JP2008080741A - 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流体流路を封止する封止膜部材と接合基板との接着面の界面の長さを確保して配線部材側への流体の伝わりを抑制することができる液体噴射ヘッドとする。
【解決手段】駆動ＩＣ１００に対応する部位における封止膜４１の接着部位の接合基板３０の上面に溝３５を形成し、溝３５の面の分で接着剤の界面を延長し、リザーバ部３２からのインクが封止膜４１と接合基板３０との接着面の接着剤の界面を伝わった場合でも駆動ＩＣ１００に到達するまでの時間を長くし、簡単な構造の溝３５によりインクの駆動ＩＣ１００側への伝わりを抑制する。
【選択図】図４

Description

本発明は、流体流路から圧力発生室に供給された液体を吐出する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関し、特に、ノズルと連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板上に設けられた圧電素子の変位によりノズルからインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置に関する。

従来から、圧電素子、あるいは発熱素子等によって液体に圧力を付与することで、ノズルから液滴を吐出する液体噴射ヘッドが知られており、その代表例としては、インク滴を吐出するインクジェット式記録ヘッドが挙げられる（例えば、特許文献１参照）。

従来のインクジェット式記録ヘッドは、インク室本体の圧力発生室に圧力を付与するための圧力変換素子等が備えられ、インク室本体にはインク滴が吐出されるノズルを有するノズルプレートが接合されている。また、圧力発生室にはインク流路が連通して設けられ、ノズルプレートの反対側の圧力発生室は接合基板により封止されている。また、インク流路に対応する接合基板には開口部が設けられ、開口部にはインク流路を封止するための可撓性を有する封止膜部材（シート）が接着されている。そして、開口部に隣接する部位の接合基板には圧力変換素子等の配線部材が設けられている。

特開２００６−２１５０３号公報（図１、図２）

このような液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドでは、可撓性を有するシートが接合基板の貫通孔の開口部の周縁に接着されることで液体流路が覆われ、内部の圧力変動がシートの撓みにより吸収される状態で液体流路が封止されている。近年、インクジェット式記録ヘッドは、小型、複雑化が進み、接合基板におけるシートの接着部と配線部材とが近接して配される状況にある。このため、シートと接合基板の間の接着剤の界面の長さを確保し難く、インクの配線部材側への伝わりの抑制が保ち難くなる虞がある。

尚、このような状況は、インクを吐出するインクジェット式記録ヘッドだけではなく、インク以外を吐出する他の液体噴射ヘッド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、流体流路を封止する封止膜部材と接合基板との接着面の界面の長さを確保して配線部材側への流体の伝わりを抑制することができる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。

上記目的を達成するための本発明の第１の態様は、少なくとも圧力発生室が形成された流路形成基板と、流路形成基板の一方面側上に接合して、貫通孔が形成された接合基板と、圧力発生室の反対側における接合基板の面に備えられる配線部材と、接合基板の配線部材が備えられた面の貫通孔の開口部を覆い開口部の周縁に接着剤により接着される封止膜部材と、封止膜部材周囲を固定する固定部材とを有し、配線部材に対応する部位の接合基板及び封止膜部材の間に接着剤の界面を延長する接着剤界面延長部を形成したことを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
第１の態様では、接着剤界面延長部により接合基板と封止膜部材との間の接着剤の界面を延長することができ、流体流路内の流体の界面での移動が長くなり、流体の配線部材側への伝わりを抑制することができる。

本発明の第２の態様は、第１の態様の液体噴射ヘッドにおいて、接合基板流路形成基板の他方面側には、複数のノズルが形成されたノズルプレートが設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
第２の態様では、ノズルプレートが設けられた液体噴射ヘッドにおける流体の配線部材側への伝わりを抑制することができる。

本発明の第３の態様は、第１の態様もしくは第２の態様の液体噴射ヘッドにおいて、接着剤界面延長部は、接合基板に設けられた溝であることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
第３の態様では、簡単な構造の溝により流体の配線部材側への伝わりを抑制することができる。

本発明の第４の態様は、第１の態様もしくは第２の態様の液体噴射ヘッドにおいて、接着剤界面延長部は、封止膜部材の接着部位における接合基板の面と固定部材とが互いに嵌合する凹凸で形成され、封止膜部材の接着部位が凹凸に沿って挟み込まれる屈曲形状とされていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
第４の態様では、凹凸の形状により接合基板と封止膜部材との間の接着剤の界面を延長することができ、確実にしかも信頼性を高くして流体の配線部材側への伝わりを抑制することができる。

上記目的を達成するための本発明の第５の態様は、第１の態様〜第４の態様のいずれかの液体噴射ヘッドを備えたことを特徴とする液体噴射装置にある。
第５の態様では、流体の配線部材側への伝わりを抑制した液体噴射ヘッドを有する液体噴射装置とすることができる。

本発明の液体噴射ヘッド及び液体噴射装置は、流体の配線部材側への伝わりを抑制することができ、流体の配線部材への浸入の影響をなくすことが可能になる。

図１には本発明の第１実施形態例に係る液体噴射ヘッドとしてのインクジェット式記録ヘッドの分解斜視状態、図２には本発明の第１実施形態例に係る液体噴射ヘッドとしてのインクジェット式記録ヘッドの概略平面視、図３には図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視、図４には図３中の矢印ＩＶ部の断面を示してある。

図に示すように、インクジェット式記録ヘッドを構成する流路形成基板１０は、本実施形態では結晶面方位が（１１０）であるシリコン単結晶基板からなり、流路形成基板１０には隔壁１１によって区画された複数の圧力発生室１２が幅方向（図２中上下方向）に並設して形成されている。

流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向一端部側（図２、図３中右側）には圧力発生室１２に連通するインク供給路１３及び連通路１４がそれぞれ形成され、インク供給路１３及び連通路１４は隔壁１１によって区画されている。インク供給路１３は圧力発生室１２よりも狭い断面積となるように形成されている。インク供給路１３を挟んで圧力発生室１２と反対側の流路形成基板１０には各連通路１４に連通する流体流路としてのインク室１５が設けられ、インク室１５は後述する接合基板３０のリザーバ部３２となる貫通孔と連通して各圧力発生室１２の共通のリザーバ１の一部とされている。

インク供給路１３は圧力発生室１２よりも狭い断面積となるように形成されているため、インク室１５から圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗が一定に保持されている。例えば、本実施形態では、インク供給路１３はリザーバ１と各圧力発生室１２との間の圧力発生室１２側の流路を幅方向に絞ることで、圧力発生室１２の幅より小さい幅で形成されている。

尚、本実施形態では、流路の幅を隔壁１１の片側から絞ることでインク供給路１３を形成したが、流路の幅を隔壁１１の両側から絞ることでインク供給路を形成してもよい。また、流路の幅を絞るのではなく、流路形成基板１０の厚さ方向から流路断面積を絞ることでインク供給路を形成してもよい。

流路形成基板１０の他方面側となる開口面側（図１、図３中下面側）にはノズルプレート２０が接着剤や熱溶着フィルム等によって固着され、ノズルプレート２０にはノズル開口２１が穿設されている。ノズルプレート２０のノズル開口２１は、各圧力発生室１２のインク供給路１３と反対側の端部近傍にそれぞれ対応して形成されている。ノズルプレート２０は、例えば、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板又はステンレス鋼等からなっている。

流路形成基板１０の開口面とは反対側（図１、図３中上面側）となる一方面側には弾性膜５０が設けられ、弾性膜５０の上には、厚さが例えば、約０．２μｍの下電極膜６０と、厚さが例えば、約０．５〜３μｍの圧電体層７０と、厚さが例えば、約０．１μｍの上電極膜８０とが積層形成されて圧電素子３００を構成している。圧電素子３００は、下電極膜６０、圧電体層７０及び上電極膜８０を含む部分をいう。一般的には、圧電素子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７０を圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。そして、パターニングされた何れか一方の電極及び圧電体層７０から構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部という。

本実施形態では、下電極膜６０は圧電素子３００の共通電極とし、上電極膜８０を圧電素子３００の個別電極としているが、駆動ＩＣや配線の都合でこれを逆にしても支障はない。何れの場合においても、圧力発生室毎に圧電体能動部が形成されていることになる。また、ここでは、圧電素子３００と圧電素子３００の駆動により変位が生じる振動板とを合わせて圧電アクチュエータと称する。圧電素子３００の個別電極である上電極膜８０の長手方向一端部近傍にはリード電極９０が接続され、リード電極９０は、所定の幅で流路形成基板１０の端部近傍まで引き出されている。

圧電素子３００が形成された流路形成基板１０の一方面側上には、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を確保した空間が形成された圧電素子保持部３１を有する接合基板３０が接合され、圧電素子３００はこの圧電素子保持部３１内に配置されているが密封されていても密封されていなくても良い。また、流路形成基板１０のインク室１５に対向する接合基板３０の領域にはリザーバ部３２となる貫通孔が備えられ、リザーバ部３２は接合基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２の幅方向に亘って形成されている。つまり、インク室１５に対応する部位の接合基板３０には開口部３３が形成された状態になっている。接合基板３０としては、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラス、セラミック材料等を用いることが好ましく、本実施形態では、流路形成基板１０と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成してある。

圧電素子保持部３１に対応する接合基板３０の上面には配線部材としての駆動ＩＣ１００が設けられ、駆動ＩＣ１００はリード電極９０に電気的に接続されて圧電素子３００を駆動する。接合基板３０上にはリザーバ部３２を覆い開口部３３の周縁に封止膜部材としての封止膜４１が接着剤により接着されている。封止膜４１は固定板４２により周囲が接合基板３０上に固定されている。上記では、接合基板３０が、圧電素子保持部３１を有すると共に、リザーバ部３２となる貫通孔の開口部を封止膜４１で覆われた一つの部材として説明したが、圧電素子保持部３１を有する基板とリザーバ部３２となる貫通孔の開口部を封止膜４１で覆われた基板とを別部材とし、この後者の基板を「接合基板」として扱ってもよい。また、「流路形成基板１０の一方面側上」という表現は、流路形成基板１０の直接接合されている形態に限定されずに、流路形成基板１０と接合基板３０との間に他の部材を介在させても良いことまでを含む。

封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料（例えば、厚さが６［μｍ］のポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルム）からなり、封止膜４１によってリザーバ部３２の一方面（図３中上面）が封止されている。また、固定板４２は、金属等の硬質の材料（例えば、厚さが３０μｍのステンレス鋼（ＳＵＳ）等）で形成されている。固定板４２のリザーバ部３２に対向する領域は開口部４３とされ、リザーバ部３２の一方面（図３中上面）は可撓性を有する封止膜４１のみで封止されている。

駆動ＩＣ１００に対応する部位における封止膜４１の接着部位の接合基板３０の上面には、接着剤界面延長部としての溝３５が形成されている。溝３５に接着剤が充填されて封止膜４１と接合基板３０が接着されることにより、溝３５の面の分で接着剤の界面を延長することができる。これにより、リザーバ部３２からのインクが封止膜４１と接合基板３０との接着面の接着剤の界面を伝わった場合、界面が延長されているので駆動ＩＣ１００に到達するまでの時間を長くすることができる。従って、簡単な構造の溝３５によりインクの駆動ＩＣ１００側への伝わりを抑制することができ、駆動ＩＣ１００にインクが接触して配線部材がショートする等の虞がなくなり、インクの浸入防止に対する信頼性を維持することができる。

上述した本実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、図示しない外部インク供給手段と接続したインク導入口からインクを取り込み、リザーバ１からノズル開口２１に至るまで内部をインクで満たした後、駆動ＩＣ１００からの信号に従い、圧力発生室１２に対応するそれぞれの下電極膜６０と上電極膜８０との間に電圧を印加し、圧電素子３００を撓み変形させることによって、各圧力発生室１２内の圧力を高めてノズル開口２１からインク滴を吐出させる。

インク滴を吐出させるに際し、リザーバ１の内部の圧力変動は可撓性を有する封止膜４１により吸収され、リザーバ部３２からのインクが封止膜４１と接合基板３０との接着面の接着剤の界面に至った場合でも、溝３５により接着剤の界面が延長されているので駆動ＩＣ１００に到達するまでの時間を長くすることができインクの駆動ＩＣ１００側への伝わりを抑制することができる。このため、駆動ＩＣ１００にインクが浸入することがなくインクが接触して配線部材がショートする等の虞がなくなり、インク浸入に対する信頼性を向上させることができる。

本発明の第２〜第５実施形態例を説明する。図５〜図８には本発明の第２〜第５実施形態例に係るインクジェット式記録ヘッドの要部断面を示してある。第２〜第５実施形態例は、第１実施形態例に対し、接着剤界面延長部が異なる構成であり、図５〜図８には図３中の矢印ＩＶ部に相当する部位（図４に相当）の構成を示してある。このため、第１実施形態例と同一部材には同一符号を付してあり、インクジェット式記録ヘッドの全体の構成は省略してある。

図５に基づいて第２実施形態例を説明する。

図に示すように、駆動ＩＣ１００に対応する部位における封止膜４１の接着部位の接合基板３０の上面には、接着剤界面延長部として２本の溝３６、３７が形成されている。溝３６、３７に接着剤が充填されて封止膜４１と接合基板３０が接着されることにより、２本の溝３６、３７の面の分で接着剤の界面を延長することができる。これにより、少ないスペースで接着剤の界面を有効に延長することができ、リザーバ部３２からのインクが封止膜４１と接合基板３０との接着面の接着剤の界面を伝わった場合、駆動ＩＣ１００に到達するまでの時間を極めて長くすることができる。

従って、簡単な構造の２本の溝３６、３７によりインクの駆動ＩＣ１００側への伝わりを抑制することができ、駆動ＩＣ１００にインクが接触して配線部材がショートする等の虞がなくなり、インクの浸入防止に対する信頼性を高く維持することができる。

尚、２本の溝３６、３７の断面積を変化させ、駆動ＩＣ１００に近い溝３６の断面積を大きくする等の設計変更は適宜可能である。駆動ＩＣ１００に近い溝３６の断面積を大きくすることで、リザーバ部３２側の接着性を損なうことなく接着剤の界面を長くすることができる。また、溝の形状も加工のし易さ等により、円弧状、三角形状等、種々の形状を適用することが可能である。

図６に基づいて第３実施形態例を説明する。

図に示すように、駆動ＩＣ１００に対応する部位における封止膜４１の接着部位の接合基板３０の上面には、接着剤界面延長部として凹部５１が形成され、凹部５１に対応して固定板４２には凹部５１に嵌合する凸部５２が形成されている。接合基板３０の凹部５１と固定板４２の凸部５２との間の封止膜４１は、凹凸に沿って挟み込まれる下向きに凸状の屈曲部５３とされている。接合基板３０の凹部５１と封止膜４１の屈曲部５３が接着剤で接着されることにより、凹凸の形状で接着剤の界面を延長することができる。これにより、少ないスペースで接着剤の界面を確実に延長することができ、リザーバ部３２からのインクが封止膜４１と接合基板３０との接着面の接着剤の界面を伝わった場合、駆動ＩＣ１００に到達するまでの時間を極めて長くすることができる。

従って、接合基板３０の凹部５１、固定板４２の凸部５２、封止膜４１の屈曲部５３による凹凸の形状により、インクの駆動ＩＣ１００側への伝わりを抑制することができ、駆動ＩＣ１００にインクが接触して配線部材がショートする等の虞がなくなり、インクの浸入防止に対する信頼性を高く維持することができる。

図７に基づいて第４実施形態例を説明する。

図に示すように、駆動ＩＣ１００に対応する部位における封止膜４１の接着部位の接合基板３０の上面には、接着剤界面延長部として凸部５５が形成され、凸部５５に対応して固定板４２には凸部５５に嵌合する凹部５６が形成されている。接合基板３０の凸部５５と固定板４２の凹部５６との間の封止膜４１は、凹凸に沿って挟み込まれる上向きに凸状の屈曲部５７とされている。接合基板３０の凸部５５と封止膜４１の屈曲部５７が接着剤で接着されることにより、凹凸の形状で接着剤の界面を延長することができる。これにより、少ないスペースで接着剤の界面を確実に延長することができ、リザーバ部３２からのインクが封止膜４１と接合基板３０との接着面の接着剤の界面を伝わった場合、駆動ＩＣ１００に到達するまでの時間を極めて長くすることができる。

従って、接合基板３０の凸部５５、固定板４２の凹部５６、封止膜４１の屈曲部５７による凹凸の形状により、インクの駆動ＩＣ１００側への伝わりを抑制することができ、駆動ＩＣ１００にインクが接触して配線部材がショートする等の虞がなくなり、インクの浸入防止に対する信頼性を高く維持することができる。

図８に基づいて第５実施形態例を説明する。

第５実施形態例は、図７に示した第４実施形態例に対し、凹凸の形状の両側における封止膜４１の接着部位の接合基板３０の上面にそれぞれ溝６１、６２が形成された構成となっている。溝６１、６２に接着剤が充填され接合基板３０の凸部５５と封止膜４１の屈曲部５７が接着剤で接着されることにより、溝６１、６２の面の分で接着剤の界面を延長することができると共に、凹凸の形状で接着剤の界面を延長することができる。これにより、少ないスペースで接着剤の界面を大幅に延長することができ、リザーバ部３２からのインクが封止膜４１と接合基板３０との接着面の接着剤の界面を伝わった場合、駆動ＩＣ１００に到達するまでの時間を大幅に長くすることができる。

従って、簡単な構造の２本の溝６１、６２及び接合基板３０の凸部５５、固定板４２の凹部５６、封止膜４１の屈曲部５７による凹凸の形状により、インクの駆動ＩＣ１００側への伝わりを抑制することができ、駆動ＩＣ１００にインクが接触して配線部材がショートする等の虞がなくなり、インクの浸入防止に対する信頼性を更に高く維持することができる。

上述した記録ヘッドは、液体噴射装置としてのインクジェット式記録装置に搭載される。図９に基づいてインクジェット式記録装置の概略を説明する。

図に示すように、記録ヘッド本体を有する記録ヘッド８Ａ、８Ｂには、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、記録ヘッド８Ａ、８Ｂはキャリッジ３に搭載される。装置本体４にはキャリッジ軸５が取り付けられ、記録ヘッド８Ａ、８Ｂが搭載されたキャリッジ３はキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。駆動モータ６の駆動力が複数の歯車（図示省略）およ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、記録ヘッド８Ａ、８Ｂが搭載されたキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ軸５に沿ってプラテン９が設けられ、図示しない給紙ローラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン９上を搬送される。

上述した実施形態では、リザーバを接合基板３０のリザーバ部３２と流路形成基板１０のインク室１５とからなるリザーバ１として説明したが、接合基板３０の貫通孔のみをリザーバとして、インク室１５を圧力発生室１２と同数の個別の液体流路として形成しても、本願発明を適用することができる。

上述した実施形態では、液体噴射ヘッドとしてインク滴を吐出するインクジェット式記録ヘッドを例に挙げて説明したが、本発明は、広く液体噴射ヘッド全般に適用することができる。例えば、液体噴射ヘッドとして、プリンタ等の画像記録装置に用いられる記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（電界放出ディスプレー）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を適用することができる。

インクジェット式記録ヘッドの分解斜視図である。 インクジェット式記録ヘッドの概略平面図である。 図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視図である。 図３中の矢印ＩＶ部の断面図である。 第２実施形態例の要部断面図である。 第３実施形態例の要部断面図である。 第４実施形態例の要部断面図である。 第５実施形態例の要部断面図である。 記録装置の概略図である。

符号の説明

８ 記録ヘッド、 １０ 流路形成基板、 ３０ 接合基板、 ３５、３６、３７、６１、６２ 溝、 ４１ 封止膜、 ４２ 固体板、 ５１、５６ 凹部、 ５２、５５ 凸部、５３、５７ 屈曲部

Claims (5)

1. 少なくとも圧力発生室が形成された流路形成基板と、
   流路形成基板の一方面側上に接合して、貫通孔が形成された接合基板と、
   圧力発生室の反対側における接合基板の面に備えられる配線部材と、
   接合基板の配線部材が備えられた面の貫通孔の開口部を覆い開口部の周縁に接着剤により接着される封止膜部材と、
   封止膜部材周囲を固定する固定部材とを有し、
   配線部材に対応する部位の接合基板及び封止膜部材の間に接着剤の界面を延長する接着剤界面延長部を形成した
   ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
2. 請求項１に記載の液体噴射ヘッドにおいて、
   接合基板流路形成基板の他方面側には、複数のノズルが形成されたノズルプレートが設けられている
   ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
3. 請求項１もしくは請求項２に記載の液体噴射ヘッドにおいて、
   接着剤界面延長部は、接合基板に設けられた溝である
   ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
4. 請求項１もしくは請求項２に記載の液体噴射ヘッドにおいて、
   接着剤界面延長部は、封止膜部材の接着部位における接合基板の面と固定部材とが互いに嵌合する凹凸で形成され、封止膜部材の接着部位が凹凸に沿って挟み込まれる屈曲形状とされている
   ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
5. 請求項１〜請求項４のいずれかの液体噴射ヘッドを備えたことを特徴とする液体噴射装置。

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