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

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

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。

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。

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。 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のアクチュエータユニットの平面図。 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のアクチュエータユニットの透視図。 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のアクチュエータユニットの各層を示した平面図。 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のアクチュエータユニットの各層を示した平面図。 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のアクチュエータユニットの平面図。 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のアクチュエータユニットの透視図。 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。 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透視図。 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各層を示した平面図。 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各層を示した平面図。

符号の説明

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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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。
11. 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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