JP4682678B2 - 液体吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液体吐出ヘッド及びその製造方法並びに画像形成装置に係り、特に、液体を吐出させるための圧力発生手段として圧電素子を用いた液体吐出ヘッドにおいて、圧電素子に駆動信号を供給する駆動配線の接続を工夫した液体吐出ヘッド及びその製造方法並びに画像形成装置に関する。

従来より、画像形成装置として、インク（液体）を吐出する多数のノズル（吐出口）を配列させたインクジェットヘッド（液体吐出ヘッド）を有し、このインクジェットヘッドと被記録媒体を相対的に移動させながら、被記録媒体に向けてノズルからインクを吐出することにより、被記録媒体上に画像を形成するインクジェット記録装置（インクジェットプリンタ）が知られている。

このようなインクジェット記録装置におけるインクの吐出方法として、例えば、インクを吐出するための圧力発生手段として圧電素子を用い、圧電素子の変形によって圧力室の一つの壁面を構成する振動板を変形させて、圧力室の容積を変化させ、圧力室の容積増大時にインク供給路から圧力室内にインクを導入し、圧力室の容積減少時に圧力室内のインクをノズルから液滴として吐出する圧電方式が知られている。

また近年、インクジェット記録装置においても、写真プリントと同様の高画質の画像記録を行うことが望まれており、そのためには、ノズルを小さくしてノズルから吐出されるインク滴をより小さくするとともに、多数のノズルを高密度化して配置する必要がある。

このとき、各ノズルに連通する圧力室もノズルの高密度化に伴い高密度に配置する必要がある。またさらに、各圧力室に対して設置される圧電素子に駆動信号を供給するための電気配線（駆動配線）をも高密度化しなければならない。このようにノズルを高密度化するための様々な工夫が、従来からいろいろ提案されている。

例えば、多ノズル化、高密度化が容易なインクジェットヘッドを提供することを目的として、ヘッド基板のエネルギー発生手段（圧電素子）と接続手段（駆動配線）とは、ヘッド基板に設けたスルーホールを介して電気的に接続することで、ヘッドの小型化を図るようにしたものが知られている（例えば、特許文献１等参照）。
特開２００１−１１３７００号公報

上述したように、インクジェット記録装置において記録速度の高速化、高画質化を実現するためには多ノズル化及び高密度化が必須となり、その結果各ノズルに対応する圧電素子との電気的接続をとる配線の数も増加するため、配線を水平方向に引き出す、１次元的あるいは２次元的な配線では配線を高密度化することは困難であり、例えばスルーホールを用いた３次元的な配線が必要となってくる。

また、圧電方式のインクジェット記録ヘッドは、前述したように、インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電素子により変形させて圧力室のインクを加圧してノズル開口からインク滴を吐出させるようにしているが、この圧電素子には、圧電素子が電界の方向と同方向に変形し、軸方向に伸長・収縮する縦振動モード（ｄ３３モード）と、圧電素子が電界の方向と直交する方向に変形し、圧電素子が撓む撓み振動モード（ｄ３１モード）の２種類がある。

縦振動モードの圧電素子を使用するタイプの場合には、圧電素子の振動板と反対側を固定板で押えることで振動板方向への変位量を増加させることができる。そのため圧電素子の上部は固定板と密着させることが可能である。従って、予め固定板の表面に圧電素子を形成し、圧電素子の電極と接続するためのスルーホール形状の配線を固定板に形成しておくことが可能である。

一方、撓み振動モードの圧電素子を使用するタイプの場合には、圧電素子を固定板に密着させてしまっては圧電素子が撓むことができないため、圧電素子の振動板と反対側には圧電素子が撓むことができる空間（圧電素子の運動を阻害しない程度の空間）を確保する必要がある。またこの空間は圧電素子を保護するために圧電素子の上部を覆い密閉空間とする必要がある。このため、撓み振動モードの圧電素子を使用する場合には、上部からのスルーホールとの接続はこの密閉空間内部で行わなければならない。

しかしながら、上記特許文献１に記載のものは、圧電素子の直下のヘッド基板に設けたスルーホールを介して圧電素子への電気接続を行うようにしているが、上述したような撓み振動モードの圧電素子を使用する場合に必要となる圧電素子の運動を阻害しないための空間については考慮されておらず、撓み振動モードの圧電素子を用いる場合に、このようなスルーホールを介した電気接続を行おうとすると問題が発生する。

例えば、スルーホールを介して圧電素子の電極を配線に接続する際、ハンダや導電性ペーストなどの半流動性物質を使用すると、上記密閉空間内の本来必要な部分以外に半流動性物質がはみ出して、これが圧電素子の運動を阻害する虞れがあるという問題がある。また、電気接続が密閉された空間内で行われるため、接続状態を確認することができず、接続不良となる虞れもある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、撓み振動モードの圧電素子の運動を阻害しないための空間が圧電素子の上部に設けられている場合においても、圧電素子の上部に設けられたスルーホール（貫通孔）を介して圧電素子の電極への確実な配線が形成可能で、かつ、配線形成に流動性のある導電性物質を用いても、圧電素子の運動を阻害することなくスルーホール内部の配線を一括形成することのできる液体吐出ヘッド及びその製造方法並びに画像形成装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、液体を吐出するノズルと連通する圧力室の一部を形成する振動板と、該振動板を変形する圧電素子を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記圧電素子の電極の少なくとも一部に感光性樹脂を形成する工程と、貫通孔を有する基板を前記感光性樹脂に接合する工程と、前記貫通孔を介して前記感光性樹脂を露光現像する工程と、前記貫通孔及び前記感光性樹脂を露光現像することによって形成される孔に導電性材料を充填する工程と、を含むことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法を提供する。

これによれば、電極と接続する配線用の孔の位置合わせが不要になるとともに、配線を形成するための導電性材料を、必要な箇所以外に付着させることなく、電気的接続が可能となる。

また、請求項２に示すように、さらに、前記圧電素子と前記基板との間に、該圧電素子が撓み振動モードで駆動されることを可能とする空間を設ける工程を備えたことを特徴とする。

これによれば、圧電素子の撓み変形が阻害されることがないため、圧電素子の駆動変位を向上させることが可能となる。

また、請求項３に示すように、さらに、前記基板に、前記圧力室に供給するための液体を貯蔵する共通液室を形成する工程を備えたことを特徴とする。

これによれば、圧力室の配置を高密度化することができ、液体のリフィル性を向上させるとともに、高粘度液体の吐出に対応することも可能となる。

以上説明したように、本発明によれば、電極と接続する配線用の孔の位置合わせが不要になるとともに、配線を形成するための導電性材料を、必要な箇所以外に付着させることなく、電気的接続が可能となる。

また特に、前記圧電素子がｄ３１モードで駆動し、前記圧電素子と前記基板との間に該圧電素子の駆動を妨げないための空間を形成するようにした場合には、圧電素子の撓み変形が阻害されることがないため、圧電素子の駆動変位を向上させることが可能となる。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る液体吐出ヘッド及びその製造方法並びに画像形成装置について詳細に説明する。

図１は、本発明に係る液体吐出ヘッドを有する画像形成装置としてのインクジェット記録装置の第１実施形態の概略を示す全体構成図である。

図１に示すように、このインクジェット記録装置１０は、インクの色毎に設けられた複数の印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙを有する印字部１２と、各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵／装填部１４と、記録紙１６を供給する給紙部１８と、記録紙１６のカールを除去するデカール処理部２０と、前記印字部１２のノズル面（インク吐出面）に対向して配置され、記録紙１６の平面性を保持しながら記録紙１６を搬送するベルト搬送部２２と、印字部１２による印字結果を読み取る印字検出部２４と、印画済みの記録紙（プリント物）を外部に排出する排紙部２６とを備えている。

図１では、給紙部１８の一例としてロール紙（連続用紙）のマガジンが示されているが、紙幅や紙質等が異なる複数のマガジンを併設してもよい。また、ロール紙のマガジンに代えて、又はこれと併用して、カット紙が積層装填されたカセットによって用紙を供給してもよい。

ロール紙を使用する装置構成の場合、図１のように、裁断用のカッター２８が設けられており、該カッター２８によってロール紙は所望のサイズにカットされる。カッター２８は、記録紙１６の搬送路幅以上の長さを有する固定刃２８Ａと、該固定刃２８Ａに沿って移動する丸刃２８Ｂとから構成されており、印字裏面側に固定刃２８Ａが設けられ、搬送路を挟んで印字面側に丸刃２８Ｂが配置されている。なお、カット紙を使用する場合には、カッター２８は不要である。

複数種類の記録紙を利用可能な構成にした場合、紙の種類情報を記録したバーコードあるいは無線タグ等の情報記録体をマガジンに取り付け、その情報記録体の情報を所定の読取装置によって読み取ることで、使用される用紙の種類を自動的に判別し、用紙の種類に応じて適切なインク吐出を実現するようにインク吐出制御を行うことが好ましい。

給紙部１８から送り出される記録紙１６はマガジンに装填されていたことによる巻き癖が残り、カールする。このカールを除去するために、デカール処理部２０においてマガジンの巻き癖方向と逆方向に加熱ドラム３０で記録紙１６に熱を与える。このとき、多少印字面が外側に弱いカールとなるように加熱温度を制御するとより好ましい。

デカール処理後、カットされた記録紙１６は、ベルト搬送部２２へと送られる。ベルト搬送部２２は、ローラー３１、３２間に無端状のベルト３３が巻き掛けられた構造を有し、少なくとも印字部１２のノズル面及び印字検出部２４のセンサ面に対向する部分が平面（フラット面）をなすように構成されている。

ベルト搬送部２２は、特に限定されるものではなく、ベルト面に設けられた吸引孔より空気を吸引して負圧により記録紙１６をベルト３３に吸着させて搬送する真空吸着搬送でもよいし、静電吸着による方法でもよい。

ベルト３３は、記録紙１６の幅よりも広い幅寸法を有しており、上に述べた真空吸着搬送の場合には、ベルト面には図示を省略した多数の吸引孔が形成されている。図１に示したとおり、ローラー３１、３２間に掛け渡されたベルト３３の内側において印字部１２のノズル面及び印字検出部２４のセンサ面に対向する位置には吸着チャンバー３４が設けられており、この吸着チャンバー３４をファン３５で吸引して負圧にすることによってベルト３３上の記録紙１６が吸着保持される。

ベルト３３が巻かれているローラー３１、３２の少なくとも一方にモータ（図示省略）の動力が伝達されることにより、ベルト３３は図１において、時計回り方向に駆動され、ベルト３３上に保持された記録紙１６は、図１の左から右へと搬送される。

縁無しプリント等を印字するとベルト３３上にもインクが付着するので、ベルト３３の外側の所定位置（印字領域以外の適当な位置）にベルト清掃部３６が設けられている。ベルト清掃部３６の構成について詳細は図示しないが、例えば、ブラシ・ロール、吸水ロール等をニップする方式、清浄エアーを吹き掛けるエアーブロー方式、あるいはこれらの組み合わせなどがある。清掃用ロールをニップする方式の場合、ベルト線速度とローラー線速度を変えると清掃効果が大きい。

なお、ベルト搬送部２２に代えて、ローラー・ニップ搬送機構を用いる態様も考えられるが、印字領域をローラー・ニップ搬送すると、印字直後に用紙の印字面にローラーが接触するので、画像が滲み易いという問題がある。したがって、本例のように、印字領域では画像面と接触させない吸着ベルト搬送が好ましい。

ベルト搬送部２２により形成される用紙搬送路上において印字部１２の上流側には、加熱ファン４０が設けられている。加熱ファン４０は、印字前の記録紙１６に加熱空気を吹きつけ、記録紙１６を加熱する。印字直前に記録紙１６を加熱しておくことにより、インクが着弾後乾き易くなる。

図２は、インクジェット記録装置１０の印字部１２周辺を示す要部平面図である。

図２に示すように、印字部１２は、最大紙幅に対応する長さを有するライン型ヘッドを紙搬送方向（副走査方向）と直交する方向（主走査方向）に配置した、いわゆるフルライン型のヘッドとなっている。

各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙは、本インクジェット記録装置１０が対象とする最大サイズの記録紙１６の少なくとも一辺を超える長さにわたってインク吐出口（ノズル）が複数配列されたライン型ヘッドで構成されている。

記録紙１６の搬送方向（紙搬送方向）に沿って上流側（図１の左側）から黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の順に各色インクに対応した印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙが配置されている。記録紙１６を搬送しつつ各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙからそれぞれ色インクを吐出することにより記録紙１６上にカラー画像を形成し得る。

このように、紙幅の全域をカバーするフルラインヘッドがインク色毎に設けられてなる印字部１２によれば、紙搬送方向（副走査方向）について記録紙１６と印字部１２を相対的に移動させる動作を一回行うだけで（すなわち、一回の副走査で）記録紙１６の全面に画像を記録することができる。これにより、印字ヘッドが紙搬送方向と直交する方向（主走査方向）に往復動作するシャトル型ヘッドに比べて高速印字が可能であり、生産性を向上させることができる。

なお、ここで主走査方向及び副走査方向とは、次に言うような意味で用いている。すなわち、記録紙の全幅に対応したノズル列を有するフルラインヘッドで、ノズルを駆動する時、（１）全ノズルを同時に駆動するか、（２）ノズルを片方から他方に向かって順次駆動するか、（３）ノズルをブロックに分割して、ブロックごとに片方から他方に向かって順次駆動するか、等のいずれかのノズルの駆動が行われ、用紙の幅方向（記録紙の搬送方向と直交する方向）に１ライン（１列のドットによるライン又は複数列のドットから成るライン）の印字をするようなノズルの駆動を主走査と定義する。そして、この主走査によって記録される１ライン（帯状領域の長手方向）の示す方向を主走査方向という。

一方、上述したフルラインヘッドと記録紙とを相対移動することによって、上述した主走査で形成された１ライン（１列のドットによるライン又は複数列のドットから成るライン）の印字を繰り返し行うことを副走査と定義する。そして、副走査を行う方向を副走査方向という。結局、記録紙の搬送方向が副走査方向であり、それに直交する方向が主走査方向ということになる。

また本例では、ＫＣＭＹの標準色（４色）の構成を例示したが、インク色や色数の組み合わせについては本実施形態には限定されず、必要に応じて淡インク、濃インクを追加してもよい。例えば、ライトシアン、ライトマゼンタ等のライト系インクを吐出する印字ヘッドを追加する構成も可能である。

図１に示したように、インク貯蔵／装填部１４は、各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙに対応する色のインクを貯蔵するタンクを有し、各タンクは図示を省略した管路を介して各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙと連通されている。また、インク貯蔵／装填部１４は、インク残量が少なくなるとその旨を報知する報知手段（表示手段、警告音発生手段等）を備えるとともに、色間の誤装填を防止するための機構を有している。

印字検出部２４は、印字部１２の打滴結果を撮像するためのイメージセンサ（ラインセンサ等）を含み、該イメージセンサによって読み取った打滴画像からノズルの目詰まりその他の吐出不良をチェックする手段として機能する。

本例の印字検出部２４は、少なくとも各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙによるインク吐出幅（画像記録幅）よりも幅の広い受光素子列を有するラインセンサで構成される。このラインセンサは、赤（Ｒ）の色フィルタが設けられた光電変換素子（画素）がライン状に配列されたＲセンサ列と、緑（Ｇ）の色フィルタが設けられたＧセンサ列と、青（Ｂ）の色フィルタが設けられたＢセンサ列とからなる色分解ラインＣＣＤセンサで構成されている。なお、ラインセンサに代えて、受光素子が２次元配列されて成るエリアセンサを用いることも可能である。

印字検出部２４は、各色の印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙにより印字されたテストパターンを読み取り、各ヘッドの吐出検出を行う。吐出判定は、吐出の有無、ドットサイズの測定、ドット着弾位置の測定等で構成される。

印字検出部２４の後段には、後乾燥部４２が設けられている。後乾燥部４２は、印字された画像面を乾燥させる手段であり、例えば、加熱ファンが用いられる。印字後のインクが乾燥するまでは印字面と接触することは避けたほうが好ましいので、熱風を吹きつける方式が好ましい。

多孔質のペーパに染料系インクで印字した場合などでは、加圧によりペーパの孔を塞ぐことでオゾンなど、染料分子を壊す原因となるものと接触することを防ぐことで画像の耐候性がアップする効果がある。

後乾燥部４２の後段には、加熱・加圧部４４が設けられている。加熱・加圧部４４は、画像表面の光沢度を制御するための手段であり、画像面を加熱しながら所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラー４５で加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。

このようにして生成されたプリント物は、排紙部２６から排出される。本来プリントすべき本画像（目的の画像を印刷したもの）とテスト印字とは分けて排出することが好ましい。このインクジェット記録装置１０では、本画像のプリント物と、テスト印字のプリント物とを選別してそれぞれの排出部２６Ａ、２６Ｂへと送るために排紙経路を切り換える選別手段（図示省略）が設けられている。なお、大きめの用紙に本画像とテスト印字とを同時に並列に形成する場合は、カッター（第２のカッター）４８によってテスト印字の部分を切り離す。カッター４８は、排紙部２６の直前に設けられており、画像余白部にテスト印字を行った場合に、本画像とテスト印字部を切断するためのものである。カッター４８の構造は前述した第１のカッター２８と同様であり、固定刃４８Ａと丸刃４８Ｂとから構成されている。

また、図示を省略したが、本画像の排出部２６Ａには、オーダー別に画像を集積するソーターが設けられている。

次に、印字ヘッド（液体吐出ヘッド）のノズル（液体吐出口）の配置について説明する。インク色毎に設けられている各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙの構造は共通しているので、以下、これらを代表して符号５０によって印字ヘッドを表すものとし、図３に印字ヘッド５０の平面透視図を示す。

図３に示すように、本実施形態の印字ヘッド５０は、インクを液滴として吐出するノズル５１、インクを吐出する際インクに圧力を付与する圧力室５２、図３では図示を省略した共通液室から圧力室５２にインクを供給するインク供給口５３を含んで構成される圧力室ユニット５４が千鳥状の２次元マトリクス状に配列され、ノズル５１の高密度化が図られている。

図３に示す例においては、各圧力室５２を上方から見た場合に、その平面形状は略正方形状をしているが、圧力室５２の平面形状はこのような正方形に限定されるものではない。圧力室５２には、図３に示すように、その対角線の一方の端にノズル５１が形成され、他方の端の側にインク供給口５３が設けられている。

また、図示は省略するが、複数の短尺ヘッドを２次元の千鳥状に配列して繋ぎ合わせて、これらの複数の短尺ヘッド全体で印字媒体の全幅に対応する長さとなるようにして１つの長尺のフルラインヘッドを構成するようにしてもよい。

図４（ａ）に、図３に示した印字ヘッド５０を構成する圧力室ユニット５４を拡大して示す（図４（ａ）には、２つの圧力室ユニット５４が示されている。）。図３では説明を省略していたが、圧力室５２の上面は振動板５６で構成され、振動板５６の上には振動板５６を変形させる圧電体５８が形成され、圧電体５８の上には圧電体５８を駆動させるための個別電極５７が形成されている。なお、振動板５６は、個別電極５７に対する共通電極を兼ねている。このように圧電体５８を両側から個別電極５７及び共通電極（振動板５６で兼用）で挟むことにより圧電素子が構成される。

また、圧電体５８及び個別電極５７の一部が圧力室５２の形成範囲から外へ延設され、配線接続部５９とされ、そこから圧電体５８が形成される面に対して略垂直に立ち上がるように個別電極５７に駆動信号を供給する駆動配線９０が立設されている。

また、図４（ａ）中の４Ｂ−４Ｂ線に沿った断面図を図４（ｂ）に示す。

図４（ｂ）に示すように、圧力室ユニット５４を断面方向から見ると、圧力室５２の底面にはノズル５１が形成されるとともに、圧力室５２の上面は振動板５６で構成されている。また上述したように振動板５６は共通電極を兼ねており、その上に圧電体５８が形成され、さらにその上に個別電極５７が形成されている。

圧電体５８及び個別電極５７はその一部が圧力室５２の範囲より外側へ延びて配線接続部５９となっており、配線接続部５９に駆動配線９０が接続されている。駆動配線９０を通じて個別電極５７に駆動信号を供給することで、個別電極５７と共通電極（振動板５６）との間に駆動電圧を印加すると、圧電体５８が変形する。

本実施形態においては、圧電体５８は、印加される電界の方向と直交する方向に変位するｄ３１モード（撓み振動モード）で変位する性質を持っているものとする。すなわち、図４（ｂ）に示すように、上下から個別電極５７と共通電極（振動板５６）で圧電体５８を挟んで図の縦方向に電界をかけると圧電体５８は、図の横方向に伸長・収縮して撓み、振動板５６を圧力室５２側へ押し込むように変形する。これにより、圧力室５２の体積が減少して圧力室５２内のインクがノズル５１から吐出される。

従って、効率良くインクを吐出するためには、圧電体５８が撓み変形する運動を阻害しないようにする必要がある。そこで、本実施形態では、圧電体５８の周囲に圧電体カバー９２を設けて、圧電体５８の上部に、圧電体５８の運動を阻害しないための空間９４を形成するようにしている。

圧電体カバー９２は、圧力室５２の隔壁５２ａ上の振動板５６上に、圧電体５８の厚みよりも高くなるよう所定の厚みで形成される。そして、その上に配線基板９６を形成することにより、圧電体５８の周辺を完全に密閉する空間９４が形成される。このように、空間９４を形成することにより、圧電体５８はその運動を阻害されることなく駆動することができる。

また、配線基板９６には、駆動配線９０を形成するためのスルーホール（貫通孔）９６ａが形成されている。さらに、配線基板９６の上部には図示を省略した外部の駆動電源と接続するための配線（上部配線）９８が設けられ、駆動配線９０と接続している。

また、詳しくは後述するが、駆動配線９０が配線接続部５９と接続する部分の駆動配線９０の周囲は、感光性樹脂１００で固められている。

図５は、インクジェット記録装置１０におけるインク供給系の構成を示した概要図である。インクタンク６０は印字ヘッド５０にインクを供給するための基タンクであり、図１で説明したインク貯蔵／装填部１４に設置される。インクタンク６０の形態には、インク残量が少なくなった場合に、補充口（図示省略）からインクを補充する方式と、タンクごと交換するカートリッジ方式とがある。使用用途に応じてインク種類を替える場合には、カートリッジ方式が適している。この場合、インクの種類情報をバーコード等で識別して、インク種類に応じて吐出制御を行うことが好ましい。なお、図５のインクタンク６０は、先に記載した図１のインク貯蔵／装填部１４と等価のものである。

図５に示したように、インクタンク６０と印字ヘッド５０を繋ぐ管路の中間には、異物や気泡を除去するためにフィルタ６２が設けられている。フィルタ・メッシュサイズは印字ヘッド５０のノズル径と同等若しくはノズル径以下（一般的には、２０μｍ程度）とすることが好ましい。

なお、図５には示さないが、印字ヘッド５０の近傍又は印字ヘッド５０と一体にサブタンクを設ける構成も好ましい。サブタンクは、ヘッドの内圧変動を防止するダンパー効果及びリフィルを改善する機能を有する。

また、インクジェット記録装置１０には、ノズルの乾燥防止又はノズル近傍のインク粘度上昇を防止するための手段としてのキャップ６４と、ノズル面５０Ａの清掃手段としてのクリーニングブレード６６とが設けられている。

これらキャップ６４及びクリーニングブレード６６を含むメンテナンスユニットは、図示を省略した移動機構によって印字ヘッド５０に対して相対移動可能であり、必要に応じて所定の退避位置から印字ヘッド５０下方のメンテナンス位置に移動されるようになっている。

キャップ６４は、図示しない昇降機構によって印字ヘッド５０に対して相対的に昇降変位される。昇降機構は、電源ＯＦＦ時や印刷待機時にキャップ６４を所定の上昇位置まで上昇させ、印字ヘッド５０に密着させることにより、ノズル面５０Ａのノズル領域をキャップ６４で覆うようになっている。

クリーニングブレード６６は、ゴムなどの弾性部材で構成されており、図示を省略したブレード移動機構により印字ヘッド５０のインク吐出面（ノズル面５０Ａ）に摺動可能である。ノズル面５０Ａにインク液滴又は異物が付着した場合、クリーニングブレード６６をノズル面５０Ａに摺動させることでノズル面５０Ａを拭き取り、ノズル面５０Ａを清浄化するようになっている。

印字中又は待機中において、特定のノズル５１の使用頻度が低くなり、そのノズル５１近傍のインク粘度が上昇した場合、粘度が上昇して劣化したインクを排出すべく、キャップ６４に向かって予備吐出が行われる。

また、印字ヘッド５０内のインク（圧力室５２内のインク）に気泡が混入した場合、印字ヘッド５０にキャップ６４を当て、吸引ポンプ６７で圧力室５２内のインク（気泡が混入したインク）を吸引により除去し、吸引除去したインクを回収タンク６８へ送液する。この吸引動作は、初期のインクのヘッドへの装填時、或いは長時間の停止後の使用開始時にも行われ、粘度が上昇して固化した劣化インクが吸い出され除去される。

すなわち、印字ヘッド５０は、ある時間以上吐出しない状態が続くと、ノズル近傍のインク溶媒が蒸発してノズル近傍のインクの粘度が高くなってしまい、吐出駆動用のアクチュエータである圧電体５８が動作してもノズル５１からインクが吐出しなくなる。したがって、この様な状態になる手前で（圧電体５８の動作によってインク吐出が可能な粘度の範囲内で）、インク受けに向かって圧電体５８を動作させ、粘度が上昇したノズル近傍のインクを吐出させる「予備吐出」が行われる。また、ノズル面５０Ａの清掃手段として設けられているクリーニングブレード６６等のワイパーによってノズル面５０Ａの汚れを清掃した後に、このワイパー摺擦動作によってノズル５１内に異物が混入するのを防止するためにも予備吐出が行われる。なお、予備吐出は、「空吐出」、「パージ」、「唾吐き」などと呼ばれる場合もある。

また、ノズル５１や圧力室５２内に気泡が混入したり、ノズル５１内のインクの粘度上昇があるレベルを超えたりすると、上記予備吐出ではインクを吐出できなくなるため、以下に述べる吸引動作を行う。

すなわち、ノズル５１や圧力室５２のインク内に気泡が混入した場合、或いはノズル５１内のインク粘度があるレベル以上に上昇した場合には、圧電体５８を動作させてもノズル５１からインクを吐出できなくなる。このような場合、印字ヘッド５０のノズル面５０Ａに、キャップ６４を当てて圧力室５２内の気泡が混入したインク又は増粘インクをポンプ６７で吸引する動作が行われる。

ただし、上記の吸引動作は、圧力室５２内のインク全体に対して行われるためインク消費量が大きい。したがって、粘度上昇が少ない場合はなるべく予備吐出を行うことが好ましい。なお、図５で説明したキャップ６４は、吸引手段として機能するとともに、予備吐出のインク受けとしても機能し得る。

また、好ましくは、キャップ６４の内側が仕切壁によってノズル列に対応した複数のエリアに分割されており、これら仕切られた各エリアをセレクタ等によって選択的に吸引できる構成とする。

図６は、インクジェット記録装置１０のシステム構成を示す要部ブロック図である。インクジェット記録装置１０は、通信インターフェース７０、システムコントローラ７２、画像メモリ７４、モータドライバ７６、ヒータドライバ７８、プリント制御部８０、画像バッファメモリ８２、ヘッドドライバ８４等を備えている。

通信インターフェース７０は、ホストコンピュータ８６から送られてくる画像データを受信するインターフェース部である。通信インターフェース７０にはＵＳＢ、ＩＥＥＥ１３９４、イーサネット、無線ネットワークなどのシリアルインターフェースやセントロニクスなどのパラレルインターフェースを適用することができる。この部分には、通信を高速化するためのバッファメモリ（図示省略）を搭載してもよい。ホストコンピュータ８６から送出された画像データは通信インターフェース７０を介してインクジェット記録装置１０に取り込まれ、一旦画像メモリ７４に記憶される。画像メモリ７４は、通信インターフェース７０を介して入力された画像を一旦格納する記憶手段であり、システムコントローラ７２を通じてデータの読み書きが行われる。画像メモリ７４は、半導体素子からなるメモリに限らず、ハードディスクなどの磁気媒体を用いてもよい。

システムコントローラ７２は、通信インターフェース７０、画像メモリ７４、モータドライバ７６、ヒータドライバ７８等の各部を制御する制御部である。システムコントローラ７２は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）及びその周辺回路等から構成され、ホストコンピュータ８６との間の通信制御、画像メモリ７４の読み書き制御等を行うとともに、搬送系のモータ８８やヒータ８９を制御する制御信号を生成する。

モータドライバ７６は、システムコントローラ７２からの指示に従ってモータ８８を駆動するドライバ（駆動回路）である。ヒータドライバ７８は、システムコントローラ７２からの指示にしたがって後乾燥部４２等のヒータ８９を駆動するドライバである。

プリント制御部８０は、システムコントローラ７２の制御に従い、画像メモリ７４内の画像データから印字制御用の信号を生成するための各種加工、補正などの処理を行う信号処理機能を有し、生成した印字制御信号（印字データ）をヘッドドライバ８４に供給する制御部である。プリント制御部８０において所要の信号処理が施され、該画像データに基づいてヘッドドライバ８４を介して印字ヘッド５０のインク液滴の吐出量や吐出タイミングの制御が行われる。これにより、所望のドットサイズやドット配置が実現される。

プリント制御部８０には画像バッファメモリ８２が備えられており、プリント制御部８０における画像データ処理時に画像データやパラメータなどのデータが画像バッファメモリ８２に一時的に格納される。なお、図６において画像バッファメモリ８２はプリント制御部８０に付随する態様で示されているが、画像メモリ７４と兼用することも可能である。また、プリント制御部８０とシステムコントローラ７２とを統合して１つのプロセッサで構成する態様も可能である。

ヘッドドライバ８４はプリント制御部８０から与えられる印字データに基づいて各色の印字ヘッド５０のアクチュエータ５８を駆動する。ヘッドドライバ８４にはヘッドの駆動条件を一定に保つためのフィードバック制御系を含んでいてもよい。

印字検出部２４は、図１で説明したように、ラインセンサー（図示省略）を含むブロックであり、記録紙１６に印字された画像を読み取り、所要の信号処理などを行って印字状況（吐出の有無、打滴のばらつきなど）を検出し、その検出結果をプリント制御部８０に提供するものである。

プリント制御部８０は、必要に応じて印字検出部２４から得られる情報に基づいて印字ヘッド５０に対する各種補正を行うようになっている。

次に、第１実施形態に係る印字ヘッド５０（液体吐出ヘッド）の製造方法について説明する。

図７に、本実施形態の製造方法の各工程を順を追って示す。

まず、図７（ａ）に示すように、ノズル５１に連通するとともに、図示を省略したインク供給路と連通する圧力室５２、圧力室５２の天面を構成する振動板５６、振動板５６上の圧電体５８、圧電体５８上の個別電極５７、及び圧電体５８周辺に圧電体５８の運動を阻害しないための空間を形成するための圧電体カバー９２までを形成する。

このとき、図７（ａ）の下側に圧力室５２を平面図で示すように、圧電体５８の個別電極５７の一部を圧力室５２の外側に引き出して、駆動配線に接続するための配線接続部５９を形成するようにする。

次に、図７（ｂ）に示すように、圧力室５２の領域に掛からないように、かつ配線接続部５９を覆うようにして、光を当てると溶解するポジ型の感光性樹脂１００を圧電体カバー９２と同じ高さになるようにして塗布する。この感光性樹脂１００を塗布する方法は特に限定されるものではないが、例えばスクリーン印刷等の手法が好適に用いられる。

次に、図７（ｃ）に示すように、上で塗布した感光性樹脂１００をベークした後、駆動配線を形成するためのスルーホール９６ａや上部配線９８等が予め所定の位置に形成された配線基板９６等の上部構造体を、圧電体カバー９２及び焼き固められた感光性樹脂１００の上に形成する。

次に、図７（ｄ）に示すように、上から光を当てて、スルーホール９６ａが形成された配線基板９６等の上部構造体をマスクとして感光性樹脂１００を露光する。

そして、図７（ｅ）に示すように、露光した感光性樹脂１００を現像すると、スルーホール９６ａを通して光の照射を受けた部分だけが溶解し、除去されるので、配線基板９６のスルーホール９６ａと一直線の穴が、圧電体５８の個別電極５７の配線接続部５９に達するまで貫通して形成される。

最後に、図７（ｆ）に示すように、上で形成された上部配線９８から配線接続部５９まで貫通する穴の内部に、例えば真空印刷等の一般的な手法を用いて、導電性ペーストを充填する。これにより、駆動配線が形成され、印字ヘッドが出来上がる。

このように、本実施形態では、配線接続部５９を圧電体カバー９２と同じ高さまで感光性樹脂１００で覆い、配線基板９６のスルーホール９６ａと一直線の穴を配線接続部５９まで貫通させるようにしたため、導電性ペーストやはんだをスルーホール９６ａの上から流し込んでも、これが圧電体５８の運動を阻害しないための空間９４に流れ出ることなく、圧電体５８駆動時にその動きを妨げることがない。

また、配線基板９６等の上部構造体を露光マスクとして使用するようにしているため、位置合わせが不要で、配線基板９６のスルーホール９６ａと配線接続部５９上に設ける穴とが自動的に合うようになっている。

さらに、圧電体５８への配線接続部５９が感光性樹脂１００で固められているため、圧電体５８の駆動に伴う電気的接続部分の断線を防止することができる。

また、このとき、図７に示す例では、上部配線９８は、同じ平面上に配置されていたが、配線のさらなる高密度化を達成するために、例えば図８に示すように、上部配線９８を多層に形成するようにしてもよい。

また、図９に示すように、配線基板９６中に各圧力室５２にインクを供給する共通液室５５を設けるようにしてもよい。このように、共通液室５５を圧力室５２より上側に設け、上から圧力室５２にインクを供給するようにすれば、圧力室５２の配置をより高密度化することができるとともに、インクのリフィル性向上、及び高粘度インクの吐出にも対応することが可能となる。

なお、このように、その中に共通液室５５を有する配線基板９６の製造方法は、特に限定されるものではなく、例えば、トランスファーモールド等の公知の方法で樹脂成形によって、形成することが可能である。

次に、本発明の第２実施形態に係る印字ヘッド５０の製造方法について説明する。

本実施形態は、圧電体５８の運動を阻害しないための空間を形成するための圧電体カバー９２、及び駆動配線９０と配線接続部５９との接合部分を覆う部分を、一体化して形成るようにしたものである。

図１０に、本実施形態の印字ヘッド製造方法の各工程を順を追って示す。

まず、図１０（ａ）に示すように、ノズル５１及び図示を省略したインク供給路に連通する圧力室５２、圧力室５２の天面を構成する振動板５６、振動板５６上の圧力室５２の領域に圧電体５８及び個別電極５７を形成し、その上にポジ型の感光性樹脂層１０２を形成する。感光性樹脂層１０２は、個別電極５７を有する圧電体５８の上にも、振動板５６の上にもその全面に渡って形成される。

次に、図１０（ｂ）に示すように、上で形成した感光性樹脂層１０２をベークして固めた後に、マスク１０４を介して光を照射し、感光性樹脂層１０２の圧力室５２上部の圧電体５８に相当する部分１０２ａを露光する。その後、現像することにより、この部分１０２ａを除去して、圧電体５８の動きを阻害しないための空間（９４）となる部分を形成する。

次に、図１０（ｃ）に示すように、圧電体５８周辺の空間９４となるべき部分が形成された感光性樹脂層１０２の上に、予めスルーホール９６ａが形成された配線基板９６などの上部構造体を形成し、これをマスクとして上から光を照射し、スルーホール９６ａを介して、感光性樹脂層１０２の、個別電極５７から引き出された配線接続部５９に相当する部分１０２ｂを露光する。

そして、図１０（ｄ）に示すように、露光した部分１０２ｂを現像して除去し、スルーホール９６ａから一直線に配線接続部５９まで貫通する穴を形成し、この中に、例えば真空印刷などの手法により導電性ペーストを充填して穴内部を導電化して、上部配線９８と配線接続部５９を電気的に接続する駆動配線を形成する。

本実施形態においては、圧電体カバーと配線接続部を覆う感光性樹脂を一体的に形成するようにしているため、印字ヘッドの製造がより容易となる。

なお、本実施形態においても、前述した第１実施形態と同様に、上部配線９８を図８に示すように多層にしてもよいし、また図９に示すように配線基板９６中に共通液室５５を形成するようにしてもよい。

また、以上説明してきた例においては、共通電極は振動板５６で兼用し、圧電体５８の上側に形成された個別電極５７からのみ駆動配線９０を引き出すようにしていたが、圧電体５８の下側に振動板５６とは別に共通電極を形成し、これからも配線を引き出し、各圧電体５８から２本ずつ配線を引き出すようにしてもよい。

すなわち、図１１に示すように、振動板５６上の圧力室５２の領域に対応して圧電体５８を形成し、圧電体５８を上下から挟むように、圧電体５８の上側に個別電極５７を形成するとともに、圧電体５８と振動板５６の間に共通電極５６ａを形成する。

圧電体５８の周囲の振動板５６上には圧電体カバー９２が形成され、これにより圧電体５８上に圧電体５８の駆動を妨げないように空間９４が形成される。また、圧電体５８の個別電極５７はその一部が圧力室５２の外側（図では圧力室５２の右側）にはみ出して配線接続部５９を形成している。また、一方で、共通電極５６ａもその一部が圧力室５２の外側（図では圧力室５２の左側）にはみ出して配線接続部５６ｂが形成されている。そして、各配線接続部５９及び５６ｂの周囲は感光性樹脂１００で固められている。

圧電体カバー９２の上にはスルーホール９６ａを有する配線基板９６が形成され、前述したようにこのスルーホール９６ａから感光性樹脂１００を貫通して各配線接続部５９、５６ｂに達する穴が一直線に形成され、この穴に導電性ペーストなどが充填されて上部配線９８、９９と配線接続部５９、５６ｂがそれぞれ電気的に接続される。このようにして、各圧電体５８から２本の配線が引き出される。

なお、以上説明した各例においては、その上部に上部配線が予め形成された配線基板を用いていたが、これらの上部配線を有さない単なる基板を使用して、垂直の駆動配線９０を基板の上に引き出すだけで、後からこの上に多層フレキシブルケーブル（ＦＰＣ）を形成し、各駆動配線９０を多層フレキシブルケーブルの各配線とバンプ等により接続するようにしてもよい。

以上説明したように、本発明の各実施形態によれば、圧電体の運動を阻害しないように圧電体の上部周辺に形成される空間中の配線接続部付近に感光性樹脂を配置し、この上からスルーホールが形成された基板をマスクとして、感光性樹脂を露光、現像し、配線接続部まで貫通する穴をあけて、ここに導電性ペースト等を流し込んで駆動配線を形成するようにしているため、穴に流し込んだ導電性ペーストが前記空間内の必要箇所以外に流れ込むことはなく、圧電体の動きを妨げることはない。

また、スルーホールが形成された基板をマスクとして露光するので、穴の位置合わせが不要であり、また、配線接続部周辺が感光性樹脂で固められているため、圧電体の駆動に伴う振動により、接続部における断線を防ぐことができる。

以上、本発明の液体吐出ヘッド及びその製造方法並びに画像形成装置について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。

本発明に係る液体吐出ヘッド（印字ヘッド）を備えた画像形成装置としてのインクジェット記録装置の一実施形態の概略を示す全体構成図である。 インクジェット記録装置の印字部周辺を示す要部平面図である。 印字ヘッドの概略を示す平面透視図である。 （ａ）は圧力室ユニットの拡大図であり、（ｂ）は図４（ａ）中の４Ｂ−４Ｂ線に沿った断面図である。 インクジェット記録装置のインク供給系の概略を示す構成図である。 インクジェット記録装置のシステム構成を示すブロック図である。 （ａ）〜（ｆ）は、本発明の第１実施形態における印字ヘッドを形成する各工程を示す説明図である。 上部配線を多層にした印字ヘッドの例を示す断面図である。 配線基板中にインク供給路を形成した例を示す断面図である。 （ａ）〜（ｄ)は、本発明の第２実施形態における印字ヘッドを形成する各工程を示す説明図である。 各圧電体から２つずつ配線を引き出した例を示す断面図である。

符号の説明

１０…インクジェット記録装置、１２…印字部、１４…インク貯蔵／装填部、１６…記録紙、１８…給紙部、２０…デカール処理部、２２…ベルト搬送部、２４…印字検出部、２６…排紙部、２８…カッター、３０…加熱ドラム、３１、３２…ローラー、３３…ベルト、３４…吸着チャンバー、３５…ファン、３６…ベルト清掃部、４０…加熱ファン、４２…後乾燥部、４４…加熱・加圧部、４５…加圧ローラー、４８…カッター、５０…印字ヘッド、５０Ａ…ノズル面、５１…ノズル、５２…圧力室、５３…インク供給口、５４…圧力室ユニット、５５…共通液室、５６…振動板（共通電極）、５６ａ…共通電極、５７…個別電極、５８…圧電体、５９…配線接続部、６０…インクタンク、６２…フィルタ、６４…キャップ、６６…クリーニングブレード、６７…吸引ポンプ、６８…回収タンク、７０…通信インターフェース、７２…システムコントローラ、７４…画像メモリ、７６…モータドライバ、７８…ヒータドライバ、８０…プリント制御部、８２…画像バッファメモリ、８４…ヘッドドライバ、８６…ホストコンピュータ、８８…モータ、８９…ヒータ、９０…駆動配線、９２…圧電体カバー、９４…（圧電体の運動を阻害しないための）空間、９６…配線基板、９８…上部配線、１００…感光性樹脂、１０２…感光性樹脂層

Claims (3)

1. 液体を吐出するノズルと連通する圧力室の一部を形成する振動板と、該振動板を変形する圧電素子を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
   前記圧電素子の電極の少なくとも一部に感光性樹脂を形成する工程と、
   貫通孔を有する基板を前記感光性樹脂に接合する工程と、
   前記貫通孔を介して前記感光性樹脂を露光現像する工程と、
   前記貫通孔及び前記感光性樹脂を露光現像することによって形成される孔に導電性材料を充填する工程と、
   を含むことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
2. 請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法であって、さらに、前記圧電素子と前記基板との間に、該圧電素子が撓み振動モードで駆動されることを可能とする空間を設ける工程を備えたことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
3. 請求項１または２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法であって、さらに、前記基板に、前記圧力室に供給するための液体を貯蔵する共通液室を形成する工程を備えたことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。

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