JP2012218156A - Liquid injection head and method for manufacturing actuator device for the liquid injection head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ノズル開口から液体を噴射する液体噴射ヘッドと同液体噴射ヘッド用アクチュエータ装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a liquid ejecting head that ejects liquid from a nozzle opening and an actuator device for the liquid ejecting head.
液体を噴射する液体噴射ヘッドには、ノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板の一方面側に圧電素子を設け、圧電素子の変位によって圧力発生室内の圧力変動を行わせてインク滴をノズル開口から吐出するインクジェット式記録ヘッドが知られている。
インクジェット式記録ヘッドとして、複数のノズルに対応する所定の流路を形成した流路形成基板を、上記ノズルを形成したノズルプレートと、振動板とではさみ、同振動板における流路形成基板とは反対の面には各流路に対応して圧電素子を配設するものが知られている。(例えば、特許文献1参照)。
A liquid ejecting head that ejects liquid is provided with a piezoelectric element on one side of a flow path forming substrate provided with a pressure generating chamber that communicates with a nozzle opening. Inkjet recording heads that eject ink droplets from nozzle openings are known.
As an ink jet recording head, a flow path forming substrate in which predetermined flow paths corresponding to a plurality of nozzles are formed is sandwiched between the nozzle plate in which the nozzle is formed and a vibration plate. On the opposite surface, there is known one in which a piezoelectric element is disposed corresponding to each flow path. (For example, refer to Patent Document 1).
しかしながら、振動板に半導体プロセスで圧電素子を配設するものでは、圧電素子の変位部分と非変位部分との境に応力が集中しやすくなる可能性があった。
本発明はこのような事情に鑑み、振動板に半導体プロセスで圧電素子を配設する場合に応力集中しにくくする液体噴射ヘッドと同液体噴射ヘッド用アクチュエータ装置の製造方法を提供する。
However, in the case where the piezoelectric element is disposed on the diaphragm by a semiconductor process, there is a possibility that stress is likely to concentrate on the boundary between the displaced portion and the non-displaced portion of the piezoelectric element.
In view of such circumstances, the present invention provides a method of manufacturing a liquid ejecting head and an actuator device for the liquid ejecting head that make it difficult for stress concentration to occur when a piezoelectric element is disposed on a diaphragm by a semiconductor process.
上記課題を解決する本発明の態様では、複数のノズルに対応する所定の流路を形成した流路形成基板を、上記ノズルを形成したノズルプレートと、振動板とではさみ、同振動板における流路形成基板とは反対の面には各流路に対応して圧電素子を配設しており、同圧電素子に所定の駆動信号を与えると同圧電素子が変位し、流路形成基板の所定の流路に充填されている液体がノズルより吐出される。 In an aspect of the present invention that solves the above problem, a flow path forming substrate on which predetermined flow paths corresponding to a plurality of nozzles are formed is sandwiched between a nozzle plate on which the nozzles are formed and a vibration plate, and the flow in the vibration plate is determined. Piezoelectric elements are arranged on the surface opposite to the path forming substrate corresponding to each flow path. When a predetermined drive signal is given to the piezoelectric element, the piezoelectric element is displaced, and the predetermined flow of the flow path forming board is determined. The liquid filled in the flow path is discharged from the nozzle.
ここで、上記振動板上に上記圧電素子を半導体プロセスで積層して形成するにあたり、上記圧電素子と隣接する金属製部材からなるおもり材を形成している。圧電素子の変位を繰り返すときに応力が集中しやすい部位が生じるが、おもり材を形成することで応力集中に耐えられるようになる。
おもり材が有効に利用される具体的な一例を説明する。圧電素子に駆動信号を印加するためにボトム電極とトップ電極とを配設するが、ボトム電極は共通のものであり、その上に複数個の圧電素子が配設される。このとき、圧電素子はボトム電極上となる部位とボトム電極がとぎれる部位が生じる。ボトム電極上の部位は変位し、ボトム電極がとぎれる部位は変位しないので、この境目に応力が集中しやすい。このため、おもり材を当該圧電素子におけるボトム電極上となる部位とボトム電極がとぎれる部位とをまたぐように形成することで、応力集中部分を押さえるように作用し、変位する側については変位を押さえ、変位しない側については変位を受けるとしてもその力を押さえる。すなわち、変位部分から非変位分にかけて徐々に変位が生じるようにして応力集中を分散させる。
Here, when the piezoelectric element is laminated on the diaphragm by a semiconductor process, a weight material made of a metal member adjacent to the piezoelectric element is formed. A portion where stress is likely to be concentrated occurs when the displacement of the piezoelectric element is repeated, but by forming a weight material, it becomes possible to withstand the stress concentration.
A specific example in which the weight material is effectively used will be described. A bottom electrode and a top electrode are disposed to apply a drive signal to the piezoelectric element. The bottom electrode is common, and a plurality of piezoelectric elements are disposed thereon. At this time, in the piezoelectric element, a part on the bottom electrode and a part where the bottom electrode is disconnected are generated. Since the part on the bottom electrode is displaced, and the part where the bottom electrode is disconnected is not displaced, the stress tends to concentrate on this boundary. For this reason, the weight material is formed so as to straddle the portion on the bottom electrode of the piezoelectric element and the portion where the bottom electrode is cut off, so that it acts to suppress the stress concentration portion and suppresses the displacement on the displacement side. For the non-displacement side, the force is suppressed even if the displacement is received. That is, the stress concentration is dispersed so that the displacement gradually occurs from the displaced portion to the non-displaced portion.
また、所定範囲で共通電極として形成される上記ボトム電極上で、このボトム電極と交差するように複数個の上記圧電素子を所定の間隔を隔てて形成し、上記おもり材は隣り合う上記圧電素子の間で共通として形成するようにしてもよい。
このように、ボトム電極は所定範囲で共通電極として形成され、複数個の上記圧電素子が所定の間隔を隔ててこのボトム電極と交差するように形成されている。このため、隣り合う圧電素子の間でおもり材を共通として形成することができる。
Further, on the bottom electrode formed as a common electrode in a predetermined range, a plurality of the piezoelectric elements are formed at predetermined intervals so as to intersect the bottom electrode, and the weight material is adjacent to the piezoelectric element. May be formed in common.
Thus, the bottom electrode is formed as a common electrode in a predetermined range, and a plurality of the piezoelectric elements are formed so as to intersect the bottom electrode with a predetermined interval. For this reason, a weight material can be formed in common between adjacent piezoelectric elements.
また、半導体プロセスで製造する場合、各圧電素子は上記振動板から離れるにつれて上面が狭まるような断面台形となるように形成され、その側壁部位が傾斜して形成される。このとき、上記おもり材が隣り合う圧電素子の間で同側壁部位を覆うように形成されることでより強固に各圧電素子における応力集中部位を押さえることができる。
さらに、上記おもり材は、上記ボトム電極上で幅広に形成され、上記ボトム電極がとぎれる側に向かうにつれて徐々に幅狭となる形状とするようにしても良い。応力集中の程度が必ずしも一定でないので、それに応じて押さえ込む効果を調整するべく、変位の大きいボトム電極上で幅広に形成され、ボトム電極がとぎれる側に向かうにつれて変位がなくなるのに応じて徐々に幅狭となる形状としている。
Further, in the case of manufacturing by a semiconductor process, each piezoelectric element is formed to have a trapezoidal cross section in which the upper surface becomes narrower as the distance from the diaphragm is increased, and the side wall portion is formed to be inclined. At this time, by forming the weight material so as to cover the same side wall portion between the adjacent piezoelectric elements, the stress concentration portion in each piezoelectric element can be pressed more firmly.
Further, the weight material may be formed in a wide shape on the bottom electrode and gradually narrower toward the side where the bottom electrode is cut off. Since the degree of stress concentration is not always constant, the width is formed on the bottom electrode having a large displacement in order to adjust the effect of pressing. The shape is narrow.
本発明の思想は半導体プロセスで圧電素子を形成する過程においても適用可能であり、その視点からは、液体噴射ヘッドにおける所定の流路部を形成した流路形成基板に対して同流路部に圧力を生じさせる圧電素子を配設したアクチュエータ装置の製造方法であって、上記振動板上に上記圧電素子を半導体プロセスで積層して形成するにあたり、上記圧電素子と隣接する金属製部材からなるおもり材を形成する工程を有する発明として把握することが可能である。 The idea of the present invention can also be applied in the process of forming a piezoelectric element by a semiconductor process, and from that viewpoint, the flow path forming substrate in which a predetermined flow path portion in the liquid ejecting head is formed is provided in the same flow path portion. A manufacturing method of an actuator device in which a piezoelectric element for generating pressure is provided, wherein a weight made of a metal member adjacent to the piezoelectric element is formed when the piezoelectric element is laminated on the diaphragm by a semiconductor process. It can be grasped as an invention having a step of forming a material.
本発明によれば、応力集中しやすい部位におもり材を配設することで、応力集中に耐えられるようにして故障が生じにくい液体噴射ヘッドと同液体噴射ヘッド用アクチュエータ装置の製造方法を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a method of manufacturing a liquid ejecting head and an actuator device for the liquid ejecting head that can withstand the stress concentration and hardly cause a failure by disposing a weight material in a portion where the stress is easily concentrated. .
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドを示す分解斜視図であり、図2は平面図、図3は図2に示すA−A′矢視断面図である。
図示するように、流路形成基板10は、本実施形態ではシリコン単結晶基板からなり、その一方の面には二酸化シリコンからなる弾性膜50が形成されている。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an exploded perspective view showing an ink jet recording head as an example of a liquid jet head according to Embodiment 1 of the present invention, FIG. 2 is a plan view, and FIG. 3 is a view taken along the line AA ′ shown in FIG. It is sectional drawing.
As shown in the drawing, the flow
流路形成基板10には、他方面側から異方性エッチングすることにより、複数の壁部11によって区画された圧力発生室12がその幅方向(短手方向)に並設された列が、圧力発生室12の長手方向に2列設けられている。また、流路形成基板10の圧力発生室12の長手方向一端部側には、圧力発生室12と共に詳しくは後述するノズル開口毎に個別流路を構成する液体供給路の一例であるインク供給路14と連通路13とが壁部11によって区画されている。インク供給路14及び連通路13は、圧力発生室12の各列において、圧力発生室12の2つの列の外側に配置されている。
The flow
インク供給路14は、詳しくは後述するマニホールド100と圧力発生室12との間でインクに流路抵抗を生じさせるものであり、圧力発生室12の長手方向一端部側に連通し且つ圧力発生室12より小さい断面積を有する。例えば、本実施形態では、インク供給路14は、圧力発生室12の流路を幅方向に絞ることで、圧力発生室12の幅より小さい幅で形成されている。なお、このように、本実施形態では、流路の幅を片側から絞ることでインク供給路14を形成したが、流路の幅を両側から絞ることでインク供給路を形成してもよい。また、流路の幅を絞るのではなく、厚さ方向から絞ることでインク供給路を形成してもよい。さらに、各連通路13は、インク供給路14の圧力発生室12とは反対側に連通し、インク供給路14の幅方向(短手方向)より大きい断面積を有する。本実施形態では、連通路13を圧力発生室12と同じ断面積で形成した。
The
すなわち、流路形成基板10には、圧力発生室12と、圧力発生室12の短手方向の断面積より小さい断面積を有するインク供給路14と、このインク供給路14に連通すると共にインク供給路14の短手方向の断面積よりも大きい断面積を有する連通路13とからなる個別流路が複数の壁部11により区画されて設けられた列が2列設けられている。
In other words, the flow
流路形成基板10の圧力発生室12等の個別流路が開口する面側には、各圧力発生室12のインク供給路14とは反対側の端部近傍に連通するノズル開口21が穿設されたノズル形成部材の一例でノズルプレート20が、接着剤や熱溶着フィルム等によって固着されている。なお、ノズルプレート20は、例えば、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板、ステンレス鋼等からなる。
On the surface side of the flow
一方、このような流路形成基板10のノズルプレート20とは反対側の面には、上述したように、弾性膜50が形成され、この弾性膜50上には、絶縁体膜55が形成されている。さらに、この絶縁体膜55上には、第1電極(ボトム電極)60と圧電体層70と第2電極(トップ電極)80とが、後述するプロセスで積層形成されて、圧電素子300を構成している。ここで、圧電素子300は、第1電極60、圧電体層70及び第2電極80を含む部分をいう。一般的には、圧電素子300の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層70を各圧力発生室12毎にパターニングして構成する。本実施形態では、第1電極60を圧電素子300の共通電極とし、第2電極80を圧電素子300の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。すなわち、本実施形態では、圧力発生室12内のインク(液体)に圧力変化を生じさせるアクチュエーター装置として、圧電素子300を設けるようにした。
On the other hand, the
また、このような各圧電素子300の第2電極80には、流路形成基板10のインク供給路14とは反対側の端部近傍まで延設された金(Au)等のリード電極90がそれぞれ接続されている。このリード電極90を介して各圧電素子300に選択的に電圧が印加される。すなわち、本実施形態では、リード電極90の圧電素子300とは反対側の端部が、詳しくは後述する配線基板が電気的に接続される実装部となっている。また、リード電極90を形成する際に、実際の回路を形成することのないダミーリード電極91が形成されている。このダミーリード電極91については後述する。
The
また、圧電素子300が形成された流路形成基板10上には、圧電素子300に対向する領域に、圧電素子300の運動を阻害しない程度の空間を有する圧電素子保持部31を有する保護基板30が、接着剤35等によって接合されている。圧電素子300は、この圧電素子保持部31内に配置されているため、外部環境の影響を殆ど受けない状態で保護されている。なお、圧電素子保持部31は、密封されていても、密封されていなくてもよい。また、圧電素子保持部31は、各圧電素子300毎に独立して設けてもよく、複数の圧電素子300に亘って連続して設けるようにしてもよい。本実施形態では、圧電素子保持部31を複数の圧電素子300に亘って連続して設けるようにした。
Further, on the flow
さらに、保護基板30上の圧電素子保持部31に相対向する領域には、複数の個別流路の共通のインク室(液体室)となるマニホールド100が設けられている。本実施形態では、マニホールド100は、保護基板30の流路形成基板10との接合面とは反対側の面に設けられた凹部で形成されている。すなわち、保護基板30の流路形成基板10とは反対側に開口しており、マニホールド100の開口は詳しくは後述するコンプライアンス基板40によって封止されている。なお、マニホールド100は、複数の個別流路の短手方向(幅方向)に亘って連続して設けられている。また、マニホールド100は、圧力発生室12の長手方向で保護基板30の両端部近傍まで設けられており、マニホールド100の一端部側は、個別流路の端部に相対向する領域まで設けられている。このようにマニホールド100を圧電素子保持部31の上方(平面視した際に圧電素子保持部31と重なる領域)に設けることで、マニホールド100を、圧力発生室12の長手方向における外側に拡幅する必要がなく、インクジェット式記録ヘッドIの圧力発生室12の長手方向の幅を小さくして小型化することができる。
Further, a manifold 100 serving as a common ink chamber (liquid chamber) for a plurality of individual flow paths is provided in a region facing the piezoelectric
また、保護基板30には、個別流路である連通路13の端部に一端が連通すると共に、マニホールド100の一端部に他端が連通する厚さ方向に貫通した貫通孔である供給部101が設けられている。供給部101は、本実施形態では、複数の個別流路である連通路13に亘って1つ設けられている。そして、マニホールド100からのインクは、供給部101を介して各個別流路である連通路13、インク供給路14及び圧力発生室12に供給される。すなわち、本実施形態では、供給部101もマニホールド100の一部として機能する。
In addition, the
このような保護基板30の材料としては、例えば、ガラス、セラミックス材料、金属、樹脂等が挙げられるが、流路形成基板10の熱膨張率と略同一の材料で形成されていることが好ましく、本実施形態では、流路形成基板10と同一材料であるシリコン単結晶基板を用いている。
また、保護基板30には、圧力発生室12の2列の間に対応する領域に、厚さ方向に貫通する貫通孔102が設けられている。この貫通孔102には、配線基板200が挿通されており、配線基板200とアクチュエーター装置の実装部とを電気的に接続するものである。ここで本実施形態では、アクチュエーター装置が圧電素子300であり、圧電素子300に接続されたリード電極90は、その端部が貫通孔102内に配置される位置に設けられている。
Examples of the material of the
Further, the
また、貫通孔102は、圧電素子300の各列に対して1つずつ設けられている。すなわち、本実施形態では、圧電素子300の列毎に配線基板200が接続されており、圧電素子300の列が2列あるため、貫通孔102は2つ設けられている。そして、互いに隣接する貫通孔102の間には、実装部(リード電極90の端部)を区画する隔壁103が設けられている。振動板となる弾性膜50におけるこの実装部が配置される領域を総称して配線領域と呼んでいる。
Further, one through
リード電極90の貫通孔102内に露出した端部には、配線基板200が電気的に接続されている。配線基板200は、図示しない配線上に圧電素子300を駆動するための駆動回路201が実装された可撓性を有するものであり、例えば、チップオンフィルム(COF)やテープキャリアパッケージ(TCP)などのフレキシブルプリント基板(FPC)を用いることができる。
The
配線基板200とアクチュエーター装置の実装部であるリード電極90とは、配線領域に適量を塗布された異方性導電性接着剤(ACP)210を介して電気的に接続することができる。異方性導電性接着剤210は、配線基板200とリード電極90とを電気的に接続すると共に、配線基板200を貫通孔102内に固定する接着剤としても機能する。
The
また、保護基板30のマニホールド100が開口する面側には、封止膜41及び固定板42からなるコンプライアンス基板40が接合され、コンプライアンス基板40によってマニホールド100の開口が封止されている。
封止膜41は、剛性が低く可撓性を有する材料、例えば、厚さが数μm程度のポリフェニレンサルファイド(PPS)フィルム等からなる。
A
The sealing
また、固定板42は、例えば、厚さが数十μm程度のステンレス鋼(SUS)などの金属などの硬質の材料からなる。固定板42は、図2に示すように、保護基板30のマニホールド100の周囲に亘って設けられており、マニホールド100に相対向する領域は厚さ方向に完全に除去された開口部43となっている。また、固定板42には、開口部43側に突出する突出部44が設けられており、この突出部44には、厚さ方向に貫通してインクが貯留された貯留手段(図示なし)からのインクをマニホールドに供給するための導入路45が設けられている。本実施形態では、突出部44を、供給部101とは反対側に、且つ圧力発生室12の並設方向の一部をマニホールド100に相対向する領域まで突出させるように設けた。このため、導入路45は、保護基板30に設けられた供給部101とは圧力発生室12の長手方向における反対側の端部に設けるようにした。このように、導入路45を保護基板30の供給部101とは反対側の端部に設けることによって、貯留手段から導入されたインクの動圧による影響が供給部101を介して圧力発生室12に及ぼされるのを低減させることができる。
The fixing
そして、このような固定板42の開口部43によって、マニホールド100の一方面は、可撓性を有する封止膜41のみで封止された撓み変形可能な可撓部46となっている。すなわち、本実施形態では、可撓部46は、マニホールド100に相対向する領域の保護基板30の供給部101に相対向する領域と、マニホールド100に相対向する領域の固定板42の導入路45の周囲とに設けられており、可撓部46は、これらの供給部101に相対向する領域と導入路45の周囲とに亘って連続して設けられている。このように、可撓部46を供給部101に相対向する領域と導入路45の周囲とに亘って連続して設けることで、可撓部46を広い面積で形成することができ、マニホールド100内のコンプライアンスを増大させて、圧力変動の悪影響によるクロストークの発生を確実に低減させることができる。
And, by such an
また、本実施形態では、駆動回路201が実装された配線基板200をリード電極90に接続するようにしたため、保護基板30上に駆動回路201を実装する必要がない。したがって、マニホールド100を圧電素子保持部31の上方に拡幅することができると共に、保護基板30上に広い可撓部46を有するコンプライアンス基板40を設けることができる。
In the present embodiment, since the
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、図示しない外部のインクが貯留された貯留手段からマニホールド100内にインクを取り込み、マニホールド100から供給部101を介してノズル開口21に至るまで内部をインクで満たした後、駆動回路201からの記録信号に従い、圧力発生室12に対応するそれぞれの第1電極60と第2電極80との間に電圧を印加し、圧電素子300及び振動板をたわみ変形させることにより、各圧力発生室12内の圧力が高まりノズル開口21からインクが吐出する。
In such an ink jet recording head according to the present embodiment, ink is taken into the manifold 100 from a storage unit that stores external ink (not shown), and the inside of the manifold 100 reaches the
次に、上記圧電素子300などを半導体プロセスで製造する過程について説明する。図4〜図7は、各過程を断面図により示している。
図4に示すように、シリコンウェハーであり流路形成基板10が複数一体的に形成される流路形成基板用ウェハー110の表面に弾性膜50を構成する酸化膜51を形成する。
そして、図5に示すように、弾性膜50(酸化膜51)上に、弾性膜50とは異なる材料の酸化膜からなる絶縁体膜55を形成する。
Next, a process of manufacturing the
As shown in FIG. 4, an
Then, as shown in FIG. 5, an
次いで、図6に示すように、第1電極60、圧電体層70及び第2電極80を順次積層形成すると共に所定形状にパターニングして圧電素子300を形成する。この後、図示していないが全面にわたって絶縁体からなる皮膜層を形成した後、第1電極60と第2電極80との接続用の開口を形成している。
次に、図7に示すように、流路形成基板用ウェハー110の全面に亘って、金属部材として、例えば、金(Au)等からなるリード電極90とダミーリード電極91とを形成後、例えば、レジスト等からなるマスクパターン(図示なし)を介して各圧電素子300毎にパターニングする。上述したように、絶縁体からなる皮膜層には第1電極60と第2電極80との接続用の開口を形成しているので、同開口を介してリード電極90は第2電極80と導通している。また、第1電極60についても所定のパターンで導通されている。
Next, as shown in FIG. 6, the
Next, as shown in FIG. 7, after the
次に、保護基板用ウェハー130を、流路形成基板用ウェハー110上に接着剤35によって接着する。ここで、この保護基板用ウェハー130には、圧電素子保持部31、マニホールド100、供給部101、貫通孔102及び隔壁103等が予め形成されている。なお、この保護基板用ウェハー130は、比較的厚いため、保護基板用ウェハー130を接合することによって流路形成基板用ウェハー110の剛性は著しく向上することになる。その後、流路形成基板用ウェハー110を所定の厚みに薄くする。
Next, the protective substrate wafer 130 is bonded to the flow path forming
次いで、流路形成基板用ウェハー110にマスク膜52を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、流路形成基板用ウェハー110をマスク膜52を介してKOH等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチング(ウェットエッチング)することにより、圧力発生室12、連通路13及びインク供給路14等を形成する。
なお、流路形成基板用ウェハー110に個別流路を形成する際には、保護基板用ウェハー130の流路形成基板用ウェハー110側とは反対側の表面を、耐アルカリ性を有する材料、例えば、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、PPTA(ポリパラフェニレンテレフタルアミド)等からなる封止フィルムで封止するのが好ましい。また、本実施形態では、保護基板用ウェハー130に予めマニホールド100及び供給部101を設けるようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、流路形成基板用ウェハー110と保護基板用ウェハー130とを接合後、流路形成基板用ウェハー110をウェットエッチングして圧力発生室12等を形成する際に、同時にウェットエッチングによりマニホールド100及び供給部101を形成するようにしてもよい。これにより製造工程を簡略化してコストを低減することができる。
Next, a mask film 52 is newly formed on the flow path forming
When forming the individual flow path on the flow path forming
次いで、保護基板用ウェハー130にコンプライアンス基板40を接合した後、一方の貫通孔102に露出されている圧電素子300の一方の列のリード電極90に配線基板200(図示しない配線)を電気的に接続する。配線基板200とリード電極90との接合は、異方性導電性接着剤210を介して行う。具体的には、異方性導電性接着剤210を貫通孔102内に充填した後、配線基板200をリード電極90上に押圧しながら加熱することで、リード電極90と配線基板200とを接続する。ちなみに、配線基板200をリード電極90上に押圧しながら加熱するには、配線基板200の裏面に当接される実装ツールを利用する。なお、ダミーリード電極91の形成位置とリード電極90の形成位置はずれており、配線基板200の先端部分はリード電極90には接続するが、ダミーリード電極91には接続していない。
Next, after the
なお、配線基板200を接続する前の工程又は後の工程において、流路形成基板用ウェハー110及び保護基板用ウェハー130の外周縁部の不要部分を、例えば、ダイシング等により切断することによって除去し、流路形成基板用ウェハー110の保護基板用ウェハー130とは反対側の面にノズル開口21が穿設されたノズルプレート20を接合する。そして、これら流路形成基板用ウェハー110等を、図1に示すような一つのチップサイズの流路形成基板10等に分割することで、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドIが製造される。もちろん、コンプライアンス基板40も、配線基板200を接続した後に固定するようにしてもよい。
In the process before or after connecting the
図8は記録ヘッドIにおける圧電素子の周辺を拡大平面図により示しており、図9はA−A線矢視断面図により示している。
上述したように第1電極60は共通電極であり、一つの第1電極60に対してこれと直行するように複数の圧電体層70が所定の間隔を隔てて並列して形成されている。このとき圧電体層70は第1電極60の幅よりも長く形成されているので、第1電極60上の部位と、第1電極60の上でない部位が生じている。この意味で、圧電素子300は、第1電極60(ボトム電極)上となる部位と、同第1電極60(ボトム電極)がとぎれる部位とを、またぐように形成されている。一方、第2電極80は圧電体層70の頂部だけに残るようにパターニングして形成されている。すなわち、第2電極80は圧電体層70の長さと同じだけの長さとして形成されている。また、圧電体層70と第2電極80は、その断面が、第1電極60から離れるに従って幅狭となる台形の形状として形成されている。
FIG. 8 shows an enlarged plan view of the periphery of the piezoelectric element in the recording head I, and FIG. 9 shows a cross-sectional view taken along line AA.
As described above, the
第2電極80は上述した開口を介してリード電極90と電気的に接続されており、第1電極60も図示しない所定のパターンで他の電極部分に形成されている。そして、第1電極60とリード電極90との間に所定の駆動信号が印加されたとき、第1電極60と第2電極80との間で電界が形成されると、その間の圧電体層70が変位する。圧電体層70は第1電極60に接する部位と接しない部位とがあり、駆動信号が印加されたとき第1電極60に接する部位は変位しようとし、接しない部位は変位しない。すなわち、この境目で圧電体層70には応力が集中することになる。
The
ここで、リード電極90は圧電素子300の上方で第1電極60と重ならない位置から、上述した配線領域の側に向けて伸びている。これに対してダミーリード電極91は同配線領域にはかからない位置から隣り合う圧電素子300,300の間に向かって伸び、第1電極60と重なる位置まで伸びている。すなわち、それぞれの形成位置はずれている。また、ダミーリード電極91は同第1電極60と交差する位置で少しだけ幅広に形成されるので変形した十字形状となっている。この十字形状の部位を幅広部位91aとする。
Here, the
ダミーリード電極91はリード電極90と同様に金(Au)で形成されている。金は金属であると共に最も質量の大きい元素である。このダミーリード電極91と幅広部位91aが圧電素子300と並んで形成されることになる。すなわち、おもり材として機能しており、互いに隣接する圧電素子300におけ第1電極60(ボトム電極)上となる部位と、同第1電極60(ボトム電極)がとぎれる部位とをまたぐように形成されてる。
The
圧電体層70には上述した部位に応力が集中することになるが、この応力集中部位にダミーリード電極91と幅広部位91aからなるおもり材が形成されている。従って、この部位でおもり材の質量の効果によって変位に基づく応力が圧電体層70だけに集中せず、ダミーリード電極91と幅広部位91aによって分散される。分散されることにより、圧電対素子300に、クラックなどの故障が発生しにくくなる。
In the
図10は変形例にかかる記録ヘッドIの要部の拡大平面図であり、図11は拡大断面図である。
この変形例では、ダミーリード電極91に対して幅広部位91aを更に幅広として幅広部位91bを形成している。上述したように圧電素子300は断面が台形に形成されている。本変形例では、幅広部位91bが隣接し合う圧電素子300,300の間をつなぐように台形とした傾斜面の側壁部位を覆うように幅広部位91bを広く形成している。
FIG. 10 is an enlarged plan view of a main part of a recording head I according to a modification, and FIG. 11 is an enlarged cross-sectional view.
In this modification, the
このように形成した場合、おもり材は、応力集中部位に形成されているという効果にとどまらず、より積極的に応力集中部位を押さえつけ、固定するようにも作用する。この結果、変位しようとする部位と変異しない部位との境界をおもり材が全体的に固定しようとするので、一カ所にだけ応力が集中するのではなく、分散されやすくなる。
さらに、図12は、変形例にかかる同記録ヘッドの要部の拡大平面図である。
When formed in this way, the weight material is not limited to the effect that it is formed at the stress concentration site, but also acts to more positively press and fix the stress concentration site. As a result, the weight material tries to fix the entire boundary between the part to be displaced and the part that does not change, so that the stress is not concentrated in one place but is easily dispersed.
Further, FIG. 12 is an enlarged plan view of a main part of the recording head according to the modification.
この変形例では、ダミーリード電極91に対して幅が徐々に変化する幅広部位91cを形成している。すなわち、第1電極60に接して変位しようとする側の端部で幅広部位91cは最も広く、上述した傾斜面とした側壁を覆う位置まで広がっている。しかし、第1電極60に接しておらず変位しない側に向かって徐々に幅狭となり、最終的にはダミーリード電極91の幅と一致する形状となっている。すなわち、おもり材は、第1電極60(ボトム電極)上で幅広に形成され、第1電極60(ボトム電極)がとぎれる側に向かうにつれて徐々に幅狭となっている。
In this modification, a
このように形成した場合、圧電素子300における変位しようとする部位でより積極的に固定しようとし、変位しない部位の側に向けて徐々に固定しようとする作用が少なくなる。すなわち、必要な部位で大きな固定力を発し、不要な部位ではさほど大きな固定力を発しないような形状となって、効率的な形状といえる。
また、これら各実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図13は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。
When formed in this way, the action of trying to fix the portion of the
In addition, the ink jet recording heads of these embodiments constitute a part of a recording head unit having an ink flow path communicating with an ink cartridge or the like, and are mounted on the ink jet recording apparatus. FIG. 13 is a schematic view showing an example of the ink jet recording apparatus.
図13に示すように、インクジェット式記録装置IIは、インクジェット式記録ヘッドを有する記録ヘッドユニット1A及び1Bを有し、記録ヘッドユニット1A及び1Bには、インク供給手段を構成するカートリッジ2A及び2Bが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット1A及び1Bを搭載したキャリッジ3は、装置本体4に取り付けられたキャリッジ軸5に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット1A及び1Bは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。
As shown in FIG. 13, the ink jet recording apparatus II includes
そして、駆動モーター6の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト7を介してキャリッジ3に伝達されることで、記録ヘッドユニット1A及び1Bを搭載したキャリッジ3はキャリッジ軸5に沿って移動される。一方、装置本体4にはキャリッジ軸5に沿ってプラテン8が設けられており、図示しない給紙ローラーなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートSがプラテン8に巻き掛けられて搬送されるようになっている。
The driving force of the driving motor 6 is transmitted to the carriage 3 via a plurality of gears and timing belt 7 (not shown), so that the carriage 3 on which the
さらに、本発明は、広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものであり、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種のインクジェット式記録ヘッド等の記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ELディスプレー、FED(電界放出ディスプレー)等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオchip製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等にも適用することができる。 Furthermore, the present invention is intended for a wide range of liquid jet heads in general, for example, for manufacturing recording heads such as various ink jet recording heads used in image recording apparatuses such as printers, and color filters such as liquid crystal displays. The present invention can also be applied to a coloring material ejecting head, an organic EL display, an electrode material ejecting head used for forming an electrode such as an FED (field emission display), a bioorganic matter ejecting head used for biochip production, and the like.
また、液体噴射装置の一例としてインクジェット式記録装置IIを挙げて説明したが、上述した他の液体噴射ヘッドを用いた液体噴射装置にも用いることが可能である。
なお、本発明は上記実施例に限られるものでないことは言うまでもない。当業者であれば言うまでもないことであるが、
・上記実施例の中で開示した相互に置換可能な部材および構成等を適宜その組み合わせを変更して適用すること
Further, although the ink jet recording apparatus II has been described as an example of the liquid ejecting apparatus, the liquid ejecting apparatus using the other liquid ejecting heads described above can also be used.
Needless to say, the present invention is not limited to the above embodiments. It goes without saying for those skilled in the art,
・ Apply by changing the combination of the mutually replaceable members and configurations disclosed in the above embodiments as appropriate.
・上記実施例の中で開示されていないが、公知技術であって上記実施例の中で開示した部材および構成等と相互に置換可能な部材および構成等を適宜置換し、またその組み合わせを変更して適用すること
・上記実施例の中で開示されていないが、公知技術等に基づいて当業者が上記実施例の中で開示した部材および構成等の代用として想定し得る部材および構成等と適宜置換し、またその組み合わせを変更して適用すること
・ Although not disclosed in the above-described embodiments, members and configurations that are known techniques and can be mutually replaced with the members and configurations disclosed in the above-described embodiments are appropriately replaced, and combinations thereof are changed. Although not disclosed in the above embodiments, members and configurations that can be assumed by those skilled in the art as substitutes for the members and configurations disclosed in the above embodiments based on known techniques Replace as appropriate, change the combination and apply
は本発明の一実施例として開示されるものである。 Is disclosed as an embodiment of the present invention.
10…流路形成基板、12…圧力発生室、13…連通路、14…インク供給路、20…ノズルプレート、21…ノズル開口、30…保護基板、40…コンプライアンス基板、41…封止膜、42…固定板、43…開口部、46…可撓部、50…弾性膜、55…絶縁体膜、60…第1電極(ボトム電極)、70…圧電体層、80…第2電極(トップ電極)、90…リード電極(実装部)、91…ダミーリード電極、91a、91b、91c…幅広部位、100…マニホールド、101…供給部、102…貫通孔、103、103A…隔壁、200…配線基板、201…駆動回路、210…異方性導電性接着剤、300…圧電素子(アクチュエーター装置)。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
上記振動板上に上記圧電素子を半導体プロセスで積層して形成するにあたり、上記圧電素子と隣接する金属製部材からなるおもり材を形成したことを特徴とする液体噴射ヘッド。 A flow path forming substrate in which predetermined flow paths corresponding to a plurality of nozzles are formed is sandwiched between the nozzle plate in which the nozzle is formed and the vibration plate, and each surface of the vibration plate opposite to the flow path forming substrate is placed on each surface. A liquid ejecting head in which a piezoelectric element is disposed corresponding to a flow path,
A liquid ejecting head, wherein a weight member made of a metal member adjacent to the piezoelectric element is formed when the piezoelectric element is laminated on the diaphragm by a semiconductor process.
振動板上に上記圧電素子を半導体プロセスで積層して形成するにあたり、上記圧電素子と隣接する金属製部材からなるおもり材を形成することを特徴とする液体噴射ヘッド用アクチュエータ装置の製造方法。 A manufacturing method of an actuator device in which a piezoelectric element that generates pressure in a flow path forming substrate on which a predetermined flow path portion is formed in a liquid ejecting head is provided,
A method of manufacturing an actuator device for a liquid jet head, comprising: forming a weight member made of a metal member adjacent to the piezoelectric element when the piezoelectric element is laminated on the diaphragm by a semiconductor process.
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JP2016034739A (en) * | 2014-08-04 | 2016-03-17 | セイコーエプソン株式会社 | Liquid jet head and liquid jet device |
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Legal Events
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