インクジェットヘッドの製造方法
【課題】アクチュエータに繋がる、電極および配線の幅を均一にして、アクチュエータに加える電圧のばらつきを低減する。
【解決手段】インクが流れる方向の端部に傾斜角を有する各圧力室を隔てる側壁を形成し、その側壁に設けられた電極と配線部を接続する。基板と圧電材を接着剤を用いて接着し、圧電材を加工して溝を形成する。側壁および基板上に電極および配線部となる金属膜を成膜する。レーザ光照射により、基板と圧電材上の非配線部を第１の加工方法で形成する。その後、接着部上の非配線部を第１の加工方法とは異なる第２の加工方法によって形成する。
【解決手段】インクが流れる方向の端部に傾斜角を有する各圧力室を隔てる側壁を形成し、その側壁に設けられた電極と配線部を接続する。基板と圧電材を接着剤を用いて接着し、圧電材を加工して溝を形成する。側壁および基板上に電極および配線部となる金属膜を成膜する。レーザ光照射により、基板と圧電材上の非配線部を第１の加工方法で形成する。その後、接着部上の非配線部を第１の加工方法とは異なる第２の加工方法によって形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インク滴を吐出し画像形成を行うインクジェットヘッドの製造方法に関する。特に、インク滴を吐出させる圧力室を動作させるアクチュエータの電極形成方法に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、圧電部材のせん断モード変形を利用しノズルからインク滴を吐出させる、所謂、せん断モード型インクジェットヘッドが記載されている。
【０００３】
特許文献１記載のインクジェットヘッドは、基板、およびノズルプレートで囲まれる領域に、複数の圧電材で形成された支柱で挟まれた圧力室を有している。基板は、インクの供給口を有している。支柱の表面には導電性物質である金属膜の電極が設けられている。インクはインク供給口からインクジェットヘッドへ導入され、圧力室を介してノズルから吐出される。
【０００４】
金属膜の成膜後に配線部以外の金属膜を除去することにより非配線部が形成されている。非配線部の形成にはレーザービームが用いられている。非配線部は支柱の頂部の長手方向に沿ってレーザービームによって形成している。
【０００５】
非配線部を形成するには、圧電材上に形成された金属膜の除去に加え、基板上に形成された配線部以外の金属膜も除去する必要がある。支柱と基板との間の境目では、支柱の長手方向の端部は角度がつけられている斜切部は４５度の面とりの角度が好ましいと記載されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１において、圧電材のせん断モード変形を利用したインクジェットヘッドの電極および配線の形成方法として、電極および配線形成面全域に金属膜を形成した後、レーザを照射して不要な部分を除去する方法が開示されている。
【０００７】
インクジェットヘッドの製造工程において、圧電材を基板に接着剤を用いて接着し、圧電材に溝加工し、電極および配線を形成する面に金属膜をつけ、圧電材から基板にかけてレーザを照射することによって電極、配線および非配線部を形成する。圧電材と基板との間にある接着剤上の金属膜をレーザ照射によって除去すると、接着剤上の金属膜部分が特にレーザ光の幅より広く加工されてしまう（図３）。この原因として、熱伝導率や熱膨張係数といった熱的特性の点で、接着剤（樹脂）と基板（セラミック）や圧電材と大きく異なっているためであることが考えられる。
【０００８】
接着部における金属膜除去部の寸法上のばらつきにより、接着部上の非配線部の幅を正確に形成することがレーザ加工では困難となる。接着部上の非配線部の幅が拡がり隣の非配線部にまで及んでしまうこともある。この場合、配線は断線し、圧電材に電圧を印加できず、圧力室は機能しなくなってしまう。
【０００９】
ノズル密度の高いインクジェットヘッドでは、ノズルの間隔が狭くなり、支柱の間隔も狭くなる。支柱の間隔が狭くなると非配線部同士の間隔も狭くなる。結果として配線の幅も狭くなる。配線幅が狭いと、レーザ加工によって接着剤上の配線部で、断線の危険性が高まる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明によるインクジェットヘッドの製造方法は、基板と、基板に接着され、圧力室内をインクが流れる方向の端部に傾斜角を有する各圧力室を隔てる側壁を形成し、前記圧力室の容積を可変させる圧電体からなるアクチュエータと、側壁に設けられた金属膜から成る電極と、電極に接続された配線部と、隣接する前記配線部の間にある非配線部と、を具備しているインクジェットヘッドの製造方法において、基板と圧電材を接着剤を用いて接着し、圧電材に溝加工することで、電極および配線部となる金属膜を側壁および基板上に成膜し、基板と圧電材上の非配線部を第１の加工方法で形成し、接着部上の非配線部を第１の加工方法とは異なる第２の加工方法によって形成したことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、圧電材と基板とを接着する接着剤上に形成される配線の幅のばらつきを小さくすることが可能である。このインクジェットヘッドの製造方法によって、配線幅が一様になり、配線抵抗のばらつきが低減する。また配線の断線を防止することができ、アクチュエータを確実に動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明のインクジェットヘッドの概略構成を示す図である。
【図２】ノズルプレートと、流路部を示す図である。
【図３】本発明のインクジェットヘッドをインク吐出方向から見た図である。
【図４】本発明のインクジェットヘッドの断面図である。
【図５】本発明のインクジェットヘッドの断面図である。
【図６】インクジェット記録装置の可動部を示す図である。
【図７】第１の実施形態の製造方法の工程を示す図である。
【図８】第１の実施形態の製造方法の工程を示す図である。
【図９】第２の実施形態の製造方法の工程を示す図である。
【図１０】第２の実施形態の製造方法の工程を示す図である。
【図１１】第３の実施形態の製造方法の工程を示す図である。
【図１２】第３の実施形態の製造方法の工程を示す図である。
【図１３】第４の実施形態の製造方法の工程を示す図である。
【図１４】第４の実施形態の製造方法の工程を示す図である。
【図１５】第４の実施形態の製造方法の工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１はインクジェットヘッド１全体の構成を示している。また、図２はインクジェットヘッド１をノズルプレートと圧力室とに分けて示したものである。そして図３はインクジェットヘッド１をインク吐出方向から見た図で、ノズルプレート２０を透過したインクジェットヘッド１の内部を示している。
【００１４】
インクジェットヘッド１の構成を、図１を用いて説明する。インクジェットヘッド１は、ノズルプレート２０、圧電材料からなるアクチュエータ２７、基板２６、枠部材２８で構成されている。ノズルプレート２０には、インクを吐出するための複数のノズル３１が形成されている。ノズル３１は、圧力室８側の開口部がインク吐出側の開口部より大きくなるように形成されている。アクチュエータ２７は、ノズルプレート２０と基板２６とアクチュエータ２７で囲まれた圧力室８の容積を可変させ、ノズル３１からインク滴を吐出させる。基板２６には供給側基板穴３７と排出側基板穴３８が形成されている。ノズルプレート２０と基板２６で、アクチュエータ２７と枠部材２８とを挟んで封止し、その内部に供給側共通圧力室３３と排出側共通圧力室３２が形成されている。複数の圧力室８の一端は供給側共通圧力室３３へ接続し、他端は排出側共通圧力室３２に接続されている。このインクジェットヘッド１には２つの圧力室列が設けられている。２つの圧力室列の間に供給側共通圧力室３３を備え、圧力室列の両外側に排出側共通圧力室３２を有している。
【００１５】
インクジェットヘッド１は、図３に示すように、フレキシブル配線版３０を介してヘッド駆動回路３６に接着されている。図４は図３に示すＡ−Ａ断面図である。図５は図４に示すＢ−Ｂ断面図である。背面カバー２９は、インク供給口２４を有するインク供給溝５１とインク排出口２３を有するインク排出溝３４が形成され、基板２６の圧力室８を設けた面の反対側に接着されている。フレキシブル配線板３０はヘッド駆動回路３６からのインクジェットヘッド１を駆動するための駆動信号をアクチュエータ２７に供給するために設けられている。
【００１６】
インク供給口２４、インク供給溝５１、供給側基板穴３７、供給側共通圧力室３３、圧力室８、排出側共通圧力室３２、排出側基板穴３８、インク排出溝３４、インク排出口２３の順にインクは流れ、この経路はインク循環経路を構成している。圧力室８を通るインクは、アクチュエータによって加圧されノズルから吐出される。吐出されなかったインクは、インク循環経路を通って再びインク供給口から供給される。
【００１７】
アクチュエータ２７は圧電材の両面に設けられた電極６に電圧を加えることでせん断変形する。アクチュエータ２７となる圧電材は、基板２６へエポキシ接着剤で固定されている。アクチュエータ２７の間に形成された複数の圧力室８の内面には各々電気的に独立な電極６が形成され、電極６は基板２６に形成された配線部５を介してフレキシブル配線板３０に電気的に接続されている。電極６とはアクチュエータ２７を動作させるために圧電材２の側壁２５の圧力室８内面に形成された金属膜のことである。配線部５とは電極６とフレキシブル配線基板３０とを電気的に接続するために金属膜が形成された部分である。非配線部とは配線部５と電極６以外の部分であり、金属膜が成膜されていない、または除去された部分のことを言う。フレキシブル配線板３０との接続部を除いて、絶縁膜が電極６と基板２６の配線パターンの表面に形成され、電極６からインクに電流が流れこむのを防止している。アクチュエータ２７は互いに分極方向が反対の圧電素子２７aと２７bで構成され、分極方向に直交する電界が与えられるとせん断変形を生じて圧力室８の容積を可変する。例えば、図５に示すように、電極６ｃの電圧を高くして電極６ｂと電極６ｄの電圧を低くすると、圧力室８ｃの容積が増加する。逆に、電極６ｃの電圧を低くして電極６ｂと電極６ｄの電圧を高くすると、圧力室８ｃの容積が減少する。
【００１８】
具体的な寸法として、アクチュエータ２７の幅は８０μm、高さ６００μmである。アクチュエータ２７の間隔は１６９μmである。アクチュエータの長手方向の長さは２、５mmである。アクチュエータの長手方向における端部は斜面となっている。基板２６に対し斜面は４５°の傾斜になっている。一方の列に形成されたノズルは、他方の列に形成されたノズルと長手方向において８４μmずれている。当然ながら、アクチュエータ２７の幅および間隔はインクジェットヘッド１に要する解像度によって変化する。アクチュエータの長さや高さはインクの必要とされる吐出量によって変化する。
【００１９】
インクジェット記録装置の構成を図６に示す。インクジェットヘッド１が固定されたキャリッジ３９は矢印Ｃで示すように左右に移動する。記録媒体４０を保持したテーブル４１は矢印Ｄで示す奥行き方向に移動する。周知のインク吸引手段が設けられたノズルキャップ４２は矢印Ｅで示す上下方向に移動する。インクジェットヘッド１はキャリッジ３９の移動により主走査（矢印C方向）を行いテーブル４１の移動により副走査（矢印D方向）を行って印字する。印字休止中は、キャリッジ３９が右端に移動し、ノズルキャップ４２が上に移動してノズルプレート２０を覆い、インク中の溶剤の蒸発を防いでいる。
【００２０】
ノズルプレート２０は、厚さ５０μｍのポリイミドフィルムである。ノズルプレート２０には、一列に
並んだ複数個のノズル３１が形成され、各ノズル３１は、各圧力室８に対応している。インクジェットヘッド１には２列の圧力室列全ての圧力室８に対してノズルが形成されている。ノズルの吐出側の直径は３０μmであり、ノズルの圧力室側の直径は５０μmである。なお、ノズルプレートの材質は、ポリイミドフィルムに替えてニッケル、シリコンなどの金属プレートとすることも可能である。ノズル３１の直径は、必要なインク吐出量によって選択される。
【００２１】
基板２６と圧電材２との膨張係数との差異と誘電率の差を考慮して、基板２６として低誘電率のＰＺＴを用いている。基板２６は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などを用いることが可能である。
【００２２】
圧電材２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）などである。この実施形態では、圧電定数の高いＰＺＴを用いている。
【００２３】
電極６は、ニッケルにより形成されている。電極６の膜厚は２μmとなっている。この電極６は、
アクチュエータ２７の表面に対して、無電解ニッケルメッキ法によって形成されている。本実施形態では、無電解ニッケルメッキ法を用いて電極６を形成しているが、これに限られるものではない。電極６は、金や銅によっても形成することができる。電極６の成膜方法としては、無電解ニッケルメッキの他、ＲＦマグネトロンスパッタ法、イオンビームスパッタ法、ＣＶＤ（化学気相成長）法、イオンプレーティング法、蒸着法、ＥＢ（電子ビーム共蒸着）法、などを用いることが可能である。
【００２４】
アクチュエータ２７は第１の圧電素子２７aと第２の圧電素子２７bで構成されている。アクチュエータ２７は第１の圧電素子２７aと分極方向を対向するようにして第１の圧電素子２７aに接着された第２の圧電素子２７bとで構成される。第１の圧電素子２７aと、第２の圧電素子２７bとは、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）系の圧電セラミックス材料でそれぞれ形成されている。
【００２５】
インクジェットヘッド１には、アクチュエータ２７を駆動するヘッド駆動回路３６、インクジェットプリンタに設けられた制御部に連なるケーブルや、電源に連なる電力ケーブルが接続されている。
【００２６】
上記インクジェットヘッド１を有するインクジェットプリンタを用いて印刷を行うには、予め、インクジェットヘッド１の圧力室８にインクを供給しておく必要がある。インク供給口２４を介してインクを供給した状態で、ユーザがインクジェットプリンタに対して印刷を指示すると、制御部は、インクジェットヘッド１に対してケーブルおよび電源ケーブルを介して印字信号をヘッド駆動回路３６に出力する。印刷信号を受けたヘッド駆動回路３６は、駆動パルス電圧をアクチュエータ２７に印加する。
【００２７】
これにより、左右一対のアクチュエータ２７は、第１の圧電素子２７aと第２の圧電素子２７bとのシェアモード変形により湾曲するように変形する。Ｓ１信号によって圧力室８の容積は一度拡張し、次に収縮して圧力室８のインクを加圧することで、ノズル３１からインク滴が勢い良く吐出される。その後、アクチュエータ２７は初期位置に復帰する。
【００２８】
以下、図面を参照しながら本発明の第１〜４の実施形態について説明する。左側の図は正面図であり、右側はそれぞれに対応するA-AおよびB-B断面図である。
【００２９】
ここで言うレーザ加工とは、非配線部を形成するためのものである。装置として、ガルバノ光学ユニットを搭載し、かつスポット径がΦ４０μmのレーザ加工機を用いた。
【００３０】
（第１の実施形態）
まず本発明の第１の実施形態について説明する。図７と９は第１の実施形態の流れを示したものである。図７と９は各工程に沿って図示し、圧電材２で形成するアクチュエータの端部にあたる部分を示している。(a)は、圧電材２と基板２６を記した図である。圧電材２は、分極方向９が反対の２枚のPZTを貼り合わせて形成される。ここでは、厚さ４００μmのPZTの上に厚さ２００μmのＰＺＴを貼りあわせてある。このようにしてできた圧電材２の端部に傾斜部を設ける。傾斜部は圧電材２の端部をダイヤモンドの砥石等を用いる切削加工によって形成した。
【００３１】
図７（ｂ）は基板２６に前述した貼り合せの圧電材２を接着剤３で接着した状態を示している。接着剤３はエポキシ接着剤を使用する。圧電材２の基板２６に対面する面に、接着剤３を薄く塗布し、位置を合わせて基板２６へ加圧している。加圧を保って１５０℃で熱硬化させている。接着の際に加圧するため、接着剤３は僅かに円弧状にはみ出している。接着剤層の厚さは約１０μmになっている。
【００３２】
図７（ｃ）は溝の切削後の状態を示している。圧電材２にダイヤモンドブレードによる切削加工で溝（圧力室）８を形成する。溝幅は８０μm、隣接溝の間隔１６９μmで深さは４００μmで加工している。
【００３３】
図７（ｄ）は接着剤３上にレジスト１０を形成した状態を示している。レジスト１０は感光性材料を使用する。基板２６と圧電材２とを接着している接着剤３上であり、非配線部２２となる部分にレジスト１０を形成する。レジスト１０は接着剤３上と、圧電材２、基板２６上の非配線部となる部分にまたがって形成することもできる。圧電材２、接着剤３、基板２６にまたがって感光性レジスト１０を形成することで、圧電材２と接着剤３の境界、接着剤３と基板２６の境界で、非配線部内に金属膜が残留するのを防ぐことができる。
【００３４】
図８(e)は基板２６上面と圧電材２の表面に無電界ニッケルメッキによって、Ni膜金属膜１１を形成した状態を示している。
【００３５】
レーザ光を照射することによって金属膜１１を除去し、非配線部２２を形成する。図８（ｆ）はA-A断面図でレーザ加工した部分に沿って切り取った断面図、図８（ｇ）はB-B断面図で圧力室の支柱４５と支柱４５の間を切ったときの断面図ある。図８（ｆ）は接着剤３上の非配線部２２にレジスト１０を形成したときのA-A断面図で、図８（ｇ）はB-B断面図である。このレーザ光は、アクチュエータ２７の頂部の長手方向と、傾斜部３５と、基板２６上に照射する。レーザ光による金属膜除去部４の幅は４０μmであり、非配線部の幅も４０μmになる。接着剤３上に形成したレジスト１０の部分ではレーザ加工は行なわない。
【００３６】
レジスト１０上には、無電界ニッケルメッキでは形成されない。すなわち基板２６と圧電材２の表面に形成された金属膜を第１の加工方法であるレーザ加工して非配線部を形成し、その後レジスト１０を除去し、非配線部を形成している。図８（ｈ）はレジスト１０を除去した状態を示す図である。これで配線の加工が完成した状態である。
【００３７】
（第２の実施形態）
続いて本発明の第２の実施形態について説明する。図９と図１０は第２の実施形態の流れを示したものである。図９(a)は、圧電材２と基板２６を示した図である。圧電材２は、分極方向９が反対の２枚のPZTを貼り合わせて形成される。ここでは、厚さ４００μmのPZTの上に２００μmのＰＺＴを貼りあわせてある。このようにしてできた圧電材２の端部にダイヤモンドの砥石等による切削加工によって傾斜部を設けている。
【００３８】
図９（ｂ）は基板２６に圧電材２を接着剤３で接着した状態を示している。接着剤３はエポキシ接着剤を使用する。接着の際に加圧するため、接着剤３は僅かに円弧状にはみ出している。また、接着剤３の厚さは１０μmになっている。接着剤３のはみ出た円弧状部分の、曲率半径は約１０μmになっている。
【００３９】
図９（ｃ）はインクの流れる方向に沿って溝（圧力室）８を形成した状態を示す図である。溝の形成はダイヤモンドブレードによる切削加工で行なう。溝幅は８０μm、隣接溝の間隔１６９μmで深さは４００μmで加工する。
【００４０】
図９（ｄ）は基板上面と溝形成した圧電材２の表面に金属膜１１を形成した状態を示している。金属膜１１は無電界ニッケルメッキで、圧電材２の表面と基板２６の圧電材２を接着した面に形成されている。
【００４１】
金属膜１１成膜部分にレジスト１０を形成する。このときレジスト１０として感光性レジストを用いる。接着剤３上の金属膜１１が形成された部分で、非配線部２２となる部分のレジスト１０のみを除去する。図９（e）はレジスト除去部を示している。湿式エッチングで金属膜１１を除去した。湿式エッチングの代わりにドライエッチングでも可能である。また図１０(f)は、金属膜１１をエッチングした構成を示している。レジスト１０が除去された部分の金属膜１１をエッチングによって除去する。
【００４２】
レジスト１０を除去する。図１０(i) 、図１０(j)はレジスト１０を除去した状態を示している。接着剤上の非配線部を除いて全面に形成されたレジスト１０をレジスト溶解液で除去する。これで配線部の形成が完成する。
【００４３】
図１０（ｇ）、図１０（ｈ）は、非配線部２２を形成した状態を示している。接着部を除いた部分の非配線部２２にレーザ光を照射し、このレーザ光は、接着部上の非配線部を除いてアクチュエータ２７の頂部の長手方向と、傾斜部３５と、基板２６上に照射する。レーザ光による金属膜除去部４の幅は４０μmである。
【００４４】
（第３の実施形態）
続いて本発明の第３の実施形態について説明する。図１１と図１２は第３の実施形態の流れを示したものである。図１１(a)は、接着前の圧電材２と基板２６を示している。圧電材２と基板２６を接着剤を用いて接着する。圧電材２は、分極方向９が反対の２枚のPZTを貼り合わせて形成される。ここでは、厚さ４００μmのPZTの上に２００μmのＰＺＴを貼りあわせてある。このようにしてできた圧電材２に傾斜部を設ける。傾斜部の形成は第２の実施形態と同様である。
【００４５】
圧電材２の端部に形成される傾斜部は、基板２６に対して第１の角度（４５°）となっている。図１１（ｂ）は基板２６に圧電材２を接着剤３で接着した状態を示している。接着剤３はエポキシ接着剤を使用する。接着の際に加圧するため、接着剤３は基板２６と圧電材２との間から僅かに円弧状にはみ出している。
【００４６】
円弧状にはみ出した接着剤３をならすために、圧力室８内をインクが流れる方向の端部の傾斜角（第１の角度）とは異なる第２の角度の傾斜を、インクの流れる方向と直行する方向に沿って形成する。第２の傾斜部は圧電材２の端部、接着剤３、基板２６と圧電材２との接着部３を含めて切削する。切削はダイヤモンドブレードで第２の傾斜部を形成する。
【００４７】
図１１（ｄ）は溝の切削後の状態を示している。圧電材２にダイヤモンドブレードによる切削加工で溝（圧力室）８を形成する。溝幅は８０μm、隣接溝の間隔１６９μmで深さは４００μmで加工している。
【００４８】
図１１（e）は非配線部のレジストパターンを示している。基板２６と圧電材２との接着部３であり、第１の非配線部２２となる部分にレジスト１０を形成している。レジスト１０は感光性材料を使用する。レジストパターンは圧電材２と基板２６、接着部３上に均一なレジスト膜を形成し、非配線部を形成するマスクパターンを通して紫外線を照射して、非配線部のレジストを残し他を除去して形成する。
【００４９】
図１２(ｆ)は基板２６上面と圧電材２の表面に無電界ニッケルメッキによって、Ni膜金属膜１１を形成した状態を示している。
【００５０】
図１２（g）はA-A断面図でレーザ加工した部分に沿って切り取った断面図、図１２（h）はB-B断面図で圧力室の底面を２分する部分に沿って切り取った断面図ある。接着剤３上のレジスト１０部分を除く、非配線部を形成するためにレーザ光照射によって金属膜１１を除去し、基板２６上とアクチュエータ２７上の第２の非配線部２２を形成する。このレーザ光は、アクチュエータ２７の頂部の長手方向と、傾斜部３５と、接着剤３の部分と、基板２６上に照射する。レーザ光による金属膜除去部４の幅は４０μmである。
【００５１】
図１２（i）はレジスト１０を除去した状態を示している。レジスト１０を除去し、アクチュエータ２７、接着剤３、基板２６上の非配線部が、電極８につながる配線部同士を分ける。そして電極８および配線部５を各圧力室ごとに形成することができる。
【００５２】
（第４の実施形態）
続いて本発明の第４の実施形態について説明する。図１３と図１４と図１５は第４の実施形態の流れを示したものである。図１３(a)は、接着前の圧電材２と基板２６を示している。圧電材２と基板２６を接着剤を用いて接着する。圧電材２は、分極方向９が反対の２枚のPZTを貼り合わせて形成される。ここでは、厚さ４００μmのPZTの上に２００μmのＰＺＴを貼りあわせてある。このようにしてできた圧電材２に傾斜部を設ける。傾斜部の形成は第２の実施形態と同様である。
【００５３】
第１の傾斜部と異なる角度を有する第２の傾斜部を設けることで、接着剤３のはみ出しは円弧状にならず、直線上に形成される。接着部３が円弧状になると、接着剤３と圧電材２の境界部、接着剤３と基板２６との境界部で金属膜１１が残り易い。直線上にすることで、接着剤３と圧電材２、接着剤３と基板境界部でも精度良く非配線を形成でき、結果として配線部の幅もより均一になる。
【００５４】
基板２６に圧電材２を接着剤３で接着する。図１３（ｂ）は、圧電材２と基板２６を接着した状態を示す。接着剤３はエポキシ接着剤を使用する。接着の際に加圧するため、接着剤３は基板２６と圧電材２との間から僅かに円弧状にはみ出している。
【００５５】
円弧状にはみ出した接着剤３をならすために、圧力室８内をインクが流れる方向の端部の傾斜角（第１の角度）とは異なる第２の角度の傾斜を、インクの流れる方向と直行する方向に沿って形成する。第２の傾斜部は圧電材２の端部、接着剤３、基板２６と圧電材２との接着部３を含めて切削する。切削はダイヤモンドブレードで基板２６に溝を形成すると同時に第２の傾斜部を形成する。
【００５６】
図１３（ｄ）はインクの流れる方向に沿って溝（圧力室）８を形成した状態を示している。溝の形成はダイヤモンドブレードによる切削加工で行なう。溝幅は８０μm、隣接溝の間隔１６９μmで深さは４００μmで加工する。
【００５７】
図１４（e）は基板上面と溝形成した圧電材２の表面に金属膜１１を形成した状態を示している。金属膜１１は無電界ニッケルメッキで、圧電材２の表面と基板２６の圧電材２を接着した面に形成されている。
【００５８】
図１４(f)は金属膜１１を示している。基板上面と圧電材２の表面に無電界ニッケルメッキで金属膜１１を形成する。
【００５９】
金属膜１１成膜部分にレジスト１０を形成する。このとき感光性レジストを用いる。図１４(f)は接着剤３上の非配線部２２のレジスト１０のみを除去した状態を示している。また図１４(g)は、レジスト１０が除去された部分の金属膜１１をエッチングによって除去する。図１４（ｇ）は接着剤上の非配線部を示す。
【００６０】
図１５(ｈ) 、図１５(i)はレジスト１０を除去した状態を示している。
【００６１】
図１５（ｊ）、図１５（ｋ）は、非配線部２２を形成した状態を示している。接着部を除いた部分の非配線部２２にレーザ光を照射し、このレーザ光は、接着部上の非配線部を除いてアクチュエータ２７の頂部の長手方向と、傾斜部３５と、基板２６上に照射する。レーザ光による金属膜除去部４の幅は４０μmである。
【００６２】
本発明の第１から第４では、基板２６、圧電材２上の非配線部(第２の非配線部)の形成方法と、接着剤３上の非配線部(第１の非配線部)の形成方法が異なっている。金属膜を除去し第１、第２の非配線部の形成方法を変えることで、接着剤３上の非配線部の幅と基板２６、圧電材２上の非配線部の幅を同じにすることができる。これにより電極８、配線部５の幅を均一にできる。電極８、配線部５の幅を一定にすることで、アクチュエータ２７に印加される電圧も電極８間で一定になり、アクチュエータ２７の動作のばらつきを低減し、インク吐出量のばらつきを減らすことができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明のインクジェットヘッド製造方法によって形成されたインクジェットヘッドは、ノズルを高密度に配線する場合に好適である。また、断線の危険性を低減できるため、歩留まりも高くなる。
【符号の説明】
【００６４】
１ インクジェットヘッド
２ 圧電材
３ 接着剤（接着部）
４ 金属膜除去部
５ 配線部
６ 電極
７ 分極方向
８ 溝(圧力室)
９ 分極方向
１０ レジスト
１１ 金属膜
２０ ノズルプレート
２１ レジスト除去部
２２ 非配線部
２３ インク排出口
２４ インク供給口
２５ 側壁
２６ 基板
２７ アクチュエータ
２７a圧電素子
２７b圧電素子
２８ 枠部材
２９ 背面カバー
３０ フレキシブル配線版
３１ ノズル
３２ 排出側共通圧力室
３３ 供給側共通圧力室
３４ インク排出溝
３５ 傾斜部
３６ ヘッド駆動回路
３７ 供給側基板穴
３８ 排出側基板穴
３９ キャリッジ
４０ 記録媒体
４１ テーブル
４２ ノズルキャップ
４５ 支柱
４６ 第一の圧電素子
４７ 第二の圧電素子
５０ 無機絶縁膜
５１ インク供給溝
５２ 共通圧力室
Ｓ１ インク吐出信号
Ｓ２ インク非吐出信号
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６５】
【特許文献１】特表２００２−５２９２８９公報
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インク滴を吐出し画像形成を行うインクジェットヘッドの製造方法に関する。特に、インク滴を吐出させる圧力室を動作させるアクチュエータの電極形成方法に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、圧電部材のせん断モード変形を利用しノズルからインク滴を吐出させる、所謂、せん断モード型インクジェットヘッドが記載されている。
【０００３】
特許文献１記載のインクジェットヘッドは、基板、およびノズルプレートで囲まれる領域に、複数の圧電材で形成された支柱で挟まれた圧力室を有している。基板は、インクの供給口を有している。支柱の表面には導電性物質である金属膜の電極が設けられている。インクはインク供給口からインクジェットヘッドへ導入され、圧力室を介してノズルから吐出される。
【０００４】
金属膜の成膜後に配線部以外の金属膜を除去することにより非配線部が形成されている。非配線部の形成にはレーザービームが用いられている。非配線部は支柱の頂部の長手方向に沿ってレーザービームによって形成している。
【０００５】
非配線部を形成するには、圧電材上に形成された金属膜の除去に加え、基板上に形成された配線部以外の金属膜も除去する必要がある。支柱と基板との間の境目では、支柱の長手方向の端部は角度がつけられている斜切部は４５度の面とりの角度が好ましいと記載されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１において、圧電材のせん断モード変形を利用したインクジェットヘッドの電極および配線の形成方法として、電極および配線形成面全域に金属膜を形成した後、レーザを照射して不要な部分を除去する方法が開示されている。
【０００７】
インクジェットヘッドの製造工程において、圧電材を基板に接着剤を用いて接着し、圧電材に溝加工し、電極および配線を形成する面に金属膜をつけ、圧電材から基板にかけてレーザを照射することによって電極、配線および非配線部を形成する。圧電材と基板との間にある接着剤上の金属膜をレーザ照射によって除去すると、接着剤上の金属膜部分が特にレーザ光の幅より広く加工されてしまう（図３）。この原因として、熱伝導率や熱膨張係数といった熱的特性の点で、接着剤（樹脂）と基板（セラミック）や圧電材と大きく異なっているためであることが考えられる。
【０００８】
接着部における金属膜除去部の寸法上のばらつきにより、接着部上の非配線部の幅を正確に形成することがレーザ加工では困難となる。接着部上の非配線部の幅が拡がり隣の非配線部にまで及んでしまうこともある。この場合、配線は断線し、圧電材に電圧を印加できず、圧力室は機能しなくなってしまう。
【０００９】
ノズル密度の高いインクジェットヘッドでは、ノズルの間隔が狭くなり、支柱の間隔も狭くなる。支柱の間隔が狭くなると非配線部同士の間隔も狭くなる。結果として配線の幅も狭くなる。配線幅が狭いと、レーザ加工によって接着剤上の配線部で、断線の危険性が高まる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明によるインクジェットヘッドの製造方法は、基板と、基板に接着され、圧力室内をインクが流れる方向の端部に傾斜角を有する各圧力室を隔てる側壁を形成し、前記圧力室の容積を可変させる圧電体からなるアクチュエータと、側壁に設けられた金属膜から成る電極と、電極に接続された配線部と、隣接する前記配線部の間にある非配線部と、を具備しているインクジェットヘッドの製造方法において、基板と圧電材を接着剤を用いて接着し、圧電材に溝加工することで、電極および配線部となる金属膜を側壁および基板上に成膜し、基板と圧電材上の非配線部を第１の加工方法で形成し、接着部上の非配線部を第１の加工方法とは異なる第２の加工方法によって形成したことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、圧電材と基板とを接着する接着剤上に形成される配線の幅のばらつきを小さくすることが可能である。このインクジェットヘッドの製造方法によって、配線幅が一様になり、配線抵抗のばらつきが低減する。また配線の断線を防止することができ、アクチュエータを確実に動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明のインクジェットヘッドの概略構成を示す図である。
【図２】ノズルプレートと、流路部を示す図である。
【図３】本発明のインクジェットヘッドをインク吐出方向から見た図である。
【図４】本発明のインクジェットヘッドの断面図である。
【図５】本発明のインクジェットヘッドの断面図である。
【図６】インクジェット記録装置の可動部を示す図である。
【図７】第１の実施形態の製造方法の工程を示す図である。
【図８】第１の実施形態の製造方法の工程を示す図である。
【図９】第２の実施形態の製造方法の工程を示す図である。
【図１０】第２の実施形態の製造方法の工程を示す図である。
【図１１】第３の実施形態の製造方法の工程を示す図である。
【図１２】第３の実施形態の製造方法の工程を示す図である。
【図１３】第４の実施形態の製造方法の工程を示す図である。
【図１４】第４の実施形態の製造方法の工程を示す図である。
【図１５】第４の実施形態の製造方法の工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１はインクジェットヘッド１全体の構成を示している。また、図２はインクジェットヘッド１をノズルプレートと圧力室とに分けて示したものである。そして図３はインクジェットヘッド１をインク吐出方向から見た図で、ノズルプレート２０を透過したインクジェットヘッド１の内部を示している。
【００１４】
インクジェットヘッド１の構成を、図１を用いて説明する。インクジェットヘッド１は、ノズルプレート２０、圧電材料からなるアクチュエータ２７、基板２６、枠部材２８で構成されている。ノズルプレート２０には、インクを吐出するための複数のノズル３１が形成されている。ノズル３１は、圧力室８側の開口部がインク吐出側の開口部より大きくなるように形成されている。アクチュエータ２７は、ノズルプレート２０と基板２６とアクチュエータ２７で囲まれた圧力室８の容積を可変させ、ノズル３１からインク滴を吐出させる。基板２６には供給側基板穴３７と排出側基板穴３８が形成されている。ノズルプレート２０と基板２６で、アクチュエータ２７と枠部材２８とを挟んで封止し、その内部に供給側共通圧力室３３と排出側共通圧力室３２が形成されている。複数の圧力室８の一端は供給側共通圧力室３３へ接続し、他端は排出側共通圧力室３２に接続されている。このインクジェットヘッド１には２つの圧力室列が設けられている。２つの圧力室列の間に供給側共通圧力室３３を備え、圧力室列の両外側に排出側共通圧力室３２を有している。
【００１５】
インクジェットヘッド１は、図３に示すように、フレキシブル配線版３０を介してヘッド駆動回路３６に接着されている。図４は図３に示すＡ−Ａ断面図である。図５は図４に示すＢ−Ｂ断面図である。背面カバー２９は、インク供給口２４を有するインク供給溝５１とインク排出口２３を有するインク排出溝３４が形成され、基板２６の圧力室８を設けた面の反対側に接着されている。フレキシブル配線板３０はヘッド駆動回路３６からのインクジェットヘッド１を駆動するための駆動信号をアクチュエータ２７に供給するために設けられている。
【００１６】
インク供給口２４、インク供給溝５１、供給側基板穴３７、供給側共通圧力室３３、圧力室８、排出側共通圧力室３２、排出側基板穴３８、インク排出溝３４、インク排出口２３の順にインクは流れ、この経路はインク循環経路を構成している。圧力室８を通るインクは、アクチュエータによって加圧されノズルから吐出される。吐出されなかったインクは、インク循環経路を通って再びインク供給口から供給される。
【００１７】
アクチュエータ２７は圧電材の両面に設けられた電極６に電圧を加えることでせん断変形する。アクチュエータ２７となる圧電材は、基板２６へエポキシ接着剤で固定されている。アクチュエータ２７の間に形成された複数の圧力室８の内面には各々電気的に独立な電極６が形成され、電極６は基板２６に形成された配線部５を介してフレキシブル配線板３０に電気的に接続されている。電極６とはアクチュエータ２７を動作させるために圧電材２の側壁２５の圧力室８内面に形成された金属膜のことである。配線部５とは電極６とフレキシブル配線基板３０とを電気的に接続するために金属膜が形成された部分である。非配線部とは配線部５と電極６以外の部分であり、金属膜が成膜されていない、または除去された部分のことを言う。フレキシブル配線板３０との接続部を除いて、絶縁膜が電極６と基板２６の配線パターンの表面に形成され、電極６からインクに電流が流れこむのを防止している。アクチュエータ２７は互いに分極方向が反対の圧電素子２７aと２７bで構成され、分極方向に直交する電界が与えられるとせん断変形を生じて圧力室８の容積を可変する。例えば、図５に示すように、電極６ｃの電圧を高くして電極６ｂと電極６ｄの電圧を低くすると、圧力室８ｃの容積が増加する。逆に、電極６ｃの電圧を低くして電極６ｂと電極６ｄの電圧を高くすると、圧力室８ｃの容積が減少する。
【００１８】
具体的な寸法として、アクチュエータ２７の幅は８０μm、高さ６００μmである。アクチュエータ２７の間隔は１６９μmである。アクチュエータの長手方向の長さは２、５mmである。アクチュエータの長手方向における端部は斜面となっている。基板２６に対し斜面は４５°の傾斜になっている。一方の列に形成されたノズルは、他方の列に形成されたノズルと長手方向において８４μmずれている。当然ながら、アクチュエータ２７の幅および間隔はインクジェットヘッド１に要する解像度によって変化する。アクチュエータの長さや高さはインクの必要とされる吐出量によって変化する。
【００１９】
インクジェット記録装置の構成を図６に示す。インクジェットヘッド１が固定されたキャリッジ３９は矢印Ｃで示すように左右に移動する。記録媒体４０を保持したテーブル４１は矢印Ｄで示す奥行き方向に移動する。周知のインク吸引手段が設けられたノズルキャップ４２は矢印Ｅで示す上下方向に移動する。インクジェットヘッド１はキャリッジ３９の移動により主走査（矢印C方向）を行いテーブル４１の移動により副走査（矢印D方向）を行って印字する。印字休止中は、キャリッジ３９が右端に移動し、ノズルキャップ４２が上に移動してノズルプレート２０を覆い、インク中の溶剤の蒸発を防いでいる。
【００２０】
ノズルプレート２０は、厚さ５０μｍのポリイミドフィルムである。ノズルプレート２０には、一列に
並んだ複数個のノズル３１が形成され、各ノズル３１は、各圧力室８に対応している。インクジェットヘッド１には２列の圧力室列全ての圧力室８に対してノズルが形成されている。ノズルの吐出側の直径は３０μmであり、ノズルの圧力室側の直径は５０μmである。なお、ノズルプレートの材質は、ポリイミドフィルムに替えてニッケル、シリコンなどの金属プレートとすることも可能である。ノズル３１の直径は、必要なインク吐出量によって選択される。
【００２１】
基板２６と圧電材２との膨張係数との差異と誘電率の差を考慮して、基板２６として低誘電率のＰＺＴを用いている。基板２６は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などを用いることが可能である。
【００２２】
圧電材２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）などである。この実施形態では、圧電定数の高いＰＺＴを用いている。
【００２３】
電極６は、ニッケルにより形成されている。電極６の膜厚は２μmとなっている。この電極６は、
アクチュエータ２７の表面に対して、無電解ニッケルメッキ法によって形成されている。本実施形態では、無電解ニッケルメッキ法を用いて電極６を形成しているが、これに限られるものではない。電極６は、金や銅によっても形成することができる。電極６の成膜方法としては、無電解ニッケルメッキの他、ＲＦマグネトロンスパッタ法、イオンビームスパッタ法、ＣＶＤ（化学気相成長）法、イオンプレーティング法、蒸着法、ＥＢ（電子ビーム共蒸着）法、などを用いることが可能である。
【００２４】
アクチュエータ２７は第１の圧電素子２７aと第２の圧電素子２７bで構成されている。アクチュエータ２７は第１の圧電素子２７aと分極方向を対向するようにして第１の圧電素子２７aに接着された第２の圧電素子２７bとで構成される。第１の圧電素子２７aと、第２の圧電素子２７bとは、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）系の圧電セラミックス材料でそれぞれ形成されている。
【００２５】
インクジェットヘッド１には、アクチュエータ２７を駆動するヘッド駆動回路３６、インクジェットプリンタに設けられた制御部に連なるケーブルや、電源に連なる電力ケーブルが接続されている。
【００２６】
上記インクジェットヘッド１を有するインクジェットプリンタを用いて印刷を行うには、予め、インクジェットヘッド１の圧力室８にインクを供給しておく必要がある。インク供給口２４を介してインクを供給した状態で、ユーザがインクジェットプリンタに対して印刷を指示すると、制御部は、インクジェットヘッド１に対してケーブルおよび電源ケーブルを介して印字信号をヘッド駆動回路３６に出力する。印刷信号を受けたヘッド駆動回路３６は、駆動パルス電圧をアクチュエータ２７に印加する。
【００２７】
これにより、左右一対のアクチュエータ２７は、第１の圧電素子２７aと第２の圧電素子２７bとのシェアモード変形により湾曲するように変形する。Ｓ１信号によって圧力室８の容積は一度拡張し、次に収縮して圧力室８のインクを加圧することで、ノズル３１からインク滴が勢い良く吐出される。その後、アクチュエータ２７は初期位置に復帰する。
【００２８】
以下、図面を参照しながら本発明の第１〜４の実施形態について説明する。左側の図は正面図であり、右側はそれぞれに対応するA-AおよびB-B断面図である。
【００２９】
ここで言うレーザ加工とは、非配線部を形成するためのものである。装置として、ガルバノ光学ユニットを搭載し、かつスポット径がΦ４０μmのレーザ加工機を用いた。
【００３０】
（第１の実施形態）
まず本発明の第１の実施形態について説明する。図７と９は第１の実施形態の流れを示したものである。図７と９は各工程に沿って図示し、圧電材２で形成するアクチュエータの端部にあたる部分を示している。(a)は、圧電材２と基板２６を記した図である。圧電材２は、分極方向９が反対の２枚のPZTを貼り合わせて形成される。ここでは、厚さ４００μmのPZTの上に厚さ２００μmのＰＺＴを貼りあわせてある。このようにしてできた圧電材２の端部に傾斜部を設ける。傾斜部は圧電材２の端部をダイヤモンドの砥石等を用いる切削加工によって形成した。
【００３１】
図７（ｂ）は基板２６に前述した貼り合せの圧電材２を接着剤３で接着した状態を示している。接着剤３はエポキシ接着剤を使用する。圧電材２の基板２６に対面する面に、接着剤３を薄く塗布し、位置を合わせて基板２６へ加圧している。加圧を保って１５０℃で熱硬化させている。接着の際に加圧するため、接着剤３は僅かに円弧状にはみ出している。接着剤層の厚さは約１０μmになっている。
【００３２】
図７（ｃ）は溝の切削後の状態を示している。圧電材２にダイヤモンドブレードによる切削加工で溝（圧力室）８を形成する。溝幅は８０μm、隣接溝の間隔１６９μmで深さは４００μmで加工している。
【００３３】
図７（ｄ）は接着剤３上にレジスト１０を形成した状態を示している。レジスト１０は感光性材料を使用する。基板２６と圧電材２とを接着している接着剤３上であり、非配線部２２となる部分にレジスト１０を形成する。レジスト１０は接着剤３上と、圧電材２、基板２６上の非配線部となる部分にまたがって形成することもできる。圧電材２、接着剤３、基板２６にまたがって感光性レジスト１０を形成することで、圧電材２と接着剤３の境界、接着剤３と基板２６の境界で、非配線部内に金属膜が残留するのを防ぐことができる。
【００３４】
図８(e)は基板２６上面と圧電材２の表面に無電界ニッケルメッキによって、Ni膜金属膜１１を形成した状態を示している。
【００３５】
レーザ光を照射することによって金属膜１１を除去し、非配線部２２を形成する。図８（ｆ）はA-A断面図でレーザ加工した部分に沿って切り取った断面図、図８（ｇ）はB-B断面図で圧力室の支柱４５と支柱４５の間を切ったときの断面図ある。図８（ｆ）は接着剤３上の非配線部２２にレジスト１０を形成したときのA-A断面図で、図８（ｇ）はB-B断面図である。このレーザ光は、アクチュエータ２７の頂部の長手方向と、傾斜部３５と、基板２６上に照射する。レーザ光による金属膜除去部４の幅は４０μmであり、非配線部の幅も４０μmになる。接着剤３上に形成したレジスト１０の部分ではレーザ加工は行なわない。
【００３６】
レジスト１０上には、無電界ニッケルメッキでは形成されない。すなわち基板２６と圧電材２の表面に形成された金属膜を第１の加工方法であるレーザ加工して非配線部を形成し、その後レジスト１０を除去し、非配線部を形成している。図８（ｈ）はレジスト１０を除去した状態を示す図である。これで配線の加工が完成した状態である。
【００３７】
（第２の実施形態）
続いて本発明の第２の実施形態について説明する。図９と図１０は第２の実施形態の流れを示したものである。図９(a)は、圧電材２と基板２６を示した図である。圧電材２は、分極方向９が反対の２枚のPZTを貼り合わせて形成される。ここでは、厚さ４００μmのPZTの上に２００μmのＰＺＴを貼りあわせてある。このようにしてできた圧電材２の端部にダイヤモンドの砥石等による切削加工によって傾斜部を設けている。
【００３８】
図９（ｂ）は基板２６に圧電材２を接着剤３で接着した状態を示している。接着剤３はエポキシ接着剤を使用する。接着の際に加圧するため、接着剤３は僅かに円弧状にはみ出している。また、接着剤３の厚さは１０μmになっている。接着剤３のはみ出た円弧状部分の、曲率半径は約１０μmになっている。
【００３９】
図９（ｃ）はインクの流れる方向に沿って溝（圧力室）８を形成した状態を示す図である。溝の形成はダイヤモンドブレードによる切削加工で行なう。溝幅は８０μm、隣接溝の間隔１６９μmで深さは４００μmで加工する。
【００４０】
図９（ｄ）は基板上面と溝形成した圧電材２の表面に金属膜１１を形成した状態を示している。金属膜１１は無電界ニッケルメッキで、圧電材２の表面と基板２６の圧電材２を接着した面に形成されている。
【００４１】
金属膜１１成膜部分にレジスト１０を形成する。このときレジスト１０として感光性レジストを用いる。接着剤３上の金属膜１１が形成された部分で、非配線部２２となる部分のレジスト１０のみを除去する。図９（e）はレジスト除去部を示している。湿式エッチングで金属膜１１を除去した。湿式エッチングの代わりにドライエッチングでも可能である。また図１０(f)は、金属膜１１をエッチングした構成を示している。レジスト１０が除去された部分の金属膜１１をエッチングによって除去する。
【００４２】
レジスト１０を除去する。図１０(i) 、図１０(j)はレジスト１０を除去した状態を示している。接着剤上の非配線部を除いて全面に形成されたレジスト１０をレジスト溶解液で除去する。これで配線部の形成が完成する。
【００４３】
図１０（ｇ）、図１０（ｈ）は、非配線部２２を形成した状態を示している。接着部を除いた部分の非配線部２２にレーザ光を照射し、このレーザ光は、接着部上の非配線部を除いてアクチュエータ２７の頂部の長手方向と、傾斜部３５と、基板２６上に照射する。レーザ光による金属膜除去部４の幅は４０μmである。
【００４４】
（第３の実施形態）
続いて本発明の第３の実施形態について説明する。図１１と図１２は第３の実施形態の流れを示したものである。図１１(a)は、接着前の圧電材２と基板２６を示している。圧電材２と基板２６を接着剤を用いて接着する。圧電材２は、分極方向９が反対の２枚のPZTを貼り合わせて形成される。ここでは、厚さ４００μmのPZTの上に２００μmのＰＺＴを貼りあわせてある。このようにしてできた圧電材２に傾斜部を設ける。傾斜部の形成は第２の実施形態と同様である。
【００４５】
圧電材２の端部に形成される傾斜部は、基板２６に対して第１の角度（４５°）となっている。図１１（ｂ）は基板２６に圧電材２を接着剤３で接着した状態を示している。接着剤３はエポキシ接着剤を使用する。接着の際に加圧するため、接着剤３は基板２６と圧電材２との間から僅かに円弧状にはみ出している。
【００４６】
円弧状にはみ出した接着剤３をならすために、圧力室８内をインクが流れる方向の端部の傾斜角（第１の角度）とは異なる第２の角度の傾斜を、インクの流れる方向と直行する方向に沿って形成する。第２の傾斜部は圧電材２の端部、接着剤３、基板２６と圧電材２との接着部３を含めて切削する。切削はダイヤモンドブレードで第２の傾斜部を形成する。
【００４７】
図１１（ｄ）は溝の切削後の状態を示している。圧電材２にダイヤモンドブレードによる切削加工で溝（圧力室）８を形成する。溝幅は８０μm、隣接溝の間隔１６９μmで深さは４００μmで加工している。
【００４８】
図１１（e）は非配線部のレジストパターンを示している。基板２６と圧電材２との接着部３であり、第１の非配線部２２となる部分にレジスト１０を形成している。レジスト１０は感光性材料を使用する。レジストパターンは圧電材２と基板２６、接着部３上に均一なレジスト膜を形成し、非配線部を形成するマスクパターンを通して紫外線を照射して、非配線部のレジストを残し他を除去して形成する。
【００４９】
図１２(ｆ)は基板２６上面と圧電材２の表面に無電界ニッケルメッキによって、Ni膜金属膜１１を形成した状態を示している。
【００５０】
図１２（g）はA-A断面図でレーザ加工した部分に沿って切り取った断面図、図１２（h）はB-B断面図で圧力室の底面を２分する部分に沿って切り取った断面図ある。接着剤３上のレジスト１０部分を除く、非配線部を形成するためにレーザ光照射によって金属膜１１を除去し、基板２６上とアクチュエータ２７上の第２の非配線部２２を形成する。このレーザ光は、アクチュエータ２７の頂部の長手方向と、傾斜部３５と、接着剤３の部分と、基板２６上に照射する。レーザ光による金属膜除去部４の幅は４０μmである。
【００５１】
図１２（i）はレジスト１０を除去した状態を示している。レジスト１０を除去し、アクチュエータ２７、接着剤３、基板２６上の非配線部が、電極８につながる配線部同士を分ける。そして電極８および配線部５を各圧力室ごとに形成することができる。
【００５２】
（第４の実施形態）
続いて本発明の第４の実施形態について説明する。図１３と図１４と図１５は第４の実施形態の流れを示したものである。図１３(a)は、接着前の圧電材２と基板２６を示している。圧電材２と基板２６を接着剤を用いて接着する。圧電材２は、分極方向９が反対の２枚のPZTを貼り合わせて形成される。ここでは、厚さ４００μmのPZTの上に２００μmのＰＺＴを貼りあわせてある。このようにしてできた圧電材２に傾斜部を設ける。傾斜部の形成は第２の実施形態と同様である。
【００５３】
第１の傾斜部と異なる角度を有する第２の傾斜部を設けることで、接着剤３のはみ出しは円弧状にならず、直線上に形成される。接着部３が円弧状になると、接着剤３と圧電材２の境界部、接着剤３と基板２６との境界部で金属膜１１が残り易い。直線上にすることで、接着剤３と圧電材２、接着剤３と基板境界部でも精度良く非配線を形成でき、結果として配線部の幅もより均一になる。
【００５４】
基板２６に圧電材２を接着剤３で接着する。図１３（ｂ）は、圧電材２と基板２６を接着した状態を示す。接着剤３はエポキシ接着剤を使用する。接着の際に加圧するため、接着剤３は基板２６と圧電材２との間から僅かに円弧状にはみ出している。
【００５５】
円弧状にはみ出した接着剤３をならすために、圧力室８内をインクが流れる方向の端部の傾斜角（第１の角度）とは異なる第２の角度の傾斜を、インクの流れる方向と直行する方向に沿って形成する。第２の傾斜部は圧電材２の端部、接着剤３、基板２６と圧電材２との接着部３を含めて切削する。切削はダイヤモンドブレードで基板２６に溝を形成すると同時に第２の傾斜部を形成する。
【００５６】
図１３（ｄ）はインクの流れる方向に沿って溝（圧力室）８を形成した状態を示している。溝の形成はダイヤモンドブレードによる切削加工で行なう。溝幅は８０μm、隣接溝の間隔１６９μmで深さは４００μmで加工する。
【００５７】
図１４（e）は基板上面と溝形成した圧電材２の表面に金属膜１１を形成した状態を示している。金属膜１１は無電界ニッケルメッキで、圧電材２の表面と基板２６の圧電材２を接着した面に形成されている。
【００５８】
図１４(f)は金属膜１１を示している。基板上面と圧電材２の表面に無電界ニッケルメッキで金属膜１１を形成する。
【００５９】
金属膜１１成膜部分にレジスト１０を形成する。このとき感光性レジストを用いる。図１４(f)は接着剤３上の非配線部２２のレジスト１０のみを除去した状態を示している。また図１４(g)は、レジスト１０が除去された部分の金属膜１１をエッチングによって除去する。図１４（ｇ）は接着剤上の非配線部を示す。
【００６０】
図１５(ｈ) 、図１５(i)はレジスト１０を除去した状態を示している。
【００６１】
図１５（ｊ）、図１５（ｋ）は、非配線部２２を形成した状態を示している。接着部を除いた部分の非配線部２２にレーザ光を照射し、このレーザ光は、接着部上の非配線部を除いてアクチュエータ２７の頂部の長手方向と、傾斜部３５と、基板２６上に照射する。レーザ光による金属膜除去部４の幅は４０μmである。
【００６２】
本発明の第１から第４では、基板２６、圧電材２上の非配線部(第２の非配線部)の形成方法と、接着剤３上の非配線部(第１の非配線部)の形成方法が異なっている。金属膜を除去し第１、第２の非配線部の形成方法を変えることで、接着剤３上の非配線部の幅と基板２６、圧電材２上の非配線部の幅を同じにすることができる。これにより電極８、配線部５の幅を均一にできる。電極８、配線部５の幅を一定にすることで、アクチュエータ２７に印加される電圧も電極８間で一定になり、アクチュエータ２７の動作のばらつきを低減し、インク吐出量のばらつきを減らすことができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明のインクジェットヘッド製造方法によって形成されたインクジェットヘッドは、ノズルを高密度に配線する場合に好適である。また、断線の危険性を低減できるため、歩留まりも高くなる。
【符号の説明】
【００６４】
１ インクジェットヘッド
２ 圧電材
３ 接着剤（接着部）
４ 金属膜除去部
５ 配線部
６ 電極
７ 分極方向
８ 溝(圧力室)
９ 分極方向
１０ レジスト
１１ 金属膜
２０ ノズルプレート
２１ レジスト除去部
２２ 非配線部
２３ インク排出口
２４ インク供給口
２５ 側壁
２６ 基板
２７ アクチュエータ
２７a圧電素子
２７b圧電素子
２８ 枠部材
２９ 背面カバー
３０ フレキシブル配線版
３１ ノズル
３２ 排出側共通圧力室
３３ 供給側共通圧力室
３４ インク排出溝
３５ 傾斜部
３６ ヘッド駆動回路
３７ 供給側基板穴
３８ 排出側基板穴
３９ キャリッジ
４０ 記録媒体
４１ テーブル
４２ ノズルキャップ
４５ 支柱
４６ 第一の圧電素子
４７ 第二の圧電素子
５０ 無機絶縁膜
５１ インク供給溝
５２ 共通圧力室
Ｓ１ インク吐出信号
Ｓ２ インク非吐出信号
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６５】
【特許文献１】特表２００２−５２９２８９公報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板に接着され、圧力室内をインクが流れる方向の端部に傾斜角を有する各圧力室を隔てる側壁を形成し、前記圧力室の容積を可変させる圧電体からなるアクチュエータと、
前記側壁に設けられた金属膜から成る電極と、
前記電極に接続された配線部と、
隣接する前記配線部の間にある非配線部と、
を具備しているインクジェットヘッドの製造方法において、
基板と圧電材を接着剤を用いて接着し、
前記圧電材に溝加工し、
前記電極および配線部となる金属膜を側壁および基板上に成膜し、
前記基板と圧電材上の非配線部を第１の加工方法で形成し、前記接着部上の非配線部を前記第１の加工方法とは異なる第２の加工方法によって形成した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２】
基板と、
前記基板に接着され、各圧力室を隔てる側壁を形成し、前記圧力室の容積を可変させる圧電体からなるアクチュエータと、
前記側壁に設けられた金属膜から成る電極と、
前記電極に接続された配線部と、
隣接する前記配線部の間にある非配線部と、
を具備しているインクジェットヘッドの製造方法において、
基板と圧電材を接着剤を用いて接着し、
前記圧電材に溝加工し、
前記非配線部を形成するためのレジスト膜を基板と圧電材との接着剤上に形成し、
前記電極および配線部となる金属膜を前記側壁および前記基板上に成膜し、
前記レジスト膜を形成した部分を除く非配線部をレーザ加工によって形成し、
前記レジスト膜を除去する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】
基板と、
前記基板に接着され、各圧力室を隔てる側壁を形成し、前記圧力室の容積を可変させる圧電体からなるアクチュエータと、
前記側壁に設けられた金属膜から成る電極と、
前記電極に接続された配線部と、
隣接する前記配線部の間にある非配線部と、
を具備しているインクジェットヘッドの製造方法において、
基板と圧電材を接着剤を用いて接着し、
前記圧電材に溝加工をおこなって側壁を形成し、
前記電極および配線部を形成する金属膜を成膜し、
前記金属膜成膜部分にレジストを形成し、接着剤上の非配線部のレジストのみを除去し、
前記レジスト膜を形成した部分を除く非配線部をレーザ加工によって形成する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４】
基板と、
前記基板に接着され、圧力室内をインクが流れる方向の端部に第１の傾斜角を有する各圧力室を隔てる側壁を形成し、前記圧力室の容積を可変させる圧電体からなるアクチュエータと、
前記側壁に設けられた金属膜から成る電極と、
前記電極に接続された配線部と、
隣接する前記配線部の間にある非配線部と、
を具備しているインクジェットヘッドの製造方法において、
基板と圧電材を接着剤を用いて接着し、
基板の面に対し前記第１の傾斜角とは異なる第２の傾斜角を、前記基板と圧電材の接着部にインクの流れる方向と直行する方向に沿って形成し、
前記非配線部を形成するためのレジスト膜を基板と圧電材との接着剤上に形成し、
前記電極および配線部となる金属膜を側壁および基板上に成膜し、
前記レジスト膜を形成した部分を除く非配線部をレーザ加工によって形成し、
前記レジスト膜を除去する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５】
基板と、
前記基板に接着され、圧力室内をインクが流れる方向の端部に第１の傾斜角を有する各圧力室を隔てる側壁を形成し、前記圧力室の容積を可変させる圧電体からなるアクチュエータと、
前記側壁に設けられた金属膜から成る電極と、
前記電極に接続された配線部と、
隣接する前記配線部の間にある非配線部と、
を具備しているインクジェットヘッドの製造方法において、
基板と圧電材を接着剤を用いて接着し、
圧力室内をインクが流れる方向の端部にある傾斜角とは異なる角度の傾斜を、インクの流れる方向と直行する方向に沿って形成し、
前記基板上の配線面のほぼ全域に金属膜を成膜し、
前記基板と圧電材との接着部を含む領域の配線部にレジストを形成し、
前記基板と圧電材との接着部を含む領域の非配線部の金属膜を除去し、
前記レジスト膜を形成した部分を除く非配線部をレーザ加工によって形成する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１】
基板と、
前記基板に接着され、圧力室内をインクが流れる方向の端部に傾斜角を有する各圧力室を隔てる側壁を形成し、前記圧力室の容積を可変させる圧電体からなるアクチュエータと、
前記側壁に設けられた金属膜から成る電極と、
前記電極に接続された配線部と、
隣接する前記配線部の間にある非配線部と、
を具備しているインクジェットヘッドの製造方法において、
基板と圧電材を接着剤を用いて接着し、
前記圧電材に溝加工し、
前記電極および配線部となる金属膜を側壁および基板上に成膜し、
前記基板と圧電材上の非配線部を第１の加工方法で形成し、前記接着部上の非配線部を前記第１の加工方法とは異なる第２の加工方法によって形成した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２】
基板と、
前記基板に接着され、各圧力室を隔てる側壁を形成し、前記圧力室の容積を可変させる圧電体からなるアクチュエータと、
前記側壁に設けられた金属膜から成る電極と、
前記電極に接続された配線部と、
隣接する前記配線部の間にある非配線部と、
を具備しているインクジェットヘッドの製造方法において、
基板と圧電材を接着剤を用いて接着し、
前記圧電材に溝加工し、
前記非配線部を形成するためのレジスト膜を基板と圧電材との接着剤上に形成し、
前記電極および配線部となる金属膜を前記側壁および前記基板上に成膜し、
前記レジスト膜を形成した部分を除く非配線部をレーザ加工によって形成し、
前記レジスト膜を除去する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】
基板と、
前記基板に接着され、各圧力室を隔てる側壁を形成し、前記圧力室の容積を可変させる圧電体からなるアクチュエータと、
前記側壁に設けられた金属膜から成る電極と、
前記電極に接続された配線部と、
隣接する前記配線部の間にある非配線部と、
を具備しているインクジェットヘッドの製造方法において、
基板と圧電材を接着剤を用いて接着し、
前記圧電材に溝加工をおこなって側壁を形成し、
前記電極および配線部を形成する金属膜を成膜し、
前記金属膜成膜部分にレジストを形成し、接着剤上の非配線部のレジストのみを除去し、
前記レジスト膜を形成した部分を除く非配線部をレーザ加工によって形成する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４】
基板と、
前記基板に接着され、圧力室内をインクが流れる方向の端部に第１の傾斜角を有する各圧力室を隔てる側壁を形成し、前記圧力室の容積を可変させる圧電体からなるアクチュエータと、
前記側壁に設けられた金属膜から成る電極と、
前記電極に接続された配線部と、
隣接する前記配線部の間にある非配線部と、
を具備しているインクジェットヘッドの製造方法において、
基板と圧電材を接着剤を用いて接着し、
基板の面に対し前記第１の傾斜角とは異なる第２の傾斜角を、前記基板と圧電材の接着部にインクの流れる方向と直行する方向に沿って形成し、
前記非配線部を形成するためのレジスト膜を基板と圧電材との接着剤上に形成し、
前記電極および配線部となる金属膜を側壁および基板上に成膜し、
前記レジスト膜を形成した部分を除く非配線部をレーザ加工によって形成し、
前記レジスト膜を除去する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５】
基板と、
前記基板に接着され、圧力室内をインクが流れる方向の端部に第１の傾斜角を有する各圧力室を隔てる側壁を形成し、前記圧力室の容積を可変させる圧電体からなるアクチュエータと、
前記側壁に設けられた金属膜から成る電極と、
前記電極に接続された配線部と、
隣接する前記配線部の間にある非配線部と、
を具備しているインクジェットヘッドの製造方法において、
基板と圧電材を接着剤を用いて接着し、
圧力室内をインクが流れる方向の端部にある傾斜角とは異なる角度の傾斜を、インクの流れる方向と直行する方向に沿って形成し、
前記基板上の配線面のほぼ全域に金属膜を成膜し、
前記基板と圧電材との接着部を含む領域の配線部にレジストを形成し、
前記基板と圧電材との接着部を含む領域の非配線部の金属膜を除去し、
前記レジスト膜を形成した部分を除く非配線部をレーザ加工によって形成することを特徴とする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１５】
【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１５】
【公開番号】特開２０１１−３７０５７（Ｐ２０１１−３７０５７Ａ）
【公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８４２５６（Ｐ２００９−１８４２５６）
【出願日】平成２１年８月７日（２００９．８．７）
【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２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月７日（２００９．８．７）
【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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