JP2012206294A - 液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】振動板の絶縁破壊が抑えられ、駆動回路の損傷が抑えられた液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置を得ること。
【解決手段】絶縁性のノズルプレート３１に蓄積した電荷が、ノズル開口３１０から圧力発生室３２０を満たしたインクを流れ、振動板３３に到達する。振動板３３に到達した電荷は、振動板３３が導電性セラミックスからなり、振動板３３が接地されているので、振動板３３を通じて逃げる。したがって、振動板３３に蓄積した電荷による振動板３３の絶縁破壊が抑えられ、駆動回路３７０の損傷が抑えられたインクジェット式記録ヘッド１００を得ることができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、液体噴射ヘッド、この液体噴射ヘッドを用いた液体噴射装置に関する。

ノズル開口から液体を噴射する液体噴射ヘッドは、例えば、プリンター等の液体噴射装置としての画像記録装置および液晶表示装置のカラーフィルターの製造等に用いられる液体噴射装置等に適用される。
液体噴射ヘッドの一種に、駆動回路からの駆動信号に従って、振動板の表面に形成された圧電素子に電圧を印加して撓み変形させることで液滴を噴射させるようにしたものがある。この液体噴射ヘッドは、振動板、振動板が一部を構成する圧力発生室、ノズル開口、マニホールドを備えたヘッドユニットを有している。ヘッドユニットは、振動板、流路形成基板、ノズル開口が形成されたノズルプレート等を積み重ねて製造される。
例えば、セラミックスからなる板部材を一体に焼成接続した液体噴射ヘッドとしてのインクジェット記録ヘッドが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−２８６９５６号公報

振動板、流路形成基板およびノズルプレートとして絶縁体であるセラミックスを用いて一体焼成した場合、圧電素子による帯電や静電気による帯電がこれらの絶縁体であるセラミックスに生じ、振動板に絶縁破壊が生じたり、圧電素子の電極を通じて、駆動回路が損傷を受けたりする可能性がある。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
圧力発生室および液体流路の隔壁が形成されたセラミックスからなる流路形成基板と、前記流路形成基板の一方面に配置され、前記圧力発生室および前記液体流路の一部を構成し、導電性セラミックスからなる振動板と、前記振動板を挟んで前記圧力発生室に対向する前記振動板上に形成され、一対の電極を備えた圧電素子と、前記電極に接続された駆動回路と、前記圧力発生室と連通したノズル開口が形成され、絶縁性セラミックスからなるノズルプレートとを備えていることを特徴とする液体噴射ヘッド。

この適用例によれば、絶縁性のノズルプレートに蓄積した電荷が、ノズル開口から圧力発生室を満たした液体を流れ、振動板に到達する。振動板に到達した電荷は、振動板が導電性セラミックスからなり、振動板が接地されているので、振動板を通じて逃げる。したがって、蓄積した電荷の流入による駆動回路の損傷が抑えられた液体噴射ヘッドが得られる。

［適用例２］
上記液体噴射ヘッドにおいて、前記振動板を前記一対の電極のうち接地する側として接地側として用いることを特徴とする液体噴射ヘッド。
この適用例では、振動板を接地側の電極として用いるので、新たに電極を形成する必要がなく、構造が簡便で、製造の容易な液体噴射ヘッドが得られる。

［適用例３］
上記液体噴射ヘッドにおいて、前記流路形成基板、前記振動板および前記ノズルプレートが一体焼成されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
この適用例では、セラミックスからなる流路形成基板、振動板およびノズルプレートが一体焼成されているので、熱収縮による流路形成基板、振動板およびノズルプレート間の位置ずれが少なく、組み立ての行い易い液体噴射ヘッドが得られる。

［適用例４］
上記に記載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。

この適用例によれば、前述の効果を有する液体噴射装置が得られる。

実施形態におけるプリンターを示す概略斜視図。 インクジェット式記録ヘッドの概略分解斜視図。 ヘッドユニットの概略分解斜視図。 ヘッドユニットおよびカバーケースの要部断面図。

以下、実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。なお、図面では、説明を分かりやすくするために、一部を省略したり、各構成等を誇張したりして図示している。

以下の説明は、液体噴射ヘッドとしてのインクジェット式記録ヘッド１００が液体噴射装置である画像記録装置としてのプリンター１０００に搭載される場合を例に挙げて行う。
図１はプリンター１０００の概略構成を示す図である。図１中、Ｘ方向は、キャリッジ１０４が移動する主走査方向を示し、Ｙ方向は、記録媒体Ｐが移送される副走査方向を示している。Ｚ方向は、Ｘ方向およびＹ方向と直交する方向である。

図１に示すように、プリンター１０００は、インクジェット式記録ヘッド１００と、キャリッジ１０４と、キャリッジ移動機構１０５と、プラテンローラー１０６と、インクカートリッジ１０７とを備えている。

インクジェット式記録ヘッド１００は、キャリッジ１０４の記録媒体Ｐ側（図１中Ｚ方向下面）に取付けられ、記録媒体Ｐの表面にインクを液滴として噴射する。キャリッジ移動機構１０５は、タイミングベルト１０８と、駆動プーリー１１１と、従動プーリー１１２と、モーター１０９とを備えている。タイミングベルト１０８は、キャリッジ１０４が係止されており、駆動プーリー１１１と従動プーリー１１２とに張設されている。駆動プーリー１１１は、モーター１０９の出力軸に接続されている。
そのため、モーター１０９が作動すると、キャリッジ１０４は、プリンター１０００に架設されたガイドロッド１１０に案内されて、主走査方向であるＸ方向に往復移動する。

プラテンローラー１０６は、モーター１０３から駆動力を受け、記録媒体Ｐを副走査方向であるＹ方向に移送する。インクカートリッジ１０７は、インクを貯留し、キャリッジ１０４に着脱可能に装着される。インクカートリッジ１０７は、インクジェット式記録ヘッド１００にインクを供給する。

このように構成されたプリンター１０００は、キャリッジ１０４をキャリッジ移動機構１０５によりＸ方向に往復移動させるとともに、記録媒体Ｐをプラテンローラー１０６によりＹ方向に移送させながら、キャリッジ１０４に取付けられたインクジェット式記録ヘッド１００からインクを液滴として噴射することによって、記録用紙等の記録媒体Ｐ上に画像等の記録を行うことができる。

図２は、インクジェット式記録ヘッド１００の概略分解斜視図である。図２にも、主走査方向のＸ方向、副走査方向のＹ方向およびＸ方向およびＹ方向と直交するＺ方向を示した。
図２において、インクジェット式記録ヘッド１００は、取り付け板１０とケースヘッド２０とヘッドユニット３０とカバーケース４０とを有している。ケースヘッド２０の底部にはヘッドユニット３０が配置され、ヘッドユニット３０はカバーケース４０に収められている。ヘッドユニット３０およびカバーケース４０は、１つしか描かれていないが、複数を組み合わせた構成であってもよい。

取り付け板１０は、図１に示したインクカートリッジ１０７からインクを導く針１１やインクを濾すフィルター１２を有している。また、ケースヘッド２０は、後述するフレキシブル基板３７を接続するためのケースヘッド側基板１３等を有している。

図３は、ヘッドユニット３０の概略分解斜視図を示し、図４は、ヘッドユニット３０およびカバーケース４０を説明する要部断面図である。図３および図４にも、主走査方向のＸ方向、副走査方向のＹ方向およびＸ方向およびＹ方向と直交するＺ方向を示した。
図３および図４において、ヘッドユニット３０は、図１に示した記録媒体Ｐに対向する位置に、ノズルプレート３１を有している。ノズルプレート３１には、インクを噴射するためのノズル開口３１０が形成されている。ノズル開口３１０は、ドット形成密度に応じたピッチで開設されている。
ノズルプレート３１の上には、ノズルプレート３１にインクを供給するための流路形成基板３２、振動板３３、リザーバープレート３４およびコンプライアンス基板３５が積層されている。

流路形成基板３２には、圧力発生室３２０となる通孔、圧力発生室３２０と連通するインク供給路３２１および連通部３２２が開設されている。
圧力発生室３２０のインクジェット式記録ヘッド１００の長手方向であるＹ方向と直交する幅方向であるＸ方向の断面形状は矩形状で、圧力発生室３２０は、インクジェット式記録ヘッド１００の幅方向であるＸ方向に長く形成されている。この方向を圧力発生室３２０の長手方向とする。断面形状は矩形状に限らず、例えば、台形状であってもよい。

また、流路形成基板３２の圧力発生室３２０の長手方向外側の領域には連通部３２２が形成され、さらに、連通部３２２と各圧力発生室３２０とが、各圧力発生室３２０に設けられた液体供給路としてのインク供給路３２１を介して連通されている。インク供給路３２１は、圧力発生室３２０よりも狭い幅で形成されており、連通部３２２から圧力発生室３２０に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。

振動板３３は、流路形成基板３２に積層され、圧力発生室３２０の一部を構成している。
振動板３３には、電圧が印加されるとたわみ振動をする圧電素子３６が形成されている。図３において、圧電素子３６は、共通電極で接地されている下電極３６０と圧電体３６１と個別電極としての上電極３６２とを備えている。
圧電素子３６は、振動板３３を挟んで、圧力発生室３２０とは反対側の振動板３３の表面に、圧力発生室３２０を覆い隠すように形成され、各圧力発生室３２０に対応してノズル列方向に列設されている。

下電極３６０としては、例えば、白金、イリジウム等の金属や、ニッケル酸ランタン（ＬＮＯ）、ルテニウム酸ストロンチウム（ＳｒＲｕＯ）等の金属酸化物を用いることができる。また、上電極３６２としては、例えば、白金、イリジウム等の金属を用いることができる。これらの電極は、スパッタリング、蒸着等によって形成できる。

圧電体３６１としては、チタン酸ジルコン酸鉛を用いることができる。
圧電体３６１の膜の製造方法としては、金属有機物を触媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥してゲル化し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電体３６１の膜を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いることができる。
なお、ゾル−ゲル法に限定されず、例えば、ＭＯＤ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等を用いてもよい。さらに、これらの液相法による圧電体３６１の膜の製造方法に限定されず、スパッタリングなどの蒸着法を用いた圧電体３６１の膜の製造方法であってもよい。

ノズルプレート３１、流路形成基板３２および振動板３３は、アルミナやジルコニア等のセラミックス板からなり、これらは一体焼成によって接続される。ここで、振動板３３には、導電性セラミックスを用い、ノズルプレート３１および流路形成基板３２には、絶縁性セラミックスを用いる。また、振動板３３は接地されている。接地は、プリンター１０００を介して行うことができる。ここで、振動板３３は、導電性を有し、接地されているので圧電素子３６の共通電極として用いることができる。実施形態では、下電極３６０として用いることができる。
導電性セラミックスは、アルミナやジルコニア等の絶縁性セラミックスに導電性の粒子を分散させたものを用いることができる。例えば、導電性の粒子としては、シリコンの粒子を用いることができる。

一体焼成は、以下の方法で行うことができる。
例えば、グリーンシート（未焼成のシート材）に対して切削や打ち抜き等の加工を施して必要な通孔等を形成し、ノズルプレート３１、流路形成基板３２および振動板３３の各シート状前駆体を形成する。
そして、各シート状前駆体を積層し焼成することにより、各シート状前駆体は一体化されて１枚のセラミックスシートとなる。この場合、各シート状前駆体は一体焼成されるので、特別な接着処理が不要である。また、各シート状前駆体の接合面において高いシール性を得ることもできる。

図４において、リザーバープレート３４には、圧電素子３６を保護するための圧電素子保持部３４０および連通部３２２に連通するリザーバー部３４１となる通孔が形成され、振動板３３に接着されている。連通部３２２とリザーバー部３４１とを合わせて、マニホールドと呼ぶ。振動板３３に接着された面とは反対側の面にはコンプライアンス基板３５が接着されている。コンプライアンス基板３５のリザーバー部３４１に対応する領域は、可撓性を有する膜３５２で構成され、マニホールドに生じた圧力変動を吸収する。

図３において、フレキシブル基板３７が、リザーバープレート３４およびコンプライアンス基板３５を通されて、圧電素子３６の下電極３６０および上電極３６２と接続されている。
フレキシブル基板３７は、ＣＯＦ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ ｆｉｌｍ）基板を用いることができる。
フレキシブル基板３７は、図２に示したケースヘッド２０に配置されているケースヘッド側基板１３と接続され、ケースヘッド側基板１３から電力の供給を受ける構成となっている。フレキシブル基板３７には、図２に示したケースヘッド側基板１３からの駆動信号を圧電素子３６に対して選択的に供給する制御を行う駆動回路３７０が実装されている。

インクジェット式記録ヘッド１００では、電圧が圧電振動子に印加されると圧電素子３６がたわみ振動し、その振動によってノズルプレート３１のノズル開口３１０からインクが噴射される構成となっている。

以上に述べた実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１）絶縁性のノズルプレート３１に蓄積した電荷が、ノズル開口３１０から圧力発生室３２０を満たしたインクを流れ、振動板３３に到達する。振動板３３に到達した電荷は、振動板３３が導電性セラミックスからなり、振動板３３が接地されているので、振動板３３を通じて逃げる。したがって、蓄積した電荷の流入による駆動回路３７０の損傷が抑えられたインクジェット式記録ヘッド１００を得ることができる。

（２）振動板３３を接地側の下電極３６０として用いるので、新たに電極を形成する必要がなく、構造が簡便で、製造の容易なインクジェット式記録ヘッド１００を得ることができる。

（３）セラミックスからなる流路形成基板３２、振動板３３およびノズルプレート３１が一体焼成されているので、熱収縮による流路形成基板３２、振動板３３およびノズルプレート３１間の位置ずれを少なくでき、組み立ての行い易いインクジェット式記録ヘッド１００を得ることができる。

（４）前述の効果を有するプリンター１０００を得ることができる。

上述した実施形態以外にも、種々の変更を行うことが可能である。
例えば、流路形成基板３２が導電性セラミックスで形成されていてもよい。この場合も、下電極３６０および振動板３３を共通電極として用いることができる。

なお、上述した例では、液体噴射ヘッドがインクジェット式記録ヘッド１００である場合について説明した。しかしながら、本発明の液体噴射ヘッドは、例えば、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（面発光ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオチップ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッドなどとして用いられることもできる。

以上、本発明にかかる液体噴射装置の一例として、プリンター１０００を説明したが、本発明にかかる液体噴射装置は、工業的にも利用することができる。この場合に吐出される液体（液状材料）としては、各種の機能性材料を溶媒や分散媒によって適当な粘度に調整したものなどを用いることができる。本発明の液体噴射装置は、例示したプリンター等の画像記録装置以外にも、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装置、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）、電気泳動ディスプレイ等の電極やカラーフィルターの形成に用いられる液体材料噴射装置、バイオチップ製造に用いられる生体有機材料噴射装置としても好適に用いられることができる。

１０…取り付け板、１１…針、１２…フィルター、１３…ケースヘッド側基板、２０…取り付け板、３０…ヘッドユニット、３１…ノズルプレート、３２…流路形成基板、３３…振動板、３４…リザーバープレート、３５…コンプライアンス基板、３６…圧電素子、３７…フレキシブル基板、４０…カバーケース、１００…インクジェット式記録ヘッド、１０３…モーター、１０４…キャリッジ、１０５…キャリッジ移動機構、１０６…プラテンローラー、１０７…インクカートリッジ、１０８…タイミングベルト、１０９…モーター、１１０…架設されたガイドロッド、１１１…駆動プーリー、１１２…従動プーリー、３１０…ノズル開口、３２０…圧力発生室、３２１…インク供給路、３２２…連通路、３４０…圧電素子保持部、３４１…リザーバー部、３５２…膜、３６０…下電極、３６１…圧電体、３６２…上電極、３７０…駆動回路、１０００…プリンター。

Claims (4)

1. 圧力発生室および液体流路の隔壁が形成されたセラミックスからなる流路形成基板と、
   前記流路形成基板の一方面に配置され、前記圧力発生室および前記液体流路の一部を構成し、導電性セラミックスからなる振動板と、
   前記振動板を挟んで前記圧力発生室に対向する前記振動板上に形成され、一対の電極を備えた圧電素子と、
   前記電極に接続された駆動回路と、
   前記圧力発生室と連通したノズル開口が形成され、絶縁性セラミックスからなるノズルプレートとを備えている
   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、
   前記振動板を前記一対の電極のうち接地する側として接地側として用いる
   ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
3. 請求項１または請求項２に記載の液体噴射ヘッドにおいて、
   前記流路形成基板、前記振動板および前記ノズルプレートが一体焼成されている
   ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載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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