JP5440055B2 - 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 - Google Patents
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Description
るインクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置に関する。
通する圧力発生室とこの圧力発生室の長手方向一端部側に圧力発生室の短手方向に亘って
設けられて各圧力発生室に連通する連通部とが形成される流路形成基板と、この流路形成
基板の一方面側に形成される圧電素子と、流路形成基板の圧電素子側の面に接着剤を介し
て接合されて、連通部と共にマニホールドの一部を構成するマニホールド部を有するマニ
ホールド形成基板と、マニホールド及び流路の底面を構成し、かつノズル開口が形成され
たノズルプレートとを具備するものがある(例えば、特許文献1参照)。
側にマニホールドの一部を構成する連通部が設けられているため、インクジェット式記録
ヘッドが圧力発生室の長手方向で大型化してしまうという問題がある。
発生室の長手方向で小型化した液体噴射ヘッドが知られている(例えば、特許文献2参照
)。
おそれがあるという問題がある。これは、ノズルプレートがマニホールドの底面を構成し
ていることから、ノズルプレートがマニホールド内におけるインクの流入方向に対向して
おり、インクがマニホールドに導入される際にインクの流入圧によりノズルプレートが振
動してしまうからである。
、他のデバイスに用いられる液体噴射ヘッドにおいても同様に存在する。
制した液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供することを目的とする。
、前記ノズル開口に連通し、個別流路を構成する圧力発生室が設けられた流路形成基板と
、該流路形成基板の一方面側の前記圧力発生室に相対向する領域に設けられた圧電素子と
を具備すると共に、前記圧電素子を保護する保護基板と、前記個別流路に連通され液体を
貯留するマニホールドとを具備し、前記マニホールドに液体を導入するための液体導入孔
に相対向して、前記マニホールドを画成するマニホールド部材が設けられ、かつ該マニホ
ールド部材は前記ノズルプレートとは離間して設けられていることを特徴とする。
マニホールドに液体が導入された場合にマニホールド部材が振動したとしても、この振動
がノズルプレートに伝わりにくいので、ノズルプレートの振動を抑制することができる。
その結果、吐出特性の低下を抑制することができる。
手方向の一端部側に設けられており、該マニホールドは、前記保護基板上に設けられ、前
記液体導入孔が天井面に設けられたケース部材と、該ケース部材と前記マニホールド部材
とに亘って設けられ、前記マニホールドの一方側の側面を封止する封止部材と、前記保護
基板及び前記流路基板の一方側の側面と、前記マニホールド部材とにより画成され、前記
封止部材が、液体の圧力を吸収するコンプライアンス部を備えることが好ましい。
ト式記録ヘッドを小型化することができると共に、該マニホールドを垂直方向に大きくな
るように構成することができる。そして、この垂直方向に大きくなるように構成したマニ
ホールドの側面に設けられる封止部材にコンプライアンス部が設けられていることから、
コンプライアンス部の面積を大きくとることができ、その結果、吐出特性の低下を抑制す
ることができる。
の全面がコンプライアンス部からなることが挙げられる。
特性の低下を抑制した液体噴射ヘッドを備えることで、本発明の液体噴射装置も優れた噴
射特性を備える。
(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を示す分解斜視図であり、図
2は、図1の平面図及び断面図である。図示するように、流路形成基板10は、本実施形
態では面方位(110)のシリコン単結晶基板からなり、その一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弾性膜50が形成されている。流路形成基板10に
は、隔壁11により複数の圧力発生室12がその幅方向に並設されている。また、流路形
成基板10の圧力発生室12の長手方向外側の領域には、インク供給路14と連通部13
とが隔壁11によって区画されている。この圧力発生室12とインク供給路14と連通部
13とで個別流路が構成されている。
通する。インク供給路14は、圧力発生室12よりも上面視において狭い幅となるように
形成されており、連通部13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。また、流路形成基板10には、詳しくは後述する流路底面部15が形成され
ており、この流路底面部15により各個別流路は図2(b)に示すように断面視において
L字状となっている。
ム等を介して設けられている。ノズルプレート20は、各圧力発生室12のインク供給路
14とは反対側の端部近傍に連通するノズル開口21が個別流路の端部に臨む位置に穿設
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な
どからなる。
後述するマニホールド100の底面を構成するマニホールド部材110が設けられている
。このようにマニホールド100の底面を構成するマニホールド部材110がノズルプレ
ート20とは離間して設けられていることで、本実施形態のインクジェット式記録ヘッド
においては、マニホールド100にインクが導入された際にインクの流入方向にあるマニ
ホールド100の底面、即ちマニホールド部材110が振動したとしても、この振動が直
接ノズルプレート20に伝わることがない。従って、本実施形態では、マニホールド10
0へのインク導入時の振動に起因した吐出特性低下を抑制することが可能である。
構成されている。マニホールド部材110は、流路形成基板10と熱膨張率が同一か、ほ
ぼ同一の部材から構成されており、例えば、シリコン単結晶基板やニッケルを42%含有
する鉄合金(42アロイ)からなる部材が挙げられる。また、本実施形態のようにノズル
プレート20をマニホールド部材110とは別部材で構成していることで、ノズルプレー
ト20が流路形成基板10の開口面側を全て覆う必要がなく、ノズルプレート20を小型
化することが可能である。これにより、コストを削減することが可能である。
流路形成基板10の開口面側の全面を覆っていないので、各個別流路はこのままだと流路
が開放された状態となってしまい、インクがここからが漏れてしまう。そこで本実施形態
では、流路形成基板10には、ノズルプレート20及びマニホールド部材110に跨るよ
うに流路底面部15が形成され、流路底面部15によりこの部分における個別流路の底面
が封止されている。具体的には、各個別流路には、連通部13から圧力発生室12のノズ
ル開口21に対向する位置付近までに亘って個別流路の底面の一部を構成する流路底面部
15が設けられており、これにより各個別流路は図2(b)に示すように断面視において
L字状となる。
部分を残して流路底面部15を形成してもよく、また、流路形成基板10を厚さ方向に2
部材に分けて構成してもよい。具体的には、例えば、流路形成基板10を一方面からエッ
チングして圧力発生室12、連通部13、インク供給路14を形成する。この時に、圧力
発生室12は連通部13、インク供給路14と同じ深さまで形成する。次いで、このエッ
チングにより形成された部分に犠牲層材料を充填し、犠牲層を形成する。その後、この犠
牲層を形成した面に後述するように弾性膜50、絶縁体膜55及び圧電素子300をこの
順で形成する。次いで、犠牲層が形成された面とは逆の面からエッチングを行い、圧力発
生室12のノズル開口21に連通する部分を形成し、その後このエッチングした部分から
犠牲層の除去剤を導入して犠牲層を取り除く。このようにして、流路底面部15を残して
個別流路をエッチングにより形成することができる。なお、これらの流路底面部15及び
ノズルプレート20はそれぞれ流路形成基板10と強度を十分に保てる程度に接着されて
いる。
0が形成され、この弾性膜50上には、例えば、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜55
が形成されている。さらに、この絶縁体膜55上には、第1電極60と圧電体層70と第
2電極80とが、後述するプロセスで積層形成されて、圧電素子300を構成している。
ここで、圧電素子300は、第1電極60、圧電体層70及び第2電極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、他方の電極及び
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。本実施形態では、第1
電極60は圧電素子300の共通電極とし、第2電極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。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とを合わせて圧電ア
クチュエータと称する。なお、このような各圧電素子300の第2電極80には、例えば
、金(Au)等からなるリード電極90がそれぞれ接続されている。リード電極90には
、駆動IC200が設けられているCOF201が接続されており、駆動IC200から
の信号は、リード電極90を介して各圧電素子300に選択的に印加される。
域にその運動を阻害しない程度の空間を確保可能な圧電素子保持部31を有する保護基板
30が接着剤層35を介して接合されている。圧電素子300は、この圧電素子保持部3
1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。なお
、保護基板30の材料としては、例えば、ガラス、セラミックス材料、金属、樹脂等が挙
げられるが、流路形成基板10の熱膨張率と略同一の材料で形成されていることがより好
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。
層を介して設けられている。ケース部材120は、天井壁121と3つの側壁とから構成
されている。即ち、ケース部材120は、底面と、圧力発生室12の長手方向における連
通部13側の側面(図2中右側の側面)とが開放されている。天井壁121には、インク
を導入するためのインク導入孔122が設けられている。
るコンプライアンス基板40がマニホールド部材110までに亘って接合されている。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。即ち、ケース部材
120と、保護基板30及び流路形成基板10の壁面、及びマニホールド部材110によ
りマニホールド100が画成された空間が、コンプライアンス基板40により封止され、
この封止された空間がマニホールド100となっている。このようなマニホールド100
は、インク導入孔122に連通すると共に各連通部13、即ち各個別流路に連通しており
、これによりインク流路が構成されている。
より、即ちマニホールド100を構成する壁面を、保護基板30及び流路形成基板10の
側壁により構成していることから、従来のインクジェット式記録ヘッドよりも水平方向に
おいて小型化させることができる。この場合にマニホールドを大きくするために従来のイ
ンクジェット式記録ヘッドに比べてマニホールド100を垂直方向に大きく構成している
ことから、このマニホールド100の側面をコンプライアンス基板40により封止するこ
とで、マニホールド100の天井面をコンプライアンス基板により封止する場合よりもコ
ンプライアンス基板40の面積を大きくすることができる。従って、コンプライアンスを
大きくとることができ、より吐出特性を向上させる。
やステンレス鋼(SUS)等により形成された厚さが20μm以下の薄膜)からなり、固
定板42は、ステンレス鋼(SUS)等の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。
導入孔122を介してインクを取り込み、マニホールド100からノズル開口21に至る
まで内部をインクで満たした後、駆動IC200からの信号に従い、COF201を介し
て圧力発生室12に対応するそれぞれの第1電極60と第2電極80との間に電圧を印加
し、弾性膜50、絶縁体膜55、第1電極60及び圧電体層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。
より構成し、ノズルプレート20とこのマニホールド部材110を離間して設けているこ
とから、インク導入時にはマニホールド部材110のみが振動し、ノズルプレート20に
振動が直接伝わることがないので、吐出特性への影響を低減できる。さらに、コンプライ
アンス基板40を本実施形態ではノズルプレートに対して垂直方向、即ちマニホールド1
00の長手方向にとることでよりコンプライアンス基板40の面積を多くとることができ
、コンプライアンスが高いことから、インク導入時の流入圧力をより緩和し、さらに吐出
特性への影響を低減させることが可能である。
本発明の第2の実施形態について、図3を用いて説明する。図3に示す本発明の第2の
実施形態は、第1の実施形態とは、個別流路の構造が異なるものである。即ち、本実施形
態においては、流路形成基板10に圧力発生室12Aが形成されていると共に、保護基板
30の圧電素子保持部31より外側にマニホールド100に連通する連通部13Aが設け
られている。そして、この圧力発生室12Aと連通部13Aとを連通するインク供給路1
4Aが弾性膜50及び絶縁体膜55に形成された開口部に設けられている。即ち、本実施
形態の個別流路も連通部13A、インク供給路14A及び圧力発生室12Aからなる。ま
た、本実施形態においては、流路形成基板10の圧力発生室12Aの外壁のうち、マニホ
ールド100側の外壁が、ノズルプレート20とノズルプレート20とは離間して設けら
れたマニホールド部材110とに跨って設けられて、連通部13Aにおける底面を構成し
ている。
、圧力発生室12Aの底面の一部を構成するノズルプレート20とは離間して設けられて
いるので、マニホールドにインクが導入された場合のマニホールド部材110の振動が直
接ノズルプレート20に伝わらないように構成されている。従って、インク吐出特性の低
下が抑制される。
さらに、これらインクジェット式記録ヘッドIは、インクカートリッジ等と連通するイ
ンク流路を具備する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4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。
有する記録ヘッドユニット1A及び1B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、この記録ヘッドユニット1A及び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及び1Bは、例えば、それぞれ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。
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及び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に巻き掛けられて搬送されるようになって
いる。
本発明は上述した実施形態に限られない。マニホールド100へのインクの導入方向、
即ちインク導入孔122に相対向する面を構成する部材と、ノズルプレート20とが離間
して設けられていれば、マニホールド100へのインク導入時におけるノズルプレートの
振動を抑制することができるという本発明の効果を得ることができる。従って、他の構成
のインクジェット式記録ヘッドにおいてもこのような構成とすることで同様の効果を得る
ことができる。例えば、液体を吐出するノズル開口に連通する複数の圧力発生室が並設さ
れた流路形成基板と、この流路形成基板上に設けられて圧力発生室の一方側の面を構成す
る振動板と、振動板に先端部が当接するように設けられる圧電素子と、圧力発生室の周縁
部に対向する領域に薄肉部が形成されてこの振動板の各圧力発生室に対向する領域内に圧
電素子の先端部が当接する島部が設けられている液体噴射ヘッドの場合において説明する
。この場合においても、圧力発生室に連通するマニホールドの底面を、ノズル開口が形成
されているノズルプレートとは別の部材により構成し、この別の部材をノズルプレートと
離間して設けることで、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。
定されない。例えば、開口部43の側面を封止部材で封止し、この封止部材の一部を可撓
性を有する材料から構成してもよい。さらにまた、封止部材の内壁に凸部を設けて、この
端部を可撓性を有する材料からなる封止膜で構成し、コンプライアンス部として設けても
よい。これらの場合であっても、ノズルプレート20に対して垂直方向、即ちマニホール
ド100の長手方向に沿ってコンプライアンス部を設けることで、より面積の広いコンプ
ライアンス部を設けることができる。
たが、特にこれに限定されず、例えば、SOI基板、ガラス等の材料を用いるようにして
もよい。
ドを挙げて説明したが、本発明は広く液体噴射ヘッド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液体噴射ヘッド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
、液晶ディスプレー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
ディスプレー、FED(電界放出ディスプレー)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。
、12A 圧力発生室、 13、13A 連通部、 14、14A インク供給路、 1
5 流路底面部 、 20 ノズルプレート、 21 ノズル開口、 30 保護基板、
31 圧電素子保持部、 40 コンプライアンス基板、 50 弾性膜、 55 絶
縁体膜、 60 第1電極、 70 圧電体層、 80 第2電極、 90 リード電極
、 100 マニホールド、 110 マニホールド部材、 120 ケース部材、 3
00 圧電素子
Claims (3)
- 液体を噴射するノズル開口が形成されたノズルプレートと、前記ノズル開口に連通し、個別流路を構成する圧力発生室が設けられた流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側の前記圧力発生室に相対向する領域に設けられた圧電素子とを具備すると共に、前記圧電素子を保護する保護基板と、前記個別流路に連通され液体を貯留するマニホールドとを具備し、
前記マニホールドは、前記流路形成基板及び前記保護基板の前記個別流路の長手方向の一端部側に設けられるとともに、前記マニホールドに液体を導入するための液体導入孔が天井面に設けられたケース部材と、前記液体導入孔に相対向して前記マニホールドを画成するとともに前記ノズルプレートとは離間して設けられたマニホールド部材と、前記ケース部材と前記マニホールド部材とに亘って設けられて前記マニホールドの一方側の側面を封止する封止部材と、前記保護基板及び前記流路基板の一方側の側面とによって画成され、
前記封止部材が、液体の圧力を吸収するコンプライアンス部を備えることを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 前記封止部材の全面がコンプライアンス部からなることを特徴とする請求項1に記載の液体噴射ヘッド。
- 請求項1〜2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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