JP2012206260A - 液滴吐出装置、圧電アクチュエータ、及び、液滴吐出装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】インクジェットヘッド4は、複数のノズル40と複数のノズル40にそれぞれ連通する複数の圧力室34が形成された流路ユニット20と、圧力室34を区画する封止板50を変形させて複数の圧力室34内のインクにそれぞれ圧力を付与する圧電アクチュエータ21を有する。圧電アクチュエータ21は、複数の圧力室34にそれぞれ対応する複数の圧電素子56を有し、これら複数の圧電素子56の表面には複数のバンプ59がそれぞれ設けられている。さらに、一部の圧力室34に対応するバンプ59が、他の圧力室34に対応するバンプ59よりも大きくなっており、封止板50の、前記一部の圧力室34に対向する部分の変形が強く抑制される。
【選択図】図5
Description
前記区画部材の変形量を調整する変形調整部材を有し、さらに、前記変形調整部材は、一部の前記圧力室に対する前記区画部材の変形調整量を、他の前記圧力室と異ならせるように構成されていることを特徴とするものである。
前記複数の圧力室はそれぞれ一部が開口した凹形状に形成されるとともに、前記流路ユニットの一表面に沿って平面的に配置され、前記アクチュエータは、前記複数の圧力室の開口を覆うように前記流路ユニットの一表面に接合される封止板と、前記封止板に設けられて、前記封止板の前記複数の圧力室と対向する部分をそれぞれ変形させる複数の駆動素子を有するものであり、
前記アクチュエータを前記流路ユニットに接合する接合工程と、前記接合工程の後に、前記アクチュエータに前記封止板の変形量を調整する変形調整部材を設け、一部の前記圧力室に対する前記封止板の変形調整量を他の前記圧力室と異ならせる変形調整工程を備えることを特徴とするものである。
前記接合工程の後に、前記複数の圧電素子を覆うようにレーザー光透過性の材料からなる配線部材を配置し、前記アクチュエータと前記配線部材とを接着剤で接合するとともに前記配線部材の配線を前記複数の表面電極と電気的に接続する配線部材接合工程をさらに備え、
前記変形調整工程において、前記配線部材の前記複数の圧電素子と反対側の面からレーザー光を照射して前記接着剤の一部を溶融させ、ある圧電素子への前記接着剤の付着位置又は付着面積を、他の圧電素子と比べて異ならせることを特徴とするものである。
前記複数の圧力室はそれぞれ一部が開口した凹形状に形成されるとともに、前記流路ユニットの一表面に沿って平面的に配置され、前記アクチュエータは、前記複数の圧力室の開口を覆うように前記流路ユニットの一表面に接合される封止板と、前記封止板に設けられて前記複数の圧力室と対向する部分をそれぞれ変形させる複数の駆動素子を有するものであり、
前記アクチュエータを前記流路ユニットに接合する接合工程と、前記接合工程の後に、前記複数のノズルの吐出特性を検査する検査工程と、前記アクチュエータに前記封止板の変形量を調整する変形調整部材を設け、前記検査工程で得られた前記複数のノズルの吐出特性に応じて、それら複数のノズルがそれぞれ連通する前記複数の圧力室における前記封止板の変形量を調整する、変形調整工程を備えたことを特徴とするものである。
前記実施形態では、変形調整部材としてのバンプ59が、個別電極52から圧力室34の外側まで引き出された接続端子55に設けられていたが、図7に示すように、バンプ59が、圧力室34と対向する個別電極52の表面に設けられてもよい。このように、圧電素子56の変形量が大きい、圧力室34の中央領域にバンプ59が設けられることにより、封止板50の変形を効果的に調整できる。
図8に示すように、複数のバンプ59の、圧電素子56(個別電極52及び接続端子55)の表面における位置(付着位置)を異ならせることにより、複数の圧力室34間での封止板50の変形調整量を変えることができる。即ち、図8に示される3つの圧力室34のうち、上側の圧力室34に対応するバンプ59は、最も圧力室34の内側(中央寄り)の位置にあり、封止板50の変形が強く抑制される。
図示は省略するが、バンプ59の材質を異ならせることにより、複数の圧力室34間での封止板50の変形調整量を異ならせることもできる。即ち、あるバンプ59が、他のバンプ59と比べて硬度や弾性率の高い材質で形成されている場合には、そのバンプ59に対応する圧力室34において封止板50(圧電素子56)の変形が強く抑制される。また、同一の材質でバンプ59を形成した後、後処理によってバンプ59の材質(硬度等)を変化させることも可能である。例えば、複数の個別電極52に紫外線硬化性インクを付着させて複数のバンプ59をそれぞれ形成した後、硬化のために照射する紫外線の強度や照射時間を異ならせることにより、複数のバンプ59の硬度を異ならせることができる。
図9に示すように、複数の個別電極52とFPC60とを接続する複数のバンプ59が、FPC60側に設けられてもよい。この場合、FPC60の製造工程において、複数のバンプ59を形成する際に、これら複数のバンプ59の大きさや位置(圧電素子56と接触する位置)、あるいは、材質等を変えればよい。
圧電素子56の変形を調整する変形調整部材が、個別電極52とFPC60とを接続するバンプ59である必要はなく、図10に示すように、バンプ59とは別の変形調整部材66が、圧電素子56の表面に付着した構成であってもよい。尚、この場合には、変形調整部材66が導電性材料で形成される必要はなく、樹脂等の絶縁性材料で形成されてもよい。また、変形調整部材66が個別電極52の表面に付着する必要もなく、圧電層51(圧電素子56)の個別電極52が設けられていない領域に、直接付着していてもよい。
一例を挙げると、基準となる吐出特性を備えたノズル40に対応する圧電素子56には変形調整部材66を配置せずに、その基準ノズルの吐出特性に合わせて一部の圧電素子56に変形調整部材66を配置する。このようにすれば、基準となる吐出特性に合わせた圧電素子56の変形量の調整が容易である。尚、基準となる吐出特性は、適宜決定することができ、例えば、最も吐出特性の低いノズルであってもよいし、最も吐出特性が高いノズルであってもよいことは言うまでもない。
圧電アクチュエータ21と、その圧電層51(複数の圧電素子56)を覆うように配置されるFPC60とが、複数のバンプ59において電気的に接続されるだけでなく、FPC60の剥離防止等の観点から接着剤によって物理的に接合されてもよい。この場合に、図11に示すように、圧電アクチュエータ21とFPC60とを接合する接着剤70を、圧電素子56の表面にも付着させて変形調整部材として機能させ、さらに、複数の圧電素子56の間で接着剤70の付着量や付着位置を異ならせることで、変形調整量を異ならせてもよい。
変形調整部材は、圧電素子56の表面に付着して変形量を調整するものには限られず、圧電素子56に外力を作用させることによって変形量を調整するものであってもよい。例えば、図12では、FPC60の圧電アクチュエータ21との接合面と反対側の面に平板状の押さえ部材72が当接し、この押さえ部材72によってFPC60が圧電アクチュエータ21に押しつけられて接合されている。この構成において、FPC60の、押さえ部材72と当接する面の、複数の圧力室34とそれぞれ対向する位置に複数の突起71が設けられていると、押さえ部材72によってFPC60が圧電アクチュエータ21に押しつけられたときに、複数の突起71によって複数の圧電素子56に局所的に外力が作用するため、圧電素子56の変形が抑制される。また、突起71の大きさや位置、あるいは、材質等によって外力の大きさや外力が作用する位置を異ならせることができ、複数の圧電素子56の変形調整量を異ならせることが可能となる。即ち、複数の突起71が本願発明の変形調整部材に相当する。
上述の実施形態では、変形調整部材(バンプ59等)が、ある圧力室34に対応する封止板50や圧電素子56の変形を抑制することにより、変形量が小さくなる方向に調整するものであったが、封止板50や圧電素子56の変形を促進し、変形量が大きくなる方向に調整するものであってもよい。
前記実施形態の図4のように、圧電層51が平面的に形成されているのではなく、図14に示すように、封止板50の圧力室34と反対側の面において、複数の圧力室34にそれぞれ対応する複数の圧電素子56が互いに分離して設けられてもよい。図14では、孤立した個々の圧電素子56の表面の個別電極52に設けられたバンプ59が、変形調整部材として機能する例が示されている。尚、複数の圧電素子56が互いに分離していると、図14のように封止板50の一部が露出することから、変形調整部材は、封止板50の露出部分(圧電素子56が設けられていない部分)に直接設けられて、封止板50の変形そのものを抑制するように構成されてもよい。
図15に示すように、封止板50に複数枚の圧電層51が積層され、これら複数枚の圧電層51の間に個別電極52と共通電極54とが交互に配置された、いわゆる、積層型の圧電アクチュエータであってもよい。この場合でも、圧電層51の表面の個別電極52に設けられたバンプ59の大きさ等を異ならせることによって、複数枚の圧電層51からなる圧電素子56、及び、封止板50の変形調整量を異ならせることができる。
圧力室34内のインクに圧力を付与するアクチュエータは、前記実施形態のような、封止板50を変形させる圧電アクチュエータ21には限られない。例えば、圧電素子56以外の駆動素子で封止板50を変形させてもよい。また、圧力室34の上壁部(封止板50)を変形させるのではなく、側壁部を変形させるものであってもよい。
例えば、図16に示すように、前記実施形態の構成と同様に、封止板50の上面において、圧電層51が複数の圧力室34に跨って平面的に広がって形成されている場合に、複数の圧力室34のうち、圧電層51の縁51aに近い端位置の圧力室34a(圧電層51の縁51aとの間に他の圧力室34が存在しない圧力室34a)は、それ以外の圧力室34b,34cと比較して、隣接する圧力室34の数が少ない分、圧電層51の拘束条件が異なり、両者の間で圧電層51(封止板50)の変形量に差が出やすい。より具体的な例を挙げると、図2における中央2列の圧力室列において、圧電層31の縁に近い、圧力室列の端に位置する圧力室34と、圧電層31の縁から遠い、圧力室列の中央部に位置する圧力室34との間で、圧電層51の変形量が異なる傾向にある。そこで、端位置の圧力室34aとそれ以外の圧力室34b,34cとで、変形調整部材(図16ではバンプ59)による圧電層51(圧電素子56)の変形調整量を異ならせる。
4 インクジェットヘッド
20 流路ユニット
21 圧電アクチュエータ
34 圧力室
40 ノズル
50 封止板
51 圧電層
51a 縁
52 個別電極
56 圧電素子
59 バンプ
60 フレキシブルプリント配線板(FPC)
66 変形調整部材
70 接着剤
71 突起
73 導電性樹脂
Claims (19)
- 複数のノズルと前記複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室を含む液体流路と、前記圧力室を区画する区画部材を変形させて前記圧力室の容積を変化させることにより、前記複数の圧力室内の液体にそれぞれ圧力を付与するアクチュエータを有する、液滴吐出装置であって、
前記区画部材の変形量を調整する変形調整部材を有し、
さらに、前記変形調整部材は、一部の前記圧力室に対する前記区画部材の変形調整量を、他の前記圧力室と異ならせるように構成されていることを特徴とする液滴吐出装置。 - 前記変形調整部材は、前記複数のノズルの吐出特性に応じて、それら複数のノズルがそれぞれ連通する前記複数の圧力室における前記区画部材の変形量を調整するように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の液滴吐出装置。
- 前記液体流路が形成された流路ユニットを備え、前記複数の圧力室はそれぞれ一部が開口した凹形状に形成されるとともに、前記流路ユニットの一表面に沿って平面的に配置され、
前記アクチュエータは、前記複数の圧力室の開口を覆うように前記流路ユニットの前記一表面に接合された、前記区画部材としての封止板と、前記封止板に設けられて前記封止板の前記複数の圧力室と対向する部分をそれぞれ変形させる複数の駆動素子を有し、
前記変形調整部材は、前記封止板の、前記一部の圧力室に対向する部分の変形調整量を、前記他の圧力室に対向する部分と異ならせるように構成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の液滴吐出装置。 - 前記アクチュエータは、前記複数の駆動素子として、前記封止板の前記複数の圧力室とそれぞれ対向する部分に設けられた複数の圧電素子を有し、
前記変形調整部材は、前記圧電素子の変形量を調整することによって、前記区画部材の変形量を調整するものであり、
さらに、前記変形調整部材は、前記一部の圧力室に対応する前記圧電素子の変形調整量を、前記他の圧力室に対応する前記圧電素子と異ならせるように構成されていることを特徴とする請求項3に記載の液滴吐出装置。 - 前記変形調整部材は、前記圧電素子に付着していることを特徴とする請求項4に記載の液滴吐出装置。
- 前記一部の圧力室に対応する圧電素子と前記他の圧力室に対応する圧電素子との間で、前記変形調整部材の付着面積が異なっていることを特徴とする請求項5に記載の液滴吐出装置。
- 前記一部の圧力室に対応する圧電素子と前記他の圧力室に対応する圧電素子との間で、前記変形調整部材の付着位置が異なっていることを特徴とする請求項5に記載の液滴吐出装置。
- 前記一部の圧力室に対応する圧電素子と前記他の圧力室に対応する圧電素子との間で、付着している前記変形調整部材の材質が異なっていることを特徴とする請求項5に記載の液滴吐出装置。
- 前記複数の圧電素子は前記封止板の前記圧力室と反対側の面に設けられ、
前記複数の圧電素子の前記封止板と反対側の面には複数の表面電極がそれぞれ設けられるとともに、これら複数の表面電極には配線部材が接続され、
前記変形調整部材は、各表面電極に設けられて、この表面電極と前記配線基板の配線とを導通させる導電性のバンプであることを特徴とする請求項5〜8の何れかに記載の液滴吐出装置。 - 前記複数の圧電素子は前記封止板の前記圧力室と反対側の面に設けられ、
前記複数の圧電素子の前記封止板と反対側の面には複数の表面電極がそれぞれ設けられ、
前記複数の圧電素子を有する前記アクチュエータに配線部材が接着剤で接合されるとともに、前記複数の表面電極が前記配線部材の配線と電気的に接続され、
前記変形調整部材は、各圧電素子の前記封止板と反対側の面に付着した前記接着剤であることを特徴とする請求項5〜8の何れかに記載の液滴吐出装置。 - 前記封止板の前記圧力室と反対側の面に前記複数の圧力室に跨って平面的に広がる圧電層が接合され、この圧電層の前記複数の圧力室とそれぞれ対向する部分が、前記複数の圧電素子を構成しており、
前記変形調整部材は、
前記圧電層と直交する方向から見て、前記圧電層の縁との間に他の圧力室が存在しない、端位置の前記圧力室と、それ以外の前記圧力室との間で、前記圧電層の変形調整量が異なるように構成されていることを特徴とする請求項4〜10の何れかに記載の液滴吐出装置。 - 複数のノズルと前記複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室を含む液体流路と、前記圧力室を区画する区画部材を変形させて前記圧力室の容積を変化させることにより、前記複数の圧力室内の液体にそれぞれ圧力を付与するアクチュエータを有する、液滴吐出装置であって、
前記区画部材の変形量を調整する変形調整部材を有し、
さらに、前記変形調整部材は、前記複数のノズルの吐出特性に応じて、それら複数のノズルがそれぞれ連通する前記複数の圧力室における前記区画部材の変形量を調整するように構成されていることを特徴とする液滴吐出装置。 - 複数の圧電素子を備えた圧電アクチュエータであって、
前記圧電素子の変形量を調整する変形調整部材を有し、
さらに、前記変形調整部材は、一部の前記圧電素子の変形調整量を他の前記圧電素子と異ならせるように構成されていることを特徴とする圧電アクチュエータ。 - 複数のノズルと前記複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室を含む液体流路が形成された流路ユニットと、前記複数の圧力室内の液体にそれぞれ圧力を付与するアクチュエータを有する、液滴吐出装置の製造方法であって、
前記複数の圧力室はそれぞれ一部が開口した凹形状に形成されるとともに、前記流路ユニットの一表面に沿って平面的に配置され、
前記アクチュエータは、前記複数の圧力室の開口を覆うように前記流路ユニットの一表面に接合される封止板と、前記封止板に設けられて、前記封止板の前記複数の圧力室と対向する部分をそれぞれ変形させる複数の駆動素子を有するものであり、
前記アクチュエータを前記流路ユニットに接合する接合工程と、
前記接合工程の後に、前記アクチュエータに前記封止板の変形量を調整する変形調整部材を設け、一部の前記圧力室に対する前記封止板の変形調整量を他の前記圧力室と異ならせる変形調整工程を備えることを特徴とする液滴吐出装置の製造方法。 - 前記接合工程の後に、前記複数のノズルの吐出特性を検査する検査工程をさらに備え、
前記変形調整工程において、前記検査工程で得られた前記複数のノズルの吐出特性に応じて、それら複数のノズルがそれぞれ連通する前記複数の圧力室における、前記封止板の変形量を調整することを特徴とする請求項14に記載の液滴吐出装置の製造方法。 - 前記アクチュエータは、前記封止板の前記複数の圧力室とそれぞれ対向する部分に設けられた複数の圧電素子を有するものであり、
前記変形調整工程において、ある圧電素子に液状の硬化性材料を付着させた後に硬化させて前記変形調整部材を形成することにより、その圧電素子の変形量を調整することを特徴とする請求項14又は15に記載の液滴吐出装置の製造方法。 - 前記変形調整工程において、インクジェットヘッドにより前記硬化性材料の液滴を前記圧電素子に着弾させることを特徴とする請求項16に記載の液滴吐出装置の製造方法。
- 前記アクチュエータは、前記封止板の前記圧力室と反対側の面の、前記複数の圧力室とそれぞれ対向する領域に設けられた複数の圧電素子と、前記複数の圧電素子の前記封止板と反対側の面にそれぞれ設けられた複数の表面電極とを有するものであり、
前記接合工程の後に、前記複数の圧電素子を覆うようにレーザー光透過性の材料からなる配線部材を配置し、前記アクチュエータと前記配線部材とを接着剤で接合するとともに前記配線部材の配線を前記複数の表面電極と電気的に接続する配線部材接合工程をさらに備え、
前記変形調整工程において、前記配線部材の前記複数の圧電素子と反対側の面からレーザー光を照射して前記接着剤の一部を溶融させ、ある圧電素子への前記接着剤の付着位置又は付着面積を、他の圧電素子と比べて異ならせることを特徴とする請求項14又は15に記載の液滴吐出装置の製造方法。 - 複数のノズルと前記複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室を含む液体流路が形成された流路ユニットと、前記複数の圧力室内の液体にそれぞれ圧力を付与するアクチュエータを有する、液滴吐出装置の製造方法であって、
前記複数の圧力室はそれぞれ一部が開口した凹形状に形成されるとともに、前記流路ユニットの一表面に沿って平面的に配置され、
前記アクチュエータは、前記複数の圧力室の開口を覆うように前記流路ユニットの一表面に接合される封止板と、前記封止板に設けられて前記複数の圧力室と対向する部分をそれぞれ変形させる複数の駆動素子を有するものであり、
前記アクチュエータを前記流路ユニットに接合する接合工程と、
前記接合工程の後に、前記複数のノズルの吐出特性を検査する検査工程と、
前記アクチュエータに前記封止板の変形量を調整する変形調整部材を設け、前記検査工程で得られた前記複数のノズルの吐出特性に応じて、それら複数のノズルがそれぞれ連通する前記複数の圧力室における前記封止板の変形量を調整する、変形調整工程を備えたことを特徴とする液滴吐出装置の製造方法。
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