JP2018065269A - 液体吐出装置、及び、液体吐出装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 圧電アクチュエータ22は、圧力室26を覆う絶縁膜30と、絶縁膜30の圧力室26の中央部に配置され、圧力室短手方向の幅が圧力室26よりも小さい第1部分P1と、第1部分P1から圧力室長手方向の一方に圧力室26の縁を越えた位置まで延びる第2部分P2を有する圧電膜33と、第1部分P1と第2部分P2に跨って配置された下電極32と、第1部分P1と第2部分P2とに跨って配置され、圧電膜33を挟んで下電極32と対向する上電極34とを備えている。絶縁膜30の第2部分P2と重なる部分には、圧力室短手方向において第1部分P1と圧力室26の縁との間の圧電膜33に覆われていない部分よりも薄い、薄肉部30aが形成されている。
【選択図】図5
Description
図1に示すように、インクジェットプリンタ1は、プラテン2と、キャリッジ3と、インクジェットヘッド4と、搬送機構5と、制御装置6等を備えている。
次に、インクジェットヘッド4のヘッドユニット16の構成について詳細に説明する。尚、4つのヘッドユニット16はそれぞれ同じ構成を有するものであるため、以下では、4つのヘッドユニット16のうちの1つについて説明する。
ノズルプレート20は、例えば、シリコン等で形成されたプレートである。このノズルプレート20には、複数のノズル24が形成されている。図3に示すように、複数のノズル24は、搬送方向に沿って配列され、走査方向に並ぶ2つのノズル列27を構成している。また、1つのノズル列27におけるノズル24の配列ピッチをPとしたときに、2つのノズル列27の間で、ノズル24の位置が搬送方向にP/2だけずれている。
流路基板21は、シリコン単結晶の基板である。流路基板21には、複数のノズル24とそれぞれ連通する複数の圧力室26が形成されている。各圧力室26は、走査方向に長い、矩形の平面形状を有する。以下、走査方向を「(圧力室の)長手方向」、搬送方向を「(圧力室の)短手方向」と述べる場合もある。複数の圧力室26は、上述した複数のノズル24の配列に応じて配列され、走査方向に並ぶ2つの圧力室列28を構成している。流路基板21の下面はノズルプレート20で覆われており、上下方向から見て、各圧力室26の、走査方向においてヘッドユニット16の中心に近い位置にある端部がノズル24と重なっている。
圧電アクチュエータ22は、絶縁膜30、圧電素子31、個別配線41、共通配線42等を含む、複数種類の膜の積層体である。この圧電アクチュエータ22は、流路基板21に、複数の圧力室26を覆うように配置されている。図7は、圧電アクチュエータ22の1つの圧力室26と重なる部分とその周辺部分の概略的な平面図である。尚、図7では、圧力室26、下電極32、圧電膜33、絶縁膜30の薄肉部30aの配置関係がわかりやすくなるように、図4〜図6には示されている、圧電素子31の上電極34の図示は省略されている。
図5、図6に示すように、絶縁膜30は、流路基板21に形成された複数の圧力室26を覆っている。本実施形態の絶縁膜30は、シリコンの流路基板21の表面が酸化されることにより形成された二酸化シリコンの膜であり、流路基板21と一体化した膜である。尚、絶縁膜30はこのような構成には限られず、流路基板21の表面に別の材料で成膜されてもよい。絶縁膜30の厚みは、例えば、1.0〜1.5μmである。
絶縁膜30の上面の、複数の圧力室26と重なる位置には、複数の圧電素子31がそれぞれ配置されている。圧電素子31は、圧力室26内のインクに、ノズル24から吐出するための吐出エネルギーを付与する。
図5に示すように、個別配線41は、幅狭部32bの圧電体37から露出した部分に、導電部49を介して重ねられており、下電極32と電気的に接続されている。個別配線41は、上述した補助導体47と同じ材料、例えば金(Au)で形成されている。また、個別配線41は下電極32よりも厚く、例えば、1.0μmである。
共通配線42は、2つの圧力室列28の間の領域の、後端部と前端部にそれぞれ1本ずつ形成されている。共通配線42の走査方向における両端部は、2つの圧電体37の補助導体47とそれぞれ導通している。また、共通配線42の中央部は、後述するCOF50と接続される、グランド接点48となる。
図2〜図5に示すように、複数の駆動接点46と2つのグランド接点48が配置された、流路基板21の走査方向中央部には、COF50の一端部が接合されている。COF50の途中部には、ドライバIC51が実装されている。また、図示は省略するが、COF50の他端部は、プリンタ1の制御装置6(図1参照)に接続されている。COF50には、ドライバIC51に接続された複数の配線52と、グランド配線(図示省略)とが形成されている。COF50が流路基板21に接合されたときに、COF50の複数の配線52の端部が、複数の駆動接点46とそれぞれ電気的に接続される。また、COF50のグランド配線が、グランド接点48と電気的に接続される。
カバー部材23は、複数の圧電素子31を保護するものであり、絶縁膜30の上面に接着剤で接合される。図2、図5に示すように、カバー部材23は、走査方向における中央部に形成された開口部23aと、開口部23aの左右両側に設けられた2つのカバー部23bを有する。開口部23aにおいて、圧電アクチュエータ22の複数の駆動接点46と2つのグランド接点48がカバー部材23から露出し、COF50は、開口部23aを通過して、接点46,47の配置領域に接合される。左右2つのカバー部23bは、2つの圧電体37をそれぞれ覆う。尚、図2に示すように、流路基板21の左右両端部にそれぞれ形成されたマニホールド25の開口は、カバー部材23からそれぞれ露出し、図示しないインク供給部材と接続される。
(b)絶縁膜30のうちの、後で圧力室26が形成されたときにその長手方向一端部と重なる部分に、エッチングにより薄肉部30aを形成する。この薄肉部30aは、圧力室長手方向の一端部にのみ形成する。つまり、薄肉部30aは、圧力室26の短手方向端部と重なる部分よりも厚みが薄くなる。
(c)絶縁膜30の上に、スパッタリング等により、下電極32用の導電膜55を形成する。
(d)導電膜55をエッチングでパターニングし、幅広部32aと幅狭部32bを有する下電極32を形成する。
(e)下電極32が形成された絶縁膜30の上に、ゾルゲルやスパッタリング等により、圧電材料の膜56を成膜する。
(h)導電膜57をエッチングでパターニングし、上電極34、及び、導電部49を形成する。
(i)下電極32の幅狭部32bの上に、メッキで個別配線41を形成する。同じくメッキで、上電極34の上に補助導体47を形成する。以上により、圧電アクチュエータ22の製造が完了する。
(j)流路基板21に、圧電アクチュエータ22と反対側の面からエッチングを行い、圧力室26を形成する。
22 圧電アクチュエータ
24 ノズル
26 圧力室
30 絶縁膜
30a 薄肉部
31 圧電素子
32 下電極
32a 幅広部
32b 幅狭部
33 圧電膜
34 上電極
38 スリット
55 膜
62 下電極
72 下電極
74 上電極
74b 幅狭部
74a 幅広部
81 個別配線
84 上電極
N1 中立面
N2 中立面
P1 第1部分
P2 第2部分
Claims (13)
- 一方向に長い形状を有する圧力室と、
前記圧力室を覆う絶縁膜と、
前記絶縁膜の前記圧力室の長手方向の中央部に配置され、前記長手方向と直交する短手方向の幅が前記圧力室よりも小さい第1部分と、前記第1部分から前記長手方向の一方の前記圧力室の縁を越えた位置まで延びる第2部分を有する圧電膜と、
前記圧電膜の前記第1部分と前記第2部分に跨って配置された第1電極と、
前記圧電膜の前記第1部分と前記第2部分とに跨って配置され、前記圧電膜を挟んで前記第1電極と対向する第2電極とを備え、
前記絶縁膜の、前記第2部分と重なる部分には、前記短手方向において前記第1部分と前記圧力室の縁との間の前記圧電膜に覆われていない部分よりも薄い、薄肉部が形成されていることを特徴とする液体吐出装置。 - 前記第1電極の、前記第2部分に配置された第2電極部分の前記短手方向の幅は、前記第1部分に配置された第1電極部分の前記短手方向の幅よりも小さいことを特徴とする請求項1に記載の液体吐出装置。
- 前記薄肉部の前記長手方向の他方の端は、前記第1電極部分と前記第2電極部分の境界位置よりも、前記長手方向の前記一方に位置することを特徴とする請求項2に記載の液体吐出装置。
- 一方向に長い形状を有する圧力室と、
前記圧力室を覆う絶縁膜と、
前記絶縁膜の前記圧力室の長手方向の中央部に配置され、前記長手方向と直交する短手方向の幅が前記圧力室よりも小さい第1部分と、前記第1部分から前記長手方向の一方に前記圧力室の縁を越えた位置まで延びる第2部分を有する圧電膜と、
前記圧電膜の前記第1部分に配置された第1電極と、
前記圧電膜の前記第1部分と前記第2部分とに跨って配置され、前記第1部分を挟んで前記第1電極と対向する第2電極と、
前記第1電極に接続されて前記圧電膜の前記第2部分に配置され、前記第2部分を挟んで前記第2電極と対向する配線と備え、
前記絶縁膜の、前記第2部分と重なる部分には、前記短手方向において前記第1部分と前記圧力室の縁との間の前記圧電膜に覆われていない部分よりも薄い、薄肉部が形成されていることを特徴とする液体吐出装置。 - 前記薄肉部の前記長手方向の他方の端は、前記配線と前記第1電極の接続位置よりも、前記長手方向の前記一方に位置することを特徴とする請求項4に記載の液体吐出装置。
- 前記絶縁膜、前記圧電膜、前記第1電極、及び、前記第2電極を含むアクチュエータを備え、
前記アクチュエータの、前記圧電膜の前記第1部分を含む部分の中立面である第1中立面は、前記圧電膜の中立面よりも前記圧力室に近い位置にあり、
前記アクチュエータの、前記圧電膜の前記第2部分を含む部分の中立面である第2中立面は、前記第1中立面よりも前記圧電膜の中立面に近い位置にあることを特徴とする請求項1〜5の何れかに記載の液体吐出装置。 - 前記アクチュエータの前記第1中立面は、前記圧電膜の前記絶縁膜と向かい合う面よりも前記圧力室に近い位置にあることを特徴とする請求項6に記載の液体吐出装置。
- 前記薄肉部の前記長手方向の前記一方の端は、前記圧力室の縁を越えて前記圧力室と重ならない位置にあることを特徴とする請求項1〜7の何れかに記載の液体吐出装置。
- 圧力室と、
前記圧力室を覆う絶縁膜と、
前記絶縁膜の前記圧力室の第1方向の中央部に配置され、前記第1方向と直交する第2方向の幅が前記圧力室よりも小さい第1部分と、前記第1方向の一方において前記第1部分から前記圧力室の縁を越えた位置まで延びる第2部分を有する圧電膜と、
前記圧電膜の前記第1部分と前記第2部分とに跨って配置された第1電極と、
前記圧電膜の前記第1部分と前記第2部分とに跨って配置され、前記圧電膜を挟んで前記第1電極と対向する第2電極とを備え、
前記絶縁膜の、前記第2部分と重なる部分には、前記第2方向において前記第1部分と前記圧力室の縁との間の前記圧電膜に覆われていない部分よりも薄い、薄肉部が形成されていることを特徴とする液体吐出装置。 - 一方向に長い形状を有する圧力室を覆うように絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
前記絶縁膜の、前記圧力室の長手方向の一方の端部と重なる部分に、前記圧力室の短手方向端部と重なる部分よりも厚みが薄い、薄肉部を形成する薄肉部形成工程と、
前記絶縁膜の上に圧電材料の膜を成膜する成膜工程と、
前記圧電材料の膜をパターニングして、前記圧力室の中央部と重なり、且つ、前記第1方向と直交する第2方向の幅が前記圧力室よりも小さい第1部分と、前記第1方向の前記一方において前記第1部分から前記圧力室の縁を越えた位置まで延び、前記薄肉部と重なる第2部分を有する圧電膜を形成する、パターニング工程と、
を備えていることを特徴とする液体吐出装置の製造方法。 - 前記絶縁膜の前記薄肉部の厚みは、前記第2方向において前記第1部分と前記圧力室の縁との間の前記圧電膜に覆われていない部分よりも薄いことを特徴とする請求項10に記載の液体吐出装置の製造方法。
- 前記パターニング工程において、エッチングにより前記圧電材料の膜をパターニングすることを特徴とする請求項10又は11に記載の液体吐出装置の製造方法。
- 前記薄肉部形成工程において、前記絶縁膜にエッチングで前記薄肉部を形成することを特徴とする請求項10〜12の何れかに記載の液体吐出装置。
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