JP6146177B2

JP6146177B2 - 液滴吐出ヘッド及びインクジェット記録装置及び画像形成装置

Info

Publication number: JP6146177B2
Application number: JP2013146539A
Authority: JP
Inventors: 剛史宮▲崎▼
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2013-07-12
Filing date: 2013-07-12
Publication date: 2017-06-14
Anticipated expiration: 2033-07-12
Also published as: JP2015016658A

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、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いる。例としては、個別液室内にヒータを設置することで液体を気化させ、圧力変動を利用するサーマルインクジェット方式、個別液室にアクチュエータを設置する方式が挙げられ、アクチュエータを用いる手法はアクチュエータの種類により圧電素子方式、静電方式等が例として挙げられる。

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、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な影響を受ける。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吐出するインクの量が増加する。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温度に対応した駆動エネルギを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検出手段を接着剤等でヘッド近傍に組み付ける方法が一般的だが、ヘッド近傍の温度はヘッド内の温度との乖離があるため、ヘッド近傍の温度検出では高精度な波形制御はできない。

また、ヘッドに駆動エネルギを供給するために、外部回路とヘッドとをＦＰＣで接続するが、ＦＰＣの面積がコストに直結するためにできるだけＦＰＣの面積を小さくするべく、ヘッド長手の一端にＦＰＣを接続する。すると、複数の圧電素子の駆動を制御する駆動ＩＣについてＦＰＣ上に実装してしまうとＦＰＣとヘッドとの実装が困難となる。すなわち、接続パッドにおける電極のピッチが狭すぎて実装できない。そのため、駆動ＩＣはＦＰＣ上ではなくヘッド内に実装することになる。

ここで、駆動ＩＣは発熱量が大きいので温度が上昇し易く、冷却効率が悪いとジャンクション温度に達し故障に至る。ただ、ヘッド内に駆動ＩＣを実装した場合、インクが正常にヘッドから吐出されていればインクが駆動ＩＣによる発熱を排熱するために故障には至らない。しかし、何等かの理由でインクが不吐出になると、駆動ＩＣの過熱による故障に至ってしまうため、これを未然に防止する必要がある。この過熱は、ヘッド外部に設けた温度検出手段では応答よく検出することは不可能であり、ヘッド内に何等かの手段を設ける必要がある。ただ、市販の温度検出手段をヘッド内に設けると、ヘッドが大型化するという問題があると共に、部品費等のコストがかかりコストアップしてしまうという問題がある。

そこで、コストをかけずに精度よく駆動ＩＣの異常を検知する手段を提供する方法として、圧電素子を構成する電極層を測温抵抗体として利用する。測温抵抗体は温度によって電気抵抗が変化することを利用するが、製造ばらつきによって電気抵抗の変化具合がばらついてしまうため、ばらつきを補正する手段が必要となる。
本発明は上述の問題点を解消し、コストをかけずに精度よく波形制御及び駆動ＩＣの過熱を検知する温度検出手段を備えた液滴吐出ヘッドの提供を目的とする。

請求項１記載の発明は、複数の個別液室を有し下部電極と圧電体と上部電極とで構成される複数の圧電素子が形成された個別液室基板と、前記個別液室基板上に配設され配線部材を介して前記圧電素子に電圧を印加する駆動ＩＣと、雰囲気温度を検出する第１の温度検出手段と、ヘッド内部温度を検出する第２の温度検出手段とを有する液滴吐出ヘッドにおいて、第１の温度検出手段はサーミスタ、熱電対、白金測温抵抗体、ダイオードの何れかであって、第２の温度検出手段は前記下部電極または前記上部電極と同一に形成され、第２の温度検出手段は第１の温度検出手段によって補正される手段を有することを特徴とする。

本発明によれば、第２の温度検出手段は第１の温度検出手段によって補正される手段を有するので、波形制御及び駆動ＩＣの過熱を精度よく検出することができる。また、圧電素子の下部電極及び上部電極と同時に形成され、基板上に一体形成できるので、正確な温度検出を行うことができると共に、コストアップを抑制することができる。

本発明の一実施形態に用いられる液滴吐出ヘッドの全体図である。本発明の一実施形態に用いられる液滴吐出ヘッドのヘッド短手方向における断面図である。本発明の一実施形態に用いられる個別液室基板の保持基板側の面の上面図である。本発明の一実施形態に用いられるヘッド外部回路のブロック図である。本発明の一実施形態に用いられる画像形成装置の機構部の全体構成を示す概略図である。本発明の一実施形態に用いられる画像形成装置の機構部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機構部全体の概略構成図である。

図１は本発明の一実施形態に用いられる液滴吐出ヘッドの全体図を、図２はヘッド短手方向の断面図を、図３は個別液室基板の保持基板側の面の上面図をそれぞれ示している。本実施形態では個別液室基板は４列とし、図２には４列のうちの１列を示している。

図２、図３に示すように液滴吐出ヘッド１は、振動板２と圧電素子３と配線４と測温抵抗体５と駆動ＩＣ６と個別配線７と接続パッド８を上部に積層した個別液室基板９の下面にノズルプレート１０を接合して形成されている。液滴吐出ヘッド１は、個別液室基板９上部に保持基板１１、共通液室基板１２、及びフレーム部材１３を積層してインク流路を形成している。

図示していないインクタンクから連通する共通液室１４（共通液室基板１２、保持基板１１）を介して、個別液室基板９に開口するインク供給口１５、流体抵抗部１６、個別液室１７にインクが供給される。そして、個別液室１７の振動板２上に形成される圧電素子３（圧電体と上部電極１８及び下部電極１９で構成）を駆動することで生じる圧力により、個別液室１７に連通するノズル２０からインクを吐出する。圧電素子３の駆動は、上部電極１８と下部電極１９とからそれぞれ配線を用いて引き出された先で、駆動ＩＣ６と接続されて行われる。

ノズルプレート１０は、インク吐出用のノズル２０が配列されている基板であり、その材料は必要な剛性や加工性から任意のものを用いることができる。例としてはステンレス、ニッケル等の金属または合金やシリコン、セラミックス等の無機材料、ポリイミド等の樹脂材料を挙げることができる。ノズル２０の加工方法は、材料の特性と要求される精度・加工性から任意のものを選ぶことができ、電鋳メッキ法、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を例示できる。ノズル２０の開口径、配列数、配列密度は、インク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９には、個別液室１７、流体抵抗部１６、インク供給口１５が形成される。基板材料は加工性及び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用いることができるシリコン基板を用いることが好ましい。液室の加工は任意のものを用いることができるが、フォトリソグラフィ法を用いる場合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用いることができる。何れの手法でも振動板２の液室側を二酸化シリコン膜等とすることでエッチストップ層とできるため、液室高さを高精度に制御することができる。

個別液室１７はインクに圧力を加え、ノズル２０から液滴を吐出させる機能を有する。個別液室１７上部には振動板２が形成され、振動板２上には下部電極１９、圧電体と上部電極１８が積層された圧電素子３が形成される。振動板２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とすることが好ましい。またこれ等の材料の積層構造としてもよく、その場合はそれぞれの材料の内部応力を考慮し、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との積層の場合は、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、応力緩和する構成が例として挙げられる。

振動板２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２が薄すぎる場合にはクラック等により振動板２が破損し易くなり、厚すぎる場合は変位量が小さくなり吐出効率が低下してしまう。また薄すぎる場合は、振動板２の固有振動数が低下し、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１９と上部電極１８とは、導電性を有する任意の材料を用いることができる。例としては金属、合金、導電性化合物が挙げられる。これ等の材料の単層膜でも積層膜でもよい。また圧電体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、安定性の高い材料を選定する必要がある。また、必要に応じて圧電体、振動板２との密着性を考慮し、密着層を形成してもよい。電極材料の例としては、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｉｒ酸化物、Ｐｄ、Ｐｄ酸化物等が安定性の高い材料として挙げられる。また、振動板２との密着層としては、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｃｒ等が挙げられる。

圧電体材料は圧電性を示す強誘電体材料を用いることができる。例としてはチタン酸ジルコン酸鉛やチタン酸バリウムが一般的に用いられる。圧電体の成膜方法は任意の手法を用いることができ、例としてはスパッタリング法、ゾルゲル法が挙げられ、成膜温度の低さからゾルゲル法が好ましい。上部電極１８及び圧電体は個別液室１７毎にパターニングする必要がある。パターニングは通常のフォトリソグラフィ法を用いることができる。また、圧電体の成膜をゾルゲル法にて行う場合は、スピンコーティング法や印刷法を用いることもできる。

上述の圧電体と電極とから構成される圧電素子３は、個別液室１７の上部に形成される必要がある。個別液室１７を区画する隔壁上に形成した場合には振動板２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９には、個別液室１７に連通する流体抵抗部１６が形成される。流体抵抗部１６は、共通液室１４から個別液室１７にインクを供給する機能を有すると同時に、圧電素子３を駆動することにより個別液室１７に発生する圧力により、インクの逆流を防止しノズル２０から吐出させる機能を有する。そのため、個別液室１７のインク流動方向の断面積を小さくし、流体抵抗を高くする必要がある。個別液室基板９にシリコンを用い、フォトリソグラフィ法（＋エッチング）を用いて個別液室１７と流体抵抗部１６とを形成した場合、個別液室１７と同一の条件で加工できるメリットがある。流体抵抗部１６の高さを個別液室より低くすることで流体抵抗を高めるには、個別液室１７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、エッチングプ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ない。その結果、吐出均一性が悪化する。流体抵抗部１６は、振動板２が開口するインク供給口１５を通じて共通液室１４に連通する。

図示しないが、個別液室１７は隔壁により区画されており、それぞれに対応する圧電素子３が形成される。個別液室１７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１７間の隔壁は配列密度に合わせて任意に設定可能であるが、隔壁幅は１０〜３０μｍとすることが好ましい。また、隔壁幅が狭い場合は隣接する個別液室１７の圧電素子３を駆動した場合に隣接液室間の相互干渉が発生し、吐出ばらつきが大きくなる。隔壁幅を狭くする場合は、液室高さを低くすることで対応する。

次に、配線について説明する。配列した圧電素子３に駆動信号を入力するために、上部電極１８から個別配線７を引き出し、下部電極１９から配線を引き出す構成を採る。上部電極１８からは、配列する上部電極１８から配線層の一部である個別配線７を介して図示しない個別配線パッドまで引き出され、駆動ＩＣ６と接続されて駆動ＩＣ６からさらに配線を介して接続パッドまで引き出される。下部電極１９は、配線を介して接続パッドまで引き出され、駆動ＩＣ６と接続される。また、測温抵抗体５から配線を接続パッドまで引き出す。そして、接続パッドから図示しないヘッド外部回路に対して電気的に接続される。

配線は、同一材料及び同一工程で形成することが好ましい。配線材料としては、抵抗値の低い金属、合金、導電性材料を用いることができる。また、上部電極１８、下部電極１９とコンタクト抵抗の低い材料を用いることが必要である。例としては、Ａｌ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｗ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｃｕ，Ｃｒ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い。例としては、Ｔａ_２Ｏ_５，ＴｉＯ_２，ＴｉＮ，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。膜厚は任意に設定できるが、３μｍ以下とすることが好ましい。また、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・成膜方法を採る必要がある。

次に、保持基板について説明する。上述したとおり個別液室基板９は２０〜１００μｍ厚と薄いため、個別液室基板９の剛性を確保するために保持基板１１をノズルプレート１０と対向する側に接合する。保持基板材料は任意の材料を用いることができるが、個別液室基板９の反りを防止するために熱膨張係数の近い材料を選定する必要がある。そのため、ガラス、シリコン、ＳｉＯ_２、ＺｒＯ_２、Ａｉ_２Ｏ_３等のセラミックス材料とすることが好ましい。

図２に示すように保持基板１１には、個別液室配列方向に連通した開口部を有し、共通液室１４の一部となる。さらに、個別液室１７に対向する領域に保持基板凹部２１を形成する。圧電素子３を駆動し、振動板２が変位できる空間を確保する必要がある。そして、図示しないが保持基板凹部２１は個別液室１７毎に区画し、個別液室隔壁上で接合されることが好ましい。それにより、板厚の薄い個別液室基板９の剛性を高めることができ、圧電素子３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１１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、保持基板凹部２１は個別液室１７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ヘッドにおいては保持基板隔壁幅を５〜２０μｍとすることが望ましい。

次に、第１の温度検出手段について説明する。第１の温度検出手段はヘッド外の雰囲気温度を高精度に検出する。その手段としては、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検出手段を接着剤等でヘッドに組み付ける。第１の温度検出手段はヘッド外に配設されているため、ヘッド内の温度を応答よく高精度には検出できない。

次に、第２の温度検出手段について説明する。インク温度に対応した駆動エネルギをヘッドに供給するため、及び駆動ＩＣ６の過熱による故障を防止するために、測温抵抗体をヘッド内の個別液室基板上に形成する。層構成は、個別液室１７を加圧する圧電素子３の積層構成とした。ここで、上部電極１８を用いても下部電極１９を用いてもよい。測温抵抗体専用の材料やプロセスを追加する必要がないため、コストアップすることがない。また専用のエリアも狭いため、ヘッドの大型化を防止することもできる。上部電極１８または下部電極１９の材料として、上述ではＰｔ、Ｉｒ、Ｉｒ酸化物、Ｐｄ、Ｐｄ酸化物等としたが、測温抵抗体としてはＰｔが最も好ましい。Ｐｔ測温抵抗体は、国際温度目盛の標準温度計に採用されている等、測温抵抗体としては精度が最も高く、線形性が高い、耐腐食性や経時安定性に優れる等、温度センサとして最適である。

ここで、上部電極１８または下部電極１９に定電流を与えたときの電圧値から温度を推定するが、製造ばらつきによって推定する温度に誤差が生じる。そこで、高精度な第１の温度検出手段を用いて、この製造ばらつきによる誤差を補正する。具体的には、第１の温度検出手段と第２の温度検出手段とが同じ温度であるタイミングで、２種類の温度で補正を行う。例えば、ヘッド製造時、プリンタ電源投入時等が好ましい。プリンタ印字中等は、両者に温度差が生じるので好ましくない。２種類の温度における各温度検出手段の電圧値から電気抵抗を求め、温度に対する電気抵抗変化の予測式を作成する。そして、その予測式を元に温度検出手段で検出した温度情報を図４に示すようにヘッド外部回路へと送り、駆動ＩＣ６を通じて温度に応じた駆動エネルギを圧電素子３に供給する。また、駆動ＩＣ６が故障に至る温度が例えば１５０℃とすると、安全のために第２の温度検出手段が１００℃を超えた場合にはヘッドへの電力供給を遮断し、画像形成を中断する。

次に、具体例を説明する。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層構成の振動板を巻成した後に、下部電極としてＴｉ２０ｎｍ、Ｐｔ２００ｎｍをスパッタリング法で成膜した。下部電極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を成膜した後に７００℃で焼成し、ＰＺＴの圧電体膜を形成した。その後、圧電体膜上にＰｔを２００ｎｍスパッタリング法で成膜して上部電極とした。

上部電極形成後に、上部電極、圧電体、下部電極をドライエッチング法でパターニングすることで、個別液室に対応した圧電素子と第２の温度検出手段である測温抵抗体を形成した。圧電素子の配列ピッチは８５μｍとし、圧電体の幅は４０μｍとした。圧電素子の長手方向の長さは１０００μｍとし、１列当たりの圧電素子の配列数は３００個で４列配置とした。測温抵抗体については個別液室基板の接続パッドに近い位置に形成した。接続パッドに近い位置に形成することにより、ＦＰＣを通ってヘッドへ供給されるエネルギによる温度状態を示すことが可能となり、精度よく波形制御を行うことができる。

また、個別液室隔壁上の部分は隔壁上で振動板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に対応した振動板の変形を阻害することがない。次に、プラズマＣＶＤ法により層間絶縁膜を成膜し、上部電極上及び下部電極上の層間絶縁膜にコンタクトホールを形成後、Ｔｉ５０ｎｍとＡｌ２μｍを順次積層しドライエッチングすることで配線層を形成した。その後、図２に示すインク供給口１５部分の振動板をドライエッチングで除去し、個別液室基板にインク供給口を形成して個別液室基板が完成する。

次に、保持基板凹部及び共通液室の一部となる保持基板開口部を有する保持基板を、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、液室基板側に酸化膜等を形成する。その後、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、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エッチングで液室基板側から開口部を貫通形成する。その後、液室基板側のレジストのみを除去し、はじめにパターニングした酸化膜パターンをマスクとして基板側をＩＣＰエッチングでハーフエッチングする。最後に酸化膜を除去すると、個別液室基板側の凹部と貫通開口部を形成することができる。

作成した保持基板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で塗布して接合し、接着剤を硬化させることで保持基板を接合した。その後、６００μｍの個別液室基板を８０μｍまで研磨した後、個別液室、流体抵抗部をＩＣＰドライエッチング法で形成した。個別液室幅は６０μｍとし、流体抵抗部幅は３０μｍ、長さは３００μｍとした。流体抵抗部、個別液室のエッチングは振動板に到達するまで行い、同一の高さとした。また、インク供給口の振動板は、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に、保持基板と同様の手法でノズルプレートと個別液室基板とを接合した。ノズルプレートは、厚さ３０μｍのステンレス材にプレス加工で直径２０μｍのノズルを８５μｍのピッチで形成したものを用いた。保持基板上にステンレス製の共通液室基板とフレーム部材とを接合し、インクタンクと接続して個別配線パッド部にＡＣＦ接合やワイヤボンディングにて外部回路へ接続されるＦＰＣを接合することで液滴吐出ヘッドとすることができた。そして、液滴吐出ヘッドの外部にサーミスタを組み付け、液滴吐出ヘッド製造時にサーミスタの温度に対して測温抵抗体の電気抵抗を検出する。また、プリンタへ液滴吐出ヘッドを組み付けた後、再度サーミスタの温度に対して測温抵抗体の電気抵抗を検出し、２点の温度における測温抵抗体の電気抵抗が得られ、ここからヘッド内の温度を高精度に応答よく推定することができた。

次に、本発明における液滴吐出ヘッドを備える画像形成装置の一例を図５、図６を参照して説明する。図５は画像形成装置の機構部の全体構成を示す概略図、図６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ている。そして、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ている。本発明に係る液滴吐出ヘッドである記録ヘッド２３４は、インク滴吐出方向を下方に向けて装着されている。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いる。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が設けられている。また給紙部は、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を有している。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を備えている。その他、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とを備えている。さらに排紙部として、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が設けられている。また維持回復機構２８１には、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る。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る。これにより、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変形例について、機構部全体の概略構成図である図７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。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により用紙４０３を搬送しつつ、画像形成部４０２により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を備えている。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を備えている。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が設けられている。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とを有している。また搬送機構４０５は、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とを有している。さらに搬送機構４０５は、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る。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る。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、第２の温度検出手段は第１の温度検出手段によって補正される手段を有するので、波形制御及び駆動ＩＣの過熱を精度よく検出することができる。また、圧電素子の下部電極及び上部電極と同時に形成され、基板上に一体形成できるので、正確な温度検出を行うことができると共に、コストアップを抑制することができる。

また、第２の温度検出手段が接続パッド近傍の個別液室基板上に配置されることにより、さらに精度よくは系制御を行うことができる。また、第２の温度検出手段が白金測温抵抗体からなることにより、正確な温度検出を行うことができる。また、第２の温度検出手段の検出温度が閾値を超えた場合には供給電力を遮断する手段を有することにより、駆動ＩＣの故障を未然に防止することができる。

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ることはない。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。

１，２３４，４１１液滴吐出ヘッド（記録ヘッド）
３圧電素子
６駆動ＩＣ
９個別液室基板
１７個別液室
１８上部電極
１９下部電極
２００，４００画像形成装置

特開２００３−３４１０５４号公報

Claims

複数の個別液室を有し下部電極と圧電体と上部電極とで構成される複数の圧電素子が形成された個別液室基板と、前記個別液室基板上に配設され配線部材を介して前記圧電素子に電圧を印加する駆動ＩＣと、雰囲気温度を検出する第１の温度検出手段と、ヘッド内部温度を検出する第２の温度検出手段とを有する液滴吐出ヘッドにおいて、
第１の温度検出手段はサーミスタ、熱電対、白金測温抵抗体、ダイオードの何れかであって、第２の温度検出手段は前記下部電極または前記上部電極と同一に形成され、第２の温度検出手段は第１の温度検出手段によって補正される手段を有す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、
前記個別液室基板の長手方向の一端に外部と電気的に接続される接続パッドを有し、第２の温度検出手段は前記接続パッド近傍の前記個別液室基板上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または２記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
第２の温度検出手段は白金測温抵抗体からな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１つに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
第２の温度検出手段の検出温度が閾値を超えた場合には供給電力を遮断する手段を有することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
液滴吐出ヘッドから吐出した液滴を被着媒体上に着弾するインクジェット記録装置であって、前記液滴吐出ヘッドが請求項１ないし４の何れか一つに記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とするインクジェット記録装置。
前記液滴が画像形成用インク、前記被着媒体が記録媒体であり、請求項５記載のインクジェット記録装置を有することを特徴とする画像形成装置。