JP6869675B2 - 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、インクジェットヘッド、そのインクジェットヘッドの製造方法、およびインクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置に関する。

紙などの媒体にインク滴を付着させて画像や文字を形成するインクジェットプリンタが知られている。インクジェットプリンタは画像信号に従ってインク滴を吐出させるインクジェットヘッドを備えている。

インクジェットヘッドは、インク滴を吐出させるノズルと、ノズルに連通するインク圧力室と、圧力室内のインクをノズルから吐出させる圧力を発生する圧力発生素子を備えている。圧力発生素子として圧電体が利用されている。圧電体によって動作する圧電素子（ピエゾ素子）は、電圧を力に変換する電気機械変換素子である。圧電素子の変形を利用して、圧力室内のインクに圧力を発生させている。インクに発生した圧力によって、インクがノズルから吐出する。代表的な圧電素子として、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）が使われている。

圧電体の剪断変形を利用したインクジェットヘッドが知られている。このインクジェットヘッドは、インク流路になる溝が形成された圧電体と、溝内面に形成された電極と、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、電極を覆う保護膜を備えている。ノズルが、圧電体に形成された溝に対応するように、ノズルプレートが圧電体上面に接着されている。電極は圧電体の上面まで延伸しない構成になっている。電極を圧電体上面まで延伸させないことで、圧電体に接着するノズルプレートの変形を抑制している。

上記インクジェットヘッドの構成では、電極を覆う保護膜の絶縁性が不十分であった。

特開２０１５−５１５６９号公報

従来のインクジェットヘッドでは、インク流路内に形成された電極保護膜の絶縁性が、圧電体の端部において低下することがある。保護膜が、圧電体端部において、薄くなりやすい。そのため、絶縁性が低下する。水性インクを吐出させるインクジェットヘッドは、電極がインクに接触しないように、電極を保護膜で絶縁する必要がある。保護膜の絶縁性が低下すると、圧電体を動作させる電界によって、インクが電気分解を起こす。インクの電気分解を防ぐために、圧電体端部における電極の絶縁性が必要である。

実施形態のインクジェットヘッドの製造方法では、第１圧電体の上に、前記第１圧電体とは分極方向が異なる第２圧電体が積層された積層圧電体を基板に固定する工程と、前記積層圧電体の両端に傾斜面を作成する工程と、前記積層圧電体の前記傾斜面を横切る方向で、長手方向に等間隔に複数の溝を形成する工程と、前記複数の溝の内面、前記第２圧電体の上面、前記傾斜面、および前記基板に導電膜を形成する工程と、前記導電膜にフォトエッチング加工を施し、前記複数の溝の内面に電極を形成すると共に、前記電極と接続される引出電極を前記傾斜面と前記基板に形成する工程と、前記電極および前記引出電極の上に絶縁膜を形成する工程と、を含む。前記電極および前記引出電極を形成する工程では、前記第２圧電体の上面の角部、および前記傾斜面の角部を回避して前記導電膜が成膜されていることを特徴とする。

実施形態のインクジェットヘッドは、基板と、インクを吐出するノズルを有するノズルプレートと、前記基板上に並列に形成された第１圧電アクチュエータ列および第２圧電アクチュエータ列と、を有する。前記インクジェットヘッドの前記第１圧電アクチュエータ列および第２圧電アクチュエータ列は、前記基板に固定され、第１圧電体の上に分極方向が異なる第２圧電体が積層された積層圧電体と、前記積層圧電体の両端に形成された傾斜面と、前記積層圧電体の前記傾斜面を横切る方向で、長手方向に等間隔に形成された複数の溝と、前記複数の溝の内面、前記第２圧電体の上面、前記傾斜面、および前記基板に形成された導電膜と、前記導電膜にフォトエッチング加工を施して、前記複数の溝の内面に形成された電極と、および前記傾斜面と前記基板に形成された前記電極と接続される引出電極と、前記電極および前記引出電極の上に形成された絶縁膜と、を有し、前記電極および前記引出電極の前記導電膜は、前記第２圧電体の上面の角部、および前記傾斜面の角部が回避されていることを特徴とする。

第１実施形態に係るインクジェットプリンタを概略的に示す側面図である。 第１実施形態のインクジェットヘッドの外観を示す斜視図である。 第１実施形態のインクジェットヘッドの構成を示す分解斜視図である。 第１実施形態のインクジェットヘッドの圧電アクチュエータの構成を示す図である。 第１実施形態のインクジェットヘッドの製造工程を示す図である。 第１実施形態のインクジェットヘッドの駆動方法を示す図である。 参考例として保護膜の構成を示し図である。 第２実施形態のインクジェットヘッドの製造工程を示す図である。

以下、実施形態について、図面を参照しながら説明する。図面で同じ番号は同じ構成を示している。

記録媒体Ｓは、無地の用紙、アート紙、コート紙、などである。インクとは、着色剤として染料または顔料を、溶媒に溶解または分散させた液体である。インク溶媒として、水性、油性、溶剤などがある。

（第１の実施形態）
図１は、実施形態のインクジェットヘッド（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ）を搭載したインクジェットプリンタ１００の断面を示している。インクジェットヘッド１Ａ乃至１Ｄ（印字部１０９）は、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックのインクを吐出させ、インクジェットプリンタ１００の外部から入力された画像信号に応じて記録媒体Ｓ（用紙）上に画像を記録する。

インクジェットプリンタ１００は、箱型の筐体１０１を有している。筐体１０１の内部にＹ軸方向下部から上部に向かって、給紙カセット１０２、上流搬送路１０４ａ、保持ドラム１０５、印字部１０９、下流搬送路１０４ｂ、排紙トレイ１０３を備えている。給紙カセット１０２はインクジェットプリンタ１００で印字するための用紙Ｓを収容する。印字部１０９は、４個のシアン用インクジェットヘッド１Ａ、マゼンタ用インクジェットヘッド１Ｂ、イエロー用インクジェットヘッド１Ｃ、ブラック用インクジェットヘッド１Ｄを備えている。インクジェットヘッド１Ａ−１Ｄは、保持ドラム１０５上に保持された用紙Ｓにインク滴を吐出して画像を記録する部分である。

給紙カセット１０２は、用紙Ｓを収容し筐体１０１の下部に設けられている。給紙ローラ１０６は、給紙カセット１０２から用紙Ｓを一枚ずつ上流搬送路１０４ａへ送る。上流搬送路１０４ａは、送りローラ対１１５ａ、１１５ｂと用紙Ｓの搬送方向を規制する用紙案内板１１６で構成されている。用紙Ｓは、送りローラ対１１５ａ、１１５ｂの回転によって搬送され、送りローラ対１１５ｂを通過後、用紙案内板１１６によって保持ドラム１０５の外周面へ送られる。図１中の破線矢印は用紙Ｓの案内経路を示す。

保持ドラム１０５は、表面に薄い樹脂製の絶縁層１０５ａを有しているアルミニウム製の円筒になっている。円筒の周長は、画像を記録する用紙Ｓの縦方向長さより長く、円筒の軸方向の長さは、用紙Ｓの横方向の長さより長くなっている。モータ１１８によって、一定の周速で矢印Ｒ方向に回転させている。保持ドラム１０５の絶縁層１０５ａは、静電気によって用紙Ｓを保持しながら、回転して用紙Ｓを印字部１０９へ搬送する。絶縁層１０５ａに静電気を帯電させる帯電ローラ１０８を絶縁層１０５ａに沿って配置している。

帯電ローラ１０８は、金属製の回転軸を有し、回転軸周囲に導電ゴム層を有している。帯電ローラ１０８は、高電圧発生回路１１４に接続されている。導電ゴム層表面が、保持ドラム１０５の絶縁層１０５ａに接し、帯電ローラ１０８の周速が保持ドラム１０５と同じ周速で回転するように、帯電ローラ１０８をモータで駆動している。保持ドラム１０５の絶縁層１０５ａと帯電ローラ１０８の導電ゴム層が接して、ニップを形成する。用紙Ｓは、送りローラ対１１５ｂ及び用紙案内板１１６によって、ニップへ送られる。用紙Ｓがニップへ搬送される直前に帯電ローラ１０８の金属軸に高電圧発生回路１１４が発生する高電圧を印加する。高電圧によって絶縁層１０５ａは帯電し、ニップに搬送された用紙Ｓも帯電して保持ドラム１０５の外周面上に静電吸着される。静電吸着された用紙Ｓは、保持ドラム１０５の回転によって、印字部１０９へ送られる。

印字部１０９は、インクジェットヘッド１Ａ−１Ｄのインク吐出面が保持ドラム１０５の外周面から１ｍｍ離れて、インクジェットプリンタ１００に固定されている。各インクジェットヘッド１Ａ−１Ｄは、保持ドラム１０５の軸方向（主走査方向）に長く、回転方向（副走査方向）に短い構成で、保持ドラム１０５の周方向に間隔を開けて配置されている。インクジェットヘッド１Ａ−１Ｄは、供給されたインクの一部を画像形成のためにノズルから吐出し、残ったインクをインクジェットヘッド外へ排出する。排出されたインクを回収し、インクは、再びインクジェットヘッドへ供給される。所謂、循環型インクジェットヘッドになっている。インクジェットヘッド１Ａ−１Ｄの詳細な構造は後述する。インクタンク１１３はシアンインク（インク）を貯留するインク容器である。インクタンク１１３とインクジェットヘッド１Ａ間にインク循環装置１２０が配置されている。

インク循環装置１２０は、インク供給ポンプ１２１、供給用インクタンク１２２、第１圧力調整部１２３、回収用インクタンク１２４、第２圧力調整部１２５、インク回収ポンプ１２６で構成されている。インクは、画像信号に従って、インクジェットヘッド１Ａから吐出される。インク供給ポンプ１２１は、吐出したインク量に相当するインクをインクタンク１１３から供給用インクタンク１２２へ供給する。供給用インクタンク１２２は、インクを貯留し、流路１２７を通してインクジェットヘッド１Ａへ供給する。さらに、インクタンク１２２は、第１圧力調整部１２３を備えている。回収用インクタンク１２４は、インクジェットヘッド１Ａから流路１２８を通して排出されたインクを貯留する。さらに、回収用インクタンク１２４は、第２圧力調整部１２５を備えている。インク回収ポンプ１２６は、回収用インクタンク１２４に貯留したインクを供給用インクタンク１２２へ送液する。インクジェットヘッド１Ａはインク滴を重力方向（−Ｙ方向）に吐出する。そのため待機時にインクがインクジェットヘッド１Ａから漏れ出ないように、インクジェットヘッド１Ａのノズル内を大気圧に対して負圧に維持する必要がある。第１圧力調整部１２３と第２圧力調整部１２５は、インクジェットヘッド１Ａへ供給したインクがインクジェットヘッド１Ａのノズルからインクが漏れ出ない様に、インク圧力を大気圧に対して負圧に調整する。インクのノズル内圧力は、大気圧に対して−１ＫＰａに設定している。インクジェットヘッド１Ｂ−１Ｄも夫々同様なインクタンク１１３とインク循環装置１２０を備えている。、図中では、インクジェットヘッド１Ｂ−１Ｄ用のインクタンク１１３やインク循環装置１２０は、省略している。

印字部１０９では、各インクジェットヘッド１Ａ−１Ｄが用紙Ｓ上にインクを吐出しながら画像を記録する。記録する画像は、インクジェットプリンタ１００の外部から入力された画像信号に従って描画される。インクジェットヘッド１Ａはシアンインクを吐出しシアン画像を形成する。同様に、インクジェットヘッド１Ｂはマゼンタインクを、インクジェットヘッド１Ｃはイエローインクを、インクジェットヘッド１Ｄはブラックインクを吐出し、各色の画像を記録するようになっている。インクジェットヘッド１Ａ−１Ｄは吐出するインク色を除き同じ構造になっている。

印字部１０９で記録が完了した用紙Ｓは、除電装置１１０、剥離爪１１１へ搬送される。除電装置１１０は断面がコの字型に作られ、保持ドラム１０５の軸方向の長さと同じ長さのステンレス筐体内にタングステンワイヤーを張った構成になっている。除電装置１１０は、コの字型の筐体の開口が保持ドラム１０５の外周面に向かうよう、配置されている。高電圧発生回路１１７は、帯電ローラ１０８に印加した電圧とは逆極性の高電圧を発生する。記録が完了した用紙Ｓの先端が、除電装置１１０の下部へ搬送されると、高電圧発生回路１１７で発生した高電圧を筐体とタングステンワイヤー間に印加する。高電圧によって除電装置１１０の開口側からコロナ放電が発生し、帯電した用紙Ｓを除電する。剥離爪１１１は、爪先端が保持ドラム１０５の外周面に接する位置と、外周面から離間するする位置を移動できるように設けられている。通常、剥離爪１１１は離間する位置に保持されている。用紙Ｓを保持ドラム１０５から剥離する場合、剥離爪１１１の先端が保持ドラム１０５の外周面に接し、除電した用紙Ｓの先端を絶縁層１０５ａから剥離する。用紙Ｓの先端を外周面から離した後、剥離爪１１１は外周面から離間する位置へ戻される。

保持ドラム１０５から離れた用紙Ｓは、送りローラ対１１５ｃへ送られる。下流搬送路１０４ｂは、送りローラ対１１５ｃ、１１５ｄ、１１５ｅと用紙Ｓの搬送方向を規制する用紙案内板１１６で構成される。図中の破線矢印に沿って用紙Ｓは、送りローラ対１１５ｃ、１１５ｄ、１１５ｅによって、排紙トレイ１０３へ排出される。

インクジェットヘッド１Ａの構成を詳細に説明する。前述したようにインクジェットヘッド１Ｂ−１Ｄは、１Ａと同じ構造になっている。

図２は、インクジェットヘッド１の構成を示す外観斜視図である。さらに、図２（２−Ａ）は、Ａ−Ａ断面図を示している。図３は、インクジェットヘッド１の分解斜視図である。図４は、図３のＣ領域を示す拡大図である。

図２に示すインクジェットヘッド１は、インク吐出部２００、回路モジュール３００、カバー４００を備えている。図２の外観斜視図の一部は、インク吐出部２００の内部構造を示している。インク吐出部２００は、マニホールド２０１、基板２０２、枠部材２０３、ノズルプレート２０４と、を備えている。

ノズルプレート２０４は、インク滴２４１を吐出させるノズル２４０を複数有している。ノズルプレート２０４は、ポリイミド樹脂製になっている。大きさは、幅１６ｍｍ（Ｘ軸方向）、長さ６０ｍｍ（Ｚ軸方向）、厚さ５０μｍ（Ｙ軸方向）になっている。直径２０μｍのノズル２４０が、ピッチ８５μｍで２本の直線状に配置されている。

枠部材２０３は、ステンレスで作成している。外形は、長さ６０ｍｍ、幅１６ｍｍ、厚さ１ｍｍになっている。内側に、長さ５６ｍｍ、幅１２ｍｍの開口が形成されている。すなわち、幅２ｍｍの枠部材２０３になっている。枠部材２０３は、基板２０２とノズルプレート２０４間に挟まれ、インクが外部に漏れるのを防止する。

カバー４００は、ノズルプレート２０４、インク吐出部２００、マニホールド２０１、回路モジュール３００を保護するように設けられている。カバー４００は、厚さ０．１ｍｍのステンレスで作成している。カバー４００は、ノズル２４０が形成された領域が露出するように、開口４０１を有している。開口４０１を通して、インク滴２４１が吐出される。

基板２０２は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）で作られている。外形は、幅２０ｍｍ、長さ６０ｍｍ、厚さ１ｍｍになっている。

基板２０２は、インク供給口２０５、第１インク排出口２０６、第２インク排出口２０７を有している。基板２０２上に、第１圧電アクチュエータ列２２０と第２圧電アクチュエータ列２３０が並置されている。枠部材２０３が第１および第２圧電アクチュエータ列２２０，２３０を囲むように基板２０２上に固定されている。枠部材２０３と、第１および第２圧電アクチュエータ列２２０、２３０の頂部にノズルプレート２０４がエポキシ接着剤で固定されている。

複数のインク供給口２０５が、第１圧電アクチュエータ列２２０と第２圧電アクチュエータ列２３０間に、１列に配置されている。基板２０２、第１および第２圧電アクチュエータ列２２０、２３０と、ノズルプレート２０４で囲まれた領域が、共通インク供給室２０８になっている。各インク供給口２０５は、マニホールド２０１から共通インク供給室２０８へインクを供給する。共通インク室２０８は、第１圧電アクチュエータ列２２０に形成された複数の圧力室２２１、第２圧電アクチュエータ列２３０に形成された複数の圧力室２３１へインクを供給する。各圧力室２２１、２３１の中心部にノズル２４０が配置されている。

複数の第1インク排出口２０６が、第１圧電アクチュエータ列２２０と枠部材２０３間に、長手方向（Ｚ軸方向）に１列に配置されている。第１圧電アクチュエータ列２２０、枠部材２０３、ノズルプレート２０４で囲まれた領域が、第１共通インク排出室２０９になっている。複数の圧力室２２１を通して排出されたインクは、第１共通インク排出室２０９と各第１インク排出口２０６を通してマニホールド２０１へ送られる。複数の第２インク排出口２０７が、第２圧電アクチュエータ列２３０と枠部材２０３間に、１列に配置されている。第２圧電アクチュエータ列２３０、枠部材２０３、ノズルプレート２０４で囲まれた領域が、第２共通インク排出室２１０になっている。複数の圧力室２３１を通して排出されたインクは、第２共通インク排出室２１０と各第２インク排出口２０７を通してマニホールド２０１へ送られる。インクは、矢印で示すように、インク供給口２０５から共通インク供給室２０８、各圧力室２２１、第１共通インク排出室２０９、第１インク排出口を通して、マニホールド２０１へ送られる。同様に、インクは、インク供給口２０５から共通インク供給室２０８、各圧力室２３１、第２共通インク排出室２１０、第２インク排出口を通して、マニホールド２０１へ送られる。

図３に示すように、マニホールド２０１は、基板２０２を固定する上面２１２、上面に対向する下面２１３を有している。基板２０２を固定する上面は幅２０ｍｍ（Ｘ軸方向）、長さ６０ｍｍ（Ｚ軸方向）になっている。マニホールド２０１はアルミニウム製である。上面には３本の長溝（２１４、２１５、２１６）がＺ軸方向に形成されている。長溝２１４は、複数のインク供給口２０５に連通し、マニホールド２０１を貫通するインク供給管２１７に連通している。インク供給管２１７は、インク循環装置１２０に連通する流路１２７に繋がっている。長溝２１５は、複数の第１インク排出口２０６に連通している。長溝２１６は、複数の第２インク排出口２０７に連通している。長溝２１５、２１６は、マニホールド２０１を貫通するインク排出管２１８に連通している。インク排出管２１８は、インク循環装置１２０の流路１２８に接続されている。マニホールド２０１は長手方向の端部に、開口２１１を有している。開口２１１を通して、インクジェットヘッド１はインクジェットプリンタ１００にネジで固定される。

図３に示すように、マニホールド２０１上に、基板２０２、枠部材２０３、ノズルプレート２０４が、エポキシ接着剤で重ねて接着されている。枠部材２０３が、第１圧電アクチュエータ列２２０、第２圧電アクチュエータ列２３０を囲むように、基板２０２に固定されている。

第１圧電アクチュエータ列２２０と、第２圧電アクチュエータ列２３０の構成を説明する。第１および第２圧電アクチュエータ列２２０、２３０は同じ構成になっている。図４は、図３の丸で囲まれたＣ領域の拡大図になっている。

第２圧電アクチュエータ列２３０は、第１圧電体２５１、第２圧電体２５２の積層圧電体（２５１、２５２）になっている。第１圧電体２５１、第２圧電体２５２は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）で作られている。第１圧電体２５１は、幅３．５ｍｍ、長さ５２ｍｍ、厚さ０．９ｍｍの大きさで、−Ｙ方向に分極されている。第２圧電体２５２は、幅３．５ｍｍ、長さ５２ｍｍ、厚さ０．１ｍｍの大きさで、＋Ｙ方向に分極されている。第１圧電体２５１と第２圧電体２５２の分極方向は、逆になっている。第１圧電体２５１と第２圧電体２５２は、エポキシ接着剤２５３で固定され、合計厚さは１ｍｍになっている。積層圧電体（２５１、２５２）は、Ｘ軸方向の両端に、角度（θ）４５度の傾斜面２５５が形成されている。傾斜面２５５は、Ｚ軸方向において、基板２０２側の一辺からノズルプレート２０４側の他辺まで形成されている。積層圧電体（２５１、２５２）の基板２０２側の幅Ｗ１は、３．５ｍｍ、ノズルプレート２０４側の幅Ｗ２は、１．５ｍｍになっている。

積層圧電体（２５１、２５２）には、傾斜面を横切るように（Ｘ軸方向）複数の溝２５４が形成されている。溝２５４の幅Ｗ３は、０．０４ｍｍになっている。溝２５４は、０．０８５ｍｍピッチで、等間隔にＺ軸方向に配置されている。積層圧電体（２５１、２５２）の幅Ｗ４は、０．０４５ｍｍになっている。溝２５４の深さは、０．２ｍｍになっている。溝２５４の第１圧電体２５１の深さＤ２は、０．１ｍｍ、第２圧電体２５２の深さＤ１は、０．１ｍｍになっている。

溝２５４の内面には、厚さ２μｍの電極膜２６０（導電膜）が形成されている。電極膜２６０は、ニッケル・金（Ｎi・Ａｕ）のメッキ膜になっている。電極膜２６０は、無電解メッキ法によって形成した。溝２５４内面に形成された電極膜２６０は、積層圧電体（２５１、２５２）の上面２５６の辺から距離Ｗ６離間して形成され、傾斜面２５５の辺から距離Ｗ５離間して形成されている。電極膜２６０は、積層圧電体（２５１、２５２）の角部を回避して成膜されている。溝２５４内に電極膜２６０が形成された積層圧電体（２５１、２５２）が、圧電アクチュエータである。第１、第２圧電アクチェータ列２２０、２３０は、この圧電アクチェータが複数、直線状に並んで構成されている。溝２５４内に形成された電極は、傾斜面２５５に形成された第１引出電極２６１、第１引出電極２６１に接続された基板２０２上の第２引出電極２６２に接続されている。傾斜面２５５上に形成される第１引出電極２６１は、溝２５４内電極２６０と第２引出電極２６２となめらかに繋がっている。第２引出電極２６２は、回路モジュール３００に搭載された駆動回路３０１に電気的に接続されている。電極膜２６０の他の材料として、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）なども利用可能である。メッキ膜厚として、０．５μｍから５μｍであれば、好ましい範囲である。距離Ｗ５およびＷ６は５μｍになるように作成している。距離Ｗ５およびＷ６は1μｍから１５μｍの範囲が好ましい。距離Ｗ５，Ｗ６が、１μｍ以下であれば辺の近傍に電極膜２６０が残留し、１５μｍを超えると積層圧電体（２５１、２５２）に電圧を印加する面積が減少する。電極面積が減少すると、圧力室の容積変化量が減少し、インク吐出量が低下する。辺近傍の電極を除去した後、圧電アクチュエータ（２５１、２５２）の一方の壁面（溝内面の壁面）の電極面積を算出する。距離Ｗ５，Ｗ６が１μｍの場合、壁面全面に電極を形成した場合に比べ、電極面積が９９％になる。距離Ｗ５，Ｗ６が１５μｍの場合、壁面全面に電極を形成した場合に比べ、電極面積が９０％になる。

溝２５４内の電極膜２６０、第１引出電極２６１、第２引出電極２６２上には、電着法によりポリイミド樹脂の第１絶縁膜２７５を成膜している（図５（５−Ｊ））。電着法では、電極膜２６０、第１引出電極２６１、第２引出電極２６２に通電し、電極上にポリイミド絶縁膜を成膜する。ポリイミド樹脂の膜厚は２μｍになっている。電極膜２６０が、積層圧電体（２５１、２５２）の上面２５６および傾斜部２５５の辺から距離Ｗ５、Ｗ６離間している。そのため、電着法によるポリイミド絶縁膜は、溝２５４内の電極２６０の端部まで被覆することが可能である。なお、枠部材２０３より外部では、電着法によるポリイミド絶縁膜は、成膜されないようにしている。枠部材２０３外部の第２引出電極２６２上に、保護膜を付け、電着膜が形成されないようにしている。

電着法によるポリイミド絶縁膜の代わりに、感光性ポリイミドを用いることも可能である。

第１絶縁膜２７５上に第２絶縁膜２７６（図５（５−Ｋ））が形成されている。第２絶縁膜２７６は、パラキシリレン系ポリマーになっている。パラキシリレン系ポリマーを、ＣＶＤ（化学的気相成長）法で成膜している。第２絶縁膜２７６の厚さは３μｍにしている。第２絶縁膜２７６の厚さは、２〜１０μｍの範囲で成膜可能である。ポリパラキシリレン系ポリマーは、膜厚の均一性が高く有効である。第１絶縁膜２７５と第２絶縁膜２７６は、電極膜２６０、第１引出電極２６１、第２引出電極２６２がインクに接することを防止する。すなわち、水性インクの場合には、第１および第２絶縁膜２７５ 、２７６は、電極膜２６０を保護し、水性インクの電気分解を防止する。

パラキシリレン系ポリマーの具体例として、パリレンＣ（ポリクロロパラキシリレン）、パリレンＤ（ポリジクロロパラキシリレン）、パリレンＮ（ポリパラキシリレン）などが、利用可能である。

図４に示すように、１つの溝２５４は、二つの積層圧電体（２５１、２５２）とノズルプレート２０４で囲まれる。ノズル２４０は、第１圧電体２５１上面の長さＷ２、溝幅Ｗ３の中心に位置するように、ノズルプレート２０４は、第１圧電体２５１上面２５６と枠部材２０３にエポキシ接着剤で固定されている。二つの積層圧電体（２５１、２５２）とノズルプレート２０４で囲まれた空間は、インクに圧力を発生させる圧力室２２１、２３１として機能する。

図５（５−Ａ）乃至（５−Ｋ）は、第１圧電アクチュエータ列２２０の作成工程を示している。図（５−Ａ）は、基板２０２上に固定された積層圧電体（２５１、２５２）を示している。積層圧電体（２５１、２５２）は、幅３．５ｍｍ、長さ５２ｍｍ、厚さ１ｍｍの大きさになっている。第１圧電体２５１と第２圧電体２５２は、逆方向に分極されている。図（５−Ｂ）は、ダイヤモンドブレード２７０による傾斜面２５５の形成を示している。積層圧電体（２５１、２５２）のＸ軸方向の両端に、角度４５度になるように傾斜面２５５を形成する。両端に４５度の傾斜面２５５を作っているので、積層圧電体（２５１、２５２）の断面は台形になっている。傾斜面の角度は、溝内電極膜２６０、第１引出電極２６１と第２引出電極２６２が電気的に接続できれば、４５度以外の角度とすることは可能である。図（５−Ｃ）は、ダイヤモンドブレード２７１による溝２５４加工を示している。Ｘ軸方向に溝２５４を複数形成する。図（５−Ｄ）は、溝２５４加工を行った第１圧電アクチュエータ列２２０を示している。第２圧電アクチュエータ列２３０も同様に加工している。

次に図（５−Ｅ）乃至（５−Ｋ）を参照し、図（５−Ｄ）のＢ−Ｂ方向から見た、溝２５４内の加工を説明する。図（５−Ｅ）は電極形成前の溝２５４内を示している。図（５−Ｆ）は、溝２５４内面、第２圧電体２５２の上面２５６、傾斜面２５５、基板２０２上面に形成された、ニッケル・金（Ｎｉ・Ａｕ）膜（導電膜）を示している。ニッケル・金は無電解メッキ法で厚さ２μｍに形成されている。図（５−Ｇ）は、ニッケル・金膜のフォトエッチング加工を示している。感光性レジストを、溝２５４内、上面２５６、傾斜面２５５、基板２０２上に塗布する。マスク２７３を用いて紫外線露光２７７を行う。マスク２７３には、電極２６０、第１および第２引出電極を形成するためのパターンが形成されている。マスク２７３は平面であるが、露光２７７の直進性が良好であるため、傾斜面２５５および、上面２５６、基板２０２上に高精細な感光性レジストパターン２７２を形成することができる。溝２５４の傾斜面２５５および第２圧電体２５２の上面２５６に、幅Ｗ７で感光性レジストパターン２７２が形成されている。図（５−Ｈ）は、ニッケル・金膜のエッチングを示している。ニッケル・金膜のエッチング時間を長くすると、感光性レジストパターン２７２の下部に形成されているニッケル・金膜がエッチングされる。所謂、オーバーエッチングすることで、溝２５４内の電極膜２６０は、傾斜面２５５の辺から距離Ｗ５だけ離間した位置まで形成される。図（５−Ｉ）は、感光性レジスト２７２を除去し、傾斜面２５５の辺から距離Ｗ５離間した電極２６０を示している。図（５−Ｊ）は、電極２６０上に電着法で形成したポリイミド絶縁膜２７５（第１絶縁膜）を示している。図（５−Ｋ）は、ポリイミド絶縁膜２７５上に形成したパラキシリレン系ポリマー２７６を示している。この形成過程によって、第１圧電アクチュエータ列２２０、第２圧電アクチュエータ列２３０を形成している。

回路モジュール３００は、圧電アクチュエータ（２５１、２５２）を駆動する電気信号を発生する。図２に示すように、回路モジュール３００は、駆動ＩＣ３０３を搭載したフレキシブル配線基板（ＦＰＣ：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）と、インクジェットヘッド１外部から入力される信号を、駆動ＩＣ３０３へ入力する信号に変換する回路基板とで、構成されている。コネクタ３０５を介して、外部から信号を入力するようになっている。ＦＰＣ上には、圧電アクチェータ（２５１、２５２）に繋がる各第２引出電極２６２と、駆動ＩＣ３０３を繋ぐ配線パターンが形成されている。第２引出電極２６２と、ＦＰＣの配線パターンは、異方性導電フィルム３０２（ＡＣＦ：Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｔａｃｔ Ｆｉｌｍ）で接続されている。

図６（６−Ａ）は、回路モジュール３００によって発生するインク吐出部２００を動作させる信号を示している。また、図（６−Ｂ）乃至（６−Ｅ）は駆動波形による圧力室２３１の状態を示している。圧力室Ｐ２３１からインク滴２４１を吐出する例を説明する。図（６−Ｂ）に示すように、駆動信号３０１は、圧力室Ｐ２３１に隣接する圧力室２３１へ接続する第２引出電極２６２へ送信される。駆動信号３０２は、インクを吐出する圧力室Ｐ２３１の第２引出電極２６２へ送信される。駆動信号３０３は、圧力室Ｐ２３１に隣接するもう一方の圧力室２３１へ接続する第２引出電極２６２へ送信される。

駆動波形３０１、３０３は同じ波形になっている。駆動波形３０２は、接地電位になっている。駆動波形３０１、３０３は、時刻０から時刻Ｔ１まで電圧０Ｖ、時刻Ｔ１で電圧＋Ｖに昇圧する。時刻Ｔ１まで、圧力室Ｐ２３１の容積変化は発生しない。時刻Ｔ１で＋Ｖに昇圧すると、圧電アクチェータ（２５１、２５２）は接着層２５３を中心に屈曲変形する。この変形は、ＰＺＴ の分極方向に直交する電圧印加によって、ＰＺＴが剪断変形するために、発生する。図（６−Ｃ）に示すように、圧力室Ｐ２３１に隣接する二つの圧電アクチュエータ（２５１、２５２）が、屈曲変形することで、圧力室Ｐ２３１の容積は拡張する。時刻Ｔ１からＴ２まで拡張状態で、圧力室Ｐ２３１のインク量が増加する。時刻Ｔ２ で０Ｖに戻り、圧力室Ｐ２３１の容積は元に戻る。このとき、圧力室Ｐ２３１内の圧力は上昇し、図（６−Ｄ）に示すように、インク滴２４１ はノズル２４０から吐出する。時刻Ｔ３からＴ４まで−Ｖの電圧を印加する。このとき、図（６−Ｅ）に示すように、圧力室Ｐ２３１の容積は減少する。容積の減少は、圧力室Ｐ２３１内の残留振動を抑制する。時刻Ｔ４で電圧は０Ｖに戻り、待機状態となる。

第１の実施形態では、基板と、インクを吐出するノズルを有するノズルプレートと、
前記基板とノズルプレートの間に設けられ、傾斜面と、傾斜面を横切る複数の溝とを有する圧電体と、圧電体の頂部および傾斜面から離間して圧電体の溝の内面に形成された導電膜と、導電膜を覆う絶縁膜とを有するインクジェットヘッドになっている。すなわち、圧電体に形成された直角部近傍に導電膜を形成しないようにしている。

直角部は、積層圧電体（圧電アクチュエータ（２５１、２５２））に溝２５４を形成するために、発生する。図７に示すように、保護膜２７５、２７６が直角部近傍で薄くなる傾向がある。また、直角部では保護膜２７５、２７６に微小欠陥（ピンホール）が発生しやすい。電極膜２６０が傾斜面や第２圧電体上面２５６の端部または辺まで形成されると、保護膜の厚さ減少や、ピンホールが発生する可能性がある。ピンホールや厚さ減少が発生すると、電極膜２６０がインクに接触する可能性がある。インクが水性の場合、インクは導電性を有している。導電性のインクが電極に接触すると、圧電アクチュエータ（２５１、２５２）を動作させる電気信号によってインクの電気分解を引き起こす。電気分解によって、インクが劣化する。また、インクを通して電流が流れ、圧電アクチュエータ（２５１、２５２）を動作できず、インク吐出不良が発生する。

第１実施形態のインクジェットヘッド１では、電極膜２６０が、圧電アクチュエータ（２５１、２５２）の頂部や傾斜面の辺から、離れて形成されている。そのため、保護膜２７５，２７６が電極膜２６０を十分に被覆することができる。保護膜２７５、２７６が電極膜２６０をインクから絶縁することで、インクの電気分解や圧電アクチェータ（２５１、２５２）の動作不良を減ずることができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態では、インクジェットヘッド１の構成は、第１の実施形態と同じである。異なる点は、電極膜２６０の形成方法が異なっている。

図８（８−Ａ）乃至（８−Ｇ）を参照し、溝２５４内の電極膜２６０加工を説明する。図（８−Ａ）は、電極形成前の溝２５４内を示している。図（８−Ｂ）は、溝２５４内面、第２圧電体２５２の上面２５６、傾斜面２５５、基板２０２上面に形成された、ニッケル・金（Ｎｉ・Ａｕ）膜を示している。ニッケル・金は無電解メッキ法で厚さ２μｍに形成されている。図（８−Ｃ）は、ニッケル・金膜のフォトエッチング加工を示している。感光性レジストを、溝２５４内、上面２５６、傾斜面２５５、基板２０２上に塗布する。マスク２７３を用いて紫外線露光２７７を行う。マスク２７３には、電極２６０、第１および第２引出電極を形成するためのパターンが形成されている。図（８−Ｄ）は、ニッケル・金膜のエッチングを示した後、感光性レジストパターンを剥離した溝２５４内電極膜２６０を示している。図（８−Ｅ）は、レーザ２８０で、第２圧電体２５２の辺、傾斜面２５５の辺の近傍に形成されたニッケル・金の電極膜２６０を除去する工程を示している。第２圧電体２５２の辺、傾斜面２５５の辺の形状に合わせて、エキシマレーザを走査させて、電極膜２６０を昇華させている。溝２５４内の電極膜２６０は、傾斜面２５５の辺から距離Ｗ５だけ離間した位置まで形成される。図（８−Ｆ）は、電極２６０上に電着法で形成したポリイミド絶縁膜２７５（第１絶縁膜）を示している。図（８−Ｇ）は、ポリイミド絶縁膜２７５上に形成したパラキシリレン系ポリマー２７６を示している。この形成過程によって、第１圧電アクチュエータ列２２０、第２圧電アクチュエータ列２３０を形成している。

第２実施の形態においても、電極膜２６０が、圧電アクチュエータ（２５１、２５２）の頂部や傾斜面の辺から、離れて形成されている。そのため、保護膜２７５，２７６が電極膜２６０を十分に被覆することができる。保護膜２７５、２７６が電極膜２６０をインクから絶縁することで、インクの電気分解や圧電アクチェータ（２５１、２５２）の動作不良を減ずることができる。また、レーザ加工によって電極膜２６０の一部を除去しているため、電極膜２６０の除去量を計測しながら加工することができる。そのため、電極膜２６０の除去量をできる限り少なくすることが可能である。除去量が少ないほど、電極膜２６０面積が広くなり、圧電アクチェータ（２５１、２５２）変形量を多くすることができる。結果、インク吐出量を増やすことが可能である。

上記のように、インクジェットプリンタ１００は、次の構成を備えている。
基板と、
インクを吐出するノズルを有するノズルプレートと、
前記基板とノズルプレートの間に設けられ、第１の面は第１の方向において第１の幅を有し前記第１の面に対向する第２の面は前記第１の方向において前記第１の幅より広い第２の幅を有し、かつ前記第１の面の辺から前記第２の面の辺へ繋がる傾斜面と、前記第１の方向に形成され前記傾斜面を横切る複数の溝とを有する圧電体と、
前記第１の面および前記傾斜面から離間し、前記圧電体の溝の内面に形成された導電膜と、
前記導電膜を覆う絶縁膜と、を備えるインクジェットヘッドと、
前記インクジェットヘッドへインクを供給し、前記溝を通して前記ノズルから吐出しなかったインクを回収し、再びインクをインクジェットヘッドへ供給するインク循環装置と、
前記インクジェットヘッドによって画像を形成する記録媒体を搬送する搬送装置と、を備えるインクジェットプリンタ。

本発明の実施形態は、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。これらの新規な実施形態は、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。これらの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。

１、 １Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ インクジェットヘッド、
１００ インクジェットプリンタ
１２０ インク循環装置
２００ インク吐出部
２０１ マニホールド
２０２ 基板
２０３ 枠部材
２０４ ノズルプレート
２５１ 第１圧電体
２５２ 第２圧電体
２５５ 傾斜面
２６０ 電極膜
３００ 回路モジュール
４００ カバー

Claims (5)

1. 第１圧電体の上に、前記第１圧電体とは分極方向が異なる第２圧電体が積層された積層圧電体を基板に固定する工程と、
   前記積層圧電体の両端に傾斜面を作成する工程と、
   前記積層圧電体の前記傾斜面を横切る方向で、長手方向に等間隔に複数の溝を形成する工程と、
   前記複数の溝の内面、前記第２圧電体の上面、前記傾斜面、および前記基板に導電膜を形成する工程と、
   前記導電膜にフォトエッチング加工を施し、前記複数の溝の内面に電極を形成すると共に、前記電極と接続される引出電極を前記傾斜面と前記基板に形成する工程と、
   前記電極および前記引出電極の上に絶縁膜を形成する工程と、
   を含み、
   前記電極および前記引出電極を形成する工程では、前記第２圧電体の上面の角部、および前記傾斜面の角部を回避して前記導電膜が成膜されてい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. 前記電極および前記引出電極を形成する工程では、前記第２圧電体の上面の角部、および前記傾斜面の角部の前記導電膜を設定幅のレジストパターンを用いてオーバーエッチングが施され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の製造方法。
3. 基板と、
   インクを吐出するノズルを有するノズルプレートと、
   前記基板上に並列に形成された第１圧電アクチュエータ列および第２圧電アクチュエータ列と、を有し、
   前記第１圧電アクチュエータ列および第２圧電アクチュエータ列は、
   前記基板に固定され、第１圧電体の上に分極方向が異なる第２圧電体が積層された積層圧電体と、
   前記積層圧電体の両端に形成された傾斜面と、
   前記積層圧電体の前記傾斜面を横切る方向で、長手方向に等間隔に形成された複数の溝と、
   前記複数の溝の内面、前記第２圧電体の上面、前記傾斜面、および前記基板に形成された導電膜と、
   前記導電膜にフォトエッチング加工を施して、前記複数の溝の内面に形成された電極と、および前記傾斜面と前記基板に形成された前記電極と接続される引出電極と、
   前記電極および前記引出電極の上に形成された絶縁膜と、
   を有し、
   前記電極および前記引出電極の前記導電膜は、前記第２圧電体の上面の角部、および前記傾斜面の角部が回避されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
4. 前記電極および前記引出電極は、前記第２圧電体の上面の角部、および前記傾斜面の角部の前記導電膜を設定幅のレジストパターンを用いてオーバーエッチングが施されて形成されたものである請求項３に記載のインクジェットヘッド。
5. 前記複数の溝の内面に形成された前記電極の電極面積は、前記導電膜のメッキ膜厚が１μｍ〜１．５μｍの場合、前記内面全体の面積の９０％〜９９％の範囲である請求項３に記載のインクジェットヘッド。

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