JP2017136724A - インクジェットヘッド - Google Patents
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Abstract
【課題】 電気伝導性を有する液体や、極性を有する液体をインクに用いる場合であっても電極とインクとの絶縁性を維持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の圧電部材は、複数の長溝が平行に形成され、長溝にインクを吐出する駆動流路となる複数の圧力室と、インクを吐出しない空のダミー流路とを交互に配置し、分極方向が相反する。ノズルプレートは、圧力室にそれぞれ連通した複数のノズルを有する。複数の電極は、圧電部材の複数の長溝にそれぞれ設けられ、圧電部材に駆動パルスを供給する。複数の配線パターンは、基材の実装面の一つの側端部から延び、複数の電極にそれぞれ接続される。第１の保護層は、基材の実装面の配線パターン側の面に成膜され、平坦化層を形成する。第２の保護層は、平坦化層に積層され、電気絶縁特性が良好な電気絶縁層からなる。【選択図】図４
Description
本発明の実施形態は、インクジェットヘッドに関する。
従来から圧電部材のせん断モード変形を利用し、ノズルからインク滴を吐出させる、所謂、せん断モード型インクジェットヘッドが知られている。このせん断モード型インクジェットヘッド構造の一例として、圧電セラミックプレートと、インク室プレートと、ノズルプレートとが積層された積層構造のヘッドがある。ここで、圧電セラミックプレートは、複数の溝と各溝間の側壁とが形成され、溝の内面の側壁上に電極が形成されている。インク室プレートは、圧電セラミックプレートの溝を覆いインク室を形成する。
このせん断モード型インクジェットヘッド構造では、インクと電極が接触するので、電気伝導性を有する液体や、極性を有する液体をインクに用いる場合は、電極上に電極保護膜を形成している。ここでは、電極を被覆するように溝内面に、例えば無機材料からなる無機絶縁膜と有機材料からなる有機絶縁膜とが順次形成され、無機絶縁膜と有機絶縁膜の２層膜による保護層が形成されている。そして、このヘッドの製造時には、電極が形成されている圧電セラミックプレートとインク室プレートとを接合した後、無機絶縁膜と有機絶縁膜の２層膜による保護層が形成され、この接合体の端面にノズルプレートを接合している。
しかしながら、従来のインクジェットヘッド構造では、有機材料からなる保護膜にピンホールがあると電極とインクとの絶縁性を維持できない問題がある。
実施形態のインクジェットヘッドは、基材と、圧電部材と、ノズルプレートと、インク供給手段と、複数の電極と、複数の配線パターンと、第１の保護層と、第２の保護層とを備える。圧電部材は、複数の長溝が平行に形成され、長溝にインクを吐出する駆動流路となる複数の圧力室と、インクを吐出しない空のダミー流路とを交互に配置し、分極方向が相反する。ノズルプレートは、圧力室にそれぞれ連通した複数のノズルを有する。複数の電極は、圧電部材の複数の長溝にそれぞれ設けられ、圧電部材に駆動パルスを供給する。複数の配線パターンは、基材の実装面の一つの側端部から延び、複数の電極にそれぞれ接続される。第１の保護層は、基材の実装面の配線パターン側の面に成膜され、配線パターンの表面を平坦化する平坦化層を形成する。第２の保護層は、配線パターンと第１の保護層とからなる平坦化層に積層され、電気絶縁特性が良好な電気絶縁層からなる。
以下に、一つの実施の形態について、図１から図７を参照して説明する。図１は、一つの実施の形態に係るインクジェットヘッド１０を示す斜視図である。図２は、インクジェットヘッド１０の分解斜視図である。図３は、図１のＦ３−Ｆ３線断面図である。図４は、インクジェットヘッドの要部構成を示す斜視図である。
図１に示すように、インクジェットヘッド１０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１０は、インクジェットプリンタに搭載され、チューブのような部品を介してインクタンクに接続されている。このようなインクジェットヘッド１０は、ヘッド本体１１と、ユニット部１２と、一対の回路基板１３とを備えている。
ヘッド本体１１は、インクを吐出するための装置である。ヘッド本体１１は、ユニット部１２に取り付けられている。ユニット部１２は、ヘッド本体１１と前記インクタンクとの間の経路の一部を形成するマニホールドや、前記インクジェットプリンタの内部に取り付けるための部材を含んでいる。一対の回路基板１３は、ヘッド本体１１にそれぞれ取り付けられている。
図３に示すように、ヘッド本体１１は、ベースプレート１５と、ノズルプレート１６と、枠部材１７と、圧電部材である一対の駆動素子１８（図３には一つのみ示す）とを備えている。ベースプレート１５は、基材の一例である。ヘッド本体１１の内部には、インクが供給されるインク室１９が形成されている。
図２に示すように、ベースプレート１５は、例えばアルミナのようなセラミクスによって矩形の板状に形成されている。ベースプレート１５は、平坦な実装面２１を有している。実装面２１に、複数の供給孔２２と、複数の排出孔２３とが開口している。
供給孔２２は、ベースプレート１５の中央部において、ベースプレート１５の長手方向に並んで設けられている。図３に示すように、供給孔２２は、ユニット部１２の前記マニホールドのインク供給部１２ａに連通している。供給孔２２は、インク供給部１２ａを介して前記インクタンクに接続されている。前記インクタンクのインクは、供給孔２２からインク室１９に供給される。
図２に示すように、排出孔２３は、供給孔２２を挟むように二列に並んで設けられている。図３に示すように、排出孔２３は、ユニット部１２の前記マニホールドのインク排出部１２ｂに連通している。排出孔２３は、インク排出部１２ｂを介して前記インクタンクに接続されている。インク室１９のインクは、排出孔２３から前記インクタンクに回収される。このように、インクは前記インクタンクとインク室１９との間で循環する。
図２に示すように、ノズルプレート１６は、例えば表面に撥油性機能を付与したポリイミド製の矩形状のフィルムによって形成されている。ノズルプレート１６は、ベースプレート１５の実装面２１に対向している。ノズルプレート１６に、複数のノズル２５が設けられている。複数のノズル２５は、ノズルプレート１６の長手方向に沿って二列に並んでいる。
枠部材１７は、例えばニッケル合金によって矩形の枠状に形成されている。枠部材１７は、ベースプレート１５の実装面２１とノズルプレート１６との間に介在している。枠部材１７は、実装面２１とノズルプレート１６とにそれぞれ接着されている。すなわち、ノズルプレート１６は、枠部材１７を介してベースプレート１５に取り付けられている。インク室１９は、ベースプレート１５と、ノズルプレート１６と、枠部材１７とに囲まれて形成されている。
駆動素子１８は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）によって形成された板状の二つの圧電体によって形成されている。前記二つの圧電体は、分極方向がその厚さ方向に互いに逆向きになるように貼り合わされている。
一対の駆動素子１８は、ベースプレート１５の実装面２１に接着されている。一対の駆動素子１８は、二列に並ぶノズル２５に対応して、インク室１９の中に平行に配置されている。図２に示すように、駆動素子１８は、断面台形状に形成されている。駆動素子１８の頂部は、ノズルプレート１６に接着されている。
駆動素子１８に、複数の長溝２７が平行に形成されている。長溝２７は、駆動素子１８の長手方向と交差する方向にそれぞれ延びており、駆動素子１８の長手方向に並んでいる。本実施形態の駆動素子１８は、図４に示すように長溝２７にインクを吐出する駆動流路となる複数の圧力室５１と、インクを吐出しない空のダミー流路５２とを交互に配置している。
ダミー流路５２は、長溝２７の両端に封止樹脂で形成された封止部５３によって封止されている。図６に示すように封止部５３は、ベースプレート１５の実装面２１とノズルプレート１６との間に形成されている。これにより、インク室１９の中のインクは、ダミー流路５２に流入することが防止されている。ノズルプレート１６のノズル２５は、長溝２７の圧力室５１と対応する位置に対向配置されている。
複数の長溝２７には、それぞれ電極２８が設けられている。電極２８は、例えばニッケル薄膜をフォトレジストエッチング加工することによって形成されている。電極２８は、長溝２７の内面を覆っている。
図２に示すようにベースプレート１５の実装面２１から駆動素子１８に亘って、複数の配線パターン３５が設けられている。これらの配線パターン３５は、例えばニッケル薄膜をフォトレジストエッチング加工することによって形成されている。
配線パターン３５は、実装面２１の一つの側端部２１ａおよび他方の側端部２１ｂからそれぞれ延びている。なお、側端部２１ａ，２１ｂは、実装面２１の縁のみならずその周辺の領域を含む。このため、配線パターン３５は、実装面２１の縁よりも内側に設けられても良い。
以下、一つの側端部２１ａから延びる配線パターン３５について代表して説明する。なお、他方の側端部２１ｂの配線パターン３５の基本的な構成は、一つの側端部２１ａの配線パターン３５と同じである。
配線パターン３５は、第１の部分３５ａと、第２の部分３５ｂとを有している。図２に示すように、配線パターン３５の第１の部分３５ａは、実装面２１の側端部２１ａから駆動素子１８に向かって直線状に延びている部分である。第１の部分３５ａは、互いに平行に延びている。配線パターン３５の第２の部分３５ｂは、第１の部分３５ａの端部と、電極２８とに跨る部分である。第２の部分３５ｂは、電極２８にそれぞれ電気的に接続されている。
また、本実施形態の配線パターン３５は、ダミー流路５２の電極２８に接続される第１の配線パターン３５ｐと、圧力室５１の電極２８に接続される第２の配線パターン３５ｍとを有する。図４に示すように圧力室５１の電極２８に接続される第２の配線パターン３５ｍは、常にＧＮＤに接地させている。
ダミー流路５２の電極２８は２つに分割し、片方を共通電極として形成されている。ダミー流路５２の電極２８の他の片方は、正電荷が負荷される個別電極として作用する。そして、ダミー流路５２の個別電極として作用する電極２８に第１の配線パターン３５ｐが接続されている。
本実施形態では、図７に示すようにベースプレート１５の実装面２１の配線パターン３５側の面には、例えば無機絶縁材料からなる第１の保護層５４が成膜されている。この第１の保護層５４は、例えばスピンコーティングにより形成されている。この第１の保護層５４は、配線パターン３５の表面を平坦化する平坦化層５５を形成する。
さらに、配線パターン３５と第１の保護層５４とからなる平坦化層５５には、電気絶縁特性が良好な電気絶縁層からなる第２の保護層５６が積層されている。この第２の保護層５６は、有機絶縁材料からなる例えばパリレン膜で形成されている。第２の保護層５６のパリレン膜は、蒸着重合により形成した。また、第２の保護層５６は無機材料からシリコン窒化膜で形成しても問題ない。シリコン窒化膜の製法としては、ＣＶＤ（化学的気相成長）法、ＲＦマグネトロンスパッタリング法、ＡＬＤ(原子層堆積)法を用いることができる。
図１に示すように、一対の回路基板１３は、基板本体４４と、一対のフィルムキャリアパッケージ（ＦＣＰ）４５とをそれぞれ有している。なお、ＦＣＰは、テープキャリアパッケージ（ＴＣＰ）とも称される。
基板本体４４は、矩形状に形成された剛性を有するプリント配線板である。基板本体４４に、種々の電子部品やコネクタが実装される。また、基板本体４４に、一対のＦＣＰ４５がそれぞれ取り付けられている。
一対のＦＣＰ４５は、複数の配線が形成されるとともに柔軟性を有する樹脂製のフィルム４６と、前記複数の配線に接続されたＩＣ４７とをそれぞれ有している。フィルム４６は、テープオートメーテッドボンディング（ＴＡＢ）である。ＩＣ４７は、電極２８に電圧を印加するための部品である。ＩＣ４７は、樹脂によってフィルム４６に固定されている。
図３に示すように、ＦＣＰ４５の端部は、異方性導電性フィルム（ＡＣＦ）４８によって、配線パターン３５の第１の部分３５ａに、熱圧着接続されている。これにより、ＦＣＰ４５の前記複数の配線は、配線パターン３５に電気的に接続される。
ＦＣＰ４５が配線パターン３５に接続されることで、ＩＣ４７が、ＦＣＰ４５の前記配線を介して電極２８に電気的に接続される。ＩＣ４７は、フィルム４６の前記配線を介して電極２８に電圧を印加する。
ＩＣ４７が電極２８に電圧を印加すると、駆動素子１８がシェアモード変形することにより、当該電極２８が設けられた長溝２７の圧力室５１の容積が増減させられる。これにより、長溝２７の圧力室５１の中のインクの圧力が変化し、当該インクがノズル２５から吐出される。
本実施形態のインクジェットヘッド１０の構成によれば、駆動素子１８は、図４に示すように長溝２７にインクを吐出する駆動流路となる複数の圧力室５１と、インクを吐出しない空のダミー流路５２とを交互に配置している。そのため、個々の圧力室５１を個別に駆動して独立して動作させ、インクを吐出する際に、隣接する他の圧力室５１にシェアモード変形する圧力室５１の動きが伝達されることがない。その結果、インクジェットヘッド１０の個々の圧力室５１を個別に駆動する動作を迅速に行うことができ、高精度な高速印刷を達成することができる。
ダミー流路５２は、長溝２７の両端に封止樹脂で形成された封止部５３によって封止されて、インク室１９の中のインクは、ダミー流路５２に流入することが防止されている。そして、ノズルプレート１６のノズル２５は、長溝２７の圧力室５１と対応する位置に対向配置されている。そのため、例えばノズルプレート１６のノズル２５をレーザー加工で成形する場合に、レーザー光がダミー流路５２に照射されることはない。したがって、ノズルプレート１６のノズル２５をレーザー加工で成形する際にレーザー光がダミー流路５２の電極２８に照射されることはないので、ダミー流路５２の電極２８の電気絶縁層がダメージを受けるおそれがない。
また、本実施形態では、ベースプレート１５の実装面２１の配線パターン３５側の面には、例えば無機絶縁材料からなる第１の保護層５４が成膜され、この第１の保護層５４によって配線パターン３５の表面を平坦化する平坦化層５５を形成する。さらに、配線パターン３５と第１の保護層５４とからなる平坦化層５５には、電気絶縁特性が良好な電気絶縁層からなる第２の保護層５６が積層されている。これにより、配線パターン３５の平坦化特性を有する平坦化層５５と、耐インク特性とカバレッジ性が良好な第２の保護層５６とが順次成膜されている。そのため、電気伝導性を有する液体や、極性を有する液体をインクに用いる場合であってもヘッド本体１１の内部のインク室１９にインクが供給される際のインクと電極２８との間の絶縁性を再現性良く確保することができる。
さらに、本実施形態の配線パターン３５は、ダミー流路５２の電極２８に接続される第１の配線パターン３５ｐと、圧力室５１の電極２８に接続される第２の配線パターン３５ｍとを有する。そして、図４に示すように圧力室５１の電極２８に接続される第２の配線パターン３５ｍは、常にＧＮＤに接地させている。そのため、圧力室５１の内部に電気伝導性を有する液体や、極性を有する液体のインクが流入した場合でも圧力室５１の電極２８がショートすることを防止できる。また、この構造のインクジェットヘッド１０の電極２８上に電極保護膜を形成すれば、電極保護膜にピンホールがあっても電極２８とインクとの絶縁性を維持できる。
これらの実施形態によれば、電気伝導性を有する液体や、極性を有する液体をインクに用いる場合であっても電極とインクとの絶縁性を維持できるインクジェットヘッドを提供することができる。
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。
１０…インクジェットヘッド、１１…ヘッド本体、１２…ユニット部、１２ａ…インク供給部、１２ｂ…インク排出部、１３…回路基板、１５…ベースプレート、１６…ノズルプレート、１７…枠部材、１８…駆動素子、１９…インク室、２１…実装面、２１ａ…側端部、２１ｂ…側端部、２２…供給孔、２３…排出孔、２５…ノズル、２７…長溝、２８…電極、３５…配線パターン、３５ａ…第１の部分、３５ｂ…第２の部分、３５ｍ…配線パターン、３５ｐ…配線パターン、４４…基板本体、４５…フィルムキャリアパッケージ、４６…フィルム、４８…異方性導電性フィルム、５１…圧力室、５２…ダミー流路、５３…封止部、５４…第１の保護層、５５…平坦化層、５６…第２の保護層。
Claims (3)
- 実装面を有した基材と、
前記基材の実装面に取り付けられ、複数の長溝が平行に形成され、前記長溝にインクを吐出する駆動流路となる複数の圧力室と、前記インクを吐出しない空のダミー流路とを交互に配置し、分極方向が相反する圧電部材と、
前記圧電部材の前記圧力室にそれぞれ連通した複数のノズルを有するノズルプレートと、
前記圧力室にインクを供給するインク供給手段と、
前記圧電部材の複数の前記長溝にそれぞれ設けられ、前記圧電部材に駆動パルスを供給する複数の電極と、
前記基材の実装面の一つの側端部から延び、前記複数の電極にそれぞれ接続された複数の配線パターンと、
前記基材の実装面の前記配線パターン側の面に成膜され、前記配線パターンの表面を平坦化する平坦化層を形成する第１の保護層と、
前記配線パターンと前記第１の保護層とからなる前記平坦化層に積層され、電気絶縁特性が良好な電気絶縁層からなる第２の保護層とを具備するインクジェットヘッド。 - 前記ダミー流路は、前記長溝の両端が封止部によって封止されている請求項１に記載のインクジェットヘッド。
- 前記駆動流路の電極は常にＧＮＤに接地させ、
前記ダミー流路の電極は、正電荷が負荷される個別電極として作用させている請求項１に記載のインクジェットヘッド。
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