JP2012056288A - Liquid ejection head and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インク等の液体を吐出する液体吐出ヘッド及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a liquid discharge head that discharges liquid such as ink and a method for manufacturing the same.
液体吐出ヘッドの一例であるインクジェットヘッドにおいて、ピエゾ方式により吐出口からインクを吐出させる技術が知られている。例えば特許文献1では、圧電層(圧電シート)の表面に形成された個別電極に駆動電圧を印加すると、活性部(圧電層における個別電極と他の電極(共通電極)とで挟まれた部分)が変位する。これにより、個別電極に対向する圧力室の容積が変化し、吐出口(ノズルの開口)からインクが吐出される。個別電極には、導電性のランド(ランド部)が設けられている。ランド上に形成された導電性のバンプを介して、ランドと給電部材(FPC(Flexible Printed Circuit))の端子とが接合される。
In an inkjet head which is an example of a liquid ejection head, a technique for ejecting ink from an ejection port by a piezo method is known. For example, in
ところで、バンプは、所望の位置からずれて形成されたり、所望の大きさよりも大きく形成されたりすることがある。即ち、平面視において、バンプの中心とランドの中心とがずれたり、バンプがランドの外縁よりも外側に広がったりすることがある。この場合、活性部の体積が増大し、当該活性部が隣接する活性部に近づくことで、構造的クロストーク(当該活性部の変形が隣接する活性部に影響を及ぼす現象)が顕著化し得る。 By the way, the bump may be formed with a deviation from a desired position or may be formed larger than a desired size. That is, in plan view, the center of the bump may deviate from the center of the land, or the bump may spread outward from the outer edge of the land. In this case, the volume of the active part increases and the active part approaches the adjacent active part, so that structural crosstalk (a phenomenon in which the deformation of the active part affects the adjacent active part) can be prominent.
本発明の目的は、バンプの位置ずれや広がりを抑制することができる液体吐出ヘッド及びその製造方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a liquid discharge head capable of suppressing the displacement and spread of bumps and a method for manufacturing the same.
上記目的を達成するため、本発明の第1観点によると、容積が変化する圧力室を経て液体を吐出する吐出口に至る液体流路が形成された流路ユニットと、圧電層、前記圧電層の表面において前記表面と直交する方向に関して前記圧力室に対向して配置された個別電極、及び、前記個別電極に接続し且つ前記表面と直交する方向に突出して形成された導電性のランドを含み、前記ランドを介して前記個別電極に駆動電圧が印加されることにより前記圧力室の容積を変化させる、アクチュエータユニットと、を備え、前記ランドの先端面に、前記ランドと接合し且つ前記駆動電圧が供給される導電性のバンプを収容する穴が開口していることを特徴とする、液体吐出ヘッドが提供される。 In order to achieve the above object, according to a first aspect of the present invention, a flow path unit in which a liquid flow path reaching a discharge port for discharging liquid through a pressure chamber whose volume changes is formed, a piezoelectric layer, and the piezoelectric layer An individual electrode disposed opposite to the pressure chamber in a direction orthogonal to the surface on the surface of the substrate, and a conductive land connected to the individual electrode and protruding in a direction orthogonal to the surface. An actuator unit that changes the volume of the pressure chamber when a drive voltage is applied to the individual electrode through the land, and is connected to the land at a tip surface of the land and the drive voltage. There is provided a liquid discharge head characterized in that a hole for accommodating a conductive bump supplied with a hole is opened.
本発明の第2観点によると、容積が変化する圧力室を経て液体を吐出する吐出口に至る液体流路が形成された流路ユニットを作製する流路ユニット作製工程と、圧電層、前記圧電層の表面に形成された個別電極、及び、前記個別電極に接続した導電性のランドを含み、前記ランドを介して前記個別電極に駆動電圧が印加されることにより前記圧力室の容積を変化させる、アクチュエータユニットを作製するアクチュエータユニット作製工程であって、前記表面に前記個別電極を形成する個別電極形成工程、及び、前記表面と直交する方向に突出し且つ先端面に穴が開口した前記ランドを形成するランド形成工程を含む、アクチュエータユニット作製工程と、前記表面と直交する方向に関して前記個別電極を前記圧力室に対向させつつ、前記アクチュエータユニットを前記流路ユニットに固定する固定工程と、導電性のバンプを前記穴内に形成するバンプ形成工程と、を備えたことを特徴とする、液体吐出ヘッドの製造方法が提供される。 According to a second aspect of the present invention, a flow path unit manufacturing step for manufacturing a flow path unit in which a liquid flow path is formed that reaches a discharge port for discharging liquid through a pressure chamber whose volume changes, a piezoelectric layer, and the piezoelectric layer An electrode formed on the surface of the layer; and a conductive land connected to the individual electrode, and a volume of the pressure chamber is changed by applying a driving voltage to the individual electrode through the land. An actuator unit manufacturing step for manufacturing an actuator unit, the individual electrode forming step for forming the individual electrode on the surface, and the land projecting in a direction orthogonal to the surface and having a hole opened at the tip surface An actuator unit manufacturing process including a land forming process to be performed, and the individual electrode facing the pressure chamber in a direction orthogonal to the surface, A fixing step of fixing the Ju eta unit to the channel unit, and the bump forming step of forming a conductive bump in said bore, characterized by comprising a method of manufacturing a liquid discharge head is provided.
本発明によると、ランドの先端面に開口した穴にバンプを収容することで、バンプの位置ずれや広がりを抑制することができる。 According to the present invention, the bumps are accommodated in the holes opened in the front end surface of the land, so that the displacement and spread of the bumps can be suppressed.
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
先ず、図1を参照し、本発明の一実施形態に係るインクジェットヘッド10が適用されるインクジェット式プリンタ1の全体構成について説明する。
First, an overall configuration of an
プリンタ1は、直方体形状の筐体1aを有する。筐体1aの天板上部には、排紙部31が設けられている。筐体1aの内部空間は、上から順に空間A,B,Cに区分できる。空間A及びBは、排紙部31に連なる用紙搬送経路が形成された空間である。空間Aでは、用紙Pの搬送と用紙Pへの画像の記録が行われる。空間Bでは、給紙に係る動作が行われる。空間Cには、インク供給源としてのインクカートリッジ40が収容されている。
The
空間Aには、4つのインクジェットヘッド10、用紙Pを搬送する搬送ユニット21、用紙Pをガイドするガイドユニット(後述)等が配置されている。空間Aの上部には、これらの機構を含めたプリンタ1各部の動作を制御してプリンタ1全体の動作を司るコントローラ1pが配置されている。
In the space A, four
コントローラ1pは、外部から供給された画像データに基づいて、用紙Pに画像が記録されるよう、記録に係わる準備動作、用紙Pの供給・搬送・排出動作、用紙Pの搬送に同期したインク吐出動作、吐出性能の回復維持動作(メンテナンス動作)等を制御する。
Based on image data supplied from the outside, the
コントローラ1pは、演算処理装置であるCPU(Central Processing Unit)に加えて、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory:不揮発性RAMを含む)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit )、I/F(Interface)、I/O(Input/Output Port)等を有する。ROMには、CPUが実行するプログラム、各種固定データ等が記憶されている。RAMには、プログラム実行時に必要なデータ(例えば画像データ)が一時的に記憶される。ASICでは、画像データの書き換え、並び替え等(信号処理や画像処理)が行われる。I/Fは、上位装置とのデータ送受信を行う。I/Oは、各種センサの検出信号の入力/出力を行う。
In addition to a CPU (Central Processing Unit) which is an arithmetic processing unit, the
各ヘッド10は、主走査方向に長尺な略直方体形状を有するラインヘッドである。4つのヘッド10は、副走査方向に所定ピッチで並び、ヘッドフレーム3を介して筐体1aに支持されている。ヘッド10は、流路ユニット12、8つのアクチュエータユニット17(図2参照)、及びリザーバユニット11を含む。画像記録に際して、4つのヘッド10の下面(吐出面10a)からはそれぞれマゼンタ、シアン、イエロー、ブラックのインクが吐出される。ヘッド10のより具体的な構成については後に詳述する。
Each
搬送ユニット21は、図1に示すように、ベルトローラ6,7及び両ローラ6,7間に巻回されたエンドレスの搬送ベルト8に加え、搬送ベルト8の外側に配置されたニップローラ4及び剥離プレート5、搬送ベルト8の内側に配置されたプラテン9等を有する。
As shown in FIG. 1, the
ベルトローラ7は、駆動ローラであって、搬送モータ(図示せず)の駆動により回転し、図1中時計回りに回転する。ベルトローラ7の回転に伴い、搬送ベルト8が図1中の太矢印方向に走行する。ベルトローラ6は、従動ローラであって、搬送ベルト8が走行するのに伴って、図1中時計回りに回転する。ニップローラ4は、ベルトローラ6に対向配置され、上流側ガイド部(後述)から供給された用紙Pを搬送ベルト8の外周面8aに押さえつける。剥離プレート5は、ベルトローラ7に対向配置され、用紙Pを外周面8aから剥離して下流側ガイド部(後述)へと導く。プラテン9は、4つのヘッド10に対向配置され、搬送ベルト8の上側ループを内側から支える。これにより、外周面8aとヘッド10の吐出面10aとの間に、画像記録に適した所定の間隙が形成される。
The
ガイドユニットは、搬送ユニット21を挟んで配置された、上流側ガイド部及び下流側ガイド部を含む。上流側ガイド部は、2つのガイド27a,27b及び一対の送りローラ26を有する。当該ガイド部は、給紙ユニット1b(後述)と搬送ユニット21とを繋ぐ。下流側ガイド部は、2つのガイド29a,29b及び二対の送りローラ28を有する。当該ガイド部は、搬送ユニット21と排紙部31とを繋ぐ。
The guide unit includes an upstream guide portion and a downstream guide portion disposed with the
空間Bには、給紙ユニット1bが配置されている。給紙ユニット1bは、給紙トレイ23及び給紙ローラ25を有し、給紙トレイ23が筐体1aに対して着脱可能である。給紙トレイ23は、上方に開口する箱であり、複数種類のサイズの用紙Pを収納する。給紙ローラ25は、給紙トレイ23内で最も上方にある用紙Pを送り出し、上流側ガイド部に供給する。
In the space B, the
上述したように、空間A及びBに、給紙ユニット1bから搬送ユニット21を介して排紙部31に至る用紙搬送経路が形成されている。記録指令に基づいて、コントローラ1pは、給紙ローラ25用の給紙モータ(図示せず)、各ガイド部の送りローラ用の送りモータ(図示せず)、搬送モータ等を駆動する。給紙トレイ23から送り出された用紙Pは、送りローラ26によって、搬送ユニット21に供給される。用紙Pが各ヘッド10の真下を副走査方向に通過する際、順に吐出面10aからインクが吐出されて、用紙P上にカラー画像が記録される。インクの吐出動作は、用紙センサ32からの検出信号に基づいて行われる。用紙Pは、その後剥離プレート5により剥離され、2つの送りローラ28によって上方に搬送される。さらに用紙Pは、上方の開口30から排紙部31に排出される。
As described above, in the spaces A and B, the paper transport path from the
ここで、副走査方向とは、搬送ユニット21による用紙Pの搬送方向と平行な方向であり、主走査方向とは、水平面に平行且つ副走査方向と直交する方向である。
Here, the sub-scanning direction is a direction parallel to the conveyance direction of the paper P by the
空間Cには、インクユニット1cが筐体1aに対して着脱可能に配置されている。インクユニット1cは、カートリッジトレイ35、及び、トレイ35内に並んで収納された4つのカートリッジ40を有する。各カートリッジ40は、インクチューブ(図示せず)を介して、対応するヘッド10にインクを供給する。
In the space C, the
次に、図2〜図5を参照し、ヘッド10の構成についてより詳細に説明する。なお、図3では、アクチュエータユニット17の下側にあって点線で示すべき圧力室16及びアパーチャ15を実線で示している。
Next, the configuration of the
図5に示すように、ヘッド10は、流路ユニット12、アクチュエータユニット17、リザーバユニット11、及び基板64が積層した積層体である。このうち、アクチュエータユニット17、リザーバユニット11、及び基板64が、流路ユニット12の上面12xとカバー65とにより形成される空間に収容されている。当該空間内において、FPC(平型柔軟基板)50が、アクチュエータユニット17と基板64とを電気的に接続している。FPC50には、ドライバIC57が実装されている。
As shown in FIG. 5, the
カバー65は、図5に示すように、トップカバー65a及びアルミ製のサイドカバー65bを含む。カバー65は、下方に開口する箱であり、流路ユニット12の上面12xに固定されている。ドライバIC57は、サイドカバー65bの内面に当接し、カバー65bと熱的に結合している。なお、当該熱的結合を確実にするため、ドライバIC57は、リザーバユニット11の側面に固定された弾性部材(例えばスポンジ)58によってサイドカバー65b側に付勢されている。
As shown in FIG. 5, the
リザーバユニット11は、4枚の金属プレート11a〜11dを互いに接着した積層体である。リザーバユニット11の内部には、インク溜りのリザーバ72を含むインク流路が形成されている。当該インク流路の一端はチューブ等を介してカートリッジ40に接続し、他端は流路ユニット12に接続している。プレート11dの下面には、図5に示すように、凹凸が形成されており、凹部によってプレート11dと上面12xとの間に空間が形成されている。アクチュエータユニット17は、FPC50の上方に若干の間隙を残して、当該空間内で上面12xに固定されている。プレート11dには、インク流出流路73が形成されている。当該流路73は、プレート11dの下面の凸部の先端面(即ち、上面12xとの接合面)に開口している。
The
流路ユニット12は、略同一サイズの矩形状の9枚の金属プレート12a,12b,12c,12d,12e,12f,12g,12h,12i(図4参照)を互いに接着した積層体である。図2に示すように、流路ユニット12の上面12xには、開口12yが形成されており、それぞれインク流出流路73の開口73aに接続している。流路ユニット12の内部には、開口12yから吐出口14aに繋がるインク流路が形成されている。当該インク流路は、図2、図3、及び図4に示すように、開口12yを一端に有するマニホールド流路13、マニホールド流路13から分岐した副マニホールド流路13a、及び、副マニホールド流路13aの出口から圧力室16を経て吐出口14aに至る個別流路14を含む。
The
個別流路14は、吐出口14a毎に形成されており、図4に示すように、流路抵抗調整用の絞りとして機能するアパーチャ15、及び、上面12xに開口した圧力室16を含む。圧力室16は、図3に示すように、それぞれ略菱形形状であり、上面12xでマトリクス状に配置されることで、平面視で略台形領域を占める計8つの圧力室群を構成している。吐出口14aも、圧力室16と同様、吐出面10aでマトリクス状に配置されることで、平面視で略台形領域を占める計8つの吐出口群を構成している。圧力室群と吐出群とは個別に対応しており、平面視で1つの圧力室群が1つの吐出群に重なっている。
The
アクチュエータユニット17は、図2に示すように、それぞれ台形の平面形状を有し、上面12xにおいて2列の千鳥状に配置されている。各アクチュエータユニット17は、図3に示すように、圧力室群(吐出口群)の占める台形領域上に配置されている。
As shown in FIG. 2, the
FPC50は、アクチュエータユニット17毎に設けられており、対応するアクチュエータユニット17の各電極に対応する配線及び端子を有する。配線はそれぞれドライバIC57の出力端子と接続されている。FPC50は、コントローラ1p(図1参照)による制御の下、基板64で調整されたデータをドライバIC57に伝達し、ドライバIC57で生成された各駆動信号をアクチュエータユニット17の各電極に伝達する。駆動信号は、各電極(個別電極)に対し、選択的に印加される。
The
次に、図6及び図7を参照し、アクチュエータユニット17の構成について説明する。
Next, the configuration of the
アクチュエータユニット17は、図6(a)に示すように、3つの圧電層17a,17b,17cの積層体を有する。圧電層17a,17b,17cは共に、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)系のセラミックスからなるシート状部材である。圧電層17aは、これらの積層方向と同じ方向に分極されている。
As shown in FIG. 6A, the
圧電層17a,17b,17cは、圧電層17aの表面17a1(圧電層17bと反対側の面)と直交する方向から見て(即ち、平面視で)、同一のサイズ及び形状(1のアクチュエータユニット17を画定する台形形状)を有する。即ち、1のアクチュエータユニット17は1の圧力室群に含まれる多数の圧力室16に対向しつつこれらに跨って配置され、圧電層17cが1の圧力室群に含まれる全ての圧力室16を封止している。本実施形態において、圧電層17a,17b,17cは略同じ厚みを有する。
The
表面17a1には、圧力室16にそれぞれ対向する位置に、多数の個別電極18aが形成されている。圧電層17aとその下側の圧電層17bとの間、及び、圧電層17bとその下側の圧電層17cとの間には、それぞれ共通電極19及び金属層20が形成されている。圧電層17cの下面には電極が形成されていない。共通電極19は圧電層17bの上面全体に亘って形成され、金属層20も圧電層17cの上面全体に亘って形成されている。これら電極18a(後述のランド18b及びバンプ18dは除く)、電極19及び金属層20は共に、Au(金)からなり、略1μmの厚みを有する。なお、金属層20は、平面視で台形のアクチュエータユニット17の角部において、スルーホールを介して共通電極19と接続されている。金属層20は、共通電極19と共に、1のアクチュエータユニット17に対応する全ての圧力室16に共通の定電位電極として機能する。
A large number of
個別電極18aは、圧力室16と同様、複数の行及び複数の列を形成するようマトリクス状に配置されている。各個別電極18aは、図6(b)に示すように、主部18a1、延出部18a2、ランド18b、及びバンプ18dの4つの部分から構成されている。主部18a1は、圧力室16よりもサイズが一回り小さい。主部18a1は、平面視で圧力室16の輪郭に内包され、圧力室16と相似の略菱形形状である。
Similar to the
延出部18a2は、表面17a1に沿って、圧力室16の外側領域まで延びている。延出部18a2は、主部18a1の一方の鋭角部から延出した枠状の部分であり、図9(a)に示すように、主部18a1の鋭角部の先端と、他の3つの辺とから構成されている。主部18a1に関して、長い対角線に重なる仮想線Aと短い対角線に重なる仮想線Bとを想定したとき、2つの辺18a2xが、仮想線Aを挟んで対称の位置にあり、仮想線Aに沿って直線状に延びている。1つの辺18a2yは、仮想線Bに平行な直線状の部分であり、仮想線Aを跨ぐ。2つの辺18a2xの主部18a1と反対側で、1つの辺18a2yが、2つの辺18a2xの端部同士を接続している。これら3つの辺18a2x,18a2yと主部18a1の鋭角部とによって、貫通孔18a2zが画定されている。換言すると、延出部18a2は、その外縁(辺18a2x,18a2y)以外の部分に貫通孔18a2zを有する。
The extending portion 18a2 extends to the outer region of the
ランド18bは、導電性の円環状壁であり、延出部18a2の先端上に配置されている。円環状壁は、図6(b)に示すように、ランド18bの中央の穴18b1を画定している。ランド18b全体は、平面視で圧力室16と対向しない。ランド18bは、Ag−Pd(銀パラジウム)で形成され、外径略130μm・表面17a1からの高さ略10μmである。ランド18bは、全体として高さが揃っている。詳細には、ランド18bの積層方向の厚みは、延出部18a2と重なっていない部分で略10μm、延出部18a2と重なっている部分で略9μm(個別電極18aの厚み略1μmを引いた高さ)となっている。
The
バンプ18dは、FPC50との接続端子であり、図6(c)に示すように、ランド18bの穴18b1内に収容されている。バンプ18dは、Ag(銀)又はAg−Pd(銀パラジウム)で形成され、ランド18bの先端面から半球状に突出している。バンプ18dの表面17a1からの高さは略40〜50μmである。バンプ18dは、ランド18bの内壁面及び延出部18a2の先端と、電気的に接続されている。
The
共通電極19及び金属層20は、1のアクチュエータユニット17に対応する全圧力室16に共通の電極であり、それぞれ圧電層17b,17cの全面に亘って形成されている。表面17a1には、ランド18bに加え、ランド18bと同じ材料からなり且つランド18bと略同じ形状及びサイズの、共通電極19及び金属層20用のランド18c(図3参照)が形成されている。ランド18cは、表面17a1において、台形の上底及び下底近傍に配置されている。ランド18cは、バンプ18dを介してFPC50の端子と接続され、常に接地電位に保持される。
The
圧電層17aは電極18a,19に挟まれた部分に活性部を有する。活性部は、d31、d33、d15から選らばれる少なくとも1つの振動モード(本実施形態ではd31)で変位する。圧電層17b,17cにおける活性部に対向する部分は非活性部である。即ち、アクチュエータユニット17は、圧力室16毎に、ユニモルフタイプの圧電型アクチュエータを含む。各圧電型アクチュエータは、1層の活性部と2層の非活性部との積層体であり、独立して変形可能である。アクチュエータユニット17は、FPC50から個別電極18aに駆動電圧が印加されることで、圧電型アクチュエータが対応する圧力室16の容積を変化させ、圧力室16内のインクにエネルギーを付与する。
The
表面17a1には、個別電極18a及びランド18cの他、個別電極18aから離隔した位置に、多数のダミーランド18eが形成されている(図7参照)。ダミーランド18eは、1の主部18a1に関して、図7に示すようにランド18bと対称な位置に配置されている。図7に示すように、個別電極18aが、短い対角線方向に沿って交互に等間隔で配置して電極列を構成し、ランド18bが隣接電極列内の2つの個別電極に挟まれている。そのため、1の主部18a1に着目すると、3つのランド18bと3つのダミーランド18eとが当該主部18a1を取り囲んでいる。換言すると、これら3つのランド18bと3つのダミーランド18eとがそれぞれ頂点をなす六角形の領域の中央に、主部18a1が配置されている。なお、ダミーランド18eは、ランド18bと同じ材料で形成され、その形状及びサイズも同じである。しかしダミーランド18eは、その穴内にバンプが配置されていない点で、ランド18bと異なる。即ちダミーランド18eはFPC50の端子と接続されない。
In addition to the
次に、図8を参照し、ヘッド10の製造方法について説明する。
Next, a method for manufacturing the
先ず、流路ユニット12、アクチュエータユニット17のうちバンプ18dを除いたもの(以下、これを「アクチュエータユニット前駆体」と称す。ただし、図7では説明の都合上、S2を「アクチュエータユニット作製」としている。)、及びリザーバユニット11を別々に作製する(S1,S2,S3)。これら工程S1,S2,S3は、独立して行われるものであり、いずれの工程を先に行ってもよく、並行して行ってもよい。
First, the
S1では、9枚の金属プレートにそれぞれ貫通孔を形成して、プレート12a〜12iを準備する。そしてこれらプレート12a〜12iを互いに位置合わせしつつ積層して接合することで、流路ユニット12を作製する。接合は、エポキシ系接着剤を介する方法で行われるが、金属接合のように接着剤を用いない方法で行ってもよい。
In S1, through holes are respectively formed in nine metal plates, and
S2では、8つのアクチュエータユニット前駆体を作製する。
先ず、圧電層17a,17b,17cとなる、3枚の圧電セラミックスのグリーンシートを用意する。これらのうち2枚の(圧電層17b,17cとなる)グリーンシート上にそれぞれ、Auペーストを共通電極19及び金属層20のパターンにスクリーン印刷する。そして、印刷のない圧電層17a用グリーンシートの下に、Auの共通電極パターンを挟むようにして圧電層17b用グリーンシートを重ね、さらにこの下にAuの金属層パターンを挟むようにして圧電層17c用グリーンシートを重ねる。こうして得られた積層体を、公知のセラミックスと同様に脱脂して焼成する。このとき、3枚のグリーンシートが圧電層17a,17b,17cとなり、Auペーストが共通電極19及び金属層20となる(S21)。S21の後、表面17a1に、Auペーストを個別電極18aのパターンにスクリーン印刷する。そして当該Auペーストを焼成し、表面17a1に主部18a1及び延出部18a2を形成する(S22:図9(a)参照)。S22の後、各延出部18a2の先端上にAg−Pdペーストを印刷し、表面17a1と直交する方向に突出した円筒状のランド18bを形成する(S23:図9(b)参照)。このとき同時に、共通電極19及び金属層20用のランド18c及びダミーランド18eも、表面17a1の所定位置に形成する。各ランド18b,18c,18eは、所定温度で焼成される。このようにして、アクチュエータユニット前駆体を作製する。
In S2, eight actuator unit precursors are produced.
First, three piezoelectric ceramic green sheets to be used as the
S3では、4枚の金属プレートにそれぞれ貫通孔や凹部を形成して、金属プレート11a〜11dを準備する。そしてこれらプレート11a〜11dを互いに位置合わせしつつ積層して接合することで、リザーバユニット11を作製する。接合の方法は、流路ユニット12と同様である。
In S3, through holes and recesses are respectively formed in the four metal plates, and the
次いで、S1で作製した流路ユニット12に、S2で作製した8つのアクチュエータユニット前駆体を、平面視で主部18a1を圧力室16に対向させつつ、固定する(S4)。固定は、エポキシ系接着剤を介して行われる。
Next, the eight actuator unit precursors fabricated in S2 are fixed to the
S4の後、各ランド18b,18cの穴18b1内に、Ag又はAg−Pdのペーストを塗布することで、バンプ18dを形成する(S5:図9(c)参照)。このときバンプ18dは、例えば穴18b1の領域以外を覆うマスクを使用して、形成される。このようにしてアクチュエータユニット前駆体にバンプ18dを形成することで、アクチュエータユニット17が完成する。
After S4, a
S5の後、アクチュエータユニット17のそれぞれにFPC50を接続する(S6)。FPC50の一端近傍には、多数の端子が形成されている。このとき、FPC50の一端近傍をアクチュエータユニット17上に配置して加圧しつつ、各端子と対応するバンプ18dとを接合する。このとき、FPC50は、各端子とランド18b,18cとの接合部分以外において、表面17a1と略50μmの間隙を介して対向する。これにより、アクチュエータユニット17の各圧電アクチュエータの自由な変形が確保される。
After S5, the
S6の後、S3で作製したリザーバユニット11を、流路ユニット12に固定する(S7)。その後、FPC50と基板64とをコネクタ64aを介して電気的に接続する工程、流路ユニット12とでリザーバユニット11及びアクチュエータユニット17とを取り囲むようにサイドカバー65b及びトップカバー65aを組み付ける工程等を経て、ヘッド10が完成する。
After S6, the
以上に述べたように、本実施形態のヘッド10及びその製造方法によると、ランド18bの先端面に開口した穴18b1にバンプ18dを収容することで、バンプ18dの位置ずれや広がりを抑制することができる。ひいては、構造的クロストークの均一化及び低減が実現される。
As described above, according to the
しかも、ランド18b自体に穴18b1が形成されているので、穴が形成された他の部材を追加的に設ける必要がなく、構成の簡素化及び製造の容易化が実現される。
In addition, since the hole 18b1 is formed in the
ランド18bの穴18b1を画定する側壁(円筒状の側壁)が、バンプ18dを全周に亘って包囲している。これにより、バンプ18dが穴18b1から漏出するのが防止され、バンプ18dの広がりをより確実に抑制することができる。
A side wall (cylindrical side wall) defining the hole 18b1 of the
穴18b1がランド18bの底面まで貫通している。即ち、ランド18bが筒状である。これにより、ランド18bを容易に形成することができる。また、穴18b1がランド18bの底面まで貫通していない場合に比べ、バンプ18dをより確実に穴18b1内に収容することができる。
The hole 18b1 penetrates to the bottom surface of the
延出部18a2が、その外縁以外の部分に貫通孔18a2zを有する。これにより、延出部18a2の面積を低減することができると共に、構造的クロストークをより一層効果的に抑制することができる。 The extending portion 18a2 has a through hole 18a2z in a portion other than the outer edge thereof. Thereby, the area of the extending portion 18a2 can be reduced, and the structural crosstalk can be more effectively suppressed.
ランド18bと同じ形状及びサイズのダミーランド18eを設けたことで、各ランド18b,18eが同じ高さとなり、アクチュエータユニット17を流路ユニット12に固定する際、各ランド18b,18eを介して個別電極18aの周囲に均等な圧力を付加することができる。接着剤の厚みが場所によらず均一になるため、各圧電型アクチュエータの変形性能も均一化する。また、アクチュエータユニット17自体も破損し難くなる。
Since the dummy lands 18e having the same shape and size as the
ダミーランド18eの穴にはバンプ18dが収容されない。ダミーランド18eの穴にバンプ18dが収容されていると、ランド18bとFPC50の端子とを接合する際にFPC50の配線の損傷が生じることがあるが、本実施形態によればこの問題を軽減することができる。
The
バンプ18dの表面17a1からの高さが、ランド18bの表面17a1からの高さ以上である(図6(c)参照)。これにより、バンプ18dを介したランド18bと端子との接合を容易且つ確実に行うことができる。
The height of the
表面17a1に共通電極19や金属層20にまで到達したクラックが形成されている場合に、バンプ18dが位置ずれや広がりによって当該クラック上に配置されると、マイグレーション現象(バンプ18dを構成する金属イオンが電界に沿って移動する現象)により、個別電極18aと共通電極19や金属層20とが短絡し得る。この現象は、本実施形態のようにバンプ18dがAgを含む材料からなる場合に生じ易い。しかし本実施形態によれば、バンプ18dがAgを含む材料からなる場合でも、バンプ18dを穴18b1に収容することで、バンプ18dの位置ずれや広がりが抑制されるため、上記のような短絡を防止することができる。
When a crack reaching the
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。 The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various design changes can be made as long as they are described in the claims.
圧電層は、複数の圧力室に亘って延在することに限定されず、圧力室毎に個別に設けられてもよい。
アクチュエータユニットに含まれる圧電層の数は任意である。
The piezoelectric layer is not limited to extending over a plurality of pressure chambers, and may be provided individually for each pressure chamber.
The number of piezoelectric layers included in the actuator unit is arbitrary.
ランドは、Ag−Pd以外の任意の導電性材料からなってよい。
ランドの形状やサイズは任意であり、例えば平面形状は、円形の他、楕円形、三角形等の多角形であってよい。また、ランドの圧電層表面からの高さは、全体として揃っていなくてもよく、また、バンプの高さより高くてもよい。
ランドは、圧力室に対向する位置に配置されてもよい。
穴は、ランドの先端面に開口している限りは、ランドの底面まで貫通していなくてよい。即ち、ランドは筒状でなくてよい。例えば、柱状のランドの先端面に穴を構成する凹部が形成されてよい。また、ランドの穴を画定する側壁がバンプを全周に亘って包囲しなくてもよい(例えば、当該側壁の一部に切欠があったり、平面視において側壁が半円弧状であったりしてよい)。
共通電極用のランドの表面における位置は任意であり、また、共通電極用ランドは表面に形成されることに限定されない。また、共通電極用ランドの先端面にはバンプを収容する穴が開口していなくてよい。
The land may be made of any conductive material other than Ag—Pd.
The shape and size of the land are arbitrary. For example, the planar shape may be a circle or a polygon such as an ellipse or a triangle. Further, the height of the land from the surface of the piezoelectric layer may not be uniform as a whole, and may be higher than the height of the bump.
The land may be disposed at a position facing the pressure chamber.
As long as the hole opens at the tip end surface of the land, the hole does not have to penetrate to the bottom surface of the land. That is, the land does not have to be cylindrical. For example, a recess that forms a hole may be formed on the tip surface of the columnar land. Further, the side wall defining the land hole may not surround the bump all around (for example, a part of the side wall is notched or the side wall has a semicircular arc shape in plan view). Good).
The position on the surface of the land for the common electrode is arbitrary, and the land for the common electrode is not limited to being formed on the surface. Moreover, the hole which accommodates a bump does not need to open in the front end surface of the land for common electrodes.
ダミーランドの穴にバンプが収容されてもよい。
ダミーランドの形状及びサイズは、個別電極用のランドと同じでなくてもよい。
圧電層の表面に、ダミーランドが形成されていなくてもよい。
Bumps may be accommodated in the holes of the dummy lands.
The shape and size of the dummy land may not be the same as the land for the individual electrode.
Dummy lands may not be formed on the surface of the piezoelectric layer.
個別電極や共通電極の形状、サイズ、数等も任意である。
延出部の貫通孔は1に限定されず、2以上であってもよい。延出部が貫通孔を有さなくてもよい。
The shape, size, number, etc. of the individual electrodes and common electrodes are also arbitrary.
The number of through holes in the extension is not limited to 1, and may be 2 or more. The extending part may not have a through hole.
ダミーランド18eの穴には、本実施形態では導電性のバンプが配置されていないが、ランド18b,18cと同様、バンプ18dが配置されてもよい。このとき表面17a1からのバンプの高さは、各ランド18b,18c,18eにおいて同じであってよい。こうすることで、アクチュエータユニット17にFPC50を固定する際に、各バンプを介して、アクチュエータユニット17における個別電極18aの周囲に均等な圧力が付加される。これにより、圧力の集中が緩和され、アクチュエータユニット17の破損を抑制することができる。
In this embodiment, no conductive bump is disposed in the hole of the
バンプは、Ag又はAg−Pd以外の任意の導電性材料(例えばAu)からなってよい。
バンプ形成工程(S5)は、固定工程(S4)の後に行っても前に行ってもよい。
共通電極19や金属層20は、Au以外の任意の導電性材料(例えばAg又はAg−Pd)からなってよい。
The bump may be made of any conductive material (for example, Au) other than Ag or Ag—Pd.
The bump forming step (S5) may be performed after or before the fixing step (S4).
The
本発明に係る液体吐出ヘッドは、プリンタに限定されず、ファクシミリやコピー機等の液体吐出装置に適用可能である。また、液体吐出装置に適用される液体吐出ヘッドの数は4に限定されず、1以上であればよい。液体吐出ヘッドは、ライン式に限定されず、シリアル式でもよい。さらに、本発明に係る液体吐出ヘッドは、インク以外の液体を吐出してもよい。 The liquid discharge head according to the present invention is not limited to a printer, and can be applied to a liquid discharge apparatus such as a facsimile or a copier. Further, the number of liquid discharge heads applied to the liquid discharge apparatus is not limited to four, and may be one or more. The liquid discharge head is not limited to the line type, and may be a serial type. Furthermore, the liquid discharge head according to the present invention may discharge a liquid other than ink.
1 インクジェット式プリンタ
10 インクジェットヘッド(液体吐出ヘッド)
12 流路ユニット
14 個別流路(液体流路)
14a 吐出口
16 圧力室
17 アクチュエータユニット
17a,17b 圧電層
17a1 圧電層の表面
18a 個別電極
18a1 主部
18a2 延出部
18a2z 貫通孔
18b ランド
18b1 穴
18d バンプ
18e ダミーランド
1
12
Claims (8)
圧電層、前記圧電層の表面において前記表面と直交する方向に関して前記圧力室に対向して配置された個別電極、及び、前記個別電極に接続し且つ前記表面と直交する方向に突出して形成された導電性のランドを含み、前記ランドを介して前記個別電極に駆動電圧が印加されることにより前記圧力室の容積を変化させる、アクチュエータユニットと、を備え、
前記ランドの先端面に、前記ランドと接合し且つ前記駆動電圧が供給される導電性のバンプを収容する穴が開口していることを特徴とする、液体吐出ヘッド。 A flow path unit in which a liquid flow path leading to a discharge port for discharging liquid through a pressure chamber whose volume changes is formed;
A piezoelectric layer, an individual electrode disposed on the surface of the piezoelectric layer facing the pressure chamber in a direction orthogonal to the surface, and connected to the individual electrode and protruding in a direction orthogonal to the surface An actuator unit that includes a conductive land, and changes a volume of the pressure chamber by applying a driving voltage to the individual electrode through the land.
The liquid discharge head according to claim 1, wherein a hole for accommodating a conductive bump that is bonded to the land and to which the driving voltage is supplied is opened at a front end surface of the land.
前記延出部が、その外縁以外の部分に貫通孔を有することを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。 The individual electrode has a main part facing the pressure chamber in a direction orthogonal to the surface, and an extension part extending from the main part along the surface and having the land formed thereon,
4. The liquid ejection head according to claim 1, wherein the extending portion has a through hole in a portion other than an outer edge thereof. 5.
圧電層、前記圧電層の表面に形成された個別電極、及び、前記個別電極に接続した導電性のランドを含み、前記ランドを介して前記個別電極に駆動電圧が印加されることにより前記圧力室の容積を変化させる、アクチュエータユニットを作製するアクチュエータユニット作製工程であって、前記表面に前記個別電極を形成する個別電極形成工程、及び、前記表面と直交する方向に突出し且つ先端面に穴が開口した前記ランドを形成するランド形成工程を含む、アクチュエータユニット作製工程と、
前記表面と直交する方向に関して前記個別電極を前記圧力室に対向させつつ、前記アクチュエータユニットを前記流路ユニットに固定する固定工程と、
導電性のバンプを前記穴内に形成するバンプ形成工程と、
を備えたことを特徴とする、液体吐出ヘッドの製造方法。 A flow path unit production step for producing a flow path unit in which a liquid flow path is formed to reach a discharge port for discharging liquid through a pressure chamber whose volume changes;
The pressure chamber includes a piezoelectric layer, individual electrodes formed on the surface of the piezoelectric layer, and conductive lands connected to the individual electrodes, and a driving voltage is applied to the individual electrodes through the lands. An actuator unit manufacturing process for manufacturing an actuator unit that changes the volume of the individual electrode, the individual electrode forming process for forming the individual electrode on the surface, and a hole that protrudes in a direction orthogonal to the surface and that opens at the tip An actuator unit manufacturing step including a land forming step of forming the land,
A fixing step of fixing the actuator unit to the flow path unit while making the individual electrode face the pressure chamber in a direction orthogonal to the surface;
A bump forming step of forming a conductive bump in the hole;
A method of manufacturing a liquid discharge head, comprising:
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