JP5425850B2 - インクジェットヘッド - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、圧電部材に形成された圧力室により、インク室内のインクをノズルから吐出させるインクジェットヘッドに関する。

シェアモードシェアードウォール型インクジェットヘッドは、基板上に取り付けられる圧電部材を、基板に取り付けられた枠部材により囲い、さらにその上面をノズルパネルで覆うことにより、この圧電部材を含む空間をインク室として形成している。圧電部材には溝状の圧力室を形成する。すなわち、圧電部材には、動作時、インク室内のインクをノズルから吐出させる複数の圧力室を有する。これら圧力室には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。配線パターンには、インクジェットヘッドを制御する駆動ＩＣが接続される。この駆動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、圧力室を形成する圧電部材がシェアモード変形し、圧力室内のインクをノズルから吐出させる。

このようなシェアモード型のインクジェットヘッドは、圧力室内の電極及び配線パターンといった導電部が常にインクと接触する。このインクが水系インクの場合、導電部に電圧が印加されるとインク内の水が電気分解を起こし、電極の腐食や、インク内の水を介して短絡することが考えられる。

このような導電性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を形成する必要がある。

特開２００２−１２７４３１号公報

しかし絶縁膜の形成場所によっては、この絶縁膜の形成部分にインクが浸透して、剥がれが生じることがある。

本発明が解決しようとする課題は、絶縁膜の剥がれが生じることなく、導電部分をインクから有効に保護することができるインクジェットヘッドを提供することにある。

本発明の実施の形態によるインクジェットヘッドは、基板と、前記基板の表面に取り付けられ、複数の圧力室を有し、これら圧力室毎に設けられた電極を有する圧電部材と、前記基板の表面に形成され、前記各電極にそれぞれ接続された複数の導電部と、枠状をなし、前記基板の表面上に一体的に取り付けられ、枠の内側に前記圧電部材を含むインク室を形成する枠部材と、前記基板を表裏に貫通し、その一端は前記インク室内に開口するインク流通孔と、前記圧電部材及びその圧力室、前記電極及び導電部、及び前記枠部材を含む前記基板の表面、前記インク流通孔の内面、及びこのインク流通孔の他端開口を含む前記基板の裏面とに一体的に形成された絶縁膜と、前記枠部材の表面に形成された絶縁膜上に取り付けられて前記インク室を覆い、前記複数の圧力室にそれぞれ対向するノズルを有するノズルプレートと、前記基板の裏面にて、この裏面に形成された前記絶縁膜上に一体的に接着された、前記インク流通孔に通じるインク流路を有するマニホールドとを備えたことを特徴とする。

本発明の第１の実施の形態に係るインクジェットヘッドの斜視図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図１のＢ−Ｂ断面図である。 図３に対応する本発明の第１の実施の形態の変形例を示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係るインクジェットヘッドの断面図である。 本発明の第２の実施の形態の変形例を示す断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係るインクジェットヘッドの断面図である。 本発明の第３の実施の形態の変形例を示す断面図である。 本発明の第４の実施の形態に係るインクジェットヘッドの断面図である。 本発明の第４の実施の形態の変形例を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は第１の実施の形態にかかるインクジェットヘッドの全体構成を示す。図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は図１のＢ−Ｂ断面図である。

これらの図において、インクジェットヘッド１は、基板２と、基板２に接着された枠部材１２と、枠部材１２に接着されたノズルプレート１０と、枠部材１２の内側の位置で基板２に接着された一対の積層圧電部材4と、この積層圧電部材4を駆動するためのドライバＩＣ１７（図３）とを有している。基板２は、その表裏を貫通するそれぞれ複数のインク流通孔１３，１５を有する。このうち流通孔１５はインク供給孔となり、貫通孔１３はインク排出孔となる。また、基板２の裏面には、図３で示すようにマニホールド３が設けられている。このマニホールドは、基板２に設けられた流通孔（インク排出孔１３、インク供給孔１５）に通じるインク流路３ａ，３ｂを有する。このうち、インク排出孔１３に通じるものをインク排出路３ａと呼び、インク供給孔１５に通じるものをインク供給路３ｂと呼ぶ。

インクジェットヘッド１は、基板２、枠部材１２、およびノズルプレート１０で囲まれた空間を共通液室（インク室とも呼ぶ）１８としている。この共通液室１８は、後述する各圧力室１４と連通している。枠部材１２は、共通液室１８の少なくとも１つの壁部を構成する壁部構成部材でもある。

ノズルプレート１０は、ポリイミド製のフィルムで、インク室１８を含む枠部材１０を覆う面積の方形に形成されている。また、このノズルプレート１０は、複数のノズル９を含んでいる。

積層圧電部材４は、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）製の２枚の板状の圧電部材２を互いの分極方向を反対向きとなるように、図２で示す如く上下に張り合わせて形成されている。積層圧電部材４は、図３で示すように横断面が台形状に形成されている。積層圧電部材４は、その横断方向に沿って、表面を溝状に切削して形成される複数の圧力室１４（図２に示す）を有する。各圧力室１４の両側部には駆動素子となる側壁６が設けられている。積層圧電部材４は、ノズルプレート１０上の、図１で示すノズル９の配列方向と対応する位置関係で、基板２の表面上に接着される。すなわち、各圧力室１４および側壁６は、各ノズル９に対応して形成されている。

さらに、積層圧電部材４に形成された各圧力室１４の底部及び各側壁６の表面には電極極７が形成されている。これら電極７は、基板２上にプリントされた図３で示す電気配線（導電部とも呼ぶ）８の一端と接続されている。これら各電気配線８の他端は、枠部材１２の外側に設けられたヘッド駆動用のドライバＩＣ１７にＡＣＦ（異方導電性フィルム）２０を介して接続される。

また、基板２の、インク室１８が形成された表面部と、マニホールド３が設けられる裏面部とは、絶縁膜１６により覆われている。この絶縁膜１６は、圧電部材４及びその圧力室１４、電極７及び導電部８、及び枠部材１２を含む基板２の表面、インク流通孔１３、１５の内面、及び基板２の裏面の、インク流通孔１３，１５の他端開口を含む所定範囲に一体的に形成される。すなわち、絶縁膜１６は、溝状の圧力室１４内の電極７及び電気配線８上を含む基板２の表面側に形成されると共に、インク供給孔１５およびインク排出孔１３を通って基板２の裏面に達し、この基板２の裏面のマニホールド３で覆われる部分に成膜される。

ここで、マニホールド３は、基板２裏面の絶縁膜１６上に、接着剤１１により一体的に接着される。このとき、基板２裏面の絶縁膜１６の周縁端部が、図３で示すように、基板２に対するマニホールド３の接着面より外方に位置するか、或いは、図４で示すように、基板２に対するマニホールド３の接着面内に位置するように構成する。

また、基板２の表面側では、絶縁膜１６は、図３及び図４で示すように、枠部材１２を越えてその外側に達する範囲まで形成される。ただし、その周縁端部は、ACF２０の熱圧着部にかからない範囲で形成される。

このような構成のインクジェットヘッド１を図示しないプリンタに搭載して、このプリンタで印刷を行うには、ユーザがプリンタに対して印刷の指示をする。プリンタの制御部は、印字信号を、インクジェットヘッド１を駆動するドライバＩＣ１７に出力する。印刷信号を受けたドライバＩＣ１７は、駆動パルス電圧を、電気配線８および電極７を介して、圧力室１４の側壁６に印加する。

このインクジェットヘッド１は、所謂インク循環型のもので、インクを、インク室１８を介して図示しない循環路上で循環させている。すなわち、図示しないインク循環系によりインクがマニホールド３のインク供給路３ｂから、基板２に設けられたインク供給孔１５を通ってインク室１８内に供給される。このインクは、溝状の圧力室１４を通ってインク排出孔１３に流れ、マニホールド３のインク排出路３ａを経て図示しないインク循環系に流れている。

この状態で、前述した駆動パルス電圧により、圧力室１４の左右一対の側壁部分がシェアモード変形をして湾曲するように離反する。その後、この変形を初期状態に戻すことで、圧力室１４内の圧力を高め、この圧力室１４内を流れるインクをノズル９から吐出させ、印字を行っている。

このようなインクジェットヘッド１の製造方法を説明する。

インク供給孔１５およびインク排出孔１３が形成された基板２に一対の積層圧電部材４を接着する。このとき、一対の積層圧電部材４は、互いの距離が一定に維持されるとともに、基板２に対しても位置決めされ、接着される。

基板２に接着された積層圧電部材４の角部に研削加工または切削加工などを施して斜面を形成する。この加工によって、圧電部材１４は、図３に示すように横断面が台形状になる。

この積層圧電部材４に対して圧力室１４となる溝を横断方向に沿って複数形成する。この溝加工は、例えば、ＩＣウエハーの切断等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を用いる。

基板２の、積層圧電部材４を取り付けた表面側に全面Ｎｉめっきを施す。導体となる金属はＮｉに限らず、Ｃｕ、Ａｕなどでも良い。めっきを施す手法は真空蒸着法、スパッタリング法、メッキ法等であり、全面に形成する。

続いて、電極７及び電気配線８を形成するうえで不要な金属を除去する。除去する手法はレーザパターニング法、フォトリソグラフィ法がある。

基板２に枠部材１２を接着する。基板２と枠部材１２の接着は耐インク性のある熱硬化接着剤を用いる。

次に、絶縁膜１６を形成する。この工程では、ＣＶＤ（化学気相成長法）などを用いる。絶縁膜１６としては、例えば、パリレン樹脂（ポリ・パラ・キシリレン）を用いる。パレリン樹脂として、パレリンＣを用い、このパリレンＣを１〜１０μｍの厚さで成膜する。パリレン樹脂は付き周りが良く、圧力室１４内表面等を含め、ほぼ基板２全面に成膜される。このとき、パリレン樹脂を成膜したくない部位、例えば、枠部材１２より外側及び図３で示すドライバＩＣ１７の接続部については、マスキングテープ（例えば、ポリイミドテープ等）にて保護し、成膜後にマスキングテープを除去する。また、中空状態で成膜しなければならないため、基板２の裏側は、ジグを用いてマニホールド３の接着面の外側または接着面内で支えて保持する。ここで、成膜するパリレン樹脂はパリレンＣに限るものではなく、パリレンＤ、パリレンＮ等、パリレン全般であっても良い。

次に、レーザ照射して複数ノズル９を形成したノズルプレート１０を、枠部材１２及び圧電部材４に接着する。ノズルプレート１０と枠部材１２および圧電部材４との接着は、耐インク性のある熱硬化接着剤（エポキシ樹脂等）を用いる。また、ノズル９は圧力室１４に対して位置決めされ接着される。

基板２の表面側では、枠部材１２の外側において、ドライバＩＣ１７の接続部と基板２に形成された導電部８とを、ＡＣＦ（異方導電性フィルム）２０により、熱圧着接続させる。

最後に、基板２の裏面とマニホールド３を接着剤１１により接着する。この接着剤１１には耐インク性のある熱硬化接着剤を用いる。

このように構成したインクジェットヘッド１では、基板２の表面側では、絶縁膜１６の周縁端部が枠部材１２の外側に位置しており、また、基板２の裏面側では、絶縁膜１６の周縁端部が、マニホールド３内より外に位置しているため、これら周縁端部がインク室１８内やマニホールド３内のインクと接することはない。したがって、インクが絶縁膜１６と基板２との接着部に侵入して、この部分の絶縁膜１６を剥がすことはなく、インクに対する保護膜として有効に機能する。

次に、図５、図６で示す第２の実施形態を説明する。この実施の形態によるインクジェットヘッド１は、図３及び図４で示した第１の実施の形態のインクジェットヘッド１と重複する部分が多く、これらの部分には同じ符号を付して、その説明は省略する。

第２の実施形態でも、基板２の、インク室１８が形成される表面部と、マニホールド３が設けられる裏面部とは、絶縁膜１６により覆われている。この絶縁膜１６は、圧電部材４に形成された溝状の圧力室１４内の電極７及び電気配線８上を含む基板２の表面側に形成されると共に、インク供給孔１５およびインク排出孔１３を通って基板２の裏面に達し、この基板２の裏面のマニホールド３で覆われる部分に成膜される。

マニホールド３は、基板２の裏面にて、この裏面に形成された絶縁膜１６上に、接着剤１１により一体的に接着される。このとき、基板２の裏面に形成された絶縁膜１６の周縁端部は、図５で示すように、基板２に対するマニホールド３の接着面より外方に位置するか、或いは、図６で示すように、基板２に対するマニホールド３の接着面内に位置するように構成する。

この第２の実施の形態では、基板２の裏面に形成された絶縁膜１６の、図５で示す基板２に対するマニホールド３の接着面より外方に位置する周縁端部、或いは、図６で示す基板２に対するマニホールド３の接着面内に位置する周縁端部を、それぞれ絶縁膜上に接着するための接着剤１１により外部に対して一体的に覆っている。

このように構成することによりインクが外部に漏れているような場合であっても、絶縁膜１６の周縁端部が外部に漏れているインクと接することはない。したがって、インクが絶縁膜１６と基板２との接着部に侵入して、この部分の絶縁膜１６を剥がすことはなく、インクに対する保護膜として有効に機能する。

次に、図７、図８で示す第３の実施形態を説明する。上述した実施の形態は、いずれもインク循環型のインクジェットヘッドについての説明であったが、この第３の実施の形態は、非循環型のインクジェットヘッドについて実施した場合を説明している。

この非循環型のインクジェットヘッドにおいても、基板２の表面に、枠部材１２に囲まれた内部に圧電部材４を設け、上面がノズルプレート１０で覆われたインク室１８を形成し、基板２の裏面に、マニホールド３を設けることは、前述した実施の形態と同じである。

この第３の実施の形態では、基板の表裏を貫通するインク流通孔として、マニホールド３からインク室１８にインクを供給するインク供給孔１５のみを設けている。また、マニホールド３は、図示しないインク供給源に通じるインク供給路３ｂのみを有する構造となっている。その他の構造は、図３及び図４で示した第１の実施の形態と同じであり、基板２の、インク室１８が形成される表面部と、マニホールド３が設けられる裏面部と、これらを結ぶインク供給孔１５とを、絶縁膜１６により覆っている。この絶縁膜１６は、圧電部材４に形成された溝状の圧力室１４内の電極７及び電気配線８上を含む基板２の表面側に形成されると共に、インク供給孔１５を通って基板２の裏面に達し、この基板２の裏面のマニホールド３で覆われる部分に成膜される。

マニホールド３は、基板２の裏面にて、この裏面に形成された絶縁膜１６上に、接着剤１１により一体的に接着される。このとき、基板２の裏面に形成された絶縁膜１６の周縁端部は、図７で示すように、基板２に対するマニホールド３の接着面より外方に位置するか、或いは、図８で示すように、基板２に対するマニホールド３の接着面内に位置するように構成する。

このような構成のインクジェットヘッド１を図示しないプリンタに搭載して、このプリンタで印刷を行うには、前述の実施の形態と同様に、ユーザがプリンタに対して印刷の指示をする。プリンタの制御部は、印字信号を、インクジェットヘッド１を駆動するドライバＩＣ１７に出力する。印刷信号を受けたドライバＩＣ１７は、駆動パルス電圧を、電気配線８および電極７を介して、圧力室１４の側壁６に印加する。

このインクジェットヘッド１は、所謂インク非循環型のもので、インクは図示しないインク供給源から、マニホールド３のインク供給路３ｂ、及び基板２に設けたインク供給孔１５を通ってインク室１８内に供給され、溝状の圧力室１４内にもインクは満たされている。

この状態で、前述した駆動パルス電圧により、圧力室１４の左右一対の側壁部分がシェアモード変形して湾曲するように離反し、その後、この変形を初期状態に戻すことで、圧力室１４内の圧力を高め、この圧力室１４内のインクをノズル９から吐出させ、印字を行っている。

このようにインク非循環型に構成したインクジェットヘッドであっても、基板２の表面側では、絶縁膜１６の周縁端部が枠部材１２の外側に位置しており、また、基板２の裏面側では、絶縁膜１６の周縁端部が、マニホールド３内より外に位置しているため、これら周縁端部がインク室１８内やマニホールド３内のインクと接することはない。したがって、インクが絶縁膜１６と基板２との接着部に侵入して、この部分の絶縁膜１６を剥がすことはなく、インクに対する保護膜として有効に機能する。

次に、図９、図１０で示す第４の実施形態を説明する。この実施の形態によるインクジェットヘッド１は、図７及び図８で示した非循環型のインクジェットヘッド１に関するものであり、この第３の実施の形態と重複する部分が多いので、これら重複する部分には同じ符号を付して、その説明は省略する。

第４の実施の形態のインクジェットヘッドは、上述のように非循環型であり、基板２の表裏を貫通するインク流通孔として、マニホールド３からインク室１８にインクを供給するインク供給孔１５のみを設けている。基板２の、インク室１８が形成される表面部と、マニホールド３が設けられる裏面部とは、インク供給孔１５の表面を含んで絶縁膜１６により覆われている。この絶縁膜１６は、圧電部材４及び電気配線８上を含む基板２の表面側に形成されると共に、インク供給孔１５を通って、基板２の裏面のマニホールド３で覆われる部分にも成膜される。

マニホールド３は、基板２の裏面にて、この裏面に形成された絶縁膜１６上に、接着剤１１により一体的に接着される。このとき、基板２の裏面に形成された絶縁膜１６の周縁端部は、図９で示すように、基板２に対するマニホールド３の接着面より外方に位置するか、或いは、図１０で示すように、基板２に対するマニホールド３の接着面内に位置するように構成する。

この第４の実施の形態では、基板２の裏面に形成された絶縁膜１６の、図９で示す基板２に対するマニホールド３の接着面より外方に位置する周縁端部、或いは、図１０で示す基板２に対するマニホールド３の接着面内に位置する周縁端部を、それぞれ絶縁膜１６上に接着するための接着剤１１により外部に対して一体的に覆っている。

このように構成することによりインクが外部に漏れているような場合であっても、絶縁膜１６の周縁端部が外部に漏れているインクと接することはない。したがって、インクが絶縁膜１６と基板２との接着部に侵入して、この部分の絶縁膜１６を剥がすことはなく、インクに対する保護膜として有効に機能する。

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、その他のさまざま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。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、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
２…基板
３…マニホールド
３ａ…インク排出路（インク流露）
３ｂ…インク供給路（インク流露）
４…圧電部材
７…電極
８…導電部（電気配線）
９…ノズル
１０…ノズルプレート
１１…接着剤
１２…枠部材
１３…インク排出孔（インク流通孔）
１５…インク供給孔（インク流通孔）
１６…絶縁膜
１７…ドライバＩＣ
１８…インク室（共通液室）

Claims (6)

1. 基板と、
   前記基板の表面に取り付けられ、複数の圧力室を有し、これら圧力室毎に設けられた電極を有する圧電部材と、
   前記基板の表面に形成され、前記各電極にそれぞれ接続された複数の導電部と、
   枠状をなし、前記基板の表面上に一体的に取り付けられ、枠の内側に前記圧電部材を含むインク室を形成する枠部材と、
   前記基板を表裏に貫通し、その一端は前記インク室内に開口するインク流通孔と、
   前記圧電部材及びその圧力室、前記電極及び導電部、及び前記枠部材を含む前記基板の表面、前記インク流通孔の内面、及びこのインク流通孔の他端開口を含む前記基板の裏面とに一体的に形成された絶縁膜と、
   前記枠部材の表面に形成された絶縁膜上に取り付けられて前記インク室を覆い、前記複数の圧力室にそれぞれ対向するノズルを有するノズルプレートと、
   前記基板の裏面にて、この裏面に形成された前記絶縁膜上に一体的に接着された、前記インク流通孔に通じるインク流路を有するマニホールドと、
   を備えたことを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 前記基板に設けられたインク流通孔は、前記インク室へのインク供給孔とインク室からのインク排出孔の２種類であり、これらに通じるマニホールドのインク流路は、インク供給路とインク排出路の２種であ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. 前記基板に設けられたインク流通孔は、前記インク室へのインク供給孔であり、これに通じるマニホールドのインク流路は、インク供給路であ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。
4. 前記基板裏面形成された前記絶縁膜の周縁端部は、前記基板に対する前記マニホールドの接着面より外方に位置していることを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
5. 前記基板裏面形成された前記絶縁膜の周縁端部は、前記基板に対する前記マニホールドの接着面内に位置していることを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
6. 前記基板裏面形成された前記絶縁膜の周縁端部は、前記マニホールドを、前記絶縁膜上に接着する接着剤にて覆われていることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のインクジェットヘッド。

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