JP2010173214A - 液体移送装置の製造方法 - Google Patents

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

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。

特開２００５−２８６１５３号公報（図１）

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。

本実施形態に係るインクジェットプリンタの概略構成図である。 インクジェットヘッドの一部平面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 インクジェットヘッドの前半の製造工程を示す工程図である。 インクジェットヘッドの後半の製造工程を示す工程図である。 変形例におけるインクジェットヘッドの一部平面図である。

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

Claims (6)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
   

Images