JP2007062360A - インクジェットヘッドの製造方法及びインクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】共通の外形寸法で種々のチャネル特性を有するインクジェットヘッドを作成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。
【解決手段】圧電素子からなる駆動壁１３とチャネル１４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１４の出口と入口とが配置され、該チャネル１４内部に前記駆動壁１３を駆動させる電圧を印加するための駆動電極１５が形成されてなるヘッドチップ１を有し、前記駆動電極１５に電圧を印加することによって前記駆動壁１３をせん断変形させ、前記チャネル１４内のインクをノズルから吐出させるインクジェットヘッドの製造方法において、前記駆動電極形成後のヘッドチップ１に対し、該ヘッドチップ１の後面の一部であって、チャネル１４の形成領域を含み且つチャネル列と平行な領域を該チャネル列に沿って、ざぐり加工する。
【選択図】 図６

Description

本発明はインクジェットヘッドの製造方法及びインクジェットヘッドに関し、詳しくは、共通の外形寸法で種々のチャネル特性を有するインクジェットヘッドとすることができるインクジェットヘッドの製造方法及びインクジェットヘッドに関する。

従来、圧電基板にチャネルを研削して、該チャネルを区画する駆動壁に電極を形成し、該電極に電圧を印加することにより該駆動壁をくの字状にせん断変形させて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せん断モード型のインクジェットヘッドが知られている。その中でも、インクを吐出させるためのアクチュエータを、圧電素子からなる駆動壁と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配置される所謂ハーモニカ型のヘッドチップにより構成することで、１枚のウェハーからの取り数が多く、極めて生産性を向上させたインクジェットヘッドが例えば特許文献１において知られている。

ところで、一般に、駆動壁をくの字状にせん断変形させることによりチャネル内のインクに吐出のためのエネルギーを付与するタイプのインクジェットヘッドでは、駆動に最適なパルス幅がチャネル特性によって決まってくる。このチャネル特性は、チャネルのインク吐出方向に沿う長さ（駆動長又はＬ長という。以下、本明細書ではＬ長ということにする。）によって決まり、それに伴って駆動周波数も決まってくる。例えば、チャネル特性として高周波駆動することが要求されるインクジェットヘッドの場合、Ｌ長は短くなり、Ｌ長１．７ｍｍという極めて短いヘッドチップを有するインクジェットヘッドも作成されている。

また、特許文献２には、ヘッドの前面及び後面に溝を形成し、電極取り出しに用いる方法が開示されている。
特開２００５−９６４１４号公報 特開平８−３０９９７７号公報

ハーモニカ型のヘッドチップを有するインクジェットヘッドの場合、Ｌ長はそのままヘッドチップの長さ（チャネルのインク吐出方向に沿う長さ）となり、駆動周波数が高くなるに従ってＬ長が短くなるため、インクジェットヘッドの組み立てに困難が伴うようになるばかりでなく、ヘッドチップ自体の強度が低下して取り扱いに細心の注意を要するようになり、また、外装に対して取り付けする際にも困難を生じる問題があった。

また、インクジェットヘッドは、そのノズル面を位置合わせ面として外装に取り付けるようにするため、Ｌ長が異なると外装自体の設計もそれに合わせて替えてやる必要がある。従って、Ｌ長毎に専用の外装を用意する必要が生じることから、コストアップとなる問題があった。

そこで、本発明は、共通の外形寸法で種々のチャネル特性を有するインクジェットヘッドを作成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課題とする。

また、本発明は、要求されるチャネル特性に関わらずヘッドチップの強度及び外装に対する取り付け性を確保することのできるインクジェットヘッド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配置され、該チャネル内部に前記駆動壁を駆動させる電圧を印加するための駆動電極が形成されてなるヘッドチップを有し、前記駆動電極に電圧を印加することによって前記駆動壁をせん断変形させ、前記チャネル内のインクをノズルから吐出させるインクジェットヘッドの製造方法において、前記駆動電極形成後のヘッドチップに対し、該ヘッドチップの後面の一部であって、チャネルの形成領域を含み且つチャネル列と略平行な領域を該チャネル列に沿って、ざぐり加工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、前記ざぐり加工は、加工後の前記チャネルが所望の駆動長（Ｌ長）となるように行う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、前記ざぐり加工は、前記チャネル列に沿ってダイシングソーによって研削加工することを特徴とする請求項１又は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、前記ざぐり加工は、前記チャネル内部に形成された前記駆動電極の一部を残すように加工することを特徴とする請求項１、２又は３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、前記チャネル列は複数であり、各チャネル列にそれぞれ対応するように前記ざぐり加工す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、前記チャネル列は複数であり、複数のチャネル列に跨るように前記ざぐり加工す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７記載の発明は、圧電素子からなる駆動壁と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配置され、該チャネル内部に前記駆動壁を駆動させる電圧を印加するための駆動電極が形成されてなるヘッドチップを有し、前記駆動電極に電圧を印加することによって前記駆動壁をせん断変形させ、前記チャネル内のインクをノズルから吐出させるインクジェットヘッドにおいて、前記ヘッドチップの後面に、チャネル列と略平行に形成されると共に、各々のチャネルに連通する凹溝を有することを特徴とするインクジェットヘッドである。

請求項８記載の発明は、前記凹溝は、前記チャネル内部に形成された前記駆動電極の一部を残すように形成されていることを特徴とする請求項７記載のインクジェットヘッドである。

請求項９記載の発明は、前記チャネル列は複数であり、前記凹溝は各チャネル列にそれぞれ対応するように形成されていることを特徴とする請求項７又は８記載のインクジェットヘッドである。

請求項１０記載の発明は、前記チャネル列は複数であり、前記凹溝は複数のチャネル列に跨るように形成されていることを特徴とする請求項７又は８記載のインクジェットヘッドである。

請求項１１記載の発明は、前記ヘッドチップの後面に、前記駆動電極と電気的に接続する接続電極が形成されていると共に、該接続電極と対応する配線電極が形成された配線基板が、前記接続電極と前記配線電極の一端とが電気的に接続するように接合されており、前記配線基板は、チャネル列と直交する方向に前記ヘッドチップよりも張り出した張り出し部を有し、該張り出し部に前記配線電極の他端が引き出されていることを特徴とする請求項７〜１０のいずれかに記載のインクジェットヘッドである。

請求項１２記載の発明は、前記配線基板は、前記ヘッドチップとの接合面側に前記チャネルの並び方向に沿って延びる凹部を有しており、該凹部が前記チャネルの入口を覆うように前記ヘッドチップの後面に接合されることで、前記凹部によって前記チャネル内に共通してインクを供給するためのインク供給室が形成されていることを特徴とする請求項１１記載のインクジェットヘッドである。

請求項１３記載の発明は、前記配線基板は、前記チャネルの入口において少なくとも開口している開口部を有し、該開口部によって前記チャネル内に共通してインクを供給するためのインク共通室が形成されていることを特徴とする請求項１１記載のインクジェットヘッドである。

請求項１４記載の発明は、前記チャネルの駆動長（Ｌ長）が０．５〜１．５ｍｍであり、前記ヘッドチップの長さが１．５〜２．５ｍｍであることを特徴とする請求項７〜１３のいずれかに記載のインクジェットヘッドである。

請求項１記載の発明によれば、共通の外形寸法で種々のチャネル特性を有するインクジェットヘッドを作成することができるので、ヘッドチップの強度及び取り扱い性を確保できると共に、チャネル特性に関わらず共通の外装を用いることができるため、コストダウンを図ることが可能となる。

請求項２記載の発明によれば、更に、加工後のチャネルが所望の駆動長（Ｌ長）となるようにざぐり加工することで、所望のチャネル特性を有するインクジェットヘッドを簡単に作成することができる。

請求項３記載の発明によれば、更に、機械的に高精度な位置決めによる研削加工が可能であり、ざぐり加工時の幅、深さを高精度に設定できるので、所望のチャネル特性を精度良く確保することができる。

請求項４記載の発明によれば、更に、外部への電極の引き出しを確保したまま、Ｌ長の短いインクジェットヘッドを作成することができる。

請求項５記載の発明によれば、更に、ざぐり加工時に残存する基板の一部によって各チャネル列を分離することができ、チャネル列毎にインク供給することができるので、各チャネル列に異なる色のインクをそれぞれ供給するようにすることもできる。

請求項６記載の発明によれば、更に、駆動に不要な部分がざぐり加工によって大きく除去されるので、静電容量を下げることができ、駆動電圧を下げることができて駆動時の発熱を抑えることができる。

請求項７記載の発明によれば、要求されるチャネル特性に関わらずヘッドチップの強度及び外装に対する取り付け性を確保することのできるインクジェットヘッドを提供することができるので、ヘッドチップの強度及び取り扱い性が確保され、しかも、チャネル特性に関わらず共通の外装を用いることができ、安価なインクジェットヘッドとすることが可能となる。

請求項８記載の発明によれば、更に、外部への電極の引き出しが確保され、且つ、Ｌ長の短いインクジェットヘッドとすることができる。

請求項９記載の発明によれば、更に、基板の一部によって各チャネル列が分離され、チャネル列毎にインク供給することができるので、各チャネル列に異なる色のインクを吐出するようにすることもできる。

請求項１０記載の発明によれば、更に、駆動に不要な部分が凹溝によって大きく除去されているので、静電容量を下げることができ、駆動電圧を下げることができて駆動時の発熱を抑えることができる。また、インク共通室の容積を大きくとることができるので、インクの供給に好適である。

請求項１１記載の発明によれば、更に、チャネル内に設けた駆動電極と外部配線との接続が簡単に行えるインクジェットヘッドとすることができる。

請求項１２記載の発明によれば、更に、インク共通室の容積を大きくとることができ、大量のインクを各チャネルに供給することができ、安定したインク射出特性を実現できる。

請求項１３記載の発明によれば、更に、配線基板のヘッドチップと反対面に、開口部を覆うようにインクマニホールドを設けることにより、大量のインクを各チャネルに供給することができ、安定したインク射出特性を実現することができる。

請求項１４記載の発明によれば、更に、ヘッドチップの強度及び取り扱い性が確保され、高速駆動可能な短Ｌ長のインクジェットヘッドとすることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

図１（ａ）〜（ｄ）は本発明に係るインクジェットヘッドにおけるヘッドチップを作成する方法を示している。

まず、１枚の基板１１上に、２枚の圧電素子基板１３ａ、１３ｂをそれぞれエポキシ系接着剤を用いて接合する（図１（ａ））。各圧電素子基板１３ａ、１３ｂに用いられる圧電材料としては、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、基板１１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、ダイシングソー等を用いて複数の平行な溝を研削する。これにより、基板１１上に高さ方向で分極方向が反対となる圧電素子からなる駆動壁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チャネル１４となる（図１（ｂ））。図示例では５つのチャネル１４を形成しているが、その数は何ら限定されない。

また、図示しないが、基板１１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の形成と同時に基板１１の部分が圧電素子基板１３ｂによって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。また、Ａｌの上に更にＡｕを積層した積層構造としてもよい。

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の上端面には金属被膜が形成されないようにする。このため、例えば各駆動壁１３の上端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の側面及び各チャネル１４の底面に選択的に駆動電極１５を形成するとよい（図１（ｃ））。

このようにして駆動電極１５を形成した後、駆動壁１３の上端面に基板１２をエポキシ系接着剤を用いて接合し、ヘッド基板１０を作成する（図１（ｄ））。基板１１及び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、基板接着時の加熱や駆動の熱の影響による、熱膨張係数の差に起因する速度分布や駆動特性のばらつきを少なくすることができる。

また、このようなヘッド基板は、図１に示すようにして作成されるものに限らず、図２に示すように、基板１１を用いる代わりに圧電素子基板１３ｂを厚手のものとして、平行な溝を研削して駆動壁１３とチャネル１４とを交互に並設し、各チャネル１４の内面に駆動電極１５を形成したものを２組（上側基板１３１と下側基板１３２）用意し、これを駆動壁１３同士が相対するように接着することで、図１（ｄ）と類似のヘッド基板１０Ａとすることもできる。この場合、薄い圧電素子基板１３ａを１３ｂに接着する必要がないのでコスト上有利である。但し、以下では、図１（ｄ）のヘッド基板１０を用いて作成する場合について説明する。

次に、作成されたヘッド基板１０を、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、ハーモニカ型の複数のヘッドチップ１、１・・・を製造する（図１（ｄ））。

通常、このカットラインＣ１、Ｃ２・・・は、それによって作製されるヘッドチップ１、１・・・のインク吐出方向に沿う長さを決定するものであり、一般にはカットラインＣ１、Ｃ２・・・に沿って切断した後のヘッドチップ１、１・・・のチャネル方向の長さがＬ長となるが、本発明においては、このカットラインＣ１、Ｃ２・・・は必ずしも各ヘッドチップ１、１・・・に要求されるＬ長にそれぞれ合わせる必要はなく、ヘッドチップ１自体の強度、インクジェットヘッドの組み立て作業性、インクジェットヘッドを外装へ取り付けする際の取り付け作業性等を考慮して、ヘッドチップ１、１・・・が全て同じ最適な長さとなるように位置決めすればよい。これにより、チャネル１４が全て共通の長さを有する複数のヘッドチップ１、１・・・が得られる。

本発明において好ましくは、このカットラインＣ１、Ｃ２・・・を少なくともインクジェットヘッドに要求される最大Ｌ長以上の長さとなるように位置決めすることであり、一例を挙げれば、カットラインＣ１、Ｃ２・・・を切り代として０．３ｍｍを考え、２．８ｍｍ間隔とする。これにより、全て２．５ｍｍの長さのヘッドチップ１、１・・・が得られる。ヘッドチップ１がこの程度の長さを有していれば、ヘッドチップ１自体の強度を十分に確保でき、また、インクジェットヘッドの組み立て作業性やインクジェットヘッドを外装へ取り付けする際の取り付け作業性にも困難を伴うようなことはない。

このようにして作成されるヘッドチップ１、１・・・は、２枚の基板１１、１２との間に、圧電素子からなる駆動壁１３とチャネル１４とが交互に並設される。チャネル１４の形状は、両側壁が基板１１、１２に対してほぼ垂直方向に立ち上がっており、そして互いに平行である。ヘッドチップ１の前面及び後面には、それぞれ各チャネル１４の出口１４２と入口１４１とが配置される。各チャネル１４は、入口から出口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。

なお、本明細書においては、ヘッドチップ１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１を前面又は後面から見て、並設されるチャネル１４を挟んで上下に位置する外面をそれぞれ「上面」及び「下面」という。

このようなハーモニカ型のヘッドチップ１では、各チャネル１４内の駆動電極１５に駆動回路からの駆動電圧を印加するためのＦＰＣ等の配線を外部から接続できるようにするため、各駆動電極１５をヘッドチップ１の外面にまで引き出す必要がある。そこで、次に、ヘッドチップ１の後面に、駆動電極１５のうちのチャネル１４の底面（チャネル１４内に臨む基板１１の表面）に形成された部分から基板１１の後端面にかけて接続電極１６を引き出し形成する。

図３（ａ）（ｂ）は、ヘッドチップ１の外面に、各駆動電極１５と電気的に接続する接続電極１６を引き出し形成する方法の一例を説明する説明図である。

接続電極１６は、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のうちのチャネル１４の底面に形成された部分を少なくとも含み、基板１１の後端面にかけて開設された開口部２０１を有する感光性ドライフィルム２００を貼着し、Ａｌ等の電極形成用の金属を蒸着して、開口部２０１内に金属被膜を生成することによって形成することができる。

チャネル１４内の駆動電極１５と接続電極１６をスムーズに接続するためには、蒸着方向に対してヘッドチップ１の後面を垂直にするのではなく、所定の角度傾けて蒸着することが望ましい。具体的には、蒸着方向（金属粒子が飛来する方向）が、図３（ａ）の紙面に垂直ではく、垂直から上側に３０〜６０度程度傾いていることが望ましい。

また、接続電極１６は、Ａｌの金属被膜の上に更にＡｕを蒸着する等の方法によって積層構造としてもよい。更に、接続電極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。

特にヘッドチップ１を図２に示すように作成したヘッド基板１０Ａから切断加工した場合、上側基板１３１の駆動電極１５と下側基板１３２の駆動電極１５は、間に接着剤が存在するので電気的に接続されていない。このため、感光性ドライフィルム２００の開口部２０１内に金属被膜を形成する際に、この２つの駆動電極１５、１５が接続されるようにする必要がある。これは電極形成を蒸着で行う場合は、蒸着方向を所定の方向に複数回行うか、または蒸着中に基板の方向を変化させることにより実現できる。スパッタリングで電極形成する際は、金属粒子が種々の方向より飛来するので特に基板の向きを変えなくても２つの駆動電極１５、１５の接続をとることができる。

なお、開口部２０１は、感光性ドライフィルム２００の現像工程・水洗工程での作業性を考え、チャネル１４の全面において開口していることが望ましい。全面において開口していることにより、チャネル１４内の現像液、洗浄水の除去が容易となる。

この後、感光性ドライフィルム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、各チャネル１４から駆動電極１５と電気的に接続する接続電極１６がチャネル１４毎に独立して引き出される。

ここで、ヘッド基板１０から切断された各ヘッドチップ１、１・・・は、チャネル１４の長さが全て共通となるように形成されているため、各ヘッドチップ１、１・・・個々に要求されるチャネル特性、すなわち所望のＬ長を有するようにする必要がある。そこで、図４に示すように、各ヘッドチップ１、１・・・の後面に対して、ダイシングソー３００等の加工手段を用いて、各ヘッドチップ１、１・・・の加工後のチャネル１４が所望のＬ長となるような深さでチャネル１４をざぐり加工する。図４はヘッドチップ１を基板１１側から見た状態、図５はヘッドチップ１の後面から見た斜視図を示している。また、図中の符号１７は、このざぐり加工によって形成されたざぐり溝である。図６は図４の(vi)−(vi)線に沿う断面図である。

ざぐり加工は、駆動電極１５及び接続電極１６を形成した後のヘッドチップ１の後面に対し、チャネル１４の形成領域を含み且つチャネル列と略平行な領域を該チャネル列に沿ってざぐり加工する。このざぐり加工によって、ヘッドチップ１の後面における駆動壁１３の一部がチャネル列に沿って除去され、チャネル列と略平行に、各々のチャネル１４に連通する凹溝となるざぐり溝１７が形成される。

特にダイシングソー３００は機械的に高精度な位置決めによる研削加工が可能であり、加工されるざぐり溝１７の幅、深さを高精度に設定できるので、所望のＬ長を精度良く確保することができる。従って、ざぐり加工時にはこのようなダイシングソー３００を用いて研削加工することが好ましい。

タイシングの条件としては、幅０．３ｍｍのダイシングソー３００を用いた。ざぐり溝１７の幅が０．３ｍｍの場合は１回のざぐり加工でよいが、これより広いざぐり溝１７を加工する場合は複数回加工を行うことで、所定の幅のざぐり溝１７を得ることができる。

なお、本発明において、ざぐり加工はダイシングソー３００に限定されるものではなく、同様な形状が得られる工法であればよい。一例として、フライス盤とエンドミルを用いた加工方法、砥流と超音波加工機とを用いた加工方法などが挙げられる。

この駆動壁１３の一部を除去するざぐり加工は、ヘッドチップ１のチャネル１４を所望のＬ長とするために不要な駆動壁１３が、駆動電圧の印加によっても駆動しない程度に除去されればよく、チャネル１４内の駆動壁１３の少なくとも一部分がざぐり加工されていればよい。但し、駆動電極１５と接続電極１６との間の断線を防ぐため、ざぐり加工は、チャネル１４内部に形成された駆動電極１５の一部を残すように加工する。すなわち、図６に示すように、ざぐり加工時の加工方向と平行で駆動電極１５が形成されているチャネル１４の内面（底面）を残すように加工することで、ざぐり溝１７が駆動電極１５と接続電極１６との接続部分にはかからないようにし、各チャネル１４内の駆動電極１５と接続電極１６との電気的な接続状態が維持されるようにする。これにより、外部への電極の引き出しを確保したまま、Ｌ長の短いインクジェットヘッドを作成することができる。

また、得られるインクジェットヘッドの静電容量をできるだけ下げるためには、図６に示すように基板１２の一部を含む程度にざぐり加工することが好ましい。

このようなざぐり加工をすることによって、図６（ａ）（ｂ）に示すように、ヘッドチップ１、１・・・は外形寸法を長さＡで共通にしながらも、個々に要求されるＬ長に応じてざぐり溝１７の深さを適宜設定することで、それぞれ異なるＬ長のヘッドチップ１、１・・・とすることができる。

例えば、ヘッドチップ１の長さＡが製造上適切な寸法である２．５ｍｍ、チャネル深さＢ（図６参照）が３１０μｍ、ダイシングソー３００の幅が４００μｍで、チャネル１４底面の駆動電極１５側を２０μｍ残すようにチャネル列に亘ってヘッドチップ１の後面側から駆動壁１３をざぐり加工して８００μｍ深さのざぐり溝１７を形成すると、外形寸法は２．５ｍｍのままでＬ長１．７ｍｍの高周波駆動用のヘッドチップ１を作成することができた。しかも、このようにＬ長の短い高周波駆動用のヘッドチップ１としても、外形寸法は製造上適切な２．５ｍｍのままであるので、ヘッドチップ１の強度を確保することができ、また、取り扱い性も問題はない。

本発明では、ざぐり溝１７を有するヘッドチップ１において、チャネル１４のＬ長が０．５〜１．５ｍｍであり、ヘッドチップ１の長さが１．５〜２．５ｍｍであることが、高周波駆動用の短Ｌ長のヘッドチップ１でありながら強度を確保することができ、また、取り扱い性の面でも好ましい。

なお、図５、図６は、駆動電極１５を外部の駆動回路に接続するための接続電極１６をヘッドチップ１の外面に引き出し形成した例である。一方、この駆動回路に接続するための電極を基板１１の内部に貫通させて設ける方法もある。図７はこの方法によるヘッドチップ１の断面図である。基板１１には、チャネル１４の内部からヘッドチップ１の外部に貫通する貫通電極１８が形成されている。貫通電極１８のチャネル１４の内部に臨む一端は駆動電極１５と電気的に接続している。この場合には、図５、図６の場合のような駆動電極１５と接続電極１６との電気的接続を考慮する必要はないので、図示するように、ざぐり溝１７の幅はチャネル１４の入口側のすべてを含んでいても問題ない。

ところで、ざぐり加工は、チャネル特性に影響する部分に対して行えばよく、必ずしも図４に示すようにヘッドチップ１の端から端に亘って同一深さで形成する必要はない。従って、例えば図８に示すように、チャネル１４の形成領域Ｃのみに対して同一深さとなるように形成するだけでもよい。この場合、ヘッドチップ１の両端にざぐり溝１７の両端が開口しないため、ヘッドチップ１の両端からインク漏れが生じないように閉塞する必要がなくなる。

このようにしてヘッドチップ１に対してざぐり加工することによって、共通の長さＡを有するヘッドチップ１、１・・・からそれぞれ異なる所望のＬ長を有するヘッドチップ１、１・・・を作成した後、図９、図１０に示すように、ヘッドチップ１の前面に、各チャネル１４に対応する位置にノズル２１が開設されたノズルプレート２を接合し、ヘッドチップ１の後面に、配線接続部を形成するための配線基板３を接合することによってインクジェットヘッドＨ１を作成する。図９はインクジェットヘッドの分解斜視図、図１０はインクジェットヘッドの断面図である。

配線基板３は、非分極のＰＺＴやＡｌＮ−ＢＮ、ＡｌＮ等のセラミックス材料からなる１枚の板状の基板によって形成されている。また、低熱膨張のプラスチックやガラス等を用いることもできる。更には、ヘッドチップ１に使用されている圧電素子の基板材料と同一の基板材料を脱分極して用いることも好ましい。また、熱膨張率の差に起因するヘッドチップ１の歪み等の発生を抑えるため、ヘッドチップ１との熱膨張係数の差が±１ｐｐｍ以内となるように材料を選定することが更に好ましい。

本発明による構造では、配線基板３とヘッドチップ１の接着部分は、ざぐり溝１７の深さを深くするほど駆動壁１３から離れる。配線基板３として、ヘッドチップ１と熱膨張係数が異なる材料を用いる場合、加熱接着時から室温に戻ったときに熱膨張係数の差による応力が発生し、駆動に悪影響を与えるおそれがある。本発明では、駆動壁１３を接着部分から離すことができるため、この影響を小さくすることができ、配線基板３としてヘッドチップ１と熱膨張係数が異なる材料を使用することを容易にする。

配線基板３を構成する材料は１枚板に限らず、薄板状の基板材料を複数枚積層して所望の厚みとなるように形成してもよい。

この配線基板３は、ヘッドチップ１の幅方向と同一の幅を有すると共に、ヘッドチップ１のチャネル１４の並び方向（チャネル列方向）と直交する方向（図９、図１０における上下方向）に延び、ヘッドチップ１の上面及び下面からそれぞれ大きく張り出した張り出し部３１ａ、３１ｂを有している。また、ヘッドチップ１の後面と接合される配線基板３の一面には、その幅方向に亘って延びる１本の凹部３２が形成されている。

この凹部３２は、ヘッドチップ１のチャネル列方向に沿って全てのチャネル１４の入口１４１側を覆うことができる大きさに溝加工されている。すなわち、図１０に示すように、凹部３２の幅は、基板１１及び１２の間のチャネル１４の高さよりも大きく、ヘッドチップ１のチャネル列方向と直交する方向（図１０の上下方向）の厚さよりも小さい。これにより、配線基板３をヘッドチップ１の後面に接合すると、その表面はヘッドチップ１の後面における基板１１及び１２と接するが、チャネル１４の入口１４１を塞ぐことはなく、凹部３２内に各チャネル１４の入口１４１が臨むような状態となる。

凹部３２の形成方法としては、ダイシングソーで溝加工する方法、超音波加工機で研削加工する方法、焼結前のセラミックスを型成形し、焼成する方法等が採用できる。

配線基板３の一方の張り出し部３１ａは、ＦＰＣ４の接合部位として機能しており、ヘッドチップ１との接合面側となる表面に、ヘッドチップ１の後面に形成された各接続電極１６と同数及び同ピッチで、配線電極３３が形成されている。この配線電極３３は、ＦＰＣ４が接合される際、ＦＰＣ４の配線４１と電気的に接続し、駆動回路からの駆動電圧を接続電極１６を介して各駆動電極１５に印加するための電極として機能する。このように配線電極３３は、ヘッドチップ１から大きく張り出す張り出し部３１ａに引き出されているため、ＦＰＣ４との電気的接続は容易である。

配線電極３３の形成は、配線基板３の表面にスピンコート法によりポジレジストをコーティングし、その後、このポジレジストをストライプ状のマスクを用いて露光し、現像することにより、ストライプ状のポジレジストの間に接続電極１６と同数及び同ピッチで配線基板３の表面を露出させ、その表面に、蒸着法やスパッタリング法等によって電極形成用の金属によって金属被膜を形成することにより行うことができる。電極形成用の金属としては、接続電極１６と同一のものを使用することができる。

なお、チャネル列が１列のみからなるヘッドチップ１の場合、配線基板３の張り出し部は、必ずしも図９及び図１０に示すようにヘッドチップ１の上面及び下面の両面から張り出すように形成する必要はなく、ＦＰＣ４との接合を行う一方のみにあればよい。

配線基板３は、各配線電極３３がヘッドチップ１の各接続電極１６と電気的に接続すると共に、凹部３２がヘッドチップ１のチャネル入口１４１側を覆うように位置合わせされ、異方導電性フィルム等によってヘッドチップ１の後面に接合される。電気的接続方法としては、この他に、導電性粒子を含む異方性導電ペースト、非導電性接着剤で接着する圧接接合、配線電極３３と接続電極１６の少なくとも一方に半田を使用し、加熱溶融させて接続する方法等、通常の実装技術で使用されている方法を用いることもできる。

このようにして配線基板３をヘッドチップ１の後面へ接合することにより、ヘッドチップ１の各チャネル１４内の駆動電極１５への駆動回路からの駆動電圧の印加を行うための配線接続部となる電極（接続電極１６及び配線電極３３）が形成されると共に、各チャネル１４の入口１４１にインクを供給するためのインク共通室が各チャネル１４に共通の１本の凹部３２とざぐり溝１７とによって形成される。

インク共通室へのインクの供給は、配線基板３をヘッドチップ１の後面に接合した際に凹部３２の両端にそれぞれ開放する開放口３２ａに、図示しないインク供給用管等を接続することによって行うことができる。凹部３２内へのインクの供給は、両端でもよいし、いずれか一方端のみでもよい。また、一方端から供給し、他方端から排出するようにして、インクがインク共通室を循環するようにしてもよい。このインク共通室は、配線基板３の凹部３２とヘッドチップ１のざぐり溝１７とによって形成されるため、凹部３２のみによって形成されるものに比較して大きな容積を確保することができる。

更に大量のインク供給を可能にするために、図１１に示すように、配線基板３の凹部３２の位置に開口３４を形成し、箱形状のインクマニホールド５を、開口３４を覆うようにして接合するようにしてもよい。開口３４の幅（図１１の上下方向の長さ）は、凹部３２の幅と同じでもよい。また、開口３４のチャネル列方向の長さはチャネル列と同程度（図７のＣ）でもよい。更に、開口３４は１個とは限らず、複数個設けてもよく、複数の開口３４のうち、一部をインク供給に使用し、他の一部をインク排出に使用してインク共通室内をインクが循環するようにしてもよい。開口３４よりインクを供給する場合は、凹部３２は配線基板３の端まで形成されている必要はなく、図７のＣに相当する領域で形成されていればよい。

更にまた、ヘッドチップ１はざぐり溝１７を有しているので、このざぐり溝１７を利用すれば、配線基板３の凹部３２をなくすこともできる。この例を図１２及び図１３に示す。配線基板３に凹部をなくすことで、配線基板３の製造が容易になり、また、ヘッドチップ１と配線基板３との接着面積も増えるので接着強度の確保が容易になる。インクの供給が不足する場合は、図１１に示される開口３４を配線基板３に設け、インクマニホールド５を接合することが好ましい。

本発明の製造方法によれば、要求されるチャネル特性に応じてヘッドチップ１、１・・・のＬ長がそれぞれ異なっていても、そのヘッドチップ１、１・・・の外形寸法は製造上適切な同じ長さＡで共通にできるので、インクジェットヘッドＨ１を外装に対して取り付けする際にも、異なるＬ長のヘッドチップ１、１・・・に対して全て共通の外装を使用することができ、コストダウンを図ることが可能となる。

また、このようにして得られるインクジェットヘッドＨ１は、要求されるチャネル特性に関わらずヘッドチップ１、１・・・の強度及び外装に対する取り付け性を確保することができる。

以上説明したインクジェットヘッドＨ１はチャネル列が１列の場合であるが、チャネル列は複数列であってもよい。

図１４（ａ）（ｂ）は２列のチャネル列からなるヘッドチップ１００を有するインクジェットヘッドＨ２の断面図である。図１〜図１３と同一符号の部位は同一構成の部位を示しているので、詳細な説明については省略する。

このヘッドチップ１００は、図１（ｄ）に示すヘッド基板１０を２枚用意し、その基板１２同士を接合した後、一体にカットラインに沿って切断することによって得ることができる。

このようなヘッドチップ１００に対してざぐり加工するには、図１４（ａ）に示すように、２列のチャネル列に跨ってざぐり加工することにより、各チャネル列に対して共通の幅広のざぐり溝１７を１本だけ形成するようにしてもよいし、図１４（ｂ）に示すように、各チャネル列に対して個別にそれぞれざぐり加工することにより、チャネル列毎にざぐり溝１７を形成してもよい。

前者の場合は、駆動に不要な部分がざぐり溝１７によって大きく除去されるので、静電容量を下げることができ、駆動電圧を下げることができて駆動時の発熱を抑えることができる。また、インク共通室の容積を大きくとることができるため、インク供給が容易であり、また、凹部３２の深さをあまり深く形成する必要がない。

また、後者の場合は、ざぐり加工によって２つのざぐり溝１７、１７の間に基板１２、１２の一部が残存する。このとき、図示するように配線基板３に各チャネル列に対応するように２つの凹部３２１、３２２を形成することによって、チャネル列毎に個別のインク共通室を形成すれば、インク共通室は基板１２、１２と凹部３２１、３２２の間とによってチャネル列毎に隔絶されるので、各チャネル列に異なる色のインクをそれぞれ供給するようにすることもできる。

なお、本発明において、ヘッドチップ１、１００の各駆動電極１５に駆動電圧を印加するための配線の接続方法は、配線基板３による方法に何ら限定されず、様々な方法を採用することができる。

（実施例）
本発明に基づき、ざぐり溝の深さ１．２ｍｍ、Ｌ長１．３ｍｍのチャネルが２５６個で１４１μｍピッチで配置されているヘッドチップを有するインクジェットヘッドを作成した。ヘッドチップの外形寸法は、長さ２．５ｍｍ、幅４５ｍｍ、厚さ２ｍｍとし、ヘッド構造は図１１に示す構造とした。

完成したインクジェットヘッドの速度分布を測定すると、速度分布は±１０％以下となり、製造途中での破損も生じなかった。このインクジェットヘッドは、駆動周波数４０ｋＨｚで駆動可能であり、高速駆動可能なインクジェットヘッドが容易に作成可能であった。
（比較例）
本発明によらずに、すなわち、ざぐり加工を行わずに、Ｌ長１．３ｍｍのチャネルが２５６個で１４１μｍピッチで配置されているヘッドチップを有するインクジェットヘッドを作成した。ヘッドチップの外形寸法は、長さ（＝Ｌ長）１．３ｍｍ、幅４５ｍｍ、厚さ２ｍｍとし、ヘッド構造は図１１に示す構造（但し、ざぐり溝はない。）とした。

完成したインクジェットヘッドの速度分布を測定すると、平坦ではなく、±２０％の速度分布が観測された。これは、インクジェットヘッドの製造過程において、ヘッドチップの機械的強度が弱いために、製造工程において歪みが生じているためと考えられる。また、駆動壁と配線基板が近いため、接着工程で発生した応力の影響を、駆動壁が受けていると考えられる。更に、洗浄工程において、洗浄水の水圧による破損が発生した。

このように、本発明によれば、高速駆動可能な短Ｌ長のインクジェットヘッドを容易に製造することが可能となった。

（ａ）〜（ｄ）は本発明に係るインクジェットヘッドにおけるヘッドチップを作成する方法を説明する図 ヘッド基板の他の態様を示す斜視図 （ａ）（ｂ）は接続電極の作成方法を説明する図 ざぐり加工の方法を説明する図 ざぐり加工後のヘッドチップを後面側から見た斜視図 （ａ）（ｂ）はそれぞれ異なる深さでざぐり加工されたヘッドチップの断面図 電極を基板の内部に貫通させて設ける方法を示すヘッドチップの断面図 ざぐり加工の別の方法を説明する図 本発明に係るインクジェットヘッドの分解斜視図 本発明に係るインクジェットヘッドの断面図 インクマニホールドを設けた本発明に係るインクジェットヘッドの断面図 他の態様に係る配線基板を設けたインクジェットヘッドの分解斜視図 他の態様に係る配線基板を設けたインクジェットヘッドの断面図 （ａ）（ｂ）は本発明に係るインクジェットヘッドの他の態様を示す断面図

符号の説明

１、１００：ヘッドチップ
１０、１０Ａ：ヘッド基板
１１、１２：基板
１３：駆動壁
１３ａ、１３ｂ：圧電素子基板
１３１：上側基板
１３２：下側基板
１４：チャネル
１４１：チャネルの入口
１４２：チャネルの出口
１５：駆動電極
１６：接続電極
１７：ざぐり溝（凹溝）
１８：貫通電極
２：ノズルプレート
２１：ノズル
３：配線基板
３１ａ、３１ｂ：張り出し部
３２、３２１、３２２：凹部
３３：配線電極
４：ＦＰＣ
４１：配線
２００：感光性ドライフィルム
２０１：開口部
３００：ダイシングソー
Ａ：ヘッドチップの長さ
Ｂ：チャネルの深さ
Ｃ：チャネルの形成領域

Claims (14)

1. 圧電素子からなる駆動壁と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配置され、該チャネル内部に前記駆動壁を駆動させる電圧を印加するための駆動電極が形成されてなるヘッドチップを有し、前記駆動電極に電圧を印加することによって前記駆動壁をせん断変形させ、前記チャネル内のインクをノズルから吐出させるインクジェットヘッドの製造方法において、
   前記駆動電極形成後のヘッドチップに対し、該ヘッドチップの後面の一部であって、チャネルの形成領域を含み且つチャネル列と略平行な領域を該チャネル列に沿って、ざぐり加工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. 前記ざぐり加工は、加工後の前記チャネルが所望の駆動長（Ｌ長）となるように行う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. 前記ざぐり加工は、前記チャネル列に沿ってダイシングソーによって研削加工することを特徴とする請求項１又は２記載のインクジェットヘッドの製造方法。
4. 前記ざぐり加工は、前記チャネル内部に形成された前記駆動電極の一部を残すように加工することを特徴とする請求項１、２又は３記載のインクジェットヘッドの製造方法。
5. 前記チャネル列は複数であり、各チャネル列にそれぞれ対応するように前記ざぐり加工す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. 前記チャネル列は複数であり、複数のチャネル列に跨るように前記ざぐり加工す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。
7. 圧電素子からなる駆動壁と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配置され、該チャネル内部に前記駆動壁を駆動させる電圧を印加するための駆動電極が形成されてなるヘッドチップを有し、前記駆動電極に電圧を印加することによって前記駆動壁をせん断変形させ、前記チャネル内のインクをノズルから吐出させるインクジェットヘッドにおいて、
   前記ヘッドチップの後面に、チャネル列と略平行に形成されると共に、各々のチャネルに連通する凹溝を有することを特徴とするインクジェットヘッド。
8. 前記凹溝は、前記チャネル内部に形成された前記駆動電極の一部を残すように形成されていることを特徴とする請求項７記載のインクジェットヘッド。
9. 前記チャネル列は複数であり、前記凹溝は各チャネル列にそれぞれ対応するように形成されていることを特徴とする請求項７又は８記載のインクジェットヘッド。
10. 前記チャネル列は複数であり、前記凹溝は複数のチャネル列に跨るように形成されていることを特徴とする請求項７又は８記載のインクジェットヘッド。
11. 前記ヘッドチップの後面に、前記駆動電極と電気的に接続する接続電極が形成されていると共に、該接続電極と対応する配線電極が形成された配線基板が、前記接続電極と前記配線電極の一端とが電気的に接続するように接合されており、
    前記配線基板は、チャネル列と直交する方向に前記ヘッドチップよりも張り出した張り出し部を有し、該張り出し部に前記配線電極の他端が引き出されていることを特徴とする請求項７〜１０のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
12. 前記配線基板は、前記ヘッドチップとの接合面側に前記チャネルの並び方向に沿って延びる凹部を有しており、該凹部が前記チャネルの入口を覆うように前記ヘッドチップの後面に接合されることで、前記凹部によって前記チャネル内に共通してインクを供給するためのインク供給室が形成されていることを特徴とする請求項１１記載のインクジェットヘッド。
13. 前記配線基板は、前記チャネルの入口において少なくとも開口している開口部を有し、該開口部によって前記チャネル内に共通してインクを供給するためのインク共通室が形成されていることを特徴とする請求項１１記載のインクジェットヘッド。
14. 前記チャネルの駆動長（Ｌ長）が０．５〜１．５ｍｍであり、前記ヘッドチップの長さが１．５〜２．５ｍｍであることを特徴とする請求項７〜１３のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
    
    

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