JPH06507853A - マルチ流路アレイ小滴付着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 マルチ流路アレイ小滴付着装置 ヘッドとしての使用に好適であり、配列方向に流路を横切って互１７）ｉこ空間 を設しナさせてインク流路を閉鎖し、各流路にノズルを付与してさらに各流路に 連絡するる。該モジュールは逐次互いに隣接している。好ましい態様では２つの 隣接モジュールが隣接位置で１つのインク流路を形成している。

本発明の目的は改良された構造のマルチ流路アレイ小滴付着装置及び該装置の改 良された製造法を提供することである。別の目的は流路壁作動器に所定のコンプ ライアンスのために低電圧で操作できるマルチ流路アレイ小滴付着装置を提供す ることである。

本発明のある態様での目的は流路電極に接続するトラックへのチップ接続の一体 性がプリントヘッドの熱サイクルに悪影響を受けないマルチ流路アレイ小滴付着 装置及び該装置の改良された製造法を提供することである。

本発明のマルチ流路アレイ小滴付着装置の製造法は、基板に垂直に分極した圧電 物質の層を基板に付与し、圧電物質が連続する流路な分割する直立した壁となる よう該基板層に、１列の平行で上部の開放した小滴液流路を形成させ、流路に面 する壁表面に電極を設け、流路閉鎖板を壁に結合させ、それぞれ流路に連絡する ノズルを設け、モして流路に小滴液供給源を接続する手段を設けてなるマルチ流 路アレイ小滴付着装置の製造法であって、流路空間に対応する間隔をおく１列の 平行な導電性トラックを有する該流路閉鎖板を形成し、流路を該トラックに平行 に背中合わせに設け、各トラックをその背中合わせの流路の、流路に面する側壁 の電極に機械的且つ電気的に接続する結合を形成させて閉鎖板を流路壁にシール 密封することを特徴とする方法にある。好ましくは、各トラックをそれに背中合 わせの流路に面する側壁上の電極に接続する該結合を形成させる以前に、駆動電 流回路をトラックに接続する。有利には、該結合をハンダ結合として形成する、 好ましくは、トラックと電極の一方または双方にハンダを付着させ、トラックに 背中合わせに流路な設け、同時に各トラックをそれに背中合わせの流路に面する 側壁」二の電極に接続する結合を形成させる。さらに好ましくは、少なくともハ ンダを加熱してトラックと接合電極をハンダで濡らしてトラックと接合電極にメ ニスカスブリッジを形成してハンダを冷却して該結合を形成させる。有利には、 該流路閉鎖板上に、流路に面する側壁上の電極同士の空間の幅に近い幅の該トラ ックを形成させる。

本発明の装置は、基板に垂直に分極した圧電物質の層を有する基板、該層中に形 成された直立する流路分割壁により設けられた該基板中の１列の平行で上部の開 放した小滴液流路、流路に面する壁表面に設けられた電極、壁に結合した流路閉 鎖板、それぞれ流路に連絡するノズル、そして流路に小滴液を供給する手段を有 するマルチ流路アレイ小滴付着装置であって、該流路閉鎖板が、流路空間に対応 する間隔をおいて流路に平行で背中合わせの１列の平行な導電性トラックと、各 トラックをそれに背中合わせの流路の流路に面する側壁上の電極に機械的且つ電 気的に接続して閉鎖板を流路壁にシール密封するする結合とを有することを特徴 とするマルチ流路アレイ小滴付着装置にある。好適には、電気的駆動電流回路は トラックにそれぞれ接続されている。有利には、流路閉鎖板上のトラックの幅が 、流路に面する壁土の電極同士の空間の幅に近い。好ましくは、トラックを電極 に接続する結合がハンダ結合である。有利には、該結合のハンダの固化線は選ば れて閉鎖板と該圧電材料の相対的熱ひずみを制限する熱膨張係数を有する。ハン ダは鉛及び／又は錫及び／又はインジウムの合金であってよく、鉛と錫とからな る合金でありうる。好ましい態様ではハンダは鉛と錫を含む共融合金である。

別の態様ではハンダ合金は銀を含む。

好適には、流路閉鎖板は圧電セラミックに比べて比較的高い弾性率と及び「１１ ０Ｊシリコンと適合する膨張係数を有するガラス又はセラミックからなる。流路 閉鎖板の好ましい材料は硼珪ガラスである。この種の流路閉鎖板はその上に流路 配列方向に板の幅で伸びる結晶シリコンの層を有して、そこに入出力端子を有す るマルチプレクサ−駆動回路を形成して該出力端子が流路閉鎖板上の導電性トラ ックに接続されていてよい。

図面を参照しながら実施例により本発明をより詳しく説明する。図１は本発明に 従った構造のドロップ・オン・デマンド型インクジェットプリントヘッドの形態 の小滴付着装置で、長尺方向断面図である。図２は図１中の線ｘ−ｘでの配列方 向断面図である。図３も図１中の線Ｘ−ｘでの配列方向断面図であるが別の態様 のプリントヘッドである。各図中に付された番号は同一部品に対して共通である 。

図１−３は本発明の原則に従って組み立てられたインクジェットアレイプリント ヘッドを説明している。これらのプリントヘッドは流路分割壁作動器を有するド ロップ・オン・デマンド型である０作動器は基板に垂直な方向に分極した圧電セ ラミック板中に設けられ、剪断モードで操作されて、適用される電界の方向に作 動器が変位する。

図はプリントヘッド１０を描いており、配列したインク流路１１（ａ）〜１１（ ｈ）は圧電セラミック板１２中に形成した流路分割壁作動器１３（ａ）〜（ｇ） により分割されて、基層あるいは流路閉鎖板１４と結合している。流路閉鎖板１ ４はインク流路と同じピッチ間隔でその上に導電性トラック１６を有している。

トラック】６は駆動チップ２７に接続され、チップからの電気的駆動信号を作動 器へ通電する。これは欧州特許第２７７７０３号及び欧州特許第２７８５９０号 に一般的に開示されており、この種のドロップ・オン・デマンド型インクジエッ １−プリントヘッドに導入される。その内容をここに参考文献としてここに取り 込む。構造について国際出願ＰＣＴ／ＧＢ９１１００７２０にもさらに開示があ り、その内容をここに参考文献としてここに取り込む。駆動チップ２７はさらに 閉鎖板１４の一端でトラック１８と接続して、ここで入力クロック、電源波形及 びプリントデータ信号を供給される。

プリントヘッドのインク流路はノズルプレート２０に設けられたノズル２２によ りそれぞれの末端で終結する。ノズルプレート２０は圧電セラミック板１２に取 すイ１けられ、流路閉鎖板１４はチップ２７から隔たっている。

マニホールド２１が駆動チップ２７側の流路末端に取り付けられてインクを保持 し、インクを横断ダクト２６を経由して各プリントヘッド流路に供給する。

本発明に従ったプリントヘッドの構造及び操作を図２及び図３を参照しながら詳 細に説明する。図２及び図３は異なる態様であるがいずれも図１中の線ｘ−ｘで の断面図である。図２は欧州特許出願第８９３０９９４０．８　（公表第３６４ １３６号）に開示されるカンチレバー作動器を有するプリントヘッドである。そ の内容をここに参考文献としてここに取り込む。そこでは圧電セラミックは圧電 　７板に垂直に単一方向に分極し、また壁作動器上の電極２３は壁の高さの約半 分である。図３は国際出願ＰＣＴ／ＧＢ９１１０２０９３に開示される圧電ラミ ネートから形成したシェブロン作動器を説明するものである。その内容をここに 参考文献としてここに取り込む。電極２５は壁作動器の全高であり、壁作動器は その厚み方向に分極した２つの圧電セラミックからなる。分極の方向は図２では 矢印１７で、図３では矢印１９で示されている。

図２及び図３に説明される構造に不可欠なのは実質的に電極２３同志又は２５同 志の間に伸びるトラック１６がハンダの層２４で被覆されることである。作動器 壁土の電極もまた薄いハンダの層で被覆されてもよい。この層はその液相線（ｌ 　１ｑｕｄｕｓ）以上に加熱されて電極を濡らしてハンダを補助する。流路アレ イはインク流路がハンダ付けされたトラックのそれぞれ背中合わせにそれらと平 行になるよう置かれ、作動器は各トラックを分割する場所に置かれる。ハンダを 熱すると溶融して流れてハンダのメニスカス２８を形成する。これは電気的且つ 機械的に各流路両側壁上の電極を基板あるいは閉鎖板１４上のトラックに接続し 、同時にインク流路壁を閉鎖板１４にインク気密となるようシール密封する。

結合するハンダの固化線（ｓｏｌｉｄｕｓ）は選ばれて、閉鎖板と該圧電材料の 相対的熱ひずみを制限する熱膨張係数を有する。鉛及び／又は錫及び／又はイン ジウムの合金を用いつる。好適な合金は鉛と錫からなり、好ましくはその共融合 金である。より好適なハンダ合金は銀を含む。

この構造の利点はプリントヘッドの製造及び使用の両方に改良をもたらす点であ る。これらは組み合わさってプリントヘッドのコストを下げる。

別々に組み立てて試験されつる電気的基板部品とプリントヘッド部品を組み合わ せるので、この構造の製造は簡便で簡略化される。両部品は満足の行くまで試験 され、ついでハンダ結合により組み立てられる。これは製造が高能率でオートメ ーションの可能な急速な工程である。さらに組立体を試験しつる。チップは実施 例では基板部品の一部でありうるので部品数の減少が望める。

プリントヘッド部品に生じる欠陥に、割れにより又は恐らく埃によるメッキ処理 中の電極とトラックの局所的変化により、少数の電極上のメッキの連続性が時と して中断されることである。ハンダが電極に用いられるならハンダはトラックに 関連の電極を濡らしてこの種の欠陥にブリッジをかけるだろうから、本発明の構 造はこの欠点について自己修復するように見える。

従来の態様においてはチップは完成したプリントヘッドに取り付けられており、 従って欠陥のある接続又は欠陥のあるチップが組み立ての効率を低下させた。

また接着剤での結合による閉鎖板の装着はまた接着剤の硬化に時間がかがりしば しば品質にもばらつきが生じた。カバー接着工程の効率が組立全体の効率に悪影 響を及ぼしていた。検査で発見が困難なメッキの破損がまた欠陥を生じさせた。

先に述べたハンダ結合工程を用いるプリントヘッド組み立てはこれらの欠点を回 避してそれゆえに効率を改善する。

プリントヘッドが配列する同型のモジュールからなる場合、基板流路閉鎖板は一 般に配列の全幅が１つの片として形成されることが好ましい。しかし圧電部品は 供給される圧電物質（ＰＺＴ）ウェハー及び流路形成とメッキ工程に適当な幅で 形成してもよい、基板閉鎖板上の各チップにより操作されるトラックの数とそこ に接続される圧電部品の幅は今や独立したものとなり、隣接接合部位でのチ・ツ ブと活性部品との間のそれぞれの幅に無関係である。これは国際特許出願ＰＣＴ ／ＧＢ９１１００７２０の特徴である。配列中の複数のチップは、チップごとに １組のトラックによってではなく、１組の入力信号トラック１８により簡便に操 作されつる。

ハンダ結合の別の利点は壁を基板流路閉鎖板に剛直に保持して、作動器の屈曲時 のねじれ方向と剪断字の横方向の動きを押さえることである。さらにトラックが 剛直な基板上に形成されている場合は壁上部の回転が可能となりチップの屈曲が 避けられる。接着剤で壁を流路閉鎖板に接着した場合は作動器壁の上部が変形し てビン接合が壁上部に形成される。これはハンダと作動器の合成に比べて接着剤 が比較的低剛性であることによる。

ビン接合に対する剛直接合の利点は図３のようなシェブロン作動器について計算 した次の表に示される。

電圧　コンブライ１ンス　壁高さ　壁幅　流路幅ｆＶｌ　比　（ＩｉＩｌ）（Ｌ Ｉｆｆ＋）（ｕｍ）ビン接合　２７．５　０．３５３　３７５　８７　８０剛直 接合　１８．９　０．３６０　４２０　８７　８０計算によれば所定のコンプラ イアンス比を得るのに剛直接合ではビン接合に対して作動器の壁高さを約１３％ 高くできる。また電圧も約２７％も減らせる。

作動電圧がより低いので、より少ない作動エネルギーで働かせることが可能であ り、チップもより廉価な工程で製造したチップを使用できる。

プリントヘッドのこれらの利点を最大限に得るためには基層流路閉鎖板】４は比 較的剛直な弾性率を持ちそして圧電セラミック部品とシリコンチップの双方と密 接に適合する熱膨張係数を有する材料から形成されることが望ましい。ＰＺＴの 弾性率が約５０ＧＰａでありハンダの率も同等であれば基板の率はより高いこと が望ましい。ＰＺＴの熱膨張係数はその供給源及び処理経歴に依存する傾向があ るが基板の約ｌｐｐｍ／”Ｃと適合することが望ましい。これら熱膨張の目標値 はパイレックス（コーニング７７４０）等の硼珪ガラス又は等価の材料を用いて なされる。このガラスの弾性率は２００ＧＰａを越えるので基板は十分剛直であ る。

基板流路閉鎖板が硼珪ガラスである場合、その熱膨張係数はシリコンのｒｌｌＯ 」方向の係数と適合し、チップを基板上に集積しつる。まず結晶シリコンの層を チップ２７の領域にガラス基板の幅に渡って付着させる。マルチプレクサ−駆動 回路の論理及びパワートランジスタをシリコン層上に直接形成させる。トラック １６及び１８を付着させて駆動回路の入出力端子を接続する。この駆動回路は実 質的に欧州特許出願第８９３０９９４０．８　（公表第３６４１３６号）に開示 されてるマルチプレクサ−回路である。こうしてシリコンウェハー上に形成され るチップに変えてガラス基板上に直接駆動回路を形成し、さいの目に分離したチ ップとして基板上のトラックに結合させる。

ガラスにチップを付着させることはディスプレイ製造等地の用途でなされており 、ガラス上チップの生産効率は著しく高く、別々のチップ組立による部品組立及 び製造は合理的でない。

この圧電セラミック板の製造の更なる利点は分割した基板法理路閉鎖板上にトラ ックを形成した場合の機械加工許容度を緩められることである。流路深さの許容 度は、従来の浅い接続溝を流路と共に配列して形成して各架橋部分によりそこか ら分割した技術で可能とされていたものより大きい。個々に開示される構造の流 路は深さが均一なのでＰＺＴ層の厚さ制御の許容度を緩めることができる。従っ て圧電板の上面のみ研磨して結合に適した平面にすればよい。向かい合う２２１ 間の平行の制御もまた緩和できる。１面を研磨するコストは平行な両面をラップ 盤で磨くよりも低い。組立時の別の利点は基板と圧電板を低温ハンダで接続す国 際調査報告　。。エフ。Ｑ　Ｑ７／ｎｌ。８゜国際調査報告

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. １．基板に垂直に分極した圧電物質の層を基板に付与し、圧電物質が連続する流 路を分割する直立した壁となるよう該基板層に、１列の平行で上部の開放した小 滴液流路を形成させ、流路に面する壁表面に電極を設け、流路閉鎖板を壁に結合 させ、それぞれ流路に連絡するノズルを設け、そして流路に小滴液供給源を接続 する手段を設けてなるマルチ流路アレイ小滴付着装置の製造法であって、流路空 間に対応する間隔をおく１列の平行な導電性トラックを有する該流路閉鎖板を形 成し、流路を該トラックに平行に背中合わせに設け、各トラックをその背中合わ せの流路の、流路に面する側壁の電極に機械的且つ電気的に接続する結合を形成 させて閉鎖板を流路壁にシール密封することを特徴とする方法。
2. ２．各トラックをそれに背中合わせの流路に面する側壁上の電極に接続する該結 合を形成させる以前に、駆動電流回路をトラックに接続することを特徴とする請 求項１記載の方法。
3. ３．該結合をハンダ結合として形成することを特徴とする請求項１又は２記載の 方法。
4. ４．トラックと電極の一方または双方にハンダを付着させ、トラックに背中合わ せに流路を設け、同時に各トラックをそれに背中合わせの流路に面する側壁上の 電極に接続する結合を形成させることを特徴とする請求項３記載の方法。
5. ５．少なくともハンダを加熱してトラックと接合電極をハンダで濡らしてトラッ クと接合電極にメニスカスブリッジを形成してハンダを冷却して該結合を形成さ せることを特徴とする請求項４記載の方法。
6. ６．該流路閉鎖板上に、流路に面する側壁上の電極同士の空間の幅に近い幅の該 トラックを形成させることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の方法 。
7. ７．該流路閉鎖板上に位置する駆動チップに該駆動電流回路を付与することを特 徴とする請求項２から５のいずれかに記載の方法。
8. ８．該流路閉鎖板上に付着により駆動チップを形成させて、該トラックと接続し ている駆動回路を付与することを特徴とする請求項７記載の方法。
9. ９．基板に垂直に分極した圧電物質の層を有する基板、該層中に形成された直立 する流路分割壁により設けられた該基板中の１列の平行で上部の開放した小滴液 流路、流路に面する壁表面に設けられた電極、壁に結合した流路閉鎖板、それぞ れ流路に連絡するノズル、そして流路に小滴液を供給する手段を有するマルチ流 路アレイ小滴付着装置であって、該流路閉鎖板が、流路空間に対応する間隔をお いて流路に平行で背中合わせの１列の平行な導電性トラックと、各トラックをそ れに背中合わせの流路の流路に面する側壁上の電極に機械的且つ電気的に接続し て閉鎖板を流路壁にシール密封するする結合とを有することを特徴とするマルチ 流路アレイ小滴付着装置。
10. １０．電気的駆動電流回路がトラックにそれぞれ接続されていることを特徴とす る請求項９記載の装置。
11. １１．流路閉鎖板上のトラックの幅が、流路に面する壁上の電極同士の空間の幅 に近いことを特徴とする請求項９又は１０記載の装置。
12. １２．トラックを電極に接続する結合がハンダ結合であることを特徴とする請求 項９から１１のいずれかに記載の装置。
13. １３．該結合のハンダの固化線が選ばれて閉鎖板と該圧電材料の相対的熱ひずみ を制限する熱膨張係数を有することを特徴とする請求項１２記載の装置。
14. １４．該結合のハンダが鉛及び／又は錫及び／又はインジウムの合金であること を特徴とする請求項１２又は１３記載の装置。
15. １５．該結合のハンダが鉛と錫を含む共融合金であることを特徴とする請求項１ ２又は１３記載の装置。
16. １６．該結合のハンダが銀を含む合金であることを特徴とする請求項１２又は１ ３記載の装置。
17. １７．流路閉鎖板が圧電セラミックに比べて比較的高い弾性率と及び「１１０」 シリコンと適合する膨張係数を有するガラス又はセラミックからなることを特徴 とする請求項９から１６のいずれかに記載の装置。
18. １８．流路閉鎖板が硼珪ガラスであることを特徴とする請求項１７記載の装置。
19. １９．該流路閉鎖板がその上に流路配列方向に板の幅で伸びる結晶シリコンの層 を付着させ、そこに入出力端子を有するマルチプレクサー駆動回路を形成して該 出力端子が流路閉鎖板上の導電性トラックに接続されていることを特徴とする請 求項１８記載の装置。