JP6213335B2 - 液体吐出装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体を吐出する液体吐出装置に関する。

特許文献１には、液体吐出装置として、複数のノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドが開示されている。このインクジェットヘッドは、流路形成基板とリザーバ形成基板とを有する。流路形成基板には、複数の圧力室と、これら複数の圧力室に共通に連通する連通部が形成されている。また、流路形成基板の上面には、複数の圧力室を覆う振動板と、複数の圧力室に対応した複数の圧電素子とを含む、複数の層からなる積層体が設けられている。流路形成基板の、前記積層体と反対側に位置する下面にはノズルプレートが設けられ、ノズルプレートには、流路形成基板内の複数の圧力室にそれぞれ連通する複数のノズルが形成されている。

リザーバ形成基板は、流路形成基板の上方に、前記積層体に含まれる複数の圧電素子を覆うように配置され、さらに、積層体に、複数の圧電素子よりも外側の領域において接着剤で接合されている。このリザーバ形成基板はリザーバ部を有する。リザーバ部は、積層体に形成された連通孔を介して、流路形成基板の連通部と連通している。リザーバ部から、流路形成基板の連通部内に供給されたインクは、複数の圧力室にそれぞれ分配供給される。

特開２００７−４５１２９号公報（特に、図２）

前記特許文献１において、積層体の、連通孔の周囲部分のうちの一部分（以下、周囲対面部という）は、流路形成基板内のインク流路と対面している。つまり、この周囲対面部は、連通孔の周囲において流路形成基板によって支持されていない状態で配置されているため、様々な要因によって外力が作用したときに破損しやすい。例えば、この周囲対面部は、連通孔の周囲に位置することから、周囲対面部には連通孔内を流れる液体の圧力が作用する。また、積層体の、連通孔の周囲部分にリザーバ形成基板を接着剤で接合したときに、その接着剤の収縮による力が、前記周囲対面部に作用することも考えられる。さらには、圧電素子の駆動によって振動板が振動するときに、その振動が周囲対面部にも作用する。

本発明の目的は、積層体の連通孔の周囲部分に配置され、且つ、流路構造体に形成されている流路に対面している周囲対面部の、破損を抑制することである。

課題を解決するための手段及び発明の効果

第１の発明の液体吐出装置は、複数のノズル、及び、前記複数のノズルにそれぞれ連通した複数の圧力室を含む、第１液体流路が形成された第１流路構造体と、前記複数の圧力室を覆う振動板と、前記振動板に対して前記圧力室と反対側において前記複数の圧力室とそれぞれ対向して配置された複数の圧電素子と、を含む、複数層の積層体と、前記第１液体流路と連通する第２液体流路が形成され、且つ、前記積層体に対して前記第１流路構造体とは反対側に配置された第２流路構造体と、を備え、
前記積層体には、前記第２流路構造体の前記第２液体流路と、前記第１流路構造体の前記第１液体流路とを連通させるための連通孔が形成され、前記第２流路構造体は、前記積層体に、前記連通孔の周囲部分において接合され、前記積層体の前記第１液体流路に対面する対面部分のうち、前記連通孔の前記周囲部分に位置する周囲対面部が、金属層を含んでいることを特徴とするものである。

本発明において、「積層体のある部分が、第１流路構造体の第１液体流路に対面する」とは、その部分が、第１液体流路内の空間に接していて、第１流路構造体自体とは接していないことを意味する。

本発明においては、第１流路構造体に、複数の圧力室を覆うように積層体が設けられている。即ち、積層体は、その一部が、第１流路構造体の、複数の圧力室を含む第１液体流路と対面している。また、積層体には、第１流路構造体の第１液体流路と第２流路構造体の第２液体流路とを連通させる連通孔が形成されている。積層体の連通孔の周囲部分には、第２流路構造体が接合されている。その上で、本発明では、積層体の、第１液体流路に対面する対面部分のうち、連通孔の周囲部分に位置する周囲対面部が、金属層を含んでいる。これにより、連通孔の周囲にあって破損が生じやすい周囲対面部が、金属層で補強されるため、この周囲対面部が破損しにくくなる。

第２の発明の液体吐出装置は、前記第１の発明において、前記金属層は、前記積層体の、前記周囲対面部から前記第１流路構造体と接する部分まで延びていることを特徴とするものである。

金属層が、積層体の、第１流路構造体に支持されていない周囲対面部から、第１流路構造体に支持される部分まで延びているため、周囲対面部が、積層体の第１流路構造体と支持される部分との境界部分で折れにくくなる。

第３の発明の液体吐出装置は、前記第１又は第２の発明において、前記圧電素子は、圧電層と、前記圧電層に対して前記振動板側に配置された第１電極と、前記圧電層に対して前記振動板と反対側に配置された第２電極を有し、前記金属層は、前記第１電極、又は、前記第２電極と同じ工程で形成されていることを特徴とするものである。

本発明では、振動板に対して、第１電極、あるいは、第２電極を積層する際に、同時に、積層体の周囲対面部に補強用の金属層を形成することができる。

第４の発明の液体吐出装置は、前記第３の発明において、前記金属層は、前記第１電極と前記第２電極のうちの、厚みの大きい方の電極と同じ工程で形成されている層であることを特徴とするものである。

第１電極と第２電極のうちの、厚みの大きい電極と同時に金属層を形成することで、金属層の厚みが大きくなるため、積層体の周囲対面部の強度をより高くすることができる。

第５の発明の液体吐出装置は、前記第３の発明において、前記金属層は、前記第１電極と前記第２電極のうちの、降伏応力の大きい材料で形成されている電極と同じ工程で形成されている層であることを特徴とするものである。

材料の降伏応力が高いということは、弾性変形の範囲が広く、大きな外力が作用しても折れにくいということである。第１電極と第２電極のうちの、降伏応力の高い電極と、同時に金属層を形成することで、金属層の降伏応力も高くなるため、積層体の周囲対面部に外力が作用しても破損しにくくなる。

第６の発明の液体吐出装置は、前記第３の発明において、前記金属層は、前記第１電極と同じ工程で形成されていることを特徴とするものである。

本発明では、平坦な振動板の表面に、第１電極と金属層とを一度に形成することができる。

第７の発明の液体吐出装置は、前記第２〜第６の何れかの発明において、前記金属層は、前記第１電極又は前記第２電極と導通しており、前記金属層は、前記積層体の前記対面部分のうちの、前記連通孔の縁から離れた位置に配置され、前記金属層は、前記積層体の前記複数の層に含まれる絶縁層によって覆われて、前記連通孔の縁において露出していないことを特徴とするものである。

金属層は、第１電極又は第２電極と導通している。また、金属層は、連通孔の周囲に配置されていることから、連通孔を流れる液体が金属層に接触する虞がある。この点、本発明では、金属層が絶縁層に覆われて、連通孔の縁に露出していないため、金属層が連通孔を通過する液体と接触することがなく、短絡等の発生を防止できる。

第８の発明の液体吐出装置は、前記第１〜第７の何れかの発明において、前記積層体の前記周囲部分には、前記連通孔を囲むように配置され、且つ、前記第２流路構造体側に突出する環状壁部が設けられ、前記金属層は、前記周囲対面部の、少なくとも、前記環状壁部よりも前記連通孔側の部分に配置されていることを特徴とするものである。

本発明では、積層体の、連通孔の周囲部分に、連通孔を囲むように環状壁部が形成されている。そのため、環状壁部に第２流路構造体を押し付けて、第２流路構造体を積層体に接合することができ、連通孔の周囲におけるシール性が高くなる。一方で、積層体の、連通孔の周囲部分に環状壁部が存在すると、第２流路構造体が環状壁部に押し付けられるが故に、周囲対面部の、環状壁部よりも連通孔（内側）の部分は、第１流路構造体だけでなく、第２流路構造体からも離れた構造となる。そこで、周囲対面部の、少なくとも内側の部分に金属層が配置されることが好ましい。

第９の発明の液体吐出装置は、前記第１〜第８の何れかの発明において、前記積層体には、前記第２流路構造体の前記第２液体流路と、前記第１流路構造体の前記複数の圧力室とをそれぞれ連通させる複数の前記連通孔が形成され、前記積層体の、各連通孔の前記周囲対面部が、前記圧力室に面していることを特徴とするものである。

本発明では、積層体に、第２液体流路から複数の圧力室に個別に液体を供給するための、複数の連通孔が形成されている。そして、各連通孔の周囲に位置する、周囲対面部は、圧力室に面している。そのため、周囲対面部は、圧電素子の駆動による振動板の変形（振動）の影響を受けやすい。本発明では、周囲対面部に金属層が設けられることで、振動板の振動に起因する、周囲対面部の破損が生じにくくなる。

第１０の発明の液体吐出装置は、前記第９の発明において、前記連通孔の縁全周が、この連通孔に連通する前記圧力室の縁よりも内側にあり、前記積層体の前記連通孔の前記周囲部分が、その全周にわたって、前記連通孔に連なる前記圧力室に面する前記周囲対面部となっており、前記周囲対面部の前記金属層は、前記連通孔を囲むように形成されていることを特徴とするものである。

本発明では、連通孔の縁全周が、圧力室の縁よりも内側にある。即ち、連通孔が圧力室内に収まって配置されており、積層体の、連通孔の縁部を構成する部分が、連通孔の周方向における全周において圧力室の縁から内側に突き出している。従って、連通孔の周囲部分が、その全周にわたって、圧力室と対面する周囲対面部となり、その周方向におけるどの部分においても破損が生じる虞がある。そこで、本発明では、周囲対面部の金属層が、連通孔を囲むように形成されている。これにより、周囲対面部が、その全周にわたって金属層で補強されている。

本実施形態に係るプリンタの概略的な平面図である。 図２は、インクジェットヘッドのヘッドユニットの上面図である。 図３は、図２のＸ部拡大図である。 （ａ）は、図３のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は、図３のＢ−Ｂ線断面図である。 ヘッドユニットの製造工程を示す図である。 変更形態のヘッドユニットの断面図である。 別の変更形態のヘッドユニットの断面図である。 別の変更形態のヘッドユニットを示す図であり、（ａ）はヘッドユニットの一部拡大平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。

次に、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施形態に係るプリンタの概略的な平面図である。まず、図１を参照してインクジェットプリンタ１の概略構成について説明する。尚、図１に示す前後左右の各方向をプリンタの「前」「後」「左」「右」と定義する。また、紙面手前側を「上」、紙面向こう側を「下」とそれぞれ定義する。以下では、前後左右上下の各方向語を適宜使用して説明する。

（プリンタの概略構成）
図１に示すように、インクジェットプリンタ１は、プラテン２と、キャリッジ３と、インクジェットヘッド４と、搬送機構５と、制御装置６等を備えている。

プラテン２の上面には、被記録媒体である記録用紙１００が載置される。キャリッジ３は、プラテン２と対向する領域において２本のガイドレール１０，１１に沿って走査方向に往復移動可能に構成されている。キャリッジ３には無端ベルト１４が連結され、キャリッジ駆動モータ１５によって無端ベルト１４が駆動されることで、キャリッジ３は走査方向に移動する。

インクジェットヘッド４は、キャリッジ３に取り付けられており、キャリッジ３とともに走査方向に移動する。インクジェットヘッド４は、４色（ブラック、イエロー、シアン、マゼンタ）のインクカートリッジ１７が装着されるカートリッジホルダ７と、図示しないチューブによって接続されている。インクジェットヘッド４は、走査方向に並ぶ２つのヘッドユニット１２，１３を備えている。各ヘッドユニット１２，１３の下面（図１の紙面向こう側の面）には、プラテン２に載置された記録用紙１００に向けてそれぞれインクを吐出する、複数のノズル２４（図２〜図５参照）が形成されている。２つのヘッドユニット１２，１３のうちの、一方のヘッドユニット１２は、ブラックとイエローのインクを吐出するものであり、他方のヘッドユニット１３は、シアンとマゼンタのインクを吐出するものである。

搬送機構５は、搬送方向にプラテン２を挟むように配置された２つの搬送ローラ１８，１９を有する。搬送機構５は、２つの搬送ローラ１８，１９によって、プラテン２に載置された記録用紙１００を搬送方向に搬送する。

制御装置６は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、及び、各種制御回路を含むＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等を備える。 制御装置６は、ＲＯＭに格納されたプログラムに従い、ＡＳＩＣにより、記録用紙１００への印刷等の各種処理を実行する。例えば、印刷処理においては、制御装置６は、ＰＣ等の外部装置から入力された印刷指令に基づいて、インクジェットヘッド４のヘッドユニット１２，１３やキャリッジ駆動モータ１５等を制御して、記録用紙１００に画像等を印刷させる。具体的には、キャリッジ３とともにインクジェットヘッド４を走査方向に移動させながらインクを吐出させるインク吐出動作と、搬送ローラ１８，１９によって記録用紙１００を搬送方向に所定量搬送する搬送動作とを、交互に行わせる。

（インクジェットヘッドのヘッドユニットの詳細）
次に、インクジェットヘッド４のヘッドユニット１２，１３の詳細構成について説明する。尚、２つのヘッドユニット１２，１３は同一の構造を有するため、以下では、ブラックとイエローのインクを吐出するヘッドユニット１２で代表して説明する。図２は、インクジェットヘッド４のヘッドユニット１２の上面図である。図３は、図２のＸ部拡大図である。図４（ａ）は、図３のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は、図３のＢ−Ｂ線断面図である。図２〜図４に示すように、ヘッドユニット１２は、ノズルプレート２０、流路形成部材２１、積層体２２、及び、リザーバ形成部材２３を備えている。尚、図２、図３では、図面の簡素化のため、流路形成部材２１及び積層体２２の上方に位置する、リザーバ形成部材２３は、二点鎖線で外形のみしめされている。

（ノズルプレート）
ノズルプレート２０は、ステンレス鋼等の金属材料、シリコン、あるいは、ポリイミド等の合成樹脂材料などで形成されている。図４に示すように、ノズルプレート２０には、複数のノズル２４が形成されている。複数のノズル２４は、搬送方向に配列されて、走査方向に並ぶ４列のノズル列２５を構成している。右側の２列のノズル列２５ａは、ブラックインクを吐出するノズル列である。２列のノズル列２５ａの間で搬送方向におけるノズル２４の位置が、各ノズル列２５の配列ピッチＰの半分（Ｐ／２）だけずれている。左側の２列のノズル列２５ｂは、イエローインクを吐出するノズル列である。イエローの２列のノズル列２５ｂも、ブラックのノズル列２５ａと同様に、２列のノズル列２５ｂの間で搬送方向におけるノズル２４の位置がＰ／２ずれている。

（流路形成部材）
流路形成部材２１は、シリコンで形成されている。この流路形成部材２１の下面に、前述したノズルプレート２０が接合されている。流路形成部材２１には、複数のノズル２４とそれぞれ連通する複数の圧力室２６が形成されている。各圧力室２６は、走査方向に長い矩形の平面形状を有する。複数の圧力室２６は、複数のノズル２４に応じて搬送方向に配列されて、走査方向に並ぶ４列の圧力室列２７を構成している。右側２列の圧力室列２７ａがブラックインクの圧力室列であり、左側２列の圧力室列２７ｂがイエローインクの圧力室列２７である。尚、同色のインクを吐出する２列の圧力室列２７ａ（２７ｂ）のうち、左側の圧力室列２７においては、圧力室２６の左端部とノズル２４が重なり、右側の圧力室列２７においては、圧力室２６の右端部とノズル２４が重なっている。また、ブラックの２列の圧力室列２７ａの間で、搬送方向における圧力室２６の位置がＰ／２ずれており、イエローの２列の圧力室列２７ｂの間でも、搬送方向における圧力室２６の位置がＰ／２ずれている。

（積層体）
積層体２２は、複数の圧力室２６内のインクに、それぞれノズル２４から吐出させるための吐出エネルギーを付与するものである。積層体２２は、流路形成部材２１の上面に配置されている。図２〜図４に示すように、積層体２２は、振動板３０、共通電極３１、圧電層３２、複数の個別電極３３、複数の駆動配線３５等の複数の層が積層されてなるものである。後でも少し触れるが、積層体２２は、流路形成部材２１となるシリコン基板の上面に、公知の半導体プロセス技術によって、数μｍの非常に薄い層を順に成膜することによって形成されている。

振動板３０は、流路形成部材２１の上面の全域に、複数の圧力室２６を覆うように配置されている。振動板３０は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ₂）、あるいは、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）等で形成されている。振動板３０の、圧力室２６のノズル２４とは反対側の端部には、孔が形成されている。

共通電極３１は、導電性材料からなる。この共通電極３１は、振動板３０の上面のほぼ全域に形成され、複数の圧力室２６に跨って配置されている。共通電極３１は、例えば、白金、あるいは、チタン等の導電性材料で形成されている。

圧電層３２は、共通電極３１が形成された振動板３０の上面に、４つの圧力室列２７にそれぞれ対応して４つ配置されている。各圧電層３２は、１つの圧力室列２７を構成する複数の圧力室２６に跨るように、搬送方向に延びている。圧電層３２は、例えば、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との混晶であるチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電材料からなる。

複数の個別電極３３は、圧電層３２の上面の、複数の圧力室２６と重なる部分にそれぞれ形成されている。各個別電極３３は、走査方向に長い矩形の平面形状を有する。複数の個別電極３３は、例えば、白金、あるいは、酸化イリジウム等の導電性材料で形成されている。

圧電層３２の、個別電極３３と共通電極３１に挟まれた部分は、厚み方向において下向き、即ち、個別電極３３から共通電極３１に向かう方向に分極されている。圧電層３２の、上記の分極処理が施された部分を、特に活性部３２ａという。また、圧電層３２の１つの活性部３２ａと、この活性部３２ａを挟む個別電極３３、及び、共通電極３１とが、振動板３０を挟んで１つの圧力室２６と対向して配置された、１つの圧電素子３６を構成している。

図４に示すように、振動板３０の上面には、共通電極３１、圧電層３２、及び、個別電極３３を覆うように、２層の保護層３７，３８が形成されている。尚、図２、図３では、図面の簡単のため、保護層３７，３８の図示は省略されている。保護層３７は、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、あるいは、シリコン窒化膜等の絶縁体によって構成されている。また、保護層３８は、シリコン酸化膜等の絶縁体によって構成されている。尚、保護層３７，３８が２層である必要は特になく、例えば、シリコン酸化膜等からなる１層の保護層３８のみが形成されてもよい。

複数の駆動配線３５は、保護層３８の上面に配置されている。各駆動配線３５は、個別電極３３の右端部の上面に接続され、個別電極３３から右方へ延びている。複数の駆動配線３５は、シリコン酸化膜等からなる保護層３９によって覆われている。尚、図２、図３では、保護層３９の図示は省略されている。図２、図３に示すように、積層体２２の右端部の上面には、複数の駆動接点部４０が搬送方向に１列に配列されている。複数の個別電極３３から右方へ引き出された複数の駆動配線３５は、流路形成部材２１の右端部に位置する複数の駆動接点部４０とそれぞれ接続されている。また、複数の駆動接点部４０の、搬送方向における両側には、共通電極３１と接続されている２つのグランド接点部４１が配置されている。

尚、図４に示すように、保護層３７，３８，３９の、振動板３０に形成された孔と対応する領域には、それぞれ、この振動板３０の孔と上下に重なる孔が形成されている。即ち、積層体２２には、振動板３０、及び、保護層３７，３８，３９にそれぞれ形成された孔によって、連通孔４３が形成されている。また、図３、図４に示されるように、積層体２２の連通孔４３は、平面視で、圧力室２６の縁よりも内側にあり、圧力室２６内に収まるように形成されている。積層体２２の、連通孔４３の周囲部分の構造については、後で詳述する。

図２、図３に示すように、積層体２２の右端部の上面には、配線部材であるＣＯＦ（Chip On Film）５０が接合されており、複数の駆動接点部４０に、ＣＯＦ５０に形成された複数の配線が電気的に接続されている。ＣＯＦ５０の、積層体２２とは反対側は、プリンタ１の制御装置６（図１参照）に接続されている。また、ＣＯＦ５０にはドライバＩＣ５１が実装されている。

ドライバＩＣ５１は、制御装置６から送られてきた制御信号に基づいて、圧電素子３６を駆動するための駆動信号を生成して出力する。ドライバＩＣ５１から出力された駆動信号は、ＣＯＦ５０の配線を介して駆動接点部４０に入力され、さらに、積層体２２の駆動配線３５を介して各圧電素子３６の個別電極３３に供給される。駆動信号が供給された個別電極３３の電位は、所定の駆動電位とグランド電位との間で変化する。また、ＣＯＦ５０には、グランド配線も形成されており、グランド配線が、積層体２２の２つのグランド接点部４１と電気的に接続される。これにより、２つのグランド接点部４１と接続されている共通電極３１の電位は、常にグランド電位に維持される。

ドライバＩＣ５１から駆動信号が供給されたときの、圧電素子３６の動作について説明する。駆動信号が供給されていない状態では、圧電素子３６の個別電極３３の電位はグランド電位となっており、共通電極３１と同電位である。この状態から、ある圧電素子３６の個別電極３３に駆動信号が供給されて、個別電極３３に駆動電位が印加されると、個別電極３３と共通電極３１との電位差により、圧電素子３６の活性部３２ａに、その厚み方向に平行な電界が作用する。ここで、活性部３２ａの分極方向と電界の方向とが一致するために、活性部３２ａはその分極方向である厚み方向に伸びて面方向に収縮する。この活性部３２ａの収縮変形に伴って、振動板３０が圧力室２６側に凸となるように撓む。これにより、圧力室２６の容積が減少して圧力室２６内に圧力波が発生することで、圧力室２６に連通するノズル２４からインクの液滴が吐出される。

（リザーバ形成部材）
リザーバ形成部材２３は、積層体２２を挟んで、流路形成部材２１と反対側（上側）に配置され、積層体２２の上面に接着剤４５で接合されている。リザーバ形成部材２３は、例えば、流路形成部材２１と同様、シリコンで形成されてもよいが、シリコン以外の材料、例えば、金属材料や合成樹脂材料で形成されていてもよい。

リザーバ形成部材２３の上半部には、それぞれ搬送方向に延び、且つ、走査方向に並ぶ２つのリザーバ５２が形成されている。２つのリザーバ５２は、インクカートリッジ１７が装着されるカートリッジホルダ７（図１参照）と、図示しないチューブでそれぞれ接続されている。２つのリザーバ５２のうち、一方のリザーバ５２にはブラックインクが供給され、他方のリザーバ５２にはイエローインクが供給される。

リザーバ形成部材２３の下半部には、各リザーバ５２から下方に延びる複数のインク供給流路５３が形成されている。各インク供給流路５３は、積層体２２の連通孔４３を介して、流路形成部材２１の圧力室２６と連通している。これにより、各リザーバ５２から、複数のインク供給流路５３、及び、複数の連通孔４３を介して、流路形成部材２１の複数の圧力室２６にインクが供給される。また、リザーバ形成部材２３の下半部には、積層体２２の４列の圧電素子列６５をそれぞれ覆う、４つの凹状の保護カバー部５４も形成されている。

（積層体の連通孔の周囲部の構造）
次に、積層体２２の、連通孔４３の周囲部の構造を詳細に説明する。図４に示すように、リザーバ形成部材２３は、積層体２２の連通孔４３の周囲領域に接着剤４５で接合される。

積層体２２の、複数の連通孔４３の周囲部分には、複数の連通孔４３をそれぞれ囲むように配置され、且つ、上方へ突出する複数の環状壁部６０が設けられている。各環状壁部６０は、保護層３８の上面に、連通孔４３を取り囲むように形成された環状の導電部分６２を有する。環状の導電部分６２が保護層３９で覆われることによって、１つの環状壁部６０が構成されている。この構成により、リザーバ形成部材２３は、連通孔４３の周囲領域において環状壁部６０に押し当てられた状態で、振動板３０（積層体２２）に接合される。従って、連通孔４３の周囲のシール性が良好なものとなり、接合部からのインクの漏れが防止される。尚、環状壁部６０の平面形状は、連通孔４２を取り囲む形状であれば特に限定されない。図３に示されている、連通孔４２と同心の円形の他、楕円形、さらには、矩形の枠状ものであってもよい。

尚、複数の環状壁部６０のうちの一部においては、その導電部分６２が、１本の駆動配線３５の、１つの圧電素子３６と１つの駆動接点部４０を繋ぐ部分の一部を構成している。具体的には、図２に示すように、ブラックの左右２列の連通孔列６６ａ、イエローの左側の連通孔列６６ｂに属する連通孔４３に対応する環状壁部６０である。つまり、これらの環状壁部６０においては、各環状壁部６０を避けるように駆動配線３５が配置されるのではなく、環状壁部６０そのものに駆動配線３５の一部が配置されている。尚、イエローの右側の連通孔列６６ｂに属する連通孔４３については、対応する環状壁部６０の導電部分６２は、周囲の駆動配線３５からは独立して設けられており、どの駆動配線３５とも導通していない。

図４に示すように、積層体２２の一部は、流路形成部材２１内の複数の圧力室２６と対面している。積層体２２の、流路形成部材２１内の圧力室２６と対面する部分のうち、特に、連通孔４３の周囲部分に位置する部分を「周囲対面部４２」という。

積層体２２の周囲対面部４２は、流路形成部材２１の上面と接していない。つまり、流路形成部材２１には支持されていないため、周囲対面部４２に、以下のような要因によって外力が作用したときに、周囲対面部４２が破損しやすい。

まず、周囲対面部４２は、積層体２２の連通孔４３の周囲に位置するため、連通孔４３内を流れるインクの圧力が作用する。また、積層体２２の連通孔４３の周囲部分に、リザーバ形成部材２３が接着剤４５で接合されたときに、その接着剤４５の収縮による力が、周囲対面部４２に作用する。

さらに、各連通孔４３は、リザーバ５２と各圧力室２６を連通させるものであって、各連通孔４３は圧電素子３６の近傍にある。また、各連通孔４３の周囲に位置する周囲対面部４２は圧力室２６と対向しているため、圧電素子３６の駆動時に、振動板３０に発生する振動が周囲対面部４２に作用する。尚、本実施形態の積層体２２は、半導体プロセスによって製造される、非常に薄い無機材料膜を積層してなるものであり、小さな外力でも割れが生じやすい。

また、上述したように、積層体２２の、連通孔４３の周囲部分には環状壁部６０が設けられている。そのため、図４に示すように、リザーバ形成部材２３を環状壁部６０に押し付けて積層体２２に接合したときに、積層体２２の周囲対面部４２のうちの、環状壁部６０よりも内側（連通孔４３側）の部分は、流路形成部材２１だけでなく、リザーバ形成部材２３からも離れた構造となる。この周囲対面部４２の内側の部分とリザーバ形成部材２３との間の空間に接着剤４５が十分に充填されればまだよいが、接着剤４５がこの空間にあまり充填されない場合もあり得る。このように、環状壁部６０が連通孔４３の周囲にあるが故に、周囲対面部４２は、より破損しやすくなる。

そこで、本実施形態では、積層体２２の、連通孔４３の周囲部分に位置する周囲対面部４２が、金属層４２ａを含んでおり、金属層４２ａによって周囲対面部４２が補強されている。具体的には、図４に示すように、振動板３０の上面に配置されている共通電極３１の一部が、連通孔４３の周囲部分において、環状壁部６０の外側領域から、環状壁部６０よりも内側の領域まで延在することで、金属層４２ａを構成している。即ち、周囲対面部４２の金属層４２ａは、振動板３０の上面に配置されて、共通電極３１と同一平面上にあり、且つ、共通電極３１と導通している。

このように、周囲対面部４２が金属層４２ａを含んでいるため、連通孔４３の周囲にあって破損が生じやすい周囲対面部４２が、金属層４２ａによって補強されることになり、周囲対面部４２が破損しにくくなる。また、金属層４２ａは、振動板３０の上面に配置されている共通電極３１と同一平面上に配置された層であり、平坦な振動板３０の上面に、共通電極３１と金属層４２ａとを一度に形成することができる。

尚、金属層４２ａは共通電極３１と導通しているため、共通電極３１と同電位（グランド電位）となっている。但し、図４に示すように、金属層４２ａは、周囲対面部４２の、連通孔４３の縁から離れた位置に配置されている。さらに、金属層４２ａは、絶縁材料からなる保護層３７によって覆われており、金属層４２ａは、連通孔４３の縁において露出していない。これにより、連通孔４３を流れるインクが金属層４２ａに接触することがない。従って、駆動電位が印加される駆動配線３５とグランド電位の金属層４２ａとの間で、導電性のインクを介して短絡が発生する、といった問題が確実に防止される。

共通電極３１の一部である金属層４２ａは、積層体２２の、圧力室２６と対面する周囲対面部４２から、流路形成部材２１と接する部分まで延びている。つまり、金属層４２ａは、積層体２２の、流路形成部材２１によって支持されていない周囲対面部４２から、流路形成部材２１によって支持される部分まで延びている。そのため、周囲対面部４２に、連通孔４３内を流れるインクによる圧力が作用しても、周囲対面部４２が、積層体２２の流路形成部材２１と支持される部分との境界部分で折れにくくなる。

一方で、金属層４２ａは、周囲対面部４２の、環状壁部６０よりも内側の部分にまで延在している。先に述べたように、周囲対面部４２の、環状壁部６０よりも内側部分は、流路形成部材２１だけでなく、リザーバ形成部材２３からも離れた部分であり、何れの部材にも支持されていないために破損が生じやすい。そこで、周囲対面部４２の、環状壁部６０よりも内側の部分に金属層４２ａが配置されることで、周囲対面部４２の破損が効果的に防止される。

また、図２〜図４に示されているように、本実施形態では、連通孔４３の縁全周が、この連通孔４３に連通する圧力室２６の縁よりも内側にある。即ち、上方から見て、連通孔４３が圧力室２６内に収まって配置されている。本実施形態の連通孔４３は、リザーバ５２から各圧力室２６へのインクを供給する流路の一部を構成する。このインクの供給流路は、各圧力室２６で発生した圧力波がリザーバ５２へ伝播して逃げてしまうことを防ぐために、流路抵抗がある程度大きいことが好ましい。そこで、本実施形態では、前記の供給流路の抵抗を大きくするために、連通孔４３は、圧力室２６内に収まるような小さい径に形成されている。

しかし、上記のように、連通孔４３が圧力室２６内に収まった配置になっていると、積層体２２の、連通孔４３の縁部を構成する部分が、連通孔４３の周方向における全周において圧力室２６の縁から内側に突き出すことになる。つまり、連通孔４３の周囲部分が、その全周にわたって、圧力室２６と対面する周囲対面部４２となるため、その周方向におけるどの部分においても破損が生じる虞がある。そこで、本実施形態では、周囲対面部４２の金属層４２ａ（共通電極３１の一部）は、連通孔４３を囲むように形成されている。これにより、周囲対面部４２が、その全周にわたって金属層４２ａで補強されている。

次に、上述したインクジェットヘッド４のヘッドユニット１２の製造方法について述べる。図５は、ヘッドユニット１２の製造工程を示す図である。

（ａ）積層体２２の形成
まず、図５（ａ）に示すように、流路形成部材２１となるシリコン基板７１の上面に、積層体２２を形成する。積層体２２の形成は、公知の半導体プロセス技術を用いて行う。簡単に説明すると、例えば、ゾルゲル法やスパッタ法等の公知の成膜法により、積層体２２の各層となる膜を順に成膜し、適宜のタイミングでエッチング等により成膜した膜の不要な部分を除去することによって、積層体２２を形成する。

この積層体２２の形成工程において、振動板３０の上面に共通電極３１を形成する際に、共通電極３１の一部を、連通孔４３の一部を構成する、振動板３０の孔の周囲にまで延在させることで、周囲対面部４２の金属層４２ａを共通電極３１と同じ工程で形成する。また、積層体２２の、複数の連通孔４３の周囲部分の上面には、複数の環状壁部６０をそれぞれ形成する。

（ｂ）リザーバ形成部材２３の接合
次に、図５（ｂ）に示すように、リザーバ５２及びインク供給流路５３が形成されたリザーバ形成部材２３を、積層体２２の上面に押し付けて、熱硬化性接着剤４５で接合する。その際、積層体２２の連通孔４３の周囲部分において、環状壁部６０に、リザーバ形成部材２３を押し当てて接合する。これにより、振動板３０の連通孔４３の周囲部分において、リザーバ形成部材２３が全周にわたって確実に接合され、シール性が良好なものとなる。

（ｃ）流路形成部材２１の流路形成
次に、図５（ｃ）に示すように、シリコン基板７１に、エッチング等により、複数の圧力室２６等の流路を形成する、これにより、シリコン基板７１が流路形成部材２１となる。

ここで、前述したように、本実施形態では、積層体２２の連通孔４３が、圧力室２６の内側に収まるように形成されている。そのため、積層体２２の、連通孔４３の周囲部分の周囲対面部４２が全周にわたって、圧力室２６の縁から内側に張り出した構成となっている。この場合に、仮に、流路形成部材２１に複数の圧力室２６を形成した後に、リザーバ形成部材２３を積層体２２の環状壁部６０に押し付けて接合すると、環状壁部６０への押圧力を流路形成部材２１（シリコン基板７１）で受けることができない。そのため、積層体２２の、圧力室２６の縁から内側に張り出した部分が破損する虞がある。この点、本実施形態では、図５（ｂ）のように積層体２２にリザーバ形成部材２３を接合した後に、図５（ｃ）のように流路形成部材２１に複数の圧力室２６を形成する。つまり、図５（ｂ）のリザーバ形成部材２３の接合の際には、流路形成部材２１（シリコン基板７１）に圧力室２６が形成されていないため、積層体２２の環状壁部６０に作用する押圧力が、流路形成部材２１によって受け止められる。従って、リザーバ形成部材２３の接合時に、積層体２２が破損しにくい。

（ｄ）ノズルプレート２０の接合
最後に、図５（ｄ）に示すように、流路形成部材２１の下面に、複数のノズル２４が形成されたノズルプレート２０を接着剤４５で接合する。

以上説明した実施形態において、インクジェットヘッド４が、本発明の液体吐出装置に相当する。流路形成部材２１とノズルプレート２０が、本発明の第１流路構造体に相当する。ノズルプレート２０に形成された複数のノズル２４、及び、流路形成部材２１に形成された複数の圧力室２６が、本発明の第１液体流路に相当する。リザーバ形成部材２３が、本発明の第２流路構造体に相当する。リザーバ形成部材２３のリザーバ５２とインク供給流路５３が、本発明の第２液体流路に相当する。複数の個別電極３３が、本発明の複数の第２電極に相当する。共通電極３１の、複数の個別電極３３とそれぞれ対向する部分（活性部３２ａに接する部分）が、本発明の複数の第１電極に相当する。

次に、前記実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。但し、前記実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。

１］前記実施形態では、積層体２２の連通孔４３の周囲部分に、連通孔４３を囲むように、導電部分６２を有する環状壁部６０が設けられているが、この構成は必須ではない。例えば、環状壁部６０が導電部分６２を有さないものであってもよい。さらには、図６に示すように、積層体２２の連通孔４３の周囲部分に、環状壁部６０が設けられていなくてもよい。

２］前記実施形態では、積層体２２の周囲対面部４２の金属層４２ａが共通電極３１と導通しているが、金属層４２ａが、共通電極３１とは分離された、独立したパターンであってもよい。

３］前記実施形態では、周囲対面部４２の金属層４２ａが、圧電素子３６の２つの電極３１，３３のうちの、振動板３０側の共通電極３１と同じ平面上にあって、共通電極３１と同じ工程で形成された層であるが、金属層４２ａが、振動板３０とは反対側に配置されている個別電極３３と同じ工程で形成された層であってもよい。

例えば、図７では、周囲対面部４２の金属層４２ａは、共通電極３１とは分離されている。この金属層４２ａは、圧電層３２を形成した後の、個別電極３３の形成工程において、この個別電極３３と同時に形成されている。また、周囲対面部４２が、個別電極３３と同じ工程で形成される金属層４２ａと、共通電極３１と同じ工程で形成される金属層４２ａの、２種類の金属層４２ａを有するものであってもよい。

４］周囲対面部４２の金属層４２ａを、共通電極３１と同じ工程で形成されたものとするか、あるいは、個別電極３３と同じ工程で形成されたものとするかは、共通電極３１と個別電極３３の材料的な特性によって決定してもよい。

例えば、金属層４２ａが、共通電極３１と個別電極３３のうちの、厚みの大きい方の電極と同じ工程で形成されてもよい。この場合、共通電極３１と個別電極３３のうちの、厚みの大きい電極と同時に金属層４２ａを形成することで、金属層４２ａの厚みが大きくなるため、積層体２２の周囲対面部４２の強度をより高くすることができる。

あるいは、金属層４２ａが、共通電極３１と個別電極３３のうちの、降伏応力の大きい材料で形成されている電極と同じ工程で形成されてもよい。材料の降伏応力が高いということは、弾性変形の範囲が広く、大きな外力が作用しても折れにくいということである。従って、共通電極３１と個別電極３３のうちの、降伏応力の高い電極と同時に金属層４２ａを形成することで、金属層４２ａの降伏応力も高くなるため、積層体２２の周囲対面部４２に外力が作用しても破損しにくくなる。

尚、周囲対面部４２の金属層４２ａが、共通電極３１又は個別電極３３と同じ工程で形成される場合に、必ずしも、金属層４２ａが、同じ工程で形成される共通電極又は個別電極３３と、同じ平面上に配置されている必要はない。

５］前記実施形態では、連通孔４３が、圧力室２６の縁よりも内側にあって、圧力室２６の内側に収まった配置となっていたが、図８に示すように、連通孔４３の一部が圧力室２６の縁よりも外側にはみ出していてもよい。尚、図８の構成では、積層体２２の、連通孔４３の周囲部分のうちの、左側部分は、圧力室２６と対面する周囲対面部４２となるが、右側部分は圧力室２６とは対面せず、流路形成部材２１と接している。従って、図８（ｂ）に示すように、周囲対面部４２の金属層４２ａは、積層体２２の、連通孔４３の周囲部分のうちの、少なくとも左側部分にあればよく、連通孔４３を囲むように形成される必要はない。

６］本発明は、各圧力室２６に個別にインクを供給する連通孔に対しての適用に限られるものではない。前記実施形態のヘッドユニットは、積層体２２に複数の圧力室２６にそれぞれ対応する複数の連通孔４３が形成され、リザーバ形成部材２３のリザーバ５２から、複数の連通孔４３を介して、複数の圧力室２６にそれぞれインクを供給する構成である。これに対して、前述の特許文献１のように、積層体２２に１つか２つ程度の連通孔が形成され、リザーバ５２内のインクが連通孔を介して流路形成部材２１に供給された後、流路形成部材２１内で複数の圧力室２６に分配供給される構成であってもよい。つまり、１つの連通孔には、複数の圧力室２６に供給するインクが流れる。このような構成でも、積層体２２の、連通孔の周囲部分に位置する周囲対面部に、連通孔内のインクの流れ等の要因によって破損が生じる虞があることから、周囲対面部の破損を防止するために本発明を適用することは有益である。

７］前記実施形態では、流路形成部材２１はシリコン基板７１で形成され、シリコン基板７１に公知の半導体プロセス技術によって積層体２２を形成しているが、流路形成部材２１が、シリコン以外の材料、例えば、金属材料などで形成されていてもよい。流路形成部材２１が、シリコン以外の材質で形成されている場合は、別の工程で作製した積層体２２を、流路形成部材２１の上面に接着剤で接合すればよい。

８］前記実施形態では、圧電層３２に対して振動板３０側に位置する電極が、グランド電位が印加される共通電極３１であり、圧電層３２に対して振動板３０と反対側に位置する電極が、駆動信号が供給される個別電極３３となっているが、共通電極３１と個別電極３３の配置が逆であってもよい。

以上説明した実施形態及びその変更形態は、本発明を、記録用紙にインクを吐出して画像等を印刷するインクジェットヘッドに適用したものであるが、画像等の印刷以外の様々な用途で使用される液体吐出装置においても本発明は適用されうる。例えば、基板に導電性の液体を吐出して、基板表面に導電パターンを形成する液体吐出装置にも、本発明を適用することは可能である。

１ インクジェットプリンタ
４ インクジェットヘッド
２０ ノズルプレート
２１ 流路形成部材
２２ 積層体
２３ リザーバ形成部材
２４ ノズル
２６ 圧力室
３０ 振動板
３１ 共通電極
３２ 圧電層
３３ 個別電極
３６ 圧電素子
３７ 保護層
４２ 周囲対面部
４２ａ 金属層
４３ 連通孔
５２ リザーバ
５３ インク供給流路
６０ 環状壁部

Claims (10)

1. 複数のノズル、及び、前記複数のノズルにそれぞれ連通した複数の圧力室を含む、第１液体流路が形成された第１流路構造体と、
   前記複数の圧力室を覆う振動板と、前記振動板に対して前記圧力室と反対側において前記複数の圧力室とそれぞれ対向して配置された複数の圧電素子と、を含む、複数層の積層体と、
   前記第１液体流路と連通する第２液体流路が形成され、且つ、前記積層体に対して前記第１流路構造体とは反対側に配置された第２流路構造体と、を備え、
   前記積層体には、前記第２流路構造体の前記第２液体流路と、前記第１流路構造体の前記第１液体流路とを連通させるための連通孔が形成され、
   前記第２流路構造体は、前記積層体に、前記連通孔の周囲部分において接合され、
   前記積層体の前記第１液体流路に対面する対面部分のうち、前記連通孔の前記周囲部分に位置する周囲対面部が、金属層を含んでおり、
   前記積層体の前記周囲部分には、前記連通孔を囲むように配置され、且つ、前記第２流路構造体側に突出する環状壁部が設けられ、
   前記金属層は、前記周囲対面部の、少なくとも、前記環状壁部よりも前記連通孔側の部分に配置されていることを特徴とする液体吐出装置。
2. 前記金属層は、前記積層体の、前記周囲対面部から前記第１流路構造体と接する部分まで延びていることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
3. 前記圧電素子は、圧電層と、前記圧電層に対して前記振動板側に配置された第１電極と、前記圧電層に対して前記振動板と反対側に配置された第２電極を有し、
   前記金属層は、前記第１電極、又は、前記第２電極と同じ工程で形成されている層であることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体吐出装置。
4. 前記金属層は、前記第１電極と前記第２電極のうちの、厚みの大きい方の電極と同じ工程で形成されている層であることを特徴とする請求項３に記載の液体吐出装置。
5. 前記金属層は、前記第１電極と前記第２電極のうちの、降伏応力の大きい材料で形成されている電極と同じ工程で形成されている層であることを特徴とする請求項３に記載の液体吐出装置。
6. 前記金属層は、前記第１電極と同じ工程で形成されている層であることを特徴とする請求項３に記載の液体吐出装置。
7. 前記金属層は、前記第１電極又は前記第２電極と導通しており、
   前記金属層は、前記積層体の前記対面部分のうちの、前記連通孔の縁から離れた位置に配置され、
   前記金属層は、前記積層体の前記複数の層に含まれる絶縁層によって覆われて、前記連通孔の縁において露出していないことを特徴とする請求項３〜６の何れかに記載の液体吐出装置。
8. 前記積層体には、前記第２流路構造体の前記第２液体流路と、前記第１流路構造体の前記複数の圧力室とをそれぞれ連通させる複数の前記連通孔が形成され、
   前記積層体の、各連通孔の前記周囲対面部が、前記圧力室に面していることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の液体吐出装置。
9. 前記連通孔の縁全周が、この連通孔に連通する前記圧力室の縁よりも内側にあり、
   前記積層体の前記連通孔の前記周囲部分が、その全周にわたって、前記連通孔に連なる前記圧力室に面する前記周囲対面部となっており、
   前記周囲対面部の前記金属層は、前記連通孔を囲むように形成されていることを特徴とする請求項８に記載の液体吐出装置。
10. ノズル、及び、前記ノズルに連通した圧力室を含む、第１液体流路が形成された第１流路構造体と、
    前記圧力室を覆う膜と、前記膜に対して前記圧力室と反対側において前記圧力室と対向して配置された圧電素子と、を含む、複数層の積層体と、
    前記第１液体流路と連通する第２液体流路が形成され、且つ、前記積層体に対して前記第１流路構造体とは反対側に配置された第２流路構造体と、を備え、
    前記積層体には、前記第２流路構造体の前記第２液体流路と、前記第１流路構造体の前記第１液体流路とを連通させるための連通孔が形成され、
    前記積層体には、前記連通孔を囲むように配置され、且つ、前記第２流路構造体側に突出する環状壁部が設けられ、
    前記積層体の前記第１液体流路に対面する部分が金属層を含んでおり、
    前記金属層の一部は、前記環状壁部と前記連通孔の縁との間に配置されていることを特徴とする液体吐出装置。
    

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