JP2015189214A - 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エレキクロストークを抑制し、駆動素子の波形応答性の向上を図った液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供する。【解決手段】複数の駆動素子と、複数の駆動素子の一方の側にそれぞれ設けられた個別電極８０と、複数の駆動素子の他方の側にそれぞれ設けられた共通電極６０と、を備えて流路基板１０に設けられ、流路の一部を加圧して液体を吐出させるアクチュエーター３００と、流路基板１０に積層され、アクチュエーターを保持する空間を有する保護基板３０と、を備え、保護基板３０は、少なくとも表面が導電性を有し、共通電極に電気的に接続されている。【選択図】図５

Description

本発明は、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関する。

従来、インク等の液滴を噴射するインクジェットプリンターに代表される液体噴射装置として、圧電体層を２つの電極で挟んだ圧電素子を有する液体噴射ヘッドを具備するものが知られている。液体噴射ヘッドでは、駆動電位の印加により圧電素子を変位させ、ノズル開口に連通する圧力発生室内のインクを加圧し、これをノズル開口から噴射するようになっている。

このような液体噴射ヘッドでは、圧電素子を高密度に配列した場合、多数の圧電素子を同時に駆動して多数のインク滴を一度に吐出させると、電圧降下が発生して圧電素子の変位量が不安定となり、インク吐出特性が低下するという問題があり、共通電極の電気抵抗を低減する構造が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。

特開２００３−１２７３６６号公報 特開２００３−１８１１１０号公報

しかしながら、近年、液体噴射ヘッドには一層の高密度化及び高性能化が要求される状況にあり、より高い信頼性が求められており、特に、エレキクロストークの抑制や圧電素子の波形応答性の向上が求められている。尚、このような問題は、インクジェット式記録ヘッドだけではなく、勿論、インク以外の液滴を吐出する他の液体噴射ヘッドにおいても同様に存在し、また、液体噴射装置以外に用いられるアクチュエーター装置においても同様に存在する。

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、エレキクロストークを抑制し、駆動素子の波形応答性の向上を図った液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の態様は、複数の駆動素子と、前記複数の駆動素子の一方の側にそれぞれ設けられた個別電極と、前記複数の駆動素子の他方の側にそれぞれ設けられた共通電極と、を備えて流路基板に設けられ、流路の一部を加圧して液体を吐出させるアクチュエーターと、前記流路基板に積層され、前記アクチュエーターを保持する空間を有する保護基板と、を備え、前記保護基板は、少なくとも表面が導電性を有し、前記共通電極に電気的に接続されていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる態様によれば、共通電極と電気的に接続されている導電性を有する保護基板によりアクチュエーターが囲まれているので、エレキクロストークが抑制され、電気的なノイズの影響を低減できる。また、共通電極の低抵抗化につながり、駆動素子の波形応答性が向上する。

ここで、前記保護基板は、ステンレス鋼よりも低抵抗な材料により形成されていることが好ましい。これによれば、エレキクロストークがさらに低減され、また、共通電極の低抵抗化につながり、駆動素子の波形応答性がさらに向上する。

また、前記保護基板と前記共通電極とは、異方性導電膜、異方性導電ペースト又は導電ペーストを介在させて電気的に接続されていることが好ましい。これによれば、保護基板と共通電極とがより簡便に且つ確実に電気的に接続される。

また、前記共通電極が、複数の枝部と該複数の枝部が接続された幹部とを有し、前記幹部において前記保護基板と接続されていることが好ましい。これによれば、共通電極と保護基板との電気的な接続がより確実となる。

本発明の他の態様は、上記液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。
かかる態様では、共通電極と電気的に接続されている導電性を有する保護基板によりアクチュエーターが囲まれて、エレキクロストークが抑制され、電気的なノイズの影響を低減でき、また、共通電極の低抵抗化により素子の波形応答性が向上した液体噴射ヘッドを搭載した液体噴射装置が実現できる。

実施形態１に係る記録装置の概略構成を示す図。 実施形態１に係る記録ヘッドを示す分解斜視図。 実施形態１に係る記録ヘッドを示す平面図。 実施形態１に係る記録ヘッドを示す断面図。 実施形態１に係る記録ヘッドを示す拡大断面図。 実施形態１に係る流路形成基板の平面図。 実施形態１の変形例を示す流路形成基板の平面図。 実施形態１の変形例を示す流路形成基板の平面図。 実施形態１の変形例を示す流路形成基板の平面図。 実施形態２に係る記録ヘッドを示す断面図。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る液体噴射装置の一例であるインクジェット式記録装置である。

図示するように、インクジェット式記録装置Ｉにおいて、複数のインクジェット式記録ヘッドを有するインクジェット式記録ヘッドユニット（ヘッドユニット）ＩＩでは、インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａ，２Ｂが着脱可能に設けられている。ヘッドユニットＩＩを搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられており、例えばそれぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとされている。

そして、駆動モーター６の駆動力が図示しない複数の歯車及びタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達され、ヘッドユニットＩＩを搭載したキャリッジ３が、キャリッジ軸５に沿って移動されるようになっている。一方、装置本体４には搬送手段としての搬送ローラー８が設けられており、紙等の記録媒体である記録シートＳが搬送ローラー８により搬送されるようになっている。尚、記録シートＳを搬送する搬送手段は、搬送ローラーに限られずベルトやドラム等であってもよい。

ここで、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドＩＩに搭載されるヘッド本体についてさらに詳細に説明する。なお、図２は、ヘッド本体の分解斜視図であり、図３は、ヘッド本体の液体噴射面側からの平面図であり、図４は、図３のＡ−Ａ′線断面図であり、図５は、図４の部分拡大図である。

図示するように、ヘッド本体２１０は、流路形成基板１０、連通板１５、ノズルプレート２０、保護基板３０、ケース部材４０、コンプライアンス基板９１等の複数の部材を備え、これら複数の部材が接着剤等によって接合されて構成されている。

ヘッド本体２１０を構成する流路形成基板１０には、複数の圧力発生室１２が複数のノズル開口２１が並設される方向に沿って並設されている。この方向を圧力発生室１２の並設方向とも称し、第１の方向Ｘと一致する。また、流路形成基板１０には、圧力発生室１２が第１の方向Ｘに並設された列が複数列、本実施形態では、２列設けられている。この圧力発生室１２が第１の方向Ｘに沿って形成された圧力発生室１２の列が複数列設された列設方向は、第２の方向Ｙと一致する。なお、圧力発生室１２が第１の方向Ｘに並設された２列は、一方の圧力発生室１２の列に対して、他方の圧力発生室１２の列が第１の方向Ｘで隣り合う圧力発生室１２の間隔の半分だけ第１の方向Ｘにずれた位置に配置されている。これにより、詳しくは後述するノズル開口２１も同様に、ノズル開口２１の２列が半分の間隔だけ第１の方向Ｘにずれて配置されて、第１の方向Ｘの解像度を２倍にしている。もちろん、２列の圧力発生室１２の第１の方向Ｘの位置を同じ位置として、圧力発生室１２の列毎に異なるインクが供給されるようにしてもよい。また、本実施形態では、上述のように、第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙに直交する方向を第３の方向Ｚと称し、第３の方向Ｚを含む面内において液体噴射方向（後述する被噴射媒体である記録シートＳ側）はＺ１側、反対側はＺ２側となる。

流路形成基板１０の第３の方向Ｚの一方面、すなわち、Ｚ１側の面には連通板１５が接合されている。また、連通板１５のさらに第３の方向ＺのＺ１側には、ノズル開口２１が設けられたノズルプレート２０が接合されている。本実施形態では、ノズルプレート２０のノズル開口２１が開口する第３の方向ＺのＺ１側が液体噴射面２０ａとなっている。

連通板１５には、圧力発生室１２とノズル開口２１とを連通するノズル連通路１６が設けられている。連通板１５は、流路形成基板１０よりも大きな面積を有し、ノズルプレート２０は流路形成基板１０よりも小さい面積を有する。このようにノズルプレート２０の面積を比較的小さくすることでコストの削減を図ることができる。なお、ここで言う面積とは、第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙを有する面内方向における面積のことである。

また、連通板１５には、マニホールド１００の一部を構成する第１マニホールド部１７と、第２マニホールド部１８とが設けられている。

第１マニホールド部１７は、連通板１５を第３の方向Ｚに貫通して設けられている。また、第２マニホールド部１８は、連通板１５を第３の方向Ｚに貫通することなく、連通板１５のノズルプレート２０側、すなわちＺ１側に開口して第３の方向Ｚの途中まで設けられている。

さらに、連通板１５には、圧力発生室１２の第２の方向Ｙの一端部に連通する供給連通路１９が、各圧力発生室１２毎に独立して設けられている。この供給連通路１９は、連通板１５を第３の方向Ｚに貫通して第２マニホールド部１８と圧力発生室１２とを連通する。

一方、流路基板である流路形成基板１０の連通板１５とは反対面側、すなわち、Ｚ２側には、振動板５０が形成されている。また、振動板５０上には、第１電極６０と、駆動素子となる圧電体層７０と、第２電極８０とが順次積層されることで、本実施形態の圧力発生手段である圧電アクチュエーター３００が構成されている。一般的には圧電アクチュエーター３００の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層を各圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。本実施形態では、第１電極６０を共通電極としている。

また、流路形成基板１０の圧電アクチュエーター３００側、すなわちＺ２側の面には、流路形成基板１０と略同じ大きさを有する保護基板３０が接合されている。保護基板３０は、圧電アクチュエーター３００を保護するための空間である保持部３１を有する。保持部３１は、第１の方向Ｘに並設された圧電アクチュエーター３００の列毎に第２の方向Ｙに２つ並んで形成されている。また、保護基板３０には、第２の方向Ｙで並設された２つの保持部３１の間に第３の方向Ｚに貫通する第１接続孔３２が設けられている。圧電アクチュエーター３００の電極から引き出されたリード電極９０の端部は、この第１接続孔３２内に露出するように延設され、リード電極９０と駆動ＩＣ等の駆動回路１２０を実装した配線基板１２１とが、第１接続孔３２内で電気的に接続されている。本実施形態では、流路形成基板１０、連通板１５及び保護基板３０が流路部材に相当する。もちろん、流路部材は特にこれに限定されず、流路部材として連通板１５を設けずに流路形成基板１０を連通板１５に相当する大きさで形成してもよく、流路部材としてさらに他の部材を設けるようにしてもよい。

また、図２、図４、図５に示すように、保護基板３０及び連通板１５には、複数の圧力発生室１２に連通するマニホールド１００を流路形成基板１０及び保護基板３０と共に画成するケース部材４０が固定されている。ケース部材４０は、保護基板３０に接合されると共に連通板１５に接合されている。具体的には、ケース部材４０は、Ｚ１側の面に開口して、連通板１５が収容される深さの凹形状を有する第１収容部４１ａを有する。また、第１収容部４１ａは、第２の方向Ｙの側面にも開口して設けられている。すなわち、第１収容部４１ａの第１の方向Ｘの両側には、Ｚ１側に突出する足部４５が設けられており、足部４５のＺ１側の先端面が後述するカバーヘッド２７０に接合されている。このような第１収容部４１ａは、連通板１５を挿入可能なように、連通板１５よりも若干大きな開口で形成されている。

また、第１収容部４１ａの底面、すなわちケース部材４０のＺ１側の面には、さらに流路形成基板１０及び保護基板３０が収容される深さの凹形状を有する第２収容部４１ｂが設けられている。この第２収容部４１ｂは、保護基板３０のＺ２側の面よりも若干広い開口面積を有する。そして、第２収容部４１ｂ内に流路形成基板１０及び保護基板３０等が収容されて第２収容部４１ｂのＺ１側の開口が連通板１５によって封止される。

また、第１収容部４１ａの底面、すなわちケース部材４０のＺ１側の面には、Ｚ１側の面に開口する凹形状を有する第３マニホールド部４２が形成されている。なお、第２収容部４１ｂと第３マニホールド部４２とは、その開口面に連通板１５が接合されることで、連通することなく区画されている。そして、ケース部材４０に形成された第３マニホールド部４２と、連通板１５に設けられた第１マニホールド部１７及び第２マニホールド部１８とによって本実施形態のマニホールド１００が構成されている。なお、本実施形態では、流路形成基板１０の第２の方向Ｙを挟んだ両側にマニホールド１００を形成するようにした。もちろん、マニホールド１００は、特にこれに限定されず、例えば、第３マニホールド部４２のみで構成されていてもよく、第２マニホールド部１８及び第３マニホールド部４２で構成されていてもよい。ただし、本実施形態のようにマニホールド１００を第１マニホールド部１７、第２マニホールド部１８及び第３マニホールド部４２で構成することで、インクジェット式記録ヘッド２００を大型化することなく、マニホールド１００をできるだけ大きな容積で形成することができる。

なお、第２収容部４１ｂ内において、流路形成基板１０及び保護基板３０は、ケース部材４０に接着剤によって接着されている。また、連通板１５とケース部材４０の第１収容部４１ａの底面であるＺ１側の面とは、接着剤によって接着されている。このように連通板１５とケース部材４０とを接着剤で接着することで、マニホールド１００内のインクが連通板１５とケース部材４０との間から第２収容部４１ｂ内や外部に流出するのを抑制している。

また、ケース部材４０には、保護基板３０の第１接続孔３２に連通してケース部材４０を第３の方向Ｚに貫通する第２接続孔４３が設けられている。この第２接続孔４３を挿通した配線基板１２１が第１接続孔３２に挿通されて、圧電アクチュエーター３００から引き出された引き出し配線であるリード電極９０と接続されている。

さらに、ケース部材４０には、特に図示していないが、供給部材２２０の供給流路４１０に連通してマニホールド１００にインクを供給する流入路と、供給部材２２０の回収流路４２０に連通してマニホールド１００内のインクを流出させる流出路と、が設けられている。例えば、流入路を第１の方向Ｘの一方側であるＸ１側に設け、流出路を第１の方向Ｘの他方側であるＸ２側に設けるようにすればよい。なお、供給流路４１０は途中で２つに分岐して同じインクを２つのマニホールド１００に供給してもよく、マニホールド１００毎に独立して流入路を設けるようにしてもよい。同様に、２つのマニホールド１００に連通する流出路が途中で１つに合流してもよく、流出路を途中で合流することなく、マニホールド１００毎に独立して設けるようにしてもよい。

また、連通板１５の第１マニホールド部１７及び第２マニホールド部１８が開口する面には、コンプライアンス基板９１が設けられている。このコンプライアンス基板９１が、第１マニホールド部１７と第２マニホールド部１８の開口を封止している。すなわち、本実施形態の流路形成基板１０、連通板１５及び保護基板３０で構成された流路部材の流路とは、第１マニホールド部１７及び第２マニホールド部１８であり、コンプライアンス基板９１は、第１マニホールド部１７及び第２マニホールド部１８の液体噴射面２０ａ側であるＺ１側を封止する。

このようなコンプライアンス基板９１は、本実施形態では、封止膜９２と、固定基板９３と、を具備する。封止膜９２は、可撓性を有する薄膜（例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）やステンレス鋼（ＳＵＳ）等により形成されている。また、固定基板９３は、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等の金属等の硬質の材料で形成される。この固定基板９３のマニホールド１００に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部９４となっているため、マニホールド１００の一方面は可撓性を有する封止膜９２のみで封止された可撓部であるコンプライアンス部９５となっている。

なお、コンプライアンス基板９１は、ノズルプレート２０の周囲に亘って連続して設けられている。すなわち、コンプライアンス基板９１には、ノズルプレート２０が配置される領域に当該ノズルプレート２０よりも若干大きな内径を有する第１露出開口部９６が設けられている。

このようなヘッド本体２１０のノズル開口２１が開口する液体噴射面２０ａ側には、ノズル開口２１を露出した状態で保護するカバーヘッド２７０が固定されている。

ここで、保護基板３０は、導電性を有する材料、本実施形態では、ステンレス鋼（ＳＵＳ）で形成されており、上述した第１電極６０と電気的に接続されている。

図６には、流路形成基板１０の部分的な平面図を示す。共通電極となる第１電極６０は複数の圧力発生室１２の並設方向に亘って連続的に設けられ、図中右側で圧力発生室１２の外まで延設され、端部の領域Ａで保護基板３０と電気的に接続されている。具体的には、流路形成基板１０に保護基板３０を接合する際に、領域Ａのみを導電性接着剤６０１を介して接着し、他の領域は絶縁性接着剤６０２を用いて接着する。

ここで、導電性接着剤６０１とは、導電性フィラー等を含有する接着剤の他、異方性導電膜、異方性導電ペースト又は導電ペーストなどを含むものである。すなわち、領域Ａにおいては接着されていなくても異方性導電膜、異方性導電ペースト又は導電ペーストを介して密着状態が保持されていればよい。また、領域Ａの一部に異方性導電膜、異方性導電ペースト又は導電ペーストを用い、残りに部分に導電性接着剤又は絶縁性の接着剤を用いてもよい。

このように圧電アクチュエーター３００が、共通電極と電気的に接続された、導電性を有する保護基板３０により囲まれていることにより、エレキクロストークが抑制され、電気的なノイズの影響を低減できる。また、共通電極の低抵抗化につながり、素子の波形応答性が向上する。

このような効果をより顕著に得るためには、保護基板３０の導電性が良好な方が好ましい。よって、ステンレス鋼より導電性の高い材料で保護基板３０を形成するのがより好ましい。このような材料としては、例えば、鉄、アルミニウムなどを挙げることができる。

ここで、保護基板３０と電気的に接続される領域Ａの位置は特に限定されず、例えば、図７に示すように、共通電極である第１電極６０を枝部と幹部とからなる櫛歯形状とし、幹部で保護基板３０と電気的に接続するようにしてもよい。すなわち、第１電極６０も圧力発生室１２の幅より小さい幅にパターニングして圧力発生室１２の端部から外側に延設して幹部で互いに結合するようにし、歪み変形を大きくする共に電気抵抗を低減するようにし、幹部の領域Ａで保護基板３０と電気的に接続するようにしてもよい。

また、図８に示すように、圧力発生室１２の長手方向の寸法より小さい幅で第１電極６０を圧力発生室１２の並設方向に延設し、その両側の端部の領域Ａで保護基板３０と電気的に接続するようにしてもよい。

また、共通電極の電位は、一般的には、グランド又はグランドに近い低電位であるのが好ましいが、共通電極に高電位が印加され、個別電極にはそれより低い電位で構成される駆動波形が印加されるものでもよい。

さらに、上述した実施形態では、共通電極を第１電極６０としたが、第２電極８０を共通電極とし、第２電極８０と保護基板３０とを電気的に接続するようにしてもよい。

図９には、第２電極８０を共通電極とした場合の流路形成基板１０の部分的な平面図を示す。図示するとおり、第１電極６０は、圧力発生室１２の並設方向の寸法より小さい幅で圧力発生室１２に対向する領域内に存在し、これを覆うように圧電体層７０が設けられ、何れも図中左側から圧力発生室１２の外まで延設され、延設された第１電極６０にリード電極９０が接続され、個別電極となっている。一方、第２電極８０は、圧力発生室１２全体を覆うように形成され、共通電極となっている。そして、図中右側の端部の領域Ｂで保護基板３０と電気的に接続されている。すなわち、領域Ｂのみを導電性接着剤を介して保護基板３０と接合し、他の領域は絶縁性接着剤で接着されている。

このような構成においても、上述した場合と同様な効果を奏する。

（実施形態２）
図１０には、実施形態２にかかるヘッド本体の断面図を示す。なお、実施形態１と同様な部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。

この実施形態は、内面に導電層３５を形成した保護基板３０Ａを設けた以外は実施形態１と同様である。すなわち、保護基板３０は、例えば、シリコン基板からなり、保持部３１を形成した後、内面及び接合端面に導電層３５を形成したものである。そして、導電層３５は、領域Ａで導電性接着剤６０１を介して接着されており、共通電極である第１電極６０と電気的に接続されている。なお、領域Ａ以外の部分は絶縁性接着剤６０２で接着されている。

このような構成において、圧電アクチュエーター３００は、共通電極である第１電極６０と電気的に接続されている導電層３５により囲まれているので、エレキクロストークが抑制され、電気的なノイズの影響を低減できる。また、共通電極の低抵抗化につながり、素子の波形応答性が向上する。

ここで、導電層３５は導電性のある金属、金属酸化物などで形成すればよく、例えば、金、銀、アルミニウム、銅、クロムなどを挙げることができる。また、導電層３５の形成方法は、特に限定されないが、ＣＶＤ法、スパッタリング法、及びメッキ法などにより形成すればよい。

なお、導電層３５は、保護基板３０の領域Ａに相当する部分以外の接合端面には設けなくてもよい。また、導電層３５は、保護基板の外周面に設けてもよく、又は表面全体に設けてもよい。

（他の実施形態）
なお、上記実施の形態においては、液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを挙げて説明したが、本発明は、広く液体噴射ヘッドを対象としたものであり、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにも勿論適用することができる。その他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（電界放出ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。

Ｉ インクジェット式記録装置（液体噴射装置）、１７ 第１マニホールド部、１８ 第２マニホールド部、 ４２ 第３マニホールド部、 ２０ａ 液体噴射面、 ２１ ノズル開口、４１ａ 第１収容部、４１ｂ 第２収容部、６０ 第１電極、 ７０ 圧電体層、 ８０ 第２電極、 ９０ リード電極、 ９１ コンプライアンス基板、 ９２ 封止膜、 ２００ インクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、 ２１０ ヘッド本体、 ２２０ 供給部材、 ２７０ カバーヘッド（固定板）、 ６０１ 導電性接着剤、 ６０２ 絶縁性接着剤

Claims (5)

1. 複数の駆動素子と、前記複数の駆動素子の一方の側にそれぞれ設けられた個別電極と、前記複数の駆動素子の他方の側にそれぞれ設けられた共通電極と、を備えて流路基板に設けられ、流路の一部を加圧して液体を吐出させるアクチュエーターと、
   前記流路基板に積層され、前記アクチュエーターを保持する空間を有する保護基板と、
   を備え、
   前記保護基板は、少なくとも表面が導電性を有し、前記共通電極に電気的に接続されている
   ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
2. 前記保護基板は、ステンレス鋼よりも低抵抗な材料により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
3. 前記保護基板と前記共通電極とは、異方性導電膜、異方性導電ペースト又は導電ペーストを介在させて電気的に接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体噴射ヘッド。
4. 前記共通電極が、複数の枝部と該複数の枝部が接続された幹部とを有し、前記幹部において前記保護基板と接続されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置。

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