JP3838094B2 - シェヤーモードインクジェットヘッドの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速、高密度、高画質シェヤーモードインクジェットヘッドに、電極と、電極からの立体的な引出し配線を形成する新規な方法に関し、詳しくは、めっき金属層の形成とレーザー光の照射と研磨で、電極と立体的な引き出し配線を形成することにより、従来に比べて簡易な方法で、信頼性の高い、インク漏れの生じない高画質なシェヤーモードインクジェットヘッドを製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シェヤーモードインクジェットヘッドの原理は、分極した圧電素子板に、多数の平行なチャンネル溝を研削して、これをインク溝とし、該インク溝の側壁に電極を設けて電界を掛けると、各インク溝間の側壁がシェヤーモード変形して、インクに圧力が掛かり、インクを吐出する。インク溝の側壁を変形させてインクを吐出するため、インクを吐出するとその振動が隣接する溝に伝わり、吐出したインク溝のインクメニスカスのみならず、両隣りのインク溝のメニスカスも振動する。このメニスカスの振動が静止するまでは、吐出したインク溝のみならず、両隣りのインク溝からも吐出できない。
【０００３】
このため、多数のインク溝から同時にインクを吐出しようとする場合、例えば全インク溝から吐出しようとする場合は、同時に吐出できるインク溝は２つ以上離す必要があり、２つおきのインク溝を３群に分け、３回に分けて吐出する３サイクル吐出法が行われている。しかし、この場合、全インク溝からは同時に吐出できないため、チャンネル当たりのプリント速度の向上効果は望めない。
【０００４】
また、チャンネル溝を用いてインク吐出用のインク溝とインクの吐出を行わない空気溝を交互に設け、吐出の振動が隣接するインク溝に及ばないようにすることにより、全インク溝から同時に吐出させることを可能とし、チャンネル当りのプリント速度を大幅に向上できるようにしたヘッドも知られている。
【０００５】
このようなシェヤーモードインクジェットヘッドを製造するには、圧電素子板にチャンネル溝を研削して、各チャンネル溝内に電極を形成し、この電極に信号を送る配線を形成する必要がある。
【０００６】
図１５に従来のシェヤーモードインクジェットヘッドの一例を示す。このシェヤーモードインクジェットヘッドは、圧電素子板１００に平行な複数のチャンネル溝１０３を形成することにより、チャンネル溝１０３と隔壁１０２を交互に形成している。各チャンネル溝１０３は、その深さをインクの入口端（図示右奥側）に向かって次第に浅くして溝を封止し、天板１０１の開口１０１ａからインクを供給するようにしている。この形状は、隔壁１０２の屋根の部分をマスクしてアルミニウムを蒸着した後、マスクを除去すると、チャンネル溝１０３内部に電極１０４が、同時に浅溝部１０３ａと未研削部１００ａに引き出し配線１０４ａが形成され、この引き出し配線１０４ａをワイヤーボンデイング又はＡＣＦ（異方導電性フィルム）により、フレキシブルケーブルを介して駆動回路と繋げることができる。即ち、各チャンネル溝１０３に電極１０４を形成すると、同時に引き出し配線１０４ａも形成できる。
【０００７】
しかし、浅溝部１０３ａを形成するには、直径数ｃｍのダイシングソーを徐々に持ち上げながら研削しなければならないので、浅溝部１０３ａと未研削部１００ａが、ヘッド体積の約半分を占めるようになる。浅溝部１０３ａは電圧を掛けても隔壁１０２を殆ど変形させることができない。また、この部分は、天板１０１を切り欠いて開口１０１ａを形成しているので、発生した圧力がマニホールド側に抜けて、インク吐出には殆ど寄与できない。更に、未研削部１００ａは全く吐出に寄与できない。
【０００８】
なお、図中、１０５はインク溝１０３の出口端に接合されたノズル板、１０６は該ノズル板１０５に穿孔したインクを吐出させるノズル孔、１０７はプリント基板、１０８は引き出し配線１０４ａとプリント基板１０７とを電気的に接続するためにワイヤーボンデイングした配線である。
【０００９】
シェヤーモードインクジェットヘッドは、圧電素子板を電極で挟む形になるので、コンデンサーと同じ動作になり、上述したように吐出に寄与しない部分にも電荷が蓄積される。このためヘッドの静電容量が大きくなり、ヘッドに高周波信号を掛けても、応答が遅れ、高速駆動できなくなる。また、圧電素子板のヒステリシス損失が大きくなり、著しく発熱する欠点がある。更に、画像の種類により、頻繁にインクを吐出するチャンネル溝とあまり吐出しないチャンネル溝があると、頻繁に吐出するチャンネル溝の温度が上昇するので、該チャンネル溝内のインク温度が上昇してインク粘度が低下し、吐出滴の速度が速くなる。チャンネル溝により吐出速度が変わると、インクの媒体への着弾位置が乱れ、いわゆる印刷パターン依存クロストークを生じ、画質が著しく劣化する。従って、従来構造のヘッドは、高速、高画質、高密度インクジェットプリンター用に適しているとはいい難い。
【００１０】
また、圧電素子板は、通常、圧電セラミックスにより構成されるが、普通のセラミックスに比べて非常に高価なため、圧電素子板をできるだけ有効に利用する観点から、吐出に殆ど寄与できない浅溝部と未研削部を持たないヘッド構造が望ましい。
【００１１】
そこで、従来、チャンネル溝を入口から出口に向かってストレートに形成し、溝全体が吐出に寄与できるストレート溝を有するシェヤーモードインクジェットヘッドが提案されており、特開平７−１３２５８９号、特開平９−２０００６号、特開平１１−１１５１９５号、特開平１１−１１５１８８号、特開２０００−１６８０９４号、特開２０００−１４１６５３号、特開平１０−７６６６９号等に開示されている。このようなストレート溝を有するシェヤーモードインクジェットヘッドによれば、圧電素子板の使用量が必要最小限で済み、静電容量が小さく、高周波応答性に優れ、発熱が少なく、クロストークが少なく、また、チヤンネル内に気泡が貯まりにくい利点があり、高画質、高速、高密度用ヘッドとして優れている。
【００１２】
しかし、このストレートなチャンネル溝を有するシェヤーモードインクジェットヘッドは、従来構造のヘッドから吐出に必要な部分だけを取り出した構造になっているので、チャンネル溝内の電極から配線を引き出すことが難しく、また、フレキシブルケーブルと繋ぐための配線を形成するスペースが取りにくい問題がある。この場合、電極からの引き出し配線を、ヘッドの前面又は後面から、底面又は上面にかけて立体的に形成して、ヘッド底面又は上面でフレキシブルケーブルと繋ぐことになる。即ち、この様なストレートなチャンネル溝を持つシェヤーモードインクジェットヘッドは、チャンネル溝内の電極からヘッド前面又は後面を通り、底面又は上面に至る立体的な配線を形成する必要がある。このような微小な立体配線を高密度に形成することは非常に難しい。
【００１３】
近年、高画質を目指して、インクジェットヘッドの記録密度が益々高くなっている。これに対応して、ヘッドから吐出するインク滴の間隔は、９０→１８０→３６０ｄｐｉと狭くなっている。例えば１８０ｄｐｉヘッドでは、１４１μｍ間隔でインク滴を吐出しなくてはならない。これは、シェヤーモードインクジェットヘッドの場合、例えば、溝幅７１μｍ、壁幅７０μｍとなる。更に、インク溝と空気溝を交互に設けたヘッドで、１５０ｄｐｉを達成するには、３００ｄｐｉに相当する溝幅と壁幅が必要になり、溝と壁の幅が４０μｍとなる。
【００１４】
また、高速化を目指して、ノズル数も３２→６４→１２８→２５６→５１２→１０２４と増えている。最近のヘッドは、溝幅と溝ピッチが４０μｍ以下、溝数１０２４本以上を必要とする例もある。入口浅溝型の従来のヘッドは、前述したように、電極と引き出し配線を同時にほぼ同一平面に形成できるので、配線形成には有利であるが、応答が遅く、発熱が大きいため、高画質、高速ヘッドには適さない。一方、ストレート溝を持つヘッドは、吐出に必要な部分だけからなる構造なので、吐出滴の微小化、高周波駆動や低発熱、コスト低下、クロストーク低下の点では有利であるが、チャンネル溝内の電極からの引き出し配線をヘッド前面又は後面から底面又は上面にかけて９０°曲げて立体的に形成しなくてはならない。
【００１５】
従来、めっき金属にて電子部品に立体配線を形成する方法は、例えば、ワーク表面にめっき触媒を吸着させ、触媒に光を当ててめっき不要部の触媒を失活させてからめっきする光析出法が知られているが、その配線ピッチはｍｍオーダーであり、高画質インクジェットヘッドに必要な５０μｍ以下のピッチで、数百本から数千本の立体配線を形成する方法は知られていない。
【００１６】
特開平７−１３２５８９号は、ストレートなチャンネル用の横溝を機械的に研削し、その一端から縦溝を機械的に研削して、めっき後、研磨して、縦溝の中に縦配線を形成する。この方法は、横溝に重ねて縦溝を機械的に研削するのであまり高密度化できない。また、２度にわたって機械的な研削を行うため、溝の壁が薄くなると、壁が倒れたり欠け易くなったりする欠点がある。
【００１７】
特開平９−２０００６号は、ストレートな空気溝を形成し、空気溝の入口端を引き出し配線を形成した目止め部材で塞いでからストレートなインク溝を形成している。しかし、この方法では、空気溝の電極と目止め部材の配線が直角に接触することになるので、信頼性の高い電気的接続ができない。
【００１８】
特開平１１−１１５１９５号、特開平１１−１１５１８８号は、導電性のコンタクト層を埋め込んだ部材を圧電素子板に接着してから、コンタクト層が露出するように空気溝を研削する方法である。しかし、この方法では、工程が複雑になるため、高密度ヘッドの製造に要求される微細で精密な加工ができない。
【００１９】
特開２０００−１６８０９４号は、ヘッド全体をめっきしてから、インク溝と空気溝の間に析出しためっき金属をレーザー光で線状に除去して各溝内の電極を独立させ、同時に引き出し配線を形成する方法である。この方法では、インク溝と空気溝の間の間隔が３０〜７０μｍと狭く、しかも、図１６に示すように、２枚の圧電素子板２０１、２０２を接着している接着層２０３にもレーザー光ＬＢを照射することになるので、接着層２０３が蒸発して破壊され、この破壊された接着層２０３によってインク溝２０４と空気溝２０５とが繋がり、空気溝２０５にインクが浸入する。空気溝２０５にインクが浸入すると、吐出時、溝の側壁の振動を遮蔽する効果がなくなり、クロストークが大きくなって好ましくない。たとえ接着層２０３の破壊が少なく、接着層２０３からインクの浸入が起こらなくても、レーザー光ＬＢで金属薄膜を蒸発させると、除去された部分が窪み、その周囲が盛り上がり、更に、その周辺に金属溶融物が流出して冷却、凝固して堆積するため、凹凸が激しくなり、インクマニホールド内のインクから空気溝２０５を完全に遮蔽することが困難になる。
【００２０】
特開２０００−１４１６５３号は、ヘッドの後壁を感光性レジストによりパターン状にマスクしてから蒸着して、縦配線を形成する方法であるが、微小なヘッド後壁に微細なマスクパターンを形成することが難しい。
【００２１】
特開平１０−７６６６９号は、溝の底にビアーホールを設ける技術を開示しているが、具体的な説明がない。圧電素子の製造中、グリーンシートの段階でビアーホールを正確に開けても、高温で焼結すると、膨張、収縮が激しく起こるので、数十μｍ径の穴を数μｍの位置精度で設けることは困難である。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
以上要するに、図１５に示すような従来のヘッドは、チャンネル溝の末端に浅溝部が設けてあるので、チャンネル溝内に電極を形成すると、浅溝部を通して配線を自動的に引き出すことができる反面、この浅溝部とそれに続く未研削部が吐出に殆ど寄与できず、発熱して、クロストークが大きくなり、また高速駆動できない原因となる。
【００２３】
また、高画質、高密度、高速ヘッドに適したヘッド構造は、圧電素子板にストレートなチャンネル溝を形成することで得られ、また、圧電素子板から吐出に寄与しない部分を取り除いた構造なので、発熱が少なく、高周波応答性が良く、しかも、高価な圧電素子板の使用を節約できる利点を有するが、チャンネル溝内の電極に繋がる引き出し配線を、ヘッドの前面又は後面からヘッドの底面又は上面にかけて立体的に形成しなくてはならない。チャンネル溝内の電極から９０°折れ曲がった立体的な配線を引き出すことは難しい。このような直角に曲がる幅数十μｍの立体配線を、一つのヘッドに、数百〜数千本、数十μｍピッチで形成する方法はまだ知られていない。
【００２４】
更に、圧電素子板にチャンネル用横溝と引き出し配線用の縦溝を機械的に研削し、めっきした後、余分なめっき金属を研磨して除去する方法では、幅数十μｍの溝を研削せねばならないので、溝の壁が破壊され易く、また、ヘッドの側面に感光性レジストを塗布して、パターンを形成してめっきする方法では、ヘッドの厚みが１〜数ｍｍしかないので、レジストを塗布して、露光、現像する方法が難しい。
【００２５】
そこで、本発明の課題は、めっきとレーザー光の照射と研磨で、電極と立体的な引き出し配線を形成することにより、面倒な画像処理や現像を行わなくとも、従来に比べて、簡易で信頼性が高い方法で、高密度で微細な電極と高密度で微細な立体配線を形成でき、しかも、インク漏れやチャンネル溝間の隔壁の倒れや欠けの生じない高画質なシェヤーモードインクジェットヘッドを製造する方法を提供することにある。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決する請求項１記載の発明は、シェヤーモードインクジェットヘッドの製造方法において、分極した圧電素子板に複数のチャンネル溝を研削してアクチュエーター基盤を形成する工程と、前記アクチュエーター基盤に天板を接着してヘッド基盤を形成する工程と、前記ヘッド基盤の前面及び後面の少なくとも一方の面にレーザー光を照射して、前記複数のチャンネル溝の各チャンネル溝と前記ヘッド基盤の上面及び／又は底面とに繋がる縦溝を形成する工程と、前記縦溝が形成された前記ヘッド基盤に、無電解めっきによりめっき金属を施す工程と、前記ヘッド基盤の前面及び後面を研磨して、前記縦溝に施されためっき金属を残してめっき金属を除去することにより、前記各チャンネル溝内のめっき金属と前記ヘッド基盤の上面及び／又は底面のめっき金属とに繋がる縦配線を形成する工程と、前記ヘッド基盤の上面及び／又は底面にレーザー光を照射して、めっき金属の一部を除去することにより、前記縦配線に繋がる横配線を形成する工程とを有することを特徴とするシェヤーモードインクジェットヘッドの製造方法である。
【００２７】
上記課題を解決する請求項２記載の発明は、シェヤーモードインクジェットヘッドの製造方法において、分極した圧電素子板に複数のチャンネル溝を研削してアクチュエーター基盤を形成する工程と、前記アクチュエーター基盤に天板を接着してヘッド基盤を形成する工程と、前記アクチュエーター基板の前面及び後面の少なくとも一方の面にレーザー光を照射して、前記複数のチャンネル溝の各チャンネル溝と前記ヘッド基盤の底面とに繋がる縦溝を形成する工程と、前記縦溝が形成された前記ヘッド基盤に、無電解めっきによりめっき金属を施す工程と、前記ヘッド基盤の前面及び後面を研磨して、前記縦溝に施されためっき金属を残してめっき金属を除去することにより、前記各チャンネル溝内のめっき金属と前記ヘッド基盤の底面のめっき金属とに繋がる縦配線を形成する工程と、前記ヘッド基盤の底面にレーザー光を照射して、めっき金属の一部を除去することにより、前記縦配線に繋がる横配線を形成する工程とを有することを特徴とするシェヤーモードインクジェットヘッドの製造方法である。
【００２８】
上記課題を解決する請求項３記載の発明は、シェヤーモードインクジェットヘッドの製造方法において、分極した圧電素子板に複数のチャンネル溝を研削してアクチュエーター基盤を形成する工程と、前記アクチュエーター基盤に天板を接着してヘッド基盤を形成する工程と、前記天板の前面及び後面の少なくとも一方の面にレーザー光を照射して、前記複数のチャンネル溝の各チャンネル溝と前記ヘッド基板の上面とに繋がる縦溝を形成する工程と、前記縦溝が形成された前記ヘッド基盤に、無電解めっきによりめっき金属を施す工程と、前記ヘッド基盤の前面及び後面を研磨して、前記縦溝に施されためっき金属を残してめっき金属を除去することにより、前記各チャンネル溝内のめっき金属と前記ヘッド基盤の上面のめっき金属とに繋がる縦配線を形成する工程と、前記ヘッド基盤の上面にレーザー光を照射して、めっき金属の一部を除去することにより、前記縦配線に繋がる横配線を形成する工程とを有することを特徴とするシェヤーモードインクジェットヘッドの製造方法である。
【００２９】
上記課題を解決する請求項４記載の発明は、シェヤーモードインクジェットヘッドの製造方法において、分極した圧電素子板に複数のチャンネル溝を研削してアクチュエーター基盤を形成する工程と、前記アクチュエーター基盤に天板を接着してヘッド基盤を形成する工程と、前記アクチュエーター基板の前面及び後面にレーザー光を照射して、前記複数のチャンネル溝の各チャンネル溝と前記ヘッド基盤の底面とに繋がる縦溝を、前記チャンネル溝の１本おきに前記アクチュエーター基盤の前面と後面とで交互になるように形成する工程と、前記縦溝が形成された前記ヘッド基盤に、無電解めっきによりめっき金属を施す工程と、前記ヘッド基盤の前面及び後面を研磨して、前記縦溝に施されためっき金属を残してめっき金属を除去することにより、前記各チャンネル溝内のめっき金属と前記ヘッド基盤の底面のめっき金属とに繋がる縦配線を形成する工程と、前記ヘッド基盤の底面にレーザー光を照射して、めっき金属の一部を除去することにより、前記縦配線に繋がる横配線を形成する工程とを有することを特徴とするシェヤーモードインクジェットヘッドの製造方法である。
【００３０】
上記課題を解決する請求項５記載の発明は、シェヤーモードインクジェットヘッドの製造方法において、分極した圧電素子板に複数のチャンネル溝を研削してアクチュエーター基盤を形成する工程と、前記アクチュエーター基盤に天板を接着してヘッド基盤を形成する工程と、前記天板の前面及び後面にレーザー光を照射して、前記複数のチャンネル溝の各チャンネル溝と前記ヘッド基盤の上面とに繋がる縦溝を、前記チャンネル溝の１本おきに前記天板の前面と後面とで交互になるように形成する工程と、前記縦溝が形成された前記ヘッド基盤に、無電解めっきによりめっき金属を施す工程と、前記ヘッド基盤の前面及び後面を研磨して、前記縦溝に施されためっき金属を残してめっき金属を除去することにより、前記各チャンネル溝内のめっき金属と前記ヘッド基盤の上面のめっき金属とに繋がる縦配線を形成する工程と、前記ヘッド基盤の上面にレーザー光を照射して、めっき金属の一部を除去することにより、前記縦配線に繋がる横配線を形成する工程とを有することを特徴とするシェヤーモードインクジェットヘッドの製造方法である。
【００３１】
請求項６記載の発明は、前記めっき金属が施された前記ヘッド基盤の該めっき金属表面に、保護膜を形成する工程を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のシェヤーモードインクジェットヘッドの製造方法である。
【００３２】
請求項７記載の発明は、前記アクチュエーター基盤は、分極した２枚の圧電素子板を、分極方向を互いに反対に向けて接着して形成することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のシェヤーモードインクジェットヘッドの製造方法である。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００３４】
最初に、本明細書では、製造工程を説明する上で方向が重要であるので、「前面」と「後面」、「上面」と「底面」をそれぞれ明らかにしておく。本明細書では、アクチュエーター基盤及びヘッド基盤におけるインク吐出側に面する壁面を「前面」、それとは反対側のインク供給側に面する壁面を「後面」と称する。全ての図面では、この「前面」を奥側に、「後面」を手前側にそれぞれ位置させて図示する。また、天板を接着した側、即ち天板の上表面を「上面」、天板を接着した側と反対側の面を「底面」と称する。全ての図面では、この「上面」を上側に、「底面」を下側にそれぞれ位置させて図示する。
【００３５】
最初の工程は、図１に示すように、分極した圧電素子板１にチャンネル溝２を研削して、アクチュエーター基盤３を作る工程である。
【００３６】
分極した圧電素子板１に形成したチャンネル溝２の側壁をせん断変形させる方法は、以下の２通りの方法がある。
【００３７】
▲１▼分極した１枚の圧電素子板でチャンネル溝の側壁を形成する場合は、側壁の上半分に電極を形成して、側壁の上半分をせん断変形させる。
▲２▼分極した２枚の圧電素子板を、分極方向を互いに反対に向けて接着してチャンネル溝の側壁を形成する場合は、側壁に、好ましくは効率を良くする観点から側壁の全面に電極を設け、側壁全体をせん断変形させる。
【００３８】
前者▲１▼の方法は、側壁の上半分を変形させるだけであるが、後者▲２▼の方法は側壁の上半分と下半分を同時に、互いに反対方向に変形させるので、変形量が大きく、変形効率が良い。同じ電圧を掛けても、後者▲２▼の方法が、側壁の変形量が大きいので、発生する圧力が高く、吐出したインク滴の速度が速く、従ってインクの着弾ずれが少なく、画質が大幅に向上する。また、同じ変位を与える場合、後者▲２▼は電圧が約半分で済むので、ヘッドの発熱を抑えることができる。
【００３９】
本発明では上記いずれの方法も採用できるが、好ましくは後者▲２▼の方法を用い、図１に示すように、分極した厚さの異なる２枚（例えば厚さ１５０μｍと９００μｍ）の圧電素子板１ａ、１ｂを、分極方向を互いに反対に向けて接着し、薄い板（圧電素子板１ａ）の側から厚い板（圧電素子板１ｂ）の途中までに亘るチャンネル溝２を形成し、チャンネル溝２とその間の隔壁とを交互に設ける。
【００４０】
圧電素子板１には、電圧を加えることにより変形を生じる圧電素子を用いることができる。この圧電素子には公知の圧電材料を用いることができる。公知の圧電材料には有機材料からなる圧電材料や非金属性圧電材料がある。特に、非金属性圧電材料が好ましく、このような圧電材料としては、成形、焼成工程を経て形成される圧電セラミックス、または成形、焼成を必要としないで形成される圧電材料等がある。有機材料からなる圧電材料としては、ポリフッ化ビニリデン等の有機ポリマーや、有機ポリマーと無機物とのハイブリッド材料等が挙げられる。
【００４１】
非金属性の圧電材料において、成形、焼成の工程を経て形成される圧電セラミックスとしてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いることが好ましい。更に、ＢａＴｉＯ2、ＺｎＯ、ＬｉＮｂＯ2、ＬｉＴａＯ2等を用いてもよい。ＰＺＴとしては、真性ＰＺＴ（ＰｂＺｒＯ2−ＰｂＴｉＯ2）と、第三成分を添加して、圧電特性を調整した変性ＰＺＴがある。添加する第三成分としては、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｓｂ等がある。
【００４２】
また、圧電材料として、ゾル−ゲル法で製造した圧電粉末も使用できる。ゾル−ゲル法によれば、ゾルは所定の化学組成を持つ均質な溶液に、水と酸あるいはアルカリを添加し、加水分解等の化学変化を起こさせることによって調製される。更に、溶媒の蒸発や冷却等の処理を加えることによって、目的組成の微粒子あるいは非金属性、無機微粒子の前躯体を分散したゾルが作成され、焼結して圧電材料とすることができる。異種元素の微量添加も含めて、化学組成の均一な化合物を得ることができる。出発原料に、一般にケイ酸ナトリウム等の水に可溶な金属塩あるいは金属アルコキシドが用いられ、金属アルコキシドは、一般式Ｍ（ＯＲ）ｎで表される化合物で、ＯＲ基が強い塩基性を持つため容易に加水分解され、有機高分子のような縮合過程を経て、金属酸化物あるいはその水和物に変化する。
【００４３】
また、積層基盤のコーティング法として、気相から析出させる蒸着法やスパッター法があり、気相からセラミック基盤を作成する方法は、物理的手段による蒸着法と、気相から基盤表面に化学反応により析出させる化学析出法の２通りに分類される。更に、物理蒸着法（ＰＶＤ）は、真空蒸着法、スパッター法、イオンプレーティング法等に細分され、また化学的方法は、気相化学反応法（ＣＶＤ）、プラズマＣＶＤ法などがある。物理蒸着法（ＰＶＤ）としての真空蒸着法は、真空中で対象とする物質を加熱して蒸発させ、その蒸気を基盤上に付着させる方法で、スパッター法は目的物質（ターゲット）に高エネルギー粒子を衝突させ、ターゲット表面の原子・分子が衝突粒子と運動量を交換して、表面からはじきだされるスパッタリング現象を利用する方法である。またイオンプレーティング法は、イオン化したガス雰囲気中で蒸着を行う方法である。また、ＣＶＤ法では、膜を構成する原子・分子あるいはイオンを含む化合物を気相状態にした後、適当なキャリヤーガスで反応部に導き、加熱した基盤上で反応あるいは反応析出させることによって膜を形成する。プラズマＣＶＤ法はプラズマエネルギーで気相状態を発生させ、４００℃〜５００℃までの比較的低い温度範囲の気相化学反応で膜を析出させる。
【００４４】
分極方向を反対に向けた２枚の圧電素子板１ａ、１ｂを接合する場合の接合手段としては、接着剤を用いた接合を採用できるが、接合可能であれば特に限定される訳ではない。接着剤を用いて接着層を形成する場合、その接着層の硬化後の厚みは、５〜１０μｍの範囲が好ましい。
【００４５】
チャンネル溝２の形成手段は、公知の研削機による研削が好ましい。本実施形態では、２枚の圧電素子板１ａ、１ｂを接着してから、圧電素子板１ａ側から圧電素子板１ｂの途中までに亘ってチャンネル溝２を研削するので、溝を研削してから２枚の圧電素子板を接着する特開平８−１７４８２２号の方法に比べて、接着剤が溝に溢れ出す恐れがない。
【００４６】
チャンネル溝２は、図示のように、水平方向に研削され、各チャンネル溝２内の両側壁は互いに平行に形成される。チャンネル溝２の形は、溝の両側壁が垂直方向に立ち上がっており、そして互いに平行であるから、溝の入口（アクチュエーター基盤３の後面側のインク供給側）と出口（アクチュエーター基盤３の前面側のインク吐出側）で大きさと形状がほとんど変わらないストレートタイプになる。かかるストレートタイプのチャンネル溝２によって構成されるインク溝は、従来のインク入口浅溝タイプの溝に比べ、泡抜けが良く、電力効率が高く、発熱が少なく、高速応答性が良好になる。また、高価な圧電素子板の使用量を大幅に節約できる。溝の深さは１５０〜３００μｍ、幅は４０〜１００μｍ、長さは１〜１０ｍｍで、溝ピッチ８０〜２００μｍが好ましい。
【００４７】
このようにして形成したチャンネル溝２は、目的に応じて、インクを吐出するインク溝とインクを吐出しない空気溝として使用することができる。この場合、インク溝と空気溝を交互に配置させ、吐出の振動が隣接するインク溝に及ばないようにすることで、高速吐出が可能となると共に、全インク溝から同時に吐出させることが可能になるので、チャンネル当りのプリント速度を大幅に向上できるようになるために好ましい。
【００４８】
更に、形成したチャンネル溝２を全てインク溝として使用しても良い。この場合は、クロストークを防ぐため、前述した３サイクル吐出法が好ましい。本発明はそのいずれでも良い。
【００４９】
また、チャンネル溝２をインク溝と空気溝とに分けて使用する場合には、各チャンネル溝２は、図示するように全てほぼ同一幅、ほぼ同一深さとする必要はなく、インク溝と空気溝とで幅及び深さを異ならせるようにしても良い。
【００５０】
シェヤーモードインクジェットヘッドにおいては、インクを吐出できる周期は、インク溝の長さをインク中の音速で割った時間の整数倍に限られるので、高周波で吐出するには、インク溝の長さを短くすることが好ましい。浅溝部を持つ入口浅溝型より、図示するような短い溝を持つストレート溝型の方が、高速吐出に都合が良い。
【００５１】
次の工程は、前記アクチュエーター基盤３におけるチャンネル溝２を形成した面に天板４を接着して、図２に示すヘッド基盤５を作成する工程である。
【００５２】
天板４としては、アクチュエーター基盤３に用いられる圧電素子板１と熱膨張係数が近いセラミックスを使用することが好ましい。例えば、アクチュエーター基盤３に用いられる圧電素子板１と同じ圧電素子板（ＰＺＴ）を脱分極して使用することが好ましい。
【００５３】
アクチュエーター基盤３と天板４の接合手段としては、エポキシ接着剤で接着し、１４〜２０ｋｇ／ｃｍ2の圧力と、９０〜１００℃の温度をかけて、３０分間硬化させることが好ましい。ＰＺＴは高価なので、天板４として安価なアルミナ基盤を用い、これを室温硬化型接着剤、例えば、（株）日本エーブルスティック製のエーブルボンド９３１−１、９３１−１Ｔ１Ｎ等でアクチュエーター基盤３と接着しても良い。この場合、接着時に加熱を要しないので、熱膨張係数の差は問題にならない。
【００５４】
なお、詳細については図示しないが、通常、アクチュエーター基盤３と天板４とを接合した後は、これをチャンネル溝２と直交する方向に沿って所望寸法に裁断することによって複数のヘッド基盤５を同時に形成するようにしている。
【００５５】
このようにして形成されたヘッド基盤５には、各チャンネル溝２内に、後述する方法によって、電極及びこの電極と繋がる引き出し配線を形成する。この引き出し配線の形成に際しては、まず、前記ヘッド基盤５の前面及び後面の少なくとも一方の面にレーザー光を照射して、複数のチャンネル溝２の各チャンネル溝２とヘッド基盤５の上面及び／又は底面とに繋がる縦溝を形成する。
【００５６】
即ち、この縦溝を形成する場所については、以下に記載する各態様が挙げられる。
【００５７】
（１）アクチュエーター基盤３の前面及び後面の少なくとも一方に形成する態様。
（２）天板４の前面及び後面の少なくとも一方に形成する態様。
（３）アクチュエーター基盤３及び天板４の、前面及び後面の少なくとも一方に形成する態様。
【００５８】
そこで、これら各態様について個別に説明する。
【００５９】
（１）アクチュエーター基盤３の前面及び後面の少なくとも一方に形成する態様
【００６０】
縦溝をアクチュエーター基盤３の前面及び後面の少なくとも一方に形成する場合、図３に示すように、アクチュエーター基盤３の前面及び後面の少なくとも一方にレーザー光ＬＢを照射して、一端がチャンネル溝２に繋がり、他端がヘッド基盤５の底面５ｂに繋がる縦溝６を各チャンネル２毎に形成する。図示する例ではアクチュエーター基盤３の後面のみに縦溝６を形成するものを示している。
【００６１】
この縦溝６は、機械的な研削ではなく、レーザー光の照射によって溝を掘るようにして形成するので、溝の側壁の欠けや割れが発生する心配はない。また、機械的な研削では作れない微細な溝を高密度に形成することが可能である。しかも、各チャンネル溝２間にはレーザー光が照射されないため、本実施形態に示すように２枚の圧電素子板１ａ、１ｂを用いた場合でも、それら２枚の圧電素子板１ａ、１ｂ間の接着層にはレーザー光は照射されず、接着層が破壊されることはない。従って、接着層の破壊によるインク漏れが発生することはない。
【００６２】
レーザー光で縦溝６を掘る条件は、レーザー光の波長やパルスレートにも依存するが、幅約３０μｍ、深さ約１０μｍの溝を掘るのに、約５０Ｊ／ｃｍ2以上のエネルギー密度を要する。例えば、被加工面で４００μｍ2に集束されたＹＡＧレーザーの第２高調波光を、１パルスエネルギー０．４ｍＪ、パルスレート３ＫＨｚで、Ｘ，Ｙガルバノミラーを通して照射することで、縦溝６を掘ることができる。この縦溝６の幅は１０〜３０μｍが好ましい。また、その深さは１０〜２０μｍが好ましい。
【００６３】
次に、このようにして縦溝６が形成されたヘッド基盤５の全面に無電解めっきを施してめっき金属を析出させる。
【００６４】
この無電解めっき工程は、前処理工程とめっき工程からなる。前処理としては、脱脂処理、エッチング処理、触媒吸着、水洗処理等が挙げられる。上記ヘッド基盤５を、濃度０．１％の塩化第１錫水溶液に浸漬して塩化第１錫を吸着させ、続いて濃度０．０１％の塩化パラジウム水溶液に浸漬して塩化パラジウムを吸着させ、先に吸着した塩化第１錫と塩化パラジウムの間で酸化還元反応（ＳｎＣｌ2＋ＰｄＣｌ2→ＳｎＣｌ4＋Ｐｄ↓）により金属パラジウムを形成する。この金属パラジウムが無電解めっきの触媒となる。
【００６５】
次に、触媒が吸着されたヘッド基盤５に無電解めっきを行う。めっき金属はヘッド基盤５の触媒吸着面に析出され、このめっき金属により電極が形成される。
【００６６】
電極を形成するための金属としては、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｏ（コバルト）、Ｃｕ（銅）、Ａｌ（アルミニウム）等があるが、これらのうちでＮｉやＣｕが好ましく、特にＮｉが好ましい。無電解めっきによる電極形成においては、Ｎｉ−Ｐめっき又はＮｉ−Ｂめっきを単独で使用しても良い。或いはＮｉ−ＰとＮｉ−Ｂを重層しても良い。Ｎｉ−ＰめっきはＰ含量が高くなると電気抵抗が増大するので、Ｐ含量が１〜数％程度のものが良い。Ｎｉ−ＢめっきのＢ含量は、普通１％以下なので、Ｎｉ−ＰよりＮｉ含量が多く、電気抵抗が低く、また、外部配線との接続性が良いため、Ｎｉ−ＰよりＮｉ−Ｂの方が好ましい。
【００６７】
無電解めっきを施す際には、めっき液がヘッド基盤５の表面のみならず、チャンネル溝２と縦溝６の内部にまで行きわたって、全体が均一にめっきされるよう、ヘッド基盤５を振動又は揺動させることが好ましい。
【００６８】
以上のようにして、ヘッド基盤５の全面、即ちチ各ャンネル溝２内と縦溝６内にも無電解めっきが施される。
【００６９】
次の工程は、ヘッド基盤５の前面及び後面を研磨してヘッド基盤５の表面に析出しためっき金属を除去し、各チャンネル溝２と各縦溝６の中にめっき金属を残して、それにより、図４に示すように電極２ａと縦配線７を形成する工程である。図中、斜線で示す部分がめっき金属が残存する部分である。
【００７０】
めっき金属を除去するには、通常の研磨機で研磨すれば良い。研磨機による研磨は、ヘッド基盤５の前面及び後面に対して行う。また、ヘッド基盤５の側面は、必要に応じて研磨しても良いし、めっきした後にヘッド基盤５を所定長さに裁断することで、非めっき部分を露出させるようにしても良い。
【００７１】
以上のように研磨すると、ヘッド基盤５の前面及び後面において、その表面のめっき金属は除去されるが、チャンネル溝２と縦溝６の中に析出しためっき金属は残るので、これを電極２ａと該電極２ａに繋がる縦配線７として使用する。また、この研磨によって、レーザー光の照射部に生じた凹凸を平滑化できるので、後工程においてノズル板、絞り板及びインクマニホールドを確実に接着できるようになる。
【００７２】
次に、図５に示すようにヘッド基盤５の底面５ｂにレーザー光ＬＢを照射して、底面５ｂに析出しためっき金属の一部をチャンネル溝２とほぼ平行に線状に除去して除去部９を形成することにより、各チャンネル溝２毎に独立した配線となるように、前記縦配線７と繋がる横配線８、８…を区分けする。この縦配線７と横配線８によって、各チャンネル溝２内の電極２ａから引き出される引き出し配線が構成される。
【００７３】
これで、縦配線７及び横配線８により構成される引き出し配線をチャンネル溝２毎に独立させることができる。
【００７４】
各チャンネル溝２毎の縦溝６をアクチュエーター基盤３の前面に設ける場合も、上記と同様にして行うことができる。
【００７５】
この（１）の態様では、縦溝６をアクチュエーター基盤３の前面及び後面の両方に形成することもできる。この場合は、図６に示すように、アクチュエーター基盤３の前面及び後面にレーザー光を照射して、複数のチャンネル溝２の各チャンネル溝２とヘッド基盤５の底面５ｂとに繋がる縦溝を、アクチュエーター基盤３の前面と後面の両方に形成する。
【００７６】
図示する例では、アクチュエーター基盤３の後面に位置する縦溝を符号６ａとし、前面に位置する縦溝を符号６ｂとし、チャンネル溝２の１本おきにアクチュエーター基盤３の前面と後面とで交互になるように形成するものを示しているが、縦溝はアクチュエーター基盤３の前面と後面の両方に形成されていれば良く、必ずしも図示する態様に限定されない。
【００７７】
これら縦溝６ａ、６ｂを形成した後は、上記同様に、めっき工程、研磨工程を経て、図７（ａ）（ｂ）に示すようにそれぞれ各チャンネル溝２内に電極２ａと、各縦溝６ａ、６ｂ内に残存するめっき金属により上記電極２ａに繋がる縦配線７ａ、７ｂとを形成した後、ヘッド基盤５の底面５ｂにレーザー光を照射して、底面５ｂに析出しためっき金属の一部を線状に除去することにより、前記縦配線７ａと繋がる横配線８ａと、縦配線７ｂと繋がる横配線８ｂをそれぞれ形成するが、この横配線８ａ、８ｂの形成に際しては、各チャンネル溝２を空気溝２１とインク溝２２とに分け、それらを交互に配置して使用する場合と、各チャンネル溝２を全てインク溝として使用する場合とで方法が若干異なる。
【００７８】
即ち、前者の場合は、図７（ａ）に示すように、ヘッド基盤５の底面５ｂに、チャンネル溝２とほぼ直交する方向に沿ってレーザー光を照射することにより、ヘッド基盤５の前面側と後面側とを分離するようにめっき金属を線状に一部除去して除去部９ａを形成し、そのうちのヘッド基盤５の前面側に残存するめっき金属により空気溝２１用の一つの横配線８ｂを区分けすると共に、ヘッド基盤５の後面側に残存するめっき金属を、更に各インク溝２２用の縦配線７ａ毎に独立した配線となるように、チャンネル溝２とほぼ平行に線状に一部除去することで除去部９ｂ、９ｂ…を形成し、インク溝２２用の横配線８ａ、８ａ…を区分けする。これで、縦配線７ａ及び横配線８ａにより構成される引き出し配線をインク溝２２毎に独立させることができる。
【００７９】
また、後者の場合は、図７（ｂ）に示すように、ヘッド基盤５の底面５ｂにチャンネル溝２とほぼ直交する方向に沿ってレーザー光を照射することにより、ヘッド基盤５の前面側と後面側とを分離するようにめっき金属を線状に一部除去して除去部９ａを形成し、そのうちのヘッド基盤５の前面側に残存するめっき金属を、更にその前面に位置する各縦配線７ｂ毎に独立した配線となるように、チャンネル溝２とほぼ平行に線状に一部除去して除去部９ｂ、９ｂ…を形成して横配線８ｂ、８ｂ…を区分けする。また、同様にしてヘッド基盤５の後面側に残存するめっき金属を、その後面に位置する各縦配線７ａ毎に独立した配線となるように、各チャンネル溝２とほぼ平行に線状に一部除去して除去部９ｃ、９ｃ…を形成して横配線８ａ、８ａ…を区分けする。これで、縦配線７ａ、７ｂ及び横配線８ａ、８ｂにより構成される引き出し配線をチャンネル溝２毎に独立させることができる。
【００８０】
図７（ａ）に示す前者の態様によれば、全空気溝２１に繋がる横配線８ｂをまとめてグランドに落としておけば良いので配線形成を簡単にすることができる。しかも、各インク溝２２に対応する縦配線７ａと横配線８ａとからなる引き出し配線の密度を低下させることができるため、図５に示すヘッド基盤５に比べて、各引き出し配線のピッチを倍にすることができ、各引き出し配線を異方導電性フィルム（ＡＣＦ）を用いてフレキシブルケーブルと接続するための位置合わせの際のマージンが大きくなり、ショートによる不良を誘発する危険性を著しく低減させることができる。
【００８１】
なお、図７（ａ）に示す例では、除去部９ａの端部を屈曲させてチャンネル溝２とほぼ平行な除去部９ａ’を形成することで、横配線８ｂを、インク溝２２用の引き出し配線を構成する横配線８ａと並列させて設けるようにしている。このようにすると、全空気溝２１のグランドの取り出し位置を、底面５ｂにおいて横配線８ａと同じ側（ここでは後面側）にまとめて配置させることができるようになる利点がある。
【００８２】
また、図７（ｂ）に示す後者の態様によれば、各チャンネル溝２に繋がる縦配線７を、ヘッド基盤５の前面と後面とに分けて設けることで、各縦配線７に繋がる横配線８とにより構成される引き出し配線の密度を低下させることができるので、全チャンネル溝２をインク溝２２として使用するにも関わらず、図５に示すヘッド基盤５に比べて、各引き出し配線のピッチを倍にすることができるので、各引き出し配線を異方導電性フィルム（ＡＣＦ）を用いてフレキシブルケーブルと接続するための位置合わせの際のマージンが大きくなり、ショートによる不良を誘発する危険性を著しく低減させることができる。
【００８３】
（２）天板４の前面及び後面の少なくとも一方に形成する態様
【００８４】
縦溝を天板４の前面及び後面の少なくとも一方に形成する場合、図８に示すように、天板４の前面及び後面の少なくとも一方に、レーザー光を照射して、一端がチャンネル溝２に繋がり、他端がヘッド基盤５の上面５ａに繋がる縦溝６を各チャンネル溝２毎に形成する。図示する例では天板４の後面のみに縦溝６を形成するものを示している。
【００８５】
縦溝６を形成した後は、上記（１）と同様に、めっき工程、研磨工程を経て、図９に示すように、それぞれ各チャンネル溝２内に電極２ａと、各縦溝６内に残存するめっき金属により上記電極２ａと繋がる縦配線７とを形成した後、ヘッド基盤５の上面５ａに、レーザー光を照射して、上面５ａに析出しためっき金属の一部をチャンネル溝２とほぼ平行に線状に除去して除去部９を形成することにより、各チャンネル溝２毎に独立した配線となるように、前記縦配線７と繋がる横配線８、８…を区分けする。この縦配線７と横配線８によって、各チャンネル溝２内の電極２ａから引き出される引き出し配線が構成される。
【００８６】
これで、縦配線７及び横配線８により構成される引き出し配線をチャンネル溝２毎に独立させることができる。
【００８７】
各チャンネル溝２毎の縦溝６を天板４の前面に設ける場合も、上記と同様にして行うことができる。
【００８８】
また、縦溝６を天板４の前面及び後面の両方に形成する場合は、図１０に示すように、天板４の前面及び後面にレーザー光を照射して、複数のチャンネル溝２の各チャンネル溝２とヘッド基盤５の上面５ａとに繋がる縦溝を、天板４の前面と後面の両方に形成する。
【００８９】
図示する例では、天板４の後面に位置する縦溝を符号６ａとし、前面に位置する縦溝を符号６ｂとし、チャンネル溝２の１本おきにアクチュエーター基盤３の前面と後面とで交互になるように形成するものを示しているが、縦溝は天板４の前面と後面との両方に形成されていれば良く、必ずしも図示する態様に限定されない。
【００９０】
これら縦溝６ａ及び縦溝６ｂを形成した後は、上記（１）と同様に、めっき工程、研磨工程を経て、図１１（ａ）（ｂ）に示すように、それぞれ各チャンネル溝２内に電極２ａと、各縦溝６ａ、６ｂ内に残存するめっき金属により上記電極２ａと繋がる縦配線７ａ、７ｂを形成した後、ヘッド基盤５の底面５ｂにレーザー光を照射して、底面５ｂに析出しためっき金属の一部を線状に除去することにより、前記縦配線７ａと繋がる横配線８ａと、縦配線７ｂと繋がる横配線８ｂをそれぞれ形成するが、ここでも横配線８ａ、８ｂの形成に際しては、図７（ａ）（ｂ）に示した態様と同様、各チャンネル溝２を空気溝２１とインク溝２２とに分け、それらを交互に配置して使用する場合と、各チャンネル溝２を全てインク溝として使用する場合とで方法を異にする。
【００９１】
即ち、前者の場合は、図１１（ａ）に示すように、ヘッド基盤５の上面５ａに、チャンネル溝２とほぼ直交する方向に沿ってレーザー光を照射することにより、ヘッド基盤５の前面側と後面側とを分離するようにめっき金属を線状に一部除去して除去部９ａを形成し、そのうちのヘッド基盤５の前面側に残存するめっき金属により空気溝２１用の一つの横配線８ｂを区分けすると共に、ヘッド基盤５の後面側に残存するめっき金属を、更に各インク溝２２用の縦配線７ａ毎に独立した配線となるように、チャンネル溝２とほぼ平行に線状に一部除去することで除去部９ｂ、９ｂ…を形成し、インク溝２２用の横配線８ａ、８ａ…を区分けする。これで、縦配線７ａ及び横配線８ａにより構成される引き出し配線をインク溝２２毎に独立させることができる。
【００９２】
また、後者の場合は、図１１（ｂ）に示すように、ヘッド基盤５の上面５ａにチャンネル溝２とほぼ直交する方向に沿ってレーザー光を照射することにより、ヘッド基盤５の前面側と後面側とを分離するようにめっき金属を線状に一部除去して除去部９ａを形成し、そのうちのヘッド基盤５の前面側に残存するめっき金属を、更にその前面に位置する各縦配線７ｂ毎に独立した配線となるように、チャンネル溝２とほぼ平行に線状に一部除去して除去部９ｂ、９ｂ…を形成して横配線８ｂ、８ｂ…を区分けする。また、同様にしてヘッド基盤５の後面側に残存するめっき金属を、その後面に位置する各縦配線７ａ毎に独立した配線となるように、各チャンネル溝２とほぼ平行に線状に一部除去して除去部９ｃ、９ｃ…を形成して横配線８ａ、８ａ…を区分けする。これで、縦配線７ａ、７ｂ及び横配線８ａ、８ｂにより構成される引き出し配線をチャンネル溝２毎に独立させることができる。
【００９３】
図１１（ａ）に示す前者の態様によれば、図７（ａ）に示す態様と同様の効果があり、また、図１１（ｂ）に示す後者の態様によれば、図７（ｂ）に示す態様と同様の効果がある。
【００９４】
（３）アクチュエーター基盤３及び天板４の、前面及び後面の少なくとも一方に形成する態様
【００９５】
縦溝をアクチュエーター基盤３及び天板４の前面及び後面の少なくとも一方に形成する場合は、図１２（ａ）（ｂ）に示すように、ヘッド基盤５の前面及び後面の少なくとも一方にレーザー光を照射して、複数のチャンネル溝２の各チャンネル溝２とヘッド基盤５の上面５ａ及び／又は底面５ｂとに繋がる縦溝を、ヘッド基盤５を構成するアクチュエーター基盤３と天板４の両方に形成した後、上記同様に、めっき工程、研磨工程を経て、それぞれ各チャンネル溝２内に電極２ａと、各縦溝内に残存するめっき金属により上記電極２ａと繋がる縦配線７１、７２とを形成し、更に、ヘッド基盤５の上面５ａ及び底面５ｂにレーザー光を照射して、上面５ａ及び底面５ｂに析出しためっき金属の一部をチャンネル溝２とほぼ平行に線状に除去して除去部９、９…を形成することにより、各チャンネル溝２毎に独立した配線となるように、前記縦配線７１、７２と繋がる横配線８１、８１…及び８２、８２…を区分けする。この縦配線７１と横配線８１、縦配線７２と横配線８２によって、それぞれ各チャンネル溝２内の電極２ａから引き出される引き出し配線が構成される。
【００９６】
これで、縦配線７１、７２及び横配線８１、８２により構成される引き出し配線をチャンネル溝２毎に独立させることができる。
【００９７】
なお、図示する例では、ヘッド基盤５の後面に縦溝を形成した例を示しており、図１２（ａ）はヘッド基盤５を上面５ａ側から見た状態を、図１２（ｂ）は同一のヘッド基盤５を底面５ｂ側から見た状態をそれぞれ示す。
【００９８】
また、図示する例では、アクチュエーター基盤３側の縦溝により形成される縦配線を符号７１とし、天板４側の縦溝により形成される縦配線を符号７２とし、各チャンネル溝２の１本おきにアクチュエーター基盤３側と天板４側とに交互に形成するものを示しているが、この態様では、縦溝がアクチュエーター基盤３及び天板４の前面及び後面の少なくとも一方に形成されていれば良く、必ずしも図示する態様に限定されない。
【００９９】
この態様によれば、各チャンネル溝２の電極２ａと繋がる引き出し配線を、ヘッド基盤５の上面５ａと底面５ｂとに分けることができるため、ヘッド基盤５の上面５ａと底面５ｂとでフレキシブルケーブルと接続する必要があるが、各チャンネル溝２を全てインク溝として使用する場合には、それら引き出し配線のピッチ及び各引き出し配線の面積をいずれも大きくとることができ、各引き出し配線をＡＣＦを用いてフレキシブルケーブルと接続するための位置合わせの際のマージンがより大きくなり、ショートによる不良を誘発する危険性をより一層低減させることができる。
【０１００】
また、各チャンネル溝２をインク溝と空気溝として使用し、それらを交互に配設する場合には、図示するように、各チャンネル溝２の１本おきにアクチュエーター基盤３側と天板４側とに交互に縦溝を形成するようにすれば、詳細は図示しないが、ヘッド基盤５の上面５ａ又は底面５ｂのいずれかの面をそのまま空気溝用の引き出し配線とすることも可能となるため、めっき工程、研磨工程を経た後の引き出し配線の形成工程において、空気溝用の引き出し配線となる面に対してはレーザー光を照射して引き出し配線を区分けする作業を不要とすることができる。
【０１０１】
なお、レーザー光の照射により縦溝をアクチュエーター基盤３及び天板４の前面及び後面の少なくとも一方に形成する態様では、各チャンネル溝２に一つの縦溝を形成するものに限らず、図１３に示すように、各チャンネル溝２のそれぞれにおいて、アクチュエーター基盤３と天板４との両方に縦溝を形成し、めっき工程、研磨工程を経た後、それら縦溝内に残存するめっき金属により、各チャンネル溝２内の電極２ａと繋がる縦配線７１、７２をそれぞれ形成するようにしても良い。縦溝は、その全てをヘッド基盤５の前面又は後面のいずれかに設けても良いし、例えば縦配線７１をアクチュエーター基盤３の前面に設け、縦配線７２を天板４の後面に設けるという具合に、ヘッド基盤５の前面と後面とに分けて設けるようにしても良いことはもちろんである。
【０１０２】
図示する例では、ヘッド基盤５の後面に全ての縦配線７１、７２を形成した例を示しており、図１３（ａ）はヘッド基盤５を上面５ａ側から見た状態を、図１３（ｂ）は同一のヘッド基盤５を底面５ｂ側から見た状態をそれぞれ示す。
【０１０３】
この場合、ヘッド基盤５の上面５ａ及び底面５ｂには、それぞれ図５又は図９と同様にして、ヘッド基盤５の上面５ａ及び底面５ｂにそれぞれレーザー光を照射し、上面５ａ及び底面５ｂに析出しためっき金属の一部をチャンネル溝２とほぼ平行に線状に除去して除去部９、９…を形成することにより、各チャンネル溝２毎に独立した配線となるように、前記縦配線７１、７２と繋がる横配線８１、８１…及び８２、８２…を区分けし、引き出し配線を形成する。
【０１０４】
この態様によれば、ヘッド基盤５の上面５ａと底面５ｂとで同一パターンの引き出し配線が形成されるため、各チャンネル溝２を全てインク溝として使用する場合には、フレキシブルケーブルとの接続面を上面５ａ及び底面５ｂのいずれにすることもできる。
【０１０５】
以上、（１）〜（３）の各態様に示すようにしてヘッド基盤５に電極２ａとそれに繋がる引き出し配線とを形成した後は、図１４に示すように、前記ヘッド基盤５の前面にノズル板１０を、また、前記ヘッド基盤５の後面に絞り板１１とインクマニホールド１２を各々接合する。ここでは図５に示すヘッド基盤５を用いた例を図示している。
【０１０６】
ノズル板１０は、一般にステンレスやポリイミドなどで形成されたシート状の薄板に、インク吐出のためのノズル孔１０ａが各チャンネル溝２に対応して設けられている。例えば、１２５μｍのポリイミドシートに１８μｍ径のノズル孔１０ａをチャンネル溝２の数に合わせて、エキシマレーザー光で穿孔するようにし、これをヘッド基盤５の前面にエポキシ接着剤で接着する。
【０１０７】
絞り板１１はインク入り口流路を絞り、吐出時にインクに掛けた圧力がマニホールド側に抜けることを防ぐために設けられる。この絞り板１１には、例えば１２５μｍのポリイミドシートに２０〜３０μｍ径のインク供給孔１１ａを、チャンネル溝２の数に合わせてエキシマレーザー光で穿孔し、ヘッド基盤５の後面にエポキシ接着剤で接着し、引き続き８０℃で４０分間硬化させる。
【０１０８】
インクマニホールド１２は、エンジニヤリングプラスチック、例えばポリエーテルイミド樹脂を射出成型した成型物を、エポキシ接着剤でヘッド基盤５の後面に接着する。
【０１０９】
ヘッド基盤５の底面５ｂ又は上面５ａに形成された各横配線８は、図示しないが、異方導電性フィルム（ＡＣＦ）を用いて、約１７０℃で約２０秒間、１４Ｋｇ程度の荷重を均一にかけて加熱押圧することにより、図示しない駆動制御基盤と繋がるフレキシブルケーブルと電気的に接続する。
【０１１０】
なお、以上説明した製造方法において、ヘッド基盤５に無電解めっきを施した後は、析出しためっき金属面がインクと接触することによる腐食を防ぐため、めっき金属の上に保護膜を形成することが好ましい。この保護膜形成工程は、ヘッド基盤５に無電解めっきを施した後であれば良く、レーザー光の照射による引き出し配線の形成前であっても、形成後であっても良い。
【０１１１】
この保護膜としては有機絶縁膜を用いることが好ましい。有機絶縁膜を形成する方法は、塗布法や電着法がある。塗布法としては、電極上にポリマー皮膜をスピンコーティングしたり、コンフォーマルコーティングする方法が挙げられ、また乾式法による有機皮膜の形成、例えば、パリレンコンフォーマルコーティングでも良い。
【０１１２】
電着法によって有機絶縁膜を形成する方法としては、例えば１５％濃度のアミノアクリル樹脂を含む電着液に、電極を形成したヘッド基盤５を室温で浸漬して、５０Ｖの直流を２分間印加すると、厚さ２μｍ程度のピンホールフリーの絶縁膜が形成される。電着法は、電導性のある場所にだけ皮膜が形成されること、また、一度薄い皮膜が形成されると、その箇所が絶縁されて電導性がなくなるので、それ以上その場所には析出せず、別の電導性のある場所を探して析出するので、複雑な形状物の上でも均一な薄膜をコーティングすることができる。このように電着法は微細な溝の底まで均一に薄膜状の有機絶縁膜を簡単に形成できるので好ましい。
【０１１３】
【発明の効果】
本発明によれば、圧電素子板を機械的に研削してチャンネル溝を形成し、これに繋がる縦溝をレーザー光を照射して形成した後、無電解めっきし、ヘッド基盤を研磨することで縦配線を形成し、更にヘッド基盤にレーザー光を照射して、この縦配線に繋がる横配線を形成するので、従来の横溝と縦溝を機械的に研削する方法やフォトレジストを使用して画像処理する方法に比べて簡単であり、しかも溝の側壁の欠けや倒れが起こることなく、電極とこれに繋がる引き出し配線を容易に形成することができる。
【０１１４】
また、２枚の圧電素子板を接着してアクチュエーター基盤を構成した場合でも、接着層にはレーザー光を照射することはないので、接着層の破壊によるインク漏れが起こるようなことはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法の過程を示すアクチュエーター基盤及び天板の斜視図
【図２】本発明の製造方法の過程を示すヘッド基盤の斜視図
【図３】本発明の製造方法の過程を示すヘッド基盤の斜視図
【図４】本発明の製造方法の過程を示すヘッド基盤の斜視図
【図５】本発明の製造方法の過程を示すヘッド基盤の斜視図
【図６】本発明の製造方法の過程を示すヘッド基盤の斜視図
【図７】（ａ）（ｂ）は本発明の製造方法の過程を示すヘッド基盤の斜視図
【図８】本発明の製造方法の過程を示すヘッド基盤の斜視図
【図９】本発明の製造方法の過程を示すヘッド基盤の斜視図
【図１０】本発明の製造方法の過程を示すヘッド基盤の斜視図
【図１１】（ａ）（ｂ）は本発明の製造方法の過程を示すヘッド基盤の斜視図
【図１２】（ａ）（ｂ）は本発明の製造方法の過程を示すヘッド基盤の斜視図
【図１３】（ａ）（ｂ）は本発明の製造方法の過程を示すヘッド基盤の斜視図
【図１４】本発明の製造方法の過程を示すヘッド基盤の斜視図
【図１５】従来の入口浅溝構造の説明図
【図１６】従来のレーザー光照射法の説明図
【符号の説明】
１：圧電素子板
２：チャンネル溝
２ａ：電極
３：アクチュエーター基盤
４：天板
５：ヘッド基盤
６、６ａ、６ｂ：縦溝
７、７ａ、７ｂ：縦配線
８、８ａ：横配線
９、９ａ、９ｂ、９ｃ：除去部
１０：ノズル板
１０ａ：ノズル孔
１１：絞り板
１１ａ：インク供給口
１２：インクマニホールド
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速、高密度、高画質シェヤーモードインクジェットヘッドに、電極と、電極からの立体的な引出し配線を形成する新規な方法に関し、詳しくは、めっき金属層の形成とレーザー光の照射と研磨で、電極と立体的な引き出し配線を形成することにより、従来に比べて簡易な方法で、信頼性の高い、インク漏れの生じない高画質なシェヤーモードインクジェットヘッドを製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シェヤーモードインクジェットヘッドの原理は、分極した圧電素子板に、多数の平行なチャンネル溝を研削して、これをインク溝とし、該インク溝の側壁に電極を設けて電界を掛けると、各インク溝間の側壁がシェヤーモード変形して、インクに圧力が掛かり、インクを吐出する。インク溝の側壁を変形させてインクを吐出するため、インクを吐出するとその振動が隣接する溝に伝わり、吐出したインク溝のインクメニスカスのみならず、両隣りのインク溝のメニスカスも振動する。このメニスカスの振動が静止するまでは、吐出したインク溝のみならず、両隣りのインク溝からも吐出できない。
【０００３】
このため、多数のインク溝から同時にインクを吐出しようとする場合、例えば全インク溝から吐出しようとする場合は、同時に吐出できるインク溝は２つ以上離す必要があり、２つおきのインク溝を３群に分け、３回に分けて吐出する３サイクル吐出法が行われている。しかし、この場合、全インク溝からは同時に吐出できないため、チャンネル当たりのプリント速度の向上効果は望めない。
【０００４】
また、チャンネル溝を用いてインク吐出用のインク溝とインクの吐出を行わない空気溝を交互に設け、吐出の振動が隣接するインク溝に及ばないようにすることにより、全インク溝から同時に吐出させることを可能とし、チャンネル当りのプリント速度を大幅に向上できるようにしたヘッドも知られている。
【０００５】
このようなシェヤーモードインクジェットヘッドを製造するには、圧電素子板にチャンネル溝を研削して、各チャンネル溝内に電極を形成し、この電極に信号を送る配線を形成する必要がある。
【０００６】
図１５に従来のシェヤーモードインクジェットヘッドの一例を示す。このシェヤーモードインクジェットヘッドは、圧電素子板１００に平行な複数のチャンネル溝１０３を形成することにより、チャンネル溝１０３と隔壁１０２を交互に形成している。各チャンネル溝１０３は、その深さをインクの入口端（図示右奥側）に向かって次第に浅くして溝を封止し、天板１０１の開口１０１ａからインクを供給するようにしている。この形状は、隔壁１０２の屋根の部分をマスクしてアルミニウムを蒸着した後、マスクを除去すると、チャンネル溝１０３内部に電極１０４が、同時に浅溝部１０３ａと未研削部１００ａに引き出し配線１０４ａが形成され、この引き出し配線１０４ａをワイヤーボンデイング又はＡＣＦ（異方導電性フィルム）により、フレキシブルケーブルを介して駆動回路と繋げることができる。即ち、各チャンネル溝１０３に電極１０４を形成すると、同時に引き出し配線１０４ａも形成できる。
【０００７】
しかし、浅溝部１０３ａを形成するには、直径数ｃｍのダイシングソーを徐々に持ち上げながら研削しなければならないので、浅溝部１０３ａと未研削部１００ａが、ヘッド体積の約半分を占めるようになる。浅溝部１０３ａは電圧を掛けても隔壁１０２を殆ど変形させることができない。また、この部分は、天板１０１を切り欠いて開口１０１ａを形成しているので、発生した圧力がマニホールド側に抜けて、インク吐出には殆ど寄与できない。更に、未研削部１００ａは全く吐出に寄与できない。
【０００８】
なお、図中、１０５はインク溝１０３の出口端に接合されたノズル板、１０６は該ノズル板１０５に穿孔したインクを吐出させるノズル孔、１０７はプリント基板、１０８は引き出し配線１０４ａとプリント基板１０７とを電気的に接続するためにワイヤーボンデイングした配線である。
【０００９】
シェヤーモードインクジェットヘッドは、圧電素子板を電極で挟む形になるので、コンデンサーと同じ動作になり、上述したように吐出に寄与しない部分にも電荷が蓄積される。このためヘッドの静電容量が大きくなり、ヘッドに高周波信号を掛けても、応答が遅れ、高速駆動できなくなる。また、圧電素子板のヒステリシス損失が大きくなり、著しく発熱する欠点がある。更に、画像の種類により、頻繁にインクを吐出するチャンネル溝とあまり吐出しないチャンネル溝があると、頻繁に吐出するチャンネル溝の温度が上昇するので、該チャンネル溝内のインク温度が上昇してインク粘度が低下し、吐出滴の速度が速くなる。チャンネル溝により吐出速度が変わると、インクの媒体への着弾位置が乱れ、いわゆる印刷パターン依存クロストークを生じ、画質が著しく劣化する。従って、従来構造のヘッドは、高速、高画質、高密度インクジェットプリンター用に適しているとはいい難い。
【００１０】
また、圧電素子板は、通常、圧電セラミックスにより構成されるが、普通のセラミックスに比べて非常に高価なため、圧電素子板をできるだけ有効に利用する観点から、吐出に殆ど寄与できない浅溝部と未研削部を持たないヘッド構造が望ましい。
【００１１】
そこで、従来、チャンネル溝を入口から出口に向かってストレートに形成し、溝全体が吐出に寄与できるストレート溝を有するシェヤーモードインクジェットヘッドが提案されており、特開平７−１３２５８９号、特開平９−２０００６号、特開平１１−１１５１９５号、特開平１１−１１５１８８号、特開２０００−１６８０９４号、特開２０００−１４１６５３号、特開平１０−７６６６９号等に開示されている。このようなストレート溝を有するシェヤーモードインクジェットヘッドによれば、圧電素子板の使用量が必要最小限で済み、静電容量が小さく、高周波応答性に優れ、発熱が少なく、クロストークが少なく、また、チヤンネル内に気泡が貯まりにくい利点があり、高画質、高速、高密度用ヘッドとして優れている。
【００１２】
しかし、このストレートなチャンネル溝を有するシェヤーモードインクジェットヘッドは、従来構造のヘッドから吐出に必要な部分だけを取り出した構造になっているので、チャンネル溝内の電極から配線を引き出すことが難しく、また、フレキシブルケーブルと繋ぐための配線を形成するスペースが取りにくい問題がある。この場合、電極からの引き出し配線を、ヘッドの前面又は後面から、底面又は上面にかけて立体的に形成して、ヘッド底面又は上面でフレキシブルケーブルと繋ぐことになる。即ち、この様なストレートなチャンネル溝を持つシェヤーモードインクジェットヘッドは、チャンネル溝内の電極からヘッド前面又は後面を通り、底面又は上面に至る立体的な配線を形成する必要がある。このような微小な立体配線を高密度に形成することは非常に難しい。
【００１３】
近年、高画質を目指して、インクジェットヘッドの記録密度が益々高くなっている。これに対応して、ヘッドから吐出するインク滴の間隔は、９０→１８０→３６０ｄｐｉと狭くなっている。例えば１８０ｄｐｉヘッドでは、１４１μｍ間隔でインク滴を吐出しなくてはならない。これは、シェヤーモードインクジェットヘッドの場合、例えば、溝幅７１μｍ、壁幅７０μｍとなる。更に、インク溝と空気溝を交互に設けたヘッドで、１５０ｄｐｉを達成するには、３００ｄｐｉに相当する溝幅と壁幅が必要になり、溝と壁の幅が４０μｍとなる。
【００１４】
また、高速化を目指して、ノズル数も３２→６４→１２８→２５６→５１２→１０２４と増えている。最近のヘッドは、溝幅と溝ピッチが４０μｍ以下、溝数１０２４本以上を必要とする例もある。入口浅溝型の従来のヘッドは、前述したように、電極と引き出し配線を同時にほぼ同一平面に形成できるので、配線形成には有利であるが、応答が遅く、発熱が大きいため、高画質、高速ヘッドには適さない。一方、ストレート溝を持つヘッドは、吐出に必要な部分だけからなる構造なので、吐出滴の微小化、高周波駆動や低発熱、コスト低下、クロストーク低下の点では有利であるが、チャンネル溝内の電極からの引き出し配線をヘッド前面又は後面から底面又は上面にかけて９０°曲げて立体的に形成しなくてはならない。
【００１５】
従来、めっき金属にて電子部品に立体配線を形成する方法は、例えば、ワーク表面にめっき触媒を吸着させ、触媒に光を当ててめっき不要部の触媒を失活させてからめっきする光析出法が知られているが、その配線ピッチはｍｍオーダーであり、高画質インクジェットヘッドに必要な５０μｍ以下のピッチで、数百本から数千本の立体配線を形成する方法は知られていない。
【００１６】
特開平７−１３２５８９号は、ストレートなチャンネル用の横溝を機械的に研削し、その一端から縦溝を機械的に研削して、めっき後、研磨して、縦溝の中に縦配線を形成する。この方法は、横溝に重ねて縦溝を機械的に研削するのであまり高密度化できない。また、２度にわたって機械的な研削を行うため、溝の壁が薄くなると、壁が倒れたり欠け易くなったりする欠点がある。
【００１７】
特開平９−２０００６号は、ストレートな空気溝を形成し、空気溝の入口端を引き出し配線を形成した目止め部材で塞いでからストレートなインク溝を形成している。しかし、この方法では、空気溝の電極と目止め部材の配線が直角に接触することになるので、信頼性の高い電気的接続ができない。
【００１８】
特開平１１−１１５１９５号、特開平１１−１１５１８８号は、導電性のコンタクト層を埋め込んだ部材を圧電素子板に接着してから、コンタクト層が露出するように空気溝を研削する方法である。しかし、この方法では、工程が複雑になるため、高密度ヘッドの製造に要求される微細で精密な加工ができない。
【００１９】
特開２０００−１６８０９４号は、ヘッド全体をめっきしてから、インク溝と空気溝の間に析出しためっき金属をレーザー光で線状に除去して各溝内の電極を独立させ、同時に引き出し配線を形成する方法である。この方法では、インク溝と空気溝の間の間隔が３０〜７０μｍと狭く、しかも、図１６に示すように、２枚の圧電素子板２０１、２０２を接着している接着層２０３にもレーザー光ＬＢを照射することになるので、接着層２０３が蒸発して破壊され、この破壊された接着層２０３によってインク溝２０４と空気溝２０５とが繋がり、空気溝２０５にインクが浸入する。空気溝２０５にインクが浸入すると、吐出時、溝の側壁の振動を遮蔽する効果がなくなり、クロストークが大きくなって好ましくない。たとえ接着層２０３の破壊が少なく、接着層２０３からインクの浸入が起こらなくても、レーザー光ＬＢで金属薄膜を蒸発させると、除去された部分が窪み、その周囲が盛り上がり、更に、その周辺に金属溶融物が流出して冷却、凝固して堆積するため、凹凸が激しくなり、インクマニホールド内のインクから空気溝２０５を完全に遮蔽することが困難になる。
【００２０】
特開２０００−１４１６５３号は、ヘッドの後壁を感光性レジストによりパターン状にマスクしてから蒸着して、縦配線を形成する方法であるが、微小なヘッド後壁に微細なマスクパターンを形成することが難しい。
【００２１】
特開平１０−７６６６９号は、溝の底にビアーホールを設ける技術を開示しているが、具体的な説明がない。圧電素子の製造中、グリーンシートの段階でビアーホールを正確に開けても、高温で焼結すると、膨張、収縮が激しく起こるので、数十μｍ径の穴を数μｍの位置精度で設けることは困難である。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
以上要するに、図１５に示すような従来のヘッドは、チャンネル溝の末端に浅溝部が設けてあるので、チャンネル溝内に電極を形成すると、浅溝部を通して配線を自動的に引き出すことができる反面、この浅溝部とそれに続く未研削部が吐出に殆ど寄与できず、発熱して、クロストークが大きくなり、また高速駆動できない原因となる。
【００２３】
また、高画質、高密度、高速ヘッドに適したヘッド構造は、圧電素子板にストレートなチャンネル溝を形成することで得られ、また、圧電素子板から吐出に寄与しない部分を取り除いた構造なので、発熱が少なく、高周波応答性が良く、しかも、高価な圧電素子板の使用を節約できる利点を有するが、チャンネル溝内の電極に繋がる引き出し配線を、ヘッドの前面又は後面からヘッドの底面又は上面にかけて立体的に形成しなくてはならない。チャンネル溝内の電極から９０°折れ曲がった立体的な配線を引き出すことは難しい。このような直角に曲がる幅数十μｍの立体配線を、一つのヘッドに、数百〜数千本、数十μｍピッチで形成する方法はまだ知られていない。
【００２４】
更に、圧電素子板にチャンネル用横溝と引き出し配線用の縦溝を機械的に研削し、めっきした後、余分なめっき金属を研磨して除去する方法では、幅数十μｍの溝を研削せねばならないので、溝の壁が破壊され易く、また、ヘッドの側面に感光性レジストを塗布して、パターンを形成してめっきする方法では、ヘッドの厚みが１〜数ｍｍしかないので、レジストを塗布して、露光、現像する方法が難しい。
【００２５】
そこで、本発明の課題は、めっきとレーザー光の照射と研磨で、電極と立体的な引き出し配線を形成することにより、面倒な画像処理や現像を行わなくとも、従来に比べて、簡易で信頼性が高い方法で、高密度で微細な電極と高密度で微細な立体配線を形成でき、しかも、インク漏れやチャンネル溝間の隔壁の倒れや欠けの生じない高画質なシェヤーモードインクジェットヘッドを製造する方法を提供することにある。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決する請求項１記載の発明は、シェヤーモードインクジェットヘッドの製造方法において、分極した圧電素子板に複数のチャンネル溝を研削してアクチュエーター基盤を形成する工程と、前記アクチュエーター基盤に天板を接着してヘッド基盤を形成する工程と、前記ヘッド基盤の前面及び後面の少なくとも一方の面にレーザー光を照射して、前記複数のチャンネル溝の各チャンネル溝と前記ヘッド基盤の上面及び／又は底面とに繋がる縦溝を形成する工程と、前記縦溝が形成された前記ヘッド基盤に、無電解めっきによりめっき金属を施す工程と、前記ヘッド基盤の前面及び後面を研磨して、前記縦溝に施されためっき金属を残してめっき金属を除去することにより、前記各チャンネル溝内のめっき金属と前記ヘッド基盤の上面及び／又は底面のめっき金属とに繋がる縦配線を形成する工程と、前記ヘッド基盤の上面及び／又は底面にレーザー光を照射して、めっき金属の一部を除去することにより、前記縦配線に繋がる横配線を形成する工程とを有することを特徴とするシェヤーモードインクジェットヘッドの製造方法である。
【００２７】
上記課題を解決する請求項２記載の発明は、シェヤーモードインクジェットヘッドの製造方法において、分極した圧電素子板に複数のチャンネル溝を研削してアクチュエーター基盤を形成する工程と、前記アクチュエーター基盤に天板を接着してヘッド基盤を形成する工程と、前記アクチュエーター基板の前面及び後面の少なくとも一方の面にレーザー光を照射して、前記複数のチャンネル溝の各チャンネル溝と前記ヘッド基盤の底面とに繋がる縦溝を形成する工程と、前記縦溝が形成された前記ヘッド基盤に、無電解めっきによりめっき金属を施す工程と、前記ヘッド基盤の前面及び後面を研磨して、前記縦溝に施されためっき金属を残してめっき金属を除去することにより、前記各チャンネル溝内のめっき金属と前記ヘッド基盤の底面のめっき金属とに繋がる縦配線を形成する工程と、前記ヘッド基盤の底面にレーザー光を照射して、めっき金属の一部を除去することにより、前記縦配線に繋がる横配線を形成する工程とを有することを特徴とするシェヤーモードインクジェットヘッドの製造方法である。
【００２８】
上記課題を解決する請求項３記載の発明は、シェヤーモードインクジェットヘッドの製造方法において、分極した圧電素子板に複数のチャンネル溝を研削してアクチュエーター基盤を形成する工程と、前記アクチュエーター基盤に天板を接着してヘッド基盤を形成する工程と、前記天板の前面及び後面の少なくとも一方の面にレーザー光を照射して、前記複数のチャンネル溝の各チャンネル溝と前記ヘッド基板の上面とに繋がる縦溝を形成する工程と、前記縦溝が形成された前記ヘッド基盤に、無電解めっきによりめっき金属を施す工程と、前記ヘッド基盤の前面及び後面を研磨して、前記縦溝に施されためっき金属を残してめっき金属を除去することにより、前記各チャンネル溝内のめっき金属と前記ヘッド基盤の上面のめっき金属とに繋がる縦配線を形成する工程と、前記ヘッド基盤の上面にレーザー光を照射して、めっき金属の一部を除去することにより、前記縦配線に繋がる横配線を形成する工程とを有することを特徴とするシェヤーモードインクジェットヘッドの製造方法である。
【００２９】
上記課題を解決する請求項４記載の発明は、シェヤーモードインクジェットヘッドの製造方法において、分極した圧電素子板に複数のチャンネル溝を研削してアクチュエーター基盤を形成する工程と、前記アクチュエーター基盤に天板を接着してヘッド基盤を形成する工程と、前記アクチュエーター基板の前面及び後面にレーザー光を照射して、前記複数のチャンネル溝の各チャンネル溝と前記ヘッド基盤の底面とに繋がる縦溝を、前記チャンネル溝の１本おきに前記アクチュエーター基盤の前面と後面とで交互になるように形成する工程と、前記縦溝が形成された前記ヘッド基盤に、無電解めっきによりめっき金属を施す工程と、前記ヘッド基盤の前面及び後面を研磨して、前記縦溝に施されためっき金属を残してめっき金属を除去することにより、前記各チャンネル溝内のめっき金属と前記ヘッド基盤の底面のめっき金属とに繋がる縦配線を形成する工程と、前記ヘッド基盤の底面にレーザー光を照射して、めっき金属の一部を除去することにより、前記縦配線に繋がる横配線を形成する工程とを有することを特徴とするシェヤーモードインクジェットヘッドの製造方法である。
【００３０】
上記課題を解決する請求項５記載の発明は、シェヤーモードインクジェットヘッドの製造方法において、分極した圧電素子板に複数のチャンネル溝を研削してアクチュエーター基盤を形成する工程と、前記アクチュエーター基盤に天板を接着してヘッド基盤を形成する工程と、前記天板の前面及び後面にレーザー光を照射して、前記複数のチャンネル溝の各チャンネル溝と前記ヘッド基盤の上面とに繋がる縦溝を、前記チャンネル溝の１本おきに前記天板の前面と後面とで交互になるように形成する工程と、前記縦溝が形成された前記ヘッド基盤に、無電解めっきによりめっき金属を施す工程と、前記ヘッド基盤の前面及び後面を研磨して、前記縦溝に施されためっき金属を残してめっき金属を除去することにより、前記各チャンネル溝内のめっき金属と前記ヘッド基盤の上面のめっき金属とに繋がる縦配線を形成する工程と、前記ヘッド基盤の上面にレーザー光を照射して、めっき金属の一部を除去することにより、前記縦配線に繋がる横配線を形成する工程とを有することを特徴とするシェヤーモードインクジェットヘッドの製造方法である。
【００３１】
請求項６記載の発明は、前記めっき金属が施された前記ヘッド基盤の該めっき金属表面に、保護膜を形成する工程を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のシェヤーモードインクジェットヘッドの製造方法である。
【００３２】
請求項７記載の発明は、前記アクチュエーター基盤は、分極した２枚の圧電素子板を、分極方向を互いに反対に向けて接着して形成することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のシェヤーモードインクジェットヘッドの製造方法である。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００３４】
最初に、本明細書では、製造工程を説明する上で方向が重要であるので、「前面」と「後面」、「上面」と「底面」をそれぞれ明らかにしておく。本明細書では、アクチュエーター基盤及びヘッド基盤におけるインク吐出側に面する壁面を「前面」、それとは反対側のインク供給側に面する壁面を「後面」と称する。全ての図面では、この「前面」を奥側に、「後面」を手前側にそれぞれ位置させて図示する。また、天板を接着した側、即ち天板の上表面を「上面」、天板を接着した側と反対側の面を「底面」と称する。全ての図面では、この「上面」を上側に、「底面」を下側にそれぞれ位置させて図示する。
【００３５】
最初の工程は、図１に示すように、分極した圧電素子板１にチャンネル溝２を研削して、アクチュエーター基盤３を作る工程である。
【００３６】
分極した圧電素子板１に形成したチャンネル溝２の側壁をせん断変形させる方法は、以下の２通りの方法がある。
【００３７】
▲１▼分極した１枚の圧電素子板でチャンネル溝の側壁を形成する場合は、側壁の上半分に電極を形成して、側壁の上半分をせん断変形させる。
▲２▼分極した２枚の圧電素子板を、分極方向を互いに反対に向けて接着してチャンネル溝の側壁を形成する場合は、側壁に、好ましくは効率を良くする観点から側壁の全面に電極を設け、側壁全体をせん断変形させる。
【００３８】
前者▲１▼の方法は、側壁の上半分を変形させるだけであるが、後者▲２▼の方法は側壁の上半分と下半分を同時に、互いに反対方向に変形させるので、変形量が大きく、変形効率が良い。同じ電圧を掛けても、後者▲２▼の方法が、側壁の変形量が大きいので、発生する圧力が高く、吐出したインク滴の速度が速く、従ってインクの着弾ずれが少なく、画質が大幅に向上する。また、同じ変位を与える場合、後者▲２▼は電圧が約半分で済むので、ヘッドの発熱を抑えることができる。
【００３９】
本発明では上記いずれの方法も採用できるが、好ましくは後者▲２▼の方法を用い、図１に示すように、分極した厚さの異なる２枚（例えば厚さ１５０μｍと９００μｍ）の圧電素子板１ａ、１ｂを、分極方向を互いに反対に向けて接着し、薄い板（圧電素子板１ａ）の側から厚い板（圧電素子板１ｂ）の途中までに亘るチャンネル溝２を形成し、チャンネル溝２とその間の隔壁とを交互に設ける。
【００４０】
圧電素子板１には、電圧を加えることにより変形を生じる圧電素子を用いることができる。この圧電素子には公知の圧電材料を用いることができる。公知の圧電材料には有機材料からなる圧電材料や非金属性圧電材料がある。特に、非金属性圧電材料が好ましく、このような圧電材料としては、成形、焼成工程を経て形成される圧電セラミックス、または成形、焼成を必要としないで形成される圧電材料等がある。有機材料からなる圧電材料としては、ポリフッ化ビニリデン等の有機ポリマーや、有機ポリマーと無機物とのハイブリッド材料等が挙げられる。
【００４１】
非金属性の圧電材料において、成形、焼成の工程を経て形成される圧電セラミックスとしてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いることが好ましい。更に、ＢａＴｉＯ2、ＺｎＯ、ＬｉＮｂＯ2、ＬｉＴａＯ2等を用いてもよい。ＰＺＴとしては、真性ＰＺＴ（ＰｂＺｒＯ2−ＰｂＴｉＯ2）と、第三成分を添加して、圧電特性を調整した変性ＰＺＴがある。添加する第三成分としては、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｓｂ等がある。
【００４２】
また、圧電材料として、ゾル−ゲル法で製造した圧電粉末も使用できる。ゾル−ゲル法によれば、ゾルは所定の化学組成を持つ均質な溶液に、水と酸あるいはアルカリを添加し、加水分解等の化学変化を起こさせることによって調製される。更に、溶媒の蒸発や冷却等の処理を加えることによって、目的組成の微粒子あるいは非金属性、無機微粒子の前躯体を分散したゾルが作成され、焼結して圧電材料とすることができる。異種元素の微量添加も含めて、化学組成の均一な化合物を得ることができる。出発原料に、一般にケイ酸ナトリウム等の水に可溶な金属塩あるいは金属アルコキシドが用いられ、金属アルコキシドは、一般式Ｍ（ＯＲ）ｎで表される化合物で、ＯＲ基が強い塩基性を持つため容易に加水分解され、有機高分子のような縮合過程を経て、金属酸化物あるいはその水和物に変化する。
【００４３】
また、積層基盤のコーティング法として、気相から析出させる蒸着法やスパッター法があり、気相からセラミック基盤を作成する方法は、物理的手段による蒸着法と、気相から基盤表面に化学反応により析出させる化学析出法の２通りに分類される。更に、物理蒸着法（ＰＶＤ）は、真空蒸着法、スパッター法、イオンプレーティング法等に細分され、また化学的方法は、気相化学反応法（ＣＶＤ）、プラズマＣＶＤ法などがある。物理蒸着法（ＰＶＤ）としての真空蒸着法は、真空中で対象とする物質を加熱して蒸発させ、その蒸気を基盤上に付着させる方法で、スパッター法は目的物質（ターゲット）に高エネルギー粒子を衝突させ、ターゲット表面の原子・分子が衝突粒子と運動量を交換して、表面からはじきだされるスパッタリング現象を利用する方法である。またイオンプレーティング法は、イオン化したガス雰囲気中で蒸着を行う方法である。また、ＣＶＤ法では、膜を構成する原子・分子あるいはイオンを含む化合物を気相状態にした後、適当なキャリヤーガスで反応部に導き、加熱した基盤上で反応あるいは反応析出させることによって膜を形成する。プラズマＣＶＤ法はプラズマエネルギーで気相状態を発生させ、４００℃〜５００℃までの比較的低い温度範囲の気相化学反応で膜を析出させる。
【００４４】
分極方向を反対に向けた２枚の圧電素子板１ａ、１ｂを接合する場合の接合手段としては、接着剤を用いた接合を採用できるが、接合可能であれば特に限定される訳ではない。接着剤を用いて接着層を形成する場合、その接着層の硬化後の厚みは、５〜１０μｍの範囲が好ましい。
【００４５】
チャンネル溝２の形成手段は、公知の研削機による研削が好ましい。本実施形態では、２枚の圧電素子板１ａ、１ｂを接着してから、圧電素子板１ａ側から圧電素子板１ｂの途中までに亘ってチャンネル溝２を研削するので、溝を研削してから２枚の圧電素子板を接着する特開平８−１７４８２２号の方法に比べて、接着剤が溝に溢れ出す恐れがない。
【００４６】
チャンネル溝２は、図示のように、水平方向に研削され、各チャンネル溝２内の両側壁は互いに平行に形成される。チャンネル溝２の形は、溝の両側壁が垂直方向に立ち上がっており、そして互いに平行であるから、溝の入口（アクチュエーター基盤３の後面側のインク供給側）と出口（アクチュエーター基盤３の前面側のインク吐出側）で大きさと形状がほとんど変わらないストレートタイプになる。かかるストレートタイプのチャンネル溝２によって構成されるインク溝は、従来のインク入口浅溝タイプの溝に比べ、泡抜けが良く、電力効率が高く、発熱が少なく、高速応答性が良好になる。また、高価な圧電素子板の使用量を大幅に節約できる。溝の深さは１５０〜３００μｍ、幅は４０〜１００μｍ、長さは１〜１０ｍｍで、溝ピッチ８０〜２００μｍが好ましい。
【００４７】
このようにして形成したチャンネル溝２は、目的に応じて、インクを吐出するインク溝とインクを吐出しない空気溝として使用することができる。この場合、インク溝と空気溝を交互に配置させ、吐出の振動が隣接するインク溝に及ばないようにすることで、高速吐出が可能となると共に、全インク溝から同時に吐出させることが可能になるので、チャンネル当りのプリント速度を大幅に向上できるようになるために好ましい。
【００４８】
更に、形成したチャンネル溝２を全てインク溝として使用しても良い。この場合は、クロストークを防ぐため、前述した３サイクル吐出法が好ましい。本発明はそのいずれでも良い。
【００４９】
また、チャンネル溝２をインク溝と空気溝とに分けて使用する場合には、各チャンネル溝２は、図示するように全てほぼ同一幅、ほぼ同一深さとする必要はなく、インク溝と空気溝とで幅及び深さを異ならせるようにしても良い。
【００５０】
シェヤーモードインクジェットヘッドにおいては、インクを吐出できる周期は、インク溝の長さをインク中の音速で割った時間の整数倍に限られるので、高周波で吐出するには、インク溝の長さを短くすることが好ましい。浅溝部を持つ入口浅溝型より、図示するような短い溝を持つストレート溝型の方が、高速吐出に都合が良い。
【００５１】
次の工程は、前記アクチュエーター基盤３におけるチャンネル溝２を形成した面に天板４を接着して、図２に示すヘッド基盤５を作成する工程である。
【００５２】
天板４としては、アクチュエーター基盤３に用いられる圧電素子板１と熱膨張係数が近いセラミックスを使用することが好ましい。例えば、アクチュエーター基盤３に用いられる圧電素子板１と同じ圧電素子板（ＰＺＴ）を脱分極して使用することが好ましい。
【００５３】
アクチュエーター基盤３と天板４の接合手段としては、エポキシ接着剤で接着し、１４〜２０ｋｇ／ｃｍ2の圧力と、９０〜１００℃の温度をかけて、３０分間硬化させることが好ましい。ＰＺＴは高価なので、天板４として安価なアルミナ基盤を用い、これを室温硬化型接着剤、例えば、（株）日本エーブルスティック製のエーブルボンド９３１−１、９３１−１Ｔ１Ｎ等でアクチュエーター基盤３と接着しても良い。この場合、接着時に加熱を要しないので、熱膨張係数の差は問題にならない。
【００５４】
なお、詳細については図示しないが、通常、アクチュエーター基盤３と天板４とを接合した後は、これをチャンネル溝２と直交する方向に沿って所望寸法に裁断することによって複数のヘッド基盤５を同時に形成するようにしている。
【００５５】
このようにして形成されたヘッド基盤５には、各チャンネル溝２内に、後述する方法によって、電極及びこの電極と繋がる引き出し配線を形成する。この引き出し配線の形成に際しては、まず、前記ヘッド基盤５の前面及び後面の少なくとも一方の面にレーザー光を照射して、複数のチャンネル溝２の各チャンネル溝２とヘッド基盤５の上面及び／又は底面とに繋がる縦溝を形成する。
【００５６】
即ち、この縦溝を形成する場所については、以下に記載する各態様が挙げられる。
【００５７】
（１）アクチュエーター基盤３の前面及び後面の少なくとも一方に形成する態様。
（２）天板４の前面及び後面の少なくとも一方に形成する態様。
（３）アクチュエーター基盤３及び天板４の、前面及び後面の少なくとも一方に形成する態様。
【００５８】
そこで、これら各態様について個別に説明する。
【００５９】
（１）アクチュエーター基盤３の前面及び後面の少なくとも一方に形成する態様
【００６０】
縦溝をアクチュエーター基盤３の前面及び後面の少なくとも一方に形成する場合、図３に示すように、アクチュエーター基盤３の前面及び後面の少なくとも一方にレーザー光ＬＢを照射して、一端がチャンネル溝２に繋がり、他端がヘッド基盤５の底面５ｂに繋がる縦溝６を各チャンネル２毎に形成する。図示する例ではアクチュエーター基盤３の後面のみに縦溝６を形成するものを示している。
【００６１】
この縦溝６は、機械的な研削ではなく、レーザー光の照射によって溝を掘るようにして形成するので、溝の側壁の欠けや割れが発生する心配はない。また、機械的な研削では作れない微細な溝を高密度に形成することが可能である。しかも、各チャンネル溝２間にはレーザー光が照射されないため、本実施形態に示すように２枚の圧電素子板１ａ、１ｂを用いた場合でも、それら２枚の圧電素子板１ａ、１ｂ間の接着層にはレーザー光は照射されず、接着層が破壊されることはない。従って、接着層の破壊によるインク漏れが発生することはない。
【００６２】
レーザー光で縦溝６を掘る条件は、レーザー光の波長やパルスレートにも依存するが、幅約３０μｍ、深さ約１０μｍの溝を掘るのに、約５０Ｊ／ｃｍ2以上のエネルギー密度を要する。例えば、被加工面で４００μｍ2に集束されたＹＡＧレーザーの第２高調波光を、１パルスエネルギー０．４ｍＪ、パルスレート３ＫＨｚで、Ｘ，Ｙガルバノミラーを通して照射することで、縦溝６を掘ることができる。この縦溝６の幅は１０〜３０μｍが好ましい。また、その深さは１０〜２０μｍが好ましい。
【００６３】
次に、このようにして縦溝６が形成されたヘッド基盤５の全面に無電解めっきを施してめっき金属を析出させる。
【００６４】
この無電解めっき工程は、前処理工程とめっき工程からなる。前処理としては、脱脂処理、エッチング処理、触媒吸着、水洗処理等が挙げられる。上記ヘッド基盤５を、濃度０．１％の塩化第１錫水溶液に浸漬して塩化第１錫を吸着させ、続いて濃度０．０１％の塩化パラジウム水溶液に浸漬して塩化パラジウムを吸着させ、先に吸着した塩化第１錫と塩化パラジウムの間で酸化還元反応（ＳｎＣｌ2＋ＰｄＣｌ2→ＳｎＣｌ4＋Ｐｄ↓）により金属パラジウムを形成する。この金属パラジウムが無電解めっきの触媒となる。
【００６５】
次に、触媒が吸着されたヘッド基盤５に無電解めっきを行う。めっき金属はヘッド基盤５の触媒吸着面に析出され、このめっき金属により電極が形成される。
【００６６】
電極を形成するための金属としては、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｏ（コバルト）、Ｃｕ（銅）、Ａｌ（アルミニウム）等があるが、これらのうちでＮｉやＣｕが好ましく、特にＮｉが好ましい。無電解めっきによる電極形成においては、Ｎｉ−Ｐめっき又はＮｉ−Ｂめっきを単独で使用しても良い。或いはＮｉ−ＰとＮｉ−Ｂを重層しても良い。Ｎｉ−ＰめっきはＰ含量が高くなると電気抵抗が増大するので、Ｐ含量が１〜数％程度のものが良い。Ｎｉ−ＢめっきのＢ含量は、普通１％以下なので、Ｎｉ−ＰよりＮｉ含量が多く、電気抵抗が低く、また、外部配線との接続性が良いため、Ｎｉ−ＰよりＮｉ−Ｂの方が好ましい。
【００６７】
無電解めっきを施す際には、めっき液がヘッド基盤５の表面のみならず、チャンネル溝２と縦溝６の内部にまで行きわたって、全体が均一にめっきされるよう、ヘッド基盤５を振動又は揺動させることが好ましい。
【００６８】
以上のようにして、ヘッド基盤５の全面、即ちチ各ャンネル溝２内と縦溝６内にも無電解めっきが施される。
【００６９】
次の工程は、ヘッド基盤５の前面及び後面を研磨してヘッド基盤５の表面に析出しためっき金属を除去し、各チャンネル溝２と各縦溝６の中にめっき金属を残して、それにより、図４に示すように電極２ａと縦配線７を形成する工程である。図中、斜線で示す部分がめっき金属が残存する部分である。
【００７０】
めっき金属を除去するには、通常の研磨機で研磨すれば良い。研磨機による研磨は、ヘッド基盤５の前面及び後面に対して行う。また、ヘッド基盤５の側面は、必要に応じて研磨しても良いし、めっきした後にヘッド基盤５を所定長さに裁断することで、非めっき部分を露出させるようにしても良い。
【００７１】
以上のように研磨すると、ヘッド基盤５の前面及び後面において、その表面のめっき金属は除去されるが、チャンネル溝２と縦溝６の中に析出しためっき金属は残るので、これを電極２ａと該電極２ａに繋がる縦配線７として使用する。また、この研磨によって、レーザー光の照射部に生じた凹凸を平滑化できるので、後工程においてノズル板、絞り板及びインクマニホールドを確実に接着できるようになる。
【００７２】
次に、図５に示すようにヘッド基盤５の底面５ｂにレーザー光ＬＢを照射して、底面５ｂに析出しためっき金属の一部をチャンネル溝２とほぼ平行に線状に除去して除去部９を形成することにより、各チャンネル溝２毎に独立した配線となるように、前記縦配線７と繋がる横配線８、８…を区分けする。この縦配線７と横配線８によって、各チャンネル溝２内の電極２ａから引き出される引き出し配線が構成される。
【００７３】
これで、縦配線７及び横配線８により構成される引き出し配線をチャンネル溝２毎に独立させることができる。
【００７４】
各チャンネル溝２毎の縦溝６をアクチュエーター基盤３の前面に設ける場合も、上記と同様にして行うことができる。
【００７５】
この（１）の態様では、縦溝６をアクチュエーター基盤３の前面及び後面の両方に形成することもできる。この場合は、図６に示すように、アクチュエーター基盤３の前面及び後面にレーザー光を照射して、複数のチャンネル溝２の各チャンネル溝２とヘッド基盤５の底面５ｂとに繋がる縦溝を、アクチュエーター基盤３の前面と後面の両方に形成する。
【００７６】
図示する例では、アクチュエーター基盤３の後面に位置する縦溝を符号６ａとし、前面に位置する縦溝を符号６ｂとし、チャンネル溝２の１本おきにアクチュエーター基盤３の前面と後面とで交互になるように形成するものを示しているが、縦溝はアクチュエーター基盤３の前面と後面の両方に形成されていれば良く、必ずしも図示する態様に限定されない。
【００７７】
これら縦溝６ａ、６ｂを形成した後は、上記同様に、めっき工程、研磨工程を経て、図７（ａ）（ｂ）に示すようにそれぞれ各チャンネル溝２内に電極２ａと、各縦溝６ａ、６ｂ内に残存するめっき金属により上記電極２ａに繋がる縦配線７ａ、７ｂとを形成した後、ヘッド基盤５の底面５ｂにレーザー光を照射して、底面５ｂに析出しためっき金属の一部を線状に除去することにより、前記縦配線７ａと繋がる横配線８ａと、縦配線７ｂと繋がる横配線８ｂをそれぞれ形成するが、この横配線８ａ、８ｂの形成に際しては、各チャンネル溝２を空気溝２１とインク溝２２とに分け、それらを交互に配置して使用する場合と、各チャンネル溝２を全てインク溝として使用する場合とで方法が若干異なる。
【００７８】
即ち、前者の場合は、図７（ａ）に示すように、ヘッド基盤５の底面５ｂに、チャンネル溝２とほぼ直交する方向に沿ってレーザー光を照射することにより、ヘッド基盤５の前面側と後面側とを分離するようにめっき金属を線状に一部除去して除去部９ａを形成し、そのうちのヘッド基盤５の前面側に残存するめっき金属により空気溝２１用の一つの横配線８ｂを区分けすると共に、ヘッド基盤５の後面側に残存するめっき金属を、更に各インク溝２２用の縦配線７ａ毎に独立した配線となるように、チャンネル溝２とほぼ平行に線状に一部除去することで除去部９ｂ、９ｂ…を形成し、インク溝２２用の横配線８ａ、８ａ…を区分けする。これで、縦配線７ａ及び横配線８ａにより構成される引き出し配線をインク溝２２毎に独立させることができる。
【００７９】
また、後者の場合は、図７（ｂ）に示すように、ヘッド基盤５の底面５ｂにチャンネル溝２とほぼ直交する方向に沿ってレーザー光を照射することにより、ヘッド基盤５の前面側と後面側とを分離するようにめっき金属を線状に一部除去して除去部９ａを形成し、そのうちのヘッド基盤５の前面側に残存するめっき金属を、更にその前面に位置する各縦配線７ｂ毎に独立した配線となるように、チャンネル溝２とほぼ平行に線状に一部除去して除去部９ｂ、９ｂ…を形成して横配線８ｂ、８ｂ…を区分けする。また、同様にしてヘッド基盤５の後面側に残存するめっき金属を、その後面に位置する各縦配線７ａ毎に独立した配線となるように、各チャンネル溝２とほぼ平行に線状に一部除去して除去部９ｃ、９ｃ…を形成して横配線８ａ、８ａ…を区分けする。これで、縦配線７ａ、７ｂ及び横配線８ａ、８ｂにより構成される引き出し配線をチャンネル溝２毎に独立させることができる。
【００８０】
図７（ａ）に示す前者の態様によれば、全空気溝２１に繋がる横配線８ｂをまとめてグランドに落としておけば良いので配線形成を簡単にすることができる。しかも、各インク溝２２に対応する縦配線７ａと横配線８ａとからなる引き出し配線の密度を低下させることができるため、図５に示すヘッド基盤５に比べて、各引き出し配線のピッチを倍にすることができ、各引き出し配線を異方導電性フィルム（ＡＣＦ）を用いてフレキシブルケーブルと接続するための位置合わせの際のマージンが大きくなり、ショートによる不良を誘発する危険性を著しく低減させることができる。
【００８１】
なお、図７（ａ）に示す例では、除去部９ａの端部を屈曲させてチャンネル溝２とほぼ平行な除去部９ａ’を形成することで、横配線８ｂを、インク溝２２用の引き出し配線を構成する横配線８ａと並列させて設けるようにしている。このようにすると、全空気溝２１のグランドの取り出し位置を、底面５ｂにおいて横配線８ａと同じ側（ここでは後面側）にまとめて配置させることができるようになる利点がある。
【００８２】
また、図７（ｂ）に示す後者の態様によれば、各チャンネル溝２に繋がる縦配線７を、ヘッド基盤５の前面と後面とに分けて設けることで、各縦配線７に繋がる横配線８とにより構成される引き出し配線の密度を低下させることができるので、全チャンネル溝２をインク溝２２として使用するにも関わらず、図５に示すヘッド基盤５に比べて、各引き出し配線のピッチを倍にすることができるので、各引き出し配線を異方導電性フィルム（ＡＣＦ）を用いてフレキシブルケーブルと接続するための位置合わせの際のマージンが大きくなり、ショートによる不良を誘発する危険性を著しく低減させることができる。
【００８３】
（２）天板４の前面及び後面の少なくとも一方に形成する態様
【００８４】
縦溝を天板４の前面及び後面の少なくとも一方に形成する場合、図８に示すように、天板４の前面及び後面の少なくとも一方に、レーザー光を照射して、一端がチャンネル溝２に繋がり、他端がヘッド基盤５の上面５ａに繋がる縦溝６を各チャンネル溝２毎に形成する。図示する例では天板４の後面のみに縦溝６を形成するものを示している。
【００８５】
縦溝６を形成した後は、上記（１）と同様に、めっき工程、研磨工程を経て、図９に示すように、それぞれ各チャンネル溝２内に電極２ａと、各縦溝６内に残存するめっき金属により上記電極２ａと繋がる縦配線７とを形成した後、ヘッド基盤５の上面５ａに、レーザー光を照射して、上面５ａに析出しためっき金属の一部をチャンネル溝２とほぼ平行に線状に除去して除去部９を形成することにより、各チャンネル溝２毎に独立した配線となるように、前記縦配線７と繋がる横配線８、８…を区分けする。この縦配線７と横配線８によって、各チャンネル溝２内の電極２ａから引き出される引き出し配線が構成される。
【００８６】
これで、縦配線７及び横配線８により構成される引き出し配線をチャンネル溝２毎に独立させることができる。
【００８７】
各チャンネル溝２毎の縦溝６を天板４の前面に設ける場合も、上記と同様にして行うことができる。
【００８８】
また、縦溝６を天板４の前面及び後面の両方に形成する場合は、図１０に示すように、天板４の前面及び後面にレーザー光を照射して、複数のチャンネル溝２の各チャンネル溝２とヘッド基盤５の上面５ａとに繋がる縦溝を、天板４の前面と後面の両方に形成する。
【００８９】
図示する例では、天板４の後面に位置する縦溝を符号６ａとし、前面に位置する縦溝を符号６ｂとし、チャンネル溝２の１本おきにアクチュエーター基盤３の前面と後面とで交互になるように形成するものを示しているが、縦溝は天板４の前面と後面との両方に形成されていれば良く、必ずしも図示する態様に限定されない。
【００９０】
これら縦溝６ａ及び縦溝６ｂを形成した後は、上記（１）と同様に、めっき工程、研磨工程を経て、図１１（ａ）（ｂ）に示すように、それぞれ各チャンネル溝２内に電極２ａと、各縦溝６ａ、６ｂ内に残存するめっき金属により上記電極２ａと繋がる縦配線７ａ、７ｂを形成した後、ヘッド基盤５の底面５ｂにレーザー光を照射して、底面５ｂに析出しためっき金属の一部を線状に除去することにより、前記縦配線７ａと繋がる横配線８ａと、縦配線７ｂと繋がる横配線８ｂをそれぞれ形成するが、ここでも横配線８ａ、８ｂの形成に際しては、図７（ａ）（ｂ）に示した態様と同様、各チャンネル溝２を空気溝２１とインク溝２２とに分け、それらを交互に配置して使用する場合と、各チャンネル溝２を全てインク溝として使用する場合とで方法を異にする。
【００９１】
即ち、前者の場合は、図１１（ａ）に示すように、ヘッド基盤５の上面５ａに、チャンネル溝２とほぼ直交する方向に沿ってレーザー光を照射することにより、ヘッド基盤５の前面側と後面側とを分離するようにめっき金属を線状に一部除去して除去部９ａを形成し、そのうちのヘッド基盤５の前面側に残存するめっき金属により空気溝２１用の一つの横配線８ｂを区分けすると共に、ヘッド基盤５の後面側に残存するめっき金属を、更に各インク溝２２用の縦配線７ａ毎に独立した配線となるように、チャンネル溝２とほぼ平行に線状に一部除去することで除去部９ｂ、９ｂ…を形成し、インク溝２２用の横配線８ａ、８ａ…を区分けする。これで、縦配線７ａ及び横配線８ａにより構成される引き出し配線をインク溝２２毎に独立させることができる。
【００９２】
また、後者の場合は、図１１（ｂ）に示すように、ヘッド基盤５の上面５ａにチャンネル溝２とほぼ直交する方向に沿ってレーザー光を照射することにより、ヘッド基盤５の前面側と後面側とを分離するようにめっき金属を線状に一部除去して除去部９ａを形成し、そのうちのヘッド基盤５の前面側に残存するめっき金属を、更にその前面に位置する各縦配線７ｂ毎に独立した配線となるように、チャンネル溝２とほぼ平行に線状に一部除去して除去部９ｂ、９ｂ…を形成して横配線８ｂ、８ｂ…を区分けする。また、同様にしてヘッド基盤５の後面側に残存するめっき金属を、その後面に位置する各縦配線７ａ毎に独立した配線となるように、各チャンネル溝２とほぼ平行に線状に一部除去して除去部９ｃ、９ｃ…を形成して横配線８ａ、８ａ…を区分けする。これで、縦配線７ａ、７ｂ及び横配線８ａ、８ｂにより構成される引き出し配線をチャンネル溝２毎に独立させることができる。
【００９３】
図１１（ａ）に示す前者の態様によれば、図７（ａ）に示す態様と同様の効果があり、また、図１１（ｂ）に示す後者の態様によれば、図７（ｂ）に示す態様と同様の効果がある。
【００９４】
（３）アクチュエーター基盤３及び天板４の、前面及び後面の少なくとも一方に形成する態様
【００９５】
縦溝をアクチュエーター基盤３及び天板４の前面及び後面の少なくとも一方に形成する場合は、図１２（ａ）（ｂ）に示すように、ヘッド基盤５の前面及び後面の少なくとも一方にレーザー光を照射して、複数のチャンネル溝２の各チャンネル溝２とヘッド基盤５の上面５ａ及び／又は底面５ｂとに繋がる縦溝を、ヘッド基盤５を構成するアクチュエーター基盤３と天板４の両方に形成した後、上記同様に、めっき工程、研磨工程を経て、それぞれ各チャンネル溝２内に電極２ａと、各縦溝内に残存するめっき金属により上記電極２ａと繋がる縦配線７１、７２とを形成し、更に、ヘッド基盤５の上面５ａ及び底面５ｂにレーザー光を照射して、上面５ａ及び底面５ｂに析出しためっき金属の一部をチャンネル溝２とほぼ平行に線状に除去して除去部９、９…を形成することにより、各チャンネル溝２毎に独立した配線となるように、前記縦配線７１、７２と繋がる横配線８１、８１…及び８２、８２…を区分けする。この縦配線７１と横配線８１、縦配線７２と横配線８２によって、それぞれ各チャンネル溝２内の電極２ａから引き出される引き出し配線が構成される。
【００９６】
これで、縦配線７１、７２及び横配線８１、８２により構成される引き出し配線をチャンネル溝２毎に独立させることができる。
【００９７】
なお、図示する例では、ヘッド基盤５の後面に縦溝を形成した例を示しており、図１２（ａ）はヘッド基盤５を上面５ａ側から見た状態を、図１２（ｂ）は同一のヘッド基盤５を底面５ｂ側から見た状態をそれぞれ示す。
【００９８】
また、図示する例では、アクチュエーター基盤３側の縦溝により形成される縦配線を符号７１とし、天板４側の縦溝により形成される縦配線を符号７２とし、各チャンネル溝２の１本おきにアクチュエーター基盤３側と天板４側とに交互に形成するものを示しているが、この態様では、縦溝がアクチュエーター基盤３及び天板４の前面及び後面の少なくとも一方に形成されていれば良く、必ずしも図示する態様に限定されない。
【００９９】
この態様によれば、各チャンネル溝２の電極２ａと繋がる引き出し配線を、ヘッド基盤５の上面５ａと底面５ｂとに分けることができるため、ヘッド基盤５の上面５ａと底面５ｂとでフレキシブルケーブルと接続する必要があるが、各チャンネル溝２を全てインク溝として使用する場合には、それら引き出し配線のピッチ及び各引き出し配線の面積をいずれも大きくとることができ、各引き出し配線をＡＣＦを用いてフレキシブルケーブルと接続するための位置合わせの際のマージンがより大きくなり、ショートによる不良を誘発する危険性をより一層低減させることができる。
【０１００】
また、各チャンネル溝２をインク溝と空気溝として使用し、それらを交互に配設する場合には、図示するように、各チャンネル溝２の１本おきにアクチュエーター基盤３側と天板４側とに交互に縦溝を形成するようにすれば、詳細は図示しないが、ヘッド基盤５の上面５ａ又は底面５ｂのいずれかの面をそのまま空気溝用の引き出し配線とすることも可能となるため、めっき工程、研磨工程を経た後の引き出し配線の形成工程において、空気溝用の引き出し配線となる面に対してはレーザー光を照射して引き出し配線を区分けする作業を不要とすることができる。
【０１０１】
なお、レーザー光の照射により縦溝をアクチュエーター基盤３及び天板４の前面及び後面の少なくとも一方に形成する態様では、各チャンネル溝２に一つの縦溝を形成するものに限らず、図１３に示すように、各チャンネル溝２のそれぞれにおいて、アクチュエーター基盤３と天板４との両方に縦溝を形成し、めっき工程、研磨工程を経た後、それら縦溝内に残存するめっき金属により、各チャンネル溝２内の電極２ａと繋がる縦配線７１、７２をそれぞれ形成するようにしても良い。縦溝は、その全てをヘッド基盤５の前面又は後面のいずれかに設けても良いし、例えば縦配線７１をアクチュエーター基盤３の前面に設け、縦配線７２を天板４の後面に設けるという具合に、ヘッド基盤５の前面と後面とに分けて設けるようにしても良いことはもちろんである。
【０１０２】
図示する例では、ヘッド基盤５の後面に全ての縦配線７１、７２を形成した例を示しており、図１３（ａ）はヘッド基盤５を上面５ａ側から見た状態を、図１３（ｂ）は同一のヘッド基盤５を底面５ｂ側から見た状態をそれぞれ示す。
【０１０３】
この場合、ヘッド基盤５の上面５ａ及び底面５ｂには、それぞれ図５又は図９と同様にして、ヘッド基盤５の上面５ａ及び底面５ｂにそれぞれレーザー光を照射し、上面５ａ及び底面５ｂに析出しためっき金属の一部をチャンネル溝２とほぼ平行に線状に除去して除去部９、９…を形成することにより、各チャンネル溝２毎に独立した配線となるように、前記縦配線７１、７２と繋がる横配線８１、８１…及び８２、８２…を区分けし、引き出し配線を形成する。
【０１０４】
この態様によれば、ヘッド基盤５の上面５ａと底面５ｂとで同一パターンの引き出し配線が形成されるため、各チャンネル溝２を全てインク溝として使用する場合には、フレキシブルケーブルとの接続面を上面５ａ及び底面５ｂのいずれにすることもできる。
【０１０５】
以上、（１）〜（３）の各態様に示すようにしてヘッド基盤５に電極２ａとそれに繋がる引き出し配線とを形成した後は、図１４に示すように、前記ヘッド基盤５の前面にノズル板１０を、また、前記ヘッド基盤５の後面に絞り板１１とインクマニホールド１２を各々接合する。ここでは図５に示すヘッド基盤５を用いた例を図示している。
【０１０６】
ノズル板１０は、一般にステンレスやポリイミドなどで形成されたシート状の薄板に、インク吐出のためのノズル孔１０ａが各チャンネル溝２に対応して設けられている。例えば、１２５μｍのポリイミドシートに１８μｍ径のノズル孔１０ａをチャンネル溝２の数に合わせて、エキシマレーザー光で穿孔するようにし、これをヘッド基盤５の前面にエポキシ接着剤で接着する。
【０１０７】
絞り板１１はインク入り口流路を絞り、吐出時にインクに掛けた圧力がマニホールド側に抜けることを防ぐために設けられる。この絞り板１１には、例えば１２５μｍのポリイミドシートに２０〜３０μｍ径のインク供給孔１１ａを、チャンネル溝２の数に合わせてエキシマレーザー光で穿孔し、ヘッド基盤５の後面にエポキシ接着剤で接着し、引き続き８０℃で４０分間硬化させる。
【０１０８】
インクマニホールド１２は、エンジニヤリングプラスチック、例えばポリエーテルイミド樹脂を射出成型した成型物を、エポキシ接着剤でヘッド基盤５の後面に接着する。
【０１０９】
ヘッド基盤５の底面５ｂ又は上面５ａに形成された各横配線８は、図示しないが、異方導電性フィルム（ＡＣＦ）を用いて、約１７０℃で約２０秒間、１４Ｋｇ程度の荷重を均一にかけて加熱押圧することにより、図示しない駆動制御基盤と繋がるフレキシブルケーブルと電気的に接続する。
【０１１０】
なお、以上説明した製造方法において、ヘッド基盤５に無電解めっきを施した後は、析出しためっき金属面がインクと接触することによる腐食を防ぐため、めっき金属の上に保護膜を形成することが好ましい。この保護膜形成工程は、ヘッド基盤５に無電解めっきを施した後であれば良く、レーザー光の照射による引き出し配線の形成前であっても、形成後であっても良い。
【０１１１】
この保護膜としては有機絶縁膜を用いることが好ましい。有機絶縁膜を形成する方法は、塗布法や電着法がある。塗布法としては、電極上にポリマー皮膜をスピンコーティングしたり、コンフォーマルコーティングする方法が挙げられ、また乾式法による有機皮膜の形成、例えば、パリレンコンフォーマルコーティングでも良い。
【０１１２】
電着法によって有機絶縁膜を形成する方法としては、例えば１５％濃度のアミノアクリル樹脂を含む電着液に、電極を形成したヘッド基盤５を室温で浸漬して、５０Ｖの直流を２分間印加すると、厚さ２μｍ程度のピンホールフリーの絶縁膜が形成される。電着法は、電導性のある場所にだけ皮膜が形成されること、また、一度薄い皮膜が形成されると、その箇所が絶縁されて電導性がなくなるので、それ以上その場所には析出せず、別の電導性のある場所を探して析出するので、複雑な形状物の上でも均一な薄膜をコーティングすることができる。このように電着法は微細な溝の底まで均一に薄膜状の有機絶縁膜を簡単に形成できるので好ましい。
【０１１３】
【発明の効果】
本発明によれば、圧電素子板を機械的に研削してチャンネル溝を形成し、これに繋がる縦溝をレーザー光を照射して形成した後、無電解めっきし、ヘッド基盤を研磨することで縦配線を形成し、更にヘッド基盤にレーザー光を照射して、この縦配線に繋がる横配線を形成するので、従来の横溝と縦溝を機械的に研削する方法やフォトレジストを使用して画像処理する方法に比べて簡単であり、しかも溝の側壁の欠けや倒れが起こることなく、電極とこれに繋がる引き出し配線を容易に形成することができる。
【０１１４】
また、２枚の圧電素子板を接着してアクチュエーター基盤を構成した場合でも、接着層にはレーザー光を照射することはないので、接着層の破壊によるインク漏れが起こるようなことはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法の過程を示すアクチュエーター基盤及び天板の斜視図
【図２】本発明の製造方法の過程を示すヘッド基盤の斜視図
【図３】本発明の製造方法の過程を示すヘッド基盤の斜視図
【図４】本発明の製造方法の過程を示すヘッド基盤の斜視図
【図５】本発明の製造方法の過程を示すヘッド基盤の斜視図
【図６】本発明の製造方法の過程を示すヘッド基盤の斜視図
【図７】（ａ）（ｂ）は本発明の製造方法の過程を示すヘッド基盤の斜視図
【図８】本発明の製造方法の過程を示すヘッド基盤の斜視図
【図９】本発明の製造方法の過程を示すヘッド基盤の斜視図
【図１０】本発明の製造方法の過程を示すヘッド基盤の斜視図
【図１１】（ａ）（ｂ）は本発明の製造方法の過程を示すヘッド基盤の斜視図
【図１２】（ａ）（ｂ）は本発明の製造方法の過程を示すヘッド基盤の斜視図
【図１３】（ａ）（ｂ）は本発明の製造方法の過程を示すヘッド基盤の斜視図
【図１４】本発明の製造方法の過程を示すヘッド基盤の斜視図
【図１５】従来の入口浅溝構造の説明図
【図１６】従来のレーザー光照射法の説明図
【符号の説明】
１：圧電素子板
２：チャンネル溝
２ａ：電極
３：アクチュエーター基盤
４：天板
５：ヘッド基盤
６、６ａ、６ｂ：縦溝
７、７ａ、７ｂ：縦配線
８、８ａ：横配線
９、９ａ、９ｂ、９ｃ：除去部
１０：ノズル板
１０ａ：ノズル孔
１１：絞り板
１１ａ：インク供給口
１２：インクマニホールド
Claims (7)
- シェヤーモードインクジェットヘッドの製造方法において、
分極した圧電素子板に複数のチャンネル溝を研削してアクチュエーター基盤を形成する工程と、
前記アクチュエーター基盤に天板を接着してヘッド基盤を形成する工程と、
前記ヘッド基盤の前面及び後面の少なくとも一方の面にレーザー光を照射して、前記複数のチャンネル溝の各チャンネル溝と前記ヘッド基盤の上面及び／又は底面とに繋がる縦溝を形成する工程と、
前記縦溝が形成された前記ヘッド基盤に、無電解めっきによりめっき金属を施す工程と、
前記ヘッド基盤の前面及び後面を研磨して、前記縦溝に施されためっき金属を残してめっき金属を除去することにより、前記各チャンネル溝内のめっき金属と前記ヘッド基盤の上面及び／又は底面のめっき金属とに繋がる縦配線を形成する工程と、
前記ヘッド基盤の上面及び／又は底面にレーザー光を照射して、めっき金属の一部を除去することにより、前記縦配線に繋がる横配線を形成する工程とを有することを特徴とするシェヤーモードインクジェットヘッドの製造方法。 - シェヤーモードインクジェットヘッドの製造方法において、
分極した圧電素子板に複数のチャンネル溝を研削してアクチュエーター基盤を形成する工程と、
前記アクチュエーター基盤に天板を接着してヘッド基盤を形成する工程と、
前記アクチュエーター基板の前面及び後面の少なくとも一方の面にレーザー光を照射して、前記複数のチャンネル溝の各チャンネル溝と前記ヘッド基盤の底面とに繋がる縦溝を形成する工程と、
前記縦溝が形成された前記ヘッド基盤に、無電解めっきによりめっき金属を施す工程と、
前記ヘッド基盤の前面及び後面を研磨して、前記縦溝に施されためっき金属を残してめっき金属を除去することにより、前記各チャンネル溝内のめっき金属と前記ヘッド基盤の底面のめっき金属とに繋がる縦配線を形成する工程と、
前記ヘッド基盤の底面にレーザー光を照射して、めっき金属の一部を除去することにより、前記縦配線に繋がる横配線を形成する工程とを有することを特徴とするシェヤーモードインクジェットヘッドの製造方法。 - シェヤーモードインクジェットヘッドの製造方法において、
分極した圧電素子板に複数のチャンネル溝を研削してアクチュエーター基盤を形成する工程と、
前記アクチュエーター基盤に天板を接着してヘッド基盤を形成する工程と、
前記天板の前面及び後面の少なくとも一方の面にレーザー光を照射して、前記複数のチャンネル溝の各チャンネル溝と前記ヘッド基板の上面とに繋がる縦溝を形成する工程と、
前記縦溝が形成された前記ヘッド基盤に、無電解めっきによりめっき金属を施す工程と、
前記ヘッド基盤の前面及び後面を研磨して、前記縦溝に施されためっき金属を残してめっき金属を除去することにより、前記各チャンネル溝内のめっき金属と前記ヘッド基盤の上面のめっき金属とに繋がる縦配線を形成する工程と、
前記ヘッド基盤の上面にレーザー光を照射して、めっき金属の一部を除去することにより、前記縦配線に繋がる横配線を形成する工程とを有することを特徴とするシェヤーモードインクジェットヘッドの製造方法。 - シェヤーモードインクジェットヘッドの製造方法において、
分極した圧電素子板に複数のチャンネル溝を研削してアクチュエーター基盤を形成する工程と、
前記アクチュエーター基盤に天板を接着してヘッド基盤を形成する工程と、
前記アクチュエーター基板の前面及び後面にレーザー光を照射して、前記複数のチャンネル溝の各チャンネル溝と前記ヘッド基盤の底面とに繋がる縦溝を、前記チャンネル溝の１本おきに前記アクチュエーター基盤の前面と後面とで交互になるように形成する工程と、
前記縦溝が形成された前記ヘッド基盤に、無電解めっきによりめっき金属を施す工程と、
前記ヘッド基盤の前面及び後面を研磨して、前記縦溝に施されためっき金属を残してめっき金属を除去することにより、前記各チャンネル溝内のめっき金属と前記ヘッド基盤の底面のめっき金属とに繋がる縦配線を形成する工程と、
前記ヘッド基盤の底面にレーザー光を照射して、めっき金属の一部を除去することにより、前記縦配線に繋がる横配線を形成する工程とを有することを特徴とするシェヤーモードインクジェットヘッドの製造方法。 - シェヤーモードインクジェットヘッドの製造方法において、
分極した圧電素子板に複数のチャンネル溝を研削してアクチュエーター基盤を形成する工程と、
前記アクチュエーター基盤に天板を接着してヘッド基盤を形成する工程と、
前記天板の前面及び後面にレーザー光を照射して、前記複数のチャンネル溝の各チャンネル溝と前記ヘッド基盤の上面とに繋がる縦溝を、前記チャンネル溝の１本おきに前記天板の前面と後面とで交互になるように形成する工程と、
前記縦溝が形成された前記ヘッド基盤に、無電解めっきによりめっき金属を施す工程と、
前記ヘッド基盤の前面及び後面を研磨して、前記縦溝に施されためっき金属を残してめっき金属を除去することにより、前記各チャンネル溝内のめっき金属と前記ヘッド基盤の上面のめっき金属とに繋がる縦配線を形成する工程と、
前記ヘッド基盤の上面にレーザー光を照射して、めっき金属の一部を除去することにより、前記縦配線に繋がる横配線を形成する工程とを有することを特徴とするシェヤーモードインクジェットヘッドの製造方法。 - 前記めっき金属が施された前記ヘッド基盤の該めっき金属表面に、保護膜を形成する工程を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のシェヤーモードインクジェットヘッドの製造方法。
- 前記アクチュエーター基盤は、分極した２枚の圧電素子板を、分極方向を互いに反対に向けて接着して形成することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のシェヤーモードインクジェットヘッドの製造方法。
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