(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の第１の溝と複数の第１の隔壁とが並設され、少なくとも前記第１の隔壁の一部が圧電材料で構成されると共に、前記複数の第１の隔壁の側面から天頂部に亘って第１の電極が形成され、且つ、該天頂部において隣接する前記第１の電極の端部同士は電気的に離間している第１のアクチュエータプレートと、前記第１の溝に対応する複数の第２の溝と前記第１の隔壁に対応する複数の第２の隔壁とが並設され、少なくとも前記第２の隔壁の一部が圧電材料で構成されると共に、前記複数の第２の隔壁には、側面から天頂部に亘って第２の電極が形成され、且つ、該天頂部において隣接する前記第２の電極の端部同士は電気的に離間している第２のアクチュエータプレートとを有し、前記第１のアクチュエータプレートの前記第１の隔壁と前記第２のアクチュエータプレートの前記第２の隔壁とを位置合わせし、前記第１の隔壁の天頂部に設けられた前記第１の電極の端部と前記第２の隔壁の天頂部に設けられた前記第２の電極の端部とが電気的に接続するように接合してなるインクジェットヘッドにおいて、
前記第１のアクチュエータプレートにおける前記第１の隔壁の天頂部及び前記第２のアクチュエータプレートにおける前記第２の隔壁の天頂部に、それぞれ第１の隔壁及び第２の隔壁に使用される圧電材料の比誘電率よりも小さい比誘電率を有するＳｉＯ２又はＡｌ２Ｏ３からなる被覆層が設けられ、該被覆層の上面に、前記第１の電極の端部及び第２の電極の端部がそれぞれ設けられていることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記被覆層の厚さは、１００Å以上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３】
前記被覆層の比誘電率が２０以下であることを特徴とする請求項１又は２記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記第１の隔壁と前記第２の隔壁の高さが等しいことを特徴とする請求項１、２又は３記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
前記第１のアクチュエータプレートと前記第２のアクチュエータプレートとは、導電性粒子を含有する接着剤によって接合されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はインクジェットヘッドに関し、詳しくは、それぞれ複数の溝と複数の隔壁を形成し、各溝内に電極を形成した２枚のアクチュエータプレートを、隔壁同士を位置合わせして接合することによって形成されるインクジェットヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、図１０に示すように、分極処理された圧電材料に複数の溝１０１と複数の隔壁１０２とを並設し、各隔壁１０２の側面から天頂部１０２ａに亘って電極１０３を形成し、且つ、該天頂部１０２ａにおいて隣接する電極１０３同士は電気的に離間しているアクチュエータプレート１００と、同様に分極処理された圧電材料に、上記溝１０１に対応する複数の溝２０１と、上記隔壁１０２に対応する複数の隔壁２０２とを並設し、各隔壁２０２の側面から天頂部２０２ａに亘って電極２０３を形成し、且つ、該天頂部２０２ａにおいて隣接する電極２０３同士は電気的に離間しているアクチュエータプレート２００とを、互いの隔壁１０２と隔壁２０２とを位置合わせし、隔壁１０２の天頂部１０２ａに設けられた電極１０３の端部１０３ａと隔壁２０２の天頂部２０２ａに設けられた電極２０３の端部２０３ａとが電気的に接続するように接合することにより、溝１０１と溝２０１からなるインク液室３００を形成したインクジェットヘッドが記載されている。
【０００３】
このインクジェットヘッドは、隔壁１０２、２０２同士が接合されることによってインク液室３００の左右に配置される両駆動壁（隔壁１０２、２０２）とその側面の駆動電極(電極１０３、２０３)とを構成するため、各駆動電極に駆動電圧を印加すると、駆動壁全体をくの字状にせん断変形させてインク液室３００内のインクに高い圧力を付与することができ、低い駆動電圧で十分なインク吐出速度を得ることができる利点を有している。
【０００４】
また、電極１０３、２０３は、それぞれ隔壁１０２、２０２の天頂部１０２ａ、２０２ａに亘って形成されているので、隔壁１０２、２０２同士の接合時、電極１０３、２０３の天頂部１０２ａ、２０２ａに位置する端部１０３ａ、２０３ａを利用して、電極１０３、２０３同士の電気的接続を確保することができる。
【特許文献１】特開平８−２７６５８０号公報
【特許文献２】特開平３−１５０３４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このようなインクジェットヘッドの場合、天頂部１０２ａ、２０２ａに設けられた電極１０３、２０３の端部１０３ａ、２０３ａ間の離間距離Ｌ１は、隔壁１０２、２０２の幅Ｌ２よりも短くなる。このため、電極１０３、２０３の端部１０３ａ、２０３ａ付近における駆動壁の静電容量が大きくなり、各電極１０３、２０３に駆動電圧を印加した際の駆動壁の変形速度が低下し、所期のインク吐出速度が得られなくなる問題があった。
【０００６】
また、所期のインク吐出速度を得るには、駆動電圧を更に上げる必要があるため、それだけ電力消費が大きくなる問題があった。
【０００７】
更に、電極１０３、２０３相互の電気的接続の信頼性を上げるため、電極１０３、２０３の端部１０３ａ、２０３ａの面積を増大させると、離間距離Ｌ１は更に短くなるため、静電容量は更に大きくなってしまう。
【０００８】
従って、アクチュエータプレート相互間での電極の電気的接続の信頼性を確保すると同時に、駆動壁の静電容量を低下させることは困難であった。
【０００９】
そこで、本発明は、アクチュエータプレート相互間での電極の電気的接続の信頼性を確保できると共に、駆動壁の静電容量を低下させることのできるインクジェットヘッドを提供することを課題とする。
【００１０】
本発明の他の課題は、以下の記載により明らかとなる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題は、以下の各発明によって解決される。
【００１２】
請求項１記載の発明は、複数の第１の溝と複数の第１の隔壁とが並設され、少なくとも前記第１の隔壁の一部が圧電材料で構成されると共に、前記複数の第１の隔壁の側面から天頂部に亘って第１の電極が形成され、且つ、該天頂部において隣接する前記第１の電極の端部同士は電気的に離間している第１のアクチュエータプレートと、前記第１の溝に対応する複数の第２の溝と前記第１の隔壁に対応する複数の第２の隔壁とが並設され、少なくとも前記第２の隔壁の一部が圧電材料で構成されると共に、前記複数の第２の隔壁には、側面から天頂部に亘って第２の電極が形成され、且つ、該天頂部において隣接する前記第２の電極の端部同士は電気的に離間している第２のアクチュエータプレートとを有し、前記第１のアクチュエータプレートの前記第１の隔壁と前記第２のアクチュエータプレートの前記第２の隔壁とを位置合わせし、前記第１の隔壁の天頂部に設けられた前記第１の電極の端部と前記第２の隔壁の天頂部に設けられた前記第２の電極の端部とが電気的に接続するように接合してなるインクジェットヘッドにおいて、前記第１のアクチュエータプレートにおける前記第１の隔壁の天頂部及び前記第２のアクチュエータプレートにおける前記第２の隔壁の天頂部に、それぞれ第１の隔壁及び第２の隔壁に使用される圧電材料の比誘電率よりも小さい比誘電率を有するＳｉＯ２又はＡｌ２Ｏ３からなる被覆層が設けられ、該被覆層の上面に、前記第１の電極の端部及び第２の電極の端部がそれぞれ設けられていることを特徴とするインクジェットヘッドである。
【００１３】
請求項２記載の発明は、前記被覆層の厚さは、１００Å以上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である。
【００１４】
請求項３記載の発明は、前記被覆層の比誘電率が２０以下であることを特徴とする請求項１又は２記載のインクジェットヘッドである。
【００１６】
請求項４記載の発明は、前記第１の隔壁と前記第２の隔壁の高さが等しいことを特徴とする請求項１、２又は３記載のインクジェットヘッドである。
【００１７】
請求項５記載の発明は、前記第１のアクチュエータプレートと前記第２のアクチュエータプレートとは、導電性粒子を含有する接着剤によって接合されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のインクジェットヘッドである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、アクチュエータプレート相互間での電極の電気的接続の信頼性を確保できると共に、駆動壁の静電容量を低下させることのできるインクジェットヘッドを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００２０】
図１は本発明に係るインクジェットヘッドのヘッドチップ構造を示す部分断面図、図２は隔壁の接合部分の部分拡大断面図である。
【００２１】
図１において、１はヘッドチップ、１０、２０はそれぞれアクチュエータプレートである。
【００２２】
アクチュエータプレート１０、２０はそれぞれ圧電材料によって形成されている。圧電材料としては、電界を印加することにより変形を生じる公知の圧電材料を用いることができるが、中でもチタン酸ジルコン酸鉛（商品名ＰＺＴ）が、充填密度が大きく、圧電定数が大きく、加工性が良いので好ましい。ＰＺＴは、焼成後、温度を下げると急に結晶構造が変化して、原子がズレ、片側がプラス、反対側がマイナスという双極子の形の細かい結晶の集まりになる。こうした自発分極は方向がランダムで、極性を互いに打ち消し合っているので、更に分極処理が必要となる。図中の矢印は分極方向を示している。分極処理は、ＰＺＴの薄板を電極で挟み、シリコン油中に漬けて、１０〜３５ｋｖ／ｃｍ程度の高電界を掛けて行う。
【００２３】
一方のアクチュエータプレート１０（第１のアクチュエータプレート）は、複数の溝１１（第１の溝）及びこれら溝１１を隔てる複数の隔壁１２（第１の隔壁）を有している。各溝１１と各隔壁１２とは互いに平行に並設されている。
【００２４】
隔壁１２の天頂部１２ａには、隔壁１２に使用されている圧電材料の比誘電率よりも小さい比誘電率を有する絶縁材料からなる被覆層１３がそれぞれ設けられている。
【００２５】
また、溝１１の内面、すなわち、隔壁１２の側面と各溝１１の底面には駆動電圧印加用の電極１４（第１の電極）がそれぞれ密着形成されている。これら電極１４は、更に隔壁１２の側面から連続して隔壁１２の天頂部１２ａに設けられた被覆層１３の上面に亘って形成されているが、被覆層１３の上面において隣接している電極１４の端部１４ａ、１４ａ同士は電気的に離間している。
【００２６】
他方のアクチュエータプレート２０（第２のアクチュエータプレート）は、複数の溝２１（第２の溝）及びこれら溝２１を隔てる複数の隔壁２２（第２の隔壁）を有している。各溝２１と各隔壁２２とは互いに平行に並設されている。
【００２７】
隔壁２２の天頂部２２ａには、隔壁２２に使用されている圧電材料の比誘電率よりも小さい比誘電率を有する絶縁材料からなる被覆層２３がそれぞれ設けられている。
【００２８】
溝２１の内面、すなわち、隔壁２２の側面と溝２１の底面には駆動電圧印加用の電極２４（第２の電極）がそれぞれ密着形成されている。これら電極２４は、更に隔壁２２の側面から連続して隔壁２２の天頂部２２ａに設けられた被覆層２３の上面に亘って形成されているが、被覆層２４の上面において隣接している電極２４の端部２４ａ、２４ａ同士は電気的に離間している。
【００２９】
これらアクチュエータプレート１０、２０は、隔壁１２、２２同士が位置合わせされ、電極１４、２４の端部１４ａ、２４ａ同士が電気的に接続するように重ね合わされ、接着剤によって接合されている。接合された隔壁１２、２２によって駆動壁が構成され、接合された電極１４、２４によって駆動電極が構成され、二つの駆動壁に挟まれた溝１１、２１によって形成される空間がインク液室３０となる。
【００３０】
アクチュエータプレート１０の隔壁１２の高さｈ１とアクチュエータプレート２０の隔壁２２の高さｈ２とは等しいことが好ましく、また、アクチュエータプレート１０の被覆層１３の厚さとアクチュエータプレート２０の被覆層２３の厚さとは等しいことが好ましい。隔壁１２、２２の変位量が同じになり、駆動効率を良好にすることができると共に、アクチュエータプレート１０と２０とに同一構造のアクチュエータプレートを用いることができるため、アクチュエータプレートは１種類でよく、製造コストも低くて済む。
【００３１】
なお、この隔壁１２、２２の高さｈ１、ｈ２は、被覆層１３、２３を含む高さである。
【００３２】
このようなヘッドチップ１を有するインクジェットヘッドの製造方法の一例を図３〜図６に示す。
【００３３】
まず、分極処理された圧電材料基板４０を用意し、その表面に、絶縁材料によって被覆層４１をスパッタリング法等によって形成する（図３（ａ））。
【００３４】
次いで、被覆層４１の表面に、隔壁の天頂部に相当する部位に、それぞれ細幅状のドライフィルム４２を平行にパターニング形成する（図３（ｂ））。このドライフィルム４２のパターニング形成は、公知の露光、現像工程を経て行うことができる。各ドライフィルム４２の幅によって、図２に示されるように、例えば被覆層１３の上面において隣接する電極１４、１４の端部１４ａ、１４ａ相互間の離間距離Ｌが決まる。
【００３５】
ドライフィルム４２をパターニング形成した後、隣接するドライフィルム４２、４２の間をダイシングブレード等の回転研削具を用いて、被覆層４１の表面から圧電材料基板４０の中途部に至る深さで研削することにより、複数の溝４３を平行に形成する。溝４３は圧電材料基板４０の一方端部から他方端部にかけて同一深さで研削することにより、ストレート状に形成する。これにより削り残された圧電材料基板４０の部分が隔壁４４となり、溝４３の研削深さによってその高さが決まる（図３（ｃ））。この隔壁４４がアクチュエータプレートの隔壁となる。
【００３６】
溝４３を形成した後、各溝４３の内面及び各隔壁４４の上面の被覆層４１上面全体に電極となる金属被膜４５を形成する（図３（ｄ））。
【００３７】
この電極を形成するための金属としては、電気特性、耐食性、加工性の観点から、金、アルミニウム、ニッケル、クロム、タンタル、チタニウム等が好ましい。電極を形成するための金属被膜４５は、このような金属を用いて、蒸着法、スパッタリング法、めっき法等によって形成することができる。中でもピンホールのない電極を形成することができる点でめっき法によるものが好ましい。めっき法としては無電解めっきが好ましい。また、厚みは特に限定されないが、一般には０．５〜５μｍとすることができる。
【００３８】
金属被膜４５を形成した後、ドライフィルム４２を除去することによって、被覆層４１の上面に形成された金属被膜４５の一部をドライフィルム４２と共に除去し、被覆層４１の上面において隣接する金属被膜４５同士を離間させる（図３（ｅ））。この金属被膜４５がそれぞれアクチュエータプレートの電極となる。
【００３９】
このようにして同一構造の２枚の溝付き基板４０Ａ、４０Ｂを作成した後、一方の基板４０Ａの上方に他方の基板４０Ｂを引っ繰り返し、各基板４０Ａ、４０Ｂの隔壁４４、４４同士を位置合わせし、それらの天頂部に設けられている金属被膜４５の端部同士が電気的に接続するように重ね合わせて、接着剤によって接合する（図４）。他方の基板４０Ｂを引っ繰り返して重ね合わせることで、各基板４０Ａ、４０Ｂの分極方向は反対方向となる。
【００４０】
接着剤としては、金属被膜４５の電気的接続の信頼性を良好にするため、導電性粒子を含有する接着剤を用いることが好ましい。
【００４１】
この基板４０Ａ、４０Ｂの接合によって形成される溝４３、４３の内部がインク液室となる。
【００４２】
基板４０Ａ、４０Ｂを接合した後、各溝４３の長さ方向と直交する方向に沿う複数の切断線Ｃ１、Ｃ２…に沿ってフルカットすることにより、複数のヘッドチップ１、１…を作成する（図５）。これによって、図１に示される構造のヘッドチップ１が得られる。このヘッドチップ１は、各インク液室３０のインク出口とインク入口とがヘッドチップ１の前面と後面に対向するように配置され、インク入口からインク出口にかけてストレート状のインク液室３０となるいわゆるハーモニカ型のヘッドチップとなる。
【００４３】
この後、得られたヘッドチップ１の前面に、各インク液室３０に連通するノズル２ａが形成されたノズルプレート２を接合すると共に、ヘッドチップ１の後面に、各インク液室３０に共通にインクを供給するインク供給室を形成するためのインクマニホールド３を接合することによってインクジェットヘッドを作成する（図６）。
【００４４】
かかるインクジェットヘッドによれば、隔壁１２、２２の天頂部１２ａ、２２ａに、隔壁１２、２２の圧電材料の比誘電率よりも小さい比誘電率を有する被覆層１３、２３を有しているため、この被覆層１３、２３の上面に電極１４、２４の端部１４ａ、２４ａが設けられていても、隔壁１２、２２の天頂部１２ａ、２２ａ側の静電容量を小さくできる。従って、駆動エネルギーのロスを低減でき、駆動壁の変位速度が低下する問題は解消する。
【００４５】
これにより、従来と同じ駆動電圧を印加した場合、駆動壁の変位速度を大きくでき、インク吐出速度を向上させることができる。
【００４６】
また、隔壁１２、２２の天頂部１２ａ、２２ａ側の静電容量が小さいため、電極１４、２４の端部１４ａ、２４ａ間の離間距離Ｌを更に短くすることもできる。その結果、これら電極１４、２４の端部１４ａ、２４ａの面積を大きくでき、それだけ電気的接続の信頼性をより向上させることができるようになる。
【００４７】
被覆層１３、２３を構成する絶縁材料としては、隔壁１２、２２に使用される圧電材料の比誘電率よりも小さい比誘電率を有する絶縁材料であればよいが、駆動電圧による駆動エネルギーを駆動壁の変位に無駄なく変換させることができる点で、比誘電率が２０以下であるものが好ましい。
【００４８】
具体的な絶縁材料としては、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３を挙げることができる。これらは比誘電率が低く、且つ電極１４、２４との密着性も良好であるために、本発明において好適に使用できる。
【００４９】
被覆層１３、２３の厚さは、１００Å以上とすることが、電極離間距離Ｌが短くなっても静電容量の増加がなく、本発明の目的を好適に達成することができるために好ましい。
【００５０】
被覆層１３、２３の厚さの上限値は、隔壁１２、２２の高さとの関係によって適宜決めることができるが、図１に示される隔壁１２、２２の高さｈ１、ｈ２の１／５０以下とすることが好ましい。この隔壁１２、２２の高さｈ１、ｈ２は、被覆層１３、２３を含めた高さである。被覆層１３、２３の厚さが、各隔壁１２、２２の高さｈ１、ｈ２の１／５０を超えるようになると、駆動エネルギーのロスを低減する効果は一定以上に向上しなくなり、また、駆動壁全体に占める被覆層１３、２３の割合が多くなって、駆動壁の変位自体に影響が出てくるおそれがある。
【００５１】
被覆層１３、２３は、隔壁１２、２２の天頂部１２ａ、２２ａの全面に被覆形成するものに限らず、隔壁１２、２２の天頂部１２ａ、２２ａの一部に設けられていてもよい。この場合は、図７に示すように、各被覆層１３、２３を、隔壁１２、２２の天頂部１２ａ、２２ａにおいて電極１４、２４の端部１４ａ、２４ａの下面に対応する部位に少なくとも設けることが好ましい。
【００５２】
以上の説明では、ヘッドチップ１はいわゆるハーモニカ型のものを例示したが、これに限定されず、例えば図８に示すように、各アクチュエータプレート１０、２０の一方端部から他方端部の手前までに亘ってダイシングブレード等の回転研削具を用いて溝を研削したいわゆるチョッパートラバース型のヘッドチップ１としてもよい。この場合、一方のアクチュエータプレート２０の各溝の底面を貫通するようにインク供給穴４を形成し、インクマニホールド３から各インク液室３０にインクを供給することができる。
【００５３】
また、各アクチュエータプレート１０、２０は、全体を分極処理された圧電材料基板によって形成したが、分極された圧電材料は少なくとも隔壁１２、２２の一部にあればよい。
【実施例】
【００５４】
以下、本発明の効果を実施例によって例証する。
【００５５】
分極処理された厚さ７２０μｍのＰＺＴ基板（比誘電率＝３０００）の表面に、ＳｉＯ２（比誘電率＝４）をスパッタリング法により被覆形成して、厚さ１μｍの被覆層を形成し、その被覆層の表面に、隔壁の天頂部に相当する部位に、それぞれ細幅状のドライフィルムを、電極離間距離が表１に示されるように調整されるように平行にパターニング形成した基板を作製した後、その表面から、ダイシングブレードを用いて、基板の一方端部から他方端部に沿って、幅８５μｍ、深さ３１０μｍの２５６本の溝と、各溝間に幅５６μｍの隔壁とを平行に並設した。
【００５６】
その後、各溝の内面とドライフィルムの上面に亘ってアルミニウムからなる厚さ２μｍの電極を無電解めっきによって形成し、ドライフィルムを除去することにより、隣接する電極間を隔壁の上面において離間させた。
【００５７】
同様に形成した基板を、隔壁同士を位置合わせし、各電極同士が電気的に接続するように、導電粒子を含有する接着剤（エポキシテクノロジー社製「エポテック３５３ＮＤ」）を用いて接合した後、溝の長さ方向に直交する方向に沿ってフルカットして、インク液室の長さが２．５ｍｍとなるハーモニカ型のヘッドチップＮｏ．１〜４を作製した。
【００５８】
一方、被覆層を設けなかった以外は上記実施例と同様に、電極離間距離が表１に示されるように調整された基板を作製し、同様にハーモニカ型のヘッドチップＮｏ．５〜８を作製した。
【００５９】
各ヘッドチップの隔壁の静電容量を、ＬＣＲメータ（HIOKI社製「３５２２ ＬＣＲ HiTESTER」）を用いて測定した。測定結果は、隔壁の上面まで電極が形成されないヘッドチップ（No.１、No.５）の静電容量（４００ｐＦ）を１００としたときの静電容量の変化の割合（％）で示した。
【００６０】
その結果を表１及び図９に示す。
【００６１】
【表１】
0005012257.tif 000002
【００６２】
被覆層がない場合は、電極離間距離が狭くなるのに比例して静電容量が増大していくのに対し、被覆層を設けたことにより、電極離間距離を狭くしても静電容量は増加せず、本発明の効果が実証された。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明に係るインクジェットヘッドのヘッドチップ構造を示す部分断面図
【図２】隔壁の接合部分を示す部分拡大断面図
【図３】（ａ）〜（ｅ）はインクジェットヘッドの製造方法の一例を示す図
【図４】インクジェットヘッドの製造方法の一例を示す図
【図５】インクジェットヘッドの製造方法の一例を示す図
【図６】インクジェットヘッドの製造方法の一例を示す図
【図７】被覆層の他の態様を示す部分拡大断面図
【図８】インクジェットヘッドの他の態様を示す断面図
【図９】電極間距離と静電容量との関係を示すグラフ
【図１０】従来のインクジェットヘッドのヘッドチップ構造を示す部分断面図
【符号の説明】
【００６４】
１：ヘッドチップ
１０、２０：アクチュエータプレート
１１、２１：溝
１２、２２：隔壁
１２ａ、２２ａ：天頂部
１３、２３：被覆層
１４、２４：電極
１４ａ、２４ａ：電極の端部
３０：インク液室
【図１】
0005012257.tif 000003
【図２】
0005012257.tif 000004
【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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【図９】
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【図１０】
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