JP5936986B2 - インクジェットヘッドおよびインクジェットヘッド製造方法 - Google Patents

Description

この発明の実施形態は、インクジェットヘッドおよびインクジェットヘッド製造方法に関する。

従来のインクジェットヘッドは、ベース部材の一部が圧電部材である側壁によって互いに分離された複数の溝を有し、これら溝をカバー部材で覆ってインクチャンネルとし、側壁の表面および溝底部を電極で覆っている。さらに、溝を含めた圧電素子全体を、ポリパラキシリレンを主成分とする絶縁膜で覆い、隣接する電極間の絶縁、導電性の高い液体、電極を腐食させるような液体使用時の耐インク性を確保している。

しかし、絶縁膜と圧電部材の斜辺部麓の基板研磨面上の電極との密着性、および絶縁膜と基板研磨面との密着性が不十分で、成膜後のヘッド製造プロセス中に絶縁膜や電極が剥れ易い、という課題がある。

特開２００２−２４８７７６号公報

この発明が解決しようとする課題は、絶縁膜と圧電部材の斜辺部麓の基板研磨面上の電極間、および絶縁膜と基板研磨面間のように密着性が不十分で、成膜後のヘッド製造プロセス中に絶縁膜や電極が剥れ易い個所でも、隣接電極間の絶縁、導電性の高い液体や電極を腐食させる液体使用時の耐インク性を確保することが可能なインクジェットヘッドおよびインクジェットヘッド製造方法を提供することである。

実施形態のインクジェットヘッドは、基板と、前記基板に取り付け、長手方向に直交する複数の溝による圧力室が形成され長尺の積層圧電部材と、前記積層圧電部材が台形状に形成された圧電素子斜辺部と、前記圧電素子斜辺部の麓部分の前記基板に形成された基板研磨面と、前記圧力室内に形成された電極と、前記電極から取り出され、前記積層圧電部材を駆動する回路に接続された接続部と、前記圧力室内、前記圧電素子斜辺部、前記基板研磨面から前記接続部付近まで形成されるとともに、前記電極の一部を覆うように形成されたコーティング材と、前記基板上に取着し、前記積層圧電部材が囲まれるとともに、内側にインクが保持される枠部材と、前記枠部材上に取着し、前記インクを吐出するノズルが形成されたノズルプレートと、前記コーティング材および、該コーティング材で覆われていない前記電極が少なくとも覆われ、前記インクが導電性の場合に前記電極間の短絡を防止する絶縁性の保護膜と、からなる。

実施形態のインクジェットヘッド製造方法は、基板上に互いの分極方向を対向させた状態で貼り合わせて形成した長尺の積層圧電部材を取着し、前記積層圧電部材の長手方向の断面を台形にして圧電素子斜辺部を形成し、前記圧電素子斜辺部の麓部分の前記基板に基板研磨部を形成し、前記積層圧電部材の上面から長手方向に直交する方向に形成した複数の溝による圧力室を形成し、前記圧力室に電極を形成するとともに該電極から前記積層圧電部材を駆動する回路に接続するための接続部となる配線パターンを前記基板上に形成し、前記圧力室内、前記圧電素子斜辺部、前記基板研磨面から前記接続部付近まで形成された前記電極の一部を覆うようにコーティング材を形成し、前記積層圧電部材を囲むとともに、内側にインクを保持する枠部材を前記基板上に取着し、前記コーティング材および、該コーティング材で覆われていない前記電極を少なくとも絶縁性の保護膜で覆い、前記インクを吐出するノズルが形成されたノズルプレートを、前記枠部材上に取着した。

インクジェットヘッドに係る一実施形態を示す斜視図である。 インクジェットヘッドの要部を分解して示す斜視図である。 図１要部の正面図である。 図３要部を拡大して示す一部切欠斜視図である。 図４のＩａ−Ｉｂ線断面図である。 図４のIIａ−IIｂ線断面図である。 図６のIIIａ−IIIｂ線を拡大して示す断面図である。 インクジェットヘッドに係る製造方法について説明するための説明図である。

以下、実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、インクジェットヘッドに係る一実施形態を示す斜視図である。

図１に示すインクジェットヘッド１００は、内部でインクが循環する、いわゆる循環式のインクジェットヘッドである。

インクジェットヘッド１００は、インク吐出部１１と、一対の回路モジュール１３と、図示しないカバーとを備えている。一対の回路モジュール１３とは、それぞれインク吐出部１１に取り付けられている。

図２は、インクジェットヘッド１００の要部を分解して示す斜視図であり、図３は、図１要部の正面図である。

図２に示すように、インク吐出部１１は、マニホールド２１と、基板２２と、枠部材２３と、ノズルプレート２４とを有している。

さらに、インク吐出部１１は、内部にインク室２５を有している。枠部材２３とノズルプレート２４とは、基板２２の上に重ねられている。インク室２５は、基板２２と、枠部材２３と、ノズルプレート２４とに囲まれており、印字用のインクが供給されている。

マニホールド２１は、一対の第１の面２１１と、第２の面２１２と、嵌合部２１３とを有している。一対の第１の面２１１と第２の面２１２とは、それぞれ平坦に形成されている。第２の面２１２は、対応する第１の面２１１の反対側にそれぞれ設けられている。平坦な嵌合部２１３は、一対の第１の面２１１の間に設けられており、第１の面２１１から基板２２の厚み分凹んでいる。基板２２は、嵌合部２１３に嵌め込み接着されている。

基板２２には、長手方向中央にインクを供給する複数の供給口２２１と、この供給口２２１の左右の位置に第１および第２の排出口２２２，２２３が形成されている。

ノズルプレート２４は、ポリイミド製の矩形状のフィルムによって形成されている。ノイズプレート２４は、例えば接着によって、枠部材２３に隙間なく取り付けられている。ノイズプレート２４は、基板２２の第１の面２２４に対向配置されている。

図２に示すように、マニホールド２１の嵌合部２１３には、長手方向に一対の供給孔２６、一対の排出孔２７それに一対の排出孔２８が形成されている。一対の供給孔２６との間には、供給溝２９が形成されている。一対の排出孔２７との間には排出溝３０が、一対の排出孔２８との間には排出溝３１が形成されている。供給孔２６は、図示しないインク供給路と結合されている。排出溝３０，３１は、図示しないインク排出路と結合されている。

なお、供給口２２１と供給溝２９は対向する位置に形成されている。また、排出口２２２と排出溝３０は対向する位置に、排出口２２３と排出溝３１は対向する位置にそれぞれ形成されている。つまり、基板２２が嵌合部２１３に接合されたときに、供給口２２１と供給溝２９は連通状態となる。また、排出口２２２と排出溝３０は連通状態となり、排出口２２３と排出溝３１は連通状態となる。

なお、供給路と排出路はインクタンクと結合することで、循環型のインクジェットヘッドを構成している。

基板２２は、例えばアルミナなどのセラミックスによって矩形の板状に形成されている。基板２２は、平坦な表面２２４を有している。基板２２がマニホールド２１の嵌合部２１３に嵌め込まれると、表面２２４はマニホールド２１の一対の第１の面２１１と一続きの平面状態に形成される。

図４は、図３要部を拡大して示す一部切欠斜視図である。図５は図４のＩａ−Ｉｂ線断面図である。

図４に示すように、基板２２の表面２２４には、駆動部となる長尺の一対の積層圧電部材３２と複数の配線パターン３３とが取着されている。各積層圧電部材３２は、それぞれ例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）製の２枚の圧電板３２１，３２２を互いの分極方向が対向するように、貼り合わせて形成されている。

各積層圧電部材３２は、断面が台形状で基板２２の第１の面２２４にそれぞれ取り付けられ、基板２２の長手方向に互いに平行に延びている。一方の積層圧電部材３２は、供給口２２１と第１の排出口２２２との間に配置されている。他方の積層圧電部材３２は、供給口２２１と第２の排出口２２３との間に配置されている。

各積層圧電部材３２には、基板２２から離間した側から、その長手方向（主走査方向）と交差する方向（副走査方向）延びた複数本の微細な溝が切削形成され、主走査方向に等間隔で並んだ複数の細長い圧力室３４が形成されている。圧力室３４の幅は８０μｍ程度で、深さは３００μｍ程度である。

このように、主走査方向に並べて複数本の圧力室３４を形成することで、各積層圧電部材３２には、主走査方向に隣接する圧力室３４を区画するように、各圧力室３４の両側部に設けられる駆動素子である複数の側壁３５が形成される。

図６は、図４のIIａ−IIｂ線断面図である。図７は、図６のIIIａ−IIIｂ線を拡大して示す断面図である。

図５〜図７に示すように、圧力室３４および側壁３５は、ノズル２４１に対応して形成されている。つまり、圧力室３４および側壁３５は、ノズル２４１と同じピッチで形成されている。積層圧電部材３２が、断面台形状に形成されることによって、図６に示すように圧電素子斜辺部６１ができ、さらにこのとき、圧電素子斜辺部６１の麓の基板２２表面は研磨され、凹状の滑らかな基板研磨面６２ができる。

さらに、積層圧電部材３２の各側壁３５の表面および圧力室３４の底部には、図７に示すように電極３６が設けられている。電極３６は、圧力室３４内で積層圧電部材３２に密に取着されている。電極３６は、例えばニッケル薄膜によって形成されているが、これに限らず、例えば金や銅で形成されていてもよい。電極３６の厚さは、例えば０．５〜５μｍである。

また、電極３６は、圧力室３４内から圧電素子斜辺部６１、基板研磨面６２上、基板２２上に形成された配線パターン３３を経て、駆動ＩＣが搭載された回路モジュール１３との電気的な接続を行うための接続部３７に接続されている。

圧電素子斜辺部６１、基板研磨面６２上、基板２２上の一部、圧力室３４内の一部は、コーティング材３８が塗布されている（図６、図７）。コーティング材３８は、接着剤の役目を果たし、例えば熱硬化型のエポキシ系接着剤で構成されている。コーティング材３８は、例えばスプレー方式で塗布される。

コーティング材３８は、圧力室３４内の全面を覆いたいものの、圧力室３４の幅が８０μｍ程度である。従って、コーティング材３８は、図７に示すように圧力室３４の入り口付近と底の部分に付着する程度である。

さらに、コーティング材３８で覆われた部分、および圧力室３４内でコーティング材３８に覆われていない部分、枠部材２３を含めて、有機保護膜３９が成膜されている。有機保護膜３９は絶縁性で、その厚さは、例えば３〜１０μｍである。有機保護膜３９によって、電極３６は圧力室３４に供給されたインクから保護される。有機保護膜３９は、例えばパラキシレン系ポリマーによって形成される。

パラキシレン系ポリマーとしては、パリレンＣ（ポリクロロパラキシリレン）、パリレンＮ（ポリパラキシリレン）、およびパリレンＤ（ポリジクロロパラキシリレン）などの適用が考えられる。有機保護膜３９はこれに限らず、例えばポリイミドのような他の絶縁性の物質によって形成されてもよい。

接続部３７とインクジェットヘッド１００を制御するためのＩＣ４０等が搭載された回路モジュール１３は、フレキシブル回路基板４１を介して電気的に接続されている。フレキシブル回路基板４１と接続部３７は、ＡＣＦ（異方導電性フィルム）によって、熱圧着接続されている。なお、フレキシブル回路基板４１は、ＡＣＦに限らず、例えばＡＣＰ（異方導電ペースト）、ＮＣＦ（非導電性フィルム）、およびＮＣＰ（非導電性ペースト）のような他の手段によって接続してもよい。

フレキシブル回路基板４１は、インクジェットプリンタの回路モジュール１３から入力される信号に基づいて、配線パターン３３を介して電極３６に電圧を印加する。電極３６を介して電圧を印加された積層圧電部材３２は、シェアモード変形することにより、圧力室３４に供給されたインクを加圧する。加圧されたインクは、対応するノズル２４１から吐出する。

この実施形態では、インクの吐出作用が行われる極めて狭い間隔の側壁と底辺部の一部をコーティング材で覆うとともに、コーティング材上とこのコーティング材で覆いきれない部分は有機保護膜で確実に覆っている。有機保護膜は、隣接電極間の絶縁、導電性の高い液体や電極を腐食させるインクを使用した場合であっても耐インク性を確保することができ、電極の腐食を防止することができる。

次に、図８を参照し、上記した実施形態のインクジェットヘッドの製造方法について、図１とともに説明する。

まず、セラミックスグリーンシートと呼ばれる焼成前のセラミックスシートで構成される基板２２に（ステップａ）、プレス成形によって供給口２２１と、第１および第２の排出口２２２，２２３とを形成する（ステップｂ）。続いて、基板２２を焼成する（ステップｃ）。

次に、例えば熱硬化性の接着剤によって、基板２２に治具を用いて長尺の一対の積層圧電部材３２を位置決めして取り付ける（ステップｄ）。

続いて、各積層圧電部材３２のそれぞれの長手方向角部にテーパ加工を行う。このテ―パ加工による圧電素子斜辺部６１と、圧電素子斜辺部６１の麓の基板２２表面の研磨を行い、基板研磨面６２を形成する（ステップｅ）。なお、テ―パ加工により積層圧電部材３２の断面は台形状となる。

各積層圧電部材３２に、複数の圧力室３４を形成する。複数の圧力室３４は、例えば、ＩＣウェハーの切断に用いられているダイシングソーのダイヤモンドホイールによって形成する（ステップｆ）。

次に、複数の圧力室３４に電極３６を形成すると同時に、電極３６から基板２２の側縁までの間に複数の配線パターン３３を形成する（ステップｇ）。なお、電極３６および配線パターン３３は、無電解メッキ法を用い、例えばニッケル薄膜によって形成する。

次に、レーザ照射によりパターニングを行い、電極３６および配線パターン３３以外の部位からニッケル薄膜を除去する（ステップｈ）。

次に、コーティング材３８をスプレー方式で塗布する（ステップｉ）。コーティング材３８は、揮発性の溶剤で希釈して使用する。コーティング材３８を溶剤で希釈すると、粘度が低下し、噴霧する際の粒径が小さくなり、飛翔性が良くなる。コーティング材３８の塗布は、例えば、複数回に分けて行う。

次に、接着剤を用いて、基板２２に枠部材２３を取着する（ステップｊ）。接着剤は、例えばスクリーン印刷によって枠部材２３に塗布する。枠部材２３は、積層圧電部材３２、第１および第２の排出口２２２，２２３を囲むように配置し、枠部材２３を基板２２に取着する。

次に、化学気相成長（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）法によって、厚みが３〜１０μｍ程度の有機保護膜３９を形成する（ステップｋ）。この際、基板２２の接続部３７やその他の有機保護膜３９を設けない部分は、例えばポリイミドテープのようなマスキングテープを貼り付けて保護する。

有機保護膜３９の成膜後、マスキングテープを除去する（ステップｌ）。これにより、有機保護膜３９に覆われずに露出された接続部３７となる配線パターン３３の露出部を形成する。

次に、熱硬化性の接着剤により、積層圧電部材３２および枠部材２３に、ノズル２４１が形成されたノズルプレート２４を貼り付ける（ステップｍ）。ノズルプレート２４は、例えばバーコーターにより撥インク膜が形成された後、エキシマレーザのレーザ光を照射して、複数のノズル２４１を形成する。

次に、ＡＣＦによって、フレキシブル回路基板４１を配線パターン３３の接続部３７に熱圧着接続する（ステップｎ）。ＡＣＦを介して、フレキシブル回路基板４１は、配線パターン３３と電気的に接続する。

最後に基板２２の配線パターン３３の形成面とは反対側を、マニホールド２１に取り付ける（ステップｏ）。

このように、ステップａ〜ｏの各工程を経て上記した実施形態のインクジェットヘッドを製造することができる。

インクジェットヘッド１００の製造工程で使用された熱硬化性の接着剤は、各部材が取り付けられた都度熱硬化してもよいし、ある段階でまとめて熱硬化してもよい。

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、組み合わせ、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。

１００ インクジェットヘッド
１１ インク吐出部
２１ マニホールド
２２ 基板
２２１ 供給口
２２２，２２３ 排出口
３２ 積層圧電部材
２３ 枠部材
２４ ノズルプレート
２４１ ノズル
２５ インク室
２６ 供給孔
２７，２８ 排出孔
２９ 供給溝
３０，３１ 排出溝
３２ 積層圧電部材
３２１，３２２ 圧電板
３３ 配線パターン
３４ 圧力室
３５ 側壁
３６ 電極
３７ 接続部
３８ コーティング材
３９ 有機保護膜
６１ 圧電素子斜辺部
６２ 基板研磨面

Claims (4)

1. 基板と、
   前記基板に取り付け、長手方向に直交する複数の溝による圧力室が形成され長尺の積層圧電部材と、
   前記積層圧電部材が台形状に形成された圧電素子斜辺部と、
   前記圧電素子斜辺部の麓部分の前記基板に形成された基板研磨面と、
   前記圧力室内に形成された電極と、
   前記電極から取り出され、前記積層圧電部材を駆動する回路に接続された接続部と、
   前記圧力室内、前記圧電素子斜辺部、前記基板研磨面から前記接続部付近まで形成されるとともに、前記電極の一部を覆うように形成されたコーティング材と、
   前記基板上に取着し、前記積層圧電部材が囲まれるとともに、内側にインクが保持される枠部材と、
   前記枠部材上に取着し、前記インクを吐出するノズルが形成されたノズルプレートと、
   前記コーティング材および、該コーティング材で覆われていない前記電極が少なくとも覆われ、前記インクが導電性の場合に前記電極間の短絡を防止する絶縁性の保護膜と、からなるインクジェットヘッド。
2. 前記コーティング材は、熱硬化型の接着剤とした請求項１記載のインクジェットヘッド。
3. 前記保護膜は、絶縁性物質で形成した請求項１または２記載のインクジェットヘッド。
4. 基板上に互いの分極方向を対向させた状態で貼り合わせて形成した長尺の積層圧電部材を取着し、
   前記積層圧電部材の長手方向の断面を台形にして圧電素子斜辺部を形成し、
   前記圧電素子斜辺部の麓部分の前記基板に基板研磨部を形成し、
   前記積層圧電部材の上面から長手方向に直交する方向に形成した複数の溝による圧力室を形成し、
   前記圧力室に電極を形成するとともに該電極から前記積層圧電部材を駆動する回路に接続するための接続部となる配線パターンを前記基板上に形成し、
   前記圧力室内、前記圧電素子斜辺部、前記基板研磨面から前記接続部付近まで形成された前記電極の一部を覆うようにコーティング材を形成し、
   前記積層圧電部材を囲むとともに、内側にインクを保持する枠部材を前記基板上に取着し、
   前記コーティング材および、該コーティング材で覆われていない前記電極を少なくとも絶縁性の保護膜で覆い、
   前記インクを吐出するノズルが形成されたノズルプレートを、前記枠部材上に取着した、インクジェットヘッドの製造方法。