JP2011206919A - 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】第１の基板又は第２の基板と接着剤との間への液体の侵入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。
【解決手段】振動板５０は、第１の基板１０上に形成された酸化シリコンからなる第１の振動板５１と、第１の振動板５１上に形成された第２の振動板５２とを含み、貫通部５３の周囲の振動板５０上には、圧電素子３００と同一の層であるが圧電素子とは分離された層を含む積層膜１１０が設けられ、積層膜１１０の連通部１５側の端部が連通部１５の外側に位置する一方、貫通部５３は第１の振動板５１の表面が露出された露出部５４を有し、貫通部５３を画成する第１の振動板５１の端部が連通部１５の内側に位置し、第２の基板３０の少なくとも第１の基板１０側の表面には酸化シリコンからなる保護膜３６が形成されており、貫通部５３では、保護膜３６と第１の振動板５１とが接着層３５によって接合されていると共に、接着層３５が第１の振動板１０の端面まで連続的に設けられている構成とする。
【選択図】図３

Description

ノズルから液滴を噴射する噴射する液体噴射ヘッド及びそれを備える液体噴射装置に関し、特に、液滴としてインク滴を噴射するインクジェット式記録ヘッドに適用して好適なものである。

液体噴射ヘッドの代表例であるインクジェット式記録ヘッドとしては、例えば、ノズル開口に連通する圧力発生室とこの圧力発生室の長手方向一端部側に設けられて各圧力発生室に連通する連通部とが形成される流路形成基板と、この流路形成基板の一方面側に形成される圧電素子と、流路形成基板の圧電素子側の面に接合されて、連通部と共にリザーバの一部を構成するリザーバ部を有するリザーバ形成基板とを具備するものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−２１９２４３号公報

このような構成のインクジェット式記録ヘッドにおいては、一般的に、第１の基板（流路形成基板）と、第２の基板（リザーバ形成基板）とは、接着剤によって接合されている。このため、接着剤の接着強度不足が生じると、第１又は第２の基板と接着剤との間にインクが侵入して、そのインクによって圧電素子が破壊されてしまう虞がある。

特許文献１に記載されているように、第１の基板上には圧電素子を構成する層からなる積層膜などが形成されており、第２の基板は、実際には、この積層膜などの上に接着剤によって接合されている。第１の基板と第２の基板とを接合する際の高さ合わせのためには、このような積層膜が必要となるが、積層膜に対する接着剤の接着強度は比較的弱い場合が多い。このため、積層膜と接着剤との界面にインクが付着すると、これら積層膜と接着剤との間にインクが侵入してしまう虞がある。

なお、このような問題はインクジェット式記録ヘッドだけではなく、インク以外の液滴を噴射する液体噴射ヘッドにおいても同様に存在する。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、第１の基板又は第２の基板と接着剤との間への液体の侵入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。

上記課題を解決する本発明は、液滴を噴射するノズルに連通する圧力発生室を含む複数の個別流路と、これら複数の個別流路が連通してマニホールドの一部を構成する連通部とが形成された第１の基板と、該第１の基板の一方面側に振動板と、該振動板上に形成された第１の電極と圧電体層と第２の電極とを含む圧電素子と、前記第１の基板の前記振動板側の面に接着剤からなる接着層によって接合され、前記振動板に形成された貫通部で前記連通部と連通して当該連通部と共に前記マニホールドを構成するマニホールド部を備えた第２の基板と、を備えた液体噴射ヘッドであって、前記振動板は、前記第１の基板上に形成された酸化シリコンからなる第１の振動板と、該第１の振動板上に形成された第２の振動板とを含み、前記貫通部の周囲の前記振動板上には、前記圧電素子と同一の層であるが当該圧電素子とは分離された層を含む積層膜が設けられ、該積層膜の前記連通部側の端部が前記連通部の外側に位置する一方、前記貫通部は前記第１の振動板の表面が露出された露出部を有し、当該貫通部を画成する前記第１の振動板の端部が前記連通部の内側に位置し、前記第２の基板の少なくとも前記第１の基板側の表面には酸化シリコンからなる保護膜が形成されており、前記貫通部では、前記保護膜と前記第１の振動板とが前記接着層によって接合されていると共に、前記接着層が前記第１の振動板の端面まで連続的に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。
かかる本発明では、積層膜により第１の基板と第２の基板とが良好に位置決めされた状態で、これら第１の基板と第２の基板とが接着層によって強固に接合される。特に、貫通部の周囲では、第１の基板と第２の基板とのそれぞれの表面が酸化シリコン（ＳｉＯｘ）で構成され、酸化シリコン同士が接着層によって接合されている。これにより貫通部の周囲では接着層の接着強度が比較的高くなる。したがって、マニホールド内の液体が、第１又は第２の基板と接着層との間に侵入するのを効果的に抑制することができる。

ここで、前記接着層は、前記第１の振動板の端部よりも前記連通部の内側に突出した突出部を備えることが好ましい。これにより、例えば、第１の振動板の端部の厚さが薄くなっている場合でも、第１の振動板の端部に欠け等が発生するのをより確実に抑制することができる。

また前記接着層は、エポキシ系の接着剤からなることが好ましい。これにより、第１の基板と第２の基板とをより良好に接合することができる。

また本発明は、このような液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。かかる本発明では、耐久性及び信頼性を向上した液体噴射装置を実現することができる。

本発明の一実施形態に係る記録ヘッドの分解斜視図である。 本発明の一実施形態に係る記録ヘッドの平面図及び断面図である。 本発明の一実施形態に係る記録ヘッドの要部を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る記録ヘッドの変形例を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る記録ヘッドの概略図である。

以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図であり、図２は、図１の平面図及びＡ−Ａ′線断面図であり、図３は図２の要部を示す断面図である。

図示するように、シリコン基板からなる第１の基板である流路形成基板１０には、隔壁１１によって区画された複数の圧力発生室１２がその幅方向に並設されている。流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向一端側には、隔壁１１によって区画され各圧力発生室１２に連通するインク供給路１３と連通路１４とが設けられている。さらに、連通路１４の外側には、各連通路１４と連通する連通部１５が設けられている。この連通部１５は、後述する第２の基板である保護基板３０のマニホールド部３２と連通して、各圧力発生室１２の共通のインク室（液体室）となるマニホールド１００を構成する。

流路形成基板１０の一方面側には、各圧力発生室１２に連通するノズル２１が穿設されたノズルプレート２０が接合されている。このノズルプレート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などからなる。

流路形成基板１０のノズルプレート２０とは反対側の面には、振動板５０が形成されている。振動板５０は、本実施形態では、流路形成基板１０の表面に形成された酸化シリコン（ＳｉＯｘ）からなる弾性膜（第１の振動板）５１と、弾性膜５１上に形成された弾性膜５１とは異なる材料からなる絶縁体膜（第２の振動板）５２とで構成されている。

さらに、この振動板５０を構成する絶縁体膜５２上には、圧力発生室１２内に圧力を発生させる圧力発生素子としての圧電素子３００が形成されている。圧電素子３００は、絶縁体膜５２上に形成された共通電極である下電極６０と、下電極６０上に形成された圧電体層７０と、圧電体層７０上に形成された個別電極である上電極８０とで構成されている。また圧電素子３００の各上電極８０には、リード電極９０がそれぞれ接続されており、このリード電極９０を介して各上電極８０と後述する駆動ＩＣとが接続されている。

流路形成基板１０の圧電素子３００側の面、具体的には下電極６０、振動板５０及びリード電極９０上には、圧電素子３００を保護するための圧電素子保持部３１を有する第２の基板である保護基板３０が接着剤からなる接着層３５によって接合されている。保護基板３０の材料は、特に限定されないが、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラス材料、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と同一材料であるシリコン基板を用いている。また接着層３５の材料も特に限定されないが、例えば、エポキシ系の接着剤が好適に用いられる。これにより流路形成基板１０と保護基板３０とを強固に接合することができる。

また保護基板３０には、圧電素子保持部３１と共に、マニホールド部３２が設けられている。このマニホールド部３２は、上述のように流路形成基板１０に形成された連通部１５と連通してマニホールド１００を構成している。

ここで、連通部１５とマニホールド部３２とは、振動板５０に設けられた貫通部５３を介して連通されている。貫通部５３は、図３に示すように、弾性膜５１に設けられた貫通孔５１ａと、絶縁体膜５２に設けられた貫通孔５２ａとで構成されている。絶縁体膜５２の貫通孔５２ａは、弾性膜５１の貫通孔５１ａよりも大きく形成されている。このため、貫通孔５１ａの周囲は、弾性膜５１の表面が露出された露出部５４となっている。つまり貫通部５３は、貫通孔５１ａの周囲に弾性膜５１の表面が露出された露出部５４を有している。

さらに、貫通部５３の周囲（露出部５４の周囲）の絶縁体膜５２上には、圧電素子３００を構成する各層と同一層からなるが、圧電素子３００を構成する各層とは不連続の積層膜１１０が設けられている。この積層膜１１０は、本実施形態では、貫通部５３の周囲に亘って連続的に設けられていると共に、圧力発生室１２の列の周囲に亘って連続的に設けられている。

積層膜１１０は、圧電素子３００を構成する下電極６０とは不連続の不連続下電極膜６１と、圧電素子３００を構成する圧電体層７０とは不連続の不連続圧電体層７１と、圧電素子３００を構成する上電極８０とは不連続の不連続上電極膜８１と、で構成されている。この積層膜１１０は、流路形成基板１０に保護基板３０を接合する際に、保護基板３０の高さ合わせ（位置合わせ）に用いられる。すなわち保護基板３０をこの積層膜１１０に当接させることで、流路形成基板１０と保護基板３０とを高精度に位置決めしている。

そして本発明においては、貫通部５３の周囲に設けられる積層膜１１０の連通部１５側の端部が、連通部１５の外側に位置している。これに対し、貫通部５３（貫通孔５１ａ）を画成する弾性膜５１の端面５１ｂは、連通部１５の内側に位置している。すなわち貫通孔５１ａの周囲には、酸化シリコンからなる弾性膜５１の表面が露出された露出部５４が、連通部１５の内側から連通部１５の外側まで比較的広い範囲に連続的に設けられている。

一方、保護基板３０の少なくとも流路形成基板１０側の表面には、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）からなる保護膜３６が設けられている。例えば、本実施形態では、マニホールド部３２の内面等を含む保護基板３０の全面に亘って保護膜３６が設けられている。したがって、この貫通部５３においては、酸化シリコン同士を接着することによって流路形成基板１０と保護基板３０とが接合されている。つまり貫通部５３においては、酸化シリコンからなる弾性膜５１と保護膜３６とが、接着層３５によって接合されている。

接着層３５の酸化シリコンに対する接着強度は、例えば、金属材料等に対する接着強度に比べて高い。したがって、積層膜１１０によって流路形成基板１０と保護基板３０とを高精度に位置決めした状態で、両者を良好に接合することができる。特に、貫通部５３において弾性膜５１と保護膜３６とが接着層３５によって接合されていることで、弾性膜５１又は保護膜３６と接着層３５との間にマニホールド１００内のインクが侵入するのを効果的に抑制することができる。

また本発明では、この接着層３５が弾性膜５１の端面５１ｂまで連続的に設けられている。例えば、本実施形態では、弾性膜５１に形成された貫通孔５１ａの周囲では、弾性膜５１は先端部ほど厚さが漸小している。すなわち弾性膜５１の端面５１ｂは、弾性膜５１の表面に対して傾斜する傾斜面となっている。接着層３５は、弾性膜５１の表面から傾斜面である弾性膜５１の端面５１ｂまで連続的に設けられている。この接着層３５が弾性膜５１を保護する保護膜の役割を果たすことで、弾性膜５１の厚さが比較的薄くなっていても弾性膜５１に割れ等が発生することを抑制できる。

接着層３５は、弾性膜５１の端面５１ｂ上まで連続的に設けられていればよいが、例えば、図４に示すように、弾性膜５１の端部よりも連通部１５の内側に突出した突出部５５を備えていることが好ましい。これにより、弾性膜５１の端部に欠け等が発生するのをより確実に抑制することができる。

なお保護基板３０には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられており、各圧電素子３００から引き出されたリード電極９０の端部近傍は、この貫通孔３３内に露出されている。保護基板３０上には、並設された圧電素子３００を駆動するための駆動ＩＣ２００が固定されている。そして、駆動ＩＣ２００とリード電極９０とが、貫通孔３３内に延設されるボンディングワイヤー等の導電性ワイヤーからなる接続配線２１０によって電気的に接続されている。

保護基板３０上には、封止膜４１及び固定板４２とからなるコンプライアンス基板４０が接合されている。ここで、封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料からなる。マニホールド部３２の一方面はこの封止膜４１によって封止されている。また、固定板４２は、金属等の硬質の材料で形成されている。この固定板４２のマニホールド１００に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部４３となっており、マニホールド１００の一方面は可撓性を有する封止膜４１のみで封止されている。

このような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からインクを取り込み、マニホールド１００からノズル２１に至るまで内部をインクで満たした後、駆動ＩＣ２００からの記録信号に従い、圧力発生室１２に対応するそれぞれの圧電素子３００に電圧を印加して撓み変形させることにより、各圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル２１からインク滴が噴射される。

なお、このようなインクジェット式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通する流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置（液体噴射装置）に搭載される。図５は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。

図５に示すように、インクジェット式記録ヘッドを有する記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａ及び２Ｂが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。そして、駆動モーター６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ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３に沿ってプラテン８が設けられている。このプラテン８は図示しない紙送りモーターの駆動力により回転できるようになっており、給紙ローラー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８に巻き掛けられて搬送されるようになっている。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、この実施形態に限定されるものではない。例えば、上述の実施形態では、連通部１５が圧力発生室１２の並設方向に亘って連続的に形成された構成を例示したが、連通部１５は、圧力発生室１２毎に独立して設けられていてもよい。この場合は、マニホールド１００は、保護基板３０に形成されたマニホールド部３２のみで構成されることになるが、連通部１５とマニホールド部３２とは、上述のように振動板５０に設けられる貫通部５３を介して連通されることになる。

また、上述の実施形態では、液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを挙げて本発明を説明したが、本発明は、広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにも適用することができる。その他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（電界放出ディスプレイ）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が挙げられる。

１０ 流路形成基板、 １２ 圧力発生室、 １３ インク供給路、 １４ 連通路、 １５ 連通部、 ２０ ノズルプレート、 ２１ ノズル、 ３０ 保護基板、 ３１ 圧電素子保持部、 ３２ マニホールド部、 ３５ 接着層、 ３６ 保護膜、 ４０ コンプライアンス基板、 ５０ 振動板、 ５１ 弾性膜、 ５１ａ 貫通孔、 ５１ｂ 端面、 ５２ 絶縁体膜、 ５２ａ 貫通孔、 ５３ 貫通部、 ５４ 露出部、 ５５ 突出部、 ６０ 下電極、 ６１ 不連続下電極膜、 ７０ 圧電体層、 ７１ 不連続圧電体層、 ８０ 上電極、 ８１ 不連続上電極膜、 ９０ リード電極、 １００ マニホールド、 １１０ 積層膜、 ３００ 圧電素子

Claims (4)

1. 液滴を噴射するノズルに連通する圧力発生室を含む複数の個別流路と、これら複数の個別流路が連通してマニホールドの一部を構成する連通部とが形成された第１の基板と、
   該第１の基板の一方面側に振動板と、
   該振動板上に形成された第１の電極と圧電体層と第２の電極とを含む圧電素子と、
   前記第１の基板の前記振動板側の面に接着剤からなる接着層によって接合され、前記振動板に形成された貫通部で前記連通部と連通して当該連通部と共に前記マニホールドを構成するマニホールド部を備えた第２の基板と、
   を備えた液体噴射ヘッドであって、
   前記振動板は、前記第１の基板上に形成された酸化シリコンからなる第１の振動板と、該第１の振動板上に形成された第２の振動板とを含み、
   前記貫通部の周囲の前記振動板上には、前記圧電素子と同一の層であるが当該圧電素子とは分離された層を含む積層膜が設けられ、該積層膜の前記連通部側の端部が前記連通部の外側に位置する一方、
   前記貫通部は前記第１の振動板の表面が露出された露出部を有し、当該貫通部を画成する前記第１の振動板の端部が前記連通部の内側に位置し、
   前記第２の基板の少なくとも前記第１の基板側の表面には酸化シリコンからなる保護膜が形成されており、前記貫通部では、前記保護膜と前記第１の振動板とが前記接着層によって接合されていると共に、前記接着層が前記第１の振動板の端面まで連続的に設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
2. 前記接着層は、前記第１の振動板の端部よりも前記連通部の内側に突出した突出部を備えることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
3. 前記接着層が、エポキシ系の接着剤からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体噴射ヘッド。
4. 請求項１〜３の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置。

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