(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクチュエータ基板と、
前記アクチュエータ基板の一表面に形成された、インクを噴射するための複数の噴射溝と、
前記複数の噴射溝の両側を、すくなくとも一部が分極された圧電材料の隔壁で構成し、その隔壁の側面に形成した複数の電極と、
前記アクチュエータ基板の前記複数の噴射溝と反対側の面に配置されており、前記複数の電極に接続される複数の接続端子とを備えており、
前記接続端子に配線材をろう付けするインクジェットヘッドにおいて、
前記電極がインクに対する耐食性の高いニッケルの導電層で形成され、前記各隔壁の側面と前記反対側の面の前記接続端子とが１つの連続した層で形成されていて、
前記接続端子が形成される少なくとも前記ニッケルの導電層の表面上に、前記ろう付け性のよい金の導電層が形成され、
前記各隔壁の側面に形成される前記ニッケルの導電層の表面上には、前記金の導電層が形成されないことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
アクチュエータ基板と、
前記アクチュエータ基板の一表面に形成された、インクを噴射するための複数の噴射溝と、
前記複数の噴射溝内の両側を、すくなくとも一部が分極された圧電材料の隔壁で構成し、その隔壁の側面に形成した複数の電極と、
前記アクチュエータ基板の前記複数の噴射溝と反対側の面に配置されており、前記複数の電極に接続される複数の接続端子とを備えており、
前記接続端子に配線材をろう付けするインクジェットヘッドの製造方法において、
前記アクチュエータ基板の一表面に、複数の噴射溝を形成する工程と、
前記アクチュエータ基板の前記各隔壁の側面と前記反対側の面の前記接続端子とに、インクに対する耐食性の高いニッケルの導電層を１つの連続した層として形成する工程と、
前記ニッケルの導電層を各噴射溝に対応した前記電極と前記接続端子に対応する部分とに分割する工程と、
前記接続端子に対応する部分のニッケルの導電層の表面上に、ろう付け性のよい金の導電層を形成する工程とを有し、
前記各隔壁の側面に形成される前記ニッケルの導電層の表面上には、前記金の導電層を形成しないことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記ニッケルの導電層および前記金の導電層は、メッキ、蒸着等によって形成されてい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の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクをノズル孔から噴射させ文字や図形を記録するインクジェットヘッドおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェットヘッドは、通常、ノズル孔に連通された噴射溝で、圧電材料を変形させたり、インクを局部的に加熱して気化させる等して、インクに圧力を作用させることによりインクをノズル孔から噴射させるように構成されている。
【０００３】
従来、圧電材料を使用したインクジェットヘッドとしては、圧電材料からなるアクチュエータ基板の上面に平行な複数の溝を、また裏面に複数の接続端子を備え、各接続端子から各溝側面の電極に選択的に電圧を印加し、溝間の隔壁を変形させるものがある。このようなインクジェットヘッドを製造する場合には、まず、圧電材料からなるアクチュエータ基板の上面に複数の溝を平行に形成した後、溝内を含めたアクチュエータ基板の全表面に無電解メッキ等で導電層を形成する。そして、導電層を溝ごとに、研削やレーザ加工により分割加工することによって、各溝の隔壁に導電層からなる電極を形成し、またアクチュエータ基板の前端面から裏面の導電層に対して分割加工をすることによって、各溝の電極に個々に接続された複数の接続端子を形成する。そして、接続端子に、フレキシブル印刷配線基板等の配線材を接続することで、インクジェット記録装置の駆動制御部に接続され、記録データにもとづいて駆動制御部から出力された駆動電圧をフレキシブル印刷配線基板、各接続端子を介して各隔壁に印加して変形させ、各溝内のインクをノズル孔から噴出させる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のインクジェットヘッドでは、圧電材料製のアクチュエータ基板の全表面に導電層としてのニッケル層を無電解メッキ等で形成し、そのニッケル層の上に金を電解メッキで被覆し、さらにその上に絶縁保護膜をスピンコート法またはＣＶＤ法等により形成している。これは、ニッケルに対しては配線材をろう付けしにくいため、金を介在させることで、ろう付け性をよくするものである。また、ニッケル自体はインクに対して耐食性が高いが、ニッケルの上に金がのっていると、界面に電位差が生じることでニッケルがイオン化されやすくなり、インクに接触する（圧電材料の凹凸の影響および金が非常に薄いことにより金でニッケルを完全に覆うことができず、その隙間からインクがニッケルに接触する）と腐食されやすくなるため、絶縁保護膜で覆っている。
【０００５】
このように、絶縁保護膜をスピンコート法またはＣＶＤ法等により形成するのは、相当の設備を必要とし、工数も多くなる。特に、特開平７−１０１０５７号公報に記載のように、保護膜を確実にするために、有機膜および無機膜を複数層形成するものでは、非常に工数が多くなって、コストもかさむ。
【０００６】
本発明は、この問題を解決するもので、絶縁保護膜を省略して、しかもインクに対する耐食性、配線材とのろう付け性のよいインクジェットヘッドおよびその製造方法を提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記問題を解決するため、請求項１のインクジェットヘッドでは、アクチュエータ基板と、前記アクチュエータ基板の一表面に形成された、インクを噴射するための複数の噴射溝と、前記複数の噴射溝の両側を、すくなくとも一部が分極された圧電材料の隔壁で構成し、その隔壁の側面に形成した複数の電極と、前記アクチュエータ基板の前記複数の噴射溝と反対側の面に配置されており、前記複数の電極に接続される複数の接続端子とを備えており、前記接続端子に配線材をろう付けするインクジェットヘッドにおいて、前記電極がインクに対する耐食性の高いニッケルの導電層で形成され、前記各隔壁の側面と前記反対側の面の前記接続端子とが１つの連続した層で形成されていて、前記接続端子が形成される少なくとも前記ニッケルの導電層の表面上に、前記ろう付け性のよい金の導電層が形成され、前記各隔壁の側面に形成される前記ニッケルの導電層の表面上には、前記金の導電層が形成されない。
【０００８】
これにより、一連に接続した電極と接続端子とが、インクによって腐食することを防ぎ、かつ接続端子と配線材とのろう付け性をよくすることを、同時に実現することができる。
【０００９】
また、電極を構成する導電層が、ニッケルであり、ニッケルの導電層は噴射溝から接続接続端子に相当する位置まで一つの連続した層で形成され、その上の接続端子に相当する位置にのみ金の導電層が形成される。つまり、ニッケルからなる導電層が絶縁材料のアクチュエータ基板の上に無電解メッキにより形成され、金は無電解メッキにより形成されにくいが、ニッケルの導電層の上には容易に形成される。また、インクに露出する部分ではニッケルが、配線材と接続される部分では金がそれぞれ位置し、一連に接続した電極と接続端子とが、インクによって腐食することを防ぎ、かつ接続端子と配線材とのろう付け性をよくすることを、同時に実現することができる。
また、噴射溝からそれと反対側のアクチュエータ基板の裏面にわたってニッケルの導電層を形成し、アクチュエータ基板の裏面における一部を接続端子とすることができ、製作が容易となる。
また、請求項２のインクジェットヘッドの製造方法は、アクチュエータ基板と、前記アクチュエータ基板の一表面に形成された、インクを噴射するための複数の噴射溝と、前記複数の噴射溝内の両側を、すくなくとも一部が分極された圧電材料の隔壁で構成し、その隔壁の側面に形成した複数の電極と、前記アクチュエータ基板の前記複数の噴射溝と反対側の面に配置されており、前記複数の電極に接続される複数の接続端子とを備えており、前記接続端子に配線材をろう付けするインクジェットヘッドの製造方法において、前記アクチュエータ基板の一表面に、複数の噴射溝を形成する工程と、前記アクチュエータ基板の前記各隔壁の側面と前記反対側の面の前記接続端子とに、インク対する耐食性の高いニッケルの導電層を１つの連続した層として形成する工程と、前記ニッケルの導電層を各噴射溝に対応した前記電極と前記接続端子に対応する部分とに分割する工程と、前記接続端子に対応する部分のニッケルの導電層の表面上に、ろう付け性のよい金の導電層を形成する工程とを有し、前記各隔壁の側面に形成される前記ニッケルの導電層の表面上には、前記金の導電層を形成しない。
【００１０】
【００１１】
【００１２】
【００１３】
この製造方法においては、噴射溝を含むアクチュエータ基板に相互につながったニッケルの導電層を形成して、そのあと、各噴射溝と接続端子に対応する部分に分割することで、複数の電極と接続端子との相互の接続の信頼性を上げ、かつ容易に製作することができる。
また、予めアクチュエータ基板の反対側の面にニッケルの導電層を形成しておくことで、接続端子に対応する部分に金の導電層を容易に形成することができる。
【００１４】
さらに、ニッケルの導電層の上に金の導電層を形成した後、両導電層を同時に分割することもできるが、ニッケルの導電層の上に金の導電層を電解メッキする場合には、ニッケルの導電層のみを分割したあと、金の導電層を電解メッキによりニッケルの導電層のみに重ねて形成することができる。
また、請求項３のインクジェットヘッドの製造方法は、前記ニッケルの導電層および前記金の導電層は、メッキ、蒸着等によって形成されていることで、接続端子が電極に対して容易に形成される。特に、接続端子を構成する導電層が、絶縁材料のアクチュエータ基板に対してメッキ等で形成しにくい材料であるとき、予め形成された電極を構成する導電層上に容易に形成される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面にもとづいて説明する。
【００１６】
インクジェットヘッドは、アクチュエータ基板１とプレート部材４とノズルプレート６とマニホールド部材７とを有している。アクチュエータ基板１は、チタン酸ジルコン酸鉛系（ＰＺＴ）またはチタン酸鉛系（ＰＴ）等のセラミックスからなる複数の圧電材料を積層して構成されており、各層の圧電材料は相互に反対方向（それぞれアクチュエータ基板１の厚さ方向、図１の矢印２７）に分極処理されている。そして、アクチュエータ基板１の上面には、各層にわたって切削加工された複数の溝１４，１５が形成されている。その複数の溝のうち、１つおきのものをインクを噴射するための噴射溝１４とし、両端のものと噴射溝１４間の１つおきのものをダミー溝１５としている。
【００１７】
各噴射溝１４は、アクチュエータ基板１の先端１ａ（図中左端）から後端１ｄ（図中右端）にわたって所定深さで貫通形成されている。各ダミー溝１５は、アクチュエータ基板１の先端から後端側の近傍まで所定深さとなるように形成され、そのダミー溝の後端部は、アクチュエータ基板１の上面と面一となるように立ち上げられて閉塞されている。また、アクチュエータ基板１の先端部には、ダミー溝１５に対応した位置に縦溝４０が形成されている。そして、各噴射溝１４とダミー溝１５は、アクチュエータ隔壁２０を介して交互に平行に配列されており、アクチュエータ隔壁２０は互いに反対方向に分極された複数層の圧電材料により構成されている。
【００１８】
アクチュエータ基板１の各噴射溝１４、各ダミー溝１５、後端面１ｄ及び裏面１ｃを含む全表面には、Ｎｉ（ニッケル）の導電層４１が蒸着や無電解メッキにより形成される。アクチュエータ基板１の先端面１ａおよび上面１ｂは、面状に切削または研削することにより導電層が除去されている。そして、各ダミー溝１５の底面における中央には、第１分割溝４４ａが先端側から後端上面の導電層のない面にわたって形成されている。その結果、各噴射溝１４の内面には、それぞれ１つの電極２３が形成され、各ダミー溝１５の内面には、２つの独立した電極２２，２２が形成される。そして、ダミー溝１５に連通した各縦溝４０には、第１分割溝４４ａに連続する第２分割溝４４ｂが形成されている。さらに、アクチュエータ基板１の裏面１ｃには、図２に示すように、各第２分割溝４４ａに接続された複数の第３分割溝４４ｃが先端側から後端近傍まで各ダミー溝１５と平行に形成されており、各第３分割溝４４ｃの後端側には第３分割溝４４ｃに直交するように第４分割溝４４ｄが形成されている。
【００１９】
アクチュエータ基板１の裏面１ｃには、Ａｕ（金）の導電層４２が、Ｎｉの導電層４１の上のみに形成される。
【００２０】
これにより、各分割溝４４ｃ〜４４ｄは、アクチュエータ基板１の裏面に複数の接続端子４３を平行に形成させ、そのまわりに共通電位側の接続端子４６を形成させている。噴射溝１４とそれを挟んで隣接する２つのアクチュエータ隔壁２０とを１組のアクチュエータとして、各接続端子４３は、その両アクチュエータ隔壁２０の各ダミー溝１５側の電極２２，２２に、縦溝４０内の導電層４１を介してそれぞれ電気的に接続され、他の組のアクチュエータとは、分割溝４４ａ〜４４ｃによって分離独立している。共通電位側の接続端子４６は、アクチュエータ基板１後端面１ｄの導電層４１を介して噴射溝１４内の電極２３に接続されている。
【００２１】
また、図２に示すように、各接続端子４３，４６が形成されたアクチュエータ基板１の裏面１ｃには、配線材すなわちフレキシブル印刷配線基板３２がろう付け（例えば半田付け等）により接続される。フレキシブル印刷配線基板３２には、接続端子４３，４６に対応して端子６４，６７が形成されている。端子６４，６７は、図示しないインクジェット記録装置の駆動制御部に接続されている。
【００２２】
上記のように構成されたアクチュエータ基板１の上面には、セラミックス材料や樹脂材料からなる平板状のプレート部材４がエポキシ系の接着剤等により液密状態に接合されている。これにより、各噴射溝１４は、プレート部材４で覆われることによって、先端および後端のみを開口する。また、各ダミー溝１５は、プレート部材４で覆われることによって、先端のみを開口する。
【００２３】
アクチュエータ基板１およびプレート部材４の先端には、ノズルプレート６がエポキシ系の接着剤等を用いて液密状態に接合されている。ノズルプレート６には、噴射溝１４からインク滴を噴射させるように、各噴射溝１４に対応して複数のノズル孔３０が形成されている。
【００２４】
アクチュエータ基板１およびプレート部材４の後端には、マニホールド部材７が接合されている。マニホールド部材７の中心部には、図示しないインクタンクと接続するインク供給口３１が形成され、全噴射溝１４にインクを分配する。
【００２５】
図６は、各分割溝４４ａ〜４４ｃを形成するための加工装置、例えばＹＡＧレーザ等のレーザ加工装置を示す。レーザ加工装置８０は、レーザ光８２を出射するレーザ発振器８１と、レーザ光を反射してＸ軸方向（溝の配列方向）に走査させる反射鏡８３を有するＸ軸用ガルバノメータ８４と、レーザ光８２を反射してＹ軸方向（溝の長手方向）に走査させる反射鏡８５を有するＹ軸用ガルバノメータ８６と、レーザ光８２を光する集光レンズ８７とを備えている。そして、レーザ光８２を、導電層に沿って走査し照射することで、導電層を線状に除去して各分割溝４４ａ〜４４ｄを形成する。
【００２６】
次に、インクジェットヘッドの製造方法について説明する。
【００２７】
まず、積層した圧電材料からなる平板を帯状にスライス加工することで、アクチュエータ基板１を形成した後、ダイヤモンドブレード等により、複数の噴射溝１４、ダミー溝１５、および縦溝４０を形成する。この後、アクチュエータ基板１の各溝１４，１５，４０を含む全表面にＮｉ等の導電層４１を蒸着や無電解メッキにより形成する。そののち、アクチュエータ基板１の上面１ｂを面状に切削または研削することによりその上面の導電層を除去し、各溝１４，１５内の導電層を上面において独立させる。
【００２８】
アクチュエータ基板１を、図６に示すように、レーザ加工装置８０の下方に装着し、導電層４１の分割加工を行う。まず、ダミー溝１５の底面を走査してその導電層を線状に除去することによって、第１分割溝４４ａを形成する。順次隣のダミー溝１５の底面にも同様の加工を行う。縦溝４０の底面に対しても、同様に走査して導電層を線状に除去して第２の分割溝４４ｂを形成する。さらに、アクチュエータ基板１の裏面１ｃにおいてもレーザ光８２を照射して導電層を線状に除去し、第３、４の分割溝４４ｃ、４４ｄを形成する。この分割加工における第１〜第４分割溝４４ａ〜４４ｄの形成、及びアクチュエータ基板１の上面１ｂ、前端面１ａの切削または研削（前端面の加工については後述する）によって、導電層４１が各アクチュエータごとに、ダミー溝１５内、裏面１ｃにおいて独立化される。
【００２９】
分割溝４４ａ〜４４ｄの加工ののち、アクチュエータ基板１裏面の各接続端子４３，４６の上のみにＡｕの導電層４２を電解メッキにより形成する。電解メッキする際に、Ｎｉの導電層４１を一方の電極とすれば、ＡｕはＮｉの上のみに付着するので、分割溝を埋めることなくＡｕの導電層が形成される。また、電解メッキする際に、アクチュエータ基板１裏面１ｃをのぞいて、他の面はメッキが形成されないようにマスクするが、少なくともインクが接触する噴射溝１４と後端面１ｄのみマスクしてもよい。また、噴射溝１４と後端面１ｄをマスクすることが困難な場合は、アクチュエータ基板１裏面１ｃのみをメッキ液に浸漬することで、その部分のみをメッキするようにしてもよい。
【００３０】
なお、分割溝４４ａ〜４４ｄの加工の前に、ＮｉだけでなくＡｕの導電層も形成しておき、そのあと、Ａｕの導電層にもいっしょに分割溝４４ａ〜４４ｄを加工することも可能である。Ａｕの導電層の形成は、蒸着等他の方法で行うこともできる。
【００３１】
次いで、アクチュエータ基板１の上面にプレート部材４を接合し、アクチュエータ基板１およびプレート部材４の先端面を面状に切削または研削して面一状にするとともに、先端面１ａの導電層４１を除去する。そして、噴射溝１４とノズル孔３０とが対応するように、先端面にノズルプレート６を接合すると共に、後端面にマニホールド部材７を接合する。この後、フレキシブル印刷配線基板３２とアクチュエータ基板１の各接続端子４３、４６とを接続する。この接続は、フレキシブル印刷配線基板３２の各端子６４、６７を、アクチュエータ基板１の各接続端子４３，４６に一致するように当接させた後、ろう付け（例えば、半田付け）することにより接続されてインクジェットヘッドとして組み立てられる。なお、フレキシブル印刷配線基板３２の各端子６４、６７には、予め半田層が形成されており、加熱により溶融されて各接続端子４３，４６に固着される。
【００３２】
このように、本実施形態のインクジェットヘッドによれば、図示しないインクジェット記録装置の駆動制御部からフレキシブル印刷配線基板３２をとおして出力された駆動信号を各アクチュエータの一対の電極２２，２２印加し、電極２３を接地することにより、一対の隔壁２０に分極方向２７に対して直角方向の電界を生成し、隔壁２０をそれぞれ変形させて噴射溝１４内のインクを噴射させるようになっている。
【００３３】
噴射溝１４内に形成された電極２３は、Ｎｉで構成され、Ｎｉ自体はインクに対し耐食性が高い。またアクチュエータ基板１裏面１ｃの各接続端子４３，４６は、Ｎｉの上にＡｕをのせたもので構成され、Ａｕ自体はろう付け性がよいから、フレキシブル印刷配線基板３２の各端子６４、６７が良好に接合される。また、Ａｕがアクチュエータ基板の圧電材料に対し無電解メッキしにくいとしても、予めアクチュエータ基板の裏面にもＮｉの導電層４１を形成しておくことで、接続端子に対応する位置にＡｕの導電層４２を容易に形成することができる。従来のように、噴射溝１４内のＮｉの上までＡｕを形成しないので、ＡｕによってＮｉがイオン化されやすくなって、腐食するということがなく、絶縁保護膜が不要となる。
【００３４】
また、導電層として、Ｐｄ（パラジウム）を用いることができる。Ｐｄは、インクに対する耐食性、ろう付け性がともに優れ、電極２３、接続端子４３，４６とも１つの材料で構成することができる。Ｐｄは、前記Ｎｉと同様のメッキによってアクチュエータ基板に形成できる。この場合、Ａｕの導電層を形成する工数が省ける。
【００３５】
なお、本発明は、導電層として、Ｎｉ，Ａｕ，Ｐｄだけでなく、その他のインクに対する耐食性が高い材料、ろう付け性のよい材料を使用することができる。
また、噴射溝１４の隔壁を変形させてインクを噴射するものだけでなく、他の形式のヘッドにおいても、接続端子４３，４６をとおしてインク噴射用のアクチュエータに給電するものに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  インクジェットヘッドを上側から見た分解斜視図である。
【図２】  インクジェットヘッドを下側から見た分解斜視図である。
【図３】  図２のインクジェットヘッドの一部を溝列方向に断面にした拡大図である。
【図４】  図３のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】  図３のＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】  レーザ加工装置からアクチュエータ基板にレーザ光を照射して分割溝を形成する状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１  アクチュエータ基板
１４  噴射溝
１５  ダミー溝
２０  アクチュエータ隔壁
２２  電極
２３  電極
３２  配線材
４１  Ｎｉ導電層
４２  Ａｕ導電層
４３  接続端子
４６  接続端子
【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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