JP2004284174A

JP2004284174A - インクジェットヘッド及びその製造方法

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Publication number: JP2004284174A
Application number: JP2003078377A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Takezawa; 洋一竹沢; Kiyoto Motoyama; 清人本山
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2003-03-20
Filing date: 2003-03-20
Publication date: 2004-10-14

Abstract

【課題】隔壁の対向面における必要な領域の全てに電極を形成することができるようにし、材料コストの高騰、及び、消費電力の増加によるランニングコストの高騰を招くことなく高精度で安定した高速画像形成を行うことができるインクジェットヘッドを得る。
【解決手段】電極形成用の導電性物質を拡散させた液体をインクジェットヘッド２からチャンネルウエハ２００上における隔壁２９の各対向面に吐出する。このとき、吐出位置が隔壁２９の各対向面の上下方向に変化するのに応じて、インクジェットヘッド２の傾き、及び、単位面積当たりの吐出量を変化させる。隔壁２９の各対向面の全面に略均一な膜厚の駆動電極が形成される。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、インク室内のインクを加圧して記録媒体上に吐出することによって画像形成を行うインクジェットプリンタに用いられるインクジェットヘッド、及び、その製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェットプリンタに用いられるインクジェットヘッドとして、インク室を構成する溝部を挟んで隣接する複数の隔壁の互いの対向面のそれぞれに電極を形成し、外部駆動回路からの電極に対する駆動パルスの印加により隔壁を変形させてインク室内のインクを吐出するようにしたものがある（例えば、特許文献１及び２参照。）。
【０００３】
このようなインクジェットヘッドの従来の製造方法の一部を図７及び図８を用いて説明する。先ず、厚さ方向（上下方向）に分極した圧電素子からなる基板１０３の上面１０３ａにドライフィルムレジストをラミネートして硬化させた後、ダイサーのダイシングブレードを用いて上面１０３ａを前面１０３ｂ側から背面１０３ｃ側に向かってハーフダイシングし、隔壁１２７の間に挟まれたインク室１２２を形成する。このとき、基板１０３の前面１０３ｂと背面１０３ｃの中間部でダイシングブレードを上昇させてインク室１２２の背面側にアール部１２２ａを形成し、さらに、背面１０３ｃまで上面１０３ａのドライフィルムレジストのみをカットして平坦部１２２ｂを形成する。
【０００４】
このダイシング処理を基板１０３の前面１０３ｂ及び背面１０３ｃに平行な方向に所定の間隙を設けて繰り返し実行し、基板１０３上にインク室アレイを形成した後に、インク室１２２の長手方向に対して基板１０３の上方からＡｌ又はＣｕ等の電極材料となる金属を斜方から蒸着またはスパッタする。この作業をインク室１２２を挟んで対向する２方向（図中矢印で示す方向）から行うことにより、インク室１２２を挟む両側の隔壁１２７の対向面に電極１０１を形成する。
【０００５】
このとき、インク室１２２内では、ドライフィルムレジスト及び隔壁１２６のシャドーイング効果により、隔壁１２７の上端から厚さ方向の約１／２までの範囲に電極１０１が形成される。また、インク室１２２のアール部１２２ａ及び平坦部１２２ｂにも同時に電極材料の斜方から蒸着またはスパッタが行われるが、左右２方向から蒸着またはスパッタされた金属膜が平坦部１２２ｂで重なり合うようにドライフィルムレジストの厚さ及び開口幅を設定することにより、平坦部１２２ｂにおいては開口部分の全面に電極（室外電極１０２）が形成され、アール部１２２ａにおいてはインク室１２２内の電極１０１と平坦部１２２ｂの室外電極１０２とを接続する状態に電極が形成される。
【０００６】
この後、基板１０３の上面１０３ａに供給口１２４を有するカバープレート１２３を接着し、基板１０３の前面１０３ｂにノズル１２６を有するノズルプレート１２５を接着することにより、アクチュエータ１００が完成する。
【０００７】
このようにして形成されたアクチュエータ１００は、隣接するインク室１２２内に形成された電極１０１のそれぞれに、互いに逆位相の電位を印加することによりシェアモード駆動を行う。即ち、両側面のそれぞれに互いに逆極性の電位が印加された隔壁１２７は電極１０１の形成領域と未形成領域との境目で“く”の字に剪断変形を生じる。この隔壁１２７の剪断変形によるインク室１２２の体積変化、及び、これに伴うインク室１２２内のインク圧力の変化を利用してインク室１２２の前面１０３ｂ側に配置したノズル１２６からインク液滴が吐出される。
【０００８】
【特許文献１】
特開閉８−２２２４７５号公報
【特許文献２】
特開２００２−１７８５１８公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように構成された従来のインクジェットヘッドでは、アクチュエータに形成されたインク室においてインクの吐出に直接寄与するアクティブ領域は供給口よりも前面側の範囲のみであり、供給孔を含む背面側はインク室内にインクを供給するためのみに使用され、アール部及び平坦部はインク室内において対向する電極の接続、及び、室外電極を介してインク室内の電極を外部駆動回路に接続するためのみに使用されている。このように本来の機能であるインクの吐出に直接寄与しない領域にも形成する電極の面積範囲が大きく、材料コストが高騰する問題がある。
【００１０】
加えて、上記のように構成された圧電素子の変形による体積変化を利用してインクを吐出する本方式のインクジェットヘッドにおいては、電位を印加した場合の剪断変形はインク室壁の全体に電極を形成した場合に最も効率が良いが、電極となる金属を斜方から蒸着又はスパッタする従来の方法においては、ドライフィルムレジスト及び隔壁１２６のシャドーイング効果のため蒸着面又はスパッタ面の形成領域が規制されるため、隔壁１２７の上端から厚さ方向の約１／２までの範囲にしか電極１０１が形成できない。このため電極に電位を印加しても剪断変形に寄与する壁面は全体の１／２に過ぎず、十分な変形量を確保するために駆動電圧を高くする必要が生じる。また、誘電率の高いＰＺＴ等の圧電素子を素材とする基板上で平坦部までインク室内の電極を延出させるために基板の静電容量が大きくなり、アクチュエータの駆動に際して印加すべき駆動電圧波形が鈍り、高速印字を実現するための高速駆動を実現することができない問題がある。
【００１１】
この問題を解決するために駆動電圧を高くするとアクチュエータにおける発熱量が増加し、アクチュエータの温度上昇によってインクの粘度が変化するため、高精度で安定した画像形成を行うことができなくなるとともに、容量の大きな駆動用ＩＣが要求されることによる部品コストの高騰、及び、消費電力の増加によるランニングコストの高騰を招く。
【００１２】
この発明の目的は、隔壁の対向面に形成すべき電極を構成しうる導電性物質を分散させた液体をインクジェット記録装置から吐出することにより、隔壁の対向面における必要な領域の全てに電極を形成することができるようにし、材料コストの高騰、及び、消費電力の増加によるランニングコストの高騰を招くことなく高精度で安定した高速画像形成を行うことができるインクジェットヘッド、及び、その製造方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記の課題を解決するための手段として、以下の構成を備えている。
【００１４】
（１）基板上に一定の間隔を設けて複数の溝部を形成し、各溝部を挟んで隣接する複数の隔壁の互いの対向面のそれぞれに、該隔壁を変形させるための駆動パルスが印加される電極を形成するインクジェットヘッドの製造方法において、
前記電極の形成時に、前記隔壁の対向面に対する角度を調整しつつインクジェット記録装置から導電性物質を分散させた液体を前記隔壁の対向面に吐出することを特徴とする。
【００１５】
この構成においては、インクジェットヘッドにおいて隔壁を変形させるための駆動パルスが印加される電極の形成時に、導電性物質を分散させた液体がインクジェット記録装置から隔壁の対向面に対する吐出角度を調整しつつ吐出される。したがって、隔壁における所望の領域に電極材料となる導電性物質が正確に塗布され、電極を構成する金属を溝部の斜方から蒸着又はスパッタする従来の製造方法のように、隔壁の変形に直接寄与しない領域にも電極が形成されることによる材料コストの高騰や、隣接する隔壁のシャドーイング効果による蒸着面又はスパッタ面の規制によって隔壁の対向面における十分な範囲に電極が形成されないことによるランニングコストの高騰を招くことなく、高精度で安定した高速画像形成が行われる。
【００１６】
（２）前記液体は、樹脂が添加されていることを特徴とする。
【００１７】
この構成においては、インクジェット記録装置から隔壁の対向面に対して導電性物質が樹脂とともに吐出される。したがって、インクジェット記録装置から吐出された導電性物質が樹脂を介して隔壁の対向面に堅牢に固着する。
【００１８】
（３）前記電極の形成時に、前記電極の膜厚が略均一になるように、前記インクジェット記録装置からの液体の吐出量を液体の吐出位置に応じて変化させることを特徴とする。
【００１９】
この構成においては、インクジェット記録装置からの液体の吐出量を液体の吐出位置に応じて変化させて電極の膜厚が略均一にされる。したがって、インクジェット記録装置から吐出された液滴の一部が隣接する隔壁の上面に当接し、溝部の底面近傍における隔壁の対向面に対する液体の吐出量が不十分になり、この部分の電極の膜厚が不足する可能性がある場合には、その部分に対する液体の吐出量を増加することによって電極の膜厚が略一定に維持される。
【００２０】
（４）前記電極の形成時に、前記隔壁の各対向面に吐出した前記液体を乾燥及び焼成することを特徴とする。
【００２１】
この構成においては、導電性物質を分散させた液体が、インクジェット記録装置により隔壁の各対向面に塗布された後に乾燥され、さらに焼成される。したがって、液体中に分散された導電性物質が、液体の乾燥によって隔壁の各対向面に微粒子として付着し、さらに焼成によって溶融して微粒子が互いに固着する。これによって、隔壁の各対向面には機械的強度が向上した状態で導電性物質による電極が形成される。（５）前記液体の乾燥及び焼成時における焼成温度を、前記基板を構成するＰＺＴ圧電素子のキュリー点より低温度に設定することを特徴とする。
【００２２】
この構成においては、導電性物質を分散させた液体が、インクジェット記録装置により隔壁の各対向面に塗布された後に、基板として使用するＰＺＴ圧電素子のキュリー点より低温度で焼成される。液体中に分散した導電性物質の焼成温度がＰＺＴ圧電素子のキュリー点より高温度であると、導電性物質の焼成処理時にＰＺＴ圧電素子に予め付与されている分極状態が失われてしまう。また、電極形成後にＰＺＴ圧電素子を再分極させることは構造上不可能である。したがって、導電性物質の焼成温度をＰＺＴ圧電素子のキュリー点より低温度とすることにより、導電性物質の焼成処理にＰＺＴ圧電素子の分極状態が失われることがなく、電極に対する駆動パルスの印加によって隔壁が確実に剪断変形を生じる。
【００２３】
（６）溝部を挟んで隣接する複数の隔壁の互いの対向面のそれぞれに、該隔壁を変形させるための駆動パルスが印加される電極を備えたインクジェットヘッドにおいて、
（１）〜（５）の何れかに記載のインクジェットヘッドの製造方法によって製造されたことを特徴とする。
【００２４】
この構成においては、電極の形成時に、インクジェット記録装置から吐出角度を調整しつつ吐出される導電性物質を分散させた液体により、インク吐出時に隔壁を変形させるための駆動パルスが印加される電極が隔壁の対向面に形成される。したがって、隔壁における所望の領域に電極材料となる導電性物質が正確に塗布され、電極を構成する金属を溝部の斜方から蒸着又はスパッタする従来の製造方法のように、隔壁の変形に直接寄与しない領域にも電極が形成されることによる材料コストの高騰や、隣接する隔壁のシャドーイング効果による蒸着面又はスパッタ面の規制によって隔壁の対向面における十分な範囲に電極が形成されないことによるランニングコストの高騰を招くことなく、高精度で安定した高速画像形成が行われる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を参照して具体的に説明する。図１（Ａ）〜（Ｃ）は、この発明の第１の実施形態に係る電極接続構造を適用したインクジェットヘッドの要部の構成を示すインク吐出方向の背面断面図、平面断面図（（Ａ）図におけるＸ−Ｘ部断面図）及び側面断面図（（Ａ）図におけるＹ−Ｙ部断面図）である。この実施形態に係るインクジェットヘッド１は、ＰＺＴ圧電素子からなる基板２０に複数形成された溝状のインク室２６のそれぞれの背面部にＡｇ導電性フィラーを含有する導電性樹脂１０が充填されており、インク室２６の背面側に導電性樹脂１０が露出している。
【００２６】
一対の隔壁２９の間に形成された各インク室２６は、インク吐出方向である長手方向の全長にわたって一定の断面形状を呈しており、互いに対向する隔壁２９の側面に電極２７，２８が形成されている。互いに対向する電極２７，２８は、導電性樹脂１０を介して電気的に導通した状態で駆動用ＩＣ４０のアウターリード４２に接続されている。基板２０の前面には各インク室２６に対応するノズル孔２４を形成したノズルプレート２５が貼付されており、基板２０の上面にはインク室２６の上部にインク供給部３１を形成するカバープレート３０が貼付されている。
【００２７】
このようにして、基板２０にアレイ状に形成されたインク室２６が有する電極２７，２８に導電性樹脂１０及びアウターリード４２を介して駆動用ＩＣ４０から同電位の駆動電圧を印加するとともに、隣接するインク室２６において隔壁２９を挟んで対向する電極２７，２８に逆位相の電圧を印加することにより、隔壁２９を剪断変形させてインク室２６内のインク圧力を制御し、インク室２６内のインクをノズル孔２４から前面側に吐出させる。
【００２８】
図２は、上記インクジェットヘッドの製造方法の要部を説明する図である。図１に示したインクジェットヘッド１を製造する際には、先ず、厚さ方向に分極した圧電素子からなるチャンネルウエハ２００の上面にドライフィルムレジスト７０をラミネートして硬化させる。チャンネルウエハ２００はインクジェットヘッド１において基板２０を構成する。次いで、ダイサーのダイシングブレードを用いてチャンネルウエハ２００の上面を一定ピッチでハーフダイスすることにより、図２（Ａ）に示すように、インク室２６となる複数の溝部２０１を形成する。このとき、ダンシングブレードのダイシング幅は、後に充填される導電性樹脂１０が含有する導電性フィラー径よりも大きくすべきであり、直径０．１μｍ〜７０μｍの導電性フィラーを含有した導電性樹脂１０を用いる場合にはダンシング幅は７０μｍ以上とする。
【００２９】
この後、隔壁２９に対して図３および図６のように配置したインクジェット装置で、導電性物質を分散させた液体を吐出して電極２７，２８を形成し、ドライフィルムレジスト７０をリフトオフする。
【００３０】
次に、基板２０の上面からインク室２６となる溝部の長手方向に直交する方向に、一例として０．５ｍｍ幅で液状（未硬化）の導電性樹脂１０をディスペンサー等を用いて塗布し、溝部２０１の内部及び隔壁２９の上面に付着させる。さらに、図２（Ｂ）に示すように、ラバースキージを用いてインク室２９の上面に付着した導電性樹脂１０を溝部内に充填しつつ除去した後、加熱等によって導電性樹脂１０を硬化させる。
【００３１】
次いで、チャンネルウエハ２００の上面に、インク供給部３１をザグリによって形成したカバーウエハ３００を接着剤を介して貼付する。このカバーウエハ３００は、インクジェットヘッド１においてカバープレート３０を構成する。この時、図２（Ｃ）に示すように、チャンネルウエハ２００において導電性樹脂１０が充填された部分が、カバーウエハ３００に形成されたインク供給部３１の中央部に対向するように位置決めする。
【００３２】
この後、図２（Ｃ）中破線で示す位置においてダイシングブレードによるダイシングを行い、個々のインクジェットヘッド１に分割する。各インクジェットヘッド１の一方の切断面には、インク吐出方向におけるインク室２６上流側端部を閉塞する導電性樹脂１０が露出しており、この導電性樹脂１０に駆動用ＩＣ４０のアウターリード４２を電気的に接続する。
【００３３】
次に、実施例を示し、本発明のインクジェット装置で導電性を付与する物質を分散させたインクを吐出して電極を形成する方法について詳しく説明する。この実施例は、本発明の最良の実施の形態の一例ではあるものの、本発明を限定するものではない。
【００３４】
なお、本発明の実施例にはキュリー点温度が３２０℃のＰＺＴ圧電素子を使用した。
【００３５】
【実施例１】
実施例１では導電性物質として金属微粒子を分散させ、これに樹脂を溶剤で溶解したものを添加して検討を行った。
【００３６】
市販されている銀の超微粒子分散液（平均粒径８ｎｍの銀微粒子の分散液）に、その分散液中の銀微粒子１００質量部当たり、樹脂組成物を形成する各成分である酸無水物としてメチルヘキサヒドロ無水フタル酸を７質量部、熱硬化性樹脂としてレゾール型フェノール樹脂を５質量部、有機溶剤としてトルエンを、粘度が１０ｍＰａ・ｓになるように混合及び攪拌して均一化し、電極形成用の液体を作成した。
【００３７】
この液体をインクジェット方式のプリンタに使用されるインクカートリッジに充填し、専用のプリンタのインクジェットヘッドに装着した。本実施例では、このインクジェットヘッドの吐出方式として、シェアモード方式を選択した。吐出される液滴の平均液量は約４ｐｌであり、平均直径約２５μｍのドット状に塗布される。
【００３８】
図３に示すように、溝部２０１をダイシングしたＰＺＴ圧電素子のチャンネルウエハ２００における隔壁２９の各対向面に斜め上方から対向させ、かつ、図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、インクジェットヘッド２を隔壁２９の各対向面の全面のみに電極形成用の液体を塗布できるように、傾きの角度を適宜調整しながらこのインクを吐出した。この角度調整により、隔壁２９の各対向面以外には電極形成用の液体は塗布されなかった。
【００３９】
次いで、電極形成用の液体を塗布した後のチャンネルウエハ２００を１８０℃で６０分間加熱し、電極形成用の液体の乾燥及び焼成を行い、この焼成処理後に塗布性を評価した。電極は隔壁２９の各対向面の全面に略均一な膜厚で塗布されていた。より具体的には、平均膜厚は３μｍ、膜厚のバラツキは２０％以下であった。
【００４０】
また、電極形成用の液体の吐出に用いたインクジェットヘッド２の吐出ノズル部において、電極形成用の液体による目詰まりも全く生じなかった。得られた電極の抵抗は、３×１０^−６Ω・ｃｍと良好な値を高い再現性で示した。
【００４１】
さらに、この実施例で電極を形成したチャンネルウエハ２００を用いて、前述した工程により作製したインクジェットヘッド１は、駆動電圧約３０Ｖの低い駆動電圧でインクを吐出させることができ、インクの着弾位置や吐出量等のインク吐出性も安定していた。
【００４２】
【実施例２】
実施例２では銀酸化物を分散させ、これに樹脂を溶剤で溶解したものを添加して検討を行った。
【００４３】
粒径が５０ｎｍの酸化銀の分散液に、その分散液中の酸化銀微粒子１００質量部当たり、樹脂組成物を形成する各成分である耐熱性樹脂として溶剤溶解性ポリイミド樹脂を１５質量部、有機溶剤としてＮ−メチルピロリドンをインクの粘度が１０ｍＰａ・ｓになるように混合及び攪拌して均一化し、電極形成用の液体を作成した。
【００４４】
実施例１と同様に、溝部２０１をダイシングしたＰＺＴ圧電素子のチャンネルウエハ２００における隔壁２９の各対向面に斜め上方から対向し、かつ、隔壁２９の各対向面の全面のみに電極形成用の液体を塗布できるようにインクジェットヘッド２の傾きの角度を適宜調整しながら、この電極形成用の液体を吐出した。この角度調整により、隔壁２９の各対向面以外には電極形成用の液体は塗布されなかった。吐出される液滴の平均液量は約４ｐｌであり、平均直径は約２８μｍであった。
【００４５】
次いで、電極形成用の液体を塗布した後のチャンネルウエハ２００を２００℃で６０分間加熱し、電極形成用の液体の乾燥及び焼成を行い、この焼成処理後に塗布性を評価した。電極は隔壁２９の各対向面の全面に塗布されており、平均膜厚は３μｍ、膜厚のバラツキは２０％以下と安定した膜厚で塗布されていた。
【００４６】
また、電極形成用の液体の吐出に用いたインクジェットヘッド２の吐出ノズル部において、電極形成用の液体による目詰まりも全く生じなかった。得られた電極の抵抗は、４×１０^−６Ω・ｃｍと良好な値を高い再現性で示した。
【００４７】
さらに、この実施例で電極を形成したチャンネルウエハ２００を用いて、前述した工程により作製したインクジェットヘッド１は、約３２Ｖの低い駆動電圧でインクを吐出させることができ、インクの着弾位置や吐出量等のインク吐出性も安定していた。
【００４８】
【比較例１】
図５に示すように、チャンネルウエハ２００の斜め上方から電極材料となるＡｌを蒸着した。蒸着装置内では、チャンネルウエハ２００に対する蒸着分子の蒸着方向を変更することは困難であるため、電極材料のＡｌ分子はチャンネルウエハ２００における隔壁２９の各対向面に固定された方向から蒸着される。また、各隔壁２９に挟まれた溝部２０１の底部には電極材料が付着しないようにする必要があるため、蒸着方向が隔壁２９の高さ方向となす角度を余り小さくすることもできない。
【００４９】
このため、隣接する隔壁２９によるシャドーイング効果のため蒸着面が規制されてしまい、隔壁２９の各対向面における上端から高さ方向の約１／２までの範囲にしか電極を形成することができなかった。
【００５０】
この比較例で電極を形成したチャンネルウエハ２００を用いて、前述した工程により作製したインクジェットヘッド１では、インクを吐出させるために約４５Ｖの駆動電圧が必要であり、実施例１及び実施例２により高い駆動電圧を要した。また、実施例１及び実施例２に比べてインクジェットヘッド１の発熱量が多く、インクの粘度及び表面張力の変化が大きく、インクの着弾位置や吐出量等のインクの吐出安定性が実施例１及び実施例２に比べて劣る結果となった。
【００５１】
【比較例２】
チャンネルウエハ２００に対して斜め上方から電極材料となるＣｕのスパッタリングを行った。この方法では、比較例１と同様に、隣接する隔壁２９のシャドーイング効果のため、隔壁２９の各対向面スパッタ面が規制されてしまい、隔壁の上端から厚さ方向の約１／２までの範囲にしか電極が形成できなかった。
【００５２】
この比較例で電極を形成したチャンネルウエハ２００を用いて、前述した工程により作製したインクジェットヘッド１では、インクを吐出させるために約４８Ｖの駆動電圧が必要であり、実施例１及び実施例２により高い駆動電圧を要した。また、実施例１及び実施例２に比べてインクジェットヘッド１の発熱量が多く、インクの粘度及び表面張力の変化が大きく、インクの着弾位置や吐出量等のインクの吐出安定性が実施例１及び実施例２に比べて劣る結果となった。
【００５３】
以上のように、従来のような電極材料の金属分子をチャンネルウエハ２００の斜め上方から蒸着またはスパッタする方法では、図５に示したように、隣接する隔壁２９のシャドーイング効果のため蒸着又はスパッタ面が規制され、隔壁２９の上端から高さ方向の約１／２までの範囲にしか電極が形成できない。
【００５４】
この点で、インクジェット記録装置で導電性物質を分散させた液体を吐出することによって隔壁２９の各対向面に電極を形成する本発明の方法では、導電性物質を分散させた液体はチャンネルウエハ２００の斜め上方から吐出する必要はあるが、図４（Ａ）及び（Ｂ）に示したようにインクジェットヘッド２の角度を変更することで液体の吐出角度を自由に変えることができ、隔壁２９の各対向面における上端から下端まで電極を形成することが可能である。
【００５５】
また、金属分子を斜め上方から蒸着又はスパッタする方法では、隣接する隔壁２９のシャドーイング効果のため、図６に示したように隔壁２９の各対向面において、下方へいくほど金属分子の付着量が少なくなる現象が起こる。このため、従来の方法では、駆動電極２７，２８に対する駆動電圧の印加によって隔壁２９に安定した剪断変形を生じさせることができない可能性がある。
【００５６】
この点でも、インクジェット記録装置で導電性物質を分散させた液体を吐出して電極を形成する本発明の方法では、液体の吐出量を正確に変化させることが可能であるため、隔壁２９の各対向面における一部に駆動電極の膜厚が薄くなる傾向にある場合には、それに応じてインク吐出量を部分的に増加させることで隔壁２９の各対向面全体における駆動電極２７，２８の膜厚を均一にでき、駆動電極２７，２８に対する駆動電圧の印加によって隔壁２９に安定した剪断変形を生じさせることができる。
【００５７】
なお、本発明に使用する導電性物質を分散した液体としては、金属微粒子を分散させてこれに樹脂を溶剤で溶解したものを添加した系と、酸化物等の銀化合物を分散させてこれに樹脂を溶剤で溶解したものを添加した系の２種類が挙げられる。
【００５８】
金属微粒子を分散させてこれに分散安定のために樹脂を溶剤で溶解したものを添加した系では、平均粒子径が１〜１００ｎｍの比較的細かい導電性物質を分散させることが重要である。これは、平均粒子径が５００ｎｍ以上の金属粉を用いると、含有される金属粉の粒径が相対的に大きすぎ、駆動電極の導通性を均一にすることができなくなるためである。即ち、駆動電極は数μｍ程度の厚さであるため、導電性物質の粒径が５００ｎｍ以上であると、駆動電極の厚さ方向に金属粒子が２〜３個しか存在しない状態になり、結果として、膜厚分布に不均一を生じやすくなる。また、駆動電極の厚さ方向に金属粒子が数個しか存在しない場合、部分的に金属粒子同士の接触不良を生じると、導通性が大きく損なわれる要因ともなる。
【００５９】
平均粒子径が１００ｎｍ以下の極めて粒子径の小さな金属超微粒子の製造方法の一例として、特開平３−３４２１１号公報には、ガス中蒸発法を用いて調製される１０ｎｍ以下の金属超微粒子をコロイド状に分散したものとその製造方法が開示されている。また、特開平１１−３１９５３８号公報等には、還元にアミン化合物を用いる還元析出法を利用して、平均粒子径が数ｎｍ〜数１０ｎｍ程度の金属超微粒子をコロイド状に分散したものとその製造方法が開示されている。この特開平１１−３１９５３８号公報等に開示される平均粒子径数ｎｍ〜数１０ｎｍ程度の金属超微粒子は、コロイド状態を維持するためにその表面が高分子樹脂などで被覆されている。
【００６０】
このような平均粒子径が１〜１００ｎｍと非常に細かい導電性を付与する物質を分散させた系で構成される液体を用いると、薄い膜厚とした際にも、用いる金属粒子の粒子径に起因する厚さの不均一性を大幅に低減することが可能となる。
【００６１】
また、一般に、平均粒子径数ｎｍ〜数１０ｎｍ程度の金属超微粒子はその融点よりも格段に低い温度（例えば、銀であれば２００℃程度）で焼結することが知られている。これは、金属の超微粒子においては、十分にその粒子径を小さくすると、粒子表面に存在するエネルギー状態の高い原子の全体に占める割合いが大きくなり、金属原子の表面拡散が無視し得ないほど大きくなる結果、粒子相互の界面の延伸がなされ焼結が行われるためである。
【００６２】
一方、室温近傍においても、金属超微粒子の表面相互が直接接触すると凝集体を形成するという現象を生じる。この凝集体形成は、極めて微細な導電性物質を分散させることによって密度の高い充填状態を形成した結果、達成される厚さの均一性向上の効果を損なう要因となる。また密度の高い充填状態を形成することで全体として所望の導電性を達成できる効果が得られるが、予め部分的に凝集体を形成した構造が混入することにより、密度の高い充填状態の再現性が悪くなくなる。
【００６３】
特に、インクジェット記録装置を利用して、導電性物質として金属超微粒子を分散させた液体を吐出する際には、吐出される微細な液滴中に含有される金属超微粒子量の均一性が不可欠である。即ち、液体中に含有される金属超微粒子は、分散溶媒中に均一に分散された状態であることも必須の要件となる。具体的には、インクジェットヘッドに付属する容器中に保持する間において、金属超微粒子の凝集分離や沈降分離等の現象の発生を抑制する必要もある。また、上述した金属超微粒子の凝集体の塊が、インクジェットヘッドの吐出ノズル先端などに付着する事態が生じてはならない。これらの好ましくない状況を防止するために、インク中に樹脂及びその樹脂を溶解する溶剤を添加することが有効であり、樹脂としては電極塗布後の焼成時の温度で硬化する熱硬化性樹脂、又は、焼成時の温度で炭化しない耐熱性樹脂が望ましい。
【００６４】
したがって、本発明により形成される電極は、熱硬化性樹脂又は耐熱性樹脂を含む焼結体層により構成され、より具体的には、焼結体層が樹脂により基体上に設膜されるとともに強固に接着された構造を有することになる。
【００６５】
導電性物質を分散させた液体の組成としては、金属超微粒子１００質量部当たり、有機溶剤を含む樹脂組成物が５０〜３００質量部の範囲で含まれ、有機溶剤が２０〜２７０質量部の範囲で含まれていることが好ましい。
【００６６】
導電性物質となる金属超微粒子としては、金、銀、銅、白金、パラジウム、タングステン、ニッケル、タンタル、ビスマス、鉛、インジウム、錫、亜鉛、チタン、アルミニウムからなる群より選択される一又は２種類以上の金属があげられる。
【００６７】
次に、酸化物等の銀化合物を分散させてこれに樹脂を溶剤で溶解したものを添加した系について述べる。
【００６８】
本発明の電極形成方法では、電極塗布後の焼成時に熱分解して金属銀を析出する酸化物等の銀化合物と耐熱性樹脂と溶媒とを混合して導電性物質を分散させた液体を作製し、この液体をインクジェット記録装置により吐出して駆動電極となるパターンを形成し、次いでこのパターンを所定の温度で焼成させることにより銀化合物を分解させて金属銀を析出させ、電極を形成するものである。
【００６９】
ここで、焼成を行うのは銀化合物を分解させて表面活性の高い銀表面を形成するためであり、焼成温度の範囲は２００℃以上を下限とし、上限としてはＰＺＴ圧電素子のキュリー点以下の温度を上限とする。下限を２００℃としたのは、酸化銀が分解して銀に変化する温度は２００℃以上であるためである。また、上限は前述したように、使用するＰＺＴ圧電素子のキュリー点より高温度で焼成すると、ＰＺＴ圧電素子の分極状態が失われてしまうとともに、溝状のインク室２６を挟む一対の隔壁２９の各対向面に形成した駆動電極に対する駆動パルスの印加により隔壁を変形させてインク室内のインクを吐出するインクジェットヘッドにおいては、電極形成後にＰＺＴ圧電素子を再分極させることは構造上不可能であるからである。
【００７０】
また、本発明においては、銀化合物としては、焼成時に熱分解して金属銀となるような酸化銀、炭酸銀、有機酸銀、銀錯体、炭酸銀およびコロイド銀のような銀化合物を使用することができる。また、銀化合物が熱分解する温度は、前述の金属微粒子を焼成する温度に比べて高くなる傾向にあるため、焼成温度がＰＺＴ圧電素子のキュリー点を越えないように必要に応じてインク中に銀化合物の分解を促進する還元剤等を添加してもよい。
【００７１】
銀化合物の粒径は、平均粒子径が１〜１００ｎｍの比較的細かい導電性物質を分散させることが重要である。これは、平均粒子径が５００ｎｍ以上の金属粉を用いると、含有される金属粉の粒径が相対的に大きすぎ、駆動電極の導通性を均一にすることができなくなるためである。即ち、駆動電極は数μｍ程度の厚さであるため、導電性物質の粒径が５００ｎｍ以上であると、駆動電極の厚さ方向に金属粒子が２〜３個しか存在しない状態になり、結果として、膜厚分布に不均一を生じやすくなる。
【００７２】
樹脂組成物に用いる有機バインダとして機能する熱硬化性樹脂は、有機の酸無水物またはその誘導体あるいは有機酸を、重合剤として、加熱重合可能な熱硬化製樹脂であることがより好ましい。有機バインダとして機能する耐熱性樹脂は、電極塗布後の焼成温度以上の耐熱性が必要であり、このような条件を満たす耐熱性樹脂としては、アラミッド（芳香族ポリイミド）、ポリイミド、ポリベンズイミダゾール、その他の含窒素縮重合系樹脂、ポリアミドイミド樹脂やポリベンゾビスチアゾール、ポリアリレート（芳香族ポリエステル）などがある。ポリイミドは、線状（縮合型）ポリイミド及び付加重合型ポリイミドのいずれも使用できる。ただし、何れの樹脂も適当な溶媒に溶解するものであることが望ましい。
【００７３】
本発明の電極形成方法に使用される有機溶剤は、塗布後の焼成温度において比較的速やかに蒸散でき、その間に熱分解などを起こすことがない程度に熱的な安定性を有することが好ましい。また、その塗布の工程において、液体をインクジェット記録装置を利用して、微小な液滴として吐出して塗布するため、吐出に好適な液粘度範囲に維持することも必要となる。また、ハンドリング性を考慮すると、室温付近では容易に蒸散することのない、比較的高沸点の非極性溶剤又は低極性溶剤、例えば、テルピネオール、ミネラルスピリット、キシレン、トルエン、エチルベンゼン、メシチレンなどが好適に利用でき、さらには、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン、ドデカン、シクロヘキサン、シクロオクタンなども用いることができる。耐熱性樹脂としてポリイミドを用いた場合には、Ｎ−メチルピロリドン等のピロリドン誘導体、又は、モノグライム、ジグライム、テトラグライム、トリグライム等のエーテル系の溶媒も使用できる。
【００７４】
本発明の方法において、インクジェット記録装置から吐出すべき液滴量は、形成すべき駆動電極の膜厚、及び、ドットの平均径から定まる。即ち、インクジェット記録装置を利用して微小な液滴を吐出する際の液滴量は、利用するインクジェットヘッド自体の性能に依存するため、目的とする液滴量に適合するノズル内径を備えたインクジェットヘッドを選択して用いる。
【００７５】
なお、電極を形成するための導電性物質を分散させた液体は、金属微粒子を分散させてこれに樹脂を溶剤で溶解したものを添加した系、又は、酸化物等の銀化合物を分散させてこれに樹脂を溶剤で溶解したものを添加した系のそれぞれを単一の液体（１液）として単一のインクジェット記録装置から吐出する形態をとることができるだけでなく、例えば、金属超微粒子を有機溶剤中に分散した液とその他の樹脂組成物を構成する成分を含む液との２液に分け、この２液を個々に微小な液滴として個別のインクジェット記録装置から吐出し、隔壁の各対向面上で両液を混和して電極を形成することも可能である。
【００７６】
この２液混合型の電極形成方法を用いる際には、高い密度で両液滴の接触・重ね合わせが達成されるように、利用するインクジェットヘッドのそれぞれの吐出ノズルの位置合わせ制御を行う。また、両液の液滴量は、混和がなされた状態において、各成分が適正な混合比率となるように調整する。隔壁の各対向面上に２液を塗布した後に加熱することにより、１液型の液体を用いた場合と同様に、熱硬化樹脂成分の熱硬化、及び、金属超微粒子相互の低温焼結・融着により、堅牢な駆動電極が形成される。
【００７７】
２液混合型のインクを利用する際には、金属超微粒子を有機溶剤中に分散した液とその他の樹脂組成物を構成する成分を含む液とを個々に吐出するため、それぞれの液の粘度を適正な吐出が達成可能な範囲に選択することが必要となる。このため、それぞれの液体に含有される有機溶剤の量を合計すると、予め混合した１液型の液体における有機溶剤の量と比較してより多くなることもあり得る。この場合には、電極形成中又は電極形成後の加熱工程において、好適な有機溶剤の含有比率となるように有機溶剤の蒸散を行う工程を設けることが好ましい。
【００７８】
また、本発明のインクジェットヘッドの製造方法における電極形成用の導電性物質を拡散させた液体の吐出には、圧電素子を利用してインクの吐出を行うピエゾ方式又はシェアモード方式のいずれの方法をも用いることができる。また、必要に応じてその他の方式も用いてもよい。但し、使用するインクジェットヘッドの方式に応じて吐出させる液体の液粘度を調製する必要があり、例えば、有機溶剤の添加量を調整して、最終液粘度を１〜３０ｍＰａ・ｓの範囲、好ましくは、２〜１５ｍＰａ・ｓの範囲に選択することが望ましい。
【００７９】
さらに、本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、電極形成に必要な成分を含有した液体を微細なドッド状の塗布が可能なインクジェット記録装置を用いて隔壁の各対向面に吐出するものであるため、隔壁の各対向面上で複数のドットが互いに重なり合うようにして複数の層によって所定の膜厚の駆動電極を形成するようにすることにより、電極の膜厚を自由に設定することができるとともに、部分的に層数を変更することによって膜厚の均一化を容易に実現することができる。
【００８０】
【発明の効果】
以上のようにして、この発明によれば、以下の効果を奏することができる。
【００８１】
（１）インクジェットヘッドにおいて隔壁を変形させるための駆動パルスが印加される電極の形成時に、導電性物質を分散させた液体をインクジェット記録装置から隔壁の対向面に対する吐出角度を調整しつつ吐出することにより、隔壁における所望の領域に電極材料となる導電性物質を正確に塗布することができ、電極を構成する金属を溝部の斜方から蒸着又はスパッタする従来の製造方法のように、隔壁の変形に直接寄与しない領域にも電極が形成されることによる材料コストの高騰や、隣接する隔壁のシャドーイング効果による蒸着面又はスパッタ面の規制によって隔壁の対向面における十分な範囲に電極が形成されないことによるランニングコストの高騰を招くことなく、高精度で安定した高速画像形成を行うことができるインクジェットヘッドを製造することができる。
【００８２】
（２）インクジェット記録装置から隔壁の対向面に対して導電性物質を樹脂とともに吐出することにより、インクジェット記録装置から吐出した導電性物質を樹脂を介して隔壁の対向面に堅牢に固着させることができる。
【００８３】
（３）インクジェット記録装置からの液体の吐出量を液体の吐出位置に応じて変化させて電極の膜厚を略均一にすることにより、インクジェット記録装置から吐出された液滴の一部が隣接する隔壁の上面に当接して溝部の底面近傍における隔壁の対向面に対する液体の吐出量が不十分になることでこの部分の電極の膜厚が不足する可能性がある場合には、その部分に対する液体の吐出量を増加することによって電極の膜厚を全体について略一定に維持することができる。
【００８４】
（４）導電性物質を分散させた液体を、インクジェット記録装置により隔壁の各対向面に塗布した後に乾燥させ、さらに焼成することにより、液体中に分散された導電性物質を、液体の乾燥によって隔壁の各対向面に微粒子として付着させ、さらに焼成によって溶融して微粒子を互いに固着させることができ、隔壁の各対向面に機械的強度が向上した状態で導電性物質による電極を形成することができる。
【００８５】
（５）導電性物質を分散させた液体を、インクジェット記録装置により隔壁の各対向面に塗布した後に、基板として使用するＰＺＴ圧電素子のキュリー点より低温度で焼成することにより、導電性物質の焼成処理にＰＺＴ圧電素子の分極状態が失われることがなく、電極に対する駆動パルスの印加によって隔壁に確実に剪断変形を生じさせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の製造方法によって製造されるインクジェットヘッドの要部の構成を示す背面断面図、平面断面図及び側面断面図である。
【図２】上記インクジェットヘッドの製造方法の要部を説明する図である。
【図３】上記インクジェットヘッドの製造方法における電極形成時の状態を説明する斜視図である。
【図４】上記インクジェットヘッドの製造方法における電極形成時の状態を説明する正面図である。
【図５】従来のインクジェットヘッドの製造方法における蒸着による電極形成時の状態を説明する正面図である。
【図６】従来の別のインクジェットヘッドの製造方法による電極形成状態を示す正面図である。
【図７】従来のインクジェットヘッドの構造の例を示す側面断面図である。
【図８】従来のインクジェットヘッドの製造方法の要部を示す斜視図である。
【符号の説明】
１−インクジェットヘッド
１０−導電性樹脂
２０−基板
２４−ノズル孔
２５−ノズルプレート
２６−インク室
２７，２８−電極
２９−隔壁
３０−カバープレート
３１−インク供給部
４０−駆動用ＩＣ（外部駆動回路）
４２−アウターリード
２００−チャンネルウエハ

Claims

基板上に一定の間隔を設けて複数の溝部を形成し、各溝部を挟んで隣接する複数の隔壁の互いの対向面のそれぞれに、該隔壁を変形させるための駆動パルスが印加される電極を形成するインクジェットヘッドの製造方法において、
前記電極の形成時に、前記隔壁の対向面に対する角度を調整しつつインクジェット記録装置から導電性物質を分散させた液体を前記隔壁の対向面に吐出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。
前記液体は、樹脂が添加されていることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
前記電極の形成時に、前記電極の膜厚が略均一になるように、前記インクジェット記録装置からの液体の吐出量を液体の吐出位置に応じて変化させることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
前記電極の形成時に、前記隔壁の各対向面に吐出した前記液体を乾燥及び焼成することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のインクジェットヘッドの製造方法。
前記液体の乾燥及び焼成時における焼成温度を、前記基板を構成するＰＺＴ圧電素子のキュリー点より低温度に設定することを特徴とする請求項４に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
溝部を挟んで隣接する複数の隔壁の互いの対向面のそれぞれに、該隔壁を変形させるための駆動パルスが印加される電極を備えたインクジェットヘッドにおいて、
請求項１乃至５の何れかに記載のインクジェットヘッドの製造方法によって製造されたことを特徴とするインクジェットヘッド。