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
【課題】インクと電極との間の電気的な絶縁を維持することができ、印字品質が良好で、耐久性に優れたインクジェットヘッドを得ることにある。
【解決手段】インクジェットヘッドは、インクが供給される複数の溝を有するとともに圧電材料で構成されたアクチュエータと、アクチュエータに接着剤で固定されたノズルプレートとを具備する。ノズルプレートは、溝の開口端をアクチュエータの上側から覆うとともに、溝に向けて照射されたレーザ光により形成された複数のノズルを有する。溝の内面に電極が形成されている。電極は、ノズルプレートを貫通したレーザ光が照射される溝内の領域から外れている。電極の上およびレーザ光が照射される溝内の領域に対応する溝の内面に、電気絶縁性を有する保護膜が形成されている。
【解決手段】インクジェットヘッドは、インクが供給される複数の溝を有するとともに圧電材料で構成されたアクチュエータと、アクチュエータに接着剤で固定されたノズルプレートとを具備する。ノズルプレートは、溝の開口端をアクチュエータの上側から覆うとともに、溝に向けて照射されたレーザ光により形成された複数のノズルを有する。溝の内面に電極が形成されている。電極は、ノズルプレートを貫通したレーザ光が照射される溝内の領域から外れている。電極の上およびレーザ光が照射される溝内の領域に対応する溝の内面に、電気絶縁性を有する保護膜が形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、アクチュエータに接着されたノズルプレートにレーザ光を照射することでノズルを形成したインクジェットヘッドおよびインクジェットヘッドを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数のノズルからインクを吐出させるインクジェットヘッドでは、圧電材料で構成されたアクチュエータにインクが供給される複数の溝が形成されている。各溝においては、溝の底面から側面に至る領域に駆動電圧が印加される電極が設けられている。
【０００３】
電極は、インクから保護する保護膜で覆われている。保護膜としては、例えばポリパラキシレンのような有機被膜が用いられている。有機被膜は、各種の酸化物や窒化物を用いた無機被膜よりもピンホールが発生する確率が低い。そのため、電気導電性を有する多種多様のインクを用いた場合でも、インクと電極との間の電気絶縁性を確保することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４１８２６８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のインクジェットヘッドによると、インクを吐出するノズルは、アクチュエータに接着されたノズルプレートにレーザ光を照射することにより形成されている。ノズルを形成するレーザ光は、ノズルプレートを貫通した直後に溝内に入射するとともに、電極を覆う保護膜の上に照射される。
【０００６】
しかしながら、保護膜を構成する有機被膜は、レーザ光を受けると蒸発して孔が開くので、有機被膜のうちレーザ光を受けた領域がダメージを受ける。
【０００７】
この結果、有機被膜に開いた孔から電極が露出してしまい、インクと電極との間の電気絶縁性を維持することができなくなる。よって、特に電気導電性を有するインクを用いた場合、電極が早期のうちに溶解してしまい、インクジェットヘッドの耐久性が低下する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本実施形態によれば、インクジェットヘッドは、インクが供給される複数の溝を有するとともに圧電材料で構成されたアクチュエータと、アクチュエータに接着剤で固定されたノズルプレートとを具備する。ノズルプレートは、溝の開口端をアクチュエータの上側から覆うとともに、溝に向けて照射されたレーザ光により形成された複数のノズルを有する。溝の内面に電極が形成されている。電極は、ノズルプレートを貫通したレーザ光が照射される溝内の領域から外れている。電極の上およびレーザ光が照射される溝内の領域に対応する溝の内面に、電気絶縁性を有する保護膜が形成されている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態に係るインクジェットヘッドの斜視図。
【図２】第１の実施形態に係るインクジェットヘッドの平面図。
【図３】図２のＦ３−Ｆ３線に沿う断面図。
【図４】第１の実施形態において、アクチェエータの溝、電極および保護膜との位置関係を示す断面図。
【図５】図４のＦ５−Ｆ５線に沿う断面図。
【図６】図４のＦ６の部分を拡大して示す断面図。
【図７】第１の実施形態において、アクチュエータの本体に複数の溝を形成した状態を示す断面図。
【図８】第１の実施形態において、本体に形成した溝の上に導電層を形成した状態を示す断面図。
【図９】第１の実施形態において、導電層をレジストで覆った状態を示す断面図。
【図１０】第１の実施形態において、レジストを露光する際に、レジストに対する紫外線の入射方向を示す断面図。
【図１１】第１の実施形態において、レジストの一部を除去して導体層の一部を露出させた状態を示す断面図。
【図１２】第１の実施形態において、導体層を除去して溝の一部および本体の表面を露出させた状態を示す断面図。
【図１３】第１の実施形態において、溝内に残ったレジストを除去して溝内に電極を形成した状態を示す断面図。
【図１４】第２の実施形態において、溝の側面、三層構造の電極および保護膜の位置関係を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［第１の実施形態］
以下、第１の実施形態について、図１ないし図１３を参照して説明する。
【００１１】
図１ないし図３は、例えばプリンタのキャリッジに搭載して使用するオンディマンド型のインクジェットヘッド１を開示している。インクジェットヘッド１は、インク槽２、基板３、スペーサ４およびノズルプレート５を備えている。
【００１２】
インク槽２は、インク供給管６およびインク戻し管７を介してインクカートリッジに接続されている。
【００１３】
基板３は、細長い実装面３ａを有する矩形状であり、インク槽２の開口端を塞ぐようにインク槽２の上に重ねられている。基板３としては、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）およびチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）等を用いることができる。
【００１４】
複数のインク供給口８および複数のインク排出口９が基板３に設けられている。インク供給口８およびインク排出口９は、基板３の実装面３ａに開口されている。
【００１５】
図２および図３に示すように、インク供給口８は、基板３の幅方向に沿う一端部および他端部において、基板３の長手方向に間隔を存して一列に並んでいる。インク排出口９は、基板３の幅方向に沿う中央部において、基板３の長手方向に間隔を存して一列に並んでいる。
【００１６】
スペーサ４は、四角い枠状である。スペーサ４は、基板３の実装面３ａの上に接着されて、インク供給口８およびインク排出口９を取り囲んでいる。
【００１７】
ノズルプレート５は、例えば厚さが５０μｍのポリイミドフィルムで構成されている。ノズルプレート５は、スペーサ４の上に接着されて基板３の実装面３ａと向かい合っている。
【００１８】
図３に示すように、基板３、スペーサ４およびノズルプレート５は、互いに協働してインク流通室１１を構成している。インク流通室１１は、インク供給口８およびインク排出口９を介してインク槽２に通じている。インク供給口８は、インクをインク槽２からインク流通室１１に供給する。インク流通室１１に供給された余剰のインクは、インク排出口９からインク槽２に戻される。
【００１９】
図１および図２に示すように、一対のノズル列１２ａ，１２ｂがノズルプレート５に形成されている。ノズル列１２ａ，１２ｂは、ノズルプレート５の長手方向に延びるように、ノズルプレート５の幅方向に間隔を存して互いに平行に配置されている。
【００２０】
ノズル列１２ａ，１２ｂは、夫々複数のノズル１３を有している。ノズル１３は、ノズルプレート５を厚み方向に貫通するミクロン単位の微小な孔である。ノズル１３は、ノズルプレート５に例えばエキシマレーザ装置を用いたレーザ加工を施すことにより形成されている。ノズル１３は、インク流通室１１に開口するように互いに間隔を存して並んでいるとともに、印字すべき記録媒体と向かい合うようになっている。
【００２１】
図４に示すように、本実施の形態では、エキシマレーザ装置から出力されるレーザ光の焦点Ｆの位置をノズルプレート５の外側にずれた位置に設定している。これにより、レーザ光は、ノズルプレート５を貫通する際に、インク流通室１１の方向に進むに従い連続的に拡開する。
【００２２】
この結果、レーザ加工されるノズル１３は、インク流通室１１の方向に進むに従い口径が逐次増大するテーパ状に形成されている。本実施形態のノズル１３は、例えばインクの吐出量が３ｐＬの場合は、インク流通室１１に開口する上流端の口径が４０μｍであり、インク流通室１１とは反対側に開口する吐出端の口径が２０μｍとなっている。ノズル１３の寸法は、インクの吐出量に応じて所定の値に設定される。
【００２３】
図２および図３に示すように、インク流通室１１に一対のアクチュエータ１５ａ，１５ｂが収容されている。一方のアクチュエータ１５ａは、一方のノズル列１２ａの真下に位置するように基板３の実装面３ａの上に接着されている。他方のアクチュエータ１５ｂは、他方のノズル列１２ｂの真下に位置するように基板３の実装面３ａの上に接着されている。
【００２４】
アクチュエータ１５ａ，１５ｂは、互いに共通の構成を有している。そのため、第１の実施形態では、一方のアクチュエータ１５ａを代表して説明し、他方のアクチュエータ１５ｂについては、同一の参照符号を付して、その説明を省略する。
【００２５】
アクチュエータ１５ａは、細長い板状の本体１６を備えている。図４に示すように、本体１６は、二枚の圧電部材１７ａ，１７ｂを厚み方向に重ねて接着したものであり、ノズル列１２ａに沿って延びている。圧電部材１７ａ，１７ｂは、その分極方向が圧電部材１７ａ，１７ｂの厚さ方向に互いに逆向きとなっている。
【００２６】
圧電部材１７ａ，１７ｂとしては、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）等を用いることができ、本実施形態では、圧電定数の高いＰＺＴを用いている。
【００２７】
本体１６は、表面１８、裏面１９および側面２０ａ，２０ｂを有している。表面１８は、ノズルプレート５に面している。裏面１９は、表面１８の反対側に位置されて、基板３の実装面３ａに面している。
【００２８】
一方の側面２０ａは、表面１８の幅方向に沿う一端と裏面１９の幅方向に沿う一端との間に跨っている。他方の側面２０ｂは、表面１８の幅方向に沿う他端と裏面１９の幅方向に沿う他端との間に跨っている。さらに、側面２０ａ，２０ｂは、表面１８から裏面１９の方向に進むに従い互いに遠ざかる方向に傾斜している。
【００２９】
図２、図４および図６に示すように、複数の溝２２および複数の隔壁２３が本体１６に形成されている。溝２２は、本体１６の長手方向に間隔を存して一列に並んでいるとともに、本体１６の表面１８および側面２０ａ，２０ｂに連続して開口されている。
【００３０】
各溝２２は、底面２４と、一対の側面２５ａ，２５ｂとで規定されている。側面２５ａ，２５ｂは、溝２２の幅方向に間隔を存して向かい合っている。さらに、溝２２は、上側の圧電部材１７ａを貫通して下側の圧電部材１７ｂの厚み方向に沿う途中にまで達している。このため、溝２２の底面２４は、下側の圧電部材１７ｂで構成されている。溝２２の側面２５ａ，２５ｂは、夫々上側の圧電部材１７ａで構成された第１の部分２６と、下側の圧電部材１７ｂで構成された第２の部分２７とを備えている。
【００３１】
溝２２の深さは、溝２２の幅よりも大きく設定されている。溝２２の深さと幅との比（深さ／幅）で定まるアスペクト比は、溝２２が深くて、幅が狭まる程に高くなる。アスペクト比および溝２２の間隔は、インクジェットヘッド１に要求される解像度やインクの吐出量に応じて所定の値に設定される。
【００３２】
さらに、本体１６の隔壁２３は、隣り合う溝２２の間に介在されて、溝２２を互いに分離している。
【００３３】
本実施形態によると、溝２２は、本体１６に例えばダイヤモンドブレードを用いた切削加工を施すことで形成されている。そのため、図４および図５に示すように、溝２２の内面は、数多くのミクロン単位の凹凸２８を有している。加えて、ＰＺＴ製の本体１６は脆いために、本体１６に切削加工を施す過程において、溝２２の内面となる底面２４および側面２５ａ，２５ｂが部分的に欠落することがあり得る。この結果、切削加工された溝２２の内面は、平滑度が失われた粗面となっている。
【００３４】
図４に示すように、ノズルプレート５は、溝２２が開口された本体１６の表面１８に接着剤３０を介して接着されている。溝２２とノズルプレート５とで規定された空間は、複数の圧力室３１を構成している。圧力室３１は、インク室１１に供給されたインクが流入するようにインク室１１に連通されている。さらに、ノズルプレート５のノズル１３は、個々に圧力室３１の中央部に開口されている。
【００３５】
本体１６の表面１８とノズルプレート５との間に充填された接着剤３０は、その一部が余剰部分３２となって圧力室３０内に食み出している。接着剤３０の余剰部分３２は、ノズルプレート５の圧力室３１に臨む面に付着した状態で硬化されているとともに、圧力室３１内でノズル１３の開口端と隣り合っている。
【００３６】
接着剤３０の余剰部分３２にカット部３３が形成されている。カット部３３は、ノズル１３を形成するためのレーザ光が余剰部分３２を通過した後に残った箇所であり、レーザ光の照射方向に沿うように傾斜している。
【００３７】
すなわち、図４に二点鎖線で示すように、例えば余剰部分３２の端部３２ａが圧力室３１に開口するノズル１３の上流端に張り出していた場合、端部３２ａは、ノズルプレート５を貫通するレーザ光により除去される。よって、ノズル１３の上流端の一部が接着剤３０によって塞がれることはない。
【００３８】
圧力室３１を規定する溝２２の内側に夫々電極３５が設けられている。電極３５は、溝２２の底面２４および溝２２の側面２５ａ，２５ｂを連続して覆っている。隣り合う溝２２の電極３５は、電気的に独立するように互いに切り離されている。
【００３９】
図６に示すように、電極３５は、ニッケルめっき層３６と金めっき層３７とを有する二層構造となっている。ニッケルめっき層３６および金めっき層３７は、夫々金属層の一例である。ニッケルめっき層３６は、本体１６および溝２２に無電解ニッケルめっきを施すことにより構成され、電極３５の下地となっている。ニッケルめっき層３６の厚さは、例えば０．８μｍである。
【００４０】
金めっき層３７は、ニッケルめっき層３６の上に電解金めっきを施すことにより構成されている。金めっき層３７は、ニッケルめっき層３６の上に積層されて、ニッケルめっき層３６を被覆している。金めっき層３７の厚さは、例えば０．１μｍである。
【００４１】
図４に示すように、ノズル１３に対応する溝２２の中央部では、電極３５は、溝２２の底面２４と、溝２２の側面２５ａ，２５ｂのうち底面２４に連続した第２の部分２７とにのみ設けられている。
【００４２】
言い換えると、溝２２の側面２５ａ，２５ｂのうちノズル１３に隣接した第１の部分２６に電極３５は存在せず、ノズル１３に対応する溝２２の中央部では、電極３５はノズル１３と向かい合う溝２２の底部にのみ設けられている。
【００４３】
したがって、溝２２の側面２５ａ，２５ｂは、電極３５が存在しない領域３８を有している。この領域３８は、前記ノズルプレート５を貫通して圧力室３１に入射されたレーザ光の照射領域に対応している。
【００４４】
電極３５は、基板３の実装面３ａの上に形成された複数の導体パターン３９に電気的に接続されている。導体パターン３９の先端は、スペーサ４の外に導かれているとともに、複数のテープキャリアパッケージ４０に接続されている。テープキャリアパッケージ４０は、インクジェットヘッド１を駆動する駆動回路４１を搭載している。
【００４５】
駆動回路４１は、インクジェットヘッド１の電極３５に駆動パルスを印加する。これにより、圧力室３１を間に挟んで隣り合う電極３５の間に電位差が生じ、これら電極３５に対応する隔壁２３に電界が生じる。この結果、隔壁２３がシェアモードで変形し、圧力室３１に充填されたインクが加圧される。加圧されたインクの一部は、複数のインク滴となってノズル１３から記録媒体に向けて吐出される。
【００４６】
図４および図５に示すように、各溝２２の電極３５は、保護膜４３で覆われている。保護膜４３は、例えばパリレンのような電気絶縁性を有する有機材料で構成されている。保護膜４３は、電極３５の表層となる金めっき層３７の上に積層されているとともに、溝２２の側面２５ａ，２５ｂのうち電極３５が存在しない領域３８では、側面２５ａ，２５ｂの第１の部分２６の上に積層されている。したがって、保護膜４３は、ノズルプレート５にノズル１３を形成する際に、レーザ光の照射を受ける。
【００４７】
図４に示すように、溝２２の側面２５ａ，２５ｂは、数多くの微小な凹凸２８を有する粗面となっている。このため、電極３５が存在しない領域３８の箇所で側面２５ａ，２５ｂに積層された保護膜４３は、側面２５ａ，２５ｂの表面粗さの影響を受ける。すなわち、側面２５ａ，２５ｂの表面粗さが粗くなっていると、保護膜４３にピンホールが発生する確率が増える。
【００４８】
そのため、保護膜４３にピンホールが発生するのを防ぐためには、保護膜４３の膜厚を３μｍ以上とすることが望ましい。
【００４９】
第１の実施形態のインクジェットヘッド１によると、ノズル１３を形成するレーザ光は、図４に示すように、基板３に接着されたノズルプレート５を貫通して圧力室３１に入射する。レーザ光は、圧力室３１の方向に進むに従い拡開するので、レーザ光の一部が保護膜４３の上に照射される。そのため、保護膜４３のうちレーザ光が照射された箇所は、レーザ光によってダメージを受ける。
【００５０】
保護膜４３のうちレーザ光が照射された部位は、溝２２の底面２４よりもノズル１３に近い溝２２の側面２５ａ，２５ｂの第１の部分２６に相当し、第１の部分２６は電極３５が存在しない領域３８となっている。
【００５１】
このため、保護膜４３のうちレーザ光の照射を受けた部位に孔が開いたとしても、この孔から露出されるのは溝２２の側面２５ａ，２５ｂであって、電極３５は保護膜４３で覆われた状態に維持される。
【００５２】
したがって、圧力室３１に供給されるインクと電極３５との間を電気的に絶縁された状態に保つことができ、たとえインクが導電性を有していても、インクに電流が流れることに起因する電極３５の腐食およびインクの電気分解を回避できる。よって、印字品質が良好で、しかも耐久性に優れたインクジェットヘッド１を得ることができる。
【００５３】
本発明者は、保護膜４３の膜厚とピンホールの有無との関係について調べる試験を行った。この試験では、保護膜４３の材料としてパリレンＣ、パリレンＮ、パリレンＳＲ、パリレンＦを用いた四つのサンプルを準備し、夫々のサンプルの保護膜４３の膜厚を１〜５μｍの範囲内で変化させた時に、保護膜４３にピンホールがあるか否かを調べた。
【００５４】
以下の表１は、試験結果を示している。
【表１】
【００５５】
表１から明らかなように、保護膜４３としてパリレンＣを使用したサンプルでは、保護膜４３の膜厚が１μｍおよび２μｍの時にピンホールの存在が明らかとなった。これに対し、パリレンＣを用いたサンプルにおいても、保護膜４３の膜厚を３μｍおよび５μｍとした時は、ピンホールの存在が認められなかった。
【００５６】
保護膜４３として膜厚が５μｍのパリレンＮおよびパリレンＳＲを使用したサンプルでは、ピンホールの存在は認められなかった。
【００５７】
一方、保護膜として膜厚が１μｍのパリレンＳＲおよび膜厚が２μｍのパリレンＳＦを使用したサンプルでは、ピンホールの存在が認められた。
【００５８】
以上のことから、保護膜４３にピンホールが発生しないようにするためには、有機材料で構成された保護膜４３の膜厚を３μｍ以上とする必要があることが明らかとなった。
【００５９】
保護膜４３は、インクを加圧する圧力室３１に露出しているので、保護膜４３の膜厚が厚すぎると、圧力室３１の幅寸法が減じられてインクの吐出量が少なくなるのを否めない。そのため、ピンホールの発生を抑えつつインクの吐出量を確保するためには、保護膜４３の膜厚を３μｍ以上、５μｍ以下に設定することが好ましいとの結論を得た。
【００６０】
次に、第１の実施形態のインクジェットヘッド１を製造する手順について、図７ないし図１３を参照して説明する。
【００６１】
二枚の圧電部材１７ａ，１７ｂを重ね合わせてアクチュエータ１５ａ，１５ｂの本体１６を形成する。
【００６２】
この後、ダイヤモンドブレードを用いて本体１６に切削加工を施すことで、本体１６に図７に示すような複数の溝２２を形成する。溝２２の底面２４および側面２５ａ，２５ｂは、ダイヤモンドブレードを用いた切削加工により、数多くのミクロン単位の凹凸２８を有する粗面となっている。
【００６３】
この後、本体１６の表面１８、側面２０ａ，２０ｂ、溝２２の底面２４および側面２５ａ，２５ｂに無電解ニッケルめっきを施すことで、厚さが２μｍのニッケルめっき層３６を形成する。引き続いて、ニッケルめっき層３６に電解金めっきを施すことで、ニッケルめっき層３６の上に厚さが０．１μｍの金めっき層３７を形成する。
【００６４】
この結果、図８に示すように、溝２２の内側および本体１６の表面１８の上に二層構造の導電層５１が形成される。導電層５１は、溝２２の底面２４、側面２５ａ，２５ｂおよび本体１６の表面１８を連続して覆っている。
【００６５】
この後、図９に示すように、導電層５１の表層となる金めっき層３７の上に、例えば電着法を用いてポジタイプのレジスト５２を積層する。レジスト５２の厚さは、例えば５μｍである。レジスト５２は、溝２２の内側から本体１６の表面１８の上に連続して形成されている。
【００６６】
この後、図１０に示すように、レジスト５２を紫外線で露光する。紫外線は、平行光となって溝２２に入射される。具体的には、紫外線が溝２２の側面２５ａ，２５ｂの第１の部分２６および本体１６の表面１８のみに向かうように、レジスト５２に対する紫外線の入射角αを設定する。入射角αは、レジスト５２の厚さによって変化する。
【００６７】
さらに、レジスト５２は、溝２２の内側から本体１６の表面１８に露出された角部５３を有している。レジスト５２の角部５３は、溝２２の底面２４および溝２２の側面２５ａ，２５ｂの第２の部分２７に向かう紫外線を遮る遮光角βを設定している。これにより、平行光で溝２２に向かう紫外線は、溝２２の側面２５ａ，２５ｂの第１の部分２６に入射することになり、溝２２に対する紫外線の入射範囲が定まる。
【００６８】
この結果、レジスト５２は、本体１６の表面１８および溝２２の側面２５ａ，２５ｂの第１の部分２６に対応した部分が露光され、この部分に潜像が形成される。
【００６９】
この後、露光されたレジスト５２を現像して洗浄する。これにより、レジスト５２に形成された潜像が溶けて除去される。この結果、図１１に示すように、レジスト５２は、溝２２の底面２４から側面２５ａ，２５ｂの第２の部分２７に対応した部位のみが残った状態となる。
【００７０】
言い換えると、レジスト５２は、溝２２の底から溝２２の深さ方向に沿う中間部に至る領域のみに形成される。それとともに、レジスト５２の溶解に伴って、導電層５１のうち溝２２の深さ方向に沿う中間部から本体１６の表面１８に至る部位がレジスト５２で覆われることなく本体１６の外に露出された状態となる。
【００７１】
レジスト５２の現像が終了した後、導電層５１のうち本体１６の外に露出された部位をエッチングにより除去する。エッチングでは、ニッケルおよび金を化学的に溶解させることができる酸性のエッチング液を使用する。エッチング液としては、リン酸、酢酸、硝酸および純水の混合液を用いることができる。
【００７２】
このエッチング処理により、図１２に示すように、導電層５１のうち溝２２の深さ方向に沿う中間部から本体１６の表面１８に至る部位が除去され、溝２２の側面２５ａ，２５ｂの第１の部分２６および第１の部分２６に連続する本体１６の表面１８が露出された状態となる。
【００７３】
エッチングが完了したら、溝２２の内側に残っているレジスト５２を例えば剥離液を用いて除去する。この結果、図１３に示すように、溝２２の底面２４および側面２５ａ，２５ｂの第２の部分２７を覆った導電層５１が露出され、この導電層５１により電極３５が形成される。
【００７４】
引き続いて、電極３５の上、電極３５が存在しない溝２２の側面２５ａ，２５ｂの領域３８の上および本体１６の表面１８の上に保護膜４３を形成する。保護膜４３としては、電気絶縁性を有する有機材料の一例であるパリレンを使用している。
【００７５】
この後、保護膜４３で覆われた本体１６の表面１８に、ノズル形成前のノズルプレート５を接着剤３０で接着する。これにより、本体１６の溝２２とノズルプレート５との間に複数の圧力室３１が形成される。保護膜４３は、圧力室３１に露出されて、圧力室３１にインクが供給された時にインクに浸かる。
【００７６】
図４に示すように、本体１６の表面１８とノズルプレート５との間に充填された接着剤３０は、その余剰部分３２が圧力室３１に食み出す。食み出した接着剤３０の余剰部分３２は、ノズルプレート５の圧力室３１に臨む面に薄い膜となって残る。
【００７７】
この後、ノズルプレート５に例えばエキシマレーザ装置を用いたレーザ加工を施すことにより、ノズルプレート５に複数のノズル１３を形成する。具体的には、ノズルプレート５にノズルプレート５の上側からレーザ光を照射する。これにより、ポリイミドフィルム製のノズルプレート５が物理的に蒸発することでノズル１３が形成される。
【００７８】
図４に示すように、レーザ光の焦点Ｆは、ノズルプレート５の外側に位置するので、レーザ光は圧力室３１の方向に進むに従い拡開する。そのため、ノズル１３は、圧力室３１の方向に進むに従い口径が連続的に増大するようなテーパ状に形成される。
【００７９】
レーザ光は、ノズルプレート５を厚み方向に貫通した後、圧力室３１に入射する。そのため、圧力室３１に露出された保護膜４３は、ノズル１３の近傍でレーザ光の照射を受ける。
【００８０】
有機材料で構成された保護膜４３は、レーザ光が照射された時にダメージを受けるのを避けられない。しかるに、保護膜４３のうちレーザ光が照射された箇所は、溝２２の底面２４よりもノズル１３に近い溝２２の側面２５ａ，２５ｂの第１の部分２６に対応している。第１の部分２６は、電極２５が存在しない領域３８となっている。
【００８１】
このため、保護膜４３のうちレーザ光の照射を受けた箇所に孔が開いたとしても、この孔から露出されるのは溝２２の側面２５ａ，２５ｂに止まる。したがって、電極２５は保護膜４３で覆われた状態に維持される。
【００８２】
接着剤３０の余剰部分３２の端部３２ａが圧力室３１内でノズル１３を形成すべき領域に張り出していた場合、余剰部分３２の端部３２ａは、レーザ光が圧力室３１に入射した時点で、レーザ光により除去される。
【００８３】
この結果、接着剤３０の余剰部分３２がノズル１３を塞ぐことはない。よって、接着剤３０の余剰部分３２がノズル１３から吐出されるインクの流れに悪影響を及ぼすことはなく、印字品質を良好に維持できる。
【００８４】
［第２の実施形態］
図１４は、第２の実施形態を開示している。
【００８５】
第２の実施形態は、電極の構成が第１の実施形態と相違している。それ以外のインクジェットヘッドの基本的な構成は、第１の実施形態と同様である。そのため、第２の実施形態において、第１の実施形態と同一の構成部分には同一の参照符号を付して、その説明を省略する。
【００８６】
図１４に示すように、電極６０は、銅めっき層６１、ニッケルめっき層６２および金めっき層６３を有する三層構造となっている。銅めっき層６１は、第１の金属層の一例であり、電極６０の下地を構成している。銅めっき層６１は、溝２２の底面２４および側面２５ａ，２５ｂの第２の部分２７の上に形成されている。銅めっき層６１の厚さは、例えば１μｍである。
【００８７】
ニッケルめっき層６２は、銅めっき層６１の上に積層されて、銅めっき層６１を被覆している。ニッケルめっき層６２の厚さは、例えば０．８μｍである。
【００８８】
金めっき層６３は、ニッケルめっき層６２の上に積層されて、ニッケルめっき層６２を被覆している。金めっき層６３の厚さは、例えば０．１μｍである。ニッケルめっき層６２および金めっき層６３は、夫々第２の金属層の一例である。さらに、金めっき層６３は、電極６０の表層となるとともに、有機材料で構成された保護膜４３で覆われている。
【００８９】
第２の実施形態では、電極６０を形成する手順が第１の実施形態と異なっており、それ以外のインクジェットヘッド１を製造する手順は、第１の実施形態と同様である。そのため、第２の実施形態では、電極６０を形成する手順についてのみ説明する。
【００９０】
アクチュエータ１５ａ，１５ｂの本体１６に溝２２を形成した後、本体１６の表面１８、側面２０ａ，２０ｂ、溝２２の底面２４および側面２５ａ，２５ｂに無電解銅めっきを施すことで、厚さが１μｍの銅めっき層６１を形成する。
【００９１】
引き続いて、前記第１の実施形態と同様に、銅めっき層６１の上にポジタイプのレジストを積層した後、レジストを紫外線で露光する。さらに、露光されたレジストを現像して洗浄し、銅めっき層６１のうち溝２２の深さ方向に沿う中間部から本体１８の表面１８に至る部位を露出させる。
【００９２】
この後、本体１８の外に露出された銅めっき層６１をエッチングにより除去し、溝２２の側面２５ａ，２５ｂの第１の部分２６および本体１６の表面１８を露出させる。
【００９３】
エッチングが完了したら、溝２２内に残っているレジストを除去し、レジストで覆われていた銅めっき層６１を溝２２内に露出させる。
【００９４】
この後、銅めっき層６１に無電解ニッケルめっきを施すことで、厚さが０．８μｍのニッケルめっき層６２を形成する。引き続いて、ニッケルめっき層６２に電解金めっきを施すことで、ニッケルめっき層６２の上に厚さが０．１μｍの金めっき層６３を形成する。この結果、溝２２の内側に三層構造の電極６０が形成される。
【００９５】
最後に、電極６０の上および電極６０が存在しない溝２２の側面２５ａ，２５ｂの領域３８の上に保護膜４３を形成することで、一連の電極６０の形成工程が完了する。
【００９６】
このような第２の実施形態においても、保護膜４３のうちレーザ光が照射される箇所は、溝２２の側面２５ａ，２５ｂの第１の部分２６に対応しており、第１の部分２６に電極６０は存在しない。そのため、保護膜４３のうちレーザ光の照射を受けた箇所に孔が開いたとしても、この孔から露出されるのは溝２２の側面２５ａ，２５ｂに止まる。
【００９７】
したがって、第１の実施形態と同様に、電極６０は保護膜４３で覆われた状態に維持され、電極６０の損傷を防止することができる。
【００９８】
第１および第２の実施形態において、レジストはポジタイプで電着法を用いて使用できるものであれば、その種類は問わない。
【００９９】
さらに、ポジタイプのレジストの代わりに、ネガタイプのレジストを用いても良い。
【０１００】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。これら新規な実施形態は、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、変更を行うことができる。これら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】
【０１０１】
１…インクジェットヘッド、５…ノズルプレート、１３…ノズル、１５ａ，１５ｂ…アクチュエータ、１８…表面、２０ａ，２０ｂ…側面、２２…溝、３０…接着剤、３５，６０…電極、３６，３７，６１，６２，６３…金属層（ニッケルめっき層、金めっき層、銅めっき層）、４３…保護膜。
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、アクチュエータに接着されたノズルプレートにレーザ光を照射することでノズルを形成したインクジェットヘッドおよびインクジェットヘッドを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数のノズルからインクを吐出させるインクジェットヘッドでは、圧電材料で構成されたアクチュエータにインクが供給される複数の溝が形成されている。各溝においては、溝の底面から側面に至る領域に駆動電圧が印加される電極が設けられている。
【０００３】
電極は、インクから保護する保護膜で覆われている。保護膜としては、例えばポリパラキシレンのような有機被膜が用いられている。有機被膜は、各種の酸化物や窒化物を用いた無機被膜よりもピンホールが発生する確率が低い。そのため、電気導電性を有する多種多様のインクを用いた場合でも、インクと電極との間の電気絶縁性を確保することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４１８２６８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のインクジェットヘッドによると、インクを吐出するノズルは、アクチュエータに接着されたノズルプレートにレーザ光を照射することにより形成されている。ノズルを形成するレーザ光は、ノズルプレートを貫通した直後に溝内に入射するとともに、電極を覆う保護膜の上に照射される。
【０００６】
しかしながら、保護膜を構成する有機被膜は、レーザ光を受けると蒸発して孔が開くので、有機被膜のうちレーザ光を受けた領域がダメージを受ける。
【０００７】
この結果、有機被膜に開いた孔から電極が露出してしまい、インクと電極との間の電気絶縁性を維持することができなくなる。よって、特に電気導電性を有するインクを用いた場合、電極が早期のうちに溶解してしまい、インクジェットヘッドの耐久性が低下する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本実施形態によれば、インクジェットヘッドは、インクが供給される複数の溝を有するとともに圧電材料で構成されたアクチュエータと、アクチュエータに接着剤で固定されたノズルプレートとを具備する。ノズルプレートは、溝の開口端をアクチュエータの上側から覆うとともに、溝に向けて照射されたレーザ光により形成された複数のノズルを有する。溝の内面に電極が形成されている。電極は、ノズルプレートを貫通したレーザ光が照射される溝内の領域から外れている。電極の上およびレーザ光が照射される溝内の領域に対応する溝の内面に、電気絶縁性を有する保護膜が形成されている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態に係るインクジェットヘッドの斜視図。
【図２】第１の実施形態に係るインクジェットヘッドの平面図。
【図３】図２のＦ３−Ｆ３線に沿う断面図。
【図４】第１の実施形態において、アクチェエータの溝、電極および保護膜との位置関係を示す断面図。
【図５】図４のＦ５−Ｆ５線に沿う断面図。
【図６】図４のＦ６の部分を拡大して示す断面図。
【図７】第１の実施形態において、アクチュエータの本体に複数の溝を形成した状態を示す断面図。
【図８】第１の実施形態において、本体に形成した溝の上に導電層を形成した状態を示す断面図。
【図９】第１の実施形態において、導電層をレジストで覆った状態を示す断面図。
【図１０】第１の実施形態において、レジストを露光する際に、レジストに対する紫外線の入射方向を示す断面図。
【図１１】第１の実施形態において、レジストの一部を除去して導体層の一部を露出させた状態を示す断面図。
【図１２】第１の実施形態において、導体層を除去して溝の一部および本体の表面を露出させた状態を示す断面図。
【図１３】第１の実施形態において、溝内に残ったレジストを除去して溝内に電極を形成した状態を示す断面図。
【図１４】第２の実施形態において、溝の側面、三層構造の電極および保護膜の位置関係を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［第１の実施形態］
以下、第１の実施形態について、図１ないし図１３を参照して説明する。
【００１１】
図１ないし図３は、例えばプリンタのキャリッジに搭載して使用するオンディマンド型のインクジェットヘッド１を開示している。インクジェットヘッド１は、インク槽２、基板３、スペーサ４およびノズルプレート５を備えている。
【００１２】
インク槽２は、インク供給管６およびインク戻し管７を介してインクカートリッジに接続されている。
【００１３】
基板３は、細長い実装面３ａを有する矩形状であり、インク槽２の開口端を塞ぐようにインク槽２の上に重ねられている。基板３としては、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）およびチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）等を用いることができる。
【００１４】
複数のインク供給口８および複数のインク排出口９が基板３に設けられている。インク供給口８およびインク排出口９は、基板３の実装面３ａに開口されている。
【００１５】
図２および図３に示すように、インク供給口８は、基板３の幅方向に沿う一端部および他端部において、基板３の長手方向に間隔を存して一列に並んでいる。インク排出口９は、基板３の幅方向に沿う中央部において、基板３の長手方向に間隔を存して一列に並んでいる。
【００１６】
スペーサ４は、四角い枠状である。スペーサ４は、基板３の実装面３ａの上に接着されて、インク供給口８およびインク排出口９を取り囲んでいる。
【００１７】
ノズルプレート５は、例えば厚さが５０μｍのポリイミドフィルムで構成されている。ノズルプレート５は、スペーサ４の上に接着されて基板３の実装面３ａと向かい合っている。
【００１８】
図３に示すように、基板３、スペーサ４およびノズルプレート５は、互いに協働してインク流通室１１を構成している。インク流通室１１は、インク供給口８およびインク排出口９を介してインク槽２に通じている。インク供給口８は、インクをインク槽２からインク流通室１１に供給する。インク流通室１１に供給された余剰のインクは、インク排出口９からインク槽２に戻される。
【００１９】
図１および図２に示すように、一対のノズル列１２ａ，１２ｂがノズルプレート５に形成されている。ノズル列１２ａ，１２ｂは、ノズルプレート５の長手方向に延びるように、ノズルプレート５の幅方向に間隔を存して互いに平行に配置されている。
【００２０】
ノズル列１２ａ，１２ｂは、夫々複数のノズル１３を有している。ノズル１３は、ノズルプレート５を厚み方向に貫通するミクロン単位の微小な孔である。ノズル１３は、ノズルプレート５に例えばエキシマレーザ装置を用いたレーザ加工を施すことにより形成されている。ノズル１３は、インク流通室１１に開口するように互いに間隔を存して並んでいるとともに、印字すべき記録媒体と向かい合うようになっている。
【００２１】
図４に示すように、本実施の形態では、エキシマレーザ装置から出力されるレーザ光の焦点Ｆの位置をノズルプレート５の外側にずれた位置に設定している。これにより、レーザ光は、ノズルプレート５を貫通する際に、インク流通室１１の方向に進むに従い連続的に拡開する。
【００２２】
この結果、レーザ加工されるノズル１３は、インク流通室１１の方向に進むに従い口径が逐次増大するテーパ状に形成されている。本実施形態のノズル１３は、例えばインクの吐出量が３ｐＬの場合は、インク流通室１１に開口する上流端の口径が４０μｍであり、インク流通室１１とは反対側に開口する吐出端の口径が２０μｍとなっている。ノズル１３の寸法は、インクの吐出量に応じて所定の値に設定される。
【００２３】
図２および図３に示すように、インク流通室１１に一対のアクチュエータ１５ａ，１５ｂが収容されている。一方のアクチュエータ１５ａは、一方のノズル列１２ａの真下に位置するように基板３の実装面３ａの上に接着されている。他方のアクチュエータ１５ｂは、他方のノズル列１２ｂの真下に位置するように基板３の実装面３ａの上に接着されている。
【００２４】
アクチュエータ１５ａ，１５ｂは、互いに共通の構成を有している。そのため、第１の実施形態では、一方のアクチュエータ１５ａを代表して説明し、他方のアクチュエータ１５ｂについては、同一の参照符号を付して、その説明を省略する。
【００２５】
アクチュエータ１５ａは、細長い板状の本体１６を備えている。図４に示すように、本体１６は、二枚の圧電部材１７ａ，１７ｂを厚み方向に重ねて接着したものであり、ノズル列１２ａに沿って延びている。圧電部材１７ａ，１７ｂは、その分極方向が圧電部材１７ａ，１７ｂの厚さ方向に互いに逆向きとなっている。
【００２６】
圧電部材１７ａ，１７ｂとしては、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）等を用いることができ、本実施形態では、圧電定数の高いＰＺＴを用いている。
【００２７】
本体１６は、表面１８、裏面１９および側面２０ａ，２０ｂを有している。表面１８は、ノズルプレート５に面している。裏面１９は、表面１８の反対側に位置されて、基板３の実装面３ａに面している。
【００２８】
一方の側面２０ａは、表面１８の幅方向に沿う一端と裏面１９の幅方向に沿う一端との間に跨っている。他方の側面２０ｂは、表面１８の幅方向に沿う他端と裏面１９の幅方向に沿う他端との間に跨っている。さらに、側面２０ａ，２０ｂは、表面１８から裏面１９の方向に進むに従い互いに遠ざかる方向に傾斜している。
【００２９】
図２、図４および図６に示すように、複数の溝２２および複数の隔壁２３が本体１６に形成されている。溝２２は、本体１６の長手方向に間隔を存して一列に並んでいるとともに、本体１６の表面１８および側面２０ａ，２０ｂに連続して開口されている。
【００３０】
各溝２２は、底面２４と、一対の側面２５ａ，２５ｂとで規定されている。側面２５ａ，２５ｂは、溝２２の幅方向に間隔を存して向かい合っている。さらに、溝２２は、上側の圧電部材１７ａを貫通して下側の圧電部材１７ｂの厚み方向に沿う途中にまで達している。このため、溝２２の底面２４は、下側の圧電部材１７ｂで構成されている。溝２２の側面２５ａ，２５ｂは、夫々上側の圧電部材１７ａで構成された第１の部分２６と、下側の圧電部材１７ｂで構成された第２の部分２７とを備えている。
【００３１】
溝２２の深さは、溝２２の幅よりも大きく設定されている。溝２２の深さと幅との比（深さ／幅）で定まるアスペクト比は、溝２２が深くて、幅が狭まる程に高くなる。アスペクト比および溝２２の間隔は、インクジェットヘッド１に要求される解像度やインクの吐出量に応じて所定の値に設定される。
【００３２】
さらに、本体１６の隔壁２３は、隣り合う溝２２の間に介在されて、溝２２を互いに分離している。
【００３３】
本実施形態によると、溝２２は、本体１６に例えばダイヤモンドブレードを用いた切削加工を施すことで形成されている。そのため、図４および図５に示すように、溝２２の内面は、数多くのミクロン単位の凹凸２８を有している。加えて、ＰＺＴ製の本体１６は脆いために、本体１６に切削加工を施す過程において、溝２２の内面となる底面２４および側面２５ａ，２５ｂが部分的に欠落することがあり得る。この結果、切削加工された溝２２の内面は、平滑度が失われた粗面となっている。
【００３４】
図４に示すように、ノズルプレート５は、溝２２が開口された本体１６の表面１８に接着剤３０を介して接着されている。溝２２とノズルプレート５とで規定された空間は、複数の圧力室３１を構成している。圧力室３１は、インク室１１に供給されたインクが流入するようにインク室１１に連通されている。さらに、ノズルプレート５のノズル１３は、個々に圧力室３１の中央部に開口されている。
【００３５】
本体１６の表面１８とノズルプレート５との間に充填された接着剤３０は、その一部が余剰部分３２となって圧力室３０内に食み出している。接着剤３０の余剰部分３２は、ノズルプレート５の圧力室３１に臨む面に付着した状態で硬化されているとともに、圧力室３１内でノズル１３の開口端と隣り合っている。
【００３６】
接着剤３０の余剰部分３２にカット部３３が形成されている。カット部３３は、ノズル１３を形成するためのレーザ光が余剰部分３２を通過した後に残った箇所であり、レーザ光の照射方向に沿うように傾斜している。
【００３７】
すなわち、図４に二点鎖線で示すように、例えば余剰部分３２の端部３２ａが圧力室３１に開口するノズル１３の上流端に張り出していた場合、端部３２ａは、ノズルプレート５を貫通するレーザ光により除去される。よって、ノズル１３の上流端の一部が接着剤３０によって塞がれることはない。
【００３８】
圧力室３１を規定する溝２２の内側に夫々電極３５が設けられている。電極３５は、溝２２の底面２４および溝２２の側面２５ａ，２５ｂを連続して覆っている。隣り合う溝２２の電極３５は、電気的に独立するように互いに切り離されている。
【００３９】
図６に示すように、電極３５は、ニッケルめっき層３６と金めっき層３７とを有する二層構造となっている。ニッケルめっき層３６および金めっき層３７は、夫々金属層の一例である。ニッケルめっき層３６は、本体１６および溝２２に無電解ニッケルめっきを施すことにより構成され、電極３５の下地となっている。ニッケルめっき層３６の厚さは、例えば０．８μｍである。
【００４０】
金めっき層３７は、ニッケルめっき層３６の上に電解金めっきを施すことにより構成されている。金めっき層３７は、ニッケルめっき層３６の上に積層されて、ニッケルめっき層３６を被覆している。金めっき層３７の厚さは、例えば０．１μｍである。
【００４１】
図４に示すように、ノズル１３に対応する溝２２の中央部では、電極３５は、溝２２の底面２４と、溝２２の側面２５ａ，２５ｂのうち底面２４に連続した第２の部分２７とにのみ設けられている。
【００４２】
言い換えると、溝２２の側面２５ａ，２５ｂのうちノズル１３に隣接した第１の部分２６に電極３５は存在せず、ノズル１３に対応する溝２２の中央部では、電極３５はノズル１３と向かい合う溝２２の底部にのみ設けられている。
【００４３】
したがって、溝２２の側面２５ａ，２５ｂは、電極３５が存在しない領域３８を有している。この領域３８は、前記ノズルプレート５を貫通して圧力室３１に入射されたレーザ光の照射領域に対応している。
【００４４】
電極３５は、基板３の実装面３ａの上に形成された複数の導体パターン３９に電気的に接続されている。導体パターン３９の先端は、スペーサ４の外に導かれているとともに、複数のテープキャリアパッケージ４０に接続されている。テープキャリアパッケージ４０は、インクジェットヘッド１を駆動する駆動回路４１を搭載している。
【００４５】
駆動回路４１は、インクジェットヘッド１の電極３５に駆動パルスを印加する。これにより、圧力室３１を間に挟んで隣り合う電極３５の間に電位差が生じ、これら電極３５に対応する隔壁２３に電界が生じる。この結果、隔壁２３がシェアモードで変形し、圧力室３１に充填されたインクが加圧される。加圧されたインクの一部は、複数のインク滴となってノズル１３から記録媒体に向けて吐出される。
【００４６】
図４および図５に示すように、各溝２２の電極３５は、保護膜４３で覆われている。保護膜４３は、例えばパリレンのような電気絶縁性を有する有機材料で構成されている。保護膜４３は、電極３５の表層となる金めっき層３７の上に積層されているとともに、溝２２の側面２５ａ，２５ｂのうち電極３５が存在しない領域３８では、側面２５ａ，２５ｂの第１の部分２６の上に積層されている。したがって、保護膜４３は、ノズルプレート５にノズル１３を形成する際に、レーザ光の照射を受ける。
【００４７】
図４に示すように、溝２２の側面２５ａ，２５ｂは、数多くの微小な凹凸２８を有する粗面となっている。このため、電極３５が存在しない領域３８の箇所で側面２５ａ，２５ｂに積層された保護膜４３は、側面２５ａ，２５ｂの表面粗さの影響を受ける。すなわち、側面２５ａ，２５ｂの表面粗さが粗くなっていると、保護膜４３にピンホールが発生する確率が増える。
【００４８】
そのため、保護膜４３にピンホールが発生するのを防ぐためには、保護膜４３の膜厚を３μｍ以上とすることが望ましい。
【００４９】
第１の実施形態のインクジェットヘッド１によると、ノズル１３を形成するレーザ光は、図４に示すように、基板３に接着されたノズルプレート５を貫通して圧力室３１に入射する。レーザ光は、圧力室３１の方向に進むに従い拡開するので、レーザ光の一部が保護膜４３の上に照射される。そのため、保護膜４３のうちレーザ光が照射された箇所は、レーザ光によってダメージを受ける。
【００５０】
保護膜４３のうちレーザ光が照射された部位は、溝２２の底面２４よりもノズル１３に近い溝２２の側面２５ａ，２５ｂの第１の部分２６に相当し、第１の部分２６は電極３５が存在しない領域３８となっている。
【００５１】
このため、保護膜４３のうちレーザ光の照射を受けた部位に孔が開いたとしても、この孔から露出されるのは溝２２の側面２５ａ，２５ｂであって、電極３５は保護膜４３で覆われた状態に維持される。
【００５２】
したがって、圧力室３１に供給されるインクと電極３５との間を電気的に絶縁された状態に保つことができ、たとえインクが導電性を有していても、インクに電流が流れることに起因する電極３５の腐食およびインクの電気分解を回避できる。よって、印字品質が良好で、しかも耐久性に優れたインクジェットヘッド１を得ることができる。
【００５３】
本発明者は、保護膜４３の膜厚とピンホールの有無との関係について調べる試験を行った。この試験では、保護膜４３の材料としてパリレンＣ、パリレンＮ、パリレンＳＲ、パリレンＦを用いた四つのサンプルを準備し、夫々のサンプルの保護膜４３の膜厚を１〜５μｍの範囲内で変化させた時に、保護膜４３にピンホールがあるか否かを調べた。
【００５４】
以下の表１は、試験結果を示している。
【表１】
【００５５】
表１から明らかなように、保護膜４３としてパリレンＣを使用したサンプルでは、保護膜４３の膜厚が１μｍおよび２μｍの時にピンホールの存在が明らかとなった。これに対し、パリレンＣを用いたサンプルにおいても、保護膜４３の膜厚を３μｍおよび５μｍとした時は、ピンホールの存在が認められなかった。
【００５６】
保護膜４３として膜厚が５μｍのパリレンＮおよびパリレンＳＲを使用したサンプルでは、ピンホールの存在は認められなかった。
【００５７】
一方、保護膜として膜厚が１μｍのパリレンＳＲおよび膜厚が２μｍのパリレンＳＦを使用したサンプルでは、ピンホールの存在が認められた。
【００５８】
以上のことから、保護膜４３にピンホールが発生しないようにするためには、有機材料で構成された保護膜４３の膜厚を３μｍ以上とする必要があることが明らかとなった。
【００５９】
保護膜４３は、インクを加圧する圧力室３１に露出しているので、保護膜４３の膜厚が厚すぎると、圧力室３１の幅寸法が減じられてインクの吐出量が少なくなるのを否めない。そのため、ピンホールの発生を抑えつつインクの吐出量を確保するためには、保護膜４３の膜厚を３μｍ以上、５μｍ以下に設定することが好ましいとの結論を得た。
【００６０】
次に、第１の実施形態のインクジェットヘッド１を製造する手順について、図７ないし図１３を参照して説明する。
【００６１】
二枚の圧電部材１７ａ，１７ｂを重ね合わせてアクチュエータ１５ａ，１５ｂの本体１６を形成する。
【００６２】
この後、ダイヤモンドブレードを用いて本体１６に切削加工を施すことで、本体１６に図７に示すような複数の溝２２を形成する。溝２２の底面２４および側面２５ａ，２５ｂは、ダイヤモンドブレードを用いた切削加工により、数多くのミクロン単位の凹凸２８を有する粗面となっている。
【００６３】
この後、本体１６の表面１８、側面２０ａ，２０ｂ、溝２２の底面２４および側面２５ａ，２５ｂに無電解ニッケルめっきを施すことで、厚さが２μｍのニッケルめっき層３６を形成する。引き続いて、ニッケルめっき層３６に電解金めっきを施すことで、ニッケルめっき層３６の上に厚さが０．１μｍの金めっき層３７を形成する。
【００６４】
この結果、図８に示すように、溝２２の内側および本体１６の表面１８の上に二層構造の導電層５１が形成される。導電層５１は、溝２２の底面２４、側面２５ａ，２５ｂおよび本体１６の表面１８を連続して覆っている。
【００６５】
この後、図９に示すように、導電層５１の表層となる金めっき層３７の上に、例えば電着法を用いてポジタイプのレジスト５２を積層する。レジスト５２の厚さは、例えば５μｍである。レジスト５２は、溝２２の内側から本体１６の表面１８の上に連続して形成されている。
【００６６】
この後、図１０に示すように、レジスト５２を紫外線で露光する。紫外線は、平行光となって溝２２に入射される。具体的には、紫外線が溝２２の側面２５ａ，２５ｂの第１の部分２６および本体１６の表面１８のみに向かうように、レジスト５２に対する紫外線の入射角αを設定する。入射角αは、レジスト５２の厚さによって変化する。
【００６７】
さらに、レジスト５２は、溝２２の内側から本体１６の表面１８に露出された角部５３を有している。レジスト５２の角部５３は、溝２２の底面２４および溝２２の側面２５ａ，２５ｂの第２の部分２７に向かう紫外線を遮る遮光角βを設定している。これにより、平行光で溝２２に向かう紫外線は、溝２２の側面２５ａ，２５ｂの第１の部分２６に入射することになり、溝２２に対する紫外線の入射範囲が定まる。
【００６８】
この結果、レジスト５２は、本体１６の表面１８および溝２２の側面２５ａ，２５ｂの第１の部分２６に対応した部分が露光され、この部分に潜像が形成される。
【００６９】
この後、露光されたレジスト５２を現像して洗浄する。これにより、レジスト５２に形成された潜像が溶けて除去される。この結果、図１１に示すように、レジスト５２は、溝２２の底面２４から側面２５ａ，２５ｂの第２の部分２７に対応した部位のみが残った状態となる。
【００７０】
言い換えると、レジスト５２は、溝２２の底から溝２２の深さ方向に沿う中間部に至る領域のみに形成される。それとともに、レジスト５２の溶解に伴って、導電層５１のうち溝２２の深さ方向に沿う中間部から本体１６の表面１８に至る部位がレジスト５２で覆われることなく本体１６の外に露出された状態となる。
【００７１】
レジスト５２の現像が終了した後、導電層５１のうち本体１６の外に露出された部位をエッチングにより除去する。エッチングでは、ニッケルおよび金を化学的に溶解させることができる酸性のエッチング液を使用する。エッチング液としては、リン酸、酢酸、硝酸および純水の混合液を用いることができる。
【００７２】
このエッチング処理により、図１２に示すように、導電層５１のうち溝２２の深さ方向に沿う中間部から本体１６の表面１８に至る部位が除去され、溝２２の側面２５ａ，２５ｂの第１の部分２６および第１の部分２６に連続する本体１６の表面１８が露出された状態となる。
【００７３】
エッチングが完了したら、溝２２の内側に残っているレジスト５２を例えば剥離液を用いて除去する。この結果、図１３に示すように、溝２２の底面２４および側面２５ａ，２５ｂの第２の部分２７を覆った導電層５１が露出され、この導電層５１により電極３５が形成される。
【００７４】
引き続いて、電極３５の上、電極３５が存在しない溝２２の側面２５ａ，２５ｂの領域３８の上および本体１６の表面１８の上に保護膜４３を形成する。保護膜４３としては、電気絶縁性を有する有機材料の一例であるパリレンを使用している。
【００７５】
この後、保護膜４３で覆われた本体１６の表面１８に、ノズル形成前のノズルプレート５を接着剤３０で接着する。これにより、本体１６の溝２２とノズルプレート５との間に複数の圧力室３１が形成される。保護膜４３は、圧力室３１に露出されて、圧力室３１にインクが供給された時にインクに浸かる。
【００７６】
図４に示すように、本体１６の表面１８とノズルプレート５との間に充填された接着剤３０は、その余剰部分３２が圧力室３１に食み出す。食み出した接着剤３０の余剰部分３２は、ノズルプレート５の圧力室３１に臨む面に薄い膜となって残る。
【００７７】
この後、ノズルプレート５に例えばエキシマレーザ装置を用いたレーザ加工を施すことにより、ノズルプレート５に複数のノズル１３を形成する。具体的には、ノズルプレート５にノズルプレート５の上側からレーザ光を照射する。これにより、ポリイミドフィルム製のノズルプレート５が物理的に蒸発することでノズル１３が形成される。
【００７８】
図４に示すように、レーザ光の焦点Ｆは、ノズルプレート５の外側に位置するので、レーザ光は圧力室３１の方向に進むに従い拡開する。そのため、ノズル１３は、圧力室３１の方向に進むに従い口径が連続的に増大するようなテーパ状に形成される。
【００７９】
レーザ光は、ノズルプレート５を厚み方向に貫通した後、圧力室３１に入射する。そのため、圧力室３１に露出された保護膜４３は、ノズル１３の近傍でレーザ光の照射を受ける。
【００８０】
有機材料で構成された保護膜４３は、レーザ光が照射された時にダメージを受けるのを避けられない。しかるに、保護膜４３のうちレーザ光が照射された箇所は、溝２２の底面２４よりもノズル１３に近い溝２２の側面２５ａ，２５ｂの第１の部分２６に対応している。第１の部分２６は、電極２５が存在しない領域３８となっている。
【００８１】
このため、保護膜４３のうちレーザ光の照射を受けた箇所に孔が開いたとしても、この孔から露出されるのは溝２２の側面２５ａ，２５ｂに止まる。したがって、電極２５は保護膜４３で覆われた状態に維持される。
【００８２】
接着剤３０の余剰部分３２の端部３２ａが圧力室３１内でノズル１３を形成すべき領域に張り出していた場合、余剰部分３２の端部３２ａは、レーザ光が圧力室３１に入射した時点で、レーザ光により除去される。
【００８３】
この結果、接着剤３０の余剰部分３２がノズル１３を塞ぐことはない。よって、接着剤３０の余剰部分３２がノズル１３から吐出されるインクの流れに悪影響を及ぼすことはなく、印字品質を良好に維持できる。
【００８４】
［第２の実施形態］
図１４は、第２の実施形態を開示している。
【００８５】
第２の実施形態は、電極の構成が第１の実施形態と相違している。それ以外のインクジェットヘッドの基本的な構成は、第１の実施形態と同様である。そのため、第２の実施形態において、第１の実施形態と同一の構成部分には同一の参照符号を付して、その説明を省略する。
【００８６】
図１４に示すように、電極６０は、銅めっき層６１、ニッケルめっき層６２および金めっき層６３を有する三層構造となっている。銅めっき層６１は、第１の金属層の一例であり、電極６０の下地を構成している。銅めっき層６１は、溝２２の底面２４および側面２５ａ，２５ｂの第２の部分２７の上に形成されている。銅めっき層６１の厚さは、例えば１μｍである。
【００８７】
ニッケルめっき層６２は、銅めっき層６１の上に積層されて、銅めっき層６１を被覆している。ニッケルめっき層６２の厚さは、例えば０．８μｍである。
【００８８】
金めっき層６３は、ニッケルめっき層６２の上に積層されて、ニッケルめっき層６２を被覆している。金めっき層６３の厚さは、例えば０．１μｍである。ニッケルめっき層６２および金めっき層６３は、夫々第２の金属層の一例である。さらに、金めっき層６３は、電極６０の表層となるとともに、有機材料で構成された保護膜４３で覆われている。
【００８９】
第２の実施形態では、電極６０を形成する手順が第１の実施形態と異なっており、それ以外のインクジェットヘッド１を製造する手順は、第１の実施形態と同様である。そのため、第２の実施形態では、電極６０を形成する手順についてのみ説明する。
【００９０】
アクチュエータ１５ａ，１５ｂの本体１６に溝２２を形成した後、本体１６の表面１８、側面２０ａ，２０ｂ、溝２２の底面２４および側面２５ａ，２５ｂに無電解銅めっきを施すことで、厚さが１μｍの銅めっき層６１を形成する。
【００９１】
引き続いて、前記第１の実施形態と同様に、銅めっき層６１の上にポジタイプのレジストを積層した後、レジストを紫外線で露光する。さらに、露光されたレジストを現像して洗浄し、銅めっき層６１のうち溝２２の深さ方向に沿う中間部から本体１８の表面１８に至る部位を露出させる。
【００９２】
この後、本体１８の外に露出された銅めっき層６１をエッチングにより除去し、溝２２の側面２５ａ，２５ｂの第１の部分２６および本体１６の表面１８を露出させる。
【００９３】
エッチングが完了したら、溝２２内に残っているレジストを除去し、レジストで覆われていた銅めっき層６１を溝２２内に露出させる。
【００９４】
この後、銅めっき層６１に無電解ニッケルめっきを施すことで、厚さが０．８μｍのニッケルめっき層６２を形成する。引き続いて、ニッケルめっき層６２に電解金めっきを施すことで、ニッケルめっき層６２の上に厚さが０．１μｍの金めっき層６３を形成する。この結果、溝２２の内側に三層構造の電極６０が形成される。
【００９５】
最後に、電極６０の上および電極６０が存在しない溝２２の側面２５ａ，２５ｂの領域３８の上に保護膜４３を形成することで、一連の電極６０の形成工程が完了する。
【００９６】
このような第２の実施形態においても、保護膜４３のうちレーザ光が照射される箇所は、溝２２の側面２５ａ，２５ｂの第１の部分２６に対応しており、第１の部分２６に電極６０は存在しない。そのため、保護膜４３のうちレーザ光の照射を受けた箇所に孔が開いたとしても、この孔から露出されるのは溝２２の側面２５ａ，２５ｂに止まる。
【００９７】
したがって、第１の実施形態と同様に、電極６０は保護膜４３で覆われた状態に維持され、電極６０の損傷を防止することができる。
【００９８】
第１および第２の実施形態において、レジストはポジタイプで電着法を用いて使用できるものであれば、その種類は問わない。
【００９９】
さらに、ポジタイプのレジストの代わりに、ネガタイプのレジストを用いても良い。
【０１００】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。これら新規な実施形態は、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、変更を行うことができる。これら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】
【０１０１】
１…インクジェットヘッド、５…ノズルプレート、１３…ノズル、１５ａ，１５ｂ…アクチュエータ、１８…表面、２０ａ，２０ｂ…側面、２２…溝、３０…接着剤、３５，６０…電極、３６，３７，６１，６２，６３…金属層（ニッケルめっき層、金めっき層、銅めっき層）、４３…保護膜。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電材料で構成され、インクが供給される複数の溝を有するアクチュエータと、
前記アクチュエータに接着剤で固定され、前記溝の開口端を前記アクチュエータの上側から覆うとともに、前記溝に向けて照射されたレーザ光により形成された複数のノズルを有するノズルプレートと、
前記溝の内面に形成され、前記ノズルプレートを貫通した前記レーザ光が照射される前記溝内の領域から外れた電極と、
前記電極の上および前記レーザ光が照射される前記溝内の領域に対応する前記溝の内面に形成された電気絶縁性を有する保護膜と、
を具備するインクジェットヘッド。
【請求項２】
請求項１の記載において、前記レーザ光が照射される前記溝内の領域は、前記溝の底面よりも前記ノズルの近傍に位置されたインクジェットヘッド。
【請求項３】
請求項２の記載において、前記電極は、互いに積層された複数の金属層を含むインクジェットヘッド。
【請求項４】
請求項３の記載において、前記保護膜は、有機材料で構成されたインクジェットヘッド。
【請求項５】
ノズルプレートに照射されたレーザ光で形成された複数のノズルを有するインクジェットヘッドを製造する方法であって、
圧電材料で構成されたアクチュエータに、前記アクチュエータの表面および側面に連続して開口された複数の溝を互いに間隔を存して形成し、
前記溝の内面を覆うように金属層を積層し、
前記金属層のうち前記ノズルを形成するレーザ光が照射される部位を除いた領域をレジストで被覆し、
前記金属層のうち前記レジストから外れて前記溝内に露出された部位をエッチングで除去した後、前記レジストを除去することで前記エッチングで除去されずに残った前記金属層を前記溝内に露出させて電極とし、
前記電極の上および前記金属層が除去された前記溝の内面に、電気絶縁性を有する保護膜を形成し、
前記アクチュエータの前記表面に、前記ノズルプレートを接着剤で固定することにより、前記アクチュエータの表面に開口された前記溝の開口端を前記ノズルプレートで閉塞し、
前記ノズルプレートに前記ノズルプレートの上側からレーザ光を照射して、前記ノズルプレートを貫通した前記レーザ光を前記保護膜のうち前記溝の内面を覆う部位に入射させることで、前記ノズルプレートに前記ノズルを形成するようにしたインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項６】
ノズルプレートに照射されたレーザ光で形成された複数のノズルを有するインクジェットヘッドを製造する方法であって、
圧電材料で構成されたアクチュエータに、前記アクチュエータの表面および側面に連続して開口された複数の溝を互いに間隔を存して形成し、
前記溝の内面を覆うように第１の金属層を積層し、
前記第１の金属層のうち前記ノズルを形成するレーザ光が照射される部位を除いた領域をレジストで被覆し、
前記第１の金属層のうち前記レジストから外れて前記溝内に露出された部位をエッチングで除去した後、前記レジストを除去することで前記エッチングで除去されずに残った前記第１の金属層を前記溝内に露出させるとともに、前記溝内に露出された前記第１の金属層の上に第２の金属層を積層することで、前記溝内に電極を形成し、
前記電極の上および前記第１の金属層が除去された前記溝の内面に、電気絶縁性を有する保護膜を形成し、
前記アクチュエータの前記表面に、前記ノズルプレートを接着剤で固定することにより、前記アクチュエータの表面に開口された前記溝の開口端を前記ノズルプレートで閉塞し、
前記ノズルプレートに前記ノズルプレートの上側からレーザ光を照射して、前記ノズルプレートを貫通した前記レーザ光を前記保護膜のうち前記溝の内面を覆う部位に入射させることで、前記ノズルプレートに前記ノズルを形成するようにしたインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１】
圧電材料で構成され、インクが供給される複数の溝を有するアクチュエータと、
前記アクチュエータに接着剤で固定され、前記溝の開口端を前記アクチュエータの上側から覆うとともに、前記溝に向けて照射されたレーザ光により形成された複数のノズルを有するノズルプレートと、
前記溝の内面に形成され、前記ノズルプレートを貫通した前記レーザ光が照射される前記溝内の領域から外れた電極と、
前記電極の上および前記レーザ光が照射される前記溝内の領域に対応する前記溝の内面に形成された電気絶縁性を有する保護膜と、
を具備するインクジェットヘッド。
【請求項２】
請求項１の記載において、前記レーザ光が照射される前記溝内の領域は、前記溝の底面よりも前記ノズルの近傍に位置されたインクジェットヘッド。
【請求項３】
請求項２の記載において、前記電極は、互いに積層された複数の金属層を含むインクジェットヘッド。
【請求項４】
請求項３の記載において、前記保護膜は、有機材料で構成されたインクジェットヘッド。
【請求項５】
ノズルプレートに照射されたレーザ光で形成された複数のノズルを有するインクジェットヘッドを製造する方法であって、
圧電材料で構成されたアクチュエータに、前記アクチュエータの表面および側面に連続して開口された複数の溝を互いに間隔を存して形成し、
前記溝の内面を覆うように金属層を積層し、
前記金属層のうち前記ノズルを形成するレーザ光が照射される部位を除いた領域をレジストで被覆し、
前記金属層のうち前記レジストから外れて前記溝内に露出された部位をエッチングで除去した後、前記レジストを除去することで前記エッチングで除去されずに残った前記金属層を前記溝内に露出させて電極とし、
前記電極の上および前記金属層が除去された前記溝の内面に、電気絶縁性を有する保護膜を形成し、
前記アクチュエータの前記表面に、前記ノズルプレートを接着剤で固定することにより、前記アクチュエータの表面に開口された前記溝の開口端を前記ノズルプレートで閉塞し、
前記ノズルプレートに前記ノズルプレートの上側からレーザ光を照射して、前記ノズルプレートを貫通した前記レーザ光を前記保護膜のうち前記溝の内面を覆う部位に入射させることで、前記ノズルプレートに前記ノズルを形成するようにしたインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項６】
ノズルプレートに照射されたレーザ光で形成された複数のノズルを有するインクジェットヘッドを製造する方法であって、
圧電材料で構成されたアクチュエータに、前記アクチュエータの表面および側面に連続して開口された複数の溝を互いに間隔を存して形成し、
前記溝の内面を覆うように第１の金属層を積層し、
前記第１の金属層のうち前記ノズルを形成するレーザ光が照射される部位を除いた領域をレジストで被覆し、
前記第１の金属層のうち前記レジストから外れて前記溝内に露出された部位をエッチングで除去した後、前記レジストを除去することで前記エッチングで除去されずに残った前記第１の金属層を前記溝内に露出させるとともに、前記溝内に露出された前記第１の金属層の上に第２の金属層を積層することで、前記溝内に電極を形成し、
前記電極の上および前記第１の金属層が除去された前記溝の内面に、電気絶縁性を有する保護膜を形成し、
前記アクチュエータの前記表面に、前記ノズルプレートを接着剤で固定することにより、前記アクチュエータの表面に開口された前記溝の開口端を前記ノズルプレートで閉塞し、
前記ノズルプレートに前記ノズルプレートの上側からレーザ光を照射して、前記ノズルプレートを貫通した前記レーザ光を前記保護膜のうち前記溝の内面を覆う部位に入射させることで、前記ノズルプレートに前記ノズルを形成するようにしたインクジェットヘッドの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−２３６３６４（Ｐ２０１２−２３６３６４Ａ）
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０７４９８（Ｐ２０１１−１０７４９８）
【出願日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【出願人】（０００００３５６２）東芝テック株式会社 (5,631)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【出願人】（０００００３５６２）東芝テック株式会社 (5,631)
【Ｆターム（参考）】
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