特開 2023-71125 ヘッド、ヘッドモジュール、液体を吐出する装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023071125

(43)【公開日】2023-05-22

(54)【発明の名称】ヘッド、ヘッドモジュール、液体を吐出する装置

(51)【国際特許分類】

   B41J 2/14 20060101AFI20230515BHJP

【ＦＩ】

B41J2/14 611

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021183763

(22)【出願日】2021-11-10

(71)【出願人】

【識別番号】000006747

【氏名又は名称】株式会社リコー

(74)【代理人】

【識別番号】230100631

【弁護士】

【氏名又は名称】稲元 富保

(72)【発明者】

【氏名】杉岡 優

(72)【発明者】

【氏名】益田 俊顕

(72)【発明者】

【氏名】山中 健太郎

(72)【発明者】

【氏名】宇佐美 仁

【テーマコード（参考）】

2C057

【Ｆターム（参考）】

2C057AF93

2C057AG15

2C057AG82

2C057AG89

2C057AG90

2C057AN05

2C057AP25

2C057AQ02

(57)【要約】

【課題】配線部材と電極配線を接合する導電膜のはみだしを容易に検知可能となるヘッド、ヘッドモジュール、液体を吐出する装置を提供する。
【解決手段】ヘッド１は、シリコン基板で形成した流路板２０と、絶縁膜で形成した振動板３０と、振動板３０に設けられた圧電素子４０とを有し、振動板３０上には圧電素子４０の下部電極に接続される電極配線１４６が形成され、極配線１４６はフレキシブル配線部材９０と異方性導電フィルム（ＡＣＦ）１２１で接合され、シリコン基板である流路板２０には、絶縁膜（振動板３０）が設けられる面において、フレキシブル配線部材９０と電極配線１４６とが異方性導電フィルム１２１を介して接合される領域の周囲に、絶縁膜（振動板３０）が設けられていない領域（シリコン露出領域）２０ａがある。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

配線部材と、
前記配線部材が接続される電極配線と、を備え、
前記電極配線は、シリコン基板上に絶縁膜を介して設けられ、
前記配線部材と前記電極配線とは導電膜で接合されて電気的に接続されており、
前記シリコン基板には、前記絶縁膜が設けられる面において、前記配線部材と前記電極配線とが前記導電膜を介して接合される領域の周囲に前記絶縁膜が設けられていない領域がある
ことを特徴とするヘッド。

【請求項2】

前記シリコン基板の前記絶縁膜が設けられていない領域が前記シリコン基板の縁部にある
ことを特徴とする請求項１に記載のヘッド。

【請求項3】

前記絶縁膜には前記電極配線の端面で前記電極配線側に立ち上がる立ち上げ部が設けられている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のヘッド。

【請求項4】

前記立ち上げ部と一体に前記電極配線の表面を覆う折り返し部が設けられている
ことを特徴とする請求項３に記載のヘッド。

【請求項5】

請求項１ないし４のいずれかに記載の複数のヘッドを備えている
ことを特徴とするヘッドモジュール。

【請求項6】

請求項１ないし４のいずれかに記載のヘッド、又は、請求項５に記載のヘッドモジュールを備え、
前記ヘッドが液体を吐出する液体吐出ヘッドである
ことを特徴とする液体を吐出する装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はヘッド、ヘッドモジュール、液体を吐出する装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、液体吐出ヘッドなどのヘッドにおいて、圧力室を加圧する駆動素子の電極と配線部材とを異方性導電フィルム（ＡＣＦ）などの導電膜で接合して電気的に接続するものがある。

【0003】

従来、流路板となるシリコン基板上に圧電素子を一体形成したＳｉＯ２の振動板が設けられ、振動板上に圧電素子の電極に通じる電極配線が設けられ、電極配線とフレキシブル配線部材とＡＤＦで接続したものが知られている（特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１６－２２１７０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、配線部材と配線電極とを導電膜で接合するとき、導電膜が流路板となるシリコン基板の端部からはみ出すと、他の部品、例えばカバー部材と干渉し、他の部材の接合不良が生じるという課題がある。

【0006】

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、導電膜のはみ出しを容易に検知可能とすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の課題を解決するため、本発明に係るヘッドは、
配線部材と、
前記配線部材が接続される電極配線と、を備え、
前記電極配線は、シリコン基板上に絶縁膜を介して設けられ、
前記配線部材と前記電極配線とは導電膜で電気的に接続されており、
前記シリコン基板には、前記絶縁膜が設けられる面において、前記配線部材と前記電極配線とが前記導電膜を介して接合された領域の周囲に前記絶縁膜が設けられていない領域がある
構成とした。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、導電膜のはみ出しを容易に検知可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の第１実施形態に係るヘッドの斜視説明図である。

【図2】同ヘッドの側面説明図である。

【図3】同ヘッドの要部拡大説明図である

【図4】同実施形態の作用説明に供する要部拡大説明図である。

【図5】比較例１の要部拡大説明図である。

【図6】本発明の第２実施形態に係るヘッドの要部拡大説明図である。

【図7】本発明の第３実施形態に係るヘッドモジュールのヘッドの短手方向に沿う断面説明図である。

【図8】同ヘッドモジュールの分解斜視説明図である。

【図9】同ヘッドモジュールの分解斜視説明図である。

【図10】同ヘッドモジュールのノズル面側から見た分解斜視説明図である。

【図11】本発明に係る液体を吐出する装置の一例の概略説明図である。

【図12】同装置の吐出ユニットの一例の平面説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。本発明の第１実施形態について図１ないし図３を参照して説明する。図１は同実施形態に係るヘッドの斜視説明図、図２は同ヘッドの側面説明図、図３は同ヘッドの要部拡大説明図である

【0011】

ヘッド１は、液体を吐出するノズルが形成されたノズル板１０と、ノズルが通じる圧力室などを形成する個別流路板２０と、圧力室の変形可能な壁面を形成する振動板３０と、振動板３０に設けられた圧電素子４０と、圧力室などの液体を供給する共通流路部材７０を備えている。

【0012】

ここで、個別流路板２０はシリコン基板で形成されている。振動板３０は酸化シリコン（ＳｉＯ２）で形成され、シリコン基板である流路板２０上に形成された絶縁膜である。

【0013】

絶縁膜である振動板３０上には圧電素子４０の下部電極に接続される電極配線１４６が形成されている。そして、電極配線１４６はフレキシブル配線部材９０の配線９０ａと導電膜である異方性導電フィルム（以下、「ＡＣＦ」という。）１２１で接合されて電気的に接続されている。

【0014】

シリコン基板である個別流路板２０には、絶縁膜（振動板３０）が設けられる面において、フレキシブル配線部材９０と電極配線１４６とがＡＣＦ１２１を介して接合される領域の周囲に、絶縁膜（振動板３０）が設けられていない領域（以下、「シリコン露出領域」という。）２０ａがある。シリコン露出領域２０ａは、シリコン基板である個別流路板２０の縁部に設けられている。

【0015】

本実施形態では、シリコン露出領域２０ａは、多数個の個別流路板２０及び振動板３０など部品を形成したＳｉウエハを個々の部品に分割するときのダイシングライン１２２で形成している。ダイシングライン１２２には振動板３０は形成されない。

【0016】

また、個別流路板２０のノズル板１０側の接合面２０ｂにはノズルカバーとなるカバー部材１０３が接合される。

【0017】

次に、本実施形態の作用について図４及び図５を参照して説明する。図４は同実施形態の作用説明に供する要部拡大断面説明図、図５は比較例１の要部拡大断面説明図である。

【0018】

フレキシブル配線部材９０を電極配線１４６にＡＣＦ１２１で接合するとき、加圧接合によってＡＣＦ１２１が広がる。このとき、図４に示すように、広がったＡＣＦ１２１が個別流路板２０の端面を越えてノズル板１０との接合面の高さまではみ出してしまうと、流路板２０の接合面２０ｂにカバー部材１０３を接合するとき、ＡＣＦ１２１のはみだし部１２１ａがカバー部材１０３と干渉し、カバー部材１０３の接合不良が生じる。

【0019】

そこで、ＡＣＦ１２１のはみだし部１２１ａが個別流路板２０のカバー部材１０３との接合面２０ｂを越えてはみ出していないかを検査する必要がある。

【0020】

この場合、カバー部材１０３の接合工程ではみだしを検知するために接合面２０ｂの全面を顕微鏡等で検査するのでは、工数がかかることになる。

【0021】

そこで、本実施形態では、シリコン基板である個別流路板２０に、フレキシブル配線部材９０と電極配線１４６とがＡＣＦ１２１で接合される領域の周囲に、絶縁膜（振動板３０）が設けられていないシリコン露出領域２０ａを設けている。

【0022】

これにより、ＡＣＦ１２１がシリコン露出領域２０ａまでしみだすと、電流リークが発生するので、外観検査を行わないでも、電圧リークの有無を検知することによってＡＣＦ１２１のしみ出しを検知することができる。

【0023】

このとき、シリコン基板である個別流路板２０の縁部にシリコン露出領域２０ａを設けているので、ＡＣＦ１２１が個別流路板２０の端面にしみだす前の段階で電圧リークを検知して排除することができ、カバー部材１０３の接合不良が防止される。

【0024】

これに対し、図５に示す比較例１ではシリコン基板である個別流路板２０の端面２０ｃまで振動板３０を形成する絶縁膜１３０を形成している。

【0025】

そのため、ＡＣＦ１２１がはみ出してしまっても、個別流路板２０とＡＣＦ１２１とは導通せず、電流リーク等でＡＣＦ１２１のはみだしを検知することができないため、ＡＣＦ１２１のはみだし量を定量的に検査する作業が必要になる。

【0026】

次に、本発明の第２実施形態について図６を参照して説明する。図６は同実施形態に係るヘッドにおける図３と同様な要部拡大断面説明図である。

【0027】

本実施形態では、振動板３０を形成する絶縁膜の一部を電極配線１４６の端面で電極配線１４６側に立ち上げた立ち上げ部３０ａを設けている。そして、立ち上げ部３０ａと一体に電極配線１４６の表面の一部を覆う折り返し部３０ｂも設けている。

【0028】

これにより、ＡＣＦ１２１のはみだしそのものが抑制される。

【0029】

次に、本発明の第３実施形態について図７ないし図１０を参照して説明する。図７は同実施形態に係るヘッドモジュールのヘッドの短手方向に沿う断面説明図、図８及び図９は同ヘッドモジュールの分解斜視説明図、図１０は同ヘッドモジュールのノズル面側から見た分解斜視説明図である。

【0030】

ヘッドモジュール１００は、液体を吐出する液体吐出ヘッドである複数のヘッド１と、ベース部材１０２と、ノズルカバーであるカバー部材１０３と、放熱部材１０４と、マニホールド１０５と、プリント基板（ＰＣＢ）１０６と、モジュールケース１０７とを備えている。

【0031】

ヘッド１は、循環型ヘッドであり、ノズル１１を形成したノズル板１０と、ノズル１１に通じる圧力室２１などを形成する個別流路板２０と、圧電素子４０を含む振動板３０と、振動板３０に積層した中間流路板５０と、中間流路板５０に積層した共通流路部材７０などを備えている。

【0032】

個別流路板２０は、圧力室２１とともに、圧力室２１に通じる供給側個別流路２２、圧力室２１に通じる回収側個別流路２４を形成している。

【0033】

中間流路板５０は、供給側個別流路２２に振動板３０の開口３１を介して通じる供給側中間個別流路５１と、回収側個別流路２４に振動板３０の開口３２を介して通じる回収側中間個別流路５２とを形成している。

【0034】

共通流路部材７０は、供給側中間個別流路５１に通じる供給側共通流路７１と、回収側中間個別流路５２に通じる回収側共通流路７２を形成している。供給側共通流路７１はマニホールド１０５の流路１５１を介して供給ポート８１に通じている。回収側共通流路７２はマニホールド１０５の流路１５２を介して回収ポート８２に通じている。

【0035】

プリント基板１０６と圧電素子４０とはフレキシブル配線部材９０を介して接続され、フレキシブル配線部材９０にはドライバＩＣ（駆動回路）９１が実装されている。ドライバＩＣ９１は放熱部材１０４と熱的結合をしている。

【0036】

ヘッド１はベース部材１０２に設けた開口部１０２ａに挿入され、ベース部材１０２に接合固定したカバー部材１０３に個別流路板２０の周縁部を接合して固定している。また、共通流路部材７０に設けた取付け部７０ａをベース部材１０２にねじなどで固定している。

【0037】

このヘッド１においても、前記第１実施形態或いは第２実施形態と同様に、フレキシブル配線部材９０と圧電素子４０から引き出した配線電極とがＡＣＦで接合されて接続されている。そして、シリコン基板で形成した流路板２０には、振動板３０（絶縁膜）が設けられる面において、フレキシブル配線部材９０と電極配線とがＡＣＦを介して接合される領域の周囲に絶縁膜が設けられていないシリコン露出領域がある。

【0038】

次に、本発明に係る液体を吐出する装置の一例について図１１及び図１２を参照して説明する。図１１は同装置の概略説明図、図１２は同装置の吐出ユニットの一例の平面説明図である。

【0039】

液体を吐出する装置としての装置である印刷装置５００は、連続体５１０を搬入する搬入手段５０１と、搬入手段５０１から搬入された連帳紙や連続シートなどの連続体５１０を印刷手段５０５に案内搬送する案内搬送手段５０３と、連続体５１０に対して液体を吐出して画像を形成する印刷を行う印刷手段５０５と、連続体５１０を乾燥する乾燥手段５０７と、連続体５１０を搬出する搬出手段５０９などを備えている。

【0040】

連続体５１０は搬入手段５０１の元巻きローラ５１１から送り出され、搬入手段５０１、案内搬送手段５０３、乾燥手段５０７、搬出手段５０９の各ローラによって案内、搬送されて、搬出手段５０９の巻取りローラ５９１にて巻き取られる。

【0041】

この連続体５１０は、印刷手段５０５において、吐出ユニット５５０に対向して搬送され、吐出ユニット５５０から吐出される液体によって画像が印刷される。

【0042】

吐出ユニット５５０は、図１２に示すように、前記第３実施形態で説明した２つのヘッドモジュール１００Ａ及びヘッドモジュール１００Ｂを共通の保持部材３００に備えている。

【0043】

なお、ヘッドモジュール１００の搬送方向と直交する方向におけるヘッド１の並び方向をヘッド配列方向とするとき、ヘッドモジュール１００Ａのヘッド列１Ａ１，１Ａ２で同じ色の液体を吐出する。同様に、ヘッドモジュール１００Ａのヘッド列１Ｂ１、１Ｂ２を組とし、ヘッドモジュール１００Ｂのヘッド列１Ｃ１、１Ｃ２を組とし、ヘッド列１Ｄ１、１Ｄ２を組として、それぞれ所要の色の液体を吐出する。

【0044】

なお、本発明に係るヘッドモジュールは、機能部品、機構と一体化して液体吐出ユニットを構成することができる。例えば、ヘッドモジュールと、ヘッドタンク、キャリッジ、供給機構、維持回復機構、主走査移動機構、液体循環装置の構成の少なくとも一つを組み合わせることができる。

【0045】

ここで、一体化とは、例えば、ヘッドモジュールと機能部品、機構が、締結、接着、係合などで互いに固定されているもの、一方が他方に対して移動可能に保持されているものを含む。また、ヘッドモジュールと、機能部品、機構が互いに着脱可能に構成されていても良い。

【0046】

また、本発明における「液体を吐出する装置」には、ヘッド、ヘッドモジュール又は液体吐出ユニットを備え、液体吐出ヘッドを駆動させて液体を吐出させる装置が含まれる。液体を吐出する装置には、液体が付着可能なものに対して液体を吐出することが可能な装置だけでなく、液体を 気中や液中に向けて吐出する装置も含まれる。

【0047】

この「液体を吐出する装置」は、液体が付着可能なものの給送、搬送、排紙に係わる手段、その他、前処理装置、後処理装置なども含むことができる。

【0048】

例えば、「液体を吐出する装置」として、インクを吐出させて用紙に画像を形成する装置である画像形成装置、立体造形物（三次元造形物）を造形するために、粉体を層状に形成した粉体層に造形液を吐出させる立体造形装置（三次元造形装置）がある。

【0049】

また、「液体を吐出する装置」は、吐出された液体によって文字、図形等の有意な画像が可視化されるものに限定されるものではない。例えば、それ自体意味を持たないパターン等を形成するもの、三次元像を造形するものも含まれる。

【0050】

上記「液体が付着可能なもの」とは、液体が少なくとも一時的に付着可能なものであって、付着して固着するもの、付着して浸透するものなどを意味する。具体例としては、用紙、記録紙、記録用紙、フィルム、布などの被記録媒体、電子基板、圧電素子などの電子部品、粉体層（粉末層）、臓器モデル、検査用セルなどの媒体であり、特に限定しない限り、液体が付着するすべてのものが含まれる。

【0051】

上記「液体が付着可能なもの」の材質は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックスなど液体が一時的でも付着可能であればよい。

【0052】

また、「液体を吐出する装置」は、液体吐出ヘッドと液体が付着可能なものとが相対的に移動する装置があるが、これに限定するものではない。具体例としては、液体吐出ヘッドを移動させるシリアル型装置、液体吐出ヘッドを移動させないライン型装置などが含まれる。

【0053】

また、「液体を吐出する装置」としては、他にも、用紙の表面を改質するなどの目的で用紙の表面に処理液を塗布するために処理液を用紙に吐出する処理液塗布装置、原材料を溶液中に分散した組成液を、ノズルを介して噴射させて原材料の微粒子を造粒する噴射造粒装置などがある。

【0054】

吐出される液体は、ヘッドから吐出可能な粘度や表面張力を有するものであればよく、特に限定されないが、常温、常圧下において、または加熱、冷却により粘度が３０ｍＰａ・ｓ以下となるものであることが好ましい。より具体的には、水や有機溶媒等の溶媒、染料や顔料等の着色剤、重合性化合物、樹脂、界面活性剤等の機能性付与材料、ＤＮＡ、アミノ酸やたんぱく質、カルシウム等の生体適合材料、天然色素等の可食材料、などを含む溶液、懸濁液、エマルジョンなどであり、これらは例えば、インクジェット用インク、表面処理液、電子素子や発光素子の構成要素や電子回路レジストパターンの形成用液、３次元造形用材料液等の用途で用いることができる。

【0055】

液体を吐出するエネルギー発生源として、圧電アクチュエータ（積層型圧電素子及び薄膜型圧電素子）、発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いるサーマルアクチュエータ、振動板と対向電極からなる静電アクチュエータなどを使用するものが含まれる。

【0056】

なお、本願の用語における、画像形成、記録、印字、印写、印刷、造形等はいずれも同義語とする。

【符号の説明】

【0057】

１ ヘッド
１０ ノズル板
２０ 流路板
２０ａ シリコン露出部
３０ 振動板（絶縁膜）
４０ 圧電素子
１００ ヘッドモジュール
１２１ 異方性導電フィルム（ＡＣＦ）
１４６ 電極配線
５００ 液体を吐出する装置（印刷装置）
５５０ 吐出ユニット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】