(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線が形成された基板と、
傾斜面を有し、前記傾斜面上に電極が形成された圧電部材と、
前記傾斜面に連続する連続面と孔を有し、前記基板と前記圧電部材との間に設けられ、前記孔を介して前記基板上に形成された配線と前記圧電部材の傾斜面上に形成された電極とを電気的に接続させるための配線が形成された中間部材と、
を備えたことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記中間部材は、前記基板と前記圧電部材とを接着させることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
前記中間部材は、接着剤であることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記基板上に形成された配線のうち、前記孔に対応する箇所が、銅製または銅に覆われていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか1つに記載されたインクジェットヘッド。
【請求項５】
基板上に配線を形成する工程と、
前記基板上に中間部材を設ける工程と、
前記中間部材上に圧電部材を設ける工程と、
積層された前記圧電部材と中間部材に連続する傾斜面と、前記中間部材に前記傾斜面に連続する面を形成する工程と、
前記圧電部材に圧力室を形成する工程と、
前記中間部材の前記傾斜面に連続する面上の前記基板上の配線位置と対応する位置に孔を設ける工程と、
前記圧電部材の圧力室に電極を設ける工程と、
前記中間部材上および前記孔の内面に亘り、前記圧力室の電極と前記基板上の配線とを電気的に接続させるための配線を形成する工程と、
よりなるインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項６】
前記中間部材は、接着剤であることを特徴とする請求項５に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、インクジェットヘッドおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のインクジェットヘッドとして、圧電部材に複数の溝を並べて形成し、これら複数の溝の内面に電極を形成した後、複数の溝を区画する複数の壁を架橋するようにカバーを接着したヘッドが知られている。圧電部材を保持する基板として、一般的にアルミナ製基板が用いられる。
【０００３】
このインクジェットヘッドの製造工程のうち、圧電部材の傾斜面を形成する工程があり、このとき、アルミナ製基板の表面も研削される。アルミナ製基板の研削面は圧電部材と比較して平滑化されやすいので、基板の研削面のめっきの密着力が弱くなる虞がある。これを改善するために、エッチング処理により表面を粗化し、基板の研削面におけるめっきの密着力を向上させたインクジェットヘッドが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１９６１２２公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
圧電部材に対して、基板の方が、粗化し難い性質を有する場合、基板の方に合わせて、より強力なエッチング液に浸漬する必要がある。この際、圧電部材と基板とを接着した状態で浸漬処理を行うと、両者のうち、圧電部材の方が、過剰に粗化されてしまう虞がある。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、圧電部材に対して、基板の方が、粗化し難い性質を有する場合であっても、配線の密着不良を低減することができるインクジェットヘッド及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、実施形態のインクジェットヘッドは、配線が形成された基板と、傾斜面を有し、前記傾斜面上に電極が形成された圧電部材と、前記傾斜面に連続する連続面と孔を有し、前記基板と前記圧電部材との間に設けられ、前記孔を介して前記基板上に形成された配線と前記圧電部材の傾斜面上に形成された電極とを電気的に接続させるための配線が形成された中間部材と、を備えたことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態に係るインクジェットヘッドを示す外観斜視図。
【図２】図１に示すインクジェットヘッドをII-IIで切断した断面図。
【図３】図１に示すインクジェットヘッドの製造方法を説明するための工程図。
【図４】図３の工程図に関し、更に、電極形成について説明する工程図。
【図５（ａ）】図３の工程図に対応する、インクジェットヘッドの製造過程を示す図（その１）。
【図５（ｂ）】図３の工程図に対応する、インクジェットヘッドの製造過程を示す図（その２）。
【図５（ｃ）】図３の工程図に対応する、インクジェットヘッドの製造過程を示す図（その３）。
【図５（ｄ）】図４の工程図に対応する、インクジェットヘッドの製造過程を示す図（その１）。
【図５（ｅ）】図４の工程図に対応する、インクジェットヘッドの製造過程を示す図（その２）。
【図５（ｆ）】図５（ｅ）の一部を、拡大して示す図。
【図６】図３〜４に示す工程を終えて、完成したインクジェットヘッドを示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながらこの発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１０】
図１に、この発明の実施の形態に係るインクジェットヘッド１１の外観斜視図を示す。図１では、インクジェットヘッド１１の内部構造を説明するため、構成の一部を部分的に破断して図示する。また、図２には、図１のインクジェットヘッド１１をII-IIで切断した断面図を示してある。図２は、後述する圧力室２４に沿ってヘッドを切断した断面図である。本実施の形態のインクジェットヘッド１１は、いわゆるインク循環式のサイドシュータ型のインクジェットヘッドである。  
【００１１】
図１および図２に示すように、インクジェットヘッド１１は、略矩形板状のアルミナ製の基板１２と、この基板１２の表面上に接着された枠部材１３と、この枠部材１３の基板１２から離間した端部に接着された略矩形板状のカバー部材１４と、枠部材１３の内側で基板１２の表面上に接着された一対の圧電部材１５と、これら一対の圧電部材１５を駆動するためのヘッド駆動用の複数個のＩＣ１６と、を有している。なお、ＩＣ１６は、図２のみに示している。  
【００１２】
基板１２は例えばアルミナ材料により形成される。アルミナ(Alumina、Ａｌ２Ｏ３)とは酸化アルミニウムの通称であり、アルミナセラミックとも呼ばれる。白色の粉末で、式量１０２．００ｇ/mol、融点は約２０２０℃、沸点は約３０００℃である。アルミナは絶縁体であり、耐摩耗性に優れる等の特徴を有する。また化学的に安定しており、殆どの酸およびアルカリに侵されない。  
【００１３】
アルミナはファインセラミックスの材料として用いられるが、そのなかでも特に優れた特性を有する。ファインセラミックスとは、精製または合成された原料粉末を用いて精密に調製された化学組成であり、制御された成形および焼結加工法により作られた高精密なセラミックスである。ファインセラミックスの用途としては半導体、自動車、産業用機械等があり、別名ニューセラミックス、アドバンストセラミックスとも呼ばれる。基板１２としてこのようなアルミナを用いることが好ましい。  
【００１４】
基板１２を貫通して、複数のインクの供給口３１と複数のインクの排出口３２が形成される。複数の供給口３１は、図１に示すように基板１２の長手方向Ａに沿い略中心に並べて形成される。複数の排出口３２は、基板１２の長手方向Ａに沿ってエッジ寄りに並べて形成される。ここでいうエッジとは、短手方向Ｂの両端のことを表す。  
【００１５】
また、枠部材１３はセラミック材料或いは金属材料によって形成される。枠部材１３の表面は絶縁材料によって被覆され、さらにポリイミド製のカバー部材１４が基板１２の上に形成される。  
【００１６】
カバー部材１４には、一対のノズル列２１が形成される。各ノズル列２１には、それぞれがインク滴の吐出孔として機能する複数のノズル２２がほぼ等間隔で形成される。また、カバー部材１４のインク滴吐出側の表面１４ａには、フッ素樹脂などにより撥水膜４３が形成される。  
【００１７】
一対の圧電部材１５は、それぞれ、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）製の２枚の圧電板２３を互いの分極方向を対向させるように張り合わせて形成される。各圧電部材１５は、断面台形状で、長手方向Ａに延びた棒状に形成される。  
【００１８】
なお、上述した複数の供給口３１は２本の圧電部材１５の間で長手方向Ａに並んで設けられ、複数の排出口３２は各圧電部材１５を供給口３１との間に挟む位置で長手方向Ａに沿って並んで形成される。  
【００１９】
また、各圧電部材１５には、基板１２から離間した側から基板１２へ向かって、図１に示す、矢印Ａ、矢印Ｂと垂直に交差する矢印Ｃの方向に複数本の微細な溝が切削形成され、長手方向Ａに等間隔で並んだ複数の細長い圧力室２４が形成される。このように、長手方向Ａに並べて複数本の圧力室２４を形成することにより、各圧電部材１５には、長手方向に隣接する圧力室２４を区画するように、各圧力室２４の両側部に設けられる駆動素子である複数の壁が形成される。  
【００２０】
そして、それぞれ、隣接する２つの壁が圧力室２４に対面する側面およびその間の圧力室２４の底部を連続して、すなわち各圧力室２４の内面に、電極２６が形成される。  
【００２１】
各圧電部材１５は、カバー部材１４に形成されたノズル列２１に対応するよう位置決めされて基板１２の表面上に接着される。このとき、各ノズル列２１の複数のノズル２２と各圧電部材１５の複数の圧力室２４が対向するよう、カバー部材１４が圧電部材１５に対して位置決めされる。つまり、圧力室２４および壁は、ノズル２２と同じピッチで形成される。  
【００２２】
枠部材１３の基板１２から離間した端部に、カバー部材１４が接着される。これにより、基板１２、枠部材１３、およびカバー部材１４によって囲まれたインク室（チャンバ）４０が形成される。  
【００２３】
基板１２上に、圧電部材１５を駆動するための複数の電気配線２７が設けられる。各電気配線２７は、その一端が、後述する電気配線２８、２９、３０を介して、上述した電極２６に電気的に接続されるとともに、他端でヘッド駆動用のＩＣ１６に接続される。この電気配線２７も上述したノズル２２、圧力室２４、および壁と同じピッチで形成される。  
【００２４】
次にこの実施形態のインクジェットヘッドの動作を説明する。上記構造のインクジェットヘッド１１を搭載したプリンタ（図示せず）で印刷処理を実行する場合、まず、プリンタの図示しないインクタンクからインクジェットヘッド１１にインクが供給される。このとき、インクは、基板１２に形成された複数の供給口３１を介してインクジェットヘッド１１へ供給される。  
【００２５】
図２の矢印はインクの流れを示している。複数の供給口３１を介してヘッド１１へ供給されたインクは、基板１２、枠部材１３、およびカバー部材１４によって概ね密閉されたチャンバ４０内に流入される。このとき、供給口３１を介して流入されたインクは、２つの圧電部材１５にそれぞれ形成された複数本の圧力室２４を通って基板１２の外方に向けて流通し、基板１２のエッジ近くに形成された複数の排出口３２を介してヘッド１１から排出される。  
【００２６】
このとき、インクジェットヘッド１１に供給されるインクの供給圧力および排出量は、チャンバ４０の内壁に付着する気泡を押し流すことができ、且つカバー部材１４の複数のノズル２２からインクが押し出されることのない適当な値に設定される。つまり、ヘッド１１に供給されるインクは、チャンバ４０を概ね満たすとともに滞留することのないよう流通される。なお、ヘッド１１で使用されなかったインクは、排出口３２を介して排出されて図示しないインクタンクに回収される。  
【００２７】
この状態で、ユーザがプリンタに対して印刷を指示すると、プリンタの図示しない制御部は、インクジェットヘッド１１のヘッド駆動用のＩＣ１６に対して印刷信号を出力する。印刷信号を受けたヘッド駆動用のＩＣ１６は、基板上の電気配線２７、接着剤５１上の電気配線２９、３０、および、圧電部材１５上の電気配線２８を介して、駆動パルス電圧を、圧電部材１５の壁に印加する。これにより、インク滴を吐出させることが選択された圧力室２４の両側にある左右一対の壁は、シェアモード変形を行って湾曲するように離反する。そして、これらを初期位置に復帰させて当該圧力室２４内の圧力を高くすることにより、対向するノズル２２からインク滴が勢い良く吐出される。  
【００２８】
ここで、上述したインクジェットヘッド１１の製造方法について、図３、図４に示す工程図と図５に示す模式図を参照して説明する。
【００２９】
まず、図３に示すステップＳ１では、焼成前のアルミナセラミックスシートで構成される基板１２に対して、プレス成形によって上述した複数の供給口３１および排出口３２を形成する。或いは、矩形板状の基板１２を用意して機械加工によって供給口３１および排出口３２を形成する。これら供給口３１および排出口３２の位置精度は低くて良い。なお、基板１２は予め焼成しておくことが好ましい。
【００３０】
続いて、基板１２の表面に、電気配線２７を形成する。（ステップＳ２）電気配線２７は、無電解めっき法にて基板全面にＣｕ膜を成膜し、周知のサブトラクティブ法にて形成する。なお、Ｃｕはスパッタリング法や真空蒸着法により成膜してもよい。また、配線の形成方法は、セミアディティブ法、フルアディティブ法、リフトオフ法を用いてもよい。
【００３１】
基板１２の配線材料は、後述する孔５２形成時のレーザーによるダメージを小さくするため、レーザーの吸収が小さいＣｕが好ましい。即ち、後述するＳ６での孔５２形成時に、レーザーが電気配線２７に照射されたとしても、10μｍ以上程度の比較的長い波長のレーザーであれば、配線材料に用いられたＣｕが、レーザーを反射することにより、配線の損壊を低減できる。また配線の密度を高くする場合、孔５２形成は微細穴の形成に有利なＵＶレーザー（波長380nm未満）を用いることが好ましいが、炭酸ガスレーザー（波長10.6μｍ）等の長波長レーザーに比べ、配線材料にダメージを与える懸念が大きいため、ＵＶレーザーを用いる場合、基板１２上の電気配線２７を、おおむね5μｍ以上と厚く設定することが好ましい。ＵＶレーザーを用いる場合の基板１２への配線形成方法は、セミアディティブ法が好ましく、具体例として、まず下地にスパッタリング法等によりＣｕ膜を0.5μｍ厚程度成膜し、その後、Ｃｕ表面にレジストパターンを形成し、レジスト以外の箇所に硫酸銅を用いた電解Ｃｕめっきによりを厚付けする。さらにレジストを除去し、塩化第二鉄溶液等のＣｕエッチング液に浸漬して、配線パターンを形成する。セミアディティブ法は、厚付け用めっきが、スパッタリング法や真空蒸着法と比較し成膜速度が速く、またパターンの広がりがレジストで規制されるため、微細パターン形成に有利である。さらに、電解Ｃｕめっきは、表面のレベリング効果が高く、配線の密着力を確保するため、基板表面エッチングしても、電解Ｃｕめっき後に配線の表明が平滑化される。このためＵＶレーザーによる孔５２形成に限らず、孔５２形成時に生じた加工残渣の除去が容易となる。
【００３２】
続いて、基板１２の表面に一対の圧電部材１５を接着する（ステップＳ３）。各圧電部材１５は、上述した供給口３１の両側で排出口３２との間に接着される。このとき、一対の圧電部材１５は、図示しない冶具によって保持されて、互いに高精度に位置決めされる。
【００３３】
圧電部材１５を基板１２に接着した状態を図５（ａ）に示す。圧電部材１５は、２枚の圧電板２３を、分極方向が逆向きになるように、接着剤を挟んで貼り合せて形成され、これら2枚の圧電板２３同士の接着を予め済ませた状態で、基板１２に接着される。基板１２と圧電部材１５との間の接着剤５１（中間部材）としては、例えば、厚み100μｍ程度のエポキシ系の接着シートを用いる。市販の接着シートは、両面がＰＥＴ等のカバーフィルムで被服されている。基板１２と圧電部材１５の接着工程で、接着フィルムの片面のカバーフィルムを剥離し、露出した接着面を、基板１２に対向するように配置した後、ロール式、または真空ラミネータを用いて、基板１２の必要な部分（後の工程で基板１２に枠部材１３を接着するが、枠部材１３の接着面より内側になり、また後の工程である孔５１形成位置を被服するエリア）にラミネートする。ラミネート後、残りの面のカバーフィルムを剥離し、圧電部材１５を接着面上に配置し、ロール式、または真空ラミネータを用いて、圧電部材１５と基板１２とを貼り合わせる。その後、基板１２と圧電部材１５の両面を、バイス等により挟むことにより接着面を加圧し、この状態でオーブンに投入する。オーブンでの加熱温度は接着シートの種類に応じて１００〜２００℃の設定とする。
【００３４】
ステップ３の後、ステップＳ４において研削加工を行い、圧電部材１５に、斜面１５ａを形成する（図５（ｂ）参照）。円周が細くなっているブレード等を用い、ブレードの刃を圧電部材１５の側から基板１２の側へ向かって投入する。これにより、圧電部材１５は、斜面１５ａを有する台形状となる。このとき、接着剤５１の表面も研削することにより、接着剤５１上に、斜面１５ａに連続する連続面部５１Sを形成する。この連続面部５１Sは、斜面１５ａと連続する連続斜面５１ｂと、連続斜面５１ｂの終端部から水平方向に方向を変えて延びる、水平状の連続水平面５１ａとからなる。上述のステップＳ４において、本実施形態では、圧電部材１５に斜面１５ａを形成する際、斜面１５ｂの終端部を越えて、接着剤５１の連続斜面５１ｂの終端部まで、研削を行っている。これにより、圧電部材１５の斜面１５ａを形成する際、当該斜面１５ａの裾野に、切り立った垂直壁を残すことなく、全域にわたり斜面１５ａを形成できる。このため、後述する不要部分除去（Ｓ７６）の工程の実行に際し、レーザーの照射角度を変えることなく、作業を容易に実行することができる。
【００３５】
この後、ステップＳ５の圧力室溝形成により、圧電部材１５に、複数の溝２４（圧力室２４）を形成する。この溝加工は、例えば、ＩＣウエハの切断等に用いられているダイシングソーのダイヤモンドホイールを用いる。複数の圧力室２４は、図１に示すように、圧電部材１５の長手方向Ａに沿って等間隔で並べて形成される。この結果、隣接する圧力室２４、２４の間には、それぞれ、壁が形成される。
【００３６】
ステップＳ５の後、後の工程で圧電部材１５上に形成されることになる電極２６（図５（ｅ）参照）、および、同様に、斜面１５ａ上に形成されることになる電気配線２８（図５（ｅ）参照）と、接着剤５１上の連続面部５１Ｓに形成されることになる電気配線２９（図５（ｅ）（ｆ）参照）と、基板１２上の電気配線２７とを、電気的に接続するための孔５２を、レーザー加工機を用いて開ける（ステップＳ６）（図５（ｃ）参照）。その後、レーザー加工により生じた穴５２内の残留物を除去するため、過マンガン酸カリウム溶液等に浸漬する。
【００３７】
続いてステップＳ７で行う電極形成工程について説明する。ここでは複数の圧力室２４の内面に電極２６を形成するとともに、圧電部材１５の斜面１５ａ、接着剤５１の連続面部５１Ｓ、接着剤５１の孔５２に対し、それぞれ、電気配線２８、２９、３０を形成する。
【００３８】
まず、基板１２上の電気配線２７が露出しないように、マスキングフィルムで、基板１２の全体を覆う。（ステップＳ７１）（図５（ｄ）参照）次に、感光性レジスト、もしくは耐めっきテープを、圧電部材１５の所定位置に形成し、この圧電部材１５が接着された基板１２を、酸性溶液に浸漬することにより、圧電部材１５の表面を粗化する。そして、十分に粗化された後、基板１２を、酸性溶液から引き揚げ、その後、水洗する。（ステップＳ７２）
【００３９】
次に、圧電部材１５、接着剤５１および接着剤５１の孔５２へのめっき処理の前工程として、被めっき部分表面への触媒密着性向上のために、ステップＳ７２を経た基板１２（圧電部材１５、接着剤５１を含む）を、コンディショニング液に浸漬させる。そして、基板１２を、コンディショニング液から引き揚げる。（ステップＳ７３）
【００４０】
次に、キャタリスト／アクセラレーション法により、圧電部材１５の表面、接着剤５１、孔５２の表面に対し、無電解めっきの触媒であるｐｄ（パラジウム）を付与し、続いて、触媒活性化処理を施す。（ステップＳ７４）
【００４１】
次に、Ｐｄが付与された圧電部材１５、接着剤５１を、基板１２とともに無電解Ｃｕめっき液に浸漬させることにより、約１μｍの厚みのめっき膜を形成する。（ステップＳ７５）
【００４２】
ステップＳ７５の後、電極２６、電気配線２８、２９、３０以外の不要な部位の無電解Ｃｕめっきを、レーザーパターニング装置により除去することにより、図５（ｅ）、（ｆ）に示すような配線パターンを形成する。（ステップＳ７６）なお、この工程は、上記レーザーによる方法に限らない。例えば、必要な部分にレジストを施し、不要な部分をエッチング液により除去する方法で行ってもよい。ステップＳ７６の後、ステップＳ７１の工程において設けたマスキングを剥離することで、図６に示すように、インクジェットヘッドの製造が完成する。（ステップＳ７７）
【００４３】
この後、ステップＳ８において、図１に示すように、一対の圧電部材１５を囲むように、基板１２の表面に枠部材１３を接着する。次に、ステップＳ９では、図１に示すように、枠部材１３および圧電部材１５を覆うようにカバー部材１４を接着する。
【００４４】
さらにこの後、ステップＳ１０で、カバー部材１４にレーザを照射して複数のノズル２２を形成する。各ノズル２２は、カバー部材１４の表面に円形の吐出口を形成し、複数の圧力室２４に対向する位置にそれぞれ連通するよう形成される。
【００４５】
そして、ステップＳ１１で、基板１２上の電気配線２７に接続するように駆動回路（ヘッド駆動用のＩＣ１６）を取り付ける。さらに、ステップＳ１２において、基板１２に対して図示しないインクケースを接着して、インクジェットヘッド１１の製造工程が終了する。
【００４６】
以上説明した実施形態によれば、予め基板１２に電気配線２７を形成させた後、この電気配線２７上に接着剤５１を介して圧電部材１５を設けるとともに、接着剤５１の孔５２を介して、圧電部材１５の電極２６と基板１２の電気配線２７とを電気的に接続するための電気配線を、圧電部材１５の斜面１５ａ上と接着剤５１上に亘って形成したので、圧電部材に対して、基板の方が、粗化し難い性質を有する場合であっても、配線の密着不良を低減することができるインクジェットヘッド及びその製造方法を提供することができる。
【００４７】
なお、本実施形態では、基板１２と圧電部材１５との間の接着剤５１（中間部材）として、エポキシ系の接着シートを使用したが、これに限定するものではなく、基板１２と圧電部材１５との間に一定の間隔を維持し、且つ、孔が形成可能な程度の強度を有するものであればよい。例えば、シート状ではなくペースト状の接着剤を使用し、当該接着剤が乾燥した後、孔を形成するようにしてもよい。
【００４８】
本発明の実施形態を説明したが、こ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。この新規な実施形態は、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、変更を行なうことができる。この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】
【００４９】
１１  インクジェットヘッド
１２  基板
１５  圧電部材
１５ａ  斜面
２６  電極
２７、２８、２９、３０  電気配線
５１  接着剤（中間部材）
【図１】
0005758337.tif 000002
【図２】
0005758337.tif 000003
【図３】
0005758337.tif 000004
【図４】
0005758337.tif 000005
【図５（ａ）】
0005758337.tif 000006
【図５（ｂ）】
0005758337.tif 000007
【図５（ｃ）】
0005758337.tif 000008
【図５（ｄ）】
0005758337.tif 000009
【図５（ｅ）】
0005758337.tif 000010
【図５（ｆ）】
0005758337.tif 000011
【図６】
0005758337.tif 000012