(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インク室及びノズル孔を有する樹脂シートと、電極層と前記電極層の形成領域と非形成領域に跨って設けられ、前記非形成領域で外部に接続されるパッド部とが配設された非導電性基板と、を備えたインクジェットプリンタヘッドであって、前記パッド部が前記非導電性基板上に形成された密着強化層と前記密着強化層の一部または全面を覆うように形成されたパッド層を備え、前記パッド層及び／又は前記密着強化層が前記電極層の上面もしくは下面で前記電極層と接続されていることを特徴とするインクジェットプリンタヘッド。
【請求項２】
非導電性基板上に電極層を形成する電極層形成工程と、前記電極層を積層した前記非導電性基板上の前記電極層の形成領域と非形成領域に跨って密着強化層を形成する密着強化層形成工程と、前記密着強化層の上部の一部または全面にパッド層の一部または全面に配置されるようにパッド層を形成するパッド層形成工程と、を備え、前記電極層の一端部の上部に少なくとも前記密着強化層または前記パッド層が導通するようにしたことを特徴とするインクジェットプリンタヘッドの製造方法。
【請求項３】
非導電性基板上に密着強化層を形成する密着強化層形成工程と、前記密着強化層を形成した前記非導電性基板上の前記密着強化層の上部の一部または全面にパッド層の一部または全面を配置されるようにパッド層を形成するパッド層形成工程と、前記密着強化層の上のパッド層及び／又は前記密着強化層の一端部と重なり、前記パッド層及び／又は前記密着強化層上に非形成領域が存在するように電極層を形成する電極層形成工程と、を備えたことを特徴とするインクジェットプリンタヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記密着強化層の厚さが１５０Å以上であることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項５】
前記密着強化層の厚さが５００Å以下であることを特徴とする請求項４に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項６】
前記密着強化層の厚さが３００Å〜５００Åであることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は導電性インクに通電し、ジュール熱によって導電性インクを吐出させて印刷を行うインクジェットプリンタヘッド及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、コンピュータ技術は著しく日々進歩している。特に、オフィスオートメーション化において種々の情報を活字化する役目を担うプリンタにおいて、低騒音化，高速化高精細化，低価格化及びカラー化等様々な要求がある。これに対応して、現在ドットマトリックス式プリンタ，熱転写型プリンタ，ＬＥＤプリンタ，レーザービームプリンタ及びインクジェットプリンタ等が開発、提供されている。
【０００３】
インクジェットプリンタに用いられるインクジェットプリンタヘッドにおけるインクを吐出させる方法として、ピエゾ圧電素子の変形によってインクを押し出すピエゾ方式と、一対の電極間に導電性インクを充填し、この電極間に電流を通電して、ジュール熱によって導電性インクを沸騰・吐出させる通電方式がある。この通電方式を用いたインクジェットプリンタヘッド（以下インクジェットプリンタヘッドと称す）は、一対の電極間に直流電流を通電して、ジュール熱によって導電性インクを沸騰・吐出させる方法と、一対の電極間に交流電流を通電して、導電性インクを沸騰・吐出させる交互通電による高周波加熱である交互通電加熱型方式等が知られている。この中で、交流電圧を印加する交互通電加熱方式が、直流電流を用いる方法より電極の耐久性が高く、ピエゾ素子を用いる方法より構成が簡単なため、主流となっている。
【０００４】
以下に従来のインクジェットプリンタヘッドについて説明する。図５は従来のインクジェットプリンタヘッドを用いたインクジェットプリンタの断面模式図である。１はインクを充填するインク室、２はインク室１の上面に形成されたインクを吐出するノズル孔、３はインク室１の底面に配設された一対の電極層、４はインク室１の上面を形成している樹脂シート、５は電極層３の上面に積層された絶縁層、６は樹脂シート４と絶縁層５を接合している接着剤、７はインク室１の底面を形成し電極層３等が配設されている非導電性基板である。８は外部との電気的導通をとるためのパッド層で、９はパッド層８と接続するためのＴＡＢ（Ｔａｐｅ  Ａｕｔｏｍａｔｅｄ  Ｂｏｕｎｄｉｎｇ）端子（図示せず）を有するリード線部である。ここで、パッド層８は、電極層３と同時に形成された金属層の上部に金，銀，白金等が積層されることにより形成されている。１０はＴＡＢ端子を有するリード線部９を介して電極層３に導通し印字を制御する制御部、１１は電極層３に交流電圧を印加する電源部、１２はノズル孔２の上方に一定の距離をおいて配置されるプリンタ用紙、１３はインク室１に充満しているインク、１４はノズル孔２から吐出されたインク滴、１５はインク滴１４がプリンタ用紙１２に付着した印字ドットである。また、１６は一対の電極３を通してインク１３に通電されジュール熱により一対の電極３の間に発生した気泡である。
【０００５】
以上のように構成された従来のインクジェットプリンタヘッドについて、以下その製造方法を説明する。まず、電極層形成工程として、ガラスまたはセラミクスからなる非導電性基板７上に、蒸着法，スパッタ法等の物理成膜法や、メッキ法等によって、チタン，金，白金，ニッケル等よりなる導電性の金属膜（図示せず）を積層する。次に、フォトリソグラフィー法等を用いて、この金属膜上に電極層３のパターン（図示せず）を形成し、このパターンが形成されていない部分の金属膜をイオンミーリング法またはケミカルエッチング法によって除去して、電極層３が形成される。次に、パッド層形成工程として、電極層３の一端部で導通するように金等を用いてパッド層が積層される。次に、絶縁層形成工程として、電極層３等を有する非導電性基板７上に、有機高分子またはセラミクス等を用いて、塗布またはスパッタ法等によって均質に絶縁層５を形成し、再度フォトリソグラフィー法等を用いて、インク１３と接する電極層３と外部接続のためのパッド層８周辺の絶縁層５の領域を開口させ、絶縁層開口部（図示せず）を形成する。次に、樹脂シート形成工程として、エキシマレーザー加工機により樹脂シート４にインク１３を充填，吐出させるためのインク室１及びノズル孔２が形成される。次に、接合工程として、電極層３と絶縁層５が形成された非導電性基板７の上に樹脂シート４が接着剤６を用いて接合される。この接合の際に、樹脂シート４上のノズル孔２が非導電性基板７の電極層３の中心部の位置に配設されるように合わせる。次に、電源部１１及び制御部１０を接続するリード線部９のＴＡＢ端子がパッド層８上に超音波融着法により接続される。最後に、インク室１にインク１３が充填されることにより、インクジェットプリンタヘッドが完成される。
【０００６】
以上のように製造された従来のインクジェットプリンタヘッドを用いたインクジェットプリンタについて、以下その動作を説明する。電源部１１及び制御部１０により一対の電極層３の電極間にインク１３を沸騰・吐出するように印字周期を５ＫＨｚの間隔、また交互通電の頻度である電圧変化周期を３ＭＨｚの間隔で交互通電電圧が印加される。印字周期は、インク１３の沸騰が発生するのに必要な最大時間より長く設定され、電圧変化周期は印字品質である分解能に応じたドットの飛翔頻度に一致するように設定される。交互通電電圧がインク１３に印加されると、インク１３中の電解質が振動運動を行いジュール熱が発生してインク１３が加熱される。次に、インク１３が加熱されるとインク１３中に沸騰が起こり、一対の電極層３の電極間に気泡１６が発生する。さらに、この気泡１６が膨張するにつれてインク室１の内側に充填されたインク１３が押し上げられ、ノズル孔２からインク滴１４が飛翔し、このインク滴１４がプリンタ用紙１２に付着することにより印字ドット１５が形成される。ここで、通電方式を用いたインクジェットプリンタヘッドはインク１３に電流を流すために外部と導通させるＴＡＢ端子とパッド層８との接触抵抗を低く抑え電力損失を防止する必要がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の構成では、リード線部９の先端のＴＡＢ端子とパッド層８を超音波融着法にて接続する場合、パッド層８の下部に配設された電極層３が一般に膜厚が厚く形成されるために、電極層３の凹凸が大きくなりその影響を受けてパッド層８の表面粗さが著しく大きくなるために超音波融着が効果的に作用しなくて、接続不良による剥離，抵抗値の増大及び抵抗値が端子毎に大きくばらつき、解像度が劣化し、印字寿命が短く、歩留りが悪いという問題点を有していた。
【０００８】
本発明は上記従来の問題点を解決するもので、ＴＡＢ端子とパッド層８の接合不良による剥がれを防止し、接合による抵抗値の増大や抵抗値のばらつきを抑えて、高解像度を得ることができるとともに、電力損失及びインクへの電圧低下を防止することができ、耐久性の高い印字品質に優れたインクジェットプリンタヘッド、及び、極めて高い歩留りで生産性，量産性に優れたインクジェットプリンタヘッド及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明の請求項１に記載のインクジェットプリンタヘッドは、インク室及びノズル孔を有する樹脂シートと、電極層と前記電極層の形成領域と非形成領域に跨って設けられ、前記非形成領域で外部に接続されるパッド部とが配設された非導電性基板と、を備えたインクジェットプリンタヘッドであって、前記パッド部が前記非導電性基板上に形成された密着強化層と前記密着強化層の一部または全面を覆うように形成されたパッド層を備え、前記パッド層及び／又は前記密着強化層が前記電極層の上面もしくは下面で前記電極層と接続されている構成を有している。
【００１０】
請求項２に記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法は、非導電性基板上に電極層を形成する電極層形成工程と、前記電極層を積層した前記非導電性基板上の前記電極層の形成領域と非形成領域に跨って密着強化層を積層する密着強化層形成工程と、密着強化層の上部の一部または全面にパッド層の一部または全面に配置されるようにパッド層を形成するパッド層形成工程と、を備え、電極層の一端部の上部に少なくとも密着強化層またはパッド層が導通するようにした構成を有している。
【００１１】
請求項３に記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法は、非導電性基板上に密着強化層を形成する密着強化層形成工程と、前記密着強化層を形成した前記非導電性基板上の前記密着強化層の上部の一部または全面にパッド層の一部または全面を配置されるようにパッド層を形成するパッド層形成工程と、前記密着強化層の上のパッド層及び／又は前記密着強化層の一端部と重なり、前記パッド層及び／又は前記密着強化層上に非形成領域が存在するように電極層を形成する電極層形成工程と、を備えた構成を有している。
【００１２】
ここで、密着強化層としては、チタン，クロム，ニクロム，パ−マロイ等が用いられる。また、密着強化層の形成方法として、蒸着法，スパッタリング法等が好ましく、密着強化層の膜厚として、１５０Å以上、好ましくは３００Å〜５００Åの範囲で形成される。密着強化層が３００Å〜５００Åの膜厚で形成されることにより、非導電性基板とパッド層との密着性を良くかつ効率よく接合することができる。また、密着強化層を蒸着法を用いて形成することにより膜厚を薄くかつ表面に凹凸のない表層を形成でき、電極層及び／又はパッド層との接触抵抗値及びその抵抗値のばらつきを低く抑え電気的導通を良好にできる。また、非導電性基板との密着も良くすることができる。また、パッド層の材料としては、金，銀，白金，ニッケル，銅等が用いられる。また、電極層の材料としては、チタン，タンタル，アルミニウム等のバルブ金属が用いられる。
【００１３】
【作用】
この構成によって、非導電性基板上の密着強化層がパッド層の下部に配設されたことにより、パッド層の表面を平滑に形成できるので、パッド層とＴＡＢ端子の接合の際に電極層の凹凸がパッド層への表面の粗さに影響を及ぼすのを防止することができる。その結果、ＴＡＢ端子をパッド層に超音波融着する際に、効率良く安定した接合ができ、ＴＡＢ端子がパッド層から剥離することを防止できる。さらに、パッド層とＴＡＢ端子の接合部の抵抗値の減少及びその抵抗値のばらつきを極めて小さくでき、高解像度で安定して印字品質を得ることができるとともに耐久性を高くすることができる。また、パッド部の下にチタン，クロム，ニクロム，パーマロイ等の密着強化層を形成したので、特に非導電性基板がガラス等の場合には、低比抵抗率を有する金属である金、銀、白金等のパッド層に対して密着性を極めて良くすることができ、パッド層とＴＡＢ端子の接合における歩留りを著しく向上させることができる。
【００１４】
【実施例】
以下本発明の一実施例におけるインクジェットプリンタヘッドについて、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
（実施例１）
図１は本発明の第１実施例におけるインクジェットプリンタヘッドを用いたインクジェットプリンタの断面模式図であり、図２は本発明の第１実施例におけるインクジェットプリンタヘッドのパッド部周辺の断面模式図である。１はインク室、２はノズル孔、３は電極層、４は樹脂シート、５は絶縁層、６は接着剤、７は非導電性基板、８はパッド層、９はＴＡＢ端子を有するリード線部、１０は制御部、１１は電源部、１２はプリンタ用紙、１３はインク、１４はインク滴、１５は印字ドット、１６は気泡である。これらは、従来例と同様なものなので、同一の符号を付して説明を省略する。従来例と異なるのは、パッド部の構成であり、チタン，クロム，ニクロム，パーマロイ等の密着強化層１７をパッド層８の下部に設けた点である。
【００１６】
以上のように構成された本発明の第１実施例におけるインクジェットプリンタヘッドについて、以下その製造方法を説明する。まず、電極層形成工程として、ＤＣマグネトロンスパッタリング法を用い、アルゴンガス圧５０ｍＴｏｒｒ、基板温度３００℃、電力密度１１．１Ｗ／ｃｍ２  の条件でチタン材料を用いて金属層を２μｍの膜厚に成膜した。ここで、金属層の最大粗さはＲｍａｘ＝１５００Å、中心線平均粗さＲａ＝７００Åであった。次に、フォトリソグラフィー法で電極層３となるパターンを形成し、ケミカルエッチング法で電極層３以外の金属層を除去し電極層３を形成した。次に、密着強化層形成工程として、チタンを用いて蒸着法にて成膜し密着強化層１７を形成した。密着強化層１７の成膜条件は基板温度２００℃、アルゴン圧２．５×１０−６Ｔｏｒｒ以下、成膜レート１５Å／ｓｅｃであり、密着強化層１７の膜厚は５００Åになるようにした。また、密着強化層１７は電極層３と電気的に接続するために電極層３の一部を被膜するようなパターンで成膜した。次に、パッド層形成工程として、金を用いて密着強化層１７の上に蒸着法にて成膜しパッド層８を形成した。パッド層８の成膜条件は基板温度２００℃、アルゴン圧２．５×１０−６Ｔｏｒｒ以下、成膜レート１５Å／ｓｅｃで、１００００Åの厚さに成膜した。パッド層８の最大粗さはＲｍａｘ＝１３０Å、中心線平均粗さＲａ＝２０Åであった。こうして、図２に示すような構成のパッド部（密着強化層１７とパッド層８からなる）を作製した。以降の製造工程は、従来例と同様にして行ない、本実施例のインクジェットプリンタヘッドが完成される。
【００１７】
以上のように製造された本発明の第１実施例におけるインクジェットプリンタヘッドを用いて、パッド部の性能試験を以下のように行った。パッド層８とＴＡＢ端子の超音波融着は荷重２００ｇ，出力１Ｗで行った。その後、抵抗値の測定を行い接合状態の良否を判定した。これらの結果を（表１）に示した。
【００１８】
【表１】
0003584509.tif 000002
【００１９】
この（表１）においての抵抗値平均は、インクジェットプリンタヘッドにおける５６ｐｉｎを有する各電極の平均値とした。次に、本発明の第１実施例におけるインクジェットプリンタヘッドを用いたインクジェットプリンタについて印字寿命の測定を行った。ここで、一対の電極層３の間に、インク８を沸騰させるに必要な交互通電電圧を２５Ｖ、電圧周期を３ＭＨｚ、印字周期を５ＫＨｚとし、交互通電を行った。インク１３が吐出するまでに要した時間が５０μｓを越えた時の通電回数を印字寿命回数として印字寿命を計測した。その結果を（表１）に示した。この（表１）から明らかなように、本実施例によるインクジェットプリンタヘッドは、良好な接合状態を得ることができ、歩留りが向上した。さらに、抵抗値は４．５Ωと小さく、そのばらつきも０．９Ωと小さくなり、印字寿命回数も１．８億回を越えていた。
【００２０】
（比較例１）
次に、比較例として、図４に従来のインクジェットプリンタヘッドのパッド部周辺の断面模式図を示す。３は電極層、７は非導電性基板、８はパッド層、９はＴＡＢ端子を有するリード線部である。まず、電極層形成工程として、ＤＣマグネトロンスパッタリングを用い、アルゴン圧５０ｍＴｏｒｒ、基板温度３００℃、電力密度１１．１Ｗ／ｃｍ２  の条件でチタンを用いて２μｍの膜厚に成膜した金属層を形成した。電極層３となる金属層の最大粗さはＲｍａｘ＝１５００Å、中心線平均粗さＲａ＝７００Åであった。次に、フォトリソグラフィー法で電極パターンを形成し、ケミカルエッチング法で電極部以外の金属層を除去し電極層３を形成した。次に、パッド層形成工程として、金を用いて基板全面に蒸着法にて成膜しパッド層８を形成した。パッド層８の成膜条件は基板温度２００℃、アルゴン圧２．５×１０−６Ｔｏｒｒ以下、成膜レート１５Å／ｓｅｃで、１００００Åの厚さに成膜した。以上のようして、図４に示すパッド部を作製した。以降の工程は従来例と同様に行うことにより、インクジェットプリンタヘッドが完成される。
【００２１】
以上のように製造された比較例における従来のインクジェットプリンタヘッドを用いて、第１実施例と同様な条件で、抵抗値の測定を行い接合状態の良否、及び、印字寿命の測定を行った。その結果を（表１）に示す。この（表１）から、従来のインクジェットプリンタヘッドは、接合状態及び歩留りが極めて悪かった。また、抵抗値が７．４Ωと大きく、その抵抗値のばらつきが５．６Ωと極めて大きく、印字寿命回数が０．７億回と極めて短かかった。
【００２２】
この（表１）から明らかなように、第１実施例によるインクジェットプリンタヘッドは、従来例と比較して、極めて良好な接合状態を得ることができ、歩留りを著しく向上させることができることが判った。また、抵抗値が比較例に比べてばらつきが小さいうえに約５６％の値しか示さず、接触抵抗が極めて低くなっていることが判った。さらに、印字寿命が１．８億回を越え、比較例に比べ２．５倍以上も耐久性が向上し、極めて安定しており、高解像度の印字特性と安定した印字品質及び低電力損失を得ることができることが判った。
【００２３】
（実施例２）
以下本発明の第２実施例におけるインクジェットプリンタヘッドについて、図面を参照しながら説明する。図３は本発明の第２実施例におけるインクジェットプリンタヘッドのパッド部周辺の要部断面模式図である。３は電極層、７は非導電性基板、８はパッド層、９はＴＡＢ端子を有するリード線部、１７は密着強化層であり、これらは、第１実施例と同様なものなので、同一の符号を付して説明を省略する。第１実施例と異なるのは、パッド層８，密着強化層１７と電極層３の接続部の構成であり、密着強化層１７とパッド層８の上に電極層３が積層された点である。
【００２４】
以上のように構成された本発明の第２実施例におけるインクジェットプリンタヘッドについて、以下その製造方法を説明する。まず、密着強化層形成工程として、クロムを蒸着法にて成膜し密着強化層１７を形成した。成膜条件は基板温度２００℃、アルゴン圧２．５×１０−６Ｔｏｒｒ以下、成膜レート１５Å／ｓｅｃとし、密着強化層１７の膜厚は５００Åに成膜した。また、密着強化層１７の最大粗さはＲｍａｘ＝１１０Å、中心線平均粗さはＲａ＝１５Åであった。
【００２５】
次に、パッド層形成工程として、白金を用いて蒸着法にてパッド層８を成膜した。その成膜条件は基板温度２００℃、アルゴン圧２．５×１０−６Ｔｏｒｒ以下、成膜レート１５Å／ｓｅｃで、１００００Åの厚さに成膜し、ケミカルエッチング法でクロム、白金を除去してパッド部を形成した。その後、電極層形成工程として、ＤＣマグネトロンスパッタリングを用い、アルゴン圧５０ｍＴｏｒｒ、基板温度３００℃、電力密度１１．１Ｗ／ｃｍ２  の条件でチタンを２μｍの膜厚に金属層を成膜した。この電極層３となる金属層の最大粗さはＲｍａｘ＝１５００Å、中心線平均粗さＲａ＝７００Åであった。次に、フォトリソグラフィ法で電極パターンを形成し、ケミカルエッチング法で電極部以外の金属層を除去し電極層３を形成した。以降の製造工程は、従来例と同様にして行ない、本実施例のインクジェットプリンタヘッドが完成される。
【００２６】
以上のように製造された本発明の第２実施例のインクジェットプリンタヘッドを用いて、第１実施例と同様な条件で、抵抗値の測定，接合状態の良否及び印字寿命の測定を行った。その結果を（表１）に示した。この（表１）から明らかなように、本実施例によるインクジェットプリンタヘッドは、良好な接合状態を得ることができた。さらに、抵抗値は４．５Ω、そのばらつきも０．７Ωと小さく、印字寿命回数が１．５億回を越えていた。
【００２７】
この（表１）から明らかなように、第２実施例によるインクジェットプリンタヘッドは、従来例と比較して、極めて良好な接合状態を得ることができ、歩留りを著しく向上させることができることが判った。また、抵抗値が比較例に比べてばらつきが小さいうえに約６０％の値しか示さず、接触抵抗が極めて低くなっていることが判った。さらに、印字寿命が比較例に比べ２．１倍以上も向上しており、極めて安定した高解像度の印字特性と安定した印字品質及び低電力損失を得ることができ、耐久性が向上していることが判った。
【００２８】
以上のように本実施例によれば、インクジェットプリンタヘッドは、密着強化層１７上にパッド層８を設けたことにより、パッド層８の表面を平滑に形成できるので、ＴＡＢ端子とパッド層８を超音波融着する際に、良好な接合状態を得ることができ、歩留りが向上した。また、抵抗値及びそのばらつきが極めて小さく、印字寿命が大幅に向上しており、電力損失の小さい極めて安定した耐久性の優れたインクジェットプリンタヘッドを得ることができた。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように本発明は、密着強化層上にパッド層を設けたことにより、電極の表面粗さがパッド層表面に影響しないようにしたため、容易に超音波融着ができ、かつ本発明の製造方法の特徴であるパッド層の下地として密着強化層は非導電性基板との密着性を良くするので、パッド部とＴＡＢ端子との接合部の抵抗値の低下及びその抵抗値のばらつきを極めて小さくでき、印字品質の高い低電力損失の長期に安定な寿命の長い信頼性に優れたインクジェットプリンタヘッドを実現することができる。さらに、密着強化層形成工程の追加という簡単な製造工程で、著しく歩留りが向上し、作業性，耐久性の高い量産性に優れたインクジェットヘッドの製造方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例におけるインクジェットプリンタヘッドを用いたインクジェットプリンタの断面模式図
【図２】本発明の第１実施例におけるインクジェットプリンタヘッドのパッド部周辺の断面模式図
【図３】本発明の第２実施例におけるインクジェットプリンタヘッドのパッド部周辺の断面模式図
【図４】比較例１における従来のインクジェットプリンタヘッドのパッド部周辺の断面模式図
【図５】従来のインクジェットプリンタヘッドを用いたインクジェットプリンタの断面模式図
【符号の説明】
１  インク室
２  ノズル孔
３  電極層
４  樹脂シート
５  絶縁層
６  接着剤
７  非導電性基板
８  パッド層
９  （ＴＡＢ端子を有する）リード線部
１０  制御部
１１  電源部
１２  プリンタ用紙
１３  インク
１４  インク滴
１５  印字ドット
１６  気泡
１７  密着強化層
【図１】
0003584509.tif 000003
【図２】
0003584509.tif 000004
【図３】
0003584509.tif 000005
【図４】
0003584509.tif 000006
【図５】
0003584509.tif 000007