JP2008307772A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】インクの吐出方向を制御するための変形素子を容易に配置できるインクジェットヘッドを提供する。
【解決手段】この発明のインクジェットヘッドは、圧電基板３１、ノズルプレート１０及び変形素子２２を備えている。
圧電基板３１は、チャンネル壁３３によって隔てられた複数のチャンネル溝３２であって互いに平行に並ぶ複数のチャンネル溝３２が、形成されている。ノズルプレート１０は、チャンネル溝３２に対応した複数のノズル孔１１を有し、圧電基板３１の前面に接合される。変形素子２２は、圧電基板３１とノズルプレート１０の間に配置され、ノズルプレート１０におけるノズル孔１１の周縁部の少なくとも一部を厚さ方向に変形させる。変形素子２２は、圧電素子、磁歪素子及び熱変形素子のいずれであってもよい。
【選択図】図１

Description

この発明は、ファクシミリ装置や複写機等のインクジェット方式の画像形成処理を行う画像形成装置に用いられ、圧電基板に設けたチャンネル溝の先端に配したノズルプレートのノズル孔から液滴を吐出するインクジェットヘッドに関する。

一般にインクジェットヘッドは、インクジェット方式の画像形成装置に用いられて液滴吐出装置を構成する。このようなインクジェットヘッドは、ノズルプレート、ヘッドチップ及びヘッドベース等の部材を接合して構成される。

ノズルプレートは、樹脂もしくは金属のプレート材から成る。ノズルプレートにはノズル孔が複数形成される。複数のノズル孔のそれぞれは、インク滴を吐出する微小な孔である。複数のノズル孔は１次元的に、又は２次元的に配列される。複数のノズル孔のうち任意に選択された単一又は複数のノズル孔からは、それぞれ任意のドロップ数のインク滴が吐出される。

ヘッドチップは、圧電基板などのアクチュエータ部材を含んで構成される。例えばアクチュエータ部材が圧電基板の場合、その主面にインクの流路となる複数のチャンネル溝が平行して刻設される。各チャンネル溝に挟まれるチャンネル壁は、その両側に駆動電極が設けられる。駆動電極に所定の電圧が印加されることで各チャンネル壁は変形する。各チャンネル溝の容積はチャンネル壁の変形により変化する。この容積変化により、チャンネル溝内のインクはノズル孔から吐出される。

ヘッドベースは、駆動回路を備え、駆動電極に印加する電圧を出力する。また、ヘッドチップを支持する。

ところで、このような画像形成装置においては、高解像度化の要請が非常に高まっており、もはやノズルの高密度化では追いつかない状態となっている。そこで、インクの吐出方向を偏向することによりノズル密度よりも高い解像度を得る技術の研究が進められている。

また、近年では、画像形成装置が産業用途に展開されるにつれ、インクジェットヘッドの全てのチャンネルから定常、かつ高精度にインクを吐出することが要求され始めている。この場合、吐出不良を起こすノズルが一つでもあると、それに付随する全てのインクジェットヘッドのユニットを交換する必要があり、非効率的であるという問題がある。そこで、吐出不良を起こしたノズルのインク吐出方向を正常な方向に偏向することにより、インクジェットヘッドの長寿命化を図る技術の研究が進められている。

このような技術の一つとして、インク吐出のための変形素子とは別に、インク通路を傾斜状に変形させるための変形素子を各ノズルの噴射通路に設けた画像形成装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平０７−２７６６３４号公報

しかしながら、特許文献１に記載された従来技術では、ノズル内にインクの吐出方向を制御するための変形素子を配置しているが、実際に配置するのは困難である。高精度のノズル孔を加工するに当たり、多くの場合、レーザ加工による方法を用いるが、加工精度は加工深さが深いほど悪くなるため、ノズルプレートの厚みは薄いほどよい。例えばノズルプレート材料としては、ノズル孔のレーザ加工容易性などから、ポリイミドなどの樹脂材料を用いることが一般的であるが、その場合、プレート厚みは１００μｍ以下が望ましい。一方、ノズル孔形状は、インクの流路抵抗を低減させる目的により、インク流入口が広く吐出口が狭いテーパ状をしているが、近年は４ｐｌ以下のインク体積を吐出するという高精彩インクジェットヘッドの開発が主流となっており、その場合、吐出口径は２０μｍ程度である。このような狭い領域に吐出方向制御用の変形素子を配置し、かつ変形素子への配線を施すことは困難である。

この発明の目的は、インクの吐出方向を制御するための変形素子を容易に配置できるとともに、変形素子に対する配線を容易に施すことができるインクジェットヘッドを提供することにある。

この発明のインクジェットヘッドは、圧電基板、ノズルプレート及び変形素子を備えている。圧電基板は、チャンネル壁によって隔てられた複数のチャンネル溝であって互いに平行に並ぶ複数のチャンネル溝が、形成されている。ノズルプレートは、チャンネル溝に対応した複数のノズル孔を有し、背面が圧電基板の前面に接合される。変形素子は、圧電基板とノズルプレートの間に配置され、ノズルプレートにおけるノズル孔の周縁部の少なくとも一部を厚さ方向に変形させる。

この構成では、変形素子は圧電基板の前面とノズルプレートの背面との間に配置されるため、配置可能な面積が大きい。これによって変形素子は配置箇所において自由度が高く、また変形素子への配線も容易である。

この構成において、圧電基板の前面とノズルプレートの背面とのそれぞれの間に接着層を介して配置されるスペーサをさらに備えてもよい。変形素子は、接着層の弾性を利用し、間接的にノズルプレートを変形できる。変形素子は、スペーサの前面に固定されることにより、圧電基板のインク室及びインクの吐出流路に接しない。これによって変形素子はインクに接触することがないため、腐食しない。変形素子は腐食しないため、経時劣化しにくく、長期間の使用に耐えうる。

また、スペーサには、前面に窪みを設け、この窪みに変形素子を固定してもよい。窪みは、変形素子を固定した際に、スペーサの前面が面一となる形状とする。これによってノズルプレートの背面とスペーサの前面とはともに平面となる。ノズルプレートの背面とスペーサの前面とを接着した際に、それぞれの面の全体を密着させることができ、ノズルプレートとスペーサは、接着不良を生じない。また、ノズルプレートと変形素子は、接着不良を生じない。

さらに、変形素子は、圧電素子、磁歪素子及び熱変形素子のいずれかからコストパフォーマンス等を考慮して自由に選択できる。

この発明によれば、変形素子を、圧電基板とノズルプレートとの間で、ノズルからのインク吐出方向の制御に適した位置に容易に配置できる。また、変形素子に対して容易に配線を施すことができる。

まず、本発明の第１の実施形態について説明する。

本実施形態のインクジェットヘッドは、インクジェットプリンタに用いられる。このインクジェットヘッドは、複数のノズル孔のうち任意に選択したものから、それぞれ任意のドロップ数でインク滴を吐出する。

図１は、インクジェットヘッドの部分分解斜視図である。インクジェットヘッドの同図手前側は正面であり、同図奥側は背面であり、同図左側は左側面である。同図には左側面から４つ目までのインク室を図示していて、同図右側はインクジェットヘッドの断面である。

インクジェットヘッドは、ヘッドチップ３０と、ヘッドチップ３０の正面側に配置し、各貫通孔２１を挟むように配置された変形素子２２を搭載したスペーサ２０と、スペーサ２０の正面側に配置するノズルプレート１０と、ヘッドチップ３０の底面側に貼り合わせる図示しないヘッドベースとから構成される。

ノズルプレート１０は正面−背面方向に薄肉の樹脂プレート材（ポリイミドシート：宇部興産製、ユーピレックス）である。ノズルプレート１０には複数のノズル孔１１が形成されている。複数のノズル孔１１のそれぞれは、インク滴を吐出する微小な孔である。複数のノズル孔１１は直線状に配列されている。ノズルプレート１０のノズル孔１１は、インクが流入する背面側で直径約４０μｍ、インクを吐出する正面側で直径約２０μｍの円錐状である。テーパ角はノズル孔１１の正面側に対するノズル孔の背面角の降角で表され、１１°程度である。ここで、ノズル孔１１の正面側の孔径のばらつきは基準値±０．５μｍ以内、テーパ角のばらつきは基準値±１．０°以内としている。さらに、ノズルプレート１０のスペーサ２０との接着面の反対側の面には、吐出インクの直進性確保及び吐出面への液滴残りをなくすという観点から、図示しない撥水膜（ダイキン工業製、オプツールＤＳＸ）を設けている。

スペーサ２０は、ノズルプレート１０と同様、複数の貫通孔２１を有する、正面−背面方向に薄肉の樹脂プレート材である。本実施例ではスペーサ２０の材料として、厚み１００μｍのポリイミドを用いている。変形素子２２はブロック形状をしており、貫通孔２１と隣接する位置に配置されている。変形素子２２はスペーサ２０上、ノズルプレート１０と接する面側に配置される。

本実施例では変形素子２２として積層型ピエゾ素子を用い、より詳しくは厚み２０μｍのＰＺＴを主成分とする材料を用いる。積層型ピエゾ素子には、電圧印加方向に対して平行に結晶体が歪むダイレクトモードを示すものと、電圧印加方向に対して斜状に歪むシェアモードを示すものがあるが、本実施例では、シェアモードのピエゾ素子を用いている。変形素子２２、スペーサ２０の貫通孔２１とノズルプレート１０のノズル孔１１とは同数であり、それぞれ互いに同軸になるように直線状に配列している。スペーサ２０に設けた貫通孔２１は、ノズル孔１１と同軸に配されている。貫通孔２１の直径は、ノズル孔１１の背面側の直径約４０μｍとほぼ等しくしている。

ヘッドチップ３０は、圧電基板３１とカバー部材３７とを含む。圧電基板３１とカバー部材３７とはそれぞれ、上面−底面方向に薄肉の部材である。圧電基板３１は、ＰＺＴを主成分とする。チャンネル溝３２は、圧電基板３１の正面から背面にかけて複数本平行に形成されている。このチャンネル溝３２は、板厚方向に分極させた圧電材料ウェハの上面にダイサーを当て、ダイシングブレード厚み方向の途中まで切り込んだ状態で走行させることにより形成したものである。

本実施形態では、ヘッドチップ３０の正面から背面にかけての寸法を１２ｍｍ、圧電材料のウェハ厚みを１ｍｍ、左側面から右側面にかけての寸法を６ｍｍ、チャンネル溝３２の深さを３００μｍ、チャンネル溝３２の幅を８０μｍとしている。チャンネル溝３２は、その断面中心がノズル孔１１の中心軸と一致するように直線状に配列している。チャンネル壁３３は、チャンネル溝３２同士の間に形成される隔壁である。

この圧電基板３１に、カバー部材３７を上側から被せ、接着剤で接着することでヘッドチップ３０は形成される。カバー部材３７は、圧電基板３１と同様に圧電材料のウェハを加工したものであり、共通インク室及びインク供給口としての凹部３８及び貫通加工部３９を設けている。ここでは、カバー部材３７として圧電基板３１と同じ圧電材料を用いている。

ノズルプレート１０の材料としては、本実施形態以外の材料であってもよい。民生用プリンタなど、さほど高い吐出性能が要求されない用途のインクジェットヘッドであれば、ノズルプレート１０の材料は、レーザ加工できればいかなるものであってもよい。これに対し、吐出位置や吐出体積に高精度が要求される工業用インクジェットプリンタ用途のインクジェットヘッドであれば、ノズル孔１１のノズル孔ばらつき、及びノズルテーパ形状ばらつきを低減できる材料が好ましい。

具体的には、高精度にノズル孔１１を製造する方法として、ノズルプレート１０にエキシマレーザ光を用いて加工する方法を用いるのであれば、ノズルプレート１０の材料としてはエキシマレーザ加工容易性の高い材料がより望ましい。エキシマレーザ加工容易性の高い材料としては薄い樹脂製のもの、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミドアミドなどがある。なお、エキシマレーザ光を用いて加工する以外の方法であれば、例えば、ニッケル等の電鋳メッキ等によって得られた金属材料など、高精度のノズルを形成可能な、どのような材料を用いてもよい。

スペーサ２０の材料としては、本実施形態以外の材料であっても、変形素子２２及び圧電基板３１との絶縁を確保し、かつ耐インク性の高い材料であればどのような材料であってもよい。例えば、樹脂材料であれば、本実施例で用いた材料のほかにＰＦＡ、ＰＴＦＥなどのフッ素樹脂材料、セラミック材料であれば石英、アルミナなどでもよい。スペーサ２０の材料は、透光性があれば望ましいが、遮光性があってもよい。

変形素子２２としては、本実施形態以外であっても、ノズルプレート１０を変形させることのできる素子であれば、どのような素子であってもよい。例えば、圧電素子以外に磁歪素子、熱変形素子であってもよい。変形素子２２の材料は、透光性があれば望ましいが、遮光性があってもよい。

スペーサ２０について、図２を用いて詳細に説明する。

スペーサ２０は樹脂もしくはセラミック材料のプレート材であるが、前述したように、ノズルプレート１０上に形成されたノズル孔１１と同軸、かつ同数の貫通孔２１を有する。貫通孔２１はノズル孔１１と同様、レーザ加工により形成することも可能であるが、レーザの吸収率が高い材料においては、切削加工による方法を用いることも可能である。

図２（Ａ）は、スペーサ２０を、ノズルプレート１０との接着面側から見た図であり、図２（Ｂ）は、スペーサ２０を、ヘッドチップ３０との接着面側から見た図である。図２（Ａ）において、貫通孔２１の左側に、貫通孔２１と同軸に接着されるノズル孔１１を変形させるためのブロック状の変形素子２２が配置される。変形素子２２は、ノズルプレート１０及び各ノズル孔１１を変形させることにより、インク吐出方向を制御するためのものである。スペーサ２０上には、予め変形素子２２を固定する窪みが加工されており、その上に変形素子２２を固定する。窪みは変形素子２２の大きさに合わせて加工されている。変形素子２２が固定されたスペーサ２０は面一となる。変形素子２２のスペーサ２０への接着は、耐薬品性の高い接着剤が用いられる。本実施例では比較サンプルとしてエポキシ系接着剤を用いた。

スペーサ２０の表面には変形素子２２を外部の駆動回路と接続する配線２３、２４が形成されている。配線２３、２４は、プロセス中、マスクスパッタリングなどで形成することが可能であるが、事前に形成しておくことが望ましい。配線材料としてはＣｕ、Ａｕ、Ａｌが一般的に用いられるが、本実施例では、０．５μｍのＡｕを用いた。配線２３、２４はスペーサ端部においてワイヤボンディングにより駆動回路と接続される。ここで、駆動回路により選択された配線２３、２４間に電圧を印加すると、選択された変形素子２２が紙面上方から下方、もしくはその逆に変形する。

通常、配線２３にＤＣバイアス正電圧あるいは負電圧を印加し、配線２４を接地する。ＤＣバイアス電圧値は、インクの着弾精度測定の結果をもとに、逐次最適値に設定される。また、図示しない電極及び変形素子２２の腐食防止策として、両面に図示しない有機絶縁膜を形成する。本実施例では、さらに有機絶縁膜として化学的に安定であって耐薬品性及び絶縁性が高い、厚さ３．５μｍのパリレン膜を用いた。なお、有機絶縁膜の厚みは、下地部材の凹凸や下地部材に付着したダストの影響などを受けてピンホールが発生することがないように、１μｍ以上が望ましい。一方、成膜工程の時間短縮、原材料コストの低減の観点から、有機絶縁膜の厚さとしては１０μｍ以下であることが望ましい。このことを踏まえ、有機絶縁膜の厚さとしては１μｍ〜１０μｍの間であることが、より望ましい条件である。

この有機絶縁膜により変形素子２２と電極を覆うことにより、水性インクや金属粒子を含む導電性を有するインクがプレート付近に滞留していても、配線２３とＧＮＤ膜間に印加する電圧によってリーク電流が流れなくなる。これにより、電極材料の電解腐食に起因する素子の破損や、変形素子本来のせん断モード変形が達成できないことに起因する不良といった問題を防止できる。

なお、パリレン膜は室温において気相成長によって形成されるため、熱によって特性が劣化する基材や表面形状が複雑に入り組んだ基材に、熱的なダメージを与えることなく、ほぼ均一に成膜できる。なお、パリレン膜には、ポリモノクロロパラキシリレン、ポリパラキシリレンなどがあるが、それぞれの膜において耐インク特性、材料との密着性などが異なるため、各種インク材料の特性や、下地部材に応じて膜材料を変更したり、２種類以上の材料を積相したりする方法を用いることも可能である。

また、図示していないが、圧電基板３１の、スペーサ２０との接合面にも有機絶縁膜を成膜する。なお、この有機絶縁膜は本発明に必須の構成ではない。一方、図２（Ｂ）に示すように、スペーサ２０のヘッドチップ３０の接着面には、貫通孔２１以外はない。ここで、点線部で示した部分は、ノズルプレート１０との接着面に配置された変形素子２２の位置を示したものである。

変形素子２２を固定するためスペーサ２０に形成する窪みは、スペーサ２０とノズルプレート１０を接着する際、スペーサ２０表面と変形素子２２の段差が接着不良を生じさせないために形成する。スペーサ２０表面と変形素子２２の段差が大きい場合、接着部への気泡の噛みこみを発生させる。前記段差は５μｍ以上で発生することが実験的に確認されているため、スペーサ２０に形成する窪みの深さは、２０μｍ±５μｍの精度で形成する必要がある。

次に、ヘッドチップ３０とスペーサ２０及びノズルプレート１０の接着プロセスについて、図３に基づいて説明する。

上述したように、ヘッドチップ３０とノズルプレート１０とを接着する際には、ノズル孔１１の位置を精度良くアライメントする必要がある。そのため、ヘッドチップ３０とノズルプレート１０との間に配置するスペーサ２０の接着も同様に行う必要がある。

ここではスペーサ２０とヘッドチップ３０との接着工程について詳述する。まず、インク室４０の断面の中心軸とスペーサ２０に形成された貫通孔２１の中心軸との位置が一致するように専用装置でアライメントする。具体的には、上下双方にカメラを内蔵したアライメントカメラ５５をスペーサ２０とヘッドチップ３０との間で移動させ、スペーサ２０に形成された全ての貫通孔２１の長手方向に平行な中心軸とインク室４０の長手方向に平行な中心軸との位置情報を読み取って位置ずれを算出し、スペーサ２０又はヘッドチップ３０のどちらかを移動させて位置補正し、スペーサ２０の全ての貫通孔２１の長手方向に平行な中心軸と全てのインク室４０の長手方向に平行な中心軸との位置が一致するようにアライメントする。

次に、ヘッドチップ３０の予め接着剤が塗布された接着面とスペーサ２０とを密着させる。具体的には、スペーサ２０を装置に固定する際に用いる図示しない冶具を徐々にヘッドチップ３０に向けて鉛直下方に移動させて、スペーサ２０の背面をヘッドチップ３０の前面に当接させる。ここで、ヘッドチップ３０へのスペーサ２０の接着には一般に液状接着剤を用いる。薄くかつ均一な厚さの接着剤でヘッドチップ３０にスペーサ２０を接着するため、バーコータやスピンコータなどを用いて均一で薄い接着剤の層をポリイミドフィルムなどのシート上に形成した後、接着剤の層をヘッドチップ３０の前面側に押し当てることで所望の厚さの接着剤をヘッドチップ３０の前面側に転写する。

本実施例では、接着剤の塗布方法として、公知のバーコータ装置を用い、ポリイミドフィルム上に厚み４μｍの均一な接着剤の層を形成し、接着剤の層が形成されたポリイミドフィルム上にヘッドチップ３０との接着面を押し当てスタンプ転写する方法を用いた。これによって、ヘッドチップ３０の前面におけるインク室４０以外の領域に均一な厚み（本実施形態では２μｍ以上）の接着剤の層を形成することができる。

このように接着剤が転写されたヘッドチップ３０の複数のインク室４０の断面の中心軸とスペーサ２０の貫通孔２１の中心軸とをアライメントした状態で、スペーサ２０とヘッドチップ３０を加圧及び加熱して接着する。

スペーサ２０とヘッドチップ３０の接着が完了した後、図３で示したものと同じ装置、手段を用いて、さらにノズルプレート１０とスペーサ２０との接着を行う。

なお、本実施例では、スペーサ２０とノズルプレート１０を接着するための接着剤と、スペーサ２０と圧電基板３１を接着するための接着剤として、耐薬品性の観点から、エポキシ系材料を用いた。

図４は、インクジェットヘッドにおいて、インク吐出を行った場合の概念図である。

図４（Ａ）は通常のインク吐出を行った場合の図であり、図４（Ｂ）は、特定のノズルを変形させ、インク吐出方向を変更させた場合の図である。ここで、図示していないが、変形素子２２を駆動させるために設けられた電極、及び配線は、変形素子２２の紙面上方及び下方に配置される。

図４（Ａ）において、インク２８はノズルプレート１０の法線方向に直進している。各変形素子２２にはノズルプレート１０側、スペーサ２０側にそれぞれ電極が形成されている。ここで、変形素子２２に設けられた電極間、及び配線間にＤＣバイアス電圧を印加すると、変形素子２２は図４（Ｂ）のように変形する。このとき変形素子２２とノズルプレート１０は接着剤により強固に接着されているため、変形素子２２の変形（点線で示す形状）に伴い、ノズルプレート１０に形成されたノズル孔の特定の箇所が変形（点線で示す形状）する。その結果、インク２８の吐出方向は、ノズルプレート１０の法線方向に対して傾斜する。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。

本実施例の特徴は、スペーサ５０に配置された変形素子２２の構成及び変形素子２２を駆動するための配線に特徴を有する。

スペーサ５０について、図５を用いて詳細に説明する。

図５（Ａ）は、スペーサ５０の前面側を示した図であり、図５（Ｂ）は、スペーサ５０の背面側を示した図である。図５（Ａ）において、貫通孔２１を囲むように、リング状の変形素子２２が配置される。

スペーサ５０の材料として、実施例１の場合と同じく厚み１００μｍのポリイミドを用いる。変形素子２２はノズル孔配列方向だけでなく、それと直交する方向にもインク吐出方向を制御する構成とするため、貫通孔２１を囲むリング状をしており、さらに当該リングをその周方向に等分する形で、各貫通孔２１の周囲４箇所に設置される。変形素子２２は実施例１の場合と同じく、スペーサ５０上、ノズルプレート１０と接する面側に配置される。変形素子２２はスペーサ５０の貫通孔２１からそれぞれ等間隔になるように配置される。

本実施例では、変形素子２２として積層型ピエゾ素子を用い、より詳しくは厚み２０μｍのＰＺＴを主成分とする材料を用いる。ここで、スペーサ５０の貫通孔２１、ノズルプレート１０のノズル孔１１は同数であり、それぞれ互いに同軸になるように直線状に配列している。ここで、スペーサ５０に設けられた貫通孔２１は、ノズル孔１１と同軸に配されている。この貫通孔２１の直径は、ノズル孔１１の背面側の直径約４０μｍとほぼ等しくしている。

また、第１の実施形態と同じく、スペーサ５０上には、予め変形素子２２を固定する窪みが加工されており、その上に変形素子２２を固定する。ここで、スペーサ５０上、変形素子２２が固定される箇所には、図５（Ｂ）に図示されるコンタクト部２６とスペーサ５０の厚み方向において等価の位置に図示しない電極パッドが配置される。変形素子２２のスペーサ５０への接着は、耐薬品性の高い接着剤が用いられる。本実施例では比較サンプルとしてエポキシ系接着剤、シリコン架橋型フッ素系接着剤の２種類の接着剤を用いた。ここで、２種類の接着剤による比較を行う理由は、変形素子２２を接着する接着剤の硬化後の硬度により、変形素子２２の変形量に違いが出ないかを確認するためである。

また、変形素子２２と電極パッドを電気的に接続する必要があるため、接着剤として導電性を有するものを用いるか、もしくは接着剤中にボールハンダなどを含有させ、接着剤の熱硬化前に変形素子２２と電極パッド間で導通がとれるようにボールハンダを熱融着、または熱圧着させるという手段がある。

図５（Ｂ）において、２５は変形素子２２を駆動するための導線、２６は変形素子２２と導線２５のコンタクト部である。これらの配線は、プロセス中、マスクスパッタリングなどで形成することは可能であるが、事前に配線を形成しておくことがより望ましい。配線材料としてはＣｕ、Ａｕ、Ａｌが一般的に用いられるが、本実施例では、Ｃｕを用いた。コンタクト部２６は、スペーサ５０のノズル接着面側に固定された変形素子２２の電極パッドと導線２５を接続するためのものであり、この箇所ではノズル接着面とヘッドチップ３０の接着面が電気的に接続される。

ここで、再度図５（Ａ）を参照して、変形素子２２が配置された箇所に電圧印加用の配線を施す必要があるが、本実施例では、各変形素子２２の選択を導線２５にて行い、変形素子２２側の配線は接地線とするため、全面に金属膜として厚さ０．５μｍのＡｕを成膜し、これを駆動電極とした。駆動電極、並びにヘッドチップ３０接着面側の導線２５はスペーサ５０端部においてワイヤボンディングにより配線を行い、駆動回路と接続させる。さらに駆動電極及び変形素子２２の腐食防止策として、両面に有機絶縁膜を形成する。

図６は、スペーサ５０を備えたインクジェットヘッドの断面図を示した図である。なお、同図において有機絶縁膜及び接着剤は図示していない。

インクジェットヘッド１００でインク吐出を行う場合は、各チャンネル壁３３を挟んで向かい合う駆動電極４１同士に互いに逆位相の電位を印加することでチャンネル壁３３にシェアモード変形を起こさせる。すなわち、チャンネル壁３３の両側の駆動電極４１間に電位差を生じさせることで、チャンネル壁３３のうち駆動電極４１が形成された上半分と駆動電極４１が形成されていない下半分との境目を折れ目としてチャンネル壁３３が「く」の字形に変形する。この変形によるインク室４０内の体積変化は、インク室４０内のインクに圧力変化をもたらす。この圧力変化を利用してインク室４０の先端部に配置したノズル孔１１及び貫通孔２１からインク液滴が吐出される。

ここで、スペーサ５０に着目すると、スペーサ５０のノズル接着面側の貫通孔２１付近には変形素子２２が配置され、さらにノズルプレート１０側に、ＧＮＤ電極が形成される。一方、変形素子２２から、電極パッドを介して、スペーサ５０中を通過するコンタクト電極があり、コンタクト電極はスペーサのヘッドチップ３０の接着面側に形成された導線２５と接続している。ここで、全ての変形素子２２は、ＧＮＤ電極を共通とし、各変形素子２２に配線された導線２５に電圧を印加することにより、特定の変形素子２２を選択することができる。ＧＮＤ電極、ならびに導線２５はスペーサ５０端部から駆動回路に接続される。

図７は、図６に示した構成のインクジェットヘッドにおいて、本発明に基づく方法によりインク吐出を行った場合の概念図である。

図７（Ａ）は通常のインク吐出を行った場合の図であり、図７（Ｂ）は、特定のノズルを変形させ、インク吐出方向を変更させた場合の図である。

図７（Ａ）において、インクは、ノズルプレート１０の法線方向に直進している。各変形素子２２にはノズルプレート１０側、スペーサ５０側にそれぞれ電極が形成されている。ここで、特定の変形素子２２（右から２番目）に着目し、各電極間に電圧を印加すると、変形素子２２は図７（Ｂ）のように変形する。このとき変形素子２２とノズルプレート１０は接着剤により強固に接着されているため、変形素子２２の変形に伴い、ノズルプレート１０に形成されたノズル孔１１の特定の箇所が変形する。その結果、インク吐出方向は、図７（Ａ）の向きから変形が起こった面内である角度を持つようになる。

本発明における第２の実施形態の製造方法によるインクジェットヘッドと従来の製造方法によるインクジェットヘッドとを比較するために、タイプ１、タイプ２、タイプ３の３通りのインクジェットヘッドのサンプルを作成した。タイプ１は、従来方法（スペーサ５０なし）で製造したインクジェットヘッドである。タイプ２は、変形素子２２とスペーサ５０との接着剤として、エポキシ系接着剤を用いたインクジェットヘッドである。タイプ３は、変形素子２２とスペーサ５０との接着剤として、シリコン架橋型フッ素系接着剤を用いたインクジェットヘッドである。これら３種類のサンプルをそれぞれ３ヘッドずつ製造し、各ヘッドについて連続吐出を行い、１ヶ月間の着弾精度を比較した。ここで、タイプ２、タイプ３のヘッドについては、着弾精度の確認結果に伴い、逐次吐出方向の調整を実施した。

その結果、本発明のインクジェットヘッド（タイプ２、タイプ３）では、着弾精度として、初期状態からのバラツキで５μｍ以内（最大−最小の差）を確保することができたが、従来のインクジェットヘッド（タイプ１）では１０μｍをオーバーしていた。生産用インクジェットヘッドとして着弾精度１０μｍをオーバーすることは致命的である。吐出速度については、いずれのヘッドにおいても大きな変化はなかった。更に、タイプ２、タイプ３のインクジェットヘッドについて、３ヶ月間の連続吐出による着弾精度を確認したところ、タイプ3のヘッドでは、やはり初期状態からのバラツキで５μｍ以内の着弾精度を確保していたのに対し、タイプ２のヘッドでは１０μｍをオーバーしていた。

この結果から、本発明のインクジェットでは、ノズルプレート１０とヘッドチップ３０の間に変形素子２２を設けることによって、ノズルテーパ内への堆積物や、ノズル孔１１のインク吐出口付近への凝集物などによって引き起こされる着弾精度劣化の影響がなく、吐出信頼性の高いインクジェットヘッドを製造することができるといえる。

更には、変形素子２２とスペーサ５０との接着剤として、シリコン架橋型フッ素系接着剤を用いることにより、変形素子２２に十分な変形を与えることが可能となるため、更に高性能のインクジェットヘッドを製造することができるといえる。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

第１の実施形態によるインクジェットヘッドのヘッドチップの分解外略図 変形素子を配置したスペーサを示した図 ヘッドチップとスペーサ及びノズルプレートの接着プロセスを示した図 図１から図３に対応するインクジェットヘッドを用いて吐出した場合の概念図 第２の実施形態による変形素子を配置したスペーサを示した図 図５のスペーサを用いて製造したインクジェットヘッドの断面図 図６に対応するインクジェットヘッドを用いて吐出した場合の概念図

符号の説明

１０−ノズルプレート
１１−ノズル孔
２２−変形素子
３１−圧電基板
３２−チャンネル溝
３３−チャンネル壁

Claims (4)

1. チャンネル壁によって隔てられた複数のチャンネル溝であって互いに平行に並ぶ前記複数のチャンネル溝が、形成された圧電基板と、
   前記チャンネル溝に対応した複数のノズル孔を有し、背面が前記圧電基板の前面に接合されるノズルプレートと、を備えたインクジェットヘッドにおいて、
   前記圧電基板と前記ノズルプレートとの間に配置され、前記ノズルプレートにおける前記ノズル孔の周縁部の少なくとも一部を厚さ方向に変形させる変形素子を備えたインクジェットヘッド。
2. 前記圧電基板の前面と前記ノズルプレートの背面とのそれぞれの間に接着層を介して配置されるスペーサをさらに備え、前記変形素子は、前記スペーサの前面に固定された請求項１に記載のインクジェットヘッド。
3. 前記スペーサは、前面に窪みが設けられ、前記窪みに前記変形素子を固定した際、前記スペーサの前面が面一となる請求項２に記載のインクジェットヘッド。
4. 前記変形素子は、圧電素子、磁歪素子及び熱変形素子のいずれかである請求項１〜３のいずれかに記載のインクジェットヘッド。

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