JP6004960B2 - 液体噴射ヘッド、液体噴射ヘッドの製造方法および液体噴射装置 - Google Patents
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Description
以下に、この発明の第一実施形態について、図面を用いて説明する。
図1は、第一実施形態に係る液体噴射ヘッドの模式的な分解斜視断面図である。
図1に示すように、液体噴射ヘッド1は、アクチュエータ基板2と、カバープレート3と、ノズルプレート4と、フレキシブル基板25(請求項の「外部基板」に相当。)と、を備えている。なお、分かり易くするために、図1では、フレキシブル基板25の基板部25aを二点鎖線にて図示している。
カバープレート3は、チャネル6の第一主面F1側の開口7を覆うようにアクチュエータ基板2に設置され、チャネル6の長手方向の一方側に吐出チャネル6aに液体を供給する液体供給室9を有する。
フレキシブル基板25は、アクチュエータ基板2の第一主面F1の表面におけるチャネル6の長手方向の一方側の端部21に接着される。
ノズルプレート4は、吐出チャネル6aに連通するノズル孔4aを備えており、アクチュエータ基板2の他方側の端部22において、アクチュエータ基板2の他方側の端面2bに接合される。ノズル孔4aは、吐出チャネル6aの長手方向における他方側の端部22に位置しており、液体を吐出可能とされている。なお、ノズル孔4aは、非吐出チャネル6bとは連通していない。したがって、非吐出チャネル6bは、液体を吐出不能とされる。
なお、以下の説明では、チャネル6が延在する長手方向をX方向とし、液体供給室9が配置される一方側を+X側とし、反対の他方側を−X側とする。また、第一主面F1上においてX方向と直交するチャネル6の幅方向をY方向とし、図1における紙面左側を−Y側とし、図1における紙面右側を+Y側とする。また、X方向およびY方向に直交する方向をZ方向とし、第一主面F1側を+Z側とし、第一主面F1とは反対の第二主面F2側を−Z側とする。以下では、必要に応じてXYZの直交座標系を用いて、液体噴射ヘッド1の各構成部品の詳細について説明する。
以下に、液体噴射ヘッド1の各構成部品について、詳細に説明する。
図2は、アクチュエータ基板2の斜視図である。なお、分かり易くするために、図2では、フレキシブル基板25の基板部25aを二点鎖線にて図示している。
図2示すように、アクチュエータ基板2は、Z方向に分極処理が施された圧電体材料、例えばPZTセラミックス等により、略矩形板状に形成されている。アクチュエータ基板2の第一主面F1における+X側の縁部21aには、−Z側に一段下がった段部24が形成されている。
アクチュエータ基板2のチャネル6は、吐出チャネル6aと非吐出チャネル6bとが、Y方向に交互に並列に配列することにより形成されている。
吐出チャネル6aは、アクチュエータ基板2の+X側端面2aの手前からアクチュエータ基板2の−X側端面2bにわたって延在している。吐出チャネル6aの+X側の端部は、アクチュエータ基板2の−Z側(第二主面F2側)から+Z側(第一主面F1側)に向かって切り上がるように傾斜して形成されている。
非吐出チャネル6bは、アクチュエータ基板2の+X側端面2aからアクチュエータ基板2の−X側端面2bにわたって延在している。
駆動電極12は、壁部5の側面のうち吐出チャネル6aの側面5aに形成された共通電極12aと、壁部5の側面のうち非吐出チャネル6bの側面5bに設置される個別電極12bとを含む。
共通電極12aは、吐出チャネル6aに面する一対の壁部5,5の側面5a,5aにおける+X側の端部から−X側の端部にわたって、X方向に沿って延在して略帯状に形成されている。
個別電極12bは、非吐出チャネル6bに面する一対の壁部5,5の側面5b,5bにおける+X側の端部から−X側の端部にわたって、X方向に沿って延在して略帯状に形成されている。
共通電極12aおよび個別電極12bは、それぞれ吐出チャネル6aおよび非吐出チャネル6bのZ方向(すなわち吐出チャネル6aおよび非吐出チャネル6bの深さ方向)における中間部よりも+Z側の領域に形成されている。
溝部20のX方向における幅は、フレキシブル基板25に形成された後述の接続配線26のX方向における幅よりも広くなるように形成されている。
また、溝部20のZ方向における深さは、壁部5の側面における駆動電極12のZ方向における形成深さよりも浅くなるように形成されている。これにより、壁部5の側面において駆動電極12を分断することなく溝部20を形成できる。
図3は、液体噴射ヘッド1のアクチュエータ基板2にフレキシブル基板25を装着した状態を表す平面図である。なお、分かり易くするために、図3では、フレキシブル基板25の基板部25aを二点鎖線にて図示している。
図4は、アクチュエータ基板2とカバープレート3とフレキシブル基板25とを分解したときにおける図3のA−A線に沿った側面断面図である。
図3に示すように、フレキシブル基板25は、例えばポリイミド等を主成分とする樹脂材料により形成された基板部25aを備えたフィルム状の可撓性を有する部材である。
図4に示すように、フレキシブル基板25は、−Z側主面25bに、個別電極用端子27と、共通電極用端子28と、をそれぞれ複数備えている。
共通電極用端子28は、個別電極用端子27よりも−X側であって溝部20に対応する位置から共通電極用パッド16に対応する位置にわたって、X方向に沿って略帯状に形成されている。隣り合う複数の共通電極用端子28のピッチは、隣り合う複数の吐出チャネル6aおよび複数の個別電極用端子27のピッチと略同一となっている。
接続配線26のX方向における幅は、溝部20のX方向における幅よりも十分狭くなるように形成されている。また、図4に示すように、接続配線26のZ方向の厚さは、溝部20のZ方向における深さよりも薄くなるように形成されている。これにより、接続配線26は、溝部20においてアクチュエータ基板2と接触することなく配置される。したがって、接続配線26は、アクチュエータ基板2の個別電極用パッド15および壁部5の側面に形成された駆動電極12と接触することなく、溝部20に対応する位置に配置される。
図3に示すように、接続配線26のY方向の両端には、X方向に沿ってフレキシブル基板25の+X側の端部に向かって延びる接続配線端子26aが形成されている(図3では、+Y側の接続配線端子26aのみ図示)。接続配線端子26aは、不図示のプリント配線等を介してGNDに接続される。
続いて、上述した第一実施形態に係る液体噴射ヘッド1の製造方法について説明する。
図5は、第一実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法における主な工程を表す工程図である。図6は、液体噴射ヘッドの製造方法における各工程の説明図である。なお、図6におけるXYZの直交座標系は、図1から図4におけるXYZの直交座標系と対応している。また、図6(a)〜(c)は、図3のA−A線に沿った側面断面図に対応しており、図6(d)〜(f)は、−X側から圧電体基板50(アクチュエータ基板2)を見たときのYZ平面に沿う断面図に対応している。また、以下の液体噴射ヘッドの製造方法の説明における各符号については、図6に加えて、図1から図4の各図を参照されたい。
次いで、マスク材料成膜工程S12では、図6(b)に示すように、圧電体基板50の第一主面F1上に、例えば感光性樹脂からなるマスク材料55を成膜する。
次いで、マスク形成工程S14では、図6(b)に示すように、フォトリソグラフィ技術により、例えば個別電極用パッド15や共通電極用パッド16等の電極を形成する領域のマスク材料55を除去するとともに、電極を形成しない領域のマスク材料55を残すことで、マスク材料55のパターニングを行う。これにより、個別電極用パッド15および共通電極用パッド16の形成領域が開口したマスク55aを形成する。
また、チャネル形成工程S16では、図6(c)に示すように、チャネル6の形成に加えて、圧電体基板50の第一主面F1側における+X側の縁部51aに段部24を形成する。段部24は、チャネル6と同様に、例えばダイシングブレードDを用いて圧電体基板50を切削加工することにより形成される。具体的に、チャネル6を形成するにはダイシングブレードDをX方向に移動させ、段部24を形成するにはダイシングブレードDをY方向に移動する。
次いで、溝部形成工程S22では、図7に示すように、例えばダイシングブレードDを用いて圧電体基板50を切削加工することにより、溝部20を形成する。具体的には、個別電極用パッド15と共通電極用パッド16との間において、Y方向の全体にわたってY方向に沿うようにダイシングブレードDを移動しながら、圧電体基板50の第一主面F1を切削加工する。これにより、圧電体基板50の第一主面F1における個別電極用パッド15と共通電極用パッド16との間には、非吐出チャネル6bと直交するように、Y方向に沿って一条の溝部20が形成される。溝部20が形成された時点で、アクチュエータ基板2が完成する。
このとき、フレキシブル基板25の接続配線26が、アクチュエータ基板2の溝部20に対応する位置に配置されるように、フレキシブル基板25をアクチュエータ基板2に接着する。これにより、接続配線26は、溝部20においてアクチュエータ基板2と接触することなく配置される。フレキシブル基板25をアクチュエータ基板2に接着した時点で、液体噴射ヘッド1の製造工程が終了する。
第一実施形態によれば、アクチュエータ基板2の第一主面F1における個別電極用パッド15と共通電極用パッド16との間に、Y方向に沿って溝部20が形成されているので、フレキシブル基板25をアクチュエータ基板2に接続したとき、アクチュエータ基板2の溝部20に対応する位置に、フレキシブル基板25の接続配線26を配置することで、フレキシブル基板25の接続配線26とアクチュエータ基板2の個別電極用パッド15とが接触するのを防止できる。したがって、フレキシブル基板25の接続配線26と、アクチュエータ基板2の個別電極用パッド15および個別電極用パッド15に接続された個別電極12bとの電気的短絡を防止できる。また、溝部20を形成するだけで、フレキシブル基板25の接続配線26とアクチュエータ基板2の個別電極用パッド15および個別電極12bとの電気的短絡を防止できるので、低コストな液体噴射ヘッド1を得ることができる。
図8は、第一実施形態の変形例に係るアクチュエータ基板2の斜視図である。
続いて、第一実施形態の変形例に係るアクチュエータ基板2について説明する。なお、以下では、第一実施形態と同様の構成部分については説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
第一実施形態のアクチュエータ基板2は、個別電極用パッド15が、アクチュエータ基板2の第一主面F1上において、隣り合う非吐出チャネル6b,6bに跨るように形成されていた(図2参照)。
これに対して、図8に示すように、第一実施形態の変形例に係るアクチュエータ基板2は、個別電極用パッド15が、アクチュエータ基板2の第一主面F1上において、隣り合う非吐出チャネル6b,6bの間に形成されている。このように、個別電極用パッド15の形成範囲は、第一実施形態に限定されない。
図9は、第一実施形態に係る液体噴射ヘッド1を備えた液体噴射装置30の説明図である。
図9に示すように、液体噴射装置30は、複数(本実施形態では4個)の液体噴射ヘッド1と、液体噴射ヘッド1に液体を供給する液体供給管35と、液体供給管35に液体を供給する液体ポンプ33および複数(本実施形態では4個)の液体タンク34とを備えている。各液体噴射ヘッド1は複数のヘッドチップを備え、ノズル孔4a(図1参照)から液体を吐出する。液体ポンプ33として、液体供給管35に液体を供給する供給ポンプを設置する。また、図示しない圧力センサーや流量センサーを設置し、液体の流量を制御することもある。
また、液体噴射装置30は、紙等の被記録媒体44を主走査方向に搬送する一対の搬送手段41,42と、液体噴射ヘッド1を載置するキャリッジユニット43と、液体噴射ヘッド1を主走査方向と直交する副走査方向に走査する移動機構40とを備えている。図示しない制御部は、液体噴射ヘッド1、移動機構40および搬送手段41,42を制御して駆動する。
本実施形態の液体噴射装置30によれば、フレキシブル基板25の接続配線26とアクチュエータ基板2の個別電極用パッド15との電気的短絡を防止できる低コストな液体噴射ヘッド1を備えているので、信頼性の高い低コストな液体噴射装置30を得ることができる。
図10は、第二実施形態に係る液体噴射ヘッド1のアクチュエータ基板2にフレキシブル基板25を装着した状態を表す平面図である。
続いて、第二実施形態に係る液体噴射ヘッド1および第二実施形態に係る液体噴射ヘッド1の製造方法について説明する。
第一実施形態に係る液体噴射ヘッド1は、共通電極用パッド16のY方向における幅が吐出チャネル6aのY方向における幅よりも広く、かつ隣り合う非吐出チャネル6b,6bの離間距離よりも狭くなっていた。また、個別電極用パッド15は、隣り合う非吐出チャネル6b,6bに跨るように形成されていた(図3参照)。
これに対して、図10に示すように、第二実施形態に係る液体噴射ヘッド1は、吐出チャネル6aの+X側の端部よりも+X側に浅溝部23が形成され、この浅溝部23内に形成された共通電極用パッド16および個別電極用パッド15のY方向における幅がそれぞれ吐出チャネル6aのY方向における幅と同等である点で、第一実施形態とは異なっている。なお、以下では、第一実施形態と同様の構成部分については説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
図11に示すように、第二実施形態に係るアクチュエータ基板2には、浅溝部23が形成されている。浅溝部23は、アクチュエータ基板2の第一主面F1における吐出チャネル6aよりも+X側において、吐出チャネル6aの+X側の端部から、アクチュエータ基板2の+X側端面2aに向かって形成されている。本実施形態の浅溝部23は、吐出チャネル6aの+X側の端部から段部24にわたって形成されている。浅溝部23の深さは、吐出チャネル6aの深さよりも浅くなっており、かつ溝部20および段部24の深さよりも浅くなっている。
溝部20は、浅溝部23と交差するように形成されている。浅溝部23は、溝部20により、+X側浅溝部23aと−X側浅溝部23bとに分断されている。+X側浅溝部23a内には、個別電極用パッド15が形成されている。また、−X側浅溝部23b内には、共通電極用パッド16が形成されている。このため、共通電極用パッド16および個別電極用パッド15のY方向における幅は、それぞれ吐出チャネル6aのY方向における幅と同等となっている。
図12は、第二実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法における主な工程を表す工程図である。図13は、第二実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法における各工程の説明図である。なお、図13におけるXYZの直交座標系は、図10および図11におけるXYZの直交座標系と対応している。また、図13(a)および(b)は、図10のB−B線に沿った側面断面図に対応している。また、液体噴射ヘッドの製造方法の説明における各符号については、図10および図11を参照されたい。
これに対して、図12に示すように、第二実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法では、マスク形成工程S14(図5参照)を備えていない点で、第一実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法とは異なっている。なお、以下の説明では、第一実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法とは異なる工程についてのみ説明をし、同一の工程については説明を省略する。
マスク材料成膜工程S12では、図13(a)に示すように、圧電体基板50の第一主面F1上の全面に、例えば感光性樹脂からなるマスク材料55を成膜する。
ここで、チャネル形成工程S16では、マスク材料55ごと圧電体基板50を切削している。したがって、チャネル形成工程S16の終了後は、吐出チャネル6a、非吐出チャネル6b、浅溝部23および段部24の形成領域は、マスク材料55から圧電体基板50が露出した状態となる。
次いで、マスク材料除去工程S20では、マスク材料55を例えばリフトオフ法により除去し、同時にマスク材料55上の電極材料を除去する。これにより、マスク材料55から露出していた吐出チャネル6a、非吐出チャネル6b、浅溝部23および段部24の形成領域に電極材料が成膜される。なお、吐出チャネル6a内に成膜された電極材料は、共通電極12aに相当し、非吐出チャネル6b内に成膜された電極材料は、個別電極12bに相当する。
次いで、溝部形成工程S22では、図14に示すように、例えばダイシングブレードDを用いて圧電体基板50を切削加工することにより、溝部20を形成する。具体的には、X方向における段部24と吐出チャネル6aとの間の位置において、Y方向の全体にわたってY方向に沿うようにダイシングブレードDを移動しながら、圧電体基板50の第一主面F1を切削加工する。これにより、浅溝部23が+X側浅溝部23aと−X側浅溝部23bとに分断されるとともに、浅溝部23内の電極材料56が分断される。そして、+X側浅溝部23a内に個別電極用パッド15が形成され、−X側浅溝部23b内に共通電極用パッド16が形成される。溝部20が形成された時点で、アクチュエータ基板2が完成する。
第二実施形態によれば、浅溝部23は、吐出チャネル6aの+X側の端部から、アクチュエータ基板2の+X側端面2aに向かって形成されているので、例えば切削加工により吐出チャネル6aを形成する際に、切削深さを変えるだけで浅溝部23を形成できる。したがって、チャネル形成工程S16と同工程で浅溝部23を簡単に形成できる。また、溝部20は、浅溝部23と交差するように形成されているので、浅溝部23内に電極材料56を成膜した後に、例えば切削加工により溝部20を浅溝部23と交差するように形成することで、浅溝部23内に成膜された電極材料56を溝部20により分断して、共通電極用パッド16と個別電極用パッド15とを簡単に形成できる。このように、マスクを使用することなく共通電極用パッド16と個別電極用パッド15とを形成できるので、フレキシブル基板25の接続配線26とアクチュエータ基板2の個別電極用パッド15および個別電極12bとの電気的短絡を防止できる液体噴射ヘッド1を低コストに形成できる。
例えば、本発明に関し、チャネル6の深さ方向において分極方向が上下方向に互いに反対向きの圧電体材料を積層したシェブロンタイプを用いることが可能である。この場合、壁部5の側面5a,5b全面にわたって駆動電極12を形成することで、圧電滑り効果により壁部5の高さ方向中間位置を中心にして、V字状に壁部5が屈曲変形することになる。これにより、低電圧で壁部5を変形させることができる。
また、第一実施形態の変形例に係るアクチュエータ基板2は、第一主面F1における+X側の端部21において、曲面状にR面取りされた面取り部2cを備えていたが、面取り部2cの面取り形状は、R面取りに限定されることは無く、例えばC面取りであってもよい。
Claims (13)
- 液体を吐出するノズル孔に連通する吐出チャネルと、前記液体を吐出不能な非吐出チャネルと、が複数形成されたアクチュエータ基板と、
複数の前記吐出チャネルの側面にそれぞれ形成された共通電極と、
複数の前記非吐出チャネルの側面にそれぞれ形成された個別電極と、
を備えた液体噴射ヘッドであって、
前記吐出チャネルおよび前記非吐出チャネルは、少なくとも前記アクチュエータ基板の第一主面側に開口するとともに、前記第一主面上において前記吐出チャネルおよび前記非吐出チャネルの長手方向と交差する幅方向に並んで配列され、
前記アクチュエータ基板の前記第一主面における前記長手方向の一方側の端部には、前記個別電極に接続される個別電極用パッドが複数設けられ、
前記アクチュエータ基板の前記第一主面における前記個別電極用パッドよりも前記長手方向の他方側には、前記共通電極に接続される共通電極用パッドが複数設けられ、
前記アクチュエータ基板の前記第一主面における前記個別電極用パッドと前記共通電極用パッドとの間には、前記幅方向に沿って溝部が形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 請求項1に記載の液体噴射ヘッドであって、
前記アクチュエータ基板に接続される外部基板を備え、
前記外部基板は、
前記アクチュエータ基板の前記個別電極用パッドに対応する位置に形成され、前記個 別電極用パッドに接続される個別電極用端子と、
前記アクチュエータ基板の前記共通電極用パッドに対応する位置に形成され、前記共 通電極用パッドに接続される共通電極用端子と、
を複数備え、
前記個別電極用端子と前記共通電極用端子との間であって、前記アクチュエータ基板の前記溝部に対応する位置には、複数の前記共通電極用端子を互いに接続する接続配線が形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 請求項1または2に記載の液体噴射ヘッドであって、
前記アクチュエータ基板の前記第一主面における前記吐出チャネルよりも前記一方側には、前記吐出チャネルの前記一方側の端部から、前記アクチュエータ基板の前記一方側の端面に向かって、前記吐出チャネルの深さよりも浅い浅溝部が形成され、
前記溝部は、前記浅溝部と交差するように形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載の液体噴射ヘッドであって、
前記アクチュエータ基板の前記第一主面における前記一方側の縁部には、一段下がった段部が形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 請求項1から4のいずれか1項に記載の液体噴射ヘッドであって、
前記アクチュエータ基板の前記第一主面と、前記アクチュエータ基板の前記一方側の端面とにより形成される角部は、面取りされていることを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 請求項1から5のいずれか1項に記載の液体噴射ヘッドであって、
前記吐出チャネルと前記非吐出チャネルとが前記幅方向に交互に並んで配列されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 請求項1から6のいずれか1項に記載の液体噴射ヘッドであって、
前記ノズル孔は、前記吐出チャネルの前記他方側の端部に位置することを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 請求項1から6のいずれか1項に記載の液体噴射ヘッドであって、
前記ノズル孔は、前記アクチュエータ基板の第二主面側であって、前記吐出チャネルにおける前記長手方向の中間部に位置することを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 請求項1から8のいずれか1項に記載の液体噴射ヘッドであって、
前記非吐出チャネルは、前記アクチュエータ基板の前記一方側の端面から前記他方側の端面にわたって形成され、
前記個別電極用パッドは、隣り合う前記非吐出チャネルに跨るように形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 請求項1から8のいずれか1項に記載の液体噴射ヘッドであって、
前記共通電極用パッドおよび前記個別電極用パッドの幅は、それぞれ前記吐出チャネルの幅と同等であることを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 請求項1に記載の液体噴射ヘッドの製造方法であって、
圧電体基板にマスク材料を成膜するマスク材料成膜工程と、
前記マスク材料のパターニングを行い、少なくとも前記個別電極用パッドおよび前記共通電極用パッドの形成領域が開口したマスクを形成するマスク形成工程と、
前記圧電体基板に前記吐出チャネルと前記非吐出チャネルとを形成するチャネル形成工程と、
電極材料を成膜する電極成膜工程と、
前記マスク材料を除去するマスク材料除去工程と、
前記溝部を形成する溝部形成工程と、
を備えたことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。 - 請求項1に記載の液体噴射ヘッドの製造方法であって、
圧電体基板にマスク材料を成膜するマスク材料成膜工程と、
前記圧電体基板に前記吐出チャネルと前記非吐出チャネルとを形成するチャネル形成工程と、
電極材料を成膜する電極成膜工程と、
前記マスク材料を除去するマスク材料除去工程と、
前記溝部を形成する溝部形成工程と、
を備え、
前記チャネル形成工程では、前記吐出チャネルの前記一方側に、前記吐出チャネルの深さよりも浅い浅溝部を形成することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。 - 請求項1に記載の液体噴射ヘッドと、
前記液体噴射ヘッドと被記録媒体とを相対的に移動させる移動機構と、
前記液体噴射ヘッドに液体を供給する液体供給管と、
前記液体供給管に前記液体を供給する液体タンクと、
を備える液体噴射装置。
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