JP2017007246A - 液体吐出ヘッド、および、液体吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンプライアンス部における可撓シートの帯電を抑制して、可撓シートの変位が阻害される不具合を抑制することが可能な液体吐出ヘッド、および、液体吐出装置を提供する。【解決手段】可撓シート４４が導電性を有する材料から作製され、可撓シートと保持板４５との間、および、保持板と保護板１４との間が、それぞれ導電性を有する接着剤４３，５５により接合されて電気的に導通されている。このため、可撓シート、保持板、および、保護板は、同電位となる。これにより、帯電したインクが可撓シートに接触した場合に可撓シートと保護板との間に静電力Ｆが生じることが抑制され、可撓シートが保護板に吸着することが防止される。その結果、可撓シートの変位が阻害される不具合を抑制することが可能となる。【選択図】図６

Description

本発明は、インクジェット式記録ヘッドなどの液体吐出ヘッド、および、これを備えた液体吐出装置に関し、特に、液体流路内の圧力変動を抑制するコンプライアンス部を有する液体吐出ヘッド、および、液体吐出装置に関する。

液体吐出装置は液体吐出ヘッドを備え、この液体吐出ヘッドから各種の液体を吐出する装置である。この液体吐出装置としては、例えば、インクジェット式プリンターやインクジェット式プロッター等の画像記録装置があるが、最近ではごく少量の液体を所定位置に正確に着弾させることができるという特長を生かして各種の製造装置にも応用されている。例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターを製造するディスプレイ製造装置，有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイやＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極を形成する電極形成装置，バイオチップ（生物化学素子）を製造するチップ製造装置に応用されている。そして、画像記録装置用の記録ヘッドでは液状のインクを吐出し、ディスプレイ製造装置用の色材吐出ヘッドではＲ（Red）・Ｇ（Green）・Ｂ（Blue）の各色材の溶液を吐出する。また、電極形成装置用の電極材吐出ヘッドでは液状の電極材料を吐出し、チップ製造装置用の生体有機物吐出ヘッドでは生体有機物の溶液を吐出する。

液体吐出ヘッドとしては、ノズルが複数開設されたノズルプレート、各ノズルに連通する圧力室が複数形成された基板、各圧力室に供給する液体が導入される共通液室（リザーバーあるいはマニホールドとも呼ばれる）が形成された基板、圧力室内の液体に圧力変動を生じさせるアクチュエーター等、複数の構成部材を積層して構成されたものがある（例えば、特許文献１参照）。このような構成の液体吐出ヘッドにおいて、共通液室内の液体に生じる圧力変動を吸収するコンプライアンス部が設けられている。より具体的には、特許文献１の構成では、共通液室の一部が可撓性フィルムで封止され、この可撓性フィルムが共通液室内の圧力変動に応じて変形することで、共通液室内の液体に生じた圧力変動を吸収する。この可撓シートとしては、薄手の樹脂フィルムが好適に用いられている。この樹脂フィルムを保護するため、特許文献１に開示されている液体吐出ヘッドでは、可撓シートの変形を許容する空間（コンプライアンス空間）を間に形成した状態で当該可撓シートを保護する保護板が設けられている（特許文献１の図４参照）。

特開２０１３−１０３３９２号公報

ところで、液体吐出ヘッド内の液体流路を液体が流れる際、液体流路の内壁との摩擦により液体が帯電し、その結果、この液体と接触する可撓シートが帯電する場合がある。この場合において、当該可撓シートが保護板側（コンプライアンス空間側）に変位した際に静電力により保護板に吸着してしまい、可撓シートの変位を阻害する虞があった。可撓シートの変位が阻害されると、各ノズルに共通な液体流路内の圧力変動が十分に抑えられない。このため、この抑えられなかった圧力変動の影響により、各ノズルから吐出される液滴の重量や飛翔速等の吐出特性がばらつく問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、コンプライアンス部における可撓シートの帯電を抑制して、可撓シートの変位が阻害される不具合を抑制することが可能な液体吐出ヘッド、および、液体吐出装置を提供するものである。

〔手段１〕
本発明は、上記目的を達成するために提案されたものであり、ノズルから吐出するための液体が導入される共通液室、
前記共通液室の一部を封止する可撓シートと、
前記可撓シートとの間に、当該可撓シートの変位を許容する空間を形成して配置される保護板と、
を備え、
前記可撓シートと前記保護板とが同電位に調整されたことを特徴とする。

手段１の構成によれば、帯電した液体が可撓シートに接触したとしても、可撓シートと前記保護板とが同電位であるため、可撓シートと保護板との間に静電力が生じることが抑制され、これにより可撓シートが保護板に吸着することが防止される。このため、可撓シートの変位が静電力によって阻害されることが防止される。その結果、共通液室における圧力変動がより確実に抑制されるので、共通液室に連通する各ノズルにおける吐出特性のばらつきが低減される。

〔手段２〕
また、上記手段１の構成において、前記保護板は、導電性を有し、前記共通液室内の液体と電気的に接続されている構成を採用することが望ましい。

この手段２の構成によれば、可撓シートと保護板が液体を介して同電位に調整される。これにより、可撓シートと保護板との間に静電力が生じることが抑制される。

〔手段３〕
さらに、手段１または手段２の構成において、前記可撓シートは、導電性を有する構成を採用することが望ましい。

この構成によれば、可撓シートが導電性を有することにより、帯電した液体と接触しても帯電し難くすることが可能となる。

〔手段４〕
また、上記手段２または手段３の構成において、前記可撓シートおよび前記保護板は、接地されている構成を採用することが望ましい。

この構成によれば、可撓シートおよび保護板が接地されていることで、帯電した液体が可撓シートに接触したとしても、電荷が接地側に逃されるので、可撓シートと保護板との間に静電力が生じることをより確実に抑制することができる。このため、可撓シートの変位が静電力によって阻害されることがより確実に防止される。

〔手段５〕
また、上記手段１から手段４の何れか一の構成において、前記可撓シートと前記保護板とは、金属板を介して接合され、
前記可撓シートと前記金属板との間、および、前記金属板と前記保護板との間は、それぞれ導電性を有する接着剤により接合された構成を採用することが望ましい。

この構成によれば、導電性を有する接着剤を介して可撓シート、金属板、および、保護板が導通され、これらの部材が同電位となる。これにより、導通のための部材を別途追加することなく簡単な構成で可撓シートと保護板との間に静電力が生じることが抑制される。

〔手段６〕
また、上記手段１から手段４の何れか一の構成において、前記可撓シートと前記保護板とは、金属板を介して接合され、
前記可撓シートと前記金属板との間、および、前記金属板と前記保護板との間は、それぞれ非導電性の接着剤により接合され、
前記可撓シート、前記金属板、および、前記保護板は、導電性を有する導通材を介してそれぞれ電気的に接続されている構成を採用することができる。

この構成によれば、可撓シート、金属板、および、保護板が、導電性を有する導通材を介してそれぞれ電気的に接続されるので、導電性を有する接着剤を用いることなく、可撓シート、金属板、および、保護板が導通され、可撓シートと保護板との間に静電力が生じることが抑制される。

〔手段７〕
また、上記手段１から手段６の何れか一の構成において、前記空間が保湿されている構成を採用することが望ましい。

この構成によれば、空間の内部が保湿されることにより、可撓シートおよび保護板が帯電することが抑制され、その結果、可撓シートと保護板との間に静電力が生じることがより確実に抑制される。

〔手段８〕
また、上記手段１から手段７の何れか一の構成において、前記共通液室の内壁面および当該共通液室よりも上流の液体流路の内壁面が、親液性を呈する構成を採用することが望ましい。

この構成によれば、共通液室およびこれよりも上流の液体流路の内壁面が親液性を呈することで、これらの流路を液体が流れる際の液体の帯電を抑制することができる。このため、可撓シートおよび保護板が帯電することが一層確実に抑制され、可撓シートの変位が静電力によって阻害されることがより効果的に防止される。

〔手段９〕
また、上記手段１から手段８の何れか一の構成において、前記共通液室を複数備え、
前記保護板は、前記複数の共通液室に対して共通に設けられている構成を採用することも可能である。

この構成によれば、保護板が、複数の共通液室に対して共通に設けられているので、各共通液室に対応する可撓シートの帯電を共通の保護板を利用して抑制することができ、効率的である。

〔手段１０〕
また、上記手段１から手段９の何れか一の構成において、前記ノズルが開設されたノズルプレートと前記共通液室とを有する単位ヘッドを複数備え、
各単位ヘッドは、共通に設けられた保護板に対してそれぞれ位置決めされた状態で固定された構成を採用することができる。

この構成によれば、複数の単位ヘッドが、共通に設けられた保護板に対してそれぞれ位置決めされた状態で固定されるので、各単位ヘッドの相対位置、特に、単位ヘッドと保持板の積層方向における各単位ヘッドの位置をより高い精度で規定することができる。

〔手段１１〕
また、上記手段１から手段１０の何れか一の構成において、前記ノズルおよび前記共通液室に連通する圧力室が形成された非導電性の圧力室形成基板と、
前記圧力室形成基板と前記ノズルプレートとの間に設けられ、前記圧力室と前記ノズルとを連通させる連通口、前記共通液室、および当該共通液室と前記圧力室とを連通させる供給口が形成された非導電性の連通板と、
前記連通板と前記保護板との間に設けられ、前記可撓シートを保持する導電性を有する保持板と、を備え、
前記可撓シートは、前記連通板における前記共通液室の開口を封止する構成を採用することができる。

この構成によれば、圧力室形成基板および連通板が非導電性であり、可撓シートの帯電防止が困難な構成であっても、可撓シートと保護板とが同電位に調整されるので、両者の間に静電力が生じることを抑制することができる。このため、当該構成であっても、可撓シートの変位が静電力によって阻害されることが防止される。これにより、共通液室における圧力変動がより確実に抑制されるので、共通液室に連通する各ノズルにおける吐出特性のばらつきが低減される。

〔手段１２〕
そして、本発明の液体吐出装置は、上記手段１から手段１１の何れか一の構成の液体吐出ヘッドを備えることを特徴とする。

この構成によれば、液体吐出ヘッドの各ノズルにおける吐出特性のばらつきが低減されるので、信頼性が向上する。

プリンターの内部構成を説明する斜視図である。 ヘッドユニットを斜め上方から観た分解斜視図である。 ヘッドユニットの底面図である。 単位ヘッドの分解斜視図である。 単位ヘッドの断面図である。 単位ヘッドの要部断面図である。 第２の実施形態におけるコンプライアンス部近傍の要部断面図である。 第３の実施形態におけるコンプライアンス部近傍の要部断面図である。

以下、本発明を実施するための形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施形態では、本発明の好適な具体例として種々の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ない限り、これらの態様に限られるものではない。また、以下の説明は、本発明の液体吐出装置として、液体吐出ヘッドの一種であるインクジェット式記録ヘッド（以下、記録ヘッド）３を複数備えるヘッドユニット４を搭載したインクジェット式プリンター（以下、プリンター）１を例に挙げて行う。

プリンター１の構成について、図１を参照して説明する。プリンター１は、記録紙等の記録媒体２の表面に対して液体状のインクを吐出して画像等の記録を行う装置である。このプリンター１は、複数の記録ヘッド３を備えるヘッドユニット４と、記録媒体２を搬送する搬送機構５と、ヘッドユニット４における各記録ヘッド３のノズル面に対し記録媒体２を相対させた状態で支持する媒体支持部６と、を装置本体７の内部に備えている。

本実施形態におけるヘッドユニット４は、記録媒体２の搬送方向（第１の方向Ｘ）に交差する方向（第２の方向Ｙ）に複数の記録ヘッド３を板状のヘッド固定基板８に取り付けてユニット化されたものであり、各記録ヘッド３のノズル面を媒体支持部６（プラテンとも呼ばれる）に向けた姿勢で装置本体７に固定されている。ヘッドユニット４の各記録ヘッド３には、本発明における液体の一種であるインクを貯留した図示しないインクカートリッジからのインクが供給されるように構成されている。このインクカートリッジは、ヘッドユニット４上に装着される構成であってもよいし、装置本体７においてヘッドユニット４とは異なる位置に配置されて供給チューブ等を介して各記録ヘッド３にインクが供給される構成であってもよい。

搬送機構５は、媒体支持部６よりも記録媒体の搬送方向における上流側に上下一対に配置された第１の搬送ローラー１０ａと、媒体支持部６よりも搬送方向における下流側に上下一対に配置された第２の搬送ローラー１０ｂと、を備えており、これらの搬送ローラー１０ａ，１０ｂを駆動させることにより、供給側からの記録媒体２を、上下のローラーで挟んだ状態で媒体支持部６上を通過させて排出側に向けて搬送する。なお、上下一対のローラーのうち、上側のローラーの図示は省略されている。本実施形態における媒体支持部６は、記録ヘッド３の並設方向に沿って長尺な板状の支持台であり、ヘッドユニット４によって画像等の記録が行われる対象の記録媒体２を支持する。なお、搬送機構５が、無端ベルトやドラムにより構成されるものもあり、このような構成では、ベルトやドラムが媒体支持部として機能する。また、媒体支持部６としては、記録媒体２を静電力により吸着させる構成のものや、負圧を発生させることで記録媒体２を吸着させる構成のものを採用することもできる。

図２は、ヘッドユニット４の構成を示す分解斜視図である。図３は、ヘッドユニット４の下面図である。本実施形態におけるヘッドユニット４は、ヘッド固定基板８の下面、すなわち、媒体支持部６側の面に合計４つの記録ヘッド３を、それぞれ相対位置が規定された状態で搬送方向に交差する方向（第２の方向Ｙ）に並べてねじ止め若しくは接着剤により固定している。各記録ヘッド３は、複数の単位ヘッド１２（ヘッドチップ）と、各単位ヘッド１２に供給するインクが流れる供給流路が形成された流路構造体１３と、各単位ヘッド１２を保護する保護板１４を備えている。単位ヘッド１２は、後述するようにノズル４０が開設されたノズルプレート３０や、ノズル４０と連通するインク流路が形成された基板や、インクを吐出させる駆動源であるアクチュエーターユニット３２等の構成部材が積層されて構成されている。単位ヘッド１２は、ノズルプレート３０の下面（ノズル４０からインクが噴射される側の面）からの平面視で略平行四辺形状を呈する。すなわち、図３に示すように、複数のノズル４０が並設されてなるノズル列４２が、記録媒体２の搬送方向および記録ヘッド並設方向に対して傾斜して設けられており、このノズル列４２の傾斜に合わせて単位ヘッド１２の外形が略平行四辺形となるように形成されている。

このように、ノズル列４２を構成する各ノズル４０が、記録媒体２の搬送方向（第１の方向Ｘ）および記録ヘッド３の並設方向（第２の方向Ｙ）に対して傾斜して配列されることにより、記録媒体２の搬送（副走査）を行いつつ同一ノズル列４２の上流側に位置するノズル４０から順にタイミングを異ならせてインクを順次吐出させてインクを記録媒体２上の記録媒体搬送方向における着弾位置を揃えたときに、本実施形態の構成と同一の形成ピッチで各ノズルを第２の方向Ｙに沿って配列する構成と比較して第２の方向Ｙにおける実質的な解像度を向上させることができる。このノズル列４２の傾斜角は、ノズル４０の形成ピッチや第１の方向Ｘにおける記録解像度に応じて定められる。本実施形態においては、１つの単位ヘッド１２に合計２条のノズル列４２が設けられている。そして、各記録ヘッド３においては、合計６つの単位ヘッド１２が、記録ヘッド３の並設方向である第２の方向Ｙに並べて配置され、構成部材の最も下（最も媒体支持部６側）に配置されるノズルプレート３０とは反対側の面において流路構造体１３とそれぞれ接合されている。したがって、本実施形態においては、各記録ヘッド３は、それぞれ合計１２条のノズル列４２を有しており、ヘッドユニット４全体としては、合計４８条のノズル列４２を有していることになる。なお、単位ヘッド１２の詳細な構成については後述する。

保護板１４は、記録ヘッド３に設けられている各単位ヘッド１２に共通な金属製の、すなわち導電性を有する板材であり、各単位ヘッド１２のノズルプレート３０を被覆する底面部１５と、単位ヘッド１２の並設方向における両縁から流路構造体１３側に向けて屈曲した側壁部１６を有している。本実施形態における保護板１４の底面部１５は、平面視で平行四辺形状を呈している。この底面部１５には、各単位ヘッド１２のノズルプレート３０に対応する位置に、当該ノズルプレート３０に形成されたノズル４０を露出させるため、ノズル列方向（第３の方向Ｘａ）に長尺な平行四辺形状を呈した貫通口１７がそれぞれ形成されている。各単位ヘッド１２は、それぞれ位置決めされた上、対応する貫通口１７にノズル４０を露出させた状態で、保護板１４における底面部１５の上面（媒体支持部６側とは反対側の面）に接着剤５５（図８参照）により接合される。このように、複数の単位ヘッド１２が、共通に設けられた保護板１４に対してそれぞれ位置決めされた状態で固定されるので、各単位ヘッド１２の相対位置、特に、単位ヘッド１２と保護板１４の積層方向（Ｚ方向）における各単位ヘッド１２の位置をより高い精度で規定することができる。本実施形態においては、保護板１４の底面部１５と単位ヘッド１２におけるコンプライアンス基板３４の保持板４５（後述）とが、カーボン等の導電性材料を含む導電性接着剤５５によって接合されている。また、本実施形態における保護板１４は、図８に示すように、接地線Ｇに電気的に接続されていることで接地電位に調整されている。

流路構造体１３は、インクカートリッジから送られてきたインクを各単位ヘッド１２に分配・供給する部材である。この流路構造体１３の上面には、複数のインク導入口１９が開設されており、このインク導入口１９から内部の供給流路にインクを導入する。本実施形態においては、合計４色のインクに対応してインク導入口１９が流路構造体１３に設けられている。流路構造体１３の内部の各色に対応した供給流路の途中には、図示しないフィルターがそれぞれ配設されており、供給流路を流れるインクから気泡や異物を除去する。流路構造体１３の内部において各供給流路は、記録ヘッド３に設けられた単位ヘッド１２の数に応じた数の分岐流路に分岐される。また、流路構造体１３の下面側（インク導入口１９が開設された上面側とは反対側）の内部には、各単位ヘッド１２を収容して保持する保持空部２０が形成されており、この保持空部２０の天井面２０ａ（単位ヘッド１２が接合される面）に、供給流路から分岐した分岐流路の下流側の開口が、各単位ヘッド１２に対応してそれぞれ開設されている。

保持空部２０は、流路構造体１３の下面に開口するとともに、単位ヘッド１２の並設方向における流路構造体１３の両側面にも開口している。流路構造体１３の両側面における保持空部２０の開口は、各側面のノズル列方向（第３の方向Ｘａ）における略中央に形成され、この開口のノズル列方向における内法は、各側面のノズル列方向の寸法よりも短く設定されている。これにより、保持空部２０の第１の方向Ｘの両側には、保持空部２０の天井面２０ａより下方に延びる足部２１が形成されている。このような保持空部２０内に、保護板１４に接合された各単位ヘッド１２が収容されて、各単位ヘッド１２の上面と、保持空部２０の天井面２０ａとが接着剤によって接合される。これにより、各単位ヘッド１２のインク流路と、流路構造体１３内の供給流路から分岐した分岐流路とが液密に連通する。

次に、単位ヘッド１２の構成について説明する。
図４は、本発明の実施形態に係る単位ヘッド１２の分解斜視図である。また、図５は、単位ヘッド１２の断面図であり、図６は、図５における領域Ｘの拡大図である。本実施形態における単位ヘッド１２は、ノズルプレート３０、連通板３１、アクチュエーターユニット３２、コンプライアンス基板３４、ケース３５等の複数の構成部材が積層されて接着剤等によって接合されて構成されている。なお、以下においては、単位ヘッド１２の各構成部材の積層方向を、適宜上下方向（Ｚ方向）として説明する。

アクチュエーターユニット３２は、ノズルプレート３０に形成されたノズル４０と連通する圧力室３３が形成された圧力室形成基板３２ａと、各圧力室３３内のインクに圧力変動を生じさせるアクチュエーターとしての圧電素子３２ｂと、これらの圧力室形成基板３２ａおよび圧電素子３２ｂを保護する封止板３２ｃとがユニット化されたものである。封止板３２ｃの平面視における略中央部には、駆動ＩＣ等の駆動回路３６を実装した配線基板３７が挿通される配線空部３８が開設されている。この配線空部３８内に圧電素子３２ｂのリード電極が配置され、このリード電極に配線基板３７の配線端子が電気的に接続される。

アクチュエーターユニット３２の圧力室形成基板３２ａは、非導電性の部材、例えば、シリコン単結晶基板から作製されている。この圧力室形成基板３２ａには、圧力室３３となるべき空間が各ノズル４０に対応して複数列設されている。この圧力室３３は、第２の方向Ｙに長尺な空部であり、第２の方向Ｙ（すなわち、圧力室３３の長手方向）の一側の端部に連通口２４が連通し、他側の端部に供給口２５が連通する。本実施形態における圧力室形成基板３２ａには、圧力室３３の列が２列形成されている。

圧力室形成基板３２ａの上面（連通板３１側とは反対側の面）には、振動板２６が積層され、この振動板２６によって圧力室３３の上部開口が封止されている。すなわち、振動板２６により、圧力室３３の一部が区画されている。この振動板２６は、例えば、圧力室形成基板３２ａの上面に形成された二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）からなる弾性膜と、この弾性膜上に形成された酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）からなる絶縁体膜と、から成る。そして、この振動板２６上における各圧力室３３に対応する領域に圧電素子３２ｂがそれぞれ積層されている。

本実施形態の圧電素子３２ｂは、所謂撓みモードの圧電素子である。この圧電素子３２ｂは、例えば、振動板２６上に、下電極層、圧電体層および上電極層（いずれも図示せず）が順次積層されてなる。このように構成された圧電素子３２ｂは、下電極層と上電極層との間に両電極の電位差に応じた電界が付与されると、上下方向に撓み変形する。本実施形態では、２列に形成された圧力室３３の列に対応して、圧電素子３２ｂの列が２列形成されている。なお、下電極層および上電極層は、両側の圧電素子３２ｂの列から当該列の間の配線空部３８内までリード電極として延在され、上述したように配線基板３７と電気的に接続されている。

封止板３２ｃは、２列に形成された圧電素子３２ｂの列を覆うように振動板２６上に積層されている。封止板３２ｃの内部には、圧電素子３２ｂの列を収容可能な長尺な収容空間２７が形成されている。この収容空間２７は、封止板３２ｃの下面側（振動板２６側）から上面側（ケース３５側）に向けて封止板３２ｃの高さ方向途中まで形成された窪みである。本実施形態における封止板３２ｃには、配線空部３８の両側に収容空間２７が形成されている。

アクチュエーターユニット３２の下面には、このアクチュエーターユニット３２よりも広い面積を有する連通板３１が接合される。この連通板３１は、圧力室形成基板３２ａと同様に非導電性のシリコン単結晶基板から作製されている。本実施形態における連通板３１には、圧力室３３とノズル４０とを連通する連通口２４と、各圧力室に共通に設けられた共通液室４１と、この共通液室４１と圧力室３３とを連通する供給口２５と、が形成されている。共通液室４１（リザーバー若しくはマニホールドとも呼ばれる）は、ノズル列方向（第３の方向Ｘａ）に沿って延在する空部であり、連通板３１において、ノズルプレート３０のノズル列４２毎に対応して２つ形成されている。この共通液室４１は、図５に示すように、連通板３１の板厚方向を貫通した第１液室４１ａと、連通板３１の下面側から上面側に向けて当該連通板３１の板厚方向の途中まで窪ませ、上面側に薄板部を残した状態で形成された第２液室４１ｂと、から構成される。供給口２５は、第２液室４１ｂの薄板部において、圧力室３３に対応して第３の方向Ｘａに沿って複数形成されている。この供給口２５は、連通板３１と圧力室形成基板３２ａとが位置決めされて接合された状態で、対応する圧力室３３の第２の方向Ｙ（すなわち、圧力室３３の長手方向）における他側（連通口２４とは反対側）の端部と連通する。

連通口２４は、連通板３１の各ノズル４０に対応する位置を板厚方向に貫通して形成される。すなわち、連通口２４は、圧力室形成基板３２ａとノズルプレート３０との間において、ノズル４０とこれに対応する圧力室３３とを連通する。この連通口２４は、圧力室３３にそれぞれ個別に対応するように第３の方向Ｘａに沿って複数形成されている。本実施形態の連通口２４は、連通板３１と圧力室形成基板３２ａとが位置決めされて接合された状態で、対応する圧力室３３の第２の方向Ｙにおける一側（供給口２５とは反対側）の端部と連通する。

上記の連通板３１の下面の略中央部分には、複数のノズル４０が形成されたノズルプレート３０が接合される。本実施形態におけるノズルプレート３０は、連通板３１およびアクチュエーターユニット３２よりも小さい面積の板材であり、シリコン単結晶基板から構成されている。このノズルプレート３０は、連通板３１の下面において、共通液室４１の開口部から外れた位置であって、連通口２４が複数開口した領域に、これらの連通口２４と複数のノズル４０とがそれぞれ連通する状態で接着剤等により接合される。本実施形態におけるノズルプレート３０には、複数のノズル４０が列設されてなるノズル列４２が合計２条形成されている。

また、連通板３１の下面において、ノズルプレート３０の周囲を囲むように、中心部にノズルプレート３０の外形に倣った形状の開口部４６を有するコンプライアンス基板３４が接合される。このコンプライアンス基板３４の開口部４６は、保護板１４の貫通口１７と連通して、その内側にノズルプレート３０が配置されるように構成されている。このような構成により、ノズルプレート３０をより小型化することができ、シリコン単結晶基板からの取り数を増やすことが可能となる。

コンプライアンス基板３４は、連通板３１の下面に位置決めされて接合された状態で、連通板３１の下面における共通液室４１の開口を封止する。本実施形態におけるコンプライアンス基板３４は、図６に示すように、可撓シート４４、及び、これを保持する保持板４５が接着剤４３により接合されて構成されている。可撓シート４４は、可撓性を有する薄膜、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の合成樹脂材料により作製されている。本実施形態における可撓シート４４には、カーボン等の導電性材料が含有されており、導電性が付与されている。また、本実施形態における接着剤４３も、導電性材料を含む導電性接着剤が採用されている。このため、可撓シート４４と、後述するように導電性を有する保持板４５とは、接着剤４３を介して電気的に接続されている。

保持板４５（本発明における金属板に相当）は、可撓シート４４よりも剛性が高く且つ厚みのあるステンレス鋼等の導電性を有する金属材料で形成される。この保持板４５の共通液室４１に対向する領域には、この共通液室４１の下面開口に倣った形状に保持板４５の一部が除去されたコンプライアンス開口４８が形成されている。このため、共通液室４１の下面側の開口は、可撓性を有する可撓シート４４のみで封止されている。保持板４５の下面におけるコンプライアンス開口４８に対応する部分は、保護板１４によって封止される。これにより、可撓シート４４の可撓領域と、これに対向する保護板１４との間には、コンプライアンス空間４７が画成される。そして、このコンプライアンス空間４７における可撓シート４４の可撓領域が、インク流路内、特に共通液室４１内の圧力変動に応じて変位するコンプライアンス部として機能する。したがって、保持板４５の厚みは、コンプライアンス空間４７として必要な高さ（Ｚ方向の寸法）に応じて定められている。

ここで、図４に示すように、可撓シート４４、連通板３１、および、ケース３５には、それぞれ高さ方向（Ｚ方向）に貫通した大気開放口５０ａ，５０ｂ，５０ｃが形成されている。これらの大気開放口５０ａ，５０ｂ，５０ｃは、可撓シート４４、連通板３１、および、ケース３５が位置決め状態で積層されると互いに連通して大気開放路を形成する。一方、保持板４５には、一端がコンプライアンス開口４８、すなわち、コンプライアンス空間４７と連通し、他端が大気開放路と連通する大気連通路４９が形成されている。この大気連通路４９は、保持板４５において蛇行する状態に形成された溝状の通路である。大気連通路４９の開口面は、可撓シート４４によって封止される。そして、コンプライアンス空間４７内の水分（水蒸気も含む意味。）の通過を阻害するように、換言すると、水分の通過に対して抵抗となるように、大気連通路４９の通路断面積および全長が定められている。この大気連通路４９により、コンプライアンス空間４７を大気開放しつつも、その内部における水分が大気開放路から放出されることが抑制され、コンプライアンス空間４７を保湿することが可能となる。つまり、コンプライアンス空間４７における湿度が、記録ヘッド３の外部の湿度よりも高く維持される。なお、大気連通路４９は、保持板４５に限られず、大気開放路の何れかの位置にあればよく、単位ヘッド１２を構成する部材のうち保持板４５以外の部材に設けられていてもよい。また、大気連通路４９が複数設けられていてもよい。

なお、連通板３１の下面において、ノズルプレート３０の外周と、コンプライアンス基板３４における開口部４６の内周および保護板１４における貫通口１７の内周との間には、若干の隙間が生じる。このため、本実施形態においては、この隙間に接着剤等の充填材５１が充填されている。充填材５１は、例えば導電性を有しないエポキシ樹脂系接着剤が用いられる。そして、本実施形態において、ノズルプレート３０と、コンプライアンス基板３４および保護板１４とは、電気的に接続されていない。

アクチュエーターユニット３２及び連通板３１には、ケース３５が固定されている。ケース３５は、平面視において連通板３１と略同一形状を呈し、その下面側にはアクチュエーターユニット３２を収容する収容空部５２が形成されている。そして、収容空部５２にアクチュエーターユニット３２が収容された状態でケース３５の下面が連通板３１によって封止される。このケース３５の平面視における略中央部分には、収容空部と連通する挿通空部５３が開設されている。この挿通空部５３は、アクチュエーターユニット３２の配線空部３８とも連通する。上記の配線基板３７は、挿通空部５３を通じて配線空部３８に挿入されるように構成されている。また、ケース３５の内部において、挿通空部５３および収容空部の両側には、連通板３１の共通液室４１と連通する液室空部５４が形成されている。また、ケース３５の上面には、各液室空部と連通する導入口５４ａがそれぞれ開設されている。単位ヘッド１２が位置決めされた状態で流路構造体１３に接合されると、導入口５４ａは、流路構造体１３における供給流路の分岐流路と連通する。このため、流路構造体１３の供給流路を通過してきたインクは、導入口５４ａおよび液室空部５４を通じて共通液室４１へと導入される。

上記構成の単位ヘッド１２では、液室空部５４を通じて共通液室４１にインクが導入され、液室空部５４から共通液室４１および圧力室３３を通ってノズル４０に至るまでのインク流路（本発明における液体流路に相当）内がインクで満たされる。そして、駆動回路３６からの駆動信号に従い圧電素子３２ｂが駆動されることにより、圧力室３３内のインクに圧力変動が生じ、この圧力振動によって所定のノズル４０からインクが吐出される。

ところで、従来のこの種の記録ヘッドにおいて、コンプライアンス部を構成する可撓シートとして樹脂製のシート材が好適に用いられていた。また、圧力室等の流路をより高い精度でより高密度に形成するため、流路を形成する部材（圧力室形成基板や連通板等）が導電性を有さないシリコン単結晶基板が用いられることが多い。このような構成において、記録ヘッド内のインク流路の内壁との摩擦によりインクが帯電し、このインクから電荷の供給を受けて可撓シートが帯電した場合に除電されにくく、可撓シートに対してコンプライアンス空間を隔てて配置されている保護板との間に電位差が生じることで静電力Ｆが生じる場合があった。あるいは、保護板が接地されていない構成では、ノズルから吐出されたインク滴から分離したミストが帯電し、このミストが保護板と接触することで保護板が帯電し、この保護板と可撓シートとの間に静電力Ｆが生じる場合もあった。

この静電力Ｆは、可撓シートと保護板との間の距離（すなわちコンプライアンス空間の高さ）をｄ、コンプライアンス空間内の空気の誘電率をε、可撓シートの変位領域の面積をＳ、可撓シートと保護板との電位差をＶとすると、以下の式で表される。
Ｆ＝εＳＶ^２／２ｄ^２
すなわち、可撓シートと保護板との間の距離が近づく程、また、両者の電位差が大きい程、より強い静電力Ｆが生じる。この静電力Ｆが生じることにより、可撓シートが保護板側に変位した際に保護板に吸着してしまい、可撓シートの変位が阻害される虞があった。可撓シートの変位が阻害されると、各ノズルに共通なインク流路内（共通液室内）の圧力変動が十分に抑えられない。そして、この抑えられなかった圧力変動の影響により、各ノズルにおけるインク滴の重量や飛翔速等の吐出特性がばらつく虞があった。また、この静電気によって、圧電素子等のアクチュエーターを駆動する回路にショート等の不具合が生じる可能性もあった。

上記の問題点に関し、本実施形態における記録ヘッド３では、可撓シート４４が導電性を有する材料から作製され、当該可撓シート４４と保持板４５との間、および、保持板４５と保護板１４との間が、それぞれ導電性を有する接着剤４３，５５により接合されて電気的に導通されている。このため、可撓シート４４、保持板４５、および、保護板１４は、同電位となる。これにより、圧力室形成基板３２ａおよび連通板３１が非導電性のシリコン単結晶基板であっても、帯電したインクが可撓シート４４に接触した場合に可撓シート４４と保護板１４との間に静電力Ｆが生じることが抑制され、これにより可撓シート４４が保護板１４に吸着することが防止される。このため、可撓シート４４の変位が静電力によって阻害されることが防止される。その結果、共通液室４１における圧力変動がより確実に抑制されるので、共通液室４１に連通する各ノズル４０における吐出特性のばらつきが低減される。

本実施形態においては、導電性を有する接着剤４３，５５を介して可撓シート４４、保持板４５、および、保護板１４が導通されているので、導通のための部材を別途追加することなく簡単な構成で可撓シート４４と保護板１４との間に静電力が生じることが抑制される。

さらに、本実施形態においては、導電性を有する保護板１４が、接地線Ｇを通じて接地されている。このため、可撓シート４４、保持板４５、および、保護板１４は、接地電位に調整されている。これにより、帯電したインクが可撓シート４４に接触したとしても、電荷が接地側に逃されるので、可撓シート４４と保護板１４との間に静電力が生じることをより確実に抑制することができる。このため、可撓シートの変位が静電力によって阻害されることがより確実に防止される。また、静電気による駆動回路３６への悪影響も防止される。

また、本実施形態におけるコンプライアンス空間４７に関し、大気開放路に水分の透過を抑制する大気連通路４９が設けられているので、コンプライアンス空間４７の内部が保湿される。これにより、可撓シート４４および保護板１４が帯電することが抑制され、その結果、可撓シート４４と保護板１４との間に静電力が生じることがより確実に抑制される。

なお、共通液室４１、および、この共通液室４１よりも上流側のインク流路が、合成樹脂等から作製される場合等のように、インクと流路内壁との摩擦によりインクが帯電しやすい構成においては、共通液室４１、および、この共通液室４１よりも上流側のインク流路の内壁面が親液性を呈する構成を採用することが望ましい。具体的には、共通液室４１等の内壁面に対し親液剤が塗布されたり、或は、プラズマ処理が施されたりすることで、インクに対する濡れ性が高められる。このように、共通液室４１およびこれよりも上流のインク流路の内壁面が親液性を呈することで、これらの流路をインクが流れる際のインクの帯電を抑制することができる。このため、可撓シート４４および保護板１４が帯電することがより確実に抑制され、可撓シート４４の変位が静電力によって阻害されることがより効果的に防止される。

本実施形態においては、可撓シート４４と保持板４５とを接合する接着剤４３、および、保持板４５と保護板１４とを接合する接着剤５５として、導電性を有するものが使用された構成を例示したが、これには限られず、これらの接着剤として導電性を有さないものを採用することも可能である。この場合、接着剤が塗布されない領域、あるいは、塗布された接着剤が部分的除去された領域が設けられ、接合時に可撓シート４４と保持板４５とが一部で直接接触して互いに導通し、同様に保持板４５と保護板１４が一部で直接接触して互いに導通する構成とすれば、可撓シート４４、保持板４５、および、保護板１４を同電位にすることができる。

また、少なくとも可撓シート４４が導電性を有することにより、帯電したインクと接触しても帯電し難くすることが可能となる。

そして、本実施形態においては、保護板１４が、記録ヘッド３における複数の共通液室４１に対して共通に設けられているので、各共通液室４１に対応する可撓シート４４の帯電を共通の保護板１４を利用して抑制することができ、効率的である。

図７は、本発明の第２の実施形態におけるコンプライアンス部近傍の構成を示す要部断面図である。上記第１の実施形態では、可撓シート４４が導電性を有する構成を例示したが、これには、限られない。図７に示す第２の実施形態では、導電性を有さない合成樹脂製の可撓シート４４が採用されており、また、共通液室４１内のインクと保護板１４とが導線５７（本発明における導通材に相当）によって電気的に導通されている点で第１の実施形態と異なっている。この導線５７の一端側は、インク流路内（図７の例では共通液室４１内）に配置され、同じく他端側は、単位ヘッド１２の外部に引き出されて保護板１４に電気的に接続されている。その他の構成については、第１の実施形態と同様である。この第２の実施形態の構成によれば、インク流路内のインクが帯電したとしても、電荷が導線５７および保護板１４を通じて接地線Ｇに逃されるので、可撓シート４４が帯電することが防止される。すなわち、可撓シート４４と保護板１４がインクを介して同電位に調整される。このため、本実施形態においても、可撓シート４４の変位が静電力によって阻害されることが防止される。また、可撓シート４４は導電性のものでなくてもよいため、汎用性がより高い。また、可撓シート４４と保持板４５とを接合する接着剤４３、および、保持板４５と保護板１４とを接合する接着剤５５は、導電性を有するものでなくてもよい。その他の構成については、第１の実施形態と同様である。

図８は、本発明の第３の実施形態におけるコンプライアンス部近傍の構成を示す要部断面図である。この第３の実施形態においては、保持板４５から可撓シート４４側および保護板１４側に向けて突起５８（本発明における導通材に相当）が突設されている点が、上記第１の実施形態と異なっている。突起５８としては、例えば、保持板４５のコンプライアンス開口４８の開口周縁に形成されたバリ等を利用することができる。この突起５８が、可撓シート４４および保護板１４と接触することで、可撓シート４４が導通性を有するものであれば、当該可撓シート４４、保持板４５、および保護板１４が相互に導通され、これらの各部材が同電位に調整される。これにより、可撓シート４４の変位が静電力によって阻害されることが防止される。また、この構成では、可撓シート４４と保持板４５とを接合する接着剤４３、および、保持板４５と保護板１４とを接合する接着剤５５は、導電性を有するものでなくてもよい。

さらに、可撓シート４４側の突起５８が、当該可撓シート４４を貫通して共通液室４１内のインクと接触する構成とすることで、可撓シート４４が導電性を有さないものであっても、当該可撓シート４４の帯電を防止することができる。すなわち、インク流路内のインクが帯電した場合においても、電荷が突起５８、保持板４５、および保護板１４を通じて接地線Ｇに逃されるので、可撓シート４４が帯電することが防止される。このため、本実施形態においても、可撓シート４４の変位が静電力によって阻害されることが防止される。また、第２の実施形態と同様に、可撓シート４４は導電性のものでなくてもよいため、汎用性がより高い。その他の構成については、第１の実施形態と同様である。

さらに、連通板３１が、ステンレス鋼等の導電性を有する材料からなる構成を採用することも可能である。この場合、この連通板３１が、例えば、保持板４５もしくは上記の導線５７を介して保護板１４と導通されることにより、共通液室４１よりも上流側のインク流路を通過する際にインクが帯電したとしても、その電荷が、連通板３１および保護板１４等を通じて逃される。その結果、可撓シート４４が導電性を有さないものであっても当該可撓シート４４が帯電することが抑制されるので、可撓シート４４の変位が静電力によって阻害されることが防止される。

なお、インクとしては、インク流路との摩擦による帯電を防止する観点から、できるだけ導電性が低いものを使用することが望ましい。また、ノズル４０から吐出されたインク滴が、飛翔中に空気との摩擦により帯電することを防止する観点から、脱気処理が施されたインクを使用することもできる。

そして、以上では、液体吐出ヘッドの一種であるインクジェット式記録ヘッド３（記録ヘッド３）を例に挙げて説明したが、本発明は、可撓シートを有するコンプライアンス部を備えた他の液体吐出ヘッドにも適用することができる。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吐出ヘッド、有機ＥＬ（Electro Luminescence）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吐出ヘッド、バイオチップ（生物化学素子）の製造に用いられる生体有機物吐出ヘッド等を複数備える液体吐出ヘッド、および、これを備える液体吐出装置にも本発明を適用することができる。

１…プリンター，３…記録ヘッド，４…ヘッドユニット，８…ヘッド固定基板，１１…払拭部材，１２…単位ヘッド，１３…流路構造体，１４…保護板，１５…底面部，１６…側壁部，１７…貫通口，２４…連通口，２５…供給口，３０…ノズルプレート，３１…連通板，３２…アクチュエーターユニット，３２ａ…圧力室形成基板，３２ｂ…圧電素子，３２ｃ…封止板，３４…コンプライアンス基板，４０…ノズル，４１…共通液室，４２…ノズル列，４３…接着剤，４４…可撓シート，４５…保持板，４６…開口部，４７…コンプライアンス空間，４８…コンプライアンス開口，４９…大気連通路，５０…大気開放口，５５…接着剤，５６…突起，５７…導通材

Claims (12)

1. ノズルから吐出するための液体が導入される共通液室、
   前記共通液室の一部を封止する可撓シートと、
   前記可撓シートとの間に、当該可撓シートの変位を許容する空間を形成して配置される保護板と、
   を備え、
   前記可撓シートと前記保護板とが同電位に調整されたことを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記保護板は、導電性を有し、前記共通液室内の液体と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記可撓シートは、導電性を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記可撓シートおよび前記保護板は、接地されていることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記可撓シートと前記保護板とは、金属板を介して接合され、
   前記可撓シートと前記金属板との間、および、前記金属板と前記保護板との間は、それぞれ導電性を有する接着剤により接合されたことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記可撓シートと前記保護板とは、金属板を介して接合され、
   前記可撓シートと前記金属板との間、および、前記金属板と前記保護板との間は、それぞれ非導電性の接着剤により接合され、
   前記可撓シート、前記金属板、および、前記保護板は、導電性を有する導通材を介してそれぞれ電気的に接続されていることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記空間が保湿されていることを特徴とする請求項１から請求項６の何れか一項に記載の液体吐出ヘッド。
8. 前記共通液室の内壁面および当該共通液室よりも上流の液体流路の内壁面が、親液性を呈することを特徴とする請求項１から請求項７の何れか一項に記載の液体吐出ヘッド。
9. 前記共通液室を複数備え、
   前記保護板は、前記複数の共通液室に対して共通に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項８の何れか一項に記載の液体吐出ヘッド。
10. 前記ノズルが開設されたノズルプレートと前記共通液室とを有する単位ヘッドを複数備え、
    各単位ヘッドは、共通に設けられた保護板に対してそれぞれ位置決めされた状態で固定されたことを特徴とする請求項１から請求項９の何れか一項に記載の液体吐出ヘッド。
11. 前記ノズルおよび前記共通液室に連通する圧力室が形成された非導電性の圧力室形成基板と、
    前記圧力室形成基板と前記ノズルプレートとの間に設けられ、前記圧力室と前記ノズルとを連通させる連通口、前記共通液室、および当該共通液室と前記圧力室とを連通させる供給口が形成された連通板と、
    を備え、
    前記可撓シートは、前記連通板における前記共通液室の開口を封止することを特徴とする請求項１から請求項１０の何れか一項に記載の液体吐出ヘッド。
12. 請求項１から請求項１１の何れか一項に記載の液体吐出ヘッドを備えることを特徴とする液体吐出装置。
    

Images