JP2005066924A - インクジェットヘッド - Google Patents
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Abstract
【課題】圧電材料の使用量を低減でき、駆動回路との電気的接続が容易で作成容易な高密度化されたインクジェットヘッドの提供。
【解決手段】カバー基板２の両面に、隔壁により隔てられた多数の並列するインクチャネル１１Ａ、１１Ｂが前端から後端側の中途部まで凹設されたアクチュエータ基板１Ａ、１Ｂのインクチャネル１１Ａ、１１Ｂの形成面をそれぞれ接着すると共に、各アクチュエータ基板１Ａ、１Ｂの後端側の対向する面に接続基板４を設けて密閉し、カバー基板２、接続基板４及び各アクチュエータ基板１Ａ、１Ｂの間の空間によってインク流路５を形成し、接続基板４を、各アクチュエータ基板１Ａ、１Ｂの後端よりも後方に突出させ、各隔壁に電圧印加するための電極１３Ａ、１３Ｂを、各インクチャネル１１Ａ、１１Ｂ内の隔壁から各アクチュエータ基板１Ａ、１Ｂの後端側の対向する面及び該面に対向する接続基板４の表面を介して外部まで引き出す。
【選択図】 図１
【解決手段】カバー基板２の両面に、隔壁により隔てられた多数の並列するインクチャネル１１Ａ、１１Ｂが前端から後端側の中途部まで凹設されたアクチュエータ基板１Ａ、１Ｂのインクチャネル１１Ａ、１１Ｂの形成面をそれぞれ接着すると共に、各アクチュエータ基板１Ａ、１Ｂの後端側の対向する面に接続基板４を設けて密閉し、カバー基板２、接続基板４及び各アクチュエータ基板１Ａ、１Ｂの間の空間によってインク流路５を形成し、接続基板４を、各アクチュエータ基板１Ａ、１Ｂの後端よりも後方に突出させ、各隔壁に電圧印加するための電極１３Ａ、１３Ｂを、各インクチャネル１１Ａ、１１Ｂ内の隔壁から各アクチュエータ基板１Ａ、１Ｂの後端側の対向する面及び該面に対向する接続基板４の表面を介して外部まで引き出す。
【選択図】 図１
Description
本発明は、隔壁により隔てられた多数の並列するインクチャネルが前端から後端側の中途部まで凹設されたアクチュエータ基板を有するいわゆるチョッパートラバースタイプのインクジェットヘッドに関する。
従来、このようなインクジェットヘッドには、特許文献１に記載のものが知られている。これを図５に示す。
同図において、１００Ａ、１００Ｂはアクチュエータ基板、１０１はカバー基板、１０２は接続基板、１０３はノズルプレート、１０４Ａ、１０４ＢはＬＳＩのチップ端子である。
各アクチュエータ基板１００Ａ、１００Ｂには、それぞれ対向する面にインクチャネル１０５Ａ、１０５Ｂが、アクチュエータ基板１００Ａ、１００Ｂの前端（図示右端）から後端側（図示左端側）の中途部に亘る長さで凹設されており、このインクチャネル１０５Ａ、１０５Ｂの後端側を一部残すように、カバー基板１０１が各インクチャネル１０５Ａ、１０５Ｂの間の前端側に接着されている。
接続基板１０２は、各アクチュエータ基板１００Ａ、１００Ｂの間の後端側に接着されており、この接続基板１０２、カバー基板１０１及び各アクチュエータ基板１００Ａ、１００Ｂによって形成される空間によって、各インクチャネル１０５Ａ、１０５Ｂにインクを分配するためのインク流路１０６を形成している。
また、各アクチュエータ基板１００Ａ、１００Ｂには、各インクチャネル１０５Ａ、１０５Ｂと同一面の後端側に連結用凹部１０７Ａ、１０７Ｂが凹設されており、各インクチャネル１０５Ａ、１０５Ｂ内の電極が、各アクチュエータ基板１００Ａ、１００Ｂの対向する面から上記連結用凹部１０７Ａ、１０７Ｂ内まで延設され、この連結用凹部１０７Ａ、１０７Ｂ内に各チップ端子１０４Ａ、１０４Ｂが挿入されることで、各インクチャネル１０５Ａ、１０５Ｂ内の電極は駆動回路と電気的に接続されている。
この特許文献１に記載のインクジェットヘッドによれば、１枚のカバー基板１０１で各インクチャネル１０５Ａ、１０５Ｂをカバーすることができるため、ノズル列を多列構造として高密度化を図る場合でも、高価なカバー基板１０１の使用量を低減することができると共に、インク流路１０６の形成も、アクチュエータ基板１００Ａと１００Ｂとの間の後端側を接続基板１０２によって密閉するだけで容易に行えるという利点がある。
特許第２９６１６２４号公報
一般にアクチュエータ基板には、電極に印加される電圧によって変形を生じ、各インクチャネル内のインクに圧力変化を与えてノズルから吐出するために圧電材料が用いられるが、特許文献１に記載のインクジェットヘッドでは、ノズルが配置される前端からチップ端子１０４Ａ、１０４Ｂとの電気的接続を行うための連結用凹部１０７Ａ、１０７Ｂまでの全体をアクチュエータ基板１００Ａ、１００Ｂによって形成しなくてはならないため、アクチュエータ基板１００Ａ、１００Ｂの長さが長くなり、その結果、圧電材料の使用量が多くなってコスト高となるばかりでなく、電気容量が増加することによって、発熱量の増大化及び駆動電源の大型化を招く問題がある。
また、特許文献１に記載のインクジェットヘッドでは、各アクチュエータ基板１００Ａ、１００Ｂと接続基板１０２とを接着する際に、接着面に塗布された接着剤が各連結用凹部１０７Ａ、１０７Ｂ内に流れ込んでしまうため、チップ端子１０４Ａ、１０４Ｂとの接続は接続基板１０２を接着する前に行わなくてはならない。しかし、この場合、各アクチュエータ基板１００Ａ、１００Ｂ毎に駆動回路と電気的に接続されたチップ端子１０４Ａ、１０４Ｂを接続した後、そのチップ端子１０４Ａ、１０４Ｂ付きの各アクチュエータ基板１００Ａ、１００Ｂをカバー基板１０１及び接続基板１０２の両面に接着しなくてはならないため、作業性が極めて悪く、作成困難である問題がある。
そこで、本発明の課題は、カバー基板の両面にそれぞれインクチャネルを凹設したアクチュエータ基板を設けることにより高密度化されたインクジェットヘッドであって、圧電材料の使用量を低減することができ、駆動回路との電気的接続を容易に行うことができると共に、作成容易なインクジェットヘッドを提供することにある。
本発明の他の課題は、以下の記載により明らかとなる。
請求項１記載の発明は、カバー基板の両面に、隔壁により隔てられた多数の並列するインクチャネルが前端から後端側の中途部まで凹設されたアクチュエータ基板における前記インクチャネルの形成面をそれぞれ接着すると共に、前記各アクチュエータ基板の後端側の対向する面に接続基板を設けて密閉し、前記カバー基板、前記接続基板及び前記各アクチュエータ基板との間の空間によって、各インクチャネルにインクを分配するインク流路を形成してなるインクジェットヘッドであって、前記接続基板は、前記各アクチュエータ基板の後端よりも後方に突出していると共に、前記各隔壁に電圧印加するための電極が、各インクチャネル内の隔壁から各アクチュエータ基板の後端側の対向する面及び該面に対向する前記接続基板の表面を介して外部まで引き出されていることを特徴とするインクジェットヘッドである。
請求項２記載の発明は、カバー基板の両面に、隔壁により隔てられた多数の並列するインクチャネルが前端から後端側の中途部まで凹設されたアクチュエータ基板における前記インクチャネルの形成面をそれぞれ接着すると共に、前記各アクチュエータ基板の後端側の対向する面に接続基板を設けて密閉し、前記カバー基板、前記接続基板及び前記各アクチュエータ基板との間の空間によって、各インクチャネルにインクを分配するインク流路を形成してなるインクジェットヘッドであって、前記接続基板は、前記アクチュエータ基板のうちの一方の後端よりも後方に突出していると共に、前記アクチュエータ基板のうちの他方は、前記接続基板の後端よりも後方に突出しており、前記一方のアクチュエータ基板における前記各隔壁に電圧印加するための電極は、各インクチャネル内の隔壁から後端側の対向する面及び該面に対向する前記接続基板の表面を介して外部まで引き出され、前記他方のアクチュエータ基板における前記各隔壁に電圧印加するための電極は、各インクチャネル内の隔壁から後端側の対向する面を介して前記接続基板よりも後方側において外部まで引き出されていることを特徴とするインクジェットヘッドである。
請求項３記載の発明は、前記他方のアクチュエータ基板は、両面にそれぞれインクチャネルが凹設され、各面にそれぞれ前記カバー基板及び前記接続基板を挟んで前記一方のアクチュエータ基板が設けられていることを特徴とする請求項２記載のインクジェットヘッドである。
請求項４記載の発明は、前記外部まで引き出された各電極は、該外部においてＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）を介して駆動回路と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１、２又は３記載のインクジェットヘッドである。
本発明によれば、カバー基板の両面にそれぞれインクチャネルを凹設したアクチュエータ基板を設けることにより高密度化されたインクジェットヘッドの圧電材料の使用量を低減することができ、駆動回路との電気的接続を容易に行うことができると共に、作成容易なインクジェットヘッドを提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
図１は、本発明に係るインクジェットヘッドの第１の実施形態を示す断面図、図２は、アクチュエータの構造を示す部分斜視図である。
アクチュエータ基板１（１Ａ、１Ｂ）は、多数のインクチャンネル１１（１１Ａ、１１Ｂ）を並列した圧電材料を主体として構成される。
圧電材料としては、電圧を加えることにより変形を生じる公知の圧電材料を用いることができ、有機材料からなる基板、非金属製の基板等がある。特に、非金属製の圧電材料基板が好ましく、成形、焼成等の工程を経て形成される圧電セラミックス基板、又は成形、焼成を必要としないで形成される基板等がある。
非金属製の圧電材料基板において、成形、焼成等の工程を経て形成される圧電セラミックス基板としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）が好ましい。さらにＢａＴｉＯ3、ＺｎＯ、ＬｉＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3等を用いてもよい。
ＰＺＴとしては、ＰＺＴ（ＰｂＺｒＯ3−ＰｂＴｉＯ3）と、第三成分添加ＰＺＴがある。添加する第三成分としてはＰｂ（Ｍｇ1/2Ｎｂ2/3）Ｏ3、Ｐｂ（Ｍｎ1/3Ｓｂ2/3）Ｏ3、Ｐｂ（Ｃｏ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3等がある。
また、非金属製の圧電材料基板において、成形、焼成を必要としないで形成される基板としては、例えば、ゾル−ゲル法、積層基板コーティング法等で形成することができる。
複数のインクチャンネル１１は、かかるアクチュエータ基板１の上面からダイヤモンドブレード等により溝を平行に切削加工することにより形成されている。個々のインクチャンネル１１は、アクチュエータ基板１の前端（図１における左端）から後端（図１における右端）に向けて延びる直線状の細長い溝形状に切削されて、削り残した圧電材料が各インクチャンネル１１の間の隔壁１２となっている。従って、インクチャネル１１と隔壁１２とが交互に平行に並列されている。また、各インクチャネル１１は、アクチュエータ基板１の前端から後端側の中途部まで凹設されており、後端側にいくにつれて徐々に浅くなって、ついには消滅する。
各インクチャンネル１１の内面（隔壁１２の表面）の一部には電極１３（１３Ａ、１３Ｂ）が形成されている。電極１３を形成する金属は、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｏ（コバルト）、Ｃｕ（銅）、Ａｌ（アルミニウム）等があるが、ＮｉやＣｕが好ましく、特に好ましくはＮｉであり、メッキ法、蒸着法、スパッタ法によって形成することができる。
各インクチャネル１１内の電極１３は、インクチャネル１１の後端側の浅溝部１１’（ １１Ａ’、１１Ｂ’）を介してアクチュエータ基板１の後端側の上面１ａまでそれぞれ引き出されている。従って、各電極１３は、アクチュエータ基板１の後端側の上面１ａにおいて、インクチャネル１１と同一ピッチで平行に並列される。
圧電材料からなるアクチュエータ基板１は分極処理されており、隔壁１２の表面に形成された上記電極１３に電圧を印加することで分極方向と直角方向から電圧を掛けると、隔壁１２が圧電滑り効果によってくの字形にせん断変形し、インクチャネル１１の容積が変化して、インクチャネル１１内のインクに圧力変化を与える。
このような構造を有するアクチュエータ基板１Ａ、１Ｂは、カバー基板２の両面に、各アクチュエータ基板１Ａ、１Ｂの各インクチャネル１１Ａ、１１Ｂの形成面同士を対向させると共に、各アクチュエータ基板１１Ａ、１１Ｂの前端とカバー基板２の前端とを揃えて接着され、これらアクチュエータ基板１１Ａ、１１Ｂ及びカバー基板２が接着された状態で、それらの前端に、各インクチャネル１１Ａ、１１Ｂに対応する数のノズル３Ａ、３Ｂが開設された１枚のノズルプレート３が接着されている。インクチャネル１１内において圧力変化を与えられたインクは、このノズル３Ａ、３Ｂからインク滴として外部に吐出され、記録媒体上に着弾することで画像の記録が行われる。
カバー基板２には、例えば、窒化アルミを成分に含むセラミックス、分極処理されていない圧電材料、液晶ポリマー等の材料を用いることができ、更に、熱膨張係数が、アクチュエータ基板１の熱膨張係数の±２ｐｐｍ／℃であるものが好ましい。熱膨張係数をこの範囲とすることで、各基板間に熱膨張係数の差による剥離等が起こらない。
カバー基板２の長さ（図１中の左右方向の長さ）は、各アクチュエータ基板１Ａ、１Ｂのインクチャネル１１Ａ、１１Ｂの延設方向の長さ（図１中の左右方向の長さ）よりも短く、これによって各インクチャネル１１Ａ、１１Ｂの後端側の浅溝部１１Ａ’、１１Ｂ’付近にはカバー基板２が存在しておらず、アクチュエータ基板１Ａ、１Ｂ同士が直接対面している。
そして、アクチュエータ基板１Ａ、１Ｂの後端側の間には、１枚の接続基板４が接着され、該アクチュエータ基板１Ａ、１Ｂの後端側の空間を密閉している。この接続基板４にはカバー基板１と同一の材料を用いることができ、各アクチュエータ基板１Ａ、１Ｂにおけるインクチャネル１１Ａ、１１Ｂが形成されていない面に亘って接着されている。これによって、各アクチュエータ基板１Ａ、１Ｂ、カバー基板２及び接続基板４により囲まれる空間が形成され、この空間によって、各インクチャネル１１Ａ、１１Ｂにインクを分配するためのインク流路５が形成されている。なお、カバー基板２と接続基板４は別体であってもよいが、インク流路５となる部分を開口させた一枚の基板によって形成される一体物であってもよい。
接続基板４の後端は、各アクチュエータ基板１Ａ、１Ｂの後端よりも後方に突出しており、その突出した表面は外部に露出している。この接続基板４の各アクチュエータ基板１Ａ、１Ｂとの接着面には、各アクチュエータ基板１Ａ、１Ｂの後端側の上面１ａ（図２参照）に引き出された電極１３Ａ、１３Ｂとそれぞれ電気的に接続される引き出し電極４Ａ、４Ｂが、各電極１３Ａ、１３Ｂと対応するように同一ピッチで平行に設けられている。従って、各インクチャネル１１Ａ、１１Ｂ内の電極１３Ａ、１３Ｂは、対向する各アクチュエータ基板１Ａ、１Ｂの後端から、引き出し電極４Ａ、４Ｂによって接続基板４の表面において互いに反対方向を向くように反転され、それぞれ外部に引き出されており、この外部に引き出された引き出し電極４Ａ、４Ｂを利用して、各アクチュエータ基板１Ａ、１Ｂの後端側から、各インクチャネル１１Ａ、１１Ｂ内の電極１３Ａ、１３Ｂに電圧を印加することができるようになっている。
この接続基板４の外部に露出する引き出し電極４Ａ、４Ｂには、駆動回路と電気的に接続するための配線が接続される。本実施形態では、異方性導電フィルムを用いてＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）６Ａ、６Ｂがそれぞれ接合され、このＦＰＣ６Ａ、６Ｂを介して駆動回路（図示せず）からの駆動電圧が各インクチャネル１１Ａ、１１Ｂ内の電極１３Ａ、１３Ｂに印加されるようになっている。
本発明では、このように接続基板４の外部に露出した両面を用いて駆動回路との電気的接続を行うことができるため、従来のように連結用凹部を利用してこれに端子を挿入する接続方法と異なり、インクジェットヘッドの製造後に、ＦＰＣ６Ａ、６Ｂ等を用いた面接合を行うことができる。特にこのＦＰＣ６Ａ、６Ｂを用いることにより、配線の引き出し方向をＦＰＣの柔軟性を利用して自由に取ることができる利点がある。
しかも、接続基板４の外部に露出する面には、アクチュエータ基板１Ａ、１Ｂとの接着時に、テープ又はストリッパブルレジスト等を用いて容易に表面の引き出し電極４Ａ、４Ｂの保護を行うことができるため、万一接着剤が流出するようなことがあっても、ＦＰＣ６Ａ、６Ｂ等との導通不良を生じる問題は簡単に解消できる。
また、本発明では、圧電材料からなるアクチュエータ基板１Ａ、１Ｂの後端側には、インク流路５となるスペースを残して、接続基板４を接着するためのスペースのみを設けておけば良いため、従来に比べてアクチュエータ基板１Ａ、１Ｂを短くすることができ、それだけ高価な圧電材料の使用量を低減することができると共に、電気容量を低減させ、駆動時の発熱及び駆動電源の大型化を抑えることが可能である。
図３は、本発明に係るインクジェットヘッドの第２の実施形態を示す断面図である。図１と同一符号は同一構成を示しており、特に相違がない限り説明は省略する。
同図に示すように、接続基板４は、各アクチュエータ基板１Ａ、１Ｂのうちの一方（図示上側）のアクチュエータ基板１Ａの後端よりも後方に突出しているが、他方（図示下側）のアクチュエータ基板１Ｂの後端は、接続基板４の後端よりも後方に突出している。従って、一方のアクチュエータ基板１Ａの電極１３Ａは、接続基板４の表面に形成された引き出し電極４Ａによって外部に引き出され、第１の実施形態と同様にＦＰＣ６Ａによって駆動回路と電気的に接続されるが、他方のアクチュエータ基板１Ｂは、その後端側の上面１ａ（図２参照）に引き出された各電極１３Ｂが、そのまま接続基板４の後方に露出し、ＦＰＣ６Ａによって駆動回路と電気的に接続されている。
この第２の実施形態に係るインクジェットヘッドによれば、ＦＰＣ６Ａ、６Ｂ等との接合作業が、第１の実施形態と同様にヘッド製造後に容易に行うことができる上に、その接合作業の方向をいずれも同一方向（図示上から下方向の一方向）とすることができるため、治具等を用いてＦＰＣ６Ａ、６Ｂ等の接合を行う場合の作業が容易となる。この場合、ＦＰＣ６Ｂ、ＦＰＣ６Ａの順で接合作業を行えば良い。
なお、この場合も、一方のアクチュエータ基板１Ａを従来に比べて短くすることができるため、それだけ圧電材料の使用量を低減することができることはもちろんである。
この第２の実施形態に示すインクジェットヘッドは、その変形例として、図４に示すように、図３における図示下側のアクチュエータ基板１Ｂの両面にインクチャネル１１Ｂをそれぞれ凹設することにより、図３に示すインクジェットヘッドを上下対称状にしたインクジェットヘッドを構成することもできる。
ここでは１枚のノズルプレート３に、図示上からインクチャネル１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｂ、１１Ａにそれぞれ対応する４列のノズル３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄが開設されている。このインクジェットヘッドによれば、図３に示すインクジェットヘッドと同様の効果を有する上に、更に高密度化を図ることができる。
１、１Ａ、１Ｂ：アクチュエータ基板
１１、１１Ａ、１１Ｂ：インクチャネル
１２：隔壁
１３、１３Ａ、１３Ｂ：電極
２：カバー基板
３：ノズルプレート
３Ａ〜３Ｄ：ノズル
４：接続基板
４Ａ、４Ｂ：引き出し電極
５：インク流路
６Ａ、６Ｂ：ＦＰＣ
１１、１１Ａ、１１Ｂ：インクチャネル
１２：隔壁
１３、１３Ａ、１３Ｂ：電極
２：カバー基板
３：ノズルプレート
３Ａ〜３Ｄ：ノズル
４：接続基板
４Ａ、４Ｂ：引き出し電極
５：インク流路
６Ａ、６Ｂ：ＦＰＣ
Claims (4)
- カバー基板の両面に、隔壁により隔てられた多数の並列するインクチャネルが前端から後端側の中途部まで凹設されたアクチュエータ基板における前記インクチャネルの形成面をそれぞれ接着すると共に、前記各アクチュエータ基板の後端側の対向する面に接続基板を設けて密閉し、前記カバー基板、前記接続基板及び前記各アクチュエータ基板との間の空間によって、各インクチャネルにインクを分配するインク流路を形成してなるインクジェットヘッドであって、前記接続基板は、前記各アクチュエータ基板の後端よりも後方に突出していると共に、前記各隔壁に電圧印加するための電極が、各インクチャネル内の隔壁から各アクチュエータ基板の後端側の対向する面及び該面に対向する前記接続基板の表面を介して外部まで引き出されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
- カバー基板の両面に、隔壁により隔てられた多数の並列するインクチャネルが前端から後端側の中途部まで凹設されたアクチュエータ基板における前記インクチャネルの形成面をそれぞれ接着すると共に、前記各アクチュエータ基板の後端側の対向する面に接続基板を設けて密閉し、前記カバー基板、前記接続基板及び前記各アクチュエータ基板との間の空間によって、各インクチャネルにインクを分配するインク流路を形成してなるインクジェットヘッドであって、前記接続基板は、前記アクチュエータ基板のうちの一方の後端よりも後方に突出していると共に、前記アクチュエータ基板のうちの他方は、前記接続基板の後端よりも後方に突出しており、前記一方のアクチュエータ基板における前記各隔壁に電圧印加するための電極は、各インクチャネル内の隔壁から後端側の対向する面及び該面に対向する前記接続基板の表面を介して外部まで引き出され、前記他方のアクチュエータ基板における前記各隔壁に電圧印加するための電極は、各インクチャネル内の隔壁から後端側の対向する面を介して前記接続基板よりも後方側において外部まで引き出されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
- 前記他方のアクチュエータ基板は、両面にそれぞれインクチャネルが凹設され、各面にそれぞれ前記カバー基板及び前記接続基板を挟んで前記一方のアクチュエータ基板が設けられていることを特徴とする請求項２記載のインクジェットヘッド。
- 前記外部まで引き出された各電極は、該外部においてＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）を介して駆動回路と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１、２又は３記載のインクジェットヘッド。
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