JP2007105931A - Liquid droplet ejection head, liquid droplet ejector, manufacturing apparatus for liquid droplet ejection head, and manufacturing apparatus for liquid droplet ejector - Google Patents
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Description
本発明は、液滴吐出ヘッド、その液滴吐出ヘッドの製造方法及び液滴吐出装置の製造方法に関し、特にFPC実装部とドライバICのIC入力実装部との間を封止して切削水を浸入させないようにした液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、液滴吐出ヘッドの製造方法及び液滴吐出装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a droplet discharge head, a method of manufacturing the droplet discharge head, and a method of manufacturing a droplet discharge device, and in particular, seals between an FPC mounting portion and an IC input mounting portion of a driver IC to supply cutting water. The present invention relates to a droplet discharge head, a droplet discharge device, a method for manufacturing a droplet discharge head, and a method for manufacturing a droplet discharge device that are prevented from entering.
近年、インクジェットヘッドには、高解像度画像の高速印刷化及び多色化を目的として、ノズル列を複数有する構造のものが求められている。この要求を実現するためには、インクジェットヘッドのノズル密度を高密度化するとともに、長尺化(1列当たりのノズル数の増加)させなければならない。それに伴って、インクジェットヘッド内のアクチュエータ数も、益々増加するようになっている。このような状況の中、高密度なノズル密度で、長尺化かつ多列化したノズル列を有した小型のインクジェットヘッドが種々提案されている。 In recent years, ink jet heads having a structure having a plurality of nozzle arrays have been required for the purpose of high-speed printing of high-resolution images and multi-coloring. In order to realize this requirement, it is necessary to increase the nozzle density of the inkjet head and lengthen it (increase the number of nozzles per row). Along with this, the number of actuators in the ink jet head is also increasing. Under such circumstances, various small-sized inkjet heads having long and multi-row nozzle rows with a high nozzle density have been proposed.
そのようなものとして、たとえば、「電気熱変換素子およびインク流路やインク吐出口を形成した基板の表面に、制御用のICチップをフェースダウンで実装するとともに、ICチップの入力側をフレキシブルプリント基板の外部取出し電極に接続する」ようにした液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置、ならびにICパッケージ構造が提案されている(たとえば、特許文献1参照)。この液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置、ならびにICパッケージ構造は、ヘッドの高精細化、薄型化、小型化及び長尺化等によって印字品位や印字スピードを向上させ、また、低価格化にも貢献できるようにしたものである。 As such, for example, “the control IC chip is mounted face down on the surface of the substrate on which the electrothermal conversion element, the ink flow path and the ink discharge port are formed, and the input side of the IC chip is flexible printed. A liquid ejecting head, a liquid ejecting apparatus, and an IC package structure that are “connected to an external extraction electrode of a substrate” have been proposed (see, for example, Patent Document 1). This liquid ejecting head, liquid ejecting apparatus, and IC package structure can improve printing quality and printing speed by making the head more precise, thinner, smaller and longer, and can also contribute to lower costs. It is what I did.
特許文献1に記載の液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置、ならびにICパッケージ構造は、ICチップ表面がノズル面の一部を形成しているため、ICチップ表面にインクから保護するための層が必要であった。そのような層をICチップ表面に形成するために、液体噴射ヘッドの構造が複雑となってしまうという問題があった。また、印刷紙に対して、ノズルの位置よりICの位置の方が近いため、インク滴の飛翔距離を短くすることができなかった。そのために、インク滴の着弾ずれが生じやすく、高精細な印刷が難しいといった問題もあった。さらに、インク流路とフレキシブルプリント基板とは、ICチップをはさんで互いに反対側に配置されている構造であるため、ノズル列の多列化を行った場合、液体噴射ヘッド全体が大きくなってしまうという問題もあった。 In the liquid ejecting head, the liquid ejecting apparatus, and the IC package structure described in Patent Document 1, since the IC chip surface forms part of the nozzle surface, a layer for protecting the ink from the ink is necessary on the IC chip surface. there were. Since such a layer is formed on the surface of the IC chip, there is a problem that the structure of the liquid jet head becomes complicated. Further, since the IC position is closer to the printing paper than the nozzle position, the flying distance of the ink droplets cannot be shortened. For this reason, there has been a problem that landing deviation of ink droplets is likely to occur and high-definition printing is difficult. Furthermore, since the ink flow path and the flexible printed circuit board are arranged on opposite sides of the IC chip, the entire liquid ejecting head becomes larger when the number of nozzle rows is increased. There was also a problem of end.
そのような問題を解決するためには、ドライバICの入力実装部とドライバICを駆動するための入力信号を外部より供給するためのフレキシブルプリント基板(FPC)実装部とを連通させるようにしたインクジェットヘッドが考えられる。しかしながら、基板アッセンブリ(組み立て)後のヘッドチップ分割(切断)時に切削水がFPC実装部を通ってドライバICのIC入力実装部へ入り込んでしまうということが想定される。このIC入力実装部に切削水等の水が入ってしまうと、ヘッド駆動時(電圧印加時)に電食、断線する可能性が高くなるといった不具合が生じることになる。 In order to solve such a problem, an inkjet in which an input mounting portion of a driver IC and a flexible printed circuit board (FPC) mounting portion for supplying an input signal for driving the driver IC from the outside are communicated with each other. The head is considered. However, it is assumed that the cutting water enters the IC input mounting portion of the driver IC through the FPC mounting portion when the head chip is divided (cut) after the substrate assembly (assembly). If water such as cutting water enters the IC input mounting portion, there is a problem that there is a high possibility of electrolytic corrosion or disconnection when the head is driven (when voltage is applied).
また、ディスペンサ等の吐出装置を使用してFPC実装部側、または、ドライバICのIC入力実装部側から、IC入力実装部に切削水が入り込まないように封止をする場合、使用する封止材の塗布する幅を考慮しなければならず、ヘッドチップ全体のサイズが大きくなってしまうといった不具合や、封止材の高さが接着不良等を発生させてしまうといった不具合も想定することができる。 In addition, when sealing is performed so that cutting water does not enter the IC input mounting part from the FPC mounting part side or the IC input mounting part side of the driver IC by using a discharge device such as a dispenser. The width to which the material is applied must be taken into account, and a problem such as an increase in the size of the entire head chip and a problem in that the height of the sealing material causes poor adhesion or the like can be assumed. .
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、簡易な構造及び簡易な製造工程によってFPC実装部とIC入力実装部との間に生じた隙間を封止して切削水が浸入しないようにした液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、液滴吐出ヘッドの製造方法及び液滴吐出装置の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and seals a gap generated between the FPC mounting portion and the IC input mounting portion by a simple structure and a simple manufacturing process, thereby cutting water. It is an object of the present invention to provide a droplet discharge head, a droplet discharge device, a method for manufacturing a droplet discharge head, and a method for manufacturing a droplet discharge device that prevent entry of liquid.
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、液滴を吐出するノズル孔が形成されたノズル基板と、底壁が振動板を形成し、液滴を溜めておく圧力室となる凹部が形成されたキャビティ基板と、振動板に対向し、振動板を駆動する個別電極が形成された電極基板と、圧力室に液滴を供給するリザーバとなる凹部と、リザーバから圧力室へ液滴を供給するための供給孔と、圧力室からノズル孔へ液滴を移送するノズル連通孔とを有するリザーバ基板と、電極基板には、個別電極に駆動信号を供給するドライバICと、該ドライバICを駆動する入力信号を供給するためのフレキシブルプリント基板とを実装するための溝が設けられており、キャビティ基板には、ドライバICを収容するための穴部が設けられており、キャビティ基板の該穴部と前記フレキシブルプリント基板が実装される側との間には、電極基板及びキャビティ基板の接合により溝とキャビティ基板との間に生じた隙間に連通させた貫通孔を形成したことを特徴とする。 A droplet discharge head according to the present invention includes a nozzle substrate in which nozzle holes for discharging droplets are formed, and a cavity in which a bottom wall forms a vibration plate and a recess serving as a pressure chamber for storing droplets. A substrate, an electrode substrate on which an individual electrode for driving the diaphragm is opposed to the substrate, a recess serving as a reservoir for supplying droplets to the pressure chamber, and a droplet for supplying droplets from the reservoir to the pressure chamber A reservoir substrate having a supply hole, a nozzle communication hole for transferring a droplet from the pressure chamber to the nozzle hole, a driver IC for supplying a drive signal to the individual electrode, and an input signal for driving the driver IC A groove for mounting a flexible printed circuit board for supplying the driver IC is provided, and the cavity board is provided with a hole part for accommodating the driver IC, and the hole part of the cavity board and the flexi board are provided. Between the side where Le PCB is mounted, and characterized by forming a through hole communicated with the gap formed between the groove and the cavity substrate by bonding the electrode substrate and the cavity substrate.
このように、キャビティ基板には、電極基板及びキャビティ基板の接合により溝とキャビティ基板との間に生じた隙間に連通させた貫通孔を形成し、その貫通孔を通じて溝とキャビティ基板との間の隙間を封止するので、新たな部品を追加することなく、液滴吐出ヘッドのサイズを大きくしなくて済む。また、基板アッセンブリ(組み立て)後におけるヘッドチップ分割(ダイシング)時に、切削水が隙間(FPC実装部とIC入力実装部との間)に浸入するのを防止できる。したがって、ヘッド駆動時(電圧印加時)に電食、断線することがなく、印刷性能及び品質の安定した多列・小型の液滴吐出ヘッドを提供することができる。 In this way, the cavity substrate is formed with a through hole that communicates with the gap formed between the groove and the cavity substrate by joining the electrode substrate and the cavity substrate, and between the groove and the cavity substrate through the through hole. Since the gap is sealed, it is not necessary to increase the size of the droplet discharge head without adding new parts. Further, it is possible to prevent the cutting water from entering the gap (between the FPC mounting portion and the IC input mounting portion) during head chip division (dicing) after the substrate assembly (assembly). Therefore, it is possible to provide a multi-row / small droplet discharge head having stable printing performance and quality without causing electric corrosion or disconnection when the head is driven (when voltage is applied).
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、封止材により前記隙間を封止したことを特徴とする。別途新たな部品を設けなくて済み、封止材を利用することで、隙間(FPC実装部とIC入力実装部との間)を封止(密閉)することができる。したがって、簡易な構造で隙間に切削水が進入するのを防止することができる。そして、ヘッド駆動時(電圧印加時)に電食、断線することがなく、印刷性能及び品質の安定した多列・小型の液滴吐出ヘッドを提供することができる。 The liquid droplet ejection head according to the present invention is characterized in that the gap is sealed with a sealing material. It is not necessary to provide a new component separately, and the gap (between the FPC mounting portion and the IC input mounting portion) can be sealed (sealed) by using a sealing material. Therefore, it is possible to prevent the cutting water from entering the gap with a simple structure. Further, it is possible to provide a multi-row / small droplet discharge head having stable printing performance and quality without causing electric corrosion or disconnection when the head is driven (when voltage is applied).
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、キャビティ基板とリザーバ基板とを接合する接着剤により隙間を封止したことを特徴とする。このように、封止材として、キャビティ基板とリザーバ基板とを接合するために用いられる接着剤を利用するので、更に簡易な構造で隙間(FPC実装部とIC入力実装部との間)に切削水が進入するのを防止することができる。そして、ヘッド駆動時(電圧印加時)に電食、断線することがなく、印刷性能及び品質の安定した多列・小型の液滴吐出ヘッドを提供することができる。 The droplet discharge head according to the present invention is characterized in that the gap is sealed with an adhesive that joins the cavity substrate and the reservoir substrate. As described above, since the adhesive used to join the cavity substrate and the reservoir substrate is used as the sealing material, it is cut into a gap (between the FPC mounting portion and the IC input mounting portion) with a simpler structure. Water can be prevented from entering. Further, it is possible to provide a multi-row / small droplet discharge head having stable printing performance and quality without causing electric corrosion or disconnection when the head is driven (when voltage is applied).
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、個別電極とドライバICとの接続部を封止する封止部材により隙間を封止したことを特徴とする。このように、封止材として、ギャップを封止するために用いられる封止部材を利用するので、更に簡易な構造で隙間(FPC実装部とIC入力実装部との間)に切削水が進入するのを防止することができる。そして、ヘッド駆動時(電圧印加時)に電食、断線することがなく、印刷性能及び品質の安定した多列・小型の液滴吐出ヘッドを提供することができる。 The droplet discharge head according to the present invention is characterized in that the gap is sealed by a sealing member that seals the connection portion between the individual electrode and the driver IC. Thus, since the sealing member used for sealing the gap is used as the sealing material, the cutting water enters the gap (between the FPC mounting portion and the IC input mounting portion) with a simpler structure. Can be prevented. Further, it is possible to provide a multi-row / small droplet discharge head having stable printing performance and quality without causing electric corrosion or disconnection when the head is driven (when voltage is applied).
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、液滴を吐出するノズル孔が形成されたノズル基板と、底壁が振動板を形成し、液滴を溜めておく圧力室となる凹部が形成されたキャビティ基板と、振動板に対向し、振動板を駆動する個別電極が形成された電極基板と、圧力室に液滴を供給するリザーバとなる凹部と、リザーバから圧力室へ液滴を供給するための供給孔と、圧力室からノズル孔へ液滴を移送するノズル連通孔とを有するリザーバ基板と、電極基板には、個別電極に駆動信号を供給するドライバICと、該ドライバICを駆動する入力信号を供給するためのフレキシブルプリント基板とを実装するための溝が設けられており、電極基板及びキャビティ基板の接合により溝とキャビティ基板との間に生じた隙間を、ドライバICを溝に実装する異方性導電接着剤により封止したことを特徴とする。 A droplet discharge head according to the present invention includes a nozzle substrate in which nozzle holes for discharging droplets are formed, and a cavity in which a bottom wall forms a vibration plate and a recess serving as a pressure chamber for storing droplets. A substrate, an electrode substrate on which an individual electrode for driving the diaphragm is opposed to the substrate, a recess serving as a reservoir for supplying droplets to the pressure chamber, and a droplet for supplying droplets from the reservoir to the pressure chamber A reservoir substrate having a supply hole, a nozzle communication hole for transferring a droplet from the pressure chamber to the nozzle hole, a driver IC for supplying a drive signal to the individual electrode, and an input signal for driving the driver IC A groove for mounting a flexible printed circuit board for supplying the driver IC is provided, and the gap formed between the groove board and the cavity board by joining the electrode board and the cavity board is different from that for mounting the driver IC in the groove. Wherein the sealed with sexual conductive adhesive.
このように、ドライバICを実装するために用いられる異方性導電接着剤によって、電極基板及びキャビティ基板の接合により溝とキャビティ基板との間に生じた隙間を封止(密閉)するので、新たな部品を追加することなく、液滴吐出ヘッドのサイズを大きくしなくて済む。また、基板アッセンブリ(組み立て)後におけるヘッドチップ分割(ダイシング)時に、切削水が隙間(FPC実装部とIC入力実装部との間)に浸入するのを防止できる。したがって、ヘッド駆動時(電圧印加時)に電食、断線することがなく、印刷性能及び品質の安定した多列・小型の液滴吐出ヘッドを提供することができる。 As described above, the anisotropic conductive adhesive used for mounting the driver IC seals (seals) the gap formed between the groove and the cavity substrate by joining the electrode substrate and the cavity substrate. It is not necessary to increase the size of the droplet discharge head without adding additional parts. Further, it is possible to prevent the cutting water from entering the gap (between the FPC mounting portion and the IC input mounting portion) during head chip division (dicing) after the substrate assembly (assembly). Therefore, it is possible to provide a multi-row / small droplet discharge head having stable printing performance and quality without causing electric corrosion or disconnection when the head is driven (when voltage is applied).
本発明に係る液滴吐出装置は、上述に記載の液滴吐出ヘッドを備えたことを特徴とする。したがって、上記の効果を有するとともに、インク液滴の吐出性能及び印刷性能の高い液滴吐出装置を製造することが可能となる。また、液滴吐出装置内に搭載する液滴吐出ヘッドのヘッドサイズを大きくしなくて済むので、液滴吐出装置の小型化が実現可能となる。 A droplet discharge apparatus according to the present invention includes the droplet discharge head described above. Therefore, it is possible to manufacture a droplet discharge device having the above effects and high ink droplet discharge performance and printing performance. In addition, since it is not necessary to increase the head size of the droplet discharge head mounted in the droplet discharge device, it is possible to reduce the size of the droplet discharge device.
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、個別電極が形成され、個別電極に駆動信号を供給するドライバICと、該ドライバICを駆動する入力信号を供給するためのフレキシブルプリント基板とを実装するための溝が設けられた電極基板に、液体流路を形成するキャビティ基板を接合する工程と、キャビティ基板に、底壁が振動板を形成し、液滴を溜めておく圧力室となる凹部と、電極基板及びキャビティ基板の接合により溝とキャビティ基板との間に生じた隙間に連通される貫通孔とを形成する工程と、貫通孔に接着剤を注入するとともに、該接着剤を前記キャビティ基板に塗布し、圧力室に液滴を供給するリザーバとなる凹部と、リザーバから圧力室へ液滴を供給するための供給孔と、圧力室からノズル孔へ液滴を移送するノズル連通孔とを有するリザーバ基板を、キャビティ基板に接合する工程とを有することを特徴とする。 The method for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention includes mounting a driver IC that forms individual electrodes and supplies a drive signal to the individual electrodes and a flexible printed circuit board that supplies an input signal for driving the driver IC. A step of joining a cavity substrate that forms a liquid flow path to an electrode substrate provided with a groove for forming a recess, and a concave portion that forms a vibration plate on the cavity substrate and serves as a pressure chamber for storing droplets And a step of forming a through hole communicating with the gap formed between the groove and the cavity substrate by joining the electrode substrate and the cavity substrate, injecting an adhesive into the through hole, and applying the adhesive to the cavity A concave portion serving as a reservoir for applying droplets to the pressure chamber and supplying droplets to the pressure chamber, a supply hole for supplying droplets from the reservoir to the pressure chamber, and a nozzle link for transferring droplets from the pressure chamber to the nozzle holes A reservoir substrate having a hole, and having a step of bonding the cavity substrate.
このように、貫通孔に接着剤を注入するとともに、該接着剤をキャビティ基板に塗布し、リザーバ基板とキャビティ基板とを接合するので、新たな製造工程を追加することなく、隙間(FPC実装部とIC入力実装部との間)に切削水が浸入するのを防止できる。したがって、ヘッド駆動時(電圧印加時)に電食、断線することがなく、印刷性能及び品質の安定した多列・小型の液滴吐出ヘッドを提供することができる。 In this way, the adhesive is injected into the through-hole, and the adhesive is applied to the cavity substrate, and the reservoir substrate and the cavity substrate are joined. Therefore, the gap (FPC mounting portion) can be added without adding a new manufacturing process. And the IC input mounting portion) can be prevented from entering the cutting water. Therefore, it is possible to provide a multi-row / small droplet discharge head having stable printing performance and quality without causing electric corrosion or disconnection when the head is driven (when voltage is applied).
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、個別電極が形成され、個別電極に駆動信号を供給するドライバICと、該ドライバICを駆動する入力信号を供給するためのフレキシブルプリント基板とを実装するための溝が設けられた電極基板に、液体流路を形成するキャビティ基板を接合する工程と、キャビティ基板に、底壁が振動板を形成し、液滴を溜めておく圧力室となる凹部と、電極基板及びキャビティ基板の接合により溝とキャビティ基板との間に生じた隙間に連通される貫通孔とを形成する工程と、電極基板に、個別電極に駆動信号を供給するドライバICを実装する工程と、個別電極と圧力室との間に形成されるギャップを封止部材で封止する際に、該封止部材を貫通孔にも注入する工程とを有することを特徴とする。 The method for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention includes mounting a driver IC that forms individual electrodes and supplies a drive signal to the individual electrodes and a flexible printed circuit board that supplies an input signal for driving the driver IC. A step of joining a cavity substrate that forms a liquid flow path to an electrode substrate provided with a groove for forming a recess, and a concave portion that forms a vibration plate on the cavity substrate and serves as a pressure chamber for storing droplets And a step of forming a through hole communicating with the gap formed between the groove and the cavity substrate by joining the electrode substrate and the cavity substrate, and a driver IC for supplying a drive signal to the individual electrode is mounted on the electrode substrate. And a step of injecting the sealing member into the through hole when sealing the gap formed between the individual electrode and the pressure chamber with the sealing member.
このように、個別電極と圧力室との間に形成されるギャップを封止部材で封止する際に、該封止部材を貫通孔にも注入するので、新たな製造工程を追加することなく、隙間(FPC実装部とIC入力実装部との間)に切削水が浸入するのを防止できる。したがって、ヘッド駆動時(電圧印加時)に電食、断線することがなく、印刷性能及び品質の安定した多列・小型の液滴吐出ヘッドを提供することができる。 Thus, when the gap formed between the individual electrode and the pressure chamber is sealed with the sealing member, the sealing member is also injected into the through hole, so that a new manufacturing process is not added. The cutting water can be prevented from entering the gap (between the FPC mounting portion and the IC input mounting portion). Therefore, it is possible to provide a multi-row / small droplet discharge head having stable printing performance and quality without causing electric corrosion or disconnection when the head is driven (when voltage is applied).
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、貫通孔を、ウエットエッチングまたはドライエッチングによって形成することを特徴とする。したがって、特別な工程や手順を要求することなく、キャビティ基板に通常行うエッチング(ウエットエッチングまたはドライエッチング)で貫通孔を形成することができる。すなわち、簡易な工程・手順で貫通孔を製造することができるので、隙間(FPC実装部とIC入力実装部との間)に切削水が進入するのを容易に防止することができる。 The droplet discharge head according to the present invention is characterized in that the through hole is formed by wet etching or dry etching. Therefore, the through hole can be formed by etching (wet etching or dry etching) normally performed on the cavity substrate without requiring a special process or procedure. That is, since the through hole can be manufactured by a simple process / procedure, it is possible to easily prevent the cutting water from entering the gap (between the FPC mounting portion and the IC input mounting portion).
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、個別電極が形成され、個別電極に駆動信号を供給するドライバICと、該ドライバICを駆動する入力信号を供給するためのフレキシブルプリント基板とを実装するための溝が設けられた電極基板に、液体流路を形成するキャビティ基板を接合する工程と、キャビティ基板に、底壁が振動板を形成し、液滴を溜めておく圧力室となる凹部を形成する工程と、電極基板とキャビティ基板との接合により溝とキャビティ基板との間に生じた隙間に異方性導電接着剤を注入するとともに、該異方性導電接着剤で個別電極に駆動信号を供給するドライバICを実装する工程とを有することを特徴とする。 The method for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention includes mounting a driver IC that forms individual electrodes and supplies a drive signal to the individual electrodes and a flexible printed circuit board that supplies an input signal for driving the driver IC. A step of joining a cavity substrate that forms a liquid flow path to an electrode substrate provided with a groove for forming a recess, and a concave portion that forms a vibration plate on the cavity substrate and serves as a pressure chamber for storing droplets An anisotropic conductive adhesive is injected into the gap formed between the groove and the cavity substrate by joining the electrode substrate and the cavity substrate, and the individual electrodes are driven by the anisotropic conductive adhesive. Mounting a driver IC for supplying a signal.
このように、ドライバICを実装するための異方性導電接着剤を隙間に注入して、その隙間を封止するので、新たな製造工程を追加することなく、隙間(FPC実装部とIC入力実装部との間)に切削水が浸入するのを防止できる。したがって、ヘッド駆動時(電圧印加時)に電食、断線することがなく、印刷性能及び品質の安定した多列・小型の液滴吐出ヘッドを提供することができる。 In this way, since the anisotropic conductive adhesive for mounting the driver IC is injected into the gap and the gap is sealed, the gap (FPC mounting portion and IC input are not added without adding a new manufacturing process. It is possible to prevent the cutting water from entering between the mounting part). Therefore, it is possible to provide a multi-row / small droplet discharge head having stable printing performance and quality without causing electric corrosion or disconnection when the head is driven (when voltage is applied).
また、本発明に係る液滴吐出装置の製造方法は、上述の液滴吐出ヘッドの製造方法を適用して液滴吐出装置を製造することを特徴とする。したがって、上記の効果を有するとともに、インク液滴の吐出性能及び印刷性能の高い液滴吐出ヘッドを製造することが可能となる。また、液滴吐出装置内に搭載する液滴吐出ヘッドのヘッドサイズを大きくしなくて済むので、液滴吐出装置の小型化が実現可能となる。 A method for manufacturing a droplet discharge device according to the present invention is characterized in that a droplet discharge device is manufactured by applying the method for manufacturing a droplet discharge head described above. Accordingly, it is possible to manufacture a droplet discharge head having the above effects and high ink droplet discharge performance and printing performance. In addition, since it is not necessary to increase the head size of the droplet discharge head mounted in the droplet discharge device, it is possible to reduce the size of the droplet discharge device.
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る液滴吐出ヘッド100の分解斜視図である。また、図2は、液滴吐出ヘッド100が組み立てられた状態のA−A’断面を示す縦断面図である。なお、この液滴吐出ヘッド100は、ノズル基板の表面側に設けられたノズル孔から液滴を吐出するフェイスイジェクトタイプのものであり、また静電気力により駆動される静電駆動方式のものである。また、図1は、駆動信号を供給するためのFPC(Flexible Printed Circuit:フレキシブルプリント基板)の一部を含めて示している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is an exploded perspective view of a
図1に示すように、液滴吐出ヘッド100は、一般的な静電駆動方式の液滴吐出ヘッドのような3層構造ではなく、電極基板4、キャビティ基板3、リザーバ基板2、ノズル基板1の4つの基板で構成される4層構造を特徴としている。リザーバ基板2の一方の面にはノズル基板1が接合されており、リザーバ基板2の他方の面にはキャビティ基板3が接合されている。また、キャビティ基板3のリザーバ基板2が接合された面の反対面には、電極基板4が接合されている。すなわち、電極基板4、キャビティ基板3、リザーバ基板2、ノズル基板1の順で接合されている。なお、液滴吐出ヘッド100には、個別電極17に駆動信号を供給するドライバIC15が設けられている。
As shown in FIG. 1, the
[電極基板4]
電極基板4は、ホウ珪酸ガラス等のガラスで形成するとよい。ここでは、電極基板4がホウ珪酸ガラスで形成されている場合を例に示すが、これに限定するものではない。たとえば、電極基板4を単結晶シリコンで形成してもよい。この電極基板4には、凹部(溝)12が、形成されている。この凹部12は、たとえば深さ0.3μmで形成するとよい。また、この凹部12の内部には個別電極17が、一定の間隔を有して後述の振動板8と対向するように作製されている。この個別電極17は、たとえばITO(Indium Tin Oxide)を0.1μmの厚さでスパッタして作製するとよい。
[Electrode substrate 4]
The
凹部12は、その一部が個別電極17を装着できるように、これらの形状に類似したやや大きめの形状にパターン形成されており、その他の部分(中央部)は、ドライバIC15を装着できるようにパターン形成されている。そして、この中央部にドライバIC15を設置するようにしている。個別電極17は、その一端がドライバIC15と接続されており、ドライバIC15から駆動信号が供給されるようになっている。
The
この液滴吐出ヘッド100は、複数の個別電極17が長辺及び短辺を有する長方形状に形成されており、この個別電極17が、互いの長辺が平行になるように配置され、個別電極17の短辺方向に伸びる電極列を2列形成している。なお、個別電極17の短辺が長辺に対して斜めに形成されており、個別電極17が細長い平行四辺形状になっている場合には、長辺方向に直角方向に伸びる電極列を形成するようにすればよい。
In the
また、液滴吐出ヘッド100は、ドライバIC15が2つの電極列の間に形成され、両方の電極列に接続されるようになっている。したがって、ドライバIC15から2つの電極列に駆動信号を供給することが可能となり、電極列の多列化が容易となる。さらに、ドライバIC15の個数を少なくすることが可能なため、製造に要するコストを削減することができ、液滴吐出ヘッド100の小型化も可能となる。
In the
電極基板4には、インク供給孔11が形成されている。このインク供給孔11は、電極基板4を貫通している。また、電極基板4には、FPC実装部21が形成されている。なお、電極基板4とキャビティ基板3とが接合された後に、IC出力実装部18及びギャップ13を封止するための封止部材14が形成されるが、この封止部材14については後に詳述する(図2参照)。また、ここでは、2つのドライバIC15が設置されている場合を例に示しているが、これに限定するものではない。たとえば、これらのドライバIC15を1つのICで構成したり、3つ以上のICで構成したりしてもよい。
An
[キャビティ基板3]
キャビティ基板3は、たとえば単結晶シリコンからなり、底壁が振動板8となる圧力室(又は吐出室)7が複数形成されている。この圧力室7は、個別電極17の電極列に対応して2列に形成されるようになっている。また、キャビティ基板3には、電極列の間にキャビティ基板3を貫通するように第1の穴部(穴部)22が形成されている。さらに、キャビティ基板3は、振動板8に電圧を印加するための共通電極16を有している。そして、この共通電極16は、FPC30と接続されている。
[Cavity substrate 3]
The cavity substrate 3 is made of, for example, single crystal silicon, and a plurality of pressure chambers (or discharge chambers) 7 whose bottom walls are the
なお、このキャビティ基板3は、単結晶シリコンからなり、その全面にプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)によって、TEOS(TetraEthylOrthoSilicate)からなる図示省略の絶縁膜を0.1μm形成している。これは、振動板8の駆動時における絶縁破壊及びショートを防止するためと、インク等の液滴によるキャビティ基板3のエッチングを防止するためのものである。
The cavity substrate 3 is made of single crystal silicon, and an insulating film (not shown) made of TEOS (Tetra Ethyl Ortho Silicate) is formed on the entire surface by plasma CVD (Chemical Vapor Deposition). This is for preventing dielectric breakdown and short-circuit when the
なお、振動板8は、高濃度のボロンドープ層で形成するようにしてもよい。水酸化カリウム水溶液等のアルカリ溶液による単結晶シリコンのエッチングにおけるエッチングレートは、ドーパントがボロンの場合、約5×1019atoms/cm3 以上の高濃度の領域において、非常に小さくなる。このため、振動板8の部分を高濃度のボロンドープ層とし、アルカリ溶液による異方性エッチングによって圧力室7を形成する際に、ボロンドープ層が露出してエッチングレートが極端に小さくなる、いわゆるエッチングストップ技術を用いることにより、振動板8を所望の厚さに形成することができる。
The
電極基板4とキャビティ基板3とを接合すると個別電極17と振動板8との間に空隙である振動室(ギャップ)13が形成される。この振動室13は、たとえば深さ0.2μmとなるように形成されている。また、キャビティ基板3には、キャビティ基板3を貫通するインク供給孔11が形成されている。
When the
[リザーバ基板2]
リザーバ基板2は、たとえば単結晶シリコンからなり、圧力室7に液滴を供給するためのリザーバ10が2つ形成されており、リザーバ10の底面には、リザーバ10から圧力室7へ液滴を移送するための供給孔9が形成されている。また、リザーバ10の底面には、リザーバ10の底面を貫通するインク供給孔11が形成されている。このリザーバ基板2に形成されたインク供給孔11と、キャビティ基板3に形成されたインク供給孔11及び電極基板4に形成されたインク供給孔11は、リザーバ基板2、キャビティ基板3及び電極基板4が接合された状態において互いに繋がっており、外部からリザーバ10に液滴を供給するためのものである(図2参照)。さらに、リザーバ基板2のリザーバ10の間には、リザーバ基板2を貫通する第2の穴部23が形成されている。
[Reservoir substrate 2]
The
図2に示すように、キャビティ基板3に設けられた第1の穴部22と、リザーバ基板2に設けられた第2の穴部23とは連通して収容部24を形成している。そして、この収容部24の内部には、ドライバIC15が収容されるようになっている。また、リザーバ基板2のリザーバ10以外の部分には、各々の圧力室7に連通し、圧力室7から後述するノズル孔5に液滴を移送するためのノズル連通孔6が形成されている。このノズル連通孔6は、リザーバ基板2を貫通しており、圧力室7の供給孔9が連通する一端の反対側の一端に連通している。
As shown in FIG. 2, the
[ノズル基板1]
ノズル基板1は、たとえば厚さ100μmのシリコン基板からなり、各々のノズル連通孔6と連通する複数のノズル孔5が形成されている。なお、ノズル孔5を2段に形成して液滴を吐出する際の直進性を向上させている(図2参照)。また、電極基板4、キャビティ基板3、リザーバ基板2及びノズル基板1を接合するときに、シリコンからなる基板とホウ珪酸ガラスからなる基板を接合する場合は陽極接合により、シリコンからなる基板同士を接合する場合は直接接合によって接合することができる。またシリコンからなる基板同士は、接着剤を用いて接合することもできる。ここでは、ノズル基板1とリザーバ基板2とは、エポキシ系接着剤を用いて接着接合している。
[Nozzle substrate 1]
The nozzle substrate 1 is made of, for example, a silicon substrate having a thickness of 100 μm, and a plurality of
図2に示すように、液滴吐出ヘッド100では、ドライバIC15が収容部24の内部に収容されており、収容部24がノズル基板1、リザーバ基板2、キャビティ基板3及び電極基板4によって閉塞されている。すなわち、ノズル基板1が収容部24の上面を、電極基板4が収容部24の下面を、キャビティ基板3及びリザーバ基板2が収容部24の側面を形成することにより、収容部24が閉塞されるようになっている。なお、以下で詳述するが、収容部24は、液滴や外気からドライバIC15を保護するために密閉するのが望ましい。
As shown in FIG. 2, in the
また、封止部材14は、振動板8と個別電極17との間のギャップ13を封止するようになっている。この封止部材14は、たとえば水分透過性の低い酸化シリコン(SiO2 )、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸窒化シリコン(SiON)、窒化シリコン(SiN)、ポリパラキシリレン等で形成するとよい。なお、ポリパラキシリレンは、結晶性ポリマー樹脂であり水分透過防止性及び耐薬品性に優れている性質を有している。これらの材料をスパッタやCVD等を用いて成膜すれば、水分透過性の低い封止部材14を小さく形成することができ、液滴吐出ヘッド100を更に小型化することが可能となる。
The sealing
次に、液滴吐出ヘッド100の動作について説明する。リザーバ10には、インク供給孔11を介して外部からインク等の液滴が供給されている。また、圧力室7には、供給孔9を介してリザーバ10から液滴が供給されている。ドライバIC15には、FPC30のFPC内配線(IC入力)32及び電極基板4に設けられたIC入力実装部20(図1参照)を介して液滴吐出装置の図示省略の制御部から駆動信号(パルス電圧)が供給されている。
Next, the operation of the
そして、ドライバIC15から個別電極17に0Vから40V程度までのパルス電圧を印加し個別電極17をプラスに帯電させ、対応する振動板8をFPC内配線31(COM)を介して液滴吐出装置の図示省略の制御部から駆動信号(パルス電圧)を供給してマイナスに帯電させる。そうすると、振動板8は、静電気力によって個別電極17側に吸引されて撓むことになる。次に、このパルス電圧をオフにすると、振動板8にかけられた静電気力がなくなり振動板11は復元する。このとき、圧力室7の内部の圧力が急激に上昇し、圧力室7内の液滴がノズル連通孔6を通過してノズル孔5から吐出されることになる。その後、液滴がリザーバ10から供給孔9を通じて圧力室7内に補給され、初期状態に戻る。
Then, a pulse voltage of about 0 V to 40 V is applied from the
なお、液滴吐出ヘッド100のリザーバ10への液滴の供給は、たとえばインク供給孔11に接続された図示省略の液滴供給管により行われている。また、FPC30が、FPC30の長手方向が電極列を形成する個別電極17の短辺方向と平行となるようにドライバIC15と接続されている。たとえば、個別電極17の短辺が長辺に対して斜めになっており、個別電極17が細長い平行四辺形状になっている場合には、個別電極17の長辺と直角方向にFPC30を接続すればよい。これにより、複数の電極列を有する液滴吐出ヘッド100とFPC30とをコンパクトに接続することができる。
The supply of droplets to the
ここで、実施の形態1に係る液滴吐出ヘッド100の特徴部分である、収容部24の密閉(封止)について説明する。図3は、液滴吐出ヘッド100が組み立てられた状態のB−B’断面を示す縦断面図である。図3において、基板アッセンブリが完了すると、ヘッドチップ毎に分割(切断)されて各液滴吐出ヘッド100が完成する。しかしながら、ヘッドチップ毎に分割する際、切削水がFPC実装部21とIC入力実装部20との間(隙間)から浸入してしまうと、ヘッド駆動時(電圧印加時)に電食、断線する可能性が高くなるといった不具合が生じることになる。
Here, the sealing (sealing) of the
以上のように組み立てられる液滴吐出ヘッド100では、FPC実装部21とIC入力実装部20との間、すなわち、電極基板4に形成した溝(すなわち、凹部12)に設けられている個別電極17とキャビティ基板3との間に隙間ができてしまう。そのために、ヘッドチップの分割時に切削水が浸入する可能性があった。そこで、実施の形態1に係る液滴吐出ヘッド100では、ヘッドチップを分割する前に、FPC実装部21とIC入力実装部20との間を密閉(封止)するようにしている。なお、ここでは、その溝が170nm(0.17μm)、個別電極17の厚さが70nm(0.07μm)、隙間が100nm(0.1μm)である場合を例に示している。
In the
図4は、貫通孔26を形成したキャビティ基板3を説明するための説明図である。図4に基づいて、FPC実装部21とIC入力実装部20との間を密閉することについて説明する。キャビティ基板3の隔壁25には、封止材(接着剤等)を注入させるための貫通孔26を形成している。キャビティ基板3とリザーバ基板2とは、接着剤によって直接接合されることが一般的であり、この接着剤を利用することによって、FPC実装部21とIC入力実装部20との間を密閉するようにしている。
FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the cavity substrate 3 in which the through
すなわち、キャビティ基板3の隔壁25に貫通孔26を形成し、この貫通孔26に封止材としての接着剤を、キャビティ基板3とリザーバ基板2とを接着接合すると同時に注入することで、FPC実装部21とIC入力実装部20との間を封止(密閉)するのである(図5参照)。ここでは、貫通孔26に注入する封止材が接着剤である場合を例に示しているが、これに限定するものではない(実施の形態2、実施の形態3参照)。
That is, a through
図8に液滴吐出ヘッドの製造工程の一例を示すが、このような製造工程であれば、キャビティ基板3の第1の穴部22の形成と併せて貫通孔26も形成することができ、簡易な製造工程で作製することが可能となる。また、新しい部品の追加等を要求することもないので、複雑な構造とならずに構造自体も簡易なものとなる。したがって、液滴吐出ヘッド100のサイズの小型を実現できるとともに、切削水等がIC入力実装部20に浸入することによる故障(電食、断線)を防止することができるのである。
FIG. 8 shows an example of the manufacturing process of the droplet discharge head. With such a manufacturing process, the through
図5は、貫通孔26に封止材を注入して組み立てられた液滴吐出ヘッド100のB−B’断面を示す縦断面図である。図に示すように、キャビティ基板3とリザーバ基板2とを接着接合するための接着剤が、キャビティ基板3の隔壁25に形成してある貫通孔26からFPC実装部21とIC入力実装部20との間に流れ込むようになっている。つまり、この接着剤が封止材としての役目を果たし、IC入力実装部20に切削水が浸入しないようになっている。
FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing a B-B ′ section of the
図6は、液滴吐出ヘッド100が搭載された液滴吐出装置の制御系を示す概略ブロック図である。なお、ここでは、液滴吐出装置が一般的なインクジェットプリンタであるものとして説明する。以下、図に基づいて、液滴吐出ヘッド100が搭載された液滴吐出装置の制御系について説明する。ただし、液滴吐出ヘッド100が搭載された液滴吐出装置の制御系を、ここで示した場合に限定するものではない。
FIG. 6 is a schematic block diagram showing a control system of a droplet discharge device on which the
インクジェットプリンタは、液滴吐出ヘッド100を駆動制御するための制御装置50を備えている。この制御装置50は、CPU(中央処理装置)51を中心に構成されている。CPU51は、パーソナルコンピュータや遠隔制御装置(リモコン)等の外部装置60から印刷情報が入力されるようになっている。この印刷情報は、バス52を介して入力されたり、赤外線信号等の無線信号で入力されたりするようになっている。また、CPU51には、内部バス53を介してROM54、RAM55及びキャラクタジェネレータ56と接続されている。
The ink jet printer includes a
制御装置50では、RAM55内の記憶領域を作業領域として用いて、ROM54内に格納されている制御プログラムを実行し、キャラクタジェネレータ56から発生するキャラクタ情報に基づき、液滴吐出ヘッド100を駆動するための制御信号を生成する。制御信号は、論理ゲートアレイ57及び駆動パルス発生回路58を介して、印刷情報に対応した駆動制御信号となって、コネクタ65を経由して液滴吐出ヘッド100に内蔵されたドライバIC15に供給されるほか、COM発生回路59に供給される。また、ドライバIC15には、印字用の駆動パルス信号V3、制御信号LP、極性反転制御信号REV等(図4参照)も供給されるようになっている。なお、COM発生回路59は、たとえば駆動パルスを発生するための図示省略の共通電極ICで構成されているとよい。
The
COM発生回路59では、供給された各信号に基づき、液滴吐出ヘッド100の共通電極16、すなわち各振動板8に印加すべき駆動信号をその図示省略の共通出力端子COMから出力するようになっている。また、ドライバIC15では、供給された各信号及び電源回路70から供給される駆動電圧Vpに基づき、各個別電極17に印加すべき駆動信号を、各個別電極17に対応した個数の個別出力端子SEGから出力するようになっている。そして、共通出力端子COMの出力と個別出力端子SEGの出力との電位差が、各振動板8とそれに対向する個別電極17との間に印加されるようになっている。振動板8の駆動時(液滴の吐出時)には指定された向きの駆動電位差波形を与え、非駆動時には駆動電位差を与えないようになっている。
The
図7は、ドライバIC15及びCOM発生回路59の内部構成の一例を示す概略ブロック図である。なお、ドライバIC15及びCOM発生回路59は、1組で64個の個別電極17及び振動板8に駆動信号を供給するものとする。また、ドライバIC15が、電源回路70から高電圧系の駆動電圧Vp及び論理回路系の駆動電圧Vccが供給されて動作するCMOSの64ビット出力の高耐圧ドライバである場合を例に示している。
FIG. 7 is a schematic block diagram showing an example of the internal configuration of the
ドライバIC15は、供給された駆動制御信号に応じて、駆動電圧パルスとGND電位の一方を、個別電極17に印加する。ドライバIC15は、64ビットのシフトレジスタ81を有し、シフトレジスタ81はシリアルデータとして論理ゲートアレイ57より送信された64ビット長のDI信号入力を、DI信号に同期する基本クロックパルスであるXSCLパルス信号入力によりデータをシフトアップし、シフトレジスタ81内のレジスタに格納するスタティクシフトレジスタとなっている。DI信号は、64個の個別電極17のそれぞれを選択するための選択情報をオン/オフにより示す制御信号であり、この信号がシリアルデータとして送信される。
The
また、ドライバIC15は、64ビットのラッチ回路82を有し、ラッチ回路82はシフトレジスタ81内に格納された64ビットデータを制御信号(ラッチパルス)LPによりラッチしてデータを格納し、格納されたデータを64ビット反転回路83に信号出力するスタティクラッチである。ラッチ回路82では、シリアルデータのDI信号が各振動板11の駆動を行うための64セグメント出力を行うための64ビットのパラレル信号へと変換される。
The
反転回路83では、ラッチ回路82から入力される信号と、REV信号との排他的論理和をレベルシフタ84へ出力する。レベルシフタ84は、反転回路83からの信号の電圧レベルをロジック系の電圧レベル(5Vレベル又は3.3Vレベル)からヘッド駆動系の電圧レベル(0〜45Vレベル)に変換するレベルインターフェイス回路である。SEGドライバ85は、64チャンネルのトランスミッションゲート出力となっていて、レベルシフタ84の入力によりSEG1〜SEG64のセグメント出力に対して、駆動電圧パルス入力か又はGND入力のいずれかを出力する。COM発生回路59に内蔵されたCOMドライバ86は、REV入力に対して駆動電圧パルスか又はGND入力のいずれかをCOMへ出力する。
The inverting
XSCL、DI、LP及びREVの各信号は、ロジック系の電圧レベルの信号であり、論理ゲートアレイ57よりドライバIC15に送信される信号である。このように、ドライバIC15及びCOM発生回路59を構成することにより、駆動するセグメント数(振動板8の数)が増加した場合においても容易に液滴吐出ヘッド100の振動板8の駆動する駆動電圧パルスとGNDとを切り替えることが可能となる。
The XSCL, DI, LP, and REV signals are logic system voltage level signals that are transmitted from the
図8及び図9は、実施の形態1に係る液滴吐出ヘッド100の製造工程の一例を示す縦断面図である。なお、ここで液滴吐出ヘッド100の製造方法の一例を示すが、これに限定するものではない。まず、個別電極17、インク供給孔11等が形成された電極基板4に、たとえば厚さ525μmのキャビティ基板3を陽極接合する(a)。なお、液滴吐出ヘッド100は、電極基板4がホウ珪酸ガラスからなるものとし、電極基板4に2列の電極列を形成して製造されるものとする。
8 and 9 are longitudinal sectional views showing an example of manufacturing steps of the
ここで電極基板4の製造方法の一例を簡単に説明する。まず、レジストをガラス基板の片面全体に塗布して所定形状にパターニングした後、フッ酸水溶液等でエッチングして凹部12を形成してレジストを剥離する。そして、凹部12の形成された面の全面にスパッタ等でITOを成膜し、ITOの表面にレジストを塗布してパターニングし、エッチングによって個別電極17を形成した後にレジストを剥離する。なお、インク供給孔11は、ドリル等によって形成することが可能になっている。
Here, an example of the manufacturing method of the
次に、機械研削によってキャビティ基板3を薄板化して、キャビティ基板3の厚さを140μmにする(b)。なお、機械研削した後に、キャビティ基板3の表面に発生した加工変質層を水酸化カリウム水溶液等で除去するのが望ましい。そして、キャビティ基板3の表面にプラズマCVDによってTEOS膜(TetraEthylOrthoSilicate)等で酸化膜を形成した後(c)、酸化膜表面にレジストを塗布して圧力室7、第1の穴部22、インク供給孔11及び実施の形態1の特徴部分である貫通孔26(図示省略)の形状をパターニングする(d)。
Next, the cavity substrate 3 is thinned by mechanical grinding so that the thickness of the cavity substrate 3 is 140 μm (b). In addition, it is desirable to remove the work-affected layer generated on the surface of the cavity substrate 3 with a potassium hydroxide aqueous solution or the like after mechanical grinding. Then, an oxide film is formed on the surface of the cavity substrate 3 by plasma CVD using a TEOS film (Tetra Ethyl Ortho Silicate) or the like (c), and then a resist is applied to the oxide film surface to apply the
それから、たとえば水酸化カリウム水溶液でキャビティ基板3をエッチングして圧力室7、第1の穴部22、インク供給孔11及び貫通孔26を形成して、酸化膜を剥離する(e)。なお、上記のようにキャビティ基板3にボロンドープ層を形成していた場合には、ボロンドープ層が振動板8等の薄膜として残ることとなる。その後、RIE(Reactive Ion Etching)等によって第1の穴部22、インク供給孔11及び貫通孔26に残ったシリコンの薄膜を除去し、第1の穴部22、インク供給孔11及び貫通孔26を形成する(f)。
Then, the cavity substrate 3 is etched with, for example, an aqueous potassium hydroxide solution to form the
そして、ドライバIC15を準備し、第1の穴部22内において2列の電極列を構成する個別電極17と接続されるように、ドライバIC15を電極基板4上に実装する(g)。なお、ドライバIC15は、ドライバIC15の下部に形成された接続端子に、異方導電性のACF(Anisotropic Conductive Film)若しくはACP(Anisotropic Conductive Paste)を貼付けることで実装するとよい。
Then, the
第1の穴部22に封止部材14を形成して個別電極17とドライバIC15とが接続するIC出力実装部18及び振動板8と個別電極17との間のギャップ13を封止する(h)。このとき、個別電極17の封止部材14によって封止されていない部分は、封止部材14によって被覆するようにする。なお、封止部材14は、ポリパラキシレン等の樹脂を材料として用いる場合には、ニードル(針)によって所定位置に封止材を塗布することにより形成することができる。また、封止部材14の材料として酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸窒化シリコン、窒化シリコン等の金属系のものを用いる場合には、シリコン等からなるマスクを使用したCVDによって形成することもできる。ドライバIC15へのダメージ等を考慮し、ドライバIC実装工程(g)と振動室封止工程(h)とを入れ替えてもよい。
The sealing
次に、キャビティ基板3の圧力室7が形成された面に、リザーバ基板2を接合する(i)。このとき、第1の穴部22と第2の穴部23とが連通して収容部24が形成される。なお、リザーバ基板2を接合する際に、接着剤が貫通孔26に注入されて、その接着剤が封止材として機能することによってIC入力実装部20が封止(密閉)されるようになっている。すなわち、IC入力実装部20とFPC実装部21との間が接着剤によって塞がれて、切削水等が浸入しないようになっているのである(図5参照)。
Next, the
リザーバ基板2には、予め圧力室7に液滴を供給するリザーバ10と、リザーバ10から圧力室7へ液滴を移送するための供給孔9と、圧力室7からノズル孔5へ液滴を移送するノズル連通孔6と、第2の穴部23とを形成しておくとよい。なお、リザーバ基板2は、シリコン基板にシリコン酸化膜を形成した後、シリコン酸化膜の表面にレジストをパターニングして所定部分のシリコン酸化膜をエッチングし、その後水酸化カリウム水溶液等でシリコン基板をエッチングすることにより形成することができる。
In the
そして、ICP(Inductively Coupled Plasma)放電又はエッチング等によってノズル孔5が形成されたノズル基板1を、接着剤等を用いてリザーバ基板2に接合する(j)。最後に、電極基板4、キャビティ基板3、リザーバ基板2、ノズル基板1が接合された接合基板をダイシング(切断)して個々の液滴吐出ヘッド100が完成する。このダイシングの際には、切削水が発生する。この切削水がIC入力実装部20に浸入すると、液滴吐出ヘッド100の故障(電食、断線)に繋がる。したがって、IC入力実装部20とFPC実装部21との間を密閉して切削水の浸入を防止しているのである。
Then, the nozzle substrate 1 in which the nozzle holes 5 are formed by ICP (Inductively Coupled Plasma) discharge or etching or the like is bonded to the
このように、キャビティ基板3に第1の穴部22を設け、リザーバ基板2に第2の穴部23を設けて第1の穴部22と第2の穴部23とによって収容部24を形成し、この収容部24にドライバIC15を収容するため、液滴吐出ヘッド100のサイズを小さくすることが可能になっている。したがって、印刷紙とノズル孔5との距離を近くすることができ、高精細な印刷が可能となる。また、ノズル孔5が形成されている面を平らにすることができるため、ワイピング(不要な液滴を除去する工程)を容易に行うことができる。
As described above, the
実施の形態2.
実施の形態2では、貫通孔26に注入する封止材が、キャビティ基板3とリザーバ基板2とを接着接合するための接着剤ではなく、ギャップ13を封止するための封止部材14である場合を説明する。なお、その他の基本的な構成については、実施の形態1に係る液滴吐出ヘッド100と同一または同等であるので、同一符号を付し説明を省略するものとする。
In the second embodiment, the sealing material injected into the through-
実施の形態2では、実施の形態1にかかる液滴吐出ヘッド100の製造工程で示したように、ギャップ13を封止する際に(図9(h)参照)、FPC実装部21とIC入力実装部20との間も併せて封止するようにしている。つまり、ギャップ13を封止するための封止部材14を貫通孔26に注入し、IC入力実装部20を密閉し、切削水が浸入しないようにしているのである。
In the second embodiment, as shown in the manufacturing process of the
図10は、貫通孔26にTEOS膜を形成してFPC実装部21とIC入力実装部20との間を封止することを示す説明図である。図に基づいて、貫通孔26にTEOS膜を形成する場合について説明する。なお、ギャップ13を封止する前の製造工程までは、実施の形態1で示した製造工程と同様である。そして、ギャップ13を封止する際に、貫通孔26にも封止部材14としてのTEOS膜を形成するようにする。このTEOS膜を形成する際、TEOS膜を形成したくない部分を保護するためのマスク27を用意する。このマスク27をキャビティ基板3にセットして、貫通孔26にTEOS膜を形成する。その後、マスク27を剥離して、リザーバ基板2が接着接合される。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing that a TEOS film is formed in the through
すなわち、キャビティ基板3の隔壁25に貫通孔26を形成し、この貫通孔26に封止部材14としてのTEOS膜を形成することで、FPC実装部21とIC入力実装部20との間を封止(密閉)するのである。こうすれば、キャビティ基板3の第1の穴部22の形成と併せて貫通孔26も形成することができ、簡易な作業工程で作製することが可能となる(図8参照)。なお、マスク27をセットするために、マスク27の製造工程等は、別途必要となってくる。ただし、このマスク27は剥離してしまうので、複雑な構造とならずに構造自体も簡易なものとなる。
That is, a through
したがって、液滴吐出ヘッド100のサイズの小型を実現できるとともに、切削水等がIC入力実装部20に浸入することによる故障(電食、断線)を防止することができるのである。なお、ここでは、封止部材14がTEOS膜である場合を例に示しているが、これに限定するものではない。たとえば、封止部材14は、ポリパラキシレン等の樹脂を材料としたり、酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸窒化シリコン、窒化シリコン等の金属系を材料としたりすることができる。
Therefore, the size of the
実施の形態3.
実施の形態3では、ドライバIC15を実装するための異方性導電接着剤(ACF、ACP)でFPC実装部21とIC入力実装部20との間を封止する場合を説明する。なお、その他の基本的な構成については、実施の形態1及び実施の形態2に係る液滴吐出ヘッド100と同一または同等であるので、同一符号を付し説明を省略するものとする。また、異方性導電接着剤でFPC実装部21とIC入力実装部20との間を封止するために、貫通孔26を形成しなくてもよい。
Embodiment 3 FIG.
In the third embodiment, a case where the space between the
図11は、異方性導電接着剤でFPC実装部21とIC入力実装部20との間を封止することを示す説明図である。実施の形態3では、実施の形態1にかかる液滴吐出ヘッド100の製造工程で示したように、異方性導電接着剤でドライバIC15を実装するようになっており(図9(g)参照)、この異方性導電接着剤によってFPC実装部21とIC入力実装部20との間も併せて封止するようにしている。つまり、異方性導電接着剤をIC入力実装部20やIC出力実装部18だけでなく、第1の穴部22の全体に塗布してドライバIC15を実装し、IC入力実装部20を密閉し、切削水が浸入しないようにしているのである。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing sealing between the
図に基づいて、第1の穴部22に異方性導電接着剤を塗布する場合について説明する。なお、ドライバIC15を実装する前の製造工程までは、実施の形態1で示した製造工程と同様である。そして、ドライバIC15を実装する際に、第1の穴部22全体に異方性導電接着剤を塗布するようにする。なお、異方性導電接着剤は、FPC実装部21とIC入力実装部20との間を封止するのに必要な量が塗布されるようになっている。
A case where an anisotropic conductive adhesive is applied to the
すなわち、ドライバIC15の実装及びFPC実装部21とIC入力実装部20との間を封止(密閉)を同時に行うのである。こうすれば、ドライバIC15の実装と併せてIC入力実装部20を封止することができ、また、貫通孔26を形成することもないので、簡易な製造工程で作製することが可能となる(図9参照)。さらに、新しい部品の追加等を要求することもないので、複雑な構造とならずに構造自体も簡易なものとなる。
That is, the mounting of the
したがって、液滴吐出ヘッド100のサイズの小型を実現できるとともに、切削水等がIC入力実装部20に浸入することによる故障(電食、断線)を防止することができるのである。
Therefore, the size of the
実施形態4.
図12は、実施の形態1〜実施の形態3のいずれかの製造方法で得られた液滴吐出ヘッド100を搭載した液滴吐出装置150の一例を示した斜視図である。図10に示す液滴吐出装置150は、一般的なインクジェットプリンタである。なお、この液滴吐出装置150は、周知の製造方法によって製造することができる。実施の形態1〜実施の形態3のいずれかで得られた液滴吐出ヘッド100は、上記のようにIC入力実装部20に切削水が浸入することがない。
FIG. 12 is a perspective view showing an example of a
なお、実施の形態1の製造方法で得られた液滴吐出ヘッド100は、図12に示す液滴吐出装置150の他に、液滴を種々変更することで、液晶ディスプレイのカラーフィルタの製造、有機EL表示装置の発光部分の形成、生体液体の吐出等にも適用することができる。また、実施の形態1の製造方法で得られた液滴吐出ヘッド100は、圧電駆動方式の液滴吐出装置や、バブルジェット(登録商標)方式の液滴吐出装置にも使用できる。なお、本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法及び液滴吐出装置の製造方法は、本発明の実施の形態で説明した内容に限定されるものではなく、本発明の思想の範囲内において変更することができる。
In addition, the
1 ノズル基板、2 リザーバ基板、3 キャビティ基板、4 電極基板、5 ノズル孔、6 ノズル連通孔、7 圧力室、8 振動板、9 供給孔、10 リザーバ、11 インク供給孔、12 凹部(溝)、13 ギャップ、14 封止部材、15 ドライバIC、16 共通電極、17 個別電極、18 IC出力実装部、20 IC入力実装部20、21 FPC実装部、22 第1の穴部、23 第2の穴部、24 収容部、25 隔壁、26 貫通孔、27 マスク、30 FPC、31 FPC内配線(COM)、32 FPC内配線(IC入力)、50 制御装置、51 CPU、52 バス、53 内部バス、54 ROM、55 RAM、56 キャラクタジェネレータ、57 理論ゲートアレイ、58 駆動パルス発生回路、59 COM発生回路、60 外部装置、65 コネクタ、70 電源回路、100 液滴吐出ヘッド、150 液滴吐出装置。
1 nozzle substrate, 2 reservoir substrate, 3 cavity substrate, 4 electrode substrate, 5 nozzle hole, 6 nozzle communication hole, 7 pressure chamber, 8 diaphragm, 9 supply hole, 10 reservoir, 11 ink supply hole, 12 recess (groove) , 13 Gap, 14 Sealing member, 15 Driver IC, 16 Common electrode, 17 Individual electrode, 18 IC output mounting portion, 20 IC
Claims (11)
底壁が振動板を形成し、前記液滴を溜めておく圧力室となる凹部が形成されたキャビティ基板と、
前記振動板に対向し、前記振動板を駆動する個別電極が形成された電極基板と、
前記圧力室に液滴を供給するリザーバとなる凹部と、前記リザーバから前記圧力室へ液滴を供給するための供給孔と、前記圧力室から前記ノズル孔へ液滴を移送するノズル連通孔とを有するリザーバ基板と、
前記電極基板には、前記個別電極に駆動信号を供給するドライバICと、該ドライバICを駆動する入力信号を供給するためのフレキシブルプリント基板とを実装するための溝が設けられており、
前記キャビティ基板には、前記ドライバICを収容するための穴部が設けられており、
前記キャビティ基板の該穴部と前記フレキシブルプリント基板が実装される側との間には、前記電極基板及び前記キャビティ基板の接合により前記溝と前記キャビティ基板との間に生じた隙間に連通させた貫通孔を形成した
ことを特徴とする液滴吐出ヘッド。 A nozzle substrate on which nozzle holes for discharging droplets are formed;
A cavity substrate in which a bottom wall forms a vibration plate and a recess serving as a pressure chamber for storing the droplets is formed;
An electrode substrate on which an individual electrode that faces the diaphragm and drives the diaphragm is formed;
A recess serving as a reservoir for supplying droplets to the pressure chamber; a supply hole for supplying droplets from the reservoir to the pressure chamber; and a nozzle communication hole for transferring droplets from the pressure chamber to the nozzle holes; A reservoir substrate having
The electrode substrate is provided with a groove for mounting a driver IC for supplying a drive signal to the individual electrode and a flexible printed circuit for supplying an input signal for driving the driver IC.
The cavity substrate is provided with a hole for accommodating the driver IC,
Between the hole portion of the cavity substrate and the side on which the flexible printed circuit board is mounted, the gap is formed between the groove substrate and the cavity substrate by joining the electrode substrate and the cavity substrate. Through hole formed
A droplet discharge head characterized by that.
ことを特徴とする請求項1に記載の液滴吐出ヘッド。 The droplet discharge head according to claim 1, wherein the gap is sealed with a sealing material.
ことを特徴とする請求項2に記載の液滴吐出ヘッド。 The droplet discharge head according to claim 2, wherein the gap is sealed with an adhesive that joins the cavity substrate and the reservoir substrate.
ことを特徴とする請求項2に記載の液滴吐出ヘッド。 The droplet discharge head according to claim 2, wherein the gap is sealed with a sealing member that seals a connection portion between the individual electrode and the driver IC.
底壁が振動板を形成し、前記液滴を溜めておく圧力室となる凹部が形成されたキャビティ基板と、
前記振動板に対向し、前記振動板を駆動する個別電極が形成された電極基板と、
前記圧力室に液滴を供給するリザーバとなる凹部と、前記リザーバから前記圧力室へ液滴を供給するための供給孔と、前記圧力室から前記ノズル孔へ液滴を移送するノズル連通孔とを有するリザーバ基板と、
前記電極基板には、前記個別電極に駆動信号を供給するドライバICと、該ドライバICを駆動する入力信号を供給するためのフレキシブルプリント基板とを実装するための溝が設けられており、
前記電極基板及び前記キャビティ基板の接合により前記溝と前記キャビティ基板との間に生じた隙間を、前記ドライバICを前記溝に実装する異方性導電接着剤により封止した
ことを特徴とする液滴吐出ヘッド。 A nozzle substrate on which nozzle holes for discharging droplets are formed;
A cavity substrate in which a bottom wall forms a vibration plate and a recess serving as a pressure chamber for storing the droplets is formed;
An electrode substrate on which an individual electrode that faces the diaphragm and drives the diaphragm is formed;
A recess serving as a reservoir for supplying droplets to the pressure chamber; a supply hole for supplying droplets from the reservoir to the pressure chamber; and a nozzle communication hole for transferring droplets from the pressure chamber to the nozzle holes; A reservoir substrate having
The electrode substrate is provided with a groove for mounting a driver IC for supplying a drive signal to the individual electrode and a flexible printed circuit for supplying an input signal for driving the driver IC.
A liquid produced by sealing the gap formed between the groove and the cavity substrate by joining the electrode substrate and the cavity substrate with an anisotropic conductive adhesive that mounts the driver IC in the groove. Drop ejection head.
ことを特徴とする液滴吐出装置。 A droplet discharge apparatus comprising the droplet discharge head according to claim 1.
前記キャビティ基板に、底壁が振動板を形成し、液滴を溜めておく圧力室となる凹部と、前記電極基板及び前記キャビティ基板の接合により前記溝と前記キャビティ基板との間に生じた隙間に連通される貫通孔とを形成する工程と、
前記貫通孔に接着剤を注入するとともに、該接着剤を前記キャビティ基板に塗布し、前記圧力室に液滴を供給するリザーバとなる凹部と、前記リザーバから前記圧力室へ液滴を供給するための供給孔と、前記圧力室から前記ノズル孔へ液滴を移送するノズル連通孔とを有するリザーバ基板を、前記キャビティ基板に接合する工程とを有する
ことを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。 An electrode substrate in which individual electrodes are formed and provided with grooves for mounting a driver IC that supplies a drive signal to the individual electrodes and a flexible printed circuit board that supplies an input signal for driving the driver IC, Bonding the cavity substrate forming the liquid flow path;
The cavity substrate has a diaphragm whose bottom wall forms a vibration plate and serves as a pressure chamber for storing droplets, and a gap formed between the groove and the cavity substrate by joining the electrode substrate and the cavity substrate. Forming a through-hole communicated with,
Injecting an adhesive into the through-hole, applying the adhesive to the cavity substrate, and supplying a droplet from the reservoir to the pressure chamber, a recess serving as a reservoir for supplying the droplet to the pressure chamber And a step of joining a reservoir substrate having a nozzle communication hole for transferring droplets from the pressure chamber to the nozzle hole to the cavity substrate. .
前記キャビティ基板に、底壁が振動板を形成し、液滴を溜めておく圧力室となる凹部と、前記電極基板及び前記キャビティ基板の接合により前記溝と前記キャビティ基板との間に生じた隙間に連通される貫通孔とを形成する工程と、
前記電極基板に、前記個別電極に駆動信号を供給するドライバICを実装する工程と、
前記個別電極と前記圧力室との間に形成されるギャップを封止部材で封止する際に、該封止部材を前記貫通孔にも注入する工程とを有する
ことを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。 An electrode substrate in which individual electrodes are formed and provided with grooves for mounting a driver IC that supplies a drive signal to the individual electrodes and a flexible printed circuit board that supplies an input signal for driving the driver IC, Bonding the cavity substrate forming the liquid flow path;
The cavity substrate has a diaphragm whose bottom wall forms a vibration plate and serves as a pressure chamber for storing droplets, and a gap formed between the groove and the cavity substrate by joining the electrode substrate and the cavity substrate. Forming a through-hole communicated with,
Mounting a driver IC for supplying a driving signal to the individual electrodes on the electrode substrate;
A step of injecting the sealing member into the through-hole when the gap formed between the individual electrode and the pressure chamber is sealed with a sealing member. Manufacturing method of the head.
ことを特徴とする請求項7または8に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。 The method for manufacturing a droplet discharge head according to claim 7 or 8, wherein the through hole is formed by wet etching or dry etching.
前記キャビティ基板に、底壁が振動板を形成し、液滴を溜めておく圧力室となる凹部を形成する工程と、
前記電極基板と前記キャビティ基板との接合により前記溝と前記キャビティ基板との間に生じた隙間に異方性導電接着剤を注入するとともに、該異方性導電接着剤で前記個別電極に駆動信号を供給するドライバICを実装する工程とを有する
ことを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。 An electrode substrate in which individual electrodes are formed and provided with grooves for mounting a driver IC that supplies a drive signal to the individual electrodes and a flexible printed circuit board that supplies an input signal for driving the driver IC, Bonding the cavity substrate forming the liquid flow path;
Forming a recess in the cavity substrate, the bottom wall of which forms a diaphragm and serves as a pressure chamber for storing droplets;
An anisotropic conductive adhesive is injected into a gap formed between the groove and the cavity substrate by joining the electrode substrate and the cavity substrate, and a drive signal is applied to the individual electrodes with the anisotropic conductive adhesive. And a step of mounting a driver IC for supplying a liquid crystal.
ことを特徴とする液滴吐出装置の製造方法。
A method for manufacturing a droplet discharge device, wherein the method for manufacturing a droplet discharge head according to any one of claims 7 to 10 is applied to manufacture a droplet discharge device.
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JP2012187863A (en) * | 2011-03-11 | 2012-10-04 | Toshiba Tec Corp | Inkjet head |
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