JP5716431B2 - Inkjet recording head, ink cartridge, inkjet recording apparatus, and image forming apparatus. - Google Patents

Inkjet recording head, ink cartridge, inkjet recording apparatus, and image forming apparatus. Download PDF

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

Description

本発明は、インクジェット記録ヘッド、インクカートリッジ、インクジェット記録装置、および、画像形成装置に関する。   The present invention relates to an ink jet recording head, an ink cartridge, an ink jet recording apparatus, and an image forming apparatus.

インクジェット記録ヘッドを搭載したプリンタは、近年、画質のきれいさ、値段の安さ、高速対応性（ノズルを増減することにより速いプリンタから遅いプリンタまで対応ができる）が評価され、インクジェットプリンタとして普及が進んでいる。そのような中で、一層の画質向上、信頼性向上、コストダウン、小型化が要求されてきている。   In recent years, printers equipped with inkjet recording heads have been widely used as inkjet printers because of their excellent image quality, low price, and high-speed compatibility (by increasing or decreasing nozzles, they can be used from fast printers to slow printers). It is out. Under such circumstances, further image quality improvement, reliability improvement, cost reduction, and miniaturization have been demanded.

更なる画質向上の要求に応えるためには、インクジェット記録ヘッドにおけるノズルの高密度化が欠かせない技術となってきており、そのためには、駆動ＩＣについても小型化・高密度実装化を行う要求に迫られている。このため近年、ワイヤ同士の接触によるショートや生産性の低下の恐れあるワイヤボンディングよりも、端子の細密化が可能なフリップチップ接合が好まれている。   In order to meet the demand for further improvement in image quality, it has become an indispensable technology to increase the density of nozzles in inkjet recording heads. To that end, there is a need to reduce the size and density of drive ICs as well. It is pressed for. For this reason, in recent years, flip-chip bonding capable of making terminals finer is preferred than wire bonding, which may cause short circuit due to contact between wires or decrease in productivity.

しかしながら、フリップチップ実装の場合、ヘッド内の密閉された空間に駆動ＩＣを実装することになるため、駆動ＩＣからの発熱で駆動ＩＣが動作不良を起こしたり、駆動ＩＣ周辺の構造材が高温になり接合剥離を起こすなどという問題があった。また、ノズル数の増加に伴い、駆動ＩＣの発熱量も多くなるため駆動ＩＣの発熱の効率的な放熱は重要な課題である。   However, in the case of flip-chip mounting, the drive IC is mounted in a sealed space in the head, so that the drive IC malfunctions due to the heat generated from the drive IC, or the structural material around the drive IC becomes hot. As a result, there was a problem of causing peeling of the joint. Also, as the number of nozzles increases, the amount of heat generated by the drive IC also increases, so efficient heat dissipation of the heat generated by the drive IC is an important issue.

係る課題を解決するため、従来から各種検討がなされてきた。例えば、特許文献１に記載された発明は、駆動ＩＣが圧電素子の同一基板上にフリップチップ実装された構成で、駆動ＩＣに放熱部材を備えるというものである。しかしながら、放熱部材の具体的な配置方法が実際に検討されておらず、記載もされていない。このため、当該文献に記載の構成のまま十分な放熱特性が実現される可能性は乏しく、駆動ＩＣの発熱を十分に放熱できないために、駆動ＩＣが動作不良を起こし信頼性が低下する。   Various studies have been made to solve such problems. For example, the invention described in Patent Document 1 has a configuration in which the driving IC is flip-chip mounted on the same substrate of the piezoelectric element, and the driving IC includes a heat dissipation member. However, a specific arrangement method of the heat dissipating member has not been actually studied and described. For this reason, there is little possibility that sufficient heat dissipation characteristics can be realized with the configuration described in the document, and since the heat generated by the drive IC cannot be sufficiently dissipated, the drive IC malfunctions and the reliability decreases.

特許文献２に記載された発明は、圧電素子を配置した基板のノズル板と反対側に断熱部材、放熱部材の順に配置して、放熱部材の上に駆動ＩＣをフリップチップ実装することで、駆動ＩＣの発熱を効率的に放熱するというものである。しかしながら、放熱板、断熱板、絶縁性構造物などの構造物を置くことで、自動的に駆動ＩＣの電気的接続面と圧電素子の電極が同一基板面上にないという構成になる。そのため、共通液室を大きく取ろうとすると、配線の複雑化や長距離化を避けられず、シグナルのＳ／Ｎ比の低下による信頼性の低下や、工程の増加によるコストアップ、配線の複雑化による歩留まり低下につながる。   In the invention described in Patent Document 2, the heat insulating member and the heat radiating member are arranged in this order on the side opposite to the nozzle plate of the substrate on which the piezoelectric element is arranged, and the drive IC is flip-chip mounted on the heat radiating member. IC heat is efficiently dissipated. However, by placing a structure such as a heat radiating plate, a heat insulating plate, or an insulating structure, the electrical connection surface of the drive IC and the electrode of the piezoelectric element are not on the same substrate surface automatically. Therefore, when trying to make a large common liquid chamber, it is inevitable that the wiring is complicated and the distance is increased, the reliability is lowered due to the decrease in the signal-to-noise ratio, the cost is increased due to the increased number of processes, and the wiring is complicated. Leads to a decrease in yield.

特許文献３に記載された発明は、駆動ＩＣの電気的接合面（フリップチップ接合）が圧電素子の電極と同一基板面上にある構成で、駆動ＩＣの発熱を熱伝導性の優れた接着剤を介し保護基板側へ放熱を行うというものである。この構成によると、保護基板上面と駆動ＩＣ上面を高い精度で合わせて、均一に接着剤を分布させる必要がある。しかしながら、駆動ＩＣ、保護基板の加工、各接合工程で高い精度を出すことは難しい。このため、実際は駆動ＩＣ固定不良による不具合、接着剤不均一により生じる熱分布から特性ばらつきが避けられない。また、熱伝導率の高い接着剤であっても、熱伝導率は1０（Ｗ／ｍ・Ｋ）以下であり、銅３９８（Ｗ／ｍ・Ｋ）やアルミニウム２３６（Ｗ／ｍ・Ｋ）と比べると十分な放熱性能を確保できない。   The invention described in Patent Document 3 is an adhesive having a structure in which an electric bonding surface (flip chip bonding) of a driving IC is on the same substrate surface as an electrode of a piezoelectric element, and heat generation of the driving IC is excellent in thermal conductivity. The heat is dissipated to the protective substrate side via According to this configuration, it is necessary to distribute the adhesive uniformly by matching the upper surface of the protective substrate and the upper surface of the drive IC with high accuracy. However, it is difficult to achieve high accuracy in the processing of the driving IC and the protective substrate and in each joining process. For this reason, in practice, characteristic variations are unavoidable due to defects due to defective fixing of the driving IC and heat distribution caused by uneven adhesive. Moreover, even if the adhesive has a high thermal conductivity, the thermal conductivity is 10 (W / m · K) or less, such as copper 398 (W / m · K) and aluminum 236 (W / m · K). In comparison, sufficient heat dissipation performance cannot be secured.

本発明は、上記従来技術が有する問題に鑑み、新たな部品を追加することなしに効率的に熱を逃がし、インクジェット記録ヘッド内の温度分布による吐出特性のばらつきを軽減させたインクジェット記録ヘッド、インクカートリッジ、インクジェット記録装置、および、画像形成装置を提供することを目的とする。   In view of the above-described problems of the prior art, the present invention effectively discharges heat without adding new parts, and reduces ink ejection characteristic variation due to temperature distribution in the inkjet recording head. It is an object to provide a cartridge, an ink jet recording apparatus, and an image forming apparatus.

上記課題を解決するため、本発明は、圧電素子を備えた複数の個別液室を有する液室基板と、積層することにより共通液室を形成する複数のフレーム基板とを有し、前記液室基板上に駆動ＩＣがフリップチップ実装されているインクジェット記録ヘッドにおいて、
前記複数のフレーム基板のうち、駆動ＩＣ近傍に設けられたフレーム基板が前記駆動ＩＣと接触しており、さらに、前記フレーム基板の前記共通液室の壁面間に、共通液室のインクに放熱するための梁部材が少なくとも１つ、フレーム基板と一体的に形成されていることを特徴とするインクジェット記録ヘッドを提供する。 To solve the above problems, the present invention includes a liquid chamber base plate having a plurality of individual liquid chambers provided with a piezoelectric element, and a plurality of frames substrate forming the common liquid chamber by laminating, the In the inkjet recording head in which the driving IC is flip-chip mounted on the liquid chamber substrate,
Of the plurality of frame substrates, a frame substrate provided in the vicinity of the drive IC is in contact with the drive IC, and further radiates heat to the ink in the common liquid chamber between the wall surfaces of the common liquid chamber of the frame substrate. There is provided an ink jet recording head characterized in that at least one beam member is integrally formed with a frame substrate.

本発明によれば、インクジェット記録ヘッドチップの短手方向に効率的に熱を逃がすことが可能になり、インクジェット記録ヘッドチップ内の温度分布による吐出特性のばらつきが軽減できる。そして、共通液室を構成するフレーム基板を放熱部材として使用していることから、新たな部材を発生させずに放熱特性の良いインクジェット記録ヘッドが実現できる。   According to the present invention, heat can be efficiently released in the short direction of the ink jet recording head chip, and variations in ejection characteristics due to temperature distribution in the ink jet recording head chip can be reduced. Since the frame substrate constituting the common liquid chamber is used as the heat radiating member, an ink jet recording head having good heat radiating characteristics can be realized without generating new members.

本発明の第１の実施例におけるインクジェット記録ヘッド（液滴吐出ヘッド）１００の斜視図であり、一部断面図で示す。1 is a perspective view of an ink jet recording head (droplet discharge head) 100 according to a first embodiment of the present invention, and is a partial cross-sectional view. （ａ）〜（ｅ）は各部材の平面図、（ｆ）は図１の断面Ｘ−Ｘ'をそれぞれ示す。(A)-(e) is a top view of each member, (f) shows the cross section XX 'of FIG. 1, respectively. 図１の断面Ｙ−Ｙ'を示す。FIG. 2 shows a cross section YY ′ of FIG. 実施例２における図１の断面Ｙ−Ｙ'を示す。FIG. 2 shows a cross section YY ′ of FIG. 本発明におけるインクカートリッジを示す。2 shows an ink cartridge according to the present invention. 本発明におけるインクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置の斜視説明図を示す。The perspective explanatory view of the ink jet recording device carrying the ink jet head in the present invention is shown. 本発明におけるインクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置の側面説明図を示す。The side explanatory drawing of the inkjet recording device carrying the inkjet head in this invention is shown.

次に、本発明の実施例を添付図面を参照にして説明するが、本発明は、実施例により限定されるものではない。   Next, examples of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to the examples.

図１〜３に、本発明のインクジェット記録ヘッドの一例を示す。図１はインクジェット記録ヘッドの斜視図であり、図２の（ａ）〜（ｅ）は各部材の平面図、（ｆ）は図１の断面Ｘ−Ｘ'を、図３は図１の断面Ｙ−Ｙ'をそれぞれ示している。   1-3 show an example of the ink jet recording head of the present invention. FIG. 1 is a perspective view of an ink jet recording head. FIGS. 2A to 2E are plan views of members, FIG. 1F is a cross-section XX ′ of FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-section of FIG. YY ′ is shown.

図１〜３に示すとおり、本実施例におけるインクジェット記録ヘッド１００は、ノズル基板１、液室基板１２、液体供給基板７、フレーム基板積層体９（９ａ〜９ｃ）、ダンパーフィルム１９、補強板２０、ハウジング２１が積層して構成されており、各基板は以下のように構成される。   As shown in FIGS. 1 to 3, the ink jet recording head 100 in this embodiment includes a nozzle substrate 1, a liquid chamber substrate 12, a liquid supply substrate 7, a frame substrate laminate 9 (9 a to 9 c), a damper film 19, and a reinforcing plate 20. The housing 21 is laminated and each substrate is configured as follows.

ノズル基板１には、複数のノズル２が設けられている。   The nozzle substrate 1 is provided with a plurality of nozzles 2.

液室基板１２は、側壁により個別の液室に区切られた複数の個別液室（圧力室）３、振動板１７、及び、この振動板１７と一体的に形成された圧電素子１６、駆動ＩＣ１１実装部、引き出し配線２５を有している。片面にノズル基板１が、もう片面に液体供給基板７が接合されている。なお、液室基板上に設けられる駆動ＩＣ１１とは、ＩＣ等のチップ化された集積回路中に少なくとも圧電素子の駆動回路を備えた電子部材である。   The liquid chamber substrate 12 includes a plurality of individual liquid chambers (pressure chambers) 3 divided into individual liquid chambers by side walls, a vibration plate 17, a piezoelectric element 16 formed integrally with the vibration plate 17, and a driving IC 11. A mounting portion and lead wiring 25 are provided. The nozzle substrate 1 is bonded to one side, and the liquid supply substrate 7 is bonded to the other side. The drive IC 11 provided on the liquid chamber substrate is an electronic member that includes at least a drive circuit for a piezoelectric element in a chip integrated circuit such as an IC.

液体供給基板７は、個別液室（圧力室）３に液体を供給するインク供給口６を有する。片面に液室基板１２が、もう片面にフレーム基板積層体９が接合されている。   The liquid supply substrate 7 has an ink supply port 6 for supplying a liquid to the individual liquid chamber (pressure chamber) 3. The liquid chamber substrate 12 is bonded to one side, and the frame substrate stack 9 is bonded to the other side.

フレーム基板積層体９は、複数のフレーム基板を積層することによって構成されており、共通液室を有する。積層するフレーム基板の枚数は限定されるものではないが、複数のフレーム基板に梁部材を設けることが好ましいため、３枚以上から構成されていることが好ましい。本実施例においては以下の９ａ〜９ｃの３つの基板からなる積層構造を例示している。   The frame substrate laminate 9 is configured by laminating a plurality of frame substrates and has a common liquid chamber. The number of frame substrates to be stacked is not limited. However, since it is preferable to provide beam members on a plurality of frame substrates, it is preferable that the number of frame substrates is composed of three or more. In this embodiment, a laminated structure including the following three substrates 9a to 9c is illustrated.

フレーム基板の材質は限定されないが、熱伝導率の良いものが好ましく、熱伝導率が１００（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上のものがより好ましい。具体的な材料としては、銅、アルミニウム等が例示できる。
本発明においては、主な発熱源となる圧電素子の駆動ＩＣと、梁部材を設けることによって共通液室内でのインクとの接触面積を大きく確保したフレーム基板の一部とが接触している。このため、フレーム基板がヒートシンクとしての役割を果たし、インクへの効率的な放熱が可能となる。
ここで、梁部材はいずれかのフレーム基板に設けられていれば、上記効果を得ることができる。しかしながら、効率よく熱をインクに伝達する観点から、伝達経路が短くなるように、少なくとも発熱源である駆動ＩＣ近傍のフレーム基板に梁部材を設けることが好ましい。 The material of the frame substrate is not limited, but a material having good thermal conductivity is preferable, and a material having a thermal conductivity of 100 (W / m · K) or more is more preferable. Specific examples of the material include copper and aluminum.
In the present invention, the drive IC of the piezoelectric element serving as a main heat generation source is in contact with a part of the frame substrate that secures a large contact area with the ink in the common liquid chamber by providing the beam member. For this reason, the frame substrate serves as a heat sink, enabling efficient heat dissipation to the ink.
Here, if the beam member is provided on any of the frame substrates, the above effect can be obtained. However, from the viewpoint of efficiently transmitting heat to the ink, it is preferable to provide a beam member on at least the frame substrate in the vicinity of the driving IC that is a heat generation source so that the transmission path is shortened.

また、一般的に熱伝導率の良い物質は耐溶液性が低い傾向にあるため、フレーム基板を保護するために、インクと接触する箇所に接液膜（耐インク保護膜）を有していることが望ましい。接液膜としては一定の耐溶液性（耐インク性）を付与できるものであれば足り、その材料は限定されないが、薄膜化が容易な材料が好ましく用いられ、例えば、金メッキ、Ｎｉメッキ、ポリイミドやポリパラキシレンなどが挙げられる。中でも熱伝導性の良い材料がより好ましく、例えば、金メッキ、Ｎｉメッキなどはより好ましく用いられる。   In general, substances having good thermal conductivity tend to have low solution resistance. Therefore, in order to protect the frame substrate, a liquid contact film (ink resistant protective film) is provided at a position where the ink contacts the ink. It is desirable. The liquid contact film is sufficient if it can give a certain solution resistance (ink resistance), and the material is not limited, but a material that can be easily formed into a thin film is preferably used. For example, gold plating, Ni plating, polyimide And polyparaxylene. Among them, a material having good thermal conductivity is more preferable, and for example, gold plating, Ni plating, and the like are more preferably used.

上記接液膜を設けることにより、インクの物性の安定と、構造材腐食防止を図ることができ、インク吐出特性と信頼性が向上する。   By providing the liquid contact film, it is possible to stabilize the physical properties of the ink and prevent the corrosion of the structural material, thereby improving the ink ejection characteristics and reliability.

本実施例においてフレーム基板積層体９を構成する各フレーム基板９ａ〜９ｃについて以下に説明する。   In the present embodiment, each of the frame substrates 9a to 9c constituting the frame substrate laminate 9 will be described below.

フレーム基板９ａには、本実施例では、ダンパーフィルムの可動領域を広くするために梁部材は設けていない。ただし、ダンパーフィルムの可動領域を阻害しない程度の間隔、本数で梁部材を設けることは可能である。片面をフレーム基板９ｂと、片面をダンパーフィルムと接合される。   In this embodiment, no beam member is provided on the frame substrate 9a in order to widen the movable area of the damper film. However, it is possible to provide the beam members with an interval and number that do not hinder the movable region of the damper film. One side is joined to the frame substrate 9b and the other side is joined to the damper film.

フレーム基板９ｂには、その共通液室部にフレーム基板と一体的に複数本の梁部材が一定間隔で形成してある。ここで、本発明における梁部材とは、フレーム基板のうち共通液室を構成する壁面間に、フレーム基板と一体的に形成された棒状部材のことである。そして、フレーム基板に設ける梁部材の本数、大きさ、形状、間隔は、駆動ＩＣの発熱量やフレーム基板の熱伝導率等を考慮して選択されるものであり限定されない。ただし、梁部材を複数本設ける場合、共通液室内のインクに温度分布が生じるのを防ぐため、梁部材間の距離を等間隔とすることが好ましい。また、２以上のフレーム基板に梁部材を設ける場合、異なる基板に設けられた梁部材同士が接触しないように梁部材を設けた方が好ましい。これは、梁部材とインクとの接触面積を最大限に確保することが可能となるためである。   In the frame substrate 9b, a plurality of beam members are formed at regular intervals integrally with the frame substrate in the common liquid chamber. Here, the beam member in the present invention is a rod-shaped member formed integrally with the frame substrate between the wall surfaces constituting the common liquid chamber in the frame substrate. The number, size, shape, and interval of the beam members provided on the frame substrate are selected in consideration of the heat generation amount of the drive IC, the thermal conductivity of the frame substrate, and the like, and are not limited. However, when a plurality of beam members are provided, the distance between the beam members is preferably set at equal intervals in order to prevent temperature distribution from occurring in the ink in the common liquid chamber. Further, when the beam members are provided on two or more frame substrates, it is preferable to provide the beam members so that the beam members provided on different substrates do not contact each other. This is because it is possible to secure the maximum contact area between the beam member and the ink.

本実施例において、フレーム基板９ｃは駆動ＩＣ近傍に設けられたフレーム基板であり、共通液室部にフレーム基板と一体的に梁部材が等間隔に複数本設置してある。ここで、梁部材の本数、大きさ、形状、間隔等についてはフレーム基板９ｂと同様に、各種条件を考慮して選択されるものであり限定されるものではない。
さらに、平面投影で駆動ＩＣ１１に相当する箇所の一部に形成された弾性部材１８が板梁構造になっており、駆動ＩＣ１１の上面に接触している。板梁部は根本で折れ曲がった構造で、駆動ＩＣ１１との接触面積をできるだけ広くとるために、駆動ＩＣ１１の上面に沿って弾性部材１８が接触している。このとき、弾性部材１８と駆動ＩＣ１１は接触しているだけでも、接着してあってもどちらでもよい。また、板梁の根本が他の部分よりも薄い構造だと弾性が増して駆動ＩＣとの接触がさらに容易になる。なお、フレーム基板の一部を弾性部材として駆動ＩＣ１１に接触させる方法を例示したが、フレーム基板の一部と駆動ＩＣ１１とが接触するように構成されていれば本願発明の効果を得ることができ、その具体的手段は限定されない。
そして、フレーム基板９ｃの片側は液体供給基板、片側はフレーム基板９ｂに接合されており、フレーム基板９ｂ，９ｃの梁部材はその位置が互い違いになるように形成されている。 In this embodiment, the frame substrate 9c is a frame substrate provided in the vicinity of the driving IC, and a plurality of beam members are installed at equal intervals integrally with the frame substrate in the common liquid chamber. Here, as with the frame substrate 9b, the number, size, shape, interval, and the like of the beam members are selected in consideration of various conditions and are not limited.
Further, the elastic member 18 formed in a part of the portion corresponding to the drive IC 11 by planar projection has a plate beam structure and is in contact with the upper surface of the drive IC 11. The plate beam portion has a bent structure at the base, and the elastic member 18 is in contact with the upper surface of the drive IC 11 in order to make the contact area with the drive IC 11 as large as possible. At this time, either the elastic member 18 and the drive IC 11 may be in contact with each other or may be bonded. Further, if the base of the plate beam is thinner than the other parts, the elasticity increases and the contact with the driving IC is further facilitated. In addition, although the method of making a part of frame board contact the drive IC 11 as an elastic member was illustrated, the effect of this invention can be acquired if it comprises so that a part of frame board and the drive IC 11 may contact. The specific means is not limited.
One side of the frame substrate 9c is joined to the liquid supply substrate, and one side is joined to the frame substrate 9b. The beam members of the frame substrates 9b and 9c are formed so that the positions thereof are alternate.

ダンパーフィルム１９は、共通液室８における圧力緩和の機能（ダンパー）を果たすフィルムであり、フレーム基板積層体９と補強板２０の間に設けられる。   The damper film 19 is a film that performs a pressure relaxation function (damper) in the common liquid chamber 8, and is provided between the frame substrate laminate 9 and the reinforcing plate 20.

補強板２０はダンパーフィルム１９の可動域を確保する目的で設けられている。   The reinforcing plate 20 is provided for the purpose of securing the movable range of the damper film 19.

ハウジング２１は、共通液室８へインクを供給するインク供給口２２を有する。   The housing 21 has an ink supply port 22 for supplying ink to the common liquid chamber 8.

以上の部材からなる本発明のインクジェット記録ヘッドは、液室基板１２上に形成されたバンプの上にフリップチップ接合により実装された駆動ＩＣ１１が、引き出し配線２５を介して圧電素子１６に電圧を印加し、前記個別液室３に圧力を発生させるものである。   In the ink jet recording head of the present invention composed of the above members, the drive IC 11 mounted by flip chip bonding on the bump formed on the liquid chamber substrate 12 applies a voltage to the piezoelectric element 16 via the lead wiring 25. Then, pressure is generated in the individual liquid chamber 3.

製造方法
以下に、本実施例の構成のインクジェット記録ヘッドの製造方法を示す。
（ａ）液室基板１２上の振動板１７を設ける以外の箇所にマスクとしてのシリコン窒化膜をパターニングする。次いで、ポリシリコンとシリコン熱酸化膜形成手段である、例えばプラズマＣＶＤ法、パイロ酸化法によりポリシリコンとＳｉＯ２の多層積層膜である振動板１７を液室基板１２上に形成する。
（ｂ）薄膜形成手段としてのゾルゲル法またはスパッタ法により、例えばＰｔ、Ｔｉ、ＬＮＯ、ＳＲＯからなる共通電極１３、例えばＰＺＴからなる圧電体１４、例えばＰｔ、ＬＮＯ、ＳＲＯからなる上部電極１５を順次形成する。
（ｃ）フォトリソグラフィー法により上電極１５、圧電体１４をパターニングし圧電素子１６を形成する。
（ｄ）圧電素子１６の放電防止のための絶縁膜(例えばＡｌ２Ｏ３)を全体に成膜する。次いで、振動変位の妨げにならないように上電極１５上を避けて圧電素子１６の端部と共通電極１３に例えばＳｉＯ２、ＳｉＮからなる層間絶縁膜を形成する。
（ｅ）アルミニウムからなる引き出し配線２５を所望の箇所に形成する
（ｆ）別途シリコン基板にリソエッチ法で凹部２６を形成してある液体供給基板７を製作しておき、基板１２の圧電素子面に接着する。
（ｇ）基板１２の圧電素子形成面の反対側を所望の厚さまで研磨する。
（ｈ）基板１２の圧電素子形成面の反対側をＩＣＰドライエッチングによりエッチングし個別液室３、流体抵抗部４、インク導入路５、となる凹部を形成する。
別途ＳＵＳのプレス加工、研磨によるノズル穴２を形成しておいたノズル基板１を基板１２の凹部形成側に接合する。
（ｉ）液室基板１２の液体供給基板７側に設けたバンプ１０に別途製作した駆動ＩＣ１１をフリップチップ接合により実装する。
（ｊ）プレス加工、微細切削加工により形成したフレーム基板９ａ，９ｂ，９ｃを別途接合しフレーム基板積層体９を製作し、接液膜を成膜したのちに液体供給基板７に接合する。
（ｋ）ダンパーフィルム１９を設けた補強板２０をフレーム基板積層体９に接合する。
（ｌ）補強板の上に別途製作したハウジングを接合する。
以上の工程により、本実施例のインクジェット記録ヘッド（液滴吐出ヘッド）１００が完成する。 Manufacturing Method A manufacturing method of the ink jet recording head having the configuration of this embodiment will be described below.
(A) A silicon nitride film as a mask is patterned at a place other than the diaphragm 17 on the liquid chamber substrate 12 is provided. Next, a diaphragm 17 that is a multilayer laminated film of polysilicon and SiO 2 is formed on the liquid chamber substrate 12 by, for example, plasma CVD or pyro-oxidation, which is a means for forming polysilicon and silicon thermal oxide film.
(B) A common electrode 13 made of, for example, Pt, Ti, LNO, or SRO, for example, a piezoelectric body 14 made of, for example, PZT, for example, an upper electrode 15 made of Pt, LNO, or SRO is sequentially formed by a sol-gel method or a sputtering method as thin film forming means. Form.
(C) The upper electrode 15 and the piezoelectric body 14 are patterned by photolithography to form the piezoelectric element 16.
(D) An insulating film (for example, Al 2 O 3 ) for preventing discharge of the piezoelectric element 16 is formed on the entire surface. Next, an interlayer insulating film made of, for example, SiO 2 or SiN is formed on the end portion of the piezoelectric element 16 and the common electrode 13 avoiding the upper electrode 15 so as not to hinder vibration displacement.
(E) Lead wiring 25 made of aluminum is formed at a desired location. (F) Separately, a liquid supply substrate 7 having a recess 26 formed on a silicon substrate by a litho-etching method is manufactured. Glue.
(G) The side opposite to the piezoelectric element forming surface of the substrate 12 is polished to a desired thickness.
(H) The opposite side of the surface of the substrate 12 on which the piezoelectric element is formed is etched by ICP dry etching to form a concave portion that becomes the individual liquid chamber 3, the fluid resistance portion 4, and the ink introduction path 5.
Separately, the nozzle substrate 1 in which the nozzle holes 2 are formed by pressing and polishing SUS is bonded to the recess forming side of the substrate 12.
(I) A separately manufactured drive IC 11 is mounted on the bump 10 provided on the liquid supply substrate 7 side of the liquid chamber substrate 12 by flip chip bonding.
(J) The frame substrates 9a, 9b, and 9c formed by press working and fine cutting are separately joined to manufacture the frame substrate laminate 9, and a liquid contact film is formed, and then joined to the liquid supply substrate 7.
(K) The reinforcing plate 20 provided with the damper film 19 is joined to the frame substrate laminate 9.
(L) A separately manufactured housing is joined on the reinforcing plate.
Through the above steps, the ink jet recording head (droplet discharge head) 100 of this embodiment is completed.

図４は本発明の実施例２を示す。
実施例１と同様の機能をする部品、箇所には同様の番号で図示した。
実施例１の内容に加えて駆動ＩＣ１１と液体供給基板７とフレーム基板９ｃと液室基板１２で囲われた空間に熱伝導性の良い充填剤２７を封入したものである。熱伝導性の良い充填剤としては、空気よりも熱伝導率の高いものが好ましく、熱伝導率が１０（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上のものがより好ましい。例えば、アルミニウム、銅などの金属や、炭素を混ぜ合わせた樹脂などが挙げられる。 FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention.
Parts and portions having the same functions as those in the first embodiment are indicated by the same numbers.
In addition to the contents of the first embodiment, a filler 27 having good thermal conductivity is sealed in a space surrounded by the driving IC 11, the liquid supply substrate 7, the frame substrate 9c, and the liquid chamber substrate 12. As the filler having good thermal conductivity, those having higher thermal conductivity than air are preferable, and those having a thermal conductivity of 10 (W / m · K) or more are more preferable. For example, a metal such as aluminum or copper, or a resin mixed with carbon can be used.

次に、本発明に係るインクカートリッジについて図５を参照して説明する。
このインクカートリッジは、ノズル２等を有する上記各実施形態のいずれかのインクジェット記録ヘッド６１と、このインクジェット記録ヘッド６１に対してインクを供給するインクタンク６２とを一体化したものである。
このようにインクタンク一体型のヘッドの場合、ヘッドの低コスト化、信頼性向上は、ただちにインクカートリッジ全体の低コスト化、信頼性向上につながるので、上述したように低コスト化、高信頼性化、製造不良低減することで、インクカートリッジの歩留まり、信頼性が向上し、ヘッド一体型インクカートリッジの低コスト化を図れる。 Next, an ink cartridge according to the present invention will be described with reference to FIG.
This ink cartridge is obtained by integrating the ink jet recording head 61 according to any of the above embodiments having the nozzles 2 and the like, and the ink tank 62 that supplies ink to the ink jet recording head 61.
In this way, in the case of an ink tank integrated head, the cost reduction and reliability improvement of the head immediately lead to the cost reduction and reliability improvement of the entire ink cartridge. Therefore, as described above, the cost reduction and high reliability are achieved. By reducing the manufacturing defects, the yield and reliability of the ink cartridge can be improved, and the cost of the head-integrated ink cartridge can be reduced.

次に、本発明に係るインクジェット記録ヘッドを搭載したインクジェット記録装置の一例について図６及び図７を参照して説明する。なお、図６は同記録装置の斜視説明図、図７は同記録装置の機構部の側面説明図である。   Next, an example of an ink jet recording apparatus equipped with the ink jet recording head according to the present invention will be described with reference to FIGS. 6 is a perspective explanatory view of the recording apparatus, and FIG. 7 is a side explanatory view of a mechanism portion of the recording apparatus.

このインクジェット記録装置は、記録装置本体８１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載した本発明を実施したインクジェット記録ヘッドからなる記録ヘッド、記録ヘッドへインクを供給するインクタンク等で構成される印字機構部８２等を収納し、装置本体８１の下方部には前方側から多数枚の用紙８３を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）８４を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙８３を手差しで給紙するための手差しトレイ８５を開倒することができ、給紙カセット８４或いは手差しトレイ８５から給送される用紙８３を取り込み、印字機構部８２によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ８６に排紙する。   This ink jet recording apparatus includes a carriage movable in the main scanning direction inside the recording apparatus main body 81, a recording head composed of an ink jet recording head embodying the present invention mounted on the carriage, an ink tank for supplying ink to the recording head, and the like. A printing mechanism section 82 and the like are housed, and a paper feed cassette (or a paper feed tray) 84 that can stack a large number of sheets 83 from the front side is detachably attached to the lower portion of the apparatus main body 81. In addition, the manual feed tray 85 for manually feeding the paper 83 can be opened, the paper 83 fed from the paper feed cassette 84 or the manual feed tray 85 is taken in, and the printing mechanism unit 82 is loaded. After recording a required image, the paper is discharged to a paper discharge tray 86 mounted on the rear side.

印字機構部８２は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド９１と従ガイドロッド９２とでキャリッジ９３を主走査方向に摺動自在に保持し、このキャリッジ９３にはイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出する本発明に係るインクジェット記録ヘッドからなるヘッド９４を複数のインク吐出口（ノズル）を主走査方向と交差する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。またキャリッジ９３にはヘッド９４に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ９５を交換可能に装着している。
インクカートリッジ９５は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェット記録ヘッドへインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッドへ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘッド９４を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドでもよい。さらに、実施例３で述べたように、インクカートリッジはインクタンクとインクジェット記録ヘッドを一体化することも可能である。 The printing mechanism 82 holds a carriage 93 slidably in the main scanning direction by a main guide rod 91 and a sub guide rod 92 which are guide members horizontally mounted on left and right side plates (not shown). (Y), cyan (C), magenta (M), and black (Bk) ink jet recording heads according to the present invention for ejecting ink droplets of each color, the head 94 includes a plurality of ink ejection openings (nozzles) in the main scanning direction And are mounted with the ink droplet ejection direction facing downward. In addition, each ink cartridge 95 for supplying ink of each color to the head 94 is replaceably mounted on the carriage 93.
The ink cartridge 95 has an air port that communicates with the atmosphere above, a supply port that supplies ink to the ink jet recording head below, and a porous body filled with ink inside. The ink supplied to the inkjet head is maintained at a slight negative pressure by force. Further, although the heads 94 of the respective colors are used here as the recording heads, a single head having nozzles for ejecting ink droplets of the respective colors may be used. Further, as described in the third embodiment, the ink cartridge can integrate the ink tank and the ink jet recording head.

ここで、キャリッジ９３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド９１に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド９２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ９３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ９７で回転駆動される駆動プーリ９８と従動プーリ９９との間にタイミングベルト２００を張装し、このタイミングベルト２００をキャリッジ９３に固定しており、主走査モータ９７の正逆回転によりキャリッジ９３が往復駆動される。   Here, the carriage 93 is slidably fitted to the main guide rod 91 on the rear side (downstream side in the paper conveyance direction), and is slidably mounted on the sub guide rod 92 on the front side (upstream side in the paper conveyance direction). doing. In order to move and scan the carriage 93 in the main scanning direction, a timing belt 200 is stretched between a driving pulley 98 and a driven pulley 99 that are rotationally driven by a main scanning motor 97, and the timing belt 200 is attached to the carriage 93. The carriage 93 is driven to reciprocate by forward and reverse rotation of the main scanning motor 97.

一方、給紙カセット８４にセットした用紙８３をヘッド９４の下方側に搬送するために、給紙カセット８４から用紙８３を分離給装する給紙ローラ１０１及びフリクションパッド１０２と、用紙８３を案内するガイド部材１０３と、給紙された用紙８３を反転させて搬送する搬送ローラ１０４と、この搬送ローラ１０４の周面に押し付けられる搬送コロ１０５及び搬送ローラ１０４からの用紙８３の送り出し角度を規定する先端コロ１０６とを設けている。搬送ローラ１０４は副走査モータ１０７によってギヤ列を介して回転駆動される。   On the other hand, in order to convey the paper 83 set in the paper feed cassette 84 to the lower side of the head 94, the paper feed roller 101 and the friction pad 102 for separating and feeding the paper 83 from the paper feed cassette 84 and the paper 83 are guided. A guide member 103, a transport roller 104 that reverses and transports the fed paper 83, a transport roller 105 that is pressed against the peripheral surface of the transport roller 104, and a leading end that defines a feed angle of the paper 83 from the transport roller 104 A roller 106 is provided. The transport roller 104 is rotationally driven by a sub-scanning motor 107 through a gear train.

そして、キャリッジ９３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１０４から送り出された用紙８３を記録ヘッド９４の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材１０９を設けている。この印写受け部材１０９の用紙搬送方向下流側には、用紙８３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ１１１、拍車１１２を設け、さらに用紙８３を排紙トレイ８６に送り出す排紙ローラ１１３及び拍車１１４と、排紙経路を形成するガイド部材１１５，１１６とを配設している。   A printing receiving member 109 is provided as a paper guide member that guides the paper 83 sent from the transport roller 104 below the recording head 94 in accordance with the movement range of the carriage 93 in the main scanning direction. A conveyance roller 111 and a spur 112 that are rotationally driven to send the paper 83 in the paper discharge direction are provided on the downstream side of the printing receiving member 109 in the paper conveyance direction, and the paper 83 is further delivered to the paper discharge tray 86. A roller 113 and a spur 114, and guide members 115 and 116 that form a paper discharge path are disposed.

記録時には、キャリッジ９３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド９４を駆動することにより、停止している用紙８３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙８３を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙８３の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙８３を排紙する。   At the time of recording, the recording head 94 is driven according to the image signal while moving the carriage 93, thereby ejecting ink onto the stopped sheet 83 to record one line. Record the line. Upon receiving a recording end signal or a signal that the trailing edge of the paper 83 has reached the recording area, the recording operation is terminated and the paper 83 is discharged.

また、キャリッジ９３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド９４の吐出不良を回復するための回復装置１１７を配置している。回復装置１１７はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ９３は印字待機中にはこの回復装置１１７側に移動されてキャッピング手段でヘッド９４をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。   Further, a recovery device 117 for recovering defective ejection of the head 94 is disposed at a position outside the recording area on the right end side in the movement direction of the carriage 93. The recovery device 117 includes a cap unit, a suction unit, and a cleaning unit. The carriage 93 is moved to the recovery device 117 side during printing standby and the head 94 is capped by the capping means, and the ejection port portion is kept in a wet state to prevent ejection failure due to ink drying. Further, by ejecting ink that is not related to recording during recording or the like, the ink viscosity of all the ejection ports is made constant and stable ejection performance is maintained.

吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でヘッド９４の吐出口（ノズル）を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（不図示）に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。   When a discharge failure occurs, the discharge port (nozzle) of the head 94 is sealed with a capping unit, and bubbles and the like are sucked out from the discharge port with the suction unit through the tube. Is removed by the cleaning means to recover the ejection failure. Further, the sucked ink is discharged to a waste ink reservoir (not shown) installed at the lower part of the main body and absorbed and held by an ink absorber inside the waste ink reservoir.

このように、このインクジェット記録装置においては本発明を実施したインクジェットヘッドを搭載しているので、振動板駆動不良によるインク滴吐出不良がなく、安定したインク滴吐出特性が得られて、画像品質が向上する。   As described above, since the inkjet head embodying the present invention is mounted in this inkjet recording apparatus, there is no ink droplet ejection failure due to vibration plate drive failure, stable ink droplet ejection characteristics are obtained, and image quality is improved. improves.

また、ここでは、インクジェット記録装置についてのみ記述したが、上記インクジェット記録装置を画像形成部に配置し、制御装置等の外部装置と組み合わせて画像形成装置を構成することができる。   Although only the ink jet recording apparatus has been described here, the image forming apparatus can be configured by arranging the ink jet recording apparatus in an image forming unit and combining with an external device such as a control device.

３． 個別液室（圧力室）
６． インク供給口
７． 液体供給基板
８． 共通液室
９ａ〜９ｃ． フレーム基板
１１． 駆動ＩＣ
１２． 液室基板
１６． 圧電素子 3. Individual liquid chamber (pressure chamber)
6). Ink supply port 7. Liquid supply substrate 8. Common liquid chambers 9a to 9c. Frame substrate 11. Driving IC
12 Liquid chamber substrate 16. Piezoelectric element

特開２００７−１１２０６２号公報JP 2007-112062 A 特開２００６−２８９９６３号公報JP 2006-289963 A 特開２００６−１１６７６７号公報JP 2006-116767 A

Claims (9)

圧電素子を備えた複数の個別液室を有する液室基板と、積層することにより共通液室を形成する複数のフレーム基板とを有し、前記液室基板上に駆動ＩＣがフリップチップ実装されているインクジェット記録ヘッドにおいて、
前記複数のフレーム基板のうち、駆動ＩＣ近傍に設けられたフレーム基板が前記駆動ＩＣと接触しており、さらに、前記フレーム基板の前記共通液室の壁面間に、共通液室のインクに放熱するための梁部材が少なくとも１つ、フレーム基板と一体的に形成されていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。 A liquid chamber board having a plurality of individual liquid chambers provided with a piezoelectric element, and a plurality of frames substrate forming the common liquid chamber by laminating, drive I C in the liquid chamber on the substrate flip chip In the mounted inkjet recording head,
Of the plurality of frame substrates, a frame substrate provided in the vicinity of the drive IC is in contact with the drive IC, and further radiates heat to the ink in the common liquid chamber between the wall surfaces of the common liquid chamber of the frame substrate. An ink jet recording head, wherein at least one beam member for forming the head is formed integrally with a frame substrate. ３枚以上の前記フレーム基板を有しており、前記共通液室のインクに放熱するための梁部材が、少なくとも駆動ＩＣ近傍のフレーム基板に設けら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記録ヘッド。 2. The frame substrate according to claim 1, further comprising three or more frame substrates, wherein a beam member for radiating heat to the ink in the common liquid chamber is provided at least on the frame substrate near the drive IC. Inkjet recording head. 前記フレーム基板に前記梁部材が一定間隔で形成されていることを特徴とする請求項１または２いずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。   The inkjet recording head according to claim 1, wherein the beam members are formed on the frame substrate at regular intervals. 複数のフレーム基板に梁部材が設けられており、異なるフレーム基板に設けられた梁部材同士が接触しないように当該梁部材が配置されていることを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。   4. The beam member is provided on a plurality of frame substrates, and the beam members are arranged so that the beam members provided on different frame substrates do not contact each other. 2. An ink jet recording head according to 1. 前記フレーム基板のインクと接触する箇所が、接液膜で覆われていることを特徴とする請求項１乃至４いずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。   The ink jet recording head according to claim 1, wherein a portion of the frame substrate that comes into contact with ink is covered with a liquid contact film. 液室基板とフレーム基板との間に、前記個別液室に液体を供給するインク供給口を有する液体供給基板を有しており、前記駆動ＩＣ、前記液体供給基板、前記フレーム基板の３つ全てが面をなす空間に、充填剤を封入したことを特徴とする請求項1乃至５いずれか1項に記載のインクジェット記録ヘッド。 Between the Ekishitsumoto plate and frame substrate has a liquid supply board having the ink supply port for supplying liquid to the individual liquid chamber, the drive IC, the liquid supply board, 3 of the frame board 6. The ink jet recording head according to claim 1, wherein a filler is enclosed in a space where all of the surfaces are formed. インク滴を吐出するインクジェット記録ヘッドと、該インクジェット記録ヘッドにインクを供給するインクタンクとを一体化したインクカートリッジにおいて、前記インクジェット記録ヘッドとして、請求項1乃至６いずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッドを備えたことを特徴とするインクカートリッジ。   The ink jet recording head according to any one of claims 1 to 6, wherein the ink jet recording head is an ink cartridge in which an ink jet recording head for ejecting ink droplets and an ink tank for supplying ink to the ink jet recording head are integrated. An ink cartridge comprising a head. インクカートリッジのヘッド部から液滴を吐出させて被記録媒体に記録を行うインクジェット記録装置において、前記インクカートリッジとして、請求項７記載のインクカートリッジを備えたことを特徴とするインクジェット記録装置。   8. An ink jet recording apparatus that performs recording on a recording medium by discharging droplets from a head portion of the ink cartridge, wherein the ink cartridge includes the ink cartridge according to claim 7. 請求項８に記載のインクジェット記録装置を画像形成部に備えたことを特徴とする画像形成装置。   An image forming apparatus comprising the ink jet recording apparatus according to claim 8 in an image forming unit.
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