JP2008036936A - インクジェット式記録ヘッドおよび画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インクジェット式記録ヘッドの製作コストの抑制を図ることができ、配線の断切れの発生や振動板における振動の影響による配線状態の不安定化による耐久性の低下の影響を抑制することができ、インクの吐出状態の安定化を図ることができること。
【解決手段】第１電極と圧電体と第２電極とを備える圧電素子と、外部からの信号により圧電素子を駆動するための駆動信号を生成する駆動信号発生手段と、圧電素子の駆動に伴って振動する振動板と、振動板により一方の面が封止されてノズルに連通する圧力室と、を有するインクジェット式記録ヘッドにおいて、第１電極は、圧電体とともに振動する第１部位と、駆動信号発生手段の電極パッドと接合する第２部位と、第１部位と第２部位の間に挟まれ第１部位と第２部位の配列方向と垂直な方向の幅について第１部位と第２部位の幅よりも小さい第３部位と、を備える。
【選択図】図３（ｂ）

Description

本発明はインクジェット式記録ヘッドおよび画像形成装置に係り、特に、圧電素子の電極からの配線を駆動信号発生手段に電気接続する手法に関する。

圧電素子の電極からの配線を駆動信号発生手段に電気接続する手法として、以下の従来技術が存在する。

図１９は、特許文献１のインクジェット式記録ヘッドの断面図である。図１９に示すように、特許文献１のインクジェット式記録ヘッドでは、圧電素子１０１の個別電極１０２から配線された第１の端子１０３を備えた第１の蓋部材１０４（振動板）と、第２の端子１０５を備えた駆動信号発生手段１０６を備えており、第１の端子１０３と第２の端子１０５との対向する端子同士を接合している。

図２０は、特許文献２のインクジェット式記録ヘッドの断面図である。図２０に示すように、特許文献２のインクジェット式記録ヘッドでは、振動板２０７上に位置し封止空間を封止する導電性接着剤２０６を介して、圧電素子２０１の上電極膜２０２からの引き出し線であるリード電極２０３と、集駆動信号発生手段である集積回路２０４の各端子に接続された駆動系配線２０５とが電気的に接続されている。
特許第３６１３３０２号公報 特開２００２−２９２８７１号公報

しかしながら、特許文献１、２ともに圧電素子１０１、２０１の個別電極１０２、上電極膜２０２からの配線を一旦振動板１０４、２０７に実装配線し、そこから駆動信号発生手段１０６、２０４に電気接続している。そのため、前者の配線によりヘッドの製作工程が増えてコストアップしてしまう。

また、圧電体の表面上に存在する個別電極１０２、上電極膜２０２から振動板１０４、２０７への配線により、段差部における断線（断切れ）の発生や、振動板１０４、２０７における振動の影響により配線状態が不安定となり信頼性低下の恐れがある。

また、インクの粘度に影響を及ぼすインクの温度に関しての制御手法については、なんら示唆されておらず、インクの吐出状態の安定化が図れないおそれがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ヘッドの製作コストの抑制を図ることができ、配線の断切れの発生や振動板における振動の影響による配線状態の不安定化による耐久性の低下の影響を抑制することができ、インクの吐出状態の安定化を図ることができるインクジェット式記録ヘッド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、第１電極と圧電体と第２電極とを備える圧電素子と、外部からの信号により前記圧電素子を駆動するための駆動信号を生成する駆動信号発生手段と、前記圧電素子の駆動に伴って振動する振動板と、前記振動板により一方の面が封止されてノズルに連通する圧力室と、を有するインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記第１電極は、前記圧電体とともに振動する第１部位と、前記駆動信号発生手段の電極パッドと接合する第２部位と、前記第１部位と前記第２部位の間に挟まれ前記第１部位と前記第２部位の配列方向と垂直な方向の幅について前記第１部位と前記第２部位の幅よりも小さい第３部位と、を備えること、を特徴とする。

本発明によれば、第１電極には第１部位と第２部位の間に挟まれ第１部位と第２部位の配列方向と垂直な方向の幅について第１部位の幅よりも小さい第３部位を設けているので、振動板の圧電駆動時において当該駆動により第１部位が振動した場合であっても、第３部位により当該振動が吸収されることから、第２部位には当該振動が伝わらない。そのため、駆動信号発生手段の電極パッドと第１電極の第２部位との接合が安定した状態で維持される。

また、駆動信号発生手段の電極パッドと圧電素子の第１電極の第２部位とを接合するので、従来技術のように第１電極から一旦振動板への配線を行う必要がなくなり、配線構造が簡易であり低コストで配線が可能となり、ヘッドの製作コストの抑制を図ることができる。また、配線の断切れが発生する恐れがなくなり、配線状態が安定化して耐久性の低下の影響を抑制することができ信頼性の高いヘッドを構成することができる。

なお、駆動信号発生手段と振動板は何れも同じ熱膨張係数を有する材質で構成すれば、接合時や温度変化時における反りの恐れがなくなる。

また、振動板を圧電素子の第２電極として兼用させることとしてもよい。

前記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記駆動信号発生手段と前記振動板は温度検出用パッドを有し、互いに導電性接続部材により接続すること、を特徴とする。

本発明によれば、駆動信号発生手段の温度検出用パッドと振動板の温度検出用パッドが直接に接続されるので、極めて短時間のうちに振動板の温度を駆動信号発生手段の温度センサで検出することができる。そして、検出した温度情報に応じて駆動信号発生手段内で駆動信号を制御することにより、振動板の温度に応じて振動板を駆動させることができる。ここで、振動板の温度は圧力室内の液体の温度と相関関係にある。また、液体の温度は液体の粘度とも相関関係にある。以上のことから、本発明によれば、液体の温度の変化により影響を受ける液体の粘度に応じて駆動信号発生手段内で駆動信号を制御することができるので、ノズルの吐出動作の安定化を図ることができる。

なお、駆動信号発生手段の駆動用端子が温度検出用端子の機能を兼ねることとしてもよい。

前記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記振動板の温度検出用パッドは、前記圧力室の隔壁に対向する位置に設けられること、を特徴とする。

本発明によれば、振動板の温度検出用パッドは剛性の高い圧力室の側壁部分に対向する位置に設けられているので、振動板の駆動による振動の影響を受けにくい。そのため、駆動信号発生手段の温度検出用パッドと振動板の温度検出用パッドの接続は安定した状態に維持され、駆動信号発生手段内の温度センサにより確実に振動板の温度を測定することができる。したがって、より確実に液体の粘度に応じて駆動信号発生手段内で駆動信号を制御することができるので、より確実にノズルの吐出動作の安定化を図ることができる。

前記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記駆動信号発生手段は、前記電極パッドを片側を２列以上の複数列に千鳥状に配置すること、を特徴とする。

本発明によれば、圧力室の配置密度が高く圧電素子の配置密度が高い場合であっても、駆動信号発生手段の電極パッドと圧電素子の第１電極とを確実に接合することができる。

前記目的を達成するために、請求項５に記載の発明は、画像形成装置において、請求項１乃至４に記載のインクジェット式記録ヘッドを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、ヘッドの製作コストの抑制を図ることができ、配線の断切れの発生や振動板における振動の影響による配線状態の不安定化による耐久性の低下の影響を抑制することができ、インクの吐出状態の安定化を図ることができる。

以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。

〔インクジェット式記録ヘッドの説明〕
＜第１実施形態＞
図１は、本発明のインクジェット式記録ヘッドの一部分を示した外観斜視図である。なお、一部透視図としている。また、図２は、図１に示すインクジェット式記録ヘッドの長手方向についての一部分の断面図である。なお、詳しくは後述する図３（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。

図１、２に示すように、インクジェット式記録ヘッドは、ノズルプレート１２、圧力室１４、流路形成基板１５、振動板１６、（上部電極２１Ａと圧電体２０と下部電極２１Ｂを備える）圧電素子２２、半導体集積回路２４、共通流路２６などから構成されている。

ノズルプレート１２は、インクを吐出するためのノズル３２が複数形成されている。そして、各々のノズル３２は各々対応する圧力室１４と連通している。圧力室１４は流路形成基板１５と振動板１６との間で形成されている。

振動板１６には重ねて圧電素子２２が設けられ、圧電素子２２は上部電極２１Ａと圧電体２０と下部電極２１Ｂを備えている。

上部電極２１Ａと半導体集積回路２４は、電極パッド３４と電極パッド３６との間で導電性フィラーを有する導電接着剤４８を用いて直接的に接合され、一定の間隔を有している。なお、上部電極２１Ａと半導体集積回路２４は、互いに端子を備えることにより導電接着剤４８を介さず直接接合させてもよい。このように、半導体集積回路２４の電極パッド３６と圧電素子２２の上部電極２１Ａの電極パッド３４を直接的に接合するので、従来技術のように上部電極２１Ａから一旦振動板１６への配線を行う必要がなくなり、配線構造が簡易であり低コストで配線が可能となり、ヘッドの製作コストの抑制を図ることができる。また、配線の断切れが発生する恐れがなくなり、配線状態が安定化して耐久性の低下の影響を抑制することができ信頼性の高いヘッドを構成することができる。

また、半導体集積回路２４は、振動板１６と同じ熱膨張係数を有するシリコンで構成されており、接合時や温度変化時による反りが生じるおそれや、断切れが生じるおそれがない。共通流路２６は、ノズル３２に連通する圧力室１４と連通し、インクを圧力室１４に供給するための流路である。

なお、後述する図１０に示すように、圧電体２０の保護膜３７も形成されているが、説明の便宜上、図１、図２では保護膜３７を省略している。

ここで、図３は、（ａ）が上部電極２１Ａと半導体集積回路２４との接合前における振動板１６の上面の構造を示す図であり、（ｂ）が圧電素子２２の拡大上面図である。（ｃ）が後述する半導体集積回路２４の電極パッド３６を片側２列の千鳥状の配列とする場合の振動板１６の上面の構造を示す図である。

図３（ａ）に示すように、振動板１６の上面には複数の圧電素子２２が左右にわたり設けられている。そして、各々の圧電素子２２には上部電極２１Ａが設けられている。ここで、図３（ｂ）に示すように、本発明の上部電極２１Ａは特徴的な形状を有しており、振動部４２、くびれ部４４、パッド部４６の各部位に分かれている。なお、図３（ｃ）については後述する。

上部電極２１Ａを上面からみると、振動部４２は幅Ｗの長方形に形成され、パッド部４６も振動部４２の幅Ｗと同等の幅からなる。そして、くびれ部４４は振動部４２とパッド部４６の間に挟まれた状態で振動部４２の幅Ｗよりも小さな幅ωから形成されることにより、くびれ形状を形成している。パッド部４６は、半導体集積回路２４の電極パッド３６と直接的に接合する電極パッド３４を備えている。そして、振動部４２、くびれ部４４、パッド部４６は、圧電素子２２の上面の同一面上に配置されている。

このような構成のもと、本発明のインクジェット式記録ヘッドは、特徴的な作用として次のように作用する。

半導体集積回路２４は電極パッド３６、導電接着剤４８、電極パッド３４を介して外部からの駆動信号を圧電素子２２の上部電極２１Ａに出力する。圧電素子２２は駆動信号を受けてたわみ振動を起こし、圧力室１４を収縮させることによりノズル３２からインクを吐出させる。そして、駆動信号の出力が無くなった時点で圧力室１４は元の状態に復帰して、共通流路２６からインクが圧力室１４に供給される。

そして本発明では、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、圧電素子２２の上部電極２１Ａがくびれ部４４を有する特徴的な形状を有している。そのため、圧電素子２２が駆動信号を受けてたわみ振動を起こす際に、振動部４２ではたわみ振動が発生するが、このたわみ振動部は、直下の圧力室の形状にあわせて形成されており、くびれ部４４においては、たわみ振動がほとんど発生しない。したがって、パッド部４６では、たわみ振動部のたわみ変形の影響を受けず、電極パッド３６と導電接着剤４８と電極パッド３４により接合される上部電極２１Ａと半導体集積回路２４との接合状態の安定化を図ることができる。

以上が本発明のインクジェット式記録ヘッドの特徴的な作用である。

次に、半導体集積回路２４についての変形例を説明する。図４は、半導体集積回路２４の下面図である。本実施形態では、図４（ａ）に示すように電極パッド３６を片側１列の配列とする場合を考えたが、その他、図４（ｂ）に示すように電極パッド３６を片側２列の千鳥状の配列とする場合も考えられる。図４（ｂ）のように、片側２列の千鳥状の配列とすることにより、半導体集積回路２４のパッド密度が律速となる場合、このように片側２列あるいは片側２列以上の複数列に千鳥化して密度問題を回避することができる。

なお、より具体的な例として、図４（ａ）に示す片側１列の配列とする場合では１インチ当たり片側１５０個程度の１列の配列とすることが考えられる。一方、図４（ｂ）に示す千鳥状の配列とする場合では、圧力室３２が配置されるピッチ幅の２倍のピッチ幅とし、インチ当たり片側７５個程度の２列の配列とすることが考えられる。そして同様に考えれば、片側１列や片側２列に限らずに、圧力室３２が配置されるピッチ幅のＮ倍のピッチ幅とし、片側Ｎ列の配列とすることも考えられる。

なお、図４（ｂ）のように片側２列の千鳥状の配列とする場合、上部電極２１Ａと半導体集積回路２４との接合前における振動板１６の上面の構造は図３（ｃ）のようになる。図３（ｃ）に示すように、パッド部４６の配置を半導体集積回路２４の電極パッド３６の配置に合わせている。

また、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、半導体集積回路２４の下面には圧電素子用の電極パッド３６以外にも、制御線・電源ライン用の電極パッド４５も設けられている。

次に、本発明のインクジェット式記録ヘッドの製造工程について説明する。

図５は、圧力室１４などが形成されたシリコン基板１３の図である。そして製造工程としてまず、シリコン基板１３を両面からウェットエッチングまたはドライエッチングで加工する。すると、図５に示すように、圧力室１４、圧力室１４とノズル３２をつなぐ流路１７、供給系と圧力室をつなぐ供給絞り１８、インクタンクからの供給流路１９の一部が形成される。なお、シリコン基板１３の具体例としては、厚みが２５０μｍあるいは６２５μｍのものを使用することが考えられる。また、圧力室１４、供給系と圧力室１４をつなぐ供給絞り１８、インクタンクからの供給流路１９の一部は図５の上側から加工する一方で、圧力室１４とノズル３２をつなぐ流路は図５の下側から加工してもよく、または、すべて図５の上側から加工してもよい。そして、このシリコン基板１３が流路形成基板１５となる。

次に、図６はノズルプレート１２の製造工程の概要図である。図６（ａ）に示すように、活性層２３、ＢＯＸ層２７、ハンドル層２８からなるＳＯＩ基板２９を準備する。図６（ｂ）に示すように、活性層２３を上側からＢＯＸ層２７までエッチング加工する。エッチング加工としては、ウェットエッチングでテーパ状に加工してもよく、また、ドライエッチングで略垂直に加工してもよい。また、異方性と等方性のドライエッチングを組み合わせて、テーパ形状に加工してもよい。そして、この活性層２３がノズルプレート１２となる。なお、ＳＯＩ基板２９の具体例としては、活性層２３の厚みが約２０μｍ、ハンドル層２８の厚みが約２００〜４００μｍのものが考えられる。

次に、図７は流路形成基板１５とノズルプレート１２が接合された状態を示す図である。接合方法としては、中間層を用いずに接合する直接接合による方法や、両基板の間に熱酸化膜・事前酸化膜を形成してこれを介して接合する方法や、２層間にＡｕなどの金属を蒸着かスパッタしたものを中間層としてこれを介して接合する方法や、片側をパイレックスガラスなどとし電界を利用して接合する方法などを用いる。なお、作業性を向上させるため、ノズルプレート１２にＢＯＸ層２７やハンドル層２８が形成された状態で流路形成基板１５とノズルプレート１２を接合する。

次に、図８は振動板１６の形成の様子を示す図である。図８（ａ）は、ＳＯＩ基板３５と流路形成基板１５が接合された状態を示す図である。図８（ａ）に示すように、活性層３０、ＢＯＸ層３１、ハンドル層３３からなるＳＯＩ基板３５を準備し、活性層３０と流路形成基板１５との間で接合する。接合方法は、前記と同様に、中間層を用いずに接合する直接接合による方法や、両基板の間に熱酸化膜・事前酸化膜を形成してこれを介して接合する方法や、２層間にＡｕなどの金属を蒸着かスパッタしたものを中間層としてこれを介して接合する方法などを用いる。なお、ＳＯＩ基板３５の具体例としては、活性層３０の厚みが５〜１０μｍのものが考えられる。

続いて、図８（ｂ）に示すように、ＳＯＩ基板３５のハンドル層３３とＢＯＸ層３１を研削した後、ウェットエッチングやＣＭＰ（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ）で除去し、このＳＯＩ基板３５の活性層３０だけが、あるいは活性層３０とＢＯＸ層３１だけが流路形成基板１５に接合された状態で残されるようにする。そして、この活性層３０が振動板１６となる。

なお、図８（ｃ）は変形例を示す図である。図８（ｃ）に示すように、ＳＯＩ基板３５を使用せずに、予め圧力室１４を金属やガラスなどの犠牲部材５３で埋めた後に、上面を平坦化し、その上にＰＺＴをスパッタあるいはＳｉＯ２をＣＶＤで５〜１０μｍほど製膜して振動板１６としてもよい。なお、犠牲部材５３としての金属やガラスはその後溶融除去する。

次に、図９は圧電素子２２の形成された状態を示す図である。図９に示すように、振動板１６上に圧電素子２２の下部電極２１Ｂをパターニングして、圧電体２０を製膜し、上部電極２１Ａを製膜し、圧電体２０と上部電極２１Ａパターニングするという順に行い、圧力室１４の直上にＰＺＴからなる圧電素子２２を形成する。

上部電極２１Ａ、下部電極２１Ｂのいずれかを個別電極、共通電極として用いる。なお、図示しないが、一旦個別電極を共通化しておき、圧電体を分極処理した後に、エッチングにより個別電極に分離する工程を入れてもよい。

次に、図１０は圧電体２０の保護膜の形成を示す図である。図１０（ａ）に示すように、沿面電流による圧電体ショート破壊を防止するために、圧電体２０の側面にかかるようにＳｉＯ２などの絶縁性を有する保護膜３７をＣＶＤ等により形成する。その後、図１０（ｂ）に示すように、インク供給部になる部分Ａと圧電体２０の電極を形成する部分Ｂ（図３（ｂ）の上部電極２１Ａのパット部４６に相当する部分）の保護膜３７をエッチングにより除去する。そして図１０（ｃ）に示すように、さらに、保護膜３７をマスクとして矢印に示す部分Ｃを、供給流路として開口させる。

次に、図１１は上部ハンドル層の取り付けとノズル仕上げの様子を示す図である。図１１（ａ）に示すように、ハンドル層２８やノズルプレート１２や流路形成基板１５や振動板１６や圧電素子２２などにより形成される構造体の上部に、加熱すると接着性が失活する熱可塑型の接合層３９をスピンコート法やドライフィルムのラミネートなどで形成する。そして、接合層３９を介して、Ｓｉなどの上部ハンドル層４７を取り付ける。その後、図１１（ｂ）に示すように、ノズルプレート１２のハンドル層２８を除去して、メッキや蒸着により撥液層４９を形成する。さらに、ダイサを用いて個々のヘッドユニットに分離する。

ここで、図１１（ｃ）に示すように、ハンドル層２８を完全に除去せず、一定の厚みを残した状態で加工を続け、撥液層４９を形成する前に、ノズル３２の表面側から残された一定厚のハンドル層２８の深堀りの加工をドライエッチング等で施してテーパーストレート形状のノズルを形成するようにして、その後撥液層４９を形成しても良い。この場合、加工深さの精度が要求されるとともに、マスクの位置によるアライメント精度が要求される。

次に、図１２は電気接続の様子を示す図である。図１２に示すように、接合層３９および上部ハンドル層４７を加熱により除去し、ヘッドの個別ユニットの上部に流路部材５４を取り付けるとともに、電気接続用の半導体集積回路２４を取り付ける。取り付けには、フリップチップボンディングにより直付けしてもよく、また、ＦＰＣでもよい。

以上が、本発明のインクジェット式記録ヘッドの製造工程についての説明である。

次に、本発明のインクジェット式記録ヘッドの全体構造について説明する。図１３は、本発明のインクジェット式記録ヘッド１１の全体構造の構造例を示す平面透視図である。記録紙上に印字されるドットピッチを高密度化するためには、ヘッドにおけるノズルピッチを高密度化する必要がある。本実施形態では、図１３に示したように、インク吐出口であるノズル３２と、各ノズル３２に対応する圧力室１４等からなるインク室ユニット（液滴吐出素子）を２列分千鳥状に並べた複数のインク室ユニット群を、ヘッド長手方向（紙送り方向と直交する方向）にそれぞれ共通流路２６を挟んで配置する。なお、図１３に示すように、ヘッド長手方向に並ぶ複数のインク室ユニット群は、徐々にヘッド短手方向（紙送り方向）に位置をずらしながら配置されている。これにより、ヘッド長手方向に沿って並ぶように投影される実質的なノズル間隔（投影ノズルピッチ）の高密度化を達成している。

＜第２実施形態＞
図１４は、図１に示すインクジェット式記録ヘッドの長手方向と垂直な方向についての一部分の断面図であり、第２実施形態のインクジェット式記録ヘッドの振動板１６、圧電素子２２、半導体集積回路２４の周辺図である。

半導体集積回路２４は駆動時に発熱するおそれがあり、振動板１６は駆動信号により振動することにより発熱するおそれがある。インクの粘度は温度により変化するため、半導体集積回路２４や振動板１６の発熱により、インクの吐出動作に影響を及ぼすおそれがある。そこで、図１４に示すように、振動板１６と半導体集積回路２４のそれぞれに、振動板１６の温度を測定するための温度検出用パッド３８、４０を備え、互いに導電性フィラーを有する導電接着剤４１により接続する。そして、振動板１６と半導体集積回路２４の温度の測定を行うこととする。

また、振動板１６と半導体集積回路２４のそれぞれに、半導体集積回路２４の制御用および電源用の制御電源用パッド４３、４５を備え、互いに導電性フィラーを有する導電接着剤４１により接続する。なお、圧電素子２２の上部電極２１Ａの電極パッド３４と、半導体集積回路２４の電極パッド３６とは、導電フィラーを有する導電接着剤４８により接続する。

また、振動板１６にはアライメントマーク５０が形成されており、振動板１６と半導体集積回路２４の接合時における位置合わせが容易になる。

ここで、圧電素子２２において電極パッド３４が備わる上部電極２１Ａの面は、圧電素子２２の厚さ分の数μｍ〜１０μｍ程度、振動板１６の面よりも高くなっている。そこで、１０μｍ以上の導電フィラーを有する導電接着剤４１を用いることにより、導電フィラーの芯体が弾性体の場合は圧電体２０の厚みが吸収され、電気接続不良などの問題は生じない。また、導電接着剤のフィラーの芯体が弾性体でない場合でも、導電接着剤４１のフィラーの芯体のサイズを圧電体２０の厚みに応じて変更させて複数種の導電接着剤をもって対応させることにする。具体的には、圧電体２０の厚みが５μｍ〜１０μｍの場合には、圧電体２０の厚みをａとし、上部電極２１Ａの面に使用する導電接着剤４１の径をｂとすると、温度検出用パッド３８の面で使用する導電接着剤５６の導電フィラーの径をおおよそａ＋ｂとすればよい。

ここで、振動板１６の温度の測定について、さらに詳しく説明する。

図１５は、（ａ）が図１に示すインクジェット式記録ヘッドの長手方向についての一部の断面図であり、（ｂ）が半導体集積回路２４の下面図である。

図１５（ａ）、（ｂ）に示すように、振動板１６と半導体集積回路２４のそれぞれに、振動板１６の温度を測定するための温度検出用パッド３８、４０を備え、互いに導電性フィラー４１により接続する。接続に用いる導電性フィラー４１としては、導電性の高い材料であれば特に限定されず、例えば、金、銀、銅、鉛、銀と鉛の合金、炭素及びニッケルなどが考えられる。

ここで、図１５（ａ）、（ｂ）の点線で囲んだ部分はノズル３２が配置される対応領域を示している。そして、図１５（ａ）に示すように、本実施形態では温度検出用パッド３８を配置する位置を工夫している。具体的には、振動板１６において直下に圧力室１４またはノズル３２への接続路が形成されておらず、かつ圧力室１４の隔壁の直上にある剛性の大きな部分に、温度検出用パッド３８を配置する。このように配置することにより、半導体集積回路２４の温度検出用パッド４０と振動板１６の温度検出用パッド３８との間の接続状態が安定し振動板１６の温度を正確に計測することができる。

温度検出用パッド３８は、振動板１６の温度を半導体集積回路２４に搭載されたセンサに伝える役目を必要とするため、その材質は、熱伝導率が良好なアルミニウムや銅、金、白金、イリジウムなどの金属やセラミックス等であればよい。なお、材質が金属の場合は電気接続用のパッドとして用いられるものを用いれば共通の工程で形成可能となる。セラミックスを用いる場合は、本パッドを圧電振動体としては機能しないダミーな構造物として、圧電振動体を形成するときに同時に突起として形成し、さらに上部電極を形成しても良い。こうすれば接続が強固になり、温度の検出がより確実に行える。導電接着剤のベースとなる接着剤は、特に限定されず、例えば、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂及びポリサルホン樹脂等の接着剤を挙げることができる。

なお、その他の構成、作用は第１実施形態と共通する。

〔インクジェット記録装置の全体構成〕
次に、本発明のインクジェット式記録ヘッドを利用した画像形成装置として、インクジェット記録装置の構造について説明する。

図１６は、インクジェット記録装置の概略を示す全体構成図である。図１６に示すように、このインクジェット記録装置１１０は、インクの色毎に設けられた複数の印字ヘッド１１Ｋ、１１Ｃ、１１Ｍ、１１Ｙを有する印字部１１２と、各印字ヘッド１１Ｋ、１１Ｃ、１１Ｍ、１１Ｙに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵／装填部１１４と、記録紙１１６を供給する給紙部１１８と、記録紙１１６のカールを除去するデカール処理部１２０と、前記印字部１１２のノズル面（インク吐出面）に対向して配置され、記録紙１１６の平面性を保持しながら記録紙１１６を搬送する吸着ベルト搬送部１２２と、印字部１１２による印字結果を読み取る印字検出部１２４と、印画済みの記録紙（プリント物）を外部に排紙する排紙部１２６と、を備えている。

ロール紙を使用する装置構成の場合、図１６のように、裁断用のカッター１２８が設けられており、該カッター１２８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１２８は、記録紙１１６の搬送路幅以上の長さを有する固定刃１２８Ａと、該固定刃１２８Ａに沿って移動する丸刃１２８Ｂとから構成されており、印字裏面側に固定刃１２８Ａが設けられ、搬送路を挟んで印字面側に丸刃１２８Ｂ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１２８は不要である。

給紙部１１８から送り出される記録紙１１６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１２０においてマガジンの巻き癖方向と逆方向に加熱ドラム１３０で記録紙１１６に熱を与える。

デカール処理後、カットされた記録紙１１６は、吸着ベルト搬送部１２２へと送られる。吸着ベルト搬送部１２２は、ローラー１３１、１３２間に無端状のベルト１３３が巻き掛けられた構造を有し、少なくとも印字部１１２のノズル面及び印字検出部１２４のセンサ面に対向する部分が平面をなすように構成されている。

ベルト１３３は、記録紙１１６の幅よりも広い幅寸法を有しており、ベルト面には多数の吸引孔（不図示）が形成されている。図１６に示したとおり、ローラー１３１、１３２間に掛け渡されたベルト１３３の内側において印字部１１２のノズル面及び印字検出部１２４のセンサ面に対向する位置には吸着チャンバー１３４が設けられており、この吸着チャンバー１３４をファン１３５で吸引して負圧にすることによってベルト１３３上の記録紙１１６が吸着保持される。

ベルト１３３が巻かれているローラー１３１、１３２の少なくとも一方にモータ（不図示）の動力が伝達されることにより、ベルト１３３は図１６において、時計回り方向に駆動され、ベルト１３３上に保持された記録紙１１６は、図１６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１３３上にもインクが付着するので、ベルト１３３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１３６が設けられている。

吸着ベルト搬送部１２２により形成される用紙搬送路上において印字部１１２の上流側には、加熱ファン１４０が設けられている。加熱ファン１４０は、印字前の記録紙１１６に加熱空気を吹きつけ、記録紙１１６を加熱する。印字直前に記録紙１１６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。

印字部１１２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（図１７参照）。

図１７に示すように、印字部１１２を構成する各印字ヘッド１１Ｋ、１１Ｃ、１１Ｍ、１１Ｙは、本インクジェット記録装置１１０が対象とする最大サイズの記録紙１１６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１１６の搬送方向（紙搬送方向）に沿って上流側（図１７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１１Ｋ、１１Ｃ、１１Ｍ、１１Ｙが配置されている。記録紙１１６を搬送しつつ各印字ヘッド１１Ｋ、１１Ｃ、１１Ｍ、１１Ｙからそれぞれ色インクを吐出することにより記録紙１１６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１１２によれば、紙搬送方向（副走査方向）について記録紙１１６と印字部１１２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１１６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。

図１７に示したように、インク貯蔵／装填部１１４は、各印字ヘッド１１Ｋ、１１Ｃ、１１Ｍ、１１Ｙ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１１Ｋ、１１Ｃ、１１Ｍ、１１Ｙと連通されている。

印字検出部１２４は、印字部１１２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。

印字検出部１２４の後段には、後乾燥部１４２が設けられている。後乾燥部１４２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。

後乾燥部１４２の後段には、加熱・加圧部１４４が設けられている。加熱・加圧部１４４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１４５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１２６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１１０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１２６Ａ、１２６Ｂへと送るために排紙経路を切り換える選別手段（不図示）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）１４８によってテスト印字の部分を切り離す。カッター１４８は、排紙部１２６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１４８の構造は前述した第１のカッター１２８と同様であり、固定刃１４８Ａと丸刃１４８Ｂ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１２６Ａ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。

〔制御系の説明〕
図１８は、インクジェット記録装置１１０のシステム構成を示すブロック図である。同図に示したように、インクジェット記録装置１１０は、通信インターフェース１７０、システムコントローラ１７２、画像メモリ１７４、ＲＯＭ１７５、モータドライバ１７６、ヒータドライバ１７８、プリント制御部１８０、画像バッファメモリ１８２、ヘッドドライバ１８４等を備えている。

通信インターフェース１７０は、ホストコンピュータ１８６から送られてくる画像データを受信する画像入力手段として機能するインターフェース部（画像入力部）である。

ホストコンピュータ１８６から送出された画像データは通信インターフェース１７０を介してインクジェット記録装置１１０に取り込まれ、一旦画像メモリ１７４に記憶される。画像メモリ１７４は、通信インターフェース１７０を介して入力された画像を格納する記憶手段であり、システムコントローラ１７２を通じてデータの読み書きが行われる。

システムコントローラ１７２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、所定のプログラムに従ってインクジェット記録装置１１０の全体を制御する制御装置として機能するとともに、各種演算を行う演算装置として機能する。

ＲＯＭ１７５には、システムコントローラ１７２のＣＰＵが実行するプログラム及び制御に必要な各種データ（着弾位置誤差等の測定用テストパターンのデータを含む）などが格納されている。

画像メモリ１７４は、画像データの一時記憶領域として利用されるとともに、プログラムの展開領域及びＣＰＵの演算作業領域としても利用される。

モータドライバ１７６は、システムコントローラ１７２からの指示に従って搬送系のモータ１８８を駆動するドライバ（駆動回路）である。ヒータドライバ１７８は、システムコントローラ１７２からの指示に従って後乾燥部１４２等のヒータ１８９を駆動するドライバである。

プリント制御部１８０は、システムコントローラ１７２の制御に従い、画像メモリ１７４内の画像データ（多値の入力画像のデータ） から打滴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手段として機能するとともに、生成したインク吐出データをヘッドドライバ１８４に供給してヘッド１５０の吐出駆動を制御する駆動制御手段として機能する。

画像入力から印字出力までの処理の流れを概説すると、印刷すべき画像のデータは、通信インターフェース１７０を介して外部から入力され、画像メモリ１７４に蓄えられる。この段階では、例えば、ＲＧＢの多値の画像データが画像メモリ１７４に記憶される。

インクジェット記録装置１１０では、インク（色材） による微細なドットの打滴密度やドットサイズを変えることによって、人の目に疑似的な連続階調の画像を形成するため、入力されたデジタル画像の階調（画像の濃淡）をできるだけ忠実に再現するようなドットパターンに変換する必要がある。そのため、画像メモリ１７４に蓄えられた元画像（ＲＧＢ）のデータは、システムコントローラ１７２を介してプリント制御部１８０を経てインク色ごとのドットデータに変換される。

ヘッドドライバ１８４は、プリント制御部１８０から与えられるインク吐出データ及び駆動波形の信号に基づき、印字内容に応じてヘッド１５０の各ノズル３２に対応するアクチュエータ１５８を駆動するための駆動信号を出力する。ヘッドドライバ１８４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。

こうして、ヘッドドライバ１８４から出力された駆動信号がヘッド１５０に加えられることによって、該当するノズル３２からインクが吐出される。記録紙１１６の搬送速度に同期してヘッド１５０からのインク吐出を制御することにより、記録紙１１６上に画像が形成される。

上記のように、プリント制御部１８０における所要の信号処理を経て生成されたインク吐出データ及び駆動信号波形に基づき、ヘッドドライバ１８４を介して各ノズルから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。

印字検出部１２４は、図１６で説明したように、イメージセンサを含むブロックであり、記録紙１１６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、光学濃度など）を検出し、その検出結果をプリント制御部１８０及びシステムコントローラ１７２に提供する。

プリント制御部１８０は、必要に応じて印字検出部１２４から得られる情報に基づいてヘッド１５０に対する各種補正を行うとともに、必要に応じて予備吐出や吸引、ワイピング等のクリーニング動作（ノズル回復動作）を実施する制御を行う。

上記構成のインクジェット記録装置１１０によれば、濃度ムラが低減された良好な画像を得ることができる。

以上、本発明のインクジェット式記録ヘッド及び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。

本発明のインクジェット式記録ヘッドの一部分を示した外観斜視図である。 図１に示すインクジェット式記録ヘッドの長手方向についての一部の断面図である（図３(a)におけるＡ−Ａ断面図である）。 上部電極と半導体集積回路との接合前における振動板の上面の構造を示す図である。 圧電素子の拡大上面図である。 上部電極と半導体集積回路との接合前における振動板の上面の構造を示す図である（半導体集積回路の電極パッドを片側２列の千鳥状の配列とする場合）。 半導体集積回路の下面図である。 圧力室などが形成されたシリコン基板の図である。 ノズルプレートの製造工程の概要図である。 圧力室などが形成されたシリコン基板とノズルプレートが接合された状態を示す図である。 振動板の形成の様子を示す図である。 圧電素子の形成された状態を示す図である。 圧電体保護膜の形成を示す図である。 上部ハンドル層の取り付けとノズル仕上げの様子を示す図である。 電気接続の様子を示す図である。 本発明のインクジェット式記録ヘッドの全体構造の構造例を示す平面透視図である。 図１に示すインクジェット式記録ヘッドの長手方向と垂直な方向についての一部の断面図である。 （ａ）が図１に示すインクジェット式記録ヘッドの長手方向についての一部の断面図であり、（ｂ）が半導体集積回路の下面図である。 インクジェット記録装置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の要部平面図である。 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。 特許文献１のインクジェット式記録ヘッドを示す断面図である。 特許文献２のインクジェット式記録ヘッドを示す断面図である。

符号の説明

１２…ノズルプレート、１４…圧力室、１６…振動板、２０…圧電体、２１Ａ…上部電極、２１Ｂ…下部電極、２２…圧電素子、２４…半導体集積回路、２６…共通流路、３２…ノズル、３４…電極パッド（上部電極側）、３６…電極パッド（半導体集積回路側）、３８…温度検出用パッド（上部電極側）、４０…温度検出用パッド（半導体集積回路側）、４１…導電接着剤、４２…加圧部、４３…制御電源用パッド（上部電極側）、４４…くびれ部、４５…制御電源用パッド（半導体集積回路側）、４６…パッド部、４８…導電接着剤、５０…アライメントマーク

Claims (5)

1. 第１電極と圧電体と第２電極とを備える圧電素子と、外部からの信号により前記圧電素子を駆動するための駆動信号を生成する駆動信号発生手段と、前記圧電素子の駆動に伴って振動する振動板と、前記振動板により一方の面が封止されてノズルに連通する圧力室と、を有するインクジェット式記録ヘッドにおいて、
   前記第１電極は、前記圧電体とともに振動する第１部位と、前記駆動信号発生手段の電極パッドと接合する第２部位と、前記第１部位と前記第２部位の間に挟まれ前記第１部位と前記第２部位の配列方向と垂直な方向の幅について前記第１部位と前記第２部位の幅よりも小さい第３部位と、を備えること、
   を特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
2. 請求項１に記載のインクジェット式記録ヘッドにおいて、
   前記駆動信号発生手段と前記振動板は温度検出用パッドを有し、互いに導電性接続部材により接続すること、
   を特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
3. 請求項２に記載のインクジェット式記録ヘッドにおいて、
   前記振動板の温度検出用パッドは、前記圧力室の隔壁に対向する位置に設けられること、
   を特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のインクジェット式記録ヘッドにおいて、
   前記駆動信号発生手段は、前記電極パッドを片側を２列以上の複数列に千鳥状に配置すること、
   を特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載のインクジェット式記録ヘッドを備えたことを特徴とする画像形成装置。

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