(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
一側の面にインクを吐出させるためのアクチュエータが設けられるとともに、前記一側の面に形成され、前記アクチュエータに接続される導体パターンを有するベース基板と、
前記ベース基板の表面と前記導体パターンを覆う保護膜と、
前記導体パターンを介して前記アクチュエータを駆動するための駆動回路が形成され、前記ベース基板の前記一側の面に設けられた領域に接続される制御基板と、
前記ベース基板の他側の面の前記領域と対応する位置に少なくとも設けられる保護フィルムと、
を有するインクジェットヘッド。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、本実施形態を、図面を用いて説明する。説明には、相互に直交するX軸、Y軸、Z軸からなる直交座標系を用いる。
【0009】
図1は、本実施形態に係るインクジェットヘッド10を示す斜視図である。インクジェットヘッド10は、シェアモードシェアードウォール型のインクジェットヘッドである。インクジェットヘッド10は、射出ユニット20、マニホールド40、フレキシブル基板50、リジット基板60を有している。
【0010】
図2は、射出ユニット20の展開斜視図である。
図2に示されるように、射出ユニット20は、ベース基板21、フレーム22、オリフィスプレート23、保護部材としての保護フィルム34を有している。
【0011】
ベース基板21は、例えばアルミナからなり、長手方向をY軸方向とする長方形板状の部材である。ベース基板21のX軸方向中央部には、Y軸に沿って複数の開口211が形成されている。また、開口211の−X側及び+X側には、Y軸に沿って複数の開口212が形成されている。
【0012】
ベース基板21の上面には、2つの駆動ユニット25が配置されている。
図2に示されるように、駆動ユニット25は、開口211のX軸方向両側に配置されている。
【0013】
図3は、駆動ユニット25の一部を拡大して示す図である。
図3に示されるように、駆動ユニット25は、ベース基板21の上面に接着される圧電素子251と、圧電素子251の上面に配置される複数の圧電素子252を有している。
【0014】
圧電素子251は、ZY断面が台形で、長手方向をX軸方向とする部材である。圧電素子251は、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とするピエゾ素子である。圧電素子251の上面には、上方(+Z方向)に突出する突出部251aが、Y軸に沿って等間隔に形成されている。また、圧電素子251の下面は、ベース基板21の上面に接着されている。
【0015】
圧電素子252は、圧電素子251に形成された突出部251aの上面に接着されている。圧電素子252は、+Y側からの見た形状が台形になるように整形され、圧電素子251の側面と、圧電素子252の側面は連続した平面になっている。また、圧電素子251,252それぞれの分極方向はZ軸に平行であり、圧電素子251の極性と、圧電素子252の極性は逆になっている。
【0016】
駆動ユニット25では、圧電素子251の突出部251aと圧電素子252で、インクを吐出するためのアクチュエータ250が構成される。そして、隣接するアクチュエータ250の間が圧力室Sとなる。また、2つの駆動ユニット25のアクチュエータ250の配列ピッチPTは相互に等しいが、アクチュエータ250相互間でのアクチュエータの位置は、配列ピッチPTの1/2(=PT/2)だけY軸方向にオフセットしている。
【0017】
図3では図示が省略されているが、
図4に示さるように、各圧力室Sの内壁面から、ベース基板21の上面にかけて、導体パターン30が形成されている。この導体パターン30は、例えば、ニッケル膜からなるパターンであり、アクチュエータ250に電圧を印加するための電極として機能する。
【0018】
図5は、射出ユニット20のXZ断面図である。また、
図6は、射出ユニット20のYZ断面図である。
図5及び
図6に示されるように、導体パターン30の上面には、電着膜31が形成されている。電着膜31は、例えば、電着液を用いて導体パターン30の上面に電着組成物を生成し、生成した電着組成物を加熱することにより生成される。
【0019】
図2に戻り、フレーム22は、長手方向をY軸方向とする枠状の部材である。フレーム22は、例えば、セラミックやアルミナ、又は、アルミニウム或いはステンレスからなる。
【0020】
オリフィスプレート23は、ポリイミドを素材とし、長手方向をY軸方向とする長方形のシートである。オリフィスプレート23には、複数の開口231が形成されている。開口231は、エキシマレーザなどを用いたレーザ加工によって、Y軸に平行な2列に並ぶように形成される。開口231は、インクを記録媒体としての紙に吐出するためのノズルとして機能する。
【0021】
保護フィルム34は、長手方向をY軸方向とする長方形の部材である。保護フィルム34は、例えば、セラミック、耐熱性を有する樹脂、ガラス、或いは金属からなる。保護フィルム34には、長手方向をY軸方向とする3つの開口34aが形成されている。ベース基板21に形成された開口211,212は、ベース基板21の下面に貼り付けられた保護フィルム34の開口34aから露出した状態になる。
【0022】
上述のように構成されるベース基板21、フレーム22、オリフィスプレート23、及び保護フィルム34は、ベース基板21にフレーム22と保護フィルム34が接着され、フレーム22にオリフィスプレート23が接着されることで一体化される。そして、射出ユニット20が形成される。以下、射出ユニット20の製造方法について、概略図を参照しつつ説明する。
【0023】
まず、ベース基板21と同じ素材からなる基板210を準備する。そして、
図7に示されるように、基板210に、機械加工を施して、開口211,212を形成する。基板210は、ベース基板21となる。
【0024】
次に、
図8を参照するとわかるように、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とするシート251Aと、252Aとが張り合わされることにより形成されたシートブロック250Aを用意する。
【0025】
シートブロック250Aは、長手方向をY軸方向とする直方体状の部材である。シートブロック250Aを構成するシート251A,252Aの分極方向はシート251A,252Aの法線に平行な方向(Z軸方向)であり、本実施形態では、シート251Aの極性が+Z方向となり、シート252Aの極性が−Z方向となっている。
【0026】
次に、2つのシートブロック250Aを、例えば、熱硬化性を有する接着剤或いは紫外線硬化性を有する接着剤を用いて、ベース基板21の上面に接着する。
図8に示されるように、シートブロック250Aが、開口211と開口212の間に固定される。
【0027】
次に、ダイシングソーを用いて、シートブロック250Aそれぞれの+X側の側面及び−X側の側面が、
図9に示されるように、斜めになるように、シートブロック250Aそれぞれを整形する。シートブロック250Aそれぞれは、XZ断面が台形の角柱状に整形される。
【0028】
次に、
図10に示されるように、ダイヤモンドソーを用いて、シートブロック250Aそれぞれに、X軸に平行な溝250aを等間隔に複数形成する。シートブロック250Aそれぞれを構成するシート252Aは、溝250aが形成されることにより、小片に分割される。シート252Aが分割されることにより形成される小片は、
図3に示される圧電素子252となる。また、シート251Aには、溝250aが形成されることで、突出部251aが形成される。以上の工程を経て、アクチュエータ250を有する駆動ユニット25が形成される。
【0029】
次に、隣接するアクチュエータ250の間からベース基板21の上面にかけて、
図4に示される導体パターン30を形成する。具体的には、全面スパッタを行い、次にめっき処理を行う。めっき処理の後に、レジスト塗布をし、パターン化し、エッチング処理をした後に、剥離を行う。
【0030】
次に、
図11に示されるように、ベース基板21の上面にマスキングテープ200を張り付ける。マスキングテープ200は、ベース基板21の+X側の外縁と−X側の外縁に沿って張り付けられる。マスキングテープ200が張り付けられた領域に位置する導体パターン30は、マスキングテープ200によって、マスクされた状態になる。
【0031】
次に、ベース基板21を電着液に浸した後に、導体パターン30を陽極として、導体パターン30に電着膜31を成膜する。そして、電着膜31を加熱することにより、導体パターン30に電着膜31を焼き付ける。
図12に示されるように、電着膜31は、導体パターン30を被覆する。電着膜31の厚さは、おおよそ0.5μm〜5μmである。
【0032】
次に、
図13に示されるように、ベース基板21の上面に、接着剤33を用いてフレーム22を接着する。
図14に示されるように、フレーム22は、ベース基板21の上面に、導体パターン30及び電着膜31を介して配置される。
【0033】
次に、ベース基板21、駆動ユニット25、フレーム22の表面に、化学気相成長法(CVD: Chemical Vapor Deposition)により、例えばパリレンC、パリレンN、パリレンDのようなパラキシレン系ポリマーからなる有機保護膜32を形成する。
図15に示されるように、有機保護膜32は、ベース基板21の表面と、駆動ユニット25の表面と、フレーム22の表面に均一に形成される。有機保護膜32の厚さは、おおよそ3μm〜10μmである。パラキシレン系ポリマーを用いた化学気相成長法を用いることで、ベース基板21、駆動ユニット25、フレーム22の表面に、均一な保護膜を形成することができる。
【0034】
次に、
図16に示されるように、フレーム22に重なるようにオリフィスプレート23を取り付ける。具体的には、
図5に示されるように、フレーム22の上面と駆動ユニット25の上面に、接着剤33を塗布して、オリフィスプレート23をフレーム22と駆動ユニット25に接着する。駆動ユニット25とオリフィスプレート23によって、圧力室Sが規定される。オリフィスプレート23に形成された開口231は、オリフィスプレート23の上方から圧力室Sに通じたノズルとなる。
【0035】
次に、ベース基板21の下面に接着剤33を塗布して、保護フィルム34を接着する。そして、マスキングテープ200を除去する。以上の工程を経ることによって、
図2に示されるベース基板21、フレーム22、オリフィスプレート23、保護フィルム34が一体化され、射出ユニット20が完成する。射出ユニット20では、
図5に示されるように、ベース基板21上面のX軸方向両端の領域では、導体パターン30が露出した状態になっている。
【0036】
図17は、射出ユニット20のXZ断面を示す図である。射出ユニット20では、
図17に示されるように、ベース基板21に形成される開口211,212と、駆動ユニット25の圧力室Sとの間をインクが循環するための流路が形成される。
図17に実線で示されるように、射出ユニット20では、ベース基板21の開口211から流入したインクは、駆動ユニット25の圧力室Sを通過して、ベース基板21の開口212から流出する。
【0037】
また、インクが、
図17に実線で示されるように循環しているときに、
図4に示される導体パターン30に選択的に電圧を印加すると、アクチュエータ250が、
図18に示される状態から、
図19に示される状態に変形する。アクチュエータ250が変形することによって、
図17或いは
図19の白抜き矢印に示されるように、オリフィスプレート23に形成された開口231からインクが吐出する。
【0038】
図1に示されるように、フレキシブル基板50は、射出ユニット20と接続される。フレキシブル基板50は、例えば、絶縁フィルムと導体層からなるフレキシブル基板である。インクジェットヘッド10では、射出ユニット20に4枚のフレキシブル基板50が接続され、各フレキシブル基板50には、射出ユニット20を制御するための制御回路が形成されたリジット基板60が接続される。
【0039】
図20は、射出ユニット20とフレキシブル基板50の接続箇所を示す断面図である。
図20に示されるように、フレキシブル基板50を射出ユニット20に接続するには、射出ユニット20を、金属又はセラミックからなる治具300の上に載置する。そして、ベース基板21の上面に露出する導体パターン30に重なるように、異方導電性フィルム35を介して、フレキシブル基板50を配置し、フレキシブル基板50をベース基板21に対して加熱圧着する。ベース基板21とフレキシブル基板50は、異方導電性フィルム35によって接続される。
【0040】
射出ユニット20では、ベース基板21の下面に保護フィルム34が設けられている。保護フィルム34によって、ベース基板21に形成される有機保護膜32と治具300が直接接触することがなくなるため、フレキシブル基板50をベース基板21に対して加熱圧着したとしても、有機保護膜32が治具300に張り付くことがない。
【0041】
図1に戻り、マニホールド40は、射出ユニット20を保持するとともに、射出ユニット20をインクの循環系と接続するための部材である。マニホールド40の内部には、は流路が形成されている。フレキシブル基板50及びリジット基板60が接続された射出ユニット20は、マニホールド40の上面に固定される。射出ユニット20とマニホールド40が一体化することで、インクジェットヘッド10が完成する。
【0042】
以上説明したように、本実施形態に係るインクジェットヘッド10では、
図20に示されるように、射出ユニット20を構成するベース基板21の下面に保護フィルム34が張り付けられている。治具300に載置された射出ユニット20のベース基板21に対して、フレキシブル基板50を押圧した状態で、フレキシブル基板50を加熱したとしても、同時に加熱された有機保護膜32が、治具300に張り付くことがない。したがって、治具300から射出ユニット20を取り外す際に、有機保護膜32が、ベース基板21から剥がれたり、損傷を受けることがなくなる。
【0043】
また、有機保護膜32が損傷を受けることがなくなるため、ベース基板21に形成される導体パターン30を適切に保護することが可能となる。
【0044】
上記実施形態に係る保護フィルム34には、ベース基板21に設けられた開口211,212が露出する開口34aが形成されている。したがって、ベース基板21に保護フィルム34を張り付ける際の位置決めが容易になる。
【0045】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態によって限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、保護フィルム34に、長方形の開口34aが形成されている場合について説明した。上記実施形態に限らず、
図21に示されるように、保護フィルム34には、ベース基板21に設けられた開口211,212に対応する位置に円形の開口34aが形成されていてもよい。
【0046】
また、保護フィルム34に代えて、例えば、セラミック、耐熱性樹脂或いは金属からなる基板を、ベース基板21に貼り付けてもよい。
【0047】
上記実施形態では、有機保護膜32が、パリレンC、パリレンN、パリレンDのようなパラキシレン系ポリマーからなる場合について説明したが、有機保護膜32は、ポリイミドのような素材から構成されていてもよい。
【0048】
上記実施形態では、ベース基板21とフレキシブル基板50が、異方導電性フィルム35によって接着される場合について説明したが、例えば、異方導電性ペースト、非導電性フィルム、非導電性ペーストなどによって、ベース基板21とフレキシブル基板50が接続されていてもよい。
【0049】
上記実施形態では、保護フィルム34が、ベース基板21の下面全部を被覆する場合について説明した。上記実施形態に限らず、保護フィルム34は、
図20に示される異方導電性フィルム35に対応する部分にのみ設けられていてもよい。有機保護膜32が加熱される部分は、異方導電性フィルム35の下方に位置する部分のみである。このため、異方導電性フィルム35を、異方導電性フィルム35に対応する部分にのみ設けることで、有機保護膜32の損傷を防止することができる。
【0050】
上記実施形態では、ベース基板21やフレーム22が、セラミックやアルミナから形成されている場合について説明した。ベース基板21及びフレーム22の素材は、上記材料に限定されるものではなく、例えば樹脂等であってもよい。
【0051】
上記実施形態では、オリフィスプレート23が、ポリイミドからなる場合について説明したが、オリフィスプレート23は、ポリイミド以外の金属や樹脂から構成されていてもよい。
【0052】
上記実施形態に係るインクジェットヘッド10は一例であり、ベース基板21に形成される開口211,212の数や、アクチュエータ250の数は、インクジェットヘッド10の用途や解像度に応じて、適宜変更することができる。
【0053】
次に、上述したインクジェットヘッドを用いたインクジェット記録装置70について説明する。
図22は、インクジェット記録装置70を示す図である。このインクジェット記録装置70には、シアン、マゼンダ、イエロー、ブラックの4色のインクジェットヘッド10C、10M、10Y、10Kが用いられる。インクジェットヘッド10C、10M、10Y、10Kは、上述したインクジェットヘッド10と同等の構成のものである。
【0054】
インクジェット記録装置70は、例えば記録媒体である用紙Pを搬送しながら、画像形成等の各種処理を行う装置である。インクジェット記録装置70は、筐体80と、筐体80内部に設けられる給紙カセット71と、筐体80の上部に設けられる排紙トレイ72と、用紙Pを保持した状態で回転する保持ローラ73と、給紙カセット71から保持ローラ73を経由し、排紙トレイ72にわたって形成される搬送路A1に沿って用紙Pを搬送する搬送機構74と、保持ローラ73から剥離した用紙Pの表裏面を反転させて再び保持ローラ73に供給する反転装置78と、を備える。
【0055】
保持ローラ73の周りには、上流側から下流側に向かって順番に、用紙Pを保持ローラ73の外面に押圧することで、用紙Pを保持ローラ73の表面(外周面)に吸着させる保持装置75と、保持ローラ73に保持された用紙Pに画像を形成する画像形成装置76と、用紙Pを除電して保持ローラ73から剥離する除電剥離装置77と、保持ローラ73をクリーニングするクリーニング装置79と、が設けられている。
【0056】
搬送機構74は、搬送路A1に沿って設けられた複数のガイド部材81〜83や、複数の搬送用ローラ84〜89を備えている。搬送用ローラとしては、ピックアップローラ84、給紙ローラ対85、レジストローラ対86、分離ローラ対87、搬送ローラ対88、排出ローラ対89が設けられている。搬送用ローラ84〜89が、搬送用モータに駆動されることで回転すると、用紙Pは搬送路A1に沿って下流側に送られる。
【0057】
搬送路A1におけるレジストローラ対86のニップ近傍には、用紙Pの先端位置を検知する用紙位置センサ107が設けられている。さらに、ユーザによって各種の項目が設定可能なオペレーションパネルが設けられている。また、インクジェット記録装置70の内部には、インクジェット記録装置70の内部の温度を検出する温度センサ108が設けられている。そのほか、用紙Pの搬送状況を監視するためのセンサなどが各所に配置されている。
【0058】
保持ローラ73は、回転軸71aと、アルミニウムからなる円筒状の円筒フレーム91と、円筒フレーム91の表面に形成された絶縁層92と、を備えている。円筒フレーム91は、接地されていて、帯電ローラ97による帯電時には対抗電極として電位が0Vに保持される。保持ローラ73は、用紙Pを保持した状態で回転することにより用紙Pを搬送する。ここでは、
図22に示される矢印に示される向きに回転することにより、用紙Pを時計回りに搬送する。
【0059】
保持装置75は、用紙Pを保持ローラ73に対して押圧する押圧装置93と、静電気により用紙Pを保持ローラ73に吸着させる吸着装置94と、を備えている。
【0060】
押圧装置93は、回転軸95cと、保持ローラ73の表面に対向して配置される押圧ローラ95(押圧部材)と、押圧ローラ95を駆動する押圧モータと、を備えている。
【0061】
押圧ローラ95は、回転することにより、保持ローラ73の表面を第1の押圧力で押し付ける第1状態と、第1の押圧力よりも小さい第2の押圧力で押し付ける第2状態と、保持ローラ73から離間して押圧力が解除される第3状態とに遷移する。
【0062】
押圧ローラ95と保持ローラ73間にかかる力は、用紙Pが変形せず、また、画質が低下しないような適正値に設定される。用紙Pが、保持ローラ73と押圧ローラ95のニップ部を通過する際に、押圧ローラ95により保持ローラ73に押し付けられることで、用紙Pが、保持ローラ73に密着する。
【0063】
押圧ローラ95の外周面は、絶縁材からなる絶縁層95bで覆われ、帯電した用紙Pの電荷が押圧ローラ95を介してリークしないようになっている。
【0064】
吸着装置94は、押圧ローラ95の下流側に配置される帯電ローラ97を備えている。帯電ローラ97は、帯電可能な金属製の帯電軸97aと帯電軸97aの外周に形成された表層部97bと、を有し、保持ローラ73に対向して配置されている。帯電ローラ97に対しては、電荷の供給が可能である。また、帯電ローラ97は、保持ローラ73に対して、移動可能になっている。
【0065】
帯電ローラ97が保持ローラ73に近接した状態で、帯電ローラ97に電力が供給されると、帯電ローラ97と接地された円筒フレーム91との間に電位差が生じる。その結果、用紙Pを保持ローラ73に吸着させる方向の静電気力が発生(帯電)する。静電気力により、用紙Pは、保持ローラ73の表面に吸着する。
【0066】
画像形成装置76は、保持ローラ73の上方に配置された4つのインクジェットヘッド10C、10M、10Y、10Kを備えている。4色のインクジェットヘッド10C、10M、10Y、10Kから、用紙Pへインクが吐出されることで、用紙Pに画像が形成される。
【0067】
除電剥離装置77は、用紙Pの除電を行う除電装置101と、除電後に保持ローラ73の表面から用紙Pを剥離する剥離装置102と、を備えている。
【0068】
除電装置101は、画像形成装置76よりも下流側に設けられ、帯電可能な除電ローラ103を備えている。除電装置101は、電荷を供給して用紙Pを除電することで、用紙Pを保持ローラ13から剥離しやすい状態にする。
【0069】
剥離装置102は、除電装置101の下流側に設けられ、移動可能な分離爪105を備えている。分離爪105は、用紙Pと保持ローラ73の間に挿入される剥離位置と、保持ローラ73から退避する退避位置との間で移動可能である。分離爪105は、剥離位置に配置されたときに、用紙Pを保持ローラ73の表面から剥離する。なお、
図22では、剥離位置にある分離爪105が破線で示され、退避位置にある分離爪105が実線で示されている。
【0070】
クリーニング装置79は、除電剥離装置77よりも下流側に設けられている。クリーニング装置79は、保持ローラ73に当接する当接位置と保持ローラ73から退避する離間位置とで移動動作可能なクリーニング部材と、クリーニング部材を動作させるクリーニングモータとを備えている。クリーニング部材が、保持ローラ73の表面に当接した状態で、保持ローラ73が回転することにより、保持ローラ73の表面がクリーニングされる。
【0071】
反転装置78は、剥離装置102の下流側に設けられ、剥離装置102で剥離された用紙Pを反転させて再び保持ローラ73の表面上に供給する。反転装置78は、例えば用紙Pを前後方向逆にスイッチバックさせる所定の反転経路に沿って用紙Pを案内することにより、用紙Pを反転させる。
【0072】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施しうるものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。上記実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。