JP2014004721A - Liquid discharge head - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance strength of a wall portion forming pressure chambers while relaxing a temperature rise in a liquid discharge head.SOLUTION: A liquid discharge head 1 includes: a liquid discharge block 3 including a plurality of pressure chambers 12 capable of storing liquid, a plurality of air chambers 13a and 13b disposed around the plurality of pressure chambers 12, and a wall portion forming at least the pressure chamber 12, which is made of a piezoelectric material; and a flow passage 14 including an inlet and an outlet which are provided on the same surface of the liquid discharge block 3, and a portion between the inlet and the outlet, which is routed around in the liquid discharge block 3.

Description

本発明は、液体を吐出する液体吐出ヘッドに関する。   The present invention relates to a liquid discharge head that discharges liquid.

一般的なインクジェット記録装置には、画像を記録するために記録媒体にインクを吐出する液体吐出ヘッドが搭載されている。   A general ink jet recording apparatus is equipped with a liquid discharge head for discharging ink onto a recording medium in order to record an image.

特許文献1には、液体(インク)の温度を調節するために冷却専用流路が設けられた液体吐出ヘッドが開示されている。この液体吐出ヘッドは、圧電材料プレートに設けられた平行な複数の溝の一部をインク流路として用い、他の一部を、温度調節された冷却専用流体が流れる冷却専用流路として用いるものである。   Patent Document 1 discloses a liquid discharge head provided with a cooling dedicated flow path for adjusting the temperature of the liquid (ink). This liquid discharge head uses a part of a plurality of parallel grooves provided in the piezoelectric material plate as an ink flow path, and the other part as a cooling dedicated flow path through which a temperature-controlled cooling dedicated fluid flows. It is.

また、特許文献2には、圧電材料からなる筒状のインク吐出部(圧電素子)が設けられ、筒状のインク吐出部の内部の空洞部分が圧力室である構成が開示されている。この構成では、筒状のインク吐出部が、圧力室を形成する壁部を構成している。そして、電圧が印加されてインク吐出部(各壁部)が変形することによって、圧力室の容積が縮小し、圧力室内のインクが外部へ吐出する。   Patent Document 2 discloses a configuration in which a cylindrical ink discharge portion (piezoelectric element) made of a piezoelectric material is provided, and a hollow portion inside the cylindrical ink discharge portion is a pressure chamber. In this configuration, the cylindrical ink discharge portion constitutes a wall portion that forms a pressure chamber. Then, when the voltage is applied and the ink discharge portion (each wall portion) is deformed, the volume of the pressure chamber is reduced, and the ink in the pressure chamber is discharged to the outside.

この圧力室の形成方法の一例として、互いに同じ方向に延びる複数の溝が形成された複数の圧電基板を、溝の方向を揃えて積層し、積層された圧電基板を、溝に直交する方向に切削し、各溝を圧力室として利用する方法がある。この場合、マトリクス状に圧力室が配置された板状のユニット積層体が形成される。このユニット積層体では、マトリクス状に配置された各圧力室の周囲をそれぞれ取り囲むように分離溝が形成されており、複数の筒状のインク吐出部がそれぞれ実質的に分離して独立している。   As an example of a method for forming this pressure chamber, a plurality of piezoelectric substrates formed with a plurality of grooves extending in the same direction are stacked with the groove directions aligned, and the stacked piezoelectric substrates are stacked in a direction perpendicular to the grooves. There is a method of cutting and using each groove as a pressure chamber. In this case, a plate-shaped unit laminate in which pressure chambers are arranged in a matrix is formed. In this unit laminate, separation grooves are formed so as to surround each of the pressure chambers arranged in a matrix, and a plurality of cylindrical ink discharge portions are substantially separated and independent. .

特開2011―235480号公報JP 2011-235480 A 特開2007−168319号公報JP 2007-168319 A

特許文献1に開示された液体吐出ヘッドは、1列に並んだ溝状のインク流路のそれぞれの壁の一部が圧電変形してインク流路内のインクを外部に吐出するものである。しかし、近年の記録の高画質化等に伴って要求されている高粘度インク等の吐出の場合には、インクの吐出力が不十分である。また、特許文献1では、インク流路および吐出口を2次元マトリクス状に配置することは想定しておらず、1列ずつしかインク滴を吐出できない構成であるため、記録の高密度化および高速化に対応することは難しい。   In the liquid discharge head disclosed in Patent Document 1, a part of each wall of the groove-shaped ink flow paths arranged in a row is piezoelectrically deformed to discharge the ink in the ink flow path to the outside. However, in the case of discharging high-viscosity ink or the like that has been required with the recent increase in image quality of recording, the ink discharge force is insufficient. In Patent Document 1, it is not assumed that the ink flow paths and the ejection openings are arranged in a two-dimensional matrix, and the ink droplets can be ejected only one by one. It is difficult to deal with

これに対し、特許文献2に開示された液体吐出ヘッドは、インク吐出部が2次元マトリクス状に配置されており、高密度化を実現している。しかし、分離溝によって個々のインク吐出部が実質的に分離された筒状に形成されて高密度に配置されているため、各インク吐出部の圧力室を形成する壁部が薄く、インク吐出部の耐久性が低い。高粘度のインクを吐出する場合には、圧力室のインクの吐出力を高める必要があり、そのためには圧力室の長さを長くしなければならない。しかし、圧力室の長さを長くするためにインク吐出部の長さを長くすると、薄い壁部の長さが長くなるため耐久性がさらに低くなる。そのため、記録媒体への記録時に生じる振動や、インクを吐出するために繰り返されるインク吐出部の変形(圧力室の収縮)によって、インク吐出部の壁部が破損してインクを吐出できなくなるおそれがある。   On the other hand, in the liquid discharge head disclosed in Patent Document 2, the ink discharge portions are arranged in a two-dimensional matrix, and high density is realized. However, since the individual ink discharge portions are formed in a cylindrical shape substantially separated by the separation groove and are arranged with high density, the wall portion forming the pressure chamber of each ink discharge portion is thin, and the ink discharge portion The durability is low. When ejecting highly viscous ink, it is necessary to increase the ejection force of ink in the pressure chamber. For this purpose, the length of the pressure chamber must be increased. However, if the length of the ink discharge portion is increased in order to increase the length of the pressure chamber, the length of the thin wall portion is increased, and the durability is further reduced. For this reason, there is a risk that the wall portion of the ink discharge portion may be damaged and the ink cannot be discharged due to vibration generated during recording on the recording medium or deformation of the ink discharge portion (pressure chamber contraction) repeated to discharge the ink. is there.

また、特許文献2に開示されている発明では、各インク吐出部をそれぞれ実質的に独立した筒状に形成するために、マトリクス状に位置する圧力室の周囲にそれぞれ分離溝を形成する必要がある。従って、隣り合うインク吐出部同士の間に分離溝が存在し、サンドブラストによる切削加工などの通常の形成方法では分離溝の狭幅化には限界があるため、インク吐出部のさらなる高密度化の妨げとなる。   Further, in the invention disclosed in Patent Document 2, it is necessary to form separation grooves around the pressure chambers located in a matrix in order to form each ink discharge portion in a substantially independent cylindrical shape. is there. Accordingly, there is a separation groove between adjacent ink discharge portions, and there is a limit to narrowing the separation groove in a normal forming method such as cutting by sandblasting. Hinder.

そこで、本発明は、前記した課題を解決して、内部の温度上昇を緩和しつつ、圧力室を形成する壁部の強度を高めることができる液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a liquid discharge head that solves the above-described problems and can increase the strength of a wall portion that forms a pressure chamber while mitigating an internal temperature rise.

本発明の液体吐出ヘッドは、液体を貯留可能な複数の圧力室と、複数の圧力室の周囲に配置された複数の空気室とを有し、少なくとも圧力室を形成する壁部が圧電材料からなる液体吐出ブロックと、液体吐出ブロックの同じ面に設けられた入口と出口とを有し、入口と出口の間の部分は液体吐出ブロックの内部を引き回されている流路と、を有する。   The liquid discharge head of the present invention has a plurality of pressure chambers capable of storing liquid and a plurality of air chambers arranged around the plurality of pressure chambers, and at least a wall portion forming the pressure chambers is made of a piezoelectric material. A liquid ejection block, and an inlet and an outlet provided on the same surface of the liquid ejection block, and a portion between the inlet and the outlet has a flow path routed around the liquid ejection block.

本発明によれば、液体吐出ヘッドを構成する液体吐出ブロックを大きくすることなく、内部温度上昇を緩和可能で、圧力室の周囲の構造体の剛性を高めることが可能である。   According to the present invention, an increase in internal temperature can be mitigated without increasing the liquid discharge block constituting the liquid discharge head, and the rigidity of the structure around the pressure chamber can be increased.

本発明の一実施形態の液体吐出ヘッドをノズルプレート側から見た分解斜視図である。It is the disassembled perspective view which looked at the liquid discharge head of one Embodiment of this invention from the nozzle plate side. 図1に示す液体吐出ヘッドをマニホールド側から見た分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view of the liquid discharge head shown in FIG. 1 as viewed from the manifold side. (a)は図1に示す液体吐出ヘッドの第1の圧電基板の斜視図、(b)は第2の圧電基板の斜視図である。FIG. 2A is a perspective view of a first piezoelectric substrate of the liquid ejection head shown in FIG. 1, and FIG. 2B is a perspective view of a second piezoelectric substrate. (a)は図1に示す液体吐出ヘッドのマニホールドを示す液体供給側から見た斜視図、(b)はその液体導出側から見た斜視図、(c)はその取り付け板を省略して液体供給側から見た斜視図である。(A) is a perspective view seen from the liquid supply side showing the manifold of the liquid ejection head shown in FIG. 1, (b) is a perspective view seen from the liquid outlet side, and (c) is a liquid with its mounting plate omitted. It is the perspective view seen from the supply side. 図1に示す液体吐出ヘッドの冷却用ユニットを示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing a cooling unit of the liquid discharge head shown in FIG. 1. 図1に示す液体吐出ヘッドの第1の圧電基板を示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing a first piezoelectric substrate of the liquid discharge head shown in FIG. 1. (a)〜(h)は、図6に示す第1の圧電基板の処理工程を順番に示す斜視図である。(A)-(h) is a perspective view which shows the process process of the 1st piezoelectric substrate shown in FIG. 6 in order. (a)〜(h)は、図7(d)〜(e)に概略的に示す電極形成工程の詳細を順番に示す斜視図である。(A)-(h) is a perspective view which shows the detail of the electrode formation process schematically shown to FIG.7 (d)-(e) in order. 図1に示す液体吐出ヘッドの第2の圧電基板の平面図である。FIG. 4 is a plan view of a second piezoelectric substrate of the liquid ejection head shown in FIG. 1. (a)〜(e)は、図9に示す第2の圧電基板の処理工程を順番に示す斜視図である。(A)-(e) is a perspective view which shows the process process of the 2nd piezoelectric substrate shown in FIG. 9 in order. (a)〜(d)は、図10(c)〜(d)に概略的に示す電極形成工程の詳細を順番に示す斜視図である。(A)-(d) is a perspective view which shows the detail of the electrode formation process schematically shown to FIG.10 (c)-(d) in order. 図1に示す液体吐出ヘッドの液体吐出ブロックを供給側から見た斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of a liquid discharge block of the liquid discharge head shown in FIG. 1 as viewed from a supply side. (a)〜(d)は、図12に示す液体吐出ブロックの供給側端部の電極形成工程を順番に示す平面図である。(A)-(d) is a top view which shows the electrode formation process of the supply side edge part of the liquid discharge block shown in FIG. 12 in order. 図12に示す液体吐出ブロックの前端面の電極パターンを示す平面図である。It is a top view which shows the electrode pattern of the front-end surface of the liquid discharge block shown in FIG. 図12に示す液体吐出ブロックを吐出側から見た斜視図である。It is the perspective view which looked at the liquid discharge block shown in FIG. 12 from the discharge side. (a)〜(d)は、図15に示す液体吐出ブロックの吐出側端部の電極形成工程を順番に示す平面図である。(A)-(d) is a top view which shows the electrode formation process of the discharge side edge part of the liquid discharge block shown in FIG. 15 in order.

本発明の一実施形態の液体吐出ヘッドについて図面を参照して説明する。図1,2に示す本実施形態の液体吐出ヘッド1は、ノズルプレート2と、液体吐出ブロック3と、後方絞りプレート4と、マニホールド5とを有する。液体吐出ブロック3の前面(液体を吐出する側である吐出側端部)にノズルプレート2が接合され、背面(液体が供給される側である供給側端部)に後方絞りプレート4およびマニホールド5が接合されている。なお、図1,2には、液体吐出ブロック3やマニホールド5の構造をわかりやすくするために各構成部分に分解して示しており、特にマニホールド5は細部を省略した形状で示している。   A liquid discharge head according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. A liquid discharge head 1 according to this embodiment shown in FIGS. 1 and 2 includes a nozzle plate 2, a liquid discharge block 3, a rear throttle plate 4, and a manifold 5. The nozzle plate 2 is joined to the front surface of the liquid discharge block 3 (discharge side end which is a liquid discharge side), and the rear throttle plate 4 and the manifold 5 are connected to the back surface (supply side end which is a liquid supply side). Are joined. In FIGS. 1 and 2, the structure of the liquid discharge block 3 and the manifold 5 is shown in an exploded manner for easy understanding, and in particular, the manifold 5 is shown in a shape with details omitted.

ノズルプレート2には、円形貫通孔である複数の吐出口6が形成されており、これらの吐出口6は所定の間隔で二次元マトリクス状に配列されている。一例では、ノズルプレート2の厚さは17μmであり、各吐出口6の直径は10μmである。   The nozzle plate 2 is formed with a plurality of discharge ports 6 that are circular through holes, and these discharge ports 6 are arranged in a two-dimensional matrix at predetermined intervals. In an example, the thickness of the nozzle plate 2 is 17 μm, and the diameter of each discharge port 6 is 10 μm.

後方絞りプレート4は、液体(インク)をマニホールド5から液体吐出ブロック3に供給する際の流路となる絞り開口7を備えている。絞り開口7は、後述する液体吐出ブロック3の圧力室に対応して複数設けられている。さらに、後方絞りプレート4は、冷却用流体をマニホールド5から液体吐出ブロック3に供給および回収する流路となる冷却用流体供給口8および冷却用流体回収口9を備えている。冷却用流体供給口8および冷却用流体回収口9は、液体吐出ブロック3の冷却用液体用流路に対向して複数設けられ、交互に並べて配置されている。一例では、後方絞りプレート4の厚さは200μmであり、絞り開口7は50μm×50μmの矩形形状であり、冷却用流体供給口8および冷却用流体回収口9は120μm×120μmの矩形形状である。   The rear diaphragm plate 4 includes a diaphragm opening 7 serving as a flow path when supplying liquid (ink) from the manifold 5 to the liquid ejection block 3. A plurality of throttle openings 7 are provided corresponding to pressure chambers of the liquid discharge block 3 to be described later. Further, the rear throttle plate 4 includes a cooling fluid supply port 8 and a cooling fluid recovery port 9 that serve as a flow path for supplying and recovering the cooling fluid from the manifold 5 to the liquid discharge block 3. A plurality of cooling fluid supply ports 8 and cooling fluid recovery ports 9 are provided facing the cooling liquid flow path of the liquid discharge block 3 and are arranged alternately. In one example, the rear diaphragm plate 4 has a thickness of 200 μm, the diaphragm opening 7 has a rectangular shape of 50 μm × 50 μm, and the cooling fluid supply port 8 and the cooling fluid recovery port 9 have a rectangular shape of 120 μm × 120 μm. .

液体吐出ブロック3は、図3(a)に示す複数の第1の圧電基板10と図3(b)に示す複数の第2の圧電基板11とが交互に積層された積層体を含む。第1の圧電基板10と第2の圧電基板11はいずれも圧電材料からなる。第1の圧電基板10には、液体を貯留可能な圧力室12を構成する凹状の溝と、各圧力室12の両側にそれぞれ形成される空気室13aを構成する凹状の溝とが、それぞれ複数形成されている。圧力室12を構成する溝は、第1の圧電基板10を吐出側端部104から供給側端部103まで貫通する両端開口の溝である。空気室13aを構成する溝は、一端は供給側端部103で開口しているが他端は第1の圧電基板10の吐出側端部104で塞がれている、一端のみが開口した溝である。一方、第2の圧電基板11には、空気室13bを構成する凹状の溝と、空気室13bと交互に配置されている冷却用流体流路14を構成する凹状の溝とが複数形成されている。空気室13bを構成する溝と冷却用流体流路14を構成する溝はいずれも、一端は第2の圧電基板11の供給側端部102で開口しているが他端は吐出側端部101で塞がれている、一端のみが開口した溝である。空気室13bを構成する溝の両側に位置する、冷却用流体流路を構成する溝は、空気室13bを構成する溝の他端よりも吐出側端部101側において、連通用溝15によって2つずつそれぞれ互いに接続されている。   The liquid discharge block 3 includes a stacked body in which a plurality of first piezoelectric substrates 10 shown in FIG. 3A and a plurality of second piezoelectric substrates 11 shown in FIG. 3B are alternately stacked. Both the first piezoelectric substrate 10 and the second piezoelectric substrate 11 are made of a piezoelectric material. The first piezoelectric substrate 10 includes a plurality of concave grooves constituting the pressure chambers 12 capable of storing liquid and a plurality of concave grooves constituting the air chambers 13 a formed on both sides of each pressure chamber 12. Is formed. The grooves constituting the pressure chamber 12 are grooves having openings at both ends that penetrate the first piezoelectric substrate 10 from the discharge side end portion 104 to the supply side end portion 103. The groove constituting the air chamber 13a is a groove whose one end is opened at the supply-side end portion 103 but whose other end is closed by the discharge-side end portion 104 of the first piezoelectric substrate 10 and whose one end is opened. It is. On the other hand, the second piezoelectric substrate 11 is formed with a plurality of concave grooves constituting the air chambers 13b and concave grooves constituting the cooling fluid passages 14 arranged alternately with the air chambers 13b. Yes. Each of the groove constituting the air chamber 13 b and the groove constituting the cooling fluid flow path 14 is open at one end at the supply side end 102 of the second piezoelectric substrate 11, but the other end is at the discharge side end 101. It is a groove that is closed at one end and is open at only one end. The grooves constituting the cooling fluid flow path located on both sides of the groove constituting the air chamber 13b are 2 by the communication groove 15 on the discharge side end 101 side rather than the other end of the groove constituting the air chamber 13b. Each one is connected to each other.

第1の圧電基板10と第2の圧電基板11が互いに積層されて、第1の圧電基板10の溝形成面が第2の圧電基板11の平坦面(溝形成面の反対側の面)によって覆われている。また、第2の圧電基板11の溝形成面は別の第1の圧電基板10の平坦面(溝形成面の反対側の面)によって覆われている。このようにして、空気室13bを構成する凹状の溝により、圧電基板10,11の前端面101,104および後端面102,103に位置する両端が開口した圧力室12が形成されている。空気室13aを構成する溝と空気室13bを構成する溝と冷却用流体流路14を構成する溝とにより、圧電基板10,11の後端面102,103に位置する一端のみがそれぞれ開口した空気室13aと空気室13bと冷却用流体流路14が形成されている。   The first piezoelectric substrate 10 and the second piezoelectric substrate 11 are laminated with each other, and the groove forming surface of the first piezoelectric substrate 10 is formed by the flat surface of the second piezoelectric substrate 11 (the surface opposite to the groove forming surface). Covered. The groove forming surface of the second piezoelectric substrate 11 is covered with a flat surface (a surface opposite to the groove forming surface) of another first piezoelectric substrate 10. In this manner, the pressure chamber 12 having both ends positioned on the front end surfaces 101 and 104 and the rear end surfaces 102 and 103 of the piezoelectric substrates 10 and 11 is formed by the concave grooves constituting the air chamber 13b. Air in which only one end located at the rear end surfaces 102 and 103 of the piezoelectric substrates 10 and 11 is opened by the grooves constituting the air chamber 13a, the grooves constituting the air chamber 13b, and the grooves constituting the cooling fluid flow path 14, respectively. A chamber 13a, an air chamber 13b, and a cooling fluid flow path 14 are formed.

このように第1の圧電基板10と第2の圧電基板11とを交互に積層して構成された積層体の最上部に天板16(上部プレート)が積層され、最下部に底板17(下部プレート)が配置されて、液体吐出ブロック3が形成されている。天板16および底板17は圧電材料から形成される必要はないが、第1の圧電基板10および第2の圧電基板11と熱膨張率が近い材料によって形成されることが望ましい。この液体吐出ブロック3において、圧力室12の周囲四方(上下左右)に空気室13a,13bが位置している。同様に、冷却用流体流路14の周囲四方(上下左右)にも空気室13a,13bが位置している。圧力室12と空気室13a,13bの各々の内壁には電極が形成されている。冷却用流体流路14は、液体吐出ブロック3の供給側端部に開口している入口と出口とを有し、入口と出口の間の部分は液体吐出ブロック3の内部を引き回されている。   In this way, the top plate 16 (upper plate) is laminated on the uppermost part of the laminate formed by alternately laminating the first piezoelectric substrate 10 and the second piezoelectric substrate 11, and the bottom plate 17 (lower part) on the lowermost part. Plate) is disposed to form the liquid ejection block 3. The top plate 16 and the bottom plate 17 do not need to be formed of a piezoelectric material, but are desirably formed of a material having a thermal expansion coefficient close to that of the first piezoelectric substrate 10 and the second piezoelectric substrate 11. In the liquid discharge block 3, air chambers 13 a and 13 b are located in four directions (up, down, left and right) around the pressure chamber 12. Similarly, air chambers 13a and 13b are located in the four directions (up, down, left and right) around the cooling fluid flow path 14. Electrodes are formed on the inner walls of the pressure chamber 12 and the air chambers 13a and 13b. The cooling fluid flow path 14 has an inlet and an outlet that open to the supply side end of the liquid ejection block 3, and a portion between the inlet and the outlet is routed around the liquid ejection block 3. .

本実施形態では、前記した液体吐出ブロック3の供給側端部に、後方絞りプレート4を介して、液体(インク)の供給や冷却用流体の供給および回収のためのマニホールド5が取り付けられている。図4(a)〜(c)に示すように、マニホールド5の取り付け板18の液体供給側(液体吐出ブロック3と反対側)には、液体や冷却用流体を流通させるための開口(液体供給口19、冷却用流体供給口21、冷却用流体回収口24)を有する筒状部材がある。取り付け板18の液体吐出ブロック3側に、後方絞りプレート4の絞り開口7、冷却用流体供給口8、冷却用流体回収口9と連通する流路(液体供給流路20、冷却用流体供給流路22、冷却用流体回収流路23)を有する部材が設けられている。この流路は、液体や冷却用流体を流通させる。   In the present embodiment, a manifold 5 for supplying liquid (ink) and supplying and recovering cooling fluid is attached to the supply side end of the liquid discharge block 3 via the rear throttle plate 4. . As shown in FIGS. 4A to 4C, on the liquid supply side (the side opposite to the liquid discharge block 3) of the mounting plate 18 of the manifold 5, there is an opening (liquid supply) for circulating liquid or cooling fluid. There is a cylindrical member having a port 19, a cooling fluid supply port 21, and a cooling fluid recovery port 24). On the liquid discharge block 3 side of the mounting plate 18, a flow path (liquid supply flow path 20, cooling fluid supply flow) communicating with the throttle opening 7 of the rear throttle plate 4, the cooling fluid supply port 8, and the cooling fluid recovery port 9. A member having a passage 22 and a cooling fluid recovery passage 23) is provided. This flow path circulates a liquid or a cooling fluid.

さらに、液体吐出ブロック3の吐出側端部にノズルプレート2が取り付けられて、本実施形態の液体吐出ヘッド1が形成されている。   Further, the nozzle plate 2 is attached to the discharge side end of the liquid discharge block 3 to form the liquid discharge head 1 of the present embodiment.

また、液体吐出ヘッド1には、図5に示す冷却用ユニットが取り付けられている。冷却用ユニットは、冷却用流体を、液体吐出ヘッド1の主に液体吐出ブロック3内を流通させて、液体吐出ヘッド1を冷却するためのものである。冷却用ユニットは、ポンプ30と、ポンプ30と液体吐出ブロック3の間に位置する温度制御ユニット31とを含む。ポンプ30の出口203は、接続用チューブ32によって温度制御ユニット31の入口204に接続され、温度制御ユニット31の出口201は、液体吐出ブロック3の冷却用流体供給口21に接続されている。また、ポンプ30の入口202は、液体吐出ブロック3の冷却用流体回収口24に接続されている。   Further, a cooling unit shown in FIG. 5 is attached to the liquid discharge head 1. The cooling unit is for circulating the cooling fluid mainly in the liquid discharge block 3 of the liquid discharge head 1 to cool the liquid discharge head 1. The cooling unit includes a pump 30 and a temperature control unit 31 located between the pump 30 and the liquid discharge block 3. The outlet 203 of the pump 30 is connected to the inlet 204 of the temperature control unit 31 by the connection tube 32, and the outlet 201 of the temperature control unit 31 is connected to the cooling fluid supply port 21 of the liquid discharge block 3. The inlet 202 of the pump 30 is connected to the cooling fluid recovery port 24 of the liquid discharge block 3.

この液体吐出ヘッド1における液体(インク)や冷却用流体の流れについて説明する。記録用の液体、すなわちインクの流れについて説明すると、まず、図示しないタンク等から、図2,5に示す液体用供給口19を通じてマニホールド5に液体が供給される。この液体は、液体用供給口19から液体用供給流路20を通り、さらに後方絞りプレート4の絞り開口7を通って、液体吐出ブロック3の各圧力室12に流入する。このように圧力室12内に液体が流入して貯留している状態で、圧力室12の内壁の電極と空気室13aの内壁の電極との間や、圧力室12の内壁の電極と空気室13bの内壁の電極との間に電圧が印加されると、これらの電極同士の間に位置する壁は伸縮変形する。電圧が印加されて、圧力室12を形成する各壁がそれぞれ内側(圧力室12の中心側)に向かって凸状に変形すると、圧力室12の容積が縮小して内部の液体が加圧され、吐出口6から外部に液滴(インク滴)が吐出する。   The flow of liquid (ink) and cooling fluid in the liquid discharge head 1 will be described. The recording liquid, that is, the flow of ink will be described. First, liquid is supplied to the manifold 5 from a tank or the like (not shown) through the liquid supply port 19 shown in FIGS. The liquid flows from the liquid supply port 19 through the liquid supply flow path 20, further through the throttle opening 7 of the rear throttle plate 4, and flows into each pressure chamber 12 of the liquid discharge block 3. Thus, in a state where the liquid flows into and is stored in the pressure chamber 12, the electrode on the inner wall of the pressure chamber 12 and the electrode on the inner wall of the air chamber 13a, or the electrode on the inner wall of the pressure chamber 12 and the air chamber. When a voltage is applied between the electrodes on the inner wall of 13b, the wall located between these electrodes deforms and expands. When a voltage is applied and each wall forming the pressure chamber 12 is deformed in a convex shape toward the inner side (center side of the pressure chamber 12), the volume of the pressure chamber 12 is reduced and the liquid inside is pressurized. Then, a droplet (ink droplet) is ejected from the ejection port 6 to the outside.

本実施形態では、圧力室12の内壁に形成された電極は、それぞれ1つの配線パターンと個別に接続され、各圧力室12の外壁(空気室13a,13bの内壁)に形成された電極はすべて互いに接続されて、共通配線に接続されている。圧力室12の内壁に形成された電極に個別に接続された配線に駆動信号を印加することで、各圧力室12の壁はそれぞれ独立して駆動される。この圧力室12の内壁に形成された電極に繋がる配線パターンは、液体吐出ブロック3の吐出側端部に形成される。それにより、圧力室12の電気的駆動と、圧力室12の駆動に発する熱の放熱とを、液体吐出ブロック3自体を大きくすることなく実現できる。そして、本実施形態によると、圧力室12同士の間に空気室13a,13bが存在し、圧力室12を形成する壁部同士が互いにつながった形態に構成されている。そのため、圧力室12を形成する壁部同士が実質的に分離され隔てられている構造に比べて、圧力室12の壁部の剛性を高めることが可能である。   In this embodiment, each electrode formed on the inner wall of the pressure chamber 12 is individually connected to one wiring pattern, and all the electrodes formed on the outer wall of each pressure chamber 12 (the inner walls of the air chambers 13a and 13b) are all. They are connected to each other and connected to a common wiring. By applying a drive signal to the wiring individually connected to the electrodes formed on the inner wall of the pressure chamber 12, the walls of each pressure chamber 12 are driven independently. A wiring pattern connected to the electrode formed on the inner wall of the pressure chamber 12 is formed at the discharge side end of the liquid discharge block 3. Thereby, electrical driving of the pressure chamber 12 and heat dissipation of heat generated by driving the pressure chamber 12 can be realized without enlarging the liquid discharge block 3 itself. And according to this embodiment, the air chambers 13a and 13b exist between the pressure chambers 12, and the wall parts forming the pressure chamber 12 are connected to each other. Therefore, it is possible to increase the rigidity of the wall portion of the pressure chamber 12 as compared with a structure in which the wall portions forming the pressure chamber 12 are substantially separated and separated from each other.

一方、図5に示すポンプ30が作動すると、接続用チューブ32や温度制御ユニット31を介して、冷却用流体が、冷却用流体供給口21に供給されマニホールド5内に進入する。この冷却用流体は、冷却用流体供給流路22(図4参照)と、後方絞りプレート4の冷却用流体供給口8(図1,2参照)とを通って、液体吐出ブロック3の冷却用流体流路14に供給される。この冷却用流体は、図3(b)に示す連通用溝15を介して連通している他の冷却用流体流路14をさらに通り、液体吐出ブロック3を全体的に冷却する。そして、冷却用流体は、他の冷却用流体流路14から、後方絞りプレート4の冷却用流体回収口9を通って、マニホールド5の冷却用流体回収流路23(図4参照)に流入する。マニホールド5の冷却用流体回収流路23(図4参照)に流入した冷却用流体は、冷却用流体回収口24を通過して、入口202からポンプ30に回収される。この冷却用流体の循環経路の中で、例えばペルチェ素子を含む温度制御ユニット31は、冷却用流体の温度を計測して、冷却用流体を所定温度に保つ働きをする。   On the other hand, when the pump 30 shown in FIG. 5 is operated, the cooling fluid is supplied to the cooling fluid supply port 21 and enters the manifold 5 through the connection tube 32 and the temperature control unit 31. This cooling fluid passes through the cooling fluid supply passage 22 (see FIG. 4) and the cooling fluid supply port 8 (see FIGS. 1 and 2) of the rear throttle plate 4 to cool the liquid discharge block 3. It is supplied to the fluid flow path 14. This cooling fluid further passes through another cooling fluid flow path 14 communicating via the communication groove 15 shown in FIG. 3B, and cools the liquid discharge block 3 as a whole. Then, the cooling fluid flows from the other cooling fluid channel 14 through the cooling fluid recovery port 9 of the rear throttle plate 4 into the cooling fluid recovery channel 23 (see FIG. 4) of the manifold 5. . The cooling fluid that has flowed into the cooling fluid recovery passage 23 (see FIG. 4) of the manifold 5 passes through the cooling fluid recovery port 24 and is recovered from the inlet 202 to the pump 30. In the cooling fluid circulation path, for example, the temperature control unit 31 including a Peltier element functions to measure the temperature of the cooling fluid and maintain the cooling fluid at a predetermined temperature.

[温度制御方法]
本実施形態において液体吐出ブロック3の十分な温度制御が可能であることについて、以下に詳細に説明する。まず、液体吐出ブロック3の駆動領域、すなわち圧力室12を形成する壁部の誘電損失による発熱量Pは、以下の式で表される。
[Temperature control method]
The fact that sufficient temperature control of the liquid ejection block 3 is possible in the present embodiment will be described in detail below. First, the heat generation amount P due to the dielectric loss of the drive region of the liquid ejection block 3, that is, the wall portion forming the pressure chamber 12, is expressed by the following equation.

ここで、駆動周波数fを50kHz、誘電率εを1.5×10-8F/m、圧電材料からなる壁部の厚さdを120μm、印加される電界Eを714kV/mとして、誘電損失tanδを0.32%とすると、発熱量Pは約460W/m2である。 Here, assuming that the drive frequency f is 50 kHz, the dielectric constant ε is 1.5 × 10 −8 F / m, the thickness d of the wall portion made of piezoelectric material is 120 μm, and the applied electric field E is 714 kV / m, the dielectric loss When tan δ is 0.32%, the heat generation amount P is about 460 W / m 2 .

一方、温度が均一な板における強制対流の熱伝達率αは以下の式で表される。   On the other hand, the heat transfer coefficient α of forced convection in a plate having a uniform temperature is expressed by the following equation.

ここで、冷却用流体である水の流速uを0.04m/s、水の密度ρを996kg/m3、水の比熱Cpを4177J/Kg・K、熱伝導率λを0.6104W/m・K、代表長さLを5.15mm、動粘性係数νを8.57×10-72/sとする。このとき、熱伝達率αは2198W/m2・Kである。 Here, the flow velocity u of water as a cooling fluid is 0.04 m / s, the density ρ of water is 996 kg / m 3 , the specific heat C p of water is 4177 J / Kg · K, and the thermal conductivity λ is 0.6104 W / m · K, representative length L is 5.15 mm, and kinematic viscosity coefficient ν is 8.57 × 10 −7 m 2 / s. At this time, the heat transfer coefficient α is 2198 W / m 2 · K.

冷却用流体流路14内の冷却用流体は、その周囲に位置する圧力室12の壁部の発する熱を吸熱する。すなわち、冷却用流体流路14の周囲に4つの圧力室12が存在し、各圧力室が4つの壁部を有しているため、発熱面積と吸熱面積が同じであるとすると、4×4×460=7360W/m2の発熱量を、2198W/m2・Kの熱伝達率で吸熱することになる。これによる水の温度上昇は3.35Kであり、第1の圧電基板10と第2の基板11の駆動領域の誘電損失による温度上昇を小さく抑えることが可能である。このように、本実施形態によると、冷却用流体の温度を制御することによって、第1の圧電基板10および第2の圧電基板11と、吐出される液体(インク)の温度を効果的に制御することができる。 The cooling fluid in the cooling fluid flow path 14 absorbs heat generated by the wall portion of the pressure chamber 12 located around the cooling fluid flow path 14. That is, since there are four pressure chambers 12 around the cooling fluid flow path 14 and each pressure chamber has four wall portions, assuming that the heat generation area and the heat absorption area are the same, 4 × 4. X460 = 7360 W / m 2 The heat generation amount is absorbed with a heat transfer coefficient of 2198 W / m 2 · K. The temperature rise of the water due to this is 3.35 K, and the temperature rise due to the dielectric loss in the drive region of the first piezoelectric substrate 10 and the second substrate 11 can be suppressed to a small level. As described above, according to this embodiment, the temperature of the first piezoelectric substrate 10 and the second piezoelectric substrate 11 and the liquid (ink) to be ejected are effectively controlled by controlling the temperature of the cooling fluid. can do.

[液体吐出ヘッドの製造方法]
次に、このような液体吐出ヘッド1の製造方法の要部(主に、第1の圧電基板10と第2の圧電基板11の電極形成工程および分極工程と、液体吐出ブロック3の電極形成工程)について説明する。
[Liquid discharge head manufacturing method]
Next, the main part of the manufacturing method of the liquid discharge head 1 (mainly, the electrode forming step and the polarization step of the first piezoelectric substrate 10 and the second piezoelectric substrate 11, and the electrode forming step of the liquid discharge block 3) ).

(第1の圧電基板の形成)
本実施形態では、図6に示す基板ブロック501を形成した後に分割して、5つの第1の圧電基板10を得る。第1の圧電基板10は、5つの圧力室12と6つの空気室13aをそれぞれ有している。ただし、便宜上、図7〜8では、1つの第1の圧電基板10に相当する部分(5つの圧力室12と6つの空気室13aが形成される部分)のみを図示している。
(Formation of the first piezoelectric substrate)
In this embodiment, the substrate block 501 shown in FIG. 6 is formed and then divided to obtain five first piezoelectric substrates 10. The first piezoelectric substrate 10 has five pressure chambers 12 and six air chambers 13a. However, for the sake of convenience, FIGS. 7 to 8 show only a portion corresponding to one first piezoelectric substrate 10 (a portion where five pressure chambers 12 and six air chambers 13a are formed).

(溝加工工程)
まず、図7(a)に示すように、所望の厚みと形状を有する平板状の第1の基板ブロック501を準備する。一例としては、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)からなり、19mm×70mm×0.24mmの寸法を有する板材である。そして、第1の基板ブロック501に、図6に示す第1の露光用アライメント溝514を、超砥粒ホイールによる研削加工によって形成する。第1の露光用アライメント溝514は、第1の基板ブロック501の端面からの距離に基づいて位置決めして形成してもよく、フォトリソグラフィ法によって予め形成された金属パターンなどを目印として位置決めして形成してもよい。
(Grooving process)
First, as shown in FIG. 7A, a flat first substrate block 501 having a desired thickness and shape is prepared. As an example, a plate material made of PZT (lead zirconate titanate) and having dimensions of 19 mm × 70 mm × 0.24 mm. Then, the first exposure alignment groove 514 shown in FIG. 6 is formed in the first substrate block 501 by grinding with a superabrasive wheel. The first exposure alignment groove 514 may be formed by positioning based on the distance from the end surface of the first substrate block 501. The first exposure alignment groove 514 may be positioned by using a metal pattern or the like previously formed by photolithography as a mark. It may be formed.

続いて、図7(b)に示すように、第1の基板ブロック501に、第1の露光用アライメント溝514を基準として、複数の第1の溝503を形成する。第1の溝503の一部が圧力室12として機能する。本実施形態では、超砥粒ホイール(不図示)を用いた研削加工によって第1の溝503を形成しており、研削加工の途中で超砥粒ホイールを第1の基板ブロック501の上方に引き上げることによって、一方の端面には連通していない溝部を形成している。すなわち、第1の溝503は、第1の基板ブロック501の第1の端面804には開口しているが、第2の端面805には開口せずに塞がれた構成である。一例としては、第1の溝503の幅は0.12mm、深さは0.12mm、ピッチは0.706mm(1インチ(2.54cm)当たりのノズル数は36npi)である。なお、図7では省略しているが図6に示されている最外側に位置する第1の溝503は、後の接合工程における接着剤の逃げ溝として機能させることができる。また、図6に示すように、後のチップ積層工程におけるアライメントの目印とするために、第1の接合用アライメント溝513を形成しておく。   Subsequently, as shown in FIG. 7B, a plurality of first grooves 503 are formed on the first substrate block 501 with the first exposure alignment groove 514 as a reference. A part of the first groove 503 functions as the pressure chamber 12. In the present embodiment, the first groove 503 is formed by grinding using a superabrasive wheel (not shown), and the superabrasive wheel is pulled up above the first substrate block 501 during the grinding process. Thus, a groove portion that is not in communication is formed on one end face. In other words, the first groove 503 is open on the first end surface 804 of the first substrate block 501, but is closed without opening on the second end surface 805. As an example, the width of the first groove 503 is 0.12 mm, the depth is 0.12 mm, and the pitch is 0.706 mm (the number of nozzles per inch (2.54 cm) is 36 npi). Although omitted in FIG. 7, the first groove 503 located on the outermost side shown in FIG. 6 can function as an adhesive escape groove in a subsequent bonding step. In addition, as shown in FIG. 6, a first bonding alignment groove 513 is formed in order to serve as an alignment mark in the subsequent chip stacking process.

さらに、図7(c)に示すように、第1の基板ブロック501の各第1の溝503の両側方にそれぞれ第2の溝504を形成する。第2の溝504の一部が空気室13aとして機能する。第2の溝504は第1の溝503の両隣に形成されており、第1の溝503と第2の溝504が交互に並んで位置する。一例としては、第2の溝504の幅は0.346mm、深さは0.14mmであり、第1の溝503と第2の溝504の間の間隔は0.12mmである。第2の溝504は、第1の基板ブロック501の第1の端面804には開口せずに塞がれており、第2の端面805には開口している。   Further, as shown in FIG. 7C, second grooves 504 are formed on both sides of each first groove 503 of the first substrate block 501. A part of the second groove 504 functions as the air chamber 13a. The second grooves 504 are formed on both sides of the first grooves 503, and the first grooves 503 and the second grooves 504 are alternately arranged. As an example, the width of the second groove 504 is 0.346 mm, the depth is 0.14 mm, and the distance between the first groove 503 and the second groove 504 is 0.12 mm. The second groove 504 is closed without opening at the first end surface 804 of the first substrate block 501, and is open at the second end surface 805.

(電極形成工程)
次に、図7(d)に示すように、第1の溝503の内面に第1の電極505を、第2の溝504の内面に第2の電極506をそれぞれ形成する。第1の電極505は信号電極(SIG)であり、第2の電極は接地電極(GND)である。これらの電極505,506は、リフトオフ、レーザー、研磨等の方法でパターニングされている。
(Electrode formation process)
Next, as shown in FIG. 7D, the first electrode 505 is formed on the inner surface of the first groove 503, and the second electrode 506 is formed on the inner surface of the second groove 504, respectively. The first electrode 505 is a signal electrode (SIG), and the second electrode is a ground electrode (GND). These electrodes 505 and 506 are patterned by a method such as lift-off, laser, and polishing.

一例として、リフトオフによる電極パターニング方法を図8に示している。まず、図7(c)のA−A’線の位置で切断した断面図である図8(a)に示すように、第1の基板ブロック501の表面にフィルムレジスト902をラミネートする。溝加工が施された第1の基板ブロック501の表面には凹凸があるため、通常のスピンコーターによる塗布方法では、均一なレジスト膜を形成することが難しい。そこで、フィルムレジスト902のラミネートやスプレーコータによる塗布が適している。さらに、各溝の内部を均一に露光することは困難であるため、溝の外部だけを露光すればよいネガタイプのフィルムレジスト902を用いるのが好ましい。また、第1の基板ブロック501が焼結体であると10μm程度の大きさのボイドが点在するため、フィルムレジスト902が薄過ぎると、ボイドの上部においてフィルムレジストにパターン欠損が生じてしまう。そこで、フィルムレジスト902は、十分な厚さ、例えば40μm以上の厚さを有することが好ましい。   As an example, FIG. 8 shows an electrode patterning method by lift-off. First, a film resist 902 is laminated on the surface of the first substrate block 501 as shown in FIG. 8A, which is a cross-sectional view taken along the line A-A 'of FIG. Since the surface of the first substrate block 501 subjected to the groove processing has irregularities, it is difficult to form a uniform resist film by an ordinary spin coater coating method. Therefore, laminating the film resist 902 or coating with a spray coater is suitable. Further, since it is difficult to uniformly expose the inside of each groove, it is preferable to use a negative type film resist 902 that only needs to expose the outside of the groove. Further, if the first substrate block 501 is a sintered body, voids having a size of about 10 μm are scattered. Therefore, if the film resist 902 is too thin, a pattern defect occurs in the film resist above the voids. Therefore, the film resist 902 preferably has a sufficient thickness, for example, 40 μm or more.

次に、図8(b)に示すように、露光と現像を行ってフィルムレジスト902のパターニングを行う。リフトオフでは、電極パターンを残したくない部分にレジストが残るようにフォトリソグラフィでフィルムレジスト902をパターニングする。この際に、後の工程で溝の側壁に全域にわたって金属層が成膜されるように、フィルムレジスト902のパターン幅を側壁の幅よりも小さくしておくことが好ましい。例えば、溝の側壁の幅が0.12mmであるのに対して、フィルムレジスト902のパターン幅を0.06mmにする。   Next, as shown in FIG. 8B, exposure and development are performed to pattern the film resist 902. In the lift-off, the film resist 902 is patterned by photolithography so that the resist remains in a portion where the electrode pattern is not desired to be left. At this time, it is preferable that the pattern width of the film resist 902 be made smaller than the width of the side wall so that a metal layer is formed on the entire side wall of the groove in a later step. For example, while the width of the side wall of the groove is 0.12 mm, the pattern width of the film resist 902 is set to 0.06 mm.

図8(c)に示すように、パターニングされたフィルムレジスト902が存在する部分を含めて第1の基板ブロック501の全面に、スパッタリングや蒸着によって電極となる金属層を形成する。スパッタリングは溝の側壁への成膜性が優れており、蒸着はリフトオフにおけるパターニングし易さに優れている。そして、図8(d)に示すように、フィルムレジスト902を除去することにより、金属膜を所望の形状にパターニングして電極とする。具体的には、例えば厚さ20nm程度のCrからなる下地層の上に厚さ1000nm程度のAuからなる電極層を形成して電極とすることができる。あるいは、厚さ20nm程度のCrとその上の厚さ50nm程度のPdとからなる下地層を成膜した後にパターニングし、Pdをシード層として厚さ1000nm程度のNiめっき層を形成してから、表面のNiをAuに置換めっきして電極を形成することもできる。後者の方法によると、リフトオフ時の膜厚が薄いので、バリが残りにくくパターニング性が向上するうえに、表面のパターニングされた部分のみにAuを形成するため低コストである。ただし、レーザーや研磨を用いて電極形成を行うこともできる。その場合、第1の基板ブロック501の表面の全面に、スパッタリングや蒸着や無電解めっきなどの方法で金属膜を成膜する。この場合、第1の基板ブロック501の第1および第2の端面804,805にも金属膜を成膜する。そして、成膜された金属膜の不要な部分、つまり第1の基板ブロック501の表面の、第1および第2の溝503,504以外の部分の金属膜を、レーザーや研磨によって除去することで、所望の形状の電極パターンを得る。こうして、圧力室12を構成する第1の溝503の内面に形成された第1の電極505が信号電極であり、空気室13aを形成する第2の溝504の内面に形成された第2の電極506が接地電極である。第1の電極505同士は第1の端面804に形成された金属膜を介して導通しており、第2の電極506同士は第2の端面805に形成された金属膜を介して導通している。   As shown in FIG. 8C, a metal layer serving as an electrode is formed on the entire surface of the first substrate block 501 including the portion where the patterned film resist 902 is present by sputtering or vapor deposition. Sputtering is excellent in film formation on the side wall of the groove, and vapor deposition is excellent in patterning at lift-off. Then, as shown in FIG. 8D, by removing the film resist 902, the metal film is patterned into a desired shape to form an electrode. Specifically, for example, an electrode layer made of Au having a thickness of about 1000 nm may be formed on an underlayer made of Cr having a thickness of about 20 nm to form an electrode. Alternatively, after forming a base layer made of Cr having a thickness of about 20 nm and Pd having a thickness of about 50 nm thereon and patterning, and forming a Ni plating layer having a thickness of about 1000 nm using Pd as a seed layer, The electrode can also be formed by substitution plating of Ni on the surface with Au. According to the latter method, since the film thickness at the time of lift-off is thin, the burrs hardly remain and the patterning property is improved. In addition, Au is formed only on the patterned part of the surface, so that the cost is low. However, the electrodes can also be formed using laser or polishing. In that case, a metal film is formed on the entire surface of the first substrate block 501 by a method such as sputtering, vapor deposition, or electroless plating. In this case, a metal film is also formed on the first and second end faces 804 and 805 of the first substrate block 501. Then, an unnecessary portion of the formed metal film, that is, a portion of the metal film other than the first and second grooves 503 and 504 on the surface of the first substrate block 501 is removed by laser or polishing. Then, an electrode pattern having a desired shape is obtained. Thus, the first electrode 505 formed on the inner surface of the first groove 503 constituting the pressure chamber 12 is a signal electrode, and the second electrode formed on the inner surface of the second groove 504 forming the air chamber 13a. The electrode 506 is a ground electrode. The first electrodes 505 are electrically connected via a metal film formed on the first end surface 804, and the second electrodes 506 are electrically connected via a metal film formed on the second end surface 805. Yes.

次に、第1の基板ブロック501の、図7(a)〜(d)に示すのと反対側の面(第1および第2の溝503,504形成面と反対側の面)である裏面に金属膜を形成し、第3の電極(第1および第2の共通配線802,803)を形成する(図7(e)参照)。第1の共通配線802と第2の共通配線803は、フォトレジストのフォトリソグラフィを利用したリフトオフやエッチングや、レーザー、研削、フライス加工などの切削加工によってパターニングされている。それにより、第1の共通配線802と第2の共通配線803は、第1の溝503および第2の溝504の長手方向に垂直な方向に分断されている。具体的には、図7(c)のB−B’線の位置で切断した断面図である図8(e)に示すように、第1の基板ブロック501の裏面にレジスト903を成膜し、図8(f)に示すように、このレジスト903をパターニングする。その後、図8(g)に示すように金属層を成膜してから、図8(h)に示すように、レジスト903を除去する。こうして残った金属層が、第1の共通配線802と第2の共通配線803である。第1の共通配線802は、第1の溝503が開口している端面804を介して第1の電極505と電気的に接続されている。一方、第2の共通配線803は、端面805を介して第2の電極506と電気的に接続されている。   Next, the back surface of the first substrate block 501 that is the surface opposite to that shown in FIGS. 7A to 7D (the surface opposite to the surface on which the first and second grooves 503 and 504 are formed). A metal film is formed on the substrate, and third electrodes (first and second common wirings 802 and 803) are formed (see FIG. 7E). The first common wiring 802 and the second common wiring 803 are patterned by lift-off or etching using photoresist photolithography, cutting such as laser, grinding, and milling. Accordingly, the first common wiring 802 and the second common wiring 803 are divided in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the first groove 503 and the second groove 504. Specifically, a resist 903 is formed on the back surface of the first substrate block 501 as shown in FIG. 8E, which is a cross-sectional view taken along the line BB ′ in FIG. As shown in FIG. 8F, the resist 903 is patterned. Thereafter, after forming a metal layer as shown in FIG. 8G, the resist 903 is removed as shown in FIG. The remaining metal layers are the first common wiring 802 and the second common wiring 803. The first common wiring 802 is electrically connected to the first electrode 505 through an end surface 804 where the first groove 503 is open. On the other hand, the second common wiring 803 is electrically connected to the second electrode 506 through the end face 805.

なお、第1の基板ブロック501の裏面には凹凸がないため、前記したフィルムレジストのラミネートやスプレーコータによる塗布に限られず、通常のスピンコートによるレジスト塗布でも、均一なレジスト膜の形成が可能である。また、第1および第2の共通配線802,803の形成方法としては、下地層の一部(上層)として成膜してパターニングしたPdをシード層としてめっきを施すことによって、より厚い金属層からなる電極を形成することもできる。   Since the back surface of the first substrate block 501 is not uneven, it is not limited to the above-described film resist lamination or spray coater coating, and a uniform resist film can be formed by ordinary spin coating resist coating. is there. Also, as a method of forming the first and second common wirings 802 and 803, a thicker metal layer is formed by plating Pd, which is formed and patterned as a part (upper layer) of the base layer, as a seed layer. An electrode can be formed.

(分極工程)
次に、第1の基板ブロック501に対して、第1の溝503(圧力室12)を形成する各壁面を異なる3方向に分極処理する。例えば、第1の電極505を正電位、第2の電極506を接地電位として、図7(f)に示すように両電極505,506の間に高電界を印加する。例えば、100〜150℃程度に加熱した状態で両電極505,506の間に1〜2kV/mm程度の高電界を所定の時間印加する。このとき、第1の基板ブロック501の裏面に形成された第1および第2の共通配線802,803はパターンサイズが大きいので、高電界を発生する電源装置に接続して電極パッドとして利用することができる。第1の溝503(圧力室12)を形成する各壁面上での電極間の間隔は狭く(例えば0.06mm)、空気中で1〜2kV/mmの高電界を印加すると空中放電や沿面放電を生じる可能性が高い。そのため、第1の基板ブロック501を、例えばシリコーンオイル(絶縁破壊電圧:10kV/mm以上)のような絶縁性の高いオイルなどの中に挿入した状態で分極処理を行うことが望ましい。なお、シリコーンオイルは、分極工程後に、キシレン、ベンゼン、トルエンなどの炭化水素系溶剤や、塩化メチレン、1.1.1-トリクロロエタン、クロロベンゼンなどの塩素化炭化水素系溶剤によって除去可能である。
(Polarization process)
Next, the first substrate block 501 is polarized in three different directions on each wall surface forming the first groove 503 (pressure chamber 12). For example, a high electric field is applied between the electrodes 505 and 506 as shown in FIG. 7F, with the first electrode 505 being a positive potential and the second electrode 506 being a ground potential. For example, a high electric field of about 1 to 2 kV / mm is applied for a predetermined time between the electrodes 505 and 506 while being heated to about 100 to 150 ° C. At this time, since the first and second common wirings 802 and 803 formed on the back surface of the first substrate block 501 have a large pattern size, they should be connected to a power supply device that generates a high electric field and used as an electrode pad. Can do. The distance between the electrodes on each wall surface forming the first groove 503 (pressure chamber 12) is narrow (for example, 0.06 mm). When a high electric field of 1 to 2 kV / mm is applied in air, air discharge or creeping discharge is applied. Is likely to occur. Therefore, it is desirable to perform the polarization process in a state where the first substrate block 501 is inserted in a highly insulating oil such as silicone oil (dielectric breakdown voltage: 10 kV / mm or more). Silicone oil can be removed after the polarization step by using a hydrocarbon solvent such as xylene, benzene, or toluene, or a chlorinated hydrocarbon solvent such as methylene chloride, 1.1.1-trichloroethane, or chlorobenzene.

分極工程後に必要に応じて、分極処理が施された第1の基板ブロック501を昇温した状態で一定の時間保持することによって圧電特性を安定化させるエージング処理を行う。例えば、エージング処理として、例えば、分極処理が施された第1の基板ブロック501を100℃のオーブンに入れて10時間放置する。   If necessary, an aging process for stabilizing the piezoelectric characteristics is performed by holding the first substrate block 501 subjected to the polarization process in a heated state for a certain period of time after the polarization process. For example, as the aging process, for example, the first substrate block 501 subjected to the polarization process is placed in an oven at 100 ° C. and left for 10 hours.

(チップ分離工程)
図7(g)に示すように、研削、研磨、レーザーアブレーションなどの方法で第1の基板ブロック501を切断し、第1の溝503の両端部を開口させて圧力室12として利用可能にする。チップ分離工程において、第2の端面805上の第2の共通電極も除去されるので、第2の溝504内の第2の電極506および裏面の第2の共通配線803は、それぞれが互いに電気的に分離された非接続状態になる。
(Chip separation process)
As shown in FIG. 7G, the first substrate block 501 is cut by a method such as grinding, polishing, or laser ablation, and both ends of the first groove 503 are opened to be used as the pressure chamber 12. . In the chip separation step, the second common electrode on the second end surface 805 is also removed, so that the second electrode 506 in the second groove 504 and the second common wiring 803 on the back surface are electrically connected to each other. Separated and disconnected.

また、図7(h)に示すように、研削、研磨、レーザーアブレーションなどの方法で、第1の端面804上の第1の共通配線802を除去する。これにより、第1の溝503内の第1の電極505は、それぞれが互いに電気的に分離された状態になる。なお、第2の溝504は第1の端面804に開口していない。   Further, as shown in FIG. 7H, the first common wiring 802 on the first end face 804 is removed by a method such as grinding, polishing, or laser ablation. As a result, the first electrodes 505 in the first groove 503 are electrically separated from each other. Note that the second groove 504 does not open in the first end surface 804.

次に、図6に示す第1の基板ブロック501を5つに分断して、寸法が10mm×10mm×0.24mmであって、第1の溝503からなる圧力室12が5つ、第2の溝504からなる空気室13aが6つ設けられた5つの第1の圧電基板10を切り出す。   Next, the first substrate block 501 shown in FIG. 6 is divided into five, the dimensions are 10 mm × 10 mm × 0.24 mm, the five pressure chambers 12 including the first grooves 503 are provided, the second The five first piezoelectric substrates 10 provided with six air chambers 13a each having the groove 504 are cut out.

以上説明した加工方法によって、空気室13aとなる第2の溝504が第1の基板ブロック501(第1の圧電基板10)の第1の側面804に開口しない状態で分極処理を行うことができる。   By the processing method described above, the polarization process can be performed in a state where the second groove 504 serving as the air chamber 13a does not open to the first side surface 804 of the first substrate block 501 (first piezoelectric substrate 10). .

[第2の圧電基板の加工]
また、第2の圧電基板を形成するための第2の基板ブロック502として、例えば15mm×70mm×0.43mmのPZT基板を用意する。本実施形態では、図9に示すように第2の基板ブロック502を加工した後に分割して、5つの第2の圧電基板11を得る。第2の圧電基板11は、5つの空気室13bと、6つの冷却用流体流路14と、隣り合う2つの冷却用流体流路14を連結する3つの連通用溝15をそれぞれ有している。ただし、便宜上、図10〜11では、1つの第2の圧電基板11に相当する部分(5つの空気室13bと6つの冷却用流体流路14と3つの連通路15が形成される部分)のみを図示している。
[Processing of second piezoelectric substrate]
Further, as the second substrate block 502 for forming the second piezoelectric substrate, for example, a PZT substrate of 15 mm × 70 mm × 0.43 mm is prepared. In the present embodiment, as shown in FIG. 9, the second substrate block 502 is processed and then divided to obtain five second piezoelectric substrates 11. The second piezoelectric substrate 11 has five air chambers 13b, six cooling fluid flow paths 14, and three communication grooves 15 that connect two adjacent cooling fluid flow paths 14. . However, for convenience, in FIGS. 10 to 11, only a portion corresponding to one second piezoelectric substrate 11 (a portion in which five air chambers 13 b, six cooling fluid flow paths 14 and three communication paths 15 are formed). Is illustrated.

(分極工程)
前記したように第1の圧電基板10を形成する第1の基板ブロック501は溝加工工程後に分極処理を行った(図7(f)参照)が、第2の圧電基板11を形成する第2の基板ブロック502は、溝加工工程前の平板の状態で分極処理を行う。分極処理は、第2の基板ブロック502の表裏前面にそれぞれ電極を形成し、100〜150℃程度に加熱した状態で、電極間に1〜2kV/mm程度の高電界を所定の時間印加することによって行う。分極処理によって、第2の基板ブロック502は主平面に垂直な方向に一様に分極される。第2の基板ブロック502の分極処理は、第1の基板ブロック501と同様に絶縁油中で行ってもよいし、空気中で行ってもよい。分極処理後、エッチングや研磨によって第2の基板ブロック502の表面の電極を除去する。
(Polarization process)
As described above, the first substrate block 501 that forms the first piezoelectric substrate 10 is subjected to the polarization process after the groove processing step (see FIG. 7F), but the second substrate that forms the second piezoelectric substrate 11 is formed. The substrate block 502 performs polarization processing in the state of a flat plate before the groove processing step. In the polarization treatment, electrodes are formed on the front and back surfaces of the second substrate block 502, respectively, and a high electric field of about 1 to 2 kV / mm is applied between the electrodes for a predetermined time while being heated to about 100 to 150 ° C. Do by. By the polarization process, the second substrate block 502 is uniformly polarized in a direction perpendicular to the main plane. The polarization treatment of the second substrate block 502 may be performed in insulating oil as in the first substrate block 501, or may be performed in the air. After the polarization treatment, the electrode on the surface of the second substrate block 502 is removed by etching or polishing.

(溝加工工程)
まず、第2の基板ブロック502に対して超砥粒ホイールによる研削加工を行って、第2の露光用アライメント溝516をよって形成する(図9参照)。第2の露光用アライメント溝516は、第2の基板ブロック502の端面からの距離に基づいて位置決めして形成してもよく、フォトリソグラフィ法によって予め形成された金属パターンなどを目印として位置決めして形成してもよい。以降の溝加工工程は第2の露光用アライメント溝516を基準として行う。
(Grooving process)
First, the second substrate block 502 is ground with a superabrasive wheel to form second exposure alignment grooves 516 (see FIG. 9). The second exposure alignment groove 516 may be formed by positioning based on the distance from the end surface of the second substrate block 502, or may be positioned using a metal pattern or the like previously formed by photolithography as a mark. It may be formed. Subsequent groove processing steps are performed using the second alignment groove for exposure 516 as a reference.

図10(a)に示すように、第2の基板ブロック502に、複数の第3の溝507と複数の第4の溝508とを形成する。第3の溝507の一部は、平面的に見て圧力室12と重なる位置に配置される空気室13bとなり、第4の溝508は冷却用流体流路14として機能する。本実施形態では、超砥粒ホイール(不図示)を用いた研削加工によって第3および第4の溝507,508を形成しており、研削加工の途中で超砥粒ホイールを基板ブロック502の上方に引き上げて、一方の端面には連通していない溝部を形成している。すなわち、第3および第4の溝507,508は、第2の基板ブロック502の一方の端面には開口せずに塞がれており、他方の端面にのみ開口している構成である。第4の溝508は、長手方向の長さが第3の溝507よりも長い。一例としては、第3の溝507の幅は0.20mm、深さは0.31mm、ピッチは0.706mm(1インチ(2.54cm)当たりのノズル数は36npi)である。第4の溝508の幅は0.266mm、深さは0.31mm、ピッチは0.706mm(36npi)である。   As shown in FIG. 10A, a plurality of third grooves 507 and a plurality of fourth grooves 508 are formed in the second substrate block 502. A part of the third groove 507 becomes an air chamber 13b arranged at a position overlapping the pressure chamber 12 when seen in a plan view, and the fourth groove 508 functions as the cooling fluid flow path 14. In the present embodiment, the third and fourth grooves 507 and 508 are formed by grinding using a superabrasive wheel (not shown), and the superabrasive wheel is placed above the substrate block 502 during the grinding process. The groove part which is not connected to one end face is formed. That is, the third and fourth grooves 507 and 508 are configured such that one end face of the second substrate block 502 is closed without opening, and only the other end face is opened. The fourth groove 508 is longer in the longitudinal direction than the third groove 507. As an example, the width of the third groove 507 is 0.20 mm, the depth is 0.31 mm, and the pitch is 0.706 mm (the number of nozzles per inch (2.54 cm) is 36 npi). The fourth groove 508 has a width of 0.266 mm, a depth of 0.31 mm, and a pitch of 0.706 mm (36 npi).

続いて、図10(b)に示すように、研削、プラズマエッチング、レーザーアブレーションなどの方法で、隣り合う2つの第4の溝508を連通させる連通溝(第5の溝)509を形成する。連通溝509は、冷却用流体流路14の連通路15として機能する。一例では、連通溝509の幅は0.266mm、深さは0.31mmである。   Subsequently, as shown in FIG. 10B, a communication groove (fifth groove) 509 for communicating two adjacent fourth grooves 508 is formed by a method such as grinding, plasma etching, or laser ablation. The communication groove 509 functions as the communication path 15 of the cooling fluid flow path 14. In one example, the width of the communication groove 509 is 0.266 mm and the depth is 0.31 mm.

(電極形成工程)
次に、図10(c)に示すように、第3の溝507の内面(少なくとも底面)に、接地電極となる第4の電極510を形成する。第4の電極510は第3の溝507の少なくとも底面に形成されており、第3の溝507の内面全体に形成されていてもよい。第3の溝507を形成する側壁の上面にも電極が形成されてもよいが、その場合には、前端面807等での短絡を避けるためにパターニングする必要がある。
(Electrode formation process)
Next, as shown in FIG. 10C, a fourth electrode 510 serving as a ground electrode is formed on the inner surface (at least the bottom surface) of the third groove 507. The fourth electrode 510 is formed on at least the bottom surface of the third groove 507 and may be formed on the entire inner surface of the third groove 507. An electrode may also be formed on the upper surface of the side wall forming the third groove 507, but in that case, it is necessary to perform patterning to avoid a short circuit on the front end surface 807 or the like.

第4の電極510のパターニングは、リフトオフ、レーザー、研磨等の方法で行うことができる。リフトオフによって電極のパターニングを行う例を図11(a)〜(d)に示している。図11(a)〜(d)は、図10(c)のA−A’線の位置で断面した断面図である。まず、図11(a)に示すように、第2の基板ブロック502の表面にフィルムレジスト903をラミネートする。溝加工が施された第2の基板ブロック502の表面には凹凸があるため、通常のスピンコーターによる塗布方法では、均一なレジスト膜を形成することが難しい。そこで、フィルムレジスト903のラミネートやスプレーコータによる塗布が適している。さらに、各溝の内部を均一に露光することは困難であるため、溝の外部だけを露光すればよいネガタイプのフィルムレジスト903を用いるのが好ましい。   The patterning of the fourth electrode 510 can be performed by a method such as lift-off, laser, or polishing. Examples of performing electrode patterning by lift-off are shown in FIGS. 11A to 11D are cross-sectional views taken along a line A-A ′ in FIG. First, as shown in FIG. 11A, a film resist 903 is laminated on the surface of the second substrate block 502. Since the surface of the second substrate block 502 subjected to the groove processing has irregularities, it is difficult to form a uniform resist film by an ordinary spin coater coating method. Therefore, lamination with a film resist 903 or application by a spray coater is suitable. Furthermore, since it is difficult to uniformly expose the inside of each groove, it is preferable to use a negative type film resist 903 that only needs to expose the outside of the groove.

図11(b)に示すように、電極パターンを残したくない部分にレジストが残るように、フォトリソグラフィによりフィルムレジスト903をパターニングする。さらに、図11(c)に示すように、フィルムレジスト903の上部を含む第2の基板ブロック502の表面全体に、スパッタリングや蒸着によって金属層を形成する。そして、図11(d)に示すように、フィルムレジスト903を除去して、所望の形状の金属膜パターンを得る。電極の形成方法は、第2の基板ブロック501に第1および第2の電極505,506を形成する方法と同じであってよい。さらに、図10(d)に示すように、第2の基板ブロック502の裏面(第3の溝507が形成されているのと反対側の面)に、金属膜からなる第5の電極(信号電極)512を形成する。第5の電極512は、表面の第3の溝507に平行な方向に沿って分断されるようにパターニングされる。第5の電極512は、フォトレジストのフォトリソグラフィを利用したリフトオフやエッチングや、レーザー、研削、フライス加工などの切削加工によってパターニングされている。特に、第2の基板ブロック502の裏面には凹凸が無いため、通常のスピンコートによるレジスト塗布でも、均一なレジスト膜を形成することができる。第2の基板ブロック502の表面に第4の電極507を形成する場合と同様に、レジストを成膜してパターニングした後に、金属層を成膜し、レジストの除去を行うことによって第5の電極512を形成できる。また、第5の電極512の形成方法としては、下地層の一部(上層)として成膜してパターニングしたPdをシード層としてめっきを施すことによって、より厚い金属層からなる電極を形成することもできる。第5の電極のパターンの幅は、第3の溝の幅と同程度であってよく、積層時や露光時のアライメント誤差を考慮して、例えば0.18mm程度としておくことができる。   As shown in FIG. 11B, the film resist 903 is patterned by photolithography so that the resist remains in a portion where the electrode pattern is not desired to be left. Further, as shown in FIG. 11C, a metal layer is formed on the entire surface of the second substrate block 502 including the upper portion of the film resist 903 by sputtering or vapor deposition. And as shown in FIG.11 (d), the film resist 903 is removed and the metal film pattern of a desired shape is obtained. The method for forming the electrodes may be the same as the method for forming the first and second electrodes 505 and 506 on the second substrate block 501. Further, as shown in FIG. 10D, a fifth electrode (signal) made of a metal film is formed on the back surface of the second substrate block 502 (the surface opposite to the side where the third groove 507 is formed). Electrode) 512 is formed. The fifth electrode 512 is patterned so as to be divided along a direction parallel to the third groove 507 on the surface. The fifth electrode 512 is patterned by lift-off or etching using photoresist photolithography, or cutting such as laser, grinding, or milling. In particular, since there is no unevenness on the back surface of the second substrate block 502, a uniform resist film can be formed even by resist application by normal spin coating. Similarly to the case where the fourth electrode 507 is formed on the surface of the second substrate block 502, a resist is formed and patterned, and then a metal layer is formed and the fifth electrode is removed by removing the resist. 512 can be formed. As a method for forming the fifth electrode 512, an electrode made of a thicker metal layer is formed by plating Pd, which is formed and patterned as a part (upper layer) of the base layer, as a seed layer. You can also. The width of the fifth electrode pattern may be approximately the same as the width of the third groove, and may be set to, for example, approximately 0.18 mm in consideration of alignment errors during stacking or exposure.

(チップ分離工程)
図10(e)に示すように、研削、研磨、レーザーアブレーションなどの方法で第2の基板ブロック502を切断する。第2の基板ブロック502の側壁に金属が成膜されていたとしてもこの工程によって除去されるので、第5の電極512はそれぞれが互いに電気的に分離された非接続状態になる。本実施形態の第3の溝507は、一方の端部のみ開口し、他方の端部は開口していない。次に、第1の基板ブロック501と同様に、図9に示す第2の基板ブロック502を5つに分断する。それにより、寸法が10mm×10mm×0.43mmであって、第3の溝507からなる空気室13bが5つ、第4の溝508からなり連通路15により2つずつ連結されている冷却用流体流路14が6つ設けられた5つの第2の圧電基板11を切り出す。
(Chip separation process)
As shown in FIG. 10E, the second substrate block 502 is cut by a method such as grinding, polishing, or laser ablation. Even if a metal film is formed on the side wall of the second substrate block 502, it is removed by this process, so that the fifth electrodes 512 are electrically disconnected from each other. In the third groove 507 of the present embodiment, only one end is opened, and the other end is not opened. Next, similarly to the first substrate block 501, the second substrate block 502 shown in FIG. 9 is divided into five. As a result, the dimensions are 10 mm × 10 mm × 0.43 mm, and five air chambers 13b including third grooves 507 are connected to each other and two air channels 13b including fourth grooves 508 are connected to each other by the communication passage 15. Five second piezoelectric substrates 11 provided with six fluid flow paths 14 are cut out.

[両圧電基板の積層]
前記したように第1の基板ブロック501から切り出した第1の圧電基板10と第2の基板ブロック502から切り出した第2の圧電基板11を積層して、液体吐出ブロック3を構成する。この液体吐出ブロック3には、複数の圧力室12が、ノズルプレート2の複数の吐出口6にそれぞれ対向するようにマトリクス状に配置されている。そして、圧力室の周囲に空気室13a,13bが配置され、さらに空気室13bの側方に冷却用流体流路14が配置されている。
[Lamination of both piezoelectric substrates]
As described above, the liquid ejection block 3 is configured by stacking the first piezoelectric substrate 10 cut out from the first substrate block 501 and the second piezoelectric substrate 11 cut out from the second substrate block 502. In the liquid discharge block 3, a plurality of pressure chambers 12 are arranged in a matrix so as to face the plurality of discharge ports 6 of the nozzle plate 2. Air chambers 13a and 13b are disposed around the pressure chamber, and a cooling fluid flow path 14 is disposed on the side of the air chamber 13b.

[後端面の電極形成]
次に、図12に示すように、液体吐出ブロック3の後端面(供給側端部)806に、各空気室13a、13bに設けられた接地電極(第2の電極506、第4の電極510)に接続される配線引き出しパターン817を形成する。接地側の配線引き出しパターン817は、液体吐出ブロック3の後端面806から上端面808に引き回され、接地側の実装配線接続部815においてフレキシブル基板(FPC:Flexible Printed Circuits)に接続される。後端面806における配線引き出しパターン817は、図12のA−A’線の位置で切断した断面図である図13と、図12のB−B’線の位置で切断した断面図である図14に示されている。
[Rear end face electrode formation]
Next, as shown in FIG. 12, ground electrodes (second electrode 506, fourth electrode 510) provided in the air chambers 13 a, 13 b on the rear end surface (supply side end portion) 806 of the liquid discharge block 3. A wiring lead-out pattern 817 connected to () is formed. The ground-side wiring lead-out pattern 817 is routed from the rear end surface 806 to the upper end surface 808 of the liquid ejection block 3 and connected to a flexible substrate (FPC: Flexible Printed Circuits) at the ground-side mounting wiring connection portion 815. The wiring lead-out pattern 817 on the rear end face 806 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. 12 and a cross-sectional view taken along the line BB ′ in FIG. Is shown in

以下に、リフトオフ法による配線引き出しパターン817の形成方法の一例を示す。配線引き出しパターン817の形成工程において、後端面806には圧力室12や空気室13aなどの凹凸があるため、通常のスピンコーターを用いて均一なレジスト膜を形成することは難しく、ネガタイプのフィルムレジストのラミネートが適している。そして、フォトリソグラフィ法で、フィルムレジストを、電極パターンを残したくない部分に残るように形成し、そのフィルムレジスト上を含めて後端面の全面に、スパッタリングや蒸着によって、電極となる金属層を形成する。そして、レジストを除去することで、所望の形状にパターニングされた金属膜が得られる。   Hereinafter, an example of a method for forming the wiring drawing pattern 817 by the lift-off method will be described. In the process of forming the wiring lead-out pattern 817, since the rear end surface 806 has irregularities such as the pressure chamber 12 and the air chamber 13a, it is difficult to form a uniform resist film using a normal spin coater. Laminate is suitable. Then, by photolithography, a film resist is formed so as to remain in the part where the electrode pattern is not desired, and a metal layer to be an electrode is formed on the entire rear end surface including the film resist by sputtering or vapor deposition. To do. And the metal film patterned by the desired shape is obtained by removing a resist.

具体的には、まず、図13(a)に示すようにフィルムレジスト904をラミネートする。次に、図13(b)に示すように、露光と現像を行って、後端面の、空気室13a,13bとその周辺を露出させる。この際、圧力室12とその周辺はフィルムレジスト904で覆われたままの状態にする。さらに、図13(c)に示すように、空気室13a内の第2の電極506(接地電極)と電気的に接続される金属層を成膜する。この際に、上端面808にマスキングを施してから金属層の成膜を行うことで、FPCとの接続部分となる接地側の実装配線接続部815を形成することができる。次に、図13(d)に示すように、フィルムレジスト904を除去することで、リフトオフが行われ、所望の形状にパターニングされた配線引き出しパターン817を得ることができる。なお、図14に示すように、配線引き出しパターン817は、空気室13a内の第2の電極506とは電気的に接続されているが、圧力室12内の第1の電極505とは接続されていない。   Specifically, first, a film resist 904 is laminated as shown in FIG. Next, as shown in FIG. 13B, exposure and development are performed to expose the air chambers 13a and 13b and their surroundings on the rear end face. At this time, the pressure chamber 12 and its periphery are kept covered with the film resist 904. Further, as shown in FIG. 13C, a metal layer that is electrically connected to the second electrode 506 (ground electrode) in the air chamber 13a is formed. At this time, by forming a metal layer after masking the upper end surface 808, a ground-side mounting wiring connection portion 815 that becomes a connection portion with the FPC can be formed. Next, as shown in FIG. 13D, by removing the film resist 904, lift-off is performed, and a wiring lead-out pattern 817 patterned into a desired shape can be obtained. As shown in FIG. 14, the wiring lead-out pattern 817 is electrically connected to the second electrode 506 in the air chamber 13a, but is not connected to the first electrode 505 in the pressure chamber 12. Not.

配線引き出しパターン817となる金属層の形成方法として、例えば下地層として厚さ20nm程度のCrを成膜し、その上に電極層として厚さ1000nm程度のAuを成膜することができる。あるいは、厚さ20nm程度のCrの上に、下地層の一部(上層)として厚さ50nm程度のPdを成膜してパターニングし、そのPdをシード層としてめっきを行い、厚さ1000nm程度のNiを形成し、NiをAuに置換めっきすることもできる。後者の方法によると、リフトオフ時の膜厚が薄いので、パターニング性が向上するうえに、表面のパターニングされた部分のみにAuを形成するため低コストである。なお、前記した各層の寸法(厚さ)の例は、両圧電基板10,11の間には、接着剤層による隙間が1〜2μm程度存在するが、この隙間および段差を越えて電気的な接続を得るには十分な厚さである。   As a method for forming a metal layer to be the wiring lead pattern 817, for example, Cr having a thickness of about 20 nm can be formed as a base layer, and Au having a thickness of about 1000 nm can be formed thereon as an electrode layer. Alternatively, Pd having a thickness of about 50 nm is formed on a Cr layer having a thickness of about 20 nm as a part (upper layer) of the base layer and patterned, and plating is performed using the Pd as a seed layer. Ni can be formed, and Ni can be replaced with Au. According to the latter method, since the film thickness at the time of lift-off is thin, the patterning property is improved, and Au is formed only on the patterned portion of the surface, so that the cost is low. In the example of the dimension (thickness) of each layer described above, there is a gap of about 1 to 2 μm between the piezoelectric substrates 10 and 11 due to the adhesive layer. It is thick enough to obtain a connection.

[前端面の電極形成]
次に、図15に示すように、液体吐出ブロック3の前端面(吐出側端部)807に、各圧力室12に設けられた信号電極(第1の電極505)に接続される配線引き出しパターン816を形成する。信号側の配線引き出しパターン816は、液体吐出ブロック3の前端面807の上部に形成された信号側の実装配線接続部814につながっており、フレキシブル基板(FPC)を介して個別駆動源に接続される。前端面807における配線引き出しパターン816は、図15のA−A’線の位置で切断した断面図である図16に示されている。
[Formation of front end electrode]
Next, as shown in FIG. 15, the wiring lead-out pattern connected to the signal electrode (first electrode 505) provided in each pressure chamber 12 on the front end face (discharge side end) 807 of the liquid discharge block 3. 816 is formed. The signal-side wiring lead-out pattern 816 is connected to a signal-side mounting wiring connection portion 814 formed on the front end surface 807 of the liquid ejection block 3, and is connected to an individual drive source via a flexible substrate (FPC). The A wiring lead-out pattern 816 on the front end surface 807 is shown in FIG. 16 which is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG.

前端面807の配線引き出しパターン816の形成方法は、後端面806の配線引き出しパターン817の形成方法と実質的に同じであってよい。   The method for forming the wiring lead pattern 816 on the front end surface 807 may be substantially the same as the method for forming the wiring lead pattern 817 on the rear end surface 806.

具体的には、まず、図16(a)に示すようにフィルムレジスト905をラミネートする。次に、図16(b)に示すように、露光と現像を行って、前端面の圧力室12とその周辺を露出させる。この際、圧力室12とその周辺はフィルムレジスト905で覆われたままの状態にする。さらに、図16(c)に示すように、圧力室12内の第1の電極505および第5の電極512(信号電極)と電気的に接続される金属層を成膜する。次に、図16(d)に示すように、フィルムレジスト905を除去することで、リフトオフが行われ、所望の形状にパターニングされた配線引き出しパターン816を得ることができる。配線引き出しパターン816となる金属層の形成方法は、厚さ20nm程度のCrからなる下地層と厚さ1000nm程度のAuからなる電極層の成膜であってよい。あるいは、厚さ20nm程度のCrと厚さ50nm程度のPdとからなる下地層を成膜してパターニングし、Pdをシード層としためっきで厚さ1000nm程度のNiを形成した後に、NiをAuに置換めっきしてもよい。   Specifically, first, a film resist 905 is laminated as shown in FIG. Next, as shown in FIG. 16B, exposure and development are performed to expose the pressure chamber 12 and its periphery on the front end face. At this time, the pressure chamber 12 and its periphery are kept covered with the film resist 905. Further, as shown in FIG. 16C, a metal layer that is electrically connected to the first electrode 505 and the fifth electrode 512 (signal electrode) in the pressure chamber 12 is formed. Next, as shown in FIG. 16D, by removing the film resist 905, lift-off is performed, and a wiring lead-out pattern 816 patterned into a desired shape can be obtained. A method for forming a metal layer to be the wiring lead pattern 816 may be a film formation of an underlayer made of Cr having a thickness of about 20 nm and an electrode layer made of Au having a thickness of about 1000 nm. Alternatively, a base layer made of Cr having a thickness of about 20 nm and Pd having a thickness of about 50 nm is formed and patterned, and Ni having a thickness of about 1000 nm is formed by plating using Pd as a seed layer. Alternatively, replacement plating may be used.

1 液体吐出ヘッド
2 ノズルプレート
3 液体吐出ブロック
6 吐出口
10 第1の圧電基板
11 第2の圧電基板
12 圧力室
13a 空気室
13b 空気室
14 冷却用流体流路
30 ポンプ(冷却用ユニット)
31 温度制御ユニット(冷却用ユニット)
503 第1の溝
504 第2の溝
505 第1の電極
506 第2の電極
507 第3の溝
508 第4の溝
509 連通溝(第5の溝)
510 第4の電極
512 第5の電極
806 後端面(供給側端部)
807 前端面(吐出側端部)
816 信号側の配線引き出しパターン
817 接地側の配線引き出しパターン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Liquid discharge head 2 Nozzle plate 3 Liquid discharge block 6 Discharge port 10 1st piezoelectric substrate 11 2nd piezoelectric substrate 12 Pressure chamber 13a Air chamber 13b Air chamber 14 Cooling fluid flow path 30 Pump (cooling unit)
31 Temperature control unit (cooling unit)
503 1st groove | channel 504 2nd groove | channel 505 1st electrode 506 2nd electrode 507 3rd groove | channel 508 4th groove | channel 509 Communication groove | channel (5th groove | channel)
510 4th electrode 512 5th electrode 806 Rear end surface (supply side end)
807 Front end face (discharge end)
816 Signal side wiring lead pattern 817 Ground side wiring lead pattern

Claims (6)

液体を貯留可能な複数の圧力室と、前記複数の圧力室の周囲に配置された複数の空気室とを有し、少なくとも前記圧力室を形成する壁部が圧電材料からなる液体吐出ブロックと、
前記液体吐出ブロックの同じ面に設けられた入口と出口とを有し、前記入口と前記出口の間の部分は前記液体吐出ブロックの内部を引き回されている流路と、を有する液体吐出ヘッド。
A liquid discharge block having a plurality of pressure chambers capable of storing liquid, and a plurality of air chambers arranged around the plurality of pressure chambers, wherein at least a wall portion forming the pressure chamber is made of a piezoelectric material;
A liquid discharge head having an inlet and an outlet provided on the same surface of the liquid discharge block, and a channel between the inlet and the outlet is routed around the inside of the liquid discharge block .
前記流路は前記液体吐出ブロックを冷却するための冷却用流体が流されるものである、請求項1に記載の液体吐出ヘッド。   The liquid discharge head according to claim 1, wherein a cooling fluid for cooling the liquid discharge block flows through the flow path. 前記流路の前記入口に前記冷却用流体を供給するとともに前記出口から前記冷却用流体を回収する冷却用ユニットをさらに有する、請求項2に記載の液体吐出ヘッド。   The liquid discharge head according to claim 2, further comprising a cooling unit that supplies the cooling fluid to the inlet of the flow path and collects the cooling fluid from the outlet. 前記液体吐出ブロックは、前記圧力室を形成する前記壁部の一部を構成する第1の溝と、前記第1の溝と交互に並べて形成された、前記空気室を形成する壁部の一部を構成する第2の溝とを有する複数の第1の圧電基板と、前記空気室の壁部の一部を形成する第3の溝と、前記第3の溝と交互に並べて形成された、前記流路を形成する壁部の一部を構成する第4の溝と、2つの前記第4の溝を連通させている第5の溝とを有する複数の第2の圧電基板とが交互に積層された構成であり、前記第1の溝は、前記液体吐出ブロックの前記液体を吐出する側である吐出側端部と前記液体が供給される側である供給側端部とにそれぞれ開口しており、前記第2の溝と前記第3の溝と前記第4の溝は、前記液体吐出ブロックの供給側端部には開口しているが吐出側端部には開口せずに塞がれている、請求項1から3のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。   The liquid discharge block includes a first groove constituting a part of the wall portion forming the pressure chamber and a wall portion forming the air chamber formed alternately with the first groove. A plurality of first piezoelectric substrates having a second groove constituting a portion, a third groove forming a part of the wall portion of the air chamber, and the third groove are alternately arranged. And a plurality of second piezoelectric substrates having a fourth groove forming a part of the wall portion forming the flow path and a fifth groove communicating the two fourth grooves. The first groove is opened to each of a discharge side end portion that is a liquid discharge side of the liquid discharge block and a supply side end portion that is a side to which the liquid is supplied. The second groove, the third groove, and the fourth groove are open at the supply side end of the liquid discharge block. There is on the discharge side end portion is closed without opening, the liquid discharge head according to any one of claims 1 to 3. 液体を吐出する複数の吐出口がマトリクス状に設けられているノズルプレートをさらに有し、前記液体吐出ブロックの前記複数の圧力室は、各々が前記複数の吐出口にそれぞれ対向するようにマトリクス状に配置されている、請求項1から4のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。   The liquid discharge block further includes a nozzle plate in which a plurality of discharge ports for discharging liquid are provided in a matrix, and the plurality of pressure chambers of the liquid discharge block are arranged in a matrix so as to face the plurality of discharge ports, respectively. 5. The liquid discharge head according to claim 1, wherein the liquid discharge head is disposed on the surface. 前記液体吐出ブロックの吐出側端部に、前記圧力室の内壁に形成された電極とそれぞれ個別に接続された配線引き出しパターンが形成され、前記液体吐出ブロックの供給側端部に、前記空気室の内壁に形成された電極と接続された配線引き出しパターンが形成され、前記流路の前記入口および前記出口は前記液体吐出ブロックの前記供給側端部に設けられている、請求項1から5のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。   A wiring lead-out pattern individually connected to the electrode formed on the inner wall of the pressure chamber is formed at the discharge side end of the liquid discharge block, and at the supply side end of the liquid discharge block, the air chamber The wiring lead-out pattern connected to the electrode formed on the inner wall is formed, and the inlet and the outlet of the flow path are provided at the supply side end of the liquid discharge block. The liquid discharge head according to claim 1.
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