JP4321233B2 - インクジェットヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、２列のノズル列を備えたインクジェットヘッドの製造方法に関する。

従来、各々複数のノズルが配列されることにより構成される２列のノズル列を備え、マルチノズル化を図ったインクジェットヘッドとして、特許文献１に記載のものが知られている。

図１０〜図１２に、この特許文献１に記載のインクジェットヘッドの製造方法の一例を示す。このものは、図１０（ａ）に示すように、圧電性セラミック等の圧電材料からなるチャネル基板１００Ａ、１００Ｂのそれぞれ片面の中程に、ダイシングブレード等を用いてチャネル溝１０１Ａ、１０１Ｂを多数平行に並列させて凹設し、更に、各チャネル溝１０１Ａ、１０１Ｂ内に、各チャネル溝１０１Ａ、１０１Ｂ間の隔壁１０２Ａ、１０２Ｂをくの字状に変形させるための駆動電圧印加用の電極（図示せず）を形成した後、それらチャネル基板１００Ａ、１００Ｂのチャネル溝１０１Ａ、１０１Ｂの形成面と反対面同士を接着する。なお、ここでは、図１０（ｂ）に示されるように、各チャネル基板１００Ａ、１００Ｂにそれぞれ６本ずつのチャネル溝１０１Ａ、１０１Ｂが形成されている。

次いで、各チャネル基板１００Ａ、１００Ｂにおける各チャネル溝１０１Ａ、１０１Ｂの形成面側の略中央部に、各チャネル基板１００Ａ、１００Ｂのチャネル溝１０１Ａ、１０１Ｂの並び方向（図１０（ｂ）における左右方向）と同幅で且つ各チャネル溝１０１Ａ、１０１Ｂの長さ（図１０（ａ）における左右方向の長さ）よりも短いカバー基板２００Ａ、２００Ｂをそれぞれ接着する。

その後、接着されたチャネル基板１００Ａ、１００Ｂの基板端Ｒ１（図１０（ａ）参照）もしくはカバー基板２００Ａ又は２００Ｂの基板端Ｒ２（図１０（ａ）参照）を基準として、この基板端Ｒ１又はＲ２にカッティングマシンの基準線を合致させるように位置合わせを行い、この基準の位置から平行に所定距離をおいた位置をカットラインとして、このカットラインに沿って、これらチャネル基板１００Ａ、１００Ｂ及びカバー基板２００Ａ、２００Ｂに亘って、チャネル溝１０１Ａ、１０１Ｂの並び方向に沿って一度に切断すると、図１１に示すように、チャネル溝１０１Ａ、１０１Ｂの前端（図示左端）が開口すると共に、各チャネル溝１０１Ａ、１０１Ｂの後端（図示右端）側が傾斜状に徐々に浅くなっていき、その後端側の一部を残してカバー基板２００Ａ、２００Ｂによって覆われたヘッドチップ３００が作成される。なお、図１０（ａ）に示されるものから、ヘッドチップ３００は２個得られる。

そして更に、図１２に示すように、ヘッドチップ３００の前端面に、各チャネル溝１０１Ａ、１０１Ｂに対応するノズル穴４０１Ａ、４０１Ｂが開穿された１枚のノズルプレート４００を接着すると共に、カバー基板２００Ａ、２００Ｂによって覆われなかった各チャネル溝１０１Ａ、１０１Ｂの後端側を覆うように、マニホールド５００Ａ、５００Ｂを接着して、各マニホールド５００Ａ、５００Ｂ内に形成されるインク供給室５０１Ａ、５０１Ｂと各チャネル溝１０１Ａ、１０１Ｂの内部とを連通させる。
特開２００１−３１５３３３号公報

このように、チャネル溝１０１Ａ、１０１Ｂの後端側が傾斜状に徐々に浅くなっていき、該チャネル溝１０１Ａ、１０１Ｂ内のインクに対して、隔壁１０２Ａ、１０２Ｂがくの字状に変形することにより圧力変化を与え、ノズル穴４０１Ａ、４０１Ｂから吐出させるようにしたインクジェットヘッドの場合、チャネル溝１０１Ａ、１０１Ｂで発生した圧力波は、ノズル穴４０１Ａ、４０１Ｂが形成されたノズル面と、その反対端側のマニホールド５００Ａ、５００Ｂの境界面との２面間で反射する。そして、隔壁１０２Ａ、１０２Ｂがくの字状に変形するための駆動信号のパルス幅は、圧力波がこの２つの反射面を通過する時間であるＡＬ（Acoustic Length≒上記２面間の長さＬ／チャネル溝内音速Ｃｎ）に設定される。従って、チャネル溝１０１Ａ、１０１Ｂにおいて、ノズル面とマニホールド５００Ａ、５００Ｂとの境界面との２面間の長さＬ（以下、これをＬ長という。）は、インクジェットヘッドのインク吐出特性を決定付ける重要な要素となり、図１１に示されるヘッドチップ３００の場合、このＬ長は、カバー基板２００Ａ、２００Ｂのチャネル溝１０１Ａ、１０１Ｂの長さ方向に沿う長さによって確定される。

しかしながら、接着されたチャネル基板１００Ａ及び１００Ｂを間に挟んで上下に位置する各カバー基板２００Ａ、２００Ｂのチャネル基板１００Ａ、１００Ｂに対する接着位置が、図１０（ａ）の二点鎖線で示すように、互いにずれて設けられているような場合、上記基板端Ｒ１、Ｒ２のいずれを基準として切断しても、図１１において二点鎖線で示すように、一方のカバー基板２００Ｂを有するチャネル溝１０１ＢのＬ長（長さＬｂ）が、他方のカバー基板２００Ａを有するチャネル溝１０１ＡのＬ長（長さＬａ）と相違してしまい、各ノズル列の間でＡＬの精度が相違することによってインク吐出特性に大きな差が生じてしまう。

また、例えばカバー基板２００Ａがチャネル溝１０１Ａの並び方向に対して傾いて接着されているような場合には、上記基板端Ｒ１を基準として切断すると、２列のノズル列の間でＡＬの精度が相違することに加え、各チャネル溝１０１Ａ間でもＬ長が相違することによりＡＬの精度にばらつきを生じてしまい、上記基板端Ｒ２を基準として切断しても、上記同様に２列のノズル列の間でＡＬの精度が相違してしまう。

従って、従来の製造方法では、カバー基板２００Ａ、２００Ｂの接着時に高い位置精度が要求され、生産性を低下させる原因となっている。このため、マルチノズル化されたインクジェットヘッドを製造する際に、カバー基板の接着時に高い位置精度が要求されることなく、容易にＡＬ精度を全てのノズルで均一化できるようにすることが望まれている。

そこで、本発明の課題は、２列のノズル列を有するマルチノズル化されたインクジェットヘッドおいて、カバー基板の接着時に高い位置精度が要求されることなく、ＡＬ精度を全てのノズルで容易に均一化することのできる製造方法を提供することにある。

本発明の他の課題は、以下の記載により明らかになる。

上記課題は、以下の各発明によって解決される。

（請求項１）
片面に圧電材料からなる隔壁により隔てられた多数の並列するチャネル溝が凹設された二枚のチャネル基板の各チャネル溝形成面側を、前記チャネル基板における前記チャネル溝の並び方向の長さよりも長い一枚のカバー基板の両面に、該カバー基板の両端が前記各チャネル基板における前記チャネル溝の並び方向の両端からそれぞれはみ出すように接着した後、前記カバー基板における前記各チャネル基板からそれぞれはみ出した部位を基準として、前記各チャネル基板及び前記カバー基板を前記チャネル溝の並び方向に沿って切断することによりヘッドチップを作成する工程を有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。

（請求項２）
前記カバー基板における前記各チャネル基板からそれぞれはみ出した部位のはみ出し長さは、それぞれ１ｍｍ以上であ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。

本発明によれば、カバー基板の接着時に高い位置精度が要求されることなく、ＡＬ精度を全てのノズルで容易に均一化することのできるマルチノズル化されたインクジェットヘッドの製造方法を提供することができる。

以下、本発明に係るインクジェットヘッドの製造方法の一例について図面を用いて説明する。

図１は２枚のチャネル基板１Ａ、１Ｂと１枚のカバー基板２とを接着した状態を示す断面図、図２は図１のII方向から見た平面図である。

図１に示すように、２枚のチャネル基板１Ａ、１Ｂは、それぞれ多数のチャネル溝１１Ａ、１１Ｂを平行に並列させて凹設した圧電材料を主体として構成され、１枚のカバー基板２及び該カバー基板２からそれぞれ所定間隔をおいて配置された２枚の接続基板４、４の両面に、チャネル溝１１Ａ、１１Ｂの形成面側同士を対向させるようにして接着する。

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、有機材料からなる圧電材料、非金属製の圧電材料等がある。特に、非金属製の圧電材料によって基板を形成することが好ましく、成形、焼成等の工程を経て形成される圧電セラミックス基板、又は成形、焼成を必要としないで形成される基板等がある。

非金属製の圧電材料からなる基板において、成形、焼成等の工程を経て形成される圧電セラミックス基板としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）が好ましい。さらにＢａＴｉＯ₃、ＺｎＯ、ＬｉＮｂＯ₃、ＬｉＴａＯ₃等を用いてもよい。

ＰＺＴとしては、ＰＺＴ（ＰｂＺｒＯ₃−ＰｂＴｉＯ₃）と、第三成分添加ＰＺＴがある。添加する第三成分としてはＰｂ（Ｍｇ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃、Ｐｂ（Ｍｎ_1/3Ｓｂ_2/3）Ｏ₃、Ｐｂ（Ｃｏ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃等がある。

また、非金属製の圧電材料からなる基板において、成形、焼成を必要としないで形成される基板としては、例えば、ゾル−ゲル法、積層基板コーティング法等で形成することができる。

チャネル基板１Ａ、１Ｂに対してチャネル溝１１Ａ、１１Ｂを凹設するには、図６に示すように、チャネル基板１Ａ、１Ｂの表面に予め電極形成用のマスクをドライフィルム８０により形成し、チャネル基板１Ａ、１Ｂの表面の両端側（図５における左右端側）に、各電極形成領域８０ａに相当するドライフィルム８０を露光処理することにより除去し、チャネル基板１Ａ、１Ｂの表面を露出させておく。

この後、図７に示すように、チャネル基板１Ａ、１Ｂの表面からダイシングブレード９０により多数の溝を平行に切削加工することにより形成する。個々のチャネル溝１１Ａ、１１Ｂは、チャネル基板１Ａ、１Ｂの一端の電極形成領域８０ａからダイシングブレード９０をチャネル基板１Ａ、１Ｂの表面に下降させた後、矢印の方向に同一深さとなるように他端の電極形成領域８０ａに至るまでダイシングブレード９０を移動させて溝を研削し、該他端の電極形成領域８０ａに到達したらダイシングブレード９０を上昇させることによって凹設する。これにより、チャネル基板１Ａ、１Ｂに、チャネル溝１１Ａ、１１Ｂとその間に削り残された圧電材料からなる隔壁１２Ａ、１２Ｂとが交互に平行に並設されると同時に、チャネル溝１１Ａ、１Ｂは、チャネル基板１Ａ、１Ｂの両端にいくにつれて徐々に浅くなって傾斜部１１Ａ’、１１Ｂ’（図１参照）となり、ついには消滅する。

このようにしてチャネル基板１Ａ、１Ｂにチャネル溝１１Ａ、１１Ｂを形成した後、ドライフィルム８０が被覆された状態のチャネル基板１Ａ、１Ｂの表面に対し、めっき法、蒸着法、スパッタ法等によって電極１３Ａ、１３Ｂを形成する。電極１３Ａ、１３Ｂを形成する金属は、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｏ（コバルト）、Ｃｕ（銅）、Ａｌ（アルミニウム）等があるが、ＮｉやＣｕが好ましく、特に好ましくはＮｉである。これにより、電極１３Ａ、１３Ｂはドライフィルム８０により被覆されていない各電極形成領域８０ａ及びダイシングブレード９０により研削加工された各チャネル溝１１Ａ、１１Ｂ内にのみ形成される。

このとき、チャネル溝１１Ａ、１１Ｂ内の電極１３Ａ、１３Ｂは、図８に示すように、チャネル基板１Ａ、１Ｂの各チャネル溝１１Ａ、１１Ｂの長さ方向に沿う両端に位置する傾斜部１１Ａ’、１１Ｂ’を介してチャネル基板１Ａ、１Ｂの表面までそれぞれ引き出し形成される。これにより、各電極１３Ａ、１３Ｂは、チャネル基板１Ａ、１Ｂの両端側の表面において、チャネル溝１１Ａ、１１Ｂと同一ピッチで平行に並設される。

圧電材料からなるチャネル基板１Ａ、１Ｂはそれぞれ分極処理されており、隔壁１２Ａ、１２Ｂの表面に形成された上記電極１３Ａ、１３Ｂに電圧を印加することで分極方向と直角方向から電圧を掛けると、隔壁１２Ａ、１２Ｂが圧電滑り効果によってくの字状にせん断変形し、これによりチャネル溝１１Ａ、１１Ｂの内部容積が変化して、該チャネル溝１１Ａ、１１Ｂ内のインクに圧力変化を与える。

カバー基板２には、例えば、窒化アルミを成分に含むセラミックス、分極処理されていない圧電材料、液晶ポリマー等の材料を用いることができる。更に、熱膨張係数が、チャネル基板１Ａ、１Ｂの熱膨張係数の±２ｐｐｍ／℃であるものが好ましい。熱膨張係数をこの範囲とすることで、各基板間に熱膨張係数の差による剥離等が起こらない。

カバー基板２の長さ（図１中の左右方向の長さ）は、各チャネル基板１Ａ、１Ｂに凹設されたチャネル溝１１Ａ、１１Ｂの長さよりも短く、また、カバー基板２の幅（チャネル溝１１Ａ、１１Ｂの並び方向に沿う長さ）は、図２に示すように、各チャネル基板１Ａ、１Ｂの幅（チャネル溝１１Ａ、１１Ｂの並び方向に沿う長さ）よりも長く形成されている。なお、図２では、チャネル基板１Ａ及びチャネル溝１１Ａのみが示されている。そして、この１枚のカバー基板２を、図９に示すように、一方のチャネル基板１Ｂのチャネル溝１１Ｂの長さ方向の略中央部に位置するように配置させ、エポキシ系接着剤等を用いて接着する。

一方、接続基板４、４は、各チャネル基板１Ａ、１Ｂと同一幅で、カバー基板２と同一の材料によって形成することができる。各接続基板４、４において各チャネル基板１Ａ、１Ｂと接する各面には、各チャネル基板１Ａ、１Ｂの表面まで引き出し形成されている電極１３Ａ、１３Ｂと同数且つ同一ピッチで、接続電極４１Ａ、４１Ｂがパターン形成されている。このように接続電極４１Ａ、４１Ｂを形成するには、上記電極１３Ａ、１３Ｂの形成方法と同様に、接続基板４、４の両面にドライフィルムを被覆し、そのうちの接続電極形成領域を露光処理することにより除去した後、電極形成用金属をめっき法、蒸着法、スパッタ法等によって形成し、しかる後、残ったドライフィルムを除去すればよい。

これら接続基板４、４は、チャネル基板１Ｂの上面の各端部に、チャネル溝１１Ｂの傾斜部１１Ｂ’がカバー基板２との間に臨むように、該カバー基板２との間に間隔をおいて配置させると共に、各接続基板４、４の端部がチャネル基板１Ｂの両端部から大きく張り出すように配置させ、更に、各接続基板４、４の１面に形成されている接続電極４１Ｂをチャネル基板１Ｂ表面の各電極１３Ｂと電気的に接続するように配置させ、異方性導電フィルム等を用いてチャネル基板１Ｂ表面に接着する。

その後、これらの上面に、他方のチャネル基板１Ａを、そのチャネル溝１１Ａ形成面側を下にして、チャネル基板１Ｂと対向するように接着し、図１及び図２に示すチャネル基板１Ａ、１Ｂ、カバー基板２及び接続基板４、４の一体物を作成する。これにより、カバー基板２と各接続基板４、４との間で形成される空間に各チャネル溝１１Ａ、１１Ｂ内にインクを供給するための共通インク室５となる空間が形成される。

ここで、カバー基板２は、上述したように、その幅が各チャネル基板１Ａ、１Ｂの幅よりも長く形成されているため、図２に示されるように、チャネル基板１Ａ、１Ｂの幅方向両端からそれぞれカバー基板２の幅方向端部がはみ出すようになる。このカバー基板２は、各はみ出し部２１、２１のはみ出し量α、αがほぼ同じ量となるように配置させて接着することが好ましい。

このようにして２枚のチャネル基板１Ａ、１Ｂと１枚のカバー基板２及び２枚の接続基板４、４を接着した後、図２に示すように、各チャネル溝１１Ａ、１１Ｂの並び方向に沿うカットラインＣ１、Ｃ２に沿って切断することによって２つのヘッドチップを分割形成する。

ここで、カットラインＣ１は、カバー基板２における各チャネル基板１Ａ、１Ｂの幅方向端部からそれぞれはみ出したはみ出し部２１の図中Ｒａ−Ｒａ線に沿う基板端を基準とし、この基板端から平行に所定距離をおいた位置とされる。

また、カットラインＣ２は、同じくはみ出し部２１の図中Ｒｂ−Ｒｂ線に沿う基板端を基準とし、この基板端から平行に所定距離をおいた位置とされる。これにより各カットラインＣ１、Ｃ２に沿って切断すると、その切断面は、Ｒａ−Ｒａ線に沿う基板端及びＲｂ−Ｒｂ線に沿う基板端とそれぞれ平行となる。

このカバー基板２のはみ出し部２１、２１のはみ出し量α、αは、これを基板端の基準として容易に確認できるようにするため、それぞれ１ｍｍ以上あることが好ましく、５ｍｍ以上とすることがより好ましい。はみ出し量αの上限は特に限定されないが、大きすぎるとヘッドチップが大型化すると共にカバー基板２の使用量が増加してコスト増となるおそれもあるため、これらの諸事情を勘案して適宜決められる。

得られたヘッドチップ１０は、図３（ａ）に示すように、図中上側に配置されるチャネル溝１１Ａと図中下側に配置されるチャネル溝１１Ｂとでカバー基板２が共通のものとなる。従って、チャネル溝１１ＡのＬ長とチャネル溝１１ＢのＬ長とは、カバー基板２の長さＬで共通となり、両者間で相違が生じることはない。

また、図３における左端の切断面はＲａ−Ｒａ線（又はＲｂ−Ｒｂ線）に沿うカバー基板２の基板端と平行であるため、仮にカバー基板２がチャネル基板１Ａ、１Ｂに対して僅かに傾いて接着されていたとしても、それぞれノズル列を構成する各チャネル溝１１Ａ内でのＬ長でのばらつき及び各チャネル溝１１Ｂ内でのＬ長のばらつきは発生せず、ヘッドチップ１０全体としてのＡＬ精度を均一化できる。

更に、このようにして形成されたヘッドチップ１０の両側部からは、カバー基板２のはみ出し部２１、２１がそれぞれはみ出し形成された形態となるため、カバー基板２の両面に各チャネル基板１Ａ、１Ｂを接着する際や各工程間を移送する際等にヘッドチップ１０を保持する必要がある場合、このはみ出し部２１、２１を保持部として利用することができ、これを例えば図示しない適宜の保持具によって保持したり、或いは手に持ったりすることによって、チャネル基板１Ａ、１Ｂに直接触れることなくヘッドチップ１０を取り扱うことができるようになり、高価なチャネル基板１Ａ、１Ｂの損傷を回避することができる。

このようにしてヘッドチップ１０を形成した後は、図４に示すように、切断面に、各チャネル溝１１Ａ、１１Ｂに対応する位置にノズル穴３１Ａ、３１Ｂが開穿されたノズルプレート３を接着すると共に、接続基板４の各接続電極４１Ａ、４１Ｂに、それぞれ駆動回路（図示せず）と電気的に接続された配線が形成されたＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）６Ａ、６Ｂを、異方性導電フィルム等を用いて接合する。

更に、図５に示すように、ヘッドチップ１０の両側部に開口する共通インク室５の両端を塞ぐようにマニホールド部材７、７を接着し、インクジェットヘッドＨを完成する。ここに示すマニホールド部材７、７は、例えばエンジニアリングプラスチック等によりそれぞれコの字状に形成されてなり、ヘッドチップ１０の上面、側面及び下面に亘って取り付けるようになっている。なお、両マニホールド部材７、７の少なくとも一方には、共通インク室５内と連通するインク供給口７１が形成されている。

ここで、ヘッドチップ１０の両側部からは、カバー基板２の各はみ出し部２１、２１がそれぞれはみ出しているため、各マニホールド部材７、７の接着時、これらはみ出し部２１、２１を基準として、図５中の矢印で示すように、そのはみ出し部２１、２１に対して各マニホールド部材７、７を突き当てることで、それらの接着位置を簡単に位置決めすることができる。

また、インクジェットヘッドＨの完成後も、これらはみ出し部２１、２１を残しておくことで、インクジェットヘッドＨの移送等のために保持する必要がある場合、これらはみ出し部２１、２１を保持部として利用することができ、チャネル基板１Ａ、１Ｂに直接触れることなくインクジェットヘッドＨを取り扱うことができて高価なチャネル基板１Ａ、１Ｂの損傷を回避することができると共に、このインクジェットヘッドＨを図示しない筐体内に位置決めして収容する際にも、これらはみ出し部２１、２１を位置決めの基準として利用することができ、精度の良い取り付けを容易に行うことができる。

本発明に係るインクジェットヘッドの製造方法を説明する図であり、２枚のチャネル基板と１枚のカバー基板とを接着した状態を示す断面図 図１のII方向から見た平面図 （ａ）は本発明に係るヘッドチップの構造を示す断面図、（ｂ）はその平面図 本発明に係るインクジェットヘッドの構造を示す断面図 本発明に係るインクジェットヘッドの製造方法を示す斜視図 本発明に係るインクジェットヘッドの製造方法を説明する図 本発明に係るインクジェットヘッドの製造方法を説明する図 本発明に係るインクジェットヘッドの製造方法を説明する図 本発明に係るインクジェットヘッドの製造方法を説明する図 従来のインクジェットヘッドの製造方法を説明する図であり、（ａ）は２枚のチャネル基板と２枚のカバー基板とを接着した状態を示す断面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線に沿う断面図 従来のヘッドチップの構造を示す断面図 従来のインクジェットヘッドの構造を示す断面図

符号の説明

１Ａ、１Ｂ：チャネル基板
１０：ヘッドチップ
１１Ａ、１１Ｂ：チャネル溝
１２Ａ、１２Ｂ：隔壁
１３Ａ、１３Ｂ：電極
２：カバー基板
２１：はみ出し部
３：ノズルプレート
３１Ａ、３１Ｂ：ノズル穴
４：接続基板
４１Ａ、４１Ｂ：接続電極
５：共通インク室
６Ａ、６Ｂ：ＦＰＣ
７：マニホールド部材
７１：インク供給口
８０：ドライフィルム
９０：ダイシングブレード
Ｈ：インクジェットヘッド

Claims (2)

1. 片面に圧電材料からなる隔壁により隔てられた多数の並列するチャネル溝が凹設された二枚のチャネル基板の各チャネル溝形成面側を、前記チャネル基板における前記チャネル溝の並び方向の長さよりも長い一枚のカバー基板の両面に、該カバー基板の両端が前記各チャネル基板における前記チャネル溝の並び方向の両端からそれぞれはみ出すように接着した後、前記カバー基板における前記各チャネル基板からそれぞれはみ出した部位を基準として、前記各チャネル基板及び前記カバー基板を前記チャネル溝の並び方向に沿って切断することによりヘッドチップを作成する工程を有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. 前記カバー基板における前記各チャネル基板からそれぞれはみ出した部位のはみ出し長さは、それぞれ１ｍｍ以上であ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。

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