JP2006035453A - Manufacturing method for inkjet head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インクジェットヘッドの製造方法に関し、詳しくは、各インクチャネル部内の駆動電極からの電極の取り出しが容易に行えるインクジェットヘッドの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an ink jet head, and more particularly, to a method for manufacturing an ink jet head in which an electrode can be easily taken out from a drive electrode in each ink channel portion.
圧電素子からなる駆動壁とインクチャネルとを交互に並設し、駆動壁に形成された駆動電極に電圧を印加して駆動壁をせん断変形させることにより、インクチャネル内のインクをノズルから吐出するようにしたシェアモードタイプのインクジェットヘッドでは、駆動電極と駆動回路とを電気的に接続するための接続配線を、インクチャネル内からヘッドチップの外面まで引き出し、FPC(フレキシブルプリント基板)等を接合できるように形成する必要がある。 Ink channels in the ink channel are ejected from the nozzles by alternately arranging drive walls made of piezoelectric elements and ink channels and applying a voltage to the drive electrodes formed on the drive walls to shear the drive walls. In the share mode type ink jet head configured as described above, a connection wiring for electrically connecting the drive electrode and the drive circuit can be drawn from the ink channel to the outer surface of the head chip, and an FPC (flexible printed circuit board) or the like can be joined. Need to be formed.
従来、特許文献1には、圧電素子基板に対してストレートな多数のインクチャネルを平行に溝切りして形成した後、めっき触媒を吸着させて無電解めっきにより全体的に薄めっきを形成し、各インクチャネル間の不要箇所に付いためっき膜をヘッドチップの全面に亘ってレーザーで除去した後、再度めっき処理することにより、各駆動電極と導通する接続配線をヘッドチップの全面に亘って引き回すように形成する技術が開示されている。しかし、この場合、駆動電極と導通する接続配線は、インクチャネル内からヘッドチップの前面及び後面を通ってヘッドチップの裏面へ至るように3次元的に引き回されるように形成されるため、ヘッドチップの角部を経由する際に該角部で断線を引き起こし易く、導通の確実性に課題を残している。
Conventionally, in
このため、各インクチャネルの底部からヘッドチップの裏面に亘って駆動電極と導通する接続配線を貫通形成する技術が特許文献2において提案されている。これは、テープ状の感光性シートに貫通孔をスポット状に露光・現像して形成し、該貫通孔内に配線となる金属微粒子を含んだ導電性ペーストをスクリーン印刷で埋め込んだ後、多数枚の感光性シート同士を各貫通孔を位置合わせして多層に積層して加圧焼成することでベースとなる基板を成形し、この基板の上に圧電素子基板を接着して、上記貫通孔内の導電性ペーストを露出させる程度の深さまでインクチャネルを溝切りして形成した後、各インクチャネル内に駆動電極を形成して各駆動電極と各貫通孔内の導電性ペーストとを導通させることで、各駆動電極と導通する接続配線をヘッドチップの裏面まで引き出すようにしている。これによれば、各インクチャネル内の駆動電極からヘッドチップの裏面にかけてほぼ直線的に接続配線を引き出すことができ、ヘッドチップの角部を経由して引き回す必要がないため、特許文献1の場合に見られるような問題は解消される。
For this reason,
また、特許文献3には、インクチャネルの底部に貫通孔を設けて、ここに導電性物質を充填することで、インクチャネル内の駆動電極と導通する接続配線を外部まで引き出すことが開示されている。
特許文献2に記載の技術の場合、ベースとなる基板を作成するには、該基板が所定の厚みとなるように感光性シートを多数枚積層しなくてはならず、この多数枚の感光性シートを積層する際に、ヘッドチップ裏面までの導通を確保するために各貫通孔同士を高精度に位置合わせする必要がある。しかも、感光性シートを多数積層した後に焼成することによって基板成形するため、この焼成時に熱収縮による寸法ずれ等を発生させ、所定ピッチで形成されるインクチャネルとの位置ずれが生じ易く、また、この位置ずれを補正することも困難であり、実用上の課題を残している。
In the case of the technique described in
また、特許文献3に記載の技術においても、貫通孔をセラミックスを焼成する前のグリーンシートの状態で形成するため、正確な孔形成を行っても、高温で焼成する際に激しく膨張、収縮することから、各インクチャネルに合わせるように数十μm径の貫通孔を数μmの精度で形成することは困難である。 Also, in the technique described in Patent Document 3, since the through holes are formed in the state of the green sheet before firing the ceramics, even if accurate hole formation is performed, the holes expand and contract severely when fired at a high temperature. Therefore, it is difficult to form a through hole having a diameter of several tens of μm with an accuracy of several μm so as to match each ink channel.
また、このような貫通孔を、セラミックス等の基板に対してドリルやレーザーを用いて加工することも試みられているが、微細な貫通孔を各インクチャネルの微細なピッチで多数加工しなくてはならないため、加工コストが嵩む問題がある。 In addition, attempts have been made to process such through holes on a substrate such as ceramics using a drill or a laser. However, a large number of fine through holes must be processed at a fine pitch of each ink channel. Therefore, there is a problem that processing costs increase.
そこで、本発明は、各インクチャネル内の駆動電極と導通する配線を簡単且つ安価にヘッドチップの裏面まで貫通形成して引き出すことのできるインクジェットヘッドの製造方法を提供することを課題とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for manufacturing an ink jet head that can easily and inexpensively penetrate and draw out a wiring that is electrically connected to a drive electrode in each ink channel to the back surface of the head chip.
本発明の他の課題は、以下の記載により明らかとなる。 Other problems of the present invention will become apparent from the following description.
上記課題は以下の各発明によって解決される。 The above problems are solved by the following inventions.
請求項1記載の発明は、圧電素子からなる駆動壁とインクチャネルとを交互に並設すると共に、前記インクチャネル内に駆動電極を形成し、前記インクチャネルの上方を塞ぐようにカバー部材を接着してなるヘッドチップを有し、該ヘッドチップの各駆動電極と導通する接続配線が前記インクチャネル内の底部からヘッドチップの外面に貫通形成されて引き出されてなり、前記接続配線を介して各駆動電極に電圧を印加することによって前記駆動壁をせん断変形させ、前記インクチャネル内のインクをノズルから吐出させるインクジェットヘッドの製造方法であって、前記ヘッドチップの作製工程は、感光性ガラス基板に露光工程及びエッチング工程を経て多数の貫通孔を形成する工程と、前記貫通孔内に導電性物質を充填する工程と、感光性ガラス基板の表面に分極処理された圧電素子基板を接着し、該圧電素子基板の側から、前記貫通孔に対応する位置に前記インクチャネルを該貫通孔内の導電性物質がインクチャネルの底部に露出する深さまで形成する工程と、前記インクチャネル内に前記導電性物質と導通する駆動電極を形成する工程と、前記インクチャネルの上方を覆うようにカバー部材を接着する工程と、を有することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法である。 According to the first aspect of the present invention, drive walls made of piezoelectric elements and ink channels are alternately arranged side by side, drive electrodes are formed in the ink channels, and a cover member is bonded so as to close the ink channels. A connection wire that is electrically connected to each drive electrode of the head chip is formed by being drawn out from the bottom of the ink channel to the outer surface of the head chip, and is connected to each other via the connection wire. A method of manufacturing an ink-jet head that shears and deforms the driving wall by applying a voltage to the driving electrode and discharges ink in the ink channel from a nozzle, wherein the head chip manufacturing step is performed on a photosensitive glass substrate. A step of forming a large number of through holes through an exposure step and an etching step, a step of filling a conductive material in the through holes, and a photosensitive step Bonding the polarized piezoelectric element substrate to the surface of the glass substrate, and connecting the ink channel to the position corresponding to the through hole from the piezoelectric element substrate side, the conductive substance in the through hole is at the bottom of the ink channel Forming an exposed depth, forming a drive electrode in conduction with the conductive material in the ink channel, and bonding a cover member so as to cover the ink channel. This is a method for manufacturing an inkjet head.
請求項2記載の発明は、前記カバー部材を接着する工程の後、各インクチャネルが所定の駆動長となるように該インクチャネルの長さ方向と略直交する方向に沿って切断する工程を有することを特徴とする請求項1記載のインクジェットヘッドの製造方法である。
According to a second aspect of the present invention, after the step of bonding the cover member, there is a step of cutting along a direction substantially orthogonal to the length direction of the ink channel so that each ink channel has a predetermined driving length. The method of manufacturing an ink jet head according to
請求項3記載の発明は、前記感光性ガラス基板の前記圧電素子基板を接着する面と反対面に、前記貫通孔に充填した導電性物質と導通する接続電極を、前記圧電素子基板と接着する前又は後に形成する工程を有することを特徴とする請求項1又は2記載のインクジェットヘッドの製造方法である。
According to a third aspect of the present invention, a connection electrode that is electrically connected to the conductive material filled in the through hole is bonded to the surface of the photosensitive glass substrate opposite to the surface to which the piezoelectric element substrate is bonded. 3. The method of manufacturing an ink jet head according to
請求項4記載の発明は、前記感光性ガラス基板と前記圧電素子基板との接着は、接着剤を常温で硬化させることを特徴とする請求項1、2又は3記載のインクジェットヘッドの製造方法である。 According to a fourth aspect of the present invention, in the method for manufacturing an ink jet head according to the first, second, or third aspect, the adhesive between the photosensitive glass substrate and the piezoelectric element substrate is performed by curing the adhesive at room temperature. is there.
請求項5記載の発明は、前記圧電素子基板は、互いに分極方向の異なる2枚の圧電素子基板同士を接着して形成することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のインクジェットヘッドの製造方法である。 The invention according to claim 5 is characterized in that the piezoelectric element substrate is formed by bonding two piezoelectric element substrates having different polarization directions to each other. It is a manufacturing method.
請求項1記載の発明によれば、感光性ガラス基板を露光工程及びエッチング工程を経て多数の貫通孔を形成し、この貫通孔によって各インクチャネル内から引き出される接続配線を形成するので、各インクチャネル内の駆動電極と導通する接続配線を簡単且つ安価にヘッドチップの裏面まで引き出すことができる。また、感光性ガラス基板は所望の厚みとすることができるため、従来のように多数枚のシートを積層する必要がなく、貫通孔同士を高精度に位置合わせするような面倒な作業工程も不要となる。 According to the first aspect of the present invention, the photosensitive glass substrate is subjected to the exposure process and the etching process to form a large number of through holes, and the connection wiring drawn out from each ink channel is formed by the through holes. The connection wiring that is electrically connected to the drive electrode in the channel can be easily and inexpensively drawn to the back surface of the head chip. In addition, since the photosensitive glass substrate can be made to have a desired thickness, it is not necessary to stack a large number of sheets as in the prior art, and there is no need for troublesome work steps such as aligning the through holes with high accuracy. It becomes.
請求項2記載の発明によれば、一枚の長尺な基板から多数個のヘッドチップを一度に作製することができ、量産性に優れ、生産効率の向上を図ることができる。 According to the second aspect of the present invention, a large number of head chips can be produced at one time from a single long substrate, which is excellent in mass productivity and improved production efficiency.
請求項3記載の発明によれば、FPC等との電気的な接続性の良好なヘッドチップを作製することができる。 According to the invention described in claim 3, it is possible to manufacture a head chip having good electrical connectivity with an FPC or the like.
請求項4記載の発明によれば、接着時に加熱を行わないので、感光性ガラス基板と圧電素子基板との熱膨張率の相違に起因する基板の反りがなく、インクの出射特性のばらつきの少ないインクジェットヘッドとすることができる。 According to the fourth aspect of the present invention, since heating is not performed at the time of bonding, there is no warpage of the substrate due to the difference in thermal expansion coefficient between the photosensitive glass substrate and the piezoelectric element substrate, and there is little variation in ink ejection characteristics. An inkjet head can be obtained.
請求項5記載の発明によれば、インクチャネル内の駆動電極は駆動壁の側面全面に形成されるため、インクチャネル内の底部において貫通孔内の導電性物質との導通を容易に確保することができる。また、駆動壁全体が効率良く、大きな変形量でせん断変形するため、インクチャネル内のインクに高い圧力を付与することができ、インクの着弾ずれを抑えて画質の向上を図ることができる。 According to the fifth aspect of the present invention, since the drive electrode in the ink channel is formed on the entire side surface of the drive wall, it is easy to ensure conduction with the conductive substance in the through hole at the bottom of the ink channel. Can do. In addition, since the entire drive wall is efficiently sheared and deformed with a large amount of deformation, a high pressure can be applied to the ink in the ink channel, and ink landing deviation can be suppressed and image quality can be improved.
以下、本発明に係るインクジェットヘッドの製造方法の実施の形態を図面を用いて詳細に説明する。 Embodiments of an ink jet head manufacturing method according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
図1はインクジェットヘッドの一例を示す分解斜視図である。 FIG. 1 is an exploded perspective view showing an example of an inkjet head.
このインクジェットヘッドにおいて、1はインク滴を吐出するためのアクチュエータとして機能するヘッドチップであり、圧電素子からなる駆動壁11とインクチャネル12とが交互に並設されたインクチャネル基板10と、このインクチャネル基板10の各駆動壁11の上部に、インクチャネル12の上方を塞ぐようにカバー基板14が接着されて構成されている。図示例では、6つの駆動壁11と5つのインクチャネル12が形成されるものを示しているが、その数は限定されない。図示するインクチャネル12の形状は、両側壁が垂直方向に向いており、そして互いに平行である。また、インクチャネル12の入口(図1における奥側)から出口(図1における手前側)に亘る長さ方向で大きさと形状がほぼ変わらないストレートタイプである。これによりヘッドチップ1は所謂ハーモニカタイプとなり、ストレートなインクチャネル構造によって、泡抜けが良く、電力効率が高く、発熱が少なく、高速応答性が良いインクジェットヘッドを構成することができる。
In this ink jet head,
ヘッドチップ1の各インクチャネル12内には駆動電極13が形成され、その底部からこの駆動電極13と導通する接続配線15が下面まで引き出され、該下面に接続電極16が形成されている。
A
2はヘッドチップ1の前面に貼着されるノズルプレートであり、各インクチャネル12に対応する位置にそれぞれノズル21が形成されている。
3はヘッドチップ1の下面に貼着されるFPCであり、ヘッドチップ1の下面に形成されている接続電極16と同ピッチ且つ同数の配線31が平行に形成されている。
Reference numeral 3 denotes an FPC attached to the lower surface of the
4はヘッドチップ1の後面に貼着される流路規制板であり、各インクチャネル12に対応する位置にインク流通口41が形成されている。
Reference numeral 4 denotes a flow path regulating plate attached to the rear surface of the
5は流路規制板4の更に後面に設けられるマニホールドであり、内部にインクが貯留されるインク供給室51が形成され、このインク供給室51内のインクが上記流路規制板4のインク流通口41を通って各インクチャネル12内に流入されるようになっている。52はインク供給室51内にインクを流入させるためのインク流入口である。
Reference numeral 5 denotes a manifold provided further on the rear surface of the flow path regulating plate 4. An
なお、本明細書において「前面」とは、インク滴が吐出される側の面をいい、「後面」とは、その反対側の面をいう。また、「上面」及び「下面」とは、それぞれ並設されるインクチャネルを挟んで位置する上下の外側面をいう。 In this specification, the “front surface” refers to the surface on the side where ink droplets are ejected, and the “rear surface” refers to the surface on the opposite side. Further, “upper surface” and “lower surface” refer to upper and lower outer surfaces that are located with ink channels arranged in parallel.
次に、ヘッドチップ1の作製工程について説明する。
Next, the manufacturing process of the
まず、図2(a)に示すように、ベースとなる基板として、所望の厚みの1枚の感光性ガラス基板101を用意する。
First, as shown in FIG. 2A, a
ここで、感光性ガラス基板101とは、Ag、Au、Cu等の感光性の金属成分と増感剤としてCe(Ceの酸化物)を含有する感光性ガラスからなる基板である。この感光性ガラス基板101に紫外線を照射することにより露光を行うと、露光された部分の感光性金属成分が金属原子へと変化する。すなわち、
Ce3+→Ce4++e−
という光電子反応が起こり、Ce3+イオンから放出された光電子の一部が感光性イオンMe+に捕らえられると、
Me++e−→Me
という反応が起こる。
Here, the
Ce 3+ → Ce 4+ + e −
When a photoelectron reaction occurs and a part of the photoelectrons emitted from the Ce 3+ ions are captured by the photosensitive ions Me + ,
Me + + e − → Me
This happens.
この反応後、熱処理を加えることによって上記金属原子Meが集合して金属コロイドが生成される。そして、この金属コロイドが結晶核となり、部分的に結晶相を析出させる。この結晶化した部分とその他のガラスの部分とでは、エッチング液に対する溶解速度が異なり、結晶化した部分が速く溶解する。また、最初のCe3+イオンの光電子反応が起こる場所を制御できるため、感光性ガラス基板101の上面にフォトマスク200を用いて選択的な露光を行うことにより、高精度な貫通孔の形成が可能である。
After this reaction, the metal atoms Me are gathered by applying heat treatment to produce a metal colloid. And this metal colloid becomes a crystal nucleus and precipitates a crystal phase partially. The crystallized portion and other glass portions have different dissolution rates in the etching solution, and the crystallized portion dissolves quickly. In addition, since the place where the first Ce 3+ ion photoelectron reaction occurs can be controlled, a highly accurate through hole can be formed by selectively exposing the upper surface of the
フォトマスク200には、作製されるヘッドチップ1の各インクチャネル12と同ピッチで貫通孔形成用の開口201が設けられている。フォトマスク200は、選択的な露光が可能であれば特に制限なく使用することができる。例えば、透明なガラス薄板に紫外線光を実質的な透過させないようなクロム膜等の遮光膜を、開口201を残してパターン形成したものを用いることができる。
The
このフォトマスク200を感光性ガラス基板101の上面に載せた後、図2(b)に示すように紫外線を照射する。紫外線は、フォトマスク200の開口201のみを通して感光性ガラス基板101に照射される。従って、感光性ガラス基板101には、この紫外線の照射により、図2(c)に示すように開口201に対応する部分にのみ、感光性ガラス基板101の厚み方向に沿って結晶化部101aが形成される。
After the
次に、この露光処理が施された感光性ガラス基板101を熱処理する。この熱処理は、感光性ガラス基板101中の露光によって生成された金属原子を金属コロイドに変化させるための処理であり、従来のように基板を成形するための焼成とは異なる。従って、この熱処理は、感光性ガラス基板101に用いられるガラスの転移点と屈伏点との間の温度で行われれば十分であり、また好ましい。転移点よりも低い温度では、熱処理による効果が十分に得られず、また、屈伏点よりも高い温度では、熱による収縮が発生して寸法精度に影響が出るおそれがある。一般には450℃〜600℃の温度とすることが好ましい。また、熱処理の時間としては30分〜5時間程度とすることが好ましい。
Next, the
次いで、このように熱処理された感光性ガラス基板101をエッチング液に浸漬させ、露光された結晶化部101aのみをエッチングする。エッチング液としては希フッ化水素酸等のフッ酸水溶液を好適に用いることができる。このエッチング処理により、図2(d)に示すように感光性ガラス基板101から結晶化部101aのみが選択的に溶解除去され、貫通孔101bが形成される。このような感光性ガラス基板101をベース基板として用い、上述のように露光処理、熱処理及びエッチング処理によって選択的に貫通孔101bを形成することにより、一度に多数の貫通孔101bを同時に形成することができ、貫通孔101bの加工時間の短縮化、加工の容易化及び加工コストの低減化を図ることができる。
Next, the
貫通孔101bの大きさ(孔径)は、後工程において形成されるインクチャネル12の幅と同等もしくは小さくすることが好ましく、インクチャネル12の幅を35〜90μmとする場合、30〜40μm程度とすることが好ましい。
The size (hole diameter) of the through-
このようにして感光性ガラス基板101に各インクチャネル12に対応するように貫通孔101bを形成した後、図2(e)に示すように各貫通孔101bに導電性物質101cを充填する。導電性物質101cとしては、金属微粒子を含有した導電性ペーストをスクリーン印刷等の適宜の手段によって充填する。これにより、導電性物質101cは、感光性ガラス基板101の厚み方向に沿って充填され、該感光性ガラス基板101の上面及び下面にそれぞれ露出する。
Thus, after forming the through-
また、貫通孔101bには、導電性ペーストを充填する他、めっき処理することによって導電性物質(めっき金属)101cを充填することもできる。このめっき処理としては無電解めっき処理を用いることができる。無電解めっき処理することによって貫通孔101b内にめっき金属を析出させると、析出しためっき金属はやがて貫通孔101b内を埋めるようになり、貫通孔101b内に導電性物質101cとしてのめっき金属を充填させることができる。無電解めっき処理時にめっき金属の析出が不要な部位は適宜マスクするか、めっき処理後に研磨処理することにより除去すればよい。
In addition, the through
なお、感光性ガラス基板101の長さは、作製されるヘッドチップ1のインクチャネル12の長さ(インク吐出方向に沿う長さ)と同じ長さとすることもできるが、図3に示すように、ヘッドチップ1のインクチャネル12の長さよりも十分に長尺な基板とすることが好ましい。この場合、導電性物質101cを充填した貫通孔101bは、インクチャネル12の並設数に対応する列が長さ方向に沿って多数配列されるように形成することが好ましい。詳細については後述するが、これによって1枚の基板から多数個のヘッドチップ1を作製することができる。ここでは、この長尺状の感光性ガラス基板101を作製した場合について説明する。
The length of the
各貫通孔101b内に導電性物質101cを充填した感光性ガラス基板101を作製した後、図4に示すように、この感光性ガラス基板101の下面に、FPC3の各配線31と電気的接続を行うための接続電極16を形成する。この接続電極16は、感光性ガラス基板101において、後において作製されるインクチャネル12と同ピッチで並設された各貫通孔101b内の導電性物質101cと導通し、感光性ガラス基板101の長さ方向(インク吐出方向に沿う長さ方向)に沿って該貫通孔101bと同ピッチで平行に形成されている。なお、ここでは、各接続電極16は、感光性ガラス基板101の長さ方向に沿って配列されている各インクチャネル12と同ピッチとなる複数の貫通孔101b内の導電性物質101cと導通している。
After producing the
この接続電極16の形成方法としては、蒸着法、スパッタリング法、めっき法等を用いて選択的に金属膜を形成することにより行うことができる。金属膜を選択的に形成するには、感光性ガラス基板101の下面に接続電極16となる開口を有するマスクやレジスト等(図示せず)を貼着し、開口部分にのみ金属膜が形成されるようにすればよい。このように接続電極16を形成することで、FPC3との電気的な接続性の良好なヘッドチップ1を作製することができる。
The
続いて、図5に示すように、この感光性ガラス基板101の上面、すなわち接続電極16が形成された面と反対面に、圧電素子基板を接着して積層する。ここでは2枚の圧電素子基板102、103を積層している。各圧電素子基板102、103に用いられる圧電素子材料としては、電圧を加えることにより変形を生じる公知の圧電材料を用いることができるが、特にチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)が好ましい。
Subsequently, as shown in FIG. 5, a piezoelectric element substrate is bonded and laminated on the upper surface of the
2枚の圧電素子基板102、103は互いに分極方向(矢印で示す)を反対方向に向けて積層され、感光性ガラス基板101に接着剤を用いて接着されている。これにより、この圧電素子基板102、103によって形成される駆動壁11全体が効率良く、大きな変形量でせん断変形するため、インクチャネル12内のインクに高い圧力を付与することができ、インクの着弾ずれを抑えて画質の向上を図ることができる。
The two
2枚の圧電素子基板102、103と感光性ガラス基板101とを接着する場合は、これら3枚の基板間にそれぞれ接着剤を塗布することによって、3枚を同時に接着することも可能であるが、一般に圧電素子基板102、103は薄く、ハンドリングに注意を有するため、まず感光性ガラス基板101に一方の圧電素子基板103を接着して積層した後、この積層体の上(圧電素子基板103の上)に残りの圧電素子基板102を接着するようにして作成することが好ましい。
When bonding the two
各基板101〜103相互の接着は、塗布した接着剤を常温で硬化させることにより行うことが好ましい。これは、圧電素子基板102、103同士の接着は同一物質であるため物質間の特性の相違はないが、圧電素子基板102、103と感光性ガラス基板101とは異物質となるため、この異物質同士を加熱すると熱膨張率の違いによって接着剤硬化後の積層体に反りや歪みが発生するおそれがあるためである。
The
この場合に用いられる接着剤としては、室温硬化型の接着剤を用いることができる。特にこの目的では、ABLESTIK社のエイブルボンド342−3や342−13ACC等のエポキシ系の室温硬化型接着剤が好適である。また、熱硬化型接着剤は、硬化工程を比較的長時間に設定することで、接着剤を加熱せずに常温で硬化させることが可能である。従って、これを利用して、熱硬化型接着剤を加熱せずに室温で硬化させるようにしてもよい。熱硬化型接着剤としては、エポキシテクノロジー社のエポテック353ND等が好適である。 As the adhesive used in this case, a room temperature curable adhesive can be used. Particularly for this purpose, epoxy-based room temperature curable adhesives such as Ablebond 342-3 and 342-13ACC manufactured by ABLESTIK are suitable. Further, the thermosetting adhesive can be cured at room temperature without heating the adhesive by setting the curing process for a relatively long time. Therefore, this may be used to cure the thermosetting adhesive at room temperature without heating. As the thermosetting adhesive, Epochec 353ND manufactured by Epoxy Technology is suitable.
このように、2枚の圧電素子基板102、103と感光性ガラス基板101との接着時に接着剤を常温で硬化させることで、熱膨張率の差に起因する反りや歪みの発生を抑え、インクの出射特性のばらつきの少ないインクジェットヘッドとすることができる。
In this way, the adhesive is cured at room temperature when the two
また、2枚の圧電素子基板102、103と感光性ガラス基板101とを接着する場合の他の方法として、2枚の圧電素子基板102、103同士を接着して積層体を形成した後、この積層体を感光性ガラス基板101と接着するようにすることもできる。この場合、圧電素子基板102、103同士の接着は同一物質同士の接着となるため、物質間の特性の相違はなく、強固な接着を行うためにエポキシ系等の熱硬化型接着剤を用いて加熱接着することが可能となるが、この後、圧電素子基板102、103の積層体と感光性ガラス基板101とを接着する際は、異物質同士の接着となるため、上述したように、反りや歪みの発生を防止する観点から、接着剤を室温で硬化させることが好ましい。この接着剤には、上記同様に室温硬化型の接着剤や熱硬化型接着剤を加熱せずに室温で硬化させるようにすることができる。
Further, as another method for bonding the two
このようにして感光性ガラス基板101と2枚の圧電素子基板102、103を接着した後、圧電素子基板102の上面にレジスト300を積層する。このレジスト300は、後工程において各インクチャネル12内に駆動電極13となる金属膜を選択的に形成するためのものである。
After the
次いで、図6に示すように、レジスト300が積層された側から、圧電素子基板102、103に対し、ダイシングブレード等を用いて凹溝状のインクチャネル12を前面から後面に亘って研削加工する。インクチャネル12の研削は、感光性ガラス基板101にインクチャネル12と同ピッチとなるように並設された各貫通孔101bに対応するように、該感光性ガラス基板101の長さ方向に沿って平行に並設される。これにより、インクチャネル12と切り残された駆動壁11とが交互に形成される。各インクチャネル12内には、その長さ方向に亘って複数の貫通孔101bが含まれるようになる。各インクチャネル12は両側壁が垂直方向に向いており、インクチャネル12の入口(図6における奥側)から出口(図6における手前側)に亘る長さ方向で大きさと形状(断面形状)がほぼ変わらないストレート状に形成される。
Next, as shown in FIG. 6, the groove-shaped
また、各インクチャネル12は、圧電素子基板102の側から圧電素子基板103を経て、感光性ガラス基板101の表面を僅かに研削し、感光性ガラス基板101の貫通孔101bに充填された導電性物質101cの上端101dが、各インクチャネル12内の底部に露出する程度の深さまで研削加工する。
In addition, each
このようにして多数のインクチャネル12を形成した後、各インクチャネル12内に駆動電極13を形成する。駆動電極13の形成方法としては、蒸着法、スパッタリング法、めっき法、CVD(化学気相反応法)等の真空装置を用いた方法等が挙げられるが、ここでは蒸着法によりインクチャネル12の上方から金属膜を形成することによって行った。その後、レジスト300を除去すると、図7に示すように、インクチャネル12内の両側壁と底面とに亘って駆動電極13が形成される。また、このとき、各インクチャネル12内の底部には、貫通孔101bに充填された導電性物質101cの上端101dが露出しているので、駆動電極13と貫通孔101b内の導電性物質101cは、この上端101dにおいて導通する。
After forming a large number of
本実施形態では、駆動壁11が分極方向の異なる圧電素子基板102、103により形成されるため、この駆動電極13は駆動壁11の全体をせん断変形させるために側面全面に形成される。従って、インクチャネル12内の底部にも金属膜を形成することで、貫通孔101b内の導電性物質101cとの導通を容易に確保することができる。
In this embodiment, since the
これにより、各貫通孔101b内の導電性物質101cは、各インクチャネル12内の駆動電極13をインクチャネル基板10の下面まで引き出すための接続配線15として機能する。この導電性物質101cからなる接続配線15は、感光性ガラス基板101を部分的に露光して貫通孔101bを形成し、この貫通孔101bによって各インクチャネル12内から引き出されるので、各インクチャネル12内の駆動電極13と導通する接続配線15を簡単且つ安価にヘッドチップ1の裏面まで引き出すことができる。また、感光性ガラス基板101は所望の厚みとすることができるため、従来のように多数枚のシートを積層する必要がなく、貫通孔101b同士を高精度に位置合わせするような面倒な作業工程も不要となる。
Thus, the
なお、この駆動電極13を無電解めっきにより形成する場合は、感光性ガラス基板101の接続電極16が形成された下面を適宜レジスト等によりマスクした後、めっき液に浸漬して各インクチャネル12内にめっき膜を析出させた後、各駆動壁11上のレジスト300と共に除去すればよい。
In the case where the
各インクチャネル12内に駆動電極13を形成してインクチャネル基板10を作製した後、図8に示すように、これらインクチャネル12の上方を覆うようにしてカバー部材14を接着する。カバー部材14は、セラミックス基板等の基板、好ましくは圧電素子基板102、103と同じ基板を分極せずに用い、インクチャネル基板10と同一の大きさに形成されている。
After the
カバー部材14を接着した後は、図9の平面図に示すように、インクチャネル12の長さ方向と略直交するカットラインC1、C2・・・に沿って切断し、複数個のヘッドチップ1、1・・・を作製する。これにより、一枚の長尺な基板から多数個のヘッドチップ1、1・・・を一度に作製することができ、量産性に優れ、生産効率の向上を図ることができる。なお、切断前の状態では、基板の前面又は後面に金属膜が形成されている場合があるが、この場合は不要部として予め切断して除去しておけばよい。
After the
カットラインC1、C2・・・は、それによって作製されるヘッドチップ1のインクチャネル12の駆動長さを決定するものであり、この駆動長に応じて適宜決定される。図9では、各インクチャネル12に1個ずつの接続配線15(貫通孔101b及び導電性物質101c)が含まれるようにカットラインC1、C2で切断される様子を示しているが、カットラインC1、C2・・・によって切断される各ヘッドチップ1、1・・・の各インクチャネル12内には、少なくとも1個の接続配線15が含まれるようにすればよく、2個以上の接続配線15が含まれるようにしてもよい。
The cut lines C1, C2,... Determine the drive length of the
このようにしてヘッドチップ1を作製した後は、図1に示したように、その前面にノズルプレート2を貼着すると共に、後面に流路規制板4及びマニホールド5を貼着し、更に、下面に形成された接続電極16に、駆動回路(図示せず)と電気的に接続するためのFPC3の配線31をそれぞれ対応させて、異方性導電フィルムや導電性接着剤等によって接続する。このFPC3の接続により、各駆動電極13には、FPC3の配線31、ヘッドチップ1の接続電極16及び接続配線15を介して駆動信号に基づく電圧が印加される。
After producing the
なお、ヘッドチップ1の下面の接続電極16について、ここでは圧電素子基板102、103を接着する前に感光性ガラス基板101に予め形成するようにしたが、接続電極16を形成する場合は、圧電素子基板102、103を接着した後に形成してもよい。この場合、インクチャネル12を研削加工する前でも後でもよく、更に、カバー部材14を接着した後に形成するようにしてもよい。
Here, the
また、以上説明したインクジェットヘッドは、1つのヘッドチップ1によって1列のノズル列を有するものを作製したが、2つのヘッドチップ1のカバー部材14同士を接着することによって、2列のノズル列を有するインクジェットヘッドを作製するようにしてもよい。
In addition, the inkjet head described above is manufactured with one
更に、以上説明したヘッドチップ1は、インクチャネル12の形状が、両側壁が垂直方向に向いており、そして互いに平行で、インクチャネル12の入口から出口に亘る長さ方向で大きさと形状がほぼ変わらないストレートタイプである所謂ハーモニカタイプのものを例示した。このようなヘッドチップ1は、駆動電極13からの接続配線の引き出しが困難であるため、本発明を適用することにより、接続配線を容易且つ安価にヘッドチップ1の外面まで引き出すことができる顕著な効果を発揮するものとなるが、本発明は必ずしもこのようなヘッドチップを有するインクジェットヘッドの製造に限らず、インクチャネル構造が後端に行くに従って徐々に浅溝状になるタイプのヘッドチップを有するインクジェットヘッドの製造に適用することもできる。
Further, in the
1:ヘッドチップ
10:インクチャネル基板
11:駆動壁
12:インクチャネル
13:駆動電極
14:カバー部材
15:接続配線
16:接続電極
2:ノズルプレート
21:ノズル
3:FPC
31:配線
4:流路規制板
41:インク流通口
5:マニホールド
51:インク供給室
52:インク流入口
101:感光性ガラス基板
101a:結晶化部
101b:貫通孔
101c:導電性物質
1: Head chip 10: Ink channel substrate 11: Drive wall 12: Ink channel 13: Drive electrode 14: Cover member 15: Connection wiring 16: Connection electrode 2: Nozzle plate 21: Nozzle 3: FPC
31: Wiring 4: Flow path restricting plate 41: Ink flow port 5: Manifold 51: Ink supply chamber 52: Ink flow port 101: Photosensitive glass substrate 101a:
Claims (5)
前記ヘッドチップの作製工程は、
感光性ガラス基板に露光工程及びエッチング工程を経て多数の貫通孔を形成する工程と、
前記貫通孔内に導電性物質を充填する工程と、
感光性ガラス基板の表面に分極処理された圧電素子基板を接着し、該圧電素子基板の側から、前記貫通孔に対応する位置に前記インクチャネルを該貫通孔内の導電性物質がインクチャネルの底部に露出する深さまで形成する工程と、
前記インクチャネル内に前記導電性物質と導通する駆動電極を形成する工程と、
前記インクチャネルの上方を覆うようにカバー部材を接着する工程と、
を有することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。 Drive heads made of piezoelectric elements and ink channels are alternately arranged side by side, drive electrodes are formed in the ink channels, and a head chip is formed by adhering a cover member so as to close the ink channels. A connection wiring that is electrically connected to each drive electrode of the head chip is drawn out from the bottom of the ink channel through the outer surface of the head chip, and a voltage is applied to each drive electrode via the connection wiring. A method of manufacturing an ink jet head, wherein the driving wall is shear-deformed by the ink and the ink in the ink channel is ejected from a nozzle.
The manufacturing process of the head chip includes:
Forming a large number of through holes in the photosensitive glass substrate through an exposure step and an etching step; and
Filling the through hole with a conductive material;
A polarized piezoelectric element substrate is bonded to the surface of the photosensitive glass substrate, and from the piezoelectric element substrate side, the ink channel is placed at a position corresponding to the through hole, and the conductive substance in the through hole is the ink channel. Forming to a depth exposed at the bottom,
Forming a drive electrode in conduction with the conductive material in the ink channel;
Adhering a cover member so as to cover the ink channel;
A method of manufacturing an ink jet head, comprising:
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- 2004-07-22 JP JP2004214476A patent/JP2006035453A/en active Pending
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