液体噴射ヘッド及び液体噴射装置

【課題】圧電アクチュエーターのショートを未然に防止することができる液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供する。
【解決手段】流路形成基板１１の圧電アクチュエーター側の面の周縁部に、互いに近接して配された複数の検出電極１３１，１３２の一部である導通検出部１３０が設けられている構成とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズルから液体を噴射する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関し、特に、
液体としてインクを噴射するインクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置
に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、ノズルに連通する圧力発生室と、圧力発生室に対向して設けられる圧電アクチュ
エーターと、を具備し、この圧電アクチュエーターの変位によって圧力発生室内に圧力変
化を生じさせることで、ノズルからインク滴を噴射するものがある。
【０００３】
このようなインクジェット式記録ヘッドの構造は、様々提案されているが、一般的に、
複数の部材が接着剤等によって固定されてなる（例えば、特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３４０２３４９号公報
【特許文献２】特開２００５−２１９２４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように複数の部材で構成されるインクジェット式記録ヘッドにおいては、インク流
路も複数の部材によって画成される。インク流路は、その形状が噴射特性に大きく影響す
るため、できるだけ高精度に形成されていることが好ましい。そこで近年では、ヘッドを
構成する各部材の材料としてシリコン基板を用い、このシリコン基板をエッチングするこ
とによって流路が形成されている。このようにヘッドの各部材の材料としてシリコン基板
を用いることで、インク流路を比較的高精度に形成することができる。
【０００６】
しかしながら、流路内にシリコン基板の表面が露出されていると、その部分からインク
によってシリコン基板がエッチングされてしまう虞がある。そして、このようにシリコン
基板がエッチングされることで、例えば、圧電アクチュエーターの配線が露出されて圧電
アクチュエーターが短絡（ショート）する虞があり、またそれに伴って発煙が生じる虞も
ある。
【０００７】
なお、このような問題はインクを噴射するインクジェット式記録ヘッドだけではなく、
インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにおいても同様に存在する。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、圧電アクチュエーターのショー
トを未然に防止することができる液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供することを課題
とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する本発明は、液体を噴射するノズルに連通する複数の圧力発生室を備
える流路形成基板と、前記流路形成基板に、前記圧力発生室に対向して設けられる圧電ア
クチュエーターと、前記圧電アクチュエーターが収容される保持部を有し前記流路形成基
板に接合される保護基板と、を備え、前記保護基板がシリコン基板で形成されているとと
もに、前記流路形成基板の前記圧電アクチュエーター側の面の周縁部に、互いに近接して
配された複数の検出電極の一部である導通検出部が設けられていることを特徴とする液体
噴射ヘッドにある。
かかる本発明では、導通検出部の導通状態、すなわち複数の検出電極間の導通状態から
保護基板のエッチング状態を検出することができる。そして、この結果に基づいて圧電ア
クチュエーターのショートの発生を未然に防止することができる。
【００１０】
ここで、複数の前記圧力発生室に連通するマニホールドが前記保護基板の外周部に設け
られ、前記導通検出部が前記マニホールドと前記保持部との間に設けられていることが好
ましい。これにより、流路内の液体による圧電アクチュエーターの短絡をより確実に防止
することができる。
【００１１】
また前記マニホールドの内面の一部は、前記保護基板が露出された露出部からなり、前
記導通検出部が、前記露出部に隣接して設けられていることが好ましい。これにより、導
通検出部の導通状態に基づいて保護基板のエッチング状態をより正確に検出することがで
きる。
【００１２】
また前記露出部の一部に、前記保護基板の一部を除去した凹部が設けられていることが
好ましい。これにより、保護基板のエッチングがこの凹部を起点として進行するため、導
通検出部によってより保護基板のエッチング状態をさらに確実に検出することができる。
【００１３】
また本発明は、このような液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置に
ある。かかる本発明では、安全性や信頼性を向上した液体噴射装置を実現することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】一実施形態に係る記録ヘッドを示す分解斜視図である。
【図２】一実施形態に係る記録ヘッドを示す断面図である。
【図３】一実施形態に係る記録ヘッドの電極パターンを示す平面図である。
【図４】一実施形態に係る記録ヘッドの製造方法の一例を示す断面図である。
【図５】一実施形態に係る記録ヘッドを示す拡大断面図である。
【図６】一実施形態に係る記録装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１及び図２に示すように、本発明の一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１は、ヘッド本体１０と、ヘッド本体１０が内部に収容される
ケース部材４０とを備えている。本実施形態では、ヘッド本体１０は、流路形成基板１１
、ノズルプレート２０及び保護基板３０で構成されている。
【００１６】
流路形成基板１１には、複数の圧力発生室１２がその幅方向に並設された列が２列形成
されている。また流路形成基板１１の圧力発生室１２の長手方向の一端側にはインク供給
路１４が設けられている。この流路形成基板１１は、シリコン基板、本実施形態では面方
位（１１０）のシリコン単結晶基板からなる。そして流路形成基板１１の一方の面には二
酸化シリコンからなる弾性膜５０が形成されている。この弾性膜５０は、例えば、拡散炉
等によって流路形成基板１１を加熱して、その表面を熱酸化することによって形成される
。また圧力発生室１２及びインク供給路１４は、シリコン基板である流路形成基板１１を
異方性エッチングすることによって形成されている。その結果、これら圧力発生室１２及
びインク供給路１４の一方面は弾性膜５０によって構成されている。
【００１７】
また流路形成基板１１に形成された圧力発生室１２等の液体流路の内壁表面（内面）に
は、耐インク性（耐液体性）を有する材料、例えば、酸化タンタル（ＴａＯ_ｘ；アモルフ
ァス）からなる保護膜（図示なし）が設けられている。これにより、液体流路内にインク
を供給した際に、シリコン基板からなる流路形成基板１１がインクによってエッチングさ
れるのを防止している。なおこのような保護膜の材料は、酸化タンタルに限定されず、使
用するインクのｐＨ値によっては、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、酸化ジルコニウ
ム（ＺｒＯ_２）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）等を用いてもよい。
【００１８】
流路形成基板１１の開口面側（弾性膜５０とは反対側）には、各圧力発生室１２に連通
する複数のノズル２１が穿設されたノズルプレート２０が接合されている。なおノズルプ
レートは、例えば、流路形成基板１１と同様にシリコン基板からなり、ノズル２１は異方
性エッチングによって形成されている。またノズルプレート２０の表面には、例えば、熱
酸化等によって形成された二酸化シリコン膜からなる保護膜が形成されている。
【００１９】
流路形成基板１１に形成された弾性膜５０上には、さらに弾性膜５０とは異なる材料の
酸化膜からなる絶縁体膜５５が形成されている。この絶縁体膜５５上には、第１電極６０
と圧電体層７０と第２電極８０とからなる圧電アクチュエーター（圧力発生手段）３００
が設けられている。本実施形態では、第１電極６０が複数の圧電アクチュエーター３００
に共通して設けられ、第２電極８０が各圧電アクチュエーター３００で独立して設けられ
ている。第２電極８０には、リード電極９０の一端がそれぞれ接続されている。各リード
電極９０の他端には、駆動回路１２０が設けられた配線基板１２１が接続されている。
【００２０】
また流路形成基板１１の周縁部には、図３に示すように、互いに接触しない程度に近接
して配された複数の検出電極の一部である導通検出部１３０が設けられている。本実施形
態では、圧力発生室１２の並設方向において、流路形成基板１１の中央部から一端側の周
縁部に第１の検出電極１３１が連続的に延設され、流路形成基板１１の中央部から他端側
の周縁部に第２の検出電極１３２が連続的に延設されている。導通検出部１３０は、これ
ら第１の検出電極１３１及び第２の検出電極１３２の端部同士が近接して配されてなる。
つまり本実施形態では、流路形成基板１１の外周部に、第１の検出電極１３１及び第２の
検出電極１３２の両端部同士がそれぞれ近接して配されてなる二つの導通検出部１３０を
備えている。
【００２１】
そして、これら第１の検出電極１３１と第２の検出電極１３２との間には、導通検出部
１３０における第１の検出電極１３１と第２の検出電極１３２との導通状態を検出する検
出手段１４０が接続されている。すなわち検出手段１４０は、第１の検出電極１３１と第
２の検出電極１３２との間の抵抗値等に基づいて、両電極が導通されているか否かを判定
する。なお第１の検出電極１３１と第２の検出電極１３２とは、互いに接触しない程度に
近接して配されていることが好ましい。ただし、導通状態を検出することができる程度で
あれば、両電極の間隔は特に限定されるものではない。
【００２２】
またこれら第１及び第２の検出電極１３１，１３２は、例えば、圧電アクチュエーター
３００を構成する第１電極６０と同一層で構成されている。第１及び第２の検出電極１３
１，１３２は、図示は省略するが第１電極６０及びリード電極９０と共に配線基板１２１
に接続され、この配線基板１２１を介して検出手段１４０に接続されている。
【００２３】
また流路形成基板１１の圧電アクチュエーター３００側の面には、流路形成基板１１と
略同一の大きさを有する保護基板３０が接着剤３５によって接合されている。保護基板３
０は、圧電アクチュエーター３００を保護するための空間である保持部３１を有する。上
述した第１及び第２の検出電極１３１，１３２はこの保持部３１内、或いは保護基板３０
に対向する部分に形成されている。何れにしても第１及び第２の検出電極１３１，１３２
は、流路形成基板１１と保護基板３０とを接合するための接着剤３５よりも内側に設けら
れている。
【００２４】
また保護基板３０には貫通孔３２が設けられている。リード電極９０の他端側は、この
貫通孔３２内に露出するように延設され、リード電極９０と配線基板１２１とが貫通孔３
２内で電気的に接続されている。なお保護基板３０は、流路形成基板１１の熱膨張率と略
同一の材料であるシリコン単結晶基板で形成されている。
【００２５】
このような流路形成基板１１、ノズルプレート２０及び保護基板３０で構成されるヘッ
ド本体１０には、ヘッド本体１０を収容するケース部材４０が固定されている。このケー
ス部材４０は、複数の圧力発生室１２に連通するマニホールドをヘッド本体１０と共に画
成するマニホールド部材を兼ねている。
【００２６】
ケース部材４０は、ヘッド本体１０が収容される凹部４１を有する。この凹部４１は、
流路形成基板１１よりも広い開口面積を有し、圧力発生室１２の長手方向における流路形
成基板１１の両外側には、ケース部材４０とヘッド本体１０とによってインクが貯留され
る空間であるマニホールド１００が画成されている。すなわち凹部４１内にヘッド本体１
０を収容することで、凹部４１の開口面がノズルプレート２０によって封止される。これ
により、圧力発生室１２の長手方向における流路形成基板１１の両外側にマニホールド１
００が形成され、インク供給路１４を介して各圧力発生室１２に接続される。
【００２７】
なおケース部材４０の凹部４１の底面部分は、フィルム状の封止膜４５が接合されてい
る。またケース部材４０の凹部４１の底面部分には、マニホールド１００に対向する凹状
の空間部４６が形成されている。これにより封止膜４５の一部は、マニホールド１００内
の圧力変化によって撓み変形可能な可撓部となっている。
【００２８】
さらに、ケース部材４０には、厚さ方向に貫通して、保護基板３０の貫通孔３２に連通
する接続口４７が設けられている。この接続口４７に挿通された配線基板１２１が、保護
基板３０の貫通孔３２内でリード電極９０及び第１の検出電極１３１及び第２の検出電極
１３２に接続される。
【００２９】
このような構成のインクジェット式記録ヘッド１では、インクを噴射する際に、まずイ
ンクカートリッジ等から導入路４３を介してインクを取り込み、マニホールド１００から
ノズル２１に至るまで流路内部をインクで満たす。その後、駆動回路１２０からの信号に
従い、圧力発生室１２に対応する各圧電アクチュエーター３００に電圧を印加することに
より、圧電アクチュエーター３００と共に弾性膜５０及び絶縁体膜５５をたわみ変形させ
る。これにより、圧力発生室１２内の圧力が高まり所定のノズル２１からインク滴が噴射
される。
【００３０】
次に、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドの製造方法の一例について、図４を参
照して説明する。
【００３１】
まず図４（ａ）に示すように、シリコンウエハーである流路形成基板用ウエハー２１１
上に弾性膜５０及び絶縁体膜５５を形成すると共に、絶縁体膜５５上に第１電極６０、圧
電体層７０及び第２電極８０を形成する。なお導通検出部１３０を構成する第１及び第２
の検出電極１３１，１３２は、第１電極６０を成膜及びパターニングする際に同時に形成
する。さらに、各圧電アクチュエーター３００の第２電極８０に一端が接続されるリード
電極９０を形成する。
【００３２】
次に、図４（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウエハー２１１の圧電アクチュエータ
ー３００側の面に、複数の保護基板３０が一体的に形成されたシリコンウエハーである保
護基板用ウエハー２３０を接合する。なお保護基板用ウエハー２３０には、予め、保持部
３１と貫通孔３２とが形成されている。
【００３３】
次いで、図４（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウエハー２１１を研磨等することに
より所定の厚さに加工する。次いで、流路形成基板用ウエハー２１１を、ＫＯＨ等のアル
カリ溶液によって異方性エッチングすることにより、図４（ｄ）に示すように、流路形成
基板用ウエハー２１１に圧力発生室１２及びインク供給路１４を形成する。また、これら
圧力発生室１２及びインク供給路１４を含む液体流路の内面を構成する部分に、例えば、
酸化タンタル等からなる保護膜１５を形成する。次に図４（ｅ）に示すように、流路形成
基板用ウエハー２１１及び保護基板用ウエハー２３０を複数の流路形成基板１１及び保護
基板３０に分割する。
【００３４】
その後、流路形成基板１１にノズルプレート２０を接合してヘッド本体１０を形成し、
このヘッド本体１０をケース部材４０の凹部４１内に収容して固定する。さらに配線基板
１２１を、第１電極６０、第２電極８０、第１の検出電極１３１及び第２の検出電極１３
２に接続して固定することで、本実施形態のインクジェット式記録ヘッド１が形成される
（図２参照）。
【００３５】
このような方法により製造されたインクジェット式記録ヘッド１においては、シリコン
基板からなる保護基板３０の表面（端面）がマニホールド１００内に露出される。このた
め、マニホールド１００内に供給されるインクによって保護基板３０が徐々にエッチング
されてしまう。長期の使用によっては、保持部３１がマニホールド１００と連通されてし
まい、インクによって圧電アクチュエーター３００がショートする虞がある。すなわち第
１電極６０と第２電極８０とがインクによって短絡する虞がある。またそれに伴って発煙
が生じる虞もある。
【００３６】
しかしながら本発明では、流路形成基板１１の外周部、具体的には、各マニホールド１
００と保持部３１との間のそれぞれに、導通検出部１３０が設けられている。このため、
インクによる圧電アクチュエーター３００のショート等を未然に防止することができる。
【００３７】
例えば、図５に示すように、保護基板３０がエッチングされてマニホールド１００の壁
面が後退し、導通検出部１３０の第１及び第２の検出電極１３１，１３２が露出されると
、インクを介して第１の検出電極１３１と第２の検出電極１３２とが導通される。検出手
段１４０の検出結果に基づいて、これら第１の検出電極１３１と第２の検出電極１３２と
が導通していることが確認されると、ユーザーに対してインクジェット式記録ヘッド１の
使用中止、あるいはヘッド１の交換等を促す。これにより、圧電アクチュエーター３００
のショートや、それに伴う発煙を未然に防止することができる。
【００３８】
ここでマニホールド１００に露出されている保護基板３０の端面に、例えば、凹部或い
は凸部を導通検出部１３０に対応する位置に設けてもよい。この場合、インクによる保護
基板３０の端面のエッチングは、この凹部又は凸部が起点となる。したがって導通検出部
１３０の導通状態に基づいて、圧電アクチュエーターのショート等の故障をより確実に未
然に防止することができる。
【００３９】
なお、マニホールド１００の内面を構成する保護基板の表面に、圧力発生室等と同様に
保護膜を形成することができれば、上述の圧電アクチュエーター３００のショートといっ
た問題の発生を防止することができる。しかしながら、保護基板用ウエハー２３０を複数
の保護基板３０に切断した後に、保護基板３０の端面に保護膜を形成することは難しい。
したがって本願発明は、上述した構造のインクジェット式記録ヘッド１においては特に有
効なものである。
【００４０】
このように保護基板３０の端面に保護膜を形成することができる場合、保護基板３０の
表面がマニホールド１００内に露出される露出部を積極的に設けると共に、この露出部に
隣接して上述した導通検出部１３０を設けるようにしてもよい。そして導通検出部１３０
の導通状態からヘッドの寿命を判定するようにしてもよい。この場合にも、ヘッドの故障
を未然に防止することができる。
【００４１】
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるも
のではない。
【００４２】
また上述の実施形態では、圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧力発生手段として、薄
膜型の圧電アクチュエーターを例示したが、圧力発生手段の構成は特に限定されるもので
はない。圧力発生手段は、例えば、縦振動型の圧電アクチュエーターや、グリーンシート
を貼付する等の方法により形成される厚膜型の圧電アクチュエーターなどであってもよい
。さらに圧力発生手段は、例えば、圧力発生室内に配された発熱素子の発熱で生じるバブ
ルによってノズルから液滴を噴射させるものや、振動板と電極との間に発生させた静電気
力によって振動板を変形させてノズルから液滴を噴射させるものなどであってもよい。
【００４３】
なお上述したインクジェット式記録ヘッドは、インクジェット式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
式記録装置の一例を示す概略図である。
【００４４】
本実施形態のインクジェット式記録装置は、いわゆるライン式の装置である。図６に示
すように、インクジェット式記録装置Ｉは、インクジェット式記録ヘッド１を具備するイ
ンクジェット式記録ヘッドユニット２（以下、ヘッドユニット２という）と、装置本体３
と、被記録媒体である記録シートＳを給紙するローラー４と、液体貯留手段５とを備えて
いる。
【００４５】
ヘッドユニット２は、複数のインクジェット式記録ヘッド１と、これら複数のインクジ
ェット式記録ヘッド１を保持する板状のベースプレート６と、を具備する。このヘッドユ
ニット２は、ベースプレート６に取り付けられたフレーム部材７を介して装置本体３に固
定されている。
【００４６】
ローラー４は、装置本体３に設けられ、装置本体３に給紙されインクジェット式記録ヘ
ッド１のノズル面側を通過した紙等の記録シートＳを搬送して装置外部に排出させる。
【００４７】
またインクが貯留されている液体貯留手段５は装置本体３に固定されており、フレキシ
ブルチューブ等の供給管８を介して各インクジェット式記録ヘッド１に接続されている。
【００４８】
このようなインクジェット式記録装置Ｉでは、液体貯留手段５から供給管８を介して各
インクジェット式記録ヘッド１に供給され、ローラー４によって記録シートＳが搬送され
ると、ヘッドユニット２のインクジェット式記録ヘッド１からインクが噴射されて記録シ
ートＳに画像等が印刷される。
【００４９】
なおこの例では、インクジェット式記録装置にはヘッドユニット２を一つだけ搭載され
ているが、インクジェット式記録装置Ｉに搭載するヘッドユニット２の数は特に限定され
ず、ヘッドユニット２は複数設けられていてもよい。
【００５０】
またインクジェット式記録装置として、いわゆるライン式のものを例示したが、インク
ジェット式記録装置は、勿論、これに限定されるものではない。例えば、キャリッジに搭
載されたインクジェット式記録ヘッドを移動させながら印刷を行う、いわゆるシリアル型
のインクジェット式記録装置にも本発明を適用することができる。この場合、液体貯留手
段はインクジェット式記録ヘッドと共にキャリッジに搭載されていてもよい。
【００５１】
さらに上述の実施形態では、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
を挙げて本発明について説明したが、本発明は広く液体噴射ヘッド及びそれを具備する液
体射装置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液体噴射ヘッド及び
それを具備する液体噴射装置にも勿論適用することができる。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ー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、ＦＥ
Ｄ（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ｃｈ
ｉｐ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。
【符号の説明】
【００５２】
１インクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、２インクジェット式記録ヘ
ッドユニット、３装置本体、４ローラー、５液体貯留手段、６ベースプ
レート、７フレーム部材、８供給管、１０ヘッド本体、１１流路形成基
板、１２圧力発生室、１４インク供給路、１５保護膜、２０ノズルプレ
ート、２１ノズル、３０保護基板、３１保持部、３２貫通孔、４０
ケース部材、４１凹部、４３導入路、５０弾性膜、５５絶縁体膜、６
０第１電極、７０圧電体層、８０第２電極、９０リード電極、１００
マニホールド、１２０駆動回路、１２１配線基板、１３０導通検出部、１
３１第１の検出電極、１３２第２の検出電極、１４０検出手段、２１１流
路形成基板用ウエハー、２３０保護基板用ウエハー、３００圧電アクチュエータ
ー、Ｉインクジェット式記録装置（液体噴射装置）、Ｓ記録シート

【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を噴射するノズルに連通する複数の圧力発生室を備える流路形成基板と、
前記流路形成基板に、前記圧力発生室に対向して設けられる圧電アクチュエーターと、
前記圧電アクチュエーターが収容される保持部を有し前記流路形成基板に接合される保
護基板と、を備え、
前記保護基板がシリコン基板で形成されているとともに、
前記流路形成基板の前記圧電アクチュエーター側の面の周縁部に、互いに近接して配さ
れた複数の検出電極の一部である導通検出部が設けられていることを特徴とする液体噴射
ヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載の液体噴射ヘッドであって、
複数の前記圧力発生室に連通するマニホールドが前記保護基板の外周部に設けられ、
前記導通検出部が前記マニホールドと前記保持部との間に設けられていることを特徴と
する液体噴射ヘッド。
【請求項３】
請求項２に記載の液体噴射ヘッドであって、
前記マニホールドの内面の一部は、前記保護基板が露出された露出部からなり、
前記導通検出部が、前記露出部に隣接して設けられていることを特徴とする液体噴射ヘ
ッド。
【請求項４】
請求項３に記載の液体噴射ヘッドであって、
前記露出部の一部に、前記保護基板の一部を除去した凹部が設けられていることを特徴
とする液体噴射ヘッド。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴
射装置。

【図１】