイド部材４２３のガイド面４２３ａに沿って給送される。そして、レジストローラ４２５の駆動により所定のタイミングでガイド部材４２６を介して搬送機構４０５の搬送ベルト４３３に給送される。搬送ガイド部材４２３には、両面ユニット４０７から送り出される用紙４０３を案内するガイド面４２３ｂが設けられており、ガイド部材４２６の上方には両面印刷時に搬送機構４０５から戻される用紙４０３を両面ユニット４０７に案内するガイド部材４２７が配設されている。

搬送機構４０５は、駆動ローラである搬送ローラ４３１と従動ローラ４３２との間に掛け渡した無端状の搬送ベルト４３３と、搬送ベルト４３３を帯電させる帯電ローラ４３４と、画像形成部４０２に対向する部分で搬送ベルト４３３の平面性を維持するプラテン部材４３５と、搬送ベルト４３３から送り出す用紙４０３を搬送ローラ４３１側に押し付ける押さえコロ４３６と、その他図示しないが搬送ベルト４３３に付着したインクを除去する多孔質体等からなるクリーニングローラ等を有している。また搬送機構４０５の用紙搬送方向下流側には、画像が記録された用紙４０３を排紙トレイ４０６に送り出すための排紙ローラ４３８及び拍車４３９が配設されている。

上述のように構成された画像形成装置４００において、搬送ベルト４３３は図の矢印方向に走行移動して高電位の印加電圧が印加される帯電ローラ４３４と接触することで帯電され、高電位に帯電した搬送ベルト４３３上に用紙４０３が給送されると用紙４０３は搬送ベルト４３３に静電的に吸着される。このようにして搬送ベルト４３３によって強力に吸着された用紙４０３は反りや凹凸が校正され、硬度に平滑な面が形成される。そして、搬送ベルト４３３を走行させて用紙４０３を移動させつつ記録ヘッド４１１から液滴を吐出することにより用紙４０３上に所望の画像が形成され、画像が記録された用紙４０３は排紙ローラ４３８によって排紙トレイ４０６上に排出される。

上述のように、このインクジェット記録装置である画像形成装置４００によれば、温度検出手段である測温抵抗体１４の少なくとも一部を圧電素子１２の間に形成したので、インクに近く局所的な温度を測定でき、専用のエリアを必要とせず圧電素子１２上の空間の圧力変動を抑制することが可能となり、小型高密度化及び高速化に対応することができると共にインクシール性を確保することができる。

図６は、本発明の第２の実施形態を示している。この第２の実施形態は、測温抵抗体１４に代えて温度検出手段としての測温抵抗体１９を用いる点においてのみ第１の実施形態と相違しており、他の構成は同一である。測温抵抗体１９は、第１の実施形態で示した測温抵抗体１４が２つ接続されて構成されている。この構成により第１の実施形態に比して抵抗値が高くなり、温度に対する抵抗の感度が向上すると共にノイズによる誤差の影響が低減されるので、より高精度な温度検出を行うことが可能となる。

上述の各構成では、測温抵抗体１４，１９の少なくとも一部が隔壁１５上に設けられているので、振動板１３の変形が測温抵抗体１４，１９によって阻害されることがなく、良好な液滴吐出を行うことができる。また、測温抵抗体１４，１９の一部が保持基板６に接合されているので、保持基板６と個別液室基板８との接合信頼性が得られ、良好な液滴吐出ヘッドを構成することができる。また、測温抵抗体１４，１９を下部電極９または上部電極１１と同時に形成することにより、新たな形成プロセスを設けることがなくコストアップを防止できると共に作成効率を向上することができる。

上記実施形態では、液滴吐出ヘッドとしてインクジェットヘッドを示したが、液滴吐出ヘッドとしてはこれに限定されず、インク以外の液体、例えばパターニング用の液体レジストを吐出する液滴吐出ヘッド、遺伝子分析試料を吐出する液滴吐出ヘッド等に適用してもよい。また、本発明が適用可能な画像形成装置はプリンタには限られず、ファクシミリ、複写装置、プロッタ、これ等の複合機にも本発明は適用可能である。

１ノズルプレート
２ノズル
３個別液室
６保持基板
７駆動ＩＣ
８個別液室基板
９下部電極
１０圧電体
１１上部電極
１２圧電素子
１３振動板
１４，１９温度検出手段（測温抵抗体）
１５隔壁
１８，２３４，４１１液滴吐出ヘッド（記録ヘッド）
２００，４００画像形成装置

特許第２６７００８３号公報特開２０１０−１５５４６８号公報特開平１０−２１７４６３号公報

Claims

複数のノズルを有するノズルプレートと、隔壁により区切られた複数の個別液室と、前記個別液室の一つの壁を構成する振動板及びこれと一体的に形成された下部電極及び圧電体及び上部電極で構成される複数の圧電素子が設けられる個別液室基板と、前記個別液室基板の前記圧電素子が設けられる側の面に配設された複数の温度検出手段とを有する液滴吐出ヘッドにおいて、
前記ノズルプレートと対向すると共に前記個別液室基板に接合される保持基板を有し、前記温度検出手段は、少なくともその一部が前記複数の圧電素子間に配設されていると共に、前記保持基板が前記個別液室基板と接合される接合領域内にその一部が配置されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
請求項１記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
前記複数の温度検出手段は少なくとも二つが互いに接続していることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
請求項１または２記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
前記複数の温度検出手段の少なくとも一部は前記個別液室を形成する隔壁上に設けられていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
請求項１ないし３の何れか一つに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
前記個別液室基板には複数の前記圧電素子が配列された圧電素子列が少なくとも２列設けられており、前記温度検出手段はその一部が、互いに隣り合う前記圧電素子列の間に配置されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
請求項１ないし４の何れか一つに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
前記温度検出手段はその層構成が前記圧電素子の層構成と同じであることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
請求項１ないし５の何れか一つに記載の液滴吐出ヘッドを有することを特徴とする画像形成装置。