JPH0948131A - インクジェットプリンタヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板の側壁の側面に設けた電極を絶縁膜で被
覆するようにしたインクジェットプリンタヘッドにおい
て、信頼性の高い絶縁膜の形成を、高価な装置を用いる
ことなく簡単にできるようにする。 【解決手段】 側壁９の側面に電極１０を設けた基板２
を電着塗料中に浸漬させ、電圧印加により電着塗料を電
極１０の表面に電着させ、電着させた電着塗料の焼付け
を行なうことにより絶縁膜１２を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、オンデマンド方式
のインクジェットプリンタヘッドの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、インク供給部に接続して並設した
多数の圧力室の先端にインク吐出口を有するノズル板を
固定し、印字指令に応じて選択的に圧力室内のインク圧
を高めてインク吐出口からインク滴として吐出させるよ
うにしたオンデマンド方式のインクジェットプリンタヘ
ッドが知られている。

【０００３】このようなインクジェットプリンタヘッド
における圧力室内のインク圧を高めてインク滴を吐出さ
せる方法としては、圧力室の両側に配列した側壁の少な
くとも一部を圧電部材により形成し、その側壁の側面に
電極を設け、この電極に電圧を印加して側壁をシェアモ
ード変形させる方法が特開昭６３−２４７０５１号公報
に開示されている。

【０００４】ここで、上述したように側壁をシェアモー
ド変形させてインク滴を吐出させる形式のインクジェッ
トプリンタヘッドにおいては、側壁の側面に設けた電極
が圧力室内に露出した状態であると導電性を有する水性
インクを使用することができず、使用できるインクの種
類が制約を受けることになる。そこで、水性インクを使
用するためには電極の上に絶縁膜を形成することが必要
となり、上述した特開昭６３−２４７０５１号公報で
は、スパッタリング法により酸化アルミニウムや窒化珪
素からなる絶縁膜を形成することが開示されている。

【０００５】また、特開平６−１２６９５７号公報で
は、蒸着重合法によりポリイミドからなる絶縁膜を形成
することが開示されている。

【０００６】さらに、特開平５−３１８７３４号公報で
は、ゾルゲル法により酸化物薄膜からなる絶縁膜を形成
することが開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】特開昭６３−２４７０
５１号公報に開示されているようにスパッタリング法で
絶縁膜を形成する場合には、高価な真空装置を必要とす
るために製造コストが高くなる。また、スパッタリング
法では、三次元形状である溝の内面（側壁の側面）に均
一な膜厚に絶縁膜を形成することは困難である。

【０００８】特開平６−１２６９５７号公報に開示され
ているように蒸着重合法で絶縁膜を形成する場合には、
スパッタリング法で形成する場合と比較すれば形成され
る絶縁膜の均一度はアップする。しかし、特殊な真空装
置を必要とするため、スパッタリング法で形成する場合
に比べて製造コストがさらに高くなる。

【０００９】特開平５−３１８７３４号公報に開示され
ているようにゾルゲル法で絶縁膜を形成する場合には、
装置は安価なものとなるが、ゾル溶液の塗布をディッピ
ング装置やスプレー装置を用いて行うため、エッジ部分
等にゾル溶液が溜まり易く、溝の内面のような微細な部
分に均一に塗布することは困難である。

【００１０】そこで請求項１記載の発明は、基板に形成
した側壁の側面に設けた電極を被覆する絶縁膜を高価な
真空装置を用いることなく形成することができ、かつ、
均一な膜厚に形成することができるインクジェットプリ
ンタヘッドの製造方法を提供する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、多数の溝と側壁とを交互に形成してこの側壁の側面
に電極を設けた基板を電着塗料中に浸漬させ、ついで、
電着塗料を電極の表面に電着させ、ついで、電着させた
電着塗料を焼付けることにより絶縁膜を形成するため、
微細な三次元形状の溝の内部であっても均一な膜厚の絶
縁膜が形成され、しかも、焼付けの際に電着塗料中に発
生していたピンホールが塞がれる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態を図面に基
づいて説明する。インクジェットプリンタヘッド１は図
１に示すように、基板２に対して天板３とノズル板４と
を接着することにより形成している。

【００１３】前記基板２は、底板５の上に二層の圧電部
材６，７を接着することにより三層構造に形成する。底
板５は、剛性が高く熱変形の少ないセラミックスやガラ
スを材料として形成し、その板厚寸法を０．５〜５ｍｍ
程度としている。前記圧電部材６，７は、板厚方向に分
極したものをその分極方向が逆向きとなるように接着
し、下側の圧電部材６の板厚寸法を１７５μｍ、上側の
圧電部材７の板厚寸法を１３０μｍ、これらの圧電部材
６，７を接着する接着層の厚さを約１０μｍとしてい
る。

【００１４】また、前記基板２に対して溝加工を施すこ
とにより、圧電部材７の上面から圧電部材６の内部に達
すると共に互いに平行な多数の溝８とこれらの溝８を隔
てる多数の側壁９とを形成する。なお、この溝加工は、
ＩＣウエハの切断等に用いるダイシングソーのダイヤモ
ンドホイール等を用いて行なう。また、これらの溝８
は、基板２の前面側において開口し、奥側を閉塞した形
状に形成する。さらに、溝８の寸法はインクジェットプ
リンタヘッドの仕様により決定するが、例えば、深さ寸
法を０．２〜１ｍｍ、幅寸法を２０〜２００μｍ、長さ
寸法を５〜５００ｍｍに形成する。本実施の形態のイン
クジェットプリンタヘッド１では、溝８の幅寸法を７０
μｍ、溝８の深さ寸法を２７０μｍとしている。

【００１５】ついで、溝８と側壁９とを形成した前記基
板２に対して無電解メッキ処理を施すことにより、前記
側壁９の側面に電極１０を形成し、及び、前記圧電部材
７の上面にこれらの電極１０と連続する配線パターン１
１を形成する。さらに、後述するようにアニオン型アク
リル系の電着塗料を電着させることにより前記電極１０
を絶縁膜１２で被覆する。

【００１６】このようにして溝８や側壁９、及び、電極
１０や絶縁膜１２を形成した基板２に対し、溝８の頂部
側開口面を覆うように前記天板３を接着し、及び、溝８
の先端側開口面を覆うように前記ノズル板４を接着し、
各溝８をこれらの天板３とノズル板４とで囲むことによ
り多数の圧力室１３を形成する。なお、前記ノズル板４
には、各圧力室１３に連通する多数のインク吐出口１４
を形成し、前記天板３の下面には、各圧力室１３に連通
すると共にこれらの圧力室１３にインクを供給するため
のインク供給管（図示せず）を接続するインク供給路１
５を形成する。

【００１７】ここで、電着塗料を電着させることにより
前記絶縁膜１２を形成する原理を図３及び図４に基づい
て説明する。まず、図３（ａ）は、アニオン型アクリル
系の電着塗料１６中に一対の導電部材１７ａ，１７ｂを
浸漬させ、これらの導電部材１７ａ，１７ｂ間に直流電
圧を印加した状態を示す。

【００１８】この直流電圧の印加により、導電部材１７
ａ，１７ｂの周囲で水の分解反応が起こり、陽極側の導
電部材１７ａの周囲では酸素ガスと水素イオンとが発生
して酸性化が進行し、陰極側の導電部材１７ｂの周囲で
は水素ガスと水素基イオンとが発生して塩基性化が進行
する。そして、陽極側の導電部材１７ａの表面にイオン
化された電着塗料１６が引き付けられて電着し、絶縁膜
１２が形成される。従って、導電部材１７ａに代えて電
極１０を形成した基板２を電着塗料１６中に浸漬させ、
この基板２と導電部材１７ｂとの間に直流電圧を印加す
ることにより、電極１０の表面に電着塗料１６を電着さ
せて絶縁膜１２を形成することができる。

【００１９】なお、アニオン型の電着塗料１６として
は、上述したアクリル系の他に、ポリエステル系のもの
も使用可能である。

【００２０】一方、図３（ｂ）は、カチオン型の電着塗
料１６を用いて絶縁膜１２の形成を行なう状態を示すも
のである。カチオン型の電着塗料１６を用いた場合に
は、陰極側の導電部材１７ｂの表面に電着塗料１６が電
着し、絶縁膜１２が形成される。従って、この導電部材
１７ｂに代えて電極１０を形成した基板２を電着塗料１
６中に浸漬させ、この基板２と導電部材１７ａとの間に
直流電圧を印加することにより、電極１０の表面に電着
塗料１６を電着させて絶縁膜１２を形成することができ
る。

【００２１】なお、カチオン型の電着塗料１６として
は、エポキシ系のものやウレタン系のものがある。

【００２２】ついで、図４はアニオン型の電着塗料１６
を用いて絶縁膜１２を形成する状態を示す模式図であ
る。図３（ａ）に示したように導電部材１７ａ，１７ｂ
間に直流電圧を印加すると、陽極側の導電部材１７ａの
表面における活性の高い部分、例えば、表面汚れがない
部分や表面凹凸がある部分等から電着が始まり、電着塗
料１６中の分散粒子１６ａが電着されて凝析粒子１６ｂ
となることにより絶縁膜１２が形成され、膜厚が次第に
増加する。なお、電着時にはこの導電部材１７ａの周囲
では酸素ガスが発生し、絶縁膜１２内には酸素ガスの気
泡１８が通過したガス通路１９がピンホールとなって残
存する。

【００２３】但し、このガス通路１９は、電着作業が終
了した導電部材１７ａを電着塗料１６中から取り出して
焼付けを行なうことにより、電着塗料１６が一旦溶けた
状態となって塞がれる。

【００２４】ここで、本実施の形態においては、アニオ
ン型の電着塗料１６として（株）シミズ製のエレコート
ＡＭＧ−２を用い、以下の手順で絶縁膜１２を形成し
た。無電解メッキ処理により電極１０を形成した直後の
基板２、即ち、水洗いして乾かさない状態の基板２を２
５℃の電着塗料１６に浸漬させ、電着塗料１６となじま
せるために数十秒間放置する。ついで、この基板２を陽
極側として直流電圧を印加するが、陰極側の導電部材１
７ｂにはメッシュ構造のステンレスを用い、被電着物で
ある電極１０より大きな表面積を持たせることによって
電着のバラツキを防止する。

【００２５】そして、基板２とステンレスの導電部材１
７ｂとの間に直流電圧を印加し、所定時間経過後に電圧
印加を停止し、基板２を電着塗料１６から引き上げ、水
洗いをすることにより基板２上に付着している余分な電
着塗料を除去し、さらに、エアブローにより水滴を除去
した後に乾燥、焼付けを行なう。乾燥は、１００℃で約
１０分間行ない、焼付けは１７０℃で約３０分間行な
う。また、無電解メッキ処理を施した後は、応力緩和の
ためにアニールを行なうが、ここでは、焼付けがそのア
ニールも兼ねている。

【００２６】印加電圧の大きさ及び印加時間と絶縁膜１
２の膜厚との関係は、１０Ｖの電圧を２分間印加するこ
とにより３μｍの絶縁膜１２を形成することができ、１
９Ｖの電圧を２分間印加することにより５μｍの絶縁膜
１２を形成することができた。なお、基板２における電
極１０以外の部分には電流が流れず、従って電極１０以
外の部分には絶縁膜１２は形成されない。

【００２７】ここで、上述したエレコートＡＭＧ−２を
はじめとする各種の電着塗料１６は、通常、顔料、染料
等を混入して着色しているが、絶縁膜１２として電着さ
せようとする場合には特に必要はない。

【００２８】このような構成において、このインクジェ
ットプリンタヘッド１では、圧力室１３内にインクを供
給した状態で配線パターン１１を介して電極１０へ電圧
を印加すると、圧電部材６，７により形成した側壁９が
圧力室１３の容積を大きくする方向へシェアモード変形
し、やがて、側壁９が急激に初期位置に復帰する。そし
て、側壁９が急激に初期位置に復帰した際に圧力室１３
内のインクを加圧することにより、圧力室１３内のイン
クの一部がインク吐出口１４からインク滴として吐出
し、そのインク滴を記録用紙等に付着させることによっ
て画像形成を行なう。なお、このインク滴の吐出時に
は、クロストークを防止するため、偶数番目の圧力室１
３と奇数番目の圧力室１３とを交互に加圧する。

【００２９】ついで、このインクジェットプリンタヘッ
ド１では、電極１０を絶縁膜１２で被覆しているため、
この電極１０が圧力室１３に供給されたインクに触れる
ということがなくなり、電極１０がインクに触れるため
に生ずる電極１０の腐蝕や劣化を防止できる。しかも、
使用するインクとしては安価な導電性インクを使用する
ことができる。

【００３０】また、電極１０を形成した基板２を電着塗
料１６中に浸漬させ、直流電圧を印加することにより絶
縁膜１２を形成するため、高価な真空装置を用いること
なく絶縁膜１２を形成することができる。しかも、電着
塗料１６中の分散粒子１６ａを電圧の印加によって電極
１０の表面に電着させることによって絶縁膜１２を形成
するため、三次元形状の溝８の内周部に位置する電極１
０の表面においても均一な膜厚の絶縁膜１２を形成する
ことができる。そして、この電着法で絶縁膜１２を形成
した場合には、絶縁膜１２内には電着時に発生したガス
通路１９がピンホールとなって残存するが、電着作業が
終了した基板２に対して焼付けを行なうことによりこの
ピンホールを塞ぐことができ、内部に隙間のない信頼性
の高い絶縁膜１２を得ることができる。

【００３１】焼付け時にピンホールが塞がれるのは、一
旦電着した電着塗料１６が加熱されて軟化するためであ
る。従って、電着させた電着塗料１６の粘度が小さすぎ
ると、均一な膜厚に電着されている電着塗料１６が焼付
け時に流動してしまい、エッジ部が薄く、コーナー部や
溝８の底面部が厚くなり易い。そこで、電着塗料１６中
にフィラー等を混入させて電着塗料１６の粘度を大きく
することにより、焼付けに伴う膜厚の不均一化を防止す
ることができる。

【００３２】なお、本実施の形態のインクジェットプリ
ンタヘッド１においては、２枚の圧電部材６，７を用い
て基板２を形成した場合を例に挙げて説明したが、１枚
の圧電部材を使用したインクジェットプリンタヘッドに
おいても本発明を適用することができる。

【００３３】また、本実施の形態のインクジェットプリ
ンタヘッド１では、電極１０を無電解メッキ処理により
形成した場合を例に挙げて説明したが、この電極１０を
スパッタリング法等の他の方法で形成してもよい。

【００３４】さらに、無電解メッキ処理で電極１０を形
成した直後に電着工程に入らないために電極１０の表面
が乾燥した場合、又は、無電解メッキ処理で電極１０を
形成した直後であっても電極１０と絶縁膜１２との密着
力が小さい場合、又は、スパッタリング法等のドライ方
式で電極を形成した場合等には、基板２に対してアルカ
リ電解脱脂処理、クロム酸処理等を施してから電着塗料
１６に浸漬させることにより、電極１０と絶縁膜１２と
の密着力を向上させる。

【００３５】ついで、無電解メッキ処理により電極１０
を形成した直後でも、基板２を電着塗料１６に浸漬させ
たときに溝８内に残った水と電着塗料１６とが置換しき
れなかったり、基板４が乾いた状態となっていたために
電着塗料１６が溝８内に入りきらずに溝８内に気泡が残
ったりすると、絶縁膜１２中のピンホールの原因とな
る。そこで、これらを防止するためには、基板２を電着
塗料１６に浸漬させてなじませる際に超音波をかけるよ
うにする。

【００３６】また、電着工程が終了して水洗いする際に
溝８内に余分な電着塗料１６が残ると、溝８がこの電着
塗料１６によって塞がれることがあるため、水洗い時に
溝８内から余分な電着塗料１６を確実に除去するために
はこの水洗い時に超音波をかけるようにする。

【００３７】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、基板に形
成した側壁の側面に設けた電極を被覆する絶縁膜を高価
な真空装置を用いることなく形成することができ、か
つ、この絶縁膜を均一な膜厚に形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態のインクジェットプリン
タヘッドを一部を破断して示す斜視図である。

【図２】電極を被覆する絶縁膜を形成した状態の基板を
示す縦断正面図である。

【図３】電着塗料を電着させることにより絶縁膜を形成
する原理を示す説明図であり、（ａ）はアニオン型の電
着塗料を用いた場合、（ｂ）はカチオン型の電着塗料を
用いた場合である。

【図４】電圧の印加に伴い絶縁膜が形成される状態を示
す模式図である。

【符号の説明】 １ インクジェットプリンタヘッド ２ 基板 ３ 天板 ４ ノズル板 ６，７ 圧電部材 ８ 溝 ９ 側壁 １０ 電極 １２ 絶縁膜 １４ インク吐出口 １６ 電着塗料

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多数の溝と側壁とを交互に形成すると共
   に前記側壁の少なくとも一部を圧電部材により形成した
   基板と、前記側壁の側面に設けた電極と、前記電極を被
   覆した絶縁膜と、前記溝の頂部側開口面を覆うように前
   記基板に固定した天板と、前記溝に対応する多数のイン
   ク吐出口を形成してこれらの溝の先端側開口面を覆うよ
   うに前記基板に固定したノズル板と、前記溝を前記天板
   と前記ノズル板とで囲むことにより形成した圧力室とを
   有するインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記電
   極を設けた前記基板を電着塗料中に浸漬させ、電着塗料
   を前記電極の表面に電着させ、電着させた電着塗料の焼
   付けを行なうことにより前記絶縁膜を形成することを特
   徴とするインクジェットプリンタヘッドの製造方法。