JP7133807B2 - インクジェットヘッドおよびインクジェット印刷装置 - Google Patents

Description

本発明はインクジェットヘッドおよびインクジェット印刷装置に関するものである。

電子デバイスや光学デバイスの製造工程の中で基材上に微細パターンを形成する工程が多用されている。微細パターンの形成方法としては、所望のパターンサイズにもよるが、例えば１０～数１０ミクロン程度の場合、エッチングあるいはリフトオフといったフォトリソグラフィを用いる方法がある。しかし、フォトリソグラフィを用いる方法は高価なフォトマスクを必要とすることや材料効率や基材の耐薬品性などに課題がある。

そこで、低コストで微細パターンを形成する方法として、所望するパターンの材料をインク化して基材上に印刷を行う印刷法、とりわけ印刷版が不要なインクジェット法が注目されている。

インクジェット法に用いられるインクジェットヘッドの従来例として、特許文献１が挙げられる。

特許文献１では、インクジェット内部の構造にＮｉ、Ｓｉ等の材料を用いてダイヤフラムを作成し、圧電素子と接触したダイヤフラムを変位させることにより、ノズルから印刷用のＣＭＹＫ（シアン、マゼンタ、イエロー、ブラック）等の色材インクを吐出させている。これらの色材インクは主に紙やフィルム上に画像を形成するための物で、色材インクは有機あるいは無機顔料の微粒子の表面を樹脂や分散材でコーティングし、水系、有機溶媒あるいはＵＶ硬化型インクの場合、液状モノマーの分散媒などに分散させて作成する。顔料を分散させるための樹脂、分散材、分散媒といったビヒクル材料の選択肢は広いため、インクジェット印刷装置の耐薬品性やインク液滴の吐出特性を考慮したインク組成物を設計することができる。しかし電子デバイスや光学デバイスに形成される微細パターンはその特性への要求が厳しく、インク化した際にインクジェット印刷装置の耐薬品性やインク液滴の吐出特性まで考慮したインク組成の設計が難しい場合がある。

特開平８－１６４６０７号公報

インクジェットヘッドに用いられている素材としては金属を機械加工やフォトリソグラフィによって構造体を形成したステンレス（例えばＳＵＳ３０３、ＳＵＳ３０４）ニッケルなどの金属材料や、フォトリソグラフィによって構造体を形成したシリコンなどがある。

このうち複数の金属材料を用いてインクジェットヘッドを構成し、そのインクジェットヘッドに導電性のインクを導入して、インクジェット印刷を行う場合、金属材料同士が導通しているとインクと金属材料とで局部的に電池を形成することでガルバニック腐食が発生し、金属材料のうちイオン化傾向の低い方の金属が酸化し、腐食してしまう。また、金属材料にイオン化傾向が小さく腐食しにくい貴な金属を使ったとしても、局部電池自体はなくならないので、今度は逆にインク材料側に酸化や還元による劣化が発生する。

特にインクジェットヘッドの構成材料のうち、圧力室部分がステンレス材料（例えばＳＵＳ３０３、ＳＵＳ３０４）で構成され、ダイヤフラムが、ニッケル材料あるいは、ニッケルコバルト合金材料で構成されている場合、ステンレス材料と比較してニッケル、ニッケルコバルト材料がイオン化しやすいために導電性インクを用いるとガルバニック腐食が発生し、ニッケル、コバルトが溶出してしまう。

また、インクの酸性が強い場合、異種金属接合によるガルバニック腐食ではなく、単に酸による金属の腐食が発生する場合もある。

さらに、ダイヤフラムは機能上の必要性から数μｍ～十数μｍと非常に薄い部材であるため、僅かな腐食でもダイヤフラムを貫通するピンホールが発生し、インクが漏れて、圧電素子部に到達し、インクが導電性であるために圧電素子の電極をショートさせ、インクジェットヘッドの機能を喪失させてしまう。さらに、電子デバイスや光学デバイスに形成される微細パターンはその特性への要求が厳しく、パターン形成材料をインク化した際に吐出特性まで考慮したインク組成の設計、特にインク粘度の最適化が難しい場合がある。

よって本願発明の課題は、導電性のインクであってもヘッドの腐食あるいはインク材料の劣化を引き起こさず、吐出可能なインクの粘度範囲を拡大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印刷装置を提供することである。

上記課題を解決するために、
複数のノズルを有するノズルプレートと流路形成基板とダイヤフラムと圧電素子とが積層されたインクジェットヘッドにおいて、
前記ダイヤフラムは積層構造であり、
前記積層構造のうち最も流路形成基板側の最外層は樹脂で構成されており、前記最外層以外の層のうち、１つの層は金属で構成されているインクジェットヘッドを用いる。

本発明によって、導電性インクを用いてもダイヤフラムの腐食、あるいはインクの酸化や還元による劣化を抑制することが可能となる。また、ダイヤフラムの構成材料として、樹脂材料を用いることにより、ダイヤフラムの縦弾性係数を金属材料に比べて低くすることが可能となり、ダイヤフラムと接している圧電素子を駆動したときの応答性を向上させ、吐出することのできるインクの粘度範囲の拡大が可能となる。

本発明の実施の形態１のインクジェットヘッドの断面図 本発明の実施の形態２のインクジェットヘッドの断面図 本発明の実施の形態２のダイヤフラムの平面図 本発明の実施の形態３のダイヤフラムの平面図 本発明の実施の形態４のダイヤフラムの平面図 本発明の実施の形態５のダイヤフラムの平面図 本発明の実施の形態５の別例のダイヤフラムの平面図 図６ＡのＢ－Ｂ´断面図 本発明の実施の形態７のダイヤフラムの平面図 本発明の実施の形態７のインクジェットヘッドの断面図 本発明の実施の形態７の別例のダイヤフラムの平面図 実施の形態１０のインクジェット印刷装置の側面図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は本願の実施の形態１を示している。
＜インクジェットヘッド１００＞
図１は、本発明のインクジェットヘッド１００の断面図（中央部と端部のみ図示）である。本発明のインクジェットヘッド１００は少なくともノズルプレート１上の複数のノズル２と、このノズル２に連通し、隔壁によって圧力室３を画成する流路形成基板４と、流路形成基板４の圧力室３に対応する領域に設けられた圧電素子５の駆動部６と、流路形成基板４の隔壁に対応する領域に設けられた圧電素子５の柱部７と、圧力室３と圧電素子５とを隔てる位置に設けられたダイヤフラム８と、これらの部材の外周を保持し、流路形成基板へのインク供給のための流路を有する筐体（図示せず）とで構成される。なお、圧電素子５の駆動部６は、伸縮し、圧力室３を加圧する部分である。一方、圧電素子５の柱部７は、伸縮せず、固定部分あり、圧力室３の壁を支える。

さらにダイヤフラム８は、少なくとも２層以上であり、少なくとも樹脂層８０と金属層８１とを含む。図１では２層で表記しているが、２層以上であるのがよい。さらに、ダイヤフラム８と圧電素子５の駆動部６および柱部７との接着のために接着層９が形成されており、圧電素子５の下部には支えとなる基台１０が設けられている。
＜ノズルプレート１およびノズル２＞
ノズルプレート１は、平板に複数のノズル２を所望の数と間隔で形成したものである。

ノズルプレート１上に複数のノズル２を形成する方法としては、レーザ加工やドリル加工、プレス加工、エッチング法、電鋳法などによって形成する方法などがある。しかし、ノズル２のノズル形状の加工自由度や形状制御のし易さを考えると、ノズル２は、レーザ加工によって形成することが好ましい。また、ノズルプレート１の表面には撥水膜を形成してもよい。撥水膜は、インク吐出時にノズル近傍のノズルプレート１表面にわずかに染み出したインクを、ノズル２の内に戻す作用がある。ノズル２の近傍に染み出したインクが残ったままの場合、インク表面のメニスカスが崩れて次の液滴の吐出に悪影響を及ぼすため、撥水膜の形成は安定した吐出の維持に対して有効である。撥水膜を形成する方法としては、フッ素を有するアルコキシシランの溶液をノズルプレートに塗布し、焼成を行うことで形成する方法や、フッ素を有するモノマーの気層重合によって形成する方法などがあるが、これらに限定されるものではない。

ノズルプレート１の材質には、例えば、ステンレスなどの金属やセラミックの薄板を用いることができるが、ノズルプレート１はインクジェットヘッド１００で最も被印刷ワークに接近している部材であるため、ノズルプレート１をセラミックで作成した場合、何らかのトラブルでヘッドがワークに接触すると、セラミック基板が割れてしまう可能性がある。そのため、ステンレスなどの金属で形成する方が好ましい。

また、形成される複数のノズル２の数および間隔は作成したい電子デバイスや光学デバイスのパターン形状によって決まってくるが、電子デバイスや光学デバイス高性能化のためにそのパターン形状は微細化する傾向がある。その結果、インクジェットヘッド１００に求められるノズル２の数は増大し、また間隔は小さくなり、ノズル２が高密度化する。特に、ノズル２が高密度化するとその間隔は０．１ｍｍないし、０．２ｍｍ程度と非常に狭くなる。また、ノズル２の径も、小径化し、１０ないし２０ミクロンといった非常に小さいノズルが必要になってくる。

＜圧力室３および流路形成基板４＞
流路形成基板４は、平板にノズル２の配置に応じた隔壁が、等間隔で設けられた部材である。隔壁と隔壁の間の空間が圧力室３で、図１の紙面手前奥方向に配置される共通流路からインクが供給される。流路形成基板４もレーザ加工やエッチング法などにより形成することができる。また、流路形成基板４の構造によっては、別々に加工した複数の基板を重ね合わせて１枚の流路形成基板４を形成するという方法で製造してもよい。ノズルプレート１と流路形成基板４とは金属接合や接着材などによって接合することができる。接着材を用いる場合、種類は特に問わないが、熱硬化型接着材、２液混合型接着材、紫外線硬化型接着材、嫌気性接着材、あるいはこれらの併用効果により硬化する接着材などを用いることができる。流路形成基板４の材質はステンレスなどの金属やセラミックなどを用いることができるが、熱硬化接着材を用いる場合、熱膨張係数の差によるズレや反りを防ぐためにノズルプレート１と流路形成基板４は同一の材料であることが好ましく、ステンレス材料を用いることが好ましい。

＜圧電素子５＞
圧電素子５は、互いに噛み合う櫛歯状の２つの内部電極を形成したチタン酸ジルコン酸鉛などの圧電薄板（シート）を積層した後、積層した圧電体の層の側面のうち、２つの内部電極が対向して露出する両面（図１では紙面の表裏面側）に表面電極と裏面電極を形成したものである。内部電極は積層した圧電体の各層、１層ごとに互い違いに一部分が重ねられるように形成されており、交互に表面電極と裏面電極に接続するように配置される。

表面電極に接続された内部電極と裏面電極に接続された内部電極とが交互に配置されているため、表面電極と裏面電極に電位差を発生させると、その電位差に応じて圧電素子５が図１の紙面上下方向に伸縮する。

また、この圧電素子５には、ノズル２の配置に応じた複数のチャンネルが列設され、各々のチャンネルの間には溝が存在している。溝は圧電素子５を一体で形成した後、上記複数のチャンネルを分割するためにダイシング加工を行う際に形成されるものであり、各チャンネル間はこの溝により離間絶縁されている。また、このチャンネルはフレキシブルケーブルに接続され、入力信号に応じて振動する駆動部６と、隔壁の下に配置され、流路形成基板４を支えている柱部７とが交互に配置されている。この圧電素子５は、セラミックや金属製で土台となる基台１０によって支えられている。

＜ダイヤフラム８＞
ダイヤフラム８は、圧電素子５で発生した変位によって振動し、圧力室３の内部の容積を変動させる。このことで、インクに圧力を発生させ、ノズル２よりインクを吐出させる。また、ダイヤフラム８は、少なくとも２層以上の層の積層構造になっており、そのうち最も流路形成基板４側の樹脂層８０（最外層であり、振動板である）は樹脂で構成されており、それ以外の層のうち、少なくとも１つの金属層８１は金属で構成されている。他の層があってもよい。

従前の構造の場合、ダイヤフラム８は、樹脂層８０がなく、ニッケルないしニッケルコバルト合金を電鋳法によって形成したものを用いていた。この場合、インクに導電性のものを用いると、ダイヤフラム８と流路形成基板４と導電性のインクとで局部電池を形成し、ガルバニック腐食が発生し、ニッケル、コバルト材料が溶出してしまう。

本実施の形態のダイヤフラム８は、樹脂層８０が樹脂で形成されているため、ガルバニック腐食を起こさない。

また、ダイヤフラム８の全体を樹脂で形成した場合、製造工程において部材洗浄や加熱乾燥により、樹脂材料が吸湿したり熱変形したりして、寸法精度が低下したり、反りが発生したりしてしまう。しかし、本実施の形態のダイヤフラム８の金属層８１は、金属で形成されており、金属層８１によって寸法が矯正されるため、製造工程おける負荷による寸法精度の低下や反りが少ない。

なお、本実施の形態におけるダイヤフラム８の最も流路形成基板４側の層である樹脂層８０の上にさらに薄膜を形成してもよい。この膜はダイヤフラム８と流路形成基板４を接着する際の接着強度向上のための薄膜で、金属あるいは酸化膜、窒化膜などのスパッタ膜である。ただし、スパッタ層の膜厚は数十ナノメートルと非常に薄く、成膜時のパーティクルの影響で直径数ミクロンあるいは１ミクロン以下程度のピンホールが存在しており、樹脂層８０を腐食から保護する役割を果たさない。従って、本実施の形態において、スパッタ層の薄膜はダイヤフラム８を構成する層としてはみなさない。
なお、実施の形態１のダイヤフラム８では、圧力室３に対応部分には、金属層８１は形成されていない。この部分には、樹脂層８０のみであるのが好ましい。

＜効果＞
前述のように電子デバイスや光学デバイス高性能化のため微細化するパターン形状を印刷するにはノズル２の径やノズル２の間隔はより小さくなり、インクジェットヘッド１００の部材に求められる寸法精度はより厳しくなる。本実施の形態のインクジェットヘッド１００のダイヤフラム８は、樹脂層８０を樹脂で形成したとしても、製造工程おける負荷による寸法精度の低下や反りが少ないため、安定して高精細なインクジェットヘッド１００を作成することができる。

さらに、電子デバイスや光学デバイスに形成される微細パターンはその特性への要求が厳しく、パターン形成材料をインク化した際に飛翔特性まで考慮したインク組成の設計、特にインク粘度の最適化が難しくなる。しかし、本実施の形態のように、樹脂層８０を樹脂で形成した場合、樹脂材料の縦弾性係数は金属材料の縦弾性係数よりも小さいため、樹脂層８０のうち、圧力室３に面した部分でかつ、裏面で圧電素子５と接合するための接着層９が無い部分（以降、自由端部８２と記載する）の柔軟性があがり、ダイヤフラムの応答性が向上する。そのためインク粘度が高くなったとしてもインクの吐出特性が低下しにくく、高粘度のインクの吐出を行えるようになる。よってインクの材料選択性が広くなり、インクジェット印刷装置の耐薬品性やインク液滴の吐出特性を考慮したインク組成物を設計することができるという前記課題を満たすものである。樹脂で形成された樹脂層８０の厚みは柔軟性を得るために１～３０μｍが好ましく、さらには１～２０μｍであるとより好ましい。

（実施の形態２）
図２は、本発明のインクジェットヘッド１００の実施の形態２を説明するための断面図（中央部のみ図示）である。また、図３は図２のダイヤフラム８のみを図２の紙面下方から見た図である。

図２および図３のダイヤフラム８は、樹脂層８０と金属層８１からなる。樹脂層８０は、接着層９を介して圧電素子５と接着されている。さらに、金属層８１は、駆動部６に対応した位置に配置される駆動ゲタ部８１ａと、柱部７に対応した位置に配置される柱ゲタ部８１ｂとが交互に配置されている。これらの点が実施の形態１と異なる。また、それ以外の構成要素は実施の形態１と同じである。

駆動ゲタ部８１ａと柱ゲタ部８１ｂがそれぞれノズル２の位置に対応した位置に形成されているため、ダイヤフラム８と圧電素子５の駆動部６、柱部７との接着面積、接着位置を正確に規定することができる。

そのため、自由端部８２の形状や面積を一定に保つことができる。前述のようにダイヤフラム８の自由端部８２は対応するノズル２の吐出特性に大きく影響を与える。このため、自由端部８２の形状や面積がばらつくと、特に高粘度インク、具体的には１０ｍＰａ・ｓより粘度が高いインクの場合には、インクの吐出速度やインクの液滴体積がばらつき、印刷品質が安定しない。本発明の実施の形態２の構成にすることで、インクの材料選択性が広くなり、インクジェット印刷装置の耐薬品性やインク液滴の吐出特性を考慮したインク組成物を設計することができる。なお、駆動ゲタ部８１ａと柱ゲタ部８１ｂとで形状が異なっていても構わない。

また、駆動ゲタ部８１ａと柱ゲタ部８１ｂとを、形成する方法としては、あらかじめ樹脂層８０となるフィルムと、金属層８１となる金属箔を貼り合わせ、その後、パターン形成精度の高いフォトリソグラフィによって、金属箔上にレジストパターンを形成し、エッチング加工で金属層８１をパターニングする方法がある。また、フォトリソグラフィで樹脂層８０に反転レジストパターンを形成し、めっき触媒処理後、無電解めっきによって金属層８１を形成する方法などを挙げることができる。

エッチング加工を用いる場合、樹脂層８０と金属層８１との間に接着層を挟んでもよく、あるいは、金属層８１をエッチング加工した後に無電解めっきあるいは電解メッキによって金属層８１の上にさらに金属層８１を積層するなどしてもよい。

また、めっきによって金属パターンを形成する場合、無電解めっき層の上に電解めっきの層を積層してもよい。ただし、この場合、駆動ゲタ部８１ａと柱ゲタ部８１ｂとのパターンは、いずれかの位置で周囲の金属層８１と接続している必要がある。

また、接着層９に用いる接着材の種類は特に問わないが、熱硬化型接着材、２液混合型接着材、紫外線硬化型接着材、嫌気性接着材、あるいはこれらの併用効果により硬化する接着材などを用いることができる。また、接着材は金属層８１面側、圧電素子５側のいずれに塗布しても構わない。塗布する方法としてはディスペンサやスクリーン印刷、接着材をベタ塗布したブランケットなどの平面から転写して写し取るなどの方法をとることができるがこれらに限定されるものではない。また、接着膜厚を安定させるために接着材にスペーサビーズを混合してもよい。

（実施の形態３）
図４Ａは、本発明のインクジェットヘッド１００の実施の形態３を説明するための断面図（中央部のみ図示）である。本発明のインクジェットヘッド１００の実施の形態２を示す図３と比較すると、金属層８１に形成される駆動ゲタ部８１ａと柱ゲタ部８１ｂのうち、駆動ゲタ部８１ａの片方の端部が終端部８１ｃになっている点が異なり、これ以外の構成要素は実施の形態２と同じである。
ここで、終端部８１ｃとは、閉じられた部分を意味する。終端部８１ｃは、金属層８１を閉じている。

駆動ゲタ部８１ａの一端を終端部とすることで駆動ゲタ部８１ａの両脇にある自由端部８２が繋がり、この部分の柱ゲタ部８１ｂの間の距離が長くなるため、この部分の断面の２次モーメントを低下させることができる。

これにより駆動ゲタ部８１ａの応答性があがるため、インク粘度が高くなったとしてもインクの吐出特性が低下しにくく、高粘度のインクの吐出を行えるようになる。
（実施の形態４）
図４Ｂは、本発明のインクジェットヘッド１００の実施の形態４を説明するための断面図（中央部のみ図示）である。本発明のインクジェットヘッド１００の実施の形態２を示す図３と比較すると、金属層８１に形成される駆動ゲタ部８１ａと柱ゲタ部８１ｂのうち、駆動ゲタ部８１ａが孤立パターンになっている点が異なり、これ以外の構成要素は実施の形態２と同じである。

駆動ゲタ部８１ａを孤立パターンとすることで駆動ゲタ部８１ａの両脇にある自由端部８２が２か所で繋がり、この部分の柱ゲタ部８１ｂの間の距離が長くなるため、この部分の断面の２次モーメントを低下させることができる。これにより駆動ゲタ部８１ａの応答性がさらにあがるため、インク粘度が高くなったとしてもインクの吐出特性がより低下しにくく、高粘度のインクの吐出を行えるようになる。

ただし、駆動ゲタ部８１ａを孤立パターンとした場合、実施の形態２に示している金属層の形成方法のうち、駆動ゲタ部８１ａに電解めっきの層を積層する工法は用いることはできなくなる。
（実施の形態５）
図５は、本発明の実施の形態５のインクジェットヘッド１００のダイヤフラム８の平面図で、図２の紙面下方の向きから見たものである。紙面奥方向に樹脂層８０が、手前方向に金属層８１が配置されている。

実施の形態５は、上記実施の形態と異なり、ダイヤフラム８は少なくとも２層以上の積層構造であり、そのうち最も流路形成基板４側の層は樹脂層８０で構成されており、それ以外の層のうち、少なくとも１つの層は金属層８１で構成されており、かつこの金属層８１は少なくとも、ダイヤフラム８の外周部の一部あるいは全部を除くほぼ全域にわたるベタ部分８３を有している。

図２においてインクの流れる圧力室３と圧電素子５を区切っているダイヤフラム８の外側は樹脂層８０であり、金属層８１は圧電素子５の駆動部６および柱部７がダイヤフラム８に接する面にのみ存在していればよい。本発明の実施の形態５においては、図５のように金属層８１はダイヤフラム８のほぼ全域にわたるベタ部分８３（破線で囲まれた領域）を有している。このため、柔軟性が高い樹脂層８０の強度保持のための支持層の役割を果たすことができ、振動板層のみの場合に比べてハンドリング性が向上し、インクジェットヘッド１００作成時の部材の取り扱いにおけるミスが発生しにくくなる。

さらに金属層８１が支持層としての役割を維持できる範囲でベタ部分８３の周囲の一部あるいは全周に図２の樹脂層のみの部分８４を有している。金属層８１がダイヤフラム８の端面ぎりぎりにまで形成されていた場合、インクジェットヘッド１００の外面に金属層８１の断面が露出することになるが、インクジェットヘッド１００外面には印刷用のインクが付着する可能性があり、インクが外面に付着した場合、金属層８１が露出しているとその部分からインクによって腐食が発生する恐れがあるが、本発明の実施の形態５の構成ではその問題は発生しない。

またベタ部分８３にはアライメントマークなどを有していてもよい。

図６Ａは本発明の実施の形態５の別の一例で、インクジェットヘッド１００のダイヤフラム８に、スリット８５がある場合について模式的に示す平面図である。上記図２のダイヤフラム８においてインク流路のうち、圧力室３の外側に対応する部分に図６のようにインクが通過するためのスリット８５があり、この周囲の領域８６は樹脂層のみで形成されている。スリット８５を設けることで、ベタ部分８３の一部がなくなるが、樹脂層８０の強度保持のための支持層としての機能を失わない範囲でスリット８５は設置されている。

さらにスリット８５の周囲に配置され、スリット８５を通過するインクが金属で形成された金属層８１に触れないようにするために、樹脂層８０のみの領域８６を有していてもよい。
図６Ａのダイヤフラム８にノズルプレート１、流路形成基板４、筐体４ａを貼り合わせ、Ｂ－Ｂ断面を取ったものが図６Ｂである。図６Ｂにおいて、ダイヤフラム８のスリット８５によって圧力室３に連通する流路形成基板４の共通流路４ｃと筐体４ａに形成された共通流路４ｂとが連通し、外部から筐体４ａの共通流路４ｂに供給されるインクの供給流路を形成することができる。
また、ダイヤフラム８と筐体４ａとの接着を行う接着材８６ａが、領域８６にはみ出すように接着することでスリット８５側に面した金属層８１の側面を接着材８６ａが覆い、金属層８１がインクに触れないようにすることができる。

（実施の形態６）
本発明の実施の形態６のインクジェットヘッド１００では、ダイヤフラム８は少なくとも２層以上の積層構造であり、そのうち最も流路形成基板４側の層は樹脂層８０で構成されており、それ以外の層のうち、少なくとも１つの層は厚さ２ミクロン以上の金属層８１で構成されている。

本実施の形態において、ダイヤフラム８の金属層８１は、非常に柔軟でハンドリングしにくい樹脂である樹脂層８０の強度保持の機能とともに、駆動ゲタ部８１ａ、柱ゲタ部８１ｂを形成するための層である。駆動ゲタ部８１ａおよび柱ゲタ部８１ｂは接着剤によって接着層９が形成され圧電素子と接合している。しかし、接着剤の塗布工程において金属層８１の厚さが小さすぎると接着剤がプロセスばらつきによってはみ出した場合、金属層８１を越えて樹脂層８０に付着してしまう。樹脂層８０に接着剤が付着した場合、その部分は振動の状態が他と異なるようになり、インクジェットヘッド１００の吐出特性のばらつきを引き起こす。しかし本発明の実施の形態６の構成により、金属層８１は十分な厚みを持つため、接着剤がはみ出したとしても樹脂層８０に到達することを防止し、吐出特性の安定性を高くできる、と同時に部材取り扱い時のハンドリング性も十分に確保することができる。厚さ２ミクロンより薄い金属層８１の場合、ダイヤフラム８を取り扱いにくい。

（実施の形態７）
図８は、本発明の実施の形態７のインクジェットヘッド１００のダイヤフラム８の平面図であり、図２の紙面下方の向きから見たものである。ダイヤフラム８では、紙面奥方向に樹脂層８０が、手前方向に金属層８１が配置されている。 また、図８は、図２と同様の方向から見た複数のノズル２のなす列の端部付近の断面模式図で、図８に示すダイヤフラム８は、図７のＡ－Ａ’線付近での断面になる。

本発明の実施の形態７のインクジェットヘッド１００では、圧電素子５と流路形成基板４とダイヤフラム８と複数のノズル２を有するノズルプレート１とを有するインクジェットヘッド１００である。流路形成基板４とノズルプレート１には圧電素子５と位置合わせするための貫通穴２１，３１がそれぞれある。さらに、ダイヤフラム８の樹脂層８０は光透過性を有し、樹脂層８０は、さらに、貫通穴２１，３１を塞いでいる。さらに、金属層８１は、貫通穴２１，３１を塞がない構造になっている。説明しない事項は、上記実施の形態と同様である。

本発明の実施の形態７においてノズルプレート１には圧電素子５と位置合わせするためのノズルプレート１の貫通穴２１が設けられ、流路形成基板４には圧電素子５と位置合わせするための流路形成基板４の貫通穴３１が設けられ、金属層８１には圧電素子５と位置合わせするための金属層８１の貫通穴１１（図７、図８）が設けられ、その貫通穴１１の位置に対応する位置の樹脂層８０には貫通穴１１が開いていない。

本発明のインクジェットヘッド１００では、ノズルプレート１、流路形成基板４、ダイヤフラム８、圧電素子５を正確に位置合わせして貼り合わせて作成するために、樹脂層８０を除く各部材には位置合わせのための貫通穴１１，２１，３１が開いている。また、基台１０は圧電素子５の外側部分に上側に張り出させるような形状に加工されている。つまり基台１０は、全体では凹型ある。基台１０に位置合わせのための穴５１がある。基台１０の形状は薄板状ではないため、穴５１は貫通穴ではない。あるいは、基台１０を用いず、圧電素子５をこの位置合わせ部まで延長し、圧電素子５上に位置合わせの穴５１を形成してもよい。

本発明の実施の形態７のインクジェットヘッド１００では、位置合わせのための貫通穴１１があいているが、樹脂層８０は、その貫通穴１１を塞いでいるために、このインクジェットヘッド１００で印刷を行う時に、導電性のインクが貫通穴１１に入ったとしてもこの樹脂層８０でせき止められ、金属層８１を腐食したり、圧電素子５側に侵入してショートを引き起こしたりすることがない。

また、このインクジェットヘッド１００の製造工程では、ノズルプレート１、流路形成基板４、ダイヤフラム８を接着した後に圧電素子５を接着する工程において、図８のカメラ１２を用いて位置合わせを行う。この時、ダイヤフラム８の樹脂層８０は、光透過性があるため、樹脂層８０ごしに圧電素子５側の位置合わせの穴５１をカメラ１２で認識して位置合わせを行うことができる。よって本発明の実施の形態７の構成により、圧電素子５上に位置合わせの穴５１を形成した場合であっても、金属層を腐食したり、ショートを引き起こしたりしないため、課題は解決される。

＜変形例＞
実施の形態７の変形例を図９に示す。図９のダイヤフラム８では、樹脂層８０は、ノズルプレート１と流路形成基板４と圧電素子５とを位置合わせする穴の位置に貫通穴１１が開いておらず、金属層８１は、この位置に貫通穴１１が開いており、かつ、金属層８１の一部がこの位置で貫通穴１１を塞いでいる箇所であるゲタマーク部１３がある。

ゲタマーク部１３は駆動ゲタ部８１ａおよび柱ゲタ部８１ｂと同時にフォトリソグラフィによって形成されるために、駆動ゲタ部８１ａ、柱ゲタ部８１ｂに対する相対位置が正確になっている。

このダイヤフラム８を用いて、ノズルプレート１、流路形成基板４、ダイヤフラム８を接着した後に、圧電素子５を接着する工程では、図８のカメラ１２を用いて位置合わせを行う。ダイヤフラム８の樹脂層８０を構成する樹脂層８０は、光透過性があるため、この樹脂層８０ごしに樹脂層８０の奥の圧電素子５側の位置合わせの穴５１を認識して位置合わせを行うことができる。さらに、樹脂層８０ごしに樹脂層８０の奥のゲタマーク部１３の位置をも確認して位置合わせを行うことができるため、より位置合わせの精度を向上させることができる。

ゲタマーク部１３の形状は、位置合わせに使えるものであれば特に制限はなく、任意の形状を取ることができる。また、ゲタマーク部１３は金属層８１と連なっていても、孤立していてもよい。また、数も１つでも複数でもよい。

前述のように電子デバイスや光学デバイス高性能化により微細化するパターン形状の印刷を行うためにノズル径やノズル間隔はより小さくなり、インクジェットヘッド１００の部材に求められる寸法精度はより厳しくなるが、実施の形態８のダイヤフラムを用いることにより位置合わせの要求精度を満たすものにすることができる。

（実施の形態８）
本発明の実施の形態８におけるインクジェットヘッド１００では、ダイヤフラム８は少なくとも２層以上の積層構造であり、そのうち最も流路形成基板４側の層は樹脂層８０で構成されており、それ以外の層のうち、少なくとも１つの層は金属層８１で構成されており、かつ、樹脂層８０はポリイミドである。

樹脂層８０を耐薬品性の高いポリイミドで形成することにより、インク材料の適応範囲をより広くすることが可能になり、様々な電子デバイスや光学デバイスを作成することができるようになる。

（実施の形態９）
本発明の実施の形態９のインクジェットヘッドでは、圧電素子と流路形成基板とダイヤフラムと複数のノズルを有するノズルプレートとを有し、ダイヤフラムは少なくとも２以上の層を有する積層構造であり、２以上の層のうち最も流路形成基板側の層は樹脂で構成されており、それ以外の層のうち、少なくとも１つの層は金属で構成されており、かつ、金属の層のうち、最も樹脂層側の層は銅である。

金属層をエッチング特性に優れた銅で形成することにより、駆動ゲタ部および柱ゲタ部のパターン形状をエッチング加工で形成する際の加工寸法精度をより高くすることができる。

前述のように、インクジェットヘッド１００の部材に求められる寸法精度はより厳しくなるが、実施の形態９の寸法精度の高いダイヤフラムを用いることでノズル毎の吐出特性をより安定化させることができる。

（実施の形態１０）インクジェット印刷装置２００
本発明の実施の形態１０のインクジェット印刷装置２００を図１０に示す。インクジェット印刷装置２００は、枠体１０５にインクジェットヘッド１００が配置されている。インクジェットヘッド１００の下部を、被対象物１０１を保持した搬送具１０２が移動する。搬送具１０２は、レール１０３上を移動する。レール１０３は、基台１０４上に固定されている。
インクジェット印刷装置２００は、上記実施の形態１ないし１０のいずれかに記載のインクジェットヘッド１００を搭載している。

この印刷装置は耐薬品性が高く、導電性のインクにも対応し、高粘度のインクを正確に吐出することが可能であり、電子デバイスや光学デバイスのパターンを低コストで形成するためのインクに適した印刷機である。

本印刷装置で形成するパターンの機能としては、導電体層、抵抗体層、誘電体層、絶縁体層、遮光層、着色層、反射層、反射防止層、太陽電池の受光層、色素層、有機ＥＬ素子の発光層、有機ＥＬ素子や太陽電池のホール輸送・注入層、電子輸送・注入層、生産工程で用いる認識用のマーク類などを例示することができるが、これらに限定されるものではない。
（効果）
本願発明では、導電性かつ高粘度のインクであってもヘッドの腐食あるいはインク材料の劣化を引き起こさず、安定して吐出可能なインクジェットヘッド１００を提供することができる。さらに、低コストで電子デバイスや光学デバイスのパターンを形成するためのインクジェット印刷装置を提供することができる。
（全体として）
実施の形態は、組み合わせできる。

本発明は、低コストで電子デバイスや光学デバイスのパターンを形成するためのインクジェットヘッドに有用である。

１ ノズルプレート
２ ノズル
３ 圧力室
４ 流路形成基板
４ａ 筐体
４ｂ 共通流路
４ｃ 共通流路
５ 圧電素子
６ 駆動部
７ 柱部
８ ダイヤフラム
９ 接着層
１０ 基台
１１ 貫通穴
１２ カメラ
１３ ゲタマーク部
２１ 貫通穴
３１ 貫通穴
５１ 穴
８０ 樹脂層
８１ 金属層
８１ａ 駆動ゲタ部
８１ｂ 柱ゲタ部
８１ｃ 終端部
８２ 自由端部
８３ ベタ部分
８４ 樹脂層のみの部分
８５ スリット
８６ 領域
８６ａ 接着材
ＥＬ 有機
１００ インクジェットヘッド
１０１ 被対象物
１０２ 搬送具
１０３ レール
１０４ 基台
１０５ 枠体
２００ インクジェット印刷装置

Claims (13)

1. 複数のノズルを有するノズルプレートと流路形成基板とダイヤフラムと圧電素子とが積層されたインクジェットヘッドにおいて、
   前記ダイヤフラムは積層構造であり、
   前記積層構造のうち最も流路形成基板側の最外層は樹脂層で構成されており、前記最外層以外の層のうち、１つの層は金属層で構成されており、
   前記金属層は前記複数のノズルの配置に対応したパターンを形成しており、さらに、そのパターンのうち、少なくとも前記圧電素子の駆動する部分に接している複数の駆動ゲタ部は、前記複数のノズルのなす列の方向および前記ダイヤフラムの積層方向と直交する方向の両端で繋がっている、
   インクジェットヘッド。
2. 複数のノズルを有するノズルプレートと流路形成基板とダイヤフラムと圧電素子とが積層されたインクジェットヘッドにおいて、
   前記ダイヤフラムは積層構造であり、
   前記積層構造のうち最も流路形成基板側の最外層は樹脂層で構成されており、前記最外層以外の層のうち、１つの層は金属層で構成されており、
   前記金属層は前記複数のノズルの配置に対応したパターンを形成しており、さらに、そのパターンのうち、少なくとも前記圧電素子の駆動する部分に接している複数の駆動ゲタ部は、前記複数のノズルのなす列の方向および前記ダイヤフラムの積層方向と直交する方向の少なくとも一方の端で繋がっている、
   インクジェットヘッド。
3. 複数のノズルを有するノズルプレートと流路形成基板とダイヤフラムと圧電素子とが積層されたインクジェットヘッドにおいて、
   前記ダイヤフラムは積層構造であり、
   前記積層構造のうち最も流路形成基板側の最外層は樹脂層で構成されており、前記最外層以外の層のうち、１つの層は金属層で構成されており、
   前記圧電素子は、駆動部および柱部を備え、
   前記金属層は、前記駆動部に対応した位置に配置される駆動ゲタ部と、前記柱部に対応した位置に配置される柱ゲタ部と、を備え、
   前記柱ゲタ部は、前記複数のノズルのなす列の方向および前記ダイヤフラムの積層方向と直交する方向の少なくとも一方の端で繋がっている、
   インクジェットヘッド。
4. 前記駆動ゲタ部は、前記柱ゲタ部と離れている、
   請求項３に記載のインクジェットヘッド。
5. 複数のノズルを有するノズルプレートと流路形成基板とダイヤフラムと圧電素子とが積層されたインクジェットヘッドにおいて、
   前記ダイヤフラムは積層構造であり、
   前記積層構造のうち最も流路形成基板側の最外層は樹脂層で構成されており、前記最外層以外の層のうち、１つの層は金属層で構成されており、
   前記流路形成基板と前記ノズルプレートには、前記圧電素子と位置合わせするための貫通穴があいており、
   前記樹脂層は、光透過性を有し、かつ、前記貫通穴を塞いでおり、
   前記金属層は、前記貫通穴を塞がない構造になっている、
   インクジェットヘッド。
6. 複数のノズルを有するノズルプレートと流路形成基板とダイヤフラムと圧電素子とが積層されたインクジェットヘッドにおいて、
   前記ダイヤフラムは積層構造であり、
   前記積層構造のうち最も流路形成基板側の最外層は樹脂層で構成されており、前記最外層以外の層のうち、１つの層は金属層で構成されており、
   前記流路形成基板と前記ノズルプレートには、圧電素子と位置合わせするための貫通穴があいており、
   前記樹脂層は、光透過性を有し、かつ、前記貫通穴を塞いでおり、
   前記金属層の少なくとも一部は、前記貫通穴を塞がない構造になっている、
   インクジェットヘッド。
7. 複数のノズルを有するノズルプレートと流路形成基板とダイヤフラムと圧電素子とが積層されたインクジェットヘッドにおいて、
   前記ダイヤフラムは積層構造であり、
   前記積層構造のうち最も流路形成基板側の最外層は樹脂層で構成されており、前記最外層以外の層のうち、１つの層は金属層で構成されており、
   前記流路形成基板と前記ノズルプレートには、圧電素子と位置合わせするための貫通穴があいており、
   前記樹脂層は、光透過性を有し、かつ、前記貫通穴を塞いでおり、
   前記金属層は、前記貫通穴に対応する位置に穴と、前記位置を示すゲタマーク部と、を有する、
   インクジェットヘッド。
8. 前記樹脂層には、前記金属層と流路形成基板とが存在しない自由端がある、
   請求項１～７のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
9. 前記金属層は少なくとも、ダイヤフラムの外周部の一部あるいは全部を除く領域にわたるベタ部分を有している、
   請求項１～７のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
10. 前記ダイヤフラムの２以上の層のうち最も前記流路形成基板側の最外層は樹脂層で構成されており、前記最外層以外の層のうち、１つの層は厚さ２ミクロン以上の金属層で構成されている、
    請求項１～７のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
11. 前記樹脂層はポリイミドである、
    請求項１～７のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
12. 前記金属層のうち、最も前記樹脂層側の層は銅の層である、
    請求項１～７のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
13. 請求項１～７のいずれか１項に記載のインクジェットヘッドを搭載したインクジェット印刷装置。

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