JP2011062895A

JP2011062895A - インクジェットヘッド

Info

Publication number: JP2011062895A
Application number: JP2009214868A
Authority: JP
Inventors: Masashi Seki; 雅志關
Original assignee: Toshiba TEC Corp
Current assignee: Toshiba TEC Corp
Priority date: 2009-09-16
Filing date: 2009-09-16
Publication date: 2011-03-31

Abstract

【課題】狭いピッチで導体パターンを形成して高解像度化を図ることができるインクジェットヘッドを提供する。
【解決手段】インクジェットヘッド１１は、レーザ加工で基板および圧電部材１５の少なくとも一方に所定の導体パターンを形成する製造工程を有する。インクジェットヘッド１１は、基板１２と、基板１２に取り付けられるとともに、ノズル２６から液を吐出するための駆動素子となる圧電部材１５と、基板１２と圧電部材１５との間に介在されてこれらを接着する接着剤１６と、を具備する。接着剤１６は、高熱伝導性でかつ絶縁性を有するフィラー３１を含む。
【選択図】図５

Description

本発明は、用紙に対して液を吐出するインクジェットヘッドに関する。

インクジェットプリントヘッドは、基板と、これに結合したＰＺＴと、を有する。ＰＺＴには、これに設けられた複数のチャンネルを有しており、このチャンネルは電圧をかけることにより作動するインク室を形成している。このチャンネルの表面には、導電性物質で形成された電極が設けられている。この電極を基板およびＰＺＴ上に所定のパターンで形成する手段として、マスキングやレーザ等の手法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この電極や配線のパターンは、等ピッチで基板およびＰＺＴ上に形成される。

ところで、基板とＰＺＴとの接着には、樹脂製の接着剤が用いられることが多い。また、電極のパターンをレーザで形成する場合は、基板上およびＰＺＴ上を区別することなく導電性物質の不要部分にレーザを照射し、不要部分を溶融・除去して行われる。その際、基板とＰＺＴとの間の境界部では、接着剤がはみ出している場合が多く、接着剤上にもレーザが照射される。一方、樹脂製の接着剤は、周囲の構造物に比して一般的に熱伝導率が小さいため、この接着剤にレーザを照射すると、接着剤が多くの熱を吸収する。その結果、この接着剤は膨張するように蒸発する。これによって、接着剤が膨張する箇所に隣接する部分では、電極や配線に破断や断線を生じてしまう可能性がある。

本発明の目的は、狭ピッチで導体パターンを形成して高解像度化を図ることができるインクジェットヘッドを提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明の一つの形態に係るインクジェットヘッドは、レーザ加工で基板および圧電部材の少なくとも一方に所定の導体パターンを形成する製造工程を有するインクジェットヘッドであって、前記基板と、前記基板に取り付けられるとともに、ノズルから液を吐出するための駆動素子となる前記圧電部材と、前記基板と前記圧電部材との間に介在されてこれらを接着する接着剤と、を具備し、前記接着剤は、高熱伝導性でかつ絶縁性を有するフィラーを含む。

上記の構成によれば、狭いピッチで導体パターンを形成して高解像度化を図ることができるインクジェットヘッドを提供できる。

第１の実施形態に係るインクジェットヘッドを示した斜視図。図１に示すインクジェットヘッドの内部に設けられる配線を示した斜視図。図２に示すインクジェットヘッドの接着剤に充填されるフィラーを示した模式図。図２に示すインクジェットヘッドの圧力室周りを拡大して示した断面図。図１に示すインクジェットヘッドの製造方法を示した断面図。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。実施形態に係るインクジェット記録装置は、用紙などのシート状記録媒体に対して液滴を吐出して、この記録媒体上に文字や画像を印刷するものである。

図１、２、５に示すように、インクジェットヘッド１１は、いわゆるインク循環式のものであり、基板１２と、基板１２に接着された枠部材１３と、枠部材１３に接着されたノズルプレート１４と、枠部材１３の内側の位置で基板１２に接着された圧電部材１５と、基板１２と圧電部材１５との間に介在されてこれらを接着する接着剤１６と、圧電部材１５を駆動するためのプリント回路板と、を有している。インクジェットヘッド１１は、基板１２、枠部材１３、およびノズルプレート１４で囲まれた空間に、共通液室１８を有している。共通液室１８は、後述する各圧力室２４に連通している。また、プリント回路板の図示は省略している。

基板１２は、例えば、アルミナ等のセラミックス材料によって方形板状に形成されている。このアルミナの熱伝導率は、１５〜２１Ｗ／ｍ・Ｋである。基板１２は、例えば、孔でそれぞれ構成される供給口２１および排出口２２を有している。供給口２１および排出口２２を介して共通液室１８内に液を供給したり、共通液室１８から液を回収したりすることができる。

ノズルプレート１４は、例えば、方形のポリイミド製のフィルムで形成されている。ノズルプレート１４は、一対のノズル列２３を有している。各ノズル列２３は、複数のノズル２６を含んでいる。

圧電部材１５は、ノズル２６から液を吐出するための駆動素子である。圧電部材１５は、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）製の板状の第１の圧電体および第２の圧電体を互いの分極方向を対向させるように、厚み方向に張り合わせて形成されている。圧電部材１５は、断面台形の板状に形成されている。圧電部材１５は、その表面から溝状に切削形成された複数の圧力室２４と、各圧力室２４の両側部に設けられた駆動素子である側壁２５と、を有している。圧電部材１５は、ノズルプレート１４上のノズル列２３に対応するように基板１２に接着される。圧力室２４および側壁２５は、それぞれノズル２６に対応するように形成されている。圧電部材１５の熱伝導率は、例えば、１．０〜１．５Ｗ／ｍ・Ｋである。

図４に示すように、インクジェットヘッド１１は、さらに、圧電部材１５の各側壁２５の表面および圧力室２４の底部に形成される電極２７を有している。電極２７は、圧力室２４内で圧電部材１５に密着するように設けられている。図２に示すように、インクジェットヘッド１１は、上記したヘッド駆動用のプリント回路板と電極２７とを接続するための配線２８を有している。配線２８は、電極２７と一体に形成されており、例えば、排出口２２を避けて基板１２上に形成されている。

接着剤１６は、例えば、熱硬化型のエポキシ系接着剤である。接着剤１６の内部には、図３に模式的に示すようなフィラー３１が充填されている。フィラー３１は、高い熱伝導性と電気的な絶縁性を有している。このフィラー３１は、例えば、金などの金属粒子３２の周囲を、絶縁性のあるシリカ（ＳｉＯ_２）等の微小粒子３３でコーティングしたもので構成されている。なお、フィラー３１の金属粒子３２は、金に限定されるものではなく、銀などの他の金属であってもよい。また、微小粒子３３は、シリカ（ＳｉＯ_２）に限定されるものではなく、無機物の絶縁材料であればどのようなものでもよい。このフィラー３１が充填された接着剤１６の熱伝導率は、圧電部材１５の熱伝導率以上で、基板１２の熱伝導率以下に調整されている。

より具体的には、一般的なエポキシ系接着剤の熱伝導率が０．２１Ｗ／ｍ・Ｋであるのに対して、本実施形態のフィラー入り接着剤１６の熱伝導率は、例えば、２．０Ｗ／ｍ・Ｋ程度である。本実施形態のフィラー入り接着剤１６の熱伝導率は、これに限定されるものではなく、１．０〜２１Ｗ／ｍ・Ｋの範囲内にあればよい。接着剤１６の熱伝導率は、基材であるエポキシ系接着剤に対するフィラーの充填比率を多くしたり少なくしたりすることで、上記の範囲内で自由に設定することが可能である。

なお、接着剤１６の熱伝導率を２１Ｗ／ｍ・Ｋ以上にすると、熱伝導率が高くなりすぎてレーザによる熱が周囲に分散し、導電性物質をレーザで除去する際の加工性が悪くなり好ましくない。一方、熱伝導率を１．０Ｗ／ｍ・Ｋ以下にすると、接着剤にレーザの熱エネルギーが集中して接着剤が膨張するように蒸発するため、同様に好ましくない。

この接着剤１６は、図５に示すように、基板１２と圧電部材１５の間の位置だけでなく、その周囲にも基板１２と平行な方向にはみ出したはみ出し部１６Ａを有している。従来の接着剤では、このはみ出し部１６Ａに対してレーザを照射すると、周囲との熱伝導性の違いから、この箇所にレーザの熱エネルギーが集中する。その結果、周囲の配線２８や電極２７に破断や断線などを生じていた。本実施形態では、接着剤１６の熱伝導率が、少なくとも圧電部材１５の熱伝導率と同等以上であるため、レーザの熱エネルギーが接着剤１６に集中することはない。

上記構成のインクジェットヘッド１１をプリンタに搭載して、このプリンタで印刷処理を行うには、プリンタのインクタンクからインクジェットヘッド１１に液（インク）を供給する必要がある。液の供給は、供給口２１を介して行われ、インクタンクから流出した液は、供給口２１を経由して圧力室２４内に満たされる。圧力室２４内で使用されなかった液は、排出口２２によってインクタンクに回収される。

また、この状態で、ユーザがプリンタに対して印刷を指示すると、プリンタの制御部は、インクジェットヘッド１１に対して印字信号をヘッド駆動用のプリント回路板に出力する。印刷信号を受けたプリント回路板は、配線２８および電極２７を介して駆動パルス電圧を側壁２５に印加する。これにより、左右一対の側壁２５は、シェアモード変形を行って湾曲するように離反する。そして、これらを初期位置に復帰させて圧力室２４内の圧力を高くすることで、図４に示すような状態となり、ノズル２６から液滴が勢い良く吐出される。

続いて、図５を参照して、本実施形態のインクジェットヘッド１１の製造方法について説明する。まず、基板１２に対して一対の圧電部材１５を接着する。このとき、一対の圧電部材１５は、図示しない治具によって基板１２に対して位置決めされている。

図４に示すように、基板１２に対して例えばスクリーン印刷等によって接着剤１６を塗布する。この接着剤１６には、上記したフィラー３１が含まれている。そして、接着剤１６を塗布した基板１２に対して圧電部材１５を当接させる。この状態で、接着剤１６の硬化する推奨硬化温度、例えば本実施形態のエポキシ系接着剤では１２０℃に保持して、２時間から３時間放置する。こうして、接着剤１６の硬化がなされ、基板１２に圧電部材１５が接着される。

このように基板１２に接着された圧電部材１５に対して圧力室２４となる溝を形成する。この溝加工は、例えば、ＩＣウェハーの切断等に用いられているダイヤモンドホイール等を用いる。続いて、溝の内面に電極２７を形成するとともに、基板１２上に配線２８を形成する。電極２７および配線２８は、例えば、無電解メッキによって形成された例えばニッケル薄膜で構成されている。

さらに、レーザを照射してパターニングを行って、電極２７および配線２８の以外の部位からニッケル薄膜を除去する。その際、レーザは、図５に示すように上方から照射される。レーザは、矢印Ｄの方向に走査され、基板１２上のニッケル薄膜および圧電部材１５上のニッケル薄膜を除去する。この作業で除去されなかった部分のニッケル薄膜は、配線２８および電極２７を構成する導体パターンとなる。

このレーザ加工には、例えば、波長５００ｎｍ以下のエキシマレーザを用いる。このとき、レーザは、接着剤１６（はみ出し部１６Ａ）上にあるニッケル薄膜にも照射されるが、本実施形態の接着剤１６では、通常のものよりも熱伝導率が高く調整されているため、接着剤１６のある部分に熱エネルギーが集中することはない。同様に、ノズルプレート１４にレーザを照射してノズル２６を形成する。また、基板１２上の配線２８に接続するように、プリント回路板を基板１２に固定する。基板１２に対して図示しないインクケースを接着して、インクジェットヘッド１１の製造工程が終了する。

以上が、インクジェットヘッド１１の第１の実施形態である。第１の実施形態によれば、インクジェットヘッド１１は、レーザ加工で基板１２および圧電部材１５の少なくとも一方に所定の導体パターンを形成する製造工程を有するインクジェットヘッド１１であって、基板１２と、基板１２に取り付けられるとともに、ノズル２６から液を吐出するための駆動素子となる圧電部材１５と、基板１２と圧電部材１５との間に介在されてこれらを接着する接着剤１６と、を具備し、接着剤１６は、高熱伝導性でかつ絶縁性を有するフィラー３１を含む。この構成によれば、フィラー３１を充填することによって、接着剤１６の熱伝導率を向上できるため、接着剤１６が露出している箇所にレーザの熱エネルギーが集中することを防止できる。これによって、導体パターンに破断や断線を生じることがなく、導体パターンを狭いピッチで形成することができ、インクジェットヘッド１１の高解像度化を図ることができる。

この場合、フィラー３１は、金属粒子３２と、金属粒子３２の周囲をコーティングした絶縁性の微小粒子３３と、を有する。この構成によれば、高熱伝導性で、且つ絶縁性を有するフィラー３１を簡単な構造によって実現することができる。このとき、接着剤１６は、圧電部材１５の熱伝導率以上で、基板１２の熱伝導率以下の熱伝導率を有する。この構成によれば、接着剤１６の熱伝導率を適正な範囲内に設定することができる。すなわち、接着剤１６の熱伝導率が高くなりすぎると、レーザの熱エネルギーが周囲に分散して、接着剤１６上にある導体を除去する際の作業性が悪くなる。一方、接着剤の熱伝導率が低くなると、レーザの熱エネルギーが接着剤１６に集中して、接着剤１６に膨張を生じて周囲の導体パターンを傷つけてしまう可能性がある。本実施形態によれば、接着剤１６の熱伝導性を適正な範囲内に調整することができ、インクジェットヘッド１１を製造する際の作業性（加工性）を維持しつつ、インクジェットヘッド１１の高解像度化を推し進めることができる。

本発明は、前記実施の形態に限定されるものではない。このほか、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。

１１…インクジェットヘッド、１２…基板、１５…圧電部材、１６…接着剤、２６…ノズル、３１…フィラー、３２…金属粒子、３３…微小粒子

特表２００２−５２９２８９号公報

Claims

レーザ加工で基板および圧電部材の少なくとも一方に所定の導体パターンを形成する製造工程を有するインクジェットヘッドであって、
前記基板と、
前記基板に取り付けられるとともに、ノズルから液を吐出するための駆動素子となる前記圧電部材と、
前記基板と前記圧電部材との間に介在されてこれらを接着する接着剤と、
を具備し、
前記接着剤は、高熱伝導性でかつ絶縁性を有するフィラーを含むことを特徴とするインクジェットヘッド。
前記フィラーは、
金属粒子と、
前記金属粒子の周囲をコーティングした絶縁性の微小粒子と、
を有することを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
前記接着剤は、前記圧電部材の熱伝導率以上で、前記基板の熱伝導率以下の熱伝導率を有することを特徴とする請求項２に記載のインクジェットヘッド。