JP2020116792A - 液体吐出ヘッド、及び液体吐出装置 - Google Patents

液体吐出ヘッド、及び液体吐出装置 Download PDF

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Abstract

【課題】吐出面の段差のばらつきが少ない液体吐出ヘッド、及び液体吐出装置を提供する。【解決手段】実施形態に係る液体吐出ヘッドは、液体を吐出するノズルに連通する圧力室を駆動する駆動素子と、前記駆動素子に接続される接続部と、を有する駆動基板と、前記駆動基板の前記接続部の吐出側に配される封止体と、前記封止体を挟んで前記接続部の吐出側に対向配置されるマスクプレートと、を備える。【選択図】図6

Description

本発明の実施形態は、液体をノズルから吐出する液体吐出ヘッド及び液体吐出装置に関する。
画像信号に従ってノズルからインク滴(液滴)を吐出し、記録紙上にインク滴による画像を形成する、インクジェット装置(液体吐出装置)が知られている。インクジェット装置は、例えば発熱素子型ヘッドや圧電素子型ヘッド等のインクジェットヘッドを備える。発熱素子型のインクジェットヘッドは、インク流路の発熱体に通電してインク中に気泡を発生させ、その気泡によって押されたインクをノズルから吐出させる。圧電素子型のインクジェットヘッドは、圧電素子の変形を利用してインク室に貯蔵されたインクをノズルから吐出させる。圧電素子を利用した圧電素子型のインクジェットヘッドとして、圧電性材料で形成した駆動基板を用いた構成が知られている。
このようなインクジェットヘッドは、例えば、インクを収容するインク圧力室を有し、インク圧力室の一方の端部に、駆動素子が取り付けられた駆動基板が配される。また、駆動基板にはインクを吐出するためのノズルも形成されている。そして、駆動素子を用いて駆動基板を変形させ、インク圧力室内の圧力の変化を利用してインクを吐出する。駆動基板の表面には、インクや空気中の水分による腐食から駆動素子を防護するため、保護層が設けられている。
駆動基板には、記録装置本体側から与えられた電気信号を駆動基板に伝達するためのフレキシブル配線基板が接続される。駆動基板において、フレキシブル配線基板に電気的に接続される接続部は、封止剤によって封止されていることが多い。封止剤としては、インクに対して耐性があり、かつ拭き操作に耐えうる硬度のあるエポキシ系樹脂が使用されている。封止剤は、塗布制御が困難であるため、固まった封止剤によって吐出面にできる段差の高さにばらつきが生じ、液体吐出ヘッドと記録媒体との距離をあける必要が生じるなど、印字精度が低下する原因となる。
特開2017−30370号公報 特開2006−159831号公報
本発明が解決しようとする課題は、吐出面の段差のばらつきが少ない液体吐出ヘッド、及び液体吐出装置を提供することである。
実施形態に係る液体吐出ヘッドは、液体を吐出するノズルに連通する圧力室を駆動する駆動素子と、前記駆動素子に接続される接続部と、を有する駆動基板と、前記駆動基板の前記接続部の吐出側に配される封止体と、前記封止体を挟んで前記接続部の吐出側に対向配置されるマスクプレートと、を備える。
第1実施形態にかかるインクジェット装置の説明図。 同実施形態にかかるインクジェットヘッドの分解斜視図。 同インクジェットヘッドの駆動基板の平面図。 同インクジェットヘッドの断面図。 同インクジェットヘッドの断面図。 同インクジェットヘッドの断面図。 同インクジェットヘッドの製造方法を示す説明図。 第2実施形態にかかるインクジェットヘッドの一部の構成を示す断面図。
以下に、第1実施形態に係る液体吐出装置としてのインクジェット装置1及び液体吐出ヘッドとしてのインクジェットヘッド31の構成について、図1乃至図6を参照して説明する。図1は、インクジェット装置1の説明図である。図2はインクジェットヘッド31の分解斜視図である。図3は駆動基板の平面図である。図4、図5、及び図6はインクジェットヘッド31の断面図であり、図3におけるA−A線、B−B線、C−C線の位置で切断した断面をそれぞれ示す。なお、各図面は実施形態を概略的に示すものであり、適宜構成を拡大・縮小・省略して示す。
図1に示すように、インクジェット装置1は、筐体11と、媒体供給部12と、画像形成部13と、媒体排出部14と、搬送装置15と、制御部16と、を備える。
インクジェット装置1は、例えば媒体供給部12から画像形成部13を通って媒体排出部14に至る所定の搬送路A1に沿って記録媒体である用紙Pを搬送しながら、画像信号に従ってノズルからインク滴を吐出し、記録紙上にインク滴による画像を形成する、オンデマンド型のインクジェット記録装置である。
筐体11は、インクジェット装置1の外郭を構成する。筐体11は、所定箇所に、用紙Pを外部に排出する排出口11aを備える。
媒体供給部12は複数の給紙カセット12a、12aを備える。給紙カセット12aは、筐体11内に複数設けられている。複数の給紙カセット12aは、例えば、上側が開口する所定のサイズの箱状に構成され、各種サイズの用紙Pを複数枚積層して保持可能に構成される。
媒体排出部14は、排紙トレイ14aを備える。排紙トレイ14aは、筐体11の排出口11aの近傍に設けられている。排紙トレイ14aは、排出口11aから排出される用紙Pを保持可能に構成されている。
画像形成部13は、用紙を支持する支持部17と、支持部17の上方に対向配置された複数のヘッドユニット30と、を備える。
支持部17は、画像形成を行う所定領域にループ状に備えられる搬送ベルト18と、搬送ベルト18を裏側から支持する支持プレート19と、搬送ベルト18の裏側に備えられた複数のベルトローラ20と、を備える。
支持部17は、画像形成の際に、搬送ベルト18の上面である保持面18aに用紙Pを支持するとともに、ベルトローラ20の回転によって所定のタイミングで搬送ベルト18を送ることにより、用紙Pを下流側へ搬送する。
ヘッドユニット30は、複数(4色)のインクジェットヘッド31と、各インクジェットヘッド31上にそれぞれ搭載された液体タンクとしてのインクタンク32と、インクジェットヘッド31とインクタンク32とを接続する接続流路33と、循環部である循環ポンプ34と、を備える。ヘッドユニット30は、インクタンク32と、インクジェットヘッド31の内部に作りこまれた共通室402及び圧力室201において液体を常時循環させる循環型のヘッドユニットである。本実施形態において、インクジェットヘッド31としてシアン、マゼンダ、イェロー、ブラックの4色のインクジェットヘッド31C,31M,31Y,31Bと、これらの各色のインクをそれぞれ収容するインクタンク32として、インクタンク32C,32M,32Y,32Bを備える。インクタンク32は接続流路33によってインクジェットヘッド31に接続される。接続流路33は、インクジェットヘッド31のインク供給口403に接続される供給流路33aと、インクジェットヘッド31のインク排出口404に接続される回収流路33bと、を備える。
また、インクタンク32には、図示しないポンプなどの負圧制御装置が連結されている。そして、インクジェットヘッド31とインクタンク32との水頭値に対応して、負圧制御装置によりインクタンク32内を負圧制御することで、インクジェットヘッド31の各ノズルに供給されたインクを所定形状のメニスカスに形成させている。
循環ポンプ34は、例えば圧電ポンプで構成される送液ポンプである。循環ポンプ34は、供給流路33aに設けられている。循環ポンプ34は、配線により制御部16の駆動回路に接続され、CPU16aの制御によって制御可能に構成されている。循環ポンプ34は、インクジェットヘッド31とインクタンク32を含む循環流路で液体を循環させる。
搬送装置15は、媒体供給部12の給紙カセット12aから画像形成部13を通って媒体排出部14の排紙トレイ14aに至る搬送路A1に沿って、用紙Pを搬送する。搬送装置15は、搬送路A1に沿って配置される複数のガイドプレート対21a〜21hと、複数の搬送用ローラ22a〜22hと、を備えている。
複数のガイドプレート対21a〜21hは、それぞれ、搬送される用紙Pを挟んで対向配置される一対のプレート部材を備え、用紙Pを搬送路A1に沿って案内する。
搬送用ローラ22a〜22hは、給紙ローラ22a、搬送ローラ対22b〜22g、排出ローラ対22hを備える。これらの搬送用ローラ22a〜22hが制御部16のCPU16aの制御によって駆動されて回転することで、用紙Pを搬送路A1に沿って下流側に送る。なお、搬送路A1には用紙の搬送状況を検出するセンサが各所に配置されている。
制御部16は、コントローラであるCPU(中央制御装置)16aと、各種のプログラムなどを記憶するROMと、各種の可変データや画像データなどを一時的に記憶するRAMと、外部からのデータの入力及び外部へのデータの出力をするインターフェイス部と、を備える。
以下、本実施形態のインクジェット装置1に含まれる一つのインクジェットヘッド31について説明する。なお、各図は実施形態とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際のものと異なる個所があるが、これらは適宜、設計変更することができる。
図2に示されるインクジェットヘッド31は、駆動基板100、圧力室ベース200、セパレートプレート300、流路ベース400、フレキシブル配線基板500、及びマスクプレート600を備える。
図2乃至図6に示されるように、駆動基板100は、駆動部102が形成された振動板106と、保護層110と、撥インク膜114と、を積層して備え、厚さ方向に貫通する複数のノズル101を有する。
振動板106は、圧力室ベース200上に成膜された層であり、例えば熱酸化SiO膜(二酸化ケイ素)で矩形の板状に構成される。振動板106の膜厚は1μm〜50μmの範囲が望ましい。SiOに代えて、SiN(窒化ケイ素)、Al(酸化アルミニウム)、HfO(酸化ハフニウム)、DLC(Diamond−Like Carbon)などの他の材料を用いることもできる。振動板106の材料選択は、耐熱性、絶縁性、熱膨張係数、平滑性、インクに対する濡れ性も考慮して行う。絶縁性が低い振動板106を有するインクジェットヘッド31で導電率が高いインクを吐出する場合、駆動素子102aを駆動する電圧によってインク中に電流が流れ、導電性インクが電気分解されることがある。インクの電気分解により、駆動素子にインクの分解した物質が付着しインクジェットヘッド31の特性が劣化する可能性がある。そのため、水性インクのように導電率が高いインクを用いることも考慮して、振動板106の抵抗率はより高い方が望ましい。振動板106の所定箇所に、厚さ方向に貫通する複数のノズル101が形成されている。
ノズル101は、振動板106と、駆動素子102a、保護層110、撥インク膜114と、が積層された駆動基板100を厚さ方向に貫通する直径20μmの円筒形状となっている。振動板106は親インク性(親液性)を有する材料で構成されるため、圧力室201に収容されたインクのメニスカスは、ノズル101内に保たれる。
複数のノズル101は1列または複数列配列されている。例えば本実施形態においては、所定の第1方向に沿って複数のノズル101が配列されたノズル列が2列形成されている。また、より高密度にノズル101を配置するために、ノズル101は千鳥状(互い違い)に配置される。図3に示すように、X軸方向に複数のノズル101が直線状に配置され、Y軸方向に直線状のノズル列が2列ある。X軸方向で隣接するノズル101の中心間距離は340μmとなる。Y軸方向ではノズル101の2列の配置間隔が240μmとなる。このように配置することで、後述する第1電極103はX軸方向で2つの駆動素子102a間を通って形成される。なお、ノズル列は2列に限らず、3列以上であっても良い。
駆動部102は、第1電極103、圧電体膜108、第2電極104、及び絶縁膜109を備え、振動板106上に形成される。
圧電体膜108は、圧力室201に合わせて円形にパターニングされ、かつノズル101と同心の円形開口を有している。つまり、圧電体膜108はノズル101の吐出側開口と同心円でノズル101の吐出側開口を囲んでいる。圧電体膜108を成膜すると、膜厚方向に分極が発生する。電極を介して分極の方向と同方向の電界を圧電体膜108に印加すると、駆動素子102aは電界方向と直交する方向に伸縮する。この伸縮を利用して振動板106が、駆動基板100の厚み方向に変形し圧力室201内のインクに圧力変化を発生させる。
複数の第1電極103は、圧電体膜108に繋がる2つの電極の一方であり、圧電体膜108に対しては圧力室201側に成膜されている。言い換えれば、第1電極103は、振動板106の、圧力室201とは反対側の面に、形成される。各第1電極103は、円形の圧電体膜108より大径の円形の第1電極部103aと、第1配線部103bと、接続部102cとなる電極端子部103cと、を備える。各第1電極103は対応する駆動素子102aの圧電体膜108に個別に接続され、駆動素子102aを駆動するための信号を伝送する。すなわち、各第1電極103は圧電体膜108を独立に動作させるための個別電極として作用する。
第2電極104は、駆動素子102aの圧電体膜108に繋がる2つの電極の一方であり、圧電体膜108に対しては吐出側に成膜されている。各第2電極104は、円形の圧電体膜108より小径の円形の第2電極部104aと、第2配線部104bと、接続部102cとなる第2電極端子部104cと、を備える。第2電極104は、各駆動素子102aに対応する圧電体膜108に共有して繋がり、共通電極として作用する。
以上のように形成された駆動部102は、ノズル101の周りを囲む円形の駆動素子102aと、駆動素子102aに繋がる配線部103b,104bと、端子部103c、104cと、を有する。駆動素子102aは、振動板106上に、第1電極103の一部である第1電極部103aと、圧電体膜108と、第2電極104の一部である第2電極部104aとが積層されて構成される。配線部102bは、振動板106上に形成された第1電極103の一部である第1配線部103bと、第2電極104の一部である第2配線部104bとで形成される。接続部102cは、第1電極103の一部である電極端子部103cと、第2電極104の一部である第2電極端子部104cとで形成される。接続部102cである第1電極端子部103c及び第2電極端子部104c上に、異方性導電フィルム501を介して、フレキシブル基板500が接続される。
第1電極部103aは円形状に構成され、中心にはノズル101を構成する貫通孔が形成される。
第1配線部103bは第1電極部103aと第1電極端子部103cとを接続する所定のパターン形状に形成される。
第1電極端子部103cは第1配線部103bの端部に形成される。第1電極端子部103c上の所定箇所において保護層110がエッチングされて形成される空間に異方性導電フィルム501が配されることにより、異方性導電フィルム501を介して、第1電極端子部103cとフレキシブル基板500が電気的に接続される。第1電極端子部103cは、第1電極103の一部であり、インクジェットヘッド31の外部からインクジェットヘッド31を駆動する信号を受信する。
第2電極部104aは、円形状に形成され、中心にはノズル101を構成する貫通孔が形成される。
第2配線部104bは第2電極部104aと第2電極端子部104cとを接続する所定のパターン形状に形成される。第2配線部104bは、駆動素子102aから第1配線部103bの延出方向とは反対側に延出し、駆動基板100のX軸方向両端を通って、第1端子部103cの列の両端に至っている。
第2電極端子部104cは、第2配線部104bの端部に形成される。第2電極端子部104c上の所定箇所において保護層110がエッチングされて形成される空間に、異方性導電フィルム501が配されることにより、異方性導電フィルム501を介して、第2電極端子部104cとフレキシブル基板500が電気的に接続される。第2電極端子部104cは、第2電極104の一部であり、外部駆動回路から駆動素子102aを駆動するための信号を受信する。
第1配線部103bと第2配線部104bは駆動素子102aの間を通して配線するため、例えば本実施形態において配線幅は80μm程度となる。第1電極端子部103c及び第2電極端子部104cで構成される接続部102cは、封止体700によって覆われて封止されるとともに、マスクプレート600によって覆われる。
第2電極端子部104cは、X軸方向において複数並列する第1電極端子部103cの両側に配される。各第1電極端子部103cの間隔は、ノズル101が千鳥配列されているのでノズル101のX軸方向の間隔170μmと同じとなり、第1電極103の配線幅に比べて第2電極端子部104cのX軸方向の幅を広くすることができる。このため外部駆動回路との接続が容易になっている。外部駆動回路は、例えば画像信号に従って第1電極103に選択的に電圧を印加するICであり、外部駆動回路により選択された第1電極103と第2電極104間に電圧を印加して駆動素子102aを動作させ、ノズル101からインクを吐出する。
保護層110は、駆動部102が形成された振動板106上に形成される。保護層110の膜厚は1μm〜50μmの範囲が好ましい。一例として本実施形態の保護層110は、ポリイミドにて膜厚3μmに形成される。保護層110は、駆動素子102aや配線部102bを覆うが、接続部102c上には形成されていない。例えば保護層110は、振動板106の吐出側の面のうち、接続部102cを構成する電極端子部103c,104cを除く領域に形成される。保護層110上に撥インク膜114が成膜されている。
撥インク膜114は、液状の撥インク膜材料によって形成され、保護層110上の所定箇所に成膜される。撥インク膜114は、少なくとも駆動素子102aを覆う所定の領域に形成され、撥インク膜114は、駆動素子102aや配線部102bの少なくとも一部を覆う一方で、接続部102c上には形成されていない。例えば本実施形態においては、撥インク膜114は、駆動基板100上の一端側の端縁から、マスクプレート600の端縁付近に至る領域に形成されている。撥インク膜114は、インクが保護層110上に留まるのを防ぎ、保護層110に付着したインクをノズル101へ戻す役割をする。
撥インク膜114の材料は、撥液性を有するシリコン系撥液材料、フッ素含有系有機材料であり、実施形態においては市販の旭硝子社製のフッ素含有系有機材料であるサイトップ(登録商標)を用いた。撥インク膜114の膜厚は1μmとした。
封止体700は、接続部102c上に配される封止剤によって構成される。封止体700は、保護層110から吐出側に露出する接続部102cとしての電極端子部103c,104c上に、異方性導電フィルム501を介してフレキシブル配線基板500が接合された接合部分を覆い、封止する。封止剤として、例えばインクに対して耐性があり、かつ拭き操作に耐えうる硬度のあるエポキシ系樹脂やシリコン系シール剤等が用いられる。
マスクプレート600は、インクジェットヘッド31の外郭の一部を構成する。マスクプレート600は、例えばSUS材等の金属材料で構成された板部材が曲成されて構成される。マスクプレート600は、駆動基板100の吐出面100a上の所定領域を覆うトッププレート部601と、駆動基板100の外周に配されるサイドプレート部602とを一体に有する断面L字状に構成される。マスクプレート600の表面には撥水処理が施されている。マスクプレート600は、トッププレート部601が封止体700を挟んで接続部102cとフレキシブル配線基板500(配線基板)が電気的に接続される接続部分の吐出面100a側を覆うとともに、サイドプレート部602が圧力室ベース200、セパレートプレート300、流路ベース400の周縁部において、フレキシブル配線基板500を覆う。マスクプレート600によって、封止体700の形状が規定される。
マスクプレート600の、少なくともトッププレート部601の吐出側の表面は平坦に形成されている。例えば、後述する製造工程において、マスクプレート600と、振動板106との位置関係を設定することにより、インクジェットヘッド31の吐出面100aの段差が規定できる。例えば本実施形態において、マスクプレートの厚さが0.1mmであり、トッププレート部601の吐出側の面と駆動素子102a上の撥インク膜114の表面との段差は、0.1〜0.2mmであり、封止体700の高さ寸法は数十ミクロンに抑えられている。封止体700は、全部あるいは大部分がマスクプレート600と駆動基板100との間の隙間に配され、マスクプレート600のトッププレート部601の吐出側の面よりも、吐出側とは反対側、すなわち圧力室側に、退避した位置関係となる。
圧力室ベース200は、シリコンウエハにより形成される矩形のブロック状部材であり、例えば厚さ300μmに構成されている。圧力室ベース200には、複数のノズル101に対応する位置に、複数の圧力室201がそれぞれ形成されている。圧力室201は例えば円柱状の空間であり、ノズル101に連通する。各圧力室201は、印刷媒体(例えば、用紙、プラスチックフィルム、など)に画像を印刷するためのインクを保持し、容積変動により、対応するノズル101内にインクを供給する。
セパレートプレート300は、金属製の板状部材であり、圧力室ベース200の、駆動基板100とは反対側の面に積層して配される。セパレートプレート300は、例えばステンレスで厚さ200μmの矩形の板状に構成される。セパレートプレート300には、圧力室201に繋がる貫通孔である絞り部301が形成されている。絞り部301の形状は、それぞれの圧力室201へのインク絞りの流体抵抗がほぼ同程度になるように構成される。絞り部301は、圧力室201内に発生した圧力を閉じ込めて、共通室402へ圧力が逃げることを防ぐ役割を果たす。そのため、絞り部301の直径は、圧力室201の直径に対して1/4以下の大きさでもよい。
流路ベース400は例えば厚さ4mmのステンレス板で構成される。流路ベース400は、共通室402と、インク供給口403と、インク排出口404と、を有する。
共通室402は、例えばセパレートプレート300対向する面に形成される凹部で構成される。共通室402は例えば全ての圧力室201を含む領域に対向する部位に形成され、全ての圧力室201にインクを供給可能に連通している。すなわち、共通室402は絞り部301を通して同時にすべての圧力室201へインクを供給可能な大きさになっている。
インク供給口403及びインク排出口404は、共通室402に連通するとともに流路ベース400を厚さ方向に貫通する貫通孔である。インク供給口403とインク排出口404は共通室402の両端付近にそれぞれ配置されている。
圧力室ベース200、セパレートプレート300、流路ベース400はノズル101、圧力室201が所定の位置関係を保つように、エポキシ接着剤で固定されている。
以上のように構成されたインクジェット装置1のヘッドユニット30において、インクタンク32のインクは供給流路33aを通ってインク供給口403から共通室402に供給される。共通室402のインクは絞り部301を介して各圧力室201に流れ、各ノズル101に満たされる。インク供給口403から供給されるインクは適切な負圧となるように保たれている。ノズル101内のインクはノズル101から漏れることなく保たれる。そして駆動基板100の圧力室201に対応する部分の変形によって、各圧力室201内のインクに圧力変化が発生し、各ノズル101からインクを吐出する。共通室402のインクは、インク排出口404から回収流路33bに排出され、インクタンク32に戻り、インクタンク32とインクジェットヘッド31との間でインクが循環させられる。共通室402を通してインクが循環することにより、共通室402内のインク温度を一定に保つことができる。
次に、図2乃至図7に基づいて、インクジェットヘッド31の製造方法について説明する。図7は、インクジェットヘッド31の製造方法を示す説明図であり、熱圧着による配線接続処理を示す。
駆動基板100は、インクジェットヘッド31を構成する材料の薄膜形成またはスピンコーティングによって形成する。なお、本実施形態においては、圧力室ベース200上に振動板106を成膜した構成を示している。駆動基板100を形成するために、鏡面研磨されたシリコンウエハを圧力室ベース200に用いる。駆動基板100を作成するプロセスにおいて、加熱、薄膜の成膜を繰り返すため、耐熱性のあるシリコンウエハを利用する。シリコンウエハは、例えばSEMI(Semiconductor Equipment and Materials International)規格に準じた、厚さ100〜775μmの平滑化されたものである。シリコンウエハの代わりに、耐熱性があるセラミックス、石英あるいは各種金属の基板を使うことも可能である。
振動板106は、シリコンウエハを酸素雰囲気で加熱処理することによりシリコンウエハの表面に成膜される熱酸化SiO2膜(二酸化ケイ素)を用いる。圧力室ベース200上の全面に膜厚4μmの成膜を行った。振動板106の形成は、熱処理の他に、CVDなどの化学的気相成長法を用いても良い。
第1電極103は、Pt(白金)/Ti(チタン)薄膜で形成される。薄膜の成膜はスパッタリング法を用い、膜厚0.1μmとした。第1電極103の他の電極材料として、Ni(ニッケル)、Cu(銅)、Al(アルミニウム)、Ti(チタン)、W(タンタル)、Mo(モリブデン)、Au(金)などを利用することも可能である。他の成膜法として、蒸着、鍍金を用いることも可能である。第1電極103の望ましい膜厚は0.01〜1μmである。
圧電体膜108は、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)を用いてRFマグネトロンスパッタリング法により成膜される。他の材料としては、PTO(PbTiO3:チタン酸鉛)PMNT(Pb(Mg1/3Nb2/3)O3−PbTiO3)、PZNT(Pb(Zn1/3Nb2/3)O3−PbTiO3)、ZnO、AlNなどを用いることも可能である。他の製法としては、CVD法、ゾルゲル法、AD法(エアロゾルデポジション法)、水熱合成法などを用いることも可能である。圧電体膜の厚さは、圧電特性と絶縁破壊電圧などによって決定される。圧電体膜の厚さは、概ね0.1μmから5μmの範囲であり、2μmとした。PZT薄膜は成膜すると、第1電極103から膜厚方向に沿って、分極が発生する。すなわち、PZT膜は振動板106の面に対して法線方向に分極する。
第2電極104は、Pt(白金)薄膜で形成される。薄膜の成膜はスパッタリング法を用い、膜厚0.1μmとした。第2電極104の他の電極材料として、Ni、Cu、Al、Ti、W、Mo、Auなどを利用することも可能である。他の成膜法として、蒸着、鍍金を用いることも可能である。第2電極104の望ましい膜厚は0.01〜1μmである。
第1電極103、圧電体膜108、第2電極104を成膜した後に、駆動素子102aを構成する第2電極部104a,圧電体膜108、第1電極部103a、第1配線部103b、及び第1電極端子部103cに適した形状に各膜をパターニングする。パターニングは、例えば、電極膜上にエッチングマスクを作り、エッチングマスクで被覆された部分以外の電極材料をエッチングによって除去することにより行う。エッチングマスクは、感光性レジストを電極膜上に塗布した後に、プリベークを行い、所望のパターンが形成されたマスクを用いて露光し、現像工程を経てポストベークを行うことにより、形成される。
圧電体膜108のパターンは外径140μmの円形に構成される。例えば、第1電極部103aは、圧電体膜108の外径より大きく、外径150μmの円形パターンに形成される。第2電極部104aは、圧電体膜の外径より小さく、外径128μmの円形パターンに形成される。すなわち、表面積の大きさが第1電極部103a≧圧電体膜108≧第2電極部104aとなる。円形の圧電体膜108の中心にノズル101が形成されるため、圧電体膜108の中心から同心円で直径40μmの電極膜がない部分が形成され、振動板106が露出する。
絶縁膜109は、第1電極103と第2電極104の絶縁を保つために、圧電体膜108と第2電極104の表面上であって、第1電極103と重なる所定箇所に形成される。絶縁膜109の厚みは0.5μm、材料はSiO2とした。成膜は良好な絶縁性を低温で成膜できるCVD法を用いた。絶縁膜109が駆動素子102aを覆う量は、圧電体膜108の変形量を阻害しない程度とした。
続いて、振動板106、絶縁膜109上に第2電極部104aに繋がる第2配線部104b及び第2電極端子部104cをスパッタリング法によって形成する。この配線部は、第2電極104の一部を構成し、材料は膜厚0.3μmのAuとなった。第2配線部104bの他の成膜材料として、Cu、Al、Ag、Ti、W、Mo、Pt、Auを利用することができる。第2電極104配線部の他の成膜方法として、真空蒸着、鍍金などを利用することができる。第2配線部104bの膜厚は0.01〜1μmの範囲が好ましい。このとき、第1電極部103a、圧電体膜108、第2電極部104aの積層構造の外周部は、下側から上側に向けて径が徐々に小さくなり、テーパー角を緩く加工するため、駆動素子102aの外周にある絶縁膜109上を越える第2電極104の配線部104bがほぼ直角に屈曲されることが防止され、断線を抑えることができる。
保護層110は、振動板106、第1電極103、第2電極104、絶縁膜109上に成膜される。保護層110は、例えばポリイミドから膜厚3μmに形成する。保護層110は、ポリイミド前駆体を含有した溶液をスピンコーティング法によって成膜した後に、ベークによって熱重合と溶剤除去を行って形成される。スピンコーティング法で成膜することにより、振動板106上に形成された駆動素子102a、第1電極103、第2電極104を被覆して、表面が平滑な膜が形成される。他の成膜方法として、CVD、真空蒸着、鍍金などを利用することができる。
実施形態においては、振動板106のSiO2膜のヤング率は80.6GPa、保護層110のポリイミド膜のヤング率は10.9GPaであり、ヤング率は69.7GPaの差があるため、同じ力に対して保護層110の変形量は、振動板106の変化量と比較して大きくなる。そのため、駆動素子102aが電界方向と直交する方向に縮んだ場合、振動板106は圧力室201の容積を縮小させる方向に変形する。反対に、駆動素子102aが電界方向と直交する方向に伸びた場合、振動板106は圧力室201の容積を拡大させる方向に変形する。振動板106と保護層110のヤング率の差が大きい程、同じ電圧を駆動素子に印加した時、振動板の変形量の差が大きくなる。そのため、振動板106と保護層110のヤング率の差が大きい方が、より低い電圧でインク吐出が可能となる。尚、上述したように、板の変形量は、板材料のヤング率だけでなく、板厚も影響する。そのため、振動板106と保護層110の変形量に差をつける場合は、材料のヤング率だけでなく、それぞれの膜厚も考慮する必要がある。振動板106と保護層110の材料のヤング率が同じでも、膜厚に違いがあれば、駆動素子102aを駆動させる電圧は高くなるが、インク吐出は可能である。
その他、保護層110の材料選択においては、耐熱性、絶縁性、熱膨張係数、平滑性、インクに対する濡れ性も考慮する。絶縁性に関して、高導電率インクをインクジェットヘッド31に供給する場合には、電気分解によるインク劣化を防止するため、保護層110として高抵抗率の材料を選択することが望ましい。なお、保護層110は、ポリイミドに代えて、樹脂材料として、ABS(アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン)、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエーテルサルフォンなどのプラスチック材を利用することも可能である。また、セラミック材料としてジルコニア、炭化ケイ素、窒化ケイ素、チタン酸バリウム、などの窒化物、酸化物を利用可能である。また、保護層110の他の成膜方法として、CVD、真空蒸着、鍍金などを利用することができる。保護層110の膜厚は1μm〜50μmの範囲が好ましい。
保護層110を形成した後にドライエッチングを行い、異方性導電フィルム501が配される例えば四角形状の所定の領域において保護層110を除去する。
上記説明中、エッチング方法として、薬液を用いるウェットエッチング法、プラズマを用いるドライエッチング法を適宜選択した。絶縁膜、電極膜、圧電体膜などの材料によって、エッチング方法やエッチング条件を変えて加工を行った。各感光性レジスト膜によるエッチング加工が終了した後、残った感光性レジスト膜は溶解液によってレジスト除去を行った。
撥インク膜114は、保護層110上に液状の撥インク膜材料がスピンコーティングによって成膜され、形成される。撥インク膜114の材料は、撥液性を有するシリコン系撥液材料、フッ素含有系有機材料であり、実施形態においては市販の旭硝子社製のフッ素含有系有機材料であるサイトップ(登録商標)を用いた。撥インク膜114の膜厚は1μmとした。
撥インク膜114の成膜時に撥インク材料が両端子部103c,104cに付着するのを防止するため、第1電極端子部103cと第2電極端子部104cの領域に、接着強度が脱着容易な樹脂性のテープ部材をカバーテープとして貼付してもよい。
次に、圧力室201のパターニング方法について説明する。化学機械研磨(Chemical Mechanical Polishing:CMP)用の裏面保護テープを撥インク膜114と保護層110上に貼って圧力室ベース200を上下反転する。シリコン基板専用のDeep−RIEと呼ばれる垂直深堀ドライエッチング加工技術を用いて、エッチングマスク以外のシリコンを除去することで圧力室201を形成した。圧力室201は直径190μmの円柱形状であり、圧力室201の中心位置とノズル101の中心位置がほぼ一致する。
圧力室201の中心位置と、対応するノズル101の中心位置がずれた構成のインクジェットヘッド31でも、圧力室201内に発生する圧力によって、ノズル101からインクを吐出させることは可能である。1つの圧力室201の円形断面の中心と、対応するノズル101の中心が一致しているインクジェットヘッド31は、一致していないインクジェットヘッド31に比べインクの吐出方向を均一化できる。
このシリコン基板専用のDeep−RIEは、エッチングガスにSF6(六フッ化硫黄)を用いるが、SF6ガスは、振動板106のSiO2膜や保護層110のポリイミド膜に対してはエッチング作用を及ぼさない。そのため、圧力室201を形成するシリコンウエハのドライエッチングの進行は、振動板106でストップされる。すなわち、振動板106のSiO2膜は、Deep−RIEエッチングのストップ層の役割をする。圧力室201を圧力室ベース200に形成すると、圧力室201とノズル101は連通する。ノズル101は振動板106、保護層110、内に形成されている。この構成により、第1電極103と第2電極104に電圧を印加して駆動素子102aを動作させ、ノズル101を通してインクを吐出することが可能になる。
次に、セパレートプレート300と流路ベース400をエポキシ樹脂で接着した。セパレートプレート300と流路ベース400を接着後、圧力室ベース200にセパレートプレート300をエポキシ樹脂で接着した。
圧力室ベース200にセパレートプレート300と流路ベース400を接着した後に、裏面保護テープ側から紫外線照射を行うことにより、保護テープの接着強度を弱めて剥がした。
次に、図7に示すように、圧力室ベース200を外部駆動回路に接続するため、第2電極端子部104cと各第1電極端子部103cに、異方性導電フィルム(Anisotropic Conductive Film:ACF)501を介して、外部駆動回路に繋がるフレキシブル配線基板500を接続する。異方性導電フィルム501は、熱硬化性樹脂に微細な金属粒子を混ぜ合わせたものを、膜状に成型した導電性フィルムである。実装させる際、フレキシブル配線基板500の電極部分と電極端子部103c、104c付近の保護層110との間に異方性導電フィルム501を挟み、例えば、ヒーターなどで熱をかけながらゴムなどの弾力を持ったパッドで駆動基板100を加圧し、熱圧着する。熱圧着により、異方性導電フィルム501が変形し、保護層110がエッチングされた空間に異方性導電材料が入り込み、電極端子部103c,104cに至る。異方性導電フィルム501において、フレキシブル配線基板500の電極端子部500aが当るフィルム部のみに圧力がかかると、異方性導電フィルム501内に分散している導電粒子501aが接触しながら重なり、やがて押し付けられることで異方性導電フィルム501内の導電粒子501aのメッキ層同士が引っ付きあうことで導電する経路を形成する。したがって、熱圧着により、異方性導電フィルム501内の導電粒子501aを介して、フレキシブル配線基板500と電極端子部103c,104cが、電気的に導通する。圧力がかからなかったフィルム部にある導電粒子501aは絶縁層を保持しているため、横に並ぶ電極間の絶縁は保持される。すなわち縦方向には導電性で横方向には絶縁性が保たれる異方性が形成される。そのため、異方性導電フィルム501を用いた実装は、横方向の電極同士の間隔が狭くても短絡を起こさずに電子部品を実装できるメリットがある。また、異方性導電フィルム501を用いた実装は、はんだに比べて実装時の処理温度が低く、180°C前後での低温実装が可能となっている。
また、第1実施形態において、インクが接続部102cに染み込まないようにするため、ノズル101のインク吐出部101aに近接する接続部102cの縁部を、封止体700によって封止するとともに、封止体700上を覆うマスクプレート600を設ける。
具体的には、例えば、マスクプレート600を駆動基板100に接合する際、マスクプレート600の内側に封止剤を塗布して封止体700を形成し、駆動基板100と固定する。あるいは、駆動基板100とフレキシブル配線基板500の接続部付近に封止剤を予め塗布して封止体700を形成し、マスクプレート600を当該封止体700上に被せて圧着固定しても良い。
マスクプレート600として、撥水処理を行ったステンレス板を用いた。撥水処理については、例えば以下の2通りがある。1つ目の例は、マスクプレート600全体を撥水剤液(例えば速乾性のもの)へ単純にディッピングする。2つ目の例は、マスクプレート600の外側表面のみに撥水剤液(例えば速乾性のもの)を塗布する。撥水材液が乾燥すると、マスクプレート600の外側表面に撥水膜が形成される。
本実施形態にかかるインクジェットヘッド31及びインクジェット装置1によれば、吐出面100aにおける段差のばらつきが抑制できる。すなわち、インクジェットヘッド31の接続部102cにおいて、インク吐出部101aに近接する電極端子部103c、104cの縁部が封止体700によって確実に封止されるとともに、封止体700がマスクプレート600に挟まれることにより、封止剤が固まって形成される封止体700の高さのバラつきが抑えられる。すなわち、封止体700が、平坦に構成されたトッププレート部601で覆われることにより、吐出面100aにおける、段差の高さを規定でき、低く抑えることが可能である。したがって、記録媒体との位置関係を規定することができ、高い印刷精度を確保することが可能となる。
[第2実施形態]
以下、第2実施形態にかかるインクジェットヘッド131の構成ついて、図8を参照して説明する。なお、第2実施形態にかかるが、その他の構成については上記第1実施形態にかかるインクジェットヘッド31と同様であるため、説明を省略する。
本実施形態にかかるインクジェットヘッド131は、マスクプレート600が撥インク膜114の縁部まで延出しており、封止体700が撥インク膜114の一部を覆っている。具体的にはトッププレート部601のノズル側の端縁が、駆動素子102aの近傍の、撥インク膜114が形成されている領域にまで、延出している。また、封止体700は、接続部102cを覆うとともに、撥インク膜114の縁部に至る領域に配されている。言い換えると、インクジェットヘッド131は、撥インク膜114が、マスクプレート600に至る領域に形成され、撥インク膜114と封止体700とによって、駆動基板100の吐出側の全面が覆われる。本実施形態においても、封止体700の全部あるいは大部分はマスクプレート600のトッププレート部601と、保護層110との間の隙間に配されており、封止体700が、マスクプレート600の吐出側の表面よりも、圧力室側に退避した位置関係となる。本実施形態において、撥インク膜114と封止体700は、保護層110へ水分が浸透することを防ぐ隔離層の役割を果たす。
本実施形態にかかるインクジェットヘッド131においても、上記第1実施形態にかかるインクジェットヘッド31と同様に、接続部102cにおいて、封止体700の吐出側を覆うマスクプレート600を設けたことにより、吐出面100aの段差の高さを規制することが可能である。さらに、本実施形態にかかるインクジェットヘッド131は、マスクプレート600の縁部が撥インク膜114に至る領域を覆う構成により、第1電極103と第2電極104の配線部における水分侵入を防ぎ、電極間の絶縁信頼性を高めることができる。すなわち、保護層110が親水性の高い窒化物、酸化物など、かつ疎水性が低い材料とする場合にあっても、撥インク膜114と電極端子部103c、104cとの間において空気中の水分や吐出した液体の水分が保護層110に浸透することを防止でき、腐食を防止できる。
なお、本発明は上記各実施形態の例に限られるものではなく、各部の材質、形状、製法は適宜変更して実施可能である。例えば、圧力室ベース200、セパレートプレート300、流路ベース400の材料は、シリコンウエハ、ステンレスに限定されない。圧力室ベース200、セパレートプレート300、流路ベース400等の構造体は駆動基板100の膨張係数との差を考慮して、圧力室201内で発生するインク吐出圧力に影響しない範囲で他の材料にすることも可能である。例えば、セラミック材料としてアルミナ、ジルコニア、炭化ケイ素、窒化ケイ素、チタン酸バリウム、などの窒化物、酸化物を利用可能である。また、樹脂材料として、ABS(アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン)、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエーテルサルフォン、ポリプロピレンなどのプラスチック材を利用することも可能である。また、金属材料(合金)を用いることも可能であり、代表的な材料としては、アルミ、チタン、などの材料が挙げられる。
マスクプレート600の材料は、上記実施形態の例に限らず、セラミックス、ガラス、石英、樹脂、または金属のような他の材料によって形成されても良い。また、マスクプレート600は、例えばトッププレート部601とサイドプレート部602を有する「L」型に限らず、開口部を有するプレート、駆動基板100の周辺をすべてカバーするような形状であっても良い。
なお、絞り部301は、圧力室201の直径や深さなどの設計によっては不要である。
以上述べた少なくとも一つの実施形態によれば、封止体700上を覆うマスクプレート600を備えることにより、吐出面100aの段差のばらつきを抑制できるインクジェットヘッド及びインクジェット装置を提供できる。
また、上記実施形態においては、液体吐出装置はインクジェット装置に用いられる例を示したが、これに限られるものではない。例えば3Dプリンタ、産業用の製造機械、医療用途にも用いることが可能である。
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…インクジェット装置、11…筐体、11a…排出口、12…媒体供給部、12a…給紙カセット、13…画像形成部、14…媒体排出部、14a…排紙トレイ、15…搬送装置、16…制御部、16a…CPU、17…支持部、18…搬送ベルト、18a…保持面、19…支持プレート、20…ベルトローラ、21a〜21h…ガイドプレート対、22a〜22h…搬送用ローラ、22a…給紙ローラ、22b〜22g…搬送ローラ対、22h…排出ローラ対、30…ヘッドユニット、31…インクジェットヘッド、32…インクタンク、33…接続流路、33a…供給流路、33b…回収流路、34…循環ポンプ、100…駆動基板、100a…吐出面、101…ノズル、101a…インク吐出部、102…駆動部、102a…駆動素子、102b…配線部、102c…接続部、103…第1電極、103a…第1電極部、103b…第1配線部、103c…第1電極端子部、104a…第2電極部、104b…第2配線部、104c…第2電極端子部、106…振動板、108…圧電体膜、109…絶縁膜、110…保護層、114…撥インク膜、131…インクジェットヘッド、200…圧力室ベース、201…圧力室、300…セパレートプレート、301…絞り部、400…流路ベース、402…共通室、403…インク供給口、404…インク排出口、500…フレキシブル配線基板、501…異方性導電フィルム(ACF)、600…マスクプレート、601…トッププレート部、602…サイドプレート部、700…封止体。

Claims (5)

  1. 液体を吐出するノズルに連通する圧力室を駆動する駆動素子と、前記駆動素子に接続される接続部と、を有する駆動基板と、
    前記駆動基板の前記接続部の吐出側に配される封止体と、
    前記封止体を挟んで前記接続部の吐出側に対向配置されるマスクプレートと、
    を備える、液体吐出ヘッド。
  2. 前記駆動素子は、圧電体膜と、前記圧電体膜に積層されるとともに配線を介して前記接続部に電気的に接続される電極部と、を備え、
    前記駆動基板は、前記駆動素子が形成される振動板と、前記駆動素子の吐出側を覆う保護層と、を備え、
    前記接続部は、前記駆動素子の前記電極部に電気的に接続される端子部であり、
    前記接続部と前記マスクプレートとの間において、前記接続部に配線基板が接続され、
    前記マスクプレートの吐出側の表面が前記封止体よりも前記吐出側に位置する、請求項1に記載の液体吐出ヘッド。
  3. 前記駆動基板は、前記ノズルから前記封止体に至る領域に配され前記駆動素子の吐出側を覆う撥インク膜を備える、請求項1または請求項2に記載の液体吐出ヘッド。
  4. 前記駆動基板の前記吐出側とは反対側に配され、前記圧力室を有する圧力室ベースと、
    前記圧力室ベースの前記吐出側とは反対側に配され、前記圧力室に連通する共通室を有する流路ベースと、を備え、
    前記マスクプレートは、前記接続部の前記吐出側に対向配置されるトッププレート部と、前記駆動基板、前記圧力室ベース、及び前記流路ベースが積層された構造体の外周に配されるサイドプレート部と、を一体に備える、請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
  5. 液体を吐出するノズルに連通する圧力室を駆動する駆動素子と、前記駆動素子に接続される接続部と、を有する駆動基板と、
    前記駆動基板の前記接続部の吐出側に配される封止体と、
    前記封止体を挟んで前記接続部の吐出側に対向配置されるマスクプレートと、
    を備える、液体吐出ヘッドと、
    前記液体吐出ヘッドへ接続され、液体を収容する液体タンクと、
    を備える、液体吐出装置。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2024099377A (ja) * 2023-01-12 2024-07-25 株式会社リコー 液体吐出ヘッド及び液体を吐出する装置

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1016240A (ja) * 1996-07-08 1998-01-20 Ricoh Co Ltd インクジェットヘッド及びインクジェット記録装置
US20050200660A1 (en) * 2004-03-15 2005-09-15 Laurer Jonathon H. Ink jet printer with extended nozzle plate and method
US20060027937A1 (en) * 2004-08-06 2006-02-09 Brad Benson Electrical contact encapsulation
JP2006289919A (ja) * 2005-04-15 2006-10-26 Canon Inc 液体吐出ヘッドおよびその製造方法
JP2008120056A (ja) * 2005-12-15 2008-05-29 Canon Inc 液体吐出ヘッド及び該液体吐出ヘッドの製造方法
JP2013166254A (ja) * 2012-02-14 2013-08-29 Toshiba Tec Corp インクジェットヘッド及びインクジェットヘッドの製造方法
JP2014151469A (ja) * 2013-02-05 2014-08-25 Seiko Epson Corp 液体吐出ヘッド及び液体吐出装置
JP2015009448A (ja) * 2013-06-28 2015-01-19 東芝テック株式会社 インクジェットヘッド及びインクジェット記録装置
JP2017030370A (ja) * 2012-02-27 2017-02-09 東芝テック株式会社 ノズルプレート及びインクジェットヘッド
JP2018020537A (ja) * 2016-08-05 2018-02-08 東芝テック株式会社 インクジェットヘッド
JP2018051937A (ja) * 2016-09-29 2018-04-05 エスアイアイ・プリンテック株式会社 液体噴射ヘッドおよび液体噴射記録装置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3484956B2 (ja) * 1997-11-25 2004-01-06 セイコーエプソン株式会社 圧電体素子の製造方法
JP2006159831A (ja) 2004-12-10 2006-06-22 Canon Inc フレキシブル配線基板とその製造方法、およびインクジェット記録ヘッド
JP4697207B2 (ja) * 2007-09-21 2011-06-08 Tdk株式会社 サーマルヘッドおよび印画装置
JP5679713B2 (ja) * 2010-07-07 2015-03-04 キヤノン株式会社 液体吐出ヘッド及び液体吐出ヘッドの製造方法
JP5732428B2 (ja) 2012-04-17 2015-06-10 東芝テック株式会社 インクジェットヘッド
JP6234255B2 (ja) 2014-02-03 2017-11-22 キヤノン株式会社 液体吐出ヘッドの製造方法および液体吐出ヘッド
JP6504348B2 (ja) * 2015-03-16 2019-04-24 セイコーエプソン株式会社 ヘッド及び液体噴射装置
JP6418023B2 (ja) * 2015-03-24 2018-11-07 ブラザー工業株式会社 液体吐出装置の製造方法
JP2017196800A (ja) * 2016-04-27 2017-11-02 東芝テック株式会社 インクジェットヘッドおよびインクジェット記録装置
JP6891033B2 (ja) * 2017-04-21 2021-06-18 キヤノン株式会社 液体吐出ヘッド

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1016240A (ja) * 1996-07-08 1998-01-20 Ricoh Co Ltd インクジェットヘッド及びインクジェット記録装置
US20050200660A1 (en) * 2004-03-15 2005-09-15 Laurer Jonathon H. Ink jet printer with extended nozzle plate and method
US20060027937A1 (en) * 2004-08-06 2006-02-09 Brad Benson Electrical contact encapsulation
JP2008511130A (ja) * 2004-08-06 2008-04-10 ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル.ピー. 電気接点の封止
JP2006289919A (ja) * 2005-04-15 2006-10-26 Canon Inc 液体吐出ヘッドおよびその製造方法
JP2008120056A (ja) * 2005-12-15 2008-05-29 Canon Inc 液体吐出ヘッド及び該液体吐出ヘッドの製造方法
JP2013166254A (ja) * 2012-02-14 2013-08-29 Toshiba Tec Corp インクジェットヘッド及びインクジェットヘッドの製造方法
JP2017030370A (ja) * 2012-02-27 2017-02-09 東芝テック株式会社 ノズルプレート及びインクジェットヘッド
JP2014151469A (ja) * 2013-02-05 2014-08-25 Seiko Epson Corp 液体吐出ヘッド及び液体吐出装置
JP2015009448A (ja) * 2013-06-28 2015-01-19 東芝テック株式会社 インクジェットヘッド及びインクジェット記録装置
JP2018020537A (ja) * 2016-08-05 2018-02-08 東芝テック株式会社 インクジェットヘッド
JP2018051937A (ja) * 2016-09-29 2018-04-05 エスアイアイ・プリンテック株式会社 液体噴射ヘッドおよび液体噴射記録装置

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