JP2012187865A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】導電性の部分を保護できるインクジェットヘッドを提供する。
【解決手段】一つの実施形態のインクジェットヘッドは、基板と、圧電部材と、複数の電極と、複数の導電部と、枠部材と、絶縁膜と、ノズルプレートと、電子部品と、保護剤とを具備する。前記圧電部材は前記基板に取り付けられ、複数の圧力室を有する。前記複数の電極は前記複数の圧力室に設けられる。前記複数の導電部は前記基板に設けられ、前記複数の電極に接続される。前記枠部材は前記複数の導電部の上から前記基板に取り付けられる。前記絶縁膜は前記圧電部材と前記電極と前記枠部材と前記導電部の一部とを覆う。前記ノズルプレートは前記枠部材に取り付けられ、前記複数の圧力室に開口する複数のノズルを有する。前記電子部品は前記複数の導電部に接続される。前記保護剤は前記枠部材と前記電子部品との間に位置する前記絶縁膜の端部と、前記絶縁膜の端部と前記電子部品との間の前記導電部とを覆う。
【選択図】 図３

Description

本発明の実施形態は、インクジェットヘッドに関する。

いわゆるサイドシュータ型のインクジェットヘッドは、基板と、この基板に取り付けられる圧電部材と、枠部材と、ノズルプレートとを備える。基板と枠部材とノズルプレートとは、重ねられて貼り合わされる。枠部材の内側にインクが供給されるインク室が設けられ、圧電部材がこのインク室に配置される。

圧電部材は、インクが供給される複数の溝状の圧力室を有する。圧力室にそれぞれ電極が設けられ、この電極は基板に設けられた複数の配線パターンにそれぞれ接続される。この配線パターンに、インクジェットヘッドを制御する駆動ＩＣが接続される。駆動ＩＣが配線パターンを通じて圧力室の電極に電圧を印加すると、圧電部材がシェアモード変形し、圧力室内のインクを吐出する。

導電性の部分の腐食や短絡を防止するため、圧力室の電極や基板の配線パターンの上に絶縁膜が形成される。絶縁膜を形成する際、駆動ＩＣが接続される部分は、例えばグリスによってマスキングされる。

特開２００９−２０２４７３号公報

絶縁膜が形成された後、グリスの上に形成された絶縁膜が除去される。マスキングによって露出された配線パターンに、駆動ＩＣが接続される。一方で、絶縁膜の端部と駆動ＩＣとの間において、配線パターンは露出されたままである。このため、配線パターンの露出した部分が劣化するおそれがある。

本発明の目的は、導電性の部分を保護できるインクジェットヘッドを提供することにある。

一つの実施の形態に係るインクジェットヘッドは、
基板と、圧電部材と、複数の電極と、複数の導電部と、枠部材と、絶縁膜と、ノズルプレートと、電子部品と、保護剤とを具備する。前記圧電部材は、前記基板に取り付けられ、複数の圧力室を有する。前記複数の電極は前記複数の圧力室にそれぞれ設けられる。前記複数の導電部は、前記基板に設けられ、前記複数の電極にそれぞれ接続される。前記枠部材は、内側に前記圧電部材が配置されたインク室が設けられ、前記複数の導電部の上から前記基板に取り付けられる。前記絶縁膜は、前記圧電部材と前記電極と前記枠部材と前記導電部の一部とを覆う。前記ノズルプレートは、前記絶縁膜の上から前記枠部材に取り付けられ前記インク室を塞ぎ、前記複数の圧力室にそれぞれ開口する複数のノズルを有する。前記電子部品は前記複数の導電部に接続される。前記保護剤は、前記枠部材と前記電子部品との間に位置する前記絶縁膜の端部と、前記絶縁膜の端部と前記電子部品との間の前記導電部と、を覆う。

第１の実施の形態に係るインクジェットヘッドを分解して示す斜視図。 第１の実施形態のインクジェットヘッドを図１のＦ２−Ｆ２線に沿って示す断面図。 第１の実施形態のインクジェットヘッドを図１のＦ３−Ｆ３線に沿って示す断面図。

以下に、第１の実施の形態について、図１から図３を参照して説明する。図１は、インクジェットヘッド１を分解するとともに一部切り欠いて示す斜視図である。図２は、図１のＦ２−Ｆ２線に沿ってインクジェットヘッド１の一部を示す断面図である。図３は、図１のＦ３−Ｆ３線に沿ってインクジェットヘッド１の一部を示す断面図である。

図１に示すように、インクジェットヘッド１は、いわゆるサイドシュータ型のインクジェットヘッドである。インクジェットヘッド１は、基板１０と、一対の圧電部材１１と、枠部材１２と、ノズルプレート１３と、複数の駆動ＩＣ１４と、マニホールド１５と、マスク１６と、カバー１７とを備えている。駆動ＩＣ１４は、電子部品の一例である。

図３に示すように、枠部材１２の内側に、インクが供給されるインク室１９が設けられている。インク室１９は、基板１０と、ノズルプレート１３とによって塞がれている。一対の圧電部材１１は、インク室１９の内部に配置されている。

基板１０は、例えばアルミナのようなセラミックスによって、矩形の板状に形成されている。基板１０は、平坦な第１の面１０ａと、第１の面１０ａの反対側に位置する第２の面１０ｂとを有している。第２の面１０ｂは、マニホールド１５に取り付けられる。図１に示すように、基板１０に、複数のインク供給口２１と、複数のインク排出口２２とが設けられている。

複数のインク供給口２１は、基板１０の中央部に設けられている。複数のインク供給口２１は、基板１０の長手方向に並んでいる。インク供給口２１は、インク室１９にそれぞれ開口している。インク供給口２１は、基板１０がマニホールド１５に取り付けられると、マニホールド１５を介してインクタンクに連結される。インクタンクのインクは、インク供給口２１からインク室１９に供給される。

複数のインク排出口２２は、複数のインク供給口２１を挟むように２列に並んで設けられている。インク排出口２２は、インク室１９にそれぞれ開口している。インク排出口２２は、基板１０がマニホールド１５に取り付けられると、マニホールド１５を介してインクタンクにそれぞれ連結される。インク室１９内のインクは、インク排出口２２からインクタンクに回収される。

一対の圧電部材１１は、基板１０の第１の面１０ａにそれぞれ取り付けられ、基板１０の長手方向に互いに平行に延びている。圧電部材１１は、インク供給口２１とインク排出口２２との間にそれぞれ配置されている。

一対の圧電部材１１は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）製の２枚の圧電板を互いの分極方向を反対向きとするように貼り合わせてそれぞれ形成されている。一対の圧電部材１１は、台形状の断面を有する棒状にそれぞれ形成されている。

図２に示すように、一対の圧電部材１１は、インク室１９に連通する複数の圧力室２５をそれぞれ有している。複数の圧力室２５は、それぞれ圧電部材１１が延びる方向と交差する溝状に形成されている。

インクタンクからインク供給口２１を通ってインク室１９に供給されたインクは、複数の圧力室２５にそれぞれ供給される。圧力室２５を通過したインクは、インク排出口２２を通ってインクタンクに回収される。

複数の圧力室２５の間に、柱部２６がそれぞれ形成されている。複数の柱部２６は、複数の圧力室２５の間を仕切るとともに、各圧力室２５の側面を形成する。

複数の圧力室２５に、電極２８がそれぞれ設けられている。電極２８は、圧力室２５の側面および底面を覆っている。電極２８は、例えばニッケル薄膜によって形成されているが、これに限らず、例えば金や銅で形成されていても良い。電極２８の厚さは、例えば２〜５μｍである。柱部２６の両側面に電極２８が形成されることで、柱部２６は駆動素子として用いられる。

図３に示すように、基板１０の第１の面１０ａに、複数の配線パターン３１が設けられている。配線パターン３１は、導電部の一例である。複数の配線パターン３１は、例えば基板１０の第１の面１０ａに形成されたニッケル薄膜を、レーザーパターニングすることによって形成されている。配線パターン３１の厚さは、例えば２〜５μｍである。複数の配線パターン３１は、基板１０の側縁１０ｃから圧電部材１１に亘って設けられ、複数の電極２８にそれぞれ接続されている。

枠部材１２は、接着剤３３によって配線パターン３１の上から基板１０の第１の面１０ａに取り付けられる。枠部材１２は、一対の圧電部材１１、複数のインク供給口２１、および複数のインク排出口２２を囲んでいる。

接着剤３３は、基板１０と枠部材１２との間に介在している。接着剤３３の厚さは、例えば３０μｍである。接着剤３３は、例えば耐インク性と熱硬化性とを有するエポキシ系接着剤である。なお、接着剤３３はこれに限らず、例えばシリコン系接着剤や、アクリル系接着剤であっても良い。なお、耐インク性を有するとは、想定使用期間６〜１２ヶ月の間、インク中に浸漬しても、接着強度が５０ｋｇ／ｃｍ^２以上に保たれていることを言う。

基板１０、圧電部材１１、および枠部材１２に、絶縁性および耐インク性を有する絶縁膜３５が設けられている。なお、図１において、絶縁膜３５は省略されている。絶縁膜３５は、電極２８と、配線パターン３１の一部と、基板１０の第１の面１０ａの一部と、基板１０の第２の面１０bの一部と、枠部材１２と、圧電部材１１とを覆っている。なお、絶縁膜３５は他の箇所を覆っていても良い。絶縁膜３５の厚さは、例えば３〜１０μｍである。絶縁膜３５によって、電極２８は圧力室２５に供給されたインクから保護される。さらに、配線パターン３１は、絶縁膜３５によってインク室１９に供給されたインクから保護される。

絶縁膜３５は、基板１０の側縁１０ｃの周辺で途切れている。このため、配線パターン３１は、絶縁膜３５に覆われずに露出した露出部３１ａを有している。なお、露出部３１ａは絶縁膜３５に覆われていない配線パターン３１の一部分を定義したものであり、絶縁膜３５以外の部材には覆われ得る。

絶縁膜３５は、例えばパラキシレン系ポリマーによって形成される。具体的に例示すると、いわゆるパリレンＣ（ポリクロロパラキシリレン）、パリレンＮ（ポリパラキシリレン）、およびパリレンＤ（ポリジクロロパラキシリレン）のようなパラキシリレン系ポリマーが適用される。なお、絶縁膜３５はこれに限らず、例えばポリイミドのような他の物質によって形成されても良い。

ノズルプレート１３は、ポリイミド製の矩形のフィルムによって形成されている。なお、ノズルプレート１３はポリイミドに限らず、レーザによる微細加工が可能な他の材料によって形成されても良い。

ノズルプレート１３は、枠部材１２を覆った絶縁膜３５の上から枠部材１２に取り付けられている。ノズルプレート１３は、圧電部材１１の頂部に接着され、複数の圧力室２５を塞いでいる。

ノズルプレート１３に、複数のノズル４１が設けられている。複数のノズル４１は、複数の圧力室２５に対応し、ノズルプレート１３の長手方向に並んで設けられている。複数のノズル４１は、複数の圧力室２５に開口している。

駆動ＩＣ１４は、絶縁膜３５の端部３５ａの近傍で、複数の配線パターン３１の露出部３１ａに接続されている。駆動ＩＣ１４は、インクジェットヘッド１を制御するためのフレキシブルプリント回路板である。なお、駆動ＩＣ１４の位置は、絶縁膜３５の端部３５ａの近傍に限らない。

駆動ＩＣ１４は、異方性導電性フィルム（ＡＣＦ）４４によって、配線パターン３１に熱圧着接続される。なお、駆動ＩＣ１４は、ＡＣＦ４４に限らず、例えば異方導電ペースト（ＡＣＰ）、非導電性フィルム（ＮＣＦ）、および非導電性ペースト（ＮＣＰ）のような他の手段によって、配線パターン３１に接続されても良い。駆動ＩＣ１４の厚さは例えば３５μｍである。ＡＣＦ４４の厚さは、例えば駆動ＩＣ１４と同じく３５μｍである。

駆動ＩＣ１４は、インクジェットプリンタの制御部から入力される信号に基づいて、配線パターン３１を介して電極２８に電圧を印加する。電極２８を介して電圧を印加された柱部２６は、シェアモード変形することにより、圧力室２５に供給されたインクを加圧する。加圧されたインクは、対応するノズル４１から吐出される。

図３に示すように、絶縁膜３５の端部３５ａは、枠部材１２の外に位置している。言い換えると、絶縁膜３５の端部３５ａは、枠部材１２と駆動ＩＣ１４との間に位置している。絶縁膜３５は、基板１０の第１の面１０ａの中央部分から、枠部材１２上を通って基板１０の側縁１０ｃの周辺まで形成されている。なお、絶縁膜３５は、基板１０の第１の面１０ａの中央部分から一方の側縁１０ｃの周辺までのみならず、他方の側縁１０ｃの周辺まで形成されている。

枠部材１２から駆動ＩＣ１４に亘って、保護剤４６が設けられている。保護剤４６は、絶縁膜３５の端部３５ａを覆っている。絶縁膜３５の端部３５ａは、この保護剤４６によって封止される。保護剤４６は、絶縁膜３５の端部３５ａと駆動ＩＣ１４との間において、配線パターン３１の露出部３１ａを覆っている。

保護剤４６は、例えば接着剤３３と同じく、耐インク性と熱硬化性とを有するエポキシ系接着剤である。なお、保護剤４６はこれに限らず、例えばシリコン系接着剤や、アクリル系接着剤であっても良い。なお、保護剤４６は、接着剤３３とは異なる種類の接着剤であっても良い。

保護剤４６は、枠部材１２の側面に付着している。また、保護剤４６は、駆動ＩＣ１４に付着し、駆動ＩＣ１４の一部を覆っている。このため、保護剤４６は、ＡＣＦ４４とともに駆動ＩＣ１４を基板１０に固定する。

図１に示すように、マスク１６は枠状に形成されている。マスク１６は、枠部材１２およびノズルプレート１３が嵌る開口部４９を有している。図３に示すように、ノズルプレート１３は、開口部４９から外部に突き出ている。

マスク１６は、配線パターン３１の露出部３１ａと、露出部３１ａに接続された駆動ＩＣ１４とを覆っている。マスク１６は、接着剤である保護剤４６によって、基板１０の第１の面１０ａに取り付けられている。保護剤４６によって、枠部材１２とマスク１６との間の隙間が塞がれている。

図１に示すように、カバー１７は、端部が開口した箱状に形成されている。カバー１７は、マニホールド１５および駆動ＩＣ１４のような種々の部品を収容している。カバー１７を取り付けることで、インクジェットヘッド１の筐体が形成される。

以下に、前記構成のインクジェットヘッド１の製造方法の一例について説明する。まず、焼成前のセラミックスシート（セラミックスグリーンシート）で構成される基板１０に、プレス成形によってインク供給口２１と、インク排出口２２とを形成する。続いて、基板１０を焼成する。

次に、例えば熱硬化性の接着剤によって２枚の圧電板を貼り合わせ、一対の圧電部材１１を形成する。この圧電部材１１を、例えば熱硬化性の接着剤によって、基板１０に取り付ける。一対の圧電部材１１は、治具によって基板１０上に位置決めされ、基板１０に取り付けられる。続いて、一対の圧電部材１１のそれぞれの角部に、いわゆるテーパ加工を行う。これによって、一対の圧電部材１１のそれぞれの断面が台形状になる。

次に、一対の圧電部材１１に、複数の圧力室２５を形成する。複数の圧力室２５は、例えば、ＩＣウェハーの切断に用いられているダイシングソーのダイヤモンドホイールによって、圧電部材１１を切削することで形成される。

次に、複数の圧力室２５に電極２８を形成すると同時に、基板１０の第１の面１０ａに複数の配線パターン３１を形成する。電極２８および配線パターン３１は、無電解メッキ法を用い、例えばニッケル薄膜によって形成される。次に、レーザ照射によりパターニングを行い、電極２８および配線パターン３１以外の部位からニッケル薄膜を除去する。

次に、接着剤３３を用いて、基板１０に枠部材１２を取り付ける。接着剤３３は、例えばスクリーン印刷によって枠部材１２に塗布される。枠部材１２は、配線パターン３１の上から基板１０に接着される。

次に、化学気相成長法（ＣＶＤ）よって、絶縁膜３５を形成する。この際、基板１０の第１の面１０ａの側縁１０ｃの周辺やその他の絶縁膜３５を設けない部分は、例えばポリイミドテープのようなマスキングテープによって保護される。絶縁膜３５が形成された後、マスキングテープが除去される。これにより、絶縁膜３５に覆われずに露出された配線パターン３１の露出部３１ａが形成される。

次に、熱硬化性の接着剤により、圧電部材１１の頂部および枠部材１２に、ノズル４１が形成される前のノズルプレート１３を貼り付ける。ノズルプレート１３は、絶縁膜３５の上から、圧電部材１１および枠部材１２に接着される。ノズルプレート１３に、例えばバーコーターにより撥インク膜が形成されている。枠部材１２に取り付けられたノズルプレート１３にエキシマレーザのレーザ光を照射して、複数のノズル４１を形成する。

次に、ＡＣＦ４４によって、駆動ＩＣ１４を配線パターン３１の露出部３１ａに熱圧着接続する。ＡＣＦ４４を介して、駆動ＩＣ１４は、配線パターン３１に電気的に接続される。

次に、枠部材１２と駆動ＩＣ１４との間に保護剤４６を、例えばディスペンサによって塗布する。保護剤４６は、絶縁膜３５の端部３５ａの上に塗布され、端部３５ａを封止する。保護剤４６によって、絶縁膜３５の端部３５ａと駆動ＩＣ１４との間の配線パターン３１の露出部３１ａが覆われる。

次に、開口部４９に枠部材１２およびノズルプレート１３を嵌め込むように、マスク１６を基板１０に取り付ける。枠部材１２から駆動ＩＣ１４まで塗布された保護剤４６により、マスク１６が基板１０に固定される。

次に、基板１０の第２の面１０ｂをマニホールド１５に取り付ける。最後にマニホールド１５および駆動ＩＣ１４の外側にカバー１７を被せて取り付けることで、図４に示すインクジェットヘッド１の製造工程が終了する。なお、インクジェットヘッド１の製造工程で使用された熱硬化性の接着剤は、各部材が取り付けられた都度熱硬化しても良いし、ある段階でまとめて熱硬化しても良い。

前記構成のインクジェットヘッド１によれば、保護剤４６によって、絶縁膜３５の端部３５ａが覆われている。これにより、絶縁膜３５が端部３５ａから剥がれたり、インクが端部３５ａから絶縁膜３５と配線パターン３１との間に浸入したりすることを防止できる。さらに、保護剤４６が絶縁膜３５の端部３５ａを封止するため、端部３５ａにインクが付着することが防止される。

保護剤４６は、枠部材１２の外に位置する絶縁膜３５の端部３５ａと駆動ＩＣ１４との間の配線パターン３１の露出部３１ａを覆っている。これにより、例えばインクを供給するチューブからのインク漏れや、メンテナンス時のインクの這い上がりにより、駆動ＩＣ１４の付近までインクが浸入したとしても、インクが露出部３１ａに付着することを防止できる。したがって、インクによって配線パターン３１が腐食したり、短絡が生じたりすることを防止できる。以上のように、導電性の配線パターン３１を保護することができる。

絶縁膜３５は、基板１０に枠部材１２が取り付けられた後に形成され、枠部材１２を覆っている。このように、絶縁膜３５を形成する工程がインクジェットヘッド１を製造する工程の中で後の方に位置するため、接着剤を熱硬化させる際の熱により絶縁膜３５が劣化することを抑制できる。したがって、絶縁膜３５の劣化によりインクが電極２８および配線パターン３１に接触することを抑制できる。

保護剤４６は、耐インク性の接着剤である。このため、ディスペンサで保護剤４６を塗布することで、容易に絶縁膜３５の端部３５ａと駆動ＩＣ１４との間の配線パターン３１の露出部３１ａを覆うことができる。さらに、保護剤４６は接着剤３３と同種の接着剤であるため、インクジェットヘッド１の製造コストの上昇を抑えることができる。

マスク１６は、保護剤４６によって基板１０に取り付けられている。言い換えると、マスク１６を基板１０に取り付ける接着剤として、保護剤４６が利用される。これにより、インクジェットヘッド１の製造コストの上昇を抑えることができる。

保護剤４６は、駆動ＩＣ１４に付着している。これにより、保護剤４６は、ＡＣＦ４４とともに駆動ＩＣ１４を基板１０に固定し、駆動ＩＣ１４が配線パターン３１から剥離することを防止できる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…インクジェットヘッド、１０…基板、１１…圧電部材、１２…枠部材、１３…ノズルプレート、１４…駆動ＩＣ、１６…マスク、２５…圧力室、２８…電極、３１…配線パターン、３３…接着剤、３５…絶縁膜、３５ａ…端部、４１…ノズル、４６…保護剤。

Claims (6)

1. 基板と、
   前記基板に取り付けられ、複数の圧力室を有する圧電部材と、
   前記複数の圧力室にそれぞれ設けられた複数の電極と、
   前記基板に設けられ、前記複数の電極にそれぞれ接続された複数の導電部と、
   内側に前記圧電部材が配置されたインク室が設けられ、前記複数の導電部の上から前記基板に取り付けられた枠部材と、
   前記圧電部材と前記電極と前記枠部材と前記導電部の一部とを覆う絶縁膜と、
   前記絶縁膜の上から前記枠部材に取り付けられ前記インク室を塞ぎ、前記複数の圧力室にそれぞれ開口する複数のノズルを有するノズルプレートと、
   前記複数の導電部に接続された電子部品と、
   前記枠部材と前記電子部品との間に位置する前記絶縁膜の端部と、前記絶縁膜の端部と前記電子部品との間の前記導電部と、を覆う保護剤と、
   を具備することを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 前記絶縁膜の端部が前記保護剤によって封止され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。
3. 前記保護剤が耐インク性の接着剤であ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。
4. 前記保護剤によって前記基板に取り付けられることで前記電子部品を覆うマスクをさらに具備した請求項３に記載のインクジェットヘッド。
5. 前記保護剤が前記電子部品に付着したことを特徴とする請求項４に記載のインクジェットヘッド。
6. 前記枠部材が接着剤によって前記基板に取り付けられ、
   前記保護剤が、前記接着剤と同種の接着剤であることを特徴とする請求項４に記載のインクジェットヘッド。

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