JP2011073320A - 液体吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】配線板等によって駆動部の動作が阻害されるのを防止することができるとともに、複数の電極を高密度で配置することができる、液体吐出装置を提供することを目的とする。
【解決手段】インク吐出装置１０は、インク吐出ヘッド１６と配線板１８とを備えている。インク吐出ヘッド１６は、複数のノズル１４からなる複数のノズル列が互いに平行に配置されたノズル面と、複数の電極３８に印加される駆動信号に基づいて変形されることによってインクに吐出圧を付与する複数の駆動部Ｆと、複数の電極３８のそれぞれの縁部分（端縁３８ａ，３８ｂ）のうちの２箇所の間に、電極３８との間に空間を確保しつつ架け渡され、少なくとも一部が導電性を有する複数のリード部４０と、複数の入力端子４２とを有しており、配線板１８は、複数の接続端子５２を有している。
【選択図】図２

Description

本発明は、駆動信号に基づいて変形される駆動部を有する液体吐出ヘッドと、駆動部に駆動信号を供給する配線板とを備える、液体吐出装置に関する。

液体吐出装置の一例として、インクジェットプリンタのインク吐出装置が公知である。特許文献１に記載されたインク吐出装置は、複数のノズルと、駆動信号に基づいて変形されることによってノズルからインクを吐出するための吐出圧を付与する複数の駆動部とを有するインク吐出ヘッドと、駆動部を駆動するための駆動信号を供給する配線板とを備えている。インク吐出ヘッドにおける複数の駆動部のそれぞれは、電極を有しており、電極のそれぞれに対して、駆動信号を入力する入力端子が電気的に接続されている。そして、入力端子のそれぞれに対して、配線板における接続端子が電気的かつ物理的に接続されている。

特開２００９−１１１２８３号公報 特開２００９−５４７８５号公報

特許文献１に記載されたインク吐出装置の構造は、駆動部が厚み方向の両側に向けて変形される「ユニモルフ構造」であり、ノズルからインクを安定的に吐出させるためには、駆動部（電極を含む。）の変形が阻害されないようにする必要がある。そこで、従来（特許文献１）では、複数の入力端子のそれぞれを、複数の電極と同一面上において駆動部から外れた位置に配置していたが、この構成では電極を形成すべき面が入力端子によって侵食されるため、複数の電極を高密度で配置することが困難であった。

一方、特許文献２には、コンタクト部（すなわち入力端子）を電極層（すなわち電極）の上方に配置した構成が開示されている。この構成によれば、電極層を形成すべき面がコンタクト部によって侵食されることがないが、電極層に対してコンタクト部が直接接触されるとともに、コンタクト部に対して配線が直接接触されているので、コンタクト部および配線によって駆動部の変形が阻害されるおそれがあった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、配線板等によって駆動部の変形が阻害されるのを防止することができるとともに、複数の電極を高密度で配置することができる、液体吐出装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る液体吐出装置は、液体吐出ヘッドと、前記液体吐出ヘッドに駆動信号を供給するための配線板とを備え、前記液体吐出ヘッドは、液体を吐出する複数のノズルからなる複数のノズル列が互いに平行に配置されたノズル面と、前記複数のノズルのそれぞれに対応して形成された複数の電極を有し、前記複数の電極に印加される駆動信号に基づいて変形されることによって、その内部に貯留される液体に吐出圧を付与する複数の駆動部と、前記複数の電極のそれぞれの縁部分のうちの２箇所の間に、前記電極との間に空間を確保しつつ架け渡され、少なくとも一部が導電性を有する複数のリード部と、前記複数のリード部のそれぞれの前記電極側とは反対側の面に一体的に形成され、前記リード部を介して前記電極と電気的に接続された複数の入力端子とを有しており、前記配線板は、前記複数の入力端子と電気的に接続される複数の接続端子を有している。

この構成では、電極との間に空間を確保しつつリード部が架け渡されているので、リード部、入力端子および配線板が電極の中央部に接触するのを防止することができ、駆動部の変形が阻害されるのを防止することができる。また、電極の縁部分のうちの２箇所の間に、電極との間に空間を確保しつつリード部が架け渡されており、リード部に対して入力端子が一体的に形成されているので、電極と対向する位置に入力端子を配置することが可能であり、電極と入力端子とが同一面上に配置される場合に比べて、複数の電極を高密度に配置することができる。

本発明によれば、配線板等によって駆動部の変形が阻害されるのを防止することができるので、駆動部による液体の吐出動作を安定させることができる。また、複数の電極を高密度で配置することができるので、複数のノズルを高密度で配置することが可能であり、液体の吐出密度を高めることができる。

図１は第１実施形態に係る「インク吐出装置」の構成を示す分解斜視図である。 図２は第１実施形態に係る「インク吐出装置」の構成を示す部分断面図である。 図３は第１実施形態に係る「インク吐出装置」における「インク吐出ヘッド」の構成を示す部分拡大平面図である。 図４は第１実施形態に係る「インク吐出装置」における「インク吐出ヘッド」の要部の構成を示す斜視図である。 図５（Ａ）は図４におけるＶＡ−ＶＡ線断面図、図５（Ｂ）は図４におけるＶＢ−ＶＢ線断面図である。 図６は第１実施形態に係る「インク吐出装置」における「配線板」の構成を示す底面図である。 図７は第１実施形態に係る「インク吐出装置」の製造方法を示す工程図である。 図８は第２実施形態に係る「インク吐出装置」における「インク吐出ヘッド」の要部の構成を示す断面図であり、図８（Ａ）は電極の「長手方向」における断面図、図８（Ｂ）は電極の「短手方向」における断面図である。 図９は第３実施形態に係る「インク吐出装置」における「インク吐出ヘッド」の要部の構成を示す断面図である。

以下に、本発明の好ましい実施形態に係る「液体吐出装置」について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態では、本発明を「インク吐出装置」に適用しているが、本発明は、着色液を吐出させる「着色液吐出装置」や、導電液を吐出させる「導電液吐出装置」等のような他の「液体吐出装置」にも適用可能である。本発明を「着色液吐出装置」および「導電液吐出装置」等に適用した場合には、以下の説明で用いた「インク」が「着色液」および「導電液」等に読み替えられる。
（第１実施形態）
［インク吐出装置の全体構成］
図１に示すように、インク吐出装置１０は、ブラック（ＢＫ）、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）およびマゼンダ（Ｍ）の４色のインクを、２つのドライバＩＣ１２から出力された駆動信号に基づいて、複数のノズル１４（図２）から用紙等の吐出対象物（図示省略）に向けて選択的に吐出するものであり、「液体吐出ヘッド」としてのインク吐出ヘッド１６と、配線板１８とを備えている。
［インク吐出ヘッドの構成］
図２に示すように、インク吐出ヘッド１６は、流路ユニット２０とアクチュエータユニット２２とを備えている。

流路ユニット２０は、５枚のプレート２４ａ〜２４ｅを積層することによって構成されており、これらのプレート２４ａ〜２４ｅに形成された「凹部」または「貫通孔」が互いに連通されることによって、インクの色ごとに４つのインク流路Ｎ１〜Ｎ４（図１）が構成されている。インク流路Ｎ１〜Ｎ４のそれぞれは、図２に示すように、インクを溜めるマニホールド２６と、マニホールド２６にインクを供給するインク供給口２８（図１）と、マニホールド２６内のインクを外部に吐出する複数のノズル１４と、マニホールド２６と複数のノズル１４とを連通する複数の個別流路３０とを有しており、複数の個別流路３０のそれぞれには、ノズル１４に対して個別に連通する圧力室３２が設けられている。

また、図３に示すように、インク流路Ｎ１〜Ｎ４（図１）のそれぞれを構成する複数のノズル１４は、インク吐出ヘッド１６における複数のノズル１４が開口されたノズル面Ｅ（図２）において、複数のノズル列Ｌを構成するように配置されており、インク流路Ｎ１〜Ｎ４（図１）のそれぞれのノズル列Ｌは、ノズル面Ｅにおいて、ほぼ同じ長さで互いに平行に配置されている。

一方、アクチュエータユニット２２は、図２に示すように、流路ユニット２０における圧力室３２の上面３２ａを構成するとともに、複数の圧力室３２のそれぞれの内部に存在するインクに吐出圧を選択的に付与するものであり、振動板３４と、圧電層３６と、複数の電極３８と、複数のリード部４０と、複数の入力端子４２とを有している。

振動板３４は、図２に示すように、導電性材料（Ｓｉ、ＳＵＳ等）によって形成されており、複数の圧力室３２を覆うようにして流路ユニット２０の上面に接合されている。圧電層３６は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を主成分とする圧電材料によって形成されており、その厚み方向に分極されている。

複数の電極３８のそれぞれは、図２に示すように、導電性材料（ＡｇＰｂ、Ａｕ等）によって、複数のノズル１４のそれぞれに対応して、アクチュエータユニット２２の表面における圧力室３２と対向する位置に形成されている。また、図３に示すように、複数の電極３８のそれぞれは、ノズル列Ｌに対する平行方向の長さがノズル列Ｌに対する直交方向の長さよりも短くなるように略長方形に形成されており、或るノズル列Ｌに対応する複数の電極３８からなる電極列Ｍと、他のノズル列Ｌに対応する複数の電極３８からなる電極列Ｍとは、ほぼ同じ長さで互いに平行に配置されている。

複数のリード部４０のそれぞれは、図４および図５に示すように、電極３８の縁部分のうちの２箇所の間に、電極３８との間に空間Ｓを確保しつつ架け渡された部材であり、リード部４０の少なくとも一部（本実施形態では全部）は、導電性を有する材料（Ｃｕ等）によって形成されている。つまり、リード部４０は、電極３８とほぼ同じ平面視形状（本実施形態では略長方形）を有して電極３８と対向する平板状の端子形成部４４と、電極３８の一方端縁３８ａとそれに対向する端子形成部４４の一方端縁４４ａとを電気的かつ物理的に接続する第１脚部４６ａと、電極３８の他方端縁３８ｂとそれに対向する端子形成部４４の他方端縁４４ｂとを電気的かつ物理的に接続する第２脚部４６ｂとを有しており、第１脚部４６ａおよび第２脚部４６ｂで端子形成部４４が支持されることによって、電極３８と端子形成部４４との間に空間Ｓが確保されている。

そして、リード部４０における電極３８側とは反対側の面４０ａの中央部に突起状の入力端子４２が一体的に形成されており、この入力端子４２と電極３８とがリード部４０を介して電気的に接続されている。

なお、入力端子４２の形状は、特に限定されるものではなく、図４に示した円柱状の他、多角柱状や円錐台状であってもよい。また、入力端子４２の上に突起状の端子（図示省略）を設ける場合には、入力端子４２は必ずしも「突起状」である必要はなく、リード部４０の表面の一部がそのまま入力端子４２として用いられてもよい。そして、リード部４０が架け渡される方向は、特に限定されるものではなく、電極３８の「短手方向」であってもよいが、後述するように、駆動部Ｆの変形がリード部４０によって阻害されるのを抑えるためには、電極３８の「長手方向」であることが望ましい。

使用時には、振動板３４が接地電位（０Ｖ）に保持されるとともに、入力端子４２から電極３８に駆動信号が印加され、圧電層３６における振動板３４と電極３８とによって挟まれた部分（以下、「活性部」という。）Ｇ（図５）が駆動信号に基づく圧電効果によって変形される。したがって、アクチュエータユニット２２においては、図５に示すように、電極３８と、電極３８と対向する振動板３４の一部と、活性部Ｇとが、駆動信号が電極３８に印加されると変形される「駆動部Ｆ」となっている。つまり、本実施形態に係るアクチュエータユニット２２の構造は、駆動部Ｆがその厚み方向の両側に向けて交互に変位される「ユニモルフ構造」であり、振動板３４における圧力室３２の上面３２ａを構成する部分は勿論のこと、当該部分に対向する電極３８も駆動部Ｆに含まれる。
［配線板の構成］
図２および図６に示すように、配線板１８は、いわゆる「ＣＯＦ（チップ・オン・フィルム）」と称されるものであり、基板５０、２つのドライバＩＣ１２（図６）、複数の接続端子５２、複数の配線５４（図６）および絶縁被覆材５６を備えている。

基板５０（図２、図６）は、ポリイミド（ＰＩ）等のような可撓性を有する合成樹脂材料によってインク吐出ヘッド１６の電極３８が形成された面に対向して配置されたシート状の部材であり、基板５０におけるインク吐出ヘッド１６側に位置する面（以下、「ヘッド対向面」という。）５０ａには、駆動信号を出力するための２つのドライバＩＣ１２が搭載されている。また、ヘッド対向面５０ａには、銅箔等のような導電性材料からなる複数の接続端子５２と、複数の接続端子５２のそれぞれと２つのドライバＩＣ１２のいずれか一方とを電気的に接続する複数の配線５４と、複数の接続端子５２および複数の配線５４を覆う絶縁被覆材５６とが形成されている。そして、図２に示すように、インク吐出ヘッド１６の複数の入力端子４２と配線板１８の複数の接続端子５２とが、ハンダおよび導電性接着剤等のような導電性接合材５８を用いて電気的かつ物理的に接合されている。
［インク吐出装置の製造方法］
インク吐出装置１０を製造する際には、まず、上記インク吐出ヘッド１６と、上記配線板１８とを準備し、その後、配線板１８の複数の接続端子５２とインク吐出ヘッド１６の複数の入力端子４２とを上記導電性接合材５８を用いて電気的かつ物理的に接合する。

インク吐出ヘッド１６の準備工程において、アクチュエータユニット２２の表面に電極３８、リード部４０および入力端子４２を形成する際には、まず、図７（Ａ）に示すように、圧電層３６の表面に複数の電極３８を蒸着法等によって同時に形成し、電極３８の上面に後工程で除去される犠牲層６０を形成する。続いて、図７（Ｂ）に示すように、犠牲層６０および電極３８の両端縁３８ａ，３８ｂ以外の部分をマスク部材６２で被覆し、犠牲層６０の表面に、電極３８の両端縁３８ａ，３８ｂに連続するリード部４０を蒸着法等によって形成する。そして、図７（Ｃ）に示すように、犠牲層６０およびマスク部材６２をドライエッチング法等によって除去する。

本実施形態では、図４に示すように、リード部４０が電極３８のノズル列Ｌに対する直交方向（すなわち長手方向）における一方端縁３８ａと他方端縁３８ｂとの間に橋状に架け渡されるので、ノズル列Ｌに対する平行方向（すなわち短手方向）においては、空間Ｓが開口部Ｑにおいて外部に開放されることになる。したがって、犠牲層６０を除去する際には、当該開口部Ｑから犠牲層６０が位置する領域（すなわち空間Ｓとなる領域）にエッチングガスを導入することが可能であり、犠牲層６０を迅速に除去することができる。

リード部４０が完成すると、図７（Ｄ）に示すように、リード部４０における端子形成部４４の中央部以外の部分をマスク部材６４で被覆し、当該中央部に連続する入力端子４２を蒸着法等によって形成する。その後、図７（Ｅ）に示すように、マスク部材６４をドライエッチング法等によって除去する。
［インク吐出装置の効果］
本実施形態によれば、電極３８との間に空間Ｓを確保しつつリード部４０が架け渡されているので、リード部４０、入力端子４２および配線板１８が電極３８の中央部に接触するのを防止することができ、駆動部Ｆの動作が阻害されるのを防止することができる。

また、電極３８の縁部分のうちの２箇所の間にリード部４０が架け渡されており、リード部４０に対して入力端子４２が一体的に形成されているので、電極３８と対向する位置に入力端子４２を配置することが可能であり、電極３８と入力端子４２とが同一面上に配置される場合に比べて、複数の電極３８を高密度に配置することができる。

そして、橋状に架け渡されたリード部４０に入力端子４２を形成しているので、当該入力端子４２に銀合金からなる導電性接合材５８を付着させた場合でも、入力端子４２からはみ出した導電性接合材５８が、圧電層３６における電極３８の周辺部に付着するのを防止することができ、マイグレーションの発生を防止することができる。

さらに、電極３８においては、駆動部Ｆの変形に伴ってその中央部が最も大きく変形されるため、電極３８の「短手方向」における縁部分の変形の程度は「長手方向」における縁部分の変形の程度よりも大きくなるが、本実施形態では、電極３８の縁部分のうちの変形の程度が小さい２箇所（すなわち「長手方向」における端縁３８ａ，３８ｂ）間にリード部４０が架け渡されているので、駆動部Ｆの変形がリード部４０によって阻害されるのを抑えることができる。
（第２実施形態）
第２実施形態に係るインク吐出装置は、図８に示すように、第１実施形態に係るインク吐出装置１０におけるリード部４０に対して、第１保護層７０、第２保護層７２および第３保護層７４を形成したものであり、他の部分はインク吐出装置１０と同様に構成されている。

つまり、リード部４０における電極３８側の面には、酸化膜等からなる第１保護層７０が蒸着法等によって形成されており、リード部４０における電極３８側とは反対側の面には、ポリイミド（ＰＩ）等からなる第２保護層７２が蒸着法等によって形成されており、第２保護層７２の表面には、窒化シリコン（ＳｉＮ）等から第３保護層７４が蒸着法等によって形成されている。そして、リード部４０の電極３８側とは反対側の面に形成された第２保護層７２および第３保護層７４には、入力端子４２を挿通させる貫通孔７６が形成されており、入力端子４２は貫通孔７６を貫通して第２保護層７２および第３保護層７４の電極３８側とは反対側に突出されている。

第２実施形態によれば、第１保護層７０、第２保護層７２および第３保護層７４によって水分等を遮断することができるので、リード部４０の腐食を防止することができる。また、第３保護層７４によって傷を防止することができるので、リード部４０の物理的な損傷を防止することができる。なお、第１保護層７０、第２保護層７２および第３保護層７４の材質は、目的に応じて適宜変更されてもよい。また、これらのうちの１つまたは２つは省略されてもよいし、第４保護層（図示省略）がさらに形成されてもよい。
（第３実施形態）
第３実施形態に係るインク吐出装置は、図９に示すように、第１実施形態に係るインク吐出装置１０におけるリード部４０を他のリード部８０に変更するとともに、リード部８０における電極３８側とは反対側の面に第２保護層８２を形成したものであり、他の部分はインク吐出装置１０と同様に構成されている。

リード部８０は、導電性材料（Ｃｕ等）からなり、入力端子４２と電極３８の一方端縁３８ａとを電気的に接続するための導電部８０ａと、絶縁性材料（ＳｉＮ、ＳｉＯ２等）からなり、導電部８０ａと電極３８の他方端縁３８ｂとを物理的に接続するための絶縁部８０ｂとによって構成されている。そして、導電部８０ａの電極３８側とは反対側の面には、絶縁部８０ｂに連続する第２保護層８２が形成されている。

第３実施形態によれば、リード部８０の一部を絶縁性材料で形成しているので、導電性材料の量を減らすことが可能であり、材料コストを低減することができる。なお、第３実施形態においても、リード部８０における電極３８側の面に「第１保護層」が形成されてもよいし、また、第２保護層８２の表面に「第３保護層」が形成されてもよい。

Ｎ１〜Ｎ４… インク流路
Ｆ… 駆動部
Ｇ… 駆動領域
１０… インク吐出装置（液体吐出装置）
１２… ドライバＩＣ
１４… ノズル
１６… インク吐出ヘッド（液体吐出ヘッド）
１８… 配線板
２０… 流路ユニット
２２… アクチュエータユニット
３２… 圧力室
３４… 振動板
３６… 圧電層
３８… 電極
３８ａ，３８ｂ… 端縁（縁部分）
４０… リード部
４２… 入力端子
４４… 端子形成部
４６ａ… 第１脚部
４６ｂ… 第２脚部
５０… 基板
５２… 接続端子
５８… 導電性接合材
６０… 犠牲層
７０… 第１保護層
７２… 第２保護層
７４… 第３保護層
８０… リード部
８０ａ… 導電部
８０ｂ… 絶縁部

Claims (4)

1. 液体吐出ヘッドと、前記液体吐出ヘッドに駆動信号を供給するための配線板とを備え、
   前記液体吐出ヘッドは、
   液体を吐出する複数のノズルからなる複数のノズル列が互いに平行に配置されたノズル面と、
   前記複数のノズルのそれぞれに対応して形成された複数の電極を有し、前記複数の電極に印加される駆動信号に基づいて変形されることによって、その内部に貯留される液体に吐出圧を付与する複数の駆動部と、
   前記複数の電極のそれぞれの縁部分のうちの２箇所の間に、前記電極との間に空間を確保しつつ架け渡され、少なくとも一部が導電性を有する複数のリード部と、
   前記複数のリード部のそれぞれの前記電極側とは反対側の面に一体的に形成され、前記リード部を介して前記電極と電気的に接続された複数の入力端子とを有しており、
   前記配線板は、前記複数の入力端子と電気的に接続される複数の接続端子を有している、液体吐出装置。
2. 前記複数の電極のそれぞれは、前記ノズル列に対する平行方向の長さが前記ノズル列に対する直交方向の長さよりも短くなるように形成されており、
   前記複数のリード部のそれぞれは、前記電極の前記ノズル列に対する直交方向における一方端縁と他方端縁との間に架け渡されている、請求項１に記載の液体吐出装置。
3. 前記複数のリード部のそれぞれにおける前記電極側の面には第１保護層が形成されている、請求項１または２に記載の液体吐出装置。
4. 前記複数のリード部のそれぞれにおける前記電極側とは反対側の面には第２保護層が形成されており、
   前記第２保護層のそれぞれには前記端子を挿通させる貫通孔が形成されており、
   前記端子のそれぞれは前記貫通孔を貫通して前記第２保護層の前記電極側とは反対側に突出されている、請求項３に記載の液体吐出装置。

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