(57)【要約】【課題】インクの吐出性能が優れたインクジェットヘッドを提供する。【解決手段】インクジェットヘッドは、複数の溝部が形成された圧電性基板１と、圧電性基板１の前面に接着剤３によって固定されたノズルプレート２とを備える。圧電性基板１は、溝部の壁面に形成された電極１４と、電極１４の表面および圧電性基板１の前面に形成された電極保護膜５とを含む。電極保護膜５は、前面において表面から突出する凸部５ａを有する。凸部５ａは、高さが接着剤３の厚さ以下なるように形成されている。凸部５ａは、ノズルプレート２に向かう部分がほぼ平面状に形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の溝部が形成された基板と、
前記基板の前面に接着剤によって固定されたノズルプレートと
を備え、
前記基板は、少なくとも前記溝部の壁面に形成された電極と、
前記電極の表面および前記基板の前記前面に形成された電極保護膜と
を含み、
前記電極保護膜は、前記前面において表面から突出する凸部を有し、
前記凸部は、高さが前記接着剤の厚さ以下になるように形成され、
前記凸部は、前記ノズルプレートに向かう部分がほぼ平面状に形成された、インクジェットヘッド。
【請求項２】
前記凸部は、断面形状がほぼ台形に形成された、請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
前記凸部は、断面形状において高さが２μｍ以下になるように形成された、請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記電極保護膜は、ポリパラキシリレン膜を含む、請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
前記電極保護膜は、ポリモノクロロパラキシリレン膜およびポリパラキシリレン膜を含む、請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項６】
基板に複数の溝部を形成する工程と、
少なくとも前記溝部の壁面に電極を形成する工程と、
前記電極の表面および前記基板の前面に電極保護膜を形成する工程と、
前記基板の前記前面において、前記電極保護膜の表面に生じる凸部を平坦化させる平坦化工程と、
前記基板の前記前面において、前記電極保護膜の表面に接着剤を配置する工程と、
前記基板の前記前面において、前記電極保護膜にノズルプレートを接着する工程と
を含む、インクジェットヘッドの製造方法。
【請求項７】
前記平坦化工程は、断面形状がほぼ台形になるように前記凸部を塑性変形させる工程を含む、請求項６に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項８】
前記平坦化工程は、高さが２μｍ以下になるように前記凸部を変形させる工程を含む、請求項６に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項９】
前記電極保護膜として、ポリパラキシリレン膜を配置する工程を含む、請求項６に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１０】
前記電極保護膜として、ポリモノクロロパラキシリレン膜およびポリパラキシリレン膜を積層する工程を含む、請求項６に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１１】
前記平坦化工程は、押圧部材を用いて前記凸部を押圧することにより、前記凸部を変形させる工程を含む、請求項６に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１２】
前記平坦化工程は、前記凸部を押圧する力が、８Ｎ／ｍｍ2以上１０Ｎ／ｍｍ2以下になるように行なう、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】
前記平坦化工程は、弾性体を介在させながら前記押圧部材で押圧する工程を含む、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１４】
前記平坦化工程は、前記押圧部材および前記電極保護膜のうち少なくとも一方を加熱しながら行なう、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１５】
前記電極保護膜として、ポリパラキシリレン膜を用い、
前記一方の加熱は、前記ポリパラキシリレン膜の温度がガラス転移点以上になるように行なう、請求項１４に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１６】
前記基板を圧電体材料から形成する工程を含み、
前記一方の加熱は、前記圧電性材料の温度がキュリー点以下になるように行なう、請求項１４に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１７】
前記平坦化工程は、前記凸部を押圧するときに、超音波を併用しながら行なう、請求項１１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】
本発明は、インクジェットヘッドおよびインクジェットヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットヘッドは、インクの微小な液滴を任意の滴下数で吐出することができる装置である。インクジェットヘッドは、液滴を吐出するための微小な孔であるノズルを複数有するノズルプレートと、ノズルの大きさよりも断面積の大きなインク流路を有するヘッド部とを備える。インクジェットヘッドは、ノズルから吐出するために必要なエネルギをインク流路に与える手段を有する。ノズルプレートは、ノズルの中心とインク流路の中心とが略一致するように配置されている。
【０００３】
インクジェットヘッドには、ヘッド部が圧電性基板と蓋部材とを含むものがある。圧電性基板には、インク流路を構成する溝部が形成されている。インク流路は、溝部と蓋部材とに囲まれる空間により形成される。インク流路に挟まれる壁部の両側面には、壁部を駆動するための電極が形成されている。電極に電圧が印加されることにより、壁部が変形してインク流路が加圧され、ノズルからインクが吐出される。
【０００４】
このような圧電性基板を備えるインクジェットヘッドにおいては、インク流路を構成する側壁に形成された電極をインクから絶縁するために、電極の表面に電極保護膜が形成される場合がある（たとえば、特開２００２−１２７４３１号公報参照）。電極保護膜は、電極の表面に配置されるほかに、ヘッド部のノズルプレートが接着される面を被膜するように配置される。電極保護膜としては、たとえば、ポリパラキシリレン膜などの有機保護膜が用いられる。
【０００５】
圧電性基板をヘッド部に含むインクジェットヘッドの製造においては、予め位置精度良くノズルが形成されたノズルプレートと、インク流路を有するヘッド部とを準備する。インク流路の中心とノズルの中心とが一致するように位置調整を行ないながら、ヘッド部に対してノズルプレートを接合する。接合手段としては接着剤を用いる。
【０００６】
図１２に、インクジェットヘッドの製造工程のうち、ヘッド部にノズルプレートを接合する工程の概略断面図を示す。
【０００７】
ヘッド部は、圧電性基板１を含む。ヘッド部は、複数のインク流路１１を有する。インクジェットヘッドが完成したときには、インクが矢印５２に示す向きに流れる。ノズルプレート２は、所定の間隔をあけて形成されたノズル２ａを有する。ノズル２ａは、ノズルプレート２を貫通するように形成されている。ノズルプレート２は、ノズル２ａが、インク流路１１の幅方向のほぼ中央に配置されるように圧電性基板１に接着固定される。
【０００８】
ノズルプレート２は、加圧部材４３によって保持されている。加圧部材４３は、吸着穴４３ａを有する。吸着穴４３ａは、図示しない真空排気装置に接続されている。ノズルプレート２は、加圧部材４３の吸着面４３ｂに吸着されている。圧電性基板１の前面には、接着剤３が配置されている。矢印５６に示すように、ノズルプレート２は、位置合わせを行ないながら圧電性基板１に接着される。
【特許文献１】特開２００２−１２７４３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
インクジェットヘッドから吐出されるインクの着弾精度は、印刷される画像や図形の精度に直接的に影響を与える。たとえば、画像や図形などを紙などの被印刷物に印刷するインクジェットヘッド、または、製造装置に含まれるインクジェットヘッドに対して、高い着弾精度が要求されている。製造装置においては、たとえば、液晶表示パネルのカラーフィルタを形成する装置、または基板の表面に配線などを形成する装置にインクジェットヘッドが配置され、高い着弾精度が要求されている。
【００１０】
インクの着弾精度が悪化する原因として、ノズルプレート２の表面の平面度が劣っていることが考えられるが、ノズルプレート２は、厚さ精度が管理されたポリイミドフィルムや金属などで形成されるため、ノズルプレート２の主表面の平面度は優れており、表面の平面度の影響度は小さい。
【００１１】
または、着弾精度が悪化する原因として、圧電性基板１の前面の平面度が考えられる。圧電性基板１の前面の平面度は、圧電性基板をウェハの状態から切断するときの平面度により決定される。ウェハの状態から圧電性基板を切断するときの平面度は、切断装置の機械精度により定まり、ばらつきが小さく影響度は小さいと考えられる。
【００１２】
これらの問題に対して、電極保護膜のノズルプレートとの接着面の平面度においては、十分に平坦ではないという問題があった。
【００１３】
図１３に、圧電性基板のインク流路の端部と、ノズルプレートのノズルの部分との拡大概略断面図を示す。圧電性基板１のインク流路１１の側面には、電極１４が形成されている。電極１４の表面および圧電性基板１の前面を覆うように、電極保護膜５が形成されていている。ノズルプレート２は、電極保護膜５の表面に配置された接着剤３によって圧電性基板１に固定されている。
【００１４】
電極保護膜５には、部分的に表面から突出する凸部５ｆが形成される場合がある。凸部５ｆは、電極保護膜５が形成されるときに発現する。たとえば、電極保護膜として、ポリパラキシリレン膜を用いると、厚さが５μｍのポリパラキシリレン膜の形成時に、高さが１０〜１５μｍ程度の凸部が生じる。このように、電極保護膜５の表面に凹凸が生じる。
【００１５】
電極保護膜の表面に凸部５ｆが発現すると、その部分において、ノズルプレート２が撓んでしまう場合がある。ノズルプレート２が撓むと、ノズル２ａの中心線２ｃが側方を向いてしまい、インクが吐出される方向が設計からずれてしまう。この結果、インクの着弾位置の精度が劣化してしまうという問題がある。
【００１６】
または、凸部５ｆが発現することにより、ノズルプレート２の接着面の一部と、圧電性基板１の前面に配置された電極保護膜５の一部とが当接していない状態となり、この一部において気泡を噛み込む場合がある。気泡がノズル２ａの付近に生じると、インクの吐出時に気泡部分にインクが入り込んで、液滴の吐出特性が悪化するという問題がある。
【００１７】
または、電極保護膜とノズルプレートの間に隙間が生じて、互いに隣り合うインク流路同士が連通してしまう場合がある。インク流路同士が連通すると、液滴の吐出特性が悪化するという問題がある。
【００１８】
または、図１２を参照して、電極保護膜の表面に複数の凸部が生じた結果、ノズルプレート２の主表面と、圧電性基板１の前面とがほぼ平行にならない状態で、接着が行なわれることがある。このような場合においては、インクジェットヘッドから吐出されるインクの吐出方向が変わってしまって、着弾精度が悪化するという問題がある。
【００１９】
本発明は、インクの吐出性能が優れたインクジェットヘッドおよびこの製造方法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】
【００２０】
本発明に基づくインクジェットヘッドは、複数の溝部が形成された基板と、上記基板の前面に接着剤によって固定されたノズルプレートとを備える。上記基板は、少なくとも上記溝部の壁面に形成された電極と、上記電極の表面および上記基板の上記前面に形成された電極保護膜とを含む。上記電極保護膜は、上記前面において表面から突出する凸部を有する。上記凸部は、高さが上記接着剤の厚さ以下なるように形成されている。上記凸部は、上記ノズルプレートに向かう部分がほぼ平面状に形成されている。
【００２１】
上記発明において好ましくは、上記凸部は、断面形状がほぼ台形に形成されている。
上記発明において好ましくは、上記凸部は、断面形状において高さが２μｍ以下になるように形成されている。
【００２２】
上記発明において好ましくは、上記電極保護膜は、ポリパラキシリレン膜を含む。
上記発明において好ましくは、上記電極保護膜は、ポリモノクロロパラキシリレン膜およびポリパラキシリレン膜を含む。
【００２３】
本発明に基づくインクジェットヘッドの製造方法は、基板に複数の溝部を形成する工程と、少なくとも上記溝部の壁面に電極を形成する工程と、上記電極の表面および上記基板の前面に電極保護膜を形成する工程を含む。上記基板の上記前面において、上記電極保護膜の表面に生じる凸部を平坦化させる平坦化工程を含む。上記基板の上記前面において、上記電極保護膜の表面に接着剤を配置する工程と、上記基板の上記前面において、上記電極保護膜にノズルプレートを接着する工程とを含む。
【００２４】
上記発明において好ましくは、上記平坦化工程は、断面形状がほぼ台形になるように上記凸部を塑性変形させる工程を含む。
【００２５】
上記発明において好ましくは、上記平坦化工程は、高さが２μｍ以下になるように上記凸部を変形させる工程を含む。
【００２６】
上記発明において好ましくは、上記電極保護膜として、ポリパラキシリレン膜を配置する工程を含む。
【００２７】
上記発明において好ましくは、上記電極保護膜として、ポリモノクロロパラキシリレン膜およびポリパラキシリレン膜を積層する工程を含む。
【００２８】
上記発明において好ましくは、上記平坦化工程は、押圧部材を用いて上記凸部を押圧することにより、上記凸部を変形させる工程を含む。
【００２９】
上記発明において好ましくは、上記平坦化工程は、上記凸部を押圧する力が、８Ｎ／ｍｍ2以上１０Ｎ／ｍｍ2以下になるように行なう。
【００３０】
上記発明において好ましくは、上記平坦化工程は、弾性体を介在させながら上記押圧部材で押圧する工程を含む。
【００３１】
上記発明において好ましくは、上記平坦化工程は、上記押圧部材および上記電極保護膜のうち少なくとも一方を加熱しながら行なう。
【００３２】
上記発明において好ましくは、上記電極保護膜として、ポリパラキシリレン膜を用いる。上記一方の加熱は、上記ポリパラキシリレン膜の温度がガラス転移点以上になるように行なう。
【００３３】
上記発明において好ましくは、上記基板を圧電性基板から形成する工程を含み、上記一方の加熱は、上記圧電性基板のキュリー点以下になるように行なう。
【００３４】
上記発明において好ましくは、上記平坦化工程は、上記凸部を押圧するときに、超音波を併用しながら行なう。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、インクの吐出性能が優れたインクジェットヘッドおよびこの製造方法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】
【００３６】
（実施の形態１）
図１から図１１を参照して、本発明に基づく実施の形態１におけるインクジェットヘッドおよびインクジェットヘッドの製造方法について説明する。
【００３７】
図１は、本実施の形態におけるインクジェットヘッドの概略斜視図である。図１は、インクジェットヘッドからノズルプレートを離したときの概略斜視図である。
【００３８】
インクジェットヘッドは、ヘッド部６を備える。ヘッド部６は、基板としての圧電性基板１を含む。圧電性基板１は、圧電性材料から形成されている。圧電性基板１は、複数の溝部１ａを有する。それぞれの溝部１ａは、延びる方向が互いに平行になるように形成されている。それぞれの溝部１ａは、互いの間隔がほぼ等間隔になるように形成されている。
【００３９】
ヘッド部６は、蓋部材４を含む。蓋部材４は、圧電性基板１の上面に接合されている。圧電性基板１に、蓋部材４が接合されることにより、インクの流路であるインク流路１１が形成されている。
【００４０】
圧電性基板１は、溝部１ａ同士の間に形成された壁部１ｂを有する。圧電性基板１の溝部１ａの側面、すなわち壁部１ｂの壁面には電極１４が形成されている。電極１４は、壁面を覆うように膜状に形成されている。一の壁部１ｂは、２枚の電極１４に挟まれている。本実施の形態における電極１４は、金属から形成されている。
【００４１】
本実施の形態におけるインクジェットヘッドは、電極１４に電圧が印加され、壁部１ｂの内部に電界が生じることにより、壁部１ｂが変形してインク流路１１が加圧されるように形成されている。インク流路１１が加圧されることにより、ノズル２ａからインクが吐出される。
【００４２】
ヘッド部６の前面には、矢印５１に示すようにノズルプレート２が接合される。ノズルプレート２は、複数のノズル２ａを有する。ノズル２ａは、ヘッド部６のそれぞれのインク流路１１の位置に対応するように形成されている。ノズル２ａは、所定の間隔をあけて形成されている。ノズル２ａは、一直線上に配列して形成されている。ノズルプレート２は、ノズルプレート２をヘッド部６に接合したときに、インク流路１１の幅方向のほぼ中央に、ノズル２ａが配置されるように形成されている。また、インク流路１１の高さ方向のほぼ中央に、ノズル２ａが配置されるように形成されている。
【００４３】
図２に、インク流路の部分とノズルプレートのノズルの部分との拡大概略断面図を示す。インクは、加圧されることにより、矢印５２に示す向きに流れる。すなわち、インクは、溝部１ａの延在方向に沿って流れる。圧電性基板１の前面には、電極保護膜５を介してノズルプレート２が接合されている。ノズルプレート２に形成されたノズル２ａは、インクが流れる方向に沿って、徐々に開口面積が小さくなるように形成されている。
【００４４】
電極１４は、図示しない外部の電気回路と電気的に接続されている。電極１４の表面および圧電性基板１の前面には、電極保護膜５が形成されている。電極保護膜５は、電極１４の表面全体を覆うように形成されている。本実施の形態においては、電極保護膜５として、有機保護膜であるポリパラキリシレン膜が形成されている。ノズルプレート２は、接着剤３によって、電極保護膜５の表面に接着固定されている。
【００４５】
ノズル２ａの中心線２ｂは、溝部１ａが延びる方向とほぼ平行である。すなわち、中心線２ｂは、圧電性基板１の前面とほぼ垂直である。本実施の形態においては、電極保護膜５の前面の一部に、凸部５ａが形成されている。
【００４６】
図３に、電極保護膜に形成された凸部の拡大概略断面図を示す。図３は、図２におけるＡ部の拡大概略断面図である。凸部５ａは、高さｈ１が接着剤３の厚さよりも小さくなるように形成されている。凸部５ａは、断面形状が台形になるように形成されている。凸部５ａは、ノズルプレート２に向かう部分が、ほぼ平面状に形成されている。
【００４７】
図２および図３においては、１個の凸部５ａを示しているが、電極保護膜５の表面には、複数の凸部が形成されている。本実施の形態においては、最も高い高さを有する凸部５ａが複数形成されている。これらの凸部５ａは、互いにほぼ同じ高さｈ１を有する。複数の凸部のうち、最も高さの高い凸部５ａは、ノズルプレートに向かう部分がほぼ平面状に形成され、このノズルプレートに向かう平面状の部分は、一の平面に含まれるように形成されている。
【００４８】
このように、本実施の形態におけるインクジェットヘッドは、電極保護膜が凸部を有し、凸部は、ノズルプレートに向かう部分がほぼ平面状に形成されている。凸部は、高さが接着剤の厚さよりも低くなるように形成されている。この構成により、凸部がノズルプレートに接触することを回避でき、ノズルプレートが湾曲したり、ノズルプレートが傾いて接着されたりすることを防止できる。または、ノズルプレートのノズルの中心線とインク流路の延びる方向とをほぼ平行にすることができる。すなわち、ノズルが傾いてしまうことを抑制できる。この結果、インクの着弾精度を向上させることができる。
【００４９】
また、基板とノズルプレートとの間に気泡が噛み込むことを防止できる。または、インク流路同士が連通してしまうことを防止することができる。この結果、インクの着弾精度が向上したり、インクの吐出の安定性が向上したりする。このように、インクジェットヘッドの吐出性能が向上する。
【００５０】
本実施の形態においては、凸部５ａと、ノズルプレート２とが離れているが、この形態に限られず、複数の凸部のうち少なくとも一部の凸部５ａと接着剤の厚さとがほぼ同じになるように形成されていても構わない。少なくとも一部の凸部５ａとノズルプレート２とが接触していても構わない。この構成を採用することにより、凸部５ａを、スペーサとして用いることができ、上記と同様にノズルプレートのうねりや傾きを防止することができ、インクジェットヘッドの吐出性能が向上する。
【００５１】
凸部５ａの少なくとも一部がノズルプレート２に接触する場合においては、凸部のノズルプレートに向かう平面状の部分が、圧電性基板１の前面と略平行になるように形成されていることが好ましい。すなわち、凸部の断面形状が略台形に形成されていることが好ましい。この構成を採用することにより、ノズルプレートと凸部とが面接触して、ノズルプレートを支持する面積が大きくなり、均一な厚さの接着剤を形成することができる。したがって、基板とノズルプレートとの間に気泡が噛み込んだり、インク流路同士が連通したりすることを防止することができる。また、ノズルプレートのうねりや傾きを防止することができ、ノズルの傾きをより確実に防止することができる。この結果、インクジェットヘッドの吐出性能が向上する。
【００５２】
図３を参照して、本実施の形態における凸部５ａは、高さｈ１の最大が、２μｍ以下になるように形成されている。ノズルプレート２を接着固定するときの接着剤３の厚さが薄すぎると気泡を噛み込んだり、接着強度が不足したりする。一方で、接着剤３の厚さが厚すぎると、ノズルに接着剤が回り込みノズルが詰まることが生じる。このため、たとえば、接着剤の厚さは、２μｍ程度であることが好ましい。凸部をスペーサとして用いることにより、接着剤の厚さを均一にすることができ、気泡の噛み込みや接着強度の不足を抑えた状態で、接着剤の厚さを２μｍ以下にすることができる。
【００５３】
本実施の形態における凸部は、断面形状が台形に形成されているが、特にこの形態に限られず、凸部は、ノズルプレートに向かう部分が、ほぼ平面状に形成されていれば構わない。
【００５４】
図４に、本実施の形態における他の凸部の拡大概略断面図を示す。図５に、本実施の形態におけるさらに他の凸部の拡大概略断面図を示す。
【００５５】
図４を参照して、電極保護膜５に他の凸部としての凸部５ｂが形成されている。凸部５ｂは、断面形状が四角形になるように形成されている。凸部５ｂは、ノズルプレート２に向かう面が、ほぼ平面状に形成されている。凸部５ｂのノズルプレート２に向かう面と、ノズルプレート２の表面とは平行にはなっていない。凸部５ｂは、最大高さが接着剤３の厚さよりも低くなるように形成されている。
【００５６】
図５を参照して、電極保護膜５に、さらに他の凸部としての凸部５ｃが形成されている。凸部５ｃは、ノズルプレート２に向かう部分が、ほぼ平面状に形成されている。ノズルプレート２に向かう面状の部分は断面形状がわずかに湾曲している。ノズルプレート２に向かう面は、中央が凹むように形成されている。凸部５ｃは、最大高さが接着剤３の厚さよりも低くなるように形成されている。
【００５７】
図４および図５に示すように、凸部のノズルプレートに向かう部分は、完全な平面ではなく、ほぼ平面になるように形成されていれば構わない。
【００５８】
本実施の形態における電極保護膜は、ポリパラキシリレン膜により形成されている。この構成により、化学的に安定であって、耐薬品性や絶縁性が高い電極保護膜を形成することができる。水性インクや金属粒子を含むインクには、わずかに導電性を有するものがある。このようなインクにおいては、圧電性基板の壁部を駆動するときに、それぞれのインク流路（チャンネル）においてリーク電流が流れ、正規の壁部の剪断モードでの変形が達成できずに、吐出不良を起こす問題が生じ得る。または、電極材が電界腐食を生じて、インクジェットヘッドが破損する問題が生じ得る。電極保護膜としてポリパラキシリレン膜を採用することにより、このような問題を抑制することができる。
【００５９】
また、有機溶剤を主成分とするインクにおいては、インクジェットヘッドを構成する部材や接着剤などを溶解させる恐れがあり、このような溶解性の可能性の高い部材をインクから隔離する必要がある。電極保護膜としてポリパラキシリレン膜を採用することにより、溶解性が高いインクを用いる場合においても、それぞれの部材をインクから隔離して保護することができる。
【００６０】
さらに、ポリパラキシリレン膜は、室温における気相成長によって形成することができるため、電極保護膜を形成するときに熱によって特性が劣化する部材や表面形状が複雑な部材などに熱的な損傷を与えることなく、ほぼ均一な電極保護膜を形成することができる。
【００６１】
次に、本実施の形態におけるインクジェットヘッドの製造方法について説明する。
図６は、本実施の形態におけるインクジェットヘッドの製造工程のフローチャートである。本実施の形態におけるインクジェットヘッドの製造方法は、ステップ１〜３を含む。
【００６２】
ステップ１は、ヘッド部の製造工程であり、ステップ２は、ノズルプレートの製造工程である。ステップ３は、ヘッド部とノズルプレートとを接合する工程である。
【００６３】
図１、図２および図６を参照して、ステップ１において、ヘッド部を製造する。ステップ１−１において、圧電性基板にインク流路となる溝部を形成する。本実施の形態においては、圧電性基板１として、分極処理を施したチタン酸ジルコン酸塩（ＰＺＴ）やチタン酸鉛（ＰＴ）の圧電セラミック材料などからなる圧電性基板１を形成する。この圧電性基板１に、ダイヤモンドブレードを備えるダイシング装置などを用いて、深さが約３００μｍ、幅が約７０μｍの溝部１ａを複数形成する。この溝部１ａは、後にインク流路を構成する。
【００６４】
次に、ステップ１−２において電極を形成する。蒸着装置、スパッタリング装置、またはプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置などの成膜装置を用いて、溝部１
ａの壁面に、電極１４を形成する。または、めっき処理などにより電極１４を形成する。電極としては、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕなどの金属膜を形成する。本実施の形態においては、溝部１ａの壁面に、厚さが約０．５μｍ以上１μｍ以下になるように、成膜時間を調整しながら電極１４を形成した。電極１４は壁部１ｂを駆動する圧電駆動用の電極である。電極としては、金属膜に限られず、導電性を有する膜を形成すれば構わない。
【００６５】
次に、ステップ１−３において、蓋部材を圧電性基板に接合して、インク流路を形成する。圧電性基板１の表面のうち、蓋部材４との接着面を研磨することにより、接着面に形成された不要な電極膜を除去する。また、研磨により接着面を平坦にする。平板状に形成した蓋部材４を、圧電性基板１に接着固定する。圧電性基板１と蓋部材４とを接着することにより、インク流路１１が形成される。
【００６６】
次に、ステップ１−４において、電極保護膜を形成する。本実施の形態においては、電極保護膜５としてポリパラキシリレン膜を形成する。本実施の形態においては、室温における気相成長によって電極保護膜５を形成する。本実施の形態においては、インク流路１１の内部、圧電性基板１の前面および蓋部材４の前面に、膜厚が５μｍになるようにポリパラキシリレン膜を形成する。
【００６７】
図７に、電極保護膜を形成したときに表面に発現する凸部の拡大概略断面図を示す。図７においては、電極保護膜５に凸部５ｄ，５ｅが発現している。凸部５ｄ，５ｅは、瘤の形状を有する。電極保護膜の表面から突出する凸部が形成される原因は明確ではないが、電極保護膜を形成するためのチャンバの内部に浮遊する不純物が成膜時に混入して、不純物が核となってポリパラキシリレンなどが堆積するため、凸部が形成されると考えられる。または、電極保護膜５の成膜面に付着した微小なダスト、切断屑等が存在した場合に、その付着物が電極保護膜５の成膜時に核となって凸部が形成されると考えられる。
【００６８】
電極保護膜の表面には、複数の凸部が発現する。本実施の形態においては、ほぼ５μｍの厚さの電極保護膜に対して、電極保護膜の表面からの高さｈ２がおおよそ１０μｍ以上１５μｍ以下の凸部が発現する。このような凸部は、たとえば、縦が約３ｍｍ、横が約１５ｍｍの寸法を有するヘッド部の前面において、おおよそ数十個発現する。電極保護膜の膜厚を変えた場合においても、形成すべき電極保護膜のおおよそ２倍〜３倍程度の高さを有する凸部が発現することが確認されている。
【００６９】
次に、ステップ１−５において、電極保護膜の表面に発現した凸部を平坦化する平坦化工程を行なう。本実施の形態においては、凸部を押圧部材で押圧することにより、凸部の頂部を塑性変形させて平坦化を行なう。
【００７０】
図８に、本実施の形態における平坦化工程の概略斜視図を示す。ヘッド部６の前面に対して、押圧部材３１を当接させる。本実施の形態においては、押圧部材３１として、平板状の加圧プレートを用いている。押圧部材３１の接触面は、表面の凹凸が１μｍ以下になるように形成されている。すなわち、接触面の平面度が１μｍ以下である押圧部材を用いている。
【００７１】
押圧部材３１の主表面と、ヘッド部６の前面とを接触させる。矢印５３に示すように、図示しない加圧装置で加圧する。本実施の形態における加圧装置としては、後の工程においてノズルプレートをヘッド部に接合するときの接合装置を用いて加圧を行なっている。
【００７２】
本実施の形態においては、押圧部材３１と加圧装置との間に、弾性部材３２を配置している。弾性部材３２は、板状に形成され、押圧部材３１の接触面と反対側の主表面全体を覆うように形成されている。押圧部材３１の主表面とヘッド部６の前面とがほぼ平行な状態を維持しながら、ヘッド部６の前面に押圧部材３１を圧接させる。
【００７３】
図９に、平坦化工程において、押圧部材により凸部を押圧しているときの拡大概略断面図を示す。矢印５３に示すように、加圧装置により押圧部材３１および弾性部材３２を加圧する。押圧部材３１は、電極保護膜５の凸部５ｄ，５ｅに選択的に接触する。
【００７４】
凸部５ｄ，５ｅは、押圧され、頂部から塑性変形する。本実施の形態においては、凸部５ｄ，５ｅは、断面形状がほぼ台形になる。本実施の形態においては、凸部５ｄ，５ｅの電極保護膜５の主表面からの高さが２μｍ以下になるように押圧を行なった。
【００７５】
本実施の形態におおける押圧部材の加圧力は、約８Ｎ／ｍｍ2以上約１０Ｎ／ｍｍ2以下の範囲である。この方法により、凸部５ｄ，５ｅの高さを２μｍ以下にすることができる。この範囲よりも小さな加圧力の場合には、凸部の高さを十分に低くすることができなかった。また、この範囲よりも大きな加圧力の場合には、ヘッド部からの電極保護膜の剥離が確認された。
【００７６】
平坦化工程においては、凸部の高さをノズルプレートを接着するための接着剤の厚さと同じか、接着剤の厚さよりも低く必要がある。本実施の形態においては、接着剤の厚さの設計値は、２μｍである。平坦化工程においては、凸部の高さが２μｍ以下になるように平坦化を行なっている。
【００７７】
平坦化工程においては、凸部の高さを接着剤の厚さとほぼ同じにすることにより、凸部を、接着剤の厚さを規定するためのスペーサとして用いることができ、接着剤の厚さを均一にすることができる。
【００７８】
平坦化工程において押圧部材を押圧することにより、ヘッド部の前面に形成されていた数十個の凸部を略均一な高さにすることができた。このとき、凸部の数密度のばらつきに依存する平坦化のばらつきは、ほとんど観察されなかった。また、電極保護膜の膜厚を変えた場合においても、押圧部材の加圧力を変化させることにより、凸部の平坦化を均一に行なうことができた。
【００７９】
電極保護膜を形成する工程に対しては、平坦化工程を行なった後に、たとえば、酸素を含むプラズマなどで表面処理を行なって、接着剤との密着性を高める加工を行なっても構わない。
【００８０】
次に、図６を参照して、ステップ２においてノズルプレートを製造する。本実施の形態においては、金属材料を基材としてノズルプレートを製造している。ステンレス基材やＮｉ基材などの基材に対し、電鋳や打抜き加工によりノズルを形成して、ノズルプレートを形成する。または、ポリイミドなどの合成樹脂の基材に対し、エキシマレーザのレーザ加工などを行なうことによりノズルを形成して、ノズルプレートを形成する。
【００８１】
図２を参照して、ノズル２ａの形成においては、圧電性基板１に固定される側のノズルの径が、外側のノズルの径よりも大きくなるようにテーパ状に形成する。ノズル２ａは、インクを吐出するために必要な電圧やインク滴の大きさに適合するように形成する。たとえば、ノズルプレート２の厚さが約５０μｍの場合に、ノズル２ａの断面形状において、圧電性基板１の側の径が約４０μｍ、外側の径が約２０μｍ、およびテーパ角度が約１０°になるように形成する。
【００８２】
ノズルプレート２の外面において、用いるインクに対して撥液性の高いことが好ましい。ノズルプレート２の外面の撥液性を高くすることにより、インクを吐出するときの安定性を向上させることができる。本実施の形態においては、ノズルプレート２の外側の表面に、撥液性の高い材料を塗布している。
【００８３】
また、ノズルプレート２の内面においては、外面とは逆に親液性の高いことが好ましい。ノズルプレートの内面の親液性を高くすることにより、インクの流れを滑らかにすることができ、インクを吐出するときの安定化を向上させることができる。たとえば、ノズルプレートがポリイミドなどの合成樹脂材料で形成されている場合において、ノズルプレートの内面側の主表面およびノズルの内面を、酸素を含むプラズマを用いて表面処理を行なうことにより、ノズルプレートとインクとの親液性を高めることができる。
【００８４】
次に、図６を参照して、ステップ３において、ヘッド部とノズルプレートとを接合する接合工程を行なう。
【００８５】
図１０に、ヘッド部にノズルプレートを接合するときの概略斜視図を示す。ヘッド部６の前面に接着剤を配置する。たとえば、バーコータ装置などの塗布装置により、接着剤をポリイミドフィルムの表面に配置する。ポリイミドフィルムの表面に厚さが４μｍになるように、均一に接着剤を塗布する。本実施の形態においては、接着剤として、エポキシ系接着剤を用いている。次に、接着剤が塗布されたポリイミドフィルムを、ヘッド部６の前面に押し当ててスタンプ転写を行なうことにより、ポリイミドフィルムに転写された接着剤量の約半分の均一な厚さの接着剤を配置することができる。
【００８６】
次に、ノズルプレート２を、ヘッド部６に接着固定する。本実施の形態においては、ノズルプレート接合装置を用いている。本実施の形態におけるノズルプレート接合装置は、弾性体からなる加圧部材４３と、アライメントカメラ４１とを備える。
【００８７】
図１１に、ノズルプレートをヘッド部に接着するときの概略断面図を示す。圧電性基板１には、複数の溝部１ａが形成されている。インクの流れる向きは、矢印５２に示す向きである。ノズルプレート２の接着固定においては、矢印５５に示すように、ノズルプレート２をヘッド部６に向けて平行移動させる。インク流路１１のほぼ中央に、ノズルプレート２のノズル２ａが配置されるように接着を行なう。
【００８８】
弾性体からなる加圧部材４３は、吸着穴４３ａを有する。吸着穴４３ａは、図示しない真空排気装置に接続されている。ノズルプレート２を、吸着面４３ｂに吸着により保持する。
【００８９】
図１０および図１１を参照して、ノズルプレート２の接合においては、初めにアライメントカメラ４１を用いて、ノズルプレート２の位置調整を行なう。アライメントカメラ４１を用いて、ヘッド部６の位置調整を行なう。
【００９０】
アライメントカメラ４１を用いて相対的な位置を確認しながら、ノズルプレート２をヘッド部６に接触させる。ノズルプレート２が、接着剤に接触したら、矢印５４に示すように、加圧部材４３を用いてノズルプレート２を加圧する。この加圧工程により、接着剤が約２μｍの厚さ以下になる。この後に、接着剤を硬化させることにより、ノズルプレート２をヘッド部６に固定する。
【００９１】
本実施の形態においては接着剤として、エポキシ系接着剤を用いているが、この形態に限られず、任意の接着剤を用いることができる。接着剤として、粘度の高いものを用いることにより、ノズルの内部に接着剤が入り込んでしまうことを抑制できる。また、粘度の低い接着剤を用いることにより、電極保護膜の表面の凹凸による気泡の噛み込みを抑制することができる。
【００９２】
従来の技術においては、粘度の高い接着剤を用いる一方で、生じる気泡を押し出すために、加圧する圧力を高くする必要があった。しかしながら、この圧力が高いため、電極保護膜の表面に形成された凸部による凹凸により、ノズルプレートが撓んでしまったりノズルプレートが傾いたりする場合があった。
【００９３】
本実施の形態においては、電極保護膜の表面の凸部の高さが２μｍ以下と低いため（表面の凹凸が小さいため）、気泡が生じることは考慮しなくても良い。したがって、ノズルに接着剤が入り込んでしまうことのみを考慮すればよく、たとえば、粘度の高い接着剤を用いても気泡の噛み込みを防止しながら接着を行なうことができる。
【００９４】
本実施の形態においては、粘度が３０００ｃｐの接着剤を用いて、上記の押圧力により接着を行なった。この結果、ノズルが接着剤によって詰まってしまうことや、気泡の噛み込みなどを抑制しながら、ノズルプレートをヘッド部に固定することができる。また、ノズルプレートの撓み（波打ち）や傾きなどを防止しながらノズルプレートを接着することができる。
【００９５】
本実施の形態におけるインクジェットの製造方法は、電極の表面および基板の前面に電極保護膜を形成する工程と、電極保護膜の表面に生じる凸部を平坦化させる平坦化工程とを含む。この方法を採用することにより、電極保護膜に生じる凸部の高さを接着剤の厚さ以下にすることができ、ノズルプレートが傾いたり撓んだりすることを抑制できる。すなわち凸部を接着層の内部に配置することができ、凸部がノズルプレートに影響を与えることを回避することができる。この結果、インクの吐出特性の優れたインクジェットヘッドを製造することができる。
【００９６】
また、本実施の形態における平坦化工程は、凸部を塑性変形させる工程を含む。この方法により、平坦化工程を行なったときの凸部の形状を維持することができ、凸部の高さを容易に調整することができる。
【００９７】
また、本実施の形態における平坦化工程は、凸部の断面形状がほぼ台形になるように平坦化を行なっている。この方法により、複数の凸部の最大の高さを一度に容易に調整することができる。また、ノズルプレートを接着するときのスペーサとして凸部を用いる場合に、ノズルプレートに対して凸部を面接触させることができる。この結果、ノズルの中心とインク流路の中心とを一直線上に配置することができる。また、ノズルが他の方向に傾いてしまうことを抑制することができる。
【００９８】
また、本実施の形態における平坦化工程は、押圧部材を用いて凸部を押圧している。この方法を採用することにより、容易に凸部を平坦化させることができる。また、本実施の形態においては押圧部材として、平板状のものを用いている。この方法を採用することにより、複数の凸部の少なくとも一部を均一の高さに平坦化することができる。
【００９９】
本実施の形態における平坦化工程は、弾性体を介在させながら押圧部材で凸部を押圧する工程を含む。この方法を採用することにより、押圧部材とヘッド部の前面との平行度を厳密に管理する必要はなく、容易に押圧部材を均一に押圧することができる。すなわち、均一に電極保護膜の凸部を押圧することができる。この結果、圧電性基板にクラック（ひび）が生じたり、チッピング（欠け）が生じたりすることを抑制できる。
【０１００】
また、本実施の形態における平坦化工程は、凸部を押圧する力が１０Ｎ／ｍｍ2以下に
なるように行なっている。この方法を採用することにより、加圧による電極保護膜の剥離を防止することができる。また、電極保護膜として膜厚５μｍのポリパラキシリレン膜を形成したときに生じる１５μｍ程度の表面の凹凸を２μｍ以下に塑性変形させることができる。押圧部材による加圧力を８Ｎ／ｍｍ2未満で押圧した場合には、電極保護膜の凸部
を十分に塑性変形させることができない。したがって、押圧部材による加圧力は、８Ｎ／ｍｍ2以上であることが好ましい。
【０１０１】
また、本実施の形態における平坦化工程は、従来から用いられているノズルプレートをヘッド部に接合する接合装置を用いることができる。このため、新たな設備を必要とせずに、既存の設備で本発明を実施することができる。
【０１０２】
本実施の形態においては、電極保護膜としてポリパラキシリレン膜を形成しているが、この形態に限られず、任意の電極保護膜を形成することができる。たとえば、電極保護膜として、複数の層を含む電極保護膜を形成しても構わない。たとえば、ポリモノクロロパラキシリレン膜およびポリパラキシリレン膜を形成しても構わない。この場合、ポリモノクロロパラキシリレン膜を成膜した後に、ポリパラキシリレン膜を成膜する。
【０１０３】
ポリモノクロロパラキシリレン膜を成膜することにより、ピンホールがなく、電極に対して絶縁特性の優れた保護膜を形成することができる。さらに、ポリパラキシリレン膜を成膜することにより、耐薬品性を向上させることができ、さまざまなインクに対しても電極を保護することができる。このように、絶縁特性および耐薬品性が優れた電極保護膜を形成することができる。
【０１０４】
これらの２層を含む電極保護膜を形成した場合においても、電極保護膜の厚さが５μｍのときに、ポリパラキシリレン膜の表面に高さが約１０μｍ以上約１５μｍ以下の凸部が発現するが、凸部を押圧することにより凸部を塑性変形させて平坦化することができる。
【０１０５】
本実施の形態におけるインクジェットの製造方法は、それぞれの部材を別工程でした後に組立てを行なっている。それぞれの部材を加工するごとに洗浄を行なうことができ、完成後のインクジェットヘッドのインク流路の清浄度を高くすることができる。また、ノズルプレートのノズルの加工を一括して行なうことが可能になって生産性が向上する。また、インクジェットヘッドの大型化に対応することができ、製造が容易で安価なインクジェットヘッドを提供することができる。
【０１０６】
（実施の形態２）
本発明に基づく実施の形態２におけるインクジェットヘッドの製造方法について説明する。本実施の形態におけるインクジェットヘッドの製造方法は、平坦化工程が実施の形態１と異なる。
【０１０７】
本実施の形態における第１のインクジェットヘッドの製造方法は、平坦化工程において、熱を併用して電極保護膜に生じた凸部を平坦化させる。
【０１０８】
図８を参照して、電極保護膜の凸部の押圧時に、押圧部材３１および電極保護膜のうち少なくとも一方を加熱することにより、電極保護膜の膜剛性が低下して加圧力を小さくしても、凸部を容易に塑性変形させることができる。加熱するときの温度上昇に比例して、電極保護膜の膜剛性は低下する。特に電極保護膜の温度をガラス転移点温度以上にすることにより、より低圧力で凸部を塑性変形させることができる。また、低圧力で平坦化工程を行なうことができるため、平坦化工程において圧電性基板にクラックやチッピングが生じることを抑制できる。
【０１０９】
たとえば、実施の形態１においては、電極保護膜としてポリパラキシリレン膜を用いた場合、平坦化を行なうときの圧力が８Ｎ／ｍｍ2以上１０Ｎ／ｍｍ2以下の範囲内で、凸部の高さを２μｍ以下に塑性変形させることができたが、電極保護膜をガラス転移点の温度以上にすることにより、半分の圧力である４Ｎ／ｍｍ2以上５Ｎ／ｍｍ2以下の範囲内で、凸部を２μｍ以下に塑性変形させることができた。
【０１１０】
電極保護膜としてポリパラキシリレン膜を用いる場合において、ポリパラキシリレン膜のガラス転移点は７７℃である。ポリパラキシリレン膜の温度がガラス転移点以上の温度になるように加熱を行なうためには、たとえば、ポロパラキシリレン膜の温度が約８０℃になるように加熱を行なう。
【０１１１】
さらに、ポリパラキシリレン膜は温度がほぼ１７５℃以上になると膜剛性が室温の１桁以上小さくなる。したがって、ポリパラキシリレン膜の温度が１７５℃以上になるように加熱を行なうことがより好ましい。この方法により、より小さい圧力で凸部を塑性変形させることができる。
【０１１２】
ポリモノクロロパラキシリレン膜およびポリパラキシリレン膜の積層体を電極保護膜として用いる場合においては、ポリモノクロロパラキシリレン膜のガラス転移点がほぼ９７℃であるため、たとえば、加熱温度を１００℃以上に設定することが好ましい。この方法により、ポリモノクロロパラキシリレン膜およびポリパラキシリレン膜の２層の両方が、ガラス転移点以上の温度になり、表面に形成される凸部を容易に塑性変形させることができる。
【０１１３】
一方で、平坦化工程において温度を上げすぎると、圧電性基板の温度も上昇して、圧電性基板の温度がキュリー点を超えてしまうことが生じ得る。圧電性基板がキュリー点を超えると、圧電特性が変化してしまう。したがって、加熱を行なうときは、圧電性基板の温度がキュリー点以下になるように行なうことが好ましい。
【０１１４】
圧電性基板のキュリー点は、基板の種類によってそれぞれ異なるが、おおよそ２１０℃以上３００℃以下である。このため、加熱温度は、たとえば２１０℃以下で行なうことが好ましい。
【０１１５】
本実施の形態における第２のインクジェットヘッドの製造方法は、平坦化工程において、超音波を併用して電極保護膜に生じた凸部を平坦化させる。
【０１１６】
電極保護膜を押圧部材で押圧するときに超音波を併用することにより、凸部に強力な摩擦熱を発生させ、凸部を局所的に高温にして塑性変形させることができる。この結果、凸部を押圧する加圧力を小さくすることができる。
【０１１７】
たとえば、図８を参照して、図示しない超音波発振器からの信号をトランスデューサにより機械的信号に変換して押圧部材３１に伝えることにより、電極保護膜の凸部と押圧部材３１との間に摩擦熱を発生させ、局所的に凸部を塑性変形させて平坦化を行なうことができる。凸部を押圧するときの圧力を小さくできるため、圧電性基板にクラックやチッピングなどが生じることを抑制できる。
【０１１８】
本実施の形態においては、平坦化工程において加熱または超音波の印加を併用したが、この形態に限られず、加熱を行ないながら超音波を印加してもよい。この方法により、押圧部材の加圧力をさらに小さくすることができる。
【０１１９】
上記以外のインクジェットヘッドの製造方法については、実施の形態１と同様であるのでここでは説明を繰返さない。
【０１２０】
上述のそれぞれの図において、同一または相当する部分には、同一の符号を付している。
【０１２１】
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】実施の形態１におけるインクジェットヘッドの分解斜視図である。
【図２】実施の形態１におけるインクジェットヘッドのノズルの部分の拡大概略断面図である。
【図３】実施の形態１における電極保護膜の第１の凸部の拡大概略断面図である。
【図４】実施の形態１における電極保護膜の第２の凸部の拡大概略断面図である。
【図５】実施の形態１における電極保護膜の第３の凸部の拡大概略断面図である。
【図６】実施の形態１におけるインクジェットヘッドの製造方法の工程図である。
【図７】実施の形態１における電極保護膜に生じる凸部の概略断面図である。
【図８】実施の形態１および２における平坦化工程の概略斜視図である。
【図９】実施の形態１における平坦化工程の拡大概略断面図である。
【図１０】実施の形態１におけるヘッド部にノズルプレートを接着するときの概略斜視図である。
【図１１】実施の形態１におけるヘッド部にノズルプレートを取付けるときの概略断面図である。
【図１２】従来の技術に基づくヘッド部にノズルプレートを取付けるときの概略断面図である。
【図１３】従来の技術に基づくインクジェットヘッドのノズルの部分の拡大概略断面図である。
【符号の説明】
【０１２３】
１  圧電性基板、１ａ  溝部、１ｂ  壁部、２  ノズルプレート、２ａ  ノズル、２ｂ，２ｃ  中心線、３  接着剤、４  蓋部材、５  電極保護膜、５ａ〜５ｆ  凸部、６  ヘッド部、１１  インク流路、１４  電極、３１  押圧部材、３２  弾性部材、４１  アライメントカメラ、４３  加圧部材、４３ａ  吸着穴、４３ｂ  吸着面、５１〜５６  矢印。
【図１】
2009066797.tif 000003
【図２】
2009066797.tif 000004
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図３】
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