JP4192298B2 - インクジェットヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクをノズル孔から噴射させて文字や図形を記録するインクジェットヘッドおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェットヘッドは、通常、ノズル孔に連通された噴射溝で、圧電材料を変形させたり、インクを局部的に加熱して気化させる等して、インクに圧力を作用させることによりインクをノズル孔から噴射させるように構成されている。
【０００３】
従来、圧電材料を使用したインクジェットヘッドとしては、圧電材料からなるアクチュエータ基板の上面に平行な複数の溝を、また裏面に複数の接続端子を備え、各接続端子から各溝側面の電極に選択的に電圧を印加し、溝間の隔壁を変形させるものがある。このようなインクジェットヘッドを製造する場合には、まず、圧電材料からなるアクチュエータ基板の上面に複数の溝を平行に形成した後、溝内を含めたアクチュエータ基板の全表面に無電解メッキ等で導電層を形成する。そして、導電層を溝ごとに、研削やレーザ加工により分割加工することによって、各溝の隔壁に導電層からなる電極を形成し、またアクチュエータ基板の前端面から裏面の導電層に対して分割加工をすることによって、各溝の電極に個々に接続された複数の接続端子を形成する。そして、接続端子に、フレキシブル印刷配線基板等の配線材を接続することで、インクジェット記録装置の駆動制御部に接続され、記録データにもとづいて駆動制御部から出力された駆動電圧をフレキシブル印刷配線基板、各接続端子を介して各隔壁に印加して変形させ、各溝内のインクをノズル孔から噴出させる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のインクジェットヘッドでは、圧電材料製のアクチュエータ基板の全表面に導電層としてのニッケル層を無電解メッキ等で形成し、そのニッケル層の上に金を電解メッキで被覆し、さらにその上に絶縁保護膜をスピンコート法またはＣＶＤ法等により形成している。これは、ニッケルに対しては配線材をろう付けしにくいため、金を介在させることで、ろう付け性をよくするものである。また、ニッケル自体はインクに対して耐食性が高いが、ニッケルの上に金がのっていると、ニッケルがイオン化されやすくなり、インクに接触する（圧電材料の凹凸の影響により金でニッケルを完全に覆うことができず、その隙間からインクがニッケルに接触する）と腐食されやすくなるため、絶縁保護膜で覆っている。
【０００５】
また、従来の製造方法では、レーザ光をアクチュエータ基板に照射して導電層を分割することで複数の接続端子を形成しているので、その分割加工時に除去させる導電成分が飛散して各接続端子に付着する。したがって、この飛散した導電成分により接続端子間の絶縁性が低下するとともに、各接続端子が汚染されてフレキシブル印刷配線基板等の配線材を強度よくろう付けできない。また、ろう付け工程に至るまでの工程において、ろう付け面に付着した有機あるいは無機の異物の残留成分によっても、同様に強度よくろう付けできないことがある。
【０００６】
本発明は、この問題を解決するもので、接続端子に対する配線材のろう付け強度を向上させ、またインクに対する電極の耐食性、および接続端子間の絶縁性を確保することのできるインクジェットヘッドおよびその製造方法を提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記問題を解決するため、請求項１のインクジェットヘッドの製造方法は、アクチュエータ基板と、前記アクチュエータ基板の一表面に形成された、インクを噴射するための複数の噴射溝と、前記複数の噴射溝内に露出するように配置されており、前記噴射溝内のインクに噴射エネルギーを与える複数の電極と、前記アクチュエータ基板の前記複数の噴射溝と反対側の面に配置されており、前記複数の電極に接続される複数の接続端子とを備えており、前記接続端子に配線材がろう付けされるインクジェットヘッドの製造方法であって、前記アクチュエータ基板に、前記複数の噴射溝を含む複数のインク通路を形成する工程と、前記複数のインク通路が形成された前記アクチュエータ基板に導電層を形成する工程と、第１レンズが取り付けられたレーザ加工装置を用いてレーザ加工を行うことにより前記導電層を分割して、各インク通路に対応した前記電極及び前記接続端子を形成する工程と、前記第１レンズを前記第１レンズよりも集光率が低い第２レンズに取り替えた前記レーザ加工装置を用いてレーザ加工を行うことにより、前記接続端子に対応する部分の導電層にエッチング処理をする工程とを有する。
【０００８】
これにより、接続端子においてろう付けする部分の有機あるいは無機の異物の残留成分を除去し、接続端子と配線材とを強固にろう付けすることができる。導電層を分割加工によって複数の接続端子に形成した場合には、導電成分が周囲に飛散しても、エッチング処理をすることで、飛散した導電成分が除去され、接続端子間の電気絶縁性を確保することができる。
また、この製造方法においては、噴射溝を含む前記アクチュエータ基板に相互につながった導電層を形成して、そのあと、各噴射溝と接続端子に対応する部分に分割し、接続端 子に対応する部分にエッチング処理をすることで、複数の電極と接続端子との相互の接続の信頼性を上げ、かつ容易に製作することができる。
【０００９】
好ましくは、請求項２に記載のように、前記複数の電極と前記複数の接続端子とが１つの連続したインクに対する耐食性の高い導電材料で構成されている。つまり１つの材料からなる簡単な構成で、インクに対する耐食性と、上記のろう付け性が同時に達成される。特に、この場合、請求項３に記載のように、メッキ、蒸着等によってアクチュエータ基板上に容易に形成することができる。
【００１０】
また、請求項４のように前記アクチュエータ基板が、前記各噴射溝の両側を、すくなくとも一部が分極された圧電材料の隔壁で構成し、前記電極をその隔壁の側面に形成した構成のものにおいて、噴射溝からそれと反対側のアクチュエータ基板の裏面にわたって、連続した導電材料の層を形成することができ、製作が容易となる。
【００１１】
【００１２】
【００１３】
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面にもとづいて説明する。
【００１５】
インクジェットヘッドは、アクチュエータ基板１とプレート部材４とノズルプレート６とマニホールド部材７とを有している。アクチュエータ基板１は、チタン酸ジルコン酸鉛系（ＰＺＴ）またはチタン酸鉛系（ＰＴ）等のセラミックスからなる複数の圧電材料を積層して構成されており、各層の圧電材料は相互に反対方向（それぞれアクチュエータ基板１の厚さ方向、図１の矢印２７）に分極処理されている。そして、アクチュエータ基板１の上面には、各層にわたって切削加工された複数の溝１４，１５が形成されている。その複数の溝のうち、１つおきのものをインクを噴射するための噴射溝１４とし、両端のものと噴射溝１４間の１つおきのものをダミー溝１５としている。
【００１６】
各噴射溝１４は、アクチュエータ基板１の先端１ａ（図中左端）から後端１ｄ（図中右端）にわたって所定深さで貫通形成されている。各ダミー溝１５は、アクチュエータ基板１の先端から後端側の近傍まで所定深さとなるように形成され、そのダミー溝の後端部は、アクチュエータ基板１の上面と面一となるように立ち上げられて閉塞されている。また、アクチュエータ基板１の先端部には、ダミー溝１５に対応した位置に縦溝４０が形成されている。そして、各噴射溝１４とダミー溝１５は、アクチュエータ隔壁２０を介して交互に平行に配列されており、アクチュエータ隔壁２０は互いに反対方向に分極された複数層の圧電材料により構成されている。
【００１７】
アクチュエータ基板１の各噴射溝１４、各ダミー溝１５、後端面１ｄ及び裏面１ｃを含む全表面には、Ｎｉ（ニッケル）の導電層４１が蒸着や無電解メッキにより形成される。アクチュエータ基板１の先端面１ａおよび上面１ｂは、面状に切削または研削することにより導電層が除去されている。そして、各ダミー溝１５の底面における中央には、第１分割溝４４ａが先端側から後端上面の導電層のない面にわたって形成されている。その結果、各噴射溝１４の内面には、それぞれ１つの電極２３が形成され、各ダミー溝１５の内面には、２つの独立した電極２２，２２が形成される。そして、ダミー溝１５に連通した各縦溝４０には、第１分割溝４４ａに連続する第２分割溝４４ｂが形成されている。さらに、アクチュエータ基板１の裏面１ｃには、図２に示すように、各第２分割溝４４ａに接続された複数の第３分割溝４４ｃが先端側から後端近傍まで各ダミー溝１５と平行に形成されており、各第３分割溝４４ｃの後端側には第３分割溝４４ｃに直交するように第４分割溝４４ｄが形成されている。
【００１８】
これにより、各分割溝４４ｃ〜４４ｄは、アクチュエータ基板１の裏面に複数の接続端子４３を平行に形成させ、そのまわりに共通電位側の接続端子４６を形成させている。噴射溝１４とそれを挟んで隣接する２つのアクチュエータ隔壁２０とを１組のアクチュエータとして、各接続端子４３は、その両アクチュエータ隔壁２０の各ダミー溝１５側の電極２２，２２に、縦溝４０内の導電層４１を介してそれぞれ電気的に接続され、他の組のアクチュエータとは、分割溝４４ａ〜４４ｃによって分離独立している。共通電位側の接続端子４６は、アクチュエータ基板１後端面１ｄの導電層４１を介して噴射溝１４内の電極２３に接続されている。
【００１９】
また、図２に示すように、各接続端子４３，４６が形成されたアクチュエータ基板１の裏面１ｃには、配線材すなわちフレキシブル印刷配線基板３２がろう付け（例えば半田付け等）により接続される。接続端子４３，４６には、エッチング処理されたろう付け面４９が設けられ、そのろう付け面４９に対応して、フレキシブル印刷配線基板３２には、端子６４，６７が形成されている。端子６４，６７は、図示しないインクジェット記録装置の駆動制御部に接続されている。
【００２０】
上記のように構成されたアクチュエータ基板１の上面には、セラミックス材料や樹脂材料からなる平板状のプレート部材４がエポキシ系の接着剤等により液密状態に接合されている。これにより、各噴射溝１４は、プレート部材４で覆われることによって、先端および後端のみを開口する。また、各ダミー溝１５は、プレート部材４で覆われることによって、先端のみを開口する。
【００２１】
アクチュエータ基板１およびプレート部材４の先端には、ノズルプレート６がエポキシ系の接着剤等を用いて液密状態に接合されている。ノズルプレート６には、噴射溝１４からインク滴を噴射させるように、各噴射溝１４に対応して複数のノズル孔３０が形成されている。
【００２２】
アクチュエータ基板１およびプレート部材４の後端には、マニホールド部材７が接合されている。マニホールド部材７の中心部には、図示しないインクタンクと接続するインク供給口３１が形成され、全噴射溝１４にインクを分配する。
【００２３】
図６は、各分割溝４４ａ〜４４ｃを形成するための加工装置、例えばＹＡＧレーザ等のレーザ加工装置を示す。レーザ加工装置は、レーザ光８２を出射するレーザ発振器８１と、レーザ光を反射してＸ軸方向（溝の配列方向）に走査させる反射鏡８３を有するＸ軸用ガルバノメータ８４と、レーザ光８２を反射してＹ軸方向（溝の長手方向）に走査させる反射鏡８５を有するＹ軸用ガルバノメータ８６と、レーザ光８２を光する集光レンズ８７とを備えている。そして、レーザ光８２を、導電層に沿って走査し照射することで、導電層を線状に除去して各分割溝４４ａ〜４４ｄを形成する。
【００２４】
次に、インクジェットヘッドの製造方法について説明する。
【００２５】
まず、積層した圧電材料からなる平板を帯状にスライス加工することで、アクチュエータ基板１を形成した後、ダイヤモンドブレード等により、複数の噴射溝１４、ダミー溝１５、および縦溝４０を形成する。この後、アクチュエータ基板１の各溝１４，１５，４０を含む全表面にＮｉ等の導電層４１を蒸着や無電解メッキにより形成する。そののち、アクチュエータ基板１の上面１ｂを面状に切削または研削することによりその上面の導電層を除去し、各溝１４，１５内の導電層を上面において独立させる。
【００２６】
アクチュエータ基板１を、図６に示すように、レーザ加工装置８０の下方に装着し、導電層４１の分割加工を行う。まず、ダミー溝１５の底面を走査してその導電層を線状に除去することによって、第１分割溝４４ａを形成する。順次隣のダミー溝１５の底面にも同様の加工を行う。縦溝４０の底面に対しても、同様に走査して導電層を線状に除去して第２の分割溝４４ｂを形成する。さらに、アクチュエータ基板１の裏面１ｃにおいてもレーザ光８２を照射して導電層を線状に除去し、第３、４の分割溝４４ｃ、４４ｄを形成する。この分割加工における第１〜第４分割溝４４ａ〜４４ｄの形成、及びアクチュエータ基板１の上面１ｂ、前端面１ａの切削または研削（前端面の加工については後述する）によって、導電層４１が各アクチュエータごとに、ダミー溝１５内、裏面１ｃにおいて独立化される。
【００２７】
次いで、アクチュエータ基板１の上面にプレート部材４を接合し、アクチュエータ基板１およびプレート部材４の先端面を面状に切削または研削して面一状にするとともに、先端面１ａの導電層４１を除去する。
【００２８】
アクチュエータ基板１の裏面に形成された接続端子４３、４６の各ろう付け面４９に対して、エッチング処理が行われる。このエッチング処理は、上記のように接続端子４３、４６をレーザ加工した際、飛散して付着した導電成分や、これまでの工程で付着した有機あるいは無機の異物の残留成分を除去して、接続端子４３、４６間の絶縁を確保し、またろう付け性をよくするものである。
【００２９】
図７は、エッチング処理をするためのレーザ加工装置で、レーザ光７２を出射させるレーザ発振器７１と、レーザ光７２をアクチュエータ基板１に向けて反射させる反射鏡７３と、低集光率に結像されたレーザ光７２をアクチュエータ基板１に照射する結像レンズ７４とを備えている。５５はレーザ制御装置、５６はアクチュエータ基板１が装着される位置決めステージ５１、５２のステージ制御装置であり、予め設定されたプログラムに基づいてレーザ光７２の照射や位置決めステージ５１、５２の移動を制御する。アクチュエータ基板１の裏面をエッチング処理する際には、図８に示すように、真空チャンバ７７内の位置決めステージ５１、５２上にアクチュエータ基板１を配置し、ガスノズル７８から噴射されるエッチングガスをアクチュエータ基板１の裏面に吹き付けつつ真空チャンバ７７の光学窓７６から結像レーザ光７２を照射することにより行われる。尚、アクチュエータ基板１に照射されるレーザ光７２としてエキシマレーザを用いることが好ましく、エキシマレーザによる紫外領域の結像レーザ光７２が照射されると、導電成分や異物の残留成分がエッチングガスとの化学変化により物性を変化されて分子間結合力を低下されるため、エキシマレーザによる分子間結合力を切ってエッチング処理する加工を効率よく行うことができる。
【００３０】
なお、上記説明では、各分割溝４４ａ〜４４ｄを形成するレーザ加工装置と、エッチング処理するレーザ加工装置とを個々に設けたものについて説明したが、これに限定されるものでない。すなわち、各分割溝４４ａ〜４４ｄを形成するレーザ加工装置によりエッチング処理を共通して行わせるようにしたも良い。この場合、後者のレーザ加工装置でエッチング処理を行うためには、集光レンズ８７に換えて結像レンズ７４を用いることで適用でき、各分割溝４４ａ〜４４ｄを形成するレーザ光８５をエッチング処理に共用することによって、設備コストを低減することができる。
【００３１】
また、エッチング処理は、プラズマ処理によって行うこともできる。プラズマ処理装置は例えば図９のような平行平板型の方式の場合、真空チャンバ１１０と、上下に対向する電極１３０およびサンプルホルダ１２０とからなる。電極１３０は接地され、サンプルホルダ１２にはＲＦ電力が印加される。真空チャンバ内は排気管１５０を通じて真空ポンプにより減圧され、またガス供給管１４０を通じてＡｒガスが供給される。
【００３２】
サンプルホルダ１２０にＲＦ電力を印加すると、Ａｒガスがイオン、電子を含むプラズマとなる。一方サンプルホルダ１２０には自己バイアスが生じており、プラズマ中のイオンがサンプルホルダ１２０に引き寄せられ、加速される。そして、サンプルホルダ１２０上に載置されたアクチュエータ基板１の裏面の導電層が、加速されたイオンによって物理的にエッチングされる。それによって、飛散した導電成分や異物の残留成分が除去される。
【００３３】
上記方式以外のプラズマ装置、例えばバレル型のものも使用可能である。
【００３４】
そして、噴射溝１４とノズル孔３０とが対応するように、先端面にノズルプレート６を接合すると共に、後端面にマニホールド部材７を接合する。この後、フレキシブル印刷配線基板３２とアクチュエータ基板１の各接続端子４３、４６とを接続する。この接続は、フレキシブル印刷配線基板３２の各端子６４、６７を、アクチュエータ基板１の各接続端子４３，４６のろう付け面４９に一致するように当接させた後、ろう付け（例えば、半田付け）することにより接続されてインクジェットヘッドとして組み立てられる。なお、フレキシブル印刷配線基板３２の各端子６４、６７には、予め半田層が形成されており、加熱により溶融されて各接続端子４３，４６に固着される。
【００３５】
このように、本実施形態のインクジェットヘッドによれば、図示しないインクジェット記録装置の駆動制御部からフレキシブル印刷配線基板３２をとおして出力された駆動信号を各アクチュエータの一対の電極２２，２２印加し、電極２３を接地することにより、一対の隔壁２０に分極方向２７に対して直角方向の電界を生成し、隔壁２０をそれぞれ変形させて噴射溝１４内のインクを噴射させるようになっている。
【００３６】
噴射溝１４内に形成された電極２３およびアクチュエータ基板１裏面１ｃの各接続端子４３，４６は、Ｎｉで構成され、Ｎｉ自体はインクに対し耐食性が高い。また接続端子４３，４６は、上記のようにエッチング処理され、ろう付け性がよいから、フレキシブル印刷配線基板３２の各端子６４、６７が良好に接合される。これにより、接続端子４３，４６に対するろう付け性をよくするために、Ｎｉの上にＡｕ（金）の導電層を形成したり、インクに対する耐食性を上げるために絶縁保護膜を形成することは、本来省略することができるが、それらを併用することを妨げるものではない。
【００３７】
なお、本発明は、導電層として、Ｎｉだけでなく、その他のインクに対する耐食性が高い材料を使用することができる。また、噴射溝１４の隔壁を変形させてインクを噴射するものだけでなく、他の形式のヘッドにおいても、接続端子４３，４６をとおしてインク噴射用のアクチュエータに給電するものに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 インクジェットヘッドを上側から見た分解斜視図である。
【図２】 インクジェットヘッドを下側から見た分解斜視図である。
【図３】 図２のインクジェットヘッドの一部を溝列方向に断面にした拡大図である。
【図４】 図３のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】 図３のＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】 レーザ加工装置によって分割溝を形成する状態を示す説明図である。
【図７】 レーザ加工装置によってエッチング処理する状態を示す説明図である。
【図８】 レーザ加工装置によってエッチング処理する状態を示す説明図である。
【図９】 プラズマ処理装置によってエッチング処理する状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１ アクチュエータ基板
１４ 噴射溝
１５ ダミー溝
２０ アクチュエータ隔壁
２２ 電極
２３ 電極
３２ 配線材
４１ Ｎｉ導電層
４３ 接続端子
４６ 接続端子
４９ ろう付け面

Claims (4)

1. アクチュエータ基板と、
   前記アクチュエータ基板の一表面に形成された、インクを噴射するための複数の噴射溝と、
   前記複数の噴射溝内に露出するように配置されており、前記噴射溝内のインクに噴射エネルギーを与える複数の電極と、
   前記アクチュエータ基板の前記複数の噴射溝と反対側の面に配置されており、前記複数の電極に接続される複数の接続端子とを備えており、
   前記接続端子に配線材がろう付けされるインクジェットヘッドの製造方法であって、
   前記アクチュエータ基板に、前記複数の噴射溝を含む複数のインク通路を形成する工程と、
   前記複数のインク通路が形成された前記アクチュエータ基板に導電層を形成する工程と、
   第１レンズが取り付けられたレーザ加工装置を用いてレーザ加工を行うことにより前記導電層を分割して、各インク通路に対応した前記電極及び前記接続端子を形成する工程と、
   前記第１レンズを前記第１レンズよりも集光率が低い第２レンズに取り替えた前記レーザ加工装置を用いてレーザ加工を行うことにより、前記接続端子に対応する部分の導電層にエッチング処理をする工程とを有する、
   インクジェットヘッドの製造方法。
2. 前記複数の電極と前記複数の接続端子とが１つの連続したインクに対する耐食性の高い導電材料で構成されていることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッドの製造方法。
3. 前記導電材料は、メッキ、蒸着等によってアクチュエータ基板上に形成されていることを特徴とする請求項２記載のインクジェットヘッドの製造方法。
4. 前記アクチュエータ基板は、前記各噴射溝の両側を、すくなくとも一部が分極された圧電材料の隔壁で構成し、前記複数の電極をその隔壁の側面に形成したことを特徴とする請求項３記載のインクジェットヘッドの製造方法。

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