JP6162489B2 - 液体噴射ヘッド、液体噴射ヘッドの製造方法および液体噴射装置 - Google Patents
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Description
本発明における液体噴射ヘッドは、液体を吐出するノズル孔に連通する吐出チャネルと、前記液体を吐出不能な非吐出チャネルと、が複数形成されたアクチュエータ基板と、複数の前記吐出チャネルの側面にそれぞれ形成された共通電極と、複数の前記非吐出チャネルの側面にそれぞれ形成された個別電極と、を備えた液体噴射ヘッドであって、前記吐出チャネルおよび前記非吐出チャネルは、少なくとも前記アクチュエータ基板の第一主面側に開口するとともに、前記第一主面上において前記吐出チャネルおよび前記非吐出チャネルの長手方向と交差する幅方向に並んで配列され、前記アクチュエータ基板の前記第一主面における前記長手方向の一方側の端部には、前記個別電極に接続される個別電極用パッドが複数設けられ、前記アクチュエータ基板の前記第一主面における前記個別電極用パッドよりも前記長手方向の他方側には、前記共通電極に接続される共通電極用パッドが複数設けられ、前記個別電極用パッドより前記ノズル孔側に離間して、前記個別電極を接続するバイパス電極が形成されていることを特徴とする。
さらに本発明における液体噴射ヘッドは、前記バイパス電極は、前記溝部の底部に形成した電極バイパス用溝に形成されていることを特徴とする。
さらに本発明における液体噴射ヘッドは、前記アクチュエータ基板の前記第一主面における前記一方側の縁部には、一段下がった段部が形成されていることを特徴とする。
さらに本発明における液体噴射ヘッドは、前記吐出チャネルと前記非吐出チャネルとが前記幅方向に交互に沿って並んで配列されていることを特徴とする。
さらに本発明における液体噴射ヘッドは、前記ノズル孔は、前記アクチュエータ基板の第二主面側であって、前記吐出チャネルにおける前記長手方向の中間部に位置することを特徴とする。
さらに本発明における液体噴射ヘッドは、前記共通電極用パッドおよび前記個別電極用パッドの幅は、それぞれ前記吐出チャネルの幅と同等であることを特徴とする。
以下に、この発明の第一実施形態について、図面を用いて説明する。
図1は、第一実施形態に係る液体噴射ヘッドの模式的な分解斜視断面図である。
図1に示すように、液体噴射ヘッド1は、アクチュエータ基板2と、カバープレート3と、ノズルプレート4と、フレキシブル基板25と、を備えている。なお、分かり易くするために、図1では、フレキシブル基板25の基板部25aを二点鎖線にて図示している。
カバープレート3は、チャネル8の第一主面F1側の開口7を覆うようにアクチュエータ基板2に設置され、チャネル6の長手方向の一方側に吐出チャネル6aに液体を供給する液体供給室9を有する。
ノズルプレート4は、吐出チャネル6aに連通するノズル孔4aを備えており、アクチュエータ基板2の他方側の端部22において、アクチュエータ基板2の他方側の端面2bに接合される。ノズル孔4aは、吐出チャネル6aの長手方向における他方側の端部22に位置しており、液体を吐出可能とされている。なお、ノズル孔4aは、非吐出チャネル6bとは連通していない。したがって、非吐出チャネル6bは、液体を吐出不能とされる。
以下に、液体噴射ヘッド1の各構成部品について、詳細に説明する。
図2は、アクチュエータ基板2の斜視図である。なお、分かり易くするために、図2では、フレキシブル基板25の基板部25aを二点鎖線にて図示している。
アクチュエータ基板2のチャネル6は、吐出チャネル6aと非吐出チャネル6bとが、Y方向に交互に並列に配列することにより形成されている。
非吐出チャネル6bは、アクチュエータ基板2の+X側端面2aからアクチュエータ基板2の−X側端面2bにわたって延在している。
駆動電極12は、壁部5の側面のうち吐出チャネル6aの側面5aに形成された共通電極12aと、壁部5の側面のうち非吐出チャネル6bの側面5bに設置される個別電極12bとを含む。
個別電極12bは、非吐出チャネル6bに面する一対の壁部5,5の側面5b,5bにおける+X側の端部から−X側の端部にわたって、X方向に沿って延在して略帯状に形成されている。
また、溝部20のZ方向における深さは、壁部5の側面における駆動電極12のZ方向における形成深さよりも浅くなるように形成されている。これにより、壁部5の側面において駆動電極12を分断することなく溝部20を形成できる。
電極バイパス用溝81は、溝部20の底部に形成されている。また、X方向に所定の幅を有するとともに、Z方向に所定の深さを有しており、ある非吐出チャネル6bから隣り合う非吐出チャネル6bに至るまでY方向に形成されている。
図3は、液体噴射ヘッド1のアクチュエータ基板2にフレキシブル基板25を装着した状態を表す平面図である。なお、分かり易くするために、図3では、フレキシブル基板25の基板部25aを二点鎖線にて図示している。
図4は、アクチュエータ基板2とカバープレート3とフレキシブル基板25とを分解したときにおける図3のA−A線に沿った側面断面図である。
図4に示すように、フレキシブル基板25は、−Z側主面25bに、個別電極用端子27と、共通電極用端子28と、をそれぞれ複数備えている。
続いて、上述した第一実施形態に係る液体噴射ヘッド1の製造方法について説明する。
図5は、第一実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法における主な工程を表す工程図である。図6および図7は、液体噴射ヘッドの製造方法における各工程の説明図である。なお、図6および図7におけるXYZの直交座標系は、図1から図4におけるXYZの直交座標系と対応している。また、図6(a)〜(c)は、図3のA−A線に沿った側面断面図に対応しており、図7(d)〜(f)は、−X側から圧電体基板50(アクチュエータ基板2)を見たときのYZ平面に沿う断面図に対応している。また、以下の液体噴射ヘッドの製造方法の説明における各符号については、図6および図7に加えて、図1から図4の各図を参照されたい。
次いで、マスク材料成膜工程S12では、図6(b)に示すように、圧電体基板50の第一主面F1上に、例えば感光性樹脂からなるマスク材料55を成膜する。
次いで、溝部形成工程S22では、図8に示すように、例えばダイシングブレードDを用いて圧電体基板50を切削加工することにより、溝部20を形成する。具体的には、個別電極用パッド15と共通電極用パッド16との間で、先に形成してある電極バイパス用溝81のZ方向上を、Y方向の全体にわたってY方向に沿うようにダイシングブレードDを移動しながら、圧電体基板50の第一主面F1を切削加工する。この際、Z方向における溝深さは電極バイパス用溝81より浅く、X方向における溝幅は電極バイパス用溝81より広くする。これにより、圧電体基板50の第一主面F1における個別電極用パッド15と共通電極用パッド16との間には、非吐出チャネル6bと直交するように、Y方向に沿って一条の溝部20が形成される。溝部20が形成された時点で、アクチュエータ基板2が完成する。
第一実施形態によれば、アクチュエータ基板2の第一主面F1上に形成されている、隣り合う非吐出チャネル6b,6bの壁部5の側面5bに形成された個別電極12b,12bを電気的に接続する個別電極パッド15、段部24が、衝撃等の外力により一部が欠けて、第一主面F1を通して前記2本の個別電極12bの電気的接続がとれなくなった場合でも、前記2本の個別電極12bを電気的に接続するバイパス電極80があるために、断線不良とならない。これにより、高歩留まり低コストな液体噴射ヘッド1を得ることができる。
図9は、第一実施形態の変形例に係るアクチュエータ基板2の斜視図である。
続いて、第一実施形態の変形例に係るアクチュエータ基板2について説明する。なお、以下では、第一実施形態と同様の構成部分については説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。バイパス電極80については詳述しないが、溝部20にバイパス電極が形成されている点は第一実施形態と同様である。
図10は、第一実施形態に係る液体噴射ヘッド1を備えた液体噴射装置30の説明図である。
図10に示すように、液体噴射装置30は、複数(本実施形態では4個)の液体噴射ヘッド1と、液体噴射ヘッド1に液体を供給する液体供給管35と、液体供給管35に液体を供給する液体ポンプ33および複数(本実施形態では4個)の液体タンク34とを備えている。各液体噴射ヘッド1は複数のヘッドチップを備え、ノズル孔4a(図1参照)から液体を吐出する。液体ポンプ33として、液体供給管35に液体を供給する供給ポンプを設置する。また、図示しない圧力センサーや流量センサーを設置し、液体の流量を制御することもある。
図11は、第二実施形態に係る液体噴射ヘッド1のアクチュエータ基板2にフレキシブル基板25を装着した状態を表す平面図である。
続いて、第二実施形態に係る液体噴射ヘッド1および第二実施形態に係る液体噴射ヘッド1の製造方法について説明する。
図12に示すように、第二実施形態に係るアクチュエータ基板2には、浅溝部23が形成されている。浅溝部23は、アクチュエータ基板2の第一主面F1における吐出チャネル6aよりも+X側において、吐出チャネル6aの+X側の端部から、アクチュエータ基板2の+X側端面2aに向かって形成されている。本実施形態の浅溝部23は、吐出チャネル6aの+X側の端部から段部24にわたって形成されている。浅溝部23の深さは、吐出チャネル6aの深さよりも浅くなっており、かつ溝部20および段部24の深さよりも浅くなっている。
図13は、第二実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法における主な工程を表す工程図である。図14は、第二実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法における各工程の説明図である。なお、図14におけるXYZの直交座標系は、図11および図12におけるXYZの直交座標系と対応している。また、図14(a)および(b)は、図11のB−B線に沿った側面断面図に対応している。また、液体噴射ヘッドの製造方法の説明における各符号については、図11および図12を参照されたい。
マスク材料成膜工程S12では、図14(a)に示すように、圧電体基板50の第一主面F1上の全面に、例えば感光性樹脂からなるマスク材料55を成膜する。
次いで、電極成膜工程S18では、圧電体基板50の第一主面F1に向かって、斜め蒸着法により電極材料を蒸着する。
次いで、溝部形成工程S22では、図15に示すように、例えばダイシングブレードDを用いて圧電体基板50を切削加工することにより、溝部20を形成する。具体的には、X方向における段部24と吐出チャネル6aとの間の位置において、先に形成してある電極バイパス用溝81のZ方向上を、Y方向の全体にわたってY方向に沿うようにダイシングブレードDを移動しながら、圧電体基板50の第一主面F1を切削加工する。この際、Z方向における溝深さは電極バイパス用溝81より浅く、X方向における溝幅は電極バイパス用溝81より広くする。これにより、浅溝部23が+X側浅溝部23aと−X側浅溝部23bとに分断されるとともに、浅溝部23内の電極材料56が分断される。そして、+X側浅溝部23a内に個別電極用パッド15が形成され、−X側浅溝部23b内に共通電極用パッド16が形成される。溝部20が形成された時点で、アクチュエータ基板2が完成する。
第二実施形態によれば、アクチュエータ基板2の第一主面F1上に形成されている、隣り合う非吐出チャネル6b,6bの壁部5の側面5bに形成された個別電極12b,12bを電気的に接続する個別電極パッド15が、衝撃等の外力により一部が欠けて、第一主面F1を通して前記2本の個別電極12bの電気的接続がとれなくなった場合でも、前記2本の個別電極12bを電気的に接続するバイパス電極80があるために、断線不良とならない。これにより、高歩留まり低コストな液体噴射ヘッド1を得ることができる。
各実施形態では、ノズル孔4aがアクチュエータ基板2(吐出チャネル6a)の−X側の端部22に位置する、いわゆるエッジシュートタイプの液体噴射ヘッド1を例に説明をしたが、本発明の適用はエッジシュートタイプの液体噴射ヘッド1に限定されない。例えば、ノズル孔4aがアクチュエータ基板2の第二主面F2側であって、吐出チャネル6aのX方向の中間部近傍に位置する、いわゆるサイドシュートタイプの液体噴射ヘッドにも、本発明を適用できる。さらに、サイドシュートタイプの液体噴射ヘッドであって、カバープレートに液体供給室と液体排出室とを備えた、いわゆるスルーフロータイプの液体噴射ヘッドにも、本発明を適用できる。
各実施形態のアクチュエータ基板2は、第一主面F1における+X側の縁部21aに、一段下がった段部24が形成されていたが、段部24が形成されていなくてもよい。
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。
Claims (15)
- 液体を吐出するノズル孔に連通する吐出チャネルと、前記液体を吐出不能な非吐出チャネルと、が複数形成されたアクチュエータ基板と、複数の前記吐出チャネルの側面にそれぞれ形成された共通電極と、複数の前記非吐出チャネルの側面にそれぞれ形成された個別電極と、を備えた液体噴射ヘッドであって、
前記吐出チャネルおよび前記非吐出チャネルは、少なくとも前記アクチュエータ基板の第一主面側に開口するとともに、前記第一主面上において前記吐出チャネルおよび前記非吐出チャネルの長手方向と交差する幅方向に並んで配列され、
前記アクチュエータ基板の前記第一主面における前記長手方向の一方側の端部には、それぞれが前記吐出チャネルを挟むように設けられた隣接する2つの前記個別電極に接続される個別電極用パッドが複数設けられ、
前記アクチュエータ基板の前記第一主面における前記個別電極用パッドよりも前記長手方向の他方側には、前記共通電極に接続される共通電極用パッドが複数設けられ、
前記個別電極用パッドより前記ノズル孔側に離間して、前記個別電極用パッドとは別に前記隣接する2つの個別電極を互いに接続するバイパス電極が形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 前記アクチュエータ基板の第一主面における前記個別電極用パッドと前記共通電極用パッドとの間には、前記幅方向に沿って溝部が形成されており、
前記溝部には前記個別電極を接続するバイパス電極が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の液体噴射ヘッド。 - 前記バイパス電極は、前記溝部の底部に形成した電極バイパス用溝に形成されていることを特徴とする請求項2に記載の液体噴射ヘッド。
- 請求項1から3のいずれか1項に記載の液体噴射ヘッドであって、
前記アクチュエータ基板に接続されるフレキシブル基板を備え、
前記フレキシブル基板は、
前記アクチュエータ基板の前記個別電極用パッドに対応する位置に形成され、前記個
別電極用パッドに接続される個別電極用端子と、
前記アクチュエータ基板の前記共通電極用パッドに対応する位置に形成され、前記共
通電極用パッドに接続される共通電極用端子と、
を複数備え、
前記個別電極用端子と前記共通電極用端子との間であって、前記アクチュエータ基板の前記溝部に対応する位置には、複数の前記共通電極用端子を互いに接続する接続配線が形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 請求項4に記載の液体噴射ヘッドであって、
前記アクチュエータ基板の前記第一主面における前記吐出チャネルよりも前記一方側には、前記吐出チャネルの前記一方側の端部から、前記アクチュエータ基板の前記一方側の端面に向かって、前記吐出チャネルの深さよりも浅い浅溝部が形成され、
前記溝部は、前記浅溝部と交差する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。 - 請求項1から5のいずれか1項に記載の液体噴射ヘッドであって、
前記アクチュエータ基板の前記第一主面における前記一方側の縁部には、一段下がった段部が形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 請求項1から6のいずれか1項に記載の液体噴射ヘッドであって、
前記アクチュエータ基板の前記第一主面と、前記アクチュエータ基板の前記一方側の端面とにより形成される角部は、面取りされていることを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 請求項1から7のいずれか1項に記載の液体噴射ヘッドであって、
前記吐出チャネルと前記非吐出チャネルとが前記幅方向に交互に沿って並んで配列されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 請求項1から8のいずれか1項に記載の液体噴射ヘッドであって、
前記ノズル孔は、前記吐出チャネルの前記他方側の端部に位置することを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 請求項1から9のいずれか1項に記載の液体噴射ヘッドであって、
前記ノズル孔は、前記アクチュエータ基板の第二主面側であって、前記吐出チャネルにおける前記長手方向の中間部に位置することを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 請求項1から10のいずれか1項に記載の液体噴射ヘッドであって、
前記非吐出チャネルは、前記アクチュエータ基板の前記一方側の端面から前記他方側の端面にわたって形成され、
前記個別電極用パッドは、隣り合う前記非吐出チャネルに跨る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。 - 請求項1から10のいずれか1項に記載の液体噴射ヘッドであって、
前記共通電極用パッドおよび前記個別電極用パッドの幅は、それぞれ前記吐出チャネルの幅と同等であることを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 請求項3に記載の液体噴射ヘッドの製造方法であって、
圧電体基板にマスク材料を成膜するマスク材料成膜工程と、
前記マスク材料のパターニングを行い、少なくとも前記個別電極用パッドおよび前記共通電極用パッドの形成領域が開口したマスクを形成するマスク形成工程と、
前記圧電体基板に前記吐出チャネル、前記非吐出チャネルおよび前記電極バイパス用溝を形成するチャネル形成工程と、
電極材料を成膜する電極成膜工程と、
前記マスク材料を除去するマスク材料除去工程と、
前記溝部を形成する溝部形成工程と、
を備えたことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。 - 請求項3に記載の液体噴射ヘッドの製造方法であって、
圧電体基板にマスク材料を成膜するマスク材料成膜工程と、
前記圧電体基板に前記吐出チャネル、前記非吐出チャネルおよび前記電極バイパス用溝を形成するチャネル形成工程と、
電極材料を成膜する電極成膜工程と、
前記マスク材料を除去するマスク材料除去工程と、
前記溝部を形成する溝部形成工程と、
を備え、
前記チャネル形成工程では、前記吐出チャネルの前記一方側に、前記吐出チャネルの深さよりも浅い浅溝部を形成することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。 - 請求項1に記載の液体噴射ヘッドと、
前記液体噴射ヘッドと被記録媒体とを相対的に移動させる移動機構と、
前記液体噴射ヘッドに液体を供給する液体供給管と、
前記液体供給管に前記液体を供給する液体タンクと、
を備える液体噴射装置。
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