(57)【要約】【課題】低コストでありながら隣接する圧力室の電極がショートするのを確実に防止するインクジェットヘッドを提供する。【解決手段】実施形態のインクジェットヘッドは、複数の圧力室を形成する圧電モジュールと、前記複数の圧力室に面して、前記圧電モジュール上に夫々形成される電極と、前記電極に電気信号を伝達する配線を備えるノズルプレートと、前記圧電モジュールと前記ノズルプレートを接合する絶縁性の接合部材と、前記ノズルプレートと前記接合部材を貫通して前記圧電モジュールに達する開口部と、前記開口部にて前記電極と前記配線を導通する導体とを備えていることを特徴としている。【選択図】図３
2012171331.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の圧力室を形成する圧電モジュールと、
前記複数の圧力室に面して、前記圧電モジュール上に夫々形成される電極と、
前記電極に電気信号を伝達する配線を備えるノズルプレートと、
前記圧電モジュールと前記ノズルプレートを接合する絶縁性の接合部材と、
前記ノズルプレートと前記接合部材を貫通して前記圧電モジュールに達する開口部と、
前記開口部にて前記電極と前記配線を導通する導体とを備えたインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記電極は電極端部を有し、前記配線は配線端部を有し、前記導体は、前記開口部に前記接合部材を隔てて露出する前記電極端部と前記配線端部を導通する、請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
前記導体はめっき工程により形成される請求項１又は２に記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記圧電モジュールは、前記圧力室を形成するための柱状部を有し、
前記接合部材は、前記圧電モジュールの柱状部と前記ノズルプレートとを接合する、請求項１ないし３のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
前記接合部材は絶縁性接着剤であり、請求項１ないし４のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
【請求項６】
前記電極端部は前記柱状部における前記ノズルプレートとの対向面の長手方向端部に形成される、請求項４に記載のインクジェットヘッド。
【請求項７】
前記柱状部は前記ノズルプレートに対して垂直方向逆向きに分極する圧電素子を有し、前記電極に印加される電圧により前記柱状部が変形することにより、前記ノズルプレートのノズルからインクが吐出される、請求項４ないし６のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
【請求項８】
圧電モジュールとノズルプレートとを絶縁性の接合部材で接合する工程と、
前記圧電モジュールに形成された電極の一部および前記ノズルプレートに形成された配線の一部を削除する工程と、
前記配線の一部を削除して形成される配線端部と前記電極の一部を削除して形成される電極端部を導通する工程とを備えたインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項９】
前記配線の一部と前記電極の一部を削除する工程は、前記配線の連結中間部を切断し、隣り合う前記電極を導通する電極間ブリッジのブリッジ中間部を切断する請求項８に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１０】
前記配線端部と前記電極端部とを導通する工程は、めっき工程である請求項８又は９に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１１】
圧電モジュールとノズルプレートとを絶縁性の接合部材で接合する工程と、
前記ノズルプレートと前記接合部材の一部を除去して、前記ノズルプレートに形成される配線の配線端部と前記圧電モジュールに形成される電極の電極端部を露出する工程と、
前記配線端部と前記電極端部を導通する工程とを備えたインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１２】
前記配線端部と前記電極端部とを導通する工程は、めっき工程である請求項１１に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１３】
前記配線端部と前記電極端部を露出する工程は、前記ノズルプレートと前記接合部材の一部を除去する時に、前記配線の連結中間部を切断し、隣り合う前記電極を導通する電極間ブリッジのブリッジ中間部を切断する請求項１１または１２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、プリンタ等に使用される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】
従来インクジェットヘッドとして、圧電モジュールの電極に電圧を供給する配線をノズルプレートに設けて、圧電モジュールの電極とノズルプレートの配線をはんだ付けする装置がある。
【０００３】
この構造のインクジェットヘッドは、圧電モジュールの電極とノズルプレートの配線をはんだ付けするのみであることから、はんだが溶融した際、圧電モジュールとノズルプレートとの隙間にはんだが流入し、隣接する圧力室の電極がショートする虞がある。これを防ぐために圧電モジュールとノズルプレートとの接触面を鏡面研磨加工して圧電モジュールとノズルプレートの隙間を小さくし、はんだ流れを防止するインクジェットヘッドがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６２−１２４９５５号公報
【特許文献２】特開２００２−５２９２８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、圧電モジュールとノズルプレートとの接触面を鏡面研磨加工する工程は手間が掛かるうえにコストが高くなる。また、はんだを用いた場合は高温の工程を有する事から、圧電モジュールの材料であるPZT（チタン酸ジルコン酸鉛）の圧電特性が劣化する虞がある。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、低コストでありながら隣接する圧力室の電極がショートするのを確実に防止す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、複数の圧力室を形成する圧電モジュールと、圧力室に面して、前記圧電モジュール上に夫々形成される電極と、電極に電気信号を伝達する配線を備えるノズルプレートと、圧電モジュールと前記ノズルプレートを接合する絶縁性の接合部材と、ノズルプレートと前記接合部材を貫通して前記圧電モジュールに達する開口部と、開口部にて前記電極と前記配線を導通する導体とを備えることを特徴としている。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態のインクジェットヘッドのノズルプレートを透視した概略上面図。
【図２】実施形態の図１をＡ−Ａ´線から見た概略説明図であり、（ａ）はその全体を示し、(ｂ)はその一部を拡大した説明図。
【図３】実施形態の図１をＢ−Ｂ´線から見た概略一部説明図。
【図４】実施形態におけるインクジェットヘッドの製造工程を示す説明図であり、(a)は圧力室の形成工程の正面および側面を示し、(b)は電極の無電解めっき工程の正面および側面を示し、(c)は共通インク室の形成から研磨工程の正面および側面を示し、(d)は圧電モジュールとノズルプレートとの接着工程の側面を示し、(e)はノズルプレートの配線と圧電モジュールの電極との接続工程の側面を示し、(f)はノズルプレートのノズル形成からインク供給部材と制御回路の接続までの工程の側面を示す。
【図５】実施形態の圧電モジュールの電極間ブリッジを示す説明図。
【図６】実施形態の孔部を示す図であり、(a)は孔部形成前の一部を省略したノズルプレートの平面図であり、(b)は孔部形成後の圧電モジュールおよびノズルプレートの一部を省略した分解斜視図である。
【図７】実施形態の配線接続部の加工工程を正面および側面から見た説明図であり、(a)はノズルプレートと圧電モジュールの接着工程を示し、(b)は電極間ブリッジ除去工程を示し、(c)は加工残渣洗浄工程を示し、（d）は配線接続部の無電解めっき工程を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、発明を実施するための一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】
実施形態のインクジェットヘッド１０について図１ないし図３を参照して説明する。図１は実施形態のインクジェットヘッドのノズルプレートを透視した概略上面図である。図２は図１をＡ−Ａ´線から見た概略説明図である。図３は図１をＢ−Ｂ´線から見た概略一部説明図である。
【００１１】
インクジェットヘッド１０は、圧電部材に複数の溝状の圧力室２２を櫛型に配列した圧電モジュール２０と、圧力室２２のインクを吐出するノズル３１を有するノズルプレート３０と、圧力室２２にインクを供給し圧力室２２のインクを排出するインク供給部材４０を備える。
【００１２】
圧電モジュール２０は、例えばＰＺＴ(チタン酸ジルコン酸鉛)等の圧電部材よりなる。圧電モジュール２０は、共通インク供給室２６を挟んで、複数の圧力室２２を有する第１の圧力室列２２aと第２の圧力室列２２bを備える。共通インク供給室２６は、第１の圧力室列２２a及び第２の圧力室列２２bに共通にインクを流す。
【００１３】
圧電モジュール２０の複数の圧力室２２を区切る柱状部である柱２３は、接着層２１ｃを境に、上層部２１aおよび下層部２１bに区画されている。柱２３の側面には電極２５が形成され、柱２３を挟んで隣接する電極２５に電位差を与えると柱２３の内部に電界が発生する。内部で発生する電界により柱２３の上層部２１aは矢印ｘ方向に分極し、下層部２１bは矢印ｙ方向に分極する。上層部２１aと下層部２１bとで分極方向が異なることから柱２３が伸縮して圧力室２２の容積を変えることが出来る。この圧力室２２の容積が変わることにより圧力室２２内のインクが加圧され、ノズル３１からインクが吐出する。
【００１４】
ノズルプレート３０は、例えばポリイミド製の半透明のプレートに、例えばプリンタ(図示せず)の制御回路３４、３５からの電気信号を電極２５に印加する配線３２を有する。ノズルプレート３０は、接合部材である絶縁性の接着剤５０を用いて圧電モジュール２０の柱２３の上面部２３aと接着する。絶縁性の接着剤５０として例えばエポキシ接着剤を用いる。ノズルプレート３０の材質として、シリコン等を用いても良い。ノズルプレート３０のノズル３１は、各々の圧力室２２と対応して設けられている。
【００１５】
ノズルプレート３０は、圧電モジュール２０とノズルプレート３０との接着面に対応した位置に、電極２５と配線３２を電気的に導通するための開口部である孔部３３を有する。孔部３３には導体である配線接続部５３が形成され、孔部３３に露出する電極端部２５ａと配線３２を電気的に接続する。孔部３３は、柱２３の上面部２３aの長手方向端部に対応した位置に形成されることが望ましい。
【００１６】
インク供給部材４０は、インク流入口４３、インク排出口４２、共通インク排出室４１を有する。インク流入口４３は、圧電モジュール２０に形成された共通インク供給室２６に連通して、圧力室２２にインクを供給する。圧力室２２から排出されたインクは全ての圧力室２２と連通する共通インク排出室４１へ送られる。共通インク排出室４１のインクは、共通インク排出室４１に形成されたインク排出口４２から排出される。
【００１７】
このようなインクジェットヘッド１０は制御回路３４、３５の制御によって、所望の圧力室２２の体積を変化させて、インクに圧力を加えることで、圧力室２２のインクを複数のノズル３１から選択的にインク滴として吐出させる。
【００１８】
＜インクジェットヘッドの製造工程＞
実施形態のインクジェットヘッド１０の製造工程について図４ないし図７を用いて説明する。インクジェットヘッド１０の第１の圧力室列２２aと第２の圧力室列２２bの構造が同じであることから、第１の圧力室列２２a側の製造工程について述べ、第２の圧力室列２２b側の製造工程については省略する。
【００１９】
図４はインクジェットヘッド１０の製造工程を示す説明図である。図５は圧電モジュール２０の電極間ブリッジ５１を示す説明図である。図６aは圧電モジュール２０の一部を省略した状上面図であり、図６bは圧電モジュール２０およびノズルプレート３０の一部を省略した分解斜視図である。図７は配線接続部５３の加工工程を示す説明図である。
【００２０】
図４(a)に示す、圧電モジュール２０に圧力室２２を形成する工程では、圧電部材よりなる上層基板２７ａおよび下層基板２７ｂを、溝状に削り圧力室２２を複数形成する。圧力室２２は、ダイシング用のダイヤモンドブレード等で削る。複数の圧力室２２は互いに平行になるように形成される。圧力室２２は、例えば幅４０〜８０μｍ、深さ１５０〜３００μｍであり、圧力室２２を隔てる柱２３のピッチは80〜170μｍである。圧力室２２及び柱２３の寸法はインクジェットヘッド１０の仕様に応じて任意に選択できる。
【００２１】
図４(ｂ)に示す、圧電モジュール２０にめっきを施す工程では、圧電モジュール２０の圧力室２２内および柱２３の上面部２３aの一部に、銅めっきパターンを形成する。銅めっきにより圧力室２２内に電極２５を形成し、柱２３の上面部２３aの一部にノズルプレート３０の配線３２との接続のための電極間ブリッジ５１を形成する。銅めっきは、フルアディティブ法により、圧電モジュール２０にレジストを形成後、無電解銅めっきを行い、レジストを剥離する。レジストの剥離は、選定したレジスト材に応じて、アルカリ水溶液等の専用の剥離液を用いる。電極間ブリッジ５１は、図５に示すように圧力室２２の長手方向端部付近で隣り合う電極２５を導通した状態となっている。電極間ブリッジ５１のめっきの厚さは例えば１〜２μmとする。
【００２２】
図４(ｃ)に示す、圧電モジュール２０に共通インク供給室２６を形成し、側面を研磨する工程では、切削加工機等を用いて、共通インク供給室２６を形成する。共通インク供給室２６は、圧電モジュール２０の中央を縦方向に２分割して、第１の圧力室列２２aと第２の圧力室列２２bを形成する。また研磨加工機等により、圧電モジュール２０の側面に析出した余分なめっきを除去する。
【００２３】
図4(ｄ)及び図７（ａ）に示す、圧電モジュール２０にノズルプレート３０を接着する工程では、圧電モジュール２０に予め配線３２が形成されたノズルプレート３０を接着剤５０で接着する。
【００２４】
ノズルプレート３０に形成された配線３２は、図６aに示すように、孔部３３形成前は隣り合う配線３２が配線連結部３２aによって導通している。配線連結部３２aは、圧電モジュール２０にノズルプレート３０を接着した時に、電極間ブリッジ５１と対向する位置に形成されている。また、配線連結部３２aと電極間ブリッジ５１の幅はほぼ等しい。
【００２５】
圧電モジュール２０の柱２３の上面部２３ａとノズルプレート３０をエポキシ接着剤等の絶縁性の接着剤５０を用いて、隙間無く接着する。接着後の接着剤の厚さは例えば１〜５μｍ程度である。圧電モジュール２０とノズルプレート３０を接着することにより、図７（ａ）に示すように、圧電モジュール２０の電極間ブリッジ５１とノズルプレート３０の配線連結部３２aは、絶縁性の接着剤５０を介在して重なる。
【００２６】
ノズルプレート３０と圧電モジュール２０の接着後に、図４(ｅ)及び図７(b)(c)(d)に示す、ノズルプレート３０の配線３２と圧電モジュール２０の電極２５との接続工程を行い、電極２５と配線３２とを導通する配線接続部５３を形成する。まず接着剤５０を介して配線連結部３２aと電極間ブリッジ５１が重なった領域に、例えばレーザ加工機によりノズルプレート３０を貫通する孔部３３を形成する。孔部３３は、電極間ブリッジ５１のブリッジ中間部５１ａと配線連結部３２aの連結中間部３２bに位置する。更に孔部３３は配線連結部３２aと電極間ブリッジ５１の幅よりも長い。孔部３３は、配線連結部３２aを連結中間部３２ｂで切断し、電極間ブリッジ５１をブリッジ中間部５１ａで切断する。
【００２７】
ブリッジ中間部５１ａにより電極間ブリッジ５１を切断することにより、隣り合う圧力室２２の電極２５、２５を絶縁する。また配線連結部３２aを連結中間部３２ｂで切断することにより、ノズルプレート３０の各配線３２は電気的に独立し、隣り合う配線３２は互いに絶縁する。ブリッジ中間部５１ａを削った残り部分を電極端部２５ａとし、配線連結部３２aの連結中間部３２bを削った残り部分を配線端部５５とする。孔部３３の、インク電極間と直交する向きの寸法は、電極端部２５ａ及び配線端部５５ができるだけ小さくなるほうが望ましい。
【００２８】
形成した孔部３３内には、ノズルプレート３０の材料等の加工残渣５２が残留する。図７(b)で残留する加工残渣５２を過マンガン酸カリウム溶液を用いて除去する。
【００２９】
この後、無電解銅めっきを行ない、孔部３３に導体である配線接続部５３を形成する。配線接続部５３は、孔部３３から露出する電極端部２５ａと、ノズルプレート３０の配線端部５５とを接続する。
【００３０】
配線接続部５３により電極２５と配線３２とが導通する。無電解銅めっきは、電極端部２５ａと配線端部５５の材料を自己触媒としておこなう。無電解銅めっきの還元剤としては例えばDMAB（ジメチルアミンボラン）（（CH３）２HNBH３）を用いる。無電解銅めっきの浴温度は６０〜７０℃とする。また還元剤としてはこの他にパラジウム金属触媒を用いても良く、パラジウム金属触媒を付与した後、無電解銅めっきを施す。
【００３１】
このようにして、圧電モジュール２０とノズルプレート３０を接着剤５０により確実に接着し、またノズルプレート３０の孔部３３の形成時に、ブリッジ中間部５１ａと連結中間部３２bを除去することにより、隣り合う圧力室２２の電極２５を絶縁し且つ、隣り合う配線３２を確実に絶縁する。その上で接着剤５０を隔てて配置される電極端部２５ａと配線端部５５とを、ノズルプレート３０に形成される孔部３３にて、配線接続部５３により、確実に接続することにより、圧電モジュール２０の電極２５とノズルプレート３０の配線３２とを確実に導通する。ブリッジ中間部５１ａにより電極間ブリッジ５１を切断し、連結中間部３２ｂにより配線連結部３２aを切断していることから、隣り合う圧力室２２の電極２５がショートするのを確実に防止することができる。又、配線接続部５３を無電解銅めっきで形成することから、圧電モジュール２０が高温にさらされることが無く、加熱により圧電モジュール２０が影響を受ける虞が無い。
【００３２】
図４（ｆ）に示すノズルプレート３０にノズル３１を形成する工程では、ノズルプレート３０にレーザを照射して、圧力室２２と連通するノズル３１を形成する。
【００３３】
ノズル３１を形成後、圧電モジュール２０およびノズルプレート３０にインク供給部材４０を接着する。インク供給部材４０と圧電モジュール２０との間に、共通インク排出室４１を形成する。更にノズルプレート３０の両端から露出した配線３２とフレキシブル駆動回路基板からなる制御回路３４、３５とを異方性導電フィルム３７、３８を介して電気的に接続し、インクジェットヘッド１０を形成する。
【００３４】
以上の製造工程により製造されるインクジェットヘッド１０は、圧電モジュール２０とノズルプレート３０とが絶縁性の接着剤５０により確実に接着される。しかも絶縁性の接着剤５０を介して配置される電極端部２５ａと配線端部５５は、孔部３３に形成される配線接続部５３により確実に接続される。従ってインクジェットヘッド１０の電極２５と配線３２は、電極端部２５ａと配線端部５５を介して確実に電気的に接続し、且つ隣り合う圧力室２２の電極２５がショートするのを確実に防止する。
【００３５】
尚、本実施形態ではノズル３１が２列のタイプのインクジェットヘッド１０を用いて説明したが、インクジェットヘッドのタイプは限定されず、例えばノズルが１列のタイプであっても良い。
【００３６】
以上説明の実施形態によれば、インクジェットヘッド１０の圧電モジュール２０とノズルプレート３０を絶縁性の接着剤５０で接着し、かつ接着剤５０で隔てられる電極端部２５ａと配線端部５５を、ノズルプレート３０に形成した孔部３３にて、配線接続部５３により接続している。これにより、低コストでありながら隣接する圧力室２２の電極２５がショートするのを確実に防止するインクジェットヘッド１０を得られる。
【００３７】
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】
【００３８】
１０・・・インクジェットヘッド
２０・・・圧電モジュール
２２・・・圧力室
２２a・・・第１の圧力室列
２２b・・・第２の圧力室列
２３・・・柱
２３a・・・柱側面部
２３b・・・柱側面部
２５・・・電極
２５ａ・・・電極端部
２６・・・共通インク供給室
３０・・・ノズルプレート
３１・・・ノズル
３２・・・配線
３２a・・・配線連結部
３２b・・・連結中間部
３３・・・孔部
３４、３５・・・制御回路
４０・・・インク供給部材
４１・・・共通インク排出室
５０・・・接着剤
５１・・・電極間ブリッジ
５１a・・・ブリッジ中間部
５３・・・配線接続部
５５・・・配線端部
【図１】
2012171331.tif 000003
【図２】
2012171331.tif 000004
【図３】
2012171331.tif 000005
【図４】
2012171331.tif 000006
【図５】
2012171331.tif 000007
【図６】
2012171331.tif 000008
【図７】
2012171331.tif 000009