JP2010173214A - 液体移送装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】接合時の圧電層のクラックの発生を防止するとともに、振動板と配線部材の対向する距離を一定にする。
【解決手段】振動板30に複数の凸部61を形成し、振動板30の上面に圧電層31を形成する。振動板30及び圧電層31を加熱して、圧電層31に熱処理を施す。振動板30と4枚のプレート10〜13を積層して、凸部61を4枚のプレート10〜13に向かって押圧しながら各プレート間を接着剤で接合する。圧電層31上に複数の個別電極32をそれぞれ形成し、複数の個別電極32の端子部35にバンプ62を形成する。基材51にランド53を形成し、平面視でランド53とバンプ62とが対向するように位置合わせして、FPC50を圧電層31と反対側から圧電層31に向かって、凸部61が基材51の表面に接触するまで押圧して、バンプ62をランド53と接触させて電気的に接続するとともに、FPC50と圧電層31を接合する。
【選択図】 図4
【解決手段】振動板30に複数の凸部61を形成し、振動板30の上面に圧電層31を形成する。振動板30及び圧電層31を加熱して、圧電層31に熱処理を施す。振動板30と4枚のプレート10〜13を積層して、凸部61を4枚のプレート10〜13に向かって押圧しながら各プレート間を接着剤で接合する。圧電層31上に複数の個別電極32をそれぞれ形成し、複数の個別電極32の端子部35にバンプ62を形成する。基材51にランド53を形成し、平面視でランド53とバンプ62とが対向するように位置合わせして、FPC50を圧電層31と反対側から圧電層31に向かって、凸部61が基材51の表面に接触するまで押圧して、バンプ62をランド53と接触させて電気的に接続するとともに、FPC50と圧電層31を接合する。
【選択図】 図4
Description
本発明は、圧力室内の液体に圧力を付与することによって液体を移送する液体移送装置の製造方法に関する。
従来から、液体を移送する液体移送装置として、圧力室を含む液体流路が形成された流路ユニットと、流路ユニットに積層されるものであって、圧力室を覆う振動板、振動板上に配置された圧電層及び導電性バンプが形成された第1接続端子を有する圧電アクチュエータと、を有するものが知られている。さらに、この液体移送装置には、圧電層と対向配置され、導電性バンプを介して第1接続端子と接続される第2接続端子が形成され、圧電アクチュエータに駆動電圧を供給する配線部材が設けられている。
このような液体移送装置の製造方法として、例えば、特許文献1に記載したインクジェットヘッドの製造方法における流路ユニットに圧電アクチュエータを接合する工程では、振動板単体に圧電層を形成して、圧電アクチュエータを作製した後、この圧電アクチュエータを流路ユニットに押圧しながら接着剤などで接合している。次に、圧電アクチュエータに配線部材を接続する工程では、第2接続端子が形成された配線部材の圧電アクチュエータと対向する面に未硬化の合成樹脂層を塗布し、この配線部材を圧電アクチュエータに向かって熱を加えて押圧する。すると、圧電アクチュエータの第1接続端子に形成された導電性バンプが合成樹脂層を貫通して配線部材の第2接続端子に接触することで、第1接続端子と第2接続端子とが接続されるとともに、合成樹脂層が熱により硬化することで、圧電アクチュエータと配線部材が物理的及び電気的に接続される。
このとき、圧電アクチュエータを押圧しながら接合不良とならないように確実に流路ユニットと接合しようとすると、圧電アクチュエータの流路ユニットと反対側の面全体を押圧しながら流路ユニットに接合する必要がある。しかしながら、特許文献1に記載のインクジェットヘッドの製造方法において、圧電アクチュエータの流路ユニットと反対側の面全体を押圧しようとすると、振動板の圧電層が形成されていない領域及び圧電層を流路ユニットに向かって押圧することになる。すると、押圧したときの荷重により圧電層にクラックが生じてしまう。また、圧電層を流路ユニットに向かって押圧するときに、圧電層と押圧手段との間に異物がかみ込んでいる場合には、この異物がかみ込んでいる箇所では圧電層への荷重が局所的に大きくなり、クラックがより生じやすい。
また、配線部材を圧電アクチュエータに向かって押圧したときの押圧量によって、配線部材と圧電アクチュエータとの距離にばらつきが生じてしまう。例えば、押圧量が小さすぎると、端子同士の接続が不確実で導通不良となるおそれがあり、押圧量が大きすぎると、配線部材や圧電アクチュエータの破損が起こるおそれがある。
そこで、本発明の目的は、圧電層のクラックを防止するとともに、配線部材と圧電アクチュエータの距離を一定にすることができる液体移送装置の製造方法を提供することである。
本発明の液体移送装置の製造方法は、圧力室を含む液体流路が形成された流路ユニットと、前記流路ユニットの一表面に少なくとも前記圧力室を覆うように配置された振動板と、前記振動板の前記圧力室と反対側の面に配置された圧電層と、前記圧電層の前記振動板と反対側の面に形成された第1接続端子、を含んだ圧電アクチュエータと、前記圧電層と対向するように配置され、前記圧電層との対向面に前記第1接続端子と接続される第2接続端子が形成された配線部材と、を備えた液体移送装置の製造方法であって、前記振動板の一表面に、前記振動板が前記流路ユニットに接合されたときに平面視で前記圧力室と重なることとなる領域を避けて凸部を形成する凸部形成工程と、前記凸部形成工程の後、前記振動板の前記一表面に前記圧電層を前記凸部の高さよりも低く形成する圧電層形成工程と、前記振動板の前記圧電層と反対側の面を前記流路ユニットに当接させて、前記振動板の前記凸部を前記流路ユニットに向かって押圧しながら前記振動板と前記流路ユニットを接合する接合工程と、前記圧電アクチュエータの前記第1接続端子、または、前記配線部材の前記第2接続端子に前記凸部の高さよりも高い導電性バンプを形成するバンプ形成工程と、前記振動板の前記凸部が前記配線部材に接触するまで前記振動板と前記配線部材とを互いに押し当てることで、前記導電性バンプを介して前記第1接続端子と前記第2接続端子とを接続させて、前記圧電アクチュエータと前記配線部材を接続する接続工程と、を備えている。
本発明の液体移送装置の製造方法によると、接合工程において、振動板に形成された凸部を押圧して振動板と流路ユニットを接合しており、圧電層を直接押圧することがない。仮に、振動板に形成された圧電層を直接押圧手段で押圧したとすると、圧電層にクラックが発生するおそれがあるが、接合工程において、圧電層を直接押圧しないため、圧電層にクラックが発生することはない。また、接続工程において、凸部の頂部が配線部材に接触することによって振動板と配線部材の対向する距離を一定にすることができる。
また、前記振動板は、金属材料により形成されており、前記凸部は、導電性材料により形成されており、前記配線部材には、前記対向面にグランド端子が形成されており、前記接続工程において、前記配線部材の前記グランド端子と前記振動板の前記凸部とを接続させることが好ましい。これによると、凸部により圧電アクチュエータと配線部材の距離を一定にすることができるとともに、振動板及び流路ユニットを新たな端子を必要とせずにグランド端子に導通させることができる。
さらに、前記凸部形成工程において、前記凸部の頂部に前記振動板よりも剛性の低い樹脂を塗布することが好ましい。これによると、樹脂は振動板に比べて剛性が低いため、圧電層形成工程において凸部の頂部に噴きつけられた圧電材料の粒子が堆積しにくい。
また、前記凸部形成工程において、前記凸部の頂部に前記振動板よりも剛性の低い樹脂を塗布しており、前記圧電層形成工程において、前記振動板の前記一表面に、圧電材料の粒子とキャリアガスとを含んだエアロゾルを噴きつけて前記圧電材料の粒子を堆積させて前記圧電層を形成しており、前記圧電層形成工程の後に、前記樹脂の熱分解温度よりも高い温度で前記圧電層を含む前記圧電アクチュエータを加熱する加熱工程、をさらに備えており、前記加熱工程の後に、前記接続工程を行ってもよい。これによると、樹脂は振動板に比べて剛性が低いため、圧電層形成工程において凸部の頂部に噴きつけられた圧電材料の粒子が堆積しにくい。また、加熱工程において、凸部の頂部に形成された樹脂は熱分解するため、接続工程において、凸部とグランド端子とを電気的に接続することができる。
また、前記凸部形成工程において、前記凸部を絶縁材料により形成しており、前記バンプ形成工程において、前記凸部の近傍に前記導電性バンプを形成することが好ましい。これによると、圧電アクチュエータと配線部材の距離を導電性バンプの近傍において一定にすることができる。そのため、凸部と導電性バンプが離れている場合に比べて配線部材接合後の導電性バンプの高さを一定にすることができ、導電性バンプの高さのばらつきを抑えて、導電性バンプの電気抵抗のばらつきを抑えることができる。このとき、凸部が絶縁材料により形成されていることで、たとえ導電性バンプを凸部の近傍に形成しても導電性バンプと凸部が導通するおそれがない。
さらに、前記バンプ形成工程において、マスク穴を有するマスク材を、前記マスク穴が前記第1接続端子と重なり合うように前記圧電アクチュエータの前記圧電層が形成された面に設置し、前記マスク穴に導電性材料を堆積させた後、前記マスク材を前記圧電層から取り除くことで、前記第1接続端子に前記導電性バンプを形成しており、前記マスク材には、前記バンプ形成工程において前記マスク材が前記圧電アクチュエータの前記圧電層が形成された面に設置されたときに、前記凸部と係合する溝が形成されていることが好ましい。これによると、バンプ形成工程においてマスク材を容易に位置決めして固定することができ、第1接続端子に導電性バンプを確実に形成することができる。
接合工程において、圧電層を直接押圧することがないため、圧電層にクラックを発生させることなく液滴移送装置を製造することができる。また、凸部の頂部が配線部材に接触することによって振動板と配線部材の対向する距離を一定にすることができる。
次に、本発明の好適な実施形態について説明する。本実施形態は、インク流路内においてインクをノズルまで移送しつつ、ノズルからインクを噴射する液体移送装置としてのインクジェットヘッドに本発明を適用した一例である。
まず、このインクジェットヘッドを有するインクジェットプリンタについて説明する。図1はインクジェットプリンタの概略構成図である。図1に示すように、インクジェットプリンタ100は、図1の左右方向(走査方向)に移動可能なキャリッジ2と、このキャリッジ2に設けられ、記録用紙Pに対してインクを噴射するシリアル型のインクジェットヘッド1と、記録用紙Pを図1の前方(紙送り方向)へ搬送する搬送ローラ3と、を有している。
インクジェットヘッド1は、キャリッジ2と一体的に走査方向へ移動しつつ、図示しないインクカートリッジから供給されたインクを、その下面に配置されたノズル20(図2、図3参照)から記録用紙Pに対して噴射する。また、搬送ローラ3は、記録用紙Pを図1の前方へ搬送する。そして、インクジェットプリンタ100は、インクジェットヘッド1のノズル20から記録用紙Pへインクを噴射させながら、搬送ローラ3により記録用紙Pを前方へ搬送させることで、記録用紙Pに所望の画像や文字などを記録するように構成されている。
次に、インクジェットヘッド1について説明する。図2は、インクジェットヘッドの一部平面図である。図3は、図2のIII−III線断面図である。
図2及び図3に示すように、インクジェットヘッド1は、ノズル20及び圧力室14を含むインク流路が形成された流路ユニット4と、圧力室14内のインクに圧力を付与することにより、流路ユニット4のノズル20からインクを噴射させる圧電アクチュエータ5と、プリンタ100の制御基板に接続された給電用のフレキシブルプリント配線基板(FPC)50と、を有している。なお、図2においては、図面の簡単のため、FPC50は仮想線で示されている。
まず、流路ユニット4について説明する。図3に示すように、流路ユニット4は、キャビティプレート10、ベースプレート11、マニホールドプレート12、及び、ノズルプレート13を有しており、これら4枚のプレート10〜13が積層状態で接合されて構成されている。
4枚のプレート10〜13のうち、最も上方に位置するキャビティプレート10には、平面に沿って配列された複数の圧力室14が形成されている。各圧力室14は、平面視で走査方向に長い、略楕円形状に形成されている。複数の圧力室14は、紙送り方向に沿って千鳥状に配列されている。なお、千鳥状に配列された2列の圧力室列21により、1色のインクに対応する1組の圧力室群22が構成されており、さらに、複数色のインク(例えば、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの4色)にそれぞれ対応した複数組の圧力室群22が、走査方向に並べられている。なお、図2は、インクジェットヘッド1の上面の一部領域のみを示す一部上面図であり、それゆえ、図2には、1組の圧力室群22に属する2列の圧力室列21と、これに隣接する別組の圧力室群22に属する1列の圧力室列21の、計3列の圧力室列21のみが示されている。
キャビティプレート10に形成された複数の圧力室14の下部はベースプレート11により覆われ、これら複数の圧力室14は流路ユニット4の上面においてそれぞれ開口している。さらに、後述する圧電アクチュエータ5が流路ユニット4の上面に接合されることによって、複数の圧力室14の上部が、圧電アクチュエータ5に覆われた構造となっている。また、図2に示すように、キャビティプレート10には、1組の圧力室群22ごとにインク供給口18が形成されており、各インク供給口18は、インクジェットヘッド1の上方(図2の紙面垂直手前側)に配置されるとともに図示しないインクカートリッジに接続されたインクタンク(図示省略)と接続される。
図2及び図3に示すように、ベースプレート11の、平面視で圧力室14の両端部と重なる位置には、それぞれ連通孔15,16が形成されている。また、マニホールドプレート12には、平面視で、圧力室14の連通孔15側の部分と重なるように、紙送り方向に延びる複数のマニホールド流路17が形成されている。1組の圧力室群22(2列の圧力室列21)に対応する2つのマニホールド流路17は、キャビティプレート10に形成された1つのインク供給口18に連通しており、インクタンクからインク供給口18を介してマニホールド流路17へインクが供給される。さらに、マニホールドプレート12の、平面視で複数の圧力室14のマニホールド流路17に連通する端部と反対側の端部と重なる位置には、複数の連通孔16にそれぞれ連なる複数の連通孔19が形成されている。
さらに、ノズルプレート13の、平面視で複数の連通孔19に重なる位置には、複数のノズル20がそれぞれ形成されている。図2に示すように、ノズル20は、対応する圧力室14の、マニホールド流路17に連通する端部と反対側の端部とそれぞれ重なるように配置されている。これにより、複数のノズル20は、複数の圧力室14とそれぞれ対応して千鳥状に配列されている。
そして、図3に示すように、マニホールド流路17は連通孔15を介して圧力室14に連通し、さらに、圧力室14は、連通孔16,19を介してノズル20に連通している。このように、流路ユニット4内には、マニホールド流路17から圧力室14を経てノズル20に至る個別インク流路が複数形成されている。
次に、圧電アクチュエータ5について説明する。図2及び図3に示すように、圧電アクチュエータ5は、複数の圧力室14を覆うように流路ユニット4の上面に接合された振動板30と、この振動板30の上面(圧力室14と反対側の面)に配置された圧電層31と、圧電層31の上面に配置された複数の個別電極32と、複数の個別電極32に接続された端子部35(第1接続端子)からそれぞれ突出した複数のバンプ62と、振動板30の圧電層31が配置された上面から突出した凸部61と、を有している。
振動板30は、平面視で略矩形状の金属板であり、例えば、ステンレス鋼等の鉄系合金、銅系合金、ニッケル系合金、あるいは、チタン系合金などからなる。この振動板30は、キャビティプレート10の上面に、複数の圧力室14を覆うように接合されている。また、この導電性を有する振動板30の上面は、複数の個別電極32との間で圧電層31を挟み、この圧電層31に厚み方向の電界を生じさせる共通電極を兼ねている。この共通電極としての振動板30は、後述するFPC50のグランド電位のランド66に接続された凸部61を介して常にグランド電位に保持されている。
また、振動板30の上面には、振動板30と同様の導電性材料からなる複数の凸部61が形成されている。複数の凸部61は、平面視で圧力室14と重ならない領域において、振動板30の面内に偏りなく配置されている。より具体的には、図2に示すように、複数の凸部61は、紙送り方向に沿ったFPC50の端辺近傍、千鳥状に配列された複数のノズル20の走査方向に関する中央、及び、千鳥状に配列された後述するバンプ62の走査方向に関する中央において、紙送り方向に沿って間隔をあけて配置されている。また、千鳥状に配列された後述するバンプ62の走査方向に関する中央において、紙送り方向に沿って配置された複数の凸部61の一部は、紙送り方向に関して互いに隣接する2つのバンプ62の中間にそれぞれ配置されている。
さらに、振動板30の上面には、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との固溶体であり強誘電体であるチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)を主成分とする、圧電材料からなる圧電層31が形成されている。この圧電層31は、凸部61の高さよりも低く、複数の圧力室14を覆うように連続的に形成されている。
圧電層31の上面には、圧力室14よりも一回り小さい略楕円形の平面形状を有する複数の個別電極32が、複数の圧力室14の中央部と対向する領域にそれぞれ形成されている。この個別電極32は、金、銅、銀、パラジウム、白金、あるいは、チタンなどの導電性材料からなる。
さらに、複数の個別電極32の連通孔15側の端部からは、個別電極32と同じく導電性材料からなる複数の端子部35が、圧力室14の周縁を越えて外側の領域まで引き出されている。これら複数の端子部35には、凸部61よりも高さが高く、銀などの導電性材料からなる複数のバンプ62がそれぞれ突出して形成されている。これら複数のバンプ62は、後述するフレキシブルプリント配線基板(FPC)50のランド53に接続されている。各個別電極32は、バンプ62、及び、FPC50に形成されたランド53を介して、FPC50上に実装されたドライバIC(図示省略)と電気的に接続されている。
次に、圧電アクチュエータ5に駆動電圧を供給するFPC50について説明する。図3に示すように、FPC50は、基材51と、この基材51の下面(図3において圧電アクチュエータ5と対向する面)に設けられた、駆動電位の複数のランド53(第2接続端子)及びグランド電位の複数のランド66(グランド端子)と、を有している。FPC50は、圧電アクチュエータ5の上方に配置されて接続されており、走査方向に引き出されている。
基材51は、ポリイミドなどの絶縁性樹脂材料からなり、可撓性を有するものである。基材51の下面における複数のバンプ62とそれぞれ対向する位置には、銀や白金などの導電性材料からなる複数のランド53がそれぞれ設けられており、各ランド53はバンプ62と接触している。
また、基材51の下面における複数の凸部61とそれぞれ対向する位置には、銀や白金などの導電性材料からなる複数のランド66がそれぞれ設けられており、各ランド66は凸部61の頂部61aと接触している。つまり、FPC50と振動板30との間は、凸部61によって一定の距離となっている。複数のランド53及び複数のランド66は、図示しない複数の配線とそれぞれ接続されており、複数の配線を介してFPC50上に実装された図示しないドライバICと接続されている。このドライバICから供給される電圧により、ランド53は配線を介して駆動電位となり、ランド66は配線を介してグランド電位となる。
また、基材51の下面には、エポキシ樹脂などの熱硬化性の合成樹脂層63が形成されている。この合成樹脂層63は、バンプ62及びランド53の表面を覆うとともに、凸部61及びランド66の表面を覆うことで、FPC50と振動板30とを接合している。
次に、インク噴射時における圧電アクチュエータ5の作用について説明する。FPC50に実装されたドライバICから、ある個別電極32に対して駆動電位が印加されて、圧電層31上側の個別電極32と、グランド電位に保持されている圧電層31下側の共通電極としての振動板30の電位が互いに異なる状態となったときには、個別電極32と振動板30の間に挟まれた、駆動領域の圧電層31に厚み方向の電界が生じる。そして、圧電層31の分極方向と電界の方向とが同じ場合には、圧電層31はその分極方向である厚み方向に伸びて水平方向に収縮し、この圧電層31の収縮変形に伴って、振動板30の圧力室14と対向する領域が圧力室14側に変位して、振動板30が圧力室14側に凸となるように変形する。このとき、圧力室14の容積が減少することからその内部のインクに圧力が付与され、圧力室14に連通するノズル20からインクが噴射される。
次に、インクジェットヘッド1の製造方法について説明する。インクジェットヘッド1の製造方法としては、まず、圧電アクチュエータ5と流路ユニット4を作製して、この圧電アクチュエータ5にFPC50を接続している。そして、圧電アクチュエータ5の作製段階で形成した凸部61を流路ユニット4との接合、及び、FPC50との接続に利用している。図4は、インクジェットヘッドの製造工程を示す工程図である。なお、図4では、図面の簡単のため、凸部やバンプの位置など概略的に表している。
まず、図4(a)に示すように、振動板30の上述したような位置に複数の凸部61をそれぞれ形成し、凸部61の頂部61aにポリイミド樹脂などの合成樹脂64を塗布する(凸部形成工程)。なお、凸部61の形成方法としては、振動板30に金属材料からなる棒状部材を金属拡散接合などで接合して、この棒状部材を凸部61としてもよいし、振動板30とともにプレス加工などで凸部61を一体成型してもよい。
次に、図4(b)に示すように、振動板30の上面に、平面視でキャビティプレート10の各圧力室14と重なることとなる領域を覆うように、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との混晶であるチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電材料を用いて、エアロゾルデポジション法(AD法)により圧電材料の粒子を振動板30上に堆積させることにより圧電層31を形成する(圧電層形成工程)。
AD法は、図示しないチャンバー内のステージに振動板30の凸部61が形成された面が下方になるように四方をシールなどで固定させて保持する。そして、チャンバー内を真空にして、チャンバーと圧電層31を形成する粒子と気体(キャリアガス)との混合物(エアロゾル)が封入された図示しないエアロゾル室との間の気圧差により、エアロゾル室に連通する噴射ノズルからエアロゾルを振動板30に噴きつけて、粒子を高速で振動板30に衝突させるとともに、ステージを水平方向に往復移動させることにより振動板30上に圧電材料の粒子を堆積させる成膜法である。このとき、凸部61の頂部61aに塗布された合成樹脂64は振動板30に比べて剛性が低いため、凸部61の頂部61aには噴きつけられた圧電材料の粒子が堆積しにくい。なお、圧電材料の粒子とキャリアガスを含むエアロゾルを振動板30に噴き付けたときに、弾性率(表面硬さ)が低い領域においては、弾性率(表面硬さ)が高い領域と比べて、粒子の堆積が阻害される(特開2005−317952号公報参照)。
このAD法による圧電層形成工程時には、チャンバー内のステージには振動板30のみ固定されており、最終的に振動板30と一体化される流路ユニット4を構成する4枚のプレート10〜13は圧電層形成工程後に行われる接合工程で振動板30と接合されるため、この4枚のプレート10〜13はチャンバー内に存在しない。したがって、圧電層形成工程において振動板30に噴きつけられたものの、振動板30に堆積しなかった圧電材料の粒子が4枚のプレート10〜13に形成されたインク流路内に侵入するおそれがなく、仮に、インク流路内に粒子が侵入したときに行うような洗浄工程などのインク流路内の粒子を除去する工程が不要となる。
次に、AD法により圧電層31を形成した場合に、圧電層31中に粒子の微細化や格子欠陥などが生じていると、振動板30を変形させるのに必要な圧電特性を得られない。そこで、圧電材料の粒子結晶を成長させるとともに結晶中の格子欠陥を修復して、圧電特性を向上させるために、振動板30及び圧電層31を図示しない炉内に収容して、所定の温度(例えば、650〜900℃)に加熱して、圧電層31に対して熱処理を施す(アニール処理工程)。このとき、図4(c)に示すように、ポリイミドからなる合成樹脂64の熱分解温度はアニール処理温度よりも低く、500℃程度であるため、合成樹脂64はアニール処理工程において熱分解される。
その後、流路ユニット4を構成する4枚のプレート10〜13に圧力室14やマニホールド流路17、ノズル20などのインク流路を構成する厚み方向に貫通した孔をエッチングやレーザ加工などで形成する。そして、図4(d)に示すように、振動板30と流路ユニット4を構成する4枚のプレート10〜13とを積層しながら、凸部61の頂部61aを押圧部材90で4枚のプレート10〜13に向かって加熱押圧しながら各プレート間をそれぞれ接着剤で接合する(接合工程)。なお、4枚のプレート10〜13は、金属材料からなる場合などには、接合工程前にあらかじめ金属拡散接合などによって接合しておいてもよい。
この接合工程においては、振動板30に形成された凸部61を押圧して振動板30と流路ユニット4を接合しており、圧電層31を直接押圧することがない。仮に、振動板30に形成された圧電層31を直接押圧部材90で押圧したとすると、圧電層にクラックが発生するおそれがある。しかし、接合工程において、圧電層31を直接押圧しないため、圧電層31にクラックが発生することがない。また、図2に示すように、複数の凸部61は振動板30の面内に偏りなく配置されているため、振動板30の下面全体を流路ユニット4に向かって均等に押圧することができ、振動板30を流路ユニット4と確実に接合することができる。
続いて、圧電層31上の複数の圧力室14と対向する領域に、複数の個別電極32をそれぞれ形成する。複数の個別電極32は、スクリーン印刷、蒸着法、スパッタ法などにより一度に形成する。
そして、図4(e)に示すように、複数の個別電極32の端子部35と重なり合うようなマスク穴80a、及び、圧電層31と対向する面に凸部61と係合する溝80bが形成されたマスク80を、圧電層31上に設置する。その後、マスク穴80aに銀などの導電性ペーストを堆積させた後、マスク80を圧電層31上から取り除いて、図4(f)に示すように、複数の個別電極32の端子部35に、凸部61よりも高さが高い導電性のバンプ62を形成する(バンプ形成工程)。このバンプ形成工程において、溝80bと凸部61が係合しているため、マスク80の位置を容易に決定してその位置に固定することができ、複数の個別電極32の端子部35にバンプ62を確実に形成することができる。
また、凸部形成工程からバンプ形成工程までとは別の工程で、図5(a)に示すように、基材51の下面における、平面視で圧電層31上に形成されたバンプ62と重なる位置にランド53、及び、振動板30に形成された凸部61と重なる位置にランド66を印刷などで形成する。次に、図5(b)に示すように、基材51の下面全体にソルダーレジストなどの熱硬化性の合成樹脂層63を形成する。合成樹脂層63は、温度や粘度などの諸条件を適切に調整して、基材51から垂れ落ちない程度の未硬化(半硬化)の状態に維持しておく。
続いて、図5(c)に示すように、平面視でランド53とバンプ62とが対向し、且つ、凸部61とランド66とが対向するように位置合わせした状態で、FPC50を圧電層31と反対側から圧電層31に向かって図示しないヒータにて加熱しながら押圧する。すると、バンプ62が未硬化の合成樹脂層63を貫通してランド53に接触する。そのまま押圧を続けると、バンプ62の先端部が押しつぶされていき、凸部61が未硬化の合成樹脂層63を貫通してランド66に接触する。
凸部61はバンプ62よりも剛性が高い材料で形成されており、バンプ62よりも先に押しつぶされることがなく、このように、凸部61がランド66に接触するまで押圧を続ける。なお、全ての凸部61がランド66と対向している必要はなく、複数の凸部61のうち、一部の凸部61は、基材51の表面に接触してもよい。すると、バンプ62がランド53に接触して電気的に接続されるとともに、凸部61がランド66に接触して電気的に接続される。そして、ヒータにより加熱が行われているため、FPC50に塗布された合成樹脂層63が硬化する。これにより、FPC50と圧電層31とが接合され(接続工程)、インクジェットヘッド1が完成する。
この接続工程において、凸部61がFPC50に形成されたランド66に接触することによって振動板30とFPC50の対向する距離を一定にすることができる。したがって、振動板30とFPC50を近接させすぎて(押圧量が大きすぎて)、合成樹脂層63の樹脂が流れ出しすぎたり、振動板30やFPC50が破損したりすることや、振動板30とFPC50を離しすぎて(押圧量が小さすぎて)、バンプ62とランド53の接続が不確実で導通不良となることを防止することができる。
また、圧電層形成工程において、凸部61の頂部61aに圧電材料が堆積しないように形成された合成樹脂64はアニール処理工程で熱分解するため、接続工程において、凸部61とランド66とを電気的に接続することができる。さらに、凸部61により振動板30とFPC50の距離を一定にすることができるだけではなく、振動板30を新たな端子を必要とせずに凸部61を介してグランド電位のランド66と導通させてグランド電位に保持することができる。
次に、本実施の形態に種々の変更を加えた変形例について説明する。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。
本実施形態において、凸部61は、振動板30とFPC50の距離を一定にするだけではなく、グランド電位のランド66に接続されて振動板30をグランド電位とするためにも用いられていたが、凸部61は、振動板30とFPC50の距離を一定にするためだけに用いられてもよい。このとき、凸部61は、FPC50のランド66と対向する位置ではなく、平面視で圧力室14と重なる領域を除けば、互いに隣接する2つの圧力室14の間など任意に位置に形成することができる。ただし、凸部61とバンプ62の位置が離れていると、FPC50の基材51はポリイミドなどの絶縁性樹脂材料で形成されており、凸部61やバンプ62に比べて圧倒的に剛性が低いため、FPC50を凸部61に押し当てたときに、FPC50が変形するおそれがある。それにより、ランド53に押しつぶされるバンプ62の高さにばらつきが生じてしまう。バンプ62の高さにばらつきが生じると、バンプ62自体の電気抵抗がばらつき、さらには供給する駆動電圧がばらついて、複数のノズル20から噴射されるインクの体積や速度が一定にならない。そこで、凸部61とバンプ62は近接して配置することが望ましい。つまり、バンプ62が配置される凸部61の近傍とは、バンプ62の高さにばらつきが生じた場合であっても、噴射されるインクの体積や速度に影響を与えない程度、凸部61から離隔している範囲まで含まれ、好ましくは、バンプ62の高さにばらつきが生じない凸部61からの範囲である。例えば、複数の個別電極32に対応した複数のバンプ62の近傍に複数の凸部61をそれぞれ配置してもよい。また、複数の凸部61を、振動板30を流路ユニット4に確実に接合するために、振動板30の面内に偏りなく均等に分散して配置して、複数の個別電極32にそれぞれ対応する複数のバンプ62を複数の凸部61の近傍にそれぞれ配置してもよい。
本実施形態においては、凸部61は、紙送り方向に関して互いに隣接するバンプ62の間に配置されており、仮に、互いに隣接する2つの圧力室14の間に配置されるよりもバンプ62の近傍に配置されている。しかしながら、凸部61とバンプ62を近接させすぎると、導通するおそれがある。そこで、凸部61はアルミナやジルコニアなどのセラミックスからなる絶縁材料により形成されていれば、たとえ凸部61をバンプ62の近傍に形成しても、バンプ62と凸部61が導通するおそれがない。
また、接合工程において、振動板30を流路ユニット4に確実に接合することを考えれば、凸部61は、平面視で圧力室14と重なる領域を除けば、棒状ではなく、押圧部材90と大きな接触面積を確保可能なように任意の形状に形成してもよい。例えば、図6に示すように、凸部161は、紙送り方向に延在した細長い平面形状であってもよい。
さらに、本実施形態において、バンプ62は、圧電アクチュエータ5に形成された個別電極32の端子部35に形成されていたが、FPC50に形成された端子部35と対向するランド53に形成されてもよい。
また、本実施形態においては、振動板30に形成された凸部61の頂部61aに合成樹脂64を塗布していたが、凸部61を電気的接続に用いず、振動板30とFPC50の距離を一定にするためにだけ用いる場合には、凸部61の頂部61aに合成樹脂64を塗布しなくてもよい。ただし、頂部61aに堆積した圧電材料の高さによって、振動板30とFPC50の距離がばらつくことが考えられるため、凸部61の頂部61aに合成樹脂64を塗布して、圧電材料を堆積しにくくすることは好ましい。
さらに、本実施形態においては、凸部61の頂部61aに合成樹脂64を塗布して、AD法により噴きつけられた圧電材料を堆積しにくくしていたが、凸部61の先端部を丸くして圧電材料を堆積しにくくしてもよい。これは、凸部61の先端部を丸くすることで、圧電材料の跳ね返りの割合が大きくなり、堆積しにくくなるためである。
さらに、本実施形態においては、圧電層31をAD法により形成していたが、AD法を用いずにゾルゲル法などの他の成膜方法により形成してもよい。また、圧電層31を振動板30上に直接形成するものに限られず、圧電材料のグリーンシートを焼結して形成した圧電層31を振動板30に接着して形成してもよい。
さらに、本実施形態においては、圧電層31は複数の圧力室14を覆うように連続的に形成されていたが、圧電層31は連続しておらず、それぞれの圧力室14を個別に覆うように形成されていてもよい。またこの場合、圧電層31は、圧力室14をすべて覆うように形成されている形態に限られず、圧力室14の一部に対応する領域にのみ形成されていてもよい。
また、以上では、圧力室内のインクを噴射するインクジェットヘッドの製造方法に本発明を適用したが、これに限られない。例えば、ノズルからインク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドなど、圧力室内の液体に圧力を付与することによって圧力室を含む液体移送流路内の液体を移送する液体移送装置の製造方法に本発明を適用することができる。
1 インクジェットヘッド
4 流路ユニット
5 圧電アクチュエータ
14 圧力室
30 振動板
31 圧電層
32 個別電極
35 端子部
50 FPC
53、66 ランド
62 バンプ
61、161 凸部
100 インクジェットプリンタ
4 流路ユニット
5 圧電アクチュエータ
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30 振動板
31 圧電層
32 個別電極
35 端子部
50 FPC
53、66 ランド
62 バンプ
61、161 凸部
100 インクジェットプリンタ
Claims (6)
- 圧力室を含む液体流路が形成された流路ユニットと、
前記流路ユニットの一表面に少なくとも前記圧力室を覆うように配置された振動板と、前記振動板の前記圧力室と反対側の面に配置された圧電層と、前記圧電層の前記振動板と反対側の面に形成された第1接続端子、を含んだ圧電アクチュエータと、
前記圧電層と対向するように配置され、前記圧電層との対向面に前記第1接続端子と接続される第2接続端子が形成された配線部材と、を備えた液体移送装置の製造方法であって、
前記振動板の一表面に、前記振動板が前記流路ユニットに接合されたときに平面視で前記圧力室と重なることとなる領域を避けて凸部を形成する凸部形成工程と、
前記凸部形成工程の後、前記振動板の前記一表面に前記圧電層を前記凸部の高さよりも低く形成する圧電層形成工程と、
前記振動板の前記圧電層と反対側の面を前記流路ユニットに当接させて、前記振動板の前記凸部を前記流路ユニットに向かって押圧しながら前記振動板と前記流路ユニットを接合する接合工程と、
前記圧電アクチュエータの前記第1接続端子、または、前記配線部材の前記第2接続端子に前記凸部の高さよりも高い導電性バンプを形成するバンプ形成工程と、
前記振動板の前記凸部が前記配線部材に接触するまで前記振動板と前記配線部材とを互いに押し当てることで、前記導電性バンプを介して前記第1接続端子と前記第2接続端子とを接続させて、前記圧電アクチュエータと前記配線部材を接続する接続工程と、を備えていることを特徴とする液体移送装置の製造方法。 - 前記振動板は、金属材料により形成されており、
前記凸部は、導電性材料により形成されており、
前記配線部材には、前記対向面にグランド端子が形成されており、
前記接続工程において、前記配線部材の前記グランド端子と前記振動板の前記凸部とを接続させることを特徴とする請求項1に記載の液体移送装置の製造方法。 - 前記凸部形成工程において、前記凸部の頂部に前記振動板よりも剛性の低い樹脂を塗布することを特徴とする請求項1に記載の液体移送装置の製造方法。
- 前記凸部形成工程において、前記凸部の頂部に前記振動板よりも剛性の低い樹脂を塗布しており、
前記圧電層形成工程において、前記振動板の前記一表面に、圧電材料の粒子とキャリアガスとを含んだエアロゾルを噴きつけて前記圧電材料の粒子を堆積させて前記圧電層を形成しており、
前記圧電層形成工程の後に、前記樹脂の熱分解温度よりも高い温度で前記圧電層を含む前記圧電アクチュエータを加熱する加熱工程、をさらに備えており、
前記加熱工程の後に、前記接続工程を行うことを特徴とする請求項2に記載の液体移送装置の製造方法。 - 前記凸部形成工程において、前記凸部を絶縁材料により形成しており、
前記バンプ形成工程において、前記凸部の近傍に前記導電性バンプを形成することを特徴とする請求項1に記載の液体移送装置の製造方法。 - 前記バンプ形成工程において、マスク穴を有するマスク材を、前記マスク穴が前記第1接続端子と重なり合うように前記圧電アクチュエータの前記圧電層が形成された面に設置し、前記マスク穴に導電性材料を堆積させた後、前記マスク材を前記圧電層から取り除くことで、前記第1接続端子に前記導電性バンプを形成しており、
前記マスク材には、前記バンプ形成工程において前記マスク材が前記圧電アクチュエータの前記圧電層が形成された面に設置されたときに、前記凸部と係合する溝が形成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の液体移送装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009019432A JP2010173214A (ja) | 2009-01-30 | 2009-01-30 | 液体移送装置の製造方法 |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2010173214A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2017001403A (ja) * | 2016-10-07 | 2017-01-05 | ブラザー工業株式会社 | 液体噴射装置及び圧電アクチュエータ |
JP2020059291A (ja) * | 2020-01-24 | 2020-04-16 | ブラザー工業株式会社 | 液体噴射装置及び圧電アクチュエータ |
-
2009
- 2009-01-30 JP JP2009019432A patent/JP2010173214A/ja active Pending
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