JP3850298B2 - Ink jet head and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットプリンタのインクジェットヘッドおよびその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、インクジェットヘッドのインク室内に形成されたインク室内電極と駆動用ICを含む外部回路との電気的接続は、インク室内電極と接続された外部接続用電極がインク室外に延出され、その延出された外部接続用電極と外部回路の接続用電極とを接続することにより行なわれている。
【0003】
具体的に言うと、従来のインクジェットヘッドは、図10に示すように、アクチュエータ120のインク室内電極121からアクチュエータ120の平坦部200に延出された外部接続用電極122が、駆動用IC(Integration Circuit)130に導通されたボンディングワイヤ150、TAB(Tape Automated Bounding)リード160、または、フレキシブル基板170に接続されることにより電気的な接続を行なっている。
【0004】
前述のインクジェットヘッドのインク室内に形成されたインク室内電極121と駆動用IC130を含む外部回路との電気的接続手法には、次のような具体な手法がある。
【0005】
図10(a)に示すように、外部接続用電極122としてボンディングワイヤ150を用いて、インク室内電極121と駆動用IC130とを電気的に接続する場合においては、まず、インク室内電極121が延長された外部接続用電極122をアクチュエータ120の平坦部200まで延出させる。
【0006】
次に、Alウェッジワイヤボンディング技術やAuワイヤボンディング技術が用いられる。たとえば、インク室内電極121上の平坦な主表面に垂直な方向に、ボンディングキャピラリを用いて、ボンディングワイヤ150を押圧しながら加熱超音波印加が実行される。それにより、ボンディングワイヤ150が外部接続用電極122の主表面に対して金属固相拡散接合される。
【0007】
また、図10(b)に示すように、TABリード160を用いて、アウタリードボンディングにより、インク室内電極121と駆動用IC130とを電気的に接続する場合にも、まず、インク室内電極121が延長された外部接続用電極122がアクチュエータ120上の平坦部200まで延出される。次に、アクチュエータ120の平坦部200上に延出されたインク室内電極121の平坦な主表面に対して平行にTABデバイスのアウタリード(TABリード160)を位置合わせする。
【0008】
さらに、インク室内電極121の平坦な主表面に垂直な方向から、加熱加圧機構を有するリード押圧具を用いて、アウタリード表面に予めめっき供給されているはんだを溶融させてはんだ接合が行なわれる。また、はんだ接合の代わりにACF(異方性導電性フィルム)やACP(異方性導電ぺースト)を用いて電気的な接続を行なうことも可能である。
【0009】
また、図10(c)に示すように、フレキシブル基板170を用いて、インク室内電極121と駆動用IC130とを電気的に接続する場合においても、上記TABリード160を用いた接合と同様に、はんだ接合がACF、ACPによる接合が行なわれる。
【0010】
次に、前述したようなインク室内電極121をアクチュエータ120上の平坦部200に延出させる方法について図11を用いて説明する。まず、厚さ方向に分極させた圧電素子の一表面にドライフィルムレジストを積層(ラミネート)して硬化させる。
【0011】
次に、ダイサーのダイシングブレードを用いて、圧電素子が厚さ方向に半分程度切削されてハーフサイズにされることにより、インク室125が形成される。これにより、ダイシングブレードが上昇されると、インク室125の後端部のR部分(曲面部)が形成されていることが分かる。
【0012】
その後、圧電素子上面の平坦部200はドライフィルムレジスト膜のみがカットされる。このようにして、インク室アレイを形成した後に、インク室125が延びる方向に対して垂直方向であって、インク室125の底面に対して斜め方向からAlやCuなどの電極材料である金属が斜め蒸着される。
【0013】
この作業をインク室125が延びる方向を縦方向としたときの左右2方向から行なうことで、インク室隔壁129の互いに向かい合う側面に金属電極がそれぞれ形成される。このドライフィルムレジスト膜および各々のインク室隔壁129のシャドーイング効果により形成された金属膜は、インク室125の厚さ方向の約1/2の深さまで形成され、インク室内電極121となる。
【0014】
また、インク室125の後端部のR部分および圧電性基板の主表面側の平坦部200のドライフィルムレジスト膜の開口部分にも同様のシャドーイングで金属膜形成が行なわれる。このとき、左右2方向から圧電素子上面の平坦部200に金属膜の斜め蒸着を行なったときに、左右2方向から行なわれた斜め蒸着により形成される2層の金属膜が重なり合うようにドライフィルムレジスト膜の膜厚および開口幅が設定されている。
【0015】
そのため、圧電性基板の突出面としての平坦部200においては、開口部分全面に金属膜が形成される。その結果、R部分でのインク室125内で互いに向かい合う金属膜同士の電気的な接続が確保される。その後、インク供給孔140を有するカバーを接着して、アクチュエータ120は完成する。
【0016】
このように形成されたアクチュエータ120は、インク室125を形成するインク室隔壁129に互いに向かい合うように形成されたインク室内電極121それぞれに互いに逆位相の電圧が印加されることでシェアモード駆動が行なわれる。つまり、インク室隔壁129のインク室内電極121が形成された領域とインク室内電極121が形成されていない領域との境目でインク室隔壁が「く」の字状または山型に変形しているため、インク室125内の体積が変化する状態となっている。そのため、インク室125内の体積変化に伴うインク室125内のインク圧力の変化に起因して、図10に示すインク室125先端部に配置された微小なノズル30からインク液滴が吐出される。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような図10および図11に示す従来のインクジェットヘッドの構造では、インク吐出に寄与するアクティブエリアは、インク供給孔140よりインク室125の先端側のみに設けられている。また、インク供給孔140を含むインク室125の後端側はインクを供給するための領域である。さらに、R部分および平坦部上に形成されたインク室内電極121部分は、インク室内で向かい合う2つの電極を接続して1つの電極として、平坦部200で駆動用IC130に導通した電極との電気的接続を行なうための部分である。
【0018】
このようなインクジェットヘッドの構成では、本来インク吐出に寄与するアクティブエリア以外の部分(R部分+平坦部分)が非常に大きく、材料コストが高くて安価なインクジェットヘッドを製造できないという問題がある。
【0019】
また、高い誘電率を有するPZTなどの圧電性基板の表面に沿って、インク室125内から平坦部200まで外部接続用電極122を延出する必要がある。そのため、外部接続用電極の距離が長くなり、圧電素子をキャパシタ絶縁膜と考えると、静電容量が大きくなる。その結果、アクチュエータ120の駆動に際して、アクチュエータに印加される駆動電圧の波形が乱れ、電圧の周波数が小さくなる。したがって、インクジェットヘッドでは、アクチュエータ120を高速駆動して、高速印字が困難になるという問題がある。
【0020】
この印加される駆動電圧の波形の乱れは、印加される駆動電圧を大きくすることで改善されるが、印加される駆動電圧を大きくすることでアクチュエータ120の駆動による発熱量が増大するため、アクチュエータ120の温度が上昇する。それにより、インク粘度が変化して、安定で高精度な印字が行なわれないという問題がある。また、高電圧を印加される駆動用IC130は、コスト高になるという問題がある。さらに、印加される電圧が高くなると、インクジェットヘッドで消費される電力を低減することが困難になる。
【0021】
このため、アクチュエータ120のインク室内電極121のアクティブエリア以外の部分では、圧電性基板を構成するインク室隔壁129とインク室内電極121との間に、たとえば、Si−N膜などの低誘電率の膜を予め成膜することで、アクティブエリア以外の部分での静電容量をほぼ無視することができるレベルにすることが行なわれる。
【0022】
しかしながら、約200℃という低温度のキュリー点を有するPZT(チタン酸ジルコ酸鉛)に対して、低温のプロセスで低誘電率のSi−N膜を形成するためには非常に高価なECR−CVD(Electronic Cyclotron Resonance ― Chemical Vapor Deposition)装置が必要である。そのため、製造コストが上昇して安価なインクジェットヘッドを製造できないという問題がある。
【0023】
また、上記のような問題を解消するために、図12に示すようなインク供給孔140およびインク室内電極121を延出するための領域を圧電性基板のインク室が延びる方向に形成しない構造のインクジェットヘッドがある。このインク供給のための構造としては、圧電性基板のインク室内のアクティブエリアの後端部にインク供給孔141が設けられ、インク室内電極121がインク供給側の側面からインク吐出側の側面にかけてL字形状に電極が設けられ、L字状の電極のインク供給側の部分と駆動用IC130に導通した電極との電気的な導通が行なわれている。この場合は、アクチュエータ120のインク室内においてアクティブエリア以外の部分がないため、圧電性基板を構成する圧電素子の材料コスト低減が図られるが、やはり余計な静電容量が形成されてしまうという問題が残る。
【0024】
また、インク室内電極121については、アクチュエータ120のインク供給側面からインク吐出側面にかけて90°に屈曲させて外部接続用の電極の電極引出しが行なわれることになる。これでは、アクチュエータ120の上面に対しての外部接続用電極の電極引出工程において、図11で示したような斜方蒸着を用いてインク室内電極を形成することは不可能である。また、アクチュエータ120に小片化してからインク室内電極121とアクチュエータ120の側面とに同時に金属膜を蒸着して導通を得る必要が生じるため、製造工程が複雑になる。
【0025】
また、確実にインク室内電極と外部接続用電極とを電気的に導通させたを状態で、アクチュエータ120の上面およびインク室の内側面に形成するために、図11で示した斜め蒸着工程を少なくとも2回必要とする。また、圧電性基板の平坦部200に形成される複数の外部接続用電極122同士の電気的な分離をするためには、予めレジストパターニングまたはパターニングを行なわない場合でも、ダイシングやYAG(Yttrium Aluminum Garnet)レーザによる電極分離工程を必要とするため製造工程が非常に煩雑となる。そのため、生産性が悪く、生産歩留まりが低下することにより、生産コストが大きくなるという問題がある。
【0026】
また、外部接続用電極は、前述の斜め蒸着以外にめっき技術により形成することもできるが、斜め蒸着技術と同様に、パターニング工程または電極分離工程を必要とするため、工程が煩雑になるという問題がある。
【0027】
また、インク室の内側面からアクチュエータ120の上面まで延出される電極の屈曲部分において、後工程やハンドリングで断線されてしまう恐れが高く、歩留まりが低下するという問題があるとともに、環境信頼性にも劣るという問題がある。
【0028】
本発明は、上述のような問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、製造コストを増加させることなく、駆動電力の増加を抑制しながら、信頼性が高い高速印字を実現可能なインクジェトヘッドおよびその製造方法を提供することである。
【0029】
【課題を解決するための手段】
本発明のインクジェットヘッドは、圧電性基板の表面において一端から他端まで延びるように設けられたインク室と、インク室の内側面の双方のそれぞれ上に設けられた駆動電極と、駆動電極に接続されるとともに、外部に設けられた外部電極に接続された外部接続用電極とを備え、外部接続用電極が、インク室の一端部において、インク室の内側面の双方として露出するように、圧電性基板に埋め込まれた後の一端から他端までの圧電性基板の切削によって形成されている。また、駆動電極は、インク室の内側面の双方のそれぞれにおいて露出する外部接続用電極に接するように形成されている。
【0030】
この構成によれば、外部接続用電極が、インク室の一端部において、インク室を形作る壁を構成する材料の一部として形成されているため、外部接続用電極に直に駆動用ICと接続されている外部電極を接続することが可能となり、アクチュエータのアクティブエリア以外の部分が低減された小型のインクジェットヘッドを製造することが可能となる。それにより、圧電性基板の材料コストが削減されるため、低コストのインクジェットヘッドを提供することができる。
【0031】
また、外部接続用電極を圧電性基板の表面に沿って引きす必要がないため、引き出された電極に起因する静電容量の増加を抑制するにより、アクチュエータに印加される電圧の周波数の低下を抑制することができるため、高速印刷を行なうことができる。その結果、駆動電圧の低減が行なわれることにより、駆動用ICの耐電圧を低下させることができるため、駆動用ICコストを低減することができるとともに、アクチュエータを駆動させるための駆動消費電力を低減することができる。
【0033】
また、前述の構成によれば、切削されてダストなどが少ない露出面上に駆動電極を形成することにより、駆動電極と外部接続用電極の電極的接続を確実にすることができる。
【0034】
また、従来技術で説明した方法とを比較すると、圧電性基板と外部接続用電極の熱膨張係数の違いに起因して外部接続用電極にクラックが発生することを抑制することができるため、駆動電極と駆動用ICとの間の電気的接続が切れるなどの不具合が低減される。
【0035】
その理由は、本構成では、1つの外部接続用電極に対して溝入れを行ない、熱膨張係数の違いにより発生する応力を緩和するような製法を用いることができる上、外部接続用電極と駆動電極との間の電気的接続は、熱膨張係数の違いにより応力が発生する部分とは関係のない部分で行なわれるためである。したがって、本構成によれば、駆動電極と外部接続用電極の電気的接続を確実にして経時劣化を低減することができる。
【0036】
本発明のインクジェットヘッドは、より好ましくは、インク室の内側面の双方およびインク室の底面に外部接続用電極が露出している。
【0037】
この構成によれば、インク室内で対向している1対の駆動電極は、外部接続用電極により電気的に1つに集約される。それにより、外部駆動用ICと接続されている外部電極は、1対の駆動電極に対して1つの接続を行なえばよいことになる。そのため、電気的接続の個所数が半減することにより、電気的接続の不良による歩留まりの低下を抑制することができる。その結果、インクジェットヘッドは、製造コストが低減され、さらに電気的接続の安定性が良好となる。
【0038】
本発明のインクジェットヘッドは、インク室の底面が円弧を構成する形状に形成されていてもよい。
【0039】
上記の構成によれば、ダイシング加工を用いてインク室溝加工を行なう際に、ブレードの外周のR形状を利用して、インク室を形成することが可能である。
【0040】
本発明のインクジェットヘッドは、外部接続用電極が、導電性樹脂からなるか、または、導電性樹脂を主成分としてもよい。
【0041】
この構成によれば、導電性樹脂をアクチュエータとなる圧電性基板の一部に予め埋設し、その埋設された導電性樹脂を圧電性基板にインク室を形作る壁を加工形成するために切削することにより、インク室を形作る壁の一部にすることができる。このように、導電性樹脂を用いることにより、圧電性基板のキュリー点以下の硬化温度で硬化が可能であるため、埋込み後の降下時に圧電性基板の電気的機械的特性を損なうおそれを低減することができる。
【0042】
また、導電性樹脂は、機械加工が容易であるため、インク室を形作る壁を形成するとき導電性樹脂の一部を切削するが、その際のブレード摩耗が少ない。また、導電性樹脂からなる外部接続用電極は、導電性樹脂を充填した後、導電性樹脂を硬化させて形成するため、形状の自由度が高く、大面積のアクチュエータ基板を用いた大量生産を行なう場合に適している。
【0043】
本発明のインクジェットヘッドは、、外部接続用電極が、はんだペーストからなるか、または、はんだぺーストを主成分としてもよい。
【0044】
上記の構成によれば、はんだぺーストを用いることにより、機械的強度が高く、さらに金属拡散接合により確実な電気的接続が可能な外部接続用電極を得ることができる。また、はんだぺーストは、アクチュエータとなる圧電性基板の一部に予め埋設され、その圧電性基板にインク室を形作る壁を加工することにより、インク室を形作る壁の一部にすることができる。
【0045】
本発明のインクジェットヘッドは、外部接続用電極が、快削性導電材料からなるか、または、快削性導電材料を主成分とする。
【0046】
また、快削性導電材料を用いることにより、アクチュエータの特性を損なうことなく機械的強度が強い外部接続用電極を得ることが可能となる。また、カーボンブロックなどの快削性導電材料を用いれば、快削性導電材料をアクチュエータとなる圧電性基板の一部に予め埋設して、その圧電性基板にインク室を形作る壁を加工することにより、容易にインク室を形作る壁の一部にすることができる。
【0047】
本発明のインクへットヘッドは、インク室の外部接続用電極側の端部に非導電性樹脂が充填されている。
【0048】
この構成によれば、外部接続用電極およびインク室隔壁の機械的強度を高めることができる。また、インク室内に充填された非導電性樹脂により、インク室が延びる方向に沿ってフィレットを形成すれば、インク室内のエア噛み込みを防止することも可能となる。さらに、非導電性樹脂は、シリカ剤の添加等による熱膨張係数の制御が容易であるため、アクチュエータとなる圧電性基板の熱膨張係数に近い非導電性樹脂を用いれば、圧電性基板と駆動電極との間の剥離の発生を抑えることもできる。
【0049】
本発明のインクジェットヘッドは、インク室の外部接続用電極側の端部に導電性樹脂が充填されている。
【0050】
この構成によれば、外部接続用電極とインク室隔壁との機械的強度を高めることができる。また、インク室内に充填された導電性樹脂により、インク室が延びる方向に沿ってフィレットを形成すれば、インク室内のエア噛み込みを防止することも可能となる。さらに、導電性樹脂により、互いに対向する駆動電極同士の電気的な接続が可能になるとともに、外部駆動用ICと接続されている電極を、外部接続用電極に電気的に接続させることに加えて、インク室内に充填された導電性樹脂に電気的に接続させることも可能となる。したがって、インクジェットヘッドの外部駆動用ICと駆動電極との電気的接続の信頼性をさらに高めることができる。
【0053】
本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、圧電性基板の表面において一端から他端まで延びるように設けられたインク室を備えるインクジェットヘッドの製造方法であって、圧電性基板に対して座ぐり穴を形成する工程と、座ぐり穴に圧電性基板の外部に設けられた外部電極と接続される外部接続用電極となる外部接続用電極物質を埋込む工程と、外部接続用電極物質の一部を切削して外部接続用電極を形成するとともに、インク室を形成するための溝を刻切する工程と、外部接続用電極と接触するとともに、インク室を構成する溝の内側面の双方に駆動電極を形成する工程とを含んでいる。
【0054】
この製造方法では、前述したインクジェットヘッドと同様の効果を得ることができるインクジェットヘッドを製造することができる。
【0055】
本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、座ぐり穴をサンドブラスト加工により形成する。
【0056】
この製造方法によれば、座ぐり穴をサンドブラスト加工により形成することにより、一度に大面積の圧電性基板を大量に処理することができるため、製造コストを低減することができる。また、座ぐり穴の形状がほぼ半球形にすることができるため、外部接続用電極の埋込みが容易となる。
【0057】
本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、インク室を構成する溝を、座ぐり穴が設けられた圧電性基板の主表面に垂直な方向に、ダイシング加工を行なうことにより刻切する。
【0058】
この製造方法によれば、高速回転させたインク室溝程度の厚みのダイシングブレードを、アクチュエータとなる圧電性基板の厚み方向に垂直に下ろして溝を形成することができる。その結果、ブレードのR形状を利用して、インク室の一方の端部を深く、他方の端部を浅く形成する等のインク室の形状の制御を容易に行なうことが可能となる。
【0059】
また、このような製造方法を行なうことにより、ブレードに対して負荷が少なく、ブレードの摩耗を抑制するため、製造コストを低減することができるとともに、インク室を形作る壁の高さ精度が向上したインクジェット装置を提供することができる。
【0060】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態のインクジェットヘッドおよびその製造方法を図に基づいて詳細に説明する。
【0061】
(構成)
本実施の形態のインクジェットヘッドの構成を図1〜図3を用いて説明する。図1は、インクジェットヘッドの横断面図である。図中の右側がインク滴吐出側(ヘッド前端部側)であり、左側が外部接続用電極側(ヘッド後端部側)である。
【0062】
本実施の形態のインクジェットヘッドの厚み方向(図1の上下方向)に分極したPZT(チタン酸ジルコ酸鉛)からなるアクチュエータ1は、紙面垂直方向に複数の溝が形成されており、インク室隔壁11とインク室隔壁11により隔てられたインク室12を有している。そのインク室12の溝の深さは、ヘッド前端面側(図中右側)が最も深く、ヘッド後端部側(図中左側)にいくに従って曲線的に除々に(R形状的に)連続して浅くなっており、それに応じてインク室隔壁11の高さも低くなっている。
【0063】
セラミックからなるカバー2は、ヘッド前端部側(図中右側)の駆動部100の端部からヘッド後端部側(図中左側)の非駆動部101の端部へ向かうにしたがって除々に窪みが大きくなっており、駆動部100では、カバー2の表面がアクチュエータ1に対してエポキシ系の接着剤により接着されている。
【0064】
本実施の形態のインクジェトヘッドでは、インク室隔壁11の頂上部13とカバー2の側面とが接着されているが、その接着により四方が囲まれたインク室20を形成する部分が駆動部分100(アクティブエリア)であり、その他の部分が非駆動部分101である。なお、図1のI―I断面を見れば、駆動部分100は、図2のような構造に見える。
【0065】
非駆動部分101では、インク室隔壁11の頂上部13はカバー2と接着されておらず、インク室12はインク室隔壁11の上側が開放されており、カバー2の窪んだ部分とアクチュエータ1との間の空間がインク室12にインクを供給する第1の共通インク室20となる。
【0066】
インク室隔壁11の側面の概ね上3分の1の高さには、駆動部分100から非駆動部分101にわたって駆動電極14が形成されている。また、駆動電極14はアクチュエータ1のヘッド後端部(図中左側)にある外部接続用電極15と電気的に接続されている。
【0067】
外部接続用電極15には、図示していない外部駆動用ICと接続されているフレキシブル基板4が、異方性導電膜40を介して電気的に接続されている。フレキシブル基板4とアクチュエータ1およびカバー2のヘッド後端面(図中左端面)には、後端面側に向かって開口している第1の共通インク室20を塞ぐように、プラスチック射出成形により形成された第2の共通インク室を構成するためのマニホールド5が接着されている。
【0068】
また、図示しないインクタンク、マニホールド5、第1の共通インク室20、非駆動部分101のインク室12、駆動部分100のインク室12の順にインクが供給される。外部駆動用ICにより供給される駆動電圧の波形は、フレキシブル基板4、異方性導電膜40、外部接続用電極15、非駆動部分101の駆動電極14、駆動部分100の駆動電極14の順に伝播される。
【0069】
最終的に、駆動部分100の各インク室隔壁11の両ない側面に設けられた電極間に高周波の電圧(電位差)が互いに逆位相になるように印加されることにより、インク室隔壁11が圧電体の剪断モード変形により「く」の字形状若しくは逆「く」字形状または山形状に変形振動し、その際生じた圧力振動波によって、インク室12内のインクはノズルプレート3に開けられているノズル孔30からインク滴として吐出される。
【0070】
なお、本実施の形態のインクジェットヘッドでは、アクチュエータ1の分極方向の厚みは0.9mm、カバー2の厚みは2mm、ヘッド前端面でのインク室隔壁11の高さ(インク室深さ)は300μm、ヘッド後端面でのインク室隔壁11の高さは50μmである。また、インク室12の幅は80μmで、170μmピッチで紙面に垂直な方向に複数のインク室12が並んでいる。
【0071】
次に、本実施の形態のインクジェットヘッドのヘッド後端部の構成を説明する。
【0072】
図3は、ヘッド後端部の斜視図である。本実施の形態のインクジェットヘッドでは、外部接続用電極15は、エポキシ系接着剤中に微小な金属フィラーを含有した導電性接着剤を硬化させることにより形成された導電性樹脂により構成されている。
【0073】
この導電性樹脂からなる外部接続用電極15は、インク室隔壁11の頂上部側(矢印X方向)から見た場合、溝直交方向(図左右方向)を短辺としたほぼ楕円半円形をなしている。一方、ヘッド後端面側(矢印Y方向)から見た場合、インク室隔壁11の高さ方向を長辺としたほぼ楕円半円形をなしている。
【0074】
外部接続用電極15は、溝直交方向(図左右方向)にインク室12の刻切ピッチ51とほぼ等ピッチでアクチュエータ1内に埋設されており、インク室12の数と同数以上の数を有する外部接続用電極15はアクチュエータ1を介して電気的に独立している。
【0075】
この外部接続用電極15の中心近傍には、インク室12の終端部である浅溝が刻切されており、浅溝深さ52はヘッド後端面において外部接続用電極15の厚み53よりも小さい。よって、ヘッド後端部近傍においては、浅溝部分であるインク室12の三方は外部接続用電極15により構成されている。
【0076】
浅溝の深さ52は駆動部分100のインク室12の深さの6分の1であるため、インク室隔壁11の上3分の1程度の深さまで形成されている駆動電極14は、ヘッド後端部の浅溝内周全面に沿って形成され、駆動電極14と外部接続用電極15とは電気的に接続される。
【0077】
ヘッド後端部において、インク室隔壁11は、1つの外部接続用電極15の導電性樹脂部分15aと隣接する外部接続用電極15の導電性樹脂部分15bがアクチュエータ1の基材部分110としての圧電素子を挟み込んたサンドイッチ構造となっており、アクチュエータ1の基材部分110により、隣接する外部接続用電極15同士の間は圧電素子により互いに絶縁されている。
【0078】
言いかえると、個々のインク室12内の両側面にある駆動電極14は、ヘッド後端部の浅溝部において、インク室隔壁11の一部である外部接続用電極15が形成されることにより、個々の外部接続用電極15と電気的に接続される。また、インク室12を介して対向している駆動電極14同士は外部接続用電極15より電気的に導通するように接続されている。
【0079】
次に、外部接続用電極15は、ヘッド後端面の個々の外部接続用電極15の露出面16に対して、フレキシブル基板4中にインク室刻切ピッチ51とほぼ等ピッチでパターニングされている銅線電極41それぞれが異方性導電膜40を介して接続される。銅線電極41は、図示しない外部駆動用IC130と導通している電極であり、以上の構成により外部駆動用IC130とインクジェットヘッドの駆動電極14とは導通する。
【0080】
なお、本実施の形態のインクジェットヘッドでは、インク室刻切ピッチ51が170μm、浅溝深さ52が50μm、外部接続用電極15の最大の厚み53が100μm、溝直交方向の外部接続用電極15の幅54が100μmである。
【0081】
(製造方法)
本実施の形態のインクジェットヘッドの製造方法について図4〜図7を用いて詳細に説明する。図4には、インク室形成前のアクチュエータウェハの構造が示されている。このアクチュエータウェハ6は、厚み方向に分極した厚み0.9mmのPZT(チタン酸ジルコ酸鉛)基板であり、この基板はこの後カバーウェハが接着された後に切断されることで複数のインクジェットヘッドの構成部材となる。
【0082】
アクチュエータウェハ6には、図中X方向にインク室刻切ピッチ51とほぼ等ピッチで、図中Y方向にインクジェットヘッド長さの概ね2倍の間隔で、外部接続用電極部60が規則的に配列されて埋込まれており、アクチュエータウェハ6と外部接続用電極部60との間には段差がなく、アクチュエータウェハ6の表面と外部接続用電極部60の表面とは連続した平面となっている。
【0083】
外部接続用電極部60は、アクチュエータウェハ6に対して図中X方向を短辺とした楕円半球状で埋込まれており、アクチュエータウェハ6上における1つの外部接続用電極部60の露出面の幅がX方向に100μm、Y方向に600μmの楕円形である。さらに、外部接続用電極60は、アクチュエータウェハ6の厚み方向に対して楕円中心点において最も深く埋め込まれ、最大深さは100μmである。
【0084】
前述のアクチュエータウェハ6は、次のように工程により製造される。まず、厚み方向に分極したPZT基板にドライフィルムレジスト膜(DFR)をラミネートする第1工程が行なわれる。DFR膜は、厚み15〜30μm程度の露光パターン用のレジスト膜である。また、80〜100℃にしたホットローラにより基板上に熱圧着することにより、DRF膜を均一な膜厚で塗布することができる。
【0085】
次に、外部接続用電極部60となる部分をDFR膜にパターニングする第2工程が行なわれる。本実施の形態のインクジェットヘッドの製造方法では、紫外線照射部が変質するタイプのDFR膜を用いて、外部接続用電極部60に相当する部分のみをメタルマスクにより紫外線遮断して、PZT基板を露光した後、剥離液を用いて未変質の部分のDFR膜を除去する。これにより、外部接続用電極部60となる位置近傍のDFR膜のみが選択的に除去されたパターンのDRF膜が形成される。
【0086】
次に、サンドブラスト加工により外部接続用電極部60となる箇所に座ぐり穴を形成する第3工程が行なわれる。サンドブラスト加工では、DFR膜を表面に塗布した面に対してアルミナまたはSiCの微細粒子(直径十数μm)が高速で吹き付けられることにより、アクチュエータウェハ6のDFR膜のない箇所が座ぐられて、窪みが形成される。
【0087】
本実施の形態のインクジェットヘッドの製造方法では、サンドブラスト加工により、アクチュエータウェハ6上に、短辺100μm、長辺600μmの楕円開口部を有した最大深さ100μmの座ぐり穴が形成される。なお、サンドブラスト加工完了後のDFR膜は有機溶剤を用いて膨潤剥離される。
【0088】
次に、第3の工程で形成された窪みの穴内に、外部接続用電極部60となる物質を埋込む第4工程が行なわれる。本実施の形態のインクジェットヘッドの製造方法では、エポキシ系接着剤中に重量%で約80%のAgフィラー(直径数μm)を含有した導電性接着剤を流し込んだ後に硬化させて、導電性樹脂からなる電極部を形成する。
【0089】
Agフィラー(直径数μm)を含有した導電性接着剤を流し込む方法としては、スクリーン印刷による方法や、ディスペンサーを用いて、たとえば、図4のX−Xライン上に1文字に塗布することにより流し込む等の容易な方法が考えられる。なお、導電性接着剤を1文字に塗布した後、基板表面に残存した不要な導電性接着剤をスキージ等で除去する。
【0090】
次に、アクチュエータウェハ6の両面または片面の研削を行ない、この部分以外に付着した不要な導電性樹脂を取除き、外部接続用電極部60の表面の高さとアクチュエータウェハ6の表面の高さとを一致させる。以上第1〜第4の工程を経て、図4に示したアクチュエータウェハ6が完成する。
【0091】
次に、本実施の形態のインクジェットヘッドの製造方法の第5〜第7の工程を、図5および図6を用いて説明する。図5および図6には、第7の工程を経た後のアクチュエータウェハ6の一部分が示されている。
【0092】
まず、第4工程の後には、アクチュエータウェハ6の外部接続用電極部60が露出している側に、DFRを塗布する第5工程が行なわれる。この第5工程においては、第1の工程と同様に、ホットローラを用いてウェハ上にDFRを塗布した後、DFRの全面に紫外線が照射されて、DFRを変質させる。
【0093】
次に、インク室12となる溝を、ダイシング装置を用いて形成する第6工程が行なわれる。本実施の形態のインクジェットヘッドの製造方法では、インク室を構成する溝の幅と同程度の厚みを有するダイシングブレードを高速回転させながら、ブレード回転軸がチョッパ加工位置61(図6において、Y方向にて隣接する外部接続用電極60同士の間の中心位置で、かつ、X方向においてそれぞれの外部接続用電極60の中心位置)にウェハ法線方向から厚み方向に垂直に下ろされる。そして、チョッパ加工位置61においてアクチュエータウェハ6が深さ方向に300μm切り込まれた後、ダイシングブレードをアクチュエータウェハ6の法線方向に上昇させるようにする。この動作はアクチュエータウェハ6上の複数あるチョッパ加工位置においてそれぞれ行なわれ、アクチュエータウェハ6内に複数のインク室12がそれぞれ刻切される。
【0094】
なお、本実施の形態のインクジェットヘッドの製造方法では、直径51mmで厚み75μmの電鋳ブレードを用いて、ブレード回転数40000rpm、ブレードの接近速度3mm/sでチョッパ加工が行なわれる。
【0095】
このチョッパ加工により、チョッパ加工位置61から±Y方向に向けてインク室12の深さはブレードのR形状により徐々に減少し、チョッパ加工位置61から4mm離れた箇所でのインク室深さは約50μmとなる。なお、このチョッパ加工によりインク室12とインク室隔壁11とが形成されるが、インク室隔壁11の隔壁頂上部13ではDFR膜が残存している。
【0096】
次に、インク室隔壁11側面の上2分の1〜3分の1程度の部分(最大高さに対して)に駆動電極14を形成する第7工程が行なわれる。本実施の形態のインクジェットヘッドの製造方法では、真空蒸着装置を用いて銅膜を図の矢印300,400の方向から2回蒸着を行なった。
【0097】
なお、このように溝が延びる方向(図6のY方向に対して垂直方向)であって、アクチュエータウェハ6の主表面に対して斜め方向から銅膜の蒸着を行なうことにより、隣接するインク室隔壁11のシャドーイング効果を利用して、駆動電極14はインク室隔壁11の上2分の1〜3分の1までにのみ形成される。そのため、駆動電極14の幅は、インク室12の溝の開口幅および蒸着入射角をパラメータとして実験的に容易に決定することができる。
【0098】
なお、この工程により、インク室隔壁11の頂上部13の上のDFR膜にも銅膜が形成される。次に、DFRを、有機溶剤を用いて剥離すると同時に、各壁頂上部13のDFR上の銅膜も剥離する。
【0099】
次に、本実施の形態のインクジェットヘッドの製造方法の第8および第9の工程を、図7を用いて説明する。
【0100】
第7の工程の後に、アクチュエータウェハ6とカバーウェハ7とを接着する第8工程が行なわれる。カバーウェハ7は、サンドブラスト加工により短辺5mm、長辺10mm程度の大面積の開口部を有するカバー窪み70がヘッド後端部となる部分に形成されており、そのカバー窪み70が第1の共通インク室20の役目を担う。
【0101】
このカバーウェハ7のカバー窪み70の中心位置がアクチュエータウェハ6の外部接続用電極部60の中心に位置にするようにアライメントを行なった後、エポキシ系樹脂接着剤によりカバーウェハ7とアクチュエータウェハ6とを接着し、図7に示すようなヘッドチップウェハ8を製造する。
【0102】
次に、ヘッドチップウェハ8を細分化しヘッドチップを製造する第9工程が行なわれる。本実施の形態のインクジェットヘッドの製造方法では、ヘッドチップウェハ8を、ダイシング装置を用いて、図7のダイシングライン80において切断することにより図1〜図3に示すようなヘッドチップを製造する。
【0103】
(別実施の形態)
本実施の形態のインクジェットヘッドの特徴は、「インク室内電極を外部駆動用ICと接続するにあたり、インク室および駆動電極を形成した後に外部に引き出す外部接続用電極を形成するのではなく、アクチュエータ基板内に予め外部接続用電極である部材を設ける」点にある。
【0104】
本実施の形態のインクジェットヘッドでは、ダイシングブレードのR形状を利用してヘッド前端部のインク室が深く、後端部のインク室が浅くなる例が示されている。しかしながら、必ずしもこのようなインク室形状である必要はない。インク室隔壁を構成するように外部接続用電極が設けられていれば、外部接続用電極と外部電極との電気的接続は可能である。たとえば、深さが一定の突っ切り溝を用いてインク室としても、前述の本実施の形態のインクジェットヘッドの特徴と同様の特徴を有すれば、前述の実施の形態のインクジェットヘッドのインク室内電極により得られる効果と同様の効果を得ることができる。
【0105】
また、本実施の形態のインクジェットヘッドでは、インクジェッドヘッド前端部のインク室12の高さが300μm、ヘッド後端部のインク室12の高さが50μmである。本発明者らは、インクジェッドヘッド前端部のインク室12の高さはインク室刻切ピッチ51の概ね2倍程度、駆動電極14の幅はヘッド前端部のインク室12の高さの4分の1以上かつ2分の1以下の範囲において、インクジェットヘッドの駆動の特性が良好であることを見出した。また、駆動電極14の幅は、インク室刻切ピッチ51の2分の1以上からインク室刻切ピッチ51と同程度までの間の大きさであることが望ましい。
【0106】
また、一方、アクチュエータウェハ6に窪み部分を形成するサンドブラス加工では、窪み部分の幅と同程度の深さまでの削り込みしか行なうことができないとともに、隣接する外部接続用電極15同士の絶縁領域の幅も考慮すると、外部接続用電極15が配列される方向における窪みの幅はインク室刻切ピッチ51の2分の1〜5分の4であることが望ましく、外部接続用電極15の深さは最大でインク室刻切ピッチ51の2分の1〜5分の4であることが望ましい。
【0107】
インクジェットヘッド後端部においてインク室12の深さをインク室刻切ピッチ51の2分の1以下とすることにより、外部接続用電極15は、インク室12の溝により左右が分断されることなく、インク室12を介して互いに向かい合う駆動電極14同士を電気的に接続することが可能となる。
【0108】
さらに、インクジェットヘッド後端部においてインク室12の深さをインク室刻切ピッチ51の4分の1以下にすることにより、インク室12を介して対向している2つの駆動電極14は、インクジェットヘッド後端部の溝内周全体に蒸着されてそれぞれ外部接続用電極15と接触するため、確実に対向する駆動電極15を1つの電極として集約させることができる。また、インクジェットヘッド後端面側の外部接続用電極15の露出面積を増加させることができるため、駆動電極14と外部接続電極15との電気的接続信頼性が高まる。
【0109】
また、外部接続用電極15の圧電性基板の厚み方向に広がる面おいて、外部駆動用ICと導通している銅線電極41とのコンタクトが可能となる。そのため、外部駆動用ICと導通している銅線電極41の幅を狭くすることができる。また、外部接続用電極15と外部駆動用ICと導通している銅線電極41を外部接続用電極15に接続する際のアライメントを厳密にせずとも、隣接する外部接続用電極15同士の短絡などのおそれが低減される。
【0110】
なお、本実施の形態のインクジェットヘッドにおいて、インクジェットヘッド後端部におけるインク室12の深さが浅いほど、隣接する外部接続用電極15同士の短絡などのおそれを低減する効果が大きい。
【0111】
また、本実施の形態のインクジェットヘッドでは、外部接続用電極15の材料として、導電性接着剤を硬化させた導電性樹脂を用いているがこれに限るものではない。
【0112】
たとえば、融点が200℃以下の低融点のはんだペーストを導電性接着剤の代わりにアクチュエータウェハ6上の窪み部分に流し込み、冷却硬化の後、不要部分を研削により除去することで、図4の同様のアクチュエータウェハ6を得ることができる。外部接続用電極15としてはんだペーストを用いることにより、駆動電極14は金属材料であるはんだペーストの上に成膜されることになるため、駆動電極14と外部接続用電極15との間の電気接続の信頼性が向上する利点がある。
【0113】
また、外部接続用電極15と外部駆動用ICと導通している銅線電極41との電気接続にあっては、外部接続用電極15の機械的強度が高く銅線電極41が外部接続用電極15にコンタクトした時に、コンタクトに起因して外部接続用電極15が破損するおそれが低減される。また、たとえば、外部接続用電極15に対してワイヤボンディングなどの安価で確実な金属拡散接合法による電気接合を行なうことができるため、外部接続用電極15と外部電極との電気接続性が高まる。
【0114】
また、外部接続用電極15として、カーボンブラックなどの快削性導電材料を用いてもよい。たとえば、前述の実施の形態のインクジェットヘッドと同様にチャネルウェハに窪み部分を形成した後、窪み形状とほぼ同形状のカーボンブラックを切削成形したものを接着し、不要な部分を研削することで、図4を用いて示したインクジェットヘッドの製造方法と同様のチャネルウェハを形成することができる。
【0115】
このように、外部接続用電極15の材料として、快削性導電材料を用いることにより、導電性接着剤やはんだペーストなどを用いる場合に比べて、アクチュエータウェハを高温プロセス下にさらす必要がなくなる。そのため、アクチュエータ1の特性を損なうことなく機械的強度が強い外部接続電極15を得ることが可能となる。
【0116】
また、外部接続用電極15の材料として、快削性導電材料を用いることにより、外部接続用電極に導電性接着剤やはんだペーストなどを用いる場合に比べて、インク室12の溝を刻切する工程におけるブレード摩擦が低減され、インク室12の溝の形状を容易に制御することができるため、チャネルごとの吐出のばらつきの少ない、高性能のインクジェットヘッドを得ることができる。また、ブレード交換の回数が少なくてよいため、製造コストを低減することができる。
【0117】
また、本実施の形態のインクジェットヘッドでは、インクジェットヘッドの後端部の溝内に駆動電極14が露出しているものを例示しているが、必ずしもこれに限るものではない。本発明者らは、インクジェットヘッド後端部の溝内に導電性樹脂または非導電性樹脂を埋込んだインクジェットヘッドについても製造を行なった。
【0118】
このようなインクジェットヘッドは、たとえば、インク室12の溝を形成した後、導電性接着剤または非導電性接着剤を、ディスペンサを用いて外部接続用電極15上を図6のX方向に一文字に塗布して溝内に沈降させた後硬化させる。その後、塗布された導電性樹脂の不要な部分を研削し、前述の実施の形態のインクジェットヘッドと同様にアクチュエータウェハの接着と切断とを行なうことにより製造することができる。
【0119】
また、図8に示すように、流し込む樹脂が非導電性樹脂90を含む非導電性接着剤の場合、アクチュエータウェハ上にディスペンサを用いて外部接続用電極を一文字に塗布するとともに、アクチュエータウェハとカバーウェハとを接着するための接着剤も塗布しておき、樹脂の硬化と同時にアクチュエータウェハとカバーウェハとを接着させることも可能である。
【0120】
このようにすることで、ヘッド後端面のインク室12内においては、外部接続用電極15が非導電性樹脂90によりモールドされているため、外部接続用電極15の機械的強度が高まる。よって、外部接続用ICと導通している銅線電極41を外部接続用電極15のインクジェットヘッド後端面側にコンタクトする際に、外部接続用電極15が破損するおそれが低減され、電気的接続信頼性が高くなる。
【0121】
さらに、インクジェットヘッドの後端部に非導電性樹脂90を充填することで、非駆動部分101のインク室12内には、インクジェットヘッドの後端部から前端部に向けてなだらかな曲線を有するフィレットが形成される。非導電性樹脂90を充填しない場合には、インクジェットヘッドの後端部のインク室12の溝と外部駆動用ICと導通している銅線電極41により直角的な空間が発生しエア溜りとなるおそれがあるが、非導電性樹脂90を充填し溝が延びる方向にフィレットを形成することで、エア溜まりに起因したエアの噛み込みを防止することができる。
【0122】
なお、非導電性樹脂90はシリカ等の添加物により熱膨張係数の制御が容易であるため、アクチュエータ部分と同程度の熱膨張係数を有する樹脂を充填することが可能である。その結果、長期使用する場合においても、外部接続用電極とアクチュエータ基板との間での熱膨張係数の違いに起因する剥離の発生などが抑制される。
【0123】
一方、図9に示すように、流し込む樹脂が導電性樹脂95の場合は、熱膨張係数の制御という点では非導電性樹脂に比べて自由度が小さいが、インクジェットヘッドの後端面側の溝内にも導電性樹脂95切断面が露出するため、その露出している面が外部駆動用ICと導通している銅線電極41とコンタクトすることができる。よって、埋込まれた導電性樹脂95は、外部接続用電極15の補助電極としての役目を担い、全体として外部接続用ICと導通している銅線電極41との接触面積を大きくすることができるため、電気的接続の安定性が高まる。
【0124】
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【0125】
【発明の効果】
本発明のインクジェットヘッドの構成によれば、外部接続用電極に直に駆動用ICと接続されている電極を接続することが可能となり、アクチュエータのアクティブエリア以外の部分が少ない小型のインクジェットヘッドを製造することが可能となる。それにより、材料コストが削減されるため、低コストのインクジェットヘッドを提供することができる。
【0126】
本発明のインクジェットヘッドの製造方法によれば、圧電性基板に対して、複数のインク室の複数の溝が刻切される箇所に複数のインク室の隔壁とほぼ等ピッチの穴を形成した後、その穴中に外部接続用電極なる物質を埋設して、複数のインク室の複数の溝を刻切することにより、前述したインクジェットヘッドと同様の効果得ることができるインクジェットヘッドを容易に製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施の形態のインクジェットヘッドの断面図である。
【図2】 図1のI−I断面図である。
【図3】 実施の形態のインクジェットヘッドの後端部の斜視図である。
【図4】 施の形態のインク室形成前のアクチュエータウェハを説明するための図であり、(a)はアクチュエータウェハの平面図であり、(b)は(a)のY−Y断面図である。
【図5】 チャネルウェハのインク室溝形成前の状態を説明するための図である。
【図6】 チャネルウェハのインク室溝形成前の状態を説明するための図である。
【図7】 ヘッドチップウェハのヘッドチップ断面前の状態を説明するための図である。
【図8】 別実施の形態のインクジェットヘッドの後端部の斜視図である。
【図9】 別実施の形態のインクジェットヘッドの後端部の斜視図である。
【図10】 従来のインクジェットヘッドの構造を説明するための図である。
【図11】 従来技術の外部接続電極の電極引出構造を示す図である。
【図12】 従来のインクジェットヘッドの構造を説明するための図である。
【符号の説明】
1 アクチュエータ、2 カバー、3 ノズルプレート、4 フレキシブル基板、5 マニホールド、6 アクチュエータウェハ、7 カバーウェハ、8 ヘッドチップウェハ、11 インク室隔壁、12 インク室、13 インク室隔壁の頂上部、14 駆動電極、15 外部接続用電極、16 接続用電極の露出面、20 第1の共通インク室、30 ノズル孔、40 異方性導電膜、41 銅線電極、51 インク室刻切ピッチ、52 浅溝深さ、53 外部電極厚み、54 外部接続用電極幅、60 外部接続用電極部、61 チョッパ加工位置、70 カバー窪み、80 ダイシングライン、100 駆動部分、101 非駆動部分、110 アクチュエータ基材部分、120 アクチュエータ、121 インク室内電極、122 外部接続用電極、130 駆動用IC。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an inkjet head of an inkjet printer and a method for manufacturing the inkjet head.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an electrical connection between an ink chamber electrode formed in an ink chamber of an ink jet head and an external circuit including a driving IC is such that the external connection electrode connected to the ink chamber electrode is extended outside the ink chamber. This is done by connecting the external connection electrode and the external circuit connection electrode.
[0003]
Specifically, as shown in FIG. 10, the conventional inkjet head includes an
[0004]
The electrical connection method between the
[0005]
As shown in FIG. 10A, when the
[0006]
Next, Al wedge wire bonding technology and Au wire bonding technology are used. For example, heating ultrasonic waves are applied while pressing the
[0007]
Also, as shown in FIG. 10B, when the
[0008]
Furthermore, solder joining is performed by melting the solder supplied in advance to the outer lead surface from the direction perpendicular to the flat main surface of the
[0009]
As shown in FIG. 10C, when the
[0010]
Next, a method for extending the
[0011]
Next, by using a dicer dicing blade, the piezoelectric element is cut about half in the thickness direction to be a half size, whereby the
[0012]
Thereafter, only the dry film resist film is cut from the
[0013]
By performing this operation from the left and right directions when the direction in which the
[0014]
Further, the metal film is formed by the same shadowing on the R portion at the rear end portion of the
[0015]
Therefore, in the
[0016]
The
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
In the structure of the conventional inkjet head shown in FIGS. 10 and 11 as described above, the active area contributing to ink ejection is provided only at the front end side of the
[0018]
In such an inkjet head configuration, there is a problem that a portion other than the active area (R portion + flat portion) that originally contributes to ink ejection is very large, and the material cost is high, so that an inexpensive inkjet head cannot be manufactured.
[0019]
Further, it is necessary to extend the
[0020]
The disturbance of the waveform of the applied drive voltage can be improved by increasing the applied drive voltage. However, the amount of heat generated by driving the
[0021]
For this reason, in a portion other than the active area of the
[0022]
However, for PZT (lead zirconate titanate) having a low temperature Curie point of about 200 ° C., very expensive ECR-CVD is required for forming a low dielectric constant Si—N film by a low temperature process. (Electronic Cyclotron Resonance-Chemical Vapor Deposition) equipment is required. Therefore, there is a problem that the manufacturing cost increases and an inexpensive inkjet head cannot be manufactured.
[0023]
Further, in order to solve the above problems, the region for extending the
[0024]
Further, the
[0025]
Further, in order to reliably form the ink chamber electrode and the external connection electrode on the upper surface of the
[0026]
In addition, the external connection electrode can be formed by a plating technique other than the above-described oblique vapor deposition. However, like the oblique vapor deposition technique, a patterning process or an electrode separation process is required, and thus the process becomes complicated. There is.
[0027]
In addition, the bent portion of the electrode extending from the inner surface of the ink chamber to the upper surface of the
[0028]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an ink jet capable of realizing high-reliability high-speed printing while suppressing an increase in driving power without increasing manufacturing costs. It is to provide a head and a manufacturing method thereof.
[0029]
[Means for Solving the Problems]
The ink jet head of the present invention includes both an ink chamber provided so as to extend from one end to the other end on the surface of the piezoelectric substrate, and an inner surface of the ink chamber.On each ofDrive electrode provided on theElectrokineticConnected to the pole and connected to the external electrode provided outside.TheAn external connection electrode, the external connection electrode at one end of the ink chamber,It is formed by cutting the piezoelectric substrate from one end to the other end after being embedded in the piezoelectric substrate so as to be exposed as both inner surfaces of the ink chamber. The drive electrode is formed so as to be in contact with the external connection electrode exposed on each of the inner side surfaces of the ink chamber.
[0030]
According to this configuration, since the external connection electrode is formed at one end of the ink chamber as a part of the material that forms the wall forming the ink chamber, the drive IC is directly connected to the external connection electrode. Thus, it is possible to connect the external electrode, and it is possible to manufacture a small inkjet head in which a portion other than the active area of the actuator is reduced. Thereby, since the material cost of the piezoelectric substrate is reduced, a low-cost inkjet head can be provided.
[0031]
In addition, since it is not necessary to draw the external connection electrode along the surface of the piezoelectric substrate, the increase in the capacitance caused by the drawn electrode is suppressed, thereby reducing the frequency of the voltage applied to the actuator. Therefore, high-speed printing can be performed. As a result, the drive voltage can be reduced, so that the withstand voltage of the drive IC can be lowered, so that the drive IC cost can be reduced and the drive power consumption for driving the actuator can be reduced. can do.
[0033]
Also mentioned aboveAccording to the configuration, the drive electrode and the external connection electrode can be reliably connected to each other by forming the drive electrode on the exposed surface that is cut and has little dust and the like.
[0034]
In addition, when compared with the method described in the prior art, it is possible to suppress the occurrence of cracks in the external connection electrode due to the difference in thermal expansion coefficient between the piezoelectric substrate and the external connection electrode. Problems such as disconnection of the electrical connection between the electrode and the driving IC are reduced.
[0035]
The reason for this is that, in this configuration, it is possible to use a manufacturing method in which a groove is formed in one external connection electrode to relieve stress generated due to a difference in thermal expansion coefficient, and the external connection electrode and drive are used. This is because the electrical connection between the electrodes is performed at a portion unrelated to a portion where stress is generated due to a difference in thermal expansion coefficient. Therefore, according to the present configuration, the electrical connection between the drive electrode and the external connection electrode can be ensured and deterioration with time can be reduced.
[0036]
In the ink jet head of the present invention, more preferably, the external connection electrodes are exposed on both the inner surface of the ink chamber and the bottom surface of the ink chamber.
[0037]
According to this configuration, the pair of drive electrodes facing each other in the ink chamber are electrically integrated into one by the external connection electrode. As a result, the external electrode connected to the external drive IC only needs to be connected to a pair of drive electrodes. Therefore, by reducing the number of electrical connection points by half, it is possible to suppress a decrease in yield due to poor electrical connection. As a result, the manufacturing cost of the ink jet head is reduced, and the stability of electrical connection is improved.
[0038]
In the ink jet head of the present invention, the bottom surface of the ink chamber may be formed in a shape constituting an arc.
[0039]
According to the above configuration, when the ink chamber groove machining is performed using the dicing process, the ink chamber can be formed using the R shape of the outer periphery of the blade.
[0040]
In the inkjet head of the present invention, the external connection electrode may be made of a conductive resin, or the conductive resin may be a main component.
[0041]
According to this configuration, the conductive resin is embedded in advance in a part of the piezoelectric substrate serving as the actuator, and the embedded conductive resin is cut to form a wall that forms the ink chamber in the piezoelectric substrate. Thus, it can be made part of the wall forming the ink chamber. In this way, by using a conductive resin, it is possible to cure at a curing temperature below the Curie point of the piezoelectric substrate, thus reducing the possibility of impairing the electromechanical characteristics of the piezoelectric substrate when lowered after embedding. be able to.
[0042]
Further, since the conductive resin is easy to machine, a part of the conductive resin is cut when forming the wall forming the ink chamber, but the blade wear at that time is small. In addition, the external connection electrodes made of conductive resin are formed by filling the conductive resin and then curing the conductive resin, so that the degree of freedom of shape is high and mass production using a large area actuator substrate is possible. Suitable for performing.
[0043]
In the inkjet head of the present invention, the external connection electrode may be made of a solder paste, or the solder paste may be a main component.
[0044]
According to the above configuration, by using the solder paste, it is possible to obtain an external connection electrode having high mechanical strength and capable of reliable electrical connection by metal diffusion bonding. Also, the solder paste is embedded in advance in a part of the piezoelectric substrate that becomes the actuator, and the wall that forms the ink chamber is processed in the piezoelectric substrate, so that it can be made a part of the wall that forms the ink chamber. .
[0045]
In the ink jet head of the present invention, the external connection electrode is made of a free-cutting conductive material or has a free-cutting conductive material as a main component.
[0046]
Further, by using a free-cutting conductive material, it is possible to obtain an external connection electrode having high mechanical strength without impairing the characteristics of the actuator. Also, if a free-cutting conductive material such as a carbon block is used, the free-cutting conductive material is embedded in advance in a part of the piezoelectric substrate serving as an actuator, and the wall that forms the ink chamber is processed in the piezoelectric substrate. Thus, it is possible to easily form a part of the wall that forms the ink chamber.
[0047]
In the ink head according to the present invention, an end portion of the ink chamber on the side of the external connection electrode is filled with a nonconductive resin.
[0048]
According to this configuration, the mechanical strength of the external connection electrode and the ink chamber partition can be increased. Further, if the fillet is formed along the direction in which the ink chamber extends with the non-conductive resin filled in the ink chamber, it is possible to prevent air from being caught in the ink chamber. Furthermore, since the non-conductive resin is easy to control the thermal expansion coefficient by adding a silica agent, etc., if a non-conductive resin close to the thermal expansion coefficient of the piezoelectric substrate serving as the actuator is used, the non-conductive resin can be driven with Occurrence of peeling between the electrodes can also be suppressed.
[0049]
In the ink jet head of the present invention, the end portion of the ink chamber on the external connection electrode side is filled with a conductive resin.
[0050]
According to this configuration, the mechanical strength between the external connection electrode and the ink chamber partition can be increased. In addition, if the fillet is formed along the direction in which the ink chamber extends with the conductive resin filled in the ink chamber, it is possible to prevent air from being caught in the ink chamber. Furthermore, the conductive resin enables electrical connection between the drive electrodes facing each other, and in addition to electrically connecting the electrode connected to the external drive IC to the external connection electrode. It is also possible to electrically connect to a conductive resin filled in the ink chamber. Therefore, the reliability of the electrical connection between the external drive IC and the drive electrode of the inkjet head can be further enhanced.
[0053]
An ink jet head manufacturing method according to the present invention is an ink jet head manufacturing method including an ink chamber provided so as to extend from one end to the other end on a surface of a piezoelectric substrate. A step of forming, a step of embedding an external connection electrode material to be an external connection electrode connected to an external electrode provided outside the piezoelectric substrate in the counterbore, and a part of the external connection electrode material The electrode for external connection is cut to cut the groove for forming the ink chamber, and the drive electrode is in contact with the electrode for external connection and on the inner surface of the groove constituting the ink chamber. Forming a process.
[0054]
In this manufacturing method, an ink jet head capable of obtaining the same effect as the above-described ink jet head can be manufactured.
[0055]
In the ink jet head manufacturing method of the present invention, the counterbore is formed by sandblasting.
[0056]
According to this manufacturing method, since the counterbore hole is formed by sandblasting, a large amount of a large-area piezoelectric substrate can be processed at a time, and thus the manufacturing cost can be reduced. In addition, since the counterbore hole can be substantially hemispherical, the external connection electrode can be easily embedded.
[0057]
In the ink jet head manufacturing method of the present invention, the grooves constituting the ink chamber are cut by dicing in a direction perpendicular to the main surface of the piezoelectric substrate provided with counterbore holes.
[0058]
According to this manufacturing method, the dicing blade having a thickness of about the ink chamber groove rotated at high speed can be lowered vertically to the thickness direction of the piezoelectric substrate serving as the actuator to form the groove. As a result, it is possible to easily control the shape of the ink chamber, such as forming the one end of the ink chamber deeper and the other end shallower by utilizing the R shape of the blade.
[0059]
In addition, by performing such a manufacturing method, the load on the blade is small and the wear of the blade is suppressed, so that the manufacturing cost can be reduced and the height accuracy of the wall forming the ink chamber is improved. An ink jet device can be provided.
[0060]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an inkjet head according to an embodiment of the present invention and a manufacturing method thereof will be described in detail with reference to the drawings.
[0061]
(Constitution)
The configuration of the ink jet head according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a cross-sectional view of an inkjet head. In the drawing, the right side is the ink droplet ejection side (head front end side), and the left side is the external connection electrode side (head rear end side).
[0062]
The
[0063]
The
[0064]
In the ink jet head of the present embodiment, the
[0065]
In the
[0066]
A
[0067]
A flexible substrate 4 connected to an external drive IC (not shown) is electrically connected to the
[0068]
Ink is supplied in the order of an ink tank (not shown), the manifold 5, the first
[0069]
Finally, a high-frequency voltage (potential difference) is applied between the electrodes provided on both sides of each ink
[0070]
In the ink jet head of the present embodiment, the thickness of the
[0071]
Next, the configuration of the head rear end of the ink jet head according to the present embodiment will be described.
[0072]
FIG. 3 is a perspective view of the rear end portion of the head. In the ink jet head of the present embodiment, the
[0073]
The
[0074]
The
[0075]
In the vicinity of the center of the
[0076]
Since the depth 52 of the shallow groove is one sixth of the depth of the
[0077]
At the rear end of the head, the ink
[0078]
In other words, the
[0079]
Next, the
[0080]
In the ink jet head of the present embodiment, the ink
[0081]
(Production method)
A method for manufacturing the ink jet head of the present embodiment will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 4 shows the structure of the actuator wafer before the ink chamber is formed. This
[0082]
On the
[0083]
The external
[0084]
The
[0085]
Next, a second step of patterning a portion to be the external
[0086]
Next, a third step of forming a counterbore at a location to be the external
[0087]
In the ink jet head manufacturing method of the present embodiment, a counterbore with a maximum depth of 100 μm having an elliptical opening with a short side of 100 μm and a long side of 600 μm is formed on the
[0088]
Next, the 4th process of embedding the substance used as the
[0089]
As a method of pouring the conductive adhesive containing Ag filler (diameter of several μm), it is poured by applying a single character on the XX line of FIG. 4 using a screen printing method or a dispenser. An easy method such as this can be considered. In addition, after apply | coating a conductive adhesive to one character, the unnecessary conductive adhesive which remained on the board | substrate surface is removed with a squeegee.
[0090]
Next, both sides or one side of the
[0091]
Next, the 5th-7th process of the manufacturing method of the inkjet head of this Embodiment is demonstrated using FIG. 5 and FIG. 5 and 6 show a part of the
[0092]
First, after the fourth step, a fifth step of applying DFR to the side of the
[0093]
Next, a sixth step of forming a groove to be the
[0094]
In the inkjet head manufacturing method of the present embodiment, chopper processing is performed using an electroformed blade having a diameter of 51 mm and a thickness of 75 μm at a blade rotation speed of 40000 rpm and a blade approach speed of 3 mm / s.
[0095]
By this chopper processing, the depth of the
[0096]
Next, the seventh step of forming the
[0097]
It is to be noted that by depositing a copper film from the oblique direction with respect to the main surface of the
[0098]
By this step, a copper film is also formed on the DFR film on the top 13 of the ink
[0099]
Next, the 8th and 9th process of the manufacturing method of the inkjet head of this Embodiment is demonstrated using FIG.
[0100]
After the seventh step, an eighth step of bonding the
[0101]
After alignment is performed so that the center position of the
[0102]
Next, a ninth step of subdividing the
[0103]
(Another embodiment)
The feature of the ink jet head of the present embodiment is that "in connecting the ink chamber electrode to the external driving IC, the ink substrate and the driving electrode are not formed, but the external connecting electrode drawn out to the outside is not formed. A member that is an electrode for external connection is provided in advance.
[0104]
In the ink jet head of the present embodiment, an example is shown in which the ink chamber at the front end of the head is deep and the ink chamber at the rear end is shallow using the R shape of the dicing blade. However, such an ink chamber shape is not necessarily required. If the external connection electrode is provided so as to form the ink chamber partition wall, the external connection electrode and the external electrode can be electrically connected. For example, even if the ink chamber is formed using a parting groove having a constant depth, the ink chamber has the same characteristics as those of the ink jet head of the present embodiment described above. The same effect as that obtained can be obtained.
[0105]
In the ink jet head of the present embodiment, the height of the
[0106]
On the other hand, in the sandblasting process in which the recessed portion is formed in the
[0107]
By setting the depth of the
[0108]
Further, by setting the depth of the
[0109]
In addition, on the surface of the
[0110]
In the ink jet head of the present embodiment, as the depth of the
[0111]
In the ink jet head of the present embodiment, a conductive resin obtained by curing a conductive adhesive is used as the material of the
[0112]
For example, a low-melting-point solder paste having a melting point of 200 ° C. or lower is poured into a hollow portion on the
[0113]
In addition, in the electrical connection between the
[0114]
Further, a free-cutting conductive material such as carbon black may be used as the
[0115]
Thus, by using a free-cutting conductive material as the material of the
[0116]
Further, by using a free-cutting conductive material as the material of the
[0117]
In the ink jet head of the present embodiment, the
[0118]
In such an ink jet head, for example, after forming a groove in the
[0119]
In addition, as shown in FIG. 8, when the resin to be poured is a non-conductive adhesive containing a
[0120]
By doing so, since the
[0121]
Further, by filling the rear end portion of the inkjet head with the
[0122]
The
[0123]
On the other hand, as shown in FIG. 9, when the resin to be poured is the
[0124]
The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
[0125]
【The invention's effect】
According to the configuration of the ink-jet head of the present invention, it is possible to connect the electrode directly connected to the driving IC to the external connection electrode, and manufacture a small-sized ink-jet head with few portions other than the active area of the actuator. It becomes possible to do. Thereby, since material cost is reduced, a low-cost inkjet head can be provided.
[0126]
According to the method for manufacturing an ink jet head of the present invention, after forming holes with substantially the same pitch as the partition walls of the plurality of ink chambers at the locations where the plurality of grooves of the plurality of ink chambers are cut off on the piezoelectric substrate. An ink jet head that can obtain the same effect as that of the ink jet head described above can be easily manufactured by embedding a material to be an external connection electrode in the hole and cutting a plurality of grooves in the plurality of ink chambers. It becomes possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of an inkjet head according to an embodiment.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II of FIG.
FIG. 3 is a perspective view of a rear end portion of the inkjet head according to the embodiment.
4A and 4B are diagrams for explaining the actuator wafer before forming the ink chamber according to the embodiment, where FIG. 4A is a plan view of the actuator wafer, and FIG. 4B is a sectional view taken along line YY in FIG. is there.
FIG. 5 is a diagram for explaining a state of a channel wafer before forming ink chamber grooves.
FIG. 6 is a diagram for explaining a state of the channel wafer before forming ink chamber grooves.
FIG. 7 is a view for explaining a state of the head chip wafer before a cross section of the head chip.
FIG. 8 is a perspective view of a rear end portion of an inkjet head according to another embodiment.
FIG. 9 is a perspective view of a rear end portion of an ink jet head according to another embodiment.
FIG. 10 is a diagram for explaining the structure of a conventional inkjet head.
FIG. 11 is a diagram showing an electrode lead structure of an external connection electrode according to the prior art.
FIG. 12 is a diagram for explaining the structure of a conventional inkjet head.
[Explanation of symbols]
1 Actuator, 2 Cover, 3 Nozzle plate, 4 Flexible substrate, 5 Manifold, 6 Actuator wafer, 7 Cover wafer, 8 Head chip wafer, 11 Ink chamber partition, 12 Ink chamber, 13 Top of the ink chamber partition, 14 Drive electrode , 15 External connection electrode, 16 Exposed surface of connection electrode, 20 First common ink chamber, 30 Nozzle hole, 40 Anisotropic conductive film, 41 Copper wire electrode, 51 Ink chamber cut pitch, 52
Claims (11)
該インク室の内側面の双方のそれぞれ上に設けられた駆動電極と、
該駆動電極に接続されるとともに、外部に設けられた外部電極に接続された外部接続用電極とを備え、
該外部接続用電極が、前記インク室の一端部において、前記インク室の内側面の双方として露出するように、前記圧電性基板に埋め込まれた後の前記一端から他端までの前記圧電性基板の切削によって形成されており、
前記駆動電極は、前記インク室の内側面の双方のそれぞれにおいて露出する前記外部接続用電極に接するように形成された、インクジェットヘッド。An ink chamber provided to extend from one end to the other end on the surface of the piezoelectric substrate;
Drive electrodes provided on each of both inner surfaces of the ink chamber;
Is connected to該駆electrokinetic pole, and an external connection electrode connected to an external electrode provided externally,
The piezoelectric substrate from the one end to the other end after being embedded in the piezoelectric substrate so that the external connection electrode is exposed at both ends of the ink chamber as both inner surfaces of the ink chamber. Is formed by cutting
The ink jet head, wherein the drive electrode is formed so as to be in contact with the external connection electrode exposed on each of both inner side surfaces of the ink chamber .
前記圧電性基板に対して座ぐり穴を形成する工程と、
前記座ぐり穴に圧電性基板の外部に設けられた外部電極と接続される外部接続用電極となる外部接続用電極物質を埋込む工程と、
前記外部接続用電極物質の一部を切削して前記外部接続用電極を形成するとともに、前記インク室を形成するための溝を刻切する工程と、
前記外部接続用電極と接触するとともに、前記インク室を構成する溝の内側面の双方に駆動電極を形成する工程とを含む、インクジェットヘッドの製造方法。A method of manufacturing an inkjet head comprising an ink chamber provided so as to extend from one end to the other end on the surface of a piezoelectric substrate,
Forming a counterbore in the piezoelectric substrate;
Embedding an external connection electrode material to be an external connection electrode connected to an external electrode provided outside the piezoelectric substrate in the counterbore,
Cutting a part of the electrode material for external connection to form the electrode for external connection, and cutting a groove for forming the ink chamber;
And a step of forming drive electrodes on both inner surfaces of the grooves constituting the ink chamber while contacting with the external connection electrode.
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