JP5439657B2 - インクジェット式記録ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、インクジェット式記録ヘッドに関する。

インクジェット法は、高精細な画像を形成することが可能なことから、その用途はさらに拡大している。

通常、インクジェット式記録ヘッド（以下、単に記録ヘッドとも記する）は、インク滴を吐出する複数のノズル孔が形成されたノズルプレートと、該ノズル孔に連通する圧力室および該圧力室間を連続させるインク供給路が形成されたボディプレート等から構成される。

そして記録ヘッドは、ボディプレートの圧力室の一部を振動板で構成し、該振動板を、その上に設けられた圧電素子により変形させて圧力室に収容されたインクを加圧してノズル孔からインク滴を吐出させるものである。

ところで、このような構成の記録ヘッドにおいては、記録動作時に、駆動している圧力室以外でも変形が起こり、特に、多数のノズルを同時駆動するときに、クロストーク等が顕著になる。この為、以下のような問題が生じる。
・圧力室の変位ロスが発生し、駆動効率が低下する
・駆動していない隣接圧力室の体積も変化しクロストークが生じる
・駆動するノズル数によってインク吐出特性が変化する
そこで、このような問題に対応する方法として、特許文献１では、ボディプレートの圧力室の一部に構成された振動板に対応する領域に開口を設けた板状の補強部材を、ボディプレートの振動板が構成される側の面に接合することで、記録駆動時に生じる記録ヘッド全体の変形やクロストークを抑える方法が提案されている。

また、特許文献２では、流路形成基板（ボディプレート）の上に、圧電素子全体を覆う構成の補強部材を設ける方法が提案されている。

また、特許文献３では、流路形成基板（ボディプレート）の上に、圧電素子の動きの妨げとならないように空間を設けて圧電素子全体を覆う構成の薄膜（補強部材）を設ける方法が提案されている。

特開２００８−９４０号公報 特開２０００−２９６６１７号公報 特開２００１−１３８５１１号公報

ところで、このような記録ヘッドにおいては、近年、より高精度、高精細な描画性能が求められるようになり、１つの記録ヘッドにより多くの圧力室、圧電素子を配置する必要がある。この為、３列や４列配置等のより高密度化された記録ヘッドが検討されている。

しかしながら、このような高密度化された記録ヘッドに対して、特許文献１に記載の記録ヘッドにおいては、振動板に対応する領域に設けられた前述の開口の面積が増加する為、補強部材とボディプレートとの接合面積が減少し、補強部材による効果が低減するという問題がある。

また、特許文献２に記載の記録ヘッドにおいては、高密度化により、補強部材と流路形成基板（ボディプレート）との接合面積が減少した場合でも、圧電素子全体を覆うように補強部材を構成とすることで、その剛性を高めるようにしている。しかしながら、補強部材は、その一部が圧電素子と接触する構成である為、圧電素子の動きの妨げになるとともに、補強部材そのものも振動し、記録ヘッド全体が振動するという問題がある。さらに、圧電素子と外部の駆動回路とを接続する為、補強部材の一部から圧電素子を含む上部電極を所定の方向に引き出すという複雑な構成としている。この為、部材や製造工程が複雑化し、高価格化を招くという問題がある。

また、特許文献３に記載の記録ヘッドにおいては、補強部材の構成を、圧電素子の動きの妨げとならないように空間を設けて圧電素子全体を覆う構成としている。しかしながら、この場合も、特許文献２の場合と同様に、圧電素子を完全に覆う為、圧電素子と外部の駆動回路とを接続する為の引き出し電極を設ける必要があり、同様の問題が発生する。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたもので、高密度化されたインクジェット式記録ヘッドにおいても、部材や製造工程の複雑化による高価格化を招くことなく、クロストークの少ない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。

上記目的は、下記の１から６の何れか１項に記載の発明によって達成される。

１． インクを吐出する複数のノズル孔が形成されたノズルプレートと、
前記ノズルプレートと接合され、前記複数のノズル孔にそれぞれ連通する複数の圧力室が形成されるボディプレートと、
前記ボディプレートの前記ノズルプレートが接合された面とは反対の面に互いに対向して２列に配置された、前記複数の圧力室の内部にそれぞれ圧力変化を生じさせる複数の圧電素子と、を有するインクジェット式記録ヘッドであって、
前記インクジェット式記録ヘッドは、前記複数の圧電素子を囲むように前記ボディプレート上に配置された補強部材をさらに有し、
前記補強部材は、前記複数の圧電素子の周囲に空間を設けて、前記複数の圧電素子を覆うように前記補強部材の上部から延設され、前記列の間の上方に開口が形成された圧電素子覆部を有し、
前記複数の圧電素子は、前記開口を通して、前記圧電素子に駆動信号を供給する配線基板と、ボンディングワイヤで電気的に接続されることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
２．前記圧電素子覆部は、前記複数の圧電素子の一端から中心部までを覆うように、前記補強部材の上部から前記列の長手方向に直交する方向に延設されていることを特徴とする前記１に記載のインクジェット式記録ヘッド。

３． 前記ボディプレートには、前記圧力室が少なくとも２列形成されていることを特徴とする前記１または２に記載のインクジェット式記録ヘッド。

４． 前記補強部材の材料は、金属であることを特徴とする前記１から３の何れか１項に記載のインクジェット式記録ヘッド。

５．前記金属は、シリコンまたはステンレスであることを特徴とする前記４に記載のインクジェット式記録ヘッド。

本発明によれば、複数の圧電素子の周囲に空間を設けて該複数の圧電素子を覆い、ボディプレートの複数の圧電素子が配される面に接合される補強部材を備える構成とし、補強部材のボディプレートに接合される面形状を、該ボディプレートの複数の圧電素子が配置されている領域を囲むような形状とした。

すなわち、補強部材の形状を、ボディプレートと接合する面と、圧電素子の周囲に空間を設けて該圧電素子を覆う面と、からなる２段構成とした。これにより、３列や４列配置等、記録ヘッドが高密度化し、補強部材とボディプレートとの接合面積が減少した場合にも、補強部材の剛性を確保することができる。その結果、圧電素子の動きを妨げることなく、記録駆動時に生じる記録ヘッド全体の変形やクロストークを抑えることができる。

また、補強部材の複数の圧電素子を覆う面の該複数の圧電素子に対応する領域には、開口を設ける構成とした。これにより、圧電素子と該圧電素子に駆動信号を供給する外部に設けられた配線基板や駆動回路とを接続する場合、開口を通して容易に接続することができる。

これらにより、高密度化されたインクジェット式記録ヘッドにおいても、部材や製造工程の複雑化による高価格化を招くことなく、クロストークの少ないインクジェット式記録ヘッドを提供することができる。

本発明の実施形態に係わるインクジェット式記録ヘッドの概略構成を示す図である。 フレキシブルプリント配線基板との接続方法を説明する模式図である。

以下図面に基づいて、本発明に係るインクジェット式記録ヘッド（以下、記録ヘッドと略称する）の実施の形態を説明する。尚、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。

最初に本発明の実施形態に係る記録ヘッドの構成を図１を用いて説明する。図１（ａ）は、記録ヘッド１の概略構成を示す平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ′断面図である。

記録ヘッド１は、図１に示すように、ノズルプレート１０、中間ガラスプレート２０、ボディプレート３０、圧電素子５０、及び補強部材４０等から構成される。

圧電素子５０に外部の図示しない駆動回路から駆動信号が印加されると、圧電素子５０は振動し、ボディプレート３０の圧力室３０１の上部壁面に構成される振動板３０５を励振する。振動板３０５が励振されると、この振動がボディプレート３０に形成されインクを収容する圧力室３０１の圧力を変化させ、ノズルプレート１０に形成されたノズル１０１のノズル孔１０１ａからインク滴を吐出させる。

ノズルプレート１０には、インクを吐出するノズル孔１０１ａを有する複数のノズル１０１が形成されている。

ノズルプレート１０の上面側には、ノズルプレート１０のノズル１０１に対応した位置に孔２０ａが形成された中間ガラスプレート２０が接合されている。

中間ガラスプレート２０の上面側には、ボディプレート３０が接合されている。ボディプレート３０の内側には、ノズルプレート１０や中間ガラスプレート２０を接合することにより構成される圧力室３０１、インク供給路３０３等が形成されている。圧力室３０１は、複数のノズル１０１に対応してそれぞれ形成されている。圧力室３０１は、インクを収容し、その上部壁面には、振動板３０５が構成されている。

圧力室３０１は、記録ヘッド１の動作時に圧電素子５０によって振動板３０５を介して印加される圧力により、ノズルプレート１０に形成された複数のノズル孔１０１ａからインクを吐出するようになっている。また、インク供給路３０３は、図示しないインク供給パイプから供給されたインクを圧力室３０１に供給する。

ノズルプレート１０、ボディプレート３０の材料としては、シリコンやガラス、セラミックス材料等を用いることができるがシリコン好適である。また、中間ガラスプレート２０の材料としては、硼珪酸ガラス等を用いることができる。尚、ノズルプレート１０と中間ガラスプレート２０及びボディプレート３０の接合には、例えば、特開２００８−９４０号公報に開示されている陽極接合技術等を用いることができる。

ボディプレート３０の上面側には、複数の圧電素子５０に共通する電極である共通電極５０１が成膜されている。

圧電素子５０は、振動板３０５を変形させるものであり、複数の振動板３０５にそれぞれ対応し、振動板３０５の上面側に共通電極５０１を挟んで設けられている。すなわち、圧電素子５０は、複数のノズル１０１、及び圧力室３０１に対応するように複数設けられている。

圧電素子５０は、共通電極５０１側から順に図示しない圧電体膜、電極５０３を積層した構造となっている。共通電極５０１は、例えば０．２μｍ程度の厚さの金属膜からなるものであり、圧電体膜は、例えば１μｍ程度の厚さのＰＺＴ膜等からなるものであり、電極５０３は、例えば０．１μｍ程度の厚さの金属膜からなるものである。また、電極５０３の上面側には、後述のフレキシブルプリント配線基板７０（以下、ＦＰＣ７０とも記する）と接続する為の、図示しない例えばＡｕ等からなるリード電極が形成されている。

ボディプレート３０の上面側には、共通電極５０１を挟んで、記録ヘッド１全体を補強する補強部材４０が接合されている。

補強部材４０は、図１（ｂ）に示すように、複数の圧電素子５０の周囲に空間を設けて該複数の圧電素子５０を覆って、ボディプレート３０に接合されている。

補強部材４０のボディプレート３０に接合される面は、図１（ａ）に示すように、該ボディプレート３０の複数の圧電素子５０が配置されている領域Ａ１を囲むように形成されている。すなわち、補強部材４０のボディプレート３０に接合される面は、ボディプレート３０の領域Ａ１を除く領域に対応する形状に形成されている。また、補強部材４０の複数の圧電素子５０を覆う面の該複数の圧電素子５０に対応する領域Ａ２には、開口４０ａが設けられている。

補強部材４０の材料としては、例えば厚さ２００〜５００μｍ程度のステンレス、シリコン等の金属やガラス等の高い剛性を有する材料を用いることができる。

次に、圧電素子５０と該圧電素子５０に駆動信号を供給するＦＰＣ７０との接続方法を図２を用いて説明する。図２（ａ）は、圧電素子５０とＦＰＣ７０との接続方法を示す平面模式図、図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるＡ−Ａ′断面模式図である。

ＦＰＣ７０は、補強部材４０の上面の端部に固定されている。そして、ＦＰＣ７０の図示しない接続端子と圧電素子５０の図示しないリード電極との間は、補強部材４０に設けられた開口４０ａを通して、ボンディングワイヤ７０１によって接続されている。尚、図２では、補強部材４０の上面の一方の端部に配置されたＦＰＣ７０を図示しているが、実際には、他方の端部にも配置され、対応する圧電素子５０とボンディングワイヤ７０１によって接続されている。

このように本発明の実施形態に係る記録ヘッド１においては、複数の圧電素子５０の周囲に空間を設けて該複数の圧電素子５０を覆い、ボディプレート３０の複数の圧電素子５０が配される面に接合される補強部材４０を備える構成とし、補強部材４０のボディプレート３０に接合される面形状を、該ボディプレート３０の複数の圧電素子５０が配置されている領域Ａ１を囲むような形状とした。

すなわち、補強部材４０の形状を、ボディプレート３０と接合する面と、圧電素子５０の周囲に空間を設けて該圧電素子５０を覆う面と、からなる２段構成とした。これにより、３列や４列配置等、記録ヘッド１が高密度化し、補強部材４０とボディプレート３０との接合面積が減少した場合にも、補強部材４０の剛性を確保することができる。その結果、圧電素子５０の動きを妨げることなく、記録駆動時に生じる記録ヘッド１全体の変形やクロストークを抑えることができる。

また、補強部材４０の複数の圧電素子５０を覆う面の該複数の圧電素子５０に対応する領域Ａ２には、開口４０ａを設ける構成とした。これにより、圧電素子５０と該圧電素子５０に駆動信号を供給する外部に設けられたＦＰＣ７０とを接続する場合、開口４０ａを通して容易に接続することができる。

これらにより、高密度化されたインクジェット式記録ヘッドにおいても、部材や製造工程の複雑化による高価格化を招くことなく、クロストークの少ないインクジェット式記録ヘッドを提供することができる。

１ インクジェット式記録ヘッド（記録ヘッド）
１０ ノズルプレート
１０１ ノズル
１０１ａ ノズル孔
２０ 中間ガラスプレート
３０ ボディプレート
３０１ 圧力室
３０３ インク供給路
３０５ 振動板
４０ 補強部材
４０ａ 開口
５０ 圧電素子
５０１ 共通電極
５０３ 電極
７０ フレキシブルプリント配線基板（ＦＰＣ）
７０１ ボンディングワイヤ

Claims (5)

1. インクを吐出する複数のノズル孔が形成されたノズルプレートと、
   前記ノズルプレートと接合され、前記複数のノズル孔にそれぞれ連通する複数の圧力室が形成されるボディプレートと、
   前記ボディプレートの前記ノズルプレートが接合された面とは反対の面に互いに対向して２列に配置された、前記複数の圧力室の内部にそれぞれ圧力変化を生じさせる複数の圧電素子と、を有するインクジェット式記録ヘッドであって、
   前記インクジェット式記録ヘッドは、前記複数の圧電素子を囲むように前記ボディプレート上に配置された補強部材をさらに有し、
   前記補強部材は、前記複数の圧電素子の周囲に空間を設けて、前記複数の圧電素子を覆うように前記補強部材の上部から延設され、前記列の間の上方に開口が形成された圧電素子覆部を有し、
   前記複数の圧電素子は、前記開口を通して、前記圧電素子に駆動信号を供給する配線基板と、ボンディングワイヤで電気的に接続されることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
2. 前記圧電素子覆部は、前記複数の圧電素子の一端から中心部までを覆うように、前記補強部材の上部から前記列の長手方向に直交する方向に延設されていることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット式記録ヘッド。
3. 前記ボディプレートには、前記圧力室が少なくとも２列形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェット式記録ヘッド。
4. 前記補強部材の材料は、金属であることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のインクジェット式記録ヘッド。
5. 前記金属は、シリコンまたはステンレスであることを特徴とする請求項４に記載のインクジェット式記録ヘッド。

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