JP2023091561A - 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】機械的クロストークを抑制でき、所望の噴射性能を発揮す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、液体が収容される複数の圧力室を有する流路部材と、圧力室に対して第1方向に向かい合った状態で流路部材上に積層されたアクチュエータプレートと、アクチュエータプレートのうち第1方向を向く面に形成され、アクチュエータプレートを第1方向に変形させて圧力室の容積を変化させる駆動電極と、を備えている。アクチュエータプレートのうち、第1方向から見て隣り合う圧力室同士の間に位置する部分には、隣り合う圧力室同士の間でアクチュエータプレートを区切る分断溝が形成されている。【選択図】図4

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容積が変化し、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。シェアモードのうち、いわゆる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
しかしながら、ヘッドチップでは、複数の圧力室が並んで設けられているため、アクチュエータプレートのうち一の圧力室に対応する部分の変形が、一の圧力室に隣り合う他の圧力室に対応する部分まで及ぶ可能性がある(いわゆる、機械的クロストーク)。アクチュエータプレートのうち他の圧力室の対応する部分が、機械的クロストークにより予期せぬ挙動を示すと、所望の吐出性能を発揮できない可能性がある。
本開示は、機械的クロストークを抑制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を有する流路部材と、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た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方向を向く面に形成され、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変化させる駆動電極と、を備え、前記アクチュエータプレートのうち、前記第1方向から見て隣り合う前記圧力室同士の間に位置する部分には、隣り合う前記圧力室同士の間で前記アクチュエータプレートを区切る分断溝が形成されている。
本態様によれば、分断溝がアクチュエータプレートのうち隣り合う圧力室同士の間に位置する部分に設けられることで、アクチュエータプレートのうち一の圧力室に対応する部分の変形が一の圧力室に隣り合う他の圧力室に対応する部分にまで及ぶこと(いわゆる、機械的クロストーク)を抑制できる。その結果、機械的クロストークの発生による噴射性能の低下を抑制できる。
(2)上記(1)の態様に係るヘッドチップにおいて、前記圧力室は、前記第1方向において前記アクチュエータプレートに向けて開口する開口部を備え、前記駆動電極は、前記アクチュエータプレートのうち前記第1方向で前記流路部材に向かい合う第1面に設けられ、前記分断溝は、少なくとも前記第1面上で開口し、前記第1面上には、前記駆動電極及び前記分断溝を覆うように絶縁シートが貼り付けられ、前記アクチュエータプレートは、前記開口部を閉塞するように前記流路部材上に前記絶縁シートを介して設けられていてもよい。
本態様によれば、絶縁シートによって駆動電極が液体に触れるのを抑制できるので、駆動電極の短絡や腐食等を抑制できる。また、絶縁シートが分断溝を覆うように設けられることで、絶縁シートをアクチュエータプレートに貼り付ける際に絶縁シートとアクチュエータプレートとの間に閉じ込められる気泡を、分断溝内に排出することができる。これにより、アクチュエータプレートと絶縁シートとの密着性を向上させることができる。その結果、アクチュエータプレートと絶縁シートとの間への液体の進入を抑制し、駆動電極の短絡や腐食等を抑制し易くなる。
(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には、前記アクチュエータプレートを前記第1方向に貫通する貫通孔が形成され、前記貫通孔内には、前記アクチュエータプレートのうち前記第1方向で前記第1面と反対側を向く第2面側に向けて前記駆動電極を引き回す貫通配線が形成されていてもよい。
本態様によれば、貫通配線を介して駆動電極を第2面側まで引き回すことで、外部配線の実装領域を確保し易くなる。これにより、設計自由度を向上させることができる。
(4)上記(3)の態様に係るヘッドチップにおいて、前記貫通孔は、前記アクチュエータプレートのうち、前記第1方向から見て隣り合う前記圧力室同士の間に位置する部分に、前記分断溝と一体で形成されていてもよい。
本態様によれば、分断溝及び貫通孔を一体で形成することで、分断溝及び貫通孔を別々に形成する場合に比べヘッドチップの小型化を図ることができる。
(5)上記(3)の態様に係るヘッドチップにおいて、前記貫通孔は、前記分断溝とは別に設けられていてもよい。
本態様によれば、貫通孔と分断溝とを別々に設けることで、貫通孔と分断溝とをそれぞれの機能に適した形状にする等、設計自由度の向上を図ることができる。
(6)上記(5)の態様に係るヘッドチップにおいて、前記第1方向から見て複数の前記圧力室の配列方向を第2方向とすると、前記貫通孔は、前記アクチュエータプレートのうち前記第1方向から見て前記第2方向に交差する第3方向において前記圧力室の外側に設けられていてもよい。
本態様によれば、分断溝は、機械的クロストークを抑制できる程度の幅を確保していればよいので、圧力室に対して第3方向の外側に貫通孔が設けられていることで、第2方向で隣り合う圧力室間の間隔を縮小することができる。その結果、ヘッドチップの第2方向での小型化を図ることができる。また、1枚のウエハからヘッドチップを切り出す場合において、1枚のウエハ当たりのヘッドチップの取り個数を増加させることができる。その結果、低コスト化を図ることができる。
(7)上記(6)の態様に係るヘッドチップにおいて、前記貫通孔は、複数の前記圧力室に跨って前記第2方向に延びていてもよい。
本態様によれば、複数の圧力室に対して貫通孔を共通化させることで、構成の簡素化を図ることができる。
(8)上記(6)又は(7)の態様に係るヘッドチップにおいて、前記貫通孔は、前記第3方向において前記圧力室の外側に位置する部分で、前記圧力室毎に設けられていてもよい。
本態様によれば、貫通孔が圧力室毎に設けられていることで、各貫通孔内に対して一つの圧力室に対応した貫通配線を形成することができる。これにより、配線のパターニングが容易になり、製造効率の向上を図ることができる。
(9)本開示の一態様に係る液体噴射ヘッドは、上記(1)から(8)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、高品質な液体噴射ヘッドを提供できる。
(10)本開示の一態様に係る液体噴射記録装置は、上記(9)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、高品質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、機械的クロストークを抑制でき、所望の噴射性能を発揮することができる。
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実施形態に係る流路部材の平面図である。 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実施形態に係るカバー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3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3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3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3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3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3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3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3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3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3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3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3に対応する断面図である。 図25のXXIV-XXIV線に対応するヘッドチップの断面図である。 図24のXXV-XXV線に対応するヘッドチップの断面図である。 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2実施形態に係るカバープレートの平面図である。 第3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3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実施形態に係るカバープレートの平面図である。 第4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4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。 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、インクが流通する流路60と、流路60に連通するとともにインクが収容される複数の圧力室61と、が形成されている。流路60及び圧力室61は、流路部材52をZ方向に貫通している。流路60及び圧力室61は、第1実施形態における流路形成領域を構成している。
図6は、流路部材52の平面図である。
図6に示すように、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方向の少なくとも一部(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。
流路60は、入口側共通流路64と、入口側連通路65と、出口側共通流路66と、出口側連通路67と、バイパス路68と、を含んでいる。
入口側共通流路64は、流路部材52のうち各圧力室61に対して+Y側に位置する部分をX方向に延びている。入口側共通流路64における-X側端部は、入口ポート(不図示)に接続される。入口ポートは、インク供給管21(図2参照)に直接的又は間接的に接続されている。すなわち、インク供給管21内を流れるインクは、入口ポートを通じて入口側共通流路64に供給される。
入口側連通路65は、入口側共通流路64と各圧力室61との間をそれぞれ接続している。具体的に、各入口側連通路65は、入口側共通流路64のうちX方向から見て各圧力室61と重なり合う部分から、-Y側に向けてそれぞれ分岐している。入口側連通路65における-Y側端部は、圧力室61に接続されている。
出口側共通流路66は、流路部材52のうち各圧力室61に対して-Y側に位置する部分をX方向に延びている。出口側共通流路66における+X側端部は、出口ポート(不図示)に接続される。出口ポートは、インク排出管22(図2参照)に直接的又は間接的に接続されている。すなわち、出口側共通流路66内を流れるインクは、出口ポートを通じてインク排出管22に供給される。
出口側連通路67は、出口側共通流路66と各圧力室61との間をそれぞれ接続している。具体的に、各出口側連通路67は、出口側共通流路66のうちX方向から見て各圧力室61と重なり合う部分から、+Y側に向けてそれぞれ分岐している。出口側連通路67における+Y側端部は、圧力室61に接続されている。第1実施形態において、各連通路65,67におけるX方向の幅は、圧力室61におけるX方向の幅に比べて狭い。これにより、一の圧力室61内で発生した圧力変動が連通路65,67を通じて他の圧力室61に伝播される、いわゆるクロストークを抑制できる。但し、連通路65,67の寸法は適宜変更が可能である。
図4、図5に示すように、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、流路60及び圧力室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、流路60及び各圧力室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75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75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75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、絶縁性を有する材料(例えば、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。
続いて、駆動配線75の構造について説明する。図7は、アクチュエータプレート54の底面図である。図8は、アクチュエータプレート54の平面図である。駆動配線75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75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75Aを例にして説明し、他の圧力室61に対応する駆動配線75については説明を適宜省略する。
図7、図8に示すように、駆動配線75A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、第1貫通配線81eと、第2貫通配線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7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、各仕切壁62とZ方向から見て重なり合う位置にそれぞれ形成されている。具体的に、各第1共通電極81aのうち+X側に位置する第1共通電極81a(以下、+X側共通電極81a1という。)の全体は、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。一方、各第1共通電極81aのうち-X側に位置する第1共通電極81a(以下、-X側共通電極81a2という。)の全体は、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。各第1共通電極81aは、圧力室61と同等の長さでY方向に直線状に延びている。
図4、図8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とZ方向から見て重なり合い、かつZ方向から見て第1共通電極81aと重なり合わない位置に配置されている。図示の例において、第2共通電極81bは、圧力室61におけるX方向の中央部を含み、かつ圧力室61におけるX方向の幅の1/3以上に形成されている。第2共通電極81bは、圧力室61と同等の長さでY方向に直線状に延びている。なお、第2共通電極81bは、圧力室61とZ方向から見て重なり合う位置に形成されていれば、X方向の幅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、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、各第1共通電極81aにまとめて接続されている。下面引き回し配線81cは、各第1共通電極81a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。下面引き回し配線81c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8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、第2共通電極81bに接続されている。上面引き回し配線81dは、第2共通電極81b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81d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7、図8に示すように、第1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。第1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81a2に対して-X側に位置する部分には、共通配線用第1孔91が形成されている。第1実施形態において、共通配線用第1孔91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。共通配線用第1孔91は、-X側共通電極81b2に沿ってY方向に延びている。共通配線用第1孔91は、アクチュエータプレート54を隣り合う圧力室61間で分断している。図示の例において、共通配線用第1孔91のY方向の長さは、-X側共通電極81b2よりも僅かに短く、圧力室61よりも短い長さになっている。但し、共通配線用第1孔91のY方向の長さは、適宜変更が可能である。
第1貫通配線81eは、共通配線用第1孔91の内面に形成されている。第1貫通配線81eは、共通配線用第1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。第1貫通配線81eは、共通配線用第1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、共通配線用第1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、第1貫通配線81eは、共通配線用第1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9は、カバープレート56の平面図である。
図4、図9に示すように、第2貫通配線81fは、第1貫通配線81eをカバープレート56の上面まで引き回している。第2貫通配線81fは、第2フィルム55及びカバープレート56をZ方向に貫通して設けられている。具体的に、第2フィルム55及びカバープレート56のうち共通配線用第1孔91とZ方向から見て重なり合う位置には、共通配線用第2孔92が形成されている。共通配線用第2孔92は、共通配線用第1孔91と同様にY方向に延びる長溝である。共通配線用第2孔92は、共通配線用第1孔91に連通している。共通配線用第2孔92は、Z方向から見て共通配線用第1孔91の外形よりも一回り大きくなっている。したがって、共通配線用第2孔92内において、共通配線用第1孔91との境界部分にはアクチュエータプレート54の上面により形成された段差面98が形成されている。
第2貫通配線81fは、共通配線用第2孔92の内面に形成されている。第2貫通配線81fは、共通配線用第2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。第2貫通配線81fは、共通配線用第2孔92の下端開口縁において上述した段差面98を通じて第1貫通配線81eに接続されている。
図9に示すように、共通パッド81gは、カバープレート56の上面に形成されている。第1実施形態において、カバープレート56の上面は、流路部材52に対してZ方向の反対側を向いて設けられたパッド形成面を構成している。共通パッド81gは、カバープレート56の上面のうち、Z方向から見て圧力室61と重なり合う部分をX方向に延びている。共通パッド81gにおける-X側端部は、共通配線用第2孔92の上端開口縁において第2貫通配線81fに接続されている。なお、共通パッド81gは、Z方向から見て少なくとも一部が流路60と重なり合っていてもよい。
図7、図8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、第1貫通配線82eと、第2貫通配線82fと、個別パッド82gと、を備えている。なお、共通配線82のうち、共通電極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、共通接続配線82f及び共通パッド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7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、各第1共通電極81aの間に形成されている。第1個別電極82aは、各第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の少なくとも一部は、第2共通電極81bとZ方向から見て重なり合っている。したがって、第1個別電極82aは、第2共通電極81bとの間で電位差を生じさせる。
図4、図8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、第2共通電極81b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2個別電極82bは、第2共通電極81b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におけるX方向の幅は、第1共通電極81aにおけるX方向の幅よりも狭い。
図4、図8に示すように、各第2個別電極82bのうち+X側に位置する第2個別電極82b(以下、+X側個別電極82b1という。)は、+X側共通電極81a1との間で電位差を生じさせる。+X側個別電極82b1の一部は、Z方向から見て仕切壁62aと重なり合っている。+X側個別電極82b1は、仕切壁62a上において+X側共通電極81a1とZ方向で向かい合っている。+X側個別電極82b1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側個別電極82b1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。
一方、各第2個別電極82bのうち-X側に位置する第1個別電極82b(以下、-X側個別電極82b2という。)は、-X側共通電極81a2との間で電位差を生じさせる。-X側個別電極82b1の一部は、Z方向から見て仕切壁62bと重なり合っている。-X側個別電極82b2は、仕切壁62b上において-X側共通電極81a2とZ方向で向かい合っている。-X側個別電極82b2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側個別電極82b1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、隣り合う圧力室61間において、一の圧力室61における+X側個別電極82b1と、他の圧力室61における-X側個別電極82b2と、は仕切壁62上においてX方向に離間している。
図7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、第1個別電極82aに接続されている。下面引き回し配線82cは、第1個別電極82a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82c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8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、各第2個別電極82bにまとめて接続されている。上面引き回し配線82dは、各第2個別電極82bの+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82d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7、図8に示すように、第1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。第1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82b1に対して+X側に位置する部分には、個別配線用第1孔93が形成されている。第1実施形態において、個別配線用第1孔93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。個別配線用第1孔93は、+X側個別電極82b1に沿ってY方向に延びている。個別配線用第1孔93は、アクチュエータプレート54を隣り合う圧力室61間で分断している。図示の例において、個別配線用第1孔93のY方向の長さは、+X側個別電極82b1よりも僅かに短く、圧力室61よりも短い長さになっている。但し、個別配線用第1孔93のY方向の長さは、適宜変更が可能である。
個別配線用第1孔93の内面には、隣り合う圧力室61の第1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75Aに係る第1貫通配線82eについて説明する。第1貫通配線82eは、個別配線用第1孔93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。第1貫通配線82eは、個別配線用第1孔93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、個別配線用第1孔93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に対応する第1貫通配線82e同士は、個別配線用第1孔93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に対応する第1貫通配線82e同士は、個別配線用第1孔93のうちY方向の両端部において分断されている。
図4、図9に示すように、第2貫通配線82fは、第1貫通配線82eをカバープレート56の上面まで引き回している。第2貫通配線82fは、第2フィルム55及びカバープレート56をZ方向に貫通して設けられている。具体的に、第2フィルム55及びカバープレート56のうち個別配線用第1孔93とZ方向から見て重なり合う位置には、個別配線用第2孔94が形成されている。個別配線用第2孔94は、個別配線用第1孔93と同様にY方向に延びる長溝である。個別配線用第2孔94は、個別配線用第1孔93に連通している。個別配線用第2孔94は、Z方向から見て共通配線用第1孔91の外形よりも一回り大きくなっている。したがって、個別配線用第2孔94内において、個別配線用第1孔93との境界部分にはアクチュエータプレート54の上面により形成された段差面99が形成されている。
個別配線用第2孔94の内面には、隣り合う圧力室61の第2貫通配線82fが、互いに分離した状態で形成されている。第2貫通配線82fは、個別配線用第2孔94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。第2貫通配線82fは、個別配線用第2孔94の下端開口縁において上述した段差面99を通じて第1貫通配線82eに接続される。図示の例において、隣り合う圧力室61に対応する第2貫通配線82f同士は、個別配線用第2孔94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に対応する第2貫通配線82f同士は、個別配線用第2孔94のうちY方向の両端部において分断されている。
個別パッド82gは、カバープレート56の上面に形成されている。個別パッド82gは、カバープレート56の上面のうち、Z方向から見て圧力室61と重なり合う部分をX方向に延びている。個別パッド82gにおける+X側端部は、個別配線用第2孔94の上端開口縁において第2貫通配線82fに接続されている。なお、個別パッド82gは、Z方向から見て少なくとも一部が流路60と重なり合っていてもよい。
図4に示すように、駆動配線75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、駆動配線75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及び第1貫通配線81e,82eは、第1フィルム53に覆われている。一方、駆動配線75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75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及び第1貫通配線81e,82eは、第2フィルム55に覆われている。
図5、図9に示すように、カバープレート56の上面には、共通分離溝96が形成されている。共通分離溝96は、カバープレート56の上面のうち、共通パッド81g及び個別パッド82g間に位置する部分に、各圧力室61間を横断するようにX方向に延びている。カバープレート56の上面には、フレキシブルプリント基板97が圧着されている。フレキシブルプリント基板97は、カバープレート56の上面において、共通パッド81g及び個別パッド82gに実装されている。すなわち、フレキシブルプリント基板97における共通パッド81g及び個別パッド82gとの実装部分は、Z方向から見て圧力室61と重なり合っている。フレキシブルプリント基板97は、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(共通パッド81g)は、フレキシブルプリント基板97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、入口側共通流路64及び入口側連通路65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、出口側連通路67を通じて出口側共通流路66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97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10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10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11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12~図23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11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、カバー第1加工工程S02と、第1接合工程S03と、フィルム加工工程S04と、第2接合工程S05と、アクチュエータ第2加工工程S06と、カバー第2加工工程S07と、第3接合工程S08と、流路部材第1加工工程S09と、第4接合工程S10と、流路部材第2加工工程S11と、第5接合工程S11と、を備えている。
図12に示すように、アクチュエータ第1加工工程S01では、まず共通配線用第1孔91及び個別配線用第1孔93となる凹部100,101を形成する(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、共通配線用第1孔91及び個別配線用第1孔93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、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。
次に、図13に示すように、アクチュエータ第1加工工程S01では、駆動配線75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75の形成領域が開口したマスクパターンを形成する。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、マスクパターンの開口部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、及び凹部100,101の内面に駆動配線75が形成される。
図14に示すように、カバー第1加工工程S02では、カバープレート56に対し、共通配線用第2孔92及び個別配線用第2孔94の一部となる貫通孔105,106を形成する。貫通孔105,106は、アクチュエータプレート54に凹部100,101を形成する方法と同様に、サンドブラストやダイサー加工等によって形成することができる。
図15に示すように、第1接合工程S03では、アクチュエータプレート54の上面に、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、共通配線用第2孔92及び個別配線用第2孔94の一部となる貫通孔107,108を形成する。貫通孔107,108は、第2フィルム55のうち対応する凹部100,101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、凹部100及び貫通孔107同士、並びに凹部101及び貫通孔108同士が互いに連通する。
図16に示すように、第2接合工程S05では、第2フィルム55の上面に、接着剤等によってカバープレート56を貼り付ける。
図17に示すように、アクチュエータ第2加工工程S06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、凹部100,101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、図18に示すように、アクチュエータ第2加工工程S06では、駆動配線75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75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、マスクパターンの開口部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の下面、及び配線用第1孔91,93の内面に駆動配線75が形成される。
図19に示すように、カバー第2加工工程S07では、第2貫通配線81f,82f及びパッド81g,82gをカバープレート56に形成する。具体的には、まずカバープレート56の上面に対し、第2貫通配線81f,82f及びパッド81g,82gの形成領域が開口するマスクパターンを形成する。次に、カバープレート56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、マスクパターンの開口部を通してカバープレート56に成膜される。これにより、第2貫通配線81f,82f及びパッド81g,82gが形成される。
次に、カバー第2加工工程S07では、カバープレート56の上面に対し、共通分離溝96を形成する。共通分離溝96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。
図20に示すように、第3接合工程S08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21に示すように、流路部材第1加工工程S09では、流路部材52に対して流路60(図5参照)や圧力室61を形成する。流路60や圧力室61は、流路部材52に対して例えばサンドブラスト等を行うことで形成される。
図22に示すように、第4接合工程S10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23に示すように、流路部材第2加工工程S11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、流路60や圧力室61が開口する位置まで流路部材52をグラインドする。
第5接合工程S12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のうち、Z方向(第1方向)から見て隣り合う圧力室61同士の間に位置する部分には、隣り合う圧力室61同士の間でアクチュエータプレート54を区切る配線用第1孔(分断溝)91,93が形成さ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のうち一の圧力室61に対応する部分の変形が一の圧力室61に隣り合う他の圧力室61に対応する部分にまで及ぶことを抑制できる。その結果、機械的クロストークの発生による吐出性能の低下を抑制できる。
第1実施形態のヘッドチップ50において、配線用第1孔91,93は、アクチュエータプレート54の下面(第1面)上で開口し、アクチュエータプレート54の下面には駆動配線75及び配線用第1孔91,93を覆うように第1フィルム(絶縁シート)53が貼り付けられ、アクチュエータプレート54は、圧力室61の上端開口部を閉塞するように流路部材52上に第1フィルム53を介して設けられている構成とした。
この構成によれば、第1フィルム53によって駆動配線75がインクに触れるのを抑制できるので、駆動配線75の短絡や腐食等を抑制できる。また、第1フィルム53が配線用第1孔91,93を覆うように設けられることで、第1フィルム53をアクチュエータプレート54に貼り付ける際に第1フィルム53とアクチュエータプレート54との間に閉じ込められる気泡を、第1フィルム53内に排出することができる。これにより、アクチュエータプレート54と第1フィルム53との密着性を向上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と第1フィルム53との間へのインクの進入を抑制し、駆動配線75の短絡や腐食等を抑制し易くなる。
第1実施形態のヘッドチップ50において、配線用第1孔(貫通孔)91,93内には、アクチュエータプレート54の上面(第2面)側に向けて電極81a,82aを引き回す貫通配線81e,82eが形成されている構成とした。
この構成によれば、貫通配線81e,82eを介して電極81a,82aをアクチュエータプレート54の上面側まで引き回すことで、フレキシブルプリント基板(外部配線)97の実装領域を確保し易くなる。これにより、設計自由度を向上させることができる。
しかも、第1実施形態では、配線用第1孔91,93を隣り合う圧力室61同士の間に位置する部分に形成することで、配線用第1孔91,93に分断溝と貫通孔としての機能を具備させることができる。これにより、分断溝及び貫通孔を別々に形成する場合に比べヘッドチップ50の小型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では、上述したヘッドチップ50を備えているので、所望の吐出性能が発揮できる高品質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24は、図25のXXIV-XXIV線に対応するヘッドチップ50の断面図である。図25は、図24のXV-XV線に対応するヘッドチップ50の断面図である。図26は、アクチュエータプレート54の底面図である。図27は、アクチュエータプレート54の平面図である。図28は、カバープレート56の平面図である。第2実施形態では、分断溝と貫通孔とを別々に備えている点で上述した実施形態と相違している。
図24~図28に示すヘッドチップ50において、共通配線81は、第1共通電極81aと、第2共通電極81bと、第1貫通配線81eと、第2貫通配線81fと、共通パッド81gと、を備えている。
第1共通電極81a及び第2共通電極81bは、上述した第1実施形態と同様に各圧力室61毎に設けられている。
図25~図27に示すように、第1貫通配線81eは、共通配線用第1孔91の内面に形成されている。共通配線用第1孔91は、アクチュエータプレート54のうち圧力室61に対して-Y側に位置する部分であって、入口側共通流路64又は入口側連通路65とZ方向から見て重なり合う部分を貫通している。共通配線用第1孔91は、複数の圧力室61間を横断するようにX方向に延びている。
第1貫通配線81eは、共通配線用第1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。図示の例において、第1貫通配線81eは、共通配線用第1孔91の内面のうち-Y側を向く面において、複数の圧力室61間を横断するように形成されている。第1貫通配線81eは、共通配線用第1孔91の下端開口縁において第1共通電極81aの-Y側端部に接続される一方、共通配線用第1孔91の上端開口縁において第2共通電極81bの-Y側端部に接続されている。すなわち、各圧力室61に対応する共通配線81同士は、共通配線用第1孔91内において第1貫通配線81eにより共通化されている。なお、第1貫通配線81eは、共通配線用第1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25、図28に示すように、第2貫通配線81fは、共通配線用第2孔92の内面に形成されている。共通配線用第2孔92は、第2フィルム55及びカバープレート56のうち共通配線用第1孔91とZ方向から見て重なり合う位置をZ方向に貫通している。共通配線用第2孔92は、Z方向から見て共通配線用第1孔91の外形よりも一回り大きくなっている。
第2貫通配線81fは、共通配線用第2孔92の内面に形成されている。第2貫通配線81fは、共通配線用第2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。図示の例において、第2貫通配線81fは、共通配線用第2孔92の内面のうち-Y側を向く面において、複数の圧力室61間を横断するように形成されている。第2貫通配線81fは、共通配線用第2孔92の下端開口縁において第1貫通配線81eに接続されている。
共通パッド81gは、カバープレート56の上面において、各圧力室61に対応して設けられている。各共通パッド81gは、カバープレート56の上面において、共通配線用第2孔92の上端開口縁から+Y側に向けて延びている。共通パッド81gの少なくとも一部は、Z方向から見て圧力室61と重なり合っている。
図25~図27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82aと、第1貫通配線82eと、第2貫通配線82fと、個別パッド82gと、を備えている。
第1個別電極82a及び第2個別電極82bは、上述した第1実施形態と同様に各圧力室61毎に設けられている。
第1貫通配線82eは、個別配線用第1孔93の内面に形成されている。個別配線用第1孔93は、アクチュエータプレート54のうち圧力室61に対して+Y側に位置する部分であって、出口側共通流路66又は出口側連通路67とZ方向から見て重なり合う部分を貫通している。個別配線用第1孔93は、複数の圧力室61間を横断するようにX方向に延びている。
第1貫通配線82eは、個別配線用第1孔93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。図示の例において、第1貫通配線82eは、個別配線用第1孔93の内面のうち+Y側を向く面に形成されている。第1貫通配線82eは、個別配線用第1孔93の下端開口縁において対応する第1個別電極82aの+Y側端部に接続される一方、個別配線用第1孔93の上端開口縁において対応する第2個別電極82bの+Y側端部に接続されている。各圧力室61に対応する第1貫通配線81e同士は、個別配線用第1孔93内で互いに分離されている。
図25、図28に示すように、第2貫通配線82fは、個別配線用第2孔94の内面に形成されている。個別配線用第2孔94は、第2フィルム55及びカバープレート56のうち個別配線用第1孔93とZ方向から見て重なり合う位置をZ方向に貫通している。個別配線用第2孔94は、Z方向から見て個別配線用第1孔93の外形よりも一回り大きくなっている。
第2貫通配線82fは、個別配線用第2孔94の内面に形成されている。第2貫通配線82fは、個別配線用第2孔94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。図示の例において、第2貫通配線82fは、個別配線用第2孔94の内面のうち+Y側を向く面に形成されている。第2貫通配線82fは、個別配線用第2孔94の下端開口縁において対応する第1貫通配線82eに接続されている。
個別パッド82gは、カバープレート56の上面において、各圧力室61に対応して設けられている。各個別パッド82gは、カバープレート56の上面において、個別配線用第2孔94の上端開口縁から-Y側に向けて延びている。個別パッド82gの少なくとも一部は、Z方向から見て圧力室61と重なり合っている。
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は、分断溝200が形成されている。分断溝200は、アクチュエータプレート54をZ方向に貫通するとともに、Y方向に連続的に延びている。分断溝200は、圧力室61に沿ってY方向に直線状に延びている。なお、分断溝200は、少なくともアクチュエータプレート54の一方の面で開口していればよい。また、分断溝200は、Y方向に間隔をあけて形成されていてもよい。
分断溝200におけるX方向の幅は、配線用第1孔91,93におけるY方向の幅に比べて短くなっている。すなわち、機械的クロストークを抑制するための溝幅(分断溝200の幅)は、配線を通過させるための溝幅(配線用第1孔91,93の幅)よりも狭くてよい。図示の例において、分断溝200におけるY方向の両端部は、配線用第1孔91,93に対して離間する位置で終端している。但し、分断溝200は、配線用第1孔91,93のうち少なくとも一方に接続されていてもよい。
第2実施形態では、配線用第1孔91,93と分断溝200とを別々に設けることで、配線用第1孔91,93と分断溝200とをそれぞれの機能に適した形状にする等、設計自由度の向上を図ることができる。
例えば、第2実施形態では、配線用第1孔91,93を圧力室61に対してY方向(第3方向)の外側に設けられている構成とした。
この構成によれば、分断溝200は、機械的クロストークを抑制できる程度の幅を確保していればよいので、圧力室61に対してY方向の外側に配線用第1孔91,93が設けられていることで、X方向で隣り合う圧力室61間の間隔を縮小することができる。その結果、ヘッドチップ50のX方向での小型化や、ノズル孔71の狭ピッチ化を図ることができる。また、1枚のウエハからヘッドチップ50を切り出す場合において、1枚のウエハ当たりのヘッドチップ50の取り個数を増加させることができる。その結果、低コスト化を図ることができる。
一方、分断溝200の幅を狭くすることで、電極81a,81b,82a,82bの幅を確保し易くなる。そのため、電極81a,81b,82a,82bに対して効果的に電圧を印加することができ、発生圧力の向上を図ることもできる。
しかも、第2実施形態では、隣り合う圧力室61のうち一の圧力室61のみからインクを吐出する際、アクチュエータプレート54のうち一の圧力室61に対応する部分の個別電極82b1と、他の圧力室61に対応する部分の個別電極82b2と、の間に電位差が生じることを、分断溝200によって抑制できる。そのため、電圧が印加されない個別電極によって、アクチュエータプレート54の本来の駆動が妨げられることを抑制できる。
(第3実施形態)
図29は、アクチュエータプレート54の底面図である。図30は、アクチュエータプレート54の平面図である。図31は、カバープレート56の平面図である。第3実施形態では、配線用第1孔91,93及び配線用第2孔92,94が圧力室61毎に個別で設けられている点で上述した実施形態と相違している。
図29、図30に示すように、共通配線用第1孔91は、アクチュエータプレート54のうち各圧力室61に対して-Y側に位置する部分にそれぞれ形成されている。共通配線用第1孔91の内面には、第1貫通配線81eが形成されている。
図31に示すように、共通配線用第2孔92は、第2フィルム55及びカバープレート56のうち共通配線用第1孔91とZ方向から見て重なり合う位置をZ方向に貫通している。共通配線用第2孔92は、Z方向から見て共通配線用第1孔91の外形よりも一回り大きくなっている。共通配線用第2孔92の内面には、第2貫通配線81fが形成されている。第2貫通配線81fは、共通配線用第2孔92の上端開口縁において共通パッド81gに接続されている。
図29、図30に示すように、個別配線用第1孔93は、アクチュエータプレート54のうち各圧力室61に対して+Y側に位置する部分にそれぞれ形成されている。個別配線用第1孔93の内面には、第1貫通配線82eが形成されている。
図31に示すように、個別配線用第2孔94は、第2フィルム55及びカバープレート56のうち個別配線用第1孔93とZ方向から見て重なり合う位置をZ方向に貫通している。個別配線用第2孔94は、Z方向から見て個別配線用第1孔93の外形よりも一回り大きくなっている。個別配線用第2孔94の内面には、第2貫通配線82fが形成されている。第2貫通配線82fは、個別配線用第2孔94の上端開口縁において個別パッド82gに接続されている。
第3実施形態のヘッドチップ50において、配線用第1孔91,93は圧力室61毎に設けられている構成とした。
この構成によれば、配線用第1孔91,93が圧力室61毎に設けられていることで、各配線用第1孔91,93内に対して一つの圧力室61に対応した貫通配線を形成することができる。この場合、隣り合う圧力室61に対応する個別配線82同士が個別配線用第1孔93内で接続されることを抑制できるので、配線のパターニングが容易になり、製造効率の向上を図ることができる。
(第4実施形態)
図32は、アクチュエータプレート54の底面図である。図33は、アクチュエータプレート54の平面図である。
図32、図33に示すヘッドチップ50において、共通配線用第1孔91は、アクチュエータプレート54のうち圧力室61に対してX方向にずれた位置であって、分断溝200に対して-Y側に位置する部分に形成されている。図示の例において、共通配線用第1孔91は、隣り合う圧力室61同士の間に位置している。但し、共通配線用第1孔91は、圧力室61に対してY方向の外側に位置していてもよい。
共通配線用第1孔91は、アクチュエータプレート54をZ方向に貫通している。共通配線用第1孔91は、Z方向から見て円形状に形成されている。共通配線用第1孔91におけるX方向の幅は、分断溝200におけるX方向の幅よりも広くなっている。
共通配線用第1孔91の内面には、第1貫通配線81eが形成されている。第1貫通配線81eは、共通配線用第1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、共通配線用第1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、共通配線用第1孔91は、隣り合う圧力室61に対応する下面引き回し配線81c及び上面引き回し配線81d間を架け渡すように形成されていてもよい。共通電極81a,81bを基準電位GNDとする場合、隣り合う圧力室61に対応する第1貫通配線81eは、共通配線用第1孔91の内面で共通化されていてもよい。また、共通配線用第1孔91は、分断溝200に接続されていてもよい。
共通配線用第2孔92は、図31に示す第3実施形態と同様に、第2フィルム55及びカバープレート56のうち共通配線用第1孔91とZ方向から見て重なり合う位置をZ方向に貫通している。共通配線用第2孔92は、Z方向から見て共通配線用第1孔91の外形よりも一回り大きくなっている。共通配線用第2孔92の内面には、第2貫通配線81fが形成されている。第2貫通配線81fは、共通配線用第2孔92の上端開口縁において共通パッド81gに接続されている。
図32、図33に示すように、個別配線用第1孔93は、アクチュエータプレート54のうち圧力室61に対してX方向にずれた位置であって、分断溝200に対して+Y側に位置する部分に形成されている。図示の例において、個別配線用第1孔93は、隣り合う圧力室61同士の間に位置している。共通配線用第1孔91及び個別配線用第1孔93は、分断溝200を挟んでY方向で向かい合っている。なお、個別配線用第1孔93は、圧力室61に対してY方向の外側に位置していてもよい。
個別配線用第1孔93は、アクチュエータプレート54をZ方向に貫通している。個別配線用第1孔93は、Z方向から見て円形状に形成されている。個別配線用第1孔93におけるX方向の幅は、分断溝200におけるX方向の幅よりも広くなっている。
個別配線用第1孔93の内面には、第1貫通配線82eが形成されている。第1貫通配線82eは、個別配線用第1孔93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、個別配線用第1孔93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。
個別配線用第2孔94は、図31に示す第3実施形態と同様に、第2フィルム55及びカバープレート56のうち個別配線用第1孔93とZ方向から見て重なり合う位置をZ方向に貫通している。個別配線用第2孔94は、Z方向から見て個別配線用第1孔93の外形よりも一回り大きくなっている。個別配線用第2孔94の内面には、第2貫通配線82fが形成されている。第2貫通配線82fは、個別配線用第2孔94の上端開口縁において個別パッド82gに接続されている。
第4実施形態では、配線用第1孔91,93が、圧力室61に対してX方向にずれた位置に配置されている。そのため、配線用第1孔91,93が圧力室61とX方向に重なる位置に配置する場合に比べて、ヘッドチップ50のY方向での小型化が可能になる。
(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34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35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34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36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。
上述した実施形態では、シェアモード及びベンドモードの双方の変形モードに起因してアクチュエータプレート54を変形させ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は、シェアモード及びベンドモードの少なくとも何れかの変形モードで変形可能であればよい。シェアモードのみを採用する場合には、アクチュエータプレート54におけるZ方向を向く少なくとも何れかの面に、共通電極及び個別電極が並んで配置される。これにより、アクチュエータプレート54に対してX方向に電位差を与えることができる。一方、ベンドモードのみを採用する場合には、アクチュエータプレート54におけるZ方向で向かい合う面に、共通電極及び個別電極が配置される。これにより、アクチュエータプレート54に対してZ方向に電位差を与えることができる。
上述した実施形態では、緩衝材としてフィルム53,55を採用した場合について説明したが、この構成に限られない。緩衝材は、アクチュエータプレート54やカバープレート56よりも圧縮弾性率が小さい材料であればよく、例えば接着剤等であってもよい。
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
53:第1フィルム(絶縁シート)
54:アクチュエータプレート
60:流路
61:圧力室
81a:第1共通電極(駆動電極)
81b:第2共通電極(駆動電極)
81e:第1貫通配線(貫通配線)
82a:第1個別電極(駆動電極)
82b:第2個別電極(駆動電極)
82e:第1貫通配線(貫通配線)
91:共通配線用第1孔(貫通孔、分断溝)
93:個別配線用第1孔(貫通孔、分断溝)
200:分断溝

Claims (10)

  1. 液体が収容される複数の圧力室を有する流路部材と、
    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た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方向を向く面に形成され、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変化させる駆動電極と、を備え、
    前記アクチュエータプレートのうち、前記第1方向から見て隣り合う前記圧力室同士の間に位置する部分には、隣り合う前記圧力室同士の間で前記アクチュエータプレートを区切る分断溝が形成されているヘッドチップ。
  2. 前記圧力室は、前記第1方向において前記アクチュエータプレートに向けて開口する開口部を備え、
    前記駆動電極は、前記アクチュエータプレートのうち前記第1方向で前記流路部材に向かい合う第1面に設けられ、
    前記分断溝は、少なくとも前記第1面上で開口し、
    前記第1面上には、前記駆動電極及び前記分断溝を覆うように絶縁シートが貼り付けられ、
    前記アクチュエータプレートは、前記開口部を閉塞するように前記流路部材上に前記絶縁シートを介して設けられている請求項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には、前記アクチュエータプレートを前記第1方向に貫通する貫通孔が形成され、
    前記貫通孔内には、前記アクチュエータプレートのうち前記第1方向で前記第1面と反対側を向く第2面側に向けて前記駆動電極を引き回す貫通配線が形成されている請求項2に記載のヘッドチップ。
  4. 前記貫通孔は、前記アクチュエータプレートのうち、前記第1方向から見て隣り合う前記圧力室同士の間に位置する部分に、前記分断溝と一体で形成されている請求項3に記載のヘッドチップ。
  5. 前記貫通孔は、前記分断溝とは別に設けられている請求項3に記載のヘッドチップ。
  6. 前記第1方向から見て複数の前記圧力室の配列方向を第2方向とすると、
    前記貫通孔は、前記アクチュエータプレートのうち前記第1方向から見て前記第2方向に交差する第3方向において前記圧力室の外側に設けられている請求項5に記載のヘッドチップ。
  7. 前記貫通孔は、複数の前記圧力室に跨って前記第2方向に延びている請求項6に記載のヘッドチップ。
  8. 前記貫通孔は、前記第3方向において前記圧力室の外側に位置する部分で、前記圧力室毎に設けられている請求項6又は請求項7に記載のヘッドチップ。
  9. 請求項1から請求項8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。
  10. 請求項9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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