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JP2011218640A - Inkjet head - Google Patents

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JP2011218640A
JP2011218640A JP2010089192A JP2010089192A JP2011218640A JP 2011218640 A JP2011218640 A JP 2011218640A JP 2010089192 A JP2010089192 A JP 2010089192A JP 2010089192 A JP2010089192 A JP 2010089192A JP 2011218640 A JP2011218640 A JP 2011218640A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ink
pressure chamber
inkjet head
wiring board
nozzle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2010089192A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Atsuo Yanada
篤郎 梁田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Konica Minolta Inc
Original Assignee
Konica Minolta Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Konica Minolta Inc filed Critical Konica Minolta Inc
Priority to JP2010089192A priority Critical patent/JP2011218640A/en
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To perform highly accurate joining by preventing bending of a wiring board.SOLUTION: The inkjet head 3 includes nozzles 11 which eject an ink, pressure chambers 41 communicated with the nozzles, ink channels 32, 42, 72, 88 and 92 which supply the ink to the pressure chambers, actuators 60 which give a force for ejecting the ink of pressure chambers from the nozzles, and the wiring board 80 in which wiring lines 87 and 91 connected to the actuators are provided. Insulating layers 70 and 90 of an equal coefficient of thermal expansion are formed on both surfaces of the wiring board.

Description

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。   The present invention relates to an ink jet head provided in an ink jet recording apparatus.

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。
2. Description of the Related Art Conventionally, an ink jet recording apparatus that records a desired image on a recording medium by ejecting ink droplets from nozzles of an ink jet head is known. This ink jet recording apparatus is used in a wide variety of applications, and types of inks and recording media suitable for each purpose can be used.
An inkjet head includes a piezoelectric head that pressurizes ink in a pressure chamber using displacement of a piezoelectric element and ejects ink droplets from nozzles communicating with the pressure chamber.

このような圧電方式のヘッドにおいて、高精細な画像を形成するためにノズルを高密度に配置したものがあり、例えば、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。
このようなヘッドにおいては、各圧電素子を駆動させるための電気配線も高密度になってしまう。これを解決するために、圧電素子の上方に配線基板を設け、この配線基板から個々の圧電素子にバンプを介して接続する構成が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
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(例えば、特許文献2,3参照。)。
In such a piezoelectric head, nozzles are arranged at high density in order to form a high-definition image. For example, a set of nozzles and pressure chambers communicating with the nozzles is arranged two-dimensionally. Is known.
In such a head, the electric wiring for driving each piezoelectric element also becomes high density. In order to solve this, a configuration is known in which a wiring board is provided above a piezoelectric element, and the wiring board is connected to individual piezoelectric elements via bumps (see, for example, Patent Document 1).
It is also known that a common flow path (common ink chamber) for supplying ink to a plurality of pressure chambers is provided in a layer different from the pressure chamber, thereby further reducing the size of the head and arranging the pressure chambers at high density. (For example, refer to Patent Documents 2 and 3).

このような圧電方式のヘッドの製造方法として、流路などが形成された複数の基材を積層すると共に互いを接合するというものが知られている。接合を行う際には、高精度に位置決めを行うことにより、高精度な吐出特性を持つヘッドを作ることが可能となる。   As a method for manufacturing such a piezoelectric head, there is known a method of laminating a plurality of base materials on which flow paths and the like are formed and bonding them together. When performing bonding, it is possible to make a head having high-precision ejection characteristics by positioning with high precision.

特開2003−69103号公報JP 2003-69103 A 特開2006−264322号公報JP 2006-264322 A 特開2007−30361号公報JP 2007-30361 A

基材同士を接合する方法として、加熱を伴う接合方法が知られている。異なる種類の基材を加熱により接合する場合は、熱膨張率の違いにより位置ずれが生じる恐れがある。また、例えば、金属の配線や絶縁膜が形成されたシリコン基材の配線基材のように、複数の素材で構成された基材は、加熱に伴って反りが生じる恐れがある。反りが生じたまま接合すると位置ずれが生じやすく、流路の連通や配線の接続が確実に行われない可能性が高く、インク漏れや導通不良の発生要因となる。また、仮に反ったまま位置ずれなく接合できたとしても、反りの応力によって接合部分が剥がれやすくなり、ヘッドの耐久性が低下してしまう。   As a method for bonding substrates together, a bonding method involving heating is known. When different types of base materials are joined by heating, there is a risk of misalignment due to the difference in thermal expansion coefficient. Further, for example, a substrate made of a plurality of materials, such as a silicon substrate having a metal wiring or an insulating film formed thereon, may be warped with heating. If joining is performed with warping, the position is likely to be displaced, and there is a high possibility that the communication of the flow path and the connection of the wiring will not be performed reliably, which causes ink leakage and poor conduction. Further, even if the bonding can be performed without being displaced while being warped, the bonded portion is easily peeled off due to the warping stress, and the durability of the head is lowered.

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、基材同士を加熱接合する際の反りを抑制し、接合の位置精度や耐久性を向上させ、吐出精度、信頼性に優れるインクジェットヘッドを提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made to solve the above-described problems, and suppresses warpage when the substrates are joined together by heating, improves the positional accuracy and durability of the joining, and improves the ejection accuracy and reliability. An object is to provide an excellent inkjet head.

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、
インクを吐出するノズルと、
前記ノズルに連通された圧力室と、
前記圧力室にインクを供給するインク流路と、
前記圧力室のインクを前記ノズルから吐出させるための力を付与するアクチュエータと、
前記アクチュエータに接続される配線が設けられた配線基板と、を備え、
前記配線基板の両面に互いに熱膨張率の等しい絶縁層を設けたことを特徴とする。
The invention according to claim 1 is an inkjet head,
A nozzle for ejecting ink;
A pressure chamber in communication with the nozzle;
An ink flow path for supplying ink to the pressure chamber;
An actuator for applying a force for ejecting the ink in the pressure chamber from the nozzle;
A wiring board provided with wiring connected to the actuator,
Insulating layers having the same coefficient of thermal expansion are provided on both sides of the wiring board.

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、
互いの絶縁層は、同一の材料で形成されていることを特徴とする。
The invention according to claim 2 is the ink jet head according to claim 1,
The insulating layers are formed of the same material.

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、
前記絶縁層は、樹脂で形成されていることを特徴とする。
The invention according to claim 3 is the inkjet head according to claim 1 or 2,
The insulating layer is formed of a resin.

請求項4に記載の発明は、請求項3に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記絶縁層を形成する樹脂は、感光性樹脂であることを特徴とする。
The invention according to claim 4 is the inkjet head according to claim 3,
The resin forming the insulating layer is a photosensitive resin.

請求項1に記載の発明によれば、配線基板の両面に絶縁層が設けられているため、基板上に設けられている配線の保護層としての役割を果たすのみならず、配線基板全体の厚みを増していることと、両面の絶縁層は熱膨張率が等しい材料で形成されていることから、加熱時の配線基板全体の反りを抑制する効果がある。
これにより、隣接する基材との接合を高精度なものにすることができ、また、接合後の反り応力も低減される。
According to the first aspect of the present invention, since the insulating layers are provided on both surfaces of the wiring board, not only serves as a protective layer for the wiring provided on the board, but also the thickness of the entire wiring board. And the insulating layers on both sides are formed of a material having the same coefficient of thermal expansion, so that there is an effect of suppressing warpage of the entire wiring board during heating.
Thereby, joining with an adjacent base material can be made highly accurate, and the warpage stress after joining is also reduced.

請求項2に記載の発明によれば、配線基板の両面に絶縁層が設けられているため、基板上に設けられている配線の保護層としての役割を果たすのみならず、配線基板全体の厚みを増していることと、両面の絶縁層は同一の材料で形成されていることから、加熱時の配線基板全体の反りを抑制する効果がある。
これにより、隣接する基材との接合を高精度なものにすることができ、また、接合後の反り応力も低減される。
According to the second aspect of the present invention, since the insulating layers are provided on both surfaces of the wiring board, not only serves as a protective layer for the wiring provided on the board, but also the thickness of the entire wiring board. And the insulating layers on both sides are formed of the same material, so that there is an effect of suppressing warpage of the entire wiring board during heating.
Thereby, joining with an adjacent base material can be made highly accurate, and the warpage stress after joining is also reduced.

請求項3に記載の発明によれば、絶縁層は樹脂材料で構成されている。樹脂材料は弾性率が比較的小さく、仮に反りの応力が接合後に残留した場合でも応力が緩和され、接合部の剥がれを抑制することができ、ヘッドの耐久性を向上させることができる。   According to invention of Claim 3, the insulating layer is comprised with the resin material. The resin material has a relatively low elastic modulus, and even if warping stress remains after bonding, the stress can be relieved, peeling of the bonded portion can be suppressed, and the durability of the head can be improved.

請求項4に記載の発明によれば、絶縁層を構成する樹脂は感光性樹脂である。感光性樹脂は、露光、現像を行うことにより微細なパターンを形成できるものであることから、絶縁層に流路孔などのパターンを容易に形成することができる。   According to invention of Claim 4, resin which comprises an insulating layer is photosensitive resin. Since the photosensitive resin is capable of forming a fine pattern by performing exposure and development, a pattern such as a channel hole can be easily formed in the insulating layer.

インクジェット記録装置の要部を示す模式図。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a main part of an ink jet recording apparatus. インクジェットヘッドの斜視図。The perspective view of an inkjet head. ノズルプレートの下面図。The bottom view of a nozzle plate. インクジェットヘッドの縦断面図。The longitudinal cross-sectional view of an inkjet head. 図4において圧電素子の周囲を拡大視した図。FIG. 5 is an enlarged view of the periphery of the piezoelectric element in FIG. 4. インクジェットヘッドを組み立てる際の接合工程を説明する図。The figure explaining the joining process at the time of assembling an inkjet head. 図6において圧電素子の周囲を拡大視した図。FIG. 7 is an enlarged view of the periphery of the piezoelectric element in FIG. 6.

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。
Hereinafter, an inkjet head will be described with reference to the drawings. The ink jet head according to the present invention is provided in an ink jet recording apparatus.
<Inkjet recording apparatus>
FIG. 1 is a schematic diagram showing a main part of the ink jet recording apparatus 1.
As shown in FIG. 1, the ink jet recording apparatus 1 includes a transport unit 2 that transports the recording medium P in the direction of an arrow Z (hereinafter referred to as a transport direction Z). As the recording medium P, in addition to paper and fabric, it is possible to use a plastic film or metal having no ink absorbability, and is not particularly limited. The paper here includes not only paper for exclusive use of an ink jet printer having ink absorptivity, but also coated paper, art paper, and plain paper having low ink absorptivity.

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。
An inkjet head 3 that ejects ink droplets D onto a recording medium P on the transport unit 2 is disposed above the transport unit 2. In the inkjet head 3, a plurality of nozzles 11 for ejecting ink droplets D are arranged in the X direction and the Y direction in the drawing (see FIG. 2).
The transport unit 2 and the inkjet head 3 are connected to the control unit 5 and controlled by the control unit 5.

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。
FIG. 2 is a perspective view of the inkjet head 3.
As shown in the figure, the inkjet head 3 includes a nozzle plate 20 having a plurality of nozzles 11 for discharging ink droplets D formed at the lower end thereof.
FIG. 3 is a bottom view of the nozzle plate 20.
As shown in FIG. 3, eight nozzles 11 are arranged side by side in the X direction to form a nozzle row 11a, and this nozzle row 11a is arranged in parallel in the Y direction to form a nozzle group 11b. Yes. More specifically, in the nozzle group 11b, the X-direction positions of the nozzles 11 in all the nozzle rows 11a slightly overlap every other row, and the X-direction positions of all the nozzles 11 overlap slightly as a whole. The position of each nozzle 11 in the X direction is shifted. Two sets of the nozzle groups 11b are arranged in the Y direction.

<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。
インクジェットヘッド3は、ノズルプレート20、中間プレート30、圧力室プレート40の3枚の基板が積層されて構成されているヘッド基板と、配線基板80と、ヘッド基板と配線基板80とを接続する部材とが積層されて構成されている。
<Configuration of inkjet head>
4 is a longitudinal sectional view of the ink jet head, and FIG. 5 is an enlarged view of the periphery of the piezoelectric element in FIG.
The inkjet head 3 includes a head substrate formed by stacking three substrates, a nozzle plate 20, an intermediate plate 30, and a pressure chamber plate 40, a wiring substrate 80, and a member that connects the head substrate and the wiring substrate 80. And are laminated.

(ノズルプレート)
図4,図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基板としてのノズルプレート20を備えている。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。
(Nozzle plate)
As shown in FIGS. 4 and 5, the inkjet head 3 includes a nozzle plate 20 as a nozzle substrate on which a plurality of nozzles 11 for ejecting ink are formed. The nozzle plate 20 is positioned in the lowermost layer of the inkjet head 3 when ejected downward from the nozzle 11 with ink. The nozzle plate 20 uses silicon as a base material, and the ink flow path 12 and the nozzle 11 are formed by dry etching.

(中間プレート)
中間プレート30は、ガラスで構成された基板であり、ノズル11へ通じるインク流路31と、後で説明する、圧力室プレート40に設けられた圧力室41とインク流路42を接続するインク流路32とが形成されている。インク流路31,32を形成する方法の一例としては、サンドブラスト法が挙げられる。
中間プレート30は、ノズルプレート20と接合されている。接合の方法としては、陽極接合を挙げることができる。ここで、陽極接合とは、中間プレート30を加熱(300℃〜500℃)し、ノズルプレート20と中間プレート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。
インク流路31は、中間プレート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。
(Intermediate plate)
The intermediate plate 30 is a substrate made of glass, and an ink flow path connecting an ink flow path 31 leading to the nozzle 11 and a pressure chamber 41 and an ink flow path 42 provided on the pressure chamber plate 40, which will be described later. A path 32 is formed. An example of a method for forming the ink flow paths 31 and 32 is a sand blast method.
The intermediate plate 30 is joined to the nozzle plate 20. An example of the bonding method is anodic bonding. Here, the anodic bonding is a method in which the intermediate plate 30 is heated (300 ° C. to 500 ° C.), a voltage is applied between the nozzle plate 20 and the intermediate plate 30, and both are bonded by electrostatic attraction. By using anodic bonding, an adhesive for bonding the two becomes unnecessary, there is no fear of durability deterioration due to the ink solvent, and reliability can be improved.
The ink flow path 31 is formed at a position communicating with the ink flow path 12 when the intermediate plate 30 is stacked on the nozzle plate 20.

(圧力室プレート)
圧力室プレート40(圧力室基板)は、ノズルプレート20と熱膨張率の等しい材料、具体的には、ノズルプレート20を形成する材料と同一材料のシリコン基板で構成されており、圧力室41と、圧力室41へのインク流路となるインレット(絞り流路)42とが形成されている。圧力室41及びインレット42を形成する方法の一例としては、ドライエッチングが挙げられる。
圧力室プレート40は、ガラス基板である中間プレート30と陽極接合により接合されている。接合に際しては、圧力室41が中間プレート30に形成されたインク流路31と連通するように位置合わせがなされている。ここでの陽極接合も上記中間プレート30の接合と同じ方法である。圧力室プレート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が圧力室プレート40の厚さ方向に貫通するように形成されている。
(Pressure chamber plate)
The pressure chamber plate 40 (pressure chamber substrate) is made of a material having the same thermal expansion coefficient as the nozzle plate 20, specifically, a silicon substrate made of the same material as that forming the nozzle plate 20. An inlet (throttle channel) 42 that forms an ink channel to the pressure chamber 41 is formed. An example of a method for forming the pressure chamber 41 and the inlet 42 is dry etching.
The pressure chamber plate 40 is bonded to the intermediate plate 30 that is a glass substrate by anodic bonding. At the time of joining, the pressure chamber 41 is aligned so as to communicate with the ink flow path 31 formed in the intermediate plate 30. The anodic bonding here is also the same method as the bonding of the intermediate plate 30. In the pressure chamber plate 40, a pressure chamber 41 for storing ink ejected from the nozzles 11 is formed so as to penetrate in the thickness direction of the pressure chamber plate 40.

圧力室プレート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が当該圧力室プレート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プレート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、圧力室プレート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30に圧力室プレート40を積層した際に、中間プレート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。
In the pressure chamber plate 40, an inlet (throttle channel) 42 that becomes an ink flow path to the pressure chamber 41 is formed so as to penetrate in the thickness direction of the pressure chamber plate 40. The inlet 42 is formed to be thinner than other ink flow paths by dry etching. As a result, the flow path resistance is defined by the inlet 42, and desired discharge characteristics (droplet diameter, discharge frequency, etc.) can be realized. In addition, parameters such as flow path resistance in the inlet 42 affect the discharge characteristics. However, since the inlet 42 is formed in the pressure chamber plate 40 made of silicon that can be processed with high precision, there is little variation in processing. Also, the discharge characteristics are good.
The pressure chamber 41 and the inlet 42 are formed so as to be independent from each other in the pressure chamber plate 40, but the ink flow path 32 formed in the intermediate plate 30 when the pressure chamber plate 40 is stacked on the intermediate plate 30. It is communicated via. Accordingly, the ink is stored in the pressure chamber 41 through the inlet 42 and the ink flow path 31.

(振動板)
圧力室プレート40には、振動板50が設けられている。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プレート40に設けられている。すなわち、振動板50は、圧力室41の一壁部を構成している。
振動板50は、薄板状に形成されており、厚さ方向への変位(弾性変形)により圧力室41内の圧力を変化させることができる。
(Diaphragm)
The pressure chamber plate 40 is provided with a diaphragm 50. The diaphragm 50 is provided on the pressure chamber plate 40 so as to cover the opening of the pressure chamber 41 while avoiding the inlet 42. That is, the diaphragm 50 constitutes one wall portion of the pressure chamber 41.
The diaphragm 50 is formed in a thin plate shape, and can change the pressure in the pressure chamber 41 by displacement (elastic deformation) in the thickness direction.

(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り、圧力室41のインクをノズル11から吐出させるための力を付与するものである。
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。
(Piezoelectric element)
The diaphragm 50 is provided with a piezoelectric element 60 at a position facing the pressure chamber 41 across the diaphragm 50.
The piezoelectric element 60 is an actuator made of PZT (lead zirconate titanate), and applies a force for ejecting ink in the pressure chamber 41 from the nozzle 11.
The piezoelectric element 60 is sandwiched between two electrodes 61 and 62 from the upper surface side and the lower surface side, and the electrode 61 on the lower surface side is provided on the diaphragm 5. The piezoelectric element 60 and the electrodes 61 and 62 are provided by patterning the diaphragm 50 by a method such as etching.
When a voltage is applied to the electrodes 61 and 62, the piezoelectric element 60 sandwiched between the electrodes 61 and 62 is displaced, and the diaphragm 50 is also displaced by the displacement of the piezoelectric element 60. By the operation of the vibration plate 50, the ink in the pressure chamber 41 is ejected from the nozzle as an ink droplet D (see FIG. 1).

(接合部)
振動板50には、絶縁層としての接合部70が設けられており、接合部70を介して、圧力室プレート40が配線基板80と接合されている。
接合部70は、樹脂で形成されている。ここで、使用される樹脂としては、耐インク性(インクによって溶解、性質が変化しない等)を有しており、絶縁材料であれば、特に制限はない。例えば、エポキシ系、ポリイミド系、ポリアミド系、ポリウレタン系、シリコーン系などの樹脂を用いることができる。また、樹脂の中でも、感光性樹脂を用いることがより好ましい。感光性樹脂は、露光、現像を行うことにより微細なパターンを形成することができるものであり、例えば、Du Pont社製のPerMX3000シリーズなどの感光性樹脂を用いることができる。
また、樹脂以外の材料であっても、絶縁性を有する各種材料を使用してもよい。
(Joint part)
The diaphragm 50 is provided with a joint portion 70 as an insulating layer, and the pressure chamber plate 40 is joined to the wiring substrate 80 via the joint portion 70.
The joining part 70 is formed of resin. Here, the resin used has ink resistance (dissolved by the ink, the property does not change, etc.) and is not particularly limited as long as it is an insulating material. For example, an epoxy resin, a polyimide resin, a polyamide resin, a polyurethane resin, a silicone resin, or the like can be used. Of the resins, it is more preferable to use a photosensitive resin. The photosensitive resin can form a fine pattern by performing exposure and development. For example, a photosensitive resin such as PerMX3000 series manufactured by Du Pont can be used.
Moreover, even if it is materials other than resin, you may use various materials which have insulation.

接合部70は、圧力室プレート40に形成されたインレット42と、後で説明する、配線基板80に設けられたインク流路88とを連通するようにしてインク流路72が形成された柱状部材として構成されている。
接合部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が接合部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。
接合部70には、空間71とは独立してインク流路72が接合部70の厚さ方向に貫通するように形成されている。
接合部70は、インクジェットヘッド3における、圧電素子60が設けられた領域より外側の領域においては、領域のほぼ全面に存在し、圧力室プレート40と配線基板80を接合している。
The joint portion 70 is a columnar member in which an ink flow path 72 is formed so as to communicate an inlet 42 formed in the pressure chamber plate 40 and an ink flow path 88 provided in the wiring board 80, which will be described later. It is configured as.
A space 71 that accommodates the piezoelectric element 60 and the electrodes 61 and 62 is formed in the joint portion 70 so as to penetrate in the thickness direction of the joint portion 70 at a position facing the pressure chamber 41 across the diaphragm 50. Yes. A plurality of spaces 71 are formed so as to accommodate each piezoelectric element 60 individually.
In the joining portion 70, an ink flow path 72 is formed so as to penetrate the joining portion 70 in the thickness direction independently of the space 71.
In the region outside the region where the piezoelectric element 60 is provided in the inkjet head 3, the joint portion 70 exists on almost the entire surface, and joins the pressure chamber plate 40 and the wiring substrate 80.

(配線基板)
接合部70には、配線基板80が積層され、接合されている。配線基板80は、ノズルプレート20及び圧力室プレート40と熱膨張率の等しい材料、具体的には、ノズルプレート20及び圧力室プレート40を形成する材料と同一材料のシリコンを基材としている。
配線基板80の下面には、2層の酸化シリコンの絶縁層82,83が形成され、上面には、同じく酸化シリコンの絶縁層84が形成されている。絶縁層82,83のうち、下方に位置する絶縁層83は、接合部70の上面に当接し、接合されている。
(Wiring board)
A wiring substrate 80 is laminated and bonded to the bonding portion 70. The wiring board 80 is based on a material having the same thermal expansion coefficient as that of the nozzle plate 20 and the pressure chamber plate 40, specifically, silicon that is the same material as the material forming the nozzle plate 20 and the pressure chamber plate 40.
Two layers of insulating layers 82 and 83 of silicon oxide are formed on the lower surface of the wiring board 80, and an insulating layer 84 of silicon oxide is also formed on the upper surface. Of the insulating layers 82 and 83, the insulating layer 83 located below is in contact with and bonded to the upper surface of the bonding portion 70.

配線基板80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が配線基板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、配線基板80の下面の2層の絶縁層82,83によって挟まれて保護されている。
配線基板80の上下両面に設けられた絶縁層82,83,84は、アルミ配線87及び銅配線91と、配線基板80そのもの(シリコン)とを絶縁するために設けられている。
配線基板80の上面には、絶縁層84を挟んで銅配線91が設けられ、銅配線91には保護層90が設けられている。保護層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(図示略)に接続されている。フレキシブル基板はドライバに接続され、ドライバによる制御の下、圧電素子60を駆動(変位)させる。
配線基板80には、インクを圧力室41に導くためのインク流路88が配線基板80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88は、接合部70に配線基板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。
In the wiring board 80, an electrode through hole (through hole) 86 through which the through electrode 85 passes in order to apply a driving voltage to the electrodes 61 and 62 to displace the piezoelectric element 60 is formed in the thickness direction of the wiring board 80. ing. One end of an aluminum wiring 87 extending in the horizontal direction is connected to the lower end of the through electrode 85, and a stud bump 63 provided on the electrode 62 on the upper surface of the piezoelectric element 60 is connected to the other end of the aluminum wiring 87. Are connected through the solder 64 exposed in the space 71. The aluminum wiring 87 is protected by being sandwiched between two insulating layers 82 and 83 on the lower surface of the wiring board 80.
The insulating layers 82, 83, 84 provided on the upper and lower surfaces of the wiring board 80 are provided to insulate the aluminum wiring 87 and the copper wiring 91 from the wiring board 80 itself (silicon).
A copper wiring 91 is provided on the upper surface of the wiring board 80 with an insulating layer 84 interposed therebetween, and a protective layer 90 is provided on the copper wiring 91. The protective layer 90 is a photosensitive adhesive for laminating and bonding the upper common ink chamber 100 and is a protective layer for protecting the copper wiring 91. The copper wiring 91 extends in the horizontal direction, and one end is connected to the upper end of the through electrode 85 and the other end is connected to a flexible substrate (not shown). The flexible substrate is connected to a driver, and drives (displaces) the piezoelectric element 60 under the control of the driver.
In the wiring board 80, an ink flow path 88 for guiding ink to the pressure chamber 41 is formed so as to penetrate in the thickness direction of the wiring board 80. The ink flow path 88 is formed so as to communicate with the ink flow path 72 when the wiring substrate 80 is stacked on the joint portion 70.

(保護層)
配線基板80の上面(接合部70が設けられた面の反対側)には、絶縁層としての保護層90が設けられており、配線基板80上面に設けられている銅配線91を保護している。保護層90を構成する材料は、接合部70と同じ熱膨張率を有する材料、さらには、同一の材料が用いられる。
保護層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、配線基板80に保護層90を積層した際に、配線基板80に形成されているインク流路88に連通するように形成されている。
(Protective layer)
A protective layer 90 as an insulating layer is provided on the upper surface of the wiring substrate 80 (opposite the surface on which the bonding portion 70 is provided) to protect the copper wiring 91 provided on the upper surface of the wiring substrate 80. Yes. As a material constituting the protective layer 90, a material having the same coefficient of thermal expansion as that of the bonding portion 70, and the same material are used.
In the protective layer 90, an ink channel 92 for guiding ink to the pressure chamber 41 is formed so as to penetrate in the thickness direction of the protective layer 90. The ink flow path 92 is formed so as to communicate with the ink flow path 88 formed in the wiring board 80 when the protective layer 90 is laminated on the wiring board 80.

(共通インク室)
配線基板80の上面には、保護層90を介して共通インク室100が設けられている。共通インク室100の壁面を構成する部材は、接着剤などの固定手段により配線基板80に接合されている。
共通インク室100は、各層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。
(Common ink chamber)
A common ink chamber 100 is provided on the upper surface of the wiring substrate 80 via a protective layer 90. Members constituting the wall surface of the common ink chamber 100 are joined to the wiring substrate 80 by a fixing means such as an adhesive.
The common ink chamber 100 communicates with the pressure chamber 41 through the ink flow path in each layer. The common ink chamber 100 communicates with all the pressure chambers 41 via the ink flow path, and is formed so that ink can be supplied to all the pressure chambers 41.

<インクジェットヘッドの接合方法>
図6は、インクジェットヘッドを組み立てる際の接合工程を説明する図であり、図7は、図6において圧電素子の周囲を拡大視した図である。
図6(a),図7に示すように、インクジェットヘッド3を組み立てる際には、ノズルプレート20、中間プレート30、圧力室プレート40、振動板50、圧電素子60を積層、接合した第1のユニット200と、接合部70、配線基板80、保護層90を積層、接合した第2のユニット300とを予め製作しておく。
そして、図6(b)に示すように、第1のユニット200と第2のユニット300を接合する。接合する際には、第1のユニット200におけるスタッドバンプ63と第2のユニット300における半田64とが電気的に接続するように、かつ、第1のユニット200におけるインレット42と第2のユニット300におけるインク流路72とが連通するように、高精度に位置合わせが行われる。
そして、図6(c)に示すように、すべてのインク流路92を覆うように、保護層90の上面に共通インク室100を接合する。
このように、第1のユニット200と第2のユニット300は、高精度に位置決めされて接合される必要がある。接合の際に位置ずれが生じると、電気的接続が不安定になって圧電素子60の駆動が正常に行われなくなるという不具合が生じるばかりでなく、流路抵抗が増加して吐出特性の変化や吐出精度の低下が起こってしまう。そのため、上記のインクジェットヘッド3においては、ノズルプレート20、圧力室プレート40及び配線基板80をいずれもシリコン基材で形成した。これらを同じ材料で形成したことにより、接合の際に加熱した場合でも熱膨張率の違いによる位置ずれの発生が防止される。
<Inkjet head joining method>
FIG. 6 is a diagram for explaining a joining process when assembling the inkjet head, and FIG. 7 is an enlarged view of the periphery of the piezoelectric element in FIG.
As shown in FIGS. 6A and 7, when the inkjet head 3 is assembled, the nozzle plate 20, the intermediate plate 30, the pressure chamber plate 40, the vibration plate 50, and the piezoelectric element 60 are stacked and bonded. The unit 200 and the second unit 300 in which the joining portion 70, the wiring substrate 80, and the protective layer 90 are stacked and joined are manufactured in advance.
Then, as shown in FIG. 6B, the first unit 200 and the second unit 300 are joined. When joining, the stud bump 63 in the first unit 200 and the solder 64 in the second unit 300 are electrically connected, and the inlet 42 and the second unit 300 in the first unit 200 are connected. The alignment is performed with high accuracy so that the ink flow path 72 communicates with each other.
Then, as shown in FIG. 6C, the common ink chamber 100 is joined to the upper surface of the protective layer 90 so as to cover all the ink flow paths 92.
Thus, the first unit 200 and the second unit 300 need to be positioned and joined with high accuracy. If misalignment occurs at the time of joining, not only does the electrical connection become unstable and the piezoelectric element 60 is not driven normally, but also the flow resistance increases and discharge characteristics change. A drop in discharge accuracy occurs. Therefore, in the inkjet head 3, the nozzle plate 20, the pressure chamber plate 40, and the wiring substrate 80 are all formed of a silicon base material. By forming these with the same material, even when heated at the time of joining, occurrence of misalignment due to the difference in thermal expansion coefficient is prevented.

<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、配線基板80の両面に設けられた絶縁層としての接合部70及び保護層90は、互いに熱膨張率の等しい同一の感光性樹脂材料で形成されているので、配線基板80を他の基板や基材と加熱接合する際の反りを抑制することができる。
これにより、配線基板80を隣接する基板や基材と高精度に接合することができ、接合位置のずれによるインク流路からのインク漏れや、配線の接続不良といった問題の発生を防止することができる。
また、こういった問題の発生を防止することで、ひいてはインクジェットヘッド3の耐久性を向上させることができ、吐出精度、信頼性に優れたインクジェットヘッド3をユーザに提供することができる。
<Action and effect>
As described above, according to the inkjet head 3, the joint portion 70 and the protective layer 90 as insulating layers provided on both surfaces of the wiring substrate 80 are formed of the same photosensitive resin material having the same thermal expansion coefficient. Therefore, it is possible to suppress warpage when the wiring substrate 80 is heat-bonded to another substrate or a base material.
As a result, the wiring board 80 can be bonded to an adjacent substrate or base material with high accuracy, and problems such as ink leakage from the ink flow path due to a shift in the bonding position and poor wiring connection can be prevented. it can.
Further, by preventing the occurrence of such problems, the durability of the inkjet head 3 can be improved, and the inkjet head 3 having excellent ejection accuracy and reliability can be provided to the user.

また、接合部70及び保護層90は、樹脂で形成されているので、加工が容易となる。
さらに、接合部70及び保護層90を形成する樹脂は、感光性樹脂であることから、接合部70及び保護層90にパターン形成する際の作業がしやすくなる。
Moreover, since the joining part 70 and the protective layer 90 are formed with resin, processing becomes easy.
Furthermore, since the resin forming the bonding portion 70 and the protective layer 90 is a photosensitive resin, the work for pattern formation on the bonding portion 70 and the protective layer 90 is facilitated.

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、接合部と保護層を同一の樹脂材料で形成したが、それぞれが全体として熱膨張率が等しくなるように構成することができれば、必ずしも同一の材料から形成する必要はない。
また、上記実施形態においては、圧力室プレートと振動板を別個の部材として構成したが、圧力室プレートの一部を薄板状に形成し、その薄板部分を振動板として用いてもよい。この場合、振動板としての別個の部材は不要となり、薄板部分の上面に圧電素子が設けられる。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and design changes can be freely made without changing the essential part of the invention.
For example, in the above embodiment, the joint portion and the protective layer are formed of the same resin material. However, if each can be configured to have the same thermal expansion coefficient as a whole, it is not always necessary to form the same material. Absent.
Moreover, in the said embodiment, although the pressure chamber plate and the diaphragm were comprised as a separate member, a part of pressure chamber plate may be formed in thin plate shape, and the thin plate part may be used as a diaphragm. In this case, a separate member as a diaphragm is not necessary, and a piezoelectric element is provided on the upper surface of the thin plate portion.

1 インクジェット記録装置
3 インクジェットヘッド
11 ノズル
20 ノズルプレート(ノズル基板)
32 インク流路
40 圧力室プレート(圧力室基板)
41 圧力室
42 インク流路
50 振動板
60 圧電素子(アクチュエータ)
63 スタッドバンプ
64 半田
70 接合部(絶縁層)
72 インク流路
80 配線基板
85 貫通電極
87 アルミ配線
88 インク流路
90 保護層(絶縁層)
91 銅配線
92 インク流路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Inkjet recording device 3 Inkjet head 11 Nozzle 20 Nozzle plate (nozzle substrate)
32 Ink channel 40 Pressure chamber plate (pressure chamber substrate)
41 Pressure chamber 42 Ink flow path 50 Diaphragm 60 Piezoelectric element (actuator)
63 Stud bump 64 Solder 70 Junction (insulating layer)
72 Ink flow path 80 Wiring board 85 Through electrode 87 Aluminum wiring 88 Ink flow path 90 Protective layer (insulating layer)
91 Copper wiring 92 Ink flow path

Claims (4)

インクを吐出するノズルと、
前記ノズルに連通された圧力室と、
前記圧力室にインクを供給するインク流路と、
前記圧力室のインクを前記ノズルから吐出させるための力を付与するアクチュエータと、
前記アクチュエータに接続される配線が設けられた配線基板と、を備え、
前記配線基板の両面に互いに熱膨張率の等しい絶縁層を設けたことを特徴とするインクジェットヘッド。
A nozzle for ejecting ink;
A pressure chamber in communication with the nozzle;
An ink flow path for supplying ink to the pressure chamber;
An actuator for applying a force for ejecting the ink in the pressure chamber from the nozzle;
A wiring board provided with wiring connected to the actuator,
An ink jet head, wherein insulating layers having the same thermal expansion coefficient are provided on both surfaces of the wiring board.
互いの絶縁層は、同一の材料で形成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。   The inkjet head according to claim 1, wherein the insulating layers are made of the same material. 前記絶縁層は、樹脂で形成されている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。   The inkjet head according to claim 1, wherein the insulating layer is made of a resin. 前記絶縁層を形成する樹脂は、感光性樹脂であることを特徴とする請求項3に記載のインクジェットヘッド。   The inkjet head according to claim 3, wherein the resin forming the insulating layer is a photosensitive resin.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015009448A (en) * 2013-06-28 2015-01-19 東芝テック株式会社 Ink jet head and ink jet recorder
JPWO2015115353A1 (en) * 2014-01-31 2017-03-23 コニカミノルタ株式会社 Inkjet head and inkjet recording apparatus

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002205400A (en) * 2001-01-10 2002-07-23 Canon Inc Ink jet recording head
JP2006044225A (en) * 2004-06-29 2006-02-16 Fuji Xerox Co Ltd Liquid droplet ejecting head and liquid droplet ejecting apparatus
JP2007030283A (en) * 2005-07-26 2007-02-08 Fujifilm Corp Electrostatic jet head
JP2008183880A (en) * 2007-01-31 2008-08-14 Brother Ind Ltd Recording apparatus and its wiring connection method
JP2009241437A (en) * 2008-03-31 2009-10-22 Brother Ind Ltd Liquid droplet ejection head and wiring unit

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002205400A (en) * 2001-01-10 2002-07-23 Canon Inc Ink jet recording head
JP2006044225A (en) * 2004-06-29 2006-02-16 Fuji Xerox Co Ltd Liquid droplet ejecting head and liquid droplet ejecting apparatus
JP2007030283A (en) * 2005-07-26 2007-02-08 Fujifilm Corp Electrostatic jet head
JP2008183880A (en) * 2007-01-31 2008-08-14 Brother Ind Ltd Recording apparatus and its wiring connection method
JP2009241437A (en) * 2008-03-31 2009-10-22 Brother Ind Ltd Liquid droplet ejection head and wiring unit

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015009448A (en) * 2013-06-28 2015-01-19 東芝テック株式会社 Ink jet head and ink jet recorder
JPWO2015115353A1 (en) * 2014-01-31 2017-03-23 コニカミノルタ株式会社 Inkjet head and inkjet recording apparatus

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