JP2003211660A - インクジェットヘッドおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
高く、高速印字が可能なインクジェットヘッドおよびそ
の製造方法を提供する。 【解決手段】 外部接続用電極を形成する工程において
は、複数のインク室26の一端部となる部分において、
複数のインク室26が延びる方向と直交するように一直
線状に、複数のインク室26内それぞれおよび圧電性基
板の複数の突出面上それぞれに導電性樹脂10を塗布す
る。その後、研磨加工または研削加工により複数のイン
ク室隔壁の突出面上に形成された導電性樹脂10を除去
する。その結果、インク室26内に充填された導電性樹
脂10により外部接続電極が形成されるため、圧電性基
板に起因する静電容量を低減することができ、インクジ
ェットヘッドの駆動周波数を増加させることができる。
Description
リンタのインクジェットヘッドおよびその製造方法に関
するものである。
室内に形成されたインク室内電極からインク室外に延出
された外部取出電極が形成され、その外部取出電極が外
部回路と接続されることにより、インク室内電極と外部
回路との電気的接続を行なっている。
電極をインク室の外部に延出する方法について図14を
用いて説明する。
方の主表面にドライフィルムレジストがラミネートされ
る。次に、ダイサーのダイシングブレードを用いて圧電
素子をハーフダイスする。それにより、ハーフダイスさ
れた部分にインク室250が形成される。また、ハーフ
ダイスされている圧電素子からダイシングブレードを離
すと、インク室後端部のR部分251が形成されている
ことが確認できる。さらに、複数のインク室250が互
いに平行に延びるように複数回ハーフダイスを繰返す
る。その後、複数のインク室250を隔てるインク室隔
壁300の上面の平坦部310に設けられているドライ
フィルムレジストのみを除去する。
形成されるインク室アレイ400を形成した後に、複数
のインク室250が延びる方向に対して垂直方向であっ
て、インク室アレイ400の表面に対して斜め方向から
AlやCuなどの電極材料になる金属を斜め蒸着する。
この作業をインク室250が延びる方向に対して両斜め
2方向から行なう。それにより、インク室隔壁300の
表面に金属膜350からかる金属電極としてのインク室
内電極が形成される。このとき、ドライフィルムレジス
トおよび各々のインク室250のインク室隔壁300の
シャドーイング効果により、インク室250の内側面に
は、金属膜350が、インク室250の厚さ方向の約1
/2以下の高さで形成される。
(R部分)251および平坦部260のドライフィルム
レジスト開口部分にも金属膜350の成膜が行なわれ
る。それにより、R部分251においてインク室250
内で互いに向かい合う金属膜350を電気的に接続する
ことできる。
孔209を有するカバー210を接着し、さらにノズル
212を有するノズルプレート211を接着して、アク
チュエータ200を完成する。
0は、インク室250を隔てるインク室隔壁300の両
内側面に形成された金属膜350からなるインク室内電
極において、インク室隔壁300を介した向かい合うイ
ンク室内電極に逆位相の電位が印加されることでシェア
モード駆動が行なわれる。それにより、インク室内電極
が形成された領域とインク室内電極が形成されていない
領域との境目でインク室隔壁300が「く」の字または
山型に変形し、インク室250内の体積変化、それに伴
うインク室250内のインク圧力変化を利用してインク
室250の先端部に配置した微小なノズル212からイ
ンク液滴が吐出される。
ンクジェットヘッドの構造では、インク吐出に寄与する
アクティブエリア252はインク供給孔209より先端
側のみであり、インク供給孔209を含む後ろ側はイン
クを吐出するために寄与しない領域である。さらに、R
部分251および平坦部260に形成された金属膜35
0は、インク室250内で向かい合う2つのインク室内
電極を接続することにより、駆動用IC115に導通し
た電極との電気的接続を行なうための領域である。
は、本来インク吐出に寄与するアクティブエリア252
以外の部分が非常に大きく、材料コストが高く安価なイ
ンクジェットヘッドを製造できないという問題がある。
酸ジルコ酸鉛)などの圧電性基板でインク室250内か
ら平坦部260まで金属膜350を延出させる必要があ
るため、圧電性基板による静電容量が大きくなりアクチ
ュエータ駆動に際して、アクチュエータに印加される駆
動電圧が乱れ、電圧の周波数が小さくなるため、高速駆
動による高速印字が困難になるという問題がある。
アクチュエータに印加される電圧を大きくすることで改
善できるが、印加される電圧を大きくすることでアクチ
ュエータの駆動による発熱量が増大して、アクチュエー
タ自体の温度が上昇する。そのため、インク粘度が変化
して安定で高精度な印字が行なえないという問題、高い
電圧が印加される駆動用ICはコスト高になるという問
題、および、消費電力を低減することが困難であるとい
う問題がある。
0内のインク室内電極のアクティブエリア252以外の
部分では、圧電性基板とインク室内電極との間に低誘電
膜を予め成膜することで、アクティブエリア250以外
の部分での静電容量をほぼ無視できるレベルにすること
が行なわれる。しかし、約200℃という低温度のキュ
リー点を有するPZTに対して、低温のプロセスで低誘
電率のSi−N膜を形成するためには非常に高価なEC
R−CVD(Electronic Cyclotron Resonance ―
Chemical Vapor Deposition)装置が必要であり、製
造コストが上昇して安価なインクジェットヘッドを製造
できないという問題がある。
して、図16に示すようなインク供給孔110およびイ
ンク室内電極111を延出させるための領域を圧電性基
板による形成されるインク室が延びる方向に設けない構
造のものが特開平9−94954号公報に公開されてい
る。
圧電性基板のアクティブエリアの後端部にインク供給孔
110を設け、インク室内の電極111はインク供給側
外側面またはインク吐出側内側面に延長させ、駆動用I
C115に導通した電極112との電気的な接続を図っ
ている。この場合は、アクチュエータのアクティブエリ
ア以外の部分がないため、圧電性基板の材料コスト低減
は図られるが、インク室内の電極111はインク供給側
外側面またはインク吐出側内側面に延長されているた
め、延長された部分に起因する静電容量の低減ができな
いという問題が残る。
ータを構成する圧電性基板の角部で90°屈曲させて引
出しを行なうことになる。そのため、インク室内のイン
ク室隔壁の電極を、ウェハ状態で金属膜を斜方蒸着して
圧電性基板の側面へインク室内電極111を引出すよう
に形成することが困難である。
ンク室内電極111とアクチュエータ側面とに同時に金
属膜が蒸着して導通する必要があり、確実に2つのイン
ク室内電極111をアクチュエータ側面に電気的に導通
させた状態で延出するためには、少なくともさらに2つ
の側面に対して斜方蒸着する必要があるため、製造工程
が増加する。
は、予めレジストパターニングまたはパターニングが行
なわない場合では、電極を引出した後にダイシングやY
AG(Yttrium Aluminum Garnet)レーザによる電極
分離工程を必要とするため、工程が非常に煩雑となると
ともに、生産歩留りが低下し、また、生産コストが大き
くなるという問題がある。
り形成することもできるが、蒸着技術と同様にパターニ
ング工程または電極分離工程を必要とするため、工程が
煩雑となる問題がある。
インク室からアクチュエータ側面に引出される屈曲部分
で、後の工程やハンドリングで断線する可能性が高く、
生産歩留りが落ちるといった問題や環境信頼性におとる
という問題がある。
のであり、その目的は、消費電力を低減でき、生産性お
よび信頼性が高く、高速印字可能なインクジェットヘッ
ドおよびその製造方法を提供することである。
ヘッドは、圧電性基板の表面において一端から他端まで
延びるように設けられたインク室と、インク室の内部に
設けられた駆動用電極と、駆動用電極に接続されるとと
もに、外部に設けられた外部電極に接続される外部接続
用電極とを備え、外部接続用電極は、インク室の一端部
のインク室内に充填された導電性材料により構成されて
いる。
ンク室内電極を実装するために、インク室内部からイン
ク室外部の圧電性基板表面に沿って外部接続用電極を引
出していたが、その必要がなくなる。また、アクチュエ
ータを構成する圧電性基板のアクティブエリア以外の部
分がほとんど不要となるため、圧電性基板の材料コスト
を削減することができる。また、インク室内部からイン
ク室外部の圧電性基板表面に沿って外部接続用電極を引
出さないため、外部接続用電極の引出部に起因する静電
容量の増加を抑制することにより、駆動周波数を向上さ
せることができるため、高速印字が可能となる。さら
に、高速印字を実現するためにアクチュエータの駆動電
圧を大きくする必要がない。そのため、駆動用ICの耐
電圧を低減させることができることにより、駆動用IC
のコストを低減するとともに、駆動用ICの駆動消費電
力を低減させることができる。
材料が導電性樹脂を含んでいる。上記の構成によれば、
ディスペンサを使用して導電性樹脂を塗布供給して製造
することが可能となるため、容易に製造することができ
る。さらに、導電性フィラーと低膨張材料を混練させ導
電性樹脂の熱膨張係数を下げることで、圧電性基板の反
りを抑えることも可能となる。
樹脂は導電性フィラーを含み、導電性フィラーとして、
Au、Ag、Ni、Cu、カーボン、および、はんだか
らなる群より選ばれた1または2以上の物質が用いられ
ている。
uまたはAgを用いた場合は、導電性樹脂の電気抵抗お
よび導電性樹脂と駆動用ICに導通した電極との接続抵
抗を抑えることができる。その結果、アクチュエータ駆
動のために印加される電圧の駆動周波数を向上させるこ
とができるため、高速印字が可能となる。
場合は、導電性樹脂コストを低く抑えることができるた
め、高速印字は困難であるが、非常に安価なアクチュエ
ータを提供することができる。また、はんだを用いた場
合は、外部回路との電気的接続時にはんだフィラーを溶
融させて金属拡散接合による外部回路電極との接続が行
なわれるため、信頼性が高く低い接続抵抗値での接続を
行なうことができる。
フィラーの長手寸法が0.1μm以上かつ30μm以下
である。
フィラー同士の密着面積が比較的大きく、かつ、導電性
樹脂として機能できる程度の大きさであるため、不都合
を生じさせることなく導電性樹脂の電気伝導性を向上さ
せることができる。
続用電極が、インク室を形作る壁の突出面の全てが研磨
または研削されることにより形成されている。
部へ蒸着された導電性材料が研磨または研削された後、
研磨用部材または研削用部材が隔壁の突出面に当接する
と、研磨レートが極端に遅くなることを利用して、研磨
終了位置を十分管理することが可能である。
続用電極が、突出面が選択的に研磨または研削されるこ
とにより形成されている。
加工するときのように、圧電性基板に生じた反りを強制
する必要がないため、通常のダイシング時のように真空
吸着で圧電性基板をダイシングステージに固定するだけ
でよいので、作業工程の大幅な簡略化が可能となる。
な研磨または研削が、インク室が延びる方向と平行な方
向に行なわれている。
る導電性材料と駆動用電極とを引き剥がす力が生じない
ため、インクジェットヘッドの歩留まりが向上する。
な研磨または研削が、複数のインク室が延びる方向と垂
直な方向に行なわれたものであってもよい。
研削が容易になる。本発明のインクジェットヘッドの製
造方法は、圧電性基板の表面に一端から他端まで延びる
ようにインク室を形成する工程と、インク室内に駆動用
電極を形成する工程と、駆動用電極に接続されるととも
に、外部に設けられた外部電極に接続される外部接続用
電極を形成する工程と備え、外部接続用電極を形成する
工程においては、インク室の一端部のインク室の内およ
びインク室を形作る壁の突出面上に導電性材料を塗布す
る工程と、圧電性基板の突出面上に塗布された導電性材
料を除去する工程とを含んでいる。
れた導電性材料によってインク室内の複数の電極を1つ
に集約でき、しかも、塗布された導電性材料の小片化切
断面または塗布された導電性材料の表面として露出した
部分が外部回路との接続部になるため、複雑な構造のア
クチュエータを形成する必要がないため工程の簡素化を
実現することができる。
を使用して導電性材料を塗布機器することが可能であ
り、さらに、導電性フィラーと低膨張材料とを混在させ
て使用する場合には、導電性材料の熱膨張係数を下げる
ことで、圧電性基板の反りを抑えることも可能となる。
は、導電性材料を除去する工程においては、圧電性基板
の突出面上に塗布された導電性材料が研磨加工または研
削加工により除去される。
いる設備や工具を用いて、容易に導電性材料を除去する
ことができる。
は、研磨加工または研削加工においては、突出面の全て
が研磨または研削される。
工速度または研削加工速度と、圧電性基板の研磨加工速
度または研削加工速度とが異なるため、極端に研磨加工
速度または研削加工速度が変化することを利用して、研
磨加工または研削加工を終了する時期を把握することが
容易になる。
は、研磨加工または研削加工においては、突出面上の導
電性材料が設けられた部分が選択的に研磨または研削さ
れる。
の全面を加工するときのように、圧電性基板に生じた反
りを強制する必要がなくなるため、通常のタイミング時
のように真空吸着で圧電性基板をダイシングステージに
固定するだけでよいので、製造工程を簡略化することが
できる。
は、選択的な研磨加工または研削加工が、インク室が延
びる方向と平行な方向に行なわれる。
る導電性材料とインク室を形作る壁とを剥離させる方向
に応力がかからないため、導電性材料とインク室内電極
との導通の信頼性を向上させることができる。
は、選択的な研磨加工または研削加工が、インク室が延
びる方向と垂直な方向に行なわれてもよい。このような
製法によれば、研磨加工または研削加工が簡単となる。
は、導電性材料を除去する工程において、導電性材料
が、ダイシングマシンまたはスライシングマシンを用い
る研削加工により除去される。
ダイシングマシンまたはスライシングマシンを利用し、
ブレードを交換するだけで研削加工を施すことが可能と
なり、新たな設備投資の必要がない。
は、ダイシングマシンまたはスライシングマシンを用い
る研削加工はチョッパ加工であってもよい。このような
製法によれば、研削加工が簡単となる。
は、インク室を複数有し、複数のインク室が互いに平行
に延びるように形成される場合には、導電性材料を塗布
する工程においては、複数のインク室を垂直に横切る一
直線状に導電性樹脂を塗布することが望ましい。このよ
うな製法によれば、導電性樹脂の塗布が容易となる。
クジェットヘッドおよびその製造方法を図を参照しなが
ら説明する。
ットヘッドを、図1〜図3を用いて説明する。
図2に示すように、PZT(チタン酸ジルコ酸鉛)圧電
素子からなるアクチュエータ20の後端面21近傍のア
クチュエータ駆動用電極27,28の間にAg導電性フ
ィラーを含有する導電性樹脂10が充填されている。
20の後端面21側で導電性樹脂10が切断された端面
が露出している。また、図1のA−B断面である図2お
よび図1のC−D断面である図3に示すように、導電性
樹脂10が充填されている部分のインク室26の上端面
22側においても導電性樹脂10が露出している。
エータ駆動用電極27,28がインク室26内で向かい
合った状態で形成されている。また、2つの電極27,
28は充填された導電性樹脂10により電気的に接続さ
れている。
23には、微小なノズル24を有するノズルプレート2
5が取付けられている。アクチュエータ20の上端面2
2の後側にインク供給孔31を構成するためのカバー部
材30が設けられている。
は圧電素子からなるインク室隔壁29によって仕切られ
ている。そのインク隔壁29の上端面22側に配置され
たアクチュエータ駆動用電極27,28および導電性樹
脂10が1つの導電性樹脂電極11として集約されてい
る。その導電性樹脂電極11に電圧が印加された場合、
アクチュエータ駆動用電極27,28と導電性樹脂10
とは同電位となる。
8とインク室隔壁29の表裏で対向するアクチュエータ
駆動用電極27′,28′に逆位相の電圧が印加される
ことによって、インク室隔壁29がシェアモードで駆動
するアクチュエータとして機能することにより、インク
室26内のインク圧力がコントロールされて、ノズル2
4からインク微小液滴を吐出される。
ドは、図4〜図6に示すように、駆動用IC(Integrat
ion Circuit)40に導通したTAB(Tape Automate
d Bounding)テープ41上に形成されたアウトリード
42に、アクチュエータ20の上端面22側の導電性樹
脂10の露出面が、ACF(Anisotropic ConductiveFi
lm:異方性導電性フィルム)50を介して、電気的に電
気回路に接続されている。
性樹脂10の露出面でも同様の外部回路との電気的接続
を行なうことができる。また、アウトリード42上にA
uめっきバンプ、Au転写バンプまたはAuウォールバ
ンプを形成し、そのバンプ導電性樹脂10に突き刺して
導通をとることもできる。このようにすれば、アウトリ
ードとバンプとの接触面積を大きくすることができるた
め、より安定な電気的接続を行なうことができる。
ドにおいては、電気的な接続のパスとしては、アウトリ
ード42→導電性樹脂10→アクチュエータ駆動用電極
27,28というパスである。
電極を直接アクチュエータの導電性樹脂10に接続する
こともでき、この場合も突起電極を導電性樹脂10に突
き刺してもよく、ベアチップを直接アクチュエータに実
装することからインクジェットヘッドの小型化および軽
量化が実現される。また、駆動用IC40の駆動に伴う
発熱がインクに伝達されることにより駆動用IC40を
冷却することができるという効果も得られる。
法について図7〜図10を用いて説明する。まず、図7
に示すように、厚さ方向に分極させた圧電性基板60の
一表面にドライフィルムレジスト70をラミネートして
硬化させる。
いて圧電性ウエハをハーフダイスすることによりインク
室26を形成する。このときダイシングブレード幅がイ
ンク室26の幅に相当する。
後に、複数のインク室26が延びる方向に対して垂直方
向であって、インク室アレイの主表面に対して斜め方向
からAlおよびCuなどの電極材料になる金属を斜め蒸
着する。
びる方向と垂直な方向であってインク室が延びる方向を
縦方向としたときの左右の斜め2方向から行なうことで
インク室隔壁29の両内側面に金属膜を成膜する。この
とき、ドライフィルムレジスト膜および各々のインク室
隔壁29のシャドーイング効果により、金属膜はインク
室26の深さ方向で約1/2まで成膜され、その金属膜
によりアクチュエータ駆動用電極27,28が構成され
る。
トオフすることで、インク室26のインク室隔壁29上
には上述した導電性樹脂10が残存することはなく、各
インク室26間での電気的な分離を確実に行なうことが
できる。
の主表面に対して直交方向にディスペンサ等を用いて導
電性樹脂10を幅0.5mmでインク室26上およびイ
ンク室隔壁29上にインク室隔壁29それぞれを横切る
ように一直線状に塗布する。
6に流れ込み、インク室隔壁29の上部側に配置された
対向するアクチュエータ駆動用電極27,28同士が導
通する。また、インク室隔壁29上にも導電性樹脂10
は塗布されているため、すべてのアクチュエータ駆動用
電極27,28が導通した状態となる。
ーと接着剤を混合させたものであり、導電性フィラーが
アクチュエータ駆動用電極27,28の間に連続した状
態で形成されることによりアクチュエータ駆動用電極2
7,28同士が導通した状態となる。
がインク室隔壁29の上部側に配置されたアクチュエー
タ駆動用電極27,28同士を導通させるためには、多
くの導電性フィラー同士が接触する必要がある。このた
め、導電性樹脂10の導電性フィラー寸法として長手寸
法が0.1μm以上で30μm以下であることが望まし
い。
ー材、フィラー径、接着剤粘度、インク室26幅、塗布
幅、導電性フィラー同士の連続性によって変わることが
予想されるが、より確実に導電性フィラーが連続した状
態となるように、導電性樹脂10を塗布した後の圧電性
基板60に遠心力を加えて、より多くの導電性フィラー
がインク室26に流れ込むようにすることで、導電性樹
脂10とアクチュエータ駆動用電極27,28との間の
電気的接続の信頼性を向上させることができる。
れて硬化する。その加熱条件は、導電性樹脂10による
が、分極処理された圧電性基板60の分極が加熱によっ
て消失しないように圧電性基板60のキュリー点温度以
下の温度である。
係数は圧電性基板60の熱膨張係数より大きいため、導
電性樹脂10がインク室26に塗布されて硬化した後、
インク室26の溝が延びる方向と直交する断面におい
て、圧電性基板60に凹状の反りが生じてしまう。後の
工程でその反りを矯正する方向に、導電性樹脂10に力
が加わった場合に、導電性樹脂10とアクチュエータ駆
動用電極27,28との間で剥離が生じ、導電性樹脂1
0とアクチュエータ駆動用電極27,28とが非導通の
状態となるという問題が生じる場合がある。
は、圧電性基板60の熱膨張係数に近いことが好まし
く、導電フィラーと熱膨張係数が低い材料を混在させる
ことにより、全体として導電性樹脂10の熱膨張係数
を、圧電性基板60の熱膨張係数に近づけるように下げ
ることが望ましい。
9上に塗布された導電性樹脂10が研磨部材70による
研磨加工により除去され、各インク室内電極となる部材
同士の電気的な分離が行なわれる。なお、研磨用の円盤
がインク室29の突出面(上面)と接触して研磨する方
向がインク室26が延びる方向と平行な方向になるよう
に研磨用の円盤とアクチュエータウェハとの位置関係を
設定すれば、アクチュエータ駆動用電極27,28とイ
ンク室隔壁29との剥離を抑制することができる。
なわれる。まず、圧電性基板60に生じた反りを矯正す
る。次に、矯正された圧電性基板60の裏面を平面度が
高いプレートにワックスで貼り付ける。さらに、圧電性
基板60の上方向からラッピング定盤またはカップ砥石
で研磨研削加工を施す。それにより、インク室隔壁29
上に塗布された導電性樹脂10が取り除かれ、図10に
示す構造が得られる。
壁29上に塗布された導電性樹脂10の占める面積が圧
電性基板60の主表面の面積より小さいため、研磨加工
が終了(すなわち、各インク室内電極同士の電気的な分
離が終了)した時点で、研磨面積が極端に増大するによ
り、研磨レートが極端に遅くなる。したがって、研磨レ
ートの変化を監視することにより研磨終了位置を管理す
ることが可能である。
するカバーウェハ61を接着することを考慮して面粗度
を決定する必要があり、本実施の形態のインクジェット
の製造方法においては、最終的に♯4000相当の砥石
を使用して研磨加工が行なわれる。
樹脂10それぞれが電気的な分離された状態となる。
においては、研磨加工を行なうことでインク室26の導
電性樹脂10それぞれが電気的に分離される。そのた
め、電極材料をインク室隔壁29へ蒸着する際にドライ
フィルムレジスト70を使用せずに成膜を行ない、イン
ク室隔壁29上にもアクチュエータ駆動用電極27,2
8が形成されるような工程であってもよい。
31用の座ぐりを形成した圧電素子からなるカバーウェ
ハ61を用意する。カバーウェハ61は、後工程におい
て、インクジェットヘッドが完成したときにインク供給
孔31として機能する空間を形成するとともに、インク
室26の上部を封じるカバー部材30になる。
を形成するアクチュエータとの熱膨張率のマッチングを
よくするために、インク室26を形成する圧電素子と同
じ材料を使うことが望ましいが、熱膨張率がインク室2
6を形成する圧電素子の熱膨張係数に比較的近いもので
あれば、アルミナセラミック等を用いてもよい。
0とカバーウェハ61とを市販の接着剤で接着する。こ
のとき、加圧部材の凸部102が埋設された部分はカバ
ーウェハ61に形成したインク供給孔31のための座ぐ
り穴の中央部にくるように位置合わせを行なって、圧電
性基板60とカバーウェハ61とを貼り合わせる。
ラインで、カバーウェハ61のインク供給孔用座ぐり穴
部分、言いかえれば、圧電性基板60の導電性樹脂10
からなる加圧部材の凸部102が埋設された部分に対し
て、ダイサーのダイシングブレードによりフルダイスを
行ない、個々のアクチュエータに小片化する。
性樹脂10の切断面がアクチュエータ側面に露出してお
り、後に接続される駆動用ICに導通した外部回路と接
続される外部接続用電極が形成され、アクチュエータが
完成する。
ドの製造方法では、アクチュエータ駆動用電極27,2
8の間に導電性樹脂10を充填したが、導電性樹脂10
の代わりにはんだを充填してもよい。この場合、はんだ
は、駆動用ICに導通したアクチュエータ駆動用電極2
7,28との接続において機械的特性が導電性樹脂より
優れており、電気伝導率も導電性樹脂より優れているた
め、より高い信頼性で外部回路と接続することが可能と
なるとともに、電気抵抗のインク室間におけるばらつき
が低減される。
を形成するためには、まず、フラックスとはんだ粒子と
を混練したはんだペーストを導電性樹脂同様にディスペ
ンサなどで供給する。次に、レーザ光照射によるはんだ
供給部分のみの局所加熱を行なう。その後、インク室内
ではんだ溶融電気を起こさせる。そして、ダイシングし
た断面を用いて、はんだ電極の外部電極との接触面を形
成する。
工程において、必要に応じてアクティブエリアの強制冷
却を併用することで、アクティブエリアの熱付加による
脱分極を防止することができる。
ットヘッドの構造においては、外部接続用電極がインク
室内に充填された導電性樹脂と加圧部材またははんだと
加圧部材により形成されている。したがって、従来イン
ク室内電極を実装のためにインク室外に引出していた
が、その必要がなく、また、アクチュエータのアクティ
ブエリア以外の部分がほとんど不要となるため、材料コ
ストを削減することができる。
面に沿って引出す部分がないため、圧電素子の表面を引
出す電極部分が長いことに起因する静電容量の増加を抑
制することより、アクチュエータの駆動周波数を向上さ
せることができるため高速印字が実現できる。また、駆
動周波数を向上させるために高い電圧を印加する必要が
ないため、駆動用ICの駆動電圧を低減させることがで
きるので、駆動のための消費電力を削減することができ
る。
シェアモード駆動をさせるアクチュエータにおけるイン
ク室内の対向する独立した2以上の電極を、1つの駆動
回路に集約する必要がある。そのため、大きな寸法で複
雑な構造を有したアクチュエータになるとともに、イン
ク室内の複数の電極をインク室ごとに1つに集約し、ア
クチュエータ上の平坦な領域にインク室内の電極に接続
している電極を引き奪す必要がある。
ットヘッドの製造方法により製造されるアクチュエータ
は、インク室内に充填された導電性樹脂またははんだに
よってインク室外の複数の電極を1つに集約できるとと
もに、充填された導電性樹脂、はんだの小片化切断面ま
たは充填上面の露出した平坦部が外部回路との接続部に
なる。そのため、複雑な構造のアクチュエータを形成す
る必要がないことにより、アクチュエータの製造工程の
簡素化を実現することができる。
は、導電性樹脂の導電性フィラー材料として、Au、A
g、Ni、Cu、カーボン、または、はんだで構成され
ている。そのため、導電性材料として、Au、Agを用
いた場合は、導電性樹脂の電気抵抗および駆動用ICに
導通した電極との接続抵抗を低く抑えることができる。
その結果、アクチュエータ駆動のための電圧印加波形が
乱れることがなく、駆動周波数を向上することができる
ため、高速印字を実現することができる。また、導電性
樹脂の導電性フィラー材料として、NiまたはCuを用
いた場合は、導電性樹脂コストを低く抑えることができ
るため、高速印字は困難であるが、非常に安価なアクチ
ュエータを提供することができる。
して、はんだを用いた場合は、外部接続用電極と外部回
路との電気的接続時にはんだフィラーを溶融させて金属
拡散接合による外部回路電極との接続が行なわれるた
め、より信頼性が高く、低い接続抵抗値でインク室内電
極同士の接続を行なうことができる。
れる場合は、Alにより構成されるインク室内電極の表
面には酸化被膜が形成されているため、導電性フィラー
が針状、フレーク状または金平糖状のように鋭角を有す
る構造のものを用いることが望ましい。鋭角を有する構
造のものを用いることにより、導電性樹脂の充填工程に
おいて、Alにより構成されるインク室電極に導電性フ
ィラーが当接する部分で、局所的に酸化被膜を破壊でき
る。その結果、導電性樹脂とインク室内電極との接続抵
抗を低減することができることにより、アクチュエータ
駆動のために印加される電圧の波形が乱れることなく、
印加される電圧の駆動周波数を向上させることができる
ため、高速印字を実現することができる。
は、導電性樹脂の導電性フィラー形状としてほぼ球形状
のものを用いれば、導電性樹脂内では、最も密に導電性
フィラーが配置される。そのため、導電性樹脂の切断面
での単位面積当りの導電性フィラー露出量が最も多く、
外部接続用電極と外部回路との電気的接続に際しての接
続抵抗値を低く抑えることができる。その結果、アクチ
ュエータ駆動のための電圧印加波形が乱れることなく、
駆動周波数を向上させることができるため高速印字を実
現することができる。
は、導電性樹脂のガラス転移点が60℃以上であること
が望ましい。この場合、インクジェットヘッドの保管温
度および使用温度で十分な信頼性が得られる。
て最も入手が容易でかつ安価なSn基はんだで接続する
ようにすれば、容易にかつ安価にインクジェットヘッド
を提供することができる。
本実施の形態のインクジェットヘッドによれば、はんだ
メーカにおいて、添加元素やその添加量を低減すること
が容易であり、外部回路との実装プロセス温度によりは
んだ融点を上昇させたりするはんだの融点のコントロー
ルが容易となるため、新規アクチュエータの早期開発や
仕様変更等を容易に行なうことができる。また、外部接
続用電極は、融点が80℃以上のはんだ材料で構成する
ようにすれば、インクジェットヘッドの保管温度および
使用温度において十分な信頼性が得られる。
態2のインクジェットヘッドの製造方法を図12を用い
て説明する。
造方法と本実施の形態のインクジェットヘッドの製造方
法の相違点は、インク室隔壁29上に塗布された導電性
樹脂10の除去方法にある。実施の形態1のインクジェ
ットヘッドの製造方法では、圧電性基板60のインク室
隔壁29の突出面の全面を研磨または研削加工によりイ
ンク室隔壁29上に塗布された導電性樹脂セルを除去し
ていたのに対し、本実施の形態インクジェットのッドの
製造方法では、インク室隔壁29上に導電性樹脂10が
塗布された部分を選択的に平坦化研磨または研削加工す
ることにより、導電性樹脂10を除去する。
造方法では、実施の形態1のインクジェットヘッドの製
造方法と同様に、図8に示すように、圧電性基板60の
インク室26が延びる方向と直交する方向に、ディスペ
ンサ等を用いて導電性樹脂10を0.5mm幅でインク
室26上およびインク室隔壁29上に一直線状に塗布し
た後、硬化させる。その後、図12に示すように、イン
ク室隔壁29上に塗布された導電性樹脂10をダイシン
グマシンまたはスライシングマシンのブレード(砥石)
を導電性樹脂10の塗布方向に移動させて、導電性樹脂
10を選択的に除去する。
10が除去された後、導電性樹脂10が一直線状に塗布
された方向に、インク室隔壁29を10〜20μm切込
むようにブレードで研削加工を行なう。これにより各イ
ンク室26同士の間の電気的な分離ができた状態とな
る。
樹脂10の幅Wより広く1.0mmとする。ブレードに
より導電性樹脂10が塗布供給された部分のインク室隔
壁29の高さは他の部分のインク室隔壁29の高さより
10μm〜20μm程度が低くなっている。そのため、
研削加工された1.0mm幅の部分はカバーウェハ61
を接着する際、その接着には寄与しない。したがって、
研削加工された1.0mm幅の部分の面粗度を考慮する
必要がなく、導電性樹脂10を除去するときの加工性の
みを考慮してブレードを選択することが可能となる。
造方法では、ブレードとして♯600相当のダイヤモン
ドブレードを使用して加工を行なうことで、導電性樹脂
10によるブレード目詰まりもなく、良好な研削加工を
実現することができる。
造方法では、圧電性基板60のインク室隔壁29の上面
の全面に研磨加工または研削加工を施すのではなく、イ
ンク室隔壁29上に塗布された導電性樹脂10の部分の
みを選択的に平坦化研磨または研削加工を施している。
そのため、実施の形態1のインクジェットヘッドの製造
方法である圧電性基板60のインク室隔壁29の上面の
全面を研磨加工する場合に比較して、圧電性基板60に
生じた反りを強制する必要もなく、通常のダイシング時
のように真空吸着により圧電性基板60をダイシングス
テージに固定するだけでよい。
ッドの製造方法では、インク室26を加工するタイミン
グマシンまたはスライシングマシンを用いていることに
より、ブレードを交換するだけで研削加工を施すことが
可能となるため、新たな設備投資の必要がない。
態3のインクジェットヘッドの製造方法を図13を用い
て説明する。実施の形態1および実施の形態2のインク
ジェットヘッドの製造方法と本実施の形態のインクジェ
ットヘッドの製造方法との相違点は、導電性樹脂10の
除去方法にある。実施の形態2のインクジェットヘッド
の製造方法では、インク室隔壁29上にディスペンサに
より一直線状に塗布供給された方向に、インク室隔壁2
9を10〜20μm切込むようにブレードで研削加工を
行なう。
ットヘッドの製造方法では、インク室隔壁29上にディ
スペンサにより一直線状に塗布された導電性樹脂セルに
対して直交方向(インク室26が延びる方向)に、チョ
ッパ加工でインク室隔壁29上の導電性樹脂10の部分
を選択的に平坦化研磨または研削加工することにより、
導電性樹脂10を除去する。
造方法は、まず、実施の形態1のインクジェットの製造
方法と同様に、図8に示すように、圧電性基板60のイ
ンク室26のアレイに対して直交方向にディスペンサ等
を用いて導電性樹脂10を0.5mm幅でインク室26
上インク室隔壁29上に一直線状に塗布して硬化させ
る。その後、図13に示すように、インク室隔壁29上
に塗布された導電性樹脂10をダイシングマシンまたは
スライシングマシンのブレード(砥石)により、チョッ
パ加工で選択的に導電性樹脂10を除去する。
ドを上下させて加工を行なうものであり、加工された部
分はブレードの外周のR部分の形状が転写された状態と
なる。
上にディスペンサにより一直線状に塗布された導電性樹
脂10に対して直交方向(インク室26が延びる方向)
に、導電性樹脂10の除去を行なって、ブレード幅分の
インク室隔壁29をさらに10〜20μm切込んだ後、
一定ピッチ送りで、同様にチョッパ加工を繰返して導電
性樹脂10の部分を選択的に研削加工して、導電性樹脂
10を除去するものである。これにより、各インク室2
6間での電気的な分離ができるようになる。
のインク室隔壁29上の導電性樹脂10を除去すること
ができることが望ましいため、ブレードのチョッパ加工
面ができるだけ広い方が効率的である。
れるため、本実施の形態のインクジェットヘッドの製造
方法では、チョッパ加工面の幅が2.5mmで、径が2
インチのブレードを用いる。
また、圧電性基板60の主表面に対して垂直な方向にブ
レードを下降させ、インク室隔壁29を10〜20μm
切込む。そのため、チョッパ加工を行なうことにより特
に加工時間が長くなることはない。
去されたインク室隔壁29の部分は、他のインク室隔壁
29の部分より10〜20μm程度高さが低くなってい
るため、チョッパ加工により研削加工された部分はカバ
ー61を接着する際、接着には寄与しない。したがっ
て、研削加工された部分の面粗度を考慮する必要はな
く、導電性樹脂10を除去するときの加工性のみを考慮
してブレードを選択することが可能となる。
ドの製造方法では、ブレードとして♯600相当のダイ
ヤモンドブレードを使用して研削加工を行なうことで、
導電性樹脂10によるブレードの目詰まりもなく良好な
研削加工を実現することができる。
造方法では、圧電性基板60のインク室隔壁29の上面
の全面を研削加工するのではなく、インク室隔壁29上
に塗布された導電性樹脂10の部分のみを選択的に平坦
化研磨または研削加工する。そのため、圧電性基板60
のインク室隔壁29の上面の全面を研磨または研削加工
するときのように、圧電性基板60に生じた反りを強制
する必要もなく、通常のダイシング時のように真空吸着
で圧電性基板60をダイシングステージに固定するだけ
でよい。
ドの製造方法では、導電性樹脂10に対して直交方向
(インク室26が延びる方向)に研削加工を行なうた
め、各インク室26内に塗布された導電性樹脂10とイ
ンク室隔壁29との接着を剥離させる方向に応力が加わ
らない。そのため、導電性樹脂10とアクチュエータ駆
動電極27,28と間の導通の信頼性を向上させること
ができる。
て説明する。上記実験に用いたブレードはφ2〜3イン
チ、塗布した導電性樹脂10の幅W(インク室隔壁29
の延びる方向)は、1.0mmから1.5mmであり、
少なくともインク室隔壁29上に塗布された導電性樹脂
10を研削する必要があるため、圧電性基板の平面度
(±0.005mm)を考慮するとブレードによる研削
深さの最大値は、20〜30μmとなる。
れのインクジェットヘッドの製造方法の対比を、以下に
表1を用いて説明する。
の全面を研磨する場合、円盤の回転による研磨方向がイ
ンク室隔壁の突出面が延びる方向と略平行な方向になる
ように、円盤と圧電性性基板との配置関係を調整する
と、吐出性能は劣るが、インク室隔壁と導電性樹脂との
間での剥離はほどんど見られなかった。
工がインク室隔壁の突出面が延びる方向と垂直な方向に
導電性樹脂の除去のための研磨が行なわれる場合、吐出
性能は良好であったが、インク室隔壁と導電性樹脂との
間での剥離が生じる例が見られた。
工がインク室隔壁の突出面が延びる方向と平行な方向に
導電性樹脂の除去のための研磨が行なわれる場合、吐出
性能は良好であり、かつ、インク室隔壁と導電性樹脂と
の間での剥離はほとんど生じなかった。
ク室隔壁の突出面が延びる方向と平行な方向に導電性樹
脂の除去のための研磨が行なわれることが望ましい。
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。
ば、従来インク室内にインク室内電極を実装するため
に、インク室内部からインク室外部の圧電性基板表面に
沿って外部接続用電極を引出していたが、その必要がな
くなる。また、アクチュエータを構成する圧電性基板の
アクティブエリア以外の部分がほとんど不要となるた
め、材料コストを削減することができる。また、インク
室内部からインク室外部の圧電性基板表面に沿って外部
接続用電極を引出さないため、外部接続用電極の引出部
に起因する静電容量の増加を抑制することにより、駆動
周波数を向上させることができるため、高速印字が可能
となる。さらに、高速印字を実現するためにアクチュエ
ータの駆動電圧を大きくする必要がない。そのため、駆
動用ICの耐電圧を低減させることができることによ
り、駆動用ICのコストを低減するとともに、駆動用I
Cの駆動消費電力を低減させることができる。
によれば、インク室内に塗布された導電性材料によって
インク室内の複数の電極を1つに集約でき、しかも塗布
された導電性材料の小片化切断面または充填された導電
性材料の表面として露出した部分が外部回路との接続部
になるため、複雑な構造のアクチュエータを形成する必
要がないため工程の簡素化を実現することができる。
るための図である。
ェットヘッドを示す断面図である。
方法を説明するための斜視図である。
方法を説明するための斜視図である。
方法を説明するための斜視図である。
造方法を説明するための斜視図である。
造方法を説明するための断面図である。
造方法を説明するための斜視図である。
造方法を説明するための斜視図である。
の斜視図である。
面図である。
面図である。
チュエータ、21 インク室の後端面、22 インク室
の上端面、23 インク吐出面、24 ノズル、25
ノズルプレート、26 インク室、27 アクチュエー
タ駆動用電極、28 アクチュエータ駆動用電極、29
インク室隔壁、30 カバー部材、31 インク供給
孔、40 アクチュエータ駆動用IC、41 TABテ
ープ、42 アウトリード、50 ACF、60 圧電
性基板、61 カバー用ウェハ、70 ドライフィルム
レジスト膜、110 インク供給孔、111 インク室
内電極、115 駆動用IC、200 アクチュエー
タ。
Claims (17)
- 【請求項1】 圧電性基板の表面において一端から他端
まで延びるように設けられたインク室と、 該インク室の内部に設けられた駆動用電極と、 該駆動用電極に接続されるとともに、外部に設けられた
外部電極に接続される外部接続用電極とを備え、 該外部接続用電極は、前記インク室の一端部の前記イン
ク室内に充填された導電性材料により構成された、イン
クジェットヘッド。 - 【請求項2】 前記導電性材料は導電性樹脂を含む、請
求項1に記載のインクジェットヘッド。 - 【請求項3】 前記導電性樹脂は導電性フィラーを含
み、 該導電性フィラーとして、Au、Ag、Ni、Cu、カ
ーボン、および、はんだからなる群より選ばれた1また
は2以上の物質が用いられた、請求項2に記載のインク
ジェットヘッド。 - 【請求項4】 前記導電性フィラーは、長手寸法が0.
1μm以上かつ30μm以下である、請求項3に記載の
インクジェットヘッド。 - 【請求項5】 前記外部接続用電極は、前記インク室を
形作る壁の突出面の全てが研磨または研削されることに
より形成された、請求項1〜4のいずれかに記載のイン
クジェットヘッド。 - 【請求項6】 前記外部接続用電極は、前記インク室を
形作る壁の突出面が選択的に研磨または研削されること
により形成された、請求項1〜5のいずれかに記載のイ
ンクジェットヘッド。 - 【請求項7】 前記選択的な研磨または研削は、前記イ
ンク室が延びる方向と平行な方向に行なわれた、請求項
6に記載のインクジェットヘッド。 - 【請求項8】 前記選択的な研磨または研削は、前記イ
ンク室が延びる方向と垂直な方向に行なわれた、請求項
6に記載のインクジェットヘッド。 - 【請求項9】 圧電性基板の表面において一端から他端
まで延びるようにインク室を形成する工程と、 前記インク室内に駆動用電極を形成する工程と、 前記駆動用電極に接続されるとともに、外部に設けられ
た外部電極に接続される外部接続用電極を形成する工程
と備え、 前記外部接続用電極を形成する工程においては、前記イ
ンク室の一端部の前記インク室内および前記インク室を
形作る壁の突出面上に導電性材料を塗布する工程と、 前記圧電性基板の突出面上に塗布された導電性材料を除
去する工程とを含む、インクジェットヘッドの製造方
法。 - 【請求項10】 前記導電性材料を除去する工程におい
ては、前記突出面上に塗布された導電性材料が研磨加工
または研削加工により除去される、請求項9に記載のイ
ンクジェットヘッドの製造方法。 - 【請求項11】 前記研磨加工または研削加工において
は、前記突出面の全てが研磨または研削される、請求項
10に記載のインクジェットヘッドの製造方法。 - 【請求項12】 前記研磨加工または研削加工において
は、前記突出面上の前記導電性材料が設けられた部分が
選択的に研磨または研削される、請求項10に記載のイ
ンクジェットヘッドの製造方法。 - 【請求項13】 前記選択的な研磨加工または研削加工
は、前記インク室が延びる方向と平行な方向に行なわれ
る、請求項11または請求項12に記載のインクジェッ
トヘッドの製造方法。 - 【請求項14】 前記選択的な研磨加工または研削加工
は、前記インク室が延びる方向と垂直な方向に行なわれ
る、請求項11または請求項12に記載のインクジェッ
トヘッドの製造方法。 - 【請求項15】 前記導電性材材を除去する工程におい
て、前記導電性材料は、ダイシングマシンまたはスライ
シングマシンを用いる研削加工により除去される、請求
項9〜14のいずれかに記載のインクジェットヘッドの
製造方法。 - 【請求項16】 前記ダイシングマシンまたはスライシ
ングマシンを用いる研削加工はチョッパ加工である、請
求項15に記載のインクジェットヘッドの製造方法。 - 【請求項17】 前記インク室を複数有し、該複数のイ
ンク室が互いに平行に延びるように形成される場合に
は、前記導電性材料を塗布する工程においては、前記複
数のインク室を垂直に横切る一直線状に前記導電性樹脂
を塗布する、請求項9〜請求項16のいずれかに記載の
インクジェットヘッドの製造方法。
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