WO2014185370A1 - インクジェットヘッド - Google Patents

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WO2014185370A1
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pressure chamber
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spacer
nozzle
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裕一 町田
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コニカミノルタ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an inkjet head.
  • the inkjet head includes a plurality of nozzles that eject ink, a plurality of pressure chambers for applying pressure related to the ejection of ink from each nozzle, a flow path for supplying ink to each pressure chamber, and the like. If these configurations of the inkjet head are arranged along a plane (for example, a horizontal plane) orthogonal to the ink ejection direction (for example, the vertical direction), the interval between the nozzles becomes large, and the density of the ejected ink Cannot be raised.
  • a plane for example, a horizontal plane
  • the ink ejection direction for example, the vertical direction
  • an ink jet head in which a pressure chamber is provided above each nozzle and a high density is achieved by stacking a common flow path for supplying ink to each pressure chamber further above the pressure chamber (for example, Patent Document 1).
  • an actuator that is in contact with the wall surface of the pressure chamber from the outside operates to apply pressure to the pressure chamber and eject ink from the nozzles.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a configuration in the vicinity of a nozzle of a conventional inkjet head.
  • the actuator 203 abutting from the outside of the diaphragm 202 provided on the upper surface of the pressure chamber 201 and the silicon wiring substrate 204 disposed above the actuator 203 are composed of electrodes of the actuator 203.
  • the bumps 205 formed on the 203a are electrically connected to each other through solder 206 formed on the wiring board 204 side.
  • a spacer substrate made of a photosensitive resin is provided between the pressure chamber substrate 201a constituting the pressure chamber 201 and the wiring substrate 204. 207 is provided.
  • an ink whose viscosity largely changes depending on the temperature may be used.
  • the ink jet head is also heated by the heat of the ink.
  • Warping occurs.
  • Such warpage not only adversely affects the image quality by changing the ink ejection angle from the nozzles, but also causes peeling between substrates depending on the degree of warpage, causing ink leakage and poor electrical connection.
  • heat is applied to the ink jet head when manufacturing the bump 205 or the like, but the substrate may be warped by the heat.
  • An object of the present invention is to provide an ink jet head that can prevent the occurrence of problems due to warping of a substrate.
  • An ink jet head includes a pressure chamber substrate that is provided so as to communicate with a nozzle that ejects ink in a predetermined direction and in which a pressure chamber in which the ink is accommodated is formed, and the pressure chamber A spacer substrate stacked on the opposite side of the predetermined direction of the diaphragm constituting one surface opposite to the predetermined direction, a wiring substrate stacked on the opposite side of the predetermined direction of the spacer substrate, and An actuator provided between the wiring board and the diaphragm in contact with the diaphragm in a space formed by the spacer substrate and electrically connected to the wiring of the wiring board, and the pressure
  • the chamber substrate, the diaphragm, the spacer substrate, and the wiring substrate each have a difference in thermal expansion coefficient that is equal to or less than a predetermined value.
  • a second aspect of the present invention is the ink jet head according to the first aspect, wherein the pressure chamber substrate, the vibration plate, the spacer substrate, and the wiring substrate have a thermal conductivity of 10 [W ⁇ m ⁇ 1. ⁇ K ⁇ 1 ] or more material
  • Invention of Claim 3 is an inkjet head of Claim 1 or 2, Comprising: The material of the said pressure chamber board
  • the invention according to claim 4 is the ink jet head according to any one of claims 1 to 3, wherein the spacer substrate has a thickness of 50 [ ⁇ m] or more and 200 [ ⁇ m] or less. To do.
  • the invention according to claim 5 is the ink-jet head according to any one of claims 1 to 4, wherein the spacer substrate is provided with an ink conduction path communicating with the pressure chamber, and at least the The ink conducting path is subjected to a surface treatment.
  • the invention according to claim 6 is the inkjet head according to any one of claims 1 to 5, further comprising a nozzle substrate on which the nozzle is formed, wherein a material of the nozzle substrate is silicon. It is characterized by that.
  • the invention according to claim 7 is the inkjet head according to claim 6, wherein the nozzle is formed by dry etching on the nozzle substrate.
  • FIG. 1 is a perspective view of an inkjet head according to the present invention. It is a figure which shows the example of arrangement
  • FIG. 1 is a perspective view of an inkjet head 1 according to the present invention.
  • the inkjet head 1 includes a plurality of nozzles N provided along a plane.
  • a plane on which a plurality of nozzles N are provided is an XY plane, and directions along the plane and orthogonal to each other are an X direction and a Y direction, respectively.
  • the direction orthogonal to the XY plane is taken as the Z direction.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an arrangement example of the plurality of nozzles N in the XY plane.
  • the inkjet head 1 is provided with, for example, a plurality of nozzle rows in the X direction by a plurality of nozzles N provided along the Y direction.
  • the nozzles in the leftmost nozzle row are denoted by reference numerals, and the other nozzles N are omitted.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the inkjet head 1.
  • four nozzles N among the plurality of nozzles N are illustrated.
  • the plurality of nozzles N are formed on the nozzle substrate 10.
  • a plurality of substrates and the like are stacked along the Z direction. Specifically, for example, the pressure chamber substrate 20, the vibration plate 30, the spacer substrate 40, and the wiring substrate 50 are stacked from the side close to the nozzle substrate 10.
  • a structure including a plurality of substrates in which the nozzle substrate 10, the pressure chamber substrate 20, the vibration plate 30, the spacer substrate 40, and the wiring substrate 50 are stacked is referred to as a stacked body A.
  • a predetermined direction in which ink is ejected is described as “downward” with the nozzle substrate 10 as a reference, and the opposite direction is described as “upward”.
  • FIG. 4 is an enlarged view of a configuration related to one nozzle N in the cross-sectional view shown in FIG.
  • a pressure chamber 21 communicating with the nozzle N is formed in the pressure chamber substrate 20.
  • the diaphragm 30 is provided above the pressure chamber 21 and constitutes one surface (upper surface) of the pressure chamber 21. That is, the vibration plate 30 is provided on the opposite side (upper side) to the pressure chamber 21 in a predetermined direction (lower side) in which ink is ejected.
  • An actuator 60 is provided on the upper surface of the diaphragm 30. Here, the actuator 60 is in contact with the diaphragm 30.
  • the diaphragm 30, the spacer substrate 40, and the wiring substrate 50 are provided with conduction paths 31, 41, 51 communicating with the pressure chamber 21.
  • the ink flow path formed by the conduction paths 31, 41, 51 connects the pressure chamber 21 and the common flow path 70 provided above the wiring board 50.
  • the common flow path 70 is provided, for example, in a housing 80 standing above the wiring board 50 and connected to an ink supply mechanism (not shown).
  • the ink supplied from the ink supply mechanism to the common flow path 70 is supplied to the pressure chamber 21 through the common flow path 70 and the conduction paths 51, 41, 31.
  • the ink supplied to the pressure chamber 21 is ejected from the nozzle N by applying pressure to the ink in the pressure chamber 21 by the vibration of the vibration plate 30 according to the operation of the actuator 60.
  • the common flow path 70 functions as a supply unit for the ink supplied to the pressure chamber 21.
  • the pressure chamber 21 stores ink ejected from the nozzle N.
  • the actuator 60 applies a pressure for ejecting ink from the nozzle N to the pressure chamber 21.
  • the laminated body A includes the nozzle substrate 10 on which the nozzles N are formed, the pressure chamber substrate 20 on which the pressure chambers 21 are formed, the diaphragm 30 and the actuator 60 that constitute the upper surface of the pressure chambers 21.
  • the structure is a head substrate B.
  • the wiring board 50 is provided between the ink supply section (common flow path 70) supplied to the pressure chamber 21 and the head substrate B, and the ink conduction path communicates from the supply section to the pressure chamber 21. (Conduction path 51) is formed.
  • the actuator 60 is electrically connected to the wiring 52 provided on the wiring board 50.
  • the actuator 60 is, for example, a rectangular piezoelectric element having an upper surface and a lower surface along the XY plane.
  • the actuator 60 is provided with a first electrode 61 on its upper surface.
  • the actuator 60 is provided with a second electrode 62 on its lower surface.
  • the first electrode 61 is electrically connected to the wiring 52 provided on the lower surface side of the wiring substrate 50 via the connection portion 90.
  • the connection unit 90 is provided to connect the first electrode 61 and the wiring 52 along the Z direction.
  • the connection part 90 has bumps 91 formed on the wiring board 50. Specifically, the bump 91 is formed by wire bonding using gold as a material, for example.
  • the bump 91 is formed on the lower surface of the wiring 52, for example.
  • the wiring 52 is made of, for example, a conductive metal (for example, aluminum) plate provided so that at least the lower surface is a flat surface.
  • a conductive material 92 is applied to the lower end side of the bump 91. Specifically, the conductive material 92 is, for example, a conductive adhesive.
  • the conductive adhesive is an adhesive mixed with conductive metal powder (for example, silver powder) and has conductivity.
  • the connection unit 90 electrically connects the wiring substrate 50 and the actuator 60 via the bump 91 formed on the wiring substrate 50 and the conductive material 92 applied to the bump 91.
  • FIG. 5A to 5C are diagrams showing a process of forming the connection portion 90.
  • the wiring board 50 is prepared independently. That is, in the laminate A, the substrates below the spacer substrate 40 are not yet bonded to the wiring substrate 50.
  • bumps 91 are formed by wire bonding using gold as shown in FIG. 5B.
  • the conductive material 92 is applied to the lower end side of the bump 91 by applying the conductive material 92 using an applicator (not shown).
  • 5A to 5C are descriptions relating to the formation of one connection portion 90, but in actuality, the lower surface of each of the plurality of wirings 52 corresponding to each of the plurality of nozzles N included in the inkjet head 1 is used. On the other hand, the formation of the bumps 91 and the application of the conductive material 92 can be performed collectively.
  • the wiring board 50 includes, for example, a plate-shaped interposer 53 that is a base of the wiring board 50, insulating layers 54 and 55 that cover the upper surface and the lower surface of the interposer 53, and the insulating layer 54, the interposer 53, and the insulating layer.
  • the wiring 52 is connected to a control unit (not shown) related to the application of voltage to the actuator 60 via the through electrode 56 and the wiring 57.
  • the second electrode 62 is in contact with the diaphragm 30.
  • the diaphragm 30 is a conductor and functions as an electrode that electrically connects the second electrode 62 and the control unit.
  • the second electrode 62 is connected to the control unit via, for example, the diaphragm 30 and a wiring (not shown) connected to the diaphragm 30.
  • the first electrode 61 is connected to the control unit via the connection unit 90, the wiring 52, the through electrode 56, and the wiring 57, and the second electrode 62 is connected to the diaphragm 30 and a wiring (not shown). By being connected to the control unit, it operates as the actuator 60 under the control of the control unit.
  • the spacer substrate 40 secures a space corresponding to the width along the Z direction of the actuator 60 and the connection portion 90 between the diaphragm 30 and the wiring substrate 50.
  • the spacer substrate 40 has an opening 42 corresponding to the position where the actuator 60 is disposed on the upper surface side of the diaphragm 30. The opening 42 penetrates the spacer substrate 40 in the Z direction.
  • FIG. 6A to 6C are explanatory views according to a joining example of the diaphragm 30 and the spacer substrate 40.
  • FIG. 6A a spacer substrate 40 is prepared. Further, as shown in FIG. 6B, a head substrate B is prepared.
  • an actuator 60 is provided on the upper surface of the diaphragm 30. 6C, the spacer substrate 40 and the vibration plate 30 are bonded so that the actuator 60 is positioned at the position of the opening 42 of the spacer substrate 40, and the head substrate B and the spacer substrate 40 are bonded.
  • the body is formed.
  • the thickness of the spacer substrate 40 corresponds to the width of the actuator 60 and the connecting portion 90 along the Z direction.
  • the thickness of the spacer substrate 40 corresponds to the sum of the width of the actuator 60 in the Z direction and the width of the connection portion 90 in the Z direction. More specifically, the thickness of the spacer substrate 40 is, for example, 50 [ ⁇ m] or more and 200 [ ⁇ m] or less.
  • the thickness of the spacer substrate 40 affects the length of the conduction path 41 between the common flow path 70 and the pressure chamber 21.
  • the shorter the conduction path 41 the smaller the flow path resistance for the ink passing through the conduction path 41. Therefore, since the thickness of the spacer substrate 40 can be further reduced by further reducing the width of the actuator 60 and the connecting portion 90 along the Z direction, the flow path resistance with respect to the ink can be further reduced.
  • the spacer substrate 40 has a structure (glue guard) for preventing the adhesive bonding the spacer substrate 40 and the wiring substrate 50 from entering the opening 42 side, and a structure for releasing air (air escape). ) Is provided. Specifically, for example, as shown in FIGS. 7A and 7B, the spacer substrate 40 extends along the Y direction at both ends of a row of the opening portions 42 formed by the opening portions 42 provided along the Y direction. A linear pattern 43 is formed. The pattern 43 functions as a glue guard and an air escape. More specifically, the spacer substrate 40 is subjected to photolithography on both sides in order to form the opening 42. Here, by forming the pattern 43 only on one surface (upper surface), a linear counterbore is formed on the surface.
  • the openings 42 adjacent to each other along the Y direction are continuous.
  • the pattern 43 is formed so that it may continue from the opening part 42 located in the both ends of the row
  • FIG. Accordingly, when the bonded body of the head substrate B and the spacer substrate 40 shown in FIG. 6C and the wiring substrate 50 on which the connection portion 90 shown in FIG. 5A is bonded by heating, the volume is increased by heating. Increasing air in the opening 42 can escape from the pattern 43. That is, the pattern 43 functions as an air escape.
  • the adhesive for bonding between the spacer substrate 40 and the wiring substrate 50 comes into contact with the frame portion on the upper plate surface of the spacer substrate 40 shown in FIG. 7B. If there is, surplus adhesive will move along the upper plate surface in search of a destination.
  • the pattern 43 since the pattern 43 exists, excess adhesive does not enter the pattern 43 and enter the opening 42. That is, the pattern 43 functions as a glue guard.
  • FIG. 7 among the many existing openings 42, patterns 43, and actuators 60, reference numerals are given to the leftmost four, and the remaining reference numerals of the same configuration are omitted.
  • the pressure chamber substrate 20, the diaphragm 30, the wiring substrate 50, and the spacer substrate 40 each have a difference in thermal expansion coefficient that is a predetermined value or less.
  • “the difference between the respective thermal expansion coefficients is equal to or less than a predetermined value” means that the difference between the respective thermal expansion coefficients of the pressure chamber substrate 20, the vibration plate 30, the wiring substrate 50, and the spacer substrate 40 is the respective substrate. This is a range that does not cause problems due to warping.
  • the material of the pressure chamber substrate 20, the vibration plate 30, and the wiring substrate 50 is silicon (Si).
  • the material of the spacer substrate 40 is 42 alloy. More specifically, the pressure chamber substrate 20 and the diaphragm 30 are entirely made of silicon.
  • the interposer 53 is formed of silicon. Since the interposer 53 is configured to occupy most of the configuration of the wiring substrate 50, the interposer 53 is formed of silicon, so that the thermal expansion coefficient of the wiring substrate 50 can be changed to the pressure chamber substrate 20 and the diaphragm. 30 can be substantially the same.
  • 42 alloy which is a material of the spacer substrate 40 is an alloy composed of nickel [42]%, iron [57]% by weight, and the balance of a small amount of additive substances (for example, copper, manganese, etc.). .
  • the thermal expansion coefficient of silicon is 2.5 ⁇ 10 ⁇ ⁇ 6 [1 / ° C.] to 4.0 ⁇ 10 ⁇ ⁇ 6 [1 / ° C.].
  • the thermal expansion coefficient of 42 alloy is 4.5 ⁇ 10 ⁇ ⁇ 6 [1 / ° C.] to 6.0 ⁇ 10 ⁇ ⁇ 6 [1 / ° C.].
  • both the thermal expansion coefficient of silicon and the thermal expansion coefficient of 42 alloy are extremely small.
  • the difference between the thermal expansion coefficient of silicon and that of 42 alloy is 0.5 ⁇ 10 ⁇ ⁇ 6 [1 / ° C.] to 3.5 ⁇ 10 ⁇ ⁇ 6 [1 / ° C.].
  • the predetermined value is 3.5 ⁇ 10 ⁇ -6 [ 1 / ° C.].
  • the thermal expansion coefficient of silicon and the thermal expansion coefficient of 42 alloy are substantially the same.
  • each material of the pressure chamber substrate 20, the vibration plate 30, the wiring substrate 50, and the spacer substrate 40 is ink-jetted by peeling between the substrates due to the warpage of the substrates that may be caused by the difference in thermal expansion coefficient between them.
  • the electrical connection (for example, the connection part 90 etc.) in the head 1 is determined within a range in which the connection is not broken.
  • the spacer substrate 40 has the maximum thickness (200 [ ⁇ m]) assumed in this embodiment, the inkjet head 1 is changed from normal temperature (for example, around 25 [° C.]) to 80 [° C.]. If the degree of peeling between the substrates is 0.16 [ ⁇ m] or less, there is no problem.
  • the condition required for the substrate material to realize such a degree of peeling is a thermal expansion coefficient of 10 ⁇ 10 ⁇ ⁇ 6 [1 / ° C.] or less.
  • the above is an example in the case where the spacer substrate 40 has the maximum thickness (200 [ ⁇ m]) assumed in the present embodiment.
  • the spacer substrate 40 Since the degree of thermal expansion is reduced, the upper limit of the thermal expansion coefficient is more relaxed.
  • the thermal expansion coefficient required for the material can be appropriately changed according to the specific configuration, but it is considered that it should be 10 ⁇ 10 ⁇ ⁇ 6 [1 / ° C.] or less.
  • Both silicon and 42 alloy are materials showing a thermal expansion coefficient lower than 10 ⁇ 10 ⁇ ⁇ 6 [1 / ° C.].
  • the material of the nozzle substrate 10 is silicon. Since the nozzle substrate 10 is made of silicon, the thermal expansion coefficient of the nozzle substrate 10 is substantially the same as the thermal expansion coefficients of the pressure chamber substrate 20, the vibration plate 30, the wiring substrate 50 and the spacer substrate 40. Therefore, the difference between the thermal expansion coefficient of the nozzle substrate 10 and the thermal expansion coefficient of the other substrate, such as preventing leakage of ink from the gap due to the peeling between the nozzle substrate 10 and the pressure chamber substrate 20. It is possible to prevent the occurrence of problems due to warpage that may occur due to the
  • the nozzle N is formed by dry etching on the nozzle substrate 10, for example.
  • the accuracy of the position and diameter of the nozzle N can be made higher. That is, since the amount of ink ejected from the nozzle N and the ejection position can be adjusted with higher accuracy, it is possible to provide the inkjet head 1 that can eject ink with higher accuracy. it can.
  • the pressure chamber substrate 20, the diaphragm 30, the wiring substrate 50, and the spacer substrate 40 are made of a material having a thermal conductivity of 10 [W ⁇ m ⁇ 1 ⁇ K ⁇ 1 ] or more.
  • the thermal conductivity of silicon, which is a material of the pressure chamber substrate 20, the vibration plate 30, and the wiring substrate 50 is 168 [W ⁇ m ⁇ 1 ⁇ K ⁇ 1 ].
  • the thermal conductivity of 42 alloy which is a material of the spacer substrate 40 is 15 [W ⁇ m ⁇ 1 ⁇ K ⁇ 1 ].
  • the material of the pressure chamber substrate 20, the vibration plate 30, the wiring substrate 50, and the spacer substrate 40 has a thermal conductivity of 10 [W ⁇ m ⁇ 1 ⁇ K ⁇ 1 ] or more, so that the laminate can be obtained. Since the temperature can be made uniform in the temperature distribution in A, particularly the temperature distribution in the surface direction, the temperature of the plurality of nozzles N can be made uniform, and the temperature condition of each nozzle N can be made substantially the same.
  • the plurality of nozzles N of the inkjet head 1 have different heat amounts due to the difference in the injection rate of each nozzle N, but the laminated body A has a thermal conductivity of 10 [W ⁇ m ⁇ 1 ⁇ K ⁇ 1 ].
  • the spacer substrate 40 is subjected to a surface treatment.
  • the spacer substrate 40 is subjected to, for example, nickel (Ni) plating as a surface treatment.
  • the surface treatment is performed after the spacer substrate 40 is subjected to shape processing such as the conduction path 41 and the opening 42. Since the spacer substrate 40 can obtain resistance to rust and solvent by surface treatment, the durability of the spacer substrate 40 can be further improved.
  • the conductive path 41 is provided in the spacer substrate 40, the surface treatment functions effectively in order to ensure resistance to the solvent and the like contained in the ink.
  • the surface treatment is not limited to the plating treatment with nickel (Ni), but may be any surface treatment that can obtain rust prevention and resistance to solvents.
  • a treatment for forming a film made of ethyl silicate such as TEOS (Tetraethyl orthosilicate) or a film made of a paraxylylene polymer such as Parylene (registered trademark) on the surface of the spacer substrate 40 may be used.
  • a specific process for forming the film for example, a vapor deposition process such as sputtering can be used.
  • the pressure chamber substrate 20, the vibration plate 30, the wiring substrate 50, and the spacer substrate 40 have a difference in thermal expansion coefficient that is not more than a predetermined value. Prevent occurrence of problems due to substrate warpage or separation between substrates due to differences in thermal expansion coefficients between substrates, such as changes in the ink ejection angle from nozzles N and leakage of ink from separation portions between substrates. Can do.
  • each component constituting the inkjet head 1 is made. Since the temperature can be made uniform in the temperature distribution of the substrate, particularly the temperature distribution in the surface direction, the temperature of the plurality of nozzles N becomes uniform, and the temperature condition of each nozzle N can be made substantially the same. As a result, the variation in the ejection characteristics of the ink that can be caused by the temperature difference between the nozzles N can be further reduced, so that the ink can be ejected with higher accuracy.
  • the material of the pressure chamber substrate 20, the diaphragm 30, and the wiring substrate 50 is silicon
  • the material of the spacer substrate 40 is an alloy in which 42% nickel is mixed with iron, it is generally available. With a possible material, it is possible to manufacture the inkjet head 1 with higher reliability that can prevent the occurrence of problems due to the warpage of the substrates due to the difference in thermal expansion coefficient between the substrates and the separation between the substrates.
  • the thickness of the spacer substrate 40 is 50 [ ⁇ m] or more and 200 [ ⁇ m] or less, the thinness of the spacer substrate 40 can suppress the degree of thermal expansion of the spacer substrate 40 to a minimum. It is possible to more reliably prevent the occurrence of problems due to the warpage of the substrate due to the difference in thermal expansion coefficient between the two and the separation between the substrates.
  • the conduction path 41 when the conduction path 41 is formed in the spacer substrate 40 as in the present embodiment, the conduction path 41 can be shortened due to the thinness of the spacer substrate 40, so that the flow path resistance against ink is further increased. Can be small.
  • the spacer substrate 40 is subjected to a surface treatment, rust resistance and resistance to solvents can be obtained, so that the durability of the spacer substrate 40 can be further improved.
  • the material of the nozzle substrate 10 is silicon, it is possible to prevent the occurrence of problems due to warpage that may occur due to the difference between the thermal expansion coefficient of the nozzle substrate 10 and the thermal expansion coefficient of other substrates.
  • the nozzle N is formed by dry etching with respect to the nozzle substrate 10, the accuracy of the position and the diameter of the nozzle N can be made higher, so the amount of ink discharged from the nozzle N The ejection position can be adjusted with higher accuracy, and the inkjet head 1 that can eject ink with higher accuracy can be provided.
  • the actuator 60 is not damaged by heat and vibration associated with the formation of the bumps 91, and the yield of the inkjet head 1 is further improved in the manufacture of the inkjet head 1. be able to.
  • the actuator 60 is a piezoelectric element as in the present embodiment
  • the bump 91 is formed on the piezoelectric element side, the bump 91 and the first electrode
  • the bump 91 is formed on the lower surface side of the wiring 52 provided so that the lower surface is a flat surface. Good adhesion between the bump 91 and the wiring 52 can be ensured.
  • the conductive material 92 is applied to the bump 91, the bump 91 and the actuator 60 can be connected by the conductive material 92 by the conductive material 92. Therefore, the actuator 60 is connected by the bump 91 and the conductive material 92.
  • the wiring board 50 can be connected better.
  • the conductive material 92 is a conductive adhesive, in addition to being able to easily apply the conductive material 92 to the bumps 91, the conductive material 92 is bonded to the actuator 60. Since it can be performed easily, the process relating to the manufacture of the inkjet head 1 including the connection between the actuator 60 and the wiring substrate 50 can be made easier.
  • a conductive adhesive is used as the conductive material 92, but this is an example and the present invention is not limited to this.
  • the conductive material 92 may be solder.
  • the solder can be used as the conductive material 92 by applying cream solder to the wiring board 50 on which the bumps 91 are formed as shown in FIG.
  • the conductive material 92 can be collectively applied to the plurality of bumps 91 corresponding to the plurality of nozzles N.
  • a paste containing 60% to 70% of silver can also be used as the conductive material 92.
  • Silicon is used for the diaphragm 30 and the wiring substrate 50
  • 42 alloy is used for the spacer substrate 40, but this is an example and the present invention is not limited to this. That is, the description does not use any other material in which the difference in thermal expansion coefficient among the pressure chamber substrate 20, the diaphragm 30, the spacer substrate 40, and the wiring substrate 50 is equal to or less than a predetermined value at present and in the future. It is not a hindrance.
  • the entire spacer substrate 40 is subjected to the surface treatment, but this is an example and the present invention is not limited to this. As long as the surface treatment is applied to the conduction path 41 provided in the spacer substrate 40, the antirust property and the resistance to the solvent related to the contact with the ink can be ensured.
  • the structure of the laminated body A in said embodiment is an example to the last, Comprising: It is not restricted to this.
  • another substrate intermediate substrate 100
  • the intermediate substrate 100 is provided, for example, for the purpose of providing the conduction path 101 between the nozzle substrate 10 and the pressure chamber substrate 20.
  • the shape of the flow path of the ink reaching the nozzle N can be more easily set to an arbitrary shape, such as a shape in which the diameter of the path through which the ink passes is reduced.
  • the shape of the ink path for adjusting the kinetic energy applied to the ink in relation to the ejection of the ink can be adjusted more easily.
  • the difference in thermal expansion coefficient between the intermediate substrate 100 and other substrates is not more than a predetermined value.
  • the intermediate substrate 100 is made of, for example, silicon, so that the difference in thermal expansion coefficient from other substrates can be set to a predetermined value or less.
  • the pressure chamber substrate 20 and the diaphragm 30 are separately provided and stacked, but this is an example and the present invention is not limited thereto.
  • the pressure chamber substrate 20 and the diaphragm 30 may be integrally formed.
  • the present invention can be used for an inkjet head.

Landscapes

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

Abstract

基板の反りによる問題の発生を防止する。インクジェットヘッド１は、下方にインクが吐出されるノズルＮに連通するよう設けられてインクが収容される圧力室２１が形成された圧力室基板２０と、圧力室基板２０の上側に積層されて圧力室２１の一面を形成する振動板３０の上側に積層されたスペーサー基板４０と、スペーサー基板４０の上側に積層された配線基板５０と、配線基板５０と振動板３０との間でスペーサー基板４０により形成されたスペース内で振動板３０に当接するよう設けられるとともに配線基板５０の配線５２と電気的に接続されたアクチュエーター６０と、を備え、圧力室基板２０、振動板３０、スペーサー基板４０及び配線基板５０は、各々の熱膨張係数の差が所定値以下である。

Description

インクジェットヘッド
　本発明は、インクジェットヘッドに関する。
　インクジェットヘッドは、インクを吐出する複数のノズル、各ノズルからのインクの吐出に係る圧力を加えるための複数の圧力室、各圧力室にインクを供給するための流路等を備える。インクジェットヘッドが備えるこれらの構成を、インクの吐出方向（例えば、上下方向）に直交する平面（例えば、水平面）に沿って配置すると、ノズルどうしの間隔が大きくなってしまい、吐出されるインクの密度を上げることができなくなる。そこで、各ノズルの上方に圧力室を設けると共に、各圧力室にインクを供給する共通流路を圧力室のさらに上方に積層することで高密度化を図ったインクジェットヘッドが知られている（例えば、特許文献１）。かかるインクジェットヘッドでは、圧力室の壁面に外側から当接したアクチュエーターが動作することで圧力室内に圧力を加えてノズルからインクを吐出させる。
　図９は、従来のインクジェットヘッドのノズル付近の構成を示す断面図である。
　図９に示すように、圧力室２０１の上面に設けられた振動板２０２の外側から当接するアクチュエーター２０３と、アクチュエーター２０３の上方に配設されたシリコン製の配線基板２０４とは、アクチュエーター２０３の電極２０３ａ上に形成されたバンプ２０５と、配線基板２０４側に形成されたはんだ２０６を介して電気的に接続されている。また、配線基板２０４とアクチュエーター２０３との間にバンプ２０５及びはんだ２０６を形成するスペースを設けるため、圧力室２０１を構成する圧力室基板２０１ａと配線基板２０４との間に感光性樹脂製のスペーサー基板２０７が設けられている。
特許第４９２９７５５号公報
　ところで、上記のようなインクジェットヘッドにおいて、温度によって粘性が大きく変化するインクが用いられることがある。かかるインクが吐出される場合、吐出前にインクジェットヘッド内に存するインクは加熱された状態となっていることから、インクの熱によりインクジェットヘッドも加熱されることとなる。
　しかしながら、上記のように、インクジェットヘッドのノズル付近の構成は積層により構成されていることから、加熱された場合に、個々の層を構成する基板の各々の熱膨張係数の差によって、インクジェットヘッドに反りが発生する。かかる反りは、ノズルからのインクの吐出角度を変化させて画像の品質に悪影響を与えることに加えて、反りの度合いによっては基板間の剥離を生じさせて、インク漏れや電気的な接続の不良等の問題を引き起こす。
　また、バンプ２０５の形成時等、インクジェットヘッドは製造の際にも熱が加えられるが、かかる熱によっても基板に反りが発生し得る。
　本発明は、基板の反りによる問題の発生を防止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。
　請求項１に記載の発明によるインクジェットヘッドは、所定の方向にインクが吐出されるノズルに連通するよう設けられて前記インクが収容される圧力室が形成された圧力室基板と、前記圧力室の前記所定の方向の反対側の一面を構成する振動板の前記所定の方向の反対側に積層されたスペーサー基板と、前記スペーサー基板の前記所定の方向の反対側に積層された配線基板と、前記配線基板と前記振動板との間で前記スペーサー基板により形成されたスペース内で前記振動板に当接するよう設けられるとともに前記配線基板の配線と電気的に接続されたアクチュエーターと、を備え、前記圧力室基板、前記振動板、前記スペーサー基板及び前記配線基板は、各々の熱膨張係数の差が所定値以下であることを特徴とする。
　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であって、前記圧力室基板、前記振動板、前記スペーサー基板及び前記配線基板は、熱伝導率が１０［Ｗ・ｍ－１・Ｋ－１］以上の材料からなることを特徴とする。
　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であって、前記圧力室基板、前記振動板、前記配線基板の材料は、シリコンであり、前記スペーサー基板の材料は、４２アロイであることを特徴とする。
　請求項４に記載の発明は、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であって、前記スペーサー基板の厚みが５０［μｍ］以上２００［μｍ］以下であることを特徴とする。
　請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載のインクジェットヘッドであって、前記スペーサー基板には、前記圧力室に連通するインクの導通路が設けられ、少なくとも当該インクの導通路に表面処理が施されていることを特徴とする。
　請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれか一項に記載のインクジェットヘッドであって、前記ノズルが形成されたノズル基板をさらに備え、前記ノズル基板の材料は、シリコンであることを特徴とする。
　請求項７に記載の発明は、請求項６に記載のインクジェットヘッドであって、前記ノズルは、前記ノズル基板に対するドライエッチングにより形成されることを特徴とする。
　本発明によれば、基板の反りによる問題の発生を防止することができる。
本発明に係るインクジェットヘッドの斜視図である。 Ｘ－Ｙ平面における複数のノズルの配置例を示す図である。 インクジェットヘッドの断面図である。 図３に示す断面図のうち、一つのノズルに係る構成の拡大図である。 接続部の形成の工程のうち、バンプが形成される前の配線基板を示す図である。 接続部の形成の工程のうち、バンプが形成された後であって、導電性材料が塗布される前の配線基板を示す図である。 接続部の形成の工程のうち、導電性材料が塗布された後の配線基板を示す図である。 振動板とスペーサー基板との接合例におけるスペーサー基板を示す図である。 振動板とスペーサー基板との接合例におけるヘッド基板を示す図である。 振動板とスペーサー基板との接合例におけるヘッド基板とスペーサー基板との接合体を示す図である。 スペーサー基板を上方から見た場合の平面図であって、ヘッド基板と接合される前のスペーサー基板を示す図である。 スペーサー基板を上方から見た場合の平面図であって、ヘッド基板と接合された後のスペーサー基板を示す図である。 本発明によるインクジェットヘッドの変形例を示す断面図である。 従来のインクジェットヘッドのノズル付近の構成を示す断面図である。
　以下に、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。ただし、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
　図１は、本発明に係るインクジェットヘッド１の斜視図である。
　図１に示すように、インクジェットヘッド１は、平面に沿って設けられた複数のノズルＮを備える。
　以下、複数のノズルＮが設けられた平面をＸ－Ｙ平面とし、当該平面に沿う方向であって、互いに直交する方向をそれぞれＸ方向、Ｙ方向とする。また、Ｘ－Ｙ平面に直交する方向をＺ方向とする。
　図２は、Ｘ－Ｙ平面における複数のノズルＮの配置例を示す図である。
　図２に示すように、インクジェットヘッド１には、例えば、Ｙ方向に沿って設けられた複数のノズルＮによるノズル列が、Ｘ方向に複数列設けられている。
　なお、図２では、多数存するノズルＮのうち、最左に存するノズル列のノズルＮについて符号を付し、他のノズルＮの符号を省略している。
　図３は、インクジェットヘッド１の断面図である。なお、図３では、便宜上、複数のノズルＮのうち、四つのノズルＮについて図示している。
　図３に示すように、複数のノズルＮは、ノズル基板１０に形成されている。
　また、ノズル基板１０のうち、複数のノズルＮからインクが吐出される方向の反対側には、Ｚ方向に沿って、複数の基板等が積層されている。具体的には、例えば、ノズル基板１０に近い側から、圧力室基板２０、振動板３０、スペーサー基板４０、配線基板５０が積層されている。
　以下、便宜上、ノズル基板１０、圧力室基板２０、振動板３０、スペーサー基板４０及び配線基板５０が積層された複数の基板からなる構造体を積層体Ａと記載する。また、Ｚ方向に沿う方向のうち、ノズル基板１０を基準として、インクが吐出される所定の方向を下方と記載し、その反対方向を上方と記載する。
　図４は、図３に示す断面図のうち、一つのノズルＮに係る構成の拡大図である。
　図３、図４に示すように、圧力室基板２０には、ノズルＮに連通する圧力室２１が形成されている。
　また、振動板３０は、圧力室２１の上方に設けられており、圧力室２１の一面（上面）を構成する。即ち、振動板３０は、圧力室２１に対して、インクが吐出される所定の方向（下方）の反対側（上方）に設けられている。また、振動板３０の上面には、アクチュエーター６０が設けられている。ここで、アクチュエーター６０は、振動板３０に当接している。
　また、振動板３０、スペーサー基板４０及び配線基板５０には、圧力室２１に連通する導通路３１、４１、５１が設けられている。導通路３１、４１、５１により形成されるインクの流路は、圧力室２１と、配線基板５０の上方に設けられた共通流路７０とを接続する。
　共通流路７０は、例えば、配線基板５０の上方に立設する筐体８０内に設けられて、図示しないインクの供給機構に接続されている。当該インクの供給機構から共通流路７０に供給されたインクは、共通流路７０、導通路５１、４１、３１を通って圧力室２１に供給される。圧力室２１に供給されたインクは、アクチュエーター６０の動作に応じて振動板３０が振動することで圧力室２１内のインクに圧力を加えることで、ノズルＮから吐出される。
　ここで、共通流路７０は、圧力室２１に供給されるインクの供給部として機能する。圧力室２１には、ノズルＮから吐出されるインクが収容される。また、アクチュエーター６０は、ノズルＮからインクを吐出するための圧力を圧力室２１に加える。
　以下、積層体Ａのうち、ノズルＮが形成されたノズル基板１０、圧力室２１が形成されている圧力室基板２０と、圧力室２１の上面を構成する振動板３０及びアクチュエーター６０から構成される構造体をヘッド基板Ｂとする。ここで、配線基板５０には、圧力室２１に供給されるインクの供給部（共通流路７０）とヘッド基板Ｂとの間に設けられて供給部から圧力室２１に連通するインクの導通路（導通路５１）が形成されている。
　アクチュエーター６０は、配線基板５０に設けられた配線５２と電気的に接続されている。
　具体的には、アクチュエーター６０は、例えば、Ｘ－Ｙ平面に沿う上面及び下面を有する方形状の圧電素子である。アクチュエーター６０は、その上面に第１電極６１が設けられている。また、アクチュエーター６０は、その下面に第２電極６２が設けられている。
　第１電極６１は、図４に示すように、接続部９０を介して、配線基板５０の下面側に設けられた配線５２と電気的に接続されている。接続部９０は、第１電極６１と配線５２とをＺ方向に沿って接続するよう設けられている。
　接続部９０は、配線基板５０に形成されたバンプ９１を有する。
　具体的には、バンプ９１は、例えば、金を材料としたワイヤーボンディングにより形成される。また、バンプ９１は、例えば、配線５２の下面に形成される。配線５２は、例えば、少なくとも下面が平坦な面となるよう設けられた導電性を有する金属（例えば、アルミニウム）製の板により構成されている。
　また、バンプ９１の下端側には導電性材料９２が塗布されている。具体的には、導電性材料９２は、例えば、導電性接着材である。導電性接着剤とは、導電性を有する金属粉末（例えば、銀粉等）が混入された接着剤であり、導電性を有する。
　このように、接続部９０は、配線基板５０に形成されたバンプ９１とバンプ９１に塗布された導電性材料９２を介して配線基板５０とアクチュエーター６０とを電気的に接続する。
　図５Ａ～図５Ｃは、接続部９０の形成の工程を示す図である。
　まず、図５Ａに示すように、配線基板５０が単独で用意される。即ち、積層体Ａのうち、スペーサー基板４０以下の基板は、まだ配線基板５０に接合されていない。
　次に、金を材料としたワイヤーボンディングにより、図５Ｂに示すように、バンプ９１が形成される。
　次に、図示しないアプリケーターを用いた導電性材料９２の塗布により、図５Ｃに示すように、バンプ９１の下端側に導電性材料９２が塗布される。
　なお、図５Ａ～図５Ｃは、一つの接続部９０の形成に係る記載であるが、実際には、インクジェットヘッド１が有する複数のノズルＮの各々に対応する複数の配線５２の各々の下面に対して、バンプ９１の形成及び導電性材料９２の塗布を一括して行うことができる。
　配線基板５０は、例えば、配線基板５０の基部である板状のインターポーザー５３と、インターポーザー５３の上面、下面をそれぞれ被覆する絶縁層５４、５５と、絶縁層５４、インターポーザー５３及び絶縁層５５を貫通する貫通孔に設けられた貫通電極５６と、絶縁層５４の上面に設けられて貫通電極５６の上側の端部と電気的に接続された配線５７と、配線５７の上面及び配線５７が設けられていない絶縁層５４の上面を被覆する絶縁層５８と、絶縁層５５の下面に設けられて貫通電極５６の下側の端部と電気的に接続された配線５２と、配線５２のうちバンプ９１が形成されない部分の下面及び絶縁層５５のうち配線５２が設けられていない下面を被覆する絶縁層５９と、絶縁層５８、絶縁層５４、インターポーザー５３、絶縁層５５及び絶縁層５９を貫通する導通路５１と、を有する。
　配線５２は、貫通電極５６、配線５７を介して、アクチュエーター６０への電圧の印加に係る図示しない制御部に接続されている。
　また、第２電極６２は、振動板３０に当接している。振動板３０は、導電体であり、第２電極６２と制御部とを電気的に接続する電極として機能している。具体的には、第２電極６２は、例えば、振動板３０及び振動板３０に接続された図示しない配線を介して制御部に接続されている。
　圧電素子は、第１電極６１が、接続部９０、配線５２、貫通電極５６、配線５７を介して制御部に接続されるとともに、第２電極６２が、振動板３０及び図示しない配線を介して制御部に接続されることで、制御部の制御下で、アクチュエーター６０として動作する。
　スペーサー基板４０は、振動板３０と配線基板５０との間で、アクチュエーター６０及び接続部９０のＺ方向に沿った幅に対応したスペースを確保する。
　具体的には、スペーサー基板４０は、振動板３０の上面側におけるアクチュエーター６０の配設位置に応じた開口部４２を有する。開口部４２は、スペーサー基板４０をＺ方向に貫通している。
　図６Ａ～図６Ｃは、振動板３０とスペーサー基板４０との接合例に係る説明図である。
　図６Ａに示すように、スペーサー基板４０が用意される。また、図６Ｂに示すように、ヘッド基板Ｂが用意される。ここで、振動板３０の上面には、アクチュエーター６０が設けられている。
　そして、図６Ｃに示すように、スペーサー基板４０の開口部４２の位置にアクチュエーター６０が位置するように、スペーサー基板４０と振動板３０とが接合されて、ヘッド基板Ｂとスペーサー基板４０との接合体が形成される。
　その後、図６Ｃに示すヘッド基板Ｂとスペーサー基板４０との接合体と、図５Ａに示す接続部９０が形成された配線基板５０とが加熱接着されることで、積層体Ａが形成されるとともに、接続部９０を介してアクチュエーター６０と配線基板５０の配線５２とが電気的に接続される。
　ここで、スペーサー基板４０の厚みは、 アクチュエーター６０及び接続部９０のＺ方向に沿った幅に対応する。具体的には、スペーサー基板４０の厚みは、アクチュエーター６０のＺ方向の幅と、接続部９０のＺ方向の幅との和に対応する。より具体的には、スペーサー基板４０の厚みは、例えば、５０［μｍ］以上２００［μｍ］以下である。このように、スペーサー基板４０をより薄く設けることで、スペーサー基板４０の熱膨張の度合いを最低限に抑えることができることから、基板どうしの熱膨張係数の差による基板の反りや基板間の剥離による問題の発生をより確実に防止することができる。
　また、スペーサー基板４０の厚みは、共通流路７０と圧力室２１との間の導通路４１の長さに影響を与える。ここで、導通路４１は、より短いほうが、導通路４１内を通過するインクに対する流路抵抗を小さくすることができる。よって、アクチュエーター６０及び接続部９０のＺ方向に沿った幅をより小さくすることで、スペーサー基板４０の厚みをより薄くすることができることから、インクに対する流路抵抗をより小さくすることができる。
　また、スペーサー基板４０には、スペーサー基板４０と配線基板５０とを接着する接着剤が開口部４２側に入り込まないようにするための構造（グルーガード）や、空気を逃がすための構造（エアー逃がし）が設けられている。
　具体的には、スペーサー基板４０は、例えば、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、Ｙ方向に沿って設けられた開口部４２により形成された開口部４２の列の両端に、Ｙ方向に沿う直線状のパターン４３が形成されている。パターン４３が、グルーガード及び空気逃がしとして機能する。
　より具体的には、スペーサー基板４０には、開口部４２を形成するために、両面にフォトリソグラフィが施される。ここで、片方の面（上面）にのみ、パターン４３を形成することで、当該面に線状のザグリが形成される。
　図７Ａ及び図７Ｂに示すように、開口部４２の列を形成する複数の開口部４２のうち、Ｙ方向に沿って隣接する開口部４２どうしは連続している。そして、開口部４２の列の両端に位置する開口部４２から連続するように、パターン４３が形成されている。これにより、図６Ｃに示すヘッド基板Ｂとスペーサー基板４０との接合体と、図５Ａに示す接続部９０が形成された配線基板５０とが加熱接着される際に、加熱されることで体積が増加する開口部４２内の空気をパターン４３から逃がすことができる。即ち、パターン４３は、エアー逃がしとして機能する。また、スペーサー基板４０と配線基板５０との間を接着するための接着剤は、図７Ｂに示すスペーサー基板４０の上板面の枠部分に当接することになるが、ここで、接着剤に余剰があると、余剰の接着剤は行き場を求めて上板面に沿って移動することとなる。ここで、パターン４３が存在するので、余剰の接着剤はパターン４３に入り込み、開口部４２に進入することがない。即ち、パターン４３は、グルーガードとして機能する。
　なお、図７では、多数存する開口部４２、パターン４３及びアクチュエーター６０のうち、最左に存する四つについて符号を付し、残りの同一構成の符号を省略している。
　圧力室基板２０、振動板３０、配線基板５０及びスペーサー基板４０は、各々の熱膨張係数の差が所定値以下である。ここで、「各々の熱膨張係数の差が所定値以下である」とは、圧力室基板２０、振動板３０、配線基板５０及びスペーサー基板４０の各々の熱膨張係数の差が、各々の基板の反りによる問題が発生しない範囲であることをさす。
　具体的には、圧力室基板２０、振動板３０、配線基板５０の材料は、シリコン（Ｓｉ）である。また、スペーサー基板４０の材料は、４２アロイである。
　より具体的には、圧力室基板２０及び振動板３０は全体がシリコンで形成されている。配線基板５０は、インターポーザー５３がシリコンで形成されている。インターポーザー５３は、配線基板５０の構成の大部分を占める構成であることから、インターポーザー５３がシリコンで形成されていることで、配線基板５０の熱膨張係数を、圧力室基板２０や振動板３０と略同一とすることができる。
　また、スペーサー基板４０の材料である４２アロイは、重量パーセントでニッケルが４２［％］、鉄が５７［％］で、残りが微量の添加物質（例えば、銅、マンガン等）からなる合金である。
　ここで、シリコンの熱膨張係数は、２．５×１０＾－６［１／℃］～４．０×１０＾－６［１／℃］である。また、４２アロイの熱膨張係数は、４．５×１０＾－６［１／℃］～６．０×１０＾－６［１／℃］である。このように、シリコンの熱膨張係数及び４２アロイの熱膨張係数はともに、極めて小さい。また、シリコンの熱膨張係数と４２アロイの熱膨張係数の差は、０．５×１０＾－６［１／℃］～３．５×１０＾－６［１／℃］である。言い換えれば、シリコンの熱膨張係数と４２アロイの熱膨張係数の差は、３．５×１０＾－６［１／℃］以下であるので、所定値は、３．５×１０＾－６［１／℃］である。このように、シリコンの熱膨張係数及び４２アロイの熱膨張係数は、略同一である。このため、積層体Ａの形成に際して行われる各基板に対する加熱等による温度変化や、インクジェットヘッド１の動作に伴う発熱による温度変化等、各種の要因による温度変化が各基板に生じたとしても、各基板の熱膨張の度合いが極めて小さく、また、略同一となることから、基板どうしの熱膨張係数の差による基板の反りや基板間の剥離による問題の発生を防止することができる。即ち、基板の反りによるノズルＮからのインクの吐出角度の変化を防止することができる。また、基板間の剥離部分からインクが漏れ出すこともなくなる。このように、本実施形態のインクジェットヘッド１によれば、インクジェットヘッド１の信頼性をより向上させることができる。
　また、圧力室基板２０、振動板３０、配線基板５０及びスペーサー基板４０の各々の材料は、例えば、各々の熱膨張係数の差によって生じうる基板の反りを原因とする基板間の剥離によって、インクジェットヘッド１内の電気的接続（例えば、接続部９０等）が切断されてしまうことがない範囲で決定される。
　一例として、スペーサー基板４０が、本実施形態で想定される最大の厚み（２００［μｍ］）を有する場合において、インクジェットヘッド１が常温（例えば、２５［℃］前後）から８０［℃］となるまで加熱された場合に、基板間の引き剥がしの度合いが０．１６［μｍ］以下であれば問題ない。かかる引き剥がしの度合いを実現するために基板の材料に求められる条件は、熱膨張係数１０×１０＾－６［１／℃］以下であることとなる。
　なお、上記は、スペーサー基板４０が、本実施形態で想定される最大の厚み（２００［μｍ］）を有する場合の例であり、スペーサー基板４０がより薄い場合には、当然、スペーサー基板４０の熱膨張の度合いが小さくなることから、熱膨張係数の上限はより緩和されることとなる。このように、材料に求められる熱膨張係数は、具体的な構成に応じて適宜変更されうるが、１０×１０＾－６［１／℃］以下であればよいと考えられる。シリコン及び４２アロイは、ともに、１０×１０＾－６［１／℃］を下回る熱膨張係数を示す材料である。
　また、ノズル基板１０の材料は、シリコンである。
　ノズル基板１０がシリコンであることで、ノズル基板１０の熱膨張係数が、圧力室基板２０、振動板３０、配線基板５０及びスペーサー基板４０の熱膨張係数と略同一となる。よって、ノズル基板１０と圧力室基板２０との間の引き剥がしによる隙間からのインクの漏れ出しを防止することができる等、ノズル基板１０の熱膨張係数と他の基板の熱膨張係数との差により生じうる反りによる問題の発生を防止することができる。
　また、ノズルＮは、例えば、ノズル基板１０に対するドライエッチングにより形成される。
　ドライエッチングによりノズルＮを形成することで、ノズルＮが形成される位置や径の精度をより高精度にすることができる。即ち、ノズルＮから吐出されるインクの量や吐出位置をより高精度に調整されたものとすることができることから、より高精度なインクの吐出を行うことができるインクジェットヘッド１を提供することができる。
　また、圧力室基板２０、振動板３０、配線基板５０及びスペーサー基板４０は、熱伝導率が１０［Ｗ・ｍ－１・Ｋ－１］以上の材料からなる。
　具体的には、圧力室基板２０、振動板３０、配線基板５０の材料であるシリコンの熱伝導率は、１６８［Ｗ・ｍ－１・Ｋ－１］である。また、スペーサー基板４０の材料である４２アロイの熱伝導率は、１５［Ｗ・ｍ－１・Ｋ－１］である。
　このように、圧力室基板２０、振動板３０、配線基板５０及びスペーサー基板４０の材料を、熱伝導率が１０［Ｗ・ｍ－１・Ｋ－１］以上のものとすることで、積層体Ａ内の温度分布、特に、面方向の温度分布において、温度を均一にすることができることから、複数のノズルＮの温度が均一となり、各ノズルＮの温度条件を略同一にすることができる。また、インクジェットヘッド１の複数のノズルＮは、各々のノズルＮの射出率の差により各々で生じる熱量が異なるが、積層体Ａが熱伝導率が１０［Ｗ・ｍ－１・Ｋ－１］以上の材料からなることから、各ノズル間での熱伝達が良好に行われ、各々のノズルＮの射出率に関わらず、複数のノズルＮの温度が均一となる。よって、各ノズルＮの温度差により生じうるインクの射出特性のバラツキをより小さくすることができることから、より高精度なインクの吐出を行うことができる。
　また、スペーサー基板４０には、表面処理が施されている。
　具体的には、スペーサー基板４０には、表面処理として、例えば、ニッケル（Ｎｉ）によるメッキ処理が施されている。表面処理は、スペーサー基板４０に導通路４１や、開口部４２等の形状加工が行われた後に施される。
　スペーサー基板４０は、表面処理により、防錆性や溶剤に対する耐性を得ることができることから、スペーサー基板４０の耐久性をより向上させることができる。特に、スペーサー基板４０には導通路４１が設けられているので、インクに含まれている溶剤等に対する耐性を確保するため、表面処理は有効に機能する。
　なお、表面処理は、ニッケル（Ｎｉ）によるメッキ処理に限らず、防錆性や溶剤に対する耐性を得られる表面処理であればよい。表面処理の他の具体例として、例えば、ＴＥＯＳ（Tetraethyl orthosilicate）のような珪酸エチルによる膜や、パリレン（登録商標）等のパラキシリレン系ポリマーによる膜をスペーサー基板４０の表面に形成するための処理が挙げられる。当該膜を形成するための具体的な処理として、例えば、スパッタリング等の蒸着処理を用いることができる。表面処理に係るこれらの例示はあくまで一例であり、これに限られるものでない。
　以上、本実施形態のインクジェットヘッド１によれば、圧力室基板２０、振動板３０、配線基板５０及びスペーサー基板４０は、各々の熱膨張係数の差が所定値以下であるので、基板の反りによるノズルＮからのインクの吐出角度の変化や、基板間の剥離部分からのインクの漏れ出し等、基板どうしの熱膨張係数の差による基板の反りや基板間の剥離による問題の発生を防止することができる。
　また、圧力室基板２０、振動板３０、配線基板５０及びスペーサー基板４０が、熱伝導率が１０［Ｗ・ｍ－１・Ｋ－１］以上の材料からなるので、インクジェットヘッド１を構成する各基板の温度分布、特に、面方向の温度分布において、温度を均一にすることができることから、複数のノズルＮの温度が均一となり、各ノズルＮの温度条件を略同一にすることができる。これによって、各ノズルＮの温度差により生じうるインクの射出特性のバラツキをより小さくすることができることから、より高精度なインクの吐出を行うことができる。
　また、圧力室基板２０、振動板３０、配線基板５０の材料は、シリコンであり、スペーサー基板４０の材料は、鉄に４２［％］のニッケルが配合された合金であるので、一般的に入手可能な材料により、基板どうしの熱膨張係数の差による基板の反りや基板間の剥離による問題の発生を防止することができるより信頼性の高いインクジェットヘッド１を製造することができる。
　また、スペーサー基板４０の厚みが５０［μｍ］以上２００［μｍ］以下であるので、スペーサー基板４０の薄さにより、スペーサー基板４０の熱膨張の度合いを最低限に抑えることができることから、基板どうしの熱膨張係数の差による基板の反りや基板間の剥離による問題の発生をより確実に防止することができる。
　さらに、本実施形態のように、スペーサー基板４０に導通路４１が形成されている場合、スペーサー基板４０の薄さにより、導通路４１をより短くすることができることから、インクに対する流路抵抗をより小さくすることができる。
　また、スペーサー基板４０に表面処理が施されているので、防錆性や溶剤に対する耐性を得ることができることから、スペーサー基板４０の耐久性をより向上させることができる。
　また、ノズル基板１０の材料が、シリコンであるので、ノズル基板１０の熱膨張係数と他の基板の熱膨張係数との差により生じうる反りによる問題の発生を防止することができる。
　また、ノズルＮが、ノズル基板１０に対するドライエッチングにより形成されるので、ノズルＮが形成される位置や径の精度をより高精度にすることができることから、ノズルＮから吐出されるインクの量や吐出位置をより高精度に調整されたものとすることができ、より高精度なインクの吐出を行うことができるインクジェットヘッド１を提供することができる。
　さらに、バンプ９１が配線基板５０に形成されるので、バンプ９１の形成に伴う熱や振動によりアクチュエーター６０が破損してしまうことがなくなり、インクジェットヘッド１の製造においてインクジェットヘッド１の歩留まりをより向上させることができる。
　さらに、本実施形態のように、アクチュエーター６０が圧電素子である場合、圧電素子の表面には凹凸があることから、仮に、圧電素子側にバンプ９１が形成された場合、バンプ９１と第１電極６１との密着性に問題が生じる場合があるが、本実施形態のインクジェットヘッド１によれば、下面が平坦な面となるよう設けられた配線５２の下面側にバンプ９１が形成されるので、バンプ９１と配線５２との良好な密着性を確保することができる。
　さらに、バンプ９１に導電性材料９２が塗布されるので、導電性材料９２によりバンプ９１とアクチュエーター６０とを導電性材料９２で接続することができることから、バンプ９１と導電性材料９２によりアクチュエーター６０と配線基板５０とをより良好に接続することができる。
　さらに、導電性材料９２は、導電性を有する接着剤であるので、バンプ９１に対して容易に導電性材料９２を塗布することができることに加えて、アクチュエーター６０への導電性材料９２の接着を容易に行うことができることから、アクチュエーター６０と配線基板５０との接続を含むインクジェットヘッド１の製造に係る工程をより容易なものとすることができる。
　なお、本発明の実施の形態は、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　例えば、上記の実施形態では、導電性材料９２として導電性接着剤が用いられているが、一例であってこれに限られるものでない。
　例えば、導電性材料９２は、はんだでもよい。具体的には、例えば、図５Ｂに示すようにバンプ９１が形成された配線基板５０に対して、スクリーン印刷機でクリームはんだを塗布することで、はんだを導電性材料９２として用いることができる。この場合、複数のノズルＮに対応する複数のバンプ９１に対して導電性材料９２の塗布を一括して行うことができる。
　また、導電性材料９２として、他に、銀が６０［％］～７０［％］含まれたペースト等を用いることもできる。
　また、上記の実施形態では、圧力室基板２０、振動板３０、スペーサー基板４０及び配線基板５０の各々の熱膨張係数の差が所定値以下であるという条件を満たす材料として、圧力室基板２０、振動板３０及び配線基板５０にシリコンが用いられ、スペーサー基板４０に４２アロイが用いられているが、一例であってこれに限られるものでない。即ち、当該記載は、現在及び将来において、圧力室基板２０、振動板３０、スペーサー基板４０及び配線基板５０の各々の熱膨張係数の差が所定値以下である他の材料を採用することを何ら妨げるものでない。
　また、上記の実施形態では、スペーサー基板４０の全体に表面処理が施されているが、一例であってこれに限られるものでない。最低限、スペーサー基板４０に設けられた導通路４１に表面処理が施されていれば、インクとの接触に係る防錆性や溶剤に対する耐性を確保することができる。
　また、上記の実施形態における積層体Ａの構成はあくまで一例であって、これに限られるものでない。
　例えば、図８に示すように、ノズル基板１０と圧力室基板２０との間に、さらに、別の基板（中間基板１００）が設けられていてもよい。中間基板１００は、例えば、導通路１０１をノズル基板１０と圧力室基板２０との間に設ける目的で設けられる。図８に示すように、中間基板１００により導通路１０１を設けることで、インクが通過する経路の径を絞る形状とする等、ノズルＮに至るインクの流路の形状をより容易に任意の形状とすることができることから、インクの吐出に係りインクに加えられる運動エネルギーを調整するためのインクの経路の形状の調整をより容易に行うことができる。
　なお、図８に示す例の場合、中間基板１００も、他の基板との熱膨張係数の差が所定値以下であることが望ましい。具体的には、中間基板１００は、例えば、シリコンを材料とすることで、他の基板との熱膨張係数の差を所定値以下とすることができる。
　また、上記の実施形態では、圧力室基板２０と振動板３０とが個別に設けられて積層されているが、一例であってこれに限られるものでない。例えば、圧力室基板２０と振動板３０とが一体形成されていてもよい。
　本発明は、インクジェットヘッドに利用することができる。
１ インクジェットヘッド
１０ ノズル基板
２０ 圧力室基板
２１ 圧力室
３０ 振動板
４０ スペーサー基板
４１、５１ 導通路
５０ 配線基板
５２ 配線
５３ インターポーザー
６０ アクチュエーター
７０ 共通流路
９０ 接続部
９１ バンプ
９２ 導電性材料
Ａ 積層体
Ｂ ヘッド基板
Ｎ ノズル

Claims (7)

  1. 　所定の方向にインクが吐出されるノズルに連通するよう設けられて前記インクが収容される圧力室が形成された圧力室基板と、
    　前記圧力室の前記所定の方向の反対側の一面を構成する振動板の前記所定の方向の反対側に積層されたスペーサー基板と、
    　前記スペーサー基板の前記所定の方向の反対側に積層された配線基板と、
    　前記配線基板と前記振動板との間で前記スペーサー基板により形成されたスペース内で前記振動板に当接するよう設けられるとともに前記配線基板の配線と電気的に接続されたアクチュエーターと、
    　を備え、
    　前記圧力室基板、前記振動板、前記スペーサー基板及び前記配線基板は、各々の熱膨張係数の差が所定値以下であることを特徴とするインクジェットヘッド。
  2. 　前記圧力室基板、前記振動板、前記スペーサー基板及び前記配線基板は、熱伝導率が１０［Ｗ・ｍ－１・Ｋ－１］以上の材料からなることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
  3. 　前記圧力室基板、前記振動板、前記配線基板の材料は、シリコンであり、
    　前記スペーサー基板の材料は、４２アロイであ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。
  4. 　前記スペーサー基板の厚みが５０［μｍ］以上２００［μｍ］以下であ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。
  5. 　前記スペーサー基板には、前記圧力室に連通するインクの導通路が設けられ、少なくとも当該インクの導通路に表面処理が施されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
  6. 　前記ノズルが形成されたノズル基板をさらに備え、
    　前記ノズル基板の材料は、シリコンであることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
  7. 　前記ノズルは、前記ノズル基板に対するドライエッチングにより形成されることを特徴とする請求項６に記載のインクジェットヘッド。
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