(57)【要約】【課題】電気伝導性のあるインクが電気分解されることによるインクの劣化を防止可能なインクジェットヘッド及びインクジェットヘッドの製造方法を提供する。【解決手段】インクジェットヘッドは、複数の圧力室を備える圧電部材と、前記圧力室の内面に形成され、表面に絶縁膜が形成される前記圧電部材に電圧を印加する複数の駆動電極と、前記駆動電極が形成される圧力室以外の圧力室の内面に形成され、表面の少なくとも一部を除く範囲に絶縁膜が形成される、グランドに接続される複数のグランド電極と、を備える。【選択図】図１
2012081695.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の圧力室を備える圧電部材と、
前記圧力室の内面に形成され、表面に絶縁膜が形成される前記圧電部材に電圧を印加する複数の駆動電極と、
前記駆動電極が形成される圧力室以外の圧力室の内面に形成され、表面の少なくとも一部を除く範囲に絶縁膜が形成される、グランドに接続される複数のグランド電極と、
を備えるインクジェットヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記駆動電極が形成される前記圧力室と、前記グランド電極が形成される前記圧力室は、交互に並ぶインクジェットヘッド。
【請求項３】
基板と、前記基板に固定され複数の圧力室を備える圧電部材と、の表面に金属皮膜を形成し、
レーザーの走査により、インクを吐出するノズルが形成される所定位置に対応する圧力室の内面に、グランドに接続されるグランド電極が形成され、前記グランド電極が形成される圧力室以外の圧力室の内面に、前記圧電部材に電圧を印加する駆動電極が形成されるように、前記金属皮膜を除去し、
前記基板にインクを滞留させる空間を形成するプレートを固定し、
前記プレートに対してレーザーを照射し、前記所定位置に前記ノズルを形成するインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載のインクジェットヘッドの製造方法において、
前記駆動電極が形成される前記圧力室と、前記グランド電極が形成される前記圧力室は交互に並ぶ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】
本発明は、インクジェット記録装置のインクジェットヘッドの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数のノズルからインクを吐出するインクジェット記録装置であるインクジェットプリンタにおいて、互いに隣接する圧力室の隔壁をアクチュエータとするインクジェットヘッドが知られている。インクジェットヘッドは、インクを吐出するノズルを有するヘッド基板や、インク供給口とインク排出口を有するマニホールドなどを備える。
【０００３】
ヘッド基板は、基板と、圧力室を構成する圧電素子を含む圧電部材と、ノズルプレートと、圧電部材を駆動する駆動信号を出力するドライバＩＣと、圧電部材とドライバＩＣを接続する配線などを備える。そして、基板の上に圧電部材によって複数の圧力室が形成される。圧電部材の表面に電極を形成し、その電極に電圧を印加すると、圧電部材が変形し、圧力室の体積が変化し、体積が減少した圧力室からノズルプレートに形成されるノズルからインクが吐出される。
【０００４】
インクジェットヘッドは、基板に対して、圧力室を形成する圧電部材を接着などにより固定し、圧電部材及び基板の表面に対して形成した金属薄膜に対して、レーザパターニングによって複数の電極や電気配線を形成する。そして、インクがヘッドに滞留する空間を形成するための枠部材やノズルが形成されるノズルプレートなどを接着する。そして、接着したノズルプレートに対してレーザーを照射して、所定の位置に複数のノズルを形成する処理などを行う（特許文献１）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のようなインクジェットヘッドでは、レーザーのパターニングにより電極や電気配線とする金属薄膜を形成した後、さらに金属薄膜の表面に絶縁性の保護膜を形成する。これは、インクとして導電性のインクを用いた場合、電極が露出していると、インクの電気分解が起こり、インクの特性変化やインク室内にガスが発生することがある。これらの現象によって、インクジェットヘッドの印字品質が低下する、またはインクを吐出できなくなる場合もある。そのため、絶縁性の保護膜によって電極を被覆し、電気分解が起こらないようにする。
【０００６】
しかし、ノズルプレートにノズルを形成するためにレーザーを照射すると、ノズルプレートにノズルが形成された後、レーザーがノズルを通って、保護膜に照射され、保護膜まで除去されてしまう場合がある。保護膜が除去されると、電極が露出する。この状態のインクジェットヘッドを用いてで印字を行うと、導電性のインクに対して電気分解が起こってしまう。一方、ノズルプレートに予めノズルを形成してから、基板に取り付ける製造方法の場合ノズルの位置合わせが難しく、印字品質が低下する場合がある。
【０００７】
そこで本願発明は、電気伝導性のあるインクが電気分解されることによるインクの劣化を防止可能なインクジェットヘッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の一態様は、複数の圧力室を備える圧電部材と、前記圧力室の内面に形成され、表面に絶縁膜が形成される前記圧電部材に電圧を印加する複数の駆動電極と、前記駆動電極が形成される圧力室以外の圧力室の内面に形成され、表面の少なくとも一部を除く範囲に絶縁膜が形成される、グランドに接続される複数のグランド電極と、を備えるインクジェットヘッドである。
【０００９】
また、本発明の一態様は、基板と、前記基板に固定され複数の圧力室を備える圧電部材と、の表面に金属皮膜を形成し、レーザーの走査により、インクを吐出するノズルが形成される所定位置に対応する圧力室の内面に、グランドに接続されるグランド電極が形成され、前記グランド電極が形成される圧力室以外の圧力室の内面に、前記圧電部材に電圧を印加する駆動電極が形成されるように、前記金属皮膜を除去し、前記基板にインクを滞留させる空間を形成するプレートを固定し、前記プレートに対してレーザーを照射し、前記所定位置に前記ノズルを形成するインクジェットヘッドの製造方法である。
【発明の効果】
【００１０】
以上に詳述したように、本発明によれば、電気伝導性のあるインクが電気分解されることによるインクの劣化を防止可能なインクジェットヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】インクジェット記録装置のヘッドを構成するヘッド基板の斜視図である。
【図２】図１に示すヘッド基板のＡ−Ａ矢印位置での断面図である。
【図３】ヘッド基板の一部分の平面図（図３（ａ））及び断面図（図３（ｂ））である。
【図４】圧電部材の図２におけるＢ−Ｂ矢印位置での断面図である。
【図５】インクジェットヘッドの製造方法の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
【００１３】
図１は、インクジェット記録装置のヘッドを構成するヘッド基板１の斜視図である。図２は、図１に示すヘッド基板１のＡ−Ａ矢印位置での断面図である。図３は、本実施形態のヘッド基板１の配線パターンを示すヘッド基板の一部分の平面図（図３（ａ））及び断面図（図３（ｂ））である。
【００１４】
図１に示すヘッド基板１を備えるインクジェットヘッドは、いわゆるインク循環式のインクジェットヘッドである。ヘッド基板１は、基板２と、枠部材４と、圧電部材６と、ノズルプレート８と、インクジェットヘッドを駆動するドライバＩＣ１８と、ドライバＩＣ１８から圧電部材６に電力を供給する電気配線５０と、を備える。
【００１５】
基板２は、圧電部材６や枠部材４などが取り付けられる、板状の部材である。基板２は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などのセラミックス材料で形成される。基板２は、インク供給口１２とインク排出口１４を備える。
【００１６】
インク供給口１２は、インクを貯蔵するインクタンクと流体的に結合する。また、インク供給口１２は、基板２と、２列の圧電部材６と、ノズルプレート８によって形成される、インク供給路１８の位置に複数形成される。
【００１７】
インク排出口１４は、インク供給口１２から供給されたインクのうち使用されなかったインクを回収するための穴である。インク排出口１４は、インクを貯蔵するインクタンクと結合する。また、インク排出口１４は、基板２と、圧電部材６と、枠部材４と、ノズルプレート８によって形成される、圧電部材６の外側（枠部材４側）のインク排出路１９の位置に複数形成される。
【００１８】
枠部材４は、圧電部材６によってインクを吐出して印刷を行うために、基板２とノズルプレート８とによって、インクを一定量保持するインク室を形成するための枠である。枠部材４は、ステンレスなどの金属材料や、単結晶シリコンなどの無機材料、ポリイミドフィルムなどの樹脂材料を用いることができる。
【００１９】
圧電部材６は、ノズルプレート８に形成される多数のノズル１０からインクを吐出する多数の圧力室１６を備える。圧電部材６に電圧を印加すると、各圧力室１６の両側の壁となる圧電部材６が変形し、容積が小さくなるように変形した圧力室１６のノズル１０からインクが吐出される。圧電部材６は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）などを用いることができる。また、図２などに示すように、圧電部材６のインク供給口１２側及びインク排出口１４側の両端部は、切削加工などにより形成される傾斜部６ｋとなっている。
【００２０】
そして、基板２の表面に形成される電気配線５０と、圧電部材６の表面に形成される電極２１は、基板２と圧電部材６の表面に形成される金属薄膜（金属皮膜）の所定の領域をレーザーにより除去することで形成される。具体的には、図３に示すように、電極２１及び電気配線５０は、レーザーによるパターニングを行って、電極２１及び電気配線５０とする部分以外の領域（レーザーパターニング領域３００）の金属薄膜を除去することによって形成する。この金属薄膜は、ニッケルや金により形成することができる。また、金属薄膜は、メッキ法、スパッタ法、蒸着法などの方法により形成する。
【００２１】
金属薄膜によって形成される電極２１と電気配線５０の表面には、電気的な絶縁性を有する絶縁膜６０が形成される。この絶縁膜６０は、基板２と圧電部材６の表面に金属薄膜を形成した後、金属薄膜の表面を絶縁材料で被覆することで形成される。絶縁膜６０の材料としては、パリレン、ポリ尿素やポリイミドなどの絶縁性を有する有機高分子材料を用いることができる。絶縁膜６０は、電極とインクとが直接接して電圧が印加されることでインクが電気分解することを防ぐために形成する。
【００２２】
そして、本実施形態の電極２１は、圧電部材６を駆動する信号を出力するドライバＩＣ１８に電気配線５０を介して接続される駆動電極２１Ｋと、グランドに接続されるグランド電極２１Ｇとからなる。
【００２３】
ここで、図３に基づき、本実施形態のヘッド基板１の電極２１及び電気配線５０のパターンについて詳細に説明する。図３（ａ）は、ヘッド基板１の配線パターンを示すヘッド基板の一部分の平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示すＣ−Ｃ矢印位置での断面図である。本実施形態のヘッド基板１の製造方法は、詳細は後述するが、基板２に圧電部材６を固定し、圧電部材６に複数の圧力室１６を形成する加工を行い、基板２と圧電部材６の表面に金属薄膜を形成し、金属薄膜の表面に絶縁膜６０を形成し、レーザーのパターニングにより電極２１及び電気配線５０を形成し、枠部材４を取り付け、ノズルプレート８を取り付ける。そして、ノズルプレート８の所定位置に、圧力室１６から押し出されるインクを吐出するノズル１０を、ノズルプレート８に対するレーザーの照射によって形成する。
【００２４】
レーザーによってノズル１０を形成する場合、図３（ｂ）に示すように、レーザーがノズルプレート８を貫通してノズル１０が形成された後、短時間ではあるが、レーザーがノズル１０を通ってその先の圧電部材６に形成される圧力室１６に進入し、圧力室１６の底面に形成される絶縁膜６０に照射される。絶縁膜６０にレーザーが照射されると、その部分の絶縁膜６０がレーザーによって除去されてしまう。絶縁膜６０が除去されると、その下の金属薄膜によって構成される電極２１が露出する（図３（ａ）において、ノズル１０を形成するレーザーによって絶縁膜６０が除去された領域を除去領域７０として示す。また、図３（ｂ）においては、レーザーパターニング領域３００以外の領域では、絶縁膜６０の下に電極（金属薄膜）が形成されているものとする。）。絶縁膜６０が一部除去された電極２１に電圧を印加すると、電気伝導性を有するインクの場合、電気分解が起こりインクが劣化する。
【００２５】
そのため、本実施形態では、レーザーにより形成されたノズル１０に対応する位置の圧力室１６に形成される電極をグランド電極２１Ｇとして、グランドに接続し、ノズル１０が形成されない圧力室１６に形成される電極を駆動電極２１Ｋとして、ドライバＩＣ１８と接続するために電気配線５０に接続する。
【００２６】
図３（ａ）では、金属薄膜が除去されたレーザーパターニング領域３００によって区分けされた３つの領域の電気配線５０がドライバＩＣ１８に接続され、電気配線５０と導通する圧力室１６の内面に形成される電極が駆動電極２１Ｋとなる。一方、レーザーによって絶縁膜が除去された除去領域７０が存在する圧力室１６の内面に形成される電極がグランド電極２１Ｇとなる。
【００２７】
ノズルプレート８は、枠部材４に接着されて固定される。ノズルプレート８は、上述のように、枠部材４と共にヘッド基板１においてインクを滞留させる空間を形成するとともに、圧電部材６によって形成される圧力室１６に対応する位置に、インクを吐出する複数のノズル１０を備える。本実施形態では、図３に示すように、複数の圧力室１６に対して１つおきにノズル１０を形成する。ノズルプレート８としては、ポリイミドフィルムなどの樹脂材料を用いることができる。
【００２８】
ドライバＩＣ１８は、長溝の内面に形成される各電極２１のうち、駆動電極２１Ｋに対して、電気配線５０を介して、駆動信号を出力する。
【００２９】
次に、図４により、圧電部材６の構成を詳細に説明する。図４は、圧電部材６の図２におけるＢ−Ｂ矢印位置での断面図である。圧電部材６は、板厚方向に互いに反対向きに分極した第１圧電部材６ａと第２圧電部材６ｂとが積層された部材である。
【００３０】
そして、圧電部材６には、インク供給路１８からインク排出路１９につながる複数の長溝が平行に形成され、各長溝の内面には電極２１が形成されている。長溝と長溝の開口部側を覆うノズルプレート８とによって囲まれる空間が圧力室１６となる。そして、本実施形態の長溝（圧力室１６）の内面に形成される電極２１のうち、ノズル１０が形成される位置に対応する圧力室１６の電極が、グランドに接続されるグランド電極２１Ｇである。一方、ノズル１０が形成されない位置の圧力室１６の電極は、ドライバＩＣ１８に接続される駆動電極２１Ｋである。隣接する圧力室１６の間の隔壁を構成する圧電部材６は、各圧力室１６に設けられた電極２１によって挟まれ、アクチュエータ２５を形成する。
【００３１】
このような圧電部材６などから成るヘッド基板１をインクジェットプリンタに取り付けて、実際にプリント処理を実行すると、まず、インクジェットプリンタのプロセッサによって実現される制御部が、インクジェットヘッドを駆動するドライバＩＣ１８に対して、印字信号を出力する。ＩＣ１８は、取得した印字信号に基づき、電気配線５０を介して、圧電部材６の駆動電極２１Ｋに駆動パルス電圧を印加する。例えば、図４において、グランド電極２１Ｇの両側の駆動電極２１Ｋに、グランドより低い電位の電圧を印加すると、圧電部材６ａと圧電部材６ｂの接合部を頂部として「く」の字型に剪断変形し、グランド電極２１Ｇが形成される圧力室１６の容積が増加する。逆に、駆動電極２１Ｋの電位をグランドより高くすれば容積が減少する。このようなアクチュエータ２５の変形によって、各圧力室１６の容積が変化し、圧力室１６の内部にあるインクが加圧され、各圧力室１６に対応するノズル１０からインクが吐出される。各駆動電極２１Ｋに対する電圧の印加を制御することで、所望の圧力室１６からノズル１０を介してインクを吐出し、用紙の所定の位置にインクを吐出することができる。
【００３２】
次に、以上の構成を備えるヘッド基板１の製造方法について説明する。図５は、ヘッド基板１の製造方法の流れを示すフローチャートである。
【００３３】
まず、Ａｃｔ１０１において、基板を構成する材料に対してプレス加工などを行ってインク供給口１２及びインク排出口１４を形成し、焼成して基板２を形成する。
【００３４】
次に、Ａｃｔ１０２において、基板２に一対の圧電部材６を接着する。この時点の圧電部材６は、圧力室１６を構成する長溝や図２に示す傾斜部６ｋなどが形成されていない、板状の部材である。
【００３５】
次に、Ａｃｔ１０３において、圧電部材６に対する加工を行う。具体的には、圧電部材６の角部を切削する切削加工と、長溝の形成加工を行う。角部の切削加工は、圧電部材６の角部を切削して、インク供給口１２側及びインク排出口１４側の両端部に傾斜部６ｋを形成する。角部を切削して傾斜部６ｋを形成することで、圧電部材６は、図２に示すようにノズルプレート８側に近づくにつれ幅が狭くなる台形の形状となる。長溝の形成は、ダイシングソーなどを用いて圧電部材６に対して所定数の長溝を形成することにより行う。
【００３６】
次に、Ａｃｔ１０４において、ヘッド基板１に対して、電極２１及び電気配線５０を形成する。具体的には、まず、例えば無電解メッキ法により、基板２及び圧電部材６の表面に、金属薄膜を形成する。そして、形成された金属薄膜の表面に絶縁膜を形成する。絶縁膜６０は、上述のように例えば、パリレンなどの絶縁性を有する有機高分子膜を形成する。そして、レーザーによるパターニングにより、電極２１及び電気配線５０以外の部分の金属薄膜（及び表面の絶縁膜６０）を除去することにより、電極２１及び電気配線５０を形成する。本実施形態においては、ノズル１０が形成される位置に対応する圧力室１６の電極をグランド電極２１Ｇとするために、レーザーを走査して図３に示すようなレーザーパターニング領域３００を形成する。また、本実施形態では、グランド電極２１Ｇと駆動電極２１Ｋは、交互に形成されるように、レーザーパターニングを行う。
【００３７】
次に、Ａｃｔ１０５において、枠部材４を基板２に対して接着などにより固定し、ノズルプレート８を枠部材４に接着などにより固定する。
【００３８】
次に、Ａｃｔ１０６において、ノズルプレート８に対してレーザーを照射し、所定位置に複数のノズル１０を形成する。所定位置は、本実施形態では上述のように電極としてグランド電極２１Ｇが形成される圧力室１６の位置である。この際、レーザーがノズル１０を通って照射方向に形成される絶縁膜６０に到達し、その部分の絶縁膜６０が除去されることとなる。
【００３９】
次に、Ａｃｔ１０７において、駆動電極２１Ｋに導通する電気配線５０に対してドライバＩＣを接続して固定し、グランド電極２１Ｇに導通する電気配線５０をグランドに接続する。
【００４０】
以上の工程によりヘッド基板１が製造される。製造したヘッド基板１に対してケースを装着することで、インクジェットヘッドを形成することができる。
【００４１】
以上、本実施形態によれば、電気伝導性のあるインクが電気分解されることによるインクの劣化を防止可能なインクジェットヘッドを提供することができる。これによって、ノズルプレートをヘッド基板に取り付けた状態でノズルをレーザーにより形成することが可能となる。これにより、予めノズルプレートにノズルを設けた後にノズルプレートを枠部材に接着する場合に問題となる、各ノズルと各圧力室との位置決め精度を考慮する必要がない。また、接着する際に形成されているノズルが接着剤で塞がってしまうこともない。従って、効率よくインクジェットヘッドを製造することができる。
【００４２】
本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他の様々な形で実施することができる。そのため、前述の実施の形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する全ての変形、様々な改良、代替および改質は、すべて本発明の範囲内のものである。
【符号の説明】
【００４３】
１    ヘッド基板
２    基板
４    枠部材
６    圧電部材
８    ノズルプレート
１６  圧力室
２１  電極
２１Ｇ  グランド電極
２１Ｋ  駆動電極
５０  電気配線
６０  絶縁膜
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４４】
【特許文献１】特表２００２‐１９５５号公報
【図１】
2012081695.tif 000003
【図２】
2012081695.tif 000004
【図３】
2012081695.tif 000005
【図４】
2012081695.tif 000006
【図５】
2012081695.tif 000007