JP2004268315A - インクジェットヘッド - Google Patents
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Abstract
【課題】各インクチャネルの駆動電極から引き出された接続配線と配線基板の駆動配線との電気的接続が簡単で、ヘッドチップの放熱対策が容易であり、２段以上の多段状に積層して多ノズル化を図り得るインクジェットヘッドを提供する。
【解決手段】圧電素子からなる駆動壁１３とインクチャネル１４とが交互に並設されると共に前面及び後面にそれぞれインクチャネル１４の出口１４２と入口１４１とが対向状に配設されてなるヘッドチップ１を有し、前記ヘッドチップ１の後面に、前記駆動壁１３に設けられた各駆動電極と電気的に接続する接続配線が引き出されると共に、前記各接続配線に対応するピッチで駆動回路と電気的に接続する駆動配線３１が形成された配線基板３が接合されてなり、前記配線基板３には、前記各インクチャネル１４の入口１４１に対応するインク導入口３２が形成されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
【選択図】 図１
【解決手段】圧電素子からなる駆動壁１３とインクチャネル１４とが交互に並設されると共に前面及び後面にそれぞれインクチャネル１４の出口１４２と入口１４１とが対向状に配設されてなるヘッドチップ１を有し、前記ヘッドチップ１の後面に、前記駆動壁１３に設けられた各駆動電極と電気的に接続する接続配線が引き出されると共に、前記各接続配線に対応するピッチで駆動回路と電気的に接続する駆動配線３１が形成された配線基板３が接合されてなり、前記配線基板３には、前記各インクチャネル１４の入口１４１に対応するインク導入口３２が形成されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電素子からなる駆動壁とインクチャネルとが交互に並設されると共に前面及び後面にそれぞれインクチャネルの出口と入口とが対向状に配設されてなる、所謂ハーモニカタイプのヘッドチップを有するインクジェットヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、インクチャネルを区画する駆動壁に電圧を印加することにより該駆動壁をせん断変形させ、そのとき発生する圧力を利用してインクチャネル内のインクを吐出させるようにしたシェアモード型のインクジェットヘッドとして、圧電素子からなる駆動壁とインクチャネルとが交互に並設されると共に前面及び後面にそれぞれインクチャネルの出口と入口とが対向状に配設された所謂ハーモニカタイプのヘッドチップにより構成したインクジェットヘッドが特許文献１により公知である。
【０００３】
このようなハーモニカタイプのインクジェットヘッドのインクチャネルは、その入口から出口に亘る長さ方向で大きさと形状がほぼ変わらないストレートとなるため、各駆動壁に形成された駆動電極を駆動回路と電気的に接続するための接続配線をヘッドチップの外面に引き出す必要がある。
【０００４】
例えば上記特許文献１に記載の技術では、駆動壁を上下から挟むように対向している上部又は下部の基板に貫通孔を形成し、この貫通孔を利用して各駆動電極と電気的に接続される接続配線をヘッドチップの外面に引き出すようにしている。この場合、各接続配線と電気的に接続される駆動配線の配線パターンが形成された配線基板を上記ヘッドチップの接続配線が引き出された面に接合することで、この配線基板を介して駆動回路との電気的接続を行うようにしている。
【０００５】
また、配線基板とヘッドチップとの接合に関しては、特許文献２に、ノズル孔が形成されたノズルプレートに駆動回路との電気的接続を行うための駆動配線の配線パターンを一体に形成し、このノズルプレートをインク出口側に貼着した後に上記配線パターンが形成された側を折り曲げて、ヘッドチップの上面に引き出された接続配線と上記駆動配線との電気的接続を行うことが記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１０３６１２号公報
【特許文献２】特開２００１−６３０４３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献２に記載されているように、駆動配線がノズルプレートと一体に形成されているものでは、接合作業が煩雑で接合不良が発生し易い問題がある。これは、一般にノズルは高精度に加工形成する必要があることから、ヘッドチップに接合する前に予め形成するようにしており、ノズルプレートの接合作業では、各ノズルとインクチャネルとが正確に対応するように位置合わせしながら行う必要があるため、駆動配線がノズルプレートと一体に形成されている場合、配線同士の接合に加えて、このノズルとインクチャネルとの正確な位置合わせをも同時に行わなくてはならないためである。
【０００８】
また、インクジェットヘッドの高密度化を目的として多ノズル化を図る場合、複数のヘッドチップをインクチャネルの並び方向と直交する上下方向に多段状に積層する方法が考えられる。しかし、上記従来技術にあるように、一般にハーモニカタイプのヘッドチップの上面又は下面には配線基板が接合され、かかるヘッドチップを用いて多ノズル化を図る場合、通常、配線基板の接合面と反対側の面同士を接合するため、この方法ではヘッドチップを上下２段までしか積層することができない。従って、更にノズル数を増やすには、ヘッドチップのチャネル数をインクチャネルの並び方向に増加させていくしかなかった。
【０００９】
更に、高周波駆動を行うインクジェットヘッドでは、駆動時の放熱対策が必要となるが、ヘッドチップの上面又は下面が配線基板で覆われていると効率的な放熱を行うことが困難である。特に上記のようにヘッドチップを上下２段に積層した場合では、積層されたヘッドチップの上下両面が共に配線基板で覆われてしまうため、放熱対策を講じることがより困難となる問題がある。
【００１０】
そこで、本発明は、各インクチャネルの駆動電極から引き出された接続配線と配線基板の駆動配線との電気的接続が簡単に行えると共に、ヘッドチップの放熱対策が容易であり、また、２段以上の多段状に積層して多ノズル化を図ることも可能なインクジェットヘッドを提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、以下の各発明によって解決される。
【００１２】
すなわち、請求項１記載の発明は、圧電素子からなる駆動壁とインクチャネルとが交互に並設されると共に前面及び後面にそれぞれインクチャネルの出口と入口とが対向状に配設されてなるヘッドチップを有するインクジェットヘッドであって、前記ヘッドチップの後面に、前記駆動壁に設けられた各駆動電極と電気的に接続する接続配線が引き出されると共に、前記各接続配線に対応するピッチで駆動回路と電気的に接続する駆動配線が形成された配線基板が接合されてなり、前記配線基板には、前記各インクチャネルの入口に対応するインク導入口が形成されていることを特徴とするインクジェットヘッドである。
【００１３】
請求項２記載の発明は、前記配線基板は、各インクチャネルのインクの流量を規制する流路規制板を兼ねていることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッドである。
【００１４】
請求項３記載の発明は、前記ヘッドチップは多段状に複数積層されると共に、前記配線基板は、各ヘッドチップの後面に亘って接合されていることを特徴とする請求項１又は２記載のインクジェットヘッドである。
【００１５】
請求項４記載の発明は、前記配線基板は、隣接するヘッドチップにそれぞれ対応する駆動配線が互いに反対方向に引き出されていることを特徴とする請求項３記載のインクジェットヘッドである。
【００１６】
請求項５記載の発明は、前記ヘッドチップの上面及び／又は下面に放熱部材が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のインクジェットヘッドである。
【００１７】
請求項６記載の発明は、前記配線基板はフレキシブルプリント基板であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のインクジェットヘッドである。
【００１８】
請求項７記載の発明は、前記配線基板には、前記ヘッドチップと反対面にインクマニホールドが一体化されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のインクジェットヘッドである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。
【００２０】
図１は、本発明に係るインクジェットヘッドの一例を断面で示しており、図中、１Ａ、１Ｂはヘッドチップ、２はヘッドチップ１Ａ、１Ｂの前面に接合されたノズルプレート、３はヘッドチップ１Ａ、１Ｂの後面に接合された配線基板、４は配線基板３における各ヘッドチップ１Ａ、１Ｂと反対面に接合されたインクマニホールドである。
【００２１】
なお、本明細書においては、ヘッドチップからインクが吐出される側の面を「前面」といい、その反対側の面を「後面」という。また、ヘッドチップにおいて並設されるインクチャネルを挟んで上下に位置する外側面をそれぞれ「上面」及び「下面」という。
【００２２】
ヘッドチップ１Ａ、１Ｂの構造の詳細を図２に示す。図２はヘッドチップ１Ａ、１Ｂを後面側から見た状態を示している。また、図３はヘッドチップの製造工程の一例を示している。
【００２３】
各ヘッドチップ１Ａ、１Ｂは、上部基板１１Ａ、１１Ｂと下部基板１２Ａ、１２Ｂとの間に、圧電素子からなる駆動壁１３Ａ、１３Ｂとインクチャネル１４Ａ、１４Ｂとが交互に並設されている。上記インクチャネル１４Ａ、１４Ｂの形状は、両側壁が垂直方向に向いており、そして互いに平行である。また、図１に示すように、その入口１４１Ａ、１４１Ｂから出口１４２Ａ、１４２Ｂに亘る長さ方向で大きさと形状がほぼ変わらないストレートタイプである。
【００２４】
駆動壁１３Ａ、１３Ｂを構成する圧電素子に用いられる圧電材料としては、電圧を加えることにより変形を生じる公知の圧電材料を用いることができ、有機材料からなる基板、非金属製の基板等がある。特に、非金属製の圧電材料基板が好ましく、成形、焼成等の工程を経て形成される圧電セラミックス基板、又は成形、焼成を必要としないで形成される基板等が挙げられる。
【００２５】
非金属製の圧電材料基板において、成形、焼成等の工程を経て形成される圧電セラミックス基板としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）が好ましい。さらにＢａＴｉＯ３、ＺｎＯ、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３等を用いてもよい。
【００２６】
ＰＺＴとしては、ＰＺＴ（ＰｂＺｒＯ３−ＰｂＴｉＯ３）と、第三成分添加ＰＺＴがある。添加する第三成分としてはＰｂ（Ｍｇ１／２Ｎｂ２／３）Ｏ３、Ｐｂ（Ｍｎ１／３Ｓｂ２／３）Ｏ３、Ｐｂ（Ｃｏ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３等がある。
【００２７】
また、非金属製の圧電材料基板において、成形、焼成を必要としないで形成される基板としては、例えば、ゾル−ゲル法、積層基板コーティング法等で形成することができる。
【００２８】
かかる駆動壁１３Ａ、１３Ｂの形成方法を図３に示す。駆動壁１３は、分極方向（矢印で示す）を互いに反対に向けた２枚の圧電材料基板１３ａ、１３ｂを下部基板１２上に接合した後（図３（ａ））、その２枚の圧電材料基板１３ａ、１３ｂに亘ってインクチャネルとなる複数の平行な溝を研削することにより、下部基板１２上に高さ方向で分極方向が反対となる駆動壁１３を並設することができる（図３（ｂ））。このときの溝がインクチャネル１４となる。また、下部基板１２を用いる代わりに圧電材料基板１３ｂを厚手のものとし、薄手の圧電材料基板１３ａ側から厚手の圧電材料基板１３ｂの中途部にまで至る複数の平行な溝を研削することにより、高さ方向で分極方向が反対となる駆動壁１３の形成と同時に下部基板部分が一体に形成されるようにしてもよい。
【００２９】
このようにして形成された各駆動壁１３の表面には、駆動電極１５が形成される。駆動電極１５を形成する金属は、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｏ（コバルト）、Ｃｕ（銅）、Ａｌ（アルミニウム）等があり、電気抵抗の面からはＡｌやＣｕを用いることが好ましいが、腐食や強度、コストの面からＮｉが好ましく用いられる。
【００３０】
駆動電極１５の形成は、蒸着法、スパッタリング法、めっき法、ＣＶＤ（化学気相反応法）等の真空装置を用いた方法等が挙げられるが、めっき法によるものが好ましく、特に無電解めっきにより形成されることが好ましい。無電解めっきによれば、均一且つピンホールフリーの金属被膜を形成することができる。
【００３１】
無電解めっきによる電極形成においては、Ｎｉ−Ｐ（リン）めっき又はＮｉ−Ｂ（ホウ素）めっきを単独で使用してもよいし、あるいはＮｉ−ＰとＮｉ−Ｂを重層してもよい。Ｎｉ−ＰめっきはＰ含量が高くなると電気抵抗が増大するので、Ｐ含量が１〜数％程度がよい。Ｎｉ−ＢめっきのＢ含量は、普通１％以下なので、Ｎｉ−ＰよりＮｉ含量が多く、電気抵抗が低く、且つ、外部の配線との接続性が良いため、Ｎｉ−ＰよりＮｉ−Ｂの方が好ましいが、Ｎｉ−Ｂは高価なので、Ｎｉ−ＰとＮｉ−Ｂを組み合わせることも好ましい。
【００３２】
更に、Ｎｉ−Ｐめっき又はＮｉ−Ｂめっきを下層として、その上層にＡｕ（金）めっきを施すようにしてもよい。この場合、Ｎｉめっき表面に無電解の置換金めっきによりＡｕを薄層で形成し、置換金めっきは膜成長が遅いため、その後電解金めっきに変えて膜厚を稼ぐようにするとよい。これにより接続性の向上と電気抵抗の軽減を図ることもできる。
【００３３】
めっき膜の厚みは０．５〜５μｍの範囲が好ましい。
【００３４】
駆動電極１５はインクチャネル１４毎に独立させるため、駆動壁１３の上面にはめっき金属が析出しないようにすることが好ましく、例えば各駆動壁１３の上面に予めドライフィルムを貼着したり、レジストを形成しておき、めっき膜形成後に除去することで、各駆動壁１３の側面のみに選択的に駆動電極１５を形成することができる（図３（ｃ））。
【００３５】
この駆動電極１５の形成後、駆動壁１３とインクチャネル１４とが並設された基板の上面に上部基板１１を接着剤を用いて接合する。上部基板１１及び下部基板１２には、駆動壁１３を構成する圧電素子と同一の材料を脱分極して用いると、駆動時の熱の影響による熱膨張係数の差に起因する反りや変形を防止することができる。そして、この基板をインクチャネル１４の長さ方向と直交する方向に沿う複数のカットラインＣ１、Ｃ２・・・に沿って切断することにより、上部基板１１、圧電材料基板１３ａ、１３ｂ及び下部基板１２を接合してなる１枚の基板からハーモニカタイプの複数のヘッドチップ１、１・・・を一度に製造することができる（図３（ｄ））。
【００３６】
図２に示すように、各インクチャネル１４Ａ、１４Ｂ内の駆動壁１３Ａ、１３Ｂの側面に形成された駆動電極１５Ａ、１５Ｂは、上部基板１１Ａ及び下部基板１２Ｂにおいて、各インクチャネル１４Ａ、１４Ｂの入口からヘッドチップ１Ａ、１Ｂの後面に引き出されている。これにより各ヘッドチップ１Ａ、１Ｂの後面には、各インクチャネル１４Ａ、１４Ｂ内の駆動電極１５Ａ、１５Ｂと電気的に接続された接続配線１６Ａ、１６Ｂが、インクチャネル１４Ａ、１４Ｂ毎に独立して形成されている。
【００３７】
かかる接続配線１６Ａ、１６Ｂの形成方法としては特に問わないが、例えば、ヘッドチップ１Ａ、１Ｂの後面に、各インクチャネル１４Ａ、１４Ｂに対応するように接続配線形成用の開口を有するドライフィルム等を用いてパターニングを行い、その後、ヘッドチップ１Ａ、１Ｂの後面側にアルミニウム等の配線形成用金属を蒸着することにより、上記開口部分のみに選択的に形成することができる。
【００３８】
また、他の方法として、駆動電極１５と接続配線１６とを同時に形成することもできる。即ち、図３に示した方法において駆動電極１５を形成することなくヘッドチップ１を形成した後、各インクチャネル１４の内面を含むヘッドチップ全面に駆動電極及び接続電極とするためのめっきを施し、その後、ヘッドチップ１の全面に形成されためっき金属のうちの不要部分のめっき金属をレーザーで除去することによりパターニングを行い、めっき金属をインクチャネル１４毎に分離独立させることで、各駆動電極１５とこれに電気的に接続される各接続電極１６とを同時に形成する。この方法によれば、電極金属付与工程が１回で済むため、製造プロセスの簡略化を図ることができる。
【００３９】
接続配線１６Ａ、１６Ｂは、各インクチャネル１４Ａ、１４Ｂからヘッドチップ１Ａ、１Ｂの後面における上部基板１１Ａ、１１Ｂ又は下部基板１２Ａ、１２Ｂの少なくともいずれかに引き出されていればよい。図２に示す例では、ヘッドチップ１Ａ側の接続配線１６Ａは上部基板１１Ａ側に、ヘッドチップ１Ｂ側の接続配線１６Ｂは下部基板１２Ｂ側にそれぞれ引き出されており、隣接するヘッドチップ１Ａ、１Ｂで反対方向となっている。
【００４０】
ヘッドチップ１Ａ、１Ｂは、ヘッドチップ１Ａの下部基板１２Ａとヘッドチップ１Ｂの上部基板１１Ａとが接着剤を用いて接合され、インクチャネル１４Ａ、１４Ｂの並び方向に直交する上下２段に積層されている。なお、ヘッドチップ１Ａと１Ｂとでは、図２に示すように、各インクチャネル１４Ａ、１４Ｂの位置が互いにずれている。
【００４１】
積層されたヘッドチップ１Ａ、１Ｂの前面には、ヘッドチップ１Ａ、１Ｂに亘る１枚のノズルプレート２が接合されている。ノズルプレート２には、ヘッドチップ１Ａの各インクチャネル１４Ａに対応するノズル２１Ａとヘッドチップ１Ｂの各インクチャネル１４Ｂに対応するノズル２１Ｂがそれぞれ開穿されている。
【００４２】
配線基板３は、ヘッドチップ１Ａ、１Ｂの幅（インクチャネル１４Ａ、１４Ｂの並び方向の長さ）とほぼ同幅に形成されており、その表面にはヘッドチップ１Ａ、１Ｂの各インクチャネル１４Ａ、１４Ｂに対応し、該インクチャネル１４Ａ、１４Ｂから引き出された接続配線１６Ａ、１６Ｂと電気的に接続することで、図示しない駆動回路から供給される信号電圧を各駆動壁１３Ａ、１３Ｂの駆動電極１５Ａ、１５Ｂに印加するための駆動配線３１Ａ、３１Ｂが形成されている。
【００４３】
ここでは、図２に示すように、隣接するヘッドチップ１Ａと１Ｂとで、接続配線１６Ａ、１６Ｂの引き出し方向が図示上下で反対方向となっているため、配線基板３においてヘッドチップ１Ａ用の駆動配線３１Ａは図示上方向に、ヘッドチップ１Ｂ用の駆動配線３１Ｂは図示下方向にそれぞれ引き出されている。これにより、ヘッドチップ１Ａ、１Ｂにそれぞれ対応する各駆動配線３１Ａ、３１Ｂのピッチを大きくすることができる。
【００４４】
駆動配線３１Ａ、３１Ｂが形成された配線基板３は、その各駆動配線３１Ａ、３１Ｂがヘッドチップ１Ａ、１Ｂの後面の各接続配線１６Ａ、１６Ｂに対応するように、ヘッドチップ１Ａ、１Ｂの後面に亘って異方性導電フィルム等を用いて接合される。本発明に係るインクジェットヘッドでは、本実施形態に示すように、複数のヘッドチップが上下方向に多段状に積層されている場合でも、配線基板３は１枚で全て共通とすることができるため、部品点数の削減化を図ることが可能である。
【００４５】
しかも、複数のヘッドチップに信号電圧を印加するための配線パターンを１枚の配線基板３に一度に形成することができるため、製造工程の簡略化を図ることも可能である。
【００４６】
また、配線基板３をヘッドチップ１Ａ、１Ｂの後面に接合することで、配線基板３の各駆動配線３１Ａ、３１Ｂと電気的に接続するための接続配線１６Ａ、１６Ｂは、ヘッドチップ１Ａ、１Ｂの後面において引き出されていればよいため、配線の長さが短くて済み、電気抵抗を低減することができる。この接続配線１６Ａ、１６Ｂは各インクチャネル１４Ａ、１４Ｂの入口１４１Ａ、１４１Ｂから１箇所のみの角部を経て、ヘッドチップ１Ａ、１Ｂの後面において配線基板３の駆動配線３１Ａ、３１Ｂと電気的に接続されるため、断線が生じる確率を低くすることができ、電気的接続の信頼性を高めることができる。
【００４７】
この配線基板３には、ヘッドチップ１Ａの各インクチャネル１４Ａの入口１４１Ａに対応するインク導入口３２Ａとヘッドチップ１Ｂの各インクチャネル１４Ｂの入口１４１Ｂに対応するインク導入口３２Ｂとがそれぞれ開設されており、このインク導入口３２Ａ、３２Ｂを通して各インクチャネル１４Ａ、１４Ｂ内にインクを供給可能としている。
【００４８】
各インク導入口３２Ａ、３２Ｂは、各インクチャネル１４Ａ、１４Ｂの入口１４１Ａ、１４１Ｂの開口面積よりも小さく形成すると、配線基板３を、各インクチャネル１４Ａ、１４Ｂ内に流入するインクの流量を規制する流路規制板として兼用することができ、インクメニスカスのコントロールが容易となると共に、流路規制板を別途設ける必要がなくなり、部品点数の削減及び構造の簡素化を図り得るために好ましい。
【００４９】
各インク導入口３２Ａ、３２Ｂは、配線基板３に対してレーザー加工することにより形成することができる。かかるレーザー加工は、配線基板３をヘッドチップ１Ａ、１Ｂに接合する前に予め施しておいてもよいし、図４に示すように、配線基板３をヘッドチップ１Ａ、１Ｂの後面に接合した後、各インクチャネル１４Ａ、１４Ｂに対応する位置に後面側からそれぞれレーザー加工してもよい。
【００５０】
インク導入口３２Ａ、３２Ｂは、ノズルプレート２に開穿されるノズル２１Ａ、２１Ｂに比べて精密加工の必要性が低く、各インクチャネル１４Ａ、１４Ｂ内に空いていれば多少の位置ずれが生じていても画像形成に影響を及ぼすことがないため、前者の方法でも、配線基板３とヘッドチップ１Ａ、１Ｂとの接合時に煩雑な位置合わせを行う必要がなく、接合作業が簡単に行えるが、後者の方法によれば、配線基板３をヘッドチップ１Ａ、１Ｂの後面に接合する際に、インク導入口３２Ａ、３２Ｂと各インクチャネル１４Ａ、１４Ｂとの位置合わせを考慮する必要が全くないため、接合作業がより簡単に行えるようになる。
【００５１】
配線基板３はフレキシブル基板により構成されていると、レーザー加工によるインク導入口３２Ａ、３２Ｂの形成が容易であると共に、ヘッドチップ１Ａ、１Ｂからの駆動配線の引き出し方向の自由度が高くなり、また、インクジェットヘッド自体の構造もコンパクトに形成できるために好ましい。なお、図示しないが、配線基板３には駆動用ＩＣを実装するようにしてもよい。
【００５２】
かかる配線基板３を挟んでヘッドチップ１Ａ、１Ｂと反対側の面には、各ヘッドチップ１Ａ、１Ｂに共通の１つのインクマニホールド４が接着剤を用いて接合されている。インクマニホールド４内にはインク貯留室４１が形成されており、このインク貯留室４１内のインクを各インク導入口３２Ａ、３２Ｂを通して各インクチャネル１４内に供給するようになっている。
【００５３】
なお、配線基板３にインク導入口３２Ａ、３２Ｂを予め形成しておく場合には、配線基板３とヘッドチップ１Ａ、１Ｂとの接合方法として、インクマニホールド４に予め配線基板３を接合して一体化しておき、この配線基板３付きのインクマニホールド４をヘッドチップ１Ａ、１Ｂの後面に接合する方法を採用することもできる。
【００５４】
また、インクマニホールド４を合成樹脂によって成形する場合は、その成形時に配線基板３を一体化するようにしてもよい。この場合、予め駆動配線３１Ａ、３１Ｂを形成した配線基板３をインクマニホールド４を成形する成形型に貼り付け、樹脂を注入することで一体化させることができる。この配線基板３として上記したフレキシブル基板を用いる場合には、配線基板３を射出成形機の成形型内部に貼り付けた後、樹脂を注入すれば、図５に示すように、表面に配線基板３が一体成形されたインクマニホールド４を得ることができ、その後、インク導入口３２Ａ、３２Ｂをレーザーを用いて穿孔し、ヘッドチップ１Ａ、１Ｂの後面に接合すればよい。
【００５５】
インクマニホールド４に用いられる樹脂材料としては、ヘッドチップ１Ａ、１Ｂに用いられる圧電材料に近い線膨張係数を持っている材料が好ましく、例えば、線膨張係数がコントロール可能な液晶ポリマーや、無機フィラーを多く充填した樹脂材料、ナノコンポジットと呼ばれる樹脂材料が挙げられる。ヘッドチップ１Ａ、１Ｂに用いられる圧電材料との線膨張係数の差は１０ｐｐｍ以内が好ましく、より好ましくは３ｐｐｍ以内とすることである。
【００５６】
以上の説明では、ヘッドチップが２つ積層された態様を例示したが、本発明に係るインクジェットヘッドによれば、各ヘッドチップの上部基板１１及び下部基板１２のいずれの表面にも、従来のような配線基板等の構成部材が接合されることがないため、この上部基板１１及び／又は下部基板１２に、接着剤を用いてヘッドチップを更に３つ、４つと多段状に接合し積層させていくことで、インクチャネルの並び方向ではなく、インクチャネルの並び方向と直交する方向にインクチャネル数（＝ノズル数）を増加させていくことが容易に可能である。つまり、１次元的な多ノズル化を２次元的な多ノズル化とすることが可能である。
【００５７】
このようにヘッドチップを更に３つ、４つと多段状に積層させていく場合でも、配線基板３は、隣接するヘッドチップにそれぞれ対応する駆動配線が互いに反対方向に引き出されていることが好ましい。例えば図６は、４つのヘッドチップ１Ａ〜１Ｄを多段状に積層した場合の配線基板３の配線パターンを示しているが、ここでは奇数番目のヘッドチップ１Ａ、１Ｃ用の駆動配線３１Ａ、３１Ｃを図示上方向に引き出し、偶数番目のヘッドチップ１Ｂ、１Ｄ用の駆動配線３１Ｂ、３１Ｄを図示下方向に引き出している。このようにすることで、ヘッドチップの積層数が更に増加しても、配線基板３に形成される駆動配線３１Ａ〜３１Ｄのピッチを大きく確保することができる。図中、３２Ａ〜３２Ｄはインク導入口である。
【００５８】
なお、ヘッドチップの積層数を更に３つ、４つと多段状に積層させていく場合は、配線基板３として、駆動配線が積層状に形成された積層タイプのフレキシブル基板を用いることもできる。
【００５９】
ヘッドチップが多段状に複数積層される場合は、上下に接合される下部基板及び上部基板は共通の部材としてもよい。例えばヘッドチップ１Ａ、１Ｂの２段構成の場合について説明すると、図７に示すように、ヘッドチップ１Ａの下部の基板とヘッドチップ１Ｂの上部の基板とを１枚の共通基板１００で共用することで、インクジェットヘッドの小型化、低コスト化を図ることができる。
【００６０】
また、本発明に係るインクジェットヘッドによれば、ヘッドチップを図１に示すように１Ａ、１Ｂの２段に積層した場合でも、ヘッドチップ１Ａの上部基板１１表面（上面）及びヘッドチップ１Ｂの下部基板１２表面（下面）にはフリーな面が形成されるため、この面を利用して放熱対策を講じることが容易である。図８は、この面にそれぞれ放熱部材５Ａ、５Ｂを設けた例を示している。
【００６１】
放熱部材５Ａ、５Ｂはいずれもヒートシンクからなり、ヘッドチップ１Ａ、１Ｂの高周波駆動時に発生する熱を外部に放出する役目を果たしている。各放熱部材５Ａ、５Ｂは、いずれもヘッドチップ１Ａ、１Ｂのインクチャネル１４Ａ、１４Ｂの並び方向に亘って設けられているため、ヘッドチップ１Ａ、１Ｂ共に全インクチャネル１４Ａ、１４Ｂに亘って効率的な放熱を行うことができる。
【００６２】
なお、ヘッドチップが３つ、４つと更に多段状に積層される場合に放熱対策を講じる際には、各ヘッドチップ間にもヒートシンク等の放熱部材を介在させ、上下のヘッドチップで放熱部材をサンドイッチするような形態とすることが好ましく、これにより各ヘッドチップのそれぞれ上面及び下面に放熱部材を設けることができ、上下にヘッドチップが積層されている中間のヘッドチップにおいても全インクチャネルに亘って放熱を行うことができる。
【００６３】
本発明に係るインクジェットヘッドは、ヘッドチップが多段状に複数積層される態様に限らず、ヘッドチップが１つだけであってもよいことはもちろんである。この場合、ヘッドチップの上部基板１１及び下部基板１２の両表面がフリーな面となるため、上下の両表面に全インクチャネルに亘る放熱部材をそれぞれ設けることができ、これにより全インクチャネルに亘ってより効率的な放熱を行うことができるようになる。
【００６４】
【発明の効果】
本発明によれば、各インクチャネルの駆動電極から引き出された接続配線と配線基板の配線との電気的接続が簡単に行えると共に、ヘッドチップの放熱対策が容易であり、また、２段以上の多段状に積層して多ノズル化を図ることも可能なインクジェットヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るインクジェットヘッドの一例を示す断面斜視図
【図２】ヘッドチップの構造を示す後面側から見た図
【図３】（ａ）〜（ｄ）はヘッドチップの製造工程を説明する図
【図４】インク導入口の形成方法を説明する図
【図５】配線基板を一体成形したインクマニホールドを有するインクジェットヘッドの分解斜視図
【図６】配線基板の配線パターンを示す図
【図７】積層したヘッドチップの他の例を示す斜視図
【図８】放熱部材を設けたインクジェットヘッドの一例を示す斜視図
【符号の説明】
１、１Ａ、１Ｂ：ヘッドチップ
１１、１１Ａ、１１Ｂ：上部基板
１２、１２Ａ、１２Ｂ：下部基板
１３、１３Ａ、１３Ｂ：駆動壁
１４、１４Ａ、１４Ｂ：インクチャネル
１４１Ａ、１４１Ｂ：インクチャネルの入口
１４２Ａ、１４２Ｂ：インクチャネルの出口
１５、１５Ａ、１５Ｂ：駆動電極
１６Ａ、１６Ｂ：接続配線
２：ノズルプレート
２１Ａ、２１Ｂ：ノズル
３：配線基板
３１Ａ、３１Ｂ：駆動配線
３２Ａ、３２Ｂ：インク導入口
４：インクマニホールド
４１：インク貯留室
５Ａ、５Ｂ：放熱部材
１００：共通基板
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電素子からなる駆動壁とインクチャネルとが交互に並設されると共に前面及び後面にそれぞれインクチャネルの出口と入口とが対向状に配設されてなる、所謂ハーモニカタイプのヘッドチップを有するインクジェットヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、インクチャネルを区画する駆動壁に電圧を印加することにより該駆動壁をせん断変形させ、そのとき発生する圧力を利用してインクチャネル内のインクを吐出させるようにしたシェアモード型のインクジェットヘッドとして、圧電素子からなる駆動壁とインクチャネルとが交互に並設されると共に前面及び後面にそれぞれインクチャネルの出口と入口とが対向状に配設された所謂ハーモニカタイプのヘッドチップにより構成したインクジェットヘッドが特許文献１により公知である。
【０００３】
このようなハーモニカタイプのインクジェットヘッドのインクチャネルは、その入口から出口に亘る長さ方向で大きさと形状がほぼ変わらないストレートとなるため、各駆動壁に形成された駆動電極を駆動回路と電気的に接続するための接続配線をヘッドチップの外面に引き出す必要がある。
【０００４】
例えば上記特許文献１に記載の技術では、駆動壁を上下から挟むように対向している上部又は下部の基板に貫通孔を形成し、この貫通孔を利用して各駆動電極と電気的に接続される接続配線をヘッドチップの外面に引き出すようにしている。この場合、各接続配線と電気的に接続される駆動配線の配線パターンが形成された配線基板を上記ヘッドチップの接続配線が引き出された面に接合することで、この配線基板を介して駆動回路との電気的接続を行うようにしている。
【０００５】
また、配線基板とヘッドチップとの接合に関しては、特許文献２に、ノズル孔が形成されたノズルプレートに駆動回路との電気的接続を行うための駆動配線の配線パターンを一体に形成し、このノズルプレートをインク出口側に貼着した後に上記配線パターンが形成された側を折り曲げて、ヘッドチップの上面に引き出された接続配線と上記駆動配線との電気的接続を行うことが記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１０３６１２号公報
【特許文献２】特開２００１−６３０４３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献２に記載されているように、駆動配線がノズルプレートと一体に形成されているものでは、接合作業が煩雑で接合不良が発生し易い問題がある。これは、一般にノズルは高精度に加工形成する必要があることから、ヘッドチップに接合する前に予め形成するようにしており、ノズルプレートの接合作業では、各ノズルとインクチャネルとが正確に対応するように位置合わせしながら行う必要があるため、駆動配線がノズルプレートと一体に形成されている場合、配線同士の接合に加えて、このノズルとインクチャネルとの正確な位置合わせをも同時に行わなくてはならないためである。
【０００８】
また、インクジェットヘッドの高密度化を目的として多ノズル化を図る場合、複数のヘッドチップをインクチャネルの並び方向と直交する上下方向に多段状に積層する方法が考えられる。しかし、上記従来技術にあるように、一般にハーモニカタイプのヘッドチップの上面又は下面には配線基板が接合され、かかるヘッドチップを用いて多ノズル化を図る場合、通常、配線基板の接合面と反対側の面同士を接合するため、この方法ではヘッドチップを上下２段までしか積層することができない。従って、更にノズル数を増やすには、ヘッドチップのチャネル数をインクチャネルの並び方向に増加させていくしかなかった。
【０００９】
更に、高周波駆動を行うインクジェットヘッドでは、駆動時の放熱対策が必要となるが、ヘッドチップの上面又は下面が配線基板で覆われていると効率的な放熱を行うことが困難である。特に上記のようにヘッドチップを上下２段に積層した場合では、積層されたヘッドチップの上下両面が共に配線基板で覆われてしまうため、放熱対策を講じることがより困難となる問題がある。
【００１０】
そこで、本発明は、各インクチャネルの駆動電極から引き出された接続配線と配線基板の駆動配線との電気的接続が簡単に行えると共に、ヘッドチップの放熱対策が容易であり、また、２段以上の多段状に積層して多ノズル化を図ることも可能なインクジェットヘッドを提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、以下の各発明によって解決される。
【００１２】
すなわち、請求項１記載の発明は、圧電素子からなる駆動壁とインクチャネルとが交互に並設されると共に前面及び後面にそれぞれインクチャネルの出口と入口とが対向状に配設されてなるヘッドチップを有するインクジェットヘッドであって、前記ヘッドチップの後面に、前記駆動壁に設けられた各駆動電極と電気的に接続する接続配線が引き出されると共に、前記各接続配線に対応するピッチで駆動回路と電気的に接続する駆動配線が形成された配線基板が接合されてなり、前記配線基板には、前記各インクチャネルの入口に対応するインク導入口が形成されていることを特徴とするインクジェットヘッドである。
【００１３】
請求項２記載の発明は、前記配線基板は、各インクチャネルのインクの流量を規制する流路規制板を兼ねていることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッドである。
【００１４】
請求項３記載の発明は、前記ヘッドチップは多段状に複数積層されると共に、前記配線基板は、各ヘッドチップの後面に亘って接合されていることを特徴とする請求項１又は２記載のインクジェットヘッドである。
【００１５】
請求項４記載の発明は、前記配線基板は、隣接するヘッドチップにそれぞれ対応する駆動配線が互いに反対方向に引き出されていることを特徴とする請求項３記載のインクジェットヘッドである。
【００１６】
請求項５記載の発明は、前記ヘッドチップの上面及び／又は下面に放熱部材が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のインクジェットヘッドである。
【００１７】
請求項６記載の発明は、前記配線基板はフレキシブルプリント基板であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のインクジェットヘッドである。
【００１８】
請求項７記載の発明は、前記配線基板には、前記ヘッドチップと反対面にインクマニホールドが一体化されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のインクジェットヘッドである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。
【００２０】
図１は、本発明に係るインクジェットヘッドの一例を断面で示しており、図中、１Ａ、１Ｂはヘッドチップ、２はヘッドチップ１Ａ、１Ｂの前面に接合されたノズルプレート、３はヘッドチップ１Ａ、１Ｂの後面に接合された配線基板、４は配線基板３における各ヘッドチップ１Ａ、１Ｂと反対面に接合されたインクマニホールドである。
【００２１】
なお、本明細書においては、ヘッドチップからインクが吐出される側の面を「前面」といい、その反対側の面を「後面」という。また、ヘッドチップにおいて並設されるインクチャネルを挟んで上下に位置する外側面をそれぞれ「上面」及び「下面」という。
【００２２】
ヘッドチップ１Ａ、１Ｂの構造の詳細を図２に示す。図２はヘッドチップ１Ａ、１Ｂを後面側から見た状態を示している。また、図３はヘッドチップの製造工程の一例を示している。
【００２３】
各ヘッドチップ１Ａ、１Ｂは、上部基板１１Ａ、１１Ｂと下部基板１２Ａ、１２Ｂとの間に、圧電素子からなる駆動壁１３Ａ、１３Ｂとインクチャネル１４Ａ、１４Ｂとが交互に並設されている。上記インクチャネル１４Ａ、１４Ｂの形状は、両側壁が垂直方向に向いており、そして互いに平行である。また、図１に示すように、その入口１４１Ａ、１４１Ｂから出口１４２Ａ、１４２Ｂに亘る長さ方向で大きさと形状がほぼ変わらないストレートタイプである。
【００２４】
駆動壁１３Ａ、１３Ｂを構成する圧電素子に用いられる圧電材料としては、電圧を加えることにより変形を生じる公知の圧電材料を用いることができ、有機材料からなる基板、非金属製の基板等がある。特に、非金属製の圧電材料基板が好ましく、成形、焼成等の工程を経て形成される圧電セラミックス基板、又は成形、焼成を必要としないで形成される基板等が挙げられる。
【００２５】
非金属製の圧電材料基板において、成形、焼成等の工程を経て形成される圧電セラミックス基板としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）が好ましい。さらにＢａＴｉＯ３、ＺｎＯ、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３等を用いてもよい。
【００２６】
ＰＺＴとしては、ＰＺＴ（ＰｂＺｒＯ３−ＰｂＴｉＯ３）と、第三成分添加ＰＺＴがある。添加する第三成分としてはＰｂ（Ｍｇ１／２Ｎｂ２／３）Ｏ３、Ｐｂ（Ｍｎ１／３Ｓｂ２／３）Ｏ３、Ｐｂ（Ｃｏ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３等がある。
【００２７】
また、非金属製の圧電材料基板において、成形、焼成を必要としないで形成される基板としては、例えば、ゾル−ゲル法、積層基板コーティング法等で形成することができる。
【００２８】
かかる駆動壁１３Ａ、１３Ｂの形成方法を図３に示す。駆動壁１３は、分極方向（矢印で示す）を互いに反対に向けた２枚の圧電材料基板１３ａ、１３ｂを下部基板１２上に接合した後（図３（ａ））、その２枚の圧電材料基板１３ａ、１３ｂに亘ってインクチャネルとなる複数の平行な溝を研削することにより、下部基板１２上に高さ方向で分極方向が反対となる駆動壁１３を並設することができる（図３（ｂ））。このときの溝がインクチャネル１４となる。また、下部基板１２を用いる代わりに圧電材料基板１３ｂを厚手のものとし、薄手の圧電材料基板１３ａ側から厚手の圧電材料基板１３ｂの中途部にまで至る複数の平行な溝を研削することにより、高さ方向で分極方向が反対となる駆動壁１３の形成と同時に下部基板部分が一体に形成されるようにしてもよい。
【００２９】
このようにして形成された各駆動壁１３の表面には、駆動電極１５が形成される。駆動電極１５を形成する金属は、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｏ（コバルト）、Ｃｕ（銅）、Ａｌ（アルミニウム）等があり、電気抵抗の面からはＡｌやＣｕを用いることが好ましいが、腐食や強度、コストの面からＮｉが好ましく用いられる。
【００３０】
駆動電極１５の形成は、蒸着法、スパッタリング法、めっき法、ＣＶＤ（化学気相反応法）等の真空装置を用いた方法等が挙げられるが、めっき法によるものが好ましく、特に無電解めっきにより形成されることが好ましい。無電解めっきによれば、均一且つピンホールフリーの金属被膜を形成することができる。
【００３１】
無電解めっきによる電極形成においては、Ｎｉ−Ｐ（リン）めっき又はＮｉ−Ｂ（ホウ素）めっきを単独で使用してもよいし、あるいはＮｉ−ＰとＮｉ−Ｂを重層してもよい。Ｎｉ−ＰめっきはＰ含量が高くなると電気抵抗が増大するので、Ｐ含量が１〜数％程度がよい。Ｎｉ−ＢめっきのＢ含量は、普通１％以下なので、Ｎｉ−ＰよりＮｉ含量が多く、電気抵抗が低く、且つ、外部の配線との接続性が良いため、Ｎｉ−ＰよりＮｉ−Ｂの方が好ましいが、Ｎｉ−Ｂは高価なので、Ｎｉ−ＰとＮｉ−Ｂを組み合わせることも好ましい。
【００３２】
更に、Ｎｉ−Ｐめっき又はＮｉ−Ｂめっきを下層として、その上層にＡｕ（金）めっきを施すようにしてもよい。この場合、Ｎｉめっき表面に無電解の置換金めっきによりＡｕを薄層で形成し、置換金めっきは膜成長が遅いため、その後電解金めっきに変えて膜厚を稼ぐようにするとよい。これにより接続性の向上と電気抵抗の軽減を図ることもできる。
【００３３】
めっき膜の厚みは０．５〜５μｍの範囲が好ましい。
【００３４】
駆動電極１５はインクチャネル１４毎に独立させるため、駆動壁１３の上面にはめっき金属が析出しないようにすることが好ましく、例えば各駆動壁１３の上面に予めドライフィルムを貼着したり、レジストを形成しておき、めっき膜形成後に除去することで、各駆動壁１３の側面のみに選択的に駆動電極１５を形成することができる（図３（ｃ））。
【００３５】
この駆動電極１５の形成後、駆動壁１３とインクチャネル１４とが並設された基板の上面に上部基板１１を接着剤を用いて接合する。上部基板１１及び下部基板１２には、駆動壁１３を構成する圧電素子と同一の材料を脱分極して用いると、駆動時の熱の影響による熱膨張係数の差に起因する反りや変形を防止することができる。そして、この基板をインクチャネル１４の長さ方向と直交する方向に沿う複数のカットラインＣ１、Ｃ２・・・に沿って切断することにより、上部基板１１、圧電材料基板１３ａ、１３ｂ及び下部基板１２を接合してなる１枚の基板からハーモニカタイプの複数のヘッドチップ１、１・・・を一度に製造することができる（図３（ｄ））。
【００３６】
図２に示すように、各インクチャネル１４Ａ、１４Ｂ内の駆動壁１３Ａ、１３Ｂの側面に形成された駆動電極１５Ａ、１５Ｂは、上部基板１１Ａ及び下部基板１２Ｂにおいて、各インクチャネル１４Ａ、１４Ｂの入口からヘッドチップ１Ａ、１Ｂの後面に引き出されている。これにより各ヘッドチップ１Ａ、１Ｂの後面には、各インクチャネル１４Ａ、１４Ｂ内の駆動電極１５Ａ、１５Ｂと電気的に接続された接続配線１６Ａ、１６Ｂが、インクチャネル１４Ａ、１４Ｂ毎に独立して形成されている。
【００３７】
かかる接続配線１６Ａ、１６Ｂの形成方法としては特に問わないが、例えば、ヘッドチップ１Ａ、１Ｂの後面に、各インクチャネル１４Ａ、１４Ｂに対応するように接続配線形成用の開口を有するドライフィルム等を用いてパターニングを行い、その後、ヘッドチップ１Ａ、１Ｂの後面側にアルミニウム等の配線形成用金属を蒸着することにより、上記開口部分のみに選択的に形成することができる。
【００３８】
また、他の方法として、駆動電極１５と接続配線１６とを同時に形成することもできる。即ち、図３に示した方法において駆動電極１５を形成することなくヘッドチップ１を形成した後、各インクチャネル１４の内面を含むヘッドチップ全面に駆動電極及び接続電極とするためのめっきを施し、その後、ヘッドチップ１の全面に形成されためっき金属のうちの不要部分のめっき金属をレーザーで除去することによりパターニングを行い、めっき金属をインクチャネル１４毎に分離独立させることで、各駆動電極１５とこれに電気的に接続される各接続電極１６とを同時に形成する。この方法によれば、電極金属付与工程が１回で済むため、製造プロセスの簡略化を図ることができる。
【００３９】
接続配線１６Ａ、１６Ｂは、各インクチャネル１４Ａ、１４Ｂからヘッドチップ１Ａ、１Ｂの後面における上部基板１１Ａ、１１Ｂ又は下部基板１２Ａ、１２Ｂの少なくともいずれかに引き出されていればよい。図２に示す例では、ヘッドチップ１Ａ側の接続配線１６Ａは上部基板１１Ａ側に、ヘッドチップ１Ｂ側の接続配線１６Ｂは下部基板１２Ｂ側にそれぞれ引き出されており、隣接するヘッドチップ１Ａ、１Ｂで反対方向となっている。
【００４０】
ヘッドチップ１Ａ、１Ｂは、ヘッドチップ１Ａの下部基板１２Ａとヘッドチップ１Ｂの上部基板１１Ａとが接着剤を用いて接合され、インクチャネル１４Ａ、１４Ｂの並び方向に直交する上下２段に積層されている。なお、ヘッドチップ１Ａと１Ｂとでは、図２に示すように、各インクチャネル１４Ａ、１４Ｂの位置が互いにずれている。
【００４１】
積層されたヘッドチップ１Ａ、１Ｂの前面には、ヘッドチップ１Ａ、１Ｂに亘る１枚のノズルプレート２が接合されている。ノズルプレート２には、ヘッドチップ１Ａの各インクチャネル１４Ａに対応するノズル２１Ａとヘッドチップ１Ｂの各インクチャネル１４Ｂに対応するノズル２１Ｂがそれぞれ開穿されている。
【００４２】
配線基板３は、ヘッドチップ１Ａ、１Ｂの幅（インクチャネル１４Ａ、１４Ｂの並び方向の長さ）とほぼ同幅に形成されており、その表面にはヘッドチップ１Ａ、１Ｂの各インクチャネル１４Ａ、１４Ｂに対応し、該インクチャネル１４Ａ、１４Ｂから引き出された接続配線１６Ａ、１６Ｂと電気的に接続することで、図示しない駆動回路から供給される信号電圧を各駆動壁１３Ａ、１３Ｂの駆動電極１５Ａ、１５Ｂに印加するための駆動配線３１Ａ、３１Ｂが形成されている。
【００４３】
ここでは、図２に示すように、隣接するヘッドチップ１Ａと１Ｂとで、接続配線１６Ａ、１６Ｂの引き出し方向が図示上下で反対方向となっているため、配線基板３においてヘッドチップ１Ａ用の駆動配線３１Ａは図示上方向に、ヘッドチップ１Ｂ用の駆動配線３１Ｂは図示下方向にそれぞれ引き出されている。これにより、ヘッドチップ１Ａ、１Ｂにそれぞれ対応する各駆動配線３１Ａ、３１Ｂのピッチを大きくすることができる。
【００４４】
駆動配線３１Ａ、３１Ｂが形成された配線基板３は、その各駆動配線３１Ａ、３１Ｂがヘッドチップ１Ａ、１Ｂの後面の各接続配線１６Ａ、１６Ｂに対応するように、ヘッドチップ１Ａ、１Ｂの後面に亘って異方性導電フィルム等を用いて接合される。本発明に係るインクジェットヘッドでは、本実施形態に示すように、複数のヘッドチップが上下方向に多段状に積層されている場合でも、配線基板３は１枚で全て共通とすることができるため、部品点数の削減化を図ることが可能である。
【００４５】
しかも、複数のヘッドチップに信号電圧を印加するための配線パターンを１枚の配線基板３に一度に形成することができるため、製造工程の簡略化を図ることも可能である。
【００４６】
また、配線基板３をヘッドチップ１Ａ、１Ｂの後面に接合することで、配線基板３の各駆動配線３１Ａ、３１Ｂと電気的に接続するための接続配線１６Ａ、１６Ｂは、ヘッドチップ１Ａ、１Ｂの後面において引き出されていればよいため、配線の長さが短くて済み、電気抵抗を低減することができる。この接続配線１６Ａ、１６Ｂは各インクチャネル１４Ａ、１４Ｂの入口１４１Ａ、１４１Ｂから１箇所のみの角部を経て、ヘッドチップ１Ａ、１Ｂの後面において配線基板３の駆動配線３１Ａ、３１Ｂと電気的に接続されるため、断線が生じる確率を低くすることができ、電気的接続の信頼性を高めることができる。
【００４７】
この配線基板３には、ヘッドチップ１Ａの各インクチャネル１４Ａの入口１４１Ａに対応するインク導入口３２Ａとヘッドチップ１Ｂの各インクチャネル１４Ｂの入口１４１Ｂに対応するインク導入口３２Ｂとがそれぞれ開設されており、このインク導入口３２Ａ、３２Ｂを通して各インクチャネル１４Ａ、１４Ｂ内にインクを供給可能としている。
【００４８】
各インク導入口３２Ａ、３２Ｂは、各インクチャネル１４Ａ、１４Ｂの入口１４１Ａ、１４１Ｂの開口面積よりも小さく形成すると、配線基板３を、各インクチャネル１４Ａ、１４Ｂ内に流入するインクの流量を規制する流路規制板として兼用することができ、インクメニスカスのコントロールが容易となると共に、流路規制板を別途設ける必要がなくなり、部品点数の削減及び構造の簡素化を図り得るために好ましい。
【００４９】
各インク導入口３２Ａ、３２Ｂは、配線基板３に対してレーザー加工することにより形成することができる。かかるレーザー加工は、配線基板３をヘッドチップ１Ａ、１Ｂに接合する前に予め施しておいてもよいし、図４に示すように、配線基板３をヘッドチップ１Ａ、１Ｂの後面に接合した後、各インクチャネル１４Ａ、１４Ｂに対応する位置に後面側からそれぞれレーザー加工してもよい。
【００５０】
インク導入口３２Ａ、３２Ｂは、ノズルプレート２に開穿されるノズル２１Ａ、２１Ｂに比べて精密加工の必要性が低く、各インクチャネル１４Ａ、１４Ｂ内に空いていれば多少の位置ずれが生じていても画像形成に影響を及ぼすことがないため、前者の方法でも、配線基板３とヘッドチップ１Ａ、１Ｂとの接合時に煩雑な位置合わせを行う必要がなく、接合作業が簡単に行えるが、後者の方法によれば、配線基板３をヘッドチップ１Ａ、１Ｂの後面に接合する際に、インク導入口３２Ａ、３２Ｂと各インクチャネル１４Ａ、１４Ｂとの位置合わせを考慮する必要が全くないため、接合作業がより簡単に行えるようになる。
【００５１】
配線基板３はフレキシブル基板により構成されていると、レーザー加工によるインク導入口３２Ａ、３２Ｂの形成が容易であると共に、ヘッドチップ１Ａ、１Ｂからの駆動配線の引き出し方向の自由度が高くなり、また、インクジェットヘッド自体の構造もコンパクトに形成できるために好ましい。なお、図示しないが、配線基板３には駆動用ＩＣを実装するようにしてもよい。
【００５２】
かかる配線基板３を挟んでヘッドチップ１Ａ、１Ｂと反対側の面には、各ヘッドチップ１Ａ、１Ｂに共通の１つのインクマニホールド４が接着剤を用いて接合されている。インクマニホールド４内にはインク貯留室４１が形成されており、このインク貯留室４１内のインクを各インク導入口３２Ａ、３２Ｂを通して各インクチャネル１４内に供給するようになっている。
【００５３】
なお、配線基板３にインク導入口３２Ａ、３２Ｂを予め形成しておく場合には、配線基板３とヘッドチップ１Ａ、１Ｂとの接合方法として、インクマニホールド４に予め配線基板３を接合して一体化しておき、この配線基板３付きのインクマニホールド４をヘッドチップ１Ａ、１Ｂの後面に接合する方法を採用することもできる。
【００５４】
また、インクマニホールド４を合成樹脂によって成形する場合は、その成形時に配線基板３を一体化するようにしてもよい。この場合、予め駆動配線３１Ａ、３１Ｂを形成した配線基板３をインクマニホールド４を成形する成形型に貼り付け、樹脂を注入することで一体化させることができる。この配線基板３として上記したフレキシブル基板を用いる場合には、配線基板３を射出成形機の成形型内部に貼り付けた後、樹脂を注入すれば、図５に示すように、表面に配線基板３が一体成形されたインクマニホールド４を得ることができ、その後、インク導入口３２Ａ、３２Ｂをレーザーを用いて穿孔し、ヘッドチップ１Ａ、１Ｂの後面に接合すればよい。
【００５５】
インクマニホールド４に用いられる樹脂材料としては、ヘッドチップ１Ａ、１Ｂに用いられる圧電材料に近い線膨張係数を持っている材料が好ましく、例えば、線膨張係数がコントロール可能な液晶ポリマーや、無機フィラーを多く充填した樹脂材料、ナノコンポジットと呼ばれる樹脂材料が挙げられる。ヘッドチップ１Ａ、１Ｂに用いられる圧電材料との線膨張係数の差は１０ｐｐｍ以内が好ましく、より好ましくは３ｐｐｍ以内とすることである。
【００５６】
以上の説明では、ヘッドチップが２つ積層された態様を例示したが、本発明に係るインクジェットヘッドによれば、各ヘッドチップの上部基板１１及び下部基板１２のいずれの表面にも、従来のような配線基板等の構成部材が接合されることがないため、この上部基板１１及び／又は下部基板１２に、接着剤を用いてヘッドチップを更に３つ、４つと多段状に接合し積層させていくことで、インクチャネルの並び方向ではなく、インクチャネルの並び方向と直交する方向にインクチャネル数（＝ノズル数）を増加させていくことが容易に可能である。つまり、１次元的な多ノズル化を２次元的な多ノズル化とすることが可能である。
【００５７】
このようにヘッドチップを更に３つ、４つと多段状に積層させていく場合でも、配線基板３は、隣接するヘッドチップにそれぞれ対応する駆動配線が互いに反対方向に引き出されていることが好ましい。例えば図６は、４つのヘッドチップ１Ａ〜１Ｄを多段状に積層した場合の配線基板３の配線パターンを示しているが、ここでは奇数番目のヘッドチップ１Ａ、１Ｃ用の駆動配線３１Ａ、３１Ｃを図示上方向に引き出し、偶数番目のヘッドチップ１Ｂ、１Ｄ用の駆動配線３１Ｂ、３１Ｄを図示下方向に引き出している。このようにすることで、ヘッドチップの積層数が更に増加しても、配線基板３に形成される駆動配線３１Ａ〜３１Ｄのピッチを大きく確保することができる。図中、３２Ａ〜３２Ｄはインク導入口である。
【００５８】
なお、ヘッドチップの積層数を更に３つ、４つと多段状に積層させていく場合は、配線基板３として、駆動配線が積層状に形成された積層タイプのフレキシブル基板を用いることもできる。
【００５９】
ヘッドチップが多段状に複数積層される場合は、上下に接合される下部基板及び上部基板は共通の部材としてもよい。例えばヘッドチップ１Ａ、１Ｂの２段構成の場合について説明すると、図７に示すように、ヘッドチップ１Ａの下部の基板とヘッドチップ１Ｂの上部の基板とを１枚の共通基板１００で共用することで、インクジェットヘッドの小型化、低コスト化を図ることができる。
【００６０】
また、本発明に係るインクジェットヘッドによれば、ヘッドチップを図１に示すように１Ａ、１Ｂの２段に積層した場合でも、ヘッドチップ１Ａの上部基板１１表面（上面）及びヘッドチップ１Ｂの下部基板１２表面（下面）にはフリーな面が形成されるため、この面を利用して放熱対策を講じることが容易である。図８は、この面にそれぞれ放熱部材５Ａ、５Ｂを設けた例を示している。
【００６１】
放熱部材５Ａ、５Ｂはいずれもヒートシンクからなり、ヘッドチップ１Ａ、１Ｂの高周波駆動時に発生する熱を外部に放出する役目を果たしている。各放熱部材５Ａ、５Ｂは、いずれもヘッドチップ１Ａ、１Ｂのインクチャネル１４Ａ、１４Ｂの並び方向に亘って設けられているため、ヘッドチップ１Ａ、１Ｂ共に全インクチャネル１４Ａ、１４Ｂに亘って効率的な放熱を行うことができる。
【００６２】
なお、ヘッドチップが３つ、４つと更に多段状に積層される場合に放熱対策を講じる際には、各ヘッドチップ間にもヒートシンク等の放熱部材を介在させ、上下のヘッドチップで放熱部材をサンドイッチするような形態とすることが好ましく、これにより各ヘッドチップのそれぞれ上面及び下面に放熱部材を設けることができ、上下にヘッドチップが積層されている中間のヘッドチップにおいても全インクチャネルに亘って放熱を行うことができる。
【００６３】
本発明に係るインクジェットヘッドは、ヘッドチップが多段状に複数積層される態様に限らず、ヘッドチップが１つだけであってもよいことはもちろんである。この場合、ヘッドチップの上部基板１１及び下部基板１２の両表面がフリーな面となるため、上下の両表面に全インクチャネルに亘る放熱部材をそれぞれ設けることができ、これにより全インクチャネルに亘ってより効率的な放熱を行うことができるようになる。
【００６４】
【発明の効果】
本発明によれば、各インクチャネルの駆動電極から引き出された接続配線と配線基板の配線との電気的接続が簡単に行えると共に、ヘッドチップの放熱対策が容易であり、また、２段以上の多段状に積層して多ノズル化を図ることも可能なインクジェットヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るインクジェットヘッドの一例を示す断面斜視図
【図２】ヘッドチップの構造を示す後面側から見た図
【図３】（ａ）〜（ｄ）はヘッドチップの製造工程を説明する図
【図４】インク導入口の形成方法を説明する図
【図５】配線基板を一体成形したインクマニホールドを有するインクジェットヘッドの分解斜視図
【図６】配線基板の配線パターンを示す図
【図７】積層したヘッドチップの他の例を示す斜視図
【図８】放熱部材を設けたインクジェットヘッドの一例を示す斜視図
【符号の説明】
１、１Ａ、１Ｂ：ヘッドチップ
１１、１１Ａ、１１Ｂ：上部基板
１２、１２Ａ、１２Ｂ：下部基板
１３、１３Ａ、１３Ｂ：駆動壁
１４、１４Ａ、１４Ｂ：インクチャネル
１４１Ａ、１４１Ｂ：インクチャネルの入口
１４２Ａ、１４２Ｂ：インクチャネルの出口
１５、１５Ａ、１５Ｂ：駆動電極
１６Ａ、１６Ｂ：接続配線
２：ノズルプレート
２１Ａ、２１Ｂ：ノズル
３：配線基板
３１Ａ、３１Ｂ：駆動配線
３２Ａ、３２Ｂ：インク導入口
４：インクマニホールド
４１：インク貯留室
５Ａ、５Ｂ：放熱部材
１００：共通基板
Claims (7)
- 圧電素子からなる駆動壁とインクチャネルとが交互に並設されると共に前面及び後面にそれぞれインクチャネルの出口と入口とが対向状に配設されてなるヘッドチップを有するインクジェットヘッドであって、前記ヘッドチップの後面に、前記駆動壁に設けられた各駆動電極と電気的に接続する接続配線が引き出されると共に、前記各接続配線に対応するピッチで駆動回路と電気的に接続する駆動配線が形成された配線基板が接合されてなり、前記配線基板には、前記各インクチャネルの入口に対応するインク導入口が形成されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
- 前記配線基板は、各インクチャネルのインクの流量を規制する流路規制板を兼ねていることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
- 前記ヘッドチップは多段状に複数積層されると共に、前記配線基板は、各ヘッドチップの後面に亘って接合されていることを特徴とする請求項１又は２記載のインクジェットヘッド。
- 前記配線基板は、隣接するヘッドチップにそれぞれ対応する駆動配線が互いに反対方向に引き出されていることを特徴とする請求項３記載のインクジェットヘッド。
- 前記ヘッドチップの上面及び／又は下面に放熱部材が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
- 前記配線基板はフレキシブルプリント基板であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
- 前記配線基板には、前記ヘッドチップと反対面にインクマニホールドが一体化されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
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