特開 2015-217624 インクジェットヘッド

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2015-217624(P2015-217624A)

(43)【公開日】2015年12月7日

(54)【発明の名称】インクジェットヘッド

(51)【国際特許分類】

   B41J 2/16 20060101AFI20151110BHJP

   B41J 2/14 20060101ALI20151110BHJP

【ＦＩ】

   B41J2/16 301

   B41J2/14 301

   B41J2/16 509

   B41J2/16 507

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2014-103773(P2014-103773)

(22)【出願日】2014年5月19日

(71)【出願人】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(71)【出願人】

【識別番号】000003562

【氏名又は名称】東芝テック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000235

【氏名又は名称】特許業務法人 天城国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】戸塚 貴之

(72)【発明者】

【氏名】室地 伸昭

【テーマコード（参考）】

2C057

【Ｆターム（参考）】

2C057AF67

2C057AF93

2C057AG14

2C057AG45

2C057AP22

2C057AP31

2C057AP47

2C057AQ06

2C057BA05

2C057BA14

(57)【要約】

【課題】露光の際、インクの供給孔や排出孔の側壁では、上部から下部へ徐々に露光量が弱まり、レジスト膜が剥がれやすくなる。
【解決手段】一実施形態によれば、基板上面および基板下面を有する絶縁性のベース基板と、このベース基板の前記基板上面に設けられた圧電部材と、それぞれこの圧電部材に形成された底面、前記底面から起立する両側壁面および前記基板上面に対して傾斜する一対の傾斜端面を有する複数の隔壁と、各隔壁の前記底面および前記両側壁面により囲まれる空間毎に設けられ、これらの底面、両側壁面、前記一対の傾斜端面および前記基板上面の間を導通する前記ベース基板上の導体パターンと、前記導体パターンが形成された前記基板上面から前記基板下面へかけて縮小するテーパ状の孔直径を有し、前記ベース基板に貫通形成された複数のインク孔と、を備えるインクジェットヘッドが提供される。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板上面および基板下面を有する絶縁性のベース基板と、
このベース基板の前記基板上面に設けられた圧電部材と、
この圧電部材にそれぞれ形成され、溝状の底面、前記底面から起立する両側壁面および前記基板上面に対して傾斜する一対の傾斜端面を有する複数の隔壁と、
各隔壁の前記底面および前記両側壁面により囲まれる空間毎に設けられ、これらの底面、両側壁面、前記一対の傾斜端面および前記基板上面の間を導通する前記ベース基板上の導体パターンと、
前記導体パターンが形成された前記基板上面から前記基板下面へかけて縮小するテーパ状の孔直径を有し、前記ベース基板に貫通形成された複数のインク孔と、
を備えるインクジェットヘッド。

【請求項2】

前記導体パターンの形成はフォトリソグラフィ法を用いる請求項１記載のインクジェットヘッド。

【請求項3】

前記フォトリソグラフィ法はポジ型レジストを用いる請求項２記載のインターネット。

【請求項4】

前記インク孔は、このインク孔の傾斜する孔内壁面上に金属膜を成膜し、前記金属膜上に塗布されたレジスト膜に対して露光し、露光パターンを現像し、エッチングにより前記レジスト膜を除去して製造され、
前記インク孔の前記孔内壁面上の前記レジスト膜上の任意の一点およびこの点位置から直下方向に前記孔内壁面上の到達した点間の距離をＤとし、前記レジスト膜の膜厚をｘとし、前記基板下面および前記孔内壁面が交差するテーパ角度をθとすると、θ＝ｃｏｓ^-１（ｘ／Ｄ）であり、
与えられた前記ｘおよび前記Ｄに対して、前記インク孔の前記テーパ角度は前記θ以下である請求項１記載のインクジェットヘッド。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

一実施形態はインクジェットヘッドに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、インクジェットヘッドはセラミックスからなる絶縁性のベース基板上に、複数の圧電セラミックス製の圧電部材を設けており、複数の隔壁を所定の間隔で形成し、各隔壁間をインクの流路としている（例えば特許文献１参照）、インクジェットヘッドは各隔壁の側面には駆動用電極を備え、隔璧端面をその頂部から底部にかけて外側に広がる傾斜面とするとともに上記隔壁の傾斜面およびベース基板に上記駆動用電極の引出線を形成している。

【0003】

このような構成のインクジェットプリンタヘッドは形状が複雑であるため、電極は無電解めっき法で形成することが好適である。この方法はベース基板および圧電セラミックスＰＺＴ（ｌｅａｄ ｚｉｒｃｏｎａｔｅ ｔｉｔａｎａｔｅチタン酸ジルコン酸鉛）上に駆動電極および配線となる金属膜を形成し、レーザー加工またはフォトリソグラフィによって配線パターンを形成している。ベース基板上のインクの供給孔、排出孔の側壁にも金属膜が形成され、レジスト膜が積層される。配線パターン形成をフォトリソグラフィによって行う場合、基板面に対して垂直方向の光源から露光処理がなされる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１１−３７０５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし露光の際、供給孔や排出孔の側壁では、上部から下部へ徐々に露光量が弱くなる。金属膜又はベース基板と、レジスト膜との間の密着力が低いため、レジスト膜が剥がれやすくなる。このため現像し、エアーブローで水切りすると、レジスト膜は残渣としてベース基板、もしくは圧電部材上のレジストパターン上に再付着し、配線ショートの引き金になるという欠点がある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

このような課題を解決するため、一実施形態によれば、基板上面および基板下面を有する絶縁性のベース基板と、このベース基板の前記基板上面に設けられた圧電部材と、それぞれこの圧電部材に形成された底面、前記底面から起立する両側壁面および前記基板上面に対して傾斜する一対の傾斜端面を有する複数の隔壁と、各隔壁の前記底面および前記両側壁面により囲まれる空間毎に設けられ、これらの底面、両側壁面、前記一対の傾斜端面および前記基板上面の間を導通する前記ベース基板上の導体パターンと、前記導体パターンが形成された前記基板上面から前記基板下面へかけて縮小するテーパ状の孔直径を有し、前記ベース基板に貫通形成された複数のインク孔と、を備えるインクジェットヘッドが提供される。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】実施の形態に係るインクジェットヘッドの斜視図である。

【図2】実施の形態に係るインクジェットヘッドのヘッド本体の上面斜視図である。

【図3】実施の形態に係るインクジェットヘッドのヘッド本体の図２中のＡＡ´に沿う縦断面図である。

【図4】実施の形態に係るインクジェットヘッドのヘッド本体の図２中のＢＢ´に沿う縦断面図である。

【図5】実施の形態に係るインクジェットヘッドの圧電部材の図４中のＣＣ´に沿う縦断面図である。

【図6】実施の形態に係るインクジェットヘッドの複数の隔壁の斜視図である。

【図7】実施の形態に係るインクジェットの製造時の断面構造例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、実施の形態に係るインクジェットヘッドについて、図１乃至図７を参照しながら説明する。尚、各図において同一箇所については同一の符号を付すとともに、重複した説明は省略する。

【0009】

（一実施形態）
図１は実施の形態に係るインクジェットヘッドの斜視図である。本実施形態に係るインクジェットヘッドは、ノズル配列方向に配列された複数の吐出口１０を有するヘッド本体１１と、このヘッド本体１１にインクを供給しインクを排出するマニフォールド部１２と、それぞれドライバＩＣ１３によりヘッド本体１１を吐出駆動する一対の駆動回路１４と、ヒートシンク１５、１６とを備えている。

【0010】

図２はヘッド本体１１の上面斜視図である。図３は図２中のＡＡ´に沿うヘッド本体１１の縦断面図である。既述の符号はそれらと同じ要素を表す。本実施形態に係るインクジェットヘッドは、基板上面１７および基板下面１８を有する絶縁性のベース基板１９と、このベース基板１９の基板上面１７に設けられた圧電部材２０と、この圧電部材２０に形成されそれぞれ溝状の底面２１、底面２１から両側に起立する側壁面２２、２３および基板上面１７に対して傾斜する一対の傾斜端面２４、２５を有する複数の隔壁２６と（同図では１つの隔壁２６のみ表示）を備えている。このインクジェットヘッドは各隔壁２６の底面２１および側壁面２２、２３により囲まれる空間毎に設けられ、これらの底面２１、側壁面２２、２３、一対の傾斜端面２４、２５および基板上面１７の間を導通するベース基板１９上の導体パターン２７と、導体パターン２７が形成された基板上面１７から基板下面１８へかけて縮小するテーパ状の孔直径を有し、ベース基板１９に貫通形成されたインク孔２８、２９とを備えている。底面２１、側壁面２２、２３及びノズル基板３０によって圧力室３１が形成されるようになっている。

【0011】

図４は図２中のＢＢ´に沿うヘッド本体１１の縦断面図である。既述の符号はそれらと同じ要素を表す。ベース基板１９には例えばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）が用いられる。ベース基板１９と、このベース基板１９上に接着された枠部材３２と、この枠部材３２に囲まれた圧電部材２０と、この圧電部材２０を上方から覆うノズル基板３０とによりヘッド本体１１が構成される。また、ベース基板１９、枠部材３２およびノズル基板３０によってインクの共通液室３３、３４、３５が形成されている。同図では隔壁２６の列が２列に形成されており、左方の一つの圧力室３１が一方の列の隔壁２６間によって形成され、右方の他の一つの圧力室３１が他方の列の隔壁２６間によって形成される。圧力室３１は共通液室３３、３４、３５との間で連通し、インクの流路を形成している。

【0012】

図５は図４中のＣＣ´に沿う圧電部材２０の縦断面図である。既述の符号はそれらと同じ要素を表す。圧電部材２０は２枚の圧電板２０ａ、２０ｂが厚さ方向で張り合わせられて構成されている。圧電板２０ａ、２０ｂは圧電素子であり、互いに分極方向が板厚方向で逆向きの関係にある分極特性を有する。圧電板２０ａ、２０ｂには例えば圧電定数が高いＰＺＴが用いられている。隔壁２６及び圧力室３１は、機械的な溝の切削加工によって形成される。

【0013】

図６は複数の隔壁２６の斜視図である。既述の符号はそれらと同じ要素を表す。同図にはノズル基板３０により覆われる前の単体例が示されている。圧電部材２０の傾斜端面２４側から見た圧力室３１が示されている。隣接する２つの隔壁２６による圧力室３１の開口部分が傾斜端面２４上に並列している。隔壁２６は図３の側壁面２２（又は側壁面２３）によって示されるように台形状である。この隔壁２６の構造と同じ構造を他の隔壁２６も有する。

【0014】

また、一本の導体パターン２７は圧力室３１の底面２１、側壁面２２、２３、傾斜端面２４上の開口部分周り、及び基板上面１７の間を引き回され、配線電極を形成している。この導体パターン２７は、図３に示すように、圧力室３１の左右から傾斜端面２４及び傾斜端面２５上をそれぞれ這って基板上面１７上に導かれてフレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）３７に接続されている。隔壁２６の左右のうち左方の導体パターン２７は、基板上面１７上に形成された他の導体パターン３６及びフレキシブルプリント配線板３７を介してドライバＩＣ１３に接続される。他の導体パターン３６も導体パターン２７の配線経路と同じ配線経路を有する。何れかの圧力室３１は、ドライバＩＣ１３によって対応の導体パターン３６、２７から電圧駆動され変形し、インクを吐出口１０から吐出可能になっている。インクはマニフォールド１２のインク供給路３８から共通液室３４へ供給され、圧力室３１を通って共通液室３３からインク排出路３９より排出されるようになっている。

【0015】

また、インクジェットヘッドの製造方法は、最初にベース基板１９上に圧電部材２０を接着し、圧電部材２０に複数の隔壁２６（図６）を形成し、ベース基板１９上これらの隔壁２６間の底面２１および側壁面２２、２３に無電解めっきにより例えばＮｉ（ニッケル）のめっき膜を成膜する。ベース基板１９にはインク孔２８、２９が形成されたものが用いられており、成膜によってこのベース基板１９上及び隔壁２６の内側がめっき膜により覆われる（図５の導体パターン２７参照）。圧力室３１となる空間については空間毎に隔壁２６の上端部のめっき膜は除去される。その後、ベース基板１９に無電解めっきを実施する。パターニング方法としては、フォトリソグラフィを用いる。

【0016】

図７は本実施形態に係るインクジェットの製造時の断面構造例を示す図である。既述の符号はそれらと同じ要素を表す。引き続きベース基板１９上及び圧電部材２０の隔壁２６を覆うように、感光性のレジスト膜４１が形成される。続いて露光装置は焦点をベース基板１９の基板上面１７に合わせてレジスト膜４１を露光する。ポジ型レジスト処理は、現像液に浸けた対象基板への現像処理により、電極を形成したい部分以外のレジスト膜４１を除去する。同図に示すように、インク孔２８のテーパ状の傾斜する孔壁面４２には、ベース基板１９の基板上面１７と連続的にレジスト膜４１が形成されており、露光装置からの露光によって基板上面１７上で段差を有するレジストパターンが形成され、現像及びエッチングを経て複数本の導体パターン３６、２７（図３）が生成される。インク孔２９もインク孔２８の例と同様である。

【0017】

次に上述の構成の本実施形態に係るインクジェットヘッド（図３）の作用動作について述べると、プリンタ本体からの駆動信号を駆動回路１４が受信し、何れかのドライバＩＣ１３は圧力室３１への導体パターン２７によってパルス電圧信号を印可する。圧力室３１内で電界が発生し、この圧力室３１内の隔壁２６が変形する。この変形では電界発生によって圧電素子２０ａ、圧電素子２０ｂが互いに逆向きに屈曲して圧力室３１の側壁面２２、２３がこの圧力室３１内方へ出っ張り変形し、電界消滅によって変形が元に戻る。圧力室３１の容積が拡張し縮小することにより、インクが加圧され、ヘッド本体１１は液滴を吐出口１０から吐出し液弾が被記録媒体へ発射される。マニフォールド部１２から供給されたインクは図３のように共通液室３４から左右の全ての圧力室３１に充填され、これらの圧力室３１を通過したインクは左右の共通液室３３、３５を経て排出される。

【0018】

インクジェットヘッドは製造時、図２のようにセラミックからなるベース基板１９上にＰＺＴを接着する。インクジェットヘッドはＰＺＴに複数の隔壁２６を所定の間隔で形成しており、各隔壁２６間をインクの流路としており、各隔壁２６の側面には駆動用電極（図６の導体パターン２７）を備えている。インクジェットヘッドは隔壁端面（図６の傾斜端面２４）を、その頂部から底部にかけて外側に広がる傾斜面とするとともに、該傾斜面を上記ベース基板１９上まで延設し、かつ上記隔壁２６の傾斜面およびベース基板１９に上記駆動用電極の引出線を形成している。ベース基板１９にはインクの流路となる供給孔（インク孔２８）の列及び排出孔（インク孔２９）の２列を形成する（図２）。孔形状は上部から下部にかけて孔直径が小さくなるようにテーパ状に形成する（図７）。露光量が不十分にならないように、テーパ角度は４５度以下が適している。テーパ角度θとは基板下面２９と、インク孔２８の孔内壁４２面との交差角であり、９０度よりも小さい角度を指す。

【0019】

図７では、水平に設けられたベース基板１９に対してインク孔２９の傾斜する孔内壁４２がテーパ角度θをもって交差しており、孔内壁４２面上で均一な膜厚を有するレジスト膜４１が積層している。ここで寸法Ｄは露光装置から見たみかけ上の膜厚を表し、確実にレジスト膜４１を抜くことが可能な露光量を持つ露光装置によって決まる値を持つ。具体的には寸法Ｄはレジスト膜４１上の任意の一点と、この点位置から直下方向に孔内壁４２面上の到達点との距離に相当する。レジスト膜４１の膜厚をｘとすると、寸法Ｄを斜辺とする三角形ではｘ＝Ｄ・ｃｏｓθで表されるからＤ＝ｘ／ｃｏｓθである（「・」は乗算記号、「／」は除算記号をそれぞれ表す）。θ＝ｃｏｓ^-１（ｘ／Ｄ）である（ｃｏｓ^-1はアークコサイン関数を表す）。ｘはエッチング限界厚みに相当する。レジスト膜４１の孔内壁４２上の積層寸法Ｄ以下の膜厚の露光に十分な露光装置が選定された場合、現像及びエッチング処理後において孔内壁４２上にはレジスト残渣は残存せず、レジスト残渣の除去を確実に行える。インク孔２８の例もインク孔２９の例と同様である。

【0020】

このように、本実施形態に係るインクジェットによれば、ベース基板１９上のインク供給孔、インク排出孔の形状をそれぞれテーパ状に形成し、孔内壁の上部から下部にかけて、孔直径が小さくなるように形成する。テーパ状にすることで、孔内壁面４２上のレジスト膜４２に対して十分な露光量の光を当てることができ、現像及びエアーブロー水切りの処理でレジスト残渣なく、完全にレジスト残渣を溶解除去できるようになる。レジスト残渣が残存した場合、金属膜４０が剥がれて捲れ上がることによって、導体パターン２７の生成後、配線ショートを引き起こすことがある。本実施形態に係るインクジェットによれば、この配線ショートを防ぐことができる。

【0021】

インク孔内壁が垂直壁であると、露光時、このインク孔の孔内においては、上方から下方へ向かって徐々に露光量が弱くなる。インク孔内壁下部のレジスト膜は金属膜から剥がれやすくなるため、現像及び水切りの後、レジスト膜は残渣としてベース基板上、もしくは圧電部材上のレジストパターン上に再付着し、配線ショートの引き金になる。

【0022】

これに対して、本実施形態に係るインクジェットでは、インク孔２８、２９がテーパ状であり、これらのインク孔２８、２９のそれぞれの内壁下部にまで十分な量の露光が届くため、インク孔２８、２９の内壁下部においてレジスト膜４１は金属膜４０又はベース基板１９から剥がれない。また、インクジェットヘッドのベース基板１９上には隔壁２６によって上下方向の段差又は凹凸が多数形成される。高低差が著しい加工を基板面に施されたベース基板１９にインク孔２８、２９をテーパ状にすることで露光、現像及びエッチング後のレジスト残渣をなくすことができる。

【0023】

なお上記実施形態では、θが４５度の場合の例であったが、θが４５度よりも小さい角度であってもレジスト残渣を除去できる。テーパ状のインク孔２８、２９の内壁面は平坦面であった。レジスト膜の膜厚寸法Ｄを確保しつつ孔径が複数段階に分かれて漸次縮径する段付きのテーパ状に形成されてもよい。これらの変更をして実施をしたに過ぎない実施品に対して実施形態に係るインクジェットヘッドの優位性は何ら損なわれるものではない。

【0024】

一つの隔壁２６の壁厚及び隔壁２６間の間隔は解像度やインクの吐出量、圧力室３１の容積及び吐出口１０の開口面積等によって決められる。圧電素子２０のベース基板１９上への接着は例えばエポキシ系接着剤を用いる。図６の形状は一例に過ぎず、例えば接着層を表示させていない例を示したが、傾斜斜面２４から基板上面１７へ接着層を介して導体パターン２７を設けてもよく、これらの変形をして実施したに過ぎない実施品に対して実施の形態に係るインクジェットの優位性は何ら損なわれるものではない。

【0025】

いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0026】

１７…基板上面、１８…基板下面、１９…ベース基板、２０…圧電部材、２１…底面、２２、２３…両側壁面、２４、２５…傾斜端面、２６…隔壁、２７…導体パターン、２８、２９…インク孔。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】