JP5734144B2 - インクジェットヘッド - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、複数のノズルから記録媒体に向けてインクを吐出するインクジェットヘッドに関する。

インクジェットヘッドは、複数のノズルと、個々のノズルに対応した複数のアクチュエータと、を備えている。

アクチュエータは、例えばシリコン基板のような母材の上に設けられている。アクチュエータは、圧電素子と、圧電素子に電圧を印加する共通電極および個別電極と、を有している。共通電極は、全ての圧電素子に共通して繋がっており、全ての圧電素子に一定の電圧を印加する。個別電極は、圧電素子に個別に繋がっており、個々の圧電素子を独立して動作させる。

共通電極および個別電極は、シリコン基板の上に形成された複数の導体パターンに電気的に接続されている。導体パターンは、隣り合うアクチュエータの間を通してシリコン基板の外周縁に導かれているとともに、テープキャリアパッケージに電気的に接続されている。テープキャリアパッケージは、アクチュエータを駆動する駆動回路を搭載している。

駆動回路からアクチュエータの圧電素子に電界が印加されると、圧電素子が変形してインクを加圧する。加圧されたインクの一部はインク滴となってノズルから記録媒体に向けて吐出し、記録媒体の上に画像を形成する。

特開２００９−９６１２８号公報

インクジェットヘッドは、画像の解像度を高めるため、数多くのノズルを高密度に配置することが求められている。ノズルを高密度に配置した場合、アクチュエータの共通電極および個別電極から引き出された複数の導体パターンを配線するスペースをシリコン基板の上に確保することが困難となる。

この結果、導体パターンの引き回し経路が複雑化して導体パターンが長くなるとともに、導体パターンの幅が狭くなるのを避けられない。したがって、導体パターンの電気抵抗が増大し、印字信号の高速化を図る上で好ましくないものとなる。

実施形態によれば、インクジェットヘッドは、ノズルプレート、第１の基板、第２の基板、複数のアクチュエータおよび複数の中継電極を備えている。

複数のノズルが前記ノズルプレートに形成されている。前記第１の基板は、前記ノズルプレートに積層されているとともに、前記ノズルに個々に連通された複数のインク圧力室を有している。前記各アクチュエータは、圧電素子と、前記圧電素子に電気的に接続された第１の電極および第２の電極と、前記第１の電極および前記第２の電極から引き出された配線部と、を有している。前記各アクチュエータは、前記第１および第２の電極から前記圧電素子に電圧が印加された時に、前記インク圧力室に供給されたインクを加圧して前記ノズルから吐出させる。

前記中継電極は、前記第１の電極の前記配線部および前記第２の電極の前記配線部の少
なくともいずれか一方に電気的に接続されている。さらに、前記中継電極は、前記第１の基板を厚み方向に貫通するとともに、前記第１の基板の外に露出された通電用の端子部を
有している。さらに、第２の基板は、前記第１の基板に積層され、前記インク圧力室と連通する連通口とインク供給口が対向して配置されたインク流通室を有する。この第２の基板は、前記中継電極に対応する位置に開口部を有し、前記開口部には前記中継電極の端子部に電気的に接続された配線板が挿入されている。

第１の実施形態において、複数のノズル列がノズルプレートのノズル面に配列された状態を示すインクジェットヘッドの平面図。 第１の実施形態に係るインクジェットヘッドの断面図。 図２のＦ３−Ｆ３線に沿う断面図。 第１の実施形態において、複数のアクチュエータと複数の中継電極との位置関係を示すインクジェットヘッドの断面図。 第１の実施形態において、保護層を構成するベースに振動板を積層した状態を示す断面図。 第１の実施形態において、振動板の上に第１の電極の基となる薄膜を形成した状態を示す断面図。 第１の実施形態において、振動板の上に第１の電極を形成した状態を示す断面図。 第１の実施形態において、圧電体膜で振動板および第１の電極を覆った状態を示す断面図。 第１の実施形態において、第１の電極の上に圧電体層を形成した状態を示す断面図。 第１の実施形態において、圧電体層の上に第２の電極の基となる薄膜を形成した状態を示す断面図。 第１の実施形態において、圧電体層の上に第２の電極を形成した状態を示す断面図。 第１の実施形態において、第２の電極および振動板の上に電極保護膜を積層した状態を示す断面図。 第１の実施形態において、振動板の上に第１の基板を積層するとともに、第１の基板にインク圧力室および貫通孔を形成した状態を示す断面図。 第１の実施形態において、第１の基板が積層された振動板から電極保護膜を除去した状態を示す断面図。 第１の実施形態において、第２の電極および振動板の上に保護層を積層した状態を示す断面図。 第１の実施形態において、保護層の上に撥液膜を形成するとともに、保護層および撥液膜にノズルを形成した状態を示す断面図。 第１の実施形態において、撥液膜の上にノズル保護膜を形成するとともに、貫通孔に中継電極を構成する導電性材料を充填した状態を示す断面図。 第１の実施形態において、第１の基板の上にインク流通室を有する第２の基板を接着するとともに、中継電極の端子部にフレキシブルプリント配線板を電気的に接続した状態を示す断面図。 第１の実施形態において、ノズル保護膜を剥離してノズルを露出させた状態を示す断面図。 第２の実施形態に係るインクジェットヘッドの断面図。 第２の実施形態において、複数のアクチュエータ、複数の中継電極およびフレキシブルプリント配線板の位置関係を示すインクジェットヘッドの断面図。 第３の実施形態において、複数のノズル列がノズルプレートのノズル面に配列された状態を示すインクジェットヘッドの平面図。 第３の実施形態に係るインクジェットヘッドの断面図。 第３の実施形態において、複数のアクチュエータ、中継電極およびフレキシブルプリント配線板の位置関係を示すインクジェットヘッドの断面図。 第４の実施形態に係るインクジェットヘッドの断面図。 第４の実施形態において、複数のアクチュエータ、複数の中継電極およびフレキシブルプリント配線板の位置関係を示すインクジェットヘッドの断面図。

［第１の実施形態］
以下、第１の実施形態について、図１ないし図１９を参照して説明する。

図１ないし図３は、例えばインクジェット記録装置に搭載されるインクジェットヘッド１を示している。インクジェットヘッド１は、記録媒体の一例である用紙Ｓに画像を形成するためのものである。用紙Ｓは、インクジェット記録装置内の搬送路に沿って一定の方向に搬送される。用紙Ｓとしては、例えば無地の用紙、アート紙あるいはＯＨＰシート等を用いることができる。

インクジェットヘッド１は、用紙Ｓの搬送方向と直交する方向に延びる細長い形状を有している。図２に示すように、インクジェットヘッド１は、ノズルプレート２とヘッド本体３とで構成されている。ノズルプレート２は、振動板４、保護層５および撥液膜６を有する三層構造である。

振動板４は、例えばシリコン酸化膜で形成されており、その厚さが概ね１０μｍである。第１の実施形態では、シリコン酸化膜は、熱酸化により基板温度を約１０００℃として形成した。シリコン酸化膜の製法としては、ＣＶＤ（化学的気相成長法）、ＲＦマグネトロンスパッタリング法を用いることができる。

保護層５は、振動板４に積層されている。保護層５は、例えばポリイミドのような樹脂材料で形成され、その厚さが６μｍである。第１の実施形態では、保護層５は、スピンコーティングにより形成されている。保護層５の材料としては、例えばポリ尿素のような樹脂材料、ＳｉＯ_２のような酸化膜を用いることも可能である。この場合、保護層５の膜厚は、概ね３〜２０μｍである。

撥液膜６は、保護層５に積層されている。撥液膜６は、例えばフッ素樹脂のようなインクをはじく特性を有する材料で形成されている。第１の実施形態では、撥液膜６は、スピンコーティングにより形成され、その膜厚が概ね０．１〜５μｍ、好ましくは１μｍである。撥液膜６は、ノズルプレート２の表面となるノズル面７を構成している。ノズル面７は、用紙Ｓの被印字面と向かい合うようにインクジェットヘッド１の外に露出されている。

図１に示すように、複数のノズル列１０がノズルプレート２に形成されている。ノズル列１０は、矢印Ｘで示すインクジェットヘッド１の長手方向に間隔を存して一列に並んでいる。インクジェットヘッド１の長手方向とは、矢印Ｙで示す用紙Ｓの搬送方向と直交する方向のことを指しており、用紙Ｓの幅方向と一致する。

各ノズル列１０は、例えば１０個のノズル１１を有している。ノズル１１は、用紙Ｓの搬送方向（Ｙ方向）に対し一定の角度αを有する斜めの方向に互いに間隔を存して直線状に規則的に配列されている。

ノズル１１は、ノズルプレート２を厚み方向に貫通する孔であり、その直径が例えば２０μｍである。ノズル１１は、ノズルプレート２のノズル面７およびノズル面７の反対側に位置された振動板４の表面４ａに開口されている。

第１の実施形態によると、ノズル列１０は、用紙Ｓの搬送方向（Ｙ方向）に沿って延びているとともに、用紙Ｓの搬送方向と直交するノズルプレート２の長手方向（Ｘ方向）に沿って１２０列に亘って配置されている。

したがって、第１の実施形態のノズルプレート２は、１２００個のノズル１１を有している。これらノズル１１は、少なくとも用紙Ｓの幅方向に沿う長さに亘って二次元的にマトリクス状に配列されたノズル群を構成している。

ノズル面７に開口された全てのノズル１１は、所望の解像度を得るために、ノズルプレート２の長手方向（Ｘ方向）に一定のピッチＰで並べられている。

ヘッド本体２は、第１の基板１２および第２の基板１３を有している。第１の基板１２は、例えば単一のシリコン基板で形成され、その厚さが例えば６７５μｍである。第１の基板１２は、振動板４の表面４ａに積層されて振動板４と一体化されている。

ノズル１１と同数のインク圧力室１４が第１の基板１２に形成されている。インク圧力室１４は、例えば直径が２５０μｍの円筒状であり、ノズル１１と同軸となるように第１の基板１２を厚み方向に貫通している。このため、ノズル１１のピッチＰは、各ノズル１１に付随するインク圧力室１４が、隣り合う他のノズル１１のインク圧力室１４と干渉することがない値に定められている。

インク圧力室１４の一方の開口端は、振動板４によって塞がれている。言い換えると、振動板４は、インク圧力室１４に露出されている。インク圧力室１４は、ノズル１１に対応するように設けられており、各インク圧力室１４の中央に各ノズル１１が連通されている。

第２の基板１３は、ステンレスのような金属材料で構成され、その厚さが例えば４ｍｍである。第２の基板１３は、第１の基板１２の表面１２ａに積層されているとともに、例えばエポキシ系の接着剤を用いて第１の基板１２に固定されている。

複数のインク流通室１５が第２の基板１３の内部に形成されている。インク流通室１５は、第２の基板１３の厚み方向に沿う深さが２ｍｍの円筒状であり、画像形成用のインクがインク供給口１６を通じてインクジェットヘッド１の外部から供給されるようになっている。

インク流通室１５は、連通口１７を通じてインク圧力室１４に通じている。連通口１７は、ノズル１１よりも小径な孔であって、ノズル１１と同軸となるように第２の基板１３に形成されている。そのため、インク供給口１６からインク流通室１５に分配されたインクは、連通口１７を通じてインク圧力室１４に供給される。

第１の実施形態では、インク供給口１６は、インク流通室１５の中央に位置されている。さらに、連通口１７にしてもインク流通室１５の中央およびインク圧力室１４の中央に位置されている。この結果、インクが複数のインク流通室１５から複数のインク圧力室１４に供給される際の流路抵抗が均等化されて、インク圧力室１４に供給されるインク量のばらつきが抑制されている。

第２の基板１３は、ステンレスに限らず、例えばアルミニウム合金、チタンのようなその他の金属材料で形成してもよい。加えて、第２の基板１３を形成する材料は金属に限らない。例えば、ノズルプレート２および第１の基板１２との膨張係数の差異を考慮して、インク吐出圧力に影響を及ぼさない範囲内で他の材料を用いることができる。

具体的には、セラミック材料としてのアルミナ、ジルコニア、炭化ケイ素、窒化ケイ素、チタン酸バリウムなどの窒化物・酸化物を用いることができる。さらに、例えばＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエーテルサルフォンのようなプラスチック材料を用いることができる。

図２および図３に示すように、第１の実施形態のノズルプレート２は、インクを加圧する複数のアクチュエータ２０を内蔵している。アクチュエータ２０は、ノズル１１毎に設けられている。

アクチュエータ２０は、ノズル１１を同軸状に取り囲むように振動板４の上にリング状に形成されているとともに、保護層５で覆われている。各アクチュエータ２０は、圧電体層２１、第１の電極２２および第２の電極２３を備えている。

圧電体層２１は、圧電素子の一例であり、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）で構成されている。圧電体層２１の材料としては、ＰＴＯ（ＰｂＴｉＯ_３：チタン酸鉛）、ＰＭＮＴ（Ｐｂ（Ｍｇ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３）、ＰＺＮＴ（Ｐｂ（Ｚｎ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３）、ＺｎＯ、ＡｌＮ等を用いることも可能である。

圧電体層２１は、ＲＦマグネトロンスパッタリング法により基板温度３５０℃で形成され、その膜厚が３μｍ、直径が２５０μｍのリング形である。第１の実施形態では、圧電体層２１を形成した後、圧電体層２１に圧電性を付与するため、５００℃で３時間に亘る熱処理を施している。これにより、圧電体層２１は、良好な圧電性能を得ることができる。圧電体層２１が形成されると、圧電体層２１の厚み方向に沿う分極が発生する。

圧電体層２１の他の製法としては、ＣＶＤ（化学的気相成長法）、ゾルゲル法、ＡＤ法（エアロゾルデポジション法）、水熱合成法等を用いることができる。この場合、圧電体層２１の厚さは、概ね０．１μｍから１０μｍの範囲内となる。

第１の電極２２および第２の電極２３は、圧電体層２１を駆動するための信号を伝送するためのものであって、例えばＰｔ（白金）／Ｔｉ（チタン）の薄膜で形成されている。薄膜は、例えばスパッタリング法により形成され、その膜厚が０．５μｍである。

第１の電極２２および第２の電極２３を形成する他の材料としては、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｕ（銅）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）、Ａｕ（金）を用いることができるとともに、前記各種の金属を積層することも可能である。

第１の電極２２および第２の電極２３を形成する方法としては、例えば蒸着、鍍金を用いることも可能である。この場合、第１の電極２２および第２の電極２３の望ましい膜厚は、０．０１〜１μｍである。

図２に示すように、第１の電極２２は、振動板４に形成されている。第１の電極２２は、夫々電極部分２４を備えている。電極部分２４は、圧電体層２１よりも小径のリング形である。電極部分２４は、圧電体層２１で同軸状に覆われているとともに、圧電体層２１に電気的に接続されている。さらに、ノズル１１は、電極部分２４の中央部および圧電体層２１の中央部を同軸状に貫通している。

図１に示すように、アクチュエータ２０の第１の電極２２は、基幹配線２５から分岐された複数の中継配線２６を介して電気的に接続されている。基幹配線２５および中継配線２６は、振動板４に形成されて保護層５で覆われている。基幹配線２５は、五番目のノズル１１と六番目のノズル１１との間を通してノズルプレート２の長手方向に直線状に配線されている。基幹配線２５の配線幅は、概ね１００μｍである。

したがって、第１の電極２２は、全てのアクチュエータ２０の圧電体層２１に共通して繋がっており、全ての圧電体層２１に一定の電圧を印加する共通電極として作用する。

図２に示すように、第２の電極２３は、夫々電極部分２８と配線部２９とを備えている。電極部分２８は、圧電体層２１よりも小径のリング形である。電極部分２８は、圧電体層２１に同軸状に積層されて、圧電体層２１に電気的に接続されている。

したがって、圧電体層２１は、第１の電極２２の電極部分２４と第２の電極２３の電極部分２８との間で挟み込まれている。さらに、ノズル１１は、電極部分２８の中央部を貫通している。

図２ないし図４に示すように、第２の電極２３の配線部２９は、電極部分２８の外周縁から振動板４に沿って引き出されている。配線部２９は、電極部分２８と一緒に保護層５で覆われている。配線部２９は、アクチュエータ２０の外に直線状に導かれて、隣り合うノズル列１０の間で互いに間隔を存して平行に並んでいる。配線部２９の先端は、隣り合うノズル列１０の間でインク圧力室１４を外れた位置まで延びている。配線部２９の幅は、概ね４０μｍである。

そのため、第２の電極２３は、圧電体層２１に個別に繋がっており、個々の圧電体層２１を独立して動作させる個別電極として作用する。

図２に示すように、複数の中継電極３１が第１の基板１２に形成されている。中継電極３１は、例えば銅のような導電性に優れた金属材料で構成されている。中継電極３１は、例えば直径が１００μｍの円柱状であり、第１の基板１２および振動板４を厚み方向に貫通している。このため、中継電極３１は、第２の電極２３の配線部２９の幅よりも大きな直径を有している。

図４に示すように、中継電極３１は、隣り合うノズル列１０の間に位置されているとともに、ノズル列１０が延びる方向に互いに間隔を存して並んでいる。中継電極３１の一端は、ノズルプレート２の内部で第２の電極２３の配線部２９の先端部に接している。

そのため、中継電極３１は、配線部２９を介してアクチュエータ２０の第２の電極２３に電気的に接続されているとともに、当該アクチュエータ２０と隣り合う位置に設けられている。

さらに、中継電極３１の他端は、通電用の端子部３２を構成している。端子部３２は、隣り合うノズル列１０の間で第１の基板１２の表面１２ａに位置されている。第１の実施形態では、第１の基板１２に積層された第２の基板１３は、ノズル列１０の間に対応する位置にスリット状の開口部３３を有している。開口部３３は、ノズル列１０に沿って延びている。

この結果、中継電極３１の端子部３２は、第２の基板１３の開口部３３からヘッド本体３の外に露出されている。

図２および図４に示すように、フレキシブルプリント配線板３５が第２の基板１３の開口部３３に配置されている。フレキシブルプリント配線板３５は、中継電極３１の端子部３２に対応する複数のパッド３６を有している。パッド３６は、フレキシブルプリント配線板３５に形成された複数の導体パターンに導通されている。フレキシブルプリント配線板３５のパッド３６は、例えば半田付け等の手段により中継電極３１の端子部３２に電気的に接続されている。

第１の実施形態によると、前記基幹配線２５は、例えば振動板４の外周縁部でフレキシブルプリント配線板３５に電気的に接続されている。さらに、フレキシブルプリント配線板３５は、インクジェットヘッド１を駆動するための駆動回路を搭載している。

駆動回路は、各アクチュエータ２０の第１の電極２２および第２の電極２３に駆動電圧を印加する。圧電体層２１の分極の方向と同じ向きの電界が第１および第２の電極２２，２３から圧電体層２１に印加されると、アクチュエータ２０が電界の向きと直交する方向に伸縮を繰り返そうとする。ここで、電界の向きと直交する方向とは、振動板４の表面４ａに沿う方向のことを指している。

アクチュエータ２０は、振動板４の上に形成されているので、振動板４がアクチュエータ２０の伸縮を妨げる働きをする。このため、アクチュエータ２０と振動板４との接触部分に応力が発生し、発生した応力は振動板４を厚み方向に撓むように変形させる。

この結果、アクチュエータ２０が電界の向きと直交する方向に伸縮を繰り返すことで、インク圧力室１４に露出された振動板４が厚み方向に振動し、インク圧力室１４内のインクの圧力を高める。したがって、インク圧力室１４内で加圧されたインクの一部がインク滴となってノズル１１から用紙Ｓに向けて吐出される。

次に、前記のような構成を有するインクジェットヘッド１を製造する手順の一例について、図５ないし図１９を参照して簡単に説明する。

まず、図５に示すように、第１の基板１２の基となるシリコン基板製のベース４０に振動板４を積層した積層体４１を形成する。この際、振動板４にフォトリソグラフィーおよびドライエッチングを施すことで、開口部４２を形成する。

この後、図６に示すように、振動板４の上に白金又はチタンの薄膜４３をスパッタリング法により形成する。

引き続いて、図７に示すように、薄膜４３にフォトリソグラフィーおよびドライエッチングを施すことで、振動板４の上にリング状の第１の電極２２を形成する。

この後、図８に示すように、振動板４および第１の電極２２の上にＰＺＴ製の圧電体膜４４をスパッタリング法により形成する。引き続いて、圧電体膜４４にフォトリソグラフィーおよびウエットエッチングを施すことで、振動板４の上に第１の電極２２を覆う圧電体層２１を形成する。（図９を参照）
この後、図１０に示すように、振動板４および圧電体層２１の上に白金又はチタンの薄膜４５をＣＶＤ法又はスパッタリング法により形成する。引き続いて、薄膜４５にフォトリソグラフィーおよびドライエッチングを施すことで、振動板４および圧電体層２１の上にリング状の第２の電極２３を形成する。この結果、振動板４の上にアクチュエータ２０が形成される。（図１１を参照）
この後、図１２に示すように振動板４の上に電極保護膜４６を形成し、この電極保護膜４６でアクチュエータ２０を被覆した中間成形物４７を形成する。

この後、図１３に示すように中間成形物４７を上下に反転させて、ベース４０を上向きとする。この状態で、ベース４０にDeep Reactive Ion Etching（シリコン深堀エッチング）を施すことで、ベース４０にインク圧力室１４を形成する。

さらに、ベース４０および振動板４にドライエッチングおよびアッシングを施すことで、通孔４８を形成する。通孔４８は、インク圧力室１４に隣り合う位置でベース４０および振動板４を厚み方向に貫通するとともに、第２の電極２３の配線部２９の先端部の上に開口されている。

引き続いて、図１４に示すように、再び中間成形物４７を上下に反転させるとともに、電極保護膜４６を除去する。これにより、振動板４およびアクチュエータ２０が露出される。

この後、図１５に示すように、振動板４の上に保護層５となるノズル保護膜４９をフォトリソグラフィーにより形成し、このノズル保護膜４９でアクチュエータ２０を被覆する。さらに、ノズル保護膜４９の上に撥液膜６を例えば蒸着等の手段により積層する。この結果、アクチュエータ２０を内蔵したノズルプレート２が形成される。

この後、図１６に示すように、ノズル保護膜４９および撥液膜６にドライエッチングおよびアッシングを施すことで、ノズル保護膜４９および撥液膜６を貫通する貫通孔５０を形成する。貫通孔５０は、振動板４の開口部４２に同軸状に連通することでノズル１１を構成する。

引き続いて、図１７に示すように、撥液膜６の上にノズル保護膜５１を積層し、ノズル保護膜５１でノズル１１の開口端およびノズル面７を保護する。

この後、図１８に示すように中間成形物４７を再び上下に反転させ、インク圧力室１４および通孔４８が形成されたベース４０を上向きとする。この状態で、通孔４８の内部に銅のような導電性材料を充填することで、第１の基板１２の厚み方向に沿った中継電極３１を形成する。中継電極３１の一端は、第２の電極２３の配線部２９に電気的に接続された状態に保持されるとともに、中継電極３１の他端の端子部３２が第１の基板１２の表面１２ａに露出される。

さらに、予めインク流通室１５、インク供給口１６および連通口１７が形成された第２の基板１３を第１の基板１２の上に接着する。これにより、第１の基板１２と第２の基板１３とが一体化されたヘッド本体３が形成される。

この後、ノズル保護膜５１を撥液膜６から剥離させてノズル面７を露出させるとともに、中間成形物４７を予め決められた大きさに裁断する。

最後に、第２の基板２３の開口部３３にフレキシブルプリント配線板３５を挿入し、フレキシブルプリント配線板３５のパッド３６を中継電極３１の端子部３２に半田付けする。このことにより、一連のインクジェットヘッド１の成形工程が完了する。

第１の実施形態によると、個別電極としての第２の電極２３から引き出された配線部２９は、当該配線部２９に対応するアクチュエータ２０と隣り合った位置で中継電極３１に電気的に接続されている。

中継電極３１は、振動板４および第１の基板１２を厚み方向に貫通するように立体的に配置されているとともに、第１の基板１２の上でフレキシブルプリント配線板３５に電気的に接続されている。

このため、数多くのアクチュエータ２０の第２の電極２３から引き出された配線部２９を、アクチュエータ２０を避けるように振動板４の外周縁まで引き回す必要はなく、配線部２９の配線長を短くできる。それとともに、数多くの配線部２９が振動板４の上で密集することもなくなるので、配線部２９の幅を充分に確保できる。

加えて、中継電極３１は、第１の基板１２を厚み方向に貫通することで、インク圧力室１４と同一の層に立体的に配置されている。このため、中継電極３１を配置する上でのスペース的な制限が緩和され、中継電極３１を第１の基板１２に配置する上での自由度が増大する。この結果、中継電極３１の直径を配線部２９の幅よりも大きくすることが可能となり、第２の電極２３に電流を供給する経路の配線抵抗を低減することができる。

よって、アクチュエータ２０に供給される印字信号の高速化を実現できるとともに、配線部２９および中継電極３１を構成する材料を選択する際の自由度が向上するといった利点がある。

第１の実施形態では、１０個のノズルによって構成されるノズル列を、用紙の搬送方向と直交するＸ方向に１２０列に亘って配置している。しかしながら、ノズル列の数および一つのノズル列が有するノズルの数（行数）は、第１の実施形態に特定されるものではなく、インクジェットヘッドに要求される画像の解像度に応じて適宜変更することができる。

［第２の実施形態］
図２０および図２１は、第２の実施形態を開示している。第２の実施形態は、フレキシブルプリント配線板３５を第２の基板１３の上に配置した点が第１の実施形態と相違している。これ以外のインクジェットヘッド１の構成は、第１の実施形態と同様である。そのため、第２の実施形態において、第１の実施形態と同一の構成部分には同一の参照符号を付して、その説明を省略する。

図２１に示すように、中継電極３１は、第１の基板１２および第２の基板１３を厚み方向に連続して貫通している。そのため、中継電極３１は、ヘッド本体３に対し立体的に配置されて、その端子部３２が第２の基板１３の表面１３ａに位置されている。

フレキシブルプリント配線板３５は、例えば第２の基板１３と略同じ大きさの矩形状である。そのため、フレキシブルプリント配線板３５は、単純に第２の基板１３の上に積層されて、そのパッド３６が中継電極３１の端子部３２に半田付けされている。

このような第２の実施形態によると、中継電極３１は、ヘッド本体３を厚み方向に貫通することで、インク圧力室１４およびインク流通室１５と同一の層に立体的に配置されている。

このため、第２の電極２３から引き出された配線部２９を、アクチュエータ２０を避けるように振動板４の外周縁まで引き回す必要はなく、配線部２９の配線長を短くできる。それとともに、数多くの配線部２９が振動板４の上で密集することもなくなるので、配線部２９の幅を充分に確保できる。

よって、配線部２９の電気抵抗を低減することができ、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

さらに、第２の実施形態によると、フレキシブルプリント配線板３５は、単に第２の基板１３の上に積層すればよい。そのため、第１の実施形態との比較において、フレキシブルプリント配線板３５の形状を単純化することができる。

言い換えると、第１の実施形態のように、フレキシブルプリント配線板３５を第２の基板１３に形成したスリット状の開口部３３に入り込むような形状に加工する必要はないとともに、導体パターンのレイアウトを決定する上での自由度も高くなる。

そのため、フレキシブルプリント配線板３５の製造コストを低く抑えることができ、インクジェットヘッド１のコストを低減する上で好都合となる。

［第３の実施形態］
図２２ないし図２４は、第３の実施形態を開示している。第３の実施形態は、共通電極としての第１の電極２２に電流を供給するための構成が第１の実施形態と相違している。これ以外のインクジェットヘッド１の構成は、第１の実施形態と同様である。そのため、第３の実施形態において、第１の実施形態と同一の構成部分には同一の参照符号を付して、その説明を省略する。

図２２に示すように、個別電極としての第２の電極２３から引き出された複数の配線部２９は、ノズル列１０が延びる方向に沿うように振動板４の外周縁に向けて互いに間隔を存して平行に導かれている。

そのため、ノズルプレート２の外周縁に隣接したアクチュエータ２０に対応する配線部２９の配線長が最も短く、用紙Ｓの搬送方向に沿うノズルプレート２の中央部に位置されたアクチュエータ２０に対応する配線部２９の配線長が最も長くなっている。複数の配線部２９は、アクチュエータ２０の周囲の限られたスペースを通して配線するため、その配線幅が概ね１５μｍである。

図２４に示すように、アクチュエータ２０の第１の電極２２の電極部分２４は、ノズル列１０毎に配線部６０を介して電気的に接続されている。配線部６０は、各ノズル列１０の隣り合う電極部分２４の間を結ぶように振動板４の上に形成されている。

さらに、配線部６０は、各ノズル列１０の一端に位置されたアクチュエータ２０の第１の電極２２から振動板４の外周縁に向けて延びた延長部６１を有している。延長部６１の先端は、インク圧力室１４を外れた位置に達している。延長部６１を含めた配線部６０の幅は、概ね４０μｍである。配線部６０は、圧電体層２１、第２の電極２３の電極部分２８および配線部２９と一緒に保護層５で覆われている。

図２３および図２４に示すように、中継電極６２が各ノズル列１０の一端に形成されている。中継電極６２は、例えば銅のような導電性に優れた金属材料で構成されている。中継電極６２は、例えば直径が１００μｍの円柱状であり、第１の基板１２および振動板４を厚み方向に貫通している。このため、中継電極６２は、第１の電極２２の配線部６０の幅よりも大きな直径を有している。

中継電極６２は、ノズル列１０の配列方向に互いに間隔を存して並んでいる。中継電極６２の一端は、ノズルプレート２の内部で配線部６０の延長部６１の先端部に接している。そのため、中継電極６２は、ノズル列１０毎に配線部６０を介してアクチュエータ２０の第１の電極２２に電気的に接続されている。

さらに、中継電極６２の他端は、通電用の端子部６３を構成している。端子部６３は、第１の基板１２の表面１２ａに位置されている。第３の実施形態では、第１の基板１２に積層された第２の基板１３は、ノズル列１０の間に対応する位置にスリット状の開口部６４を有している。開口部６４は、ノズル列１０に沿って延びているとともに、第２の基板１３の外周縁に開口されている。

この結果、中継電極６２の端子部６３は、第２の基板１３の開口部６４からヘッド本体３の外に露出されている。

図２３および図２４に示すように、フレキシブルプリント配線板６５が第２の基板１３の開口部６４に配置されている。フレキシブルプリント配線板６５は、中継電極６２の端子部６３に対応する複数のパッド６６を有している。パッド６６は、フレキシブルプリント配線板６５に形成された複数の導体パターンに導通されている。フレキシブルプリント配線板６５のパッド６６は、例えば半田付け等の手段により中継電極６２の端子部６３に電気的に接続されている。

このような第３の実施形態によると、共通電極としての第１の電極２２は、電極部分２４が配線部６０を介して互いに接続されている。配線部６０は、ノズル列１０の一端から振動板４の外周縁に向けて延びた延長部６１を有し、この延長部６１が中継電極６２に電気的に接続されている。

中継電極６２は、振動板４および第１の基板１２を厚み方向に貫通するように立体的に配置されているとともに、第１の基板１２の上でフレキシブルプリント配線板６５に電気的に接続されている。

このため、第１の電極２２を互いに接続する配線部６０を、アクチュエータ２０を避けるように振動板４に沿って引き回す必要はなく、配線部６０の配線を短くできる。

しかも、中継電極６２は、振動板４および第１の基板１２を厚み方向に貫通することで、インク圧力室１４と同一の層に立体的に配置されている。このため、中継電極６５を配置する上でのスペース的な制限が緩和され、中継電極６５を第１の基板１２に配置する上での自由度が増大する。

この結果、中継電極６５の直径を延長部６１の幅よりも大きくすることが可能となり、第１の電極２２に電流を供給する経路の配線抵抗を低減することができる。

［第４の実施形態］
図２５および図２６は、第４の実施形態を開示している。第４の実施形態は、第１の実施形態と第３の実施形態とを組み合わせたものであって、インクジェットヘッド１の基本的な構成は、第１および第３の実施形態と同様である。そのため、第４の実施形態において、第１および第３の実施形態と同一の構成部分については同一の参照符号を付して、その説明を省略する。

図２５に示すように、第１の電極２２に接続された中継電極６２および第２の電極２３に接続された中継電極３１は、インク圧力室１４の周囲で振動板４および第１の基板１２を厚み方向に貫通している。中継電極６２の端子部６３および中継電極３１の端子部３２は、第１の基板１２の表面１２ａに位置されている。

フレキシブルプリント配線板７１が第１の基板１２の上に配置されている。フレキシブルプリント配線板７１は、ノズル列１０毎に中継電極３１の端子部３２に対応する複数の第１のパッド７２と、中継電極６２の端子部６３に対応する一つの第２のパッド７３とを備えている。

第１のパッド７２は、フレキシブルプリント配線板７１に形成された複数の導体パターンに導通されているとともに、半田付け等の手段により中継電極３１の端子部３２に電気的に接続されている。同様に、第２のパッド７３は、フレキシブルプリント配線板７１に形成された導体パターンに導通されているとともに、半田付け等の手段により中継電極６２の端子部６３に電気的に接続されている。

このような第３の実施形態によると、第１の電極２２に対応する中継電極６２および第２の電極２３に対応する中継電極３１は、振動板４および第１の基板１２を厚み方向に貫通するように立体的に配置されているとともに、第１の基板１２の上でフレキシブルプリント配線板７１に電気的に接続されている。

このため、第１の電極２２を互いに接続する配線部６０の配線長および第２の電極２３から引き出された配線部２９の配線長を共に短くできる。

それとともに、中継電極３１，６２は、インク圧力室１４と同一の層に立体的に配置されている。このため、中継電極３１，６５を配置する上でのスペース的な制限が緩和され、中継電極３１，６５を第１の基板１２に配置する上での自由度が増大する。この結果、中継電極３１，６５の直径を配線部２９，６０よりも大きくすることが可能となり、第１の電極２２および第２の電極２３に電流を供給する経路の配線抵抗を低減することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
以下、本願の出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］複数のノズルが形成されたノズルプレートと、
前記ノズルプレートに積層され、前記ノズルに個々に連通された複数のインク圧力室を有するヘッド本体と、
圧電素子と、前記圧電素子に電気的に接続された第１の電極および第２の電極と、前記第１の電極および前記第２の電極から引き出された配線部と、を有し、前記第１および第２の電極から前記圧電素子に電圧が印加された時に、前記インク圧力室に供給されたインクを加圧して前記ノズルから吐出させる複数のアクチュエータと、
前記第１の電極の前記配線部および前記第２の電極の前記配線部の少なくともいずれか一方に電気的に接続され、前記ヘッド本体を厚み方向に貫通するとともに、前記ヘッド本体の外に露出された通電用の端子部を有する複数の中継電極と、
を具備したインクジェットヘッド。
［２］［１］の記載において、前記各アクチュエータは、前記各ノズルを取り囲むように前記ノズルプレートに内蔵されたインクジェットヘッド。
［３］［２］の記載において、前記ノズルプレートは、前記アクチュエータが形成された振動板を有し、この振動板の上に前記ヘッド本体が積層されているとともに、前記中継電極は、前記振動板を貫通して前記配線部に電気的に接続されたインクジェットヘッド。
［４］［１］ないし［３］のいずれかの記載において、前記中継電極は、当該中継電極が電気的に接続された前記アクチュエータと隣り合う位置に設けられたインクジェットヘッド。
［５］［１］の記載において、前記ヘッド本体は、前記インク圧力室が形成された第１の基板と、前記第１の基板に積層され、前記インク圧力室に連通されたインク流路を有する第２の基板と、を備えたインクジェットヘッド。
［６］［５］の記載において、前記中継電極は、前記第１の基板を厚み方向に貫通するとともに、前記中継電極の前記端子部が前記第１の基板の表面から前記ヘッド本体の外に露出されたインクジェットヘッド。
［７］［５］の記載において、前記中継電極は、前記第１の基板および前記第２の基板を厚み方向に連続して貫通するとともに、前記中継電極の前記端子部が前記第２の基板の表面から前記ヘッド本体の外に露出されたインクジェットヘッド。
［８］［１］の記載において、前記中継電極の端子部に電気的に接続された配線板をさらに備えたインクジェットヘッド。
［９］複数のノズルが形成されたノズルプレートと、
前記ノズルプレートに積層され、前記ノズルに個々に連通された複数のインク圧力室を有するヘッド本体と、
圧電素子と、前記圧電素子に電気的に接続された共通電極と、前記圧電素子に電気的に接続された個別電極と、を有し、前記共通電極および前記個別電極から前記圧電素子に電圧が印加された時に、前記インク圧力室に供給されたインクを加圧して前記ノズルから吐出させる複数のアクチュエータと、
前記アクチュエータの前記個別電極から引き出された配線部に電気的に接続され、前記ヘッド本体を厚み方向に貫通するとともに、前記ヘッド本体の外に露出された通電用の端子部を有する複数の中継電極と、
を具備したインクジェットヘッド。
［１０］［９］の記載において、前記中継電極は、当該中継電極が電気的に接続された前記個別電極を有する前記アクチュエータと隣り合う位置に設けられたインクジェットヘッド。
［１１］［９］の記載において、前記中継電極の前記端子部に電気的に接続された配線板をさらに備えており、前記配線板は、前記ヘッド本体の上に配置されたインクジェットヘッド。
［１２］［９］の記載において、前記各アクチュエータは、前記各ノズルを取り囲むように前記ノズルプレートに内蔵されたインクジェットヘッド。
［１３］複数のノズルが形成されたノズルプレートと、
前記ノズルプレートに積層され、前記ノズルに個々に連通された複数のインク圧力室を有するヘッド本体と、
圧電素子と、前記圧電素子に電気的に接続された共通電極と、前記圧電素子に電気的に接続された個別電極と、を有し、前記共通電極および前記個別電極から前記圧電素子に電圧が印加された時に、前記インク圧力室に供給されたインクを加圧して前記ノズルから吐出させる複数のアクチュエータと、
前記アクチュエータの前記共通電極の間を接続する配線部に電気的に接続され、前記ヘッド本体を厚み方向に貫通するとともに、前記ヘッド本体の外に露出された通電用の端子部を有する複数の中継電極と、
を具備したインクジェットヘッド。
［１４］［１３］の記載において、前記各アクチュエータは、前記各ノズルを取り囲むように前記ノズルプレートに内蔵されたインクジェットヘッド。
［１５］［１３］の記載において、前記中継電極の前記端子部に電気的に接続された配線板をさらに備えており、前記配線板は、前記ヘッド本体の上に配置されたインクジェットヘッド。

１…インクジェットヘッド、２…ノズルプレート、３…ヘッド本体、１１…ノズル、１４…インク圧力室、２０…アクチュエータ、２１…圧電素子（圧電体層）、２２…第１の電極（共通電極）、２３…第２の電極（個別電極）、２９，６０…配線部、３１，６２…中継電極、３２，６３…端子部。

Claims (8)

1. 複数のノズルが形成された、第１の面と前記第１の面と異なる第２の面を有する振動板を備えたノズルプレートと、
   前記第１の面に積層され、前記ノズルに個々に連通された複数のインク圧力室を有する第１の基板と、
   前記第２の面に形成され、圧電素子と、前記圧電素子に電気的に接続された第１の電極および第２の電極と、前記第１の電極および前記第２の電極から引き出された配線部と、を有し、前記第１および第２の電極から前記圧電素子に電圧が印加された時に、前記インク圧力室に供給されたインクを加圧して前記ノズルから吐出させ、前記各ノズルを囲むように前記ノズルプレートに内蔵された複数のアクチュエータと、
   前記第１の電極の前記配線部および前記第２の電極の前記配線部のいずれか一方に電気的に接続され、前記振動板と前記第１の基板を厚み方向に貫通するとともに、前記第１の基板の外に露出された通電用の端子部を有する複数の中継電極と、
   前記第１の基板に積層され、前記インク圧力室と連通する連通口とインク供給口が対向して配置されたインク流通室を有する第２の基板と、
   を具備し、
   前記第２の基板は、前記中継電極に対応する位置に開口部を有し、前記開口部には前記中継電極の端子部に電気的に接続された配線板が挿入されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 前記中継電極は、当該中継電極が電気的に接続された前記アクチュエータと隣り合う位置に設けられた請求項１に記載のインクジェットヘッド。
3. 前記連通口と前記インク供給口は、前記インク圧力室の中央において前記ノズルと同軸となるように配置されている請求項１または請求項２に記載のインクジェットヘッド。
4. 複数のノズルが形成され、第１の面と前記第１の面と異なる第２の面を有する振動板を備えたノズルプレートと、
   前記第１の面に積層され、前記ノズルに個々に連通された複数のインク圧力室を有する第１の基板と、
   前記第２の面に形成され、圧電素子と、前記圧電素子に電気的に接続された共通電極と、前記圧電素子に電気的に接続された個別電極と、を有し、前記共通電極および前記個別電極から前記圧電素子に電圧が印加された時に、前記インク圧力室に供給されたインクを加圧して前記ノズルから吐出させ、前記各ノズルを囲むように前記ノズルプレートに内蔵された複数のアクチュエータと、
   前記アクチュエータの前記個別電極から引き出された配線部に電気的に接続され、前記振動板と前記第１の基板を厚み方向に貫通するとともに、前記第１の基板の外に露出された通電用の端子部を有する複数の中継電極と、
   前記第１の基板に積層され、前記インク圧力室と連通する連通口とインク供給口が対向して配置されたインク流通室を有する第２の基板と、
   を具備し、
   前記第２の基板は、前記中継電極に対応する位置に開口部を有し、前記開口部には前記中継電極の端子部に電気的に接続された配線板が挿入されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
5. 前記中継電極は、当該中継電極が電気的に接続された前記個別電極を有する前記アクチュエータと隣り合う位置に設けられた請求項４に記載のインクジェットヘッド。
6. 前記連通口と前記インク供給口は、前記インク圧力室の中央において前記ノズルと同軸となるように配置されている請求項４または請求項５に記載のインクジェットヘッド。
7. 複数のノズルが形成され、第１の面と前記第１の面と異なる第２の面を有する振動板を備えたノズルプレートと、
   前記第１の面に積層され、前記ノズルに個々に連通された複数のインク圧力室を有する第１の基板と、
   前記第２の面に形成され、圧電素子と、前記圧電素子に電気的に接続された共通電極と、前記圧電素子に電気的に接続された個別電極と、を有し、前記共通電極および前記個別電極から前記圧電素子に電圧が印加された時に、前記インク圧力室に供給されたインクを加圧して前記ノズルから吐出させ、前記各ノズルを囲むように前記ノズルプレートに内蔵された複数のアクチュエータと、
   前記アクチュエータの前記共通電極の配線部に電気的に接続され、前記振動板と前記第１の基板を厚み方向に貫通するとともに、前記第１の基板の外に露出された通電用の端子部を有する複数の中継電極と、
   前記第１の基板に積層され、前記インク圧力室と連通する連通口とインク供給口が対向して配置されたインク流通室を有する第２の基板と、
   を具備し、
   前記第２の基板は、前記中継電極に対応する位置に開口部を有し、前記開口部には前記中継電極の端子部に電気的に接続された配線板が挿入されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
8. 前記連通口と前記インク供給口は、前記インク圧力室の中央において前記ノズルと同軸となるように配置されている請求項７に記載のインクジェットヘッド。

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