JP2003063019A - インクジェット記録ヘッドの電極形成方法及びインクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 チャンネル隔壁の頭頂部から内壁の所定の深
さまで蒸着により電極を形成する場合、チャンネルの左
右の内壁の金属膜の膜深さが不均一になるため、駆動電
圧が高くなったり、インクの吐出速度がばらつくという
問題点があり、そのためにドット位置精度が悪化し、記
録品質の劣化の原因の一つになっていた。 【解決手段】 蒸着の角度θ１でアクチュエータ部材９
の隔壁３の片側面に電極４を所定の膜深さで形成した
後、その蒸着した金属膜１２の膜厚に応じて蒸着の角度
θ２を変更して隔壁３の反対側面の蒸着を行うことによ
り、隔壁３に膜深さが左右均一な金属膜１２を形成す
る。これにより、駆動電圧を低下させることができ、か
つ、インクの吐出安定性の向上が可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電素子のせん断
モード変形を利用したインクジェット記録ヘッドの電極
形成方法とその電極形成方法により製作されたインクジ
ェット記録ヘッド及びその記録ヘッドを利用したインク
ジェット記録装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来例として、特開昭６３−２５２７５
０号公報に開示されているようにインク吐出原理として
圧電素子のせん断モード変形を利用したインクジェット
記録ヘッド１６を備えたインクジェット記録装置が考え
られている（図６参照）。このインクジェット記録ヘッ
ド１６の構成は図４に示すように、圧電セラミックスの
アクチュエータ部材９と頂部シート６とノズル板７とプ
リント配線板１とから構成されている。そのアクチュエ
ータ部材９には、ダイヤモンドブレード等により切削加
工された複数のチャンネル２が形成されている。また、
そのチャンネル２間の隔壁３は溝深さ方向に分極処理を
施されている。

【０００３】それらのチャンネル２は同じ深さ、同じ溝
幅であり、かつ平行で、チャンネル２の深さは、アクチ
ュエータ部材９の後端面（ノズル板７とは反対面）に近
づくに従い次第に浅くなっており、その後端面付近には
チャンネル２の浅い領域が形成されている。そして、各
チャンネル２の内壁の上側半分には電極４が蒸着やスパ
ッタなどの方法により形成されている。また、チャンネ
ル２の浅い領域においても側面及び底面に電極４が同様
の方法で形成されている。これによりチャンネル２の両
側面に形成された電極４はチャンネル２の浅い領域の底
面に形成された電極４によって電気的に接続されてい
る。

【０００４】次に、頂部シート６は、セラミックス材料
または樹脂材料等から形成されている。また、頂部シー
ト６には、研削または切削加工等によって、インク供給
口５及び図示されないマニホールドが形成されている。
そして、アクチュエータ部材９のチャンネル２の加工側
の面と頂部シート６のマニホールドの加工側の面とが図
示しないエポキシ系接着剤によって接着されている。こ
のようにして、インクジェット記録ヘッドにはチャンネ
ル２の上面が覆われて横方向に同じ間隔を有する複数の
インク流路としてのチャンネル２が構成されている。そ
のチャンネル２は長方形断面の細長い形状であり、全て
のチャンネル２内には、インク供給口５からインクが充
填される。

【０００５】また、アクチュエータ部材９及び頂部シー
ト６の端面に、各チャンネル２の位置に対応した位置に
ノズル８が位置するようにノズル板７が接着されてい
る。このノズル板７はポリイミド、ポリエーテルイミ
ド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリ
カーボネイト等のプラスチックによって形成されてい
る。そして、このノズル板７はエポキシ系接着剤などを
用いてアクチュエータ部材９及び頂部シート６のインク
吐出面側に貼付した後に、各チャンネル２の中心を顕微
鏡などにより位置決めした後、エキシマレーザなどの装
置を用いて穴開けを行っている。

【０００６】また、アクチュエータ部材９のチャンネル
２と反対側の面には、プリント配線板１がエポキシ系接
着剤等によって接着されている。そのプリント配線板１
には各チャンネル２の位置に対応した位置に導電性パタ
ーン１１が形成されている。その導電性パターン１１と
チャンネル２の浅い領域の底面に形成した電極４はボン
ディングワイヤー１０で接続されている。

【０００７】このような従来のインクジェット記録ヘッ
ドは、圧電セラミックスの隔壁３により隔てられた互い
に並行する複数のチャンネル２を有し、チャンネル２の
内壁隔壁３内に形成された電極４への印加電圧に応じ
て、隔壁３を変形せしめ、その変形にともなってチャン
ネル２内に充填されているインクをそのチャンネル２に
連通したノズル８より選択的に吐出せしめることによ
り、記録が可能であり、この印加電圧を与えるための駆
動波形を図５に示す。図示された駆動波形は、インク一
滴を吐出する事が可能な波形の一つである。

【０００８】ところで、上述したインクジェット記録ヘ
ッドのチャンネル２の隔壁３の電極４は、例えば、図７
に示すような蒸着をしようとするアクチュエータ部材９
を取り付ける試料ホルダー１４及び蒸着用金属材料を入
れた蒸着源２０からなる蒸着装置を用いて蒸着形成す
る。このとき、各チャンネル２の内壁の上側半分に電極
４となる金属膜を蒸着するために、試料ホルダー１４を
操作してアクチュエータ部材９を傾斜させて試料ホルダ
ー１４に取り付け、まず一定の蒸着角度で片側面に電極
４を形成し、次に、アクチュエータ部材９を反対の片側
面が前述と同じ方向に傾斜するように試料ホルダー１４
に取り付け、同様に一定の角度でその反対の片側面に電
極４を形成する。このようにして、隔壁３の必要とする
変形量が得られる膜深さの電極４が形成される。従来の
インクジェット記録ヘッドの電極形成を行った後の断面
図を図３に示す。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の構成では、特開２０００−１６８０８２号公報に
開示のように、電極４となる金属膜１２を形成するに
は、EB蒸着で、影蒸着、つまりチャンネル隔壁３の頭頂
部から内壁の所定の深さまで蒸着金属が照射される方法
を用いると、片側面の蒸着で形成される金属膜１２が元
のチャンネル２の溝深さ及び溝幅を変えるため、同じ蒸
着角度では、もう一方の片側面の蒸着で形成される金属
膜１２が、当初予定されていた膜深さと異なってしま
い、図３に示すように、チャンネル２の左右の内壁隔壁
３に形成される電極４の形状が異なる問題点が存在し
（図３は、左右の膜深さの差がわかりやすいように誇張
して描いてある）、同じ電圧を電極４に印加しても、圧
電セラミックスの変化が異なり、そのためにインクの吐
出速度及び吐出液滴量が異なる傾向があった。その為
に、ドット位置精度及びドット形状が悪化し、記録品質
の劣化の原因の一つになるという課題がある。

【００１０】また、このような吐出速度のばらつきに対
して、電極４に印加する駆動電圧を補正することによ
り、均一なインクの吐出速度を得ることはできるが、駆
動電圧が大幅に変化するという課題がある。

【００１１】本発明は、従来のインクジェット記録ヘッ
ドにおけるこのような課題を考慮し、記録品質の劣化を
抑制でき、電圧補正をすることなく、インクの吐出性能
が安定したインクジェット記録ヘッドの電極形成方法及
びインクジェット記録装置を提供することを目的とする
ものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１の本発明は、互
いに並行する複数のチャンネルを隔てる圧電セラミック
スの隔壁に蒸着により電極を形成するインクジェット記
録ヘッドの電極形成方法において、チャンネルを隔てる
隔壁に電極を形成する際、隔壁の頭頂部からその隔壁の
内壁面の所定の深さまで蒸着金属が照射されるよう、蒸
着の角度を隔壁の頭頂部の蒸着厚さの変化に応じて変え
るインクジェット記録ヘッドの電極形成方法である。

【００１３】従来の方法では、電極となる金属膜が形成
されるごとに、隔壁に照射される深さが変わっていた
が、上記構成によれば、常に一定の深さまで電極となる
金属膜が形成されることを実現しうるものである。

【００１４】また、請求項２の本発明は、チャンネルを
隔てる隔壁の一方の内壁面の蒸着を行った後、隔壁の反
対側の内壁面に蒸着するときは、蒸着の角度を隔壁の頭
頂部の蒸着厚さに応じて変更する請求項１に記載のイン
クジェット記録ヘッドの電極形成方法である。

【００１５】従来の方法では、チャンネルの内壁の左右
の電極となる金属膜の膜深さが異なっていたが、上記構
成によれば、チャンネルの内壁の左右の電極となる金属
膜を同等な膜深さにすることを実現しうるものである。

【００１６】また、請求項３の本発明は、請求項１また
は２に記載のインクジェット記録ヘッドの電極形成方法
で電極を形成したインクジェット記録ヘッドである。

【００１７】上記構成によれば、チャンネルの内壁の左
右の電極となる金属膜を同等な膜深さにすることがきる
ので、安定したインク吐出を実現しうるものである。

【００１８】また、請求項４の本発明は、請求項３に記
載のインクジェット記録ヘッドを搭載したインクジェッ
ト記録装置である。

【００１９】上記構成によれば、安定したインク吐出が
できるので、高品位の記録品質を実現しうるものであ
る。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明をその実施の形態
を示す図面に基づいて説明する。 （実施の形態１）図１は、本発明にかかる実施の形態１
のインクジェット記録ヘッドの電極の形成方法における
形成過程を示す図であり、図２は、同実施の形態１にお
ける電極形成の完了を示す図である。なお、従来例と実
質的に同一な構成部品には同一符号を付している。

【００２１】本実施の形態１は、図７に示す蒸着装置に
より、アクチュエータ部材９を試料ホルダー１４に取り
付け、隔壁３の頭頂部に保護膜１３を形成した後、電極
４が所定の膜深さで形成されるような蒸着角度θ１にな
るように、アクチュエータ部材９と蒸着源２０とを結ん
だ角度を設定する。そうして、蒸着源２０を制御してま
ず、隔壁３の片側面に金属膜１２を形成する。

【００２２】上記操作により図１（ｂ）に示すように、
隔壁３の頭頂部及び片側面に金属膜１２が形成される
と、アクチュエータ部材９に蒸着された金属膜１２の状
態によりチャンネル２の溝深さ及び溝幅が変化するた
め、同じ膜深さを得るためには、はじめの片側面の蒸着
の場合の角度θ１と反対側面の蒸着の場合の角度θ２と
を異ならせる必要がある。従って、アクチュエータ部材
９と蒸着源２０とを結んだ角度を変更する必要がある。
この場合、反対側面の蒸着の角度θ２を片側面の蒸着の
角度θ１より小さくすることで、アクチュエータ部材９
に形成されるチャンネル２の内壁面に左右均一な金属膜
１２が形成される。

【００２３】この蒸着の角度は、チャンネル２の溝深
さ、チャンネル２の溝幅、保護膜１３の膜厚及び蒸着さ
れた金属膜１２の膜厚により決定されるため、ここで
は、チャンネル２の溝深さを0.350mm、チャンネル２の
溝幅を0.080mm、保護膜１３の膜厚を0.010mm、蒸着する
金属膜１２の膜厚をトータルで0.004mmつまり、片側面
の蒸着での金属膜１２の膜厚が0.002mmのときを例にし
て説明する。

【００２４】チャンネル２の内壁に形成される電極４と
なる金属膜１２の膜深さは、圧電セラミックスである隔
壁３の変形を最大にするために、チャンネル２の溝深さ
の半分の0.175mmにすればよい。

【００２５】

【数１】溝深さ＝溝幅÷ｔａｎ（角度） つまり、片側面の蒸着のときは（数１）の計算式によ
り、角度θ１を23.4゜にすると金属膜１２の膜深さは0.
17496mm となる。また、反対側面の蒸着のときは（数
１）の計算式より、角度θ２を23.0゜にすると金属膜１
２の膜深さは0.17467mm となる。よって蒸着の角度を上
記角度にすることにより、チャンネル２の左右の内壁に
形成される金属膜１２の膜深さは、同等かつチャンネル
２の溝深さの半分の深さになるので、圧電セラミックス
である隔壁３の変形が最大になり、エネルギーの損失を
防ぎ、効率の良い駆動を行うことが可能になる。

【００２６】ここで、従来の電極形成方法で上記インク
ジェット記録ヘッドの電極４を形成する場合、例えば蒸
着角度を23.4゜とすると、（数１）の計算式により、片
側面の金属膜の溝深さは0.17496mm、反対側面の金属膜
の溝深さは0.17111mmとなり0.00385mmの違いが存在す
る。つまり、本発明の電極形成方法を用いれば、この0.
00385mmの違いが0.00029mmまで削減できる。ここで、最
適な角度22.96゜にした場合、反対側壁の金属膜の膜深
さは0.17494mm となり、左右均一な膜深さの金属膜が形
成できる。

【００２７】以上のように従来の方法では、金属膜１２
が形成されるごとに、隔壁３に照射される膜深さが変わ
っていたが、本発明により、常に一定の深さまで金属膜
１２が形成されることを実現しうるものである。

【００２８】このように、図２に示すような金属膜１２
の電極４の形成が可能であれば、図４に示すような構成
のインクジェット記録ヘッドにより、図５に示す駆動波
形１５を与えることで、インクを吐出する事が可能であ
り、従来の電極形成方法のインクジェット記録ヘッドの
吐出状態と比較すると、同じ条件下では、隔壁３の変形
量が大きくなり、同じ駆動波形１５で同じ駆動電圧で
は、従来の電極形成方法で形成した電極４のインクジェ
ット記録ヘッドより、本発明の電極形成方法で形成した
電極４のインクジェット記録ヘッドは、吐出速度は速く
なり、逆に吐出速度を同等にしようとすると、電圧を低
くでき、安定した吐出性能を持つインクジェット記録ヘ
ッドを構成することが可能である。

【００２９】なお、上記実施の形態１では、具体的数値
を用いて説明したが、これら数値は一例であって、例に
挙げた数値に限定されないことはいうまでもない。

【００３０】また、上記実施の形態１では、試料ホルダ
ーを操作することにより蒸着角度を変更したが、蒸着角
度の変更方法はこれに限定されるものではなく、例えば
蒸着源を移動して変更するなどの方法でも良い。要する
に、蒸着角度が所望する角度に設定できればよい。 （実施の形態２）上記実施の形態１のインクジェット記
録ヘッドの電極形成方法を用いて電極４を形成したイン
クジェット記録ヘッド１６を搭載したインクジェット記
録装置の一例を図６に示す。すなわち、本実施の形態２
のインクジェット記録装置は、被記録媒体１９の走査方
向１８に対して直交する方向にヘッド走査方向１７を設
定して、上述した実施の形態１によるインクジェット記
録ヘッドを搭載したものである。このような構成によれ
ば、吐出速度が速くなり、逆に吐出速度を同等にしよう
とすると、電圧を低くでき、安定した吐出性能を持つイ
ンクジェット記録ヘッド１６を搭載しているので、高度
の記録品質を保つことが可能になる。

【００３１】なお、上記実施の形態２では、図６に示す
構成のインクジェット記録装置を例に説明したが、これ
に限らず、インクジェット記録ヘッドを搭載できる記録
装置であればどのような記録装置にも適用可能である。

【００３２】

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように本
発明は、チャンネルの左右の内壁の電極となる金属膜の
膜深さを均一にできるので、低電圧での駆動が可能にな
り、インクの吐出性能が安定するという長所を有する。

【００３３】また、インクの吐出性能が安定することに
より、記録品質が向上するという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる実施の形態１のインクジェット
記録ヘッドの電極形成方法における電極の形成過程を示
す図である。

【図２】同実施の形態１におけるインクジェット記録ヘ
ッドの電極形成後の断面図である。

【図３】従来のインクジェット記録ヘッドの電極形成後
の断面図である。

【図４】本発明の実施の形態１または従来例におけるイ
ンクジェット記録ヘッドの構成を説明するための分解斜
視図である。

【図５】本発明の実施の形態１または従来例におけるイ
ンクジェット記録ヘッドの駆動波形を表す図である。

【図６】本発明の実施の形態２または従来のインクジェ
ット記録装置の模式図である。

【図７】本発明の実施の形態１または従来の電極形成を
行うための蒸着装置の模式図である。

【符号の説明】

１ プリント配線板 ２ チャンネル ３ 隔壁 ４ 電極 ５ インク供給口 ６ 頂部シート ７ ノズル板 ８ ノズル ９ アクチュエータ部材 １０ ボンディングワイヤー １１ 導電性パターン １２ 金属膜 １３ 保護膜 １４ 試料ホルダー １５ インクの吐出パルス １６ インクジェット記録ヘッド １７ ヘッド走査方向 １８ 被記録媒体走査方向 １９ 被記録媒体 ２０ 蒸着源

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに並行する複数のチャンネルを隔て
   る圧電セラミックスの隔壁に蒸着により電極を形成する
   インクジェット記録ヘッドの電極形成方法において、前
   記チャンネルを隔てる隔壁に前記電極を形成する際、前
   記隔壁の頭頂部からその隔壁の内壁面の所定の深さまで
   蒸着金属が照射されるよう、蒸着の角度を前記隔壁の頭
   頂部の蒸着厚さの変化に応じて変えることを特徴とする
   インクジェット記録ヘッドの電極形成方法。
2. 【請求項２】 前記チャンネルを隔てる隔壁の一方の内
   壁面の蒸着を行った後、前記隔壁の反対側の内壁面に蒸
   着するときは、前記蒸着の角度を前記隔壁の頭頂部の蒸
   着厚さに応じて変更することを特徴とする請求項１に記
   載のインクジェット記録ヘッドの電極形成方法。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の前記インクジ
   ェット記録ヘッドの電極形成方法で電極を形成したこと
   を特徴とするインクジェット記録ヘッド。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の前記インクジェット記
   録ヘッドを搭載したことを特徴とするインクジェット記
   録装置。