JP2007090868A - 液滴噴射装置及び液体移送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液体流路の形状を簡単にするとともに、装置全体を大型化することなくアクチュエータと配線部材の電気的接続の高い信頼性を確保することが可能な、液滴噴射装置及び液体移送装置を提供すること。
【解決手段】複数の圧力室１４とマニホールド１７の一部が平面に沿って隣接して配置され、圧電アクチュエータ３の振動板３０は複数の圧力室１４と対向する領域からマニホールド１７と対向する領域まで延びており、さらに、圧電層３１の上面に形成された複数の接点部３５は複数の個別電極３２からマニホールド１７と対向する領域までそれぞれ引き出されている。そして、流路ユニット２には、振動板３０のマニホールド１７側の面に接し、且つ、マニホールド１７の内面から複数の接点部３５とそれぞれ対向する位置まで延びる複数の支持部２５が形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、液滴を噴射する液滴噴射装置、及び、液体を移送する液体移送装置に関する。

従来から、ノズルからインク液滴を噴射するインクジェットヘッドとして種々の構成を有するものが知られているが、例えば、特許文献１には、平面に沿って配置され且つ複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室を備えた流路ユニットと、複数の圧力室内のインクに選択的に圧力を付与する圧電アクチュエータ（アクチュエータユニット）とを備えたインクジェットヘッドが開示されている。

流路ユニットは、複数の圧力室が形成されたキャビティプレート及び、複数の圧力室に共通に連通するマニホールドが形成されたマニホールドプレートを含む、複数のプレートが積層した構造を有し、複数の圧力室はマニホールドよりも上方にあって、且つ、平面視でマニホールドと部分的に重なるように配置されている。

圧電アクチュエータは、キャビティプレートの上面において複数の圧力室に跨って連続的に配置された複数の圧電層（圧電シート）と、圧電層の上面において複数の圧力室にそれぞれ対向するように配置された複数の個別電極と、これら複数の個別電極に圧電層を挟んで対向する共通電極とを有する。また、複数の個別電極からはそれぞれ複数の接点（ランド部）が引き出されており、これら複数の接点には、フレキシブルプリントサーキット（Flexible Printed Circuit：ＦＰＣ）の接点がそれぞれ電気的に接続されている。そして、駆動回路であるドライバＩＣからＦＰＣを介してある個別電極に駆動電圧が印加されたときには、この個別電極と共通電極との間の圧電層に電界が作用して圧電層が変形し、この圧電層の変形に伴って、駆動電圧が供給された個別電極に対応する圧力室の容積が変化して圧力室内のインクに圧力が印加される。

ところで、圧電アクチュエータにＦＰＣを接続する際には、ＦＰＣを圧電アクチュエータの接点に押しつけながらハンダ等により両者を接合する。このとき、圧電アクチュエータの、接点が配置されている領域の剛性が低いと、ＦＰＣを接点に十分に押しつけることができなくなり、両者の電気的接続の信頼性が低下してしまう。そこで、特許文献１に記載のインクジェットヘッドでは、圧電層の上面の接点は、圧電層の上面の、空洞である圧力室と対向する領域に形成された個別電極から、圧力室と対向していない、剛性の高い領域（複数の圧力室を区画する隔壁部に対向する領域）まで引き出されている。

特開２００４−１３６６６８号公報（図９）

前述した特許文献１に記載のインクジェットヘッドにおいては、複数の圧力室とマニホールドの上下の位置関係が異なっている。そのため、圧力室とマニホールドとを連通させる連通路を、流路ユニットの厚み方向に延びるように形成する必要があり、インク流路の形状が複雑になる。また、その厚み方向に延びる連通路を形成するためにプレートを余分に積層させる必要があるため、プレートの枚数が増えてしまう。

本発明の目的は、液体流路の形状を簡単にするとともに、装置全体を大型化することなくアクチュエータとＦＰＣ等の配線部材の電気的接続の高い信頼性を確保することが可能な、液滴噴射装置及び液体移送装置を提供することである。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明の第１の態様に従えば、液滴を噴射する液滴噴射装置であって、複数のノズル、平面に沿って配置され、前記ノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室及び前記平面に沿って前記圧力室に隣接して配置された共通液室とを含む流路ユニットと、前記複数の圧力室と対向する領域に配置された圧電層、前記圧力室に対応して、前記圧電層の一方の面の、前記複数の圧力室と対向する領域にそれぞれ配置された複数の個別電極、前記圧電層の他方の面に配置された共通電極、前記複数の個別電極にそれぞれ接続され、前記圧電層の前記圧力室及び前記共通液室と反対側の面において外部に露出する複数の接点を有し、前記複数の圧力室を覆うように前記流路ユニットの一表面に配置され、前記流路ユニットの上側の、前記複数の圧力室と対向する領域から前記共通液室と対向する領域まで延在し、前記複数の圧力室の容積を選択的に変化させて前記圧力室内の液体に圧力を付与する圧電アクチュエータとを備え、前記複数の接点は、前記圧電層の前記反対側の面の、前記複数の個別電極から前記共通液室と対向する領域までそれぞれ引き出されており、前記流路ユニットには、前記圧電アクチュエータの前記共通液室側の面に接し、且つ、前記共通液室の内面から前記複数の接点とそれぞれ対向する位置まで延びる複数の支持部が形成されている液滴噴射装置が提供される。

本発明の第１の態様によれば、この液滴噴射装置において、ある個別電極に駆動電圧が印加されたときには、この個別電極と共通電極との間の圧電層に電界が作用して圧電層が変形する。この圧電層の変形に伴って、駆動電圧が印加された個別電極に対応する圧力室の容積が変化するため、圧力室内の液体に圧力が付与されてノズルから液滴が噴射される。

本発明においては、複数の圧力室と共通液室の少なくとも一部が平面に沿って隣接して配置されており、複数の圧力室とマニホールドの上下位置はほぼ同じであるため、例えば、圧力室と共通液室とを連通させる場合には、連通路を前記平面に沿って形成すればよく、液体流路の形状が簡単になり、製造コストを低減できる。特に、流路ユニットが積層状の複数枚のプレートからなる場合には、積層させるプレートの枚数を減らすことが可能になる。しかしながら、この構成のみでは、空洞である圧力室とマニホールドがほぼ同一平面上にあることから、圧電層の上面において、圧力室及びマニホールドに対向しているために剛性が低い領域が広くなり、逆に、接点を配置するために必要な剛性の高い領域が狭くなる。そのため、多数の接点を密集させて配置することが困難になり、インクジェットヘッドの小型化を妨げる一因となる。

そこで本発明においては、複数の個別電極にそれぞれ接続された複数の接点は、圧電層の表面の、共通液室と対向する領域まで引き出されており、さらに、流路ユニットの、これら複数の接点と対向する位置には、それぞれ複数の支持部が圧電アクチュエータに接して設けられている。そのため、圧電アクチュエータの、接点が配置された領域の剛性は、空洞である共通液室と対向しているにもかかわらず高くなり、複数の接点にＦＰＣ等の配線部材を十分に押しつけて接続することができるため、接点と配線部材との間の電気的接続の信頼性が増す。また、複数の接点が圧力室や共通液室等の空洞と対向しない領域にのみ配置される場合に比べて、複数の接点を配置できる領域が広くなるため、装置全体を大型化することなく多数の接点を密集して配置することができる。

本発明の液滴噴射装置において、前記支持部は、前記圧力室と前記共通液室とを隔てる隔壁から前記共通液室の内側に向かって突出し、１つの前記圧力室に対応する前記支持部と、この圧力室に隣接する別の圧力室に対応する別の前記支持部との間に、前記１つの圧力室と前記共通液室とを連通させる連通路が形成されていてもよい。この場合には、ある圧力室と共通液室とを連通させる連通路が、この圧力室に対応する支持部と隣接する圧力室に対応する支持部とに挟まれているため、この圧力室と隣接する圧力室の間において、一方の圧力室で生じた圧力波が共通液室を介して他方の圧力室に伝播すること（流体的クロストーク）が抑制される。

本発明の液滴噴射装置において、前記支持部は、前記圧力室と前記共通液室とを隔てる隔壁部から前記共通液室の内側に向かって突出し、１つの前記圧力室に対応する前記支持部の両側に、この圧力室と前記共通液室とを連通させる２つの連通路が形成されていてもよい。この場合には、１つの圧力室に対して、共通液室から２つの連通路を通じて液体がそれぞれ流入するため、圧力室内に液体のよどみが生じにくく、気泡が滞留しにくい。

本発明の液滴噴射装置において、前記連通路は、前記共通液室から前記圧力室側へ向かって流路面積が狭くなっていてもよい。この場合には、連通路内に液体のよどみが生じにくく、気泡が滞留しにくくなる。

本発明の液滴噴射装置において、前記流路ユニットは、前記複数の圧力室が形成された圧力室プレートを含む積層された複数のプレートを有し、前記支持部及び前記連通路が、前記圧力室プレートに形成されていてもよい。この場合には、支持部及び連通路をエッチング等により一度に形成することができる。さらに、支持部及び連通路を、圧力室と同時に形成することも可能になる。

本発明の液滴噴射装置において、前記連通路は、前記圧力室プレートの前記圧電アクチュエータが配置される面にハーフエッチングにより形成されていてもよい。連通路がハーフエッチングにより溝として形成される場合は、フルエッチングによって貫通穴として形成される場合に比べて、圧力室プレートの剛性が高くなるため、製造時における圧力室プレートの取り扱いが容易になる。また、連通路が圧電アクチュエータと反対側の面にハーフエッチングで形成される場合と比べると、連通路内に気泡が滞留しにくい。

本発明の液滴噴射装置において、前記流路ユニットは、前記複数の圧力室が形成された圧力室プレートを含む積層された複数のプレートを有し、前記支持部は、前記圧力室プレートにおいて、前記圧力室と前記共通液室とを隔てる隔壁部から前記共通液室の内側へ向かって突出し、前記圧力室プレートの前記圧電アクチュエータと反対側の面に接するプレートに、前記圧力室と前記共通液室とを連通させる連通路が形成されていてもよい。この場合には、連通路は、支持部が形成されている圧力室プレートに接する別のプレートに形成されているため、連通路の位置が支持部により制約されることがなく、設計的な自由度が高い。

本発明の液滴噴射装置において、前記支持部の先端の形状は、対向する前記接点の形状とほぼ同じであり、前記支持部の先端の大きさは、対向する前記接点の大きさよりも大きく、前記平面に直交する方向から見て、前記接点の全体が前記支持に重なっていてもよい。この場合には、支持部の先端部を必要以上に大きくすることなく、ＦＰＣ等の配線部材を接点に押しつけて接続するときの信頼性を確保することができる。

本発明の液滴噴射装置において、前記支持部の先端の形状は、円弧状であってもよい。この場合には、ＦＰＣ等の配線部材を接点に押しつけたときに、支持部に生じる応力集中を緩和することができる。

本発明の液滴噴射装置において、前記圧電アクチュエータは、前記複数の圧力室を覆うように前記流路ユニットの一表面に配置された、前記複数の圧力室と対向する領域から前記共通液室と対向する領域まで延びる振動板を有し、
この振動板の前記圧力室と反対側の面に前記圧電層が配置されており、
前記複数の支持部は、前記振動板の前記共通液室側の面に接する状態で、前記共通液室を画成する内面から前記複数の接点とそれぞれ対向する位置まで延びていてもよい。このように、圧電アクチュエータが、複数の圧力室を覆う振動板とこの振動板に配置された圧電層とを備えた、いわゆる、ユニモルフ型のアクチュエータである場合でも、前述の発明と同じ作用及び効果が得られる。

本発明の液滴噴射装置において、前記圧力室は細長い形状であり、前記接点は、前記圧力室の短手方向において前記圧力室の中心からずれて配置されていてもよい。この場合には、接点は、圧力室の中心よりも圧力室の短手方向一方側にずれているので、短手方向他方側に、例えば圧力室と共通液室とを連通させる連通路を形成することができる。

本発明の液滴噴射装置において、前記圧力室は、当該圧力室と対応する前記個別電極と接続する接点と重なる共通液室と連通していてもよく、前記共通液室は複数の液室を含み、前記圧力室は、当該圧力室と対応する前記個別電極と接続する接点と重なる液室と異なる液室と連通していてもよい。このように、接点は、圧電層の表面の、接点と接続された個別電極と対応する圧力室と連通している共通液室と重なる位置、あるいは、その圧力室と連通していない共通液室と重なる位置のいずれにも配置できるため、接点の配置についての自由度が高くなる。

本発明の液滴噴射装置において、前記接点と、前記圧力室及び前記共通液室を連通する連通路とが、圧力室を挟んで互いに反対側に形成されていてもよい。この場合には、連通路と支持部とが圧力室を挟んで反対側に形成されるので、これらの配置の自由度が高くなる。

本発明の第２の態様に従えば、 液体を移送する液体移送装置であって、
平面に沿って配置された複数の圧力室及び前記平面に沿って前記圧力室に隣接して配置された共通液室を含む流路ユニットと、
前記複数の圧力室を覆うように前記流路ユニットの一表面に配置され、前記複数の圧力室と対向する領域から前記共通液室と対向する領域まで延びる振動板、前記振動板の前記圧力室と反対側の面の、前記複数の圧力室と対向する領域に配置された圧電層、前記圧電層の前記圧力室と反対側の面の前記複数の圧力室と対向する領域にそれぞれ配置された複数の個別電極、前記複数の個別電極にそれぞれ接続された複数の接点、及び前記圧電層の前記圧力室側の面に配置された共通電極を有し、前記複数の圧力室の容積を選択的に変化させて前記圧力室内の液体に圧力を付与する圧電アクチュエータとを備え、
前記接点は、前記圧電層の前記圧力室と反対側の面の、前記複数の個別電極から前記共通液室と対向する領域までそれぞれ引き出されており、
前記流路ユニットには、前記振動板の前記共通液室側の面に接し、且つ、前記共通液室の内面から前記複数の接点とそれぞれ対向する位置まで延びる複数の支持部が形成されている液体移送装置が提供される。

この液体移送装置においても、複数の圧力室と共通液室の少なくとも一部が平面に沿って隣接して配置されているため、液体流路の形状を簡単にすることができ、製造コストを低減できる。また、複数の個別電極にそれぞれ接続された複数の接点は、圧電層の表面の、共通液室と対向する領域まで引き出されており、さらに、流路ユニットの、これら複数の接点と対向する位置にはそれぞれ複数の支持部が設けられている。そのため、圧電アクチュエータの、接点が配置された領域の剛性は、空洞である共通液室と対向しているにもかかわらず高くなり、複数の接点にＦＰＣ等の配線部材を十分に押しつけて接続することができるため、接点と配線部材との間の電気的接続の信頼性が増す。また、複数の接点が圧力室や共通液室等の空洞と対向しない領域にのみ配置される場合に比べて、複数の接点を配置できる領域が広くなるため、装置全体を大型化することなく多数の接点を密集して配置することができる。

本発明の実施の形態について説明する。本実施形態は、液滴噴射装置として、ノズルから記録用紙に対してインクを噴射するインクジェットヘッドに本発明を適用した一例である。

まず、インクジェットヘッド１を備えたインクジェットプリンタ１００について簡単に説明する。図１に示すように、インクジェットプリンタ１００は、走査方向（図１の左右方向）に移動可能なキャリッジ１０１と、このキャリッジ１０１に設けられて記録用紙Ｐに対してインクを噴射するシリアル式のインクジェットヘッド１と、記録用紙Ｐを図１の前方へ搬送する搬送ローラ１０２等を備えている。インクジェットヘッド１は、キャリッジ１０１と一体的に走査方向（左右方向）へ移動して、その下面に形成されたノズル２０（図２〜図７参照）の出射口から記録用紙Ｐに対してインクを噴射する。そして、インクジェットヘッド１により画像などを記録された記録用紙Ｐは、搬送ローラ１０２により紙送り方向（前方）へ排出される。

次に、インクジェットヘッド１について詳細に説明する。図２〜図７に示すように、インクジェットヘッド１は、インク流路が形成された流路ユニット２と、この流路ユニット２の上面に配置された圧電アクチュエータ３とを備えている。

まず、流路ユニット２について説明する。図２〜図７に示すように、流路ユニット２はキャビティプレート１０、マニホールドプレート１１，１２、及びノズルプレート１３を備えており、これら４枚のプレート１０〜１３が積層状態で接合されている。このうち、キャビティプレート１０、マニホールドプレート１１，１２はステンレス鋼製の板であり、これら３枚のプレート１０〜１２に、後述するマニホールド１７や圧力室１４等のインク流路をエッチングにより容易に形成することができる。また、ノズルプレート１３は、例えば、ポリイミド等の高分子合成樹脂材料により形成され、マニホールドプレート１２の下面に接着される。あるいは、このノズルプレート１３も、３枚のプレート１０〜１２と同様にステンレス鋼等の金属材料で形成されていてもよい。

キャビティプレート１０（圧力室プレート）には、平面に沿って配列された複数の圧力室１４が形成されており、これら複数の圧力室１４は上方へ開口している。また、複数の圧力室１４は、紙送り方向（図２の上下方向）に２列に配列されている。各圧力室１４は、平面視で走査方向（図２の左右方向）に長い、略楕円形状に形成されている。

図３〜図７に示すように、２枚のマニホールドプレート１１，１２の、平面視で圧力室１４の一方の端部と重なる位置には、連通孔１６，１９がそれぞれ形成されている。さらに、ノズルプレート１３の、平面視で連通孔１６，１９に重なる位置には、テーパー形状のノズル２０が形成されている。そして、圧力室１４は、連通孔１６，１９を介してノズル２０に連通している。

また、キャビティプレート１０、マニホールドプレート１１，１２には、複数の圧力室１４の走査方向両側の領域においてそれぞれ紙送り方向に延びる２つのマニホールド１７（共通液室、液室）が形成されている。これら２つのマニホールド１７は３枚のプレート１０〜１３にそれぞれ形成された貫通穴であり、図５、図６に示すように、マニホールド１７の上下両側は、後述の振動板３０とノズルプレート１３によりそれぞれ塞がれている。また、２つのマニホールド１７は、振動板３０に形成されたインク供給口１８を介してインクタンク（図示省略）に接続されており、これらマニホールド１７にインクタンクからインクが供給される。

図５、図６に示すように、キャビティプレート１０に形成されたマニホールド１７の上部は、キャビティプレート１０の面方向（複数の圧力室１４が配置された平面に沿った方向）において、圧力室と隣接して配置されている。また、図３、図４、図６に示すように、キャビティプレート１０の、圧力室１４とマニホールド１７とを隔てる隔壁部２２の上面には、溝状の連通路２３が形成されており、圧力室１４とマニホールド１７は連通路２３を介して連通している。

このように、複数の圧力室１４とマニホールド１７の一部が同一平面上に位置していると、圧力室１４とマニホールド１７とを連通させる連通路２３をこの平面（プレート面）に平行に形成するだけでよく、連通路をプレート厚さ方向に延在するように形成する必要はない。そのため、インク流路の形状が簡単になって、積層させるプレートの枚数を減らすことが可能になることから、インクジェットヘッド１の製造コストを低減できる。

図３、図４に示すように、連通路２３は、マニホールド１７から圧力室１４へ向かって流路幅が狭くなっている（流路面積が小さくなっている）。そのため、連通路２３内にインクのよどみが生じにくく、マニホールド１７内に気泡が侵入した場合でも、この気泡が連通路２３内に滞留しにくくなるため、下流の圧力室１４及びノズル２０へ安定してインクを供給できる。また、連通路２３は、隔壁部２２の上面にハーフエッチングで形成されている。そのため、連通路２３がフルエッチングによって貫通穴として形成されている場合に比べて、キャビティプレート１０全体の剛性が高くなり、製造時におけるキャビティプレート１０の取り扱いが容易になる。また、連通路２３が隔壁部２２の下面（圧電アクチュエータ３と反対側の面）にハーフエッチングで形成される場合と比べると、連通路２３内に気泡が滞留しにくい。尚、連通路２３の流路幅方向（紙送り方向）両側には、キャビティプレート１０の隔壁部２２からマニホールド１７の内側に向かって突出して、後述の圧電アクチュエータ３の複数の接点３５が形成された領域を下方からそれぞれ支持する複数の支持部２５が形成されている。これら複数の支持部２５については後ほど詳しく説明する。

そして、図６に示すように、マニホールド１７は連通路２３を介して圧力室１４に連通し、さらに、圧力室１４は、連通孔１６，１９を介してノズル２０に連通している。このように、流路ユニット２内には、マニホールド１７から圧力室１４を経てノズル２０に至る複数の個別インク流路２１が形成されている。

次に、圧電アクチュエータ３について説明する。図３、図５〜図７に示すように、圧電アクチュエータ３は、流路ユニット２の上面に配置された振動板３０と、この振動板３０の上面に形成された圧電層３１と、この圧電層３１の上面の複数の圧力室１４にそれぞれ対向する位置に形成された複数の個別電極３２とを備えている。

振動板３０は、平面視で略矩形状の金属板であり、例えば、ステンレス鋼等の鉄系合金、銅系合金、ニッケル系合金、あるいは、チタン系合金などからなる。図５、図６に示すように、この振動板３０は、複数の圧力室１４及びマニホールド１７を上方から覆った状態で、キャビティプレート１０の上面に接合されている。また、金属製の振動板３０は導電性を有し、常にグランド電位に保持されている。そして、この振動板３０は、個別電極３２との間に挟まれた圧電層３１に電界を作用させる共通電極を兼ねている。

振動板３０の上面には、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との固溶体であり強誘電体であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を主成分とする圧電層３１が配置されている。図２、図３、及び、図７に示すように、この圧電層３１は、振動板３０の上面において、複数の圧力室１４に亙って連続的に形成されている。圧電層３１は、例えば、非常に小さな圧電材料の粒子を基板に吹き付けて高速で衝突させ、基板に堆積させるエアロゾルデポジション法（ＡＤ法）を用いて形成することができる。あるいは、スパッタ法、化学蒸着法（ＣＶＤ法）、ゾルゲル法、あるいは、水熱合成法などにより形成することもできる。また、ＰＺＴのグリーンシートを焼成して得られた圧電シートを振動板３０に貼り付けることにより圧電層３１を形成することも可能である。

圧電層３１の上面には、圧力室１４よりも一回り小さい略楕円形の形状の複数の個別電極３２が形成されている。これら複数の個別電極３２は、圧電層３１の上面の、平面視で、対応する圧力室１４の中央部に重なる位置にそれぞれ形成されている。また、個別電極３２は金、銅、銀、パラジウム、白金、あるいは、チタンなどの導電性材料からなる。

さらに、圧電層３１の上面には、複数の個別電極３２のマニホールド１７側の端部から、個別電極３２の長手方向（図２の左右方向）と平行に、マニホールド１７と対向する領域までそれぞれ引き出された複数の接点３５が形成されており、複数の接点３５は外部に露出している。複数の接点３５はそれぞれ円形の形状であり、それらの中心が、対応する個別電極３２の長手方向に延びる中心線よりも短手方向一方側（例えば、図２の上側）に少しずれるように配置されている。尚、複数の個別電極３２及び複数の接点３５は、例えば、スクリーン印刷、スパッタ法、あるいは、蒸着法等により形成することができる。

図５に示すように、複数の接点３５には、Flexible Printed Circuit（ＦＰＣ）４０が接続される。ＦＰＣ４０は、ポリイミド等の合成樹脂材料からなる基材４１と、この基材４１の下面に形成された複数の配線部４２と、これら複数の配線部４２の先端部においてそれぞれ下方へ突出するように形成された複数のバンプ４３とを有する。そして、圧電層３１の上面に配置された複数の接点にＦＰＣ４０の複数のバンプ４３がハンダ等により接合されて、複数の個別電極３２がＦＰＣ４０を介して駆動回路（図示省略）に電気的に接続されており、駆動回路からＦＰＣ４０を介して所望の個別電極３２に対して選択的に駆動電圧が供給される。

次に、インク噴射時における圧電アクチュエータ３の作用について説明する。複数の個別電極３２に対して駆動回路から選択的に駆動電圧が印加されると、駆動電圧が供給された圧電層３１上側の個別電極３２とグランド電位に保持されている圧電層３１下側の共通電極としての振動板３０の電位が異なる状態となり、個別電極３２と振動板３０の間に挟まれた圧電層３１の部分（駆動部３１ａ）に、圧電層３１の厚み方向の電界が生じる。ここで、圧電層３１の分極方向と電界の方向とが同じ場合には、駆動部３１ａがその分極方向である厚み方向に伸びて水平方向に収縮する。このとき、圧電層３１の収縮変形に伴って振動板３０が圧力室１４側に凸となるように変形するため、圧力室１４内の容積が減少して圧力室１４内のインクに圧力が付与され、圧力室１４に連通するノズル２０からインクの液滴が噴射される。

ところで、前述したＦＰＣ４０を複数の接点３５に接続する際には、複数のバンプ４３をそれぞれ複数の接点３５に押しつけながら両者をハンダ等により接合する。しかし、接点３５が、圧電アクチュエータ３の（圧電層３１の上面の）、圧力室１４やマニホールド１７などの空洞に対向する領域に配置されていると、圧電アクチュエータ３の、接点３５が配置された領域の剛性が低いため、バンプ４３を接点３５に十分な圧力で押しつけることができなくなり、両者の電気的接続の信頼性が低下する虞がある。一方で、圧電アクチュエータ３の、圧力室１４やマニホールド１７などの空洞に対向しない領域は、さほど広くないために、このような領域にのみ接点３５を配置しようとすると、多数の接点３５を密集して配置することが困難であり、インクジェットヘッド１が大型化してしまう。

そこで、本実施形態のインクジェットヘッド１においては、複数の接点３５が、圧電層３１の上面の、マニホールド１７と対向する領域まで引き出されている。さらに、圧力室１４及び接点３５に対応して、キャビティプレート１０に形成された複数の支持部２５が、これら複数の接点３５と対向する位置に配置されており、接点３５が配置された領域の圧電層３１及び振動板３０を下方から支持（補強）している。

図３〜図５に示すように、複数の支持部２５は、振動板３０の下面（マニホールド１７側の面）に接する状態で、対応する圧力室１４とマニホールド１７とを区画する隔壁部２２のマニホールド１７側の側面（マニホールド１７の内面）から走査方向一方側（図３の右側）へそれぞれ延びて、平面視でマニホールド１７の幅方向（走査方向）中央部まで突出している。また、各支持部２５の先端の形状は、円形の接点３５よりも一回り大きな円形であり、平面視で、接点３５は対応する支持部２５内に完全に収まっている。そのため、圧電アクチュエータ３（圧電層３１及び振動板３０）の、接点３５が配置された領域の剛性は、空洞であるマニホールド１７と対向しているにもかかわらず高くなり、複数の接点３５にＦＰＣ４０を十分な圧力で押しつけながら接続することができるため、接点３５とＦＰＣ４０のバンプ４３との間の電気的接続の信頼性が増す。また、複数の接点３５が圧力室１４やマニホールド１７等の空洞と対向しない領域にのみ配置される場合に比べて、複数の接点３５を配置できる領域が広くなるため、装置全体を大型化することなく多数の接点３５を密集して配置することができる。また、図３、図４に示すように、支持部２５の先端は、平面視で、円形の接点よりも大きい相似形状に形成されているため、支持部２５の先端の面積を必要以上に大きくしなくとも、接点３５を支持部２５に完全に重ねることができ、接点３５とＦＰＣ４０の接続信頼性を確保することができる。加えて、支持部２５の先端は円弧状に形成されているため、ＦＰＣ４０を接点３５に押しつけたときに、支持部２５の外縁の振動板３０との接点に生じる応力を分散させることができ、応力が一点に集中するのを緩和することができる。

また、図３、図４に示すように、支持部２５は、圧力室１４とマニホールド１７とを隔てる隔壁部２２の、紙送り方向上流側部分（図３における上側部分）からマニホールド１７へ向かって延びている。つまり、接点３５が個別電極３２に対して紙送り方向上流側にずれているのに対応して、支持部２５も圧力室１４に対して紙送り方向上流側にずれている。そして、隔壁部２２の紙送り方向下流側部分（図３の下側部分）の上面に、マニホールド１７と圧力室１４とを連通させる前述の連通路２３が形成されている。従って、１つの圧力室１４に対応する支持部２５と、この圧力室１４に隣接する別の圧力室１４に対応する支持部２５との間に、前記１つの圧力室１４とマニホールド１７とを連通させる連通路２３が配置されている。即ち、ある圧力室１４とマニホールド１７とを連通させる連通路２３が、この圧力室１４に対応する支持部２５と隣接する圧力室１４に対応する支持部２５とに挟まれている。そのため、互いに隣接する２つの圧力室１４に関して、一方の圧力室１４内のインクに圧電アクチュエータ３により圧力が付与されたときに、この一方の圧力室１４内で発生した圧力波が連通路２３からマニホールド１７に伝播し、さらに、マニホールド１７を介して隣接する他方の圧力室１４に伝播すること（流体的クロストーク）が、連通路２３の両側においてマニホールド１７内へ突出する支持部２５により抑制される。そのため、圧力室１４の駆動パターンによる噴射特性のばらつきが小さくなり、印字品質が向上する。

尚、複数の支持部２５及び複数の連通路２３は、ともにキャビティプレート１０に形成されている。そのため、複数の支持部２５、複数の連通路２３、及び、複数の圧力室１４を、エッチングにより一度に形成することができ、インクジェットヘッド１の製造コストを低減できる。

次に、前記実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。但し、前記実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。

〈第１変更形態〉
前記実施形態では、１つの圧力室１４に対して１つの連通路２３からインクが流入するように構成されているが（図３参照）、１つの圧力室に対して２つの連通路からそれぞれインクが流入するように構成されていてもよい。例えば、図８に示すように、圧電層３１の上面において、複数の接点３５Ａが、複数の個別電極３２Ａから、これら個別電極３２Ａの走査方向（図８の左右方向）に延びる中心線に沿ってマニホールド１７と対向する領域までそれぞれ引き出されている。一方、キャビティプレートには、圧力室１４とマニホールド１７を隔てる隔壁部２２Ａから複数の接点３５Ａと対向する位置まで突出して延びる複数の支持部２５Ａがそれぞれ形成され、さらに、各支持部２５Ａの紙送り方向（図８の上下方向）に関して両側には、２つの連通路２３Ａがそれぞれ形成されている。この構成によれば、マニホールド１７から１つの圧力室１４に対して２つの連通路２３Ａからインクがそれぞれ流入するため、圧力室１４内にインクのよどみが生じにくく、圧力室１４内に気泡が侵入してもこの気泡が滞留しにくい。

〈第２変更形態〉
圧力室とマニホールドとを連通させる連通路が、圧力室や支持部が形成されたキャビティプレートに形成される必要は必ずしもなく、キャビティプレートとは別のプレートに形成されていてもよい。例えば、図９に示すように、キャビティプレート１０Ｂの下面（圧電アクチュエータ３と反対側の面）に接するマニホールドプレート１１Ｂの上面に連通路２３Ｂが形成されていてもよい。このように、連通路２３Ｂが、支持部２５が形成されたキャビティプレート１０Ｂと別のプレート１１Ｂに形成されていると、連通路２３Ｂの位置が支持部２５により制約されることがないため、図９のように、支持部２５の下側に連通路２３Ｂを配置することができるなど、設計的な自由度が高くなる。

〈第３変更形態〉
前記実施形態の圧電アクチュエータ３のように、振動板３０が共通電極を兼ねている必要は必ずしもなく、図１０に示すように、共通電極３４が振動板３０とは別に設けられていてもよい。但し、振動板３０が金属板である場合には、振動板３０と共通電極３４との間が、セラミックス材料や合成樹脂材料等からなる絶縁材料層により絶縁されている必要がある。一方、振動板３０が絶縁材料からなる場合には、この振動板３０の上面に直接共通電極３４が形成される。

〈第４変更形態〉
前記実施形態の圧電アクチュエータ３は、振動板３０とこの振動板３０の一方の面に形成された圧電層３１とを備えたユニモルフ型のアクチュエータであるが、これに限らず、圧電アクチュエータが、キャビティプレートの上面に直接配置された複数の積層状の圧電層を有する積層型のアクチュエータであってもよい。例えば、図１１に示す圧電アクチュエータ３Ｄは、積層された複数の圧電層３１Ｄと、これら複数の圧電層３１Ｄの間に交互に配置された複数の個別電極３２Ｄ及び複数の共通電極３４Ｄを備えている。複数の圧電層３１Ｄは、キャビティプレート１０の上面において複数の圧力室１４を覆うように連続的に形成されている。

各圧電層３１Ｄの両面の、圧力室１４の中央部と重なる領域には、個別電極３２Ｄ及び共通電極３４Ｄがそれぞれ形成されている。但し、最下層の圧電層３１Ｄの下面には電極は設けられていない。また、１つの圧力室１４に対応して設けられた、複数の個別電極３２Ｄ、及び、複数の共通電極３４Ｄは、図示しない領域において、それぞれ互いに導通している。また、複数の共通電極３４Ｄは常にグランド電位に保持されている。一方、圧電層３１Ｄの上面に位置する個別電極３２Ｄには外部へ露出している接点３５Ｄが接続されており、この接点３５Ｄは、圧電層３１Ｄの上面において、個別電極３２Ｄのマニホールド１７側の端部からマニホールド１７と対向する領域まで引き出されている。そして、この接点３５ＤにはＦＰＣ４０のバンプ４３が接合され、ＦＰＣ４０及び接点３５Ｄを介して、各圧力室１４に対応して圧電層３１Ｄの上面及び圧電層３１Ｄの間に配置された複数の個別電極３２Ｄに駆動回路から駆動電圧が同時に印加される。

そして、ある圧力室１４に対応する複数の個別電極３２Ｄに同時に駆動電圧が印加されると、個別電極３２Ｄと共通電極３４Ｄとの間の圧電層３１Ｄにその厚み方向の電界が生じる。ここで、圧電層３１Ｄの分極方向と電界の方向とが同じ場合には、圧電層３１Ｄはその分極方向である厚み方向に伸びる。そして、全ての圧電層３１Ｄが厚み方向に伸びることにより、圧電層３１Ｄにより覆われている圧力室１４の容積が変化するため、圧力室１４内のインクに圧力が付与される。

ところで、この第４変更形態においても、図１１に示すように、キャビティプレート１０には、圧力室１４とマニホールド１７とを隔てる隔壁部２２から接点３５Ｄと対向する位置まで突出する支持部２５が形成されており、さらに、この支持部２５は、最下層の圧電層３１Ｄの下面に接している。従って、接点３５Ｄが配置される領域の圧電層３１Ｄが支持部２５により下方から支持されてその剛性が高まるため、ＦＰＣ４０と接点３５Ｄとを接続する際に、ＦＰＣ４０のバンプ４３を接点３５Ｄに十分に押しつけて接合することができる。

尚、この第４変更形態においては、圧電層３１Ｄの上面には個別電極３２Ｄが配置されているが、共通電極３４Ｄが配置されていてもよい。この場合には、個別電極３２Ｄは外部に露出しないが、個別電極３２Ｄに接続された接点３５Ｄを圧電層３１Ｄの上面まで引き出して接点３５Ｄを外部に露出させれば、圧電層３１Ｄの上面において、接点３５ＤとＦＰＣ４０とを接続することができる。

〈第５変更形態〉
本変更形態のインクジェットヘッド１Ｅは、複数のマニホールドが形成され、ある個別電極に対応する圧力室と連通するマニホールドと、当該個別電極に接続される接点と重なるマニホールドが異なっている点を除いて、前記第１実施形態のインクジェットヘッド１と同様の構造を有している。つまり、上記実施形態及び変更形態において、個別電極に接続された接点を支持する支持部は、個別電極に対応する圧力室と当該圧力室に連通するマニホールドとを隔てる隔壁部から、マニホールドの内側に向かって延在していた。即ち、ある圧力室に対応して形成された個別電極に接続された接点は、その圧力室と連通するマニホールドと重なる位置に形成されていた。しかしながら、接点と重なるマニホールドと、接点が接続された個別電極に対応する圧力室とが必ずしも連通している必要はなく、例えば図１２に示すように、圧電層３１Ｅの上面の、接点が接続された個別電極３２Ｅに対応する圧力室１４Ｅとは連通しないマニホールド１７Ｅと重なる位置に接点３５Ｅが形成され、マニホールド１７Ｅの内部の、接点３５Ｅと重なる位置に支持部２５Ｅが形成されていてもよい。このように接点３５Ｅを隣接するマニホールドと重なる位置に配置することにより、接点の配置の自由度を高めることができる。

なお、上記実施形態及び変更形態において、圧力室及びマニホールドの数、形状及び配置は任意であり、接点及び支持部の形状、大きさ等も任意である。

以上説明した実施形態及びその変更形態は、ノズルからインクを噴射するインクジェットヘッドに本発明を適用した一例であるが、試薬、生体溶液、配線材料溶液、電子材料溶液、冷媒、あるいは、液体燃料などインク以外の種々の液体を噴射する、インクジェットヘッド以外の液滴噴射装置に本発明を適用することも可能である。さらには、液体を噴射する装置に限られず、液体を所定の位置へ移送する液体移送装置に本発明を適用することも可能である。

本発明の実施形態に係るインクジェットプリンタの概略構成図である。 インクジェットヘッドの平面図である。 図２の一部拡大図である。 流路ユニットの図３で示された領域の拡大平面図である。 図３のV-V線断面図である。 図３のVI-VI線断面図である。 図３のVII-VII線断面図である。 第１変更形態の図３相当の拡大平面図である。 第２変更形態の図５相当の断面図である。 第３変更形態の図５相当の断面図である。 第４変更形態の図５相当の断面図である。 第５変更形態の図２相当の平面図である。

符号の説明

１ インクジェットヘッド
２ 流路ユニット
３，３Ｄ 圧電アクチュエータ
１０，１０Ｂ キャビティプレート
１１Ｂ マニホールドプレート
１４ 圧力室
１７ マニホールド
２０ ノズル
２２，２２Ａ 隔壁部
２３，２３Ａ，２３Ｂ 連通路
２５，２５Ａ 支持部
３０ 振動板
３１，３１Ｄ 圧電層
３１Ｄ 圧電層
３２，３２Ａ，３２Ｄ 個別電極
３４，３４Ｄ 共通電極
３５，３５Ａ，３５Ｄ 接点

Claims (15)

1. 液滴を噴射する液滴噴射装置であって、
   複数のノズル、平面に沿って配置され、前記ノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室及び前記平面に沿って前記圧力室に隣接して配置された共通液室とを含む流路ユニットと、
   前記複数の圧力室と対向する領域に配置された圧電層、前記圧力室に対応して、前記圧電層の一方の面の、前記複数の圧力室と対向する領域にそれぞれ配置された複数の個別電極、前記圧電層の他方の面に配置された共通電極、前記複数の個別電極にそれぞれ接続され、前記圧電層の前記圧力室及び前記共通液室と反対側の面において外部に露出する複数の接点を有し、前記複数の圧力室を覆うように前記流路ユニットの一表面に配置され、前記流路ユニットの上側の、前記複数の圧力室と対向する領域から前記共通液室と対向する領域まで延在し、前記複数の圧力室の容積を選択的に変化させて前記圧力室内の液体に圧力を付与する圧電アクチュエータとを備え、
   前記複数の接点は、前記圧電層の前記反対側の面の、前記複数の個別電極から前記共通液室と対向する領域までそれぞれ引き出されており、
   前記流路ユニットには、前記圧電アクチュエータの前記共通液室側の面に接し、且つ、前記共通液室の内面から前記複数の接点とそれぞれ対向する位置まで延びる複数の支持部が形成されている液滴噴射装置。
2. 前記支持部は、前記圧力室と前記共通液室とを隔てる隔壁から前記共通液室の内側に向かって突出し、
   １つの前記圧力室に対応する前記支持部と、この圧力室に隣接する別の圧力室に対応する別の前記支持部との間に、前記１つの圧力室と前記共通液室とを連通させる連通路が形成されている請求項１に記載の液滴噴射装置。
3. 前記支持部は、前記圧力室と前記共通液室とを隔てる隔壁部から前記共通液室の内側に向かって突出し、
   １つの前記圧力室に対応する前記支持部の両側に、この圧力室と前記共通液室とを連通させる２つの連通路が形成されている請求項１に記載の液滴噴射装置。
4. 前記連通路は、前記共通液室から前記圧力室側へ向かって流路面積が狭くなっている請求項２に記載の液滴噴射装置。
5. 前記流路ユニットは、前記複数の圧力室が形成された圧力室プレートを含む積層された複数のプレートを有し、
   前記支持部及び前記連通路が、前記圧力室プレートに形成されている請求項２に記載の液滴噴射装置。
6. 前記連通路は、前記圧力室プレートの前記圧電アクチュエータが配置される面にハーフエッチングにより形成されている請求項５に記載の液滴噴射装置。
7. 前記流路ユニットは、前記複数の圧力室が形成された圧力室プレートを含む積層された複数のプレートを有し、
   前記支持部は、前記圧力室プレートにおいて、前記圧力室と前記共通液室とを隔てる隔壁部から前記共通液室の内側へ向かって突出し、
   前記圧力室プレートの前記圧電アクチュエータと反対側の面に接するプレートに、前記圧力室と前記共通液室とを連通させる連通路が形成されている請求項１に記載の液滴噴射装置。
8. 前記支持部の先端の形状は、対向する前記接点の形状とほぼ同じであり、前記支持部の先端の大きさは、対向する前記接点の大きさよりも大きく、前記平面に直交する方向から見て、前記接点の全体が前記支持に重なっている請求項２に記載の液滴噴射装置。
9. 前記支持部の先端の形状は、円弧状である請求項８に記載の液滴噴射装置。
10. 前記圧電アクチュエータは、前記複数の圧力室を覆うように前記流路ユニットの一表面に配置された、前記複数の圧力室と対向する領域から前記共通液室と対向する領域まで延びる振動板を有し、
    この振動板の前記圧力室と反対側の面に前記圧電層が配置されており、
    前記複数の支持部は、前記振動板の前記共通液室側の面に接する状態で、前記共通液室を画成する内面から前記複数の接点とそれぞれ対向する位置まで延びている請求項１に記載の液滴噴射装置。
11. 前記圧力室は細長い形状であり、前記接点は、前記圧力室の短手方向において前記圧力室の中心からずれて配置されている請求項１に記載の液滴噴射装置。
12. 前記圧力室は、当該圧力室と対応する前記個別電極と接続する接点と重なる共通液室と連通している請求項１に記載の液滴噴射装置。
13. 前記共通液室は複数の液室を含み、前記圧力室は、当該圧力室と対応する前記個別電極と接続する接点と重なる液室と異なる液室と連通している請求項１に記載の液滴噴射装置。
14. 前記接点と、前記圧力室及び前記共通液室を連通する連通路とが、圧力室を挟んで互いに反対側に形成されている請求項１に記載の液滴噴射装置。
15. 液体を移送する液体移送装置であって、
    平面に沿って配置された複数の圧力室及び前記平面に沿って前記圧力室に隣接して配置された共通液室を含む流路ユニットと、
    前記複数の圧力室を覆うように前記流路ユニットの一表面に配置され、前記複数の圧力室と対向する領域から前記共通液室と対向する領域まで延びる振動板、前記振動板の前記圧力室と反対側の面の、前記複数の圧力室と対向する領域に配置された圧電層、前記圧電層の前記圧力室と反対側の面の前記複数の圧力室と対向する領域にそれぞれ配置された複数の個別電極、前記複数の個別電極にそれぞれ接続された複数の接点、及び前記圧電層の前記圧力室側の面に配置された共通電極を有し、前記複数の圧力室の容積を選択的に変化させて前記圧力室内の液体に圧力を付与する圧電アクチュエータとを備え、
    前記接点は、前記圧電層の前記圧力室と反対側の面の、前記複数の個別電極から前記共通液室と対向する領域までそれぞれ引き出されており、
    前記流路ユニットには、前記振動板の前記共通液室側の面に接し、且つ、前記共通液室の内面から前記複数の接点とそれぞれ対向する位置まで延びる複数の支持部が形成されている液体移送装置。
    
    

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