JP2006035454A - インクジェットヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】各インクチャネルの駆動電極から引き出された接続配線と配線基板の駆動配線との電気的接続が簡単に行えると共に、複数列のインクチャネルを構成してノズルの高密度化を図ることも容易なインクジェットヘッドの製造方法を提供すること。
【解決手段】圧電素子からなる駆動壁13A,13Bとインクチャネル14A,14Bとが交互に並設されると共に前面及び後面にそれぞれインクチャネル14A,14Bの出口142A,142Bと入口141A,141Bとが配設されてなるヘッドチップ1A,1Bの後面に、前記駆動壁13A,13Bに設けられた各駆動電極と各々電気的に接続する接続配線を引き出し、前記ヘッドチップ1A,1Bの後面に、前記各接続配線に対応するピッチで駆動回路と電気的に接続する駆動配線31A,31Bと前記インクチャネル14A,14Bの入口141A,141Bに対応する位置に貫通するインク連通口32A,32Bとを形成してなる配線基板3を接合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。
【選択図】 図１

Description

本発明は、圧電素子からなる駆動壁とインクチャネルとが交互に並設されると共に前面及び後面にそれぞれインクチャネルの出口と入口とが対向状に配設されてなる、所謂ハーモニカタイプのヘッドチップを有するインクジェットヘッドの製造方法に関する。

従来、インクチャネルを区画する駆動壁に電圧を印加することにより駆動壁をせん断変形させ、そのとき発生する圧力を利用してインクチャネル内のインクをノズルから吐出させるようにしたシェアモード型のインクジェットヘッドとして、圧電素子からなる駆動壁とインクチャネルとが交互に並設されると共に前面及び後面にそれぞれチャネルの出口と入口とが対向状に配設された所謂ハーモニカタイプのヘッドチップにより構成したインクジェットヘッドが特許文献１により公知である。

このようなインクジェットヘッドでは、駆動電極と駆動回路とを電気的に接続するための配線を、インクチャネル内からヘッドチップの外面まで引き出し、ＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）等を接合できるように形成する必要がある。

このため、特許文献１には、圧電素子基板に対してストレートな多数のインクチャネルを平行に溝切りして形成した後、めっき触媒を吸着させて無電解めっきにより全体的に薄めっきを形成し、各インクチャネル間の不要箇所のめっき膜をヘッドチップの全面に亘ってレーザーで除去した後、再度めっき処理することにより、各駆動電極と導通する配線をヘッドチップの全面に亘って引き回すように形成している。しかし、この場合、駆動電極と導通する配線は、インクチャネル内からヘッドチップの前面及び後面を通ってヘッドチップの裏面へ至るように３次元的に引き回されるように形成されるため、ヘッドチップの角部を複数回経由することとなり、この角部を経由する際に断線を引き起こし易く、導通の確実性に課題を残している。

また、特許文献２には、ノズル孔が形成されたノズルプレートに駆動回路との電気的接続を行うための駆動配線の配線パターンを一体に形成し、このノズルプレートをインク出口側に貼着した後に上記配線パターンが形成された側を折り曲げて、ヘッドチップの上面に引き出された接続配線と上記駆動配線との電気的接続を行う技術が開示されている。

しかし、特許文献２に記載されているように、駆動配線がノズルプレートと一体に形成されているものでは、接合作業が煩雑で接合不良が発生し易い問題がある。これは、一般にノズルは高精度に加工形成する必要があることから、ヘッドチップに接合する前に予め形成するようにしており、ノズルプレートの接合作業では、各ノズルとインクチャネルとが正確に対応するように位置合わせしながら行う必要があるため、駆動配線がノズルプレートと一体に形成されている場合、配線同士の接合に加えて、このノズルとインクチャネルとの正確な位置合わせをも同時に行わなくてはならないためである。

また、インクジェットヘッドの高密度化を目的として多ノズル化を図る場合、複数のヘッドチップをインクチャネルの並び方向と直交する方向に多段状に積層して複数列のインクチャネルを形成する方法が考えられる。しかし、上記従来技術にあるように、一般にハーモニカタイプのヘッドチップの上面又は下面には配線基板が接合され、かかるヘッドチップを用いて多ノズル化を図る場合、通常、配線基板の接合面と反対側の面同士を接合するため、この方法ではヘッドチップを上下２段に積層して２列のインクチャネルしか形成することができない。従って、更にノズル数を増やすには、各ヘッドチップのインクチャネル数をインクチャネルの並び方向に増加させていくしかなかった。
特開２００２−２６４３４２号公報 特開２００１−６３０４３号公報

そこで、本発明は、各インクチャネルの駆動電極から引き出された接続配線と配線基板の駆動配線との電気的接続が簡単に行えると共に、複数列のインクチャネルを構成してノズルの高密度化を図ることも容易なインクジェットヘッドの製造方法を提供することを課題とする。

本発明の他の課題は、以下の記載により明らかとなる。

上記課題は、以下の各発明によって解決される。

請求項１記載の発明は、圧電素子からなる駆動壁とインクチャネルとが交互に並設されると共に前面及び後面にそれぞれインクチャネルの出口と入口とが配設されてなるヘッドチップの後面に、前記駆動壁に設けられた各駆動電極と各々電気的に接続する接続配線を引き出し、前記ヘッドチップの後面に、前記各接続配線に対応するピッチで駆動回路と電気的に接続する駆動配線と前記インクチャネルの入口に対応する位置に貫通するインク連通口とを形成してなる配線基板を接合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である。

請求項２記載の発明は、前記配線基板は、フレキシブルプリント基板からなり、前記インク連通口を抜き型によって貫通形成することを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッドの製造方法である。

請求項３記載の発明は、前記配線基板は、端部を前記ヘッドチップとの接合面とは反対側へ折り曲げることによって、各インクチャネル内へインクを供給するインク供給室を構成するためのインクマニホールドの少なくとも一壁面を形成することを特徴とする請求項２記載のインクジェットヘッドの製造方法である。

請求項４記載の発明は、前記配線基板は、感光性ガラス基板からなり、前記インク連通口を露光工程、エッチング工程を経て貫通形成することを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッドの製造方法である。

請求項５記載の発明は、前記配線基板は、前記インク連通口を、前記ヘッドチップの各インクチャネルの入口に対応する位置にそれぞれ形成することにより、該各インク連通口によって各インクチャネル内へのインク流量を規制する流路規制板を兼ねることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のインクジェットヘッドの製造方法である。

請求項６記載の発明は、前記ヘッドチップを多段状に複数接着して複数列のインクチャネルを形成した後、前記配線基板を前記複数のヘッドチップの後面に亘って接合することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のインクジェットヘッドの製造方法である。

請求項７記載の発明は、前記配線基板は、隣接するヘッドチップにそれぞれ対応する駆動配線を互いに反対方向に引き出し形成してなることを特徴とする請求項６記載のインクジェットヘッドの製造方法である。

請求項８記載の発明は、前記ヘッドチップの上面及び／又は下面に放熱部材を設けることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のインクジェットヘッドの製造方法である。

請求項９記載の発明は、前記ヘッドチップの上面及び／又は下面に加熱部材を設けることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のインクジェットヘッドの製造方法である。

請求項１記載の発明によれば、各インクチャネルの駆動電極から引き出された接続配線と配線基板の駆動配線との電気的接続が簡単に行えると共に、複数列のインクチャネルを構成してノズルの高密度化を図ることも容易なインクジェットヘッドを製造することができる。

請求項２記載の発明によれば、多数のインク連通口を、一度に、低コストで貫通形成することができると共に、ヘッドチップからの駆動配線の引き出し方向の自由度が高くなり、また、インクジェットヘッド自体の構造もコンパクトに形成できる。

請求項３記載の発明によれば、インクマニホールドの構造を簡素化することができる。

請求項４記載の発明によれば、配線基板に対して露光することによってインク連通口を簡単に貫通形成することができる。また、インク連通口をチャネル毎に形成する場合でも、マスクを用いることにより一度に形成することができる。

請求項５記載の発明によれば、インクメニスカスのコントロールが容易となると共に、流路規制板を別途設ける必要がなくなり、部品点数の削減及び構造の簡素化を図ることができる。

請求項６記載の発明によれば、多数列のインクチャネル列を有するインクジェットヘッドを容易に作製することができる。

請求項７記載の発明によれば、複数のヘッドチップにそれぞれ対応する各駆動配線のピッチを大きくすることができ、電気的短絡の危険を回避することができる。

請求項８記載の発明によれば、ヘッドチップの上面及び／又は下面のフリーな面を利用して、放熱部材をヘッドチップのインクチャネルの並び方向に亘って設けることができるため、全インクチャネルに亘って効率的な放熱を行うことができる。

請求項９記載の発明によれば、ヘッドチップの上面及び／又は下面のフリーな面を利用して、加熱部材をヘッドチップのインクチャネルの並び方向に亘って設けることができるため、全インクチャネルに亘って効率的な加熱を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。

図１は、インクジェットヘッドの一例を断面で示しており、図中、１Ａ、１Ｂはヘッドチップ、２はヘッドチップ１Ａ、１Ｂの前面に接合されたノズルプレート、３はヘッドチップ１Ａ、１Ｂの後面に接合された配線基板、４は配線基板３における各ヘッドチップ１Ａ、１Ｂと反対面に接合されたインクマニホールドである。

なお、本明細書においては、ヘッドチップからインクが吐出される側の面を「前面」といい、その反対側の面を「後面」という。また、ヘッドチップにおいて並設されるチャネルを挟んで図示上下に位置する外側面をそれぞれ「上面」及び「下面」という。

図２〜図４を用いてヘッドチップ１の製造方法について説明する。

まず、２枚の圧電素子基板１３ａ、１３ｂを下部基板１２上に接合する（図２（ａ））。各圧電素子基板１３ａ、１３ｂに用いられる圧電素子材料としては、電圧を加えることにより変形を生じる公知の圧電素子材料を用いることができるが、特にチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）が好ましい。２枚の圧電素子基板１３ａ、１３ｂは互いに分極方向（矢印で示す）を反対方向に向けて積層し、下部基板１２に接着剤を用いて接着する。

次いで、その２枚の圧電素子基板１３ａ、１３ｂに亘って、ダイシングブレード等を用いて複数の平行な溝を研削する。これにより、下部基板１２上に高さ方向で分極方向が反対となる駆動壁１３を並設する。各溝は圧電素子基板１３ａ、１３ｂの一方の端から他方の端に亘ってほぼ同じ一定の深さで研削することで、長さ方向で大きさと形状がほぼ変わらないストレート状のインクチャネル１４となる（図２（ｂ））。２枚の圧電素子基板１３ａ、１３ｂは分極方向が反対に向いているので、この圧電素子基板１３ａ、１３ｂによって形成される駆動壁１３全体が効率良く、大きな変形量でせん断変形するため、インクチャネル内のインクに高い圧力を付与することができ、インクの着弾ずれを抑えて画質の向上を図ることができる。

また、図示しないが、下部基板１２を用いる代わりに圧電素子基板１３ｂを厚手のものとし、薄手の圧電素子基板１３ａ側から厚手の圧電素子基板１３ｂの中途部にまで至る複数の平行な溝を研削することにより、高さ方向で分極方向が反対となる駆動壁１３の形成と同時に下部基板部分が一体に形成されるようにしてもよい。

次いで、このようにして形成した各インクチャネル１４の内面に駆動電極１５を形成する。駆動電極１５を形成する金属は、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ａｌ等があり、電気抵抗の面からはＡｌやＣｕを用いることが好ましいが、腐食や強度、コストの面からＮｉが好ましく用いられる。

駆動電極１５の形成は、蒸着法、スパッタリング法、めっき法、ＣＶＤ（化学気相反応法）等の真空装置を用いた方法等によって金属被膜を形成する方法が挙げられるが、めっき法によるものが好ましく、特に無電解めっきにより形成することが好ましい。無電解めっきによれば、均一且つピンホールフリーの金属被膜を形成することができる。めっき膜の厚みは０．５〜５μｍの範囲が好ましい。

駆動電極１５はインクチャネル１４毎に独立させる必要があるため、駆動壁１３の上面には金属被膜が形成されないようにすることが好ましい。このため、例えば各駆動壁１３の上面に予めドライフィルムを貼着したり、レジストを形成しておき、金属被膜を形成した後に除去することで、各駆動壁１３の側面及び各インクチャネル１４の底面に選択的に駆動電極１５を形成することができる（図２（ｃ））。

このようにして駆動電極１５を形成した後、駆動壁１３とインクチャネル１４とが並設された基板の上面に上部基板１１を接着剤を用いて接合する。上部基板１１及び下部基板１２には、駆動壁１３を構成する圧電材料と同一の基板材料を脱分極して用いると、駆動時の熱の影響による熱膨張係数の差に起因する反りや変形を防止することができる。

そして、この基板を、インクチャネル１４の長さ方向と直交する方向に沿う複数のカットラインＣ１、Ｃ２・・・に沿って切断することにより、上部基板１１、圧電素子基板１３ａ、１３ｂ及び下部基板１２を接合してなる１枚の基板からハーモニカタイプの複数のヘッドチップ１、１・・・を一度に製造する（図２（ｄ））。カットラインＣ１、Ｃ２・・・は、それによって作製されるヘッドチップ１、１・・・のインクチャネル１４の駆動長さを決定するものであり、この駆動長に応じて適宜決定される。

これにより、ヘッドチップ１は、上部基板１１と下部基板１２との間に、駆動壁１３とインクチャネル１４とが交互に並設される。上記インクチャネル１４の形状は、両側壁が垂直方向に向いており、そして互いに平行である。また、図１に示すように、ヘッドチップ１Ａ、１Ｂの前面及び後面にそれぞれ各インクチャネル１４Ａ、１４Ｂの出口１４２Ａ、１４２Ｂと入口１４１Ａ、１４１Ｂとが配設されると共に、各インクチャネル１４Ａ、１４Ｂは、入口１４１Ａ、１４１Ｂから出口１４２Ａ、１４２Ｂに亘る長さ方向で大きさと形状がほぼ変わらないストレートタイプとなる。

次いで、図３（ａ）に示すように、ヘッドチップ１の切断面の一面（後面）に、駆動電極１５のうちのインクチャネル１４の底面に形成された部分から下部基板１２の端面（後端面）にかけて開設された開口部２０１を有するドライフィルム２００を貼着し、Ａｌ等の金属を蒸着することで、開口部２０１内に金属被膜を形成し、これを接続配線１６とする。この接続配線１６の形成は、蒸着に代えてスパッタリングによって行うようにしてもよい。

この後、ドライフィルム２００を除去すると、図３（ｂ）に示すように、ヘッドチップ１の一面（後面）に、各インクチャネル１４から駆動電極１５と電気的に接続する接続配線１６がインクチャネル１４毎に独立して引き出される。

また、かかる接続配線１６の他の形成方法として、駆動電極１５と同時に形成することもできる。即ち、図２に示したヘッドチップ１の作成方法において、駆動電極１５を形成することなくヘッドチップ１を形成した後、各インクチャネル１４の内面を含むヘッドチップ全面に駆動電極及び接続配線とするための金属被膜を無電解めっきによって形成し、その後、ヘッドチップ１の全面に析出した金属被膜のうちの不要部分の金属被膜をレーザーで除去することによりパターニングを行い、金属被膜をインクチャネル１４毎に分離独立させることで、各駆動電極１５とこれに電気的に接続される各接続配線１６とを同時に形成する。この方法によれば、金属被膜の形成工程が１回で済むため、製造プロセスの簡略化を図ることができる。また、接続配線はヘッドチップ１の後面部分のみを使用すればよいため、複数回の角部を経由する場合のような断線による不具合のおそれは少なくて済む。

なお、接続配線１６は、ヘッドチップ１の後面における上部基板１１又は下部基板１２のうちのいずれか一方に引き出すようにすればよい。ここでは接続配線１６を下部基板１２側に引き出し形成している。これは、駆動電極１５のうちのインクチャネル１４の底面に形成された部分を利用して接続配線１６を引き出すことができるからである。このようにすると、接続配線１６の幅をインクチャネル１４の幅以下に形成することができ、隣接する接続配線１６間の電気的短絡の危険を回避することができるために好ましい態様であるが、上部基板１１側に引き出すことも可能である。この場合は、駆動電極１５のうちのインクチャネル１４の側面、好ましくは両側面に形成された部分を利用して引き出せばよい。

次いで、図４に示すように、このようにして作製された２つのヘッドチップ１、１を接着剤を用いて積層することにより、２列のインクチャネル列を有するヘッドチップ１Ａ、１Ｂの積層物を得る。図４は積層されたヘッドチップ１Ａ、１Ｂの後面を示している。

ヘッドチップ１Ａ、１Ｂは、上部基板１１Ａ、１１Ｂ同士を接着剤を用いて接合することで、インクチャネル１４Ａ、１４Ｂの並び方向に直交する上下２段に積層し、これによりインクチャネル１４Ａの列とインクチャネル１４Ｂとの列による２列のインクチャネル列を形成する。また、このとき、各ヘッドチップ１Ａ、１Ｂの接続配線１６Ａ、１６Ｂは、互いに反対方向となるように引き出された状態となる。なお、ヘッドチップ１Ａと１Ｂとでは、各インクチャネル１４Ａ、１４Ｂの位置が互いにずれている。

積層されたヘッドチップ１Ａ、１Ｂの前面には、図１に示すようにヘッドチップ１Ａ、１Ｂに亘る１枚のノズルプレート２を接合する。ノズルプレート２には、ヘッドチップ１Ａの各インクチャネル１４Ａに対応するノズル２１Ａとヘッドチップ１Ｂの各インクチャネル１４Ｂに対応するノズル２１Ｂがそれぞれ開穿されている。

配線基板３は、ヘッドチップ１Ａ、１Ｂの幅（インクチャネル１４Ａ、１４Ｂの並び方向の長さ）とほぼ同幅に形成し、その一面に、ヘッドチップ１Ａ、１Ｂの各インクチャネル１４Ａ、１４Ｂに対応し、該インクチャネル１４Ａ、１４Ｂから引き出された接続配線１６Ａ、１６Ｂと電気的に接続することで、図示しない駆動回路から供給される信号電圧を各インクチャネル１４Ａ、１４Ｂ内の駆動電極１５Ａ、１５Ｂに印加するための駆動配線３１Ａ、３１Ｂを形成する。この駆動配線３１Ａ、３１Ｂの形成方法としては、蒸着法、スパッタリング法、めっき法、ＣＶＤ（化学気相反応法）等の真空装置を用いた方法等によって金属被膜を形成する方法が挙げられ、特に限定されない。

ここでは、図４に示すように、隣接するヘッドチップ１Ａと１Ｂとで、接続配線１６Ａ、１６Ｂの引き出し方向が図示上下で反対方向となっているため、配線基板３においてヘッドチップ１Ａ用の駆動配線３１Ａは図示上方向に、ヘッドチップ１Ｂ用の駆動配線３１Ｂは図示下方向にそれぞれ引き出されるように形成している。これにより、ヘッドチップ１Ａ、１Ｂにそれぞれ対応する各駆動配線３１Ａ、３１Ｂのピッチを大きくすることができ、電気的短絡の危険を回避することができる。

また、配線基板３には、ヘッドチップ１Ａの各インクチャネル１４Ａの入口１４１Ａに対応するインク連通口３２Ａとヘッドチップ１Ｂの各インクチャネル１４Ｂの入口１４１Ｂに対応するインク連通口３２Ｂとをそれぞれインクチャネル１４Ａ、１４Ｂと同数開設する。このインク連通口３２Ａ、３２Ｂは、配線基板３をヘッドチップ１Ａ、１Ｂの後面に接合した際、これを通して各インクチャネル１４Ａ、１４Ｂ内にインク流通可能とするものである。

インク連通口３２Ａ、３２Ｂは、配線基板３をヘッドチップ１Ａ、１Ｂの後面に接合する前に予め貫通形成しておく。接合後に例えばレーザーを用いて形成すると、インクチャネル１４の入口付近に不用意にレーザーが照射されてインクチャネル１４が破損するおそれがあるが、接合前に予め形成しておくことで、このような問題を回避することができる。

配線基板３はフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）であると、インク連通口３２Ａ、３２Ｂの形成が容易であると共に、ヘッドチップ１Ａ、１Ｂからの駆動配線の引き出し方向の自由度が高くなり、また、インクジェットヘッド自体の構造もコンパクトに形成できるために好ましい。図１は、配線基板３にＦＰＣを用いた態様を示している。

配線基板３にインク連通口３２Ａ、３２Ｂを予め形成するには、レーザーを用いて形成することもできるが、配線基板３にＦＰＣを用いる場合は、抜き型を用いて貫通形成することが好ましい。特に、インク連通口３２Ａ、３２Ｂは、形状及び位置に、ノズルプレート２のノズル２１Ａ、２１Ｂを加工形成する場合のような高精度な加工が要求されないことから、抜き型を用いて形成すれば、多数のインク連通口３２Ａ、３２Ｂでも短時間で一度に低コストで貫通形成することができる。レーザーではランニングコストが嵩む上に、全インクチャネル分の加工を一度に行うことができず、加工時間もかかるため、特に多数チャネルの場合には抜き型を用いる方が有利である。

インク連通口の形成態様としては、全インクチャネルに１対１に対応するインク連通口とする態様、１列のインクチャネル列で共通する１つのインク連通口（１列のインクチャネル列で１個）とする態様、１列のインクチャネル列のうちの隣接する複数のインクチャネルで１つのインク連通口とする態様、複数列のインクチャネル列を有する場合は、複数のインクチャネル列全体で共通する１つの大きなインク連通口とする態様が挙げられるが、図示するように、各インクチャネル１４Ａ、１４Ｂに１対１に対応するインク連通口３２Ａ、３２Ｂとし、それぞれ各インクチャネル１４Ａ、１４Ｂの入口１４１Ａ、１４１Ｂの開口面積よりも小さく形成すれば、配線基板３を、各インクチャネル１４Ａ、１４Ｂ内に流入するインクの流量を規制するための流路規制板として兼用することができ、インクメニスカスのコントロールが容易となると共に、流路規制板を別途設ける必要がなくなり、部品点数の削減及び構造の簡素化を図り得るために好ましい。

１枚の配線基板３に多数のインク連通口３２Ａ、３２Ｂを抜き型によって形成するには、例えば図５に示すように、抜き型３００内に配線基板３をセットし、インク連通口となる貫通穴を開穿するための多数の凸部３０２を備えた凸型３０１を用いてプレスすることにより、多数のインク連通口を一度に効率良く形成することができる。

なお、インク連通口３２Ａ、３２Ｂの開口形状は、図示する円形状に限らず、矩形状等任意である。

また、図示しないが、配線基板３には予め駆動用ＩＣを実装するようにしてもよい。

配線基板３に各インクチャネル１４Ａ、１４Ｂに１対１に対応するインク連通口３２Ａ、３２Ｂを形成する場合、インク連通口３２Ａ、３２Ｂを貫通形成した後に各駆動配線３１Ａ、３１Ｂを形成すると、各駆動配線３１Ａ、３１Ｂと各インク連通口３２Ａ、３２Ｂとの位置合わせが容易であるために好ましい。

次いで、以上のようにして駆動配線３１Ａ、３１Ｂ及びインク連通口３２Ａ、３２Ｂを形成した配線基板３を、その各駆動配線３１Ａ、３１Ｂがヘッドチップ１Ａ、１Ｂの後面の各接続配線１６Ａ、１６Ｂに対応し、且つ、各インク連通口３２Ａ、３２Ｂが各インクチャネル１４Ａ、１４Ｂの入口１４１Ａ、１４１Ｂに対応するように、各ヘッドチップ１Ａ、１Ｂの後面に亘って異方性導電フィルム等を用いて接合する。本実施形態に示すように、複数のヘッドチップ１Ａ、１Ｂが多段状に積層されて複数列のインクチャネル列を形成する場合でも、配線基板３は１枚で全て共通とすることができるため、部品点数の削減化を図ることが可能である。しかも、複数のヘッドチップに信号電圧を印加するための配線パターンを１枚の配線基板３に一度に形成することができるため、製造工程の簡略化を図ることも可能である。

また、配線基板３をヘッドチップ１Ａ、１Ｂの後面に接合することで、配線基板３の各駆動配線３１Ａ、３１Ｂと電気的に接続するための接続配線１６Ａ、１６Ｂは、ヘッドチップ１Ａ、１Ｂの後面において引き出されていればよいため、ヘッドチップの上面や下面にまで引き出すものに比べて配線の長さが短くて済み、電気抵抗を低減することができる。この接続配線１６Ａ、１６Ｂは各インクチャネル１４Ａ、１４Ｂの入口１４１Ａ、１４１Ｂから１箇所のみの角部を経て、ヘッドチップ１Ａ、１Ｂの後面において配線基板３の駆動配線３１Ａ、３１Ｂと電気的に接続されるため、断線が生じる確率を低くすることができ、電気的接続の信頼性を高めることができる。

かかる配線基板３を挟んでヘッドチップ１Ａ、１Ｂと反対側の面に、各ヘッドチップ１Ａ、１Ｂに共通の１つのインクマニホールド４を接着剤を用いて接合する。インクマニホールド４内にはインク供給室４１が形成されており、このインク供給室４１内のインクを各インク連通口３２Ａ、３２Ｂを通して各インクチャネル１４内に供給するようになっている。これにより図１に示すインクジェットヘッドが完成する。

なお、配線基板３とヘッドチップ１Ａ、１Ｂとの接合方法として、このインクマニホールド４に予め配線基板３を接合して一体化しておき、この配線基板３付きのインクマニホールド４をヘッドチップ１Ａ、１Ｂの後面に接合する方法を採用することもできる。

また、インクマニホールド４を合成樹脂によって成形する場合は、その成形時に配線基板３を一体化するようにしてもよい。この場合、予め駆動配線３１Ａ、３１Ｂ及びインク連通口３２Ａ、３２Ｂを形成した配線基板３をインクマニホールド４を成形する成形型に貼り付け、樹脂を注入することで一体化させることができる。

インクマニホールドは、一般に、ヘッドチップ１Ａ、１Ｂに対向する一面のみが開口する箱型形状に形成することができるが、配線基板３にＦＰＣを用いる場合は、図６に示すように、両側壁４０ａ、４０ｂと後壁４０ｃとの３壁からなる平面視コの字型に成形した壁部材４０を用い、この壁部材４０の両側壁４０ａ、４０ｂの先端面とＦＰＣからなる配線基板３とを接合した後、配線基板３の両端部をヘッドチップ１Ａ、１Ｂとは反対側へ折り曲げ、両側壁４０ａ、４０ｂ及び後壁４０ｃの上下面とそれぞれ接合することで、壁部材４０及び配線基板３でインクマニホールドを構成することもできる。すなわち、この配線基板３は、インクマニホールドの上下の二壁面を構成している。これによれば、インクマニホールドの構造を簡素化することができるために好ましい。このように配線基板３によって構成されるインクマニホールドの壁面は二壁面に限らず、例えばヘッドチップが１つである場合等のように、配線基板３の引き出し方向が上又は下の１方向であるような場合には、一壁面を構成するだけであってもよい。

この態様では、配線基板３は、図６に示すように、壁部材４０と接合した後、その一体化物をヘッドチップ１Ａ、１Ｂの後面に接合してもよいし、ヘッドチップ１Ａ、１Ｂの後面に接合した後に折り曲げて壁部材４０と接合するようにしてもよい。

インクマニホールド４や壁部材４０に用いられる樹脂材料としては、ヘッドチップ１Ａ、１Ｂに用いられる圧電材料に近い線膨張係数を持っている材料が好ましく、例えば、線膨張係数がコントロール可能な液晶ポリマーや、無機フィラーを多く充填した樹脂材料、ナノコンポジットと呼ばれる樹脂材料が挙げられる。ヘッドチップ１Ａ、１Ｂに用いられる圧電材料との線膨張係数の差は１０ｐｐｍ以内が好ましく、より好ましくは３ｐｐｍ以内とすることである。

本発明における配線基板は、以上説明したＦＰＣを用いるものに限らず、感光性ガラス基板を用いて作成することもできる。図７は、感光性ガラス基板を用いた配線基板を有するインクジェットヘッドの一例を断面で示している。図１と同一符号の部位は同一構成を示しているので、それらの詳細な説明は省略する。

同図において、７は感光性ガラス基板からなる配線基板であり、ヘッドチップ１Ａ、１Ｂの幅（インクチャネル１４Ａ、１４Ｂの並び方向の長さ）とほぼ同幅で、ヘッドチップ１Ａ、１Ｂの厚さ（図７における上下方向の厚さ）よりも若干大きく形成され、その上下の端部が、積層されたヘッドチップ１Ａ、１Ｂの上下からそれぞれ僅かにはみ出すように接合されている。

配線基板７のヘッドチップ１Ａ、１Ｂとの接合面には、各ヘッドチップ１Ａ、１Ｂの後面にそれぞれ引き出された接続配線１６Ａ、１６Ｂ（図４参照）と電気的に接続される駆動配線７１Ａ、７１Ｂがパターン形成されると共に、各インクチャネル１４Ａ、１４Ｂの入口１４１Ａ、１４１Ｂに対応する位置に、それぞれインク連通口７２Ａ、７２Ｂが貫通形成されている。

ここで、感光性ガラス基板とは、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ等の感光性の金属成分と増感剤としてＣｅ（Ｃｅの酸化物）を含有する感光性ガラスからなる基板である。この感光性ガラス基板に紫外線を照射することにより露光を行うと、露光された部分の感光性金属成分が金属原子へと変化する。すなわち、
Ｃｅ^３＋→Ｃｅ^４＋＋ｅ⁻
という光電子反応が起こり、Ｃｅ^３＋イオンから放出された光電子の一部が感光性イオンＭｅ^＋に捕らえられると、
Ｍｅ^＋＋ｅ⁻→Ｍｅ
という反応が起こる。

この反応後、熱処理を加えることによって上記金属原子Ｍｅが集合して金属コロイドが生成される。そして、この金属コロイドが結晶核となり、部分的に結晶相を析出させる。この結晶化した部分とその他のガラスの部分とでは、エッチング液に対する溶解速度が異なり、結晶化した部分が速く溶解する。また、最初のＣｅ^３＋イオンの光電子反応が起こる場所を制御できるため、感光性ガラス基板の上面にフォトマスクを用いて選択的な露光を行うことにより、高精度な貫通孔の形成が可能である。

図８に、配線基板７の作成工程を示す。

まず、図８（ａ）に示すように、配線基板７とするための所定サイズの感光性ガラス基板４００を用意し、その上面にインク連通口７２Ａ、７２Ｂを貫通形成するためのフォトマスク５００を載せた後、図８（ｂ）に示すように紫外線を照射する。

フォトマスク５００には、ヘッドチップ１Ａ、１Ｂの各インクチャネル１４Ａ、１４Ｂと同ピッチで貫通孔形成用の開口５０１が設けられている。フォトマスク５００は、選択的な露光が可能であれば特に制限なく使用することができる。例えば、透明なガラス薄板に紫外線光を実質的な透過させないようなクロム膜等の遮光膜を、開口５０１を残してパターン形成したものを用いることができる。

紫外線は、フォトマスク５００の開口５０１のみを通して感光性ガラス基板４００に照射される。従って、感光性ガラス基板４００には、この紫外線の照射により、図８（ｃ）に示すように開口５０１に対応する部分にのみ、感光性ガラス基板４００の厚み方向に沿って結晶化部４０１が形成される。

次に、この露光処理が施された感光性ガラス基板４００を熱処理する。この熱処理は、感光性ガラス基板４００中の露光によって生成された金属原子を金属コロイドに変化させるための処理であり、焼成とは異なる。従って、この熱処理は、感光性ガラス基板４００に用いられるガラスの転移点と屈伏点との間の温度で行われれば十分であり、また好ましい。転移点よりも低い温度では、熱処理による効果が十分に得られず、また、屈伏点よりも高い温度では、熱による収縮が発生して寸法精度に影響が出るおそれがある。一般には４５０℃〜６００℃の温度とすることが好ましい。また、熱処理の時間としては３０分〜５時間程度とすることが好ましい。

次いで、このように熱処理された感光性ガラス基板４００をエッチング液に浸漬させ、露光された結晶化部４０１のみをエッチングする。エッチング液としては希フッ化水素酸等のフッ酸水溶液を好適に用いることができる。このエッチング処理により、感光性ガラス基板４００から結晶化部４０１のみが選択的に溶解除去され、図８（ｄ）に示すように貫通孔４０２が形成される。この貫通孔４０２がインク連通口７２Ａ、７２Ｂとなる。

このように感光性ガラス基板４００を用い、上述のように露光処理、熱処理及びエッチング処理によって選択的に貫通孔４０２を形成してインク連通口７２Ａ、７２Ｂとすることにより、一度に多数のインク連通口７２Ａ、７２Ｂを同時且つ高精度に形成することができ、インク連通口７２Ａ、７２Ｂの加工時間の短縮化、加工の容易化及び加工コストの低減化を図ることができる。

感光性ガラス基板４００にインク連通口７２Ａ、７２Ｂとなる貫通孔４０２を形成した後は、この感光性ガラス基板４００の一面に、ヘッドチップ１Ａ、１Ｂの各接続配線１６Ａ、１６Ｂと対応するピッチで、駆動配線７１Ａ、７１Ｂをパターン形成する。この駆動配線７１Ａ、７１Ｂの形成方法としては、蒸着法、スパッタリング法、めっき法等を用いて選択的に金属被膜を形成することにより行うことができる。金属被膜を選択的に形成するには、感光性ガラス基板４００の一面に駆動配線７１Ａ、７１Ｂとなる開口を有するマスクやレジスト等（図示せず）を貼着し、開口部分にのみ金属被膜が形成されるようにすればよい。

次いで、このようにして作成した配線基板７を、各駆動配線７１Ａ、７１Ｂが各接続配線１６Ａ、１６Ｂと電気的に接続するように異方性導電フィルム等を用いてヘッドチップ１Ａ、１Ｂの後面に接合するが、このとき配線基板７の端部は、図７に示すように、ヘッドチップ１Ａ、１Ｂの上下にそれぞれ若干はみ出すため、この端部にそれぞれ、配線基板７の駆動配線７１Ａ、７１Ｂにそれぞれ対応するピッチで配線８１Ａ、８１Ｂが予めパターン形成されたＦＰＣ８Ａ、８Ｂを接合し、図示しない駆動回路と電気的に接続する。

この感光性ガラス基板を用いた配線基板７の場合も、インク連通口は上記同様の様々な態様をとることができるが、図示するように各インクチャネル１４Ａ、１４Ｂに１対１に対応するように形成し、それぞれ各インクチャネル１４Ａ、１４Ｂの入口１４１Ａ、１４１Ｂの開口面積よりも小さく形成すれば、配線基板７を流路規制板として兼用することができるために好ましい。

以上の説明では、ヘッドチップを２つ積層して２列のインクチャネル列を形成する態様を例示したが、本発明により製造されるインクジェットヘッドは、各ヘッドチップの上部基板１１及び下部基板１２のいずれの表面にも、従来のような配線基板等の構成部材を接合する必要がないため、この上部基板１１及び／又は下部基板１２に、接着剤を用いてヘッドチップを更に３つ、４つと多段状に接合して積層することで、インクチャネルの並び方向ではなく、インクチャネルの並び方向と直交する方向にインクチャネル数（＝ノズル数）を増加させて多列のインクチャネル列を形成していくことが容易に可能である。つまり、１次元的な多ノズル化を２次元的な多ノズル化とすることが可能である。これによって多色一体化ヘッドを構成することができる。

このようにヘッドチップを更に３つ、４つと多段状に積層させていく場合でも、１枚の配線基板３又は７を用い、隣接するヘッドチップにそれぞれ対応する駆動配線を互いに反対方向に引き出すように形成することが好ましい。例えば図９は、４つのヘッドチップ１Ａ〜１Ｄを多段状に積層した場合のＦＰＣからなる配線基板３の配線パターンを示しているが、ここでは奇数番目のヘッドチップ１Ａ、１Ｃ用の駆動配線３１Ａ、３１Ｃを図示上方向に引き出し、偶数番目のヘッドチップ１Ｂ、１Ｄ用の駆動配線３１Ｂ、３１Ｄを図示下方向に引き出している。このようにすることで、ヘッドチップの積層数、すなわちチャネル列の列数が更に増加しても、配線基板３に形成される駆動配線３１Ａ〜３１Ｄのピッチを大きく確保することができる。図中、３２Ａ〜３２Ｄはインク連通口であり、各チャネル列のチャネルに対応する数で形成している。

なお、ヘッドチップの積層数を更に３つ、４つと多段状に積層させていく場合は、配線基板として、駆動配線が積層状に形成された積層タイプのフレキシブル基板や、表裏に連通しVIA埋めされた両面タイプのフレキシブル基板を用いることもできる。

ヘッドチップが多段状に複数積層される場合は、上下に接合される下部基板及び上部基板は共通の部材としてもよい。例えばヘッドチップ１Ａ、１Ｂの２段構成の場合について説明すると、図１０に示すように、ヘッドチップ１Ａの下部の基板とヘッドチップ１Ｂの上部の基板とを１枚の共通基板１００で共用することで、インクジェットヘッドの小型化、低コスト化を図ることができる。

また、本発明により製造されるインクジェットヘッドは、ヘッドチップを図１に示すように１Ａ、１Ｂの２段に積層した場合でも、ヘッドチップ１Ａの上部基板１１表面（上面）及びヘッドチップ１Ｂの下部基板１２表面（下面）にはフリーな面が形成されるため、この面を利用して放熱対策を講じることが容易である。図１１は、この面にそれぞれ放熱部材５Ａ、５Ｂを設けた例を示している。

放熱部材５Ａ、５Ｂとしてはヒートシンクを好適に用いることができ、ヘッドチップ１Ａ、１Ｂの高周波駆動時に発生する熱を外部に放出する役目を果たすことができる。各放熱部材５Ａ、５Ｂは、いずれもヘッドチップ１Ａ、１Ｂのインクチャネル１４Ａ、１４Ｂの並び方向に亘って設けられているため、ヘッドチップ１Ａ、１Ｂ共に全インクチャネル１４Ａ、１４Ｂに亘って効率的な放熱を行うことができる。

なお、図１１において、インクマニホールドは、図６に示すように平面視コ型の壁部材４０を用いてＦＰＣからなる配線基板３を後方へ折り曲げることによって形成するようにしてもよい。また、この他、配線基板として、感光性ガラス基板を用いた配線基板７を用いてもよい。

ヘッドチップが３つ、４つと更に多段状に積層される場合に放熱対策を講じる際には、各ヘッドチップ間にもヒートシンク等の放熱部材を介在させ、上下のヘッドチップで放熱部材をサンドイッチするような形態とすることが好ましい。これにより各ヘッドチップのそれぞれ上面及び下面に放熱部材を設けることができ、上下にヘッドチップが積層されている中間のヘッドチップにおいても全チャネルに亘って放熱を行うことができる。

また、例えばＵＶインク等のように高粘度のインクを吐出する等の目的でインクを加熱する必要がある場合には、放熱部材に代えて、図１２に示すように加熱部材６Ａ、６Ｂを設けることもできる。加熱部材６Ａ、６Ｂとしてはフィルムヒーターを用いると、インクジェットヘッド自体の大型化を抑制することができると共に、棒状のヒーターに比べてインクを均等に加温することができるために好ましい。

なお、この場合も、インクマニホールドは、図６に示すように平面視コ型の壁部材４０を用いてＦＰＣからなる配線基板３を後方へ折り曲げることによって形成するようにしてもよい。また、この他、配線基板として、感光性ガラス基板を用いた配線基板７を用いてもよい。

本発明により製造されるインクジェットヘッドは、ヘッドチップが多段状に複数積層される態様に限らず、ヘッドチップが１つだけであってもよいことはもちろんである。この場合、ヘッドチップの上部基板１１及び下部基板１２の両表面がフリーな面となるため、上下の両表面に全インクチャネルに亘る放熱部材又は加熱部材をそれぞれ設けることができ、これにより全インクチャネルに亘ってより効率的な放熱又は加熱を行うことができるようになる。

本発明に係るインクジェットヘッドの一例を示す断面斜視図 （ａ）〜（ｄ）はヘッドチップの製造工程を説明する図 （ａ）（ｂ）はヘッドチップに接続配線を形成する工程を説明する図 積層したヘッドチップの構造を示す後面側から見た図 抜き型によるインク連通口の形成方法を説明する図 配線基板によってインクマニホールドの壁面を形成した例を一部分解して示すインクジェットヘッドの斜視図 本発明に係るインクジェットヘッドの他の一例を示す断面斜視図 （ａ）〜（ｄ）は感光性ガラス基板を用いた配線基板の作成工程を説明する図 配線基板の配線パターン例を示す図 積層したヘッドチップの他の例を示す斜視図 放熱部材を設けたインクジェットヘッドの一例を示す斜視図 加熱部材を設けたインクジェットヘッドの一例を示す斜視図

符号の説明

１、１Ａ、１Ｂ：ヘッドチップ
１１、１１Ａ、１１Ｂ：上部基板
１２、１２Ａ、１２Ｂ：下部基板
１３、１３Ａ、１３Ｂ：駆動壁
１４、１４Ａ、１４Ｂ：インクチャネル
１４１Ａ、１４１Ｂ：インクチャネルの入口
１４２Ａ、１４２Ｂ：インクチャネルの出口
１５、１５Ａ、１５Ｂ：駆動電極
１６Ａ、１６Ｂ：接続配線
２：ノズルプレート
２１Ａ、２１Ｂ：ノズル
３、７：配線基板
３１Ａ、３１Ｂ、７１Ａ、７１Ｂ：駆動配線
３２Ａ、３２Ｂ、７２Ａ、７２Ｂ：インク連通口
４：インクマニホールド
４０：壁部材
４１：インク供給室
５Ａ、５Ｂ：放熱部材
６Ａ、６Ｂ：加熱部材
１００：共通基板
２００：ドライフィルム
２０１：開口部
３００：抜き型
３０１：凸型
３０２：凸部
４００：感光性ガラス基板
４０１：結晶化部
４０２：貫通孔
５００：フォトマスク
５０１：開口部

Claims (9)

1. 圧電素子からなる駆動壁とインクチャネルとが交互に並設されると共に前面及び後面にそれぞれインクチャネルの出口と入口とが配設されてなるヘッドチップの後面に、前記駆動壁に設けられた各駆動電極と各々電気的に接続する接続配線を引き出し、前記ヘッドチップの後面に、前記各接続配線に対応するピッチで駆動回路と電気的に接続する駆動配線と前記インクチャネルの入口に対応する位置に貫通するインク連通口とを形成してなる配線基板を接合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。
2. 前記配線基板は、フレキシブルプリント基板からなり、前記インク連通口を抜き型によって貫通形成することを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッドの製造方法。
3. 前記配線基板は、端部を前記ヘッドチップとの接合面とは反対側へ折り曲げることによって、各インクチャネル内へインクを供給するインク供給室を構成するためのインクマニホールドの少なくとも一壁面を形成することを特徴とする請求項２記載のインクジェットヘッドの製造方法。
4. 前記配線基板は、感光性ガラス基板からなり、前記インク連通口を露光工程、エッチング工程を経て貫通形成することを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッドの製造方法。
5. 前記配線基板は、前記インク連通口を、前記ヘッドチップの各インクチャネルの入口に対応する位置にそれぞれ形成することにより、該各インク連通口によって各インクチャネル内へのインク流量を規制する流路規制板を兼ねることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のインクジェットヘッドの製造方法。
6. 前記ヘッドチップを多段状に複数接着して複数列のインクチャネルを形成した後、前記配線基板を前記複数のヘッドチップの後面に亘って接合することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のインクジェットヘッドの製造方法。
7. 前記配線基板は、隣接するヘッドチップにそれぞれ対応する駆動配線を互いに反対方向に引き出し形成してなることを特徴とする請求項６記載のインクジェットヘッドの製造方法。
8. 前記ヘッドチップの上面及び／又は下面に放熱部材を設けることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のインクジェットヘッドの製造方法。
9. 前記ヘッドチップの上面及び／又は下面に加熱部材を設けることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のインクジェットヘッドの製造方法。

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