JPH0994958A

JPH0994958A - インクジェットヘッド及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0994958A
Application number: JP25348295A
Authority: JP
Inventors: Hirokazu Ono; 裕和大野
Original assignee: Seikosha KK
Current assignee: Seikosha KK
Priority date: 1995-09-29
Filing date: 1995-09-29
Publication date: 1997-04-08

Abstract

(57)【要約】【課題】電極の高さのむらを無くし、射出特性が均一
で安定した印字を可能にする。【解決手段】流路基板１の上面1aに複数のインク流路
11を形成する。インク流路を区画する隔壁12の側面に電
極21を形成する。この電極21は、インク流路の底面と、
インク流路を区画する隔壁12の側面の底面側にほぼ半分
の高さ位置までとに形成している。電極21はインク流路
の後端部から流路基板の上面を後方へ延伸する電極接続
部22に導通している。流路基板の上面1aにインク流路を
閉鎖するカバープレートを接合し、電極接続部22と駆動
回路とを接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】本発明は、インクジェットヘッド及
びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のインクジェットヘッドには、例え
ば図８に示すように、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）
系の圧電性セラミック材料からなる流路基板ａの上面
に、複数本（図示では８本）のインク流路ｂ…が、一定
間隔で平行に設けられている。インク流路ｂの形状は、
前面に開口し、一定の深さで一定の長さだけ後方へ向か
い、後端部は底面が湾曲して次第に浅くなり、やがて流
路が無くなっている。インク流路ｂの対向する両側壁に
は、ほぼ半分の深さだけの駆動電界印加用の電極ｃ…が
形成してあり、両側壁の電極ｃ，ｃは後端部に至って連
続し、流路基板ａの上面を後方へ向かって電極接続部ｄ
…となって延伸している。

【０００３】流路基板ａの上面には、カバープレートｅ
が接合してある。カバープレートの中央部には窓孔ｆが
開設してある。この窓孔によって、インク流路ｂの後端
部が窓孔ｆを介して開放状態になっている。この窓孔ｆ
上に、図示しないが、インク流路ｂ内にインクを供給す
る共通インク室を有するマニホールド部材が配設される
ことになる。電極接続部ｄ…はカバープレートｅの後端
部から露出している。流路基板ａ及びカバープレートｅ
の前端面に、ノズルプレートｇが接合されるもので、こ
のノズルプレートｇには各インク流路ｂ…に対向するノ
ズルｈ…が開口してある。

【０００４】各電極接続部ｄ…は、ＦＰＣやリジット基
板ｉの対応する電極ｊにワイヤｋを用いてワイヤボンデ
ィングにて接続され、駆動制御用ドライバへ導通してい
る。電極ｃに駆動電界が印加されると、側壁に剪断モー
ド等のアレイ方向に平行な変形を引き起こし、インク流
路ｂの容積を変化させて内部のインクの圧力を高めてノ
ズルｈからインク滴を射出させる。

【０００５】この様なインクジェットヘッドを製造する
際には、流路基板ａの上面にインク流路ｂを研削し、イ
ンク流路ｂの対向する側壁に電極ｃを真空蒸着する。電
極ｃが側壁のほぼ上半分に形成されるように、蒸着に際
してはターゲットに対してワークをある角度に傾けて行
う。真空蒸着の場合、直進性が高いので、このように傾
けることで側壁の下半分への被膜形成が防げる。しか
し、蒸着によって電極がインク流路ｂの側壁のみでな
く、流路基板ａの上面や前面や側面にも形成されてしま
う。そこで、ノズルプレートｇが貼着される流路基板ａ
の前面や、カバープレートｅが貼着される流路基板ａの
上面を研磨紙などを用いて研磨して不要な電極を除去す
る。その上で、上面にカバープレートｅを、前面にノズ
ルプレートｇを貼着してインクジェットヘッドの製造が
完了する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら真空蒸着
法を用いた電極形成は、スパッタ法に比べて基板清浄度
が膜の付着強度に影響を及ぼし易く、このためにニッケ
ル等膜自体の強度が大きい電極部材を蒸着形成すると膜
剥がれ不良を起こしやすい問題がある。一方スパッタ法
では、側壁の上半分のみに被膜形成するのは困難であ
る。

【０００７】また、斜方蒸着法により形成される電極膜
の深さは、蒸着源と流路壁面の成す角度および隣接する
流路壁との距離で決定されるため、流路壁群の両端流路
では電極深さが異なってくる。この差は流路両端の距離
が長くなるほど、即ちヘッドを長尺化するほど顕著とな
る。流路電極深さが異なると、射出特性も異なり均一な
印字ができなくなるなど、多くの問題がある。

【０００８】そこで本発明の目的は、電極の高さにむら
が無く、従って射出特性が均一で安定した印字が可能な
インクジェットヘッドを提供することにある。また、電
極を安定して形成し、しかも電極の高さにむらを生ずる
ことのないインクジェットヘッドの製造方法を提供する
ことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明では、上面に複数のインク流路が形成され
た流路基板と、流路基板の上面に接合されインク流路を
閉鎖するカバープレートと、インク流路を区画する隔壁
の側面に形成された電極とを有するインクジェットヘッ
ドにおいて、電極は、インク流路を区画する隔壁の側面
の底面側にほぼ半分の高さ位置まで形成されていること
を特徴としている。

【００１０】また、本発明のインクジェットヘッドの製
造方法は、流路基板にインク流路を形成し、流路基板の
上面及びインク流路の内面全体に金属膜を形成し、その
後で、流路基板の上面と、隔壁の側面の上面側のほぼ半
分の高さ位置までとの金属膜を除去し、隔壁の底面と、
側面の底面側のほぼ半分の高さ位置までとに残した金属
膜により電極を構成する工程を含んでいる。

【００１１】上記の隔壁の側面の上面側の金属膜の除去
は、インク流路の対向する両側面のうちの一方において
のみ行われるものであってもよい。

【００１２】また、上記の金属膜の除去は、流路基板の
上面側の斜め上方よりレーザーを照射して行われるもの
であってもよい。レーザー照射は、ＣＯ₂ガスレーザー
やＹＡＧレーザー等による熱加工であってもよいし、エ
キシマレーザーによるアブレーションであってもよい。
レーザーアブレーションは、高エネルギーのレーザーパ
ルスを物体に照射して分子間の結合を切断することによ
り物体を分解する手法であり、物体に入射するパルスエ
ネルギー密度を調整することにより１ショット当りの分
解深さを調節できるものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１に示すように、流路基板１と
して、例えば、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛
（ＰＺＴ）系の圧電性セラミックス材料を用いた厚さ１
ｍｍ程度の板を用いる。その上面１ａにダイシング等に
より、例えば深さ５００μｍ、ピッチ１７０μｍで、複
数本（図示では３本）のインク流路１１…を一定間隔で
平行に設ける。インク流路１１の形状は、流路基板１の
前面１ｂに開口し、一定の深さ５００μｍで一定の長さ
だけ後方へ向かい、更に後方へ向って底面が湾曲して次
第に浅くなっている。インク流路１１…は、隔壁１２の
側面（インク流路の側面）１１ａ，１１ｂと、底面１１
ｃとにより区画される溝状のものである。

【００１４】図２に電極形成工程を示しており、（ａ）
に示すようにインク流路１１…を形成した流路基板１の
上面１ａ及びインク流路１１の内面である側面１１ａ，
１１ｂ及び底面１１ｃの全体に、（ｂ）に示すように、
スパッタ，メッキ等によってニッケルやアルミニウム等
の金属材料による金属膜２を形成する。したがって金属
膜２として、流路基板１の上面１ａ上に金属膜２ａと、
隔壁１２の側面（インク流路の側面）１１ａ，１１ｂ上
に金属膜２１ａ，２１ｂと、底面１１ｃ上に金属膜２１
ｃとが形成されている。

【００１５】その後で、図２（ｃ）に示すように、流路
基板の上面に図４に示したマスク３を配設し、流路基板
の右斜め上方からエキシマレーザを照射する。このマス
ク３には、インク流路１１の後端部とその後方をカバー
する部分に、レーザを透過しない遮蔽部３ａが形成され
ている。このレーザの照射によって、流路基板１の上面
１ａの金属膜２ａと、インク流路１１の側面１１ａの上
面側のほぼ半分の高さ位置までの金属膜２１ａの上半分
とを除去する。側壁１２の影になるため、側壁の下半分
および流路底面にはレーザーが照射されず金属膜が残留
する。ついで（ｄ）に示すように、流路基板の左斜め上
方からエキシマレーザを照射する。この照射によって、
インク流路１１の側面１１ｂの上面側のほぼ半分の高さ
位置までの金属膜２１ｂの上半分を除去する。この金属
膜の除去の工程によって、インク流路の底面１１ｃ上の
金属膜２１ｃと、側面１１ａ，１１ｂのうちの底面側の
ほぼ半分の高さ位置までの上の金属膜２１ａ，２１ｂと
が残され、この金属膜２１ａ，２１ｂ，２１ｃにより電
極２１が構成される。

【００１６】図３に電極形成後の流路基板を示している
が、図４図示のマスク３の遮蔽部３ａによって、電極２
１の後端部では側面１１ａ，１１ｂの上半分の金属膜も
残されて電極２１と連続しており、更に、流路基板１の
上面のうちの各インク流路１１の後端部に連続して金属
膜が残され、これが電極接続部２２となっている。

【００１７】除去すべき金属膜２１ａ，２１ｂの高さ
は、エキシマレーザの照射角度を変えることによって調
節でき、インク流路１１の深さのほぼ半分に設定する。
また上面の金属膜２ａと側面の金属膜２１ａ，２１ｂに
入射するレーザのエネルギー密度は一般に異なっている
ので、両方の面に対してアブレーションを起こすのに十
分なエネルギー密度で照射する。

【００１８】照射されるエネルギー密度が適正ならば、
複数のインク流路に対して同時にアブレーションが可能
であり、短時間で電極を形成できる。また、レーザ光は
実質的に平行光とみなすことができるので、複数のイン
ク流路を一括して加工しても、各インク流路での照射光
と流路の側面との成す角は変わらないので、加工深さの
差は生じない。このことからヘッドを長尺化することが
容易にできる。

【００１９】このようにして製造した流路基板の上面１
ａに、図８に示した従来のものと同様なカバープレート
ｅを、及び前面１ｂにノズルプレートｇを接合し、電極
接続部２２と駆動回路とをワイヤボンディング等で結合
する。インクの射出時には、隔壁１２の両側に存在する
電極２１，２１により印加される電圧差により隔壁１２
に変形を生じ、この変形により流路の容積が減少し内部
のインクが加圧されてノズルから射出する。なお隔壁１
２の最大変位点は、電極２１の上端部、即ち、インク流
路の側面の２分の１の高さ位置である。

【００２０】インク流路の容積が変化するように両側壁
が変形するためには、インク流路の対向する両側壁が同
極となるように電界を加えるため、両側壁の電極が底面
部で導通していても構わない。

【００２１】図５に示す流路基板１０は、隔壁１２の側
面の上面側の金属膜の除去を、インク流路の対向する両
側面のうちの一方の側面１１ａにおいてのみ行い、他方
の側面１１ｂ上の金属膜２１ｂは除去しないでそのまま
残している。このように隔壁１２の両側には、一方の側
面１１ａには半分の高さの金属膜２１ａと、他方の側面
１１ｂには全部の高さの金属膜２１ｂとが存在すること
になる。しかし、圧電素子においてせん断モード変形を
生じるのは、圧電素子両面に設けられた電極により電位
差が生じた場合であり、この実施例では電極が隔壁両面
に存在する部分のみに十分な電位差が生じるから、隔壁
１２の最大変位点は、図２（ｄ）に示した両方共に半分
の高さの電極を有するものと実質的に同じであり、射出
特性に影響は殆どない。

【００２２】図６は他の形状の遮蔽部を有するマスク３
０を示している。遮蔽部の形状は、インク流路の後端部
の遮蔽部３０ｂと、これからインク流路毎に異なった距
離だけ離れた電極接続部のための遮蔽部３０ａと、両者
間を結ぶ導通部のための幅狭の遮蔽部３０ｃとから成っ
ている。遮蔽部３０ａは千鳥状に配置してある。このマ
スク３０を介して上記と同様に流路基板１にレーザーを
照射してレーザーアブレーションを行うと、流路基板１
の上面には、図７に示すような千鳥状の配置の電極接続
部３２ａが形成できる。電極接続部３２ａは、インク流
路内の電極２１にその後端部３２ｂと導通部３２ｃを介
して導通している。

【００２３】千鳥状の配置の電極接続部３２ａは、多ノ
ズルのヘッドの場合にインク流路を高密度化した際に
も、電極の接続が容易にできる利点がある。

【００２４】電極接続部は、レーザの照射によって金属
膜を除去する工程と同時に形成でるるため、工程数が増
えることがない。また、マスクの遮蔽部の形状を任意に
設計することによって任意の形状の電極接続部が形成で
き、種々の要求に対応することが可能である。

【００２５】また、マスクは形成すべき電極接続部と同
縮尺のマスクを用いて流路基板に当接もしくは近い距離
に配置してレーザを照射するコンタクトマスク法に限ら
れるものでなく、異なった縮尺のマスクを変倍レンズを
介して流路基板上に結像させるイメージングマスク法を
用いても同様の効果を得られる。

【００２６】上記実施例では、エキシマレーザーのレー
ザーアブレーションによる金属膜除去について説明した
が、ＣＯ₂ガスレーザーやＹＡＧレーザーなどにより熱
で金属膜を除去することも可能である。

【００２７】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明のインク
ジェットヘッドは、インク流路内に形成する電極の高さ
位置を、むらが無く均一に揃えているので、射出特性が
均一で安定した印字が可能である。

【００２８】また、本発明のインクジェットヘッドの製
造方法は、金属膜を全体に形成した後で不要の金属膜を
除去して電極を残すので、電極を安定して、しかも電極
の高さにむらを生ずることなく形成でき、印字品質を向
上できる。金属膜の形成方法は真空蒸着法に限定される
ことなくめっきなど種々の方法が採用できるので、作業
の自由度が増し、高い付着強度を得ることも容易であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】上面にインク流路が形成された流路基板を示す
斜視図である。

【図２】（ａ）〜（ｄ）はインク流路に電極を形成する
工程を示す断面図である。

【図３】電極が形成された本発明の流路基板を示す斜視
図である。

【図４】電極接続部を形成するためのマスクを示す平面
図である。

【図５】電極の他の例を示す断面図である。

【図６】マスクの他の例を示す平面図である。

【図７】図６のマスクを用いて電極接続部が形成された
本発明の流路基板を示す斜視図である。

【図８】従来のインクジェットヘッドを示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１，１０流路基板１ａ流路基板の上面１１インク流路１１ａ，１１ｂ側面１１ｃ底面１２隔壁２，２ａ，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ金属膜２１電極ｅカバープレート

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【手続補正書】

【提出日】平成７年１０月３日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図８

【補正方法】変更

【補正内容】

【図８】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上面に複数のインク流路が形成された流
路基板と、上記流路基板の上面に接合され上記インク流
路を閉鎖するカバープレートと、上記インク流路を区画
する隔壁の側面に形成された電極とを有するインクジェ
ットヘッドにおいて、上記電極は、上記インク流路を区画する隔壁の側面の底
面側にほぼ半分の高さ位置まで形成されていることを特
徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】上面に複数のインク流路が形成された流
路基板と、上記流路基板の上面に接合され上記インク流
路を閉鎖するカバープレートと、上記インク流路を区画
する隔壁の側面に形成された電極とを有するインクジェ
ットヘッドの製造方法において、上記流路基板に上記インク流路を形成し、上記流路基板の上面及び上記インク流路の内面全体に金
属膜を形成し、その後で、上記流路基板の上面と、上記隔壁の側面の上
面側のほぼ半分の高さ位置までとの上記金属膜を除去
し、上記隔壁の底面と、上記側面の底面側のほぼ半分の
高さ位置までとに残した上記金属膜により上記電極を構
成する工程を含むことを特徴とするインクジェットヘッ
ドの製造方法。
【請求項３】請求項２において、上記隔壁の側面の上
面側の上記金属膜の除去は、上記インク流路の対向する
両側面のうちの一方においてのみ行われることを特徴と
するインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項４】請求項２または３において、上記金属膜
の除去は、上記流路基板の上面側の斜め上方からのレー
ザー照射により行われることを特徴とするインクジェッ
トヘッドの製造方法。