JP2006281777A - Liquid droplet ejection head and liquid droplet ejection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液滴を吐出するノズルと、ノズルと連通するとともに流体が充填される圧力室と、圧力室の一部を構成する振動板と、圧力室へ流体流路を介して供給する流体をプールする流体プール室と、振動板を変位させる圧電素子と、を有する液滴吐出ヘッド、及び、この液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置に関する。 The present invention relates to a nozzle that discharges droplets, a pressure chamber that communicates with the nozzle and is filled with a fluid, a diaphragm that forms part of the pressure chamber, and a fluid that is supplied to the pressure chamber via a fluid channel The present invention relates to a liquid droplet ejection head having a fluid pool chamber for pooling a liquid crystal and a piezoelectric element for displacing a vibration plate, and a liquid droplet ejection apparatus including the liquid droplet ejection head.
従来から、液滴吐出ヘッドとして、インクジェット記録ヘッド(以下、単に「記録ヘッド」という場合がある)の複数のノズルから選択的にインク滴を吐出し、記録紙等の記録媒体に文字や画像等を印刷するインクジェット記録装置は知られている。 Conventionally, as a liquid droplet ejection head, ink droplets are selectively ejected from a plurality of nozzles of an ink jet recording head (hereinafter sometimes simply referred to as “recording head”), and characters, images, etc. are recorded on a recording medium such as recording paper. Inkjet recording apparatuses for printing are known.
ところで、インクジェット記録装置において、その記録ヘッドには圧電方式やサーマル方式等がある。例えば圧電方式の場合には、図25、図26で示すように、インクタンクからインクプール室202を経てインクが供給される圧力室204に、圧電素子(電気エネルギーを機械エネルギーに変換するアクチュエーター)206が設けられ、その圧電素子206が圧力室204の体積を減少させるように凹状に撓み変形して中のインクを加圧し、圧力室204に連通するノズル208からインク滴200Aとして吐出させるように構成されている。
By the way, in the ink jet recording apparatus, the recording head includes a piezoelectric method and a thermal method. For example, in the case of the piezoelectric method, as shown in FIGS. 25 and 26, a piezoelectric element (actuator that converts electrical energy into mechanical energy) is supplied to a
このような構成のインクジェット記録ヘッドにおいて、近年では、低コストで小型でありながら、高解像度な印刷が可能とされることが求められている。この要求に応えるためには、ノズルを高密度に配設することが必要となるが、現状の記録ヘッドでは、図示するように、ノズル208の隣に(ノズル208とノズル208の間に)インクプール室202が設けられているため、ノズル208を高密度に配設することにも限界があった。
In recent years, the inkjet recording head having such a configuration is required to be capable of high-resolution printing while being low-cost and small. In order to meet this requirement, it is necessary to arrange the nozzles at a high density. However, in the current recording head, as shown in the drawing, the ink is adjacent to the nozzle 208 (between the
また、インクジェット記録ヘッドには、所定の圧電素子に電圧を印加する駆動ICを設けるが、従来は、図27で示すように、FPC(フレキシブルプリント配線基板)210で実装していた。つまり、振動板214上に設けられた圧電素子206上面の金属電極表面に、FPC210に形成したバンプ212を接合することによって接続していた。このFPC210には駆動IC(図示省略)が実装されているため、この段階で圧電素子206と駆動ICが電気的に接続されることになる。
The ink jet recording head is provided with a drive IC for applying a voltage to a predetermined piezoelectric element. Conventionally, the ink jet recording head is mounted with an FPC (flexible printed circuit board) 210 as shown in FIG. That is, the
また、記録ヘッドの外部表面に設けられた電極端子と、駆動ICが実装された実装基板上の電極端子をワイヤーボンディング法で接続するという方法がある(例えば、特許文献1参照)。更に、記録ヘッドの外部表面に設けられた電極端子に駆動ICを接合して接続した後、その記録ヘッドに設けられた引き出し配線の電極端子にFPCを接合して接続するという方式がある(例えば、特許文献2参照)。 In addition, there is a method in which an electrode terminal provided on the outer surface of the recording head is connected to an electrode terminal on a mounting substrate on which a driving IC is mounted by a wire bonding method (for example, see Patent Document 1). Further, there is a method in which a driving IC is joined and connected to an electrode terminal provided on the external surface of the recording head, and then an FPC is joined and connected to an electrode terminal of a lead wiring provided in the recording head (for example, , See Patent Document 2).
しかしながら、何れの場合も、ピッチが微細(例えば、10μmピッチ以下)な配線を形成することができないため、ノズル密度が高くなると、実装基板やFPCのサイズが大きくなり、小型化を阻害したり、コストをアップさせたりするという問題がある。また、ノズル密度が高くなった場合には、所望の抵抗値を有する配線を引き回すことができず、配線密度の制限によるノズル高密度化の限界を有していた。
本発明は、このような問題点に鑑み、ノズルの高密度化と、それに伴う微細ピッチ配線の形成を実現可能にして高解像度化が図れるようにするとともに、小型化も図れるようにした液滴吐出ヘッド、及び、この液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置を提供することを目的とする。 In view of such problems, the present invention makes it possible to achieve high resolution by realizing high-density nozzles and the formation of fine pitch wirings associated therewith, and droplets that can also be miniaturized. It is an object of the present invention to provide an ejection head and a droplet ejection apparatus provided with the droplet ejection head.
上記の目的を達成するために、本発明に係る請求項1に記載の液滴吐出ヘッドは、液滴を吐出するノズルと、前記ノズルと連通し、流体が充填される圧力室と、前記圧力室の一部を構成する振動板、及び、この振動板を変位させる圧電素子、を含んで構成される圧電素子基板と、前記圧電素子基板を間に置いて前記圧力室と反対側に設けられ、前記圧力室へ供給する流体をプールする流体プール室と、前記流体プール室と前記圧電素子基板との間に前記圧電素子基板と離間して対向するように配置され、前記流体プール室から前記圧力室へ流体を供給するための貫通口が形成された上部基板と、前記圧電素子基板を間に置いて前記圧力室と反対側に前記圧電素子基板と離間して対向するように設けられた上部基板と、前記上部基板に形成され、少なくとも前記圧電素子を駆動させる駆動手段と接続される配線と、対向する前記上部基板と前記圧電素子との間に配置され、前記配線と前記圧電素子とを電気接続する接続部材と、を備えている。 In order to achieve the above object, a droplet discharge head according to claim 1 according to the present invention includes a nozzle that discharges a droplet, a pressure chamber that communicates with the nozzle and is filled with a fluid, and the pressure A piezoelectric element substrate including a diaphragm constituting a part of the chamber and a piezoelectric element for displacing the diaphragm, and provided on the opposite side of the pressure chamber with the piezoelectric element substrate interposed therebetween. A fluid pool chamber that pools fluid to be supplied to the pressure chamber; and is disposed between the fluid pool chamber and the piezoelectric element substrate so as to be spaced apart from the piezoelectric element substrate, and from the fluid pool chamber An upper substrate formed with a through-hole for supplying a fluid to the pressure chamber and a piezoelectric element substrate disposed between the piezoelectric element substrate and the piezoelectric element substrate are provided opposite to the pressure chamber so as to face each other. Formed on the upper substrate and the upper substrate A wiring connected to at least a driving means for driving the piezoelectric element, and a connecting member disposed between the opposing upper substrate and the piezoelectric element and electrically connecting the wiring and the piezoelectric element. Yes.
請求項1に記載の発明では、流体プール室が圧電素子基板を間に置いて圧力室と反対側に設けられているので、圧力室を互いに近接して配設することができ、圧力室毎に設けられるノズルを高密度に配設することができる。 In the first aspect of the present invention, since the fluid pool chamber is provided on the opposite side of the pressure chamber with the piezoelectric element substrate therebetween, the pressure chambers can be disposed close to each other, and The nozzles provided in the can be arranged with high density.
また、駆動手段と圧電素子とを接続するための配線は上部基板に設けられ、対向する圧電素子と前記配線とを接続部材により電気接続している。したがって、駆動手段との配線を圧電素子基板に設けた場合のように圧電素子により形成される基板上の段差を乗り越えて引き出す必要がなく、配線が容易になる。 Further, wiring for connecting the driving means and the piezoelectric element is provided on the upper substrate, and the opposing piezoelectric element and the wiring are electrically connected by a connecting member. Therefore, it is not necessary to get over the step on the substrate formed by the piezoelectric element as in the case where the wiring with the driving means is provided on the piezoelectric element substrate, and wiring becomes easy.
また、本発明の液滴吐出ヘッドでは、流体プール室と前記圧電素子基板との間に上部基板が配置されているので、上部基板により圧電素子を隔離用の層を形成することなく容易に流体から隔離することができる。また、上部基板に貫通口を形成することで、各圧力室へ容易に流体を供給することができる。 In the droplet discharge head according to the present invention, since the upper substrate is disposed between the fluid pool chamber and the piezoelectric element substrate, the piezoelectric substrate can be easily fluidized without forming an isolation layer by the upper substrate. Can be isolated from. Further, by forming the through hole in the upper substrate, it is possible to easily supply the fluid to each pressure chamber.
請求項2に記載の液滴吐出ヘッドは、前記配線が、前記上部基板の前記圧電素子基板と対向する側の対向面に形成された対向配線を含んで構成されていること、を特徴とする。
The droplet discharge head according to
上記構成のように、上部基板の対向面に対向配線を形成することにより、接続部材と簡易な構成で容易に接続することができる。 By forming the opposing wiring on the opposing surface of the upper substrate as in the above configuration, the connection member can be easily connected with a simple configuration.
請求項3に記載の液滴吐出ヘッドは、前記配線が、前記対向面とこの対向面の裏側の裏面とを貫通した貫通配線、及び、この貫通配線と接続され前記裏面に配設された裏面配線を含んで構成されていること、を特徴とする。
The droplet discharge head according to
上記構成のように、上部基板の裏面に裏面配線を形成することにより、配線を形成可能な面積が増え、配線の自由度が増加する。 By forming the back surface wiring on the back surface of the upper substrate as in the above configuration, the area where the wiring can be formed increases and the degree of freedom of the wiring increases.
請求項4に記載の液滴吐出ヘッドは、前記駆動手段が、前記上部基板と異なる基板上に実装されていること、を特徴とする。
The droplet discharge head according to
上記構成によれば、駆動手段が上部基板に実装されていないので、液滴吐出ヘッドを小型化することができる。 According to the above configuration, since the driving unit is not mounted on the upper substrate, the droplet discharge head can be reduced in size.
請求項5に記載の液滴吐出ヘッドは、前記駆動手段が、前記上部基板に実装されていること、を特徴とする。 The droplet discharge head according to claim 5 is characterized in that the driving means is mounted on the upper substrate.
上記構成によれば、熱源となりうる駆動手段が上部基板に配置されているので、圧電素子基板に実装されている場合と比較して、圧力室内の流体の温度上昇を抑制することができる。 According to the above configuration, since the driving means that can be a heat source is arranged on the upper substrate, the temperature rise of the fluid in the pressure chamber can be suppressed as compared with the case where it is mounted on the piezoelectric element substrate.
請求項6に記載の液滴吐出ヘッドは、前記駆動手段が、前記裏面に実装されていること、を特徴とする。 The droplet discharge head according to claim 6 is characterized in that the driving means is mounted on the back surface.
上記構成によれば、駆動手段は上部基板と圧電素子基板の間に配置されていないので、上部基板と圧電素子基板の接合後も容易に実装することができる。 According to the above configuration, since the driving means is not disposed between the upper substrate and the piezoelectric element substrate, it can be easily mounted even after the upper substrate and the piezoelectric element substrate are joined.
請求項7に記載の液滴吐出ヘッドは、前記駆動手段が、前記流体プール室内に配置されていること、を特徴とする。
The droplet discharge head according to
上記構成のように、熱源となりうる駆動手段を流体プール室内に配置することにより、流体プール室内の流体で駆動手段を冷却することができ、駆動手段の発熱による各基板への影響を抑制することができる。 By arranging the drive means that can be a heat source in the fluid pool chamber as in the above configuration, the drive means can be cooled by the fluid in the fluid pool chamber, and the influence on each substrate due to the heat generated by the drive means can be suppressed. Can do.
請求項8に記載の液滴吐出ヘッドは、前記駆動手段が、前記上部基板の前記対向面に実装されていること、を特徴とする。
The droplet discharge head according to
上記構成によれば、簡易な構成で駆動手段を実装することができる。また上部基板の裏面(流体プール室側の面)に、IC等の駆動手段となるデバイスを実装しなくてもよいため、流体プール室の隔壁を接合するスペースを設ける必要がなくなり、液滴吐出ヘッドを小型化することができる。 According to the above configuration, the driving unit can be mounted with a simple configuration. In addition, since it is not necessary to mount a device serving as a driving means such as an IC on the back surface (surface on the fluid pool chamber side) of the upper substrate, it is not necessary to provide a space for joining the partition walls of the fluid pool chamber, and droplet discharge The head can be reduced in size.
なお、請求項1乃至請求項8に記載の液滴吐出ヘッドの駆動手段は、請求項9に記載のように集積回路で構成したり、請求項10に記載のように薄膜トランジスタを含んで構成したりすることができる。
The driving means of the droplet discharge head according to any one of claims 1 to 8 may be configured by an integrated circuit as described in claim 9 or may include a thin film transistor as described in
請求項11に記載の液滴吐出ヘッドは、請求項1乃至請求項10のいずれか1項に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記貫通口が、1つの前記圧電素子に対して1つ形成されていることを特徴とする。 The droplet discharge head according to claim 11 is the droplet discharge head according to any one of claims 1 to 10, wherein one through hole is formed for one piezoelectric element. It is characterized by.
上記構成によれば、個々の圧力室について、他の圧力室からの振動の影響を受けにくくすることができる。 According to the said structure, it can make it difficult to receive the influence of the vibration from another pressure chamber about each pressure chamber.
請求項12に記載の液滴吐出ヘッドは、請求項1乃至請求項11のいずれか1項に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記上部基板と前記圧電素子基板との間に設けられ、前記貫通口と連通されて前記圧力室へ流体を供給する流体供給路を構成すると共に、前記上部基板と前記圧電素子基板との間に空洞を構成するリブ隔壁、をさらに備えたこと、を特徴とする。
The droplet discharge head according to
上記構成では、リブ隔壁により、貫通口と連通された流体供給路、及び、上部基板と圧電素子基板との間に空洞が構成される。したがって、簡易な構成で、圧力室へ流体供給を行なうことができると共に、振動板の変形が阻害されないための空洞を構成することができる。また、容易に、圧電素子を流体から隔離することができる。 In the above configuration, the rib partition wall forms a cavity between the fluid supply path communicating with the through-hole and the upper substrate and the piezoelectric element substrate. Therefore, a fluid can be supplied to the pressure chamber with a simple configuration, and a cavity for preventing deformation of the diaphragm can be configured. In addition, the piezoelectric element can be easily isolated from the fluid.
請求項13に記載の液滴吐出ヘッドは、請求項12に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記空洞が、大気に連通していることを特徴とする。 A droplet discharge head according to a thirteenth aspect is the droplet discharge head according to the twelfth aspect, characterized in that the cavity communicates with the atmosphere.
上記構成によれば、前記空洞が密閉されている場合に生じる空洞内の空気圧の変動を防止することができる。 According to the said structure, the fluctuation | variation of the air pressure in a cavity produced when the said cavity is sealed can be prevented.
請求項14に記載の液滴吐出ヘッドは、請求項1乃至請求項13に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記ノズルが、マトリクス状に配設されていることを特徴とする。 A droplet discharge head according to a fourteenth aspect is the droplet discharge head according to the first to thirteenth aspects, wherein the nozzles are arranged in a matrix.
このように、ノズルをマトリクス状に配設することにより、高解像度化を実現することができる。 In this way, high resolution can be realized by arranging the nozzles in a matrix.
請求項15に記載の液滴吐出装置は、請求項1乃至請求項14のいずれか1項に記載の液滴吐出ヘッドを備えたものである。 A droplet discharge device according to a fifteenth aspect includes the droplet discharge head according to any one of the first to fourteenth aspects.
本発明の液滴吐出装置によれば、液滴吐出ヘッドのノズルを高密度に配置できるので、高解像度の画像を記録することができる。また、液滴吐出ヘッドを小型化することができるので、液滴吐出装置についても、小型化を図ることができる。 According to the droplet discharge device of the present invention, since the nozzles of the droplet discharge head can be arranged with high density, a high-resolution image can be recorded. Further, since the droplet discharge head can be reduced in size, the droplet discharge device can also be reduced in size.
以上、本発明によれば、ノズルの高密度化と、それに伴う微細ピッチ配線の形成を実現可能にして高解像度化が図れ、かつ、液滴吐出ヘッドの小型化も図ることができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to achieve high resolution by realizing high density nozzles and formation of fine pitch wirings associated therewith, and it is possible to reduce the size of the droplet discharge head.
[第1実施形態]
インクジェット記録装置10は、図1に示すように、用紙を送り出す用紙供給部12と、用紙の姿勢を制御するレジ調整部14と、インク滴を吐出して用紙に画像形成する記録ヘッド部16と、記録ヘッド部16のメンテナンスを行なうメンテナンス部18とを備える記録部20と、記録部20で画像形成された用紙を排出する排出部22とから基本的に構成される。
[First Embodiment]
As shown in FIG. 1, the ink
用紙供給部12は、用紙が積層されてストックされているストッカ24と、ストッカ24から1枚ずつ枚葉してレジ調整部14に搬送する搬送装置26とから構成されている。
The
レジ調整部14は、ループ形成部28と用紙の姿勢を制御するガイド部材29が備えられており、この部分を通過することによって用紙のコシを利用してスキューが矯正されると共に搬送タイミングが制御されて記録部20に進入する。
The
排出部22は、記録部20で画像が形成された用紙を排紙ベルト23を介してトレイ25に収納するものである。
The discharge unit 22 stores the sheet on which the image is formed by the
記録ヘッド部16とメンテナンス部18の間には、記録紙Pが搬送される用紙搬送路104が構成されている(搬送方向を矢印Hで示す)。スターホイール17と搬送ロール19とで記録紙Pを挟持しつつ連続的に(停止することなく)搬送する。そして、この用紙に対して、記録ヘッド部16からインク滴が吐出され当該記録紙Pに画像が形成される。
Between the
メンテナンス部18は、インクジェット記録ヘッド32に対して対向配置されるメンテナンス装置21で構成されており、インクジェット記録ヘッド32に対するキャッピングや、ワイピング、さらにダミージェットやバキューム等の処理を行うことができる。
The
図2に示すように、インクジェット記録ユニット30のそれぞれは、用紙搬送方向と直交する方向に配置された、複数のインクジェット記録ヘッド32を備えている。インクジェット記録ヘッド32には、マトリックス状に複数のノズル84が形成されている。用紙搬送路104を連続的に搬送される記録紙Pに対し、ノズル84からインク滴を吐出することで、記録紙P上に画像が記録される。なお、インクジェット記録ユニット30は、たとえば、いわゆるフルカラーの画像を記録するために、YMCKの各色に対応して、少なくとも4つ配置されている。
As shown in FIG. 2, each of the
図3に示すように、それぞれのインクジェット記録ユニット30のノズル84による印字領域幅は、このインクジェット記録装置10での画像記録が想定される記録紙Pの用紙最大幅PWよりも長くされており、インクジェット記録ユニット30を紙幅方向に移動させることなく記録紙Pの全幅にわたる画像記録が可能とされている(いわゆるFull Width Array(FWA))。ここで、印字領域とは、用紙の両端から印字しないマージンを引いた記録領域のうち最大のものが基本となるが、一般的には印字対象となる用紙最大幅PWよりも大きくとっている。これは、用紙が搬送方向に対して所定角度傾斜して(スキューして)搬送されるおそれがあること、また縁無し印字の要請が高いためである。
As shown in FIG. 3, the print area width by the
以上のような構成のインクジェット記録装置10において、次にインクジェット記録ヘッド32について詳細に説明する。図4はインクジェット記録ヘッド32の断面構成を示す概略図であり、図5は図4の一部を平面視した概略図である。
Next, the
本実施形態のインクジェット記録ヘッド32は、図6に示すように、流路基板80、圧電素子基板50、第1上部基板70、及び、インクプール部材90を、この順に下側から積層配置して構成されている。
As shown in FIG. 6, the ink
図4、図5、及び図6に示すように、流路基板80には、インク滴を吐出するノズル84がマトリクス状(図2参照)に形成され、ノズル84毎にノズル84と連通した圧力室86が形成されている。圧力室86には、インクが充填されている。各圧力室86は、圧力隔壁82で区画されている。
As shown in FIGS. 4, 5, and 6,
インクプール部材90には、図示しないインクタンクと連通するインク供給ポート92が設けられている。インクプール部材90は、下側に配置される上部基板70との間で所定の形状及び容積を有するインクプール室94を構成しており、インク供給ポート92から注入されたインクは、インクプール室94に貯留される。
The
第1上部基板70は、支持体となり得る強度を有する絶縁体であるガラス基板72を含んで構成されている。本実施形態ではガラスを用いるが、他に例えば、セラミックス、シリコーン、樹脂等、でも構成することができる。
The first
ガラス基板72の下側面(以下「対向面72A」という)には、後述する駆動IC77へ通電するための金属配線74が形成されている。この金属配線74は、平らなガラス基板72に段差なく形成されており、樹脂膜76で被覆保護されている。金属配線74には、バンプ78が設けられている。バンプ78は、後述する圧電素子基板50の上部電極58と電気接続され、ガラス基板72に実装された後述の駆動IC77の厚みよりも厚くなるようにされている。このバンプ78により、駆動IC77と圧電素子54とが金属配線74を介して電気接続される。
On the lower surface of the glass substrate 72 (hereinafter referred to as “opposing
ガラス基板72には、インクプール室94に貯留されているインクを圧力室86に供給するための貫通口73が形成されている。貫通口73は、圧力室86毎に形成されている。
The
また、ガラス基板72の対向面72Aには、駆動IC77が実装されている。駆動IC77は、ガラス基板72の端部の、後述する圧電素子54と対向しない位置に配置されており、圧電素子基板50と第1上部基板70との間に収納されている。駆動IC77の周囲は樹脂材79で封止されている。
A driving
圧電素子基板50は、振動板52、及び、圧電素子54、を含んで構成されている。
The
振動板52は、流路基板80の上側に配置され、各圧力室86の上部を構成している。振動板52は、SUS等の金属で成形され、少なくとも上下方向に弾性を有し、圧電素子54に通電されると(電圧が印加されると)、上下方向に撓み変形する(変位する)構成になっている。なお、振動板52は、ガラス等の絶縁性材料であっても差し支えはない。
The
圧電素子54は、マトリクス状に配置され、平面視した場合に圧力室86をカバーするように、各圧力室86毎に設けられている。圧電素子54の下面には一方の極性となる下部電極56が配置され、圧電素子54の上面には他方の極性となる上部電極58が配置されており、下部電極56側が振動板52と接着され、上部電極58側が第1上部基板70と対向されている。なお、下部電極56と接触する金属(SUS等)製の振動板52は、低抵抗なGND配線としても機能するようになっている。
The
圧電素子54及び下部電極56の露出部分には、保護膜60が積層されている。保護膜60の上側には、樹脂部材62が配置されている。樹脂部材62には、バンプ78を上部電極58と接続するためのコンタクト孔64と、振動板52の変形を阻害しないためのフリースペース口66が形成されている。
A
上部電極58上には、バンプ78が接続されている。このバンプ78により、駆動IC77と圧電素子54とが金属配線74を介して電気接続される。これにより、圧電素子基板50上での個別配線が不要となる。駆動IC77から所定のタイミングで圧電素子54に電圧が印加され、振動板52が上下方向に撓み変形することにより、圧力室86内に充填されたインクが加圧されて、ノズル84からインク滴が吐出する。
圧電素子基板50には、圧力室86と連通される供給孔50Aが形成されている。供給孔50Aは、振動板52、下部電極56、及び、樹脂部材62が貫通されて構成されている。供給孔50Aは、微細でかつ精密な孔となっており、インクの流路抵抗を調整する機能を有している。供給孔50Aは、流路基板80の圧力室86から水平方向へ向かって延設された水平流路88と連通することによって圧力室86に連通されている。この水平流路88は、インクジェット記録ヘッド32の製造時に、供給孔50Aとのアライメントが可能なように(確実に連通するように)、予め実際の供給孔50Aとの接続部分よりも少し長めに設けられている。
A
図4に示すように、供給孔50Aの上側には、供給孔50Aと連通されると共に、第1上部基板70の貫通口73とも連通された供給路68Aを構成するリブ隔壁68が設けられている。リブ隔壁68により構成される供給路68Aの口径は、貫通口73とほぼ同様とされ、供給孔50Aの口径は、供給路68Aと比較して大口径とされており、供給孔50Aの流路抵抗に対して供給路68Aの流路抵抗が無視できる程度の口径とされている。
As shown in FIG. 4, on the upper side of the
リブ隔壁68は、図6に示すように、供給路68Aを構成する位置以外に、圧電素子54周囲にも配置されており、バンプ78と同様に、第1上部基板70に実装された駆動IC77の厚みよりも厚くなるようにされている。このリブ隔壁68により、圧電素子基板50と第1上部基板70との間に中空61が形成されている。この中空61は、図5に示すように、大気連通口63により大気に連通されている。これは、中空61が密閉状態であることにより、振動板52の変位で中空61内の圧力が変化してしまうのを防止したり、製造工程で内部空気が熱膨張したりするということを回避するためである。
As shown in FIG. 6, the
上記構成のインクジェット記録ヘッド32では、圧力室86は圧電素子基板50の下側に形成され、インクプール室94は第1上部基板70の上側に形成されており、両者が同一水平面上に存在しないように構成されている。したがって、圧力室86を互いに接近させた状態に配置することが可能となり、ノズル84をマトリックス状に高密度に配設することができる。具体的には、従来のFPC方式による電気接続では、ノズル解像度は600npi(nozzle per pitch)が限界であったが、本発明の方式では、容易に1200npi配列が可能となった。また、サイズについては、600npiのノズル配列を例にとって比較した場合、FPCを用いなくて済むため、1/2以下にすることが可能となった。
In the ink
また、インクプール室94が広く、かつ死水域が少ないので、適正に気泡を抜くことができる。
Further, since the
また、個々の圧電素子54からの配線がバンプ78により第1上部基板70側へ持ち上げられているので、金属配線74を平坦なガラス基板72に形成すればよく、圧電素子基板50に金属配線を形成する場合と比較して(圧電素子基板50側であれば圧電素子54により段差のある配線を形成しなければならない)、容易に形成することができる。
Further, since the wirings from the individual
また、駆動IC77が第1上部基板70に実装されているので、圧電素子基板50に駆動IC77を実装した場合のように、圧電素子54が配置されていない領域で第1上部基板70と圧電素子基板50とを接続するための大きなバンプが不要となり、インクジェット記録ヘッド32を小型化することができる。
Further, since the driving
また、圧電素子54に電圧を印加する駆動IC77が、インクジェット記録ヘッド32内に内蔵されているので、インクジェット記録ヘッド32の外部に駆動IC77を実装する場合に比べて、圧電素子54と駆動IC77の間を接続する金属配線74の長さを短くすることができ、これによって、金属配線74の低抵抗化が実現される。
In addition, since the
また、熱源となる駆動IC77が第1上部基板70に実装されているので、圧電素子基板50に実装されている場合と比較して、圧力室86内のインクの温度上昇を抑制することができる。これにより、圧力室86内のインク温度ムラによるインク滴体積のバラツキを抑制することができる。
In addition, since the
また、上記構成のインクジェット記録ヘッド32では、リブ隔壁68により中空61が構成されているので、中空61が構成されていない場合(中空部分にインクが充填されている場合)と比較して、インクに接する異種界面を少なくすることができ、内面処理プロセスの選択肢を広げることができる(例えば、Auのスパッタを用いることができる)。
Further, in the ink
また、中空61が構成されているので、圧電素子54をインクから容易に隔離できると共に、振動板52の変形が阻害されるのを防止することができる。
Further, since the hollow 61 is configured, the
以上のような構成のインクジェット記録ヘッド32において、次に、その製造工程について、図7乃至図13を基に詳細に説明する。
Next, the manufacturing process of the
図7で示すように、このインクジェット記録ヘッド32は、第1上部基板70、圧電素子基板50、及び、流路基板80を、各々別々に作成し、結合(接合)することによって製造される。そこで、まず、圧電素子基板50の製造工程について説明する。
As shown in FIG. 7, the
図8(A)で示すように、まず、貫通孔40Aが複数穿設されたガラス製の第1支持基板40を用意する。第1支持基板40は撓まないものであれば何でもよく、ガラス製に限定されるものではないが、ガラスは硬い上に安価なので好ましい。この第1支持基板40の作製方法としては、ガラス基板のブラスト加工およびフェムト秒レーザー加工や、感光性ガラス基板(例えば、HOYA株式会社製PEG3C)を露光・現像する等が知られている。
As shown in FIG. 8A, first, a glass
そして、図8(B)で示すように、第1支持基板40の上面(表面)に樹脂接着剤42を塗布し、図8(C)で示すように、その上面に金属(SUS等)製の振動板52を接着する。このとき、振動板52の貫通孔52Aと第1支持基板40の貫通孔40Aとは重ねない(オーバーラップさせない)ようにする。なお、振動板52の材料として、ガラス等の絶縁性基板を用いても差し支えない。
Then, as shown in FIG. 8B, a
ここで、振動板52の貫通孔52Aは、供給孔50Aの形成用とされる。また、第1支持基板40に貫通孔40Aを設けるのは、後工程で薬液(溶剤)を第1支持基板40と振動板52との界面に流し込むためで、樹脂接着剤42を溶解して、その第1支持基板40を振動板52から剥離するためである。更に、第1支持基板40の貫通孔40Aと振動板52の貫通孔52Aとを重ねないようにするのは、製造中に使用される各種材料が第1支持基板40の下面(裏面)から漏出しないようにするためである。
Here, the through
次に、図8(D)で示すように、振動板52の上面に下部電極56をパターニングする。具体的には、金属膜スパッタ(膜厚500Å〜3000Å)、ホトリソグラフィー法によるレジスト形成、パターニング(RIE)、酸素プラズマによるレジスト剥離によってパターニングする。この下部電極56が接地電位となる。
Next, as shown in FIG. 8D, the
次に、図8(E)で示すように、下部電極56の上面に、圧電素子54の材料であるPZT膜と上部電極58を順にスパッタ法で積層し、図8(F)で示すように、圧電素子54(PZT膜)及び上部電極58をパターニングする。具体的には、PZT膜スパッタ(膜厚3μm〜15μm)、金属膜スパッタ(膜厚500Å〜3000Å)、ホトリソグラフィー法によるレジスト形成、パターニング(RIE)、酸素プラズマによるレジスト剥離により行なう。
Next, as shown in FIG. 8E, a PZT film, which is the material of the
なお、下部及び上部の電極材料としては、例えば圧電素子であるPZT材料との親和性が高く、耐熱性がある、Au、Ir、Ru、Pt等が挙げられる。 Examples of the lower and upper electrode materials include Au, Ir, Ru, and Pt that have high affinity with the PZT material that is a piezoelectric element and have heat resistance.
その後、図8(G)で示すように、上面に露出している下部電極56と上部電極58の上面に低透水性絶縁膜(SiOx膜)で構成される保護膜60を積層する。具体的には、Chemical Vapor Deposition(CVD)法にてダングリングボンド密度が高い低透水性絶縁膜(SiOx膜)を着膜する、感光性ポリイミド(例えば、富士フイルムアーチ社製の感光性ポリイミド Durimide7520)を塗布・露光・現像することでパターニングを行う、CF4系ガスを用いたReactive IonEtching(RIE)法で上記感光性ポリイミドをマスクとしてSiOx膜をエッチングする、という加工を行う。なお、ここでは低透水性絶縁膜としてSiOx膜を用いたが、SiNx膜、SiOxNy膜等であってもよい。
Thereafter, as shown in FIG. 8G, a
次いで、図8(H)で示すように、保護膜60の上面に、耐インク性と柔軟性を有する樹脂部材62、例えばポリイミド系、ポリアミド系、エポキシ系、ポリウレタン系、シリコーン系等の樹脂膜を積層して、パターニングする。なお、バンプ78を接合する部分(コンタクト孔64)、及び、圧力室86の上部に位置する部分(フリースペース口66)には、樹脂部材62が積層されないようにする。圧力室の上部に位置する部分に樹脂部材62を形成しないのは、樹脂部材62により振動板52の変形が阻害されるのを防止するためである。具体的には、樹脂材料を塗布し、キュア処理して硬化させ、ホトリソグラフィー法によるレジスト形成(Si含有レジスト)、パターニング(RIE)、酸素プラズマによるレジスト剥離、により形成する。
Next, as shown in FIG. 8H, a
次いで、図8(I)で示すように、樹脂部材62の上に、リブ隔壁68を形成する。リブ隔壁68は、耐インク性と柔軟性を有する、例えばポリイミド系、ポリアミド系、エポキシ系、ポリウレタン系、シリコーン系等の感光性樹脂を積層し、露光・現像によりパターニングして形成する。
Next, as shown in FIG. 8I,
以上のようにして、圧電素子基板50(第1支持基板40付き)が製造される。 As described above, the piezoelectric element substrate 50 (with the first support substrate 40) is manufactured.
次に、第1上部基板70の製造工程について説明する。図9(A)に示すように、まず、ガラス製のガラス基板72を用意する。ガラス基板72は撓まず、支持体となりうる厚みを有すればよく、ガラス製に限定されるものではないが、ガラスは硬い上に安価なので好ましい。なお、この第1上部基板70の製造においては、ガラス基板72自体が支持体となる程度の強度を確保できる厚み(0.3mm〜1.5mm)を持っているので、別途支持体を設ける必要はない。
Next, a manufacturing process of the first
そして、図9(B)で示すように、ガラス基板72の下面(表面)に、金属膜を積層し、金属配線74をパターニングする。具体的には、スパッタ法にてAl膜(厚さ1μm)を着膜する、ホトリソグラフィー法でレジストを形成する、塩素系のガスを用いたRIE法にてAl膜をエッチングする、酸素プラズマにてレジスト膜を剥離する、という加工を行う。
Then, as shown in FIG. 9B, a metal film is laminated on the lower surface (front surface) of the
次いで、図9(C)で示すように、金属配線74の上に、樹脂膜76を形成する。樹脂膜76は、上部電極58との接続用のバンプ78を接合する部分、及び、駆動ICを実装するためのIC用バンプ77Aを接合する部分には、樹脂膜76を積層しないようにする。具体的には、樹脂膜76として、耐インク性と柔軟性を有する、ポリイミド系、ポリアミド系、エポキシ系、ポリウレタン系、シリコーン系等の感光性樹脂(例えば、富士フイルムアーチ社製の感光性ポリイミド Durimide7320)を積層し、露光・現像によりパターニングして形成する。
Next, as shown in FIG. 9C, a
そして、図9(D)で示すように、金属配線74と接続されるバンプ78を形成する。バンプ78の形成には、電界メッキ、無電界メッキ、ボールバンプ、スクリーン印刷等が適用できる。バンプ78の高さは、圧電素子基板50との接合時に、上部電極58との接合を容易にするため、リブ隔壁68の高さよりも高いものとされる。
Then, as shown in FIG. 9D, bumps 78 connected to the
次いで、図9(E)で示すように、金属配線74にIC用バンプ77Aを介して駆動IC77をフリップチップ実装する。このとき、駆動IC77は、予め半導体ウエハプロセスの終りに実施されるグラインド工程にて、所定の厚さ(70μm〜300μm)に加工されている。なお、IC用バンプ77Aの形成方法としても、電界メッキ、無電界メッキ、ボールバンプ、スクリーン印刷等が適用できる。
Next, as shown in FIG. 9E, the
次いで、図9(F)で示すように、駆動IC77の露出部分を樹脂材79で封止する。具体的には、樹脂材を塗布することにより行なう。このように樹脂材79で駆動IC77を封止することにより、駆動IC77を外部環境から保護できるとともに、後工程でのダメージ、例えば、できあがった圧電素子基板50をダイシングによってインクジェット記録ヘッド32に分割する際の水や研削片によるダメージを回避することができる。
Next, as shown in FIG. 9F, the exposed portion of the
次いで、ガラス基板72にインクを通過させるための貫通口73を形成する。貫通口73の形成は、まず、図9(G)に示すように、ガラス基板72の上面にレジストRをパターニングする。そして、サンドブラスト処理により穿孔し、レジスト剥離を行なうことにより、図9(H)に示すように貫通口73が形成される。
Next, a through-
以上のようにして、第1上部基板70が製造される。
As described above, the first
次に、圧電素子基板50と第1上部基板70とを結合(接合)工程について説明する。
Next, a process of joining (joining) the
図10(A)で示すように、圧電素子基板50のリブ隔壁68側と、第1上部基板70のバンプ78形成側とを対向させ、両者を熱圧着により結合(接合)する。すなわち、リブ隔壁68をガラス基板72、樹脂膜76に接合し、バンプ78を上部電極58に接合する。
As shown in FIG. 10A, the
このとき、リブ隔壁68の高さよりもバンプ78の高さの方が高いので、リブ隔壁68をガラス基板72、樹脂膜76に接合することにより、バンプ78が上部電極58に自動的に接合される。つまり、バンプ78は高さ調整が容易なので(潰れやすいので)、リブ隔壁68による供給路68A及び中空61の形成と、バンプ78の接続を容易に行なうことができる。
At this time, since the height of the
次いで、図10(B)で示すように、第1支持基板40の貫通孔40Aから接着剤剥離溶液(例えば、有機エタノールアミン系溶剤)を注入して樹脂接着剤42を選択的に溶解させることで、第1支持基板40を圧電素子基板50から剥離する。これにより、図10(C)で示すように、第1上部基板70と圧電素子基板50との接合基板が完成する。
Next, as shown in FIG. 10B, an adhesive stripping solution (for example, an organic ethanolamine solvent) is injected from the through
次に、流路基板80の製造工程について説明する。
Next, the manufacturing process of the
図11(A)で示すように、まず、貫通孔44Aが複数穿設されたガラス製の第2支持基板44を用意する。第2支持基板44は第1支持基板40と同様、撓まないものであれば何でもよく、ガラス製に限定されるものではないが、ガラスは硬い上に安価なので好ましい。この第2支持基板44の作製方法としては、ガラス基板のブラスト加工およびフェムト秒レーザー加工や、感光性ガラス基板(例えば、HOYA株式会社製PEG3C)を露光・現像する等が知られている。
As shown in FIG. 11A, first, a
そして、図11(B)で示すように、その第2支持基板44の上面(表面)に樹脂接着剤46を塗布し、図11(C)で示すように、その上面(表面)に樹脂基板80A(例えば、厚さ0.1mm〜0.5mmのアミドイミド基板)を接着する。そして次に、図11(D)で示すように、その樹脂基板80Aの上面を金型Kに押し付け、加熱・加圧処理する。その後、図11(E)で示すように、金型Kを樹脂基板80Aから離型処理することにより、圧力室86やノズル84等が形成されて流路基板80(第2支持基板44付き)が完成する。
Then, as shown in FIG. 11B, a
こうして、流路基板80が完成したら、図12(A)で示すように、圧電素子基板50の振動板52側と、流路基板80の圧力室86が形成された側とを熱圧着により結合(接合)する。そして次に、図12(B)で示すように、第2支持基板44の貫通孔44Aから接着剤剥離溶液を注入して樹脂接着剤46を選択的に溶解させることで、第2支持基板44を流路基板80から剥離処理する。
When the
その後、図12(C)で示すように、第2支持基板44が剥離された面を、アルミナを主成分とする研磨材を使用した研磨処理又は酸素プラズマを用いたRIE処理することにより、表面層が取り除かれ、ノズル84が開口される。そして、図12(D)で示すように、そのノズル84が開口された下面に撥水剤としてのフッ素材F(例えば、旭ガラス社製のCytop)を塗布する。
Thereafter, as shown in FIG. 12C, the surface from which the
そして、図12(E)で示すように、第1上部基板70の上面にインクプール部材90を接合することにより、インクジェット記録ヘッド32が完成し、図12(F)で示すように、インクプール室94や圧力室86内にインクが充填可能とされる。
Then, as shown in FIG. 12E, an
なお、上記実施形態では、ガラス基板72の下面側にのみ金属配線74を設けたが、図13に示すように、ガラス基板72に金属配線74と接続された貫通配線74A、及び、この貫通配線74Aと接続されガラス基板72の上面側に設けられた上面配線74Bを形成してもよい(上面配線74Bは、樹脂膜76Bで覆う)。このように、上面配線74Bを形成することにより、インクジェット記録ヘッド32の大きさを変えずに配線面積を拡大することができる。上面配線74Bは、入力信号線等に用いることができる。上面配線74Bは、インクジェット記録ヘッド32の外側に配置されているので、図示しない制御ボード等との接続が容易である。
In the above embodiment, the
また、上記実施形態では、駆動IC77を第1上部基板70の下面側に実装したが、図14に示すように、駆動IC77を第1上部基板70の上面側に実装してもよい。この場合には、前述の貫通配線74A及び上面配線74Bを形成し、駆動IC77と上面配線74BとをIC用バンプ77Aで接合する。このように、駆動IC77をインクジェット記録ヘッド32の外側に配置することにより、放熱特性を向上させることができる。
In the above embodiment, the
また、図15に示すように、インクプール室94を拡張し、駆動IC77を、第1上部基板70の上面のインクプール室94内に配置してもよい。インクプール室94内であれば、発熱した駆動IC77は、インクにより冷却され、放熱特性を向上させることができる(水冷効果)。
Further, as shown in FIG. 15, the
また、上記実施形態では、第1上部基板70に駆動IC77を実装したが、駆動ICは、必ずしも第1上部基板70に実装する必要はなく、第1上部基板70から金属配線74、または上面配線74Bを引き出して他の基板へ接続し、この基板上に駆動ICを実装してもよい。すなわち、図24に示すように、フレキシブル基板(FPC)114により上面配線74BをPWB基板110へ引き出し、駆動IC112をPWB基板110へ実装してもよい。
In the above embodiment, the driving
以上のようにして製造されるインクジェット記録ヘッド32を備えたインクジェット記録装置10において、次に、その作用を説明する。まず、インクジェット記録装置10に印刷を指令する電気信号が送られると、ストッカ24から記録紙Pが1枚ピックアップされ、搬送装置26により、記録部20へ搬送される。
Next, the operation of the
一方、インクジェット記録ユニット30では、すでにインクタンクからインク供給ポート92を介してインクジェット記録ヘッド32のインクプール室94にインクが注入(充填)され、インクプール室94に充填されたインクは、貫通口73、供給路68A、供給孔50Aを経て、圧力室86へ供給(充填)されている。このとき、ノズル84の先端(吐出口)では、インクの表面が圧力室86側に僅かに凹んだメニスカスが形成されている。
On the other hand, in the ink
そして、記録紙Pを所定の搬送速度で搬送しつつ、インクジェット記録ヘッド32の複数のノズル84から選択的にインク滴を吐出することにより、記録紙Pに、画像データに基づく画像を記録する。すなわち、駆動IC77により、所定のタイミングで、所定の圧電素子54に電圧を印加し、振動板52を上下方向に撓み変形させて(面外振動させて)、圧力室86内のインクを加圧し、所定のノズル84からインク滴として吐出させて、画像形成が行なわれる。
An image based on the image data is recorded on the recording paper P by selectively ejecting ink droplets from the plurality of
記録紙Pは、画像形成されながら排出部22方向へ搬送され、排紙ベルト23によりトレイ25へ排出される。これにより、記録紙Pへの印刷処理(画像記録)が完了する。
The recording paper P is conveyed toward the discharge unit 22 while forming an image, and is discharged to the
なお、本実施形態では、紙幅対応のFWAの例について説明したが、本発明のインクジェット記録ヘッドは、これに限定されず、主走査機構と副走査機構を有するPartial Width Array(PWA)の装置にも適用することができる。特に、本発明は、高密度ノズル配列を実現するのに有効なものであるため、1パス印字を必要とするFWAには好適である。 In this embodiment, the example of the FWA corresponding to the paper width has been described. However, the ink jet recording head of the present invention is not limited to this, and is applied to a partial width array (PWA) apparatus having a main scanning mechanism and a sub-scanning mechanism. Can also be applied. In particular, since the present invention is effective for realizing a high-density nozzle arrangement, it is suitable for FWA that requires one-pass printing.
その他、上記実施例のインクジェット記録装置10では、ブラック、イエロー、マゼンタ、シアンの各色のインクジェット記録ユニット30がそれぞれキャリッジ12に搭載され、それら各色のインクジェット記録ヘッド32から画像データに基づいて選択的にインク滴が吐出されてフルカラーの画像が記録紙Pに記録されるようになっているが、本発明におけるインクジェット記録は、記録紙P上への文字や画像の記録に限定されるものではない。
In addition, in the
すなわち、記録媒体は紙に限定されるものでなく、また、吐出する液体もインクに限定されるものではない。例えば、高分子フィルムやガラス上にインクを吐出してディスプレイ用カラーフィルターを作成したり、溶接状態の半田を基板上に吐出して部品実装用のバンプを形成するなど、工業的に用いられる液滴噴射装置全般に対して、本発明に係るインクジェット記録ヘッド32を適用することができる。
That is, the recording medium is not limited to paper, and the liquid to be ejected is not limited to ink. For example, industrially used liquids such as creating color filters for displays by discharging ink onto polymer films or glass, or forming bumps for component mounting by discharging welded solder onto a substrate The ink
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態について説明する。なお、第1実施形態と同様の部分には同一の符号を付して図示し、詳細な説明は省略する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected and shown in the part similar to 1st Embodiment, and detailed description is abbreviate | omitted.
本実施形態のインクジェット記録装置100の概略構成は、図1及び図2に示す第1実施形態のインクジェット記録装置10と同様であるため、詳細な説明は省略する。
The schematic configuration of the ink jet recording apparatus 100 of the present embodiment is the same as that of the ink
インクジェット記録装置100に搭載されるインクジェット記録ヘッド34は、一部を平面視した場合には、図5に示す第1実施形態のインクジェット記録ヘッド32と同様である。
The ink
本実施形態のインクジェット記録ヘッド34は、流路基板80、圧電素子基板50、第2上部基板71、及び、インクプール部材90を、この順に下側から積層配置して構成されている。流路基板80、圧電素子基板50、及び、インクプール部材90については、第1実施形態と同様の構成である。
The ink
第2上部基板71は、支持体となり得る強度を有する絶縁体であるガラス基板72を含んで構成されている。本実施形態でもガラスの他に例えば、セラミックス、シリコーン、樹脂等、でも構成することができる。
The second
ガラス基板72の対向面72Aには、金属配線74が形成されている。この金属配線74は、平らなガラス基板72に段差なく形成されている。また、対向面72Aには、各圧電素子54毎に、薄膜トランジスタ75が形成されており、金属配線74と接続されている。第2上部基板71は、いわゆるSOG(System On Glass)基板とされている。金属配線74及び薄膜トランジスタ75は、樹脂膜76で被覆保護されている。金属配線74には、バンプ78が設けられている。バンプ78は、圧電素子基板50の上部電極58と電気接続される。このバンプ78により、薄膜トランジスタ75と圧電素子54とが金属配線74を介して電気接続される。
また、ガラス基板72には、インクプール室94に貯留されているインクを圧力室86に供給するための貫通口73が形成されている。貫通口73は、圧力室86毎に形成されている。
The
図16に示すように、圧電素子基板50に形成された供給孔50Aの上側には、リブ隔壁68が設けられている。リブ隔壁68の構成についても、第1実施形態と同様である。このリブ隔壁68により、圧電素子基板50と第2上部基板71との間に中空61が形成されている。
As shown in FIG. 16,
上記構成のインクジェット記録ヘッド34でも、圧力室86は圧電素子基板50の下側に形成され、インクプール室94は第2上部基板71の上側に形成されており、両者が同一水平面上に存在しないように構成されている。したがって、圧力室86を互いに接近させた状態に配置することが可能となり、ノズル84をマトリックス状に高密度に配設することができる。
Also in the ink
また、インクプール室94が広く、かつ死水域が少ないので、適正に気泡を抜くことができる。
Further, since the
また、個々の圧電素子54からの配線がバンプ78により第2上部基板71側へ持ち上げられているので、金属配線74を平坦な第2上部基板71に形成すればよく、圧電素子基板50に金属配線を形成する場合と比較して(圧電素子基板50側であれば圧電素子54により段差のある配線を形成しなければならない)、容易に形成することができる。
Further, since the wirings from the individual
また、薄膜トランジスタ75が第2上部基板71に形成されているので、圧電素子基板50に駆動IC77を実装した場合に必要となる大サイズの駆動IC77及び駆動ICを第2上部基板71と接続するための大きなバンプが不要となり、インクジェット記録ヘッド34を小型化することができる。
In addition, since the
また、熱源となる薄膜トランジスタ75が第2上部基板71に実装されているので、圧電素子基板50に実装されている場合と比較して、圧力室86内のインクの温度上昇を抑制することができる。これにより、圧力室86内のインク温度ムラによるインク滴体積のバラツキを抑制することができる。
In addition, since the
また、上記構成のインクジェット記録ヘッド34では、リブ隔壁68により中空61が構成されているので、中空61が構成されていない場合(中空部分にインクが充填されている場合)と比較して、インクに接する異種界面を少なくすることができ、内面処理プロセスの選択肢を広げることができる(例えば、Auのスパッタを用いることができる)。
Further, in the ink
また、中空61が構成されているので、圧電素子54をインクから容易に隔離できると共に、振動板52の変形が阻害されるのを防止することができる。
Further, since the hollow 61 is configured, the
以上のような構成のインクジェット記録ヘッド34において、次に、その製造工程について、図18乃至図21を基に詳細に説明する。
Next, the manufacturing process of the
図18で示すように、このインクジェット記録ヘッド34は、第2上部基板71、圧電素子基板50、及び、流路基板80を、各々別々に作成し、結合(接合)することによって製造される。圧電素子基板50及び流路基板80の製造工程については、第1実施形態と同様であるため詳細な説明は省略し、第2上部基板71の製造工程について説明する。
As shown in FIG. 18, the ink
図19(A)で示すように、まず、ガラス製のガラス基板72を用意する。ガラス基板72は撓まず、支持体となりうる厚みを有すればよく、ガラス製に限定されるものではないが、ガラスは硬い上に安価なので好ましい。なお、この第2上部基板71の製造においては、ガラス基板72自体が支持体となる程度の強度を確保できる厚み(0.3mm〜1.5mm)を持っているので、別途支持体を設ける必要はない。
As shown in FIG. 19A, first, a
次に、図19(B)で示すように、ガラス基板72の下面(表面)に、金属膜を積層し、金属配線74をパターニングする。具体的には、スパッタ法にてAl膜(厚さ1μm)を着膜する、ホトリソグラフィー法でレジストを形成する、塩素系のガスを用いたRIE法にてAl膜をエッチングする、酸素プラズマにてレジスト膜を剥離する、という加工を行う。
Next, as shown in FIG. 19B, a metal film is laminated on the lower surface (front surface) of the
また、金属配線74が形成されている面と同一の対向面72Aに、薄膜トランジスタ75を形成する。薄膜トランジスタ75は、一般的な低温Poly Si TFTプロセスによって形成する。
Further, the
そして、金属配線74、及び、薄膜トランジスタ75の上に、樹脂膜76を形成する。なお、上部電極58との接続用のバンプ78を接合する部分には、樹脂膜76を積層しないようにする。具体的には、樹脂膜76として、耐インク性と柔軟性を有する、ポリイミド系、ポリアミド系、エポキシ系、ポリウレタン系、シリコーン系等の感光性樹脂(例えば、富士フイルムアーチ社製の感光性ポリイミド Durimide7320)を積層し、露光・現像によりパターニングして形成する。
Then, a
そして、図19(C)で示すように、金属配線74と接続されるバンプ78を形成する。バンプ78の形成には、電界メッキ、無電界メッキ、ボールバンプ、スクリーン印刷等が適用できる。バンプ78の高さは、圧電素子基板50との接合時に、上部電極58との接合を容易にするため、リブ隔壁68の高さよりも高いものとされる。
Then, as shown in FIG. 19C, bumps 78 connected to the
次いで、ガラス基板72にインクを通過させるための貫通口73を形成する。貫通口73の形成は、まず、図19(D)で示すように、ガラス基板72の上面にレジストをパターニングする。そして、サンドブラスト処理により穿孔し、レジスト剥離を行なうことにより、図19(E)に示すように貫通口73が形成される。
Next, a through-
以上のようにして、第2上部基板71が製造される。
As described above, the second
次に、圧電素子基板50と第2上部基板71との結合(接合)工程について説明する。
Next, a bonding (bonding) process between the
図20(A)で示すように、圧電素子基板50のリブ隔壁68側と、第2上部基板71のバンプ78形成側とを対向させ、両者を熱圧着により結合(接合)する。すなわち、リブ隔壁68をガラス基板72、樹脂膜76に接合し、バンプ78を上部電極58に接合する。
As shown in FIG. 20A, the
このとき、リブ隔壁68の高さよりもバンプ78の高さの方が高いので、リブ隔壁68をガラス基板72、樹脂膜76に接合することにより、バンプ78が上部電極58に自動的に接合される。つまり、バンプ78は高さ調整が容易なので(潰れやすいので)、リブ隔壁68による供給路68A及び中空61の形成と、バンプ78の接続を容易に行なうことができる。
At this time, since the height of the
次いで、図20(B)で示すように、第1支持基板40の貫通孔40Aから接着剤剥離溶液(例えば、有機エタノールアミン系溶剤)を注入して樹脂接着剤42を選択的に溶解させることで、第1支持基板40を圧電素子基板50から剥離する。これにより、図20(C)で示すように、第2上部基板71と圧電素子基板50との接合基板が完成する。
Next, as shown in FIG. 20B, an adhesive stripping solution (for example, an organic ethanolamine solvent) is injected from the through
次に、流路基板80と、圧電素子基板50と第2上部基板71との接合体を結合(接合)について説明する。
Next, joining (joining) of the joined body of the
図21(A)で示すように、圧電素子基板50の振動板52側と、流路基板80の圧力室86が形成された側とを熱圧着により結合(接合)する。そして次に、図21(B)で示すように、第2支持基板71の貫通孔44Aから接着剤剥離溶液(有機エタノールアミン溶液)を注入して樹脂接着剤46を選択的に溶解させることで、第2支持基板44を流路基板80から剥離処理する。
As shown in FIG. 21A, the
その後、図21(C)で示すように、第2支持基板71が剥離された面を、アルミナを主成分とする研磨材を使用した研磨処理又は酸素プラズマを用いたRIE処理することにより、表面層が取り除かれ、ノズル84が開口される。そして、図21(D)で示すように、そのノズル84が開口された下面に撥水剤としてのフッ素材F(例えば、旭ガラス社製のCytop)を塗布する。
Thereafter, as shown in FIG. 21C, the surface from which the
そして、図21(E)で示すように、第2上部基板71の上面にインクプール部材90を接合することにより、インクジェット記録ヘッド34が完成し、図21(F)で示すように、インクプール室94や圧力室86内にインクが充填可能とされる。
21E, the
なお、上記実施形態では、ガラス基板72の下面側にのみ金属配線74を設けたが、図22に示すように、ガラス基板72に金属配線74と接続された貫通配線74A、及び、この貫通配線74Aと接続されガラス基板72の上面側に設けられた上面配線74Bを形成してもよい(上面配線74Bは、樹脂膜76Bで覆う)。このように、上面配線74Bを形成することにより、インクジェット記録ヘッド34の大きさを変えずに配線面積を拡大することができる。上面配線74Bは、入力信号線等に用いることができる。上面配線74Bは、インクジェット記録ヘッド34の外側に配置されているので、図示しない制御ボード等との接続が容易である。
In the above embodiment, the
また、上記実施形態では、薄膜トランジスタ75を第2上部基板71の下面側に形成したが、図23に示すように、薄膜トランジスタ75を第2上部基板71の上面側のインクプール室94内に形成してもよい。薄膜トランジスタ75をインクプール室94内に配置することにより、発熱した薄膜トランジスタ75は、インクにより冷却され、放熱特性を向上させることができる(水冷効果)。
In the above embodiment, the
また、上記実施形態では、第2上部基板71に薄膜トランジスタ75を形成したが、薄膜トランジスタは、必ずしも第2上部基板71に形成する必要はない。薄膜トランジスタを他の基板へ形成し、第2上部基板71から金属配線74、または上面配線74Bを引き出して、この基板と接続させてもよい。
In the above embodiment, the
上記構成のインクジェット記録ヘッド34を搭載したインクジェット記録装置100の作用については、第1実施形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。
Since the operation of the ink jet recording apparatus 100 equipped with the ink
本実施形態でも、紙幅対応のFWAの例について説明したが、本発明のインクジェット記録ヘッドは、これに限定されず、PWAの装置にも適用することができる。 Also in this embodiment, an example of FWA corresponding to the paper width has been described. However, the inkjet recording head of the present invention is not limited to this, and can be applied to a PWA apparatus.
また、記録媒体は紙に限定されるものでなく、また、吐出する液体もインクに限定されるものではない。例えば、高分子フィルムやガラス上にインクを吐出してディスプレイ用カラーフィルターを作成したり、溶接状態の半田を基板上に吐出して部品実装用のバンプを形成するなど、工業的に用いられる液滴噴射装置全般に対して、本発明に係るインクジェット記録ヘッド34を適用することができる。
Further, the recording medium is not limited to paper, and the liquid to be ejected is not limited to ink. For example, industrially used liquids such as creating color filters for displays by discharging ink onto polymer films or glass, or forming bumps for component mounting by discharging welded solder onto a substrate The ink
10 インクジェット記録装置
32 インクジェット記録ヘッド
34 インクジェット記録ヘッド
50 圧電素子基板
52 振動板
54 圧電素子
61 中空
63 大気連通口
68 リブ隔壁
68A 供給路
70 第1上部基板
71 第2上部基板
73 貫通口
74A 貫通配線
74 金属配線
74B 上面配線
75 薄膜トランジスタ
77 駆動IC
78 バンプ
80 流路基板
84 ノズル
86 圧力室
90 インクプール部材
94 インクプール室
DESCRIPTION OF
78
Claims (15)
前記ノズルと連通し、流体が充填される圧力室と、
前記圧力室の一部を構成する振動板、及び、この振動板を変位させる圧電素子、を含んで構成される圧電素子基板と、
前記圧電素子基板を間に置いて前記圧力室と反対側に設けられ、前記圧力室へ供給する流体をプールする流体プール室と、
前記流体プール室と前記圧電素子基板との間に前記圧電素子基板と離間して対向するように配置され、前記流体プール室から前記圧力室へ流体を供給するための貫通口が形成された上部基板と、
前記上部基板に形成され、少なくとも前記圧電素子を駆動させる駆動手段と接続される配線と、
対向する前記上部基板と前記圧電素子との間に配置され、前記配線と前記圧電素子とを電気接続する接続部材と、
を備えた液滴吐出ヘッド。 A nozzle for discharging droplets;
A pressure chamber in communication with the nozzle and filled with fluid;
A piezoelectric element substrate including a diaphragm constituting a part of the pressure chamber, and a piezoelectric element for displacing the diaphragm;
A fluid pool chamber that is provided on the opposite side of the pressure chamber with the piezoelectric element substrate interposed therebetween, and pools fluid supplied to the pressure chamber;
An upper portion disposed between the fluid pool chamber and the piezoelectric element substrate so as to face the piezoelectric element substrate while being spaced apart and formed with a through-hole for supplying fluid from the fluid pool chamber to the pressure chamber A substrate,
Wiring formed on the upper substrate and connected to at least driving means for driving the piezoelectric element;
A connecting member disposed between the opposing upper substrate and the piezoelectric element, and electrically connecting the wiring and the piezoelectric element;
A droplet discharge head comprising:
を特徴とする請求項1に記載の液滴吐出ヘッド。 The wiring includes an opposing wiring formed on an opposing surface of the upper substrate facing the piezoelectric element substrate;
The droplet discharge head according to claim 1.
を特徴とする請求項1または請求項2に記載の液滴吐出ヘッド。 The wiring is configured to include a through wiring penetrating the opposing surface and a back surface on the back side of the opposing surface, and a back wiring connected to the through wiring and disposed on the back surface,
The liquid droplet ejection head according to claim 1, wherein:
を特徴とする請求項1乃至請求項11のいずれか1項に記載の液滴吐出ヘッド。 A fluid supply path that is provided between the upper substrate and the piezoelectric element substrate and communicates with the through hole to supply a fluid to the pressure chamber, and between the upper substrate and the piezoelectric element substrate. Further comprising a rib partition wall forming a cavity,
The droplet discharge head according to claim 1, wherein:
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