JP2007196431A - Liquid droplet delivering head, and method for manufacturing liquid droplet delivering head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液滴吐出ヘッド、及び液滴吐出ヘッドの製造方法に関する。 The present invention relates to a droplet discharge head and a method for manufacturing the droplet discharge head.
インクジェット記録ヘッドに使用している圧電素子は、焼結したセラミクス(PZT)のインゴットを約100μmの厚さで切り出したのち、機械加工により厚さ約35μmに薄膜化した圧電体を分割して製造している。 Piezoelectric elements used in inkjet recording heads are manufactured by cutting a sintered ceramics (PZT) ingot to a thickness of approximately 100 μm and then dividing the piezoelectric material thinned to a thickness of approximately 35 μm by machining. is doing.
圧電素子(薄膜化し分割した圧電体)の厚さのバラツキが大きくなると、同じ電圧を印加した場合でも各圧電素子の変形量が異なる。すなわち、吐出するインク滴量が異なり、印字品質が低下する。このため、両面研磨加工法を用いて薄膜化を行うことで、比較的容易に厚さのバラツキが小さい圧電素子を得ている。 When the variation in the thickness of the piezoelectric element (piezoelectric material divided into thin films) increases, the amount of deformation of each piezoelectric element differs even when the same voltage is applied. That is, the amount of ink droplets to be ejected is different, and the print quality is reduced. For this reason, a piezoelectric element having a small thickness variation is relatively easily obtained by thinning the film using a double-side polishing method.
しかしながら、両面研磨加工法は、加工中は板状の圧電体の両面が研磨盤に接触していなければならないので、薄膜化した圧電体に対して補強等はできない。よって、薄膜化が完了した時点では、非常に脆く破損しやすい状態になっている。このため、薄膜化した圧電体の研磨盤からの取り出しや洗浄などの工程において、薄膜化した圧電体の取り扱いに起因する不良(割れや欠けなど)が発生しやすいので、製造が容易ではない。 However, the double-side polishing method cannot reinforce the thin-film piezoelectric body because both sides of the plate-like piezoelectric body must be in contact with the polishing board during processing. Therefore, when thinning is completed, the film is very brittle and easily damaged. For this reason, in the process of taking out the thinned piezoelectric material from the polishing board and cleaning, defects (such as cracks and chips) due to the handling of the thinned piezoelectric material are likely to occur, so that the manufacture is not easy.
さて、圧電素子は、薄くなれば圧電素子自身の剛性が変形に与える影響が小さくなるため、変形効率が向上、すなわちインク滴の吐出効率が向上する。よって、更なる薄膜化が求められている。 When the piezoelectric element is thin, the influence of the rigidity of the piezoelectric element itself on the deformation is reduced, so that the deformation efficiency is improved, that is, the ink droplet ejection efficiency is improved. Therefore, further thinning is demanded.
しかし、上述したように、現時点でも薄膜化した圧電体の取り扱いに起因する不良が発生しているので、薄膜化した圧電体の取り扱い性(ハンドリング性)を考えると、両面研磨加工法では、圧電体(圧電素子)の薄膜化(厚さ)の限界は30μm前後であると思われる。よって、両面研磨法では、更なる薄膜化は困難である。 However, as described above, defects due to the handling of the thin film piezoelectric material still occur at the present time. Therefore, in consideration of the handleability of the thin film piezoelectric material, the double-side polishing processing method uses a piezoelectric material. The limit of thinning (thickness) of the body (piezoelectric element) seems to be around 30 μm. Therefore, further thinning is difficult with the double-side polishing method.
更に、現状、圧電体は直径約30mmの円盤状をしているが、より多くの圧電素子を得ようとするために、圧電体の外形を大きくしようとすると、取り扱い性(ハンドリング性)は更に悪くなるので、薄膜化はより困難となる。 Furthermore, at present, the piezoelectric body has a disk shape with a diameter of about 30 mm. However, in order to obtain a larger number of piezoelectric elements, if the outer shape of the piezoelectric body is increased, handling (handling) is further improved. Since it gets worse, thinning becomes more difficult.
さて、取り扱い性(ハンドリング性)を向上させるため、複数の圧電素子を振動板に接着したのち、複数の圧電素子を所定の厚さに一括して薄膜化する方法が提案されている。(例えば、特許文献1参照)。 In order to improve handling (handling), a method has been proposed in which a plurality of piezoelectric elements are bonded to a diaphragm and then the plurality of piezoelectric elements are collectively reduced to a predetermined thickness. (For example, refer to Patent Document 1).
しかし、この方法で対象とする圧電素子の厚みは、0.1mmから0.15mm程度の場合であり、これ以上薄膜化した場合の取り扱い性は、やはり困難であると思われる。 However, the thickness of the piezoelectric element targeted by this method is about 0.1 mm to 0.15 mm, and it is still difficult to handle when the thickness is further reduced.
また、薄い圧電素子は、スパッタ法によって製造することが可能である。しかし、スパッタ法は非常に製造上の効率が悪く、現実的に得られる厚さは数μm程度と考えられる。よって、例えば15μm程度の厚さにすることは、製造上の効率から考えて、非常に困難である。更に、圧電素子が薄すぎると、圧電素子がインクの反力に耐えられず、逆に変形効率が低下する(インク滴の吐出効率が低下する)。このためスパッタ法を用いて製造する場合は、十分な圧電性を得るため、高価なMgO等を圧電素子上に形成して、結晶軸の配向を揃える等、高コストで煩雑な製造プロセスを行う必要がある。(例えば、特許文献2参照)。 A thin piezoelectric element can be manufactured by a sputtering method. However, the sputtering method is very inefficient in manufacturing, and the thickness obtained in practice is considered to be about several μm. Therefore, for example, it is very difficult to make the thickness about 15 μm in view of manufacturing efficiency. Furthermore, if the piezoelectric element is too thin, the piezoelectric element cannot withstand the reaction force of the ink, and conversely, the deformation efficiency decreases (ink droplet ejection efficiency decreases). For this reason, when manufacturing using a sputtering method, an expensive MgO or the like is formed on the piezoelectric element in order to obtain sufficient piezoelectricity, and a complicated manufacturing process is performed at a high cost, such as aligning the crystal axis orientation. There is a need. (For example, refer to Patent Document 2).
また、複数枚の圧電シートで圧力室の一面が塞がれると共に、圧電シート間に共通電極が設けられ、そして、各圧力室に対応する形状の個別電極が設けられた構造のインクジェット記録ヘッドが提案されている(例えば、特許文献3参照)。 An inkjet recording head having a structure in which one surface of a pressure chamber is closed by a plurality of piezoelectric sheets, a common electrode is provided between the piezoelectric sheets, and individual electrodes having a shape corresponding to each pressure chamber are provided. It has been proposed (see, for example, Patent Document 3).
このような構造では、個別電極に対応する領域が撓み変形する領域となる。この場合、吐出特性を均一にするためには、個別電極の形状を正確にパターニングする必要がある。また、個別電極の領域以外の部分(撓み変形しない領域)が、圧電体の撓み変形を拘束してしまうので、圧電体の変形効率があまり良くない。
本発明は、上記問題を解決すべく成されたもので、より容易に液滴吐出ヘッドを製造することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to more easily manufacture a droplet discharge head.
上記目的を達成するために請求項1に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法は、圧力室の壁面の一部を構成する振動板を変位させ、前記圧力室に連通したノズルから液滴を吐出する液滴吐出ヘッドの製造方法であって、板状の圧電体の一方の面に第一電極層を形成する第一工程と、前記第一電極層が形成された前記圧電体の一方の面に所定の深さの溝部を形成し、前記圧力室に対応する能動領域部を形成すると共に、前記第一電極層が前記能動領域部の一方の面の全域に設けられた共通電極となる第二工程と、前記能動領域部に前記振動板を接合する第三工程と、前記振動板に第一支持部材を接合する第四工程と、前記圧電体を、前記溝部の深さよりも厚く薄膜化する第五工程と、薄膜化した前記圧電体の他方の面に第二電極層を形成する第六工程と、前記第二電極層を分割し、前記能動領域部に対応する個別電極を形成する第七工程と、前記第一支持部材を除去する第八工程と、前記圧電体が接合している前記振動板を、前記圧力室を備える流路部に接合する第九工程と、を有することを特徴としている。 In order to achieve the above object, a method of manufacturing a droplet discharge head according to claim 1 is a method of displacing a diaphragm that forms part of a wall surface of a pressure chamber and discharging droplets from a nozzle communicating with the pressure chamber. A method of manufacturing a droplet discharge head, comprising: a first step of forming a first electrode layer on one surface of a plate-like piezoelectric body; and one surface of the piezoelectric body on which the first electrode layer is formed A groove portion having a predetermined depth is formed in the active region portion corresponding to the pressure chamber, and the first electrode layer serves as a common electrode provided over the entire area of one surface of the active region portion. Two steps; a third step of bonding the diaphragm to the active region; a fourth step of bonding a first support member to the diaphragm; and thinning the piezoelectric body to be thicker than the depth of the groove. And a sixth process for forming a second electrode layer on the other surface of the thinned piezoelectric body. And a seventh step of dividing the second electrode layer to form an individual electrode corresponding to the active region, an eighth step of removing the first support member, and the piezoelectric body being joined And a ninth step of joining the diaphragm to the flow path portion including the pressure chamber.
請求項1に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法では、第一工程で板状の圧電体の一方の面に第一電極層を形成し、第二工程で所定の深さの溝部を形成し、圧力室に対応する能動領域部を形成する。また、溝部によって第一電極層が能動領域部の一方の面の全域に設けられた共通電極となる。つまり、溝部を形成することで、一方の面の全域に共通電極が設けられた能動領域部を形成できる。 In the method for manufacturing a droplet discharge head according to claim 1, the first electrode layer is formed on one surface of the plate-like piezoelectric body in the first step, and the groove portion having a predetermined depth is formed in the second step. The active region portion corresponding to the pressure chamber is formed. Further, the first electrode layer becomes a common electrode provided over the entire area of one surface of the active region portion by the groove portion. That is, by forming the groove portion, it is possible to form an active region portion in which a common electrode is provided over the entire area of one surface.
第三工程で能動領域部に振動板を接合し、第四工程で振動板に第一支持基板を接合する。そして、第五工程で圧電体を溝部の深さよりも厚く薄膜化する。このとき圧電体には、第一支持基板が接合されおり、更に、圧電体は完全に分割されていないので、圧電体を薄くしても、破損しにくい。このため、取り扱いが非常に容易である。(ハンドリング性が非常に良い)。 In the third step, the diaphragm is joined to the active region, and in the fourth step, the first support substrate is joined to the diaphragm. In the fifth step, the piezoelectric body is thinned to be thicker than the depth of the groove. At this time, the first support substrate is bonded to the piezoelectric body. Further, since the piezoelectric body is not completely divided, the piezoelectric body is not easily damaged even if the piezoelectric body is thinned. For this reason, handling is very easy. (Handling is very good).
第六工程で、薄膜化した圧電体の他方の面に第二電極層を形成し、第七工程で、第二電極層を、例えば、エッチングなどで分割し、能動領域部に対応する個別電極とする。このとき圧電体の他方の面は平坦であるので、第六工程と第七工程とを容易に行うことができる。 In the sixth step, a second electrode layer is formed on the other surface of the thinned piezoelectric body, and in the seventh step, the second electrode layer is divided by, for example, etching, and individual electrodes corresponding to the active region portion And At this time, since the other surface of the piezoelectric body is flat, the sixth step and the seventh step can be easily performed.
このように、容易に液滴吐出ヘッドを製造している。 Thus, the droplet discharge head is easily manufactured.
請求項2に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法は、請求項1に記載の製造方法において、第七工程では、平面視すると、前記個別電極が前記能動領域部を覆うように、該個別電極を該能動領域部より大きく形成することを特徴としている。 According to a second aspect of the present invention, in the manufacturing method of the first aspect, in the seventh step, in the seventh step, the individual electrode is arranged so that the individual electrode covers the active region portion when viewed in plan. Is formed larger than the active region portion.
請求項2に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法では、第七工程で、個別電極が能動領域を覆うように、個別電極を能動領域よりも大きく形成している。 In the method of manufacturing the droplet discharge head according to the second aspect, in the seventh step, the individual electrode is formed larger than the active region so that the individual electrode covers the active region.
したがって、圧電体が撓み変形する領域は能動領域部の一方の面の共通電極の大きさとなる。すなわち、撓み変形する領域は、溝部によって形成される能動領域部の精度に依存する。よって、例えば、電極をパターニングして形成する場合のように、電極形成の位置ズレ等により、撓み変形する領域のバラツキがない。 Therefore, the region where the piezoelectric body is bent and deformed is the size of the common electrode on one surface of the active region portion. In other words, the region where the bending deformation occurs depends on the accuracy of the active region formed by the groove. Therefore, for example, as in the case where the electrode is formed by patterning, there is no variation in the region to be bent and deformed due to misalignment of the electrode formation.
更に、個別電極の位置ズレ等の精度もラフでよい。また、個別電極を大きくすることで、配線スペースが大きくなるので、個別電極への配線の信頼性が向上する。 Furthermore, the accuracy of the positional deviation of the individual electrodes may be rough. Further, since the wiring space is increased by increasing the size of the individual electrode, the reliability of the wiring to the individual electrode is improved.
請求項3に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法は、請求項2に記載の製造方法において、前記第二工程では、平面視すると、前記能動領域部が前記圧力室に収まるように前記溝部を形成し、前記第七工程では、平面視すると、前記個別電極には前記圧力室の領域からはみ出た電極パッド部を備えるように形成することを特徴としている。 According to a third aspect of the present invention, in the method of manufacturing the liquid droplet ejection head according to the second aspect, in the second step, the groove portion is formed so that the active region portion is accommodated in the pressure chamber when viewed in plan. In the seventh step, the individual electrode is formed to have an electrode pad portion protruding from the region of the pressure chamber when viewed in plan.
請求項3に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法では、平面視すると、能動領域部が圧力室に収まるように溝部を形成し、個別電極には圧力室の領域からはみ出た電極パッド部を備えるように形成している。 In the method of manufacturing a droplet discharge head according to claim 3, when viewed in plan, a groove is formed so that the active region fits in the pressure chamber, and the individual electrode includes an electrode pad portion protruding from the pressure chamber region. It is formed as follows.
このように、個別電極を大きくし電極パッド部を備えることで、配線の信頼性がより向上する。 Thus, the reliability of wiring improves more by enlarging an individual electrode and providing an electrode pad part.
更に、能動領域部は圧力室に収まっており、一方の面の他の領域は溝部が形成されている。よって、能動領域部の撓み変形に対する拘束が小さくなり、変形効率が向上する。 Further, the active region portion is accommodated in the pressure chamber, and a groove portion is formed in the other region on one surface. Therefore, the restraint with respect to the bending deformation of the active region portion is reduced, and the deformation efficiency is improved.
請求項4に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法は、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の製造方法において、前記第六工程で、前記圧電体の他方の面に、前記第二電極層を前記個別電極として形成し、前記第七工程を省略したことを特徴としている。 The manufacturing method of the droplet discharge head according to claim 4 is the manufacturing method according to any one of claims 1 to 3, wherein the sixth surface is formed on the other surface of the piezoelectric body. The second electrode layer is formed as the individual electrode, and the seventh step is omitted.
請求項4に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法では、第六工程で、圧電体の他方の面に、第二電極層を、例えばパターンニングして個別電極として形成したので、第七工程が省略される。 In the method of manufacturing a droplet discharge head according to claim 4, since the second electrode layer is formed as an individual electrode by patterning, for example, on the other surface of the piezoelectric body in the sixth step, the seventh step includes Omitted.
請求項5に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法は、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の製造方法において、前記第八工程の前に、前記圧電体の他方の面に第二支持部材を接合する工程を有し、前記第九工程の後に、前記第二支持部材を除去する工程を有することを特徴としている。 The manufacturing method of a droplet discharge head according to claim 5 is the manufacturing method according to any one of claims 1 to 4, wherein the other surface of the piezoelectric body is formed before the eighth step. It has the process of joining a 2nd support member, It has the process of removing said 2nd support member after the said 9th process, It is characterized by the above-mentioned.
請求項5に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法では、第八工程の前に、圧電体の他方の面に第二支持部材を接合したので、第一支持部材を取り外した後の取り扱いが、より容易となっている。 In the method for manufacturing a droplet discharge head according to claim 5, since the second support member is joined to the other surface of the piezoelectric body before the eighth step, the handling after removing the first support member is performed. It has become easier.
請求項6に記載の液滴吐出ヘッドは、圧力室の壁面の一部を構成する振動板を変位させ、前記圧力室に連通したノズルから液滴を吐出する液滴吐出ヘッドであって、一方の面に形成された溝部と、前記溝部によって分割され前記圧力室に対応し一方の面の全域に共通電極が設けられた能動領域部と、他方の面に形成され前記能動領域部に対応する個別電極と、を備え、前記能動領域部が前記振動板に接合された板状の圧電体と、前記圧力室を備え、振動板が接合された流路部と、を有することを特徴としている。 The droplet discharge head according to claim 6 is a droplet discharge head that displaces a diaphragm that forms a part of the wall surface of the pressure chamber and discharges a droplet from a nozzle that communicates with the pressure chamber. A groove formed on one surface, an active region divided by the groove, corresponding to the pressure chamber and provided with a common electrode over the entire surface, and formed on the other surface corresponding to the active region. And a plate-like piezoelectric body in which the active region portion is joined to the diaphragm, and a flow path portion having the pressure chamber and joined to the diaphragm. .
請求項6に記載の液滴吐出ヘッドでは、溝部によって能動領域部の一方の面の全域に共通電極が設けられた能動領域部が容易に形成されている。 In the droplet discharge head according to the sixth aspect, the active region portion in which the common electrode is provided over the entire area of one surface of the active region portion is easily formed by the groove portion.
また、能動領域部に対応する個別電極は、平坦な圧電体の他方の面に形成しているので、個別電極の形成が容易である。 Further, since the individual electrode corresponding to the active region is formed on the other surface of the flat piezoelectric body, it is easy to form the individual electrode.
請求項7に記載の液滴吐出ヘッドは、請求項6に記載の構成において、前記個別電極が前記能動領域部を覆うように、該個別電極を該能動領域部より大きく形成したことを特徴としている。 According to a seventh aspect of the present invention, in the liquid droplet ejection head according to the sixth aspect, the individual electrode is formed larger than the active region portion so that the individual electrode covers the active region portion. Yes.
請求項7に記載の液滴吐出ヘッドは、個別電極が能動領域部を覆うように、個別電極を能動領域部よりも大きく形成している。 In the droplet discharge head according to the seventh aspect, the individual electrode is formed larger than the active region portion so that the individual electrode covers the active region portion.
したがって、圧電体が撓み変形する領域は能動領域部の一方の面の共通電極の大きさとなる。すなわち、溝部によって形成される能動領域部の精度に依存する。よって、例えば、電極をパターニングして形成する場合のように、電極形成の位置ズレ等による撓み変形する領域のバラツキが非常に少ない。 Therefore, the region where the piezoelectric body is bent and deformed is the size of the common electrode on one surface of the active region portion. That is, it depends on the accuracy of the active region formed by the groove. Therefore, for example, as in the case where the electrode is formed by patterning, there is very little variation in the region where the electrode is bent and deformed due to misalignment of the electrode formation.
更に、個別電極の位置ズレなどの精度もラフで良い。また、個別電極を大きくすることで、配線スペースが大きくなるので、個別電極への配線の信頼性も向上する。 Furthermore, the accuracy of the positional deviation of the individual electrodes may be rough. Moreover, since the wiring space is increased by increasing the size of the individual electrode, the reliability of the wiring to the individual electrode is also improved.
請求項8に記載の液滴吐出ヘッドは、請求項7に記載の構成において、平面視すると、前記能動領域部は、前記圧力室に収まり、前記電極パターンは、前記圧力室の領域からはみ出た電極パッドを備えることを特徴としている。 According to a eighth aspect of the present invention, in the configuration of the seventh aspect, the active region portion fits in the pressure chamber and the electrode pattern protrudes from the pressure chamber region when viewed in plan. An electrode pad is provided.
請求項8に記載の液滴吐出ヘッドでは、平面視すると、能動領域部が圧力室に収まるように溝部を形成し、個別電極が圧力室からはみ出た電極パッド部を備えるように形成している。 In the droplet discharge head according to the eighth aspect, when viewed in plan, the groove portion is formed so that the active region portion is accommodated in the pressure chamber, and the individual electrode is formed to have the electrode pad portion protruding from the pressure chamber. .
このように、個別電極を大きくし電極パッド部を備えることで、配線の信頼性がより向上する。 Thus, the reliability of wiring improves more by enlarging an individual electrode and providing an electrode pad part.
更に、能動領域部は圧力室に収まっており、一方の面の他の領域は溝部が形成されている。よって、能動領域部の撓み変形に対する拘束が小さくなり、変形効率が向上する。 Further, the active region portion is accommodated in the pressure chamber, and a groove portion is formed in the other region on one surface. Therefore, the restraint with respect to the bending deformation of the active region portion is reduced, and the deformation efficiency is improved.
以上説明したように本発明によれば、容易に液滴吐出ヘッドを製造できる。 As described above, according to the present invention, a droplet discharge head can be easily manufactured.
まず、本発明の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドを備えたインクジェット記録装置についての概要を説明する。 First, the outline | summary about the inkjet recording device provided with the inkjet recording head which concerns on embodiment of this invention is demonstrated.
図1に示すように、インクジェット記録装置110には、キャリッジ114が設けられている。このキャリッジ114には、ノズル10(図2参照)を有するブラック、イエロー、マゼンタ、シアンの各色のインクジェット記録ヘッド112が、用紙Pとノズル10が対向するようにして搭載されている。そして、キャリッジ114は、走査位置信号に基づき主走査機構118によって主走査方向(矢印Xで示す)に移動する。これにより、インクジェット記録ヘッド112は、副走査機構120によって副走査方向(矢印Yで示す)へ搬送される用紙Pへ、画像情報に応じてインク滴を吐出することにより、用紙Pの全面に画像の記録を行う。
As shown in FIG. 1, the
つぎに、インクジェット記録ヘッドについて説明する。 Next, the ink jet recording head will be described.
図2と図3に示すようにインクジェット記録ヘッド112は、マトリックス状に配置されたインク滴を吐出するノズル10と菱形形状をした圧力室12とを備えている。そして、ノズル10と圧力室12とはノズル連通路16で連通されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the ink
また、図示しないインク供給部から導入されたインクが充填される共通インク流路14を備えている。そして、共通インク流路14の開口部20と圧力室12とが、インク供給路18で連通されている。
In addition, a common
圧力室12は、壁面の一部を振動板34が構成している。この振動板34には板状の圧電体100が接着されている。更に、圧電体100の振動板34との接着面と反対側の面には、各圧力室12に対応する個別電極136が形成されている。そして、個別電極136の電極パッド部136Bにボール半田40を介して配線基板38(図3(B)参照)が接合されている。
In the
なお、圧電体100の、振動板34との接着面側を一方の面とし、反対側を他方の面とする。
In addition, let the adhesive surface side with the
図3(A)に示すように、ノズル10は圧力室12の菱形形状の角部に位置し、インク供給路18はノズル10の位置と対角線上に反対の角部と連通している。
As shown in FIG. 3A, the
さて、図3(B)、図6、図7に示すように、圧電体100の、振動板34との一方の面(接合面側)には、幅広の溝部102が形成され、溝部102以外の部分が能動領域部100Aとなっている。これらの能動領域部100Aは、圧力室12に相当する領域に各々配設され、その大きさは圧力室12より若干小さく、圧力室12と略同形状となっている。また、平面視すると能動領域部100Aは圧力室12に収まっている(図3(A)も参照)。
As shown in FIGS. 3B, 6, and 7, a
また、この能動領域部100Aの一方の面の全域には共通電極137(詳細は後述する)が形成され、この共通電極137によって、振動板34と能動領域部100Aとが電気的に接合する。
Further, a common electrode 137 (details will be described later) is formed over the entire area of one surface of the
圧電体100の他方の面(振動板34と反対側の面)は、前述したように、電極パッド部136Bを備える個別電極136が形成されている。個別電極136は能動領域部100Aより大きく、平面視すると能動領域部100Aを覆う。また、電極パット部136Bは圧力室12の領域外に延出した部分で、ボール半田40を介して配線基板38と接続されている(図3(A)も参照)。
As described above, the
インクジェット記録ヘッド112は、このような構成としたので、駆動電圧が電極パット部136Bと振動板34との間に印加されると、圧電体100の能動領域部100Aが撓み変形して、圧力室12内のインクを加圧し、ノズル10からインク滴が吐出する。
Since the
つぎに、インクジェット記録ヘッド112の製造工程を説明する。
Next, the manufacturing process of the ink
図4(A)(及び、図2、図3も参照)に示すように、ノズル10が形成されるノズルプレート22と、ノズル連通路16と共通インク流路14となる孔が形成されたインクプールプレート24、26と、ノズル連通路16と共通インク流路14の開口部20となる孔が形成されたスループレート28と、インク供給路18となる孔が形成されたインク供給路プレート30と、圧力室12となる孔が形成された圧力室プレート32と、を順番に積層し接合する。
As shown in FIG. 4A (and also see FIGS. 2 and 3), the
なお、各プレートが接合された、図4(A)を、流路部111とする。
In addition, let FIG. 4 (A) with which each plate was joined be the flow-
また、ノズルプレート22の材質はポリイミドであり、ノズルプレート22、インクプールプレート24、26、スループレート28、圧力室プレート32の材質はSUSである。また、圧力室12等になる各孔は、エッチング加工によって形成されている。
The material of the
つぎに、図4(B)、図4(C)に示すように、ノズルプレート22の表面に撥水コート膜(図示せず)を被覆すると共に、エキシマレーザでノズル10を開ける。
Next, as shown in FIGS. 4B and 4C, the surface of the
図4(D)に示すようにノズル10を形成後に圧力室プレート32に、圧電体100が接合された振動板34を接着する。なお、圧電体100が接合された振動板34についての製造方法についての詳細は後述する。
As shown in FIG. 4D, the
そして、図4(E)、図4(F)に示すように、個別電極136毎(図2、図3を参照)(能動領域部100A毎、圧力室12毎)にボール半田40を形成し、配線基板38を接合する。
Then, as shown in FIGS. 4E and 4F,
なお、前述したように、圧電体100の能動領域部100Aの一方の面の全域には、共通電極137(図3(B)参照)が形成されており、圧電体100の能動領域部100Aと振動板34とは導電性材(導電フィラー入り熱硬化性エポキシ系接着剤等)にて接着接合されることで、電気的にも接続される。
As described above, the common electrode 137 (see FIG. 3B) is formed over the entire area of one surface of the
つぎに、圧電体100が接合された振動板34の製造方法についての詳細を説明する。
Next, details of a method for manufacturing the
圧電体100の原料となる微細粒子(平均粒径約3.0μmのPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)粒子)を焼結用の円筒炉に入れ、加圧しながら焼成する。焼結された微細粒焼結体のインゴットを取り出す。そして、インゴットを切り出して研磨し、直径31mm、厚さ0.2mm(200μm)の円盤状の圧電体(図示略)にする。
Fine particles (PZT (lead zirconate titanate) particles having an average particle size of about 3.0 μm) as raw materials of the
図5(A)に示すように、円盤状の圧電体の一方の面(振動板34と接合される面)に共通電極137となる第一電極層237を、スパッタリング、メッキ工法、印刷などによって形成すると共に、所定の形状(本実施形態では、一辺10mmの正方形)にカットし、板状の圧電体200とする。
As shown in FIG. 5A, a
図5(B)に示すように、板状の圧電体200の一方の面(振動板34と接合される面)に、所定の深さの溝部102を形成する。そして、この溝部102の以外の残った部分が、能動領域部100Aとなる。また、溝部102を形成することで、第一電極層237が、能動領域部100Aの一方の面全域に設けられる共通電極137となる。
As shown in FIG. 5B, a
図5(C)に示すように、1枚、乃至、数枚の、溝部102が形成された板状の圧電体202を、複数の圧力室12(図2、図3参照)を覆うように配置した後、約0.02mm(20μm)のSUSからなる振動板34(図3参照)に、熱硬化性エポキシ系接着剤で接合する。
As shown in FIG. 5C, one or several plate-like
更に、メルトワックスを用いて、振動板34と支持基板500とを接合する。
Furthermore, the
また、板状の圧電体202を取り囲むようにラップストッパー502を配置する。このラップストッパー502は振動板34に接合されていなくても良いが、板状の圧電体202の周囲を傷つける可能性があるので、メルトワックス等で精度良く振動板34に接合されていることが望ましい。なお、このラップストッパー502は必ずしも必要ではなく、無くても良い。
A
図5(D)に示すように、研磨加工により、板状の圧電体202の他方の面(支持基板500と振動板34が接合されていない方の面)を研磨し、溝部102の深さより厚い所望の厚み(本実施形態では約15μm)に薄膜化された薄膜状の圧電体100とする。なお、ラップストッパー502は、この所望の厚さと同じ高さをしており、このラップストッパー502まで研磨すれば、所望の厚さに薄膜化された薄膜状の圧電体100となるので、精度良く薄膜化(機械加工)できる。
As shown in FIG. 5D, the other surface of the plate-like piezoelectric body 202 (the surface on which the
また、支持基板500に接合されているので、薄膜化に伴う薄膜状の圧電体100の反りが抑えられる。また、薄膜状の圧電体100は脆くて割れやすいが、支持基板500に接合されているので、以降の工程での取り扱いが容易である(ハンドリング性が良い)。更に、完全に分割されていないので、更に取り扱いなどが容易となる。よって、製造が容易であり、歩留まりも向上する。また、従来よりも薄くし、撓み変形の変形効率を向上させることも容易である。
In addition, since it is bonded to the
つぎに、図5(E)に示すように、薄膜状の圧電体100の研磨された面(他方の面)の全域に、個別電極136となる第二電極層236を形成する。なお、第二電極層236は、平坦な面上に形成するので、均一に容易に形成できる。
Next, as shown in FIG. 5E, a
そして、図5(F)に示すように、第二電極層236をエッチングなどで分割除去し、個別電極136を形成する(パターニングする)。なお、同様に、第二電極層236は平坦な面であるので、エッチング時のマスク形成などが容易である。
Then, as shown in FIG. 5F, the
そして、所定の温度で加熱してメルトワックスを溶かし、支持基板500とラップストッパー502とを除去する。
Then, heating is performed at a predetermined temperature to melt the melt wax, and the
更に、反転基板506を、他方の面にホットメルトワックスなどで接合しても良い。
Further, the
このようにして製造された、薄膜状の圧電体100が接合された振動板34を、前述したように流路部111に接合する。(図4(D)参照)。なお、反転基板506が接合されていると、振動板34は平面に保たれた状態となる。よって、より精度の高い接合が可能となる。また、取り扱いもより容易である。
The
そして、接合後、所定の温度で加熱してメルトワックスを溶かし、反転基板506を除去する。
And after joining, it heats at predetermined temperature, a melt wax is melted, and the inversion board |
なお、本実施形態では、支持基板500、反転基板506の接合には、メルトワックスを用いているが、精度の高い接合ができ、熱など何らかのトリガーによって容易に剥離できるものであれば、その他の方法でも接合しても良い。例えば、所定の温度で加熱すると、発泡して接着力が大幅に低下する性質を有する熱発泡性接着フィルムを用いて接着しても良い。
In this embodiment, melt wax is used for bonding the
つぎに、本実施形態の作用について説明する。 Next, the operation of this embodiment will be described.
薄膜状の圧電体100は完全に分割されていないので、取り扱いなどが容易である(図8(A)と図8(C)を比較参照)。
Since the thin-
また、前述したように、図5(E)、(F)に示すように、第二電極層236は平坦な面に形成し、エッチングなどで分割除去し(パターニングし)、個別電極136とするので、作業が容易である。
Further, as described above, as shown in FIGS. 5E and 5F, the
また、図6、図3(A)に示すように、個別電極136を能動領域部100Aよりも大きく形成し、平面視すると能動領域部100Aを個別電極136が覆っている(図3(A)参照)。したがって、圧電体100が撓み変形する領域は、能動領域部100Aの一方の面の共通電極137の大きさ、すなわち、溝部102によって形成される能動領域部100Aとなる。つまり、溝部102の加工精度が撓み変形する領域の精度となるので高精度である。よって、例えば、電極をパターニングして形成する場合のように、電極形成の位置ズレ等により、撓み変形する領域のバラツキがない。
Further, as shown in FIGS. 6 and 3A, the
更に、個別電極136の位置ズレ等の精度にも影響されない(図6(B)のX分、位置ズレを許容できる)。 Further, it is not affected by the accuracy of the positional deviation of the individual electrode 136 (the positional deviation can be allowed by X in FIG. 6B).
また、平面視すると、能動領域部100Aが圧力室12の領域に収まるように溝部102を形成し、個別電極136が圧力室12の領域からはみ出た電極パッド部136Bを備えるように形成している。(図3(A)も参照)
このように、個別電極136を大きくし電極パッド部136Bを備えることで、配線スペースが大きくなる。よって、配線の信頼性がより向上する。
Further, when viewed in plan, the
Thus, the wiring space becomes large by increasing the
更に、図6(B)のA−A断面である図7にも示すように、能動領域部100Aは圧力室12の領域に収まっており、圧電パット部136Bに対応する部分の領域は溝部102が形成されている。つまり、図中のY部分には圧電体がない。よって、能動領域部100Aの撓み変形に対する拘束が小さくなり、変形効率が向上する。(Y部分の圧電体での拘束がない)。なお、図中の矢印Wは、従来の圧電素子(例えば、図8(A)の圧電素子600)の大きさを表している。
Further, as shown in FIG. 7 which is an AA cross section of FIG. 6B, the
さて、図8(A)は、圧電体を完全に分割し、複数の圧電素子600として接合する構成を模式的に表している。このような構成は、圧電素子600が完全に分割されているので、変形効率は良いが、更なる薄膜化は難しい。また、取り扱いも比較的難しい。さらに、配線スペースも少ない。
FIG. 8A schematically shows a configuration in which the piezoelectric body is completely divided and joined as a plurality of
また、図8(B)は、圧電体602を分割せずに、撓み変形する領域を個別電極604で規定している。このような構成は、圧電体602が分割されていないので、取り扱いは比較的容易であるが、変形効率があまり良くない。また、個別電極604の形成精度(パターンの位置決め精度など)によって撓み変形する領域が決まるので、各種誤差(位置ズレや大きさ)が比較的大きい。
Further, in FIG. 8B, an area where the
これらに対し、図8(C)に示すように本実施形態では、圧電体100は完全に分離されていない。よって、薄膜化しても、図8(A)よりも取り扱いが容易である。更に、溝部102の精度が撓み変形する領域(能動領域部100A)の精度となるので、撓み変形する領域の位置ズレや大きさのバラツキが少ない。また、変形効率も図8(A)よりは劣るが、図8(B)よりは格段に良い。更に、個別電極が大きく配線スペースが大きいので、配線の信頼性が高い。
In contrast, as shown in FIG. 8C, in the present embodiment, the
つぎに、圧電体100が接合された振動板34の製造方法についての変形例について説明する。
Next, a modification of the method for manufacturing the
図9の、(A)から(D)までは、図5と同様であるので、説明を省略する。 Since (A) to (D) in FIG. 9 are the same as in FIG. 5, description thereof is omitted.
図9(E)に示すように、薄膜状の圧電体100の研磨された面に、個別電極136を、パターニングなどにより形成する。なお、個別電極136は、平坦な面上に形成するので容易に形成できる。
As shown in FIG. 9E, the
そして、所定の温度で加熱してメルトワックスを溶かし、支持基板500とラップストッパー502とを除去する。更に、反転基板506を、他方の面にホットメルトワックスなどで接合しても良い。
Then, heating is performed at a predetermined temperature to melt the melt wax, and the
このように、個別電極136を一回で形成するので、図5の方法より作業工程を一回少なくできる。
As described above, since the
尚、本発明は上記の実施形態に限定されない。 In addition, this invention is not limited to said embodiment.
例えば、上記の実施形態のインクジェット記録装置110では、主走査機構118と副走査機構120とを有するPartial Width Array(PWA)の例で説明したが、本発明におけるインクジェット記録は、これに限定されず、紙幅対応の1パス印字、いわゆるFull Width Array(FWA)であってもよい。
For example, in the
また、例えば、上記の実施形態のインクジェット記録装置110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ヘッド112がそれぞれキャリッジ114に搭載され、それら各色のインクジェット記録ヘッド112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。
Further, for example, in the
すなわち、記録媒体は記録紙P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、液滴吐出ヘッド全般、及び液滴吐出装置全般に対して、本発明を適用することができる。 That is, the recording medium is not limited to the recording paper P, and the liquid to be ejected is not limited to ink. For example, ink droplets are ejected onto a polymer film or glass to create a color filter for display, or welded solder is ejected onto a substrate to form component mounting bumps. In addition, the present invention can be applied to all droplet discharge apparatuses.
10 ノズル
12 圧力室
34 振動板
100 圧電体
100A 能動領域部
102 溝部
111 流路部
112 インクジェット記録ヘッド(液滴吐出ヘッド)
136 個別電極
136B 電極パッド部
137 共通電極
236 第二電極層
237 第一電極層
500 支持基板(第一支持部材)
506 反転基板(第二支持部材)
DESCRIPTION OF
136
506 Reverse substrate (second support member)
Claims (8)
板状の圧電体の一方の面に第一電極層を形成する第一工程と、
前記第一電極層が形成された前記圧電体の一方の面に所定の深さの溝部を形成し、前記圧力室に対応する能動領域部を形成すると共に、前記第一電極層が前記能動領域部の一方の面の全域に設けられた共通電極となる第二工程と、
前記能動領域部に前記振動板を接合する第三工程と、
前記振動板に第一支持部材を接合する第四工程と、
前記圧電体を、前記溝部の深さよりも厚く薄膜化する第五工程と、
薄膜化した前記圧電体の他方の面に第二電極層を形成する第六工程と、
前記第二電極層を分割し、前記能動領域部に対応する個別電極を形成する第七工程と、
前記第一支持部材を除去する第八工程と、
前記圧電体が接合している前記振動板を、前記圧力室を備える流路部に接合する第九工程と、
を有することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。 Displacement of a diaphragm constituting a part of the wall surface of the pressure chamber, and a method of manufacturing a droplet discharge head for discharging droplets from a nozzle communicating with the pressure chamber,
A first step of forming a first electrode layer on one surface of a plate-like piezoelectric body;
A groove having a predetermined depth is formed on one surface of the piezoelectric body on which the first electrode layer is formed, an active region corresponding to the pressure chamber is formed, and the first electrode layer is formed on the active region. A second step to be a common electrode provided over the entire area of one side of the part;
A third step of joining the diaphragm to the active region portion;
A fourth step of joining the first support member to the diaphragm;
A fifth step of thinning the piezoelectric body thicker than the depth of the groove;
A sixth step of forming a second electrode layer on the other surface of the thin piezoelectric body;
A seventh step of dividing the second electrode layer to form an individual electrode corresponding to the active region portion;
An eighth step of removing the first support member;
A ninth step of joining the diaphragm, to which the piezoelectric body is joined, to a flow path portion including the pressure chamber;
A method of manufacturing a droplet discharge head, comprising:
前記第七工程では、平面視すると、前記個別電極には前記圧力室からはみ出た電極パッド部を備えるように形成することを特徴とする請求項2に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。 In the second step, when viewed in plan, the groove portion is formed so that the active region portion fits in the pressure chamber,
3. The method of manufacturing a droplet discharge head according to claim 2, wherein in the seventh step, the individual electrode is formed to include an electrode pad portion protruding from the pressure chamber when viewed in plan.
前記第七工程を省略したことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。 In the sixth step, the second electrode layer is formed as the individual electrode on the other surface of the piezoelectric body,
The method for manufacturing a droplet discharge head according to claim 1, wherein the seventh step is omitted.
前記第九工程の後に、前記第二支持部材を除去する工程を有することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。 Before the eighth step, having a step of bonding a second support member to the other surface of the piezoelectric body;
5. The method of manufacturing a droplet discharge head according to claim 1, further comprising a step of removing the second support member after the ninth step. 6.
一方の面に形成された溝部と、前記溝部によって分割され前記圧力室に対応し一方の面の全域に共通電極が設けられた能動領域部と、他方の面に形成され前記能動領域部に対応する個別電極と、を備え、前記能動領域部が前記振動板に接合された板状の圧電体と、
前記圧力室を備え、振動板が接合された流路部と、
を有することを特徴とする液滴吐出ヘッド。 A droplet discharge head that displaces a diaphragm that forms part of the wall surface of the pressure chamber and discharges droplets from a nozzle that communicates with the pressure chamber,
A groove formed on one surface, an active region divided by the groove corresponding to the pressure chamber and provided with a common electrode over the entire surface, and an active region formed on the other surface corresponding to the active region A plate-like piezoelectric body having the active region portion joined to the diaphragm,
A flow path section including the pressure chamber and having a diaphragm joined thereto;
A droplet discharge head characterized by comprising:
前記能動領域部は、前記圧力室に収まり、
前記電極パターンは、前記圧力室からはみ出た電極パッドを備えることを特徴とする請求項7に記載の液滴吐出ヘッド。 In plan view,
The active region portion is accommodated in the pressure chamber,
The liquid droplet ejection head according to claim 7, wherein the electrode pattern includes an electrode pad that protrudes from the pressure chamber.
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WO2015076135A1 (en) * | 2013-11-20 | 2015-05-28 | コニカミノルタ株式会社 | Thin film piezoelectric actuator and method for manufacturing same |
CN112810318A (en) * | 2019-11-18 | 2021-05-18 | 精工爱普生株式会社 | Liquid ejection head and method for manufacturing liquid ejection head |
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