JP5402760B2 - 液体噴射ヘッド、液体噴射ヘッドユニット及び液体噴射装置 - Google Patents
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Description
び液体噴射装置に関し、特に、液体としてインクを吐出するインクジェット式記録ヘッド
、インクジェット式記録ヘッドユニット及びインクジェット式記録装置に関する。
れた流路形成基板の一方面側に振動板を介して第1電極、圧電体層及び第2電極を有する
圧電素子を設け、圧電素子の駆動によって圧力発生室内に圧力変化を生じさせて、ノズル
開口からインク滴を吐出するインクジェット式記録ヘッドがある。
力発生室毎に切り分けて個別電極とし、第2電極を複数の圧力発生室に亘って連続させる
ことで共通電極としたものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
共通して設けられた共通電極となっているため、多数の圧電素子を同時に駆動して多数の
インク滴を一度に吐出させると、電圧降下が発生して圧電素子の変位量が不安定となり、
インク吐出特性が低下するという問題がある。また、外部配線が接続される端子部から遠
い位置に設けられた圧電素子ほど印加される電圧が低くなり易い。
1電極と配線電極とを、圧電素子が複数個に対して一本の割り合いで設けられた共通リー
ド電極で接続するようにしたインクジェット式記録ヘッドが提案されている(例えば、特
許文献2参照)。
した場合、圧電体層や第2電極を複数の圧力発生室に亘って連続して設ける構成が考えら
れるが、隣り合う圧電素子間で連続する圧電体層や第2電極が圧電素子の変位を阻害し、
所望の変位特性を得ることができない、いわゆる圧電素子のクロストークが発生するとい
う問題がある。
成すると、隔壁の剛性が低下する。特に、ノズル開口の高密度化によって隔壁の厚さが薄
くなると、隔壁の剛性が著しく低下し、圧力発生室の圧力変動によって隔壁が変形し、隣
り合う圧力発生室に圧力変動を伝えて、着弾位置ずれやインク吐出特性が低下する、いわ
ゆる隔壁のクロストークが発生してしまうという問題がある。
電圧降下を抑制して、着弾位置ずれを抑制すると共に液体噴射特性を均一化して印刷品質
を向上することができる液体噴射ヘッド、液体噴射ヘッドユニット及び液体噴射装置を提
供することを目的とする。
て区画された複数の圧力発生室が第1の方向に並設された流路形成基板と、該流路形成基
板の一方面側に振動板を介して設けられた第1電極、該第1電極上に設けられた圧電体層
及び該圧電体層上に設けられた第2電極を有する圧電素子と、を具備し、前記圧電素子の
前記第1電極が、前記圧力発生室毎に設けられた個別電極であると共に、前記第2電極が
複数の圧電素子に亘って連続して設けられた共通電極であり、前記第1電極及び第2電極
によって規定された前記圧電素子の実質的な駆動部である圧電体能動部が各圧力発生室に
相対向する領域に設けられており、前記圧電素子の前記隔壁に相対向する領域には、前記
第2電極及び前記圧電体層が除去された開口部が、前記圧電体能動部よりも前記第1の方
向と交差する第2の方向が短く、且つ前記隔壁の前記第1の方向の厚さよりも広い幅で設
けられており、並設された前記圧電体能動部の列の前記第2の方向の少なくとも一方には
、当該圧電体能動部の並設方向に沿って設けられた配線電極が設けられ、前記配線電極と
前記第2電極とが各圧電体能動部の間に設けられた共通リード電極で接続されていると共
に、該共通リード電極が、少なくとも前記開口部内の隔壁上に亘って設けられていること
を特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる態様では、共通リード電極を各圧電体能動部の間に設けることで、第2電極の実
質的な抵抗値を下げて、電圧降下による液体噴射特性の低下及びばらつきを抑制すること
ができる。また、共通リード電極を開口部の隔壁上に設けることで、隔壁の剛性を向上す
ることができ、隔壁のクロストークを抑制することができると共に、隔壁を薄くして圧力
発生室の高密度化を図ることができる。
さよりも狭い幅で形成されていることが好ましい。これによれば、圧電体能動部の駆動に
よる振動板の変位を共通リード電極が阻害するのを抑制して、液体噴射特性の低下を抑制
することができる。
れており、前記第2電極が、前記圧電素子の前記第2の方向の両側の前記配線電極に前記
共通リード電極を介して電気的に接続されていることが好ましい。これによれば、配線電
極によって第2電極の実質的な抵抗値をさらに下げることができ、配線電極の幅を狭めて
ヘッドを小型化することができる。
する液体噴射ヘッドユニットにある。
かかる態様では、圧電素子及び隔壁のクロストークを抑制すると共に、電圧降下を抑制
して、着弾位置ずれを抑制すると共に液体噴射特性を均一化して印刷品質を向上すること
ができる液体噴射ヘッドユニットを実現できる。
具備することを特徴とする液体噴射装置にある。
かかる態様では、圧電素子及び隔壁のクロストークを抑制すると共に、電圧降下を抑制
して、着弾位置ずれを抑制すると共に液体噴射特性を均一化して印刷品質を向上すること
ができる液体噴射ヘッドユニットを実現できる。
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録
ヘッドの分解斜視図であり、図2は、インクジェット式記録ヘッドの流路形成基板の要部
平面図及びその拡大図であり、図3は図2のA−A′線断面図、図4は図2のB−B′線
断面図、図5は図2のC−C′線断面図である。
隔壁11によって区画される複数の圧力発生室12がその幅方向(短手方向であり、本実
施形態の第1の方向)に並設されている。また流路形成基板10には、圧力発生室12の
長手方向一端部側に、隔壁11によって区画され各圧力発生室12に連通するインク供給
路13と連通路14とが設けられている。連通路14の外側には、各連通路14と連通す
る連通部15が設けられている。
2の共通のインク室(液体室)となるマニホールド100の一部を構成する。インク供給
路13は、圧力発生室12よりも狭い断面積となるように形成されており、連通部15か
ら圧力発生室12に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。連通路14は、圧
力発生室12の幅方向両側の隔壁11を連通部15側に延設してインク供給路13と連通
部15との間の空間を区画することで形成されている。
、その他に、例えば、ガラスセラミックス、ステンレス鋼等を用いてもよい。
が、接着剤や熱溶着フィルム等によって固着されている。ノズルプレート20は、例えば
、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板、ステンレス鋼などからなる。
って形成される弾性膜51を含む振動板50が形成されている。上述した圧力発生室12
等の流路の一方面側は、この振動板(弾性膜51)によって構成されている。
膜52が形成され、これら弾性膜51及び絶縁体膜52によって振動板50が構成されて
いる。この振動板50上には、振動板50上に形成された第1電極60と、第1電極60
上に形成された圧電体層70と、圧電体層70上に形成された第2電極80とで構成され
る圧電素子300が設けられている。
ぞれ独立する個別電極とする。本実施形態では、圧電素子300の実質的な駆動部となる
各圧電体能動部320の個別電極として第1電極を設け、複数の圧電体能動部320に共
通する共通電極として第2電極80を設けるようにした。
を合わせてアクチュエーター装置と称する。上述した例では、弾性膜51、絶縁体膜52
が振動板50を構成するが、振動板50の構成は特に限定されるものではない。例えば、
圧電素子300の第1電極60が振動板50を兼ねるようにしてもよいし、圧電素子30
0自体が振動板50として機能するようにしてもよい。
に示すように、圧電素子300は、第1電極60、圧電体層70及び第2電極80が積層
されて両電極への電圧印加により圧電歪みが生じる圧電体能動部320と、圧電体能動部
320から連続する圧電体層70と第1電極60又は第2電極80を有するが実質的に駆
動しない圧電体非能動部330とを備える。これら圧電体能動部320と圧電体非能動部
330との境界は、第1電極60及び第2電極80の端部で規定されている。本実施形態
では、各圧電体能動部320はそれぞれ圧力発生室12に相対向して設けられ、圧電体非
能動部330は、圧電体能動部320の長手方向両外側に設けられて、圧力発生室12の
長手方向(第1の方向と直交する第2の方向)の外側まで延設されている。また、圧電体
非能動部330は、互いに隣り合う圧電体能動部320の間に設けられ、圧力発生室12
の幅方向(第1の方向)の外側まで延設されている。具体的には、図3に示すように、圧
力発生室12の長手方向(並設方向と直交する方向)において、圧電体能動部320のイ
ンク供給路13側の端部は、第1電極60の長手方向の端部によって規定されており、圧
電体層70及び第2電極80は、この端部の外側まで延設されている。また、圧力発生室
12の長手方向において、圧電体能動部320のインク供給路13とは反対側(ノズル開
口21側)の端部は、第2電極80の端部によって規定されており、この端部の外側まで
第1電極60及び圧電体層70は延設されている。
発生室12の幅(圧力発生室12の並設方向である第1の方向の幅)よりも狭い幅で形成
されており、第1電極60の幅方向の端部が、圧電体能動部320の幅方向の端部を規定
している。
ンク供給路13とは反対側)よりも外側で、例えば、金(Au)等からなる個別リード電
極90がそれぞれ接続され、各圧電素子300には、個別リード電極90を介して詳しく
は後述する駆動回路120がボンディングワイヤー等の接続配線121を介して接続され
ている。
複数の圧力発生室12に対向する領域に亘って連続的に設けられている。すなわち、圧電
体層70は、第1電極60の幅方向端部の外側に延設されている。また、図3に示すよう
に、圧力発生室12の並設方向(第1の方向)と直交する第2の方向において、圧電体層
70は、圧力発生室12の長手方向の端部の外側まで延設されている。
向する領域と、隔壁11に対向する領域とに亘って連続的に形成されている。また、上述
したように、図3に示すように、圧力発生室12に相対向する領域(圧力発生室12の長
手方向におけるノズル開口21側の領域)では、第2電極80の端部は、圧力発生室12
上に位置している。この第2電極80の端部によって圧電体能動部320と圧電体非能動
部330との長手方向の一方(ノズル開口21側)の境界が規定されている。
が設けられている。開口部301は、第2電極80及び圧電体層70を完全に除去するこ
とで形成されたものであり、各圧力発生室12を区画する隔壁11に相対向して設けられ
ている。開口部301は、図2(b)に示すように、第2の方向の長さL1は、圧電体能
動部320の長手方向(第2の方向)の長さL2よりも短く、且つ、第1の方向の幅W1
は、隔壁11の厚さW2よりも広くなるように設けられている。これにより、圧電体層7
0の大半は、圧力発生室12の幅方向(第1の方向)において各圧力発生室12に相対向
する領域内に形成されている。
20の第2の方向の両側に、圧電体能動部320の並設方向に亘って連続して設けられた
配線電極200、201がそれぞれ設けられている。この2つの配線電極200、201
は、圧電体能動部320の並設方向(第1の方向)の両端部側において連続することで互
いに導通すると共に、圧電体能動部320の並設方向の両端部において第2電極80と導
通して設けられている。
ード電極91を介して第2電極80と導通されている。
ら他方の配線電極201に至るまで連続して設けられたものであり、図4に示すように、
振動板50上、圧電体層70上及び第2電極80上に沿って連続して設けられている。
1上に設けられており、開口部301において隔壁11の第1の方向の厚さW2よりも狭
い幅W0で形成されている。このように、開口部301内において、共通リード電極91
を隔壁11の厚さW2よりも狭い幅W0で形成することで、共通リード電極91が、開口
部301の圧力発生室12に相対向する領域の振動板50上には存在しないようになって
いる。なお、このような共通リード電極91としては、高い導電性を有する金属材料、例
えば、金(Au)を用いることができる。
0、201とを導通することで、第2電極80の抵抗値を実質的に低下させることができ
、常に安定したインク吐出特性を得ることができる。特に、本実施形態では、各圧電体能
動部320の間に共通リード電極91を設けることで、配線電極200、201の抵抗値
を下げることができるため、配線電極200、201の幅(第2の方向)を狭くすること
ができ、インクジェット式記録ヘッドIの小型化を図ることができる。
剛性を向上することができる。ちなみに、圧電素子300を変位させた際に、隣り合う圧
電体能動部320の間の圧電体層70や第2電極80が開口部301によって除去されて
いることで、圧電体能動部320の変位がこれに連続する圧電体層70や第2電極80に
よって阻害される、いわゆる圧電素子300のクロストークを抑制して、変位特性を向上
することができる。
ることで、隔壁11の剛性を向上することができ、圧電素子300の変位によって圧力発
生室12内に圧力変動を生じさせた際に、隔壁11が変形するのを抑制して、隣接する圧
力発生室12への圧力変動の影響(隔壁11のクロストーク)を低減することができる。
したがって、隔壁11の厚さを薄くして、圧力発生室12の高密度化、すなわち、ノズル
開口21の高密度化を図ることができる。
とで、振動板50の変位、特に、振動板50の隔壁11に対向する領域と圧力発生室12
に対向する領域との境界部分の変位を共通リード電極91が阻害するのを抑制して、共通
リード電極91が圧電素子300の変位を阻害するのを抑制することができる。ちなみに
、共通リード電極91を隔壁11の厚さW2よりも広い幅で設けると、上述した境界部分
上に共通リード電極91が存在して、圧電素子300(振動板50)の変位を阻害して、
変位量が低下してしまう。
けることで、各圧電体能動部320に対応する構造が均一化する。すなわち、各圧電体能
動部320が設けられた圧力発生室12の両側の隔壁11の構造が均一なため、全ての圧
電体能動部320を同じ条件で駆動することができ、インク吐出特性の安定化を図ること
ができる。
極80を共通電極とし、第1電極60の圧力発生室12の長手方向における一端部が、圧
電体層70によって覆われるようにしたため、第1電極60と第2電極80との間で電流
がリークすることがなく、圧電素子300の破壊を抑制することができる。ちなみに、第
1電極60と第2電極80とが近接した状態で露出されていると、圧電体層70の表面を
電流がリークし、圧電体層70が破壊されてしまう。なお、第1電極60の圧力発生室1
2の長手方向の他端部は、圧電体層70に覆われていないが、露出された第1電極60と
第2電極80との間に距離があるため特に問題がない。したがって圧電素子300を酸化
アルミニウム等の保護膜で覆う必要がなく、保護膜を設けることによる圧電素子300の
変位の阻害を抑制して、優れた変位量を得ることができる。
子300を保護するための空間である圧電素子保持部31を有する保護基板30が接着剤
35によって接合されている。圧電素子300は、この圧電素子保持部31内に形成され
ているため、外部環境の影響を殆ど受けない状態で保護されている。また、保護基板30
には、流路形成基板10の連通部15に対応する領域にマニホールド部32が設けられて
いる。マニホールド部32は、上述したように流路形成基板10の連通部15と連通され
て各圧力発生室12の共通のインク室となるマニホールド100を構成している。
0が固定されている。この駆動回路120としては、例えば、回路基板や 半導体集積回
路(IC)等を用いることができる。そして、個別リード電極90及び共通リード電極9
1は、圧電素子保持部31の外側まで引き出されており、引き出された個別リード電極9
0及び共通リード電極91と駆動回路120とは、ボンディングワイヤー等の導電性ワイ
ヤーからなる接続配線121を介して電気的に接続されている。
基板40が接合されている。封止膜41は、剛性が低く可撓性を有する材料からなり、こ
の封止膜41によってマニホールド100の一方面が封止されている。固定板42は、金
属等の硬質の材料で形成される。この固定板42のマニホールド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、マニホールド100の一方
面は可撓性を有する封止膜41のみで封止されている。
給手段からインクを取り込み、マニホールド100からノズル開口21に至るまで流路内
部をインクで満たした後、図示しない駆動回路120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圧電素子300に電圧を印加し圧電素子300をたわみ変形さ
せて各圧力発生室12内の圧力を高めることで、各ノズル開口21からインク滴が噴射さ
れる。
図6は、本発明の実施形態2に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録
ヘッドの要部平面図である。なお、上述した実施形態1と同様の部材には同一の符号を付
して重複する説明は省略する。
て隔壁11の厚さよりも狭い幅で設けられた幅狭部92と、開口部301の外側で隔壁1
1の厚さよりも幅広の幅広部93と、を具備する。
(振動板50)の変位を共通リード電極91Aが阻害するのを抑制して、圧電素子300
の変位量の低下を抑制することができる。また、共通リード電極91Aに幅広部93を設
けることで、第2電極80全体の抵抗値を下げて、電圧降下による変位特性のばらつき等
をさらに確実に抑制することができる。また、共通リード電極91Aに幅広部93を設け
ることで、共通リード電極91Aの抵抗値をさらに下げることができるため、配線電極2
00、201の幅をさらに狭くすることもできる。
以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明の基本的構成は上述したものに
限定されるものではない。
0の列の両側に設けるようにしたが、特にこれに限定されず、配線電極200、201は
、圧電素子300の列の一方側のみに設けていてもよい。
0から他方の配線電極201に亘って隔壁11上に連続して設けるようにしたが、特にこ
れに限定されず、共通リード電極91、91Aは、開口部301によって剛性の低下した
隔壁11の剛性を向上すればよいため、少なくとも開口部301内の隔壁11上に亘って
設けられていれば、第2電極80上で不連続となるように設けられていてもよい。ただし
、第2電極80上以外で不連続となると、第2電極80と配線電極200、201とを導
通することができない。
ンク流路を具備するインクジェット式記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェ
ット式記録装置に搭載される。図7は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略
図である。
ッドIを有するインクジェット式記録ヘッドユニット1(以下、ヘッドユニット1とも言
う)を具備する。ヘッドユニット1は、インク供給手段を構成するカートリッジ2A及び
2Bが着脱可能に設けられ、このヘッドユニット1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。このヘッドユニ
ット1は、例えば、ブラックインク組成物及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、駆動モーター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1を搭載したキャリッ
ジ3はキャリッジ軸5に沿って移動される。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ー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上を搬送されるようになっている。
ト1をインクジェット式記録装置IIに設けるようにしたが、1つのインクジェット式記
録ヘッドIを具備するヘッドユニット1をインクジェット式記録装置IIに搭載してもよ
く、また、インクジェット式記録装置IIに搭載するヘッドユニット1を2以上としても
よい。さらに、インクジェット式記録装置IIに直接インクジェット式記録ヘッドIを搭
載するようにしてもよい。
ト式記録ヘッドを説明したが、液体噴射ヘッドの基本的構成は上述したものに限定される
ものではない。本発明は、広く液体噴射ヘッドの全般を対象としたものであり、インク以
外の液体を噴射するものにも勿論適用することができる。その他の液体噴射ヘッドとして
は、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプ
レイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ELディスプレイ、
FED(電界放出ディスプレイ)等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオ
chip製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。
装置(液体噴射装置)、 1 インクジェット式記録ヘッドユニット(液体噴射ヘッドユ
ニット)、 10 流路形成基板、 11 隔壁、 12 圧力発生室、 20 ノズル
プレート、 30 保護基板、 40 コンプライアンス基板、 50 振動板、 51
弾性膜、 52 絶縁体膜、 60 第1電極、 70 圧電体層、 80 第2電極
、 90 個別リード電極、 91、91A 共通リード電極、 100 マニホールド
、 200、201 配線電極、 300 圧電素子、 301 開口部、 320 圧
電体能動部、 330 圧電体非能動部
Claims (6)
- 液体を噴射するノズル開口に連通し、隔壁によって区画された複数の圧力発生室が第1
の方向に並設された流路形成基板と、
該流路形成基板の一方面側に振動板を介して設けられた第1電極、該第1電極上に設け
られた圧電体層及び該圧電体層上に設けられた第2電極を有する圧電素子と、を具備し、
前記圧電素子の前記第1電極が、前記圧力発生室毎に設けられた個別電極であると共に
、前記第2電極が複数の圧電素子に亘って連続して設けられた共通電極であり、前記第1
電極及び第2電極によって規定された前記圧電素子の実質的な駆動部である圧電体能動部
が各圧力発生室に相対向する領域に設けられており、
前記圧電素子の前記隔壁に相対向する領域には、前記第2電極及び前記圧電体層が除去
された開口部が、前記圧電体能動部よりも前記第1の方向と交差する第2の方向が短く、
且つ前記隔壁の前記第1の方向の厚さよりも広い幅で設けられており、
並設された前記圧電体能動部の列の前記第2の方向の少なくとも一方には、当該圧電体
能動部の並設方向に沿って設けられた配線電極が設けられ、前記配線電極と前記第2電極
とが各圧電体能動部の間に設けられた共通リード電極で接続されていると共に、該共通リ
ード電極が、少なくとも前記開口部内の隔壁上に亘って設けられていることを特徴とする
液体噴射ヘッド。 - 前記共通リード電極が、前記開口部に相対向する領域において、前記隔壁の厚さよりも
狭い幅で形成されていることを特徴とする請求項1記載の液体噴射ヘッド。 - 前記配線電極が、並設された前記圧電素子の列の前記第2の方向の両側に設けられてお
り、前記第2電極が、前記圧電素子の前記第2の方向の両側の前記配線電極に前記共通リ
ード電極を介して電気的に接続されていることを特徴とする請求項1又は2記載の液体噴
射ヘッド。 - 請求項1〜3の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドを複数具備することを特徴とする液
体噴射ヘッドユニット。 - 請求項4記載の液体噴射ヘッドユニットを具備することを特徴とする液体噴射装置。
- 請求項1〜3の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴
射装置。
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