JP2008221686A - 液体吐出ヘッドの検査方法及び製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電アクチュエータの絶縁層にクラックが発生しているか否かを検出する。
【解決手段】圧電層が圧力室の内壁となっている個別インク流路にインクを充填する（Ｓ１６）。インクのｐＨが圧電層の等電点に対応したｐＨよりも大きい場合には、流路ユニットの電位が共通電極の電位より高くなるように両者間に電圧を印加し、インクのｐＨが圧電層の等電点に対応したｐＨよりも小さい場合には、流路ユニットの電位が共通電極の電位より低くなるように両者間に電圧を印加して、両者間の電気特性値を測定する（Ｓ１７〜Ｓ１９）。そして、抵抗値がしきい値以上のものを選んで（Ｓ２０）、それ以外を破棄する（Ｓ２１）。
【選択図】図９

Description

本発明は、インクジェットヘッドを一例とする液体吐出ヘッドの検査方法及び製造方法に関する。

特許文献１には、ノズル及び圧力室を含む個別インク流路が複数形成された流路ユニットと、複数の圧電シートが積層されたアクチュエータユニットとを有するインクジェットヘッドが記載されている。アクチュエータユニット内の１枚の圧電シートは、共通電極と個別電極とによって挟まれている。そして、この１枚の圧電シートはその厚み方向に分極している。流路ユニットの表面には圧力室の開口が複数形成されている。そして、個別電極と圧力室とが対向するように、アクチュエータユニットが複数の開口を塞いでいる。つまり、このインクジェットヘッドでは、アクチュエータユニット内で最下層の圧電シートが圧力室の内壁となっている。

このインクジェットヘッドにおいて、ノズルからインクを吐出させる際には、個別電極−共通電極間に電圧を印加する。すると、圧電シートの個別電極と共通電極とに挟まれた領域が圧電シートの厚み方向に伸長し、シート面内方向に収縮する。他方、それ以外の圧電シートは自発的に伸縮することはないので、複数の圧電シートのうち圧力室に対向する領域は、圧力室に向かって凸となるようにユニモルフ変形する。その結果、圧力室の容積が減少してインクに圧力が付与され、ノズルからインクが吐出される。

特開２００５−２３８７２１号公報

圧電シートはセラミック材料からなる部材であるため、微小なクラックが生じやすい。圧力室に対向したクラックが圧電シートに形成されていると、インク吐出時に圧電シートの変形量が所望量よりも小さくなってしまうことがある。この場合、アクチュエータユニットにおいてクラックが形成された領域とクラックが形成されていない領域とでインク吐出特性に差が生じ、印刷画質の低下につながることになる。圧電シートに生じたクラックは、時間の経過に伴い成長する場合もあるため、長時間が経過すると著しい画質低下が起こることもあり得る。このような問題は、圧電シート以外の絶縁層が圧力室の開口を塞いでいる場合にも生じる。

本発明の目的は、圧電アクチュエータの絶縁層にクラックが発生しているか否かを検出することができる液体吐出ヘッドの検査方法及び製造方法を提供することである。

本発明に係る液体吐出ヘッドの検査方法は、一表面に開口する圧力室を経てノズルに至る個別液体流路が形成された導電性を有する流路ユニットと、前記圧力室の開口を塞ぐように前記一表面に固定された絶縁層、前記絶縁層上に形成されて前記圧力室と対向する第１電極、前記第１電極上に形成された圧電層、及び、前記圧電層上に形成されて前記圧力室と対向する第２電極を有し、前記圧力室内の液体に圧力を付与する圧電アクチュエータとを備えた液体吐出ヘッドの検査方法である。この検査方法は、前記流路ユニットの前記個別液体流路を、導電性を有する液体で充填する充填工程と、液体のｐＨが前記絶縁層の等電点に対応したｐＨより大きい場合には前記流路ユニットの電位が前記第１電極の電位よりも高くなり且つ液体のｐＨが前記絶縁層の等電点に対応したｐＨより小さい場合には前記流路ユニットの電位が前記第１電極の電位よりも低くなるように、前記流路ユニットと前記第１電極との間に電圧を印加して、前記流路ユニットと前記第１電極との間の電気特性値を測定する測定工程とを備えている。

本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法は、一表面に開口する圧力室を経てノズルに至る個別液体流路が形成された導電性を有する流路ユニットと、前記圧力室の開口を塞ぐように前記一表面に固定された絶縁層、前記絶縁層上に形成されて前記圧力室と対向する第１電極、前記第１電極上に形成された圧電層、及び、前記圧電層上に形成されて前記圧力室と対向する第２電極を有し、前記圧力室内の液体に圧力を付与する圧電アクチュエータと、前記第１電極に電気的に接続された第１配線を有する配線部材とを備えた液体吐出ヘッドの製造方法である。この製造方法は、前記流路ユニット、前記圧電アクチュエータ、及び、前記配線部材を組み付ける組付工程と、前記流路ユニットの前記個別液体流路を、導電性を有する液体で充填する充填工程と、液体のｐＨが前記絶縁層の等電点に対応したｐＨより大きい場合には前記流路ユニットの電位が前記第１電極の電位よりも高くなり且つ液体のｐＨが前記絶縁層の等電点に対応したｐＨより小さい場合には前記流路ユニットの電位が前記第１電極の電位よりも低くなるように、前記流路ユニットと前記第１電極との間に電圧を印加して、前記流路ユニットと前記第１電極との間の電気特性値を測定する測定工程とを備えている。

絶縁層の表面は液体のｐＨに応じてプラス又はマイナスに荷電している。具体的には、液体のｐＨが絶縁層の等電点に対応したｐＨより大きい場合には、絶縁層の表面がマイナスに荷電され、液体内のプラスのイオン及び粒子が絶縁層の表面に集まる。逆に、液体のｐＨが絶縁層の等電点に対応したｐＨより小さい場合には、絶縁層の表面がプラスに荷電され、液体内のマイナスのイオン及び粒子が絶縁層の表面に集まる。したがって、液体のｐＨが絶縁層の等電点に対応したｐＨより大きい場合には流路ユニットを第１電極よりも高電位とし、液体のｐＨが絶縁層の等電点に対応したｐＨより小さい場合には流路ユニットを第１電極よりも低電位とすれば、液体は絶縁層の表面付近では第１電極に向かう方向の力を受ける。その結果、絶縁層にクラックが形成されていれば、クラック内に入り込んで第１電極に向かう液体の流れが生じる。クラックの幅が微細であるので、第１電極に向かう液体の流れを補償する逆方向の流れがクラック内において発生することがほとんど無く、クラック内では第１電極に向かう流れが支配的となる。このような電気浸透現象によって、絶縁層にクラックが発生している場合には、圧力室内の液体がクラックに浸透する。クラック内に浸透した導電性の液体が第１電極に到達すると、流路ユニットと第１電極とが導通する。一方、絶縁層にクラックが発生していない場合には、流路ユニットと第１電極とが導通しない。また、クラックが浅く第１電極に到達していない場合であっても、クラック内に液体が浸透することで、第１電極と流路ユニットとの間の抵抗値及び静電容量が変化する。したがって、流路ユニットと第１電極との間の電気特性値を測定することで、絶縁層にクラックが発生しているか否かを判断することができる。

前記流路ユニットと前記第１電極との間に印加される電圧が、水の電気分解電圧以上で前記絶縁層の破壊電圧未満であることが好ましい。これにより、絶縁層の破壊を防止しつつ流路ユニットと第１電極との間の電気特性値を迅速に測定することが可能となる。

前記第１電極が、前記圧力室全体と対向していることが好ましい。これにより、広い範囲に渡って絶縁層へのクラック発生の有無を検査することができる。

前記測定工程で測定される電気特性値が抵抗値であることが好ましい。これにより、クラックの発生有無を簡易に測定可能である。

本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法は、前記測定工程後に、前記第１配線と、前記流路ユニットに電気的に接続された第２配線とを電気的に接続する接続工程をさらに備えていることが好ましい。これにより、接続工程によって第１電極と流路ユニットとが同電位となるため、圧力室内の液体と第１電極とが常に同じ電位となる。したがって、圧力室内の液体と第１電極とが異なる電位となって絶縁層が変形することがなくなる。

前記接続工程において、前記第１配線と前記第２配線とを、前記液体吐出ヘッドに固定された基板上で接続することが好ましい。基板からさらに外に２本の配線を延ばす必要がなくなり、簡単な構成とすることができる。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の一実施形態による製造方法で製造されたインクジェットヘッドを含むインクジェットプリンタの全体的な構成を示す概略側面図である。図１に示すように、インクジェットプリンタ１０１は、４つのインクジェットヘッド１を有するカラーインクジェットプリンタである。このインクジェットプリンタ１０１には、図中左方に給紙部１１が、図中右方に排紙部１２がそれぞれ構成されている。

インクジェットプリンタ１０１の内部には、給紙部１１から排紙部１２に向かって用紙（被記録媒体）Ｐが搬送される用紙搬送経路が形成されている。給紙部１１のすぐ下流位置には、用紙を狭持搬送する一対の送りローラ５ａ、５ｂが配置されている。一対の送りローラ５ａ、５ｂは、用紙Ｐを給紙部１１から図中右方に送り出す。用紙搬送経路の中間部には、２つのベルトローラ６、７と、両ローラ６、７の間に架け渡されるように巻き回されたエンドレスの搬送ベルト８と、搬送ベルト８によって囲まれた領域内においてインクジェットヘッド１と対向する位置に配置されたプラテン１５とを含むベルト搬送機構１３が設けられている。プラテン１５は、インクジェットヘッド１と対向する領域において搬送ベルト８が下方に撓まないように搬送ベルト８を支持する。ベルトローラ７と対向する位置には、ニップローラ４が配置されている。ニップローラ４は、給紙部１１から送りローラ５ａ、５ｂによって送り出された用紙Ｐを搬送ベルト８の外周面８ａに押さえ付ける。

図示しない搬送モータがベルトローラ６を回転させることによって、搬送ベルト８が駆動される。これにより、搬送ベルト８が、ニップローラ４によって外周面８ａに押さえ付けられた用紙Ｐを粘着保持しつつ排紙部１２に向けて搬送する。

用紙搬送経路に沿う搬送ベルト８のすぐ下流には、剥離機構１４が設けられている。剥離機構１４は、搬送ベルト８の外周面８ａに粘着されている用紙Ｐを外周面８ａから剥離して、図中左方の右方の排紙部１２に向けて送るように構成されている。

４つのインクジェットヘッド１は、４色のインク（マゼンタ、イエロー、シアン、ブラック）に対応して、搬送方向に沿って４つ並べて固定されている。つまり、このインクジェットプリンタ１０１は、ライン式プリンタである。４つのインクジェットヘッド１は、その下端にヘッド本体２をそれぞれ有している。ヘッド本体２は、搬送方向に直交した方向に長尺な細長い直方体形状となっている。また、ヘッド本体２の底面が外周面８ａに対向するインク吐出面２ａとなっている。搬送ベルト８によって搬送される用紙Ｐが４つのヘッド本体２のすぐ下方を順に通過する際に、この用紙Ｐの上面すなわち印刷面に向けてインク吐出面２ａから各色のインクが吐出されることで、用紙Ｐの印刷面に所望のカラー画像を形成できるようになっている。

次に、図２を参照しつつインクジェットヘッド１について詳細に説明する。図２は、インクジェットヘッド１の幅方向に沿った断面図である。図２に示すように、インクジェットヘッド１は、その下端に、流路ユニット９と４つのアクチュエータユニット２１とが接着剤を介して接合されたヘッド本体２を有している。ヘッド本体２の上面には、ヘッド本体２にインクを供給するリザーバユニット７１が固定されている。アクチュエータユニット２１の上面には、ＣＯＦ（Chip On Film）５０の一端付近が固定されている。ＣＯＦ５０は、多数の配線が形成され且つドライバＩＣ５２が実装された平型柔軟基板である。ＣＯＦ５０の他端は、制御基板５４と電気的に接続されている。制御基板５４は、ドライバＩＣ５２を介してアクチュエータユニット２１の駆動を制御する。ドライバＩＣ５２は、アクチュエータユニット２１を駆動する駆動信号を生成する。

４つのアクチュエータユニット２１、リザーバユニット７１、ＣＯＦ５０及び制御基板５４は、サイドカバー５３及びヘッドカバー５５によって覆われている。金属板であるサイドカバー５３は、流路ユニット９の上面の幅方向両端近傍に固定されており、流路ユニット９の長手方向に沿って延在している。ヘッドカバー５５は、２つのサイドカバー５３の上端にこれらを跨ぐように固定されている。

リザーバユニット７１は、４枚のプレート９１〜９４が積層されたものであり、その内部に、図示しないインク流入流路、インクリザーバ６１、及び、１０個のインク流出流路６２が互いに連通するように形成されている。なお、図２においては、１つのインク流出流路６２のみが表れている。インク流入流路には、図示しないインクタンクからのインクが流入する。インクリザーバ６１は、インク流入流路及びインク流出流路６２と連通しており、インクを一時的に貯溜する。インク流出流路６２は、流路ユニット９の上面に形成されたインク供給口１０５ｂ（図３参照）を介して流路ユニット９と連通している。インクタンクからのインクは、インク流入流路、インクリザーバ６１及びインク流出流路６２を通過し、インク供給口１０５ｂから流路ユニット９に供給される。プレート９４の下面は、プレート９４とＣＯＦ５０との間に間隙が形成されるように、凹凸面となっている。

ＣＯＦ５０は、サイドカバー５３とリザーバユニット７１との間に挟まれつつ延在している。そして、ＣＯＦ５０の他端は、制御基板５４に実装されたコネクタ５４ａに接続されている。ドライバＩＣ５２は、リザーバユニット７１の側面に貼り付けられたスポンジ８２によってサイドカバー５３に向けて付勢されている。

次に、図３〜図６を参照しつつ、ヘッド本体２について説明する。図３は、ヘッド本体２の平面図である。図４は、図３の一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。なお、図４では、実線で描くべきアクチュエータユニット２１を破線で、アクチュエータユニット２１の下方にあって破線で描くべき圧力室１１０、アパーチャ１１２及びインク吐出口１０８を実線で描いている。図５は、図４に示すV−V線に沿った断面図である。図６（ａ）はアクチュエータユニット２１の拡大断面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）においてアクチュエータユニット２１の表面に配置された個別電極を示す平面図である。

図３に示すように、ヘッド本体２は、流路ユニット９、及び、流路ユニット９の上面９ａに固定された４つのアクチュエータユニット２１を含んでいる。図４に示すように、流路ユニット９の内部には、圧力室１１０を含むインク流路が形成されている。アクチュエータユニット２１は、各圧力室１１０に対応した複数のアクチュエータを含んでおり、圧力室１１０内のインクに選択的に吐出エネルギーを付与する機能を有する。

流路ユニット９は、リザーバユニット７１のプレート９４とほぼ同じ平面形状を有する直方体形状となっている。流路ユニット９の上面９ａには、リザーバユニット７１のインク流出流路６２（図２参照）に対応して、計１０個のインク供給口１０５ｂが設けられている。流路ユニット９の内部には、インク供給口１０５ｂに連通するマニホールド流路１０５及びマニホールド流路１０５から分岐した副マニホールド流路１０５ａが形成されている。流路ユニット９の下面は、図４及び図５に示すように、多数のインク吐出口１０８がマトリクス状に配置されたインク吐出面２ａである。流路ユニット９の上面には、多数の圧力室１１０が、インク吐出口１０８と同様に、マトリクス状に多数配列されている。

本実施形態では、等間隔に配置された複数の圧力室１１０からなる流路ユニット９の長手方向に延びた圧力室１１０の列が、１つのアクチュエータユニット２１内に１６列形成されている。各圧力室列に含まれる圧力室１１０の数は、アクチュエータユニット２１のの長辺（下底）に近いものほど多く、短辺（上底）に近いものほど少ない。インク吐出口１０８についても同様である。

図５に示すように、流路ユニット９は、上から順に、キャビティプレート１２２、ベースプレート１２３、アパーチャプレート１２４、サプライプレート１２５、３枚のマニホールドプレート１２６、１２７、１２８、カバープレート１２９、及び、ノズルプレート１３０、という９枚のステンレス鋼等の金属プレートから構成されている。これらプレート１２２〜１３０は、主走査方向に長尺な矩形平面形状を有する。これらプレート１２２〜１３０を互いに位置合わせしつつ積層することによって、流路ユニット９内に、マニホールド流路１０５、副マニホールド流路１０５ａ、及び、副マニホールド流路１０５ａの出口から絞りとして機能するアパーチャ１１２さらに圧力室１１０を経てインク吐出口１０８に至る多数の個別インク流路１３２が形成される。

次に、アクチュエータユニット２１について説明する。図３に示すように、各アクチュエータユニット２１は台形の平面形状を有している。４つのアクチュエータユニット２１は、インク供給口１０５ｂを避けるよう主走査方向に千鳥状に配置されている。各アクチュエータユニット２１の平行対向辺は流路ユニット９の長手方向に沿っている。隣接するアクチュエータユニット２１の斜辺同士は、主走査方向に関して互いにオーバーラップしている。

図６（ａ）に示すように、アクチュエータユニット２１は、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミックス材料からなる２枚の圧電層１４１、１４２が積層された圧電体を含んでいる。最上層である圧電層１４１の上面であって圧力室１１０に対向する領域には、個別電極１３５が形成されている。最上層である圧電層１４１とその下側の圧電層１４２との間には、シート全面に形成された共通電極１３４が介在している。個別電極１３５は、図６（ｂ）に示すように、圧力室１１０と相似な略菱形の平面形状を有する。平面視で、個別電極１３５の大部分は、圧力室１１０の領域内にある。略菱形の個別電極１３５における鋭角部の一方は圧力室１１０の外に延出され、その先端には個別電極１３５と電気的に接続された円形の個別ランド１３６が設けられている。個別ランド１３６は、個別電極１３５よりも厚い。また、圧電層１４１の表面には、圧電層１４１に設けられた貫通孔を埋め込む導電部材を介して共通電極１３４と電気的に接続されたＣＯＭランド（図示せず）が形成されている。ＣＯＦ５０に形成された多数の配線のうちの１つは、ＣＯＭランドと接続されている。

共通電極１３４及び個別電極１３５は、それぞれ、ＣＯＦ５０に設けられた配線を介してドライバＩＣ５２と接続されている。共通電極１３４には、グランド電位に保持された信号がドライバＩＣ５２から供給される。個別電極１３５には、印字すべき画像パターンに応じてグランド電位と正電位とを交互に取る駆動信号がドライバＩＣ５２から供給される。

圧電層１４１はその厚み方向に分極されている。個別電極１３５を共通電極１３４と異なる電位にして、圧電層１４１の個別電極１３５と共通電極１３４とに挟まれた部分（活性部）に対してその分極方向に電界を印加すると、活性部が圧電効果で歪む。例えば、分極方向と電界の印加方向とが同じであれば、活性部は分極方向に直交する方向（平面方向）に縮む。一方、圧電層１４２は自発的に歪むことはない非活性層である。このとき、圧電層１４１、１４２は圧力室１１０を区画するキャビティプレート１２２の上面に固定されているので、ユニモルフ効果が生じる。その結果、圧電層１４１、１４２の活性部に相当する領域が圧力室１１０に向かって凸になるように変形する。このようなユニモルフ変形が生じることで、圧力室１１０内のインクに圧力つまり吐出エネルギーが付与され、インク吐出口１０８からインク滴が吐出される。このように、アクチュエータユニット２１において、個別電極１３５と圧力室１１０との間に挟まれた部分が、個別のアクチュエータとして働くので、アクチュエータユニット２１には、圧力室１１０の数と同数のアクチュエータが形成されていることになる。

図２に戻って、制御基板５４には貫通孔が設けられており、この貫通孔を導電部材からなるネジ５７が貫通している。ネジ５７は、リザーバユニット７１の最も上にあるプレート９１にネジ止めされている。プレート９１は、接着剤を介することなく互いに部分的に直接当接することにより、プレート９２、９３、９４を介して、キャビティプレート１２２と電気的に接続されている。

図７は、サイドカバー５３及びヘッドカバー５５がない状態でのインクジェットヘッド１の斜視図である。図７に示すように、制御基板５４上には、４つのコネクタ５４ａと、３つの電界コンデンサ１８０と、入力コネクタ５８とが配置されている。コネクタ５４ａには、ＣＯＦ５０の先端部が嵌合されている。また、プレート９１の長手方向一端付近には、筒状突起１８１が設けられている。筒状突起１８１の先端には、図示しないインクタンクからのインクが流入するインク流入口１８１ａが上方に向かって開口している。入力コネクタ５８は、図示しないＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）などの平型柔軟基板を介して図示しないプリンタ１０１のメイン基板と接続されている。また、制御基板５４の上面には、ネジ５７の頭部が表れている。なお、図７では、その上面に形成された配線パターンの図示を省略している。

図８（ａ）は制御基板５４の平面図であり、図８（ｂ）はその部分拡大図である。制御基板５４上には、ネジ５７の頭部下面と接触する配線パターン３１が形成されている。この配線パターン３１は、入力コネクタ５８を介して、プリンタ１０１のメイン基板（図示せず）に接続されることによって、常にグランド電位に保持されている。したがって、キャビティプレート１２２を含む流路ユニット９は常にグランド電位に保持されている。配線パターン３１には、端子３１ａが設けられている。

制御基板５４上には、４つのコネクタ５４ａのグランド端子同士を結ぶ配線パターン３３が形成されている。配線パターン３３は、各アクチュエータユニットについて、コネクタ５４ａ、ＣＯＦ５０の配線及びＣＯＭランドを介して共通電極１３４と電気的に接続されている。配線パターン３３には、端子３３ａが設けられている。端子３３ａと端子３１ａとは互いに近接しており、両者はハンダ３５を介して電気的に接続されている。そのため、共通電極１３４は、流路ユニット９と同じく常にグランド電位に保持されている。なお、後述するように、端子３３ａと端子３１ａとは、ヘッド１の製造過程の後半において短絡させられる。

このようにインクジェットヘッド１では、流路ユニット９と共通電極１３４とが常に同じ電位となっている。そのため、導電性を有する圧力室１１０内のインクと共通電極１３４とが常に同じ電位となる。したがって、これらの電位が異なることによって電界が加えられた圧電層１４２が不必要に変形しないので、所望のインク吐出特性が得られる。

上述したインクジェットヘッド１において、圧力室１１０に対向するクラック１３８（図６（ａ）参照）が圧電層１４２にあると、個別電極１３５と共通電極１３４との間に所定電圧を印加したときの圧力室１１０の容積減少率が、クラック１３８がないときに比べて低下する。また、小さなクラック１３８であっても、経時的に成長することが心配される。そのため、クラックの有無に応じて圧力室１１０ごとにインク吐出特性に差が生じてしまう。このような事態を事前に防止するために、製造された多数のインクジェットヘッド中で圧電層１４２にクラック１３８が形成されたインクジェットヘッド１を見つけ出し、そのようなヘッド１をプリンタ１０１に組み込まないようにする必要がある。そのために、本実施形態では、インクジェットヘッド１の製造過程において圧電層１４２に形成されたクラックを見つけ出す。そこで、以下において、圧電層１４２のクラックをどのように見つけ出すかという点に重点をおいて、インクジェットヘッド１の製造方法について説明する。

図９は、インクジェットヘッド１の製造工程図である。インクジェットヘッド１を製造するには、まず、ステップＳ１１において、流路ユニット９、アクチュエータユニット２１及びリザーバユニット７１などの部品を別々に作製する。それから、ステップＳ１２〜Ｓ１５において、各部品を組み付ける。

ここでは、流路ユニット９とアクチュエータユニット２１の製造工程について説明する。まず、流路ユニット９の製造工程から説明する。流路ユニット９を作製するには、これを構成する各プレート１２２〜１３０に、パターニングされたフォトレジストをマスクとしたエッチングを施して、各プレート１２２〜１３０に必要な孔を形成する。次に、必要な流路が形成されるようにエポキシ系の熱硬化性接着剤を介してプレート１２２〜１３０を積層する。そして、得られた積層体を熱硬化性接着剤の硬化温度以上の温度に加熱しつつ加圧する。これによって、流路ユニット９が完成する。

アクチュエータユニット２１を作製するには、圧電層１４２となる圧電セラミックスのグリーンシート上に、共通電極１４２となる導電ペーストをスクリーン印刷する。その上に、圧電層１４１となるグリーンシートを積層してから、所定の温度で焼成する。さらに、焼成によって形成された圧電層１４１上に個別電極１３５となる導電ペーストをスクリーン印刷してから、これを焼成する。その後、ガラスフリットを含む金を印刷することによって、ランド１３６を形成する。このようにして、アクチュエータユニット２１の作製が完了する。なお、流路ユニット９とアクチュエータユニット２１はいずれも独立した部材であるため、いずれの作製を先に行ってもよいし、並行して行ってもよい。

次に、ステップＳ１２において、流路ユニット９にアクチュエータユニット２１を固定する。まず、流路ユニット９の上面にバーコータを用いてエポキシ系の熱硬化性接着剤を塗布する。しかる後、流路ユニット９上に、アクチュエータユニット２１を載置する。このとき、各アクチュエータユニット２１は、個別電極１３５と圧力室１１０とが対向するように流路ユニット９に対して位置決めされる。そして、流路ユニット９とアクチュエータユニット２１との積層体を、熱硬化性接着剤の硬化温度以上の温度に加熱しつつ加圧する。

次に、ステップＳ１３において、アクチュエータユニット２１にＣＯＦ５０を固定する。そのために、ＣＯＦ５０上の配線に設けられた端子を導電性接着剤で被覆した後、被覆された端子をランド１３６（ＣＯＭランドを含む）に向かって加圧しつつ加熱する。

次に、ステップＳ１４において、流路ユニット９にリザーバユニット７１を固定する。両者は、プレート９４の凹部下面がアクチュエータユニット２１の上面から離隔するように、プレート９４の凸部下面に塗布された接着剤を介して固定される。

次に、ステップＳ１５において、リザーバユニット７１上に制御基板５４を固定する。制御基板５４は、リザーバユニット７１に設けられたツメ１８８（図７参照）によってリザーバユニット７１と係合すると共にリザーバユニット７１にネジ止めされることによって、リザーバユニット７１に固定される。しかる後、コネクタ５４ａにＣＯＦ５０の先端部が嵌合され、さらに、ネジ５７が制御基板５４に挿入されてプレート９１にネジ止めされる。なお、このとき、配線パターン３１の端子３１ａと配線パターン３３の端子３３ａとの間にはハンダ３５が配置されておらず、両者は電気的に絶縁されている。

次に、ステップＳ１６において、インク流入口１８１ａからインクを注入することによって、インクジェットヘッド１の個別インク流路１３２内をインクで充填する。

次に、ステップＳ１７において、ステップＳ１６で充填された個別インク流路１３２内のインクのｐＨが圧電層１４２の等電点に対応したｐＨよりも大きいか否かを製造オペレータが判断する。その結果、インクのｐＨが圧電層１４２の等電点に対応したｐＨよりも大きい場合には（Ｓ１７：ＹＥＳ）、ステップＳ１８に進む。逆の場合には（Ｓ１７：ＮＯ）、ステップＳ１９に進む。なお、この判断はインクジェットヘッド１の製造に係るコントローラが、与えられたデータに基づいて行ってもよい。圧電層１４２の等電点に対応したｐＨとは、圧電層１４２を微粒子化して、様々なｐＨ値の溶液中に分散させたときに、その表面電位がゼロになる特定のｐＨ値を指す。このような状態にある微粒子は、外部電界を印加しても電気泳動現象を起こさない。一方、これ以外のｐＨ値の溶液中では、電界に沿って電極方向に微粒子が泳動する。このときの泳動速度を電気泳動光散乱法によって測定し、その測定結果からゼータ電位を求め、圧電層１４２の等電点としている。

ステップＳ１８では、流路ユニット９の電位が共通電極１３４の電位より高くなるように、流路ユニット９と共通電極１３４との間に電圧を印加する。上述したように、端子３１ａはネジ５７、プレート９１〜９４を介して流路ユニット９と電気的に接続されている。端子３３ａはＣＯＦ５０の配線などを介して共通電極１３４と電気的に接続されている。したがって、本実施形態では、端子３１ａに＋電位を与え、端子３３ａにグランド電位を与えることによって、所望の直流電圧が流路ユニット９と共通電極１３４との間に印加される。

なお、本実施形態では、流路ユニット９と共通電極１３４との間に印加される電圧を、水の電気分解電圧（１．２Ｖ）以上で圧電層１４２の破壊電圧未満としている。水の電気分解電圧以上とするのは、電気浸透における浸透速度が電界強度に比例するので、電圧が高いほどクラック１３８内へインクが短時間で浸透するからである。すなわち、クラック１３８を短時間で検出できるという点から、できるだけ高い電圧とすることが好ましいからである。また、圧電層１４２の破壊電圧未満とするのは、圧電層１４２の破壊を防止するためである。

図１０は、ステップＳ１８における電圧印加の様子を描いたクラック１３８付近の拡大図である。このとき、圧力室１１０内には、キャビティプレート１２２と接するインクから圧電層１４２に向かう方向の電界Ｅが生じている。ここではインクのｐＨが圧電層１４２の等電点に対応したｐＨよりも大きいので、圧力室１１０に面した圧電層１４２の表面（すなわち下面）はマイナスに荷電している。そのため、インク内のプラスのイオン及び粒子が圧電層１４２の表面に集まっている。したがって、流路ユニット９の電位が共通電極１３４の電位よりも高くなるように電圧が印加されると、圧電層１４２の表面付近ではインク内のプラスのイオン及び粒子が電界Ｅから共通電極１３４に向かう方向の力を受ける。その結果、インクは圧電層１４２に形成されたクラック１３８内に入り込み、クラック１３８内ではその表面付近に共通電極１３４に向かうインクの流れが生じる。クラック１３８の幅が微細であるので、共通電極１３４に向かうインクの流れを補償する逆方向の流れがクラック１３８内において発生することがほとんど無く、クラック１３８内では共通電極１３４に向かう流れが支配的となる。このような電気浸透現象によって、圧電層１４２にクラック１３８が発生している場合には、圧力室１１０内のインクがクラック１３８に浸透する。

インクがクラック１３８に浸透すると、その結果として、流路ユニット９と共通電極１３４との間の抵抗値が変化する。もしクラック１３８が共通電極１３４に達している場合には、インクが共通電極１３４に接触することによって、流路ユニット９と共通電極１３４との間の抵抗値はゼロあるいはそれに近い値となる。クラック１３８が共通電極１３４に達していない場合であっても、クラック１３８内にインクが浸透することで流路ユニット９と共通電極１３４との間の抵抗値がクラック１３８の深さに応じて低下する。ステップＳ１８では、流路ユニット９と共通電極１３４との間に電圧を印加した状態で、流路ユニット９と共通電極１３４との間の抵抗値を測定する。測定される抵抗値は、４つのアクチュエータユニット２１が並列接続された回路の抵抗値である。したがって、そのうちの１つのアクチュエータユニット２１に属する圧電層１４２に形成されたクラック１３８が共通電極１３４に達していれば、測定される抵抗値はゼロあるいはそれに近い値となる。

本実施形態では、制御基板５４上の２つの端子３１ａ、３３ａを測定用の端子として用いるので、ヘッド１にメイン基板が接続されていない状態でのヘッド１のクラック検出が可能となっている。また、本実施形態ではＣＯＦ５０の長さがアクチュエータユニット２１からヘッド１内にある制御基板５４までと比較的短いので、抵抗値の測定時にノイズの影響を受けにくい。

なお、インクがクラック１３８に浸透すると、その結果として、流路ユニット９と共通電極１３４との間の静電容量も変化するので、抵抗値に代えて、静電容量を測定するようにしてもよい。また、その他の電気特性値を測定してもよい。

また、ステップＳ１９では、流路ユニット９の電位が共通電極１３４の電位より低くなるように、流路ユニット９と共通電極１３４との間に電圧を印加する。本実施形態では、端子３１ａにグランド電位を与え、端子３３ａに＋電位を与えることによって、所望の直流電圧が流路ユニット９と共通電極１３４との間に印加される。

図１１は、ステップＳ１９における電圧印加の様子を描いたクラック１３８付近の拡大図である。このとき、圧力室１１０内には、圧電層１４２からキャビティプレート１２２に向かう方向の電界Ｅが生じている。ここではインクのｐＨが圧電層１４２の等電点に対応したｐＨよりも小さいので、圧力室１１０に面した圧電層１４２の表面（すなわち下面）はプラスに荷電している。そのため、インク内のマイナスのイオン及び粒子が圧電層１４２の表面に集まっている。したがって、流路ユニット９の電位が共通電極１３４の電位よりも低くなるように電圧が印加されると、圧電層１４２の表面付近ではインク内のマイナスのイオン及び粒子が電界Ｅから共通電極１３４に向かう方向の力を受ける。その結果、インクは圧電層１４２に形成されたクラック１３８内に入り込み、クラック１３８内ではその表面付近に共通電極１３４に向かうインクの流れが生じる。クラック１３８の幅が微細であるので、共通電極１３４に向かうインクの流れを補償する逆方向の流れがクラック１３８内において発生することがほとんど無く、クラック１３８内では共通電極１３４に向かう流れが支配的となる。このような電気浸透現象によって、圧電層１４２にクラック１３８が発生している場合には、圧力室１１０内のインクがクラック１３８に浸透する。

インクがクラック１３８に浸透すると、その結果として、流路ユニット９と共通電極１３４との間の抵抗値が変化する。そこで、ステップＳ１９では、流路ユニット９と共通電極１３４との間に電圧を印加した状態で、流路ユニット９と共通電極１３４との間の抵抗値を測定する。

次に、ステップＳ２０において、ステップＳ１８又はステップＳ１９で測定された抵抗値が所定のしきい値以上であるかどうかを判断する。例えばこのしきい値をゼロとした場合には、共通電極１３４に達するクラック１３８が形成されているか否かを判断することになる。しきい値は、どの程度の深さのクラック１３８が形成されていればヘッド１を破棄すべきかに応じて適宜変更されるものである。ステップＳ２０での判断の結果、測定された抵抗値がしきい値未満である場合には（Ｓ２０：ＮＯ）、当該インクジェットヘッド１を基準以上のクラック１３８が生じている不良品とすることとして、ステップＳ２１に進んでそのヘッド１を破棄する。測定された抵抗値がしきい値以上である場合には（Ｓ２０：ＹＥＳ）、当該インクジェットヘッド１をクラック１３８が生じていない合格品とすることとして、ステップＳ２２に進む。

ステップＳ２２においては、図８（ｂ）に示すように、制御基板５４上に設けられた端子３１ａと端子３３ａとをハンダ３５を介して電気的に接続する。これにより、共通電極１３４と流路ユニット９とが常に同電位となるため、圧力室内の液体と第１電極とが常に同じ電位となる。そのため、圧力室１１０内のインクと共通電極１３４とが異なる電位となって圧電層１４２が不必要に変形することがなくなる。したがって、所望のインク吐出特性が得られる。また、制御基板５４上に形成された配線パターン３１の端子３１ａと配線パターン３３の端子３３ａとを接続しているので、制御基板５４からさらに外に、配線パターン３１及び配線パターン３３にそれぞれ接続された２本の配線を延ばす必要がなくなり、簡単な構成とすることができる。

その後、サイドカバー５３及びヘッドカバー５５を取り付ける工程などを経て、インクジェットヘッド１が完成する。

以上説明したインクジェットヘッドの製造方法によると、アクチュエータユニット２１内の圧電層１４２にクラック１３８が発生しているか否かを検出することができる。そのため、クラック１３８の発生していないインクジェットヘッド１だけを選択して、インクジェットプリンタ１０１に組み付けることができる。

また、抵抗値の測定時に流路ユニット９と共通電極１３４との間に印加される電圧が、水の電気分解電圧以上で圧電層１４２の破壊電圧未満であるので、圧電層１４２の破壊を防止しつつ流路ユニット９と共通電極１３４との間の抵抗値を迅速に測定することが可能となる。

また、本実施形態では、共通電極１３４が圧力室１１０全体と対向しているので、広い範囲に渡って圧電層１４２へのクラック発生の有無を検査することができる。

また、本実施形態では、電気特性値として抵抗値を測定しているので、クラックの発生有無を簡易に測定可能である。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更を上述の実施形態に施すことが可能である。例えば、上述した実施形態では、インクジェットヘッド１の製造方法を説明したが、本発明は、インクジェットヘッド１の検査方法として応用することもできる。係る検査は、インクジェットヘッド１の製造過程において行うことができることは勿論、インクジェットヘッド１の製造後（例えばプリンタ１０１内に取り付けてから所定期間経過ごと）に行うことできる。その場合、端子３１ａと端子３３ａとを制御基板５４上で接続するのではなく、共通電極１３４及び流路ユニット９に接続された２本の配線をメイン基板にまで延ばしておくことが好ましい。

本発明において、第１電極は必ずしも共通電極１３４とする必要はない。例えば共通電極と個別電極との上下関係が入れ替わっているのであれば、個別電極を第１電極として用いることができる。また、共通電極及び個別電極に加えてさらに検査用電極をアクチュエータユニット内に形成して、それを第１電極としてもよい。

上述した実施形態では、インクジェットヘッド１の個別インク流路１３２をインクで充填してから抵抗値の測定を行っているが、個別インク流路１３２をインク以外の導電性を有する液体で充填してから測定を行ってもよい。また、抵抗値の測定時に流路ユニット９と共通電極１３４との間に印加される電圧を、水の電気分解電圧未満としてもよい。

また、上述した実施形態では、制御基板５４上で２つの端子３１ａ、３３ａを電気的に接続しているが、これら２つの端子を制御基板５４上で接続しなくてもよい。圧力室の内壁となっているのが、圧電層でない絶縁層である場合にも本発明は適用可能である。

また、本発明は、インクジェットヘッド以外の液体吐出ヘッドの製造方法及び検査方法に適用することが可能である。

本発明の一実施形態による製造方法で製造されたインクジェットヘッドを含むインクジェットプリンタの全体的な構成を示す概略側面図である。 図１に示すインクジェットヘッドの幅方向に沿った断面図である。 図２に示すヘッド本体の平面図である。 図３に示す一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。 図４に示すV−V線断面図である。 図４に示すアクチュエータユニットを説明するための図である。 図２に示すインクジェットヘッドの斜視図である。 （ａ）は制御基板の平面図であり、（ｂ）はその部分拡大図である。 インクジェットヘッドの製造工程図である。 図９のステップＳ１８における電圧印加の様子を描いたクラック付近の拡大図である。 図９のステップＳ１９における電圧印加の様子を描いたクラック付近の拡大図である。

符号の説明

１ インクジェットヘッド
２ ヘッド本体
９ 流路ユニット
２１ アクチュエータユニット
３１、３３ 配線パターン
３５ ハンダ
３１ａ、３３ａ 端子
５０ ＣＯＦ
５４ 制御基板
５４ａ コネクタ
５２ ドライバＩＣ
５７ ネジ
７１ リザーバユニット
１０１ インクジェットプリンタ
１０８ インク吐出口
１１０ 圧力室
１２２ キャビティプレート
１３２ 個別インク流路
１３４ 共通電極
１３５ 個別電極
１３８ クラック
１４１〜１４３ 圧電層

Claims (9)

1. 一表面に開口する圧力室を経てノズルに至る個別液体流路が形成された導電性を有する流路ユニットと、前記圧力室の開口を塞ぐように前記一表面に固定された絶縁層、前記絶縁層上に形成されて前記圧力室と対向する第１電極、前記第１電極上に形成された圧電層、及び、前記圧電層上に形成されて前記圧力室と対向する第２電極を有し、前記圧力室内の液体に圧力を付与する圧電アクチュエータとを備えた液体吐出ヘッドの検査方法において、
   前記流路ユニットの前記個別液体流路を、導電性を有する液体で充填する充填工程と、
   液体のｐＨが前記絶縁層の等電点に対応したｐＨより大きい場合には前記流路ユニットの電位が前記第１電極の電位よりも高くなり且つ液体のｐＨが前記絶縁層の等電点に対応したｐＨより小さい場合には前記流路ユニットの電位が前記第１電極の電位よりも低くなるように、前記流路ユニットと前記第１電極との間に電圧を印加して、前記流路ユニットと前記第１電極との間の電気特性値を測定する測定工程とを備えていることを特徴とする液体吐出ヘッドの検査方法。
2. 前記流路ユニットと前記第１電極との間に印加される電圧が、水の電気分解電圧以上で前記絶縁層の破壊電圧未満であることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッドの検査方法。
3. 前記第１電極が、前記圧力室全体と対向していることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体吐出ヘッドの検査方法。
4. 前記測定工程で測定される電気特性値が抵抗値であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの検査方法。
5. 一表面に開口する圧力室を経てノズルに至る個別液体流路が形成された導電性を有する流路ユニットと、前記圧力室の開口を塞ぐように前記一表面に固定された絶縁層、前記絶縁層上に形成されて前記圧力室と対向する第１電極、前記第１電極上に形成された圧電層、及び、前記圧電層上に形成されて前記圧力室と対向する第２電極を有し、前記圧力室内の液体に圧力を付与する圧電アクチュエータと、前記第１電極に電気的に接続された第１配線を有する配線部材とを備えた液体吐出ヘッドの製造方法において、
   前記流路ユニット、前記圧電アクチュエータ、及び、前記配線部材を組み付ける組付工程と、
   前記流路ユニットの前記個別液体流路を、導電性を有する液体で充填する充填工程と、
   液体のｐＨが前記絶縁層の等電点に対応したｐＨより大きい場合には前記流路ユニットの電位が前記第１電極の電位よりも高くなり且つ液体のｐＨが前記絶縁層の等電点に対応したｐＨより小さい場合には前記流路ユニットの電位が前記第１電極の電位よりも低くなるように、前記流路ユニットと前記第１電極との間に電圧を印加して、前記流路ユニットと前記第１電極との間の電気特性値を測定する測定工程とを備えていることを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
6. 前記流路ユニットと前記第１電極との間に印加される電圧が、水の電気分解電圧以上で前記絶縁層の破壊電圧未満であることを特徴とする請求項５に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
7. 前記第１電極が、前記圧力室全体と対向していることを特徴とする請求項５又は６に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
8. 前記測定工程後に、前記第１配線と、前記流路ユニットに電気的に接続された第２配線とを電気的に接続する接続工程をさらに備えていることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
9. 前記接続工程において、前記第１配線と前記第２配線とを、前記液体吐出ヘッドに固定された基板上で接続することを特徴とする請求項８に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
   

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