JP2010082939A - 液体吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電素子の変位ばらつきを低減し、歩留りを向上させること。
【解決手段】液体を吐出するノズルに連通する圧力室が形成される基板に、圧電体および電極を有する圧電素子を形成し（ステップＳ２）、形成された前記圧電素子の静電容量と前記圧電素子のサイズとを実測し（ステップＳ４）、実測結果から前記圧電素子の変位量を予測し（ステップＳ６）、予測された前記圧電素子の変位量に基づいて、前記圧電素子の変位量を変更する加工処理の補正値を決め（ステップＳ８）、前記補正値を用いて前記加工処理を行うことで前記圧電素子間の変位量のばらつきを補正する（ステップＳ１０）。
【選択図】図４

Description

本発明は、圧電素子の変位ばらつきを低減し、歩留りを向上させることができる液体吐出ヘッドの製造方法に関する。

液体吐出ヘッドに形成されている複数のノズルからインクを記録媒体に打滴することにより記録媒体に画像を記録するインクジェット記録方式の画像形成装置が知られている。インクジェット記録方式では、記録動作時の騒音が低く、ランニングコストが安く、高解像、高品質な画像記録が可能である。インクの打滴方式として、圧電素子の変位を利用した圧電方式がある。

ところで、複数の圧電素子間における変位量のばらつきに起因して、複数のノズル間で吐出ばらつきが生じ、歩留りが低下するという課題がある。このような課題の解決のため、圧電素子の静電容量を測定し、測定した静電容量に基づいて、圧力室の幅、圧電素子上の耐湿保護膜の厚さまたは開口幅を変えることが提案されている（特許文献１）。具体的には、圧電素子の静電容量と変位量とは相関があり、静電容量が大きいほど変位量は大きくなるので、静電容量が大きい部分の圧力室サイズを小さくし、静電容量の小さい部分の圧力室サイズを大きくする補正をかける。若しくは、静電容量が大きい部分の耐湿保護膜の厚さを厚くし、静電容量の小さい部分の耐湿保護膜の厚さを薄くする。若しくは、静電容量の大きい部分の耐湿保護膜の開口サイズを小さくし、静電容量の小さい部分の耐湿保護膜の開口サイズを大きくする。

また、一旦大きめに電極を形成し、その後電極をレーザでトリミングすることが提案されている（特許文献２、３）。
特開２００８−１１４３７２号公報 特開２００２−３０７６９６号公報 特開２００４−２９１６４３号公報

しかしながら、実際の静電容量のバラツキには圧電体厚みや電極サイズのばらつきの効果を含む為、圧電素子の変位量を十分に補正しきることが困難であった。

特許文献１に記載の発明では、圧電素子の静電容量と変位量とは確かに相関があるものの、圧電体の厚みや電極の面積といった圧電素子の形状サイズの違いが加工の補正値に十分にフィードバックされないので、変位量を十分に補正しきることが困難であった。

また、特許文献２、３に記載の発明では、一旦大きめに電極を形成し、その後電極をレーザでトリミングしているので、一般に全素子の再加工が必要であり、工数がかかる。また、静電容量からのフィードバックが無いので、実際の変位ばらつきはそれほど収まらない。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、圧電素子の変位ばらつきを低減し、歩留りを向上させることができる液体吐出ヘッドの製造方法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、本発明は、液体を吐出するノズルに連通する圧力室が形成される基板に、圧電体および電極を有する圧電素子を形成する圧電素子形成ステップと、形成された前記圧電素子の静電容量と前記圧電素子のサイズとを実測する測定ステップと、前記測定ステップの実測結果から前記圧電素子の変位量を予測する変位量予測ステップと、予測された前記圧電素子の変位量に基づいて、前記圧電素子の変位量を変更する加工処理の補正値を決める補正値決定ステップと、前記補正値を用いて前記加工処理を行うことで前記圧電素子間の変位量のばらつきを補正する加工ステップと、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、圧電素子の静電容量のみに基づいて加工する場合と比較して、圧電素子間の変位ばらつきが更に低減され、吐出性能が均一になるので、歩留りが向上する。

例えば、前記補正値決定ステップにて、前記圧力室の開口面積の補正値を決定し、前記加工ステップにて、前記補正値に基づいて、前記基板に前記圧力室を形成する。

また、例えば、前記補正値決定ステップにて、前記圧電素子上に形成する保護膜の厚み、および、前記保護膜に形成する開口部の開口面積のうち少なくとも一方を決定し、前記加工ステップにて、前記補正値に基づいて、前記圧電素子上に前記保護膜を形成する。

また、例えば、前記補正値決定ステップにて、前記圧力室内に形成する耐液保護膜の厚みを決定し、前記加工ステップにて、前記基板に前記圧力室を形成するとともに、前記補正値に基づいて、前記圧力室内に前記耐液保護膜を形成する。

例えば、前記測定ステップにて測定する前記圧電素子のサイズは、前記圧電体の厚み、および、前記電極の面積のうち、少なくともいずれかである。

本発明の一態様では、前記圧電素子の静電容量およびサイズと前記圧電素子の変位量との関係を示す第１の変位特性情報、実測した前記圧電素子の静電容量、および、実測した前記圧電素子のサイズに基づいて、前記圧電素子の変位量を予測し、前記圧電素子の変位量と前記補正値との関係を示す第２の変位特性情報、および、予測した前記圧電素子の変位量に基づいて、前記補正値を求める。

これによれば、補正値を的確且つ容易に求めることができる。

また、本発明は、液体を吐出するノズルに連通する圧力室が形成される基板に、圧電体および電極を有する圧電素子を形成する圧電素子形成ステップと、形成された前記圧電素子の変位量または変位体積を実測する測定ステップと、前記測定ステップの実測結果に基づいて、前記圧電素子の変位量を変更する加工処理の補正値を決める補正値決定ステップと、前記補正値を用いて前記加工処理を行うことで前記圧電素子間の変位量のばらつきを補正する加工ステップと、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。

例えば、前記補正値決定ステップにて、前記圧電素子上に形成する保護膜の厚み、および、前記保護膜に形成する開口部の開口面積のうち少なくとも一方を決定し、前記加工ステップにて、前記補正値に基づいて、前記圧電素子上に前記保護膜を形成する。

本発明によれば、圧電素子の変位ばらつきを低減し、歩留りを向上させることができる。

以下、添付図面に従って、本発明の実施形態について、詳細に説明する。

［画像形成装置］
図１は、本発明を適用した液体吐出ヘッドを備えた画像形成装置の一例（インクジェット記録装置）を示す全体構成図である。

図１に示すインクジェット記録装置１００は、インク及び処理液を用いて、枚葉紙からなる記録媒体１１４上に画像形成を行う２液凝集方式が適用された画像形成装置である。

インクジェット記録装置１００は、主として、記録媒体１１４を供給する給紙部１０２と、記録媒体１１４に対して浸透抑制剤を付与する浸透抑制層形成部１０４と、記録媒体１１４に処理液を付与する処理液付与部１０６と、記録媒体１１４に色インクを打滴するインク打滴部（印字部）１０８と、色インクが打滴された記録媒体１１４の乾燥を行う乾燥部１１０と、記録媒体１１４上に形成された画像を定着させる定着部１１２と、画像が形成された記録媒体１１４を搬送して排出する排紙部１１３とを備えて構成される。

図１では図示を省略するが、記録媒体１１４の搬送機構を構成する各圧胴１２６Ａ〜１２６Ｅ、及びこれらに隣接して設けられる各渡し胴１２４Ａ〜１２４Ｅには、それぞれ、記録媒体１１４の先端を保持する保持爪（グリッパ）が１又は複数形成されており、圧胴及び渡し胴の各保持爪間で記録媒体１１４の受け渡しが行われる。保持爪の構成については公知のものを適用すればよいため、ここでは説明を省略する。

給紙部１０２には、記録媒体１１４を積載する給紙台１２０が設けられている。給紙台１２０の前方（図１において左側）にはフィーダボード１２２が接続されており、給紙台１２０に積載された記録媒体１１４は１番上から順に１枚ずつフィーダボード１２２に送り出される。フィーダボード１２２に送り出された記録媒体１１４は、渡し胴１２４Ａを介して浸透抑制層形成部１０４の圧胴１２６Ａに受け渡される。

浸透抑制層形成部１０４は、処理液及びインクに含まれる水及び親水的な有機溶剤の記録媒体１１４への浸透を抑制する浸透抑制剤を付与する。浸透抑制剤としては、溶液中に樹脂をエマルジョンの形で分散、もしくは樹脂を溶解させたものを用いる。溶媒としては、有機溶剤または水を用いる。有機溶剤としては、メチルエチルケトン、石油類、等が好適に用いられる。記録用紙の温度Ｔ1を樹脂の最低造膜温度Ｔf1より高くしておく。Ｔf1とＴ1との差はおよそ１０〜２０℃が好ましい。これにより、樹脂が記録媒体１１４に付着後、即座に良好な膜を形成し、後から記録媒体１１４に付与されるインク及び処理液の溶媒の記録媒体１１４内部への浸透を良好に抑制することができる。記録媒体１１４の温度の調整は、圧胴１２６Ａ内部にヒータ等の発熱体を設置するという方法や、記録媒体１１４の表面（上面）から熱風を当てる方法、赤外線ヒータ等を用いた加熱等があり、これらを組み合わせても良い。

記録媒体１１４のカールが発生しにくい場合は、浸透抑制層形成部１０４を省略することも可能である。例えば、記録媒体１１４の種類に応じて浸透抑制剤の付与量（浸透抑制剤を付与しない場合を含む）を制御するようにしてもよい。

浸透抑制層形成部１０４には、圧胴１２６Ａの回転方向（図１において反時計回り方向）の上流側から順に、圧胴１２６Ａの表面に対向する位置に、用紙予熱ユニット１２８、浸透抑制剤吐出ヘッド１３０、及び浸透抑制剤乾燥ユニット１３２がそれぞれ設けられている。

用紙予熱ユニット１２８及び浸透抑制剤乾燥ユニット１３２には、それぞれ所定の範囲で温度や風量を制御可能な熱風乾燥機が設けられる。圧胴１２６Ａに保持された記録媒体１１４が、用紙予熱ユニット１２８や浸透抑制剤乾燥ユニット１３２に対向する位置を通過する際、熱風乾燥機によって加熱された空気（熱風）が記録媒体１１４上に吹き付けられる構成となっている。

浸透抑制剤吐出ヘッド１３０は、圧胴１２６Ａに保持される記録媒体１１４に対して浸透抑制剤を打滴するものであり、後述するインク打滴部１０８の各インク吐出ヘッド１４０Ｃ、１４０Ｍ、１４０Ｙ、１４０Ｋ、１４０Ｒ、１４０Ｇ、１４０Ｂと同一構成が適用される。

本例では、記録媒体１１４の表面に対して浸透抑制剤を付与する手段として、インクジェットヘッドを適用したが、これに限定されず、例えば、スプレー方式、塗布方式などの各種方式を適用することも可能である。これらの中でも、本例のようにインクジェット方式により浸透抑制剤を付与する態様が好ましく、各インク吐出ヘッド１４０Ｃ、１４０Ｍ、１４０Ｙ、１４０Ｋ、１４０Ｒ、１４０Ｇ、１４０Ｂによる各色インクの打滴位置及びその周辺のみに選択的に浸透抑制剤を付与することができる。

浸透抑制層形成部１０４に続いて処理液付与部１０６が設けられている。浸透抑制層形成部１０４の圧胴１２６Ａと処理液付与部１０６の圧胴１２６Ｂとの間には、これらに対接するようにして渡し胴１２４Ｂが設けられており、圧胴１２６Ａに保持された記録媒体１１４は、浸透抑制剤が付与された後、渡し胴１２４Ｂを介して圧胴１２６Ｂに受け渡される。

処理液付与部１０６には、圧胴１２６Ｂの回転方向（図１において反時計回り方向）の上流側から順に、圧胴１２６Ｂの表面に対向する位置に、用紙予熱ユニット１３４、処理液吐出ヘッド１３６、及び処理液乾燥ユニット１３８がそれぞれ設けられている。

処理液付与部１０６の各部（用紙予熱ユニット１３４、処理液吐出ヘッド１３６、及び処理液乾燥ユニット１３８）については、上述した浸透抑制層形成部１０４の用紙予熱ユニット１２８、浸透抑制剤吐出ヘッド１３０、及び浸透抑制剤乾燥ユニット１３２とそれぞれ同様の構成が適用されるため、ここでは説明を省略する。もちろん、浸透抑制層形成部１０４と異なる構成を適用することも可能である。

本例では、圧胴１２６Ｂの直径は５４０ｍｍであり、記録媒体１１４の全面に対して処理液が厚み５μｍで付与される。

本例で用いられる処理液は、後段のインク打滴部１０８に配置される各インク吐出ヘッド１４０Ｃ、１４０Ｍ、１４０Ｙ、１４０Ｋ、１４０Ｒ、１４０Ｇ、１４０Ｂから記録媒体１１４に向かって吐出されるインクに含有される色材を凝集させる作用を有する酸性液である。

処理液乾燥ユニット１３８には、所定の範囲で温度や風量を制御可能な熱風乾燥機が設けられており、圧胴１２６Ｂに保持された記録媒体１１４が処理液乾燥ユニット１３８の熱風乾燥機に対向する位置を通過する際、熱風乾燥機によって加熱された空気（熱風）が記録媒体１１４上の処理液に吹き付けられる構成となっている。

熱風乾燥機の温度や風量は、圧胴１２６Ｂの回転方向上流側に配置される処理液吐出ヘッド１３６により記録媒体１１４上に付与された処理液を乾燥させて、記録媒体１１４の表面上に固体状又は半固溶状の凝集処理剤層（処理液が乾燥した薄膜層）が形成されるような値に設定される。本例では、７０℃の熱風にて１秒間の乾燥が行われる。

記録媒体１１４の表面上に処理液の液体層（処理液層）が存在した状態でインク液滴が打滴されると、処理液層中にインク色材（インクドット）が浮遊して移動してしまい、画像品質の劣化を招く要因となる。そこで、図１に示すインクジェット記録装置１００では、色材移動（ドット浮遊）による画像劣化を防止するために、記録媒体１１４上にインク液滴を打滴する前に、記録媒体１１４上の処理液を乾燥させて、記録媒体１１４上に固体状又は半固溶状の凝集処理剤層を形成する。

本例の如く、記録媒体１１４上に処理液が付与される前に、用紙予熱ユニット１３４によって記録媒体１１４を予備加熱する態様が好ましい。この場合、処理液の乾燥に要する加熱エネルギーを低く抑えることが可能となり、省エネルギー化を図ることができる。

処理液付与部１０６に続いてインク打滴部１０８が設けられている。処理液付与部１０６の圧胴１２６Ｂとインク打滴部１０８の圧胴１２６Ｃとの間には、これらに対接するようにして渡し胴１２４Ｃが設けられており、圧胴１２６Ｂに保持された記録媒体１１４は、処理液が付与されて固体状又は半固溶状の凝集処理剤層が形成された後に、渡し胴１２４Ｃを介して圧胴１２６Ｃに受け渡される。このとき、渡し胴１２４Ｃで記録媒体１１４上の処理液層（凝集処理剤層）を追加乾燥（例えば６０℃で加熱）する態様も好ましい。

インク打滴部１０８には、圧胴１２６Ｃの回転方向（図１において反時計回り方向）の上流側から順に、圧胴１２６Ｃの表面に対向する位置に、ＣＭＹＫＲＧＢの７色のインクにそれぞれ対応したインク吐出ヘッド１４０Ｃ、１４０Ｍ、１４０Ｙ、１４０Ｋ、１４０Ｒ、１４０Ｇ、１４０Ｂが並んで設けられている。

各インク吐出ヘッド１４０Ｃ、１４０Ｍ、１４０Ｙ、１４０Ｋ、１４０Ｒ、１４０Ｇ、１４０Ｂは、上述した浸透抑制剤吐出ヘッド１３０や処理液吐出ヘッド１３６と同様に、インクジェット方式の記録ヘッド（インクジェットヘッド）が適用される。即ち、各インク吐出ヘッド１４０Ｃ、１４０Ｍ、１４０Ｙ、１４０Ｋ、１４０Ｒ、１４０Ｇ、１４０Ｂは、それぞれ対応する色インクの液滴を圧胴１２６Ｃに保持された記録媒体１１４に向かって吐出する。

インク貯蔵／装填部（不図示）は、各インク吐出ヘッド１４０Ｃ、１４０Ｍ、１４０Ｙ、１４０Ｋ、１４０Ｒ、１４０Ｇ、１４０Ｂにそれぞれ供給するインクを各々貯蔵するインクタンクを含んで構成される。各インクタンクは所要の流路を介してそれぞれ対応するヘッドと連通されており、各インク吐出ヘッドに対してそれぞれ対応するインクを供給する。インク貯蔵／装填部は、タンク内の液体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）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。

インク貯蔵／装填部の各インクタンクから各インク吐出ヘッド１４０Ｃ、１４０Ｍ、１４０Ｙ、１４０Ｋ、１４０Ｒ、１４０Ｇ、１４０Ｂにインクが供給され、画像信号に応じて各１４０Ｃ、１４０Ｍ、１４０Ｙ、１４０Ｋ、１４０Ｒ、１４０Ｇ、１４０Ｂから記録媒体１１４に対してそれぞれ対応する色インクが打滴される。

各インク吐出ヘッド１４０Ｃ、１４０Ｍ、１４０Ｙ、１４０Ｋ、１４０Ｒ、１４０Ｇ、１４０Ｂは、それぞれ圧胴１２６Ｃに保持される記録媒体１１４における画像形成領域の最大幅に対応する長さを有し、そのインク吐出面には画像形成領域の全幅にわたってインク吐出用のノズル（図１中不図示、図２に符号１６１で図示）が複数配列されたフルライン型のヘッドとなっている。各インク吐出ヘッド１４０Ｃ、１４０Ｍ、１４０Ｙ、１４０Ｋ、１４０Ｒ、１４０Ｇ、１４０Ｂが圧胴１２６Ｃの回転方向（記録媒体１１４の搬送方向）と直交する方向に延在するように固定設置される。

記録媒体１１４の画像形成領域の全幅をカバーするノズル列を有するフルラインヘッドがインク色毎に設けられる構成によれば、記録媒体１１４の搬送方向（副走査方向）について、記録媒体１１４と各インク吐出ヘッド１４０Ｃ、１４０Ｍ、１４０Ｙ、１４０Ｋ、１４０Ｒ、１４０Ｇ、１４０Ｂを相対的に移動させる動作を１回行うだけで（即ち１回の副走査で）、記録媒体１１４の画像形成領域に１次画像を記録することができる。これにより、記録媒体１１４の搬送方向（副走査方向）と直交する方向（主走査方向）に往復動作するシリアル（シャトル）型ヘッドが適用される場合に比べて高速印字が可能であり、プリント生産性を向上させることができる。

本例のインクジェット記録装置１００は、最大菊半サイズの記録媒体（記録用紙）までの記録が可能であり、圧胴１２６Ｃとして、記録媒体幅７２０ｍｍに対応した直径８１０ｍｍのドラムが用いられる。インク打滴時のドラム回転周速度は、５３０ｍｍ／ｓｅｃである。また、各インク吐出ヘッド１４０Ｃ、１４０Ｍ、１４０Ｙ、１４０Ｋ、１４０Ｒ、１４０Ｇ、１４０Ｂのインク吐出体積は２ｐｌであり、記録密度は主走査方向（記録媒体１１４の幅方向）及び副走査方向（記録媒体１１４の搬送方向）ともに１２００ｄｐｉである。

また、本例では、ＣＭＹＫＲＧＢの７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限定されず、必要に応じて淡インク、濃インク、特別色インクを追加してもよい。例えば、ライトシアン、ライトマゼンタなどのライト系インクを吐出するヘッドを追加する構成も可能であり、各色ヘッドの配置順序も特に限定はない。

インク打滴部１０８に続いて乾燥部１１０が設けられている。インク打滴部１０８の圧胴１２６Ｃと乾燥部１１０の圧胴１２６Ｄとの間には、これらに対接するように渡し胴１２４Ｄが設けられており、圧胴１２６Ｃに保持された記録媒体１１４は、各色インクが付与された後に、渡し胴１２４Ｄを介して圧胴１２６Ｄに受け渡される。

乾燥部１１０には、圧胴１２６Ｄの回転方向（図１において反時計回り方向）の上流側から、圧胴１２６Ｄの表面に対向する位置に、熱風ノズル機１４１およびＩＲヒータ１４４が交互に設けられている。

記録媒体１１４の表面上に形成された固体状又は半固溶状の凝集処理剤層上にインク液滴が打滴されると、記録媒体１１４上には、インク凝集体（色材凝集体）が形成されるとともに、色材と分離されたインク溶媒が広がり、凝集処理剤が溶解した液体層が形成される。このようにして記録媒体１１４上に残った液体成分（溶媒成分）は、記録媒体１１４のカールだけでなく、画像劣化を招く要因となる。そこで、本例では、各インク吐出ヘッド１４０Ｃ、１４０Ｍ、１４０Ｙ、１４０Ｋ、１４０Ｒ、１４０Ｇ、１４０Ｂからそれぞれ対応する色インクが記録媒体１１４上に打滴された後、熱風ノズル機１４１およびＩＲヒータ１４４（赤外線ヒータ）により、記録媒体１１４上の液体成分を蒸発させる。

本例では、記録媒体１１４の搬送方向に対して直交する方向に沿って４個の熱風ノズル機１４１と３個のＩＲヒータ１４４が配置されている。記録媒体１１４が乾燥部１１０の圧胴１２６Ｄの上面を通過する際、熱風ノズル機１４１から熱風が記録媒体１１４に向けて送風されるとともに、ＩＲヒータ１４４から赤外線が記録媒体１１４に向けて放射される。例えば、熱風ノズル機１４１から７０℃の熱風を１０ｍ／ｓｅｃで噴出するとともに、ＩＲヒータ１４４から１０００℃の赤外線を放射する。これにより、記録媒体１１４上の液体水分が蒸発し、記録媒体１１４が乾燥する。なお、熱風ノズル機１４１およびＩＲヒータ１４４については、後に詳説する。

乾燥部１１０に続いて定着部１１２が設けられている。乾燥部１１０の圧胴１２６Ｄと定着部１１２の圧胴１２６Ｅとの間には、これらに対接するように渡し胴１２４Ｅが設けられている。圧胴１２６Ｄに保持された記録媒体１１４は、渡し胴１２４Ｅを介して圧胴１２６Ｅに受け渡される。

定着部１１２には、圧胴１２６Ｅの回転方向（図１において反時計回り方向）の上流側から順に、圧胴１２６Ｅの表面に対向する位置に、インク打滴部１０８による印字結果を読み取る印字検出部１４６、加熱ローラ１４８Ａ、１４８Ｂがそれぞれ設けられている。

印字検出部１４６は、インク打滴部１０８の印字結果（各インク吐出ヘッド１４０Ｃ、１４０Ｍ、１４０Ｙ、１４０Ｋ、１４０Ｒ、１４０Ｇ、１４０Ｂ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。

加熱ローラ１４８Ａ、１４８Ｂは、所定の範囲（例えば１００℃〜１８０℃）で温度制御可能なローラであり、加熱ローラ１４８Ａ、１４８Ｂと圧胴１２６Ｅとの間に挟みこまれた記録媒体１１４を加熱加圧しながら、記録媒体１１４上に形成された画像を定着させる。

本例では、加熱ローラ１４８Ａ、１４８Ｂの加熱温度は１１０℃、圧胴１２６Ｅの表面温度は６０℃に設定される。また、加熱ローラ１４８Ａ、１４８Ｂのニップ圧力は１ＭＰａである。加熱ローラ１４８Ａ、１４８Ｂの加熱温度は、処理液又はインクに含有されるポリマー微粒子のガラス転移点温度などに応じて設定することが好ましい。

定着部１１２に続いて排紙部１１３が設けられている。排紙部１１３には、画像が定着された記録媒体１１４を受ける排紙胴１５０と、該記録媒体１１４を積載する排紙台１５２と、排紙胴１５０に設けられたスプロケットと排紙台１５２の上方に設けられたスプロケットとの間に掛け渡され、複数の排紙用グリッパを備えた排紙用チェーン１５４とが設けられている。

次に、インク打滴部１０８に配置されるインク吐出ヘッド１４０Ｃ、１４０Ｍ、１４０Ｙ、１４０Ｋ、１４０Ｒ、１４０Ｇ、１４０Ｂの構造について詳説する。なお、インク吐出ヘッド１４０Ｃ、１４０Ｍ、１４０Ｙ、１４０Ｋ、１４０Ｒ、１４０Ｇ、１４０Ｂの構造は共通しているので、以下、これらを代表して符号１６０によってインク吐出ヘッド（以下、「液体吐出ヘッド」または単に「ヘッド」と称することもある。）を示すものとする。

図２（ａ）はヘッド１６０の構造例を示す平面透視図であり、図２（ｂ）はその一部の拡大図であり、図２（ｃ）はヘッド１６０の他の構造例を示す平面透視図である。また、図３はヘッド１６０の一部の立体的構成を示す断面図（図２（ａ）、（ｂ）中のIV−IV線に沿う断面図）である。

記録媒体１１４上に形成されるドットピッチを高密度化するためには、ヘッド１６０におけるノズルピッチを高密度化する必要がある。本例のヘッド１６０は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、インク滴の吐出口であるノズル１６１と、各ノズル１６１に対応する圧力室１６２を有する複数の圧力室ユニット１６３を千鳥でマトリクス状に（２次元的に）配置させた構造を有し、これにより、ヘッド長手方向（記録媒体搬送方向と直交する主走査方向）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。

記録媒体１１４の搬送方向と略直交する方向に記録媒体１１４の全幅に対応する長さにわたり１列以上のノズル列を構成する形態は本例に限定されない。例えば、図２（ａ）の構成に代えて、図２（ｃ）に示すように、複数のノズル１６１が２次元に配列された短尺のヘッドブロック１６０’を千鳥状に配列して繋ぎ合わせることで記録媒体１１４の全幅に対応する長さのノズル列を有するラインヘッドを構成してもよい。また、図示は省略するが、短尺のヘッドを一列に並べてラインヘッドを構成してもよい。

各ノズル１６１に対応して設けられている圧力室１６２は、その平面形状が概略正方形となっており、ノズル１６１と供給口１６４が設けられている。各圧力室１６２は共通流路１６５と連通している。共通流路１６５はインク供給源たるインク供給タンク（図示量略）と連通しており、インクは共通流路１６５を介して各圧力室１６２に分配供給される。

圧力室１６２の天面を構成する振動板２５０には、絶縁体膜２５５を介して、共通電極２６０（本例にて「下電極」ともいう）と、圧電体２７０と、個別電極２８０（本例にて「上電極」ともいう）とを備えた圧電素子３００が接合されており、個別電極２８０に駆動電圧を印加することによって圧電素子３００が変形してノズル１６１からインクが吐出される。インクが吐出されると、共通流路１６５から供給口１６４を通って新しいインクが圧力室１６２に供給される。

圧電素子３００上には、耐湿性を有する絶縁材料からなる耐湿保護膜２００が形成されている。耐湿保護膜２００は、上電極２８０の上面および側面と圧電体２７０の側面を覆っている。また、耐湿保護膜２００には、開口部２０１が形成されている。このような耐湿保護膜２００により、大気中の水分に因る圧電素子３００の損傷を防止することができる。また、耐湿保護膜２００の開口部２０１により、圧電素子３００の変位を阻害することなく、インク吐出特性を良好にすることができる。

また、圧力室１６２、供給口１６４および共通流路１６５の内壁面には、耐液体性を有する耐液保護膜２１６が形成されている。

また、図３にて、複数の圧力室１６２および複数の圧電素子３００が形成されている流路形成基板２１０に、複数のノズル１６１が形成されているノズル板２２０を固着することにより、複数の圧力室ユニット１６３を有する液体吐出ヘッド１６０が構成される。

このような構造の圧力室ユニット１６３を図２（ｂ）に示す如く、主走査方向に沿う行方向及び主走査方向に対して直交しない一定の角度θを有する斜めの列方向に沿って一定の配列パターンで格子状に多数配列させることにより、本例の高密度ノズルヘッドが実現されている。

即ち、主走査方向に対してある角度θの方向に沿って圧力室ユニット１６３を一定のピッチｄで複数配列する構造により、主走査方向に並ぶように投影されたノズルのピッチＰはｄ× cosθとなり、主走査方向については、各ノズル１６１が一定のピッチＰで直線状に配列されたものと等価的に取り扱うことができる。このような構成により、主走査方向に並ぶように投影されるノズル列が１インチ当たり2400個（2400ノズル／インチ）におよぶ高密度のノズル構成を実現することが可能になる。

なお、本発明の実施に際してノズルの配置構造は図示の例に限定されず、副走査方向に１列のノズル列を有する配置構造など、様々なノズル配置構造を適用できる。

また、本発明の適用範囲はライン型ヘッドによる印字方式に限定されず、記録媒体１１４の幅方向（主走査方向）の長さに満たない短尺のヘッドを記録媒体１１４の幅方向に走査させて当該幅方向の印字を行い、１回の幅方向の印字が終わると記録媒体１１４の幅方向と直交する方向（副走査方向）に所定量だけ移動させて、次の印字領域の記録媒体１１４の幅方向の印字を行い、この動作を繰り返して記録媒体１１４の印字領域の全面にわたって印字を行うシリアル方式を適用してもよい。

次に、本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法について、第１実施形態および第２実施形態に分けて説明する。特に、本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法の要部、すなわち圧電素子３００間の変位ばらつきの補正手順について、説明する。

（第１実施形態）
図４は、第１実施形態における変位ばらつき補正手順の一例の流れを示すフローチャートである。

ステップＳ２にて、圧電素子３００を流路形成基板２１０上に形成する。圧電素子３００は、図３に示したように、下電極２６０および圧電体２７０および上電極２８０から構成されている。圧電素子３００の形成の具体例は後に説明する。また、本例では、圧電素子３００上の耐湿保護膜２００の形成、圧力室１６２の形成、および、圧力室１６２の内壁面の耐液保護膜２１６の形成を、後述のステップＳ１０にて行う。

ステップＳ４にて、圧電素子３００の変位量を決めるパラメータを測定する。本例では、圧電素子３００の静電容量を測定するだけでなく、変形量ばらつきの要因となる圧電素子３００のサイズを実測する。以下では、説明の便宜上、圧電素子３００の静電容量および圧電体２７０の厚み（以下「圧電体厚み」という）を測定し、これらの測定結果に基づいて変位ばらつきを補正する場合について説明するが、圧電素子３００の他のサイズ（例えば上電極２８０の面積）を測定して変位ばらつきを補正してもよい。

圧電体厚みの測定方法としては、例えば、レーザ干渉計を用いて光学的に測定する方法、段差計を用いてメカニカルに測定する方法などが挙げられる。

ステップＳ６において、ステップＳ４の測定結果に基づいて、圧電素子３００の変位量の予測値を算出する。本例では、静電容量の測定結果および圧電体厚みの測定結果をパラメータとして、圧電素子３００の静電容量およびサイズと圧電素子３００の変位量との相関関係を示す第１の変位特性情報に基づいて、圧電素子３００の変位量の予測値を算出する。例えば、重回帰分析を用いて、変位量を予測する。

静電容量と変位量とは図５に示す相関関係があり、圧電体厚みと変位量とは図６に示す相関関係がある。また、静電容量を独立変数Ｘ１とし、圧電体厚みを独立変数Ｘ２とし、圧電素子３００の変位量を従属変数Ｙとしたとき、変位量Ｙは数１にて表される。

[数１]
Ｙ＝ａ×Ｘ１＋ｂ×Ｘ２＋Ｃ
ここで、ａ、ｂは、それぞれ静電容量および圧電体厚みに対する係数である。係数ａは図５に示した静電容量と変位量との相関関係から定まり、係数ｂは図６に示した圧電体厚みと変位量との相関関係から定まる。Ｃは定数である。

図７は、数１を用いて予測した変位量（理論値）と実績値との相関を示す説明図である。実験によれば、重相関係数Ｒは０．９以上であった。

ステップＳ８において、ステップＳ６で求めた圧電素子３００の変位量の予測値をパラメータとして、圧電素子３００の変位量と加工の補正値との相関関係を示す第２の変位特性情報に基づいて、加工の補正値を取得する。加工の補正値は、ステップＳ１０にて変位量ばらつき補正のために流路形成基板２１０に施される加工の基準値との差分である。本例の液体吐出ヘッド１６０では、補正可能事項として、圧力室１６２の開口幅、耐湿保護膜２００の開口部２０１の幅、耐湿保護膜２００の厚み、圧力室１６２内の耐液保護膜２１６の厚みがある。図８（ａ）は圧力室１６２の開口幅の補正値と圧電素子３００の変位量との相関関係データを示し、図８（ｂ）は耐湿保護膜２００の開口部２０１の幅の補正値と圧電素子３００の変位量との相関関係データを示し、図８（ｃ）は耐湿保護膜２００の厚みの補正値と圧電素子３００の変位量との相関関係データを示す。補正したい項目の相関関係データに基づいて、変位量の予測値（Ｙ）に対応する補正値（Ｗａ、Ｗｂ、Ｗｃ）を取得する。圧力室１６２の内壁面に形成する耐液保護膜２１６の厚みを補正値として取得してもよい。

ステップＳ１０において、ステップＳ８で求めた補正値となるように流路形成基板２１０の加工を行う。すなわち、基準値から補正値分だけ変更して加工を行う。本例では、圧力室１６２の開口幅、耐湿保護膜２００の開口部２０１の開口幅、または、耐湿保護膜２００の厚みを補正する。圧力室１６２の内壁面に形成する耐液保護膜２１６の厚みを補正してもよい。このような加工処理の具体例は後に説明する。

以上、圧電素子３００の静電容量および圧電体厚みを測定し、これらの測定値に基づいて変位量ばらつきを補正する場合を例に説明したが、本発明は、圧電素子３００の静電容量および上電極２８０の面積を測定し、これらの測定値に基づいて変位量ばらつきを補正する場合にも本発明を適用できる。また、静電容量とともに、圧電体厚みおよび電極面積の両方を測定し、静電容量および圧電体厚みおよび電極面積の測定値に基づいて変位量ばらつきを補正する場合にも本発明を適用できる。図９は、電極面積と変位量との関係を示すグラフである。

なお、電極面積の測定方法としては、例えば、デジタルカメラで撮像を行って、画像処理により測定する方法が挙げられる。

つまり、本発明は、静電容量だけでなく、圧電素子３００の変位のばらつきの要因となる製造ばらつきを含んだ圧電素子３００のサイズ（例えば、圧電体厚み、電極面積）にも基づいて、変位量ばらつきを補正する。

（第２実施形態）
図１０は、第２実施形態における変位ばらつき補正手順の一例の流れを示すフローチャートである。

ステップＳ２２は、第１実施形態でのステップＳ２と同様である。

ステップＳ２４にて、圧電素子３００の変位量または変位体積を測定する。本例では、変位量を予測するための圧電素子３００の静電容量、圧電体２７０の厚み及び上電極２８０の面積についての測定は、行わない。

圧電素子３００の変位量または変位体積の測定方法としては、レーザードップラー振動計を用いて測定を行う方法がある。なお、変位量よりも変位体積を測定することが好ましい。実際の吐出速度および吐出体積を決めるパラメータである。例えば、レーザードップラー計で、圧電素子３００の面の数点にて変位を測定することで、簡易的に変位体積を算出できる。

ステップＳ２６およびＳ２８は、第１実施形態でのステップＳ８およびＳ１０とそれぞれ同様である。

［製造プロセス］
以下では、本発明の容易な理解のため、特許文献１（特開２００８−１１４３７２号公報）に記載された製造方法（以下「従来例」という）に本発明を適用した場合について、説明する。なお、従来例と同じ点については、特許文献１に記載されているので簡単に説明し、従来例と異なる点については、詳細に説明する。

図１１〜図１４は、圧力室１６２のサイズにより変位量ばらつきを補正する場合の液体吐出ヘッド１６０の製造処理の工程図である。

図１１（ａ）に示すように、流路形成基板２１０の表面に二酸化シリコン膜からなる振動板２５０を形成し、図１１（ｂ）に示すように、振動板２５０上に，酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜２５５を形成し、図１１（ｃ）に示すように、絶縁体膜２５５上に導電体からなる下電極２６０を形成する。次に、図１１（ｄ）に示すように、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）からなる圧電体２７０（圧電体層）を形成し、図１２（ａ）に示すように、導電体からなる上電極２８０を形成し、図１２（ｂ）に示すように、パターニングすることにより、圧電素子３００を形成する。次に、図１２（ｃ）に示すように、流路形成基板２１０の全面にわたって保護膜２００を形成した後、保護膜２００を所定形状にパターニングすることで、開口部２０１等を形成し、図１２（ｄ）に示すように、流路形成基板２１０の全面にわたってリード電極２９０を形成する。

次に、図１３（ａ）に示すように、保護基板２３０を、流路形成基板２１０上に接着剤２３５を介して接着する。次に、図１３（ｂ）に示すように、流路形成基板２１０を、所定の厚みに薄くする。次に、図１３（ｃ）に示すように、流路形成基板２１０にマスク２５２を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、図１４（ａ）に示すように、流路形成基板２１０をマスク２５２を介して異方性エッチング（ウエットエッチング）することにより、圧電素子３００に対応する圧力室１６２等を形成する。次に、図１４（ｂ）に示すように、耐液保護膜２１６を圧力室１６２の内壁面に形成する。

本例では、図１１（ｄ）に示したように流路形成基板２１０上に圧電体２７０を形成後、圧電体２７０の厚みを測定する。また、図１２（ｂ）に示したように流路形成基板２１０上に上電極２８０を形成後、上電極２８０の面積を測定する。また、圧力室１６２の形成（図１４（ａ））よりも前に、圧電素子３００の圧電体２７０の静電容量を測定する。

本例では、測定した静電容量と、測定した圧電体２７０の厚み及び上電極２８０の面積のうち少なくともいずれか一方とに基づいて、圧電素子３００の変位量を予測する。予測した変位量に基づいて、圧力室１６２の幅（図１４（ａ）に示すＷ１、Ｗ２）を変更する。図１３（ｃ）に示すようにマスク２５２をパターニングする際、マスク２５２に設けられた開口の開口面積を変更することで、圧力室１６２の幅Ｗ１、Ｗ２を変更する。

次に、図１５に示すように、圧電素子３００上の耐湿保護膜２００の開口部２０１の幅ｄ１、ｄ２を変更する場合について説明する。

本例では、測定した静電容量と、測定した圧電体２７０の厚み及び上電極２８０の面積のうち少なくともいずれか一方とに基づいて、圧電素子３００の変位量を予測する。予測した変位量に基づいて、耐湿保護膜２００の開口部２０１の幅ｄ１、ｄ２を変更する。

次に、図１６に示すように、圧力室１６２内の耐液保護膜２１６の厚みｔ１、ｔ２を変更する場合について説明する。

本例では、測定した静電容量と、測定した圧電体２７０の厚み及び上電極２８０の面積のうち少なくともいずれか一方とに基づいて、圧電素子３００の変位量を予測する。予測した変位量に基づいて、圧力室１６２内の耐液保護膜２１６の厚みｔ１、ｔ２を変更する。

なお、本発明にて、圧電素子３００の変位量を補正する加工は、圧力室１６２の開口面積の変更、圧電素子３００上の耐湿保護膜２００の厚み又は開口部２０１の開口面積の変更、圧力室１６２内の耐液保護膜２１６の厚みの変更、のうちいずれかひとつのみの変更を行う場合には限定されない。実測した圧電素子３００のサイズ（圧電体２７０の厚み、電極面積など）に基づいて、変更する補正対象（圧力室１６２の開口面積、耐湿保護膜２００の厚み又は開口部２０１の開口面積、耐液保護膜２１６の厚み）を選択してもよく、全ての補正対象を変更してもよい。

また、測定は、流路形成基板２１０上の全ての圧電素子３００について行う必要はない。複数の圧電素子の中から選定した１つ以上の圧電素子３００について測定してもよい。また、複数の圧電素子３００からなる圧電素子群毎の中から選定した１つ以上の圧電素子３００毎に測定してもよい。

また、圧電素子３００毎に補正値を算出して、複数の圧力室１６２の開口面積、複数の圧電素子３００上の耐湿保護膜２００の厚みまたは開口幅、または、複数の圧力室１６２の耐液保護膜２１６の厚みを、圧電素子３００毎に変更する場合に、本発明は限定されない。圧電素子群毎に補正値を算出して、複数の圧力室１６２の開口面積、複数の圧電素子３００上の耐湿保護膜２００の厚みまたは開口幅、または、複数の圧力室１６２の耐液保護膜２１６の厚みを、圧電素子群毎に変更してもよい。

なお、本発明は、本明細書において説明した例や図面に図示された例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の設計変更や改良を行ってよいのはもちろんである。

本発明を適用した液体吐出ヘッドを備えた画像形成装置の一例を示す全体構成図 （ａ）液体吐出ヘッドの構造例を示す平面透視図、（ｂ）は（ａ）の拡大図、（ｃ）は他の構造例を示す平面透視図 液体吐出ヘッドの一部の立体的構成を示す断面図 第１実施形態における圧電素子の変位量ばらつき補正手順の一例の流れを示すフローチャート 静電容量と変位量との関係を示すグラフ 圧電体厚みと変位量との関係を示すグラフ 変位量の理論値と実績値との関係を示すグラフ （ａ）は圧力室開口幅と変位量との関係を示すグラフ、（ｂ）は耐湿保護膜開口幅と変位量との関係を示すグラフ、（ｃ）は耐湿保護膜厚みと変位量との関係を示すグラフ 電極面積と変位量との関係を示すグラフ 第２実施形態における圧電素子の変位量ばらつき補正手順の一例の流れを示すフローチャート 液体吐出ヘッドの製造処理の第１の例の工程図その１ 液体吐出ヘッドの製造処理の第１の例の工程図その２ 液体吐出ヘッドの製造処理の第１の例の工程図その３ 液体吐出ヘッドの製造処理の第１の例の工程図その４ 液体吐出ヘッドの製造処理の第２の例の説明に用いる工程図 液体吐出ヘッドの製造処理の第３の例の説明に用いる工程図

符号の説明

１００…インクジェット記録装置、１６０…インク吐出ヘッド（液体吐出ヘッド）、１６１…ノズル、１６２…圧力室、１６３…液体吐出素子、２００…耐湿保護膜、２０１…耐湿保護膜の開口部、２１０…流路形成基板、２１６…耐液保護膜、２２０…ノズル板、２５０…振動板、２６０…下電極（共通電極）、２７０…圧電体、２８０…上電極（個別電極）、３００…圧電素子

Claims (8)

1. 液体を吐出するノズルに連通する圧力室が形成される基板に、圧電体および電極を有する圧電素子を形成する圧電素子形成ステップと、
   形成された前記圧電素子の静電容量と前記圧電素子のサイズとを実測する測定ステップと、
   前記測定ステップの実測結果から前記圧電素子の変位量を予測する変位量予測ステップと、
   予測された前記圧電素子の変位量に基づいて、前記圧電素子の変位量を変更する加工処理の補正値を決める補正値決定ステップと、
   前記補正値を用いて前記加工処理を行うことで前記圧電素子間の変位量のばらつきを補正する加工ステップと、
   を含むことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
2. 前記補正値決定ステップにて、前記圧力室の開口面積の補正値を決定し、
   前記加工ステップにて、前記補正値に基づいて、前記基板に前記圧力室を形成することを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
3. 前記補正値決定ステップにて、前記圧電素子上に形成する保護膜の厚み、および、前記保護膜に形成する開口部の開口面積のうち少なくとも一方を決定し、
   前記加工ステップにて、前記補正値に基づいて、前記圧電素子上に前記保護膜を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
4. 前記補正値決定ステップにて、前記圧力室内に形成する耐液保護膜の厚みを決定し、
   前記加工ステップにて、前記基板に前記圧力室を形成するとともに、前記補正値に基づいて、前記圧力室内に前記耐液保護膜を形成することを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
5. 前記測定ステップにて測定する前記圧電素子のサイズは、前記圧電体の厚み、および、前記電極の面積のうち、少なくともいずれかであることを特徴とする請求項１ないし４のうちいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
6. 前記圧電素子の静電容量およびサイズと前記圧電素子の変位量との関係を示す第１の変位特性情報、実測した前記圧電素子の静電容量、および、実測した前記圧電素子のサイズに基づいて、前記圧電素子の変位量を予測し、
   前記圧電素子の変位量と前記補正値との関係を示す第２の変位特性情報、および、予測した前記圧電素子の変位量に基づいて、前記補正値を求めることを特徴とする請求項１ないし５のうちいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
7. 液体を吐出するノズルに連通する圧力室が形成される基板に、圧電体および電極を有する圧電素子を形成する圧電素子形成ステップと、
   形成された前記圧電素子の変位量または変位体積を実測する測定ステップと、
   前記測定ステップの実測結果に基づいて、前記圧電素子の変位量を変更する加工処理の補正値を決める補正値決定ステップと、
   前記補正値を用いて前記加工処理を行うことで前記圧電素子間の変位量のばらつきを補正する加工ステップと、
   を含むことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
8. 前記補正値決定ステップにて、前記圧電素子上に形成する保護膜の厚み、および、前記保護膜に形成する開口部の開口面積のうち少なくとも一方を決定し、
   前記加工ステップにて、前記補正値に基づいて、前記圧電素子上に前記保護膜を形成することを特徴とする請求項７に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。

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