JP2023091557A - ヘッドチップ、液体噴射ヘッド及び液体噴射記録装置 - Google Patents

ヘッドチップ、液体噴射ヘッド及び液体噴射記録装置 Download PDF

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Abstract

【課題】省電力化を図った上で、発生圧力を向上させることができるヘッドチップ、液体噴射ヘッド及び液体噴射記録装置を提供する。【解決手段】本開示の一態様に係るヘッドチップは、流路部材と、アクチュエータプレートと、駆動電極と、を備えている。駆動電極は、アクチュエータプレートの第1面のうち、圧力室又は仕切壁に対して第1方向から見て重なり合って設けられた第1電極と、アクチュエータプレートの第1面において第1電極に隣り合って設けられ、第1電極との間で電位差を生じさせる第2電極と、アクチュエータプレートの第2面のうち、第1電極に向かい合う位置に各別に設けられ、第1電極との間で電位差を生じさせる第1対向電極と、を備えている。【選択図】図3

Description

本開示は、ヘッドチップ、液体噴射ヘッド及び液体噴射記録装置に関する。
インクジェットプリンタに搭載されるヘッドチップは、圧力室内に収容されたインクを、ノズル孔を通じて吐出することで、被記録媒体に対して文字や画像等の印刷情報を記録する。ヘッドチップにおいて、インクを吐出させるには、まず圧電材料により形成されたアクチュエータプレートに対して電界を発生させ、アクチュエータプレートを変形させる。ヘッドチップでは、アクチュエータプレートの変形によって圧力室内の圧力が増加することで、ノズル孔を通じてインクが吐出される。
ここで、アクチュエータプレートの変形モードとして、アクチュエータプレートに発生する電界によってアクチュエータプレートをせん断変形(厚み滑り変形)させる、いわゆるシェアモードがある。シェアモードには、いわゆるウォールベンド型やルーフシュート型が含まれる。
ウォールベンド型のヘッドチップは、アクチュエータプレート自体に圧力室が形成された構成である。ウォールベンド型のヘッドチップでは、圧力室を挟んで向かい合う仕切壁同士が接近又は離間する方向に変形することで、圧力室内の容積が変化する。
一方、ルーフシュート型のヘッドチップは、流路部材に形成された圧力室に対し、アクチュエータプレートが向かい合って配置された構成である(例えば、下記特許文献1参照)。ルーフシュート型のヘッドチップでは、アクチュエータプレートが厚さ方向に変形することで、圧力室の容積が変化する。
米国特許第4584590号明細書
ルーフシュート型のヘッドチップでは、ウォールベンド型のヘッドチップと異なり、アクチュエータプレートとは別部材(流路部材)に圧力室が形成されていることから、製造効率や耐久性の向上を図ることが可能になる。
一方、ルーフシュート型のヘッドチップでは、アクチュエータプレートが圧力室の一面のみにしか面していないことから、ウォールベンド型のヘッドチップに比べ圧力室内の発生圧力を確保し難いという課題があった。ルーフシュート型のヘッドチップにおいて、発生圧力を確保するためには、駆動電圧を大きくする必要がある。
本開示は、省電力化を図った上で、インク吐出時における圧力室内の発生圧力を向上させることができるヘッドチップ、液体噴射ヘッド及び液体噴射記録装置を提供する。
上記課題を解決するために、本開示は以下の態様を採用した。
(1)本開示の一態様に係るヘッドチップは、液体が収容される複数の圧力室が仕切壁によって仕切られた状態で配列された流路部材と、前記圧力室に対して第1方向に向かい合った状態で前記流路部材上に積層されるとともに、前記第1方向を分極方向とするアクチュエータプレートと、前記アクチュエータプレートのうち前記第1方向の第1側を向く第1面、及び前記第1側と反対側である第2側を向く第2面にそれぞれ形成されるとともに、前記アクチュエータプレートを前記第1方向に変形させて前記圧力室の容積をそれぞれ変化させる駆動電極と、を備え、前記駆動電極は、前記アクチュエータプレートの前記第1面のうち、前記圧力室又は前記仕切壁に対して前記第1方向から見て重なり合って設けられた第1電極と、前記アクチュエータプレートの前記第1面において前記第1電極に隣り合って設けられ、前記第1電極との間で電位差を生じさせる第2電極と、前記アクチュエータプレートの前記第2面のうち、前記第1電極に向かい合う位置に各別に設けられ、前記第1電極との間で電位差を生じさせる第1対向電極と、を備えている。
本態様によれば、第1電極及び第2電極間に電位差を発生させることで、アクチュエータプレートの分極方向に交差する方向に電界を発生させることができる。これにより、アクチュエータプレートをシェアモード(ルーフシュート型)で第1方向に変形させることで、圧力室の容積を変化させることができる。
また、本態様では、第1電極及び第1対向電極間に電位差を発生させることで、アクチュエータプレートの分極方向にも電界を発生させることができる。これにより、アクチュエータプレートをベンドモード(バイモルフ型)で第1方向に変形させることで、圧力室の容積を変化させることができる。
このように、シェアモード及びベンドモードの双方の駆動モードによってアクチュエータプレートを第1方向に変形させることで、圧力室の発生圧力を向上させ、省電力化を図ることができる。
特に、本態様では、第1対向電極が第1電極に対応して各別に設けられているため、第1対向電極が第2面上において間隔をあけて設けられることになる。そのため、例えば第2面の全域に第1対向電極が形成されている場合に比べ、アクチュエータプレートの静電容量を小さくすることができる。その結果、アクチュエータプレートの応答性を向上させることができるとともに、アクチュエータプレートでの発熱も抑制できる。
(2)上記(1)の態様に係るヘッドチップにおいて、前記駆動電極は、前記第2面において前記第2電極に向かい合い、かつ前記第1対向電極に隣り合って設けられた第2対向電極を備え、前記第2対向電極は、前記第2電極との間で前記第1方向に電位差を生じさせるとともに、前記第1対向電極との間で前記第1方向に交差する方向に電位差を生じさせてもよい。
本態様によれば、第2面において、第1対向電極及び第2対向電極が隣り合って設けられるので、第1対向電極及び第2対向電極間に発生する電位差によってアクチュエータプレートをシェアモードにより変形させることができる。
また、第2電極及び第2対向電極間に発生する電位差によってアクチュエータプレートをベンドモードにより変形させることができる。その結果、発生圧力の更なる向上及び、省電力化を図ることができる。
(3)上記(2)の態様に係るヘッドチップにおいて、前記アクチュエータプレートの前記第1面は、前記流路部材に対して前記第1方向で向かい合って配置され、前記第2電極の全体は、前記第1方向から見て前記仕切壁と重なり合う位置に設けられていてもよい。
本態様によれば、アクチュエータプレートの第1面のうち圧力室に向かい合う部分に第2電極が形成されないので、第1面のうち圧力室に向かい合う部分に形成される電極(第1電極)の面積を確保し易い。その結果、第1電極に起因してアクチュエータプレートに発生する電界を確保し易く、圧力室の発生圧力を向上させ易い。
また、アクチュエータプレートの第1面のうち圧力室に向かい合う部分に第2電極が形成されないので、アクチュエータプレートのうち、圧力室に向かい合う部分が変形する際に、アクチュエータプレートの変形が第2電極によって阻害されることを抑制できる。すなわち、アクチュエータプレートの変形の起点を、アクチュエータプレートと仕切壁との境界部分まで広げることができるので、アクチュエータプレートの変形量を確保し、発生圧力を向上させることができる。
(4)上記(2)又は(3)の態様に係るヘッドチップにおいて、前記第2対向電極のうち、一部は前記第1方向から見て前記仕切壁と重なり合う位置で前記第2電極に向かい合って設けられ、残りの一部は前記第1方向から見て前記圧力室に重なり合う位置に設けられていてもよい。
本態様によれば、第2対向電極のうち、一部を第2電極に向かい合わせた状態で、残りの一部を圧力室に向かい合う位置まで延ばす。これにより、アクチュエータプレートがベンドモードで変形する際に、第2対向電極と第2電極との間の電位差に起因してアクチュエータプレートに発生する電界を、アクチュエータプレートのうち圧力室と向かい合う部分に効果的に発生させることができる。 また、第1対向電極及び第2対向電極同士を接近させることができるので、アクチュエータプレートがシェアモードで変形する際に第1対向電極と第2対向電極との間の電位差に起因してアクチュエータプレートに発生する電界を、アクチュエータプレートのうち圧力室と向かい合う部分に効果的に発生させることができる。
その結果、アクチュエータプレートを効率的に変形させることができる。
(5)上記(1)から(4)何れかの態様に係るヘッドチップにおいて、前記第1電極及び前記第1対向電極の全体は、前記圧力室と前記第1方向で向かい合う位置に設けられていてもよい。
本態様によれば、第1対向電極及び第1電極の全体が圧力室に向かい合って設けられている。これにより、アクチュエータプレートがベンドモードで変形する際に、第1対向電極と第1電極との間の電位差に起因してアクチュエータプレートに発生する電界を、アクチュエータプレートのうち圧力室と向かい合う部分に効果的に発生させることができる。そのため、アクチュエータプレートを効率的に変形させる ことができる。
(6)上記(1)から(5)何れかの態様に係るヘッドチップは、前記第1方向において、前記アクチュエータプレートを挟んで前記流路部材とは反対側には、前記第1方向における前記流路部材とは反対側への前記アクチュエータプレートの変位を規制する規制部材が積層されていてもよい。
本態様によれば、例えば圧力室内における液体の圧力等に起因してアクチュエータプレートに作用する液体の抵抗力(コンプライアンス)に対し、アクチュエータプレートの第1方向における流路部材とは反対側への変位を規制部材によって規制できる。これにより、アクチュエータプレートの変形を圧力室に向けて効果的に伝えることができる。その結果、アクチュエータプレートの変形時における圧力室内の発生圧力を向上させ、省電力化を図ることができる。
(7)本開示の一態様に係る液体噴射ヘッドは、上記(1)から(6)の何れかの態様に係るヘッドチップを備えている。
本態様によれば、省電力で高性能な液体噴射ヘッドを提供できる。
(8)本開示の一態様に係る液体噴射記録装置は、上記(7)の態様に係る液体噴射ヘッドを備えている。
本態様によれば、省電力で高性能な液体噴射記録装置を提供できる。
本開示の一態様によれば、省電力化を図った上で、発生圧力を向上させることができる。
第1実施形態に係るインクジェットプリンタの概略構成図である。 第1実施形態に係るインクジェットヘッド及びインク循環機構の概略構成図である。 第1実施形態に係るヘッドチップの分解斜視図である。 図3のIV-IV線に対応するヘッドチップの断面図である。 図4のV-V線に対応するヘッドチップの断面図である。 第1実施形態に係るアクチュエータプレートの底面図である。 第1実施形態に係るアクチュエータプレートの平面図である。 第1実施形態に係るヘッドチップについて、インク吐出時における変形の挙動を説明するための説明図である。 第1実施形態に係るヘッドチップの製造方法を説明するためのフローチャートである。 第1実施形態に係るヘッドチップの製造方法を説明するための工程図であって、図4に対応する断面図である。 第1実施形態に係るヘッドチップの製造方法を説明するための工程図であって、図4に対応する断面図である。 第1実施形態に係るヘッドチップの製造方法を説明するための工程図であって、図4に対応する断面図である。 第1実施形態に係るヘッドチップの製造方法を説明するための工程図であって、図4に対応する断面図である。 第1実施形態に係るヘッドチップの製造方法を説明するための工程図であって、図4に対応する断面図である。 第1実施形態に係るヘッドチップの製造方法を説明するための工程図であって、図4に対応する断面図である。 第1実施形態に係るヘッドチップの製造方法を説明するための工程図であって、図4に対応する断面図である。 第1実施形態に係るヘッドチップの製造方法を説明するための工程図であって、図4に対応する断面図である。 第1実施形態に係るヘッドチップの製造方法を説明するための工程図であって、図4に対応する断面図である。 第1実施形態に係るヘッドチップの製造方法を説明するための工程図であって、図4に対応する断面図である。 第1実施形態に係るヘッドチップの製造方法を説明するための工程図であって、図4に対応する断面図である。 第2実施形態に係るアクチュエータプレートの底面図である。 第2実施形態に係るアクチュエータプレートの平面図である。 第3実施形態に係るヘッドチップの断面図である。 第4実施形態に係るヘッドチップの断面図である。 変形例に係るヘッドチップの断面図である。 変形例に係るヘッドチップの断面図である。 変形例に係るヘッドチップの断面図である。
以下、本開示に係る実施形態について図面を参照して説明する。以下で説明する実施形態や変形例において、対応する構成については同一の符号を付して説明を省略する場合がある。以下の説明において、例えば「平行」や「直交」、「中心」、「同軸」等の相対的又は絶対的な配置を示す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差や同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。以下の実施形態では、インク(液体)を利用して被記録媒体に記録を行うインクジェットプリンタ(以下、単にプリンタという)を例に挙げて説明する。以下の説明に用いる図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
(第1実施形態)
[プリンタ1]
図1はプリンタ1の概略構成図である。
図1に示すプリンタ(液体噴射記録装置)1は、一対の搬送機構2,3と、インクタンク4と、インクジェットヘッド(液体噴射ヘッド)5と、インク循環機構6と、走査機構7と、を備えている。
以下の説明では、必要に応じてX,Y,Zの直交座標系を用いて説明する。この場合、X方向は被記録媒体P(例えば、紙等)の搬送方向(副走査方向)に一致している。Y方向は走査機構7の走査方向(主走査方向)に一致している。Z方向は、X方向及びY方向に直交する高さ方向(重力方向)を示している。以下の説明では、X方向、Y方向及びZ方向のうち、図中矢印側をプラス(+)側とし、矢印とは反対側をマイナス(-)側として説明する。本明細書において、+Z側は重力方向の上方に相当し、-Z側は重力方向の下方に相当する。
搬送機構2,3は、被記録媒体Pを+X側に搬送する。搬送機構2,3は、例えばY方向に延びる一対のローラ11,12をそれぞれ含んでいる。
インクタンク4には、例えばイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの4色のインクが各別に収容されている。各インクジェットヘッド5は、接続されたインクタンク4に応じてイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの4色のインクをそれぞれ吐出可能に構成されている。
図2は、インクジェットヘッド5及びインク循環機構6の概略構成図である。
図1、図2に示すように、インク循環機構6は、インクタンク4とインクジェットヘッド5との間でインクを循環させる。具体的に、インク循環機構6は、インク供給管21及びインク排出管22を有する循環流路23と、インク供給管21に接続された加圧ポンプ24と、インク排出管22に接続された吸引ポンプ25と、を備えている。
加圧ポンプ24は、インク供給管21内を加圧し、インク供給管21を通してインクジェットヘッド5にインクを送り出している。これにより、インクジェットヘッド5に対してインク供給管21側は正圧となっている。
吸引ポンプ25は、インク排出管22内を減圧し、インク排出管22内を通してインクジェットヘッド5からインクを吸引している。これにより、インクジェットヘッド5に対してインク排出管22側は負圧となっている。インクは、加圧ポンプ24及び吸引ポンプ25の駆動により、インクジェットヘッド5とインクタンク4との間を、循環流路23を通して循環可能となっている。
図1に示すように、走査機構7は、インクジェットヘッド5をY方向に往復走査させる。走査機構7は、Y方向に延びるガイドレール28と、ガイドレール28に移動可能に支持されたキャリッジ29と、を備えている。
<インクジェットヘッド5>
インクジェットヘッド5は、キャリッジ29に搭載されている。図示の例では、複数のインクジェットヘッド5が、一つのキャリッジ29にY方向に並んで搭載されている。インクジェットヘッド5は、ヘッドチップ50(図3参照)と、インク循環機構6及びヘッドチップ50間を接続するインク供給部(不図示)と、ヘッドチップ50に駆動電圧を印加する制御部(不図示)と、を備えている。
<ヘッドチップ50>
図3は、ヘッドチップ50の分解斜視図である。図4は、図3のIV-IV線に対応するヘッドチップ50の断面図である。図5は、図4のV-V線に対応するヘッドチップ50の断面図である。
図3~図5に示すヘッドチップ50は、インクタンク4との間でインクを循環させるとともに、後述する圧力室61における延在方向(Y方向)の中央部からインクを吐出する、いわゆる循環式サイドシュートタイプのヘッドチップ50である。ヘッドチップ50は、ノズルプレート51と、流路部材52と、第1フィルム53と、アクチュエータプレート54と、第2フィルム55と、カバープレート56と、を備えている。以下の説明では、Z方向のうち、ノズルプレート51からカバープレート56に向かう方向(+Z側)を上側とし、カバープレート56からノズルプレート51に向かう方向(-Z側)を下側として説明する場合がある。
流路部材52は、Z方向を厚さ方向とした板状である。流路部材52は、インク耐性を有する材料により形成されている。このような材料として、例えば金属や金属酸化物、ガラス、樹脂、セラミックス等が採用可能である。流路部材52には、複数の圧力室61が形成されている。各圧力室61内には、インクが収容される。各圧力室61は、X方向に間隔をあけて並んでいる。したがって、流路部材52のうち、隣り合う圧力室61間に位置する部分は、隣り合う圧力室61間をX方向に仕切る仕切壁62を構成している。
各圧力室61は、Y方向に直線状に延びる溝状に形成されている。各圧力室61は、Y方向における少なくとも一部(第1実施形態ではY方向の中央部)において、流路部材52を貫通している。なお、第1実施形態では、チャネル延在方向がY方向に一致する構成について説明するが、チャネル延在方向がY方向に交差していてもよい。また、圧力室61の平面視形状は、長方形状(X方向及びY方向のうち、何れか一方を長手方向とし、他方を短手方向とする形状)に限られない。圧力室61の平面視形状は、正方形状や三角形状等の多角形状、円形状、楕円形状等であってもよい。
ノズルプレート51は、流路部材52の下面に接着等によって固定されている。ノズルプレート51は、平面視外形が流路部材52と同等になっている。したがって、ノズルプレート51は、圧力室61の下端開口部を閉塞している。第1実施形態において、ノズルプレート51は、ポリイミド等の樹脂材料により厚さが数十~百数十μm程度に形成されている。但し、ノズルプレート51は、樹脂材料の他、金属材料(SUSやNi-Pd等)、ガラス、シリコン等による単層構造、又は積層構造であってもよい。
ノズルプレート51には、ノズルプレート51をZ方向に貫通する複数のノズル孔71が形成されている。各ノズル孔71は、X方向に間隔をあけて配置されている。各ノズル孔71は、対応する圧力室61それぞれに対し、X方向及びY方向の中央部で連通している。第1実施形態において、各ノズル孔71は、例えば上方から下方に向かうに従い内径が漸次縮小するテーパ状に形成されている。第1実施形態では、複数の圧力室61及び複数のノズル孔71がX方向に一列に並んだ構成について説明したが、この構成に限られない。X方向に並んだ複数の圧力室61及び複数のノズル孔71をノズル列とすると、ノズル列がY方向に間隔をあけて複数列設けられていてもよい。この場合、ノズル列の列数をnとすると、一のノズル列におけるノズル孔71(圧力室61)のY方向における配列ピッチは、一のノズル列に隣り合う他のノズル列におけるノズル孔71の配列ピッチに対して1/nピッチ毎にずれて配列されていることが好ましい。
第1フィルム53は、流路部材52の上面に接着等によって固定されている。第1フィルム53は、流路部材52の上面全域に亘って配置されている。これにより、第1フィルム53は、各圧力室61の上端開口部を閉塞している。第1フィルム53は、絶縁性及びインク耐性を有し、弾性変形可能な材料により形成されている。このような材料として、第1フィルム53は、例えば樹脂材料(ポリイミド系やエポキシ系、ポリプロピレン系等)により形成されている。第1実施形態において、「弾性変形可能」とは、複数の部材が積層された状態において、Z方向で隣り合う部材に比べて圧縮弾性率が小さい部材であることを意味する。すなわち、第1フィルム53は、流路部材52及びアクチュエータプレート54よりも圧縮弾性率が小さい。
アクチュエータプレート54は、Z方向を厚さ方向として、第1フィルム53の上面に接着等により固定されている。アクチュエータプレート54の平面視外形は、流路部材52の平面視外形よりも大きい。したがって、アクチュエータプレート54は、第1フィルム53を間に挟んで各圧力室61とZ方向で向かい合っている。なお、アクチュエータプレート54は、各圧力室61をまとめて覆う構成に限らず、各圧力室61毎に個別に設けられていてもよい。
アクチュエータプレート54は、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)等の圧電材料で形成されている。アクチュエータプレート54は、分極方向が-Z側を向くように設定されている。アクチュエータプレート54の両面には、駆動配線64が形成されている。アクチュエータプレート54は、駆動配線64により印加される電圧によって電界が発生することで、Z方向に変形可能に構成されている。アクチュエータプレート54は、Z方向の変形によって圧力室61内の容積を拡大又は縮小させることで、圧力室61内からインクを吐出させる。なお、駆動配線64の構成については後述する。
第2フィルム55は、アクチュエータプレート54の上面に接着等によって固定されている。第1実施形態において、第2フィルム55は、アクチュエータプレート54の上面全域を覆っている。第2フィルム55は、絶縁性を有し、弾性変形可能な材料により形成されている。このような材料として、第1フィルム53と同様の材料を採用することができる。すなわち、第2フィルム55は、流路部材52及びアクチュエータプレート54よりも圧縮弾性率が小さい。
カバープレート56は、Z方向を厚さ方向として、第2フィルム55の上面に接着等により固定されている。カバープレート56におけるZ方向の厚さは、アクチュエータプレート54や流路部材52、各フィルム53,55よりも厚い。第1実施形態において、カバープレート56は、流路部材52と同様に、金属や金属酸化物、ガラス、樹脂、セラミックス等により形成されている。カバープレート56は、少なくとも第2フィルム55よりも圧縮弾性率が大きい。図5に示すように、カバープレート56、第2フィルム55及びアクチュエータプレート54のうち、流路部材52に対して+Y側に突出した部分は、尾部65を構成している。
カバープレート56には、入口共通インク室66及び出口共通インク室67が形成されている。
入口共通インク室66は、例えば圧力室61の+Y側端部とZ方向から見て重なる位置に形成されている。入口共通インク室66は、例えば各圧力室61を跨る長さでX方向に延びるとともに、カバープレート56の上面で開口している。
出口共通インク室67は、例えば圧力室61の-Y側端部とZ方向から見て重なる位置に形成されている。出口共通インク室67は、例えば各圧力室61を跨る長さでX方向に延びるとともに、カバープレート56の上面で開口している。
入口共通インク室66において、圧力室61とZ方向から見て重なり合う位置には、入口スリット68が形成されている。入口スリット68は、カバープレート56、第2フィルム55、アクチュエータプレート54及び第1フィルム53をZ方向に貫通している。入口スリット68は、各圧力室61と、入口共通インク室66内と、の間を各別に連通している。
出口共通インク室67において、圧力室61とZ方向から見て重なり合う位置には、出口スリット69が形成されている。出口スリット69は、カバープレート56、第2フィルム55、アクチュエータプレート54及び第1フィルム53をZ方向に貫通している。出口スリット69は、各圧力室61と、出口共通インク室67内と、の間を各別に連通している。
続いて、駆動配線64の構造について説明する。図6は、アクチュエータプレート54の底面図である。図7は、アクチュエータプレート54の平面図である。駆動配線64は、各圧力室61に対応して設けられている。隣り合う圧力室61に対応する駆動配線64同士は、Y方向に沿う対称軸Tを基準に線対称に形成されている。以下の説明では、複数の圧力室61のうち一の圧力室61Aに対応して設けられた駆動配線64Aを例にして説明し、他の圧力室61に対応する駆動配線64については説明を適宜省略する。
図6、図7に示すように、駆動配線64Aは、共通配線81と、個別配線82と、を備えている。
共通配線81は、第1共通電極81aと、第2共通電極81bと、下面引き回し配線81cと、上面引き回し配線81dと、貫通配線81eと、共通接続配線81fと、共通パッド81gと、を備えている。なお、共通配線81のうち、共通電極81a,81b以外の部分(下面引き回し配線81c、上面引き回し配線81d、貫通配線81e、共通接続配線81f及び共通パッド81g)と、アクチュエータプレート54と、の間には不図示の絶縁体(例えば、SiO等)が設けられていることが好ましい。
図4、図6に示すように、第1共通電極81aは、アクチュエータプレート54の下面において、対応する圧力室61とZ方向で向かい合う位置で、Y方向に直線状に延びている。図示の例において、第1共通電極81aは、圧力室61におけるX方向の中央部を含む位置に形成されている。但し、第1共通電極81aは、圧力室61に向かい合う位置に形成されていれば、X方向の幅や位置等について適宜変更が可能である。
図4、図7に示すように、第2共通電極81bは、アクチュエータプレート54の上面において、対応する圧力室61の第1共通電極81aとZ方向から見て重なり合わない位置で、Y方向に直線状に延びている。第1実施形態において、第2共通電極81bは、第1共通電極81aに対してX方向の両側にそれぞれ形成されている。各第2共通電極81bは、圧力室61におけるX方向の中央部に対して対称となる位置に形成されている。
各第2共通電極81bのうち、+X側に位置する第2共通電極81b(以下、+X側共通電極81b1という。)の一部は、対応する圧力室61を区画する仕切壁62のうち、+X側に位置する仕切壁62(以下、仕切壁62aという。)とZ方向から見て重なり合っている。+X側共通電極81b1の残りの一部は、仕切壁62aに対して-X側に張り出している。すなわち、+X側共通電極81b1の残りの一部は、圧力室61の一部とZ方向から見て重なり合っている。
各第2共通電極81bのうち、-X側に位置する第2共通電極81b(以下、-X側共通電極81b2という。)の一部は、対応する圧力室61を区画する仕切壁62のうち、-X側に位置する仕切壁62(以下、仕切壁62bという。)とZ方向から見て重なり合っている。なお、隣り合う圧力室61間において、一の圧力室61における+X側共通電極81b1と、他の圧力室61における-X側共通電極81b2と、は仕切壁62上においてX方向に離間している。
-X側共通電極81b2の残りの一部は、仕切壁62bに対して+X側に張り出している。すなわち、-X側共通電極81b1の残りの一部は、圧力室61の一部とZ方向から見て重なり合っている。なお、第1共通電極81aにおけるY方向の幅D1は、各第2共通電極81bのうち圧力室61と重なり合う部分におけるY方向の幅D2に比べて広い方が好ましい。
図6に示すように、下面引き回し配線81cは、アクチュエータプレート54の下面において、第1共通電極81aに接続されている。下面引き回し配線81cは、第1共通電極81aにおける-Y側端部から+X側に延びている。下面引き回し配線81cにおける+X側端部は、仕切壁62aにおけるX方向の中央部とZ方向から見て重なり合う位置まで延びている。
図7に示すように、上面引き回し配線81dは、アクチュエータプレート54の上面において、各第2共通電極81bにまとめて接続されている。上面引き回し配線81dは、各第2共通電極81bにおける-Y側端部に接続された状態でX方向に延びている。上面引き回し配線81dにおける+X側端部は、仕切壁62aにおけるX方向の中央部とZ方向から見て重なり合う位置まで延びている。
図4、図6、図7に示すように、貫通配線81eは、下面引き回し配線81c及び上面引き回し配線81d間を接続している。貫通配線81eは、アクチュエータプレート54をZ方向に貫通して設けられている。具体的に、アクチュエータプレート54のうち+X側共通電極81b1に対して+X側に位置する部分には、配線用貫通孔91が形成されている。第1実施形態において、配線用貫通孔91は、アクチュエータプレート54のうち仕切壁62aにおけるX方向の中央部とZ方向から見て重なり合う部分に形成されている。配線用貫通孔91は、+X側共通電極81b1に沿ってY方向に延びている。図示の例において、配線用貫通孔91のY方向の長さは、+X側共通電極81b1よりも僅かに長く、圧力室61よりも短い長さになっている。但し、配線用貫通孔91のY方向の長さは、適宜変更が可能である。
貫通配線81eは、配線用貫通孔91の内面に形成されている。貫通配線81eは、配線用貫通孔91の内面において少なくともZ方向の全域に亘って形成されている。貫通配線81eは、配線用貫通孔91の下端開口縁において下面引き回し配線81cに接続される一方、配線用貫通孔91の上端開口縁において上面引き回し配線81dに接続されている。なお、貫通配線81eは、配線用貫通孔91の内面において全周に亘って形成されていてもよい。
図6に示すように、共通接続配線81fは、アクチュエータプレート54の下面において、貫通配線81eと共通パッド81gとの間を接続している。具体的に、共通接続配線81fは、貫通配線81eよりも+Y側において、Y方向に延びている。共通接続配線81fの-Y側端部は、配線用貫通孔91の下端開口縁において、貫通配線81eに接続されている。共通接続配線81fの+Y側端部は、尾部65上で終端している。
共通パッド81gは、尾部65の下面において共通接続配線81fに接続されている。共通パッド81gは、尾部65の下面においてX方向に延びている。
図6、図7に示すように、個別配線82は、第1個別電極82aと、第2個別電極82bと、下面引き回し配線82cと、上面引き回し配線82dと、貫通配線82eと、個別接続配線82fと、個別パッド82gと、内面配線82hと、を備えている。なお、個別配線82のうち、個別電極82a,82b以外の部分(下面引き回し配線82c、上面引き回し配線82d、貫通配線82e、個別接続配線82f及び個別パッド82g)と、アクチュエータプレート54と、の間には不図示の絶縁体(例えば、SiO等)が設けられていることが好ましい。
図4、図6に示すように、第1個別電極82aは、アクチュエータプレート54の下面において、第1共通電極81aに対してX方向の両側に位置する部分にそれぞれ形成されている。各第1個別電極82aは、第1共通電極81aに対してX方向に間隔をあけた状態でY方向に延びている。第1個別電極82aは、第1共通電極81aとの間で電位差を生じさせる。第1個別電極82aにおけるX方向の幅D3は、第1共通電極81aにおけるX方向の幅D1よりも狭い。
各第1個別電極82aのうち+X側に位置する第1個別電極82a(以下、+X側個別電極82a1)の全体は、仕切壁62aとZ方向から見て重なり合っている。+X側個別電極82a1は、仕切壁62a上において+X側共通電極81b1の一部とZ方向で向かい合っている。一方、各第1個別電極82aのうち-X側に位置する第1個別電極82a(以下、-X側個別電極82a2)の全体は、仕切壁62bとZ方向から見て重なり合っている。-X側個別電極82a2は、仕切壁62b上において-X側共通電極81b2の一部とZ方向で向かい合っている。各第1個別電極82aは、Z方向で向かい合う第2共通電極81bとの間で電位差を生じさせる。
図4、図7に示すように、第2個別電極82bは、アクチュエータプレート54の上面において、各第2共通電極81bの間に位置する部分に形成されている。第2個別電極82bは、第1共通電極81aに対してX方向に間隔をあけた状態でY方向に延びている。したがって、第2個別電極82bの全体は、対応する圧力室61とZ方向から見て重なり合っている。第2個別電極82bは、第2共通電極81bとの間で電位差を生じさせる。第2個別電極82bの少なくとも一部は、第1共通電極81aと一部がZ方向から見て重なり合っている。したがって、第2個別電極82bは、第1共通電極81aとの間で電位差を生じさせる。なお、第2個別電極82bにおけるY方向の幅は、第2共通電極81bにおけるY方向の幅よりも広い。
図6に示すように、下面引き回し配線82cは、アクチュエータプレート54の下面において、各第1個別電極82aにまとめて接続されている。下面引き回し配線82cは、各第1個別電極82aの+Y側端部に接続された状態でX方向に延びている。下面引き回し配線82cにおける-X側端部は、仕切壁62bにおけるX方向の中央部とZ方向から見て重なり合う位置まで延びている。
図7に示すように、上面引き回し配線82dは、アクチュエータプレート54の上面において、第2個別電極82bに接続されている。上面引き回し配線82dは、第2個別電極82bにおける+Y側端部から-X側に延びている。上面引き回し配線82dにおける-X側端部は、仕切壁62bにおけるX方向の中央部とZ方向から見て重なり合う位置まで延びている。
図4、図6、図7に示すように、貫通配線82eは、下面引き回し配線82c及び上面引き回し配線82d間を接続している。貫通配線82eは、アクチュエータプレート54をZ方向に貫通して設けられている。具体的に、アクチュエータプレート54のうち-X側個別電極82b2に対して-X側に位置する部分には、配線用貫通孔92が形成されている。第1実施形態において、配線用貫通孔92は、アクチュエータプレート54のうち仕切壁62bにおけるX方向の中央部とZ方向から見て重なり合う部分に形成されている。図示の例において、配線用貫通孔92のY方向の長さは、-X側個別電極82b2よりも僅かに長く、圧力室61よりも短い長さになっている。但し、配線用貫通孔92のY方向の長さは、適宜変更が可能である。
配線用貫通孔92の内面には、隣り合う圧力室61の貫通配線82eが、互いに分離した状態で形成されている。以下の説明では、駆動配線64Aに係る貫通配線82eについて説明する。貫通配線82eは、配線用貫通孔92の内面において少なくともZ方向の全域に亘って形成されている。貫通配線82eは、配線用貫通孔92の下端開口縁において下面引き回し配線82cに接続される一方、配線用貫通孔92の上端開口縁において上面引き回し配線82dに接続されている。図示の例において、隣り合う圧力室61に対応する貫通配線82e同士は、配線用貫通孔92の内面のうちX方向で向かい合う面にそれぞれ形成されている。したがって、隣り合う圧力室61に対応する貫通配線82e同士は、配線用貫通孔92のうちY方向の両端部において分断されている。
図6に示すように、個別接続配線82fは、アクチュエータプレート54の下面において、貫通配線82eと個別パッド82gとの間を接続している。具体的に、個別接続配線82fは、貫通配線82eから+Y側に延びている。個別接続配線82fの-Y側端部は、配線用貫通孔92の下端開口縁において、貫通配線82eに接続されている。個別接続配線82fの+Y側端部は、尾部65上において共通パッド81gよりも+Y側に位置する部分で終端している。
隣り合う圧力室61の個別接続配線82f同士は、尾部65上においてX方向で隣り合っている。尾部65のうち、隣り合う圧力室61の個別接続配線82f同士の間に位置する部分には、個別分離溝93が形成されている。個別分離溝93は、尾部65をZ方向に貫通するとともに、尾部65における+Y側端面上で開口している。
個別パッド82gは、アクチュエータプレート54の下面において、共通パッド81gよりも+Y側に位置する部分に形成されている。個別パッド82gは、尾部65の下面においてX方向に延びている。尾部65において、共通パッド81g及び個別パッド82g間に位置する部分には、共通分離溝94が形成されている。共通分離溝94は、尾部65において例えば各圧力室61を跨る長さでX方向に延びている。
内面配線82hは、個別分離溝93の内面に形成されている。隣り合う圧力室61の内面配線82h同士は、個別分離溝93内で分離されている。内面配線82hにおけるZ方向の寸法は、共通分離溝94の深さよりも大きくなっている。したがって、内面配線82hは、個別分離溝93の内面上において共通分離溝94を跨いでY方向に連続している。内面配線82hのうち共通分離溝94に対して-Y側に位置する部分は、個別分離溝93の開口縁において個別接続配線82fに接続されている。内面配線82hのうち共通分離溝94に対して+Y側に位置する部分は、個別分離溝93の開口縁において個別接続配線82f(又は個別パッド82g)に接続されている。
各駆動配線64のうち流路部材52と向かい合う部分は、第1フィルム53に覆われている。具体的に、各駆動配線64のうち、第1共通電極81a、第1個別電極82a、下面引き回し配線81c,82c、貫通配線81e,82e、接続配線81f,82fの一部は、第1フィルム53に覆われている。一方、駆動配線64のうち、尾部65の下面上に位置する部分(共通接続配線81f、個別接続配線82f、共通パッド81g及び個別パッド82g)は、外部に露出している。
駆動配線64のうちアクチュエータプレート54の上面に形成された部分は、第2フィルム55に覆われている。具体的に、駆動配線64のうち、第2共通電極81b、第2個別電極82b、上面引き回し配線81d,82d及び貫通配線81e,82eは、第2フィルム55に覆われている。
尾部65の下面には、フレキシブルプリント基板95が圧着されている。フレキシブルプリント基板95は、尾部65の下面において、共通パッド81g及び個別パッド82gに接続されている。フレキシブルプリント基板95は、アクチュエータプレート54の外側を通って上方に引き出されている。なお、複数の圧力室61に対応する各共通配線81は、フレキシブルプリント基板95上で共通化されている。
[プリンタ1の動作方法]
次に、上述したように構成されたプリンタ1を利用して、被記録媒体Pに文字や図形等を記録する場合について以下に説明する。
なお、初期状態として、図1に示す4つのインクタンク4にはそれぞれ異なる色のインクが十分に封入されているものとする。また、インクタンク4内のインクがインク循環機構6を介してインクジェットヘッド5内に充填された状態となっている。
このような初期状態のもと、プリンタ1を作動させると、被記録媒体Pが搬送機構2,3のローラ11,12に挟み込まれながら+X側に搬送される。また、これと同時にキャリッジ29がY方向に移動することで、キャリッジ29に搭載されたインクジェットヘッド5がY方向に往復移動する。
インクジェットヘッド5が往復移動する間に、各インクジェットヘッド5よりインクを被記録媒体Pに適宜吐出させる。これにより、被記録媒体Pに対して文字や画像等の記録を行うことができる。
ここで、各インクジェットヘッド5の動きについて、以下に詳細に説明する。
第1実施形態のような循環式サイドシュートタイプのインクジェットヘッド5では、まず図2に示す加圧ポンプ24及び吸引ポンプ25を作動させることで、循環流路23内にインクを流通させる。この場合、インク供給管21を流通するインクは、入口共通インク室66及び入口スリット68を通して各圧力室61内に供給される。各圧力室61内に供給されたインクは、各圧力室61をY方向に流通する。その後、インクは、出口スリット69を通じて出口共通インク室67に排出された後、インク排出管22を通してインクタンク4に戻される。これにより、インクジェットヘッド5とインクタンク4との間でインクを循環させることができる。
そして、キャリッジ29(図1参照)の移動によってインクジェットヘッド5の往復移動が開始されると、フレキシブルプリント基板95を介して共通電極81a,81b及び個別電極82a,82b間に駆動電圧が印加される。この際、共通電極81a,81bを基準電位GNDとし、個別電極82a,82bを駆動電位Vddとして駆動電圧を印加する。
図8は、ヘッドチップ50について、インク吐出時における変形の挙動を説明するための説明図である。
図8に示すように、駆動電圧の印加により、第1共通電極81a及び第1個別電極82a間、並びに第2共通電極81b及び第2個別電極82b間には、X方向で電位差が生じる。X方向に生じた電位差により、アクチュエータプレート54には分極方向(Z方向)に直交する方向に電界が生じる。その結果、アクチュエータプレート54は、シェアモードによりZ方向に厚み滑り変形する。具体的に、アクチュエータプレート54の下面において、第1共通電極81a及び第1個別電極82a間には、X方向で互いに接近する向きに電界が生じる(矢印E1参照)。アクチュエータプレート54の上面において、第2共通電極81b及び第2個別電極82b間には、X方向で互いに離れる向きに電界が生じる(矢印E2参照)。その結果、アクチュエータプレート54のうち、各圧力室61に対応する部分は、X方向の両端部から中央部に向かうに従い上方に向けてせん断変形する。一方、第1共通電極81a及び第2個別電極82b間、並びに第1個別電極82a及び第2共通電極81b間には、Z方向で電位差が生じる。Z方向に生じた電位差により、アクチュエータプレート54には分極方向(Z方向)に平行な方向に電界が生じる(矢印E0参照)。その結果、アクチュエータプレート54は、ベンドモードによりZ方向に伸縮変形する。すなわち、第1実施形態のヘッドチップ50では、アクチュエータプレート54のシェアモード及びベンドモードに起因する変形が、何れもZ方向に及ぶことになる。具体的に、駆動電圧の印加により、アクチュエータプレート54は、圧力室61から離間する向きに変形する。これにより、圧力室61内の容積が拡大する。その後、駆動電圧をゼロにすると、アクチュエータプレート54が復元することで、圧力室61内の容積が元に戻ろうとする。アクチュエータプレート54が復元する過程で、圧力室61内の圧力が増加し、圧力室61内のインクがノズル孔71を通じて外部に吐出される。外部に吐出されたインクが被記録媒体Pに着弾することで、被記録媒体Pに印刷情報が記録される。
<ヘッドチップ50の製造方法>
次に、上述したヘッドチップ50の製造方法について説明する。図9は、ヘッドチップ50の製造方法を説明するためのフローチャートである。図10~図20は、ヘッドチップ50の製造方法を説明するための工程図であって、図4に対応する断面図である。以下の説明では、便宜上、ヘッドチップ50をチップレベルで製造する場合を例にして説明する。
図9に示すように、ヘッドチップ50の製造方法は、アクチュエータ第1加工工程S01と、カバー加工工程S02と、第1接合工程S03と、フィルム加工工程S04と、アクチュエータ第2加工工程S05と、第2接合工程S06と、流路部材第1加工工程S07と、第3接合工程S08と、流路部材第2加工工程S09と、第4接合工程S10と、を備えている。
図10に示すように、アクチュエータ第1加工工程S01では、まずアクチュエータプレート54に対してスリット68,69の一部となるスリット用凹部100,101を形成する(スリット用凹部形成工程)。具体的に、アクチュエータプレート54の上面に対し、スリット68,69の形成領域が開口するマスクパターンを形成する。続いて、マスクパターンを通してアクチュエータプレート54の上面に対してサンドブラスト等を行う。これにより、アクチュエータプレート54には、上面に対して窪んだスリット用凹部100,101が形成される。なお、凹部100,101はダイサー加工や精密ドリル加工、エッチング加工等によって形成してもよい。また、スリット用凹部100,101と同時に配線用貫通孔91,92及び個別分離溝93を形成してもよい。
次に、アクチュエータ第1加工工程S01では、駆動配線64のうち、アクチュエータプレート54の上面に位置する部分を形成する(上面配線形成工程)。上面配線形成工程では、まずアクチュエータプレート54の上面に対し、駆動配線64の形成領域が開口したマスクパターンを形成する。続いて、図11に示すように、アクチュエータプレート54に、配線用貫通孔91,92及び個別分離溝93を形成する。配線用貫通孔91,92及び個別分離溝93は、アクチュエータプレート54に対して例えば上面側からダイサーを進入させることにより行う。次に、アクチュエータプレート54に対し、例えば蒸着等により電極材料を成膜する。電極材料は、マスクパターンを通してアクチュエータプレート54に成膜される。これにより、アクチュエータプレート54の上面、配線用貫通孔91,92の内面及び個別分離溝93の内面に駆動配線64が形成される。
図12に示すように、カバー加工工程S02では、カバープレート56に対し、共通インク室66,67及びスリット68,69の一部となるスリット用凹部105,106を形成する。具体的に、アクチュエータプレート54の上面には、共通インク室66,67の形成領域に位置する部分が開口するマスクパターンを形成する。一方、アクチュエータプレート54の下面に対し、スリット68,69の形成領域が開口するマスクパターンを形成する。続いて、マスクパターンを通してアクチュエータプレート54の両面に対してサンドブラスト等を行う。これにより、アクチュエータプレート54には、共通インク室66,67及びスリット用凹部105,106が形成される。
図13に示すように、第1接合工程S03では、カバープレート56の下面に、接着剤等によって第2フィルム55を貼り付ける。
フィルム加工工程S04では、スリット68,69の一部となるスリット用凹部107,108を第2フィルム55に形成する。スリット用凹部107,108は、第2フィルム55のうち対応するスリット用凹部105,106とZ方向から見て重なり合う部分に対し、例えばレーザ加工等を行うことで形成できる。これにより、スリット用凹部105,107同士、及びスリット用凹部106,108同士が互いに連通する。
図14に示すように、第2接合工程S06では、第2フィルム55の下面に、接着剤等によってアクチュエータプレート54を貼り付ける。
図15に示すように、アクチュエータ第2加工工程S05では、アクチュエータプレート54の下面に対してグラインド加工を施す(グラインド工程)。この際、アクチュエータプレート54の下面において、配線用貫通孔91,92及び個別分離溝93が開口する位置までアクチュエータプレート54をグラインドする。
次に、アクチュエータ第2加工工程S05では、駆動配線64のうち、アクチュエータプレート54の下面に位置する部分を形成する(下面配線形成工程)。下面配線形成工程では、まずアクチュエータプレート54の下面に対し、駆動配線64の形成領域が開口したマスクパターンを形成する。続いて、アクチュエータプレート54に対し、例えば蒸着等により電極材料を成膜する。電極材料は、マスクパターンを通してアクチュエータプレート54に成膜される。これにより、アクチュエータプレート54の上面、配線用貫通孔91,92の内面及び個別分離溝93の内面に駆動配線64が形成される。
図16に示すように、アクチュエータ第2加工工程S06では、尾部65に共通分離溝94を形成する。共通分離溝94は、アクチュエータプレート54に対して例えば下面側からダイサーを進入させることにより行う。
図17に示すように、第2接合工程S06では、アクチュエータプレート54の下面に、接着剤等によって第1フィルム53を貼り付ける。
図18に示すように、流路部材第1加工工程S07では、流路部材52に対して圧力室61を形成する。具体的には、流路部材52に対して例えば上面からダイサーを進入させることにより行う。
図19に示すように、第3接合工程S08では、第1フィルム53の下面に、接着剤等によって流路部材52を貼り付ける。
図20に示すように、流路部材第2加工工程S09では、流路部材52の下面に対してグラインド加工を施す(グラインド工程)。この際、流路部材52の下面において、圧力室61が開口する位置まで流路部材52をグラインドする。
第4接合工程S10では、ノズル孔71と圧力室61とを位置合わせした状態で、流路部材52の下面にノズルプレート51を貼り付ける。
以上により、ヘッドチップ50が完成する。
ここで、第1実施形態では、アクチュエータプレート54の下面(第1面)のうち、圧力室61に対してZ方向(第1方向)から見て重なり合って設けられた第1共通電極(第1電極、駆動電極)81aと、アクチュエータプレート54の下面において第1共通電極81aに隣り合って設けられ、第1共通電極81aとの間で電位差を生じさせる第1個別電極82a(第2電極、駆動電極)と、アクチュエータプレート54の上面(第2面)のうち、第1共通電極81aに向かい合う位置に各別に設けられ、第1共通電極81aとの間で電位差を生じさせる第2個別電極82b(第1対向電極、駆動電極)と、を備えている構成とした。
この構成によれば、第1共通電極81a及び第1個別電極82a間に電位差を発生させることで、アクチュエータプレート54の分極方向に交差する方向(X方向)に電界を発生させることができる。これにより、アクチュエータプレート54をシェアモード(ルーフシュート型)でZ方向に変形させることで、圧力室61の容積を変化させることができる。
また、第1実施形態では、第1共通電極81a及び第2個別電極82b間に電位差を発生させることで、アクチュエータプレート54の分極方向にも電界を発生させることができる。これにより、アクチュエータプレート54をベンドモード(バイモルフ型)でZ方向に変形させることで、圧力室61の容積を変化させることができる。
このように、シェアモード及びベンドモードの双方の駆動モードによってアクチュエータプレート54をZ方向に変形させることで、圧力室61の発生圧力を向上させ、省電力化を図ることができる。なお、第1実施形態では、シェアモードのうちルーフシュート型のヘッドチップ50を採用することで、ウォールベント型のヘッドチップと異なり、アクチュエータプレート54とは別部材(流路部材52)に圧力室61を形成することができる。これにより、ルーフシュート型のヘッドチップ50は、仮に第1フィルム53と流路部材52との接着が不十分だった場合等であっても、圧力室61内のインクが配線81,82に付着することを抑制できる。その結果、ルーフシュート型のヘッドチップ50は、ウォールベント型のヘッドチップに比べて耐久性を向上させ易い。
特に、第1実施形態では、第2個別電極82bが第1共通電極81aに対応して各別に設けられているため、第2個別電極82bがアクチュエータプレート54の上面において間隔をあけて設けられることになる。そのため、例えばアクチュエータプレート54の上面の全域に第2個別電極82bが形成されている場合に比べ、アクチュエータプレートの静電容量を小さくすることができる。その結果、アクチュエータプレート54の応答性を向上させることができるとともに、アクチュエータプレート54での発熱も抑制できる。
第1実施形態のヘッドチップ50は、アクチュエータプレート54の上面において第1個別電極82aに向かい合い、かつ第2個別電極82bに隣り合って設けられた第2共通電極(第2対向電極、駆動電極)81bを備えている。第2共通電極81bは、第1個別電極82aとの間でZ方向に電位差を生じさせるとともに、第2個別電極82bとの間でX方向に電位差を生じさせる構成とした。
この構成によれば、アクチュエータプレート54の上面において、第2共通電極81b及び第2個別電極82bが隣り合って設けられる。そのため、第2共通電極81b及び第2個別電極82b間に発生する電位差によってアクチュエータプレート54をシェアモードにより変形させることができる。
また、第1個別電極82a及び第2共通電極81b間に発生する電位差によってアクチュエータプレート54をベンドモードにより変形させることができる。その結果、発生圧力の更なる向上及び、省電力化を図ることができる。
第1実施形態では、第1個別電極82aの全体は、Z方向から見て仕切壁62と重なり合う位置に設けられている構成とした。
この構成によれば、アクチュエータプレート54の下面のうち圧力室61に向かい合う部分に第1個別電極82aが形成されないので、圧力室61に向かい合う部分に形成される電極(第1共通電極81a)の面積を確保し易い。その結果、第1共通電極81aに起因してアクチュエータプレート54に発生する電界を確保し易く、圧力室61の発生圧力を向上させ易い。
また、アクチュエータプレート54の下面のうち圧力室61に向かい合う部分に第1個別電極82aが形成されないので、アクチュエータプレート54のうち、圧力室61に向かい合う部分が変形する際に、アクチュエータプレート54の変形が第1個別電極82aによって阻害されることを抑制できる。すなわち、アクチュエータプレート54の変形の起点を、アクチュエータプレート54と仕切壁62との境界部分まで広げることができるので、アクチュエータプレート54の変形量を確保し、発生圧力を向上させることができる。
第1実施形態では、第2共通電極81bのうち、一部はZ方向から見て仕切壁62と重なり合う位置で第1個別電極82aに向かい合って設けられ、残りの一部は圧力室61に向かい合って設けられている構成とした。
この構成によれば、第2共通電極81bのうち、一部を第1個別電極82aに向かい合わせた状態で、残りの一部を圧力室61と重なり合う位置まで延ばす。これにより、アクチュエータプレート54がベンドモードで変形する際に、第2共通電極81bと第1個別電極82aとの間の電位差に起因してアクチュエータプレート54に発生する電界を、アクチュエータプレート54のうち圧力室61と向かい合う部分に効果的に発生させることができる。また、第2共通電極81b及び第2個別電極82b同士を接近させることができるので、アクチュエータプレート54がシェアモードで変形する際に第2共通電極81bと第2個別電極82bとの間の電位差に起因してアクチュエータプレート54に発生する電界を、アクチュエータプレート54のうち圧力室61と向かい合う部分に効果的に発生させることができる。
その結果、アクチュエータプレート54を効率的に変形させることができる。
第1実施形態では、第1共通電極81a及び第2個別電極82bの全体は、圧力室61とZ方向で向かい合う位置に設けられている構成とした。
この構成によれば、アクチュエータプレート54がベンドモードで変形する際に、第1共通電極81a及び第2個別電極82b間の電位差に起因してアクチュエータプレート54に発生する電界を、アクチュエータプレート54のうち圧力室61と向かい合う部分に効果的に発生させることができる。そのため、アクチュエータプレート54を効率的に変形させることができる。
第1実施形態では、アクチュエータプレート54を挟んで流路部材52とは反対側には、Z方向における流路部材52とは反対側へのアクチュエータプレート54の変位を規制するカバープレート56(規制部材)が積層されている構成とした。
この構成によれば、例えば圧力室61内におけるインクの圧力等に起因してアクチュエータプレート54に作用するインクの抵抗力(コンプライアンス)に対し、アクチュエータプレート54の上方への変位をカバープレート56によって規制できる。これにより、アクチュエータプレート54の変形を圧力室61に向けて効果的に伝えることができる。その結果、アクチュエータプレート54の変形時における圧力室61内の発生圧力を向上させ、省電力化を図ることができる。
第1実施形態のインクジェットヘッド5及びプリンタ1によれば、上述したヘッドチップ50を備えているため、省電力で高性能なインクジェットヘッド5及びプリンタ1を提供できる。
(第2実施形態)
図21は、第2実施形態に係るアクチュエータプレート54の底面図である。図22は、第2実施形態に係るアクチュエータプレート54の平面図である。第2実施形態では、駆動配線64のレイアウトについて、上述した第1実施形態と相違している。
図21に示すヘッドチップ50では、各圧力室61に対応する共通配線81同士がアクチュエータプレート54上で共通化されている。具体的に、各圧力室61に対応する下面引き回し配線81c同士は、第1共通電極81aの-Y側において互いに接続されている。一方、図22に示すように、各圧力室61に対応する上面引き回し配線81d同士は、第2共通電極81bの-Y側において互いに接続されている。
また、上述した第1実施形態では、個別分離溝93や共通分離溝94が尾部65に形成された構成について説明したが、この構成に限られない。共通配線81及び個別配線82間での絶縁が図られている構成であれば、個別分離溝93や共通分離溝94は設けなくてもよい。この場合、例えば下面配線形成工程後、レーザ加工等によって接続配線81f,82f間を分離してもよい。
(第3実施形態)
図23は、第3実施形態に係るヘッドチップ50の断面図である。第3実施形態では、フレキシブルプリント基板95を尾部65の上面から引き出す点で、上述した各実施形態と相違している。
図23に示すヘッドチップ50において、ノズルプレート51、流路部材52、第1フィルム53及びアクチュエータプレート54は、第2フィルム55及びカバープレート56に対して+Y側に突出している。ノズルプレート51、流路部材52、第1フィルム53及びアクチュエータプレート54のうち、カバープレート56に対して+Y側に突出した部分が、第3実施形態の尾部65を構成している。なお、駆動配線64については、接続配線81f,82fやパッド81g,82gをアクチュエータプレート54の上面に形成する以外は、第1実施形態や第2実施形態と同様の構成を採用することが可能である。
尾部65の上面には、フレキシブルプリント基板95が圧着されている。フレキシブルプリント基板95は、尾部65の上面において、共通パッド81g及び個別パッド82gに接続されている。フレキシブルプリント基板95は、尾部65の上面から上方に引き出されている。
第3実施形態では、フレキシブルプリント基板95を尾部65の上方に引き出すことができる。そのため、フレキシブルプリント基板95をヘッドチップ50の側方に回り込ませてから上方に引き出す場合に比べ、複数のヘッドチップ50を並べる際に隣り合うヘッドチップ50間(ノズル孔71間)の間隔を狭めることができる。その結果、インクジェットヘッド5の小型化等を図ることができる。
(第4実施形態)
上述した実施形態では、アクチュエータプレート54の下面において、対応する圧力室61と向かい合う位置に第1共通電極81aが配置され、仕切壁62と向かい合う位置に第1個別電極82aが配置された構成について説明した。
これに対して、第4実施形態では、図24に示すように、アクチュエータプレート54の下面において、対応する圧力室61と向かい合う位置に第1個別電極82aが配置され、仕切壁62と向かい合う位置に第1共通電極81aが配置されている。すなわち、アクチュエータプレート54の下面では、第1個別電極82a及び第1共通電極81aが隣り合って配置されている。
一方、アクチュエータプレート54の上面において、対応する圧力室61と向かい合う位置に第2共通電極81bが配置され、仕切壁62と向かい合う位置に第2個別電極82bが配置されている。すなわち、アクチュエータプレート54の上面では、第2個別電極82b及び第2共通電極81bが隣り合って配置されている。また、第1個別電極82a及び第2共通電極81b同士は、Z方向から見て圧力室61と重なり合う位置で、Z方向に向かい合っている。第1共通電極81a及び第2個別電極82b同士は、Z方向から見て仕切壁62と重なり合う位置で、それぞれZ方向に向かい合っている。なお、第4実施形態において、電極81a,81b,82a,82bとパッド81g,82bとの間での配線の引き回しは、例えば上述した第1実施形態の構成を適宜変更することで実現可能である。
(その他の変形例)
なお、本開示の技術範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上述した実施形態では、液体噴射記録装置の一例として、インクジェットプリンタ1を例に挙げて説明したが、プリンタに限られるものではない。例えば、ファックスやオンデマンド印刷機等であってもよい。
上述した実施形態では、印刷時にインクジェットヘッドが被記録媒体に対して移動する構成(いわゆる、シャトル機)を例にして説明をしたが、この構成に限られない。本開示に係る構成は、インクジェットヘッドを固定した状態で、インクジェットヘッドに対して被記録媒体を移動させる構成(いわゆる、固定ヘッド機)に採用してもよい。
上述した実施形態では、被記録媒体Pが紙の場合について説明したが、この構成に限られない。被記録媒体Pは、紙に限らず、金属材料や樹脂材料であってもよく、食品等であってもよい。
上述した実施形態では、液体噴射ヘッドが液体噴射記録装置に搭載された構成について説明したが、この構成に限られない。すなわち、液体噴射ヘッドから噴射される液体は、被記録媒体に着弾させるものに限らず、例えば調剤中に配合する薬液や、食品に添加する調味料や香料等の食品添加物、空気中に噴射する芳香剤等であってもよい。
上述した実施形態では、Z方向が重力方向に一致する構成について説明したが、この構成のみに限らず、Z方向を水平方向に沿わせてもよい。
上述した実施形態では、循環式サイドシュートタイプのヘッドチップ50を例にして説明したが、この構成に限られない。ヘッドチップは、圧力室61における延在方向(Y方向)の端部からインクを吐出する、いわゆるエッジシュートタイプであってもよい。
上述した実施形態では、アクチュエータプレート54の一方の面に形成された各電極と、他方の面に形成された各電極と、の間に電位差が生じるようにした場合について説明したが、この構成に限られない。例えば図25に示すように、アクチュエータプレート54の下面(第1面)には第1共通電極81a及び第1個別電極82aが形成される一方、アクチュエータプレート54の上面(第2面)において第1共通電極81aと向かい合う位置に第2個別電極82bのみが形成される構成でもよい。また、図26に示すように、アクチュエータプレート54の上面(第1面)には、第2個別電極82b及び第2個別電極82bが形成される一方、アクチュエータプレート54の下面(第2面)において第2個別電極82bと向かい合う位置に第1共通電極81aのみが形成される構成であってもよい。
さらに、上述した図25に示す構成では、少なくとも圧力室61とZ方向から見て重なり合う位置で、共通電極及び個別電極が向かい合う構成について説明したが、この構成に限られない。例えば、図27に示すように、アクチュエータプレート54の下面において第1共通電極81a及び第1個別電極82aが並んだ状態で、仕切壁62で向かい合う位置のみで第1個別電極82a及び第2共通電極81bが向かい合う構成であってもよい。
上述した実施形態では、電圧の印加によって圧力室61の容積が拡大する方向にアクチュエータプレート54を変形させた後、アクチュエータプレート54を復元させることで、インクを吐出させる構成(いわゆる、引き打ち)について説明したが、この構成に限られない。本開示に係るヘッドチップは、電圧の印加によって圧力室61の容積が縮小する方向にアクチュエータプレート54を変形させることで、インクを吐出させる構成(いわゆる、押し打ち)であってもよい。押し打ちを行う場合、駆動電圧の印加により、アクチュエータプレート54は、圧力室61内に向けて膨出するように変形する。これにより、圧力室61内の容積が減少することで、圧力室61内の圧力が増加し、圧力室61内のインクがノズル孔71を通じて外部に吐出される。駆動電圧をゼロにすると、アクチュエータプレート54が復元する。その結果、圧力室61内の容積が元に戻る。なお、押し打ちのヘッドチップは、アクチュエータプレート54の分極方向、及び電場の向き(共通電極及び個別電極のレイアウト)の何れかを、引き打ちのヘッドチップに対して逆に設定することで実現可能である。
上述した実施形態では、アクチュエータプレート54の両面の電極同士が貫通配線81e,82eを通じて接続される構成について説明したが、この構成に限られない。アクチュエータプレート54の両面の電極同士の接続は、適宜変更が可能である。例えば、アクチュエータプレート54の側面等を通じて、アクチュエータプレート54の両面の電極同士が接続されていてもよい。
その他、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上述した各変形例を適宜組み合わせてもよい。
1:プリンタ(液体噴射記録装置)
5:インクジェットヘッド(液体噴射ヘッド)
50:ヘッドチップ
52:流路部材
54:アクチュエータプレート
56:カバープレート(規制部材)
61:圧力室
62:仕切壁
62a:仕切壁
62b:仕切壁
81a:第1共通電極(駆動電極、第1電極、第2電極)
81b:第2共通電極(駆動電極、第2対向電極、第1対向電極)
82a:第1個別電極(駆動電極、第2電極、第1電極)
82b:第2個別電極(駆動電極、第1対向電極、第2対向電極)
上記課題を解決するために、本開示は以下の態様を採用した。
(1)本開示の一態様に係るヘッドチップは、液体が収容される複数の圧力室が仕切壁によって仕切られた状態で配列された流路部材と、前記圧力室に対して第1方向に向かい合った状態で前記流路部材上に積層されるとともに、前記第1方向を分極方向とするアクチュエータプレートと、前記アクチュエータプレートのうち前記第1方向の第1側を向く第1面、及び前記第1側と反対側である第2側を向く第2面にそれぞれ形成されるとともに、前記アクチュエータプレートを前記第1方向に変形させて前記圧力室の容積をそれぞれ変化させる駆動電極と、を備え、前記駆動電極は、前記アクチュエータプレートの前記第1面のうち、前記圧力室又は前記仕切壁に対して前記第1方向から見て重なり合って設けられた第1電極と、前記アクチュエータプレートの前記第1面において前記第1電極に隣り合って設けられ、前記第1電極との間で電位差を生じさせる第2電極と、前記アクチュエータプレートの前記第2面のうち、前記第1電極に向かい合う位置に各別に設けられ、前記第1電極との間で電位差を生じさせる第1対向電極と、前記第2面において前記第2電極に向かい合い、かつ前記第1対向電極に隣り合って設けられた第2対向電極と、を備え、前記第2対向電極は、前記第2電極との間で前記第1方向に電位差を生じさせるとともに、前記第1対向電極との間で前記第1方向に交差する方向に電位差を生じさせる
また、第2面において、第1対向電極及び第2対向電極が隣り合って設けられるので、第1対向電極及び第2対向電極間に発生する電位差によってアクチュエータプレートをシェアモードにより変形させることができる。
また、第2電極及び第2対向電極間に発生する電位差によってアクチュエータプレートをベンドモードにより変形させることができる。その結果、発生圧力の更なる向上及び、省電力化を図ることができる。
)上記()の態様に係るヘッドチップにおいて、前記アクチュエータプレートの前記第1面は、前記流路部材に対して前記第1方向で向かい合って配置され、前記第2電極の全体は、前記第1方向から見て前記仕切壁と重なり合う位置に設けられていてもよい。
本態様によれば、アクチュエータプレートの第1面のうち圧力室に向かい合う部分に第2電極が形成されないので、第1面のうち圧力室に向かい合う部分に形成される電極(第1電極)の面積を確保し易い。その結果、第1電極に起因してアクチュエータプレートに発生する電界を確保し易く、圧力室の発生圧力を向上させ易い。
また、アクチュエータプレートの第1面のうち圧力室に向かい合う部分に第2電極が形成されないので、アクチュエータプレートのうち、圧力室に向かい合う部分が変形する際に、アクチュエータプレートの変形が第2電極によって阻害されることを抑制できる。すなわち、アクチュエータプレートの変形の起点を、アクチュエータプレートと仕切壁との境界部分まで広げることができるので、アクチュエータプレートの変形量を確保し、発生圧力を向上させることができる。
)上記()又は()の態様に係るヘッドチップにおいて、前記第2対向電極のうち、一部は前記第1方向から見て前記仕切壁と重なり合う位置で前記第2電極に向かい合って設けられ、残りの一部は前記第1方向から見て前記圧力室に重なり合う位置に設けられていてもよい。
本態様によれば、第2対向電極のうち、一部を第2電極に向かい合わせた状態で、残りの一部を圧力室に向かい合う位置まで延ばす。これにより、アクチュエータプレートがベンドモードで変形する際に、第2対向電極と第2電極との間の電位差に起因してアクチュエータプレートに発生する電界を、アクチュエータプレートのうち圧力室と向かい合う部分に効果的に発生させることができる。 また、第1対向電極及び第2対向電極同士を接近させることができるので、アクチュエータプレートがシェアモードで変形する際に第1対向電極と第2対向電極との間の電位差に起因してアクチュエータプレートに発生する電界を、アクチュエータプレートのうち圧力室と向かい合う部分に効果的に発生させることができる。
その結果、アクチュエータプレートを効率的に変形させることができる。
)上記(1)から()何れかの態様に係るヘッドチップにおいて、前記第1電極及び前記第1対向電極の全体は、前記圧力室と前記第1方向で向かい合う位置に設けられていてもよい。
本態様によれば、第1対向電極及び第1電極の全体が圧力室に向かい合って設けられている。これにより、アクチュエータプレートがベンドモードで変形する際に、第1対向電極と第1電極との間の電位差に起因してアクチュエータプレートに発生する電界を、アクチュエータプレートのうち圧力室と向かい合う部分に効果的に発生させることができる。
そのため、アクチュエータプレートを効率的に変形させる ことができる。
本開示の一態様に係るヘッドチップは、液体が収容される複数の圧力室が仕切壁によって仕切られた状態で配列された流路部材と、前記圧力室に対して第1方向に向かい合った状態で前記流路部材上に積層されるとともに、前記第1方向を分極方向とするアクチュエータプレートと、前記アクチュエータプレートのうち前記第1方向の第1側を向く第1面、及び前記第1側と反対側である第2側を向く第2面にそれぞれ形成されるとともに、前記アクチュエータプレートを前記第1方向に変形させて前記圧力室の容積をそれぞれ変化させる駆動電極と、を備え、前記駆動電極は、前記アクチュエータプレートの前記第1面のうち、前記圧力室又は前記仕切壁に対して前記第1方向から見て重なり合って設けられた第1電極と、前記アクチュエータプレートの前記第1面において前記第1電極に隣り合って設けられ、前記第1電極との間で電位差を生じさせる第2電極と、前記アクチュエータプレートの前記第2面のうち、前記第1電極に向かい合う位置に各別に設けられ、前記第1電極との間で電位差を生じさせる第1対向電極と、を備え、前記第1方向において、前記アクチュエータプレートを挟んで前記流路部材とは反対側には、前記第1方向における前記流路部材とは反対側への前記アクチュエータプレートの変位を規制する規制部材が積層されてい
本態様によれば、例えば圧力室内における液体の圧力等に起因してアクチュエータプレートに作用する液体の抵抗力(コンプライアンス)に対し、アクチュエータプレートの第1方向における流路部材とは反対側への変位を規制部材によって規制できる。これにより、アクチュエータプレートの変形を圧力室に向けて効果的に伝えることができる。その結果、アクチュエータプレートの変形時における圧力室内の発生圧力を向上させ、省電力化を図ることができる。
(6)本開示の一態様に係るヘッドチップは、液体が収容される複数の圧力室が仕切壁によって仕切られた状態で配列された流路部材と、前記圧力室に対して第1方向に向かい合った状態で前記流路部材上に積層されるとともに、前記第1方向を分極方向とするアクチュエータプレートと、前記アクチュエータプレートのうち前記第1方向の第1側を向く第1面、及び前記第1側と反対側である第2側を向く第2面にそれぞれ形成されるとともに、前記アクチュエータプレートを前記第1方向に変形させて前記圧力室の容積をそれぞれ変化させる駆動電極と、を備え、前記駆動電極は、前記アクチュエータプレートの前記第1面のうち、前記仕切壁に対して前記第1方向から見て重なり合って設けられた第1電極と、前記アクチュエータプレートの前記第1面において前記第1電極に隣り合って設けられ、前記第1電極との間で電位差を生じさせる第2電極と、前記アクチュエータプレートの前記第2面のうち、前記第1電極に向かい合う位置に各別に設けられ、前記第1電極との間で電位差を生じさせる第1対向電極と、を備えている。

Claims (8)

  1. 液体が収容される複数の圧力室が仕切壁によって仕切られた状態で配列された流路部材と、
    前記圧力室に対して第1方向に向かい合った状態で前記流路部材上に積層されるとともに、前記第1方向を分極方向とするアクチュエータプレートと、
    前記アクチュエータプレートのうち前記第1方向の第1側を向く第1面、及び前記第1側と反対側である第2側を向く第2面にそれぞれ形成されるとともに、前記アクチュエータプレートを前記第1方向に変形させて前記圧力室の容積をそれぞれ変化させる駆動電極と、を備え、
    前記駆動電極は、
    前記アクチュエータプレートの前記第1面のうち、前記圧力室又は前記仕切壁に対して前記第1方向から見て重なり合って設けられた第1電極と、
    前記アクチュエータプレートの前記第1面において前記第1電極に隣り合って設けられ、前記第1電極との間で電位差を生じさせる第2電極と、
    前記アクチュエータプレートの前記第2面のうち、前記第1電極に向かい合う位置に各別に設けられ、前記第1電極との間で電位差を生じさせる第1対向電極と、を備えているヘッドチップ。
  2. 前記駆動電極は、前記第2面において前記第2電極に向かい合い、かつ前記第1対向電極に隣り合って設けられた第2対向電極を備え、
    前記第2対向電極は、前記第2電極との間で前記第1方向に電位差を生じさせるとともに、前記第1対向電極との間で前記第1方向に交差する方向に電位差を生じさせる請求項1に記載のヘッドチップ。
  3. 前記アクチュエータプレートの前記第1面は、前記流路部材に対して前記第1方向で向かい合って配置され、
    前記第2電極の全体は、前記第1方向から見て前記仕切壁と重なり合う位置に設けられている請求項2に記載のヘッドチップ。
  4. 前記第2対向電極のうち、一部は前記第1方向から見て前記仕切壁と重なり合う位置で前記第2電極に向かい合って設けられ、残りの一部は前記第1方向から見て前記圧力室に重なり合う位置に設けられている請求項2又は請求項3に記載のヘッドチップ。
  5. 前記第1電極及び前記第1対向電極の全体は、前記圧力室と前記第1方向で向かい合う位置に設けられている請求項1から請求項4の何れ1項に記載のヘッドチップ。
  6. 前記第1方向において、前記アクチュエータプレートを挟んで前記流路部材とは反対側には、前記第1方向における前記流路部材とは反対側への前記アクチュエータプレートの変位を規制する規制部材が積層されている請求項1から請求項5の何れか1項に記載のヘッドチップ。
  7. 請求項1から請求項6の何れか1項に記載のヘッドチップを備えている液体噴射ヘッド。
  8. 請求項7に記載の液体噴射ヘッドを備えている液体噴射記録装置。
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