WO2018110035A1 - インクジェットヘッド及びインクジェット記録装置 - Google Patents

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WO2018110035A1
WO2018110035A1 PCT/JP2017/035735 JP2017035735W WO2018110035A1 WO 2018110035 A1 WO2018110035 A1 WO 2018110035A1 JP 2017035735 W JP2017035735 W JP 2017035735W WO 2018110035 A1 WO2018110035 A1 WO 2018110035A1
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WO
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pressure chamber
spacer member
actuator
inkjet head
ink
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PCT/JP2017/035735
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English (en)
French (fr)
Inventor
純 塚野
Original Assignee
コニカミノルタ株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads

Definitions

  • the present invention relates to an ink-jet head and an ink-jet recording apparatus, and more particularly to an ink-jet head and an ink-jet recording apparatus that are easily assembled by preventing deformation of a spacer member arranged without touching an actuator.
  • a spacer member is arranged near the actuator without touching the actuator.
  • the spacer member is used to secure a gap between the common ink chamber disposed on the actuator side of the pressure chamber and the actuator.
  • the spacer member has a plurality of parallel beam portions located between the actuators, and is configured in the shape of a blind. This spacer member is formed by etching a thin metal plate.
  • the spacer member is a bowl-shaped member having a plurality of crosspieces.
  • the crosspiece is extremely thin with a thickness of about 100 ⁇ m and a width of about several tens of ⁇ m, so it is fragile and easily deformed before being bonded to the pressure chamber substrate.
  • the beam portion may come into contact with the actuator and hinder the movement of the actuator, which may cause ink leakage. Therefore, by selecting and using a spacer member that is not deformed, the movement of the actuator and ink leakage are prevented from occurring.
  • the selection and use of the spacer member is a factor that complicates the manufacture of the inkjet head. Therefore, it is desirable to prevent the spacer member from being deformed before being bonded to the pressure chamber substrate.
  • a pressure chamber substrate formed by two-dimensionally arranging a plurality of pressure chambers; A plurality of actuators arranged corresponding to the pressure chambers and applying pressure to the pressure chambers; A plurality of nozzles for communicating the pressure chamber to the outside and discharging the liquid in the pressure chamber as droplets; A spacer member thicker than the thickness of the actuator, The spacer member is bonded to the pressure chamber substrate without being in contact with the actuator, and extends from one place to another place on the pressure chamber substrate and the actuator.
  • An inkjet head having a beam portion spaced apart from the beam portion. 2.
  • the spacer member has a conduction path communicating with a flow path for supplying a liquid into the pressure chamber, 2.
  • the base material part is a plurality of crosspieces located between the actuators, 4.
  • the inkjet head according to 1, 2 or 3, Ink supply means for supplying ink into the pressure chamber via the conduction path and the flow path; Control means for causing liquid droplets to be ejected from the nozzles and drawing on the recording medium while relatively moving the inkjet head and the recording medium in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the crosspieces of the base material portion;
  • An ink jet recording apparatus comprising:
  • an ink jet head and an ink jet recording apparatus in which the spacer member disposed without touching the actuator is prevented from being deformed and the assembly is facilitated.
  • FIG. 1 is a perspective view of an inkjet head according to the present invention.
  • 1 is a longitudinal sectional view of the ink jet head shown in FIG. 2 is an enlarged view of the configuration relating to one nozzle in the longitudinal sectional view shown in FIG. Plan view showing the configuration of the spacer member (V)-(v) longitudinal sectional view in FIG. 4 showing the structure of the spacer member (Vi)-(vi) longitudinal sectional view in FIG. 4 showing the configuration of the spacer member
  • the top view which shows other embodiment of a structure of a spacer member.
  • the top view which shows other embodiment of the principal part of a spacer member
  • 1 is a block diagram showing a configuration of an ink jet recording apparatus according to the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view of an inkjet head 1 according to the present invention. In FIG. 1, only one inkjet head 1 is shown. In general, an inkjet recording apparatus is equipped with a plurality of inkjet heads 1 for each color ink such as yellow (Y), magenta (M), cyan (C), and black (K).
  • Y yellow
  • M magenta
  • C cyan
  • K black
  • the inkjet head 1 includes a plurality of nozzles N that are two-dimensionally arranged on an emission surface P that is a plane. From these nozzles N, ink is ejected in a direction away from the ejection surface P (downward in FIG. 1).
  • a plane parallel to the emission surface P provided with the plurality of nozzles N is defined as an XY plane, and directions parallel to the XY plane and orthogonal to each other are respectively referred to as “X direction” and “Y direction”.
  • X direction directions parallel to the XY plane and orthogonal to each other are respectively referred to as “X direction” and “Y direction”.
  • Z direction A direction orthogonal to the XY plane is referred to as a “Z direction”. Of the “Z direction”, the direction in which ink is ejected is “downward”, and the opposite direction is “upward”.
  • the plurality of nozzles N are two-dimensionally arranged with a plurality of nozzle rows each including a plurality of nozzles N arranged in the Y direction.
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the ink jet head shown in FIG. In FIG. 2, four nozzles N among the plurality of nozzles N are illustrated.
  • the plurality of nozzles N are formed as through holes that penetrate the plate-like nozzle plate 10 in the thickness direction (Z direction).
  • plate-like members such as a plurality of substrates are stacked in a direction (upward) opposite to a direction (lower) in which ink is ejected from the plurality of nozzles N.
  • a pressure chamber substrate 20, a spacer member 40, and a wiring substrate 50 are stacked on the nozzle plate 10 from the near side.
  • a structure including a plurality of plate-like members in which the nozzle plate 10, the pressure chamber substrate 20, the spacer member 40, and the wiring substrate 50 are stacked is referred to as a stacked body A.
  • FIG. 3 is an enlarged view of a configuration related to one nozzle N in the cross-sectional view shown in FIG.
  • a plurality of pressure chambers 21 communicating with the plurality of nozzles N are two-dimensionally arranged on the pressure chamber substrate 20.
  • the pressure chamber substrate 20 has a diaphragm 30 along the upper surface portion.
  • the pressure chamber 21 is a space in which a through hole penetrating the pressure chamber substrate 20 in the thickness direction (Z direction) is closed on the upper surface side by the vibration plate 30 and closed on the lower surface side by the nozzle plate 10.
  • the diaphragm 30 constitutes a ceiling surface of the pressure chamber 21 and constitutes a part of the pressure chamber 21.
  • the plurality of nozzles N communicate the pressure chamber 21 outward (downward) on the lower surface of the nozzle plate 10.
  • the plurality of nozzles N discharge the liquid in the pressure chamber 21 outward (downward) as droplets.
  • a plurality of actuators 60 are provided on the upper surface of the pressure chamber substrate 20 via the vibration plate 30.
  • the actuator 60 is disposed corresponding to the pressure chamber 21.
  • the actuator 60 applies pressure to the pressure chamber 21 by vibrating the diaphragm 30.
  • the actuator 60 is positioned in a plurality of openings 42 provided in the spacer member 40 stacked on the upper surface of the pressure chamber substrate 20.
  • the opening 42 is a through hole that penetrates the spacer member 40 in the Z direction.
  • the spacer member 40 is formed to be thicker than the thickness of the actuator 60 (for example, about 50 ⁇ m), and the thickness is, for example, about 100 ⁇ m. Therefore, the actuator 60 is installed in a state where the actuator 60 is entirely accommodated in the opening 42.
  • the spacer member 40 secures a space corresponding to the thickness along the Z direction of the actuator 60 and the connecting portion 90 to the actuator 60 between the pressure chamber substrate 20 and the wiring substrate 50.
  • the spacer member 40 and the wiring board 50 are preferably provided with a plurality of conduction paths 41 and 51 communicating with the pressure chamber 21. These conduction paths 41 and 51 are through holes penetrating the spacer member 40 and the wiring board 50 in the thickness direction (Z direction), and communicate with each other to form an ink flow path.
  • the conduction path 41 is formed at a position different from the opening 42 and separated from the opening 42.
  • a flow path 21 a for supplying ink from the upper surface of the pressure chamber substrate 20 into the pressure chamber 21 is formed.
  • the flow path 21 a communicates with the pressure chamber 21 from the opening 31 of the vibration plate 30 on the upper surface side of the pressure chamber substrate 20.
  • the flow path 21 a is communicated with the ink flow path including the conduction paths 41 and 51 at the opening 31, and further communicated with a common ink chamber 70 provided above the wiring substrate 50. Therefore, the pressure chamber 21 communicates with the common ink chamber 70.
  • the common ink chamber 70 is provided in a housing 80 disposed above the wiring board 50, and is connected to an ink supply means (not shown).
  • the ink supplied from the ink supply means to the common ink chamber 70 is supplied to the pressure chamber 21 through the conduction paths 51 and 41, the opening 31, and the flow path 21a.
  • Pressure is applied to the ink supplied to the pressure chamber 21 by the vibration of the vibration plate 30 according to the operation of the actuator 60, and the ink is ejected from the nozzle N.
  • FIG. 4 is a plan view showing the configuration of the spacer member 40.
  • the spacer member 40 is laminated and bonded to the upper surface of the pressure chamber substrate 20 via the vibration plate 30. As shown in FIG. 4, the spacer member 40 has a base material portion 40 a, and the base material portion 40 a is bonded to the upper surface (the vibration plate 30) of the pressure chamber substrate 20. The base material portion 40 a is bonded to a region that does not contact the actuator 60. That is, the base material portion 40 a is a plurality of parallel long bars that are positioned between the actuators 60 and bonded to the upper surface of the pressure chamber substrate 20.
  • the spacer member 40 has a plurality of beam portions 40b extending from one location of the base material portion 40a to another location.
  • the beam portion 40 b is separated from the pressure chamber substrate 20 and the actuator 60. A part of the beam portion 40 b is located above the actuator 60.
  • the beam portion 40b is formed integrally with the base material portion 40a.
  • the base material portion 40a and the beam portion 40b constitute a lattice shape.
  • a portion surrounded by the two crosspieces and the two beam portions 40 b in the base material portion 40 a is the opening 42. Since the beam portion 40b is separated from the pressure chamber substrate 20, the opening portion 42 expands on the pressure chamber substrate 20 side, and is connected in the longitudinal direction of the crosspiece that is the base material portion 40a.
  • the beam part 40b is provided corresponding to all the actuators 60 in the example shown in FIG. 4, ie, every space
  • the beam portions 40b may be provided at twice or three times the interval between the actuators 60, that is, at a number smaller than the number of the actuators 60.
  • a plurality of crosspieces that are the base material portion 40a are connected by a plurality of beam portions 40b to form a lattice shape, so that bending deformation of the base material portion 40a is suppressed.
  • FIG. 5 is a (v)-(v) longitudinal sectional view in FIG. 4 showing the configuration of the spacer member.
  • 6 is a (vi)-(vi) longitudinal sectional view in FIG. 4 showing the structure of the spacer member.
  • the spacer member 40 has a flush upper surface portion on which the wiring board 50 is laminated. Therefore, the beam portion 40 b is separated from the pressure chamber substrate 20 and the actuator 60 by the shaving of the lower surface portion.
  • the thickness of the thinnest part of the beam part 40b is, for example, about 20 ⁇ m to 30 ⁇ m.
  • the beam portion 40 b extends across the position between the actuators 60.
  • the beam portion 40b is made of an actuator as much as possible. This is because it is desirable to increase the distance to 60.
  • the lower surface portion When the beam portion 40b is formed by thinning by etching, the lower surface portion has an arch shape as shown in FIG.
  • the arc-shaped side edge portion of the actuator 60 By positioning the arc-shaped side edge portion of the actuator 60 below the center portion of the arch shape, contact between the beam portion 40b and the actuator 60 can be avoided.
  • FIG. 7 is a plan view showing another embodiment of the configuration of the spacer member.
  • the beam part 40b is curved along the side edge of the actuator 60 as shown in FIG. A shape is also preferable.
  • FIG. 8 is a plan view showing another embodiment of the main part of the spacer member.
  • the conduction path 41 is provided in the base material portion 40a so as not to include the lattice-shaped intersection 40c formed by the base material portion 40a and the beam portion 40b. It may be provided. However, as shown in FIGS. 8A and 8B, the conduction path 41 is preferably provided in the base material portion 40a and is positioned in the vicinity of the base end portion (connecting portion) of the beam portion 40b. That is, the conduction path 41 is preferably provided so as to include at least a part of the lattice-shaped intersection 40c formed by the base material portion 40a and the beam portion 40b. This is because the vicinity of the connecting portion between the base material portion 40a and the beam portion 40b has high rigidity, so that even if the conductive path 41 is opened, bending deformation of the base material portion 40a can be suppressed.
  • the ink jet head is a relative movement direction with respect to the recording medium when drawing while discharging droplets from the nozzle N in the longitudinal direction of the cross section that is the base material portion 40 a. It is preferable that they are arranged as a direction (sub-scanning direction) orthogonal to (main scanning direction).
  • a direction (sub-scanning direction) orthogonal to (main scanning direction) By arranging in this way, in the sub-scanning direction, it is not hindered to reduce the distance between the actuators 60 by the base material portion 40a. Therefore, by reducing the distance between the actuators 60, the pixel density in the sub-scanning direction is increased. Because it can.
  • the base material portion 40a (crosspiece portion) prevents the distance between the actuators 60 from being narrowed, but the pixel density in the main scanning direction is increased by relatively increasing the drive frequency with respect to the scanning speed. Can be raised.
  • a metal material such as 42 alloy is preferable.
  • 42 alloy is an alloy composed of 42% nickel, 57% iron, and a trace amount of additive substances (for example, copper, manganese, etc.).
  • the spacer member 40 is created by performing double-sided etching on a metal plate having a thickness corresponding to the thickness of the spacer member 40.
  • the spacer member 40 is preferably subjected to a surface treatment such as nickel plating or Parylene (registered trademark).
  • silicon (Si) is preferable as a material for forming the pressure chamber substrate 20 (including the vibration plate 30) and the wiring substrate 50.
  • the thermal expansion coefficient of 42 alloy is 4.5 ⁇ 10 ⁇ 6 / ° C. to 6 ⁇ 10 ⁇ 6 / ° C.
  • the thermal expansion coefficient of silicon is 2.5 ⁇ 10 ⁇ 6 / ° C. to 4 ⁇ 10 ⁇ 6 / ° C.
  • 42 the difference in thermal expansion coefficient between the alloy and the silicon is 0.5 ⁇ 10 -6 /°C ⁇ 3.5 ⁇ 10 -6 / °C .
  • the thermal expansion coefficients of 42 alloy and silicon are both extremely small and can be said to be substantially the same.
  • FIG. 9 is a plan view showing another embodiment of the configuration of the spacer member.
  • the spacer member 40 may be configured such that the width of the beam portion 40 b is wide and the beam portion 40 b covers the actuator 60.
  • the opening on the upper side of the opening 42 may be of a size that allows the connection portion that performs electrical connection to the actuator 60 to be inserted. Therefore, in this case, the upper surface of the spacer member 40 has a planar shape in which the upper surface of the crosspiece portion and the upper surface of the beam portion 40b are continuous over substantially the entire surface.
  • the actuator 60 is electrically connected to the wiring 52 provided on the wiring board 50.
  • a wiring electrode 61 is provided on the upper surface of the actuator 60.
  • a first electrode layer 62 is provided on the lower surface of the actuator 60.
  • the wiring electrode 61 is electrically connected to the wiring 52 provided on the lower surface side of the wiring substrate 50 through the connection portion 90.
  • the connection part 90 is provided so as to connect the wiring electrode 61 and the wiring 52 along the Z direction.
  • the connecting portion 90 has bumps 91 formed on the wiring board 50.
  • the bump 91 is formed by wire bonding using gold as a material, for example.
  • the bump 91 is formed on the lower surface of the wiring 52, for example.
  • the wiring 52 is made of, for example, a conductive metal (for example, aluminum) plate provided so that at least the lower surface is a flat surface.
  • a conductive material 92 is applied to the lower end side of the bump 91.
  • the conductive material 92 is, for example, a conductive adhesive.
  • the conductive adhesive is an adhesive mixed with conductive metal powder (for example, silver powder) and has conductivity.
  • connection portion 90 electrically connects the wiring substrate 50 and the actuator 60 via the bump 91 formed on the wiring substrate 50 and the conductive material 92 applied to the bump 91.
  • the wiring substrate 50 includes, for example, a plate-shaped interposer 53 that is a base of the wiring substrate 50, an insulating layer 55 that covers the lower surface of the interposer 53, a wiring 52 provided on the lower surface of the insulating layer 55, An insulating layer 59 that covers the lower surface of the portion where the bump 91 is not formed and the lower surface of the insulating layer 55 where the wiring 52 is not provided, and the conduction path 51 that penetrates the interposer 53, the insulating layer 55, and the insulating layer 59.
  • the wiring 52 is connected to a control unit (not shown) related to application of a voltage to the actuator 60.
  • the first electrode layer 62 is in contact with the second electrode layer 63.
  • the second electrode layer 63 electrically connects the first electrode layer 62 and the control unit.
  • the first electrode layer 62 is connected to the control unit via, for example, the second electrode layer 63 and a wiring (not shown) connected to the second electrode layer 63.
  • the diaphragm 30 is a conductor, the diaphragm 30 can function as an electrode that electrically connects the first electrode layer 62 and the control unit. In this case, it is not necessary to provide the second electrode layer 63 separately.
  • the wiring electrode 61 is connected to the control unit via the connection unit 90 and the wiring 52, and the first electrode layer 62 is connected to the vibration plate 30 (or the second electrode layer 63) and a wiring (not shown). By being connected to the control unit, it operates under the control of the control unit.
  • FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of the ink jet recording apparatus according to the present invention.
  • the inkjet recording apparatus includes the inkjet head 1 described above, an ink supply unit 100 that supplies ink into the pressure chamber via the conduction paths 51 and 41, the opening and the flow path, A control unit 102 serving as a control unit that controls the ejection operation of the inkjet head 1 and the relative movement operation with respect to the recording medium 101 is provided.
  • the control unit 102 acquires drawing data from the memory 103 and applies a driving voltage to the actuator 60 of the inkjet head 1 based on the drawing data.
  • the actuator 60 supplied with the drive current causes the ink in the pressure chamber to be ejected from the nozzle toward the recording medium 101.
  • control unit 102 controls the ink supply unit 100 to supply ink into the pressure chamber via the conduction paths 51 and 41 of the inkjet head 1.
  • the ink supply unit 100 includes an ink tank that stores ink, a flow path from the ink tank to the inkjet head 1, and a pump that flows ink toward the inkjet head 1 through the flow path.
  • the control unit 102 drives the pump to supply ink to the inkjet head 1.
  • the control unit 102 controls the movement operation mechanism 104 to cause the inkjet head 1 and the recording medium 101 to perform a relative movement operation.
  • the movement operation mechanism 104 has a support mechanism and a drive mechanism for moving the recording medium 101, and a support mechanism and a drive mechanism for moving the inkjet head 1.
  • the control unit 102 supplies a drive current to the drive mechanism based on the drawing data, and causes the inkjet head 1 and the recording medium 101 to perform a relative movement operation.
  • the relative movement direction of the inkjet head 1 and the recording medium 101 is a direction (main scanning direction) orthogonal to the longitudinal direction of the crosspiece that is the base material portion 40a of the spacer member 40.
  • the control unit 102 causes the liquid droplets to be ejected from the plurality of nozzles while performing the main scanning in this way, and performs drawing based on the drawing data on the recording medium 101.
  • the controller 102 relatively moves the inkjet head 1 and the recording medium 101 in the longitudinal direction (sub-scanning direction) of the crosspiece that is the base material portion 40a of the spacer member 40 without performing drawing.
  • the control unit 102 performs main scanning and drawing again. In this way, an image based on the drawing data is formed on the recording medium 101 by repeating the main scanning and drawing and the sub-scanning.
  • the configuration of the inkjet head 1 includes a plurality of pressure chambers 21 each having an inlet and an outlet. A pressure is applied to the pressure chamber 21 by a piezoelectric element, and the nozzle N communicates with the outlet of the pressure chamber 21. Any configuration may be used as long as it is configured to eject ink.
  • the ink jet head 1 configured such that the ink discharge direction is substantially parallel to the vertical direction is shown, but the ink discharge direction may be any direction, for example, an inclination You may comprise so that it may become a direction or a horizontal direction.
  • control content of the control unit 102 and the specific detailed structure can be changed as appropriate.
  • each embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive.
  • the scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

本発明に係るインクジェットヘッドは、アクチュエータに触れない状態で配置されるスペーサ部材の変形が防止されて、組立が容易化されたインクジェットヘッド及びインクジェット記録装置を提供することを課題とし、上記課題は、複数の圧力室が二次元配列されて形成された圧力室基板と、前記圧力室に対応して配置され、前記圧力室内に圧力を印加する複数のアクチュエータ６０と、前記圧力室を外方に連通させ、前記圧力室内の液体を液滴として吐出する複数のノズルと、前記アクチュエータ６０の厚さよりも厚いスペーサ部材４０とを備え、前記スペーサ部材４０は、前記圧力室基板に前記アクチュエータ６０に接触しない状態で接着された基材部４０ａと、前記基材部４０ａの一の箇所から他の箇所に亘って延在され前記圧力室基板及び前記アクチュエータから離間している梁部４０ｂとを有することで解決される。

Description

インクジェットヘッド及びインクジェット記録装置
　本発明は、インクジェットヘッド及びインクジェット記録装置に関し、詳しくは、アクチュエータに触れない状態で配置されるスペーサ部材の変形が防止されて、組立が容易化されたインクジェットヘッド及びインクジェット記録装置に関する。
　近年、インクジェットヘッドの分野では、特許文献１に記載されているように、複数のノズルを二次元配列し、ヘッドサイズの大型化を抑えつつノズルを高密度に配置することができるインクジェットヘッドが提案されている。このインクジェットヘッドにおいては、複数のノズルに対応された複数の圧力室が二次元配列されている。複数の圧力室に対応して、圧力室内に圧力を印加する複数のアクチュエータが二次元配列されて配置されている。アクチュエータは、圧力室の一部である振動板を振動させ、圧力室内に圧力を印加する。
　アクチュエータの近傍には、アクチュエータに触れない状態でスペーサ部材が配置されている。スペーサ部材は、圧力室のアクチュエータ側に配置される共通インク室と、アクチュエータとの間の空隙を確保するために用いられている。
　スペーサ部材は、アクチュエータ同士の間に位置する互いに平行な複数の桟（さん）部を有して、簾（すだれ）状に構成されている。このスペーサ部材は、薄い金属板にエッチング加工を施すことにより構成されている。
特開２０１５－１４２９７９号公報
　前述のようなインクジェットヘッドの組立においては、複数の圧力室が二次元配列されて形成された圧力室基板に対して、スペーサ部材を接着させる工程がある。前述したように、スペーサ部材は、複数の桟部を有する簾状の部材である。桟部は、厚さが１００μｍ程度、幅が数十μｍ程度と極めて細いため、脆弱であり、圧力室基板に対して接着される前においては変形し易い。
　桟部が変形されたスペーサ部材を用いてしまうと、桟部がアクチュエータに触れてアクチュエータの動きを阻害する虞が生じ、インクリークの懸念も生ずる。そのため、変形のないスペーサ部材を選別して用いることにより、アクチュエータの動きの阻害や、インクリークが生じないようにしている。
　スペーサ部材を選別して用いることは、インクジェットヘッドの製造を煩雑にする要因となっている。したがって、圧力室基板に接着される前において、スペーサ部材の変形を防止することが望まれる。
　そこで、本発明は、アクチュエータに触れない状態で配置されるスペーサ部材の変形が防止されて、組立が容易化されたインクジェットヘッド及びインクジェット記録装置を提供することを課題とする。
　本発明の他の課題は、以下の記載により明らかとなる。
　上記課題は、以下の各発明によって解決される。
１．
　複数の圧力室が二次元配列されて形成された圧力室基板と、
　前記圧力室に対応して配置され、前記圧力室内に圧力を印加する複数のアクチュエータと、
　前記圧力室を外方に連通させ、前記圧力室内の液体を液滴として吐出する複数のノズルと、
　前記アクチュエータの厚さよりも厚いスペーサ部材とを備え、
　前記スペーサ部材は、前記圧力室基板に前記アクチュエータに接触しない状態で接着された基材部と、前記基材部の一の箇所から他の箇所に亘って延在され前記圧力室基板及び前記アクチュエータから離間している梁部とを有するインクジェットヘッド。
２．
　前記スペーサ部材は、前記圧力室内に液体を供給するための流路に連通した導通路を有し、
　前記導通路は、前記基材部に設けられており、前記梁部の基端部近傍に位置している前記１記載のインクジェットヘッド。
３．
　前記梁部は、前記アクチュエータ同士の間の位置を跨いで延在されている前記１又は２記載のインクジェットヘッド。
４．
　前記基材部は、前記アクチュエータ同士の間に位置する複数の桟部であり、
　前記桟部の長手方向を、前記ノズルから液滴を吐出しながら描画を行うときの記録媒体に対する相対移動方向に直交する方向として配置されている前記１、２又は３記載のインクジェットヘッド。
５．
　前記１、２又は３記載のインクジェットヘッドと、
　前記導通路及び前記流路を介して前記圧力室内にインクを供給するインク供給手段と、
　前記基材部の前記桟部の長手方向に直交する方向に前記インクジェットヘッドと記録媒体とを相対移動させながら、前記ノズルから液滴を吐出させ、前記記録媒体への描画を行わせる制御手段とを備えたインクジェット記録装置。
　本発明によれば、アクチュエータに触れない状態で配置されるスペーサ部材の変形が防止されて、組立が容易化されたインクジェットヘッド及びインクジェット記録装置を提供することができる。
本発明に係るインクジェットヘッドの斜視図 図１に示すインクジェットヘッドの縦断面図 図２に示す縦断面図のうち、一つのノズルに係る構成の拡大図 スペーサ部材の構成を示す平面図 スペーサ部材の構成を示す図４中の（ｖ）－（ｖ）縦断面図 スペーサ部材の構成を示す図４中の（ｖｉ）－（ｖｉ）縦断面図 スペーサ部材の構成の他の実施形態を示す平面図 スペーサ部材の要部の他の実施形態を示す平面図 スペーサ部材の構成の他の実施形態を示す平面図 本発明に係るインクジェット記録装置の構成を示すブロック図
　以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。
〔インクジェットヘッド〕
　図１は、本発明に係るインクジェットヘッド１の斜視図である。
　図１では、１つのインクジェットヘッド１のみを示している。一般にインクジェット記録装置には、例えばイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）等の各色インク用の複数のインクジェットヘッド１が搭載される。
　インクジェットヘッド１は、図１に示すように、平面である射出面Ｐに二次元配列されて設けられた複数のノズルＮを備えている。これらノズルＮからは、射出面Ｐから離間する方向（図１中の下方）に向けてインクが吐出される。
　以下、複数のノズルＮが設けられた射出面Ｐに平行な平面をＸ－Ｙ平面とし、Ｘ－Ｙ平面に平行な方向であって互いに直交する方向を、それぞれ「Ｘ方向」及び「Ｙ方向」とする。また、Ｘ－Ｙ平面に直交する方向を「Ｚ方向」とする。「Ｚ方向」のうち、インクが吐出される方向を「下方」とし、その反対方向を「上方」とする。
　複数のノズルＮは、Ｙ方向に配列された複数のノズルＮからなるノズル列が、Ｘ方向に複数列設けられて、二次元配列されている。
　図２は、図１に示すインクジェットヘッドの縦断面図である。なお、図２では、複数のノズルＮのうち、四つのノズルＮについて図示している。
　複数のノズルＮは、図２に示すように、板状のノズルプレート１０を厚み方向（Ｚ方向）に貫いた貫通孔として形成されている。ノズルプレート１０には、複数のノズルＮからインクが吐出される方向（下方）の反対方向（上方）に、複数の基板等の板状部材が積層されている。ノズルプレート１０には、近い側から、圧力室基板２０、スペーサ部材４０及び配線基板５０が積層されている。以下、ノズルプレート１０、圧力室基板２０、スペーサ部材４０及び配線基板５０が積層された複数の板状部材からなる構造体を積層体Ａという。
　図３は、図２に示す断面図のうち、一つのノズルＮに係る構成の拡大図である。
　圧力室基板２０には、図２及び図３に示すように、複数のノズルＮに対応して連通された複数の圧力室２１が二次元配列されて形成されている。圧力室基板２０は、上面部に沿って振動板３０を有している。圧力室２１は、圧力室基板２０を厚み方向（Ｚ方向）に貫いた貫通孔が、上面側を振動板３０によって閉蓋され、下面側をノズルプレート１０によって閉蓋された空間である。振動板３０は、圧力室２１の天井面を構成しており、圧力室２１の一部をなしている。
　複数のノズルＮは、圧力室２１をノズルプレート１０の下面において外方（下方）に連通させている。複数のノズルＮは、圧力室２１内の液体を液滴として外方（下方）に吐出する。
　圧力室基板２０の上面には、振動板３０を介して、複数のアクチュエータ６０が設けられている。アクチュエータ６０は、圧力室２１に対応して配置されている。アクチュエータ６０は、振動板３０を振動させることにより、圧力室２１内に圧力を印加する。
　アクチュエータ６０は、圧力室基板２０の上面に積層されたスペーサ部材４０に設けられた複数の開口部４２内に位置している。開口部４２は、スペーサ部材４０をＺ方向に貫通した透孔である。スペーサ部材４０は、アクチュエータ６０の厚さ（例えば５０μｍ程度）よりも厚く形成され、その厚さは、例えば１００μｍ程度である。したがって、アクチュエータ６０は、開口部４２内に全体が収納された状態で設置されている。スペーサ部材４０は、圧力室基板２０と配線基板５０との間で、アクチュエータ６０及びアクチュエータ６０への接続部９０のＺ方向に沿った厚さに対応するスペースを確保している。
　スペーサ部材４０及び配線基板５０には、圧力室２１に連通する複数の導通路４１、５１が開設されていることが好ましい。これら導通路４１、５１は、スペーサ部材４０及び配線基板５０を厚み方向（Ｚ方向）に貫いた貫通孔であり、互いに連通してインク流路を構成している。スペーサ部材４０において、導通路４１は、開口部４２とは異なる位置に、開口部４２から離間して形成されている。
　圧力室基板２０には、圧力室基板２０の上面から圧力室２１内にインクを供給するための流路２１ａが形成されている。この流路２１ａは、圧力室基板２０の上面側の振動板３０の開口部３１から、圧力室２１に連通されている。この流路２１ａは、開口部３１において導通路４１、５１からなるインク流路に連通され、さらに、配線基板５０の上方に設けられた共通インク室７０に連通されている。したがって、圧力室２１は、共通インク室７０に連通されている。
　共通インク室７０は、図２に示すように、配線基板５０の上方に配置された筐体８０内に設けられ、図示しないインク供給手段に接続される。インク供給手段から共通インク室７０に供給されたインクは、導通路５１、４１、開口部３１及び流路２１ａを通って圧力室２１に供給される。圧力室２１に供給されたインクは、アクチュエータ６０の動作に応じて振動板３０が振動することにより、圧力が加えられ、ノズルＮから吐出される。
〔スペーサ部材〕
　図４は、スペーサ部材４０の構成を示す平面図である。
　スペーサ部材４０は、振動板３０を介して圧力室基板２０の上面に積層され接着されている。スペーサ部材４０は、図４に示すように、基材部４０ａを有し、この基材部４０ａが圧力室基板２０の上面（振動板３０）に接着されている。基材部４０ａは、アクチュエータ６０に接触しない領域に接着されている。すなわち、基材部４０ａは、アクチュエータ６０同士の間に位置して圧力室基板２０の上面に接着された複数の互いに平行な長尺状の桟部となっている。
　スペーサ部材４０は、基材部４０ａの一の箇所から他の箇所に亘って延在された梁（はり）部４０ｂを複数有している。梁部４０ｂは、圧力室基板２０及びアクチュエータ６０から離間している。梁部４０ｂは、その一部がアクチュエータ６０の上方に位置している。梁部４０ｂは、基材部４０ａに一体的に形成されている。基材部４０ａと梁部４０ｂとで、格子形状が構成されている。スペーサ部材４０において、基材部４０ａのうちの２本の桟部及び２本の梁部４０ｂによって囲まれた部分が開口部４２である。開口部４２は、梁部４０ｂが圧力室基板２０から離間しているので、圧力室基板２０側において拡がっており、基材部４０ａである桟部の長手方向について繋がっている。
　なお、梁部４０ｂは、図４に示す例では全てのアクチュエータ６０に対応して、すなわち、アクチュエータ６０間の間隔に等しい間隔ごとに設けられているが、これに限られない。梁部４０ｂは、アクチュエータ６０間の間隔の２倍の間隔や、３倍の間隔で、すなわち、アクチュエータ６０の数よりも少ない数を設けてもよい。
　このスペーサ部材４０においては、基材部４０ａである複数の桟部同士が複数の梁部４０ｂによって連結されて格子形状が構成されていることにより、基材部４０ａの屈曲変形が抑止される。
　図５は、スペーサ部材の構成を示す図４中の（ｖ）－（ｖ）縦断面図である。
　図６は、スペーサ部材の構成を示す図４中の（ｖｉ）－（ｖｉ）縦断面図である。
　スペーサ部材４０は、図５及び図６に示すように、配線基板５０が積層される上面部は面一である。したがって、梁部４０ｂは、下面部の肉が削がれていることにより、圧力室基板２０及びアクチュエータ６０から離間している。梁部４０ｂの最も薄い部分の厚さは、例えば２０μｍ～３０μｍ程度である。
　梁部４０ｂは、図４に示すように、アクチュエータ６０同士の間の位置を跨いで延在させることが好ましい。基材部４０ａ（桟部）とアクチュエータ６０との距離が近い場所に梁部４０ｂを配置する場合には、梁部４０ｂとアクチュエータ６０との接触を避けるために、梁部４０ｂは、極力、アクチュエータ６０までの距離を離すことが望ましいからである。
　梁部４０ｂをエッチング加工によって減肉して形成した場合には、図５に示すように、下面部がアーチ形状となる。このアーチ形状の中央部下方にアクチュエータ６０の円弧状の側縁部を位置させることにより、梁部４０ｂとアクチュエータ６０との接触を避けることができる。
　図７は、スペーサ部材の構成の他の実施形態を示す平面図である。
　梁部４０ｂとアクチュエータ６０との接触を避けるために、梁部４０ｂからアクチュエータ６０までの距離を離すには、図７に示すように、梁部４０ｂは、アクチュエータ６０の側縁に沿って湾曲した形状とすることも好ましい。
　図８は、スペーサ部材の要部の他の実施形態を示す平面図である。
　スペーサ部材４０においては、図８（ｃ）に示すように、導通路４１は、基材部４０ａに設け、基材部４０ａと梁部４０ｂとがなす格子形状の交差部４０ｃを含まないように設けてもよい。ただし、導通路４１は、図８（ａ）（ｂ）に示すように、基材部４０ａに設け、梁部４０ｂの基端部（連結部）近傍に位置させることが好ましい。すなわち、導通路４１は、基材部４０ａと梁部４０ｂとがなす格子形状の交差部４０ｃを少なくとも一部に含んで設けることが好ましい。基材部４０ａと梁部４０ｂとの連結部近傍は剛性が高いので、導通路４１を開設しても、基材部４０ａの屈曲変形を抑止できるからである。
　このインクジェットヘッドは、インクジェット記録装置において、図４に示すように、基材部４０ａである桟部の長手方向を、ノズルＮから液滴を吐出しながら描画を行うときの記録媒体に対する相対移動方向（主走査方向）に直交する方向（副走査方向）として配置されることが好ましい。このように配置することにより、副走査方向については、基材部４０ａによりアクチュエータ６０同士の間隔を狭めることが阻害されないので、アクチュエータ６０同士の間隔を狭めることにより、副走査方向の画素密度を上げることができるからである。主走査方向については、基材部４０ａ（桟部）によりアクチュエータ６０同士の間隔を狭めることが阻害されるが、走査速度に対して駆動周波数を相対的に上げることにより、主走査方向の画素密度を上げることができる。
　スペーサ部材４０をなす材料としては、４２アロイ等の金属材料が好ましい。４２アロイは、重量パーセントでニッケルが４２％、鉄が５７％で、残りが微量の添加物質（例えば、銅、マンガン等）からなる合金である。スペーサ部材４０は、スペーサ部材４０の厚みに相当する厚みを有する金属板に対して、両面エッチング加工を施すことによって作成される。スペーサ部材４０には、ニッケルメッキやパリレン（登録商標）等の表面処理を施すことも好ましい。
　圧力室基板２０（振動板３０を含む）及び配線基板５０をなす材料としては、シリコン（Ｓｉ）が好ましい。４２アロイの熱膨張係数は、４．５×１０－６／℃～６×１０－６／℃である。シリコンの熱膨張係数は、２．５×１０－６／℃～４×１０－６／℃である。また、４２アロイとシリコンとの熱膨張係数の差は、０．５×１０－６／℃～３．５×１０－６／℃である。このように、４２アロイ及びシリコンの熱膨張係数は、ともに極めて小さく、また、略同一といえる。
　そのため、積層体Ａの形成に際して行われる各基板等に対する加熱等による温度変化や、インクジェットヘッド１の動作に伴う発熱による温度変化等、各種の要因による温度変化が各基板等に生じたとしても、各基板等の熱膨張の度合いが極めて小さく、また、略同一となることから、基板等同士の熱膨張係数の差による基板等の反りや基板等間の剥離による問題の発生を防止することができる。したがって、基板等の反りによるノズルＮからのインクの吐出角度の変化を防止することができる。また、基板等間の剥離部分からインクが漏れ出すこともなくなる。このように、本実施形態のインクジェットヘッド１によれば、インクジェットヘッド１の信頼性をより向上させることができる。
　図９は、スペーサ部材の構成の他の実施形態を示す平面図である。
　スペーサ部材４０は、図９に示すように、梁部４０ｂの幅を広く形成し、この梁部４０ｂがアクチュエータ６０の上方を覆うようにして構成してもよい。この場合には、開口部４２の上方側の開口は、アクチュエータ６０に対する電気的接続を行う接続部が挿通できる大きさであればよい。したがって、この場合には、スペーサ部材４０の上面は、桟部の上面及び梁部４０ｂの上面がほぼ全面に亘って連続した平面状となる。このように梁部４０ｂの幅を広くすることにより、基材部４０ａの屈曲変形をより確実に抑止することができる。
〔配線基板〕
　アクチュエータ６０は、図３に示すように、配線基板５０に設けられた配線５２と電気的に接続されている。アクチュエータ６０の上面には、配線電極６１が設けられている。また、アクチュエータ６０の下面には、第１電極層６２が設けられている。配線電極６１は、接続部９０を介して、配線基板５０の下面側に設けられた配線５２と電気的に接続されている。接続部９０は、配線電極６１と配線５２とをＺ方向に沿って接続するよう設けられている。
　接続部９０は、配線基板５０に形成されたバンプ９１を有する。具体的には、バンプ９１は、例えば、金を材料としたワイヤーボンディングにより形成される。また、バンプ９１は、例えば、配線５２の下面に形成される。配線５２は、例えば、少なくとも下面が平坦な面となるよう設けられた導電性を有する金属（例えば、アルミニウム）製の板により構成されている。バンプ９１の下端側には、導電性材料９２が塗布されている。具体的には、導電性材料９２は、例えば、導電性接着剤である。導電性接着剤とは、導電性を有する金属粉末（例えば、銀粉等）が混入された接着剤であり、導電性を有する。
　このように、接続部９０は、配線基板５０に形成されたバンプ９１とバンプ９１に塗布された導電性材料９２を介して、配線基板５０とアクチュエータ６０とを電気的に接続する。
　配線基板５０は、例えば、配線基板５０の基部である板状のインターポーザ５３と、インターポーザ５３の下面を被覆する絶縁層５５と、絶縁層５５の下面に設けられた配線５２と、配線５２のうちバンプ９１が形成されない部分の下面及び絶縁層５５のうち配線５２が設けられていない下面を被覆する絶縁層５９と、インターポーザ５３、絶縁層５５及び絶縁層５９を貫通する導通路５１と、を有する。配線５２は、アクチュエータ６０への電圧の印加に係る図示しない制御部に接続されている。
　また、図３に示すように、第１電極層６２は、第２電極層６３に当接している。第２電極層６３は、第１電極層６２と制御部とを電気的に接続する。具体的には、第１電極層６２は、例えば、第２電極層６３及び第２電極層６３に接続された図示しない配線を介して制御部に接続されている。なお、振動板３０を導電体とすれば、振動板３０を、第１電極層６２と制御部とを電気的に接続する電極として機能させることができる。この場合には、第２電極層６３を別途設ける必要はない。
　アクチュエータ６０は、配線電極６１が、接続部９０及び配線５２を介して制御部に接続されるとともに、第１電極層６２が、振動板３０（又は第２電極層６３）及び図示しない配線を介して制御部に接続されることにより、制御部の制御下で動作する。
〔インクジェット記録装置〕
　図１０は、本発明に係るインクジェット記録装置の構成を示すブロック図である。
　本発明に係るインクジェット記録装置は、図１０に示すように、前述したインクジェットヘッド１と、導通路５１、４１、開口部及び流路を介して圧力室内にインクを供給するインク供給手段１００と、インクジェットヘッド１の吐出動作及び記録媒体１０１との相対移動操作を制御する制御手段となる制御部１０２とを備えて構成される。
　制御部１０２は、メモリ１０３から描画データを取得し、この描画データに基づいて、インクジェットヘッド１のアクチュエータ６０に駆動電圧を印加する。駆動電流を供給されたアクチュエータ６０は、圧力室内のインクを、記録媒体１０１に向けてノズルから吐出させる。
　また、制御部１０２は、インク供給手段１００を制御して、インクジェットヘッド１の導通路５１、４１を介して、圧力室内にインクを供給させる。インク供給手段１００は、インクを貯留するインクタンク、インクタンクからインクジェットヘッド１に至る流路、流路中をインクジェットヘッド１に向けてインクを流すポンプを有している。制御部１０２は、ポンプを駆動させて、インクジェットヘッド１にインクを供給させる。
　制御部１０２は、移動操作機構１０４を制御して、インクジェットヘッド１及び記録媒体１０１を相対移動操作させる。移動操作機構１０４は、記録媒体１０１を移動操作するための支持機構及び駆動機構と、インクジェットヘッド１を移動操作するための支持機構及び駆動機構とを有している。制御部１０２は、描画データに基づいて、駆動機構に駆動電流を供給して、インクジェットヘッド１及び記録媒体１０１を相対移動操作させる。
　描画を行うときは、インクジェットヘッド１及び記録媒体１０１の相対移動方向は、スペーサ部材４０の基材部４０ａである桟部の長手方向に直交する方向（主走査方向）である。制御部１０２は、このように主走査をさせながら、複数のノズルから液滴を吐出させ、記録媒体１０１への描画データに基づく描画を行わせる。
　次に制御部１０２は、描画を行わずに、スペーサ部材４０の基材部４０ａである桟部の長手方向（副走査方向）にインクジェットヘッド１及び記録媒体１０１を相対移動させる。このような副走査が終了すると、制御部１０２は、再び主走査及び描画を行う。このようにして、主走査及び描画と、副走査とが繰り返されることにより、記録媒体１０１上に、描画データに基づく画像が形成される。
　本発明は、前述した各実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行ってもよい。
　インクジェットヘッド１の構成は、入口及び出口がそれぞれ設けられた複数の圧力室２１を有し、圧力室２１に対して圧電素子により圧力を付与して、圧力室２１の出口に連通するノズルＮからインクを吐出させる構成のものであれば、如何なる構成であってもよい。
　また、上記各実施形態にあっては、インク吐出方向が上下方向と略平行となるように構成されたインクジェットヘッド１を示したが、インク吐出方向は如何なる方向であっても良く、例えば、傾斜方向や水平方向となるように構成してもよい。
　さらに、その他、制御部１０２の制御内容や具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。加えて、今回開示された各実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
　上述のように、本発明によれば、アクチュエータに触れない状態で配置されるスペーサ部材の変形が防止されて、組立が容易化されたインクジェットヘッド及びインクジェット記録装置を提供することができる。
　１　インクジェットヘッド
　１０　ノズルプレート
　２０　圧力室基板
　２１　圧力室
　２１ａ　流路
　３０　振動板
　３１　開口部
　４０　スペーサ部材
　４０ａ　基材部（桟部）
　４０ｂ　梁部
　４０ｃ　交差部
　４１　導通路
　５０　配線基板
　５１　導通路
　５２　配線
　５３　インターポーザ
　６０　アクチュエータ
　６１　配線電極
　６２　第１電極層
　６３　第２電極層
　７０　共通インク室
　８０　筐体
　９０　接続部
　９１　バンプ
　９２　導電性材料
　１００　インク供給手段
　１０１　記録媒体
　１０２　制御部
　１０３　メモリ
　１０４　移動操作機構
　Ａ　積層体
　Ｎ　ノズル
　Ｐ　射出面

Claims (5)

  1. 　複数の圧力室が二次元配列されて形成された圧力室基板と、
    　前記圧力室に対応して配置され、前記圧力室内に圧力を印加する複数のアクチュエータと、
    　前記圧力室を外方に連通させ、前記圧力室内の液体を液滴として吐出する複数のノズルと、
    　前記アクチュエータの厚さよりも厚いスペーサ部材とを備え、
    　前記スペーサ部材は、前記圧力室基板に前記アクチュエータに接触しない状態で接着された基材部と、前記基材部の一の箇所から他の箇所に亘って延在され前記圧力室基板及び前記アクチュエータから離間している梁部とを有するインクジェットヘッド。
  2. 　前記スペーサ部材は、前記圧力室内に液体を供給するための流路に連通した導通路を有し、
    　前記導通路は、前記基材部に設けられており、前記梁部の基端部近傍に位置している請求項１記載のインクジェットヘッド。
  3. 　前記梁部は、前記アクチュエータ同士の間の位置を跨いで延在されている請求項１又は２記載のインクジェットヘッド。
  4. 　前記基材部は、前記アクチュエータ同士の間に位置する複数の桟部であり、
    　前記桟部の長手方向を、前記ノズルから液滴を吐出しながら描画を行うときの記録媒体に対する相対移動方向に直交する方向として配置されている請求項１、２又は３記載のインクジェットヘッド。
  5. 　請求項１、２又は３記載のインクジェットヘッドと、
    　前記導通路及び前記流路を介して前記圧力室内にインクを供給するインク供給手段と、
    　前記基材部の前記桟部の長手方向に直交する方向に前記インクジェットヘッドと記録媒体とを相対移動させながら、前記ノズルから液滴を吐出させ、前記記録媒体への描画を行わせる制御手段とを備えたインクジェット記録装置。
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