JP4530161B2

JP4530161B2 - 液体噴射装置

Info

Publication number: JP4530161B2
Application number: JP2005153853A
Authority: JP
Inventors: 寛成大脇; 功柳澤; 靖雄稲岡
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2005-05-26
Filing date: 2005-05-26
Publication date: 2010-08-25
Anticipated expiration: 2025-05-26
Also published as: JP2006327025A

Description

本発明は、被噴射液を吐出する液体噴射ヘッドを具備する液体噴射装置に関し、特にインク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を介して圧電素子を設けて、圧電素子の変位によりインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドを具備するインクジェット式記録装置に関する。

インクジェット式プリンタやプロッタ等のインクジェット式記録装置は、インクカートリッジやインクタンク等のインク貯留部に貯留されたインクを、インク滴として吐出可能なインクジェット式記録ヘッドを具備するインクジェット式記録ヘッドユニット（以下、ヘッドユニットと言う）を有する。

ヘッドユニットは、並設されたノズル開口からなるノズル列を有するインクジェット式記録ヘッドと、インクジェット式記録ヘッドのインク供給口側に固定されるヘッドケースと、インクジェット式記録ヘッドのインク滴吐出面側を保護するカバーヘッドとを具備する。ここで、インクジェット式記録ヘッドを構成するノズルプレートの露出部分とノズル開口の内面に無電解メッキによる撥水処理を施し皮膜を形成したノズルプレートの製造方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、特許文献１のように、ノズルプレートの露出部分の全てに撥水処理を施した皮膜（撥水膜）が設けられていると、ノズルプレートを他の部材に接着剤を介して固定する際に、撥水膜によって他の部材との接着強度が弱くなってしまうという問題がある。

このため、ノズルプレートの表面に撥水性の表面処理を施した撥水処理面と周縁の撥水処理を施していない非撥水処理面とを設け、この非撥水部をノズルプレートを覆う箱状に形成されたカバーヘッドに接着剤を介して接着接合したものが提案されている。（例えば、特許文献２参照）。

しかしながら、特許文献１及び２のようにノズルプレートに撥水膜を形成した場合、微小なノズル開口と撥水膜が設けられた領域とのコントラスト比が低く、ノズル開口を識別するのが困難であり、ノズル開口を用いてインクジェット式記録ヘッドをインクカートリッジケースが装着されるカートリッジケース等の保持部材などに位置決めするのが困難であるという問題がある。

また、複数のインクジェット式記録ヘッドを用いることで、ノズル開口の並設されたノズル列を多列化したヘッドユニットがあるが、このようなヘッドユニットは、印刷品質を向上するために、隣接するインクジェット式記録ヘッドのノズル列の相対的な位置決めを高精度に行う必要がある。しかしながら、ノズルプレートに撥水膜を形成した場合には、微小なノズル開口の識別が困難なことから、ノズル開口を用いて隣接するノズル列の相対的な位置決めを高精度に行えないという問題がある。

なお、このような問題は、インクを吐出するインクジェット式記録ヘッドを具備するインクジェット式記録装置だけではなく、勿論、インク以外を吐出する他の液体噴射ヘッドを具備する液体噴射装置においても、同様に存在する。

特開平９−１２３４６１号公報（特許請求の範囲及び第３頁、第１図）特開平１０−３４９２０号公報（第３頁、第１〜２図）

本発明はこのような事情に鑑み、ノズル開口の位置決め精度を向上し印刷品質を向上することができる液体噴射装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、並設されたノズル開口からなるノズル列の設けられたノズルプレートを有する複数の液体噴射ヘッドと、該液体噴射ヘッドの液体供給口側に固定されるヘッドケースと、前記ノズル開口を露出する露出開口部を画成すると共に前記ノズルプレートの前記液滴吐出面の少なくとも前記ノズル列の両端部側に接合された接合部を有する固定板と、前記固定板の前記液体噴射ヘッドとは反対側に設けられて前記液体噴射ヘッドを覆うカバーヘッドとを具備すると共に、前記ノズルプレートは、ノズル開口の周縁部に撥水膜が設けられた液滴吐出ノズルと、前記ノズル列の両端側に前記ノズル開口と同一形状を有し且つノズル開口の周縁部に撥水膜が設けられていない非撥水部を有するダミーノズルとを具備し、前記カバーヘッドは、前記液滴吐出ノズルと、前記ノズル列の一端側の前記非撥水部とを露出する露出連通部を画成すると共に前記ノズル列の他端側の前記非撥水部を覆う枠部を有することを特徴とする液体噴射ヘッドユニットにある。
かかる第１の態様では、非撥水部によってダミーノズルの視認性を向上することができ、液体噴射ヘッドと固定板との位置決めを容易に且つ高精度に行うことができる。また、ノズルプレートをワイピングする際に、カバーヘッドによって覆われた非撥水部側から、露出された非撥水部側に向かってワイピングすることで、ワイピング開始時にワイピングブレードに増粘したインクが付着するのを防止して、液滴吐出ノズルに増粘したインクをすり込むのを防止することができる。これにより、ノズル開口の目詰まりやインク吐出不良等を防止することができる。さらに、カバーヘッドによって一方の非撥水部だけを覆うことで、ヘッドユニットの大型化を防止して、キャッピング手段により良好なクリーニング動作を行わせることができる。

本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記液滴吐出ノズル及び前記ダミーノズルが、前記液体噴射ヘッドの中心から露出された前記非撥水部側にずらして設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッドユニットにある。
かかる第２の態様では、ノズルプレートの面積を広くすることなく、液滴吐出ノズルとダミーノズルとの間にキャップ部材が当接する領域を確保することができるため、ヘッドユニットを小型化することができる。

本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記固定板の前記露出開口部が、前記液滴吐出ノズルと前記ノズル列の一端側の前記ダミーノズルとを露出すると共に、前記接合部の前記ノズル列の他端側の前記ダミーノズルに相対向する領域には、前記露出開口部と連続しない貫通孔が設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッドユニットにある。
かかる第３の態様では、液体噴射ヘッドを固定板に位置決めして接合する際に、貫通孔によってダミーノズルを確認することができ、高精度な位置決めを行うことができる。

本発明の第４の態様は、第１〜３の何れかの態様において、前記カバーヘッドの前記枠部が、前記ノズルプレートの前記液滴吐出面と複数の液体噴射ヘッドの側面とに沿って屈曲して設けられていると共に、該枠部の露出された前記非撥水部側には、前記固定板の表面を露出させる切り欠き部が設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッドユニットにある。
かかる第４の態様では、切り欠き部によってワイピング時にワイピングブレードが枠部に当接するのを防止して、良好なクリーニング動作を行わせることができる。

本発明の第５の態様は、第１〜４の何れかの態様において、前記非撥水部の輝度が、前記撥水膜の輝度の１１倍以上であることを特徴とする液体噴射ヘッドユニットにある。
かかる第５の態様では、非撥水部と撥水幕とのコントラスト比を高くすることで、ダミーノズルの視認性を向上することができる。

本発明の第６の態様は、第１〜５の何れかの態様において、前記撥水膜が金属膜からなることを特徴とする液体噴射ヘッドユニットにある。
かかる第６の態様では、金属膜からなる撥水膜を形成しても、ダミーノズルの視認性を向上することができる。

本発明の第７の態様は、並設されたノズル開口からなるノズル列の設けられたノズルプレートを有する複数の液体噴射ヘッドと、該液体噴射ヘッドの液体供給口側に固定されるヘッドケースと、前記ノズル開口を露出する露出開口部を画成すると共に前記ノズルプレートの前記液滴吐出面の少なくとも前記ノズル列の両端部側に接合された接合部を有する固定板と、前記固定板の前記液体噴射ヘッドとは反対側に設けられて前記液体噴射ヘッドを覆うカバーヘッドと、前記ノズルプレートを前記ノズル開口の並設方向に向かってワイピングするワイピングブレードを有するワイピング手段とを具備すると共に、前記ノズルプレートには、ノズル開口の周縁部に撥水膜が設けられた液滴吐出ノズルと、前記ノズル列の両端側に前記ノズル開口と同一形状を有し且つノズル開口の周縁部に撥水膜が設けられていない非撥水部を有するダミーノズルとを具備し、前記カバーヘッドは、前記液滴吐出ノズルと、前記ノズル列の前記ワイピング手段によるワイピング方向の終端側の前記非撥水部とを露出する露出連通部を画成すると共に前記ワイピング手段によるワイピング方向の始端側の前記非撥水部を覆う枠部を有することを特徴とする液体噴射装置にある。
かかる第７の態様では、ノズルプレートをワイピングする際に、カバーヘッドによって覆われた非撥水部側から、露出された非撥水部側に向かってワイピングすることで、ワイピング開始時にワイピングブレードに増粘したインクが付着するのを防止して、液滴吐出ノズルに増粘したインクをすり込むのを防止することができる。これにより、ノズル開口の目詰まりやインク吐出不良等を防止することができる。また、カバーヘッドによって一方の非撥水部だけを覆うことで、ヘッドユニットの大型化を防止して、キャッピング手段により良好なクリーニング動作を行わせることができる。

本発明の第８の態様は、第７の態様において、前記ノズルプレートに接続されるキャップ部材と該キャップ部材内を吸引する吸引手段とを有するキャッピング手段を具備することを特徴とする液体噴射装置にある。
かかる第８の態様では、カバーヘッドによって一方の非撥水部だけを覆うことで、ヘッドユニットの大型化を防止して、キャッピング手段により良好なクリーニング動作を行わせることができる。

以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドユニットを示す分解斜視図であり、図２は、インクジェット式録ヘッドユニットの組立斜視図であり、図３は、その要部断面図である。図１に示すように、インクジェット式記録ヘッドユニット２００（以下、ヘッドユニット２００と言う）を構成する保持部材であるカートリッジケース２１０は、インク供給手段であるインクカートリッジ（図示なし）がそれぞれ装着されるカートリッジ装着部２１１を有する。例えば、本実施形態では、インクカートリッジは、ブラック及び３色のカラーインクが充填された別体で構成され、カートリッジケース２１０には、各色のインクカートリッジがそれぞれ装着される。また、カートリッジケース２１０の底面には、図３に示すように、一端が各カートリッジ装着部２１１に開口し、他端が後述するヘッドケース側に開口する複数のインク連通路２１２が設けられている。さらに、カートリッジ装着部２１１のインク連通路２１２の開口部分には、インクカートリッジのインク供給口に挿入されるインク供給針２１３が、インク内の気泡や異物を除去するためにインク連通路２１２内に形成されたフィルタ（図示なし）を介して固定されている。

また、このようなカートリッジケース２１０の底面側には、複数の圧電素子３００を有すると共に、カートリッジケース２１０とは反対側の端面に圧電素子３００の駆動によってノズル開口２１からインク滴を吐出するインクジェット式記録ヘッド２２０が固定されるヘッドケース２３０を有する。本実施形態では、インクカートリッジの各色のインクを吐出するインクジェット式記録ヘッド２２０がインク色毎に対応して複数設けられ、ヘッドケース２３０も各インクジェット式記録ヘッド２２０に対応してそれぞれ独立して複数設けられている。

ここで、カートリッジケース２１０に搭載される本実施形態のインクジェット式記録ヘッド２２０及びヘッドケース２３０について説明する。図４は、インクジェット式記録ヘッド及びヘッドケースの分解斜視図であり、図５は、インクジェット式記録ヘッド及びヘッドケースの断面図である。図４及び図５に示すように、インクジェット式記録ヘッド２２０を構成する流路形成基板１０は、本実施形態では、シリコン単結晶基板からなり、その一方面には予め熱酸化により形成した二酸化シリコンからなる弾性膜５０が形成されている。この流路形成基板１０には、その他方面側から異方性エッチングすることにより、複数の隔壁によって区画された圧力発生室１２が、幅方向に並設された列が２列形成されている。また、各列の圧力発生室１２の長手方向外側には、後述する保護基板３０に設けられるリザーバ部３１と連通し、各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１００を構成する連通部１３が形成されている。また、連通部１３は、インク供給路１４を介して各圧力発生室１２の長手方向一端部とそれぞれ連通されている。

また、流路形成基板１０の開口面側には、各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側で連通して液滴が吐出される液滴吐出ノズルであるノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が接着剤や熱溶着フィルム等を介して固着されている。すなわち、本実施形態では、１つのインクジェット式記録ヘッドにノズル開口２１の並設されたノズル列２１Ａが２列設けられている。なお、ノズルプレート２０は、厚さが例えば、０．０１〜１ｍｍで、線膨張係数が３００℃以下で、例えば２．５〜４．５［１０^-6／℃］あるガラスセラミックス、シリコン単結晶基板又はステンレス鋼などからなる。

ここで、ノズルプレート２０には、図６に示すように、各ノズル列２１Ａの両端部側にそれぞれダミーノズル２２が設けられている。このダミーノズル２２は、圧力発生室１２に連通しないように、ノズル開口２１と同一形状で且つ隣接するノズル開口２１のピッチのＮ倍の位置に設けられている。このようなダミーノズル２２は、詳しくは後述するが、複数のインクジェット式記録ヘッド２２０を固定板２５０に位置決めする際に用いられるものである。本実施形態では、ノズルプレート２０に２列のノズル列２１Ａが設けられているため、ダミーノズル２２を各ノズル列２１Ａに対して２個、すなわち、ダミーノズル２２をノズルプレート２０に４個設けるようにした。なお、ダミーノズル２２の数は特にこれに限定されるものではなく、ダミーノズル２２は各ノズルプレート２０に２個以上あればよく、ダミーノズル２２を２個設ける場合には、各ノズル列２１Ａの両端部側にそれぞれ１個ずつ設けるのが好ましい。これにより、ダミーノズル２２を用いてインクジェット式記録ヘッド２２０と固定板２５０との位置決めを容易に且つ高精度に行うことができる。また、ダミーノズル２２をノズル開口２１と同一形状で且つ隣接するノズル開口２１のピッチのＮ倍の位置に設けることで、ノズルプレート２０にノズル開口２１を形成するためのピン等の同じ工具を用いてインク滴が吐出されるノズル開口２１に対して高精度な位置にダミーノズル２２を形成することができる。

また、ノズルプレート２０のインク滴吐出面側には、撥水膜２３が設けられている。撥水膜２３としては、例えば、フッ素系高分子を含む金属膜やシロキサン等をプラズマ重合したプラズマ重合膜などを挙げることができる。金属膜からなる撥水膜２３は、例えば、共析メッキにより所定の厚さで高精度に形成することができる。また、プラズマ重合膜からなる撥水膜２３は、例えば、シロキサンを気化させた原料ガスにアルゴンやヘリウム等の希ガス、酸素や二酸化炭素等の酸化力を有するガスを混合して原料を重合させ、プラズマ重合装置を用いて形成することができる。なお、本実施形態では、ステンレス鋼からなるノズルプレート２０にフッ素樹脂を共析メッキすることで撥水膜２３を形成した。

このような撥水膜２３は、ノズルプレート２０と詳しくは後述する固定板２５０とを接合する際に、接着剤の接着力が低下してしまうため、固定板２５０の露出開口部２５１により露出された領域のみに設けられている。すなわち、ノズルプレート２０には、外周に亘った周縁部に固定板２５０が接合されるため、この固定板２５０が接合される領域以外の部分に撥水膜２３が設けられている。

また、ノズルプレート２０のインク滴吐出面のダミーノズル２２に対応する領域は、撥水膜２３が設けられていない非撥水部２４となっている。本実施形態では、ダミーノズル２２の開口する周縁部の領域に円形状の非撥水部２４を設けた。このようにノズルプレート２０のダミーノズル２２に対応する領域に非撥水部２４を設けることによって、非撥水部２４の輝度を撥水膜２３よりも高くして、非撥水部２４のコントラスト比を高めることで、非撥水部２４内のダミーノズル２２の視認性を向上することができる。

詳しくは、撥水膜２３は輝度が低いため、ダミーノズル２２の周囲に撥水膜２３が設けられているとダミーノズル２２を確認することができない。しかしながら、ダミーノズル２２の周囲に非撥水部２４を設けることによって、ダミーノズル２２の周囲の非撥水部２４の輝度を撥水膜２３よりも高くして、非撥水部２４内のダミーノズル２２を確認し易くすることができる。

なお、非撥水部２４は、０．４ｍｍ以上の直径とするのが好ましい。これは、撥水膜２３及び非撥水部２４を共析メッキにより形成する際に、非撥水部２４となる領域のレジストの直径が０．４ｍｍより小さいとメッキ時にレジストが浮いてしまい、非撥水部２４もメッキされてしまうからである。

また、非撥水部２４は、比較的小さい面積で形成するのが好ましい。これは、例えば、非撥水部２４が大きいと非撥水部２４にインクが残留し、残留したインクが増粘して、ノズルプレート２０がワイピングされた際に増粘したインクがワイピングブレードに付着してしまい、増粘したインクが付着したワイピングブレードでノズル開口２１をワイピングすると、増粘したインクがノズル開口２１から進入してしまいノズル開口２１の目詰まり等が発生してしまうからである。すなわち、非撥水部２４は、直径が０．４ｍｍ以上で且つなるべく小さく形成するのが好ましく、０．４〜０．５ｍｍが好適である。

また、このような非撥水部２４は、例えば、ノズルプレート２０にノズル開口２１及びダミーノズル２２を形成後、非撥水部２４となる領域にレジストを設け、撥水膜２３を共析メッキにより形成した後、レジストを除去することで形成することができる。

ここで、例えば、ステンレス鋼からなるノズルプレート２０に、フッ素樹脂からなる撥水膜２３を共析メッキにより形成した場合には、非撥水部２４の輝度を撥水膜２３の輝度に対して１１倍以上にすることができる。このように非撥水部２４のコントラスト比を高くすることで、ダミーノズル２２の視認性を向上することができ、ダミーノズル２２を用いてインクジェット式記録ヘッド２２０とカバーヘッド２４０との位置決めを容易に且つ高精度に行うことができる。なお、非撥水部２４及び撥水膜２３の輝度は、ノズルプレート２０に光を照射すると共に、ノズルプレート２０を撮影した画像をディスプレーに表示した際のものである。また、詳しくは後述するが、このようなノズルプレート２０のディスプレーによるモニタリングは、インクジェット式記録ヘッド２２０をカバーヘッド２４０に位置決め固定する際に行われるものである。

一方、流路形成基板１０の開口面とは反対側には、弾性膜５０上に、金属からなる下電極膜と、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなる圧電体層と、金属からなる上電極膜とを順次積層することで形成された圧電素子３００が形成されている。このような圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上には、リザーバ１００の少なくとも一部を構成するリザーバ部３１を有する保護基板３０が接合されている。このリザーバ部３１は、本実施形態では、保護基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２の幅方向に亘って形成されており、上述のように流路形成基板１０の連通部１３と連通されて各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１００を構成している。

また、保護基板３０の圧電素子３００に対向する領域には、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有する圧電素子保持部３２が設けられている。このような保護基板３０としては、ガラス、セラミック、金属、プラスチック等を挙げることができるが、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料を用いることが好ましく、本実施形態では、流路形成基板１０と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成した。

さらに、保護基板３０上には、各圧電素子３００を駆動するための駆動ＩＣ１１０が設けられている。この駆動ＩＣ１１０の各端子は、図示しないボンディングワイヤ等を介して各圧電素子３００の個別電極から引き出された引き出し配線と接続されている。そして、駆動ＩＣ１１０の各端子には、図１に示すような、フレキシブルプリントケーブル（ＦＰＣ）等の外部配線１１１を介して外部と接続され、外部から外部配線１１１を介して印刷信号等の各種信号を受け取るようになっている。

また、このような保護基板３０上には、コンプライアンス基板４０が接合されている。コンプライアンス基板４０のリザーバ１００に対向する領域には、リザーバ１００にインクを供給するためのインク導入口４４が厚さ方向に貫通することで形成されている。また、コンプライアンス基板４０のリザーバ１００に対向する領域のインク導入口４４以外の領域は、厚さ方向に薄く形成された可撓部４３となっており、リザーバ１００は、可撓部４３により封止されている。この可撓部４３により、リザーバ１００内にコンプライアンスを与えている。

このように、本実施形態のインクジェット式記録ヘッド２２０は、ノズルプレート２０、流路形成基板１０、保護基板３０及びコンプライアンス基板４０の４つの基板で構成されている。そして、このようなインクジェット式記録ヘッド２２０のコンプライアンス基板４０上には、インク導入口４４に連通すると共にカートリッジケース２１０のインク連通路２１２に連通して、カートリッジケース２１０からのインクをインク導入口４４に供給するインク供給連通路２３１が設けられたヘッドケース２３０が設けられている。このヘッドケース２３０には、可撓部４３に対向する領域に凹部２３２が形成され、可撓部４３の撓み変形が適宜行われるようになっている。また、ヘッドケース２３０には、保護基板３０上に設けられた駆動ＩＣ１１０に対向する領域に厚さ方向に貫通した駆動ＩＣ保持部２３３が設けられており、外部配線１１１は、駆動ＩＣ保持部２３３を挿通して駆動ＩＣ１１０と接続されている。

このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッド２２０は、インクカートリッジからのインクをインク連通路２１２及びインク供給連通路２３１を介してインク導入口４４から取り込み、リザーバ１００からノズル開口２１に至るまで内部をインクで満たした後、駆動ＩＣ１１０からの記録信号に従い、圧力発生室１２に対応するそれぞれの圧電素子３００に電圧を印加し、弾性膜５０及び圧電素子３００をたわみ変形させることにより、各圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口２１からインク滴が吐出する。

このようなインクジェット式記録ヘッド２２０を構成する各部材及びヘッドケース２３０には、組立時に各部材を位置決めするためのピンが挿入されるピン挿入孔２３４が角部の２箇所に設けられている。そして、ピン挿入孔２３４にピンを挿入して各部材の相対的な位置決めを行いながら部材同士を接合することで、インクジェット式記録ヘッド２２０及びヘッドケース２３０が一体的に形成される。

なお、上述したインクジェット式記録ヘッド２２０は、１枚のシリコンウェハ上に多数のチップを同時に形成し、ノズルプレート２０及びコンプライアンス基板４０を接着して一体化し、その後、図４に示すような１つのチップサイズの流路形成基板１０毎に分割することによってインクジェット式記録ヘッド２２０となる。

このようなインクジェット式記録ヘッド２２０及びヘッドケース２３０は、上述したカートリッジケース２１０にノズル列２１Ａの並び方向に所定の間隔で４つ固定されている。すなわち、本実施形態のヘッドユニット２００には、ノズル列２１Ａが８列設けられていることになる。このように複数のインクジェット式記録ヘッド２２０を用いて並設されたノズル開口２１からなるノズル列２１Ａの多列化を図ることで、１つのインクジェット式記録ヘッド２２０にノズル列２１Ａを多列形成するのに比べて歩留まりの低下を防止することができる。また、ノズル列２１Ａの多列化を図るために複数のインクジェット式記録ヘッド２２０を用いることで、１枚のシリコンウェハから形成できるインクジェット式記録ヘッド２２０の取り数を増大させることができ、シリコンウェハの無駄な領域を減少させて製造コストを低減することができる。

また、このような４つのインクジェット式記録ヘッド２２０は、図１及び図３に示すように、複数のインクジェット式記録ヘッド２２０のノズルプレート２０のインク滴吐出面に接合された共通の固定板２５０によって位置決めされて保持されている。固定板２５０は、平板からなり、ノズル開口２１及びノズル列２１Ａの一端側のダミーノズル２２を露出する露出開口部２５１と、露出開口部２５１を画成すると共にインクジェット式記録ヘッド２２０のインク滴吐出面の少なくともノズル列２１Ａの両端部側に接合されて、ノズル列２１Ａの他端側のダミーノズル２２を覆う接合部２５２とを具備する。

接合部２５２は、本実施形態では、複数のインクジェット式記録ヘッド２２０に亘ってインク滴吐出面の外周に沿って設けられた固定用枠部２５３と、隣接するインクジェット式記録ヘッド２２０の間に延設されて露出開口部２５１を分割する固定用梁部２５４とで構成され、固定用枠部２５３及び固定用梁部２５４からなる接合部２５２が複数のインクジェット式記録ヘッド２２０のインク滴吐出面に同時に接合されている。また、接合部２５２の固定用枠部２５３は、インクジェット式記録ヘッド２２０の製造時に各部材を位置決めするピン挿入孔２３４を塞ぐように形成されている。

さらに、接合部２５２の固定用枠部２５３には、ノズル列２１Ａの他端側のダミーノズル２２に相対向する領域に露出開口部２５１とは連続しない貫通孔２５５が設けられており、この貫通孔２５５によってノズル列２１Ａの他端側のダミーノズル２２が露出されている。

このような固定板２５０の材料としては、例えば、ステンレス鋼などの金属、ガラスセラミックス又はシリコン単結晶板などが挙げられる。なお、固定板２５０は、ノズルプレート２０との熱膨張の違いによる変形を防止するために、ノズルプレート２０と熱膨張係数が同じ材料を用いるのが好ましい。例えば、ノズルプレート２０がシリコン単結晶板で形成されているときは、固定板２５０をシリコン単結晶板で形成するのが好適である。

また、固定板２５０は、薄く形成するのが好ましく、後述するカバーヘッド２４０よりも薄くするのが好適である。これは、例えば、固定板２５０を厚くすると、インクジェット式記録ヘッド２２０のノズル開口２１と、インクジェット式記録ヘッド２２０を固定板２５０に位置決めする際に用いられるアライメント治具のアライメントマークとの距離が遠くなり、位置決め精度を高めることが困難になると共に、ノズルプレート２０のインク滴吐出面をワイピングした際に固定用梁部２５４の間などにインクが残留し易いからである。すなわち、固定板２５０を薄く形成することで、インクジェット式記録ヘッド２２０のノズル開口２１とアライメント治具のアライメントマークとの距離を短くして、位置合わせを容易に且つ高精度に行うことができると共に、ワイピングの際にインクがノズルプレート２０のインク滴吐出面に残留するのを防止することができる。なお、本実施形態では、固定板２５０の厚さを０．１ｍｍとした。また、固定板２５０とノズルプレート２０との接合は、特に限定されず、例えば、熱硬化性のエポキシ系接着剤や、紫外線硬化型の接着剤などによる接着が挙げられる。

このように、固定板２５０が、固定用梁部２５４によって隣接するインクジェット式記録ヘッド２２０の間を塞いでいるため、隣接するインクジェット式記録ヘッド２２０の間にインクが侵入することがなく、圧電素子３００や駆動ＩＣ１１０などのインクジェット式記録ヘッド２２０のインクによる劣化及び破壊を防止することができる。また、インクジェット式記録ヘッド２２０のインク滴吐出面と固定板２５０との間は、接着剤によって隙間なく接着されているため、隙間に被記録媒体が入り込むのを防止して固定板２５０の変形及び紙ジャムを防止することができる。

また、このような固定板２５０には、複数のインクジェット式記録ヘッド２２０が位置決め固定されており、このような位置決めは、例えば、ガラス等の透過性を有する板状のマスクを有するアライメント治具を用いて行うことができる。ここで、アライメント治具を用いて複数のインクジェット式記録ヘッド２２０を固定板２５０に位置決めして接合する方法について説明する。なお、図７は、インクジェット式記録ヘッドを固定板に位置決めして接合する製造工程を示す平面図である。

図７（ａ）に示すように、アライメント治具４００には、固定板２５０を保持するベース治具４１０と、ガラス等の透過性を有する板状のマスク４２０とを具備し、マスク４２０には、ノズルプレート２０のダミーノズル２１と位置決めする基準マーク４０１が所定位置に設けられている。

まず、図７（ｂ）に示すように、ベース治具４１０に固定板２５０を保持させる。このとき、ベース治具４１０と固定板２５０との位置合わせは、例えば、ベース治具４１０と固定板２５０との両方に設けられた貫通孔にピンを挿入することで行うことができる。

次に、図７（ｃ）に示すように、マスク４２０を固定板２５０とは反対側から透視して、基準マーク４０１に１つ目のインクジェット式記録ヘッド２２０のノズル列２１Ａのダミーノズル２２を位置決めする。このダミーノズル２２は、ノズルプレート２０を貫通する貫通孔であることから、輝度の高い非撥水部２４の中で低い輝度で表示されるため、視認し易く、基準マーク４０１に対して容易に且つ高精度に位置決めすることができる。また、このとき、図示しないが、予め固定板２５０のインクジェット式記録ヘッド２２０と接合される接合面に接着剤を塗布し、ノズル列２１Ａを位置決めすると共に１つ目のインクジェット式記録ヘッド２２０を固定板２５０に接合する。なお、基準マーク４０１とダミーノズル２２との確認は、マスク４２０の底面側からノズルプレート２０に光を照射すると共に、マスク４２０の底面側からＣＣＤカメラや顕微鏡などの光学系を用いて行うことができる。また、インクジェット式記録ヘッド２２０の固定板２５０に対する位置合わせは、例えば、図示しないマイクロメータ等により微小な調整を行うことができる。もちろん、光学系としてＣＣＤカメラを用いて、光学系により撮影された画像を画像処理することにより、マイクロメータを駆動モータ等により駆動させて基準マーク４０１とダミーノズル２２とを自動的に位置合わせさせるようにしてもよい。

ここで、インクジェット式記録ヘッド２２０と固定板２５０とを接合する接着剤としては、上述のように熱硬化性の接着剤や、紫外線硬化型の接着剤を用いることができる。ここで、熱硬化性の接着剤を用いる場合、固定板２５０に接着剤を塗布した後、固定板２５０とインクジェット式記録ヘッド２２０とを互いに当接させて、所定の圧力で加圧しながら接着剤を硬化させることで両者を接合する。一方、紫外線硬化型の接着剤を用いる場合、固定板２５０の接合面に接着剤を塗布した後、固定板２５０とインクジェット式記録ヘッド２２０とを当接させた状態で紫外線を照射して接着剤を硬化させることで両者を接合する。このとき、紫外線硬化型接着剤は、熱硬化性接着剤のように固定板２５０とインクジェット式記録ヘッド２２０とを所定の圧力で加圧しながら硬化させる必要がなく、加圧することによってインクジェット式記録ヘッド２２０と固定板２５０の位置ズレを防止して両者を高精度に接合することができる。また、紫外線硬化型の接着剤を用いた接合では、接合強度が比較的弱いため、固定板２５０とインクジェット式記録ヘッド２２０とを紫外線硬化型接着剤で接合した後、インクジェット式記録ヘッド２２０と固定板２５０とで画成される角部等の周囲を熱硬化性接着剤で固定するようにすればよい。これにより、固定板２５０とインクジェット式記録ヘッド２２０とを高精度に且つ強固に接合して、信頼性を向上することができる。

なお、例えば、カバーヘッド２４０に直接インクジェット式記録ヘッド２２０を固定すると、カバーヘッド２４０は、インクジェット式記録ヘッド２２０をキャッピングやワイピングなどの衝撃から保護するために、薄い材料で形成することができず、インクジェット式記録ヘッド２２０のノズル開口２１とアライメントマーク４０１との距離が遠くなってしまう。このようにノズル開口２１とアライメントマーク４０１との距離が遠いと、位置決めし難く、位置決め精度を高めることができない。しかしながら、本実施形態では、インクジェット式記録ヘッド２２０を固定板２５０に位置決め固定するため、固定板２５０を薄く形成することができる。これにより、ダミーノズル２２と基準マーク４０１との距離を短くすることができ、ダミーノズル２２と基準マーク４０１との位置合わせを容易に且つ高精度に行うことができる。

また、カバーヘッド２４０は、インクジェット式記録ヘッド２２０を衝撃などから保護するためにインクジェット式記録ヘッド２２０を覆うような箱形状に形成されている。このため、例えば、インクジェット式記録ヘッド２２０を直接カバーヘッド２４０に位置決め固定すると、カバーヘッド２４０内でインクジェット式記録ヘッド２２０のハンドリングが悪く、インクジェット式記録ヘッド２２０の位置決めを高精度に行うのは困難である。また、例えば、カバーヘッド２４０内でのインクジェット式記録ヘッド２２０のハンドリングを良くするために、インクジェット式記録ヘッド２２０をカバーヘッド２４０の側壁部２４５から突出するような大きさで形成したとしても、インクジェット式記録ヘッド２２０がカバーヘッド２４０で覆われず、カバーヘッド２４０がインクジェット式記録ヘッド２２０を保護することができないと共に、インクジェット式記録ヘッド２２０が大型化してしまう。これに対して、本実施形態では、インクジェット式記録ヘッド２２０を平板の固定板２５０に固定するため、位置決めの際にインクジェット式記録ヘッド２２０のハンドリングを邪魔することがなく、インクジェット式記録ヘッド２２０の位置決めを高精度に行うことができる。

その後、図７（ｃ）に示す工程を繰り返し行うことで、複数のインクジェット式記録ヘッド２２０を固定板２５０に順次位置決め固定する。このように、固定板２５０と複数のノズル列２１Ａの位置を示すダミーノズル２２とを位置決めして両者を接合することで、固定板２５０とノズル列２１Ａとの高精度な位置決めを行うことができる。また、隣接するインクジェット式記録ヘッド２２０の各ノズル列２１Ａ同士の相対的な位置決めを高精度に行うことができる。さらに、インクジェット式記録ヘッド２２０を平板からなる固定板２５０に当接させて固定するため、インクジェット式記録ヘッド２２０を平板からなる固定板２５０に固定するだけで複数のインクジェット式記録ヘッド２２０のインク滴吐出方向の相対的な位置決めが行われる。このため、複数のインクジェット式記録ヘッド２２０のインク滴吐出方向の位置合わせを行う必要がなく、インク滴の着弾位置不良を確実に防止することができる。

一方、ヘッドユニット２００には、図１及び図２に示すように、固定板２５０のインクジェット式記録ヘッド２２０とは反対側には、複数のインクジェット式記録ヘッド２２０を覆う箱形状を有するカバーヘッド２４０が設けられている。このカバーヘッド２４０は、固定板２５０の露出開口部２５１に対応して露出連通部２４１が設けられた枠部２４２を具備する。

枠部２４２は、固定板２５０の露出開口部２５１側から、インクジェット式記録ヘッド２２０の側面側に、固定板２５０の外周に亘って屈曲するように設けられている。また、枠部２４２は、図６に示すように、ノズル列２１Ａの一端側に設けられたダミーノズル２２を覆い、露出連通部２４１によって液滴吐出ノズルであるノズル開口２１と、ノズル列２１Ａの他端側に設けられたダミーノズル２２とを露出させるように設けられている。すなわち、カバーヘッド２４０は、ノズル列２１Ａの一端側の非撥水部２４を覆い、ノズル列２１Ａの他端側の非撥水部２４を露出しないように設けられている。

そして、このようなヘッドユニット２００のノズルプレート２０をゴム等の弾性部材からなるワイピングブレードを有するワイピング手段によってワイピングする際に、カバーヘッド２４０によって覆われた非撥水部２４側から、露出された非撥水部２４側に向かってワイピングすることで、ワイピング開始時にワイピングブレードに増粘したインクが付着するのを防止して、液滴吐出ノズルであるノズル開口２１に増粘したインクをすり込むのを防止することができる。これにより、ノズル開口２１の目詰まりやインク吐出不良等を防止することができる。

すなわち、ワイピングの始端側の非撥水部２４を露出しておくと、非撥水部２４には撥水膜２３がないことから、非撥水部２４にインクが残留し、残留したインクが増粘して、ノズルプレート２０がワイピングされた際に増粘したインクがワイピングブレードに付着してしまい、増粘したインクが付着したワイピングブレードでノズル開口２１をワイピングすると、増粘したインクを液滴吐出ノズルであるノズル開口２１にすり込むことになり、ノズル開口２１が目詰まりしてインク滴吐出不良が生じてしまう。本実施形態では、ワイピング手段によるワイピング方向の始端側の非撥水部２４をカバーヘッド２４０で覆い、ワイピング方向の終端側の非撥水部２４を露出させることで、増粘したインクを液滴吐出ノズルであるノズル開口２１にすり込むのを防止して、ノズル開口２１の目詰まりやインク滴吐出不良などの発生を防止することができる。

なお、ノズル列２１Ａの両端部の非撥水部２４をカバーヘッド２４０で覆うと、液滴吐出ノズルであるノズル開口２１からインクを吸引するキャッピング手段のキャップ部材が当接する領域が狭くなってしまうため、液滴吐出ノズルであるノズル開口２１とダミーノズル２２との間に余分な領域を確保する必要がある。このため、ノズルプレート２０の面積を広くしなくてはならず、インクジェット式記録ヘッド２２０が大型化してしまう。本実施形態では、カバーヘッド２４０によって、ノズル列２１Ａの一端側の非撥水部２４のみを露出し、ノズル列２１Ａの他端側の非撥水部２４を覆うようにしたため、ヘッドユニット２００の大型化を防止して、キャッピング手段により良好なクリーニング動作を行わせることができる。なお、液滴吐出ノズルであるノズル開口２１及びダミーノズル２２の位置を、インクジェット式記録ヘッド２２０の中心から露出する非撥水部２４側にずらしておくことで、ノズルプレート２０の面積を広くすることなく、液滴吐出ノズルであるノズル開口２１とダミーノズル２２との間にキャップ部材が当接する領域を確保することができるため、インクジェット式記録ヘッド２２０を小型化することができる。

また、本実施形態では、カバーヘッド２４０の露出された非撥水部２４側には、固定板２５０の表面を露出させる切り欠き部２４３が設けられている。この切り欠き部２４３によって固定板２５０の露出された非撥水部２４側の縁部が露出され、ノズルプレート２０（固定板２５０）のワイピング時にワイピングブレードが枠部２４２に当接するのを防止して、ワイピングをさらに良好に行わせることができる。

さらに、キャッピング手段によるキャッピングは、キャップ部材をカバーヘッド２４０の切り欠き部２４３とは反対側の壁に当接させることで位置決めされて行われる。このとき、キャップ部材の一部が切り欠き部２４３によってカバーヘッド２４０に当接しないため、キャップ部材が削れて異物などが発生するのを低減させることができる。

なお、本実施形態では、カバーヘッド２４０の枠部２４２は、固定板２５０の接合部２５２に接着剤を介して接合されている。このように、インクジェット式記録ヘッド２２０のインク滴吐出面とカバーヘッド２４０との間が隙間なく接合されているため、隙間に被記録媒体が入り込むのを防止してカバーヘッド２４０の変形及び紙ジャムを防止することができる。また、カバーヘッド２４０の側壁部２４５が、複数のインクジェット式記録ヘッド２２０の外周縁部を覆うことで、インクジェット式記録ヘッド２２０の側面へのインクの回り込みを確実に防止することができる。

このようなカバーヘッド２４０としては、例えば、ステンレス鋼などの金属材料が挙げられ、金属板をプレス加工により形成してもよく、成形により形成するようにしてもよい。また、カバーヘッド２４０を導電性の金属材料とすることで、接地するこができる。さらに、カバーヘッド２４０は、インクジェット式記録ヘッド２２０をワイピングやキャッピングなどの衝撃から保護するために、ある程度の強度が必要である。このため、カバーヘッド２４０は比較的厚くする必要がある。なお、本実施形態では、カバーヘッド２４０の厚さを０．２ｍｍとした。

なお、カバーヘッド２４０と固定板２５０との接合は、特に限定されず、例えば、熱硬化性のエポキシ系接着剤による接着が挙げられる。

また、カバーヘッド２４０には、カバーヘッド２４０を他部材に位置決め固定するための固定孔２４７が設けられたフランジ部２４６が設けられている。このフランジ部２４６は、枠部２４２から液滴吐出面の面方向と同一方向に突出するように屈曲して設けられている。本実施形態では、カバーヘッド２４０は、図２及び図３に示すように、インクジェット式記録ヘッド２２０及びヘッドケース２３０を保持した保持部材であるカートリッジケース２１０に固定されている。

詳しくは、図２及び図３に示すように、カートリッジケース２１０には、インク滴吐出面側に突出して、カバーヘッド２４０の固定孔２４７に挿入される突起部２１５が設けられており、この突起部２１５をカバーヘッド２４０の固定孔２４７に挿入すると共に、突起部２１５の先端部を加熱してかしめることで、カートリッジケース２１０にカバーヘッド２４０が固定されている。このようなカートリッジケース２１０に設けられた突起部２１５を、フランジ部２４６の固定孔２４７よりも小径の外径とすることで、カバーヘッド２４０をインク滴吐出面の面方向に位置決めしてカートリッジケース２１０に固定することができる。

このようなヘッドユニット２００は、インクジェット式記録装置に搭載される。図８は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。図８に示すように、インクジェット式記録ヘッドを有するヘッドユニット２００は、インク供給手段を構成するカートリッジ１Ａ及び１Ｂが着脱可能に設けられ、このヘッドユニット２００を搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。このヘッドユニット２００の各インクジェット式記録ヘッドは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。

そして、駆動モータ６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、ヘッドユニット２００を搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ローラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８上を搬送されるようになっている。

また、キャリッジ３のホームポジションに対応する位置、すなわち、キャリッジ軸５の一方の端部近傍には、ヘッドユニット２００のノズルプレート２０（固定板２５０）の液滴吐出面をワイピングするワイピングブレード５０１を有するワイピング手段５００が設けられている。そして、所定のタイミングでキャリッジ３の移動によりインクジェット式記録ヘッド２２０の液滴吐出面にワイピングブレード５０１の先端を摺接させ、液滴吐出面を払拭するワイピング動作が実行される。このワイピング動作は、本実施形態では、カバーヘッド２４０によって覆われた非撥水部２４側から露出された非撥水部２４側に向かって行われるようになっている。

さらに、このワイピング手段５００に隣接してインクジェット式記録ヘッド２２０の液滴吐出面を封止するキャップ部材５１１と、キャップ部材５１１に接続されてキャップ部材５１１内を吸引する吸引手段５１２とを有するキャッピング手段５１０が設けられている。このキャップ部材５１１によって液滴吐出面を封止することにより、インクの乾燥を防止すると共に、フラッシング動作時のインク受けとしても機能する。また、所定のタイミングで吸引手段５１２によってキャップ部材５１１の内部を吸引することによって、ノズル開口２１からインク等を強制的に排出させる吸引動作を実行することにより、ノズルの目詰まり等による吐出不良の発生を防止している。

このようなインクジェット式記録装置では、上述のように、ワイピング手段５００によりワイピングする際に、ワイピングの始端側の非撥水部２４が覆われているため、増粘したインクを液滴吐出ノズルであるノズル開口２１にすり込むのを防止して、ノズル開口２１が目詰まりしてインク滴吐出不良が生じるのを防止することができる。

（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述したものに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、開口部周縁の非撥水部２４にインクが残留することでインク滴吐出用のノズル開口２１に影響を与えないようにするために、ノズル開口２１と所定距離隔てて配置しても何ら支障の無いダミーノズル２２を用いて説明したが、当該ダミーノズル２２に限定されず、圧力発生室１２に連通するインク滴吐出用のノズル開口２１の周縁部に非撥水部を設けて、位置決めの際の視認可能なマークとして利用することができる。ただし、ノズル開口２１の周縁部に非撥水部を形成する場合は、隣接するノズル開口２１に影響を与えないようにするために、非撥水部を設ける範囲を視認可能な範囲においてできるだけ狭い範囲で設けることで対応可能である。

また、上述した実施形態１では、撓み振動型のインクジェット式記録ヘッド２２０を例示したが、これに限定されず、例えば、圧電材料と電極形成材料とを交互に積層させて軸方向に伸縮させる縦振動型のインクジェット式記録ヘッドや発熱素子等の発熱で発生するバブルによってインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッド等、種々の構造のインクジェット式記録ヘッドを有するヘッドユニットに応用することができることは言うまでもない。

なお、液体噴射ヘッドとしてインクを吐出するインクジェット式記録ヘッドを有するヘッドユニット及びインクジェット式記録装置を一例として説明したが、本発明は、広く液体噴射ヘッドを有する液体噴射ヘッドユニット及び液体噴射装置全般を対象としたものである。液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（面発光ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等を挙げることができる。

実施形態１に係るヘッドユニットの分解斜視図である。実施形態１に係るヘッドユニットの組立斜視図である。実施形態１に係るヘッドユニットの要部断面図である。実施形態１に係るヘッドユニットの要部の分解斜視図である。実施形態１に係るヘッドケース及び記録ヘッドの断面図である。実施形態１に係るヘッドユニットの要部平面図である。実施形態１に係るヘッドユニットの製造工程を示す平面図である。実施形態１に係るインクジェット式記録装置の概略図である。

符号の説明

３キャリッジ、１０流路形成基板、１２圧力発生室、２０ノズルプレート、２１ノズル開口、２２ダミーノズル、２３撥水膜、２４非撥水部、１００リザーバ、２００ヘッドユニット、２１０カートリッジケース、２２０インクジェット式記録ヘッド、２３０ヘッドケース、２４０カバーヘッド、２４１露出連通部、２４２枠部、２５０固定板、２５１露出開口部、３００圧電素子、４００アライメント治具、４０１基準マーク、５００ワイピング手段、５１０キャッピング手段

Claims

並設されたノズル開口からなるノズル列の設けられたノズルプレートを有する複数の液体噴射ヘッドと、該液体噴射ヘッドの液体供給口側に固定されるヘッドケースと、前記ノズル開口を露出する露出開口部を画成すると共に前記ノズルプレートの前記液滴吐出面の少なくとも前記ノズル列の両端部側に接合された接合部を有する固定板と、前記固定板の前記液体噴射ヘッドとは反対側に設けられて前記液体噴射ヘッドを覆うカバーヘッドと、前記ノズルプレートを前記ノズル開口の並設方向に向かってワイピングするワイピングブレードを有するワイピング手段とを具備すると共に、
前記ノズルプレートは、ノズル開口の周縁部に撥水膜が設けられた液滴吐出ノズルと、前記ノズル列の両端側に前記ノズル開口と同一形状を有し且つノズル開口の周縁部に撥水膜が設けられていない非撥水部を有するダミーノズルとを具備し、前記カバーヘッドは、前記液滴吐出ノズルと、前記ノズル列の前記ワイピング手段によるワイピング方向の終端側の前記非撥水部とを露出する露出連通部を画成すると共に前記ワイピング手段によるワイピング方向の始端側の前記非撥水部を覆う枠部を有することを特徴とする液体噴射装置。
請求項１に記載の液体噴射装置において、前記ノズルプレートに接続されるキャップ部材と該キャップ部材内を吸引する吸引手段とを有するキャッピング手段を具備することを特徴とする液体噴射装置。