JP4819608B2 - 液体吐出ヘッド、液体吐出装置、及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体吐出ヘッド、液体吐出装置、及び画像形成装置に係り、特に、機械的振動が付加される場合においても電気接続部の信頼性を確保した液体吐出ヘッド、液体吐出装置、及び画像形成装置に関する。

インクジェット記録装置は、複数のノズルを有する記録ヘッドを備え、記録ヘッドと記録媒体を相対的に移動させながら、各ノズルからインク滴を吐出させることにより、記録媒体上に所望の画像を形成するものである。記録ヘッドには、各ノズルからインク滴を吐出させるための駆動信号を伝達するための電気配線が多数設けられており、これらの電気配線が接続される電気接続部の信頼性を確保することは重要な技術の１つである。特に、圧電素子の変位を利用して、圧力室内のインクを加圧してノズルからインク滴を吐出させる方式（圧電方式）の場合、電気接続部に機械的振動が付加されることから、電気接続部の信頼性を確保することは非常に重要となる。

記録ヘッドに設けられる電気配線構造として、例えば、基板の一方の面に形成される圧電素子の個別電極を、基板の厚さ方向の貫通電極を介して、基板の他方の面に形成されるリード電極に接続する構造がある。貫通電極の形成方法としては、基板の厚さ方向に形成される貫通孔に対し導電性ペーストを充填する方法やめっきを行う方法が一般的に知られている。しかし、導電性ペーストを充填する方法は、導電性ペーストに分散した導電粒子が接続電極（個別電極、リード電極等）に機械的に点接触することで電気的導通を確保する方法であるため、電気接続部における電気抵抗は大きくなり、接触面に異物が存在する場合には導通が確保できない恐れもある。特に、電気接続部に機械的振動が付加される場合には、断線の可能性もある。一方、めっきによる方法は、めっき液に対して使用できる基板が限定され（例えば、強アルカリに対してガラスは使用できない）、また、形成される貫通電極が硬質になるために、機械的振動が付加されると貫通電極にクラックが発生し、断線する可能性がある。このようにいずれの方法においても、機械的振動が付加されるような場合には電気接続部の信頼性に問題がある。

ところで、特許文献１、２では、電気接続部の信頼性や作業性を確保するために、低融点金属であるＳｎ（融点：２３２℃）を用いて電気接続部を合金化している。
特開平７−２４０５８２号公報 特開２００３−２３４５７６号公報

しかしながら、特許文献１、２に記載される電気接続部は、電気接続が行われる加圧・加熱時には液体状態であっても、室温近傍での使用温度帯（室温〜１５０℃）では固体状態にある。このため、電気接続部に機械的振動が付加されるような場合には、その振動によって断線する可能性があり、電気接続部の信頼性に問題がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、機械的振動が付加される場合においても、電気接続部の信頼性を確保できる液体吐出ヘッド、液体吐出装置、及び画像形成装置を提供することを目的する。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、圧電素子の変位を利用して圧力室内に充填されるインクを加圧し、前記圧力室に連通するノズルからインク滴を吐出させる液体吐出ヘッドであって、前記圧電素子の電気接続部では第１の電極と第２の電極が接続され、前記電気接続部は少なくともＧａ金属を含む合金で構成され、前記合金は３０℃未満の融点であり、前記第１及び第２の電極の一方の電極はＧａ金属を含み、他方の電極は前記Ｇａ金属に接触すると合金化を起こす金属を含み、前記金属は、Ｚｎ又はＡｌであることを特徴とする液体吐出ヘッドを提供する。

本発明によれば、電気接続部は常温（３０℃）以上で液体状態となる合金で構成されるので、機械的な点接触によらない状態で電気的導通を確保することができ、電気接続部における電気抵抗を小さく抑えることができる。特に、圧電素子による機械的振動が電気接続部に付加される場合においても、その振動を液体状態の合金で吸収することができ、電気接続部の信頼性を確保することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の液体吐出ヘッドであって、前記第１の電極は、基板の厚さ方向に形成される貫通電極であり、前記第２の電極は、前記圧電素子の駆動電極であって貫通電極の端部に接続される電極であることを特徴とする。

請求項２の態様は、本発明が適用される好適な一実施態様であり、電気接続部の信頼性を確保することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の液体吐出ヘッドであって、前記貫通電極は、前記基板の厚さ方向に形成される貫通孔に導電粒子を含む導電性ペーストが充填された構造であることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の液体吐出ヘッドであって、前記導電粒子は、Ｇａ金属から成る単体粒子であることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の液体吐出ヘッドであって、前記導電粒子は、表面が前記Ｇａ金属でコートされたコート粒子であることを特徴とする。

請求項５の態様によれば、Ｇａ金属の使用量を抑えることができ、コストダウンが可能となる。

請求項６に記載の発明は、請求項３に記載の液体吐出ヘッドであって、前記導電粒子は、前記Ｇａ金属及び前記金属から成る合金の単体粒子、又は、表面が前記合金でコートされたコート粒子であることを特徴とする。

請求項６の態様によれば、Ｇａ金属とそのＧａ金属に接触すると合金化を起こす金属（低融点金属）の比率に応じて融点を変化させることができるので、製造時のハンドリングが容易となる。

また前記目的を達成するために、請求項７に記載の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドを備えたことを特徴とする液体吐出装置を提供する。

また前記目的を達成するために、請求項８に記載の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドを備えたことを特徴とする画像形成装置を提供する。

電気接続の信頼性向上により、高品質な画像形成が可能となる。

本発明によれば、電気接続部は常温（３０℃）以上で液体状態となる合金で構成されるので、機械的な点接触によらない状態で電気的導通を確保することができ、電気接続部における電気抵抗を小さく抑えることができる。特に、圧電素子による機械的振動が電気接続部に付加される場合においても、その振動を液体状態の合金で吸収することができ、電気接続部の信頼性を確保することができる。

以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。

まず、本発明に係る画像形成装置の一実施形態としてのインクジェット記録装置について説明する。図１は、インクジェット記録装置の概略を示す全体構成図である。図示するように、インクジェット記録装置１０は、インクの色毎に設けられた複数の記録ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙを有する印字部１２と、各記録ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵／装填部１４と、記録紙１６を供給する給紙部１８と、記録紙１６のカールを除去するデカール処理部２０と、前記印字部１２のノズル面（インク吐出面）に対向して配置され、記録紙１６の平面性を保持しながら記録紙１６を搬送する吸着ベルト搬送部２２と、印字部１２による印字結果を読み取る印字検出部２４と、印画済みの記録紙（プリント物）を外部に排紙する排紙部２６と、を備えている。

図１では、給紙部１８の一例としてロール紙（連続用紙）のマガジンが示されているが、紙幅や紙質等が異なる複数のマガジンを併設してもよい。また、ロール紙のマガジンに代えて、又はこれと併用して、カット紙が積層装填されたカセットによって用紙を供給してもよい。

ロール紙を使用する装置構成の場合、図１のように、裁断用のカッター２８が設けられており、該カッター２８によってロール紙は所望のサイズにカットされる。カッター２８は、記録紙１６の搬送路幅以上の長さを有する固定刃２８Ａと、該固定刃２８Ａに沿って移動する丸刃２８Ｂとから構成されており、印字裏面側に固定刃２８Ａが設けられ、搬送路を挟んで印字面側に丸刃２８Ｂが配置されている。なお、カット紙を使用する場合には、カッター２８は不要である。

複数種類の記録紙を利用可能な構成にした場合、紙の種類情報を記録したバーコードあるいは無線タグ等の情報記録体をマガジンに取り付け、その情報記録体の情報を所定の読取装置によって読み取ることで、使用される用紙の種類を自動的に判別し、用紙の種類に応じて適切なインク吐出を実現するようにインク吐出制御を行うことが好ましい。

給紙部１８から送り出される記録紙１６はマガジンに装填されていたことによる巻き癖が残り、カールする。このカールを除去するために、デカール処理部２０においてマガジンの巻き癖方向と逆方向に加熱ドラム３０で記録紙１６に熱を与える。このとき、多少印字面が外側に弱いカールとなるように加熱温度を制御するとより好ましい。

デカール処理後、カットされた記録紙１６は、吸着ベルト搬送部２２へと送られる。吸着ベルト搬送部２２は、ローラー３１、３２間に無端状のベルト３３が巻き掛けられた構造を有し、少なくとも印字部１２のノズル面及び印字検出部２４のセンサ面に対向する部分が平面をなすように構成されている。

ベルト３３は、記録紙１６の幅よりも広い幅寸法を有しており、ベルト面には多数の吸引孔（不図示）が形成されている。図１に示したとおり、ローラー３１、３２間に掛け渡されたベルト３３の内側において印字部１２のノズル面及び印字検出部２４のセンサ面に対向する位置には吸着チャンバー３４が設けられており、この吸着チャンバー３４をファン３５で吸引して負圧にすることによってベルト３３上の記録紙１６が吸着保持される。

ベルト３３が巻かれているローラー３１、３２の少なくとも一方にモータ（不図示）の動力が伝達されることにより、ベルト３３は図１において、時計回り方向に駆動され、ベルト３３上に保持された記録紙１６は、図１の左から右へと搬送される。

縁無しプリント等を印字するとベルト３３上にもインクが付着するので、ベルト３３の外側の所定位置（印字領域以外の適当な位置）にベルト清掃部３６が設けられている。ベルト清掃部３６の構成について詳細は図示しないが、例えば、ブラシ・ロール、吸水ロール等をニップする方式、清浄エアーを吹き掛けるエアーブロー方式、あるいはこれらの組み合わせなどがある。清掃用ロールをニップする方式の場合、ベルト線速度とローラー線速度を変えると清掃効果が大きい。

なお、吸着ベルト搬送部２２に代えて、ローラー・ニップ搬送機構を用いる態様も考えられるが、印字領域をローラー・ニップ搬送すると、印字直後に用紙の印字面にローラーが接触するので、画像が滲み易いという問題がある。従って、本例のように、印字領域では画像面と接触させない吸着ベルト搬送が好ましい。

吸着ベルト搬送部２２により形成される用紙搬送路上において印字部１２の上流側には、加熱ファン４０が設けられている。加熱ファン４０は、印字前の記録紙１６に加熱空気を吹きつけ、記録紙１６を加熱する。印字直前に記録紙１６を加熱しておくことにより、インクが着弾後乾き易くなる。

印字部１２は、最大紙幅に対応する長さを有するライン型ヘッドを紙搬送方向（副走査方向）と直交する方向（主走査方向）に配置した、いわゆるフルライン型のヘッドとなっている。印字部１２を構成する各記録ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙは、本インクジェット記録装置１０が対象とする最大サイズの記録紙１６の少なくとも一辺を超える長さにわたってインク吐出口（ノズル）が複数配列されたライン型ヘッドで構成されている。

記録紙１６の搬送方向（紙搬送方向）に沿って上流側（図１の左側）から黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の順に各色インクに対応した記録ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙが配置されている。記録紙１６を搬送しつつ各記録ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙからそれぞれ色インクを吐出することにより記録紙１６上にカラー画像を形成し得る。

このように、紙幅の全域をカバーするフルラインヘッドがインク色毎に設けられてなる印字部１２によれば、紙搬送方向（副走査方向）について記録紙１６と印字部１２を相対的に移動させる動作を一回行うだけで（すなわち、一回の副走査で）記録紙１６の全面に画像を記録することができる。これにより、記録ヘッドが紙搬送方向と直交する方向（主走査方向）に往復動作するシャトル型ヘッドに比べて高速印字が可能であり、生産性を向上させることができる。

なお本例では、ＫＣＭＹの標準色（４色）の構成を例示したが、インク色や色数の組み合わせについては本実施形態には限定されず、必要に応じて淡インク、濃インクを追加してもよい。例えば、ライトシアン、ライトマゼンタ等のライト系インクを吐出する記録ヘッドを追加する構成も可能である。

図１に示したように、インク貯蔵／装填部１４は、各記録ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙに対応する色のインクを貯蔵するタンクを有し、各タンクは図示を省略した管路を介して各記録ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙと連通されている。また、インク貯蔵／装填部１４は、インク残量が少なくなるとその旨を報知する報知手段（表示手段、警告音発生手段等）を備えるとともに、色間の誤装填を防止するための機構を有している。

印字検出部２４は、印字部１２の打滴結果を撮像するためのイメージセンサ（ラインセンサ等）を含み、該イメージセンサによって読み取った打滴画像からノズルの目詰まりその他の吐出不良をチェックする手段として機能する。

本例の印字検出部２４は、少なくとも各記録ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙによるインク吐出幅（画像記録幅）よりも幅の広い受光素子列を有するラインセンサで構成される。このラインセンサは、赤（Ｒ）の色フィルタが設けられた光電変換素子（画素）がライン状に配列されたＲセンサ列と、緑（Ｇ）の色フィルタが設けられたＧセンサ列と、青（Ｂ）の色フィルタが設けられたＢセンサ列とからなる色分解ラインＣＣＤセンサで構成されている。なお、ラインセンサに代えて、受光素子が二次元配列されて成るエリアセンサを用いることも可能である。

印字検出部２４は、各色の記録ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙにより印字されたテストパターンを読み取り、各ヘッドの吐出検出を行う。吐出判定は、吐出の有無、ドットサイズの測定、ドット着弾位置の測定等で構成される。

印字検出部２４の後段には、後乾燥部４２が設けられている。後乾燥部４２は、印字された画像面を乾燥させる手段であり、例えば、加熱ファンが用いられる。印字後のインクが乾燥するまでは印字面と接触することは避けたほうが好ましいので、熱風を吹きつける方式が好ましい。

多孔質のペーパに染料系インクで印字した場合などでは、加圧によりペーパの孔を塞ぐことでオゾンなど、染料分子を壊す原因となるものと接触することを防ぐことで画像の耐候性がアップする効果がある。

後乾燥部４２の後段には、加熱・加圧部４４が設けられている。加熱・加圧部４４は、画像表面の光沢度を制御するための手段であり、画像面を加熱しながら所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラー４５で加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。

このようにして生成されたプリント物は、排紙部２６から排出される。本来プリントすべき本画像（目的の画像を印刷したもの）とテスト印字とは分けて排出することが好ましい。このインクジェット記録装置１０では、本画像のプリント物と、テスト印字のプリント物とを選別してそれぞれの排出部２６Ａ、２６Ｂへと送るために排紙経路を切り換える選別手段（不図示）が設けられている。なお、大きめの用紙に本画像とテスト印字とを同時に並列に形成する場合は、カッター（第２のカッター）４８によってテスト印字の部分を切り離す。カッター４８は、排紙部２６の直前に設けられており、画像余白部にテスト印字を行った場合に、本画像とテスト印字部を切断するためのものである。カッター４８の構造は前述した第１のカッター２８と同様であり、固定刃４８Ａと丸刃４８Ｂとから構成されている。また、図示を省略したが、本画像の排出部２６Ａには、オーダー別に画像を集積するソーターが設けられている。

次に、本発明に係る液体吐出ヘッドとしての一実施形態である記録ヘッドについて説明する。尚、インク色ごとに設けられている各記録ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙの構造は共通しているので、以下、これらを代表して符号５０によって記録ヘッドを示すものとする。

図２は、記録ヘッド５０の構造例を示す平面透視図である。図示するように、記録ヘッド５０は、インク吐出用のノズル５１、圧力室５２、及びインク供給口５４から成る複数のインク室ユニット（液滴吐出素子）５３を千鳥でマトリクス状（２次元状）に配置させた構造を有し、各ノズル５１をヘッド長手方向（紙送り方向と直交する方向）に沿って並ぶように投影した場合に均等なノズルピッチで高密度配列されるように構成されている。これにより、ドットピッチの高密度化が実質的に達成され、高品質な画像形成が可能となる。

また、各ノズル５１に対応して設けられている圧力室５２はその平面形状が概略正方形となっており、対角線上の両隅部にノズル５１とインク供給口５４が設けられている。

図３は、記録ヘッド５０の一部を示した断面図（図２中３−３線に沿う断面図）である。図示するように、ノズル５１は対応する圧力室５２に連通している。また、圧力室５２の一端には、圧力室５２に対してインクを供給するための供給口５４が形成されており、圧力室５２は供給口５４を介して共通流路５５に連通している。共通流路５５にはインク供給源たるインクタンク（不図示）から供給されるインクが貯留される。共通流路５５内のインクは供給口５４を通って圧力室５２に供給され、圧力室５２内にそのインクが充填される。

圧力室５２の上壁面は振動板５６で構成されており、振動板５６上の圧力室５２に対応する位置（即ち、振動板５６を挟んで圧力室５２に対向する位置）には、個別電極５７を備えた圧電素子５８が接合されている。尚、振動板５６が圧電素子５８に対する共通電極を兼ねている。

振動板５６の圧電素子５８側には、下部基板６１、中間基板６２、及び上部基板６３から成る多層配線基板６０が接合されている。中間基板６２には、その厚さ方向に貫通電極６４が形成されており、貫通電極６４の一方の端部（下端）は圧電素子５８の個別電極５７に接続され、貫通電極６４の他方の端部（上端）は上部基板６３の中間基板６２側に形成されるリード電極６６に接続されている。不図示の駆動回路で生成される駆動信号は、リード電極６６から貫通電極６４を介して圧電素子５８の個別電極５７に供給される。

圧電素子５８に駆動信号が供給されると、圧電素子５８の変位に伴う振動板５６の変形によって、圧力室５２の容積が変化し、圧力室５２内のインクが加圧され、ノズル５１からインク滴が吐出される。尚、圧電素子５８には、ピエゾなどの圧電体が好適に用いられる。インク吐出後、駆動信号の供給が解除されると、振動板５６は元の状態に復帰し、共通流路５５から供給口５４を介して圧力室５２にインクが供給される。

尚、本実施形態においては、インク吐出方式として、圧電素子の変位を用いてインク吐出を行う圧電方式が採用されているが、本発明の実施に際してこれに限定されず、例えば、ヒータ等の発熱素子から生じる熱エネルギーを利用して、圧力室内に気泡を発生させ、このとき生じる圧力でノズルからインク滴を吐出するサーマル方式も採用することができる。

次に、インクジェット記録装置１０の制御系について説明する。図４は、インクジェット記録装置１０のシステム構成を示す要部ブロック図である。インクジェット記録装置１０は、通信インターフェース７０、システムコントローラ７２、画像メモリ７４、モータドライバ７６、ヒータドライバ７８、プリント制御部８０、画像バッファメモリ８２、ヘッドドライバ８４等を備えている。

通信インターフェース７０は、ホストコンピュータ８６から送られてくる画像データを受信するインターフェース部である。通信インターフェース７０にはシリアルインターフェースやパラレルインターフェースを適用することができる。この部分には、通信を高速化するためのバッファメモリ（不図示）を搭載してもよい。

ホストコンピュータ８６から送出された画像データは通信インターフェース７０を介してインクジェット記録装置１０に取り込まれ、一旦画像メモリ７４に記憶される。画像メモリ７４は、通信インターフェース７０を介して入力された画像を一旦格納する記憶手段であり、システムコントローラ７２を通じてデータの読み書きが行われる。画像メモリ７４は、半導体素子からなるメモリに限らず、ハードディスクなど磁気媒体を用いてもよい。

システムコントローラ７２は、通信インターフェース７０、画像メモリ７４、モータドライバ７６、ヒータドライバ７８等の各部を制御する制御部である。システムコントローラ７２は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）及びその周辺回路等から構成され、ホストコンピュータ８６との間の通信制御、画像メモリ７４の読み書き制御等を行うとともに、搬送系のモータ８８やヒータ８９を制御する制御信号を生成する。

モータドライバ７６は、システムコントローラ７２からの指示に従ってモータ８８を駆動するドライバ（駆動回路）である。ヒータドライバ７８は、システムコントローラ７２からの指示に従って後乾燥部４２その他各部のヒータ８９を駆動するドライバである。

プリント制御部８０は、システムコントローラ７２の制御に従い、画像メモリ７４内の画像データから印字制御用の信号を生成するための各種加工、補正などの処理を行う信号処理機能を有し、生成した印字制御信号（ドットデータ）をヘッドドライバ８４に供給する制御部である。プリント制御部８０において所要の信号処理が施され、該画像データに基づいてヘッドドライバ８４を介して記録ヘッド５０のインク滴の吐出量や吐出タイミングの制御が行われる。これにより、所望のドットサイズやドット配置が実現される。

プリント制御部８０には画像バッファメモリ８２が備えられており、プリント制御部８０における画像データ処理時に画像データやパラメータなどのデータが画像バッファメモリ８２に一時的に格納される。なお、図４において画像バッファメモリ８２はプリント制御部８０に付随する態様で示されているが、画像メモリ７４と兼用することも可能である。また、プリント制御部８０とシステムコントローラ７２とを統合して１つのプロセッサで構成する態様も可能である。

ヘッドドライバ８４は、プリント制御部８０から与えられる印字データに基づいて各色の記録ヘッド５０の圧電素子５８（図３参照）を駆動するための駆動信号を生成し、圧電素子５８に生成した駆動信号を供給する。ヘッドドライバ８４には記録ヘッド５０の駆動条件を一定に保つためのフィードバック制御系を含んでいてもよい。

印字検出部２４は、図１で説明したように、ラインセンサを含むブロックであり、記録紙１６に印字された画像を読み取り、所要の信号処理などを行って印字状況（吐出の有無、打滴のばらつきなど）を検出し、その検出結果をプリント制御部８０に提供する。

プリント制御部８０は、必要に応じて印字検出部２４から得られる情報に基づいて記録ヘッド５０に対する各種補正を行う。

次に、本発明の特徴的部分である電気配線構造について説明する。

図５は、本発明に係る電気配線構造の一例を示す断面図である。図示するように、樹脂基板１００の厚さ方向の貫通電極１０２は、同方向に形成される貫通孔１００ａに導電粒子と樹脂を主成分とする導電性ペースト１０４が充填されており、一方の端部（下端）に下部接続電極１０６が接続され、他方の端部（上端）に上部接続電極１０８が接続されている。樹脂基板１００、貫通電極１０２、下部接続電極１０６、上部接続電極１０８は、図３に示した中間基板６２、貫通電極６４、個別電極５７、リード電極６６にそれぞれ相当するものである。尚、下部接続電極１０６、上部接続電極１０８はそれぞれ樹脂基板１００の上下面に直接形成されていてもよいし、樹脂基板１００に積層される他の基板に形成されていてもよい。

本実施形態においては、導電性ペースト１０４に含まれる導電粒子としてＧａ金属から成る単体粒子を用いるとともに、各接続電極１０６、１０８の構成金属としてＧａ金属に接触すると合金化反応を起こし、その合金の融点が３０℃未満となる金属、つまり、単体での融点が低い金属（低融点金属）を用いる。このような低融点金属としては、例えば、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ａｌ等がある。

図６は、本発明の動作原理を示す説明図であり、図５の貫通電極１０２と各接続電極１０６、１０８が接続される電気接続部１１０（１１０Ａ、１１０Ｂ）に相当する部分を模式的に拡大して表したものである。

図６（ａ）に示すように、導電性ペーストに含まれる導電粒子１２０には、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｐｂ等の金属から成る単体粒子や、表面がＡｇ等の前記金属でコートされたコート粒子（例えば、Ｃｕ金属粒子の表面をＡｇでコートした粒子）などが一般的に用いられる。この場合、導電粒子１２０と接続電極１２２は原理上機械的に点接触しているにすぎず、電気接続部１２４における電気抵抗が大きくなる。また、接続電極１２２の導電粒子１２０側の面に異物が存在するような場合には、導電粒子１２０が接続電極１２２に接触する機会を失うことになるので、電気接続部１２４の電気抵抗は更に大きくなり、また、電気抵抗のばらつきも大きくなる。この結果、電気的導通を確保できないという事態が生じる可能性がある。

そこで本発明では、図６（ｂ）に示すように、導電性ペーストに含まれる導電粒子１３０としてＧａ金属から成る単体粒子（Ｇａ金属粒子）を用いるとともに、接続電極１３２として前記低融点金属（Ｉｎ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ａｌ等）を用いて、貫通電極１０２と各接続電極１０６、１０８が接続される電気接続部１３４に少なくともＧａ金属を含む合金を形成し、合金の融点が３０℃未満となるように構成する。

従って、電気接続部１３４は常温（３０℃）以上で液体状態となる合金で構成されるので、機械的な点接触によらない状態で電気的導通を確保することができ、電気接続部１３４における電気抵抗を小さく抑えることができる。特に、機械的振動が付加される場合においても、その振動を液体状態の合金で吸収することができ、電気接続部１３４の信頼性を確保することができる。

また、Ｇａ金属の融点は２９℃と他金属に比べて低く、導電性ペースト内で分散している状態においても、一度融点以上に加熱することで、導電粒子１３０同士が溶融によって結合し、図６（ａ）の導電粒子１２０間の点接触による電気的導通よりも、信頼性の高い電気的導通を確保できる。

図７は、Ｇａ金属と低融点金属（Ｉｎ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ａｌ）から成る合金の融点を示したグラフであり、横軸は低融点金属の比率（モル比率）を表し、縦軸は合金の融点を表している。図７（ａ）はＧａとＩｎから成る合金（Ｇａ−Ｉｎ合金）の融点を示しており、Ｉｎの比率が０％の場合の融点（即ち、Ｇａの融点）は２９℃であり、そこから、Ｉｎの比率の増加に従ってＧａ−Ｉｎ合金の融点は徐々に低くなり、Ｉｎの比率が約１５％の場合に融点は１６℃と最も低くなり、その後はＩｎの比率増加に従って融点は徐々に高くなり、Ｉｎの比率が１００％の場合の融点（即ち、Ｉｎの融点）は１５７℃となる。

このようにＧａ金属と低融点金属から成る合金の融点は、Ｇａ金属と低融点金属の比率に応じて変化することから、図６（ｂ）において、電気接続部１３４に形成される合金の融点が３０℃未満となるように構成すればよい。具体的には、図７（ａ）のＧａ−Ｉｎ合金の場合にはＩｎの比率を１８％以下、図７（ｂ）のＧａ−Ｚｎ合金の場合にはＺｎの比率を５％以下、図７（ｃ）のＧａ−Ｓｎ合金の場合にはＳｎの比率を１０％以下、図７（ｄ）のＧａ−Ａｌ合金の場合にはＡｌの比率を３％以下となるように構成すればよい。つまり、低融点金属であるＩｎ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ａｌの組成比率を仮にｘ％とした場合、導電粒子と接続電極の金属の全体の組成において、Ｇａの比率が（１００−ｘ）％以上となるように設定する。

図８は、電気接続方法の一例を示す工程図である。まず、図８（ａ）に示すように、下部基板１４０の一方の面に低融点金属（Ｉｎ、Ｚｎ，Ｓｎ，Ａｌ等）で構成される下部接続電極１０６をスクリーン印刷等で形成する。他の金属（例えば、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ等）から成る下地電極の表面に低融点金属をめっき、蒸着、スパッタリング等で成膜してもよい。また、図８（ｂ）に示すように、上部基板１４２の一方の面にも、下部基板１４０と同様な方法で上部接続電極１０８を形成する。

次に、図８（ｃ）に示すように、貫通孔１００ａが形成されている樹脂基板１００を下部基板１４０の下部接続電極１０６側に接着層（不図示）を介して積層する。この際、貫通孔１００ａと下部接続電極１０６が重なるように位置合わせしながら行う。接着層としては、エポキシ系、ポリイミド系、又はシリコン系の熱硬化性接着フィルム等を用いることができる。また、平板状の樹脂基板１００を下部基板１４０に接着層を介して積層してから、炭酸レーザ、ＵＶレーザ、エキシマレーザ等によるレーザ加工やドリル等による機械加工で樹脂基板１００に貫通孔１００ａを形成してもよい。

次に、図８（ｄ）に示すように、貫通孔１００ａの内部に、導電粒子としてＧａ金属粒子を含む導電性ペースト１０４を充填する。この際、Ｇａが溶融しないようにＧａの融点（２９℃）未満で導電性ペーストの充填を行う。

次に、図８（ｅ）に示すように、樹脂基板１００の下部基板１４０側とは反対側に前記同様の接着層（不図示）を介して上部基板１４２を積層する。この際、上部基板１４２の上部接続電極１０８側を樹脂基板１００側にして、上部接続電極１０８と貫通孔１００ａが重なるように位置合わせしながら積層する。そして、下部基板１４０、樹脂基板１００、及び上部基板１４２を加圧・加熱して、積層体全体を一体化する。これにより、樹脂基板１００の表裏面に配置される上部接続電極１０８及び下部接続電極１０６は、樹脂基板１００の厚さ方向の貫通電極１０２を介して電気的に導通する。この際、上述したように、貫通電極１０２や各接続電極１０６、１０８を構成することで、これらが接続される電気接続部１１０（１１０Ａ、１１０Ｂ）には、融点３０℃未満の合金が形成される。従って、電気接続部１１０の合金は常温（３０℃）以上で液体状態となり、機械的な点接触ではない状態で電気的導通を確保することができ、電気接続部１１０における電気抵抗を小さく抑えることができる。特に、機械的振動が電気接続部１１０に付加される場合においても、その振動による影響は液体状態の合金で吸収されるので、電気接続部１１０の信頼性を確保することができる。

本実施形態においては、導電性ペーストに含まれる導電粒子１３０として、Ｇａ金属粒子を用いる場合を例示したが、本発明の実施に際してはこれに限定されない。例えば、樹脂粒子や金属粒子の表面がＧａ金属でコートされたコート粒子を用いてもよい。この場合、Ｇａ金属の使用量を少なくすることができる。

また、Ｇａ金属と低融点金属から成る合金の単体粒子、又は表面が該合金でコートされたコート粒子を導電粒子１３０として用いてもよい。例えば、図７（ａ）に示す場合において、Ｉｎの比率が５０％となるＧａ−Ｉｎ合金を用いる場合には、その合金の融点は約７０℃となり、融点２９℃のＧａ金属から成る単体粒子を導電粒子として用いる場合に比べてハンドリングが容易となる。一方、接続電極１３２にＧａ金属をＡ＋Ｂ：Ａ＝９０〜８５［％］：１０〜１５［％］となるような膜厚のＧａを成膜することによって、上述した場合と同様の効果を得ることができる。

また、導電粒子１３０と接続電極１３２の構成金属が逆となる態様、即ち、導電粒子１３０として低融点金属から成る単体粒子、又は他の単体粒子（金属粒子や樹脂粒子等）の表面を低融点金属でコートしたコート粒子を用いるとともに、接続電極１３２として下地電極の表面（貫通電極１０２側の面）にＧａ金属をめっき等で成膜したものを用いるようにしてもよい。

以上説明したように、本実施形態によれば、電気接続部１１０は常温（３０℃）以上で液体状態となる合金で構成されるので、機械的な点接触によらない状態で電気的導通を確保することができ、電気接続部１１０における電気抵抗を小さく抑えることができる。特に、機械的振動が付加される場合においても、その振動を液体状態の合金で吸収することができ、電気接続部１１０の信頼性を確保することができる。

本発明に係る液体吐出ヘッドの適用範囲は上述したインクジェット記録装置に限らず、工業用の精密塗布装置、レジスト印刷装置、電子回路基板の配線描画装置、染色加工装置など、液体を吐出（噴射）する各種の液体吐出装置に用いられる液体吐出ヘッドに適用可能である。

以上、本発明の液体吐出ヘッド、液体吐出装置、及び画像形成装置について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。

インクジェット記録装置の概略を示す全体構成図 記録ヘッドの平面透視図 図２中３−３線に沿う断面図 インクジェット記録装置のシステム構成を示す要部ブロック図 本発明に係る電気配線構造の一例を示す断面図 本発明の動作原理を示す説明図 Ｇａ金属と低融点金属（Ｉｎ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ａｌ）から成る合金の融点を示したグラフ 電気接続方法の一例を示す工程図

符号の説明

１０…インクジェット記録装置、５０…記録ヘッド、５１…ノズル、５２…圧力室、５４…供給口、５６…振動板、５７…個別電極、５８…圧電素子、６０…多層配線基板、６２…中間基板、６４…貫通電極、６６…リード電極、１００…樹脂基板、１０２…貫通電極、１０４…導電性ペースト、１０６…下部接続電極、１０８…上部接続電極、１１０、１２４、１３４…電気接続部、１２０、１３０…導電粒子、１２２、１３２…接続電極、１４０…下部基板、１４２…上部基板

Claims (8)

1. 圧電素子の変位を利用して圧力室内に充填されるインクを加圧し、前記圧力室に連通するノズルからインク滴を吐出させる液体吐出ヘッドであって、
   前記圧電素子の電気接続部では第１の電極と第２の電極が接続され、
   前記電気接続部は少なくともＧａ金属を含む合金で構成され、
   前記合金は３０℃未満の融点であり、
   前記第１及び第２の電極の一方の電極はＧａ金属を含み、他方の電極は前記Ｇａ金属に接触すると合金化を起こす金属を含み、
   前記金属は、Ｚｎ又はＡｌであることを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記第１の電極は、基板の厚さ方向に形成される貫通電極であり、
   前記第２の電極は、前記圧電素子の駆動電極であって前記貫通電極の端部に接続される電極であることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記貫通電極は、前記基板の厚さ方向に形成される貫通孔に導電粒子を含む導電性ペーストが充填された構造であることを特徴とする請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記導電粒子は、Ｇａ金属から成る単体粒子であることを特徴とする請求項３に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記導電粒子は、表面が前記Ｇａ金属でコートされたコート粒子であることを特徴とする請求項３に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記導電粒子は、前記Ｇａ金属及び前記金属から成る合金の単体粒子、又は、表面が前記合金でコートされたコート粒子であることを特徴とする請求項３に記載の液体吐出ヘッド。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドを備えたことを特徴とする液体吐出装置。
8. 請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドを備えたことを特徴とする画像形成装置。

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