JP2020104476A - 圧電デバイス、液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】圧電デバイスにおいて流路構造体と配線基板との接着不良を低減する。【解決手段】第1基板と、前記第1基板の面上において第1方向に沿って配列される複数の圧電素子と、前記複数の圧電素子に間隔をあけて対向する第2基板とを具備し、前記複数の圧電素子の各々は、第1電極と圧電体層と第2電極との積層を含み、前記第2電極は、前記複数の圧電素子にわたり連続する共通電極で構成され、前記第1基板と前記第2基板との間には、前記共通電極において前記第1方向に沿う周縁に重なるように前記第1方向に配列された複数の接着部が介在する圧電デバイス。【選択図】図7
Description
本発明は、圧電デバイス、液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置に関する。
圧電素子を利用して圧力室内の液体をノズルから噴射する技術が従来から提案されている。例えば特許文献1には、振動板の面上に形成された複数の圧電素子を封止板により封止した構造の液体噴射ヘッドが開示されている。各圧電素子は、第1電極と圧電体層と第2電極との積層で構成される。第2電極は、複数の圧電素子にわたり連続する共通電極で構成される。封止板のうち振動板側に突起する仕切壁が共通電極の周縁に重なるように封止板が振動板に接着されることで、圧電素子の焼損の可能性が低減される。
特許文献1における封止板の仕切壁は全部の圧電素子にわたり連続する長尺状の部分である。したがって、仕切壁の表面に塗布された接着剤には、仕切壁が延在する方向に沿って塗布量のムラが発生する。したがって、封止板を振動板に接着する過程において接着剤に気泡が混入し易い。接着剤に気泡が混入すると、当該気泡の近傍において共通電極の周縁を仕切壁により充分に押圧できず、圧電素子の焼損の可能性を充分に低減できないという課題がある。
以上の課題を解決するために、本発明の好適な態様に係る圧電デバイスは、第1基板と、前記第1基板の面上において第1方向に沿って配列される複数の圧電素子と、前記複数の圧電素子に間隔をあけて対向する第2基板とを具備し、前記複数の圧電素子の各々は、第1電極と圧電体層と第2電極との積層を含み、前記第2電極は、前記複数の圧電素子にわたり連続する共通電極で構成され、前記第1基板と前記第2基板との間には、前記共通電極において前記第1方向に沿う周縁に重なるように前記第1方向に配列された複数の接着部が介在する。
本発明の好適な態様に係る液体噴射ヘッドは、ノズルに連通する圧力室を含む流路が形成された第1基板と、前記第1基板の面上において第1方向に沿って配列される複数の圧電素子と、前記複数の圧電素子に間隔をあけて対向する第2基板とを具備し、前記複数の圧電素子の各々は、第1電極と圧電体層と第2電極との積層を含み、前記第2電極は、前記複数の圧電素子にわたり連続する共通電極で構成され、前記第1基板と前記第2基板との間には、前記共通電極において前記第1方向に沿う周縁に重なるように前記第1方向に配列された複数の接着部が介在する。
<第1実施形態>
図1は、第1実施形態に係る液体噴射装置100を例示する構成図である。第1実施形態の液体噴射装置100は、液体の一例であるインクを媒体12に噴射するインクジェット方式の印刷装置である。媒体12は、典型的には印刷用紙であるが、樹脂フィルムまたは布帛等の任意の材質の印刷対象が媒体12として利用される。図1に例示される通り、液体噴射装置100には、インクを貯留する液体容器14が設置される。例えば液体噴射装置100に着脱可能なカートリッジ、可撓性のフィルムで形成された袋状のインクパック、または、インクを補充可能なインクタンクが、液体容器14として利用される。
図1は、第1実施形態に係る液体噴射装置100を例示する構成図である。第1実施形態の液体噴射装置100は、液体の一例であるインクを媒体12に噴射するインクジェット方式の印刷装置である。媒体12は、典型的には印刷用紙であるが、樹脂フィルムまたは布帛等の任意の材質の印刷対象が媒体12として利用される。図1に例示される通り、液体噴射装置100には、インクを貯留する液体容器14が設置される。例えば液体噴射装置100に着脱可能なカートリッジ、可撓性のフィルムで形成された袋状のインクパック、または、インクを補充可能なインクタンクが、液体容器14として利用される。
図1に例示される通り、液体噴射装置100は、制御ユニット20と搬送機構22と移動機構24と液体噴射ヘッド26とを具備する。制御ユニット20は、例えばCPU(Central Processing Unit)またはFPGA(Field Programmable Gate Array)等の処理回路と半導体メモリー等の記憶回路とを含み、液体噴射装置100の各要素を統括的に制御する。制御ユニット20は「制御部」の一例である。搬送機構22は、制御ユニット20による制御のもとで媒体12をY方向に搬送する。
移動機構24は、制御ユニット20による制御のもとで液体噴射ヘッド26をX方向に沿って往復させる。X方向は、媒体12が搬送されるY方向に交差する。例えばX方向とY方向とは相互に直交する。第1実施形態の移動機構24は、液体噴射ヘッド26を収容する略箱型の搬送体242と、搬送体242が固定された搬送ベルト244とを具備する。なお、複数の液体噴射ヘッド26を搬送体242に搭載した構成、または、液体容器14を液体噴射ヘッド26とともに搬送体242に搭載した構成も採用され得る。
液体噴射ヘッド26は、液体容器14から供給されるインクを制御ユニット20による制御のもとで複数のノズルから媒体12に噴射する。搬送機構22による媒体12の搬送と搬送体242の反復的な往復とに並行して各液体噴射ヘッド26が媒体12にインクを噴射することで、媒体12の表面に画像が形成される。
図2は、液体噴射装置100の機能的な構成を例示するブロック図である。搬送機構22および移動機構24の図示は便宜的に省略した。図2に例示される通り、第1実施形態の制御ユニット20は、駆動信号Dを液体噴射ヘッド26に供給する。駆動信号Dは、所定の周期で電圧が変動する電圧信号である。
図2に例示される通り、第1実施形態の液体噴射ヘッド26は、複数のノズルにそれぞれ対応する複数の圧電素子40と、複数の圧電素子40の各々を駆動する駆動回路71とを具備する。駆動回路71は、複数の圧電素子40にそれぞれ対応する複数のスイッチSWを具備する。複数のスイッチSWの各々は、圧電素子40に対する駆動信号Dの供給/停止を各種の制御信号に応じて切替えるトランスファーゲートで構成される。
図3は、液体噴射ヘッド26の分解斜視図であり、図4は、図3おけるa−a線の断面図である。図3に例示される通り、X-Y平面に垂直なZ軸を想定する。図4に図示された断面は、X-Z平面に平行な断面である。Z軸は、液体噴射ヘッド26によるインクの噴射方向に相当する。
図3に例示される通り、液体噴射ヘッド26は、Y方向に沿って配列された複数のノズルNを具備する。第1実施形態の複数のノズルNは、X方向に相互に間隔をあけて並設された第1列Laと第2列Lbとに区分される。第1列Laおよび第2列Lbの各々は、Y方向に沿って直線状に配列された複数のノズルNの集合である。図4から理解される通り、第1実施形態の液体噴射ヘッド26は、第1列Laの各ノズルNに関連する要素と第2列Lbの各ノズルNに関連する要素とが、基準面Oを挟んで略面対称に配置された構造である。そこで、以下の説明では、第1列Laに対応する要素を重点的に説明し、第2列Lbに対応する要素の説明は適宜に割愛する。基準面Oは、Y-Z平面に平行な平面である。
図3および図4に例示される通り、第1実施形態の液体噴射ヘッド26は、流路構造体30と複数の圧電素子40と筐体部50と配線基板60と接続基板70とを具備する。流路構造体30と複数の圧電素子40と配線基板60との組合せは「圧電デバイス」に相当する。流路構造体30は「第1基板」の一例である。
流路構造体30は、複数のノズルNの各々にインクを供給するための流路が内部に形成された構造体である。第1実施形態の流路構造体30は、流路基板31と圧力室基板32と振動板33とノズル板34と吸振体35とで構成される。流路構造体30を構成する各部材は、Y方向に長尺な板状部材である。流路基板31におけるZ方向の負側の表面に圧力室基板32と筐体部50とが設置される。他方、流路基板31におけるZ方向の正側の表面にノズル板34および吸振体35が設置される。流路構造体30を構成する各部材は例えば接着剤により相互に固定される。
ノズル板34は、第1列Laおよび第2列Lbを構成する複数のノズルNが形成された板状部材である。複数のノズルNの各々は、インクを噴射する円形状の貫通孔である。例えばフォトリソグラフィおよびエッチング等の半導体製造技術を利用してシリコン(Si)の単結晶基板を加工することで、ノズル板34が製造される。ただし、ノズル板34の製造には公知の材料や製法が任意に採用され得る。
図3および図4に例示される通り、流路基板31には、第1空間311と複数の供給流路312と複数の連通流路313と中継流路314とが形成される。第1空間311は、Z方向からの平面視でY方向に沿う長尺状に形成された開口である。供給流路312および連通流路313は、ノズルN毎に形成された貫通孔である。中継流路314は、複数のノズルNにわたりY方向に沿う長尺状に形成された空間であり、第1空間311と複数の供給流路312とを相互に連通させる。複数の連通流路313の各々は、当該連通流路313に対応する1個のノズルNに平面視で重なる。
図3および図4に例示される通り、圧力室基板32には複数の圧力室Cが形成される。圧力室Cは、ノズルN毎に形成され、平面視でX方向に沿う長尺状の空間である。複数の圧力室CはY方向に沿って配列する。流路基板31および圧力室基板32は、前述のノズル板34と同様に、例えば半導体製造技術を利用してシリコンの単結晶基板を加工することで製造される。ただし、流路基板31および圧力室基板32の製造には公知の材料や製法が任意に採用され得る。
図3に例示される通り、圧力室基板32における流路基板31とは反対側の表面には、弾性的に変形可能な振動板33が設置される。振動板33は、Z方向からの平面視でY方向に長尺な矩形状に形成された板状部材である。図3および図4から理解される通り、圧力室Cは、流路基板31と振動板33との間に位置する空間である。すなわち、振動板33は、各圧力室Cの壁面を構成する。図4に例示される通り、圧力室Cは、連通流路313および供給流路312に連通する。したがって、圧力室Cは、連通流路313を介してノズルNに連通し、かつ、供給流路312と中継流路314とを介して液体貯留室Rに連通する。
図3の筐体部50は、複数の圧力室Cに供給されるインクを貯留するためのケースであり、例えば樹脂材料の射出成形で形成される。筐体部50には供給口51と第2空間52とが形成される。供給口51は、液体容器14からインクが供給される管路であり、第2空間52に連通する。図4に例示される通り、流路基板31の第1空間311と筐体部50の第2空間52とは相互に連通する。第1空間311と第2空間52とで構成される空間は、複数の圧力室Cに供給されるインクを貯留する液体貯留室Rとして機能する。液体容器14から供給されて供給口51を通過したインクが液体貯留室Rに貯留される。液体貯留室Rに貯留されたインクは、中継流路314から各供給流路312に分岐して複数の圧力室Cに並列に供給および充填される。吸振体35は、液体貯留室Rの壁面を構成する可撓性のフィルムであり、液体貯留室R内のインクの圧力変動を吸収する。
図3および図4に例示される通り、振動板33のうち圧力室Cとは反対側の表面F0には圧力室C毎に圧電素子40が形成される。圧電素子40は、平面視でX方向に沿う長尺状の受動素子である。複数の圧電素子40がY方向に沿って配列される。Y方向は「第1方向」の一例である。各圧電素子40は、印加電圧に応じて変形することで圧力室Cの圧力を変化させる。圧電素子40が圧力室C内の圧力を変化させることで、圧力室C内のインクがノズルNから噴射される。
配線基板60は、複数の圧電素子40が形成された振動板33の表面F0に間隔をあけて対向する板状部材である。すなわち、流路構造体30と配線基板60との間に複数の圧電素子40が位置する。複数の圧電素子40を駆動するための複数の配線61が配線基板60に形成される。第1実施形態の配線基板60は、液体噴射ヘッド26の機械的な強度を補強する補強板、および、複数の圧電素子40を保護および封止する封止板としても機能する。配線基板60は、例えば半導体製造技術を利用してシリコンの単結晶基板を加工することで製造される。配線基板60は「第2基板」の一例である。
配線基板60の一方の表面(以下「第1面」という)F1は、複数の圧電素子40が形成された振動板33の表面F0に間隔をあけて対向する。配線基板60における第1面F1とは反対側の表面(以下「第2面」という)F2には接続基板70と駆動回路71とが実装される。配線基板60の複数の配線61は、第1面F1および第2面F2の双方に形成される。駆動回路71は、配線基板60の長手方向に沿う長尺状のICチップである。接続基板70は、制御ユニット20と駆動回路71とを電気的に接続するための配線であり、例えばFPC(Flexible Printed Circuits)またはFFC(Flexible Flat Cable)等の可撓性の接続部品で構成される。圧電素子40を駆動するための駆動信号Dや所定の基準電圧Vbsが接続基板70を介して液体噴射ヘッド26に供給される。
図5は、圧電素子40の近傍を拡大した平面図である。なお、図5においては、任意の1個の要素の奥側に位置する要素の輪郭も便宜的に実線で図示されている。また、図6は、図5におけるb−b線の断面図であり、図7は、図6におけるc−c線の断面図である。
図5から図7に例示される通り、圧電素子40は、概略的には、第1電極41と圧電体層42と第2電極43とを振動板33側から以上の順番で積層した構造体である。なお、本明細書において「要素Aと要素Bとが積層される」という表現は、要素Aと要素Bとが直接的に接触する構成に限定されない。すなわち、要素Aと要素Bとが一部または全部において平面視で相互に重なるならば、要素Aと要素Bとの間に他の要素Cが介在する構成でも、「要素Aと要素Bとが積層される」という概念に包含される。また、「要素Aの面上に要素Bが形成される」という表現も同様に、要素Aと要素Bとが直接的に接触する構成には限定されない。すなわち、要素Aの表面に要素Cが形成され、要素Cの表面に要素Bが形成された構成でも、要素Aと要素Bとの一部または全部が平面視で重なる構成であれば、「要素Aの面上に要素Bが形成される」という概念に包含される。Z方向は、第1電極41と圧電体層42と第2電極43とが積層される方向に相当する。
図5から図7に例示される通り、第1電極41は、振動板33の表面F0に形成される。第1電極41は、圧電素子40毎に相互に離間して形成された個別電極である。具体的には、X方向に沿う長尺状の複数の第1電極41が、相互に間隔をあけてY方向に沿って配列する。第1電極41は、例えば白金(Pt)またはイリジウム(Ir)等の導電材料で形成される。第1電極41における基準面Oとは反対側の端部に形成された接続端子(図示略)に駆動回路71から駆動信号Dが供給される。
圧電体層42は、振動板33の面上に形成されて第1電極41を被覆する。圧電体層42は、複数の圧電素子40にわたりY軸に沿って連続する帯状の誘電膜である。圧電体層42は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr,Ti)O3)等の公知の圧電材料で形成される。図5に例示される通り、圧電体層42のうち相互に隣合う各圧力室Cの間隙に対応する領域には、X方向に沿う切欠421が形成される。切欠421は、圧電体層42を貫通する開口である。以上の構成によれば、各圧電素子40は圧力室C毎に個別に変形し、圧電素子40の相互間における振動の伝播が抑制される。
第2電極43は、圧電体層42を被覆する。第1実施形態の第2電極43は、複数の圧電素子40にわたり連続する共通電極44で構成される。具体的には、共通電極44は、Y方向に沿って延在する帯状の電極である。第2電極43には所定の基準電圧Vbsが印加される。第2電極43は、例えばアルミニウム(Al),白金(Pt)またはイリジウム(Ir)等の低抵抗な導電材料で形成される。
図5および図6に例示される通り、共通電極44の面上には、第1導電層46および第2導電層47がX方向に所定の間隔をあけて形成される。第1導電層46および第2導電層47は、複数の圧電素子40にわたりY方向に延在する帯状の電極である。第1導電層46および第2導電層47には基準電圧Vbsが印加される。第2電極43に印加される基準電圧Vbsと第1電極41に供給される駆動信号Dとの差分に相当する電圧が圧電体層42に印加される。第1導電層46および第2導電層47は、共通電極44よりも低抵抗な導電材料で形成され、当該共通電極44における電圧降下を抑制する補助配線として機能する。例えば、第1導電層46および第2導電層47は、ニクロム(NiCr)で形成された導電膜の表面に金(Au)の導電膜を積層した構造の導電パターンである。
図5および図6に例示される通り、圧電体層42におけるX方向の正側の周縁E1は、共通電極44におけるX方向の正側の周縁E2よりもX方向の正側に位置する。また、共通電極44の周縁E2は、第1導電層46におけるX方向の正側の周縁E31よりもX方向の正側に位置する。第1電極41は、第2電極43の周縁E2に平面視で交差するようにX方向に延在する。
圧電体層42のうち共通電極44の周縁E2からみてX方向の負側の部分は、第1電極41と第2電極43とに挟まれるから、第1電極41と第2電極43との間の電圧に応じて変形する。他方、圧電体層42のうち周縁E2からみてX方向の正側の部分は、第1電極41には重なるが第2電極43には重ならないから殆ど変形しない。すなわち、圧電体層42のうち共通電極44の周縁E2の近傍は、変形する部分と変形しない部分との境界に相当する。したがって、圧電体層42のうち周縁E2の近傍の部分には応力が集中し、長期間にわたる使用により破損する可能性がある。圧電体層42が破損すると、例えば水分の付着により第1電極41と第2電極43とが相互に短絡する可能性がある。圧電体層42の破損に起因して第1電極41と第2電極43とが相互に短絡する現象を以下では「焼損」と表記する。
図8は、配線基板60において振動板33に対向する第1面F1の平面図である。図8に例示される通り、配線基板60の第1面F1には複数の接続端子T(Ta,Tb,Tc)が形成される。複数の接続端子Tの各々は、第1面F1から突起するバンプ電極である。例えば、各接続端子Tは、樹脂材料で形成された突起の表面に接続用の電極を形成した樹脂コアバンプである。複数の接続端子Tは、複数の接続端子Taと複数の接続端子Tbと複数の接続端子Tcとを包含する。
複数の接続端子Tcは、基準面Oに沿ってY方向に配列する。複数の接続端子Taは、第1面F1のうちX方向の正側の周縁に沿ってY方向に配列する。複数の接続端子Tbは、第1面F1のうちX方向の負側の周縁に沿ってY方向に配列する。すなわち、複数の接続端子Taの配列と複数の接続端子Tbの配列との間に複数の接続端子Tcが形成される。第1列Laに対応する複数の圧電素子40の各々について接続端子Taが形成され、第2列Lbに対応する複数の圧電素子40の各々について接続端子Tbが形成される。複数の接続端子Tcは、第1列Laに対応する共通電極44と第2列Lbに対応する共通電極44とに電気的に接続される。接続基板70から配線基板60に供給される基準電圧Vbsは、複数の接続端子Tcを介して各共通電極44に供給される。
第1列Laに対応する各圧電素子40に対して駆動回路71から出力される駆動信号Dは、配線基板60の配線61を介して各接続端子Taに供給される。駆動信号Dは、複数の接続端子Taの各々を介して、第1列Laに対応する各圧電素子40の第1電極41に供給される。同様に、第2列Lbに対応する各圧電素子40に対して駆動回路71から出力される駆動信号Dは、配線基板60の配線61を介して各接続端子Tbに供給される。駆動信号Dは、複数の接続端子Tbの各々を介して、第2列Lbに対応する各圧電素子40の第1電極41に供給される。以上の例示の通り、各接続端子Tは、配線基板60の配線61と各圧電素子40とを電気的に接続するための電極である。
図8に例示される通り、配線基板60の第1面F1には第1封止部63と第2封止部64とが形成される。第1封止部63および第2封止部64は、例えばエポキシ系等の感光性の接着剤により形成される。図4に例示される通り、第1封止部63および第2封止部64は、配線基板60と流路構造体30との間に介在することで、配線基板60と流路構造体30とを相互に接合する。第1封止部63は、配線基板60の周縁に沿って複数の接続端子Tを包囲する矩形枠状に形成される。第2封止部64は、複数の接続端子Tcを包囲する矩形枠状に形成される。以上の説明から理解される通り、第1封止部63の内周面と第2封止部64の外周面とで包囲された空間に複数の圧電素子40が封止される。
図8に例示される通り、配線基板60の第1面F1には、複数の第1接着部66aと複数の第2接着部66bとが形成される。第1接着部66aおよび第2接着部66bは、例えばエポキシ系等の感光性の接着剤により形成される。第1接着部66aおよび第2接着部66bは、第1封止部63および第2封止部64とともに配線基板60と流路構造体30とを相互に接合する。第1接着部66aは、第1列Laに対応する複数の圧電素子40の各々について形成される。複数の第1接着部66aは、相互に間隔をあけてY方向に沿って配列する。第2接着部66bは、第2列Lbに対応する複数の圧電素子40の各々について形成される。複数の第2接着部66bは、相互に間隔をあけてY方向に沿って配列する。第1接着部66aおよび第2接着部66bは「接着部」の一例である。
図5から図7に例示される通り、複数の第1接着部66aは、流路構造体30の表面F0と配線基板60の第1面F1との間に介在する。具体的には、図6および図7から理解される通り、第1接着部66aにおけるZ方向の負側の表面は配線基板60の第1面F1に接触する。他方、第1接着部66aにおけるZ方向の正側の表面は、圧電体層42と第2電極43と第1導電層46とに接触する。すなわち、第2電極43と第1接着部66aとの間には金(Au)で形成された第1導電層46が介在する。複数の第2接着部66bも同様に、流路構造体30の表面F0と配線基板60の第1面F1との間に介在する。
図5から図7に例示される通り、複数の第1接着部66aは、第1列Laに対応する共通電極44の周縁E2に平面視で重なる。すなわち、共通電極44の周縁E2は、図6に例示される通り、各第1接着部66aにおけるX方向の正側の壁面G1と負側の壁面G2との間に平面視で位置する。第1接着部66aの壁面G1は、平面視で圧電体層42の周縁E1と共通電極44の周縁E2との間に位置する。また、第1接着部66aの壁面G2は、平面視で第1導電層46の周縁E31と周縁E32との間に位置する。以上の説明から理解される通り、複数の第1接着部66aは、共通電極44においてY方向に沿う周縁E2に重なるようにY方向に沿って配列される。第2列Lbに対応する複数の第2接着部66bについても同様であり、第2列Lbに対応する共通電極44においてY方向に沿う周縁E2に重なるようにY方向に沿って配列される。
図7に例示される通り、複数の第1接着部66aは、複数の圧電素子40の配列と同等の周期でY方向に沿って配列する。図7に例示される通り、各第1接着部66aの幅W1は、第1電極41の幅W2よりも大きい。幅W1は、第1接着部66aにおけるY方向の寸法であり、幅W2は、第1電極41におけるY方向の寸法である。同様に、各第2接着部66bの幅W1は、第1電極41の幅W2よりも大きい。なお、第1接着部66aの幅W1をZ方向の位置に応じて相違させてもよい。
以上に例示した第1封止部63および第2封止部64と複数の第1接着部66aおよび複数の第2接着部66bとは、例えば以下の工程により形成される。
(1)流路構造体30の表面に感光性の接着剤が塗布される。、具体的には、振動板33および圧力室基板32の表面に接着剤が塗布される。接着剤の塗布には、例えばスプレーまたはスピンコート等の公知の塗布技術が利用される。
(2)感光性の接着剤が、露光および現像によりパターニングされる。接着剤のパターニングにより、第1封止部63と第2封止部64と複数の第1接着部66aと複数の第2接着部66bとが形成される。
(3)パターニングされた接着剤を挟んで配線基板60が振動板33に加圧される。
(4)第1封止部63と第2封止部64と複数の第1接着部66aと複数の第2接着部66bとを加熱することで、配線基板60が流路構造体30に接合される。
(2)感光性の接着剤が、露光および現像によりパターニングされる。接着剤のパターニングにより、第1封止部63と第2封止部64と複数の第1接着部66aと複数の第2接着部66bとが形成される。
(3)パターニングされた接着剤を挟んで配線基板60が振動板33に加圧される。
(4)第1封止部63と第2封止部64と複数の第1接着部66aと複数の第2接着部66bとを加熱することで、配線基板60が流路構造体30に接合される。
なお、以上の例示では流路構造体30に接着剤を塗布したが、配線基板60の第1面F1に接着剤を塗布することで当該配線基板60を流路構造体30に接合してもよい。また、流路構造体30の表面および配線基板60の第1面F1の双方に接着剤を塗布することで、流路構造体30と配線基板60とを接合してもよい。ただし、流路構造体30および配線基板60の双方に接着剤を塗布した場合、余剰の接着剤が所定の領域からはみ出す可能性、または接着剤が過度に厚く形成される可能性がある。以上の問題を抑制する観点からは、流路構造体30および配線基板60の一方のみに接着剤を塗布することで、流路構造体30と配線基板60とを接合することが望ましい。
以上に説明した通り、第1実施形態では、配線基板60と流路構造体30との間に介在する複数の第1接着部66aが、共通電極44の周縁E2に平面視で重なる。すなわち、圧電体層42のうち共通電極44の周縁E2の近傍の部分が第1接着部66aにより押圧される。以上の構成によれば、共通電極44の周縁E2の近傍における圧電素子40の変形が抑制され、圧電体層42のうち周縁E2の近傍の部分に応力が集中することが抑制される。したがって、周縁E2の近傍に応力が集中することに起因して圧電素子40が破損する可能性を低減することが可能である。
圧電体層42を押圧するという観点からは、図9に例示される通り、複数の圧電素子40にわたりY方向に直線状に連続する第1接着部66a’および第2接着部66b’を配線基板60’の第1面F1に形成した構成(以下「比較例」という)も想定される。比較例では、圧電体層42のうち共通電極44の周縁E2の近傍の部分が、単体の第1接着部66a’または第2接着部66b’により押圧される。しかし、比較例の構成では、第1接着部66a’および第2接着部66b’となる接着剤が塗布される面積が広いため、第1面F1における接着剤の塗布量が面内で不均一となる場合がある。以上の状態では、流路構造体30に配線基板60’を接合する工程において、接着剤の塗布量が不足する位置に気泡が混入し易い。接着剤に混入した気泡は、配線基板60’の接着不良の原因となり得る。また、気泡の近傍では、共通電極44の周縁E2が充分に押圧されないから、圧電素子40の焼損の可能性を充分に低減できないという問題がある。
また、対比例では、前述の工程(3)および工程(4)において接着剤が流動するスペースが小さい。したがって、第1接着部66a'および第2接着部66b'の内部に応力が残留し易いという問題がある。内部に応力が残留すると、例えば第1接着部66a'または第2接着部66b'が流路構造体30に密着する度合が低下し、結果的に流路構造体30から剥離する可能性がある。第1接着部66a'または第2接着部66b'が接触する第1導電層46が例えば金(Au)により形成された構成では特に、第1接着部66a'または第2接着部66b'と第1導電層46との密着性の低下が顕在化する。また、第1接着部66a'または第2接着部66b'の密着性の低下により共通電極44の周縁E2が充分に押圧されず、圧電素子40の焼損の可能性を充分に低減できない可能性もある。
以上に説明した比較例とは対照的に、第1実施形態では、複数の第1接着部66aおよび複数の第2接着部66bが第1面F1に形成されるから、比較例と比較して、接着剤の塗布量が均一化される。したがって、接着剤の塗布量のバラツキに起因した接着不良の可能性を低減することが可能である。また、第1実施形態では、複数の第1接着部66aおよび複数の第2接着部66bが相互に間隔をあけて形成されるから、前述の工程(3)および工程(4)において接着剤が流動するスペースが確保される。したがって、第1接着部66aおよび第2接着部66bが流路構造体30に充分に密着する。以上の構成によれば、第1接着部66aおよび第2接着部66bの剥離の可能性が低減され、共通電極44の周縁E2を充分に押圧することで圧電素子40の焼損の可能性を有効に低減できるという利点がある。前述の通り、接着部の密着性の低下の問題は、第1導電層46が金で形成された構成において顕在化し得る。したがって、第1実施形態は、第1接着部66aまたは第2接着部66bと第2電極43との間に金(Au)の第1導電層46が形成された構成において特に有効である。
また、第1実施形態では、各接続端子Tがバンプ電極で形成されるから、流路構造体30と配線基板60との間隔が一定に維持される。したがって、第1接着部66aおよび第2接着部66bを一定の厚さに維持し易いという利点もある。
<第2実施形態>
第2実施形態を説明する。なお、以下の各例示において機能が第1実施形態と同様である要素については、第1実施形態の説明で参照した符号を流用して各々の詳細な説明を適宜に省略する。
第2実施形態を説明する。なお、以下の各例示において機能が第1実施形態と同様である要素については、第1実施形態の説明で参照した符号を流用して各々の詳細な説明を適宜に省略する。
図10は、第2実施形態における配線基板60の第1接着部66aの構成を例示する断面図である。第1実施形態で参照した図7に対応する断面が図10に図示されている。第1実施形態では、複数の圧電素子40に対して1対1に第1接着部66aを形成した。第2実施形態では、図10に例示される通り、2個の圧電素子40毎に1個の第1接着部66aが形成される。第2実施形態においても第1実施形態と同様の効果が実現される。
なお、1個の第1接着部66aに対応する圧電素子40の個数は任意であり、3個以上の圧電素子40を単位として1個の第1接着部66aを形成してもよい。すなわち、複数の第1接着部66aの各々は1個以上の圧電素子40毎に形成される。なお、以上の説明では第1接着部66aに便宜的に着目したが、第2接着部66bについても同様である。
<変形例>
以上に例示した各形態は多様に変形され得る。前述の各形態に適用され得る具体的な変形の態様を以下に例示する。以下の例示から任意に選択された2以上の態様は、相互に矛盾しない範囲で適宜に併合され得る。
以上に例示した各形態は多様に変形され得る。前述の各形態に適用され得る具体的な変形の態様を以下に例示する。以下の例示から任意に選択された2以上の態様は、相互に矛盾しない範囲で適宜に併合され得る。
(1)前述の各形態では、流路構造体30に配線基板60を接合する構成を例示したが、流路構造体30に接合される第2基板は配線基板60に限定されない。例えば、複数の圧電素子40を封止する封止板を流路構造体30に接合する構成においても、第1接着部66aおよび第2接着部66bに関する前述の各形態の特徴が同様に採用される。すなわち、配線61は第2基板に必須の要件ではない。また、配線基板60が接合される第1基板は流路構造体30に限定されない。
(2)前述の各形態では、液体噴射ヘッド26を搭載した搬送体242を往復させるシリアル方式の液体噴射装置100を例示したが、複数のノズルNが媒体12の全幅にわたり分布するライン方式の液体噴射装置にも本発明を適用することが可能である。
(3)前述の各形態で例示した液体噴射装置100は、印刷に専用される機器のほか、ファクシミリ装置やコピー機等の各種の機器に採用され得る。もっとも、本発明の液体噴射装置の用途は印刷に限定されない。例えば、色材の溶液を噴射する液体噴射装置は、液晶表示パネル等の表示装置のカラーフィルターを形成する製造装置として利用される。また、導電材料の溶液を噴射する液体噴射装置は、配線基板の配線や電極を形成する製造装置として利用される。また、生体に関する有機物の溶液を噴射する液体噴射装置は、例えばバイオチップを製造する製造装置として利用される。
(4)前述の各形態で例示した液体噴射ヘッド26は圧電デバイスの一例である。液体噴射ヘッド26以外の圧電デバイスとしては、例えば、
[a]スチルカメラまたはビデオカメラ等の撮像装置の手振れ等によるレンズの焦点ズレを補正するための補正用アクチュエーター、
[b]超音波洗浄機、超音波診断装置、魚群探知機、超音波発振器または超音波モーター等の超音波デバイス、
[c]赤外線等の有害光線の遮断フィルター、量子ドット形成によるフォトニック結晶効果を使用した光学フィルター、または、薄膜の光干渉を利用した光学フィルター等の各種のフィルター、
[d]その他、温度−電気変換器、圧力−電気変換器、強誘電体トランジスターまたは圧電トランス等の各種のデバイス、
が例示される。
[a]スチルカメラまたはビデオカメラ等の撮像装置の手振れ等によるレンズの焦点ズレを補正するための補正用アクチュエーター、
[b]超音波洗浄機、超音波診断装置、魚群探知機、超音波発振器または超音波モーター等の超音波デバイス、
[c]赤外線等の有害光線の遮断フィルター、量子ドット形成によるフォトニック結晶効果を使用した光学フィルター、または、薄膜の光干渉を利用した光学フィルター等の各種のフィルター、
[d]その他、温度−電気変換器、圧力−電気変換器、強誘電体トランジスターまたは圧電トランス等の各種のデバイス、
が例示される。
また、センサーとして利用される圧電素子、または、強誘電体メモリーとして利用される圧電素子にも本発明は適用される。圧電素子が利用されるセンサーとしては、例えば、赤外線センサー、超音波センサー、感熱センサー、圧力センサー、焦電センサー、または角速度センサー等が例示される。
100…液体噴射装置、12…媒体、14…液体容器、20…制御ユニット、22…搬送機構、24…移動機構、242…搬送体、244…搬送ベルト、26…液体噴射ヘッド、30…流路構造体、31…流路基板、311…第1空間、312…供給流路、313…連通流路、314…中継流路、32…圧力室基板、33…振動板、34…ノズル板、35…吸振体、40…圧電素子、41…第1電極、42…圧電体層、43…第2電極、44…共通電極、46…第1導電層、47…第2導電層、50…筐体部、51…供給口、52…第2空間、60…配線基板、61…配線、63…第1封止部、64…第2封止部、66a…第1接着部、66b…第2接着部、70…接続基板、71…駆動回路、R…液体貯留室、C…圧力室、N…ノズル。
Claims (8)
- 第1基板と、
前記第1基板の面上において第1方向に沿って配列される複数の圧電素子と、
前記複数の圧電素子に間隔をあけて対向する第2基板とを具備し、
前記複数の圧電素子の各々は、第1電極と圧電体層と第2電極との積層を含み、
前記第2電極は、前記複数の圧電素子にわたり連続する共通電極で構成され、
前記第1基板と前記第2基板との間には、前記共通電極において前記第1方向に沿う周縁に重なるように前記第1方向に配列された複数の接着部が介在する
圧電デバイス。 - 前記複数の接着部の各々は、前記複数の圧電素子のうち1個以上の圧電素子毎に形成される
請求項1の圧電デバイス。 - 前記複数の接着部の各々は、前記圧電素子毎に形成される
請求項2の圧電デバイス。 - 前記第2基板は、前記複数の圧電素子を駆動するための配線が形成された配線基板であり、
前記第2基板における前記第1基板との対向面とは反対側の面上には、前記複数の圧電素子の各々に駆動信号を供給する駆動回路が実装される
請求項1から請求項3の何れかの圧電デバイス。 - 前記第2基板における前記第1基板との対向面には、前記配線と前記圧電素子とを電気的に接続するバンプ電極が形成される
請求項4の圧電デバイス。 - 前記第2電極と前記接着部との間に金により形成された導電層
を具備する請求項1から請求項5の何れかの圧電デバイス。 - ノズルに連通する圧力室を含む流路が形成された第1基板と、
前記第1基板の面上において第1方向に沿って配列される複数の圧電素子と、
前記複数の圧電素子に間隔をあけて対向する第2基板とを具備し、
前記複数の圧電素子の各々は、第1電極と圧電体層と第2電極との積層を含み、
前記第2電極は、前記複数の圧電素子にわたり連続する共通電極で構成され、
前記第1基板と前記第2基板との間には、前記共通電極において前記第1方向に沿う周縁に重なるように前記第1方向に配列された複数の接着部が介在する
液体噴射ヘッド。 - 請求項7の液体噴射ヘッドと、
前記液体噴射ヘッドを制御する制御部と
を具備する液体噴射装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018247666A JP2020104476A (ja) | 2018-12-28 | 2018-12-28 | 圧電デバイス、液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2018247666A JP2020104476A (ja) | 2018-12-28 | 2018-12-28 | 圧電デバイス、液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置 |
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JP2020104476A true JP2020104476A (ja) | 2020-07-09 |
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ID=71447796
Family Applications (1)
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JP2018247666A Pending JP2020104476A (ja) | 2018-12-28 | 2018-12-28 | 圧電デバイス、液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置 |
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Country | Link |
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-
2018
- 2018-12-28 JP JP2018247666A patent/JP2020104476A/ja active Pending
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