液体噴射ヘッド、液体噴射装置及び液体噴射ヘッドの製造方法
【課題】隔壁７の側面に形成する駆動電極１１を各隔壁７において同一形状とすることが難しく、駆動電極１１の形状ばらつきに起因して液滴の吐出特性がチャンネルごとにばらついた。
【解決手段】駆動領域ＤＲの隔壁７は、溝６の底面１２から隔壁７の上面１３までの高さの略１／２よりも上面側を圧電体材料１０とし、略１／２よりも底面１２側を圧電体材料１０よりも誘電率の小さい低誘電率材料９とすることにより、各隔壁７の変形駆動量が均一化し、チャンネル間の液滴吐出速度のばらつきを低減し、かつ、駆動信号が隣接する隔壁７に漏れ出して液滴吐出特性が変動することを防止する。
【解決手段】駆動領域ＤＲの隔壁７は、溝６の底面１２から隔壁７の上面１３までの高さの略１／２よりも上面側を圧電体材料１０とし、略１／２よりも底面１２側を圧電体材料１０よりも誘電率の小さい低誘電率材料９とすることにより、各隔壁７の変形駆動量が均一化し、チャンネル間の液滴吐出速度のばらつきを低減し、かつ、駆動信号が隣接する隔壁７に漏れ出して液滴吐出特性が変動することを防止する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズルから液体を吐出して被記録媒体に画像や文字、あるいは薄膜材料を形成する液体噴射ヘッド及びこれを用いた液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、記録紙等にインク滴を吐出し、文字、図形を描画する、あるいは素子基板の表面に液体材料を吐出して機能性薄膜のパターンを形成するインクジェット方式の液体噴射ヘッドが利用されている。この方式は、インクや液体材料を液体タンクから供給管を介して液体噴射ヘッドに供給し、液体噴射ヘッドに形成した微小空間にこのインクを充填し、駆動信号に応じて微小空間の容積を瞬間的に変化させて溝に連通するノズルから液滴を吐出させる。
【０００３】
図１１はこの種のインクジェットヘッド５１の分解斜視図を表す（特許文献１の図１）。インクジェットヘッド５１は、表面に複数の溝５３が形成されたアクチュエータ基板５２と、この複数の溝５３を覆うようにアクチュエータ基板５２に接合したカバープレート５６と、アクチュエータ基板５２の後方端に接合し、複数の溝５３にインクを供給するためのマニホールド５７と、アクチュエータ基板５２の前方端に接合し、インクを吐出するためのノズル５８ａを備えるノズルプレート５８などから構成されている。
【０００４】
アクチュエータ基板５２及び隔壁５４は圧電体材料から成り、隔壁５４は基板面の法線方向に分極処理が施されている。隔壁５４の両側面には隔壁５４を挟むように電極５５が形成されている。電極５５に駆動信号を与えることにより隔壁５４に厚みすべり変形を生じさせて溝５３の内容積を変化させる。これにより、溝５３内に充填したインクをノズル５８ａから噴射させ、被記録媒体に記録する。
【０００５】
隔壁５４を厚みすべり変形させる際の屈曲点は溝５３の底面から隔壁５４の上面までの高さの略１／２とする。これにより隔壁５４を最も効率よく変形駆動することができる。そこで、隔壁５４の両面に形成する電極５５は、溝５３の底面から隔壁５４の１／２の高さまで、或いは隔壁５４の１／２の高さから隔壁５４の上面の高さまで形成する。電極５５の深さ方向の幅が溝５３ごとにばらつくと、インク吐出性能がノズル５８ａ毎にばらつくことになる。インク滴が着弾する被記録媒体は移動している。そのため、インク滴の飛翔速度がばらつくと着弾する位置がばらつき、印刷品質が低下する。従って、隔壁５４の側面に形成する電極５５は各溝５３において同一形状とすることが求められる。
【０００６】
特許文献１では無電解メッキ法処理によって隔壁５４の側面や溝５３の底面の全面に金属電極を形成する。そして、アクチュエータ基板５２の表面の法線から溝５３に直交する方向に傾斜した方向からレーザビームを照射し、隔壁５４の一方の側面に形成した金属電極の上半分を除去し、次にレーザビームを反対側に傾斜した方向から照射して他方の側面に形成した金属電極の上半分を除去する。金属電極の除去の際にレーザビームを広い面積に照射して一括除去しようとすると、表面に照射されるレーザビームの入射角が位置により異なることになるので電極幅にばらつきが生ずる。これを避けるために、レーザビームは絞り込んで小面積で照射する必要がある。
【０００７】
特許文献２には電極５５の他の形成方法が記載されている。圧電材料からなるアクチュエータ基板に複数の溝を形成した後に、各溝にほぼ溝の幅の直径を有するターゲットワイヤを挿入する。複数の溝の上部開口方向から不活性ガスイオンビームを照射して各溝に埋め込んだターゲットワイヤをスパッタリングする。これにより、ターゲットワイヤからスパッタリングされた金属粒子が側壁面の上部に付着する。その後ターゲットワイヤを各溝から取り出す。
【０００８】
他の電極形成方法として、導電材料を斜め蒸着する斜め蒸着法が知られている。図１２は、斜め蒸着法により圧電体材料から成る隔壁５４の側面に駆動用の電極を形成する方法を示している。アクチュエータ基板５２を真空蒸着装置のチャンバーに挿入する。まず、隔壁５４が形成された表面の法線方向ｎと蒸発源５９との間を傾斜角θとし、隔壁５４の長手方向に対して蒸発源５９が略直交する方向となるようにアクチュエータ基板５２を設置する（位置Ｐ１）。そして蒸発源５９から金属、例えばアルミニウムを隔壁５４を一方の側面に蒸着する。次に、法線方向ｎに対して蒸着源５９が傾斜角−θとなるようにアクチュエータ基板５２を設置する（位置Ｐ２）。そして、蒸発源５９から隔壁５４の他方の側面に金属を蒸着する。これにより、隔壁５４の高さの略１／２から上面側に電極５５を形成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−１０８３６１号公報
【特許文献２】特開平５−３１８７４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
隔壁５４の側面に形成する電極５５は各隔壁５４において同一形状とする必要がある。特許文献１では、電極５５を同一形状に形成しようとするとレーザビームを各隔壁５４の側面毎に照射しなければならず、インクジェットヘッドの溝５３の数が多くなるにつれて電極５５のパターニングに多大の時間を要し、量産性が低下した。また、レーザビームの照射により周囲に金属材料が飛散し、この飛散した金属材料が溝５３に再付着してショートやノズルの目詰まりの原因となった。また、特許文献２に示される方法では、溝５３の幅と同程度の直径を有する多数のターゲットワイヤを多数の細長い溝５３のそれぞれに埋め込まなければならず、量産性が低く現実的でない。
【００１１】
図１３は、図１２の方法で隔壁５４の側面に電極５５を形成したアクチュエータ基板５２の断面模式図である。図１２（ａ）がアクチュエータ基板５２の全体図であり、（ｂ）及び（ｃ）が左右の部分断面図である。アクチュエータ基板５２の左端部において、隔壁５４の側面に形成された電極５５は右側面よりも左側面の方がより深くまで形成される。また、アクチュエータ基板５２の右端部において、隔壁５４の側面に形成された電極５５は左側面より右側面の方がより深くまで形成される。これは、アクチュエータ基板５２の表面の位置に応じて蒸発源５９の方向、即ち傾斜角θが変化するためである。つまり、蒸発源５９に近い位置では傾斜角θが小さく、側面のより深くまで電極５５が形成され、蒸発源５９から遠い位置では傾斜角θが大きく、側面のより浅くまでしか電極５５が形成されない。
【００１２】
このように、隔壁５４に形成した電極５５はアクチュエータ基板５２の表面の位置に応じて深さ方向に差異が生ずる。図１４は、図１３に示す斜め蒸着法により電極５５を形成したときのインクジェットヘッドのノズルＮｏ（ノズル位置）に対する液滴吐出速度（相対値）の関係を表す。図１４に示されるように中央部のノズルのほうが周辺部のノズルよりも液滴吐出速度が大きい。これは、周辺部よりも中央部の隔壁５４に効率よく電界が印加されたためであるが、このような液滴吐出速度のばらつきは印刷品質を低下させる原因となった。
【００１３】
図１５及び図１６を用いてより具体的に説明する。図１５は、アクチュエータ基板５２に形成した溝５３とその上面に接合したカバープレート５６により構成される吐出チャンネルの断面模式図である。これらの図において、隔壁５４は圧電体材料から成り、垂直方向（隔壁５４の高さ方向）に一様に分極処理が施されている。図１５（ａ）及び（ｂ）が隔壁５４の高さｈの約半分（１／２）ｈよりも上部側の両側面に電極５５を形成した場合であり、図１５（ｃ）及び（ｄ）が隔壁５４の高さｈの約半分（１／２）ｈよりも下部側に電極５５をはみ出して形成した場合である。
【００１４】
図１５（ａ）に示すように、端子Ｔａ、Ｔｂに電圧を印加すると隔壁５４の厚み方向に電界が印加される。すると、隔壁５４の電極５５側の表面側に滑り応力（剪断応力）Ｓが発生し、隔壁５４の中央部を外側Ｏｕに屈曲させる。更に印加電圧の極性を反転させると、図１５（ｂ）に示すように、滑り応力Ｓの方向が反転し、隔壁５４の中央部を内側Ｉｎに屈曲させる。このように、隔壁５４を変形駆動することにより吐出チャンネルＣに充填されたインクがノズル５８ａから吐出される。
【００１５】
次に、電極５５が隔壁５４の中央部よりも下部側にはみ出した場合を説明する。図１５（ｃ）において、端子Ｔａ、Ｔｂに電圧を印加して隔壁５４に電界を印加する。すると、隔壁５４の上半分では上記図１５（ａ）と同様に滑り応力Ｓが発生して隔壁５４を外側Ｏｕへ屈曲させようとする。一方、隔壁５４の下側の電界印加領域に発生する滑り応力は隔壁５４を内側Ｉｎに屈曲させようとする。そのため、隔壁５４を外側Ｏｕへ屈曲させようとする力は減じられ、隔壁５４の変形量は縮小し、その上消費電力が増大する。印加電圧の極性を反転させると、図１５（ｄ）に示すように、滑り応力Ｓの方向が反転し、隔壁５４の上半分では隔壁５４の中央部を内側Ｉｎへ屈曲させようとするが、隔壁５４の下側に発生する滑り応力は隔壁５４を外側Ｏｕに屈曲させようとするので、上記（ｃ）と同様に隔壁５４の変形量が縮小し、消費電力も増大する。
【００１６】
図１６は、隔壁５４の位置に対する電極５５の形状を表すアクチュエータ基板５２の断面模式図であり、（ａ）はすべての電極５５が隔壁５４の上半分（１／２）ｈよりも上部側に形成された場合であり、（ｂ）はすべての電極５５が隔壁５４の下半分にはみ出して形成された場合である。図１６（ａ）に示すように、各隔壁５４の左側面に形成される電極５５は左端部の隔壁５４の電極５５が最も深く、右端部に向かって漸次浅くなる。一方、各隔壁５４の右側面に形成される電極５５は左端部の隔壁５４の電極５５が最も浅く、右端部に向かって漸次深くなる。その結果、各隔壁５４の左右の電極５５が重なる上半分の電界印加領域Ｓａの面積は、アクチュエータ基板５２の中央部が最も広く両端部に向かって狭くなる。図１４に示した中央部の吐出速度が最も大きく、両端部に向かって遅くなるのは、この電界印加領域Ｓａの面積が隔壁５４の位置に応じて変化したためである、と理解することができる。
【００１７】
電極５５が隔壁５４の下半分にはみ出す場合は、図１６（ｂ）に示すように、隔壁５４の上半分の電界印加領域Ｓａの面積は一定となるが、下半分の電界印加領域Ｓｂは中央部が最も広く周辺部に向かって狭くなる。つまり、隔壁５４の上半分の滑り応力は各隔壁５４で同じとなるが、上記応力による隔壁５４の変形に対してブレーキとなる下半分の滑り応力は、アクチュエータ基板５２の中央部が最も大きく、周辺部に向かって漸次減少する。そのため、図１６（ｂ）の場合もノズル５８ａから吐出されるインク滴の吐出速度は一定にならない。その上、隔壁５４の変形駆動を加速しながら同時に減速させるので無駄なエネルギーを消費する。図１３に示す実際のアクチュエータ基板５２では、斜め蒸着の際に電極５５が深さ方向に分布が生ずることや、電極５５が高さｈ／２よりも下側に蒸着されて隔壁５４の変形駆動の際にブレーキとなることを防止するために、隔壁５４の側面に形成するすべての電極５５を高さｈ／２よりも上部側に形成するようにしている。
【００１８】
以上の通り、隔壁５４の立設方向に一様分極したアクチュエータ基板５２においては、各隔壁５４において電界印加領域の面積を一定にしなければ吐出速度の均一性が確保できない。また、電歪効率を高め、印加電圧を低くして駆動回路側への負荷を低減するためには、電極５５を隔壁５４のｈ／２より深さ方向にはみ出さないようにするとともに、上半分の電界印加領域Ｓａはできるだけ広く形成する必要があり、電極形成が極めて難しかった。
【００１９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、すべてのチャンネルにおいて吐出性能のばらつきを小さくし、かつ吐出効率の高い液体噴射ヘッドを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明による液体噴射ヘッドは、表面に並列する複数の溝と、隣接する溝を離隔する隔壁と、前記隔壁の両側面に設置した駆動電極を有するアクチュエータ基板と、前記溝を覆い、前記アクチュエータ基板の表面に接合するカバープレートと、前記溝に連通するノズルを有し、前記アクチュエータ基板の端面に接合するノズルプレートと、を備え、前記アクチュエータ基板は、前記隔壁を変形駆動して前記溝に充填された液体を前記ノズルから噴射させるための駆動領域を有し、前記隔壁は、前記駆動領域において前記溝の底面から前記隔壁の上面までの高さの略１／２よりも上面側が圧電体材料からなり、略１／２よりも底面側が前記圧電体材料よりも誘電率の小さい低誘電率材料からなり、前記駆動電極は、前記駆動領域において前記圧電体材料からなる隔壁の両側面から前記低誘電率材料からなる隔壁の両側面にはみ出して設置されていることとした。
【００２１】
また、前記駆動電極は、前記アクチュエータ基板の一方端から他方端へ進むに連れて、前記複数の隔壁の低誘電率材料に形成される範囲が徐々に変化することとした。
【００２２】
また、前記アクチュエータ基板は、前記低誘電率材料と前記圧電体材料の２層構造を有することとした。
【００２３】
また、前記低誘電率材料は、熱伝導率が前記圧電体材料よりも大きいこととした。
【００２４】
また、前記低誘電率材料は、機械的剛性が前記圧電体材料よりも小さいこととした。
【００２５】
また、前記低誘電率材料は、マシナブルセラミックス又は樹脂材料からなることとした。
【００２６】
本発明による液体噴射装置は、上記のいずれかの液体噴射ヘッドと、前記液体噴射ヘッドを往復移動させる移動機構と、前記液体噴射ヘッドに液体を供給する液体供給管と、前記液体供給管に前記液体を供給する液体タンクと、を備えている。
【００２７】
本発明による液体噴射ヘッドの製造方法は、圧電体材料からなる圧電体基板を前記圧電体材料よりも誘電率の小さい低誘電率材料からなる低誘電率基板の表面に接合してアクチュエータ基板とする第一接合工程と、前記アクチュエータ基板の表面に並列する複数の溝を形成して隣接する溝を離隔する隔壁を形成し、前記溝の底面から前記隔壁の上面までの高さの略１／２よりも上面側の隔壁を前記圧電体材料とし、略１／２よりも底面側の前記隔壁を前記低誘電率材料とする溝形成工程と、前記アクチュエータ基板の表面と、前記溝に充填する液体を噴射させる駆動領域の隔壁のうち、前記圧電体材料からなる隔壁の両側面から前記低誘電率材料からなる隔壁の両側面にはみ出して導電膜を形成する導電膜形成工程と、前記導電膜のパターンを形成する電極形成工程と、前記アクチュエータ基板の表面にカバープレートを接合するとともに、前記アクチュエータ基板の端面に前記溝に連通するノズルを有するノズルプレートを接合する第二接合工程と、を含むこととした。
【００２８】
また、前記導電膜形成工程は、スパッタリング法により導電材料を堆積する工程であることとした。
【００２９】
また、前記導電膜形成工程は、前記アクチュエータ基板の表面に、前記表面の法線に対して傾斜する方向から導電材料を斜め蒸着する斜め蒸着工程であることとした。
【００３０】
また、前記第一接合工程の後に前記アクチュエータ基板の表面に感光性樹脂膜を形成する感光性樹脂膜形成工程と、前記導電膜形成工程の前に前記感光性樹脂膜を露光現像して前記樹脂膜のパターンを形成するパターン形成工程とを含み、前記電極形成工程は、前記感光性樹脂膜を除去するリフトオフ法により前記導電膜のパターンを形成することとした。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の液体噴射ヘッドは、表面に並列する複数の溝と、隣接する溝を離隔する隔壁と、隔壁の両側面に設置した駆動電極を有するアクチュエータ基板と、溝を覆い、アクチュエータ基板の表面に接合するカバープレートと、溝に連通するノズルを有し、アクチュエータ基板の端面に接合するノズルプレートと、を備えている。更に、アクチュエータ基板は、隔壁を変形駆動して溝に充填された液体を前記ノズルから噴射させるための駆動領域を有し、隔壁は、駆動領域において前記溝の底面から隔壁の上面までの高さの略１／２よりも上面側が圧電体材料からなり、略１／２よりも底面側が圧電体材料よりも誘電率の小さい低誘電率材料からなり、駆動電極は、駆動領域において圧電体材料からなる隔壁の両側面から低誘電率材料からなる隔壁の両側面にはみ出すように設置した。このように隔壁の駆動部を隔壁の高さの略１／２よりも上部に配置し、駆動電極は隔壁の圧電体材料側から低誘電率材料側にはみ出すように構成したので、各隔壁の変形駆動量が均一化され、ノズル間における液滴吐出速度のばらつきを低減させることができる。更に、隣接する隔壁間には低誘電率材料が介在するので容量結合が小さくなり、駆動信号が隣接する側壁に漏れ出して隣接するノズルの液体吐出特性を変動させることを防止することができる。更に、駆動電極を隔壁の屈曲位置に高精度で合わせて形成する必要がないので電極形成が極めて容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッドの部分分解斜視図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係るアクチュエータ基板の説明図である。
【図３】本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッドの電極配線の模式図である。
【図４】本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッドのノズル位置と液滴吐出速度の関係を表す特性図である。
【図５】本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッドの部分分解斜視図である。
【図６】本発明の第三実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法を表す説明図である。
【図７】本発明の第四実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法を表す説明図である。
【図８】本発明の第五実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法を表す説明図である。
【図９】本発明の第五実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法を表す説明図である。
【図１０】本発明の第六実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法を表す説明図である。
【図１１】従来公知のインクジェットヘッドの分解斜視図である。
【図１２】従来公知のインクジェットヘッドの電極形成方法を示す模式図である。
【図１３】従来公知のインクジェットヘッドの隔壁の部分断面図である。
【図１４】従来公知のインクジェットヘッドのノズル位置と液滴吐出速度の関係を表す特性図である。
【図１５】従来公知の吐出チャンネルの変形駆動を説明するための断面模式図である。
【図１６】従来公知のアクチュエータ基板の断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明の液体噴射ヘッドは、隔壁により離隔された複数の溝と、隔壁の両側面に設置した駆動電極を有するアクチュエータ基板と、各溝を覆うようにアクチュエータ基板に接合するカバープレートと、各溝に連通するノズルを有し、アクチュエータ基板の端面に接合するノズルプレートを備えている。アクチュエータ基板は、隔壁を変形駆動して溝に充填された液体をノズルから噴射させるための駆動領域を有している。この駆動領域の隔壁は、隔壁の高さの略１／２よりも上面側が圧電体材料から成り、略１／２よりも溝の底面側が圧電体材料よりも誘電率の小さい低誘電率材料から構成した。また、駆動領域の駆動電極は、圧電体材料から成る隔壁の両側面から低誘電率材料から成る隔壁の両側面にはみ出すように設置した。
【００３４】
この構成により、隔壁はその高さの略１／２よりも底面側が低誘電体材料であり、電界を印加しても電歪効果が生じない。そのため、各隔壁の変形駆動量が均一化され、ノズル間における液滴吐出速度のばらつきを低減させることができる。更に、隣接する隔壁間は低誘電率材料が介在するので容量結合が低下する。この容量結合の低下により隣接隔壁間の駆動信号の漏えいが低減し、隣接するチャンネルの駆動状態に液体吐出特性の影響を受けなくすることができる。更に、駆動領域の駆動電極は、圧電体材料からなる隔壁の両側面からその下部の低誘電率材料からなる隔壁にはみ出すように形成すればよく、はみ出し量が隔壁の変形駆動量に影響を与えないので、電極形成方法が極めて容易となる。
【００３５】
圧電体材料としてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）やチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）等を使用することができる。圧電材料は予め特定の方向、例えばアクチュエータ基板表面の法線方向に分極処理を施しておく。低誘電率材料としてガラス材料、金属酸化物、セラミックス、マシナブルセラミックス、或いは樹脂材料等を使用することができる。圧電体材料としてＰＺＴを使用する場合は、使用するＰＺＴを従来法に比べて１／２以下とすることができるので、鉛の使用量を大幅に低減させることができる。低誘電率材料として例えばマシナブルセラミックスを使用すれば、加工性に優れているので表面に接合した圧電体材料と同時に容易に溝を形成することができる。圧電体材料と低誘電率材料の熱膨張係数を近似させることにより接合の信頼性を向上させることができる。低誘電率材料として例えば樹脂材料を使用すれば、加工性や型成形性がよく複雑な形状を容易に形成することができる。この場合、アクチュエータ基板の上部に接合するカバープレートも樹脂材料を使用できるので、製造コストを大幅に低減することができる。また、低誘電率材料として圧電体材料よりも熱伝導性の高い材料を使用することにより、隔壁の変形駆動により生ずる熱の放熱効果をより向上させることが出来る。また、低誘電率材料の機械的剛性、例えばヤング率を圧電体材料よりも小さくすることができる。これにより、隔壁をより低電圧で変形駆動させることができる。
【００３６】
本発明の液体噴射ヘッドの製造方法は、圧電体基板を低誘電率基板の表面に接合してアクチュエータ基板とする第一接合工程と、アクチュエータ基板の表面に並列する複数の溝とその複数の溝を離隔する隔壁を形成し、溝の底面から隔壁の上面までの高さの略１／２よりも上面側を圧電体材料、略１／２よりも底面側を低誘電率材料とする溝形成工程と、アクチュエータ基板の表面と、駆動領域の隔壁のうち、圧電体材料から成る隔壁の両側面から低誘電率材料から成る隔壁の両側面にはみ出して導電膜を形成する導電膜形成工程と、導電膜のパターンを形成する電極形成工程と、アクチュエータ基板の表面にカバープレートを接合し、アクチュエータ基板の端面にノズルプレートを接合する第二接合工程を備えている。
【００３７】
この製造方法によれば、隔壁の高さの略１／２よりも底辺側は低誘電率材料から構成されているので電界を印加しても電歪効果が生じない。そのため、駆動電極が隔壁の高さの略１／２よりも底面側にはみ出しても、はみ出した駆動電極が隔壁の変形駆動に影響を与えず、ノズルから吐出される液滴の吐出速度に影響しない。これにより、導電膜形成工程又は電極形成工程において隔壁の側面に形成する電極パターンのパターン形成精度が大幅に緩和される。電極形成用法として例えばスパッタリング法、蒸着法、斜め蒸着法、或いはめっき法等を使用することができる。更に、隣接する隔壁は低誘電率材料が介在するので駆動信号の漏れを減少させることができる。
【００３８】
また、接合工程の後にアクチュエータ基板の表面に感光性樹脂膜を形成する感光性樹脂膜形成工程と、導電膜形成工程の前に当該感光性樹脂膜を露光現像してパターンを形成するパターン形成工程を含めることができる。また、電極形成工程は、上記パターンを形成した感光性樹脂膜を除去するリフトオフ法により導電膜のパターンを形成することができる。これにより、アクチュエータ基板の表面や隔壁の上面に容易に電極パターンを形成することができる。以下、本発明について、図面を用いて具体的に説明する。
【００３９】
（第一実施形態）
図１は、本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッド１の部分分解斜視図であり、手前側の側面は溝６に沿った縦断面を表している。図２は第一実施形態に使用されるアクチュエータ基板２の説明図であり、（ａ）が溝６方向の縦断面模式図であり、（ｂ）が部分ＡＡの縦断面模式図であり、（ｃ）及び（ｄ）が部分ＡＡの縦断面の左側及び右側の部分拡大図である。
【００４０】
液体噴射ヘッド１は、アクチュエータ基板２と、その上に接合したカバープレート３と、アクチュエータ基板２及びカバープレート３の前方端ＦＥの端面に接合したノズルプレート４を備えている。アクチュエータ基板２は、低誘電率材料９からなる下側基板の上に圧電体材料１０からなる上側基板が貼り合わされた構成を備えている。アクチュエータ基板２のカバープレート３側の表面は、前方端ＦＥから後方端ＲＥに向けて途中まで並列する複数の溝６と、各溝６を離隔する複数の隔壁７を備えている。
【００４１】
図２に示すように、各溝６は、溝６の底面１２から隔壁７の上面１３までの高さｈの略１／２よりも上面側が圧電体材料１０からなり、略１／２よりも底面側が圧電体材料１０よりも誘電率の小さい低誘電率材料９から成る。隔壁７の両側面は隔壁７を変形駆動するための駆動電極１１Ｌ、１１Ｒを備えている。駆動電極１１は、少なくとも圧電体材料１０の側面の全面を覆っている。図２（ａ）に示すように、隔壁７の各側面に形成した駆動電極１１はアクチュエータ基板２の後方端ＲＥの近傍の表面に形成した端子電極１７に電気的に接続し、更に、後方端ＲＥの上面に接合したフレキシブル基板５の図示しない配線電極に電気的に接続している。
【００４２】
カバープレート３は、各溝６に液体を供給するための液体供給孔１６を備えている。ノズルプレート４は、カバープレート３と溝６から構成されるチャンネルと連通するノズル８を備え、アクチュエータ基板２とカバープレート３の前方端ＦＥの端面に接合している。図示しない駆動回路により生成された駆動信号はフレキシブル基板５の図示しない配線電極を介して隔壁７の両側面に形成した駆動電極１１Ｌ、１１Ｒに与えられる。隔壁７は、駆動信号に応じて変形し、溝６の内部容積を変化させる。これにより、チャンネルに充填された液体が液滴となってノズル８から吐出される。
【００４３】
具体的に説明すると、隔壁７の上面１３が前方端ＦＥから液体供給孔１６に至るまでカバープレート３に接着固定されているため、この隔壁７の変形が生じる。この変形する領域を駆動領域ＤＲとする。まず、隔壁７の略上半分である圧電体材料１０の変形について説明する。隔壁７の圧電体材料１０に駆動電極１１を介して駆動電圧を印加すると圧電体材料１０は断面が略矩形から略平行四辺形の形状へ変形する。この場合において上述した上面１３がカバープレート３に固定されているため、圧電体材料１０は上面１３を固定したままの状態で上面１３を上辺とし、低誘電率材料９との接合部を下辺として略平行四辺形に変形する。次に、隔壁７の略下半分である低誘電率材料９の変形について説明する。上述した圧電体材料１０の変形に対し、低誘電率材料９には圧電変形が生じないので、圧電体材料１０の変形に追従して変形する。つまり、隔壁７の略真ん中は圧電体材料１０に固定されているため、その変形に追従して変形する。しかし、隔壁７の最下部は低誘電率材料９で固定されているため変形しない。これにより、隔壁７の上半分と下半分は略真ん中で上下対称となるように略平行四辺形に互いに変形し、隔壁７全体で見ると、「くの字」形状に変形する。この隔壁７の変形により、溝６の内部容積が変化し、上述したように、チャンネルに充填された液体が液滴としてノズル８から吐出される。
【００４４】
なお、駆動領域ＤＲは通常溝６の深さが深くその底面１２が平坦な領域に設定される。従って、「駆動領域の隔壁の溝の底面から上面までの高さ」とは、溝６の平坦な底面１２から上面１３までの高さ、即ち隔壁７が最も高くなる高さｈをいう。しかし、駆動領域ＤＲは、溝６の底面１２が傾斜する、或いはダイシングブレードの形状が残って円弧形状となる領域まで及ぶ場合がある。この場合に、「駆動領域の隔壁の溝の底面から上面までの高さ」とは、溝６の底面１２が傾斜する領域や円弧形状が残っている領域を除外し、溝６の平坦な底面１２から上面１３までの隔壁７が最も高くなる高さｈをいうものとする。
【００４５】
次に、隔壁７と駆動電極１１の形状について説明する。駆動電極１１は後に詳述するように導電材料を斜め蒸着法により形成している。そのために、導電材料の蒸発源に対する溝６の位置に応じて駆動電極１１の深さ方向の幅が不均一となる。図２（ｃ）に示すように、アクチュエータ基板２の左側に位置する隔壁７では、左側面の駆動電極１１Ｌのほうが右側面の駆動電極１１Ｒよりも深さ方向の幅が広い。図２（ｄ）に示すように、アクチュエータ基板２の右側に位置する隔壁７では、右側面の駆動電極１１Ｒのほうが左側面の駆動電極１１Ｌより深さ方向の幅が広い。そして、各隔壁７の駆動電極１１は、図２（ｃ）に示す駆動電極１１Ｌ、１１Ｒから図２（ｄ）に示す駆動電極１１Ｌ、１１Ｒの形状に漸次変化する。即ち、隔壁７の側面に形成された駆動電極１１は、高さｈの略１／２よりも上部の圧電体材料１０の側面全面を覆っているが、低誘電率材料９の側面では深さ方向に形状がばらついている。
【００４６】
しかし、電歪効果が発現するのは圧電体材料１０である。駆動領域ＤＲにおいて各隔壁７の圧電体材料１０は溝６の底面１２から高さｈの略１／２よりも上部に配置している。そのため、高さｈの略１／２が屈曲点となり、電界エネルギーに対する屈曲変形を最も効率よく発現させることができる。また、隣接する隔壁７との間は低誘電率材料９が介在する。そのため、特定の隔壁７に与えた駆動信号が容量結合により隣接する隔壁７に漏れ出す漏れ信号が低減する。その結果、隔壁７の駆動電極１１Ｌ、１１Ｒに電界を印加した時の隔壁７の変形量は各隔壁７においてほぼ同一となり、加えて隣接する隔壁７の駆動の影響も低減する。
【００４７】
なお、前述したとおり、各隔壁７の駆動電極１１は、図２（ｃ）に示す駆動電極１１Ｌ、１１Ｒから図２（ｄ）に示す駆動電極１１Ｌ、１１Ｒの形状に漸次変化する。より詳細に述べると、アクチュエータ基板２の一方の駆動電極はアクチュエータ基板２の一方端から他方端へ（図２に示す紙面左方向から右方向へ）進むに連れて、低誘電率材料９に形成される範囲が徐々に変化している。この形状は、図２に示す駆動電極１１Ｌを一方の駆動電極とすると、後に述べる図３や図７などを参照することにより、よく理解することができ、駆動電極１１Ｌの低誘電率材料９に形成される範囲が徐々に狭く変化することがわかる。
同様に、アクチュエータ基板２の一方の駆動電極はアクチュエータ基板２の他方端から一方端へ（図２に示す紙面右方向から左方向へ）進むに連れて、低誘電率材料９に形成される範囲が徐々に変化している。この形状は、図２に示す駆動電極１１Ｒを他方の駆動電極とすると、後に述べる図３や図７などを参照することにより、よく理解することができ、駆動電極１１Ｒの低誘電率材料９に形成される範囲が徐々に狭く変化することがわかる。
【００４８】
図３は、第一実施形態に係る液体噴射ヘッド１の電極配線を表す模式図である。図３（ａ）が１サイクル駆動の電極配線を、（ｂ）が３サイクル駆動の電極配線をそれぞれ表す。アクチュエータ基板２は、駆動領域ＤＲにおいて隔壁７１〜７７の略１／２よりもカバープレート３側を圧電体材料１０により構成し、略１／２よりも底面１２側を低誘電率材料９により構成した。駆動電極１１は、圧電体材料１０の両側面の全面を覆っているが、低誘電率材料９側にはみ出すはみ出し幅は均一ではない。
【００４９】
図３（ａ）において溝６とカバープレート３により構成されるチャンネルは、ダミーチャンネルＤ１〜Ｄ４と吐出チャンネルＣ１〜Ｃ４が交互に配置している。ダミーチャンネルＤ１〜Ｄ４には液体が充填されておらず、吐出チャンネルＣ１〜Ｃ４には液体が充填されている。吐出チャンネルＣ１〜Ｃ４の両隔壁に形成した駆動電極１１はＧＮＤに共通に接続される。各吐出チャンネルＣ１〜Ｃ４に隣接するダミーチャンネルＤ１〜Ｄ４の吐出チャンネル側の側面に形成した駆動電極１１は駆動信号を入力する端子Ｔａ〜Ｔｄにそれぞれ接続される。
【００５０】
例えば吐出チャンネルＣ１を駆動する場合は端子Ｔａに駆動信号を与える。すると、両隔壁７１、７２が吐出チャンネルＣ１を中心に対称に変形し、吐出チャンネルＣ１に充填された液体を図示しないノズルプレート４の対応するノズル８から吐出する。他の吐出チャンネルも同様に駆動する。つまり、同一のタイミングで各吐出チャンネルＣ１〜Ｃ４から同時に液滴を吐出することができる。
【００５１】
図３（ｂ）においてチャンネルＣ１〜Ｃ７には液体が充填されている。各チャンネルＣ１〜Ｃ７の両隔壁に形成した駆動電極１１はそれぞれ端子Ｔ１〜Ｔ７に接続する。そして、第一サイクルのタイミングでチャンネルＣ１、Ｃ４、Ｃ７を選択し、第二サイクルのタイミングでチャンネルＣ２、Ｃ５を選択し、第三サイクルのタイミングでチャンネルＣ３、Ｃ６を選択し、以降これを繰り返す。例えば、第一タイミングでチャンネルＣ１を駆動する場合は、端子Ｔ１をＧＮＤにし、端子Ｔ０、Ｔ２に駆動信号を与える。すると、両隔壁７１、７２がチャンネルＣ１を中心に対称に変形し、チャンネルＣ１に充填された液体を図示しないノズルプレート４の対応するノズル８から吐出する。第二サイクルのタイミングでチャンネルＣ２を駆動する場合は、端子Ｔ２をＧＮＤにし、端子Ｔ１、Ｔ３に駆動信号を与える。すると、両隔壁７２、７３がチャンネルＣ２を中心に対称に変形し、チャンネルＣ２に充填された液体を図示しないノズルプレート４の対応するノズル８から吐出する。以降、第三サイクル、第一サイクル・・・のように繰り返し駆動する。
【００５２】
上記いずれの駆動条件においても、各隔壁７１〜７７の変形駆動量が均一化され、ノズル間における液滴吐出速度のばらつきを低減させることができる。更に、隣接する隔壁間には低誘電率材料９が介在するので容量結合が小さくなり、隣接する隔壁に駆動信号が漏れ出して液体吐出特性を変動させることがない。
【００５３】
図４は第一実施形態において説明した液体噴射ヘッド１の液滴吐出速度（相対値）とノズルＮｏ（ノズル位置）との間の関係を表すグラフである。縦軸は液滴吐出速度、横軸がノズルＮｏであり、図１４に示す従来例と同一スケールである。従来例を示す図１４と比較して、液滴吐出速度はノズルＮｏ（ノズル位置）に対してフラットとなり、図１４に示した従来例に対して吐出速度の均一性が大幅に改善されたことが理解できる。
【００５４】
以上説明した第一実施形態において、圧電体材料１０としてＰＺＴセラミックスを使用し、低誘電率材料９としてマシナブルセラミックスを使用した。マシナブルセラミックスとして、例えばマセライト、マコール、ホトベール、シェイパル（以上いずれも登録商標）などを使用することができる。ＰＺＴセラミックスは、比誘電率が２０００以上であり、剛性を表すヤング率が７０ＧＰａ〜８０ＧＰａ、熱伝導率が１Ｗ／ｍ・ｋ〜１．５Ｗ／ｍ・Ｋであるのに対して、マシナブルセラミックスは、比誘電率が１０以下、例えば５〜６の常誘電体材料であり、ヤング率を５０ＭＰａから７０ＭＰａ未満、熱伝導率を１．５Ｗ／ｍ・Ｋ〜９０Ｗ／ｍ・Ｋとすることができる。これにより、隣接する隔壁７間の容量結合による駆動信号の漏れを無視できる程度に低減することができる。また、放熱特性を向上させることができる。また、隔壁７の略１／２から底面１２を低剛性の材料により構成したので電界に対する変形効率を向上させることがでる。また、熱伝導率が向上したので放熱効果を向上させることができる。更に、隔壁７毎に電極形状は異なるが、各隔壁７の屈曲点は低誘電率材料９と圧電体材料１０の境界付近、即ち溝６の底面１２から高さｈの略１／２の一定となり、電界に対する隔壁７の変形量も一定となり、液滴吐出速度のばらつきを低減することができる。
【００５５】
なお、駆動電極１１は導電材料の斜め蒸着法により形成する方法に限定されず、蒸着法、スパッタリング法、メッキ法等により導電膜を形成し、その後導電膜をパターニングしてもよい。カバープレート３は圧電体材料１０と同程度の熱膨張係数の材料を使用することができ、例えば圧電体材料１０と同じ材料を使用することができる。また、低誘電率材料９として窒化アルミニウムあるいは窒化アルミニウム系のマシナブルセラミックスを使用すればＰＺＴセラミックスよりも熱伝導率が一桁以上高く、圧電体材料１０及び溝６を効果的に冷却することができる。また、低誘電率材料９とカバープレート３として樹脂材料により構成すれば、樹脂材料は成型法によって複雑な形状を簡便に形成することができるので製造コストを大幅に低減することができる。
【００５６】
（第二実施形態）
図５は本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッド１の模式的な部分斜視図である。第一実施形態と異なる部分は、アクチュエータ基板２の表面に形成した複数の溝６が前方端ＦＥから後方端ＲＥまで延在している点である。同一の部分または同一の機能を有する部分には同一の符号を付した。
【００５７】
液体噴射ヘッド１は、アクチュエータ基板２と、その上に接合したカバープレート３と、アクチュエータ基板２及びカバープレート３の前方端ＦＥの端面に接合したノズルプレート４を備えている。アクチュエータ基板２は、低誘電率材料９からなる下側基板の上に圧電体材料１０からなる上側基板が貼り合わされた構成を備えている。アクチュエータ基板２の表面は、前方端ＦＥから後方端ＲＥにかけて複数の溝６と、これらの溝６を離隔する複数の隔壁７を備えている。各溝６はその底面１２から隔壁７の上面１３までの高さｈの略１／２よりも上面１３側が圧電体材料１０からなり、略１/２より底面１２側が低誘電率材料９からなる。
【００５８】
各隔壁７の両側面は隔壁７を変形駆動するための駆動電極１１を備えている。駆動電極１１は、少なくとも圧電体材料１０のチャンネル側の側面全面を覆っている。各隔壁７の駆動電極１１は後方端ＲＥ近傍において隔壁７の上面１３に形成した端子電極１７に接続する。即ち、隔壁７の一方の側面に形成した駆動電極１１は一方の側面側の上面１３に形成した端子電極１７ａに電気的に接続し、他方の側面に形成した駆動電極１１は他方の側面側の上面１３に形成した端子電極１７ｂに電気的に接続する。後方端ＲＥ近傍に形成したこれらの端子電極１７ａ、１７ｂは、後方端ＲＥの上面に接合するフレキシブル基板５の図示しない配線電極に電気的に接続している。
【００５９】
カバープレート３は、溝６に液体を供給するための液体供給孔１６を備え、後方端ＲＥの手前までの表面を覆うようにアクチュエータ基板２に表面に接合している。液体供給孔１６よりも後方端ＲＥ側において各溝６は図示しない封止材により封止されている。これにより、液体供給孔１６から溝６に供給される液体は溝６を介して後方端ＲＥ側に流出しない。ノズルプレート４は、カバープレート３と溝６から構成されるチャンネルに連通するノズル８を備え、カバープレート３の前方端ＦＥの端面に接合している。
【００６０】
このように溝６を前方端ＦＥから後方端ＲＥまで並列にストレート形成したので、溝６の底面１２の傾斜部を除去することができ、アクチュエータ基板２を小型化することができる。ここで、駆動領域ＤＲはカバープレート３の液体供給孔１６よりも前方端ＦＥ側である。本実施形態においても、隣接する隔壁７は低誘電率材料９を介して固定されているので容量結合による漏れ電界が低減し、隔壁７は隣接する側壁に供給される駆動信号の影響を受けることなく駆動することができる。また、駆動領域ＤＲのすべての隔壁７において駆動電極１１は少なくとも圧電体材料１０の側面全面を覆っているので、各隔壁７の駆動時の変形量はほぼ同一となる。その結果、駆動時にノズル８から吐出する液滴の吐出速度は各チャンネルにおいて均一化する。
【００６１】
なお、カバープレート３に液体供給孔１６を設けることなくカバープレート３をアクチュエータ基板２の多数の溝６の上に覆うように接合し、後方端ＲＥに液体供給用のマニホールドを設置し、後方端ＲＥ側から各溝６に液体を供給するように構成してもよい。圧電体材料１０や低誘電率材料９の材料等については第一実施形態と同様なので、説明を省略する。
【００６２】
（第三実施形態）
図６は、本発明の第三実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法を表す説明図である。同一の部分または同一の機能を有する部分には同一の符号を付した。
【００６３】
図６（ａ）は、圧電体材料１０からなる圧電体基板をこの圧電体材料１０よりも誘電率の小さい低誘電率材料９から成る低誘電率基板の表面に接合した第一接合工程の後のアクチュエータ基板２の断面を表す。低誘電率材料９としてマシナブルセラミックス、圧電体材料１０としてＰＺＴセラミックスを用い、接着材により貼り合わせて接合した。圧電体基板は後に形成する溝６の深さの半分の厚さとする。この場合に、溝６の深さの半分よりも厚い圧電体基板を低誘電率基板上に接合し、その後研削して溝６の深さの半分の厚さとしてもよい。圧電体基板の厚さが厚いので低誘電率基板上に貼り合わせる際の基板ハンドリングが容易となる。例えば３００μｍの深さの溝を形成する場合には圧電体基板の厚さを１５０μとする。マシナブルセラミックスは、比誘電率が１０以下の低誘電率材料であり、機械加工性に優れている。例えばマセライト、マコール、ホトベール、シェイパル（以上いずれも登録商標）などを使用することができる。また、低誘電率材料９として窒化アルミニウム又は窒化アルミニウム系のマシナブルセラミックスを使用することができる。これらの材料は比誘電率が１０以下であり、高熱伝導性材料である。そのため、駆動の際に発熱した圧電体材料１０を効果的に冷却することができる。
【００６４】
図６（ｂ１）、（ｂ２）は、アクチュエータ基板２の表面を切削して並列する複数の溝を形成する溝形成工程を表しており、（ｂ１）がアクチュエータ基板２の溝６方向の縦断面模式図であり、（ｂ２）が溝６に直交する方向の縦断面模式図である。回転するダイシングブレード１９をアクチュエータ基板２の表面に降下させ、移動して複数の並列する溝６を形成した。隣接する溝６を離隔する隔壁７は、溝６の底面１２から隔壁７の上面１３までの高さの略１／２よりも上面１３側が圧電体材料１０から成り、略１／２よりも底面１２側が低誘電率材料９から成る。溝６の深さ、即ち底面１２から上面１３までの高さを３００μｍ〜３６０μｍとし、１００チャンネル以上の溝６を形成した。本実施形態ではアクチュエータ基板２を多数個同時に形成しており、図６（ｂ１）に示すように溝６は船型の破線６’のように切削し、後に説明する第二接合工程の後に中央部ＢＢで分割し複数の液体噴射ヘッド１を得る。
【００６５】
図６（ｃ）は、アクチュエータ基板２の表面及び隔壁７の両側面に導電膜２０を形成した導電膜形成工程の後のアクチュエータ基板２の断面模式図である。導電膜２０として、アルミニウム、金、Ｃｒ、Ｎｉ等の金属材料をスパッタリング法、蒸着法、めっき法等により形成することができる。
【００６６】
図６（ｄ）は、導電膜２０をパターニングして各隔壁７の導電膜２０を駆動電極１１とする電極形成工程の後のアクチュエータ基板２の断面模式図である。フォトリソグラフィにより感光性樹脂膜のパターンを形成し、導電膜２０をエッチング除去した。また、フォトリソグラフィ及びエッチング処理に代えてレーザ光や後に説明するリフトオフ法により導電膜２０のパターンを形成することができる。なお、本実施形態では溝６を構成する両隔壁７の側面に形成した駆動電極１１が溝６の底面１２で接続している。これは、第一実施形態の図３（ｂ）において説明した３サイクル駆動に適する電極構成である。図３（ａ）において説明した１サイクル駆動の電極構成とする場合は、溝６の底面１２に形成した導電膜２０をレーザ光や溝６の幅よりも薄いダイシングブレードにより底面１２の中央部を切削して分離すればよい。
【００６７】
図６（ｅ）は、アクチュエータ基板２の表面にカバープレート３を接合する第二接合工程の後の液体噴射ヘッド１の断面模式図である。アクチュエータ基板２の表面に接着材を用いてカバープレート３を接合し、液体吐出用のチャンネルを構成した。その後、接合基板を分離し、各基板の前方端ＦＥにノズルプレート４を接着して液体噴射ヘッド１を得る。
【００６８】
このように、駆動電極１１を隔壁７の上半分に高精度でパターニングする必要がないので、導電材料を堆積して導電膜２０を形成する導電膜形成工程や、導電膜２０のパターンを形成する電極形成工程を極めて簡便な方法により行うことができる。
【００６９】
（第四実施形態）
図７は本発明の第四実施形態に係る液体噴射ヘッド１の製造方法を表す説明図である。本実施形態は、導電膜形成工程を斜め蒸着法による斜め蒸着工程により行い、第一接合工程及び溝形成工程は第三実施形態と同様なので説明を省略した。
【００７０】
図７（ｃ１）、（ｃ２）は、アクチュエータ基板２の表面に導電材料を斜め蒸着する斜め蒸着工程の説明図であり、（ｃ１）が斜め蒸着方法を表す模式図であり、（ｃ２）が斜め蒸着後のアクチュエータ基板２の断面模式図である。
【００７１】
蒸着装置は図示しないチャンバーの内部に蒸発源１８とホルダー２２を収納している。ホルダー２２はアクチュエータ基板２を蒸発源１８側に保持する。ホルダー２２は、アクチュエータ基板２を回転軸Ｏ１として回転可能に保持し、蒸発源１８の垂直方向を回転軸Ｏ２として回転可能に構成される。
【００７２】
まず、蒸発源１８の方向が溝６の長手方向に略直交し、かつアクチュエータ基板２の表面の法線ｎに対して傾斜角θとなるように、アクチュエータ基板２をホルダー２２にセットする（図７（ｃ１）の左側の位置）。（蒸発源１８からホルダー２２までの距離をＺｈ、回転軸Ｏ２からアクチュエータ基板２の回転軸Ｏ１までの距離をＺｘとすればｔａｎ（θ）＝Ｚｘ/Ｚｈとなる。）次に、回転軸Ｏ２を中心にホルダー２２を回転させながら蒸発源１８から導電材料を蒸発させ、アクチュエータ基板２の表面及び隔壁７の一方の側面に蒸着する。
【００７３】
次に、アクチュエータ基板２を回転軸Ｏ１を中心に１８０°回転させ、蒸発源１８の方向が溝６の方向に略直交し、かつ表面の法線ｎに対して傾斜角−θの方向となるように、アクチュエータ基板２をホルダー２２にセットする（図７（ｃ１）の右側の位置）。次に、回転軸Ｏ２を中心にホルダー２２を回転させながら蒸発源１８から導電材料を蒸発させ、アクチュエータ基板２の表面及び他方の側面に蒸着する。蒸着角度θは、溝６の幅及び圧電体材料１０の厚さに基づいて、少なくとも駆動領域ＤＲ内の隔壁７を構成する圧電体材料１０のすべての側面と、この圧電体材料１０から低誘電率材料９の側面にはみ出すように導電材料が堆積されるように設定する。例えば、溝６の深さを３００μｍ、溝６の幅を７５μｍ、溝６方向に直交する方向の有効な長さを７２ｍｍとした場合に、Ｚｈを６０ｃｍ、Ｚｘを２９ｃｍ以下とすればよい。つまり、蒸発源１８から最も遠い側の隔壁７にその高さの略１／２よりも深く導電材料を蒸着することができる。この場合、アクチュエータ基板２の溝６方向に直交する方向の長さを１０ｃｍとすれば、回転軸Ｏ１とＯ２の間にアクチュエータ基板２を３枚並べて同時に蒸着することができる。即ち、従来法に対して斜め蒸着の生産性を大幅に向上させることができる。なお、導電材料としてアルミニウムを用いた。アルミニウムの他に金、クロム等の他の金属を使用することができる。
【００７４】
ここで、少なくとも圧電体材料１０からなる隔壁７の側面の全面に導電膜２０を堆積し、かつ溝６の底面１２に導電材料が堆積されない斜め蒸着の一般的な条件は次のとおりである。溝６の幅をｗ、隔壁７の高さ（溝６の深さ）をｈ、隔壁７の圧電体材料１０と低誘電率材料９の境界の高さをｈ／２、斜め蒸着角度（傾斜角）θとして、隔壁７の上面から隔壁７のｈ／２の高さまで蒸着するための条件は、
ｔａｎ（θ１）＝２ｗ/ｈ・・・（１）
隔壁７の側面全面に蒸着し、溝６の底面１２に蒸着しないための条件は、
ｔａｎ（θ２）＝ｗ/ｈ・・・・（２）
従って、アクチュエータ基板２は、蒸発源１８に対して斜め蒸着角度θが次式（３）を満たす位置に設置すればよい。
θ２＜θ＜θ１＝ｔａｎ-1（ｗ/ｈ）＜θ＜ｔａｎ-1（２ｗ/ｈ）・・・（３）
例えば、溝６の幅ｗを７５μｍ、隔壁７の高さｈを３６０μｍとすれば斜め蒸着角度θは１２°〜２３°の範囲となる。例えば図７（ｃ１）に示すＺｈを６０ｃｍとすれば、斜め蒸着可能なホルダー２２の位置Ｚｘは１２．５ｃｍ〜２５ｃｍの範囲となり、この範囲にアクチュエータ基板２を設置すればよい。
【００７５】
図７（ｃ２）は、導電材料を斜め蒸着した後のアクチュエータ基板２の断面模式図である。導電材料はアクチュエータ基板２の表面、隔壁７の上面及び両側面に堆積し、導電膜２０を形成している。アクチュエータ基板２の左端部において隔壁７の導電膜２０は左側面のほうが右側面より底面１２側に深く、アクチュエータ基板２の右端部において隔壁７の導電膜２０は右側面のほうが左側面より底面１２に深く形成される。
【００７６】
図７（ｄ）は、導電膜２０をパターニングして各隔壁７の導電膜２０を駆動電極１１とする電極形成工程の後のアクチュエータ基板２の断面模式図である。フォトリソグラフィにより感光性樹脂膜のパターンを形成し、導電膜２０をエッチング除去した。また、フォトプロセスに代えてレーザ光や表面の研削により隔壁７の両側面の導電膜２０を電気的に分離してもよい。図７（ｅ）は、アクチュエータ基板２の表面にカバープレート３を接合する第二接合工程の後の液体噴射ヘッド１の断面模式図である。アクチュエータ基板２の表面に接着材を用いてカバープレート３を接合し、液体吐出用のチャンネルを構成した。その後、接合基板を分離し、各基板の前方端ＦＥにノズルプレート４を接着して液体噴射ヘッド１を得る。
【００７７】
このように製造した液体噴射ヘッド１は、駆動電極１１が溝６の底面１２方向に幅のばらつきがあっても、電歪効果を発現する圧電体材料１０は各隔壁７において同じなので、各隔壁７の変形駆動量は一定となり、液滴吐出速度のチャンネル間ばらつきが低減する。また、隔壁７とこれに隣接する隔壁７との間は低誘電率材料９が介在するので隔壁７間の容量結合は小さく、駆動信号が隣接する側壁に漏れ出して隣接するノズルの液体吐出特性を変動させることを防止することができる。更に、斜め蒸着工程において溝６の両側面に形成した駆動電極１１を電気的に分離できるので、溝６の底面１２に堆積した電極の切断工程を必要とせず、駆動電極１１を極めて簡便に形成することができる。また、斜め蒸着の際の蒸着角度θは大幅に緩和され、蒸着可能な範囲が拡大するので生産性を向上させることができる。
【００７８】
（第五実施形態）
図８及び図９は、本発明の第五実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法を表す説明図である。第四実施形態と異なる部分は、斜め蒸着法により形成した導電膜２０をリフトオフ法によりパターニングする点であり、その他の工程は第四実施形態と同様である。
【００７９】
図８（ａ）は、圧電体材料１０からなる圧電体基板を圧電体材料１０よりも誘電率の小さい低誘電率材料９から成る低誘電率基板の表面に接合した第一接合工程の後のアクチュエータ基板２の断面模式図である。使用する材料等は第三実施形態で説明した。
【００８０】
図８（ｘ）は、アクチュエータ基板２の表面に感光性樹脂膜２１を形成する感光性樹脂膜形成工程の後のアクチュエータ基板２の断面模式図である。感光性樹脂膜２１はレジストシートを使用し、アクチュエータ基板２の表面に張り付けて形成した。感光性樹脂膜２１は、レジストシートに代えて、スピンナー等を用いてレジスト膜をアクチュエータ基板２の表面に塗布して形成してもよい。図８（ｂ１）、（ｂ２）は、ダイシングブレード１９をアクチュエータ基板２の表面に降下させて移動し、複数の並列する溝６を形成する溝形成工程を表しており、第三実施形態と同様である。
【００８１】
図８（ｙ）は、感光性樹脂膜２１のパターンを形成するパターン形成工程の後のアクチュエータ基板２の上面模式図である。フォトリソグラフィにより感光性樹脂膜２１のパターンを形成する。この場合に、次の斜め蒸着工程で堆積する導電材料を除去する領域には感光性樹脂膜２１を残し、導電材料を残す領域からは感光性樹脂膜２１を除去する。本実施形態の場合は、各隔壁７の上面１３から左右の端部まで感光性樹脂膜２１を残している。また、各溝６や端子電極の形成領域は感光性樹脂膜２１を除去して圧電体材料１０を露出させている。
【００８２】
次に、図８（ｃ１）、（ｃ２）は、アクチュエータ基板２の表面に導電材料を斜め蒸着する斜め蒸着工程の説明図であり、第三実施形態と同様である。図８（ｃ２）に示すように、各隔壁７の上面１３には感光性樹脂膜２１が残っており、その上に導電膜２０が形成されている。また、隔壁７の両側面には少なくとも圧電体材料１０を覆うように導電膜２０が形成されている。
【００８３】
図８（ｄ）は、リフトオフ法により感光性樹脂膜２１を除去して電極を形成する電極形成工程の後のアクチュエータ基板２の断面模式図である。感光性樹脂膜２１を除去することにより同時に導電膜２０を除去する。これにより、隔壁７の両側面に形成した導電膜２０を電気的に分離して駆動電極１１を形成する。更に各駆動電極１１に電気的に接続する端子電極をアクチュエータ基板２の両端部表面に形成する。図８（ｅ）は、アクチュエータ基板２の表面にカバープレート３を接合した液体噴射ヘッド１の断面模式図であり、第三実施形態と同様である。
【００８４】
このように、駆動電極１１を斜め蒸着法により堆積した後にリフトオフ法によりパターニングしたので、隔壁７の両側面及びアクチュエータ基板２の表面に簡便な工程で電極パターンを容易に形成することができる。しかも、駆動電極１１の幅が溝６の深さ方向にばらついても、電歪効果を発現する圧電体材料１０は各隔壁７において同じなので隔壁７の変形駆動量は一定となる。また、低誘電率材料９を使用したので駆動信号が隣接する隔壁７に漏れ出すことがない。
【００８５】
なお、感光性樹脂膜２１のパターン形成工程は溝形成工程の前に行い、感光性樹脂膜２１のパターンに沿って複数の溝６を形成してもよい。また、導電材料の斜め蒸着工程は図７や図９に示す方法に限定されない。例えば蒸発源１８とアクチュエータ基板２の間に細長いスリットを設け、特定角度で入射する導電材料のみがアクチュエータ基板２に堆積する構成としてもよい。また、導電膜２０のリフトオフ法は斜め蒸着法により導電膜２０を形成する場合に限定されず、第三実施形態のスパッタリング法による導電膜の形成やその他の導電膜２０の形成の場合にも適用できることは言うまでもない。
【００８６】
（第六実施形態）
図１０は、本発明の第六実施形態に係る液体噴射装置３０の模式的な斜視図である。
液体噴射装置３０は、上記本発明に係る液体噴射ヘッド１、１’を往復移動させる移動機構４３と、液体噴射ヘッド１、１’に液体を供給する液体供給管３３、３３’と、液体供給管３３、３３’に液体を供給する液体タンク３１、３１’を備えている。各液体噴射ヘッド１、１’は本発明に係る液体噴射ヘッド１から構成される。即ち、表面に並列する複数の溝と、隣接する溝を離隔する隔壁を有するアクチュエータ基板と、溝を覆い、アクチュエータ基板の表面に接合するカバープレートと、溝に連通するノズルを有し、アクチュエータ基板の端面に接合するノズルプレートと、を備えている。このアクチュエータ基板は、隔壁を変形駆動して溝に充填された液体をノズルから噴射させるための駆動領域を有し、駆動領域の隔壁は、溝の底面から隔壁の上面までの高さの略１／２よりも上面側を圧電体材料とし、略１／２よりも底面側を圧電体材料よりも誘電率の小さい低誘電率材料とした。
【００８７】
具体的に説明する。液体噴射装置３０は、紙等の被記録媒体３４を主走査方向に搬送する一対の搬送手段４１、４２と、被記録媒体３４に液体を吐出する液体噴射ヘッド１、１’と、液体タンク３１、３１’に貯留した液体を液体供給管３３、３３’に押圧して供給するポンプ３２、３２’と、液体噴射ヘッド１を主走査方向と直交する副走査方向に走査する移動機構４３等を備えている。
【００８８】
一対の搬送手段４１、４２は副走査方向に延び、ローラ面を接触しながら回転するグリッドローラとピンチローラを備えている。図示しないモータによりグリッドローラとピンチローラを軸周りに移転させてローラ間に挟み込んだ被記録媒体３４を主走査方向に搬送する。移動機構４３は、副走査方向に延びた一対のガイドレール３６、３７と、一対のガイドレール３６、３７に沿って摺動可能なキャリッジユニット３８と、キャリッジユニット３８を連結し副走査方向に移動させる無端ベルト３９と、この無端ベルト３９を図示しないプーリを介して周回させるモータ４０を備えている。
【００８９】
キャリッジユニット３８は、複数の液体噴射ヘッド１、１’を載置し、例えばイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４種類の液滴を吐出する。液体タンク３１、３１’は対応する色の液体を貯留し、ポンプ３２、３２’、液体供給管３３、３３’を介して液体噴射ヘッド１、１’に供給する。各液体噴射ヘッド１、１’は駆動信号に応じて各色の液滴を吐出する。液体噴射ヘッド１、１’から液体を吐出させるタイミング、キャリッジユニット３８を駆動するモータ４０の回転及び被記録媒体３４の搬送速度を制御することにより、被記録媒体３４上に任意のパターンを記録することできる。
【００９０】
この構成により、液体噴射ヘッド１の液体吐出特性が各チャンネルにおいて均一化し、更にチャンネルを駆動する駆動信号が隣接するチャンネルに漏れないので、液体を被記録媒体に高品質で記録することができる。また、液体噴射ヘッド１を複雑な工程を通して製造する必要がなく、製造工程を簡素化し、装置の低コスト化に寄与することができる。
【符号の説明】
【００９１】
１ 液体噴射ヘッド
２ アクチュエータ基板
３ カバープレート
４ ノズルプレート
５ フレキシブル基板
６ 溝
７ 隔壁
８ ノズル
９ 低誘電率材料
１０ 圧電体材料
１１ 駆動電極
３０ 液体噴射装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズルから液体を吐出して被記録媒体に画像や文字、あるいは薄膜材料を形成する液体噴射ヘッド及びこれを用いた液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、記録紙等にインク滴を吐出し、文字、図形を描画する、あるいは素子基板の表面に液体材料を吐出して機能性薄膜のパターンを形成するインクジェット方式の液体噴射ヘッドが利用されている。この方式は、インクや液体材料を液体タンクから供給管を介して液体噴射ヘッドに供給し、液体噴射ヘッドに形成した微小空間にこのインクを充填し、駆動信号に応じて微小空間の容積を瞬間的に変化させて溝に連通するノズルから液滴を吐出させる。
【０００３】
図１１はこの種のインクジェットヘッド５１の分解斜視図を表す（特許文献１の図１）。インクジェットヘッド５１は、表面に複数の溝５３が形成されたアクチュエータ基板５２と、この複数の溝５３を覆うようにアクチュエータ基板５２に接合したカバープレート５６と、アクチュエータ基板５２の後方端に接合し、複数の溝５３にインクを供給するためのマニホールド５７と、アクチュエータ基板５２の前方端に接合し、インクを吐出するためのノズル５８ａを備えるノズルプレート５８などから構成されている。
【０００４】
アクチュエータ基板５２及び隔壁５４は圧電体材料から成り、隔壁５４は基板面の法線方向に分極処理が施されている。隔壁５４の両側面には隔壁５４を挟むように電極５５が形成されている。電極５５に駆動信号を与えることにより隔壁５４に厚みすべり変形を生じさせて溝５３の内容積を変化させる。これにより、溝５３内に充填したインクをノズル５８ａから噴射させ、被記録媒体に記録する。
【０００５】
隔壁５４を厚みすべり変形させる際の屈曲点は溝５３の底面から隔壁５４の上面までの高さの略１／２とする。これにより隔壁５４を最も効率よく変形駆動することができる。そこで、隔壁５４の両面に形成する電極５５は、溝５３の底面から隔壁５４の１／２の高さまで、或いは隔壁５４の１／２の高さから隔壁５４の上面の高さまで形成する。電極５５の深さ方向の幅が溝５３ごとにばらつくと、インク吐出性能がノズル５８ａ毎にばらつくことになる。インク滴が着弾する被記録媒体は移動している。そのため、インク滴の飛翔速度がばらつくと着弾する位置がばらつき、印刷品質が低下する。従って、隔壁５４の側面に形成する電極５５は各溝５３において同一形状とすることが求められる。
【０００６】
特許文献１では無電解メッキ法処理によって隔壁５４の側面や溝５３の底面の全面に金属電極を形成する。そして、アクチュエータ基板５２の表面の法線から溝５３に直交する方向に傾斜した方向からレーザビームを照射し、隔壁５４の一方の側面に形成した金属電極の上半分を除去し、次にレーザビームを反対側に傾斜した方向から照射して他方の側面に形成した金属電極の上半分を除去する。金属電極の除去の際にレーザビームを広い面積に照射して一括除去しようとすると、表面に照射されるレーザビームの入射角が位置により異なることになるので電極幅にばらつきが生ずる。これを避けるために、レーザビームは絞り込んで小面積で照射する必要がある。
【０００７】
特許文献２には電極５５の他の形成方法が記載されている。圧電材料からなるアクチュエータ基板に複数の溝を形成した後に、各溝にほぼ溝の幅の直径を有するターゲットワイヤを挿入する。複数の溝の上部開口方向から不活性ガスイオンビームを照射して各溝に埋め込んだターゲットワイヤをスパッタリングする。これにより、ターゲットワイヤからスパッタリングされた金属粒子が側壁面の上部に付着する。その後ターゲットワイヤを各溝から取り出す。
【０００８】
他の電極形成方法として、導電材料を斜め蒸着する斜め蒸着法が知られている。図１２は、斜め蒸着法により圧電体材料から成る隔壁５４の側面に駆動用の電極を形成する方法を示している。アクチュエータ基板５２を真空蒸着装置のチャンバーに挿入する。まず、隔壁５４が形成された表面の法線方向ｎと蒸発源５９との間を傾斜角θとし、隔壁５４の長手方向に対して蒸発源５９が略直交する方向となるようにアクチュエータ基板５２を設置する（位置Ｐ１）。そして蒸発源５９から金属、例えばアルミニウムを隔壁５４を一方の側面に蒸着する。次に、法線方向ｎに対して蒸着源５９が傾斜角−θとなるようにアクチュエータ基板５２を設置する（位置Ｐ２）。そして、蒸発源５９から隔壁５４の他方の側面に金属を蒸着する。これにより、隔壁５４の高さの略１／２から上面側に電極５５を形成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−１０８３６１号公報
【特許文献２】特開平５−３１８７４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
隔壁５４の側面に形成する電極５５は各隔壁５４において同一形状とする必要がある。特許文献１では、電極５５を同一形状に形成しようとするとレーザビームを各隔壁５４の側面毎に照射しなければならず、インクジェットヘッドの溝５３の数が多くなるにつれて電極５５のパターニングに多大の時間を要し、量産性が低下した。また、レーザビームの照射により周囲に金属材料が飛散し、この飛散した金属材料が溝５３に再付着してショートやノズルの目詰まりの原因となった。また、特許文献２に示される方法では、溝５３の幅と同程度の直径を有する多数のターゲットワイヤを多数の細長い溝５３のそれぞれに埋め込まなければならず、量産性が低く現実的でない。
【００１１】
図１３は、図１２の方法で隔壁５４の側面に電極５５を形成したアクチュエータ基板５２の断面模式図である。図１２（ａ）がアクチュエータ基板５２の全体図であり、（ｂ）及び（ｃ）が左右の部分断面図である。アクチュエータ基板５２の左端部において、隔壁５４の側面に形成された電極５５は右側面よりも左側面の方がより深くまで形成される。また、アクチュエータ基板５２の右端部において、隔壁５４の側面に形成された電極５５は左側面より右側面の方がより深くまで形成される。これは、アクチュエータ基板５２の表面の位置に応じて蒸発源５９の方向、即ち傾斜角θが変化するためである。つまり、蒸発源５９に近い位置では傾斜角θが小さく、側面のより深くまで電極５５が形成され、蒸発源５９から遠い位置では傾斜角θが大きく、側面のより浅くまでしか電極５５が形成されない。
【００１２】
このように、隔壁５４に形成した電極５５はアクチュエータ基板５２の表面の位置に応じて深さ方向に差異が生ずる。図１４は、図１３に示す斜め蒸着法により電極５５を形成したときのインクジェットヘッドのノズルＮｏ（ノズル位置）に対する液滴吐出速度（相対値）の関係を表す。図１４に示されるように中央部のノズルのほうが周辺部のノズルよりも液滴吐出速度が大きい。これは、周辺部よりも中央部の隔壁５４に効率よく電界が印加されたためであるが、このような液滴吐出速度のばらつきは印刷品質を低下させる原因となった。
【００１３】
図１５及び図１６を用いてより具体的に説明する。図１５は、アクチュエータ基板５２に形成した溝５３とその上面に接合したカバープレート５６により構成される吐出チャンネルの断面模式図である。これらの図において、隔壁５４は圧電体材料から成り、垂直方向（隔壁５４の高さ方向）に一様に分極処理が施されている。図１５（ａ）及び（ｂ）が隔壁５４の高さｈの約半分（１／２）ｈよりも上部側の両側面に電極５５を形成した場合であり、図１５（ｃ）及び（ｄ）が隔壁５４の高さｈの約半分（１／２）ｈよりも下部側に電極５５をはみ出して形成した場合である。
【００１４】
図１５（ａ）に示すように、端子Ｔａ、Ｔｂに電圧を印加すると隔壁５４の厚み方向に電界が印加される。すると、隔壁５４の電極５５側の表面側に滑り応力（剪断応力）Ｓが発生し、隔壁５４の中央部を外側Ｏｕに屈曲させる。更に印加電圧の極性を反転させると、図１５（ｂ）に示すように、滑り応力Ｓの方向が反転し、隔壁５４の中央部を内側Ｉｎに屈曲させる。このように、隔壁５４を変形駆動することにより吐出チャンネルＣに充填されたインクがノズル５８ａから吐出される。
【００１５】
次に、電極５５が隔壁５４の中央部よりも下部側にはみ出した場合を説明する。図１５（ｃ）において、端子Ｔａ、Ｔｂに電圧を印加して隔壁５４に電界を印加する。すると、隔壁５４の上半分では上記図１５（ａ）と同様に滑り応力Ｓが発生して隔壁５４を外側Ｏｕへ屈曲させようとする。一方、隔壁５４の下側の電界印加領域に発生する滑り応力は隔壁５４を内側Ｉｎに屈曲させようとする。そのため、隔壁５４を外側Ｏｕへ屈曲させようとする力は減じられ、隔壁５４の変形量は縮小し、その上消費電力が増大する。印加電圧の極性を反転させると、図１５（ｄ）に示すように、滑り応力Ｓの方向が反転し、隔壁５４の上半分では隔壁５４の中央部を内側Ｉｎへ屈曲させようとするが、隔壁５４の下側に発生する滑り応力は隔壁５４を外側Ｏｕに屈曲させようとするので、上記（ｃ）と同様に隔壁５４の変形量が縮小し、消費電力も増大する。
【００１６】
図１６は、隔壁５４の位置に対する電極５５の形状を表すアクチュエータ基板５２の断面模式図であり、（ａ）はすべての電極５５が隔壁５４の上半分（１／２）ｈよりも上部側に形成された場合であり、（ｂ）はすべての電極５５が隔壁５４の下半分にはみ出して形成された場合である。図１６（ａ）に示すように、各隔壁５４の左側面に形成される電極５５は左端部の隔壁５４の電極５５が最も深く、右端部に向かって漸次浅くなる。一方、各隔壁５４の右側面に形成される電極５５は左端部の隔壁５４の電極５５が最も浅く、右端部に向かって漸次深くなる。その結果、各隔壁５４の左右の電極５５が重なる上半分の電界印加領域Ｓａの面積は、アクチュエータ基板５２の中央部が最も広く両端部に向かって狭くなる。図１４に示した中央部の吐出速度が最も大きく、両端部に向かって遅くなるのは、この電界印加領域Ｓａの面積が隔壁５４の位置に応じて変化したためである、と理解することができる。
【００１７】
電極５５が隔壁５４の下半分にはみ出す場合は、図１６（ｂ）に示すように、隔壁５４の上半分の電界印加領域Ｓａの面積は一定となるが、下半分の電界印加領域Ｓｂは中央部が最も広く周辺部に向かって狭くなる。つまり、隔壁５４の上半分の滑り応力は各隔壁５４で同じとなるが、上記応力による隔壁５４の変形に対してブレーキとなる下半分の滑り応力は、アクチュエータ基板５２の中央部が最も大きく、周辺部に向かって漸次減少する。そのため、図１６（ｂ）の場合もノズル５８ａから吐出されるインク滴の吐出速度は一定にならない。その上、隔壁５４の変形駆動を加速しながら同時に減速させるので無駄なエネルギーを消費する。図１３に示す実際のアクチュエータ基板５２では、斜め蒸着の際に電極５５が深さ方向に分布が生ずることや、電極５５が高さｈ／２よりも下側に蒸着されて隔壁５４の変形駆動の際にブレーキとなることを防止するために、隔壁５４の側面に形成するすべての電極５５を高さｈ／２よりも上部側に形成するようにしている。
【００１８】
以上の通り、隔壁５４の立設方向に一様分極したアクチュエータ基板５２においては、各隔壁５４において電界印加領域の面積を一定にしなければ吐出速度の均一性が確保できない。また、電歪効率を高め、印加電圧を低くして駆動回路側への負荷を低減するためには、電極５５を隔壁５４のｈ／２より深さ方向にはみ出さないようにするとともに、上半分の電界印加領域Ｓａはできるだけ広く形成する必要があり、電極形成が極めて難しかった。
【００１９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、すべてのチャンネルにおいて吐出性能のばらつきを小さくし、かつ吐出効率の高い液体噴射ヘッドを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明による液体噴射ヘッドは、表面に並列する複数の溝と、隣接する溝を離隔する隔壁と、前記隔壁の両側面に設置した駆動電極を有するアクチュエータ基板と、前記溝を覆い、前記アクチュエータ基板の表面に接合するカバープレートと、前記溝に連通するノズルを有し、前記アクチュエータ基板の端面に接合するノズルプレートと、を備え、前記アクチュエータ基板は、前記隔壁を変形駆動して前記溝に充填された液体を前記ノズルから噴射させるための駆動領域を有し、前記隔壁は、前記駆動領域において前記溝の底面から前記隔壁の上面までの高さの略１／２よりも上面側が圧電体材料からなり、略１／２よりも底面側が前記圧電体材料よりも誘電率の小さい低誘電率材料からなり、前記駆動電極は、前記駆動領域において前記圧電体材料からなる隔壁の両側面から前記低誘電率材料からなる隔壁の両側面にはみ出して設置されていることとした。
【００２１】
また、前記駆動電極は、前記アクチュエータ基板の一方端から他方端へ進むに連れて、前記複数の隔壁の低誘電率材料に形成される範囲が徐々に変化することとした。
【００２２】
また、前記アクチュエータ基板は、前記低誘電率材料と前記圧電体材料の２層構造を有することとした。
【００２３】
また、前記低誘電率材料は、熱伝導率が前記圧電体材料よりも大きいこととした。
【００２４】
また、前記低誘電率材料は、機械的剛性が前記圧電体材料よりも小さいこととした。
【００２５】
また、前記低誘電率材料は、マシナブルセラミックス又は樹脂材料からなることとした。
【００２６】
本発明による液体噴射装置は、上記のいずれかの液体噴射ヘッドと、前記液体噴射ヘッドを往復移動させる移動機構と、前記液体噴射ヘッドに液体を供給する液体供給管と、前記液体供給管に前記液体を供給する液体タンクと、を備えている。
【００２７】
本発明による液体噴射ヘッドの製造方法は、圧電体材料からなる圧電体基板を前記圧電体材料よりも誘電率の小さい低誘電率材料からなる低誘電率基板の表面に接合してアクチュエータ基板とする第一接合工程と、前記アクチュエータ基板の表面に並列する複数の溝を形成して隣接する溝を離隔する隔壁を形成し、前記溝の底面から前記隔壁の上面までの高さの略１／２よりも上面側の隔壁を前記圧電体材料とし、略１／２よりも底面側の前記隔壁を前記低誘電率材料とする溝形成工程と、前記アクチュエータ基板の表面と、前記溝に充填する液体を噴射させる駆動領域の隔壁のうち、前記圧電体材料からなる隔壁の両側面から前記低誘電率材料からなる隔壁の両側面にはみ出して導電膜を形成する導電膜形成工程と、前記導電膜のパターンを形成する電極形成工程と、前記アクチュエータ基板の表面にカバープレートを接合するとともに、前記アクチュエータ基板の端面に前記溝に連通するノズルを有するノズルプレートを接合する第二接合工程と、を含むこととした。
【００２８】
また、前記導電膜形成工程は、スパッタリング法により導電材料を堆積する工程であることとした。
【００２９】
また、前記導電膜形成工程は、前記アクチュエータ基板の表面に、前記表面の法線に対して傾斜する方向から導電材料を斜め蒸着する斜め蒸着工程であることとした。
【００３０】
また、前記第一接合工程の後に前記アクチュエータ基板の表面に感光性樹脂膜を形成する感光性樹脂膜形成工程と、前記導電膜形成工程の前に前記感光性樹脂膜を露光現像して前記樹脂膜のパターンを形成するパターン形成工程とを含み、前記電極形成工程は、前記感光性樹脂膜を除去するリフトオフ法により前記導電膜のパターンを形成することとした。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の液体噴射ヘッドは、表面に並列する複数の溝と、隣接する溝を離隔する隔壁と、隔壁の両側面に設置した駆動電極を有するアクチュエータ基板と、溝を覆い、アクチュエータ基板の表面に接合するカバープレートと、溝に連通するノズルを有し、アクチュエータ基板の端面に接合するノズルプレートと、を備えている。更に、アクチュエータ基板は、隔壁を変形駆動して溝に充填された液体を前記ノズルから噴射させるための駆動領域を有し、隔壁は、駆動領域において前記溝の底面から隔壁の上面までの高さの略１／２よりも上面側が圧電体材料からなり、略１／２よりも底面側が圧電体材料よりも誘電率の小さい低誘電率材料からなり、駆動電極は、駆動領域において圧電体材料からなる隔壁の両側面から低誘電率材料からなる隔壁の両側面にはみ出すように設置した。このように隔壁の駆動部を隔壁の高さの略１／２よりも上部に配置し、駆動電極は隔壁の圧電体材料側から低誘電率材料側にはみ出すように構成したので、各隔壁の変形駆動量が均一化され、ノズル間における液滴吐出速度のばらつきを低減させることができる。更に、隣接する隔壁間には低誘電率材料が介在するので容量結合が小さくなり、駆動信号が隣接する側壁に漏れ出して隣接するノズルの液体吐出特性を変動させることを防止することができる。更に、駆動電極を隔壁の屈曲位置に高精度で合わせて形成する必要がないので電極形成が極めて容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッドの部分分解斜視図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係るアクチュエータ基板の説明図である。
【図３】本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッドの電極配線の模式図である。
【図４】本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッドのノズル位置と液滴吐出速度の関係を表す特性図である。
【図５】本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッドの部分分解斜視図である。
【図６】本発明の第三実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法を表す説明図である。
【図７】本発明の第四実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法を表す説明図である。
【図８】本発明の第五実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法を表す説明図である。
【図９】本発明の第五実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法を表す説明図である。
【図１０】本発明の第六実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法を表す説明図である。
【図１１】従来公知のインクジェットヘッドの分解斜視図である。
【図１２】従来公知のインクジェットヘッドの電極形成方法を示す模式図である。
【図１３】従来公知のインクジェットヘッドの隔壁の部分断面図である。
【図１４】従来公知のインクジェットヘッドのノズル位置と液滴吐出速度の関係を表す特性図である。
【図１５】従来公知の吐出チャンネルの変形駆動を説明するための断面模式図である。
【図１６】従来公知のアクチュエータ基板の断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明の液体噴射ヘッドは、隔壁により離隔された複数の溝と、隔壁の両側面に設置した駆動電極を有するアクチュエータ基板と、各溝を覆うようにアクチュエータ基板に接合するカバープレートと、各溝に連通するノズルを有し、アクチュエータ基板の端面に接合するノズルプレートを備えている。アクチュエータ基板は、隔壁を変形駆動して溝に充填された液体をノズルから噴射させるための駆動領域を有している。この駆動領域の隔壁は、隔壁の高さの略１／２よりも上面側が圧電体材料から成り、略１／２よりも溝の底面側が圧電体材料よりも誘電率の小さい低誘電率材料から構成した。また、駆動領域の駆動電極は、圧電体材料から成る隔壁の両側面から低誘電率材料から成る隔壁の両側面にはみ出すように設置した。
【００３４】
この構成により、隔壁はその高さの略１／２よりも底面側が低誘電体材料であり、電界を印加しても電歪効果が生じない。そのため、各隔壁の変形駆動量が均一化され、ノズル間における液滴吐出速度のばらつきを低減させることができる。更に、隣接する隔壁間は低誘電率材料が介在するので容量結合が低下する。この容量結合の低下により隣接隔壁間の駆動信号の漏えいが低減し、隣接するチャンネルの駆動状態に液体吐出特性の影響を受けなくすることができる。更に、駆動領域の駆動電極は、圧電体材料からなる隔壁の両側面からその下部の低誘電率材料からなる隔壁にはみ出すように形成すればよく、はみ出し量が隔壁の変形駆動量に影響を与えないので、電極形成方法が極めて容易となる。
【００３５】
圧電体材料としてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）やチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）等を使用することができる。圧電材料は予め特定の方向、例えばアクチュエータ基板表面の法線方向に分極処理を施しておく。低誘電率材料としてガラス材料、金属酸化物、セラミックス、マシナブルセラミックス、或いは樹脂材料等を使用することができる。圧電体材料としてＰＺＴを使用する場合は、使用するＰＺＴを従来法に比べて１／２以下とすることができるので、鉛の使用量を大幅に低減させることができる。低誘電率材料として例えばマシナブルセラミックスを使用すれば、加工性に優れているので表面に接合した圧電体材料と同時に容易に溝を形成することができる。圧電体材料と低誘電率材料の熱膨張係数を近似させることにより接合の信頼性を向上させることができる。低誘電率材料として例えば樹脂材料を使用すれば、加工性や型成形性がよく複雑な形状を容易に形成することができる。この場合、アクチュエータ基板の上部に接合するカバープレートも樹脂材料を使用できるので、製造コストを大幅に低減することができる。また、低誘電率材料として圧電体材料よりも熱伝導性の高い材料を使用することにより、隔壁の変形駆動により生ずる熱の放熱効果をより向上させることが出来る。また、低誘電率材料の機械的剛性、例えばヤング率を圧電体材料よりも小さくすることができる。これにより、隔壁をより低電圧で変形駆動させることができる。
【００３６】
本発明の液体噴射ヘッドの製造方法は、圧電体基板を低誘電率基板の表面に接合してアクチュエータ基板とする第一接合工程と、アクチュエータ基板の表面に並列する複数の溝とその複数の溝を離隔する隔壁を形成し、溝の底面から隔壁の上面までの高さの略１／２よりも上面側を圧電体材料、略１／２よりも底面側を低誘電率材料とする溝形成工程と、アクチュエータ基板の表面と、駆動領域の隔壁のうち、圧電体材料から成る隔壁の両側面から低誘電率材料から成る隔壁の両側面にはみ出して導電膜を形成する導電膜形成工程と、導電膜のパターンを形成する電極形成工程と、アクチュエータ基板の表面にカバープレートを接合し、アクチュエータ基板の端面にノズルプレートを接合する第二接合工程を備えている。
【００３７】
この製造方法によれば、隔壁の高さの略１／２よりも底辺側は低誘電率材料から構成されているので電界を印加しても電歪効果が生じない。そのため、駆動電極が隔壁の高さの略１／２よりも底面側にはみ出しても、はみ出した駆動電極が隔壁の変形駆動に影響を与えず、ノズルから吐出される液滴の吐出速度に影響しない。これにより、導電膜形成工程又は電極形成工程において隔壁の側面に形成する電極パターンのパターン形成精度が大幅に緩和される。電極形成用法として例えばスパッタリング法、蒸着法、斜め蒸着法、或いはめっき法等を使用することができる。更に、隣接する隔壁は低誘電率材料が介在するので駆動信号の漏れを減少させることができる。
【００３８】
また、接合工程の後にアクチュエータ基板の表面に感光性樹脂膜を形成する感光性樹脂膜形成工程と、導電膜形成工程の前に当該感光性樹脂膜を露光現像してパターンを形成するパターン形成工程を含めることができる。また、電極形成工程は、上記パターンを形成した感光性樹脂膜を除去するリフトオフ法により導電膜のパターンを形成することができる。これにより、アクチュエータ基板の表面や隔壁の上面に容易に電極パターンを形成することができる。以下、本発明について、図面を用いて具体的に説明する。
【００３９】
（第一実施形態）
図１は、本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッド１の部分分解斜視図であり、手前側の側面は溝６に沿った縦断面を表している。図２は第一実施形態に使用されるアクチュエータ基板２の説明図であり、（ａ）が溝６方向の縦断面模式図であり、（ｂ）が部分ＡＡの縦断面模式図であり、（ｃ）及び（ｄ）が部分ＡＡの縦断面の左側及び右側の部分拡大図である。
【００４０】
液体噴射ヘッド１は、アクチュエータ基板２と、その上に接合したカバープレート３と、アクチュエータ基板２及びカバープレート３の前方端ＦＥの端面に接合したノズルプレート４を備えている。アクチュエータ基板２は、低誘電率材料９からなる下側基板の上に圧電体材料１０からなる上側基板が貼り合わされた構成を備えている。アクチュエータ基板２のカバープレート３側の表面は、前方端ＦＥから後方端ＲＥに向けて途中まで並列する複数の溝６と、各溝６を離隔する複数の隔壁７を備えている。
【００４１】
図２に示すように、各溝６は、溝６の底面１２から隔壁７の上面１３までの高さｈの略１／２よりも上面側が圧電体材料１０からなり、略１／２よりも底面側が圧電体材料１０よりも誘電率の小さい低誘電率材料９から成る。隔壁７の両側面は隔壁７を変形駆動するための駆動電極１１Ｌ、１１Ｒを備えている。駆動電極１１は、少なくとも圧電体材料１０の側面の全面を覆っている。図２（ａ）に示すように、隔壁７の各側面に形成した駆動電極１１はアクチュエータ基板２の後方端ＲＥの近傍の表面に形成した端子電極１７に電気的に接続し、更に、後方端ＲＥの上面に接合したフレキシブル基板５の図示しない配線電極に電気的に接続している。
【００４２】
カバープレート３は、各溝６に液体を供給するための液体供給孔１６を備えている。ノズルプレート４は、カバープレート３と溝６から構成されるチャンネルと連通するノズル８を備え、アクチュエータ基板２とカバープレート３の前方端ＦＥの端面に接合している。図示しない駆動回路により生成された駆動信号はフレキシブル基板５の図示しない配線電極を介して隔壁７の両側面に形成した駆動電極１１Ｌ、１１Ｒに与えられる。隔壁７は、駆動信号に応じて変形し、溝６の内部容積を変化させる。これにより、チャンネルに充填された液体が液滴となってノズル８から吐出される。
【００４３】
具体的に説明すると、隔壁７の上面１３が前方端ＦＥから液体供給孔１６に至るまでカバープレート３に接着固定されているため、この隔壁７の変形が生じる。この変形する領域を駆動領域ＤＲとする。まず、隔壁７の略上半分である圧電体材料１０の変形について説明する。隔壁７の圧電体材料１０に駆動電極１１を介して駆動電圧を印加すると圧電体材料１０は断面が略矩形から略平行四辺形の形状へ変形する。この場合において上述した上面１３がカバープレート３に固定されているため、圧電体材料１０は上面１３を固定したままの状態で上面１３を上辺とし、低誘電率材料９との接合部を下辺として略平行四辺形に変形する。次に、隔壁７の略下半分である低誘電率材料９の変形について説明する。上述した圧電体材料１０の変形に対し、低誘電率材料９には圧電変形が生じないので、圧電体材料１０の変形に追従して変形する。つまり、隔壁７の略真ん中は圧電体材料１０に固定されているため、その変形に追従して変形する。しかし、隔壁７の最下部は低誘電率材料９で固定されているため変形しない。これにより、隔壁７の上半分と下半分は略真ん中で上下対称となるように略平行四辺形に互いに変形し、隔壁７全体で見ると、「くの字」形状に変形する。この隔壁７の変形により、溝６の内部容積が変化し、上述したように、チャンネルに充填された液体が液滴としてノズル８から吐出される。
【００４４】
なお、駆動領域ＤＲは通常溝６の深さが深くその底面１２が平坦な領域に設定される。従って、「駆動領域の隔壁の溝の底面から上面までの高さ」とは、溝６の平坦な底面１２から上面１３までの高さ、即ち隔壁７が最も高くなる高さｈをいう。しかし、駆動領域ＤＲは、溝６の底面１２が傾斜する、或いはダイシングブレードの形状が残って円弧形状となる領域まで及ぶ場合がある。この場合に、「駆動領域の隔壁の溝の底面から上面までの高さ」とは、溝６の底面１２が傾斜する領域や円弧形状が残っている領域を除外し、溝６の平坦な底面１２から上面１３までの隔壁７が最も高くなる高さｈをいうものとする。
【００４５】
次に、隔壁７と駆動電極１１の形状について説明する。駆動電極１１は後に詳述するように導電材料を斜め蒸着法により形成している。そのために、導電材料の蒸発源に対する溝６の位置に応じて駆動電極１１の深さ方向の幅が不均一となる。図２（ｃ）に示すように、アクチュエータ基板２の左側に位置する隔壁７では、左側面の駆動電極１１Ｌのほうが右側面の駆動電極１１Ｒよりも深さ方向の幅が広い。図２（ｄ）に示すように、アクチュエータ基板２の右側に位置する隔壁７では、右側面の駆動電極１１Ｒのほうが左側面の駆動電極１１Ｌより深さ方向の幅が広い。そして、各隔壁７の駆動電極１１は、図２（ｃ）に示す駆動電極１１Ｌ、１１Ｒから図２（ｄ）に示す駆動電極１１Ｌ、１１Ｒの形状に漸次変化する。即ち、隔壁７の側面に形成された駆動電極１１は、高さｈの略１／２よりも上部の圧電体材料１０の側面全面を覆っているが、低誘電率材料９の側面では深さ方向に形状がばらついている。
【００４６】
しかし、電歪効果が発現するのは圧電体材料１０である。駆動領域ＤＲにおいて各隔壁７の圧電体材料１０は溝６の底面１２から高さｈの略１／２よりも上部に配置している。そのため、高さｈの略１／２が屈曲点となり、電界エネルギーに対する屈曲変形を最も効率よく発現させることができる。また、隣接する隔壁７との間は低誘電率材料９が介在する。そのため、特定の隔壁７に与えた駆動信号が容量結合により隣接する隔壁７に漏れ出す漏れ信号が低減する。その結果、隔壁７の駆動電極１１Ｌ、１１Ｒに電界を印加した時の隔壁７の変形量は各隔壁７においてほぼ同一となり、加えて隣接する隔壁７の駆動の影響も低減する。
【００４７】
なお、前述したとおり、各隔壁７の駆動電極１１は、図２（ｃ）に示す駆動電極１１Ｌ、１１Ｒから図２（ｄ）に示す駆動電極１１Ｌ、１１Ｒの形状に漸次変化する。より詳細に述べると、アクチュエータ基板２の一方の駆動電極はアクチュエータ基板２の一方端から他方端へ（図２に示す紙面左方向から右方向へ）進むに連れて、低誘電率材料９に形成される範囲が徐々に変化している。この形状は、図２に示す駆動電極１１Ｌを一方の駆動電極とすると、後に述べる図３や図７などを参照することにより、よく理解することができ、駆動電極１１Ｌの低誘電率材料９に形成される範囲が徐々に狭く変化することがわかる。
同様に、アクチュエータ基板２の一方の駆動電極はアクチュエータ基板２の他方端から一方端へ（図２に示す紙面右方向から左方向へ）進むに連れて、低誘電率材料９に形成される範囲が徐々に変化している。この形状は、図２に示す駆動電極１１Ｒを他方の駆動電極とすると、後に述べる図３や図７などを参照することにより、よく理解することができ、駆動電極１１Ｒの低誘電率材料９に形成される範囲が徐々に狭く変化することがわかる。
【００４８】
図３は、第一実施形態に係る液体噴射ヘッド１の電極配線を表す模式図である。図３（ａ）が１サイクル駆動の電極配線を、（ｂ）が３サイクル駆動の電極配線をそれぞれ表す。アクチュエータ基板２は、駆動領域ＤＲにおいて隔壁７１〜７７の略１／２よりもカバープレート３側を圧電体材料１０により構成し、略１／２よりも底面１２側を低誘電率材料９により構成した。駆動電極１１は、圧電体材料１０の両側面の全面を覆っているが、低誘電率材料９側にはみ出すはみ出し幅は均一ではない。
【００４９】
図３（ａ）において溝６とカバープレート３により構成されるチャンネルは、ダミーチャンネルＤ１〜Ｄ４と吐出チャンネルＣ１〜Ｃ４が交互に配置している。ダミーチャンネルＤ１〜Ｄ４には液体が充填されておらず、吐出チャンネルＣ１〜Ｃ４には液体が充填されている。吐出チャンネルＣ１〜Ｃ４の両隔壁に形成した駆動電極１１はＧＮＤに共通に接続される。各吐出チャンネルＣ１〜Ｃ４に隣接するダミーチャンネルＤ１〜Ｄ４の吐出チャンネル側の側面に形成した駆動電極１１は駆動信号を入力する端子Ｔａ〜Ｔｄにそれぞれ接続される。
【００５０】
例えば吐出チャンネルＣ１を駆動する場合は端子Ｔａに駆動信号を与える。すると、両隔壁７１、７２が吐出チャンネルＣ１を中心に対称に変形し、吐出チャンネルＣ１に充填された液体を図示しないノズルプレート４の対応するノズル８から吐出する。他の吐出チャンネルも同様に駆動する。つまり、同一のタイミングで各吐出チャンネルＣ１〜Ｃ４から同時に液滴を吐出することができる。
【００５１】
図３（ｂ）においてチャンネルＣ１〜Ｃ７には液体が充填されている。各チャンネルＣ１〜Ｃ７の両隔壁に形成した駆動電極１１はそれぞれ端子Ｔ１〜Ｔ７に接続する。そして、第一サイクルのタイミングでチャンネルＣ１、Ｃ４、Ｃ７を選択し、第二サイクルのタイミングでチャンネルＣ２、Ｃ５を選択し、第三サイクルのタイミングでチャンネルＣ３、Ｃ６を選択し、以降これを繰り返す。例えば、第一タイミングでチャンネルＣ１を駆動する場合は、端子Ｔ１をＧＮＤにし、端子Ｔ０、Ｔ２に駆動信号を与える。すると、両隔壁７１、７２がチャンネルＣ１を中心に対称に変形し、チャンネルＣ１に充填された液体を図示しないノズルプレート４の対応するノズル８から吐出する。第二サイクルのタイミングでチャンネルＣ２を駆動する場合は、端子Ｔ２をＧＮＤにし、端子Ｔ１、Ｔ３に駆動信号を与える。すると、両隔壁７２、７３がチャンネルＣ２を中心に対称に変形し、チャンネルＣ２に充填された液体を図示しないノズルプレート４の対応するノズル８から吐出する。以降、第三サイクル、第一サイクル・・・のように繰り返し駆動する。
【００５２】
上記いずれの駆動条件においても、各隔壁７１〜７７の変形駆動量が均一化され、ノズル間における液滴吐出速度のばらつきを低減させることができる。更に、隣接する隔壁間には低誘電率材料９が介在するので容量結合が小さくなり、隣接する隔壁に駆動信号が漏れ出して液体吐出特性を変動させることがない。
【００５３】
図４は第一実施形態において説明した液体噴射ヘッド１の液滴吐出速度（相対値）とノズルＮｏ（ノズル位置）との間の関係を表すグラフである。縦軸は液滴吐出速度、横軸がノズルＮｏであり、図１４に示す従来例と同一スケールである。従来例を示す図１４と比較して、液滴吐出速度はノズルＮｏ（ノズル位置）に対してフラットとなり、図１４に示した従来例に対して吐出速度の均一性が大幅に改善されたことが理解できる。
【００５４】
以上説明した第一実施形態において、圧電体材料１０としてＰＺＴセラミックスを使用し、低誘電率材料９としてマシナブルセラミックスを使用した。マシナブルセラミックスとして、例えばマセライト、マコール、ホトベール、シェイパル（以上いずれも登録商標）などを使用することができる。ＰＺＴセラミックスは、比誘電率が２０００以上であり、剛性を表すヤング率が７０ＧＰａ〜８０ＧＰａ、熱伝導率が１Ｗ／ｍ・ｋ〜１．５Ｗ／ｍ・Ｋであるのに対して、マシナブルセラミックスは、比誘電率が１０以下、例えば５〜６の常誘電体材料であり、ヤング率を５０ＭＰａから７０ＭＰａ未満、熱伝導率を１．５Ｗ／ｍ・Ｋ〜９０Ｗ／ｍ・Ｋとすることができる。これにより、隣接する隔壁７間の容量結合による駆動信号の漏れを無視できる程度に低減することができる。また、放熱特性を向上させることができる。また、隔壁７の略１／２から底面１２を低剛性の材料により構成したので電界に対する変形効率を向上させることがでる。また、熱伝導率が向上したので放熱効果を向上させることができる。更に、隔壁７毎に電極形状は異なるが、各隔壁７の屈曲点は低誘電率材料９と圧電体材料１０の境界付近、即ち溝６の底面１２から高さｈの略１／２の一定となり、電界に対する隔壁７の変形量も一定となり、液滴吐出速度のばらつきを低減することができる。
【００５５】
なお、駆動電極１１は導電材料の斜め蒸着法により形成する方法に限定されず、蒸着法、スパッタリング法、メッキ法等により導電膜を形成し、その後導電膜をパターニングしてもよい。カバープレート３は圧電体材料１０と同程度の熱膨張係数の材料を使用することができ、例えば圧電体材料１０と同じ材料を使用することができる。また、低誘電率材料９として窒化アルミニウムあるいは窒化アルミニウム系のマシナブルセラミックスを使用すればＰＺＴセラミックスよりも熱伝導率が一桁以上高く、圧電体材料１０及び溝６を効果的に冷却することができる。また、低誘電率材料９とカバープレート３として樹脂材料により構成すれば、樹脂材料は成型法によって複雑な形状を簡便に形成することができるので製造コストを大幅に低減することができる。
【００５６】
（第二実施形態）
図５は本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッド１の模式的な部分斜視図である。第一実施形態と異なる部分は、アクチュエータ基板２の表面に形成した複数の溝６が前方端ＦＥから後方端ＲＥまで延在している点である。同一の部分または同一の機能を有する部分には同一の符号を付した。
【００５７】
液体噴射ヘッド１は、アクチュエータ基板２と、その上に接合したカバープレート３と、アクチュエータ基板２及びカバープレート３の前方端ＦＥの端面に接合したノズルプレート４を備えている。アクチュエータ基板２は、低誘電率材料９からなる下側基板の上に圧電体材料１０からなる上側基板が貼り合わされた構成を備えている。アクチュエータ基板２の表面は、前方端ＦＥから後方端ＲＥにかけて複数の溝６と、これらの溝６を離隔する複数の隔壁７を備えている。各溝６はその底面１２から隔壁７の上面１３までの高さｈの略１／２よりも上面１３側が圧電体材料１０からなり、略１/２より底面１２側が低誘電率材料９からなる。
【００５８】
各隔壁７の両側面は隔壁７を変形駆動するための駆動電極１１を備えている。駆動電極１１は、少なくとも圧電体材料１０のチャンネル側の側面全面を覆っている。各隔壁７の駆動電極１１は後方端ＲＥ近傍において隔壁７の上面１３に形成した端子電極１７に接続する。即ち、隔壁７の一方の側面に形成した駆動電極１１は一方の側面側の上面１３に形成した端子電極１７ａに電気的に接続し、他方の側面に形成した駆動電極１１は他方の側面側の上面１３に形成した端子電極１７ｂに電気的に接続する。後方端ＲＥ近傍に形成したこれらの端子電極１７ａ、１７ｂは、後方端ＲＥの上面に接合するフレキシブル基板５の図示しない配線電極に電気的に接続している。
【００５９】
カバープレート３は、溝６に液体を供給するための液体供給孔１６を備え、後方端ＲＥの手前までの表面を覆うようにアクチュエータ基板２に表面に接合している。液体供給孔１６よりも後方端ＲＥ側において各溝６は図示しない封止材により封止されている。これにより、液体供給孔１６から溝６に供給される液体は溝６を介して後方端ＲＥ側に流出しない。ノズルプレート４は、カバープレート３と溝６から構成されるチャンネルに連通するノズル８を備え、カバープレート３の前方端ＦＥの端面に接合している。
【００６０】
このように溝６を前方端ＦＥから後方端ＲＥまで並列にストレート形成したので、溝６の底面１２の傾斜部を除去することができ、アクチュエータ基板２を小型化することができる。ここで、駆動領域ＤＲはカバープレート３の液体供給孔１６よりも前方端ＦＥ側である。本実施形態においても、隣接する隔壁７は低誘電率材料９を介して固定されているので容量結合による漏れ電界が低減し、隔壁７は隣接する側壁に供給される駆動信号の影響を受けることなく駆動することができる。また、駆動領域ＤＲのすべての隔壁７において駆動電極１１は少なくとも圧電体材料１０の側面全面を覆っているので、各隔壁７の駆動時の変形量はほぼ同一となる。その結果、駆動時にノズル８から吐出する液滴の吐出速度は各チャンネルにおいて均一化する。
【００６１】
なお、カバープレート３に液体供給孔１６を設けることなくカバープレート３をアクチュエータ基板２の多数の溝６の上に覆うように接合し、後方端ＲＥに液体供給用のマニホールドを設置し、後方端ＲＥ側から各溝６に液体を供給するように構成してもよい。圧電体材料１０や低誘電率材料９の材料等については第一実施形態と同様なので、説明を省略する。
【００６２】
（第三実施形態）
図６は、本発明の第三実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法を表す説明図である。同一の部分または同一の機能を有する部分には同一の符号を付した。
【００６３】
図６（ａ）は、圧電体材料１０からなる圧電体基板をこの圧電体材料１０よりも誘電率の小さい低誘電率材料９から成る低誘電率基板の表面に接合した第一接合工程の後のアクチュエータ基板２の断面を表す。低誘電率材料９としてマシナブルセラミックス、圧電体材料１０としてＰＺＴセラミックスを用い、接着材により貼り合わせて接合した。圧電体基板は後に形成する溝６の深さの半分の厚さとする。この場合に、溝６の深さの半分よりも厚い圧電体基板を低誘電率基板上に接合し、その後研削して溝６の深さの半分の厚さとしてもよい。圧電体基板の厚さが厚いので低誘電率基板上に貼り合わせる際の基板ハンドリングが容易となる。例えば３００μｍの深さの溝を形成する場合には圧電体基板の厚さを１５０μとする。マシナブルセラミックスは、比誘電率が１０以下の低誘電率材料であり、機械加工性に優れている。例えばマセライト、マコール、ホトベール、シェイパル（以上いずれも登録商標）などを使用することができる。また、低誘電率材料９として窒化アルミニウム又は窒化アルミニウム系のマシナブルセラミックスを使用することができる。これらの材料は比誘電率が１０以下であり、高熱伝導性材料である。そのため、駆動の際に発熱した圧電体材料１０を効果的に冷却することができる。
【００６４】
図６（ｂ１）、（ｂ２）は、アクチュエータ基板２の表面を切削して並列する複数の溝を形成する溝形成工程を表しており、（ｂ１）がアクチュエータ基板２の溝６方向の縦断面模式図であり、（ｂ２）が溝６に直交する方向の縦断面模式図である。回転するダイシングブレード１９をアクチュエータ基板２の表面に降下させ、移動して複数の並列する溝６を形成した。隣接する溝６を離隔する隔壁７は、溝６の底面１２から隔壁７の上面１３までの高さの略１／２よりも上面１３側が圧電体材料１０から成り、略１／２よりも底面１２側が低誘電率材料９から成る。溝６の深さ、即ち底面１２から上面１３までの高さを３００μｍ〜３６０μｍとし、１００チャンネル以上の溝６を形成した。本実施形態ではアクチュエータ基板２を多数個同時に形成しており、図６（ｂ１）に示すように溝６は船型の破線６’のように切削し、後に説明する第二接合工程の後に中央部ＢＢで分割し複数の液体噴射ヘッド１を得る。
【００６５】
図６（ｃ）は、アクチュエータ基板２の表面及び隔壁７の両側面に導電膜２０を形成した導電膜形成工程の後のアクチュエータ基板２の断面模式図である。導電膜２０として、アルミニウム、金、Ｃｒ、Ｎｉ等の金属材料をスパッタリング法、蒸着法、めっき法等により形成することができる。
【００６６】
図６（ｄ）は、導電膜２０をパターニングして各隔壁７の導電膜２０を駆動電極１１とする電極形成工程の後のアクチュエータ基板２の断面模式図である。フォトリソグラフィにより感光性樹脂膜のパターンを形成し、導電膜２０をエッチング除去した。また、フォトリソグラフィ及びエッチング処理に代えてレーザ光や後に説明するリフトオフ法により導電膜２０のパターンを形成することができる。なお、本実施形態では溝６を構成する両隔壁７の側面に形成した駆動電極１１が溝６の底面１２で接続している。これは、第一実施形態の図３（ｂ）において説明した３サイクル駆動に適する電極構成である。図３（ａ）において説明した１サイクル駆動の電極構成とする場合は、溝６の底面１２に形成した導電膜２０をレーザ光や溝６の幅よりも薄いダイシングブレードにより底面１２の中央部を切削して分離すればよい。
【００６７】
図６（ｅ）は、アクチュエータ基板２の表面にカバープレート３を接合する第二接合工程の後の液体噴射ヘッド１の断面模式図である。アクチュエータ基板２の表面に接着材を用いてカバープレート３を接合し、液体吐出用のチャンネルを構成した。その後、接合基板を分離し、各基板の前方端ＦＥにノズルプレート４を接着して液体噴射ヘッド１を得る。
【００６８】
このように、駆動電極１１を隔壁７の上半分に高精度でパターニングする必要がないので、導電材料を堆積して導電膜２０を形成する導電膜形成工程や、導電膜２０のパターンを形成する電極形成工程を極めて簡便な方法により行うことができる。
【００６９】
（第四実施形態）
図７は本発明の第四実施形態に係る液体噴射ヘッド１の製造方法を表す説明図である。本実施形態は、導電膜形成工程を斜め蒸着法による斜め蒸着工程により行い、第一接合工程及び溝形成工程は第三実施形態と同様なので説明を省略した。
【００７０】
図７（ｃ１）、（ｃ２）は、アクチュエータ基板２の表面に導電材料を斜め蒸着する斜め蒸着工程の説明図であり、（ｃ１）が斜め蒸着方法を表す模式図であり、（ｃ２）が斜め蒸着後のアクチュエータ基板２の断面模式図である。
【００７１】
蒸着装置は図示しないチャンバーの内部に蒸発源１８とホルダー２２を収納している。ホルダー２２はアクチュエータ基板２を蒸発源１８側に保持する。ホルダー２２は、アクチュエータ基板２を回転軸Ｏ１として回転可能に保持し、蒸発源１８の垂直方向を回転軸Ｏ２として回転可能に構成される。
【００７２】
まず、蒸発源１８の方向が溝６の長手方向に略直交し、かつアクチュエータ基板２の表面の法線ｎに対して傾斜角θとなるように、アクチュエータ基板２をホルダー２２にセットする（図７（ｃ１）の左側の位置）。（蒸発源１８からホルダー２２までの距離をＺｈ、回転軸Ｏ２からアクチュエータ基板２の回転軸Ｏ１までの距離をＺｘとすればｔａｎ（θ）＝Ｚｘ/Ｚｈとなる。）次に、回転軸Ｏ２を中心にホルダー２２を回転させながら蒸発源１８から導電材料を蒸発させ、アクチュエータ基板２の表面及び隔壁７の一方の側面に蒸着する。
【００７３】
次に、アクチュエータ基板２を回転軸Ｏ１を中心に１８０°回転させ、蒸発源１８の方向が溝６の方向に略直交し、かつ表面の法線ｎに対して傾斜角−θの方向となるように、アクチュエータ基板２をホルダー２２にセットする（図７（ｃ１）の右側の位置）。次に、回転軸Ｏ２を中心にホルダー２２を回転させながら蒸発源１８から導電材料を蒸発させ、アクチュエータ基板２の表面及び他方の側面に蒸着する。蒸着角度θは、溝６の幅及び圧電体材料１０の厚さに基づいて、少なくとも駆動領域ＤＲ内の隔壁７を構成する圧電体材料１０のすべての側面と、この圧電体材料１０から低誘電率材料９の側面にはみ出すように導電材料が堆積されるように設定する。例えば、溝６の深さを３００μｍ、溝６の幅を７５μｍ、溝６方向に直交する方向の有効な長さを７２ｍｍとした場合に、Ｚｈを６０ｃｍ、Ｚｘを２９ｃｍ以下とすればよい。つまり、蒸発源１８から最も遠い側の隔壁７にその高さの略１／２よりも深く導電材料を蒸着することができる。この場合、アクチュエータ基板２の溝６方向に直交する方向の長さを１０ｃｍとすれば、回転軸Ｏ１とＯ２の間にアクチュエータ基板２を３枚並べて同時に蒸着することができる。即ち、従来法に対して斜め蒸着の生産性を大幅に向上させることができる。なお、導電材料としてアルミニウムを用いた。アルミニウムの他に金、クロム等の他の金属を使用することができる。
【００７４】
ここで、少なくとも圧電体材料１０からなる隔壁７の側面の全面に導電膜２０を堆積し、かつ溝６の底面１２に導電材料が堆積されない斜め蒸着の一般的な条件は次のとおりである。溝６の幅をｗ、隔壁７の高さ（溝６の深さ）をｈ、隔壁７の圧電体材料１０と低誘電率材料９の境界の高さをｈ／２、斜め蒸着角度（傾斜角）θとして、隔壁７の上面から隔壁７のｈ／２の高さまで蒸着するための条件は、
ｔａｎ（θ１）＝２ｗ/ｈ・・・（１）
隔壁７の側面全面に蒸着し、溝６の底面１２に蒸着しないための条件は、
ｔａｎ（θ２）＝ｗ/ｈ・・・・（２）
従って、アクチュエータ基板２は、蒸発源１８に対して斜め蒸着角度θが次式（３）を満たす位置に設置すればよい。
θ２＜θ＜θ１＝ｔａｎ-1（ｗ/ｈ）＜θ＜ｔａｎ-1（２ｗ/ｈ）・・・（３）
例えば、溝６の幅ｗを７５μｍ、隔壁７の高さｈを３６０μｍとすれば斜め蒸着角度θは１２°〜２３°の範囲となる。例えば図７（ｃ１）に示すＺｈを６０ｃｍとすれば、斜め蒸着可能なホルダー２２の位置Ｚｘは１２．５ｃｍ〜２５ｃｍの範囲となり、この範囲にアクチュエータ基板２を設置すればよい。
【００７５】
図７（ｃ２）は、導電材料を斜め蒸着した後のアクチュエータ基板２の断面模式図である。導電材料はアクチュエータ基板２の表面、隔壁７の上面及び両側面に堆積し、導電膜２０を形成している。アクチュエータ基板２の左端部において隔壁７の導電膜２０は左側面のほうが右側面より底面１２側に深く、アクチュエータ基板２の右端部において隔壁７の導電膜２０は右側面のほうが左側面より底面１２に深く形成される。
【００７６】
図７（ｄ）は、導電膜２０をパターニングして各隔壁７の導電膜２０を駆動電極１１とする電極形成工程の後のアクチュエータ基板２の断面模式図である。フォトリソグラフィにより感光性樹脂膜のパターンを形成し、導電膜２０をエッチング除去した。また、フォトプロセスに代えてレーザ光や表面の研削により隔壁７の両側面の導電膜２０を電気的に分離してもよい。図７（ｅ）は、アクチュエータ基板２の表面にカバープレート３を接合する第二接合工程の後の液体噴射ヘッド１の断面模式図である。アクチュエータ基板２の表面に接着材を用いてカバープレート３を接合し、液体吐出用のチャンネルを構成した。その後、接合基板を分離し、各基板の前方端ＦＥにノズルプレート４を接着して液体噴射ヘッド１を得る。
【００７７】
このように製造した液体噴射ヘッド１は、駆動電極１１が溝６の底面１２方向に幅のばらつきがあっても、電歪効果を発現する圧電体材料１０は各隔壁７において同じなので、各隔壁７の変形駆動量は一定となり、液滴吐出速度のチャンネル間ばらつきが低減する。また、隔壁７とこれに隣接する隔壁７との間は低誘電率材料９が介在するので隔壁７間の容量結合は小さく、駆動信号が隣接する側壁に漏れ出して隣接するノズルの液体吐出特性を変動させることを防止することができる。更に、斜め蒸着工程において溝６の両側面に形成した駆動電極１１を電気的に分離できるので、溝６の底面１２に堆積した電極の切断工程を必要とせず、駆動電極１１を極めて簡便に形成することができる。また、斜め蒸着の際の蒸着角度θは大幅に緩和され、蒸着可能な範囲が拡大するので生産性を向上させることができる。
【００７８】
（第五実施形態）
図８及び図９は、本発明の第五実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法を表す説明図である。第四実施形態と異なる部分は、斜め蒸着法により形成した導電膜２０をリフトオフ法によりパターニングする点であり、その他の工程は第四実施形態と同様である。
【００７９】
図８（ａ）は、圧電体材料１０からなる圧電体基板を圧電体材料１０よりも誘電率の小さい低誘電率材料９から成る低誘電率基板の表面に接合した第一接合工程の後のアクチュエータ基板２の断面模式図である。使用する材料等は第三実施形態で説明した。
【００８０】
図８（ｘ）は、アクチュエータ基板２の表面に感光性樹脂膜２１を形成する感光性樹脂膜形成工程の後のアクチュエータ基板２の断面模式図である。感光性樹脂膜２１はレジストシートを使用し、アクチュエータ基板２の表面に張り付けて形成した。感光性樹脂膜２１は、レジストシートに代えて、スピンナー等を用いてレジスト膜をアクチュエータ基板２の表面に塗布して形成してもよい。図８（ｂ１）、（ｂ２）は、ダイシングブレード１９をアクチュエータ基板２の表面に降下させて移動し、複数の並列する溝６を形成する溝形成工程を表しており、第三実施形態と同様である。
【００８１】
図８（ｙ）は、感光性樹脂膜２１のパターンを形成するパターン形成工程の後のアクチュエータ基板２の上面模式図である。フォトリソグラフィにより感光性樹脂膜２１のパターンを形成する。この場合に、次の斜め蒸着工程で堆積する導電材料を除去する領域には感光性樹脂膜２１を残し、導電材料を残す領域からは感光性樹脂膜２１を除去する。本実施形態の場合は、各隔壁７の上面１３から左右の端部まで感光性樹脂膜２１を残している。また、各溝６や端子電極の形成領域は感光性樹脂膜２１を除去して圧電体材料１０を露出させている。
【００８２】
次に、図８（ｃ１）、（ｃ２）は、アクチュエータ基板２の表面に導電材料を斜め蒸着する斜め蒸着工程の説明図であり、第三実施形態と同様である。図８（ｃ２）に示すように、各隔壁７の上面１３には感光性樹脂膜２１が残っており、その上に導電膜２０が形成されている。また、隔壁７の両側面には少なくとも圧電体材料１０を覆うように導電膜２０が形成されている。
【００８３】
図８（ｄ）は、リフトオフ法により感光性樹脂膜２１を除去して電極を形成する電極形成工程の後のアクチュエータ基板２の断面模式図である。感光性樹脂膜２１を除去することにより同時に導電膜２０を除去する。これにより、隔壁７の両側面に形成した導電膜２０を電気的に分離して駆動電極１１を形成する。更に各駆動電極１１に電気的に接続する端子電極をアクチュエータ基板２の両端部表面に形成する。図８（ｅ）は、アクチュエータ基板２の表面にカバープレート３を接合した液体噴射ヘッド１の断面模式図であり、第三実施形態と同様である。
【００８４】
このように、駆動電極１１を斜め蒸着法により堆積した後にリフトオフ法によりパターニングしたので、隔壁７の両側面及びアクチュエータ基板２の表面に簡便な工程で電極パターンを容易に形成することができる。しかも、駆動電極１１の幅が溝６の深さ方向にばらついても、電歪効果を発現する圧電体材料１０は各隔壁７において同じなので隔壁７の変形駆動量は一定となる。また、低誘電率材料９を使用したので駆動信号が隣接する隔壁７に漏れ出すことがない。
【００８５】
なお、感光性樹脂膜２１のパターン形成工程は溝形成工程の前に行い、感光性樹脂膜２１のパターンに沿って複数の溝６を形成してもよい。また、導電材料の斜め蒸着工程は図７や図９に示す方法に限定されない。例えば蒸発源１８とアクチュエータ基板２の間に細長いスリットを設け、特定角度で入射する導電材料のみがアクチュエータ基板２に堆積する構成としてもよい。また、導電膜２０のリフトオフ法は斜め蒸着法により導電膜２０を形成する場合に限定されず、第三実施形態のスパッタリング法による導電膜の形成やその他の導電膜２０の形成の場合にも適用できることは言うまでもない。
【００８６】
（第六実施形態）
図１０は、本発明の第六実施形態に係る液体噴射装置３０の模式的な斜視図である。
液体噴射装置３０は、上記本発明に係る液体噴射ヘッド１、１’を往復移動させる移動機構４３と、液体噴射ヘッド１、１’に液体を供給する液体供給管３３、３３’と、液体供給管３３、３３’に液体を供給する液体タンク３１、３１’を備えている。各液体噴射ヘッド１、１’は本発明に係る液体噴射ヘッド１から構成される。即ち、表面に並列する複数の溝と、隣接する溝を離隔する隔壁を有するアクチュエータ基板と、溝を覆い、アクチュエータ基板の表面に接合するカバープレートと、溝に連通するノズルを有し、アクチュエータ基板の端面に接合するノズルプレートと、を備えている。このアクチュエータ基板は、隔壁を変形駆動して溝に充填された液体をノズルから噴射させるための駆動領域を有し、駆動領域の隔壁は、溝の底面から隔壁の上面までの高さの略１／２よりも上面側を圧電体材料とし、略１／２よりも底面側を圧電体材料よりも誘電率の小さい低誘電率材料とした。
【００８７】
具体的に説明する。液体噴射装置３０は、紙等の被記録媒体３４を主走査方向に搬送する一対の搬送手段４１、４２と、被記録媒体３４に液体を吐出する液体噴射ヘッド１、１’と、液体タンク３１、３１’に貯留した液体を液体供給管３３、３３’に押圧して供給するポンプ３２、３２’と、液体噴射ヘッド１を主走査方向と直交する副走査方向に走査する移動機構４３等を備えている。
【００８８】
一対の搬送手段４１、４２は副走査方向に延び、ローラ面を接触しながら回転するグリッドローラとピンチローラを備えている。図示しないモータによりグリッドローラとピンチローラを軸周りに移転させてローラ間に挟み込んだ被記録媒体３４を主走査方向に搬送する。移動機構４３は、副走査方向に延びた一対のガイドレール３６、３７と、一対のガイドレール３６、３７に沿って摺動可能なキャリッジユニット３８と、キャリッジユニット３８を連結し副走査方向に移動させる無端ベルト３９と、この無端ベルト３９を図示しないプーリを介して周回させるモータ４０を備えている。
【００８９】
キャリッジユニット３８は、複数の液体噴射ヘッド１、１’を載置し、例えばイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４種類の液滴を吐出する。液体タンク３１、３１’は対応する色の液体を貯留し、ポンプ３２、３２’、液体供給管３３、３３’を介して液体噴射ヘッド１、１’に供給する。各液体噴射ヘッド１、１’は駆動信号に応じて各色の液滴を吐出する。液体噴射ヘッド１、１’から液体を吐出させるタイミング、キャリッジユニット３８を駆動するモータ４０の回転及び被記録媒体３４の搬送速度を制御することにより、被記録媒体３４上に任意のパターンを記録することできる。
【００９０】
この構成により、液体噴射ヘッド１の液体吐出特性が各チャンネルにおいて均一化し、更にチャンネルを駆動する駆動信号が隣接するチャンネルに漏れないので、液体を被記録媒体に高品質で記録することができる。また、液体噴射ヘッド１を複雑な工程を通して製造する必要がなく、製造工程を簡素化し、装置の低コスト化に寄与することができる。
【符号の説明】
【００９１】
１ 液体噴射ヘッド
２ アクチュエータ基板
３ カバープレート
４ ノズルプレート
５ フレキシブル基板
６ 溝
７ 隔壁
８ ノズル
９ 低誘電率材料
１０ 圧電体材料
１１ 駆動電極
３０ 液体噴射装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に並列する複数の溝と、隣接する溝を離隔する隔壁と、前記隔壁の両側面に設置した駆動電極を有するアクチュエータ基板と、
前記溝を覆い、前記アクチュエータ基板の表面に接合するカバープレートと、
前記溝に連通するノズルを有し、前記アクチュエータ基板の端面に接合するノズルプレートと、を備え、
前記アクチュエータ基板は、前記隔壁を変形駆動して前記溝に充填された液体を前記ノズルから噴射させるための駆動領域を有し、
前記隔壁は、前記駆動領域において前記溝の底面から前記隔壁の上面までの高さの略１／２よりも上面側が圧電体材料からなり、略１／２よりも底面側が前記圧電体材料よりも誘電率の小さい低誘電率材料からなり、
前記駆動電極は、前記駆動領域において前記圧電体材料からなる隔壁の両側面から前記低誘電率材料からなる隔壁の両側面にはみ出して設置されている液体噴射ヘッド。
【請求項２】
前記駆動電極は、前記アクチュエータ基板の一方端から他方端へ進むに連れて、前記複数の隔壁の低誘電率材料に形成される範囲が徐々に変化する形状を有する請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項３】
前記アクチュエータ基板は、前記低誘電率材料と前記圧電体材料の２層構造を有する請求項１又は２に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項４】
前記低誘電率材料は、熱伝導率が前記圧電体材料よりも大きい請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項５】
前記低誘電率材料は、機械的剛性が前記圧電体材料よりも小さい請求項１〜４のいずれか１項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項６】
前記低誘電率材料は、マシナブルセラミックス又は樹脂材料からなる請求項１〜５のいずれか１項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の液体噴射ヘッドと、
前記液体噴射ヘッドを往復移動させる移動機構と、
前記液体噴射ヘッドに液体を供給する液体供給管と、
前記液体供給管に前記液体を供給する液体タンクと、を備える液体噴射装置。
【請求項８】
圧電体材料からなる圧電体基板を前記圧電体材料よりも誘電率の小さい低誘電率材料からなる低誘電率基板の表面に接合してアクチュエータ基板とする第一接合工程と、
前記アクチュエータ基板の表面に並列する複数の溝を形成して隣接する溝を離隔する隔壁を形成し、前記溝の底面から前記隔壁の上面までの高さの略１／２よりも上面側の隔壁を前記圧電体材料とし、略１／２よりも底面側の前記隔壁を前記低誘電率材料とする溝形成工程と、
前記アクチュエータ基板の表面と、前記溝に充填する液体を噴射させる駆動領域の隔壁のうち、前記圧電体材料からなる隔壁の両側面から前記低誘電率材料からなる隔壁の両側面にはみ出して導電膜を形成する導電膜形成工程と、
前記導電膜のパターンを形成する電極形成工程と、
前記アクチュエータ基板の表面にカバープレートを接合するとともに、前記アクチュエータ基板の端面に前記溝に連通するノズルを有するノズルプレートを接合する第二接合工程と、を含む液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項９】
前記導電膜形成工程は、スパッタリング法又はめっき法により導電材料を堆積する工程である請求項８に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項１０】
前記導電膜形成工程は、前記アクチュエータ基板の表面に、前記表面の法線に対して傾斜する方向から導電材料を斜め蒸着する斜め蒸着工程である請求項８に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項１１】
前記第一接合工程の後に前記アクチュエータ基板の表面に感光性樹脂膜を形成する感光性樹脂膜形成工程と、前記導電膜形成工程の前に前記感光性樹脂膜を露光現像して前記樹脂膜のパターンを形成するパターン形成工程とを含み、
前記電極形成工程は、前記感光性樹脂膜を除去するリフトオフ法により前記導電膜のパターンを形成する請求項８〜１０のいずれか１項に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項１】
表面に並列する複数の溝と、隣接する溝を離隔する隔壁と、前記隔壁の両側面に設置した駆動電極を有するアクチュエータ基板と、
前記溝を覆い、前記アクチュエータ基板の表面に接合するカバープレートと、
前記溝に連通するノズルを有し、前記アクチュエータ基板の端面に接合するノズルプレートと、を備え、
前記アクチュエータ基板は、前記隔壁を変形駆動して前記溝に充填された液体を前記ノズルから噴射させるための駆動領域を有し、
前記隔壁は、前記駆動領域において前記溝の底面から前記隔壁の上面までの高さの略１／２よりも上面側が圧電体材料からなり、略１／２よりも底面側が前記圧電体材料よりも誘電率の小さい低誘電率材料からなり、
前記駆動電極は、前記駆動領域において前記圧電体材料からなる隔壁の両側面から前記低誘電率材料からなる隔壁の両側面にはみ出して設置されている液体噴射ヘッド。
【請求項２】
前記駆動電極は、前記アクチュエータ基板の一方端から他方端へ進むに連れて、前記複数の隔壁の低誘電率材料に形成される範囲が徐々に変化する形状を有する請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項３】
前記アクチュエータ基板は、前記低誘電率材料と前記圧電体材料の２層構造を有する請求項１又は２に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項４】
前記低誘電率材料は、熱伝導率が前記圧電体材料よりも大きい請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項５】
前記低誘電率材料は、機械的剛性が前記圧電体材料よりも小さい請求項１〜４のいずれか１項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項６】
前記低誘電率材料は、マシナブルセラミックス又は樹脂材料からなる請求項１〜５のいずれか１項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の液体噴射ヘッドと、
前記液体噴射ヘッドを往復移動させる移動機構と、
前記液体噴射ヘッドに液体を供給する液体供給管と、
前記液体供給管に前記液体を供給する液体タンクと、を備える液体噴射装置。
【請求項８】
圧電体材料からなる圧電体基板を前記圧電体材料よりも誘電率の小さい低誘電率材料からなる低誘電率基板の表面に接合してアクチュエータ基板とする第一接合工程と、
前記アクチュエータ基板の表面に並列する複数の溝を形成して隣接する溝を離隔する隔壁を形成し、前記溝の底面から前記隔壁の上面までの高さの略１／２よりも上面側の隔壁を前記圧電体材料とし、略１／２よりも底面側の前記隔壁を前記低誘電率材料とする溝形成工程と、
前記アクチュエータ基板の表面と、前記溝に充填する液体を噴射させる駆動領域の隔壁のうち、前記圧電体材料からなる隔壁の両側面から前記低誘電率材料からなる隔壁の両側面にはみ出して導電膜を形成する導電膜形成工程と、
前記導電膜のパターンを形成する電極形成工程と、
前記アクチュエータ基板の表面にカバープレートを接合するとともに、前記アクチュエータ基板の端面に前記溝に連通するノズルを有するノズルプレートを接合する第二接合工程と、を含む液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項９】
前記導電膜形成工程は、スパッタリング法又はめっき法により導電材料を堆積する工程である請求項８に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項１０】
前記導電膜形成工程は、前記アクチュエータ基板の表面に、前記表面の法線に対して傾斜する方向から導電材料を斜め蒸着する斜め蒸着工程である請求項８に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項１１】
前記第一接合工程の後に前記アクチュエータ基板の表面に感光性樹脂膜を形成する感光性樹脂膜形成工程と、前記導電膜形成工程の前に前記感光性樹脂膜を露光現像して前記樹脂膜のパターンを形成するパターン形成工程とを含み、
前記電極形成工程は、前記感光性樹脂膜を除去するリフトオフ法により前記導電膜のパターンを形成する請求項８〜１０のいずれか１項に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１１−２４５７６８（Ｐ２０１１−２４５７６８Ａ）
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２１９６５（Ｐ２０１０−１２１９６５）
【出願日】平成２２年５月２７日（２０１０．５．２７）
【出願人】（５０１１６７７２５）エスアイアイ・プリンテック株式会社 (198)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２７日（２０１０．５．２７）
【出願人】（５０１１６７７２５）エスアイアイ・プリンテック株式会社 (198)
【Ｆターム（参考）】
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