JP4853175B2

JP4853175B2 - 液体噴射ヘッド

Info

Publication number: JP4853175B2
Application number: JP2006223931A
Authority: JP
Inventors: 俊華張
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2006-08-21
Filing date: 2006-08-21
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2026-08-21
Also published as: JP2008044297A

Description

本発明は、液滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を介して圧電素子を設けて、圧電素子の変位により液滴を吐出させる液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置に関し、特に、液体としてインクを吐出させる液体噴射ヘッドに関するものである。

インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧してノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドには、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦振動モードの圧電アクチュエータを使用したものと、たわみ振動モードの圧電アクチュエータを使用したものの２種類が実用化されている。

前者は圧電素子の端面を振動板に当接させることにより圧力発生室の容積を変化させることができて、高密度印刷に適したヘッドの製作が可能である反面、圧電素子をノズル開口の配列ピッチに一致させて櫛歯状に切り分けるという困難な工程や、切り分けられた圧電素子を圧力発生室に位置決めして固定する作業が必要となり、製造工程が複雑であるという問題がある。

これに対して後者は、圧電材料のグリーンシートを圧力発生室の形状に合わせて貼付し、これを焼成するという比較的簡単な工程で振動板に圧電素子を作り付けることができるものの、たわみ振動を利用する関係上、ある程度の面積が必要となり、高密度配列が困難であるという問題がある。

一方、後者の記録ヘッドの不都合を解消すべく、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧電材料層を形成し、この圧電材料層をリソグラフィ法により圧力発生室に対応する形状に切り分けて各圧力発生室毎に独立するように圧電素子を形成したものが提案されている。

このようなインクジェット式記録ヘッドとしては、ノズル開口に連通する圧力発生室の列を少なくとも２列備えた流路形成基板と、この流路形成基板の圧電素子側に接合され且つ圧電素子を駆動させる駆動回路が実装される接合基板とを有し、駆動回路と各圧電素子とが接合基板に設けられた貫通孔を介して電気的に接続されている構造が知られている（例えば、下記の特許文献１参照）。

図７に示すように、上記のようなインクジェット式記録ヘッドでは、圧力発生室２０１の列に対応する領域には圧電素子２０２の列が２列設けられている。また、これら各圧電素子２０２は、圧力発生室２０１に対向する領域からリザーバ２０３側の周壁上までそれぞれ延設され、流路形成基板２０４とリザーバ形成基板（接合基板）２０５との間に挟持されている。さらに、リザーバ形成基板２０５のリザーバ２０３側、すなわち、圧力発生室２０１の周壁に対向する領域には、各圧力発生室２０１の列毎に貫通孔２０６が設けられている。そして、リザーバ形成基板２０５の略中央部、すなわち、圧電素子２０２の列間に対応する領域に実装された駆動回路２０７と各圧電素子２０２とは、駆動回路２０７の両側にそれぞれ設けられた貫通孔２０６を介してボンディングワイヤ２０８で電気的に接続されている。

ところが、上記インクジェット式記録ヘッドでは、１つの駆動回路で２列の圧電素子を駆動させる構造であるため製造コストは比較的低く抑えられるが、駆動回路の両側にそれぞれ貫通孔を形成しているため、流路形成基板および接合基板を比較的大きくする必要があり、ヘッドの小型化が困難であるという問題がある。特に、圧力発生室を高密度に配列してヘッドを小型化しようとすると、複数の貫通孔を形成する領域を確保するのが難しいという問題がある。

そこで、図８に示すように、各圧電振動子６１８の個別電極を、互いに対向する圧力発生室列に挟まれた中間領域の側に延設し、当該圧電振動子６１８の個別電極の幅よりも細く形成された接続端子部６１９に幅方向の一側の一部のみで接続させ、一方の圧力発生室列に属する各圧力発生室に対応して設けられた各圧電振動子６１８の個別電極に接続された接続端子部６１９と、他方の圧力発生室列に属する各圧力発生室に対応して設けられた各圧電振動子６１８の個別電極に接続された接続端子部６１９とを、互いに平行でノズル列の方向に重なり合うようにした液体噴射ヘッドが提案されている（例えば、下記の特許文献２参照）。
特開２０００−２９６６１６号公報特開２００５−０５３１４４号公報

しかしながら、上記のような液体噴射ヘッドでは、アクチュエータユニット８０３を組み付ける際の位置決め用の基準穴７０１，７０３をアクチュエータユニット８０３の中央ではなく、２列の圧力発生室列の外側に設ける必要があった。このため、アクチュエータユニット８０３において圧力発生室列の外側に基準穴７０１，７０３を形成するスペースが必要となり、そこがデットスペースとなって液体噴射ヘッド自体の小型化を阻害する要因となっていた。

なお、このような問題は、インクを吐出するインクジェット式記録ヘッドだけでなく、勿論、インク以外の液体を吐出する他の液体噴射ヘッドにおいても、同様に発生する。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、圧力発生室を高密度に配列し且つ小型化を図ることのできる液体噴射ヘッドを提供することをその目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の液体噴射ヘッドは、ノズル列を形成する各ノズル開口にそれぞれ連通するとともに、振動板によって封止された複数の圧力発生室を有する流路形成基板と、
上記振動板上に設けられて、上記複数の圧力発生室の各々の内部に供給された液体の圧力をそれぞれ変動させて当該液体を対応するノズル開口から吐出するための複数の圧力変動手段とを備え、
上記圧力発生室は、ノズル列の方向に平行な圧力発生室列を形成しており、
各圧力変動手段は、共通電極、圧電体層および個別電極を有する圧電素子で構成され、
各圧電素子の個別電極は、２列の圧力発生室列に挟まれた中間領域の側に延設されて接続端子部に接続され、
上記中間領域には位置決め部が形成されるとともに、上記接続端子部は、上記中間領域において上記位置決め部を避けるように圧力発生室配列ピッチよりも高密度の一定ピッチで配列されていることを要旨とする。

本発明によれば、接続端子部がノズル列の方向に重なり合う部分を有することにより圧電素子の長手方向におけるヘッドの小型化を実現することができる。それに加えて、従来のように、位置決め部を２列の圧力発生室列の外側に設けるのではなく、２列の圧力発生室列に挟まれた中間領域に設けることから、圧力発生室列の外側のデットスペースがなくなり、液体噴射ヘッド自体の小型化に有利である。

本発明において、一方の圧力発生室列に属する各圧力発生室に対応して設けられた各圧電素子の個別電極に接続された接続端子部と、他方の圧力発生室列に属する各圧力発生室に対応して設けられた各圧電素子の個別電極に接続された接続端子部とは、ノズル列の方向に重なり合う領域を有し、上記接続端子部は、上記中間領域において圧力発生室配列ピッチの２倍よりも高密度の一定ピッチで配列することができる。

本発明において、上記２列の圧力発生室列は各圧力発生室が互いに対向するよう配置することができる。

本発明において、上記各接続端子部は、少なくともその一部は、対応する圧力発生室に隣接する位置からノズル列方向にずれた位置に配置されており、上記位置決め部に近い圧力発生室ほど、対応する接続端子部と圧力発生室とのずれ量が大きくなるよう設定することができる。

本発明において、上記中間領域に位置決め部を複数形成させることができる。

本発明において、上記位置決め部は位置決め用の基準穴とすることができる。

以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明のインクジェット式記録ヘッドが搭載されるインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。インクジェット式記録ヘッドを有する記録ヘッドユニット１Ａおよび１Ｂは、インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａおよび２Ｂが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａおよび１Ｂを搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット１Ａおよび１Ｂは、例えば、それぞれブラックインク組成物およびカラーインク組成物を吐出するものとしている。

そして、駆動モータ６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、記録ヘッドユニット１Ａおよび１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って主走査方向に往復移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ローラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８上を副走査方向に搬送されるようになっている。

そして、キャリッジ３により記録ヘッドユニット１Ａおよび１Ｂを主走査方向に往復移動させながら後述するノズル開口５１０からインク滴を噴射し、記録シートＳを副走査方向に搬送することによりドットマトリックスによる印刷等が行われるようになっている。

図２は、本発明のインクジェット式記録ヘッド５０１の一実施形態を示す断面図である。

本実施形態のインクジェット式記録ヘッド５０１は、流路ユニット５０２とアクチュエータユニット５０３が接合され構成されている。

上記流路ユニット５０２は、オリフィスとして機能するインク供給口５０５およびノズル連通口５０６の一部となる通孔を開設した供給口形成基板５０７と、共通インク室５０８となる通孔およびノズル連通口５０６の一部となる通孔を開設したインク室形成基板５０９と、ノズル開口５１０を副走査方向に沿って開設したノズルプレート５１１が積層されて構成されている。これらの供給口形成基板５０７、インク室形成基板５０９、および、ノズルプレート５１１は、例えば、ステンレス製の板材をプレス加工することで作製されている。

そして、上記流路ユニット５０２は、インク室形成基板５０９の一方の表面（図中下側）にノズルプレート５１１を、他方の表面（同上側）に供給口形成基板５０７をそれぞれ配置し、これらの供給口形成基板５０７、インク室形成基板５０９、および、ノズルプレート５１１を接合することで作製される。この接合は、例えば、シート状の接着剤によって接着することで実現することができる。

なお、図では、１つのアクチュエータユニット５０３に対応する流路ユニット５０２の一部を示している。そして、本実施形態では１つの流路ユニット５０２に３つのアクチュエータユニット５０３が接合され、インク供給口５０５、ノズル連通口５０６、供給口形成基板５０７、共通インク室５０８等は、アクチュエータユニット５０３毎に合計３組形成される。

図３に示すように、上記ノズル開口５１０は、所定ピッチで複数個列状に開設される。そして、列設された複数のノズル開口５１０によってノズル列５１２が構成される。例えば、９２個のノズル開口５１０で１つのノズル列５１２が構成される。また、このノズル列５１２は、１つのアクチュエータユニット５０３に対して２列形成される。このため、本実施形態では、１つの流路ユニット５０２に合計６列のノズル列５１２が横並びに形成される。

上記アクチュエータユニット５０３は、ヘッドチップとも呼ばれ、圧電アクチュエータの一種である。このアクチュエータユニット５０３は、ノズル列５１２を形成する各ノズル開口５１０にそれぞれ連通するとともに、振動板５１５によって封止された複数の圧力発生室５１３となる通孔を開設した流路形成基板としての圧力発生室形成基板５１４と、圧力発生室５１３の一部を区画する上記振動板５１５と、供給側連通口５１６となる通孔およびノズル連通口５０６の一部となる通孔を開設した蓋部材５１７と、圧電振動子５１８（圧電素子）とによって構成される。これら各部材の板厚に関し、圧力発生室形成基板５１４、および、蓋部材５１７は、好ましくは５０μｍ以上、より好ましくは１００μｍ以上である。また、振動板５１５は、好ましくは５０μｍ以下、より好ましくは３〜１２μｍ程度である。

そして、このアクチュエータユニット５０３は、圧力発生室形成基板５１４の一方の表面に蓋部材５１７を、他方の表面に振動板５１５をそれぞれ配置し、これらの各部材を一体化することで作製される。即ち、これらの圧力発生室形成基板５１４、振動板５１５、および、蓋部材５１７は、アルミナや酸化ジルコニウム等のセラミックスで作製されており、焼成によって一体化される。

例えば、グリーンシート（未焼成のシート材）に対して切削や打ち抜き等の加工を施して必要な通孔等を形成し、圧力発生室形成基板５１４、振動板５１５、および、蓋部材５１７の各シート状前駆体を形成する。そして、各シート状前駆体を積層および焼成することにより、各シート状前駆体は一体化されて１枚のセラミックスシートとなる。この場合、各シート状前駆体は一体焼成されるので、特別な接着処理が不要である。また、各シート状前駆体の接合面において高いシール性を得ることもできる。

なお、１枚のセラミックスシートには、複数ユニット分の圧力発生室５１３やノズル連通口５０６等が形成されている。換言すれば、１枚のセラミックスシートから複数のアクチュエータユニット５０３（ヘッドチップ）を作製する。例えば、１つのアクチュエータユニット５０３となるチップ領域を、１枚のセラミックスシート内にマトリクス状に複数設定する。そして、圧電振動子５１８等の必要な部材を各チップ領域内に形成した後、このセラミックスシートをチップ領域毎に切断することで、複数のアクチュエータユニット５０３を得ることができる。

上記圧力発生室５１３は、ノズル列５１２とは直交する方向に細長い空部であり、ノズル開口５１０に対応して複数形成されている。即ち、上記圧力発生室５１３は、ノズル列５１２の方向に平行な圧力発生室列を形成している。そして、各圧力発生室５１３の一端は、供給側連通口５１６およびインク供給口５０５を通じて共通インク室５０８に連通している。また、供給側連通口５１６とは反対側の圧力発生室５１３の他端は、ノズル連通口５０６を通じて対応するノズル開口５１０に連通する。さらに、この圧力発生室５１３の一部（上側表面）は、振動板５１５によって区画されている。

上記圧電振動子５１８は、所謂撓み振動モードの圧電振動子５１８であり、上記振動板５１５上に設けられて、上記複数の圧力発生室５１３の各々の内部に供給されたインクの圧力をそれぞれ変動させて当該インクを対応するノズル開口５１０から吐出するための圧力変動手段として機能する。

上記圧電振動子５１８は、圧力発生室５１３とは反対側の振動板表面に圧力発生室５１３毎に形成されている。この圧電振動子５１８は、圧力室長手方向に細長いブロック状であり、その幅は圧力発生室５１３の幅と略等しく、その長さは圧力発生室５１３の長さよりも多少長い。さらに、この圧電振動子５１８は、その両端部が圧力発生室５１３の長手方向端部を越えるように配設されている。

上記圧電振動子５１８は、圧力発生室５１３とは反対側の振動板表面に圧力発生室５１３毎に設けられる。即ち、各圧電振動子５１８はノズル列５１２方向に列設されている。そして、上記２列の圧力発生室列は各圧力発生室５１３が互いに対向するよう配置されており、各２列の圧力発生室列に対応した圧電振動子列においても、各圧電振動子５１８が互いに対向するよう配置されている。なお、図では分りやすくするためにノズル列５１２方向の圧電振動子５１８の数を少ない数だけ書いている。

本実施形態における圧電振動子５１８は、共通電極５２１と圧電体層５２２と個別電極（駆動電極）５２４等によって構成される多層構造である。

上記共通電極５２１は、１つの圧力発生室列に対応して１つ設けられ、圧力発生室列に属する各圧力発生室５１３に対応して圧力発生室５１３に沿って形成された枝電極５３１と、各枝電極５３１と接続されてノズル列５１２方向に延びた直線状の幹電極５３２とから構成されている。

上記個別電極５２４および圧電体層５２２は、各圧力発生室５１３に対応して圧力発生室５１３に沿って形成されている。したがって、個別電極５２４と共通電極５２１の枝電極５３１とによって圧電体層５２２を挟んでいる。

そして、図４に示すように、各圧電振動子５１８の個別電極５２４は、２列の圧力発生室列に挟まれた中間領域の側にリード電極５２３により延設されて接続端子部５２０に接続されている。この接続端子部５２０は、図示しない配線基板の接点端子が導通される部分である。一方、共通電極５２１の枝電極５３１は、圧力発生室５１３を挟んで上記接続端子部５２０がある中間領域と反対側に延設され、幹電極５３２と接続されている。

これらの各電極を構成する材料としては、例えば、金属単体、合金、電気絶縁性セラミックスと金属との混合物等の各種導体が選択されるが、焼成温度において変質等の不具合が生じないことが要求される。また、上記圧電体層５２２は、例えばジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）を主成分とする圧電材料によって作製されている。

上記個別電極５２４には接続端子部５２０を通じて図示しない駆動信号の供給源が導通され、共通電極５２１は例えば接地電位に調整される。そして、個別電極５２４に駆動信号が供給されると、個別電極５２４と共通電極５２１との間には電位差に応じた強さの電場が発生される。この電場が圧電体層５２２に付与されて、圧電体層５２２は電場の強さに応じて変形する。

即ち、個別電極５２４の電位を高くする程、圧電体層５２２は電場と直交する方向に収縮し、圧力発生室５１３の容積を少なくするように振動板５１５を変形させる。一方、個別電極５２４の電位を低くする程、圧電体層５２２は電界と直交する方向に伸長し、圧力発生室５１３の容積を増やすように振動板５１５を変形させる。この振動板５１５の変形により圧力発生室５１３内のインクに圧力変動を与え、ノズル開口５１０からインク滴として噴射することが行われる。

そして、このアクチュエータユニット５０３では、一方の圧力発生室列に属する各圧力発生室５１３に対応して設けられた各圧電振動子５１８の個別電極５２４に接続された接続端子部５２０と、他方の圧力発生室列に属する各圧力発生室５１３に対応して設けられた各圧電振動子５１８の個別電極５２４に接続された接続端子部５２０とは、互いに平行に配置され、ノズル列５１２の方向に重なり合う領域を有している。これにより、アクチュエータユニット５０３の幅方向についての小型化を図っている。

この例では、接続端子部５２０が２つの圧力発生室列の略中央において、ノズル列５１２方向に並ぶよう列設されている。そして、一方の圧力発生室列に属する各圧力発生室５１３に対応して設けられた各圧電振動子５１８の個別電極５２４に接続された接続端子部５２０と、他方の圧力発生室列に属する各圧力発生室５１３に対応して設けられた各圧電振動子５１８の個別電極５２４に接続された接続端子部５２０とが、ノズル列５１２方向に列設された接続端子列において、交互に配置されている。

また、上記中間領域には位置決め部としての位置決め用の貫通穴である基準穴６０１が複数（この例では２つ）形成されている。上記基準穴６０１は、２つの圧力発生室列の略中央において、ノズル列５１２方向に並ぶよう配置されている。したがって、２列の圧力発生室列にそれぞれ対応した接続端子部５２０と基準穴６０１が、圧力発生室列のほぼ中央でノズル列５１２方向に並んでいる。上記基準穴６０１は、アクチュエータユニット３０１と流路ユニット５０２を接合する際に位置決めピンが挿通される位置決め用として利用される。

そして、上記接続端子部５２０は、上記中間領域において上記基準穴６０１を避けるよう、圧力発生室５１３の配列ピッチの２倍よりも高密度の一定ピッチで配列されている。この例では、上記各接続端子部５２０は、一方の基準穴６０１よりも図において上側の領域と、２つの基準穴６０１に挟まれた領域と、他方の基準穴６０１よりも図において下側の領域との３領域にブロック分けされ、それぞれの領域内において一定ピッチで配置されている。これにより、アクチュエータユニット５０３のノズル列５１２方向についての小型化を図っている。

また、上記各接続端子部５２０は、少なくともその一部は、対応する圧力発生室５１３に隣接する位置からノズル列５１２方向にずれた位置に配置されており、上記基準穴６０１に近い圧力発生室５１３ほど、対応する接続端子部５２０と圧力発生室５１３とのずれ量が大きくなるよう設定されている。すなわち、基準穴６０１に近い接続端子部５２０ほど、対応する圧力発生室５１３とのずれ量が大きくなっている。

そして、ノズル列５１２方向の両端部に配置された接続端子部５２０は、同じくノズル列５１２方向の両端部に配置された圧電振動子５１８よりも外側にはみ出ないように配置されている。これにより、アクチュエータユニット５０３のノズル列５１２方向についてのさらなる小型化を図っている。

そして、このアクチュエータユニット５０３と上記の流路ユニット５０２とは、互いに接合される。例えば、供給口形成基板５０７と蓋部材５１７との間にシート状接着剤を介在させ、この状態でアクチュエータユニット５０３を流路ユニット５０２側に加圧することで接着される。

上記構成の記録ヘッド５０１は、共通インク室５０８からインク供給口５０５、供給側連通口５１６、圧力発生室５１３、および、ノズル連通口５０６を通じてノズル開口５１０に至る一連のインク流路がノズル開口５１０毎に形成されている。使用時においてこのインク流路内はインクで満たされており、圧電振動子５１８を変形させることで対応する圧力発生室５１３が収縮あるいは膨張し、圧力発生室５１３内のインクに圧力変動が生じる。このインク圧力を制御することで、ノズル開口５１０からインク滴を吐出させることができる。例えば、定常容積の圧力発生室５１３を一旦膨張させた後に急激に収縮させると、圧力発生室５１３の膨張に伴ってインクが充填され、その後の急激な収縮によって圧力発生室５１３内のインクが加圧されてインク滴が吐出される。さらに、ノズル開口５１０からインク滴が吐出されると、共通インク室５０８からインク流路内に新たなインクが供給されるので、続けてインク滴を吐出できる。

また、接続端子部５２０は、図５に示すように２つの圧力発生室列の略中央においてノズル列５１２の方向に重なり合う領域をもたないように対向させる配置とすることもできる。この場合はアクチュエータユニット５０３の幅方向の寸法は図４の配列に比べると若干増加するものの、接続端子部５２０のノズル列５１２の方向のピッチが、図４の場合に比べると半分になるので、特に圧力発生室５１３の配列ピッチを高くする場合には、接続端子部５２０と図示しない配線基板の接点端子とを導通する実装工程において、実装ピッチが図４の配列より低くすることができるので、製造面からは有利である。

図６は本発明の第２実施形態の記録ヘッドを示す。

この例は、成膜およびリソグラフィープロセスを応用して製造される薄膜型のインクジェット式記録ヘッドにも本発明を適用したものである。

すなわち、本実施形態では、流路形成基板１０は、面方位（１１０）のシリコン単結晶基板からなる。この流路形成基板１０の一方の面は開口面となり、他方の面には予め熱酸化により形成した二酸化シリコンからなる、厚さ１〜２μｍの弾性膜５０（振動板）が形成されている。

一方、流路形成基板１０の開口面には、シリコン単結晶基板を異方性エッチングすることにより、複数の隔壁により区画された圧力発生室１２が幅方向に２列並設され、その長手方向外側には、後述するリザーバ形成基板３０のリザーバ部３１に連通して各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１００の一部を構成する連通部１３が形成され、各圧力発生室１２の長手方向一端部とそれぞれインク供給路１４を介して連通されている。

このような流路形成基板１０の厚さは、圧力発生室１２の配列密度に合わせて最適な厚さを選択すればよい。圧力発生室１２の配列密度は、例えば１２０〜１５０ｄｐｉである。

また、流路形成基板１０の開口面側には、各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側で連通するノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が接着剤や熱溶着フィルム等を介して固着されている。なお、ノズルプレート２０は、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板又は不錆鋼などからなる。ノズルプレート２０は、一方の面で流路形成基板１０の一面を全面的に覆い、流路形成基板１０であるシリコン単結晶基板を衝撃や外力から保護する補強板の役目も果たす。また、ノズルプレート２０は、流路形成基板１０と熱膨張係数が略同一の材料で形成するようにしてもよい。この場合には、流路形成基板１０とノズルプレート２０との熱による変形が略同一となるため、熱硬化性の接着剤等を用いて容易に接合することができる。尚、流路形成基板１０に直接ノズル開口を設けても良い。

ここで、インク滴吐出圧力をインクに与える圧力発生室１２の大きさと、インク滴を吐出するノズル開口２１の大きさとは、吐出するインク滴の量、吐出スピード、吐出周波数に応じて最適化される。例えば、１インチ当たり３６０個のインク滴を記録する場合、ノズル開口２１は数十μｍの直径で精度よく形成する必要がある。

一方、流路形成基板１０の開口面とは反対側の弾性膜５０の上には、下電極膜６０と圧電体層７０と上電極膜８０とが積層形成されて、圧電素子３００を構成している。ここで、圧電素子３００は、下電極膜６０、圧電体層７０、および上電極膜８０を含む部分をいう。一般的には、圧電素子３００の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極および圧電体層７０を各圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。そして、ここではパターニングされた何れか一方の電極および圧電体層７０から構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部という。本実施形態では、下電極膜６０は圧電素子３００の共通電極とし、上電極膜８０を圧電素子３００の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。何れの場合においても、各圧力発生室毎に圧電体能動部が形成されていることになる。また、ここでは、圧電素子３００と当該圧電素子３００の駆動により変位が生じる振動板（弾性膜５０）とを合わせて圧電アクチュエータと称する。

また、このような圧電素子３００には、駆動回路１１０と接続させるための、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０（上電極の一部）が引き出し配線として形成されている。各リード電極９０は、上電極膜８０の各圧力発生室１２の列間側の端部近傍から弾性膜５０上までそれぞれ延設されている。各リード電極９０の幅は、上電極膜８０の幅よりも細くなっている。また、各リード電極９０は、リザーバ形成基板３０の貫通孔３３に対向する領域まで延設された接続端子部９１に接続されており、接続端子部９１と駆動回路１１０とが、貫通孔３３を介して延設される接続配線１２０によって電気的に接続されている。

そして、本実施の形態においても、一方の圧力発生室列（例えば図において左側）に属する各圧力発生室１２に対応して設けられた各圧電素子の上電極膜８０に接続された接続端子部９１と、他方の圧力発生室列（図において右側）に属する各圧力発生室１２に対応して設けられた各圧電素子の他方の上電極膜８０に接続された接続端子部９１とは、互いに平行であって、ノズル列５１２の方向に重なり合う部分を有している。

各接続端子部９１には、圧電体層７０を駆動するための配線が半田付けされる。当該半田付け作業の便宜のため、接続端子部９１は所定の長さを有することが必要であるが、本実施の形態では、これら接続端子部９１がノズル列５１２の方向に重なり合う部分を有することにより、圧電素子３００の長手方向におけるヘッドの小型化が実現されている。

すなわち、この例では、上記流路形成基板１０とノズルプレート２０と弾性膜５０の積層体に圧電素子３００が搭載されてアクチュエータユニット３０１が形成されている。そして、このアクチュエータユニット３０１に図示しない基準穴が形成され、上記基準穴は、２つの圧力発生室列の略中央において、ノズル列５１２方向に並ぶよう配置され、そして、上記接続端子部９１は、上記中間領域において上記基準穴を避けるよう、圧力発生室１２の配列ピッチの２倍よりも高密度の一定ピッチで配列されている。上記基準穴は、アクチュエータユニット３０１と、後述するリザーバ形成基板３０およびコンプライアンス基板４０を接合する際に位置決めピンが挿通される位置決め用として利用される。

更に、本実施の形態では、このような圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上に、リザーバ１００の少なくとも一部を構成するリザーバ部３１を有する接合基板であるリザーバ形成基板３０が接合されている。このリザーバ部３１は、本実施形態では、リザーバ形成基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２の幅方向に亘って形成されており、上述のように流路形成基板１０の連通部１３と連通されて各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１００を構成している。

また、リザーバ形成基板３０の圧電素子３００に対向する領域には、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を確保した状態で、その空間を密封可能な圧電素子保持部３２が圧力発生室１２に対応してそれぞれ設けられ、各圧電素子保持部３２内に圧電素子３００が密封されている。なお、本実施形態では、圧電素子保持部３２が圧電素子３００の列毎に設けられているが、勿論、この圧電素子保持部３２は、圧電素子３００毎に独立して設けるようにしてもよい。このようなリザーバ形成基板３０は、例えば、ガラス、セラミックス、金属、プラスチック等を挙げることができるが、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料を用いることがより好ましく、例えば、ガラス、セラミック材料等を用いることが好ましく、本実施形態では、流路形成基板１０と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成した。

また、リザーバ形成基板３０の略中央部、すなわち、圧力発生室１２の列間に対向する領域には、リザーバ形成基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられている。そして、上述したように、各圧電素子３００から延設されるリード電極９０（上電極の一部）に接続された接続端子部９１が、この貫通孔３３に対向する領域まで延設されて露出されている。

また、リザーバ形成基板３０の貫通孔３３の両側、すなわち、圧力発生室１２の各列に対応する部分には、各圧電素子３００を駆動するための、例えば、回路基板、あるいは半導体集積回路（ＩＣ）等の駆動回路１１０がそれぞれ実装されている。例えば、本実施形態では、貫通孔３３の両側に実装された各駆動回路１１０は、それぞれの駆動回路１１０に対向する領域に設けられた圧電素子３００を駆動するためのものである。そして、各駆動回路１１０と各接続端子部９１とが、貫通孔３３を介して延設された、例えば、ボンディングワイヤ等の導電性ワイヤからなる接続配線１２０によってそれぞれ電気的に接続されている。

このように、本実施形態では、リザーバ形成基板３０の圧力発生室１２の列間に対向する領域に一つの貫通孔３３を設け、この貫通孔３３を介して延設される接続配線１２０によって各接続端子部９１と駆動回路１１０とを電気的に接続するようにしたので、リザーバ形成基板３０の貫通孔３３が形成される面積を小さくすることができる。すなわち、リザーバ形成基板３０の全面に対して貫通孔３３が占める割合を小さくすることができる。また、一つの貫通孔３３を介して駆動回路１１０と各接続端子部９１とを電気的に接続するため製造効率を向上することができる。したがって、圧力発生室１２を比較的高密度に配列しても、流路形成基板１０およびリザーバ形成基板３０を大型化することなく貫通孔３３を形成することができ、印刷品質を向上すると共に小型化を図ったインクジェット式記録ヘッドを実現することができる。

更に、２列の圧力発生室列の各々から櫛歯状に延びる接続端子部９１が、ノズル列５１２の方向に重なり合うように形成されているため、圧電素子３００の長手方向におけるヘッドの小型化が実現されている。

なお、本実施形態では、二つの駆動回路１１０をリザーバ形成基板３０の貫通孔３３の両側にそれぞれ実装するようにしたが、駆動回路１１０の数は特に限定されず、例えば、リザーバ形成基板の貫通孔と連通する連通孔を有する一つの駆動回路を実装するようにしてもよい。また、勿論、三つ以上の駆動回路を実装するようにしてもよい。また、貫通孔の数も一つに限定されるものではなく、リザーバ形成基板の全面に対する貫通孔が占める割合を小さくすることができれば、勿論、貫通孔は二つ以上設けられていてもよい。

なお、このようなリザーバ形成基板３０上には、封止膜４１および固定板４２とからなるコンプライアンス基板４０が接合されている。ここで、封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料（例えば、厚さが６μｍのポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルム）からなり、この封止膜４１によってリザーバ部３１の一方面が封止されている。また、固定板４２は、金属等の硬質の材料（例えば、厚さが３０μｍのステンレス鋼（ＳＵＳ）等）で形成される。この固定板４２のリザーバ１００に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部４３となっているため、リザーバ１００の一方面は可撓性を有する封止膜４１のみで封止され、内部圧力の変化によって変形可能な可撓部３５となっている。また、このリザーバ１００の長手方向略中央部外側のコンプライアンス基板４０上には、リザーバ１００にインクを供給するためのインク導入口４４が形成されている。さらに、リザーバ形成基板３０には、インク導入口４４とリザーバ１００の側壁とを連通するインク導入路３４が設けられている。

このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、図示しない外部インク供給手段と接続したインク導入口４４からインクを取り込み、リザーバ１００からノズル開口２１に至るまで内部をインクで満たした後、駆動回路１１０からの記録信号に従い、圧力発生室１２に対応するそれぞれの下電極膜６０と上電極膜８０との間に電圧を印加し、弾性膜５０、下電極膜６０および圧電体層７０をたわみ変形させることにより、各圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口２１からインク滴が吐出する。

上記各実施形態によれば、接続端子部９１がノズル列５１２の方向に重なり合う部分を有することにより圧電振動子（圧電素子）の長手方向におけるヘッドの小型化を実現することができる。それに加えて、従来のように、基準穴６０１を２列の圧力発生室列の外側に設けるのではなく、２列の圧力発生室列に挟まれた中間領域に設けることから、圧力発生室列の外側のデットスペースがなくなり、液体噴射ヘッド自体の小型化に有利である。

以上、本発明の各実施形態を説明したが、インクジェット式記録ヘッドの基本的構成は上述したものに限定されるものではなく、下記の変形例を含む趣旨である。

上記実施形態では、複数の基準穴６０１を円形の基準穴６０１としたが、一方を円形とし、他方を長穴とすることもできる。

また、高速記録のためには、より多くのインク滴を短時間で吐出させる必要がある。この要求に応えるためには、圧力発生室５１３を区画している部分の振動板５１５のコンプライアンスと、圧電振動子５１８の変形量とを考慮する必要がある。即ち、振動板５１５のコンプライアンスが大きくなる程、変形に対する応答性が悪くなり、高い周波数での駆動が困難になるからである。また、振動板５１５のコンプライアンスが小さくなる程、振動板５１５が変形し難くなり、圧力発生室５１３の収縮量が少なくなるので、１滴のインク量が減ってしまうからである。

そこで、上記実施形態において、多層構造の圧電振動子を用いるようにしてもよい。すなわち、圧電振動子として、上層圧電体と下層圧電体の境界に個別電極を配置し、下側枝電極を下層圧電体と振動板５１５との間に、上側枝電極を下層圧電体とは反対側の上層圧電体の表面に形成した圧電振動子を用いることができる。この場合、上層圧電体と下層圧電体とは分極方向を反対にすることにより、駆動信号印加時の伸縮方向が上層圧電体と下層圧電体とで揃い、支障なく変形することができる。

これにより、振動板５１５のコンプライアンスを小さくし、必要量のインク滴を従来よりも高い周波数で吐出可能にすることもできる。これにより、個別端子の端部を圧電振動子５１８の上に積層状態で形成してアクチュエータユニット５０３の幅方向について小型化を図ることもできる。

また、上記圧電振動子５１８の内、振動子列の端部に位置するものは、インク滴の吐出に関与しない（即ち、駆動信号が供給されずに変形しない）ダミー振動子とし、このダミー振動子以外の複数の圧電振動子５１８がインク滴の吐出に関与する（即ち、駆動信号の供給によって変形する）駆動振動子として機能させることができる。

また、液体噴射装置の代表例としては、上述したような画像記録用のインクジェット式記録ヘッドを備えたインクジェット式記録装置があるが、本発明は、その他の液体噴射装置として、例えば液晶ディスプレー等のカラーフィルタ製造に用いられる色材噴射ヘッドを備えた装置、有機ＥＬディスプレー、面発光ディスプレー（ＦＥＤ）等の電極形成に用いられる電極材（導電ペースト）噴射ヘッドを備えた装置、バイオチップ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッドを備えた装置、精密ピペットとしての試料噴射ヘッドを備えた装置等、各種の液体噴射装置に適用することができる。

本発明の記録ヘッドが適用される記録装置の概略図である。本発明の一実施形態における記録ヘッドを説明する断面図である。ノズルと各流路の位置関係を示す透視図である。アクチュエータユニットを圧電振動子側から見た図である。アクチュエータユニットの第２例を示す図である。本発明の第２実施形態に係る記録ヘッドの断面図である。従来技術に係る記録ヘッドの断面図である。従来技術に係るアクチュエータユニットの平面図である。

符号の説明

１Ａ，１Ｂ記録ヘッドユニット，２Ａ，２Ｂカートリッジ，３キャリッジ，４装置本体，５キャリッジ軸，６駆動モータ，７タイミングベルト，８プラテン，１０流路形成基板，１２圧力発生室，１３連通部，１４インク供給路，２０ノズルプレート，２１ノズル開口，３０リザーバ形成基板，３１リザーバ部，３２圧電素子保持部，３３貫通孔，３４インク導入路，３５可撓部，４０コンプライアンス基板，４１封止膜，４２固定板，４３開口部，４４インク導入口，５０弾性膜，６０下電極膜，７０圧電体層，８０上電極膜，９０リード電極，９１接続端子部，１００リザーバ，１１０駆動回路，１２０接続配線，２０１圧力発生室，２０２圧電素子，２０３リザーバ，２０４流路形成基板，２０５リザーバ形成基板，２０６貫通孔，２０７駆動回路，２０８ボンディングワイヤ，３００圧電素子，３０１アクチュエータユニット，５０１記録ヘッド，５０２流路ユニット，５０３アクチュエータユニット，５０５インク供給口，５０６ノズル連通口，５０７供給口形成基板，５０８共通インク室，５０９インク室形成基板，５１０ノズル開口，５１１ノズルプレート，５１２ノズル列，５１３圧力発生室，５１４圧力発生室形成基板，５１５振動板，５１６供給側連通口，５１７蓋部材，５１８圧電振動子，５２０接続端子部，５２１共通電極，５２２圧電体層，５２３リード電極，５２４個別電極，５３１枝電極，５３２幹電極，６０１基準穴，６１８圧電振動子，６１９接続端子部，７０１基準穴，７０３基準穴，８０３アクチュエータユニット

Claims

ノズル列を形成する各ノズル開口にそれぞれ連通するとともに、振動板によって封止された複数の圧力発生室を有する流路形成基板と、
上記振動板上に設けられて、上記複数の圧力発生室の各々の内部に供給された液体の圧力をそれぞれ変動させて当該液体を対応するノズル開口から吐出するための複数の圧力変動手段とを備え、
上記圧力発生室は、ノズル列の方向に平行に圧力発生室の列として形成され、かつ、上記圧力発生室の列は互いに対向するよう２列に配置されており、
各圧力変動手段は、共通電極、圧電体層および個別電極を有する圧電素子で構成され、
各圧電素子の個別電極は、２列の上記圧力発生室の列に挟まれた中間領域の側に延設されて接続端子部に接続され、
上記中間領域には位置決め部が形成されるとともに、上記接続端子部は、上記中間領域において上記位置決め部を避けるように上記圧力発生室の列の配列ピッチよりも高密度の一定ピッチで配列されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
上記の2列の圧力発生室の列のうち、一方の圧力発生室列に属する各圧力発生室に対応して設けられた各圧電素子の個別電極に接続された接続端子部と、他方の圧力発生室の列に属する各圧力発生室に対応して設けられた各圧電素子の個別電極に接続された接続端子部とは、ノズル列の方向に重なり合う領域を有し、上記接続端子部は、上記中間領域において上記圧力発生室の列の配列ピッチの２倍よりも高密度の一定ピッチで配列されている請求項１記載の液体噴射ヘッド。
上記各接続端子部は、少なくともその一部は、対応する圧力発生室に隣接する位置からノズル列方向にずれた位置に配置されており、上記位置決め部に近い圧力発生室ほど、対応する接続端子部と圧力発生室とのずれ量が大きくなるよう設定されている請求項１〜2のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
上記中間領域に位置決め部が複数形成されている請求項１〜3のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
上記位置決め部は位置決め用の基準穴である請求項１〜4のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。