JP5879245B2 - インクジェットヘッドおよびインクジェットヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、シェアモードシェアウォール形のインクジェットヘッドおよびインクジェットヘッドを製造する方法に関する。

シェアモードシェアウォール形のインクジェットヘッドでは、インクによる電極間の短絡を防ぐために、例えばパリレンのような有機絶縁膜で電極の表面を全面的に覆っている。

特許第４１８２６８０号公報

インクジェットヘッドから吐出されるインクの比抵抗は、インクの種類によって異なり、例えば水性インクよりも比抵抗が高い非水性インクを吐出させるインクジェットヘッドの場合は、電極に完全な絶縁処理を施すことは必ずしも必要でない。

したがって、比抵抗が高い非水性インクを吐出させるインクジェットヘッドの電極に全面的に絶縁処理を施すことは、電極回りが過剰品質となる危惧があり、コスト的な観点からすると改善の余地が残されている。

本発明の目的は、非水性インクに対する電極間の絶縁性能を確保することができ、しかも、電極の絶縁処理が過剰となるのを回避してコスト的な問題を解消できるインクジェットヘッドおよびインクジェットヘッドの製造方法を得ることにある。

実施形態によれば、インクジェットヘッドは、基板の実装面に固定された圧電部材を備えている。圧電部材は、実装面から立ち上がる側面、ノズルプレートが積層された表面および複数のインク溝を有する。インク溝は、圧電部材の側面からインク供給室に開口するように互いに間隔を存して配列されている。インク溝に夫々電極が設けられている。電極は、インク溝の間に介在された圧電部材の隔壁により隔てられているとともに、複数の配線パターンに電気的に接続されている。配線パターンは、電極から圧電部材の側面を通って基板の実装面に導かれるとともに、インク供給室の外に位置された端子部を有する。配線パターンのうち端子部を外れた領域およびインク溝の開口端からインク供給室に臨む電極の端部が絶縁層で被覆されている。前記電極は、前記電極の端部以外には前記絶縁層が被覆されていない。

第１の実施形態に係るインクジェットヘッドの主要部の斜視図。 第１の実施形態に係るインクジェットヘッドの主要部の平面図。 図２のＦ３−Ｆ３線に沿う断面図。 図３のＦ４−Ｆ４線に沿う断面図。 第１の実施形態において、電極、配線パターンおよび絶縁層の位置関係を示すインクジェットヘッドの断面図。 第１の実施形態において、電極、配線パターンおよび絶縁層の位置関係を示すインクジェットヘッドの斜視図。 第１の実施形態において、絶縁層を形成する手法を示す断面図。 第２の実施形態に係るインクジェットヘッドの主要部の斜視図。 第２の実施形態に係るインクジェットヘッドの主要部の断面図。 図９のＦ１０−Ｆ１０線に沿う断面図。 図９のＦ１１−Ｆ１１線に沿う断面図。 第２の実施形態において、電極、配線パターンおよび絶縁層の位置関係を示すインクジェットヘッドの斜視図。 第２の実施形態において、絶縁層を形成する手法を示す断面図。

[第１の実施形態]
以下、第１の実施形態について、図１ないし図７を参照して説明する。

図１ないし図３は、例えばプリンタのキャリッジに搭載して使用するシェアモードシェアウォール形のインクジェットヘッド１の主要部を開示している。インクジェットヘッド１は、基板２、外枠３およびノズルプレート４を備えている。

基板２は、細長い実装面２ａを有する平板であり、図示しないインク槽の上に積層されている。基板２としては、例えばアルミナ、窒化珪素、炭化珪素、窒化アルミニウムおよびチタン酸ジルコン酸鉛等を用いることができる。

図１および図２に示すように、複数のインク入口５および複数のインク出口６が基板２に設けられている。インク入口５は、基板２の幅方向に沿う中央部において基板２の長手方向に間隔を存して一列に並んでいる。インク出口６は、基板２の幅方向に沿う両側部において基板２の長手方向に間隔を存して一列に並んでいる。さらに、インク入口５およびインク出口６は、基板２の実装面２ａに開口されている。

外枠３は、基板２の実装面２ａの上に接着されて、インク入口５およびインク出口６を取り囲んでいる。

ノズルプレート４は、外枠３の上に接着されて基板２の実装面２ａと向かい合っている。

図３に示すように、基板２、外枠３およびノズルプレート４は、互いに協働してインク供給室７を構成している。インク供給室７は、インク入口５およびインク出口６を介してインク槽に接続されている。インク槽に蓄えられたインクは、インク入口５からインク供給室７に供給される。インク供給室７に供給された余剰のインクは、インク出口６からインク槽に戻される。

インク供給室７に供給されるインクとしては、例えば水性インクよりも比抵抗が大きい非水性インクを用いている。本実施形態では、インク固有の導電率が例えば１×１０^−７〜１×１０^−６(1/Ωcm)の非水性インクを想定している。因みに水性インクの導電率は、１×１０^−５〜１×１０^−２(1/Ωcm)である。

図１および図２に示すように、一対のノズル列１０ａ，１０ｂがノズルプレート４に形成されている。ノズル列１０ａ，１０ｂは、ノズルプレート４の長手方向に延びるように、ノズルプレート４の幅方向に間隔を存して互いに平行に配列されている。ノズル列１０ａ，１０ｂは、夫々複数のノズル１１を有している。ノズル１１は、インク供給室７に開口するように互いに間隔を存して一列に並んでいるか、若しくは複数列に亘って千鳥状に並んでいる。

図２および図３に示すように、一対の圧電部材１２ａ，１２ｂがインク供給室７に収容されている。圧電部材１２ａ，１２ｂは、インク入口５を間に挟んで互いに平行に配置されている。一方の圧電部材１２ａは、一方のノズル列１０ａの真下に位置するように基板２の実装面２ａに接着されている。他方の圧電部材１２ｂは、他方のノズル列１０ｂの真下に位置するように基板２の実装面２ａの上に接着されている。

圧電部材１２ａ，１２ｂは、互いに共通の構成を有している。そのため、本実施形態では、一方の圧電部材１２ａを代表して説明し、他方の圧電部材１２ｂについては同一の参照符号を付して、その説明を省略する。

圧電部材１２ａは、ノズル列１０ａに沿って延びる細長い本体１３を備えている。図４に示すように、本体１３は、二枚の圧電板１４ａ，１４ｂで構成されている。圧電板１４ａ，１４ｂとしては、例えばチタン酸ジルコン酸鉛、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム等を用いることができる。圧電板１４ａ，１４ｂは、厚さ方向に張り合わされているとともに、その分極方向が圧電板１４ａ，１４ｂの厚さ方向に互いに逆向きとなっている。

本体１３は、表面１５、裏面１６および一対の側面１７ａ，１７ｂを有している。表面１５は、ノズルプレート４に面している。裏面１６は、表面１５の裏側に位置されて、基板２の実装面２ａに接着されている。

一方の側面１７ａは、表面１５の幅方向に沿う一端と裏面１６の幅方向に沿う一端との間を結んでいる。他方の側面１７ｂは、表面１５の幅方向に沿う他端と裏面１６の幅方向に沿う他端との間を結んでいる。さらに、側面１７ａ，１７ｂは、基板２の実装面２ａから立ち上がるとともに、表面１５から裏面１６に向けて互いに遠ざかるように傾いている。

図３および図４に示すように、複数のインク溝１９が本体１３に形成されている。インク溝１９は、本体１３の長手方向に間隔を存して配列されているとともに、本体１３の表面１５および側面１７ａ，１７ｂに連続して開口されている。本体１３のうちインク溝１９の間に位置された部分は、隣り合うインク溝１９の間を隔てる複数の隔壁２０として機能している。

図４に示すように、各インク溝１９は、底面２１と、一対の側面２２ａ，２２ｂとで規定されている。側面２２ａ，２２ｂは、インク溝１９の幅方向に間隔を存して向かい合っている。インク溝１９の深さＤは、インク溝１９の幅Ｗよりも大きく設定されている。本実施形態では、インク溝１９の深さＤが約９０μｍ、インク溝１９の幅Ｗが４０μｍ、隔壁２０の厚さが４０μｍに設定されている。

インク溝１９の深さＤと幅Ｗとの比（深さ／幅）で定まるアスペクト比は、インク溝１９が深くて幅狭くなるほどに高くなる。アスペクト比およびインク溝１９の間隔は、インクジェットヘッド１に要求される解像度やインクの吐出量に応じて所定の値に設定される。

図３ないし図５に示すように、ノズルプレート４は、本体１３の隔壁２０の上に接着されて、インク溝１９のうち本体１３の表面１５に開口された箇所を閉じている。インク溝１９とノズルプレート４とで囲まれた空間は、複数の圧力室２３を構成している。圧力室２３は、本体１３の側面１７ａ，１７ｂに開口されたインク溝１９の開口端からインク供給室７に連通されている。そのため、インク供給室７を循環するインクは、インク溝１９の開口端から圧力室２３に供給される。

図４ないし図６に示すように、圧力室２３の内側に夫々電極２５が設けられている。電極２５は、インク溝１９の底面２１および側面２２ａ，２２ｂを連続して覆っている。隣り合うインク溝１９の電極２５は、電気的に独立するように隔壁２０によって切り離されている。さらに、電極２５のうち本体１３の側面１７ａ，１７ｂに連続する端部２５ａは、ノズルプレート４で覆われることなくインク溝１９の開口端からインク供給室７に臨んでいる。

電極２５は、複数の配線パターン２６に電気的に接続されている。配線パターン２６は、電極２５の端部２５ａから圧電部材１２ａの本体１３の側面１７ａを通って基板２の実装面２ａに導かれている。配線パターン２６は、本体１３の長手方向と直交するように配線されて、インク供給室７を横切っている。

詳しく述べると、各配線パターン２６は、第１の配線領域２６ａおよび第２の配線領域２６ｂを有している。第１の配線領域２６ａは、本体１３の側面１７ａの上に形成されて、電極２５の端部２５ａに電気的に接続されている。第２の配線領域２６ｂは、基板２の実装面２ａの上に形成されている。

なお、図６では、インク溝１９に対する電極２５および配線パターン２６の位置を明確に表示するため、電極２５および配線パターン２６に相当する箇所に多数のドットを付して識別している。

図２および図５に示すように、配線パターン２６の第２の配線領域２６ｂは、端子部２７を有している。端子部２７は、第２の配線領域２６ｂの先端に位置されて、インク供給室７の外に露出されている。

複数のテープキャリアパッケージ２８が配線パターン２６の端子部２７に電気的に接続されている。テープキャリアパッケージ２８は、インクジェットヘッド１を制御する駆動回路を搭載している。駆動回路は、インクジェットヘッド１の電極２５に駆動電圧を印加する。

この結果、隣り合う電極２５の間に電位差が生じ、これら電極２５に対応する隔壁２０に電界が発生する。したがって、圧力室２３を間に挟んで隣り合う隔壁２０がシェアモード変形により圧力室２３の容積を増やす方向に湾曲する。

この後、電極２５に対する駆動電圧の印加を遮断すると、隔壁２０が初期の形状に復帰するように変位する。隔壁２０が変位することでインク供給室７から圧力室２３に供給されたインクが加圧される。加圧されたインクの一部は、インク滴となってノズル１１からインク溝１９の深さ方向に沿うように吐出される。

図５に示すように、インク溝１９の開口端からインク供給室７に臨む電極２５の端部２５ａおよび配線パターン２６のうち端子部２７を外れた領域は、絶縁層３０で一体的に被覆されている。絶縁層３０は、例えばインク対抗性および電気絶縁性に優れた絶縁性塗料、絶縁性接着剤および無機塗料のうちのいずれかで構成されている。

図６にグレースケールで表示するように、絶縁層３０は、インク供給室７に位置された圧電部材１２ａの本体１３の側面１７ａ，１７ｂおよび基板２の実装面２ａを配線パターン２６と一緒に覆っている。

さらに、絶縁層３０は、本体１３の側面１７ａ，１７ｂからインク溝１９の開口端に入り込む電極被覆部３１を有している。電極被覆部３１は、インク溝１９の開口端からインク供給室７に臨む電極２５の端部２５ａの上にのみ積層されて、電極２５の端部２５ａをインクから隔離している。

言い換えると、電極２５のうち端部２５ａを外れた領域は、絶縁層３０で覆われることなく圧力室２３に露出されて、圧力室２３に充填されたインクの中に浸漬されている。圧力室２３は、個々に隔壁２０およびノズルプレート４で囲まれて、隣り合う他の圧力室２３に対し隔離されている。

このため、電極２５のうち端部２５ａを外れた領域は、圧力室２３にインクが充填された状態においても、隣り合う電極２５の間にインクを媒体とする短絡が生じないように互いに電気的に切り離された状態に保たれている。

本実施形態によると、絶縁層３０のうち隔壁２０を挟んで隣り合う電極被覆部３１の間の沿面距離は、隣り合う電極２５の間にインクを媒体とする短絡が生じない程度の距離となるように定められている。

具体的には、例えばインク溝１９の幅Ｗおよび隔壁２０の厚さが夫々４０μｍであり、かつ導電率が１×１０^−７〜１×１０^−６(1/Ωcm)の非水性インクを用いるインクジェットヘッド１の場合、沿面距離は１００μｍ程度とすることが望ましい。

次に、絶縁層３０を有するインクジェットヘッド１を製造する手順の一例について説明する。

まず、二枚の圧電板１４ａ，１４ｂを重ね合わせて圧電部材１２ａ，１２ｂの本体１３を形成する。引き続いて、基板２の実装面２ａの上に圧電部材１２ａ，１２ｂの本体１３を接着する。

この後、基板２に接着された本体１３に切削加工を施すことで、本体１３の幅方向に沿う両端部を斜めにカットする。この結果、本体１３の幅方向に沿う両端部に基板２の実装面２ａに対し傾斜された側面１７ａ，１７ｂが形成される。

引き続いて、例えばダイヤモンドブレードを用いて本体１３に切削加工を施すことで、本体１３に複数のインク溝１９を形成する。この後、例えばフォトリソグラフィ法を用いてインク溝１９の底面２１および側面２２ａ，２２ｂの上に電極２５を形成するとともに、本体１３の側面１７ａおよび基板２の実装面２ａの上に配線パターン２６を形成する。

電極２５および配線パターン２６を形成した後、図７に示すように、圧電部材１２ａ，１２ｂが接着された基板２を水平な姿勢に保つとともに、基板２の上方にマスクプレート３３を配置する。

マスクプレート３３は、基板２に対応した大きさを有するフラットな板である。マスクプレート３３は、配線パターン２６の端子部２７および圧電部材１２ａ，１２ｂの本体１３の表面１５と向かい合う複数のカバー部３４と、本体１３の側面１７ａ，１７ｂおよび基板２の実装面２ａと向かい合う複数の開口部３５とを有している。そのため、基板２および圧電部材１２ａ，１２ｂは、絶縁層３０を形成すべき箇所を除いた領域がマスクプレート３３によりマスキングされた状態に保たれる。

マスクプレート３３は、必ずしも基板２の実装面２ａおよび圧電部材１２ａ，１２ｂの本体１３の表面１５から離して配置する必要はない。例えばマスクプレート３３を基板２の実装面２ａおよび本体１３の表面１５に接触させてもよい。

マスクプレート３３で基板２の実装面２ａおよび本体１３の表面１５をマスキングした後、図７に示すように、スプレー塗布装置３７を用いて液状の絶縁材料３８をマスクプレート３３の上から基板２に向けて噴霧する。スプレー塗布装置３７は、図７に矢印で示すように基板２の長手方向に複数回に亘って往復動させる。

基板２に向かう絶縁材料３８の一部は、マスクプレート３３のカバー部３４によって遮られ、残りの絶縁材料３８がマスクプレート３３の開口部３５を通じて基板２の実装面２ａおよび本体１３の側面１７ａ，１７ｂの上にスプレー塗布される。

本体１３の側面１７ａ，１７ｂに塗布された絶縁材料３８は、側面１７ａ，１７ｂに開口されたインク溝１９の開口端に入り込む。この後、一定の乾燥時間を経て実装面２ａおよび側面１７ａ，１７ｂの上に絶縁層３０が形成されるとともに、インク溝１９の開口端に電極２５の端部２５ａを覆う電極被覆部３１が形成される。

アスペクト比が大きいインク溝１９では、インク溝１９の開口端に対する絶縁材料３８の流入が制限され、絶縁材料３８がインク溝１９の奥深い位置まで入り込むことはない。そのため、絶縁材料３８は、インク溝１９の開口端の付近に塗布されるに止まり、電極被覆部３１が形成される領域を必要最低限とすることができる。

本実施形態では、スプレー塗布装置３７を複数回に亘って往復動させているので、絶縁材料３８は、基板２の実装面２ａおよび圧電部材１２ａ，１２ｂの本体１３の側面１７ａ，１７ｂの上に複数回に分けて塗布される。このため、一回の塗布時に基板２の実装面２ａおよび本体１３の側面１７ａ，１７ｂに塗布される絶縁材料３８の量を少なくすることができる。

言い換えると、少量の絶縁材料３８が基板２の実装面２ａおよび本体１３の側面１７ａ，１７ｂの上に繰り返し塗布される。このため、高密度に配列されたインク溝１９が絶縁材料３８で目詰まりを起こすことはない。

さらに、本実施形態では、スプレー塗布装置３７を用いて絶縁材料３８を塗布するに際して、立体的な形状を有する圧電部材１２ａ，１２ｂの本体１３を予め決められた温度に加熱している。この結果、基板２の実装面２ａから立ち上がる本体１３の側面１７ａ，１７ｂに塗布された絶縁材料３８が本体１３の側面１７ａ，１７ｂに定着し易くなる。

したがって、例えば塗布された絶縁材料３８の流出や垂れ落ちに伴う絶縁材料３８の途切れを防止することができ、絶縁層３０の膜厚を均等化することができる。

絶縁層３０を形成した後、基板２の実装面２ａの上に外枠３を接着するとともに、本体１３の表面１５と外枠３との間に跨るようにノズル形成前のノズルプレート４を接着する。この結果、本体１３のインク溝１９とノズルプレート４との間に圧力室２３が形成される。

ノズルプレート４にノズル１１を形成した後、インク供給室７の外に位置された配線パターン２６の端子部２７に、例えば異方性導電フィルム又はボンディングワイヤを用いてテープキャリアパッケージ２８を電気的に接続する。

第１の実施形態によると、インクジェットヘッド１が有する複数の電極２５は、圧力室２３内では隔壁２０およびノズルプレート４で個々に囲まれている。このため、圧力室２３内にインクが充填された状態においても、隣り合う電極２５の間が電気的に絶縁されている。

さらに、インク溝１９の開口端に位置された電極２５の端部２５ａは、絶縁層３０の電極被覆部３１で覆われており、電極２５の端部２５ａが共通のインク供給室７を流れるインクから隔離されている。

特に第１の実施形態では、絶縁層３０のうち隔壁２０を挟んで隣り合う電極被覆部３１の間の沿面距離が、インクの導電性を考慮して隣り合う電極２５の間にインクを媒体とする短絡が生じない程度の距離となるように定められている。

この結果、例えば水性インクよりも導電率が低く、比抵抗が比較的高い非水性インクを吐出させるインクジェットヘッド１では、共通のインク供給室７に位置される配線パターン２６およびインク供給室７に臨む電極２５の端部２５ａのみを絶縁層３０で連続して被覆することにより、隣り合う電極２５の間の絶縁性能を十分に確保することができる。

したがって、高密度に配列された電極２５の表面に全面的に絶縁層３０を形成する必要はなく、電極２５の絶縁処理が過剰となるのを回避できる。それとともに、電極２５の絶縁処理に要するコストを抑えて、安価なインクジェットヘッド１を提供することができる。

加えて、第１の実施形態によれば、基板２および圧電部材１２ａ，１２ｂのうち絶縁層３０を形成すべき箇所を除いた領域をマスクプレート３３でマスキングした後、マスクプレート３３の上から液状の絶縁材料３８をスプレー塗布することで絶縁層３０を形成している。

そのため、インク溝１９が形成された立体的な形状の本体１３に対し、膜厚が均一の絶縁層３０を簡単に形成することができ、この点でもインクジェットヘッド１の低コスト化を図る上で好都合となる。

第１の実施形態では、圧力室に充填されたインクをインク溝の深さ方向に押し出す、いわゆるサイドシュータ形のインクジェットヘッドを例に説明したが、圧力室に充填されたインクをインク溝の長手方向に押し出す、いわゆるエッジシュータ形のインクジェットヘッドでも同様に適用可能である。

[第２の実施形態]
図８ないし図１３は、エッジシュータ形のインクジェットヘッド１００を開示している。

インクジェットヘッド１００は、ヘッド本体１０１およびノズルプレート１０２を備えている。

ヘッド本体１０１は、基板１０４、枠体１０５および蓋板１０６を有している。図９に示すように、基板１０４は、表面１０４ａおよび端面１０４ｂを有する矩形状である。アクチュエータとしての圧電部材１０７が基板１０４の表面１０４ａの一端部に埋め込まれている。

図１０および図１１に示すように、圧電部材１０７は、二枚の圧電板１０８，１０９を厚さ方向に重ねて接着した要素であり、基板１０４の長手方向に延びている。圧電板１０８，１０９は、その分極方向が圧電板１０８，１０９の厚さ方向に沿って互いに逆向きとなっている。

圧電部材１０７は、表面１０７ａおよび端面１０７ｂを有している。圧電部材１０７の表面１０７ａは、基板１０４の表面１０４ａと同一の面上に位置されている。圧電部材１０７の端面１０７ｂは、基板１０４の端面１０４ｂと同一の面上に位置されている。

図９ないし図１１に示すように、複数のインク溝１１１が圧電部材１０７に形成されている。インク溝１１１は、圧電部材１０７の表面１０７ａおよび端面１０７ｂに開口されているとともに、圧電部材１０７の長手方向に間隔を存して一列に並んでいる。

図１２に概略的に示すように、各インク溝１１１は、その長手方向に沿う一端から基板１０４に向けて延長された延長部１１３を有している。延長部１１３は、基板１０４の表面１０４ａに開口されているとともに、圧電部材１０７から遠ざかるに従い深さ寸法が次第に減じられている。圧電部材１０７および基板１０４のうち、インク溝１１１の間に位置された部分は、隣り合うインク溝１１１の間を隔てる複数の隔壁１１２として機能している。

図１０および図１１に示すように、各インク溝１１１は、底面１１１ａと、一対の側面１１１ｂ，１１１ｃとで規定されている。側面１１１ｂ，１１１ｃは、インク溝１１１の幅方向に間隔を存して向かい合っている。

インク溝１１１の深さＤは、インク溝１１１の幅Ｗよりも大きく設定されている。インク溝１１１の深さＤと幅Ｗとの比（深さ／幅）で定まるアスペクト比は、インク溝１１１が深くて幅狭くなるほどに高くなる。アスペクト比およびインク溝１１１の間隔は、インクジェットヘッド１００に要求される解像度やインクの吐出量に応じて所定の値に設定される。

枠体１０５は、基板１０４の表面１０４ａに接着されている。枠体１０５は、前枠部１１４を有している。前枠部１１４は、圧電部材１０７の上に重ねられてインク溝１１１の配列方向に沿って延びているとともに、基板１０４の表面１０４ａの方向からインク溝１１１の開口端を閉塞している。さらに、前枠部１１４は、端面１１４ａを有している。端面１１４ａは、基板１０４の端面１０４ｂおよび圧電部材１０７の端面１０７ｂと同一の面上に位置されている。

蓋板１０６は、接着等の手段により枠体１０５に固定されている。基板１０４の表面１０４ａ、枠体１０５および蓋板１０６で囲まれた領域は、共通のインク供給室１１５を構成している。本実施形態によると、基板１０４の表面１０４ａに達したインク溝１１１の延長部１１３は、インク供給室１１５に臨んでいる。このため、インク溝１１１は、延長部１１３を介してインク供給室１１５に連通されている。

ノズルプレート１０２は、ヘッド本体１０１の端部に接着されている。ノズルプレート１０２は、圧電部材１０７の端面１０７ｂの方向からインク溝１１１の開口端を閉塞している。

インク溝１１１の内面、枠体１０５の前枠部１１４およびノズルプレート１０２で囲まれた領域は、複数の圧力室１１８を構成している。圧力室１１８は、圧電部材１１７の長手方向に間隔を存して一列に並んでいるとともに、インク溝１１１の延長部１１３を介してインク供給室１１５に通じている。

図８および図９に示すように、ヘッド本体１０１の蓋板１０４は、インク供給口１１９を有している。インク供給口１１９は、インク供給室１１５に開口されているとともに、図示しないインクカートリッジに接続されている。

したがって、インクカートリッジに蓄えられたインクがインク供給口１１９からインク供給室１１５に供給される。インク供給室１１５に供給されるインクとしては、第１の実施形態と同様に例えば水性インクよりも比抵抗が大きい非水性インクを用いている。

図８ないし図１０に示すように、ノズルプレート１０２は、複数のノズル１２１を有している。ノズル１２１は、個々に圧力室１１８に連通するようにノズルプレート１０２の長手方向に所定の間隔を存して一列に並んでいる。

図１０および図１１に示すように、インク溝１１１の内側に夫々電極１２２が設けられている。電極１２２は、インク溝１１１の底面１１１ａおよび側面１１１ｂ，１１１ｃを連続して覆っている。隣り合うインク溝１１１の電極１２２は、電気的に独立するように隔壁１１２によって切り離されている。

さらに、電極１２２は、インク溝１１１の延長部１１３に位置された露出端部１２３を有している。露出端部１２３は、枠体１０５の前枠部１１４で覆われることなくインク溝１１１の開口端からインク供給室１１５に臨んでいる。

電極１２２は、複数の配線パターン１２４に電気的に接続されている。配線パターン１２４は、基板１０４の表面１０４ａに形成されて、インク溝１１１の長手方向に延びている。

なお、図１２では、インク溝１１１に対する電極１２２および配線パターン１２４の位置を明確に表示するため、電極１２２および配線パターン１２４に相当する箇所に多数のドットを付して識別している。

図９に示すように、配線パターン１２４は、端子部１２５を有している。端子部１２５は、配線パターン１２４の先端に位置されて、インク供給室１１５の外に露出されている。

テープキャリアパッケージ１２７が端子部１２５に電気的に接続されている。テープキャリアパッケージ１２７は、インクジェットヘッド１００を制御する駆動回路を搭載している。駆動回路は、インクジェットヘッド１００の電極１２２に駆動電圧を印加する。

この結果、隣り合う電極１２２の間に電位差が生じ、これら電極１２２に対応する隔壁１１２に電界が生じる。したがって、圧力室１１８を間に挟んで隣り合う隔壁１１２がシェアモード変形により圧力室１１８の容積を増やす方向に湾曲する。

この後、電極１２２に対する駆動電圧の印加を遮断すると、隔壁１１２が初期の形状に復帰するように変位する。隔壁１１２が変位することでインク供給室１１５から圧力室１１８に供給されたインクが加圧される。加圧されたインクの一部は、インク滴となってノズル１２１からインク溝１１１の長手方向に沿うように吐出される。

図９および図１１に示すように、インク溝１１１の開口端からインク供給室１１５に臨む電極１２２の露出端部１２３および配線パターン１２４のうち端子部１２５を外れた領域は、絶縁層１３０で一体的に被覆されている。絶縁層１３０は、第１の実施形態と同様の絶縁性塗料、絶縁性接着剤および無機塗料のうちのいずれかで構成されている。

図１２にグレースケールで表示するように、絶縁層１３０は、インク供給室１１５に露出された基板１０４の表面１０４ａを配線パターン１２４と一緒に覆っている。

さらに、絶縁層１３０は、基板１０４の表面１０４ａからインク溝１１１の開口端に入り込む電極被覆部１３１を有している。電極被覆部１３１は、インク溝１１１の開口端からインク供給室１１５に臨む電極１２２の露出端部１２３の上にのみ積層されて、電極１２２の露出端部１２３をインクから隔離している。

言い換えると、電極１２２のうち露出端部１２３を外れた領域は、絶縁層１３０で覆われることなくインク供給室１１５および圧力室１１８に露出されて、インクの中に浸漬されている。圧力室１１８は、個々に隔壁１１２、前枠部１１４およびノズルプレート１０２で囲まれて、隣り合う他の圧力室１１８に対し隔離されている。

このため、電極１２２のうち露出端部１２３を外れた領域は、圧力室１１８にインクが充填された状態においても、隣り合う電極１２２の間にインクを媒体とする短絡が生じないように互いに電気的に切り離された状態に保たれている。

本実施形態によると、絶縁層１３０のうち隔壁１１２を挟んで隣り合う電極被覆部１３１の間の沿面距離は、隣り合う電極１２２の間にインクを媒体とする短絡が生じない程度の距離となるように定められている。

次に、絶縁層１３０を有するインクジェットヘッド１００を製造する手順の一例について説明する。

まず、二枚の圧電板１０８，１０９を重ね合わせて圧電部材１０７を形成する。引き続いて、基板１０４の表面１０４ａの一端部に圧電部材１０７を埋め込んで接着する。

この後、例えばダイヤモンドブレードを用いて圧電部材１０７に切削加工を施すことで、圧電部材１０７に複数のインク溝１１１を形成する。圧電部材１０７にインク溝１１１を形成する際に、基板１０４の表面１０４ａがダイヤモンドブレードによって溝状に削り取られる。削り取られた部分は、溝深さが次第に減少するインク溝１１１の延長部１１３として機能する。

引き続いて、例えばフォトリソグラフィ法を用いてインク溝１１１の底面１１１ａおよび側面１１１ｂ，１１１ｃの上に電極１２２を形成するとともに、基板１０４の表面１０４ａの上に配線パターン１２４を形成する。

電極１２２および配線パターン１２４を形成した後、図１３に示すように、基板１０４を水平な姿勢に保つとともに、基板１０４の上方にマスクプレート１３３を配置する。マスクプレート１３３は、配線パターン１２４の端子部１２５および基板１０４に埋め込まれた圧電部材１０７と向かい合う複数のカバー部１３４と、基板１０４の表面１０４ａおよびインク溝１１１の延長部１１３と向かい合う複数の開口部１３５とを有している。そのため、基板１０４は、絶縁層１３０を形成すべき箇所を除いた領域がマスクプレート１３３によりマスキングされた状態に保たれる。

マスクプレート１３３は、必ずしも基板１０４の表面１０４ａから離して配置する必要はない。例えば、マスクプレート１３３を基板１０４の表面１０４ａに重ね合わせてもよい。

マスクプレート１３３で基板１０４の表面１０４ａをマスキングした後、図１３に示すように、スプレー塗布装置１３７を用いて液状の絶縁材料１３８をマスクプレート１３３の上から基板１０４に噴霧する。スプレー塗布装置１３７は、図１３に矢印で示すように基板１０４に沿って複数回に亘り往復動させる。

基板１０４に向かう絶縁材料１３８の一部は、マスクプレート１３３のカバー部１３４によって遮られるとともに、残りの絶縁材料１３８がマスクプレート１３３の開口部１３５を通じて基板１０４の表面１０４ａの上にスプレー塗布される。

基板１０４の表面１０４ａに塗布された絶縁材料１３８は、インク溝１１１の延長部１１３の開口端に入り込む。この後、一定の乾燥時間を経て表面１０４ａの上に絶縁層１３０が形成されるとともに、インク溝１１１の延長部１１３の開口端に電極１２２の露出端部１２３を覆う電極被覆部１３１が形成される。

本実施形態では、スプレー塗布装置１３７を複数回に亘って往復動させているので、絶縁材料１３８は、基板１０４の表面１０４ａの上に複数回に分けて塗布される。このため、一回の塗布時に基板１０４の表面１０４ａに塗布される絶縁材料１３８の量を少なくすることができる。

言い換えると、少量の絶縁材料１３８が基板１０４の表面１０４ａの上に繰り返し塗布される。このため、高密度に配置されたインク溝１１１が絶縁材料１３８によって目詰まりを起こすことはない。

さらに、基板１０４の実装面１０４ａに塗布された絶縁材料１３８が定着し易くするために、インク溝１１１を有する基板１０４を予め決められた温度に加熱することが望ましい。

絶縁層１３０を形成した後、基板１０４の表面１０４ａに枠体１０５を接着する。さらに、基板１０４の端面１０４ｂ、圧電部材１０７の端面１０７ｂおよび枠体１０５の前枠部１１４の端面１１４ａの間に跨るようにノズル形成前のノズルプレート１０２を接着する。この結果、基板１０４のインク溝１１１と枠体１０５の前枠部１１４との間に圧力室１１８が形成される。

ノズルプレート１０２にノズル１２１を形成した後、枠体１０５の上に蓋板１０６を接着する。この接着により、蓋板１０６と基板１０４との間に枠体１０５で囲まれたインク供給室１１５が形成される。インク供給室１１５は、インク溝１１１の延長部１１３を通じて圧力室１１８に連通される。

この後、インク供給室１１５の外に位置された配線パターン１２４の端子部１２５に、例えば異方性導電フィルム又はボンディングワイヤを用いてテープキャリアパッケージ１２７を電気的に接続する。

第２の実施形態によると、インクジェットヘッド１００が有する複数の電極１２２は、圧力室１１８内では隔壁１１２、枠体１０５の前枠部１１４およびノズルプレート１０２で個々に囲まれている。このため、圧力室１１８にインクが充填された状態においても、隣り合う電極１２２の間が電気的に絶縁されている。

さらに、インク溝１１１の延長部１１３の開口端に位置された電極１２２の露出端部１２３は、絶縁層１３０の電極被覆部１３１で覆われており、インク供給室１１５に供給されるインクから隔離されている。第２の実施形態では、絶縁層１３０のうち隔壁１１２を間に挟んで隣り合う電極被覆部１３１の間の沿面距離が、インクの導電性に基づいて隣り合う電極１２２の露出端部１２３の間にインクを媒体とする短絡が生じない程度の距離となるように定められている。

この結果、例えば水性インクよりも導電率が低く、比抵抗が比較的高い非水性インクを吐出させるインクジェットヘッド１００では、共通のインク供給室１１５に位置される配線パターン１２４および電極１２２の露出端部１２３のみを絶縁層１３０で連続して被覆することにより、隣り合う電極１２２の間の絶縁性能を十分に確保することができる。

したがって、高密度に配列された電極１２２の表面に全面的に絶縁層１３０を形成する必要はなく、電極１２２の絶縁処理が過剰となるのを回避できる。それとともに、電極１２２の絶縁処理に要するコストを抑えて、安価なインクジェットヘッド１００を提供することができる。

加えて、第２の実施形態によれば、基板１０４のうち絶縁層１３０を形成すべき箇所を除いた領域をマスクプレート１３３でマスキングした後、マスクプレート１３３の上から液状の絶縁材料１３８をスプレー塗布することで絶縁層１３０を形成している。

そのため、インク溝１１１が形成された立体的な形状の基板１０４に対し、膜厚が均一の絶縁層１３０を簡単に形成することができ、この点でもインクジェットヘッド１００の低コスト化を実現する上で有効となる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］基板の実装面とノズルプレートとの間に形成されたインク供給室と、前記基板の前記実装面に固定され、前記実装面から立ち上がる側面および前記ノズルプレートが積層された表面を有するとともに、前記側面から前記インク供給室に開口するように互いに間隔を存して配列された複数のインク溝を有する圧電部材と、前記インク溝に設けられ、前記インク溝の間に介在された前記圧電部材の隔壁により隔てられた複数の電極と、前記電極に電気的に接続され、前記電極から前記圧電部材の前記側面を通って前記基板の前記実装面に導かれるとともに、前記インク供給室の外に位置された端子部を有する複数の配線パターンと、を含み、前記電極に前記配線パターンを介して駆動電圧を印加することにより、前記圧電部材の前記隔壁を変形させて、前記インク供給室から前記インク溝に供給されたインクを加圧するインクジェットヘッドであって、前記配線パターンのうち前記端子部を外れた領域および前記インク溝の開口端から前記インク供給室に臨む前記電極の端部を絶縁層で被覆したインクジェットヘッド。
［２］［１］に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記絶縁層は、前記インク溝が開口された前記圧電部材の前記側面を連続して被覆するように構成されたインクジェットヘッド。
［３］［１］又は［２］に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記電極の前記端部が前記インク供給室内で前記配線パターンに接続されたインクジェットヘッド。
［４］［１］ないし［３］のいずれか一項に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記絶縁層は、前記隔壁を間に挟んで隣り合う前記電極の前記端部間に跨る電極被覆部を有し、当該電極被覆部の沿面距離が、隣り合う前記電極の間に前記インクを媒体とする短絡が生じない距離となるように定められたインクジェットヘッド。
［５］［４］に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記沿面距離は、前記インクの固有の導電率に応じて設定されたインクジェットヘッド。
［６］表面を有する基板と、前記基板の前記表面の上に枠体を介して固定され、前記表面との間に前記枠体で囲まれたインク供給室を構成する蓋板と、前記基板の前記表面に埋め込まれた圧電部材と、前記圧電部材に互いに間隔を存して形成され、前記圧電部材から前記基板の前記表面に連続するとともに、前記インク供給室に開口された複数のインク溝と、前記インク溝の長手方向に沿う一端部を前記枠体と協働して閉塞するノズルプレートと、前記インク溝に設けられ、前記インク溝の間に介在された前記圧電部材の隔壁により隔てられた複数の電極と、前記電極に電気的に接続され、前記インク溝の長手方向に沿う他端部から前記基板の前記表面に導かれるとともに、前記インク供給室の外に位置された端子部を有する複数の配線パターンと、を含み、前記電極に前記配線パターンを介して駆動電圧を印加することにより、前記圧電部材の前記隔壁を変形させて、前記インク供給室から前記インク溝に供給されたインクを加圧するインクジェットヘッドであって、前記配線パターンのうち前記端子部を外れた領域および前記電極のうち前記インク供給室に臨む露出端部を絶縁層で被覆したインクジェットヘッド。
［７］［６］に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記絶縁層は、前記隔壁を間に挟んで隣り合う前記電極の前記露出端部の間に跨る電極被覆部を有し、当該電極被覆部の沿面距離が、隣り合う前記電極間に前記インクを媒体とする短絡が生じない距離となるように定められたインクジェットヘッド。
［８］［１］ないし［７］のいずれか一項に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記絶縁層は、絶縁性塗料、絶縁性接着剤および無機塗料のうちのいずれかで構成されたインクジェットヘッド。
［９］［１］又は［６］に記載されたインクジェットヘッドを製造する方法であって、複数のインク溝に夫々電極を形成した後、基板の上方にマスクプレートを配置し、当該マスクプレートを用いて絶縁層を形成すべき箇所を除いた領域にマスキングを施した状態で、前記マスクプレートの上から液状の絶縁材料をスプレー塗布することにより、前記絶縁層を形成するようにしたインクジェットヘッドの製造方法。
［１０］［９］に記載の製造方法において、前記基板および圧電部材を加熱した状態で、前記絶縁材料をスプレー塗布するようにしたインクジェットヘッドの製造方法。
［１１］［９］又は［１０］に記載の製造方法において、前記絶縁材料を複数回に分けてスプレー塗布するようにしたインクジェットヘッドの製造方法。

１，１００…インクジェットヘッド、２，１０４…基板、２ａ…実装面、４，１０２…ノズルプレート、７，１１５…インク供給室、１２ａ，１２ｂ，１０７…圧電部材、１５…表面、１７ａ，１７ｂ…側面、１９，１１１…インク溝、２０，１１２…隔壁、２５，１２２…電極、２５ａ…端部、２６，１２４…配線パターン、２７，１２５…端子部、３０，１３０…絶縁層、３３，１３３…マスクプレート、３８，１３８…絶縁材料、１０４ａ…表面、１０５…枠体、１０６…蓋板、１２３…露出端部。

Claims (11)

1. 基板の実装面とノズルプレートとの間に形成されたインク供給室と、
   前記基板の前記実装面に固定され、前記実装面から立ち上がる側面および前記ノズルプレートが積層された表面を有するとともに、前記側面から前記インク供給室に開口するように互いに間隔を存して配列された複数のインク溝を有する圧電部材と、
   前記インク溝に設けられ、前記インク溝の間に介在された前記圧電部材の隔壁により隔てられた複数の電極と、
   前記電極に電気的に接続され、前記電極から前記圧電部材の前記側面を通って前記基板の前記実装面に導かれるとともに、前記インク供給室の外に位置された端子部を有する複数の配線パターンと、を含み、
   前記電極に前記配線パターンを介して駆動電圧を印加することにより、前記圧電部材の前記隔壁を変形させて、前記インク供給室から前記インク溝に供給されたインクを加圧するインクジェットヘッドであって、
   前記配線パターンのうち前記端子部を外れた領域および前記インク溝の開口端から前記インク供給室に臨む前記電極の端部を絶縁層で被覆し、
   前記電極は、前記電極の端部以外には前記絶縁層が被覆されていないインクジェットヘッド。
2. 請求項１に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記絶縁層は、前記インク溝が開口された前記圧電部材の前記側面を連続して被覆するように構成されたインクジェットヘッド。
3. 請求項１又は請求項２に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記電極の前記端部が前記インク供給室内で前記配線パターンに接続されたインクジェットヘッド。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記絶縁層は、前記隔壁を間に挟んで隣り合う前記電極の前記端部間に跨る電極被覆部を有し、当該電極被覆部の沿面距離が、隣り合う前記電極の間に前記インクを媒体とする短絡が生じない距離となるように定められたインクジェットヘッド。
5. 請求項４に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記沿面距離は、前記インクの固有の導電率に応じて設定されたインクジェットヘッド。
6. 表面を有する基板と、
   前記基板の前記表面の上に枠体を介して固定され、前記表面との間に前記枠体で囲まれたインク供給室を構成する蓋板と、
   前記基板の前記表面に埋め込まれた圧電部材と、
   前記圧電部材に互いに間隔を存して形成され、前記圧電部材から前記基板の前記表面に連続するとともに、前記インク供給室に開口された複数のインク溝と、
   前記インク溝の長手方向に沿う一端部を前記枠体と協働して閉塞するノズルプレートと、
   前記インク溝に設けられ、前記インク溝の間に介在された前記圧電部材の隔壁により隔てられた複数の電極と、
   前記電極に電気的に接続され、前記インク溝の長手方向に沿う他端部から前記基板の前記表面に導かれるとともに、前記インク供給室の外に位置された端子部を有する複数の配線パターンと、を含み、
   前記電極に前記配線パターンを介して駆動電圧を印加することにより、前記圧電部材の前記隔壁を変形させて、前記インク供給室から前記インク溝に供給されたインクを加圧するインクジェットヘッドであって、
   前記配線パターンのうち前記端子部を外れた領域および前記電極のうち前記インク供給室に臨む露出端部を絶縁層で被覆し、
   前記電極は、前記電極の端部以外には前記絶縁層が被覆されていないインクジェットヘッド。
7. 請求項６に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記絶縁層は、前記隔壁を間に挟んで隣り合う前記電極の前記露出端部の間に跨る電極被覆部を有し、当該電極被覆部の沿面距離が、隣り合う前記電極間に前記インクを媒体とする短絡が生じない距離となるように定められたインクジェットヘッド。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記絶縁層は、絶縁性塗料、絶縁性接着剤および無機塗料のうちのいずれかで構成されたインクジェットヘッド。
9. 請求項１又は請求項６に記載されたインクジェットヘッドを製造する方法であって、
   複数のインク溝に夫々電極を形成した後、基板の上方にマスクプレートを配置し、
   当該マスクプレートを用いて絶縁層を形成すべき箇所を除いた領域にマスキングを施した状態で、前記マスクプレートの上から液状の絶縁材料をスプレー塗布することにより、前記絶縁層を形成するようにしたインクジェットヘッドの製造方法。
10. 請求項９に記載の製造方法において、前記基板および圧電部材を加熱した状態で、前記絶縁材料をスプレー塗布するようにしたインクジェットヘッドの製造方法。
11. 請求項９又は請求項１０に記載の製造方法において、前記絶縁材料を複数回に分けてスプレー塗布するようにしたインクジェットヘッドの製造方法。

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