JP7087521B2 - 液体吐出ヘッド及び液体吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents
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Description
実施形態に係る液体吐出ヘッドについて、図1、2A、2Bを参照しながら説明する。図1は液体吐出ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図であり、図2Aはインクジェット式記録ヘッドの概略上面図であり、図2Bは図2AのA-A線に沿ったインクジェット式記録ヘッドの概略断面図である。
積層体25は、保護部材30と、流路形成基板10、連通板15、ノズルプレート20及びデバイス基板35から構成される構造体37とを備える。
回路基板121は、COF(Chip On Film)のような、駆動回路120が設けられたフレキシブルな基板であってよい。回路基板121の一端には接続端子121aが設けられ、該接続端子121aはリード電極90の第2接続端子90bに電気的に接続されている。回路基板121の他端には、前記接続端子121aとは別の接続端子121bが設けられている。別の接続端子121bは、記録ヘッド500の噴射動作等を制御する回路や抵抗等の電子部品が実装された部材等の電子部材と電気的に接続するために用いることができる。なお、回路基板121には、駆動回路120を設けなくてもよい。つまり、回路基板121は、COFに限定されず、FFC(Flexible Flat Cable)、FPC(Flexible Printed Circuit)等であってもよい。なお、回路基板121及び駆動回路120の表面には、上述の保護膜200は形成されていない。
ケース部材40は、接着剤213を介して積層体25に固定されている。ケース部材40は、平面視において連通板15と略同一形状を有し、保護部材30に接着剤213を介して固定されると共に、上述した連通板15にも接着剤213を介して固定されている。ケース部材40は、積層体25と対向する面において、流路形成基板10及び保護部材30を収容する深さの凹部41を有する。凹部41は、保護部材30のデバイス基板35に接合された面よりも広い面積を有する。凹部41に隣接して、ケース部材40と積層体25とによって第3マニホールド42が画成されている。第3マニホールド42は、第1マニホールド17に連通している。そして、連通板15に設けられた第1マニホールド17及び第2マニホールド18と、ケース部材40と積層体25とによって画成された第3マニホールド42とによって、マニホールド100が構成されている。
コンプライアンス基板45は、連通板15の第1マニホールド17及び第2マニホールド18の液体吐出面20a側の面に設けられる。コンプライアンス基板45は、第1マニホールド17と第2マニホールド18の液体吐出面20a側の開口を封止している。すなわち、コンプライアンス基板45がマニホールド100の一部を画成している。
液体吐出ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッド500について、インクを吐出するための動作について説明する。まず、カートリッジ等のインク貯留手段から導入路44を介してマニホールド100へインクを取り込み、マニホールド100からノズル開口21に至るまで流路内部をインクで満たす。すなわち、開口21、連通路16、圧力発生室12、インク供給路19、第2マニホールド18、第1マニホールド17、第3マニホールド42及び導入路44が、記録ヘッド500のインク流路を構成する。その後、駆動回路120からの信号に従い、圧力発生室12に対応する圧電素子300に電圧を印加することにより、圧電素子300と共に弾性膜51及び絶縁体膜52をたわみ変形させる。それにより、圧力発生室12内の圧力が高まりノズル開口21からインク滴が吐出される。
液体吐出ヘッドの製造方法は、図3に示すように、保護部材を用意すること(A1)と、圧電素子及び配線を有するデバイス基板を形成すること(A2)と、デバイス基板と保護部材を積層すること(A3)と、液体の流路を形成して、圧電素子、配線及び液体の流路を有する構造体を得ること(A4)と、保護部材上に第1マスクを設けること(A5)と、液体を吐出する開口が形成されている構造体の第1面(液体吐出面)に第2マスクを設けること(A6)と、原子層堆積法により液体の流路を画成する面に保護膜を形成すること(A7)と、前記第1マスクを除去すること(A8)と、第2マスクを除去すること(A9)と、配線の接続端子に回路基板の接続端子を接続すること(A10)と、コンプライアンス基板を積層すること(A11)と、ケース部材を積層すること(A12)とを含む。図4~15を参照しながら、各工程を順に説明する。図4~15は、液体吐出ヘッドの一例である図2A、2Bに示すインクジェット式記録ヘッドの製造方法の各工程を概念的に示す断面図である。
図4に示すように、複数の保護部材30が連なった保護部材用ウェハー130を用意する。保護部材用ウェハー130には、保護部材30ごとに凹部33及び貫通孔32が形成されている。保護部材用ウェハー130は、シリコンウェハーであってよい。保護部材用ウェハー130に凹部33及び貫通孔32を形成する方法は特に限定されない。例えば、KOH等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチングによって高精度に形成することができる。
流路形成基板用ウェハー110を用意する。流路形成基板用ウェハー110はシリコンウェハーであってよい。図5Aに示すように、流路形成基板用ウェハー110の一方面に振動板50を形成する。流路形成基板用ウェハー110がシリコンウェハーである場合、流路形成基板用ウェハー110を熱酸化することによって、二酸化シリコンからなる弾性膜51を形成することができる。さらに、ジルコニウムをスパッタリングにより成膜した後、熱酸化することにより、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜52を形成することができる。それにより、弾性膜51と絶縁体膜52が積層された振動板50を形成できる。
図6に示すように、デバイス基板35の圧電素子300側に、接着剤212を介して保護部材用ウェハー130を接合する。保護部材用ウェハー130の凹部33により区画される保護空間31内に圧電素子300及び圧電素子300に接続されたリード電極90の第1接続端子90aが収容されるとともに、リード電極90が保護空間31内から貫通孔32内に延びて、リード電極90の第2接続端子90bは貫通孔32内で露出するように、保護部材用ウェハー130と流路形成基板用ウェハー110を接合する。
図7Aに示すように、流路形成基板用ウェハー110を研磨して所定の厚みに薄くした後、流路形成基板用ウェハー110を保護部材用ウェハー130とは反対面側から図示しないマスクを介して異方性エッチングすることにより、各圧電素子300に対応する圧力発生室12を形成する。さらに、流路形成基板用ウェハー110と保護部材用ウェハー130との不要部分を除去すると共に、流路形成基板用ウェハー110と保護部材用ウェハー130とを図1に示すような一つのチップサイズに分割する。それにより、流路形成基板用ウェハー110から流路形成基板10が得られ、保護部材用ウェハー130から保護部材30が得られる。チップへの分割はダイシングによって行ってよく、この場合、保護部材30の第2面30cbはダイシングによる切断面となる。
図8に示すように、保護部材30の上面30b上に、貫通孔32を覆うように第1マスク23を設ける。それにより、保護部材30の貫通孔32を画成する第1面30ca、デバイス基板35及び第1マスク23により、封止された第1空間39が画成される。第1マスク23は、シリコン樹脂フィルム、ドライフィルムレジスト、熱剥離フィルム、紫外線剥離フィルム又は板部材であってよい。シリコン樹脂フィルムは耐熱性が高いため好ましい。熱剥離フィルムは、後述する原子層堆積法による保護膜200の形成後に続けて加熱することにより剥離することができるため、剥離の工数が少ないという点で好ましい。また、第1マスク23は、厚さ15~50μmの粘着層を有してよい。粘着層の厚さが上記範囲内であることにより、第1空間39を隙間なく封止できるため、後述の保護膜200の形成工程において、第1空間39内に保護膜200が形成されることを有効に防止することができる。第1マスク23の粘着層は、5×106N/m2以下の弾性率を有してよい。それにより、第1マスク23が保護部材用ウェハー130に隙間なく付着して第1空間39を確実に封止できるため、後述の保護膜200の形成工程において、第1空間39内に保護膜200が形成されることを有効に防止することができる。
図9に示すように、ノズルプレート20の液体吐出面20a、すなわち、積層体25又は構造体37の液体吐出面20aに、第2マスク26を設ける。第2マスク26は、シリコン樹脂フィルム、熱剥離フィルム、又はUV剥離フィルムであってよい。シリコン樹脂フィルムは耐熱性が高いため好ましい。熱剥離フィルムは、後述する原子層堆積法による保護膜200の形成後に続けて加熱することにより剥離することができるため、剥離の工数が少ないという点で好ましい。また、第2マスク26は、厚さ15~50μmの粘着層を有してよい。粘着層の厚さが上記範囲内であることにより、液体吐出面20aを隙間なくマスキングすることができるため、後述の保護膜200の形成工程において、液体吐出面20aに保護膜200が付着したり、撥液膜24がダメージを受けたりすることを有効に防止することができる。なお、第2マスク26は、ノズル開口21に対応する開口を有する必要はなく、ノズル開口21を第2マスク26で覆ってよい。
図10に示すように、第1マスク23及び第2マスク26が設けられた積層体25に原子層堆積法によって保護膜200を形成する。それにより、積層体25の表面のうち、第1マスク23又は第2マスク26で覆われていない部分、に保護膜200が形成される。したがって、開口21、連通路16、圧力発生室12、インク供給路19、第2マニホールド18及び第1マニホールド17を画成する面、並びに、保護部材30の第1面30caが保護膜200で覆われる。すなわち、積層体25の液体の流路を画成する面に、保護膜200が形成される。
図11に示すように、第1マスク23を除去する。それにより、第1空間39の封止が解除される。第1マスク23は、機械的に剥離してもよいし、加熱、紫外線照射等を行って剥離してもよい。
図12に示すように、積層体25の液体吐出面20a上の第2マスク26を除去する。第2マスク26は、機械的に剥離してもよいし、加熱、紫外線照射等を行って剥離してもよい。
図13に示すように、貫通孔32内、すなわち第1空間39において、リード電極(配線)90の第2接続端子90bに回路基板121の接続端子121aを電気的に接続する。電気的接続は任意の方法によって行われてよい。
図14に示すように、連通板15に接着剤214を介してコンプライアンス基板45を接合する。
図15に示すように、連通板15及び保護部材30に接着剤213を介してケース部材40を接合する。
液体吐出装置の一例として、上述のインクジェット式記録ヘッド500を搭載したインクジェット式記録装置について説明する。インクジェット式記録ヘッドは、カートリッジ等と連通するインク流路を具備するインクジェット式記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図19は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。
2A、2B カートリッジ
3 キャリッジ
4 装置本体
5 キャリッジ軸
6 駆動モーター
7 タイミングベルト
8 プラテン
10 流路形成基板
12 圧力発生室
15 連通板
20 ノズルプレート
20a 液体吐出面
21 ノズル開口
25 積層体
30 保護部材
31 保護空間
33 凹部
35 デバイス基板
37 構造体
39 第1空間
40 ケース部材
45 コンプライアンス基板
50 振動板
60 第1電極
70 圧電体層
80 第2電極
90 リード電極(配線)
100 マニホールド
121 回路基板
200 保護膜
210-214 接着剤
300 圧電素子(圧力発生手段)
500 インクジェット式記録ヘッド(液体吐出ヘッド)
700 インクジェット式記録装置(液体吐出装置)
Claims (21)
- 圧電素子、配線及び液体の流路を有する構造体と、前記構造体上に積層された、前記圧電素子を保護する保護部材とを有する積層体を形成することであって、
前記配線が、第1接続端子と第2接続端子を有し、
前記配線の前記第1接続端子が、前記圧電素子に接続され、
前記保護部材が、前記構造体に対向する下面及び前記下面の反対面である上面を有し、
前記保護部材に前記下面及び前記上面を貫通する貫通孔が形成されており、
前記貫通孔において前記配線の前記第2接続端子が露出するように、前記構造体と前記保護部材とが積層されている、積層体を形成することと、
前記保護部材の前記上面上に前記貫通孔を覆うように第1マスクを設けることと、
前記第1マスクを設けた前記積層体の、前記液体の流路を画成する面に、原子層堆積法により保護膜を形成することと、
前記保護膜の形成後に、第1マスクを除去することとを含む、液体吐出ヘッドの製造方法。 - 前記保護部材の前記上面における外縁部分が前記第1マスクに覆われないように前記保護部材の前記上面上に前記第1マスクを設ける、請求項1に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記第1マスクが、紫外線剥離フィルム、ドライフィルムレジスト、熱剥離フィルム、シリコン樹脂フィルム及び板部材のいずれか一つである、請求項1又は2に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- さらに、前記第1マスクの除去後に、前記貫通孔内において前記配線の前記第2接続端子に回路基板の接続端子を接続することを含む、請求項1~3のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記積層体を形成することが、
前記保護部材を用意することと、
用意した前記保護部材に、原子層堆積法により別の保護膜を形成することと、
前記圧電素子及び前記配線を有するデバイス基板を形成することと、
前記保護部材の前記下面が前記デバイス基板に対向するように、前記別の保護膜を形成した前記保護部材と前記デバイス基板を積層することとを含む請求項1~4のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。 - 前記保護膜と前記別の保護膜が同じ材料から形成される請求項5に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記保護部材の前記上面における外縁部分に段差部又は面取り部が設けられている請求項1~6のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記流路が液体を吐出する開口を含み、前記開口が前記構造体の前記保護部材と対向する面の反対面である第1面に設けられ、
前記液体吐出ヘッドの製造方法がさらに、
前記構造体の前記第1面に第2マスクを設けることと、
前記保護膜の形成後に前記第2マスクを除去することとを含む、請求項1~7のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。 - 前記第2マスクが、シリコン樹脂フィルム、熱剥離フィルム及び紫外線剥離フィルムのいずれか一つである請求項8に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記保護膜の形成後に、前記積層体に、可撓性を有するコンプライアンス基板を積層することを含む請求項1~9のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記保護膜の形成後に、前記積層体に、前記保護部材を収容する凹部を有するケース部材を積層することを含む請求項1~10のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記流路が、液体を吐出する開口及び前記開口に連通する圧力発生室を含み、
前記構造体が、前記圧力発生室が形成された流路形成基板と、前記開口が形成されたノズルプレートを備える請求項1~11のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。 - 前記構造体が、前記流路形成基板と前記ノズルプレートとの間に、前記圧力発生室と前記開口とを連通するノズル連通路が形成された連通板を備える、請求項12に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 第1空間、並びに第1方向において前記第1空間を挟むように配置される第2空間及び第3空間と、圧電素子と、配線と、液体の流路とを有する積層体を形成することであって、
前記圧電素子が、前記第2空間と前記第3空間の少なくともいずれか一方に位置し、
前記配線が、第1接続端子と第2接続端子を有し、
前記配線の前記第1接続端子が、前記第2空間と前記第3空間の前記少なくともいずれか一方において、前記圧電素子に接続され、
前記配線の前記第2接続端子が、前記第1空間に位置付けられ、
前記第1空間、前記第2空間及び前記第3空間が個別に封止されている、又は、前記第2空間及び前記第3空間が連結しており前記連結した第2空間及び第3空間と前記第1空間とが個別に封止されている、積層体を形成することと、
前記積層体の前記液体の流路を画成する面に、原子層堆積法により保護膜を形成することと、
前記保護膜の形成後に、前記第1空間の封止を解除することとを含む、液体吐出ヘッドの製造方法。 - 振動板と、
前記振動板上に設けられた圧電素子と、
前記振動板上に形成された、第1接続端子及び第2接続端子を有する配線と、
前記振動板上に設けられた、前記圧電素子を保護する保護部材を備え、
前記保護部材が、
前記振動板と対向する下面と、
前記下面の反対側の上面と、
前記下面と前記上面の間の側面とを有し、
前記保護部材の前記下面が、凹部を有し、
前記凹部と前記振動板により画成される保護空間内に、前記圧電素子が収容され、
前記保護部材の前記側面が、第1面と、前記保護空間を挟んで前記第1面と対向する第2面を有し、
前記配線の前記第1接続端子が、前記保護空間内で前記圧電素子に接続され、
前記配線の前記第1接続端子と前記第2接続端子の間に、前記保護部材の前記第1面が位置し、
前記保護部材の前記第2面に保護膜が形成され、
前記保護部材の前記第1面には前記保護膜が形成されておらず、
前記保護部材の前記上面における外縁部分に、段差部又は面取り部が設けられており、
前記段差部又は面取り部が前記保護膜で覆われている、液体吐出ヘッド。 - 前記保護部材の前記上面に前記保護膜が形成されていない、請求項15に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記保護部材の前記上面における外縁部分に、前記保護膜が形成されている、請求項15に記載の液体吐出ヘッド。
- さらに、前記保護部材を収容する凹部を有するケース部材を備え、
前記保護膜の、前記保護部材の前記段差部又は面取り部を覆っている部分が、接着剤層を介して前記ケース部材に接合されている、請求項15に記載の液体吐出ヘッド。 - 前記保護膜が、酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム及び酸化ジルコニウムからなる群から選択される少なくとも一種の材料から形成されている請求項15~18のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
- さらに、前記配線の前記第2接続端子に接続された回路基板を備え、
前記配線の前記第2接続端子と前記回路基板の間に、前記保護膜が形成されていない、請求項15~18のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。 - 前記回路基板上に前記保護膜が形成されていない、請求項20に記載の液体吐出ヘッド。
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