(57)【要約】【課題】温度サイクルに起因する熱応力を使用環境温度域において低減させることにより、長期にわたり高い信頼性を確保できるようにしたインクジェットヘッドを提供する。【解決手段】圧電基板に刻設された複数列の溝２２にそれぞれ形成されるインク室内に導電性材料１０を充填し、該導電性材料１０を、インク室２２の少なくとも内壁２３に形成された電極２４を外部の駆動回路に導出するための外部接続用電極１１として用いるようにしたインクジェットヘッドにおいて、前記圧電基板の溝２２に導電性材料１０が充填された部分における溝幅方向の内部応力を、−４０℃以上１００℃以下の環境温度下において概ねゼロに設定している。【選択図】    図１
2004291584.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板に刻設された複数列の溝にそれぞれ形成されるインク室内に導電性材料を充填し、該導電性材料を、前記インク室の少なくとも内壁に形成された電極を外部の駆動回路に導出するための外部接続用電極として用いるようにしたインクジェットヘッドにおいて、
前記圧電基板の溝部に前記導電性材料が充填された部分における溝幅方向の内部応力は、−４０℃以上１００℃以下の環境温度下において概ねゼロであることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記導電性材料は、熱収縮に起因する応力の発生を抑制するためのクリープ変形特性を有することを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
前記導電性材料は、クリープ変形を元に戻すための形状記憶特性を有することを特徴とする請求項２記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記導電性材料は、硬化時の収縮率が５％以下であることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
前記導電性材料は、常温以下で硬化する導電性材料であることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
【請求項６】
圧電基板に刻設された複数列の溝にそれぞれ形成されるインク室内に導電性材料を充填し、該導電性材料を、前記インク室の少なくとも内壁に形成された電極を外部の駆動回路に導出するための外部接続用電極として用いるようにしたインクジェットヘッドにおいて、
前記圧電基板の溝部に前記導電性材料が充填された部分における溝幅方向の内部応力は、常温近傍の環境温度下において概ねゼロであることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項７】
前記常温近傍の環境温度とは、１０℃ないし４０℃の範囲であることを特徴とする請求項６に記載のインクジェットヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットプリンタのインクジェットヘッドにおける外部取り出し電極の特性に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧電材料のシェアモードを利用してインクを吐出するようにしたインクジェットヘッドが従来より提案されている（例えば、特許文献１参照）。このような従来のインクジェットヘッドは、例えば、図５に示すように、厚さ方向に分極処理を施した圧電材料を分極方向が相反する方向になるように貼り合わせた圧電材料に複数の溝が形成されたアクチュエータ部材１００と、インク供給口１１１及び共通インク室１１２が形成されたカバー部材１１０と、ノズル孔１２１が開けられたノズルプレート１２０と、を貼り合わせることで、複数の溝によりインク室１１２が形成されており、その各インク室１１２を仕切る隔壁には、電界を印加するための電極１０１が形成されている。
【０００３】
インク室１１２の後半部１０２は、その底面がＲ形状に加工されており、さらに、外部回路との接続のための電極引き出し部として平坦部１０３が形成されている。また、支持基板１４０上に配置されたインクジェットヘッドと駆動用ＩＣ１３０は、平坦部１０３上に形成された電極１０４とワイヤボンディング技術によりアルミニウムワイヤ１３１で電気的な接続を行っている。その他、例えば駆動用ＩＣ１３０が接続されているフレキシブル基板などに形成された外部電極とＡＣＦ（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｆｉｌｍ：  異方性導電フィルム）接続技術により接続することもできる。
【０００４】
次に、従来のインクジェットヘッドのインク室内電極を平坦部に延出させる方法について、図６により説明する。まず、アクチュエータ部材１００の主表面にドライフィルムレジスト１５０をラミネートして硬化させる。次に、ダイサーのダイシングブレード１６０を用いて圧電材料をハーフダイスすることにより、後にインク室になる溝を形成し、ダイシングブレード１６０を上昇させてダイシングブレードの直径に対応したインク室後半部１０２のＲ形状部を形成し、その後平坦部ではドライフィルムレジスト１５０のみをカットする。
【０００５】
このようにして、インク室アレイを形成した後に、インク室内にスパッタリング技術やめっき技術を用いてＡｌやＣｕなどの金属電極材料を形成する。また、インク室後半部１０２のＲ形状部及び平坦部のドライフィルムレジスト１５０の開口部分にも同様に金属膜形成が行われ、外部回路との接続電極となる。
【０００６】
このように形成されたアクチュエータ部材１００は、インク室を仕切る隔壁に形成された電極において、隔壁を介して向い合う電極に逆位相の電位を印加することでシェアモード駆動を行う。つまり、厚さ方向で分極方向を対称に貼り合わされたインク室隔壁の貼り合わせた境目でインク室隔壁が“く”の字に変形し、インク室内の容積が変化し、それに伴うインク室内のインク圧力変化を利用してインク室先端部に配置した微小なノズルからインク液滴が吐出される。
【０００７】
上記のような従来のインクジェットヘッド構造では、図５に示すように、インクの吐出動作に寄与するいわゆるアクティブ領域は、インク供給孔１１１及び共通インク室１１２より先端側（前半部）のみであり、インク供給孔１１１を含む後端側（後半部）はインクを供給するための領域であり、さらに大きなＲ部分及び平坦部１０３はインク室内の電極１０１を外部回路に接続するための取り出し電極とし、平坦部１０３で駆動用ＩＣ１３０に導通した電極との電気的接続を行うための領域である。
【０００８】
このようなインクジェットヘッドの構成では、本来インク吐出に寄与するアクティブエリア以外の部分が非常に大きく、そのため、材料コストが高くなり、インクジェットヘッドを安価に製造できないという問題があった。
【０００９】
また、高い誘電率を有するＰＺＴなどの圧電材料上で平坦部分１０３までインク室内の電極１０１を延出させる必要があるため、インクジェットヘッドの静電容量が大きくなりアクチュエータ駆動に際して、印加駆動パルス波形が鈍ることで高速駆動による高速印字が困難になるという問題があった。
【００１０】
この印加駆動波形の鈍りは、印加電圧を上昇させることで改善できるが、印加電圧を上げることでアクチュエータの駆動による発熱量が増大してアクチュエータの温度が上昇することによりインク粘度が変化し、安定で高精度な印字が行えないという問題や高い電圧を印加できる駆動用ＩＣがコスト高になるという問題、高電圧印加が原因で早期の圧電材料特性劣化による耐久性の問題、低消費電力化が困難であるという問題があった。
【００１１】
このため、アクチュエータのインク室内電極１０１のアクティブエリア以外の部分では、圧電材料と電極との間に低誘電膜を予め製膜することで、アクティブエリア以外の部分での静電容量をほぼ無視できるレベルにすることが行われる。しかし、約２００℃という低温度のキューリー点を有する圧電材料であるＰＺＴに対して、低温のプロセスで低誘電率のＳｉ−Ｎ膜などを形成するためには非常に高価なＥＣＲ−ＣＶＤ装置が必要であり、製造コストが上昇して安価なインクジェットヘッドを製造できなくなるという問題があった。
【００１２】
このような問題に対処するために、例えば、図７に示すように、インク供給孔及びインク室内電極を延出させるための領域を圧電素子の長手方向に求めないようにした構造のものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。この提案では、インクを供給するために、圧電材料のアクティブエリアの後端部にインク供給孔を設け、インク室１１２内の電極１０１をインク供給側側面もしくはインク吐出側側面に延長させ、駆動用ＩＣ１７０に導通する電極１７１との電気的な接続を行っている。
【００１３】
この場合、アクチュエータ１００のアクティブエリア以外の部分が少ないため、圧電材料の材料コストの低減化は図られるが、インク室１１２内の電極１０１をアクチュエータ側面に略直角に折曲させて電極の引き出しを行わなければならない。そのため、個々のアクチュエータ１００に小片化してからインク室１１２内の電極１０１に導通するようにアクチュエータ側面に金属膜を形成する必要がある。このような金属膜の形成方法は、きわめて非能率である。
【００１４】
また、引き出した電極間を分離するためには、予めレジストパターニングもしくはベタ電極に引き出した後にダイシングやＹＡＧレーザーによる電極分離工程を必要とし、工程が非常に煩雑となり、生産性が低く、生産歩留りが低下し、生産コストが高くなるという問題があった。また、引き出した電極も、インク室１１２からアクチュエータ側面に引き出される屈曲部分で、後の工程や搬送で断線（破断）する可能性が高く、生産歩留りが低下するという問題や環境信頼性が低いという問題があった。
【００１５】
さらに、このような難点を解消することを課題として、本出願人によって、外部接続用の電極がインク室内に充填された導電性材料により形成されたインクジェットヘッドも提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【００１６】
この提案では、図８に示すように、外部接続用の電極がインク室内に充填された導電性材料１０５により形成されているため、従来のようにインク室内電極を実装するためにインク室外に引き出す必要がなくなり、アクチュエータ１００のアクティブエリア以外の部分がほとんど不要となるため、材料コストの削減を実現できる。
【００１７】
また、静電容量が低減することにより、駆動周波数を高くできるため高速印字が可能となり、かつ、駆動電圧を低減できるため駆動用ＩＣの低耐電圧化が可能となり、駆動用ＩＣコストと駆動消費電力の低減化を図ることもできる。従って、パーソナル向けのプリンターとしては、実用上十分な信頼性を確保することができる。
【００１８】
【特許文献１】
特開平０４−２５９５６３号公報（段落「００１８」，図４）
【特許文献２】
特開平０９−０９４９５４号公報（段落「０００８」，図１）
【特許文献３】
特開２００２−１７８５１８号公報（段落「００６７」〜「００７２」，図１）
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図８に示す構成では、圧電基板（２〜７ｐｐｍ／℃）のインク室の中に比較的大きな線膨張係数を有する導電性樹脂（３０〜８０ｐｐｍ／℃）やはんだなどの金属材料（１５〜２０ｐｐｍ／℃）を充填しているため、環境温度変化による熱膨張のミスマッチ（熱膨張差）によって、長期の温度サイクル等において圧電基板からなるインク室隔壁と充填導電性材料との間で剥離やインク室隔壁のクラック等が発生し、長期の環境信頼性に問題が生じていた。ビジネス用や産業用に使用されるプリンターには、長期にわたる過酷な環境信頼性が要求されるため、その対策が求められていた。
【００２０】
本発明は、このような実情に鑑みてなされ、温度サイクルに起因する熱応力を使用環境温度域において低減させることにより、長期にわたり高い信頼性を確保できるようにしたインクジェットヘッドを提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述の課題を解決するための手段を、以下のように構成している。
【００２２】
（１）圧電基板に刻設された複数列の溝にそれぞれ形成されるインク室内に導電性材料を充填し、該導電性材料を、前記インク室の少なくとも内壁に形成された電極を外部の駆動回路に導出するための外部接続用電極として用いるようにしたインクジェットヘッドにおいて、
前記圧電基板の溝部に前記導電性材料が充填された部分における溝幅方向の内部応力は、−４０℃以上１００℃以下のいずれかの環境温度下において概ねゼロであることを特徴とする。
【００２３】
この構成においては、圧電基板に刻設された溝内に形成される複数のインク室内に導電性材料を充填し、該導電性材料を、前記インク室の少なくとも内壁（隔壁の内側）に形成された電極を外部の駆動回路に導出するための外部接続用電極として用いるようにしている。
【００２４】
従って、従来インク室内電極を実装のためにインク室外に引き出していたが、その必要がなくなり、アクチュエータのアクティブエリア以外の部分がほとんど不要となるため、材料コストを削減することができる。また、静電容量も低下することから、駆動周波数を高くすることができるため、高速印字が可能となり、かつ、駆動電圧を低減できるため、駆動用ＩＣの低耐電圧化が可能となり、駆動用ＩＣおよび駆動消費電力の低減化を図ることができる。
【００２５】
ところで、圧電基板からなるインク室隔壁（約２〜７ｐｐｍ／℃）とインク室内に充填された導電性材料（約３０〜８０ｐｐｍ／℃）との線膨張ミスマッチに起因する熱応力の発生については、通常は、常温を中心に高温側（高温環境、駆動時温度上昇等）および低温側（低温環境等）に環境温度が変化することを想定して温度サイクル試験等を行うが、高温環境および低温環境で発生する熱応力は、応力ゼロとなる温度からの温度変化量が大きくなるほど増大する。
【００２６】
インクジェットヘッドの溝内に充填される導電性材料が、エポキシバインダーの銀ペーストを使用するときには、１２０℃程度の高温硬化を行うため、硬化温度とほぼ同じ高温域において応力ゼロの内部応力状態となり、温度サイクル試験の高温側ではほとんど熱応力が発生しないが、温度サイクル試験の低温側では−４０℃低温側設定である場合は、応力ゼロ点からの温度差が約−１６０℃にも及び、銀ペーストの熱収縮が問題となって、温度サイクル試験の結果では特に低温側で溝幅方向での充填された銀ペーストの収縮によるクラックが発生して、電気的ＯＰＥＮ不良を引き起こすことがあった。
【００２７】
そこで、この構成においては、圧電基板の溝部に前記導電性材料が充填された部分における溝幅方向の内部応力を、−４０℃以上１００℃以下のいずれかの環境温度下において概ねゼロに設定している。
【００２８】
従って、熱応力の原因となる温度差をプラス側とマイナス側に略均等に振り分けることができるため、温度サイクルに対する耐クラック性能が向上する。例えば３０℃で応力ゼロとした場合、−４０℃の低温側では応力ゼロ点からの温度差が−７０℃（銀ペーストの収縮）と、１００℃の高温側では応力ゼロ点からの温度差＋７０℃（銀ペーストの膨張）と、応力ゼロ点が１２０℃近傍のインクジェットヘッドと比較すると、マイナス側に偏っていた熱応力の原因となる温度差をプラス側とマイナス側に振り分けることができるため温度サイクルに対する耐クラック性能が向上する。これにより、長期信頼性も向上し、さらに過酷な温度変化にも耐え得るインクジェットヘッドを提供することができる。
【００２９】
（２）前記導電性材料は、熱収縮に起因する応力の発生を抑制するためのクリープ変形特性を有することを特徴とする。
【００３０】
常温硬化が可能な導電性材料の場合、一般に導電性材料の体積抵抗率などの電気的特性が悪いため、外部回路との電気的接続において大きな接続抵抗が発生して、駆動パルス波形が鈍り、高速印字ができなくなるという問題が発生する。
【００３１】
さらに、常温硬化であっても硬化時の体積収縮により応力ゼロ点は常温近傍からは大きく外れて、温度サイクル試験の温度域よりもはるかに高い温度で応力ゼロ点を有し、充填導電性材料が高温硬化タイプであれば、常温硬化タイプと同様に硬化時の体積収縮に加えて、硬化温度から常温に温度低下したときの熱収縮により応力ゼロ点は硬化温度近傍の高温域にある。
【００３２】
この構成においては、インク室に充填する導電性材料が、クリープ変形特性を有するため、常温保持のみで導電性材料自体のクリープ変形で内部残留応力を緩和し、常温における内部応力状態を概ねゼロにすることができ、温度サイクルに対する耐クラック性能が向上する。これにより、長期信頼性も向上し、さらに過酷な温度変化にも耐え得るインクジェットヘッドを提供することができる。
【００３３】
（３）前記導電性材料は、クリープ変形を元に戻すための形状記憶特性を有することを特徴とする。
【００３４】
この構成においては、インクジェットヘッドの溝に充填する導電性材料は、形状記憶特性を有する。従って、クリープ変形特性と形状記憶特性を併有するため、硬化による体積収縮や、常温以上での硬化工程での硬化温度から常温への降温時の熱収縮に起因する応力はクリープ変形特性で抑制することができる。
【００３５】
さらに、常温から高温環境になった時は、昇温によって導電性材料の形状記憶特性が発現して常温保存で起こったクリープ変形が元に戻り、換言すれば、硬化直後の状態に戻るため、常温で概ねゼロであった内部応力は収縮力が増大し、同時に昇温による熱膨張が発現して、それらの力が相殺することで高温状態でも応力が概ねゼロとなり、単に常温近傍で応力がゼロである場合に比べると、高温側の信頼性が向上する。
【００３６】
また、高温から常温に戻すとき、クリープ変形特性により、常温で応力ゼロとなる。よって、−４０℃以上１００℃以下での応力ゼロ点を容易に実現することができ、温度サイクルによる耐クラック性能が向上する。これにより、長期信頼性も向上し、さらに過酷な温度変化にも耐え得るインクジェットヘッドを提供することができる。
【００３７】
（４）前記導電性材料は、硬化時の収縮率が５％以下であることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
【００３８】
この構成においては、インクジェットヘッドの溝に充填する導電性材料は、硬化時の収縮率が５％以下である。従って、一般的なエポキシ樹脂の硬化収縮率は１０％以上であり、常温硬化が行える導電性材料であっても硬化収縮が大きく、大きな残留内部応力が発生して早期信頼性劣化の原因になっていたが、硬化収縮率が５％以下である導電性材料であれば、常温硬化で内部応力を抑制することができ、−４０℃以上１００℃以下での応力ゼロ点を容易に実現することができ、温度サイクルによる耐クラック性能が向上する。これにより、長期信頼性も向上し、さらに過酷な温度変化にも耐え得るインクジェットヘッドを提供することができる。
【００３９】
（５）前記導電性材料は、常温以下で硬化する導電性材料であることを特徴とする。
【００４０】
この構成においては、インクジェットヘッドの溝に充填する導電性材料は、常温以下で硬化する導電性材料である。従って、導電性材料の硬化による体積収縮を、常温以下の硬化温度から常温に昇温したときの導電性材料の熱膨張によって、キャンセルさせることができるため、充填導電性材料の内部応力を抑制することができ、−４０℃以上１００℃以下での応力ゼロ点を容易に実現することができ、温度サイクルによる耐クラック性能が向上する。これにより、長期信頼性も向上し、さらに過酷な温度変化にも耐え得るインクジェットヘッドを提供することができる。
【００４１】
（６）圧電基板に刻設された複数列の溝にそれぞれ形成されるインク室内に導電性材料を充填し、該導電性材料を、前記インク室の少なくとも内壁に形成された電極を外部の駆動回路に導出するための外部接続用電極として用いるようにしたインクジェットヘッドにおいて、
前記圧電基板の溝部に前記導電性材料が充填された部分における溝幅方向の内部応力は、常温近傍の環境温度下において概ねゼロであることを特徴とする。
【００４２】
この構成においては、圧電基板に刻設された溝内に形成される複数のインク室内に導電性材料を充填し、該導電性材料を、前記インク室の少なくとも内壁（隔壁の内側）に形成された電極を外部の駆動回路に導出するための外部接続用電極として用いるようにしている。
【００４３】
従って、従来インク室内電極を実装のためにインク室外に引き出していたが、その必要がなくなり、アクチュエータのアクティブエリア以外の部分がほとんど不要となるため、材料コストを削減することができる。また、静電容量も低下することから駆動周波数を高くすることができるため、高速印字が可能となり、かつ、駆動電圧を低減できるため、駆動用ＩＣの低耐電圧化が可能となり、駆動用ＩＣおよび駆動消費電力の低減化を図ることができる。
【００４４】
そして、圧電基板の溝部に前記導電性材料が充填された部分における内部応力は、少なくとも溝幅方向の応力成分において、常温近傍の環境温度下においてゼロである。従って、インクジェットヘッドのさらされる環境温度は、常温を中心に高温側および低温側に温度変化するため、インクジェットヘッドの内部応力状態を常温近傍でゼロ点を持つように設計しておけば、環境温度変化に起因する熱応力を、常温から高温側および低温側にほぼ均等に振り分けることができ、熱応力低減を効果的に行うことができる。これにより、温度サイクルによる耐クラック性能が向上するため、長期信頼性も向上し、さらに過酷な温度変化にも耐え得るインクジェットヘッドを提供することができる。
【００４５】
（７）前記常温近傍の環境温度とは、１０℃ないし４０℃の範囲であることを特徴とする。
【００４６】
この構成においては、１０℃ないし４０℃の範囲でインクジェットヘッドの内部応力状態がゼロであるため、温度サイクルによる耐クラック性能が向上し、かつ、長期信頼性も向上し、過酷な温度変化にも耐えることができる。
【００４７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態に係るインクジェットヘッドについて図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００４８】
図１は、インクジェットヘッドの断面図である。このインクジェットヘッドは、ＰＺＴ圧電材料（圧電基板）からなるアクチュエータ２０の後端部２１にＡｇ導電性フィラーを含有する導電性樹脂（本発明の導電性材料）１０が充填されており、アクチュエータ２０の後端部２１で導電性樹脂１０が切断された端面において導電性樹脂１０が露出している。
【００４９】
また、アレイ状に並ぶインク室２２は隔壁２６によって仕切られており、インク室２２内には、二つのアクチュエータ駆動用電極２３，２４が隔壁２６の内側（本発明の内壁）に向い合った状態で形成されており、充填された導電性樹脂１０を介して、二つの電極２３，２４は導通している。また、アクチュエータ２０のインク吐出面２５には、微小なノズル３１を有するノズルプレート３０が接着されており、アクチュエータ２０の後端部２１の上方には、カバー部材４０に予め形成されたインク供給口４１が配設されている。
【００５０】
このような構成により、圧電材料からなる各隔壁２６の上半部分に配設した電極２３，２４に導電性樹脂１０で一つの外部接続用電極として集約させてアクチュエータ後端面２１に露出させた導電性樹脂電極１１に同電位の電圧を印加し、インク室隔壁２６の表裏で対向する電極に逆位相の電圧印加を行うことによって隔壁２６がインク室内電極が形成されている境目で隔壁２６が折れ曲がるようにシェアモードで駆動し、アクチュエータとして機能する。これにより、インク室２２内のインク圧力をコントロールし、ノズル３１からインク微小液滴を吐出させることができる。
【００５１】
そして、アクチュエータ２０の後端部２１に充填する導電性樹脂１０に、クリープ変形特性を具備した素材を用いている。従って、導電性樹脂１０がクリープ変形するため、常温保持のみで内部残留応力を緩和し、常温における内部応力状態を概ねゼロにすることができる。つまり、環境温度変化に起因する熱応力を常温から高温側および低温側に振り分けることができるため、熱応力を効果的に低減させることができる。これにより、温度サイクルによる耐クラック性能が向上し、電気的な長期信頼性およびさらに過酷な温度変化にも耐えうるインクジェットヘッドを提供することができる。なお、内部応力状態を概ねゼロにすることができる常温（近傍の温度）とは、概ね１０℃ないし４０℃の範囲をいう。
【００５２】
この点に関し、アクチュエータ２０の後端部２１に充填する導電性樹脂１０にクリープ変形特性を有する素材を用いた場合における長期信頼性に関する実験を行った。その結果を表１に示す。
【００５３】
【表１】
2004291584.tif 000003
【００５４】
表１から、導電性樹脂１０は、常温でクリープ変形特性を有するＥＭＳ社製（米国）ＤＡ５８５０ＧＢやＤＡ５８５１ＧＢ等を用いた場合と、他社（Ａ，Ｂ，Ｃ社）のクリープ変形特性を有しない導電性樹脂を用いた場合と、を比較すれば、長期信頼性に明らかな有意差が認められ、ＥＭＳ社のものが、高い信頼性を具備していることを確認することができた。
【００５５】
これにより、上述のように、充填する導電性樹脂１０にクリープ変形特性を具備した素材を用いることにより、温度サイクルによる耐クラック性能を向上させ、電気的な長期信頼性およびさらに過酷な温度変化にも耐えうるインクジェットヘッドを提供できることが判る。
【００５６】
なお、本実施の形態で取り上げた温度サイクル試験条件は、低温側は寒冷地環境や航空輸送等を想定しており、高温側は熱帯地環境や炎天下車中放置等の条件を想定しており、通常考えられる環境温度変化で、十分に過酷な低温状態および高温状態を繰り返して環境信頼性を確認できるようにしている。
【００５７】
本発明では、−４０℃から１００℃までの間の温度で応力ゼロ点を有するので、低温側および高温側に温度差に起因する熱応力を略均等に振り分けることができるため、長期信頼性を確保することができるが、もし、−４０℃以下もしくは１００℃以上で応力ゼロ点を有する場合には、高温側もしくは低温側のどちらか一方に熱応力が集中してしまうため、早期信頼性劣化が発生する。
【００５８】
また、前掲の表１中のＡ社またはＢ社製の銀ペーストであっても、長期信頼性を要求しない民生用途の低価格プリンタなどへの適用は可能であると判断できるが、ビジネス用途のプリンタや野外使用を目的としたプリンタなどには不適であり、それらの場合には、クリープ変形特性を有する導電材料をインク室に充填し、内部応力を緩和したインクジェットヘッドでなければ、過酷な連続使用や過酷な環境下での使用に耐えないと判断できる。
【００５９】
さらに、本実施の形態では、充填導電性材料が、クリープ変形特性と共に、硬化温度近傍の環境温度やある一定の温度以上になると硬化時の形状、つまり、応力状態を復元する特性（形状記憶特性）を具備している。従って、硬化による体積収縮や硬化温度から常温への降温時の熱収縮に起因する応力はクリープ変形特性で抑制することができる。
【００６０】
また、常温から高温環境になった時は、昇温によって導電性材料の形状記憶特性が発現して常温保存で起こったクリープ変形が元に戻り、常温で概ねゼロであった内部応力は収縮力が増大し、同時に昇温による熱膨張が発現して、それらの力が相殺することで高温状態でも応力が概ねゼロとなるため、単に常温近傍で応力が概ねゼロである場合に比べると、高温側の信頼性が向上する。
【００６１】
また、高温から常温に戻すとき、クリープ変形特性により、また常温で応力ゼロとなる温度の変化に合わせて、内部応力状態をその都度概ねゼロにすることができ、さらに高信頼性が実現する。そして、充填導電性材料部分の応力状態を−４０℃から１００℃の間で概ねゼロにするためには、硬化収縮率が５％以下の比較的小さい導電性材料を用いて、常温近傍の硬化を行えば、比較的容易に所望の応力状態を実現することができる。
【００６２】
また、硬化時の体積収縮を考慮して、常温以下で硬化を行い、硬化温度から常温に戻したときの熱膨張と相殺するように硬化条件を求めれば、きわめて容易に所望の応力状態を実現することができる。
【００６３】
本実施の形態におけるインクジェットヘッドは、駆動用ＩＣ５０に導通したＴＡＢテープ５１上に形成されたアウタリード（外部接続電極）５２とアクチュエータ２０の後端部に露出した導電性樹脂電極１２において、図２に示すようにＡＣＦ（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｆｉｌｍ：異方導電性フィルム）６０を介して、電気的、機械的に接続することができる。
【００６４】
次に、上記インクジェットヘッドの製造方法について図３を用いて説明する。まず、図３の（ａ）に示すように、ダイサーのダイシングブレード７０を用いて圧電材料ウエハ８０をハーフダイスすることにより後にインク室２２になる溝８１を形成する。このようにしてインク室アレイを形成した後に、図３（ｂ）に示すように、インク室２２（溝８１）の長手方向に対して直交方向の斜め上方からＡｌやＣｕなどの電極材料になる金属を斜め蒸着する。
【００６５】
この作業をインク室の長手方向に対して左右二方向から行うことでインク室隔壁の表面に金属電極８２が形成され、各々のインク室隔壁２６のシャドーイング効果により金属膜形成は、インク室の深さ方向で約１／２まで行われる。
【００６６】
また、本実施の形態では、単一の圧電材料に形成した溝の上半部分に電極形成したカンチレバータイプのアクチュエータであるが、２枚のＰＺＴ圧電材料をお互いに逆向きの分極方向で貼り合わせたシェブロンタイプのチャンネルウエハを用いてもよく、この場合はインク室の上半部分と下半部分で分極方向が逆向きになっており、アクチュエータ駆動用電極はスパッタリング技術やめっき技術を用いてインク室内全面に形成される。
【００６７】
次に、図４（ａ）に示すように、圧電材料ウエハ８０のインク室２２（溝８１）のアレイに対して直交方向（溝幅方向）に液状導電性樹脂１０をディスペンサー７１を用いて、０．５ｍｍ幅でインク室２２上およびインク室隔壁２６上に一文字に塗布供給する。
【００６８】
このとき、導電性樹脂１０の粘度を５００〜１５００ｃｐｓに調整することで、自然にインク室２２の底部まで充填される。また、粘度の比較的高い導電性樹脂を使用しても、ディスペンス後に硬化反応があまり進行しない適当な温度に調整したホットプレート上で放置することにより、導電性樹脂１０の低粘度化に伴って自然にインク室２２の底部まで充填できる。その後、加熱して導電性樹脂１０を硬化させる。
【００６９】
このとき、アクチュエータへの熱負荷を考慮して、アクチュエータのアクティブエリア領域を冷却することによってアクティブエリアの強制冷却を行うこともでき、また加熱硬化を行わずに室温で反応が進行する樹脂をバインダーとした導電性樹脂１０では室温放置にて硬化させることもできる。
次に、図４（ｂ）に示すように、インク室隔壁２６上で斜方蒸着した金属膜８２および導電性樹脂１０が各インク室で短絡しているので、インク室隔壁２６上の金属膜８２および導電性樹脂１０を図示しない研削等の機械加工によって取り除く。
【００７０】
このとき、導電性樹脂１０の硬化収縮や硬化温度から室温までの温度降下に起因する熱収縮によって、圧電材料８０のインク室２２（溝８１）内に充填された導電性樹脂１０には収縮方向の内部残留応力が存在し、場合によっては圧電材料ウエハ８０の溝形成面が凹面になるように反るが、図示しない押え治具等で平面押え、もしくは逆反りさせるように室温で保持することでクリープ変形特性を有する導電性樹脂１０が変形して、圧電材料ウエハの反りの矯正とその原因であった内部応力を緩和することができ、その後の工程をウエハの反りの影響なしに行えるため、生産歩留まり向上が実現できる。ただし、このとき、ＰＺＴ自体も若干のクリープ変形特性を有するため、反り矯正および応力緩和は導電性樹脂１０の変形だけで行われるものではない。
【００７１】
次に、図４（ｃ）に示すように、インク供給口４１用のザグリを形成した圧電材料から成るカバーウエハ８３を用意する。このカバーウエハ８３は、後にインクジェットヘッドに構成されたときにインク供給口４１を形成し、インク室２２の上部を封じるカバー部材になる。
【００７２】
通常、カバーウエハ８３はインク室を形成するアクチュエータとの熱膨張率のマッチングを良くするためにインク室２２を構成する圧電材料と同じ材料を使うが、熱膨張率が比較的近い安価なアルミナセラミックを用いても良い。インク室２２アレイを形成したウエハ８０とカバーウエハ８３を市販の接着剤で接着する。
【００７３】
このとき、導電性樹脂１０が充填された部分はカバーウエハ８３のインク供給口４１のためのザグリ部分中央部に来るように位置合わせを行い、図４（ｃ）の断面図に示すように、両者を貼り合わせる。その後、図４（ｃ）の破線で示したダイシングラインで、図示しないダイサーのダイシングブレードにより切断し、個々のアクチュエータに小片化する。
【００７４】
このとき、切断面には導電性樹脂の切断面がアクチュエータ側面に露出しており、後に接続される駆動用ＩＣに導通した外部回路との電気的接続用電極（図１中の電極１１）となり、アクチュエータが完成する。
【００７５】
なお、本発明は上記実施の形態によって限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、適宜必要に応じて、設計や改良等は自由である。
【００７６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明は、以下の効果を奏する。
【００７７】
（１）このインクジェットヘッドは、圧電基板に刻設された溝内に形成される複数のインク室内に導電性材料を充填し、該導電性材料を、前記インク室の少なくとも内壁に形成された電極を外部の駆動回路に導出するための外部接続用電極として用いているので、アクチュエータのアクティブエリア以外の部分がほとんど不要となるため、材料コストの削減を実現できる。
【００７８】
また、アクティブエリア以外の部分がほとんど不要となることから、インクジェットヘッドの静電容量を低減できる。これにより、駆動周波数を高くすることができるため高速印字を実現でき、かつ、駆動電圧の低減が行えるため駆動用ＩＣの低耐電圧化が行えることから駆動用ＩＣコストの低減および駆動消費電力の削減を実現できる。
【００７９】
そして、前記圧電基板の溝部に前記導電性材料が充填された部分における内部応力を、少なくとも溝幅方向の応力成分において、−４０℃以上１００℃以下の環境温度下において概ねゼロとしているので、圧電基板からなるインク室隔壁とインク室内に充填された導電性材料との線膨張ミスマッチに起因する熱応力に関して、さらされる環境温度の中心温度域に応力ゼロ点を設定することで、常温から高温側および低温側に振り分けることができるため、温度サイクルによる耐クラック性能が向上し、長期信頼性およびさらに過酷な温度変化にも耐えることができる。
【００８０】
（２）インクジェットヘッドの圧電基板の溝部に充填する導電性材料は、クリープ変形を行うため、常温保持のみで導電性材料自体のクリープ変形で内部残留応力を緩和し、常温における内部応力状態を無視できるレベルのほぼゼロとすることができるため、温度サイクルによる耐クラック性能が向上し、長期信頼性およびさらに過酷な温度変化にも耐えることができる。
【００８１】
（３）インクジェットヘッドの充填導電性材料は、形状記憶特性を有するため、クリープ変形特性と形状記憶特性を同時に有する導電性材料であり、硬化による体積収縮や、常温以上での硬化工程での硬化温度から常温への降温時の熱収縮に起因する応力はクリープ変形特性で抑制することができる。
【００８２】
さらに、常温から高温環境になった時は、昇温によって導電性材料の形状記憶特性が発現して常温保存で起こったクリープ変形が元に戻り、換言すれば、硬化直後の状態に戻るため、常温で概ねゼロであった内部応力は収縮力が増大し、同時に昇温による熱膨張が発現して、それらの力が相殺することで高温状態でも応力が概ねゼロとなり、単に常温近傍で応力がゼロである場合に比べると、高温側の信頼性が向上する。また、高温から常温に戻すとき、クリープ変形特性により、また常温で応力ゼロとなる。
【００８３】
よって、１００℃以下での応力ゼロ点を容易に実現することができ、温度サイクルによる耐クラック性能が向上し、長期信頼性およびさらに過酷な温度変化にも耐え、同時に優れた高温信頼性を確保することができる。
【００８４】
（４）インクジェットヘッドの充填導電性材料は、硬化時の収縮率が５％以下であるため、常温近傍の硬化であれば内部応力を抑制することができ、１００℃以下での応力ゼロ点を容易に実現することができ、温度サイクルによる耐クラック性能が向上し、長期信頼性およびさらに過酷な温度変化にも耐えうるインクジェットヘッドを提供することができる。
【００８５】
（５）インクジェットヘッドの充填導電性材料は、常温以下で硬化する導電性材料であるため、導電性材料の硬化による体積収縮を、常温以下の硬化温度から常温に昇温したときの導電性材料の熱膨張によって、キャンセルさせることができるため、充填導電性材料の内部応力を抑制することができ、１００℃以下での応力ゼロ点を容易に実現することができ、温度サイクルによる耐クラック性能が向上し、長期信頼性およびさらに過酷な温度変化にも耐えることができる。
【００８６】
（６）このインクジェットヘッドは、圧電基板に刻設された溝内に形成される複数のインク室内に導電性材料を充填し、該導電性材料を、前記インク室の少なくとも内壁に形成された電極を外部の駆動回路に導出するための外部接続用電極として用いているので、アクチュエータのアクティブエリア以外の部分がほとんど不要となるため、材料コストの削減を実現できる。
【００８７】
また、アクティブエリア以外の部分がほとんど不要となることから、インクジェットヘッドの静電容量を低減できる。これにより、駆動周波数を高くすることができるため高速印字を実現でき、かつ、駆動電圧の低減が行えるため駆動用ＩＣの低耐電圧化が行えることから駆動用ＩＣコストの低減および駆動消費電力の削減を実現できる。
【００８８】
そして、圧電基板の溝部に前記導電性材料が充填された部分における内部応力は、少なくとも溝形成方向と直交する方向の応力成分において、常温近傍の環境温度下において概ねゼロであるため、環境温度変化に起因する熱応力を、常温から高温側および低温側にほぼ均等に振り分けることができ、熱応力低減を効果的に行うことができ、温度サイクルによる耐クラック性能が向上し、長期信頼性およびさらに過酷な温度変化にも耐えることができる。
【００８９】
（７）１０℃ないし４０℃の範囲でインクジェットヘッドの内部応力状態がゼロであるので、温度サイクルによる耐クラック性能が向上し、かつ、長期信頼性も向上し、過酷な温度変化にも耐えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係るインクジェットヘッドの断面図である。
【図２】同駆動用ＩＣと接続されたインクジェットヘッドの断面図である。
【図３】同インクジェットヘッドの製造方法を説明するための説明図である。
【図４】同別の説明図である。
【図５】従来例のインクジェットヘッドの一例を示す断面図である。
【図６】同インクジェットヘッドの製造方法の説明図である。
【図７】同別のインクジェットヘッドの断面図である。
【図８】同異なるインクジェットヘッドの断面図である。
【符号の説明】
１０−導電性材料
１１−外部接続用電極
２２−インク室
２３，２４−電極
２６−内壁（隔壁）
５２−外部接続電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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