JP2008273219A - インクジェット式記録ヘッド及びアクチュエータユニット - Google Patents
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Abstract
【課題】端子列の必要数を減少させ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。
【解決手段】複数のノズル開口に連通する複数の圧力室6が少なくとも2列に形成された圧力室形成基板7と、複数の圧力室6の上面開口を封止するように圧力室形成基板7上に形成された弾性膜と、複数の圧力室6に対応して弾性膜上に形成された複数のアクチュエータ60と、複数のアクチュエータ60に接続された複数の端子20、21から成る単一の端子列22と、を備える。複数のアクチュエータ60は、弾性膜上に形成された下部電極膜と、下部電極膜上に形成された複数の圧電体膜と、複数の圧電体膜上に形成された複数の上部電極膜と、を有する。単一の端子列22に、複数列のアクチュエータ60の全列が接続されている。
【選択図】図3
【解決手段】複数のノズル開口に連通する複数の圧力室6が少なくとも2列に形成された圧力室形成基板7と、複数の圧力室6の上面開口を封止するように圧力室形成基板7上に形成された弾性膜と、複数の圧力室6に対応して弾性膜上に形成された複数のアクチュエータ60と、複数のアクチュエータ60に接続された複数の端子20、21から成る単一の端子列22と、を備える。複数のアクチュエータ60は、弾性膜上に形成された下部電極膜と、下部電極膜上に形成された複数の圧電体膜と、複数の圧電体膜上に形成された複数の上部電極膜と、を有する。単一の端子列22に、複数列のアクチュエータ60の全列が接続されている。
【選択図】図3
Description
本発明は、アクチュエータユニット及び同ユニットを備えたインクジェット式記録ヘッドに係わり、特に、圧力室の一部を構成する弾性膜を圧電体膜の変位により振動させ、これにより圧力室内のインクの圧力を変化させてノズル開口からインク滴を吐出させるアクチュエータユニット及びインクジェット式記録ヘッドに関する。
一般に、圧力発生手段によって圧力室内のインクを加圧してノズルプレートのノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドとして、軸方向に伸縮する縦振動モードの圧電振動子を圧力発生手段として利用するものと、たわみ振動モードの圧電振動子を圧力発生手段として利用するものとがある。
前者は、圧電振動子の端面を弾性板に当接させて圧電振動子の伸縮動作により圧力室の容積を変化させるものであり、高密度印刷に適した記録ヘッドの製作が可能である反面、圧電振動子をノズル開口の配列ピッチに一致させて櫛歯状に切り分けるという困難な工程や、切り分けられた圧電振動子を圧力室に位置決めして固定する作業が必要となり、製造工程が複雑であるという問題がある。
これに対して後者は、圧電材料のグリーンシートを圧力室の形状に合わせて貼付し、これを焼成するという比較的簡単な工程で弾性膜に圧電振動子(圧電体膜)を作りつけることができる。
図8及び図9は、たわみ振動モードの圧電振動子(圧電体膜)を備えた従来のインクジェット式記録ヘッドのアクチュエータユニットの平面図及び透視図である。このアクチュエータユニットは、互いに対向する一対の縁部に、複数の端子100、101から成る一対の端子列102を備えている。端子100は互いに分離されたセグメント端子であり、端子101はコモン端子である。また、このアクチュエータユニットは連通孔形成基板105(図10(a))を有しており、この連通孔形成基板105は、複数のノズル開口に連通するノズル連通孔103を列状に配置して成るノズル連通孔列104を2列備えている。
図10及び図11は、図8及び図9に示したアクチュエータユニットの各層を示した図である。図10(a)は連通孔形成基板105を示し、図10(b)は連通孔形成基板105に積層される圧力室形成基板106を示している。連通孔形成基板105には複数のノズル開口に連通する複数のノズル連通孔103が2列形成されており、また、リザーバに連通する複数のリザーバ連通孔108が2列形成されている。
圧力室形成基板106には、ノズル連通孔103及びリザーバ連通孔108に連通する複数の圧力室109がノズル連通孔103及びリザーバ連通孔108の各列に対応して2列形成されている。図10(c)に示したように圧力室形成基板106の上面には弾性膜110が形成されており、この弾性膜110によって複数の圧力室109の上面開口が封止されている。弾性膜110の上面には、図10(d)に示したように圧力室形成基板106の対向する両縁部に端子形成用の台座部111が形成されている。
さらに、図11(a)に示したように弾性膜110の上面及び台座部111の上面には、複数の圧力室109の上方を通るようにして所定のパターンにて一対の下部電極膜112が、白金等の導電材料を用いた印刷工程によって形成されている。なお、図11(a)において符号113は次述する複数の圧電体膜114の一部を支持する台座部である。
図11(b)に示したように、下部電極膜112の上面には、複数の圧力室109に対応して複数の圧電体膜114が印刷工程にて形成されている。複数の圧電体膜114の上面には、図11(c)に示したように複数の上部電極膜115が形成されている。1つの圧力室109、1つの圧電体膜114、及び対応する部分の下部電極膜112によって1つのアクチュエータが構成されている。従来の記録ヘッドでは、複数のアクチュエータから成るアクチュエータ列が、1つのアクチュエータユニット当たりに2列形成されている。
図11(d)に示したように、各上部電極膜115に接続するようにして各セグメント端子100が台座部111上に形成されている。また、台座部111上には下部電極膜112に接続されたコモン端子101も形成されており、圧力室109の各列の両端に位置するコモン端子101同士の間は端子延長部116によって連結されている。なお、コモン端子101に対応する位置にある上部電極膜115は端子延長部116で覆われており、この位置にある圧力室109は使用されない。
上述したように従来の記録ヘッドにおいては、1つのアクチュエータユニットあたりに複数のアクチュエータを2列配置して、2列のノズル開口列からインク滴を吐出するように構成されている。
ところが、上述した従来の記録ヘッドでは、2列に形成された複数のアクチュエータの各列毎に端子列102が必要となるために、端子列102を2列形成する必要があり、このため、記録ヘッドの実装工程の際の端子列102への半田付け工程が複雑となり、また、記録ヘッドの小型化が困難となっていた。
本発明は、上述した事情を考慮して成されたものであって、その目的とするところは、端子列の必要数を減少させ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。
上記課題を解決するために、本発明によるインクジェット式記録ヘッドは、複数のノズル開口に連通する複数の圧力室が少なくとも2列に形成された圧力室形成基板と、前記複数の圧力室の上面開口を封止するようにして前記圧力室形成基板上に形成された弾性膜と、前記複数の圧力室に対応して前記弾性膜上に形成された複数のアクチュエータと、前記複数のアクチュエータに接続された複数の端子から成る単一の端子列と、を備え、前記複数のアクチュエータは、前記複数の圧力室の上方を通るようにして前記弾性膜上に形成された下部電極膜と、前記複数の圧力室に対応して前記下部電極膜上に形成された複数の圧電体膜と、前記複数の圧電体膜上に形成された複数の上部電極膜と、を有し、前記単一の端子列に、複数列の前記アクチュエータの全列が接続されていることを特徴とする。
また、好ましくは、前記単一の端子列は前記圧力室形成基板の1つの縁部に形成されている。
また、好ましくは、前記単一の端子列に接続された複数列の前記アクチュエータのうち、前記単一の端子列から遠い側の列に属する前記アクチュエータは、前記単一の端子列と前記上部電極とを接続するための連絡導線をさらに有し、前記連絡導線は、前記下部電極膜と同一平面上に形成されると共に、前記単一の端子列に近い側の列に属する前記アクチュエータ同士の間を通って延設されている。
また、好ましくは、前記連絡導線は、前記下部電極膜を形成する際に同時に形成されたものである。
また、好ましくは、前記連絡導線の線幅は、前記圧力室間の隔壁の幅よりも狭い。
また、好ましくは、前記下部電極膜は、前記複数のアクチュエータ同士を連結するようにして形成されている。
また、好ましくは、前記単一の端子列に接続された複数列の前記アクチュエータのうち、前記単一の端子列に近い側の列に属する前記アクチュエータから延びる前記下部電極膜の一部は、前記単一の端子列から遠い側の列に属する前記アクチュエータ同士の間を通って延設されている。
また、好ましくは、前記下部電極膜の一部の線幅は、前記圧力室間の隔壁の幅よりも狭い。
また、好ましくは、複数の前記アクチュエータを2列備え、前記単一の端子列は前記アクチュエータの列同士の間に配置されている。
また、好ましくは、前記単一の端子列に接続された複数列の前記アクチュエータは、前記アクチュエータの列同士の間で互い違いになるように配置されている。
本発明によるインクジェット式記録ヘッドは、上述したいずれかのアクチュエータユニットと、前記複数のノズル開口が形成されたノズルプレートと、を備えたことを特徴とする。
以下、本発明の第1実施形態によるインクジェット式記録ヘッドについて図1乃至図5を参照して説明する。
図1は本実施形態による記録ヘッドにおける1つのアクチュエータ及びその周辺を拡大して示した縦断面図であり、図1に示したようにこの記録ヘッドは、ノズル開口1を有するノズルプレート2と、このノズルプレート2に積層された流路形成基板3と、この流路形成基板3に積層されたアクチュエータユニット5とを備えている。
アクチュエータユニット5は、圧力室6が形成された圧力室形成基板7を有し、この圧力室形成基板7の上面には弾性膜8が形成されている。弾性膜8の上面には下部電極膜9及び連絡導線10が所定のパターンにて形成されており、下部電極膜9の上面には圧電体膜11が形成されている。圧電体膜11の上面には複数の上部電極膜12が各圧力室6に対応して形成されており、この上部電極膜12は連絡導線10の一端に接続されている。1つの圧電体膜11、1つの上部電極膜12及びそれに対応する部分の下部電極膜9によって1つのアクチュエータ60が構成される。連通孔形成基板4には、複数のノズル連通孔13及び複数のリザーバ連通孔14が形成されている。
供給口形成基板17には、ノズル連通孔13に連通する第2のノズル連通孔18と、リザーバ連通孔14に連通するインク供給口19とが形成されている。流路形成基板3には、ノズル開口1及び第2のノズル連通孔18に連通する接続孔15と、インク供給口19に連通するリザーバ16が形成されている。リザーバ16には、複数の圧力室6に供給されるインクが貯留されている。なお、圧力室6からノズル開口1に連通するノズル連通孔13と、リザーバ16に連通するリザーバ連通孔14は、2つある孔のうちのうちどちらかがそれぞれの役目を果たせばよい。
図2及び図3は、本実施形態による記録ヘッドのアクチュエータユニット5の平面図及び透視図である。このアクチュエータユニット5は、1つの縁部に、複数の端子20、21から成る単一の端子列22を備えている。端子20は互いに分離されたセグメント端子であり、端子21はコモン端子である。また、連通孔形成基板4には、複数のノズル開口1に連通する複数のノズル連通孔13が合計2列形成されている。
図2及び図3から分かるように、端子列22に近い側の列に属するアクチュエータ60と、端子列22から遠い側の列に属するアクチュエータ60のそれぞれが互い違いに配置されている。
図4及び図5は、アクチュエータユニット5の各層を示した図である。図4(a)は連通孔形成基板4を示し、図4(b)は連通孔形成基板4に積層される圧力室形成基板7を示している。連通孔形成基板4には、2列のノズル開口1に対応して2列のノズル連通孔13が形成されており、ノズル連通孔13に対応して2列のリザーバ連通孔14が形成されている。
一方、圧力室形成基板7には、ノズル連通孔13及びリザーバ連通孔14に連通する複数の圧力室6が、ノズル連通孔13及びリザーバ連通孔14の各列に対応して2列形成されている。図4(c)に示したように圧力室形成基板7の上面には弾性膜(振動板)8が形成されており、この弾性膜8によって複数の圧力室6の上面開口が封止されている。弾性膜8の上面には、図4(d)に示したようにアクチュエータユニット5の1つの縁部に端子形成用の台座部24が形成されている。
さらに、図5(a)に示したように弾性膜8の上面及び台座部24の上面には、複数の圧力室6の上方を通るようにして所定のパターンにて一対の下部電極膜9が、白金等の導電材料を用いた印刷工程にて形成されている。また、単一の端子列22に接続された複数列のアクチュエータ60のうち、端子列22に近い側の列に属するアクチュエータ60の下部電極膜9の一部9aは、端子列22から遠い側の列に属するアクチュエータ60同士の間を通って延設されている。下部電極膜9の一部9aの線幅は、圧力室6間の隔壁の幅よりも狭くなっている。なお、図5(a)において符号25は複数の圧電体膜11の一部を支持する台座部である。
また、弾性膜8の上面には、下部電極膜9に加えて連絡導線10も形成されており、連絡導線10及び下部電極膜9は白金等の導電材料を用いた同時印刷にて形成される。連絡導線10は、端子列22用の台座部24に近い列に属するアクチュエータ60の合間をぬって延設されており、その一端は台座部24に接続され、他端は台座部24から遠い列に属するアクチュエータ60の近傍に位置している。連絡導線10の線幅は、圧力室6間の隔壁の幅よりも狭くなっている。連絡導線10及び下部電極膜9を同時印刷で形成することにより、2度に分けて印刷する場合に生じるマスクの位置合わせの問題を回避することができる。
図5(b)に示したように、下部電極膜9の上面には、複数の圧力室6に対応して複数の圧電体膜11が印刷工程にて形成されている。複数の圧電体膜11の上面には、図5(c)に示したように複数の上部電極膜12が形成されている。
ここで、圧電体膜11及び上部電極膜12を形成する前に連絡導線10が形成されているので、圧電体膜11同士の合間をぬって連絡導線10を形成するというような困難な作業を回避することができる。
ここで、圧電体膜11及び上部電極膜12を形成する前に連絡導線10が形成されているので、圧電体膜11同士の合間をぬって連絡導線10を形成するというような困難な作業を回避することができる。
図5(d)に示したように、台座部24上には複数のセグメント端子20が形成されており、端子列22に近い列に属するアクチュエータ60の上部電極膜12に対してはセグメント端子20が直接接続されている。一方、端子列22から遠い列に属するアクチュエータ60の上部電極膜12に対しては連絡導線10にセグメント端子20が接続されており、これによりセグメント端子20と上部電極膜12とが電気的に接続されている。
また、台座部24上には下部電極膜9に接続されたコモン端子21が両端に形成されており、コモン端子21同士の間は端子延長部26によって連結されている。なお、コモン端子21に対応する位置にある上部電極膜12は端子延長部26で覆われており、この位置にある圧力室6は使用されない。
図5(d)から分かるように、単一の端子列22に対して2列のアクチュエータ列が接続されており、このため、アクチュエータ60を2列備えるにもかかわらず、端子列22を1列とすることができる。
以上述べたように本実施形態によるインクジェット式記録ヘッドによれば、単一の端子列22に対して2列のアクチュエータ60を接続するようにしたので、2列のアクチュエータ60に対して1列の端子列22で対応することが可能であり、このため、記録ヘッドの実装工程の際の端子列22への半田付け工程が容易となり、また、記録ヘッドの小型化を図ることができる。
また、本実施形態によれば、端子列22がアクチュエータユニット5の縁部に配置されているので、端子列22へのテープキャリアパッケージ(TCP)等の接続が容易である。
次に、本発明の第2実施形態によるインクジェット式記録ヘッドについて図6及び図7を参照して説明する。
図6及び図7は、本実施形態による記録ヘッドのアクチュエータユニット35の平面図及び透視図であり、この記録ヘッドも上述した第1実施形態と同様に複数のノズル開口から成るノズル開口列を合計2列備えている。
そして、本実施形態においては、複数の端子40、41から成る単一の端子列42が、アクチュエータ70の列同士の間に配置されている。複数のアクチュエータ70は、列同士の間で互い違いに配置されている。端子40は互いに分離されたセグメント端子であり、端子41はコモン端子である。コモン端子41同士の間は端子延長部46によって連結されている。
図7において符号43はノズル連通孔を示し、符号44はリザーバ連通孔を示し、符号36は圧力室を示している。図6及び図7から分かるように、本実施形態においては、圧力室36間の隔壁の上の部分、つまり共通する列に属するアクチュエータ70同士の間の部分には配線がなされていない。
以上述べたように本実施形態によるインクジェット式記録ヘッドによれば、単一の端子列42に対して2列のアクチュエータ70を接続するようにしたので、2列のアクチュエータ70に対して1列の端子列42で対応することが可能であり、このため、記録ヘッドの実装工程の際の端子列42への半田付け工程が容易となり、また、記録ヘッドの小型化を図ることができる。
また、本実施形態によれば、共通の列に属するアクチュエータ70同士の間には配線がなされていないので、配線のはみ出しによるアクチュエータ70間のショートやアクチュエータ70の変形阻害の可能性が排除され、配線作業の容易化を図ることができる。
以上述べたように本発明によれば、単一の端子列に対して複数列のアクチュエータを接続するようにしたので、記録ヘッドの実装工程の際の端子列への半田付け工程が容易となり、また、記録ヘッドの小型化を図ることができる。
1…ノズル開口、2…ノズルプレート、3…流路形成基板、4…連通孔形成基板、5,35…アクチュエータユニット、6…圧力室、7…圧力室形成基板、8…弾性膜、9…下部電極膜、10…連絡導線、11…圧電体膜、12…上部電極膜、13…ノズル連通孔、14…リザーバ連通孔、15…接続孔、16…リザーバ、17…供給口形成基板、18…第2のノズル連通孔、19…インク供給口、20,40…端子(セグメント端子)、21,41…端子(コモン端子)、22,42…端子列、26,46…端子延長部、60,70…アクチュエータ。
Claims (11)
- 複数のノズル開口に連通する複数の圧力室が少なくとも2列に形成された圧力室形成基板と、
前記複数の圧力室の上面開口を封止するようにして前記圧力室形成基板上に形成された弾性膜と、
前記複数の圧力室に対応して前記弾性膜上に形成された複数のアクチュエータと、
前記複数のアクチュエータに接続された複数の端子から成る単一の端子列と、を備え、
前記複数のアクチュエータは、前記複数の圧力室の上方を通るようにして前記弾性膜上に形成された下部電極膜と、前記複数の圧力室に対応して前記下部電極膜上に形成された複数の圧電体膜と、前記複数の圧電体膜上に形成された複数の上部電極膜と、を有し、
前記単一の端子列に、複数列の前記アクチュエータの全列が接続されていることを特徴とするアクチュエータユニット。 - 前記単一の端子列は前記圧力室形成基板の1つの縁部に形成されていることを特徴とする請求項1記載のアクチュエータユニット。
- 前記単一の端子列に接続された複数列の前記アクチュエータのうち、前記単一の端子列から遠い側の列に属する前記アクチュエータは、前記単一の端子列と前記上部電極とを接続するための連絡導線をさらに有し、前記連絡導線は、前記下部電極膜と同一平面上に形成されると共に、前記単一の端子列に近い側の列に属する前記アクチュエータ同士の間を通って延設されていることを特徴とする請求項2記載のアクチュエータユニット。
- 前記連絡導線は、前記下部電極膜を形成する際に同時に形成されたものであることを特徴とする請求項3記載のアクチュエータユニット。
- 前記連絡導線の線幅は、前記圧力室間の隔壁の幅よりも狭いことを特徴とする請求項3又は4に記載のアクチュエータユニット。
- 前記下部電極膜は、前記複数のアクチュエータ同士を連結するようにして形成されていることを特徴とする請求項2乃至5のいずれか一項に記載のアクチュエータユニット。
- 前記単一の端子列に接続された複数列の前記アクチュエータのうち、前記単一の端子列に近い側の列に属する前記アクチュエータから延びる前記下部電極膜の一部は、前記単一の端子列から遠い側の列に属する前記アクチュエータ同士の間を通って延設されていることを特徴とする請求項6記載のアクチュエータユニット。
- 前記下部電極膜の一部の線幅は、前記圧力室間の隔壁の幅よりも狭いことを特徴とする請求項7記載のアクチュエータユニット。
- 複数の前記アクチュエータを2列備え、前記単一の端子列は前記アクチュエータの列同士の間に配置されていることを特徴とする請求項1記載のアクチュエータユニット。
- 前記単一の端子列に接続された複数列の前記アクチュエータは、前記アクチュエータの列同士の間で互い違いになるように配置されていることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか一項に記載のアクチュエータユニット。
- 請求項1乃至10のいずれか一項に記載のアクチュエータユニットと、
前記複数のノズル開口が形成されたノズルプレートと、を備えたことを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
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