JP6008486B2 - Method for manufacturing piezoelectric plate and liquid discharge head - Google Patents
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Description
本発明は、インクなどの液体(以下では単にインクと称する)を吐出する液体吐出ヘッドに用いられる圧電プレート及びそれを用いた液体吐出ヘッドの製造方法に関する。 The present invention relates to a piezoelectric plate used in a liquid discharge head that discharges a liquid such as ink (hereinafter simply referred to as ink) and a method of manufacturing a liquid discharge head using the piezoelectric plate.
従来、インクを吐出して被記録媒体に画像を記録するインクジェット記録装置が知られている。インクジェット記録装置には、インクを吐出するための液体吐出ヘッドが搭載されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, an ink jet recording apparatus that records an image on a recording medium by discharging ink is known. The ink jet recording apparatus is equipped with a liquid discharge head for discharging ink.
液体吐出ヘッドにおけるインクを吐出する機構として、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)に代表される圧電材料によって液体吐出ヘッドに備えられた液室の容積を変化させてインクの導入及び吐出を行う機構が知られている。液室には、インクを液室に供給するための液体供給路と、液室からインクを吐出するための吐出口と、が設けられている。液室の容積収縮時には、液室にあるインクが吐出口から液滴として吐出され、液室の容積膨張時には、液体供給路から液室にインクが導入される。 As a mechanism for ejecting ink in the liquid ejection head, there is a mechanism for introducing and ejecting ink by changing the volume of the liquid chamber provided in the liquid ejection head with a piezoelectric material typified by lead zirconate titanate (PZT). Are known. The liquid chamber is provided with a liquid supply path for supplying ink to the liquid chamber and an ejection port for ejecting ink from the liquid chamber. When the volume of the liquid chamber shrinks, ink in the liquid chamber is ejected as droplets from the ejection port, and when the volume of the liquid chamber expands, ink is introduced from the liquid supply path into the liquid chamber.
液体吐出ヘッドは、液室の少なくとも1つの壁面を、圧電材料からなる低剛性の振動板で形成したものである。圧電材料の圧電縦モード、圧電横モード、圧電せん断モードを利用して振動板を変形させることによって、液室を膨張収縮させることができる。圧電せん断モードを利用したものとして、特許文献1が知られている。この形態の液体吐出ヘッドは、厚さ方向に分極処理されている平板状の圧電材料に液室が形成されている。液室を構成する隔壁に分極方向と直交する方向に電圧を印加することで隔壁がせん断変形し、液室が膨張収縮してインクが吐出される。
In the liquid discharge head, at least one wall surface of the liquid chamber is formed by a low-rigid diaphragm made of a piezoelectric material. By deforming the diaphragm using the piezoelectric longitudinal mode, piezoelectric transverse mode, and piezoelectric shear mode of the piezoelectric material, the liquid chamber can be expanded and contracted.
近年、液体吐出ヘッドから吐出されるインクに含まれている水分による被記録媒体の変形(カールやコックリングなど)を低減するために、インクの水分量を減らした高粘度インクの使用が検討されている。既存の商用プリンタでは、インクの水分による被記録媒体の変形を防止するために、装置内にヒーターによる乾燥ユニットを設けているものもある。高粘度インク吐出が可能になれば乾燥ユニットが不要となるので、省電力化、装置の小型化も実現することができる。また、液体吐出ヘッド装置を塗布装置やパターン形成装置として利用し、工業製品における機能性材料のパターン形成に技術応用するために、高粘度インクを吐出する技術が求められている。 In recent years, in order to reduce deformation of the recording medium (curling, cockling, etc.) due to moisture contained in the ink ejected from the liquid ejection head, the use of high-viscosity ink with reduced moisture content of the ink has been studied. ing. Some existing commercial printers are provided with a drying unit using a heater in the apparatus in order to prevent deformation of the recording medium due to moisture of the ink. If high-viscosity ink can be ejected, a drying unit is not necessary, so that power saving and apparatus downsizing can be realized. In addition, there is a need for a technique for ejecting high-viscosity ink in order to use the liquid ejection head apparatus as a coating apparatus or a pattern forming apparatus and apply the technique to pattern formation of functional materials in industrial products.
高粘度インクを吐出するためには、大きな吐出力が求められる。このような要求に応えるため、断面形状が円形や矩形などの筒形状の圧電材料で液室を形成した、グールドタイプと呼ばれる筒型圧電部材が提案されている。筒型圧電部材は、筒形状の内外方向に一様に変形し液室を膨張収縮させ、液室内部のインクを吐出口より吐出する。このような形態は、低剛性の振動板を設けた形態と比較して、液室内の圧力の発生効率を改善することができる。液室の壁面が全て変形し、インクの吐出力に寄与するので、1つの壁面だけを振動板で形成した形態と比較して大きなインク吐出力を得ることができる。 In order to eject high viscosity ink, a large ejection force is required. In order to meet such a demand, a cylindrical piezoelectric member called a Gould type has been proposed in which a liquid chamber is formed of a piezoelectric material having a cylindrical shape such as a circular or rectangular cross section. The cylindrical piezoelectric member is uniformly deformed in the cylindrical inner and outer directions, expands and contracts the liquid chamber, and discharges ink in the liquid chamber from the discharge port. Such a configuration can improve the generation efficiency of the pressure in the liquid chamber as compared to a configuration in which a low-rigid diaphragm is provided. Since all the wall surfaces of the liquid chamber are deformed and contribute to the ink ejection force, a larger ink ejection force can be obtained as compared with a mode in which only one wall surface is formed of a diaphragm.
筒型圧電部材を用いた液体吐出ヘッドとして特許文献2が知られている。特許文献2は、圧電体の外面及び内面に個別電極と共通電極とが設けられた、液体吐出ヘッド用の圧電アクチュエータを開示している。圧電体は内部に溝が形成された凹状の断面(コの字型)を有している。所定の方向に延びる圧電体の3方の隔壁は壁厚方向に分極処理されており、圧電体の開口した面に基板を接着することで個別液室が形成される。内側と外側の電極に電圧を印加して圧電アクチュエータを上方及び両側方の三方で変形させることができる。このため、圧電アクチュエータとこれに接着されている基板とで形成される液室内のインクに大きな飛翔力を与えることができる。
特許文献2に開示されるような筒形状の圧電部材で液室を形成したグールドタイプと呼ばれる筒型圧電アクチュエータは、液室を構成する隔壁を壁厚方向に分極処理する必要がある。分極処理の方法としては、所定の温度環境で、個別液室の隔壁内面側の電極と外面側の電極との間に電界を印加する方法が知られている。基板との接着工程で個別液室を形成し、個別液室の配線パターンや電極パッドなどを基板上に形成した後であれば、複数の液室を構成する複数の隔壁を一括して分極処理することが可能である。しかし、接着工程を経て個別液室を形成した後に分極処理を行うことから、分極時に生じる圧電部材の歪みによって接着強度や液室の位置精度が低下する可能性がある。圧電部材に分極処理を行った後で圧電部材と基板との接着を行えば接着強度の低下は回避することができるが、基板の接着前であるので電極パッドなどの電極パターンが形成されておらず、複数の個別液室を一括して分極処理することが困難である。
A cylindrical piezoelectric actuator called a Gould type in which a liquid chamber is formed of a cylindrical piezoelectric member as disclosed in
特許文献1に開示されている、圧電せん断モードを利用した液体吐出ヘッドでは、平板状の圧電部材の1方向(厚さ方向)に対しては一括した分極処理が可能である。しかし、上述したようなグールドタイプで求められる、複数の方向に対する一括した分極処理を行うのは困難である。
In the liquid discharge head using the piezoelectric shear mode disclosed in
本発明は、分極処理の必要な複数の隔壁をそれぞれの壁厚方向に一括して簡便に分極処理することができる、液体吐出ヘッド用の圧電プレートの製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a piezoelectric plate for a liquid discharge head, which can easily polarize a plurality of partition walls that need to be polarized in a lump in the wall thickness direction.
本発明の液体吐出ヘッド用の圧電プレートの製造方法は、第1及び第2の主面と、第1及び第2の主面に隣接し互いに対向する第1及び第2の側面と、を有する平板状の圧電プレートの第1の主面に、並列して延び長さ方向の少なくとも一部が互いに隣接する複数の第1及び第2の溝を交互に形成する工程と、複数の第1の溝の内壁面に第1の電極を形成し、複数の第2の溝の内壁面に第2の電極を形成する工程と、複数の第1の電極と電気的に接続された第1の共通電極と、複数の第2の電極と電気的に接続された第2の共通電極と、を形成する工程と、第1の共通電極と第2の共通電極との間に電圧を印加することによって、第1の溝と第2の溝とを仕切る隔壁を分極する工程と、分極する工程の後、第1の電極が第1の溝ごとに分離されかつ第2の電極が第2の溝ごとに分離されるように、第1及び第2の共通電極を除去する工程と、を有している。
一の態様では、第2の共通電極の一部は第2の主面に形成され、分極する工程は、第1の溝と第2の主面との間の底板を分極することを含む。
他の態様では、第1及び第2の溝はそれぞれ第1の側面から第2の側面まで延びるように形成され、第1及び第2の電極並びに第1及び第2の共通電極は、第1及び第2の溝の内壁面並びに第1及び第2の側面に金属膜を形成し、その後、第1の溝と第2の側面との境界部及び第2の溝と第1の側面との境界部の金属膜を除去することによって形成される。
他の態様では、第1の溝が第1の側面から第2の側面の手前まで延びるように形成され、第2の溝が第2の側面から第1の側面の手前まで延びるように形成され、第1及び第2の電極は、第1及び第2の溝の内壁面に金属膜を形成することによって形成され、第1及び第2の共通電極は第1及び第2の側面に金属膜を形成することによって形成され、第1及び第2の共通電極を除去する工程では、第1の溝が第1の側面と反対側の側面まで達するように、圧電体の第2の側面側の部分が除去される。
他の態様では、第1の共通電極の一部及び第2の共通電極の一部がともに第2の主面上に形成される。
他の態様では、第1の共通電極と導通した第1の電極パッドと、第2の共通電極と導通した第2の電極パッドが第1の主面上に形成される。
The method for manufacturing a piezoelectric plate for a liquid discharge head according to the present invention includes first and second main surfaces, and first and second side surfaces that are adjacent to the first and second main surfaces and face each other. A step of alternately forming a plurality of first and second grooves extending in parallel and having at least a portion in the length direction adjacent to each other on the first main surface of the plate-like piezoelectric plate; Forming a first electrode on an inner wall surface of the groove and forming a second electrode on an inner wall surface of the plurality of second grooves; and a first common electrically connected to the plurality of first electrodes A step of forming an electrode and a second common electrode electrically connected to the plurality of second electrodes, and applying a voltage between the first common electrode and the second common electrode After the step of polarizing the partition wall that partitions the first groove and the second groove and the step of polarizing, the first electrode is separated for each first groove. And as a second electrode is separated for each second groove has a step of removing the first and second common electrode.
In one aspect, a portion of the second common electrode is formed on the second major surface, and the step of polarizing includes polarizing the bottom plate between the first groove and the second major surface.
In another aspect, the first and second grooves are formed to extend from the first side surface to the second side surface, respectively, and the first and second electrodes and the first and second common electrodes are the first side surface. And a metal film is formed on the inner wall surface of the second groove and the first and second side surfaces, and then the boundary between the first groove and the second side surface and the second groove and the first side surface are formed. It is formed by removing the metal film at the boundary.
In another aspect, the first groove is formed to extend from the first side surface to the front side of the second side surface, and the second groove is formed to extend from the second side surface to the front side of the first side surface. The first and second electrodes are formed by forming metal films on the inner wall surfaces of the first and second grooves, and the first and second common electrodes are formed on the first and second side surfaces. In the step of removing the first and second common electrodes, the second side surface side of the piezoelectric body is disposed so that the first groove reaches the side surface opposite to the first side surface. Part is removed.
In another aspect, a part of the first common electrode and a part of the second common electrode are both formed on the second main surface.
In another aspect, a first electrode pad electrically connected to the first common electrode and a second electrode pad electrically connected to the second common electrode are formed on the first main surface.
複数の第1の電極と電気的に接続された第1の共通電極と、複数の第2の電極と電気的に接続された第2の共通電極とが形成され、第1の共通電極と第2の共通電極との間に分極のための電圧が印加される。このため1回の電圧印加によって、複数の隔壁を一括して簡便に分極することができる。しかも、第1の溝に第1の電極が、第2の溝に第2の電極が形成されているため、いずれの隔壁も第1の溝側が同じ極性を持つように壁厚方向に分極される。 A first common electrode electrically connected to the plurality of first electrodes and a second common electrode electrically connected to the plurality of second electrodes are formed, and the first common electrode and the first common electrode A voltage for polarization is applied between the two common electrodes. For this reason, a plurality of partition walls can be easily and collectively polarized by a single voltage application. In addition, since the first electrode is formed in the first groove and the second electrode is formed in the second groove, each partition wall is polarized in the wall thickness direction so that the first groove side has the same polarity. The
本発明によれば、分極処理の必要な複数の隔壁をそれぞれの壁厚方向に一括して簡便に分極処理することができる、液体吐出ヘッド用の圧電プレートの製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the piezoelectric plate for liquid discharge heads which can carry out easily a polarization process collectively in the wall thickness direction of the several partition which needs a polarization process can be provided.
本発明の実施形態について、以下に図面を参照して説明する。本発明は以下の実施形態によって限定されるものではない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The present invention is not limited to the following embodiments.
図1に、本発明が適用される好ましいインクジェット記録装置の概略構成を示す。記録装置100は、搬送ローラー103に張架された無端ベルト状の搬送ベルト104の上に記録媒体102が載置され、搬送ベルト104を駆動して記録媒体102を矢印方向Aに走査するものである。
FIG. 1 shows a schematic configuration of a preferred ink jet recording apparatus to which the present invention is applied. In the
図1に示したインクジェット記録装置の例では、液体吐出ヘッドユニット101が用いられている。図の例では4個の、例えばイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)及びブラック(Bk)の4色に対応した液体吐出ヘッドユニット101が、記録媒体搬送方向Aに並置されている。インクタンク106から供給された各色インクを、記録媒体102を搬送しながら液体吐出ヘッドユニット101で吐出させることによって、高速にフルカラー記録が行われる。
In the example of the ink jet recording apparatus shown in FIG. 1, a liquid
図2に、液体吐出ヘッドユニット101の吐出口308の配置を示す。インク色毎に設けられている各液体吐出ヘッドユニット101の構造は各色で共通している。図2に示すように、短尺の液体吐出ヘッド309には、インク液滴を吐出する吐出口308が2次元アレー状に高密度で配列されている。この短尺の液体吐出ヘッド309を複数繋ぎ合わせ、全体で記録媒体102の全幅に対応する長さとなるようにして、1つの長尺のフルラインヘッドを備えた液体吐出ヘッドユニット101が構成されている。
FIG. 2 shows the arrangement of the
次に、上述したインクジェット記録装置に搭載されている液体吐出ヘッドユニット101の構成について説明する。図3は液体吐出ヘッドユニット101の分解斜視図、図4は液体吐出ヘッドユニット101を組み立てた状態で示す斜視図である。
Next, the configuration of the liquid
液体吐出ヘッドユニット101は、オリフィスプレート304、液体吐出ヘッド303、流体制御プレート302及び共通液室301をこの順番で積層し、互いに接合することによって構成されている。流体制御プレート302及び液体吐出ヘッド303は各液室内の電極と電気的に接続されている。液体吐出ヘッド303に接続された配線は、流体制御プレート302から引き出されたフレキシブルケーブル310によって外部と接続されている。オリフィスプレート304は、加圧されたインクが液滴として吐出される吐出口308を備えている。
The liquid
次に、液体吐出ヘッド303の構成について説明する。図5に液体吐出ヘッド303の構成を示す。同図(a)は、一対の第1及び第2の圧電プレート501,502の分解斜視図及び組立図であり、同図(b)は複数の第1及び第2の圧電プレート501,502が積層された液体吐出ヘッド303の部分分解斜視図及び組立図である。
Next, the configuration of the
第1の圧電プレート501の第1の主面S1には、吐出口308と連通する個別液室11となる第1の溝503と、第1の空気室12となる第2の溝504とが、交互にかつ平行に(すなわち並列に)形成されている。第1の溝503の内壁面には第1の電極(SIG)505が形成され、第2の溝504の内壁面には第2の電極(GND)506が形成されている。ここで、SIGは「信号」、GNDは「接地」を意味する。第1及び第2の溝503,504が形成されている第1の主面S1の裏面である第2の主面S2には、その全面に第3の電極(GND)508が形成されている。第3の電極(GND)508は省略することも可能である。
The first main surface S1 of the first
第2の圧電プレート502には、第1の圧電プレート501の個別液室11に対応する位置に、第2の空気室13となる第3の溝507が、互いに平行に(すなわち並列に)複数本形成されている。第1の圧電プレート501と第2の圧電プレート502を積層すると、図5(b)に示すように、第2の空気室13と液室11とが積層方向Pに沿って一列に配列する。第2の圧電プレート502の第3の溝507が設けられた面には、第3の溝507の内壁面を含めた全面に、第4の電極(GND)509が形成されている。第2の圧電プレート502の裏面の、第1の圧電プレート501に設けられた液室11の直上となる位置には、第5の電極(SIG)512が形成されている。
The second
図5(a)に示すように、第1の圧電プレート501と第2の圧電プレート502は、第1、第2及び第3の溝503,504,507が同じ向きに開口するように接合されている。この接合体を一つのユニットとして、複数のユニットを積層接合し、天板となる第1の基板510及び第2の基板511で挟み、これらの複数のユニットに接合することで液体吐出ヘッド303が作製される。この結果、第1の圧電プレート501と第2の圧電プレート502は交互に積層されている。第1の溝503と第2の圧電プレート502によって液室11が形成され、第2の溝504と第2の圧電プレート502によって第1の空気室12が形成される。また、第3の溝507と第1の圧電プレート501(または第1の基板510)によって第2の空気室13が形成される。第2の空気室13と液室11は積層方向Pに沿って一列に配列している。第1の基板510及び第2の基板511はパターンが形成されていない平板のプレートである。第1の基板510及び第2の基板511は圧電体である必要はないが、接合時に加熱を要する場合には熱膨張率が第1の圧電プレート501及び第2の圧電プレート502に近い材料によって形成されることが望ましい。
As shown in FIG. 5A, the first
次に流体制御プレート302について図3を用いて説明する。流体制御プレート302は、各個別液室11に対応した位置に後方絞り(不図示)を備えている。後方絞りは駆動によって生じるインクの流動が吐出口308側に強く生じるようにインクの逆流を制限する。流体制御プレート302内には駆動回路が形成されている。駆動回路は液体吐出ヘッドの第1の電極(SIG)505及び第2の電極(GND)506と電気的に接続され、流体制御プレート302内に形成された圧電アクチュエータの駆動回路に配線されている。さらに各配線はフレキシブルケーブル310に電気的に接続され、外部にあるインクジェット記録装置の制御部(不図示)へと接続されている。
Next, the
共通液室301にはインクタンク106からインクを供給するためのインク供給口305が形成され、共通液室301は各個別液室11と連通している。
An
次に液体吐出ヘッド303の駆動動作について説明する。図6は図5(b)の領域Aの断面拡大図である。図6(a)に示すように、個別液室11を形成する第1の溝503は第2及び第3の空気室12,13を形成する第2及び第3の溝504,507に対して区画され、2次元アレー状に形成されている。第1の溝503を構成する隔壁513は第1の溝503から外向きの分極方向601、602、603、すなわち第1の溝503側が正、第2の溝504側が負となるように分極方向601に分極されている。また、第1の溝503と第2の主面S2との間の底板514は、その第1の溝503側が隔壁513の第1の溝503側と同じ極性を持つように、すなわち第1の溝503側が正、第2の主面S2側が負となるように分極方向602に分極されている。第2の圧電プレート502の第1の溝503に面する底板515も、第1の溝503側が正、第3の溝507側が負となるように分極方向603に分極されている。ここで、底板514,515は対応する第1の溝503溝ごとに別々の部分として定義する。分極方向601,602,603はこの逆でもよい。すなわち、隔壁513は、第1の溝503側が負、第2の溝504側が正となるように、底板514が第1の溝503側が負、第2の主面S2側が正となるように、底板515が第1の溝503側が負、第3の溝507側が正となるように分極されてもよい。
Next, the driving operation of the
図6(b)は駆動電圧印加時の様子を示している。まず、第1の電極(SIG)505及び第5の電極(SIG)512を正電位とし、第2の電極506(GND)、第3の電極508(GND)及び第4の電極509(GND)をGND電位とする。この電位状態で、SIG電極505,512とGND電極506,508,509との間に電圧を印加すると、図示のように、個別液室11を形成している隔壁513及び底板514,515は個別液室11を収縮させるように変形する。この変形によって個別液室11内に充填されているインクの圧力が高められ、吐出口308より液滴が吐出する。第1の電極(SIG)505及び第5の電極(SIG)512をGND電位、第2の電極506(GND)、第3の電極508(GND)及び第4の電極509(GND)を正電位として駆動電圧を印加すると逆の変形が生じる。すなわち、個別液室11が膨張するように隔壁513及び底板514,515が変形する(不図示)。
FIG. 6B shows a state when the drive voltage is applied. First, the first electrode (SIG) 505 and the fifth electrode (SIG) 512 are set to a positive potential, the second electrode 506 (GND), the third electrode 508 (GND), and the fourth electrode 509 (GND). Is a GND potential. When a voltage is applied between the
個別液室11を構成する隔壁513及び底板514,515が上述したような変形をするためには、図6(a)で示すような分極方向601、602、603に隔壁513及び底板514,515を分極する必要がある。特に第1の圧電プレート501では第1の溝503を構成する隔壁513及び底板514を異なる3方向に分極処理する必要がある。図7に第1の圧電プレート501の分極状態について示す。図7に示すように隔壁513及び底板514を分極方向601、602に分極するには、第1の電極505を正電位、第2の電極506及び第3の電極508をGND電位として、SIG電極505とGND電極506,508との間に高電界を印加する。
In order to deform the
本発明は、第1の圧電プレート501の複数の個別液室11を構成する隔壁513及び底板514を一括して簡便に分極処理することが可能な製造方法に関するものであり、本実施形態の具体的な構成及び製造方法について以下に説明する。
The present invention relates to a manufacturing method in which
(第1の実施形態)
液体吐出ヘッド用の第1の圧電プレート501の、第1の実施形態に係る製造方法について説明する。本実施形態に係る第1の圧電プレート501の製造方法を、図8(a)〜(g)の斜視図に示す。
(First embodiment)
A manufacturing method according to the first embodiment of the first
まず、工程(a)で、図8(a)に示すように、所望の厚みと形状を有する平板状の圧電プレート801を準備する。圧電プレート801は、第1及び第2の主面S1,S2と、第1及び第2の主面S1,S2に隣接し互いに対向する第1及び第2の側面W1,W2と、を有する、平板状で直方体状の圧電部材である。
First, in the step (a), as shown in FIG. 8A, a flat
工程(b)で、図8(b)に示すように、圧電プレート801の第1の主面S1に、複数の第1の溝503を、互いに平行に(すなわち並列に)形成する。第1の溝503は第1の側面W1から第2の側面W2まで、第1の主面S1を横断して延びるように形成される。形成された第1の溝503の一部は上述した個別液室11として機能する。第1の溝503は所定の均一の深さで形成する必要があるため、深さ制御の精度が高いダイシング加工などを用いることが望ましい。次に、第2の溝504を第1の溝503が形成された同一の面(第1の主面S1)に、第1の溝503の長さ方向Lに沿って、第1の溝503と平行に(すなわち並列に)形成する。第2の溝504は第1の溝503の両隣りに、すなわち複数の第1及び第2の溝503,504が交互に位置するように形成される。第2の溝504は第1の側面W1から第2の側面W2まで、第1の主面S1を横断して延びるように形成される。形成された第2の溝504の一部は上述した第1の空気室12として機能する。第2の溝504の深さ制御及び第1の溝503と第2の溝504の間の隔壁513の厚さ制御は高い精度が要求されるため、ダイシング加工などを適用するのが望ましい。加工の順序は特に限定されない。図では第2の溝504の溝幅が第1の溝503の溝幅よりも広くなっているが、大小関係はこれに限定されない。
In step (b), as shown in FIG. 8B, a plurality of
工程(c)では、図8(c)に示すように、形成された第1の溝503の内壁面に第1の電極(SIG)505を、第2の溝504の内壁面に第2の電極(GND)506を形成する。電極のパターニングは、リフトオフで形成することができるほか、レーザーや研磨などを利用することもできる。リフトオフを用いる場合、レジストを塗布した後、フォトリソグラフィによって、電極パターンを残さない部分を除いてレジストを除去し、その上部からスパッタリングや蒸着によって電極となる金属層をレジストのパターンを含めて全面に形成する。そして、レジストを除去することでレジスト上部に成膜されていた金属膜をレジストと共に剥離して、最終的に所望の金属膜のパターンが得られる。レーザーや研磨を用いる場合は、まず全面にスパッタリング、蒸着、無電解めっきなどの方法で金属膜を成膜する。そして、成膜された金属膜の不要な部分をレーザーや研磨によって除去することで所望の電極パターンが得られる。
In step (c), as shown in FIG. 8C, the first electrode (SIG) 505 is formed on the inner wall surface of the formed
リフトオフ、レーザー、研磨などのいずれの方法を取る場合も、第1の溝503及び第2の溝504の端部と接している第1の側面W1及び第2の側面W2にも金属膜を成膜する。第1の側面W1の金属膜は第1の共通電極802の一部を、第2の側面W2の金属膜は第2の共通電極803の一部をそれぞれ構成する。第1の電極(SIG)505及び第2の電極(GND)506は、第1の側面W1に成膜された第1の共通電極802及び第2の側面W2に成膜された第2の共通電極803と導通している。
When any method such as lift-off, laser, or polishing is used, a metal film is also formed on the first side surface W1 and the second side surface W2 that are in contact with the ends of the
工程(d)では、図8(d)に示すように、圧電プレート801の第1の主面S1の裏面である第2の主面S2に、金属膜で構成される第1の共通電極802と、同じく金属膜で構成される第2の共通電極803と、を形成する。第2の共通電極803は、図6に示す第3の電極508(GND)として機能する。第1の共通電極802と第2の共通電極803は、第1及び第2の溝503,504の長さ方向Lと垂直な方向に延びる分離帯804によって分断される。この結果、第1の共通電極802は、第2の主面S2の比較的小さな領域と第1の側面W1とに跨って形成され、第2の共通電極803は、第2の主面S2の比較的大きな領域と第2の側面W2とに跨って形成される。第2の主面S2における両共通電極802,803のパターニングは、フォトリソグラフィを利用してフォトレジストをリフトオフする方法、金属膜の不要部分をエッチング、レーザー、ダイシング、フライス加工などで除去する方法によって行うことができる。第1の共通電極802は、各第1の電極(SIG)505及び各第2の電極(GND)506と電気的に接続されている。第2の共通電極803も各第1の電極(SIG)505及び各第2の電極(GND)506と電気的に接続されている。
In step (d), as shown in FIG. 8D, a first
工程(e)では、図8(e)に示すように、第1の電極(SIG)505と第2の電極(GND)506との電気的接続を分断する。電気的接続は、少なくとも第1の溝503と第2の側面W2との境界部及び第2の溝504と第1の側面W1との境界部の金属膜を除去することができる限り、様々な方法を採用できる。本実施形態では、第1の側面W1の一部を切り欠いて(切り欠き806)、第2の電極(GND)506を除去している。同様に、図示は省略するが、第2の側面W2の一部を切り欠いて、第1の電極(SIG)505を除去している。切り欠き806はダイシング、フライス加工、レーザーアブレーションなどによって形成することができる。この工程によって第1の電極(SIG)505と第2の電極(GND)506の間は絶縁される。しかし、複数の第1の電極(SIG)505同士は第1の共通電極802を介して導通し、複数の第2の電極(GND)506同士は第2の共通電極803を介して導通している。
In the step (e), as shown in FIG. 8E, the electrical connection between the first electrode (SIG) 505 and the second electrode (GND) 506 is cut off. As long as at least the boundary between the
工程(f)では、図8(f)に示すように、隔壁513及び底板514の分極処理を行う。具体的には、圧電プレート801をそのキュリー点付近まで加熱した状態で、第1の電極(SIG)505と第2の電極(GND)506の間(実際には、第1の共通電極802と第2の共通電極803の間)に1〜2kV/mm程度の高電界を所定の時間印加する。第1の溝503と第2の溝504とを仕切る隔壁513及び第1の溝503と第2の主面S2の間にある底板514は、第1の溝503側が同じ極性を持つように分極される。第2の主面S2に形成された第1の共通電極802及び第2の共通電極803はパターンサイズが大きいので、これらを電極パッドとして利用することができる。このため、第1の共通電極802及び第2の共通電極803を、高電界を発生する電源装置807に容易に接続することができる。
In the step (f), as shown in FIG. 8 (f), the
各隔壁513及び底板514の厚さは数十〜数百μmであり、電極505,506も同等の間隔で配置されているため、空気中で1〜2kV/mmの高電界を印加すると空中放電や沿面放電を生じる可能性が高い。そのため例えばシリコーンオイル(絶縁破壊電圧:10kV/mm以上)のような絶縁性の高い絶縁性オイル中で分極処理を行うことが望ましい。シリコーンオイルは分極後にキシレン、ベンゼン、トルエンといった炭化水素系溶剤や塩化メチレン、1.1.1-トリクロロエタン、クロロベンゼンといった塩素化炭化水素系溶剤によって除去可能である。
The thickness of each
工程(g)では、図8(g)に示すように、第1の電極505が第1の溝503ごとに分離され、かつ第2の電極506が第2の溝504ごとに分離されるように、第1及び第2の共通電極802,803を除去する。除去方法としては、ダイシング、フライス加工、研磨、レーザーアブレーションなどを利用することができる。ダイシングを用いる場合、図8(f)に示すように、両側側面W1,W2よりも内側のa−a線及びb−b線に沿ってダイシングすることで、両側側面W1,W2上の切り欠き806を合わせて除去することができる。また、分離帯804の内側境界線付近でダイシングすることで、分極の際に第1の共通電極802または分離帯804に面していた(すなわち、第3の電極508に面していなかった)底板514の部分を除去することができる。
In step (g), the
上述した液体吐出ヘッドの製造方法を用いることによって、各液室11に対応して平板状の圧電プレート上に形成された複数の電極を、同一平面上に設けられた大面積の電極パッドに、電位の正負ごとに集約することが可能になる。従って、分極処理時の電源装置807と圧電プレートの各電極との配線が容易になり、複数の隔壁513及び底板514をそれぞれの壁厚方向に一括して分極処理することが可能になる。
By using the manufacturing method of the liquid discharge head described above, a plurality of electrodes formed on a flat piezoelectric plate corresponding to each
このようにして製造された圧電プレートが複数積層されて、液体吐出ヘッドユニット101が形成される。圧電プレートを積層接着し、各種配線などを形成した後に一括して分極処理をする場合、分極時の圧電プレートの歪みによって各圧電プレート間の接着強度が低下する可能性がある。本実施形態では、圧電プレートを積層接着する前に分極処理を行うので、分極時の圧電プレートの歪みによる接着強度の低下を回避することができる。
A plurality of piezoelectric plates manufactured in this way are stacked to form the liquid
(第2の実施形態)
次に、液体吐出ヘッド303を構成する第1の圧電プレート501の、第2の実施形態に係る製造方法について説明する。本実施形態に係る第1の圧電プレート501の製造方法を、図9(a)〜(h)の斜視図を示す。ここでは第1の実施形態との差異を主に説明する。説明のない点は第1の実施形態と同様である。
(Second Embodiment)
Next, a manufacturing method according to the second embodiment of the first
まず、工程(a)では、図9(a)に示すように、所望の厚みと形状を有した平板状の圧電プレート801を準備する。
First, in step (a), as shown in FIG. 9A, a plate-like
工程(b)では、図9(b)に示すように、平板状の圧電プレート801に、複数の第1の溝503を形成する。形成された第1の溝503の一部が個別液室11として機能する。第1の実施形態では第1の溝503は第1の側面W1から第2の側面W2まで、第1の主面S1を貫通するように形成した。本実施形態では、ダイシング加工時にダイシングブレード(不図示)を第2の側面W2の手前で引き上げることによって、第1の溝503を第1の側面W1から第2の側面W2の手前まで延びるように形成する。
In the step (b), as shown in FIG. 9B, a plurality of
工程(c)では、図9(c)に示すように、平板状の圧電プレート801に、複数の第2の溝504を長さ方向Lに沿って平行に(すなわち並列に)形成する。第2の溝504は第2の側面W2から第1の側面W1の手前まで延びるように形成され、長さ方向Lの一部で第1の溝503と互いに隣接する。つまり第2の溝504は第1の溝503の両隣りに、すなわち複数の第1及び第2の溝503、504が交互に位置するように形成される。形成された第2の溝504の一部は第1の空気室12として機能する。第1の実施形態と同様、第2の溝504は第1の溝503の両隣りに、第1の溝503と交互にかつ平行に(すなわち並列に)形成される。第1の溝503が連通している第1の側面W1には第2の溝504が連通しておらず、第2の溝504が連通している第2の側面W2には第1の溝503が連通していない。
In the step (c), as shown in FIG. 9C, a plurality of
工程(d)では、図9(d)に示すように、形成された第1の溝503に第1の電極(SIG)505を、第2の溝504に第2の電極(GND)506を形成する。電極となる金属膜の成膜方法とパターニング方法は第1の実施形態と同様である。金属膜成膜時に、第1の溝503が連通する第1の側面W1及び第2の溝504が連通する第2の側面W2にも金属膜が成膜される。第1の溝503内に形成された各第1の電極(SIG)505は、第1の側面W1に成膜された金属膜(第1の共通電極802の一部となる)を介して互いに導通している。第2の溝504内に形成された各第2の電極(GND)506は、第2の側面W2に成膜された金属膜(第2の共通電極803の一部となる)を介して互いに導通している。
In step (d), as shown in FIG. 9D, the first electrode (SIG) 505 is formed in the formed
工程(e)では、図9(e)に示すように、第1の実施形態と同様に、第2の主面S2に分離した金属膜を成膜し、第1の共通電極802と第2の共通電極803を形成する。第2の主面S2に形成された第1の共通電極802は、第1の側面W1に形成された第1の共通電極802を介して第1の電極(SIG)505と導通している。第2の共通電極803は、第2の側面W2に形成された第2の共通電極803を介して第2の電極(GND)506と導通している。本実施形態では、第1の溝503が第1の側面W1に形成された第1の共通電極802だけに連通し、第2の溝504が第2の側面W2に形成された第2の共通電極803だけに連通している。このため、第1の実施形態の工程(e)のような、第1及び第2の側面W1,W2で第1の共通電極802と第2の共通電極803を分離する工程は不要である。
In step (e), as shown in FIG. 9 (e), as in the first embodiment, a separated metal film is formed on the second major surface S2, and the first
工程(f)では、図9(f)に示すように、隔壁513及び底板514の分極処理を行う。分極処理の方法は第1の実施形態と同様である。
In the step (f), as shown in FIG. 9F, the
工程(g)では、図9(g)に示すように、第1の溝503が第1の側面W1と反対側の側面まで達するように、ダイシングブレード901によって圧電プレートの第2の側面W2側の部分が除去される。第1の溝503は個別液室11として機能するので両側の側面と連通する必要がある。このとき、第2の側面W2上の第2の共通電極803も除去される。除去方法としてはダイシングのほか、研磨やレーザーアブレーションなどが挙げられる。この結果、各第2の溝504内の第2の電極(GND)506及び第2の主面S2の第2の共通電極803は電気的に互いに分離される。
In step (g), as shown in FIG. 9 (g), the
工程(h)では、図9(h)に示すように、第1の側面W1上の第1の共通電極802を除去する。除去方法としてはダイシング、研磨やレーザーアブレーションなどが挙げられる。この工程によって第1の側面W1上の第1の共通電極802が除去されるため、各第1の溝503内の第1の電極(SIG)505は電気的に互いに分離される。
In step (h), as shown in FIG. 9 (h), the first
上述した液体吐出ヘッドの製造方法を用いることによって、第1の空気室12となる第2の溝504が第1の側面W1に連通しない形状で分極処理を行うことが可能となる。図5(b)に示すように、圧電プレートを積層接着して、個別液室11である第1の溝503を2次元アレー状に配列する際、各個別液室11からの個別配線は積層した圧電プレートの側面から引き出す必要があり、そのための配線スペースを確保する必要がある。本実施形態によれば、積層接着された圧電プレートの第1の側面W1上に第1の空気室12となる第2の溝504が形成されないため、そのスペースを配線スペースとして充当することができ、各個別液室11からの配線引き出しが容易となる。
By using the manufacturing method of the liquid discharge head described above, the polarization process can be performed in a shape in which the
(第3の実施形態)
液体吐出ヘッド303を構成する第1の圧電プレート501の、第3の実施形態に係る製造方法について説明する。本実施形態に係る第1の圧電プレート501の製造方法を、図10(a)〜(h)の斜視図に示す。本実施形態は第2の実施形態の一部を変更したものであり、説明のない点は第2の実施形態と同様である。
(Third embodiment)
A manufacturing method according to the third embodiment of the first
第2の実施形態では、第1及び第2の溝の形成と、溝内への電極形成を行った後に、第2の主面S2に共通電極を形成していたが、本実施形態では第2の主面S2に共通電極を形成し、その後で第1及び第2の溝の形成と溝内への電極形成を行う。すなわち、本実施形態では、図9の工程(e)が工程(b)として実施され、それ以外の工程については図9と同じ順序で行われる。 In the second embodiment, after the formation of the first and second grooves and the formation of the electrode in the groove, the common electrode is formed on the second main surface S2. A common electrode is formed on the two main surfaces S2, and then the first and second grooves are formed and the electrodes are formed in the grooves. That is, in the present embodiment, step (e) in FIG. 9 is performed as step (b), and the other steps are performed in the same order as in FIG.
第2の実施形態と異なる他の点は、工程(e)(図10(e))において、第1の主面S1の第1及び第2の溝503,504が形成されている部分とは異なる位置に、第1の電極パッド1101及び第2の電極パッド1102が形成されることである。これらの電極パッド1101,1102は、第1及び第2の溝503,504内に第1の電極(SIG)505及び第2の電極(GND)506を形成する際に同時に形成され、工程(f)(図10(f))において分極時の電極パッドとして用いられる。第1の電極パッド1101は第1の側面W1上に形成された第1の共通電極802と導通し、第2の電極パッド1102は第2の側面W2上に形成された第2の共通電極803と導通するように形成される。工程(f)における分極処理は、この第1の電極パッド1101、第2の電極パッド1102に電源装置807を配線し行うことができる。
Another difference from the second embodiment is that in the step (e) (FIG. 10 (e)), the portion where the first and
上述した液体吐出ヘッドの製造方法によれば、第2の主面S2の共通電極を形成した後に圧電プレートを反転することなく工程を進めることができる。PZTのような圧電セラミックスは脆性材料であり、工程途中のハンドリングに注意を要する。特に、圧電プレートに溝を形成した後は圧電プレート自体が非常に脆弱になるため、工程途中のハンドリングの際に圧電プレート自体が破損するおそれがある。本実施形態の製造方法では、第2の主面S2に共通電極を形成した後に、圧電プレートよりも剛性の高いハンドリング用の支持基板(不図示)に圧電プレートを仮接着して、以降の製造工程を進めることができる。上述した第1の電極パッド1101、第2の電極パッド1102は第1の実施形態と組み合わせることもできる。
According to the manufacturing method of the liquid discharge head described above, the process can be performed without inverting the piezoelectric plate after forming the common electrode of the second main surface S2. Piezoelectric ceramics such as PZT are brittle materials, and care must be taken during handling. In particular, after the grooves are formed in the piezoelectric plate, the piezoelectric plate itself becomes very fragile. Therefore, the piezoelectric plate itself may be damaged during handling during the process. In the manufacturing method of the present embodiment, after the common electrode is formed on the second main surface S2, the piezoelectric plate is temporarily bonded to a handling support substrate (not shown) having rigidity higher than that of the piezoelectric plate, and the subsequent manufacturing is performed. The process can proceed. The
505 第1の電極
506 第2の電極
513 隔壁
802 第1の共通電極
803 第2の共通電極
505
Claims (8)
前記第2の共通電極の一部は前記第2の主面に形成され、前記分極する工程は、前記第1の溝と前記第2の主面との間の底板を分極することを含む、液体吐出ヘッド用の圧電プレートの製造方法。 Parallel to the first main surface of the plate-like piezoelectric plate having the first and second main surfaces and the first and second side surfaces adjacent to the first and second main surfaces and facing each other. Forming a plurality of first and second grooves alternately extending at least partially in the length direction, and forming first electrodes on the inner wall surfaces of the plurality of first grooves, Forming a second electrode on an inner wall surface of the plurality of second grooves, a first common electrode electrically connected to the plurality of first electrodes, a plurality of the second electrodes, Forming a second common electrode electrically connected; and applying a voltage between the first common electrode and the second common electrode to thereby form the first groove and the second common electrode. After the step of polarizing the partition wall partitioning the second groove and the step of polarizing, is the first electrode separated for each of the first grooves? As the second electrode is separated for each of the second groove, and a step of removing the first and second common electrode,
A part of the second common electrode is formed on the second main surface, and the step of polarizing includes polarizing a bottom plate between the first groove and the second main surface. A method of manufacturing a piezoelectric plate for a liquid discharge head.
前記第1及び第2の溝はそれぞれ前記第1の側面から前記第2の側面まで延びるように形成され、前記第1及び第2の電極並びに前記第1及び第2の共通電極は、前記第1及び第2の溝の前記内壁面並びに前記第1及び第2の側面に金属膜を形成し、その後、前記第1の溝と前記第2の側面との境界部及び前記第2の溝と前記第1の側面との境界部の前記金属膜を除去することによって形成される、液体吐出ヘッド用の圧電プレートの製造方法。 Parallel to the first main surface of the plate-like piezoelectric plate having the first and second main surfaces and the first and second side surfaces adjacent to the first and second main surfaces and facing each other. Forming a plurality of first and second grooves alternately extending at least partially in the length direction, and forming first electrodes on the inner wall surfaces of the plurality of first grooves, Forming a second electrode on an inner wall surface of the plurality of second grooves, a first common electrode electrically connected to the plurality of first electrodes, a plurality of the second electrodes, Forming a second common electrode electrically connected; and applying a voltage between the first common electrode and the second common electrode to thereby form the first groove and the second common electrode. After the step of polarizing the partition wall partitioning the second groove and the step of polarizing, is the first electrode separated for each of the first grooves? As the second electrode is separated for each of the second groove, and a step of removing the first and second common electrode,
The first and second grooves are formed to extend from the first side surface to the second side surface, respectively, and the first and second electrodes and the first and second common electrodes are the first and second sides, respectively. Forming a metal film on the inner wall surfaces of the first and second grooves and the first and second side surfaces; and thereafter, a boundary between the first groove and the second side surface, and the second groove A method of manufacturing a piezoelectric plate for a liquid discharge head, which is formed by removing the metal film at the boundary with the first side surface.
前記第1の溝が第1の側面から前記第2の側面の手前まで延びるように形成され、前記第2の溝が前記第2の側面から前記第1の側面の手前まで延びるように形成され、前記第1及び第2の電極は、前記第1及び第2の溝の前記内壁面に金属膜を形成することによって形成され、前記第1及び第2の共通電極は前記第1及び第2の側面に金属膜を形成することによって形成され、前記第1及び第2の共通電極を除去する工程では、前記第1の溝が前記第1の側面と反対側の側面まで達するように、前記圧電体の前記第2の側面側の部分が除去される、液体吐出ヘッド用の圧電プレートの製造方法。 Parallel to the first main surface of the plate-like piezoelectric plate having the first and second main surfaces and the first and second side surfaces adjacent to the first and second main surfaces and facing each other. Forming a plurality of first and second grooves alternately extending at least partially in the length direction, and forming first electrodes on the inner wall surfaces of the plurality of first grooves, Forming a second electrode on an inner wall surface of the plurality of second grooves, a first common electrode electrically connected to the plurality of first electrodes, a plurality of the second electrodes, Forming a second common electrode electrically connected; and applying a voltage between the first common electrode and the second common electrode to thereby form the first groove and the second common electrode. After the step of polarizing the partition wall partitioning the second groove and the step of polarizing, is the first electrode separated for each of the first grooves? As the second electrode is separated for each of the second groove, and a step of removing the first and second common electrode,
The first groove is formed to extend from the first side surface to the front of the second side surface, and the second groove is formed to extend from the second side surface to the front of the first side surface. The first and second electrodes are formed by forming a metal film on the inner wall surfaces of the first and second grooves, and the first and second common electrodes are the first and second electrodes. In the step of removing the first and second common electrodes, the first groove is formed so as to reach the side surface opposite to the first side surface. A method for manufacturing a piezoelectric plate for a liquid discharge head, wherein the second side surface portion of the piezoelectric body is removed.
前記第1の共通電極の一部及び第2の共通電極の一部がともに前記第2の主面上に形成される、液体吐出ヘッド用の圧電プレートの製造方法。 Parallel to the first main surface of the plate-like piezoelectric plate having the first and second main surfaces and the first and second side surfaces adjacent to the first and second main surfaces and facing each other. Forming a plurality of first and second grooves alternately extending at least partially in the length direction, and forming first electrodes on the inner wall surfaces of the plurality of first grooves, Forming a second electrode on an inner wall surface of the plurality of second grooves, a first common electrode electrically connected to the plurality of first electrodes, a plurality of the second electrodes, Forming a second common electrode electrically connected; and applying a voltage between the first common electrode and the second common electrode to thereby form the first groove and the second common electrode. After the step of polarizing the partition wall partitioning the second groove and the step of polarizing, is the first electrode separated for each of the first grooves? As the second electrode is separated for each of the second groove, and a step of removing the first and second common electrode,
A method of manufacturing a piezoelectric plate for a liquid discharge head, wherein a part of the first common electrode and a part of the second common electrode are both formed on the second main surface.
前記第1の共通電極と導通した第1の電極パッドと、第2の共通電極と導通した第2の電極パッドが前記第1の主面上に形成される、液体吐出ヘッド用の圧電プレートの製造方法。 Parallel to the first main surface of the plate-like piezoelectric plate having the first and second main surfaces and the first and second side surfaces adjacent to the first and second main surfaces and facing each other. Forming a plurality of first and second grooves alternately extending at least partially in the length direction, and forming first electrodes on the inner wall surfaces of the plurality of first grooves, Forming a second electrode on an inner wall surface of the plurality of second grooves, a first common electrode electrically connected to the plurality of first electrodes, a plurality of the second electrodes, Forming a second common electrode electrically connected; and applying a voltage between the first common electrode and the second common electrode to thereby form the first groove and the second common electrode. After the step of polarizing the partition wall partitioning the second groove and the step of polarizing, is the first electrode separated for each of the first grooves? As the second electrode is separated for each of the second groove, and a step of removing the first and second common electrode,
A piezoelectric plate for a liquid discharge head, wherein a first electrode pad electrically connected to the first common electrode and a second electrode pad electrically connected to a second common electrode are formed on the first main surface. Production method.
A piezoelectric plate manufactured by the method for manufacturing a piezoelectric plate for a liquid discharge head according to any one of claims 1 to 6, and a second piezoelectric plate in which a third groove is formed in parallel. A liquid chamber formed by the first groove and the second piezoelectric plate, the first groove, the second groove, and the third groove being alternately stacked so as to open in the same direction, and the second groove A first air chamber formed by the second piezoelectric plate and a second air chamber formed by the third groove and the first piezoelectric plate. And a process for forming the liquid chambers so as to be arranged along the stacking direction.
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