JP5953760B2 - 液体噴射ヘッド、液体噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧電素子などの駆動素子の変位によってノズルから液滴を噴射する液体噴射
ヘッド及び液体噴射装置に関する。

液滴を噴射する液体噴射ヘッドの代表例であるインクジェット式記録ヘッドとしては、
例えば、圧力発生室が形成された流路形成基板と、流路形成基板の一方面側に設けられる
下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを具備し、この圧電素子の変位によって
圧力発生室内に圧力を付与することで、ノズルからインク滴を噴射するものがある。なお
、液滴吐出は液体噴射の一概念であり、以下において液体噴射として説明する。
インクジェット式記録ヘッドの各パーツを結晶構造素材で形成すると、結晶構造に沿っ
てクラックが生じてインクが内部に侵入し、駆動素子の電極をショートさせることがある
。一方、このようなインクジェット式記録ヘッドのノズルプレートは、以前、ステンレス
などの金属製が利用されていた。（例えば、特許文献１参照）。

この場合、同ノズルプレートを電極として利用し、インクを介して駆動素子の電極に流
れる電流を利用したクラック検査が行われていた。

特開２００９−１７２８７８号公報

ノズルプレートが導電性を有する素材から導電性を有しない素材に変更しようとする場
合、従来のクラック検査を行うことができない。

本発明は、ノズルプレートの素材にかかわらず、クラック検査を行なうことが可能な液
体噴射ヘッドと、液体噴射装置とを提供する。

本発明の液体噴射ヘッドでは、駆動素子が配設され、同駆動素子を外部と接続するため
に引き出す複数の電極が形成されるとともに、インクが通過する貫通口として形成される
インク流路貫通口を有する第１基板と、前記第１基板と積層して密着され、前記駆動素子
を覆いつつ前記電極を外部に導出可能で、前記インク流路としてのインク流路貫通口を形
成した第２基板と、を備え、前記第１基板における前記インク流路貫通口を取り囲む部位
にはインク流路電極が形成され、前記インク流路貫通口に露出しているとともに前記駆動
素子の電極とともに外部に導出可能となっている。

このような構成において、第１基板と第２基板とは積層して密着され、第１基板の駆動
素子は覆われているが電極は外部に導出されている。また、両基板を貫通するインク流路
貫通口が形成され、当該貫通口を介してインクは補充される。
ここで、前記第１基板における前記インク流路貫通口を取り囲む部位には、前記インク
流路貫通口に露出するようにインク流路電極が形成されているので、インクとインク流路
電極とは直接コンタクトしている。また、インク流路電極自体は駆動素子の電極とともに
外部に導出されているので、従来のノズルプレートの代わりにインク流路電極を検査用の
電極として利用し、クラック検査を実施できる。

実施形態１に係る記録ヘッドの分解斜視図である。 同記録ヘッドの平面図である。 同記録ヘッドの断面図である。 変形例にかかる記録ヘッドのインク流路電極を示す平面図である。 変形例にかかる記録ヘッドのインク流路電極を示す平面図である。 同記録ヘッドを有する液体噴射装置の概略図である。

以下、図面にもとづいて本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の実施形態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
ッドの概略構成を示す分解斜視図であり、図２は、図１の平面図、図３は図２のＡ′−Ａ
′断面図である。
図示するように、流路形成基板１０は、本実施形態では結晶面方位が（１１０）である
シリコン単結晶基板からなり、その一方面には酸化膜からなる弾性膜５０が形成されてい
る。流路形成基板１０には、隔壁１１によって区画され一方側の面が弾性膜５０で構成さ
れる複数の圧力発生室１２がその幅方向に並設されている。

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。この連通部
１５は、後述する保護基板３０のリザーバ部３２と連通して、各圧力発生室１２の共通の
インク室（液体室）となるリザーバ１００の一部を構成する。
ここで、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。例えば、インク供給路１３は、リザーバ１００と各圧力発生室１２との間の圧力発生
室１２側の流路を幅方向に絞ることで、圧力発生室１２の幅より小さい幅で形成されてい
る。なお、本実施形態では、流路の幅を片側から絞ることでインク供給路を形成したが、
流路の幅を両側から絞ることでインク供給路を形成してもよい。また、流路の幅を絞るの
ではなく、厚さ方向から絞ることでインク供給路を形成してもよい。また、各連通路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。

なお、流路形成基板１０の材料として、本実施形態ではシリコン単結晶基板を用いてい
るが、勿論これに限定されず、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。
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１３とは反対側の
端部近傍に連通するノズル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
ルム等によって固着されている。なお、本実施形態のノズルプレート２０は、例えば、ガ
ラスセラミックス、シリコン単結晶基板など、導電性を有しない素材でできている。

一方、このような流路形成基板１０の開口面とは反対側には、上述したように弾性膜５
０が形成され、この弾性膜５０上には、弾性膜５０とは異なる材料の酸化膜からなる絶縁
体膜（第１基板）５５が形成されている。さらに、この絶縁体膜５５上には、下電極膜６
０と圧電体層７０と上電極膜８０とからなる駆動素子としての圧電素子３００が形成（配
設）されている。ここで、圧電素子３００は、下電極膜６０、圧電体層７０及び上電極膜
８０を有する部分だけでなく、少なくとも圧電体層７０を有する部分を含む。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、他方の電極を圧電体層７０と共に
圧力発生室１２毎にパターニングして個別電極とする。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とを合わせてアクチュエータ装置と
称する。なお、上述した例では、弾性膜５０、絶縁体膜５５及び下電極膜６０が振動板と
して作用するが、弾性膜５０、絶縁体膜５５を設けずに、下電極膜６０のみを残して下電
極膜６０を振動板としてもよい。また、圧電素子３００自体が実質的に振動板を兼ねるよ
うにしてもよい。

圧電素子３００を構成する下電極膜６０は、各圧力発生室１２に対向する領域毎に、圧
力発生室１２の幅よりも狭い幅で設けられて各圧電素子３００の個別電極を構成している
。また下電極膜６０は、各圧力発生室１２の長手方向一端部側から周壁上まで延設されて
いる。そして下電極膜６０には、圧力発生室１２の外側の領域で、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、このリード電極９０を介して各圧電素子３
００に選択的に電圧が印加されるようになっている。一方、圧力発生室１２の長手方向他
端部側の下電極膜６０の端部は、圧力発生室１２に対向する領域内に位置している。

圧電体層７０は、下電極膜６０の幅よりも広い幅で且つ圧力発生室１２の幅よりも狭い
幅で設けられている。圧力発生室１２の長手方向においては、圧電体層７０の両端部は、
圧力発生室１２の端部の外側まで延設されている。すなわち圧電体層７０は、圧力発生室
１２に対向する領域の下電極膜６０の上面及び端面を完全に覆うように設けられている。
なお、圧力発生室１２の長手方向一端部側の圧電体層７０の端部は、圧力発生室１２の端
部近傍に位置しておりその外側の領域には下電極膜６０がさらに延設されている。

上電極膜８０は、複数の圧力発生室１２に対向する領域に連続的に形成され、また圧力
発生室１２の長手方向他端部側から周壁上まで延設されている。すなわち、上電極膜８０
は、圧力発生室１２に対向する領域の圧電体層７０の上面及び端面のほぼ全域を覆って設
けられている。
また圧力発生室１２の長手方向他端部側の上電極膜８０の端部は、圧力発生室１２に対
向する領域内に位置しており、圧電素子３００の実質的な駆動部が圧力発生室１２に対向
する領域内に設けられている。すなわち、圧力発生室１２内に位置する下電極膜６０の端
部と上電極膜８０の端部との間の部分の圧電素子３００が実質的な駆動部となっている。
このため、圧電素子３００を駆動しても、圧力発生室１２の長手方向両端部近傍の振動板
（弾性膜５０、絶縁体膜５５）には大きな変形が生じることはないため、この部分の振動
板に割れが発生するのを防止することができる。

このような圧電素子３００が形成された絶縁体膜５５と流路形成基板１０上には、圧電
素子３００に対向する領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（第２基板）３０が接着剤３５を介して密着するように接合され
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１
０の連通部１５に対応する領域にリザーバ部３２が設けられている。このリザーバ部３２
は、本実施形態では、保護基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２の並設方向に沿
って設けられており、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リザーバ１００を構成している。

さらに、保護基板３０の圧電素子保持部３１とリザーバ部３２との間の領域には、保護
基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられ、下電極膜６０及びリード電極９０
の端部がこの貫通孔３３内に露出されている。この部分を実装部４００と呼ぶ。そして、
図示しないが、これら下電極膜６０及びリード電極９０は、貫通孔３３内に延設される接
続配線によって圧電素子３００を駆動するための駆動ＩＣ等に接続される。
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。

この保護基板３０上には、さらに、封止膜４１及び固定板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。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によってリザーバ部３２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のみで封止されている。

絶縁体膜５５には、保護基板３０のリザーバ部３２および流路形成基板１０の連通部１
５とを連通せしめるインク流路貫通口５５ａが形成されている。インク流路と呼ぶ場合、
連通部１５を除いた部分を指すこととする。このインク流路貫通口５５ａは、圧力発生室
１２の並び方向に連続している。この絶縁体膜５５に上電極膜８０を形成時に、同時にイ
ンク流路貫通口５５ａの開口の縁部にインク流路電極２００を形成している。

インク流路電極２００は、平面図では、開口であるインク流路貫通口５５ａの周縁を取
り囲む部位に環状のパターン回路のように形成されている。この場合、積層方向の上下の
面は完全に被覆されるもののインク流路貫通口５５ａに対面する側壁部分が露出すること
になる。インク流路貫通口５５ａにはインクが充填されることになるため、この側壁面に
て導電性を有するインクと電気的に接続することが可能である。
図２に示す例では、インク流路電極２００はインク流路貫通口５５ａの全周囲にわたっ
て形成されているが、図４に示すように、インク流路貫通口５５ａを取り囲むが断続的に
形成されているようにしても良い。

また、図５には、インク流路電極を第１のインク流路電極２０３ａと第２のインク流路
電極２０３ｂとに分割して形成した例を示している。この例では、各インク流路電極２０
３ａ，２０３ｂは、インク流路貫通口５５ａの全周囲を取り囲むのではなく、一部を取り
囲むように形成されている。また、別個の電極片として個別に外部に引き出されているの
で、クラックが生じていることでインク流路電極自体も寸断されているようなときにでも
、電極を変えることでクラック検査を実施できる可能性が増す。また、長手方向に複数個
に分けて形成することで、クラック検査できる電極か否かの判定結果から、クラックが発
生している領域を推測するようなことも可能となる。

インク流路電極２００は、同時に絶縁体膜５５の上面で上記実装部４００の領域にまで
つながるようにパターニング形成されており、同実装部４００内で電極部２０１を有して
いる。この実装部４００を介して電極は外部に導出されることになる。
次に、上記構成からなる本実施形態の動作を説明する。
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
手段からインクを取り込み、リザーバ１００からノズル２１に至るまで内部をインクで満
たした後、図示しない駆動ＩＣ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をたわみ変形させることにより、各
圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル２１からインク滴が吐出する。

また、クラック検査の場合には、リザーバ１００内にインクを充填した状態で、実装部
４００内に配置されるインク流路電極２００の電極部２０１と、圧電素子３００の各電極
８０，９０との間の絶縁を調べる。本来であれば、流路形成基板１０や保護基板３０など
はクラックなどが生じていないはずであり、インクはリザーバ１００をはじめとする各壁
面から漏出していることはない。しかし、振動板を構成する弾性膜５０や絶縁体膜５５、
あるいは流路形成基板１０や保護基板３０にクラックが生じていると、当該クラック内に
インクが進入し、やがては圧電素子保持部３１内に入ってくる。そして、圧電素子保持部
３１内の各電極６０，８０，９０と接するようになる。一般的に、インク自体は導電性を
有しているので、このようにしてクラックからインクが進入すれば、インク流露電極２０
０と各電極６０，８０，９０とが電気的に導通することになる。逆に言えば、電気的に導
通が取れているようであれば、クラックが生じている可能性が高いと言える。

上述した実施形態においては、インク流路電極を絶縁体膜５５に形成しているが、保護
基板３０においてリザーバ部３２を形成する内壁面に露出する電極を形成しても良い。ま
た、ノズルプレート２０が導電性を有しない場合に好適であるものの、導電性を有してい
るノズルプレートを採用している場合にも利用可能であることは言うまでもない。この場
合は、実装部４００を介してインク流路電極２００が外部に導出されている点で、クラッ
ク検査を容易に行えることができるようになるからである。

また上述した実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、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６は、そのインクジェット式記録装置（液体噴射装置）の一例を示
す概略図である。
図６に示すように、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。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。

なお、上述した実施形態においては、本発明の液体噴射ヘッドの一例としてインクジェ
ッ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。

なお、本発明は上記実施例に限られるものでないことは言うまでもない。当業者であれ
ば言うまでもないことであるが、
・上記実施例の中で開示した相互に置換可能な部材および構成等を適宜その組み合わせを
変更して適用すること
・上記実施例の中で開示されていないが、公知技術であって上記実施例の中で開示した部
材および構成等と相互に置換可能な部材および構成等を適宜置換し、またその組み合わせ
を変更して適用すること
・上記実施例の中で開示されていないが、公知技術等に基づいて当業者が上記実施例の中
で開示した部材および構成等の代用として想定し得る部材および構成等と適宜置換し、ま
たその組み合わせを変更して適用すること
は本発明の一実施例として開示されるものである。

１０…流路形成基板、１２…圧力発生室、２０…ノズルプレート、２１…ノズル、３０…
保護基板、４０…コンプライアンス基板、５０…弾性膜、５５…絶縁体膜、６０…下電極
膜、７０…圧電体膜、８０…上電極膜、１００…リザーバ、１５０…保護膜、２００、２
０１，２０３ａ，２０３ｂ…インク流路電極、３００…圧電素子、４００…実装部

Claims (11)

1. 駆動素子が配設され、同駆動素子を外部と接続するために引き出す複数の電極が形成されるとともに、インクが通過する貫通口として形成されるインク流路貫通口を有する第１基板と、
   前記第１基板と積層して密着され、前記駆動素子を覆いつつ前記電極を外部に導出可能で、前記インク流路としてのインク流路貫通口を形成した第２基板と、を備え、
   前記第１基板における前記インク流路貫通口を取り囲む部位にはインク流路電極が形成され、前記インク流路貫通口に露出しているとともに前記駆動素子の電極とともに外部に導出可能となっており、
   前記インク流路電極は、前記インク流路貫通口を断続的に取り囲むように形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
2. 駆動素子が配設され、同駆動素子を外部と接続するために引き出す複数の電極が形成されるとともに、インクが通過する貫通口として形成されるインク流路貫通口を有する第１基板と、
   前記第１基板と積層して密着され、前記駆動素子を覆いつつ前記電極を外部に導出可能で、前記インク流路としてのインク流路貫通口を形成した第２基板と、を備え、
   前記第１基板における前記インク流路貫通口を取り囲む部位にはインク流路電極が形成され、前記インク流路貫通口に露出しているとともに前記駆動素子の電極とともに外部に導出可能となっており、
   前記インク流路電極は、前記インク流路貫通口を取り囲む一部に形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
3. 駆動素子が配設され、同駆動素子を外部と接続するために引き出す複数の電極が形成されるとともに、インクが通過する貫通口として形成されるインク流路貫通口を有する第１基板と、
   前記第１基板と積層して密着され、前記駆動素子を覆いつつ前記電極を外部に導出可能で、前記インク流路としてのインク流路貫通口を形成した第２基板と、を備え、
   前記第１基板における前記インク流路貫通口を取り囲む部位にはインク流路電極が形成され、前記インク流路貫通口に露出しているとともに前記駆動素子の電極とともに外部に導出可能となっており、
   前記インク流路電極は、複数の電極片に分かれて形成され、前記駆動素子の電極とともに、個別に外部に引き出されること特徴とする液体噴射ヘッド。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッドであって、
   前記駆動素子には、共通の電極と個別の電極とが接続され、
   前記インク流路電極は、前記共通の電極および前記個別の電極のいずれか一方の電極の少なくとも一部と、前記第１基板に沿う方向において並んでいることを特徴とする液体噴射ヘッド。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッドを有する液体噴射装置。
6. 第１基板と、
   該第１基板上に設けられた駆動素子と、
   該第１基板を貫通するインク流路としてのインク流路貫通口と、
   前記インク流路貫通口に露出するインク流路電極と、を備え、
   前記インク流路電極は、前記インク流路貫通口を断続的に取り囲むように形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
7. 第１基板と、
   該第１基板上に設けられた駆動素子と、
   該第１基板を貫通するインク流路としてのインク流路貫通口と、
   前記インク流路貫通口に露出するインク流路電極と、を備え、
   前記インク流路電極は、前記インク流路貫通口を取り囲む一部に形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
8. 第１基板と、
   該第１基板上に設けられた駆動素子と、
   該第１基板を貫通するインク流路としてのインク流路貫通口と、
   前記インク流路貫通口に露出するインク流路電極と、を備え、
   前記インク流路電極は、複数の電極片に分かれて形成され、前記駆動素子の電極とともに、個別に外部に引き出されること特徴とする液体噴射ヘッド。
9. 請求項６から請求項８のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッドであって、
   前記駆動素子には、共通の電極と個別の電極とが接続され、
   前記インク流路電極は、前記共通の電極および前記個別の電極のいずれか一方の電極の少なくとも一部と、前記第１基板に沿う方向において並んでいることを特徴とする液体噴射ヘッド。
10. 請求項６から請求項９のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッドであって、
    前記第１基板の前記インク流路貫通口と連通する連通部が設けられ、前記第１基板の前記駆動素子が設けられた側において前記駆動素子を覆うように前記第1基板と接合される保護基板と、
    前記第１基板の前記インク流路貫通口と連通する連通部が設けられ、前記第１基板の前記駆動素子が設けられた側とは反対側において前記第1基板と接合される流路形成基板と、を備えることを特徴とする液体噴射ヘッド。
11. 請求項６から請求項１０のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッドを有する液体噴射装置。

Images