JPH11309866A - 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】 互いに並設された側壁に形成された電極を絶
縁膜により完全に覆うことである。 【解決手段】 基板２と天板３とノズル板４とよりな
り、前記基板２に形成された溝８を前記天板３と前記ノ
ズル板４とで囲むことにより圧力室１３を形成したイン
クジェットプリンタヘッド１において、前記溝８を形成
する側壁９の側面の全面を覆うと共に前記側壁頂部にお
いては隣り合う電極１０と接触しないように間隔をおい
て前記溝８毎に独立した電極１０を形成し、焼き付け時
の軟化時に前記側壁頂部の両側からの電着塗料が接触す
るように前記電極１０の表面に電着塗料を電着させて絶
縁膜１２を形成するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、少なくとも一部を
圧電部材により形成した基板に多数の溝を形成して圧力
室を並設するようにしたインクジェットプリンタヘッド
の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、基板に形成された多数の溝を天板
とノズル板とで囲んでインク供給室に接続された圧力室
を形成し、圧力室内の電極に電圧を印加することにより
側壁をシェアモード変形させて圧力室のインク圧を高め
てノズル板のインク吐出口からインクを飛翔させるよう
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
において、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
ことができない。そのため、使用できるインクの種類が
限られてしまうものである。そこで、導電性を有する水
性インクを使用するためには、電極の表面に絶縁膜を形
成する必要がある。この絶縁膜を形成する方法の一つと
して、特開昭６３−２４７０５１号公報にスパッタリン
グ法により酸化アルミニウムや窒化硅素からなる絶縁膜
を形成することが開示されている。また、特開平９−４
８１３１号公報には、他の方法として電着により絶縁膜
を形成することが開示されている。

【０００４】

【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り、また、電極が露出し易
くて完全にカバーすることは非常に困難である。また、
スパッタリング法により三次元形状である溝の内面に均
一な膜厚の絶縁膜を形成することは困難なものである。

【０００５】また、特開平９−４８１３１号公報に開示
されている電着法で絶縁膜を形成する場合には、電着塗
料が焼き付け時に軟化し、溝の開口部が上向きである場
合には軟化した電着塗料が溝内に入り込んでしまうた
め、側壁頂部のエッジ部の絶縁膜が薄くなり、電極が完
全にカバーされずに露出する箇所もあるため、ピンホー
ル発生の原因になる可能性がある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】内面に絶縁膜で覆われた
電極が形成された溝を介在させて多数並設された側壁の
少なくとも一部を圧電部材により形成した基板と、前記
溝の頂部開口部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有して前記
溝の先端側開口部を覆うように前記基板及び前記天板に
固定したノズル板とよりなり、前記溝を前記天板と前記
ノズル板とで囲むことにより圧力室を形成したインクジ
ェットプリンタヘッドにおいて、前記側壁の側面の全面
を覆うと共に前記側壁頂部においては隣り合う電極と接
触しないように間隔をおいて前記溝毎に独立した電極を
形成し、焼き付け時の軟化時に前記側壁頂部の両側から
の電着塗料が接触するように前記電極の表面に電着塗料
を電着させて絶縁膜を形成するようにした。

【０００７】

【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。まず、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とを接着固定することにより形成されている。

【０００８】基板２は、平板状の底板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として形成
されている。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されており、その板
厚寸法は、０．５〜５ｍｍ程度である。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に
なるように接着してなるものであり、下側の圧電部材６
の板厚寸法を１９５μｍ、上側の圧電部材７の板厚寸法
を１９５μｍ、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。

【０００９】このような基板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とが形成される。なお、この溝加工
は、ＩＣウェハの切断などに用いるダイシングソーのダ
イヤモンドホィール等を用いて行われる。そして、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
塞した形状に形成されている。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、溝８は深さ寸法を
４００μｍ、幅寸法を８０μｍ、長さ寸法を１０ｍｍと
している。

【００１０】ついで、溝８と側壁９とを形成した基板２
に対して無電解メッキ処理を施すことにより、側壁９の
側面に電極１０を形成すると共に圧電部材７の上面にこ
れらの電極１０と連通する配線パターン１１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
電着塗料を電極１０に電着させることによりその電極１
０を絶縁膜１２で被覆する。

【００１１】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天板３を接着固定し、さらに、溝
８の先端側開口面を覆うようにノズル板４を接着固定
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１５を形成する。

【００１２】ここで、電着塗料を電着させることにより
絶縁膜１２を形成する原理を図２及び図３に基づいて説
明する。まず、図２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。

【００１３】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ガスとが発生し
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１
２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。

【００１４】なお、アニオン型の電着塗料としては、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。

【００１５】ついで、図３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２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の周辺で
は酸素ガスが発生し、絶縁膜１２内には酸素ガスの気泡
１８が通過することにより形成されたガス通路１９がピ
ンホールとなって残存する。

【００１６】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
焼き付けを行うことにより、電着塗料１６が溶けた状態
となって塞がれる。

【００１７】ここで、本実施の形態における電極１０
は、図４(ａ)に示すようにパターン形成される。図４
(ｂ)、図４(ｃ)は、比較のために好ましくない状態を示
したものである。

【００１８】電極形成の方法は、まず、フォトレジスト
（ドライフィルム或いは液体レジスト等）を基板２に貼
り付け、或いは、塗布し、露光・現像工程を経ることに
よりパターン形成し、さらに、メッキ前処理した後、無
電解Ｎｉメッキを施すものであり、そのパターンは、側
壁９の側面の全面を覆うと共に側壁９の頂部においては
隣り合う電極１０と接触しないように間隔をおいて溝８
毎に独立した電極１０を形成するものであり、具体的に
は、図４(ａ)に示すように、側壁９の幅寸法が９０μｍ
であり、溝８の側面から連続して側壁９の頂部に片側か
らそれぞれ２０μｍずつ形成した。そのため、隣り合う
電極１０の間隔は、９０−（２０×２）＝５０μｍとな
る。なお、図４(ｂ)に示す状態は、電極１０のパターン
が側壁９の上面までのものであり、側壁９の頂部に片側
からそれぞれ５μｍずつ形成されている。そのため、電
極１０の間隔は、８０μｍである。また、図４(ｃ)に示
す状態は、上端位置が側壁９の最上面から約１０μｍま
で下がった部位までのパターンである。

【００１９】次に、絶縁膜１２の形成手段であるが、前
処理はアルカリ脱脂、酸活性の２段階処理を行った。ア
ルカリ脱脂液は、株式会社シミズ製のアクチベータＳ
（商品名）（濃度：８０ｇ／ｌ）、酸活性液は２％硫酸
を用いた。また、アニオン型の電着塗料１６として、株
式会社シミズ製のエレコートＡＥ−３Ｘ（商品名）を用
い、以下の手順で絶縁膜１２を形成した。

【００２０】無電解メッキ処理により電極１０を形成し
た基板２をアルカリ脱脂液（５０℃）に浸漬処理した
後、酸活性液（常温）で浸漬処理を行った。ついで、基
板２を２５℃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。基板２（導電部
材１７ａ）を陽極側として、メッシュ構造のステンレス
（導電部材１７ｂ）を陰極側として直流電圧を印加する
が、陰極側は被電着物である基板２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。そし
て、基板２とステンレスの導電部材１７ｂ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、水洗いを充分行う。

【００２１】さらに、エアーブローにより水滴を除去し
た後に、乾燥・焼き付けを行う。乾燥は、１００℃で約
１５分間行い、焼き付けは、１８０℃で約３０分間行
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うが、ここでは焼き付けがアニール
も兼ねている。

【００２２】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、２０Ｖの電圧を２分間印加するこ
とにより、１〜２μｍの絶縁膜１２を形成することがで
き、４０Ｖの電圧を２分間印加することにより、２．５
〜４．５μｍの均一な絶縁膜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
が形成されない。

【００２３】ここで、成膜した絶縁膜の絶縁状態を確認
するために試験を行うが、その状態を図５に基づいて説
明する。まず、フェノールフタレイン溶液を作成する。
この溶液はエチルアルコール１．５ｃｃにフェノールフ
タレイン１ｇを溶かし、純水２００ｃｃ、ＮａＣｌ５ｇ
を添加し、十分撹拌したものである。

【００２４】このようなフェノールフタレイン溶液中
に、陰極として導電部材１７ａに電着、焼き付けしたも
のを用い、陰極として導電部材１７ｂ（ステンレス板）
を用いて両者を接続し、電気を流す。導電部材１７ａが
完全に絶縁されていれば、溶液中で電気分解反応が起こ
らず、図５(ａ)に示すように、ガス等は発生しない。し
かし、導電部材１７ａに形成された絶縁膜１２にピンホ
ールがある場合には、溶液中で電気分解反応が起こり、
図５(ｂ)に示すように、陰極に水素ガスが発生する。

【００２５】図４(ａ)の電極パターン上に絶縁膜１２を
形成した基板２を陰極、ステンレス板を陽極としてフェ
ノールフタレイン溶液に浸漬し、ガス発生の有無によっ
てピンホールの確認を行った結果、ガスは発生せずピン
ホールはないと確認した。また、走査型電子顕微鏡（Ｓ
ＥＭ）による観察でも溝８内の成膜状態は良好であっ
た。

【００２６】他の２種類の電極パターンに電着を行った
サンプル〔図４(ｂ)、(ｃ)〕では、上記と同様なピンホ
ール確認試験を行ったところ、ガスが発生した。走査型
電子顕微鏡（ＳＥＭ）による観察においても側壁９のエ
ッジ部、又は、Ｎｉ電極との境界部の絶縁膜が薄く、電
極をカバーすることは困難である。

【００２７】実際に導電性インクを使用した場合、共通
液室に充填された導電性インクを介して近接する電極間
で電極反応が起こり、水素ガスが発生する。側壁がシェ
アモード変形しても、水素ガスがダンパーとなり、イン
ク不吐出となってしまう。

【００２８】しかして、焼き付け時に、均一な膜厚に電
着された電着材料１６は、加熱されて軟化し、図４
(ｂ)、図４(ｃ)に示す状態においては、表面張力により
溝８内に流れ込み、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、図４(ａ)に示すよう
に、隣り合う電極１０が接触しないように間隔を空けて
側壁９の頂部の一部を覆うように溝８毎の電極１０を形
成し、これに電着塗料１６を電着することにより、焼き
付け時に電着塗料１６が溶けて電極１０間の間隔部分に
流れ出し、両側のものが接触することにより両者間の表
面張力で側壁９の頂部全面を覆う状態になる。すなわ
ち、側壁９の頂部で両側の電着塗料１６に引き合う力が
発生し、表面張力による溝８内への電着塗料１６の流れ
込みを防止することが可能となり、膜厚の均一性を安定
させることができる。

【００２９】ここで、上述した株式会社シミズ製のエレ
コートＡＥ−３Ｘ（商品名）をはじめとする各種の電着
塗料１６は、通常、顔料或いは染料などを混入して着色
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、必要がない。

【００３０】このようにして得られたインクジェットプ
リンタヘッド１においては、電極１０を絶縁膜１２で完
全に被覆しているため、電極１０が圧力室１３に供給さ
れたインクに触れることがなくなり、電極１０がインク
に触れるために生じる電極１０の腐食や劣化を防止する
ことができる。しかも、インクは安価な導電性インクを
使用することができるものである。

【００３１】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１０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。

【００３２】なお、本実施の形態においては、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同様な構成を採用すること
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により形成しても良いも
のである。

【００３４】

【発明の効果】本発明は上述のように、内面に絶縁膜で
覆われた電極が形成された溝を介在させて多数並設され
た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、前記溝の頂部開口部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有し
て前記溝の先端側開口部を覆うように前記基板及び前記
天板に固定したノズル板とよりなり、前記溝を前記天板
と前記ノズル板とで囲むことにより圧力室を形成したイ
ンクジェットプリンタヘッドにおいて、前記側壁の側面
の全面を覆うと共に前記側壁頂部においては隣り合う電
極と接触しないように間隔をおいて前記溝毎に独立した
電極を形成し、焼き付け時の軟化時に前記側壁頂部の両
側からの電着塗料が接触するように前記電極の表面に電
着塗料を電着させて絶縁膜を形成するようにしたので、
溝内に形成された電極の表面のみならず、隣り合う電極
が接触しないように間隔を空けた側壁頂部の全面をも高
価な装置を用いることなく絶縁膜で覆うことができ、こ
れにより、絶縁膜をエッジカバー性の良い均一な膜厚に
形成することができるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態を示すインクジェットプ
リンタヘッドの一部を切り欠いた斜視図である。

【図２】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る。

【図３】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。

【図４】電着による絶縁膜形成前後の状態を示す説明図
で、(ａ)は電極パターンが側壁頂部の一部を所定範囲を
もって覆うように形成されている状態の説明図であり、
(ｂ)は電極パターンが側壁上部のエッジ部にまで形成さ
れた状態の説明図であり、(ｃ)は電極パターンが側壁途
中まで形成されている状態の説明図である。

【図５】絶縁膜の絶縁状態の試験を行っている状態を示
すもので、(ａ)は絶縁が完全である場合の説明図、(ｂ)
はピンホールがある場合の説明図である。

【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 ８ 溝 ９ 側壁 １０ 電極 １２ 絶縁膜 １３ 圧力室 １６ 電着塗料

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内面に絶縁膜で覆われた電極が形成され
   た溝を介在させて多数並設された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、前記溝の頂部開口部
   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有して前記溝の先端側開口部
   を覆うように前記基板及び前記天板に固定したノズル板
   とよりなり、前記溝を前記天板と前記ノズル板とで囲む
   ことにより圧力室を形成したインクジェットプリンタヘ
   ッドにおいて、前記側壁の側面の全面を覆うと共に前記
   側壁頂部においては隣り合う電極と接触しないように間
   隔をおいて前記溝毎に独立した電極を形成し、焼き付け
   時の軟化時に前記側壁頂部の両側からの電着塗料が接触
   するように前記電極の表面に電着塗料を電着させて絶縁
   膜を形成するようにした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。