(57)【要約】【課題】圧電素子及び振動板の変位特性の低下及び変位量のばらつきの発生を抑制して液体噴射特性を向上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】ノズル開口に連通する流路５２が形成された流路形成基板５０と、該流路形成基板５０の一方面側に設けられた振動板５５と、前記振動板５５上に接着剤６３を介して接着された圧電素子１１と、を具備し、前記振動板５５には、前記圧電素子１１が接着される厚肉部としての島部５９が設けられており、前記島部５９と前記圧電素子１１との接着面の少なくとも一方に溝部６２を設ける。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル開口に連通する流路が形成された流路形成基板と、
該流路形成基板の一方面側に設けられた振動板と、
前記振動板上に接着剤を介して接着された圧電素子と、を具備し、
前記振動板には、前記圧電素子が接着される厚肉部が設けられており、
前記厚肉部と前記圧電素子との接着面の少なくとも一方には、溝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】
前記溝部が、前記厚肉部側の前記接着面に設けられていることを特徴とする請求項１記載の液体噴射ヘッド。
【請求項３】
前記溝部が、前記圧電素子側の前記接着面に設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の液体噴射ヘッド。
【請求項４】
請求項１〜３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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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】
液体噴射ヘッドの代表例としては、例えば、圧電素子の変位による圧力を利用してノズル開口からインク滴を吐出するインクジェット式記録ヘッドが知られている。インクジェット式記録ヘッドは、ノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電素子により変形させて圧力発生室に供給されたインクに圧力を付与することで、ノズル開口からインク滴を吐出させている。また、振動板は、各圧力発生室に相対向する領域に設けられた厚肉部と、厚肉部の周囲に設けられた薄肉部とで構成され、各圧電素子の端面は、各厚肉部に接着剤を介して接着されている（例えば、特許文献１及び２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３２７４６２号公報
【特許文献２】特開２００３−１７７７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、厚肉部と圧電素子とを接着する際に、接着剤が薄肉部上に流出すると、流出した接着剤によって振動板の薄肉部における変位特性が変化し、圧電素子（振動板）の変位量が低下してしまう虞があるという問題がある。
【０００５】
また、接着剤の薄肉部への流出量のばらつきによって、圧電素子（振動板）の変位量にばらつきが生じ、インク滴の吐出特性を均一にすることができなくなる虞があるという問題がある。
【０００６】
なお、このような問題は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。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑み、圧電素子及び振動板の変位特性の低下及び変位量のばらつきの発生を抑制して液体噴射特性を向上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目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する本発明の態様は、ノズル開口に連通する流路が形成された流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に設けられた振動板と、前記振動板上に接着剤を介して接着された圧電素子と、を具備し、前記振動板には、前記圧電素子が接着される厚肉部が設けられており、前記厚肉部と前記圧電素子との接着面の少なくとも一方には、溝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。
かかる態様では、厚肉部と圧電素子との接着面に溝部が設けられることにより、厚肉部と圧電素子とを接着する接着剤が溝部内に充填されて、余分な接着剤が厚肉部の外側に流出するのを抑制することができる。これにより、圧電素子及び振動板の変位量の低下やばらつきを低減して液体吐出特性を均一化することができる。
【０００９】
ここで、前記溝部が、前記厚肉部側の前記接着面に設けられていてもよく、また、前記溝部が、前記圧電素子側の前記接着面に設けられていてもよい。
【００１０】
さらに、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、液体噴射特性を均一化して印刷品質を向上した液体噴射装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】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２】本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの要部拡大断面図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る圧電素子ユニットの斜視図である。
【図４】本発明の実施形態１に係る圧電素子ユニットの平面図及び断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る記録装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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（ａ）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圧力発生室の長手方向の断面図であり、図１（ｂ）は、インクジェット式記録ヘッドの圧力発生室の短手方向の要部断面図である。また、図２は、図１（ｂ）の要部を拡大した断面図である。
【００１３】
図１に示すように、流路形成基板５０はシリコン単結晶基板からなり、その一方面側の表層部分には、複数の隔壁５１によって画成された圧力発生室５２がその幅方向（短手方向）に並設されている。また、各圧力発生室５２の長手方向一端部側には、各圧力発生室５２に液体の一例であるインクを供給するためのリザーバー５３が液体供給路の一例であるインク供給路５４を介して連通されている。また、流路形成基板５０の圧力発生室５２の開口面側は振動板５５で封止され、他方面側にはノズル開口５６が穿設されたノズル形成部材の一例であるノズルプレート５７が接着剤や熱溶着フィルムを介して接着されている。
【００１４】
流路形成基板５０上に形成された振動板５５は、例えば、樹脂フィルム等の弾性部材からなる弾性膜５５ａと、この弾性膜５５ａを支持する、例えば、金属材料等からなる支持板５５ｂとの複合板で形成されており、弾性膜５５ａ側が流路形成基板５０に接合されている。例えば、本実施形態では、弾性膜５５ａは、厚さが数μｍ程度のＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）フィルムからなり、支持板５５ｂは、厚さが数十μｍ程度のステンレス鋼板（ＳＵＳ）からなる。また、振動板５５の各圧力発生室５２に対向する領域内には、圧電素子１１の先端部が当接する島部５９が設けられている。すなわち、振動板５５の各圧力発生室５２の周縁部に対向する領域に他の領域よりも厚さの薄い薄肉部６０が形成され、この薄肉部６０の内側にそれぞれ島部５９が設けられている。本実施形態では、振動板５５に、島部５９を設けることで、振動板５５に他の領域（薄肉部６０）よりも厚さの厚い厚肉部が設けられている。また、本実施形態では、島部５９の表面、すなわち、流路形成基板５０とは反対側の面には、複数の溝部６２が設けられている。溝部６２は、圧力発生室５２の長手方向に沿って設けられていても、圧力発生室５２の短手方向に沿って設けられていてもよく、また、これらを組み合わせた格子状に設けられていてもよい。もちろん、溝部６２は、島部５９の面内に不連続となるように点在してもよい。
【００１５】
また、振動板５５のリザーバー５３に対向する領域には、薄肉部６０と同様に、支持板５５ｂがエッチングにより除去されて実質的に弾性膜５５ａのみで構成されるコンプライアンス部６１が設けられている。なお、このコンプライアンス部６１は、リザーバー５３内に圧力変化が生じた時に、このコンプライアンス部６１の弾性膜５５ａが変形することによって圧力変化を吸収し、リザーバー５３内の圧力を常に一定に保持する役割を果たす。
【００１６】
振動板５５上には、図示しない複数の液体貯留体の一例であるインクカートリッジに接続される液体供給路の一例であるインク供給路を有するヘッドケース５８が固定されており、且つこのヘッドケース５８には、圧電素子ユニット１０が高精度に位置決めされて固定されている。すなわち、ヘッドケース５８は、貫通した収容部５８ａが設けられており、この収容部５８ａの一方の内面に圧電素子ユニット１０が、各圧電素子１１の先端が振動板５５上の各圧力発生室５２に対応する領域に設けられた各島部５９（厚肉部）に接着剤６３を介して接着されて固定されている。
【００１７】
ここで、圧電素子ユニット１０について詳細に説明する。図３は、本発明の実施形態１に係る圧電素子ユニットの斜視図であり、図４は、図３の平面図及びそのＡ−Ａ′断面図である。
【００１８】
図３及び図４に示すように、本実施形態に係る圧電素子ユニット１０は、複数の圧電素子１１がその幅方向に並設された列１２を有する圧電素子形成部材１３と、圧電素子形成部材１３の先端部（一端部）側が自由端１１ａとなるようにその基端部（他端部）側が固定端として接合される固定板１４とを有する。
【００１９】
圧電素子形成部材１３は、圧電材料層１５と、圧電素子１１の２つの極を構成する内部電極、すなわち、隣接する圧電素子１１と電気的に独立する個別電極を構成する個別内部電極１６と、隣接する圧電素子１１と電気的に共通する共通電極を構成する共通内部電極１７とを交互に挟んで積層することにより形成されている。
【００２０】
この圧電素子形成部材１３には、例えば、ワイヤーソー等によって複数のスリット１８が形成され、その先端部側が櫛歯状に切り分けられて圧電素子１１の列１２が形成されている。なお、圧電素子１１の列１２の両外側には、各圧電素子１１よりも広い幅を有する位置決め部１９が設けられている。この位置決め部１９は、圧電素子ユニット１０をインクジェット式記録ヘッドＩに組み込む際に、圧電素子ユニット１０を高精度に位置決めするために設けられている。
【００２１】
ここで、各圧電素子１１の個別電極となる個別内部電極１６は、基本的には圧電素子形成部材１３の略全面に亘って設けられているが、固定板１４の端面近傍に対向する領域で先端部側と基端部側とに分離して設けられている。一方、共通電極となる共通内部電極１７も基本的に圧電素子形成部材１３の略全面に亘って設けられているが、個別内部電極１６と同様に、圧電素子１１の先端部近傍で分離されている。すなわち、圧電素子１１の固定板１４に接合される領域は、振動に寄与しない不活性領域となっており、圧電素子１１を構成する個別内部電極１６及び共通内部電極１７間に電圧を印加すると、固定板１４に接合されていない先端部側の領域のみが振動する。本実施形態では、上述したように圧電素子１１の固定板１４に固定された基端を固定端１１ｂと言い、圧電素子１１の振動する先端を自由端１１ａと言っている。
【００２２】
また、圧電素子形成部材１３の外表面には、個別内部電極１６及び共通内部電極１７と接続される外部電極２０が形成されている。また、圧電素子形成部材１３の少なくとも圧電素子１１の列１２に対応する領域の基端部側には、外部電極２０が存在しない電極非形成部２１が存在する。
【００２３】
そして、複数のスリット１８は、この電極非形成部２１に対向する領域に達する長さで形成され、外部電極２０が、このスリット１８及び電極非形成部２１によって分離され、隣接する圧電素子１１と電気的に独立する個別外部電極２２と、隣接する圧電素子１１と電気的に共通する共通外部電極２３とを構成する。
【００２４】
具体的には、外部電極２０は、本実施形態では、各圧電素子１１に対向する部分と位置決め部１９に対向する部分とに分離され、各圧電素子１１に対向する領域の外部電極２０が、圧電素子形成部材１３の先端部で圧電素子１１の個別電極を構成する個別内部電極１６と電気的に接続される個別外部電極２２を構成している。一方、圧電素子１１の列１２の両側に設けられた位置決め部１９上の外部電極２０が、圧電素子形成部材１３の基端部側の端面で各圧電素子１１の共通電極を構成する共通内部電極１７と接続される共通外部電極２３を構成している。
【００２５】
すなわち、本実施形態の圧電素子ユニット１０では、圧電素子形成部材１３の固定板１４に接合された部分の反対側の面に、個別外部電極２２が並設されると共に、個別外部電極２２の並設方向両側で位置決め部１９に対向する領域に共通外部電極２３が存在する。これにより、圧電素子ユニット１０と後述する回路基板３０とを比較的容易に接続することができ、且つ圧電素子ユニット１０の小型化を図ることができる。
【００２６】
このような圧電素子ユニット１０は、図１に示すように、固定板１４が、圧電素子形成部材１３が固定された面とは反対側の面がヘッドケース５８の収容部５８ａに固定される。また、各圧電素子１１の先端面には、個別外部電極２２が形成されており、各圧電素子１１の先端の個別外部電極２２が形成された端面が、振動板５５の島部（厚肉部）５９に接着剤６３を介して接着される。ここで、圧電素子１１の島部５９に接着される端面は、図２に示すように、圧力発生室５２の短手方向において島部５９の幅よりも幅広となるように設けられている。このため、圧電素子１１の端面に接着剤６３を塗布した状態で、圧電素子１１と島部５９とを接着すると、圧電素子１１の端面に塗布された接着剤６３が島部５９の外側の薄肉部６０まで流出し易い。しかしながら、本実施形態では、島部５９の表面に溝部６２を設けたため、余分な接着剤６３を溝部６２内に逃がすことができ、余分な接着剤６３が島部５９の上から薄肉部６０の上に流出するのを抑制することができる。これにより、薄肉部６０に余分な接着剤６３が付着することによる振動板５５の変位量の低下や、接着剤６３の流出量のばらつきによる振動板５５の変位量のばらつきの発生を抑制して、インク吐出特性を向上すると共に均一化することができる。
【００２７】
ちなみに、振動板５５は、弾性膜５５ａと、支持板５５ｂとを接合した後、支持板５５ｂの島部５９以外の領域をエッチングにより除去することで形成することができる。そして、上述した溝部６２は、例えば、島部５９を形成する際のエッチングによって形成してもよいし、例えば、サンドブラスト法等により形成してもよい。勿論、溝部６２は、弾性膜５５ａと支持板５５ｂとを接合する前に支持板５５ｂに形成してもよく、支持板５５ｂをエッチングした後に形成してもよい。
【００２８】
さらに、ヘッドケース５８上には、回路基板３０の各配線３１がそれぞれ接続される複数の導電パッド３２が設けられた配線基板３３が固定されており、ヘッドケース５８の収容部５８ａは、この配線基板３３によって実質的に塞がれている。配線基板３３には、ヘッドケース５８の収容部５８ａに対向する領域にスリット状の開口部３４が形成されており、回路基板３０はこの配線基板３３の開口部３４から収容部５８ａの外側に折り曲げられて引き出されている。
【００２９】
ここで、圧電素子ユニット１０を構成する回路基板３０は、例えば、本実施形態では、圧電素子１１を駆動するための駆動ＩＣ（図示なし）が搭載されたチップオンフィルム（ＣＯＦ）からなる。そして、回路基板３０の各配線３１は、その基端部側では、例えば、半田、異方性導電材等によって圧電素子１１を構成する電極形成材料１６，１７に外部電極２０（個別外部電極２２及び共通外部電極２３）を介して接続されている。一方、先端部側では、各配線３１は配線基板３３の各導電パッド３２に接合されている。具体的には、配線基板３３の開口部３４から収容部５８ａの外側に引き出された回路基板３０の先端部が配線基板３３の表面に沿って折り曲げられた状態で、各配線３１は配線基板３３の各導電パッド３２に接合されている。
【００３０】
なお、このようなインクジェット式記録ヘッドＩでは、インク滴を吐出する際に、圧電素子１１及び振動板５５の変形によって各圧力発生室５２の容積を変化させて所定のノズル開口５６からインク滴を吐出させるようになっている。具体的には、図示しないインクカートリッジからリザーバー５３にインクが供給されると、インク供給路５４を介して各圧力発生室５２にインクが分配される。実際には、圧電素子１１に電圧を印加することにより圧電素子１１を収縮させる。これにより、振動板５５が圧電素子１１と共に変形されて圧力発生室５２の容積が広げられ、圧力発生室５２内にインクが引き込まれる。そして、ノズル開口５６に至るまで内部にインクを満たした後、配線基板３３を介して供給される記録信号に従い、圧電素子１１の電極形成材料１６，１７に印加していた電圧を解除する。これにより、圧電素子１１が伸張されて元の状態に戻ると共に振動板５５も変位して元の状態に戻る。結果として圧力発生室５２の容積が収縮して圧力発生室５２内の圧力が高まりノズル開口５６からインク滴が吐出される。
【００３１】
（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態１について説明したが、本発明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。例えば、上述した実施形態１では、島部５９に溝部６２を設けるようにしたが、特にこれに限定されず、溝部６２は圧電素子１１の島部５９に接着される端面に設けるようにしてもよく、圧電素子１１の端面と島部５９との両方に設けるようにしてもよい。ちなみに、圧電素子１１の端面には、個別外部電極２２が形成されているため、溝部６２は、個別外部電極２２に設けてもよく、また、圧電素子形成部材１３に溝部６２を設け、溝部６２に沿って均一な厚さの個別外部電極２２を設けるようにしてもよい。すなわち、溝部６２は、圧電素子１１と振動板５５の厚肉部（島部５９）との接着面である圧電素子１１の端面及び島部５９の表面の少なくとも一方に設けられていれば、圧電素子１１と振動板５５とを接着する接着剤６３の流出を抑制することができる。
【００３２】
また、溝部６２は、圧電素子１１と厚肉部（島部５９）との接着面の外周側に沿って設けられていれば、接着剤６３の薄肉部６０への流出を有効に抑制することができる。すなわち、圧電素子１１と厚肉部（島部５９）とを互いに押圧することにより、接着面からはみ出ようとする接着剤６３を溝部６２内に有効に逃がして、接着剤６３の流出を抑制することができる。
【００３３】
また、上述した実施形態１では、圧電材料層１５と電極形成材料（個別内部電極１６，共通内部電極１７）とを交互に積層させて軸方向に伸縮させる縦振動型の圧電素子１１について説明したが、圧電材料層１５と電極形成材料１６，１７とを交互に積層させて積層方向の一端部を島部５９に当接させる横振動型の圧電素子を用いるようにしてもよい。
【００３４】
なお、上述した実施形態１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５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。
【００３５】
図５に示すように、インクジェット式記録装置ＩＩは、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を具備する。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。
【００３６】
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。
【００３７】
なお、上述した実施形態１においては、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説明したが、本発明は、広く液体噴射ヘッド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、液晶ディスプレー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ディスプレー、ＦＥＤ（電界放出ディスプレー）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。
【００３８】
また、液体噴射装置の一例としてインクジェット式記録装置ＩＩを挙げて説明したが、上述した他の液体噴射ヘッドを用いた液体噴射装置にも用いることが可能である。
【符号の説明】
【００３９】
Ｉ  インクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、  ＩＩ  インクジェット式記録装置（液体噴射装置）、  １０  圧電素子ユニット、  １１  圧電素子、  １１ａ  自由端、  １１ｂ  固定端、  １３  圧電素子形成部材、  １４  固定板、  １６  個別内部電極、  １７  共通内部電極、  １８  スリット、  １９  位置決め部、  ２２  個別外部電極、  ２３  共通外部電極、  ３０  回路基板、  ３１  配線、  ３２  導電パッド、  ３３  配線基板、  ５０  流路形成基板、  ５２  圧力発生室、  ５５  振動板、  ５６  ノズル開口、  ５８  ヘッドケース、  ５９  島部（厚肉部）、  ６０  薄肉部、  ６１  コンプライアンス部、  ６２  溝部、  ６３  接着剤
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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