JP5440411B2 - ラインヘッドモジュール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モジュールおよびインクジェット記録装置に関し、特に複数の記録ヘッドが千鳥状に配列されたラインヘッドモジュールおよびこれを備える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。

記録ヘッド間の位置ずれを防止する技術が特許文献１〜３に例示されている。
特許文献１の技術によれば、記録ヘッド（ヘッドモジュール１０）の位置決めマークを利用し、治具の位置決めマークを基準として、記録ヘッドを位置決めしている（段落００４６など参照）。
特許文献２の技術によれば、記録ヘッド（ヘッドユニット３２）の凹部をベースプレート（長尺部材４０）の凸部に嵌合させ、記録ヘッドの位置決めをしている（段落００６５，００６６など参照）。
特許文献３の技術によれば、記録ヘッド（素子基板１）を、まず基準の部材に押し付けてＸ軸方向において位置決めし、その後位置検出しながらＹ軸方向に移動させて所定位置で停止させ、Ｙ軸方向の位置決めをしている（段落００１７など参照）。

特開２００５−１３８５２７号公報 特開２００７−２７６１６３号公報 特開平１０−２５８５１２号公報

しかしながら、特許文献１の技術によれば、位置決めマークを用いた位置決めは組立て装置に高精度な分解能が要求され、装置自体が高価であり、位置決めには多大な時間を要するという課題がある。特許文献２の技術によれば、記録ヘッド以外の部材（ベースプレート）にも凸部を形成するための加工を施す必要があり、その加工にコストや手間がかかる。特許文献３の技術によっても、Ｙ軸方向の位置決めには高精度な位置検出のための分解能が要求され、特許文献１と同様の課題があるといえる。
したがって、本発明の主な目的は、安価でかつ容易に記録ヘッド同士を位置決めすることができるラインヘッドモジュール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、
複数のノズルが形成されたノズル基板を有する複数の記録ヘッドを千鳥状に配列したラインヘッドモジュールにおいて、
前記各記録ヘッドのノズル基板には、少なくとも１対の凸部と前記凸部に対応する少なくとも１対の凹部とが形成され、
隣り合う前記記録ヘッドは、前記ノズル基板同士の一方に形成された前記凸部と、他方に形成された前記凹部とが当接していることを特徴とするラインヘッドモジュールが提供される。

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、
前記プラテンと対向配置された前記ラインヘッドモジュールと、
を備え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、各記録ヘッドのノズル基板には互いに対応する凸部と凹部とが形成されているから、これら凹凸を嵌合させれば、記録ヘッド間の位置決めをおこなうことができ、安価でかつ容易に記録ヘッド同士を位置決めすることができる。

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。 記録ヘッドの外観を図３とは別の角度から見た斜視図である。 記録ヘッドの内部構造を概略的に示す断面図である。 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。 図６の変形例を示す平面図である。

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，図４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の左右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、各ラインヘッド１０，１２，１４，１６はラインヘッドモジュールの一例であり、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５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、ドライエッチングにより形成され、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５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導電性基板３８ｇの一端が接続されている。導電性基板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。導電性基板３８ｇは、アルミニウムまたは銅などで構成され、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，導電性基板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、各記録ヘッド２０を平面視した場合に、図２，図６に示すとおり、ノズル基板３０の一方の側部には１対の凸部６０が形成され、他方の側部には１対の凹部６２が形成されている。
特に、図６に示すとおり、凸部６０は台形状に突出しており、２つの角部６０ａ，６０ｂが屈曲している。凸部６０は外側に向けてテーパ状（先細）になっている。他方、凹部６２も台形状に切り欠かれており、凸部６０の形状に対応している。凸部６０と凹部６２とは互いに嵌合し、凸部６０と凹部６２とを平面視した状態において互いに線接触している。凸部６０と凹部６２とはノズル３０ａと同様に、ドライエッチングにより形成されている。

記録ヘッド２０を支持体２８に固定する場合であって各記録ヘッド２０を千鳥状に配列するときには、まずは、ある１つの記録ヘッド２０をネジ２６により支持体２８に固定する。その後、すでに固定された記録ヘッド２０のガラス基板３０の凸部６０または凹部６２に対して、別の記録ヘッド２０をＸ方向に移動させガラス基板３０の凹部６２または凸部６０を嵌合させ、その位置で記録ヘッド２０をネジ２６により支持体２８に固定する。このような動作を繰り返しおこない、各記録ヘッド２０を千鳥状に配列する。

以上の本実施形態によれば、ノズル基板３０がシリコンで構成されこれをドライエッチングするから、安価に高精度な凸部６０，凹部６２が形成される。各記録ヘッド２０を千鳥状に配列する場合には、すでに固定された記録ヘッド２０に対し別の記録ヘッド２０を１方向に移動させ、単に凸部６０と凹部６２とを嵌合させればよい。この場合に、凸部６０はテーパ状に形成されているから、凸部６０と凹部６２との位置が多少ずれていても、一方が他方に滑らかにスライドして当接する。したがって、安価でかつ容易に記録ヘッド２０同士を位置決めすることができ、ひいては記録ヘッド２０同士の位置決めをノズル基板３０同士の当接を利用しておこなうから、高精度な位置決めを実現することができる。

なお、ガラス基板３０の凸部６０の形状は、図７に示すとおり、ほぼ台形状を呈し、一方の角部６０ａが屈曲しかつ他方の角部６０ｃが湾曲していてもよい。この場合、凸部６０と凹部６２とを平面視した状態においては、角部６０ａと凹部６２とは線接触し、角部６０ｃと凹部６２とは点接触する。
図６，図７に示すガラス基板３０の凸部６０と凹部６２の形状は一例である。
凸部６０と凹部６２の形状は、互いに三角形状や矩形状など多角形状を呈していてもよいし、半円状または楕円状を呈していてもよく、互いに嵌合可能であれば適宜変更可能である。凸部６０と凹部６２の数は２対以上あってもよいし、対を構成しなくてもさらに１または２以上の凸部６０と凹部６２とがガラス基板３０に形成されてもよい。

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 導電性基板
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 凸部
６０ａ，６０ｂ，６０ｃ 角部
６２ 凹部

Claims (6)

1. 複数のノズルが形成されたノズル基板を有する複数の記録ヘッドを千鳥状に配列したラインヘッドモジュールにおいて、
   前記各記録ヘッドのノズル基板には、少なくとも１対の凸部と前記凸部に対応する少なくとも１対の凹部とが形成され、
   隣り合う前記記録ヘッドは、前記ノズル基板同士の一方に形成された前記凸部と、他方に形成された前記凹部とが当接していることを特徴とするラインヘッドモジュール。
2. 請求項１に記載のラインヘッドモジュールにおいて、
   前記凸部が台形状を呈しており、
   前記凸部の両方の角部が屈曲していることを特徴とするラインヘッドモジュール。
3. 請求項１に記載のラインヘッドモジュールにおいて、
   前記凸部がほぼ台形状を呈しており、
   前記凸部の一方の角部が屈曲し、他方の角部が湾曲していることを特徴とするラインヘッドモジュール。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のラインヘッドモジュールにおいて、
   前記凹部が台形状を呈していることを特徴とするラインヘッドモジュール。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のラインヘッドモジュールにおいて、
   前記ノズル基板がシリコンで構成され、
   前記ノズル基板の前記凸部および前記凹部がドライエッチング加工で形成されていることを特徴とするラインヘッドモジュール。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のラインヘッドモジュールを備えるインクジェット記録装置において、
   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、
   前記プラテンと対向配置された前記ラインヘッドモジュールと、
   を備えることを特徴とするインクジェット記録装置。

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