JP4670356B2 - インクジェットヘッド - Google Patents

Description

本発明は、被記録媒体にインクを吐出するインクジェットヘッドに関する。

従来より、記録用紙等の被記録媒体にノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドとして、ノズルを含むインク流路が形成された流路ユニットと、この流路ユニットに供給されるインクを貯留するリザーバユニットと、流路ユニット内のインクに噴射エネルギーを付与するアクチュエータユニットとを備えているものがある（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１のインクジェットヘッドにおいては、流路ユニットとリザーバユニットは、それぞれ複数枚の金属プレートが積層された構造を有する。リザーバユニットはその内部流路が流路ユニット内のインク流路と連通した状態で流路ユニットに接合されている。また、アクチュエータユニットには、駆動回路からフレキシブルフラットケーブルを介して、流路ユニット内のインクに噴射エネルギーを与えるための駆動信号が供給される。

特開２００４−１１４４２３号公報（図２）

ところで、インクジェットヘッドが全体的に一定の電位になっていないと、アクチュエータユニットの電極部分に対し、他の何れかの部位に帯電した電荷が放電して駆動回路等の回路素子を破損してしまう虞があるため、インクジェットヘッドは全体的に一定の基準電位（グランド電位）に保持されていることが好ましい。例えば、流路ユニット、リザーバユニット、及び、アクチュエータユニットを組み付けた状態で、アクチュエータユニットの電極部分が、金属製の流路ユニットを介して、基準電位に保持された金属製のリザーバユニットに導通していれば、インクジェットヘッドを簡単且つ確実に基準電位に保持できる。しかし、実際には、流路ユニットとリザーバユニットの間には、リザーバユニットから流路ユニットに供給されるインク内の塵を取り除くフィルタが設けられている場合が一般的であり、さらに、このフィルタの材質としては、レーザー加工により容易に孔加工が可能な合成樹脂材料が使用されることがある。この場合、リザーバユニットと流路ユニットとの間が、絶縁材料からなるフィルタにより絶縁されることになり、アクチュエータユニットの電極部分を流路ユニットを介してリザーバユニットに導通させることができなくなる。

本発明の目的は、アクチュエータユニットの電極部分を、流路ユニットを介して、容易且つ確実にリザーバユニットの金属部分に導通させることのできるインクジェットヘッドを提供することである。

課題を解決するための手段及び発明の効果

第１の発明のインクジェットヘッドは、共通インク室と、この共通インク室から圧力室を経てノズルに至る複数の個別インク流路とを含む流路ユニットと、前記共通インク室に供給されるインクを貯留するリザーバユニットと、前記圧力室の容積を変化させるアクチュエータユニットとを備え、前記アクチュエータユニットは、複数の前記圧力室に夫々対応して配置され、前記圧力室の容積を変化させるための駆動電圧が選択的に印加される複数の第１電極と、基準電位に保持される第２電極とを有し、前記流路ユニットと前記リザーバユニットの一方が第１金属部分を含み、それらの他方が第２金属部分を含み、前記流路ユニットの金属部分である前記第１金属部分または前記第２金属部分と前記アクチュエータユニットの前記第２電極とが電気的に接続され、前記第１金属部分と前記第２金属部分は、前記リザーバユニットから前記流路ユニットへインクを供給するために両者を連通させる連通路が形成された絶縁材料層を介して接合され、前記第１金属部分に、前記第２金属部分に直接接触する電気接続部が一体形成されていることを特徴とするものである。

このインクジェットヘッドにおいて、駆動回路からアクチュエータユニットの第１電極に駆動電圧が印加されると、その第１電極に対応する圧力室の容積が変化して圧力室内のインクが加圧され、圧力室に連通するノズルからインクが吐出される。ここで、アクチュエータユニットの第２電極と流路ユニットの金属部分が電気的に接続され、さらに、流路ユニットの金属部分とリザーバユニットの金属部分とが電気接続部を介して導通している。そのため、絶縁材料からなるフィルタが流路ユニットとリザーバユニットの間に設けられている場合や、流路ユニット又はリザーバユニットの一部が絶縁材料で構成されている場合など、流路ユニットの金属部分とリザーバユニットの金属部分との間に絶縁材料層が介在している場合でも、アクチュエータユニットの第２電極を、流路ユニットの金属部分を介してリザーバユニットの金属部分に導通させて、インクジェットヘッドのほぼ全体を同電位に保持することができる。そのため、何れかの部位が基準電位に保たれておれば、インクジェットも全体的に基準電位に保持されることになる。さらに、電気接続部は第１金属部分に一体形成されているため、電気接続部の構成が簡単になるとともにリザーバユニットと流路ユニットとを導通させるための別の導電性部材が不要になり、インクジェットヘッドの製造コストを低減できる。

第２の発明のインクジェットヘッドは、前記第１の発明において、前記第１金属部分と前記第２金属部分は、それぞれ、前記インクと電気的に導通していることを特徴とするものである。
第３の発明のインクジェットヘッドは、前記第２の発明において、前記流路ユニットと前記リザーバユニットは、共に、複数の金属プレートの積層体であり、前記第１金属部分と前記第２金属部分が、それぞれ、前記積層体を構成する前記金属プレートであることを特徴とするものである。
第４の発明のインクジェットヘッドは、前記第２又は第３の発明において、前記アクチュエータユニットは、前記流路ユニットの一表面に前記複数の圧力室を覆うように積層状に配置された複数枚の圧電シートを有し、前記複数枚の圧電シートの一部は、前記複数の第１電極と前記第２電極によって厚み方向に挟まれ、前記複数枚の圧電シートのうち、前記流路ユニットの一表面に接する圧電シートは、前記複数の圧力室内のインクと接触していることを特徴とするものである。
第５の発明のインクジェットヘッドは、前記第２〜第４の何れかの発明において、前記リザーバユニットの金属部分と前記流路ユニットの金属部分とが隙間をあけて対向しており、前記隙間に前記アクチュエータユニットが配置されていることを特徴とするものである。
第６の発明のインクジェットヘッドは、前記第１〜第５の何れかの発明において、前記電気接続部は、それ自身の弾性力により前記第２金属部分側へ付勢されていることを特徴とするものである。従って、電気接続部がさらに確実に第２金属部分に接触することになり、流路ユニットの金属部分とリザーバユニットの金属部分との間の電気的接続の信頼性が高くなる。

第７の発明のインクジェットヘッドは、前記第６の発明において、前記第１金属部分は、前記第２金属部分と前記絶縁材料層を介して接合された第１金属プレートを含み、前記電気接続部は、前記第１金属プレートに一体形成され、且つ、前記第２金属部分側へ折り曲げられた折れ曲がり部であることを特徴とするものである。このような簡単な構造の折れ曲がり部により、リザーバユニットの金属部分と流路ユニットの金属部分とを確実に導通させることができる。

第８の発明のインクジェットヘッドは、前記第７の発明において、前記第１金属プレートの端部に、プレート端から互いに平行に延びる２つのスリットが形成され、これら２つのスリットに挟まれた部分が折り曲げられて前記折れ曲がり部を構成していることを特徴とするものである。この場合には、第１金属プレートの一部分を折り曲げて、電気接続部としての折れ曲がり部を形成することが容易になる。

第９の発明のインクジェットヘッドは、前記第７又は第８の発明において、前記第１金属部分は、前記第１金属プレートの前記第２金属部分と反対側の面に接合された第２金属プレートを有し、この第２金属プレートの、前記折れ曲がり部と対向する部分に切欠部が形成されていることを特徴とするものである。この場合には、第１金属プレートと第２金属プレートとが接合された状態で、第１金属プレートの折れ曲がり部となる部分が第２金属プレートと接触しないため、第１金属プレートと第２金属プレートとを接合してから第１金属プレートの一部分を折り曲げて、折れ曲がり部を形成することが容易になる。

第１０の発明のインクジェットヘッドは、前記第１〜第５の何れかの発明において、前記電気接続部は、前記第１金属部分から前記第２金属部分に向けて突出するとともに、前記第２金属部分の前記第１金属部分との対向面に接触することを特徴とするものである。
第１１の発明のインクジェットヘッドは、前記第１〜第５の何れかの発明において、前記電気接続部は、前記第１金属部分から前記第２金属部分に向けて突出するとともに、前記第２金属部分の前記第１金属部分との対向面と直交する側面に接触することを特徴とするものである。
第１２の発明のインクジェットヘッドは、前記第１〜第１１の何れかの発明において、前記絶縁材料層は、絶縁材料からなる基板に複数の孔が形成されたフィルタであることを特徴とするものである。流路ユニットとリザーバユニットとの間に、リザーバユニットから流路ユニットに供給されるインク内の塵を取り除くフィルタが設けられ、さらに、このフィルタが絶縁材料で形成されている場合でも、電気接続部を介してリザーバユニットの金属部分と流路ユニットの金属部分とを確実に導通させることができる。

第１３の発明のインクジェットヘッドは、前記第１〜第１２の何れかの発明において、前記アクチュエータユニットは、前記流路ユニットの一表面に積層状に配置された複数枚の圧電シートを有し、複数の前記第１電極が複数の前記圧力室に夫々対向して配置され、前記第２電極が前記複数の第１電極と前記圧電シートを挟むとともに前記複数の第１電極に跨って配置されており、さらに、前記アクチュエータユニットは、少なくとも２枚の圧電シートの間に複数の前記圧力室に亙って設けられた、前記第２電極とは別の第３電極を有し、前記第２電極と前記第３電極が互いに導通していることを特徴とするものである。

アクチュエータユニットが、複数枚の圧電シートの変形を利用してインクを加圧する圧電式のアクチュエータである場合に、このアクチュエータユニットの第３電極に電荷が帯電していると、放電による駆動回路等の回路素子の破損という前述した問題の他にも以下のような問題が生じる。即ち、第３電極がマイナス側に帯電していると、帯電した第３電極とインクとの間の電位差に起因してインク中の水分が電解される。そして、その際に生じた水素イオン（Ｈ⁺）が第３電極へ移動して集まり、さらには、この第３電極を挟む２枚の圧電シートが剥離してアクチュエータユニットが破損してしまうことがある。しかし、この第７の発明によれば、第３電極の電位を常に基準電位に保持することができるため、第３電極の帯電に起因するアクチュエータユニットの破損をも確実に防止できる。

第１４の発明のインクジェットヘッドは、前記第１３の発明において、前記第２電極と前記第３電極が、共に、前記導電性材料を介して前記流路ユニットの金属部分と接続されていることを特徴とするものである。この場合には、第２電極と第３電極の両方を確実に基準電位に保持することができる。

第１５の発明のインクジェットヘッドは、共通インク室と、この共通インク室から圧力室を経てノズルに至る複数の個別インク流路とを含む流路ユニットと、前記共通インク室に供給されるインクを貯留するリザーバユニットと、前記圧力室の容積を変化させるアクチュエータユニットとを備え、前記アクチュエータユニットは、前記流路ユニットの一表面に積層状に配置された複数枚の圧電シートと、複数の前記圧力室に夫々対向して配置され、駆動電圧が選択的に印加される複数の第１電極と、前記複数枚の圧電シートのうちの少なくとも２枚の圧電シートの間に配設され、前記複数の第１電極と対向する第２電極とを有し、前記流路ユニットと前記リザーバユニットの一方が第１金属部分を含み、それらの他方が第２金属部分を含み、前記流路ユニットの金属部分である前記第１金属部分または前記第２金属部分と前記アクチュエータユニットの前記第２電極とが導電性材料を介して接続され、前記第１金属部分と前記第２金属部分は、前記リザーバユニットから前記流路ユニットへインクを供給するために両者を連通させる連通路が形成された絶縁材料層を介して接合され、前記第１金属部分と前記第２金属部分とが、これら前記第１金属部分と前記第２金属部分に夫々固定された導電性部材で接続されていることを特徴とするものである。

アクチュエータユニットの第２電極と流路ユニットの金属部分が電気的に接続され、さらに、流路ユニットの金属部分とリザーバユニットの金属部分とが導電性部材を介して導通しているため、流路ユニットの金属部分とリザーバユニットの金属部分との間に絶縁材料層が介在している場合でも、アクチュエータユニットの第２電極を、流路ユニットの金属部分を介してリザーバユニットの金属部分に導通させることができ、第２電極を確実に基準電位に保持することができる。つまり、インクジェットヘッドのほぼ全体を基準電位に保持することができる。
第１６の発明のインクジェットヘッドは、前記第１５の発明において、前記導電性部材は、前記第１金属部分と前記第２金属部分の両方に挿通されて固定された、導電性の棒状部材であることを特徴とするものである。

本発明の本実施形態について図１〜図１２を参照して説明する。図１は、インクジェットヘッドの斜視図であり、図２は、図１のII−II線に沿った断面図である。この本実施形態のインクジェットヘッドは、インクジェットプリンタ（図示略）に設けられて、搬送されてきた用紙に対してインクを吐出して用紙に記録するものである。図１、図２に示すように、インクジェットヘッド１は、一方向（主走査方向）に長い矩形平面形状を有し且つ用紙に対してインクを吐出するヘッド本体７０と、このヘッド本体７０の上面に配置され且つその内部にインクリザーバ３ｃが形成されたリザーバユニット７１と、インク飛沫からインクジェットヘッド１の内部を保護するための下部カバー５１ａ及び上部カバー５１ｂ等を備えている。尚、図１においては、説明の都合上上部カバー５１ｂを省略している。

ヘッド本体７０は、その内部にインク流路が形成された流路ユニット４と、この流路ユニット４の上面に配置されたアクチュエータユニット２１とを備えている。これら流路ユニット４及びアクチュエータユニット２１は、共に、互いに接合された複数枚の薄板からなる積層体で構成されている。

リザーバユニット７１の下面には、突出部が下方突出状に形成されている。この突出部の内部には、インク流出穴９４が形成されており、その開口部においてリザーバユニット７１と流路ユニット４とが接続されている。尚、リザーバユニット７１と流路ユニット４との間には、インク流出穴９４の開口部を覆うように、ポリイミド等の合成樹脂材料からなる基板に多数の孔が形成されたフィルタ９５が介在している。また、平面視でリザーバユニット７１のインク流出穴９４の近傍部以外の領域は、ヘッド本体７０から上方へ離隔しており、この離隔した隙間にアクチュエータユニット２１が配設されている。さらに、アクチュエータユニット２１の上面には、フレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ：Flexible Printed Circuit）５０が電気的に接続されており、このＦＰＣ５０はアクチュエータユニット２１の副走査方向両側からアクチュエータユニット２１の外部に引き出されている。つまり、リザーバユニット７１の下面は、開口部の周囲において突出しており、流路ユニット４と接触している。この突出部以外の領域では、流路ユニット４との間に形成された離隔部分にアクチュエータユニット２１及びＦＰＣ５０が所定の隙間空間を残して配設されている。

リザーバユニット７１は、流路ユニット４と略同一の矩形の平面形状を有する。内部のインクリザーバ３ｃには、流路ユニット４に供給されるインクが貯留される。さらに、リザーバユニット７１の主走査方向の一端部（図１の左端部）に形成されたインク供給口３ａには、インクカートリッジ（図示省略）に連なるインク供給管７５が接続されている。つまり、インクリザーバ３ｃには、このインク供給管７５を介してインクが供給される。

リザーバユニット７１の上面にはメイン基板８３が立設されている。このメイン基板８３の両側には２枚のサブ基板８１がメイン基板８３と平行に配置され、これら２枚のサブ基板８１とメイン基板８３は電気的に接続されている。また、２枚のサブ基板８１のメイン基板８３側の面には夫々ドライバＩＣ８０が配置されている。ドライバＩＣ８０にはその内部で発生する熱を効率よく放散させるために、ヒートシンク８２が密着状に取り付けられている。また、サブ基板８１及びドライバＩＣ８０は、アクチュエータユニット２１の図２の左右両側から夫々引き出されたＦＰＣ５０と電気的に接続されている。そして、ＦＰＣ５０を介して、サブ基板８１から出力された信号がドライバＩＣ８０に伝達され、さらに、ドライバＩＣ８０から出力された駆動信号がヘッド本体７０のアクチュエータユニット２１に伝達される。

図２に示すように、下部カバー５１ａは、上方に開放されたブロック状の筐体であり、リザーバユニット７１の上方に引き出されたＦＰＣ５０を外側から覆うようにヘッド本体７０の上方に配置されている。そして、下部カバー５１ａ内の空間において、ＦＰＣ５０は、ストレスがかからないように弛緩した状態で収容されている。

上部カバー５１ｂは、アーチ形状の天井を有する筐体であり、下部カバー５１ａの上側に配置されている。つまり、メイン基板８３及びサブ基板８１は、上部カバー５１ｂ及び下部カバー５１ａの内部に収容されている。これにより、メイン基板８３及びサブ基板８１は、外部からインク等の異物が付着することや、他の部位との不必要な電気的接触や短絡事故が防止されている。

次に、リザーバユニット７１の構造について図３、図４を参照して説明する。図３はリザーバユニット７１を構成するプレートとヘッド本体７０との積層状態を示す分解斜視図、図４は図１のリザーバユニット７１のIV-IV線断面図である。図３、図４に示すように、リザーバユニット７１は、上から、第１リザーバプレート６０、第２リザーバプレート６１、第３リザーバプレート６２、第４リザーバプレート６３及び第５リザーバプレート６４の５枚のプレートが順に積層された構造を有し、ヘッド本体７０（アクチュエータユニット２１及び流路ユニット４）の上側に配置されている。５枚のリザーバプレート６０〜６４は、主走査方向に延びる略矩形状の金属プレートである。図４に示すように、インクを一時的に貯留するインクリザーバ３ｃが、第４リザーバプレート６４の有するリザーバ穴９３を第３リザーバプレート６２及び第５リザーバプレート６４とで上下から封止することで形成されている。

第１リザーバプレート６０の主走査方向の一端部には、インク供給管７５（図２参照）が接続されるインク供給口３ａが形成されている。
第２リザーバプレート６１には、フィルタ６６を装着する為のフィルタ装着穴９０が形成されており、このフィルタ装着穴９０はインク供給口３ａに連通している。また、フィルタ装着穴９０の厚み方向途中部には、フィルタ装着穴９０の内周に沿って、段付状のフィルタ支持部９１が形成されており、このフィルタ支持部９１によりフィルタ６６が支持されている。このフィルタ６６は、インク供給口３ａから供給されるインクを濾過して、塵等が流路ユニット４のノズル８や圧力室１０（図６、図７参照）等からなるインク流路内に侵入するのを防止する為のものである。

さらに、第２リザーバプレート６１の下面側には、フィルタ装着穴９０から水平に延びるインク落込流路６５が形成されている。このインク落込流路６５は、第３リザーバプレート６２の平面視で略中央の位置に形成された、インク落込口９２に連なっている。

第４リザーバプレート６３には、主走査方向（図３、図４の左右方向）に長細いリザーバ穴９３が設けられている。このリザーバ穴９３は、平面視で、後述する流路ユニット４のマニホールド５の開口部５ｂ（図３参照）に重なる位置まで夫々分岐して延びている。

第５リザーバプレート６４には、インクリザーバ３ｃ内のインクを流路ユニット４（開口部５ｂ）へ流出させる複数のインク流出穴９４が設けられている。これら複数のインク流出穴９４は、平面視でマニホールド５の開口部５ｂと重なる位置に形成されている。
そして、インク供給管７５からインク供給口３ａを介してリザーバユニット７１内に流入したインクは、フィルタ装着穴９０の内部、インク落込流路６５、インクリザーバ３ｃを通って、インク流出穴９４から流路ユニット４のマニホールド５に供給される。

次に、ヘッド本体７０について説明する。図５はヘッド本体７０の平面図、図６は図５の一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。図５及び図６に示すように、ヘッド本体７０は、多数の圧力室１０やノズル８が形成された流路ユニット４と、この流路ユニット４の上面において千鳥状に２列に配列された４つの平面視台形のアクチュエータユニット２１とを有する。

流路ユニット４には、複数のマニホールド５が形成されており、その開口部５ｂにおいて、リザーバユニット７１のインク流出穴９４（図３、図４参照）と連通している。各マニホールド５の先端部は分岐しており、この分岐位置から副マニホールド５ａが流路ユニット４の長手方向に延びている。４つのアクチュエータユニット２１は、その平行対向辺（上辺及び下辺）が流路ユニット４の長手方向に沿うように夫々配置されている。また、隣接するアクチュエータユニット２１の斜辺同士は、流路ユニット４の幅方向にオーバーラップしている。

流路ユニット４のアクチュエータユニット２１と反対側の面（下面）は、多数のノズル８がマトリクス状に多数配列されたインク吐出領域となっている。また、１つのノズル８に連通された圧力室１０も流路ユニット４の上面においてマトリクス状に配列されており、複数の圧力室１０が集まって１つの圧力室群９を構成している。本実施の形態では、４つの圧力室群９が形成されており、それぞれに１つのアクチュエータユニット２１が対向して配置されている。

また、各ノズル８は、先端ほど径の小さい先細り状に形成されており、平面形状が略菱形の圧力室１０、及びアパーチャ１２を介して副マニホールド５ａと連通している。尚、図６において、図面を分かりやすくするために、アクチュエータユニット２１の下方にあって破線で描くべき圧力室１０（圧力室群９）、開口部５ｂ、アパーチャ１２を実線で描いている。また、実線で描くべきアクチュエータユニット２１は二点鎖線で示してある。

次に、ヘッド本体７０の構造について図７、図８を参照して説明する。図７は、流路ユニット４を構成するプレート２２〜３１とアクチュエータユニット２１との積層状態を示す分解斜視図、図８は、図６のVIII-VIII線断面図である。

図７に示すように、ヘッド本体７０は、アクチュエータユニット２１と、流路ユニット４とから構成されている。このうち、アクチュエータユニット２１は、互いに積層された４枚の圧電シート４１〜４４（図９（ａ）参照）を有する。これら圧電シート４１〜４４は、夫々、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミックス材料からなる。尚、後述するように、最上層の圧電シート４１は電界が印加されて活性層となる部分を有する層であるが、残りの３層の圧電シート４２〜４４は非活性層となっている。一方、流路ユニット４は、キャビティプレート２２、ベースプレート２３、アパーチャプレート２４、サプライプレート２５、マニホールドプレート２６、２７、２８、２９、カバープレート３０、及び、ノズルプレート３１の１０枚のプレートが積層された構造を有している。これら１０枚のプレートは、夫々、ステンレス鋼等からなる金属プレートである。

キャビティプレート２２には、複数の圧力室１０がマトリクス状に形成されている。ベースプレート２３には、圧力室１０とアパーチャ１２との連絡孔と、圧力室１０からノズル８への連絡孔とが形成されている。アパーチャプレート２４には、ハーフエッチングにより形成されたアパーチャ１２と、圧力室１０からノズル８への連絡孔が形成されている。また、サプライプレート２５には、アパーチャ１２と副マニホールド５ａとの連絡孔と、圧力室１０からノズル８への連絡孔とが形成されている。さらに、４枚のマニホールドプレート２６〜２９には、マニホールド５（図５、図６参照）及びマニホールド５から分岐した副マニホールド５ａと、圧力室１０からノズル８への連絡孔が形成されている。カバープレート３０には、圧力室１０からノズル８への連絡孔が形成されている。また、ノズルプレート３１には、マトリクス状に配列された複数のノズル８が形成されている。

そして、図８に示すように、これら１０枚の金属プレート２２〜３１は、副マニホールド５ａから、アパーチャ１２及び圧力室１０を経て、ノズル８に至る個別インク流路３２が、圧力室１０ごとに形成されるように、互いに位置合わせして積層される。

次に、流路ユニット４における最上層のキャビティプレート２２に積層された、アクチュエータユニット２１の構成について説明する。図９（ａ）はアクチュエータユニット２１の部分拡大断面図であり、図９（ｂ）は個別電極の平面図である。

図９（ａ）に示すように、アクチュエータユニット２１は、複数の圧力室１０に跨って延在する４枚の圧電シート４１〜４４と、最上層の圧電シート４１上において複数の圧力室１０に夫々対向する位置に配置された複数の個別電極３５（第１電極）と、複数の個別電極３５と共に最上層の圧電シート４１を挟む共通電極３４（第２電極）とを有する。

圧電シート４１〜４４は略同じ厚さ（例えば、１５μｍ程度）を有し、キャビティプレート２２の上面に接着されている。そのため、スクリーン印刷技術等を用いることにより圧電シート４１上に複数の個別電極３５を高密度に形成することが可能となっている。

図９（ｂ）に示すように、個別電極３５は、圧力室１０と略相似で且つ圧力室１０よりも１回り小さい菱形の平面形状を有する。図６に示すように、各個別電極３５は、平面視で圧力室１０内に収まる領域に形成されており、圧力室１０と同様にマトリクス状に配置されている。略菱形の複数の個別電極３５における鋭角部の一方は夫々同一方向に延出され、延出部にランド部３６が設けられている。ランド部３６は、略１６０μｍの径を有する円形形状を有し、例えばガラスフリットを含む金からなる。また、ランド部３６はＦＰＣ５０（図１及び図２参照）に設けられた接点と電気的に接合されており、ドライバＩＣ８０（図１及び図２参照）からランド部３６を介して個別電極３５に圧力室１０の容積を変化させる為の駆動信号が入力される。

共通電極３４は、最上層の圧電シート４１とその下側の圧電シート４２との間において複数の圧力室１０に跨るようにシート全面に形成されている。尚、この共通電極３４の厚みは、例えば略２μｍ程度である。さらに、下側２枚の圧電シート４３，４４の間には、圧電シート４１〜４４を補強するための補強用電極６７（第３電極）が、複数の圧力室１０に跨るようにシート全面に形成されている。そして、共通電極３４と補強用電極６７は、圧電シート４３，４４を貫通するスルーホール内に充填された導電性材料６８により互いに導通している。共通電極３４及び補強用電極６７は、後述するように、すべての圧力室１０に対向する領域において等しくグランド電位（基準電位）に保たれている。
尚、個別電極３５、共通電極３４及び補強用電極６７は、共に、例えばＡｇ−Ｐｄ系などの金属材料からなる。

次に、インク吐出時におけるアクチュエータユニット２１の作用について述べる。アクチュエータユニット２１における圧電シート４１の分極方向はその厚み方向である。つまり、アクチュエータユニット２１は、上側（つまり、圧力室１０とは離れた）１枚の圧電シート４１を活性層が存在する層とし、且つ、下側（つまり、圧力室１０に近い）３枚の圧電シート４２〜４４を非活性層とした、いわゆるユニモルフタイプの構成となっている。従って、個別電極３５を正又は負の所定電位とすると、例えば電界と分極とが同方向であれば圧電シート４１中の電極に挟まれた電界印加部分が活性層として働き、圧電横効果により分極方向と直角方向に縮む。一方、圧電シート４２〜４４は、電界の影響を受けないため自発的には縮まないので、上層の圧電シート４１と下層の圧電シート４２〜４４との間で、分極方向と垂直な方向への歪みに差を生じることとなり、圧電シート４１〜４４全体が非活性側に凸となるように変形しようとする（ユニモルフ変形）。このとき、図９（ａ）に示すように、圧電シート４１〜４４の下面は圧力室１０を区画するキャビティプレート２２の上面に固定されているので、結果的に圧電シート４１〜４４は圧力室１０側へ凸になるように変形する。すると、圧力室１０の容積が減少してインクの圧力が上昇し、ノズル８からインクが吐出される。その後、個別電極３５を共通電極３４と同じ電位に戻すと、圧電シート４１〜４４は元の形状になって圧力室１０の容積が元の容積に戻るため、インクがマニホールド５側から吸い込まれる。

なお、他の駆動方法として、予め個別電極３５を共通電極３４と異なる電位にしておき、吐出要求があるごとに個別電極３５を共通電極３４と一旦同じ電位とし、その後所定のタイミングにて再び個別電極３５を共通電極３４と異なる電位にすることもできる。この場合は、個別電極３５と共通電極３４とが同じ電位になるタイミングで、圧電シート４１〜４４が元の形状に戻ることにより、圧力室１０の容積は初期状態（両電極の電位が異なる状態）と比較して増加し、インクが副マニホールド５ａから圧力室１０内に吸い込まれる。その後再び個別電極３５を共通電極３４と異なる電位にしたタイミングで、圧電シート４１〜４４が圧力室１０側へ凸となるように変形し、圧力室１０の容積が減少してインクへ圧力が上昇し、インクがノズル８から吐出される。

ところで、共通電極３４は一定の基準電位（グランド電位）に確実に保持されている必要がある。共通電極３４がグランド電位に保持されていないと、共通電極３４に電荷が帯電してその電位が変動するため、ドライバＩＣ８０から個別電極３５に駆動電圧が印加されたときに、個別電極３５と共通電極３４との間に十分な電位差を生じさせることできなくなり、ひいては、所望の吐出速度でノズル８からインクを吐出させることができなくなる虞がある。また、共通電極３４に電荷が帯電していると、この電荷が放電してドライバＩＣ８０の回路素子等が破損してしまう虞がある。さらに、共通電極３４及びこの共通電極３４と導通する補強用電極６７がマイナス側に帯電していると、インク中の水分が電解されて生じた水素イオンが補強用電極６７（特に、Ｐｄ）に吸蔵されて、この補強用電極６７が膨張し、補強用電極６７を上下両側から挟んでいる圧電シート４３，４４が剥離してアクチュエータユニット２１が破損してしまう虞もある。

そこで、本実施形態のインクジェットヘッド１においては、以下のような構成により、共通電極３４及び補強用電極６７がグランド電位に保持されている。図１０は、ヘッド本体７０とリザーバユニット７１の要部拡大断面図である。図１０に示すように、共通電極３４と導通した補強用電極６７は、圧電シート４３，４４の間から外部に露出しており、さらに、この補強用電極６７は、圧電シート４２〜４４からキャビティプレート２２の上面に亙って形成されたペースト状の導電性材料９６を介して金属製のキャビティプレート２２に導通している。一方、キャビティプレート２２の上側に位置し、積層状の５枚の金属プレート６０〜６４で構成されたリザーバユニット７１は、最上層の第１リザーバプレート６０にネジ９８で固定された金属製のワイヤ９９を介してサブ基板８１に接続され、グランド電位に保持されている。そして、共通電極３４と導通したキャビティプレート２２（第１金属プレート）と第５リザーバプレート６４とが電気的に接続されることにより、共通電極３４がグランド電位に保持されている。

但し、図１０に示すように、流路ユニット４のキャビティプレート２２とリザーバユニット７１の第５リザーバプレート６４は、絶縁材料である合成樹脂材料で形成されたフィルタ９５を介して接合されている。そのため、流路ユニット４の上面にリザーバユニット７１を配置しただけでは、キャビティプレート２２と第５リザーバプレート６４とが直接接触せず、絶縁性のフィルタ９５により電気的に絶縁されてしまう。

そこで、本実施形態のインクジェットヘッド１においては、図７，図１０、図１１に示すように、キャビティプレート２２の長手方向（主走査方向）両端部に、夫々、２つの折れ曲がり部２２ａが一体形成されている。折れ曲がり部２２ａは、弾性変形の範囲内で、その先端部がフィルタ９５の上面よりも上方に位置するように折り曲げられて形成されている。そのため、折れ曲がり部２２ａは、その先端部が第５リザーバプレート６４に直接接触し、キャビティプレート２２と第５リザーバプレート６４とが、折れ曲がり部２２ａを介して電気的に接続されている。これにより、共通電極３４及び補強用電極６７は、導電性材料９６、キャビティプレート２２、折れ曲がり部２２ａ、及び、第５リザーバプレート６４を介してサブ基板８１に接続されることになり、共通電極３４及び補強用電極６７が安定的にグランド電位に保持される。尚、折れ曲がり部２２ａは、その先端部がフィルタ９５の上面よりも上方に位置するように折り曲げられているため、流路ユニット４とリザーバユニット７１とが組み付けられた状態では、その自らの弾性力により上方へ付勢力が発生する。そのため、折れ曲がり部２２ａの先端部は常に第５リザーバプレート６４に押しつけられることから、折れ曲がり部２２ａと第５リザーバプレート６４の接触の信頼性（電気的接続の信頼性）は高いものとなる。

尚、図７、図１１に示すように、折れ曲がり部２２ａの両側には２つのスリット２２ｂが夫々形成されている。そのため、キャビティプレート２２の長手方向両端部を上方へ折り曲げて折れ曲がり部２２ａを形成することが容易になる。

また、図７、図１２に示すように、キャビティプレート２２の下面に接合されるベースプレート２３（第２金属プレート）には、その長手方向両端部の、キャビティプレート２２の折れ曲がり部２２ａと対向する部分に切欠部２３ａが形成されている。そのため、キャビティプレート２２とベースプレート２３とを接着剤等により接合したときに、キャビティプレート２２の折れ曲がり部２２ａとなる部分がベースプレート２３に接触せず、また、この部分に接着剤が付着することもない。さらに、キャビティプレート２２とベースプレート２３との間に工具の先端を差し込んでキャビティプレート２２の両端部を上方へ折り曲げることができ、折れ曲がり部２２ａを形成することがさらに容易になる。

以上説明したインクジェットヘッド１によれば、次のような効果が得られる。
アクチュエータユニット２１の共通電極３４と流路ユニット４のキャビティプレート２２が、補強用電極６７及び導電性材料９６を介して導通しており、さらに、キャビティプレート２２と、グランド電位に保持されたリザーバユニット７１の第５リザーバプレート６４とが、折れ曲がり部２２ａを介して導通している。そのため、流路ユニット４とリザーバユニット７１との間に絶縁材料からなるフィルタ９５が介在している場合でも、共通電極３４を、流路ユニット４及びリザーバユニット７１を介して確実にグランド電位に保持することができる。本実施の形態では、ほとんどの部品が導電性の材料からなり、インクジェットヘッド１は全体的にグランド電位に保持されることになる。

また、リザーバユニット７１と流路ユニット４とを電気的に接続する電気接続部としての折れ曲がり部２２ａは、キャビティプレート２２に一体形成されているため、電気接続部の構成が簡単である。さらに、リザーバユニット７１と流路ユニット４とを導通させるための特別な導電性部材が不要で、両者の間に絶縁性材料が介在していたとしても、互いに組み付けるだけで電気的に接続されるため、インクジェットヘッド１の製造コストを低減できる。

次に、前記実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。但し、前記実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。
１］リザーバユニットと流路ユニットとを導通させる構成としては、前記実施形態の折れ曲がり部２２ａ以外にも種々の構成を採用できる。例えば、図１３に示すように、キャビティプレート２２Ａの上面に、フィルタ９５の上面と略同じ高さまで突出する突出部１１０が形成されており、キャビティプレート２２Ａの上側にリザーバユニット７１が配置されたときに、キャビティプレート２２Ａの突出部１１０が第５リザーバプレート６４の下面に接触するように構成されていてもよい（変更形態１）。あるいは、図１４に示すように、キャビティプレート２２Ｂに、リザーバユニット７１の側面よりも外側まで突出してさらに上方に延びる突出部１１１が形成され、この突出部１１１にリザーバユニット７１の側面が接触するように構成されていてもよい（変更形態２）。さらに、このような折れ曲がり部や突出部はキャビティプレートに形成されている必要は必ずしもなく、リザーバユニット（第５リザーバプレート）に一体形成された折れ曲がり部や突出部等からなる電気接続部が、キャビティプレートに接触するように構成されていてもよい。

２］共通電極３４と補強用電極６７はスルーホール内に充填された導電性材料６８により互いに導通しているが、外力を受けたときなどにその導通状態が寸断される虞があるなど、この導電性材料６８による共通電極３４と補強用電極６７の電気的接続の信頼性はあまり高くない。そこで、図１５に示すように、共通電極３４も圧電シート４１，４２の間から外部に露出しており、この共通電極３４と、補強用電極６７及びキャビティプレート２２が、圧電シート４１の側面からキャビティプレート２２の上面に亙って形成された導電性材料９６Ｃを介して導通するように構成されていてもよい（変更形態３）。この場合には、共通電極３４とキャビティプレート２２との間の電気的接続の信頼性が高くなり、共通電極３４がより確実にグランド電位に保持される。

尚、補強用電極６７により圧電シート４１〜４４を補強する必要性がない場合には、補強用電極６７を省略してもよい。この場合には、共通電極３４とキャビティプレート２２とが導電性材料９６により電気的に接続されることになる。

３］図１６に示すように、アクチュエータユニット２１Ｄが、積層された複数枚の圧電シート４１Ｄ，４２Ｄ，４３Ｄ，４４Ｄと、これら複数枚の圧電シート４１Ｄ〜４４Ｄに交互に形成されて圧電シートを挟む、個別電極３５Ｄ及び共通電極３４Ｄとを有するものであってもよい（変更形態４）。個別電極３５Ｄは、前記実施形態の個別電極３５（図９参照）と同様に、圧力室１０と対向する位置に配置されている。また、共通電極３４Ｄは、圧電シート４２Ｄ，４３Ｄを貫通するスルーホール内の導電性材料６８Ｄにより互いに接続されている。このアクチュエータユニット２１Ｄにおいて、個別電極３５Ｄに駆動電圧が印加されると、個別電極３５Ｄと共通電極３４Ｄの間に挟まれた圧電シート４１Ｄ，４２Ｄ，４３Ｄが圧電縦効果によりそれぞれ厚み方向に伸縮して、圧力室１０の容積が変化してインクに圧力が付与される。そして、この変更形態４では、少なくとも一番下に位置する共通電極３４Ｄが、導電性材料９６を介してキャビティプレート２２に導通しており、複数の共通電極３４Ｄが確実にグランド電位に保持されることになる。

４］流路ユニットとリザーバユニットが、これら流路ユニット及びリザーバユニットに夫々固定された導電性部材により電気的に接続されていてもよい（変更形態５）。例えば、図１７に示すように、流路ユニット４Ｅとリザーバユニット７１が、流路ユニット４Ｅのキャビティプレート２２Ｅ及びベースプレート２３Ｅと、リザーバユニット７１の５枚のリザーバプレート６０〜６４に夫々固定された導電性のネジ９８Ｅを介して接続されていてもよい。この場合には、流路ユニット４Ｅとリザーバユニット７１がネジ９８Ｅを介して確実に導通することになるため、アクチュエータユニット２１の共通電極３４が、流路ユニット４Ｅを介してリザーバユニット７１に導通し、共通電極３４は確実にグランド電位に保持される。尚、図１７においては、このネジ９８Ｅにより、リザーバユニット７１とサブ基板８１とを導通させるワイヤ９９をリザーバユニット７１に固定しているが、もちろん、ネジ９８Ｅとは別の部材でワイヤ９９をリザーバユニット７１に固定してもよい。さらに、ネジ９８Ｅ以外の導電性部材、例えば、その両端が流路ユニットとリザーバユニットに夫々固定された金属製のワイヤにより、流路ユニットとリザーバユニットを電気的に接続するようにしてもよい。

５］前記実施形態の流路ユニット４とリザーバユニット７１は、その全ての部分が金属材料で形成されているが、流路ユニット、あるいは、リザーバユニットの一部が絶縁材料で形成され、その絶縁材料の部分（絶縁材料層）が、流路ユニットの金属部分とリザーバユニットの金属部分との間に介在している場合でも本発明を適用できる。即ち、絶縁材料層により隔てられた、流路ユニットの金属部分とリザーバユニットの金属部分を、これら金属部分の少なくとも一方に一体形成された電気接続部、あるいは、これら金属部分の両方に固定されたネジ等の導電性部材を介して導通させることにより、アクチュエータユニットの共通電極をグランド電位に保持することが可能になる。

６］前記実施形態及びその変更形態は、圧電式のアクチュエータを備えたインクジェットヘッドに本発明を適用した一例であるが、電荷が帯電する虞のある部位を有する、他の方式のアクチュエータを備えたインクジェットヘッドにも本発明を適用することは可能である。例えば、ヒーターの駆動電極に駆動信号が供給されたときに、このヒーターによりインク内にバブルを発生させて、インクに噴射エネルギーを付与するように構成されたアクチュエータを備えたインクジェットヘッドにも本発明を適用することができる。

本発明の実施形態に係るインクジェットヘッドの斜視図である。 図１のII-II線断面図である。 リザーバユニットを構成するプレートとヘッド本体との積層状態を示す分解斜視図である。 図１のリザーバユニットのIV-IV線断面図である。 ヘッド本体の平面図である。 図５の一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。 流路ユニットを構成するプレートとアクチュエータユニットとの積層状態を示す分解斜視図である。 図６のVIII-VIII線断面図である。 （ａ）はアクチュエータユニットの部分拡大断面図、（ｂ）は個別電極及びランド部の平面図である。 ヘッド本体とリザーバユニットの要部拡大断面図である。 キャビティプレートの端部における拡大図である。 ベースプレートの端部における拡大図である。 変更形態１の図１０相当の拡大断面図である。 変更形態２の図１０相当の拡大断面図である。 変更形態３の図１０相当の拡大断面図である。 変更形態４の図１０相当の拡大断面図である。 変更形態５の図１０相当の拡大断面図である。

１ インクジェットヘッド
４，４Ｅ 流路ユニット
５ マニホールド
８ ノズル
１０ 圧力室
２１，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｄ，２１Ｅ アクチュエータユニット
２２ａ 折れ曲がり部
２２ｂ スリット
２３ ベースプレート
２３ａ 切欠部
３２ 個別インク流路
３４，３４Ｄ 共通電極
３５，３５Ｄ 個別電極
４１，４２，４３，４４ 圧電シート
４１Ｄ，４２Ｄ，４３Ｄ，４４Ｄ 圧電シート
６４ 第５リザーバプレート
６７ 補強用電極
７１ リザーバユニット
９５ フィルタ
９６，９６Ｃ 導電性材料
９８Ｅ ネジ
１１０ 突出部
１１１ 突出部

Claims (16)

1. 共通インク室と、この共通インク室から圧力室を経てノズルに至る複数の個別インク流路とを含む流路ユニットと、
   前記共通インク室に供給されるインクを貯留するリザーバユニットと、
   前記圧力室の容積を変化させるアクチュエータユニットとを備え、
   前記アクチュエータユニットは、複数の前記圧力室に夫々対応して配置され、前記圧力室の容積を変化させるための駆動電圧が選択的に印加される複数の第１電極と、基準電位に保持される第２電極とを有し、
   前記流路ユニットと前記リザーバユニットの一方が第１金属部分を含み、それらの他方が第２金属部分を含み、
   前記流路ユニットの金属部分である前記第１金属部分または前記第２金属部分と前記アクチュエータユニットの前記第２電極とが電気的に接続され、
   前記第１金属部分と前記第２金属部分は、前記リザーバユニットから前記流路ユニットへインクを供給するために両者を連通させる連通路が形成された絶縁材料層を介して接合され、
   前記第１金属部分に、前記第２金属部分に直接接触する電気接続部が一体形成されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
   
2. 前記第１金属部分と前記第２金属部分は、それぞれ、前記インクと電気的に導通していることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
3. 前記流路ユニットと前記リザーバユニットは、共に、複数の金属プレートの積層体であり、
   前記第１金属部分と前記第２金属部分が、それぞれ、前記積層体を構成する前記金属プレートであることを特徴とする請求項２に記載のインクジェットヘッド。
4. 前記アクチュエータユニットは、前記流路ユニットの一表面に前記複数の圧力室を覆うように積層状に配置された複数枚の圧電シートを有し、
   前記複数枚の圧電シートの一部は、前記複数の第１電極と前記第２電極によって厚み方向に挟まれ、
   前記複数枚の圧電シートのうち、前記流路ユニットの一表面に接する圧電シートは、前記複数の圧力室内のインクと接触していることを特徴とする請求項２又は３に記載のインクジェットヘッド。
5. 前記リザーバユニットの金属部分と前記流路ユニットの金属部分とが隙間をあけて対向しており、前記隙間に前記アクチュエータユニットが配置されていることを特徴とする請求項２〜４の何れかに記載のインクジェットヘッド。
6. 前記電気接続部は、それ自身の弾性力により前記第２金属部分側へ付勢されていることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のインクジェットヘッド。
7. 前記第１金属部分は、前記第２金属部分と前記絶縁材料層を介して接合された第１金属プレートを含み、
   前記電気接続部は、前記第１金属プレートに一体形成され、且つ、前記第２金属部分側へ折り曲げられた折れ曲がり部であることを特徴とする請求項６に記載のインクジェットヘッド。
8. 前記第１金属プレートの端部に、プレート端から互いに平行に延びる２つのスリットが形成され、これら２つのスリットに挟まれた部分が折り曲げられて前記折れ曲がり部を構成していることを特徴とする請求項７に記載のインクジェットヘッド。
9. 前記第１金属部分は、前記第１金属プレートの前記第２金属部分と反対側の面に接合された第２金属プレートを有し、
   この第２金属プレートの、前記折れ曲がり部と対向する部分に切欠部が形成されていることを特徴とする請求項７又は８に記載のインクジェットヘッド。
10. 前記電気接続部は、前記第１金属部分から前記第２金属部分に向けて突出するとともに、前記第２金属部分の前記第１金属部分との対向面に接触することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のインクジェットヘッド。
11. 前記電気接続部は、前記第１金属部分から前記第２金属部分に向けて突出するとともに、前記第２金属部分の前記第１金属部分との対向面と直交する側面に接触することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のインクジェットヘッド。
12. 前記絶縁材料層は、絶縁材料からなる基板に複数の孔が形成されたフィルタであることを特徴とする請求項１〜１１の何れかに記載のインクジェットヘッド。
13. 前記アクチュエータユニットは、前記流路ユニットの一表面に積層状に配置された複数枚の圧電シートを有し、
    複数の前記第１電極が複数の前記圧力室に夫々対向して配置され、前記第２電極が前記複数の第１電極と前記圧電シートを挟むとともに前記複数の第１電極に跨って配置されており、
    さらに、前記アクチュエータユニットは、少なくとも２枚の圧電シートの間に複数の前記圧力室に亙って設けられた、前記第２電極とは別の第３電極を有し、
    前記第２電極と前記第３電極が互いに導通していることを特徴とする請求項１〜１２の何れかに記載のインクジェットヘッド。
14. 前記第２電極と前記第３電極が、共に、前記導電性材料を介して前記流路ユニットの金属部分と接続されていることを特徴とする請求項１３に記載のインクジェットヘッド。
15. 共通インク室と、この共通インク室から圧力室を経てノズルに至る複数の個別インク流路とを含む流路ユニットと、
    前記共通インク室に供給されるインクを貯留するリザーバユニットと、
    前記圧力室の容積を変化させるアクチュエータユニットとを備え、
    前記アクチュエータユニットは、前記流路ユニットの一表面に積層状に配置された複数枚の圧電シートと、複数の前記圧力室に夫々対向して配置され、駆動電圧が選択的に印加される複数の第１電極と、前記複数枚の圧電シートのうちの少なくとも２枚の圧電シートの間に配設され、前記複数の第１電極と対向する第２電極とを有し、
    前記流路ユニットと前記リザーバユニットの一方が第１金属部分を含み、それらの他方が第２金属部分を含み、
    前記流路ユニットの金属部分である前記第１金属部分または前記第２金属部分と前記アクチュエータユニットの前記第２電極とが導電性材料を介して接続され、
    前記第１金属部分と前記第２金属部分は、前記リザーバユニットから前記流路ユニットへインクを供給するために両者を連通させる連通路が形成された絶縁材料層を介して接合され、
    前記第１金属部分と前記第２金属部分とが、これら前記第１金属部分と前記第２金属部分に夫々固定された導電性部材で接続されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
    
16. 前記導電性部材は、前記第１金属部分と前記第２金属部分の両方に挿通されて固定された、導電性の棒状部材であることを特徴とする請求項１５に記載のインクジェットヘッド。
    

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