JP2006076180A - インクジェットプリンタヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】 耐蝕性や長期信頼性に優れ、酸系インク、アルカリ系インク、溶剤系インク等の様々なタイプのインクの噴射に適合したインクジェットプリンタヘッドを提供すること
【解決手段】 圧電体からなる振動板の作用により、インクを噴射させるようにしてなるインクジェットプリンタヘッドは、圧電体からなる２つの振動板の間に板状のスペーサを介在させ、かつ振動板とスペーサとによって液体流路および液体供給路を画成し、振動板とスペーサとを互いに接合させたものを基本単位として、それらの複数単位を積層化して積層圧電体を形成し、その積層圧電体にさらに液体流路に連通する噴射孔を形成したノズルプレートを接合した形態とし、スペーサと、振動板と、ノズルプレートとの接合部分には、それぞれ金属層が被覆形成され、互いに金属接合により接合されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、比較的に高粘度のインクを高速でかつ効率良く噴射できるインクジェットプリンタヘッドの構造に係り、とくに、酸、アルコール、アルカリなどの様々なインクの噴射を可能とするインクジェットプリンタヘッドの構造に関する。

インクを噴射するタイプの印刷機、いわゆるインクジェットプリンタは様々な方式が提案されている。その一つとして、ノズル近傍に配置されたヒータを瞬時に加熱し、その加熱されたヒータ付近のインクを突沸させ、その圧力によってノズルからインク滴が飛ばされるような構造を有するバブルジェット（サーマル）方式があります。
また、それ以外には、圧電素子に電圧を加えるとその圧電素子が伸縮し、それに合わせて振動板が振動することによって、ノズルからインク滴が追い出されるという構造を有するピエゾ（圧電素子）方式などがある（例えば、特許文献１を参照）。
このピエゾ方式のインクジェットプリンタヘッドは、電圧を加えると伸縮するような圧電素子からなる振動板をインク噴射口に対して、対面もしくは側面に接合させてなる構成であり、振動板の振動をインクに伝えて、インク噴射口からインク滴を噴射させることができる。このようなタイプでは、圧電素子とインク噴射口が形成される基板とが接着剤により接合されているのが通常である。

特開昭５６−８９９５６号

しかしながら、前記ピエゾ方式を採用した従来のインクジェットプリンタヘッドは、使用されるインク組成が制限されているという問題点がある。すなわち、圧電素子とインク噴射口が形成された基板とを接着する接着剤を溶解もしくは膨潤させないようなインクしか用いることができないという問題点である。
例えば、接着剤が溶解してしまうと、接着面の剥れが発生し、インク漏れが発生するため、インクへの圧力伝達が不十分になり、インクを噴射することができなくなくなる、あるいはインク内に接着剤の成分が混ざってしまい、インクが所望の色にならない等の不具合を引き起こしてしまう。したがって、インクジェットプリンタヘッドに用いるとしても使用範囲が限定され、汎用性に欠けてしまうのである。
そこで、本発明の主たる目的は、優れた耐蝕性を有し、長期信頼性に富んだインクジェットプリンタヘッドを提供することにある。
本発明の他の目的は、酸、アルコール、有機溶剤、アルカリ等の様々なタイプのインクの噴射に適合したインクジェットプリンタヘッドを提供することにある。

本発明者らは、上掲の目的を実現するために鋭意研究した結果、以下の内容を要旨構成とする本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、
圧電体からなる振動板の作用により、インクを噴射させるようにしてなるインクジェットプリンタヘッドにおいて、
インク流路形成用切溝とそれに連続するインク供給路形成用開口を有し、かつ、少なくとも表面に金属層を設けてなる板状のスペーサと、
前記スペーサのインク供給路形成用開口に連通する開口を有し、かつ少なくとも片面に前記スペーサのインク流路形成用切溝に対応する電極を設け、その電極を被覆する絶縁膜と、その絶縁膜上にさらに金属層を設けてなる圧電体からなる振動板と、
前記スペーサのインク流路形成用切溝に対応する位置に噴射孔を有し、かつ前記スペーサおよび振動板との接合部に金属層を設けてなるノズルプレートとからなり、
前記振動板とスペーサとを交互に積層して、インク流路およびインク供給路が形成された積層圧電体を形成すると共に、その積層圧電体のインク吐出側に前記ノズルプレートを配置し、前記振動板とスペーサとノズルプレートとを、それらの金属層を介して互いに接合させたことを特徴とするインクジェットプリンタヘッドである。

本発明において、前記振動板と交互に積層されるスペーサは、インク流路形成用切溝の壁部とインク供給路形成用開口の壁部を含む全表面に金属層を設けることができる。
本発明において、前記振動板と交互に積層されるスペーサは、主としてＳｉまたはＳｉＯ_２からなる材料で構成することができる。
本発明において、積層された圧電体は、スペーサを振動板によって挟持させた構成とすることができる。
さらに、本発明において、前記振動板、スペーサ、ノズルプレートにそれぞれ形成される金属層は、同一の金属から形成され、特に、金または銅から形成することができる。

本発明のインクジェットプリンタヘッドによれば、振動板とスペーサとノズルプレートとを、接着剤を用いないで、金属接合により接合した構成としたので、優れた耐蝕性および長期信頼性を得ることができると共に、使用するインクの特性を考慮することなく、酸、アルコール、有機溶剤、アルカリ等の様々なタイプのインクの噴射に適合することができる。

以下、本発明にかかるインクジェットプリンタヘッドの具体的な実施形態について、添付図面を参照して説明する。
本発明にかかるインクジェットプリンタヘッドの特徴は、圧電体からなる２つの振動板の間に板状のスペーサを介在させ、かつ振動板とスペーサとによって液体流路および液体供給路を画成し、振動板とスペーサとを互いに接合させたものを基本単位として、それらの複数単位を積層化して積層圧電体を形成し、その積層圧電体にさらに液体流路に連通する噴射孔を形成したノズルプレートを接合した形態とし、スペーサと、振動板と、ノズルプレートとの接合部分には、それぞれ金属層が被覆形成され、互いに金属接合により接合されている点にある。

前記構成によれば、外形加工性に優れ、電極位置形成の自由度が増大するので設計の自由度が増大し、さらに、インク等の液滴が酸もしくはアルカリを含有してなる場合でも、同様に、噴射することができる。
本発明において、振動板を形成する材料としては、ＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）O₃）を主成分とする圧電セラミックから形成されることが望ましい。これらの圧電セラミックとしては、圧電定数、電気機械結合係数が大きく、キュリー点が高く、誘電率が低くく、誘電的・機械的な損失が小さい材料が好ましい。

前記Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）O_３セラミックを具体的に述べると、例えば、Ｐｂ（Ｍｇ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃−ＰｂＺｒＯ₃−ＰｂＴｉＯ₃、Ｐｂ（Ｙ_1/3Ｎｂ_1/3）Ｏ₃−ＰｂＺｒＯ₃−ＰｂＴｉＯ₃、Ｐｂ（Ｍｎ_1/3Ｎｂ_1/3）Ｏ₃−ＰｂＺｒＯ₃−ＰｂＴｉＯ₃、Ｐｂ（Ｃｏ_1/3Ｎｂ_1/3）Ｏ₃−ＰｂＺｒＯ₃−ＰｂＴｉＯ₃などが挙げられる。

これら以外にも、例えば、Ｓｒ（Ｋ_0.25・Ｎｂ_0.75）O₃やＳｒ（Ｗ_0.25・Ｎｂ_0.75）O₃などの圧電材料をPZTに固溶させた組成が公知である。これらの圧電材料は、高キュリー点を有し、センサーなどの製品に用いられている。

図１に示すように、本発明にて用いられる圧電体１０は、後述するように板状に成形され、同じく板状に成形されたスペーサ２００の両方の表面に接した状態で、そのスペーサ２００に設けたインク流路形成用切溝３２を塞ぐように配置され、スペーサ２００に互いに接合される。すなわち、スペーサ２００のインク流路形成用切溝３２の上壁および底壁と、各圧電体１０の対向する表面とで囲まれた領域によってインク流路３３が形成される。

図２及び図３に示すように、前記各圧電体１０の対向する表面には、インク流路３２に沿った位置に電圧印加用の一方の電極１４が設けられると共に、各圧電体の反対側の表面にも電圧印加用の他方の電極１４が設けられる。
これらの電圧印加用電極１４は、インク流路３３の幅の概ね半分の幅を有してインク流路３３に沿って配設されていることが好ましい。圧電体の変形効率が最もよいためである。

前記電圧印加用電極１４は、図４に示すように、インク流路３３に沿った電極１４から延設された導体路１８を介して圧電体１０の任意の個所、例えば、圧電体の上端部に設けた取出電極（給電パッド）１６に電気的に接続される。

前記電極１４への電圧印加により、圧電体が変形し、インク流路３３の容積が変化する。このようなインク流路３３の容積が小さくなった時に、そのインク流路内にあるインクが吐出され、流路容積が大きくなった時に、インクタンク（図示を省略）から新たなインクが供給されるようになっている。
なお、本発明における圧電体の駆動モードとしては、ｄ_３３モード、ｄ_３１モード、ｄ_１５モードのいずれでも駆動することが可能である。即ち、これらのモードを用いることでインク等の液滴の噴射が阻害されたり、液滴の噴射速度やサイズ等のバラツキが生じることがないためである。また、これらのモードのうち、２つ以上のモードを混合させて用いることもできる。

前記各圧電体１０には、スペーサ２００のインク供給路形成用開口３４に連通する開口１２を有しており、スペーサ２００を挟持した状態で積層された際に、インク供給路を形成するようになっている。
さらに、前記各圧電体１０には、前記電圧印加用電極１４や、給電パッド１６等の導体路１８のうち、給電パッド１６を除いた部分を被覆する絶縁保護膜２０が設けられると共に、後述するようなスペーサ２００やノズルプレート３００との接合部に対応する部分には、接合用金属層２２が設けられる。

前記絶縁保護膜２０は、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＯ_２等の無機膜や、エポキシ系樹脂やＰＩなどの有機膜から形成され、スパッタリング、ＣＶＤ、塗布等の方法で圧電体上に設けられる。
この絶縁保護膜２０の厚さは、０．０５〜５μｍ程度であることが好ましい。厚さが、０．０５μｍ未満では、十分な絶縁性を確保できないからであり、一方、５μｍを超えると、無機膜では膜応力が増大し、クラックが生じやすくなり、有機膜では、圧電体の変位が吸収され、インクに圧力が十分に伝達できないからである。

本発明において、圧電体１０からなる一対の振動板１００によって挟持されるスペーサ２００は、絶縁性樹脂、金属、セラミックス、無機材料等を用いて板状に形成されることが望ましい。
これらの材料は、単体で用いても、あるいは２種類以上の材料を複合化した複合体で用いてもよい。
前記絶縁性樹脂としては、例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、感光性樹脂、さらにこれらの複合樹脂等が用いられる。
前記熱可塑性樹脂としては、例えば、ABS樹脂、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル等が用いられる。

前記熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂等が用いられる。
また、前記金属としては、例えば、銅、ニッケル、亜鉛、アルミニウム、ＳＵＳ、コバール、４２アロイ、鉄、チタン、クロム等の単体、あるいはそれらの合金を用いることができる。
また、前記セラミックスとしては、例えば、ガラスセラミックや、アルミナ、ムライト、窒化アルミニウム、炭化珪素等を用いることができる。
さらに、前記無機材料としては、例えば、Ｓｉや、ＳｉＯ_２、炭素（カーバイト等を含む）等が用いることができる。

本発明におけるスペーサ２００に用いる材料に要求される基本的な特性としては、少なくとも液体流路形成用切溝３２や液体供給口形成用開口３４が形成され得ること、平坦性に優れること、しかもその表層に金属層が形成され得ることである。
スペーサ２００を形成するこれらの材料のうち、特に、ＳｉまたはＳｉＯ_２を用いることが好ましい。これらの材料は、基材の平坦度を保つことが容易であり、また、圧電体との熱膨張係数の差が小さいことから、変形などの不具合が生じないからである。更に、酸化被膜などの保護膜を容易に形成することができ、しかも、エッチング等による外形加工性にも優れるからである。
本発明におけるスペーサ２００は、前述したような材料から形成されることによって、その両面に接合された２つの振動板１００で発生した振動を、スペーサ２００に形成された液体流路３３内の液体に効果的に伝えることができる。

本発明においては、振動板１００とスペーサ２００との接合面には、金属層２２、３８がそれぞれ形成されると共に、振動板１００およびスペーサ２００とノズルプレート３００との接合面にも、金属層が形成されている。
これらの金属層としては、金、銅、ニッケル、チタン、亜鉛、アルミニウム等の金属を、単層もしくは２層以上の複数層で形成したり、あるいは半田やロウ付け材（銀ロウ、金ロウ等）の合金で形成することが好ましい。
これらの金属は、比較的低温でも金属同士の接合を行うことができ、その密着性も優れているからである。
前記金属層を形成する方法としては、電解めっき、無電解めっき等の化学的な形成方法や、スパッタ、蒸着、ＣＶＤ等の物理的な形成方法を用いることが望ましく、複数層の金属層を形成する場合には、それらを同一の形成方法で形成してもよいし、異なる形成方法で形成してもよい。
このような金属層は、スペーサ２００だけでなく、圧電体１０からなる振動板１００およびノズルプレート３００においても、同様に、それらの表面のうち、少なくとも互いに接合される表面に形成されている。
すなわち、圧電体１０からなる振動板１００、スペーサ２００およびノズルプレート３００の接合部に金属膜を被覆し、それらの接合部位を加熱および加圧することによって互いに金属接合させ、互いに密着させるように構成されている。

前記圧電体１０からなる振動板１００、スペーサ２００およびノズルプレート３００の接合面を被覆する金属膜は、同一金属により形成されることが好ましく、そのような金属としては、金または銅のいずれかを用いることが好ましい。
その理由は、それぞれの接合面での熱膨張係数が同じになるために、接合面付近での熱膨張などの応力を起因とする剥離や剥がれを阻止できるからである。
前記金属層の厚みとしては、０．０１〜３μm程度が好ましい。その理由は、０．０１μm未満では接合することができないことがあり、一方、３μmを越えると、金属接合する際、形成した金属膜内で破断、クラック等が発生しやすくなり、接合力が低下するためである。

また、接合する金属表面を予め洗浄することが望ましい。即ち、接合前の金属表面には、酸化膜や窒化膜などが形成されたり、油脂成分などが付着して汚染された状態になっていることがあり、これらの影響により、接合後の密着性が低下したりすることがある。そのために、事前に酸化膜や窒化膜などを取り除き、汚染物質を除去することが望ましい。
前記金属接合の条件としては、温度：５０〜３００℃、圧力：０．０１〜１００ＭＰａ、接合させる時間：０．５分以上、という条件のもとで接合することが好ましい。その理由は、５０℃未満の温度では、金属膜が活性化されないために、強固な金属接合できないことがあるからであり、逆に３００℃を越えると、金属膜の酸化が進み、接合強度を低下させてしまうからである。５０〜３００℃の間であれば、金属−金属間の接合を行うことができ、接合強度も安定させることができるからである。

また、圧力が０．０１ＭＰａ未満であると、金属接合をさせることができない。一方、１００ＭＰａを越えると、接合部位に形成された金属膜の破壊を引き起こし、金属接合の強度を低下させてしまうからである。
さらに、接合させる時間が０．５分未満では、時間が短すぎて均熱化が進まないため、安定した金属接合を行なうことができないからである。

本発明においては、前述した温度や圧力よりも小さい温度、圧力条件によって仮接合をした後、本接合を行なってもよい。また、３層以上の振動板を積層させる場合には、それらを一括して積層した後、接合させるような一括積層でもよいし、個別に金属接合させたものをさらに積層させるような逐次積層でもよい。

また、金−金の同一金属での金属接合においては、温度：５０〜２５０℃、圧力：１０〜１００ＭＰａ、接合させる時間：１分以上、の条件下で行なうことが望ましく、積層方式は、一括積層方式でも逐次積層方式でもよい。

また、銅−銅の同一金属による金属接合においては、温度：８０〜１５０℃、圧力：０．０１〜３５ＭＰａ、接合させる時間：０．５分以上、の条件下で行なうことが望ましく、積層方式は、一括積層方式でも逐次積層方式でもよい。
ただし、銅−銅での金属接合を行なう場合には、その接合面の酸化膜（ＣｕＯなどの銅酸化物）を酸処理などで予め除去した後、接合させた方が密着強度が向上する。

本発明にかかるインクジェットにおいては、圧電体１０からなる振動板１００とスペーサ２００とノズルプレート３００とを、従来技術のように接着剤を用いることなく、互いに金属接合により一体化させたので、使用するインクの特性（酸、アルカリ、溶剤含有など）による制限を受けることが大幅に少なくなる。
すなわち、従来技術のように、振動板１００の接合面に介在する接着剤を溶解させることはなく、また、インク内に接着剤などの成分が混ざることもないために、噴射されたインクなどの変質、変色などを引き起こすこともなくなる。
したがって、本発明にかかるインクジェットにおいては、酸、アルカリ、アルコールまたは溶剤をそれぞれ主成分とするような、様々なタイプのインクを用いることができる。

前記酸を主成分とするインクとしては、酢酸、酪酸、塩酸、硝酸などの酸溶液全般を主成分とするインクを用いることができる。
また、アルカリを主成分とするインクとしては、ＮａＯＨ、ＫＯＨなどのアルカリ溶液全般を主成分とするインクを用いることができる。
また、アルコールを主成分とするインクとしては、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノールなどのアルコール類全般を主成分とするインクを用いることができる。
さらに、溶剤を主成分とするインクとしては、酢酸エステル類、グリコールエーテル類、ケトン類等溶剤全般を主成分とするインクを用いることができる。
前記溶剤の具体例としては、トルエン、キシレン、酢酸エチル、酢酸ブチル、ノルマルブロビルアセテート、アセトン、ＭＥＫ（メチルエチルケトン）、スワゾール、ソルベッソ、エチセロ、ブチセロ、セロアセ、ヘキサン、アノン等を用いることができる。
このようなインクには、従来技術のように接着剤などが混ざらないため、本発明のインクジェットによれば、所望のタイプのインクを噴射させることができる。
以下、実施例に基づいて、本発明のインクジェットプリンタヘッドについて更に詳細に説明する。

（Ａ）圧電体の製造工程
圧電材料としての鉛ジルコニウム・チタネート（以下、「ＰＺＴ」という）を、以下のような工程により製造した。
(1)原料配合
まず、ＰＺＴ製造に用いる複数のセラミック材料のモル分率や添加物量を原料の重量比に換算し、秤量調合する。
Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）O_２を構成するＰｂＯ（またはＰｂ_３Ｏ_２）、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２をそれぞれ粉末にし、さらに他の添加成分も粉末にして、それらの規定量を調合する。
これらの原料粉末の純度は、９８％以上であることが好ましく、事前に原料として用いるものに含有されているの不純物の種類、粒径分布などは把握しておくことが好ましい。

(2)混合粉砕
ボールミルに前記(1)にて調合した原料と純水を加え、回転数：１５０〜６５０ｒｐｍ、混合時間：１２〜２４時間の条件下で混合、粉砕した。
前記混合、粉砕工程は、調合した原料や純水が均一に混合され、粉砕されるように行なう。不均一であると、仮焼成時の反応性や最終製品における圧電特性に大きな影響を与えるからである。
(3)仮焼成
前記(2)で混合、粉砕された原料を、温度８０〜１５０℃、時間３０〜２４０分程度で乾燥させ、予め余分な水分を取り除いた後、温度８００〜９００℃、時間３０〜６０分程度で仮焼成を行なって、粉体の状態で予め固相反応させる。
(4)混合粉砕
ボールミルに前記(3)において仮焼成した原料と純水を加えて、回転数：１５０〜６５０ｒｐｍ、混合時間：１２〜３６時間、の条件下で混合、粉砕した。

(5)バインダー配合
前記(4)で得た混合物にバインダー（結合剤）を均一に加え、成形の前段階とした。
前記バインダーとしては、アクリル系バインダーや、ＰＶＡ、ＰＶＢ等を用いることができる。
前記バインダーの重量比は、０．５％以下にすることが好ましい。
重量比が０．５％を越えると、成形を容易にし、機械的な強度を得ることができるが、電気的特性や圧電性が低下するからである。また、酸化物の還元が促進されやすくなるからである。
(6)成形
粒径が０．０５〜１０μｍの原料粉末を成形して、所定形状の成形体とした。
(7)焼成
前記(6)にて得た成形体を、温度：９００〜１３００℃、保持時間：
３０分〜３時間、の条件下で焼成する。
(8)研磨、切断、表面仕上
焼成終えた圧電材料を所定の寸法にするために、研磨加工、切断加工、表面仕上加工などを行なう。

(9)電極焼付
分極処理や圧電体として使用するために電極を形成する工程である。その一例として、銀ペーストを圧電材料に塗布し、５００〜８００℃で焼き付ける方法がある。それ以外にも無電解メッキによる電極作成法、真空蒸着法、スパッタによって電極を形成してもよい。銀以外にも金、ニッケル、銅、チタン、亜鉛、アルミニウム等の金属を単層もしくは２層以上の複数層で形成することができる。
その電極の厚さは、０．１〜５μｍにすることが望ましい。その理由は、厚さが０．１μｍ未満では、抵抗が高く、分極しにくいからであり、一方、厚さが５μｍを超えると、不経済であるからである。
(10)分極処理
焼結されたままのＰＺＴなどの圧電材料は、等方的であり圧電性をもたないので、これに圧電性を付与させるために、圧電材料のもつ抗電界以上の直流電界を印加して、自発分極の向きを揃え極性を与える分極処理を行う。
例えば、８０〜１５０℃前後の絶縁油の中で、１〜５ｋｖ／分の直流電界を印加しつつ、数十分間保持しながら分極を施す。この分極工程を経ることにより、圧電材料が圧電性を有する圧電体となる。この実施例では、圧電体の分極方向は、電界方向に対して垂直な方向とする（シェアモード）。

（Ｂ）振動板の製造工程
(1)板状体の加工
前記（Ａ）で製造した圧電体材料としてのＰＺＴを、厚さ８０〜９０μｍの板状に加工し、さらに、その板状体を所定の大きさ、例えば、５mm×７mmに切断して圧電素子板１０とした。
圧電素子板１０をドリル等の加工具を用いて穴加工し、開口径が１mmのインク供給口１２を形成する（図６(a)参照）。その後、圧電素子板１０の表面を研磨して平滑化した。研磨の一例として、粗研磨（粒子名：ＧＣ＃４０００）、鏡面研磨（コロイダルシリカ）の２段階の研磨を行い、圧電素子板１０の厚みが均一となるように平滑化した。それにより、圧電素子板１０の厚みを７０μｍ、その表面の平均粗度（Ｒａ：ＪＩＳ
Ｂ０６０１）を０．１μｍ以下にした。

(2)導体層形成
前記(1)の工程により作成された圧電素子板１０の全面に、ドライフィルムレジスト層（旭化成エレクトロニクス（株）社製 製品名：ＳＰＧ−１５２）を形成した。このレジスト層は、ドライフィルムを用いないで、レジスト液を塗布することによって形成してもよい。
前記圧電素子板１０に電界を形成するための電圧印加電極１４およびその電極を外部に接続するための給電パッド１６を含む導体層パターン１８が描画されたマスクを、該ドライフィルムレジスト層上に載置して、露光量：８０ｍｊ／ｃｍ^２で露光し、その後、ナトリウムなどが含有されたアルカリ水溶液で現像することによって、圧電素子板１０上に、マスクパターンに相当するレジスト非形成部を有するレジスト層を形成した。
前記レジスト層のレジスト非形成部に、蒸着、スパッタ等の物理的な方法により、チタン層を形成し、更に、そのチタン層上に金層を形成することによって、２層構成の導電層パターン１８を圧電素子板１０の表面および裏面に形成した（図６(b)参照）。
前記導電層パターン１８をスパッタにより形成する場合には、例えば、スパッタ装置（芝浦製作所社製、製品名：ＣＦＳ−４ＥＳ−２３１）を用いて、真空度：５．０×１０^−４Ｐａ、電力量：１００Ｗ、スパッタ時間：１８分の条件下でスパッタ処理を施し、厚みが０．０３〜０．０６μｍのチタン層を形成する。
そして、そのチタン層上には、同じスパッタ装置を用いて、真空度：５.０×１０^−４Ｐａ、電力量：２００Ｗ、スパッタ時間５分の条件下で、厚みが０．０５〜０．３μｍの金層を形成して、チタン−タンタル−金の３層構成の導電層パターン１８を形成する。
その後、１０％水酸化ナトリウム水溶液を用いて、レジスト層およびレジスト層表面の金属層をリフトオフ法により剥離、除去させることによって、圧電素子板１０の両面に、電圧印加電極１４と給電パッド１６とからなる導体層パターン１８を形成した。

(3)絶縁保護膜形成
前記(2)の工程で形成した圧電素子板上に、給電パッド１６に対応する部分を予めくり抜いてあるポリイミド樹脂からなる転写シートを、温度１５０〜２５０℃、圧力１．５Ｋｇ／ｃｍ^２の条件で熱圧着させ、圧電素子板１０上の導体層パターン１８のうち給電パッド１６だけを露出させた状態で絶縁保護層２０を形成した（図６(c)参照）。
(4)接合用金属層形成
前記(3)で絶縁保護膜２０を形成した圧電素子板１０上に、給電パッド１６に対応する部分を型取ったマスクを載置して、給電パッド１６を被覆し、そのような被覆状態で接合用金属層２２を形成した（図６(d)参照）。前記マスクは、圧電素子板１０上に金属層２２を形成した後に、取り除く。前記給電パッド１６の被覆は、マスクを用いることなく、給電パッド１６をレジスト層で被覆保護した状態で、金属層２２を形成し、その後、レジスト層を化学的に取り除くことによって行なうこともできる。
前記金属層２２は、例えば、圧電素子板１０上に、給電パッド１６に対応する部分を型取ったマスクを載置した状態で、スパッタ装置（芝浦製作所社製 製品名：ＣＦＳ−４ＥＳ−２３１）を用いて、真空度：５．０×１０^−４Ｐａ、電力量：１００Ｗ、スパッタ時間：１８分の条件下でスパッタ処理を施して、ポリイミド層上に、厚みが０．０３〜０．０６μｍのチタン層を形成した。
同様に、そのチタン層上に、真空度：５．０×１０^−４Ｐａ、電力量：２００Ｗ、スパッタ時間：３０分の条件下で、厚み：１．０μｍの金層を形成し、その後、給電パッド１６を被覆しているマスクを取り除いた。
これによって、給電パッド１６以外の全面にチタン−金の２層構造の金属層２２を形成した。

（Ｃ）スペーサの製造工程
(1)マスク層形成
まず、直径4インチ、厚さ７０μｍのシリコンウェハを用意する（図７(a)参照）。
前記シリコンウェハの片面全体に、ドライフィルムレジスト層（旭化成社製 製品名：ＳＰＧ−１５２）を形成する。レジスト層は、ドライフィルムを用いないで、レジスト液を塗布することによって形成してもよい。
インク流路３２、インク供給口３４および給電パッド１６を収容する部分３６が描画されたマスクを、該ドライフィルムレジスト層上に載置して、露光量：８０ｍｊ／ｃｍ^２で露光し、その後、ナトリウムなどが含有されたアルカリ水溶液で現像することによって、板状シリコン３０上にインク流路３２、インク供給口３４、給電パッド収容部３６およびピースの外形に対応したレジスト非形成部を形成した。

(2)板状シリコンのエッチング
前記(1)の工程で形成したレジスト層を有する板状シリコン３０に、フッ素系ガス、ハロゲン系ガスによるドライエッチング処理を施した。
このドライエッチング処理は、例えば、ドライエッチング装置（東京エレクトロン社製）を用いて行ない、RFパワー：６００Ｗ、ガス流量ＳＦ_６／O_２＝１３０/１０ｓｃｃｍ、エッチング時間：４０分の条件下で、マスク層のレジスト非形成部に向けて、フッ素系ガスなどのガスを照射することにより、板状シリコン３０上にインク流路３２、インク供給口３４および給電パッド収容部３６を形成した（図７(b)参照）。
また、ドライエッチングに代えて、硫酸系、塩酸系、ＨＦ系のエッチャントを用いて、ウェットエッチング処理を施してもよく、また、それらの複合工程によるエッチング処理を施してもよい。
エッチング終了後に、１０％水酸化ナトリウム水溶液によってレジスト層を剥離、除去した。

(3)接合用金属層形成
前記(2)の工程で得たシリコン基板上に、接合用金属層３８を形成した（図７(c)参照）。
この接合用金属層３８は、例えば、スパッタ装置（芝浦製作所社製、製品名：ＣＦＳ−４ＥＳ−２３１）を用いて、真空度：５．０×１０^−４Ｐａ、電力量：１００Ｗ、スパッタ時間１８分の条件下で、厚み：０．０３〜０．０６μｍのチタン層を形成し、さらに、そのチタン層上に、同様のスパッタ装置を用いて、５．０×１０^−４Ｐａ、電力量：２００Ｗ、スパッタ時間３０分の条件下で、厚み：１．０μｍの金層を形成することによって、シリコン板の全面にチタン−金の２層構成の金属膜を被覆した。

（Ｄ）ノズルプレートの製造工程
(1)マスク層形成
まず、直径４インチ、厚さ７０μｍのシリコンウェハを準備する。
次に、前記シリコンウェハ５０の片面の全体に、ドライフィルムレジスト（旭化成エレクトロニクス（株）社製、製品名：ＳＰＧ−１５２）を貼付けてレジスト層を形成する。レジスト層は、ドライフィルムを用いることなく、レジスト液を塗布することによって形成してもよい。
次いで、直径が３０〜５０μｍの開口を１５０μｍピッチで描画したマスクを該ドライフィルムレジスト層上に載置して、露光量：８０ｍｊ／ｃｍ^２で露光し、その後、ナトリウムなどが含有されたアルカリ水溶液を用いて現像することによって、シリコン上に、マスクパターンに相当するレジスト非形成部を形成した。

(2)基材のエッチング
前記(1)の工程で形成したレジスト層を有する板状シリコン５０に、フッ素系ガス、ハロゲン系ガスによるドライエッチング処理を施した。
前記エッチング処理は、例えば、ドライエッチング装置（東京エレクトロン社製）を用いて、ＲＦパワー：６００Ｗ、ガス流量：ＳＦ_６／Ｏ_２＝１３０/１０ｓｃｃｍ、エッチング時間：４０分の条件で、マスク層のレジスト非形成部に向けて、フッ素系ガスなどのガスを照射することにより、開口径が３０〜５０μｍの孔がピッチ１５０μｍで配列されてなる液滴噴射孔４０を形成した（図８参照）。
また、ドライエッチング処理に代えて、硫酸系、塩酸系、ＨＦ系のエッチャント液を用いて、ウェットエッチング処理を施してもよい。それらの複合工程によるエッチング処理を施してもよい。
前記エッチング処理を施したシリコンに、剥離処理を行うことにより、板状シリコン上に形成されてマスク層を除去した。場合によっては、使用するインクの種類に応じて、シリコンの表面に、ＳｉＣ、ＳｉＯ_２、ＤＬＣなどの無機膜や、シリコーン、テフロンなどの有機膜で親液、撥液処理を施してもよい。

（Ｅ）積層工程
（1）振動板とスペーサの積層
前記（Ｂ）の(1)〜(4)の工程で作製された振動板１００と、前記（Ｃ）の(1)〜(3)の工程で作製されたスペーサ２００とを交互に積層させる。その際に、最外層は、圧電素子１０からなる振動板１００となるように積層させる（図４参照）。
その後、振動板１００のインク供給口１２とスペーサ２００のインク供給口３４とが合致するように位置合わせを行った後、圧力：１０〜１００ＭＰａ、温度：５０〜２５０℃の条件下で熱圧着し、１分以上程度保持して一括積層させることによって、圧電素子１０からなる複数の振動板１００がスペーサ２００を挟んで対向配置された形態の積層圧電体４００を形成した（図５参照）。

(2)ノズルプレート接合
前記（1）で製造した積層圧電体４００に、前記（Ｃ）で製造したノズルプレート３００を以下の(a)〜(c)の工程によって接合させた。
(a) まず、ノズルプレート３００の接合面となるべき表面を研磨し、その接合面を平坦にした。その研磨方法としては、コロイダルシリカ、ＳｉＣ、ダイアモンドなどの研磨剤を用いて行うことが望ましい。
この実施例では、ダイアモンド砥粒（ビューラー社製、製品名：メタダイヤモンドサスペンション）を用いて研磨を行い、その後、コロイダルシリカ（フジミインコーポレード社製、製品名：ＣＯＭＰＯＬ）による仕上げ研磨を行った。
(b) 前記仕上げ研磨の後、ノズルプレート３００の積層圧電体４００との接合面以外をレジストなどによりマスキングし、さらに、スパッタ装置（芝浦製作所社製、製品名：ＣＦＳ−４ＥＳ−２３１）を用いて、真空度：５．０×１０^−４Ｐａ、電力量：１００Ｗ、スパッタ時間：１８分の条件下で、スパッタ処理を施して、厚み：０．０３〜０．０６μｍのチタン層を形成し、そのチタン層上に、同様のスパッタ装置を用いて、真空度：５．０×１０^−４Ｐａ、電力量：２００Ｗ、スパッタ時間：３０分の条件下で、厚み：１．０μｍの金層を形成した。
それにより、ノズルプレート３００の接合面全域にわたってチタン−金の２層構造の金属層（図示を省略）を被覆した。
(c) 前記(b)の工程で金属層が形成されたノズルプレート３００の接合面を、振動板１００とスペーサ２００とを積層させた積層圧電体４００に当接させ、位置合わせを行った後、圧力：１０〜１００ＭＰａ、温度：５０〜２５０℃の条件で熱圧着し、１分以上程度保持することによって、ノズルプレート３００を積層圧電体４００に接合させてなるプリンタヘッド積層体を製造した。

スペーサを、樹脂材料（アクリル樹脂）にて形成した以外は、実施例１と同様にしてプリンタヘッドを製造した。

スペーサを、セラミックス（窒化アルミニウム）にて形成した以外は、実施例１と同様にしてプリンタヘッドを製造した。

スペーサを、金属材料（ＳＵＳ３０４）にて形成した以外は、実施例１と同様にしてプリンタヘッドを製造した。

前記スペーサ、振動板およびノズルプレートの互いに接合される表面に形成される金属層が、銅−銅の２層構造からなること以外は、実施例１と同様にしてプリンタヘッドを製造した。

比較例１

金／金接合ではなく、エポキシ系接着剤で振動板、スペーサ、ノズルプレートを接着させた以外は、実施例１と同様にしてプリンタヘッドを製造した。

以上説明したような実施例１〜５および比較例１にしたがって製造したプリンタヘッドについて、以下のようなインク噴射試験を行なった。
（１）インク噴射試験
酸を主成分とするインク、溶剤を含んだインク、およびアルカリを主成分とするインクを用い、１周期：３００μｍ、電圧印加時間：３０μｓ、電圧Ｖ_Ｐ−Ｐ：４０Ｖの矩形パルスを使用して、噴射試験をそれぞれ実施した。それらの結果を、表１に示す。
なお、噴射速度が１０％低下するまでの噴射回数を比較し、噴射回数の上限を２０億回とした。

以上の試験結果から、本発明にかかる実施例１〜５のいずれについても、比較例１に比べて、極めて優れた耐食性および長期信頼性を有していると共に、様々なタイプのインク噴射に適合していることがわかった。

以上説明したように、本発明は、優れた耐蝕性を有し、長期信頼性に富んだインクジェットプリンタヘッド、特に、酸、アルコール、有機溶剤、アルカリ等の様々なタイプのインクの噴射に適合したインクジェットプリンタヘッドを提供する。

本発明にかかるプリンタヘッドの要部分解斜視図である。 本発明にかかるプリンタヘッドの要部分解断面図である。 本発明にかかるプリンタヘッドの要部断面図である。 本発明にかかるプリンタヘッドの単位積層体を示す斜視図 図４に示す単位積層体を多数積層した状態を示す概略的斜視図 (a)〜(c)は、本発明にかかるプリンタヘッドの振動板を製造する工程の一部を示す図 (a)〜(d)は、本発明にかかるプリンタヘッドのスペーサの製造する工程の一部を示す図 本発明にかかるプリンタヘッドのノズルプレートを示す概略図

符号の説明

１０ 圧電素子板
１２ インク供給口
１４ 電圧印加電極
１６ 給電パッド
１８ 導体層パターン
２０ 絶縁保護層
２２ 接合用金属層
３０ 板状シリコン
３２ インク流路形成用切溝
３３ インク流路
３４ インク供給口
３６ 給電パッド収容部
３８ 接合用金属層
４０ 板状シリコン
４２ 液滴噴射孔
１００ 振動板
２００ スペーサ
３００ ノズルプレート
４００ 積層圧電体

Claims (6)

1. 圧電体からなる振動板の作用により、インクを噴射させるようにしてなるインクジェットプリンタヘッドにおいて、
   インク流路形成用切溝とそれに連続するインク供給路形成用開口を有し、かつ、少なくとも表面に金属層を設けてなる板状のスペーサと、
   前記スペーサのインク供給路形成用開口に連通する開口を有し、かつ少なくとも片面に前記スペーサのインク流路形成用切溝に対応する電極を設け、その電極を被覆する絶縁膜と、その絶縁膜上にさらに金属層を設けてなる圧電体からなる振動板と、
   前記スペーサのインク流路形成用切溝に対応する位置に噴射孔を有し、かつ前記スペーサおよび振動板との接合部に金属層を設けてなるノズルプレートとからなり、
   前記振動板とスペーサとを交互に積層して、インク流路およびインク供給路が形成された積層圧電体を形成すると共に、その積層圧電体のインク吐出側に前記ノズルプレートを配置し、前記振動板とスペーサとノズルプレートとを、それらの金属層を介して互いに接合させたことを特徴とするインクジェットプリンタヘッド。
2. 前記スペーサは、インク流路形成用切溝の壁部とインク供給路形成用開口の壁部とを含む全表面に金属層を設けたことを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリンタヘッド。
3. 前記スペーサは、主としてＳｉまたはＳｉＯ_２からなる材料で構成されることを特徴とする請求項1または２に記載のインクジェットプリンタヘッド。
4. 前記積層圧電体は、２つの振動板をスペーサを介して挟持させた構成を基本単位としたものであることを特徴とする請求項1〜３のいずれか１項に記載のインクジェットプリンタヘッド。
5. 前記金属層は、同一の金属からなることを特徴とする請求項1〜４のいずれか１項に記載のインクジェットプリンタヘッド。
6. 前記金属層は、金または銅からなることを特徴とする請求項５に記載のインクジェットプリンタヘッド。

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