インクジェットヘッド
【課題】配線層部の反りを防止すると共に、簡易な構成で圧電素子の設置空間内と大気を連通すること。
【解決手段】インクを吐出する複数のノズル１１と、各ノズルに連通され、吐出するインクを貯留する複数の圧力室４１と、複数の圧力室の一壁部となる振動板５０と、振動板に積層され、振動板を挟んで圧力室に対向する位置に形成された空間７１を有する隔壁部材７０と、空間内で振動板に設けられ、駆動電圧の印加により振動板を変位させる圧電素子６０と、隔壁部材に積層され、圧電素子に駆動電圧を印加する電極６１，６２に接続された配線層部８０と、を備え、配線層部における空間に露出する面には、空間と大気とを連通する溝８９が形成されている。
【解決手段】インクを吐出する複数のノズル１１と、各ノズルに連通され、吐出するインクを貯留する複数の圧力室４１と、複数の圧力室の一壁部となる振動板５０と、振動板に積層され、振動板を挟んで圧力室に対向する位置に形成された空間７１を有する隔壁部材７０と、空間内で振動板に設けられ、駆動電圧の印加により振動板を変位させる圧電素子６０と、隔壁部材に積層され、圧電素子に駆動電圧を印加する電極６１，６２に接続された配線層部８０と、を備え、配線層部における空間に露出する面には、空間と大気とを連通する溝８９が形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット記録装置に備えられるインクジェットヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、インクジェットヘッドのノズルからインク滴を吐出させて記録媒体に所望の画像を記録するインクジェット記録装置が知られている。このインクジェット記録装置は、多岐にわたる用途に使用され、それぞれの目的に沿った種類のインクや記録媒体が使用可能となっている。
インクジェットヘッドには、圧電素子の変位を利用して圧力室内のインクを加圧し、圧力室に連通するノズルからインク滴を吐出する圧電方式のヘッドがある（例えば、特許文献１，２参照）。
高精細な画像を形成するためには、ノズルを高密度に配置する必要があるのだが、ノズルとこのノズルに連通した圧力室との組を２次元状に配列させたものが知られている。２次元状に配列させることで、ヘッドを小型化させることも可能となっている。
また、複数の圧力室にインクを供給するための共通流路（共通インク室）を圧力室とは異なる層に設けることで、さらなるヘッドの小型化、圧力室の高密度配置を行うことも知られている。さらに、圧電素子に接続される配線を、圧電素子が配置される層とは別の配線基板に設けることにより、多数の圧電素子を高密度に配置した場合でも十分な配線スペースを確保することも知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３０３６１号公報
【特許文献２】特開２００６−２８１７７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記の特許文献１，２に示すような圧電方式のヘッドは、複数の基材、基板を積み重ねるとともに互いを接合することにより製造される。特に、配線基板や圧電素子を設ける層に関しては、流路からのインク漏れや電気配線の断線等が生じないように高精度かつ確実に接合する必要がある。
しかし、問題として、配線基板に反りが発生することで高精度かつ確実な接合ができないことがある。具体的には、配線基板は、表裏に形成される膜の構成が異なるため、応力によって反りが発生することがある。また、配線基板は、微細な電極や孔を形成しやすくするために極力薄く形成することが好ましいが、薄くすることによって反りが発生しやすくなってしまう。このように配線基板に反りが発生すると、接合の精度が下がるのはもちろん、接合後に配線基板にかかる応力により剥がれてしまう。
【０００５】
また、他の問題として、圧電素子の周囲の空間の圧力変動により、インクの吐出精度が低下することがある。具体的には、ヘッドの製造時に加熱を伴う接合を行う場合や圧電素子の駆動による熱の発生等により、圧電素子の周囲の空間の圧力が上昇してしまい、吐出性能が変化してしまう場合がある。
そこで、上記特許文献２に示すように、隔壁部材における圧電素子の設置空間内と大気を連通し、当該空間内の圧力変動を防止することが知られている。
しかし、圧電素子が設けられる隔壁部材には、インクの流路や電極等が設けられているため、これらを避けつつ全ての圧電素子について周囲の空間を大気に連通させることは構造上困難であった。
【０００６】
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、配線基板の反りを防止すると共に、簡易な構成で隔壁部材における圧電素子の設置空間と大気を連通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を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、インクジェットヘッドにおいて、
インクを吐出する複数のノズルと、
各ノズルに連通され、吐出するインクを貯留する複数の圧力室と、
前記複数の圧力室の一壁部となる振動板と、
前記振動板に積層され、前記振動板を挟んで前記圧力室に対向する位置に形成された空間を有する隔壁部材と、
前記空間内で前記振動板に設けられ、駆動電圧の印加により前記振動板を変位させる圧電素子と、
前記隔壁部材に積層され、前記圧電素子に駆動電圧を印加する電極に接続された配線層部と、を備え、
前記配線層部における前記空間に露出する面には、前記空間と大気とを連通する溝が形成されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記空間は、各圧電素子を個別に収容するように複数形成され、
前記溝は、複数の空間に連通されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記溝を直線状に形成したことを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記配線層部は、
前記電極に駆動電圧を印加して前記圧電素子を変位させるために電極を通す電極用貫通孔と、
インクを前記圧力室に導く流路を形成する流路用貫通孔と、
を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、配線層部には溝が形成されているので、応力により配線層部に反りが発生しても溝で吸収することができる。これにより、配線層部の反りを防止することができ、接合時の配線層部の位置ずれを防止し、高精度で接合することができる。また、配線層部の反りを防止することで、接合後の配線層部の剥がれを防止することができる。
さらに、溝は配線層部における空間に露出する面に形成されているので、簡易な構成で隔壁部材の空間と大気を連通することができる。これにより、配線層部の反りを防止する溝が隔壁部材の空間の圧力変動を抑える連通口としても機能する。よって、隔壁部材の空間と大気とを連通するためだけの連通孔を別個に設ける必要がなく、隔壁部材の小型化、薄型化を図ることができる。また、空間内の空気が膨張して圧力変動が生じても、溝は大気と連通されているので、圧電素子の動作に悪影響を与えることがなく、インクの吐出不良、吐出量の変化の問題を解消することができる。
よって、配線層部に形成した溝は、配線層部の反りを防止すると共に、簡易な構成で圧電素子の設置空間内と大気を連通することができるという二つの効果を奏することができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、溝は複数の空間に連通されているので、一つの溝で隔壁部材の複数の空間と大気とを連通することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、溝を直線状にすることにより、溝の形成の際の加工を容易にすることができる。また、直線状とすることで、配線層部の反りを防止する効果が高くなる。
【００１４】
請求項４に記載の発明によれば、配線層部に電極用貫通孔と流路用貫通孔を形成することで、配線層部と圧力室を積層することができ、ノズルを密集させて配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】インクジェット記録装置の要部を示す模式図。
【図２】インクジェットヘッドの斜視図。
【図３】ノズルプレートの下面図。
【図４】インクジェットヘッドの縦断面図。
【図５】図４において圧電素子の周囲を拡大視した図。
【図６】溝と圧電素子と隔壁部の空間との配置を示した配線層部の下面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、インクジェットヘッドについて説明する。本発明に係るインクジェットヘッドは、インクジェット記録装置に備えられている。
＜インクジェット記録装置＞
図１は、インクジェット記録装置１の要部を示す模式図である。
図１に示すように、インクジェット記録装置１は、記録媒体Ｐを矢印Ｚの方向（以下、搬送方向Ｚという）へ搬送する搬送部２を備えている。記録媒体Ｐとしては、紙や布帛のほか、インク吸収性の無いプラスチックフィルムや金属類等を用いることが可能であり、特に限定されない。なお、ここでの紙とは、インク吸収性を有するインクジェットプリンタ専用紙は勿論のこと、インク吸収性の弱いコート紙やアート紙、及び普通紙を含むものである。
【００１７】
搬送部２の上方には、搬送部２上の記録媒体Ｐへインク滴Ｄを吐出するインクジェットヘッド３が配設されている。このインクジェットヘッド３には、インク滴Ｄを吐出する複数のノズル１１が、図中のＸ方向及びＹ方向に配列されている（図２参照）。
搬送部２、インクジェットヘッド３は、制御部５に接続されており、この制御部５により制御される。
【００１８】
図２は、インクジェットヘッド３の斜視図である。
この図に示すように、インクジェットヘッド３はその下端にインク滴Ｄを吐出する複数のノズル１１が形成されたノズルプレート２０を備えている。
図３は、ノズルプレート２０の下面図である。
図３に示すように、ノズル１１は、Ｘ方向に８個並設されてノズル列１１ａを構成しており、このノズル列１１ａがＹ方向に８列並設されてノズルグループ１１ｂを構成している。より詳しくは、ノズルグループ１１ｂは、全てのノズル列１１ａにおける各ノズル１１のＸ方向の位置が１列おきに僅かずつ重なるとともに、全体として全てのノズル１１のＸ方向の位置が僅かずつ重なるように、各ノズル１１のＸ方向の位置をずらして構成されている。そして、このノズルグループ１１ｂがＹ方向に２組並設されている。
【００１９】
＜インクジェットヘッドの構成＞
図４は、インクジェットヘッドの縦断面図であり、図５は、図４において圧電素子の周囲を拡大視した図である。
【００２０】
（ノズルプレート）
図４，５に示すように、インクジェットヘッド３は、インクを吐出する複数のノズル１１が形成されたノズルプレート２０を有している。ノズルプレート２０は、ノズル１１からインクと下方に吐出する際にインクジェットヘッド３の最下層に位置する。ノズルプレート２０は、シリコンを基材としており、ドライエッチングにより、インク流路１２及びノズル１１が形成されている。
【００２１】
（中間プレート層部）
ノズルプレート２０には、中間プレート層部３０が積層され、陽極接合されている。ここで、陽極接合とは、中間プレート層部３０を加熱（300℃〜500℃）し、ノズルプレート２０と中間プレート層部３０との間に電圧を印加し、静電引力により両者を接合する方法である。陽極接合を用いることにより、両者を接着するための接着剤が不要となり、インク溶剤による耐久性劣化の恐れがなく、信頼性を高めることができる。
中間プレート層部３０は、ガラスを基材としており、ノズル１１へのインク流路３１がサンドブラストにより当該中間プレート層部３０の厚さ方向に貫通するように形成されている。インク流路３１は、中間プレート層部３０をノズルプレート２０に積層した際に、インク流路１２に連通する位置に形成されている。
【００２２】
（圧力室層部）
中間プレート層部３０には、圧力室層部４０が積層され、陽極接合されている。ここでの陽極接合も上記中間プレート層部３０の接合と同じ方法である。圧力室層部４０には、ノズル１１から吐出するインクを貯留する圧力室４１が圧力室層部４０の厚さ方向に貫通するように形成されている。圧力室層部４０は、シリコンを基材としており、ドライエッチングにより圧力室４１が形成されている。圧力室４１は、圧力室層部４０を中間プレート層部３０に積層した際に、インク流路３１に連通する位置に形成されている。
圧力室層部４０には、圧力室４１へのインク流路となるインレット（絞り流路）４２が当該圧力室層部４０の厚さ方向に貫通するように形成されている。インレット４２は、ドライエッチングにより、他のインク流路より細くなるように形成されている。このことにより、流路抵抗をインレット４２で規定することになり、所望の吐出特性（液滴径、吐出周波数等）を実現することが可能となる。また、インレット４２における流路抵抗等のパラメータが吐出特性に影響するが、インレット４２を高精度加工が可能なシリコンを基材とする圧力室層部４０に形成しているので、加工のばらつきも少なく、吐出特性も良好なものとなる。
圧力室４１とインレット４２は、圧力室層部４０においては互いに独立するように形成されているが、中間プレート層部３０に圧力室層部４０を積層した際に、中間プレート層部３０に形成されたインク流路３２を介して連通される。従って、インクは、インレット４２、インク流路３１を通って圧力室４１に貯留される。
【００２３】
（振動板）
圧力室層部４０には、振動板５０が積層され、接合されている。振動板５０は、インレット４２を回避しつつ、圧力室４１の開口を覆うように圧力室層部４０に接合されている。すなわち、振動板５０は、圧力室４１の一壁部を構成している。
【００２４】
（圧電素子）
振動板５０には、当該振動板５０を挟んで圧力室４１に対向する位置に圧電素子６０が設けられている。
圧電素子６０は、ＰＺＴ(lead zirconate titanate)からなるアクチュエータである。圧電素子６０は、上面側及び下面側から二つの電極６１，６２により挟まれ、下面側の電極６１が振動板５上に設けられている。圧電素子６０及び電極６１，６２は、振動板５０にエッチング等の方法でパターニング形成することにより設けられている。
電極６１，６２に駆動電圧を印加すると、電極６１，６２に挟まれた圧電素子６０が変位し、圧電素子６０の変位により振動板５０も変位する。この振動板５０の動作により、圧力室４１内のインクがノズルからインク滴Ｄ（図１参照）として吐出される。
【００２５】
（隔壁部）
振動板５０には、隔壁部７０が積層され、接合されている。隔壁部７０は、感光性接着剤（例えば、感光性ドライフィルム）により構成されることが好ましい。
隔壁部７０には、当該振動板５０を挟んで圧力室４１に対向する位置に圧電素子６０及び電極６１，６２を収容する空間７１が隔壁部７０の厚さ方向に貫通するように形成されている。空間７１は、各圧電素子６０を個別に収容するように複数形成されている。すなわち、隔壁部７０は、各圧電素子６０を隔離する隔壁部材としても機能する。
隔壁部７０には、空間７１とは独立してインク流路７２が隔壁部７０の厚さ方向に貫通するように形成されている。インク流路７２は、振動板５０に隔壁部７０を積層した際に、インレット４２に連通するように形成されている。
【００２６】
（配線層部）
隔壁部７０には、配線基板を有する配線層部８０が積層され、接合されている。
配線層部８０は、シリコン製の配線基板であるインターポーザ８１を備えている。インターポーザ８１の下面には、２層の酸化シリコンの絶縁層部８２，８３が形成され、上面には、同じく酸化シリコンの絶縁層部８４が形成されている。絶縁層部８２，８３のうち、下方に位置する絶縁層部８３は、隔壁部７０の上面に積層され、接合されている。
インターポーザ８１には、電極６１，６２に駆動電圧を印加して圧電素子６０を変位させるために貫通電極８５を通す電極用貫通孔（スルーホール）８６が配線層部８０の厚さ方向に形成されている。貫通電極８５の下端には、水平方向に延在するアルミ配線８７の一端が接続されており、このアルミ配線８７の他端には、圧電素子６０上面の電極６２に設けられたスタッドバンプ６３が、空間７１内に露出した半田６４を介して接続されている。アルミ配線８７は、インターポーザ８１下面の２層の絶縁層部８２，８３によって挟まれて保護されている。
配線層部８０には、インクを圧力室４１に導くための流路用貫通孔８８が配線層部８０の厚さ方向に貫通するように形成されている。流路用貫通孔８８は、隔壁部７０に配線層部８０を積層した際に、インク流路７２に連通するように形成されている。
【００２７】
図６は、溝と圧電素子と隔壁部７０の空間との配置を示した配線層部の下面図である。
図５，６に示すように、配線層部８０には、隔壁部７０に形成された空間７１に露出する面に溝８９が形成されている。具体的には、溝８９は、配線層部８０のインターポーザ８１及び絶縁層部８２，８３にわたって形成されている。
溝８９は、空間７１とヘッド外部の大気とを連通するものであり、矩形状のインクジェットヘッド３の対向する外縁に貫通するように形成されている。溝８９は、複数の空間７１に連通するように形成されている。例えば、図６に示すように、一直線状に並ぶノズル列毎に一つの溝８９が各ノズル列に対応する空間７１を連通している。溝８９の深さは、配線層部８０の厚さの１０〜５０％であることが好ましい。溝８９の幅は、当該溝８９の深さの１０〜１００％であることが好ましい。
このように、溝８９は、配線層部８０の反りを防止する効果を高めるために直線状に形成することが好ましい。また、直線状に形成することで、配線層部８０に応力が作用した場合に配線層部８０の反りを溝８９で吸収する。
【００２８】
（保護層部）
配線層部８０には、感光性樹脂材料等で構成された保護層部９０が積層され、接合されている。保護層部９０は、配線層部８０の上面に設けられた銅配線９１を覆うと共に、インターポーザ８１の絶縁層部８４の上面に積層され、接合されている。保護層部９０は、上方の共通インク室１００を積層、接合する感光性の接着剤であるとともに、銅配線９１を保護する保護層となっている。銅配線９１は、水平方向に延在されて、一端が貫通電極８５の上端に接続されるとともに、他端がフレキシブル基板１１０に接続されている（図４参照）。フレキシブル基板１１０はドライバ１２０に接続され、ドライバ１２０による制御の下、圧電素子６０を駆動（変位）させる。
保護層部９０には、インクを圧力室４１に導くためのインク流路９２が保護層部９０の厚さ方向に貫通するように形成されている。インク流路９２は、配線層部８０に保護層部９０を積層した際にインク流路８８に連通するように形成されている。
【００２９】
（共通インク室）
保護層部９０には、共通インク室１００が設けられている。共通インク室１００は、保護層部９０により配線層部８０に接着、固定されている。
共通インク室１００は、各層部におけるインク流路を介して圧力室４１に連通されている。共通インク室１００は、全ての圧力室４１にインク流路を介して連通されており、全ての圧力室４１にインクを供給することができるように形成されている。
【００３０】
＜溝の機能＞
次に、配線層部８０に形成された溝８９の機能について説明する。
溝８９は、配線層部８０の反りを防止する機能を有している。
配線層部８０に応力が作用した場合、配線層部８０は、全て同じ材料で構成されているわけでもなく、均一な構成でもないため、反りが発生しようとする。このような場合において、配線層部８０の撓みを溝８９が吸収する。すなわち、配線層部８０の応力による撓みは、溝８９の幅が変化することによって吸収される。これにより、配線層部８０は、反りが発生することもないので、下層の隔壁部７０、上層の保護層部９０から剥がれることもない。
溝８９は、隔壁部７０に形成された空間７１内の圧力変動を防止する機能を有する。
インクジェットヘッド３の製造時に加熱を伴う接合を行う際や、圧電素子６０の駆動により発生する熱の影響により、空間７１内の空気が膨張、加圧して振動板５０を変形させる恐れがある。このような場合において、溝８９はインクジェットヘッド３の外の大気と空間７１とを連通しているので、膨張した空気は、溝８９からインクジェットヘッド３の外へ排出され、振動板５０を押圧することがない。これにより、振動板５０が不必要に変位して圧力室４１を押圧し、インクの吐出不良や定められた吐出量に変化を生じさせることがない。
【００３１】
＜作用効果＞
以上のように、インクジェットヘッド３によれば、配線層部８０には溝８９が形成されているので、応力により配線層部８０に反りが発生しても溝８９で吸収することができる。これにより、配線層部８０の反りを防止することができ、接合時の配線層部８０の位置ずれを防止し、高精度で配線層部８０を接合することができる。また、配線層部８０の反りを防止することで、接合後の配線層部８０の剥がれを防止することができる。
さらに、溝８９は配線層部８０における隔壁部７０の空間７１に露出する面に形成されているので、簡易な構成で隔壁部７０の空間７１と大気を連通することができる。これにより、配線層部８０の反りを防止する溝８９が隔壁部７０の空間７１の圧力変動を抑える連通口としても機能する。よって、隔壁部７０の空間７１と大気とを連通するためだけの連通孔を別個に設ける必要がなく、隔壁部７０の小型化、薄型化を図ることができる。また、空間７１内の空気が膨張して圧力変動が生じても、溝８９は大気に連通されているので、圧電素子６０の動作に悪影響を与えることがなく、インクの吐出不良、吐出量の変化の問題を解消することができる。
よって、配線層部８０に形成した溝８９は、配線層部８０の反りを防止すると共に、簡易な構成で圧電素子６０の設置空間内と大気を連通することができるという二つの効果を奏することができる。
【００３２】
また、溝８９は複数の空間７１に連通されているので、一つの溝８９で隔壁部７０の複数の空間７１と大気とを連通することができる。
また、溝８９を直線状にすることにより、溝８９の形成の際の加工を容易にすることができる。また、直線状とすることで、配線層部８０の反りを防止する効果が高くなる。
また、配線層部８０に電極用貫通孔８６と流路用貫通孔８８を形成することで、配線層部８０と共通インク室１００と圧力室４１を積層することができ、ノズル１１を密集させて配置することができる。
【００３３】
なお、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、発明の本質的部分を変更しない範囲内で自由に設計変更が可能である。
例えば、上記実施形態においては、溝は、ノズル列の一方向にのみ沿って形成したが、あらゆる方向からの応力の作用を考慮して、複数の溝が交差するように配線層部に形成しても良い。
また、一つの空間を一つの溝が通るのではなく、同じ方向に沿って複数の溝が通るように構成して配線層部の反りへの耐性を向上させてもよい。
【符号の説明】
【００３４】
３ インクジェットヘッド
１１ ノズル
４１ 圧力室
５０ 振動板
６０ 圧電素子
６１ 電極
６２ 電極
７０ 隔壁部（隔壁部材）
７１ 空間
８１ インターポーザ（配線層部）
８６ 電極用貫通孔
８８ 流路用貫通孔
８９ 溝
１００ 共通インク室
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット記録装置に備えられるインクジェットヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、インクジェットヘッドのノズルからインク滴を吐出させて記録媒体に所望の画像を記録するインクジェット記録装置が知られている。このインクジェット記録装置は、多岐にわたる用途に使用され、それぞれの目的に沿った種類のインクや記録媒体が使用可能となっている。
インクジェットヘッドには、圧電素子の変位を利用して圧力室内のインクを加圧し、圧力室に連通するノズルからインク滴を吐出する圧電方式のヘッドがある（例えば、特許文献１，２参照）。
高精細な画像を形成するためには、ノズルを高密度に配置する必要があるのだが、ノズルとこのノズルに連通した圧力室との組を２次元状に配列させたものが知られている。２次元状に配列させることで、ヘッドを小型化させることも可能となっている。
また、複数の圧力室にインクを供給するための共通流路（共通インク室）を圧力室とは異なる層に設けることで、さらなるヘッドの小型化、圧力室の高密度配置を行うことも知られている。さらに、圧電素子に接続される配線を、圧電素子が配置される層とは別の配線基板に設けることにより、多数の圧電素子を高密度に配置した場合でも十分な配線スペースを確保することも知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３０３６１号公報
【特許文献２】特開２００６−２８１７７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記の特許文献１，２に示すような圧電方式のヘッドは、複数の基材、基板を積み重ねるとともに互いを接合することにより製造される。特に、配線基板や圧電素子を設ける層に関しては、流路からのインク漏れや電気配線の断線等が生じないように高精度かつ確実に接合する必要がある。
しかし、問題として、配線基板に反りが発生することで高精度かつ確実な接合ができないことがある。具体的には、配線基板は、表裏に形成される膜の構成が異なるため、応力によって反りが発生することがある。また、配線基板は、微細な電極や孔を形成しやすくするために極力薄く形成することが好ましいが、薄くすることによって反りが発生しやすくなってしまう。このように配線基板に反りが発生すると、接合の精度が下がるのはもちろん、接合後に配線基板にかかる応力により剥がれてしまう。
【０００５】
また、他の問題として、圧電素子の周囲の空間の圧力変動により、インクの吐出精度が低下することがある。具体的には、ヘッドの製造時に加熱を伴う接合を行う場合や圧電素子の駆動による熱の発生等により、圧電素子の周囲の空間の圧力が上昇してしまい、吐出性能が変化してしまう場合がある。
そこで、上記特許文献２に示すように、隔壁部材における圧電素子の設置空間内と大気を連通し、当該空間内の圧力変動を防止することが知られている。
しかし、圧電素子が設けられる隔壁部材には、インクの流路や電極等が設けられているため、これらを避けつつ全ての圧電素子について周囲の空間を大気に連通させることは構造上困難であった。
【０００６】
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、配線基板の反りを防止すると共に、簡易な構成で隔壁部材における圧電素子の設置空間と大気を連通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を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、インクジェットヘッドにおいて、
インクを吐出する複数のノズルと、
各ノズルに連通され、吐出するインクを貯留する複数の圧力室と、
前記複数の圧力室の一壁部となる振動板と、
前記振動板に積層され、前記振動板を挟んで前記圧力室に対向する位置に形成された空間を有する隔壁部材と、
前記空間内で前記振動板に設けられ、駆動電圧の印加により前記振動板を変位させる圧電素子と、
前記隔壁部材に積層され、前記圧電素子に駆動電圧を印加する電極に接続された配線層部と、を備え、
前記配線層部における前記空間に露出する面には、前記空間と大気とを連通する溝が形成されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記空間は、各圧電素子を個別に収容するように複数形成され、
前記溝は、複数の空間に連通されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記溝を直線状に形成したことを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記配線層部は、
前記電極に駆動電圧を印加して前記圧電素子を変位させるために電極を通す電極用貫通孔と、
インクを前記圧力室に導く流路を形成する流路用貫通孔と、
を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、配線層部には溝が形成されているので、応力により配線層部に反りが発生しても溝で吸収することができる。これにより、配線層部の反りを防止することができ、接合時の配線層部の位置ずれを防止し、高精度で接合することができる。また、配線層部の反りを防止することで、接合後の配線層部の剥がれを防止することができる。
さらに、溝は配線層部における空間に露出する面に形成されているので、簡易な構成で隔壁部材の空間と大気を連通することができる。これにより、配線層部の反りを防止する溝が隔壁部材の空間の圧力変動を抑える連通口としても機能する。よって、隔壁部材の空間と大気とを連通するためだけの連通孔を別個に設ける必要がなく、隔壁部材の小型化、薄型化を図ることができる。また、空間内の空気が膨張して圧力変動が生じても、溝は大気と連通されているので、圧電素子の動作に悪影響を与えることがなく、インクの吐出不良、吐出量の変化の問題を解消することができる。
よって、配線層部に形成した溝は、配線層部の反りを防止すると共に、簡易な構成で圧電素子の設置空間内と大気を連通することができるという二つの効果を奏することができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、溝は複数の空間に連通されているので、一つの溝で隔壁部材の複数の空間と大気とを連通することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、溝を直線状にすることにより、溝の形成の際の加工を容易にすることができる。また、直線状とすることで、配線層部の反りを防止する効果が高くなる。
【００１４】
請求項４に記載の発明によれば、配線層部に電極用貫通孔と流路用貫通孔を形成することで、配線層部と圧力室を積層することができ、ノズルを密集させて配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】インクジェット記録装置の要部を示す模式図。
【図２】インクジェットヘッドの斜視図。
【図３】ノズルプレートの下面図。
【図４】インクジェットヘッドの縦断面図。
【図５】図４において圧電素子の周囲を拡大視した図。
【図６】溝と圧電素子と隔壁部の空間との配置を示した配線層部の下面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、インクジェットヘッドについて説明する。本発明に係るインクジェットヘッドは、インクジェット記録装置に備えられている。
＜インクジェット記録装置＞
図１は、インクジェット記録装置１の要部を示す模式図である。
図１に示すように、インクジェット記録装置１は、記録媒体Ｐを矢印Ｚの方向（以下、搬送方向Ｚという）へ搬送する搬送部２を備えている。記録媒体Ｐとしては、紙や布帛のほか、インク吸収性の無いプラスチックフィルムや金属類等を用いることが可能であり、特に限定されない。なお、ここでの紙とは、インク吸収性を有するインクジェットプリンタ専用紙は勿論のこと、インク吸収性の弱いコート紙やアート紙、及び普通紙を含むものである。
【００１７】
搬送部２の上方には、搬送部２上の記録媒体Ｐへインク滴Ｄを吐出するインクジェットヘッド３が配設されている。このインクジェットヘッド３には、インク滴Ｄを吐出する複数のノズル１１が、図中のＸ方向及びＹ方向に配列されている（図２参照）。
搬送部２、インクジェットヘッド３は、制御部５に接続されており、この制御部５により制御される。
【００１８】
図２は、インクジェットヘッド３の斜視図である。
この図に示すように、インクジェットヘッド３はその下端にインク滴Ｄを吐出する複数のノズル１１が形成されたノズルプレート２０を備えている。
図３は、ノズルプレート２０の下面図である。
図３に示すように、ノズル１１は、Ｘ方向に８個並設されてノズル列１１ａを構成しており、このノズル列１１ａがＹ方向に８列並設されてノズルグループ１１ｂを構成している。より詳しくは、ノズルグループ１１ｂは、全てのノズル列１１ａにおける各ノズル１１のＸ方向の位置が１列おきに僅かずつ重なるとともに、全体として全てのノズル１１のＸ方向の位置が僅かずつ重なるように、各ノズル１１のＸ方向の位置をずらして構成されている。そして、このノズルグループ１１ｂがＹ方向に２組並設されている。
【００１９】
＜インクジェットヘッドの構成＞
図４は、インクジェットヘッドの縦断面図であり、図５は、図４において圧電素子の周囲を拡大視した図である。
【００２０】
（ノズルプレート）
図４，５に示すように、インクジェットヘッド３は、インクを吐出する複数のノズル１１が形成されたノズルプレート２０を有している。ノズルプレート２０は、ノズル１１からインクと下方に吐出する際にインクジェットヘッド３の最下層に位置する。ノズルプレート２０は、シリコンを基材としており、ドライエッチングにより、インク流路１２及びノズル１１が形成されている。
【００２１】
（中間プレート層部）
ノズルプレート２０には、中間プレート層部３０が積層され、陽極接合されている。ここで、陽極接合とは、中間プレート層部３０を加熱（300℃〜500℃）し、ノズルプレート２０と中間プレート層部３０との間に電圧を印加し、静電引力により両者を接合する方法である。陽極接合を用いることにより、両者を接着するための接着剤が不要となり、インク溶剤による耐久性劣化の恐れがなく、信頼性を高めることができる。
中間プレート層部３０は、ガラスを基材としており、ノズル１１へのインク流路３１がサンドブラストにより当該中間プレート層部３０の厚さ方向に貫通するように形成されている。インク流路３１は、中間プレート層部３０をノズルプレート２０に積層した際に、インク流路１２に連通する位置に形成されている。
【００２２】
（圧力室層部）
中間プレート層部３０には、圧力室層部４０が積層され、陽極接合されている。ここでの陽極接合も上記中間プレート層部３０の接合と同じ方法である。圧力室層部４０には、ノズル１１から吐出するインクを貯留する圧力室４１が圧力室層部４０の厚さ方向に貫通するように形成されている。圧力室層部４０は、シリコンを基材としており、ドライエッチングにより圧力室４１が形成されている。圧力室４１は、圧力室層部４０を中間プレート層部３０に積層した際に、インク流路３１に連通する位置に形成されている。
圧力室層部４０には、圧力室４１へのインク流路となるインレット（絞り流路）４２が当該圧力室層部４０の厚さ方向に貫通するように形成されている。インレット４２は、ドライエッチングにより、他のインク流路より細くなるように形成されている。このことにより、流路抵抗をインレット４２で規定することになり、所望の吐出特性（液滴径、吐出周波数等）を実現することが可能となる。また、インレット４２における流路抵抗等のパラメータが吐出特性に影響するが、インレット４２を高精度加工が可能なシリコンを基材とする圧力室層部４０に形成しているので、加工のばらつきも少なく、吐出特性も良好なものとなる。
圧力室４１とインレット４２は、圧力室層部４０においては互いに独立するように形成されているが、中間プレート層部３０に圧力室層部４０を積層した際に、中間プレート層部３０に形成されたインク流路３２を介して連通される。従って、インクは、インレット４２、インク流路３１を通って圧力室４１に貯留される。
【００２３】
（振動板）
圧力室層部４０には、振動板５０が積層され、接合されている。振動板５０は、インレット４２を回避しつつ、圧力室４１の開口を覆うように圧力室層部４０に接合されている。すなわち、振動板５０は、圧力室４１の一壁部を構成している。
【００２４】
（圧電素子）
振動板５０には、当該振動板５０を挟んで圧力室４１に対向する位置に圧電素子６０が設けられている。
圧電素子６０は、ＰＺＴ(lead zirconate titanate)からなるアクチュエータである。圧電素子６０は、上面側及び下面側から二つの電極６１，６２により挟まれ、下面側の電極６１が振動板５上に設けられている。圧電素子６０及び電極６１，６２は、振動板５０にエッチング等の方法でパターニング形成することにより設けられている。
電極６１，６２に駆動電圧を印加すると、電極６１，６２に挟まれた圧電素子６０が変位し、圧電素子６０の変位により振動板５０も変位する。この振動板５０の動作により、圧力室４１内のインクがノズルからインク滴Ｄ（図１参照）として吐出される。
【００２５】
（隔壁部）
振動板５０には、隔壁部７０が積層され、接合されている。隔壁部７０は、感光性接着剤（例えば、感光性ドライフィルム）により構成されることが好ましい。
隔壁部７０には、当該振動板５０を挟んで圧力室４１に対向する位置に圧電素子６０及び電極６１，６２を収容する空間７１が隔壁部７０の厚さ方向に貫通するように形成されている。空間７１は、各圧電素子６０を個別に収容するように複数形成されている。すなわち、隔壁部７０は、各圧電素子６０を隔離する隔壁部材としても機能する。
隔壁部７０には、空間７１とは独立してインク流路７２が隔壁部７０の厚さ方向に貫通するように形成されている。インク流路７２は、振動板５０に隔壁部７０を積層した際に、インレット４２に連通するように形成されている。
【００２６】
（配線層部）
隔壁部７０には、配線基板を有する配線層部８０が積層され、接合されている。
配線層部８０は、シリコン製の配線基板であるインターポーザ８１を備えている。インターポーザ８１の下面には、２層の酸化シリコンの絶縁層部８２，８３が形成され、上面には、同じく酸化シリコンの絶縁層部８４が形成されている。絶縁層部８２，８３のうち、下方に位置する絶縁層部８３は、隔壁部７０の上面に積層され、接合されている。
インターポーザ８１には、電極６１，６２に駆動電圧を印加して圧電素子６０を変位させるために貫通電極８５を通す電極用貫通孔（スルーホール）８６が配線層部８０の厚さ方向に形成されている。貫通電極８５の下端には、水平方向に延在するアルミ配線８７の一端が接続されており、このアルミ配線８７の他端には、圧電素子６０上面の電極６２に設けられたスタッドバンプ６３が、空間７１内に露出した半田６４を介して接続されている。アルミ配線８７は、インターポーザ８１下面の２層の絶縁層部８２，８３によって挟まれて保護されている。
配線層部８０には、インクを圧力室４１に導くための流路用貫通孔８８が配線層部８０の厚さ方向に貫通するように形成されている。流路用貫通孔８８は、隔壁部７０に配線層部８０を積層した際に、インク流路７２に連通するように形成されている。
【００２７】
図６は、溝と圧電素子と隔壁部７０の空間との配置を示した配線層部の下面図である。
図５，６に示すように、配線層部８０には、隔壁部７０に形成された空間７１に露出する面に溝８９が形成されている。具体的には、溝８９は、配線層部８０のインターポーザ８１及び絶縁層部８２，８３にわたって形成されている。
溝８９は、空間７１とヘッド外部の大気とを連通するものであり、矩形状のインクジェットヘッド３の対向する外縁に貫通するように形成されている。溝８９は、複数の空間７１に連通するように形成されている。例えば、図６に示すように、一直線状に並ぶノズル列毎に一つの溝８９が各ノズル列に対応する空間７１を連通している。溝８９の深さは、配線層部８０の厚さの１０〜５０％であることが好ましい。溝８９の幅は、当該溝８９の深さの１０〜１００％であることが好ましい。
このように、溝８９は、配線層部８０の反りを防止する効果を高めるために直線状に形成することが好ましい。また、直線状に形成することで、配線層部８０に応力が作用した場合に配線層部８０の反りを溝８９で吸収する。
【００２８】
（保護層部）
配線層部８０には、感光性樹脂材料等で構成された保護層部９０が積層され、接合されている。保護層部９０は、配線層部８０の上面に設けられた銅配線９１を覆うと共に、インターポーザ８１の絶縁層部８４の上面に積層され、接合されている。保護層部９０は、上方の共通インク室１００を積層、接合する感光性の接着剤であるとともに、銅配線９１を保護する保護層となっている。銅配線９１は、水平方向に延在されて、一端が貫通電極８５の上端に接続されるとともに、他端がフレキシブル基板１１０に接続されている（図４参照）。フレキシブル基板１１０はドライバ１２０に接続され、ドライバ１２０による制御の下、圧電素子６０を駆動（変位）させる。
保護層部９０には、インクを圧力室４１に導くためのインク流路９２が保護層部９０の厚さ方向に貫通するように形成されている。インク流路９２は、配線層部８０に保護層部９０を積層した際にインク流路８８に連通するように形成されている。
【００２９】
（共通インク室）
保護層部９０には、共通インク室１００が設けられている。共通インク室１００は、保護層部９０により配線層部８０に接着、固定されている。
共通インク室１００は、各層部におけるインク流路を介して圧力室４１に連通されている。共通インク室１００は、全ての圧力室４１にインク流路を介して連通されており、全ての圧力室４１にインクを供給することができるように形成されている。
【００３０】
＜溝の機能＞
次に、配線層部８０に形成された溝８９の機能について説明する。
溝８９は、配線層部８０の反りを防止する機能を有している。
配線層部８０に応力が作用した場合、配線層部８０は、全て同じ材料で構成されているわけでもなく、均一な構成でもないため、反りが発生しようとする。このような場合において、配線層部８０の撓みを溝８９が吸収する。すなわち、配線層部８０の応力による撓みは、溝８９の幅が変化することによって吸収される。これにより、配線層部８０は、反りが発生することもないので、下層の隔壁部７０、上層の保護層部９０から剥がれることもない。
溝８９は、隔壁部７０に形成された空間７１内の圧力変動を防止する機能を有する。
インクジェットヘッド３の製造時に加熱を伴う接合を行う際や、圧電素子６０の駆動により発生する熱の影響により、空間７１内の空気が膨張、加圧して振動板５０を変形させる恐れがある。このような場合において、溝８９はインクジェットヘッド３の外の大気と空間７１とを連通しているので、膨張した空気は、溝８９からインクジェットヘッド３の外へ排出され、振動板５０を押圧することがない。これにより、振動板５０が不必要に変位して圧力室４１を押圧し、インクの吐出不良や定められた吐出量に変化を生じさせることがない。
【００３１】
＜作用効果＞
以上のように、インクジェットヘッド３によれば、配線層部８０には溝８９が形成されているので、応力により配線層部８０に反りが発生しても溝８９で吸収することができる。これにより、配線層部８０の反りを防止することができ、接合時の配線層部８０の位置ずれを防止し、高精度で配線層部８０を接合することができる。また、配線層部８０の反りを防止することで、接合後の配線層部８０の剥がれを防止することができる。
さらに、溝８９は配線層部８０における隔壁部７０の空間７１に露出する面に形成されているので、簡易な構成で隔壁部７０の空間７１と大気を連通することができる。これにより、配線層部８０の反りを防止する溝８９が隔壁部７０の空間７１の圧力変動を抑える連通口としても機能する。よって、隔壁部７０の空間７１と大気とを連通するためだけの連通孔を別個に設ける必要がなく、隔壁部７０の小型化、薄型化を図ることができる。また、空間７１内の空気が膨張して圧力変動が生じても、溝８９は大気に連通されているので、圧電素子６０の動作に悪影響を与えることがなく、インクの吐出不良、吐出量の変化の問題を解消することができる。
よって、配線層部８０に形成した溝８９は、配線層部８０の反りを防止すると共に、簡易な構成で圧電素子６０の設置空間内と大気を連通することができるという二つの効果を奏することができる。
【００３２】
また、溝８９は複数の空間７１に連通されているので、一つの溝８９で隔壁部７０の複数の空間７１と大気とを連通することができる。
また、溝８９を直線状にすることにより、溝８９の形成の際の加工を容易にすることができる。また、直線状とすることで、配線層部８０の反りを防止する効果が高くなる。
また、配線層部８０に電極用貫通孔８６と流路用貫通孔８８を形成することで、配線層部８０と共通インク室１００と圧力室４１を積層することができ、ノズル１１を密集させて配置することができる。
【００３３】
なお、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、発明の本質的部分を変更しない範囲内で自由に設計変更が可能である。
例えば、上記実施形態においては、溝は、ノズル列の一方向にのみ沿って形成したが、あらゆる方向からの応力の作用を考慮して、複数の溝が交差するように配線層部に形成しても良い。
また、一つの空間を一つの溝が通るのではなく、同じ方向に沿って複数の溝が通るように構成して配線層部の反りへの耐性を向上させてもよい。
【符号の説明】
【００３４】
３ インクジェットヘッド
１１ ノズル
４１ 圧力室
５０ 振動板
６０ 圧電素子
６１ 電極
６２ 電極
７０ 隔壁部（隔壁部材）
７１ 空間
８１ インターポーザ（配線層部）
８６ 電極用貫通孔
８８ 流路用貫通孔
８９ 溝
１００ 共通インク室
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを吐出する複数のノズルと、
各ノズルに連通され、吐出するインクを貯留する複数の圧力室と、
前記複数の圧力室の一壁部となる振動板と、
前記振動板に積層され、前記振動板を挟んで前記圧力室に対向する位置に形成された空間を有する隔壁部材と、
前記空間内で前記振動板に設けられ、駆動電圧の印加により前記振動板を変位させる圧電素子と、
前記隔壁部材に積層され、前記圧電素子に駆動電圧を印加する電極に接続された配線層部と、を備え、
前記配線層部における前記空間に露出する面には、前記空間と大気とを連通する溝が形成されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記空間は、各圧電素子を個別に収容するように複数形成され、
前記溝は、複数の空間に連通されてい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。
【請求項３】
前記溝を直線状に形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記配線層部は、
前記電極に駆動電圧を印加して前記圧電素子を変位させるために電極を通す電極用貫通孔と、
インクを前記圧力室に導く流路を形成する流路用貫通孔と、
を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
【請求項１】
インクを吐出する複数のノズルと、
各ノズルに連通され、吐出するインクを貯留する複数の圧力室と、
前記複数の圧力室の一壁部となる振動板と、
前記振動板に積層され、前記振動板を挟んで前記圧力室に対向する位置に形成された空間を有する隔壁部材と、
前記空間内で前記振動板に設けられ、駆動電圧の印加により前記振動板を変位させる圧電素子と、
前記隔壁部材に積層され、前記圧電素子に駆動電圧を印加する電極に接続された配線層部と、を備え、
前記配線層部における前記空間に露出する面には、前記空間と大気とを連通する溝が形成されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記空間は、各圧電素子を個別に収容するように複数形成され、
前記溝は、複数の空間に連通されてい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。
【請求項３】
前記溝を直線状に形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記配線層部は、
前記電極に駆動電圧を印加して前記圧電素子を変位させるために電極を通す電極用貫通孔と、
インクを前記圧力室に導く流路を形成する流路用貫通孔と、
を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−１１５９７２（Ｐ２０１１−１１５９７２Ａ）
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７３３７３（Ｐ２００９−２７３３７３）
【出願日】平成２１年１２月１日（２００９．１２．１）
【出願人】（０００００１２７０）コニカミノルタホールディングス株式会社 (4,463)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１日（２００９．１２．１）
【出願人】（０００００１２７０）コニカミノルタホールディングス株式会社 (4,463)
【Ｆターム（参考）】
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