JP2012192580A

JP2012192580A - インクジェットヘッド

Info

Publication number: JP2012192580A
Application number: JP2011057483A
Authority: JP
Inventors: Keizaburo Yamamoto; 敬三郎山本
Original assignee: Toshiba Tec Corp
Current assignee: Toshiba Tec Corp
Priority date: 2011-03-16
Filing date: 2011-03-16
Publication date: 2012-10-11
Anticipated expiration: 2031-03-16
Also published as: JP5485208B2

Abstract

【課題】安価でありながら、マスクプレートを接着しながら、併せて、露出する電極部を確実に保護し、信頼性の高いインクジェットヘッドを提供する。
【解決手段】複数のノズルを有するノズルプレートと、ノズルに対応する複数の圧力室と、この圧力室に隣接して設けられるとともに圧力室を加圧して前記ノズルから液を吐出させる圧電素子と、圧電素子が接着される基板と、圧電素子を囲むように基板に載置される枠体と、圧電素子を駆動するための電極と、ノズルプレートを保護するマスクプレートと、電極に接続し、圧電素子を駆動する電気部品を載置するタブ部材と、タブ部材の一端側表面と電極の配線パターンの一部を覆うスペーサと、を具備し、枠体とスペーサとで形成される領域に接着剤を充填し、マスクプレートをタブ部材に接着したインクジェットヘッド。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、インクジェットヘッドに関する。

インクジェットプリンタに用いられるシェアモードシェアウォール式インクジェットヘッドは、セラミック材料で形成された絶縁基板と、この絶縁基板に対向配置されたノズルプレートと、絶縁基板とノズルプレートとの間に積層配置された駆動素子と、この駆動素子を囲むことで、共通液室及び圧力室を形成するセラミックス材製の枠部材とを備えている。

駆動素子は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）系圧電セラミックス材料からなる一対の圧電素子を有している。なお、駆動素子は駆動回路により駆動され、絶縁基板上には駆動素子と駆動回路とを同通させる電極パターンが形成されている。また、駆動素子の両方の端面はテーパ面が形成されている。

従来のインクジェットヘッドは、枠材料に段差を設け、枠材料とマスクの嵌合部に接着剤を塗布するのでなく、枠材料の周囲に接着剤を塗布し、枠材料とマスクの嵌合部には貼り合わせた際の毛細管現象を利用して流れ込むように接着していた。

このため、枠材料に段差を設ける必要があり、形状を設けるため拡散接合等で部品が作られるため、高価な部品が必要となっていた。

また、マスクプレートが面で接している部分が、枠材料の外周部のみのごく一部で接着されているため、接着強度が弱くなり、衝撃に対して弱くなっていた。

特開２００７−１９０８９２号公報

本発明が解決しようとする課題は、安価でありながら、マスクプレートを接着しながら、併せて、露出する電極部を確実に保護し、信頼性の高いインクジェットヘッドを提供することである。

実施形態のインクジェットヘッドは、複数のノズルを有するノズルプレートと、前記ノズルに対応する複数の圧力室と、この圧力室に隣接して設けられるとともに前記圧力室を加圧して前記ノズルから液を吐出させる圧電素子と、前記圧電素子が接着される基板と、前記圧電素子を囲むように前記基板に載置される枠体と、前記圧電素子を駆動するための電極と、前記ノズルプレートを保護するマスクプレートと、前記電極に接続し、前記圧電素子を駆動する電気部品を載置するタブ部材と、前記タブ部材の一端側表面と前記電極の配線パターンの一部を覆うスペーサと、を具備し、前記枠体と前記スペーサとで形成される領域に接着剤を充填し、前記マスクプレートを前記タブ部材に接着した。

インクジェットヘッドの構成を表す図である。第１の実施形態のインクジェットヘッドの図１におけるAA線断面図である。第１の実施形態に係るインクジェットヘッドのマスクプレートを取り除いた状態を示す上面図である。第２の実施形態のインクジェットヘッドの図１におけるAA線断面図である。第２の実施形態に係るインクジェットヘッドのマスクプレートを取り除いた状態を示す上面図である。

以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して説明する。尚、各図において同一箇所については同一の符号を付すとともに、重複した説明は省略する。

シェアモードシェアウォール式インクジェットプリントヘッドは、複数のインク室（溝）と側壁を設けて構成され、その上部にノズルプレートを接着し、インクを吐出させるため圧電素子は歪むことによってインクを吐出する。

（第１の実施形態）
図１、図２は、実施形態に係るインクジェットヘッド１００の構成を表す図である。インクジェットヘッド１００は、誘電体により形成される絶縁性の基板１１と、この基板１１の上に載置され、内部に空間及び導体層を有する圧力室が刻み込まれた圧電素子１２と、この圧電素子１２を囲むように基板１１に載置される枠体１３と、圧電素子１２の側壁の上端部に接着され、複数のノズル孔１５を有するノズルプレート１４と、を備える。

基板１１は、例えば、アルミナにより形成される。他の基板１１の材料として、ガラスエポキシ樹脂などの絶縁性材料を用いることも可能である。

インクジェットヘッド１００は、圧電素子１２を基板１１の上に２列有する。圧電素子１２は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）により形成される。他の圧電素子１２材料として、ＰＴＯ（ＰｂＴｉＯ３：チタン酸鉛）、ＰＭＮＴ（Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３：マグネシウム酸ニオブ酸鉛）、ＰＺＮＴ（Ｐｂ（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３）、ＺｎＯなどを用いることも可能である。

ノズルプレート１４は、ポリイミドなどの樹脂フィルムにより形成される。ノズルプレート１４のインク滴吐出側の表面には、例えばフッ素樹脂などにより撥水膜（図示せず）が形成されている。他のノズルプレート１４材料として、ニッケルプレートやシリコンプレートを用いることもできる。

ノズル孔１５は、インク滴の吐出孔として機能するもので、等間隔で形成されている。

図２は、第１の実施形態に係るインクジェットヘッド１００の図１におけるＡＡ線断面図である。図２に示すように、インクジェットヘッド１００は、基板１１にインク流入口１７と、インク排出口１６と、を有している。インクは、インク流入口１７、圧力室３０、インク排出口１６を循環する。圧力室３０は、内部に空間及び導体層を有する。基板１１、枠体１３、及びノズルプレート１４によって囲まれたインク室８が形成される。

基板１１の表面には、圧電素子１２が接合されている。この場合、基板１１／圧電素子１２の構成は、アルミナ／ＰＺＴとなる。尚、基板１１の表面に表面層１１Aを形成してもよい。表面層１１Aの材料はＰＺＴを使用できるが、他の表面層１１Aを製作する材料として、アルミナ、ＰＴＯ、ＰＭＮＴ、ＰＺＮＴ、ＺｎＯなどを用いることも可能である。

さらに、圧電素子１２の圧力室３０の側壁は断面が台形を呈している。ノズルプレート１４は、圧力室３０の上部にノズル孔１５を有する。

インクジェットヘッド１００は、枠体１３の外側に圧電素子１２を駆動させるドライバＩＣ１８と、ドライバＩＣ１８と圧電素子１２とを接続する電極１９と、を有する。ドライバＩＣ１８は、タブ部材２０に取り付けられている。図１中、２５は、基板である。

電極１９は、基板１１の表面層１１Aの上にパターンが配線される。配線パターンは、ドライバＩＣ１８等のインクの吐出制御を行う電子部品と接続される。

インクジェットヘッド１００は、ドライバＩＣ１８により駆動される圧力素子１２が変形することより、インクを吐出する。すなわち、容積が増えた圧力室３０内はインクを内部に導入し、容積が減った圧力室３０は加圧されたインクをノズル孔１５から吐出する。

インク吐出するノズル孔１５とドライバＩＣ１８やプリント基板が接続される電極１９は、近接している。そのため、ドライバＩＣ１８やプリント基板を接続後、配線パターン部にパターンの露出があると、インクジェットヘッドの使用時にミスト状のインクが配線パターン部に付着し、あるいはメンテナンス時のワイパによる余剰インクが配線パターン部に付着する可能性がある。このインクの付着により、インクに含有するカーボンの析出や金属物質の付着により電極をショートさせ、不吐出の原因となる。そのため、配線パターンの電極１９の露出する部分は被覆させる必要がある。

図２に示すように、タブ部材２０はＬ字形に形成され、その一端側で基板１１の上に例えば異方性導電フィルムを介して取り付けられている。タブ部材２０及び基板１１の上をそれぞれ一部を覆って、タブ部材２０上にスペーサ２１が取り付けられている。スペーサ２１は、絶縁体となっており、例えばＰＥＴ樹脂製のフィルムで製作される。

図２に示すように、枠体１３の上面は平坦になっており、スペーサ２１の端部と枠体１３との間には、スペース（空間）が出来ている。このスペース（空間）に、接着剤２３を充填し、ノズルプレート１４を媒体の接触やメンテナンス時のワイパなどから保護するためのマスクプレート２２を接着している。スペース（空間）は、言わば接着剤２３の受容槽と成っており、本実施形態では、マスクプレート２２を接着しながら同時に、電極１９の配線パターン部が露出しないように、接着剤２３で覆っている。

図３は、第１の実施形態に係るインクジェットヘッド１００のマスクプレート２２とノズルプレート１４を取り除いた状態を示す上面図である。

接着剤２３は、インクに対し耐食性があること、カーボンを含有するインクに対しても絶縁性が要求されることから、エポキシ系接着剤が好適である。尚、ノズルプレート１４の端面及び枠体１３の上端面とマスクプレート２２の端面との間が埋まってしまう程には、接着剤２３を充填しすぎないようにする。接着剤２３が、ノズルプレート１４面やマスクプレート２２の表面にはみ出してしまうと、ノズル孔１５を塞いでしまったりノズルプレート１４やマスクプレート２２の平坦度が保たれず、インクジェットヘッド使用時にメンテナンスのワイパでインクが拭き取れなくなるからである。

接着後のマスクプレート２２の高さは、ノズルプレート１４に対して、例えば数十ミクロン程度、凸にする。尚、インクジェットプリントヘッドの仕様によっては、マスクプレート２２の高さをノズルプレート１４と面一にすることでもよいことは言うまでもない。

本実施形態によれば、枠部材に複雑な加工を要せずに、マスクプレート接着時の接着面積を確保しながら、余剰接着剤の逃げ場所を設け、さらに配線パターンを被覆することができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態に係るインクジェットヘッド１００の基本的構成は、スペーサを除いて第１の実施形態のそれと大部分が同一である。

図４は、第２の実施形態に係るインクジェットヘッド１００の図１におけるAA線断面図である。また、図５は、第２の実施形態に係るインクジェットヘッドのマスクプレートを取り除いた状態を示す上面図である。

図４、図５に示すように、スペーサ２４には、複数の長い溝部２４ａが形成されている。接着剤の受容部として、第１の実施形態におけるスペース（空間）に比べて、溝部２４ａは、より多くの接着剤を受け入れることができるので、マスクプレート２２表面への接着剤のはみ出しを確実に抑制することができる。溝部２４ａの個数は、例えば２個であり、溝２４ａの形状は、例えば長孔が好適である。

本実施形態によれば、枠材料には段差構造を設けず、枠外周部に溝を設けるようスペーサ部材を設けることで、マスクプレート接着時の接着面積を確保しながら、余剰接着剤の逃げ場所を設け、さらに配線パターンを被覆する事ができ、安価なインクジェットヘッドが製造できる。

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。

１００・・・インクジェットヘッド、
９・・・ノズル列
１１・・・基板、
１２・・・圧電素子、
１３・・・枠体、
１４・・・ノズルプレート、
１５・・・ノズル孔、
１６・・・インク排出口、
１７・・・インク流入口、
１８・・・ドライバＩＣ、
１９・・・電極、
２０・・・タブ部材、
２１・・・スペーサ、
２２・・・マスクプレート、
２３・・・接着剤、
２４・・・スペーサ、
２４ａ・・・溝部、
２５・・・基板、
３０・・・圧力室。

Claims

複数のノズルを有するノズルプレートと、
前記ノズルに対応する複数の圧力室と、この圧力室に隣接して設けられるとともに前記圧力室を加圧して前記ノズルから液を吐出させる圧電素子と、
前記圧電素子が接着される基板と、
前記圧電素子を囲むように前記基板に載置される枠体と、
前記圧電素子を駆動するための電極と、
前記ノズルプレートを保護するマスクプレートと、
前記電極に接続し、前記圧電素子を駆動する電気部品を載置するタブ部材と、
前記タブ部材の一端側表面と前記電極の配線パターンの一部を覆うスペーサと、
を具備し、
前記枠体と前記スペーサとで形成される領域に接着剤を充填し、前記マスクプレートを前記タブ部材に接着したインクジェットヘッド。
前記タブ部材は、Ｌ字形に形成され、前記一端側で前記基板の表面層の上に取り付けられている請求項１記載のインクジェットヘッド。
前記タブ部材は、異方性導電フィルムを介して取り付けられている請求項２記載のインクジェットヘッド。
前記タブ部材は、ポリイミド樹脂板で製作されている請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
前記タブ部材の板厚は、０．１ｍｍである請求項４記載のインクジェットヘッド。
前記スペーサは、前記タブ部材及び前記基板の表面層の上をそれぞれ一部を覆って取り付けられている請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
前記スペーサは、ＰＥＴ樹脂製のフィルムで製作されている請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
前記接着剤は、エポキシ樹脂系の接着剤である請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
前記スペーサには、溝部が形成されている請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
前記溝部は、複数である請求項９記載のインクジェットヘッド。
前記溝部の形状は、長孔である請求項９又は請求項１０記載のインクジェットヘッド。