JP6915250B2 - アクチュエータ装置、液体吐出装置、及び、配線部材の接続構造 - Google Patents

アクチュエータ装置、液体吐出装置、及び、配線部材の接続構造 Download PDF

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Description

本発明は、アクチュエータ装置、液体吐出装置、及び、配線部材の接続構造に関する。
特許文献1には、インクジェットヘッドの複数のオリフィスから排出されるインクを選択的に帯電させるための、チャージプレートが開示されている。チャージプレートの絶縁基板には、複数のチャージ電極と、複数のチャージ電極に対応する複数のリード線が設けられている。複数のリード線の端部接点が配置された絶縁基板の端部には、複数の配線(導電帯)を有する配線部材が接合される。
チャージプレートの絶縁基板と配線部材は、導電性接着剤(異方性導電材料)によって接続される。導電性接着剤は、導電粒子を含む熱硬化性接着剤である。チャージプレートの絶縁基板と配線部材との間に未硬化の導電性接着剤が介在する状態で、接合部が加熱・加圧される。このとき、チャージプレート側の接点と配線部材側の配線とが導電粒子を介して電気的に接続される。同時に、接着剤が加熱硬化することによって配線部材がチャージプレートに機械的に接合される。
特開平6−23996号公報
導電性接着剤による接合では、熱硬化性接着剤に含まれる導電粒子によって、2つの部材の接点同士が電気的に接続される。しかし、この接合では、導電性接着剤中の導電粒子が、接着剤とともに導電粒子が接点の周囲へ流れ出すことがあり、流出した導電粒子によって隣接する他の接点との間でのショートが発生する虞がある。導電粒子の密度を減らせば上記のショートを抑制することはできるが、導電粒子が少ないと、2つの接点の間に導電粒子が存在しない状況が発生しやすくなり、接続不良が生じる要因となる。
本発明の目的は、導電性接着剤を用いた2つの接点の接続において、導電粒子の密度を高くせずに、上記2つの接点間の電気的接続の信頼性を高めることである。
本発明のアクチュエータ装置は、第1接点を有するアクチュエータと、導電粒子を含む導電性接着剤によって前記第1接点と接続される第2接点を有する、配線部材を備え、前記第1接点には、前記第1接点の配置面と平行な第1方向に並ぶ、導電性を有する2つの凸部と、前記2つの凸部に挟まれた凹部が設けられ、前記第1接点は、前記凸部が、前記第2接点に接触した状態で、前記凹部内に収容された前記導電性接着剤により、前記第2接点と接合されていることを特徴とするものである。
本実施形態に係るプリンタ1の概略的な平面図である。 インクジェットヘッド4の平面図である。 図2のインクジェットヘッド4の後端部の拡大図である。 図3のA部拡大図である。 図4のV-V線断面図である。 図4のVI-VI線断面図である。 圧電アクチュエータ22の駆動接点46の平面図である。 (a)は、圧電アクチュエータ22とCOF50の接合部を、図7のA−A線の位置で切断した断面図、(b)は同じく図7のB−B線で切断した断面図である。 圧電アクチュエータ22のグランド接点47の平面図である。 (a)は、圧電アクチュエータ22とCOF50の接合部を、図9のA−A線の位置で切断した断面図、(b)は同じく図9のB−B線で切断した断面図である。 インクジェットヘッド4の製造工程の前半を示す図である。 インクジェットヘッド4の製造工程の後半を示す図である。 変更形態のインクジェットヘッドの圧電アクチュエータとCOFの接合部の断面図である。 別の変更形態のインクジェットヘッドの圧電アクチュエータとCOFの接合部の断面図である。 さらに別の変更形態のインクジェットヘッドの圧電アクチュエータとCOFの接合部の断面図である。
本発明の実施の形態について説明する。まず、図1を参照してインクジェットプリンタ1の概略構成について説明する。尚、図1において記録用紙100が搬送される方向を、プリンタ1の前後方向と定義する。また、記録用紙100の幅方向をプリンタ1の左右方向と定義する。さらに、前後左右及び左右方向と直交する、図1の紙面垂直方向をプリンタ1の上下方向と定義する。
(プリンタの概略構成)
図1に示すように、インクジェットプリンタ1は、キャリッジ3と、インクジェットヘッド4と、搬送機構5と、制御装置6等を備えている。
キャリッジ3は、左右方向(以下、走査方向ともいう)に延びる2本のガイドレール10,11に取り付けられている。また、キャリッジ3は、無端ベルト14を介してキャリッジ駆動モータ15と連結されている。キャリッジ3は、モータ15により駆動されて、プラテン2の記録用紙100の上を走査方向に往復移動する。
インクジェットヘッド4は、キャリッジ3に搭載されている。インクジェットヘッド4には、ホルダ7の4色(ブラック、イエロー、シアン、マゼンタ)のインクカートリッジ17のそれぞれから、図示しないチューブによりインクが供給される。インクジェットヘッド4は、キャリッジ3とともに走査方向に移動しつつ、複数のノズル24(図2〜図6参照)から、プラテン2上の記録用紙100に向けてインクを吐出する。
搬送機構5は、2つの搬送ローラ18,19によって、プラテン2上の記録用紙100を前方(以下、搬送方向ともいう)に搬送する。
制御装置6は、PC等の外部装置から入力された印刷指令に基づいて、インクジェットヘッド4やキャリッジ駆動モータ15等を制御して、記録用紙100に画像等を印刷させる。
(インクジェットヘッドの詳細)
次に、インクジェットヘッド4の構成について、図2〜図6を参照して詳細に説明する。尚、図3、図4では、図2に示される保護部材23の図示は省略されている。
本実施形態のインクジェットヘッド4は、上述した4色(ブラック、イエロー、シアン、マゼンタ)全てのインクを吐出するものである。図2〜図6に示すように、インクジェットヘッド4は、ノズルプレート20、流路部材21、及び、圧電アクチュエータ22を含むアクチュエータ装置25を備えている。尚、本実施形態のアクチュエータ装置25は、圧電アクチュエータ22のみを指すのではなく、圧電アクチュエータ22の上に配置される、保護部材23と、配線部材であるCOF(Chip On Film)50をも含む概念である。
(ノズルプレート)
ノズルプレート20は、例えば、シリコン等で形成されたプレートである。ノズルプレート20には、搬送方向に配列された複数のノズル24が形成されている。即ち、前後方向が、ノズル24が配列される方向(以下、ノズル配列方向ともいう)である。
より詳細には、図2、図3に示すように、ノズルプレート20には、走査方向に並ぶ4つのノズル群27が形成されている。4つのノズル群27は、互いに異なるインクを吐出する。1つのノズル群27は、左右2つのノズル列28からなる。各ノズル列28において、複数のノズル24が配列ピッチPで配列されている。また、2つのノズル列28の間では、ノズル24の位置が搬送方向にP/2ずれている。即ち、1つのノズル群27を構成する複数のノズル24は、2列の千鳥状に配列されている。
尚、以下の説明において、インクジェットヘッド4の構成要素のうち、ブラック(K)、イエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)のインクにそれぞれ対応するものについては、その構成要素を示す符号の後に、どのインクに対応するかが分かるように、適宜、ブラックを示す“k”、イエローを示す“y”、シアンを示す“c”、マゼンタを示す“m”の何れかの記号を付す。例えば、ノズル群27kとは、ブラックインクを吐出するノズル群27のことを指す。
(流路部材)
流路部材21は、シリコン単結晶の基板である。図3〜図6に示すように、流路部材21には、複数のノズル24とそれぞれ連通する複数の圧力室26が形成されている。各圧力室26は、走査方向に長い、矩形の平面形状を有する。複数の圧力室26は、上述した複数のノズル24の配列に応じて搬送方向に配列され、1色のインクに対して2つの圧力室列、合計8つの圧力室列を構成している。流路部材21の下面はノズルプレート20で覆われている。また、各圧力室26の走査方向外側の端部がノズル24と重なっている。
尚、流路部材21の上面には、後述する圧電アクチュエータ22の構成要素の1つである振動膜30が、複数の圧力室26を覆うように配置されている。振動膜30は、圧力室26を覆う絶縁性の膜であれば特には限定されない。例えば、本実施形態では、振動膜30は、シリコン基板の表面が酸化、あるいは、窒化されることにより形成された膜である。振動膜30の、各圧力室26の走査方向内側の端部(ノズル24と反対側の端部)を覆う部分には、インク供給孔30aが形成されている。
保護部材23内のリザーバ23bから、インクが、インク供給孔30aを通じて各圧力室26へと供給される。また、後述する圧電アクチュエータ22の圧電素子31によって、圧力室26内のインクに吐出エネルギーが付与されると、圧力室26に連通するノズル24からインクの液滴が吐出される。
(アクチュエータ装置)
流路部材21の上面には、アクチュエータ装置25が配置されている。先にも触れたが、アクチュエータ装置25は、複数の圧電素子31を含む圧電アクチュエータ22と、保護部材23と、2枚のCOF50を有する。
圧電アクチュエータ22は、流路部材21の上面全域に配置されている。図3、図4に示すように、圧電アクチュエータ22は、複数の圧力室26とそれぞれ重なって配置された複数の圧電素子31を有する。複数の圧電素子31は、圧力室26の配列に従って搬送方向に配列され、8列の圧電素子列38を構成している。左側4つの圧電素子列38からは、複数の駆動接点46と2つのグランド接点47が左側に引き出され、図2、図3のように、接点46,47は流路部材21の左端部に配置されている。右側4つの圧電素子列からは、複数の駆動接点46と2つのグランド接点47が右側に引き出され、接点46,47は流路部材21の右端部に配置されている。圧電アクチュエータ22の詳細構成については後述する。
保護部材23は、複数の圧電素子31を覆うように圧電アクチュエータ22の上面に配置されている。詳しくは、保護部材23は、8つの凹状保護部23aによって8つの圧電素子列38を個別に覆っている。尚、図2に示すように、保護部材23は圧電アクチュエータ22の左右両端部は覆っておらず、駆動接点46及びグランド接点47は保護部材23から露出している。また、保護部材23は、ホルダ7の4つのインクカートリッジ17と接続される4つのリザーバ23bを有する。各リザーバ23b内のインクは、インク供給流路23c、振動膜30のインク供給孔30aを介して、各圧力室26に供給される。
図2〜図5に示されるCOF50は、ポリイミドフィルム等の絶縁材料からなる基板56を有する、可撓性の配線部材である。基板56にはドライバIC51が実装されている。2枚のCOF50の一端部は、それぞれ、プリンタ1の制御装置6(図1参照)に接続されている。2枚のCOF50の他端部は、圧電アクチュエータ22の左右両端部にそれぞれ接合されている。図4に示すように、COF50は、ドライバIC51に接続された複数の個別配線52と、グランド配線53とを有する。個別配線52の先端部には個別接点54が設けられ、個別接点54は圧電アクチュエータ22の駆動接点46と接続される。グランド配線53の先端部にはグランド接続接点55が設けられ、グランド接続接点55は、圧電アクチュエータ22のグランド接点47と接続される。ドライバIC51は、個別接点54及び駆動接点46を介して、圧電アクチュエータ22の複数の圧電素子31の各々に駆動信号を出力する。
<圧電アクチュエータの詳細>
圧電アクチュエータ22は、流路部材21の上面に形成された上述の振動膜30と、この振動膜30の上面に配置された複数の圧電素子31を有する。尚、図面を簡素化するため、図3、図4では、図5、図6の断面図では示されている保護膜40、絶縁膜41、及び、配線保護膜43の図示は省略されている。
図3〜図6に示すように、複数の圧電素子31は、振動膜30の上面において、複数の圧力室26と重なって配置されている。即ち、複数の圧電素子31は、複数の圧力室26の配列に従って搬送方向に配列されている。これにより、複数の圧電素子31は、ノズル24及び圧力室26の配列に従って、1色のインクにつき2つの圧電素子列38、合計8つの圧電素子列38を構成している。尚、1色のインクに対応した2つの圧電素子列38からなる圧電素子31の群を、圧電素子群39と称する。図3に示すように、4色のインクにそれぞれ対応した、4つの圧電素子群39k,39y,39c,39mが走査方向に並んで配置されている。
各圧電素子31は、振動膜30の上に順に配置された、第1電極32、圧電膜33、及び、第2電極34を有する。
図5、図6に示すように、第1電極32は、振動膜30の圧力室26と対向する領域に形成されている。また、図6に示すように、複数の圧電素子31の第1電極32は、圧電素子31間に配置された導電部35を介して繋がっている。言い換えれば、複数の第1電極32とそれらを繋ぐ導電部35によって、振動膜30の上面のほぼ全域を覆う共通電極36が構成されている。共通電極36は、例えば、白金(Pt)で形成されている。また、共通電極36の厚みは、例えば、0.1μmである。
圧電膜33は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等の圧電材料により形成される。あるいは、圧電膜33は、鉛が含有されていない非鉛系の圧電材料で形成されていてもよい。圧電膜33の厚みは、例えば、1.0〜2.0μmである。
図3、図4、図6に示すように、本実施形態では、複数の圧電素子31の圧電膜33が搬送方向に繋がって、搬送方向に長い矩形状の圧電体37が構成されている。即ち、振動膜30を覆う共通電極36の上には、8つの圧力室列にそれぞれ対応した、圧電膜33からなる8つの圧電体37が配置されている。
第2電極34は、圧電膜33の上面に配置されている。第2電極34は、圧力室26よりも一回り小さい矩形の平面形状を有し、圧力室26の中央部と重なっている。第1電極32とは違い、複数の圧電素子31の間で第2電極34は分離されている。つまり、第2電極34は、圧電素子31毎に個別に設けられた個別電極である。第2電極34は、例えば、イリジウム(Ir)や白金(Pt)で形成されている。第2電極34の厚みは、例えば、0.1μmである。
図5、図6に示すように、圧電アクチュエータ22は、さらに、保護膜40、絶縁膜41、配線42、及び、配線保護膜43を有する。
図5に示すように、保護膜40は、第2電極34の中央部が配置された領域を除いて、圧電体37の表面を覆うように配置されている。保護膜40の主な目的の1つは、空気中の水分の圧電膜33への浸入防止である。保護膜40は、例えば、アルミナ(Al2O3)、酸化シリコン(SiOx)、酸化タンタル(TaOx)等の酸化物、あるいは、窒化シリコン(SiN)の窒化物などの、透水性の低い材料で形成される。
保護膜40の上には、絶縁膜41が形成されている。絶縁膜41の材質は特に限定されないが、例えば、二酸化シリコン(SiO2)で形成される。この絶縁膜41は、第2電極34に接続される次述の配線42と、共通電極36との間の、絶縁性を高めるために設けられている。
絶縁膜41の上には、複数の圧電素子31の第2電極34からそれぞれ引き出された複数の配線42が形成されている。配線42は、例えば、アルミニウム(Al)で形成されている。図5に示すように、配線42の一端部は、圧電膜33の上の第2電極34の端部と重なる位置に配置され、保護膜40と絶縁膜41を貫通する貫通導電部48によって第2電極34と導通している。
複数の圧電素子31にそれぞれ対応する複数の配線42は、左右に分かれて延びている。即ち、配線42の延びる方向(以下、配線延在方向という)がノズル配列方向と直交している。詳細には、図3に示すように、4つの圧電素子群39のうち、右側2つの圧電素子群39k,39yを構成する圧電素子31からは、配線42が右方へ延び、左側2つの圧電素子群39c,39mを構成する圧電素子31からは、配線42が左方へ延びている。
配線42の、第2電極34と反対側の端部には駆動接点46が設けられている。圧電アクチュエータ22の左端部及び右端部のそれぞれにおいて、複数の駆動接点46が前後方向に一列に並んでいる。即ち、駆動接点46の配列方向(以下、接点配列方向ともいう)は、ノズル配列方向と平行である。本実施形態では、1色のノズル群27を構成するノズル24が、600dpi(=42μm)のピッチで配列されている。また、2色のノズル群27に対応する圧電素子31の配線42が左方又は右方に引き出さている。そのため、圧電アクチュエータ22の左端部及び右端部のそれぞれにおいて、複数の駆動接点46は、1つのノズル群27におけるノズル24の配列間隔のさらに半分、即ち、21μm程度の、非常に狭い間隔で配列されている。
また、前後に一列に並ぶ複数の駆動接点46に対して、その配列方向の両側には2つのグランド接点47がそれぞれ配置されている。1つのグランド接点47は、1つの駆動接点46よりも接点面積が大きい。グランド接点47は、直下の保護膜40及び絶縁膜41を貫通する導通部49(図10参照)を介して、共通電極36と接続されている。
先にも触れたが、圧電アクチュエータ22の左端部及び右端部に配置された駆動接点46とグランド接点47は、保護部材23から露出している。また、圧電アクチュエータ22の左端部と右端部には、2枚のCOF50がそれぞれ接合される。駆動接点46は、COF50の個別接点54、個別配線52を介してドライバIC51と接続され、ドライバIC51から駆動接点46に駆動信号が供給される。グランド接点47は、COF50のグランド接続接点55と接続されることによって、グランド電位が付与される。圧電アクチュエータ22の駆動接点46とグランド接点47の構成の詳細、及び、これら接点46,47とCOF50側の接点54,55との電気的接続については、後で改めて説明する。
図5に示すように、配線保護膜43は、複数の配線42を覆うように配置されている。配線保護膜43により、複数の配線42の間の絶縁性が高められている。また、配線保護膜43により、配線42を構成する配線材料(Al等)の酸化も抑制される。配線保護膜43は、例えば、窒化シリコン(SiNx)等で形成されている。
尚、図5、図6に示すように、本実施形態では、第2電極34は、その周縁部を除いて保護膜40、絶縁膜41、配線保護膜43から露出している。即ち、保護膜40、絶縁膜41、配線保護膜43によって、圧電膜33の変形が阻害されにくい構造である。
<圧電アクチュエータとCOFの接合部>
次に、圧電アクチュエータ22とCOF50の接合部の詳細について説明する。
先にも述べたように、圧電アクチュエータ22の左端部及び右端部のそれぞれにおいて、複数の駆動接点46と2つのグランド接点47が、前後方向に配列されている。この圧電アクチュエータ22の左端部及び右端部には、2枚のCOF50の端部が、導電性接着剤によってそれぞれ接合される。
図8、図10に示すように、導電性接着剤60は、エポキシ樹脂等の熱硬化性接着剤61に導電粒子62が配合されたものである。熱硬化性接着剤61としては、エポキシ樹脂が一般的に用いられている。また、導電粒子62は球状の粒子であり、その直径Dは、例えば、3〜5μmである。導電性接着剤60は、一般には、フィルム状(異方性接着フィルム:ACP)、あるいは、ペースト状(異方性導電ペースト:ACP)の形で使用される。導電性接着剤60は、圧電アクチュエータ22とCOF50の間において、複数の接点46,47(複数の接点54,55)に跨って前後に長く配される。この状態で、導電性接着剤60を加熱しながらCOF50を圧電アクチュエータ22に押し付ける。これにより、熱硬化性接着剤61が硬化して機械的接合が発現するとともに、接着剤60中の導電粒子62によって接点間の電気的接続も実現される。
ところで、導電性接着剤60による接合においては、加熱時に、導電粒子62が接着剤とともに接点の周囲に流出し、接続不良が発生する場合がある。そこで、本実施形態では、電気的接続の信頼性向上のため、接着剤60中の導電粒子62が外へ流れ出ることを抑制可能な構造が採用されている。
具体的には、図7、図8に示すように、各駆動接点46には、前後方向に並ぶ2つの凸部63と、前記2つの凸部63に挟まれた凹部64が設けられている。各凸部63は左右方向に細長い形状である。従って、2つの凸部63に挟まれた凹部64も、左右方向の長さが前後方向の幅よりも長い、細長い形状となっている。
駆動接点46は、2つの凸部63がCOF50側の個別接点54と直接接触した状態で、凹部64内に収容された導電性接着剤60によって接合される。また、駆動接点46の凹部64によって導電性接着剤60中の導電粒子62が捕捉され、凹部64内の導電粒子62によっても接点46,54間が導通する。
駆動接点46の凸部63と凹部64の構成について具体的に説明する。図7、図8に示すように、第2電極34から延びる配線42の先端部は、二股状に形成されている。即ち、配線42の先端部には、それぞれ左右方向に延び、且つ、前後方向に間隔を空けて配置された2つの導電部42aが形成されている。2つの導電部42aは、基端部と長手方向中央部にそれぞれ設けられた連結部42b,42cによって繋がっている。また、配線42を覆う配線保護膜43は、2つの導電部42aをも覆っている。
駆動接点46は、例えば金(Au)で形成され、配線保護膜43を介して配線42の2つの導電部42aに重ねられている。より詳細には、駆動接点46は、2つの導電部42aの全域、及び、2つの導電部42aの間の領域を覆うように配置されている。図8(b)に示すように、駆動接点46は、配線保護膜43を貫通する導通部67により連結部42bと導通している。即ち、駆動接点46は、導通部67,連結部42b、及び、2つの導電部42aを介して、配線42と接続されている。
上記構成において、配線42の導電部42a、配線保護膜43の導電部42aを覆う部分、及び、駆動接点46の導電部42aを覆う部分によって、1つの凸部63が形成されている。また、駆動接点46の2つの導電部42aの間に配置された部分により、凹部64が形成されている。尚、図8(a)、(b)から分かるように、凹部64は、連結部42cと重なる領域においては、部分的に浅くなっている。
また、図9、図10に示すように、グランド接点47にも、駆動接点46と同様に、2つの凸部65と凹部66が形成されている。グランド接点47は、2つの凸部65がCOF50のグランド接続接点55と接触した状態で、凹部66内に収容された導電性接着剤60によって接合される。尚、図9では、グランド接点47が平面的に広がったいわゆるベタパターンの接点であるが、駆動接点46と同じ配列間隔で配列された複数の小接点に分割されていてもよい。小接点の間に接着剤60が入り込むことにより、COF50のグランド接続接点55との接合力が高まる。
グランド接点47の凸部65と凹部66の構成について説明する。まず、絶縁膜41の上には、複数の配線42とともに、共通電極36用の引出配線58が形成されている。引出配線58は、絶縁膜41及び保護膜40を貫通する導通部49によって、保護膜40の下の共通電極36と導通している。引出配線58の先端部には、2つの導電部58aが形成されている。2つの導電部58aは、連結部58b,58cによって繋がっている。2つの導電部58aも配線保護膜43で覆われ、配線保護膜43の上には、例えば、金(Au)で形成されたグランド接点47が配置されている。グランド接点47は、配線保護膜43を貫通する導通部68により連結部58bと導通している。即ち、グランド接点47は、導通部68、連結部58b、2つの導電部58a、引出配線58、及び、導通部49を介して、共通電極36と接続されている。
上記構成において、導電部58a、配線保護膜43の導電部58aを覆う部分、及び、グランド接点47の導電部58aを覆う部分によって、1つの凸部65が形成されている。また、グランド接点47の2つの導電部58aの間に配置された部分により、凹部66が形成されている。
尚、グランド接点47の凸部65の面積は、駆動接点46の凸部63の面積よりも大きくなっている。また、グランド接点47の凹部66の面積も、駆動接点46の凹部64の面積よりも大きくなっている。具体的には、グランド接点47の凸部65の前後方向の幅Wa’は、駆動接点46の凸部63の幅Waよりも大きい。また、グランド接点47の凹部66の前後方向の幅Wb’は、駆動接点46の凹部64の幅Wbよりも大きい。
上述のようにグランド接点47は、共通電極36に接続される接点である。複数の圧電素子31が同時に駆動されたときには、共通電極36には、一時的に大きな電流が流れることがある。その場合に、共通電極36に繋がる経路の長さの違いによって、複数の圧電素子31の間で、共通電極36の経路における電圧降下の差が大きくなり、変位量の差も大きくなる。上記現象を抑制するには、共通電極36の経路抵抗を極力小さくのがよいことから、グランド接点47とグランド接点の接続抵抗も小さくすることが好ましい。即ち、COF50のグランド接続接点55と接触するグランド接点47の凸部65の面積は大きいことが好ましく、また、導電粒子62が捕捉されるグランド接点47の凹部66の面積も大きいことが好ましい。
以上のように、本実施形態では、駆動接点46とグランド接点47は共に凹凸形状に形成されている。ただ、駆動接点46とグランド接点47とでは、接点面積の大小等、多少の違いはあるものの、COF50側の接点との電気的接続に関して大きな差異はない。そこで、以下の説明では、特にグランド接点47について言及する必要がある場合を除き、駆動接点46で代表して説明する。
次に、上述したインクジェットヘッド4の製造工程について、図11、図12を参照し、特に、駆動接点46の形成、及び、COF50の接合に主眼を置いて説明する。尚、以下の説明項目(a)〜(i)と、図11,図12の(a)〜(i)はそれぞれ対応している。
(a)流路部材21となるシリコン単結晶基板の表面に、酸化処理又は窒化処理を行って振動膜30を形成する。
(b)振動膜30の上に、第1電極32(共通電極36)、圧電膜33、及び、第2電極34を、それぞれ成膜とエッチングで形成し、圧電素子31を形成する。
(c)圧電膜33を覆うように、保護膜40及び絶縁膜41を成膜し、エッチングでパターニングする。
(d)絶縁膜41の上に、アルミニウム(Al)等からなる配線42を形成する。具体的には、絶縁膜41の上にAl膜を成膜してから、このAl膜をエッチングでパターニングすることによって行う。また、上記のパターニングの際に、配線42の先端部に、2つの導電部42aを形成する。
(e)配線42の上に配線保護膜43を成膜し、パターニングする。配線保護膜43は、配線42の先端部の2つの導電部42aも覆うように形成する。
(f)導電部42aを覆う配線保護膜43の上に、金(Au)等からなる駆動接点46をメッキで形成する。これにより、駆動接点46は、2つの凸部63と凹部64を有する形状となる(図8参照)。
(g)圧電アクチュエータ22の上に、圧電素子31を覆うように保護部材23を接合する。
(h)流路部材21を研磨によって適切な厚みまで薄くした後、エッチングで圧力室26を形成する。
(i)圧電アクチュエータ22の駆動接点46及びグランド接点47が配置された端部に、導電性接着剤60でCOF50を接合する。具体的には、圧電アクチュエータ22とCOF50との間に、導電性接着剤60(ACF又はACP)を配置し、COF50の上面に当てたヒータプレート58によって、COF50を押し付ける。
ヒータプレート58によってCOF50が押し付けられると、駆動接点46と個別接点54との間で導電性接着剤60が加熱圧縮される。このとき、図8に示すように、熱硬化性接着剤61の一部は溶けて接点の間から外に押し出されるとともに、駆動接点46の2つの凸部63とCOF50の個別接点54とが接触する。この状態で熱硬化性接着剤61が硬化することで、駆動接点46と個別接点54とが導通した状態で、COF50が圧電アクチュエータ22に機械的に接合される。また、導電性接着剤60に含まれる導電粒子62は、2つの凸部63に挟まれた凹部64内に捕捉される。従って、導電性接着剤60に含まれる導電粒子62の数をそれほど多くしなくとも、2つの接点46,54の間に導電粒子62を捕捉することができる。これは、本実施形態のように複数の駆動接点46の配列間隔が非常に小さい構成において、隣接接点間のショートを防止しつつ、電気的信頼性を高める場合に特に有効である。
また、本実施形態のアクチュエータ装置25では、駆動接点46と個別接点54は、(1)凸部63の直接接触、及び、(2)凹部64内に捕捉された導電粒子62の接触の、2種類の接触形態が併用されている。
上記(1)の凸部63の直接接触による導通だけだと、駆動接点46の周囲の接着剤61に経時劣化が生じ、接着剤61による機械的接合力が低下したときに、凸部63が個別接点54から離れて導通不良が生じる虞がある。この点、本実施形態では、凸部63の直接接触に加えて、凹部64内の導電粒子62による導通も生じている。そのため、万が一、凸部63が個別接点54から離れるようなことがあっても、導電粒子62によって導通状態が維持されうる。つまり、経時劣化にも強い長寿命のアクチュエータ装置が得られる。
一方、上記(2)の導電粒子62による導通だけだと、2つの接点46,54の間から導電粒子62が流れ出してしまったときに導通がとれなくなる。この点、本実施形態では、導電粒子62による導通に加えて、凸部63の直接接触による導通も採用されているため、電気的接続の信頼性が向上する。また、接続抵抗が小さくなるというメリットもある。
また、本実施形態では、接点間の電気的接続の信頼性向上の観点から、さらに次のような構成が採用されている。
まず、圧電アクチュエータ22とCOF50との間に介在する導電性接着剤60の、面積A当たりに含まれる導電粒子62の数をn、1つの凹部64の底面積をA1としたときに、A1≧A/nである。凹部64の面積がA/n以上であると、単純計算ではあるが、1つの凹部64内に1以上の導電粒子62が収容される計算となる。つまり、凹部64内に導電粒子62が捕捉されやすくなる。
具体的には、導電性接着剤60が異方性導電フィルム(ACF)である場合は、フィルムの面積A当たりに含まれる導電粒子62の数がnであればよい。また、導電性接着剤60が異方性導電ペースト(ACP)である場合には、ペーストが接点表面に塗布された状態での、そのペーストの面積A当たりに含まれる導電粒子62の数がnであればよい。
図8に示すように、駆動接点46の2つの凸部63が、共に個別接点54と接触している。この構成では、駆動接点46が2箇所で個別接点54と直接接触するため、導通信頼性が向上する。また、2つの凸部63の間の凹部64が、個別接点54によって塞がれるため、凹部64内の導電粒子62が外へ流れ出しにくくなる。
また、駆動接点46の2つの凸部63の両方を個別接点54に確実に接触するために、個別接点54の前後方向における幅W0は、駆動接点46の幅W1よりも大きくなっている。より具体的には、個別接点54の幅W0が、駆動接点46の幅W1の2倍以上であることが好ましい。尚、個別接点54の幅W0が、W1よりも少し小さい場合でも、個別接点46の2つの凸部63の外端間距離Wpよりも大きければ、個別接点54を2つの凸部63に接触させることは可能である。
凹部64の幅が導電粒子62の径よりも小さいと、接合時に導電粒子62が凹部64内に収容されずに凹部64から押し出されやすくなる。そこで、凹部64内に導電粒子62を確実に捕捉するために、凹部64の前後方向における幅Wbは、接合前における導電粒子62の径D以上となっている。具体的には、凹部64の幅Wbは、導電粒子62の径Dの2倍以上であることが好ましい。このように、凹部64の幅に余裕を持たせることで、導電粒子62をより確実に捕捉できる。また、1つの凹部64内に2個以上の導電粒子62を捕捉することも可能となる。
尚、図8において、凸部63の面積が凹部64に対して大きすぎると、導電粒子62が凸部63の上に載ってしまって、凹部64内で導電粒子62が接点46,54と接触しにくくなる。この観点では、凸部63の幅Wa<凹部64の幅Wbであることが好ましい。また、図10のグランド接点47についても同様であり、凸部65の幅Wa’<凹部64の幅Wb’であることが好ましい。
一方で、凹部64の幅Wbを大きくし過ぎると、凹部64を含む駆動接点46の幅W1も大きくなる。これにより、隣接する別の駆動接点46との距離が小さくなり、隣接する駆動接点46間でショートが発生する虞がある。また、ショート防止のために隣接する駆動接点46間の距離を大きくすると、アクチュエータ22の前後方向のサイズが大きくなってしまう。そこで、凹部64の前後方向における幅Wbは、導電粒子62の径Dの10倍以下であることが好ましい。さらには、駆動接点46の前後方向における幅W1も、導電粒子62の径Dの10倍以下であることが好ましい。
凹部64内に捕捉された導電粒子62は、駆動接点46と個別接点54との間で押し潰され、弾性的な反発力によって導電粒子62が駆動接点46と個別接点54の両方に接触していることが好ましい。この観点から、本実施形態では、凹部64の深さdが導電粒子62の径Dよりも小さくなっている。具体的には、凹部64の深さdが、前記導電粒子62の径Dの3/5以下であると、適度に導電粒子62を押し潰すことができる。尚、図8では、接合前(押し潰される前)の導電粒子62が二点鎖線で示され、接合後(押し潰された後)の導電粒子62は実線で示されている。「導電粒子62の径D」とは、押し潰される前の状態での導電粒子62の径を指す。この構成では、凹部64内の導電粒子62が、駆動接点46と個別接点54との間で確実に押し潰されて、駆動接点46と個別接点54の両方に確実に接触するため、電気的接続の信頼性が高まる。
但し、凹部64の深さdがあまりにも小さいと、凹部64から導電粒子62が流れ出しやすくなる。そこで、凹部64の深さdは、導電粒子62の径Dの1/5以上であることが好ましい。
また、先に、導電粒子62の捕捉に関連して、凹部64の幅Wbと導電粒子62の径Dの関係について述べたが、凹部64の幅Wbが導電粒子62の径Dと比べて十分に大きくなっていないと、COF50が押し付けられたときに導電粒子62が横に広がることができず、押し潰れにくいという問題もある。つまり、導電粒子62を確実に押し潰すという観点からも、凹部64の幅Wbが導電粒子62の径と比べて十分に大きいことが好ましい。具体的には、凹部64の幅Wbが導電粒子62の径Dの2倍以上であることが好ましい。
本実施形態では、凹部64は、左右方向の長さが前後方向の幅よりも長い、細長い形状に形成されている。また、1つの駆動接点46について、前後方向に凹部64が1つのみ配置されている。以上の構成によれば、駆動接点46の配列方向である前後方向において、凹部64の幅Wbが小さくなり、駆動接点46自体の幅W1も小さくなる。凹部64が左右方向に長い形状であるため、凹部64内に多くの導電粒子62を捕捉することが可能となる。また、駆動接点46に凹部64を設けつつも、複数の駆動接点46の配列間隔を小さくすることができる。特に、本実施形態では、600dpiの高密度で配列されるノズル群27の2つ分の駆動接点46を一列に配列する必要があるため、上記の構成が採用されている。
尚、本実施形態では、圧電アクチュエータ22の駆動接点46に凸部63と凹部64が形成されているが、COF50の個別接点54側に凸部と凹部が形成されても、上記と同様の効果は得られる。但し、接点に凸部や凹部を形成するには、その接点の配列間隔よりも小さい間隔でのパターニングが必要となる。具体的には、本実施形態では、配線42の先端部に、2つの凸部63を形作るための2つの導電部42aが形成されている。そして、2つの導電部42aは、配線42の配列間隔のさらに半分という、かなり小さな間隔で形成することになる。
これに関して、一般に、ファインピッチを実現するという観点に着目すれば、現在の技術水準においては、シリコン単結晶基板へのパターニングの方が、COF50等の配線基板へのパターニングよりも容易である。つまり、シリコン基板の方が細かなパターンを形成しやすい。そこで、凹部と凸部を、圧電アクチュエータ22側の接点とCOF50側の接点の何れに形成してもよいのであれば、圧電アクチュエータ22側の駆動接点46に凸部63と凹部64を形成する方が比較的容易である。
また、製造工程の説明でも触れたように、本実施形態では、2つの導電部42aを有する配線42はアルミニウム(Al)によって形成され、Al膜のエッチングによってパターニングされる。エッチングでのパターニングでは、高精細な配線パターンを形成することが可能である。一方、駆動接点46の材料は金(Au)であり、この場合は、一般にメッキで形成される。メッキによるパターン形成は、エッチングと比べると精度が劣る。即ち、本実施形態では、エッチングによって形成されたファインピッチの導電部42aの上に、ファインピッチの形成には不向きな材料で駆動接点46が形成されることで、2つの凸部63と凹部64が実現されている。
但し、アルミニウムは金と比べれば酸化しやすい材料である。そこで、本実施形態では、2つの導電部42aは配線保護膜43で覆われ、その上に駆動接点46が形成されている。これにより、導電部42aの酸化が抑制される。
以上説明した実施形態において、インクジェットヘッド4が本発明の「液体吐出装置」に相当する。圧電アクチュエータ22が本発明の「アクチュエータ」に相当する。前後方向、即ち、ノズル配列方向及び接点配列方向が、本発明の「第1方向」に相当する。左右方向、即ち、接点46が配置される圧電アクチュエータ22の上面と平行で、且つ、接点配列方向と直交する配線延在方向が、本発明の「第2方向」に相当する。COF50が本発明の「配線部材」に相当する。圧電アクチュエータ22側の駆動接点46とグランド接点47が本発明の「第1接点」に相当する。COF50側の個別接点54とグランド接続接点55が本発明の「第2接点」に相当する。2つの導電部42aを覆う配線保護膜43が本発明の「絶縁膜」に相当する。
次に、前記実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。但し、前記実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。
1]前記実施形態では、圧電アクチュエータ22の駆動接点46とグランド接点47の両方において、凸部と凹部が形成されているが、駆動接点46とグランド接点47の何れか一方にのみ凸部と凹部が形成されていてもよい。
2]前記実施形態では、圧電膜33の上に、保護膜40、絶縁膜41、及び、配線保護膜43の3層の絶縁性の膜が形成されているが、これらの膜は適宜省略可能である。例えば、第2電極34に接続される配線が、金(Au)などの安定性の高い材料で形成されている場合は、絶縁膜41や保護膜43が設けられていなくてもよい。
3]接点に設けられる凸部及び凹部の形状は、前記実施形態には限られない。例えば、次のような変更が可能である。
(1)1つの接点に、3以上の凸部と2以上の凹部が形成されてもよい。凸部の数が多いほど、直接接触の面積が増えて電気的接続の信頼性が高まる。また、接続抵抗が下がるというメリットもある。また、凹部の数が多いほど、捕捉される導電粒子62の数が増えるため、やはり電気的接続の信頼性が向上する。
(2)前記実施形態では、図8に示すように、COF50側の個別接点54の幅が、圧電アクチュエータ22の駆動接点46の幅よりも大きくなっているが、図13(a)のように、COF50A側の個別接点54Aの幅が、圧電アクチュエータ22側の駆動接点46の幅よりも小さくてもよい。また、図13(b)に示すように、駆動接点46の2つの凸部63のうちの一方のみが個別接点54Bと接触した構成であってもよい。この場合でも、2つの凸部63の間の凹部64はCOF50Bによってほぼ塞がれることになり、凹部64内の導電粒子62が流れ出にくくなる。
(3)前記実施形態では、凹部64の深さが導電粒子62の径よりも小さくなっているが、凹部の深さが導電粒子62の径よりも大きくてもよい。この構成でも、凹部内に2以上の導電粒子62が捕捉されていれば、凹部内で導電粒子62を押し潰すことは可能である。
(4)前記実施形態の図7では、凹部64の右側(接点46の先端側)には凸部がなく、凹部64の右端が開放されているが、凹部に対して接点の先端側にも凸部が形成されてもよい。この場合は、凹部が凸部によって囲まれることになり、凹部内の導電粒子が流れ出しにくくなる。
4]前記実施形態では、配線42の先端部の二股形状によって2つの凸部63が形成されているが、接点に凹凸形状を形成する手法は上記には限られない。
図14(a)では、振動膜30Cの上面にエッチングで凹状の膜部分70が形成されている。駆動接点46Cは、上記凹状の膜部分70を覆うように配置されている。この構成では、駆動接点46Cのうちの凹部の膜部分70と重なる部分が凹部64Cとなる。また、振動膜30Cの上記膜部分70に対して前後に位置する部分と、その上の駆動接点46Cの部分によって、凸部63Cが構成されている。
図14(b)は、振動膜の代わりに圧電膜にエッチングで凹状の膜部分を形成した形態である。この形態では、まず、振動膜30の上に位置する圧電膜33Dが、流路部材21の端部まで形成されている。圧電膜33Dにはエッチングで凹状の膜部分71が形成されている。駆動接点46Dは、上記凹状の膜部分71を覆うように配置されている。この構成では、駆動接点46Dのうちの凹部の膜部分71と重なる部分が凹部64Dとなる。また、圧電膜33Dの上記膜部分71に対して前後に位置する部分と、その上の駆動接点46Dの部分によって、凸部63Dが構成されている。
図14(c)では、振動膜30の上の駆動接点46Eが導電膜72と2つの導体73を有する。2つの導体73は、導電膜72の上に、前後に間隔を空けて配置されている。この構成では、導体73とその下の導電膜72の部分によって凸部63Eが構成されている。また、導電膜72の、2つの導体73の間に位置する部分が凹部64Eとなる。
また、図14(d)のように、駆動接点46Fの個別接点54が接続される面にエッチングやプラズマ処理等が施されることにより、導電粒子62を捕捉できる程度の表面粗さの粗面74が形成されてもよい。例えば、ウェットエッチングのエッチングレートを変えることで、駆動接点の表面に、任意の表面粗さを実現することが可能である(例えば、特開2012−222025号公報参照)。
粗面74には様々な形状の凸部63Fと凹部64Fが形成される。粗面74の凹部64Fにおいて導電粒子62を押し潰すことができるように、粗面74の表面粗さRa(算術平均粗さ)は導電粒子62の径Dの1倍よりも小さいのがよい。一方で、表面粗さRaがあまりにも小さいと導電粒子62を凹部64Fに捕捉できなくなるため、表面粗さRaは導電粒子62の径Dの1/5以上であることが好ましい。
5]前記実施形態では、1つの駆動接点46の2つの凸部63が、駆動接点46の配列方向である前後方向に並んでいるが、2以上の凸部が駆動接点の配列方向と直交する方向に沿って並んでいてもよい。この場合、配列方向における接点幅が大きくなって配列間隔が大きくなりがちになるが、各接点の幅がそれぞれ大きくなることによって、COFの剥離に対する強度が全体的に高くなるというメリットもある。
6]前記実施形態では、圧電アクチュエータ22側の駆動接点46に凸部63と凹部64が設けられていたが、COF側の接点に凸部と凹部が設けられてもよい。例えば、図15では、圧電アクチュエータ22Gの駆動接点46Gと接続される、COF50Gの個別接点54が導電膜76と2つの導体77を有する。2つの導体77は、導電膜76の上に、前後に間隔を空けて配置されている。この構成では、導体77とその下の導電膜76の部分によって凸部63Gが構成されている。また、導電膜76の、2つの導体77の間に位置する部分が凹部64Gとなる。
7]1つのインクジェットヘッド4における、駆動接点、及び、グランド接点の配置は、前記実施形態の構成には限られない。例えば、全ての圧電素子の配線が一方向に引き出され、圧電アクチュエータの一端部に全ての駆動接点が一列に配列されてもよい。また、全ての圧電素子の配線が走査方向の中央に引き出され、圧電アクチュエータの中央部において全ての駆動接点が一列に配列されてもよい。また、グランド接点の数は2つに限られず、1つであってもよいし、3つ以上あってもよい。
8]前記実施形態のインクジェットヘッド4は、記録用紙100の幅方向に移動しながらインクを吐出する、いわゆるシリアルタイプのヘッドであるが、用紙幅方向に配列されたノズルを有する、いわゆるラインタイプのヘッドに対しても同様に本発明を適用できる。
以上説明した実施形態は、本発明を、記録用紙にインクを吐出して画像等を印刷するインクジェットヘッドに適用したものであるが、本発明は、液体吐出以外の用途で用いられるアクチュエータ装置全般にも適用可能である。また、アクチュエータは、複数の圧電素子からなる圧電アクチュエータにも限られない。例えば、駆動素子として、電流を流したときの発熱を利用して対象を駆動する、発熱体を有するアクチュエータであってもよい。
4 インクジェットヘッド
21 流路部材
22 圧電アクチュエータ
25 アクチュエータ装置
26 圧力室
30 振動膜
31 圧電素子
42 配線
42a 導電部
43 配線保護膜
46,46C,46D,46E,46F,46G 駆動接点
47 グランド接点
54 個別接点
55 グランド接続接点
60 導電性接着剤
61 熱硬化性接着剤
62 導電粒子
63 凸部
64 凹部
63,63C,63D,63E,63F,63G 凸部
64,64C,64D,64E,64F,64G 凹部
65 凸部
66 凹部
67 導通部
70 膜部分

Claims (19)

  1. 第1接点を有するアクチュエータと、
    導電粒子を含む導電性接着剤によって前記第1接点と接続される第2接点を有する、配線部材を備え、
    前記第1接点には、前記第1接点の配置面と平行な第1方向に並ぶ、導電性を有する2つの凸部と、前記2つの凸部に挟まれた凹部が設けられ、
    前記第1接点は、前記凸部が、前記第2接点に接触した状態で、前記凹部内に収容された前記導電性接着剤により、前記第2接点と接合されていることを特徴とするアクチュエータ装置。
  2. 前記導電性接着剤の、面積A当たりに含まれる前記導電粒子の数をnとしたときに、前記凹部の面積A1≧A/nであることを特徴とする請求項1に記載のアクチュエータ装置。
  3. 前記2つの凸部が、共に前記第2接点と接触していることを特徴とする請求項1又は2に記載のアクチュエータ装置。
  4. 前記第2接点の前記第1方向における幅が、前記第1接点の幅よりも大きいことを特徴とする請求項3に記載のアクチュエータ装置。
  5. 前記第2接点の前記第1方向における幅が、前記第1接点の幅の2倍以上であることを特徴とする請求項4に記載のアクチュエータ装置。
  6. 前記凹部の前記第1方向における幅は、前記導電粒子の径以上であることを特徴とする請求項1〜5の何れかに記載のアクチュエータ装置。
  7. 前記凹部の前記第1方向における幅は、前記導電粒子の径の2倍以上であることを特徴とする請求項6に記載のアクチュエータ装置。
  8. 前記凹部の前記第1方向における幅は、前記導電粒子の径の10倍以下であることを特徴とする請求項6又は7に記載のアクチュエータ装置。
  9. 前記第1接点の前記第1方向における幅は、前記導電粒子の径の10倍以下であることを特徴とする請求項8に記載のアクチュエータ装置。
  10. 前記第1方向に配列された複数の前記第1接点を備え、
    前記凹部の、前記配置面と平行で且つ前記第1方向と直交する第2方向の長さが、前記第1方向の長さよりも長いことを特徴とする請求項1〜9の何れかに記載のアクチュエータ装置。
  11. 前記第1方向において、前記凹部が1つのみ配置されていることを特徴とする請求項10に記載のアクチュエータ装置。
  12. 前記凹部の深さは、前記導電粒子の径よりも小さいことを特徴とする請求項1〜11の何れかに記載のアクチュエータ装置。
  13. 前記凹部の深さは、前記導電粒子の径の3/5以下であることを特徴とする請求項12に記載のアクチュエータ装置。
  14. 前記凹部の深さは、前記導電粒子の径の1/5以上であることを特徴とする請求項12又は13に記載のアクチュエータ装置。
  15. 前記アクチュエータは、前記第1接点と導通する配線を有し、
    前記配線に、前記第1方向に間隔を空けて配置された2つの導電部が形成され、
    前記第1接点は、前記配線の前記2つの導電部とそれら導電部の間を覆うように配置され、
    前記配線の前記導電部、及び、前記第1接点の前記導電部を覆う部分により、前記凸部が形成され、
    前記第1接点の前記2つの導電部の間に配置された部分により、前記凹部が形成されていることを特徴とする請求項1〜14の何れかに記載のアクチュエータ装置。
  16. 前記配線の前記2つの導電部は、絶縁膜で覆われ、
    前記第1接点は、前記絶縁膜を介して前記2つの導電部に重ねられ、
    前記絶縁膜には、前記2つの導電部と前記第1接点を導通させる導通部が、前記絶縁膜を貫通して配置されていることを特徴とする請求項15に記載のアクチュエータ装置。
  17. 前記アクチュエータは、振動膜と、前記振動膜に配置された圧電素子と、前記圧電素子から引き出された前記第1接点を有し、
    前記振動膜に凹状の膜部分が形成され、
    前記第1接点は、前記凹状の膜部分を覆うように配置され、
    前記第1接点のうちの前記凹状の膜部分と重なる部分が、前記凹部であることを特徴とする請求項1〜14の何れかに記載のアクチュエータ装置。
  18. 前記第1接点の前記第2接点と接続される面の表面粗さが、導電粒子の径の1倍よりも小さいことを特徴とする請求項1〜17の何れかに記載のアクチュエータ装置。
  19. 前記第1接点の前記第2接点と接続される面の表面粗さが、導電粒子の径の1/5以上であることを特徴とする請求項1〜18の何れかに記載のアクチュエータ装置。
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