JP2008137331A - 液滴吐出ヘッド及びそれを備えた液滴吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】多ノズル化した液滴吐出ヘッドにおいて、液滴吐出用アクチュエータの駆動回路の時定数を小さくして、液滴吐出動作の遅れを低減する。
【解決手段】液滴を吐出する複数のノズル孔１６が形成されたノズル基板５と、底壁が振動板１１を形成し、液滴をノズル孔１６から吐出させる吐出室１２となる複数の凹部が形成されたキャビティ基板３と、電極を構成している複数の振動板１１にギャップを隔てて対向し、各振動板１１を駆動する複数の個別電極７が形成された電極基板２とを備え、電極基板２には、複数の個別電極７を駆動させるためのドライバＩＣ２０と、電極基板２の外部からドライバＩＣ２０へ個別電極７の駆動信号を入力する入力配線２５が設けられ、個別電極７がＩＴＯから形成され、入力配線２５が金属材料から形成されている液滴吐出ヘッド。
【選択図】図１

Description

本発明は、液滴を吐出するノズルが多ノズルの構成となっている液滴吐出ヘッド、及びその液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置に関する。

昨今の静電駆動方式のインクジェットプリンタでは、高解像度画像の高速印刷及び多色印刷のために、インクジェットヘッドの多ノズル化及び多列化が進んでいる。
このような状況の下、インクを吐出させるアクチュエータを駆動するためのドライバＩＣを、インクジェットヘッド内に埋め込む構造により、ノズル等を多列化、高密度化したインクジェットヘッドが知られている（例えば、特許文献１）。
特開２００６−２２４５６４号公報

しかしながら、上記のように多ノズル化したヘッドでは、同時に複数のノズルを駆動するため、駆動ノズル数の増加に応じてアクチュエータの駆動回路の時定数が大きくなり、アクチュエータの動作遅れ、すなわち液滴吐出動作の遅れが生じやすくなる。特に、アクチュエータを構成している個別電極と、駆動信号を外部からドライバＩＣへ供給する入力配線とを、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）から形成している場合にはそれが生じやすい。

本発明は、上記課題に対応したもので、同時に複数のノズルを駆動する多ノズル化した液滴吐出ヘッドにおいて、アクチュエータの駆動回路の時定数を小さくして、液滴吐出動作の遅れをできるだけ低減した液滴吐出ヘッド、及びその液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置を得ることを目的とする。

本発明に係る液滴吐出ヘッドは、液滴を吐出する複数のノズル孔が形成されたノズル基板と、底壁が振動板を形成し、前記液滴を前記ノズル孔から吐出させる吐出室となる複数の凹部が形成されたキャビティ基板と、電極を構成している前記複数の振動板にギャップを隔てて対向し、各振動板を駆動する複数の個別電極が形成された電極基板とを備え、前記電極基板には、前記複数の個別電極を駆動させるためのドライバＩＣと、前記電極基板の外部から前記ドライバＩＣへ前記個別電極の駆動信号（駆動電力）を入力する入力配線が設けられ、前記個別電極がＩＴＯから形成され、前記入力配線が金属材料から形成されていることを特徴とする。

これにより、電極基板の外部から個別電極へ供給される駆動信号（駆動電力）の供給回路の抵抗が、従来のように入力配線を個別電極と同じＩＴＯから形成する場合に比べて小さくなる。従って、振動板と個別電極から構成されるアクチュエータの駆動回路の時定数を小さくでき、同時に駆動されるアクチュエータの数が多くても、液滴吐出動作の遅れを低減することができる。また、ＩＴＯから形成された個別電極は、耐久性の点で優れた効果を発揮する。なお、前記ドライバＩＣの出力端子は、前記個別電極の端部に直接接続するようにするのが好ましい。これにより、個別電極へ供給される駆動信号（駆動電力）の供給回路の抵抗がさらに小さくなるからである。

また、前記吐出室に液滴を供給する共通液滴室（リザーバ）となる凹部と、前記共通液滴室から前記吐出室へ液滴を移送するための貫通孔と、前記吐出室から前記ノズル孔へ液滴を移送するノズル連通孔とを有するリザーバ基板を、前記ノズル基板と前記キャビティ基板との間に備えていても良い。
多ノズルヘッドの場合、共通液滴室が狭いと駆動した吐出室で生じた圧力変化が、共通液滴室を介して非駆動状態の吐出室へ及びやすくなるが、リザーバ基板を設けることで共通液滴室を広くでき、それにより吐出室で生じた圧力変化を非駆動状態の吐出室へ及びにくくすることが可能となる。

本発明に係る液滴吐出ヘッドは、前記入力配線がクロムの層、クロムと金の積層、またはＩＴＯとクロムと金の積層から形成されていることを特徴とする。クロムや金は、ＩＴＯより電気抵抗が小さく、またクロムはガラス製の電極基板との密着性も良いため、液滴吐出動作の遅れを低減することができるとともに、耐久性にも優れている。
また、前記入力配線は、チタンと金の積層、あるいはアルミニウムの層から形成されても良い。これらによっても、ＩＴＯで形成された入力配線と比べて、電極基板の外部から個別電極へ供給される駆動信号の供給回路の低抵抗化が図れるからである。

本発明に係る液滴吐出装置は、その液滴吐出部に上記いずれかの液滴吐出ヘッドが備えられているものである。これにより、上記液滴吐出ヘッドの性能が確保され、液滴吐出動作の応答性及び耐久性に優れた液滴吐出装置を得ることができる。

実施形態１．
図１は、本発明の実施形態１に係る液滴吐出ヘッドの分解斜視図であり、液滴吐出ヘッドに駆動信号を供給するためのＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）の端子部（以下、ＦＰＣ３０と称す）一部を含めて示している。また図２は、図１に示す液滴吐出ヘッドが組み立てられた状態の縦断面図であり、図１におけるＡ−Ａ断面を示している。以下、図１及び図２を用いて実施形態１に係る液滴吐出ヘッドの構造及び動作について説明する。

図１に示すように、本実施形態１に係る液滴吐出ヘッド１は、電極基板２、キャビティ基板３、リザーバ基板４、ノズル基板５の４つの基板から構成されている。リザーバ基板４の一方の面にはノズル基板５が接合されており、リザーバ基板４の他方の面にはキャビティ基板３が接合されている。またキャビティ基板３のリザーバ基板４が接合された面の反対面には、電極基板２が接合されている。即ち、液滴吐出ヘッド１は、電極基板２、キャビティ基板３、リザーバ基板４、ノズル基板５の順で接合されている。

電極基板２は、例えばホウ珪酸ガラス等のガラスから形成されている。なお本実施形態１では、電極基板２がホウ珪酸ガラスからなるものとするが、単結晶シリコンから形成することもできる。
電極基板２には凹部６が例えば深さ０．３μｍで形成されている。この凹部６の内部には個別電極７が、一定の間隔を有して後述の振動板１１と対向するように、例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）を０．１μｍの厚さでスパッタすることにより形成されている。なおこの場合、電極基板２とキャビティ基板３を接合した後の個別電極７と振動板１１のギャップは約０．２μｍとなる。
左右の凹部６の中間部はドライバＩＣ２０を電極基板２上に装着できるようにパターンが形成されており、この部分にドライバＩＣ２０が設置されている。ここで、ドライバＩＣ２０の入力端子が入力配線２５（ＦＰＣ実装部２５ａ、リード部２５ｂ及びドライバＩＣ入力端子実装部２５ｃを含む）に接続され、ドライバＩＣ２０の出力端子が個別電極７の端部に接続されている。なお、ドライバＩＣ２０の入力端子は入力配線２５と直接接続し、出力端子は個別電極７の端部と直接接続するのが、回路抵抗を小さくする観点から望ましい。

入力配線２５は、複数の個別電極７を駆動するための駆動信号（駆動電力）を電極基板２の外部から取り入れるための金属材料からなる配線である。入力配線２５から取り込まれた駆動信号はドライバＩＣ２０によって制御されて、ドライバＩＣ２０から所定の個別電極７へパルス電圧として供給される。すなわち、電極基板２の外部からドライバＩＣ２０への入力信号は、ＦＰＣ３０→入力配線２５のＦＰＣ実装部２５ａ→入力配線２５のリード部２５ｂ→入力配線２５のドライバＩＣ入力端子実装部２５ｃ→ドライバＩＣ２０と入力される。そして、ドライバＩＣ２０からは出力信号が、ノズル孔１６に対応した各個別電極７に対して、個別電極７のドライバＩＣ出力端子実装部→個別電極７のリード部→個別電極７の振動板１１と対向する部分へと出力される。これよって、個別電極７と振動板１１で形成される液滴吐出用のアクチュエータが駆動される。

図３は上記アクチュエータを含む駆動回路の等価回路を示す模式図である。図３の中の記号は以下の通りである。
・ＰＬ（駆動信号）
すなわち、駆動電力である。
・Ｒ０（回路共通部抵抗）
すなわち、入力配線２５のＦＰＣ実装部２５ａ→入力配線２５のリード部２５ｂ→入力配線２５のドライバＩＣ入力端子実装部２５ｃの間の抵抗の等価抵抗である。ここでは、入力配線２５のリード部２５ｂの抵抗が最も大きく作用する。
・Ｒ１（回路個別部抵抗）
すなわち、ドライバＩＣ２０の内部抵抗、及び個別電極７の出力端子実装部→個別電極７のリード部→振動板１１と対向する部分の個別電極７の間の抵抗の等価抵抗である。
・Ｃ１（アクチュエータの静電容量）
すなわち、個別電極７と振動板１１で構成されるアクチュエータ（静電アクチュエータ）の静電容量
・ｎ（駆動アクチュエータの個数）
すなわち、駆動ノズルの数
以上の条件の下、図３の回路における時定数τは、
τ＝（Ｃ１×ｎ）×（Ｒ０＋Ｒ１／ｎ）
となり、時定数τは駆動ノズルの数ｎの関数として表現できる。

図４は多ノズルインクジェットの同時駆動ノズル数ｎとアクチュエータの駆動回路の時定数τと入力配線２５の材料との関係を示す相関図である。図４に示すように、同時駆動ノズル数ｎを増やすと、アクチュエータの駆動回路の時定数τは増大する。この傾向は、入力配線２５がＩＴＯから形成されている場合は特に顕著となっているのに対して、入力配線２５がクロム（Ｃｒ）や金（Ａｕ）から形成されている場合には、時定数τの増加は極めて小さい。これにより、入力配線２５をクロムや金から形成すれば、多ノズルヘッドの同時駆動ノズル数ｎを増やしても、アクチュエータの駆動回路の時定数τの増大が小さくて済み、液滴吐出の動作遅れを回避して応答性をよくすることができることが分かる。

加工プロセスを考慮すると、入力配線２５は、ＩＴＯからなる個別電極７の形成時に、ＩＴＯで同時に形成する方が簡単である。しかし、ＩＴＯは抵抗値が大きいため、多数のノズルを同時駆動させる場合、対応するアクチュエータの時定数が大きくなり、応答性が悪くなる。
そこで、本例では、入力配線２５をＩＴＯに比べて抵抗値が小さい金属材料から形成する。特に、入力配線２５をクロムの層、クロムと金の積層、またはＩＴＯとクロムと金の積層から形成するのが好ましい。クロムはＩＴＯに比べて抵抗値が小さく、ガラス製の電極基板との密着性も良いからである。また、金はクロムよりも抵抗値が小さいため、クロムと金の積層、あるいはＩＴＯとクロムと金の積層により入力配線を形成しても、入力配線全体として抵抗値が小さくなる。また、入力配線２５を、チタンと金の積層あるいはアルミニウムの層から形成しても、ＩＴＯに比べて配線全体として抵抗値を小さくできる。したがって、このような金属材料により入力配線２５を形成することで、アクチュエータを同時に多数駆動させる場合にも、その動作の応答遅れを低減することが可能となる。

個別電極７に関しては、複数の個別電極７が長辺及び短辺を有する長方形状に形成されており、この個別電極７が、互いの長辺が平行になるように配置され、個別電極７の短辺方向に伸びる電極列を２列形成している。
また、ドライバＩＣ２０が２つの電極列（個別電極列）の間に形成され、両方の電極列に接続されている。これにより、ドライバＩＣ２０から２つの電極列に駆動信号を供給することが可能となり、電極列の多列化が容易となる。また、ドライバＩＣ２０の個数が少なくなるため、コストを削減することができ、液滴吐出ヘッド１の小型化も可能となる。
また、電極基板２には、吐出液を溜めておくリザーバ（リザーバ基板の共通液滴室１３）へ連通する液滴供給孔１０ａが形成されており、この液滴供給孔１０ａは電極基板２を貫通している。

キャビティ基板３は、例えば単結晶シリコンからなり、底壁が振動板１１である吐出室１２となる凹部１２ａが形成されている。なお、凹部１２ａは複数形成されており、個別電極７に対応して２列に形成されている。また、キャビティ基板３には、左右の吐出室１２の列の中間部にキャビティ基板３を貫通する第１の穴部２１が形成され、さらに、各振動板１１に電圧を印加するための共通電極２２も備える。この共通電極２２はＦＰＣ３０と接続されている。
本実施形態１では、キャビティ基板３は単結晶シリコンからなり、その全面にプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって、ＴＥＯＳ（ＴｅｔｒａＥｔｈｙｌＯｒｔｈｏＳｉｌｉｃａｔｅ）からなる絶縁膜（図示せず）を０．１μｍ形成している。これは、振動板１１の駆動時における絶縁破壊及びショートを防止するためと、インク等の液滴によるキャビティ基板３のエッチングを防止するためである。また、キャビティ基板３には、共通液滴室１３に連通する液滴供給孔１０ｂが形成されている。

振動板１１は、高濃度のボロンドープ層から形成するのが好ましい。シリコン基板の振動板１１となる部分を高濃度のボロンドープ層としておけば、アルカリ溶液による異方性エッチングによって吐出室１２となる凹部１２ａを形成する際に、ボロンドープ層が露出してエッチングレートが極端に小さくなる、いわゆるエッチングストップ技術を用いることにより、振動板１１を所望の厚さに形成することができるからである。
電極基板２とキャビティ基板３とが接合されることにより、個別電極７と振動板１１の間には振動板１１の振動領域となるギャップが形成される。このギャップは静電力を生じさせるための重要な空間であり、内部に異物が入らないように、空間の開口端部に封止材１７が塗布される（図２参照）。

リザーバ基板４は、例えば単結晶シリコンからなり、吐出室１２に吐出液を供給するための液貯蔵室である共通液滴室１３となる凹部１３ａが左右に２つ形成されている。凹部１３ａの底面には、共通液滴室１３から吐出室１２へ液滴を移送するための貫通孔１４と、凹部１３ａの底面を貫通する液滴供給孔１０ｃが形成されている。また、リザーバ基板４には、各々の吐出室１２に連通し、吐出室１２から後述するノズル孔１６に液滴を移送するためのノズル連通孔１５が形成されている。さらに、リザーバ基板４の左右の共通液滴室１３の間には、リザーバ基板４を貫通する第２の穴部２３が形成されている。

図２に示すように、リザーバ基板４に形成された液滴供給孔１０ｃと、キャビティ基板３に形成された液滴供給孔１０ｂ及び電極基板２に形成された液滴供給孔１０ａは、リザーバ基板４、キャビティ基板３及び電極基板２が接合された状態において互いに繋がって、外部から共通液滴室１３に液滴を供給するための液滴供給孔１０を形成する。
また、キャビティ基板３に形成された第１の穴部２１と、リザーバ基板４に形成された第２の穴部２３は連通して、ドライバＩＣ２０の収容部２４を形成する。

ノズル基板５は、例えば厚さ１００μｍのシリコン基板からなり、各々のノズル連通孔１５と連通する複数のノズル孔１６が形成されている。本実施形態１では、ノズル孔１６を２段に形成して液滴を吐出する際の直進性を向上させている。
電極基板２、キャビティ基板３、リザーバ基板４及びノズル基板５の接合は、例えば、シリコンからなる基板とホウ珪酸ガラスからなる基板を接合する場合は陽極接合により、シリコンからなる基板同士は接着剤等を用いて行うことができる。

液滴吐出ヘッド１では、ドライバＩＣ２０が収容部２４の内部に収容されており、収容部２４がノズル基板５、キャビティ基板３、リザーバ基板４及び電極基板２によって閉塞されている。即ち、ノズル基板５が収容部２４の上面を、電極基板２が収容部２４の下面を、キャビティ基板３及びリザーバ基板４が収容部２４の側面を形成することにより、収容部２４が閉塞されるようになっている。

次に、液滴吐出ヘッド１の動作について説明する。共通液滴室１３には外部から液滴供給孔１０を介してインク等の液滴が供給されている。また、吐出室１２には共通液滴室１３から貫通孔１４を介して液滴が供給されている。ドライバＩＣ２０には、ＦＰＣ３０のＩＣ用配線３１及び電極基板２に設けられた入力配線２５（２５ａ，２５ｂ，２５ｃ）を介して、液滴吐出装置の制御部（図示せず）から駆動信号が供給されている。液滴をノズル孔１６から吐出させるには、ドライバＩＣ２０から個別電極７に０Ｖから４０Ｖ程度のパルス電圧を印加し個別電極７を例えばプラスに帯電させ、対応する振動板１１を共通電極用配線３２を介して液滴吐出装置の制御部（図示せず）から駆動信号を供給してマイナスに帯電させる。このとき振動板１１は静電気力によって個別電極７側に吸引されて撓む。次にパルス電圧をオフにすると、振動板１１にかけられた静電気力がなくなり振動板１１は復元する。このとき吐出室１２の内部の圧力が急激に上昇し、吐出室１２内の液滴がノズル連通孔１５を通過してノズル孔１６から吐出されることとなる。その後、液滴が共通液滴室１３から貫通孔１４を通じて吐出室１２内に補給され、初期状態に戻る。

液滴吐出ヘッド１の共通液滴室１３への液滴の供給は、例えば液滴供給孔１０に接続された液滴供給管（図示せず）により行われる。また、本実施形態１ではＦＰＣ３０が、ＦＰＣ３０の長手方向が電極列を形成する個別電極７の短辺方向と平行となるようにドライバＩＣ２０と接続されている。しかし、個別電極７の短辺が長辺に対して斜めになっていて、個別電極７が細長い平行四辺形状になっているような場合には、個別電極７の長辺と直角方向にＦＰＣ３０を接続するのがよい。これにより、複数の電極列を有する液滴吐出ヘッド１とＦＰＣ３０をコンパクトに接続することが可能となる。

図５は、液滴吐出ヘッド１が搭載された液滴吐出装置の制御系を示す概略ブロック図である。なお、この液滴吐出装置は、一般的なインクジェットプリンタであるとする。なお、液滴吐出ヘッド１が搭載された液滴吐出装置の制御系は図５に示すものに限られない。
液滴吐出ヘッド１が搭載された液滴吐出装置は、液滴吐出ヘッド１を駆動制御するための液滴吐出ヘッド駆動制御装置４１を有しており、この液滴吐出ヘッド駆動制御装置４１は、ＣＰＵ４２ａを中心に構成された制御部（波線で囲まれた部分）４２を備えている。ＣＰＵ４２ａにはパーソナル・コンピュータ等の外部装置４３からバス４３ａを介して印刷情報が供給され、また内部バス４２ｂを介してＲＯＭ４４ａ、ＲＡＭ４４ｂ及びキャラクタジェネレータ４４ｃが接続されている。

制御部４２では、ＲＡＭ４４ｂ内の記憶領域を作業領域として用いて、ＲＯＭ４４ａ内に格納されている制御プログラムを実行し、キャラクタジェネレータ４４ｃから発生するキャラクタ情報に基づき、液滴吐出ヘッド１を駆動するための制御信号を生成する。制御信号は論理ゲートアレイ４５及び駆動パルス発生回路４６を介して、印刷情報に対応した駆動制御信号となって、コネクタ４７を経由して液滴吐出ヘッド１に内蔵されたドライバＩＣ２０に供給されるほか、ＣＯＭ発生回路４６ａに供給される。またドライバＩＣ２０には、印字用の駆動パルス信号Ｖ３、制御信号ＬＰ、極性反転制御信号ＲＥＶ等も供給される。なおＣＯＭ発生回路４６ａは、例えば駆動パルスを発生するための共通電極ＩＣ（図示せず）から構成されている。

ＣＯＭ発生回路４６ａでは、供給された上記の各信号に基づき、液滴吐出ヘッド１の共通電極２２、即ち各振動板１１に印加すべき駆動信号（駆動電圧パルス）をその共通出力端子ＣＯＭ（図示せず）から出力する。またドライバＩＣ２０では、供給された上記の各信号及び電源回路５０から供給される駆動電圧Ｖｐに基づき、各個別電極７に印加すべき駆動信号（駆動電圧パルス）を、各個別電極７に対応した個数の個別出力端子ＳＥＧから出力する。共通出力端子ＣＯＭの出力と個別出力端子ＳＥＧの出力との電位差が、各振動板１１とそれに対向する個別電極７の間に印加される。振動板１１の駆動時（液滴の吐出時）には指定された向きの駆動電位差波形を与え、非駆動時には駆動電位差を与えないようになっている。

図６は、ドライバＩＣ２０及びＣＯＭ発生回路４６ａの内部構成の１例を示す概略ブロック図である。なお、図６に示すドライバＩＣ２０及びＣＯＭ発生回路４６ａは、１組で６４個の個別電極７及び振動板１１に駆動信号を供給するものとする。
ドライバＩＣ２０は電源回路５０から高電圧系の駆動電圧Ｖｐ及び論理回路系の駆動電圧Ｖｃｃが供給されて動作するＣＭＯＳの６４ビット出力の高耐圧ドライバである。ドライバＩＣ２０は、供給された駆動制御信号に応じて、駆動電圧パルスとＧＮＤ電位の一方を、個別電極７に印加する。
ドライバＩＣ２０は６４ビットのシフトレジスタ６１を有し、シフトレジスタ６１はシリアルデータとして論理ゲートアレイ４５より送信された６４ビット長のＤＩ信号入力を、ＤＩ信号に同期する基本クロックパルスであるＸＳＣＬパルス信号入力によりデータをシフトアップし、シフトレジスタ６１内のレジスタに格納するスタティクシフトレジスタとなっている。ＤＩ信号は６４個の個別電極７のそれぞれを選択するための選択情報をオン／オフにより示す制御信号であり、この信号がシリアルデータとして送信される。

またドライバＩＣ２０は６４ビットのラッチ回路６２を有し、ラッチ回路６２はシフトレジスタ６１内に格納された６４ビットデータを制御信号（ラッチパルス）ＬＰによりラッチしてデータを格納し、格納されたデータを６４ビット反転回路６３に信号出力するスタティクラッチである。ラッチ回路６２では、シリアルデータのＤＩ信号が各振動板１１の駆動を行うための６４セグメント出力を行うための６４ビットのパラレル信号へと変換される。反転回路６３では、ラッチ回路６２から入力される信号と、ＲＥＶ信号との排他的論理和をレベルシフタ６４へ出力する。レベルシフタ６４は、反転回路６３からの信号の電圧レベルをロジック系の電圧レベル（５Ｖレベル又は３．３Ｖレベル）からヘッド駆動系の電圧レベル（０〜４５Ｖレベル）に変換するレベルインターフェイス回路である。

ＳＥＧドライバ６５は、６４チャンネルのトランスミッションゲート出力となっていて、レベルシフタ６４の入力によりＳＥＧ１〜ＳＥＧ６４のセグメント出力に対して、駆動電圧パルス入力か又はＧＮＤ入力のいずれかを出力する。ＣＯＭ発生回路４６ａに内蔵されたＣＯＭドライバ６６は、ＲＥＶ入力に対して駆動電圧パルスか又はＧＮＤ入力のいずれかをＣＯＭへ出力する。
ＸＳＣＬ、ＤＩ、ＬＰ及びＲＥＶの各信号は、ロジック系の電圧レベルの信号であり、論理ゲートアレイ４５よりドライバＩＣ２０に送信される信号である。このようにドライバＩＣ２０及びＣＯＭ発生回路４６ａを構成することにより、駆動するセグメント数（振動板１１の数）が増加した場合においても容易に液滴吐出ヘッド１の振動板１１の駆動する駆動電圧パルスとＧＮＤとを切り替えることが可能となる。

上記のように構成した実施形態１の液滴吐出ヘッド１は、キャビティ基板３に第１の穴部２１を設け、リザーバ基板４に第２の穴部２３を設けて第１の穴部２１と第２の穴部２３によって収容部２４を形成し、この収容部２４にドライバＩＣ２０を収容するため、液滴吐出ヘッド１のサイズを小さくすることができる。
また、個別電極７が平行に並んで複数の電極列を形成し、ドライバＩＣ２０が２つの電極列に接続されるため、ドライバＩＣ２０から２つの電極列に駆動信号を供給することが可能となり、電極列の多列化が容易となる。またドライバＩＣ２０の個数が少なくなるため、コストを削減することができ、液滴吐出ヘッドの小型化も可能となる。

加えて、電極基板２のドライバＩＣ２０への入力配線２５が金属材料から形成されているため、全ノズルに共通な入力配線の低抵抗化が可能となり、同時に駆動するノズルの数が多くても、個別電極７と振動板１１からなるアクチュエータの駆動回路の時定数を小さくできる。これにより、動作遅れが低減されるため、応答性に優れた吐出性能の液滴吐出ヘッドが得られる。なお、上記回路の時定数は、例えば駆動パルスの立ち上がり時間の１／４以下とするように構成すると、多ノズルを同時に駆動した場合においても、アクチュエータの動作遅れを感じさせることがなく、安定した印字品質を得ることができる。

実施形態２．
図７は、本発明の実施形態２に係る液滴吐出ヘッドの分解模式図（ａ）及び組み立て模式図（ｂ）である。実施形態２に係る液滴吐出ヘッド１は、個別電極７等から構成される電極列が６列であり、それに対応して吐出室１２となる凹部１２ａ等も６列形成されている。また、ドライバＩＣ２０は、２つの電極列ごとに２つずつ設置されており、ドライバＩＣ２０の両側に形成された電極列に駆動信号を供給するようになっている。
その他の構造及び動作については、実施形態１の図１及び図２に示す液滴吐出ヘッド１と同様であり、説明を省略する。なお、実施形態１に係る液滴吐出ヘッド１と同一の構成要素には、同一符号を付している。
本実施形態２では電極列を６列形成しているため、例えば電極列（吐出室７の列）ごとに色の異なるインクを吐出するようにすれば、容易に多色化することが可能となる。その他の効果については、実施形態１に係る液滴吐出ヘッド１と同様である。

実施形態３．
図８は、本発明の実施形態３に係る液滴吐出ヘッドが組み立てられた状態の縦断面図である。実施形態３に係る液滴吐出ヘッド１は、リザーバ基板４に第２の穴部２３が形成されておらず、キャビティ基板３に第１の穴部２１に相当する穴部２６が形成されており、この穴部２６の内部にドライバＩＣ２０が収容されている。穴部２６は、リザーバ基板４が穴部２６の上面を、電極基板２が穴部２６の下面を、キャビティ基板３が穴部２６の側面を形成することにより、穴部２６が閉塞されるようになっている。
その他の構造及び動作については、実施形態１の図１及び図２に示す液滴吐出ヘッド１と同様であり、効果についても実施形態１に係る液滴吐出ヘッド１とほぼ同様である。

実施形態４．
図９は、本発明の実施形態４に係る液滴吐出ヘッドが組み立てられた状態の縦断面図である。実施形態４に係る液滴吐出ヘッド１は、リザーバ基板４がなく、電極基板２、キャビティ基板３及びノズル基板５の３つの基板から構成されている。ここでは、共通液滴室１３はキャビティ基板３に形成されており、共通液滴室１３と吐出室１２は貫通穴１４の代わりに、ノズル基板５に形成されたオリフィス２７によって連通するようになっている。なお、オリフィス２７はキャビティ基板３に設けるようにしてもよい。本実施形態４に係る液滴吐出ヘッド１は、個別電極７からなる２列の電極列を有しており、キャビティ基板３には実施形態３に係る液滴吐出ヘッド１と同様に穴部２６が形成され、その穴部２６の内部にドライバＩＣ２０が収容されている。なお個別電極７の電極列は、実施形態２に係る液滴吐出ヘッド１と同様に３列以上にしてもよい。また穴部２６は、ノズル基板５が穴部２６の上面を、電極基板２が穴部２６の下面を、キャビティ基板３が穴部２６の側面を形成することにより、閉塞されるようになっている。
その他の構造及び動作については、実施形態１の図１及び図２に示す液滴吐出ヘッド１と同様であり、説明を省略する。なお、効果についても実施形態１に係る液滴吐出ヘッド１とほぼ同様である。

実施形態５．
図１０は、これまでの実施形態で示したような液滴吐出ヘッドを、その液滴吐出部に搭載した液滴吐出装置の一例として示すインクジェットプリンタの斜視図である。本発明の液滴吐出ヘッド１は上記のようにサイズが小さく耐久性に優れており、また多ノズルを同時に駆動させても応答性に優れているという長所を有しているため、それを搭載した液滴吐出装置でも同様の効果が得られる。
なお、各実施形態で説明してきた液滴吐出ヘッド１は、図１０に示したようなプリンタとしての利用の他に、吐出する液滴を種々変更することで、液晶ディスプレイのカラーフィルタの製造装置、有機ＥＬ表示装置の発光部分の形成装置、生体液体の吐出装置等、様々な用途に適用することができる。

本発明の実施形態１に係る液滴吐出ヘッドの分解斜視図。 図１に示す液滴吐出ヘッドが組み立てられた状態の縦断面図。 アクチュエータの駆動回路の等価回路を示す模式図。 多ノズルインクジェットの同時駆動ノズル数とアクチュエータの駆動回路の時定数と入力配線の材料との関係を示す相関図。 図１及び図２に示す液滴吐出ヘッドが搭載された液滴吐出装置の制御系を示す概略ブロック図。 ドライバＩＣ及びＣＯＭ発生回路の内部構成の一例を示す概略ブロック図。 本発明の実施形態２に係る液滴吐出ヘッドの分解模式図及び組み立て模式図。 本発明の実施形態３に係る液滴吐出ヘッドの液滴吐出ヘッドが組み立てられた状態の縦断面図。 本発明の実施形態４に係る液滴吐出ヘッドの液滴吐出ヘッドが組み立てられた状態の縦断面図。 本発明の液滴吐出ヘッドを搭載した実施形態５に係る液滴吐出装置の一例を示す斜視図。

符号の説明

１ 液滴吐出ヘッド、２ 電極基板、３ キャビティ基板、４ リザーバ基板、５ ノズル基板、６ 凹部、７ 個別電極、１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ 液滴供給孔、１１ 振動板、１２ 吐出室、１２ａ 凹部、１３ 共通液滴室、１３ａ 凹部、１４ 貫通孔、１５ ノズル連通孔、１６ ノズル孔、１７ 封止材、２０ ドライバＩＣ、２１ 第１の穴部、２２ 共通電極、２３ 第２の穴部 ２４ 収容部、２５ 入力配線、２５ａ 入力配線のＦＰＣ実装部、２５ｂ 入力配線のリード部、２５ｃ 入力配線のドライバＩＣ入力端子実装部、３０ ＦＰＣ、３１ ＦＰＣ内のＩＣ用配線、３２ ＦＰＣ内の共通電極用配線、１００ 液滴吐出装置。

Claims (7)

1. 液滴を吐出する複数のノズル孔が形成されたノズル基板と、
   底壁が振動板を形成し、前記液滴を前記ノズル孔から吐出させる吐出室となる複数の凹部が形成されたキャビティ基板と、
   電極を構成している前記複数の振動板にギャップを隔てて対向し、各振動板を駆動する複数の個別電極が形成された電極基板とを備え、
   前記電極基板には、前記複数の個別電極を駆動させるためのドライバＩＣと、前記電極基板の外部から前記ドライバＩＣへ前記個別電極の駆動信号を入力する入力配線が設けられ、
   前記個別電極がＩＴＯから形成され、前記入力配線が金属材料から形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
2. 前記ドライバＩＣの出力端子が前記個別電極の端部に直接接続されていることを特徴とする請求項１記載の液滴吐出ヘッド。
3. 前記吐出室に液滴を供給する共通液滴室となる凹部と、前記共通液滴室から前記吐出室へ液滴を移送するための貫通孔と、前記吐出室から前記ノズル孔へ液滴を移送するノズル連通孔とを有するリザーバ基板を、前記ノズル基板と前記キャビティ基板との間に備えていることを特徴とする請求項１または２記載の液滴吐出ヘッド。
4. 前記入力配線がクロムの層、クロムと金の積層、またはＩＴＯとクロムと金の積層から形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
5. 前記入力配線がチタンと金の積層から形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
6. 前記入力配線がアルミニウムの層から形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置。

Images