JP6464842B2 - 液体吐出装置 - Google Patents
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Description
図1に示すように、インクジェットプリンタ1は、プラテン2と、キャリッジ3と、インクジェットヘッド4と、搬送機構5と、制御装置6等を備えている。
次に、インクジェットヘッド4のヘッドユニット12,13の詳細構成について説明する。尚、2つのヘッドユニット12,13は同一の構造を有するため、以下では、ブラックとイエローのインクを吐出するヘッドユニット12で代表して説明する。図2は、インクジェットヘッド4のヘッドユニット12の上面図である。図3は、図2のA部拡大図である。図4は、図3のB−B線断面図、図5は、図4の圧電アクチュエータ部分の拡大断面図である。図2〜図5に示すように、ヘッドユニット12は、ノズルプレート20、流路形成部材21、圧電アクチュエータ22、及び、リザーバ形成部材23を備えている。尚、図2、図3では、図面の簡素化のため、流路形成部材21及び圧電アクチュエータ22の上方に位置するリザーバ形成部材23は二点鎖線で外形のみ示されている。
ノズルプレート20は、ステンレス鋼等の金属材料、シリコン、あるいはポリイミド等の合成樹脂材料などで形成されている。図4に示すように、ノズルプレート20には、複数のノズル24が形成されている。図2に示すように、複数のノズル24は、搬送方向に配列されて、走査方向に並ぶ4列のノズル列25a、25b、25c、25dを構成している。右側の2列のノズル列25a,25bは、ブラックインクを吐出するノズル列である。2列のノズル列25a,25bの間で搬送方向におけるノズル24の位置が、各ノズル列の配列ピッチPの半分(P/2)だけずれている。左側の2列のノズル列25c,25dは、イエローインクを吐出するノズル列である。イエローインク用の2列のノズル列25c,25dも、ブラックインク用のノズル列25a,25bと同様に、2列のノズル列25c,25dの間で搬送方向におけるノズル24の位置がP/2ずれている。
流路形成部材21は、シリコンで形成されている。この流路形成部材21の下面に、前述したノズルプレート20が接合されている。流路形成部材21には、複数のノズル24とそれぞれ連通する複数の圧力室26が形成されている。各圧力室26は、走査方向に長い矩形の平面形状を有する。複数の圧力室26は、複数のノズル24に応じて搬送方向に配列されて、走査方向に並ぶ4列の圧力室列27a、27b、27c、27dを構成している。右側2列の圧力室列27a,27bがブラックインク用の圧力室列であり、左側2列の圧力室列27c,27dがイエローインク用の圧力室列である。尚、同色のインクを吐出する2列の圧力室列のうち、左側の圧力室列27b(27d)においては、圧力室26の左端部とノズル24が重なり、右側の圧力室列27a(27c)においては、圧力室26の右端部とノズル24が重なっている。また、ブラックインク用の2列の圧力室列27a,27bの間で、搬送方向における圧力室26の位置がP/2ずれており、イエローインク用の2列の圧力室列27c,27dの間でも、搬送方向における圧力室26の位置がP/2ずれている。
圧電アクチュエータ22は、複数の圧力室26内のインクにそれぞれ、ノズル24から該インクを吐出させるための吐出エネルギーを付与するものである。圧電アクチュエータ22は、流路形成部材21の上面に、複数の圧力室26を覆うように設けられている。図2〜図5に示すように、圧電アクチュエータ22は、振動板30、下部電極31、下部コンデンサ電極46、圧電体32、上部電極33、上部コンデンサ電極47、及び、駆動配線35等を備えている。尚、本実施形態の圧電アクチュエータ22は、流路形成部材21となるシリコン基板の上面に、公知の半導体プロセス技術によって各層を順に成膜することによって形成されている。
リザーバ形成部材23は、圧電アクチュエータ22を挟んで、流路形成部材21と反対側(上側)に配置され、圧電アクチュエータ22の上面に接着剤45で接合されている。リザーバ形成部材23は、例えば、流路形成部材21と同様、シリコンで形成されてもよいが、シリコン以外の材料、例えば、金属材料や合成樹脂材料で形成されていてもよい。
次に、一部の圧電素子36に直列的に接続されるコンデンサ49について、その設けられている理由、及び、具体的な構成等について、以下説明する。
図2に示すように、圧電アクチュエータ22の複数の圧電素子36は、左右に並ぶ4列の圧電素子列65a〜65dを構成している。また、圧電アクチュエータ22の右端部に、複数の駆動接点部40が配置されている。従って、4列の圧電素子列65a〜65dの間で、複数の駆動接点部40との距離が異なっている。そのため、駆動接点部40から離れるほど、即ち、圧電素子列65a、圧電素子列65b、圧電素子列65c、圧電素子列65dの順に、圧電素子36に接続される駆動配線35の長さが長くなる。これにより、4列の圧電素子列65a〜65dの間で、圧電素子36とドライバIC51の間の配線の全長が異なることになる。
図2に示すように、ドライバIC51はCOF50の幅方向(前後方向)における中央部に配置されているため、COF50の複数の出力配線56は、ドライバIC51から複数の駆動接点部40に向けて、扇状に広がって延びている。つまり、1列の圧電素子列を構成する複数の圧電素子36のうち、その配列方向の端に位置する圧電素子36に対応するCOF50の出力配線56は、配列方向の中央側に位置する圧電素子36に対応するCOF50の出力配線56よりも、配線長さが長い。これにより、1列の圧電素子列を構成する複数の圧電素子36の間でも、圧電素子36とドライバIC51との間の配線の全長が異なることになる。
4 インクジェットヘッド
20 ノズルプレート
21 流路形成部材
22 圧電アクチュエータ
23 リザーバ形成部材
24 ノズル
26 圧力室
30 振動板
31 下部電極
32 圧電体
32a 活性体
32b スルーホール
33 上部電極
34 絶縁体
35 駆動配線
36 圧電素子
39a 保護層
39b 保護層
39c 保護層
40 駆動接点部
41 グランド接点部
42 連通孔
45 接着剤
46 下部コンデンサ電極
47 上部コンデンサ電極
48 導通部
49 コンデンサ
52 リザーバ
53 インク供給流路
56 出力配線
65 圧電素子列
51 ドライバIC
Claims (12)
- 複数のノズル及び前記複数のノズルにそれぞれ連通した複数の圧力室を含む第1液体流路が形成された第1流路構造体と、
前記第1流路構造体に、前記複数の圧力室を覆うように設けられた圧電アクチュエータと、
前記圧電アクチュエータを駆動する駆動装置とを備え、
前記圧電アクチュエータは、
前記複数の圧力室を覆う振動板と、前記振動板に前記複数の圧力室に対応して配置された複数の圧電素子であってそれぞれ圧電材料で形成された活性体を含む複数の圧電素子と、前記振動板に設けられた複数の信号入力部であって前記駆動装置と接続されて前記複数の圧電素子を駆動するための駆動信号が前記駆動装置から入力される複数の信号入力部と、所定の基準電位が印加される基準電位部と、前記複数の圧電素子の各々と前記複数の信号入力部の各々と前記基準電位部とを結ぶ複数のアクチュエータ配線と、を有し、
前記複数の圧電素子は、第1圧電素子と第2圧電素子を含み、
前記第1圧電素子と前記駆動装置の間の前記アクチュエータ配線を含む配線の全長が、前記第2圧電素子と前記駆動装置の間の前記アクチュエータ配線を含む配線の全長よりも長く、
前記第1圧電素子と前記信号入力部とを接続する前記アクチュエータ配線、又は前記第1圧電素子と前記基準電位部とを接続する前記アクチュエータ配線に前記第1圧電素子と直列的に接続されるコンデンサが設けられており、
前記コンデンサは前記複数の圧電素子の前記活性体と同じ圧電材料で形成された絶縁体を有することを特徴とする液体吐出装置。 - 前記第1液体流路と連通する第2液体流路が形成された第2流路構造体を備え、
前記第2流路構造体は、前記圧電アクチュエータに対して前記第1流路構造体と反対側に配置されており、且つ、前記圧電アクチュエータに接合されており、
前記圧電アクチュエータには、前記第1流路構造体の前記第1液体流路と前記第2流路構造体の前記第2液体流路とを連通させる連通孔が形成されており、
前記絶縁体は、前記圧電アクチュエータの前記連通孔の周囲領域に、前記連通孔を囲むように配置されており、
前記第2流路構造体は、前記絶縁体が設けられた前記周囲領域において前記圧電アクチュエータと接合されていることを特徴とする請求項1に記載の液体吐出装置。 - 前記第1液体流路と連通する第2液体流路が形成された第2流路構造体を備え、
前記第2流路構造体は、前記圧電アクチュエータに対して前記第1流路構造体と反対側に配置されており、且つ、前記圧電アクチュエータに接合されており、
前記振動板には、前記第1流路構造体の前記第1液体流路と前記第2流路構造体の前記第2液体流路とを連通させる連通孔が形成されており、
前記第2流路構造体は、前記圧電アクチュエータの前記連通孔の周囲領域に、接着剤で接合され、
前記絶縁体は、前記第2流路構造体が接合された前記圧電アクチュエータの前記周囲領域と前記第1圧電素子との間に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の液体吐出装置。 - 前記第1液体流路と連通する第2液体流路が形成された第2流路構造体を備え、
前記第2流路構造体は、前記圧電アクチュエータに対して前記第1流路構造体と反対側に配置されており、且つ、前記圧電アクチュエータに接合されており、
前記圧電アクチュエータには、前記第1流路構造体の前記第1液体流路と前記第2流路構造体の前記第2液体流路とを連通させる連通孔が形成されており、
前記複数の圧電素子の各々は、前記活性体に対して前記振動板側に配置された第1素子電極と、前記活性体に対して前記振動板と反対側に配置された第2素子電極とを有し、
前記コンデンサは、前記絶縁体に対して前記振動板側に配置された第1コンデンサ電極と、前記絶縁体に対して前記振動板と反対側に配置された第2コンデンサ電極とを有し、
前記第1素子電極と前記第2コンデンサ電極、又は、前記第2素子電極と前記第1コンデンサ電極が、前記活性体又は前記絶縁体を含む圧電体に形成されたスルーホール内に配置された導電性材料を含む導通部によって接続されており、
前記第2流路構造体は、前記圧電アクチュエータの前記連通孔の周囲領域に接着剤で接合されており、
前記スルーホールが、前記第2流路構造体が接合された前記連通孔の周囲領域よりも外側に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の液体吐出装置。 - 前記複数の信号入力部に接続される配線基板を備え、
前記配線基板には、前記駆動装置と、前記駆動装置と前記複数の信号入力部の各々とを接続する、複数の基板側配線とが設けられており、
前記駆動装置と前記第1圧電素子に対応する前記信号入力部とを接続する前記基板側配線が、前記駆動装置と前記第2圧電素子に対応する前記信号入力部とを接続する前記基板側配線よりも長いことを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載の液体吐出装置。 - 前記複数の圧電素子は、第1方向に配列されることによって、前記第1方向と直交する第2方向に並ぶ、第1圧電素子列と第2圧電素子列とを構成し、
前記第2方向において、前記第2圧電素子列に対して前記第1圧電素子列と反対側に前記複数の信号入力部が配置されており、
前記第1圧電素子列が、前記コンデンサと接続された前記第1圧電素子を含むことを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載の液体吐出装置。 - 前記第1圧電素子列は、それぞれ前記コンデンサが接続された複数の前記第1圧電素子を有し、
前記複数の第1圧電素子にそれぞれ接続された前記コンデンサは、前記第1圧電素子と前記駆動装置の間の配線の全長が長いものほど、その静電容量が小さいことを特徴とする請求項6に記載の液体吐出装置。 - 複数の前記第1圧電素子列が前記第2方向において並んで配置されており、
前記複数の第1圧電素子列にそれぞれ対応する前記コンデンサは、対応する前記第1圧電素子列と前記信号入力部との前記第2方向における離間距離が大きいものほど、その静電容量が小さいことを特徴とする請求項6又は7に記載の液体吐出装置。 - 前記複数の圧電素子は、第1方向に配列されることによって、前記第1方向と直交する第2方向に並ぶ3つの圧電素子列を構成し
前記第2方向において、前記3つの圧電素子列の一方側に、前記複数の信号入力部が配置されており、
前記3つの圧電素子列のうちの、最も前記一方側に配置されている前記圧電素子列に含まれる2つの前記圧電素子の間に、他の2つの圧電素子列にそれぞれ対応する2本の前記アクチュエータ配線が配置され、
前記2本のアクチュエータ配線の、前記振動板からの高さ位置が異なることを特徴とする請求項1〜8の何れかに記載の液体吐出装置。 - 前記2本のアクチュエータ配線のうちの一方が第1絶縁層によって覆われ、
前記2本のアクチュエータ配線のうちの他方は、高さ方向から見た場合に前記一方のアクチュエータ配線とは重ならない部分において前記第1絶縁層に形成されており、且つ前記一方のアクチュエータ配線よりも前記振動板からの高さ位置が高くなっており、
前記他方のアクチュエータ配線は、第2絶縁層によって覆われており、
前記第1絶縁層の前記一方のアクチュエータ配線を覆う部分が、さらに、第3絶縁層で覆われていることを特徴とする請求項9に記載の液体吐出装置。 - 前記コンデンサの前記絶縁体は、前記圧電素子の前記活性体が形成される工程において、前記活性体と同時に形成されることを特徴とする請求項1〜10の何れかに記載の液体吐出装置。
- 複数のノズル及び前記複数のノズルにそれぞれ連通した複数の圧力室を含む第1液体流路が形成された第1流路構造体と、
前記第1流路構造体に、前記複数の圧力室を覆うように設けられた圧電アクチュエータと、
前記圧電アクチュエータを駆動する駆動装置と、を備え、
前記圧電アクチュエータは、
前記複数の圧力室を覆う振動板と、前記振動板に前記複数の圧力室に対応して配置された複数の圧電素子であってそれぞれ圧電材料で形成された活性体を含む複数の圧電素子と、前記振動板に設けられ、且つ、前記駆動装置と接続されて前記駆動装置から前記複数の圧電素子を駆動するための駆動信号が入力される複数の信号入力部と、所定の基準電位が印加される基準電位部と、前記複数の圧電素子の各々と前記複数の信号入力部の各々と前記基準電位部とを結ぶアクチュエータ配線と、を有し、
前記複数の圧電素子は、第1圧電素子と第2圧電素子を含み、
前記第1圧電素子と前記駆動装置の間の前記アクチュエータ配線を含む配線の全長が、前記第2圧電素子と前記駆動装置の間の前記アクチュエータ配線を含む配線の全長よりも長く、
前記第1圧電素子と前記信号入力部とを接続する前記アクチュエータ配線、又は、前記第1圧電素子と前記基準電位部とを接続する前記アクチュエータ配線に、前記第1圧電素子と直列的に接続される第1コンデンサが設けられ、
前記第2圧電素子と前記信号入力部とを接続する前記アクチュエータ配線、又は、前記第2圧電素子と前記基準電位部とを接続する前記アクチュエータ配線に、前記第2圧電素子と直列的に接続される第2コンデンサが設けられ、
前記第1コンデンサの静電容量が、前記第2コンデンサの静電容量よりも小さく、
前記第1コンデンサと前記第2コンデンサは、それぞれ、前記複数の圧電素子の前記活性体と同じ圧電材料で形成された絶縁体を有することを特徴とする液体吐出装置。
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