JP2003072081A - 静電式インクジェットヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 セラミック基材と給電線路との位置決めが容
易であり、かつ、電極パターンの断線を防止することが
できる静電式インクジェットヘッド及びその製造方法を
提供する。 【解決手段】 セラミック基材１１表面を切削して所定
間隔で配列形成された溝１２ａを形成し、溝１２ａ内に
ニッケル、金からなる金属薄膜を積層し、インクジェッ
トヘッドの電極パターンを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばインクジェ
ットプリンタなどに用いられる静電式インクジェットヘ
ッド及びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】静電式インクジェット記録装置に用いら
れるインクジェットヘッドは、端面に微細なピッチで一
列に配設されると共に、先端から記録紙にインクを吐出
する複数のインク吐出部を一体に備えたジルコニア等の
セラミック基材と、セラミック基材の表面にインク吐出
部まで延びる微細幅の複数の電極パターンが微細ピッチ
で形成されている。このインクジェットヘッドでは、電
極パターンを介してインク吐出部にパルス状の駆動電圧
が供給されると、その駆動電圧の供給されたインク吐出
部から所定の電位差の形成された対向電極上の記録紙に
インクが吐出される。

【０００３】電極パターンは、セラミック基材の表面に
ニッケルからなる下層金属薄膜をスパッタリング等の膜
形成手段により付与すると共に、この下層金属薄膜上に
金からなる上層金属膜をスパッタリング等の膜形成手段
により付与して積層構造を有する金属薄膜とし、その金
属薄膜の電極パターン以外の不要部をウエハソーにより
削除することにより形成される。図８は、この不要部の
削除工程の一例を示すものである。すなわち、セラミッ
ク基材１０１の表面に形成された積層構造の金属薄膜１
０２の不要部をウエハソー１０３により削除し、所定の
電極パターン１０４を得る。

【０００４】電極パターン１０４が形成されたセラミッ
ク基材１０１は、絶縁基板一方面に所定間隔で配線導体
が配列形成された給電線路と、電極パターンと対応する
配線導体との位置を合わせて接続される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、セラミック
基材１０１と給電線路との位置合わせは、電極パターン
及び配線導体の幅寸法が微細であるため困難であるとい
う問題があった。

【０００６】また、図８に示すように、積層構造の金属
膜１０２をウエハソー１０３により機械的に削除して電
極パターン１０４を形成する場合、その電極パターン１
０４の側縁１０４ａ，１０４ｂがささくれ立った状態と
なり、電極パターン１０４がセラミック基材１０１の表
面から剥がれ易くなり、小円Ｃ内に示すように、金属薄
膜が剥がれ電極パターン１０４が断線するという問題が
あった。

【０００７】本発明は、上記問題を解決するためになさ
れたものであり、非常に簡素な構成で給電線路とセラミ
ック基材との位置合わせが容易で、かつ、電極パターン
の断線を防止することができるインクジェットヘッド及
びその電極形成方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、板状のセラミック基材から
なるヘッド本体の端面部にライン状に配設された複数の
インク吐出部のそれぞれの位置まで前記ヘッド本体の平
面部上を延設され、それぞれ給電線路との間で接続可能
にされた電極パターンを有する静電式インクジェットヘ
ッドにおいて、前記電極パターンは、前記平面部に形成
された所定の深さ寸法を有する溝の表面に金属薄膜が形
成されてなるものであることを特徴とする静電式インク
ジェットヘッドである。

【０００９】この発明によれば、セラミック基材に溝を
形成し、この溝の表面に金属薄膜を積層して電極パター
ンを形成したため、供給線路とセラミック基材との位置
合わせが容易となるとともに、加工時に生じたささくれ
により、金属薄膜が剥離しても、金属薄膜の接着強度が
弱い溝底面と側壁との境界線上にて、金属薄膜の剥離を
食い止めることができ、電極パターンの断線が防止され
る。

【００１０】請求項２記載の発明は、請求項１記載の静
電式インクジェットヘッドにおいて、前記金属薄膜は、
異なる金属が少なくとも二層に積層されたものであるこ
とを特徴とする。この発明によれば、電極パターンは、
異なる金属が二層以上に積層して形成される。

【００１１】請求項３記載の発明は、請求項２記載の静
電式インクジェットヘッドにおいて、前記金属薄膜は、
下層にニッケル、上層に金を積層したものであることを
特徴とする。この発明によれば、電極パターンは、下層
にニッケル、上層に金を積層して構成されたため、金属
薄膜のセラミック基材への接着強度が高められる。

【００１２】請求項４記載の発明は、請求項１〜３のい
ずれかに記載の静電式インクジェットヘッドにおいて、
前記給電線路は絶縁板状体の一方面に所要厚の配線導体
を這わした配線パターンとして形成されたもので、前記
溝の深さ寸法は前記配線導体の厚み寸法に比して小さい
ことを特徴とする。この発明によれば、溝の深さ寸法を
配線導体の厚み寸法より小さくし、溝の幅寸法を配線導
体の幅寸法より大きくしたため、例えば異方性導電膜あ
るいは異方性導電ペーストを介して、給電線路とセラミ
ック基材とを接続した際、溝と配線導体とが好適に嵌合
され、給電線路とセラミック基材との接続強度が高めら
れる。

【００１３】請求項５記載の発明は、請求項４記載の静
電式インクジェットヘッドであって、前記溝は深さ寸法
が３０μｍ以下であることを特徴とする。この発明によ
れば、溝の深さ寸法を３０μｍ以下としたため、金属薄
膜が溝底面にも確実に形成される。

【００１４】請求項６記載の発明は、板状のセラミック
基材からなるヘッド本体の端面部にライン状に配設され
た複数のインク吐出部のそれぞれの位置まで前記ヘッド
本体の平面部上を延設され、それぞれ給電線路との間で
接続可能にされた電極パターンを有する静電式インクジ
ェットヘッドの製造方法であって、セラミック基材の表
面を切削して所定間隔で複数の溝を配列形成する切削工
程と、セラミック基材の表面に金属薄膜を形成する薄膜
形成工程と、セラミック基材表面上に形成された金属薄
膜を前記溝を残して取り除く薄膜除去工程とを有するこ
とを特徴とする静電式インクジェットヘッドの製造方法
である。

【００１５】この発明によれば、まず、セラミック基材
表面に溝が所定間隔で配列形成される。次いで、セラミ
ック基材の表面全域に金属薄膜が形成される。次いで、
金属薄膜の不用部分、すなわち、溝以外に形成された金
属薄膜が除去されることでセラミック基材表面に電極パ
ターンが形成される。したがって、電極パターンは溝表
面に形成されるため、金属薄膜を除去することにより溝
の側壁上縁部に生じたささくれにより、金属薄膜が剥離
しても、溝の底面と側壁との境界線とで金属薄膜の剥離
を食い止められ、電極パターンの断線が防止される。

【００１６】請求項７記載の発明は、請求項６記載の静
電式インクジェットヘッドの製造方法において、前記切
削工程は、セラミック基材表面をウエハソーにより切削
することを特徴とする。この発明によれば、セラミック
基材をウエハソーで切削することにより溝が形成される
ため、溝が高精度、かつ、効率よく切削形成される。

【００１７】請求項８記載の発明は、請求項６又は７記
載の静電式インクジェットヘッドの製造方法において、
前記薄膜形成工程は、スパッタリングにより金属薄膜を
形成することを特徴とする。この発明によれば、金属薄
膜をスパッタリングにより形成するため、薄くかつ一定
の厚みを有する金属薄膜が形成される。

【００１８】請求項９記載の発明は、請求項６〜８のい
ずれかに記載の静電式インクジェットの製造方法におい
て、前記薄膜除去工程は、ウエハソーにより金属薄膜を
除去することを特徴とする。この発明によれば、ウエハ
ソーを用いて金属薄膜を除去するため、金属薄膜が高精
度、かつ、効率よく除去される。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施形態に係
るインクジェットヘッド１０の要部斜視図である。この
図において、インクジェットヘッド１０は、静電式イン
クジェット記録装置の記録部に用いられるものであり、
インクジェットヘッド本体を形成し、ジルコニア等から
なるセラミック基材（セラミック基板）１１と、セラミ
ック基材１１の先端にライン状に並ぶように一体形成さ
れた先鋭状の複数のインク吐出部１３と、セラミック基
材１１の表面に所定間隔で溝状に配列形成され、各イン
ク吐出部１３の表面にまで延設された複数の電極パター
ン１２と、セラミック基材１１のインク吐出部１４と反
対側の端部にて接続され、電極パターン１２に駆動信号
を供給する配線導体３１が電極パターン１２と対応する
ように長手方向に配列形成された給電線路３０とを備え
ている。なお、セラミック基材１１は、所定の間隔を有
して対向配置され図略のカバー部により平面部が囲わ
れ、セラミック基材１１とカバー部との間に形成される
空間にインクタンクから供給されたインクが充填される
ようになっている。

【００２０】インク吐出部１３は、セラミック基材１１
の端面を切削加工する等して先端が頂部となる二等辺三
角形を有する板状に形成されたものであり、互いに隣接
する頂部先端の間隔ｄが例えば８０μｍの微細ピッチで
配設されたものである。なお、互いに隣接するインク吐
出部１３間には隔離壁１４が形成されている。

【００２１】電極パターン１２は、セラミック基材１１
の表面にそれぞれ例えば深さ寸法１５μｍ、幅寸法４５
μｍに形成された溝１２ａの表面に例えばニッケル及び
金の２種類の金属薄膜が積層された多層構造を有する。

【００２２】セラミック基材１１のインク吐出部１３と
は反対側の端部には、駆動信号供給部から駆動信号を伝
達する給電線路３０が接続される。

【００２３】給電線路３０は、絶縁基板３２と、絶縁基
板３２表面に電極パターン１２と同一ピッチで突出して
配列形成された配線導体３１を備えている。配線導体３
１は、例えば１８μｍの銅と３μｍのニッケルと０．５
μｍの金とが絶縁基板３２側から順に積層され、合計２
１．５μｍの厚さ寸法を有している。また、配線導体３
１は、例えば４０μｍの幅寸法を有している。

【００２４】セラミック基材１１と給電線路３０とは、
図略のＡＣＦ(異方性導電膜)あるいはＡＣＰ(異方性導
電ペースト)を介して電極パターン１２と配線導体３１
とが嵌合状態で加熱圧接し、圧接部分に導電性を得るこ
とで接続される。すなわち、電極パターン１２の深さ寸
法を配線導体３１高さ寸法よりも小さくし、電極パター
ン１２の幅寸法を配線導体３１の幅寸法より大きくした
ため、電極パターン１２と配線導体３１とは、ＡＣＦま
たはＡＣＰを介して好適に嵌合され、セラミック基材１
１と給電線路３０とは強固な接着強度を保持して接続さ
れる。

【００２５】図２は、上記のように構成されたインクジ
ェットヘッド１０の印字動作の一例を説明するための図
である。すなわち、インクジェットヘッド１０は、例え
ば負電位に保持された対向電極となる回転ドラム２０に
インク吐出部１３側が対向するように配設されている。

【００２６】この状態で、駆動信号供給部２１から給電
線路３０と電極パターン１２とを介して所定のインク吐
出部１３に正電位であるパルス状の駆動電圧が印加され
ると、正電位に帯電したインク液中の色材粒子２２がク
ーロン力により回転ドラム２０側に吸引されて回転ドラ
ム２０の周面に配設されている記録紙（記録メディア）
２３に付着することにより１ライン分の印字が行われ
る。

【００２７】この１ライン分の印字が終了すると、回転
ドラム２０が次の１ライン分だけ回転し、その後に所定
のインク吐出部１３に正電位であるパルス状の駆動電圧
が印加されて次の１ライン分の印字が行われる。これら
の動作が繰り返されることで所定の印字動作が終了す
る。

【００２８】図３〜図６は、上記のように構成されたイ
ンクジェットヘッド１０における電極パターン１２の形
成方法を説明するための図である。まず、図３に示すよ
うに、一方端面が切削加工されたベース部であるセラミ
ック基材１１を準備する。

【００２９】次いで、切削工程を行う。切削工程は、図
４に示すように、セラミック基材１１の表面をウエハソ
ー４０を用いて切削し、例えば、深さ１５μｍ、幅４５
μｍの溝１２ａを形成する。溝１２ａは、所定ピッチで
駆動信号供給部２１からインク突出部１３に向かう方向
に、複数本平行に形成される。なお、溝１２ａの深さ寸
法を大きくすると、配線導体３１と金属薄膜との電気接
続効果が効果的に行えなくなる。また、後述する薄膜形
成工程において、側壁の底面付近の部分に金属薄膜が十
分形成されないため、溝１２ａの深さは３０μｍ以下が
好ましい。

【００３０】次いで、薄膜形成工程を行う。薄膜形成工
程は、セラミック基材１１表面全域に２層構造の金属薄
膜を形成する工程である。薄膜形成工程は、まず、セラ
ミック基材１１の表面全域にニッケルからなる例えば厚
さ０．５μｍの下層金属薄膜をスパッタリングにより付
与する。次いで、ニッケルのが付与されたセラミック基
材１１の表面全域に、金からなる例えば、厚さ０．５μ
ｍ以上の上層金属薄膜をスパッタリングにより付与す
る。

【００３１】電極パターン１２の部材としては、電気伝
導特性を考慮すると、金が好ましい。しかし、金はセラ
ミックに対して接着強度が弱い。一方、ニッケルは、セ
ラミック基材１１及び金のいずれに対しても接着強度が
強い。そこで、金とセラミック基材１１との間に下層金
属薄膜であるニッケルを付与することにより、金とセラ
ミック基材１１との接着強度を高めている。薄膜工程に
より、図５に示すように、セラミック基材１１の表面全
域にニッケルからなる下層金属薄膜と、金からなる上層
金属薄膜とが付与され、２層構造からなる金属薄膜が形
成される。

【００３２】次いで、薄膜除去工程を行う。図６は、薄
膜除去工程の一例を示した図である。薄膜除去工程は、
セラミック基材１１全域に付与された金属薄膜の不要部
分、すなわち、電極が形成される溝１２ａ内の金属薄膜
以外の部分をウエハソー４０を用いて除去する。このよ
うにウエハソー４０を用いて、セラミック基材１１表面
に付与された金属薄膜の不要部分を除去することによ
り、溝１２ａ内に二層構造を有する電極パターン１２が
形成される。

【００３３】次に、上記工程により形成された電極パタ
ーン１２の断線防止の効果について説明する。図７は、
電極パターン１２の拡大図である。上記薄膜除去工程に
より、ウエハソー４０で金属薄膜を削除すると、残され
た金属薄膜の端部１２ｂがささくれ立つおそれがある。
そして、このささくれ立った部分が引っ掛かることによ
り金属薄膜が剥離するおそれがある。本実施形態では、
セラミック基材表面を切削して溝１２ａ形成し、溝１２
ａ内に、スパッタ処理により金属薄膜を付与して電極パ
ターン１２を形成している。溝１２ａ表面に付与された
金属薄膜は、溝１２ａの底面及び側壁の境界線１２ｄ
(エッジ部分)にて不連続に形成されているため、溝１２
ａの側壁に付与された金属薄膜を剥離する力とは異なる
方向の力を加えなけば底面に付与された金属薄膜を剥離
することはできない。このため、側壁に付与された金属
薄膜の剥離は境界線１２ｄにより食い止められ、底面に
付与された金属薄膜までは剥離されず、電極パターン１
２の断線が防止される。

【００３４】また、溝１２ａの底面及び側壁の境界線１
２ｄ(エッジ部分)上に付与された金属薄膜の接着強度
は、溝１２ａの他の部分に付与された金属薄膜の接着強
度と比較して弱い。したがって、ささくれ部分が引っ掛
かり側壁部に付与された金属薄膜が剥がれても、金属薄
膜の接着強度が弱い境界線１２ｄで金属薄膜の剥離が食
い止められる。このため、溝１２ａの底面に付与された
金属薄膜は剥離されず、電極パターン１２の断線が防止
される。

【００３５】このように本実施形態は、セラミック基材
１１表面を切削して形成された溝１２ａ内部に金属薄膜
を付与することにより電極パターン１２を形成したた
め、溝１２ａの側壁上縁部に生じた金属薄膜のささくれ
により、金属薄膜が剥離しても、溝１２ａの底面と側壁
との境界線１２ｄで金属薄膜の剥離を食い止め、電極パ
ターン１２の断線を防ぐことができる。

【００３６】なお、本発明のセラミック基材上への以下
の態様を採ることができる。

【００３７】(１)本実施形態では、セラミック基材１１
の表面をウエハソー４０で切削することで溝１２ａを形
成したが、本発明はこれに限らず、レーザビーム、例え
ばエキシマレーザを照射することにより、溝１２ａを形
成してもよい。

【００３８】(２)本実施形態では、金属薄膜の除去をウ
エハソー４０を用いて行っているが、本発明はこれに限
らず、レーザビーム、例えばエキシマレーザを照射する
ことにより、金属薄膜の除去を行ってもよい。この場
合、高精度のレーザ加工を実現するために、セラミック
基材１１に付与する金属薄膜は、下層に銅、中層にニッ
ケル、上層に金を積層する三層構造にするのが好まし
い。

【００３９】(３)本実施形態では、金属薄膜の付与をス
パッタリングにより行っているが、本発明はこれに限ら
ず、例えば無電解めっき処理により行ってもよい。

【００４０】(４)本実施形態では、上層金属薄膜として
金を用いているが、本発明はこれに限らず、銀、白金な
どの高い伝導特性を有する物質であってもよい。すなわ
ち、金は、伝導特性は高いが高価であるため、金に対し
て比較的安価な銀などを用いることで、インクヘッド１
０のコストを低減することができる。

【００４１】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、電極パタ
ーンの断線を防止することができる。

【００４２】請求項２記載の発明によれば、異なる金属
が二層以上積層して形成される。

【００４３】請求項３記載の発明によれば、金属薄膜の
セラミック基材への接着強度を高めることができる。

【００４４】請求項４記載の発明によれば、給電線路と
セラミック基材との接続強度を高めることができる。

【００４５】請求項５記載の発明によれば、金属薄膜を
溝の底面にも確実に形成することができる。

【００４６】請求項６記載の発明によれば、金属薄膜が
剥離しても、溝底面と側壁の境界線とで金属薄膜の剥離
を食い止め、電線部の断線を防止することができる。

【００４７】請求項７記載の発明によれば、溝を高精
度、かつ、効率よく切削形成することができる。

【００４８】請求項８記載の発明によれば、薄く、かつ
一定の厚みを有する金属薄膜を形成することができる。

【００４９】請求項９記載の発明によれば、金属薄膜を
高精度、かつ、効率良く除去することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態に係るインクジェットヘ
ッドの要部斜視図である。

【図２】 インクジェットヘッドの印字動作の一例を説
明するための図である。

【図３】 本発明の一実施形態に係るセラミック基材の
要部斜視図である。

【図４】 本発明の一実施形態に係る切削工程を示した
図である。

【図５】 本発明の一実施形態に係る薄膜形成工程を示
した図である。

【図６】 本発明の一実施形態に係る薄膜除去工程を示
した図である。

【図７】 本発明の一実施形態に係る電極パターンの拡
大図である。

【図８】 電極パターンの不用部分の削除工程の一例を
示した図である。

【符号の説明】

１０ インクジェットヘッド １１ セラミック基材 １２ 電極パターン １２ａ 溝 １３ インク吐出部 １４ 隔離壁 ２０ 回転ドラム ２１ 駆動信号供給部 ２２ 色材粒子 ２３ 記録紙 ３０ 給電線路 ３１ 配線導体 ４０ ウエハソー

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 板状のセラミック基材からなるヘッド本
   体の端面部にライン状に配設された複数のインク吐出部
   のそれぞれの位置まで前記ヘッド本体の平面部上を延設
   され、それぞれ給電線路との間で接続可能にされた電極
   パターンを有する静電式インクジェットヘッドにおい
   て、前記電極パターンは、前記平面部に形成された所定
   の深さ寸法を有する溝の表面に金属薄膜が形成されてな
   るものであることを特徴とする静電式インクジェットヘ
   ッド。
2. 【請求項２】 前記金属薄膜は、異なる金属が少なくと
   も二層に積層されたものであることを特徴とする請求項
   １記載の静電式インクジェットヘッド。
3. 【請求項３】 前記金属薄膜は、下層にニッケル、上層
   に金を積層したものであることを特徴とする請求項２記
   載の静電式インクジェットヘッド。
4. 【請求項４】 前記給電線路は絶縁板状体の一方面に所
   要厚の配線導体を這わした配線パターンとして形成され
   たもので、前記溝の深さ寸法は前記配線導体の厚み寸法
   に比して小さいことを特徴とする請求項１記載の静電式
   インクジェットヘッド。
5. 【請求項５】 前記溝は深さ寸法が３０μｍ以下である
   ことを特徴とする請求項４記載の静電式インクジェット
   ヘッド。
6. 【請求項６】 板状のセラミック基材からなるヘッド本
   体の端面部にライン状に配設された複数のインク吐出部
   のそれぞれの位置まで前記ヘッド本体の平面部上を延設
   され、それぞれ給電線路との間で接続可能にされた電極
   パターンを有する静電式インクジェットヘッドの製造方
   法であって、セラミック基材の表面を切削して所定間隔
   で複数の溝を配列形成する切削工程と、セラミック基材
   の表面に金属薄膜を形成する薄膜形成工程と、セラミッ
   ク基材表面上に形成された金属薄膜を前記溝を残して取
   り除く薄膜除去工程とを有することを特徴とする静電式
   インクジェットヘッドの製造方法。
7. 【請求項７】 前記切削工程は、セラミック基材表面を
   ウエハソーにより切削することを特徴とする請求項６記
   載の静電式インクジェットヘッドの製造方法。
8. 【請求項８】 前記薄膜形成工程は、スパッタリングに
   より金属薄膜を形成することを特徴とする請求項６又は
   ７記載の静電式インクジェットヘッドの製造方法。
9. 【請求項９】 前記薄膜除去工程は、ウエハソーにより
   金属薄膜を除去することを特徴とする請求項６〜８のい
   ずれかに記載の静電式インクジェットヘッドの製造方
   法。