JP2010030110A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】ヘッドチップと配線基板との間の接着剤層がインクと接触した場合に生じる剥離や電気的接続状態の喪失を防止し、長期に亘って接着状態及び電気的接続状態を維持する。
【解決手段】ハーモニカ型のヘッドチップ１と、駆動電極１３の各々に対応する配線電極３２が形成された配線基板３とが接着剤によって接着され、駆動電極１３と配線電極３２とが電気的に接続されたインクジェットヘッドであって、ヘッドチップ１と配線基板３との間の接着剤によって形成される接着領域が、接着剤が存在しない遮断領域Ａ３を間に挟んで、ヘッドチップ１に供給されるインクとの接触面を含む領域Ａ１と該インクとの接触面を含まない領域Ａ２との少なくとも２つの領域に分かれており、且つ、駆動電極１３と配線電極３２との電気的接続部位は、遮断領域Ａ３及びインクとの接触面を含む領域Ａ１内には位置していないことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明はインクジェットヘッドに関し、詳しくは、ヘッドチップと配線基板との間の接着剤層がインクと接触することによって生じる剥離や電気的接続状態の喪失を防止し、長期に亘って接着状態及び電気的接続状態を維持することのできるインクジェットヘッドに関する。

従来、圧電素子からなる基板にチャネルを研削し、該チャネルを区画する駆動壁に駆動電極を形成し、この駆動電極に所定の電圧を印加することにより駆動壁をせん断変形させてチャネル内のインクをノズルから吐出させるようにしたせん断モード型のインクジェットヘッドが知られている。その中でも、インクを吐出させるアクチュエータを、圧電素子からなる駆動壁と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チャネルの出口と入口とが配置された所謂ハーモニカ型のヘッドチップにより構成したインクジェットヘッドは、１枚のウェハからのヘッドチップの取り数を多くでき、極めて生産性を向上させることができる等の数々の利点を有している。

このようなヘッドチップを有するインクジェットヘッドは、チャネルの形状がヘッドチップ後面の入口からヘッドチップ前面の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タイプとなり、駆動壁に形成される駆動電極はチャネルの内部に位置することになるため、この駆動電極に対して駆動回路からの電圧を印加するためには工夫を要する。

例えば、特許文献１は、駆動電極をチャネル内からヘッドチップの後面まで引き出すように形成し、このヘッドチップの後面に、配線電極が形成された配線基板を接着剤を用いて接着している。配線基板の端部は、ヘッドチップのチャネル列方向と直交するヘッドチップ側方にはみ出すように設けられており、これをヘッドチップの後面に接着することで、駆動電極と配線基板上の配線電極の一端部とを電気的に接続させると共に、駆動回路との間を繋ぐＦＰＣ等を配線電極の他端部に接続することによって、駆動回路からの電圧をＦＰＣ等と配線電極を介して各駆動電極に印加するようにしている（以下、これをＴ型タイプのインクジェットヘッドという場合がある。）。

この場合、各チャネル内へのインク供給は、配線基板のヘッドチップのチャネル領域に対応する部位に全チャネルを含むことができる程度の大きさの凹部を形成したり、開口を形成して更にその背面側にインクマニホールドを接着したりすることによって共通インク室を形成し、この共通インク室内のインクを各チャネルに供給する構成としている。

また、特許文献２は、駆動電極をチャネル内からヘッドチップの上壁及び／又は下壁を貫通して上面及び／又は下面まで引き出すように形成し、配線電極が形成された配線基板を、ヘッドチップの上面及び／又は下面に接着剤を用いて接合している。配線基板は、ヘッドチップの後方に延ばすように設けることで、ヘッドチップの上面及び／又は下面において駆動電極と配線基板上の配線電極の一端部とを電気的に接続させ、駆動回路との間を繋ぐＦＰＣ等を配線電極の他端部に接続することにより、駆動回路からの電圧をＦＰＣ等と配線電極を介して各駆動電極に印加するようにしている（以下、これをサンドイッチタイプのインクジェットヘッドという場合がある。）。

この場合、各チャネル内へのインク供給は、ヘッドチップの後面と配線基板に挟まれた空間によって共通インク室を形成し、この共通インク室内のインクを各チャネルに供給する構成としている。
特開２００６−８２３９６号公報 特開２００４−２０９７９６号公報

特許文献１、２のいずれのインクジェットヘッドも、ヘッドチップと配線基板との間に形成される接着剤層の端面は、各チャネルに供給されるインクの流路に面しているため、常にインクにさらされる構造となっている。

例えば図１４はＴ型タイプのインクジェットヘッドを、説明の便宜のため駆動電極及び配線電極を省略して示した断面図である。ヘッドチップａは多数のチャネルａ１を有しており、その前面にはノズルプレートｂが貼着されており、チャネルａ１に対応する位置にノズルｂ１が開口形成されている。ヘッドチップａの後面に配線基板ｃが接着されており、ヘッドチップａと配線基板ｃとの間の接着剤層ｄは、配線基板ｃに凹設された共通インク室ｃ１に面している。従って、その接着剤層ｄの共通インク室ｃ１に臨む端面ｄ１は、共通インク室ｃ１内のインクに常にさらされることになる。

このため、ヘッドチップと配線基板とを接着するために使用される接着剤には、耐インク性を有する接着剤が必要とされる。しかし、近年、インクジェットヘッドは、使用されるインクの幅が広がり、酸性、アルカリ性、溶剤（ＮＭＰ：Ｎ−メチル−２−ピロリドン等）のように、接着剤にとって過酷な条件のインクを射出する要求が増えてきており、接着剤の選定は困難を極めている。

従来、接着剤としては接着の信頼性の高いエポキシ系接着剤が主として用いられてきたが、ヘッドチップと配線基板との間の接着剤層がインクと直に接すると、溶解、膨潤が生じて接着力が失われてしまうことにより剥離が生じたり、剥離まで至らなくても、接着剤層の膨潤によってヘッドチップと配線基板との間隔が広がり、駆動電極と配線電極との間の電気的接続状態が喪失してしまったりする問題があった。

また、ヘッドの大型化に伴い、接着剤を加熱硬化させるときの熱膨張の影響を抑えるために硬化温度を下げる要求があるが、これは接着剤の耐溶剤性を上げるのには逆行する方向である。

そこで、本発明は、ヘッドチップと配線基板との間の接着剤層がインクと接触することによって生じる剥離や電気的接続状態の喪失を防止し、長期に亘って接着状態及び電気的接続状態を維持することのできるインクジェットヘッドを提供することを課題とする。

本発明の他の課題は、以下の記載により明らかとなる。

上記課題は、以下の各発明によって解決される。

請求項１記載の発明は、圧電素子からなる駆動壁と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前記チャネルの出口と入口とが配置され、前記チャネル内に駆動電極が形成されてなるヘッドチップと、前記駆動電極の各々に対応する配線電極が形成された配線基板とを有し、前記ヘッドチップと前記配線基板とが接着剤によって接着されると共に前記駆動電極と前記配線電極とが電気的に接続され、前記配線電極を介して前記駆動電極に電圧を印加することにより前記駆動壁をせん断変形させ、前記チャネル内のインクをノズルから吐出させるインクジェットヘッドであって、前記ヘッドチップと前記配線基板との間の接着剤によって形成される接着領域が、前記接着剤が存在しない遮断領域を間に挟んで、前記ヘッドチップに供給されるインクとの接触面を含む領域と該インクとの接触面を含まない領域との少なくとも２つの領域に分かれており、且つ、前記駆動電極と前記配線電極との電気的接続部位は、前記遮断領域及び前記インクとの接触面を含む領域内には位置していないことを特徴とするインクジェットヘッドである。

請求項２記載の発明は、前記遮断領域は、前記配線基板表面及び前記ヘッドチップ表面の少なくとも一方に設けられた溝によって形成され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。

請求項３記載の発明は、前記溝は、前記接着領域における前記インクとの接触面を含む領域から前記インクとの接触面を含まない領域に亘って複数条形成されていることを特徴とする請求項２記載のインクジェットヘッドである。

請求項４記載の発明は、前記溝内には、前記インクと相溶性がない液体が充填されていることを特徴とする請求項２又は３記載のインクジェットヘッドである。

請求項５記載の発明は、前記溝内は、外気と連通していることを特徴とする請求項２又は３記載のインクジェットヘッドである。

請求項６記載の発明は、前記溝内に空気を導入して流すための空気導入手段を有することを特徴とする請求項２又は３記載のインクジェットヘッドである。

請求項７記載の発明は、前記インクとの接触面を含む領域に塗布される接着剤と前記インクとの接触面を含まない領域に塗布される接着剤とは種類の異なる接着剤であり、前記インクとの接触面を含む領域に塗布される接着剤は、前記インクとの接触面を含まない領域に塗布される接着剤よりも耐インク性が高い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。

請求項８記載の発明は、前記インクとの接触面を含む領域に塗布される接着剤はフッ素系接着剤であり、前記インクとの接触面を含まない領域に塗布される接着剤はエポキシ系接着剤であることを特徴とする請求項７記載のインクジェットヘッドである。

本発明によれば、ヘッドチップと配線基板との間の接着剤層がインクと接触することによって生じる剥離や電気的接続状態の喪失を防止し、長期に亘って接着状態及び電気的接続状態を維持することのできるインクジェットヘッドを提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

図１は本発明に係るＴ型タイプのインクジェットヘッドの一例を示す断面図、図２は図１のヘッドチップ部分を後面側から見た斜視図、図３は図１の(i)-(i)線に沿う断面図である。

図中、１はヘッドチップ、２はヘッドチップ１の前面に接合されたノズルプレート、２１はノズルプレート２に形成されたノズル、３はヘッドチップ１の後面に接合された配線基板、４は配線基板３に接合されたＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）、５は配線基板３の背面側に接合されたインクマニホールドであり、内部に共通インク室５１を有している。

なお、本明細書においては、ヘッドチップ１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」又は「背面」という。また、ヘッドチップ１において並設されるチャネルを挟んで図示上下に位置する外側面をそれぞれ「上面」及び「下面」という。

ヘッドチップ１は、例えばＰＺＴ等の圧電素子からなる駆動壁１１とチャネル１２とが交互に並設されている。多数のチャネル１２は、図１における紙面と垂直方向に沿って配列されてチャネル列を構成している。

チャネル１２の形状は、両側壁が上面及び下面に対してほぼ垂直方向に立ち上がっており、そして互いに平行である。図１に示すように、ヘッドチップ１の前面及び後面にそれぞれチャネル１２の出口１２２と入口１２１とが配設されると共に、各チャネル１２は、入口１２１から出口１２２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。

駆動壁１１には駆動電極１３が密着形成されている。駆動電極１３は、チャネル１２内に臨む駆動壁１１の壁面からチャネル１２の入口１２１を経てヘッドチップ１の後面において上面側に向けて引き出されている。１３１はヘッドチップ１の後面に引き出された駆動電極１３の引き出し電極部である。ここで、この態様では、チャネル１２内に設けられる電極部と引き出し電極部１３１とを含む全体を指して駆動電極１３という。

駆動電極１３は、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ等の金属を用いて、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によって金属被膜を形成することにより得ることができる。中でも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することが好ましい。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によって駆動電極１３を形成することができる。駆動電極１３の厚みは０．５〜５μｍの範囲が好ましい。

配線基板３は、非分極のＰＺＴやＡｌＮ−ＢＮ、ＡｌＮ等のセラミックス材料からなる板状の基板によって形成されている。また、低熱膨張のプラスチックやガラス等を用いることもできる。更には、ヘッドチップ１に使用されている圧電素子の基板材料と同一の基板材料を脱分極して用いると好ましい。また、熱膨張率の差に起因するヘッドチップ１の歪み等の発生を抑えるため、ヘッドチップ１との熱膨張係数の差が±１ｐｐｍ以内となるように材料を選定することが更に好ましい。配線基板３を構成する材料は１枚板に限らず、薄板状の基板材料を複数枚積層して所望の厚みとなるように形成してもよい。

配線基板３は、ヘッドチップ１の幅方向（チャネル列方向）よりも大きく、且つ、ヘッドチップ１のチャネル列方向と直交する方向（図１における上下方向）よりも大きく形成されている。このため、配線基板３は、ヘッドチップ１の後面に接着されることにより、ヘッドチップ１の上下左右に大きく張り出すようになっている。

配線基板３の略中央部には、ヘッドチップ１に形成される全チャネル１２の入口１２１をその内部に含むことができる程度の大きさの開口３１が形成されている。これによって、配線基板３の背面側に接合されるインクマニホールド５内のインクを全チャネル１２に対して供給可能としている。

配線基板３の表面（ヘッドチップ１との接着面）には、ヘッドチップ１の後面に形成された駆動電極１３の引き出し電極部１３１と同数及び同ピッチで、配線電極３２が形成されている。この配線電極３２は、配線基板３の端部まで形成されており、この端部においてＦＰＣ４が接続されることにより、図示しない駆動回路からの信号を、ＦＰＣ４の配線４１及び配線基板３の配線電極３２を介して、各駆動電極１３に印加可能としている。

配線電極３２の形成は、配線基板３の表面にスピンコート法によりポジレジストをコーティングし、その後、このポジレジストをストライプ状のマスクを用いて露光し、現像することにより、ストライプ状のポジレジストの間に、駆動電極１３の引き出し電極部１３１と同数及び同ピッチで配線基板３の表面を露出させ、その表面に、蒸着法やスパッタリング法等によって電極形成用の金属を用いて金属被膜を形成した後、ポジレジストを除去することにより行うことができる。電極形成用の金属としては、駆動電極１３と同一のものを使用することができる。

かかる配線基板３は、配線電極３２が駆動電極１３の引き出し電極部１３１とそれぞれ電気的に接続するように位置合わせされた後、接着剤を用いてヘッドチップ１の後面に接着される。ここで、ヘッドチップ１の後面と配線基板３の表面との間には、接着剤によって接着される接着領域が形成されるが、本発明においてこの接着領域は、接着剤が存在しない遮断領域Ａ３を間に挟んで、ヘッドチップ１に供給されるインクとの接触面を含む接着剤層によって形成される領域Ａ１と該インクとの接触面を含まない接着剤層によって形成される領域Ａ２との少なくとも２つの領域に分かれている。

すなわち、図１に示すように、ヘッドチップ１と配線基板３との間には、塗布された接着剤によって、所定の厚みで接着剤層６が形成されている。駆動電極１３の引き出し電極部１３１と配線電極３２とが電気的に接続している領域では、図３に示すように、接着剤層６は、駆動電極１３の引き出し電極部１３１と配線電極３２との接続部位の間に形成される。この接着剤層６のうち、配線基板３の開口３１の内周に沿って露出する端面は、この開口３１を通って各チャネル１２に対して供給されるインクと直に接触する接触面６１となる。従って、このインクとの接触面６１を含む領域Ａ１は、配線基板３の開口３１の周囲に存在する。

接着剤が存在しない遮断領域Ａ３は、インクとの接触面６１を含む領域Ａ１からインクとの接触面６１を含まない領域Ａ２を離隔させるため、少なくともインクとの接触面６１を含む領域Ａ１を取り囲むように形成されている。この遮断領域Ａ３の形成方法としては、例えば接着剤の塗布工程の際に、少なくとも配線基板３の開口６１を取り囲むことができる大きさで、所定幅で接着剤を塗布しない領域を設けることによって形成することができる。

配線基板３において、配線電極３２の形成領域は、配線基板３の外端部から遮断領域Ａ３の外周までとされており、遮断領域Ａ３及びその内側のインクとの接触面６１を含む領域Ａ１には及んでいない。従って、駆動電極１３の引き出し電極部１３１と配線電極３２との電気的接続は、全てインクとの接触面６１を含まない領域Ａ２内のみで行われ、遮断領域Ａ３及びインクとの接触面６１を含む領域Ａ１内には位置していない。

このため、インクジェットヘッドの組立て後に、ヘッドチップ１と配線基板３との間の接着剤層６がインクと接触することにより、一部に溶解や膨潤が生じても、それによる影響を遮断領域Ａ３によって断ち切ることができ、インクとの接触面６１を含む領域Ａ１内にとどめ、駆動電極１３と配線電極３２との電気的接続部位を有するインクとの接触面６１を含まない領域Ａ２まで及びにくくすることができる。これにより、ヘッドチップ１と配線基板３との接着状態は、インクとの接触面６１を含まない領域Ａ２の接着剤層６によって維持されるため、ヘッドチップ１と配線基板３との剥離が生じたり、駆動電極１３と配線電極３２との間の電気的接続状態が喪失してしまったりすることを防止できる。

インクとの接触面６１を含む領域Ａ１の幅（開口３１から遮断領域Ａ３までの距離）は、インクジェットヘッドを小型化するためには狭い方が好ましいが、接着力とインクに対するシール性を確保する点で、５０〜１０００μｍとすることが好ましく、１００〜５００μｍとすることがより好ましい。

また、同様にして、遮断領域Ａ３の幅（インクとの接触面６１を含む領域Ａ１からインクとの接触面６１を含まない領域Ａ２までの距離）は、接着剤層６の溶解や膨潤の影響を断ち切る効果を発揮させる上で、５０〜１０００μｍとすることが好ましく、１００〜５００μｍとすることがより好ましい。

ヘッドチップ１と配線基板３とを接着するための接着剤としては、一般には、駆動電極１３の引き出し電極部１３１と配線電極３２との間の電気的接続を確実にし、接着力に優れ、加熱硬化後に収縮応力の発生するエポキシ系接着剤を用いることができ、例えばエポキシテクノロジー社製のエポテック３５３ＮＤを好ましく使用することができる。従来では、このエポキシ系接着剤がインクと直に接触すると、インクによっては接着剤層６の溶解、膨潤を生じることにより、配線基板３の剥離や電気的接続状態の喪失等の問題があったが、本発明によれば、インクとの接触面６１を含む領域Ａ１及びインクとの接触面６１を含まない領域Ａ２の両方にこのエポキシ系接着剤を用いたとしても、接着剤層６がインクと接触することによる影響は、遮断領域Ａ３の存在によって、インクとの接触面６１を含まない領域Ａ２まで及びにくくすることができ、ヘッドチップ１と配線基板３との接着状態及び駆動電極１３と配線電極３２との電気的接続状態を、インクとの接触面６１を含まない領域Ａ２の接着剤層６によって長期に亘り維持することができる。

しかし、本発明は、インクとの接触面６１を含む領域Ａ１とインクとの接触面６１を含まない領域Ａ２の各接着剤層６をそれぞれ種類の異なる接着剤を用いて形成することもできる。この場合、インクとの接触面６１を含む領域Ａ１に塗布される接着剤に、インクとの接触面６１を含まない領域Ａ２に塗布される接着剤よりも耐インク性が高いものを選択し、インクとの接触面６１を含まない領域Ａ２に塗布される接着剤に、接着力の高いものを選択することで、それぞれの領域に適した接着剤を使用することが好ましい。これにより、ヘッドチップ１と配線基板３との強固な接着状態を確保しつつ、インクとの接触面６１を含む領域Ａ１の接着剤層６が直にインクと接触しても、溶解、膨潤といった現象を発生しにくくすることができる。

具体的には、インクとの接触面６１を含む領域Ａ１に塗布される接着剤にフッ素系接着剤を用い、インクとの接触面６１を含まない領域Ａ２に塗布される接着剤に、従来同様、信頼性の高いエポキシ系接着剤を用いるようにすることができる。

フッ素系接着剤は耐薬品性に優れ、使用されるインクの種類にかかわらずに、エポキシ系接着剤に比べて高い耐インク性能を示す。このようなフッ素系接着剤としては、例えばスリーボンド社製の二液性フッ素系液状接着剤である液状ガスケット１１１９の他、スリーボンド１１９４、１１５２Ｂ、１１５３Ｂ等を用いることができる。これらフッ素系接着剤は、接着力の点ではエポキシ系接着剤にやや劣るものの、インクが浸透して膨潤しても柔軟であるため、電気的接続部位に過大な応力をかけたり、接続を破壊したりすることがない。

一方、エポキシ系接着剤の中でも、上記エポテック３５３ＮＤは多くのインクに対しては十分な耐久性を持つが、一部のインク、例えばＮＭＰを主成分とするインクでは膨潤が大きく、長期の使用では電気的接続部位が破壊される可能性がある。このような場合は、インクとの接触面６１を含む領域Ａ１にフッ素系接着剤、特に上記のスリーボンド社製の接着剤を用いる方が耐久性の高いインクジェットヘッドとすることができるために好ましい。

本発明において、遮断領域Ａ３は、図１に示すように、溝３３によって形成することも好ましい。溝３３の幅は、上記した遮断領域Ａ３の幅と同等とすることができ、深さは、本発明の効果を顕著に得る観点から、５０〜１０００μｍとすることが好ましく、１００〜５００μｍとすることがより好ましい。

遮断領域Ａ３をこのような溝３３によって形成することで、インクとの接触面６１を含む領域Ａ１の接着剤層６がインクと直に接触して溶解、膨潤することでインク蒸気が発生し、それが遮断領域Ａ３側に侵入しても、溝３３が緩衝領域となり、この溝３３内にとどめることができ、インクとの接触面６１を含まない領域Ａ２へ与える影響を低減できる。

この溝３３による効果を更に高め、仮に接着部位にクラックや膨潤等によるインクの染み出しが発生してもそれをシールできるようにして、インクとの接触面６１を含まない領域Ａ２に与える影響を低減できるようにする観点から、溝３３内にインクと相溶性がない液体を充填することが好ましい。ここで、インクと相溶性がないとは、使用するインクが上記液体へ分離や凝集を起こさずに均一に溶ける重量が１％以下であると定義する。例として、３Ｍ社製のフッ素系不活性液体フロリナート（型番ＦＣ−７２、ＦＣ−８４、ＦＣ−３２８３、ＦＣ−４０、ＦＣ−４３）への水分溶解量は７〜１１ｐｐｍである。従って、インクとして水を考えた場合、水とフロリナートは本発明における定義において相溶性がない。

インクと相溶性がない液体はインクによって変わるが、一般にはフッ素系の液体が好適である。例えば上記３Ｍ社製のフロリナートがある。これはほとんどの溶剤に溶解せず、また不活性でプラスチック、ゴム、金属等の材料を侵さず、溝３３に隣接する接着剤層６、駆動電極１３及び配線電極３２に影響を与えることがない。また、パーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）あるいはその誘導体との混合物、具体的には例えばモンテカチーニ社の商品名フォンブリン（ＦＯＮＢＬＩＮ）等も好適に用いられる。

溝３３内にこのような液体を充填するには、例えば溝３３の一部をヘッドチップ１との接着領域よりも外側まで引き出すように形成しておき、ヘッドチップ１と配線基板３とを接着した後に、この溝３３の引き出し部分から適宜の注入手段を用いて液体を注入すればよい。この後、引き出し部分を閉塞することによって、液体は溝３３内に封入される。

図１は、遮断領域Ａ３内に１条の溝３３のみを形成した場合を示しているが、インクとの接触面６１を含む領域Ａ１からインクとの接触面６２を含まない領域Ａ２に亘る遮断領域Ａ３内に、複数条の溝３３を形成することも好ましい。溝３３を複数条とすれば、遮断領域Ａ３による効果を更に高めることができる。この場合、隣接する溝３３間に形成される接着剤層は、インクとの接触面６１を含む領域Ａ１に塗布される接着剤と同一の接着剤を用いて形成することが好ましい。

溝３３の形成方法は特に限定されないが、例えばダイシングソーを用いて配線基板３の表面を研削加工したり、サンドブラストによって配線基板３の表面を削り取ったりすること等によって形成することができる。

図４は、ダイシングソーによって開口３１を取り囲む１条の溝３３を形成した配線基板３の表面を示している。ダイシングソーは、回転するブレードと配線基板３とを相対的に移動させることによって溝３３を研削していくため直線の溝しか形成できない。このため、開口３１を取り囲む１条の溝３３は、縦２本、横２本の合計４本の溝によって構成される。

図５は、サンドブラストによって開口３１を取り囲む１条の溝３３を形成した配線基板３の表面を示している。サンドブラストは、非加工部位をマスキングし、研磨剤を吹き付けてマスキングのされていない露出した部分を削り取る技術である。マスキングは感光性ドライフィルムを用いることにより、高精度で自由なマスキングパターンを容易に得ることができる。

図６は、ダイシングソーによって開口３１を取り囲む２条の溝３３を形成した配線基板３の表面を示している。サンドブラストの場合も同様に複数条の溝３３を形成することができる。

溝３３は、内部にインクと相溶性がある液体を充填しない態様とすることもでき、この場合は溝３３内を外気と連通させることが好ましい。溝３３内を外気と連通させることにより、インクとの接触面６１を含む領域Ａ１の接着剤層６にインクが浸透してゆき、インク蒸気が溝３３内に浸入しても、溝３３内を通して外部に逃がすことができ、領域Ａ２の接着剤層６や駆動電極１３と配線電極３２との電気的接続部位に与える影響をより低減することができる。溝３３内を外気と連通させるには、図４〜図６に示したように、配線基板３の表面に形成される溝３３の少なくとも一部を、ヘッドチップ１との接着領域よりも外側に延長させることによって簡単に得ることができる。

このような効果を更に高めるため、外気と連通させた溝３３内に空気を積極的に導入して流すようにするための空気導入手段を設けることも好ましい。

図７〜図９は、それぞれ空気導入手段を設けたインクジェットヘッドの例を、図５に示す(ii)-(ii)線に沿う断面で示している。なお、各図においてインクマニホールドは図示省略している。

図７は、溝３３におけるヘッドチップ１と配線基板３との間の接着領域よりも外部に露出する部位の一部に、接合部７１によって溝３３内と連通する配管７２を接続し、その配管７２の端部にロート状の空気取り入れ口７３を設けた態様である。この態様は、主走査方向に沿って移動しながら印画を行うシャトルタイプのインクジェットヘッドに特に好適である。すなわち、空気取り入れ口７３をインクジェットヘッドが主走査方向に移動する際の進行方向に向けて開口させることで、主走査移動時に溝３３内に空気を取り入れることができる。

空気取り入れ口７３は、主走査移動時の往路及び復路の両方で空気を取り入れることができるように２つ設けるようにしてもよく、この場合は、進行方向と反対側となる空気取り入れ口７３を、溝３３内を流れた空気の排出口として機能させることができ、溝３３内の空気の流れをより円滑にすることができる。

図８は、配管７２の端部に、空気取り入れ用のファン７４を設けた態様である。この態様では、ファン７４の回転によって溝３３内に強制的に空気を取り入れることができるので、位置不動に設けられるラインヘッドの場合に特に好適である。ファン７４は溝３３内から空気を排出させるように回転させる態様とすることもでき、また、空気取り入れ用のファンと排出用のファンの両方を設ける態様とすることで、溝３３内の空気の流れをより円滑にすることもできる。

図９は、配管７２の端部を上方に向け、その端部周囲にヒータ等の加熱手段７５を設けた態様である。この態様では、配管７２の端部を加熱手段７５で暖めることによって配管７２の端部側の空気に上昇流を生じさせ、この配管７２と連通する溝３３内の空気を配管７２の端部に向けて移動させて自然に排出させることで、溝３３における外気と連通する他の部位から空気を導入することができる。

このように溝３３内に空気を積極的に導入するための空気導入手段７を設けることで、溝３３内に侵入したインク蒸気を積極的に溝３３の外部に排出させることができるので、インク蒸気が接着剤層６や電気的接続部位に与える影響を低減する効果を高めることができる。また、空気導入手段７の採用によって溝３３内に空気の流れが形成されるので、駆動によって発熱するヘッドチップ１の放熱効果も得られるようになり、インクジェットヘッドの放熱対策としても好ましい。

なお、以上説明した溝３３は、配線基板３の表面に形成したものであるが、溝は、ヘッドチップ１と配線基板３との間の接着剤によって形成される接着領域に形成すればよく、駆動電極１３や配線電極３２の形成に影響を与えない限りにおいて、ヘッドチップ１の後面側に形成することもできる。例えば、図１中のチャネル１２よりも下側のヘッドチップ１の後面に溝を形成しても同様の効果を得ることができる。また、ヘッドチップ１の後面と配線基板３の表面の両方に溝を形成することもでき、この場合は、各溝の位置を合致させることで、より大きな内容積を持つ溝を形成することもできる。

図１０は、図１と同じく１列のチャネル列を有するインクジェットヘッドの他の態様を示している。図１と同一符号の部位は同一構成の部位であるため、ここでの詳細な説明は省略する。

この態様では、配線基板３がヘッドチップ１の後面に形成された駆動電極１３の引き出し電極部１３１の領域にのみ接着されるようになっている。従って、この配線基板３は、図１に示される開口３１を有しておらず、インクマニホールド５が、配線基板３とヘッドチップ１の後面とに亘って接着されるようになっている。

ところで、図１、図１０に示すように、配線基板３の背面側にインクマニホールド５を接着することによって共通インク室５１を形成する場合、インクマニホールド５とヘッドチップ１及び／又は配線基板３との接着領域にも接着剤層６が形成され、そのうち共通インク室５１に臨む面はインクとの接触面６１となるため、この部位がインクと接触することによる破壊等の問題が懸念される。従って、インクマニホールド５とヘッドチップ１及び／又は配線基板３との間の接着剤によって形成される接着領域も、例えば図１０に示したように、接着剤が存在しない遮断領域Ａ６を間に挟んで、インクとの接触面６１を含む領域Ａ４と該インクとの接触面６１を含まない領域Ａ５との少なくとも２つの領域に分けるようすることが好ましい。これらインクとの接触面６１を含む領域Ａ４、インクとの接触面６１を含まない領域Ａ５及び遮断領域Ａ６は、上述したインクとの接触面６１を含む領域Ａ１、インクとの接触面６１を含まない領域Ａ２及び遮断領域Ａ３にそれぞれ対応し、同様の構成を採ることができる。

遮断領域Ａ６には、上記遮断領域Ａ３と同様に溝を形成することが好ましい。図１０に示す態様では、インクマニホールド５の接着面に溝５２を形成しているが、配線基板３側及びヘッドチップ１の後面側に形成したり、インクマニホールド５と配線基板３及びヘッドチップ１の後面の双方に形成したりしてもよい。溝５２は、内部にインクと相溶性のない液体を充填したり、少なくとも一部を外部に連通させたり、更に、図７〜図９と同様に、溝５２内に空気を導入して流すための空気導入手段７を設けたりすることも好ましい。

以上の各態様はＴ型タイプのインクジェットヘッドの場合であるが、本発明はサンドイッチタイプのインクジェットヘッドにも同様に適用可能であり、その一例を図１１、図１２に示す。図１１は、サンドイッチタイプのインクジェットヘッドの断面図、図１２は、その配線基板３をヘッドチップ１との接着面側から見た平面図である。図１と同一符号の部位は同一構成の部位であるため、ここでの詳細な説明は省略する。

サンドイッチタイプのインクジェットヘッドでは、ヘッドチップ１の上面と下面にそれぞれ配線基板３と下部基板８を接着することで、これら配線基板３と下部基板８によってヘッドチップ１を挟み込んでいる。９は配線基板３と下部基板８の間に接着した後部基板であり、この後部基板９とヘッドチップ１の後面との間の空間を利用して共通インク室９１を形成している。

配線基板３はヘッドチップ１の上面に接着されるため、チャネル１２内の駆動電極１３と配線基板３の配線電極３２との電気的接続を図るため、駆動電極１３は、チャネル１２内からヘッドチップ１の上部まで貫通する貫通電極部１３２によってヘッドチップ１の上面まで引き出されている。１３３は貫通電極部１３２がヘッドチップ１の上面に露出する部位に形成される接点部である。ここで、この態様では、チャネル１２内に設けられる電極部と貫通電極部１３２及び接点部１３３を含む全体を指して駆動電極１３という。

また、配線電極３２は、配線基板３におけるヘッドチップ１との接着面と反対面に形成されているため、ヘッドチップ１の上面に露出する上記駆動電極１３の接点部１３３との電気的接続を図るため、配線基板３を貫通する貫通電極部３２１によってヘッドチップ１との接着面まで引き出されている。３２２は貫通電極部３２１が配線基板３のヘッドチップ１との接着面に露出する部位に形成される接点部である。ここで、この態様では、配線基板３のヘッドチップ１との接着面と反対面に形成される電極部と貫通電極部３２１及び接点部３２２を含む全体を指して配線電極３２という。

ヘッドチップ１と配線基板３との間の接着剤層６は、共通インク室９１に臨む端面がインクとの接触面６１となっており、ヘッドチップ１と配線基板３との間の接着剤によって形成される接着領域は、図１２に示すように、接着剤が存在しない遮断領域Ａ３を間に挟んで、インクとの接触面６１を含む領域Ａ１とインクとの接触面６１を含まない領域Ａ２との２つの領域に分かれている。各接点部１３３、３２２との電気的接続部位は、このうちのインクとの接触面６１を含まない領域Ａ２内に位置している。

この態様でも、遮断領域Ａ３に対応する配線基板３には溝を形成することが好ましい。ここでは配線基板３に溝３３を形成したが、ヘッドチップ１の上面側に形成することもでき、また、両方に形成してもよい。この溝３３内には、上述したように、インクと相溶性のない液体を充填したり、溝３３の一部を外気と連通させたり、更に図７〜図９と同様に溝３３内に空気を導入して流すための空気導入手段７を設けるようにしてもよい。

なお、ヘッドチップ１と下部基板８との間にも、配線基板３と同様に接着剤層６が形成されるため、配線基板３と同様に各領域Ａ１〜Ａ３を画定し、更に溝を形成することも好ましい。ここでは下部基板８に溝８１を形成しているが、ヘッドチップ１の下面側に形成してもよく、また、両方に形成してもよい。

本発明に係るインクジェットヘッドは、１列のチャネル列を有するものに限らず、複数列のチャネル列を有するものであってもよい。図１３は、４列のチャネル列を有するＴ型タイプのインクジェットヘッドの一例を示す断面図である。図１と同一符号の部位は同一構成の部位であるため、詳細な説明は省略する。

４列のチャネル列を有するヘッドチップ１は、外側の２列のチャネル列は、駆動電極１３の引き出し電極部１３１がヘッドチップ１の上面側及び下面側に向けて引き出されるが、内側の２列のチャネル列は、駆動電極１３の引き出し電極部１３１が互いに内側に向けて引き出される。

配線基板３は両面に配線電極３２が形成されており、ヘッドチップ１の外側の２列のチャネル列に対する駆動電極１３と配線電極３２との電気的接続は、図１と同様の構成となるが、内側の２列のチャネル列に対する駆動電極１３と配線電極３２との電気的接続は、配線基板３の背面側の配線電極３２を、図１１、図１２と同様の貫通電極部３２１及び接点部３２２によってヘッドチップ１との接着面まで引き出すことによって行われる。

ヘッドチップ１の隣接する２列ずつの各チャネル１２に対応する配線基板３の表面には、それぞれ２列のチャネル列の全チャネル１２を含むことができる大きさの凹部３４、３４が形成されおり、この凹部３４、３４によって共通インク室が形成されている。このため、ヘッドチップ１と配線基板３との間の接着剤層６は、この凹部３４、３４内に臨む端面がインクとの接触面６１となる。

これにより、ヘッドチップ１と配線基板３との間の接着剤によって形成される接着領域は、接着剤が存在しない遮断領域Ａ３を間に挟んで、インクとの接触面６１を含む領域Ａ１とインクとの接触面６１を含まない領域Ａ２とに分かれており、駆動電極１３と配線電極３２又は接点部３２２との電気的接続部位は、いずれもこのうちのインクとの接触面６１を含まない領域Ａ２内に位置している。

ここでも、遮断領域Ａ３には、配線基板３に溝３３を形成することが好ましく、この溝３３内にはインクと相溶性のない液体を充填したり、溝３３の一部を外気と連通させたり、更に図７〜図９と同様に溝３３内に空気を導入して流すための空気導入手段７を設けるようにしてもよい。

Ｔ型タイプのインクジェットヘッドの一例を示す断面図 図１のヘッドチップ部分を後面側から見た斜視図 図１の(i)-(i)線に沿う断面図 ダイシングソーによって１条の溝を形成した配線基板の表面を示す図 サンドブラストによって１条の溝を形成した配線基板の表面を示す図 ダイシングソーによって２条の溝を形成した配線基板の表面を示す図 空気導入手段を設けたインクジェットヘッドの一例を示す部分断面図 空気導入手段を設けたインクジェットヘッドの他の一例を示す部分断面図 空気導入手段を設けたインクジェットヘッドの更に他の一例を示す部分断面図 １列のチャネル列を有するインクジェットヘッドの他の態様を示す断面図 サンドイッチタイプのインクジェットヘッドの一例を示す断面図 図１１に示す配線基板をヘッドチップとの接着面側から見た平面図 ４列のチャネル列を有するＴ型タイプのインクジェットヘッドの一例を示す断面図 従来のＴ型タイプのインクジェットヘッドを示す断面図

符号の説明

１：ヘッドチップ
１１：駆動壁
１２：チャネル
１２１：チャネルの入口
１２２：チャネルの出口
１３：駆動電極
１３１：引き出し電極部
１３２：貫通電極部
１３３：接点部
２：ノズルプレート
２１：ノズル
３：配線基板
３１：開口
３２：配線電極
３２１：貫通電極部
３２２：接点部
３３：溝
４：ＦＰＣ
４１：配線
５：インクマニホールド
５１：共通インク室
５２：溝
６：接着剤層
６１：インクとの接触面
７：空気導入手段
７１：接合部
７２：配管
７３：空気取り入れ口
７４：ファン
７５：加熱手段
８：下部基板
８１：溝
９：後部基板
Ａ１、Ａ４：インクとの接触面を含む領域
Ａ２、Ａ５：インクとの接触面を含まない領域
Ａ３、Ａ６：遮断領域

Claims (8)

1. 圧電素子からなる駆動壁と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前記チャネルの出口と入口とが配置され、前記チャネル内に駆動電極が形成されてなるヘッドチップと、前記駆動電極の各々に対応する配線電極が形成された配線基板とを有し、前記ヘッドチップと前記配線基板とが接着剤によって接着されると共に前記駆動電極と前記配線電極とが電気的に接続され、前記配線電極を介して前記駆動電極に電圧を印加することにより前記駆動壁をせん断変形させ、前記チャネル内のインクをノズルから吐出させるインクジェットヘッドであって、
   前記ヘッドチップと前記配線基板との間の接着剤によって形成される接着領域が、前記接着剤が存在しない遮断領域を間に挟んで、前記ヘッドチップに供給されるインクとの接触面を含む領域と該インクとの接触面を含まない領域との少なくとも２つの領域に分かれており、且つ、前記駆動電極と前記配線電極との電気的接続部位は、前記遮断領域及び前記インクとの接触面を含む領域内には位置していないことを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 前記遮断領域は、前記配線基板表面及び前記ヘッドチップ表面の少なくとも一方に設けられた溝によって形成され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。
3. 前記溝は、前記接着領域における前記インクとの接触面を含む領域から前記インクとの接触面を含まない領域に亘って複数条形成されていることを特徴とする請求項２記載のインクジェットヘッド。
4. 前記溝内には、前記インクと相溶性がない液体が充填されていることを特徴とする請求項２又は３記載のインクジェットヘッド。
5. 前記溝内は、外気と連通していることを特徴とする請求項２又は３記載のインクジェットヘッド。
6. 前記溝内に空気を導入して流すための空気導入手段を有することを特徴とする請求項２又は３記載のインクジェットヘッド。
7. 前記インクとの接触面を含む領域に塗布される接着剤と前記インクとの接触面を含まない領域に塗布される接着剤とは種類の異なる接着剤であり、前記インクとの接触面を含む領域に塗布される接着剤は、前記インクとの接触面を含まない領域に塗布される接着剤よりも耐インク性が高い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。
8. 前記インクとの接触面を含む領域に塗布される接着剤はフッ素系接着剤であり、前記インクとの接触面を含まない領域に塗布される接着剤はエポキシ系接着剤であることを特徴とする請求項７記載のインクジェットヘッド。

Images