JP2016036978A - Actuator substrate, liquid discharge member, liquid cartridge and image formation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、印加する駆動電圧信号に応じて圧電素子等の電気機械変換素子を変形させることにより変位板を変位させるアクチュエータ基板、並びに、これを用いた液体吐出部材、液体カートリッジ及び画像形成装置に関するものである。 The present invention relates to an actuator substrate that displaces a displacement plate by deforming an electromechanical conversion element such as a piezoelectric element in accordance with an applied drive voltage signal, and a liquid ejection member, a liquid cartridge, and an image forming apparatus using the same. Is.
この種のアクチュエータ基板においては、例えば、インクジェット記録装置の液体吐出部材のノズル孔から加圧液室内の液体を吐出させるために加圧液室を加圧するものが知られている。 In this type of actuator substrate, for example, one that pressurizes the pressurized liquid chamber in order to eject the liquid in the pressurized liquid chamber from the nozzle hole of the liquid ejection member of the ink jet recording apparatus is known.
特許文献1に記載されている液体噴射ヘッド(液体吐出部材)においては、圧力発生室(加圧液室)等が形成された流路形成基板にノズルプレートが接着剤により接着されている。また、流路形成基板のノズルプレート側とは反対側には、弾性膜(変位板)が形成され、その弾性膜の上に圧電素子が形成されている。このようにして圧電素子が形成された弾性膜の上には、圧電素子に駆動電圧信号を印加するための配線パターンが形成される。そして、このような流路形成基板の圧電素子側すなわち弾性膜の圧電素子側には、圧電素子の運動を阻害しない程度の空間を確保した圧電素子保持部が形成されたシリコン単結晶基板(接着対象部材)が、接着剤により接着されている。この液体噴射ヘッドにおいて、流路形成基板の圧電素子側(弾性膜の圧電素子側)に接着されるシリコン単結晶基板上の接着面には、余分な接着剤を収容するための凹部が形成されている。これにより、余分な接着剤が接着面から流れ出ることが防止されている。 In the liquid ejecting head (liquid ejecting member) described in Patent Document 1, a nozzle plate is bonded with an adhesive to a flow path forming substrate in which a pressure generating chamber (pressurized liquid chamber) and the like are formed. Further, an elastic film (displacement plate) is formed on the side opposite to the nozzle plate side of the flow path forming substrate, and a piezoelectric element is formed on the elastic film. A wiring pattern for applying a drive voltage signal to the piezoelectric element is formed on the elastic film on which the piezoelectric element is formed in this manner. Then, a silicon single crystal substrate (adhesive) in which a piezoelectric element holding portion that secures a space that does not hinder the movement of the piezoelectric element is formed on the piezoelectric element side of the flow path forming substrate, that is, the piezoelectric element side of the elastic film. The target member is bonded with an adhesive. In this liquid ejecting head, a concave portion for accommodating excess adhesive is formed on the bonding surface on the silicon single crystal substrate that is bonded to the piezoelectric element side (the piezoelectric element side of the elastic film) of the flow path forming substrate. ing. This prevents excess adhesive from flowing out of the adhesive surface.
しかしながら、特許文献1に記載の構成においては、シリコン単結晶基板を厚さ方向の途中までエッチング(ハーフエッチング)して、接着面となる箇所に凹部を形成する。この場合、製造工程中に、シリコン単結晶基板の接着面の凹部を形成するためのエッチング処理を追加する必要がある。しかも、シリコン単結晶基板に対するエッチング処理では、一般に、凹部の寸法や形状の自由度が低いので、接着剤の流れだしを抑制できる効率的な凹部パターンを形成することが難しい。 However, in the configuration described in Patent Document 1, the silicon single crystal substrate is etched halfway in the thickness direction to form a concave portion at a location to be an adhesion surface. In this case, it is necessary to add an etching process for forming a recess in the bonding surface of the silicon single crystal substrate during the manufacturing process. In addition, in the etching process for the silicon single crystal substrate, since the degree of freedom of the size and shape of the recess is generally low, it is difficult to form an efficient recess pattern that can suppress the flow of the adhesive.
上述した課題を解決するため、本発明は、変位板の一方の面上に設けられる電気機械変換素子と、前記電気機械変換素子が設けられた後の前記変位板の前記一方の面側に配線材料層を形成した後に非配線部分を除去して形成される配線パターンと、前記変位板の前記一方の面側に、直接又は中間部材を介して間接的に、接着剤により接着される接着対象部材とを備え、前記配線パターンを介して前記電気機械変換素子に印加される駆動電圧信号に応じて該電気機械変換素子を変形させることにより前記変位板を変位させるアクチュエータ基板において、前記接着対象部材は、前記配線材料層の上に接着され、前記接着対象部材が接着される前記配線材料層の接着面内又は該配線材料層の接着面近傍に、接着剤を収容可能な凹部が形成されていることを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, the present invention provides an electromechanical conversion element provided on one surface of a displacement plate, and wiring on the one surface side of the displacement plate after the electromechanical conversion element is provided. A wiring pattern formed by removing a non-wiring portion after forming a material layer, and an object to be bonded to the one surface side of the displacement plate directly or indirectly via an intermediate member A member to be bonded, wherein the displacement plate is displaced by deforming the electromechanical conversion element according to a drive voltage signal applied to the electromechanical conversion element via the wiring pattern. Is formed on the wiring material layer, and in the bonding surface of the wiring material layer to which the member to be bonded is bonded, or in the vicinity of the bonding surface of the wiring material layer, a recess capable of accommodating an adhesive is formed. It is characterized in.
本発明によれば、製造工程を増やすことなく、接着剤の流れだしを効率的に抑制できる凹部を接着面に形成することができるという優れた効果が奏される。 According to the present invention, there is an excellent effect that a concave portion capable of efficiently suppressing the flow of the adhesive can be formed on the adhesive surface without increasing the number of manufacturing steps.
以下、本発明に係るアクチュエータ基板を有する液体吐出部材としての液滴吐出ヘッドを、画像形成装置としてのインクジェット記録装置に適用した一実施形態について説明する。 Hereinafter, an embodiment in which a droplet discharge head as a liquid discharge member having an actuator substrate according to the present invention is applied to an ink jet recording apparatus as an image forming apparatus will be described.
図1は、本実施形態のインクジェット記録装置の構成を示す透視斜視図である。
図2は、本実施形態のインクジェット記録装置の機構部の側面図である。
図1及び図2に示すインクジェット記録装置は、装置本体の内部に主走査方向へ移動可能なキャリッジ1を備えている。このキャリッジ1には、液滴吐出ヘッド50及び液滴吐出ヘッド50に対してインクを供給するインクカートリッジ2等が搭載れている。
FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of the ink jet recording apparatus of this embodiment.
FIG. 2 is a side view of a mechanism portion of the ink jet recording apparatus according to the present embodiment.
The ink jet recording apparatus shown in FIGS. 1 and 2 includes a carriage 1 that can move in the main scanning direction inside the apparatus main body. The carriage 1 includes a
液滴吐出ヘッド50及びインクカートリッジ2は、図3に示すようには、これらを一体化した構成としてもよい。このように液滴吐出ヘッド50及びインクカートリッジ2が一体となった構成では、液滴吐出ヘッド50のアクチュエータ基板を高精度化、高密度化、および高信頼化することが容易となる。よって、歩留まりや信頼性を向上することができ、低コスト化を図ることができる。
As shown in FIG. 3, the
装置本体の下方部には、前方側(図2中左側)から多数枚の記録材30を積載可能な給紙カセット(或いは給紙トレイでもよい)4が抜き差し自在に装着されている。また、記録材30を手差しで給紙するために開かれる手差しトレイ5も有している。給紙カセット4あるいは手差しトレイ5から給送される記録材30は、印字機構部3によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ6に排紙される。なお、記録材30は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の材質の媒体を含むものとする。
A paper feed cassette (or a paper feed tray) 4 on which a large number of
印字機構部3は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド7と従ガイドロッド8とでキャリッジ1を主走査方向に摺動自在に保持している。このキャリッジ1には、複数のインク吐出口(ノズル孔)が主走査方向と直交する副走査方向に配列され、液滴吐出方向が下方に向くように、イエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ブラック(Bk)の各色のインク滴(液滴)を吐出する液滴吐出ヘッド50が装着されている。また、キャリッジ1には、液滴吐出ヘッド50に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ2を交換可能に装着している。
The printing mechanism unit 3 holds the carriage 1 slidably in the main scanning direction by a main guide rod 7 and a
インクカートリッジ2は、上方に大気と連通する大気口、下方には液滴吐出ヘッド50へインクを供給する供給口が設けられている。内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力により液滴吐出ヘッド50へ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。また、液滴吐出ヘッド50としては、色ごとに異なる液滴吐出ヘッドを用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する1個の液滴吐出ヘッドでもよい。
The
キャリッジ1は、後方側(用紙搬送方向下流側)を主ガイドロッド7に摺動自在に嵌装し、前方側(用紙搬送方向上流側)を従ガイドロッド8に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ1を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ9aで回転駆動される駆動プーリ10と従動プーリ11との間にタイミングベルト12を張装している。このタイミングベルト12をキャリッジ1に固定し、主走査モータ9aの正逆回転によりキャリッジ1が往復に走査される。
The carriage 1 is slidably fitted to the main guide rod 7 on the rear side (downstream side in the paper conveyance direction), and is slidably mounted on the
また、本インクジェット記録装置は、給紙カセット4から記録材30を分離給装する給紙ローラ13及びフリクションパッド14、記録材30を案内するガイド部材15、給紙された記録材30を反転させて搬送する搬送ローラ16なども備えている。更に、この搬送ローラ16の周面に押し付けられる搬送コロ17及び搬送ローラ16からの記録材30の送り出し角度を規定する先端コロ18も有している。搬送ローラ16は副走査モータ9bによってギヤ列を介して回転駆動される。
The ink jet recording apparatus also reverses the
また、キャリッジ1の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ16から送り出された記録材30を液滴吐出ヘッド50の下方側で案内するため、用紙ガイド部材である印写受け部材19も有している。この印写受け部材19の用紙搬送方向下流側には、記録材30を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ20と拍車21を設け、さらに記録材30を排紙トレイ6に送り出す排紙ローラ23と拍車24と、排紙経路を形成するガイド部材25,26とを配設している。
Further, in order to guide the
インクジェット記録装置で画像を記録する際、キャリッジ1を移動させながら、画像信号に応じて液滴吐出ヘッド50を駆動することにより、停止している記録材30にインクを吐出して1行分を記録し、その後、記録材30を所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号または記録材30の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ、記録材30を排紙する。
When an image is recorded by the ink jet recording apparatus, by moving the carriage 1 and driving the
また、キャリッジ1の移動方向一端側の記録領域を外れた位置には、液滴吐出ヘッド50の吐出不良を回復するための回復装置27を配置している。回復装置27はそれぞれ図示していないキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ1は、印字待機中には回復装置27側に移動されてキャッピング手段で液滴吐出ヘッド50をキャッピングしてノズル孔の湿潤状態を保つことによりインクの乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、すべてのノズル孔のインクの粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。
Further, a
更に、吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段で液滴吐出ヘッド50のノズル孔を密封し、チューブを通して吸引手段でノズル孔からインクとともに気泡等を吸い出す。これにより、ノズル面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され、吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜(不図示)に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。
Further, when a discharge failure occurs, the nozzle hole of the
次に、液滴吐出ヘッド50の構成について説明する。
図4は、本実施形態の液滴吐出ヘッド50の内部構成を示す部分破断した斜視図である。
図5は、液滴吐出ヘッド50を構成するアクチュエータ基板の上面図である。
図6は、図5中A−A’における液滴吐出ヘッド50の断面図である。
図7は、図5中C−C’における液滴吐出ヘッド50の断面図である。
Next, the configuration of the
FIG. 4 is a partially broken perspective view showing the internal configuration of the
FIG. 5 is a top view of the actuator substrate constituting the
6 is a cross-sectional view of the
FIG. 7 is a cross-sectional view of the
本実施形態の液滴吐出ヘッド50は、主に、アクチュエータ基板100と、保持基板200と、ノズル基板300とから構成されている。アクチュエータ基板100は、変位板としての振動板102の素子取付面(図中上面)上に、液体吐出エネルギーを発生させる電気機械変換素子としての圧電素子101を備えている。本実施形態における圧電素子101は、図6に示すように、下部電極である共通電極層101−1と上部電極である個別電極層101−2との間に圧電体層101−3が挟まれた構成となっている。また、アクチュエータ基板100は、振動板102の素子取付面とは反対側の面(図中下面)に隔壁部103を備えている。振動板102と隔壁部103とノズル基板300によって囲まれる空間が加圧液室104となる。また、アクチュエータ基板100により、流体抵抗部105及び共通液室106も形成される。
The
保持基板200は、インクカートリッジ2からのインクを供給するインク供給口201を備えており、アクチュエータ基板100に接合されることにより、共通インク流路202と、アクチュエータ基板100の振動板102が撓んで変位できる空間を形成するザグリ203とを形成する。保持基板200は、シリコンエッチング、プラスチック成型品等により形成できる。図5中符号Dで示すアクチュエータ基板100上の領域は、保持基板200によって覆われる領域である。
The holding
ノズル基板300は、個々の加圧液室104に対応した位置にノズル孔301が形成されている。ノズル基板300は、例えばSUSからなる板に対して、パンチ加工、エッチング、シリコンエッチング、ニッケル電気鋳造、樹脂レーザー加工などを施すことにより形成されたものを用いることができる。
In the
本実施形態の液滴吐出ヘッド50は、各加圧液室104内にインクを満たした状態で、制御部(不図示)の制御の下、駆動電圧信号を個別電極層101−2に印加する。この駆動電圧信号としては、発振回路により生成した20[V]のパルス電圧を用いることができる。このような電圧パルスを印加することにより、圧電体層101−3は、圧電効果により圧電体層101−3そのものが振動板102と平行方向に縮む。これにより、振動板102が加圧液室104側へ凸になるように撓む結果、加圧液室104内の圧力が急激に上昇し、加圧液室104に連通するノズル孔301からインクが吐出される。
The
パルス電圧が印加された後は、縮んだ圧電体層101−3が元に戻り、これに伴って撓んだ振動板102も元の位置に戻る。このため、加圧液室104内が共通液室106内に比べて負圧となり、インクカートリッジ2からインク供給口201を介して供給されているインクが共通インク流路202、共通液室106から流体抵抗部105を介して加圧液室104へ供給される。これを繰り返すことにより、インクの液滴を連続的に吐出でき、液滴吐出ヘッド50に対向して配置される記録材に画像を形成する。
After the pulse voltage is applied, the contracted piezoelectric layer 101-3 returns to its original position, and the
次に、本実施形態における液滴吐出ヘッド50の製造方法について説明する。
図8〜図10は、本実施形態の液滴吐出ヘッド50の製造工程を説明するため、ノズル孔の並び方向に対して直交する断面を示す断面図である。
Next, a method for manufacturing the
8 to 10 are cross-sectional views showing a cross section orthogonal to the arrangement direction of the nozzle holes in order to explain the manufacturing process of the
はじめに、図8(a)に示すように、アクチュエータ基板100として、面方位(110)のシリコン単結晶基板(例えば板厚400μm)上に振動板102となる膜を成膜する。この振動板102は、振動板としての機能と後のプロセス整合性とが確保できれば、単層膜でも積層膜でもよい。振動板102の材料として、例えば、LP−CVD法で、シリコン酸化膜、ポリシリコン膜あるいはアモルファスシリコン膜、シリコン窒化膜を、所望の振動板剛性になるように積層して成膜する。プロセス整合性、振動板剛性及び振動板全体の応力を考慮すると、積層数は、おおよそ3層〜7層程度が好ましい。ただし、振動板102の上に形成される共通電極層101−1との密着性を確保するために、振動板102の最上層は、LPCVD法で形成したシリコン酸化膜とする。そして、振動板102の上に形成される共通電極層101−1としては、例えば、TiO2とPtをスパッタ法で各々50nmと100nmで成膜したものを用いることができる。
First, as shown in FIG. 8A, as the
次に、図8(b)に示すように、共通電極層101−1上に圧電体層101−2を形成する。圧電体層101−2としては、PZTを例えばスピンコート法で複数回に分けて成膜し、最終的に2μm厚に成膜したものを用いることができる。圧電体層101−2を成膜した後、Ptの個別電極層101−2をスパッタ法で例えば100nmに成膜する。ここで、圧電体層101−3の成膜方法は、スピンコート法に限らず、例えばスパッタ法、イオンプレーティング法、エアーゾル法、ゾルゲル法、インクジェット法などで成膜してもよい。圧電体層101−3を成膜した後、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いたパターニング法(以下「リソエッチ法」という。)により個別電極層101−2と圧電体層101−3をパターニングして、後に形成する加圧液室104に対応する位置に圧電素子101を形成する。このとき、後に共通インク流路202となる箇所の共通電極層101−1もパターニングして除去しておく。
Next, as shown in FIG. 8B, the piezoelectric layer 101-2 is formed on the common electrode layer 101-1. As the piezoelectric layer 101-2, it is possible to use a film in which PZT is formed in a plurality of times, for example, by spin coating, and finally formed to a thickness of 2 μm. After the piezoelectric layer 101-2 is formed, the Pt individual electrode layer 101-2 is formed to a thickness of, for example, 100 nm by sputtering. Here, the film formation method of the piezoelectric layer 101-3 is not limited to the spin coating method, and may be formed by, for example, a sputtering method, an ion plating method, an air sol method, a sol gel method, an ink jet method, or the like. After the piezoelectric layer 101-3 is formed, the individual electrode layer 101-2 and the piezoelectric layer 101-3 are patterned by a patterning method using a photolithography technique and an etching technique (hereinafter referred to as “lithoetch method”). Then, the
次に、図8(c)に示すように、共通電極層101−1及び圧電素子101と、後に形成する引き出し配線108との間を絶縁するために、層間絶縁膜110を成膜する。層間絶縁膜110は、例えばプラズマCVD法で成膜したSiO2膜を用いることができる。層間絶縁膜110は、圧電素子101や電極材料に影響を及ぼさず、絶縁性を有する膜であれば、プラズマCVD法で成膜したSiO2膜以外の絶縁膜でもよい。層間絶縁膜110を成膜した後、個別電極層101−2と引き出し配線108とを接続するための接続孔111をリソエッチ法で形成する。ここでは図示していないが、共通電極層101−1を別の引き出し配線と接続する場合には、同様に接続孔を層間絶縁膜110に形成する。
Next, as shown in FIG. 8C, an
次に、図8(d)に示すように、引き出し配線108として、配線材料層である例えばTiNとAlを各々膜厚30nmと1μmでスパッタ法により成膜し、リソエッチ法によりパターニング処理(除去処理)を行う。TiN膜は、接続孔111の底部で引き出し配線108の材料であるAlが個別電極層101−2に直接接することによって後の工程による熱履歴で合金化し、体積変化によるストレスによる膜剥がれ等が生じないようにする目的で設けられるバリア層として機能する。また、引き出し配線108の成膜時には、後の保持基板200が接着される被接着部材109となる箇所も膜(配線材料層)を残し、被接着部材109を形成する。
Next, as shown in FIG. 8D, as the lead-out
次に、図9(a)に示すように、パッシベーション膜112として、例えばプラズマCVD法によりシリコン窒化膜を1000nm厚で成膜する。その後、図9(b)に示すように、リソエッチ法により、個別電極パッド107となる引き出し配線108の端部と、圧電素子101の上面の一部と、共通インク流路202との箇所におけるパッシベーション膜112及び層間絶縁膜110を除去する。そして、図9(c)に示すように、リソエッチ法により、共通インク流路202と共通液室106とを連通させる箇所の振動板102を除去する。
Next, as shown in FIG. 9A, a silicon nitride film having a thickness of 1000 nm is formed as the
次に、図10(a)に示すように、後述する振動板変位領域113に対応した位置にザグリ203を形成した保持基板200の足部200aと、アクチュエータ基板100の振動板102上に形成されている被接着部材109とを接着剤114で接着する。このとき、接着剤114は、一般的な薄膜転写装置などを用いて、振動板102の被接着部材109上に厚さ1〜4μm程度塗布し、その後、保持基板200の足部200aの下面を被接着部材109上に押し付けるようにして接着する。
Next, as shown in FIG. 10A, it is formed on the
次に、図10(b)に示すように、リソ法により、加圧液室104、共通液室106、流体抵抗部105以外の隔壁部103をレジストで被覆した後、アルカリ溶液(KOH溶液あるいはTMHA溶液)で異方性ウェットエッチングを行い、加圧液室104、共通液室106、流体抵抗部105を形成する。アルカリ溶液による異方エッチング以外にも、例えばICPエッチャーを用いたドライエッチングで、加圧液室104、共通液室106、流体抵抗部105を形成してもよい。その後、図10(c)に示すように、各加圧液室104に対応した位置にノズル孔301が開口したノズル基板300を接合する。
Next, as shown in FIG. 10B, the
なお、以上の説明は、液滴吐出ヘッド50の製造方法の一例であり、これに限られない。例えば、圧電素子101を覆う1又は2以上の保護層を形成してもよい。
The above description is an example of a method for manufacturing the
次に、本発明の特徴部分である、保持基板200をアクチュエータ基板100に接着するときの接着部の構成について説明する。
本実施形態においては、少なくともアクチュエータ基板100と保持基板200との接合には、上述したとおり、接着剤114を用いる。この接着の際、保持基板200の被接着部材109と保持基板200の足部200aとの間の接着面から余分な接着剤114が流れ出し、振動板変位領域113へ達することがある。ここでいう振動板変位領域113は、圧電素子101の伸縮によって振動板102が撓む(変位する)領域であり、図10(b)又は図10(c)に示すように、加圧液室104の壁面を構成する振動板102の部分に相当する。この振動板変位領域113まで接着剤114が流出してくると、振動板変位領域113の剛性が変化し、圧電素子101の伸縮によって振動板102の撓む量(変位量)が変わってくる。その結果、振動板102を所望のとおり撓ませる(変位させる)ことができず、吐出動作不良を引き起こすおそれがある。
Next, the structure of the bonding portion when the holding
In this embodiment, as described above, the adhesive 114 is used at least for joining the
図11(a)及び(b)は、本実施形態における液滴吐出ヘッド50を構成するアクチュエータ基板100の一部分を示す上面図である。
本実施形態においては、余分な接着剤114が振動板変位領域113まで流れでないように、保持基板200の足部200aが接着される保持基板200の被接着部材109の接着面近傍に、余分な接着剤114を収容可能な凹部109aが形成されている。なお、本実施形態では、接着面内には凹部が形成されていない例であるが、接着面内に凹部を形成してもよい。
FIGS. 11A and 11B are top views showing a part of the
In the present embodiment, in order to prevent the excess adhesive 114 from flowing to the
このような凹部109aが形成されていることにより、保持基板200の被接着部材109の接着面上に接着剤114により保持基板200の足部200aを接着させるときに余分な接着剤114が流れ出ても、その余分な接着剤114は、凹部109aの内部へと流れ込む。これにより、圧電素子101によって変位する振動板変位領域113まで接着剤114が流出することが抑制される。
By forming such a
しかも、本実施形態の凹部109aは、図11(a)に示すように、引き出し配線108のパターニング処理(リソエッチ法による)の際に一緒に形成することができる。具体的には、本実施形態においては、引き出し配線108となる配線材料層を成膜した後、不要な部分を除去するためにリソエッチ法によりパターニング処理(除去処理)を行うが、このときに当該配線材料層108’で構成される被接着部材109の周辺形状が図11(a)に示すような凸凹パターンとなるようにパターニング処理を行う。これにより、引き出し配線108のパターニング処理によって、引き出し配線108の形成だけでなく、被接着部材109の周辺に凹部109aも形成することができる。
Moreover, as shown in FIG. 11A, the
なお、本実施形態においては、図12(a)に示すように、保持基板200の足部200aが接着される保持基板200の被接着部材109の接着面は、連続した面となっているが、これに限られない。例えば、図12(b)に示すように、接着面を凹部によって分断して不連続な面としてもよい。すなわち、接着面が、凹部109bによって分割された複数の凸部の頂面で構成されるようにしてもよい。この場合、余分な接着剤114を収容する凹部の容積が増えるので、振動板変位領域113まで接着剤114が流出することがより抑制される。
In the present embodiment, as shown in FIG. 12A, the bonding surface of the bonded
図13は、図12(a)中E−E’におけるアクチュエータ基板100の断面図である。
本実施形態において、凹部109aの深さは、図13に示すように、配線材料層108’の膜厚に相当する深さに設定している。この場合、配線材料層108’を除去するだけで凹部109aを形成することができる。ただし、凹部109aの深さは、適宜設定することができる。例えば、図14、15、16に示すように、凹部109aに対応する箇所の配線材料層108’の下地層にも凹部を形成することにより、凹部109aをより深くし、凹部109aの全体の容積を大きくしてもよい。この場合、凹部109aの容積が増える結果、振動板変位領域113まで接着剤114が流出することがより抑制される。
FIG. 13 is a cross-sectional view of the
In the present embodiment, the depth of the
具体的に凹部109aの形成方法としては、図14に示す例では、層間絶縁膜110に接続孔111を形成するリソエッチ法による除去処理の際に、層間絶縁膜110における凹部109aの対応箇所も除去して凹部を形成する。この場合、本実施形態の凹部109aよりも、層間絶縁膜110の膜厚分だけ凹部109aを深くできる。しかも、製造工程が増えることもない。
Specifically, as a method of forming the
また、図15に示す例では、図14の例に加えて、更に、共通電極層101−1の形成時に、共通電極層101−1における凹部109aの対応箇所を除去して凹部を形成する。この場合、本実施形態の凹部109aよりも、少なくとも層間絶縁膜110の膜厚分と共通電極層101−1の層厚分、凹部109aを深くできる。なお、図15に示す例は、共通電極層101−1だけでなく振動板102までも除去している例であるため、本実施形態の凹部109aよりも、層間絶縁膜110の膜厚分と共通電極層101−1の層厚分と振動板102の厚さ分、凹部109aを深くできる。
Further, in the example shown in FIG. 15, in addition to the example of FIG. 14, when forming the common electrode layer 101-1, the corresponding part of the
また、図16に示す例では、図15の例に加えて、更に、隔壁部103を構成するシリコン単結晶基板の厚さ方向一部分まで除去した例である。
In addition to the example of FIG. 15, the example shown in FIG. 16 is an example in which a portion of the silicon single crystal substrate constituting the
なお、本実施形態においては、インクを吐出する例であるが、吐出する液体は、インクに限るものではなく、吐出されるときに液体となるものであれば特に限定されるものではなく、例えばDNA試料、レジスト、パターン材料なども含まれる。
また、本実施形態においては、アクチュエータ基板をインクジェット記録装置における液滴吐出ヘッド50に用いた例について説明したが、本発明に係るアクチュエータ基板は他にも適用できる。例えば、光を走査するための偏向ミラーの向きをアクチュエータ基板の変位板の変位に応じて偏向する偏向ミラーの駆動手段にも適用することができる。
In this embodiment, ink is ejected. However, the liquid to be ejected is not limited to ink, and is not particularly limited as long as it becomes liquid when ejected. For example, Also included are DNA samples, resists, pattern materials, and the like.
In this embodiment, an example in which the actuator substrate is used for the
以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。
(態様A)
振動板102等の変位板の素子取付面等の一方の面上に設けられる圧電素子101等の電気機械変換素子と、前記電気機械変換素子が設けられた後の前記変位板の前記一方の面側に配線材料層を形成した後に非配線部分を除去して形成される引き出し配線108等の配線パターンと、前記変位板の前記一方の面側に、直接又は被接着部材109等の中間部材を介して間接的に、接着剤114により接着される保持基板200等の接着対象部材とを備え、前記配線パターンを介して前記電気機械変換素子に印加される駆動電圧信号に応じて該電気機械変換素子を変形させることにより前記変位板を変位させるアクチュエータ基板100において、前記接着対象部材は、前記配線材料層108’の上に直接又はパッシベーション膜112等の中間層を介して接着され、前記接着対象部材が接着される前記配線材料層の接着面内又は該配線材料層の接着面近傍に、接着剤を収容可能な凹部109aが形成されていることを特徴とする。
本態様において、接着対象部材が接着される配線材料層に形成される凹部は、配線パターンを形成する際に非配線部分を除去する際の除去処理によって形成することができる。よって、製造工程を増やさずに接着面内又はその近傍に凹部を形成することができる。しかも、配線パターン形成時に行われる除去処理は、一般に、詳細なパターニングが可能なフォトリソグラフィ技術等を利用したフォトリソ法等が用いられる。よって、凹部の形成パターンの自由度が高く、接着剤の流れだしを抑制できる効率的な凹部パターンを容易に形成することができる。
What has been described above is merely an example, and the present invention has a specific effect for each of the following modes.
(Aspect A)
An electromechanical transducer element such as a
In this aspect, the concave portion formed in the wiring material layer to which the bonding target member is bonded can be formed by a removal process when removing the non-wiring portion when forming the wiring pattern. Therefore, it is possible to form a recess in or near the bonding surface without increasing the number of manufacturing steps. In addition, the removal process performed at the time of forming the wiring pattern generally uses a photolithographic method using a photolithography technique or the like that enables detailed patterning. Therefore, the freedom degree of the formation pattern of a recessed part is high, and the efficient recessed part pattern which can suppress the flow of an adhesive agent can be formed easily.
(態様B)
前記態様Aにおいて、前記接着面は、前記凹部によって分割された複数の凸部の頂面であることを特徴とする。
これによれば、接着面が凹部によって分割されていない連続した面である場合と比べて、余分な接着剤を収容する凹部の容積を増やすことができる。よって、変位板の変位動作不良をより抑制することができる。
(Aspect B)
In the aspect A, the adhesive surface is a top surface of a plurality of convex portions divided by the concave portion.
According to this, the volume of the recessed part which accommodates an excess adhesive agent can be increased compared with the case where the bonding surface is a continuous surface which is not divided by the recessed part. Therefore, a displacement operation failure of the displacement plate can be further suppressed.
(態様C)
前記態様A又はBにおいて、前記電気機械変換素子は、圧電体層101−3等の圧電体を個別電極層101−2等の上部電極と共通電極層101−1等の下部電極で挟み込んだものであり、前記凹部109aの内部底面は、前記電気機械変換素子の下部電極の上面位置よりも低い位置まで形成されていることを特徴とする。
これによれば、凹部を深くして凹部の容積を増やすことができ、変位板の変位動作不良をより抑制することができる。
(Aspect C)
In the aspect A or B, the electromechanical transducer includes a piezoelectric body such as the piezoelectric layer 101-3 sandwiched between an upper electrode such as the individual electrode layer 101-2 and a lower electrode such as the common electrode layer 101-1. The inner bottom surface of the
According to this, a recessed part can be deepened and the volume of a recessed part can be increased, and the displacement operation defect of a displacement plate can be suppressed more.
(態様D)
前記態様A〜Cのいずれかの態様において、前記凹部の内部底面は、前記変位板の前記一方の面と同じ位置又は該一方の面位置よりも低い位置まで形成されていることを特徴とする。
これによれば、凹部を深くして凹部の容積を増やすことができ、変位板の変位動作不良をより抑制することができる。
(Aspect D)
In any one of the aspects A to C, the inner bottom surface of the recess is formed to the same position as the one surface of the displacement plate or a position lower than the one surface position. .
According to this, a recessed part can be deepened and the volume of a recessed part can be increased, and the displacement operation defect of a displacement plate can be suppressed more.
(態様E)
インク等の液体を吐出するノズル孔301が形成されたノズル基板300と、前記ノズル孔に連通する加圧液室104と、前記加圧液室の壁部の一部を構成する振動板102等の変位板及び該変位板上に設けられる圧電素子101等の電気機械変換素子を備えたアクチュエータ基板100とを備え、前記電気機械変換素子に印加される駆動電圧信号に応じて該電気機械変換素子を変形させることにより前記変位板が変位することで前記加圧液室内の液体を前記ノズル孔から吐出させる液滴吐出ヘッド50等の液滴吐出部材において、前記アクチュエータ基板として、前記態様AからDのいずれかの態様に係るアクチュエータ基板を用いたことを特徴とする。
これによれば、吐出動作不良が抑制された液滴吐出部材を実現することができる。
(Aspect E)
According to this, it is possible to realize a droplet discharge member in which defective discharge operation is suppressed.
(態様F)
加圧液室104内のインク等の液体をノズル孔301から吐出させる液滴吐出ヘッド50等の液体吐出部材と該加圧液室へ供給される液体を収容するインクカートリッジ2等の液体収容部とが共通の支持部材に支持され、液体吐出装置に対して着脱自在な液体カートリッジにおいて、前記液体吐出部材として、前記態様Eに係る液体吐出部材を用いたことを特徴とする。
これによれば、吐出動作不良が抑制された液滴吐出部材を有する液体カートリッジを実現することができる。
(Aspect F)
A liquid discharge member such as a
According to this, it is possible to realize a liquid cartridge having a droplet discharge member in which defective discharge operation is suppressed.
(態様G)
液滴吐出ヘッド50等の液体吐出部材から液体を吐出して画像を形成するインクジェット記録装置等の画像形成装置において、前記液体吐出部材として、前記態様Eに係る液体吐出部材を用いたことを特徴とする。
これによれば、吐出動作不良が抑制された液滴吐出部材を有する画像形成装置を実現することができる。
(Aspect G)
In an image forming apparatus such as an ink jet recording apparatus that forms an image by discharging liquid from a liquid discharge member such as the
According to this, it is possible to realize an image forming apparatus having a droplet discharge member in which defective discharge operation is suppressed.
1 キャリッジ
2 インクカートリッジ
50 液滴吐出ヘッド
100 アクチュエータ基板
101 圧電素子
101−1 共通電極層
101−2 個別電極層
101−3 圧電体層
102 振動板
103 隔壁部
104 加圧液室
105 流体抵抗部
106 共通液室
108’ 配線材料層
108 引き出し配線
109 被接着部材
109a,109b 凹部
110 層間絶縁膜
111 接続孔
112 パッシベーション膜
113 振動板変位領域
114 接着剤
200 保持基板
200a 足部
300 ノズル基板
301 ノズル孔
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (7)
前記電気機械変換素子が設けられた後の前記変位板の前記一方の面側に配線材料層を形成した後に非配線部分を除去して形成される配線パターンと、
前記変位板の前記一方の面側に、直接又は中間部材を介して間接的に、接着剤により接着される接着対象部材とを備え、
前記配線パターンを介して前記電気機械変換素子に印加される駆動電圧信号に応じて該電気機械変換素子を変形させることにより前記変位板を変位させるアクチュエータ基板において、
前記接着対象部材は、前記配線材料層の上に直接又は中間層を介して接着され、
前記接着対象部材が接着される前記配線材料層の接着面内又は該配線材料層の接着面近傍に、接着剤を収容可能な凹部が形成されていることを特徴とするアクチュエータ基板。 An electromechanical transducer provided on one surface of the displacement plate;
A wiring pattern formed by removing a non-wiring portion after forming a wiring material layer on the one surface side of the displacement plate after the electromechanical conversion element is provided;
On the one surface side of the displacement plate, directly or indirectly through an intermediate member, and an adhesion target member that is adhered by an adhesive,
In the actuator substrate that displaces the displacement plate by deforming the electromechanical transducer according to a drive voltage signal applied to the electromechanical transducer via the wiring pattern,
The bonding target member is bonded directly or via an intermediate layer on the wiring material layer,
An actuator substrate, wherein a recess capable of accommodating an adhesive is formed in an adhesive surface of the wiring material layer to which the bonding target member is bonded or in the vicinity of the bonding surface of the wiring material layer.
前記接着面は、前記凹部によって分割された複数の凸部の頂面であることを特徴とするアクチュエータ基板。 The actuator substrate according to claim 1,
The actuator substrate, wherein the adhesive surface is a top surface of a plurality of convex portions divided by the concave portion.
前記電気機械変換素子は、圧電体を上部電極と下部電極で挟み込んだものであり、
前記凹部の内部底面は、前記電気機械変換素子の下部電極の上面位置よりも低い位置まで形成されていることを特徴とするアクチュエータ基板。 The actuator substrate according to claim 1 or 2,
The electromechanical transducer is a piezoelectric body sandwiched between an upper electrode and a lower electrode,
The actuator substrate, wherein an inner bottom surface of the recess is formed to a position lower than a top surface position of a lower electrode of the electromechanical transducer.
前記凹部の内部底面は、前記変位板の前記一方の面と同じ位置又は該一方の面位置よりも低い位置まで形成されていることを特徴とするアクチュエータ基板。 The actuator substrate according to any one of claims 1 to 3,
The actuator substrate, wherein an inner bottom surface of the recess is formed to the same position as the one surface of the displacement plate or a position lower than the one surface position.
前記ノズル孔に連通する加圧液室と、
前記加圧液室の壁部の一部を構成する変位板及び該変位板上に設けられる電気機械変換素子を備えたアクチュエータ基板とを備え、
前記電気機械変換素子に印加される駆動電圧信号に応じて該電気機械変換素子を変形させることにより前記変位板が変位することで前記加圧液室内の液体を前記ノズル孔から吐出させる液滴吐出部材において、
前記アクチュエータ基板として、請求項1乃至4のいずれか1項に記載のアクチュエータ基板を用いたことを特徴とする液滴吐出部材。 A nozzle substrate on which nozzle holes for discharging liquid are formed;
A pressurized liquid chamber communicating with the nozzle hole;
A displacement plate that constitutes a part of the wall of the pressurized liquid chamber, and an actuator substrate that includes an electromechanical transducer provided on the displacement plate,
Droplet discharge for discharging the liquid in the pressurized liquid chamber from the nozzle hole by displacing the displacement plate by deforming the electromechanical conversion element according to a drive voltage signal applied to the electromechanical conversion element In the member,
A droplet discharge member using the actuator substrate according to claim 1 as the actuator substrate.
前記液体吐出部材として、請求項5に記載の液体吐出部材を用いたことを特徴とする液体カートリッジ。 The liquid discharge member that discharges the liquid in the pressurized liquid chamber from the nozzle hole and the liquid storage portion that stores the liquid supplied to the pressurized liquid chamber are supported by a common support member, and are detachable from the liquid discharge device. Liquid cartridges,
A liquid cartridge using the liquid discharge member according to claim 5 as the liquid discharge member.
前記液体吐出部材として、請求項5に記載の液体吐出部材を用いたことを特徴とする画像形成装置。 In an image forming apparatus for forming an image by discharging liquid from a liquid discharge member,
An image forming apparatus using the liquid discharge member according to claim 5 as the liquid discharge member.
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JP2014161604A JP2016036978A (en) | 2014-08-07 | 2014-08-07 | Actuator substrate, liquid discharge member, liquid cartridge and image formation device |
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JP2017042923A (en) * | 2015-08-24 | 2017-03-02 | セイコーエプソン株式会社 | Electronic device and liquid injection head |
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- 2014-08-07 JP JP2014161604A patent/JP2016036978A/en active Pending
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