液体噴射ヘッド及び液体噴射装置
【課題】小型化及び高解像度化を実現す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】圧力発生室１２の列が複数設けられた流路形成基板１０と、該流路形成基板の一方面側に形成される複数列の圧力発生素子３００とを具備し、流路形成基板の圧力発生室の列の並設方向に交差する方向の両側に配置された列の圧力発生素子のそれぞれに対応して形成された個別電極に接続される個別電極用の端子９１が、前記列の中央部に設けられ、個別電極用の端子上に、外部からの電気信号を個別電極に電気的に接続させる駆動回路２００が実装されており、駆動回路と重畳するように下側に配置され、圧力発生素子に対して共通の電極となる共通電極に接続する共通電極用配線９５と、駆動回路に外部から電気信号を供給するための端子及び共通電極用配線の端子とからなる可撓性のテープ基板４００が接続される実装部４１０と、が設けられている。
【解決手段】圧力発生室１２の列が複数設けられた流路形成基板１０と、該流路形成基板の一方面側に形成される複数列の圧力発生素子３００とを具備し、流路形成基板の圧力発生室の列の並設方向に交差する方向の両側に配置された列の圧力発生素子のそれぞれに対応して形成された個別電極に接続される個別電極用の端子９１が、前記列の中央部に設けられ、個別電極用の端子上に、外部からの電気信号を個別電極に電気的に接続させる駆動回路２００が実装されており、駆動回路と重畳するように下側に配置され、圧力発生素子に対して共通の電極となる共通電極に接続する共通電極用配線９５と、駆動回路に外部から電気信号を供給するための端子及び共通電極用配線の端子とからなる可撓性のテープ基板４００が接続される実装部４１０と、が設けられている。
【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吐出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】
液滴を吐出する液体噴射ヘッドの代表例としては、インク滴を吐出するインクジェット式記録ヘッドが挙げられる。この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この圧力発生室に連通する連通部とが形成される流路形成基板と、この流路形成基板の一方面側に形成される圧電素子と、流路形成基板の圧電素子側の面に接合されて圧電素子を保持するための圧電素子保持部を有する保護基板とを具備したものが知られている。また、駆動回路と圧電素子とは、圧電素子の一方の電極から引き出されたリード電極を介して導電性ワイヤーからなる接続配線によりワイヤーボンディング法により接続されている。
【０００３】
保護基板は、相対向する２列の圧力発生室に対応させて配設した２列の圧電素子を保護するものもあり、この種の保護基板にはその中央部に前記接続配線が挿通される貫通孔が形成してある。かかるインクジェット式記録ヘッドでは、前記貫通孔部分で前記リード電極と接続配線とを接続している（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、製造コストの削減と接続の確実性を実現するため、流路形成基板上にＩＣチップを直接実装したものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１４８８１３号公報
【特許文献２】特開２００７−３３２２３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２では、個別電極に接続されるリード電極と共に、共通電極に接続される共通リード電極がＩＣチップと接続している。よって、高解像度化への対応が困難であるという問題があった。すなわち、高解像度化を図ろうとすると、個別電極用のリード電極の間のスペースに共通リード電極を引き出しているので、端子同士がショートする可能性があるという問題があった。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑み、小型化及び高解像度化を実現する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成する本発明の態様は、液体を吐出するノズルに連通する複数の圧力発生室の列が複数設けられた流路形成基板と、前記流路形成基板の一方面側に形成され前記圧力発生室内の前記液体に圧力変化を発生させる複数列の圧力発生素子と、を具備し、前記流路形成基板の前記圧力発生室の列の並設方向に交差する方向の両側に前記圧力発生室の列及び前記圧力発生素子の列がそれぞれ配置され、前記両側に配置された列の前記圧力発生素子のそれぞれに対応して形成された個別電極に接続される個別電極用の端子が、前記列の並設方向に交差する方向の中央部に設けられ、前記個別電極用の端子上に、外部からの電気信号を前記両側に配置された列の前記圧力発生素子の前記個別電極に電気的に接続させる駆動回路が実装されており、前記液体の吐出方向において前記駆動回路と重畳するように下側に配置され、前記両側に配置された列の圧力発生素子に対して共通の電極となる共通電極に接続する共通電極用配線と、前記駆動回路に外部から電気信号を供給するための端子及び前記共通電極用配線の端子とからなる可撓性のテープ基板が接続される実装部と、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。
かかる態様では、圧力発生素子の列の間のスペースに両側の圧力発生素子を駆動する駆動回路を実装し、当該駆動回路と直接接続するのは個別電極用の端子のみとし、共通電極用配線を駆動回路の下側のスペースに設け、外部からの信号を駆動回路及び共通電極用配線に入れるための端子を有する実装部を別途設けるようにしたので、小型化及び高解像度化が実現できる。
【０００９】
ここで、前記圧力発生室の一つの列において、前記圧力発生室の並設方向とは交差する方向における位置が異なるように千鳥状に配置されて、前記ノズルの列が複数列となっていてもよい。これによれば、駆動回路の片側で、実質的に２列のノズルの列を配置することができる。
【００１０】
また、前記駆動回路と重畳する領域の前記共通電極用配線の幅が、重畳する領域以外の配線の幅より大きいのが好ましい。これによれば、共通電極用配線の抵抗をさらに低減することができ、電圧降下の問題を解消することができる。
【００１１】
また、前記駆動回路と重畳する領域の前記共通電極用配線の上に前記駆動回路が載置されているのが好ましい。これによれば、駆動回路が共通電極用配線で支えられ、安定して実装される。
【００１２】
本発明の他の態様は、上記態様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にある。
かかる態様では、ヘッドの小型化及び高解像度化が実現できる装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの分解斜視図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの平面図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るインクジェット式記録装置を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１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分解斜視図であり、図２は、インクジェット式記録ヘッドの流路形成基板の要部平面図であり、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、本実施形態では面方位（１１０）のシリコン単結晶基板からなり、そ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。
【００１５】
流路形成基板１０には、隔壁１１によって区画された複数の圧力発生室１２が並設された列が２列設けられている。また、各列の圧力発生室１２の並設方向に交差する方向外側の領域には連通部１３が形成され、連通部１３と各圧力発生室１２とが、各圧力発生室１２毎に設けられたインク供給路１４及び連通路１５を介して連通されている。連通部１３は、後述する保護基板３０のリザーバー部３１と連通して圧力発生室１２の列毎に共通のインク室となるリザーバー１００の一部を構成する。インク供給路１４は、圧力発生室１２よりも狭い幅で形成されており、連通部１３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。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１４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。さらに、各連通路１５は、圧力発生室１２の幅方向両側の隔壁１１を連通部１３側に延設してインク供給路１４と連通部１３との間の空間を区画することで形成されている。すなわち、流路形成基板１０には、圧力発生室１２の幅方向の断面積より小さい断面積を有するインク供給路１４と、このインク供給路１４に連通すると共にインク供給路１４の幅方向の断面積よりも大きい断面積を有する連通路１５とが複数の隔壁１１により区画されて設けられている。
【００１６】
また、流路形成基板１０のノズル面側には、各圧力発生室１２のインク供給路１４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。本実施形態では、流路形成基板１０に圧力発生室１２が並設された列を２列設けたため、１つのインクジェット式記録ヘッドＩには、ノズル２１の並設されたノズル列が２列設けられている。なお、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又はステンレス鋼などからなる。
【００１７】
一方、このような流路形成基板１０のノズル面とは反対側には、上述したように、弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、絶縁体膜５５が形成されている。さらに、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とが積層形成されて、本実施形態の圧力発生素子である圧電素子３００を構成している。ここで、圧電素子３００は、第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０を含む部分をいう。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、他方の電極及び圧電体層７０を各圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。そして、ここではパターニングされた何れか一方の電極及び圧電体層７０から構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部という。本実施形態では、第１電極６０を圧電素子３００の共通電極とし、第２電極８０を圧電素子３００の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。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ー装置と称する。なお、上述した例では、弾性膜５０、絶縁体膜５５及び第１電極６０が振動板として作用するが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、弾性膜５０及び絶縁体膜５５を設けずに、第１電極６０のみが振動板として作用するようにしてもよい。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。
【００１８】
また、圧電素子３００の個別電極である各第２電極８０には、絶縁体膜５５上まで延設された例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０が接続されている。リード電極９０は、一端部が第２電極８０に接続されていると共に、他端部側が圧電素子３００が並設された列と列との間に延設され、他端部が端子部９１となり、後述するように、駆動回路２００が実装される。
【００１９】
さらに、共通電極である第１電極６０は、圧電素子３００の並設方向に連続して設けられ、圧力発生室１２の列の並設方向の両外側まで延設されている。そして、圧力発生室１２の列の並設方向の外側に延びた第１電極６０同士は、金（Ａｕ）等からなる共通電極用配線９５により接続され、さらに、並設方向の両側に設けられた共通電極用配線９５は列の間で、駆動回路２００の実装領域に重畳する領域に配置された共通電極用配線９６により連結されている。また、共通電極用配線９６の駆動回路２００の実装領域に重畳する領域は幅広部９７となり、電気抵抗の低下を図っている。
【００２０】
また、外部から駆動回路２００へ電気信号を導入するためのＦＰＣなどの可撓性のテープ基板４００を接続するための実装部４１０が設けられている。実装部４１０には、駆動回路２００に接続される複数の端子４１１と共に、共通電極用配線９６の端子部９８が設けられている。
【００２１】
このような圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上、すなわち、第１電極６０、絶縁体膜５５及びリード電極９０上には、リザーバー１００の少なくとも一部を構成するリザーバー部３１を有する保護基板３０が接着剤３５を介して接合されている。このリザーバー部３１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の幅方向に亘って形成されており、上述のように流路形成基板１０の連通部１３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ー１００を構成している。なお、本実施形態では、流路形成基板１０にリザーバー１００となる連通部１３を設けるようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、流路形成基板１０の連通部１３を圧力発生室１２毎に複数に分割して、リザーバー部３１のみをリザーバーとしてもよい。また、例えば、流路形成基板１０に圧力発生室１２のみを設け、流路形成基板１０と保護基板３０との間に介在する部材（例えば、弾性膜５０、絶縁体膜５５等）にリザーバーと各圧力発生室１２とを連通するインク供給路１４を設けるようにしてもよい。
【００２２】
保護基板３０の圧電素子３００に対向する領域には、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有する保持部である圧電素子保持部３２が設けられている。圧電素子保持部３２は、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有していればよく、当該空間は密封されていても、密封されていなくてもよい。なお、本実施形態では、圧電素子３００が並設された列が２列設けられているため、圧電素子保持部３２を圧電素子３００の並設された各列に対応してそれぞれ設けるようにした。すなわち、保護基板３０には、圧電素子保持部３２が並設された圧電素子３００の列の並設方向に交差する列が並ぶ列設方向に２つ設けられている。
【００２３】
このような保護基板３０としては、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラス、セラミック材料等を用いることが好ましい。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。また、保護基板３０には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられている。貫通孔３３は、２つの圧電素子保持部３２の間に設けられている。そして、各圧電素子３００から引き出されたリード電極９０の端部近傍は、貫通孔３３内に露出するように設けられ、端部は後述するように駆動回路２００が実装される端子部９１となっている。
【００２４】
さらに、保護基板３０上には、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。ここで、封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料（例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルム）からなり、この封止膜４１によってリザーバー部３１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（例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等）で形成される。この固定板４２のリザーバー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、リザーバー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。
【００２５】
さらに、コンプライアンス基板４０上には、保持部材であるヘッドケース１１０が設けられている。ヘッドケース１１０には、インク導入口４４に連通してカートリッジ等のインク貯留手段からのインクをリザーバー１００に供給するインク導入路１１１が設けられている。また、ヘッドケース１１０には、開口部４３に対向する領域に凹部１１２が形成され、開口部４３のたわみ変形が適宜行われるようになっている。さらに、ヘッドケース１１０には、保護基板３０に設けられた貫通孔３３と連通する貫通部１１３が設けられている。なお、このようなヘッドケース１１０の材料としては、例えば、ステンレス鋼等の金属材料が好適である。
【００２６】
ここで、駆動回路２００は、開口部４３及び貫通部１１３内に延設されているリード電極９０の端子部９１上に実装されている。すなわち、駆動ＩＣチップである駆動回路２００は、その端子２０１と、リード電極９０の端子部９１とが金属−金属結合等により確実に接続されるように実装されている。すなわち、駆動回路２００には、個別電極である第２電極８０のみが接続されている。
【００２７】
一方、共通電極である第１電極６０に接続される共通電極用配線９６は、駆動回路２００の実装領域に重畳する領域に配置されている。本実施形態では、共通電極用配線９６の下に、第１電極６０と同時にパターニングされた同一層６１が設けられ、共通電極用配線９６上に駆動回路２００が載置されるようになっている。すなわち、駆動回路２００は、共通電極用配線９６の幅広部９７上に載置されて（電気的には非接続）、安定した状態で、端子部９１上に実装されている。また、実装された駆動回路２００の外部信号入力用の端子は、実装部４１０の端子４１１に接続され、端子４１１を含む実装部４１０に接続されるテープ基板４００を介して、外部からの電気信号が駆動回路２００に導入される。
【００２８】
このように、本実施形態では、２つの圧電素子３００の列の間のスペースに駆動回路２００を実装すると共に、駆動回路２００には、個別電極である第２電極８０に接続されるリード電極９０のみを接続し、共通電極である第１電極６０は、共通電極用配線９５、９６を介して端子部９８を経てテープ基板４００に接続されるようにしたので、小型化、高密度化を図ることができると共に、その際に、駆動回路２００と端子部９１との接続を確実に行うことができる。また、個別電極と共通電極の引き出し方向が異なるので、ショート等の虞もない。
【００２９】
以上、説明したインクジェット式記録ヘッドでは、図示しない外部のインク貯留手段と接続したインク導入口からインクを取り込み、リザーバー１００からノズル２１に至るまで内部をインクで満たした後、駆動回路２００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第１電極６０と第２電極８０との間に電圧を印加し、弾性膜５０、絶縁体膜５５、第１電極６０及び圧電体層７０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。
【００３０】
さらに、本実施形態によれば、駆動回路２００をリード電極９０の端子部に直接接続しているので、ワイヤーボンディング法によるよりも製造が容易で且つ駆動回路２００を直接リード電極９０に接続しているので、圧電素子３００を高密度に配設してもリード電極９０と駆動回路２００との接続不良が発生することなく、高密度化を容易に達成できる。
【００３１】
（他の実施形態）
上述した実施形態１では、流路形成基板１０に圧力発生室１２が並設された列を２列設けたものであるが、この場合の列数には特別な制限はない。複数列であれば、３列以上であっても構わない。複数列の場合には少なくとも２列一組を相対向させて設ければよい。また、上述した実施形態の圧力発生室１２の一つの列において、隣接する圧力発生室１２を並設方向とは交差する方向における位置が異なるように千鳥状に配置し、ノズル２１の列が複数列となるようにしてもよい。また、流路の材質や構造を上記実施の形態に限定する必要もない。
【００３２】
さらに、上述した実施形態１では、圧力発生室１２に圧力変化を生じさせる圧力発生素子として、薄膜型の圧電素子３００を有するアクチュエーター装置を用いて説明したが、特にこれに限定されず、例えば、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アクチュエーター装置や、圧電材料と電極形成材料とを交互に積層させて軸方向に伸縮させる縦振動型のアクチュエーター装置などを使用することができる。また、圧力発生素子として、圧力発生室内に発熱素子を配置して、発熱素子の発熱で発生するバブルによってノズルから液滴を吐出するものや、振動板と電極との間に静電気を発生させて、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吐出させるいわゆる静電式アクチュエーターなどを使用することができる。
【００３３】
なお、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４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。図示するように、上記実施の形態に係るインクジェット式記録ヘッドＩ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。
【００３４】
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ー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に巻き掛けられて搬送されるようになっている。
【００３５】
また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、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。
【符号の説明】
【００３６】
Ｉ インクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、 １０ 流路形成基板、 １２ 圧力発生室、 １３ インク供給路、 １４ 連通路、２１ ノズル、 ３０ 保護基板、 ３２ 圧電素子保持部、 ３３ 貫通孔、 ６０ 第１電極、 ７０ 圧電体層、 ８０ 第２電極、 ９０ リード電極、 ９５、９６ 共通電極用配線、 １００ リザーバー、 １１０ ヘッドケース（保持部材）、 １１３ 貫通部、 ２００ 駆動回路、 ３００ 圧電素子（圧力発生素子）、 ４００ テープ基板、 ４１０ 実装部
【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吐出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】
液滴を吐出する液体噴射ヘッドの代表例としては、インク滴を吐出するインクジェット式記録ヘッドが挙げられる。この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この圧力発生室に連通する連通部とが形成される流路形成基板と、この流路形成基板の一方面側に形成される圧電素子と、流路形成基板の圧電素子側の面に接合されて圧電素子を保持するための圧電素子保持部を有する保護基板とを具備したものが知られている。また、駆動回路と圧電素子とは、圧電素子の一方の電極から引き出されたリード電極を介して導電性ワイヤーからなる接続配線によりワイヤーボンディング法により接続されている。
【０００３】
保護基板は、相対向する２列の圧力発生室に対応させて配設した２列の圧電素子を保護するものもあり、この種の保護基板にはその中央部に前記接続配線が挿通される貫通孔が形成してある。かかるインクジェット式記録ヘッドでは、前記貫通孔部分で前記リード電極と接続配線とを接続している（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、製造コストの削減と接続の確実性を実現するため、流路形成基板上にＩＣチップを直接実装したものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１４８８１３号公報
【特許文献２】特開２００７−３３２２３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２では、個別電極に接続されるリード電極と共に、共通電極に接続される共通リード電極がＩＣチップと接続している。よって、高解像度化への対応が困難であるという問題があった。すなわち、高解像度化を図ろうとすると、個別電極用のリード電極の間のスペースに共通リード電極を引き出しているので、端子同士がショートする可能性があるという問題があった。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑み、小型化及び高解像度化を実現する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成する本発明の態様は、液体を吐出するノズルに連通する複数の圧力発生室の列が複数設けられた流路形成基板と、前記流路形成基板の一方面側に形成され前記圧力発生室内の前記液体に圧力変化を発生させる複数列の圧力発生素子と、を具備し、前記流路形成基板の前記圧力発生室の列の並設方向に交差する方向の両側に前記圧力発生室の列及び前記圧力発生素子の列がそれぞれ配置され、前記両側に配置された列の前記圧力発生素子のそれぞれに対応して形成された個別電極に接続される個別電極用の端子が、前記列の並設方向に交差する方向の中央部に設けられ、前記個別電極用の端子上に、外部からの電気信号を前記両側に配置された列の前記圧力発生素子の前記個別電極に電気的に接続させる駆動回路が実装されており、前記液体の吐出方向において前記駆動回路と重畳するように下側に配置され、前記両側に配置された列の圧力発生素子に対して共通の電極となる共通電極に接続する共通電極用配線と、前記駆動回路に外部から電気信号を供給するための端子及び前記共通電極用配線の端子とからなる可撓性のテープ基板が接続される実装部と、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。
かかる態様では、圧力発生素子の列の間のスペースに両側の圧力発生素子を駆動する駆動回路を実装し、当該駆動回路と直接接続するのは個別電極用の端子のみとし、共通電極用配線を駆動回路の下側のスペースに設け、外部からの信号を駆動回路及び共通電極用配線に入れるための端子を有する実装部を別途設けるようにしたので、小型化及び高解像度化が実現できる。
【０００９】
ここで、前記圧力発生室の一つの列において、前記圧力発生室の並設方向とは交差する方向における位置が異なるように千鳥状に配置されて、前記ノズルの列が複数列となっていてもよい。これによれば、駆動回路の片側で、実質的に２列のノズルの列を配置することができる。
【００１０】
また、前記駆動回路と重畳する領域の前記共通電極用配線の幅が、重畳する領域以外の配線の幅より大きいのが好ましい。これによれば、共通電極用配線の抵抗をさらに低減することができ、電圧降下の問題を解消することができる。
【００１１】
また、前記駆動回路と重畳する領域の前記共通電極用配線の上に前記駆動回路が載置されているのが好ましい。これによれば、駆動回路が共通電極用配線で支えられ、安定して実装される。
【００１２】
本発明の他の態様は、上記態様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にある。
かかる態様では、ヘッドの小型化及び高解像度化が実現できる装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの分解斜視図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの平面図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るインクジェット式記録装置を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１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分解斜視図であり、図２は、インクジェット式記録ヘッドの流路形成基板の要部平面図であり、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、本実施形態では面方位（１１０）のシリコン単結晶基板からなり、そ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。
【００１５】
流路形成基板１０には、隔壁１１によって区画された複数の圧力発生室１２が並設された列が２列設けられている。また、各列の圧力発生室１２の並設方向に交差する方向外側の領域には連通部１３が形成され、連通部１３と各圧力発生室１２とが、各圧力発生室１２毎に設けられたインク供給路１４及び連通路１５を介して連通されている。連通部１３は、後述する保護基板３０のリザーバー部３１と連通して圧力発生室１２の列毎に共通のインク室となるリザーバー１００の一部を構成する。インク供給路１４は、圧力発生室１２よりも狭い幅で形成されており、連通部１３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。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１４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。さらに、各連通路１５は、圧力発生室１２の幅方向両側の隔壁１１を連通部１３側に延設してインク供給路１４と連通部１３との間の空間を区画することで形成されている。すなわち、流路形成基板１０には、圧力発生室１２の幅方向の断面積より小さい断面積を有するインク供給路１４と、このインク供給路１４に連通すると共にインク供給路１４の幅方向の断面積よりも大きい断面積を有する連通路１５とが複数の隔壁１１により区画されて設けられている。
【００１６】
また、流路形成基板１０のノズル面側には、各圧力発生室１２のインク供給路１４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。本実施形態では、流路形成基板１０に圧力発生室１２が並設された列を２列設けたため、１つのインクジェット式記録ヘッドＩには、ノズル２１の並設されたノズル列が２列設けられている。なお、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又はステンレス鋼などからなる。
【００１７】
一方、このような流路形成基板１０のノズル面とは反対側には、上述したように、弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、絶縁体膜５５が形成されている。さらに、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とが積層形成されて、本実施形態の圧力発生素子である圧電素子３００を構成している。ここで、圧電素子３００は、第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０を含む部分をいう。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、他方の電極及び圧電体層７０を各圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。そして、ここではパターニングされた何れか一方の電極及び圧電体層７０から構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部という。本実施形態では、第１電極６０を圧電素子３００の共通電極とし、第２電極８０を圧電素子３００の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。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ー装置と称する。なお、上述した例では、弾性膜５０、絶縁体膜５５及び第１電極６０が振動板として作用するが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、弾性膜５０及び絶縁体膜５５を設けずに、第１電極６０のみが振動板として作用するようにしてもよい。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。
【００１８】
また、圧電素子３００の個別電極である各第２電極８０には、絶縁体膜５５上まで延設された例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０が接続されている。リード電極９０は、一端部が第２電極８０に接続されていると共に、他端部側が圧電素子３００が並設された列と列との間に延設され、他端部が端子部９１となり、後述するように、駆動回路２００が実装される。
【００１９】
さらに、共通電極である第１電極６０は、圧電素子３００の並設方向に連続して設けられ、圧力発生室１２の列の並設方向の両外側まで延設されている。そして、圧力発生室１２の列の並設方向の外側に延びた第１電極６０同士は、金（Ａｕ）等からなる共通電極用配線９５により接続され、さらに、並設方向の両側に設けられた共通電極用配線９５は列の間で、駆動回路２００の実装領域に重畳する領域に配置された共通電極用配線９６により連結されている。また、共通電極用配線９６の駆動回路２００の実装領域に重畳する領域は幅広部９７となり、電気抵抗の低下を図っている。
【００２０】
また、外部から駆動回路２００へ電気信号を導入するためのＦＰＣなどの可撓性のテープ基板４００を接続するための実装部４１０が設けられている。実装部４１０には、駆動回路２００に接続される複数の端子４１１と共に、共通電極用配線９６の端子部９８が設けられている。
【００２１】
このような圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上、すなわち、第１電極６０、絶縁体膜５５及びリード電極９０上には、リザーバー１００の少なくとも一部を構成するリザーバー部３１を有する保護基板３０が接着剤３５を介して接合されている。このリザーバー部３１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の幅方向に亘って形成されており、上述のように流路形成基板１０の連通部１３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ー１００を構成している。なお、本実施形態では、流路形成基板１０にリザーバー１００となる連通部１３を設けるようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、流路形成基板１０の連通部１３を圧力発生室１２毎に複数に分割して、リザーバー部３１のみをリザーバーとしてもよい。また、例えば、流路形成基板１０に圧力発生室１２のみを設け、流路形成基板１０と保護基板３０との間に介在する部材（例えば、弾性膜５０、絶縁体膜５５等）にリザーバーと各圧力発生室１２とを連通するインク供給路１４を設けるようにしてもよい。
【００２２】
保護基板３０の圧電素子３００に対向する領域には、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有する保持部である圧電素子保持部３２が設けられている。圧電素子保持部３２は、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有していればよく、当該空間は密封されていても、密封されていなくてもよい。なお、本実施形態では、圧電素子３００が並設された列が２列設けられているため、圧電素子保持部３２を圧電素子３００の並設された各列に対応してそれぞれ設けるようにした。すなわち、保護基板３０には、圧電素子保持部３２が並設された圧電素子３００の列の並設方向に交差する列が並ぶ列設方向に２つ設けられている。
【００２３】
このような保護基板３０としては、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラス、セラミック材料等を用いることが好ましい。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。また、保護基板３０には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられている。貫通孔３３は、２つの圧電素子保持部３２の間に設けられている。そして、各圧電素子３００から引き出されたリード電極９０の端部近傍は、貫通孔３３内に露出するように設けられ、端部は後述するように駆動回路２００が実装される端子部９１となっている。
【００２４】
さらに、保護基板３０上には、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。ここで、封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料（例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルム）からなり、この封止膜４１によってリザーバー部３１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（例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等）で形成される。この固定板４２のリザーバー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、リザーバー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。
【００２５】
さらに、コンプライアンス基板４０上には、保持部材であるヘッドケース１１０が設けられている。ヘッドケース１１０には、インク導入口４４に連通してカートリッジ等のインク貯留手段からのインクをリザーバー１００に供給するインク導入路１１１が設けられている。また、ヘッドケース１１０には、開口部４３に対向する領域に凹部１１２が形成され、開口部４３のたわみ変形が適宜行われるようになっている。さらに、ヘッドケース１１０には、保護基板３０に設けられた貫通孔３３と連通する貫通部１１３が設けられている。なお、このようなヘッドケース１１０の材料としては、例えば、ステンレス鋼等の金属材料が好適である。
【００２６】
ここで、駆動回路２００は、開口部４３及び貫通部１１３内に延設されているリード電極９０の端子部９１上に実装されている。すなわち、駆動ＩＣチップである駆動回路２００は、その端子２０１と、リード電極９０の端子部９１とが金属−金属結合等により確実に接続されるように実装されている。すなわち、駆動回路２００には、個別電極である第２電極８０のみが接続されている。
【００２７】
一方、共通電極である第１電極６０に接続される共通電極用配線９６は、駆動回路２００の実装領域に重畳する領域に配置されている。本実施形態では、共通電極用配線９６の下に、第１電極６０と同時にパターニングされた同一層６１が設けられ、共通電極用配線９６上に駆動回路２００が載置されるようになっている。すなわち、駆動回路２００は、共通電極用配線９６の幅広部９７上に載置されて（電気的には非接続）、安定した状態で、端子部９１上に実装されている。また、実装された駆動回路２００の外部信号入力用の端子は、実装部４１０の端子４１１に接続され、端子４１１を含む実装部４１０に接続されるテープ基板４００を介して、外部からの電気信号が駆動回路２００に導入される。
【００２８】
このように、本実施形態では、２つの圧電素子３００の列の間のスペースに駆動回路２００を実装すると共に、駆動回路２００には、個別電極である第２電極８０に接続されるリード電極９０のみを接続し、共通電極である第１電極６０は、共通電極用配線９５、９６を介して端子部９８を経てテープ基板４００に接続されるようにしたので、小型化、高密度化を図ることができると共に、その際に、駆動回路２００と端子部９１との接続を確実に行うことができる。また、個別電極と共通電極の引き出し方向が異なるので、ショート等の虞もない。
【００２９】
以上、説明したインクジェット式記録ヘッドでは、図示しない外部のインク貯留手段と接続したインク導入口からインクを取り込み、リザーバー１００からノズル２１に至るまで内部をインクで満たした後、駆動回路２００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第１電極６０と第２電極８０との間に電圧を印加し、弾性膜５０、絶縁体膜５５、第１電極６０及び圧電体層７０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。
【００３０】
さらに、本実施形態によれば、駆動回路２００をリード電極９０の端子部に直接接続しているので、ワイヤーボンディング法によるよりも製造が容易で且つ駆動回路２００を直接リード電極９０に接続しているので、圧電素子３００を高密度に配設してもリード電極９０と駆動回路２００との接続不良が発生することなく、高密度化を容易に達成できる。
【００３１】
（他の実施形態）
上述した実施形態１では、流路形成基板１０に圧力発生室１２が並設された列を２列設けたものであるが、この場合の列数には特別な制限はない。複数列であれば、３列以上であっても構わない。複数列の場合には少なくとも２列一組を相対向させて設ければよい。また、上述した実施形態の圧力発生室１２の一つの列において、隣接する圧力発生室１２を並設方向とは交差する方向における位置が異なるように千鳥状に配置し、ノズル２１の列が複数列となるようにしてもよい。また、流路の材質や構造を上記実施の形態に限定する必要もない。
【００３２】
さらに、上述した実施形態１では、圧力発生室１２に圧力変化を生じさせる圧力発生素子として、薄膜型の圧電素子３００を有するアクチュエーター装置を用いて説明したが、特にこれに限定されず、例えば、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アクチュエーター装置や、圧電材料と電極形成材料とを交互に積層させて軸方向に伸縮させる縦振動型のアクチュエーター装置などを使用することができる。また、圧力発生素子として、圧力発生室内に発熱素子を配置して、発熱素子の発熱で発生するバブルによってノズルから液滴を吐出するものや、振動板と電極との間に静電気を発生させて、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吐出させるいわゆる静電式アクチュエーターなどを使用することができる。
【００３３】
なお、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４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。図示するように、上記実施の形態に係るインクジェット式記録ヘッドＩ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。
【００３４】
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ー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に巻き掛けられて搬送されるようになっている。
【００３５】
また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、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。
【符号の説明】
【００３６】
Ｉ インクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、 １０ 流路形成基板、 １２ 圧力発生室、 １３ インク供給路、 １４ 連通路、２１ ノズル、 ３０ 保護基板、 ３２ 圧電素子保持部、 ３３ 貫通孔、 ６０ 第１電極、 ７０ 圧電体層、 ８０ 第２電極、 ９０ リード電極、 ９５、９６ 共通電極用配線、 １００ リザーバー、 １１０ ヘッドケース（保持部材）、 １１３ 貫通部、 ２００ 駆動回路、 ３００ 圧電素子（圧力発生素子）、 ４００ テープ基板、 ４１０ 実装部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出するノズルに連通する複数の圧力発生室の列が複数設けられた流路形成基板と、
前記流路形成基板の一方面側に形成され、前記圧力発生室内の前記液体に圧力変化を発生させる複数列の圧力発生素子と、を具備し、
前記流路形成基板の前記圧力発生室の列の並設方向に交差する方向の両側に前記圧力発生室の列及び前記圧力発生素子の列がそれぞれ配置され、
前記両側に配置された列の前記圧力発生素子のそれぞれに対応して形成された個別電極に接続される個別電極用の端子が、前記列の並設方向に交差する方向の中央部に設けられ、
前記個別電極用の端子上に、外部からの電気信号を前記両側に配置された列の前記圧力発生素子の前記個別電極に電気的に接続させる駆動回路が実装されており、
前記液体の吐出方向において前記駆動回路と重畳するように下側に配置され、前記両側に配置された列の圧力発生素子に対して共通の電極となる共通電極に接続する共通電極用配線と、
前記駆動回路に外部から電気信号を供給するための端子及び前記共通電極用配線の端子とからなる可撓性のテープ基板が接続される実装部と、
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において、
前記圧力発生室の一つの列において、前記圧力発生室の並設方向とは交差する方向における位置が異なるように千鳥状に配置されて、前記ノズルの列が複数列となっ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１に記載の液体噴射ヘッドにおいて、
前記駆動回路と重畳する領域の前記共通電極用配線の幅が、重畳する領域以外の配線の幅より大きいことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項４】
請求項１に記載の液体噴射ヘッドにおいて、
前記駆動回路と重畳する領域の前記共通電極用配線の上に前記駆動回路が載置さ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。
【請求項１】
液体を吐出するノズルに連通する複数の圧力発生室の列が複数設けられた流路形成基板と、
前記流路形成基板の一方面側に形成され、前記圧力発生室内の前記液体に圧力変化を発生させる複数列の圧力発生素子と、を具備し、
前記流路形成基板の前記圧力発生室の列の並設方向に交差する方向の両側に前記圧力発生室の列及び前記圧力発生素子の列がそれぞれ配置され、
前記両側に配置された列の前記圧力発生素子のそれぞれに対応して形成された個別電極に接続される個別電極用の端子が、前記列の並設方向に交差する方向の中央部に設けられ、
前記個別電極用の端子上に、外部からの電気信号を前記両側に配置された列の前記圧力発生素子の前記個別電極に電気的に接続させる駆動回路が実装されており、
前記液体の吐出方向において前記駆動回路と重畳するように下側に配置され、前記両側に配置された列の圧力発生素子に対して共通の電極となる共通電極に接続する共通電極用配線と、
前記駆動回路に外部から電気信号を供給するための端子及び前記共通電極用配線の端子とからなる可撓性のテープ基板が接続される実装部と、
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において、
前記圧力発生室の一つの列において、前記圧力発生室の並設方向とは交差する方向における位置が異なるように千鳥状に配置されて、前記ノズルの列が複数列となっ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１に記載の液体噴射ヘッドにおいて、
前記駆動回路と重畳する領域の前記共通電極用配線の幅が、重畳する領域以外の配線の幅より大きいことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項４】
請求項１に記載の液体噴射ヘッドにおいて、
前記駆動回路と重畳する領域の前記共通電極用配線の上に前記駆動回路が載置さ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】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２１８２５１（Ｐ２０１２−２１８２５１Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８４９２１（Ｐ２０１１−８４９２１）
【出願日】平成２３年４月６日（２０１１．４．６）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月６日（２０１１．４．６）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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