JP2018158478A - 液体噴射ヘッドチップ、液体噴射ヘッド、液体噴射装置および液体噴射ヘッドチップの製造方法 - Google Patents
液体噴射ヘッドチップ、液体噴射ヘッド、液体噴射装置および液体噴射ヘッドチップの製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
Description
インクジェットヘッドには、圧電体(PZT等)基材にチャネル溝の加工を行い、チャネル溝内部及び表面に、蒸着処理、スパッタ処理、めっき処理等により電極を形成させて駆動することでインクを吐出している。
インクジェットヘッドは、チャネル溝を駆動するアクチュエータプレートと、チャネル溝の上部の一部に蓋をしてインク流路を形成するカバープレートの2種類のプレートを組み合わせることにより構成されている。
ウエハの組合せの際に近接して対面している電極が短絡するのを防止するために、電極形成後に電極逃げ溝を形成する技術が提案されている(特許文献1、2)。
一方、特許文献2では、微細化したチャネル溝でも電極形成が可能なめっき法によって、電極形成後に逃げ溝を形成している。
しかし、電極形成面を粗すエッチング処理の過程で、チャネル溝端面、特に底面よりも上側のチャネル溝端面が脆弱化している。
このため、めっき法によって電極を形成し、その後に電極逃げ溝の切削加工を行うと、脆弱化した圧電体基材を含め、電極がより剥がれ易くなるおそれがある。
(2)請求項2に記載の発明では、請求項1に記載の液体噴射ヘッドチップの製造方法であって、アクチュエータプレートのアクチュエータプレート側第1主面に、複数のアクチュエータプレート側共通パッドと複数のアクチュエータプレート側個別配線用のマスクパターンを形成するマスクパターン形成工程と、前記アクチュエータプレート側第1主面側の、前記形成したマスクパターン部分に、前記噴射チャネルと前記非噴射チャネルのチャネル溝を切削加工により形成するチャネル溝形成工程と、前記アクチュエータプレート側第1主面側の、前記形成したマスクパターン部分に、前記電極逃げ溝を切削加工により形成する逃げ溝形成工程と、前記チャネル溝形成工程と逃げ溝形成工程により切削加工をしたアクチュエータプレートに、共通電極、個別電極、逃げ溝電極、アクチュエータプレート側共通パッド、及びアクチュエータプレート側個別配線を一体形成する電極形成工程と、前記各非噴射チャネルの内側において、対向する両側面に形成された前記個別電極を分離する個別電極分離工程と、前記電極逃げ溝において、前記一体形成された前記逃げ溝電極と前記共通電極とを電気的に分離する電極分離工程と、を含むことを特徴とする液体噴射ヘッドチップの製造方法を提供する。
(3)請求項3に記載の発明では、前記共通電極、前記個別電極、前記アクチュエータプレート側共通パッド、及び前記アクチュエータプレート側個別配線、及び前記逃げ溝電極は、めっき皮膜である、ことを特徴とする請求項2に記載の液体噴射ヘッドチップを提供する。
(4)請求項4に記載の発明では、前記噴射チャネルと前記非噴射チャネルは、前記第1方向に沿って延在する延在部と、前記延在部から前記第1方向の一方に連なり、かつ、前記第1方向の一方に向かうに従い溝深さが漸次浅い切り上がり部とを有する、ことを特徴とする請求項1、又は請求項3に記載の液体噴射ヘッドチップを提供する。
(5)請求項5に記載の発明では、前記噴射チャネルと前記非噴射チャネルは、互いに異なる形状を有することを特徴とする請求項1、又は請求項3に記載の液体噴射ヘッドチップを提供する。
(6)請求項6に記載の発明では、前記非噴射チャネルの前記第1方向の長さは、前記噴射チャネルの前記第1方向の長さよりも長く、前記電極逃げ溝は、前記非噴射チャネルの前記噴射チャネルよりも長い部分に形成されている、ことを特徴とする請求項1、請求項3又は請求項5に記載の液体噴射ヘッドチップを提供する。
(7)請求項7に記載の発明では、前記カバープレートのうち、前記アクチュエータプレート側第1主面と対向するカバープレート側第1主面には、前記第1方向の一端部において前記第2方向に分割されたカバープレート側個別配線が形成され、前記カバープレート側個別配線は、前記第3方向において前記アクチュエータプレート側個別配線と対向するカバープレート側個別パッドと、前記カバープレート側個別パッドから前記第1方向の一端に向けて延びる個別端子と、を備えることを特徴とする請求項1、請求項3から請求項6のうちのいずれか1の請求項に記載の液体噴射ヘッドチップを提供する。
(8)請求項8に記載の発明では、請求項1、請求項3から請求項6のうちのいずれか1の請求項に記載の液体噴射ヘッドチップを備えることを特徴とする液体噴射ヘッドを提供する。
(9)請求項9に記載の発明では、前記液体噴射ヘッドチップは、前記アクチュエータプレートのうち、前記第1方向及び前記第2方向に直交する第3方向におけるアクチュエータプレート側第1主面に積層されて前記噴射チャネル及び前記非噴射チャネルを閉塞するとともに、前記噴射チャネルに連通する液体供給路が形成されたカバープレートを備え、前記カバープレートのうち、前記アクチュエータプレート側第1主面と対向するカバープレート側第1主面と反対側のカバープレート側第2主面を、互いに前記第3方向に対向させて配置された一対の前記液体噴射ヘッドチップを備え、一対の前記液体噴射ヘッドチップの間には、流路プレートが配設され、前記流路プレートには、一対の前記カバープレートの前記液体供給路に連通する入口流路が形成されていることを特徴とする請求項8に記載の液体噴射ヘッドを提供する。
(10)請求項10に記載の発明では、前記複数の噴射チャネルは、一対の前記液体噴射ヘッドチップにおける前記アクチュエータプレートの前記第1方向の他端面でそれぞれ開口し、一対の前記アクチュエータプレートにおける前記第1方向の他端側には、前記噴射チャネルに各別に連通する噴射孔を有する噴射プレートが配設され、前記第1方向における前記一対のアクチュエータプレートと前記噴射プレートとの間には、前記噴射チャネルと前記噴射孔とを各別に連通する循環路を有する帰還プレートが配設され、前記流路プレートには、前記循環路に連通する出口流路が形成されていることを特徴とする請求項9に記載の液体噴射ヘッドを提供する。
(11)請求項11に記載の発明では、請求項8から請求項10のうちのいずれか1の請求項に記載の液体噴射ヘッドと、前記液体噴射ヘッドと被記録媒体とを相対的に移動させる移動機構と、を備えることを特徴とする液体噴射装置を提供する。
(12)請求項12に記載の発明では、前記電極形成工程は、めっき皮膜を形成することにより、前記共通電極、前記個別電極、前記逃げ溝電極、前記アクチュエータプレート側共通パッド、及び前記アクチュエータプレート側個別配線を一体形成するめっき工程による、ことを特徴とする請求項2に記載の液体噴射ヘッドチップの製造方法を提供する。
(13)請求項13に記載の発明では、前記チャネル溝形成工程は、前記第1方向に沿って延在する延在部と、前記延在部から前記第1方向の一方に連なり、かつ、前記第1方向の一方に向かうに従い溝深さが漸次浅い切り上がり部とを有するチャネル溝を形成することを特徴とする請求項2又は請求項12に記載の液体噴射ヘッドチップの製造方法を提供する。
(14)請求項14に記載の発明では、前記めっき工程は、前記めっき皮膜を形成する前に当該めっき皮膜を形成する面を粗す粗化工程を含むことを特徴とする請求項12又は、請求項13に記載の液体噴射ヘッドチップの製造方法を提供する。
(15)請求項15に記載の発明では、前記電極分離工程は、前記逃げ溝電極と前記共通電極の接続部を切削加工で除去することにより電気的に分離することを特徴とする請求項2、請求項12、請求項13、又は請求項14に記載の液体噴射ヘッドチップの製造方法を提供する。
(16)請求項16に記載の発明では、前記電極分離工程は、前記逃げ溝電極と前記共通電極の接続部をレーザ加工で除去することにより電気的に分離することを特徴とする請求項2、請求項12から請求項15のうちのいずれか1の請求項に記載の液体噴射ヘッドチップの製造方法を提供する。
これら本実施形態によるめっき処理以外の方法で電極を形成した場合においても、先に電極逃げ溝81を形成することで、その後に形成した電極の剥がれを防止することができる。
本実施形態のインクジェットヘッドでは、アクチュエータプレート51とカバープレート52(図8参照)を備えている。図1に示すように、アクチュエータプレート51の表面には、ダイシングブレード等の切削処理により、Z方向の吐出チャネル54と非吐出チャネル55用のチャネル溝が、X方向に交互に並んで形成される。吐出チャネル54は、延在部54aと切り上がり部54bを有しており、非吐出チャネル55も延在部55aと切り上がり部55bを有している。
本実施形態では、先にダイシングブレード等による切削加工で電極逃げ溝81を形成し、その後にめっき処理による電極形成を行う。
後にめっき処理を行うことで、電極逃げ溝81には逃げ溝電極93がAP側共通パッド62と一体に形成されることで短絡している。そこで、図1に示すように、逃げ溝電極93とAP側共通パッド62との短絡部を切削やレーザ照射により切断することで、電極分離部96が形成されている。
このように本実施形態では、めっき工程におけるエッチング処理でアクチュエータウエハ110の表面が脆弱化する前に電極逃げ溝81を形成するので、逃げ溝形成によって電極溝壁面が剥離することを防止できる。まためっき工程前なので電極が剥離するという問題も生じない。このため、剥離による歩留まり低下を回避することができ、コスト低減を図ることができる。
また、本変形例の製造方法では、逃げ溝電極93、個別電極65、及びAP側個別配線64を一体形成して接合をより強固にすることができる。
また、蒸着処理やスパッタ処理によって電極を形成する場合には、圧電体(PZT)の粒子の影部分に金属が付きづらく、電極形成に不安があるのに対し、本実施形態ではめっき処理によるため、このような問題はなく電極を形成することができる。
<プリンタ>
図2はプリンタ1の概略構成図である。
図2に示すように、本実施形態のプリンタ1は、一対の搬送手段2,3と、インクタンク4と、インクジェットヘッド5(液体噴射ヘッド)と、インク循環手段6と、走査手段7と、を備える。なお、以下の説明では、必要に応じてX,Y,Zの直交座標系を用いて説明する。X方向は、被記録媒体P(例えば、紙等)の搬送方向である。Y方向は、走査手段7の走査方向である。Z方向は、X方向及びY方向に直交する上下方向である。
吸引ポンプ25は、インク排出管22内を減圧し、インク排出管22内を通してインクジェットヘッド5からインクを吸引している。これにより、インクジェットヘッド5に対してインク排出管22側は負圧となっている。そして、インクは、加圧ポンプ24及び吸引ポンプ25の駆動により、インクジェットヘッド5とインクタンク4との間を、循環流路23を通して循環可能となっている。
図4に示すように、インクジェットヘッド5は、一対のヘッドチップ40A,40Bと、流路プレート41と、入口マニホールド42と、出口マニホールド(不図示)と、帰還プレート43と、ノズルプレート44(噴射プレート)と、を備える。インクジェットヘッド5は、吐出チャネル54におけるチャネル延在方向の先端部からインクを吐出する、いわゆるエッジシュートタイプのうち、インクタンク4との間でインクを循環させる循環式(エッジシュート循環式)のものである。
一対のヘッドチップ40A,40Bは、第1ヘッドチップ40Aおよび第2ヘッドチップ40Bである。以下、第1ヘッドチップ40Aを中心に説明する。第2ヘッドチップ40Bにおいて、第1ヘッドチップ40Aと同一の構成には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
第1ヘッドチップ40Aは、アクチュエータプレート51と、カバープレート52と、を備える。
アクチュエータプレート51の外形は、X方向に長手を有しかつZ方向に短手を有する矩形板状をなしている。実施形態において、アクチュエータプレート51は、分極方向が厚さ方向(Y方向)で異なる2枚の圧電基板を積層した、いわゆるシェブロンタイプの積層基板である(図7参照)。例えば、圧電基板は、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)等からなるセラミックス基板が好適に用いられる。
吐出チャネル54の上端部は、アクチュエータプレート51内で終端している。吐出チャネル54の下端部は、アクチュエータプレート51の下端面で開口している。
図5に示すように、吐出チャネル54は、下端部に位置する延在部54aと、延在部54aから上方に連なる切り上がり部54bと、を有している。
延在部54aは、Z方向の全体に亘って溝深さが一様とされている。切り上がり部54bは、上方に向かうに従い溝深さが漸次浅くなっている。
図6に示すように、非吐出チャネル55は、下端部に位置する延在部55aと、延在部55aから上方に連なる切り上がり部55bと、を有している。
延在部55aは、Z方向の全体に亘って溝深さが一様とされている。非吐出チャネル55における延在部55aのZ方向の長さは、吐出チャネル54における延在部54a(図5参照)のZ方向の長さよりも長い。切り上がり部55bは、上方に向かうに従い溝深さが漸次浅くなっている。非吐出チャネル55における切り上がり部55bの勾配は、吐出チャネル54における切り上がり部54b(図5参照)の勾配と実質的に同じである。すなわち、吐出チャネル54及び非吐出チャネル55において、延在部54a,55aのZ方向の長さの違いによる勾配開始位置は異なるが、勾配自体(斜度、曲率)は実質的に同じである。
詳細は後述するが、本実施形態のアクチュエータプレート51は、各チャネル用のチャネル溝(54、55)を形成したアクチュエータウエハ110に対し、先にダイシングブレードによる切削加工で電極逃げ溝81を形成し、その後にめっき処理により各種電極を形成する。このように、めっき工程におけるエッチング処理でアクチュエータウエハ110の表面が脆弱化する前に逃げ溝を形成するので、逃げ溝形成による電極溝壁面や電極の剥離が防止される。
図4に示すように、カバープレート52の外形は、X方向に長手を有しかつZ方向に短手を有する矩形板状をなしている。カバープレート52の長手方向の長さは、アクチュエータプレート51の長手方向の長さと実質的に同じである。一方、カバープレート52の短手方向の長さは、アクチュエータプレート51の短手方向の長さよりも長い。カバープレート52のうち、AP側Y方向内側面51f1と対向する第1主面(カバープレート側第1主面)は、AP側Y方向内側面51f1に接合されている。実施形態において、カバープレート側第1主面は、カバープレート52のY方向外側面52f1(以下「CP側Y方向外側面52f1」という。)である。ここで、Y方向外側は、インクジェットへッド5のY方向中心側とは反対側(Y方向において流路プレート41の側とは反対側)を意味する。実施形態において、カバープレート側第2主面は、カバープレート52のY方向内側面52f2(以下「CP側Y方向内側面52f2」という。)である。
貫通孔87は、X方向に長手を有するスリット状(長円形状)に形成されている。例えば、貫通孔87の長手方向の長さは、隣り合う2つのスリット72の配列ピッチと実質的に同じ長さとなっている。
なお、貫通孔87の長さ及び配置数は、適宜変更可能である。
また、本実施形態の貫通孔87は、図8に示すようにスリット状に形成されているが、円形の貫通孔とすることも可能であり、図4では円形の貫通孔85を形成した場合について表している。
図8、図4に示すように、貫通孔87(85)は、複数がX方向に間隔をあけて、実質的に等間隔の配列ピッチで配置されている。
各貫通孔87は、2つ毎のスリット72と対応して、X方向において実質的に同じ位置に配置されている。一方、各貫通孔85(図4)は、各スリット72とX方向において実質的に同じ位置に配置されている。
すなわち、各貫通孔87(85)と各スリット72とは、Z方向に並んで配置されている。
貫通孔87をスリット状に形成することで、円形の貫通孔85を形成する場合に比べて、貫通孔内電極86の形成領域を大きくし易いため、貫通孔内電極86と横断共通電極80との電気的接続の信頼性を高めることができる。加えて、貫通孔87を横断共通電極80の延在方向(X方向)にのみ延在させれば足りるため、ヘッドチップ40A,40BのZ方向の長さを短縮することができる。
そこで、図1に示すように、逃げ溝電極93とAP側共通パッド62との接続部95を切断することで、電極分離部96が形成されている。接続部95の切断はダイシングブレード等による切削や、レーザ照射による。
図9に示すように、CP側Y方向内側面52f2には、複数の共通引出配線67に接続される連結共通電極82が形成されている。図4に示すように、連結共通電極82は、CP側Y方向内側面52f2のうち隣り合う2つの共通引出配線67の間の部分をX方向に延在している。連結共通電極82は、CP側Y方向内側面52f2において複数の貫通孔87の配列方向(X方向)に沿って帯状に形成されている。連結共通電極82は、CP側Y方向内側面52f2上で複数の共通引出配線67の下端部に接続されている。一方、連結共通電極82は、CP側Y方向内側面52f2上で共通インク室71の上端から上方に離間している。
図4に示すように、各ヘッドチップ40A,40Bは、各CP側Y方向内側面52f2同士をY方向で対向させた状態で、Y方向に間隔をあけて配置されている。
流路プレート41は、第1ヘッドチップ40Aと第2ヘッドチップ40BとのY方向間に挟持されている。流路プレート41は、同一の部材により一体に形成されている。図4に示すように、流路プレート41の外形は、X方向に長手を有しかつZ方向に短手を有する矩形板状をなしている。Y方向から見て、流路プレート41の外形は、カバープレート52の外形と実質的に同じである。
出口流路75は、流路プレート41のX方向の他端面において図示しない出口マニホールドに接続されている。出口マニホールドは、インク排出管22(図2参照)に接続されている。
図4に示すように、入口マニホールド42は、各ヘッドチップ40A,40B及び流路プレート41のX方向の一端面にまとめて接合されている。入口マニホールド42には、各入口流路74に連通する供給路77が形成されている。供給路77は、入口マニホールド42のX方向内端面からX方向外側に向けて窪んでいる。供給路77は、各入口流路74にまとめて連通している。入口マニホールド42は、インク供給管21(図2参照)に接続されている。
帰還プレート43の外形は、X方向に長手を有しかつY方向に短手を有する矩形板状をなしている。帰還プレート43は、各ヘッドチップ40A,40B及び流路プレート41の下端面にまとめて接合されている。言い換えると、帰還プレート43は、第1ヘッドチップ40Aと第2ヘッドチップ40Bとにおける吐出チャネル54の開口端側に配設されている。帰還プレート43は、第1ヘッドチップ40Aと第2ヘッドチップ40Bとにおける吐出チャネル54の開口端と、ノズルプレート44の上端との間に介在するスペーサプレートである。帰還プレート43には、各ヘッドチップ40A,40Bの吐出チャネル54と出口流路75との間を接続する複数の循環路76が形成されている。複数の循環路76は、第1循環路76a及び第2循環路76bを含む。複数の循環路76は、帰還プレート43をZ方向に貫通している。
以下、第1循環路76aをインクの流れ方向と直交する面で切断したときの断面積を「循環路側流路断面積」という。すなわち、循環路側流路断面積は、第1循環路76を自身の延在方向と直交する面で切断したときの断面積を意味する。
実施形態において、循環路側流路断面積は、チャネル側流路断面積よりも小さい。これにより、循環路側流路断面積がチャネル側流路断面積よりも大きい場合と比較して、インク吐出時等に発生するチャネル内の圧力変動が流路を介して他のチャネル等に圧力波となって伝播される、いわゆるクロストークを抑制することができる。したがって、優れた吐出性能(印字安定性)を得ることができる。
図4に示すように、ノズルプレート44の外形は、X方向に長手を有しかつY方向に短手を有する矩形板状をなしている。ノズルプレート44の外形は、帰還プレート43の外形と実質的に同じである。ノズルプレート44は、帰還プレート43の下端面に接合されている。ノズルプレート44には、ノズルプレート44をZ方向に貫通する複数のノズル孔78(噴射孔)が配列されている。複数のノズル孔78は、第1ノズル孔78a及び第2ノズル孔78bを含む。複数のノズル孔78は、ノズルプレート44をZ方向に貫通している。
一方、各非吐出チャネル55は、ノズル孔78a,78bには連通しておらず、帰還プレート43により下方から覆われている。
次に、プリンタ1を利用して、被記録媒体Pに文字や図形等を記録する場合のプリンタ1の動作方法について説明する。
なお、初期状態として、図2に示す4つのインクタンク4にはそれぞれ異なる色のインクが十分に封入されているものとする。また、インクタンク4内のインクがインク循環手段6を介してインクジェットヘッド5内に充填された状態となっている。
そして、キャリッジ33の往復移動の間に、各インクジェットヘッド5より4色のインクを被記録媒体Pに適宜吐出させることで、被記録媒体Pに文字や画像等の記録を行うことができる。
本実施形態のようなエッジシュートタイプのうち、縦循環式のインクジェットヘッド5では、まず図3に示す加圧ポンプ24及び吸引ポンプ25を作動させることで、循環流路23内にインクを流通させる。この場合、インク供給管21を流通するインクは、図4に示す入口マニホールド42の供給路77を通り、流路プレート41の各入口流路74内に流入する。各入口流路74内に流入したインクは、各共通インク室71を通過した後、スリット72を通って各吐出チャネル54内に供給される。各吐出チャネル54内に流入したインクは、帰還プレート43の循環路76を通して出口流路75内で集合し、その後図示しない出口マニホールドを通して図3に示すインク排出管22に排出される。インク排出管22に排出されたインクは、インクタンク4に戻された後、再びインク供給管21に供給される。これにより、インクジェットヘッド5とインクタンク4との間でインクを循環させる。
これにより、駆動壁56が復元し、一旦増大した吐出チャネル54の容積が元の容積に戻る。この動作によって、吐出チャネル54の内部の圧力が増加し、インクが加圧される。その結果、インクをノズル孔78から吐出させることができる。この際、インクはノズル孔78を通過する際に、液滴状のインク滴となって吐出される。これにより、上述したように被記録媒体Pに文字や画像等を記録することができる。
次に、インクジェットヘッド5の製造方法について説明する。本実施形態のインクジェットヘッド5の製造方法は、図10(a)のフローチャートに示したように、ヘッドチップ作製工程(ステップ5)と、流路プレート作製工程(ステップ10)と、各種プレート接合工程(ステップ15)と、帰還プレート等接合工程(ステップ20)と、を含む。
なお、ヘッドチップ作製工程は、各ヘッドチップ40A,40Bともに同様の方法により行うことが可能である。したがって、以下の説明では第1ヘッドチップ40Aにおけるヘッドチップ作製工程について説明する。
実施形態のヘッドチップ作製工程は、アクチュエータプレート側の工程として、図10(b)に示したように、ウエハ準備工程(ステップ105)、マスクパターン形成工程(ステップ110)、チャネル形成工程(ステップ115)、逃げ溝形成工程(ステップ117)、電極形成工程(ステップ120)、及び切断工程(ステップ122)を含む。
その後、アクチュエータウエハ110の表面(一方の圧電ウエハ110a)を研削する。なお、本実施形態では、厚さの等しい圧電ウエハ110a,110bを貼り合わせた場合について説明したが、予め厚さの異なる圧電ウエハ110a,110bを貼り合わせても構わない。
電極逃げ溝81は、ダイシングブレード等により、アクチュエータウエハ110の表面に対して切削加工により形成する。具体的には、図15に示すように、アクチュエータウエハ110の表面上に、X方向に形成する。この場合、アクチュエータウエハ110の表面のうち、AP側共通パッド62とAP側個別配線64の形成領域を残して、マスクパターン111ごと切削する。
エッチング工程(ステップ210)では、フッ化アンモニウム溶液等でアクチュエータウエハ110をエッチングすることで、電極が形成されるめっき対象面に対する粗しを行う(粗化工程)。これにより、めっき工程にて形成するめっき皮膜と、アクチュエータウエハ110とのアンカー効果による密着力を向上させることができる。
脱鉛工程(ステップ215)では、アクチュエータウエハ110をPZTにより形成した場合、アクチュエータウエハ110の表面の鉛を除去する。これにより、アクチュエータウエハ110の表面における鉛の触媒抑制効果を抑える。
なお、触媒付与工程は、上述したセンシタイザー・アクチベーター法以外の方法で行ってもよい。例えば、触媒付与工程は、キャタリスト・アクセレーター法により行ってもよい。キャタリスト・アクセレーター法では、アクチュエータウエハ110を、錫とパラジウムとのコロイド溶液に浸漬する。続いて、アクチュエータウエハ110を酸性溶液(例えば塩酸溶液)に浸漬して活性化し、アクチュエータウエハ110の表面に金属パラジウムを析出させる。
めっき工程では、アクチュエータウエハ110全体をめっき液に浸漬するので、図18に示すように、電極逃げ溝81の逃げ溝電極93とAP側共通パッド62との接続部95も一体に形成され短絡状態(導通する状態)となっている。
図1に示すように、切削加工で電極分離部96を形成することにより、AP側共通パッド62側だけでなく、逃げ溝電極93側の電極も除去されると共に、段差部が形成されている。このため、アクチュエータプレート51とカバープレート52との接合時において、CP側共通パッド66が逃げ溝電極93と短絡することが回避される。
なお、切削は接続部95の電極膜(金属被膜114)を含めて切削するので、電極膜の膜厚さをTPとした場合、電極分離部96の切削深さは1.5TP程度の範囲で十分である。
このように電極分離部96の切削はごく表面の近辺であるため、加工に伴う衝撃が小さく、電極剥がれが生じることはほとんどない。
電極分離部96をレーザ加工で形成する場合、CP側共通パッド66と逃げ溝電極93との短絡を回避するため、少なくとも逃げ溝電極93の側壁で接続部95となっている上側(Y方向)の所定範囲に斜めからレーザを照射することで削除する。この場合の所定範囲は上記と同じように、上記1.5TP程度の範囲が好ましい。
CP側共通パッド66の接続部95となっている端部を含めて削除することも可能であり、この場合にはより確実に絶縁状態とすることができる。
なお、マスクパターン111上に析出した金属皮膜114は、マスクパターン111とともに除去される。
これにより、アクチュエータウエハ110には、マスクパターン111から露出していた部分、すなわち、吐出チャネル54の共通電極61とこれに連続するAP側共通パッド62が残ると共に、互いに連続する非吐出チャネル55の個別電極63と、逃げ溝電極93及びAP側個別配線64が残る。
また、マスク除去工程を更にめっき工程の前に行ってもよい。この場合、マスク除去工程、めっき工程、電極分離工程の順に行う。マスクパターン111を除去した後の領域には、アクチュエータウエハ110上に触媒113が存在しないため、金属皮膜114は、各電極部に対応した領域のみに析出する。
すなわち、非吐出チャネル55では、図20に示すように、2つの駆動壁56の対向する両壁面の金属被膜114が底面で一体に接続されて、個別電極63同士が短絡した状態になっている。このため非吐出チャネル55の底面の金属被膜を、Z方向の全長にわたって除去することで、両壁面の個別電極63を分離絶縁する。
具体的に、非吐出チャネル55の底面に向けてレーザ光Lを照射した状態で、レーザ光LをZ方向に走査する。すると、金属皮膜114(図17参照)のうち、レーザ光Lが照射された部分が選択的に除去される。これにより、金属皮膜114(図17参照)が非吐出チャネル55の底面で分離される。これにより、アクチュエータウエハ110のうち、チャネル54,55の内面に共通電極61及び個別電極63がそれぞれ形成される。また、アクチュエータウエハ110の表面には、対応する共通電極61及び個別電極63に接続されるAP側共通パッド62及びAP側個別配線64(図8参照)が形成される。
なお、レーザ光Lに代えてダイサーを用いてもよい。また、めっき皮膜除去工程において、金属皮膜114のうち非吐出チャネル55の底面に位置する部分を除去することに限らない。例えば、触媒除去工程において、触媒113のうち、非吐出チャネル55の底面に位置する部分を除去しても構わない。具体的に、触媒除去工程において、非吐出チャネル55の底面に向けてレーザ光Lを照射した状態で、レーザ光LをZ方向に走査し、触媒113のうち、レーザ光Lが照射された部分を選択的に除去してもよい。
続いて、図22に示すように、スリット形成工程では、カバーウエハ120に対して裏面側から図示しないマスクを通してサンドブラスト等を行い、共通インク室71内に各別に連通するスリット72を形成する。
続いて、図22に示すように、貫通孔形成工程では、カバーウエハ120に対して裏面側から図示しないマスクを通してサンドブラスト等を行い、表面側貫通凹部85a内に各別に連通する裏面側貫通凹部85bを形成する。このように、表面側貫通凹部85aと裏面側貫通凹部85bとを連通させることで、カバーウエハ120に対してスリット形状の貫通孔87を形成する。なお、裏面側貫通凹部85bの形成工程は、スリット形成工程と同じ工程で行ってもよい。
なお、共通インク室形成工程、スリット形成工程、貫通孔形成工程、および凹部形成工程の各工程は、サンドブラストに限らず、ダイシング、切削等により行っても構わない。
具体的に、電極・配線形成工程では、図24に示すように、まずカバープレート52の全面(表面、裏面および上端面、並びに凹部73の形成面および貫通孔87の形成面を含む。)に、各種電極および各種配線(貫通孔内電極86、CP側共通パッド66、共通引出配線67、連結共通電極82及びCP側個別配線69)の形成領域が開口する図示しないマスクを配置する。その後、カバープレート52の全面に対して無電解めっき等により電極材料を成膜する。これにより、マスクの開口を通してカバープレート52の全面に各種電極および各種配線となる電極材料が成膜される。なお、マスクとしては、例えば感光性ドライフィルム等を用いることができる。また、電極・配線形成工程は、めっきに限らず、蒸着等により行っても構わない。また、貫通孔内電極86の形成工程では、導電ペースト等を貫通孔87内に充填することにより貫通孔内電極86を形成してもよい。
電極・配線形成工程程の終了後には、カバープレート52の全面からマスクを除去する。
実施形態の流路プレート作製工程は、流路形成工程および個片化工程を含む。
図25に示すように、流路形成工程(表面側流路形成工程)では、まず流路ウエハ130に対して表面側から図示しないマスクを通してサンドブラスト等を行い、入口流路74及び出口流路75を形成する。
次に、図26に示すように、各種プレート接合工程では、各ヘッドチップ40A,40Bにおけるカバープレート52と流路プレート41とを接合する。具体的に、流路プレート41のY方向外側面(各主面41f1,41f2)を、各ヘッドチップ40A,40BにおけるCP側Y方向内側面52f2に貼り付ける。
これにより、プレート接合体5Aを作製する。
なお、すべてのプレートをウエハ状態で貼り合わせてからのチップ分割(個片化)を行ってもよい。
次いで、プレート接合体5Aに対して帰還プレート43およびノズルプレート44を接合する。その後、CP側尾部52eに対してフレキシブル基板45(図5参照)を実装する。
以上により、本実施形態のインクジェットヘッド5が完成する。
また、本実施形態の製造方法では、逃げ溝電極93、個別電極65、及びAP側個別配線64を一体形成して接合をより強固にすることができる。そのため、ヘッドチップ40A、40Bの駆動の信頼性を高めることができる。
(構成1)第1方向に沿って延在する延在部と、前記延在部から前記第1方向の一方に連なり、かつ、前記第1方向の一方に向かうに従い溝深さが漸次浅い切り上がり部と、を有する複数のチャネルが、前記第1方向に直交する第2方向に間隔をあけて並設されたアクチュエータプレートと、前記チャネルの内面にめっき皮膜により形成されたチャネル内電極と、を備えることを特徴とする液体噴射ヘッドチップ。
すなわち、本実施形態に係るヘッドチップ40A,40Bは、Z方向に沿って延在する延在部54a,55aと、延在部54a,55aからZ方向の一方に連なり、かつ、Z方向の一方に向かうに従い溝深さが漸次浅い切り上がり部54b,55bと、を有する複数のチャネル54,55が、X方向に間隔をあけて並設されたアクチュエータプレート51と、チャネル54,55の内面にめっき皮膜により形成されたチャネル内電極61,63と、を備える。
本発明者は、鋭意研究の結果、めっき皮膜の不析出箇所が生じたり、めっきダマが生じたりする頻度と、チャネルの形状との間には高い相関があり、複数のチャネルの形状を、それぞれ共通部分を有する形状とすれば、めっき皮膜の不析出箇所が生じたり、めっきダマが生じたりすることを抑制することができることを見出し、本発明に至った。
本実施形態によれば、複数のチャネル54,55のそれぞれが、Z方向に沿って延在する延在部54a,55aと、延在部54a,55aからZ方向の一方に連なり、かつ、Z方向の一方に向かうに従い溝深さが漸次浅い切り上がり部54b,55bと、を有することで、複数のチャネル54,55の形状がそれぞれ共通部分を有する形状とされている。そして、チャネル内電極61,63が、それぞれ共通部分を有する形状とされた複数のチャネル54,55の内面にめっき皮膜により形成されている。したがって、めっき電極において、めっき皮膜の不析出箇所が生じたり、めっきダマが生じたりすることを抑制することができる。
ところで、めっき皮膜の不析出箇所およびめっきダマの発生を抑制する観点からは、複数のチャネルのそれぞれを突っ切り形状のチャネルとすることが考えられる。しかし、複数のチャネルのそれぞれを突っ切り形状のチャネルとした場合、めっき電極を形成する工程において、アクチュエータプレートに割れ又は欠けが生じる可能性がある。
これに対し、本実施形態によれば、複数のチャネル54,55のそれぞれが切り上がり部54b,55bを有するため、複数のチャネルのそれぞれを突っ切り形状のチャネルとした場合と比較して、構造的に強固となる。したがって、めっき電極を形成する工程において、アクチュエータウエハ110に割れ又は欠けが生じることを抑制することができる。
すなわち、本実施形態では、複数のチャネル54,55は、互いに異なる形状を有している。
これに対し、本実施形態によれば、複数のチャネル54,55の形状を互いに異ならせた場合でも、複数のチャネル54,55のそれぞれが切り上がり部54b,55bを有するため、めっき電極において、めっき皮膜の不析出箇所が生じたり、めっきダマが生じたりすることを抑制することができる。加えて、アクチュエータプレート51に割れ又は欠けが生じることを抑制することができる。
すなわち、本実施形態では、複数のチャネル54,55は、X方向に間隔をあけて交互に並設された吐出チャネル54及び非吐出チャネル55であり、チャネル内電極61,63は、吐出チャネル54の内面に形成された共通電極61、及び非吐出チャネル55の内面に形成された個別電極63であり、非吐出チャネル55のZ方向の長さは、吐出チャネル54のZ方向の長さよりも長い。
すなわち、本実施形態では、AP側Y方向内側面51f1に積層されて吐出チャネル54及び非吐出チャネル55を閉塞するとともに、吐出チャネル54に連通する液体供給路70と、自身をY方向に貫通し液体供給路70以外の箇所に配置された貫通孔87と、が形成されたカバープレート52と、カバープレート52において貫通孔87を介して共通電極61とフレキシブル基板45とを接続する接続配線60と、を更に備えている。
すなわち、接続配線60は、アクチュエータプレート51とカバープレート52との積層状態において、CP側尾部52eに形成されている。
すなわち、本実施形態では、接続配線60は、貫通孔87の内面に形成された貫通孔内電極86と、CP側尾部52eにおいて貫通孔内電極86とフレキシブル基板45とを接続する共通引出配線67と、を備える。
すなわち、本実施形態では、共通引出配線67は、CP側尾部52eのY方向外側面においてX方向に少なくとも3以上の複数箇所に分割して形成されるとともに、フレキシブル基板45に接続される共通端子68を備える。
すなわち、本実施形態では、AP側尾部51eのY方向内側面には、共通電極61から延出するとともに、X方向に間隔をあけて配置された複数のAP側共通パッド62が形成され、CP側Y方向外側面52f1における貫通孔87の周囲には、貫通孔内電極86から延出するとともに、X方向に間隔をあけて複数配置され、かつそれぞれがY方向においてAP側共通パッド62と対向するCP側共通パッド66が形成されている。
すなわち、本実施形態では、AP側尾部51eのY方向内側面には、X方向に延在するとともに、吐出チャネル54を間に挟んで対向する個別電極63同士を接続するAP側個別配線64が形成され、CP側Y方向外側面52f1には、Z方向の一端部においてX方向に分割されたCP側個別配線69が形成され、CP側個別配線69は、Y方向においてAP側個別配線64と対向するCP側個別パッド69aと、CP側個別パッド69aから上端に向けて延びる個別端子69bと、を備える。
すなわち、本実施形態では、CP側尾部52eの上端には、カバープレート52の内側に窪むとともに、X方向に間隔をあけて配置された複数の凹部73が形成され、共通引出配線67は、凹部73を介して貫通孔内電極86とフレキシブル基板45とを接続している。
すなわち、本実施形態に係るインクジェットヘッド5は、上記のヘッドチップ40A,40Bを備える。
すなわち、本実施形態では、CP側Y方向内側面52f2を互いにY方向に対向させて配置された一対のヘッドチップ40A,40Bを備え、一対のヘッドチップ40A,40Bの間には、流路プレート41が配設され、流路プレート41には、一対のカバープレート52の液体供給路70に連通する入口流路74が形成されている。
すなわち、本実施形態では、複数の吐出チャネル54は、一対のヘッドチップ40A,40Bにおけるアクチュエータプレート51の下端面でそれぞれ開口し、一対のアクチュエータプレート51における下端側には、吐出チャネル54に各別に連通するノズル孔78を有するノズルプレート44が配設され、Z方向における一対のアクチュエータプレート51とノズルプレート44との間には、吐出チャネル54とノズル孔78とを各別に連通する循環路76を有する帰還プレート43が配設され、流路プレート41には、循環路76に連通する出口流路75が形成されている。
すなわち、本実施形態に係るプリンタ1は、上記のインクジェットヘッド5と、インクジェットヘッド5と被記録媒体Pとを相対的に移動させる移動機構2,3,7と、を備える。
すなわち、本実施形態に係るヘッドチップ40A,40Bの製造方法は、Z方向に沿って延在する延在部54a,55aと、延在部54a,55aからZ方向の一方に連なり、かつ、Z方向の一方に向かうに従い溝深さが漸次浅い切り上がり部54b,55bと、を有する複数のチャネル54,55を、X方向に間隔をあけて並設するようアクチュエータウエハ110に形成するチャネル形成工程と、チャネル形成工程の後、チャネル54,55の内面にチャネル内電極61,63としてめっき皮膜を形成する電極形成工程と、を含む。
例えば、図27に示すように、実施形態の凹部73(図5参照)に代えて、カバープレート52の上端部には、Y方向に貫通するとともに、X方向に間隔をあけて配置された複数の貫通孔90が形成されていてもよい。
2…搬送手段(移動機構)
3…搬送手段(移動機構)
5,5K,5C,5M,5Y…インクジェットヘッド(液体噴射ヘッド)
7…走査手段(移動機構)
41…流路プレート
43…帰還プレート
44…ノズルプレート(噴射プレート)
45…フレキシブル基板(外部配線)
51…アクチュエータプレート
51f1…AP側Y方向内側面(アクチュエータプレート側第1主面)
51e…AP側尾部(アクチュエータプレートのうち、噴射チャネルに対して第1方向の一方側に位置する部分)
52…カバープレート
52f1…CP側Y方向外側面(カバープレート側第1主面)
52f2…CP側Y方向内側面(カバープレート側第2主面)
52e…CP側尾部(カバープレートのうち、アクチュエータプレートの第1方向の一端面よりも外方に延出する尾部)
54…吐出チャネル(噴射チャネル)
54a…延在部
54b…切り上がり部
55…非吐出チャネル(非噴射チャネル)
55a…延在部
55b…切り上がり部
56…駆動壁
60…接続配線
61…共通電極(チャネル内電極)
62…AP側共通パッド(アクチュエータプレート側共通パッド)
63…個別電極(チャネル内電極)
64…AP側個別配線(アクチュエータプレート側個別配線)
65…個別電極
66…CP側共通パッド(カバープレート側共通パッド)
67…共通引出電極(引出電極)
68…共通端子
69…CP側個別配線(カバープレート側個別配線)
69a…CP側個別パッド(カバープレート側個別パッド)
69b…個別端子
70…液体供給路
74…入口流路
75…出口流路
76…循環路
78…ノズル孔(噴射孔)
80…横断共通電極
81…電極逃げ溝
85…貫通孔
86…貫通孔内電極
87…貫通孔
93…逃げ溝電極
95…接続部
96…電極分離部
110…アクチュエータウエハ
111…マスクパターン
112…マウンティングテープ
113…触媒
114…金属皮膜
P…被記録媒体
Claims (16)
- 互いに直行する第1方向、第2方向、第3方向のうち、前記第3方向を向いたアクチュエータプレート側第1主面側に各部が形成されたアクチュエータプレートと、前記アクチュエータプレート側第1主面側で前記アクチュエータプレートに接合されたカバープレートを有する液体噴射チップであって、
前記アクチュエータプレートの前記各部は、
前記第1方向に沿って形成され、前記第2方向に間隔をあけて交互に並設された複数の噴射チャネル及び非噴射チャネルと、
前記噴射チャネルの内周面に形成された共通電極と、
前記非噴射チャネルの内側の両側面に形成された個別電極と、
前記アクチュエータプレート側第1主面に形成され、前記噴射チャネルに対して前記第1方向の一方側に位置する部分には、前記共通電極から延出するとともに、前記第2方向に間隔をあけて配置された複数のアクチュエータプレート側共通パッドと、
前記アクチュエータプレート側第1主面に形成され、前記噴射チャネルを間に挟んで対向する前記個別電極同士を接続するアクチュエータプレート側個別配線と、
前記アクチュエータプレートの前記第1方向の一方側に、前記アクチュエータプレート側共通パッドとアクチュエータプレート側個別配線との間に形成された、前記第2方向の電極逃げ溝と、
前記電極逃げ溝内面に形成された逃げ溝電極と、
を備え、
前記逃げ溝電極は、前記アクチュエータプレート側個別配線と接続され、前記アクチュエータプレート側共通パッドとは電気的に分離されている、
ことを特徴とする液体噴射ヘッドチップ。 - 請求項1に記載の液体噴射ヘッドチップの製造方法であって、
アクチュエータプレートのアクチュエータプレート側第1主面に、複数のアクチュエータプレート側共通パッドと複数のアクチュエータプレート側個別配線用のマスクパターンを形成するマスクパターン形成工程と、
前記アクチュエータプレート側第1主面側の、前記形成したマスクパターン部分に、前記噴射チャネルと前記非噴射チャネルのチャネル溝を切削加工により形成するチャネル溝形成工程と、
前記アクチュエータプレート側第1主面側の、前記形成したマスクパターン部分に、前記電極逃げ溝を切削加工により形成する逃げ溝形成工程と、
前記チャネル溝形成工程と逃げ溝形成工程により切削加工をしたアクチュエータプレートに、共通電極、個別電極、逃げ溝電極、アクチュエータプレート側共通パッド、及びアクチュエータプレート側個別配線を一体形成する電極形成工程と、
前記各非噴射チャネルの内側において、対向する両側面に形成された前記個別電極を分離する個別電極分離工程と、
前記電極逃げ溝において、前記一体形成された前記逃げ溝電極と前記共通電極とを電気的に分離する電極分離工程と、
を含むことを特徴とする液体噴射ヘッドチップの製造方法。 - 前記共通電極、前記個別電極、前記アクチュエータプレート側共通パッド、及び前記アクチュエータプレート側個別配線、及び前記逃げ溝電極は、めっき皮膜である、
ことを特徴とする請求項2に記載の液体噴射ヘッドチップ。 - 前記噴射チャネルと前記非噴射チャネルは、前記第1方向に沿って延在する延在部と、前記延在部から前記第1方向の一方に連なり、かつ、前記第1方向の一方に向かうに従い溝深さが漸次浅い切り上がり部とを有する、
ことを特徴とする請求項1、又は請求項3に記載の液体噴射ヘッドチップ。 - 前記噴射チャネルと前記非噴射チャネルは、互いに異なる形状を有することを特徴とする請求項1、又は請求項3に記載の液体噴射ヘッドチップ。
- 前記非噴射チャネルの前記第1方向の長さは、前記噴射チャネルの前記第1方向の長さよりも長く、
前記電極逃げ溝は、前記非噴射チャネルの前記噴射チャネルよりも長い部分に形成されている、ことを特徴とする請求項1、請求項3又は請求項5に記載の液体噴射ヘッドチップ。 - 前記カバープレートのうち、前記アクチュエータプレート側第1主面と対向するカバープレート側第1主面には、前記第1方向の一端部において前記第2方向に分割されたカバープレート側個別配線が形成され、
前記カバープレート側個別配線は、
前記第3方向において前記アクチュエータプレート側個別配線と対向するカバープレート側個別パッドと、
前記カバープレート側個別パッドから前記第1方向の一端に向けて延びる個別端子と、を備えることを特徴とする請求項1、請求項3から請求項6のうちのいずれか1の請求項に記載の液体噴射ヘッドチップ。 - 請求項1、請求項3から請求項6のうちのいずれか1の請求項に記載の液体噴射ヘッドチップを備えることを特徴とする液体噴射ヘッド。
- 前記液体噴射ヘッドチップは、前記アクチュエータプレートのうち、前記第1方向及び前記第2方向に直交する第3方向におけるアクチュエータプレート側第1主面に積層されて前記噴射チャネル及び前記非噴射チャネルを閉塞するとともに、前記噴射チャネルに連通する液体供給路が形成されたカバープレートを備え、
前記カバープレートのうち、前記アクチュエータプレート側第1主面と対向するカバープレート側第1主面と反対側のカバープレート側第2主面を、互いに前記第3方向に対向させて配置された一対の前記液体噴射ヘッドチップを備え、
一対の前記液体噴射ヘッドチップの間には、流路プレートが配設され、
前記流路プレートには、一対の前記カバープレートの前記液体供給路に連通する入口流路が形成されていることを特徴とする請求項8に記載の液体噴射ヘッド。 - 前記複数の噴射チャネルは、一対の前記液体噴射ヘッドチップにおける前記アクチュエータプレートの前記第1方向の他端面でそれぞれ開口し、
一対の前記アクチュエータプレートにおける前記第1方向の他端側には、前記噴射チャネルに各別に連通する噴射孔を有する噴射プレートが配設され、
前記第1方向における前記一対のアクチュエータプレートと前記噴射プレートとの間には、前記噴射チャネルと前記噴射孔とを各別に連通する循環路を有する帰還プレートが配設され、
前記流路プレートには、前記循環路に連通する出口流路が形成されていることを特徴とする請求項9に記載の液体噴射ヘッド。 - 請求項8から請求項10のうちのいずれか1の請求項に記載の液体噴射ヘッドと、
前記液体噴射ヘッドと被記録媒体とを相対的に移動させる移動機構と、を備えることを特徴とする液体噴射装置。 - 前記電極形成工程は、めっき皮膜を形成することにより、前記共通電極、前記個別電極、前記逃げ溝電極、前記アクチュエータプレート側共通パッド、及び前記アクチュエータプレート側個別配線を一体形成するめっき工程による、
ことを特徴とする請求項2に記載の液体噴射ヘッドチップの製造方法。 - 前記チャネル溝形成工程は、前記第1方向に沿って延在する延在部と、前記延在部から前記第1方向の一方に連なり、かつ、前記第1方向の一方に向かうに従い溝深さが漸次浅い切り上がり部とを有するチャネル溝を形成する
ことを特徴とする請求項2又は請求項12に記載の液体噴射ヘッドチップの製造方法。 - 前記めっき工程は、前記めっき皮膜を形成する前に当該めっき皮膜を形成する面を粗す粗化工程を含むことを特徴とする請求項12又は、請求項13に記載の液体噴射ヘッドチップの製造方法。
- 前記電極分離工程は、前記逃げ溝電極と前記共通電極の接続部を切削加工で除去することにより電気的に分離することを特徴とする請求項2、請求項12、請求項13、又は請求項14に記載の液体噴射ヘッドチップの製造方法。
- 前記電極分離工程は、前記逃げ溝電極と前記共通電極の接続部をレーザ加工で除去することにより電気的に分離することを特徴とする請求項2、請求項12から請求項15のうちのいずれか1の請求項に記載の液体噴射ヘッドチップの製造方法。
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