(57)【要約】【課題】メッキ法と気相薄膜形成法を組み合わせることで両方式の欠点を解消し、高密度、高画質なインクジェットプリントヘッドを安価に製造でき、かつ生産性の向上が可能である。【解決手段】圧電体を含む部材でチャネルを形成し、前記圧電体に設けられた電極に電圧を印加して、前記圧電体を駆動することにより、前記チャネルからインクを噴射するインクジェットプリントヘッドであり、平面部に複数のチャネル用の溝を形成したチャネル基板は、前記平面部と前記溝とにメッキ法によるメッキ電極を有し、前記チャネル基板の平面部のメッキ電極にのみ気相薄膜形成法により積層した薄膜電極を有する。気相薄膜形成法が蒸着法、スパッタ法である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体を含む部材でチャネルを形成し、前記圧電体に設けられた電極に電圧を印加して、前記圧電体を駆動することにより、前記チャネルからインクを噴射するインクジェットプリントヘッドであり、
平面部に複数のチャネル用の溝を形成したチャネル基板は、前記平面部と前記溝とにメッキ法によるメッキ電極を有し、
前記チャネル基板の平面部のメッキ電極にのみ気相薄膜形成法により積層した薄膜電極を有することを特徴とするインクジェットプリントヘッド。
【請求項２】
前記平面部のメッキ電極の厚さより前記平面部の薄膜電極の厚さが小さい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３】
圧電体を含む部材でチャネルを形成し、前記圧電体に設けられた電極に電圧を印加して、前記圧電体を駆動することにより、前記チャネルからインクを噴射するインクジェットプリントヘッドを製造する方法であり、
チャネル基板の平面部に複数のチャネル用の溝を形成し、
前記チャネル基板の平面部と溝とにメッキ法によるメッキ電極を形成し、
前記チャネル基板の平面部のメッキ電極にのみ気相薄膜形成法により薄膜電極を積層することを特徴とするインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記気相薄膜形成法が蒸着法であることを特徴とする請求項３に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項５】
前記気相薄膜形成法がスパッタ法であることを特徴とする請求項３に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項６】
前記積層した薄膜電極がレジストのパターニングにより形成されることを特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれか１項に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ピエゾ素子を使用する、高画質、高速、高密度シエヤーモードインクジェットプリントヘッド及びその製造方法に関するものである。シエヤーモードインクジェットプリントヘッドは、分極した圧電基板に、インクチャネルを研削して、その溝の側壁に電極を形成し、この電極に電界を掛けると、溝の側壁が、くの字型に剪断変形して、溝の中のインクに圧力を掛けてインク滴を吐出する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術による電極と接続電極の形成法としては、特開２００３−３４１０７３号公報に開示されるように、チャネル基板に溝加工を行い、溝の側壁と平面部に電極を形成するものがある。この電極を形成する方法としては、ウェットプロセスである「メッキ法」やドライプロセスである気相薄膜形成法の「蒸着」、「スパッタ」などがあった。メッキ法には側壁の１００％を被覆でき、かつ高生産性で低コストの利点を有するとされ、一方、蒸着は生産性が低く、材料費が高いデメリットがあるものの、平面部の電極形成が確実といった実績面では優れていた。
【特許文献１】特開２００３−３４１０７３号公報（第１頁〜第９頁、第１図〜第１０図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、高密度、高画質のインクジェットプリントヘッドでは、溝の高さと幅の比（アスペクト比）が大きいため、蒸着で溝の側壁に電極形成する場合、チャネル基板の表面の凹凸の影の部分が抜けて電極による被覆率が低減（容量が低下）し、駆動特性を損ねる欠点があった。また、スパッタは底部への薄膜形成が困難だった。
【０００４】
一方、ウェットプロセスのメッキ法には、チャネル基板の平面部に抜けによる断線が発生しやすい欠点があり、高生産性や低コスト化が可能という利点を活かすことが困難であった。
【０００５】
こうした欠点を解消しない限り、高密度・高画質のインクジェットプリントヘッドを低コストで高い生産性で製造することは困難な状況にあった。
【０００６】
この発明は、かかる実情に鑑みてなされたもので、メッキ法と気相薄膜形成法を組み合わせることで両方式の欠点を解消し、高密度、高画質なインクジェットプリントヘッドを安価に製造でき、かつ生産性の向上が可能なインクジェットプリントヘッド及びインクジェットプリントヘッドの製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前期課題を解消し、かつ目的を達成するために、この発明は、以下のように構成した。
【０００８】
請求項１に記載の発明は、圧電体を含む部材でチャネルを形成し、前記圧電体に設けられた電極に電圧を印加して、前記圧電体を駆動することにより、前記チャネルからインクを噴射するインクジェットプリントヘッドであり、
平面部に複数のチャネル用の溝を形成したチャネル基板は、前記平面部と前記溝とにメッキ法によるメッキ電極を有し、
前記チャネル基板の平面部のメッキ電極にのみ気相薄膜形成法により積層した薄膜電極を有することを特徴とするインクジェットプリントヘッドである。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、前記平面部のメッキ電極の厚さより前記平面部の薄膜電極の厚さが小さい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である。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、圧電体を含む部材でチャネルを形成し、前記圧電体に設けられた電極に電圧を印加して、前記圧電体を駆動することにより、前記チャネルからインクを噴射するインクジェットプリントヘッドを製造する方法であり、
チャネル基板の平面部に複数のチャネル用の溝を形成し、
前記チャネル基板の平面部と溝とにメッキ法によるメッキ電極を形成し、
前記チャネル基板の平面部のメッキ電極にのみ気相薄膜形成法により薄膜電極を積層することを特徴とするインクジェットプリントヘッドの製造方法である。  請求項４に記載の発明は、前記気相薄膜形成法が蒸着法であることを特徴とする請求項３に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法である。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、前記気相薄膜形成法がスパッタ法であることを特徴とする請求項３に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法である。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、前記積層した薄膜電極がレジストのパターニングにより形成されることを特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれか１項に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法である。
【発明の効果】
【００１３】
前記構成により、この発明は、以下のような効果を有する。
【００１４】
請求項１に記載の発明によれば、チャネル基板の平面部と溝とにメッキ法によるメッキ電極を有し、平面部のメッキ電極にのみ気相薄膜形成法により積層した薄膜電極を有し、平面部の積層により導電性が向上し（低抵抗化）、かつ抜けの修復ができ断線防止が可能になる。また、高密度、高画質なインクジェットプリントヘッドを安価に製造でき、かつ生産性の向上が可能となる。
【００１５】
請求項２に記載の発明によれば、平面部のメッキ電極の厚さ（単層の場合）より薄膜電極の厚さ（積層の場合）が小さく、平面部の電極の膜厚を小さくしても導電性を確保することが可能となる。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、チャネル基板の平面部と溝とにメッキ法によるメッキ電極を形成し、チャネル基板の平面部のメッキ電極にのみ気相薄膜形成法により薄膜電極を積層し、平面部の積層により導電性が向上し（低抵抗化）、かつ抜けの修復ができ断線防止が可能となる。また、高密度、高画質なインクジェットプリントヘッドを安価に製造でき、かつ生産性の向上が可能となる。
【００１７】
請求項４に記載の発明によれば、気相薄膜形成法は蒸着法であり、平面部の電極形成が確実となる。
【００１８】
請求項５に記載の発明によれば、気相薄膜形成法はスパッタ法であり、平面部の電極形成が確実となる。
【００１９】
請求項６に記載の発明によれば、積層した薄膜電極にレジストでパターニングし、平面部の電極の膜厚を小さくしても導電性を確保することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、この発明のインクジェットプリントヘッド及びインクジェットプリントヘッドの製造方法の実施の形態について説明するが、この発明は、この実施の形態に限定されない。また、この発明の実施の形態は、発明の最も好ましい形態を示すものであり、この発明の用語はこれに限定されない。
【００２１】
この発明は、圧電体を含む部材でチャネルを形成し、圧電体に設けられた電極に電圧を印加して、圧電体を駆動することにより、チャネルからインクを噴射するインクジェットプリントヘッドを製造する。この実施の形態では、図４に示すように、チャネル基板３の平面に複数のチャネル用の溝４を形成し、チャネル基板３の平面部３ｂと溝部３ａとにメッキ法によるメッキ電極を形成し、チャネル基板３の平面部３ｂのメッキ電極に気相薄膜形成法により薄膜電極を積層する。  チャネル基板３の平面部３ｂは、積層により導電性が向上し（低抵抗化）、かつ抜けの修復ができ断線防止が可能となる。また、高密度、高画質なインクジェットプリントヘッドを安価に製造でき、かつ生産性の向上が可能となる。
【００２２】
気相薄膜形成法は、蒸着法、またはスパッタ法であり、平面部の電極形成が確実である。蒸着法は、真空内で電極物質を加熱し、これを蒸発させ、この蒸発物をメッキ電極の表面上に被着させて薄膜電極を積層する。また、スパッタ法は、真空チャンバー中を衝撃により飛散する電極粒をメッキ電極の表面上に付着させて薄膜電極を積層する。
【００２３】
この実施の形態では、平面部３ｂのメッキ電極の厚さＷ１より平面部３ｂの薄膜電極の厚さＷ２が小さく形成され、平面部３ｂの電極の膜厚を小さくしても導電性を確保することが可能となる。
【００２４】
次に、この実施の形態について詳細に説明する。図１はインクジェットプリントヘッドの製造工程のフローである。この実施の形態では、インクジェットプリントヘッドの製造が、チャネル基板作製工程Ａ１（レジスト形成を含む）、チャネル基板溝加工工程Ａ２、触媒吸着無電解メッキ工程Ａ３、気相薄膜形成工程Ａ４、レジスト除去工程（リフトオフ）Ａ５、カバープレート作製工程Ａ６、チャネル基板とカバープレート接着工程Ａ７、ブロック加工工程Ａ８、ノズルプレート接着工程Ａ９、液室接着工程Ａ１０、基体接着工程Ａ１１、駆動制御基盤接合工程Ａ１２、基板固定工程Ａ１３、カプラー接着工程Ａ１４の順で行われる。
【００２５】
以下、このインクジェットプリントヘッドの製造工程について説明する。図２はインクジェットプリントヘッドの製造工程を示す概略図、図３はパターニングを示す図である。
［チャネル基板作製工程Ａ１（図２（ａ））］
分極処理した、厚さ０．９ｍｍのＰＺＴの板材１と、厚さ０．１５５ｍｍのＰＺＴの板材２を、分極方向を所定の方向に合わせて１４〜２０Ｋｇ／ｃｍ2の荷重と９０〜１００℃の温度を掛けて、３０〜４０分接着することにより、接着剤層が約２μｍになるようにして、接着剤層を含む厚さ１．０５７ｍｍのチャネル基板３を作製する。
【００２６】
このチャネル基板３を作製する工程Ａ１は、接着面にゴミ等が付着しないよう、クリーンルームで作業し、また、接着ムラや気泡等が残留しないよう細心の注意を払うことが重要である。
【００２７】
２枚のＰＺＴの板材１，２を接着するのは、剪断モードインクジェットプリントヘッドのチャネルの側壁を２枚のＰＺＴで形成することにより、電圧を印加した際、側壁の変形を大きくするためである。この接着したチャネル基板３にレジスト層を形成する。
［チャネル基板溝加工工程Ａ２（図２（ｂ））］
チャネル基板３を研削して、インクチャネルとなる溝４を形成する。
【００２８】
この実施形態の場合、１２８個のノズルを形成するために、ほぼ溝幅に等しいブレードＢにより、チャネル基板３の厚さ０．１５５ｍｍの板材２の側より、深さ０．３１ｍｍ、溝幅０．０７ｍｍ、壁幅０．０７１ｍｍ、ピッチ０．１４１ｍｍで合計２６３個の溝４を加工し、櫛歯状の溝部３ａと両端の平面部３ｂ（パターニング部）を形成する。
【００２９】
この実施形態の場合は、インクチャネルの両側に空気チャネルを設けるので、２５７個の溝４が必要となり、その両側に各々４ｍｍの保持部を備え、その保持部に前記２５７個の溝に続けて予備の溝４をそれそれぞれ３個設けているので合計２６３個の溝４となる。
【００３０】
なお、両側のそれぞれ３個の溝４は、ノズル板を接着する時、過剰の接着剤がノズル域に入り込まないように設けたグルーガードであるが、またノズル域にあるノズルに不測の事態が生じた場合など、予備ノズルとして機能させることができる。
［触媒吸着・無電解メッキＡ３（図２（ｃ））］
メッキ浴Ｃにおいて、チャネル基板３に、触媒を吸着して通常のメッキ膜厚２〜５μｍよりも、薄いメッキ皮膜を掛ける。例えば、ニッケル／燐またはニッケル／ボロンの１μｍ以下の薄膜メッキを施す。また、銅等で薄膜メッキを施す。
［気相薄膜形成工程Ａ４（図２（ｄ））］
チャネル基板３の洗浄と乾燥の後、蒸着用のチャンバーＦ内にチャネル基板３を蒸発源５であるルツボに対して垂直でフラットになるように設置する。そして、チャネル基板３の溝４の電極に接続する電極を、チャネル基板３の平面部３ｂのメッキ電極に蒸着による薄膜電極を積層する。この蒸着は、アルミニウム、ニッケル、銅等を用いて接続電極がそれぞれ形成される。この実施の形態では、１μｍ以下のアルミニウム電極層を形成する。
【００３１】
この実施の形態では、薄膜電極を蒸着により積層しているが、これに限定されずスパッタ等の気相薄膜形成法によって積層することができる。このスパッタによる場合は、チャネル基板３の洗浄と乾燥の後、スパッタ用のチャンバー内でチャネル基板３をスパッタ源の近傍に設置し、０．５μｍ以下の金電極層を形成する。
［レジスト除去工程Ａ５（図２（ｅ））］
チャネル基板３に蒸着による薄膜電極を形成した後、レジストを除去することで、図３に示すような接続電極８１等の電極形成を完成する。
【００３２】
平面部３ｂの電極のパターニングには、エッチングやレジストのリフトオフ（レジスト除去）を用いる。なお、レジストのリフトオフによる場合、蒸着前にパターニングしたレジスト層を形成し、蒸着後にリフトオフすることになる。
［カバープレート作製工程Ａ６（図２（ｆ））］
チャネル基板３の溝の上面を塞ぐため、チャネル基板と同じＰＺＴで、カバープレート１０を作製する。このカバー材は溝を加工する必要がなく、また、分極処理する必要もないので、材質はＰＺＴである必要はないが、カバー材とＰＺＴの機械物性が大幅に異なると、ＰＺＴの剪断力発生に悪影響するため、ヘッドの射出性能等に影響を及ぼしたり、接着後にソリや変形を生じることがあるので、カバー材は、機械的強度や線膨張係数等がＰＺＴと等しいか、きわめて近似していることが望ましく、この実施の形態ではチャネル基板製作に用いた厚板を共用して、脱分極して用いる。
［チャネル基板とカバープレート接着工程Ａ７（図２（ｇ））］
溝加工されたチャネル基板３にカバープレート１０を接着する。それぞれ同寸法であるため、位置がずれないように治具等を使用して接着する。接着剤を加熱接着後に約２μｍになるように均一に塗布し、１４〜２０Ｋｇ／ｃｍ2、９０〜１００℃の温度で約３０〜４０分程度、加熱接着する。
［ブロック加工工程Ａ８（図２（ｈ））］
接着されたチャネル基板３とカバープレート１０をダイシング加工７０により、ヘッドチップ２０にする。
［ノズルプレート接着工程Ａ９（図２（ｉ））］
ヘッドチップ２０の端面にノズルプレート３０を接着する。ノズルプレート３０は、シート状の薄板にインク吐出のための開孔３０ａを複数個設けた、ステンレス材やポリイミド樹脂等で形成されている。ノズルプレート３０の開孔径（ノズル径）や厚み、幅や長さ等の形状諸元は、インクジェット装置の仕様で異なるが、この実施形態では、厚さ約１２５μｍのポリイミド樹脂シートに開口径約φ１８μｍで１２８個の開孔（ノズル）３０ａをエキシマレーザーで加工し、ノズルプレート表面は、飛散したインク滴が、ノズル開孔３０ａに影響を与えないよう撥水処理する。
【００３３】
ノズルプレート３０の所定の箇所あるいはヘッドチップ２０の所定の箇所に接着剤を塗布し、ヘッドチップ２０と接着後、加熱器内に挿入し、接着剤の種類や、被接着物等により変化するが、この実施の形態では、例えば約８０℃の温度で約４０分程度の加熱を行い、更に、約１００℃、２０分加熱を行うことで、接着強度を高める。
【００３４】
なお、ノズルプレート３０が平行平面を保持するように、且つ接着剤がインクチャネル内を埋めることがないように注意すると共に、インクを注入した時に漏れがないように、それぞれのインクチャネルが確実に、個々に独立した空間を形成するように接着しなければならない。ノズル開孔３０ａが接着剤で塞がれることがないように、接着剤の量や接着層の厚みを管理することが重要である。なお、ヘッドチップ２０にプラズマ処理を行い、接着層の濡れ性を促進しておくと、接着が容易に且つ確実に行える。ノズルプレート３０のみならず、絞り板の接着もあるので、ヘッドチップ２０をプラズマ処理する事が望ましい。
［液室接着工程Ａ１０と基体接着工程Ａ１１］
さらに、ヘッドチップ２０に液室部材を接着したヘッドユニットを、基体に接着することにより液室が構成され、ヘッドユニットにインクが注入できる状態となる。
【００３５】
［駆動制御基板接合工程Ａ１２（ｊ）］
インクが注入できるまでに完成したヘッドユニットに、インクを吐出させる為に電圧を印加する駆動制御基板５１を結合する。
【００３６】
この実施の形態では、図３に示すように、ヘッドチップ２０の平面部３ｂに形成された薄膜電極８１に、異方性導電性フィルム（ＡＣＦ：Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｆｉｌｍ）を用い、約１７０℃で約２０秒程、約１４Ｋｇ程度の荷重を均一にかけて加熱押圧することで、駆動制御基板５１に設けられたフレキシブルプリント回路（ＦＰＣ）と電気的に結合する。
［基板固定工程Ａ１３］
ヘッドユニットと駆動制御基板とを基体に取り付け、インクジェットプリントヘッドを完成させる。
［カプラー接着工程Ａ１４］
このインクジェットプリントヘッドの基体にカプラーを接着し、別に設けたインク注入装置からカプラーを介して液室部材にインクを注入し、駆動制御基板５１に設けたコネクタに電源を接続すると共に、インク吐出させるための制御を行うことによりインクジェットプリントヘッドのノズルからインクが吐出できることになる。
【００３７】
なお、この実施の形態においては、インク注入装置からインクをインクジェットプリントヘッドに流入させるためにインク注入装置のチューブと液室を連係するためのカプラーを別途設けたが、これは基体や液室、あるいはフィルター室等を設けた場合はフィルター室と一体に構成しても良いことは言うまでもない。また、一般には、各工程毎に決められた項目での検査が行われ、次工程に流されるようになっており、インクジェットプリントヘッドが完成した段階で、疑似インクによる吐出性能等が検査されて、合格品が出荷の運びとなるので、この実施の形態においても同様であり、検査に関しては省略した。なお、この発明の要旨を工程順に説明したが、工程の順序を作業の都合等で入れ替えたり、同時に作業を行えるようにする等の工程変更は、この発明の要旨から逸脱するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
この発明は、圧電体を含む部材でチャネルを形成し、圧電体に設けられた電極に電圧を印加して、圧電体を駆動することにより、チャネルからインクを噴射するインクジェットプリントヘッド及びインクジェットプリントヘッドの製造方法に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】インクジェットプリントヘッドの製造工程のフローである。
【図２】インクジェットプリントヘッドの製造工程を示す概略図である。
【図３】パターニングされたチャネル基板を示す図である。
【図４】チャネル基板の断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
３  チャネル基板
３ａ  溝部
３ｂ  平面部
４  溝
６，１３  ブロック
１０  カバープレート
２０  ヘッドチップ
３０  ノズルプレート
５０  ヘッドブロック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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