JP7203337B2 - インクジェットヘッド - Google Patents

Description

本開示はインクジェットヘッド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、基材上への微細パターンの形成を印刷によって実現する工程が多用されている。微細パターンの印刷においては、インク化された材料の吐出に関与する一連の流路、圧電素子、および振動板などが小型化、高密度化される必要がある。また従来、圧電素子を小型化、高密度化するための技術が公開されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１では、圧電素子を駆動するための引き出し配線において、導電層を接着する密着層の幅を狭くすることで、高密度に圧電素子を配置しても隣り合う引き出し配線どうしの短絡を抑制できる液体噴射ヘッドを開示している。

特開２０１８－０２７７１１号公報 特開平１０－３４９１９号公報

ところで、インクジェットヘッドを用いたインクの吐出において、振動板と圧電素子とは確実に接合される必要がある。例えばこのような接合の信頼性が低い場合、圧電素子から振動板が剥離し、設計上のインク吐出精度が維持できないといった問題が生じうる。

そこで本開示は、信頼性の高いインクジェットヘッドを提供することを目的とする。

本開示におけるインクジェットヘッドの一態様は、圧電素子と、振動板と、前記圧電素子と前記振動板との間に配置され、前記圧電素子と前記振動板とを接合する接着材層と、を備え、前記接着材層は、前記振動板よりも硬度が高いビーズを含有しており、かつ前記接着材層の膜厚が、前記ビーズの粒径よりも小さい。

本開示の一態様によれば、信頼性の高いインクジェットヘッドが提供される。

図１は、従来のインクジェットヘッドの拡大断面図である。 図２は、実施の形態１に係るインクジェットヘッドの断面図である。 図３は、実施の形態２に係るインクジェットヘッドの断面図である。 図４は、実施の形態３に係るインクジェットヘッドの拡大断面図である。 図５は、実施の形態４に係るインクジェットヘッドの拡大断面図である。

（開示の基礎となった知見）
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。しかし近年、インクジェット法で形成するパターンの微細化への要求に伴ってノズル列のノズル間ピッチが小さくなり、それに伴いインクジェットヘッドを構成する各部材の接合部の面積が小さくなっている。

その結果、各部材の接合部の接合強度が低下しやすくなり、中でも圧電素子を用いたインクジェットヘッドにおいて、インク室内に圧力を発生するために駆動する圧電素子と、駆動の変位を振動としてインク室に伝達する振動板との間の接合部は、圧電素子の駆動に合わせ高速で振動している。したがって、圧電素子と振動板との間の接合部では、特に接合強度の低下、ひいては圧電素子と振動板との剥離を起こしやすく信頼性が低いという課題がある。

この課題に対して以下のような先行技術が公開されており、図１を用いて説明する。図１は、従来のインクジェットヘッド１００ａにおける圧電素子と振動板との接合箇所の拡大断面図である。

特許文献２では、図１に示すように、振動板８ａの接合部８２ａの圧電素子５ａとの接合面を粗化するという技術が公開されている。当該技術では、接合部８２ａの表面の粗化により、接着材が粗化された表面（接合面）に入り込んで硬化され、接着材層９ａを形成するため、アンカー効果を得ることで接合強度を高めることができるとしている。しかしその粗化工程は、振動板８ａを形成後、化学的、または電気化学的処理を用いて行うため煩雑である。また、振動板８ａが数μｍ乃至数十μｍと極めて薄い部材のため、その粗化処理量のプロセスマージンが狭くなりプロセスのコントロールが困難である。つまり、プロセスにばらつきがあると接合部８２ａの圧電素子５ａとの接合面が粗化されすぎて膜厚が薄くなりすぎ、ピンホールが発生したり、粗化が不足して十分な接合強度が得られなかったりするという課題がある。

本開示は、上記従来の技術における課題を解決するもので、粗化工程などの追加工程なしに、かつ低コストで振動板と圧電素子との接合強度を高め、信頼性の高いインクジェットヘッドを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本開示の一態様におけるインクジェットヘッドは、圧電素子と、振動板と、圧電素子と振動板との間に配置され、圧電素子と振動板とを接合する接着材層と、を備え、接着材層は、振動板よりも硬度が高いビーズを含有しており、かつ接着材層の膜厚が、ビーズの粒径よりも小さい。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素の内、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

また説明に用いられる各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては、同一の符号を付し、重複する説明は省略または簡略化される場合がある。

（実施の形態１）
はじめに、図２を用いて本開示における実施の形態１について説明する。図２は、本開示の実施の形態１に係るインクジェットヘッド１００の断面図を示している。

＜インクジェットヘッド１００＞
図２の（ａ）は、本開示のインクジェットヘッド１００の断面図であり、複数のノズル２の配列方向、かつインクの吐出方向に沿う面で切断した断面を示している。なお、インクジェットヘッド１００のうち、複数のノズル２の配列方向における両端部は、破断され省略されている。本実施の形態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と、流路形成基板４と、圧電素子５と、振動板８と、基台１０と、を備える。

またノズルプレート１上には、複数のノズル２が形成されている。流路形成基板４は隔壁を備え、当該隔壁によって、ノズル２に連通する圧力発生室３を画成している。圧電素子５は、各圧力発生室３に対応する領域に設けられた駆動部６と、流路形成基板４の各隔壁に対応する領域に設けられた柱部７とを有する。

振動板８は、流路形成基板４と圧電素子５とを隔てる位置に設けられる。インクジェットヘッド１００はさらに、これらの部材の外周を保持し、流路形成基板４へのインク供給のための流路を有する筐体（図示せず）を備える。

また、図２の（ａ）の振動板８と圧電素子５とを接合する部分（図中に示す領域ｂ）を拡大したものが図２の（ｂ）である。図２の（ｂ）に示すように、振動板８と圧電素子５との接合には、接着材層９が用いられる。接着材層９には、図中に示すようにビーズ１１が含まれる。

＜ノズルプレート１およびノズル２＞
ノズルプレート１は、基板上に複数のノズル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、ドリル加工、プレス加工、エッチング法、および電鋳法などがある。ノズル２の形状の加工自由度、および形状制御のし易さ等を考えるとノズル２はレーザ加工によって形成されることが好ましい。

またノズルプレート１の被塗布物に対向する側の表面には、撥水膜を形成してもよい。このような撥水膜は、インク吐出時に、ノズルプレート１表面のうちノズル２近傍に、濡れ広がる等によりわずかに染み出したインクを、ノズル２内に戻す作用がある。例えばノズル２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、次のインク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１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。また撥水膜に用いる材料にも特に限定はない。

ノズルプレート１の材料には、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。ここでノズルプレート１は、インクジェットヘッド１００の中で最も被印刷ワーク（つまり被塗布物）側に接近している部材である。したがって、ノズルプレート１をセラミックの薄板で作製した場合、何らかのトラブルでインクジェットヘッド１００が被印刷ワークに接触すると、ノズルプレート１が割れてしまう可能性があるため、ノズルプレート１はステンレスなどの金属で形成される方が好ましい。なお、インク吐出において、このようなトラブルが起こる可能性がない場合は、ノズルプレート１は上述のいかなる材料を用いて構成してもよい。

また、ノズルプレート１に形成される複数のノズル２の数および間隔は、作製したい電子デバイス、光学デバイス等、用途のパターン形状によって決まるが、電子デバイス、光学デバイス等の高性能化のために、そのパターン形状は微細化傾向にある。したがって、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るため、ノズル２が高密度化される必要がある。特に、ノズル２の間隔は、例えば０．１ｍｍ乃至０．２ｍｍ程度と、非常に高密度であることが要求されうる。また、ノズル径も微細化するパターン形状に応じて小径化し、例えば、１０μｍ乃至２０μｍといった非常に小さいノズル２が必要になってくる。

＜圧力発生室３および流路形成基板４＞
流路形成基板４は、ノズル配置に応じた隔壁が基板に等間隔で設けられた部材である。それぞれの隔壁と隔壁との間に形成される空間が圧力発生室３となり、圧力発生室３には、図２の紙面手前奥方向に配置される共通流路（図示せず）からインクが供給される。流路形成基板４も同様に、レーザ加工、およびエッチング法などの手法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一枚の流路形成基板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、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、また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の材料は、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てノズルプレート１と接合する場合、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とは同一の材料であることが好ましい。またノズルプレート１と流路形成基板４とは、ステンレス材料を用いて構成されることがより好ましい。

＜圧電素子５＞
圧電素子５は、表面電極、裏面電極、及び内部電極と、圧電体とによって構成される。より具体的には、圧電素子５は、圧電体、表面電極に接続された内部電極、圧電体、裏面電極に接続された内部電極の順に積層された単位素子をさらに複数積層することによって構成される。したがって、表面電極、及び裏面電極それぞれに接続された内部電極どうしは、互いに噛み合う櫛歯状の二種の内部電極を形成し、チタン酸ジルコン酸鉛などで構成された圧電体がこれらの間に介在する形に積層される。

表面電極、及び裏面電極は、積層された圧電体層が成す長尺形状の側面に配置され、二種の内部電極それぞれについて、各単位素子に含まれる同種の内部電極を電気的に接続する。さらに具体的には、ここでは積層された圧電体層は直方体であり、直方体の側面のうち、互いに背向する面のそれぞれ（図２では紙面の表裏面）に表面電極、及び裏面電極が形成されている。

言い換えると、二種の内部電極は、積層された単位素子を構成する各層一層ごとに、互い違いに一部分が重ねられるように形成されており、長手方向に沿って二種の内部電極が交互に表面電極と裏面電極とに接続するように配置されている。

圧電素子５には、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長手方向に沿って交互に配置されているため、表面電極、及び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２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ている。各々のチャンネルの間には溝が存在しているが、このような溝は圧電素子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ことで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、入力信号に応じて駆動し、チャンネルの変位を生じる、圧力発生室３の下に配置された駆動部６と、流路形成基板４の隔壁の下に配置され、流路形成基板４を支持する柱部７とから構成される。なお、駆動部６と、柱部７とは交互に配置されている。この圧電素子５は、セラミック、または金属等によって構成された土台となる基台１０によって支えられている。

＜振動板８＞
振動板８は、圧電素子５の駆動部６で発生した変位によって振動し、圧力発生室３内部の容積を変動させることで、圧力発生室３内部に充填された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。

ここで、本実施の形態において振動板８は樹脂によって構成されている。振動板８を柔軟な樹脂で形成することにより、振動板８と後述の圧電素子５との接合時に接着材に混錬したビーズの頂部は、樹脂製の振動板８にわずかに食い込む。これにより接着材層９はアンカー効果を得ることができ、接着材層９と振動板８との接着強度を高めることができる。

振動板８を構成する樹脂の材料としては特に制約はないが、振動板８の圧力発生室３側はインクに接する面であるため、耐薬品性の高い材料が好ましい。例えば、このような材料としては、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、フッ素樹脂などを例示することができる。特にポリイミドは電子回路用途で広く用いられており、コーティングやエッチングなどフォトリソグラフィの技術を用いて微細加工が容易に行える製品も開発されており、本開示の用途に好適に用いることができる。なお、インクに用いる溶媒や機能性材料等によって最も好適な振動板８の材料は変化するため、限定されない種々の材料から適宜選択して振動板８を構成することができる。

また、振動板８の厚さは、圧電素子５の駆動部６で発生した変位によって振動可能であり、圧力発生室３内部の容積を変動させることで、圧力発生室３内部に充填されたインクに圧力を発生させることのできる膜厚であれば特に制約は無い。例えば、１μｍ以上１００μｍ以下程度のものであればよく、振動板８を構成する樹脂の柔らかさと、振動板８によるインク吐出特性から最適な膜厚を選定することができる。

また、振動板８の硬度は後述するビーズ１１が食い込むことができる硬度である。これは例えば、ヤング率が１ＧＰａ以上１０ＧＰａ以下の振動板８であれば好適に用いることができる。振動板８のヤング率が１ＧＰａよりも小さい場合、後述するビーズ１１が振動板８に食い込み易すぎて、振動板８を接合する際の押圧力の制御が困難になり、また、１０ＧＰａよりも大きい場合、ビーズ１１が振動板８に十分に食い込まなくなる。

＜接着材層９＞
接着材層９は、圧電素子５と振動板８とを接合する際に用いられる接着材が硬化することで形成される所定の膜厚（層厚）を有する接合層である。したがって接着材層９は、圧電素子５と振動板８との間に配置される。なお、本開示において接着剤と接着材層９とは、未硬化のものを接着材と記述し、塗布され、所定の膜厚で硬化した後のものを接着材層９と記述する。

接着材層９に用いることができる接着材の種類としては、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、また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。特に熱硬化型接着材の一種であるエポキシ接着材は、硬化後に比較的高硬度な接着材層９を形成できるため、圧電素子５の変位を、減衰することなく振動板８に伝達することができ、好適に用いることができる。ここで、接着材層９は、前述したようにビーズ１１を含有している。

＜ビーズ１１＞
接着材層９に含有されるビーズ１１は、振動板８よりも硬度が高いビーズであり、硬化前の接着材に混錬して用いられる。接着材に混錬されるビーズ１１としては、ジルコニア、アルミナ、およびシリカなどのセラミックビーズ、もしくはガラスビーズ、もしくは金属ビーズなどを用いることができる。特に液晶ディスプレイのスペーサビーズとして用いられるビーズは、粒径の精度が高く、好適に用いることができる。このようなビーズの一例としては、「ハイプレシカ（宇部エクシモ（株）製）」などを挙げることができる。

ビーズ１１の粒径は形成する接着材層９の厚み（膜厚９１）によって決められるが、例えば、数μｍ以上数十μｍ以下ものを用いることができる。なお、接着材層９の膜厚９１と、ビーズ１１の粒径との関係は、接着材層９の膜厚９１が、ビーズ１１の粒径よりも小さい。

また、ビーズ１１の硬度は前述した振動板８に食い込むことができる硬度である。これは例えば、ヤング率が３０ＧＰａ以上のビーズ１１であれば好適に用いることができる。なおビーズ１１のヤング率が３０ＧＰａ以下の場合は、後述するように振動板への食い込みが不足する。

＜効果＞
上記ビーズ１１を混錬した接着材は、スクリーン印刷やフレキソ印刷、グラビア印刷などによって圧電素子５、または振動板８に塗布される。また、圧電素子５側に接着材を塗布する場合は、接着材はベタ膜として平面に塗布され、その後圧電素子５が当該平面に押し当てられ、当接する面に接着材が転写されることによって、塗布されることもできる。

その後、圧電素子５と振動板８との位置合わせを行い、押圧を行った後、用いた接着材それぞれに適した硬化方法によって、接着材は硬化され、圧電素子５と振動板８とを接合する接着材層９を形成する。

ここで図２の（ｂ）に示すように、押圧の際に、ビーズ１１の振動板８側の頂部は、ビーズ１１よりも柔軟な振動板８に食い込んで表面を変形させ、振動板８には凹部９０が形成され、さらに凹部９０に接着材が入り込む。

ここで、接着材層９の膜厚９１は、ビーズ１１が食い込んだ凹部９０を考慮しないものとする。即ち、膜厚９１は圧電素子５と振動板８との対向面どうしの離間距離である。したがって、接着材層９の膜厚９１は、ビーズ１１が食い込んだ分だけビーズ１１の粒径よりも小さくなる。

凹部９０に入り込んだ接着材により、硬化した接着材層９は、アンカー効果を得ることができ、振動板８に対する接着強度を高めることができる。即ち、塗布された接着材は硬化後、接合に用いられる膜厚９１を有する圧電素子５と振動板８との対向面間の層と、凹部９０に入り込み、アンカー効果を得る部分とを形成する。したがって、上記のアンカー効果により、圧電素子５に接着された接着材層９は振動板８と強固に接着されるため、圧電素子５と振動板８との接合強度が高く、信頼性の高いインクジェットヘッド１００が実現される。

以上説明したように、本実施の形態におけるインクジェットヘッド１００は、圧電素子５と、振動板８と、圧電素子５と振動板８との間に配置され、圧電素子５と振動板８とを接合する接着材層９と、を備え、接着材層９は、振動板８よりも硬度が高いビーズ１１を含有しており、かつ接着材層９の膜厚９１が、ビーズ１１の粒径よりも小さい。

このような構成のインクジェットヘッド１００は、接着材層９が振動板８に対してアンカー効果により強固に接着されるため、振動板８が接着材層９から剥離することが抑制される。よって接着材層９が接着されたもう一方の圧電素子５と、振動板８との接合強度が高くなり、信頼性の高いインクジェットヘッドが実現される。

また、振動板８が接着材に混錬されたビーズ１１に押圧された際に、ビーズ１１より硬度が低い（変形容易な）振動板８は変形し、凹部９０が形成されるため、凹部９０に接着材が入り込む。よって凹部９０に入り込んだものを含めて接着材が硬化し、接着材層９が形成されるため、振動板８に粗面化の処理を必要とせず、インクジェットヘッド１００の製造が容易に実現可能である。

また例えば、振動板８は樹脂によって構成されてもよい。

これにより、ビーズ１１として好適に用いることのできるセラミック、ガラス、または金属等に比べ、硬度の低い樹脂製の振動板８が構成可能であり、振動板８よりも硬度の高いビーズ１１の選択可能性を広げることができる。

（実施の形態２）
次に図３を用いて、本開示における実施の形態２について説明する。図３は、本開示の実施の形態２に係るインクジェットヘッド１００ｂを示している。

＜インクジェットヘッド１００ｂ＞
図３の（ａ）は、本開示のインクジェットヘッド１００ｂの断面図であり、図２の（ａ）と同一断面における断面を示している。

本実施の形態のインクジェットヘッド１００ｂは、少なくともノズルプレート１と、流路形成基板４と、圧電素子５と、振動板８ｂと、基台１０とを備える。

またノズルプレート１上には、複数のノズル２が形成されている。流路形成基板４は隔壁を備え、当該隔壁によって、ノズル２に連通する圧力発生室３が画成されている。圧電素子５は、各圧力発生室３に対応する領域に設けられた駆動部６と、流路形成基板４の各隔壁に対応する領域に設けられた柱部７とを有する。

振動板８ｂは、流路形成基板４と圧電素子５とを隔てる位置に設けられる。インクジェットヘッド１００はさらに、これらの部材の外周を保持し、流路形成基板４へのインク供給のための流路を有する筐体（図示せず）を備える。

以上は実施の形態１と同じ構成であるが、本実施の形態は実施の形態１に対して、振動板８ｂの構成が異なっている。より具体的には、振動板８ｂは振動部８１、および圧電素子５との接合形状に対応し、振動部８１よりも圧電素子５側に凸状に厚くなっている接合部８２を備えている。よって接着材層９ｂは圧電素子５と振動板８ｂの接合部８２との間に配置され、接着材層９ｂにより接合部８２と圧電素子５とが接合される。

図３の（ａ）の振動板８ｂと圧電素子５との接合部（図中に示す領域ｂ２）を拡大した図が図３の（ｂ）である。振動板８ｂと圧電素子５との接合には接着材層９ｂとビーズ１１とが用いられる。なお、比較例として接合部８２が無い場合におけるインクジェットヘッドの領域ｂ２と同様部分の拡大図（即ち実施の形態１と同様の構成）を図３の（ｃ）に示す。

実施の形態１において、振動板８の厚みは、例えば、１μｍ乃至１００μｍ程度である。前述したように押圧の際に、ビーズ１１の振動板８側の頂部は、ビーズ１１よりも柔軟な振動板８に食い込んで表面を変形させ、振動板８には凹部９０が形成される。この際例えば、振動板８が比較的薄い場合、図３の（ｃ）のように食い込んだ分の振動板８の厚みは、振動板８の流路形成基板４側の表面に微小な変形８３として現れる。このため、振動板８の振動特性、即ちインクジェットヘッド１００の吐出特性は、ノズル２ごとの変形８３の程度によってばらついてしまう恐れがある。

上記の変形８３は振動板８の厚みが厚いほど小さくなり、吐出特性のばらつきは抑制されるものの、振動板８の厚みを厚くすると振動板８の剛性が増すため、圧電素子５の変位が伝達しにくくなってしまう。

＜効果＞
そこで本実施の形態では、前述したように振動板８ｂは、図３の（ｂ）のように、振動部８１、ならびに圧電素子５との接合位置、および形状に対応し振動部８１よりも圧電素子５側に凸状に厚くなっている接合部８２とを備える。これにより、振動部８１の厚みを厚くせずにビーズ１１の食い込みによる振動板８ｂの流路形成基板４側の表面の変形８３を抑制することが可能である。

また、この時の接着材層９ｂの膜厚９２はビーズ１１の粒径よりも小さい。なお実施の形態１と同様に、接着材層９ｂの膜厚９２は、ビーズ１１が食い込んだ凹部９０ｂを考慮せず、圧電素子５と振動板８ｂとの対向面どうしの離間距離によって規定される。

さらに、上記構成とすることにより、圧電素子５と振動板８ｂとの接合時の押圧力にばらつきが発生した場合、接着材は押しつぶされすぎることで、圧電素子５の幅（ノズル２の配列方向における圧電素子５の長さ）よりも広がってはみ出し、はみ出し部９３が発生することが考えられる。また、接着材の塗布量のぶれ等でもこのようなはみ出し部９３の形成が想定される。このはみ出し部９３は、接合部８２の振動部８１に対する高さによって振動部８１に接しないように設計することが可能である。よって接着材が硬化した際に振動部８１の動作を阻害して振動特性をばらつかせることを抑制できるという効果も同時に得ることができる。

なお、以上のような、振動部８１と接合部８２とから構成される樹脂製の振動板８ｂを作製する方法としては、例えばフォトリソグラフィによって樹脂フィルムをハーフエッチして作製する方法、感光性ポリイミドのような感光性樹脂のパターニングを積層して作製する方法、インプリントやエンボスなどの工法で金型から樹脂フィルムに接合部８２の形状を転写して作製する方法などを挙げることができる。

以上説明したように、本実施の形態におけるインクジェットヘッド１００ｂの備える振動板８ｂは、振動部８１と、振動部８１よりも圧電素子５側に凸状に厚くなっている接合部８２と、を備え、接着材層９ｂにより接合部８２と圧電素子５とが接合される。

（実施の形態３）
次に、図４を用いて本開示における実施の形態３について説明する。図４は、本開示の実施の形態３に係るインクジェットヘッド１００ｃの断面図を示している。

＜インクジェットヘッド１００ｃ＞
図４は、図３における領域ｂ２を拡大したもの（即ち図３の（ｂ）と同じ箇所）であるが、図３の（ｂ）と比較すると、図４では、圧電素子５ｃは、振動板８ｂに対向する接合面（振動板８ｂ側の表面）に窪み部５１を有する。つまり、本実施の形態は、実施の形態２に比べ圧電素子５ｃの接合面に窪み部５１を有する（形成されている）点で異なっている。このような窪み部５１は接着材に混錬されたビーズ１１の一部が入り込める大きさになっている。したがって、ビーズ１１のうち少なくとも一部は、窪み部５１の中に配置される。

このため、接着材層９ｃに含まれるビーズ１１は圧電素子５ｃの表面（接合面のうち窪み部５１を除く箇所）に位置するビーズ１１と窪み部５１に位置するビーズ１２とがある点で異なっている。なお後述するが、圧電素子５ｃの表面に位置するビーズ１１は実施の形態１、および実施の形態２と同様に押圧力によって振動板８ｂに食い込むものである。

＜効果＞
以上に説明した窪み部５１の形状や配置密度を適切に調整することで、圧電素子５ｃと振動板８ｂとを接合する押圧の際に、圧電素子５ｃの表面に位置するビーズ１１の振動板８ｂ側の頂部は、ビーズ１１よりも柔軟な振動板８の接合部８２に食い込む。ビーズ１１の食い込みは振動板８ｂの接合部８２の表面を変形させ、振動板８ｂには凹部９０ｂが形成される。一方、窪み部５１に位置するビーズ１２は、振動板８ｂ側の頂部において、振動板８の接合部８２に接するが、食い込まない。本実施の形態ではこのような構成の接着材層９ｃを形成させることが可能になる。

この時の接着材層９ｃの膜厚９４は圧電素子５ｃの表面に位置するビーズ１１の粒径よりも小さい。また、窪み部に位置するビーズ１２の粒径に対しても、膜厚９４は小さい。つまり、ビーズ１１が振動板８ｂに食い込むとともに、ビーズ１２は、圧電素子５ｃ側に食い込んだような形態となり、窪み部５１にも接着材が入り込む。

なお、上記の実施の形態と同様に、接着材層９ｃの膜厚９４は、ビーズ１１が食い込んだ凹部９０ｂを考慮せず、また窪み部５１も考慮しない圧電素子５ｃと振動板８ｂとの対向面どうしの離間距離によって規定される。以上のような構成にすることで、圧電素子５ｃの表面に位置するビーズ１１によって発生した凹部９０ｂに食い込んだ接着材層９ｃは、振動板８ｂに対してアンカー効果を得ることができ、接着強度を高めることができる。さらに接着材層９ｃは、窪み部５１に入り込み硬化された接着材も含むため、圧電素子５ｃに対してもアンカー効果を得ることができる。

さらに、窪み部５１に位置するビーズ１２の存在によって、圧電素子５ｃと振動板８ｂとを接合する押圧における、膜厚９４のコントロールが容易になる。より詳しくは、圧電素子５ｃと振動板８ｂとを接合する押圧力を加えることによって膜厚９４を徐々に小さく設定していくが、膜厚９４の設定がビーズ１２の振動板８ｂ側の頂部の位置において、加えた圧力に対する応力は変化する。つまり膜厚９４の設定がビーズ１２の頂部の位置に達したことがトルク管理等により容易に確認でき、膜厚９４のコントロールが容易になる。

このような膜厚９４のコントロール容易性は、圧電素子５ｃと振動板８ｂとを接合する押圧力によって接着材が押しつぶされすぎて、圧電素子５ｃの幅よりも押し広げられてしまうという不具合を抑制することを可能にする。

なお、圧電素子５ｃは振動板８ｂを構成する樹脂のような、表面が平滑な材料ではなく、セラミックの焼結体であるため、もともと凹凸構造があり、当該凹凸構造の研削によって接合可能になるまで平滑に加工されている。このため、研削による平滑化の加工度合いを適正化する（凹凸構造を残存させる）だけで、圧電素子５ｃには接合に適した平滑面（表面）を形成すると同時に一部に窪み部５１を形成する（残存させる）ことが可能である。したがって、窪み部５１の形成においては、窪み部５１を形成するための追加の工程を特に必要とせず、さらに研削の一部省略による加工時間の短縮も想定しうる。

なお、図４の振動板８は図３の（ｂ）と同様、接合部８２がある場合を描いているが、本実施の形態は接合部８２が無く、圧電素子５ｃと振動板とが接合される構成でも構わない。

以上説明したように、本実施の形態におけるインクジェットヘッド１００ｃの備える圧電素子５ｃは、振動板８ｂに対向する接合面に窪み部５１を有し、ビーズ１１、および１２のうち少なくとも一部（ビーズ１２）は、窪み部５１の中に配置される。

これにより、窪み部５１に入り込んだ接着材が硬化することにより、接着材層９ｃは圧電素子５ｃに対するアンカー効果を得ることができ、圧電素子５ｃとの接着強度を高めることができる。また、窪み部５１に入り込んだビーズ１２は、振動板８ｂの接合部８２の圧電素子５ｃ側表面が接する位置で膜厚９４を容易にコントロールできる。

（実施の形態４）
さらに以下では、図５を用いて、本開示における実施の形態４について説明する。図５は、本開示の実施の形態４に係るインクジェットヘッド１００ｄを示している。

＜インクジェットヘッド１００ｄ＞
図５は、図３における領域ｂ２を拡大したもの（即ち図３の（ｂ））、および図４と同じ箇所について示した断面図である。図５には、図３の（ｂ）に示したビーズ１１が単一の粒径のものによる構成ではなく、粒径分布があるもの、または単一の粒径のビーズ１１等を複数混ぜたものなどを用いた場合における、振動板８ｂと圧電素子５とが接合されている部分を示している。

つまり、本実施の形態に用いられるビーズは、粒径が異なる第１ビーズ１３、および第２ビーズ１４を少なくとも含む。この点が以上に述べた他の実施の形態に対して異なっている。

複数の粒径のビーズの中で最も粒径の大きい第１ビーズ１３と、当該第１ビーズ１３よりも粒径が小さい第２ビーズ１４とを混錬した接着材は、図２の（ｂ）等と同様に圧電素子５、また接合部８２を備える構成においては接合部８２のいずれかに塗布される。その後、圧電素子５と振動板８ｂとの位置合わせを行い、さらに押圧を行った後、用いた接着材それぞれに適した硬化方法によって、接着材は硬化され、圧電素子５と振動板８ｂとを接合する。

なお、図５における振動板８ｂは図３の（ｂ）と同様に、接合部８２がある場合で描いているが、本実施の形態は接合部８２が無く、圧電素子５ｃと振動板とが接合される構成でも構わない。

＜効果＞
第１ビーズ１３と、第２ビーズ１４との濃度（ビーズ数濃度）を適切に調整することで、圧電素子５と振動板８ｂとを接合する押圧の際に第１ビーズ１３の振動板８ｂ側の頂部は第１ビーズ１３よりも柔軟な振動板８ｂに食い込み、振動板８ｂの表面に凹部９０ｂを形成する。一方、第２ビーズ１４は、の振動板８ｂ側の頂部において、振動板８ｂに接するが、食い込まない。

つまり、第１ビーズ１３、第２ビーズ１４、及び接着材層９ｄの膜厚９５の関係は、第２ビーズ１４の粒径よりも大きい第１ビーズ１３の粒径よりも、接着材層９ｄの膜厚９５が小さい関係である。本実施の形態ではこのような構成の接着材層９ｄを形成させることが可能になる。

この時の接着材層９ｄの膜厚９５は第１ビーズ１３の粒径よりも小さい。また、第２ビーズ１４の粒径に対しては、膜厚９５は略一致する。つまり、第１ビーズ１３が振動板８ｂに食い込むとともに、第２ビーズ１４は、圧電素子５表面と、凹部９０ｂが形成されていない接合部８２の表面との間に挟持される。

なお、上記の実施の形態と同様に、接着材層９ｃの膜厚９４は、ビーズ１１が食い込んだ凹部９０ｂを考慮せず、圧電素子５と振動板８ｂとの対向面どうしの離間距離によって規定される。

第２ビーズ１４の存在によって、膜厚９５のコントロールが単一粒径の場合よりも容易になる。より詳しくは、圧電素子５と振動板８ｂとを接合する押圧力を加えることによって膜厚９５を徐々に小さく設定していくが、膜厚９５の設定が第２ビーズ１４の粒径の位置において、加えた圧力に対する応力が変化する。つまり膜厚９５が第２ビーズ１４の粒径に達したことがトルク管理等により容易に確認でき、膜厚９５のコントロールが容易になる。

このような膜厚９５のコントロール容易性は、圧電素子５と振動板８ｂとを接合する押圧によって、接着材が押しつぶされすぎて、圧電素子５の幅よりも広がって接着し、硬化されることを抑制できる。よって、はみ出して硬化した接着材が振動板８ｂの振動を阻害してしまうという不具合を抑制することが可能になる。なお第２ビーズ１４は、さらに複数の粒径のビーズを含んでいてもよい。つまり、第２ビーズ１４のうち最も大きい粒径に依存して膜厚９５を決定することができ、膜厚９５として使用したい所定の粒径以下の第２ビーズ１４であればよい。言い換えると、第１ビーズ１３に比べ、第２ビーズ１４の粒径は管理容易であるため安価な（粒径管理が粗い）ビーズを用いることもできる。

また、上記のような複数の粒径を有する第２ビーズ１４を用いた場合、第２ビーズ１４のうち、どの粒径と一致する膜厚９５を設定するかを、加える圧力によってより多段階に制御することもできる。

以上説明したように、本実施の形態におけるインクジェットヘッド１００ｄが備えるビーズ１１は、粒径が異なる第１ビーズ１３、および第２ビーズ１４を含み、第２ビーズ１４の粒径よりも大きい第１ビーズ１３の粒径よりも、膜厚９５は小さい。

これにより、圧電素子５に窪み部５１を有することなく、膜厚９５を容易にコントロールできるため、圧電素子５と振動板８ｂとの接合信頼性を確保しつつ、所望の吐出特性を有するインクジェットヘッドを容易に実現することができる。

（その他の実施の形態）
以上、実施の形態について説明したが、本開示は、上記実施の形態に限定されるものではない。

また、上記実施の形態においてインクジェットヘッドを構成する構成要素について例示したが、インクジェットヘッドが備える構成要素の各機能は、インクジェットヘッドを構成する複数の部分にどのように振り分けられてもよい。

その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態、または、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含まれる。

例えば、本開示においては、振動板８、および８ｂを樹脂により構成する一例を示したが、ビーズ１１、および１３よりも硬度の低い材料であればいかなる材料を用いて振動板を構成してもよい。

また例えば、振動板８ｂは振動部８１と接合部８２とによって構成されたが、接合部８２を備えなくてもよい。例えば、変形８３が振動板の厚みに対して無視できるような大きさ（厚み）である場合は、このような接合部８２を備えなくてもよい。もしくは、変形８３が無視できるような十分な厚みを有する振動板を振動させることができる変位特性を有する圧電素子を備えてもよい。

また、実施の形態１乃至実施の形態４のうち複数の形態を任意に組み合わせて、信頼性の高いインクジェットヘッドを実現してもよい。

本開示により信頼性の高いインクジェットヘッドが提供されるため、低コストで電子デバイスや光学デバイスのパターンが形成でき有用である。

１ ノズルプレート
２ ノズル
３ 圧力発生室
４ 流路形成基板
５、５ａ、５ｃ 圧電素子
６ 駆動部
７ 柱部
８、８ａ、８ｂ 振動板
９、９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ 接着材層
１０ 基台
１１、１２、１３、１４ ビーズ
５１ 窪み部
８１ 振動部
８２、８２ａ 接合部
８３ 変形
９０、９０ｂ 凹部
９１、９２、９４、９５ 膜厚
９３ はみ出し部
１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ インクジェットヘッド

Claims (4)

1. インクジェットヘッドであって、
   圧電素子と、
   振動板と、
   前記圧電素子と前記振動板との間に配置され、前記圧電素子と前記振動板とを接合する接着材層と、を備え、
   前記接着材層は、前記振動板よりも硬度が高いビーズを含有しており、かつ前記接着材層の膜厚が、前記ビーズの粒径よりも小さく、
   前記圧電素子は、前記振動板に対向する接合面に窪み部を有し、
   前記ビーズのうち少なくとも一部は、前記窪み部の中に配置される
   インクジェットヘッド。
2. 前記振動板は樹脂によって構成される
   請求項１に記載のインクジェットヘッド。
3. 前記振動板は、
   振動部と、
   前記振動部よりも前記圧電素子側に凸状に厚くなっている接合部と、を備え、
   前記接着材層により前記接合部と前記圧電素子とが接合される
   請求項１または２に記載のインクジェットヘッド。
4. 前記ビーズは、粒径が異なる第１ビーズ、および第２ビーズを含み、
   前記第２ビーズの粒径よりも大きい前記第１ビーズの粒径よりも、前記膜厚は小さい
   請求項１乃至３記載のインクジェットヘッド。

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