JP2017121701A - Piezoelectric device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液体を噴射する液体噴射ヘッドに備えられる圧電デバイスに関する。 The present invention relates to a piezoelectric device provided in a liquid ejecting head that ejects liquid.
液体噴射装置(例えばインクジェット式のプリンター)には、少なくとも一つの圧電素子をアクチュエーターとして有する圧電デバイスを備える液体噴射ヘッドが取り付けられたものがある。すなわち、圧電デバイスは、ノズルと連通する液体流路に設けられた圧力室の一部を構成する板状部材と、その板状部材に積層状態で配設された圧電素子とを有する圧電素子基板を備える。そして、圧電デバイスは、圧電素子に対して駆動信号(電圧信号)が印加されることで圧電素子が電歪効果によって変位(収縮又は伸長)し、所謂バイメタルの原理によって板状部材を湾曲させる。この板状部材の湾曲によって圧力室内の液体に圧力が加わりノズルから液体が噴射される。そして、噴射された液体が媒体(例えば用紙)に付着することによって媒体に文字や画像を形成(印刷)する。 Some liquid ejecting apparatuses (for example, ink jet printers) are provided with a liquid ejecting head including a piezoelectric device having at least one piezoelectric element as an actuator. That is, the piezoelectric device has a plate-like member constituting a part of a pressure chamber provided in a liquid flow path communicating with the nozzle, and a piezoelectric element substrate having a piezoelectric element arranged in a laminated state on the plate-like member. Is provided. In the piezoelectric device, when a drive signal (voltage signal) is applied to the piezoelectric element, the piezoelectric element is displaced (contracted or expanded) by an electrostrictive effect, and the plate-like member is bent by a so-called bimetal principle. Pressure is applied to the liquid in the pressure chamber by the curvature of the plate member, and the liquid is ejected from the nozzle. Then, the ejected liquid adheres to the medium (for example, paper) to form (print) characters and images on the medium.
このような圧電デバイスでは、圧電素子が安定して変位するために、印加される駆動信号によって発生する圧電素子内の電界が、圧電素子に対して所定の電歪効果を発生させる電界である必要がある。このため、従来、例えば圧電素子内において湿気によるリーク電流の発生による電界の減少が起こらないように、圧電素子を大気から遮断するように封止する封止構造を備えた圧電デバイスがある。 In such a piezoelectric device, since the piezoelectric element is stably displaced, the electric field in the piezoelectric element generated by the applied drive signal needs to be an electric field that generates a predetermined electrostrictive effect on the piezoelectric element. There is. For this reason, conventionally, for example, there is a piezoelectric device provided with a sealing structure for sealing the piezoelectric element so as to be shielded from the atmosphere so that the electric field is not reduced due to generation of leakage current due to moisture in the piezoelectric element.
例えば、振動板(板状部材)に配設された圧電素子を覆うと共に、覆った状態で圧電素子の周囲に複数のバンプが設けられたドライバーIC(対向基板)を振動板に対向して配置する。そして、振動板(板状部材)においてバンプと対向する位置に設けられた接続端子に、対向配置したドライバーICのバンプを接続すると共に、接続したバンプ間に樹脂製の封止材を充填することによって、圧電素子を封止する封止構造を備えた圧電デバイス(圧電アクチュエーター)がある(例えば、特許文献1)。 For example, a driver IC (opposite substrate) in which a plurality of bumps are provided around the piezoelectric element in a state of covering the piezoelectric element disposed on the diaphragm (plate-like member) is disposed facing the diaphragm. To do. Then, the bumps of the driver IC arranged opposite to the connection terminals provided at the positions facing the bumps on the diaphragm (plate-like member) are connected and the resin sealing material is filled between the connected bumps. There is a piezoelectric device (piezoelectric actuator) having a sealing structure for sealing a piezoelectric element (for example, Patent Document 1).
しかしながら、従来の圧電デバイスでは、ドライバーICのバンプと振動板の接続端子とを接続する場合、バンプと接続端子との間に異方性導電材を介在させ、ドライバーICを振動板に押し付けることによって異方性導電材を押し潰しながら、振動板側を加熱することが行われる。このため、振動板に対してバンプから局所的に大きな圧力が作用し、振動板を変形させることが起こり得る。また、このときの異方性導電材の押し潰れ具合のばらつきによって、ドライバーICと振動板との間において適切な寸法の隙間を形成することが難しいという課題がある。 However, in the conventional piezoelectric device, when connecting the bump of the driver IC and the connection terminal of the diaphragm, an anisotropic conductive material is interposed between the bump and the connection terminal, and the driver IC is pressed against the diaphragm. The diaphragm side is heated while crushing the anisotropic conductive material. For this reason, it is possible that a large pressure acts on the diaphragm locally from the bumps and deforms the diaphragm. In addition, there is a problem that it is difficult to form a gap having an appropriate dimension between the driver IC and the diaphragm due to variations in the degree of crushing of the anisotropic conductive material at this time.
なお、このような課題は、駆動信号の印加に応じて変位する少なくとも一つの圧電素子が実装されている圧電素子基板と、圧電素子基板と対向して配置され、駆動信号を圧電素子基板に伝送する対向基板とを備える圧電デバイスにおいて、概ね共通したものとなっている。 Note that such a problem is that a piezoelectric element substrate on which at least one piezoelectric element that is displaced in response to the application of a drive signal is mounted and the piezoelectric element substrate are disposed so as to transmit the drive signal to the piezoelectric element substrate. In general, the piezoelectric device including the counter substrate is common.
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、圧電素子基板又は対向基板に対して圧力をかけることなく、圧電素子基板と対向基板との間に圧電素子の変位を妨げない適切な寸法の隙間を形成できる圧電デバイスを提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and its purpose is to prevent displacement of the piezoelectric element between the piezoelectric element substrate and the counter substrate without applying pressure to the piezoelectric element substrate or the counter substrate. It is an object of the present invention to provide a piezoelectric device capable of forming a gap having no appropriate dimension.
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決する圧電デバイスは、駆動信号の印加に応じて変位する少なくとも一つの圧電素子が配設されている圧電素子基板と、前記圧電素子基板と対向して配置され、前記駆動信号を前記圧電素子基板に伝送する対向基板と、前記圧電素子基板と前記対向基板との間において前記圧電素子の前記駆動信号の印加に応じた変位が可能な隙間を形成する隙間形成部材と、を備え、前記隙間形成部材は、第1温度で溶融する第1金属部材と、前記第1温度よりも低い第2温度で溶融する第2金属部材とを含む。
Hereinafter, means for solving the above-described problems and the effects thereof will be described.
A piezoelectric device that solves the above problem is provided with a piezoelectric element substrate on which at least one piezoelectric element that is displaced in response to application of a drive signal is disposed, and opposed to the piezoelectric element substrate. A counter substrate that transmits to the piezoelectric element substrate, and a gap forming member that forms a gap between the piezoelectric element substrate and the counter substrate that can be displaced according to the application of the drive signal of the piezoelectric element, The gap forming member includes a first metal member that melts at a first temperature and a second metal member that melts at a second temperature lower than the first temperature.
この構成によれば、圧電素子基板と対向基板との間に隙間形成部材を配置した状態において第1温度よりも低い第2温度で加熱すると、圧電素子基板と対向基板との間が溶融した第2金属部材で接合されると共に、その隙間が、溶融しない第1金属部材によって形成される。従って、圧電素子基板又は対向基板に対して圧力をかけることなく、圧電素子基板と対向基板との間に圧電素子の変位を妨げない適切な寸法の隙間を形成できる。 According to this configuration, when the gap forming member is arranged between the piezoelectric element substrate and the counter substrate, heating at the second temperature lower than the first temperature causes the gap between the piezoelectric element substrate and the counter substrate to be melted. While being joined by two metal members, the gap is formed by the first metal member that does not melt. Therefore, it is possible to form a gap having an appropriate dimension between the piezoelectric element substrate and the counter substrate without impeding displacement of the piezoelectric element without applying pressure to the piezoelectric element substrate or the counter substrate.
上記圧電デバイスにおいては、前記隙間形成部材により前記圧電素子を囲むように形成された前記隙間によって、前記圧電素子基板と前記対向基板との間に、前記圧電素子を封止する封止空間が形成されていることが好ましい。 In the piezoelectric device, a sealing space for sealing the piezoelectric element is formed between the piezoelectric element substrate and the counter substrate by the gap formed so as to surround the piezoelectric element by the gap forming member. It is preferable that
この構成によれば、隙間形成部材が形成する封止空間において圧電素子が変位するので、圧電素子の変位に対する障害が抑制され、圧電素子の変位に伴う劣化が抑制される。
上記圧電デバイスにおいて、前記隙間形成部材は、前記駆動信号を、前記対向基板から前記圧電素子基板に電気的に伝達する信号伝達部材であることが好ましい。
According to this configuration, since the piezoelectric element is displaced in the sealed space formed by the gap forming member, obstacles to the displacement of the piezoelectric element are suppressed, and deterioration due to the displacement of the piezoelectric element is suppressed.
In the piezoelectric device, it is preferable that the gap forming member is a signal transmission member that electrically transmits the driving signal from the counter substrate to the piezoelectric element substrate.
この構成によれば、圧電素子基板と対向基板との間の隙間を形成する隙間形成部材が、駆動信号を対向基板から圧電素子基板へ伝達する信号伝達部材を兼ねるので、対向基板と圧電素子基板との間を電気的に接続する部材の増加を抑制できる。 According to this configuration, the gap forming member that forms a gap between the piezoelectric element substrate and the counter substrate also serves as a signal transmission member that transmits a drive signal from the counter substrate to the piezoelectric element substrate. An increase in the number of members that are electrically connected to each other can be suppressed.
上記圧電デバイスにおいて、前記圧電素子基板には、前記駆動信号を前記圧電素子に伝送して印加する金属製の信号印加線が形成され、前記隙間形成部材は、前記第1金属部材が前記信号印加線と接合されていることが好ましい。 In the piezoelectric device, a metal signal applying line for transmitting and applying the drive signal to the piezoelectric element is formed on the piezoelectric element substrate, and the gap forming member is formed by applying the signal to the first metal member. It is preferable that it is joined to the wire.
この構成によれば、金属同士の接合によって隙間形成部材が有する第1金属部材を圧電素子基板と容易に接合させることができる。
上記圧電デバイスにおいて、前記信号印加線は、前記隙間形成部材が有する前記第1金属部材と同一の金属で形成されていることが好ましい。
According to this structure, the 1st metal member which a clearance gap formation member has by joining metals can be easily joined with a piezoelectric element board | substrate.
The said piezoelectric device WHEREIN: It is preferable that the said signal application line is formed with the same metal as the said 1st metal member which the said clearance gap formation member has.
この構成によれば、信号印加線の形成時に、圧電素子基板と接合された隙間形成部材の第1金属部材を形成できる。
上記圧電デバイスにおいて、前記対向基板には、前記駆動信号が伝送される金属製の信号送信線が形成され、前記隙間形成部材は、前記第1金属部材が前記信号送信線と接合されていることが好ましい。
According to this configuration, the first metal member of the gap forming member joined to the piezoelectric element substrate can be formed when the signal application line is formed.
In the piezoelectric device, a metal signal transmission line through which the drive signal is transmitted is formed on the counter substrate, and the gap forming member has the first metal member joined to the signal transmission line. Is preferred.
この構成によれば、金属同士の接合によって隙間形成部材が有する第1金属部材を対向基板と容易に接合させることができる。
上記圧電デバイスにおいて、前記信号送信線は、前記隙間形成部材が有する前記第1金属部材と同一の金属で形成されていることが好ましい。
According to this structure, the 1st metal member which a clearance gap formation member has by joining metals can be easily joined with a counter substrate.
In the piezoelectric device, it is preferable that the signal transmission line is formed of the same metal as the first metal member included in the gap forming member.
この構成によれば、信号送信線の形成時に、対向基板と接合された隙間形成部材の第1金属部材を形成できる。
上記圧電デバイスにおいて、前記隙間形成部材は、前記第1金属部材が銅であり、前記第2金属部材が少なくとも錫を含む金属であることが好ましい。
According to this configuration, the first metal member of the gap forming member joined to the counter substrate can be formed when the signal transmission line is formed.
In the piezoelectric device, in the gap forming member, it is preferable that the first metal member is copper and the second metal member is a metal containing at least tin.
この構成によれば、圧電素子基板と対向基板との間が、溶融する錫を含む金属(はんだ)で接合されると共に、その隙間が溶融しない銅によって形成されるので、圧電素子基板又は対向基板に対して圧力をかけることなく、圧電素子基板と対向基板との間に圧電素子の変位を妨げない適切な寸法の隙間を形成できる。 According to this configuration, the piezoelectric element substrate and the counter substrate are joined by a metal (solder) containing molten tin, and the gap is formed by copper that does not melt. A gap having an appropriate dimension that does not hinder the displacement of the piezoelectric element can be formed between the piezoelectric element substrate and the counter substrate without applying pressure to the substrate.
(第1実施形態)
以下、圧電デバイスの第1実施形態について、図を参照して説明する。
図1に示すように、液体噴射装置11は、媒体の一例である用紙Pに、液体噴射ヘッド23から液体の一例であるインクを噴射して印刷(記録)を行うインクジェット式のプリンターである。本実施形態では、用紙Pに印刷を行う際に液体噴射ヘッド23と対向する位置において用紙Pが一方向に搬送される。この用紙Pが搬送される方向を搬送方向Yとし、この搬送方向Yと交差(好ましくは、直交)する用紙Pの幅方向に沿う一方向を走査方向Xとする。すなわち、本実施形態の走査方向X及び搬送方向Yは、互いに交差(好ましくは、直交)する方向であって、下方となる重力方向Zといずれも交差(好ましくは、直交)する方向である。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of a piezoelectric device will be described with reference to the drawings.
As illustrated in FIG. 1, the liquid ejecting
液体噴射装置11は、略矩形箱状をなすフレーム12内の下部に、走査方向Xを長手方向として媒体支持台13が延設されると共に、フレーム12の下部には紙送りモーター14が設けられている。そして、この紙送りモーター14の駆動を通じて搬送機構(図示略)によって、用紙Pが媒体支持台13上を通過するように搬送方向Yに搬送される。
In the liquid ejecting
この媒体支持台13上を搬送される用紙Pに対して、搬送方向Yと交差する方向に移動可能なキャリッジ21が備えられている。また、フレーム12内における媒体支持台13の上方には、該媒体支持台13の長手方向である走査方向Xに沿って軸線を有するガイド軸15及び走査方向Xに沿って平坦面が所定幅で細長く延在するガイド板16が架設されている。
A
ガイド軸15は、円柱又は円筒状の軸であり、キャリッジ21の搬送方向Y側とは逆側においてキャリッジ21を走査方向Xに貫通するように形成された支持孔に挿通されている。ガイド板16は、キャリッジ21の搬送方向Y側において突出するように形成された突出部21aを下方から支持するように配設されている。従って、キャリッジ21は、このガイド軸15とガイド板16とに支持されながら案内され、用紙Pの印刷面上を走査方向Xに沿って往復移動可能である。
The
フレーム12においてガイド軸15の両端の近傍にあたる位置には、駆動プーリー17aと従動プーリー17bとがそれぞれ回転自在に支持されている。駆動プーリー17aにはキャリッジモーター18の出力軸が連結されると共に、駆動プーリー17aと従動プーリー17bとの間には一部がキャリッジ21に連結された無端状のタイミングベルト17が巻き掛けられている。従って、キャリッジモーター18を駆動することによって、タイミングベルト17を介してキャリッジ21がガイド軸15及びガイド板16に案内されながら走査方向Xに沿って往復移動する。
A
この往復移動するキャリッジ21において、用紙Pに対してインクを吐出して印刷を行う液体噴射ヘッド23がその重力方向Z側に取り付けられている。また、キャリッジ21には、液体噴射ヘッド23へ供給するインクを収容したインクカートリッジ22が装着される。本実施形態では、4種類のインク(例えば、シアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの4色のインク)がそれぞれ収容された4つのインクカートリッジ22がキャリッジ21に装着される。
In the reciprocating
液体噴射装置11には、液体噴射ヘッド23からインクを噴射させるための制御信号を生成する信号生成回路を収納した収納部19がフレーム12に備えられる。この収納部19に収容された信号生成回路と、液体噴射ヘッド23との間を電気的に接続する接続ケーブル25が配設されている。本実施形態では、4つのヘッドユニット24のそれぞれに対応した制御信号が接続ケーブル25を介して液体噴射ヘッド23に伝送される。
In the
図2に示すように、液体噴射ヘッド23には、インクを噴射する複数のノズルNが搬送方向Yに列状(ここでは2列の状態であり、ノズル列Na,Nbと称する場合がある。)に並んで設けられたヘッドユニット24が、4つのインクカートリッジ22のそれぞれに対応して、走査方向Xに4つ配列されている。本実施形態では、インクを噴射する4つのヘッドユニット24は同じ構成を有している。従って、ここではその一つのヘッドユニット24について、図3及び図4を参照して説明する。
As shown in FIG. 2, in the
図3に示すように、ヘッドユニット24は、インクの流路を形成する流路ユニット30と、ヘッドユニット24からインクを噴射させる圧電デバイス50とが、互いに積層された状態でヘッドケース26に取り付けられている。なお、ここでは、各部材の積層方向は鉛直方向(重力方向Z)に沿う上下方向とされている。
As shown in FIG. 3, the
流路ユニット30は、下側の重力方向Z側から順に、複数のノズルNが形成されたノズル板31と、流路基板32と、圧力室基板33と、振動板34とを備え、これらが積層状態で互いに固定された構造体である。このような構造体である流路ユニット30には、ノズルNに連通するノズル連通室41と、ノズル連通室41に連通する圧力室42と、圧力室42に連通する液体供給路43と、液体供給路43に連通する共通液室44とが形成されている。このうち、ノズル連通室41、圧力室42及び液体供給路43は各ノズルNに対応して形成され、共通液室44は1つのヘッドユニット24において複数のノズルNに対して同じ種類のインクが供給されるように全てのノズルNに渡って連続(連通)するように形成されている。
The
この流路ユニット30の上側に圧電デバイス50が積層されている。圧電デバイス50は、下側の重力方向Z側から順に、複数の圧電素子51が配設された振動板34と、この振動板34に対向して配置された対向基板52とを有している。すなわち、本実施形態では、振動板34は、圧電素子51が配設されることによって、流路ユニット30の一部(圧力室42)を構成すると共に圧電デバイス50を構成する。従って、ここでは、圧電素子51が配設された振動板34を圧電素子基板53と呼称する。
A
本実施形態の振動板34は、弾性的に振動可能な平板状の部材である。この振動板34には、各圧力室42に対応して、圧力室42とは反対側の板面に圧電素子51が配設されている。圧電素子51は電圧が印加されることによって駆動(伸縮)する圧電体55と、この圧電体55を挟むように、上下方向におけるその両側に、信号印加線として、第1電極56と第2電極57とが設けられている。第1電極56は、各圧力室42(各ノズルN)に対応して圧電体55に形成された個別の電極であり、第2電極57は、振動板34の板面上に形成された電極であって、複数の圧力室42(複数のノズルN)に対応して配設された複数の圧電素子51に共通する電極である。図4に示すとおり、第1電極56は、圧電素子基板53の紙面左側においてノズル列Naの各ノズルNに対応するように搬送方向Yに並べられた第1電極56の群と、圧電素子基板53の紙面右側においてノズル列Nbの各ノズルNに対応するように搬送方向Yに並べられた第1電極56の群とを含む。紙面左側の第1電極56の群における各第1電極56の左端部には、圧電素子基板53の外周に向かって張り出した張出部56aが形成されている。紙面右側の第1電極56の群における各第1電極56の右端部には、圧電素子基板53の外周に向かって張り出した張出部56aが形成されている。
The
図3に示すように、本実施形態では、圧電素子51を駆動する第1駆動信号として第1電極56にはノズルNから吐出するインクの吐出量に応じた出力電圧が印加され、第2電極57には電圧を一定に保持する第2駆動信号として一定の電圧である定電圧が印加される。これらの電圧が各駆動信号として印加されることによって、圧電体55において、主として第1電極56と第2電極57とによって挟まれた部分が、印加される出力電圧と定電圧との差分電圧に応じて振動板34の板面に沿って収縮(又は伸長)することで振動板34を湾曲させる。この振動板34の湾曲によって振動板34が上下方向に変位することによって、圧力室42内のインクが圧縮され、ノズルNからインクが噴射する。こうして圧電素子51はアクチュエーターとして機能する。
As shown in FIG. 3, in this embodiment, an output voltage corresponding to the amount of ink ejected from the nozzle N is applied to the
一方、ヘッドケース26は、合成樹脂製の箱体状部材であり、その内部には流路ユニット30における共通液室44にインクを導入する液体導入路27が形成されている。この液体導入路27は、共通液室44と共に、流路ユニット30に複数並設された圧力室42に共通なインクが貯留される空間である。本実施形態では、2列に並設された圧力室42の列に対応して液体導入路27が2つ形成されている。また、2つの液体導入路27の走査方向Xの間には、ヘッドケース26の下面側からヘッドケース26の上下方向における途中まで、直方体状に窪んだ凹空間28が形成されている。この凹空間28内に、流路ユニット30上に積層された圧電デバイス50が収容されている。なお、図3に示すように、凹空間28には、圧電デバイス50及び圧力室基板33が収容されている。
On the other hand, the
次に、圧電素子基板53と対向基板52との接合構造について図3〜図6を用いて説明する。
図3に示すように、圧電デバイス50は、圧電素子基板53と、その圧電素子基板53と対向して配置された対向基板52とを、所定の寸法の隙間を有して接合する隙間形成部材54を有している。すなわち、隙間形成部材54は複数設けられ、圧電素子基板53と対向基板52との間において、上下方向へ変位する振動板34が対向基板52と接触しない寸法の隙間を形成する。
Next, a bonding structure between the
As illustrated in FIG. 3, the
さらに、隙間形成部材54は、圧電素子51を駆動させるための第1駆動信号及び第2駆動信号を、対向基板52から圧電素子基板53に電気的に伝達する信号伝達部材である。すなわち、圧電素子基板53と対向して配置された対向基板52には、その圧電素子基板53側とは反対側の上側に、制御信号に基づいて第1駆動信号及び第2駆動信号を出力する駆動IC58が配置されている。そして、駆動IC58から出力された各駆動信号は、対向基板52に貫通形成された接続配線52aを介して上面側から下面側に配設された複数の信号送信線52bにそれぞれ電気的に伝送される。こうして信号送信線52bに伝送された各駆動信号は、複数の隙間形成部材54によって、各圧電素子51に形成された第1電極56と第2電極57とに電気的に伝達される。なお、本実施形態の接続配線52a及び信号送信線52bは、銅により形成されている。
Further, the
図3及び図4に示すように、第1駆動信号を伝達する信号伝達部材である複数の隙間形成部材54は、略円柱状の形状を有し、圧電素子基板53に形成されたそれぞれの第1電極56に対して1つの接続点(図4の黒丸印)で接続される。図4に示すとおり、第1駆動信号を伝達する隙間形成部材54は、第1電極56の張出部56aに接続される。一方、第2駆動信号を伝達する信号伝達部材である複数の隙間形成部材54は、略円柱状の形状を有し、圧電素子基板53に形成された第2電極57に対してノズル列Naとノズル列Nbとの間において複数の接続点(図4の黒丸印)で接続される。この隙間形成部材54の接続によって、対向基板52と圧電素子基板53との間に、振動板34が対向基板52と接触しない寸法の隙間が形成される。なお、図4では圧電体55は省略されている。
As shown in FIGS. 3 and 4, the plurality of
次に、隙間形成部材54の接続構造について説明する。
図5に示すように、各隙間形成部材54は、対向基板52から圧電素子基板53に向けて突出している。すなわち、本実施形態では、各隙間形成部材54は、信号送信線52b上において、所定の突出高さで略円柱状に形成された第1金属部材54aと、第1金属部材54aの先端において略半球状に形成された第2金属部材54bとを含む。そして、第1金属部材54aは、対向基板52の信号送信線52bと電気的に接合されている。第1金属部材54aは第1温度T1で溶融し、第2金属部材54bは第1温度T1よりも低い第2温度T2で溶融する。本実施形態では、第1金属部材54aは、信号送信線52bと同一の金属で形成されている。すなわち、本実施形態の第1金属部材54aは銅であり、例えば周知のエッチング法やアディティブ法などによって、信号送信線52bの形成時に信号送信線52bと一体に形成されている。また本実施形態の第2金属部材54bは少なくとも錫を含む金属(例えば半田)である。なお、第2金属部材54bが溶融する第2温度T2が、第1金属部材54aが溶融する第1温度T1よりも低い関係を維持できれば、第1金属部材54a及び第2金属部材54bは銅や半田以外の金属材料であってもよい。また第1金属部材54aの材料は、対向基板52の信号送信線52bの材料と異なってもよい。
Next, the connection structure of the
As shown in FIG. 5, each
図5に示すように、第1駆動信号を伝達する隙間形成部材54が第1電極56の張出部56aに接触し、第2駆動信号を伝達する複数の隙間形成部材54が第2電極57に接触するように圧電素子基板53に対して対向基板52が対向して配置される。この状態においては、圧電素子基板53及び対向基板52の温度は、第2温度T2未満であるため、第2金属部材54bは溶融していない。
As shown in FIG. 5, the
次に、図6に示すように、隙間形成部材54が第1電極56の張出部56a及び第2電極57に接触する状態で、圧電素子基板53及び対向基板52が第2温度T2以上かつ第1温度T1未満の温度によって加熱される。これにより、図6に示すように、各隙間形成部材54において、第2金属部材54bが溶融する一方、第1金属部材54aが溶融しない。そして圧電素子基板53及び対向基板52の加熱が停止されることによって、各隙間形成部材54において、第2金属部材54bが冷えて固化する。これにより、圧電素子基板53と対向基板52とが接合される。
Next, as shown in FIG. 6, the
なお、図4において二点鎖線で示すように、圧電素子基板53及び対向基板52が接合された後、第1駆動信号を伝達する複数の隙間形成部材54間を樹脂製の封止材59により埋めてもよい。これにより、圧電素子基板53、対向基板52、第1駆動信号を伝達する複数の隙間形成部材54及び封止材59によって囲まれた空間(図4では内側の二点鎖線により囲まれた空間)が圧電素子51を封止する封止空間SCを形成する。
As indicated by a two-dot chain line in FIG. 4, after the
本実施形態の作用について図6を用いて説明する。
圧電素子基板53と対向基板52との間に複数の隙間形成部材54が配置された状態において、第2温度T2以上かつ第1温度T1未満の温度で圧電素子基板53及び対向基板52を加熱すると、隙間形成部材54の第2金属部材54bが溶融する一方、第1金属部材54aが溶融しない。このとき、溶融した第2金属部材54bは、圧力をかけることなく、対向基板52および駆動IC58などの自重によりつぶれて第1金属部材54aと第1電極56又は第2電極57との間から外に押し出される。その結果、第1金属部材54aと第1電極56又は第2電極57との間に残る第2金属部材54bの厚さは、第1金属部材54aの突出高さに対して相対的に小さい寸法となる。このため、圧電素子基板53と対向基板52との間の隙間は、ほぼ第1金属部材54aの突出高さである上下方向の寸法となる。換言すれば、第1金属部材54aの上下方向の寸法を圧電素子51の変位を妨げない大きさに設定することにより、圧電素子基板53と対向基板52との間の隙間が圧電素子51の変位を妨げない適切な寸法となる。
The operation of this embodiment will be described with reference to FIG.
When the plurality of
また、例えば、第1電極56の張出部56aにおいて、溶融して第1金属部材54aの円柱側面の周囲に押し出された第2金属部材54bは、その表面張力によって、原理的に第1金属部材54aを張出部56aの中心に位置させる作用、所謂セルフアライメント作用を生じさせる。
In addition, for example, the
本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
(1)圧電デバイス50は、圧電素子基板53と対向基板52との間において圧電素子51の第1駆動信号及び第2駆動信号の印加に応じた変位が可能な隙間を形成する隙間形成部材54を備える。これにより、圧電素子基板53と対向基板52との接合は、圧電素子基板53又は対向基板52に対して圧力をかけることなく、圧電素子基板53と対向基板52との間の隙間を圧電素子51の変位を妨げない適切な寸法とすることができる。加えて、第2金属部材54bが半田であるため、半田が溶融したときの表面張力によるセルフアライメントによって、搬送方向Y及び走査方向Xにおける圧電素子基板53と対向基板52との位置ずれを抑制できる。
According to this embodiment, the following effects can be obtained.
(1) The
ところで、圧電素子基板53と対向基板52とを加圧せずに接合する方法として、隙間形成部材54に代えて、半田ボール(図示略)によって圧電素子基板53と対向基板52とを接合する方法が考えられる。
By the way, as a method of bonding the
しかし、半田ボールはその全てが溶融してしまうため、圧電素子基板53と対向基板52との間の隙間が圧電素子51の変位を妨げない適切な寸法とならない場合がある。この問題に対して、半田ボールを大きくすることによって圧電素子基板53と対向基板52との間の隙間が圧電素子51の変位を妨げない適切な寸法とすることができるが、半田ボールが溶融したときに搬送方向Y及び走査方向Xに広がる範囲が大きくなり、第1電極56を搬送方向Yに狭ピッチで配置することができない。
However, since all of the solder balls are melted, the gap between the
その点、本実施形態の隙間形成部材54は、上述のように第2金属部材54bが溶融する一方、第1金属部材54aが溶融しないことによって圧電素子基板53と対向基板52との間の隙間を確保するため、半田ボールに比べ、第2金属部材54bの量(半田の量)を少なくすることができる。従って、第1電極56を搬送方向Yに狭ピッチで配置することができる。
In that respect, the
(2)隙間形成部材54及び封止材59によって圧電素子基板53と対向基板52との間に封止空間SCが形成され、その封止空間SCにおいて圧電素子51が変位するので、圧電素子51の変位に対する障害が抑制され、圧電素子51の変位に伴う劣化が抑制される。
(2) Since the sealing space SC is formed between the
(3)圧電素子基板53と対向基板52との間の隙間を形成する隙間形成部材54が、各駆動信号を対向基板52から圧電素子基板53へ伝達することを兼ねるので、対向基板52と圧電素子基板53との間を電気的に接続する部材の増加を抑制できる。
(3) Since the
(4)隙間形成部材54の第1金属部材54aが対向基板52の信号送信線52bと接合されている。このため、金属同士の接合によって隙間形成部材54が有する第1金属部材54aを対向基板52と容易に接合させることができる。
(4) The
(5)対向基板52の信号送信線52bと隙間形成部材54の第1金属部材54aとが同一の金属で形成されているので、信号送信線52bの形成時に、対向基板52と接合された第1金属部材54aを形成できる。
(5) Since the
(6)隙間形成部材54の第1金属部材54aが銅であり、第2金属部材54bが少なくとも錫を含む金属(半田)であるので、圧電素子基板53と対向基板52との間の隙間が、溶融する錫を含む金属(半田)で接合されると共に、その隙間が溶融しない銅によって形成される。このため、圧電素子基板53又は対向基板52に対して圧力をかけることなく、圧電素子基板53と対向基板52との間に圧電素子51の変位を妨げない適切な寸法の隙間を形成できる。
(6) Since the
(第2実施形態)
図7〜図9を用いて、第2実施形態の圧電デバイス50について説明する。本実施形態の圧電デバイス50は、第1実施形態の圧電デバイス50と比較して、第1電極56の位置と、第2電極57の位置及び形状とが異なる。これに伴い、本実施形態の圧電デバイス50は、対向基板52における第1駆動信号を伝達する隙間形成部材54の位置と、対向基板52における第2駆動信号を伝達する隙間形成部材54の位置及び形状とが異なる。
(Second Embodiment)
A
図7に示すように、紙面左側の第1電極56の群における各第1電極56の張出部56aは、圧電素子基板53における搬送方向Yに沿った中心線Lを跨ぐように圧電素子基板53の内側となる紙面右側に張り出している。また紙面右側の第1電極56の群における各第1電極56の張出部56aは、圧電素子基板53の中心線Lを跨ぐように圧電素子基板53の内側となる紙面左側に張り出している。
As shown in FIG. 7, the protruding
第2電極57は、紙面左側の第1電極56の群と電気的に接続する電極部57aと、紙面右側の第1電極56の群と電気的に接続する電極部57bと、第1電極56の全てを外側から取り囲む環状の外周電極部57cとを含む。電極部57a及び電極部57bにおける搬送方向Yの両端部では、電極部57a、電極部57b及び外周電極部57cが互いに連続している。紙面左側の第1電極56の群における各第1電極56の張出部56a及び紙面右側の第1電極56の群における各第1電極56の張出部56aは、電極部57aと電極部57bとの走査方向Xの間に配置されている。
The
図8に示すように、隙間形成部材54は、対向基板52から圧電素子基板53に向けて突出している。すなわち、第1駆動信号を伝達する複数の隙間形成部材54は、対向基板52の走査方向Xの中央に設けられ、第1実施形態の隙間形成部材54と同様に、所定の突出高さを有する略円柱状の第1金属部材54aと、半球状の第2金属部材54bとを含む。一方、第2駆動信号を伝達する隙間形成部材54は、外周電極部57cに沿った環状の第1金属部材54cと、第1金属部材54cの先端面の全周に亘って形成される第2金属部材54dとを含む。なお、第2駆動信号を伝達する隙間形成部材54の第1金属部材54cは、図7において二点鎖線により示している。また図7に示すように、第1駆動信号を伝達する複数の隙間形成部材54は、第1電極56の張出部56aと中心線Lとの交点を接続点(図7の黒丸印)として第1電極56に接続される。第2駆動信号を伝達する隙間形成部材54は、外周電極部57cと接続される。
As shown in FIG. 8, the
次に、隙間形成部材54の接続構造について説明する。
図8に示すように、第1駆動信号を伝達する複数の隙間形成部材54が第1電極56の張出部56aのそれぞれに接触し、第2駆動信号を伝達する隙間形成部材54が第2電極57の外周電極部57cに接触するように圧電素子基板53に対して対向基板52が対向して配置される。
Next, the connection structure of the
As shown in FIG. 8, the plurality of
次に、図9に示すように、隙間形成部材54が第1電極56の張出部56a及び第2電極57(外周電極部57c)に接触する状態で、第2金属部材54b,54dが溶融する第2温度T2以上かつ第1金属部材54a,54cが溶融する第1温度T1未満の温度によって圧電素子基板53及び対向基板52が加熱される。これにより、図9に示すように、第2金属部材54b,54dが溶融する一方、第1金属部材54a,54cが溶融しない。そして圧電素子基板53及び対向基板52の加熱が停止されることによって、第2金属部材54b,54dが冷えて固化する。これにより、圧電素子基板53と対向基板52とが接合される。このように、第2駆動信号を伝達する隙間形成部材54が第1電極56を外側から取り囲むことによって、この隙間形成部材54により囲まれた空間は封止空間SCとなる。
Next, as shown in FIG. 9, the
このとき、溶融した第2金属部材54b,54dは、圧力をかけることなく、対向基板52および駆動IC58などの自重によりつぶれて第1金属部材54aと第1電極56又は第1金属部材54cと第2電極57(外周電極57c)との間から外に押し出される。その結果、第1金属部材54aと第1電極56又は第1金属部材54cと第2電極57との間に残る第2金属部材54b又は第2金属部材54dの厚さは、第1金属部材54a、54cの突出高さに対して相対的に小さい寸法となる。このため、圧電素子基板53と対向基板52との間の隙間は、ほぼ第1金属部材54a、54cの突出高さである上下方向の寸法となる。換言すれば、第1金属部材54a、54cの上下方向の寸法を圧電素子51の変位を妨げない大きさに設定することにより、圧電素子基板53と対向基板52との間の隙間が圧電素子51の変位を妨げない適切な寸法となる。
At this time, the melted
本実施形態によれば、第1実施形態の効果に加え、以下の効果を得ることができる。
(7)隙間形成部材54が封止空間SCを形成するため、第1実施形態の封止材59を省略できる。このため、圧電素子基板53と対向基板52との間の封止空間SCを容易に形成できる。
According to this embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, the following effects can be obtained.
(7) Since the
(変形例)
なお、上記各実施形態は以下に示す変形例のように変更してもよい。また、上記各実施形態と各変形例とは、任意に組み合わせることができる。
(Modification)
In addition, you may change each said embodiment like the modification shown below. Moreover, each said embodiment and each modification can be combined arbitrarily.
・上記各実施形態において、隙間形成部材54(第1金属部材54a)は、必ずしも信号送信線52bの形成時に信号送信線52bと一体に形成されなくてもよい。例えば、隙間形成部材54として周知の銅ピラーを採用し、この銅ピラーを信号送信線52bの形成後に信号送信線52b上に形成してもよい。
In each of the above embodiments, the gap forming member 54 (
・上記第1実施形態において、封止材59を省略してもよい。
・上記第2実施形態において、第2駆動信号を伝達する隙間形成部材54の第2金属部材54dは、第1金属部材54cの周方向に間隔を置いて複数形成されてもよい。
In the first embodiment, the sealing
In the second embodiment, a plurality of the
・上記第1実施形態において、図10に示すように、隙間形成部材54は対向基板52側ではなく、圧電素子基板53側、すなわち、信号印加線である各第1電極56及び第2電極57のそれぞれに形成されてもよい。この場合は、隙間形成部材54の第1金属部材54aは、各第1電極56及び第2電極57に接合され、各第1電極56及び第2電極57上から対向基板52に向けて突出している。第1金属部材54aは、各第1電極56の材料及び第2電極57の材料と同一の金属で形成されることが好ましい。第2金属部材54bは、第1金属部材54aの先端(対向基板52側)に設けられている。そして図11に示すように、第2金属部材54bのそれぞれが対向基板52の信号送信線52bのそれぞれに接触した状態で圧電素子基板53に対して対向基板52が配置される。そして第2金属部材54bが溶融する第2温度T2以上、かつ第1金属部材54aが溶融する第1温度T1未満の温度で圧電素子基板53及び対向基板52が加熱されることによって、図11に示すように、第2金属部材54bが溶融する一方、第1金属部材54aが溶融しない。このため、上記第1実施形態と同様に、第1金属部材54aによって圧電素子基板53と対向基板52との間に圧電素子51の変位を妨げない適切な寸法の隙間を確保しつつ、圧電素子基板53及び対向基板52が隙間形成部材54を介して接合される。
In the first embodiment, as shown in FIG. 10, the
この構成によれば、隙間形成部材54の第1金属部材54aが第1電極56及び第2電極57と接合されるため、金属同士の接合によって隙間形成部材54が有する第1金属部材54aを圧電素子基板53と容易に接合させることができる。また、第1電極56及び第2電極57と第1金属部材54aとが同一の金属で形成されることによって、第1電極56及び第2電極57の形成時に、圧電素子基板53と接合された隙間形成部材54の第1金属部材54aを形成できる。なお、上記第2実施形態についても同様に、対向基板52に形成された隙間形成部材54に代えて、各第1電極56及び第2電極57のそれぞれに隙間形成部材54が形成されてもよい。
According to this configuration, since the
・図10及び図11に示す変形例において、隙間形成部材54(第1金属部材54a)は、必ずしも第1電極56及び第2電極57と一体に形成されなくてもよい。例えば、隙間形成部材54として周知の銅ピラーを採用し、この銅ピラーを第1電極56及び第2電極57の形成後に第1電極56及び第2電極57上に形成してもよい。
In the modification shown in FIGS. 10 and 11, the gap forming member 54 (
・上記各実施形態において、隙間形成部材54が圧電素子基板53と対向基板52とを電気的に接続しなくてもよい。すなわち隙間形成部材54とは別に圧電素子基板53の第1電極56及び第2電極57と対向基板52の信号送信線52bとを電気的に接続するバンプが形成されてもよい。
In each of the above embodiments, the
・上記各実施形態において、インクはインクカートリッジ22からではなく、例えばフレーム12の外側に備えられたインクタンク(図示略)から供給されてもよい。
・上記各実施形態の液体噴射装置11は、例えば、長尺の媒体の一例である用紙Pに印刷(記録)を行うラージフォーマットのプリンターであってもよい。この場合、液体噴射装置11は、用紙Pはロール状に巻かれた状態から巻き解かれて媒体支持台13上に搬送されるようにしてもよい。
In each of the above embodiments, the ink may be supplied from an ink tank (not shown) provided outside the
The
・上記各実施形態において、液体噴射装置11は、液体噴射ヘッド23がキャリッジ21に備えられず、用紙Pの幅全体と対応した長尺状の固定されたヘッドユニット24を備える、所謂フルラインタイプのプリンターであってもよい。この場合のヘッドユニット24に設けられた複数のノズルNは、走査方向Xにおいて用紙Pの幅全体に亘るように配列される。
In each of the above embodiments, the
・上記各実施形態において、印刷に用いられる液体は、インク以外の流体(液体や、機能材料の粒子が液体に分散又は混合されてなる液状体、ゲルのような流状体、流体として流して吐出できる固体を含むもの)であってもよい。例えば、液晶ディスプレイ、EL(エレクトロルミネッセンス)ディスプレイ及び面発光ディスプレイの製造などに用いられる電極材や色材(画素材料)などの材料を分散又は溶解のかたちで含む液状体を吐出して印刷(記録)を行う構成にしてもよい。 In each of the above embodiments, the liquid used for printing is a fluid other than ink (a liquid, a liquid obtained by dispersing or mixing particles of functional material, a fluid such as a gel, or a fluid. It may include a solid that can be discharged). For example, printing (recording) is performed by discharging a liquid material that contains dispersed or dissolved materials such as electrode materials and color materials (pixel materials) used in the manufacture of liquid crystal displays, EL (electroluminescence) displays, and surface-emitting displays. ).
・上記各実施形態において、液体噴射装置11は、ゲル(例えば物理ゲル)などの流状体を吐出する流状体吐出装置、トナーなどの粉体(粉粒体)を例とする固体を吐出する粉粒体吐出装置(例えばトナージェット式記録装置)であってもよい。なお、本明細書において「流体」とは、気体のみからなる流体を含まない概念であり、流体には、例えば液体(無機溶剤、有機溶剤、溶液、液状樹脂、液状金属(金属融液)などを含む)、液状体、流状体、粉粒体(粒体及び粉体を含む)などが含まれる。
In each of the above-described embodiments, the
・上記各実施形態において、液体噴射装置11は、インクなどの流体を吐出することで印刷(記録)を行うプリンターに限らない。圧電デバイス50を有していれば、例えばレーザープリンター、LEDプリンター、熱転写プリンター(昇華型プリンターを含む)などのノンインパクトプリンターでもよいし、ドットインパクトプリンターなどのインパクトプリンターでもよい。
In each of the above embodiments, the
・上記各実施形態において、媒体は用紙Pに限らず、プラスチックフィルムや薄い板材などでもよいし、捺染装置などに用いられる布帛であってもよい。 In each of the above embodiments, the medium is not limited to the paper P, and may be a plastic film or a thin plate material, or a fabric used in a textile printing apparatus or the like.
30…流路ユニット、31…ノズル板、32…流路基板、33…圧力室基板、34…振動板、50…圧電デバイス、51…圧電素子、52…対向基板、52b…信号送信線、53…圧電素子基板、54…隙間形成部材(信号伝達部材)、54a…第1金属部材、54b…第2金属部材、54c…第1金属部材、54d…第2金属部材、55…圧電体、56…信号印加線の一例である第1電極、56a…張出部、57…信号印加線の一例である第2電極、SC…封止空間、T1…第1温度、T2…第2温度、N…ノズル、Na,Nb…ノズル列。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記圧電素子基板と対向して配置され、前記駆動信号を前記圧電素子基板に伝送する対向基板と、
前記圧電素子基板と前記対向基板との間において前記圧電素子の前記駆動信号の印加に応じた変位が可能な隙間を形成する隙間形成部材と、を備え、
前記隙間形成部材は、
第1温度で溶融する第1金属部材と、前記第1温度よりも低い第2温度で溶融する第2金属部材とを含むことを特徴とする圧電デバイス。 A piezoelectric element substrate on which at least one piezoelectric element that is displaced in response to application of a drive signal is disposed;
A counter substrate disposed opposite to the piezoelectric element substrate and transmitting the drive signal to the piezoelectric element substrate;
A gap forming member that forms a gap between the piezoelectric element substrate and the counter substrate that can be displaced according to the application of the drive signal of the piezoelectric element, and
The gap forming member is
A piezoelectric device comprising: a first metal member that melts at a first temperature; and a second metal member that melts at a second temperature lower than the first temperature.
前記隙間形成部材は、前記第1金属部材が前記信号印加線と接合されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の圧電デバイス。 The piezoelectric element substrate is formed with a metal signal application line for transmitting and applying the drive signal to the piezoelectric element,
4. The piezoelectric device according to claim 1, wherein the gap forming member has the first metal member joined to the signal applying line. 5.
前記隙間形成部材は、前記第1金属部材が前記信号送信線と接合されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の圧電デバイス。 A metal signal transmission line through which the drive signal is transmitted is formed on the counter substrate,
4. The piezoelectric device according to claim 1, wherein the gap forming member has the first metal member joined to the signal transmission line. 5.
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