JP6056329B2 - 液滴吐出ヘッド、印刷装置および液滴吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents
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Description
特許文献1に記載の液滴吐出ヘッドは、インクを一旦貯留するキャビティーと、キャビティーに連通し、キャビティー内のインクを液滴として吐出する吐出口を有するベース基板を有している。また、キャビティーに隣接して、圧電素子が配置されている。この圧電素子は、当該圧電素子の駆動を制御するドライバーICと配線パターンを介して電気的に接続されている。そして、圧電素子が駆動することにより、吐出口からインク滴を確実に吐出することができる。
ところで、近年では、液滴吐出ヘッドの小型化が求められ、そのため、ベース基板も小型化する必要があった。しかしながら、ベース基板が小型化されてしまうと、従来の配置では、ドライバーICをベース基板上に配置するのが困難となる場合がある。そして、ドライバーICを配置しようとして、そのためのスペースを確保しつつ、当該スペースの大きさ(面積)をできる限り小さくしても、液滴吐出ヘッドの十分な小型化が図り難いと言う問題があった。
本発明の液滴吐出ヘッドは、一方の面に開口して形成された凹部と、導電性を有する材料で構成された配線パターンとを有する板状体のベース基板と、前記配線パターンと電気的に接続されたICパッケージと、を備え、
前記凹部は、底部と、該底部から互いに対向して立設される2つの側壁部を有し、前記2つの側壁部間の離間距離は、前記一方の面側に向かって漸増するように傾斜しており、
前記配線パターンは、前記一方の面に形成された第1部分と、前記側壁部に形成された第2部分と、前記底部に形成された第3部分とを有し、前記第1部分と前記第2部分と前記第3部分とが1本の連続した線状体を構成し、該線状体を複数本有し、
前記ICパッケージは、小片状をなし、前記凹部に対向する面には複数の端子を有し、前記各端子が前記第1部分と電気的に接続され、
前記線状体が連続する連続方向と交差する交差方向において隣り合う各前記線状体の間隔は、前記一方の面側から前記底部側に向かって漸増していることを特徴とする。
これにより、ICパッケージのベース基板上での配置スペースをできる限り抑えることができ、よって、液滴吐出ヘッドの小型化を確実に図ることができる。また、1つのICパッケージで例えば液滴の吐出を担う複数の圧電素子を制御することができる場合、液滴吐出ヘッドの小型化にさらに有効である。加えて、隣接する線状体同士がショートする(短絡する)のが確実に防止される。
これにより、配線パターンを構成する線状体を多数本(複数本)確実に配置することができ、よって、当該各線状体を介して多量の情報を送受信することができるICパッケージをベース基板上に搭載することができる。
これにより、配線パターンを構成する線状体を多数本(複数本)確実に配置することができ、よって、当該各線状体を介して多量の情報を送受信することができるICパッケージをベース基板上に搭載することができる。
これにより、溝の長手方向に隣接する線状体同士がショートする(短絡する)のがより確実に防止される。
これにより、凹部内が外部と連通することとなり、例えば当該凹部27内を放熱することができ、よって、ICパッケージからの熱や配線からの熱が凹部内にこもるのが防止される。
本発明の液滴吐出ヘッドでは、前記ICパッケージは前記溝の方向に間隔をあけて複数個配置されているのが好ましい。
これにより、ICパッケージ間の隙間から、凹部(溝)内の熱を放出することができる。
前記接続部材は、前記ICパッケージを前記ベース基板に対して固定する機能を有するのが好ましい。
これにより、ICパッケージをベース基板に対して固定するための固定用部材を別途設けるのを省略することができ、よって、液滴吐出ヘッドを簡単な構造のものとすることができる。その結果、液滴吐出ヘッドが小型のものとなる。
前記ICパッケージは、前記配線パターンを介して前記圧電素子と電気的に接続され、該圧電素子の作動を制御するものであるのが好ましい。
これにより、例えば液滴の吐出量、吐出タイミング(吐出とその停止)等の吐出条件を正確かつ確実に制御することができる。
前記第1の板状体と前記第2の板状体とは、接着剤を介して接合されているのが好ましい。
これにより、第1の板状体および第2の板状体をそれぞれ用途、機能に応じて使用することができる。よって、薄型(小型)の液滴吐出ヘッドを得ることができ、この液滴吐出ヘッドを印刷装置が備えた場合、当該印刷装置の小型化に寄与する。
これにより、配線パターンを構成する各層をそれぞれ用途、機能に応じて使用することができ、よって、液滴吐出ヘッドの小型化に有利である。
本発明の印刷装置は、本発明の液滴吐出ヘッドを備えることを特徴とする。
これにより、小型化された液滴吐出ヘッドを備えた印刷装置を提供することができる。
前記第1の板状体と前記第2の板状体とを接合する接合工程と、
前記一方の面に前記第1部分を形成し、前記側壁部に前記第2部分を形成し、前記底部に第3部分を形成する配線パターン形成工程と、
前記ICパッケージを前記表側の面が前記凹部に臨むように配置するとともに、前記各端子をそれぞれ前記各第1部分と電気的に接続する搭載工程とを有することを特徴とする。
これにより、小型化を図ることができる液滴吐出ヘッドを確実に製造することができ、よって、当該液滴吐出ヘッドを例えば印刷装置に搭載して小型の印刷装置を提供することができる。
前記一方の面に前記第1部分を形成し、前記側壁部に前記第2部分を形成する第1の配線パターン形成工程と、
前記第1の板状体と前記第2の板状体とを接合する接合工程と、
前記底部に前記第3部分を形成する第2の配線パターン形成工程と、
前記ICパッケージを前記表側の面が前記凹部に臨むように配置するとともに、前記各端子をそれぞれ前記各第1部分と電気的に接続する搭載工程とを有することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
これにより、小型化を図ることができる液滴吐出ヘッドを確実に製造することができ、よって、当該液滴吐出ヘッドを例えば印刷装置に搭載して小型の印刷装置を提供することができる。
<第1実施形態>
図1は、本発明の液滴吐出ヘッドを示す横断面図、図2は、図1中の矢印A方向から見た図(平面図)、図3は、図2中の一点鎖線で囲まれた領域[B]の拡大詳細図、図4は、図1中の一点鎖線で囲まれた領域[C]の拡大詳細図、図5〜図12は、それぞれ、本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法(第1実施形態)の工程を順に示す概略横断面図、図19は、本発明の印刷装置を示す斜視図である。なお、以下では、説明の都合上、図1、図4〜図12および図19中(図13〜図17についても同様)の上側を「上」または「上方」、下側を「下」または「下方」と言う。
このようにベース基板2が積層体で構成されていることにより、当該積層体を構成する各層をそれぞれ用途、機能に応じて使用することができる。これにより、薄型の液滴吐出ヘッド1を得ることができ、印刷装置100の小型化に寄与する。
また、ノズル基板21の構成材料としては、特に限定されず、例えば、シリコン材料またはステンレス鋼であるのが好ましい。このような材料は、耐薬品性に優れることから、長時間にわたってインク300に曝されたとしても、ノズル基板21が変質・劣化するのを確実に防止することができる。また、これらの材料は、加工性に優れるため、寸法精度の高いノズル基板21が得られる。このため、信頼性の高い液滴吐出ヘッド1が得られる。
中継室223は、圧力発生室222よりも上流側に設けられている。
連通路224は、圧力発生室222と中継室223との間に設けられている。
なお、流路形成基板22の構成材料としては、特に限定されず、例えば、ノズル基板21の構成材料と同じものを用いることができる。
このような振動板23は、流路形成基板22側から順に弾性膜231と下電極膜232とを積層してなるものである。弾性膜231は、例えば1〜2μm程度の厚さの酸化シリコン膜で構成されている。下電極膜232は、例えば0.2μm程度の厚さの金属膜で構成されている。この下電極膜232は、流路形成基板22とリザーバー形成基板24との間に配される複数の圧電素子25の共通電極としても機能する。
第2室243は、第1室242よりも上流側に設けられている。
連通路244は、第1室242と第2室243との間に設けられている。
また、リザーバー形成基板24は、各圧電素子25をそれぞれ収納する圧電素子収納室245が形成されている。圧電素子収納室245は、リザーバー241と独立して形成されている。
リザーバー形成基板24の構成材料としては、特に限定されず、例えば、シリコンやガラス等を用いることができる。
図1に示すように、以上のような積層体で構成されたベース基板2では、封止板10A(コンプライアンス基板26)の上面(一方の面)265の中央部に開口する凹部27が形成されている。この凹部27は、例えばエッチングで、封止板10Aをその厚さ方向に貫通するまで欠損させることにより形成されている。
底部271は、平坦な部分となっている。
このように第1の側壁部272aと第1の側壁部272bと第2の側壁部273aと第2の側壁部273bとがそれぞれ傾斜していることにより、凹部27を例えばエッチングにより形成する際に、その形成を容易かつ確実に行なうことができる。
また、第1の側壁部272a側にある多数本の線状部281と、第1の側壁部272b側とにある多数本の線状部281とは、凹部27(ベース基板2)の幅方向に互いに離間している。
図1に示すように、ICパッケージ9は、電子回路(半導体素子)91と、電子回路91を収納するケーシング(パッケージ)92と、ケーシング92から露出し、電子回路91と電気的に接続された複数の端子93とを有している。
電子回路91は、例えば半導体で構成されている。
各端子93は、それぞれ、ケーシング92(ICパッケージ9)の表側の面(下面)921および裏側の面(上面)922のうちの表側の面921に露出している。ここで、「表側の面」とは、例えば素子が形成された面のことである。
以上のような構成のICパッケージ9は、配線パターン28を介して各圧電素子25と電気的に接続されている。そして、このICパッケージ9は、各圧電素子25の作動を制御することができる。これにより、インク300を正確かつ確実に吐出させることができる。
このようにICパッケージ9を配置することにより、当該ICパッケージ9の配置スペースをできる限り抑えることができ、よって、液滴吐出ヘッド1の小型化を確実に図ることができる。また、1つのICパッケージ9で各圧電素子25を制御することができ、よって、液滴吐出ヘッド1の小型化に有効である。
なお、図2に示すように、ICパッケージ9の全長(凹部27の長手方向に沿った長さ)は、凹部27の全長よりも短い。これにより、凹部27内が外部と連通することとなり、例えば当該凹部27内を放熱することができ、よって、ICパッケージ9および配線パターン28からの熱が凹部27内にこもるのが防止される。
本製造方法は、第1の準備工程(図5参照)と、第1のエッチング工程(図6参照)と、第2の準備工程(図7参照)と、第1の接合工程(図8参照)と、配線パターン形成工程(図9参照)と、第2のエッチング工程(図10参照)と、第2の接合工程(図11参照)と、搭載工程(図12参照)とを有している。
図5に示すように、リザーバー形成基板24となる板状をなす母材24’を用意する。なお、本実施形態では、母材24’は、シリコンで構成され、厚さが400μmの板部材である。
[2] 第1のエッチング工程
次に、図6に示すように、母材24’に対して異方性ウェットエッチングを施して、凹部27や圧電素子収納室245等を形成し、リザーバー形成基板24を得る。なお、図6(図7〜図12についても同様)中では省略されているが、本工程では、リザーバー241も形成される。
次に、図7に示すように、デバイス基板10Bとなる中間部品10B’を用意する。中間部品10B’は、流路形成基板22となる母材22’に未だ流路221が形成されていない状態のものである。なお、図7(図8〜図12についても同様)中では省略されているが、母材10B’(デバイス基板10B)には、振動板23も配置されている。
次に、リザーバー形成基板24の凹部27が開口する側と反対側の面、すなわち、下面の全体に接着剤を塗布して、図8に示すように、当該リザーバー形成基板24(封止板10A)と中間部品10B’とを接着剤層11を介して接合する。なお、接着剤層11は、その一部111が凹部27内で、リザーバー形成基板24と中間部品10B’との境界部からはみ出るのが好ましい。
次に、図9に示すように、配線パターン28を当該配線パターン28が形成されるべき箇所に形成する、すなわち、上面265に上部282を形成し、第1の側壁部272a(または第1の側壁部272b)に中間部283を形成し、底部271に下部284を形成する。
次に、中間部品10B’の母材22’に対してエッチングを施して、図10に示すように、当該母材22’に流路221を形成した。これにより、デバイス基板10Bが得られる。なお、図10(図11、図12についても同様)中では省略されているが、流路221を構成する中継室223、連通路224も形成される。
次に、図11に示すように、デバイス基板10Bの下面にノズル基板21を例えば接着(接着剤や溶媒による接着)により接合する。これにより、ベース基板2が得られる。また同時に、リザーバー形成基板24にコンプライアンス基板26を接着(接着剤や溶媒による接着)により接合する。なお、図11中(図12についても同様)中では、コンプライアンス基板26は省略されている。
次に、図12に示すように、ICパッケージ9をベース基板2上に搭載する。
この搭載を行なう場合、まず、ICパッケージ9の各端子93にそれぞれ接続部材12を付与する。本実施形態では、接続部材12は、Auバンプで構成されている。次いで、接続部材12が形成されたICパッケージ9をその表側の面921がベース基板2の凹部27に臨むように配置するとともに、接続部材12とACFを介してICパッケージ9の各端子93と配線パターン28の各線状部281の上部282とを電気的に接続する。なお、この接続の際には、接続部材12を170度以下の温度で加熱する。
なお、本製造方法は、前記説明では1枚の母材24’から1枚のリザーバー形成基板24を得てベース基板2を製造していたが、これに限定されず、1枚の母材24’から複数のリザーバー形成基板24を得て、複数の中間部品10B’を接合後に、各中間部品10B’に切断して(分割して)、ベース基板2を製造することもできる。
図19に示す印刷装置100は、記録媒体200にインクジェット方式で印刷する印刷装置である。この印刷装置100は、装置本体50と、液滴吐出ヘッド1が搭載された記録ヘッドユニット20Aおよび20Bと、インク300を供給するインクカートリッジ30Aおよび30Bと、記録ヘッドユニット20Aおよび20Bを搬送するキャリッジ40と、キャリッジ40を移動させる移動機構70と、キャリッジ40を移動可能に支持する(案内する)キャリッジ軸60とを備えている。
インクカートリッジ30Bも、記録ヘッドユニット20Bに着脱自在に装着され、その装着状態で記録ヘッドユニット20Bにインク300(カラーインク組成物)を供給することができる。
前述したように、液滴吐出ヘッド1は、小型化されたものとなっている。そして、当該液滴吐出ヘッド1を備えた印刷装置100も小型化されたものとなる。
図13〜図15、図17は、本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法(第2実施形態)の工程を順に示す概略横断面図、図16は、図15中の一点鎖線で囲まれた領域[D]の拡大詳細図である。
以下、これらの図を参照して本発明の液滴吐出ヘッド、印刷装置および液滴吐出ヘッドの製造方法の第2実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
液滴吐出ヘッド1を製造する方法(液滴吐出ヘッドの製造方法)について、図13〜図17を参照しつつ説明する。なお、図13〜図17は、それぞれ、液滴吐出ヘッド1の主要部を示す概略図となっている。
図13に示すように、配線パターン28の一部を構成する各上部282を上面265に形成し、各中間部283を第1の側壁部272a(または第1の側壁部272b)に形成する。
この形成を行なう場合、まず、封止板10Aの上方に臨む面、すなわち、表側の面全体に金属膜をスパッタにより形成する。なお、この金属膜は、例えば厚さが50nmのNi−Cr層(第1層285)と、当該層上に厚さが700nmのAu層(第2層286)とが積層されたものである。次いで、金属膜上にレジストを形成する。次いで、フォトリソグラフィー(露光、現像)により、レジストに対しパターニングを行なう。次いで、Au層、Ni−Cr層に順次ウェットエッチングを施す。Au層用のエッチング液としては、ヨウ素系のものを用い、Ni−Cr層用のエッチング液としては、硝酸系もしくは塩酸系のものを用いた。次いで、レジストを剥離する。これにより、上部282および中間部283がそれぞれ形成される。
次に、図14に示すように、デバイス基板10Bとなる中間部品10B’を用意する。
[3]第1の接合工程
次に、リザーバー形成基板24の凹部27が開口する側と反対側の面、すなわち、下面の全体に接着剤を塗布して、図15、図16に示すように、当該リザーバー形成基板24(封止板10A)と中間部品10B’とを接着剤層11を介して接合する。なお、接着剤層11は、その一部111が凹部27内で、リザーバー形成基板24と中間部品10B’との境界部からはみ出ないのが好ましい。
また、この接合を行なう際には、各中間部283の下方にそれぞれ各圧電素子25の上電極膜252が位置するように、すなわち、各中間部283と各圧電素子25の上電極膜252との位置が合うように、その接合を行なう(図16参照)。
図17に示すように、封止板10Aと中間部品10B’とが接合された接合体を、無電解めっき液に浸漬し、接合体上の金属膜(上部282および中間部283および上電極膜252)にめっき金属を析出させる。なお、本実施形態では、Niめっき層287とAuめっき層288とが積層されている。これにより、中間部283と上電極膜252がめっきにより接続されることで各線状部281と各圧電素子25の上電極膜252とが確実に電気的に接続されることなる。
以上のような工程を経ることにより、前記第1実施形態と同様に、小型の液滴吐出ヘッド1が確実に得られる。
図18は、本発明の液滴吐出ヘッド(第3実施形態)を示す平面図である。
以下、この図を参照して本発明の液滴吐出ヘッド、印刷装置および液滴吐出ヘッドの製造方法の第3実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
図18に示すように、本実施形態では、ICパッケージ9は、溝状をなす凹部27の長手方向に沿って複数(図示の構成では3つ)配置されている。また、隣接するICパッケージ9同士の間には、間隙13が形成されている。この間隙13を介して、凹部27内の熱を放出することができる。
なお、ICパッケージ9の配置数は、図示の構成では3つであるが、これに限定されず、例えば、2つまたは4つ以上であってもよい。
また、本発明の液滴吐出ヘッド、印刷装置および液滴吐出ヘッドの製造方法は、前記各実施形態のうちの、任意の2以上の構成(特徴)を組み合わせたものであってもよい。
Claims (14)
- 一方の面に開口して形成された凹部と、導電性を有する材料で構成された配線パターンとを有する板状体のベース基板と、前記配線パターンと電気的に接続されたICパッケージと、を備え、
前記凹部は、底部と、該底部から互いに対向して立設される2つの側壁部を有し、前記2つの側壁部間の離間距離は、前記一方の面側に向かって漸増するように傾斜しており、
前記配線パターンは、前記一方の面に形成された第1部分と、前記側壁部に形成された第2部分と、前記底部に形成された第3部分とを有し、前記第1部分と前記第2部分と前記第3部分とが1本の連続した線状体を構成し、該線状体を複数本有し、
前記ICパッケージは、小片状をなし、前記凹部に対向する面には複数の端子を有し、前記各端子が前記第1部分と電気的に接続され、
前記線状体が連続する連続方向と交差する交差方向において隣り合う各前記線状体の間隔は、前記一方の面側から前記底部側に向かって漸増していることを特徴とする液滴吐出ヘッド。 - 各前記線状体は、前記2つの側壁部の双方に分散配置されている請求項1に記載の液滴吐出ヘッド。
- 前記凹部は、溝状をなしており、前記2つの側壁部は、前記溝と交差する方向に対向している請求項1または2に記載の液滴吐出ヘッド。
- 各前記線状体は、前記溝の方向に沿って間隔を置いて配置されている請求項3に記載の液滴吐出ヘッド。
- 前記溝の方向の前記ICパッケージの長さは、前記溝の全長よりも短い請求項3または4に記載の液滴吐出ヘッド。
- 前記ICパッケージは、前記溝の方向に間隔をあけて複数個配置されている請求項3ないし5のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
- 前記交差方向における前記ICパッケージの長さは、前記交差方向における前記凹部の長さよりも短い請求項1または2に記載の液滴吐出ヘッド。
- 各前記端子と各前記第1部分との間には、導電性を有する材料を含有する接続部材が配置され、該接続部材を介して、前記各端子と前記各第1部分とが電気的に接続され、
前記接続部材は、前記ICパッケージを前記ベース基板に対して固定する機能を有する請求項1ないし7のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。 - 前記ベース基板は、前記板状体の他方の面に開口して形成され液滴を吐出する吐出口と、該吐出口から前記液滴を吐出させる圧電素子とを有し、
前記ICパッケージは、前記配線パターンを介して前記圧電素子と電気的に接続され、該圧電素子の作動を制御する請求項1ないし8のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。 - 前記ベース基板は、前記凹部を有する第1の板状体と、該第1の板状体の前記凹部が開口する側と反対側に接合され、前記圧電素子を有する第2の板状体とを有し、
前記第1の板状体と前記第2の板状体とは、接着剤を介して接合されている請求項9に記載の液滴吐出ヘッド。 - 前記配線パターンは、複数の層が積層されたものである請求項1ないし10のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
- 請求項1ないし11のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを備えることを特徴とする印刷装置。
- 一方の面に開口して形成された凹部と、導電性を有する材料で構成された配線パターンとを有する板状体のベース基板と、前記配線パターンと電気的に接続されたICパッケージと、を備え、
前記凹部は、底部と、該底部から互いに対向して立設される2つの側壁部を有し、前記2つの側壁部間の離間距離は、前記一方の面側に向かって漸増するように傾斜しており、
前記配線パターンは、前記一方の面に形成された第1部分と、前記側壁部に形成された第2部分と、前記底部に形成された第3部分とを有し、前記第1部分と前記第2部分と前記第3部分とが1本の連続した線状体を構成し、該線状体を複数本有し、
前記ICパッケージは、小片状をなし、前記凹部に対向する面には複数の端子を有し、前記各端子が前記第1部分と電気的に接続される液滴吐出ヘッドを製造する方法であって、
前記ベース基板は、前記凹部を有する第1の板状体と、該第1の板状体の前記凹部が開口する側と反対側に接合され、前記配線パターンを介して前記ICパッケージと電気的に接続される圧電素子を有する第2の板状体とを有するものであり、
前記第1の板状体と前記第2の板状体とを接合する接合工程と、
前記一方の面に前記第1部分を形成し、前記側壁部に前記第2部分を形成し、前記底部に第3部分を形成する配線パターン形成工程と、
前記ICパッケージを前記表側の面が前記凹部に臨むように配置するとともに、前記各端子をそれぞれ前記各第1部分と電気的に接続する搭載工程とを有することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。 - 一方の面に開口して形成された凹部と、導電性を有する材料で構成された配線パターンとを有する板状体のベース基板と、前記配線パターンと電気的に接続されたICパッケージと、を備え、
前記凹部は、底部と、該底部から互いに対向して立設される2つの側壁部を有し、前記2つの側壁部間の離間距離は、前記一方の面側に向かって漸増するように傾斜しており、
前記配線パターンは、前記一方の面に形成された第1部分と、前記側壁部に形成された第2部分と、前記底部に形成された第3部分とを有し、前記第1部分と前記第2部分と前記第3部分とが1本の連続した線状体を構成し、該線状体を複数本有し、
前記ICパッケージは、小片状をなし、前記凹部に対向する面には複数の端子を有し、前記各端子が前記第1部分と電気的に接続される液滴吐出ヘッドを製造する方法であって、
前記ベース基板は、前記凹部を有する第1の板状体と、該第1の板状体の前記凹部が開口する側と反対側に接合され、前記配線パターンを介して前記ICパッケージと電気的に接続される圧電素子を有する第2の板状体とを有するものであり、
前記一方の面に前記第1部分を形成し、前記側壁部に前記第2部分を形成する第1の配線パターン形成工程と、
前記第1の板状体と前記第2の板状体とを接合する接合工程と、
前記底部に前記第3部分を形成する第2の配線パターン形成工程と、
前記ICパッケージを前記表側の面が前記凹部に臨むように配置するとともに、前記各端子をそれぞれ前記各第1部分と電気的に接続する搭載工程とを有することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
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