JP2012061716A - Ink jet recording head, ink jet recording apparatus, and image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インクジェット記録装置に用いられるインクジェット記録ヘッド、及び、そのインクジェット記録ヘッドを備えたインクジェット記録装置、及び、そのインクジェット記録装置を画像形成部に備えたプリンタ、ファクシミリ、複写装置、あるいはこれらの機能を有する複合機等の画像形成装置に関する。 The present invention relates to an ink jet recording head used in an ink jet recording apparatus, an ink jet recording apparatus including the ink jet recording head, and a printer, a facsimile, a copying apparatus including the ink jet recording apparatus in an image forming unit, or these The present invention relates to an image forming apparatus such as a multifunction peripheral having a function.
インクジェット記録装置は、記録時の騒音が極めて小さいこと、高速印字が可能であること、インクの自由度が高く安価な普通紙を使用できること、光沢紙等を使用して写真画質の画像形成が行えること、など多くの利点を有する。この中でも記録が必要な時にのみインク液滴を吐出する、いわゆるインク・オン・デマンド方式が、記録に不要なインク液滴の回収を必要としないため、現在主流となってきている。そして、このインクジェット記録装置は、プリンタとして利用される他、ファクシミリ、複写装置、あるいはこれらの機能を有する複合機等の画像形成装置の画像形成部に用いられている。 Inkjet recording devices have extremely low noise during recording, high-speed printing is possible, plain paper with a high degree of freedom of ink can be used, and photo-quality images can be formed using glossy paper. It has many advantages. Among them, a so-called ink-on-demand system that discharges ink droplets only when recording is necessary does not require collection of ink droplets that are not necessary for recording, and has become mainstream. The ink jet recording apparatus is used not only as a printer but also in an image forming section of an image forming apparatus such as a facsimile, a copying apparatus, or a multifunction machine having these functions.
このようなインクジェット記録装置に用いられるインクジェット記録ヘッドの一例として、インク滴を吐出する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内のインクを加圧してノズル開口からインク滴を吐出させるものが知られている。そして、このようなインクジェット記録ヘッドには、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦振動モードの圧電アクチュエータを使用したものと、たわみ振動モードの圧電アクチュエータを使用したものの2種類が実用化されている。 As an example of an ink jet recording head used in such an ink jet recording apparatus, a part of a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for ejecting ink droplets is constituted by a vibration plate, and the vibration plate is deformed by a piezoelectric element to generate pressure. An apparatus is known that pressurizes ink in a generation chamber to eject ink droplets from nozzle openings. Two types of ink jet recording heads have been put into practical use, one using a longitudinal vibration mode piezoelectric actuator that expands and contracts in the axial direction of the piezoelectric element and one using a flexural vibration mode piezoelectric actuator. Yes.
前者は圧電素子の端をインクジェット記録ヘッドの振動板に当接させることにより圧力発生室の容積を変化させることができて、高密度印刷に適したヘッドの製作が可能である反面、圧電素子をノズル開口の配列ピッチに一致させて櫛歯状に切り分けるという困難な工程や、切り分けられた圧電素子を圧力発生室に位置決めして固定する作業が必要となり、製造工程が複雑であるという問題がある。 The former can change the volume of the pressure generating chamber by bringing the end of the piezoelectric element into contact with the diaphragm of the ink jet recording head, and the head suitable for high density printing can be manufactured. There is a problem that the manufacturing process is complicated because it requires a difficult process of cutting into a comb-like shape in accordance with the arrangement pitch of the nozzle openings and an operation of positioning and fixing the cut piezoelectric element in the pressure generating chamber. .
これに対して後者は、圧電材料のグリーンシートを圧力発生室の形状に合わせて貼付し、これを焼成するという比較的簡単な工程で振動板に圧電素子を作り付けることができるものの、たわみ振動を利用する関係上、ある程度の面積が必要となり、高密度配列が困難であるという問題がある。 On the other hand, the latter can flexibly vibrate, although a piezoelectric element can be built on the diaphragm by a relatively simple process of sticking a green sheet of piezoelectric material according to the shape of the pressure generation chamber and firing it. There is a problem that a certain amount of area is required for the use of, and high-density arrangement is difficult.
後者の記録ヘッドの不都合を解消すべく、特許文献1(特開平5−286131号公報)に見られるように、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧電材料層を形成し、この圧電材料層をリソグラフィ法により圧力発生室に対応する形状に切り分けて各圧力発生室毎に独立するように圧電素子を形成したものが提案されている。
これによれば圧電素子を振動板に貼付ける作業が不要となって、リソグラフィ法という精密で、かつ簡便な手法で圧電素子を作り付けることができるばかりでなく、圧電素子の厚みを薄くできて高速駆動が可能になるという利点がある。
In order to eliminate the disadvantages of the latter recording head, a uniform piezoelectric material layer is formed by a film forming technique over the entire surface of the diaphragm as seen in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 5-286131). In this proposal, a piezoelectric element is formed by dividing the piezoelectric material layer into a shape corresponding to the pressure generating chamber by lithography and forming an independent element for each pressure generating chamber.
This eliminates the need to affix the piezoelectric element to the diaphragm, so that not only can the piezoelectric element be created by a precise and simple technique called lithography, but also the thickness of the piezoelectric element can be reduced. There is an advantage that high-speed driving is possible.
圧電素子駆動用の集積回路(以下、ドライバICと言う)が、圧電素子と個別液室(圧力室)を設けた個別液室基板に直接搭載されている構成のインクジェット記録ヘッドでは、従来、ドライバICの面積分だけ個別液室基板上に設置場所を設けなければならず、例えば特許文献2(特開2006−116767号公報)では、チップの中央部のノズル列間にドライバICをフリップチップ接合して搭載したものであるが、この場合、ドライバICの大きさ分のスペースをチップ上に確保しなければならず、チップサイズの小型化に限界があった。
そのためにシリコン製である個別液室基板の1枚のウエハからの取り数が少なくなりコストが上がってしまう。また、チップサイズの小型化が限られると印字の際、主走査方向の走査距離が長くなってしまい、印字速度を上げることができない。さらにはドライバICの放熱に対する対策が十分でなく不良の原因になるなど多くの問題があった。
In an inkjet recording head having a configuration in which an integrated circuit for driving a piezoelectric element (hereinafter referred to as a driver IC) is directly mounted on an individual liquid chamber substrate provided with a piezoelectric element and an individual liquid chamber (pressure chamber), a driver has conventionally been used. For example, in Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2006-116767), a driver IC is flip-chip bonded between nozzle rows at the center of the chip. However, in this case, a space corresponding to the size of the driver IC must be secured on the chip, and there is a limit to downsizing the chip size.
For this reason, the number of individual liquid chamber substrates made of silicon from one wafer is reduced and the cost is increased. Further, if the chip size is limited, the scanning distance in the main scanning direction becomes long during printing, and the printing speed cannot be increased. Furthermore, there are many problems such as insufficient measures against heat dissipation of the driver IC, which causes a failure.
また、特許文献3(特開2008−036936号公報)では、2列の振動板(アクチュエータ)を跨ぐようにドライバICチップが配置されている。個別液室基板の大きさの制約は少なくなるが、ドライバICの幅を、2列の振動板の幅より広くする必要があるため、今度はドライバICチップが小さくできない。ドライバICチップも1枚のウエハからの取り数が大きくコストに影響するため、インクジェットの吐出性能から設計される振動板の大きさの分だけドライバICチップを大きくすることは、ドライバICがオーバースペックになり、コストアップに繋がる。
また、個別液室基板の2列の振動板部分を支持する構造体がないため、駆動によるアクチュエータの振動が個別液室基板全体に伝播して相互干渉の原因となる。
In Patent Document 3 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-036936), a driver IC chip is disposed so as to straddle two rows of diaphragms (actuators). Although the restriction on the size of the individual liquid chamber substrate is reduced, it is necessary to make the width of the driver IC wider than the width of the two rows of diaphragms. Since the number of driver IC chips taken from a single wafer is large and affects the cost, it is necessary to increase the size of the driver IC chip by the size of the diaphragm designed from the inkjet ejection performance. It leads to cost increase.
Further, since there is no structure that supports the two rows of diaphragm portions of the individual liquid chamber substrate, the vibration of the actuator due to the drive propagates to the entire individual liquid chamber substrate and causes mutual interference.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、個別液室基板が小さく低コストなインクジェット記録ヘッドを提供することを目的とする。さらに本発明は、そのインクジェット記録ヘッドを備えたインクジェット記録装置を提供することを目的とし、さらには、そのインクジェット記録装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an ink jet recording head with a small individual liquid chamber substrate and a low cost. It is another object of the present invention to provide an ink jet recording apparatus including the ink jet recording head, and further to provide an image forming apparatus including the ink jet recording apparatus.
上記目的を達成するため、本発明では以下の[1]〜[8]の解決手段を採っている。
[1]:複数のノズル穴が形成されたノズル基板と、前記ノズル基板の各ノズル穴に対応して側壁により個別の液室に区切られた複数の液室を有し、前記液室の一部を構成する振動板及びこの振動板と一体的に形成された電気機械変換素子を有する個別液室基板と、前記電気機械変換素子を駆動するための駆動信号を出力するドライバICとを備えたインクジェット記録ヘッドにおいて、前記電気機械変換素子の周囲には、該電気機械変換素子の厚みよりも高いギャップ層の隔壁が形成され、前記ドライバICの一部が前記電気機械変換素子上にせり出した状態で前記電気機械変換素子から引き出された入力端子に前記ドライバICの出力端子がバンプ接合され、かつ前記ドライバICは前記ギャップ層の隔壁により支持されていることを特徴とする(請求項1)。
[2]:[1]に記載のインクジェット記録ヘッドにおいて、前記ギャップ層の隔壁は感光性樹脂をパターニングして形成していることを特徴とする(請求項2)。
[3]:[1]または[2]に記載のインクジェット記録ヘッドにおいて、前記ギャップ層の隔壁に沿って、前記バンプ接合の封止剤(アンダーフィル)が充填されていることを特徴とする(請求項3)。
[4]:[3]に記載のインクジェット記録ヘッドにおいて、前記隔壁が前記封止剤のダムになっていることを特徴とする(請求項4)。
[5]:[1]乃至[4]の何れか一つに記載のインクジェット記録ヘッドにおいて、前記電気機械変換素子には連結しないダミーのバンプ接合部を有することを特徴とする(請求項5)。
[6]:[1]乃至[5]の何れか一つに記載のインクジェット記録ヘッドにおいて、前記個別液室基板に電力補強ラインを形成して、前記ドライバICへ前記バンプ接合を介して電力供給することを特徴とする(請求項6)。
[7]:インクジェット記録装置であって、[1]乃至[6]の何れか一つに記載のインクジェット記録ヘッドを搭載し、該インクジェット記録ヘッドから液滴を吐出させて記録媒体に画像を記録することを特徴とする(請求項7)。
[8]:画像形成装置であって、[7]に記載のインクジェット記録装置を画像形成部に備えたことを特徴とする(請求項8)。
In order to achieve the above object, the present invention employs the following means [1] to [8].
[1]: a nozzle substrate having a plurality of nozzle holes, and a plurality of liquid chambers divided into individual liquid chambers by side walls corresponding to the nozzle holes of the nozzle substrate. And a separate liquid chamber substrate having an electromechanical conversion element formed integrally with the vibration plate, and a driver IC that outputs a drive signal for driving the electromechanical conversion element. In the ink jet recording head, a partition wall having a gap layer higher than the thickness of the electromechanical conversion element is formed around the electromechanical conversion element, and a part of the driver IC protrudes onto the electromechanical conversion element The output terminal of the driver IC is bump-bonded to the input terminal drawn out from the electromechanical conversion element, and the driver IC is supported by a partition wall of the gap layer. To (claim 1).
[2]: The ink jet recording head according to [1], wherein the partition walls of the gap layer are formed by patterning a photosensitive resin (claim 2).
[3]: In the ink jet recording head according to [1] or [2], the bump bonding sealant (underfill) is filled along a partition wall of the gap layer ( Claim 3).
[4]: In the ink jet recording head according to [3], the partition is a dam of the sealant (claim 4).
[5]: The ink jet recording head according to any one of [1] to [4], further comprising a dummy bump bonding portion that is not connected to the electromechanical transducer. .
[6]: In the ink jet recording head according to any one of [1] to [5], a power reinforcement line is formed on the individual liquid chamber substrate, and power is supplied to the driver IC via the bump bonding. (Claim 6).
[7]: An ink jet recording apparatus that includes the ink jet recording head according to any one of [1] to [6], and ejects liquid droplets from the ink jet recording head to record an image on a recording medium. (Claim 7).
[8]: An image forming apparatus, wherein the image forming unit includes the ink jet recording apparatus according to [7].
解決手段の[1]に記載のインクジェット記録ヘッドにおいては、ドライバICの一部が電気機械変換素子上にせり出した(オーバーハングした)状態で、電気機械変換素子から引き出された入力端子にドライバICの出力端子がバンプ接合された構成であり、かつ、ドライバICをギャップ層の隔壁が支持しているので、個別液室基板のチップサイズがドライバICの面積に制限されることなく、チップサイズを小型化することができ、製造コストを下げることができる。また、チップの小型化により、インクジェット記録装置に搭載した際の印字速度を向上させることができる。さらに、ドライバICと個別液室が近接していることからドライバICの発熱を放熱する効果が得られる。
また、ドライバICをギャップ層の隔壁が支持していることで、個別液室基板にバンプ接合される箇所が狭いためにドライバICがふらつくという問題を解決して、バンプ接合部へのストレス集中を防ぎ、高い信頼性を実現したインクジェット記録ヘッドを実現することができる。
In the ink jet recording head according to [1], the driver IC is connected to the input terminal drawn from the electromechanical conversion element in a state where a part of the driver IC protrudes (overhangs) on the electromechanical conversion element. The output terminals of the individual liquid chamber substrate are bump-bonded, and the driver IC is supported by the partition walls of the gap layer, so that the chip size of the individual liquid chamber substrate is not limited by the area of the driver IC. The size can be reduced and the manufacturing cost can be reduced. Further, the downsizing of the chip can improve the printing speed when mounted on the ink jet recording apparatus. Further, since the driver IC and the individual liquid chamber are close to each other, an effect of radiating heat generated by the driver IC can be obtained.
In addition, since the driver IC is supported by the gap partition walls, the problem that the driver IC fluctuates due to the narrow location of bump bonding to the individual liquid chamber substrate is reduced, and stress concentration on the bump bonding portion is reduced. It is possible to realize an ink jet recording head that prevents and achieves high reliability.
[2]に記載のインクジェット記録ヘッドにおいては、前記ギャップ層の隔壁は感光性樹脂をパターニングして形成しているので、容易にアクチュエータ部のギャップおよびドライバICの支持を実現することができる。
[3]、[4]に記載のインクジェット記録ヘッドにおいては、前記ギャップ層の隔壁に沿って、バンプ接合の封止剤(アンダーフィル)が充填されているので、隔壁が封止剤のダムとなっていることにより、封止剤がアクチュエータ部に流出することがなく、湿度による電極腐食などに対して信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを実現することができる。
[5]に記載のインクジェット記録ヘッドにおいては、前記電気機械変換素子には連結しないダミーのバンプ接合部を有しているので、ドライバICのバンプ接合部が中央に偏って、ドライバICが不安定になることを防止して、信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを実現することができる。
[6]に記載のインクジェット記録ヘッドにおいては、ドライバICへバンプ接合を介して電力供給する電力補強ラインが個別液室基板に形成されているので、多数の電気機械変換素子を同時に駆動したときに、一度に流れる電流により電圧降下する現象を止めて、電気機械変換素子間の吐出性能を揃えることができ、ノズル間の吐出バラツキ、画像バラツキが小さくなる。これにより、画像精度が向上する。
In the ink jet recording head described in [2], since the partition walls of the gap layer are formed by patterning a photosensitive resin, it is possible to easily support the gap of the actuator portion and the driver IC.
In the ink jet recording head according to [3], [4], since the bump bonding sealant (underfill) is filled along the gap layer partition wall, the partition wall is a sealant dam. Thus, the sealant does not flow out to the actuator portion, and an ink jet recording head with high reliability against electrode corrosion due to humidity can be realized.
In the ink jet recording head according to [5], since the dummy bump bonding portion that is not connected to the electromechanical conversion element is provided, the bump bonding portion of the driver IC is biased toward the center, and the driver IC is unstable. Therefore, it is possible to realize a highly reliable ink jet recording head.
In the ink jet recording head described in [6], since the power reinforcement line for supplying power to the driver IC through bump bonding is formed on the individual liquid chamber substrate, when a large number of electromechanical conversion elements are driven simultaneously. By stopping the phenomenon of voltage drop due to the current flowing at once, the discharge performance between the electromechanical conversion elements can be made uniform, and the discharge variation between the nozzles and the image variation are reduced. This improves the image accuracy.
[7]に記載のインクジェット記録装置においては、[1]〜[6]の何れかの構成及び効果を有するインクジェット記録ヘッドを搭載しているので、製造不良が減少し、低コスト化を図ることができ、主走査距離の短い高速印刷が可能になる。
[8]に記載の画像形成装置においては、[7]に記載のインクジェット記録装置を画像形成部に備えたことにより、低コストで高速印刷が可能なプリンタ、ファクシミリ、複写装置、あるいはこれらの機能を有する複合機等を提供することができる。
In the ink jet recording apparatus according to [7], since the ink jet recording head having the configuration and effect of any one of [1] to [6] is mounted, manufacturing defects are reduced and cost is reduced. And high-speed printing with a short main scanning distance becomes possible.
In the image forming apparatus described in [8], the inkjet recording apparatus described in [7] is provided in the image forming unit, so that a printer, a facsimile, a copying apparatus capable of performing high-speed printing at low cost, or a function thereof. It is possible to provide a multifunction device or the like having
以下、本発明を実施するための形態について、図示の実施例に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, modes for carrying out the present invention will be described in detail based on the illustrated embodiments.
[実施例1]
図1は本発明の実施例1に係るインクジェット記録ヘッドの個別液室基板を真上から見た平面図である。図中のY−Y’線方向が記録時の主走査方向、X−X’線方向が副走査方向である。図2は図1のインクジェット記録ヘッドのY−Y’線に沿った断面図である。図3は図1のインクジェット記録ヘッドのX−X’線に沿った断面図である。
図1〜図3に示すインクジェット記録ヘッド1000は、ノズル基板(以下、ノズル板と言う)3に設けたノズル穴30から液滴を吐出するサイドシュータータイプのヘッドであり、電気機械変換素子である圧電型アクチュエータ26により駆動される方式のものである。
[Example 1]
FIG. 1 is a plan view of an individual liquid chamber substrate of an ink jet recording head according to
An ink
図1〜図3に示すように、インクジェット記録ヘッド1000は、共通液室基板1、個別液室基板2、ノズル板3の3つの基板から構成されている。
個別液室基板2の一方には、ギャップ層5を介して、共通液室基板1が接合されており、個別液室基板2の他方の面にはノズル板1が接合されている。また、インクジェット記録ヘッドには、個別電極24に駆動信号を供給するドライバIC4(図1では破線で示している)が設けられている。
As shown in FIGS. 1 to 3, the ink
A common
個別液室基板2は、個別の液室である圧力室21の一部壁面を形成する振動板20と、振動板20を介して圧力室21と対向する側に設けた圧電型アクチュエータ26とから形成されており、圧電型アクチュエータ26は、共通電極23と圧電素子となる圧電体25と個別電極24とから形成されている。なお、電極パターンの引き回し部分に関しては、図示しない絶縁層を設けている。また、圧電型アクチュエータ26の周囲には、該アクチュエータ26厚みよりも高いギャップ層5の隔壁が形成されている。
また、個別液室基板2の圧力室21は、流体抵抗22を通じて共通液室基板1の貫通穴11に連通している。共通液室基板1は、共通液室10と各圧力室21にインクを供給する貫通穴(インク供給口)11と、ドライバICが収納される凹部12から形成されている。
The individual
Further, the
図3に示すように、各圧力室21は細長い直方体の形状をしており、図1の主走査方向(Y−Y’線方向)に沿って2列配置され、副走査方向(X−X’線方向)に沿って例えば300dpi(dots per inch)の解像度で複数個配列されている。
個別電極24は圧電型アクチュエータ26から図1のように引き出されてドライバIC4の接続端子(図示せず)とバンプ接合40により電気的に接続される。このとき本実施例では、図2に示すようにドライバIC4が振動板20上のアクチュエータ26にせり出し、かつ、ギャップ層5の隔壁により支持される構造になっている。
As shown in FIG. 3, each
The
個別液室基板2には多数の外部接続端子が形成され、図示しない配線により、ドライバICの外部接続端子とのバンプ接合部に導通している。
A large number of external connection terminals are formed on the individual
このように形成されたインクジェット記録ヘッド1000においては、各圧力室21内に液体、例えば記録液(インク)が満たされた状態で、ドライバIC4を通じて個別電極24に駆動電圧波形を印加することにより、アクチュエータ26の圧電素子25が振動板20と平行な方向に収縮を起こし、その結果、振動板20の撓み変形をコントロールできる。
これにより、圧力室21内の圧力を制御して、急激に圧力を上昇させることで、圧力室21に連通するノズル穴30から記録液(インク)が吐出する。
インク吐出後、振動板20は元の位置に戻すが、吐出したインクの体積減少により、圧力室21内が共通液室10内に比べて負圧となり、共通液室10から流体抵抗22部を介してインクが圧力室21に供給される。これを繰り返すことにより、液滴を連続的に吐出でき、インクジェット記録ヘッドに対向して配置した図示しない記録媒体(用紙等)に画像を形成する。
In the
Accordingly, the recording liquid (ink) is ejected from the
After the ink is ejected, the diaphragm 20 returns to the original position, but due to the volume reduction of the ejected ink, the
次に、本発明に係るインクジェット記録ヘッド1000の作製方法及び具体的な構成例について詳細に説明する。
本実施例を、図4をもとに説明する。図4は図1のX−X’線に沿った断面構造のインクジェット記録ヘッドの作製工程を示すフロー図である。
本実施例においては個別液室基板2を構成するシリコン基板に振動板材料及び圧電素子材料を成膜していくことでアクチュエータを作成していく。
まず、図4(a)に示すように、厚み400μmのシリコン基板の表面にシリコン酸化膜を0.5μm及びシリコンを1.0μmを張り合わせたSOI(Silicon On Insulator)基板2を個別液室基板として用いる。このSOI基板2の表面にパイロ酸化法によりシリコン酸化膜を0.6μm成膜する。
その後、図4(b)に示すように、圧電素子の共通電極23となるPt層をスパッタ法により0.1μm成膜し、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いたパターニング法(以下、リソエッチ法と言う)により、共通電極23層のパターニングを行なう。
更にスパッタ法により圧電素子25となる圧電材層、個別電極24をそれぞれ1.0μm、0.1μmづつ成膜した後、リソエッチ法により両方の膜を同じマスクでパターニングし、図4(c)に示すように、SOI基板2上の圧力室に対応する部分に圧電素子部(圧電型アクチュエータ)26を形成する。
Next, a manufacturing method and a specific configuration example of the ink
This embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a flowchart showing a manufacturing process of the ink jet recording head having a cross-sectional structure along the line XX ′ in FIG.
In this embodiment, an actuator is created by depositing a diaphragm material and a piezoelectric element material on a silicon substrate constituting the individual
First, as shown in FIG. 4A, an SOI (Silicon On Insulator)
Thereafter, as shown in FIG. 4B, a Pt layer to be a
Further, a piezoelectric material layer to be the
次に、図4(d)に示すように、ギャップ層5を感光性樹脂によりパターニング形成する。ギャップ層5はインク流路をシールしていると共に、圧電型アクチュエータ26の周囲に、該アクチュエータ26の厚みよりも高い隔壁を形成しており、その隔壁の厚みがギャップとなり、アクチュエータ26が動く空間を形成している。
本実施例ではエポキシ系圧膜レジストSU−8(化薬マイクロケム製)を使用しているが、インクへの接液および、ギャップを形成するアスペクト比が取れれば、これに限ったものではない。
ギャップ層5の厚みは、圧電素子および配線パターンの厚さと、アクチュエータ26の稼動範囲により決まるが、今回実施した約10μmのギャップ層5の厚さで、問題なく稼動することを確認している。
Next, as shown in FIG. 4D, the
In this embodiment, an epoxy pressure film resist SU-8 (manufactured by Kayaku Microchem) is used. However, the invention is not limited to this as long as liquid contact with ink and an aspect ratio for forming a gap can be obtained. .
Although the thickness of the
次に、図4(e−1)に示すように、個別電極基板2の上にギャップ層5を介してドライバIC4を配置し、図4(e−2)に示すように、アクチュエータ26の個別電極24及び共通電極23から引き出された入力端子にドライバIC4をバンプ接合する。
この時、ドライバIC4がギャップ層5の隔壁に当るまで押し付けている。これにより、ドライバIC4がギャップ層5の隔壁により支持され、バンプ接合部にストレスが集中することを防止している。
Next, as shown in FIG. 4 (e-1), the driver IC 4 is arranged on the
At this time, the driver IC 4 is pressed until it hits the partition wall of the
次に、別途に用意したシリコン基板に、リソエッチ法で流体抵抗22部と共通液室10となる凹部、貫通穴11及びドライバIC収納用の凹部12を形成してある図2に示す構造の共通液室基板1を作製しておき、図4(f)に示すように、個別液室基板2の圧電素子側の面に接着する。
なお、共通液室基板1は、<110>シリコン基板をTMAH、KOHなどのアルカリエッチング液を用いたウェットエッチングにより加工したものでも良いし、樹脂モールドやメタルインジェクションモールドなどの成型部品で代用しても構わない。
Next, a common silicon substrate having a structure shown in FIG. 2 in which a
The common
次に、個別液室基板2の圧電素子面とは反対側の面を、ラッピングにより削っていく。そして個別液室基板2が80μm厚まで薄くなったら、所定のマスクでシリコン基板を異方性エッチングすることにより圧力室21、流体抵抗部22等となる凹部を形成すると共に、SiO2でエッチングストップして一定の厚みを残し、振動板20を形成している(図4(g))。
なお、個別液室基板2をラッピングして薄くするのは、圧力室21の壁が高くなり相互干渉するのを防止するためである。
また本実施例では、SOI基板を使って個別液室基板2に直接振動板20を形成しているが、振動板20は個別液室基板2の圧力室上に弾性膜をデポして形成しても良い。
Next, the surface of the individual
The reason why the individual
In this embodiment, the diaphragm 20 is directly formed on the individual
この後、ステンレススチール(SUS)材にプレス加工によりノズル穴30を形成したノズル基板3を、図4(h)に示すように、個別液室基板2の圧力室21側に接着して、本実施例のインクジェット記録ヘッドが完成する。
なお、本実施例では、ノズル穴をプレス加工したSUS材をノズル基板3としたが、スルファミン酸浴で高速電鋳法により製作したノズル基板を用いても良い。
After that, the
In this embodiment, the SUS material obtained by pressing the nozzle holes is used as the
本実施例では、僅かなギャップを形成すれば機能する薄膜ピエゾアクチュエータの特徴を活かして、アクチュエータ26の稼動範囲をギャップ層5の隔壁で確保して、そのギャップ層5の隔壁にドライバIC4を支持させることで、アクチュエータ上にドライバIC4をせり出して配置することが可能になると共に、ドライバIC4のバンプ接合部40にストレスが集中することを防ぐことができる。これにより、ヘッド幅が狭くチップの取り数が多く低コストで、高い信頼性を持ったインクジェット記録ヘッドを実現することができる。
また、ヘッド幅が小さくできることで、インクジェット記録装置の小型化、主走査方向走査距離の短縮による印刷速度アップを実現することができる。
また、ギャップ層5は、図3に示したように、圧力室21側の隔壁27を支える構造になっているので、個別液室基板2をラッピングして薄くする場合に全体に撓んでしまうという問題を解決している。
In this embodiment, the operating range of the
Further, since the head width can be reduced, it is possible to reduce the size of the ink jet recording apparatus and increase the printing speed by shortening the scanning distance in the main scanning direction.
Further, as shown in FIG. 3, the
[実施例2]
図5は本発明の実施例2に係るインクジェット記録ヘッドの個別液室基板を真上から見た平面図であり、図6は図5のインクジェット記録ヘッドの主走査方向に沿った断面図である。
本実施例では、上記の実施例1の構成に加えて、封止剤(アンダーフィル)によりバンプ接合部40を保護する時、ギャップ層5の隔壁を封止剤(アンダーフィル)のガイド(ダム)として、封止剤を充填していることを特徴としている。
[Example 2]
5 is a plan view of the individual liquid chamber substrate of the ink jet recording head according to the second embodiment of the present invention as viewed from directly above, and FIG. 6 is a cross-sectional view of the ink jet recording head of FIG. 5 along the main scanning direction. .
In this embodiment, in addition to the configuration of the first embodiment, when the bump bonding portion 40 is protected by the sealant (underfill), the partition walls of the
ギャップ層5の隔壁によりドライバIC4を支持することで、バンプ接合部40へのストレス集中は防ぐことができるが、封止しておかないと、湿度などによりバンプ接合部40の他、配線が腐食される危険性がある。
本実施例では、バンプ接合に金バンプを使っているので、腐食等には強いが、より長期間信頼性を確保するには、バンプ接合部40を封止剤(アンダーフィル)で封止することが好ましい。
しかし、ドライバIC4がアクチュエータ26にせり出している構造の場合、封止剤がアクチュエータ部まで流れて硬化し、アクチュエータ26の動作を妨害することがある。
そこで本実施例では、ギャップ層5の隔壁が封止剤のガイド(ダム)となることで、封止剤がアクチュエータ部へ流れ込むことを防止して、信頼性が高いインクジェット記録ヘッドが実現できる。
また、封止剤は硬化後、機械的ストレスを分散して、バンプ接合部へのストレスを緩和する機能もある。
Supporting the driver IC 4 with the partition walls of the
In this embodiment, since gold bumps are used for bump bonding, it is strong against corrosion and the like, but in order to ensure long-term reliability, the bump bonding portion 40 is sealed with a sealant (underfill). It is preferable.
However, in the case where the driver IC 4 protrudes to the
Therefore, in this embodiment, the partition walls of the
In addition, the sealant has a function of dispersing mechanical stress after curing to relieve stress on the bump bonding portion.
[実施例3]
図7は本発明の実施例3に係るインクジェット記録ヘッドの個別液室基板を真上から見た平面図である。
本実施例では、上記の実施例1または実施例2の構成に加えて、ドライバIC4の電気的接続に必要なバンプ接合40とは別の箇所にダミーのバンプ41を設け、ドライバIC4を個別液室基板2に接合している。このようにダミーバンプ41による接合部を設けることにより、ドライバIC4の固定をより確実に実施することができ、ドライバIC4のバンプ接合部が中央に偏ってドライバICが不安定になるということを防止でき、信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを実現することができる。
[Example 3]
FIG. 7 is a plan view of an individual liquid chamber substrate of an ink jet recording head according to
In the present embodiment, in addition to the configuration of the first embodiment or the second embodiment, dummy bumps 41 are provided at locations different from the bump bonding 40 necessary for the electrical connection of the driver IC 4, and the driver IC 4 is connected to the individual liquid. Bonded to the
また、本実施例では、実施例2と同様に、ギャップ層5の隔壁をガイドとした封止剤(アンダーフィル)の充填も実施している。これにより、ドライバIC4と個別液室基板2のバンプ接合をより信頼性の高いものとすることができ、信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを実現することができる。
In the present embodiment, as in the second embodiment, filling with a sealant (underfill) using the partition walls of the
[実施例4]
図8は本発明の実施例4に係るインクジェット記録ヘッドの個別液室基板を真上から見た平面図である。
本実施例では、実施例1の構成に加えて、個別液室基板2のノズルに対応したバンプ接合部40の列間に、電力補強ラインを設けて、ドライバICへの電力供給を、電力補強ラインを介して、所定間隔でドライバIC4へ電力供給していることを特徴としている。
[Example 4]
FIG. 8 is a plan view of the individual liquid chamber substrate of the ink jet recording head according to Embodiment 4 of the present invention as viewed from directly above.
In the present embodiment, in addition to the configuration of the first embodiment, a power reinforcement line is provided between the rows of the bump joint portions 40 corresponding to the nozzles of the individual
電力補強ラインは、個別液室基板2の他の電極ラインとは繋がっておらず、バンプ接合することで繋がり、ドライバIC4側の電流を流すラインとなるように構成している。
そして、この電力ラインの補強により、各アクチュエータ26への駆動電圧が電力ラインの抵抗値によって電圧降下することを防止している。
これにより、駆動アクチュエータ数によるインク吐出効率の違い、および、端のアクチュエータと、中央部のアクチュエータにかかる駆動電圧に差ができることを防止し、アクチュエータ間の吐出バラツキ(滴速度Vjおよび滴体積Mjのバラツキ)を小さくしている。
The power reinforcement line is not connected to the other electrode lines of the individual
The reinforcement of the power line prevents the drive voltage to each actuator 26 from dropping due to the resistance value of the power line.
This prevents a difference in ink ejection efficiency depending on the number of drive actuators and a difference in drive voltage applied to the actuator at the end and the actuator at the center, and discharge variation between the actuators (drop velocity Vj and droplet volume Mj). (Dispersion) is reduced.
このように、本実施例では、ドライバIC4へバンプ接合を介して電力供給する電力補強ラインが個別液室基板2に形成されているので、多数のアクチュエータ26を同時に駆動したときに、一度に流れる電流により電圧降下する現象を防止して、アクチュエータ26間の吐出性能を揃えることができ、ノズル間の吐出バラツキ、画像バラツキが小さくなる。
これにより記録ヘッド内の吐出性能(濃度ほか)を抑え、ドットの大きさを揃えた画像形成が可能になり、画像品質が向上するとともに、ヘッドを繋いでラインヘッドなどを構成した場合にも、吐出性能が揃っているので、ヘッドを繋いだ部分の濃度ムラ等を抑えることができる。
As described above, in this embodiment, since the power reinforcement line for supplying power to the driver IC 4 via the bump bonding is formed on the individual
This suppresses the ejection performance (density, etc.) in the recording head, enables image formation with the same dot size, improves image quality, and even when line heads are configured by connecting the heads. Since the discharge performance is uniform, it is possible to suppress uneven density in the portion where the heads are connected.
[実施例5]
次に、本発明に係るインクジェット記録ヘッドを搭載したインクジェット記録装置の一実施例について図9及び図10を参照して説明する。なお、図9は同記録装置の内部を透視して示す斜視説明図、図10は同記録装置の機構部の構成説明図である。
このインクジェット記録装置は、記録装置本体81の内部に、主走査方向に移動可能なキャリッジ93、キャリッジに搭載した本発明を実施したインクジェット記録ヘッドからなる記録ヘッド94、記録ヘッドへインクを供給するインクカートリッジ95等で構成される印字機構部82等を収納しており、装置本体81の下方部には前方側から多数枚の用紙83を積載可能な給紙カセット(或いは給紙トレイでもよい。)84が抜き差し自在に装着されている。また、用紙83を手差しで給紙するための手差しトレイ85を開倒することができるようになっている。そして、給紙カセット84或いは手差しトレイ85から給送される用紙83を印字機構部82に取り込み、印字機構部82によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ86に排紙する。
[Example 5]
Next, an embodiment of an ink jet recording apparatus equipped with the ink jet recording head according to the present invention will be described with reference to FIGS. 9 is a perspective explanatory view showing the inside of the recording apparatus as seen through, and FIG. 10 is a configuration explanatory view of a mechanism part of the recording apparatus.
This ink jet recording apparatus includes a
印字機構部82は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド91と従ガイドロッド92とでキャリッジ93を主走査方向に摺動自在に保持し、このキャリッジ93にはイエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ブラック(Bk)の各色のインク滴を吐出する本発明に係るインクジェット記録ヘッドからなる記録ヘッド94を複数のインク吐出口(ノズル)を主走査方向と交差する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。またキャリッジ93にはヘッド94に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ95を交換可能に装着している。
The
インクカートリッジ95は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェット記録ヘッドへインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力によりインクジェット記録ヘッドへ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。なお、記録ヘッドとして、ここでは各色のヘッド94を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する1個のヘッドでもよい。また、インクジェット記録ヘッドとインクタンクを一体化したインクカートリッジを用いてもよい。
The
ここで、キャリッジ93は後方側(用紙搬送方向下流側)を主ガイドロッド91に摺動自在に嵌装し、前方側(用紙搬送方向上流側)を従ガイドロッド92に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ93を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ97で回転駆動される駆動プーリ98と従動プーリ99との間にタイミングベルト100を張装し、このタイミングベルト100をキャリッジ93に固定しており、主走査モータ97の正逆回転によりキャリッジ93が往復駆動される。
Here, the
一方、給紙カセット84にセットした用紙83を記録ヘッド94の下方側に搬送するために、給紙カセット84から用紙83を分離給装する給紙ローラ101及びフリクションパッド102と、用紙83を案内するガイド部材103と、給紙された用紙83を反転させて搬送する搬送ローラ104と、この搬送ローラ104の周面に押し付けられる搬送コロ105及び搬送ローラ104からの用紙83の送り出し角度を規定する先端コロ106とを設けている。搬送ローラ104は副走査モータ107によってギヤ列を介して回転駆動される。
On the other hand, in order to convey the
そして、キャリッジ93の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ104から送り出された用紙83を記録ヘッド94の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材109を設けている。この印写受け部材109の用紙搬送方向下流側には、用紙83を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ111、拍車112を設け、さらに用紙83を排紙トレイ86に送り出す排紙ローラ113及び拍車114と、排紙経路を形成するガイド部材115,116とを配設している。
A
記録時には、キャリッジ93を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド94を駆動することにより、停止している用紙83にインクを吐出して1行分を記録し、用紙83を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙83の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙83を排紙する。
At the time of recording, the
また、キャリッジ93の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、記録ヘッド94の吐出不良を回復するための回復装置117を配置している。回復装置117はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ93は印字待機中にはこの回復装置117側に移動されてキャッピング手段で記録ヘッド94をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。
Further, a
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段で記録ヘッド94の吐出口(ノズル)を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜(不図示)に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。
When a discharge failure occurs, the discharge port (nozzle) of the
このように、本実施例のインクジェット記録装置においては、本発明を実施した実施例1〜4の何れかのインクジェット記録ヘッドを搭載しているので、製造不良が減少し、低コスト化を図ることができる。また、安定したインク滴吐出特性が得られて、画像品質が向上する。
Thus, in the ink jet recording apparatus of the present embodiment, since any one of the ink jet recording heads of
以上に説明したインクジェット記録装置は、プリンタとして好適に利用できるが、このインクジェット記録装置を画像形成部に備え、その画像形成部の上部に原稿画像を読み取る画像読取装置(スキャナ)を搭載し、画像読取装置(スキャナ)で読み取った原稿画像の画像情報を画像処理部で記録用の画像データに変換して画像形成部(インクジェット記録装置)で被記録媒体(用紙等)に画像を形成する構成とすれば、複写装置の構成とすることができる。さらに通信機能を付加して外部回線(電話回線、光回線等)と接続すればファクシミリとして利用でき、さらにローカリエリアネットワーク(LAN)等と接続すれば、ネットプリンタ、複写装置、ファクシミリの機能を有する画像形成装置(デジタル複合機)の構成とすることができる。 The ink jet recording apparatus described above can be suitably used as a printer. However, the ink jet recording apparatus is provided in an image forming unit, and an image reading device (scanner) that reads an original image is mounted on the image forming unit. A configuration in which image information of a document image read by a reading device (scanner) is converted into image data for recording by an image processing unit, and an image is formed on a recording medium (paper or the like) by an image forming unit (inkjet recording device). If so, the configuration of the copying apparatus can be obtained. If it is connected to an external line (telephone line, optical line, etc.) with a communication function, it can be used as a facsimile. If it is connected to a local area network (LAN), the functions of a net printer, copier, and facsimile can be used. The image forming apparatus (digital multifunction peripheral) can be configured.
1:共通液室基板
2:個別液室基板(SOI基板)
3:ノズル板(ノズル基板)
4:ドライバIC
5:ギャップ層
10:共通液室
11:貫通穴(インク供給口)
12:凹部
20:振動板
21:圧力室(個別液室)
22:流体抵抗
23:共通電極
24:個別電極
25:圧電素子
26:圧電型アクチュエータ
27:隔壁
30:ノズル穴
40:バンプ接合
41:ダミーバンプ
81:装置本体
82:印字機構部
83:用紙(被記録媒体)
84:給紙カセット
85:手差しトレイ
86:排紙トレイ
91:主ガイドロッド
92:従ガイドロッド
93:キャリッジ93
94:記録ヘッド(液滴吐出ヘッド)
95:インクカートリッジ
97:主走査モータ
98:駆動プーリ
99:従動プーリ
100:タイミングベルト
101:給紙ローラ
102:フリクションパッド
103:ガイド部材
104:搬送ローラ
105:搬送コロ
106:先端コロ
107:副走査モータ
109:印写受け部材
111:搬送コロ
112:拍車
113:排紙ローラ
114:拍車
115、116:ガイド部材
117:回復装置
1000:インクジェット記録ヘッド
1: Common liquid chamber substrate 2: Individual liquid chamber substrate (SOI substrate)
3: Nozzle plate (nozzle substrate)
4: Driver IC
5: Gap layer 10: Common liquid chamber 11: Through hole (ink supply port)
12: Recess 20: Diaphragm 21: Pressure chamber (individual liquid chamber)
22: Fluid resistance 23: Common electrode 24: Individual electrode 25: Piezoelectric element 26: Piezoelectric actuator 27: Partition 30: Nozzle hole 40: Bump joint 41: Dummy bump 81: Device main body 82: Printing mechanism section 83: Paper (recorded) Medium)
84: Paper feed cassette 85: Manual feed tray 86: Paper discharge tray 91: Main guide rod 92: Secondary guide rod 93:
94: Recording head (droplet discharge head)
95: Ink cartridge 97: Main scanning motor 98: Driving pulley 99: Driven pulley 100: Timing belt 101: Feeding roller 102: Friction pad 103: Guide member 104: Conveying roller 105: Conveying roller 106: Leading roller 107: Sub scanning Motor 109: Printing receiving member 111: Conveying roller 112: Spur 113: Paper discharge roller 114:
Claims (8)
前記ノズル基板の各ノズル穴に対応して側壁により個別の液室に区切られた複数の液室を有し、前記液室の一部を構成する振動板及びこの振動板と一体的に形成された電気機械変換素子を有する個別液室基板と、
前記電気機械変換素子を駆動するための駆動信号を出力するドライバICとを備えたインクジェット記録ヘッドにおいて、
前記電気機械変換素子の周囲には、該電気機械変換素子の厚みよりも高いギャップ層の隔壁が形成され、
前記ドライバICの一部が前記電気機械変換素子上にせり出した状態で前記電気機械変換素子から引き出された入力端子に前記ドライバICの出力端子がバンプ接合され、かつ前記ドライバICは前記ギャップ層の隔壁により支持されていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド A nozzle substrate in which a plurality of nozzle holes are formed;
Corresponding to each nozzle hole of the nozzle substrate, it has a plurality of liquid chambers divided into individual liquid chambers by side walls, and is formed integrally with a diaphragm constituting a part of the liquid chamber and the diaphragm. An individual liquid chamber substrate having an electromechanical conversion element;
In an inkjet recording head comprising a driver IC that outputs a drive signal for driving the electromechanical transducer,
Around the electromechanical transducer, a gap layer partition wall higher than the thickness of the electromechanical transducer is formed,
An output terminal of the driver IC is bump-bonded to an input terminal drawn out from the electromechanical conversion element with a part of the driver IC protruding on the electromechanical conversion element, and the driver IC is formed on the gap layer. Inkjet recording head characterized by being supported by partition walls
前記ギャップ層の隔壁は感光性樹脂をパターニングして形成していることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。 The inkjet recording head according to claim 1, wherein
The barrier rib of the gap layer is formed by patterning a photosensitive resin.
前記ギャップ層の隔壁に沿って、前記バンプ接合の封止剤が充填されていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。 The inkjet recording head according to claim 1 or 2,
An ink jet recording head, wherein the bump bonding sealant is filled along a partition wall of the gap layer.
前記隔壁が前記封止剤のダムになっていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。 The inkjet recording head according to claim 3, wherein
An ink jet recording head, wherein the partition wall is a dam of the sealant.
前記電気機械変換素子には連結しないダミーのバンプ接合部を有することを特徴とするインクジェット記録ヘッド。 The inkjet recording head according to any one of claims 1 to 4,
An ink jet recording head, comprising: a dummy bump bonding portion that is not connected to the electromechanical transducer.
前記個別液室基板に電力補強ラインを形成して、前記ドライバICへ前記バンプ接合を介して電力供給することを特徴とするインクジェット記録ヘッド。 The inkjet recording head according to any one of claims 1 to 5,
An ink jet recording head, wherein a power reinforcement line is formed on the individual liquid chamber substrate, and power is supplied to the driver IC through the bump bonding.
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