JP2015027762A - 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電体基板２の溝方向の長さを短く液体噴射ヘッド１をコンパクトに構成する。【解決手段】液体噴射ヘッド１は、上面ＵＳから下面ＬＳに貫通する吐出溝３と上面ＵＳに開口する非吐出溝４が基準方向Ｋに交互に配列する溝列５を有し、吐出溝３の両側面に共通駆動電極１３ａが設置され、非吐出溝４の両側面に個別駆動電極１３ｂが設置される圧電体基板２と、吐出溝３に連通する液室９と、板厚方向に貫通し個別駆動電極１３ｂに電気的に接続する第一の貫通電極２０と、圧電体基板２の側とは反対側の表面に設置され第一の貫通電極２０に電気的に接続する個別端子１７とを備え、圧電体基板２の上面ＵＳに接合されるカバープレート８と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、被記録媒体に液滴を噴射して記録する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関する。

近年、記録紙等にインク滴を吐出して文字や図形を記録する、或いは素子基板の表面に液体材料を吐出して機能性薄膜を形成するインクジェット方式の液体噴射ヘッドが利用されている。この方式は、インクや液体材料などの液体を液体タンクから供給管を介してチャンネルに導き、チャンネルに充填される液体に圧力を印加してチャンネルに連通するノズルから液滴として吐出する。液滴の吐出の際には、液体噴射ヘッドや被記録媒体を移動させて文字や図形を記録する、或いは所定形状の機能性薄膜を形成する。

特許文献１には、圧電体基板に液体吐出用のチャンネルとして溝を多数形成し、溝の端部から液滴を吐出するエッジシュート型の液体噴射ヘッド１００が記載されている。図８（ａ）は、チャンネルとしての溝に直交する方向の液体噴射ヘッド１００の断面模式図であり、図８（ｂ）は、インク室１０３の溝方向の断面模式図である。液体噴射ヘッド１００は、圧電セラミックスプレート１０２と、圧電セラミックスプレート１０２の上面に接合されるカバープレート１１０と、圧電セラミックスプレート１０２の側面に接合されるノズルプレート１１４とを備える。圧電セラミックスプレート１０２には、インク室１０３を構成する溝１１９と液体が充填されない溝１０４とが隔壁１０６を挟んで交互に配列する。カバープレート１１０は圧電セラミックスプレート１０２の上面にエポキシ系樹脂１２０を介して接着される。カバープレート１１０にはマニホールド１２１が形成され、マニホールド１２１は溝１１９の端部に連通してインク供給が可能に構成される。圧電セラミックスプレート１０２はＰＺＴセラミックスプレートを使用し、分極方向１０５に分極される。

溝１０４は、カバープレート１１０を貫通して圧電セラミックスプレート１０２まで切削して形成される。溝１１９と溝１０４を仕切る隔壁１０６の、インク室１０３側の側面には金属電極１０８が形成され、溝１０４側の側面には電極１１７が形成される。金属電極１０８は、溝１１９の深さの半分よりも上方に形成され、圧電セラミックスプレート１０２のノズルプレート１１４とは反対側の一端面１１５側の浅溝１０７に金属電極１０９として引き出される。電極１１７は、溝１０４の内側面、底面及びカバープレート１１０の平坦部１１６に形成される。この電極１１７を共通電位に設定し、金属電極１０９に駆動信号を与えてインク室１０３に充填される液体に圧力波を生じさせ、ノズル１１２から液滴を吐出する。

特開平７−１７８９０３号公報

特許文献１に記載の液体噴射ヘッド１００では、圧電セラミックスプレート１０２のノズルプレート１１４とは反対側の一端面１１５側の上面に多数の金属電極１０９を露出させる必要があるので、圧電セラミックスプレート１０２の溝方向の長さをカバープレート１１０の幅よりも長く形成する必要がある。また、溝１０４はカバープレート１１０側からダイヤモンドブレードを用いて切削して形成する。この溝１０４を形成する際にはダイヤモンドブレードがマニホールド１２１に達しないようにしなければならず、溝１０４はマニホールド１２１から離して形成する必要がある。そのために、圧電セラミックスプレート１０２の溝方向の長さが長くなる。

また、溝１０４に形成する電極１１７は、圧電セラミックスプレート１０２とカバープレート１１０の間のエポキシ系樹脂１２０からなる接着層を横切って形成される。圧電セラミックスプレート１０２とカバープレート１１０の材質が異なる場合には熱膨張差により境界部に歪が発生しやすいことや、隔壁１０６は可動壁であるから常に機械的な応力が働くことから、エポキシ系樹脂１２０を横切る電極１１７は断線する恐れがあり、信頼性の高い液体噴射ヘッド１００を構成することが難しいと考えられる。

本発明の液体噴射ヘッドは、上面から下面に貫通する吐出溝と上面に開口する非吐出溝が基準方向に交互に配列する溝列を有し、前記吐出溝の両側面に共通駆動電極が設置され、前記非吐出溝の両側面に個別駆動電極が設置される圧電体基板と、前記吐出溝に連通する液室と、板厚方向に貫通し前記個別駆動電極に電気的に接続する第一の貫通電極と、前記圧電体基板の側とは反対側の表面に設置され前記第一の貫通電極に電気的に接続する個別端子とを備え、前記圧電体基板の上面に接合されるカバープレートと、を備えることとした。

また、前記圧電体基板は、上面に前記共通駆動電極に電気的に接続する共通配線と前記個別駆動電極に電気的に接続する個別配線とを備え、前記個別駆動電極と前記第一の貫通電極とは前記個別配線を介して電気的に接続することとした。

また、前記個別配線は、前記非吐出溝が開口する開口部の長手方向の両端側に互いに電気的に分離して設置され、一端側の前記個別配線は前記非吐出溝の一方の側面に設置される前記個別駆動電極に電気的に接続し、他端側の前記個別配線は前記非吐出溝の他方の側面に設置される前記個別駆動電極に電気的に接続することとした。

また、前記カバープレートは、前記第一の貫通電極に電気的に接続し、前記圧電体基板の側の裏面に設置される第一の中間電極を備え、前記第一の中間電極を介して前記個別配線と前記第一の貫通電極とが電気的に接続することとした。

また、前記カバープレートは、板厚方向に貫通し前記共通配線に電気的に接続する第二の貫通電極と、前記第二の貫通電極に電気的に接続し前記圧電体基板の側とは反対側の表面に設置される共通端子と、を備えることとした。

また、前記カバープレートは、前記第二の貫通電極に電気的に接続し前記圧電体基板の側の裏面に設置される第二の中間電極を備え、前記第二の中間電極を介して前記共通配線と前記第二の貫通電極とが電気的に接続することとした。

また、一の前記吐出溝に設置される前記共通駆動電極と、他の一の前記吐出溝に設置される他の前記共通駆動電極とは前記共通端子を介して電気的に接続することとした。

また、一の前記吐出溝に設置される前記共通駆動電極と、他の一の前記吐出溝に設置される他の前記共通駆動電極とは前記共通配線を介して電気的に接続することとした。

また、前記吐出溝を挟んで隣接する前記非吐出溝の前記吐出溝の側の側面に設置される２つの前記個別駆動電極は、前記個別端子を介して電気的に接続することとした。

また、前記個別端子は、前記圧電体基板の法線方向から見る平面視において、前記吐出溝を跨ぐように前記カバープレートに設置されることとした。

また、配線を備えるフレキシブル回路基板を更に含み、前記フレキシブル回路基板は前記配線が前記個別端子と電気的に接続して前記カバープレートの表面に接続されることとした。

また、前記溝列が基準方向に複数並列することとした。

また、隣接する２つの前記溝列の、一方側の溝列に含まれる前記吐出溝の他方側の端部と、他方側の溝列に含まれる前記非吐出溝の一方側の端部とは離間し、かつ、前記圧電体基板の厚さ方向において重なることとした。

本発明の液体噴射装置は、上記の液体噴射ヘッドと、前記液体噴射ヘッドと被記録媒体とを相対的に移動させる移動機構と、前記液体噴射ヘッドに液体を供給する液体供給管と、前記液体供給管に前記液体を供給する液体タンクと、を備えることとした。

本発明による液体噴射ヘッドは、上面から下面に貫通する吐出溝と上面に開口する非吐出溝が基準方向に交互に配列する溝列を有し、吐出溝の両側面に共通駆動電極が設置され、非吐出溝の両側面に個別駆動電極が設置される圧電体基板と、吐出溝に連通する液室と、板厚方向に貫通し個別駆動電極に電気的に接続する第一の貫通電極と、圧電体基板の側とは反対側の表面に設置され第一の貫通電極に電気的に接続する個別端子とを備え、圧電体基板の上面に接合されるカバープレートと、を備える。これにより、圧電体基板の溝方向の長さを短くして液体噴射ヘッドをコンパクトに構成することができる。

本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッドの模式的な斜視図である。 本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッドの説明図である。 本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッドの説明図である。 本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッドの説明図である。 本発明の第三実施形態に係る液体噴射ヘッドの断面模式図である。 本発明の第四実施形態に係る液体噴射ヘッドの説明図である。 本発明の第五実施形態に係る液体噴射装置の模式的な斜視図である。 従来公知の液体噴射ヘッドの断面模式図である。

（第一実施形態）
図１は、本発明の第一実施形態係る液体噴射ヘッド1の模式的な斜視図である。図２及び図３は、本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッド1の説明図である。図２（ａ）は、吐出溝３の溝方向の断面模式図であり、図２（ｂ）は非吐出溝４の溝方向の断面模式図であり、図２（ｃ）は、個別駆動電極１３ｂと第一の貫通電極２０との間の接続構造の変形例を表す断面模式図である。図３（ａ）は圧電体基板２を上方から見る平面模式図であり、図３（ｂ）はカバープレート８を上方から見る平面模式図である。

図１に示すように、液体噴射ヘッド１は、圧電体基板２と、圧電体基板２の上面ＵＳに接合するカバープレート８と、圧電体基板２の下面ＬＳに接合するノズルプレート１０とを備える。圧電体基板２は、上面ＵＳから下面ＬＳに貫通する吐出溝３と、上面ＵＳに開口し、下面ＬＳから上面ＵＳに貫通する非吐出溝４とが基準方向Ｋに交互に配列する溝列５を有し、吐出溝３の両側面に共通駆動電極１３ａが設置され、非吐出溝４の両側面には個別駆動電極１３ｂが設置される。吐出溝３と非吐出溝４とは側壁１８により仕切られる。カバープレート８は、吐出溝３に連通する液室９と、板厚方向に貫通し個別駆動電極１３ｂに電気的に接続する第一の貫通電極２０と、圧電体基板２の側とは反対側の表面に設置され第一の貫通電極２０に電気的に接続する個別端子１７とを備える。なお、図１及び図３では理解しやすくするために共通配線１５ｘ及び個別配線１５ｙに点描を施して示す。

具体的に説明する。圧電体基板２の上面ＵＳには吐出溝３と非吐出溝４が基準方向Ｋに等間隔で交互に開口する。図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、吐出溝３は、溝方向の両端が下面ＬＳから上面ＵＳに切り上がる形状を有する。非吐出溝４は、吐出溝３の上下が反転する形状を有し、圧電体基板２の下面ＬＳから上面ＵＳに貫通し、溝方向の両端が上面ＵＳから下面ＬＳに切り下がる形状を有する。そのため、吐出溝３は、上面ＵＳに開口する開口部の溝方向の長さが非吐出溝４の開口部の溝方向の長さよりも長い。吐出溝３は、圧電体基板２の厚さの略１／２よりも上面ＵＳ側の両側面に共通駆動電極１３ａを備え、非吐出溝４は、圧電体基板２の厚さの略１／２よりも上面ＵＳ側の両側面に個別駆動電極１３ｂを備える。

圧電体基板２としてＰＺＴセラミックス基板を使用することができる。圧電体基板２は基板面の垂直方向に一様に分極処理が施されている。本実施形態では共通駆動電極１３ａ及び個別駆動電極１３ｂを溝の深さの略１／２よりも上面ＵＳ側に設置している。これに代えて、圧電体基板２として基板表面の垂直方向の上方に分極処理が施される圧電体と、垂直方向の下方に分極処理が施される圧電体とを積層したシェブロン型の積層圧電体基板を使用する場合は、共通駆動電極１３ａ及び個別駆動電極１３ｂを溝の上端から分極境界よりも深く設置することができる。カバープレート８として圧電体基板２と同程度の熱膨張係数を有する材料を使用することができる。例えば、ＰＺＴセラミックスやマシナブルセラミックスを使用することができる。

図１及び図３（ａ）に示すように、圧電体基板２は、上面ＵＳに共通配線１５ｘと個別配線１５ｙを備える。共通配線１５ｘは、吐出溝３が上面ＵＳに開口する開口部の端部近傍であり、溝列５を囲むように設置され、複数の吐出溝３の側面に設置される複数の共通駆動電極１３ａと電気的に接続する。個別配線１５ｙは、非吐出溝４が上面ＵＳに開口する開口部の長手方向の両端側に互いに電気的に分離して設置され、一端側の個別配線１５ｙは非吐出溝４の一方の側面に設置される個別駆動電極１３ｂに電気的に接続し、他端側の個別配線１５ｙは非吐出溝４の他方の側面に設置される個別駆動電極１３ｂに電気的に接続する。一端側と他端側の２つの個別配線１５ｙは、互いに電気的に分離する。

図１及び図３（ｂ）に示すように、カバープレート８は、２つの液室９と、第一及び第二貫通電極２０、２１と、第一及び第二の貫通電極２０、２１それぞれに電気的に接続する個別端子１７及び共通端子１６とを備える。一方の液室９は複数の吐出溝３の一方側の端部に連通し、他方の液室９は複数の吐出溝３の他方側の端部に連通する。非吐出溝４は、液室９が設置される領域の上面ＵＳには開口せず、従って、液室９とは連通しない。第二の貫通電極２１は、カバープレート８の板厚方向に貫通し、共通配線１５ｘに電気的に接続する。第二の貫通電極２１は、カバープレート８の溝列５方向の端部に設置され、圧電体基板２の側とは反対側の表面に設置される共通端子１６と電気的に接続する。第一及び第二貫通電極２０、２１や、個別端子１７及び共通端子１６はめっき法等により低抵抗に形成することができる。

圧電体基板２は上面ＵＳに個別配線１５ｙを備え、非吐出溝４の個別駆動電極１３ｂと第一の貫通電極２０とは個別配線１５ｙを介して電気的に接続する。カバープレート８の表面に設置される個別端子１７は、Ｌ字形を有し、Ｌ字形の下部において２つの第一の貫通電極２０に電気的に接続し、この２つの第一の貫通電極２０は、吐出溝３を挟んで上面ＵＳに設置される２つの個別配線１５ｙそれぞれに電気的に接続する。即ち、吐出溝３を挟む２つの非吐出溝４の吐出溝３側の側面に設置される２つの個別駆動電極１３ｂは、カバープレート８の表面に設置される個別端子１７を介して電気的に接続する。圧電体基板２の法線方向から見る平面視においては、個別端子１７のＬ字形の下部は、吐出溝３を跨ぐようにカバープレート８の表面に設置される。Ｌ字形の個別端子１７は、Ｌ字形の下部を左右交互に向けて（つまり、非吐出溝４の開口部の一端側と他端側に交互に向けて）基準方向Ｋに配列する。個別端子１７は吐出溝３と同数設置され、個別端子１７の配列ピッチは吐出溝３の基準方向Ｋの配列ピッチと等しい。個別端子１７のＬ字形の上部は、外部回路と電気的に接続する電極端子として機能する。溝列５方向に細長い領域Ｒにフレキシブル回路基板を接続し、このフレキシブル回路基板を介して外部回路で生成される駆動信号を共通端子１６と個別端子１７に供給することができる。また、フレキシブル回路基板に代えて、ワイヤーボンディング法により外部回路と接続することができる。

なお、本発明において個別端子１７がＬ字形であることが必須要件ではなく、Ｔ字形であってもよいし、他の形状であってもよい。また、吐出溝３を挟む２つの非吐出溝４の吐出溝３側の側壁に設置される２つの個別駆動電極１３ｂが個別端子１７を介して電気的に接続することの他に、個別端子１７に接続されるフレキシブル回路基板の配線や、外部回路を介して電気的に接続するものであってもよい。また、共通配線１５ｘと共通端子１６が２つ以上の第二の貫通電極２１を通して電気的に接続する構成であってもよい。第二の貫通電極２１には大きな電流が流れるので、複数の第二の貫通電極２１を設けて配線抵抗を低減させることが好ましい。

また、吐出溝３の基準方向Ｋの配列ピッチが微細になると、領域Ｒにおける個別端子１７の基準方向Ｋの配列ピッチも微細になる。この場合は、非吐出溝４の開口部の両端側の個別配線１５ｙを領域Ｒの（幅の）中央で分離して設置すればよい。これにより、両端側の個別端子１７は基準方向Ｋの配列ピッチが２倍となり、外部回路との間の接続が容易となる。

液体噴射ヘッド１は次のように駆動する。一方の液室９に液体を供給し、各吐出溝３に液体を充填し、他方の液室９から液体を排出する。そして、個別端子１７と共通端子１６の間に駆動信号を与えて吐出溝３の両側壁１８を厚みすべり変形させる。これにより、吐出溝３の容積が変化し、吐出溝３に充填される液体に圧力波が生じてノズル１１から液滴が吐出される。実際には、共通端子１６をＧＮＤとし、各個別端子１７に独立に駆動信号を与え、各吐出溝３を独立に駆動する。液体は吐出溝３に充填されるが非吐出溝４には充填されない。個別配線１５ｙ、第一の貫通電極２０、及び、個別端子１７は液体に接しないので、導電性の液体を使用しても液体を介して駆動信号が漏洩しない。また、駆動信号を入力するための個別端子１７や共通端子１６を溝列５の上部のカバープレート８の表面に設置したので、液体噴射ヘッド１の溝方向の幅を小さくコンパクトに構成することができる。なお、液体は、一方の液室９と他方の液室９の両方から吐出溝３に供給してもよい。

図２（ｃ）は、第一実施形態の変形例を表す。カバープレート８は、第一の貫通電極２０に電気的に接続し、圧電体基板２の側の裏面に設置される第一の中間電極２２を備え、第一の中間電極２２を介して個別配線１５ｙと第一の貫通電極２０とが電気的に接続される。同様に、カバープレート８は、第二の貫通電極２１に電気的に接続し圧電体基板２の側の裏面に設置される図示しない第二の中間電極を備え、第二の中間電極を介して共通配線１５ｘと第二の貫通電極２１とが電気的に接続される。個別配線１５ｙと第一の中間電極２２との間や、共通配線１５ｘと第二の中間電極との間は直接接触させて電気的に接続してもよいし、異方性導電シートを介して電気的に接続してもよい。第一の中間電極２２や第二の中間電極を設置することにより、圧電体基板２側とカバープレート８側との間の接触抵抗を低減させることができる。また、第一の貫通電極２０や第二の貫通電極２１を個別配線１５ｙや共通配線１５ｘの上部に設置する必要が無くなり、設計自由度が拡大する。

なお、本第一実施形態において、吐出溝３及び非吐出溝４を円盤状ブレードの外周に切削材を埋め込んだダイシングブレードを用いて形成するために、溝端部が切り上がる又は切り下がる傾斜面となっている。しかし、本発明は、溝端部を傾斜面とすることが必須要件ではなく、上面ＵＳから下面ＬＳにストレートに貫通する溝であってもよい。この場合でも、上面ＵＳに接合するカバープレート８の液室９に非吐出溝４が連通しないように、非吐出溝４の溝方向の長さを吐出溝３の溝方向の長さよりも短く形成する。

（第二実施形態）
図４は本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッド１の説明図である。図４（ａ）は圧電体基板２の上面模式図であり、図４（ｂ）はカバープレート８の上面模式図である。第一実施形態と異なる点は、第二の貫通電極２１を各吐出溝３に対応して複数設置する点と、共通端子１６及び個別端子１７の形状が異なる点であり、その他の構成は第一実施形態と同様である。従って、以下、異なる点について説明し、同一の構成は説明を省略する。同一の部分又は同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。

図４（ａ）に示すように、吐出溝３の両端近傍であり、隣接する吐出溝３の間の圧電体基板２の上面ＵＳには共通配線１５ｘが設置され、共通配線１５ｘは少なくとも隣接する吐出溝３の側面に設置される共通駆動電極１３ａに電気的に接続する。吐出溝３の両側面に設置される２つの共通駆動電極１３ａは吐出溝３の両端部の切り上がる領域の底部において電気的に接続する。従って、すべての吐出溝３に設置される共通駆動電極１３ａは共通配線１５ｘを介して電気的に接続される。言いかえると、一の吐出溝３に設置される共通駆動電極１３ａと他の一の吐出溝３に設置される他の共通駆動電極１３ａとは圧電体基板２の上面ＵＳに設置される共通配線１５ｘを介して電気的に接続する。

そして、カバープレート８は、隣接する吐出溝３の間に設置される共通配線１５ｘに対応して第二の貫通電極２１を有する。本実施形態においては、吐出溝３の両端近傍に共通配線１５ｘが設置され、各共通配線１５ｘに対応して第二の貫通電極２１が設置される。従って、カバープレート８は、吐出溝３の数の２倍の第二の貫通電極２１を有する。カバープレート８は、更に、圧電体基板２の側とは反対側の表面に、各第二の貫通電極２１に電気的に接続する共通端子１６を備える。従って、吐出溝３の両側面に設置される２つの共通駆動電極１３ａは２つの第二の貫通電極２１を介して共通端子１６において電気的に接続される。言いかえると、一の吐出溝３に設置される共通駆動電極１３ａと、他の一の吐出溝３に設置される他の共通駆動電極１３ａとはカバープレート８の表面に設置される共通端子１６を介して電気的に接続されることなる。

このように、各吐出溝３の端部近傍に第二の貫通電極２１を設置したことにより、共通端子１６と共通駆動電極１３ａとの間の電気抵抗が低下し、配線抵抗に基づく液滴の吐出異常を低減することができる。なお、第二の貫通電極２１を各吐出溝３の両端近傍に設置したが、吐出溝３の一方側にのみ第二の貫通電極２１を設置してもよいし、吐出溝３の２つおきに第二の貫通電極２１を設置してもよいし、さらにまばらに第二の貫通電極２１を設置してもよい。要は、吐出異常が発生しない程度の密度で第二の貫通電極２１を設置することができる。また、個別端子１７はＴ字形を有し、Ｔ字形の上部が２つの第一の貫通電極２０に電気的に接続し、Ｔ字形の下部が吐出溝３を覆い、外部回路に電気的に接続する端子として機能する。

（第三実施形態）
図５は、本発明の第三実施形態に係る液体噴射ヘッド１の断面模式図である。図５（ａ）は吐出溝３の溝方向の断面模式図であり、図５（ｂ）は非吐出溝４の溝方向の断面模式図である。第一及び第二実施形態と異なる点は、共通端子１６が圧電体基板２の表面に設置される点であり、その他の構成は第一又は第二実施形態と同様である。従って、以下主に異なる点について説明し、同一の部分については説明を省略する。同一の部分又は同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。

図５（ａ）に示すように、圧電体基板２はカバープレート８が接合されない露出領域を有し、この露出領域に共通駆動電極１３ａと電気的に接続する共通端子１６が設置される。共通端子１６はすべての吐出溝３の共通駆動電極１３ａに電気的に接続する。図５（ｂ）に示すように、非吐出溝４の個別駆動電極１３ｂに電気的に接続する個別配線１５ｙ、個別配線１５ｙに電気的に接続する第一の貫通電極２０、第一の貫通電極２０に電気的に接続する個別端子１７は第一又は第二実施形態と同様である。

これにより、カバープレート８に設置する貫通電極の数が減少し電極構造が簡素化する。また、共通端子１６は単一の電極端子であり、一つの圧電体基板２に複数の溝列５が構成される場合でも、各溝列５の共通端子１６を共通化して単一の電極端子として設置すればよい。なお、共通端子１６を圧電体基板２の上面ＵＳに設置することに代えて、圧電体基板２の側面や、カバープレート８の側面、或いはカバープレート８の側面を介してカバープレート８の表面に延設することができる。

（第四実施形態）
図６は本発明の第四実施形態に係る液体噴射ヘッド１の説明図である。図６（ａ）は図６（ｂ）に示す部分ＡＡの断面模式図であり、図６（ｂ）は液体噴射ヘッド１の上面模式図である。本実施形態では、一つの圧電体基板２に２列の溝列５が形成され、一つのカバープレート８の表面に第一共通端子１６ａと第一個別端子１７ａ、及び、第二共通端子１６ｂと第二個別端子１７ｂが設置される液体噴射ヘッド１である。同一の部分又は同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。

図６に示すように、液体噴射ヘッド１は、第一及び第二溝列５ａ、５ｂが形成される圧電体基板２と、圧電体基板２の上面ＵＳに接合されるカバープレート８と、圧電体基板２の下面ＬＳに接合されるノズルプレート１０とを備える。圧電体基板２には、第一溝列５ａと第二溝列５ｂが基準方向Ｋに並列に設置される。そして、隣接する２つの第一及び第二溝列５ａ、５ｂの、一方側の第一溝列５ａに含まれる第一吐出溝３ａの他方側の端部と、他方側の第二溝列５ｂに含まれる第二非吐出溝４ｂの一方側の端部とは離間し、かつ、圧電体基板２の厚さ方向Ｔにおいて重なる。同様に、他方側の第二溝列５ｂに含まれる第二吐出溝３ｂの一方側の端部と、一方側の第一溝列５ａに含まれる第一非吐出溝４ａの他方側の端部とは離間し、かつ、圧電体基板２の厚さ方向において重なる。

第一及び第二吐出溝３ａ、３ｂの側面には共通駆動電極１３ａが設置され、第一及び第二非吐出溝４ａ、４ｂの側面には個別駆動電極１３ｂが設置される。共通駆動電極１３ａと個別駆動電極１３ｂは、各溝の深さ、つまり圧電体基板２の厚さの略１／２よりも上面ＵＳ側に設置される。なお、シェブロン型の積層圧電体基板を使用する場合は、共通駆動電極１３ａ及び個別駆動電極１３ｂを溝の上端から分極境界よりも深く設置することができる。第一又は第二非吐出溝４ａ、４ｂの側面に設置される個別駆動電極１３ｂは、溝方向において第一又は第二非吐出溝４ａ、４ｂが上面ＵＳに開口する開口部の領域内に位置する。また、第一及び第二吐出溝３ａ、３ｂの両側面に形成される共通駆動電極１３ａは、第一及び第二吐出溝３ａ、３ｂの一方側の端部まで延在する。ここで、圧電体基板２はＰＺＴセラミックスを使用し、上面ＵＳの法線方向に分極処理が施されている。なお、共通駆動電極１３ａ及び個別駆動電極１３ｂを溝の上端から下端にかけて形成してもよい。この場合は、圧電体基板２として基板表面の垂直方向の上方に分極処理が施されている圧電体と、垂直方向の下方に分極処理が施されている圧電体とを積層した積層圧電体基板を使用することができる。

圧電体基板２の上面ＵＳには、第一溝列５ａと第二溝列５ｂの両方に共通配線１５ｘと個別配線１５ｙが設置される。即ち、第一溝列５ａの共通配線１５ｘは、第一溝列５ａに含まれる複数の第一吐出溝３ａの共通駆動電極１３ａに電気的に接続する。第一溝列５ａの個別配線１５ｙは、第一非吐出溝４ａの溝方向の一方側と他方側の両方に電気的に分離して設置される。そして、溝方向の一方側の個別配線１５ｙは、第一非吐出溝４ａの一方の側面に設置される個別駆動電極１３ｂと電気的に接続し、溝方向の他方側の個別配線１５ｙは、第一非吐出溝４ａの他方の側面に設置される個別駆動電極１３ｂと電気的に接続する。第二溝列５ｂの共通配線１５ｘと個別配線１５ｙも第一溝列５ａと同様に設置される。

カバープレート８は、第一及び第二吐出溝３ａ、３ｂに連通する液室９と、圧電体基板２の側と反対側の表面に設置される第一及び第二共通端子１６ａ、１６ｂ及び第一及び第二個別端子１７ａ、１７ｂと、表面から圧電体基板２の側の裏面に貫通する第一及び第二の貫通電極２０、２１とを備える。液室９は、共通液室９ａと２つの個別液室９ｂ、９ｃを含む。共通液室９ａは、一方側の第一溝列５ａに含まれる第一吐出溝３ａの他方側の端部と、他方側の第二溝列５ｂに含まれる第二吐出溝３ｂの一方側の端部において連通する。個別液室９ｂは、一方側の第一溝列５ａに含まれる第一吐出溝３ａの一方側の端部において連通する。個別液室９ｃは、他方側の第二溝列５ｂに含まれる第二吐出溝３ｂの他方側の端部において連通する。

第一溝列５ａの側において、第一共通端子１６ａは、概ね共通配線１５ｘに対応する位置に設置される。第二の貫通電極２１は複数の第一吐出溝３ａのそれぞれに対応し、第一共通端子１６ａと共通配線１５ｘとの間に設置され、第一共通端子１６ａと共通配線１５ｘとを電気的に接続する。第一個別端子１７ａは複数の第一吐出溝３ａのそれぞれに対応して設置され、Ｔ字形を有する。Ｔ字形の頂部において、２つの第一の貫通電極２０を介して第一吐出溝３ａを挟む２つの個別配線１５ｙに電気的に接続する。Ｔ字形の下部は第一吐出溝３ａの上方に位置し、図示しないフレキシブル回路基板の配線と電気的に接続する端子として機能する。即ち、第一吐出溝３ａを挟んで隣接する第一非吐出溝４ａの第一吐出溝３ａ側の側面に設置される２つの個別駆動電極１３ｂは、カバープレート８の表面に設置される第一個別端子１７ａを介して電気的に接続する。第一個別端子１７ａは第一溝列５ａに沿って第一吐出溝３ａの数分がＴ字形の頂部を左右に交互に配置される。第二溝列５ｂの側において、第二共通端子１６ｂ及び第二個別端子１７ｂは第一共通端子１６ａ及び第一個別端子１７ａと同様に配置される。

ノズルプレート１０は、第一ノズル１１ａ及び第二ノズル１１ｂを備え、圧電体基板２の下面ＬＳに接合される。第一ノズル１１ａが第一吐出溝３ａに連通し、第二ノズル１１ｂが第二吐出溝３ｂに連通する。

このように、カバープレート８の表面に第一及び第二個別端子１７ａ、１７ｂと第一及び第二共通端子１６ａ、１６ｂを形成し、第一及び第二溝列５ａ、５ｂの第一及び第二吐出溝３ａ、３ｂを駆動するための駆動信号をカバープレート８の表面から供給するので、圧電体基板２の大きさ、特に溝方向の幅を小さくコンパクトに構成することができる。

また、基準方向Ｋに重なる第一吐出溝３ａと第二吐出溝３ｂの領域に第一及び第二非吐出溝４ａ、４ｂが開口しない。そのため、共通液室９ａに、共通液室９ａと第一及び第二吐出溝３ａ、３ｂとを連通させ、共通液室９ａに対して第一及び第二非吐出溝４ａ、４ｂを塞ぐためのスリットを設ける必要が無い。厚さ方向Ｔに重なる第一吐出溝３ａと第二非吐出溝４ｂ、及び、第二吐出溝３ｂと第一非吐出溝４ａとは互いに離間するので、共通液室９ａに流入する液体は第一及び第二非吐出溝４ａ、４ｂに流入することなく、第一吐出溝３ａを流れて個別液室９ｂに流出し、第二吐出溝３ｂを流れて個別液室９ｃに流出する。また、第一及び第二吐出溝３ａ、３ｂに流入した液体の一部は、第一及び第二吐出溝３ａ、３ｂそれぞれに連通するノズル１１ａ、１１ｂから吐出される。

更に、第一吐出溝３ａの第二溝列５ｂ側の端部、及び、第二吐出溝３ｂの第一溝列５ａ側の端部は、共通液室９ａの圧電体基板２側の開口部の領域内に位置するのが好ましい。同様に、第一吐出溝３ａの第二溝列５ｂ側とは反対側の端部、及び、第二吐出溝３ｂの第一溝列５ａ側とは反対側の端部は、それぞれ個別液室９ｂ及び個別液室９ｃの圧電体基板２側の開口部の領域内に位置するのが好ましい。これにより、第一及び第二吐出溝３ａ、３ｂの内部領域や共通液室９ａ及び個別液室９ｂ、９ｃの流路内の液だまりが減少し、気泡が滞留するのを低減させることができる。

液体噴射ヘッド１は次のように駆動する。共通液室９ａに供給された液体は第一及び第二吐出溝３ａ、３ｂに流入し第一及び第二吐出溝３ａ、３ｂを満たす。液体は、更に、第一吐出溝３ａから個別液室９ｂに、また、第二吐出溝３ｂから個別液室９ｃに流出して循環する。例えば、第一吐出溝３ａに連通するノズル１１ａから液滴を吐出する場合は、第一吐出溝３ａの両側壁の共通駆動電極１３ａと個別駆動電極１３ｂに駆動信号を与えて厚みすべり変形させ、第一吐出溝３ａの容積を変化させて第一吐出溝３ａに連通する第一ノズル１１ａから液滴を吐出する。より具体的には、第一共通端子１６ａと第一個別端子１７ａの間に駆動信号を与えて第一吐出溝３ａの両側壁を厚みすべり変形させる。実際には、第一共通端子１６ａをＧＮＤレベルの電位に固定し、第一個別端子１７ａに駆動信号を与える。第二吐出溝３ｂを駆動する場合も同様である。なお、液体は個別液室９ｂ、９ｃから流入して共通液室９ａから流出するように循環させてもよい。また、液体は、共通液室９ａ及び個別液室９ｂ、９ｃのすべての液室から第一及び第二吐出溝３ａ、３ｂに供給してもよい。

第一及び第二非吐出溝４ａ、４ｂには液体が充填されず、また、第一及び第二個別端子１７ａ、１７ｂと第一及び第二非吐出溝４ａ、４ｂの個別駆動電極１３ｂとの間の個別配線１５ｙは液体に接触しない。そのため、導電性の液体を使用する場合でも、第一又は第二個別端子１７ａ、１７ｂと第一又は第二共通端子１６ａ、１６ｂとの間に印加する駆動信号が液体を介して漏洩することがなく、共通駆動電極１３ａが電気分解するなどの不具合も生じない。

第一溝列５ａと第二溝列５ｂの距離を近づけて第一及び第二吐出溝３ａ、３ｂを高密度に構成することができる。また、圧電体基板２の溝方向の幅を縮小させることができる。そのために、一枚の圧電体ウエハーから圧電体基板２の取個数を増加させて低コスト化を図ることができる。また、第一吐出溝３ａの他方側の端部と第二吐出溝３ｂの一方側の端部とが基準方向Ｋに重なり、かつ、この重なる領域に第一非吐出溝４ａや第二非吐出溝４ｂが開口しない。第一吐出溝３ａの一方側の端部の領域や第二吐出溝３ｂの他方側の端部の領域にも第一及び第二非吐出溝４ａ、４ｂが開口しない。そのため、第一非吐出溝４ａや第二非吐出溝４ｂを塞ぐためのスリットを設ける必要が無く、カバープレート８の構造を簡素にすることができる。

なお、本実施形態では、溝列が２列であるが、これを３列以上の複数の溝列を構成することができる。溝列が増加しても、カバープレート８の表面に共通端子１６及び個別端子１７を設けるので、外部回路との間の電気的な接続が容易となる。

（第五実施形態）
図７は本発明の第五実施形態に係る液体噴射装置３０の模式的な斜視図である。液体噴射装置３０は、液体噴射ヘッド１、１’を往復移動させる移動機構４０と、液体噴射ヘッド１、１’に液体を供給し、液体噴射ヘッド１、１’から液体を排出する流路部３５、３５’と、流路部３５、３５’に連通する液体ポンプ３３、３３’及び液体タンク３４、３４’とを備えている。各液体噴射ヘッド１、１’は複数の溝列を備え、一方側の溝列に含まれる吐出溝の他方側の端部と、他方側の溝列に含まれる非吐出溝の一方側の端部とは離間し、かつ、圧電体基板の厚さ方向において重なる。液体噴射ヘッド１、１’は既に説明した第一〜第四実施形態のいずれかを使用する。

液体噴射装置３０は、紙等の被記録媒体４４を主走査方向に搬送する一対の搬送手段４１、４２と、被記録媒体４４に液体を吐出する液体噴射ヘッド１、１’と、液体噴射ヘッド１、１’を載置するキャリッジユニット４３と、液体タンク３４、３４’に貯留した液体を流路部３５、３５’に押圧して供給する液体ポンプ３３、３３’と、液体噴射ヘッド１、１’を主走査方向と直交する副走査方向に走査する移動機構４０とを備えている。図示しない制御部は液体噴射ヘッド１、１’、移動機構４０、搬送手段４１、４２を制御して駆動する。

一対の搬送手段４１、４２は副走査方向に延び、ローラ面を接触しながら回転するグリッドローラとピンチローラを備えている。図示しないモータによりグリッドローラとピンチローラを軸周りに移転させてローラ間に挟み込んだ被記録媒体４４を主走査方向に搬送する。移動機構４０は、副走査方向に延びた一対のガイドレール３６、３７と、一対のガイドレール３６、３７に沿って摺動可能なキャリッジユニット４３と、キャリッジユニット４３を連結し副走査方向に移動させる無端ベルト３８と、この無端ベルト３８を図示しないプーリを介して周回させるモータ３９とを備えている。

キャリッジユニット４３は、複数の液体噴射ヘッド１、１’を載置し、例えばイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４種類の液滴を吐出する。液体タンク３４、３４’は対応する色の液体を貯留し、液体ポンプ３３、３３’、流路部３５、３５’を介して液体噴射ヘッド１、１’に供給する。各液体噴射ヘッド１、１’は駆動信号に応じて各色の液滴を吐出する。液体噴射ヘッド１、１’から液体を吐出させるタイミング、キャリッジユニット４３を駆動するモータ３９の回転及び被記録媒体４４の搬送速度を制御することにより、被記録媒体４４上に任意のパターンを記録することできる。

なお、本実施形態は、移動機構４０がキャリッジユニット４３と被記録媒体４４を移動させて記録する液体噴射装置３０であるが、これに代えて、キャリッジユニットを固定し、移動機構が被記録媒体を２次元的に移動させて記録する液体噴射装置であってもよい。つまり、移動機構は液体噴射ヘッドと被記録媒体とを相対的に移動させるものであればよい。

１ 液体噴射ヘッド
２ 圧電体基板
３ 吐出溝、３ａ 第一吐出溝、３ｂ 第二吐出溝
４ 非吐出溝４、４ａ 第一非吐出溝、４ｂ 第二非吐出溝
５ 溝列、５ａ 第一溝列、５ｂ 第二溝列
８ カバープレート
９ 液室、９ａ 共通液室、９ｂ、９ｃ 個別液室
１０ ノズルプレート
１１ ノズル、１１ａ 第一ノズル、１１ｂ 第二ノズル
１３ 駆動電極、１３ａ 共通駆動電極、１３ｂ 個別駆動電極
１５ 配線、１５ｘ 共通配線、１５ｙ 個別配線
１６ 共通端子、１６ａ 第一共通端子、１６ｂ 第二共通端子
１７ 個別端子、１７ａ 第一個別端子、１７ｂ 第二個別端子
１８ 側壁
２０ 第一の貫通電極、２１ 第二の貫通電極
２２ 第一の中間電極
ＵＳ 上面、ＬＳ 下面、Ｋ 基準方向

Claims (14)

1. 上面から下面に貫通する吐出溝と上面に開口する非吐出溝が基準方向に交互に配列する溝列を有し、前記吐出溝の両側面に共通駆動電極が設置され、前記非吐出溝の両側面に個別駆動電極が設置される圧電体基板と、
   前記吐出溝に連通する液室と、板厚方向に貫通し前記個別駆動電極に電気的に接続する第一の貫通電極と、前記圧電体基板の側とは反対側の表面に設置され前記第一の貫通電極に電気的に接続する個別端子とを備え、前記圧電体基板の上面に接合されるカバープレートと、を備える液体噴射ヘッド。
2. 前記圧電体基板は、上面に前記共通駆動電極に電気的に接続する共通配線と前記個別駆動電極に電気的に接続する個別配線とを備え、
   前記個別駆動電極と前記第一の貫通電極とは前記個別配線を介して電気的に接続する請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
3. 前記個別配線は、前記非吐出溝が開口する開口部の長手方向の両端側に互いに電気的に分離して設置され、
   一端側の前記個別配線は前記非吐出溝の一方の側面に設置される前記個別駆動電極に電気的に接続し、他端側の前記個別配線は前記非吐出溝の他方の側面に設置される前記個別駆動電極に電気的に接続する請求項２に記載の液体噴射ヘッド。
4. 前記カバープレートは、前記第一の貫通電極に電気的に接続し、前記圧電体基板の側の裏面に設置される第一の中間電極を備え、前記第一の中間電極を介して前記個別配線と前記第一の貫通電極とが電気的に接続する請求項２又は３に記載の液体噴射ヘッド。
5. 前記カバープレートは、板厚方向に貫通し前記共通配線に電気的に接続する第二の貫通電極と、前記第二の貫通電極に電気的に接続し前記圧電体基板の側とは反対側の表面に設置される共通端子と、を備える請求項２〜４のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
6. 前記カバープレートは、前記第二の貫通電極に電気的に接続し前記圧電体基板の側の裏面に設置される第二の中間電極を備え、前記第二の中間電極を介して前記共通配線と前記第二の貫通電極とが電気的に接続する請求項５に記載の液体噴射ヘッド。
7. 一の前記吐出溝に設置される前記共通駆動電極と、他の一の前記吐出溝に設置される他の前記共通駆動電極とは前記共通端子を介して電気的に接続する請求項５又は６に記載の液体噴射ヘッド。
8. 一の前記吐出溝に設置される前記共通駆動電極と、他の一の前記吐出溝に設置される他の前記共通駆動電極とは前記共通配線を介して電気的に接続する請求項５又は６に記載の液体噴射ヘッド。
9. 前記吐出溝を挟んで隣接する前記非吐出溝の前記吐出溝の側の側面に設置される２つの前記個別駆動電極は、前記個別端子を介して電気的に接続する請求項１〜８のいずれか一項に記載される液体噴射ヘッド。
10. 前記個別端子は、前記圧電体基板の法線方向から見る平面視において、前記吐出溝を跨ぐように前記カバープレートに設置される請求項９に記載の液体噴射ヘッド。
11. 配線を備えるフレキシブル回路基板を更に含み、前記フレキシブル回路基板は前記配線が前記個別端子と電気的に接続して前記カバープレートの表面に接続される請求項１〜１０のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
12. 前記溝列が基準方向に複数並列する請求項１〜１１のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
13. 隣接する２つの前記溝列の、一方側の溝列に含まれる前記吐出溝の他方側の端部と、他方側の溝列に含まれる前記非吐出溝の一方側の端部とは離間し、かつ、前記圧電体基板の厚さ方向において重なる請求項１２に記載の液体噴射ヘッド。
14. 請求項１に記載の液体噴射ヘッドと、
    前記液体噴射ヘッドと被記録媒体とを相対的に移動させる移動機構と、
    前記液体噴射ヘッドに液体を供給する液体供給管と、
    前記液体供給管に前記液体を供給する液体タンクと、を備える液体噴射装置。

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