JP2022052930A

JP2022052930A - 液体吐出ヘッド

Info

Publication number: JP2022052930A
Application number: JP2020159451A
Authority: JP
Inventors: 雅志關; Masashi Seki
Original assignee: Toshiba TEC Corp
Current assignee: Toshiba TEC Corp
Priority date: 2020-09-24
Filing date: 2020-09-24
Publication date: 2022-04-05
Also published as: EP3974190A1; CN114248548A

Abstract

【課題】製造が容易である液体吐出ヘッドを提供する。【解決手段】一実施形態にかかる液体吐出ヘッドは、ノズルが形成されたノズルプレートと、前記ノズルプレートに対向配置され、前記ノズルに連通する複数の圧力室を構成する溝を有するアクチュエータと、前記アクチュエータの表面の所定の第１の領域に形成される撥液膜と、前記アクチュエータの表面の前記撥液膜が形成される第１の領域とは異なる第２の領域に形成される電極層と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は、液体吐出ヘッドに関する。

圧電部材によってインクを加圧してノズルプレートに設けられたノズルからインク滴を吐出させるインクジェットヘッドにおいて、圧電部材に電圧を印加するために、圧電部材上に電極が形成されている。電極は、めっき法などの液相成膜法で形成した後にパターニングされ、圧力室内部の全面に形成される。インクは共通のインク室から圧力室へ供給される。

特開２０１９－５１６３６号公報

本発明が解決しようとする課題は、製造が容易である液体吐出ヘッドを提供することである。

一実施形態にかかる液体吐出ヘッドは、ノズルが形成されたノズルプレートと、前記ノズルプレートに対向配置され、前記ノズルに連通する複数の圧力室を構成する溝を有するアクチュエータと、前記アクチュエータの表面の所定の第１の領域に形成される撥液膜と、前記アクチュエータの表面の前記撥液膜が形成される第１の領域とは異なる第２の領域に形成される電極層と、を備える。

実施形態に係るインクジェットヘッドを示す斜視図。実施形態に係るインクジェットヘッドの一部の構成を示す分解斜視図。同インクジェットヘッドの一部の構成を拡大して示す断面図。同インクジェットヘッドの一部の構成を拡大して示す斜視図。同インクジェットヘッドの一部の構成を拡大して示す説明図。同インクジェットヘッドの製造方法を示す説明図。同インクジェットヘッドの製造方法を示す説明図。実施形態に係る撥液材料及び圧電材料の純水との接触角を示す表。実施形態に係るインクジェットプリンタを示す模式図。

以下に、第１実施形態に係る液体吐出ヘッドであるインクジェットヘッド１及び液体吐出装置であるインクジェットプリンタ１００について、図１乃至図８を参照して説明する。図１は、インクジェットヘッド１の概略構成を示す斜視であり、図２はインクジェットヘッド１の一部の構成を示す分解斜視図である。図３はインクジェットヘッド１の一部の構成を拡大して示す断面図である。図４はインクジェットヘッド１の一部の構成を拡大して示す斜視図であり、説明のため樹脂カバー１９を一部省略して内部構造を示している。図５はアクチュエータの構成を模式的に示す説明図である。以下の説明では、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなる直交座標系を用いる。図中矢印Ｘ、Ｙ，Ｚは、互いに直交する３方向を示している。なお、Ｘ軸はノズルの配列方向である第１方向に、Ｙ軸はノズル列の並び方向である第２方向に、Ｚ軸は液滴を吐出する方向である第３方向に、それぞれ沿っている。また、各図において説明のため、適宜構成を拡大、縮小または省略して示している。

インクジェットヘッド１は、アクチュエータベース１０と、フレーム２０と、ノズルプレート３０と、マニホールド４０と、を備える。インクジェットヘッド１は、例えばインクジェットプリンタに搭載して使用するオンデマンド型のインクジェットヘッドであり、インクジェットプリンタのインクタンクとの間でインクを循環させる循環型のインクジェットヘッドである。インクジェットヘッド１は、インクジェットプリンタ１００に設けられた液体収容部としてのインクタンクに、流路が接続され、例えば第３方向に沿うノズル３１が下方に向く姿勢で配置される。

アクチュエータベース１０は、アクチュエータ基板である基材１２と、基材１２上に設けられた複数のアクチュエータ１３と、を備える。

基材１２は、方形の板状に構成されている。基材１２は、好ましくは、ＰＺＴ、セラミックス、ガラス、快削性セラミックス、あるいはこれらを含む材料で、構成される。一例として基材１２の一方の面上には第１方向に延びる２つのアクチュエータ１３が設けられ、２つのアクチュエータ１３の間において、複数のインク排出路１２１が第１方向に沿って間隔をあけて並んで設けられている。インク排出路１２１は基材１２をＺ方向に貫通する円形の孔であり、基材１２の裏側においてマニホールド４０に形成される共通インク室に連通する。

また、基材１２の主面１２２の所定箇所にパターン電極１７と、撥液膜１５とが、それぞれ形成されている。すなわち、基材１２の主面１２２は、撥液膜１５が形成される撥液エリアと、パターン電極１７を構成する電極層が形成される電極エリアとを有する。

パターン電極１７は、基材１２上であってフレーム２０の外側に至り、フレーム２０の外側でフレキシブルプリント基板６０に接続され、フレキシブルプリント基板６０に搭載された駆動ＩＣチップ６１に接続される。なお、基材１２の表面にはさらに保護膜が形成されていてもよい。

パターン電極１７は、例えばニッケルなどの導電性材料で形成され所定のパターン形状を有する導電膜である。パターン電極１７は、アクチュエータ１３の溝１３２の側壁面１３２２に配される電極層１６を引き出して駆動回路等の実装部に導く所定形状にパターニングされる。例えばパターン電極１７は、各アクチュエータ１３の、インク排出路１２１が配される領域とは反対側の領域に形成されている。パターン電極１７は、例えば真空蒸着法や無電解メッキ法等の手法で、導電性材料が形成され、所定のパターン形状にパターニングされる。なお、パターン電極１７は、電極層１６と同時に形成されてもよい。

アクチュエータ１３は基材１２上に設けられた複数の圧電部材１３１を備える。圧電部材１３１は、積層された第１の圧電体及び第２の圧電体で構成される。第１及び第２の圧電体の材料としては、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）等が挙げられる。第１及び第２の圧電体は、厚さ方向に沿って互いに逆向きに分極されている。

圧電部材１３１の側面部１３１２は、第２方向及び第３方向に対して傾斜する傾斜面を有する。すなわち、圧電部材１３１は、第２方向に直交する断面視が台形状に構成される。溝１３２の底面部１３２１と基材１２の主面１２２とが傾斜する側面部１３１２によって繋がる。

圧電部材１３１の、ノズルプレート３０と対向する端面である頂面部１３１１には、第１方向に並ぶ複数の溝１３２が形成されている。すなわち、圧電部材１３１は櫛歯状に構成され、隣接する溝１３２の間に形成された支柱状の部分が、溝１３２の容積を変化させる駆動素子部となる積層圧電素子１３３を構成する。換言すると、積層圧電体である圧電部材１３１は、複数の積層圧電素子１３３が一方向に並び、隣合う積層圧電素子１３３の間に溝１３２が形成される。溝１３２はそれぞれ、圧電部材１３１の第２方向の全長に亘って形成されている。溝１３２は、ノズルプレート３０側に開口する。第１方向に並ぶ複数の溝１３２のうち、１つおきに配された溝１３２は圧力室１４を構成し、圧力室１４の間に配された溝１３２によってダミーとなる空気室Ｂを構成する。

１つおきに配された圧力室１４を構成する溝１３２の底面部１３２１には、インク供給路１３４が形成されている。インク供給路１３４は、圧電部材１３１及び基材１２をＺ方向に貫通する円形の孔であり、基材１２の裏側においてマニホールド４０に形成される共通インク室に連通する。インクは、インク供給路１３４から溝１３２の深さ方向であるＺ方向に沿って供給される。

溝１３２の底面部１３２１には撥液膜１５が形成されている。撥液膜１５は、撥液性の高い撥液材料１５１が所定厚さに成膜された層である。撥液膜１５は、たとえば図８に示すように、液面と固体面との成す角度である接触角がＰＺＴに比べて、大きい。ＰＺＴの接触角は７０°で、撥液膜１５の接触角は１１０°である。したがって、撥液膜１５は、電極を形成するめっき液を弾くため、撥液膜１５上には電極が形成されない。すなわち、撥液膜１５が形成されたエリアは、電極を分離する分離部を構成する。撥液材料１５１として、例えば、ＡＧＣ社製、エスエフコート、などのフッ素系コーティング剤を用いることができる。

溝１３２の両側壁面１３２２には電極層１６が形成されている。電極層１６はニッケルなどの導電性材料で所定形状に構成される導電膜である。電極層１６は、例えば導電性材料が真空蒸着法や無電解ニッケルメッキ法等の手法で全面に形成された後、レーザ加工により一部の電極を除去してパターニングされる。なお、本実施形態において電極層１６の導電性材料はニッケルを用いるが、これに限られるものではなく、例えば金や銅等で形成してもよい。あるいは電極層１６は２種以上の導電性の材料の膜を積層しても良い。

電極層１６は、圧電部材１３１の側面部１３１２と基材１２の主面１２２とに形成されるパターン電極１７を介して、回路基板やフレキシブル配線基板に形成された配線に接続され、さらに回路基板、フレキシブル基板を介して、ドライブＩＣ等の各種電子部品に電気的に接続されている。

溝１３２に続く傾斜面である圧電部材１３１の側面部１３１２には、パターン電極１８が形成されている。パターン電極１８は、溝１３２の側壁面１３２２の電極層１６に接続されるとともに、基材１２の主面１２２に形成されたパターン電極１７に接続される。

パターン電極１８は、例えばニッケルなどの導電性材料で形成され所定のパターン形状を有する導電膜である。パターン電極１８は、アクチュエータ１３の溝１３２の側壁面１３２２に配される電極層１６を引き出して駆動回路等の実装部に導く所定形状にパターニングされる。パターン電極１８は、例えば真空蒸着法や無電解メッキ法等の手法で、導電性材料が形成され、所定のパターン形状にパターニングされる。なお、パターン電極１８は、電極層１６と同時に形成されてもよい。

アクチュエータベース１０の表面は、撥液膜１５が形成される第１の領域としての撥液エリアと、電極層１６やパターン電極１７が形成される第２の領域としての電極エリアと、を有している。撥液エリアと電極エリアは異なる部位にそれぞれ配置される。例えばアクチュエータベース１０の表面において、撥液エリアが形成されていない部位に、電極エリアが形成される。

たとえば撥液膜１５が形成される撥液エリアは、アクチュエータ１３の溝１３２の底面部１３２１と、積層圧電素子１３３の頂面部１３１１と、圧電部材１３１の傾斜する側面部１３１２及び基材１２の主面１２２の所定箇所に、それぞれ形成されている。

電極層１６またはパターン電極１７，１８が形成される電極エリアは、溝１３２の側壁面１３２２と、傾斜面である圧電部材１３１の側面部１３１２、及び基材１２の主面１２２の所定箇所にそれぞれ形成されている。なお、電極層１６は溝１３２の底面部１３２１には形成されておらず、両側壁面１３２２に形成された電極層１６は互いに分離されている。

また、アクチュエータ１３は、第２方向の一端側における傾斜面が、樹脂カバー１９によって覆われている。また、アクチュエータ１３のうち、第２方向の他端側、すなわちインク排出口１２１側は、部分的に樹脂カバー１９に覆われている。具体的には、圧力室１４を構成する溝１３２は、第２方向の一方側が樹脂カバー１９によって塞がれ、他方側は開口してインク排出路１２１に連通する。空気室Ｂは、第２方向の両端が樹脂カバー１９によって覆われ、塞がれている。

例えば樹脂カバー１９は、エポキシ樹脂材料からなる接着剤で、アクチュエータ１３の側面に接着剤を塗布した後、熱硬化によって形成される。配線が形成された傾斜面の表面を覆い、インクが溝１３２から配線エリアに流れないように溝１３２の開口を塞ぐ。すなわち、圧力室１４は、インク供給路１３４に連通するとともにノズル孔３１に連通し、さらにインク排出口１２１に連通するように第２方向の一方側が開口する。空気室Ｂは、ノズルプレート３０と両端の樹脂カバー１９とによって塞がれる。

フレーム２０はアクチュエータベース１０上に設けられ、アクチュエータ１３の外周を囲み、アクチュエータベース１０の一部の領域の外周を覆う。フレーム２０は例えばセラミックス材料で構成され、アクチュエータベース１０の第１方向の端面に接合される。フレーム２０は、基材１２よりも小さく、かつ、基材１２のうち、アクチュエータ１３、が設けられた領域よりも大きい開口部を有する。フレーム２０は、例えば接着剤により基材１２に接合される。たとえばフレーム２０は、撥液膜が形成されている基材１２の主面に熱可塑性樹脂のシートを介して接着される。フレーム２０は、インクなどの液体を案内するガイド機能を果たす。フレーム２０の図１中上方である一方側の開口縁の端面はノズルプレート３０に対向配置されるノズル対向面を形成する。本実施形態において一例としてフレーム２０のノズル対向面にも撥液膜１５が形成されている。ノズル対向面は、ＸＹ面に沿う平坦な平面を形成するとともに、アクチュエータ１３のノズル対向面と面一となる。フレーム２０のノズル対向面は接着剤を介して、ノズルプレート３０の外周に接合される。

ノズルプレート３０は、方形の板状に構成される。ノズルプレート３０はたとえばポリイミドなどの樹脂フィルムから構成される。ノズルプレート３０は厚さ１０μｍ～１００μｍに構成され、厚さ方向に貫通する複数のノズル３１を有するノズル列が形成されている。ノズルプレート３０はアクチュエータベース１０の溝列のＺ方向の一方側開口を覆うようにＺ方向の一方側に対向配置されている。ノズル３１は、複数の圧力室１４に対応する位置にそれぞれ設けられている。すなわち、ノズルプレート３０は、溝１３２で構成される圧力室に連通するノズル３１を有する。ノズルプレート３０は、フレーム２０の開口部よりも大きい。ノズルプレート３０は、例えば接着剤によってフレーム２０に接合される。ノズル３１は、圧力室に対応して２つの列を形成している。ノズル３１は、記録媒体対向面から圧力室の方向に進むに従って径が大きくなる。ノズル３１の寸法は、インクの吐出量に応じて所定の値に設定される。ノズル３１は、例えば、エキシマレーザーを用いたレーザ加工を施すことによって形成することができる。

マニホールド４０は、アクチュエータベース１０の一方側に配され、共通インク室を構成する。マニホールド４０は、共通インク室に連通するとともに、外部から共通インク室にインクを流入させる供給口と、共通インク室から外部にインクを排出する排出口と、を有する。供給口及び排出口は接続流路に接続される。

インクジェットヘッド１は、マニホールド４０、アクチュエータベース１０、フレーム２０及びノズルプレート３０が一体に組付けられ、内部にインクの流路を形成する。インクは、マニホールド４０に構成される共通インク室からインク供給路１３４を通して圧力室１４に供給され、圧力室１４を通過し、余剰のインクがインク排出路１２１からマニホールド４０へ戻るように循環する。インクの一部は、圧力室１４を流れる間に、画像データに基づく制御による圧力室１４の容積変化によって、ノズル３１から吐出される。例えば、圧力室１４の電極層１６をＧＮＤとし、隣接する空気室Ｂの電極層１６に電圧を印加することで、圧力室１４の容積を変化させ、圧力室１４に連通するノズル３１から液滴を吐出する。

以下、本実施形態に係るインクジェットヘッド１の製造方法について、図１乃至図７を参照して説明する。図６及び図７は、本実施形態にかかるインクジェットヘッド１の製造方法におけるパターニング処理を示す説明図である。図６は、溝の側壁面への電極形成工程を示す説明図であり、図７は基材及びアクチュエータの側面部への電極形成工程を示す説明図である。

本実施形態にかかるインクジェットヘッド１の製造方法は、板状の基材１２に複数の溝を形成する複数の圧電部材１３１を接着剤等で貼り付け、ダイシングソーやスライサー等を使用した機械加工を施して所定形状の外形を有するアクチュエータベース１０を成形する。なお、例えば予め複数枚分の厚さのブロック状のベース部材を形成してから分割し、所定形状のアクチュエータベース１０を複数枚製造してもよい。

図６及び図７のＡｃｔ１に示すように、基材１２の表面に、ＵＶによって硬化する撥液材料１５１を全面に塗布する。続いて、Ａｃｔ２に示すように、撥液材料１５１の塗布後に電極を形成したい箇所にＵＶ光を照射するＬＥＤランプ１９２を用いてノズルプレート３０側から紫外線を照射することで、ＵＶ照射された箇所を硬化させる。照射する光は、直線性の高いＵＶ光が好ましく、波長が３３０ｎｍ以上の長波長であることが好ましい。一例として、撥液膜を形成しない部位、すなわち電極層１６やパターン電極１７、１８を形成すべき部位に、マスク１９１を配して、ＵＶを照射する。すなわち、基材１２の主面１２２及び圧電部材１３１の側面部１３１２においてパターン電極１７、１８を形成すべき箇所にマスクを配してＵＶ照射を行う。このとき、圧電部材１３１に対して、直線性が高く長波長のＵＶ光を、ノズルプレート３０が配される方向から照射することで、マスク１９１を配置しなくても、溝１３２の頂面部１３１１と底面部１３２１にＵＶ照射することが可能となる。以上により、基材１２の主面１２２及び側面部１３１２においてマスクが形成されていない部位と、溝１３２の底面部１３２１及び頂面部１３１１が硬化され、撥液膜１５が形成される（Ａｃｔ３）。すなわち、硬化された部位の撥液膜１５に撥液性が発現される。続いて、Ａｃｔ４に示すように、ＵＶ光が照射されず撥液性が発現されていない部位の撥液材料１５１を除去する。その後、めっき法を行うと、撥液膜１５がめっき液を弾くため、溝１３２の側壁面１３２２と、基材１２や側面部１３１２の撥液膜１５が形成されていないエリアだけに電極層１６やパターン電極１７、１８が形成される（Ａｃｔ５）。なお、図８に示すように、撥液膜１５を構成する撥液材料１５１の接触角は１１０°であり、ＰＺＴは７０°であり、ＰＺＴに比べて接触角が大きいことから、撥液膜１５が形成された部位はめっき液を弾くため、撥液膜１５には電極層１６やパターン電極１７、１８が形成されない。さらに、圧力室１４を構成する溝１３２の底部に、インク供給路１３４を形成する（Ａｃｔ５）。

以上により、アクチュエータベース１０の表面に、撥液膜１５、電極層１６、及びパターン電極１７、１８が所定箇所にそれぞれ形成される。さらに、樹脂カバー１９を所定箇所に形成することによって圧力室１４の一端側と空気室Ｂの両端を塞ぐ。そして、アクチュエータベース１０をマニホールド４０に組み付け、アクチュエータベース１０の一方の面に、熱可塑性樹脂の接着シートにより、フレーム２０を貼付ける。

さらに溝１３２を覆うようにアクチュエータベース１０にノズルプレート３０を接着して取り付ける。このとき、溝１３２にノズル３１が対向するように位置決めを行う。さらに、図１に示すように基材１２の主面に形成されたパターン電極１７に、フレキシブルプリント基板６０を介して駆動ＩＣチップ６１や回路基板を接続することで、インクジェットヘッド１が完成する。

次に、インクジェットヘッド１を有するインクジェットプリンタ１００について、図９を参照して説明する。図９はインクジェットプリンタ１００の構成を示す説明図である。図９に示すように、インクジェットプリンタ１００は、筐体１０１と、媒体供給部１０２と、画像形成部１０３と、媒体排出部１０４と、搬送装置１０５と、制御部１０６と、を備える。

インクジェットプリンタ１００は、媒体供給部１０２から画像形成部１０３を通って媒体排出部１０４に至る所定の搬送路Ａに沿って、吐出対象物である記録媒体として例えば用紙Ｐを搬送しながらインク等の液体を吐出することで、用紙Ｐに画像形成処理を行う液体吐出装置である。

媒体供給部１０２は複数の給紙カセット１０２１を備える。媒体排出部１０４は、排紙トレイ１０４１を備える。画像形成部１０３は、用紙を支持する支持部１０７と、支持部１０７の上方に対向配置された複数のヘッドユニット２００と、を備える。

支持部１０７は、画像形成を行う所定領域にループ状に備えられる搬送ベルト１０８と、搬送ベルト１０８を裏側から支持する支持プレート１０９と、搬送ベルト１０８の裏側に備えられた複数のベルトローラ１１０と、を備える。

ヘッドユニット２００は、複数のインクジェットヘッド１と、各インクジェットヘッド１上にそれぞれ搭載された液体タンクとしての複数のインクタンク２０２と、インクジェットヘッド１とインクタンク２０２とを接続する接続流路２０３と、循環部である循環ポンプ２０４と、を備える。ヘッドユニット２００は、液体を循環させる循環型のヘッドユニットである。

本実施形態において、インクジェットヘッド１としてシアン、マゼンダ、イエロー、ブラックの４色のインクジェットヘッド１と、これらの各色のインクをそれぞれ収容するインクタンク２０２を備える。インクタンク２０２は接続流路２０３によってインクジェットヘッド１に接続される。接続流路２０３は、インクジェットヘッド１の供給口に接続される供給側流路と、インクジェットヘッド１の排出口に接続される回収側流路と、を備える。

また、インクタンク２０２には、図示しないポンプなどの負圧制御装置が連結されている。そして、インクジェットヘッド１とインクタンク２０２との水頭圧に対応して、負圧制御装置によりインクタンク２０２内を負圧制御することで、インクジェットヘッド１の各ノズルに供給されたインクを所定形状のメニスカスに形成させている。

循環ポンプ２０４は、例えば圧電ポンプで構成される送液ポンプである。循環ポンプ２０４は、供給側流路に設けられている。循環ポンプ２０４は、配線により制御部１０６の駆動回路に接続される。ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）１０６１は循環ポンプ２０４を制御可能に構成されている。循環ポンプ２０４は、インクジェットヘッド１とインクタンク２０２を含む循環流路で液体を循環させる。

搬送装置１０５は、媒体供給部１０２の給紙カセット１０２１から画像形成部１０３を通って媒体排出部１０４の排紙トレイ１０４１に至る搬送路Ａに沿って、用紙Ｐを搬送する。搬送装置１０５は、搬送路Ａに沿って配置される複数のガイドプレート対と、複数の搬送用ローラと、を備えている。

制御部１０６は、コントローラであるＣＰＵ１０６１と、各種のプログラムなどを記憶するＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）と、各種の可変データや画像データなどを一時的に記憶するＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）と、外部からのデータの入力及び外部へのデータの出力をするインターフェイス部と、を備える。

インクジェットヘッド１及びインクジェットプリンタ１００において、ノズル３１から液体を吐出する駆動時には、制御部１０６は、駆動回路により、パターン電極１７を介して駆動電圧を印加し、駆動素子部を屈曲変形させることで、圧力室１４の容積変化によりノズル３１から液滴を吐出させる。

上述した実施形態によれば、製造が容易なインクジェットヘッドを提供できる。すなわち、上記実施形態によれば、撥液膜１５が形成される位置に電極層が形成されないため、電極層１６のパターニングが容易に行える。また、直線性の高いＵＶ光で照射することで、マスクを用いなくても溝１３２の側面を除く溝１３２の所定箇所に高い位置精度で撥液膜を形成できる。さらに、波長が３３０ｎｍ以上の長波長のＵＶ光を用いたことにより、溝１３２の底面部１３２１に照射できる。このため、所定箇所に電極を精度良く配置でき、高いインク吐出性能を確保できる。

また上記実施形態によれば、アクチュエータ１３の頂面部１３１１にも撥液膜１５が形成されていることから、接着剤を塗布した際に、接着剤のはみ出しが抑制できる。また接着剤のはみ出しを抑制できることから、ノズルプレート３０とアクチュエータ１３の接着において、接着剤の厚さを管理でき、ノズルプレート３０との距離を管理できる。したがって、複数の駆動素子部を構成する積層圧電素子１３３の高さを揃えてノズルプレート３０の傾きやゆがみを抑制できる。また、上記実施形態において、フレーム２０のノズル対向面にも撥液膜１５を形成することで、アクチュエータ１３に加えてフレーム２０上の接着層の厚さも管理することができる。そして例えば基材１２の主面に熱可塑性樹脂の接着シートを介して接着することで、基材１２の主面からフレーム２０のノズル対向面までの寸法を管理できるため、ノズルプレート３０とフレーム２０との間の接着材の高さを管理できることから、アクチュエータ１３とフレーム２０のノズル面に対する高さを揃えやすく、ノズルプレート３０の平面度を確保することが可能となる。また、溝１３２の底面部に電極を設けないため、溝１３２の底部の寸法を薄くすることができる。

上記実施形態によれば、圧力室１４を構成する溝１３２の底面部１３２１にインク供給路１３４を構成したことによりインクを溝１３２の底面部から供給できる。したがって、空気室Ｂを構成する溝１３２の両端を塞ぎ、インクが供給される圧力室１４を構成する溝１３２の電極をＧＮＤとすることで、電気分解や酸化還元反応を抑制することができる。すなわち、共通のインク室から圧力室の長手方向へインクが供給される構造において、圧力室の電極に電圧を印加した場合、共通のインク室で電圧差が発生する場合があり、水性インクのように導電性のあるインクを使用すると、電位差によって電気分解が発生し、インクが吐出できなくなる場合があるが、上記実施形態によれば、圧力室１４を構成する溝１３２の電極をＧＮＤとし、ダミーとなる空気室Ｂに電圧を印加することで、インクに電圧が印加されず、電位差を発生させずに、アクチュエータ１３を駆動できる。このため導電性が高いまたはインクに酸化剤や還元剤が入っているインクを使用する場合にも電気分解や酸化還元反応が発生しない。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。

上記実施形態ではいわゆるサイドシューター型のインクジェットヘッド１を例示したが、これに限られるものではない。例えばエンドシューター型のインクジェットヘッドに適用してもよい。例えば、異なる２方向に開口する溝を有する櫛歯状のアクチュエータベースの、ノズルプレートが対向する面とは異なる所定方向を第１の部材としてのプレート状部材により閉塞する構成としてもよい。

上記実施形態においては、基材１２の主面部分に複数の溝１３２を備える圧電部材１３１を配した例を示したが、これに限られるものではない。たとえば基材１２の端面に、アクチュエータを備える構成であってもよい。また、ノズル列の数も上記実施形態に限られるものではなく、１列、あるいは３列以上備える構成としてもよい。

また、溝１３２内の底面部１３２１及び頂面部１３１１にＵＶ光を照射して撥液膜１５を形成する際にマスクを用いないでＵＶ照射する撥液膜１５を形成する例を示したが、これに限られるものではなく、例えば底面部１３２１及び頂面部１３１１へのＵＶ照射の際に必要に応じてマスクを配置してパターニングを行ってもよい。

また、上記実施形態においては、基材１２に圧電部材１３１からなる積層圧電体を備えたアクチュエータベース１０を例示したが、これに限るものではない。例えば基板を用いずに圧電部材のみでアクチュエータベース１０を形成しても良い。また、２枚の圧電部材を用いずに、１枚の圧電部材としてもよい。

例えば、吐出する液体は印字用のインクに限られるものではなく、例えばプリント配線基板の配線パターンを形成するための導電性粒子を含む液体を吐出する装置等であっても良い。

また、上記実施形態において、インクジェットヘッドは、インクジェット記録装置等の液体吐出装置に用いられる例を示したが、これに限られるものではなく、例えば３Ｄプリンタ、産業用の製造機械、医療用途にも用いることが可能であり、小型軽量化及び低コスト化が可能である。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、製造が容易である液体吐出ヘッドを提供できる。

この他、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…インクジェットヘッド、１０…アクチュエータベース、１２…基材、１３…アクチュエータ、１４…圧力室、１５…撥液膜、１６…電極層、１７…パターン電極、１８…パターン電極、１９…樹脂カバー、Ｂ…空気室、２０…フレーム、３０…ノズルプレート、３１…ノズル、４０…インクマニホールド、６０…フレキシブルプリント基板、６１…駆動ＩＣチップ、１００…インクジェットプリンタ、１０１…筐体、１０２…媒体供給部、１０３…画像形成部、１０４…媒体排出部、１０５…搬送装置、１０６…制御部、１０７…支持部、１０８…搬送ベルト、１０９…支持プレート、１１０…ベルトローラ、１２１…インク排出路、１２２…主面、１３１…圧電部材、１３２…溝、１３３…積層圧電素子、１３４…インク供給路、１５１…撥液材料、１９１…マスク、１９２…ＬＥＤランプ、２００…ヘッドユニット、２０２…インクタンク、２０３…接続流路、２０４…循環ポンプ、１０２１…給紙カセット、１０４１…排紙トレイ、１０６１…ＣＰＵ、１３１１…頂面部、１３１２…側面部、１３２１…底面部、１３２２…側壁面、Ａ…搬送路。

Claims

ノズルが形成されたノズルプレートと、
前記ノズルプレートに対向配置され、前記ノズルに連通する複数の圧力室を構成する溝を有するアクチュエータと、
前記アクチュエータの表面の所定の第１の領域に形成される撥液膜と、
前記アクチュエータの表面の前記撥液膜が形成される第１の領域とは異なる第２の領域に形成される電極層と、を備える液体吐出ヘッド。
前記アクチュエータは、複数の駆動素子部と複数の前記駆動素子部の間に形成される前記溝とを有するとともに、基材に設けられ、
前記電極層は、前記溝の側壁面と、前記基材の主面及び前記アクチュエータの側面部における所定箇所に、それぞれ形成され、
前記撥液膜は、前記溝の底面部と、前記基材の主面及び前記アクチュエータの側面における前記電極層とは異なる箇所に、それぞれ形成される、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
圧力室を構成する前記溝の底面部に、前記圧力室に液体を供給する供給路が形成される、請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
前記アクチュエータの、前記ノズルプレートと対向する対向面に、前記撥液膜が形成される、請求項１乃至３のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
前記アクチュエータを囲み、前記ノズルプレートに接着される、フレームを備え、
前記フレームの、前記ノズルプレートに対向する対向面に、撥液膜が形成される、請求項１乃至４のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。