JP4581605B2

JP4581605B2 - インクジェットヘッド及びインクジェットヘッドの製造方法

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Publication number: JP4581605B2
Application number: JP2004287953A
Authority: JP
Inventors: 和夫小林
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2004-09-30
Publication date: 2010-11-17
Anticipated expiration: 2024-09-30
Also published as: JP2006096006A

Description

本発明は、被記録媒体に対してインクを吐出するインクジェットヘッド及びインクジェットヘッドの製造方法に関する。

被記録媒体にインクを吐出するインクジェットヘッドとして、ノズルに連通した複数の圧力室を備えた流路ユニットと、複数の圧力室の容積を選択的に変化させる圧電アクチュエータとを備えたものがある。また、この圧電アクチュエータとしては、複数の圧力室に夫々対応する複数の個別電極と、これら複数の個別電極に対向する共通電極（又は、共通電極を兼ねる金属製の振動板）と、これら個別電極と共通電極とに挟まれた圧電層とを有するものがある（例えば、特許文献１，２参照）。このような圧電アクチュエータにおいて、複数の個別電極に対して駆動装置（ヘッドドライバ）から選択的に駆動電圧が印加されたときには、個別電極と共通電極との間の圧電層に電界が作用して圧電層が変形し、この圧電層の変形に伴って、駆動電圧が供給された個別電極に対応する圧力室の容積が変化して圧力室内のインクに圧力が印加される

ここで、複数の個別電極に駆動装置から駆動電圧を供給するための構成としては、種々の構成が採用されているが、例えば、特許文献１に記載のインクジェットヘッドにおいては、複数の個別電極に夫々複数のランド部が形成されており、これら複数のランド部に、フレキシブルプリント配線板（Flexible Printed Circuit：ＦＰＣ）の接点部が夫々電気的に接続されている。また、特許文献２に記載のインクジェットヘッドにおいては、複数の個別電極に、夫々駆動電圧を供給するための複数の配線部が接続され、これら複数の配線部は、複数の個別電極と同一平面上に形成されている。

特開２００４−１３６６６８号公報特許第３２６７９３７号公報

ところで、近年、印刷画質の向上及びインクジェットヘッドの小型化の両方の要求を満足させるために、複数の圧力室をより高密度に配置する試みがなされているが、複数の圧力室を高密度に配置しようとすると、複数の個別電極も高密度に配置する必要がある。しかし、特許文献１に記載のインクジェットヘッドのように、ＦＰＣ等の配線部材を介して個別電極に駆動電圧を供給するように構成されている場合には、複数の個別電極のランド部に接続される配線部材の配線パターンを高密度に形成する必要があるため、配線部材のコストが高くなる。また、平面的に配置された複数の個別電極のランド部とＦＰＣ等の配線部材の接点部との間の電気的接続の信頼性も低い。

一方、特許文献２のインクジェットヘッドにおいては、複数の個別電極が、これら複数の個別電極と同一平面上に形成された複数の配線部を介して駆動装置に接続されるため、個別電極と駆動装置との電気的接続の信頼性は比較的高くなる。しかし、複数の個別電極を高密度に配置しようとすると、その分、配線部を配置するための配線スペースが少なくなり、配線部のピッチを狭くせざるを得なくなる。このように複数の配線部の配線ピッチが狭くなると、製造コストの上昇、歩留まりの低下、あるいは、個別電極に駆動電圧を供給する為の電気的接続の信頼性の低下等の問題が生じることになる。

本発明の目的は、複数の個別電極に夫々接続される複数の配線部を配置可能な領域をより広く確保することが可能なインクジェットヘッドを提供することである。

課題を解決するための手段及び発明の効果

第１の発明のインクジェットヘッドは、インクを吐出する複数のノズルに夫々連通し且つ平面に沿って配置された複数の圧力室を有する流路ユニットと、前記複数の圧力室の容積を選択的に変化させる圧電アクチュエータとを備え、前記圧電アクチュエータは、前記複数の圧力室を覆う金属製の振動板と、この振動板の前記圧力室と反対側の面に形成された第１絶縁材料層と、この第１絶縁材料層の前記振動板と反対側の面に形成された第２絶縁材料層と、前記第２絶縁材料層の前記第１絶縁材料層と反対側の面に、前記複数の圧力室に跨って形成された圧電層と、この圧電層の前記第２絶縁材料層側の面において、前記複数の圧力室と対向する位置に夫々形成された複数の個別電極、及び、前記圧電層の前記第２絶縁材料層と反対側の面に、前記複数の個別電極に跨って形成された共通電極とを有し、前記第１絶縁材料層及び前記第２絶縁材料層の誘電率は、夫々前記圧電層の誘電率よりも小さく、前記第２絶縁材料層には、その厚み方向に貫通する複数のスルーホールが前記複数の個別電極に夫々対応して形成され、前記第１絶縁材料層の前記振動板と反対側の面に、前記複数の個別電極に夫々対応する複数の第１配線部が形成され、前記複数のスルーホール内に、前記複数の個別電極と前記複数の第１配線部とを夫々電気的に接続する複数の第２配線部が形成されていることを特徴とするものである。

このインクジェットヘッドにおいては、圧電アクチュエータの複数の個別電極に選択的に駆動電圧が供給されたときには、個別電極と共通電極との間の圧電層に電界が作用して圧電層が変形し、この圧電層の変形に伴って、駆動電圧が供給された個別電極に対応する圧力室の容積が変化して圧力室内のインクに圧力が印加される。ここで、第１絶縁材料層の表面に、個別電極に電圧を印加するための第１配線部が形成されているため、複数の個別電極とこれら個別電極に駆動電圧を供給する駆動装置との電気的接続を複数の第１配線部を介して容易且つ確実に行うことができ、ＦＰＣ等の配線部材を省略することも可能になる。また、複数の個別電極とこれら複数の個別電極に夫々対応する複数の第１配線部の間には、第２絶縁材料層が介在しており、複数の個別電極と複数の配線部は夫々異なる平面上に形成されて、スルーホール内の複数の第２配線部により夫々接続されている。そのため、複数の圧力室が形成された平面に直交する方向から見て、配線部を個別電極と重なる領域にも配置することが可能であるため、配線部を配置することのできる領域が広くなる。

さらに、複数の第１配線部と金属製の振動板との間には、その誘電率が圧電層の誘電率よりも小さい第１絶縁材料層が介在しているため、第１配線部と振動板とが第１絶縁材料層により電気的に絶縁されるとともに、第１配線部と振動板との間に生じる寄生容量が小さくなる。さらに、複数の第１配線部と圧電層との間には、その誘電率が圧電層の誘電率よりも小さい第２絶縁材料層が介在しているため、第１配線部と共通電極との間に生じる寄生容量も小さくなり、圧電アクチュエータの駆動効率が向上する。また、第１配線部と圧電層との間に第２絶縁材料層が介在していることから、ある第１配線部に駆動電圧が印加されたときの、この第１配線部と共通電極の間の圧電層の変形が小さくなるため、この第１配線部に対応する圧力室以外の、他の圧力室に対向する圧電層及び振動板の部分が変形してしまう現象、いわゆる、クロストークを抑制することもできる。

第２の発明のインクジェットヘッドは、前記第１の発明において、前記第１絶縁材料層の誘電率と前記第２絶縁材料層の誘電率は、ともに前記圧電層の誘電率の１／１０以下であることを特徴とするものである。従って、第１配線部と振動板との間、及び、第１配線部と共通電極との間に生じる寄生容量がより小さくなる。

第３の発明のインクジェットヘッドは、前記第１又は第２の発明において、前記複数の第１配線部が、前記平面に直交する方向から見て、夫々直線的に延びており、且つ、前記複数の個別電極と部分的に重なっていることを特徴とするものである。従って、第１配線部の延在距離を極力短くして、配線部の形成にかかるコストを抑えることができる。

第４の発明のインクジェットヘッドの製造方法は、インクを吐出する複数のノズルに夫々連通し且つ平面に沿って配置された複数の圧力室を有する流路ユニットの一表面に、前記複数の圧力室を覆うように金属製の振動板を接合する第１工程と、前記振動板の前記圧力室と反対側の面に第１絶縁材料層を形成する第２工程と、前記第１絶縁材料層の前記振動板と反対側の面に複数の第１配線部を形成する第３工程と、前記第１絶縁材料層の前記複数の第１配線部が形成された面に、これら複数の第１配線部に夫々対応する複数のスルーホールを有する第２絶縁材料層を形成する第４工程と、前記複数のスルーホール内に、前記複数の第１配線部に夫々接続された複数の第２配線部を形成するとともに、前記第２絶縁材料層の前記第１絶縁材料層と反対側の面において前記複数の圧力室に夫々対向する位置に、前記複数の第２配線部に夫々接続された複数の個別電極を形成する第５工程と、前記第２絶縁材料層の前記第１絶縁材料層と反対側の面に、前記複数の圧力室に跨る圧電層を形成する第６工程と、前記圧電層の前記第２絶縁材料層と反対側の面に、前記複数の個別電極に跨る共通電極を形成する第７工程とを備え、前記第４工程において、前記第１絶縁材料層及び前記第２絶縁材料層を、ともに前記圧電層よりも誘電率の小さい絶縁材料で形成することを特徴とするものである。

この第４の発明によれば、前述の第１の発明と同様に、複数の個別電極と複数の配線部を夫々異なる平面上に形成することにより、配線部を配置することのできる領域を広く確保することができる。また、第１配線部と振動板との間、及び、第１配線部と共通電極との間に生じる寄生容量が小さくなる。

この第４の発明において、さらに、前記第４工程において、前記第１絶縁材料層の前記複数の第１配線部が形成された面に前記第２絶縁材料層を全面的に形成してから、この第２絶縁材料層を部分的に除去することにより、前記複数のスルーホールを形成してもよい（第５の発明）。

また、この第５の発明において、前記第１絶縁材料層の厚さを前記第２絶縁材料層よりも厚く形成してもよい（第６の発明）。この場合には、第２絶縁材料層にスルーホールを形成する際に、第１絶縁材料層に同時に貫通孔が形成されにくくなる。さらに、前記第１絶縁材料層を絶縁性セラミックス材料で形成し、前記第２絶縁材料層を絶縁性有機材料で形成してもよい（第７の発明）。この場合には、レーザー加工等により第２絶縁材料層にスルーホールを形成するときに、第１絶縁材料層が加工されにくくなるため、第１絶縁材料層に貫通孔が形成されにくくなる。さらに、前記第４工程において、前記複数のスルーホールをレーザー加工により形成する場合には、前記第２絶縁材料層のレーザー加工速度が、前記第１絶縁材料層のレーザー加工速度よりも大きいことが好ましい（第８の発明）。この場合も、レーザー加工により第２絶縁材料層にスルーホールを形成する際に、第１絶縁材料層に貫通孔が形成されにくい。

また、前述の第４の発明において、さらに、前記第４工程において、前記第１絶縁材料層の前記第１配線部が形成された面上の複数の領域をマスキングしてから、マスキングされていない領域に絶縁材料の粒子を堆積させて前記第２絶縁材料層を形成し、同時に、マスキングされた前記複数の領域に夫々複数のスルーホールを形成してもよい（第９の発明）。この場合には、第２絶縁材料層を形成するときに複数のスルーホールも同時に形成できる。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。尚、図１の上下方向を上下方向と定義して以下説明する。
図１〜図４に示すように、インクジェットヘッド１は、内部にインク流路が形成された平面視矩形状の流路ユニット２と、この流路ユニット２の上面に積層された圧電アクチュエータ３とを備えている。尚、図２は、図１のインクジェットヘッド１の右半部の平面図、図３は、後述の圧電層３３の図示を省略したインクジェットヘッド１の右半部の平面図、図４は図２のIV-IV線断面図である。

図２〜図４に示すように、流路ユニット２は、キャビティプレート１０、ベースプレート１１、マニホールドプレート１２、及びノズルプレート１３を備えており、これら４枚のプレート１０〜１３が積層状態で接合されている。このうち、キャビティプレート１０、ベースプレート１１及びマニホールドプレート１２は略矩形の金属製（例えば、ステンレス鋼製）の板であり、これら３枚のプレート１０〜１２に、後述するマニホールド１７や圧力室１４等のインク流路をエッチングにより容易に形成することができるようになっている。また、ノズルプレート１３は、例えば、ポリイミド等の高分子合成樹脂材料により形成され、マニホールドプレート１２の下面に接着される。あるいは、このノズルプレート１３も金属プレートで構成してもよい。

図２に示すように、キャビティプレート１０には、平面に沿って配列された複数の圧力室１４が形成されている。これら複数の圧力室１４は、流路ユニット２の表面（後述する振動板３０が接合されるキャビティプレート１０の上面）において開口している。尚、図２には、複数の圧力室１４のうちの一部（１２個）が示されている。各圧力室１４は、平面視で円形状に形成されている。

ベースプレート１１の、圧力室１４の図２における右端部及び左端部と重なる位置には、夫々連通孔１５，１６が形成されている。また、マニホールドプレート１２には、その短手方向（図２の上下方向）に延び、複数の圧力室１４が配列する平面に対する、平面視で圧力室１４の図２における右側部分と重なるマニホールド１７が形成されている。このマニホールド１７には、キャビティプレート１０に形成されたインク供給口１８を介してインクタンク（図示省略）からインクが供給される。また、平面視で圧力室１４の図２における左端部と重なる位置には、連通孔１９も形成されている。さらに、ノズルプレート１３には、平面視で複数の圧力室１４の左端部に重なる位置に、複数のノズル２０が夫々形成されている。ノズル２０は、例えば、ポリイミド等の高分子合成樹脂の基板にエキシマレーザー加工を施すことにより形成される。

そして、図４に示すように、マニホールド１７は連通孔１５を介して圧力室１４に連通し、さらに、圧力室１４は、連通孔１６，１９を介してノズル２０に連通している。このように、流路ユニット２内には、マニホールド１７から圧力室１４を経てノズル２０に至る個別インク流路が形成されている。

次に、圧電アクチュエータ３について説明する。図１〜図４に示すように、圧電アクチュエータ３は、流路ユニット２の上面に複数の圧力室１４を覆うように配置された振動板３０と、この振動板３０の上側に配置された圧電層３３と、この圧電層３３の下側に配置された複数の個別電極３２、及び、圧電層３３の上側に配置された共通電極３４等を備えている。

振動板３０は、平面視で略矩形状の金属製（例えば、ステンレス鋼製）の板であり、この振動板３０は、複数の圧力室１４を塞ぐようにキャビティプレート１０の上面に積層された状態で接合されている。そして、この振動板３０の上面には、夫々絶縁材料からなる２層の絶縁材料層（第１絶縁材料層３１及び第２絶縁材料層３８）が形成されている。これら第１絶縁材料層３１と第２絶縁材料層３８は、夫々、誘電率が圧電層３３の誘電率よりも低い絶縁材料で形成されている。この理由については、後ほど詳しく述べる。

第２絶縁材料層３８の上面の、複数の圧力室１４に対向する位置には、圧力室１４よりも一回り小さい円形の複数の個別電極３２が圧力室１４と同心円状に重なるように形成されている。これら複数の個別電極３２は、白金等の導電性材料で形成されている。一方、第１絶縁材料層３１の上面には、複数の個別電極３２に夫々対応する複数の配線部３５（第１配線部）が形成されている。これら複数の配線部３５は、夫々、ドライバＩＣ３７に向けて直線的且つ互いに平行に延びるように形成されており、第１絶縁材料層３１により、導電性を有する金属製の振動板３０及び隣接する他の配線部３５と電気的に絶縁されている。このように、複数の個別電極３２と複数の配線部３５は夫々異なる平面上に形成されているため、図２、図３に示すように、平面視で、複数の配線部３５を複数の個別電極３２と重なる領域に形成することが可能になり、複数の配線部３５を形成することができる領域を広く確保できる。また、複数の配線部３５を極力短く形成することができるため、配線部３５の形成にかかるコストを抑えることができる。また、第２絶縁材料層３８の、平面視で円形の圧力室１４の中心部と重なる位置には、この第２絶縁材料層３８をその厚み方向に貫通するスルーホール３８ａが形成されており、このスルーホール３８ａ内には、複数の個別電極３２と複数の配線部３５とを夫々電気的に接続する複数の配線部３９（第２配線部）が形成されている。

さらに、複数の配線部３５の端部には夫々複数の端子部３５ａが形成されている。そして、これら複数の端子部３５ａには、複数の個別電極３２に対して選択的に駆動電圧を供給するドライバＩＣ３７の出力端子が半田等の導電性ろう材により接合されており、ドライバＩＣ３７は第１絶縁材料層３１の上面に配置されている。このように、複数の個別電極３２とドライバＩＣ３７とが、ドライバＩＣ３７と同一平面上に形成された配線部３５を介して接続されているため、コストの高いフレキシブルプリント配線板（Flexible Printed Circuit：ＦＰＣ）等の配線部材が不要になる。そのため、個別電極３２とドライバＩＣ３７の電気的接続のコストを低減でき、また、この電気的接続の信頼性が高くなる。

さらに、第１絶縁材料層３１上には、ドライバＩＣ３７の入力端子と接合される複数の接続端子４０も形成されている。そして、これら複数の接続端子４０とドライバＩＣ３７の入力端子３７ｂとを半田等で夫々接合することにより、ドライバＩＣ３７とこのドライバＩＣ３７を制御する制御装置（図示省略）とを接続端子４０を介して容易に接続することができる。

第２絶縁材料層３８の上面には、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との固溶体であり強誘電体であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を主成分とする圧電層３３が、複数の圧力室１４に跨って形成されている。この圧電層３３は、複数の個別電極３２の表面全体を覆うように連続的に形成されている。さらに、この圧電層３３の上面には、複数の個別電極３２に共通の共通電極３４が圧電層３３の全面に形成されている。この共通電極３４は、金などの導電性材料で形成されている。図２、図３に示すように、共通電極３４からは、１本の配線部４１が圧電層３３の上面と第１絶縁材料層３１の上面とに亙って延びており、この配線部４１はドライバＩＣ３７の端子と電気的に接続されている。そして、共通電極３４は、配線部４１及びドライバＩＣ３７を介して接地されて、グランド電位に保持されている。

次に、インク吐出時における圧電アクチュエータ３の作用について説明する。
複数の個別電極３２に対して、ドライバＩＣ３７から配線部３５を介して選択的に駆動電圧が供給されると、駆動電圧が供給された圧電層３３下側の個別電極３２とグランド電位に保持されている圧電層３３上側の共通電極３４の電位が異なった状態となり、両電極３２，３４の間に挟まれた圧電層３３に上下方向の電界が生じる。すると、圧電層３３のうち、駆動電圧が印加された個別電極３２の直上の部分が、分極方向である上下方向と直交する水平方向に収縮する。ここで、圧電層３３の下側の振動板３０はキャビティプレート１０に対して固定されているため、両電極３２，３４の間に挟まれた圧電層３３の部分が圧力室１４側に凸となるように変形し、この圧電層３３の部分的な変形に伴い、振動板３０の圧力室１４を覆う部分も圧力室１４側に凸となるように変形する。すると、圧力室１４内の体積が減少するためにインクの圧力が上昇し、圧力室１４に連通するノズル２０からインクが吐出される。

ところで、第１絶縁材料層３１と第２絶縁材料層３８は、ともに、その誘電率が圧電層３３の誘電率よりも小さい絶縁材料で形成されている。そして、複数の配線部３５と金属製の振動板３０との間に、その誘電率が圧電層３３の誘電率よりも小さい第１絶縁材料層３１が介在しているため、ある個別電極３２に駆動電圧が印加されたときに、この個別電極３２に接続された配線部３５と振動板３０との間の第１絶縁材料層３１に生じる寄生容量が小さくなる。さらに、配線部３５と圧電層３３との間に、その誘電率が圧電層３３の誘電率よりも小さい第２絶縁材料層３８が介在しているため、配線部３５と共通電極３４との間の圧電層３３及び第２絶縁材料層３８に生じる寄生容量も小さくなり、圧電アクチュエータ３の駆動効率が向上する。

また、図２に示すように、特に、配線部３５が、対応する圧力室１４以外の他の圧力室１４に部分的に重なるように配置されている場合などには、この配線部３５に駆動電圧に印加されたときに、変形させる必要のない他の圧力室１４に対向する圧電層３３及び振動板３０が変形してしまう現象（いわゆる、クロストーク）が生じて、複数のノズル２０からのインク吐出特性がばらついてしまう虞がある。しかし、本実施形態の圧電アクチュエータ３においては、配線部３５と圧電層３３との間に圧電層３３よりも誘電率の低い第２絶縁材料層３８が介在しており、配線部３５に駆動電圧が印加されたときに生じる、配線部３５と共通電極３４の間の圧電層３３の変形が小さくなるため、クロストークが抑制される。

このように、第１絶縁材料層３１と第２絶縁材料層３８を形成する絶縁材料の誘電率は小さいことが好ましく、圧電層３３の誘電率の１／１０以下であることが特に好ましい。このような絶縁材料としては、例えば、表１に示すような絶縁性セラミックス材料や、表２に示すような絶縁性有機材料を用いることができる。尚、ＰＺＴの誘電率は２０００以上であるため、表１及び表２の絶縁材料の誘電率は、全て圧電層３３の誘電率の１／１０以下となっている。

次に、インクジェットヘッド１の製造方法について図５を参照して説明する。
まず、図５（ａ）に示すように、流路ユニット２の一表面を形成する、キャビティプレート１０の表面に複数の圧力室１４を覆うように振動板３０を拡散接合等により接合する（第１工程）。このとき、同時に、金属製のベースプレート１１及びマニホールドプレート１２を、キャビティプレート１０に接合するようにしてもよい。さらに、ノズルプレート１３が金属プレートからなる場合には、このノズルプレート１３もマニホールドプレート１２に同時に接合するようにしてもよい。

次に、図５（ｂ）に示すように、振動板３０の圧力室１４と反対側の面に、圧電層３３を形成するセラミックス材料であるＰＺＴよりも誘電率の小さい絶縁材料により、第１絶縁材料層３１を形成する（第２工程）。そして、図５（ｃ）に示すように、第１絶縁材料層３１の振動板３０と反対側の面に複数の配線部３５を形成する（第３工程）。ここで、複数の配線部３５は、例えば、第１絶縁材料層３１の全面に塗布されたフォトレジストを部分的に露光してそれ以外の部分を除去した後に、このレジストが部分的に除去された部分に白金スパッタを行うことにより形成することができる。あるいは、スクリーン印刷により一度に複数の配線部３５を形成してもよい。

さらに、第１絶縁材料層３１の複数の配線部３５が形成された面に、ＰＺＴよりも誘電率の小さい絶縁材料により第２絶縁材料層３８を全面的に形成し、さらに、平面視で圧力室１４の中心部に重なる部分の第２絶縁材料層３８を部分的に除去することにより、第２絶縁材料層３８をその厚み方向に貫通する複数のスルーホール３８ａを形成する（第４工程）。

尚、第１絶縁材料層３１及び第２絶縁材料層３８を形成する、ＰＺＴよりも誘電率の小さい絶縁材料としては、前述したように、絶縁性セラミックス材料（表１参照）や絶縁性有機材料（表２参照）等から、適当なものを選択して使用することができる。また、これらの絶縁材料層３１，３８をアルミナ等の絶縁性セラミックス材料で形成する場合には、セラミックス材料の粉体を層形成面に向けて噴射して堆積させるエアロゾルデポジション法（ＡＤ法）等を用いることができる。また、ポリイミド等の絶縁性有機材料で形成する場合には、有機材料を層形成面に塗布した後に、所定温度（例えば、ポリイミドでは４００℃程度）の焼付けを行えばよい。

複数のスルーホール３８ａは、例えば、第２絶縁材料層３８にレーザー加工を施すことにより形成することができる。あるいは、プラズマやＵＶ光により空気中の酸素分子から励起状態の酸素原子を作り出し、その酸化力により有機物を酸化して揮発除去する、アッシング加工により複数のスルーホール３８ａを形成してもよい。ところで、レーザー加工やアッシング加工等により第２絶縁材料層３８にスルーホール３８ａを形成したときに、第１絶縁材料層３１に同時に貫通孔が形成されにくくなっていることが好ましい。例えば、第１絶縁材料層３１の厚さを第２絶縁材料層３８よりも厚く形成すれば、第１絶縁材料層３１に貫通孔が形成されにくくなる。

あるいは、第１絶縁材料層３１を絶縁性セラミックス材料で形成し、一方、第２絶縁材料層３８を絶縁性有機材料で形成すれば、やはり、第１絶縁材料層３１に貫通孔が形成されにくくなる。即ち、共有結合（結合エネルギー：２５０〜２０００ｋＪ／ｍｏｌ）で原子が結合されている有機物は、共有結合よりも結合エネルギーの高いイオン結合（結合エネルギー：２５００〜６０００ｋＪ／ｍｏｌ）で原子が結合されているセラミックス材料よりも加工されやすい。従って、例えば、第１絶縁材料層３１を絶縁性セラミックス材料の１種であるアルミナで形成し、一方、第２絶縁材料層３８を絶縁性有機材料の１種であるポリイミドで形成した場合に、ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）を用いて、１Ｊ／ｃｍ²のエネルギー密度で第２絶縁材料層３８に対してレーザー加工を施すと、ポリイミドからなる第２絶縁材料層３８にはスルーホール３８ａが形成されるが、アルミナからなる第１絶縁材料層３１には貫通孔が形成されない。また、加工対象物を酸化することにより所望の加工を行うアッシング加工では、絶縁性セラミックスは加工されないため、酸化物や窒化物の１種である絶縁性セラミックスからなる第１絶縁材料層３１に貫通孔が形成されない。

また、レーザー加工によりスルーホール３８ａを形成する場合には、第２絶縁材料層３８のレーザー加工速度が、第１絶縁材料層３１のレーザー加工速度よりも大きいことが好ましい。この場合も、第１絶縁材料層３１は第２絶縁材料層３８に比べて加工されにくいため、第２絶縁材料層３８にスルーホール３８ａを形成したときに、第１絶縁材料層３１には貫通孔が形成されにくくなる。

例えば、炭酸ガスレーザー（ＣＯ₂レーザー：波長１０．６μｍ）を用いてスルーホール３８ａを形成する場合は、レーザーの波長が長いために、加工速度は熱的な因子の影響を強く受ける。具体的な例を挙げると、第１絶縁材料層３１をアルミナ（熱伝導率３８Ｗ（ｍ・Ｋ））で形成し、一方、第２絶縁材料層３８をジルコニア（熱伝導率３Ｗ／（ｍ・Ｋ））で形成すると、ジルコニアからなる第２絶縁材料層３８では、アルミナからなる第１絶縁材料層３１よりも熱が逃げにくいため、加工速度が大きくなる。

また、エキシマレーザー（ＫｒＦエキシマレーザー：波長２４８ｎｍ）を用いてスルーホール３８ａを形成する場合は、その加工速度は、被加工物のエネルギー吸収率に強く影響される。具体的な例を挙げると、第１絶縁材料層３１を石英（吸収率１０％）で形成し、一方、第２絶縁材料層３８をアルミナ（吸収率２０％）で形成すれば、第２絶縁材料層３８は、第１絶縁材料層３１よりもエネルギーを効率よく吸収するため、第２絶縁材料層３８の加工速度は、第１絶縁材料層３１の加工速度よりも大きくなる。

このようにして、第２絶縁材料層３８に複数のスルーホール３８ａを形成してから、メタルマスクを用いた白金スパッタ等により、図５（ｆ）に示すように、複数のスルーホール３８ａ内に、複数の配線部３５に夫々接続された複数の配線部３９を形成し、さらに、第２絶縁材料層３８の第１絶縁材料層３１と反対側の面において複数の圧力室１４に夫々対向する位置に、複数の配線部３９に夫々接続された複数の個別電極３２を形成する（第５工程）。

さらに、図５（ｇ）に示すように、第２絶縁材料層３８の個別電極３２が形成された面に、複数の圧力室１４に跨る圧電層３３をＰＺＴで形成する（第６工程）。ここで、圧電層３３の形成には、ＡＤ法、ゾルゲル法、あるいは、スパッタ法等を用いることができる。さらに、この圧電層３３のＰＺＴの組織を微細化するための熱処理を施す。ここで、第１絶縁材料層３１と第２絶縁材料層３８が共にアルミナ等の絶縁性セラミックス材料で形成されている場合には、圧電層３３の熱処理を比較的高い温度（８５０℃程度）で行うことができる。一方、第１絶縁材料層３１と第２絶縁材料層３８の少なくとも一方が、ポリイミド等の絶縁性有機材料で形成されている場合には、有機材料の耐熱温度が低いため（例えば、４００℃程度）、圧電層３３の熱処理を比較的低い温度（例えば、３５０℃程度）で行う。

そして、図５（ｈ）に示すように、圧電層３３の第２絶縁材料層３８と反対側の面に、複数の個別電極３２に跨る共通電極３４を、金スパッタやスクリーン印刷等により形成し（第７工程）、インクジェットヘッド１の製造工程を完了する。

尚、第２絶縁材料層３８に複数のスルーホール３８ａを形成する方法としては、前記実施形態のように、第２絶縁材料層３８を形成してからこの第２絶縁材料層３８を部分的に除去する方法の他にも、以下のような他の方法も採用することができる。

例えば、まず、図６（ａ）に示すように、複数の配線部３５が形成された第１絶縁材料層３１の面の全面にフォトレジストを塗布してから、円形の圧力室１４の中心部と重なる部分のレジストのみ露光して、他の部分のレジストを除去することにより、残存するレジスト５０で第１絶縁材料層３１の面上の複数の領域をマスキングする。そして、図６（ｂ）に示すように、レジスト５０によりマスキングされていない領域に、ＡＤ法やスパッタ法等により絶縁材料の粒子を堆積させてから、図６（ｃ）に示すように、レジスト５０を除去することにより、第２絶縁材料層３８を形成すると同時に、レジスト５０でマスキングされた領域に複数のスルーホール３８ａを形成するようにしてもよい。

あるいは、図７（ａ）に示すように、第１絶縁材料層３１の表面に、円形の圧力室１４の中心部と重なる部分以外の部分をマスキングするような、所定形状のメタルマスク５１を配置させた状態で、ＡＤ法やスパッタ法等により絶縁材料の粒子を堆積させることにより、図７（ｂ）に示すように、第２絶縁材料層３８を形成すると同時に、メタルマスク５１でマスキングされた領域に複数のスルーホール３８ａを形成するようにしてもよい。
以上の図６又は図７に示す製造方法では、第２絶縁材料層３８を形成するときに複数のスルーホール３８ａを同時に形成できるため、製造工程を簡素化することが可能になる。

本発明の第１実施形態に係るインクジェットヘッドの斜視図である。図１におけるインクジェットヘッドの右半部の平面図である。圧電層の図示を省略したインクジェットヘッドの右半部の平面図である。図２のIV-IV線断面図である。インクジェットヘッドの製造工程を示す図であり、（ａ）は振動板の接合工程、（ｂ）は第１絶縁材料層の形成工程、（ｃ）は配線部（第１配線部）の形成工程、（ｄ）は第２絶縁材料層の形成工程、（ｅ）はスルーホールの形成工程、（ｆ）は個別電極及び配線部（第２配線部）の形成工程、（ｇ）は圧電層の形成工程、（ｈ）は共通電極の形成工程を夫々示す。変更形態のインクジェットヘッドの製造工程の一部を示す図であり、（ａ）はレジストによるマスキング工程、（ｂ）は第２絶縁材料層の形成工程、（ｃ）はレジストの除去工程を夫々示す。別の変更形態のインクジェットヘッドの製造工程の一部を示す図であり、（ａ）はメタルマスクによるマスキング工程、（ｂ）は第２絶縁材料層の形成工程を夫々示す。

符号の説明

１インクジェットヘッド
２流路ユニット
３圧電アクチュエータ
１４圧力室
２０ノズル
３０振動板
３１第１絶縁材料層
３２個別電極
３３圧電層
３４共通電極
３５配線部（第１配線部）
３８第２絶縁材料層
３８ａスルーホール
３９配線部（第２配線部）

Claims

インクを吐出する複数のノズルに夫々連通し且つ平面に沿って配置された複数の圧力室を有する流路ユニットと、前記複数の圧力室の容積を選択的に変化させる圧電アクチュエータとを備え、
前記圧電アクチュエータは、
前記複数の圧力室を覆う金属製の振動板と、
この振動板の前記圧力室と反対側の面に形成された第１絶縁材料層と、
この第１絶縁材料層の前記振動板と反対側の面に形成された第２絶縁材料層と、
前記第２絶縁材料層の前記第１絶縁材料層と反対側の面に、前記複数の圧力室に跨って形成された圧電層と、
この圧電層の前記第２絶縁材料層側の面において、前記複数の圧力室と対向する位置に夫々形成された複数の個別電極、及び、前記圧電層の前記第２絶縁材料層と反対側の面に、前記複数の個別電極に跨って形成された共通電極とを有し、
前記第１絶縁材料層及び前記第２絶縁材料層の誘電率は、夫々前記圧電層の誘電率よりも小さく、
前記第２絶縁材料層には、その厚み方向に貫通する複数のスルーホールが前記複数の個別電極に夫々対応して形成され、
前記第１絶縁材料層の前記振動板と反対側の面に、前記複数の個別電極に夫々対応する複数の第１配線部が形成され、前記複数のスルーホール内に、前記複数の個別電極と前記複数の第１配線部とを夫々電気的に接続する複数の第２配線部が形成されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
前記第１絶縁材料層の誘電率と前記第２絶縁材料層の誘電率は、ともに前記圧電層の誘電率の１／１０以下であることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
前記複数の第１配線部が、前記平面に直交する方向から見て、夫々直線的に延びており、且つ、前記複数の個別電極と部分的に重なっていることを特徴とする請求項１又は２に記載のインクジェットヘッド。
インクを吐出する複数のノズルに夫々連通し且つ平面に沿って配置された複数の圧力室を有する流路ユニットの一表面に、前記複数の圧力室を覆うように金属製の振動板を接合する第１工程と、
前記振動板の前記圧力室と反対側の面に第１絶縁材料層を形成する第２工程と、
前記第１絶縁材料層の前記振動板と反対側の面に複数の第１配線部を形成する第３工程と、
前記第１絶縁材料層の前記複数の第１配線部が形成された面に、これら複数の第１配線部に夫々対応する複数のスルーホールを有する第２絶縁材料層を形成する第４工程と、
前記複数のスルーホール内に、前記複数の第１配線部に夫々接続された複数の第２配線部を形成するとともに、前記第２絶縁材料層の前記第１絶縁材料層と反対側の面において前記複数の圧力室に夫々対向する位置に、前記複数の第２配線部に夫々接続された複数の個別電極を形成する第５工程と、
前記第２絶縁材料層の前記第１絶縁材料層と反対側の面に、前記複数の圧力室に跨る圧電層を形成する第６工程と、
前記圧電層の前記第２絶縁材料層と反対側の面に、前記複数の個別電極に跨る共通電極を形成する第７工程とを備え、
前記第４工程において、前記第１絶縁材料層及び前記第２絶縁材料層を、ともに前記圧電層よりも誘電率の小さい絶縁材料で形成することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
前記第４工程において、前記第１絶縁材料層の前記複数の第１配線部が形成された面に前記第２絶縁材料層を全面的に形成してから、この第２絶縁材料層を部分的に除去することにより、前記複数のスルーホールを形成することを特徴とする請求項４に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
前記第１絶縁材料層の厚さを前記第２絶縁材料層よりも厚く形成することを特徴とする請求項５に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
前記第１絶縁材料層を絶縁性セラミックス材料で形成し、前記第２絶縁材料層を絶縁性有機材料で形成することを特徴とする請求項５又は６に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
前記第４工程において、前記複数のスルーホールをレーザー加工により形成し、
前記第２絶縁材料層のレーザー加工速度が、前記第１絶縁材料層のレーザー加工速度よりも大きいことを特徴とする請求項５〜７の何れかに記載のインクジェットヘッドの製造方法。
前記第４工程において、前記第１絶縁材料層の前記第１配線部が形成された面上の複数の領域をマスキングしてから、マスキングされていない領域に絶縁材料の粒子を堆積させて前記第２絶縁材料層を形成し、同時に、マスキングされた前記複数の領域に夫々複数のスルーホールを形成することを特徴とする請求項４に記載のインクジェットヘッドの製造方法。