(57)【要約】【課題】  インクと電極との間の電気的な絶縁を維持することができ、印字品質が良好で、耐久性に優れたインクジェットヘッドを得ることにある。【解決手段】  インクジェットヘッドは、複数の溝を有する圧電材料で構成された基板と、基板の端面に接着剤で固定されたノズルプレートとを具備する。ノズルプレートは、溝の長手方向に沿う一端を閉塞するとともに、溝に連通するようにレーザ加工された複数のノズルを有する。基板の溝の内面に駆動電圧が印加される電極が形成されている。電極は、溝の内面を覆うように互いに積層された複数の金属層で構成され、溝の内面から離れた表面が平坦化されている。電極の表面に第１の無機膜が積層されている。第１の無機膜の上に、溝内に露出されるとともに溝に供給されたインクに浸かる第２の無機膜が積層されている。【選択図】図４
2014168963.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに間隔を存して配列された複数の圧力室を構成する隔壁と、
前記隔壁の一端を閉塞するとともに、前記圧力室に連通する前記圧力室側の口径が広がったテーパ―形状の複数のノズルを有するノズルプレートと、
前記隔壁上に配置された電極と、
前記隔壁の一端と異なる前記隔壁の側面に設けられ、前記圧力室内に露出されるとともに前記溝に供給されたインクに浸かる無機材料の保護膜と、
を具備するインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記テーパ形状のエッジを前記圧力室側の伸ばした仮想線は、前記保護膜に交差する請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
前記隔壁の一端面に固定され、前記テーパ―形状の内面に連続的に設けられた接着剤を配置している請求項１または２に記載のインクジェットヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、基板に接着されたノズルプレートにレーザ光を照射することでノズルを形成したインクジェットヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
複数のノズルからインクを吐出させるインクジェットヘッドでは、圧電材料で構成された基板にインクが供給される複数の溝が形成されている。各溝の内面に駆動電圧が印加される電極が設けられている。
【０００３】
電極は、インクから保護する保護膜で覆われている。保護膜としては、例えばポリパラキシレンのような有機膜が用いられている。有機膜は、無機膜よりもピンホールが発生する確率が低い。そのため、電気導電性を有する多種多様のインクを用いた場合でも、インクと電極との間の電気絶縁性を確保することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４１８２６８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のインクジェットヘッドによると、インクを吐出するノズルは、基板に接着されたノズルプレートにレーザ光を照射することにより形成されている。ノズルを形成するレーザ光は、ノズルプレートを貫通した直後に溝内に入射するとともに、電極を覆う保護膜の上に照射される。
【０００６】
しかしながら、保護膜を構成する有機膜は、レーザ光を受けると消失して孔が開くので、有機膜のうちレーザ光を受けた領域がダメージを受ける。
【０００７】
この結果、有機膜に開いた孔から電極が露出してしまい、インクと電極との間の電気絶縁性を維持することができなくなる。よって、特に電気伝導性を有するインクを用いた場合、電極が早期のうちに溶解してしまい、インクジェットヘッドの耐久性が低下する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態によれば、インクジェットヘッドは、複数の溝を有する圧電材料で構成された基板と、基板の端面に接着剤で固定されたノズルプレートとを具備する。ノズルプレートは、溝の長手方向に沿う一端を閉塞するとともに、溝に連通するようにレーザ加工された複数のノズルを有する。基板の溝の内面に駆動電圧が印加される電極が形成されている。
【０００９】
電極は、溝の内面を覆うように互いに積層された複数の金属層で構成され、溝の内面から離れた表面が平坦化されている。電極の表面に第１の無機膜が積層されている。第１の無機膜の上に、溝内に露出されるとともに溝に供給されたインクに浸かる第２の無機膜が積層されている。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態に係るインクジェットヘッドの斜視図。
【図２】図１のＦ２−Ｆ２線に沿う断面図。
【図３】図２のＦ３−Ｆ３線に沿う断面図。
【図４】第１の実施形態に係るインクジェットヘッドの断面図。
【図５】図３のＦ５の部分を拡大して示す断面図。
【図６】第１の実施形態において、基板構成体に圧電体を埋め込んだ状態を示す断面図。
【図７】第１の実施形態において、基板構成体および圧電体に複数の長溝を形成した状態を示す断面図。
【図８】第１の実施形態において、圧電体に長溝を形成した状態を示す断面図。
【図９】第１の実施形態において、長溝の内面に電極を形成した状態を示す断面図。
【図１０】第１の実施形態において、電極の表面を絶縁膜で被覆した状態を示す断面図。
【図１１】第１の実施形態において、絶縁膜の上に保護膜を積層した状態を示す断面図。
【図１２】第１の実施形態において、基板構成体の表面および長溝の内面に電極保護層を形成した状態を示す断面図。
【図１３】第１の実施形態において、基板構成体に天板枠構成体を接着した状態を示す断面図。
【図１４】第１の実施形態において、天板枠構成体が接着された基板構成体を、二つのヘッドブロックに分断した状態を示す断面図。
【図１５】第１の実施形態において、ヘッドブロックの端面にノズル形成前のノズルプレートを接着した状態を示す断面図。
【図１６】第１の実施形態において、ヘッドブロックに接着されたノズルプレートにレーザ光を用いてノズルを形成した状態を示す断面図。
【図１７】第２の実施形態に係るインクジェットヘッドの断面図。
【図１８】図１７のＦ１８の部分を拡大して示す断面図。
【図１９】第３の実施形態において、電極、平滑化膜、絶縁膜および保護膜の位置関係を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［第１の実施形態］
以下、第１の実施形態について、図１ないし図１６を参照して説明する。
【００１２】
図１および図２は、例えばプリンタのキャリッジに取り付けて使用するシェアモード型のインクジェットヘッド１を開示している。インクジェットヘッド１は、基板２、天板枠３、天板４およびノズルプレート５を備えている。
【００１３】
基板２としては、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）およびチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）等を用いることができる。
【００１４】
図２に示すように、基板２は、表面２ａおよび端面２ｂを有する矩形状である。アクチュエータとしての圧電体７が基板２の表面２ａに埋め込まれている。図３に示すように、圧電体７は、二枚の圧電部材８，９を厚み方向に重ねて接着したものであり、基板２の長手方向に延びている。圧電体７は、表面７ａおよび端面７ｂを有している。
【００１５】
圧電体７の表面７ａは、基板２の表面２ａと同一の面上に位置されているとともに、基板２の外に露出されている。同様に、圧電体７の端面７ｂは、基板２の端面２ｂと同一の面上に位置されているとともに、基板２の外に露出されている。圧電部材８，９は、その分極方向が圧電部材８，９の厚み方向に互いに逆向きとなっている。
【００１６】
圧電部材８，９としては、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）等を用いることができ、本実施形態では、圧電定数の高いＰＺＴを用いている。さらに、基板２と圧電部材８，９との間の膨張係数の差異および誘電率を考慮して、基板２の材料として圧電部材８，９よりも誘電率が低いＰＺＴを使用している。
【００１７】
図２ないし図４に示すように、複数の長溝１１および複数の隔壁１２が圧電体７に形成されている。長溝１１は、圧電体７の表面７ａおよび端面７ｂに開口されているとともに、圧電体７の長手方向に間隔を存して一列に並んでいる。本実施形態によると、長溝１１は、深さが３００μｍ、幅が８０μｍであり、１６９μｍのピッチで互いに平行に配列されている。
【００１８】
この結果、本実施形態の基板２では、長溝１１の深さと幅との比（深さ／幅）で定まるアスペクト比が３．７５となっている。すなわち、長溝１１の深さが深く、幅が狭くなると、アスペクト比が高くなる。アスペクト比および長溝１１の間隔は、インクジェットヘッド１に要求される解像度やインクの吐出量に応じて所定の値に決定される。
【００１９】
さらに、圧電体７の隔壁１２は、隣り合う長溝１１の間に介在されて、長溝１１を互いに分離している。
【００２０】
図２に示すように、各長溝１１は、その長手方向に沿う一端部から基板２に向けて延長された延長部１３を有している。延長部１３は、基板２の表面２ａに開口されているとともに、圧電体７から遠ざかるに従い深さ寸法が次第に減少している。そのため、長溝１１の延長部１３の先端は、基板２の表面２ａに連続している。
【００２１】
天板枠３は、基板２の表面２ａに接着等の手段により固定されている。天板枠３は、前枠部１４を有している。前枠部１４は、圧電体７の上に重ねられて長溝１１の配列方向に沿って延びているとともに、基板２の表面２ａの方向から長溝１１の開口端を閉塞している。さらに、前枠部１４は、端面１４ａを有している。端面１４ａは、基板２の端面２ｂおよび圧電体７の端面７ｂと同一の面上に位置されている。
【００２２】
天板４は、天板枠３の上に重ねられるとともに、接着等の手段により天板枠３に固定されている。天板４、天板枠３および基板２の表面２ａで囲まれた空間は、共通圧力室１５を構成している。天板４は、共通圧力室１５にインクを供給する複数のインク供給口１６を有している。
【００２３】
本実施形態によると、基板２の表面２ａに達する長溝１１の延長部１３は、共通圧力室１５に露出している。そのため、各長溝１１は、延長部１３を介して共通圧力室１５に連通されている。
【００２４】
図１、図２および図４に示すように、ノズルプレート５は、基板２の端面２ｂ、圧電体７の端面７ｂおよび前枠部１４の端面１４ａに接着剤１８を介して接着されている。ノズルプレート５は、例えば厚さが５０μｍのポリイミドフィルムで構成され、圧電体７の端面７ｂの方向から長溝１１の開口端を閉塞している。
【００２５】
長溝１１の内面、天板枠３の前枠部１４およびノズルプレート５で囲まれた空間は、複数の圧力室１９を構成している。圧力室１９は、圧電体７の長手方向に間隔を存して一列に並んでいるとともに、共通圧力室１５に通じている。
【００２６】
図２および図３に示すように、ノズルプレート５は、複数のノズル２１を有している。ノズル２１は、ノズルプレート５を厚み方向に貫通するミクロン単位の微小な孔である。
【００２７】
ノズル２１は、ノズルプレート５に例えばエキシマレーザ装置を用いたレーザ加工を施すことにより形成されている。ノズル２１は、個々に圧力室１９に連通するように所定の間隔を存して一列に並んでいるとともに、印字すべき記録媒体と向かい合うようになっている。
【００２８】
本実施形態では、図４に示すようにエキシマレーザ装置から出力されるレーザ光の焦点Ｆの位置を、ノズルプレート５の外側にずれた位置に設定している。これにより、レーザ光は、ノズルプレート５を貫通する際に、圧力室１９の方向に進むに従い連続的に拡開する。
【００２９】
この結果、レーザ加工されるノズル２１は、圧力室１９の方向に進むに従い口径が逐次増大するテーパ状に形成されている。本実施形態のノズル２１は、圧力室１９に開口する上流端の口径が５０μｍであり、圧力室１９とは反対側に開口する吐出端の口径が３０μｍとなっている。さらに、ノズル２１は、圧力室１９に対して長溝１１の深さ方向に沿う中央部よりも天板枠３の方向にずれている。
【００３０】
図４に示すように、圧電体７の端面７ｂとノズルプレート５との間に充填された接着剤１８は、その一部が余剰部分２０となって圧力室１９内に食み出している。接着剤１８の余剰部分２０は、ノズルプレート５の圧力室１９に臨む面に付着した状態で硬化されているとともに、圧力室１９内でノズル２１の開口端と隣り合っている。
【００３１】
さらに、接着剤１８の余剰部分２０にカット部２２が形成されている。カット部２２は、ノズル２１を形成するためのレーザ光が余剰部分２０を通過した後に残った箇所であり、ノズル２１の内面に連続するように傾斜している。
【００３２】
すなわち、図４に二点鎖線で示すように、例えば余剰部分２０の端部２０ａがノズル２１の圧力室１９への開口端に張り出していた場合、端部２０ａはノズルプレート５を貫通するレーザ光により除去される。よって、ノズル２１の上流端の一部が接着剤１８によって塞がれることはない。
【００３３】
圧力室１９を規定する長溝１１は、圧電体７に例えばダイヤモンドカッタを用いた切削加工を施すことで形成されている。そのため、図３および図４に示すように、圧力室１９を規定する長溝１１の内面は、数多くのミクロン単位の凹凸２３を有している。加えて、ＰＺＴ製の圧電体７は脆いために、圧電体７に切削加工を施す過程において、長溝１１の内面が部分的に欠落することがあり得る。この結果、切削加工された長溝１１の内面は、平滑度が失われた粗面となっている。
【００３４】
圧力室１９を規定する長溝１１の内面に夫々電極２５が形成されている。隣り合う長溝１１の電極２５は、電気的に独立するように互いに切り離されている。図５に示すように、電極２５は、銅めっき層２６とニッケルめっき層２７とで構成されている。銅めっき層２６は、第１の金属層の一例であり、ニッケルめっき層２７は、第２の金属層の一例である。銅めっき層２６は、電極２５の下地を構成している。
【００３５】
本実施形態では、銅めっき層２６が無電解銅めっき層２８ａと電解銅めっき層２８ｂとを有する二層構造となっている。無電解銅めっき層２８ａは、基板２の表面２ａおよび長溝１１の内面に無電解銅めっきを施すことにより構成され、長溝１１毎に所定の電極パターンを形成している。電解銅めっき層２８ｂは、基板２の表面２ａおよび長溝１１の内面に電解銅めっきを施すことにより構成され、無電解銅めっき層２８ａの上に積層されている。
【００３６】
さらに、ニッケルめっき層２７は、銅めっき層２６の上に電解ニッケルめっきを施すことにより構成されている。ニッケルめっき層２７は、銅めっき層２６の上に積層されて、銅めっき層２７を被覆している。
【００３７】
銅めっき層２６は、長溝１１の内面の凹凸２３を吸収する機能を有している。そのため、銅めっき層２６の存在により長溝１１の内面が平らとなるとともに、銅めっき層２６を被覆するニッケルめっき層２７の表面も平らとなる。
【００３８】
よって、長溝１１の内面から離れた電極２５の表面２５ａが平坦化されて、この表面２５ａの上から尖った凸部が排除されている。電極２５の表面２５ａの平均的な表面粗さは、０．６μｍ以下とすることが望ましい。
【００３９】
図２に示すように、電極２５は、導体パターン３０を有している。導体パターン３０は、共通圧力室１５を経由して基板２の表面２ａに導かれている。導体パターン３０は、天板枠３の外に引き出されているとともに、テープキャリパッケージ３１に電気的に接続されている。テープキャリパッケージ３１は、インクジェットヘッド１を駆動するための駆動回路３２を実装している。
【００４０】
駆動回路３２は、インクジェットヘッド１の電極２５に駆動パルス（駆動電圧）を印加する。これにより、圧力室１９を間に挟んで隣り合う電極２５の間に電位差が生じ、これら電極２５に対応する隔壁１２に電界が生じる。この結果、圧力室１９を間に挟んで隣り合う隔壁１２がシェアモード変形により圧力室１９の容積を大きくする方向に湾曲する。
【００４１】
この後、電極２５に印加する駆動パルスの極性を反転させると、隔壁１２が初期の形状に復帰する。隔壁１２が復帰することで、共通圧力室１５から圧力室１９に供給されたインクが加圧される。加圧されたインクの一部は、インク滴となってノズル２１から記録媒体に向けて吐出される。
【００４２】
図３ないし図５に示すように、電極２５は、電極保護層３３で覆われている。電極保護層３３は、絶縁膜３４および保護膜３５を有する二層構造となっている。絶縁膜３４は、第１の無機膜の一例であって、例えば二酸化シリコン（ＳｉＯ２）のような無機絶縁材料で構成されている。絶縁膜３４は、電極２５の平坦化された表面２５ａの上に積層されている。絶縁膜３４の膜厚は、１．０μｍ以上とすることが望ましい。
【００４３】
保護膜３５は、第２の無機膜の一例であって、例えば酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）のような無機絶縁材料で構成されている。保護膜３５は、絶縁膜３４の表面に積層されて絶縁膜３４を覆っている。そのため、保護膜３５は、圧力室１９内に露出されて、圧力室１９に供給されるインクに浸かるようになっている。保護膜３５の膜厚は、５０ｎｍ以上とすることが望ましい。
【００４４】
第１の実施形態のインクジェットヘッド１によると、ノズル２１を形成するレーザ光は、図４に示すようにノズルプレート５を貫通して圧力室１９に入射する。レーザ光は、圧力室１９の方向に進むに従い拡開するので、レーザ光の一部が電極２５を覆う保護膜３５の上に照射される。
【００４５】
保護膜３５および絶縁膜３４は、共に無機絶縁材料で構成されているので、レーザ光が照射されてもダメージを受け難い。このため、圧力室１９に供給されるインクと電極２５との間を電気的に絶縁された状態に維持することができる。よって、たとえインクが導電性を有していても、インクに電流が流れることによる電極２５の腐食やインクの電気分解を防止することができる。
【００４６】
一方、無機絶縁材料で構成された絶縁膜３４および保護膜３５は、これら絶縁膜３４および保護膜３５が積層される電極２５の表面粗さの影響を受け易い。すなわち、電極２５の表面粗さが粗くなっていると、ピンホールの発生を完全に無くすことが困難となる。
【００４７】
しかるに、第１の実施形態では、電極２５の下地が銅めっき層２６で構成され、銅めっき層２６は、長溝１１の内面に生じたミクロン単位の凹凸２３を吸収して平滑化を維持する機能を有している。そのため、電極２５の表面２５ａは、ピンホールの発生要因となる尖った凸部が排除された平坦な面となり、電極２５の表面２５ａに積層された絶縁膜３４および保護膜３５にピンホールが発生し難くなる。
【００４８】
さらに、たとえ電極２５の表面２５ａに積層された絶縁膜３４にピンホールが生じたとしても、絶縁膜３４の上に積層された保護膜３５で絶縁膜３４のピンホールを塞ぐことができる。
【００４９】
この結果、基板２に接着されたノズルプレート５にレーザ光を照射してノズル２１を形成する構成でありながら、インクと電極２５との間の電気的な絶縁を維持して、電極２５の腐食やインクの電気分解を回避できる。よって、印字品質が良好で、しかも耐久性に優れたインクジェットヘッド１を得ることができる。
【００５０】
本発明者は、電極２５の表面２５ａの平均的な表面粗さを０．６μｍ以下としたインクジェットヘッド１において、絶縁膜３４を構成する数種類の無機絶縁材料を用意し、夫々の無機絶縁材料の膜厚を１．０μｍ〜５．０μｍの範囲内で変化させた時に絶縁膜３４にピンホールがあるか否かを調べた。
【００５１】
その結果、絶縁膜３４の膜厚が１．０μｍ〜５．０μｍの範囲内にある限り、ピンホールの存在が認められなかった。このため、ピンホールの発生を皆無とするためには、無機絶縁材料で構成された絶縁膜３４の膜厚は、１μｍ以上、より好ましくは３μｍ以上とするとよい。
【００５２】
次に、第１の実施形態のインクジェットヘッド１を製造する手順について、図６ないし図１６を加えて説明する。
【００５３】
まず、二枚の圧電部材８，９を互いに接着し、分極方向が逆向きとなる圧電体７を形成する。この後、図６に示すように、基板２の二倍の大きさを有する基板構成体４１を準備し、この基板構成体４１の表面の中央部に形成された凹部４２に圧電体７を埋め込んで接着する。基板構成体４１としては、圧電体７よりも誘電率が低いＰＺＴを使用する。
【００５４】
この後、円盤状のダイヤモンドカッタを用いて圧電体７に切削加工を施すことで、圧電体７に図８および図９に示すような複数の長溝１１を形成する。長溝１１は、圧電体７の長手方向に１６９μのピッチで一列に並んでいる。本実施形態では、ダイヤモンドカッタの歯幅が８０μｍであり、それ故、長溝１１の幅も８０μｍとなっている。長溝１１の深さは、圧電体７の厚み方向に沿うダイヤモンドカッタの送り量によって決定され、本実施形態では３００μｍである。長溝１１の内面は、ダイヤモンドカッタを用いた切削加工により、数多くのミクロン単位の凹凸２３を有する粗面となっている。
【００５５】
図７に示すように、圧電体７に長溝１１を形成する際に、基板構成体４１の表面がダイヤモンドカッタによって溝状に削り取られる。この削り取られた部分は、溝深さが次第に減少する延長部１３として機能する。
【００５６】
この後、延長部１３を含む長溝１１の内面および基板構成体４１の表面に無電解銅めっきを施すことで、無電解銅めっき層２８ａを形成する。引き続いて、無電解銅めっき層２８ａに電解銅めっきを施すことで、無電解銅めっき層２８ａの上に電解銅めっき層２８ｂを形成する。これにより、長溝１１の内面に下地となる銅めっき層２６が形成される。
【００５７】
さらに、銅めっき層２６の表層となる電解銅めっき層２８ｂに電解ニッケルめっきを施すことで、銅めっき層２６の上にニッケルめっき層２７を形成する。これにより、長溝１１の内面に二層構造の電極２５および導体パターン３０が形成される。
【００５８】
銅めっき層２６は、凹凸２３を有する長溝１１の内面を均している。これにより、銅めっき層２６を被覆するニッケルめっき層２７の表面が平らとなる。よって、長溝１１の内面から離れた電極２５の表面２５ａが平坦化されて、電極２５の表面２５ａの平均的な表面粗さが０．６μｍ以下となる。
【００５９】
この後、長溝１１を隔てる隔壁１２の上面に形成された電極２５を研磨することによって除去する。
【００６０】
次に、図１０に示すように、長溝１１内の電極２５の上に絶縁膜３４を形成する。絶縁膜３４としては、無機絶縁材料の一例である二酸化シリコンを使用している。絶縁膜３４は、例えばＰＥ−ＣＶＤ法（Plasma-enhanced chemical vapor deposition）により形成し、絶縁膜３４の膜厚は、１．０μｍ以上とする。
【００６１】
絶縁膜３４を構成する無機絶縁材料としては、二酸化シリコンに限らず、例えばＡｌ２Ｏ３、ＳｉＮ、ＺｎＯ、ＭｇＯ、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｃｒ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ｙ２Ｏ３、ＹＢＣＯ、ムライト（Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２）、ＳｒＴｉＯ３、Ｓｉ３Ｎ４、ＺｒＮ、ＡｌＮ、Ｆｅ３Ｏ４等を用いることができる。
【００６２】
絶縁膜３４を形成する方法としては、ＰＥ−ＣＶＤ法の他に、例えばＭＢＥ法（分子線エピタキシー法）、ＡＰ−ＣＶＤ法（大気圧化学気相成長法）、ＡＬＤ法（原子層体積法）あるいは塗布法等を用いることができる。言い換えると、真空中又は大気中において、ニッケルめっき層２７の上でＳｉＯ２を含む前記無機絶縁材料を化学反応又は凝縮させることにより、ニッケルめっき層２７の上に前記無機絶縁材料を堆積させることが可能であれば、どの方法を用いてもよい。
【００６３】
絶縁膜３４を形成するに当っては、基板構成体４１の表面に導かれた導体パターン３０の一部にマスキングを施すことにより、導体パターン３０のうちテープキャリアパッケージ３１が接続される部分に絶縁膜３４が形成されないようにする。
【００６４】
引き続いて、図１１および図１２に示すように、絶縁膜３４の上に保護膜３５を形成する。保護膜３５としては、無機絶縁材料の一例である酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）を使用している。保護膜３５は、例えばＡＬＤ法（Atomic-Layer-deposition）により形成し、保護膜３５の膜厚は５０ｎｍ以上とする。
【００６５】
保護膜３５を構成する無機絶縁材料としては、酸化ハフニウムに限らず、例えばＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２等を用いることができる。
【００６６】
保護膜３５を形成する方法としては、ＡＬＤ法の他に、ＡＰ−ＣＶＤ法（大気圧化学気相成長法）等を用いることができる。言い換えると、真空中又は大気中において、絶縁膜３４の上で酸化ハフニウムを含む前記無機絶縁材料を化学反応又は凝縮させることにより、絶縁膜３４の上に前記無機絶縁材料を堆積させることが可能であれば、どの方法を用いてもよい。
【００６７】
さらに、保護膜３５を形成するに当っては、基板構成体４１の表面に導かれた導体パターン３０の一部にマスキングを施すことにより、導体パターン３０のうちテープキャリアパッケージ３１が接続される部分に保護膜３５が形成されないようにする。
【００６８】
この後、図１３に示すように、基板構成体４１の表面に天板枠構成体４３を接着等の手段により固定する。天板枠構成体４３は、枠部４４と中央部４５とを有している。枠部４４は、基板構成体４１の表面の外周部に重ねられている。中央部４５は、枠部４４で取り囲まれているとともに、長溝１１が形成された圧電体７の上に積層されている。そのため、天板枠構成体４３の中央部４５は、長溝１１の開口端を基板構成体４１の表面の方向から閉塞している。
【００６９】
この後、図１４に示すように、天板枠構成体４３が接着された基板構成体４１に、例えばダイヤモンドカッタを用いた切削加工を施すことにより、基板構成体４１を天板枠構成体４３と一緒に二つに分断する。この分断により、基板２と天板枠３とが一体となった一対のヘッドブロック４６ａ，４６ｂが形成される。各ヘッドブロック４６ａ，４６ｂでは、基板２の端面２ｂ、圧電体７の端面７ｂおよび天板枠３の前枠部１４の端面１４ａが各ヘッドブロック４６ａ，４６ｂ分断端に位置するとともに、互いに同一の面上に位置するように連続している。
【００７０】
この後、図１５に一方のヘッドブロック４６ａを代表して示すように、基板２の端面２ｂ、圧電体７の端面７ｂおよび天板枠３の前枠部１４の端面１４ａの間に跨るように、ノズル形成前のノズルプレート５を接着する。これにより、基板２の長溝１１と天板枠３の前枠部１４との間に複数の圧力室１９が形成される。
【００７１】
圧電体７の端面７ｂとノズルプレート５との間に充填された接着剤１８は、その余剰部分２０が圧力室１９に食み出す。食み出した接着剤１８の余剰部分２０は、ノズルプレート５の圧力室１９に臨む面に薄い膜となって残る。
【００７２】
この後、図４および図１６に示すように、ノズルプレート５に例えばエキシマレーザ装置を用いたレーザ加工を施すことにより、ノズルプレート５に複数のノズル２１を形成する。具体的には、ノズルプレート５に圧力室１９とは反対側からレーザ光を照射し、ポリイミドフィルム製のノズルプレート５を化学的に分解することでノズル２１を形成する。
【００７３】
図４に示すように、レーザ光の焦点Ｆは、ノズルプレート５の外に位置するので、レーザ光は圧力室１９の方向に進むに従い拡開する。そのため、ノズル２１は、圧力室１９の方向に進むに従い口径が連続的に増大するようなテーパ状に形成される。
【００７４】
レーザ光は、ノズルプレート５を厚み方向に貫通した後、圧力室１９に入射する。そのため、圧力室１９に露出された保護膜３５は、ノズル２１の近傍でレーザ光の照射を受ける。
【００７５】
この場合、保護膜３５は、無機絶縁材料で構成されているので、レーザ光が照射されてもダメージを受け難い。このため、保護膜３５のうちレーザ光が照射された領域に孔が開くことはない。
【００７６】
接着剤１８の余剰部分２０の端部２０ａが圧力室１９内でノズル２１を形成すべき領域に張り出していた場合、余剰部分２０の端部２０ａは、レーザ光が圧力室１９に入射した時点で、レーザ光により除去される。
【００７７】
この結果、接着剤１８の余剰部分２０がノズル２１を塞ぐことはない。よって、接着剤１８の余剰部分２０がノズル２１から吐出されるインクの流れに悪影響を及ぼすことはなく、印字品質を良好に維持できる。
【００７８】
［第２の実施形態］
図１７および図１８は、第２の実施形態を開示している。
【００７９】
第２の実施形態は、電極および電極保護層の構成が第１の実施形態と相違している。それ以外のインクジェットヘッドの基本的な構成は、第１の実施形態と同様である。そのため、第２の実施形態において、第１の実施形態と同一の構成部分には同一の参照符号を付して、その説明を省略する。
【００８０】
図１８に示すように、電極５０は、ニッケルめっき層５１と金めっき層５２とで構成されている。ニッケルめっき層５１は、第１の金属層の一例であり、金めっき層５２は、第２の金属層の一例である。ニッケルめっき層５１は、電極５０の下地を構成している。
【００８１】
ニッケルめっき層５１は、長溝１１の内面に積層されて、長溝１１毎に所定の電極パターンを形成している。金めっき層５２は、ニッケルめっき層５１の上に積層されて、ニッケルめっき層５１を覆っている。
【００８２】
ニッケルめっき層５１および金めっき層５２は、第１の実施形態の銅めっき層２６と比較した場合に、長溝１１の内面を平らにする機能が低くなっている。そのため、電極５０の表面５０ａは、長溝１１の内面に生じた凹凸２３の影響を受けて平滑化が失われている。
【００８３】
電極５０は、電極保護層５３で覆われている。電極保護層５３は、平滑化膜５４、絶縁膜５５および保護膜５６を有する三層構造となっている。平滑化膜５４は、第１の無機膜の一例であって、例えばシラグシタールのような無機絶縁材料で構成されている。平滑化膜５４は、電極５０の表面５０ａに生じた凹凸を吸収し得る膜厚を有している。
【００８４】
このため、平滑化膜５４の電極５０から離れた表面５４ａが平坦化されて、表面５４ａの上から尖った凸部が排除されている。平滑化膜５４の表面５４ａの平均的な表面粗さは、０．６μｍ以下とすることが望ましい。
【００８５】
絶縁膜５５は、第２の無機膜の一例であって、例えば二酸化シリコン（ＳｉＯ２）のような無機絶縁材料で構成されている。絶縁膜５５は、平滑化膜５４の表面５４ａの上に積層されている。絶縁膜５５の膜厚は、１．０μｍ以上とすることが望ましい。
【００８６】
保護膜５６は、第３の無機膜の一例であって、例えば酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）のような無機絶縁材料で構成されている。保護膜５６は、絶縁膜５５の表面に積層されて絶縁膜５５を覆っている。そのため、保護膜５６は、圧力室１９内に露出されて、圧力室１９に供給されるインクに浸かるようになっている。保護膜５６の膜厚は、５０ｎｍ以上とすることが望ましい。
【００８７】
第２の実施形態では、電極５０および電極保護層５３を形成する手順が第１の実施形態と相違しており、それ以外のインクジェットヘッド１を製造する手順は、第１の実施形態と同様である。そのため、第２の実施形態では、電極５０および電極保護層５３を形成する手順についてのみ説明する。
【００８８】
圧電体７に長溝１１を形成した後、長溝１１の内面および基板構成体４１の表面に無電解ニッケルめっきを施すことで、ニッケルめっき層５１を形成する。引き続いて、ニッケルめっき層５１に電解金めっきを施すことで、ニッケルめっき層５１に金めっき層５２を形成する。これにより、長溝１１の内面に図１８に示すような二層構造の電極５０が形成される。
【００８９】
この後、長溝１１を隔てる隔壁１２の上面に形成された電極５０を研磨することによって除去する。
【００９０】
引き続いて、長溝１１の電極５０の上に平滑化膜５４を形成する。平滑化膜５４としては、無機絶縁材料の一例であるシラグシタールを使用している。平滑化膜５４は、例えば液状のシラグシタールを電極５０の表面５０ａに塗布した後、常温で硬化させることにより形成される。
【００９１】
具体的には、平滑化膜５４は、電極５０から離れた表面５４ａの平均的な表面粗さが０．６μｍ以下となるような膜厚で電極５０の表面５０ａに塗布される。平滑化膜５４の膜厚は、使用する無機絶縁材料の種類によって異なったものとなる。
【００９２】
このような平滑化膜５４の存在により、電極５０の表面５０ａに生じた凹凸が吸収されて、平滑化膜５４の表面５４ａが平坦化される。
【００９３】
平滑化膜５４を構成する材料としては、例えばナノシリカ等を有機溶剤で溶かした溶液を用いることができる。平滑化膜５４を形成する方法は、塗布法に限らず、例えばゾルーゲル法、スプレー法あるいは電着法等を用いることができる。言い換えると、長溝１１の内側に形成された電極５０に溶液を付着させて硬化させることができる方法であれば、どのような方法を用いてもよい。
【００９４】
この後、平滑化膜５４の上に絶縁膜５５を形成する。絶縁膜５５としては、無機絶縁材料の一例である二酸化シリコンを使用している。絶縁膜５５は、例えばＰＥ−ＣＶＤ法（Plasma-enhanced chemical vapor deposition）により形成し、絶縁膜５５の膜厚は、１．０μｍ以上とする。
【００９５】
絶縁膜５５を構成する無機絶縁材料としては、二酸化シリコンに限らず、例えばＡｌ２Ｏ３、ＳｉＮ、ＺｎＯ、ＭｇＯ、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｃｒ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ｙ２Ｏ３、ＹＢＣＯ、ムライト（Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２）、ＳｒＴｉＯ３、Ｓｉ３Ｎ４、ＺｒＮ、ＡｌＮ、Ｆｅ３Ｏ４等を用いることができる。
【００９６】
絶縁膜５５を形成する方法としては、ＰＥ−ＣＶＤ法の他に、例えばＭＢＥ法（分子線エピタキシー法）、ＡＰ−ＣＶＤ法（大気圧化学気相成長法）、ＡＬＤ法（原子層体積法）あるいは塗布法等を用いることができる。言い換えると、真空中又は大気中において、平滑化膜５４の上でＳｉＯ２を含む前記無機絶縁材料を化学反応又は凝縮させることにより、平滑化膜５４の上に前記無機絶縁材料を堆積させることが可能であれば、どの方法を用いてもよい。
【００９７】
絶縁膜５５を形成するに当っては、基板構成体４１の表面に導かれた導体パターン３０の一部にマスキングを施すことにより、導体パターン３０のうちテープキャリアパッケージ３１が接続される部分に絶縁膜５５が形成されないようにする。
【００９８】
この後、絶縁膜５５の上に保護膜５６を形成する。保護膜５６としては、無機絶縁材料の一例である酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）を使用している。保護膜５６は、例えばＡＬＤ法（Atomic-Layer-deposition）により形成し、保護膜５６の膜厚は５０ｎｍ以上とする。
【００９９】
保護膜５６を構成する無機絶縁材料としては、酸化ハフニウムに限らず、例えばＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２等を用いることができる。
【０１００】
保護膜５６を形成する方法としては、ＡＬＤ法の他に、ＡＰ−ＣＶＤ法（大気圧化学気相成長法）等を用いることができる。言い換えると、真空中又は大気中において、絶縁膜５５の上で酸化ハフニウムを含む前記無機絶縁材料を化学反応又は凝縮させることにより、絶縁膜５５の上に前記無機絶縁材料を堆積させることが可能であれば、どの方法を用いてもよい。
【０１０１】
さらに、保護膜５６を形成するに当っては、基板構成体４１の表面に導かれた導体パターン３０の一部にマスキングを施すことにより、導体パターン３０のうちテープキャリアパッケージ３１が接続される部分に保護膜３５が形成されないようにする。
【０１０２】
このような第２の実施形態によると、電極５０の表面５０ａに塗布された平滑化膜５４は、電極５０の表面５０ａに生じた凹凸を吸収する。このため、平滑化膜５４の電極５０から離れた表面５４ａは、ピンホールの発生要因となる尖った凸部が排除された平坦な面となる。よって、平滑化膜５４の上に積層された絶縁膜５５および保護膜５６にピンホールが発生し難くなる。
【０１０３】
さらに、たとえ絶縁膜５５にピンホールが生じたとしても、絶縁膜５５の上に積層された保護膜５６で絶縁膜５５に生じたピンホールを塞ぐことができる。
【０１０４】
この結果、三層の電極保護層５３を用いてインクと電極５０との間の電気的な絶縁を維持することができ、電極５０の腐食やインクの電気分解を回避できる。よって、第１の実施形態と同様に、印字品質が良好で、しかも耐久性に優れたインクジェットヘッド１を得ることができる。
【０１０５】
［第３の実施形態］
図１９は、第３の実施形態を開示している。
【０１０６】
第３の実施形態は、第１の実施形態の電極と第２の実施形態の電極保護層とを組み合せたものであって、インクジェットヘッドの基本的な構成は、第１の実施形態と同様である。そのため、第３の実施形態において、第１の実施形態と同一の構成部分には同一の参照符号を付して、その説明を省略する。
【０１０７】
図１９に示すように、長溝１１の内面の電極６０は、第１の金属層としての銅めっき層６１と、第２の金属層としてのニッケルめっき層６２とで構成されている。銅めっき層６１は、電極６０の下地を構成するものであり、無電解銅めっき層６３ａと電解銅めっき層６３ｂとを有する二層構造となっている。
【０１０８】
無電解銅めっき層６３ａは、長溝１１の内面に積層されて、長溝１１毎に所定の電極パターンを形成している。電解銅めっき層６３ｂは、無電解銅めっき層６３ａの上に積層されて、無電解銅めっき層６３ａを覆っている。さらに、ニッケルめっき層６２は、銅めっき層６１の上に積層されて、銅めっき層６１を被覆している。
【０１０９】
銅めっき層６１は、長溝１１の内面の凹凸２３を吸収する機能を有している。そのため、銅めっき層６１の存在により長溝１１の内面が平らとなるとともに、銅めっき層６１を被覆するニッケルめっき層６２の表面も平らとなる。
【０１１０】
よって、長溝１１の内面から離れた電極６０の表面６０ａが平坦化されて、この表面６０ａの上から尖った凸部が排除されている。電極６０の表面６０ａの平均的な表面粗さは、０．６μｍ以下とすることが望ましい。
【０１１１】
電極６０は、電極保護層６５で覆われている。電極保護層６５は、平滑化膜６６、絶縁膜６７および保護膜６８を有する三層構造となっている。平滑化膜６６は、例えばシラグシタールのような無機絶縁材料で構成されている。平滑化膜６６は、電極６０の表面６０ａに生じた凹凸を吸収し得る膜厚を有している。
【０１１２】
このため、平滑化膜６６の電極６０から離れた表面６６ａは平坦化されており、この表面６６ａの上から尖った凸部が排除されている。平滑化膜６６の表面６６ａの平均的な表面粗さは、０．６μｍ以下とすることが望ましい。
【０１１３】
絶縁膜６７は、例えば二酸化シリコン（ＳｉＯ２）のような無機絶縁材料で構成されている。絶縁膜６７は、平滑化膜６６の表面６６ａの上に積層されている。絶縁膜６７の膜厚は、１．０μｍ以上とすることが望ましい。
【０１１４】
保護膜６８は、例えば酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）のような無機絶縁材料で構成されている。保護膜６８は、絶縁膜６７の表面に積層されて絶縁膜６７を覆っている。そのため、保護膜６８は、圧力室１９内に露出されて、圧力室１９に供給されるインクに浸かるようになっている。保護膜６８の膜厚は、５０ｎｍ以上とすることが望ましい。
【０１１５】
第３の実施形態では、電極６０の表面６０ａに電極保護層６５を形成する手順が第１の実施形態と相違しており、それ以外のインクジェットヘッド１を製造する手順は、第１の実施形態と同様である。そのため、第３の実施形態では、電極保護層６５を形成する手順についてのみ説明する。
【０１１６】
長溝１１の内面に第１の実施形態と同様の手順で電極６０を形成した後、最初に電極６０の上に平滑化膜６６を形成する。平滑化膜６６としては、無機絶縁材料の一例であるシラグシタールを使用している。本実施形態では、例えばシラグシタールの溶液をディップ法によって電極６０の表面６０ａに付着させることで、電極６０の表面６０ａに平滑化膜６６を形成している。平滑化膜６６は、電極６０から離れた表面６６ａの平均的な表面粗さが０．６μｍ以下となるような膜厚で電極６０の表面６０ａに形成される。
【０１１７】
このような平滑化膜６６の存在により、電極６０の表面６０ａに生じた凹凸が吸収されて、平滑化膜６６の表面６６ａが平坦化される。
【０１１８】
引き続き、平滑化膜６６の上に絶縁膜６７を形成する。絶縁膜６７としては、無機絶縁材料の一例である二酸化シリコンを使用している。絶縁膜６７は、例えばＰＥ−ＣＶＤ法（Plasma-enhanced chemical vapor deposition）により形成し、絶縁膜６７の膜厚は、１．０μｍ以上とする。
【０１１９】
絶縁膜６７を構成する無機絶縁材料としては、二酸化シリコンに限らず、例えばＡｌ２Ｏ３、ＳｉＮ、ＺｎＯ、ＭｇＯ、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｃｒ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ｙ２Ｏ３、ＹＢＣＯ、ムライト（Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２）、ＳｒＴｉＯ３、Ｓｉ３Ｎ４、ＺｒＮ、ＡｌＮ、Ｆｅ３Ｏ４等を用いることができる。
【０１２０】
絶縁膜６７を形成する方法としては、ＰＥ−ＣＶＤ法の他に、例えばＭＢＥ法（分子線エピタキシー法）、ＡＰ−ＣＶＤ法（大気圧化学気相成長法）、ＡＬＤ法（原子層体積法）あるいは塗布法等を用いることができる。言い換えると、真空中又は大気中において、平滑化膜６６の上でＳｉＯ２を含む前記無機絶縁材料を化学反応又は凝縮させることにより、平滑化膜６６の上に前記無機絶縁材料を堆積させることが可能であれば、どの方法を用いてもよい。
【０１２１】
絶縁膜６７を形成するに当っては、基板構成体４１の表面に導かれた導体パターン３０の一部にマスキングを施すことにより、導体パターン３０のうちテープキャリアパッケージ３１が接続される部分に絶縁膜６７が形成されないようにする。
【０１２２】
最後に、絶縁膜６７の上に保護膜６８を形成する。保護膜６８としては、無機絶縁材料の一例である酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）を使用している。保護膜６８は、例えばＡＬＤ法（Atomic-Layer-deposition）により形成し、保護膜６８の膜厚は５０ｎｍ以上とする。
【０１２３】
保護膜６８を形成する方法としては、ＡＬＤ法の他に、ＡＰ−ＣＶＤ法（大気圧化学気相成長法）等を用いることができる。言い換えると、真空中又は大気中において、絶縁膜６７の上で酸化ハフニウムのような無機絶縁材料を化学反応又は凝縮させることにより、絶縁膜６７の上に無機絶縁材料を堆積させることが可能であれば、どの方法を用いてもよい。
【０１２４】
さらに、保護膜６８を形成するに当っては、基板構成体４１の表面に導かれた導体パターン３０の一部にマスキングを施すことにより、導体パターン３０のうちテープキャリアパッケージ３１が接続される部分に保護膜６８が形成されないようにする。
【０１２５】
このような第３の実施形態によると、電極６０の下地となる銅めっき層６１は、長溝１１の内面に生じたミクロン単位の凹凸２３を吸収して平滑化を維持する機能を有している。そのため、電極６０の表面６０ａは、ピンホールの発生要因となる尖った凸部が排除された平坦な面となる。
【０１２６】
加えて、電極６０の表面６０ａと絶縁膜６７との間に平滑化膜６６が介在され、平滑化膜６６の電極６０から離れた表面６６ａは、ピンホールの発生要因となる尖った凸部が排除された平坦な面となっている。
【０１２７】
したがって、平坦化が強化された電極６０の表面６０ａの上にさらに平滑化膜６６が存在するので、電極６０を保護する絶縁膜６７および保護膜６８にピンホールがより発生し難くなる。
【０１２８】
この結果、三層の電極保護層６５を用いてインクと電極６０との間の電気的な絶縁を維持することができ、電極６０の腐食やインクの電気分解を回避できる。よって、第１の実施形態と同様に、印字品質が良好で、しかも耐久性に優れたインクジェットヘッド１を得ることができる。
【０１２９】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１３０】
２…基板、５…ノズルプレート、１１…溝（長溝）、１８…接着剤、２１…ノズル、２５，５０，６０…電極、２５ａ，５０ａ，６０ａ…表面、２６…第１の金属層（銅めっき層）、２７…第２の金属層（ニッケルめっき層）、３４，５４…第１の無機膜（絶縁膜、平滑化膜）、３５，５５…第２の無機膜（保護膜、絶縁膜）、５６…第３の無機膜（保護膜）。
【図１】
2014168963.tif 000003
【図２】
2014168963.tif 000004
【図３】
2014168963.tif 000005
【図４】
2014168963.tif 000006
【図５】
2014168963.tif 000007
【図６】
2014168963.tif 000008
【図７】
2014168963.tif 000009
【図８】
2014168963.tif 000010
【図９】
2014168963.tif 000011
【図１０】
2014168963.tif 000012
【図１１】
2014168963.tif 000013
【図１２】
2014168963.tif 000014
【図１３】
2014168963.tif 000015
【図１４】
2014168963.tif 000016
【図１５】
2014168963.tif 000017
【図１６】
2014168963.tif 000018
【図１７】
2014168963.tif 000019
【図１８】
2014168963.tif 000020
【図１９】
2014168963.tif 000021