JP6604117B2

JP6604117B2 - 液体吐出装置

Info

Publication number: JP6604117B2
Application number: JP2015189283A
Authority: JP
Inventors: 祥平小出; 啓太平井
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2015-09-28
Filing date: 2015-09-28
Publication date: 2019-11-13
Anticipated expiration: 2035-09-28
Also published as: US20170087842A1; CN106553451B; JP2017064922A; EP3147122B1; EP3147122A1; US9809023B2; CN106553451A

Description

本発明は、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、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、複数の圧力室が形成された流路形成基板、圧力室を覆うように流路形成基板に設けられた圧電アクチュエータ、圧電アクチュエータの上面に接合されたリザーバ形成基板を備える。

流路形成基板には、複数の圧力室の配列方向に延びるマニホールド（連通部）が形成されている。マニホールドは流路形成基板の上面に開口している。圧電アクチュエータは、振動板と、この振動板の上に積層された下電極膜、圧電膜、上電極膜とを含む、複数の膜の積層体である。下電極膜、圧電膜、及び、上電極膜によって、各圧力室内のインクに圧力を付与する１つの圧電素子が構成されている。尚、下電極膜が圧電素子の共通電極であり、上電極膜が個別電極である。

また、圧電アクチュエータには、上記マニホールドの開口に対応する貫通孔が形成されている。貫通孔の周縁部には、貫通孔を取り囲むように金属層が形成されている。尚、この金属層は、圧電素子を構成する電極からは独立し、電極とは導通していない。圧電アクチュエータの貫通孔の周囲領域には、上述の環状の金属層を介して、リザーバ形成基板が接合されている。リザーバ形成基板内の流路は、圧電アクチュエータの貫通孔を介して、流路形成基板のマニホールドと連通している。

特開２００９−２５５５３６号公報

ところで、上記特許文献１に開示されたような液体吐出装置において、リザーバ形成基板から供給される液体が帯電していると、圧電素子の共通電極と液体との間に電位差が生じる。この電位差により、圧電膜の結晶粒界に存在する微小な欠陥においてショートが発生し、アクチュエータが破壊される虞がある。また、帯電によって液体の電位が不安定になると、ノズルから吐出される液滴の直進性が損なわれる虞もある。これらの問題の解決には、液体の電位を一定電位、好ましくは、共通電極と同じ電位に維持することが重要となる。しかし、液体の電位を一定電位に維持するための専用の構成をヘッドに設けるとなると、ヘッドのサイズが大きくなってしまう。

本発明の目的は、装置の大型化を抑えつつ、液体の電位を一定電位に維持することが可能な、液体吐出装置を提供することである。

本発明の液体吐出装置は、第１の観点では、第１方向に沿って配列された複数の圧力室が形成された流路部材と、圧電膜、前記圧電膜の一方の面側に配置された共通電極、前記圧電膜の他方の面側に配置された個別電極を含む複数の膜を有し、前記流路部材に重ねて設けられ、且つ、前記圧力室に連通する貫通孔が形成された、圧電アクチュエータと、前記圧電アクチュエータの前記流路部材と反対側の面において、前記複数の膜に含まれる一部の膜を挟んで前記共通電極とは異なる層に配置され、且つ、前記貫通孔を取り囲む環状導体と、前記圧電アクチュエータの前記流路部材と反対側の面において、前記複数の圧力室に対して、前記第１方向と直交する第２方向の一方側に配置された第１導電部と、同じく前記圧電アクチュエータの前記流路部材と反対側の面において、前記第１導電部から前記第２方向の他方側へ延びて前記環状導体と導通する第２導電部とを含む、共通配線と、前記貫通孔に連通する供給流路が形成され、前記圧電アクチュエータの前記流路部材と反対側の面に、前記環状導体を介して接合された液体供給部材と、を備え、前記環状導体は、所定の定電位が付与されるように構成された接点と接続されており、且つ、前記貫通孔内の流路に露出しており、前記第２導電部又は前記環状導体が、前記圧電アクチュエータの前記一部の膜に形成されたコンタクトホールを介して、前記共通電極と接続されていることを特徴とするものである。
また、本発明の液体吐出装置は、第２の観点では、第１方向に沿って配列された複数の圧力室が形成された流路部材と、前記流路部材に重ねて設けられた、圧電膜、前記圧電膜の一方の面側に配置された共通電極、前記圧電膜の他方の面側に配置された個別電極を含む、複数の膜を有し、且つ、前記圧力室に連通する貫通孔が形成された、圧電アクチュエータと、前記圧電アクチュエータの前記流路部材と反対側の面において、前記複数の膜に含まれる一部の膜を挟んで前記共通電極とは異なる層に配置され、且つ、前記貫通孔を取り囲むように設けられた環状導体と、前記圧電アクチュエータの前記流路部材と反対側の面において、前記複数の圧力室に対して、前記第１方向と直交する第２方向の一方側に配置された第１導電部と、同じく前記圧電アクチュエータの前記流路部材と反対側の面において、前記第１導電部から前記第２方向の他方側へ延びて前記環状導体と導通する第２導電部とを含む、共通配線と、前記圧電アクチュエータの前記一部の膜に形成され、前記環状導体と前記共通電極とを導通させるコンタクトホールと、前記貫通孔に連通する供給流路が形成され、前記圧電アクチュエータの前記流路部材と反対側の面に、前記複数の環状導体を介して接合された液体供給部材と、を備えており、前記第２導電部は、前記コンタクトホールを介して、前記共通電極と接続されていることを特徴とするものである。
また、本発明の液体吐出装置は、第３の観点では、第１方向に沿って配列された複数の圧力室が形成された流路部材と、前記流路部材に重ねて設けられた、圧電膜、前記圧電膜の一方の面側に配置された共通電極、前記圧電膜の他方の面側に配置された個別電極を含む、複数の膜を有し、且つ、前記圧力室に連通する貫通孔が形成された、圧電アクチュエータと、前記圧電アクチュエータの前記流路部材と反対側の面において、前記複数の膜に含まれる一部の膜を挟んで前記共通電極とは異なる層に配置され、且つ、前記貫通孔を取り囲むように設けられた環状導体と、前記圧電アクチュエータの前記流路部材と反対側の面において、前記複数の圧力室に対して、前記第１方向と直交する第２方向の一方側に配置された第１導電部と、同じく前記圧電アクチュエータの前記流路部材と反対側の面において、前記第１導電部から前記第２方向の他方側へ延びて前記環状導体と導通する第２導電部とを含む、共通配線と、前記圧電アクチュエータの前記一部の膜に形成され、前記環状導体と前記共通電極とを導通させるコンタクトホールと、前記貫通孔に連通する供給流路が形成され、前記圧電アクチュエータの前記流路部材と反対側の面に、前記複数の環状導体を介して接合された液体供給部材と、を備え、前記環状導体が、前記コンタクトホールによって、前記共通電極と直接接続されていることを特徴とするものである。

本発明では、圧電アクチュエータの流路部材と反対側の面に、貫通孔を囲む環状導体が設けられている。液体供給部材は、環状導体を介して圧電アクチュエータに接合されるため、貫通孔周囲におけるシール性が向上する。また、本発明では、環状導体は、所定の定電位に保持された上で、貫通孔内の流路に露出している。従って、液体供給部材から貫通孔を通過して圧力室に供給される液体が、貫通孔内の流路において環状導体と接触するため、液体の電位を一定電位に維持することができる。即ち、本発明では、定電位に維持された環状導体が貫通孔内の流路に露出しただけの構成で、液体電位を前記定電位に維持することができる。従って、液体の電位を、定電位にするための専用の構成が不要であり、装置のサイズアップが抑えられる。

第１実施形態のインクジェットプリンタの概略構成を示す平面図である。ヘッドユニットの平面図である。図２の一部拡大平面図である。図３のIV-IV線断面図である。図４の一部拡大断面図である。第１実施形態の変更形態の図５相当の断面図である。別の変更形態の図５相当の断面図である。別の変更形態のヘッドユニットの一部拡大平面図である。第２実施形態のヘッドユニットの一部拡大平面図である。図９のヘッドユニットの断面図である。第２実施形態の変更形態のヘッドユニットの、一部拡大平面図である。

次に、本発明の第１実施形態について説明する。図１は、第１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に沿って左右方向（以下、走査方向ともいう）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、走査方向に並ぶ４つのヘッドユニット１６を備えている。４つのヘッドユニット１６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それぞれ接続されている。各ヘッドユニット１６は、その下面（図１の紙面向こう側の面）に形成された複数のノズル２４（図２〜図４参照）を有する。各ヘッドユニット１６のノズル２４は、インクカートリッジ１７から供給されたインクを、プラテン２に載置された記録用紙１００に向けて吐出する。

搬送機構５は、前後方向にプラテン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を前方（以下、搬送方向ともいう）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詳細）
次に、インクジェットヘッド４のヘッドユニット１６の構成について詳細に説明する。尚、４つのヘッドユニット１６はそれぞれ同じ構成を有するものであるため、以下では、４つのヘッドユニット１６のうちの１つについて説明する。

図２は、ヘッドユニット１６の平面図である。図３は、図２の一部拡大平面図、図４は、図３のIV-IV線断面図、図５は図４の一部拡大断面図である。図２〜図５に示すように、ヘッドユニット１６は、ノズルプレート２０と、流路基板２１と、複数の圧電素子３１を含む圧電アクチュエータ２２と、リザーバ形成部材２３等を備えている。尚、図面の簡素化のため、図２、図３では、流路基板２１の端部に接合されるＣＯＦ５０が、二点鎖線で概略的に示されている。また、図３では、リザーバ形成部材２３が、二点鎖線で概略的に示されている。

（ノズルプレート）
ノズルプレート２０は、例えば、シリコン等で形成されたプレートである。このノズルプレート２０には、複数のノズル２４が形成されている。図２に示すように、複数のノズル２４は、搬送方向に沿って配列され、走査方向に並ぶ２つのノズル列２７（２７ａ，２７ｂ）を構成している。また、１つのノズル列２７におけるノズル２４の配列ピッチをＰとしたときに、２つのノズル列２７ａ，２７ｂの間で、ノズル２４の位置が搬送方向にＰ／２だけずれている。

（流路基板）
流路基板２１は、シリコン単結晶の基板である。流路基板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、上述した複数のノズル２４の配列に応じて配列され、走査方向に並ぶ２つの圧力室列２８（２８ａ，２８ｂ）を構成している。この流路基板２１の下面はノズルプレート２０で覆われており、上下方向から見て、各圧力室２６の走査方向における外側の端部がノズル２４と重なっている。即ち、図２に示すように、右側の圧力室列２８ａにおいては、各圧力室２６の右端部とノズル２４とが重なり、左側の圧力室列２８ｂにおいては、各圧力室２６の左端部とノズル２４とが重なっている。

（圧電アクチュエータ）
圧電アクチュエータ２２は、流路基板２１に重ねて設けられた、絶縁膜３０や圧電膜３７等を含む、複数の膜の積層体である。圧電アクチュエータ２２は、流路基板２１の上面に、複数の圧力室２６を覆うように配置されている。また、圧電アクチュエータ２２の、各圧力室２６の内側の端部には、上記複数の膜を貫通し、圧力室２６に連通する貫通孔２９が形成されている。詳細には、右側の圧力室列２８においては、圧力室２６の左端部と貫通孔２９が重なり、左側の圧力室列２８においては、圧力室２６の右端部と貫通孔２９が重なっている。後述のリザーバ形成部材２３内のリザーバ６０から、インクが、貫通孔２９を通じて各圧力室２６へと供給される。

絶縁膜３０は、例えば、シリコン基板の表面が酸化されることにより形成された、二酸化シリコンの膜である。絶縁膜３０の厚みは、例えば、１．０〜１．５μｍである。絶縁膜３０の上面の、複数の圧力室２６と重なる位置には、複数の圧電素子３１がそれぞれ配置されている。圧電素子３１は、圧力室２６内のインクに、それぞれノズル２４から吐出するための吐出エネルギーを付与する。

圧電素子３１の構成について説明する。絶縁膜３０の上には、共通電極３２、２つの圧電体３３、複数の個別電極３４が、この順で積層されている。

共通電極３２は、絶縁膜３０の上面に形成されている。図４、図５に示されるように、共通電極３２は、絶縁膜３０の上面のほぼ全域に形成されている。共通電極３２は、例えば、白金（Ｐｔ）で形成されている。また、共通電極３２の厚みは、例えば、０．１μｍである。

共通電極３２の上には、２つの圧力室列２８にそれぞれ対応して、２つの圧電体３３が配置されている。各圧電体３３は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電材料で成膜された圧電膜３７がパターニングされることによって形成されている。尚、圧電膜３７は、ＰＺＴの他、鉛が含有されていない非鉛系の圧電材料で形成されていてもよい。圧電体３３の厚みは、例えば、１．０〜２．０μｍである。また、圧電体３３は、搬送方向に長い平面形状を有し、対応する圧力室列２８を構成する複数の圧力室２６を、搬送方向において跨ぐように配置されている。

圧電体３３の上面の、複数の圧力室２６とそれぞれ対向する位置には、複数の個別電極３４が形成されている。各個別電極３４は、圧力室２６よりも小さい、矩形の平面形状を有し、対応する圧力室２６の中央部と重なるように配置されている。個別電極３４は、例えば、イリジウム（Ｉｒ）やプラチナ（Ｐｔ）で形成されている。また、個別電極３４の厚みは、例えば、０．１μｍである。

以上の構成において、１つの圧力室２６に対して、個別電極３４、共通電極３２のうちの前記圧力室２６と対向する部分、及び、圧電体３３のうちの個別電極３４と共通電極３２に挟まれた部分によって、１つの圧電素子３１が構成されている。尚、圧電体３３の、その下面側の共通電極３２と上面側の１つの個別電極３４とに挟まれた部分を、以下、活性部３６と称する。各圧電素子３１において、個別電極３４と共通電極３２の間に電位差が生じて、活性部３６に厚み方向の電界が作用すると、この活性部３６が面方向に変形する。この活性部３６の変形に伴い、圧電素子３１は全体的に撓むように変形し、圧力室２６と対向する部分が、絶縁膜３０の面方向と直交する上下方向に変位する。

図４、図５に示すように、圧電アクチュエータ２２は、上述した絶縁膜３０、及び、複数の圧電素子３１に加えて、圧電体保護膜４０と層間絶縁膜４１を有する。

図４、図５に示すように、圧電体保護膜４０は、２つの圧電体３３を覆うように配置されている。圧電体保護膜４０は、空気中の水分が圧電体３３へ浸入するのを防止するなど、圧電体３３（圧電膜３７）を保護するための膜である。圧電体保護膜４０は、例えば、酸化アルミニウム（アルミナ：Ａｌ２Ｏ３）、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）、酸化タンタル（ＴａＯｘ）等の酸化物、あるいは、窒化シリコン（ＳｉＮ）等の窒化物など、透水性の低い材料で形成される。

圧電体保護膜４０の上には、層間絶縁膜４１が形成されている。層間絶縁膜４１の材質は特に限定されないが、例えば、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）で形成される。また、層間絶縁膜４１の厚みは、例えば、０．３〜０．５μｍである。この層間絶縁膜４１は、個別電極３４に接続される次述の個別配線４２と、共通電極３２との間の、絶縁性を高めるために設けられている。

尚、図３〜図５に示すように、圧電体３３の上面の個別電極３４の中央部において、圧電体保護膜４０と層間絶縁膜４１が、部分的に除去されている。また、後で述べる、個別配線４２と共通配線４４を覆う配線保護膜４３も、同様に、個別電極３４の中央部において除去されている。つまり、個別電極３４の中央部は、圧電体保護膜４０、層間絶縁膜４１、及び、配線保護膜４３から露出している。これにより、圧電体３３の上に膜４０、４１，４３が設けられることによる、圧電体３３の変形阻害が抑制されている。

（個別配線と共通配線）
圧電アクチュエータ２２の上面、即ち、層間絶縁膜４１の上面には、複数の個別配線４２と共通配線４４が配置されている。個別配線４２と共通配線４４は、アルミニウム（Ａｌ）や金（Ａｕ）などの電気抵抗率の低い材料で形成されている。また、個別配線４２と共通配線４４の厚みは、例えば、１．０μｍである。

個別配線４２の端部は、圧電体３３の上面の端部と重なっている。この個別電極４２の端部は、圧電体保護膜４０及び層間絶縁膜４１を貫通するコンタクトホール内の導通部４８によって、個別電極３４と導通している。各個別配線４２は、対応する個別電極３４から右方へ引き出され、リザーバ形成部材２３から露出した流路基板２１の右端部まで延びている。流路基板２１の右端部の上面には、個別配線４２よりも幅の大きい複数の駆動接点４６が搬送方向に並べて配置されている。複数の個別配線４２は、複数の駆動接点４６とそれぞれ接続されている。また、複数の駆動接点４６には、後述するＣＯＦ５０が接続される。

共通配線４４は、第１導電部４４ａと、複数の第２導電部４４ｂと、２つの第３導電部４４ｃと、複数の環状導体４５を有する。

第１導電部４４ａは、複数の圧力室２６の左側、即ち、個別配線４２の引出側と反対側に配置されている。第１導電部４４ａは、複数の圧力室２６の配列方向である搬送方向に延びている。第１導電部４４ａと共通電極３２との間にある、層間絶縁膜４１と圧電体保護膜４０には、複数のコンタクトホール５３が形成されている。第１導電部４４ａは、複数のコンタクトホール５３内にそれぞれ配置された、導電性材料からなる接続部５４を介して、共通電極３２と接続されている。

各第２導電部４４ｂは、第１導電部４４ａから、左側の圧力室列２８ｂを構成する２つの圧力室２６の間を通過して、２つの圧力室列２８ａ，２８ｂの間の領域まで右方へ延びている。２つの圧力室列２８ａ，２８ｂの間の領域において、圧電体保護膜４０と層間絶縁膜４１には、複数の第２導電部４４ｂにそれぞれ対応する複数のコンタクトホール５５が形成されている。各第２導電部４４ｂは、コンタクトホール５５内に配置された、導電性材料からなる接続部５６を介して、共通電極３２と接続されている。

図２、図３に示すように、２つの第３導電部４４ｃは、第１導電部４４ａの前端部と後端部から、リザーバ形成部材２３から露出した流路基板２１の右端部までそれぞれ延びている。流路基板２１の右端部の上面には、２つのグランド接点４７が配置されている。２つのグランド接点４７は、複数の駆動接点４６に対して前側と後側にそれぞれ配置されている。２つの第３導電部４４ｃは、２つのグランド接点４７とそれぞれ接続されている。尚、２つのグランド接点４７は、後述するＣＯＦ５０に接続されることにより、グランド電位が付与される接点である。

以上より、共通電極３２は、共通配線４４の第１導電部４４ａ、第２導電部４４ｂ、第３導電部４４ｃを介して、グランド接点４７に接続されている。これにより、共通電極３２の電位がグランド電位に保持される。また、共通電極３２とグランド接点４７は、第１導電部４４ａから接続部５４を経由する経路と、第１導電部４４ａから第２導電部４４ｂ、及び、接続部５６を経由する経路の、２つの経路によって導通しているとも言える。この構成では、各圧電素子３１を駆動したときに共通電極３２からグランド接点４７へ、上記２つの経路を経由してそれぞれ電流が流れることになる。そのため、グランド接点４７から離れた位置にある圧電素子３１までの電気抵抗が小さくなり、異なる位置にある複数の圧電素子３１の間での共通電極３２の電位ばらつきが小さく抑えられるという効果が得られる。

図３〜図５に示すように、環状導体４５は、圧電アクチュエータ２２の上面である層間絶縁膜４１の表面に、貫通孔２９を取り囲むように設けられている。環状導体４５の厚み、即ち、環状導体４５の上端面の、圧電アクチュエータ２２の上面からの高さは、例えば、１．０μｍである。圧電アクチュエータの上面の貫通孔２９の周囲領域には、後述するリザーバ形成部材２３が、環状導体４５を介して接合される。

また、環状導体４５は、第１導電部４４ａから２つの圧力室列２８の間の領域まで延びる、第２導電部４４ｂの先端部と導通している。具体的には、図３に示すように、１本の第２導電部４４ｂの先端部に、左右２つの圧力室２６に対応する２つの環状導体４５が導通している。環状導体４５は、圧電体保護膜４０及び層間絶縁膜４１を挟んで環状導体４５よりも下の層に位置する共通電極３２と、第２導電部４４ｂ及び接続部５６を介して導通している。また、環状導体４５の電位は、共通電極３２と同様に、グランド電位に維持される。

図４、図５に示すように、各環状導体４５は、貫通孔２９内の流路に露出している。そのため、後述するリザーバ形成部材２３から貫通孔２９を通過して圧力室２６に供給されるインクが、貫通孔２９内の流路において、この流路に露出している環状導体４５と接触する。これにより、接触したインクの電位がグランド電位となり、インクの帯電が防止される。

尚、本実施形態では、層間絶縁膜４１の上に、上記の個別配線４２と共通配線４４を覆う配線保護膜４３が形成されている。これにより、複数の個別配線４２の間、及び、個別配線４２と共通配線４４との間の絶縁性が高められている。配線保護膜４３は、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）等で形成されている。配線保護膜４３の厚みは、例えば、０．１〜１μｍである。図３、図４に示すように、配線保護膜４３は、流路基板２１の右端部には設けられておらず、駆動接点４６とグランド接点４７は配線保護膜４３に覆われていない。尚、個別配線４２や共通配線４４が金で形成されている場合など、配線材質や配線ピッチ等の条件によっては、配線保護膜４３を省略することも可能である。

（ＣＯＦ）
図２、図３に示すように、駆動接点４６とグランド接点４７が配置された、流路基板２１の右端部の上面には、ＣＯＦ５０の一端部が接合されている。このＣＯＦ５０の途中部には、ドライバＩＣ５１が実装されている。また、各ＣＯＦ５０の他端部は、プリンタ１の制御装置６（図１参照）に接続されている。ＣＯＦ５０には、複数の駆動配線５２（図４参照）と、グランド配線（図示略）とが形成されている。各駆動配線５２は、ドライバＩＣ５１の出力端子と接続している。ＣＯＦ５０が流路基板２１の右端部に接合されたときに、駆動配線５２は、対応する駆動接点４６と電気的に接続される。また、同時に、ＣＯＦ５０のグランド配線が、グランド接点４７と電気的に接続される。

ドライバＩＣ５１は、制御装置６からの制御信号に基づいて駆動信号を生成し、各圧電素子３１に出力する。駆動信号は、駆動配線５２を介して駆動接点４６に入力され、さらに、個別配線４２を介して対応する個別電極３４に供給される。このとき、個別電極３４の電位が、所定の駆動電位とグランド電位との間で変化する。一方、共通配線４４を介してグランド接点４７と接続されている共通電極３２の電位は、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、各圧電素子３１の動作について説明する。駆動信号が入力されていない状態では、個別電極３４の電位はグランド電位となっており、共通電極３２と同電位である。この状態から、個別電極３４に駆動信号が入力されると、共通電極３２との電位差により、圧電体３３の活性部３６に厚み方向の電界が作用する。このとき、絶縁膜３０の上にある活性部３６が変形して、１つの圧電素子３１全体が圧力室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内に圧力波が発生し、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の材質は、特に限定されるものではないが、流路基板２１と同じくシリコン基板であってもよいし、樹脂など別の材料で形成されたものであってもよい。また、リザーバ形成部材２３は、材質の異なる複数のプレートが積層されて形成されてもよい。

リザーバ形成部材２３の上部には、インクを貯留するリザーバ６０が形成されている。リザーバ６０には、ホルダ７のインクカートリッジ１７（図１参照）からインクが供給される。リザーバ形成部材２３の下部には、２つの圧電体３３にそれぞれ対応した２つの凹部６３が形成されている。リザーバ形成部材２３が、流路基板２１の上面に接合されたときに、２つの凹部６３内に、２つの圧電体３３がそれぞれ収容される。また、リザーバ形成部材２３の、２つの凹部６３を区画する壁部６５には、複数の供給流路６４が形成されている。

リザーバ形成部材２３は、圧電アクチュエータ２２に、熱硬化性接着剤６６で接合される。このとき、リザーバ形成部材２３の壁部６５は、圧電アクチュエータ２２の２つの圧電体３３の間の領域に接合されるとともに、複数の供給流路６４が複数の貫通孔２９にそれぞれ連通する。また、壁部６５は、貫通孔２９の周囲領域において、環状導体４５を介して接合される。そのため、貫通孔２９の周囲領域におけるシール性が向上する。

ここで、上述したように、環状導体４５は、接続部５４，５６を介して共通電極３２と接続され、共通電極３２と同じくグランド電位に保持されている。また、環状導体４５は、貫通孔２９内の流路に露出している。そのため、リザーバ形成部材２３から貫通孔２９を通過して圧力室２６に供給されるインクが、貫通孔２９内の流路において環状導体４５と接触し、接触したインクの電位がグランド電位となる。本実施形態では、グランド電位に維持された環状導体４５が、貫通孔２９内の流路に露出しただけの構成で、インクの電位をグランド電位にしてインクの帯電を防止できる。つまり、インク電位をグランドにするための専用の構成が不要であり、ヘッドユニット１６のサイズアップが抑えられる。

より詳細には、共通電極３２は、圧電アクチュエータ２２の上面の共通配線４４と、接続部５６を介して接続されている。その上で、共通配線４４の、貫通孔２９の近傍まで延びている第２導電部４４ｂに、環状導体４５が接続されることにより、環状導体４５がグランド電位に維持されている。即ち、共通電極３２をグランド接点４７に接続するための構成を利用して、環状導体４５がグランド電位に保持されていることから、そのための特別な構成を必要としない。

尚、共通電極３２の一部を貫通孔２９内の流路に露出させて、インクを接触させる構成も可能ではある。しかし、本実施形態のように、共通電極３２が非常に薄い（例えば、０．１μｍ）である場合には、共通電極３２を貫通孔２９内で露出させても、その露出面積は小さいため、インクがほとんど接触しない。この点、本実施形態の環状導体４５は共通電極３２よりも厚いため（例えば、１．０μｍ）、インクとの接触面積が大きくなる。従って、共通電極３２を露出させる場合と比べて、インクをグランド電位に維持しやすくなる。

また、図２に示すように、本実施形態では、共通配線４４の第２導電部４４ｂは、環状導体４５から第１導電部４４ａへ向けて左方に延びている。一方、個別配線４２は、個別電極３４から右方へ延びている。つまり、共通配線４４の第２導電部４４ｂと個別配線４２とが異なる方向に延びているため、圧電アクチュエータ２２の上面において、両者を配置しやすくなる。

図３に示すように、貫通孔２９は、対応する圧力室２６の内側端部と重なるように配置されている。即ち、右側の圧力室列２８ａでは、貫通孔２９は圧力室２６の左端部と重なり、左側の圧力室列２８ｂでは、貫通孔２９は圧力室２６の右端部と重なっている。そのため、第１導電部４４ａと反対側の、右側の圧力室列２８ａの環状導体４５に接続された第２導電部４４ｂは、左側の圧力室列２８ｂの圧力室２６の間だけを通過すればよく、右側の圧力室列２８ａを通過させずにすむ。そのため、個別電極３４から右側に引き出される個別配線４２を、右側の圧力室列２８ａの圧力室２６の間に配置しやすくなる。

以上説明した実施形態において、ヘッドユニット１６が、本発明の「液体吐出装置」に相当する。流路基板２１が、本発明の「流路部材」に相当する。リザーバ形成部材２３が、本発明の「液体供給部材」に相当する。搬送方向が、本発明の「第１方向」に相当し、走査方向が、本発明の「第２方向」に相当する。

次に、前記第１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効果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］図６に示すように、環状導体４５だけでなく、共通電極３２も、貫通孔２９内の流路へ露出していてもよい。これにより、グランド電位に維持された導電部分の、インクとの接触面積が大きくなる。

２］前記実施形態では、圧電体３３の下側に共通電極３２が配置され、圧電体３３の上側に個別電極３４が配置されているが、例えば図７に示すように、個別電極７４が下側、共通電極７２が上側に配置されてもよい。この形態では、圧電体３３の上の共通電極７２がさらに絶縁膜７５で覆われ、絶縁膜７５の上に環状導体４５が配置される。また、絶縁膜７５を挟んで配置された環状導体４５は、絶縁膜７５に形成されたコンタクトホール７６内の接続部７７によって、共通電極７２と接続される。

３］環状導体４５と共通電極３２とを接続する、コンタクトホール５５及び接続部５６の位置は、適宜変更できる。例えば、図８（ａ）に示すように、接続部５６が、圧力室２６と重なる領域内に配置されてもよい。あるいは、図８（ｂ）に示すように、接続部５６が、環状導体４５と重なる位置に配置され、環状導体４５が、接続部５６によって共通電極３２と直接接続されてもよい。

４］前記実施形態では、環状導体４５と共通電極３２との間に、圧電体保護膜４０と層間絶縁膜４１とが配置されているが、環状導体４５と共通電極３２との間に配置される膜の種類は、適宜変更可能である。例えば、圧電体３３を構成する圧電膜３７の一部が、環状導体４５と共通電極３２との間にも配置されてもよい。また、前記実施形態の構成において、圧電体保護膜４０、あるいは、層間絶縁膜４１の何れか一方が省略されてもよい。

５］環状導体４５が、共通電極３２とグランド接点４７とを繋ぐ、共通配線４４と接続されている必要は必ずしもない。即ち、環状導体４５が、その下の層にある共通電極３２とコンタクトホール５５で接続されることなく、共通配線４４とは別の配線によって、直接グランド接点４７と接続されていてもよい。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。図９は、第２実施形態のヘッドユニットの一部拡大平面図である。図１０は、図９の断面図である。

図９、図１０に示される第２実施形態のヘッドユニット８０は、前記第１実施形態のヘッドユニット１６（図３、図５）に対して、環状導体８５が貫通孔２９内の流路に露出していない点で異なる。環状導体８５以外の構成については、前記第１実施形態と同様であるため、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。

この第２実施形態では、環状導体８５が、貫通孔２９内の流路に露出していないことから、環状導体８５はインクとは接触しない。従って、前記第１実施形態とは異なり、環状導体８５が共通配線４４と接続されても、インク帯電防止に寄与するわけではないため、その観点では、環状導体８５が共通配線４４と接続される必要性はないと言える。

但し、この第２実施形態では、共通配線４４と共通電極３２とを接続するための、コンタクトホール５５及び接続部５６が、２つの圧力室列２８の間の領域にある。つまり、接続部５６と、圧力室２６の内側の端部と重なる位置にある環状導体８５との距離が近い。この場合に、接続部５６に接続される共通配線４４の第２導電部４４ｂを、環状導体８５を迂回するように配置しようとすると、レイアウトによっては余計なスペースを取ることにもなる。そのような場合には、環状導体８５を第２導電部４４ｂに接続した方が、省スペース化を実現できる。

また、図１１は、変更形態のヘッドユニットの一部拡大平面図である。図１１（ａ）に示すように、コンタクトホール５５及び接続部５６が、圧力室２６と重なる領域にある場合も、上記と同様、接続部５６と環状導体８５との距離が近い。従って、環状導体８５が第２導電部４４ｂと接続されていることが好ましい。あるいは、図１１（ｂ）に示すように、環状導体８５が第２導電部４４ｂと接続された上で、コンタクトホール５５及び接続部５６が、環状導体８５と重なる位置に配置され、環状導体８５が接続部５６によって共通電極３２と直接接続されてもよい。

以上説明した実施形態は、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。

１６ヘッドユニット
２１流路基板
２２圧電アクチュエータ
２３リザーバ形成部材
２４ノズル
２６圧力室
２８圧力室列
２９貫通孔
３０絶縁膜
３２共通電極
３４個別電極
３７圧電膜
４０圧電体保護膜
４１層間絶縁膜
４２個別配線
４４共通配線
４４ａ第１導電部
４４ｂ第２導電部
４５環状導体
５５コンタクトホール
６４供給流路
７２共通電極
７４個別電極
７５絶縁膜
７６コンタクトホール
８０ヘッドユニット
８５環状導体

Claims

第１方向に沿って配列された複数の圧力室が形成された流路部材と、
圧電膜、前記圧電膜の一方の面側に配置された共通電極、前記圧電膜の他方の面側に配置された個別電極を含む複数の膜を有し、前記流路部材に重ねて設けられ、且つ、前記圧力室に連通する貫通孔が形成された、圧電アクチュエータと、
前記圧電アクチュエータの前記流路部材と反対側の面において、前記複数の膜に含まれる一部の膜を挟んで前記共通電極とは異なる層に配置され、且つ、前記貫通孔を取り囲む環状導体と、
前記圧電アクチュエータの前記流路部材と反対側の面において、前記複数の圧力室に対して、前記第１方向と直交する第２方向の一方側に配置された第１導電部と、同じく前記圧電アクチュエータの前記流路部材と反対側の面において、前記第１導電部から前記第２方向の他方側へ延びて前記環状導体と導通する第２導電部とを含む、共通配線と、
前記貫通孔に連通する供給流路が形成され、前記圧電アクチュエータの前記流路部材と反対側の面に、前記環状導体を介して接合された液体供給部材と、を備え、
前記環状導体は、所定の定電位が付与されるように構成された接点と接続されており、且つ、前記貫通孔内の流路に露出しており、
前記第２導電部又は前記環状導体が、前記圧電アクチュエータの前記一部の膜に形成されたコンタクトホールを介して、前記共通電極と接続されていることを特徴とする液体吐出装置。
前記環状導体は、前記共通電極よりも厚いことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
前記共通電極は、前記定電位に保持される電極であり、
前記環状導体と前記共通電極とが、前記コンタクトホールを介して、電気的に接続されてい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。
前記圧電アクチュエータの前記流路部材と反対側の面において、前記個別電極から前記第２方向の前記他方側に延びる、個別配線を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
前記複数の圧力室は、前記第１方向に延びる第１圧力室列と、同じく前記第１方向に延び、且つ、前記第１圧力室列に対して前記第２方向の前記一方側に配置された第２圧力室列を構成し、
前記第１圧力室列に対応する前記環状導体に接続された前記第２導電部は、前記第２圧力室列の２つの前記圧力室の間を通過して、前記第１導電部に接続されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
前記第１圧力室列の前記圧力室に対応する前記貫通孔と前記環状導体は、前記圧力室の前記第２方向における前記一方側の端部と重なるように配置されていることを特徴とする請求項５に記載の液体吐出装置。
第１方向に沿って配列された複数の圧力室が形成された流路部材と、
前記流路部材に重ねて設けられた、圧電膜、前記圧電膜の一方の面側に配置された共通電極、前記圧電膜の他方の面側に配置された個別電極を含む、複数の膜を有し、且つ、前記圧力室に連通する貫通孔が形成された、圧電アクチュエータと、
前記圧電アクチュエータの前記流路部材と反対側の面において、前記複数の膜に含まれる一部の膜を挟んで前記共通電極とは異なる層に配置され、且つ、前記貫通孔を取り囲むように設けられた環状導体と、
前記圧電アクチュエータの前記流路部材と反対側の面において、前記複数の圧力室に対して、前記第１方向と直交する第２方向の一方側に配置された第１導電部と、同じく前記圧電アクチュエータの前記流路部材と反対側の面において、前記第１導電部から前記第２方向の他方側へ延びて前記環状導体と導通する第２導電部とを含む、共通配線と、
前記圧電アクチュエータの前記一部の膜に形成され、前記環状導体と前記共通電極とを導通させるコンタクトホールと、
前記貫通孔に連通する供給流路が形成され、前記圧電アクチュエータの前記流路部材と反対側の面に、前記複数の環状導体を介して接合された液体供給部材と、を備えており、
前記第２導電部は、前記コンタクトホールを介して、前記共通電極と接続されていることを特徴とする液体吐出装置。
前記複数の圧力室は、前記第２方向に並ぶ２つの圧力室列を構成し、
前記貫通孔は、対応する前記圧力室の、前記第２方向における内側の端部と重なるように配置され、
前記コンタクトホールは、前記２つの圧力室列の間の領域に配置されていることを特徴とする請求項７に記載の液体吐出装置。
前記コンタクトホールは、前記圧力室と重なる領域に配置されていることを特徴とする請求項７に記載の液体吐出装置。
第１方向に沿って配列された複数の圧力室が形成された流路部材と、
前記流路部材に重ねて設けられた、圧電膜、前記圧電膜の一方の面側に配置された共通電極、前記圧電膜の他方の面側に配置された個別電極を含む、複数の膜を有し、且つ、前記圧力室に連通する貫通孔が形成された、圧電アクチュエータと、
前記圧電アクチュエータの前記流路部材と反対側の面において、前記複数の膜に含まれる一部の膜を挟んで前記共通電極とは異なる層に配置され、且つ、前記貫通孔を取り囲むように設けられた環状導体と、
前記圧電アクチュエータの前記流路部材と反対側の面において、前記複数の圧力室に対して、前記第１方向と直交する第２方向の一方側に配置された第１導電部と、同じく前記圧電アクチュエータの前記流路部材と反対側の面において、前記第１導電部から前記第２方向の他方側へ延びて前記環状導体と導通する第２導電部とを含む、共通配線と、
前記圧電アクチュエータの前記一部の膜に形成され、前記環状導体と前記共通電極とを導通させるコンタクトホールと、
前記貫通孔に連通する供給流路が形成され、前記圧電アクチュエータの前記流路部材と反対側の面に、前記複数の環状導体を介して接合された液体供給部材と、を備え、
前記環状導体が、前記コンタクトホールによって、前記共通電極と直接接続されていることを特徴とする液体吐出装置。