説明

インクジェットヘッドの製造方法

【課題】基板及び圧電部材に形成される金属皮膜の除去により電極や電気配線を形成するインクジェットヘッドの製造方法において、ショートを確実に検出することができるインクジェットヘッドの製造方法を提供する。
【解決手段】インクジェットヘッドの製造方法は、基板に対して圧電部材を固定し、前記圧電部材に対して複数の圧力室を形成し、前記基板と前記圧電部材の表面に金属皮膜を形成し、金属皮膜除去手段により、前記圧力室の内面に、第1の電極群に属する互いに導通する複数の電極と、前記第1の電極群とは電気的に絶縁である第2の電極群に属する複数の電極が形成されるように、前記金属皮膜を除去する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、インクジェット記録装置のインクジェットヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、複数のノズルからインクを吐出するインクジェット記録装置であるインクジェットプリンタにおいて、互いに隣接する圧力室の隔壁をアクチュエータとするインクジェットヘッドが知られている。インクジェットヘッドは、インクを吐出するノズルを有するヘッド基板や、インク供給口とインク排出口を有するマニホールドなどを備える。
【0003】
ヘッド基板は、基板と、圧力室を構成する圧電素子を含む圧電部材と、ノズルプレートと、圧電部材を駆動する駆動信号を出力するドライバICと、圧電部材とドライバICを接続する電気配線などを備える。そして、基板の上に圧電部材によって複数の圧力室が形成される。圧電部材の表面に電極を形成し、その電極に電圧を印加すると、圧電部材が変形し、圧力室の体積が変化し、体積が減少した圧力室のノズルからインクが吐出される。
【0004】
インクジェットヘッドの形成方法の一例としては、基板に対して、圧力室を形成する圧電部材を接着などにより固定し、圧電部材及び基板の表面に対して形成した金属薄膜に対して、レーザーパターニングや機械加工によって複数の電極や電気配線を形成する。そして、インクがヘッドに滞留する空間を形成するための枠部材やノズルが形成されるノズルプレートなどを接着する。そして、接着したノズルプレートに対してレーザーを照射して、所定の位置に複数のノズルを形成する処理などを行う(特許文献1)。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上述のように、インクジェットヘッドの電極や電気配線は、レーザーのパターニングによって電極や電気配線としない部分の金属薄膜を除去することによって形成される。
【0006】
しかし、レーザーパターニングによって金属薄膜を確実に除去できず、ショートが生じる場合がある。
【0007】
そこで本願発明は、レーザーパターニングなどの金属皮膜除去手段により電極や電気配線を形成するインクジェットヘッドの製造方法において、ショートを確実に検出することができるインクジェットヘッド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】
【0008】
上記課題を解決するため、本発明の一態様は、基板に対して圧電部材を固定し、前記圧電部材に対して複数の圧力室を形成し、前記基板と前記圧電部材の表面に金属皮膜を形成し、金属皮膜除去手段により、前記圧力室の内面に、第1の電極群に属する互いに導通する複数の電極と、前記第1の電極群とは電気的に絶縁である第2の電極群に属する複数の電極が形成されるように、前記金属皮膜を除去するインクジェットヘッドの製造方法である。
【発明の効果】
【0009】
以上に詳述したように、本発明によれば、基板や圧電部材の表面に形成された金属皮膜を除去する金属皮膜除去手段により電極や電気配線を形成するインクジェットヘッドの製造方法において、ショートを確実に検出することができるインクジェットヘッドの製造方法を提供することを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】インクジェット記録装置のヘッドを構成するヘッド基板の斜視図である。
【図2】図1に示すヘッド基板のA−A矢印位置での断面図である。
【図3】ショートを検出するための電気配線及び電極のパターンを有する基板を示す図である。
【図4】図3に示した基板についてショートの検出を行った後、実際にインクジェットヘッドの基板として用いる状態に加工した基板を示す。
【図5】インクジェットヘッドの製造方法の流れを示すフローチャートである。
【図6】他の実施形態のヘッド基板を示す図である。
【図7】他の実施形態のヘッド基板を示す図である。
【図8】他の実施形態のヘッド基板を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
【0012】
図1は、インクジェット記録装置のヘッドを構成するヘッド基板1の斜視図である。図2は、図1に示すヘッド基板1のA−A矢印位置での断面図である。図3は、ショートを検出するための電気配線及び電極のパターンを有する基板を示す図である。図4は、図3に示した基板についてショートの検出を行った後、実際にインクジェットヘッドの基板として用いる状態に加工した基板を示す。
【0013】
まず、図1に基づき、インクジェットヘッドのヘッド基板1の構造について説明する。図1に示すヘッド基板1を備えるインクジェットヘッドは、いわゆるインク循環式のインクジェットヘッドである。ヘッド基板1は、基板2と、枠部材4と、圧電部材6と、ノズルプレート8と、インクジェットヘッドを駆動するドライバIC18と、ドライバIC18から圧電部材6に電力を供給する電気配線50と、を備える。
【0014】
基板2は、圧電部材6や枠部材4などが取り付けられる、板状の部材である。基板2は、アルミナ(Al)、窒化ケイ素(Si)、炭化ケイ素(SiC)、窒化アルミニウム(AlN)などのセラミックス材料で形成される。基板2は、インク供給口12とインク排出口14を備える。
【0015】
インク供給口12は、インクを貯蔵するインクタンクと流体的に結合する。また、インク供給口12は、基板2と、2列の圧電部材6と、ノズルプレート8によって形成される、インク供給路18の位置に複数形成される。
【0016】
インク排出口14は、インク供給口12から供給されたインクのうち使用されなかったインクを回収するための穴である。インク排出口14は、インクを貯蔵するインクタンクと結合する。また、インク排出口14は、基板2と、圧電部材6と、枠部材4と、ノズルプレート8によって形成される、圧電部材6の外側(枠部材4側)のインク排出路19の位置に複数形成される。
【0017】
枠部材4は、圧電部材6によってインクを吐出して印刷を行うために、基板2とノズルプレート8とによって、インクを一定量保持するインク室を形成するための枠である。枠部材4は、ステンレスなどの金属材料や、単結晶シリコンなどの無機材料、ポリイミドフィルムなどの樹脂材料を用いることができる。
【0018】
圧電部材6は、ノズルプレート8に形成される多数のノズル10からインクを吐出する多数の圧力室16を備える。圧電部材6に電圧を印加すると、各圧力室16の両側の隔壁となる圧電部材6が変形し、容積が小さくなるように変形した圧力室16のノズル10からインクが吐出される。圧電部材6は、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT:Pb(Zr,Ti)O)、ニオブ酸リチウム(LiNbO)、タンタル酸リチウム(LiTaO)などを用いることができる。そして、図2に示すように、本実施形態の圧電部材6のインク供給口12側には、後述する絶縁溝部60が形成される。詳しくは後述するが、絶縁溝部60は、電気配線や電極のショートを検出するために、複数の電極を導通させて共通の電位を印加できる電極として形成した後、それらの電極を電気的に絶縁させて独立した電極とするために形成される。
【0019】
これら基板2と圧電部材6の表面には、それぞれ電極21と電気配線50が形成される。基板2の表面に形成される電気配線50と、圧電部材6の表面に形成される電極21は、基板2と圧電部材6の表面に形成される金属薄膜(金属皮膜)の所定の領域を金属皮膜除去手段であるレーザーにより除去することで形成されるものであるが、本実施形態では、まず、形成された電気配線50や電極21にショートが生じないかを簡単に検出が可能な形状に電極21及び電気配線50が形成されるようにパターニングを行う。このショートを検出可能な電気配線50が形成された状態のヘッド基板1をショート検出用形態とする。そして、ショート検出用形態のヘッド基板1において、ショートの有無の検査を行い、ショートが検出された場合には、ショート状態を解消した後、ヘッド基板1をインクジェットヘッドに組み込んで実際に製品としてインクを吐出可能な製品用形態に加工する。
【0020】
ここで、図3及び図4に基づき、ヘッド基板1のショート検出用形態への加工方法、ショートの検出方法、ショート状態の修復方法、及び製品用形態への加工方法を説明する。図3(a)及び図4(a)は、ヘッド基板1の平面図であり、図3(b)は図3(a)におけるa−a矢印位置での断面図、図4(b)は図4(a)における矢印b−b位置での断面図であり、図4(c)は、図4(a)に示すヘッド基板1の側面図である。
【0021】
まず、基板2に圧電部材6を取り付けて複数の圧力室16を形成する加工を行い、電極21や電気配線50を形成するための金属薄膜を基板2及び圧電部材6の上に形成する。なお、図3(a)において示す、複数の黒塗りの矩形は、圧力室16である。
【0022】
そして、図3に示すように、領域Aと領域Bと領域Cとがそれぞれの領域間で電気的に絶縁されるように、レーザーパターニング領域300をレーザーによって走査して金属薄膜を除去し、電気配線50及び電極21を形成することにより、ショート検出用形態のヘッド基板1を形成する。この場合、領域A、領域B及び領域Cはそれぞれの領域間でレーザーパターニング領域300によって絶縁されているため、それぞれの領域に属する電極21A,21B,21Cは、電圧が印加された場合、それぞれ共通の電位となる。たとえば、領域Aと領域C間で電圧を印加した場合、領域Aに属する電極21Aはすべて同じ電位となり、領域Cに属する電極21Cはすべて同じ電位となる。つまり、このようなショート検出用形態のヘッド基板1によれば、電極の数が非常に多いヘッド基板1において、多数の電極を1つの圧電部材6につき互いに導通している第1の電極と第2の電極との2つに区分することができる。なお、金属皮膜除去手段として、レーザーを用いたパターニングによる除去を示したが、レーザーパターニング領域300のうち、上面(ノズルプレート8側の面)は、研削盤などの機械加工手段により金属薄膜を除去してもよい。例えば、圧電部材6の長手方向の長さを有する研削盤を用いれば、1回の研削で圧電部材の上部全体の金属薄膜を除去することができ効率がよい。
【0023】
そして、このショート検出用形態のヘッド基板1によってショートを検出する場合は、たとえば、図3の左側の圧電部材6について検査を行う場合、領域Aに属する電極21Aと領域Cに属する電極21Cとの間に、5V程度の検査電圧を印加する。そうすると、たとえば、領域Aと領域Cとを絶縁するレーザーパターニング領域300のいずれかの箇所で、金属薄膜が除去しきれておらず、ショートが生じる場合は、電極21Aと電極21C間の電位差が、検査電圧より小さくなる。つまり、検査電圧として5Vの電圧を掛けて、電位差が5Vより小さくなれば、いずれかのレーザーパターニング領域300においてショートが生じていることを検出することができる。
【0024】
このように、ヘッド基板1が非常に多数の電極を有する場合であっても、電極を一つ一つ検査することなく、互いに絶縁されている2つの領域に所定の検査電圧を印加するという簡単な方法で、全ての電極や電気配線についてショートの有無を検出することができる。
【0025】
次に、ショートを検出した場合に、ショートを解消して適正な絶縁状態にするために、ショートを検出した電極間(たとえば、電極Aと電極C)に、少なくとも検査電圧よりも電圧の高い修復電圧(たとえば、30V)を印加する。修復電圧を印加することによって、ショートしている箇所が熱によって焼き切れる。ショート箇所が焼き切れることで、ショートしていた2つの領域が絶縁状態となり、ショート状態を解消することができる。
【0026】
次に、同じ電位となるように導通状態にあった電極21A、電極21B及び電極21Cをそれぞれ独立した電極とするための製品用形態への加工を行う。具体的には、図3に示すヘッド基板1においては、図3における点線P及び点線Qの位置で基板2をカットする。これによって、図3に示した領域Cに属する電極21Cがすべて独立した電極となるとともに、各電極をドライバIC18とそれぞれ個別に接続するための電気配線50がヘッド基板1の両側に形成される。
【0027】
そして、圧電部材6を点線R及び点線Sの位置に沿って切削加工し、絶縁溝部60を形成する。この絶縁溝部60を形成する加工によって、各電極21A及び各電極21Bをそれぞれ導通させていた金属薄膜が除去され、各電極21A及び各電極21Bもそれぞれ絶縁状態となり、独立した電極となる。
【0028】
以上の加工によって、圧電部材6に形成される電極はすべて互いに絶縁状態となって独立した電極となる。従って、ヘッド基板1は、各電極に個別に電圧を印加することができる製品用形態のヘッド基板となる。
【0029】
なお、本実施形態のレーザーパターニング領域300によって形成される各電極21は、基板2の圧力室16の長手方向における、電極21A(21B)の端部(レーザーパターニング領域300の端部300A(300B))よりも内側の位置で、圧力室16の長手方向に直交する方向に基板2をカットし、基板2の中央側における電極21Cの端部(レーザーパターニング領域300の端部300C)よりも内側の位置で、圧力室16の長手方向に直交する方向に、絶縁溝部60を形成するなどして金属薄膜を除去することによって、ショート検出用に形成したレーザーパターニング領域をすべて除去して、製品用形態のヘッド基板1とすることができる。したがって、簡単に、最終的な製品に必要な電気配線及び電極を有するヘッド基板1に加工することができる。
【0030】
なお、上述の電極21及び電気配線50を形成するための金属薄膜は、ニッケルや金により形成することができる。また、金属薄膜は、メッキ法、スパッタ法、蒸着法などの方法により形成する。
【0031】
次に、ノズルプレート8は、枠部材4に接着されて固定される。ノズルプレート8は、上述のように、枠部材4と共にヘッド基板1においてインクを滞留させる空間を形成するとともに、圧電部材6によって形成される圧力室16に対応する位置に、インクを吐出する複数のノズル10を備える。ノズルプレート8としては、ステンレスなどの金属材料や、単結晶シリコンなどの無機材料、ポリイミドフィルムなどの樹脂材料を用いることができる。
【0032】
ドライバIC18は、長溝の内面に、上述した基板2のカット及び絶縁溝部60の形成によってそれぞれ独立した電極として形成される各電極21に対して、電気配線50を介して、駆動信号を出力する。
【0033】
以上のような基板2や圧電部材6などから成るヘッド基板1をインクジェットプリンタに取り付けて、実際にプリント処理を実行すると、インクジェットプリンタのプロセッサによって実現される制御部が、インクジェットヘッドを駆動するドライバIC18に対して、印字信号を出力する。ドライバIC18は、取得した印字信号に基づき、電気配線50を介して、圧電部材6の電極21に駆動パルス電圧を印加する。圧電部材6は、板厚方向に互いに反対向きに分極した第1圧電部材と第2圧電部材とが積層された部材であるため、電圧が印加されると、第1圧電部材と第2圧電部材との接合部を頂部として「く」の字型に剪断変形し、圧力室16の容積が増加あるいは減少する。このような圧電部材6の変形によって、各圧力室16の容積が変化し、圧力室16の内部にあるインクが加圧され、各圧力室16に対応するノズル10からインクが吐出される。各電極21に対する電圧の印加を制御することで、所望の圧力室16からノズル10を介してインクを吐出し、用紙の所定の位置にインクを吐出することができる。
【0034】
次に、以上の構成を備えるヘッド基板1の製造方法について説明する。図5は、ヘッド基板1の製造方法の流れを示すフローチャートである。
【0035】
まず、Act101において、基板を構成する材料に対してプレス加工などを行ってインク供給口12及びインク排出口14を形成し、焼成して基板2を形成する。
【0036】
次に、Act102において、基板2に一対の圧電部材6を接着する。この時点の圧電部材6は、圧力室16を構成する長溝などが形成されていない、板状の部材である。
【0037】
次に、Act103において、圧電部材6に対する加工を行う。具体的には、圧電部材6の角部を切削する切削加工と、長溝の形成加工を行う。角部の切削加工は、圧電部材6の角部を切削して、インク供給口12側及びインク排出口14側の両端部に傾斜部を形成する。角部を切削して傾斜部を形成することで、圧電部材6は、図2に示すようにノズルプレート8側に近づくにつれ幅が狭くなる台形の形状となる。長溝の形成は、ダイシングソーなどを用いて圧電部材6に対して所定数の長溝を形成することにより行う。
【0038】
次に、Act104において、ヘッド基板1に対して、電極21及び電気配線50を形成するための金属薄膜をたとえば無電解メッキ法により形成する。
【0039】
次に、Act105において、レーザーによるパターニングにより、ショート検出用形態のヘッド基板1を形成する。具体的には、1つの圧電部材6につき、互いに導通する電極群からなる第1の電極と第2の電極に区分されるように、パターニングを行う。本実施形態では、図3に示すように、電極21Aと電極21Cが交互に並び、電極21Bと電極21Cが交互に並ぶように、パターニングを行う。また、図3(a)において上下に並ぶ電極において、一番上の電極21Aは領域Aの電気配線50に導通し、次の電極21Cは、外側の領域Cの電気配線50に導通し、次の電極21Aは領域Aの電気配線50に導通する、というように、2つの領域の電気配線に交互に導通するようにレーザーパターニング領域300が形成される。電極21Bと電極21Cについても同様である。なお、Act105における電極の形成において、上述のように、圧電部材6の上部の金属薄膜の除去については、研削盤などの機械加工手段を用いても行ってもよい。
【0040】
次に、Act106において、ショートが生じているか否かの検査を行う。検査は、1つの圧電部材6に対して形成される2つの電極群(電極21Aと電極21C、あるいは電極21Bと電極21C)に対して、検査電圧を印加する。ショートが生じている場合には、電極間の電圧が、印加した検査電圧を下回る。
【0041】
次に、Act107において、ショートが生じている場合にそのショートを修復するために、ショートが生じている電極間に検査電圧よりも高い修復電圧を印加して、ショートしている箇所を焼き切る。なお、修復電圧を印加した後、ショートが修復されたか否かを確認するために、再度検査電圧を印加してショートの有無を検査してもよい。
【0042】
次に、Act108において、ヘッド基板1を製品用形態とするために、まず、基板2の両側をカットし、各電極にそれぞれ個別に導通する電気配線50を、基板2の両側に形成する。
【0043】
次に、Act109において、基板2のインク供給口12側において各電極(電極21A及び21B)を導通させている金属薄膜を除去するために、圧電部材6を切削加工して、絶縁溝部60を形成する。これによって、すべての電極が、それぞれ電気的に絶縁状態の独立した電極として形成される。
【0044】
次に、Act110において、枠部材4を基板2に対して接着などにより固定し、ノズルプレート8を枠部材4に接着などにより固定する。なお、ノズルプレート8に形成されるノズル10は、あらかじめ圧力室16に対応する所定位置にノズル10を形成しておいてもよいし、ノズルプレート8を基板2に取り付けてからレーザーなどによってノズル10を所定位置に形成してもよい。
【0045】
次に、Act111において、Act109における基板2のカットによって形成された各電極21に導通する電気配線50に対して、ドライバIC18を接続して固定する。
【0046】
以上の工程によりヘッド基板1が製造される。製造したヘッド基板1に対してケースを装着することで、インクジェットヘッドを形成することができる。
【0047】
以上、本実施形態によれば、簡単にヘッド基板1のショートを検出することができる。また、ショートが生じていても、簡単にそのショートしている箇所を修復することができる。さらに、ショートの検出のために互いに導通させている電極群を個別の電極にする加工も、基板をカットしたり、圧電部材の一部を直線状に切削するなど、単純な加工であるため、初めにショート検出用の特殊な形状の電気配線を形成しても、ヘッド基板の製造効率が低下することは無い。
【0048】
なお、本実施形態においては、圧電部材6上の金属薄膜を除去するレーザーパターン領域300は、インク供給口12側において、基板2の領域に進入する手前で(圧力部材6の領域内で)折り返す形状となっているが、これに限られない。たとえば、図6に示すように、インク供給口12側の基板2上の位置まで延長して形成されるレーザーパターン領域400であってもよい。このようなレーザーパターン領域400であっても、同様にショートの検出が可能である。また、この場合に製品用形態のヘッド基板2にするための加工方法は、まず図7に示すように、基板2の両側をカットし、図8に示すように、基板2上の位置で、絶縁溝部60aを形成する。これによって、同様に各電極を電気的に絶縁状態にした電極とすることができる。
【0049】
なお、本実施形態において、2つの電極群に検査電圧を印加して、ショートが生じていることを検出した場合、検査電圧よりも高い修復電圧を印加してショート箇所を焼き切ってショートを修復するとして説明したが、修復電圧の印加によってもショート状態が解消されない場合には、顕微鏡を用いた検査などでショート箇所を調べ、レーザーの照射などによりショート箇所を修復すればよい。
【0050】
本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他の様々な形で実施することができる。そのため、前述の実施の形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する全ての変形、様々な改良、代替および改質は、すべて本発明の範囲内のものである。
【符号の説明】
【0051】
1 ヘッド基板
2 基板
4 枠部材
6 圧電部材
8 ノズルプレート
16 圧力室
21 電極
50 電気配線
60 絶縁溝部
【先行技術文献】
【特許文献】
【0052】
【特許文献1】特表2002‐529289号公報

【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板に対して圧電部材を固定し、
前記圧電部材に対して複数の圧力室を形成し、
前記基板と前記圧電部材の表面に金属皮膜を形成し、
金属皮膜除去手段により、前記圧力室の内面に、第1の電極群に属する互いに導通する複数の電極と、前記第1の電極群とは電気的に絶縁している第2の電極群に属する複数の電極が形成されるように、前記金属皮膜を除去するインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項2】
請求項1に記載のインクジェットヘッドの製造方法において、
前記第1の電極群に属する複数の電極と、前記第2の電極群に属する複数の電極とが交互に並ぶように前記金属皮膜除去手段により金属皮膜を除去するインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項3】
請求項2に記載のインクジェットヘッドの製造方法において、
前記第1の電極群と前記第2の電極群との間に、ショートを検出するための検査電圧を印加するインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項4】
請求項3に記載のインクジェットヘッドの製造方法において、
前記検査電圧を印加した場合に検出される前記第1の電極群と前記第2の電極群間の電位差が、当該検査電圧よりも小さい場合に、
前記第1の電極群と前記第2の電極群との間に、前記検査電圧よりも高い電圧を印加するインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項5】
請求項2乃至4のいずれか1項に記載のインクジェットヘッドの製造方法において、
前記基板の、前記金属皮膜除去手段により前記金属皮膜を除去した領域を含む範囲をカットすることにより、前記第1の電極群及び前記第2の電極群に属する各電極にそれぞれ接続する電気配線を形成するインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項6】
請求項5に記載のインクジェットヘッドの製造方法において、
前記圧電部材又は基板の少なくともいずれかに形成される前記金属皮膜を除去することにより、前記第1の電極群及び前記第2の電極群に属する各電極をそれぞれ電気的に絶縁させるインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項7】
請求項1乃至6のいずれか1項に記載のインクジェットヘッドの製造方法において、
前記金属皮膜除去手段は、レーザーであるインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項8】
請求項1乃至6のいずれか1項に記載のインクジェットヘッドの製造方法において、
前記金属皮膜除去手段は、レーザーと機械加工手段であり、前記機械加工手段は、前記圧電部材に形成される金属皮膜の少なくとも一部を除去するインクジェットヘッドの製造方法。


【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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【図7】
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【図8】
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【公開番号】特開2012−101508(P2012−101508A)
【公開日】平成24年5月31日(2012.5.31)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−253731(P2010−253731)
【出願日】平成22年11月12日(2010.11.12)
【出願人】(000003562)東芝テック株式会社 (5,631)
【Fターム(参考)】