JP5521652B2 - Piezoelectric actuator, liquid discharge head, and image forming apparatus - Google Patents

Piezoelectric actuator, liquid discharge head, and image forming apparatus Download PDF

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本発明は圧電アクチュエータ、液体吐出ヘッド及び画像形成装置に関する。   The present invention relates to a piezoelectric actuator, a liquid discharge head, and an image forming apparatus.
プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ、これらの複合機等の画像形成装置として、例えばインク液滴を吐出する液体吐出ヘッド(液滴吐出ヘッド)からなる記録ヘッドを用いた液体吐出記録方式の画像形成装置(例えばインクジェット記録装置)が知られている。この液体吐出記録方式の画像形成装置は、記録ヘッドからインク滴を、搬送される用紙(紙に限定するものではなく、OHPなどを含み、インク滴、その他の液体などが付着可能なものの意味であり、被記録媒体あるいは記録媒体、記録紙、記録用紙などとも称される。)に対して吐出して、画像形成(記録、印字、印写、印刷も同義語で使用する。)を行なうものであり、記録ヘッドが主走査方向に移動しながら液滴を吐出して画像を形成するシリアル型画像形成装置と、記録ヘッドが移動しない状態で液滴を吐出して画像を形成するライン型ヘッドを用いるライン型画像形成装置がある。   As an image forming apparatus such as a printer, a facsimile, a copying machine, a plotter, or a complex machine of these, for example, a liquid discharge recording type image forming using a recording head composed of a liquid discharge head (droplet discharge head) that discharges ink droplets. An apparatus (for example, an ink jet recording apparatus) is known. This liquid discharge recording type image forming apparatus means that ink droplets are transported from a recording head (not limited to paper, including OHP, and can be attached to ink droplets and other liquids). Yes, it is also ejected onto a recording medium or a recording medium, recording paper, recording paper, etc.) to form an image (recording, printing, printing, and printing are also used synonymously). And a serial type image forming apparatus that forms an image by ejecting liquid droplets while the recording head moves in the main scanning direction, and a line type head that forms images by ejecting liquid droplets without moving the recording head There are line type image forming apparatuses using
なお、本願において、液体吐出記録方式の「画像形成装置」は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の媒体に液体を吐出して画像形成を行う装置を意味し、また、「画像形成」とは、文字や図形等の意味を持つ画像を媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を媒体に付与すること(単に液滴を媒体に着弾させること)をも意味する。また、「インク」とは、インクと称されるものに限らず、記録液、定着処理液、液体などと称されるものなど、画像形成を行うことができるすべての液体の総称として用い、例えば、DNA試料、レジスト、パターン材料、樹脂なども含まれる。また、「用紙」とは、材質を紙に限定するものではなく、上述したOHPシート、布なども含み、インク滴が付着されるものの意味であり、被記録媒体、記録媒体、記録紙、記録用紙などと称されるものを含むものの総称として用いる。また、「画像」とは平面的なものに限らず、立体的に形成されたものに付与された画像、また立体自体を3次元的に造形して形成された像も含まれる。   In the present application, the “image forming apparatus” of the liquid discharge recording method is an apparatus that forms an image by discharging liquid onto a medium such as paper, thread, fiber, fabric, leather, metal, plastic, glass, wood, ceramics, or the like. In addition, “image formation” means not only giving an image having a meaning such as a character or a figure to a medium but also giving an image having no meaning such as a pattern to the medium (simply It also means that a droplet is landed on a medium). “Ink” is not limited to ink, but is used as a general term for all liquids capable of image formation, such as recording liquid, fixing processing liquid, and liquid. DNA samples, resists, pattern materials, resins and the like are also included. The term “paper” is not limited to paper, but includes the above-described OHP sheet, cloth, and the like, and means that ink droplets adhere to the recording medium, recording medium, recording paper, recording It is used as a general term for what includes what is called paper. In addition, the “image” is not limited to a planar one, but includes an image given to a three-dimensionally formed image, and an image formed by three-dimensionally modeling a solid itself.
従来、液体吐出ヘッドとして、液室内の液体であるインクを加圧する圧力を発生するための圧力発生手段(アクチュエータ手段)として圧電素子、特に圧電層と内部電極を交互に積層した積層型圧電素子を用いて、積層型圧電素子のd33又はd31方向の変位で液室の壁面を形成する弾性変形可能な振動板を変形させ、液室内容積/圧力を変化させて液滴を吐出させるいわゆる圧電アクチュエータを用いた圧電型ヘッドが知られている。   Conventionally, as a liquid discharge head, a piezoelectric element, particularly a stacked piezoelectric element in which piezoelectric layers and internal electrodes are alternately stacked, is used as pressure generating means (actuator means) for generating pressure to pressurize ink that is liquid in a liquid chamber. Using a so-called piezoelectric actuator that deforms an elastically deformable diaphragm that forms the wall surface of the liquid chamber by displacement in the d33 or d31 direction of the multilayer piezoelectric element, and discharges the liquid droplet by changing the volume / pressure in the liquid chamber The piezoelectric head used is known.
このような圧電型ヘッドでは、例えば積層型圧電素子を用いて、内部電極を端面に引き出した共通電極となる外部電極(端面電極ともいう。)及び個別電極となる外部電極にそれぞれFPC(フレキシブル基板、フレキシブルプリントケーブル、フレキシブル配線基板)などの配線部材の共通配線電極、個別配線電極を接合し、各圧電素子に画像信号に応じた駆動信号を与えるようにしている。   In such a piezoelectric head, for example, using a laminated piezoelectric element, an FPC (flexible substrate) is provided for each of an external electrode (also referred to as an end face electrode) serving as a common electrode with internal electrodes drawn to the end face and an external electrode serving as an individual electrode. Common wiring electrodes and individual wiring electrodes of wiring members such as flexible printed cables and flexible wiring boards) are joined, and a drive signal corresponding to an image signal is given to each piezoelectric element.
この場合、圧電素子柱を形成する圧電素子部材の両端部を非駆動圧電素子柱とし、この両端部の非駆動圧電素子柱に共通電極を設けてFPCなどの配線部材の共通配線電極と接合するものが知られている(特許文献1)。   In this case, both ends of the piezoelectric element member forming the piezoelectric element column are set as non-driving piezoelectric element columns, and a common electrode is provided on the non-driving piezoelectric element column at both ends to join the common wiring electrode of a wiring member such as an FPC. One is known (Patent Document 1).
また、1枚の連続したノズルプレート上に複数個のノズル開口部を配列し、圧電素子は複数のバルク状圧電体を加工してノズル開口部に対応するように配置したライン型ヘッドにおいて、複数の圧電体の共通電極は導電性のベース部材に対して圧電体の導電部を導通させ、導電性のベース部材から外部に共通電極を取り出すことも知られている(特許文献2)。   In a line-type head in which a plurality of nozzle openings are arranged on one continuous nozzle plate, and the piezoelectric element is formed by processing a plurality of bulk piezoelectric bodies so as to correspond to the nozzle openings. It is also known that the common electrode of the piezoelectric body conducts the conductive portion of the piezoelectric body with respect to the conductive base member, and the common electrode is taken out from the conductive base member (Patent Document 2).
また、ベース部材プレート上に配線パターンを形成して、その配線パターンと圧電素子の電極パターンを、導電粒子を含んだ樹脂材で導通させることも知られている(特許文献3)。   In addition, it is also known that a wiring pattern is formed on a base member plate, and the wiring pattern and an electrode pattern of a piezoelectric element are electrically connected by a resin material containing conductive particles (Patent Document 3).
特許第3114771号公報Japanese Patent No. 3114771 特開2007−055021号公報JP 2007-055021 A 特開2005−035226号公報JP 2005-035226 A
ところで、画像形成装置の高速化に伴って液体吐出ヘッドも長尺化しており、これに伴って複数配列される圧電素子柱の内の端部側の圧電素子柱と中央部の圧電素子柱との間で、電圧印加径路(一般的に圧電素子表面に形成された金属薄膜によって形成されている)の抵抗値の差が大きくなってしまい、各圧電素子柱で均一な変位量を確保できないという課題がある。   By the way, as the image forming apparatus increases in speed, the liquid discharge head also becomes longer. With this, a plurality of piezoelectric element columns arranged on the end side and a central piezoelectric element column are arranged. The difference in the resistance value of the voltage application path (generally formed by a metal thin film formed on the surface of the piezoelectric element) becomes large, and a uniform displacement amount cannot be secured in each piezoelectric element column. There are challenges.
そこで、この電圧印加径路に導電性樹脂等を埋めて断面積を稼ぎ抵抗を下げることが行われていたが、ヘッドの長尺化に伴い、導電性樹脂では圧電素子の金属層との接合部の抵抗が無視できない状態になってきている。接合部の抵抗を下げるには、はんだ等を用いた金属溶融接合(金属を溶融して接合すること)が有効であるが、ベース部材は圧電素子の振動を低減するために重量(大きさ)が必要であることから、ベース部材は熱容量が大きく、そのため、はんだ接合には大きな熱量が必要となって、例えば、圧電素子部材間の隙間のような微細領域のはんだを加熱溶融するようなことは困難であった。   Therefore, this voltage application path was filled with a conductive resin or the like to increase the cross-sectional area and reduce the resistance. However, with the increase in the length of the head, the conductive resin is joined to the metal layer of the piezoelectric element. The resistance is no longer negligible. In order to reduce the resistance of the joint, metal fusion joining using solder or the like (melting and joining the metal) is effective, but the base member has a weight (size) to reduce vibration of the piezoelectric element. Therefore, the base member has a large heat capacity. Therefore, a large amount of heat is required for soldering, and for example, solder in a fine region such as a gap between piezoelectric element members is heated and melted. Was difficult.
本願発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、例えばレーザー等を用いた金属溶融接合に必要な熱量を低減して微細な接合領域を低抵抗に接合することができ、また電圧印加径路の断面積を制御して抵抗値を自由に設定可能とすることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems. For example, it is possible to reduce the amount of heat necessary for metal fusion bonding using a laser or the like to bond a fine bonding region with low resistance, and to apply a voltage application path. The resistance value can be freely set by controlling the cross-sectional area.
上記の課題を解決するため、圧電アクチュエータは、
ベース部材上に複数配設された圧電素子部材に複数の圧電素子柱が形成され、
前記圧電素子柱に配線部材が接合され、
前記ベース部材上には、少なくとも前記圧電素子部材との接合部以外の領域に、前記ベース部材よりも熱伝導率の低い低熱伝導層と導電層とが積層され、
前記導電層は一部が溶融して又は溶融金属を介して前記圧電素子柱の共通電極と接合されている
構成とした。
In order to solve the above problems, the piezoelectric actuator is
A plurality of piezoelectric element columns are formed on a plurality of piezoelectric element members disposed on the base member,
A wiring member is joined to the piezoelectric element column,
On the base member, a low thermal conductive layer and a conductive layer having a thermal conductivity lower than that of the base member are laminated at least in a region other than a joint portion with the piezoelectric element member,
A part of the conductive layer is melted or joined to the common electrode of the piezoelectric element column via a molten metal.
ここで、前記ベース部材上の導電層は、前記ベース部材と前記圧電素子部材との接合部には形成されていない構成とできる。   Here, the conductive layer on the base member may be configured not to be formed at a joint portion between the base member and the piezoelectric element member.
また、前記ベース部材上の低熱伝導層は、前記ベース部材と前記圧電素子部材との接合部には形成されていない構成とできる。   Further, the low thermal conductive layer on the base member may be configured not to be formed at a joint portion between the base member and the piezoelectric element member.
また、前記ベース部材が導電性部材から形成され、前記導電層と前記ベース部材とが電気的に導通している構成とできる。   The base member may be formed of a conductive member, and the conductive layer and the base member may be electrically connected.
また、前記低熱伝導層と前記導電層との間には、前記導電層と異なる金属材料からなる金属層が形成されている構成とできる。   Further, a metal layer made of a metal material different from the conductive layer may be formed between the low thermal conductive layer and the conductive layer.
また、前記ベース部材と前記低熱伝導層との間の少なくとも一部には、前記ベース部材と異なる材質の導電層が形成されている構成とできる。   Moreover, it can be set as the structure by which the conductive layer of the material different from the said base member is formed in at least one part between the said base member and the said low heat conductive layer.
また、前記低熱伝導層は導電性を有している構成とできる。   Further, the low thermal conductive layer can be configured to have conductivity.
また、前記低熱伝導層は、前記圧電素子部材に前記複数の圧電素子柱を形成する溝の底部よりも低い位置に位置している構成とできる。   Further, the low thermal conductive layer can be configured to be positioned at a position lower than the bottom of the groove forming the plurality of piezoelectric element columns in the piezoelectric element member.
また、前記ベース部材には前記圧電素子部材が2列配置され、前記2列の圧電素子部材の間の距離は前記低熱伝導層に突き当てられて位置決めされている構成とできる。   The piezoelectric element members may be arranged in two rows on the base member, and the distance between the two rows of piezoelectric element members may be abutted against the low thermal conductive layer.
また、前記ベース部材には前記圧電素子部材が少なくとも2列配置され、前記ベース部材には、各圧電素子部材の列間に、前記ベース部材と前記圧電素子部材との接合面より低い凹部が形成され、前記凹部の底面に前記低熱伝導層が形成されている構成とできる。   In addition, at least two rows of the piezoelectric element members are arranged on the base member, and a concave portion lower than the joint surface between the base member and the piezoelectric element member is formed between the rows of the piezoelectric element members. The low thermal conductive layer can be formed on the bottom surface of the recess.
この場合、前記凹部の幅は前記圧電素子部材の列間の幅よりも大きい構成とできる。   In this case, the width of the recess can be larger than the width between the rows of the piezoelectric element members.
本発明に係る液体吐出ヘッドは、本発明に係る圧電アクチュエータを備えたものである。   The liquid discharge head according to the present invention includes the piezoelectric actuator according to the present invention.
本発明に係る画像形成装置は、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えたものである。   An image forming apparatus according to the present invention includes the liquid ejection head according to the present invention.
本発明に係る圧電アクチュエータによれば、ベース部材上には、少なくとも圧電素子部材との接合部以外の領域に、ベース部材よりも熱伝導率の低い低熱伝導層と導電層とが積層され、導電層は一部が溶融して又は溶融金属を介して圧電素子柱の共通電極と接合されている構成としたので、例えばレーザー等を用いた金属溶融接合に必要な熱量を低減して微細な接合領域を低抵抗に接合することができ、また溶融して形成する金属の厚さを制御することで電圧印加径路の断面積を制御して抵抗値を自由に設定することが可能となる。   According to the piezoelectric actuator of the present invention, the low thermal conductive layer and the conductive layer having a lower thermal conductivity than the base member are laminated on the base member at least in a region other than the joint portion with the piezoelectric element member. Since the layer is partly melted or joined to the common electrode of the piezoelectric element column via molten metal, for example, the amount of heat required for metal fusion joining using a laser or the like is reduced and fine joining is performed. The region can be bonded to a low resistance, and the resistance value can be freely set by controlling the cross-sectional area of the voltage application path by controlling the thickness of the metal formed by melting.
本発明に係る液体吐出ヘッドによれば、本発明に係る圧電アクチュエータを備えているので、良好な滴吐出特性が得られる。   According to the liquid discharge head according to the present invention, since the piezoelectric actuator according to the present invention is provided, good droplet discharge characteristics can be obtained.
本発明に係る画像形成装置によれば、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えるので、安定した画像形成を行うことができる。   According to the image forming apparatus of the present invention, since the liquid discharge head according to the present invention is provided, stable image formation can be performed.
本発明に係る液体吐出ヘッドの第1実施形態の分解斜視図である。1 is an exploded perspective view of a first embodiment of a liquid ejection head according to the present invention. 同ヘッドのノズル配列方向と直交する方向(液室長手方向)に沿う断面説明図である。It is sectional explanatory drawing which follows the direction (liquid chamber longitudinal direction) orthogonal to the nozzle arrangement direction of the head. 同ヘッドのノズル配列方向(液室短手方向)に沿う断面説明図である。It is sectional explanatory drawing in alignment with the nozzle arrangement direction (liquid chamber short direction) of the head. 同じく配線部材(透過状態で図示)との接合を説明する側面説明図である。It is side surface explanatory drawing similarly explaining joining with a wiring member (illustrated in the permeation | transmission state). 本発明に係る圧電アクチュエータの第1実施形態の配線部材を除く断面説明図である。It is a section explanatory view excluding the wiring member of a 1st embodiment of a piezoelectric actuator concerning the present invention. 同アクチュエータの圧電素子部材のスリット加工前の製作工程の説明に供する断面説明図である。It is sectional explanatory drawing with which it uses for description of the manufacturing process before the slit process of the piezoelectric element member of the actuator. 同じくスリット加工前の圧電素子部材の内部電極の平面説明図である。It is a plane explanatory view of the internal electrode of the piezoelectric element member before slit processing. 本発明に係る圧電アクチュエータの第2実施形態の配線部材を除く断面説明図である。It is sectional explanatory drawing except the wiring member of 2nd Embodiment of the piezoelectric actuator which concerns on this invention. 本発明に係る圧電アクチュエータの第3実施形態の配線部材を除く断面説明図である。It is sectional explanatory drawing except the wiring member of 3rd Embodiment of the piezoelectric actuator which concerns on this invention. 本発明に係る液体吐出ヘッドの第2実施形態の分解斜視説明図である。It is a disassembled perspective explanatory drawing of 2nd Embodiment of the liquid discharge head which concerns on this invention. 同ヘッドのノズル配列方向と直交する方向(液室長手方向)に沿う断面説明図である。It is sectional explanatory drawing which follows the direction (liquid chamber longitudinal direction) orthogonal to the nozzle arrangement direction of the head. 同ヘッドのノズル配列方向(液室短手方向)に沿う一部の断面説明図である。It is a partial cross-sectional explanatory drawing along the nozzle arrangement direction (liquid chamber short direction) of the head. 同じく配線部材(透過状態で図示)との接合を説明する側面説明図である。It is side surface explanatory drawing similarly explaining joining with a wiring member (illustrated in the permeation | transmission state). 本発明に係る圧電アクチュエータの第4実施形態の配線部材を除く断面説明図である。It is sectional explanatory drawing except the wiring member of 4th Embodiment of the piezoelectric actuator which concerns on this invention. 本発明に係る圧電アクチュエータの配線部材を除く断面説明図である。It is a cross-sectional explanatory drawing except the wiring member of the piezoelectric actuator which concerns on this invention. 本発明に係る圧電アクチュエータの第5実施形態の配線部材を除く断面説明図である。It is sectional explanatory drawing except the wiring member of 5th Embodiment of the piezoelectric actuator which concerns on this invention. 本発明に係る圧電アクチュエータの第6実施形態の配線部材を除く断面説明図である。It is sectional explanatory drawing except the wiring member of 6th Embodiment of the piezoelectric actuator which concerns on this invention. 本発明に係る圧電アクチュエータの第7実施形態の配線部材を除く断面説明図である。It is sectional explanatory drawing except the wiring member of 7th Embodiment of the piezoelectric actuator which concerns on this invention. 同アクチュエータのポリイミドシートの製作工程の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing process of the polyimide sheet of the actuator. 本発明に係る圧電アクチュエータの第8実施形態の配線部材を除く断面説明図である。It is sectional explanatory drawing except the wiring member of 8th Embodiment of the piezoelectric actuator which concerns on this invention. 本発明に係る圧電アクチュエータの第9実施形態の配線部材を除く断面説明図である。It is sectional explanatory drawing except the wiring member of 9th Embodiment of the piezoelectric actuator which concerns on this invention. 本発明に係る圧電アクチュエータの第10実施形態の配線部材を除く断面説明図である。It is sectional explanatory drawing except the wiring member of 10th Embodiment of the piezoelectric actuator which concerns on this invention. 本発明に係る画像形成装置の一例を示す全体構成図である。1 is an overall configuration diagram illustrating an example of an image forming apparatus according to the present invention. 同じく要部平面説明図である。Similarly it is principal part plane explanatory drawing. 本発明に係る画像形成装置の他の例を示す全体構成図である。It is a whole block diagram which shows the other example of the image forming apparatus which concerns on this invention.
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。本発明に係る圧電アクチュエータを含む液体吐出ヘッドの第1実施形態について図1ないし図4を参照して説明する。なお、図1は同ヘッドの分解斜視説明図、図2は同ヘッドのノズル配列方向と直交する方向(液室長手方向)に沿う断面説明図、図3は同ヘッドの圧電アクチュエータのノズル配列方向(液室短手方向)に沿う断面説明図、図4は同じく配線部材(透過状態で図示)との接合を説明する側面説明図である。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. A first embodiment of a liquid discharge head including a piezoelectric actuator according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 is an exploded perspective view of the head, FIG. 2 is a cross-sectional view along a direction (liquid chamber longitudinal direction) orthogonal to the nozzle arrangement direction of the head, and FIG. 3 is a nozzle arrangement direction of piezoelectric actuators of the head. Cross-sectional explanatory drawing along the (liquid chamber short direction), FIG. 4 is also a side explanatory view for explaining the joining with the wiring member (illustrated in a transparent state).
この液体吐出ヘッドは、SUS基板で形成した流路基板(液室基板)1と、この流路基板1の下面に接合した振動板部材2と、流路基板1の上面に接合したノズル板3とを有し、これらによって液滴(液体の滴)を吐出する複数のノズル4がそれぞれノズル連通路5を介して連通する個別流路としての複数の液室(加圧液室、圧力室、加圧室、流路などとも称される。)6、液室6にインクを供給する供給路を兼ねた流体抵抗部7、この流体抵抗部7を介して液室6と連通する連通部8を形成し、連通部8に振動板部材2に形成した供給口9を介して後述するフレーム部材17に形成した共通液室10からインクを供給する。   The liquid discharge head includes a flow path substrate (liquid chamber substrate) 1 formed of a SUS substrate, a vibration plate member 2 bonded to the lower surface of the flow path substrate 1, and a nozzle plate 3 bonded to the upper surface of the flow path substrate 1. And a plurality of nozzles 4 for ejecting droplets (liquid droplets) by these, respectively, as a plurality of liquid chambers (pressurized liquid chamber, pressure chamber, Also referred to as a pressure chamber, a flow path, etc.) 6, a fluid resistance portion 7 that also serves as a supply path for supplying ink to the liquid chamber 6, and a communication portion 8 that communicates with the liquid chamber 6 via the fluid resistance portion 7. Ink is supplied from a common liquid chamber 10 formed in a frame member 17 to be described later to the communication portion 8 through a supply port 9 formed in the diaphragm member 2.
流路基板1は、流路板1Aと連通板1Bとを接着して構成している。この流路基板1は、SUS基板を、酸性エッチング液を用いてエッチング、あるいは打ち抜き(プレス)などの機械加工することで、連通路5、加圧液室6、流体抵抗部7などの開口をそれぞれ形成している。   The flow path substrate 1 is configured by bonding a flow path plate 1A and a communication plate 1B. The flow path substrate 1 is formed by etching the SUS substrate using an acidic etchant or machining such as punching (pressing) to open openings such as the communication path 5, the pressurized liquid chamber 6, and the fluid resistance portion 7. Each is formed.
振動板部材2は各液室6に対応してその壁面を形成する各振動領域(ダイアフラム部)2aを有し、振動領域2aの面外側(液室6と反対面側)に島状凸部2bが設けられ、この島状凸部2bに振動領域2aを変形させる駆動手段(アクチュエータ手段、圧力発生手段)としての積層型圧電素子部材12の圧電素子柱12Aの上端面(接合面)を接合している。また、積層型圧電素子部材12の下端面はベース部材13に接合している。   The diaphragm member 2 has each vibration region (diaphragm portion) 2a that forms a wall surface corresponding to each liquid chamber 6, and an island-shaped convex portion on the outer side of the vibration region 2a (on the side opposite to the liquid chamber 6). 2b is provided, and the upper end surface (joint surface) of the piezoelectric element column 12A of the laminated piezoelectric element member 12 as a drive means (actuator means, pressure generating means) for deforming the vibration region 2a is joined to the island-shaped convex portion 2b. doing. The lower end surface of the multilayer piezoelectric element member 12 is joined to the base member 13.
ここで、圧電素子部材12は、圧電材料層21と内部電極22A、22Bとを交互に積層したものであり、内部電極22A、22Bをそれぞれ端面、即ち圧電素子部材12の振動板部材2に略垂直な側面に引き出して、この側面に形成された端面電極(外部電極)23、24に接続し、端面電極(外部電極)23、24間に電圧を印加することで積層方向の変位を生じる。ここで、外部電極23を個別外部電極(個別電極)とし、外部電極24を共通外部電極(共通電極)として使用する。   Here, the piezoelectric element member 12 is formed by alternately stacking the piezoelectric material layers 21 and the internal electrodes 22A and 22B, and the internal electrodes 22A and 22B are respectively provided on the end surfaces, that is, the diaphragm member 2 of the piezoelectric element member 12. By pulling out to the vertical side surface, connecting to the end face electrodes (external electrodes) 23, 24 formed on the side face, and applying a voltage between the end face electrodes (external electrodes) 23, 24, displacement in the stacking direction occurs. Here, the external electrode 23 is used as an individual external electrode (individual electrode), and the external electrode 24 is used as a common external electrode (common electrode).
この圧電素子部材12は、ハーフカットダイシングによって溝31(図3)を加工して1つの圧電素子部材に対して所要数の圧電素子柱12A、12Bを所定の間隔で櫛歯状に形成したものである。なお、圧電素子部材12の圧電素子柱12A、12Bは、同じものであるが、駆動波形を与えて駆動させる圧電素子柱を駆動圧電素子柱12A、駆動波形を与えないで単なる支柱として使用する圧電素子柱を非駆動圧電素子柱12Bとして区別している。また、圧電素子部材12の端部の非駆動圧電素子柱12Bは共通電極を外部に取り出すために幅広に形成した非駆動圧電素子柱12Baとしている。   This piezoelectric element member 12 is formed by processing grooves 31 (FIG. 3) by half-cut dicing and forming a required number of piezoelectric element columns 12A and 12B in a comb-like shape at a predetermined interval with respect to one piezoelectric element member. It is. The piezoelectric element columns 12A and 12B of the piezoelectric element member 12 are the same, but the piezoelectric element column that is driven by giving a drive waveform is used as a drive piezoelectric element column 12A, and a piezoelectric element that is used as a simple support without giving a drive waveform. The element columns are distinguished as non-driving piezoelectric element columns 12B. Further, the non-driving piezoelectric element column 12B at the end of the piezoelectric element member 12 is a non-driving piezoelectric element column 12Ba formed wide to take out the common electrode to the outside.
また、圧電素子部材12には駆動圧電素子柱12Aに駆動信号を与えるための可撓性を有する配線部材としてのFPC15が接続されている。FPC15には、駆動圧電素子柱12Aの個別電極23に接続する個別配線電極41と、端部の非駆動圧電素子12Baに取り出される複数の駆動圧電素子柱12Aの共通電極24に接続された共通の共通電極部25に接続する共通配線電極42を有している。なお、FPC15は圧電素子部材12の近傍でベース部材13に図示しないホットメルト接着剤で接着されている。また、FPC15と圧電素子部材12を接続するための加熱方法としては、ヒーター等を用いた接触加熱方法とレーザー等を用いた非接触加熱方法があるが、レーザーによる接合が好ましく、この場合、ガラス等の剛性部材でFPC15と圧電素子部材12を密着させて接合させてもよいが、エアー圧によってFPC15と圧電素子部材12を密着させながらレーザーによって接合する方が好ましい。   The piezoelectric element member 12 is connected to an FPC 15 as a flexible wiring member for giving a driving signal to the driving piezoelectric element column 12A. The FPC 15 includes a common wiring electrode 41 connected to the individual electrode 23 of the driving piezoelectric element column 12A and a common electrode 24 connected to the common electrode 24 of the plurality of driving piezoelectric element columns 12A taken out to the non-driving piezoelectric element 12Ba at the end. A common wiring electrode 42 connected to the common electrode portion 25 is provided. The FPC 15 is bonded to the base member 13 in the vicinity of the piezoelectric element member 12 with a hot melt adhesive (not shown). In addition, as a heating method for connecting the FPC 15 and the piezoelectric element member 12, there are a contact heating method using a heater and a non-contact heating method using a laser or the like, but laser bonding is preferable. The FPC 15 and the piezoelectric element member 12 may be bonded to each other with a rigid member such as, but it is preferable that the FPC 15 and the piezoelectric element member 12 are bonded to each other with a laser while being closely bonded by air pressure.
ノズル板3は、ニッケル(Ni)の金属プレートから形成したもので、エレクトロフォーミング法(電鋳)で製造している。このノズル板3には各液室6に対応して直径10〜35μmのノズル4を形成し、流路板1に接着剤接合している。そして、このノズル板3の液滴吐出側面(吐出方向の表面:吐出面、又は液室6側と反対の面)には撥水層を設けている。   The nozzle plate 3 is formed from a nickel (Ni) metal plate, and is manufactured by an electroforming method (electroforming). In this nozzle plate 3, nozzles 4 having a diameter of 10 to 35 μm are formed corresponding to the respective liquid chambers 6 and bonded to the flow path plate 1 with an adhesive. A water repellent layer is provided on the droplet discharge side surface (surface in the discharge direction: discharge surface or surface opposite to the liquid chamber 6 side) of the nozzle plate 3.
なお、このヘッドでは、圧電素子部材12の圧電方向としてd33方向の変位を用いて液室6内インクを加圧する構成とし、更に、液滴の吐出方向が液室6での記録液の流れ方向と異なるサイドシュータ方式で液滴を吐出させる構成としている。サイドシュータ方式とすることで、圧電素子部材12の大きさが略ヘッドの大きさとなり、圧電素子部材12の小型化を直接ヘッドの小型化に結びつけることができ、ヘッドの小型化を図り易い。   This head is configured to pressurize the ink in the liquid chamber 6 by using the displacement in the d33 direction as the piezoelectric direction of the piezoelectric element member 12, and the droplet discharge direction is the flow direction of the recording liquid in the liquid chamber 6. The side shooter method is different from that of droplets. By adopting the side shooter system, the size of the piezoelectric element member 12 becomes approximately the size of the head, and the miniaturization of the piezoelectric element member 12 can be directly linked to the miniaturization of the head, and the head can be easily miniaturized.
さらに、これらの圧電素子部材12、ベース部材13及びFPC15などで構成される本発明に係る圧電アクチュエータ100の外周側には、エポキシ系樹脂或いはポリフェニレンサルファイトで射出成形により形成したフレーム部材17を接合している。そして、このフレーム部材17には前述した共通液室10を形成し、更に共通液室10に外部から記録液を供給するための供給口19を形成し、この供給口19は更に図示しないサブタンクやインクカートリッジなどのインク供給源に接続される。   Further, a frame member 17 formed by injection molding with epoxy resin or polyphenylene sulfite is bonded to the outer peripheral side of the piezoelectric actuator 100 according to the present invention composed of the piezoelectric element member 12, the base member 13, the FPC 15, and the like. doing. The frame member 17 is formed with the common liquid chamber 10 described above, and further, a supply port 19 for supplying a recording liquid from the outside to the common liquid chamber 10 is formed. It is connected to an ink supply source such as an ink cartridge.
このように構成した液体吐出ヘッドにおいては、例えば押し打ち方式で駆動する場合には、図示しない制御部から記録する画像に応じて駆動圧電素子柱12Aに20〜50Vの駆動パルス電圧を選択的に印加することによって、パルス電圧が印加された駆動圧電素子柱12Aが変位して振動板部材2の振動領域2aをノズル板3方向に変形させ、液室6の容積(体積)変化によって液室6内の液体を加圧することで、ノズル板3のノズル4から液滴が吐出される。そして、液滴の吐出に伴って液室6内の圧力が低下し、このときの液流れの慣性によって液室6内には若干の負圧が発生する。この状態の下において、駆動圧電素子柱12Aへの電圧の印加をオフ状態にすることによって、振動板2が元の位置に戻って液室6が元の形状になるため、さらに負圧が発生する。このとき、共通液室10から液室6内に記録液が充填され、次の駆動パルスの印加に応じて液滴がノズル4から吐出される。   In the liquid ejection head configured as described above, for example, when driven by a punching method, a drive pulse voltage of 20 to 50 V is selectively applied to the drive piezoelectric element column 12A according to an image recorded from a control unit (not shown). When applied, the driving piezoelectric element column 12A to which the pulse voltage is applied is displaced to deform the vibration region 2a of the vibration plate member 2 in the direction of the nozzle plate 3, and the liquid chamber 6 is changed by the volume (volume) change of the liquid chamber 6. By pressurizing the liquid inside, droplets are ejected from the nozzle 4 of the nozzle plate 3. As the liquid droplets are discharged, the pressure in the liquid chamber 6 decreases, and a slight negative pressure is generated in the liquid chamber 6 due to the inertia of the liquid flow at this time. Under this state, by turning off the application of voltage to the driving piezoelectric element column 12A, the diaphragm 2 returns to the original position and the liquid chamber 6 becomes the original shape, so that further negative pressure is generated. To do. At this time, the recording liquid is filled from the common liquid chamber 10 into the liquid chamber 6, and droplets are ejected from the nozzles 4 in response to the next drive pulse application.
なお、液体吐出ヘッドは、上記の押し打ち以外にも、引き打ち方式(振動板2を引いた状態から開放して復元力で加圧する方式)、引き−押し打ち方式(振動板2を中間位置で保持しておき、この位置から引いた後、押出す方式)などの方式で駆動することもできる。   In addition to the above-described pushing, the liquid ejection head is not limited to the pulling method (a method of releasing the diaphragm 2 from the pulled state and pressurizing it with a restoring force), and the pulling-pushing method (the diaphragm 2 at the intermediate position). It is also possible to drive by pulling from this position and then extruding.
次に、上記液体吐出ヘッドを構成する本発明に係る圧電アクチュエータの第1実施形態について図5を参照して説明する。
この圧電アクチュエータ100は、ベース部材13上には接着剤50にて圧電素子部材12が接合され、ベース部材13の圧電素子部材12との接合領域以外の領域には、ベース部材13よりも熱伝導率の低い低熱伝導層51と導電層52とが積層され、導電層52の一部が溶融して圧電素子部材12の共通電極24と接合されている。
Next, a first embodiment of a piezoelectric actuator according to the present invention that constitutes the liquid ejection head will be described with reference to FIG.
In the piezoelectric actuator 100, the piezoelectric element member 12 is bonded to the base member 13 with an adhesive 50, and the region other than the bonding region of the base member 13 with the piezoelectric element member 12 is more thermally conductive than the base member 13. The low thermal conductive layer 51 and the conductive layer 52 having a low rate are laminated, and a part of the conductive layer 52 is melted and joined to the common electrode 24 of the piezoelectric element member 12.
ここで、ベース部材13として、SUSを用いているが、これに限るものではない。例えば、Cuなどでもよく、圧電素子部材12の駆動圧電素子柱12Aを駆動するときに生じる振動を効率よく抑制することができるものであればよい。   Here, SUS is used as the base member 13, but is not limited thereto. For example, Cu or the like may be used as long as the vibration generated when the driving piezoelectric element column 12A of the piezoelectric element member 12 is driven can be efficiently suppressed.
低熱伝導層51としてはポリイミドを用いているが、これに限るものではない。例えば、セラミックや金属酸化物などの無機材料、有機材料の耐熱性のある材料などでもよい。また、ポリイミドの代わりにTiなどの低熱伝導率の金属材料を用いてもよい。Tiは、Cuの熱伝導率に比べて1/20ほどであり、蓄熱効果が高く、導電性のため、導電面積を十分に取ることが可能となり低抵抗化にも有利である。   Although the polyimide is used as the low thermal conductive layer 51, it is not limited to this. For example, an inorganic material such as ceramic or metal oxide, or a heat resistant material such as an organic material may be used. Further, a metal material with low thermal conductivity such as Ti may be used instead of polyimide. Ti is about 1/20 of the thermal conductivity of Cu, has a high heat storage effect, and is electrically conductive, so that a sufficient conductive area can be taken, which is advantageous for low resistance.
導電層52としては、半田ペーストを用いて導電層52を形成するとともに、共通電極24と金属溶融接合を行っている。   As the conductive layer 52, the conductive layer 52 is formed using a solder paste, and metal fusion bonding with the common electrode 24 is performed.
このように、ベース部材上には、圧電素子部材との接合領域以外の領域に、ベース部材よりも熱伝導率の低い低熱伝導層と導電層とが積層され、導電層は一部が溶融して圧電素子柱の共通電極と接合されている構成とすることで、まず第1に低熱伝導層を設けることによって例えばレーザー等を用いた金属溶融接合に必要な熱量を低減して微細な接合領域を低抵抗に接合することができ、また溶融して形成する金属の厚さを制御することで電圧印加径路の断面積を制御して抵抗値を自由に設定することが可能となる。   In this way, on the base member, a low thermal conductive layer and a conductive layer having a lower thermal conductivity than the base member are laminated in a region other than the bonding region with the piezoelectric element member, and the conductive layer partially melts. In this configuration, first, a low thermal conductive layer is provided to reduce the amount of heat necessary for metal fusion bonding using, for example, a laser, thereby forming a fine bonding region. The resistance value can be set freely by controlling the cross-sectional area of the voltage application path by controlling the thickness of the metal formed by melting.
さらに、第2に、複数の圧電素子柱に対する共通電極の電圧印加経路が導電層で形成されていることで電圧印加経路の低抵抗化を図れて、液体吐出ヘッドに適用した場合に、ノズル配列方向における各圧電素子柱の変位特性の均一化を図れ、安定した滴吐出特性を得ることができる。   Second, the voltage application path of the common electrode for the plurality of piezoelectric element pillars is formed of a conductive layer, so that the resistance of the voltage application path can be reduced and applied to a liquid discharge head. The displacement characteristics of each piezoelectric element column in the direction can be made uniform, and stable droplet ejection characteristics can be obtained.
次に、この圧電アクチュエータの製造工程の一例について図6及び図7をも参照して説明する。なお、図6は同アクチュエータの圧電素子部材のスリット加工前の製作工程の説明に供する断面説明図、図7は同じくスリット加工前の圧電素子部材の内部電極の平面説明図である。   Next, an example of the manufacturing process of this piezoelectric actuator will be described with reference to FIGS. 6 is a cross-sectional explanatory diagram for explaining the manufacturing process before slitting of the piezoelectric element member of the actuator, and FIG. 7 is a plan explanatory view of the internal electrode of the piezoelectric element member before slitting.
まず、圧電素子部材12を形成するため、図6(a)に示すように、図7(a)に示すパターンを有する内部電極22Aと、同図(b)に示すパターンを有する内部電極22Bとを圧電層21を介して交互に積層した圧電素子部材70を製作し、図6(b)に示すように、この圧電素子部材70に金属膜71を成膜する。なお、金属膜71の材料としては、Ag、Au、Cuなどを用いることができ、この例ではAuをスパッタにより0.4μm厚みで成膜した。その後、図6(c)に示すように、ベース部材13との接合面となる底面側で接合時にベース部材13の短手方向外側になる端部を斜めに切り欠いた加工面74を形成することで、金属膜71からなる個別電極層72と共通電極層73を形成する。   First, in order to form the piezoelectric element member 12, as shown in FIG. 6A, an internal electrode 22A having the pattern shown in FIG. 7A and an internal electrode 22B having the pattern shown in FIG. Of the piezoelectric element members 70 are alternately stacked via the piezoelectric layers 21, and a metal film 71 is formed on the piezoelectric element member 70 as shown in FIG. 6B. As the material of the metal film 71, Ag, Au, Cu, or the like can be used. In this example, Au is formed to a thickness of 0.4 μm by sputtering. After that, as shown in FIG. 6C, a processed surface 74 is formed by obliquely notching the end portion that becomes the outer side in the short direction of the base member 13 at the time of joining on the bottom side that becomes the joining surface with the base member 13. Thus, the individual electrode layer 72 and the common electrode layer 73 made of the metal film 71 are formed.
次に、ベース部材13の圧電素子部材70と接合する面に、蓄熱層(低熱伝導層)51となる感光性のポリイミドの前駆体を厚さ5μmで塗布する。塗布方法は、転写法やスプレー法、ディッピング法など特に限定されるものではない。その後、100℃/1分でプリベークし、フォトリソ工程により、圧電素子部材70とベース部材13との接合部のポリイミドを除去する。   Next, a photosensitive polyimide precursor serving as a heat storage layer (low thermal conductive layer) 51 is applied to the surface of the base member 13 to be bonded to the piezoelectric element member 70 in a thickness of 5 μm. The application method is not particularly limited, such as a transfer method, a spray method, or a dipping method. Thereafter, prebaking is performed at 100 ° C./1 minute, and the polyimide at the joint portion between the piezoelectric element member 70 and the base member 13 is removed by a photolithography process.
なお、低熱伝導層51としてのポリイミドの形状は、連続線状でも、間欠線状でもよい。ここでは、連続線状のパターンとした。また、低熱伝導層51としてのポリイミドの高さ(厚さ)は、圧電素子部材70に対する溝加工時のダイシング切り込みの底部54を越えない高さとしている。これにより、ダイシングによって圧電素子柱12A、12Bを形成するときに、ダイシングブレードの切削領域にポリイミドが侵入することが防止され、異種材料のダイシングが防止されてダイシングの溝形成精度の確保とブレードの長寿命化を図れる。   In addition, the shape of the polyimide as the low heat conductive layer 51 may be a continuous line shape or an intermittent line shape. Here, a continuous linear pattern was used. Further, the height (thickness) of polyimide as the low thermal conductive layer 51 is set so as not to exceed the bottom 54 of the dicing cut when the groove is formed on the piezoelectric element member 70. Accordingly, when the piezoelectric element columns 12A and 12B are formed by dicing, polyimide is prevented from entering the cutting region of the dicing blade, and dicing of dissimilar materials is prevented to ensure the accuracy of forming the dicing groove and Long life can be achieved.
そして、パターン化したポリイミドを300℃の高温で5時間ベークし、低熱伝導層51としてポリイミド膜を形成する。   Then, the patterned polyimide is baked at a high temperature of 300 ° C. for 5 hours, and a polyimide film is formed as the low thermal conductive layer 51.
その後、圧電素子部材70の裏面、あるいはベース部材13上の接合面となる開口部(ポリイミドを形成していない領域)53に接着剤50を塗布する。接着剤50としては、エポキシ系接着剤、紫外線硬化性接着剤、嫌気性接着剤などを用いることができるが、低温で硬化して硬化時間が比較的早い嫌気性の紫外線硬化型の接着剤を用いている。   Thereafter, the adhesive 50 is applied to the back surface of the piezoelectric element member 70 or an opening 53 (region where polyimide is not formed) which becomes a bonding surface on the base member 13. As the adhesive 50, an epoxy adhesive, an ultraviolet curable adhesive, an anaerobic adhesive, or the like can be used. An anaerobic ultraviolet curable adhesive that cures at a low temperature and has a relatively fast curing time can be used. Used.
そして、圧電素子部材70とベース部材13とを、直接接着剤50で接合する。圧電素子部材70、70は、低熱伝導層(ポリイミド)51のエッジ51aに突き当てることにより位置決めしている。低熱伝導層(ポリイミド)51は、フォトリソ工程によりパターン形成しているので、高精度に形状形成することが可能であり、高精度に形成されたポリイミドに突き当て位置決めすることにより、圧電素子部材70、70の列間位置を高精度に位置決めすることができる。圧電素子部材70は、嫌気性の紫外線硬化型の接着剤50と、低熱伝導層(ポリイミド)51への突き当て位置決めにより列間位置精度±10μmで配置することができる。   Then, the piezoelectric element member 70 and the base member 13 are directly bonded with the adhesive 50. The piezoelectric element members 70 are positioned by abutting against the edge 51 a of the low thermal conductive layer (polyimide) 51. Since the low thermal conductive layer (polyimide) 51 is patterned by a photolithography process, it can be formed with high accuracy, and the piezoelectric element member 70 can be positioned by abutting and positioning on the polyimide formed with high accuracy. , 70 can be positioned with high accuracy. The piezoelectric element member 70 can be disposed with an accuracy of inter-column position of ± 10 μm by abutting positioning on the anaerobic ultraviolet curable adhesive 50 and the low thermal conductive layer (polyimide) 51.
次に、圧電素子部材70、70の列間に導電層52を形成する半田ペーストを供給する。供給方法としては、ディスペンスにより列間の間に注入することで供給する。半田ペーストの加熱方法としては、半導体レーザーを用い、ビーム径500μmに絞って圧電素子部材70、70の列間に照射した。半導体レーザーは、局所的に半田ペーストを加熱し、また、半田に供給された熱は、下地にある低熱伝導層(ポリイミド)51によって蓄熱される。また、照射されたレーザーによって、圧電素子部材70、70の共通電極層73も加熱され、導電層52となる半田ペーストが共通電極層73の金属部に接して十分に溶融するために良好な接合状態が得られる。   Next, a solder paste for forming the conductive layer 52 is supplied between the rows of the piezoelectric element members 70 and 70. As a supply method, it supplies by inject | pouring between rows by dispensing. As a method for heating the solder paste, a semiconductor laser was used, and the beam diameter was reduced to 500 μm and irradiated between the rows of the piezoelectric element members 70 and 70. The semiconductor laser locally heats the solder paste, and the heat supplied to the solder is stored by the low thermal conductive layer (polyimide) 51 on the base. Moreover, the common electrode layer 73 of the piezoelectric element members 70 and 70 is also heated by the irradiated laser, and the solder paste that becomes the conductive layer 52 is in contact with the metal portion of the common electrode layer 73 and is sufficiently melted. A state is obtained.
なお、導電層52となる半田ペーストの加熱方法としては、半導体レーザーに限った物ではなく、比較的照射エリアが狭いキセノンランプを光源に用いてもよい。また、レーザーではなく、半田ごてのような先端が鋭利な熱源を近づけて半田溶融させても可能である。圧電素子部材70とベース部材13は、直接接着剤50で接合されることにより、半田ペーストの加熱後であっても、圧電素子部材70、70の位置ずれは発生せず、加熱前の位置精度±10μm以下を確保することができる。   The method of heating the solder paste that becomes the conductive layer 52 is not limited to the semiconductor laser, and a xenon lamp having a relatively small irradiation area may be used as the light source. It is also possible to melt the solder by bringing a heat source having a sharp tip such as a soldering iron close to the laser instead of a laser. The piezoelectric element member 70 and the base member 13 are directly bonded with the adhesive 50, so that the positional deviation of the piezoelectric element members 70 and 70 does not occur even after the solder paste is heated, and the positional accuracy before heating is increased. ± 10 μm or less can be secured.
このように、圧電素子部材70とベース部材13は直接接着剤50で接合され、圧電素子部材70と導電層52となる半田ペーストの導通を得るための電気的接合を形成するのに、熱が低熱伝導層51であるポリイミドによってベース部材13側に拡散し難いために、レーザーを用いたスポット加熱で瞬時に十分な熱量が半田ペーストとその下地のポリイミドに蓄えられため、圧電素子部材70、70間の高精度の位置関係を保ったまま、圧電素子部材70、70の共通電極層73と導電層51となる半田ペーストの間には良好な電気的接合を形成でき、共通電極の低抵抗化が可能となる。   In this way, the piezoelectric element member 70 and the base member 13 are directly bonded by the adhesive 50, and heat is used to form an electrical connection for obtaining conduction of the solder paste that becomes the piezoelectric element member 70 and the conductive layer 52. Since it is difficult for the polyimide which is the low thermal conductive layer 51 to diffuse to the base member 13 side, a sufficient amount of heat is instantaneously stored in the solder paste and the underlying polyimide by spot heating using a laser. While maintaining a high-precision positional relationship between them, a good electrical connection can be formed between the common electrode layer 73 of the piezoelectric element members 70 and 70 and the solder paste as the conductive layer 51, and the resistance of the common electrode can be reduced. Is possible.
そして、圧電素子部材70、70の共通電極層73、73が導電層52と金属溶融接合された後、圧電素子部材70に溝加工を施して駆動圧電素子柱12A、12Bが形成されるとともに、個別電極層72が個別電極23に分割された圧電素子部材12とし、その後、圧電素子部材12の個別電極23及び共通電極部25にFPC15の各電極41、42を接合することで圧電アクチュエータ100が得られる。   Then, after the common electrode layers 73 and 73 of the piezoelectric element members 70 and 70 are metal-bonded to the conductive layer 52, the piezoelectric element member 70 is grooved to form the drive piezoelectric element columns 12A and 12B. The individual electrode layer 72 is made into the piezoelectric element member 12 divided into the individual electrodes 23, and then the piezoelectric actuator 100 is joined by bonding the electrodes 41 and 42 of the FPC 15 to the individual electrode 23 and the common electrode portion 25 of the piezoelectric element member 12. can get.
次に、本発明に係る圧電アクチュエータの第2実施形態について図8を参照して説明する。なお、図8は同アクチュエータの配線部材を除く断面説明図である。
ここでは、上記第1実施形態において、ベース部材13上に形成した低熱伝導層51を形成した後開口部53を形成しないで、そのまま低熱伝導層51上に接着剤50にて圧電素子部材12、12を接合している。このようにしても、前記第1実施形態と同様な作用効果が得られ、ポリイミドをパターニングするフォトリソ工程が省略できるため、より低コストで形成することができる。
Next, a second embodiment of the piezoelectric actuator according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 is an explanatory cross-sectional view of the actuator excluding the wiring member.
Here, in the first embodiment, after forming the low thermal conductive layer 51 formed on the base member 13, without forming the opening 53, the piezoelectric element member 12 with the adhesive 50 is directly formed on the low thermal conductive layer 51. 12 are joined. Even if it does in this way, since the effect similar to the said 1st Embodiment is acquired and the photolitho process which patterns a polyimide can be skipped, it can form at lower cost.
次に、本発明に係る圧電アクチュエータの第3実施形態について図9を参照して説明する。なお、図9は同アクチュエータの配線部材を除く断面説明図である。
ここでは、上記第1実施形態において、ベース部材13上に形成した低熱伝導層51に開口部53を形成した後、導電層52とは異なる金属層55をベース部材13及び低熱伝導層51の表面に形成し、金属層55上に接着剤50にて圧電素子部材12、12を接合している。金属層55の材料としては、AuやAgなど導電層52を形成する半田と接合しやすく、更に表面が酸化されにくい材料が好ましい。
Next, a third embodiment of the piezoelectric actuator according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 is an explanatory cross-sectional view of the actuator excluding the wiring member.
Here, in the first embodiment, after the opening 53 is formed in the low thermal conductive layer 51 formed on the base member 13, the metal layer 55 different from the conductive layer 52 is formed on the surface of the base member 13 and the low thermal conductive layer 51. The piezoelectric element members 12 and 12 are bonded onto the metal layer 55 with an adhesive 50. The material of the metal layer 55 is preferably a material such as Au or Ag that can be easily joined to the solder forming the conductive layer 52 and that the surface is not easily oxidized.
このように、低熱伝導層と導電層の間に、導電層とは異なる金属層が形成されていることで、導電層と合金が形成しやすくなり、電気的な接続不良の低減を図れ、共通電極を低抵抗化できる。金属層として、Auなどの不活性材料を使用することで、表面の酸化を防止する効果もある。   As described above, a metal layer different from the conductive layer is formed between the low thermal conductive layer and the conductive layer, so that it is easy to form an alloy with the conductive layer, and it is possible to reduce electrical connection failure and The resistance of the electrode can be reduced. By using an inert material such as Au as the metal layer, there is an effect of preventing surface oxidation.
次に、本発明に係る液体吐出ヘッドの第2実施形態について図10ないし図13を参照して説明する。なお、図10は同ヘッドの分解斜視説明図、図11は同ヘッドのノズル配列方向と直交する方向(液室長手方向)に沿う断面説明図、図12は同ヘッドのノズル配列方向(液室短手方向)に沿う一部の断面説明図、図13は同じく配線部材(透過状態で図示)との接合を説明する側面説明図である。   Next, a second embodiment of the liquid ejection head according to the present invention will be described with reference to FIGS. 10 is an exploded perspective view of the head, FIG. 11 is a sectional explanatory view along a direction (liquid chamber longitudinal direction) perpendicular to the nozzle arrangement direction of the head, and FIG. 12 is a nozzle arrangement direction (liquid chamber) of the head. FIG. 13 is an explanatory side view for explaining the joining with a wiring member (shown in a transparent state).
この液体吐出ヘッドは、ベース部材13上に1列当たり3個の圧電素子部材12を溝31の幅に相当する隙間32を空けて配列することでライン型ヘッドを構成したものである。そして、圧電素子部材12の共通電極24とFPC15との電気的接続は、図13に示すように、ベース部材13にFPC15の共通配線電極42を半田などで接合することによって行っている。なお、圧電アクチュエータ100以外の構成については、前記第1実施形態に係る液体吐出ヘッドと略同様であるので対応する部分に同じ符号を付して説明を省略する。   This liquid discharge head is configured as a line type head by arranging three piezoelectric element members 12 per row on the base member 13 with a gap 32 corresponding to the width of the groove 31. The electrical connection between the common electrode 24 of the piezoelectric element member 12 and the FPC 15 is performed by joining the common wiring electrode 42 of the FPC 15 to the base member 13 with solder or the like, as shown in FIG. Since the configuration other than the piezoelectric actuator 100 is substantially the same as that of the liquid ejection head according to the first embodiment, the corresponding portions are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
そこで、この液体吐出ヘッドを構成している本発明に係る圧電アクチュエータの第4実施形態について図14を参照して説明する。なお、図14は同アクチュエータの配線部材を除く断面説明図である。
この圧電アクチュエータ100は、ベース部材13上にベース部材13よりも熱伝導率の低い低熱伝導層51が形成され、この低熱伝導層51に形成されたスルーホール形状の開口部60を含めて導電層の一部となる金属層(ここでは半田層)61が積層され、更にこの半田層61上に導電層52が積層され、半田層61上に接着剤50で接合された圧電素子部材12の共通電極24に導電層52の一部が溶融して接合されている。
Therefore, a fourth embodiment of the piezoelectric actuator according to the present invention constituting this liquid discharge head will be described with reference to FIG. FIG. 14 is an explanatory cross-sectional view of the actuator excluding the wiring member.
In this piezoelectric actuator 100, a low thermal conductive layer 51 having a lower thermal conductivity than the base member 13 is formed on the base member 13, and a conductive layer including a through-hole-shaped opening 60 formed in the low thermal conductive layer 51. A common metal layer (a solder layer in this case) 61 is laminated, a conductive layer 52 is laminated on the solder layer 61, and the piezoelectric element member 12 is bonded to the solder layer 61 with an adhesive 50. A part of the conductive layer 52 is melted and joined to the electrode 24.
この実施形態においても、ベース部材13として、SUSを用いているが、これに限るものではない。例えば、Cuなど導電性を有する材料であればよく、圧電素子部材12の駆動圧電素子柱12Aを駆動するときに生じる振動を効率よく抑制することができるものであればよい。なお、導電率はできるだけ高いものが好ましい。   Also in this embodiment, SUS is used as the base member 13, but the present invention is not limited to this. For example, a material having conductivity such as Cu may be used, and any material that can efficiently suppress vibration generated when the driving piezoelectric element column 12A of the piezoelectric element member 12 is driven may be used. It is preferable that the conductivity be as high as possible.
また、低熱伝導層51としてはポリイミドを用いているが、これに限るものではない。例えば、セラミックや金属酸化物などの無機材料、有機材料の耐熱性のある材料などでもよい。また、ポリイミドの代わりにTiなどの低熱伝導率の金属材料を用いてもよい。Tiは、Cuの熱伝導率に比べて1/20ほどであり、蓄熱効果が高く、導電性のため、導電面積を十分に取ることが可能となり低抵抗化にも有利である。   Moreover, although the polyimide is used as the low heat conductive layer 51, it is not restricted to this. For example, an inorganic material such as ceramic or metal oxide, or a heat resistant material such as an organic material may be used. Further, a metal material with low thermal conductivity such as Ti may be used instead of polyimide. Ti is about 1/20 of the thermal conductivity of Cu, has a high heat storage effect, and is electrically conductive, so that a sufficient conductive area can be taken, which is advantageous for low resistance.
導電層52としては、半田ペーストを用いて導電層52を形成するとともに、共通電極24と金属溶融接合を行っている。また、金属層61としては半田層を用いているが、半田に限られるものではない。   As the conductive layer 52, the conductive layer 52 is formed using a solder paste, and metal fusion bonding with the common electrode 24 is performed. Further, although a solder layer is used as the metal layer 61, it is not limited to solder.
このように、ベース部材上には、少なくとも圧電素子部材との接合領域以外の領域に、ベース部材よりも熱伝導率の低い低熱伝導層と導電層とが積層され、導電層は一部が溶融して圧電素子柱の共通電極と接合されている構成とすることで、例えばレーザー等を用いた金属溶融接合に必要な熱量を低減して微細な接合領域を低抵抗に接合することができ、また溶融して形成する金属の厚さを制御することで電圧印加径路の断面積を制御して抵抗値を自由に設定することが可能となる。   Thus, on the base member, a low thermal conductive layer and a conductive layer having a lower thermal conductivity than the base member are laminated at least in a region other than the bonding region with the piezoelectric element member, and a part of the conductive layer is melted. By adopting a structure in which the piezoelectric element column is joined to the common electrode, for example, the amount of heat necessary for metal fusion joining using a laser or the like can be reduced, and a fine joining region can be joined with low resistance. In addition, by controlling the thickness of the metal formed by melting, the resistance value can be set freely by controlling the cross-sectional area of the voltage application path.
また、圧電素子部材12の共通電極24は導電層52及び半田層(金属層)61を通じてベース部材13と電気的に接続されるので、前述したようにFPC15の共通配線電極42をベース部材13に接続している。この結果、ライン型ヘッドの構成であっても容易に共通電極ラインを外部に取出すことができる。   Since the common electrode 24 of the piezoelectric element member 12 is electrically connected to the base member 13 through the conductive layer 52 and the solder layer (metal layer) 61, the common wiring electrode 42 of the FPC 15 is connected to the base member 13 as described above. Connected. As a result, the common electrode line can be easily taken out even with the configuration of the line type head.
次に、この圧電アクチュエータの製造工程の一例について説明する。
まず、前記第1実施形態で説明したような圧電素子部材70を作製する。ベース部材13から共通電極ラインを取り出すので、内部電極22A、22Bは図15に示すようなパターンであってもよい。そして、ベース部材13の圧電素子部材70と接合する面に、蓄熱層(低熱伝導層)51となる感光性のポリイミドの前駆体を厚さ5μmで塗布する。塗布方法は、転写法やスプレー法、ディッピング法など特に限定されるものではない。その後、100℃/1分でプリベークし、フォトリソ工程を経て、スルーホール形状の開口部60を形成する。なお、スルーホール形状とは、貫通している形状という意味であり、平面形状が限定されるものではなく、穴形状でもスリット形状などいずれでもよい。
Next, an example of the manufacturing process of this piezoelectric actuator will be described.
First, the piezoelectric element member 70 as described in the first embodiment is manufactured. Since the common electrode line is taken out from the base member 13, the internal electrodes 22A and 22B may have a pattern as shown in FIG. And the photosensitive polyimide precursor used as the thermal storage layer (low heat conductive layer) 51 is apply | coated to the surface joined to the piezoelectric element member 70 of the base member 13 by thickness 5 micrometers. The application method is not particularly limited, such as a transfer method, a spray method, or a dipping method. Thereafter, pre-baking is performed at 100 ° C./1 minute, and a through-hole shaped opening 60 is formed through a photolithography process. The through hole shape means a shape that penetrates, and the planar shape is not limited, and may be a hole shape or a slit shape.
そして、パターン化したポリイミドを300℃の高温で5時間ベークし、低熱伝導層51としてのポリイミド膜を形成する。   Then, the patterned polyimide is baked at a high temperature of 300 ° C. for 5 hours to form a polyimide film as the low thermal conductive layer 51.
次に、金属層61となる半田膜を低熱伝導層(ポリイミド膜)51の上に10μm厚で形成した。半田膜の形成方法としては、ペースト状の半田をスクリーン印刷法により形成したが、スパッタ法等を用いても可能である。その後、250℃の熱処理を行うことにより、開口部60のベース部材13と金属層61となる半田が接する界面に電気的な接合が形成され、安定した接合状態が得られる。   Next, a solder film to be the metal layer 61 was formed on the low thermal conductive layer (polyimide film) 51 with a thickness of 10 μm. As a method for forming the solder film, paste-like solder is formed by a screen printing method, but it is also possible to use a sputtering method or the like. Thereafter, by performing a heat treatment at 250 ° C., an electrical bond is formed at the interface between the base member 13 of the opening 60 and the solder to be the metal layer 61, and a stable bonded state is obtained.
その後、圧電素子部材70の裏面に接着剤50を塗布して金属層61上に接合する。接着剤50は前述したよう限定されるものではなく、ここでは紫外線硬化性接着剤を用いて位置精度±5μmで圧電素子部材70を接合した。   Thereafter, the adhesive 50 is applied to the back surface of the piezoelectric element member 70 and bonded onto the metal layer 61. The adhesive 50 is not limited as described above. Here, the piezoelectric element member 70 is joined with a positional accuracy of ± 5 μm using an ultraviolet curable adhesive.
次に、圧電素子部材70、70の列間に導電層52を形成する半田ペーストを前述したようにディスペンサなどにより供給する。続いて、注入した半田ペーストを加熱して下地の半田層(金属層)61と合金化させる。加熱方法としては、前述したように半導体レーザーを用いて、ビーム径500μmに絞って圧電素子部材70、70の列間に照射した。半導体レーザーは局所的に加熱するためベース部材13と圧電素子部材70、70全体が熱せられることなく、熱膨張差が生じない。また、半田に供給された熱は下地にあるポリイミド膜(低熱伝導層)51によって蓄熱され、導電層52となる半田ペーストは下地の半田層(金属層)61と馴染み、良好な合金層を得ることができた。また、照射されたレーザーによって、圧電素子部材70の共通電極層73も加熱され共通電極層73の金属部とも良好な接合が得られる。   Next, the solder paste for forming the conductive layer 52 between the rows of the piezoelectric element members 70 and 70 is supplied by a dispenser or the like as described above. Subsequently, the injected solder paste is heated to be alloyed with the underlying solder layer (metal layer) 61. As a heating method, as described above, the semiconductor laser was used to squeeze the beam diameter to 500 μm and irradiate between the rows of the piezoelectric element members 70 and 70. Since the semiconductor laser is locally heated, the base member 13 and the entire piezoelectric element members 70 and 70 are not heated, and no difference in thermal expansion occurs. Also, the heat supplied to the solder is stored by the underlying polyimide film (low thermal conductive layer) 51, and the solder paste that becomes the conductive layer 52 becomes familiar with the underlying solder layer (metal layer) 61 to obtain a good alloy layer. I was able to. Moreover, the common electrode layer 73 of the piezoelectric element member 70 is also heated by the irradiated laser, and good bonding with the metal portion of the common electrode layer 73 is obtained.
このように、圧電素子部材70とベース部材13との電気的な導通を得るために金属溶融接合するとき、熱を供給した際に熱がポリイミド(低熱伝導層)51によりベース部材13側に拡散し難いために、瞬時に十分な熱量が半田ペーストとその下地のポリイミドに蓄えられ、ベース部材13や圧電素子部材70全体を加熱する必要がなく、良好な接合が得られる。その結果、複数の圧電素子部材70とベース部材13間の線膨張差が生じにくく、高精度に位置合わせした圧電素子部材70、70間の高精度の位置関係を保ったまま電気的に安定した導電層52(金属層61を含む)を得ることができる。   Thus, when metal fusion bonding is performed to obtain electrical continuity between the piezoelectric element member 70 and the base member 13, heat is diffused to the base member 13 side by the polyimide (low thermal conductive layer) 51 when heat is supplied. Therefore, a sufficient amount of heat is instantaneously stored in the solder paste and the underlying polyimide, and the base member 13 and the entire piezoelectric element member 70 do not need to be heated, and a good bonding can be obtained. As a result, a difference in linear expansion between the plurality of piezoelectric element members 70 and the base member 13 is unlikely to occur, and the piezoelectric element members 70 and 70 aligned with high accuracy are electrically stable while maintaining a highly accurate positional relationship. The conductive layer 52 (including the metal layer 61) can be obtained.
次に、本発明に係る圧電アクチュエータの第5実施形態について図16を参照して説明する。なお、同図は同アクチュエータの配線部材を除く断面説明図である。
ここでは、前記第4実施形態において、半田層で形成された金属層61上に、半田以外の金属で形成される金属層62を形成し、この金属層62上に導電層52を形成したものである。金属層62としては、AuやAgなど半田と合金層が形成しやすく、更に表面が酸化されにくい材料が好ましい。
Next, a fifth embodiment of the piezoelectric actuator according to the present invention will be described with reference to FIG. In addition, the figure is sectional explanatory drawing except the wiring member of the actuator.
Here, in the fourth embodiment, the metal layer 62 formed of a metal other than solder is formed on the metal layer 61 formed of the solder layer, and the conductive layer 52 is formed on the metal layer 62. It is. The metal layer 62 is preferably made of a material such as Au or Ag that is easy to form a solder and alloy layer and is less likely to be oxidized on the surface.
このような構成とすることで、圧電素子部材12が半田層で形成された金属層61上に直接固定されないため、導電層52を溶融した際に圧電素子の固定部の金属層61が若干溶融したとしても、圧電素子部材70が位置ずれすることを防止できる。   With this configuration, since the piezoelectric element member 12 is not directly fixed on the metal layer 61 formed of the solder layer, the metal layer 61 of the fixing part of the piezoelectric element is slightly melted when the conductive layer 52 is melted. Even if it does, it can prevent that the piezoelectric element member 70 shifts.
次に、本発明に係る圧電アクチュエータの第6実施形態について図17を参照して説明する。なお、同図は同アクチュエータの配線部材を除く断面説明図である。
ここでは、前記第4実施形態において、ベース部材13上に金属層61及び導電層52以外の材料であって、半田と合金層を形成しやすい材料からなる金属層63を形成し、この金属層63上に低熱伝導層51及び金属層61を形成している。金属層63としては、Auを5μm厚みでスパッタ法により成膜した。Au以外にも、CuやSiなど他の導電性の材料を用いることもできる。このように構成することで、ベース部材13と圧電素子部材12との電気的な接合が安定して信頼性の高い接合状態を得ることができる。
Next, a sixth embodiment of the piezoelectric actuator according to the present invention will be described with reference to FIG. In addition, the figure is sectional explanatory drawing except the wiring member of the actuator.
Here, in the fourth embodiment, a metal layer 63 made of a material other than the metal layer 61 and the conductive layer 52 and easily forming a solder and alloy layer is formed on the base member 13. A low thermal conductive layer 51 and a metal layer 61 are formed on 63. As the metal layer 63, Au was formed into a film with a thickness of 5 μm by sputtering. In addition to Au, other conductive materials such as Cu and Si can be used. By comprising in this way, the electrical joining of the base member 13 and the piezoelectric element member 12 can be stabilized, and a highly reliable joining state can be obtained.
次に、本発明に係る圧電アクチュエータの第7実施形態について図18を参照して説明する。なお、同図は同アクチュエータの配線部材を除く断面説明図である。
ここでは、ベース部材13上にAuなどの金属層63を成膜し、この金属層63上に金属層としての半田層64を成膜し、更に半田層64上に、ポリイミド66aの両面にCuからなる導電層66b、66cが形成されたポリイミドシート66を接合し、更にポリイミドシート66上に導電層52を形成している。
Next, a seventh embodiment of the piezoelectric actuator according to the present invention will be described with reference to FIG. In addition, the figure is sectional explanatory drawing except the wiring member of the actuator.
Here, a metal layer 63 such as Au is formed on the base member 13, a solder layer 64 as a metal layer is formed on the metal layer 63, and Cu is formed on both surfaces of the polyimide 66 a on the solder layer 64. The polyimide sheet 66 on which the conductive layers 66 b and 66 c made of is formed is bonded, and the conductive layer 52 is further formed on the polyimide sheet 66.
なお、金属層63は例えばスパッタ法により3μm厚みで形成し、半田層64はスパッタ法で10μm厚みで形成している。   The metal layer 63 is formed with a thickness of 3 μm, for example, by sputtering, and the solder layer 64 is formed with a thickness of 10 μm by sputtering.
ポリイミドシート66は、例えば図19に示すように、導電層66bとなる10μmの厚みのCuのシート91に感光性ポリイミドの前駆体92を20μm厚みで形成し、フォトリソ工程を経て所定の位置に貫通口93を形成した後、300℃/5時間で硬化させ、その後シート91及び前駆体92上に導電層66cとなるCu94を10μm厚みにスパッタ法或いは電鋳法などにより形成したものである。このようにして得られたポリイミド92とCu91、94の積層体であるポリイミドシート66をベース部材13上に配置し、270℃の熱処理を行うことでシート66とベース部材13上の半田層63とが合金層を形成し、電気的に導通した構造体を得ることができる。このような構造体に、複数の圧電素子部材70、70を仮固定した後、半田ペーストを圧電素子部材70、70の列間に供給し、レーザー照射により圧電素子部材70とシート66のCu(導電層)66cを合金化させる。   For example, as shown in FIG. 19, the polyimide sheet 66 is formed by forming a photosensitive polyimide precursor 92 with a thickness of 20 μm on a Cu sheet 91 having a thickness of 10 μm to be a conductive layer 66b, and passing through a predetermined position through a photolithography process. After the opening 93 is formed, it is cured at 300 ° C. for 5 hours, and then Cu 94 to be the conductive layer 66c is formed on the sheet 91 and the precursor 92 to a thickness of 10 μm by sputtering or electroforming. The polyimide sheet 66 which is a laminate of the polyimide 92 and Cu 91 and 94 obtained in this way is placed on the base member 13 and subjected to heat treatment at 270 ° C., whereby the sheet 66 and the solder layer 63 on the base member 13 Can form an alloy layer to obtain an electrically conductive structure. After temporarily fixing a plurality of piezoelectric element members 70, 70 to such a structure, a solder paste is supplied between the rows of piezoelectric element members 70, 70, and Cu ( The conductive layer 66c is alloyed.
本実施例においては、低熱伝導層となるポリイミドシート66をベース部材13とは別に作製しているので、工程を並列化させることでプロセスタイムを短縮することができる。また、ポリイミドシート66は個片を並べて大判化させて同時に作製することができるので、低コストで低熱伝導層用のシートを形成することができる。   In the present embodiment, since the polyimide sheet 66 that becomes the low thermal conductive layer is manufactured separately from the base member 13, the process time can be shortened by parallelizing the steps. Moreover, since the polyimide sheet 66 can be manufactured by arranging individual pieces and making them large, a sheet for a low thermal conductive layer can be formed at low cost.
なお、上記各実施形態の液体吐出ヘッドにインクを供給するタンクを一体にしたインクカートリッジを構成することもできる。   Note that an ink cartridge in which a tank for supplying ink to the liquid discharge head of each of the above embodiments is integrated can be configured.
次に、本発明に係る圧電アクチュエータの第8実施形態について図20を参照して説明する。
本実施形態においては、ベース部材13に、各圧電素子部材12、12の列間に、ベース部材13と圧電素子部材12との接合面53より低い凹部57が形成され、凹部57の底面に低熱伝導層であるポリイミド51が形成されている。
Next, an eighth embodiment of the piezoelectric actuator according to the present invention will be described with reference to FIG.
In the present embodiment, a recess 57 lower than the joint surface 53 between the base member 13 and the piezoelectric element member 12 is formed in the base member 13 between the rows of the piezoelectric element members 12, 12. A polyimide 51 which is a conductive layer is formed.
ここで、凹部57の幅(列方向と直交する方向の幅)W1は、圧電素子部材12、12の列間の幅W2(例えば約0.3mm)以上であることが好ましい。また、凹部57の断面形状(図20の断面形状)は矩形に限るものではなく、曲線のR形状でもよい。さらに、凹部57の深さは、凹部57の幅W1の1/2以上であることが好ましい。   Here, it is preferable that the width (width in the direction orthogonal to the row direction) W1 of the recess 57 is equal to or greater than the width W2 (for example, about 0.3 mm) between the rows of the piezoelectric element members 12 and 12. Further, the cross-sectional shape of the recess 57 (the cross-sectional shape in FIG. 20) is not limited to a rectangle, and may be a curved R shape. Furthermore, it is preferable that the depth of the concave portion 57 is not less than ½ of the width W1 of the concave portion 57.
ここで、本実施形態の圧電アクチュエータの製造工程の一例について説明する。
例えばSUS、Cuなどからなるベース部材13の前述第1実施形態で説明した圧電素子部材70、70と接合する面で、圧電素子部材70、70の列間に凹部57を形成する。
Here, an example of the manufacturing process of the piezoelectric actuator of this embodiment will be described.
For example, the concave portion 57 is formed between the rows of the piezoelectric element members 70 and 70 on the surface of the base member 13 made of SUS, Cu, or the like, which is joined to the piezoelectric element members 70 and 70 described in the first embodiment.
そして、ベース部材13の圧電素子部材70、70を接合する面に、蓄熱層(低熱伝導層)51となる感光性のポリイミドの前駆体を厚さ5μmで塗布する。その後、100℃/1分でプリベークし、フォトリソ工程により、圧電素子部材70とベース部材13との接合部のポリイミドを除去する。これにより、凹部57の底面にのみポリイミド51が形成される。また、圧電素子部材70はベース部材13に直接接合されることになって、圧電素子部材70の位置ずれはなく、高精度に位置決めを行うことができる。   And the photosensitive polyimide precursor used as the thermal storage layer (low heat conductive layer) 51 is apply | coated to the surface which joins the piezoelectric element members 70 and 70 of the base member 13 by thickness 5 micrometers. Thereafter, prebaking is performed at 100 ° C./1 minute, and the polyimide at the joint portion between the piezoelectric element member 70 and the base member 13 is removed by a photolithography process. Thereby, the polyimide 51 is formed only on the bottom surface of the recess 57. Further, the piezoelectric element member 70 is directly joined to the base member 13, so that the piezoelectric element member 70 is not displaced and can be positioned with high accuracy.
そして、パターン化したポリイミドを300℃の高温で5時間ベークし、低熱伝導層51としてポリイミド膜を形成する。   Then, the patterned polyimide is baked at a high temperature of 300 ° C. for 5 hours, and a polyimide film is formed as the low thermal conductive layer 51.
その後、圧電素子部材70の裏面、あるいはベース部材13上の接合面となる開口部(ポリイミドを形成していない領域)53に接着剤50を塗布する。   Thereafter, the adhesive 50 is applied to the back surface of the piezoelectric element member 70 or an opening 53 (region where polyimide is not formed) which becomes a bonding surface on the base member 13.
そして、圧電素子部材70とベース部材13とを、直接接着剤50で接合する。圧電素子部材70の接合に際しては、加圧力(例えば約30N)が加えられることにより、接着剤50が圧電素子部材70の両側に溢れ出してくる。接着剤50の溢れ出しの量は、接着剤50の塗布位置や、塗布量により適宜調整する。加圧後に圧電素子部材70の列間に向かって溢れ出してきた接着剤50は、凹部57の幅W1が、圧電素子列間の幅W2以上であり、接着剤50の進行方向に対して、凹部57のエッジが先に出現するため、凹部57の壁面に沿って、凹部57の底面側に流れこみ、貯留される。すなわち、接着剤50は、圧電素子部材70の共通電極層73側の面のエッジには到達しないため、圧電素子部材70の共通電極層73に這い上がることを確実に防止することができる。   Then, the piezoelectric element member 70 and the base member 13 are directly bonded with the adhesive 50. When the piezoelectric element member 70 is joined, the adhesive 50 overflows on both sides of the piezoelectric element member 70 by applying a pressing force (for example, about 30 N). The amount of overflow of the adhesive 50 is appropriately adjusted according to the application position of the adhesive 50 and the application amount. The adhesive 50 overflowing between the rows of the piezoelectric element members 70 after the pressurization has the width W1 of the recess 57 equal to or larger than the width W2 between the piezoelectric element rows, Since the edge of the recess 57 appears first, it flows into the bottom surface side of the recess 57 along the wall surface of the recess 57 and is stored. That is, since the adhesive 50 does not reach the edge of the surface of the piezoelectric element member 70 on the common electrode layer 73 side, it can be reliably prevented from creeping up to the common electrode layer 73 of the piezoelectric element member 70.
次に、圧電素子部材70、70の列間に導電層52を形成する半田ペーストを供給する。供給方法としては、ディスペンスにより列間の間に注入することで供給する。半田ペーストの加熱方法としては、半導体レーザーを用い、ビーム径500μmに絞って圧電素子部材70、70の列間に照射した。半導体レーザーは、局所的に半田ペーストを加熱し、また、半田に供給された熱は、下地にある低熱伝導層(ポリイミド)51によって蓄熱される。また、照射されたレーザーによって、圧電素子部材70、70の共通電極層73も加熱され、導電層52となる半田ペーストが共通電極層73の金属部に接して十分に溶融するために良好な接合状態が得られる。   Next, a solder paste for forming the conductive layer 52 is supplied between the rows of the piezoelectric element members 70 and 70. As a supply method, it supplies by inject | pouring between rows by dispensing. As a method for heating the solder paste, a semiconductor laser was used, and the beam diameter was reduced to 500 μm and irradiated between the rows of the piezoelectric element members 70 and 70. The semiconductor laser locally heats the solder paste, and the heat supplied to the solder is stored by the low thermal conductive layer (polyimide) 51 on the base. Moreover, the common electrode layer 73 of the piezoelectric element members 70 and 70 is also heated by the irradiated laser, and the solder paste that becomes the conductive layer 52 is in contact with the metal portion of the common electrode layer 73 and is sufficiently melted. A state is obtained.
圧電素子部材70とベース部材13は、直接接着剤50で接合されることにより、半田ペーストの加熱後であっても、圧電素子部材70、70の位置ずれは発生せず、加熱前の位置精度±10μm以下を確保することができる。   The piezoelectric element member 70 and the base member 13 are directly bonded with the adhesive 50, so that the positional deviation of the piezoelectric element members 70 and 70 does not occur even after the solder paste is heated, and the positional accuracy before heating is increased. ± 10 μm or less can be secured.
このように、圧電素子部材70とベース部材13は直接接着剤50で接合され、圧電素子部材70と導電層52となる半田ペーストの導通を得るための電気的接合を形成するのに、熱が低熱伝導層51であるポリイミドによってベース部材13側に拡散し難いために、レーザーを用いたスポット加熱で瞬時に十分な熱量が半田ペーストとその下地のポリイミドに蓄えられるため、圧電素子部材70、70間の高精度の位置関係を保ったまま、圧電素子部材70、70の共通電極層73と導電層51となる半田ペーストの間には良好な電気的接合を形成でき、共通電極の低抵抗化が可能となる。   In this way, the piezoelectric element member 70 and the base member 13 are directly bonded by the adhesive 50, and heat is used to form an electrical connection for obtaining conduction of the solder paste that becomes the piezoelectric element member 70 and the conductive layer 52. Since the polyimide that is the low thermal conductive layer 51 is difficult to diffuse to the base member 13 side, a sufficient amount of heat is instantaneously stored in the solder paste and the underlying polyimide by spot heating using a laser. While maintaining a high-precision positional relationship between them, a good electrical connection can be formed between the common electrode layer 73 of the piezoelectric element members 70 and 70 and the solder paste as the conductive layer 51, and the resistance of the common electrode can be reduced. Is possible.
そして、圧電素子部材70、70の共通電極層73、73が導電層52と金属溶融接合された後、圧電素子部材70に溝加工を施して駆動圧電素子柱12A、12Bが形成されるとともに、個別電極層72が個別電極23に分割された圧電素子部材12とし、その後、圧電素子部材12の個別電極23及び共通電極部25にFPC15の各電極41、42を接合することで圧電アクチュエータ100が得られる。   Then, after the common electrode layers 73 and 73 of the piezoelectric element members 70 and 70 are metal-bonded to the conductive layer 52, the piezoelectric element member 70 is grooved to form the drive piezoelectric element columns 12A and 12B. The individual electrode layer 72 is made into the piezoelectric element member 12 divided into the individual electrodes 23, and then the piezoelectric actuator 100 is joined by bonding the electrodes 41 and 42 of the FPC 15 to the individual electrode 23 and the common electrode portion 25 of the piezoelectric element member 12. can get.
なお、その他の点は、前記第1実施形態の圧電アクチュエータの製造工程で説明したと同様である。   The other points are the same as described in the manufacturing process of the piezoelectric actuator of the first embodiment.
このように、ベース部材に凹部を形成して、凹部底面に低熱伝導層を形成することで、接着剤接合時に共通電極側の面への接着剤への這い上がりを防止できる。そして、共通電極層への接着剤の這い上がりが防止されることで、半田ペーストなどの導電層を形成するとき、導電層と共通電極層との金属溶融による電気的接続が確実に行なわれる。   In this way, by forming the recess in the base member and forming the low thermal conductive layer on the bottom surface of the recess, it is possible to prevent the adhesive from creeping up to the surface on the common electrode side when bonding the adhesive. Further, by preventing the adhesive from creeping up to the common electrode layer, when a conductive layer such as a solder paste is formed, electrical connection by melting the metal between the conductive layer and the common electrode layer is ensured.
この場合、ベース部材に凹部の幅を圧電素子部材の列間の幅より大きくすることによって、圧電素子部材の接合接着剤のはみ出しを凹部で確実に貯留して、共通電極面への接着剤の這い上がりを防止することができる。   In this case, by making the width of the recesses in the base member larger than the width between the rows of the piezoelectric element members, the protrusion of the bonding adhesive of the piezoelectric element members is reliably stored in the recesses, and the adhesive to the common electrode surface can be stored. Crawling can be prevented.
次に、本発明に係る圧電アクチュエータの第9実施形態について図21を参照して説明する。
本実施形態では、前記第8実施形態において、ベース部材13の圧電素子部材12との接合面に形成されたポリイミド膜に開口を形成しないで、そのまま低熱伝導層51として残している。
Next, a ninth embodiment of the piezoelectric actuator according to the present invention will be described with reference to FIG.
In the present embodiment, in the eighth embodiment, the polyimide film formed on the bonding surface of the base member 13 to the piezoelectric element member 12 is left as the low heat conductive layer 51 without forming an opening.
このように構成しても前記第8実施形態と同様の作用効果を得ることができ、また、ポリイミド膜のパターニングが不要になる。   Even if comprised in this way, the effect similar to the said 8th Embodiment can be acquired, and the patterning of a polyimide film becomes unnecessary.
次に、本発明に係る圧電アクチュエータの第10実施形態について図22を参照して説明する。
本実施形態では、前記第8実施形態において、ベース部材13の圧電素子部材12との接合面及び凹部57内の低熱伝導層51の表面に導電層52とは異なる金属層55を形成している。なお、金属層52の形成範囲は、ベース部材13上の全面に形成する必要はなく、少なくとも低熱伝導層(ポリイミド膜)51上に形成されていればよい。本実施形態では、スパッタ法により、Auを5μmを成膜している。
Next, a tenth embodiment of a piezoelectric actuator according to the present invention will be described with reference to FIG.
In the present embodiment, in the eighth embodiment, a metal layer 55 different from the conductive layer 52 is formed on the bonding surface of the base member 13 with the piezoelectric element member 12 and the surface of the low thermal conductive layer 51 in the recess 57. . The metal layer 52 need not be formed on the entire surface of the base member 13, but may be formed on at least the low thermal conductive layer (polyimide film) 51. In this embodiment, 5 μm of Au is formed by sputtering.
前述したように、低熱伝導層と導電層の間に、導電層とは異なる金属層が形成されていることで、導電層と合金が形成しやすくなり、電気的な接続不良の低減を図れ、共通電極を低抵抗化できる。金属層として、Auなどの不活性材料を使用することで、表面の酸化を防止する効果も得られる。   As described above, by forming a metal layer different from the conductive layer between the low thermal conductive layer and the conductive layer, it becomes easier to form an alloy with the conductive layer, and it is possible to reduce electrical connection failure, The resistance of the common electrode can be reduced. By using an inert material such as Au as the metal layer, the effect of preventing surface oxidation can also be obtained.
次に、本発明に係る液体吐出ヘッドを備える本発明に係る画像形成装置の一例について図23及び図24を参照して説明する。なお、図23は同装置の機構部の全体構成を説明する概略構成図、図24は同機構部の要部平面説明図である。
この画像形成装置はシリアル型画像形成装置であり、左右の側板221A、221Bに横架したガイド部材である主従のガイドロッド231、232でキャリッジ233を主走査方向に摺動自在に保持し、図示しない主走査モータによってタイミングベルトを介して矢示方向(キャリッジ主走査方向)に移動走査する。
Next, an example of the image forming apparatus according to the present invention including the liquid ejection head according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 23 is a schematic configuration diagram for explaining the overall configuration of the mechanism unit of the apparatus, and FIG. 24 is a plan view of a main part of the mechanism unit.
This image forming apparatus is a serial type image forming apparatus, and a carriage 233 is slidably held in the main scanning direction by main and slave guide rods 231 and 232 which are guide members horizontally mounted on the left and right side plates 221A and 221B. The main scanning motor that does not perform moving scanning in the direction indicated by the arrow (carriage main scanning direction) via the timing belt.
このキャリッジ233には、イエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ブラック(K)の各色のインク滴を吐出するための本発明に係る液体吐出ヘッドユニットからなる記録ヘッド234を複数のノズルからなるノズル列を主走査方向と直交する副走査方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。   The carriage 233 includes a plurality of recording heads 234 including the liquid discharge head unit according to the present invention for discharging ink droplets of each color of yellow (Y), cyan (C), magenta (M), and black (K). Nozzle rows consisting of these nozzles are arranged in the sub-scanning direction orthogonal to the main scanning direction, and are mounted with the ink droplet ejection direction facing downward.
記録ヘッド234は、それぞれ2つのノズル列を有する液体吐出ヘッド234a、234bを1つのベース部材に取り付けて構成したもので、一方のヘッド234aの一方のノズル列はブラック(K)の液滴を、他方のノズル列はシアン(C)の液滴を、他方のヘッド234bの一方のノズル列はマゼンタ(M)の液滴を、他方のノズル列はイエロー(Y)の液滴を、それぞれ吐出する。なお、ここでは2ヘッド構成で4色の液滴を吐出する構成としているが、各色毎の液体吐出ヘッドを備える(前記図13、図26で説明した構成)こともできる。   The recording head 234 is configured by attaching liquid ejection heads 234a and 234b each having two nozzle rows to one base member, and one nozzle row of one head 234a has a black (K) droplet. The other nozzle row ejects cyan (C) droplets, the other nozzle row of the other head 234b ejects magenta (M) droplets, and the other nozzle row ejects yellow (Y) droplets. . Note that, here, a four-color droplet is ejected with a two-head configuration, but a liquid ejection head for each color may be provided (the configuration described with reference to FIGS. 13 and 26).
また、キャリッジ233には、記録ヘッド234のノズル列に対応して各色のインクを供給するためのサブタンク235a、235b(区別しないときは「サブタンク235」という。)を搭載している。このサブタンク235には各色の供給チューブ236を介して、供給ユニット224によって各色のインクカートリッジ210から各色のインクが補充供給される。   The carriage 233 is equipped with sub tanks 235a and 235b (referred to as “sub tank 235” when not distinguished) for supplying ink of each color corresponding to the nozzle rows of the recording head 234. The sub tank 235 is supplied with ink of each color from the ink cartridge 210 of each color by the supply unit 224 via the supply tube 236 of each color.
一方、給紙トレイ202の用紙積載部(圧板)241上に積載した用紙242を給紙するための給紙部として、用紙積載部241から用紙242を1枚ずつ分離給送する半月コロ(給紙コロ)243及び給紙コロ243に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド244を備え、この分離パッド244は給紙コロ243側に付勢されている。   On the other hand, as a paper feed unit for feeding the paper 242 loaded on the paper stacking unit (pressure plate) 241 of the paper feed tray 202, a half-moon roller (feed) that feeds the paper 242 from the paper stacking unit 241 one by one. A separation pad 244 made of a material having a large coefficient of friction is provided opposite to the sheet roller 243 and the sheet feeding roller 243, and the separation pad 244 is urged toward the sheet feeding roller 243 side.
そして、この給紙部から給紙された用紙242を記録ヘッド234の下方側に送り込むために、用紙242を案内するガイド部材245と、カウンタローラ246と、搬送ガイド部材247と、先端加圧コロ249を有する押さえ部材248とを備えるとともに、給送された用紙242を静電吸着して記録ヘッド234に対向する位置で搬送するための搬送手段である搬送ベルト251を備えている。   In order to feed the sheet 242 fed from the sheet feeding unit to the lower side of the recording head 234, a guide member 245 for guiding the sheet 242, a counter roller 246, a conveyance guide member 247, and a tip pressure roller. And a conveying belt 251 which is a conveying means for electrostatically attracting the fed paper 242 and conveying it at a position facing the recording head 234.
この搬送ベルト251は、無端状ベルトであり、搬送ローラ252とテンションローラ253との間に掛け渡されて、ベルト搬送方向(副走査方向)に周回するように構成している。また、この搬送ベルト251の表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ256を備えている。この帯電ローラ256は、搬送ベルト251の表層に接触し、搬送ベルト251の回動に従動して回転するように配置されている。この搬送ベルト251は、図示しない副走査モータによってタイミングを介して搬送ローラ252が回転駆動されることによってベルト搬送方向に周回移動する。   The conveyor belt 251 is an endless belt, and is configured to wrap around the conveyor roller 252 and the tension roller 253 so as to circulate in the belt conveyance direction (sub-scanning direction). In addition, a charging roller 256 that is a charging unit for charging the surface of the transport belt 251 is provided. The charging roller 256 is disposed so as to come into contact with the surface layer of the conveyor belt 251 and to rotate following the rotation of the conveyor belt 251. The transport belt 251 rotates in the belt transport direction when the transport roller 252 is rotationally driven through timing by a sub-scanning motor (not shown).
さらに、記録ヘッド234で記録された用紙242を排紙するための排紙部として、搬送ベルト251から用紙242を分離するための分離爪261と、排紙ローラ262及び排紙コロ263とを備え、排紙ローラ262の下方に排紙トレイ203を備えている。   Further, as a paper discharge unit for discharging the paper 242 recorded by the recording head 234, a separation claw 261 for separating the paper 242 from the transport belt 251, a paper discharge roller 262, and a paper discharge roller 263 are provided. A paper discharge tray 203 is provided below the paper discharge roller 262.
また、装置本体の背面部には両面ユニット271が着脱自在に装着されている。この両面ユニット271は搬送ベルト251の逆方向回転で戻される用紙242を取り込んで反転させて再度カウンタローラ246と搬送ベルト251との間に給紙する。また、この両面ユニット271の上面は手差しトレイ272としている。   A double-sided unit 271 is detachably attached to the back surface of the apparatus main body. The duplex unit 271 takes in the paper 242 returned by the reverse rotation of the transport belt 251, reverses it, and feeds it again between the counter roller 246 and the transport belt 251. The upper surface of the duplex unit 271 is a manual feed tray 272.
さらに、キャリッジ233の走査方向一方側の非印字領域には、記録ヘッド234のノズルの状態を維持し、回復するための回復手段を含む本発明に係るヘッドの維持回復装置である維持回復機構281を配置している。この維持回復機構281には、記録ヘッド234の各ノズル面をキャピングするための各キャップ部材(以下「キャップ」という。)282a、282b(区別しないときは「キャップ282」という。)と、ノズル面をワイピングするためのブレード部材であるワイパーブレード283と、増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行うときの液滴を受ける空吐出受け284などを備えている。   Further, a maintenance / recovery mechanism 281 that is a head maintenance / recovery device according to the present invention includes a recovery means for maintaining and recovering the nozzle state of the recording head 234 in the non-printing area on one side of the carriage 233 in the scanning direction. Is arranged. The maintenance / recovery mechanism 281 includes cap members (hereinafter referred to as “caps”) 282a and 282b (hereinafter referred to as “caps 282” when not distinguished) for capping each nozzle surface of the recording head 234, and nozzle surfaces. A wiper blade 283 that is a blade member for wiping the ink, and an empty discharge receiver 284 that receives liquid droplets for discharging the liquid droplets that do not contribute to recording in order to discharge the thickened recording liquid. ing.
また、キャリッジ233の走査方向他方側の非印字領域には、記録中などに増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行うときの液滴を受ける空吐出受け288を配置し、この空吐出受け288には記録ヘッド234のノズル列方向に沿った開口部289などを備えている。   Further, in the non-printing area on the other side in the scanning direction of the carriage 233, there is an empty space for receiving a liquid droplet when performing an empty discharge for discharging a liquid droplet that does not contribute to the recording in order to discharge the recording liquid thickened during the recording. A discharge receiver 288 is disposed, and the idle discharge receiver 288 is provided with an opening 289 along the nozzle row direction of the recording head 234 and the like.
このように構成したこの画像形成装置においては、給紙トレイ202から用紙242が1枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙242はガイド245で案内され、搬送ベルト251とカウンタローラ246との間に挟まれて搬送され、更に先端を搬送ガイド247で案内されて先端加圧コロ249で搬送ベルト251に押し付けられ、略90°搬送方向を転換される。   In this image forming apparatus configured as described above, the sheets 242 are separated and fed one by one from the sheet feeding tray 202, and the sheet 242 fed substantially vertically upward is guided by the guide 245, and is conveyed to the conveyor belt 251 and the counter. It is sandwiched between the rollers 246 and conveyed, and further, the leading end is guided by the conveying guide 247 and pressed against the conveying belt 251 by the leading end pressure roller 249, and the conveying direction is changed by approximately 90 °.
このとき、帯電ローラ256に対してプラス出力とマイナス出力とが交互に繰り返すように、つまり交番する電圧が印加され、搬送ベルト251が交番する帯電電圧パターン、すなわち、周回方向である副走査方向に、プラスとマイナスが所定の幅で帯状に交互に帯電されたものとなる。このプラス、マイナス交互に帯電した搬送ベルト251上に用紙242が給送されると、用紙242が搬送ベルト251に吸着され、搬送ベルト251の周回移動によって用紙242が副走査方向に搬送される。   At this time, a positive output and a negative output are alternately applied to the charging roller 256, that is, an alternating voltage is applied, and a charging voltage pattern in which the conveying belt 251 alternates, that is, in the sub-scanning direction that is the circumferential direction. , Plus and minus are alternately charged in a band shape with a predetermined width. When the sheet 242 is fed onto the conveyance belt 251 charged alternately with plus and minus, the sheet 242 is attracted to the conveyance belt 251, and the sheet 242 is conveyed in the sub scanning direction by the circumferential movement of the conveyance belt 251.
そこで、キャリッジ233を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド234を駆動することにより、停止している用紙242にインク滴を吐出して1行分を記録し、用紙242を所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号又は用紙242の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了して、用紙242を排紙トレイ203に排紙する。   Therefore, by driving the recording head 234 according to the image signal while moving the carriage 233, ink droplets are ejected onto the stopped paper 242 to record one line, and after the paper 242 is conveyed by a predetermined amount, Record the next line. Upon receiving a recording end signal or a signal that the trailing edge of the paper 242 has reached the recording area, the recording operation is finished and the paper 242 is discharged onto the paper discharge tray 203.
このように、この画像形成装置では本発明に係る液体吐出ヘッドを記録ヘッドとして備えているので、安定した滴吐出特性が得られ、安定して高画質画像を形成することができる。   Thus, since the image forming apparatus includes the liquid discharge head according to the present invention as a recording head, stable droplet discharge characteristics can be obtained, and a high-quality image can be stably formed.
次に、本発明に係る液体吐出ヘッドを備える本発明に係る画像形成装置の他の例について図25を参照して説明する。なお、図25は同装置の機構部全体の概略構成図である。
この画像形成装置は、ライン型画像形成装置であり、装置本体401の内部に画像形成部202等を有し、装置本体401の下方側に多数枚の記録媒体(用紙)403を積載可能な給紙トレイ404を備え、この給紙トレイ404から給紙される用紙403を取り込み、搬送機構405によって用紙403を搬送しながら画像形成部402によって所要の画像を記録した後、装置本体401の側方に装着された排紙トレイ406に用紙403を排紙する。
Next, another example of the image forming apparatus according to the present invention including the liquid ejection head according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 25 is a schematic configuration diagram of the entire mechanism unit of the apparatus.
This image forming apparatus is a line type image forming apparatus, has an image forming unit 202 and the like inside the apparatus main body 401, and can supply a large number of recording media (sheets) 403 on the lower side of the apparatus main body 401. A paper tray 404 is provided, a sheet 403 fed from the sheet feeding tray 404 is taken in, a required image is recorded by the image forming unit 402 while the sheet 403 is conveyed by the conveying mechanism 405, and then the side of the apparatus main body 401. The paper 403 is discharged to a paper discharge tray 406 attached to the printer.
また、装置本体401に対して着脱可能な両面ユニット407を備え、両面印刷を行うときには、一面(表面)印刷終了後、搬送機構405によって用紙403を逆方向に搬送しながら両面ユニット407内に取り込み、反転させて他面(裏面)を印刷可能面として再度搬送機構405に送り込み、他面(裏面)印刷終了後排紙トレイ406に用紙403を排紙する。   Also, a duplex unit 407 that can be attached to and detached from the apparatus main body 401 is provided, and when performing duplex printing, the sheet 403 is conveyed into the duplex unit 407 while being transported in the reverse direction by the transport mechanism 405 after one-side (front) printing is completed. Then, the other side (back side) is sent back to the transport mechanism 405 as the printable side, and the paper 403 is discharged to the paper discharge tray 406 after the other side (back side) printing is completed.
ここで、画像形成部402は、例えばブラック(K)、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)の各色の液滴を吐出する、フルライン型の4個の本発明に係る液体吐出ヘッドで構成した記録ヘッド411k、411c、411m、411y(色を区別しないときには「記録ヘッド411」という。)を備え、各記録ヘッド411は液滴を吐出するノズルを形成したノズル面を下方に向けてヘッドホルダ413に装着している。   Here, the image forming unit 402 is, for example, four full-line liquids according to the present invention that discharge droplets of each color of black (K), cyan (C), magenta (M), and yellow (Y). The recording heads 411k, 411c, 411m, and 411y (which are referred to as “recording heads 411” when the colors are not distinguished) are configured with ejection heads, and each recording head 411 has a nozzle surface on which nozzles for ejecting droplets are formed downward. The head holder 413 is attached.
また、各記録ヘッド411に対応してヘッドの性能を維持回復するための維持回復機構412k、412c、412m、412y(色を区別しないときには「維持回復機構412」という。)を備え、パージ処理、ワイピング処理などのヘッドの性能維持動作時には、記録ヘッド411と維持回復機構412とを相対的に移動させて、記録ヘッド411のノズル面に維持回復機構412を構成するキャッピング部材などを対向させる。   In addition, a maintenance / recovery mechanism 412k, 412c, 412m, 412y (referred to as “maintenance / recovery mechanism 412” when colors are not distinguished) is provided to maintain and recover the performance of the head corresponding to each recording head 411. During the head performance maintenance operation such as wiping processing, the recording head 411 and the maintenance / recovery mechanism 412 are relatively moved so that the capping member constituting the maintenance / recovery mechanism 412 faces the nozzle surface of the recording head 411.
なお、ここでは、記録ヘッド411は、用紙搬送方向上流側から、ブラック、シアン、マゼンタ、イエローの順に各色の液滴を吐出する配置としているが、配置及び色数はこれに限るものではない。また、ライン型ヘッドとしては、各色の液滴を吐出する複数のノズル列を所定間隔で設けた1又は複数のヘッドを用いることもできるし、ヘッドとこのヘッドに記録液を供給する記録液カートリッジを一体とすることも別体とすることもできる。   Here, the recording head 411 is arranged to eject droplets of each color in the order of black, cyan, magenta, and yellow from the upstream side in the paper conveyance direction, but the arrangement and the number of colors are not limited to this. Further, as the line-type head, one or a plurality of heads provided with a plurality of nozzle rows for discharging droplets of each color at predetermined intervals can be used, and a recording liquid cartridge for supplying a recording liquid to the head and the head. Can be integrated or separated.
給紙トレイ404の用紙403は、給紙コロ(半月コロ)421と図示しない分離パッドによって1枚ずつ分離され装置本体401内に給紙され、搬送ガイド部材423のガイド面423aに沿ってレジストローラ425と搬送ベルト433との間に送り込まれ、所定のタイミングでガイド部材426を介して搬送機構405の搬送ベルト433に送り込まれる。   The paper 403 in the paper feed tray 404 is separated one by one by a paper feed roller (half-moon roller) 421 and a separation pad (not shown) and fed into the apparatus main body 401, and is registered along the guide surface 423 a of the transport guide member 423. It is sent between 425 and the conveyor belt 433, and is sent to the conveyor belt 433 of the conveyor mechanism 405 via the guide member 426 at a predetermined timing.
また、搬送ガイド部材423には両面ユニット407から送り出される用紙403を案内するガイド面423bも形成されている。更に、両面印刷時に搬送機構405から戻される用紙403を両面ユニット407に案内するガイド部材427も配置している。   In addition, the conveyance guide member 423 is also formed with a guide surface 423 b for guiding the paper 403 sent out from the duplex unit 407. Further, a guide member 427 for guiding the sheet 403 returned from the transport mechanism 405 to the duplex unit 407 during duplex printing is also provided.
搬送機構405は、駆動ローラである搬送ローラ431と従動ローラ432との間に掛け渡した無端状の搬送ベルト433と、この搬送ベルト433を帯電させるための帯電ローラ434と、画像形成部402に対向する部分で搬送ベルト433の平面性を維持するプラテン部材435と、搬送ベルト433から送り出す用紙403を搬送ローラ431側に押し付ける押さえコロ436と、その他図示しないが、搬送ベルト433に付着した記録液(インク)を除去するためのクリーニング手段である多孔質体などからなるクリーニングローラなどを有している。   The conveyance mechanism 405 includes an endless conveyance belt 433 that is stretched between a conveyance roller 431 that is a driving roller and a driven roller 432, a charging roller 434 that charges the conveyance belt 433, and an image forming unit 402. A platen member 435 that maintains the flatness of the conveyance belt 433 at the opposite portion, a pressing roller 436 that presses the paper 403 fed from the conveyance belt 433 against the conveyance roller 431 side, and other recording liquid that is attached to the conveyance belt 433, although not shown. It has a cleaning roller made of a porous material or the like, which is a cleaning means for removing (ink).
この搬送機構405の下流側には、画像が記録された用紙403を排紙トレイ406に送り出すための排紙ローラ438及び拍車439を備えている。   On the downstream side of the transport mechanism 405, a paper discharge roller 438 and a spur 439 for sending the paper 403 on which an image is recorded to the paper discharge tray 406 are provided.
このように構成した画像形成装置において、搬送ベルト433は矢示方向に周回移動し、高電位の印加電圧が印加される帯電ローラ434と接触することで帯電される。この場合、帯電ローラ434の帯電電圧は所定の時間間隔で極性を切り替えることによって、搬送ベルト433を所定の帯電ピッチで帯電させる。   In the image forming apparatus configured as described above, the transport belt 433 moves in the direction indicated by the arrow and is charged by coming into contact with the charging roller 434 to which a high potential applied voltage is applied. In this case, the charging belt 433 is charged at a predetermined charging pitch by switching the polarity of the charging voltage of the charging roller 434 at predetermined time intervals.
ここで、この高電位に帯電した搬送ベルト433上に用紙403が給送されると、用紙403内部が分極状態になり、搬送ベルト433上の電荷と逆極性の電荷が用紙403の搬送ベルト433と接触している面に誘電され、搬送ベルト433上の電荷と搬送される用紙403上に誘電された電荷同士が互いに静電的に引っ張り合い、用紙403は搬送ベルト433に静電的に吸着される。このようにして、搬送ベルト433に強力に吸着した用紙403は反りや凹凸が校正され、高度に平らな面が形成される。   Here, when the sheet 403 is fed onto the conveying belt 433 charged to this high potential, the inside of the sheet 403 is in a polarized state, and the electric charge having the opposite polarity to the electric charge on the conveying belt 433 is conveyed. The charge on the transport belt 433 and the charge on the transported paper 403 are electrostatically attracted to each other, and the paper 403 is electrostatically attracted to the transport belt 433. Is done. In this way, the sheet 403 that is strongly adsorbed to the transport belt 433 is calibrated for warpage and unevenness, and forms a highly flat surface.
そして、搬送ベルト433を周回させて用紙403を移動させ、記録ヘッド411から液滴を吐出することで、用紙403上に所要の画像が形成され、画像が記録された用紙403は排紙ローラ438によって排紙トレイ406に排紙される。   Then, the paper 403 is moved around the conveyor belt 433 and droplets are ejected from the recording head 411, whereby a required image is formed on the paper 403, and the paper 403 on which the image has been recorded is the paper discharge roller 438. As a result, the paper is discharged to the paper discharge tray 406.
このように、この画像形成装置においては本発明に係る液体吐出ヘッドからなる記録ヘッドを備えているので、安定した滴吐出特性が得られ、安定して高画質画像を形成することができる。   As described above, since the image forming apparatus includes the recording head including the liquid discharge head according to the present invention, stable droplet discharge characteristics can be obtained, and a high-quality image can be stably formed.
なお、上記実施形態では本発明をプリンタ構成の画像形成装置に適用した例で説明したが、これに限るものではなく、例えば、プリンタ/ファックス/コピア複合機などの画像形成装置に適用することができる。また、狭義のインク以外の液体や定着処理液などを用いる画像形成装置にも適用することができる。   In the above embodiment, the present invention has been described with reference to an example in which the present invention is applied to an image forming apparatus having a printer configuration. However, the present invention is not limited to this. For example, the present invention may be applied to an image forming apparatus such as a printer / fax / copier multifunction machine. it can. Further, the present invention can be applied to an image forming apparatus using a liquid other than the narrowly defined ink, a fixing processing liquid, or the like.
1 流路板
2 振動板部材
3 ノズル板
4 ノズル
6 個別液室
10 共通液室
12 圧電素子部材
12A、12B 圧電素子柱
12Ba 圧電素子柱
13 ベース部材
15 FPC(配線部材)
23 個別電極
24 共通電極
41 個別配線電極
42 共通配線電極
50 接着剤
51 低熱伝導層
52 導電層
55 金属層
61 金属層(導電層)
62 金属層
63 金属層
66 ポリイミドシート
234…キャリッジ
235…記録ヘッド
411k、411c、411m、411y 記録ヘッド(液体吐出ヘッド)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Flow path plate 2 Vibration board member 3 Nozzle plate 4 Nozzle 6 Individual liquid chamber 10 Common liquid chamber 12 Piezoelectric element member 12A, 12B Piezoelectric element column 12Ba Piezoelectric element column 13 Base member 15 FPC (wiring member)
23 Individual Electrode 24 Common Electrode 41 Individual Wiring Electrode 42 Common Wiring Electrode 50 Adhesive 51 Low Thermal Conductive Layer 52 Conductive Layer 55 Metal Layer 61 Metal Layer (Conductive Layer)
62 Metal layer 63 Metal layer 66 Polyimide sheet 234 Carriage 235 Print head 411 k, 411 c, 411 m, 411 y Print head (liquid ejection head)

Claims (13)

  1. ベース部材上に複数配設された圧電素子部材に複数の圧電素子柱が形成され、
    前記圧電素子柱に配線部材が接合され、
    前記ベース部材上には、少なくとも前記圧電素子部材との接合部以外の領域に、前記ベース部材よりも熱伝導率の低い低熱伝導層と導電層とが積層され、
    前記導電層は一部が溶融して又は溶融金属を介して前記圧電素子柱の共通電極と接合されている
    ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
    A plurality of piezoelectric element columns are formed on a plurality of piezoelectric element members disposed on the base member,
    A wiring member is joined to the piezoelectric element column,
    On the base member, a low thermal conductive layer and a conductive layer having a thermal conductivity lower than that of the base member are laminated at least in a region other than a joint portion with the piezoelectric element member,
    The piezoelectric actuator is characterized in that a part of the conductive layer is melted or joined to a common electrode of the piezoelectric element column via a molten metal.
  2. 前記ベース部材上の導電層は、前記ベース部材と前記圧電素子部材との接合部には形成されていないことを特徴とする請求項1に記載の圧電アクチュエータ。   The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein the conductive layer on the base member is not formed at a joint portion between the base member and the piezoelectric element member.
  3. 前記ベース部材上の低熱伝導層は、前記ベース部材と前記圧電素子部材との接合部には形成されていないことを特徴とする請求項1又は2に記載の圧電アクチュエータ。   3. The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein the low thermal conductive layer on the base member is not formed at a joint portion between the base member and the piezoelectric element member. 4.
  4. 前記ベース部材が導電性部材から形成され、前記導電層と前記ベース部材とが電気的に導通していることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。   The piezoelectric actuator according to any one of claims 1 to 3, wherein the base member is formed of a conductive member, and the conductive layer and the base member are electrically connected.
  5. 前記低熱伝導層と前記導電層との間には、前記導電層と異なる金属材料からなる金属層が形成されていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。   5. The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein a metal layer made of a metal material different from that of the conductive layer is formed between the low thermal conductive layer and the conductive layer.
  6. 前記ベース部材と前記低熱伝導層との間の少なくとも一部には、前記ベース部材と異なる材質の導電層が形成されていることを特徴とする請求項4又は5に記載の圧電アクチュエータ。   6. The piezoelectric actuator according to claim 4, wherein a conductive layer made of a material different from that of the base member is formed at least partly between the base member and the low thermal conductive layer.
  7. 前記低熱伝導層は導電性を有していることを特徴とする請求項4ないし6のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。   The piezoelectric actuator according to claim 4, wherein the low thermal conductive layer has electrical conductivity.
  8. 前記低熱伝導層は、前記圧電素子部材に前記複数の圧電素子柱を形成する溝の底部よりも低い位置に位置していることを特徴とする請求項1ないし7のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。   8. The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein the low thermal conductive layer is located at a position lower than a bottom portion of a groove forming the plurality of piezoelectric element columns in the piezoelectric element member. 9. .
  9. 前記ベース部材には前記圧電素子部材が2列配置され、前記2列の圧電素子部材の間の距離は前記低熱伝導層に突き当てられて位置決めされていることを特徴とする請求項1ないし8のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。   The piezoelectric element members are arranged in two rows on the base member, and the distance between the two rows of piezoelectric element members is positioned by being abutted against the low thermal conductive layer. The piezoelectric actuator according to any one of the above.
  10. 前記ベース部材には前記圧電素子部材が少なくとも2列配置され、前記ベース部材には、各圧電素子部材の列間に、前記ベース部材と前記圧電素子部材との接合面より低い凹部が形成され、前記凹部の底面に前記低熱伝導層が形成されていることを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。   The base member has at least two rows of the piezoelectric element members, and the base member is formed with a recess lower than the joining surface between the base member and the piezoelectric element member between the rows of the piezoelectric element members. 6. The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein the low thermal conductive layer is formed on a bottom surface of the recess.
  11. 前記凹部の幅は前記圧電素子部材の列間の幅よりも大きいことを特徴とする請求項10に記載の圧電アクチュエータ。   The piezoelectric actuator according to claim 10, wherein a width of the concave portion is larger than a width between rows of the piezoelectric element members.
  12. 請求項1ないし11のいずれかに記載の圧電アクチュエータを備えていることを特徴とする液体吐出ヘッド。   A liquid discharge head comprising the piezoelectric actuator according to claim 1.
  13. 請求項12に記載の液体吐出ヘッドを備えていることを特徴とする画像形成装置。   An image forming apparatus comprising the liquid discharge head according to claim 12.
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