JP2005125743A - 液体移送装置及び液体移送装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 振動板26に、圧電材料層27に電界を印加するための駆動回路ICと電極パターン30とを設けたことによって、配線構造が簡素化される。これにより、圧電材料層の電極と駆動回路とを接続するためのFPCやTAB等の配線部材を省略できるため、部品費や、各部の接続工程にかかる費用等のコストを低減できる。また、振動板26には、流路ユニット13より延出した延出部28が設けられ、この延出部28に駆動回路ICが実装されると共に、延出部28が流路ユニット13側に折り返されていることで、装置10全体を平面視したときの面積を小さくすることができ、ひいてはプリンタ筺体の小型化を図ることができる。
【選択図】 図1
Description
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、圧電材料層と駆動回路との間の配線構造を簡素化することの可能な液体移送装置を提供することを目的とする。
振動板に、圧電材料層に電界を印加するための駆動回路と電極パターンとを設けたことによって、配線構造が簡素化される。これにより、圧電材料層の電極と駆動回路とを接続するためのFPCやTAB等の配線部材を省略できるため、部品費や、各部の接続工程にかかる費用等のコストを低減できる。また、FPCやTAB等の配線部材の引き回しスペースが要らないため、装置の小型化を図ることができる。
振動板には、流路ユニットより延出した延出部が設けられ、この延出部に駆動回路が実装されると共に、延出部が流路ユニット側に折り返されていることで、装置全体を平面視したときの面積を小さくすることができ、小型化を図ることができる。
延出部が矩形状の流路ユニットにおける幅の広い長辺側から延出していることにより、延出部上の駆動回路と流路ユニット上の圧電材料層との間に延びる各電極間のピッチを大きくとることができる。
振動板が導電性材料よりなり、この振動板と圧電材料層に重ねて形成した電極パターンとの間に電界を印加する構成としたことで、振動板が電極としての機能を兼ねる。
振動板が導電性材料よりなり、電極パターンが振動板上に設けた圧電材料層と絶縁層との双方にわたって形成されることで、電極パターンと振動板との間に挟まれる圧電材料層(強誘電体)の領域を小さくできるため、静電容量を低減することができる。
振動板が絶縁性材料からなるため、電極パターンと振動板との間で、特に絶縁構造を設ける必要がない。
圧電材料層をエアロゾルデポジション法によって振動板上に形成したことにより、圧電材料層を短時間で形成することができる。
圧電材料層を、原料溶液の塗布および加熱による圧電体膜形成工程(ゾルゲル法)によって振動板上に形成したことにより、圧電材料層を均一に形成することができる。
圧電材料層を、グリーンシートを焼成したものを振動板に接合する接合工程によって振動板上に形成したことにより、圧電材料層の形成工程によって振動板がダメージを受けるのを防止できる。
延出部における駆動回路の近傍に放熱部材を設けたことにより、駆動回路から発生する熱を放熱部材から逃がすことができる。
振動板が金属材料からなり、放熱部材が振動板における駆動回路の実装面とは反対側の面に接合されているため、駆動回路から発生する熱が振動板を介して放熱部材に効率良く伝わる。
振動板にセラミック材料からなる絶縁層を重ねて形成し、その絶縁層上に駆動回路を実装したため、駆動回路から発生する熱が、伝熱性が良好な金属製の振動板と、同じく伝熱性が良好なセラミック材料の絶縁層とを伝って、放熱部材に効率よく伝わる。
金属製の振動板上に絶縁性を有するセラミック材料よりなる絶縁層を設け、さらにその上層に圧電材料層や電界を印加するための電極パターン等を設けるようにしたので、電極パターンと振動板とが確実に絶縁される。
放熱部材が流路ユニットと同じ金属材料により形成されているため、材料の共通化によりコストを削減することができる。
流路ユニットが複数の金属板材を積層してなり、放熱部材は、その流路ユニットと同じ金属板材を同様に積層して形成されるため、流路ユニットの形成と放熱部材の形成とを同時に行うことができ、製造工程数を低減できる。
放熱部材の外面に複数の放熱用凹部が形成されるため、放熱部材の表面積が増え、より効率よく放熱が行われる。
放熱部材がケーシングの外面に露出した状態で保持されるため、放熱性が良好になる。
振動板に対し、流路ユニット側の金属板材と放熱部材側の金属板材との接合を同時に行えるため製造工程数を減らすことができる。
本発明の第1実施形態について図1から図4を参照して説明する。本実施形態の液体移送装置10は、インクジェットプリンタ(図示せず)のインクジェットヘッドとして用いられるものであり、図1は、液体移送装置10を圧力室12の長手方向と平行に切断した断面図、図2は、その部分拡大断面図、図3は、液体移送装置10を圧力室12の配列方向と平行に切断した部分拡大断面図、図4は、液体移送装置10を展開した状態の平面図である。
流路ユニット13は、矩形の平板状をなしており、ノズルプレート16、マニホールドプレート17、流路プレート18及び圧力室プレート19を順に積層するとともに、各プレート16,17,18,19を互いにエポキシ系の熱硬化性の接着剤にて接合した構成となっている。
電極パターン30は、薄膜状の導体を圧電材料層27上にプリント等によって所定形状に形成したもので、複数の上部電極30A及び接続部30Bからなる。図4に示すように、上部電極30Aは、圧電材料層27の表面における各圧力室12に対応した位置に重ねて形成されており、圧力室12の平面視形状を一回り小さくしたような細長い小判状をなしている。また、接続部30Bは、各上部電極30Aの一端から延出部28の先端側へ延びており、各接続部30Bが流路ユニット13の長手方向に一定ピッチで並んで形成されている。そして、各接続部30Bの端部は、駆動回路ICに半田付けによって接続されている。
はじめにアクチュエータプレート14の圧電材料層27をエアロゾルデポジション法(AD法)で形成する場合を説明する。まず圧電材料、例えばチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)の微粒子粉体をエアロゾルチェンバ内に充填して撹拌し、このエアロゾルチェンバ内に窒素ガス、ヘリウムガス等のキャリアガスを送り込むことで、微粒子粉体をガス中に浮遊させてエアロゾル化する。そして、このエアロゾルをノズルからステンレス等の振動板26に向けて高速で噴射して、振動板26の表面に堆積させ圧電材料膜を形成する。
なお、以上には、圧電材料層をチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)によって形成する例を示したが、これに限られるものではなく、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、ロッシェル塩等のあらゆる圧電材料が使用できる。
続いて、振動板26上に駆動回路ICを固着する。駆動回路ICは、例えばリフローにより、圧電材料層27上の接続部30B及び外部電極31に半田付けし固着する。
そして、アクチュエータプレート14の振動板26を流路ユニット13の圧力室プレート19の上面に位置合わせした状態で重ねて接着する。
最後に、流路ユニット13から延出した延出部28を流路ユニット13側に折り返して、延出部28上の駆動回路ICを流路ユニット13の上方に配置する。以上により、液体移送装置10が完成する。
なお、本実施形態では、圧電材料層27が振動板26の全面に形成されているが、例えば電極パターン30と振動板26とに挟まれる領域のみに設けても良い。少なくともこの領域に圧電材料層27を形成すれば、電極パターン30の接続部30Bと振動板26とが直接接触せず、これらのショートが防止される。
次に、本発明の第2実施形態を図5によって説明する。なお、以下の説明において、第1実施形態と同様の構成には、同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態の液体移送装置40においては、アクチュエータプレート41の振動板26の上面のうち、流路ユニット13に対応した略半分の領域に圧電材料層42が積層され、延出部28に対応した略半分の領域には合成樹脂材等からなる絶縁層43が積層して形成されている。また、電極パターン44は、絶縁層43の領域から圧電材料層42の領域の双方にわたって形成されている。
なお、本実施形態において、圧電材料層42は、少なくとも圧力室12に対応する領域の一部に重ねて形成すれば良く、また絶縁層43は、電極パターン44が存在する領域のうち圧電材料層42が存在しない領域に形成すれば良く、これにより、電極パターン44の接続部と振動板26とのショートが防止される。
次に、本発明の第3実施形態を図6によって説明する。なお、以下の説明において、第1実施形態と同様の構成には、同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態の液体移送装置50では、アクチュエータプレート51の振動板52がポリイミド系の合成樹脂等の絶縁性材料からなる。この振動板52の上面には、少なくとも各圧力室12に対応した領域の一部を占めるとともに連続した一つの層をなす下層電極53が形成されている。この下層電極53は、振動板52上に形成された図示しない接続部を介して、延出部28上の駆動回路ICのグランドに接続されている。また、振動板52の上面には、流路ユニット13に対応した略半分程度の領域に、圧電材料層54が下層電極53を振動板52との間に挟むようにして形成されている。さらに、その上層に電極パターン55が形成されており、この電極パターン55は、圧電材料層54の表面における各圧力室12に対応した位置に設けられた上部電極55Aと、各上部電極55Aから引き出されて振動板52の延出部28上に延びて駆動回路ICに接続される接続部55Bとから構成されている。
本実施形態によれば、振動板52が絶縁性材料からなるため、電極パターン55の接続部55Bと振動板52の延出部28との間で、特に絶縁構造を設ける必要がない。
なお、本実施形態において、圧電材料層54は、少なくとも圧力室12に対応する領域の一部に重ねて形成すれば良いが、圧電材料層54が圧力室12に対応する領域にのみ形成される場合は、電極パターン55の接続部55Bと下層電極53とのショートを防止するため、これらの間に絶縁層を形成する必要がある。
次に、本発明の第4実施形態を図7から図15によって説明する。本実施形態の液体移送装置60は、インクジェットプリンタ(図示せず)のインクジェットヘッドに用いられるものである。なお、以下の説明において、第1実施形態と概ね同様の構成には、同一の符号を付して説明を省略し、主として第1実施形態と異なるところについて説明する。
まず振動板62の母材となる金属板にエッチングによる穿設加工を施して、図9に示す形状の板体85を形成する。この板体85は、長方形の振動板62と、その振動板62を囲うように配された長方形の枠体85Aとを複数の連結部85Bを介して連結したものである。なお、振動板62には、外部のインクタンク(図示せず)からマニホールド22にインクを流入させるためのインク供給口86が形成されている。
そして、図14(C)に示すように、絶縁層64の上面に、前述したフォトリソグラフィ・エッチング法などの手段を用いて、電極パターン67及び外部電極69を形成する。
そして、圧電材料層65及び絶縁層64の上面に、前述したフォトリソグラフィ・エッチング法などの手段を用いて、上部共通電極68とそれに連なる接続部とを形成する。
そして、図15(C)に示すように、延出部63の先端において絶縁層64上に絶縁性の接着剤66により駆動回路ICを固着するとともに、リフロー等により駆動回路ICを電極パターン67の各接続部67B、上部共通電極68の接続部及び外部電極69と半田付けにより接続する。
次に、本発明の第5実施形態を図16によって説明する。なお、以下の説明において、第1、第4実施形態と同様の構成には、同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態の液体移送装置60Aにおいては、延出部63が略90度に折り曲げられており、液体移送装置60Aはこの姿勢でインクジェットヘッドのケーシングに組み込まれる(図示せず)。これによっても装置全体を平面視したときの面積を小さくすることができ、小型化を図ることができる。また、放熱部材72には、第4実施形態の放熱用凹部に相当する部位は設けられていない。
次に、本発明の第6実施形態を図17によって説明する。なお、以下の説明において、第1、第4実施形態と同様の構成には、同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態の液体移送装置60Bにおいては、放熱部材95を構成する3枚の放熱板のうち、第2、第3放熱板73B,73Cは延出部63の先端部のみに設けられているが、第1放熱板96は延出部63の全域にわたって設けられ、その一端が流路ユニット13の圧力室プレート19に連なっている。また、第1放熱板96の外面(流路ユニット13と第2放熱板73Bとの中間領域)には、ノズル24列に平行方向に沿った溝状の放熱用凹部97が複数形成されている。これらの凹部97は放熱効果を高めるだけでなく、延出部63を安定した曲率で湾曲させる効果もある。このように、放熱部材や放熱用凹部の形状は適宜変更可能である。
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
(1) 上記各実施形態では、液体移送装置がインクジェットヘッドとして用いられるものを示したが、本発明は、例えば圧電セラミックスを利用して液体を移送するマイクロポンプの製造方法等にも適用することができる。
(2) 本発明による液体移送装置は、圧力室に連なる開孔から、滴状、霧状等を含むあらゆる状態の液体を移送するものを含み、また、液体の移送形態は吐出、噴出、噴射等のあらゆる形態を含むものとする。
11…インク(液体)
12…圧力室
13…流路ユニット
24…ノズル(開孔)
26,52,62…振動板
27,42,54,65…圧電材料層
28,63…延出部
30,44,55,67…電極パターン
43,64…絶縁層
53…下層電極
68…上部共通電極(上層電極)
72,95…放熱部材
74,97…放熱用凹部
75…ケーシング
87,90,92…板体(共通の金属板材)
IC…駆動回路
Claims (18)
- 開孔に連通した圧力室が設けられた流路ユニットと、前記圧力室の壁面の一部を構成する振動板と、この振動板に積層して設けられ電界が印加されたときに変形して前記振動板を撓ませることで前記圧力室内の液体を前記開孔から移送させる圧電材料層とを備えてなる液体移送装置において、前記振動板に、前記圧電材料層に電界を印加するための駆動回路と電極パターンとを設けたことを特徴とする液体移送装置。
- 前記振動板は、板状をなした前記流路ユニットより延出した延出部を備えており、この延出部に前記駆動回路が実装されるとともに、この延出部が前記流路ユニット側に折り返されていることを特徴とする請求項1に記載の液体移送装置。
- 前記延出部は矩形状をなす前記流路ユニットの長辺から延出されていることを特徴とする請求項2記載の液体移送装置。
- 前記振動板は導電性材料からなると共に、前記圧電材料層は前記振動板の少なくとも前記圧力室に対応する領域の一部に重ねて形成され、その圧電材料層に重ねて形成した前記電極パターンと前記振動板との間に電界を印加する構成とされていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の液体移送装置。
- 前記振動板は導電性材料からなり、前記圧電材料層は前記振動板の少なくとも前記圧力室に対応する領域の一部に重ねて形成されると共に、その他の領域の一部に絶縁層が形成され、前記圧電材料層及び前記絶縁層の双方にわたって形成した前記電極パターンと前記振動板との間に電界を印加する構成とされていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の液体移送装置。
- 前記振動板は絶縁性材料からなると共に、前記圧電材料層は前記振動板の少なくとも前記圧力室に対応する領域の一部に下層電極を前記振動板との間に挟むようにして形成され、その圧電材料層に重ねて形成した前記電極パターンと前記下層電極との間に電界を印加する構成とされていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の液体移送装置。
- 前記圧電材料層はエアロゾルデポジション法により前記振動板上に形成されていることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれかに記載の液体移送装置。
- 前記圧電材料層は、原料溶液の塗布及び加熱による圧電体膜形成工程によって前記振動板上に形成されていることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれかに記載の液体移送装置。
- 前記圧電材料層は、原材料のグリーンシートを焼成したものを前記振動板上に接合する接合工程によって形成されていることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれかに記載の液体移送装置。
- 前記振動板は、板状をなした前記流路ユニットから延出した延出部を備えており、この延出部上には、前記駆動回路が実装されるとともに、その駆動回路の近傍に放熱部材が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の液体移送装置。
- 前記振動板は金属材料からなるとともに、前記放熱部材は、前記振動板における前記駆動回路の実装面とは反対側の面に接合されていることを特徴とする請求項10に記載の液体移送装置。
- 前記振動板には、絶縁性を有するセラミック材料からなる絶縁層が重ねて形成され、さらにその絶縁層上に前記駆動回路が実装されていることを特徴とする請求項11に記載の液体移送装置。
- 前記絶縁層上には前記電極パターンが形成されると共に、前記圧電材料層は前記絶縁層上の少なくとも前記圧力室に対応する領域の一部に前記電極パターンを前記絶縁層との間に挟むようにして形成され、その圧電材料層に重ねて形成された上層電極と前記電極パターンとの間に電界を印加する構成とされていることを特徴とする請求項12に記載の液体移送装置。
- 前記放熱部材は、前記流路ユニットの少なくとも一部を構成する金属材料と同じ金属材料により形成されていることを特徴とする請求項11から請求項13のいずれかに記載の液体移送装置。
- 前記流路ユニットは流路を形成するための孔が形成された複数の金属板材を積層してなり、前記放熱部材は、前記流路ユニットを構成する金属板材と同じ金属板材を積層して形成されていることを特徴とする請求項14に記載の液体移送装置。
- 前記放熱部材の表面には、複数の放熱用凹部が形成されていることを特徴とする請求項10から請求項15のいずれかに記載の液体移送装置。
- 前記流路ユニット及び前記振動板を内部に収納するケーシングを更に備え、前記ケーシングは前記放熱部材を外部に露出させた状態で保持することを特徴とする請求項10から請求項16のいずれかに記載の液体移送装置。
- 開孔に連通した圧力室が設けられた流路ユニットと、
前記流路ユニットに接合され前記圧力室の壁面の一部を構成する振動板と、
この振動板上に設けられ、電界が印加されたときに変形して前記振動板を撓ませることで前記圧力室内の液体を前記開孔から移送させる圧電材料層とを含む液体移送装置の製造方法であって、
金属板材に穿設加工を施すことにより、枠体とこの枠体から取り出し可能な前記流路ユニットを形成するための流路ユニット形成プレートと放熱部材を形成するための放熱部材形成プレートとを含む加工板材を複数枚形成する工程と、
前記加工板材を積層接合して、前記流路ユニットの少なくとも一部と前記放熱部材とを形成するとともに、前記振動板の一方の面に当該流路ユニットの少なくとも一部と当該放熱部材をそれぞれ接合する工程と、
前記振動板の他方の面に絶縁層と電極パターンと前記圧電材料層を順次形成する工程と、
前記振動板の他方の面に駆動回路を実装する工程と、
前記流路プレートと前記放熱プレートを前記枠体から切り離す工程と、
を備えたことを特徴とする液体移送装置の製造方法。
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