JP2014148097A - 液体噴射ヘッド、液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズルプレートが非金属材料の場合でも、液体噴射ヘッドの帯電を防止し、駆動回路の破壊を防止することができる液体噴射ヘッドを提供することを目的とする。
【解決手段】ノズルプレートはノズルプレートよりも導電性の高い導電部を有し、液体噴射ヘッドは導電性を有する部材を有し、導電部と導電性を有する部材が電気的に接続するように形成する。この構成によって、液体噴射ヘッドに帯電した静電気を、導電部と導電性を有する部材を介して液体噴射ヘッド外部の接地点に逃がすことができる。そのため、静電気によって駆動回路が破壊されることを防止することができる。
【選択図】図６

Description

本発明は、液体噴射ヘッド、当該液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置に関する。

従来、例えば、インクジェット式記録ヘッドを代表とする液体噴射ヘッドには、共通インク室（共通液体室）から圧力発生室を経てノズルに至る一連の液体流路を各ノズルに対応して備え、圧力発生部の駆動によって圧力発生室内の液体に生じた圧力変動を利用してノズルからインクなどの液体を吐出させるように構成されたものがある。

上記のような液体噴射ヘッドは複数の構成部品を積層して形成されている。例えば、ステンレス等の導電性を有するノズルプレートと、シリコン製の流路基板と、弾性フィルムの封止膜を有するコンプライアンス基板とが積層され、流路基板に形成された空部がノズルプレートとコンプライアンス基板とに封止されて、液体流路が形成されている。そして、ここにインクが充填されることとなる。

しかし、上記液体噴射ヘッドを備えたプリンターにおいて、記録紙に発生した静電気がノズルプレートに放電されると、この静電気が液体噴射ヘッド内のインクを伝わって圧電振動子を駆動させる駆動回路を破壊する虞がある。

このため、ノズルを露出させる窓が形成された導電性のヘッドカバーを液体噴射ヘッドに取り付け、液体噴射ヘッドを保護するとともに、ノズルプレートからヘッドカバーを介して接地することで、記録紙からの静電気を逃して駆動回路の破壊を防止している（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−１９０５１３号公報

ところで、ノズルをノズルプレートの所定位置に高精度に形成すべく、エッチング技術を用いて、ノズルプレートをシリコンで形成した液体噴射ヘッドが開発されている。しかしながら、シリコンはステンレス等に比べて導電性が極めて低く、従来の液体噴射ヘッドのように単にヘッドカバーを取り付けただけの構造では、ノズルプレートからヘッドカバーを介して静電気を逃がすことができない、という課題があった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部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］本適用例にかかる液体噴射ヘッドは、液滴を吐出するノズルが形成されたノズルプレートと、前記ノズルに連通する圧力発生室と、液滴を吐出させるために前記圧力発生室内に圧力を発生させる圧力発生部と、導電性を有する部材とを具備する液体噴射ヘッドであって、前記ノズルプレートの液滴が吐出される面に、前記ノズルプレートよりも導電性の高い導電部が形成され、前記導電部と前記導電性を有する部材とが電気的に接続していることを特徴とする。

この構成によれば、ノズルプレートよりも導電性の高い導電部とカバー部を介して、液体噴射ヘッドに帯電した静電気を液体噴射ヘッド外部に容易に逃がすことができる。これにより、駆動回路の破壊を防止することができる。

［適用例２］上記適用例にかかる液体噴射ヘッドでは、前記ノズルプレートは非金属材料で形成されたことを特徴とする。

この構成によれば、ノズルプレートが導電性の低い材料で形成されている場合であっても、ノズルプレート上に形成された導電部によって、静電気をカバー部を介して液体噴射ヘッド外部に逃がすことができるため、駆動回路が破壊されることを防止することができる。

［適用例３］上記適用例にかかる液体噴射ヘッドでは、前記ノズルプレートはシリコンで形成されたことを特徴とする。

この構成によれば、同じくシリコンで形成される流路基板とノズルプレートの熱膨張率が同じであるため、圧電振動子等の熱によって各部材が膨張しても、接合部分が剥離する等の悪影響を防止することができる。

［適用例４］上記適用例にかかる液体噴射ヘッドでは、前記導電部がノズルの縁を含むノズル周縁部以外の領域に形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、ノズルから吐出された液滴の吐出特性に悪影響を及ぼすことを防止することができるとともに、ノズルから吐出される液滴の吐出状況を検知する検知手段に悪影響を及ぼすことを防止できる。

［適用例５］上記適用例にかかる液体噴射ヘッドでは、前記ノズルプレートは複数の前記ノズルからなるノズル列を有し、前記導電部は前記複数のノズルの各々に対する前記ノズル周縁部が連続するノズル列周縁部以外の領域に形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、ノズルから吐出された液滴の吐出特性に悪影響を及ぼすことを防止することができるとともに、ノズルから吐出される液滴の吐出状況を検知する検知手段に悪影響を及ぼすことを防止できる。

［適用例６］本適用例にかかる液体噴射装置は、上記の液体噴射ヘッドを備えたことを特徴とする。

この構成によれば、信頼性の高い液体噴射装置を提供することができる。

プリンターの構成を説明する斜視図。 液体噴射ヘッドユニットの分解斜視図。 液体噴射ヘッドユニットの組立斜視図。 ヘッドおよびヘッドケースの分解斜視図。 ヘッドおよびヘッドケースの要部断面図。 実施形態１にかかる液体噴射ヘッドの一部構成を示す平面図。 実施形態２にかかる液体噴射ヘッドの一部構成を示す平面図。 実施形態３にかかる液体噴射ヘッドの一部構成を示す平面図。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各部材等を認識可能な程度の大きさにするため、各部材等の尺度を実際とは異ならせて示している。また、以下に述べる実施の形態では、本発明の好適な具体例として様々な限定がされているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載が無い限り、これらの態様に限られるものではない。

（実施形態１）
図１は、実施形態１にかかるプリンター構成を示す概略図である。
まず、実施形態１にかかる液体噴射装置としてのインクジェット式プリンター１０１（以下、プリンター１０１と称す）の概略構成について説明する。

プリンター１０１は、液体噴射ヘッドユニット１が取り付けられると共に、液体噴射ヘッドユニット１が取り付けられるキャリッジ１０３と、液体噴射ヘッドユニット１の下方に配設されたプラテン１０４と、液体噴射ヘッドユニット１が搭載されたキャリッジ１０３を記録紙１０５（吐出対象物の一種）の紙幅方向に移動させるキャリッジ移動機構１０６と、紙幅方向に直交する方向である紙送り方向に記録紙１０５を搬送する紙送り機構１０７等を備えて概略構成されている。ここで、紙幅方向とは、主走査方向（ヘッド走査方向）であり、紙送り方向とは、副走査方向（即ち、ヘッド主走査方向に直交する方向）である。

キャリッジ１０３は、主走査方向に架設されたガイドロット１０８に軸支された状態で取り付けられており、キャリッジ移動機構１０６の作動により、ガイドロット１０８に沿って主走査方向に移動するように構成されている。キャリッジ１０３の主走査方向の位置は、リニアエンコーダー１０９によって検出され、検出信号が位置情報として制御部（図示せず）に送信される。これにより、制御部はこのリニアエンコーダー１０９からの位置情報に基づいてキャリッジ１０３（液体噴射ヘッドユニット１）の走査位置を認識しながら、液体噴射ヘッドユニット１における記録動作（吐出動作）等を制御することができる。

次に、液体噴射ヘッドユニット１について、添付の図面を参照して説明する。図２は本実施形態にかかる液体噴射ヘッドユニット１の分解斜視図、図３はその組立斜視図、図４は液体噴射ヘッド４およびヘッドケースの分解斜視図、図５はその要部断面図である。

図２に示すように、液体噴射ヘッドユニット１は、カートリッジケース３と、液体噴射ヘッド４とによって構成されている。本実施形態の液体噴射ヘッドユニット１は、４個の液体噴射ヘッド４と、ヘッドケース５と、カバー部６とを備えており、カートリッジケース３に固定されている。また、カバー部６は、カバーヘッド７とヘッド固定板８とによって構成される導電性の部材であり、液体噴射ヘッドユニット１の外部に配設されている接地点（不図示）と電気的に接続されている。

ヘッド固定板８は、複数の液体噴射ヘッド４を位置決めして保持するための金属製の平板材であり、カバーヘッド７と接合してカバー部６を構成する。そして、このヘッド固定板８は、隣接する液体噴射ヘッド４の間に延設された固定用梁部１０が設けられている。また、複数の液体噴射ヘッド４に亘って液体噴射ヘッド４の外周に沿って設けられた固定用枠部１１と、前記固定用梁部１０とで構成された接合部１２は、後述するノズルプレートのノズル３０を露出するように固定板露出開口部１３を形成している。

カバーヘッド７は、ヘッド固定板８と導電性接着剤等で電気的且つ機械的に接合される金属製の箱形状部材であり、ヘッド固定板８の外周に亘って屈曲するように設けられた側壁部１４を備えている。また、このカバーヘッド７は、固定用梁部１０に対応した梁部１５と、固定用枠部１１に対応した枠部１６とで構成された固定部１７を備えており、加えて、固定板露出開口部１３に対応した露出開口部１８を備えている。さらに、カバーヘッド７の側壁部１４から延設されたフランジ部１９に固定孔２０が設けられている。この固定孔２０は、図２および図３に示すように、カートリッジケース３に突設された突起部２４を挿入し、突起部２４の先端部を加熱してかしめることで、複数の液体噴射ヘッド４およびヘッドケース５とともにカバー部６をカートリッジケース３に固定することができる。

カートリッジケース３は、前記したキャリッジ１０３の主要部分を担う部材であり、インクカートリッジ１０２がそれぞれ装着されるカートリッジ装着部２１を有する。インクカートリッジ１０２は、例えばブラックインクおよびカラーインクが充填された別体で構成されたインク供給手段である。即ち、カートリッジケース３には、各色のインクカートリッジ１０２がそれぞれ装着される。

ヘッドケース５は、各液体噴射ヘッド４に対応して独立して複数個設けられており、カートリッジケース３の底面に位置決め固定されている。このヘッドケース５は、カートリッジケース３とは反対側の面に液体噴射ヘッド４が接着剤等で一体的に接合される。この液体噴射ヘッド４は、図５に示すように、ノズルプレート２６、流路基板２７、保護基板２８およびコンプライアンス基板２９の４つの基板で構成されている。

図４に示すように、流路基板２７は長尺なシリコン単結晶基板からなり、長手方向に沿って細長な連通部３４がエッチングによって二本形成され、両連通部３４に挟まれた領域に複数の圧力発生室３２が連通部３４ごとに、長手方向に並んだ状態でエッチングによって形成されている。そして、各圧力発生室３２は、インク供給路３３を介して連通部３４と連通している。また、流路基板２７の一方面には圧電振動子４１が配設され、その反対側にノズルプレート２６が接着剤や熱溶着フィルム等を介して固着されている。なお、圧電振動子４１は酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜、金属からなる下電極膜、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなる圧電体層および金属からなる上電極膜を順次積層することで形成される。

ノズルプレート２６は、非金属材料で形成されている。なお、本実施形態では非金属材料として、シリコン単結晶の基板でノズルプレート２６を形成している。ノズル３０はエッチングによって形成される。ノズル３０は各圧力発生室３２のインク供給路３３とは反対側で連通するように、ノズルプレート２６に形成されている。このように、ノズルプレート２６にシリコン単結晶の基板を用いると、前記した流路基板２７との熱膨張率を同じにすることができるため、例えば、圧電振動子４１等の熱により各部材が膨張しても両者の接合部分が剥離する等の悪影響を防止することができる。

保護基板２８は流路基板２７のノズルプレート２６と反対側に接合されており、保護基板２８を厚さ方向に貫通するように、長尺なリザーバー３５が二本設けられている。このリザーバー３５は、各連通部３４と連通し、共通インク室３６を構成している。また、保護基板２８は、ガラス、セラミック、金属、プラスチック等で好適に形成し得るが、ノズルプレート２６と同様に、流路基板２７の熱膨張率と略同一の材料を用いることが好ましい。本実施形態では、流路基板２７と同一材料であるシリコン単結晶の基板を用いて形成している。なお、ここで言う厚さ方向とは、例えば、保護基板と流路基板２７の接合面に対して垂直方向を指している。

さらに、図５に示すように、保護基板２８には圧力発生部としての各圧電振動子４１を駆動するための駆動ＩＣ４４が設けられている。この駆動ＩＣ４４の各端子は、ボンディングワイヤー等（不図示）を介して各圧電振動子４１の個別電極から引き出された引き出し配線（不図示）と接続されている。そして、駆動ＩＣ４４の各端子は、フレキシブルプリントケーブル（ＦＰＣ）等の外部配線４３を介して外部と接続され、各圧電振動子４１を駆動するための外部からの各種信号を、外部配線４３を介して受け取れるようになっている。

コンプライアンス基板２９は、封止膜４６と支持板４７とから形成されており、保護基板２８の流路基板２７と反対側に接続されている。封止膜４６は剛性が低く可撓性を有する材料（例えば、厚さ６μmのポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルム）で形成されており、また、支持板４７は金属等の硬質材料（例えば、厚さが３０μmのステンレス鋼（ＳＵＳ）等）で形成されている。ここで、コンプライアンス基板２９は、共通インク室３６に対向する領域に、共通インク室３６にインクを供給するためのインク導入口３７を厚さ方向に貫通して形成されている。また、コンプライアンス基板２９の共通インク室３６に対向する領域において、インク導入口３７以外の領域は、支持板４７が除去された封止膜４６からなる封止部４８となっている。そのため、共通インク室３６は、可撓性を有する封止部４８により封止されることになる。そして、封止部４８に対向するヘッドケース５の一部には、封止膜４６の可撓変形を阻害しない程度の空間を有する封止膜保持部４９を備えている。このように構成することで、可撓性を有する封止膜４６により、共通インク室３６がコンプライアンスを得るようにしてある。

そして、ヘッドケース５は、上述したようにカートリッジケース３の底面に固着されており、それとは反対側でコンプライアンス基板２９と接合している。また、ヘッドケース５は、保護基板２８に設けられた駆動ＩＣ４４に対向する領域に、厚さ方向に貫通した駆動ＩＣ収納部４５が設けられている。さらに、ヘッドケース５にはインク供給路３８が設けられ、一方がコンプライアンス基板２９に形成されたインク導入口３７と連通しており、もう一方はインクカートリッジ１０２に連通している。

このように、液体噴射ヘッド４はインクカートリッジ１０２から供給されたインクを、インク供給路３８、インク導入口３７、共通インク室３６、インク供給路３３を介して各圧力発生室３２に供給することができる。そして、各圧力発生室３２内には、圧力を発生させる圧電振動子４１を備えてあるため、インク滴（液滴の一種）を吐出させることができる。具体的には、駆動ＩＣ４４からの駆動信号により圧電振動子４１を撓ませることで、圧力発生室３２内部に供給されたインクに圧力変動を発生させることができ、この圧力変動によってノズル３０からインク滴が吐出される。

次に、ノズルプレート２６に設けられた導電膜５１について、図５および図６を用いて詳しく説明する。図５は液体噴射ヘッド４の断面図であり、図６は液体噴射ヘッド４をノズルプレート２６側から見た平面図である。

図５に示すように、ノズルプレート２６において圧力発生室３２とは反対側の面に、ノズルプレート２６よりも導電性の高い導電部としての導電膜５１が形成されている。導電膜５１は、ノズルプレート２６において導電膜５１と同じ側に設けられたカバー部６の一部と、電気的に接続するように形成されている。カバー部６は、ノズルプレート２６の厚み方向において、少なくとも一部が導電膜５１と重なるようにして固定されている。ここで、導電膜５１に用いられる材料は、ノズルプレート２６よりも導電性が高い材料であればよい。

また、導電膜５１は、ノズル３０の縁を含むノズル周縁部以外の領域に形成されている。本実施形態では、複数のノズル３０によってノズル列が複数形成されており、複数のノズルの各々に対してノズル周縁部が形成されている。さらに、ノズル周縁部はノズル列ごとに連続して、ノズル列周縁部を形成している。本実施形態では、ノズル列周縁部以外の領域に導電膜５１が形成されている。このような構成にすれば、例えば、特許第０４５１３３５４号のように、ノズルから吐出されたインクの荷電状態によってノズルの吐出不良を検知する検知手段を備えたプリンターにおいて、ノズルから吐出されるインク滴の荷電状態に影響を与えることを防止できるので、ノズルの吐出不良を精度良く検出することができる。

以上述べたように、本実施形態によれば、導電膜５１の一部とカバー部６の一部とを電気的に接続するように配置したため、液体噴射ヘッド４に帯電した静電気を導電膜５１とカバー部６を介して液体噴射ヘッド４外部の接地点（不図示）に逃がすことができる。したがって、駆動回路の破壊を防止することができる。さらに、ノズル３０の縁を含むノズル周縁部以外の領域に導電膜５１を形成するため、吐出されたインク滴の荷電状態によってノズル３０の吐出不良を検出する検知手段を備えたプリンター１０１において、吐出状態を正確に検出することができる。

（実施形態２）
次に、第２の実施形態について、図７を用いて説明する。図７に示す実施形態２では、ノズルプレート２６の圧力発生室３２と反対側の面において、ノズル３０の縁を含むノズル周縁部以外の領域に導電膜５１が形成されている。その他の構成において実施形態１と同一の構成部位については、同一の番号を使用し、重複する説明は省略する。

本実施形態によれば、ノズル３０の縁を含むノズル周縁部以外の領域に導電膜５１を形成することによって、液体噴射ヘッド４に帯電した静電気を導電膜５１とカバー部６を介して液体噴射ヘッド４外部の接地点（不図示）により確実に逃がすことができる。さらに、吐出されるインク滴の荷電状態を検知してノズル３０の吐出不良を検出する検知手段を備えたプリンター１０１において、ノズルから吐出されるインク滴の荷電状態に影響を与えることを防止できるので、ノズル３０の吐出不良を精度良く検出することができる。

（実施形態３）
次に、第３の実施形態について、図８を用いて説明する。図８に示す実施形態３では、ノズルプレート２６の圧力発生室３２と反対側の面において、ノズル３０の縁を含むノズル周縁部にも導電膜５１を形成している。その他の構成において実施形態１と同一の構成部位については、同一の番号を使用し、重複する説明は省略する。

本実施形態によれば、ノズル３０の縁を含むノズル周縁部にまで導電膜５１を形成することで、液体噴射ヘッド４に帯電した静電気が駆動回路に通電してしまうことをより確実に防止できる。そのため、駆動回路が破壊されることを防ぐことができる。

さらに、上記実施形態１〜３では、圧力発生部として所謂撓み振動型の圧電振動子４１を例示したが、これには限られず、例えば、所謂縦振動型の圧電振動子４１を採用することも可能である。このようにしても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

さらに、上記実施形態１〜３では、ノズルプレート２６よりも導電性の高い部材として導電膜５１を例示したが、これには限られず、ノズルプレート２６の少なくとも一部に導電部を形成してもよく、例えば、導電部を格子状に形成してもよい。このようにしても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

そして、本発明は、駆動信号を用いて液滴の吐出制御が可能な液体噴射ヘッドであれば、プリンター１０１に限らず、プロッター、ファクシミリ装置、コピー機等、各種のインクジェット式記録装置や、記録装置以外の液体吐出装置、例えば、ディスプレイ製造装置、電極製造装置、チップ製造装置等の他の機器用のヘッドにも適用することができる。そして、ディスプレイ製造装置では、色材吐出ヘッドからＲ（Ｒｅｄ）・Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）・Ｂ（Ｂｌｕｅ）の各色材の溶液を吐出する。また、電極製造装置では、電極材吐出ヘッドから液状の電極材料を吐出する。チップ製造装置では、生体有機物吐出ヘッドから生体有機物の溶液を吐出する。

１…液体噴射ヘッドユニット、４…液体噴射ヘッド、６…カバー部、２６…ノズルプレート、３０…ノズル、３６…共通インク室（共通液体室）、４１…圧力発生部としての圧電振動子、５１…導電性の高い導電部としての導電膜、１０１…液体噴射装置としてのインクジェット式プリンター。

Claims (6)

1. 液滴を吐出するノズルが形成されたノズルプレートと、前記ノズルに連通する圧力発生室と、液滴を吐出させるために前記圧力発生室内に圧力を発生させる圧力発生部と、導電性を有するカバー部とを具備する液体噴射ヘッドであって、
   前記ノズルプレートの液滴が吐出される面に、前記ノズルプレートよりも導電性の高い導電部が形成され、前記導電部と前記カバー部とが電気的に接続され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、
   前記ノズルプレートは非金属材料で形成されたことを特徴とする液体噴射ヘッド。
3. 請求項２に記載の液体噴射ヘッドにおいて、
   前記非金属材料はシリコンであることを特徴とする液体噴射ヘッド。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッドにおいて、
   前記導電部は前記ノズルの縁を含むノズル周縁部以外の領域に形成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から請求項４のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッドにおいて、
   前記ノズルプレートは複数の前記ノズルからなるノズル列を有し、
   前記導電部は前記複数のノズルの各々に対する前記ノズル周縁部が連続するノズル列周縁部以外の領域に形成されていること特徴とする液体噴射ヘッド。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置。

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