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】側壁６の変形を溝５の容積変化に変換する変換効率を向上させ、耐久性の高い液体噴射ヘッドを提供する。
【解決手段】液体噴射ヘッド１は、溝５を構成する側壁６と、側壁６の下方に設置される補強板１７と、溝５に連通するノズル３を有し、補強板１７の側壁６側とは反対側に設置されるノズルプレート４と、側壁６の壁面ＷＳに形成される駆動電極７と、側壁６に液体を供給する供給口８と液体を排出する排出口９を有し、側壁６の上方に設置されるカバープレート１０により構成した。
【解決手段】液体噴射ヘッド１は、溝５を構成する側壁６と、側壁６の下方に設置される補強板１７と、溝５に連通するノズル３を有し、補強板１７の側壁６側とは反対側に設置されるノズルプレート４と、側壁６の壁面ＷＳに形成される駆動電極７と、側壁６に液体を供給する供給口８と液体を排出する排出口９を有し、側壁６の上方に設置されるカバープレート１０により構成した。
【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、これを用いた液体噴射装置、及び液体噴射ヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、記録紙等にインク滴を吐出して文字、図形を描画する、或いは素子基板の表面に液体材料を吐出して機能性薄膜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、チャンネルに充填したインクや液体材料をチャンネルに連通するノズルから吐出させる。インクの吐出の際には、液体噴射ヘッドや噴射した液体を記録する被記録媒体を移動させて、文字や図形を記録する、或いは所定形状の機能性薄膜を形成する。
【０００３】
特許文献１には、圧電体材料から成るシートに多数の溝からなるインクチャンネルを形成したインクジェットヘッド１００が記載されている。図１４は特許文献１の図２に記載されるインクジェットヘッド６０の断面図である。インクジェットヘッド６０は、基板６２と圧電部材６５とカバー部材６４の積層構造を有する。基板６２の中央に供給口８１が形成され、供給口８１を挟むように排出口８２が形成される。基板６２の表面には圧電部材６５と枠部材６３が接着され、その上面にカバー部材６４が接着される。
【０００４】
圧電部材６５は互いに分極方向を対向させた２枚の圧電板７３が張り合わされて形成される。圧電部材６５には副走査方向（紙面に平行方向）に延びた複数本の微細な溝が切削形成され、主走査方向（紙面に垂直方向）に等間隔で並んだ複数の圧力室７４が形成される。圧力室７４（チャンネル）は隣接する一対の壁７５により区画され、一対の壁７５の対面する側面とその間の底部に連続して電極７６が形成され、更に基板６２の表面に形成される電気配線７７を介してＩＣ６６に電気的に接続される。カバー部材６４はフィルム９２と補強部材９４が接着剤を介して貼り合わされ、補強部材９４を圧電部材６５側にして圧電部材６５及び枠部材６３に接着される。補強部材９４及びフィルム９２には各圧力室７４に対応する開口９６及びノズル７２が形成される。
【０００５】
インクは基板６２の中央の供給口８１から供給され、複数の圧力室７４に流れ、更にインク室９０に流れて排出口８２から排出される。そして、ＩＣ６６から駆動パルスが電気配線７７を介して圧力室７４を挟む一対の壁７５の電極７６に印加されると、一対の壁７５はシェアーモード変形して湾曲するように離反し、次に初期位置に復帰して圧力室７４内の圧力を高める。これに伴ってノズル７２からインク滴が吐出される。
【０００６】
ここで、カバー部材６４のフィルム９２はポリイミドフィルムが使用され、補強部材９４はＳＵＳ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ等の金属箔が使用されている。カバー部材６４としてポリイミドフィルム９２の単層とした場合に、ポリイミドフィルムはレーザー光によるノズル７２の形成が容易であるが、金属などよりも剛性が小さいので、壁７５をシェアーモード変形させたときにフィルムが伸びてしまう。そのために、圧力室７４内に充填されたインクに効率よく圧力を伝達できない。そこで、カバー部材６４としてポリイミドフィルム９２とこのポリイミドフィルム９２よりも大きな剛性を有する金属箔を貼り合わせた。これにより、壁７５をシェアーモード変形させたときに壁７５の上端部を固定することができ、インク滴を吐出させる際の圧力損失を無くすことができる、というものである。なお、ポリイミドフィルム９２は厚さが５０μｍであり、補強部材９４としての金属箔は厚さが５０μｍ〜１００μｍである。また、壁７５の壁面に形成した電極７６と補強部材９４の金属箔が短絡しないようにするために金属箔の電極７６側の表面にＳｉＯ2膜９５を形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１９６１２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、インクジェットヘッドの吐出面は通常数１０ｍｍ以上の長さがある。厚さが５０μｍ〜１００μｍで外径が数１０ｍｍ以上の大きさの金属箔は反りやすく、接着剤を介して壁７５の上端面に平坦に貼り付けるのが困難である。また、厚さ５０μｍのポリイミドフィルム９２とこの金属箔とを接着剤を介在して貼り合わせる際に反りを無くすことも難しい。
【０００９】
そこで、厚い金属板を壁７５の上端面に先に貼り付け、その後金属板を上記厚さに研削して金属箔とする方法が考えられる。この場合は、金属板に先に開口９６を形成しておき、この金属板を研削して薄膜化することになる。しかし、金属板を研削すると開口９６の端部が変形し或いはバリが発生して開口９６の形状を維持することができない。また、補強部材９４を金属材料とすると壁７５の壁面に形成した電極７６と短絡するので、これを防ぐために金属材料の表面にＳｉＯ2膜９５を形成しなければならず、工数が増加しコストアップの原因となった。また、補強部材９４としての金属箔はインクと接触する。そのため、腐食性のインクを使用すると金属材料が腐食してインクジェットヘッドの耐久性が低下する恐れがあった。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、補強部材の接合が容易で信頼性の高い液体噴射ヘッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の液体噴射ヘッドは、溝を構成する側壁と、前記溝に連通する貫通孔を有し、セラミックス材から成り、前記側壁の下方に設置される補強板と、前記貫通孔に開口するノズルを有し、前記補強板の側壁側とは反対側に設置されるノズルプレートと、前記側壁の壁面に形成される駆動電極と、前記溝に液体を供給する供給口と前記溝から液体を排出する排出口を有し、前記側壁の上方に設置されるカバープレートと、を備えることとした。
【００１２】
また、前記セラミックス材はマシナブルセラミックスから成ることとした。
また、前記カバープレートは、前記側壁の長手方向における端部上面を露出させて前記側壁の上面に設置され、前記端部上面には前記駆動電極に電気的に接続する引出電極が形成されることとした。
また、表面に配線電極が形成されたフレキシブル基板を更に備え、前記フレキシブル基板は前記端部上面に接合され、前記配線電極は前記引出電極に電気的に接続することとした。
【００１３】
また、前記溝と前記供給口の間、及び前記溝と前記排出口の間の各連通部よりも外側の溝を塞ぐ封止材を備えることとした。
また、前記溝は液体吐出用の吐出溝と液体を吐出しないダミー溝を有し、前記吐出溝と前記ダミー溝は交互に配列することとした。
また、前記供給口と前記排出口は、前記吐出溝に対して開口し前記ダミー溝に対して閉止することとした。
【００１４】
本発明の液体噴射装置は、上記いずれか一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、を備えることとした。
【００１５】
本発明の液体噴射ヘッドの製造方法は、圧電体材料を含む基板の表面に側壁により構成される溝を形成する溝形成工程と、前記基板に導電体を堆積して導電膜を形成する導電膜形成工程と、前記導電膜をパターニングして電極を形成する電極形成工程と、前記溝に液体を供給する供給口と前記溝から液体を排出する排出口を有するカバープレートを前記側壁の上面に接合するカバープレート接合工程と、前記基板の裏面を研削し、前記溝を裏面側に開口させる基板研削工程と、前記側壁の下面にセラミックス材から成る補強板を接合する補強板接合工程と、前記補強板にノズルプレートを接合するノズルプレート接合工程と、を備えることとした。
【００１６】
また、前記補強板接合工程の後に前記補強板を研削する補強板研削工程を備えることとした。
また、前記補強板研削工程の前に、前記補強板の前記側壁とは反対側の表面に座繰り部を形成する補強板座繰加工工程を備えることとした。
また、前記ノズルプレートの前記供給口と前記排出口の間の位置に液体を吐出するノズルを形成するノズル形成工程を備えることとした。
【００１７】
また、前記電極形成工程は、前記側壁の壁面に駆動電極を形成するとともに、前記側壁の長手方向における端部上面に前記駆動電極と電気的に接続する引出電極を形成する工程からなることとした。
また、配線電極が形成されたフレキシブル基板を前記端部上面に接合し、前記配線電極と前記引出電極を電気的に接続するフレキシブル基板接合工程を備えることとした。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の液体噴射ヘッドは、溝を構成する側壁と、溝に連通する貫通孔を有し、セラミックス材から成り、側壁の下方に設置される補強板と、貫通孔に開口するノズルを有し、補強板の側壁側とは反対側に設置されるノズルプレートと、側壁の壁面に形成される駆動電極と、溝に液体を供給する供給口と溝から液体を排出する排出口を有し、側壁の上方に設置されるカバープレートと、を備える。補強板としてセラミックス材を使用したので、側壁の変形が液体の圧力変動に変換される変換効率を向上させ、液体及び補強板を介して駆動信号が漏洩することもなく、更にセラミックス材は耐蝕性が高いので腐蝕性インクを使用しても耐久性が低下することの無い液体噴射ヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッドの模式的な縦断面図である。
【図２】本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッドの模式的な分解斜視図である。
【図３】図２の部分ＡＡの模式的な縦断面図である。
【図４】図２の部分ＢＢの模式的な縦断面図である。
【図５】本発明の第三実施形態に係る液体噴射ヘッドの説明図である。
【図６】本発明の第四実施形態に係る液体噴射ヘッドの模式的な縦断面図である。
【図７】本発明の第五実施形態に係る液体噴射ヘッドの模式的な斜視図である。
【図８】本発明の第六実施形態に係る液体噴射装置の模式的な斜視図である。
【図９】本発明の液体噴射ヘッドの基本的な製造方法を表す工程図である。
【図１０】本発明の第七実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法を表す図である。
【図１１】本発明の第七実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法を表す図である。
【図１２】本発明の第七実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法を表す図である。
【図１３】本発明の第七実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法を表す図である。
【図１４】従来から公知のインクジェットヘッドの断面図である。
【図１５】本発明の第八実施形態に係る液体噴射ヘッドの模式的な縦断面図である。
【図１６】本発明の第九実施形態に係る液体噴射ヘッドの模式的な縦断面図である。
【図１７】本発明の第十実施形態に係る液体噴射ヘッドの模式的な縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
＜液体噴射ヘッド＞
（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の模式的な縦断面図であり、本発明に係る液体噴射ヘッド１の基本構成を表す。図１（ａ）が吐出溝５ａに沿った方向の断面図であり、図１（ｂ）が吐出溝５ａに直交する方向の断面図である。図１に示すように、液体噴射ヘッド１は、複数の側壁６、６’と、この複数の側壁６、６’の下方に設置される補強板１７と、この補強板１７の側壁６、６’とは反対側に設置されるノズルプレート４と、複数の側壁６、６’の壁面ＷＳに形成される駆動電極７と、側壁６、６’の上方に設置されるカバープレート１０を備えている。
【００２１】
２つの側壁６、６’は吐出溝５ａを構成する。各側壁６、６’はその一部又は全部が補強板１７の基板面に対して垂直方向に分極された圧電体から成る。駆動電極７は各側壁６の上半分に側壁６を挟むように形成される。補強板１７はセラミックス材から成り、吐出溝５ａに連通する貫通孔１８を有する。ノズルプレート４は補強板１７の貫通孔１８に開口するノズル３を有する。カバープレート１０は、インク等の液体を吐出溝５ａに供給する供給口８と吐出溝５ａから液体を排出する排出口９を有する。
【００２２】
更に、カバープレート１０は、吐出溝５ａの上部開口を閉塞し一方の端部上面を露出させて側壁６、６’の上面に接合される。側壁６、６’の端部上面には駆動電極７に電気的に接続する引出電極１６が形成される。貫通孔１８及びノズル３は吐出溝５ａの長手方向において供給口８と排出口９の略中央に位置する。なお、側壁６、６’の端部上面に引出電極１６を形成して露出させること、また、ノズル３及び貫通孔１８を供給口８と排出口９の略中央の位置に形成することは本発明において必須要件ではない。
【００２３】
液体噴射ヘッド１は次のように動作する。図示しない液体タンクから供給口８にインク等の液体が供給され、吐出溝５ａに流入し、排出口９を介して液体タンクに排出される。つまり液体は循環して吐出溝５ａに供給される。側壁６及び側壁６’のそれぞれを挟む駆動電極７に駆動信号が印加されると、２つの側壁６、６’は厚み滑り変形して垂直方向に対して屈曲する。２つの側壁６、６’は、まず、実線で示すように互いに離れる方向に変位して吐出溝５ａの容積を拡大させ、液体を吐出溝５ａに引き込む。次に、２つの側壁６、６’は、初期位置に戻る、又は一点鎖線で示すように互いに接近する方向に変位して吐出溝５ａの容積を縮小させ、ノズル３から液滴を吐出する。この場合に、２つの側壁６、６’の下端面に補強板１７を設置したので、補強板１７がないときよりも側壁６、６’の下端部が固定されて吐出溝５ａの容積が大きく変化する。そのため、側壁６、６’の厚み滑り変形を吐出溝５ａの液体の圧力変動に変換する変換効率が向上する。
【００２４】
ここで、圧電体基板１５として、基板面の垂直方向に分極処理が施されているＰＺＴセラミックスを使用する。吐出溝５ａは長手方向の端部が傾斜する船型形状を有している。ノズルプレート４はポリイミド膜を使用する。カバープレート１０は圧電体基板１５と同じ材料を使用する。これにより、カバープレート１０と圧電体基板１５とは熱膨張係数が等しく、温度変化に対する信頼性を向上させることができる。
【００２５】
補強板１７としては、マシナブルセラミックス、ＰＺＴセラミックス、酸化シリコン、酸化アルミニウム（アルミナ）、窒化アルミニウム等のセラミックス材を使用することができる。マシナブルセラミックスとしては、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。セラミックス材は、予め貫通孔を形成しておいても研削によりその貫通孔の開口形状が変形することがなく、絶縁性の材料を使用すれば短絡防止のための絶縁膜を形成する必要がない。更に、セラミックス材は耐蝕性が高いので使用できる液体の種類の範囲が広く、例えば腐蝕性の水性インクを使用しても耐久性が低下することがない。特に、マシナブルセラミックスは、研削加工が容易であり、かつ、熱膨張係数を圧電体基板１５、この場合はＰＺＴセラミックスと同等とすることができる。そのため、温度変化に対して圧電体基板１５が反る、或いは割れることがなく、信頼性の高い液体噴射ヘッド１を形成することができる。
【００２６】
（第二実施形態）
図２〜図４は本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッド１を表し、図２が液体噴射ヘッド１の模式的な分解斜視図であり、図３が部分ＡＡの模式的な縦断面図であり、図４は部分ＢＢの模式的な縦断面図である。なお、図３では側壁６の端部上面ＥＪに接合したフレキシブル基板２０を追加記載している。また、図２のＡＡ線は、後に説明するスリット２５ａ及び２５ｂの上部に位置している。
【００２７】
液体噴射ヘッド１は、ノズルプレート４と、セラミックス材から成る補強板１７と、並列に設置した複数の側壁６と、カバープレート１０を積層した積層構造を備える。ノズルプレート４は液体を吐出するためのノズル３を備える。補強板１７はノズル３に対応する位置に貫通孔１８を備える。複数の側壁６は、補強板１７の上方に並列に配列し、深さが一定の複数の溝５を構成する。各側壁６は全部又は一部が圧電材料、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電性セラミックスから成る。圧電性セラミックスは例えば上下方向に分極処理が施される。各側壁６の壁面ＷＳには、側壁６の圧電材料に電界を印加して選択的に変形させるための駆動電極７が形成される。カバープレート１０は、複数の側壁６の上面ＵＳに設置され、複数の溝５に液体を供給する供給口８と溝５から液体を排出する排出口９を備える。カバープレート１０は、複数の側壁６の長手方向における端部上面ＥＪを露出させて側壁６の上面ＵＳに設置される。
【００２８】
複数の溝５は液体が充填される吐出溝５ａと液体が充填されないダミー溝５ｂを含む。吐出溝５ａとダミー溝５ｂは交互に並列に配列する。供給口８と排出口９にはスリット２５ａ、２５ｂがそれぞれ形成される。供給口８と吐出溝５ａはスリット２５ａを介して、吐出溝５ａと排出口９はスリット２５ｂを介してそれぞれ連通する。ダミー溝５ｂに対して供給口８と排出口９は閉止される。更に、吐出溝５ａと供給口８の間、及び吐出溝５ａと排出口９の間の各連通部よりも外側の吐出溝５ａを封止する封止材１１が設置される。図３に示すように、封止材１１は、吐出溝５ａを塞ぐとともに、スリット２５ａおよび２５ｂにかかるまで形成されている。従って、供給口８に供給された液体は、スリット２５ａを介して吐出溝５ａに供給され、更に、スリット２５ｂを介して排出口９に排出され、外部に漏えいしない。一方、ダミー溝５ｂは供給口８及び排出口９に対して閉止されるので液体が充填されない。貫通孔１８及びノズル３は供給口８と排出口９のほぼ中央に位置し、吐出溝５ａに連通する。ノズル３は、ダミー溝５ｂに対応するように形成されても形成されなくてもどちらでも構わない。本実施形態では加工数の減少のためにダミー溝５ｂに対応してノズル３が形成されていない形態を示す。
【００２９】
駆動電極７は、側壁６の壁面ＷＳの上半分であり、側壁６の長手方向における端部まで延設される。各側壁６の端部上面ＥＪには引出電極１６が形成される。引出電極１６は、吐出溝５ａを構成する２つの側壁６の壁面ＷＳに形成される駆動電極７に電気的に接続する共通引出電極１６ｂと、ダミー溝５ｂを構成する２つの側壁６の壁面ＷＳに形成される駆動電極７に電気的に接続する個別引出電極１６ａとを含む。個別引出電極１６ａは２つの側壁６の端部上面ＥＪの端部側に設置され、共通引出電極１６ｂは２つの側壁６の端部上面ＥＪのカバープレート１０側に設置される。
【００３０】
図３に示すように、側壁６の端部上面ＥＪにフレキシブル基板２０が接合される。フレキシブル基板２０の下側の表面には配線電極２１が形成され図示しない駆動回路に接続される。配線電極２１は、共通引出電極１６ｂに電気的に接続する共通配線電極２１ｂと、個別引出電極１６ａに電気的に接続する個別配線電極２１ａとを含む。フレキシブル基板２０の配線電極２１は接合面以外の表面に保護膜２６が形成され、短絡等の発生を防止する。
【００３１】
この液体噴射ヘッド１は次のように動作する。図示しない液体タンク等から供給口８にインク等の液体が供給される。供給された液体はスリット２５ａを介して吐出溝５ａに流入し、スリット２５ｂを介して排出口９に流出し、図示しない液体タンク等へ排出される。そして、個別配線電極２１ａと共通配線電極２１ｂとに駆動信号が与えられ、側壁６を挟む駆動電極７の一方と他方で電位差ができると、側壁６は厚み滑り変形し、吐出溝５ａの容積が瞬間的に変化して内部に充填された液体に圧力が印加され、ノズル３から液滴が吐出される。例えば、引き打ち法では、吐出溝５ａの容積を一旦拡張させて供給口８から液体を引き込み、次に吐出溝５ａの容積を縮小させてノズル３から液体を吐出する。液体噴射ヘッド１とその下部の被記録媒体を移動させて被記録媒体に液滴を描画して記録する。
【００３２】
複数の側壁６とノズルプレート４の間にセラミックス材から成る補強板１７を設置したので、側壁６の変形を吐出溝５ａの液体の圧力変動に変換する変換効率が向上する。更に、絶縁性のセラミックス材を使用すれば、導電性の液体を使用した場合でも駆動信号が補強板１７を介して漏洩せず、腐蝕性の液体を使用しても耐久性が低下することがない。また、セラミックス材の熱膨張係数を側壁６のＰＺＴセラミックスと同等に設定し、温度変化に対する反りや割れのない高信頼性の液体噴射ヘッド１を提供することができる。
【００３３】
本実施形態においては、側壁６の間に形成される溝５の深さを一定とし、供給口８及び排出口９との間の連通部よりも外側の吐出溝５ａを封止材１１により閉止する構造とした。その結果、溝５の研削の際に使用した円盤状のダイシングブレード（ダイヤモンドホイールともいう。）の外形形状が圧電体や基板に残ってデッドスペースとなることを防止することができ、液体噴射ヘッド１の溝５の長手方向の幅を大幅に小さく形成することができる。例えば、溝５の深さを３５０μｍとした場合に、従来法と比べて液体噴射ヘッド１の幅を８ｍｍ〜１２ｍｍ狭く形成することが可能となり、同じ大きさの圧電体基板からの取り個数が増大し、コストダウンを図ることができる。
【００３４】
さらに、封止材１１は、スリット２５ａ、２５ｂの壁面にかかるようにスリット２５ａ、２５ｂの内部に形成されるとともに、スリット２５ａ、２５ｂの壁面から離れるに従いなだらかに傾斜している。その結果、液体の滞留領域を少なくすることができる。つまり、吐出溝５ａや供給口８及び排出口９には、液体が滞留し、液体中の気泡や異物が長時間留まる滞留領域が少ない。例えば、吐出溝５ａに気泡が滞留すると液体を吐出させるための圧力波が気泡により吸収されて、ノズルから液滴を正常に吐出させることができない。このような不良が発生したときは気泡をチャンネル内から迅速に排出させる必要があるが、本実施形態では滞留領域が少ないので気泡を迅速に排出させることができる。
【００３５】
また、図１４に示す従来例では、圧力室７４とＩＣ６６が基板６２の同一面に形成されるので、ＩＣ６６はその上面がカバー部材６４の吐出面よりも突出しないように高さが制限される。これに対し本実施形態においては、側壁６の上面ＵＳの一部である端部上面ＥＪにフレキシブル基板２０を接合し、反対側にノズルプレート４を接合して、液体はフレキシブル基板２０の接合側とは反対側に吐出される。その結果、フレキシブル基板２０の接合部に高さ制限がなく、フレキシブル基板２０を側壁６の上面ＵＳに容易に接合することができるとともに、設計自由度が拡大する。
【００３６】
また、図１４に示す従来例では、全ての圧力室７４にインクが流入し、電極７６や基板６２上の電気配線７７がインクに接触するので、導電性のインクを使用すると駆動信号が漏洩し或いは電極が電気分解する。これを防ぐために全ての電極７６や電気配線７７を酸化膜等の保護膜により覆わなければならない。これに対して、本実施形態においては吐出溝５ａとダミー溝５ｂを交互に並列に配列し、吐出溝５ａには液体が充填されるがダミー溝５ｂには液体が充填されない。駆動の際には吐出溝５ａ側の駆動電極７を全て共通にＧＮＤに接続し、ダミー溝５ｂ側の駆動電極７に駆動信号を選択的に印加する。これにより、導電性の液体を使用する場合でも駆動信号が漏洩せず、液体に両極性の電圧が印加されないので電極の耐久性が向上する。
【００３７】
なお、カバープレート１０はプラスチックやセラミックス等を使用できるが、側壁６と同じ材料、例えばＰＺＴセラミックスを使用すれば、熱膨張係数が側壁６と等しくなり、熱変化に対する耐久性を向上させることができる。ノズルプレート４はプラスチック材料、金属材料、或いはセラミックス等を使用することができる。ノズルプレート４としてポリイミド材料を使用すれば、レーザー光によるノズル３の穴開け加工が容易となる。
【００３８】
また、本実施形態においては封止材１１を供給口８及び排出口９の側の吐出溝５ａに設置したが、本発明はこれに限定されない。封止材１１を、カバープレート１０の両端側から吐出溝５ａに流し込み、カバープレート１０の供給口８及び排出口９よりも外側の吐出溝５ａに封止材１１を充填してもよい。
【００３９】
（第三実施形態）
図５は、本発明の第三実施形態に係る液体噴射ヘッド１を表し、供給口８の長手方向の縦断面に電極配線を付加した説明図である。第二実施形態と異なる点は、両端を除いて溝５を全て吐出溝５ａとした点である。これに伴い、側壁６の上部に設置するカバープレート１０の供給口８及び図示しない排出口は全ての吐出溝５ａに連通する。また、側壁６の下部に設置した補強板１７及びノズルプレート４は吐出溝５ａのそれぞれに連通する貫通孔１８及びノズル３を有する。各貫通孔１８及びノズル３は吐出溝５ａの長手方向において供給口と排出口の略中央に位置する。端子Ｔ０〜Ｔ９のそれぞれは対応する吐出溝５ａの両壁面に形成した駆動電極７に電気的に接続する。
【００４０】
この液体噴射ヘッド１は３サイクル駆動により液滴を吐出する。即ち、端子Ｔ１と端子Ｔ０、端子Ｔ１と端子Ｔ２それぞれの間に駆動信号を印加して端子Ｔ１に対応する吐出溝５ａから液体を吐出させる。次に端子Ｔ２と端子Ｔ１、端子Ｔ２と端子Ｔ３それぞれの間に駆動信号を印加して端子Ｔ２に対応する吐出溝５ａから液体を吐出させる。次に端子Ｔ３と端子Ｔ２、端子Ｔ３と端子Ｔ４それぞれの間に駆動信号を印加して端子Ｔ３に対応する吐出溝５ａから液体を吐出させる。以降これを繰り返す。つまり、隣接する３つの吐出溝５ａを順に繰り返して選択して液体を吐出させる。これにより、第一実施形態の液体噴射ヘッド１よりも高密度に記録することができる。
【００４１】
このように、ノズルプレート４と側壁６の間にセラミックス材から成る補強板１７を設置したので、側壁６の変形が吐出溝５ａの液体の圧力変動に変換される変換効率を向上させることができる。
【００４２】
（第四実施形態）
図６は、本発明の第四実施形態に係る液体噴射ヘッド１を表し、溝５の長手方向に直交する方向の模式的な縦断面図である。第二実施形態と異なる点は、側壁６の構成とその壁面ＷＳに形成した駆動電極７であり、その他は第二実施形態と同様である。従って、以下、主に第二実施形態と異なる部分について説明し、同一の部分は説明を省略する。同一の部分または同一の機能を有する部分については同一の符号を付した。
【００４３】
液体噴射ヘッド１は、ノズルプレート４、補強板１７、側壁６及びカバープレート１０の積層構造を有している。複数の側壁６は深さが一定である複数の溝５を構成し、複数の溝５は交互に並列に配列する吐出溝５ａとダミー溝５ｂからなる。カバープレート１０は、供給口８と図示しない排出口９を有し、供給口８及び排出口９はスリット２５ａ及び図示しないスリット２５ｂを介して吐出溝５ａに連通する。補強板１７は各吐出溝５ａに対応する位置に貫通孔１８を有し、各貫通孔１８は各吐出溝５ａに連通する。ノズルプレート４は各貫通孔１８に対応する位置にノズル３を有し、各ノズル３は各貫通孔１８に連通する。
【００４４】
ここで、側壁６は分極処理が施された圧電体から形成され、側壁６の上半分の側壁６ａの分極方向と下半分の側壁６ｂの分極方向は反対側に向いている。例えば側壁６ａが上向きに分極され、側壁６ｂが下向きに分極される。そして駆動電極７は側壁６ａ及び側壁６ｂの壁面ＷＳの上端から下端に亘って形成される。吐出溝５ａの両駆動電極７をＧＮＤに、吐出溝５ａに隣接する２つのダミー溝５ｂの吐出溝５ａ側の２つの駆動電極７に駆動信号を印加することにより、側壁６を垂直方向に対して屈曲させ、吐出溝５ａ内に充填された液体に圧力波を生じさせてノズル３から液体を吐出させる。電圧を上半分の側壁６ａのみに印加する場合よりも分極方向を逆にして同じ電圧を側壁６ａと側壁６ｂに印加するほうが側壁６の変形量が大きくなるので、同じ変形量を生じさせる場合は本実施形態の方が第二実施形態の場合よりも駆動電圧を低下させることができる。
【００４５】
なお、カバープレート１０を側壁６の長手方向における端部上面が露出するように側壁６の上面に設置し、第二実施形態と同様に、その端部上面に引出電極１６を形成し、その引出電極１６に配線電極２１を形成したフレキシブル基板２０を接合することができる。また、第三実施形態と同様に、溝５を全て吐出溝５ａとし、３サイクル駆動により液滴を吐出させて、高密度に記録することができる。
【００４６】
このように、側壁６とカバープレート１０の間にセラミックス材からなる補強板１７を挿入したので、側壁６の変形を吐出溝５ａの液体の圧力変動に変換する変換効率が向上する。更に、絶縁性のセラミックス材を使用すれば、駆動電極７の下端部が補強板１７に接触しても駆動電極７が他の駆動電極７と短絡することがなく、図１４の従来例のように補強部材９４の圧力室７４側の表面に絶縁膜を形成する必要がない。
【００４７】
（第五実施形態）
図７は本発明の第五実施形態に係る液体噴射ヘッド１の模式的な斜視図である。図７（ａ）は液体噴射ヘッド１の全体斜視図であり、図７（ｂ）は液体噴射ヘッド１の内部斜視図である。
【００４８】
図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、液体噴射ヘッド１はノズルプレート４と補強板１７と複数の側壁６とカバープレート１０と流路部材１４の積層構造を備える。ノズルプレート４と補強板１７と複数の側壁６とカバープレート１０の積層構造は第一〜第四実施形態のいずれかと同じである。ノズルプレート４と補強板１７と側壁６はｙ方向の幅がカバープレート１０と流路部材１４のｙ方向の幅よりも長く、カバープレート１０は側壁６の一方の端部上面ＥＪが露出するように側壁６の上面に接合される。複数の側壁６は、ｘ方向に並列に配列し、隣接する側壁６の間に深さが一定の複数の溝５が形成される。カバープレート１０は複数の溝５に連通する供給口８と排出口９を備える。
【００４９】
流路部材１４は、カバープレート１０側の表面に開口する凹部からなる図示しない液体供給室と液体排出室を備え、カバープレート１０とは反対側の表面に液体供給室と連通する供給継手２７ａと液体排出室と連通する排出継手２７ｂを備える。
【００５０】
各側壁６の壁面には図示しない駆動電極が形成され、当該側壁６の端部上面ＥＪに形成される図示しない引出電極に電気的に接続される。フレキシブル基板２０は端部上面ＥＪに接合されている。フレキシブル基板２０の端部上面ＥＪ側の表面に多数の配線電極が形成され、端部上面ＥＪに形成した引出電極に電気的に接続される。フレキシブル基板２０はその表面に駆動回路としてのドライバＩＣ２８や接続コネクタ２９を備える。ドライバＩＣ２８は、接続コネクタ２９から入力した信号に基づいて側壁６を駆動するための駆動信号を生成し、配線電極と引出電極を介して図示しない駆動電極に供給する。
【００５１】
ベース３０はノズルプレート４、側壁６、カバープレート１０及び流路部材１４の積層体を収納する。ベース３０の下面にノズルプレート４の液体噴射面が露出する。フレキシブル基板２０はベース３０の側面から外部に引き出され、ベース３０の外側面に固定される。ベース３０はその上面に２つの貫通孔を備え、液体供給用の供給チューブ３１ａが一方の貫通孔を貫通して供給継手２７ａに接続し、液体排出用の排出チューブ３１ｂが他方の貫通孔を貫通して排出継手２７ｂに接続する。その他の構成は第一〜第四実施形態のいずれかと同様なので、説明を省略する。
【００５２】
流路部材１４を設け、上方から液体を供給し上方へ液体を排出するように構成するとともに、フレキシブル基板２０にドライバＩＣ２８を実装し、フレキシブル基板２０をｚ方向に折り曲げて立設した。第二〜第四実施形態のいずれかを採用すれば、溝５を形成する際に溝５のｙ方向端部にダイシングブレードの外形形状が残りデッドスペースとなることがないので、ｙ方向の幅を狭く形成できることに加えて、配線周りもコンパクトにまとめることができる。また、ドライバＩＣ２８や側壁６は駆動時に発熱するが、熱はベース３０や流路部材１４を介して内部を流れる液体に伝達される。即ち、被記録媒体の記録用液体を冷却媒体として利用して、内部で発生した熱を効率よく外部に放熱することができる。そのため、ドライバＩＣ２８や側壁６の過熱による駆動能力の低下を防止することができる。また、吐出溝内を液体が循環するので、気泡が混入した場合でもその気泡を外部に迅速に排出でき、無駄に液体を使用せず、記録不良による被記録媒体の無駄な消費を抑制することができる。これにより、信頼性の高い液体噴射ヘッド１を提供することが可能となる。
【００５３】
＜液体噴射装置＞
（第六実施形態）
図８は本発明の第六実施形態に係る液体噴射装置２の模式的な斜視図である。液体噴射装置２は、液体噴射ヘッド１、１’を往復移動させる移動機構４０と、液体噴射ヘッド１、１’に液体を供給する流路部３５、３５’と、流路部３５、３５’に液体を供給する液体ポンプ３３、３３’及び液体タンク３４、３４’を備えている。各液体噴射ヘッド１、１’は複数の吐出溝を備え、各吐出溝に連通するノズルから液滴を吐出する。液体噴射ヘッド１、１’は既に説明した第一〜第五実施形態のいずれかを使用する。
【００５４】
液体噴射装置２は、紙等の被記録媒体４４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４４に液体を吐出する液体噴射ヘッド１、１’と、液体噴射ヘッド１、１’を載置するキャリッジユニット４３と、液体タンク３４、３４’に貯留した液体を流路部３５、３５’に押圧して供給する液体ポンプ３３、３３’と、液体噴射ヘッド１、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４０を備えている。図示しない制御部は液体噴射ヘッド１、１’、移動機構４０、搬送手段４１、４２を制御して駆動する。
【００５５】
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４４を主走査方向に搬送する。移動機構４０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４３と、キャリッジユニット４３を連結し副走査方向に移動させる無端ベルト３８と、この無端ベルト３８を図示しないプーリを介して周回させるモータ３９を備えている。
【００５６】
キャリッジユニット４３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３４、３４’は対応する色の液体を貯留し、液体ポンプ３３、３３’、流路部３５、３５’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４３を駆動するモータ３９の回転及び被記録媒体４４の搬送速度を制御することにより、被記録媒体４４上に任意のパターンを記録することできる。
【００５７】
＜液体噴射ヘッドの製造方法＞
次に本発明に係る液体噴射ヘッドの製造方法について説明する。図９は、本発明の液体噴射ヘッドの基本的な製造方法を表す工程図である。まず、圧電体基板又は圧電体基板と絶縁体基板を積層した基板、或いは分極方向が反対側を向いた２枚の圧電体基板を接合した基板を準備し、その表面に複数の溝を形成する（溝形成工程Ｓ１）。圧電体基板はＰＺＴセラミックスを使用することができる。次に、溝が形成された基板の表面に導電体を堆積する（導電膜形成工程Ｓ２）。導電体として金属材料を用い、蒸着法、スパッタリング法、めっき法等により堆積して導電膜を形成する。その後、導電膜をパターニングして電極を形成する（電極形成工程Ｓ３）。電極は、側壁の壁面に駆動電極を、側壁の上面に引出電極を形成する。パターニングはフォトリソグラフィー及びエッチング工程、リフトオフ工程、或いはレーザー光を照射して導電膜を局所的に除去して電極パターンを形成する。
【００５８】
次に、基板の表面、即ち複数の側壁の上面にカバープレートを接合する（カバープレート接合工程Ｓ４）。接合は接着剤を用いることができる。カバープレートには予め表面から裏面に貫通し、複数の溝に連通する供給口と排出口を形成しておく。カバープレートは接合する基板と同じ材料、例えばＰＺＴセラミックスを使用することができる。基板とカバープレートの熱膨張係数を等しくすれば剥がれや亀裂が発生し難く、耐久性を向上させることができる。次に、基板の表面とは反対側の裏面を研削し、複数の溝を裏面側に開口させる（基板研削工程Ｓ５）。溝が開口することにより溝を分離する側壁は分離されるが、上面側にカバープレートが接合しているので、ばらばらに脱落することがない。次に、複数の側壁の下面にセラミックス材から成る補強板を接合する（補強板接合工程Ｓ６）。溝に対応する位置に予め貫通孔を形成した補強板を側壁の下面に接合し、その後研削して補強板を薄板化することができる。次に、補強板の外面にノズルプレートを接合する（ノズルプレート接合工程Ｓ７）。
【００５９】
本発明の製造方法によれば、補強板としてセラミックス材を使用したので高い位置精度で接合することができる。絶縁性のセラミックス材を使用すれば駆動信号が漏洩することがない。また、セラミックス材は耐蝕性が高いので腐蝕性インクを使用しても耐久性が低下することがない。以下、本発明について実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００６０】
（第七実施形態）
図１０〜図１３は本発明の第七実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法を表す図である。図１０が液体噴射ヘッドの製造方法を表す工程図であり、図１１〜図１３が各工程の説明図である。本実施形態では図９に示す溝形成工程Ｓ１〜ノズルプレート接合工程Ｓ７の基本工程に、リフトオフ法により電極を形成するための樹脂パターン形成工程Ｓ０１、補強板に座繰り加工を施す補強材座繰加工工程Ｓ６０、側壁の下面に接合した補強板を研削する補強板研削工程Ｓ６１、ノズルプレートにノズルを形成するノズル形成工程Ｓ７１、吐出溝を封止材により閉止する封止材設置工程Ｓ７２、フレキシブル基板を端部上面ＥＪに接合するフレキシブル基板接合工程Ｓ７３、カバープレートの上面に流路部材を接合する流路部材接合工程Ｓ７４を付加した。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ている。
【００６１】
図１１（ａ）は、圧電体基板１５の縦断面図である。圧電体基板１５としてＰＺＴセラミックスを使用し基板垂直方向に分極処理を施した。図１１（ｂ）は、圧電体基板１５の上面ＵＳに感光性樹脂２２、例えばレジストを塗布又は貼り付け、パターニングする樹脂パターン形成工程Ｓ０１の説明図である。電極形成用の導電体を残す領域からは感光性樹脂２２を除去し、導電体を残さない領域には感光性樹脂２２を残す。
【００６２】
図１１（ｃ）及び（ｄ）は、圧電体基板１５の表面にダイシングブレード２３により複数の溝５を形成する溝形成工程Ｓ１の説明図である。図１１（ｃ）がダイシングブレード２３を横方向から見た図であり、図１１（ｄ）がダイシングブレード２３の移動方向から見た図である。吐出溝５ａとダミー溝５ｂを交互に並列に研削し吐出溝５ａとダミー溝５ｂの間に側壁６を介在させる。溝５は一定の深さ、例えば３００μｍ〜３５０μｍの深さに、吐出溝５ａ及びダミー溝５ｂを３０μｍ〜１００μｍの幅に形成する。
【００６３】
図１１（ｅ）及び（ｆ）は、斜め蒸着法により溝５が開口する側の圧電体基板１５の表面に導電体を堆積して導電膜３２を形成する導電膜形成工程Ｓ２の説明図であり、図１１（ｄ）に示す圧電体基板１５を上下反転させた。圧電体基板１５の上面ＵＳを下方に向けて、溝５の長手方向に直交し、圧電体基板１５の上面ＵＳの法線に対して傾斜角（−θ）と傾斜角（＋θ）の方向から導電体を蒸着する。これにより、側壁６の両壁面の上面ＵＳ側の上半分と上面ＵＳに導電体を堆積して導電膜３２を形成する。導電体としてＡｌ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ａｇ、Ｎｉ等の金属を使用することができる。斜め蒸着法によれば、溝５の深さ方向に所望の導電膜３２を形成することができるため、側壁６の壁面ＷＳに堆積した導電膜３２のパターニングを行う必要がない。
【００６４】
図１１（ｇ）は、リフトオフ法により導電膜３２をパターニングして電極を形成する電極形成工程Ｓ３の説明図であり、図１１（ｆ）に示す圧電体基板１５を上下反転させた。圧電体基板１５の上面ＵＳから感光性樹脂２２と感光性樹脂２２上の導電膜３２を除去し、溝５の壁面に駆動電極７を形成し、側壁６の上面ＵＳに図示しない引出電極を形成する。なお、導電膜３２のパターニングは、導電膜形成工程Ｓ２の後にフォトリソグラフィー及びエッチング法により、或いはレーザー光により行うことができるが、上記のリフトオフ法のほうが簡便にパターニングすることができる。
【００６５】
図１２（ｈ）は、圧電体基板１５の表面（上面ＵＳ）にカバープレート１０を接合するカバープレート接合工程Ｓ４の説明図である。カバープレート１０には予め供給口８と排出口９とスリット２５を形成しておく。カバープレート１０を圧電体基板１５の表面（上面ＵＳ）に圧電体基板１５の端部上面が露出するように接着剤により接合する。接合の際にスリット２５を吐出溝５ａに連通させ、ダミー溝５ｂに対して供給口８及び排出口９を閉止させる。カバープレート１０は圧電体基板１５とほぼ等しい熱膨張係数を有す材料を使用することが好ましい。本実施形態においてはカバープレート１０としてＰＺＴセラミックスを使用した。
【００６６】
図１２（ｉ）は、圧電体基板１５の表面とは反対側の裏面を研削し、溝５を裏面側に開口させる基板研削工程Ｓ５の説明図である。研削盤又は研磨定盤を用いて圧電体基板１５を裏面側から研削し、各吐出溝５ａ及びダミー溝５ｂを裏面側に開口させる。これにより各側壁６は互いに分離されるが、各側壁６の上面ＵＳがカバープレート１０に接着されているので、崩落することはない。
【００６７】
図１２（ｊ）は、セラミックス材から成る補強板１７の表面に座繰り部３４を形成する補強板座繰加工工程Ｓ６０の後に、その座繰り部３４に貫通孔１８を形成した状態を表す。セラミックス板に直径が数１０μｍ〜１００μｍで深さが２００μｍ以上の細孔を吐出溝５ａの位置に合わせて多数形成することは極めて難しい。そこで、例えば０．２ｍｍ〜１ｍｍ程度の厚さのセラミックス板（補強板１７）を用意し、複数の吐出溝５ａに対応する位置にサンドブラストにより底厚を０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ程度残して座繰り部３４を形成する。そして、サンドブラスト等により座繰り部３４の底部に貫通孔１８を形成し、この補強板１７を、座繰り部３４を外側に（側壁６とは反対側に）して圧電体基板１５の裏面側に接合する。
【００６８】
図１２（ｋ）は、圧電体基板１５の裏面側に補強板１７を接合した補強板接合工程Ｓ６の説明図である。補強板１７は圧電体基板１５、即ち側壁６の裏面側に接着剤により接合した。補強板１７にはカバープレート１０の供給口８と排出口９の略中央の位置に吐出溝５ａに連通する貫通孔１８を設け、貫通孔１８の下面には貫通孔１８に連通する座繰り部３４を設けている。側壁６及び圧電体基板１５の下面に補強板１７を接着剤により接合する前に補強板１７に貫通孔１８を開けておけば、接合の際に貫通孔１８から接着剤を逃がすことができる。これにより、余分な接着剤を除去して補強板１７を側壁６の下面に平坦に接合することが可能となる。
【００６９】
図１２（ｌ）は、補強板１７の下面を研削して補強板１７を薄膜化する補強板研削工程Ｓ６１の説明図である。研削盤又は研磨定盤を用いて補強板１７を薄膜化し、座繰り部３４を除去する。補強板１７の厚さを５０μｍ〜１００μｍとする。１００μｍ以上とすると貫通孔１８の側壁等に気泡が付着しやすくなり、薄すぎると取り扱い難くなる。
【００７０】
図１２（ｍ）は、補強板１７の側壁６とは反対側にノズルプレート４を接合するノズルプレート接合工程Ｓ７の説明図である。ノズルプレート４はポリイミド膜を使用した。ノズルプレート４には、補強板１７の貫通孔１８の位置にノズル３を設ける（ノズル形成工程Ｓ７１）。ノズル３はノズルプレート４を補強板１７に接合する前に形成してもよいし、接合した後に形成してもよい。補強板１７に接合した後にノズル３を形成すれば位置合わせが容易となる。ノズル３は外側からレーザー光を照射して形成する。
【００７１】
図１３（ｎ）は、供給口８及び排出口９との間の連通部よりも外側の吐出溝５ａを閉止する封止材１１を設置した封止材設置工程Ｓ７２の説明図である。封止材１１により吐出溝５ａを塞いで液体が外部に漏えいすることを防止する。図１３（ｎ）では封止材１１を供給口８及び排出口９側に設けているが、封止材１１はカバープレート１０の端部側に設けてもよい。なお、図１３（ｎ）に示すように、側壁６（圧電体基板１５）の端部上面ＥＪには引出電極１６が形成され、個別引出電極１６ａが側壁６（圧電体基板１５）の端部側に、共通引出電極１６ｂがカバープレート１０の端部側に設置されている。
【００７２】
図１３（ｏ）は、端部上面ＥＪのフレキシブル基板２０を接合したフレキシブル基板接合工程Ｓ７３の説明図である。フレキシブル基板２０には予め個別配線電極２１ａと共通配線電極２１ｂから成る配線電極２１を形成しておく。個別配線電極２１ａと個別引出電極１６ａが電気的に接続し、共通配線電極２１ｂと共通引出電極１６ｂが電気的に接続するようにフレキシブル基板２０を圧電体基板１５の端部上面ＥＪに接合する。配線電極２１と引出電極１６とは例えば異方性導電体を介して接着する。フレキシブル基板２０上の配線電極２１は接合領域以外の領域が保護膜２６により覆われ、保護されている。また、フレキシブル基板２０を液体が吐出されるノズルプレート４の側とは反対側の端部上面ＥＪに接合したので接合部の厚さに制限がなく、設計自由度が拡大する。
【００７３】
図１３（ｐ）は、流路部材１４をカバープレート１０の上面に接合した流路部材接合工程Ｓ７４の説明図である。流路部材１４には予め供給流路３３ａ及び供給流路３３ａに連通する供給継手２７ａと、排出流路３３ｂ及び排出流路３３ｂに連通する排出継手２７ｂを形成しておく。接合の際に、流路部材１４の供給流路３３ａをカバープレート１０の供給口８に、流路部材１４の排出流路３３ｂをカバープレート１０の排出口９に合わせる。流路部材１４の供給継手２７ａ及び排出継手２７ｂを流路部材１４の上面に設置したので、配管を集約しコンパクトに構成することができる。
【００７４】
なお、本発明に係る液体噴射ヘッド１の製造方法は、吐出溝５ａとダミー溝５ｂを交互に並列して形成することに限定されず、全ての溝５を吐出溝５ａとし、ノズル３及び貫通孔１８をそれぞれの吐出溝５ａに対応させて形成してもよい。また、側壁６は分極方向が互いに逆向きの積層された圧電体を使用し、駆動電極７を側壁６の壁面ＷＳの上端から下端の全面に形成する構成としてもよい。また、上記各工程の順番通りとする必要はなく、例えば、ノズルプレート４と補強板１７を予め貼り合わせて積層構造とし、次に側壁６及び圧電体基板１５の下面にその積層体を接合してもよい。また、溝５を深さの一定なストレートの溝とすることに代えて第一実施形態のように船型の溝としてもよい。その場合は封止材設置工程Ｓ７２が不要となる。
【００７５】
（第八実施形態）
図１５は、本発明の第八実施形態に係る液体噴射ヘッド１の模式的な縦断面図であり、具体的には吐出溝５ａに沿った方向の断面図である。第一実施形態と異なる点は、貫通孔１１８の幅Ｐ１をカバープレート１０の供給口８の内側面Ｐａから排出口９の内側面Ｐｂの幅と同一にした点である。この特徴以外は、第一実施形態と同一であるため、詳細な説明は省略する。
【００７６】
貫通孔１１８の側面Ｐａ’は、供給口８の内側面Ｐａに対応する。側面Ｐａ’は、内側面Ｐａの真下に位置する。貫通孔１１８の側面Ｐｂ’は、排出口９の内側面Ｐｂに対応する。側面Ｐｂ’は、内側面Ｐｂの真下に位置する。貫通孔１１８の幅Ｐ１は、内側面Ｐａから内側面Ｐｂの幅と同じ幅である。
【００７７】
第八実施形態は、このような構成を有することによって、供給口８から吐出溝５ａを介して排出口８にインクが流れる際に、インクの流れが貫通孔１１８に付着した気泡を取り去ることができるので、吐出溝５ａから効果的に気泡を排出することができる。この現象は、第一実施形態に比較して貫通孔１１８の幅Ｐ１を拡大したことにより、インクの流れが貫通孔１１８の気泡に与える影響を大きくすることができたため発生している。なお、この第八実施形態は溝５が徐々に深くなる形状を有する第一実施形態と比較して述べたが、第二実施形態に示した圧電体基板１５の一端から他端まで溝５を形成し封止材１１で封止する構成でも採用することができる。
【００７８】
（第九実施形態）
図１６は、本発明の第九実施形態に係る液体噴射ヘッド１の模式的な縦断面図であり、具体的には吐出溝５ａに沿った方向の断面図である。第一実施形態と異なる点は、貫通孔２１８の幅Ｐ２をカバープレート１０の供給口８の外側面Ｐｃから排出口９の外側面Ｐｄの幅と同一にした点である。また、第九実施懈怠の貫通孔２１８の幅Ｐ２は、第八実施形態の貫通孔１１８の幅Ｐ１よりも広い。この特徴以外は、第一実施形態と同一であるため、詳細な説明は省略する。
【００７９】
貫通孔２１８の側面Ｐｃ’は、供給口８の外側面Ｐｃに対応する。側面Ｐｃ’は、外側面Ｐｃの真下に位置する。貫通孔２１８の側面Ｐｄ’は、排出口９の外側面Ｐｄに対応する。側面Ｐｄ’は、外側面Ｐｄの真下に位置する。貫通孔２１８の幅Ｐ１は、外側面Ｐｃから外側面Ｐｄの幅と同じ幅である。
【００８０】
第九実施形態は、このような構成を有することによって、供給口８から吐出溝５ａを介して排出口８にインクが流れる際に、インクの流れが貫通孔２１８に付着した気泡を取り去ることができるので、吐出溝５ａから効果的に気泡を排出することができる。この現象は、第一実施形態に比較して貫通孔２１８の幅Ｐ２を拡大したことにより、インクの流れが貫通孔２１８の気泡に与える影響を大きくすることができたため発生している。さらに、供給口８と排出口９の図面下側まで貫通孔２１８が形成されているため、インクの流れによる気泡除去効果を受けやすくすることができる。結果、より効果的に貫通孔２１８に滞留する気泡を排出することができる。なお、この第九実施形態は溝５が徐々に深くなる形状を有する第一実施形態と比較して述べたが、第二実施形態に示した圧電体基板１５の一端から他端まで溝５を形成し封止材１１で封止する構成でも採用することができる。
【００８１】
（第十実施形態）
図１７は、本発明の第十実施形態に係る液体噴射ヘッド１の模式的な縦断面図であり、具体的には吐出溝５ａに沿った方向の断面図である。第一実施形態と異なる点は、貫通孔３１８の壁面Ｑ２を圧電体基板１５に形成される吐出溝５ａの壁面Ｑ１に沿って連続的な壁面となるように形成した点にある。この特徴以外は、第一実施形態と同一であるため、詳細な説明は省略する。
【００８２】
第十実施形態は、このような構成を有することによって、供給口８から吐出溝５ａを介して排出口８にインクが流れる際に、インクの流れが貫通孔３１８に付着した気泡を取り去ることができるので、吐出溝５ａから効果的に気泡を排出することができる。この現象は、第一実施形態に比較して貫通孔３１８の壁面Ｑ２を吐出溝５ａの壁面Ｑ１と連続するように形成したことにより、インクの流れが貫通孔３１８の気泡に与える影響を大きくすることができたため発生している。
【００８３】
なお図１７では、壁面Ｑ１が吐出溝５ａの深さ方向に徐々に深くなるなだらかな形状であるため、壁面Ｑ２もノズル３に向かって徐々に深くなるなだらかな形状としたが、Ｑ２をＱ１と連続的に形成するという意味は、これに限られるものではない。つまり、壁面Ｑ１の傾斜形状がどのような形状であっても、壁面Ｑ１と壁面Ｑ２の接続点が連続的に繋がっていれば該当するものとする。
【符号の説明】
【００８４】
１ 液体噴射ヘッド
２ 液体噴射装置
３ ノズル
４ ノズルプレート
５ 溝、５ａ 吐出溝、５ｂ ダミー溝
６ 側壁
７ 駆動電極
８ 供給口
９ 排出口
１０ カバープレート
１１ 封止材
１４ 流路部材
１５ 圧電体基板
１６ 引出電極、１６ａ 個別引出電極、１６ｂ 共通引出電極
１７ 補強板
１８ 貫通孔
２０ フレキシブル基板
２１ 配線電極、２１ａ 個別配線電極、２１ｂ 共通配線電極
【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、これを用いた液体噴射装置、及び液体噴射ヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、記録紙等にインク滴を吐出して文字、図形を描画する、或いは素子基板の表面に液体材料を吐出して機能性薄膜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、チャンネルに充填したインクや液体材料をチャンネルに連通するノズルから吐出させる。インクの吐出の際には、液体噴射ヘッドや噴射した液体を記録する被記録媒体を移動させて、文字や図形を記録する、或いは所定形状の機能性薄膜を形成する。
【０００３】
特許文献１には、圧電体材料から成るシートに多数の溝からなるインクチャンネルを形成したインクジェットヘッド１００が記載されている。図１４は特許文献１の図２に記載されるインクジェットヘッド６０の断面図である。インクジェットヘッド６０は、基板６２と圧電部材６５とカバー部材６４の積層構造を有する。基板６２の中央に供給口８１が形成され、供給口８１を挟むように排出口８２が形成される。基板６２の表面には圧電部材６５と枠部材６３が接着され、その上面にカバー部材６４が接着される。
【０００４】
圧電部材６５は互いに分極方向を対向させた２枚の圧電板７３が張り合わされて形成される。圧電部材６５には副走査方向（紙面に平行方向）に延びた複数本の微細な溝が切削形成され、主走査方向（紙面に垂直方向）に等間隔で並んだ複数の圧力室７４が形成される。圧力室７４（チャンネル）は隣接する一対の壁７５により区画され、一対の壁７５の対面する側面とその間の底部に連続して電極７６が形成され、更に基板６２の表面に形成される電気配線７７を介してＩＣ６６に電気的に接続される。カバー部材６４はフィルム９２と補強部材９４が接着剤を介して貼り合わされ、補強部材９４を圧電部材６５側にして圧電部材６５及び枠部材６３に接着される。補強部材９４及びフィルム９２には各圧力室７４に対応する開口９６及びノズル７２が形成される。
【０００５】
インクは基板６２の中央の供給口８１から供給され、複数の圧力室７４に流れ、更にインク室９０に流れて排出口８２から排出される。そして、ＩＣ６６から駆動パルスが電気配線７７を介して圧力室７４を挟む一対の壁７５の電極７６に印加されると、一対の壁７５はシェアーモード変形して湾曲するように離反し、次に初期位置に復帰して圧力室７４内の圧力を高める。これに伴ってノズル７２からインク滴が吐出される。
【０００６】
ここで、カバー部材６４のフィルム９２はポリイミドフィルムが使用され、補強部材９４はＳＵＳ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ等の金属箔が使用されている。カバー部材６４としてポリイミドフィルム９２の単層とした場合に、ポリイミドフィルムはレーザー光によるノズル７２の形成が容易であるが、金属などよりも剛性が小さいので、壁７５をシェアーモード変形させたときにフィルムが伸びてしまう。そのために、圧力室７４内に充填されたインクに効率よく圧力を伝達できない。そこで、カバー部材６４としてポリイミドフィルム９２とこのポリイミドフィルム９２よりも大きな剛性を有する金属箔を貼り合わせた。これにより、壁７５をシェアーモード変形させたときに壁７５の上端部を固定することができ、インク滴を吐出させる際の圧力損失を無くすことができる、というものである。なお、ポリイミドフィルム９２は厚さが５０μｍであり、補強部材９４としての金属箔は厚さが５０μｍ〜１００μｍである。また、壁７５の壁面に形成した電極７６と補強部材９４の金属箔が短絡しないようにするために金属箔の電極７６側の表面にＳｉＯ2膜９５を形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１９６１２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、インクジェットヘッドの吐出面は通常数１０ｍｍ以上の長さがある。厚さが５０μｍ〜１００μｍで外径が数１０ｍｍ以上の大きさの金属箔は反りやすく、接着剤を介して壁７５の上端面に平坦に貼り付けるのが困難である。また、厚さ５０μｍのポリイミドフィルム９２とこの金属箔とを接着剤を介在して貼り合わせる際に反りを無くすことも難しい。
【０００９】
そこで、厚い金属板を壁７５の上端面に先に貼り付け、その後金属板を上記厚さに研削して金属箔とする方法が考えられる。この場合は、金属板に先に開口９６を形成しておき、この金属板を研削して薄膜化することになる。しかし、金属板を研削すると開口９６の端部が変形し或いはバリが発生して開口９６の形状を維持することができない。また、補強部材９４を金属材料とすると壁７５の壁面に形成した電極７６と短絡するので、これを防ぐために金属材料の表面にＳｉＯ2膜９５を形成しなければならず、工数が増加しコストアップの原因となった。また、補強部材９４としての金属箔はインクと接触する。そのため、腐食性のインクを使用すると金属材料が腐食してインクジェットヘッドの耐久性が低下する恐れがあった。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、補強部材の接合が容易で信頼性の高い液体噴射ヘッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の液体噴射ヘッドは、溝を構成する側壁と、前記溝に連通する貫通孔を有し、セラミックス材から成り、前記側壁の下方に設置される補強板と、前記貫通孔に開口するノズルを有し、前記補強板の側壁側とは反対側に設置されるノズルプレートと、前記側壁の壁面に形成される駆動電極と、前記溝に液体を供給する供給口と前記溝から液体を排出する排出口を有し、前記側壁の上方に設置されるカバープレートと、を備えることとした。
【００１２】
また、前記セラミックス材はマシナブルセラミックスから成ることとした。
また、前記カバープレートは、前記側壁の長手方向における端部上面を露出させて前記側壁の上面に設置され、前記端部上面には前記駆動電極に電気的に接続する引出電極が形成されることとした。
また、表面に配線電極が形成されたフレキシブル基板を更に備え、前記フレキシブル基板は前記端部上面に接合され、前記配線電極は前記引出電極に電気的に接続することとした。
【００１３】
また、前記溝と前記供給口の間、及び前記溝と前記排出口の間の各連通部よりも外側の溝を塞ぐ封止材を備えることとした。
また、前記溝は液体吐出用の吐出溝と液体を吐出しないダミー溝を有し、前記吐出溝と前記ダミー溝は交互に配列することとした。
また、前記供給口と前記排出口は、前記吐出溝に対して開口し前記ダミー溝に対して閉止することとした。
【００１４】
本発明の液体噴射装置は、上記いずれか一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、を備えることとした。
【００１５】
本発明の液体噴射ヘッドの製造方法は、圧電体材料を含む基板の表面に側壁により構成される溝を形成する溝形成工程と、前記基板に導電体を堆積して導電膜を形成する導電膜形成工程と、前記導電膜をパターニングして電極を形成する電極形成工程と、前記溝に液体を供給する供給口と前記溝から液体を排出する排出口を有するカバープレートを前記側壁の上面に接合するカバープレート接合工程と、前記基板の裏面を研削し、前記溝を裏面側に開口させる基板研削工程と、前記側壁の下面にセラミックス材から成る補強板を接合する補強板接合工程と、前記補強板にノズルプレートを接合するノズルプレート接合工程と、を備えることとした。
【００１６】
また、前記補強板接合工程の後に前記補強板を研削する補強板研削工程を備えることとした。
また、前記補強板研削工程の前に、前記補強板の前記側壁とは反対側の表面に座繰り部を形成する補強板座繰加工工程を備えることとした。
また、前記ノズルプレートの前記供給口と前記排出口の間の位置に液体を吐出するノズルを形成するノズル形成工程を備えることとした。
【００１７】
また、前記電極形成工程は、前記側壁の壁面に駆動電極を形成するとともに、前記側壁の長手方向における端部上面に前記駆動電極と電気的に接続する引出電極を形成する工程からなることとした。
また、配線電極が形成されたフレキシブル基板を前記端部上面に接合し、前記配線電極と前記引出電極を電気的に接続するフレキシブル基板接合工程を備えることとした。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の液体噴射ヘッドは、溝を構成する側壁と、溝に連通する貫通孔を有し、セラミックス材から成り、側壁の下方に設置される補強板と、貫通孔に開口するノズルを有し、補強板の側壁側とは反対側に設置されるノズルプレートと、側壁の壁面に形成される駆動電極と、溝に液体を供給する供給口と溝から液体を排出する排出口を有し、側壁の上方に設置されるカバープレートと、を備える。補強板としてセラミックス材を使用したので、側壁の変形が液体の圧力変動に変換される変換効率を向上させ、液体及び補強板を介して駆動信号が漏洩することもなく、更にセラミックス材は耐蝕性が高いので腐蝕性インクを使用しても耐久性が低下することの無い液体噴射ヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッドの模式的な縦断面図である。
【図２】本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッドの模式的な分解斜視図である。
【図３】図２の部分ＡＡの模式的な縦断面図である。
【図４】図２の部分ＢＢの模式的な縦断面図である。
【図５】本発明の第三実施形態に係る液体噴射ヘッドの説明図である。
【図６】本発明の第四実施形態に係る液体噴射ヘッドの模式的な縦断面図である。
【図７】本発明の第五実施形態に係る液体噴射ヘッドの模式的な斜視図である。
【図８】本発明の第六実施形態に係る液体噴射装置の模式的な斜視図である。
【図９】本発明の液体噴射ヘッドの基本的な製造方法を表す工程図である。
【図１０】本発明の第七実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法を表す図である。
【図１１】本発明の第七実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法を表す図である。
【図１２】本発明の第七実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法を表す図である。
【図１３】本発明の第七実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法を表す図である。
【図１４】従来から公知のインクジェットヘッドの断面図である。
【図１５】本発明の第八実施形態に係る液体噴射ヘッドの模式的な縦断面図である。
【図１６】本発明の第九実施形態に係る液体噴射ヘッドの模式的な縦断面図である。
【図１７】本発明の第十実施形態に係る液体噴射ヘッドの模式的な縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
＜液体噴射ヘッド＞
（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の模式的な縦断面図であり、本発明に係る液体噴射ヘッド１の基本構成を表す。図１（ａ）が吐出溝５ａに沿った方向の断面図であり、図１（ｂ）が吐出溝５ａに直交する方向の断面図である。図１に示すように、液体噴射ヘッド１は、複数の側壁６、６’と、この複数の側壁６、６’の下方に設置される補強板１７と、この補強板１７の側壁６、６’とは反対側に設置されるノズルプレート４と、複数の側壁６、６’の壁面ＷＳに形成される駆動電極７と、側壁６、６’の上方に設置されるカバープレート１０を備えている。
【００２１】
２つの側壁６、６’は吐出溝５ａを構成する。各側壁６、６’はその一部又は全部が補強板１７の基板面に対して垂直方向に分極された圧電体から成る。駆動電極７は各側壁６の上半分に側壁６を挟むように形成される。補強板１７はセラミックス材から成り、吐出溝５ａに連通する貫通孔１８を有する。ノズルプレート４は補強板１７の貫通孔１８に開口するノズル３を有する。カバープレート１０は、インク等の液体を吐出溝５ａに供給する供給口８と吐出溝５ａから液体を排出する排出口９を有する。
【００２２】
更に、カバープレート１０は、吐出溝５ａの上部開口を閉塞し一方の端部上面を露出させて側壁６、６’の上面に接合される。側壁６、６’の端部上面には駆動電極７に電気的に接続する引出電極１６が形成される。貫通孔１８及びノズル３は吐出溝５ａの長手方向において供給口８と排出口９の略中央に位置する。なお、側壁６、６’の端部上面に引出電極１６を形成して露出させること、また、ノズル３及び貫通孔１８を供給口８と排出口９の略中央の位置に形成することは本発明において必須要件ではない。
【００２３】
液体噴射ヘッド１は次のように動作する。図示しない液体タンクから供給口８にインク等の液体が供給され、吐出溝５ａに流入し、排出口９を介して液体タンクに排出される。つまり液体は循環して吐出溝５ａに供給される。側壁６及び側壁６’のそれぞれを挟む駆動電極７に駆動信号が印加されると、２つの側壁６、６’は厚み滑り変形して垂直方向に対して屈曲する。２つの側壁６、６’は、まず、実線で示すように互いに離れる方向に変位して吐出溝５ａの容積を拡大させ、液体を吐出溝５ａに引き込む。次に、２つの側壁６、６’は、初期位置に戻る、又は一点鎖線で示すように互いに接近する方向に変位して吐出溝５ａの容積を縮小させ、ノズル３から液滴を吐出する。この場合に、２つの側壁６、６’の下端面に補強板１７を設置したので、補強板１７がないときよりも側壁６、６’の下端部が固定されて吐出溝５ａの容積が大きく変化する。そのため、側壁６、６’の厚み滑り変形を吐出溝５ａの液体の圧力変動に変換する変換効率が向上する。
【００２４】
ここで、圧電体基板１５として、基板面の垂直方向に分極処理が施されているＰＺＴセラミックスを使用する。吐出溝５ａは長手方向の端部が傾斜する船型形状を有している。ノズルプレート４はポリイミド膜を使用する。カバープレート１０は圧電体基板１５と同じ材料を使用する。これにより、カバープレート１０と圧電体基板１５とは熱膨張係数が等しく、温度変化に対する信頼性を向上させることができる。
【００２５】
補強板１７としては、マシナブルセラミックス、ＰＺＴセラミックス、酸化シリコン、酸化アルミニウム（アルミナ）、窒化アルミニウム等のセラミックス材を使用することができる。マシナブルセラミックスとしては、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。セラミックス材は、予め貫通孔を形成しておいても研削によりその貫通孔の開口形状が変形することがなく、絶縁性の材料を使用すれば短絡防止のための絶縁膜を形成する必要がない。更に、セラミックス材は耐蝕性が高いので使用できる液体の種類の範囲が広く、例えば腐蝕性の水性インクを使用しても耐久性が低下することがない。特に、マシナブルセラミックスは、研削加工が容易であり、かつ、熱膨張係数を圧電体基板１５、この場合はＰＺＴセラミックスと同等とすることができる。そのため、温度変化に対して圧電体基板１５が反る、或いは割れることがなく、信頼性の高い液体噴射ヘッド１を形成することができる。
【００２６】
（第二実施形態）
図２〜図４は本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッド１を表し、図２が液体噴射ヘッド１の模式的な分解斜視図であり、図３が部分ＡＡの模式的な縦断面図であり、図４は部分ＢＢの模式的な縦断面図である。なお、図３では側壁６の端部上面ＥＪに接合したフレキシブル基板２０を追加記載している。また、図２のＡＡ線は、後に説明するスリット２５ａ及び２５ｂの上部に位置している。
【００２７】
液体噴射ヘッド１は、ノズルプレート４と、セラミックス材から成る補強板１７と、並列に設置した複数の側壁６と、カバープレート１０を積層した積層構造を備える。ノズルプレート４は液体を吐出するためのノズル３を備える。補強板１７はノズル３に対応する位置に貫通孔１８を備える。複数の側壁６は、補強板１７の上方に並列に配列し、深さが一定の複数の溝５を構成する。各側壁６は全部又は一部が圧電材料、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電性セラミックスから成る。圧電性セラミックスは例えば上下方向に分極処理が施される。各側壁６の壁面ＷＳには、側壁６の圧電材料に電界を印加して選択的に変形させるための駆動電極７が形成される。カバープレート１０は、複数の側壁６の上面ＵＳに設置され、複数の溝５に液体を供給する供給口８と溝５から液体を排出する排出口９を備える。カバープレート１０は、複数の側壁６の長手方向における端部上面ＥＪを露出させて側壁６の上面ＵＳに設置される。
【００２８】
複数の溝５は液体が充填される吐出溝５ａと液体が充填されないダミー溝５ｂを含む。吐出溝５ａとダミー溝５ｂは交互に並列に配列する。供給口８と排出口９にはスリット２５ａ、２５ｂがそれぞれ形成される。供給口８と吐出溝５ａはスリット２５ａを介して、吐出溝５ａと排出口９はスリット２５ｂを介してそれぞれ連通する。ダミー溝５ｂに対して供給口８と排出口９は閉止される。更に、吐出溝５ａと供給口８の間、及び吐出溝５ａと排出口９の間の各連通部よりも外側の吐出溝５ａを封止する封止材１１が設置される。図３に示すように、封止材１１は、吐出溝５ａを塞ぐとともに、スリット２５ａおよび２５ｂにかかるまで形成されている。従って、供給口８に供給された液体は、スリット２５ａを介して吐出溝５ａに供給され、更に、スリット２５ｂを介して排出口９に排出され、外部に漏えいしない。一方、ダミー溝５ｂは供給口８及び排出口９に対して閉止されるので液体が充填されない。貫通孔１８及びノズル３は供給口８と排出口９のほぼ中央に位置し、吐出溝５ａに連通する。ノズル３は、ダミー溝５ｂに対応するように形成されても形成されなくてもどちらでも構わない。本実施形態では加工数の減少のためにダミー溝５ｂに対応してノズル３が形成されていない形態を示す。
【００２９】
駆動電極７は、側壁６の壁面ＷＳの上半分であり、側壁６の長手方向における端部まで延設される。各側壁６の端部上面ＥＪには引出電極１６が形成される。引出電極１６は、吐出溝５ａを構成する２つの側壁６の壁面ＷＳに形成される駆動電極７に電気的に接続する共通引出電極１６ｂと、ダミー溝５ｂを構成する２つの側壁６の壁面ＷＳに形成される駆動電極７に電気的に接続する個別引出電極１６ａとを含む。個別引出電極１６ａは２つの側壁６の端部上面ＥＪの端部側に設置され、共通引出電極１６ｂは２つの側壁６の端部上面ＥＪのカバープレート１０側に設置される。
【００３０】
図３に示すように、側壁６の端部上面ＥＪにフレキシブル基板２０が接合される。フレキシブル基板２０の下側の表面には配線電極２１が形成され図示しない駆動回路に接続される。配線電極２１は、共通引出電極１６ｂに電気的に接続する共通配線電極２１ｂと、個別引出電極１６ａに電気的に接続する個別配線電極２１ａとを含む。フレキシブル基板２０の配線電極２１は接合面以外の表面に保護膜２６が形成され、短絡等の発生を防止する。
【００３１】
この液体噴射ヘッド１は次のように動作する。図示しない液体タンク等から供給口８にインク等の液体が供給される。供給された液体はスリット２５ａを介して吐出溝５ａに流入し、スリット２５ｂを介して排出口９に流出し、図示しない液体タンク等へ排出される。そして、個別配線電極２１ａと共通配線電極２１ｂとに駆動信号が与えられ、側壁６を挟む駆動電極７の一方と他方で電位差ができると、側壁６は厚み滑り変形し、吐出溝５ａの容積が瞬間的に変化して内部に充填された液体に圧力が印加され、ノズル３から液滴が吐出される。例えば、引き打ち法では、吐出溝５ａの容積を一旦拡張させて供給口８から液体を引き込み、次に吐出溝５ａの容積を縮小させてノズル３から液体を吐出する。液体噴射ヘッド１とその下部の被記録媒体を移動させて被記録媒体に液滴を描画して記録する。
【００３２】
複数の側壁６とノズルプレート４の間にセラミックス材から成る補強板１７を設置したので、側壁６の変形を吐出溝５ａの液体の圧力変動に変換する変換効率が向上する。更に、絶縁性のセラミックス材を使用すれば、導電性の液体を使用した場合でも駆動信号が補強板１７を介して漏洩せず、腐蝕性の液体を使用しても耐久性が低下することがない。また、セラミックス材の熱膨張係数を側壁６のＰＺＴセラミックスと同等に設定し、温度変化に対する反りや割れのない高信頼性の液体噴射ヘッド１を提供することができる。
【００３３】
本実施形態においては、側壁６の間に形成される溝５の深さを一定とし、供給口８及び排出口９との間の連通部よりも外側の吐出溝５ａを封止材１１により閉止する構造とした。その結果、溝５の研削の際に使用した円盤状のダイシングブレード（ダイヤモンドホイールともいう。）の外形形状が圧電体や基板に残ってデッドスペースとなることを防止することができ、液体噴射ヘッド１の溝５の長手方向の幅を大幅に小さく形成することができる。例えば、溝５の深さを３５０μｍとした場合に、従来法と比べて液体噴射ヘッド１の幅を８ｍｍ〜１２ｍｍ狭く形成することが可能となり、同じ大きさの圧電体基板からの取り個数が増大し、コストダウンを図ることができる。
【００３４】
さらに、封止材１１は、スリット２５ａ、２５ｂの壁面にかかるようにスリット２５ａ、２５ｂの内部に形成されるとともに、スリット２５ａ、２５ｂの壁面から離れるに従いなだらかに傾斜している。その結果、液体の滞留領域を少なくすることができる。つまり、吐出溝５ａや供給口８及び排出口９には、液体が滞留し、液体中の気泡や異物が長時間留まる滞留領域が少ない。例えば、吐出溝５ａに気泡が滞留すると液体を吐出させるための圧力波が気泡により吸収されて、ノズルから液滴を正常に吐出させることができない。このような不良が発生したときは気泡をチャンネル内から迅速に排出させる必要があるが、本実施形態では滞留領域が少ないので気泡を迅速に排出させることができる。
【００３５】
また、図１４に示す従来例では、圧力室７４とＩＣ６６が基板６２の同一面に形成されるので、ＩＣ６６はその上面がカバー部材６４の吐出面よりも突出しないように高さが制限される。これに対し本実施形態においては、側壁６の上面ＵＳの一部である端部上面ＥＪにフレキシブル基板２０を接合し、反対側にノズルプレート４を接合して、液体はフレキシブル基板２０の接合側とは反対側に吐出される。その結果、フレキシブル基板２０の接合部に高さ制限がなく、フレキシブル基板２０を側壁６の上面ＵＳに容易に接合することができるとともに、設計自由度が拡大する。
【００３６】
また、図１４に示す従来例では、全ての圧力室７４にインクが流入し、電極７６や基板６２上の電気配線７７がインクに接触するので、導電性のインクを使用すると駆動信号が漏洩し或いは電極が電気分解する。これを防ぐために全ての電極７６や電気配線７７を酸化膜等の保護膜により覆わなければならない。これに対して、本実施形態においては吐出溝５ａとダミー溝５ｂを交互に並列に配列し、吐出溝５ａには液体が充填されるがダミー溝５ｂには液体が充填されない。駆動の際には吐出溝５ａ側の駆動電極７を全て共通にＧＮＤに接続し、ダミー溝５ｂ側の駆動電極７に駆動信号を選択的に印加する。これにより、導電性の液体を使用する場合でも駆動信号が漏洩せず、液体に両極性の電圧が印加されないので電極の耐久性が向上する。
【００３７】
なお、カバープレート１０はプラスチックやセラミックス等を使用できるが、側壁６と同じ材料、例えばＰＺＴセラミックスを使用すれば、熱膨張係数が側壁６と等しくなり、熱変化に対する耐久性を向上させることができる。ノズルプレート４はプラスチック材料、金属材料、或いはセラミックス等を使用することができる。ノズルプレート４としてポリイミド材料を使用すれば、レーザー光によるノズル３の穴開け加工が容易となる。
【００３８】
また、本実施形態においては封止材１１を供給口８及び排出口９の側の吐出溝５ａに設置したが、本発明はこれに限定されない。封止材１１を、カバープレート１０の両端側から吐出溝５ａに流し込み、カバープレート１０の供給口８及び排出口９よりも外側の吐出溝５ａに封止材１１を充填してもよい。
【００３９】
（第三実施形態）
図５は、本発明の第三実施形態に係る液体噴射ヘッド１を表し、供給口８の長手方向の縦断面に電極配線を付加した説明図である。第二実施形態と異なる点は、両端を除いて溝５を全て吐出溝５ａとした点である。これに伴い、側壁６の上部に設置するカバープレート１０の供給口８及び図示しない排出口は全ての吐出溝５ａに連通する。また、側壁６の下部に設置した補強板１７及びノズルプレート４は吐出溝５ａのそれぞれに連通する貫通孔１８及びノズル３を有する。各貫通孔１８及びノズル３は吐出溝５ａの長手方向において供給口と排出口の略中央に位置する。端子Ｔ０〜Ｔ９のそれぞれは対応する吐出溝５ａの両壁面に形成した駆動電極７に電気的に接続する。
【００４０】
この液体噴射ヘッド１は３サイクル駆動により液滴を吐出する。即ち、端子Ｔ１と端子Ｔ０、端子Ｔ１と端子Ｔ２それぞれの間に駆動信号を印加して端子Ｔ１に対応する吐出溝５ａから液体を吐出させる。次に端子Ｔ２と端子Ｔ１、端子Ｔ２と端子Ｔ３それぞれの間に駆動信号を印加して端子Ｔ２に対応する吐出溝５ａから液体を吐出させる。次に端子Ｔ３と端子Ｔ２、端子Ｔ３と端子Ｔ４それぞれの間に駆動信号を印加して端子Ｔ３に対応する吐出溝５ａから液体を吐出させる。以降これを繰り返す。つまり、隣接する３つの吐出溝５ａを順に繰り返して選択して液体を吐出させる。これにより、第一実施形態の液体噴射ヘッド１よりも高密度に記録することができる。
【００４１】
このように、ノズルプレート４と側壁６の間にセラミックス材から成る補強板１７を設置したので、側壁６の変形が吐出溝５ａの液体の圧力変動に変換される変換効率を向上させることができる。
【００４２】
（第四実施形態）
図６は、本発明の第四実施形態に係る液体噴射ヘッド１を表し、溝５の長手方向に直交する方向の模式的な縦断面図である。第二実施形態と異なる点は、側壁６の構成とその壁面ＷＳに形成した駆動電極７であり、その他は第二実施形態と同様である。従って、以下、主に第二実施形態と異なる部分について説明し、同一の部分は説明を省略する。同一の部分または同一の機能を有する部分については同一の符号を付した。
【００４３】
液体噴射ヘッド１は、ノズルプレート４、補強板１７、側壁６及びカバープレート１０の積層構造を有している。複数の側壁６は深さが一定である複数の溝５を構成し、複数の溝５は交互に並列に配列する吐出溝５ａとダミー溝５ｂからなる。カバープレート１０は、供給口８と図示しない排出口９を有し、供給口８及び排出口９はスリット２５ａ及び図示しないスリット２５ｂを介して吐出溝５ａに連通する。補強板１７は各吐出溝５ａに対応する位置に貫通孔１８を有し、各貫通孔１８は各吐出溝５ａに連通する。ノズルプレート４は各貫通孔１８に対応する位置にノズル３を有し、各ノズル３は各貫通孔１８に連通する。
【００４４】
ここで、側壁６は分極処理が施された圧電体から形成され、側壁６の上半分の側壁６ａの分極方向と下半分の側壁６ｂの分極方向は反対側に向いている。例えば側壁６ａが上向きに分極され、側壁６ｂが下向きに分極される。そして駆動電極７は側壁６ａ及び側壁６ｂの壁面ＷＳの上端から下端に亘って形成される。吐出溝５ａの両駆動電極７をＧＮＤに、吐出溝５ａに隣接する２つのダミー溝５ｂの吐出溝５ａ側の２つの駆動電極７に駆動信号を印加することにより、側壁６を垂直方向に対して屈曲させ、吐出溝５ａ内に充填された液体に圧力波を生じさせてノズル３から液体を吐出させる。電圧を上半分の側壁６ａのみに印加する場合よりも分極方向を逆にして同じ電圧を側壁６ａと側壁６ｂに印加するほうが側壁６の変形量が大きくなるので、同じ変形量を生じさせる場合は本実施形態の方が第二実施形態の場合よりも駆動電圧を低下させることができる。
【００４５】
なお、カバープレート１０を側壁６の長手方向における端部上面が露出するように側壁６の上面に設置し、第二実施形態と同様に、その端部上面に引出電極１６を形成し、その引出電極１６に配線電極２１を形成したフレキシブル基板２０を接合することができる。また、第三実施形態と同様に、溝５を全て吐出溝５ａとし、３サイクル駆動により液滴を吐出させて、高密度に記録することができる。
【００４６】
このように、側壁６とカバープレート１０の間にセラミックス材からなる補強板１７を挿入したので、側壁６の変形を吐出溝５ａの液体の圧力変動に変換する変換効率が向上する。更に、絶縁性のセラミックス材を使用すれば、駆動電極７の下端部が補強板１７に接触しても駆動電極７が他の駆動電極７と短絡することがなく、図１４の従来例のように補強部材９４の圧力室７４側の表面に絶縁膜を形成する必要がない。
【００４７】
（第五実施形態）
図７は本発明の第五実施形態に係る液体噴射ヘッド１の模式的な斜視図である。図７（ａ）は液体噴射ヘッド１の全体斜視図であり、図７（ｂ）は液体噴射ヘッド１の内部斜視図である。
【００４８】
図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、液体噴射ヘッド１はノズルプレート４と補強板１７と複数の側壁６とカバープレート１０と流路部材１４の積層構造を備える。ノズルプレート４と補強板１７と複数の側壁６とカバープレート１０の積層構造は第一〜第四実施形態のいずれかと同じである。ノズルプレート４と補強板１７と側壁６はｙ方向の幅がカバープレート１０と流路部材１４のｙ方向の幅よりも長く、カバープレート１０は側壁６の一方の端部上面ＥＪが露出するように側壁６の上面に接合される。複数の側壁６は、ｘ方向に並列に配列し、隣接する側壁６の間に深さが一定の複数の溝５が形成される。カバープレート１０は複数の溝５に連通する供給口８と排出口９を備える。
【００４９】
流路部材１４は、カバープレート１０側の表面に開口する凹部からなる図示しない液体供給室と液体排出室を備え、カバープレート１０とは反対側の表面に液体供給室と連通する供給継手２７ａと液体排出室と連通する排出継手２７ｂを備える。
【００５０】
各側壁６の壁面には図示しない駆動電極が形成され、当該側壁６の端部上面ＥＪに形成される図示しない引出電極に電気的に接続される。フレキシブル基板２０は端部上面ＥＪに接合されている。フレキシブル基板２０の端部上面ＥＪ側の表面に多数の配線電極が形成され、端部上面ＥＪに形成した引出電極に電気的に接続される。フレキシブル基板２０はその表面に駆動回路としてのドライバＩＣ２８や接続コネクタ２９を備える。ドライバＩＣ２８は、接続コネクタ２９から入力した信号に基づいて側壁６を駆動するための駆動信号を生成し、配線電極と引出電極を介して図示しない駆動電極に供給する。
【００５１】
ベース３０はノズルプレート４、側壁６、カバープレート１０及び流路部材１４の積層体を収納する。ベース３０の下面にノズルプレート４の液体噴射面が露出する。フレキシブル基板２０はベース３０の側面から外部に引き出され、ベース３０の外側面に固定される。ベース３０はその上面に２つの貫通孔を備え、液体供給用の供給チューブ３１ａが一方の貫通孔を貫通して供給継手２７ａに接続し、液体排出用の排出チューブ３１ｂが他方の貫通孔を貫通して排出継手２７ｂに接続する。その他の構成は第一〜第四実施形態のいずれかと同様なので、説明を省略する。
【００５２】
流路部材１４を設け、上方から液体を供給し上方へ液体を排出するように構成するとともに、フレキシブル基板２０にドライバＩＣ２８を実装し、フレキシブル基板２０をｚ方向に折り曲げて立設した。第二〜第四実施形態のいずれかを採用すれば、溝５を形成する際に溝５のｙ方向端部にダイシングブレードの外形形状が残りデッドスペースとなることがないので、ｙ方向の幅を狭く形成できることに加えて、配線周りもコンパクトにまとめることができる。また、ドライバＩＣ２８や側壁６は駆動時に発熱するが、熱はベース３０や流路部材１４を介して内部を流れる液体に伝達される。即ち、被記録媒体の記録用液体を冷却媒体として利用して、内部で発生した熱を効率よく外部に放熱することができる。そのため、ドライバＩＣ２８や側壁６の過熱による駆動能力の低下を防止することができる。また、吐出溝内を液体が循環するので、気泡が混入した場合でもその気泡を外部に迅速に排出でき、無駄に液体を使用せず、記録不良による被記録媒体の無駄な消費を抑制することができる。これにより、信頼性の高い液体噴射ヘッド１を提供することが可能となる。
【００５３】
＜液体噴射装置＞
（第六実施形態）
図８は本発明の第六実施形態に係る液体噴射装置２の模式的な斜視図である。液体噴射装置２は、液体噴射ヘッド１、１’を往復移動させる移動機構４０と、液体噴射ヘッド１、１’に液体を供給する流路部３５、３５’と、流路部３５、３５’に液体を供給する液体ポンプ３３、３３’及び液体タンク３４、３４’を備えている。各液体噴射ヘッド１、１’は複数の吐出溝を備え、各吐出溝に連通するノズルから液滴を吐出する。液体噴射ヘッド１、１’は既に説明した第一〜第五実施形態のいずれかを使用する。
【００５４】
液体噴射装置２は、紙等の被記録媒体４４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４４に液体を吐出する液体噴射ヘッド１、１’と、液体噴射ヘッド１、１’を載置するキャリッジユニット４３と、液体タンク３４、３４’に貯留した液体を流路部３５、３５’に押圧して供給する液体ポンプ３３、３３’と、液体噴射ヘッド１、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４０を備えている。図示しない制御部は液体噴射ヘッド１、１’、移動機構４０、搬送手段４１、４２を制御して駆動する。
【００５５】
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４４を主走査方向に搬送する。移動機構４０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４３と、キャリッジユニット４３を連結し副走査方向に移動させる無端ベルト３８と、この無端ベルト３８を図示しないプーリを介して周回させるモータ３９を備えている。
【００５６】
キャリッジユニット４３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３４、３４’は対応する色の液体を貯留し、液体ポンプ３３、３３’、流路部３５、３５’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４３を駆動するモータ３９の回転及び被記録媒体４４の搬送速度を制御することにより、被記録媒体４４上に任意のパターンを記録することできる。
【００５７】
＜液体噴射ヘッドの製造方法＞
次に本発明に係る液体噴射ヘッドの製造方法について説明する。図９は、本発明の液体噴射ヘッドの基本的な製造方法を表す工程図である。まず、圧電体基板又は圧電体基板と絶縁体基板を積層した基板、或いは分極方向が反対側を向いた２枚の圧電体基板を接合した基板を準備し、その表面に複数の溝を形成する（溝形成工程Ｓ１）。圧電体基板はＰＺＴセラミックスを使用することができる。次に、溝が形成された基板の表面に導電体を堆積する（導電膜形成工程Ｓ２）。導電体として金属材料を用い、蒸着法、スパッタリング法、めっき法等により堆積して導電膜を形成する。その後、導電膜をパターニングして電極を形成する（電極形成工程Ｓ３）。電極は、側壁の壁面に駆動電極を、側壁の上面に引出電極を形成する。パターニングはフォトリソグラフィー及びエッチング工程、リフトオフ工程、或いはレーザー光を照射して導電膜を局所的に除去して電極パターンを形成する。
【００５８】
次に、基板の表面、即ち複数の側壁の上面にカバープレートを接合する（カバープレート接合工程Ｓ４）。接合は接着剤を用いることができる。カバープレートには予め表面から裏面に貫通し、複数の溝に連通する供給口と排出口を形成しておく。カバープレートは接合する基板と同じ材料、例えばＰＺＴセラミックスを使用することができる。基板とカバープレートの熱膨張係数を等しくすれば剥がれや亀裂が発生し難く、耐久性を向上させることができる。次に、基板の表面とは反対側の裏面を研削し、複数の溝を裏面側に開口させる（基板研削工程Ｓ５）。溝が開口することにより溝を分離する側壁は分離されるが、上面側にカバープレートが接合しているので、ばらばらに脱落することがない。次に、複数の側壁の下面にセラミックス材から成る補強板を接合する（補強板接合工程Ｓ６）。溝に対応する位置に予め貫通孔を形成した補強板を側壁の下面に接合し、その後研削して補強板を薄板化することができる。次に、補強板の外面にノズルプレートを接合する（ノズルプレート接合工程Ｓ７）。
【００５９】
本発明の製造方法によれば、補強板としてセラミックス材を使用したので高い位置精度で接合することができる。絶縁性のセラミックス材を使用すれば駆動信号が漏洩することがない。また、セラミックス材は耐蝕性が高いので腐蝕性インクを使用しても耐久性が低下することがない。以下、本発明について実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００６０】
（第七実施形態）
図１０〜図１３は本発明の第七実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法を表す図である。図１０が液体噴射ヘッドの製造方法を表す工程図であり、図１１〜図１３が各工程の説明図である。本実施形態では図９に示す溝形成工程Ｓ１〜ノズルプレート接合工程Ｓ７の基本工程に、リフトオフ法により電極を形成するための樹脂パターン形成工程Ｓ０１、補強板に座繰り加工を施す補強材座繰加工工程Ｓ６０、側壁の下面に接合した補強板を研削する補強板研削工程Ｓ６１、ノズルプレートにノズルを形成するノズル形成工程Ｓ７１、吐出溝を封止材により閉止する封止材設置工程Ｓ７２、フレキシブル基板を端部上面ＥＪに接合するフレキシブル基板接合工程Ｓ７３、カバープレートの上面に流路部材を接合する流路部材接合工程Ｓ７４を付加した。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ている。
【００６１】
図１１（ａ）は、圧電体基板１５の縦断面図である。圧電体基板１５としてＰＺＴセラミックスを使用し基板垂直方向に分極処理を施した。図１１（ｂ）は、圧電体基板１５の上面ＵＳに感光性樹脂２２、例えばレジストを塗布又は貼り付け、パターニングする樹脂パターン形成工程Ｓ０１の説明図である。電極形成用の導電体を残す領域からは感光性樹脂２２を除去し、導電体を残さない領域には感光性樹脂２２を残す。
【００６２】
図１１（ｃ）及び（ｄ）は、圧電体基板１５の表面にダイシングブレード２３により複数の溝５を形成する溝形成工程Ｓ１の説明図である。図１１（ｃ）がダイシングブレード２３を横方向から見た図であり、図１１（ｄ）がダイシングブレード２３の移動方向から見た図である。吐出溝５ａとダミー溝５ｂを交互に並列に研削し吐出溝５ａとダミー溝５ｂの間に側壁６を介在させる。溝５は一定の深さ、例えば３００μｍ〜３５０μｍの深さに、吐出溝５ａ及びダミー溝５ｂを３０μｍ〜１００μｍの幅に形成する。
【００６３】
図１１（ｅ）及び（ｆ）は、斜め蒸着法により溝５が開口する側の圧電体基板１５の表面に導電体を堆積して導電膜３２を形成する導電膜形成工程Ｓ２の説明図であり、図１１（ｄ）に示す圧電体基板１５を上下反転させた。圧電体基板１５の上面ＵＳを下方に向けて、溝５の長手方向に直交し、圧電体基板１５の上面ＵＳの法線に対して傾斜角（−θ）と傾斜角（＋θ）の方向から導電体を蒸着する。これにより、側壁６の両壁面の上面ＵＳ側の上半分と上面ＵＳに導電体を堆積して導電膜３２を形成する。導電体としてＡｌ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ａｇ、Ｎｉ等の金属を使用することができる。斜め蒸着法によれば、溝５の深さ方向に所望の導電膜３２を形成することができるため、側壁６の壁面ＷＳに堆積した導電膜３２のパターニングを行う必要がない。
【００６４】
図１１（ｇ）は、リフトオフ法により導電膜３２をパターニングして電極を形成する電極形成工程Ｓ３の説明図であり、図１１（ｆ）に示す圧電体基板１５を上下反転させた。圧電体基板１５の上面ＵＳから感光性樹脂２２と感光性樹脂２２上の導電膜３２を除去し、溝５の壁面に駆動電極７を形成し、側壁６の上面ＵＳに図示しない引出電極を形成する。なお、導電膜３２のパターニングは、導電膜形成工程Ｓ２の後にフォトリソグラフィー及びエッチング法により、或いはレーザー光により行うことができるが、上記のリフトオフ法のほうが簡便にパターニングすることができる。
【００６５】
図１２（ｈ）は、圧電体基板１５の表面（上面ＵＳ）にカバープレート１０を接合するカバープレート接合工程Ｓ４の説明図である。カバープレート１０には予め供給口８と排出口９とスリット２５を形成しておく。カバープレート１０を圧電体基板１５の表面（上面ＵＳ）に圧電体基板１５の端部上面が露出するように接着剤により接合する。接合の際にスリット２５を吐出溝５ａに連通させ、ダミー溝５ｂに対して供給口８及び排出口９を閉止させる。カバープレート１０は圧電体基板１５とほぼ等しい熱膨張係数を有す材料を使用することが好ましい。本実施形態においてはカバープレート１０としてＰＺＴセラミックスを使用した。
【００６６】
図１２（ｉ）は、圧電体基板１５の表面とは反対側の裏面を研削し、溝５を裏面側に開口させる基板研削工程Ｓ５の説明図である。研削盤又は研磨定盤を用いて圧電体基板１５を裏面側から研削し、各吐出溝５ａ及びダミー溝５ｂを裏面側に開口させる。これにより各側壁６は互いに分離されるが、各側壁６の上面ＵＳがカバープレート１０に接着されているので、崩落することはない。
【００６７】
図１２（ｊ）は、セラミックス材から成る補強板１７の表面に座繰り部３４を形成する補強板座繰加工工程Ｓ６０の後に、その座繰り部３４に貫通孔１８を形成した状態を表す。セラミックス板に直径が数１０μｍ〜１００μｍで深さが２００μｍ以上の細孔を吐出溝５ａの位置に合わせて多数形成することは極めて難しい。そこで、例えば０．２ｍｍ〜１ｍｍ程度の厚さのセラミックス板（補強板１７）を用意し、複数の吐出溝５ａに対応する位置にサンドブラストにより底厚を０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ程度残して座繰り部３４を形成する。そして、サンドブラスト等により座繰り部３４の底部に貫通孔１８を形成し、この補強板１７を、座繰り部３４を外側に（側壁６とは反対側に）して圧電体基板１５の裏面側に接合する。
【００６８】
図１２（ｋ）は、圧電体基板１５の裏面側に補強板１７を接合した補強板接合工程Ｓ６の説明図である。補強板１７は圧電体基板１５、即ち側壁６の裏面側に接着剤により接合した。補強板１７にはカバープレート１０の供給口８と排出口９の略中央の位置に吐出溝５ａに連通する貫通孔１８を設け、貫通孔１８の下面には貫通孔１８に連通する座繰り部３４を設けている。側壁６及び圧電体基板１５の下面に補強板１７を接着剤により接合する前に補強板１７に貫通孔１８を開けておけば、接合の際に貫通孔１８から接着剤を逃がすことができる。これにより、余分な接着剤を除去して補強板１７を側壁６の下面に平坦に接合することが可能となる。
【００６９】
図１２（ｌ）は、補強板１７の下面を研削して補強板１７を薄膜化する補強板研削工程Ｓ６１の説明図である。研削盤又は研磨定盤を用いて補強板１７を薄膜化し、座繰り部３４を除去する。補強板１７の厚さを５０μｍ〜１００μｍとする。１００μｍ以上とすると貫通孔１８の側壁等に気泡が付着しやすくなり、薄すぎると取り扱い難くなる。
【００７０】
図１２（ｍ）は、補強板１７の側壁６とは反対側にノズルプレート４を接合するノズルプレート接合工程Ｓ７の説明図である。ノズルプレート４はポリイミド膜を使用した。ノズルプレート４には、補強板１７の貫通孔１８の位置にノズル３を設ける（ノズル形成工程Ｓ７１）。ノズル３はノズルプレート４を補強板１７に接合する前に形成してもよいし、接合した後に形成してもよい。補強板１７に接合した後にノズル３を形成すれば位置合わせが容易となる。ノズル３は外側からレーザー光を照射して形成する。
【００７１】
図１３（ｎ）は、供給口８及び排出口９との間の連通部よりも外側の吐出溝５ａを閉止する封止材１１を設置した封止材設置工程Ｓ７２の説明図である。封止材１１により吐出溝５ａを塞いで液体が外部に漏えいすることを防止する。図１３（ｎ）では封止材１１を供給口８及び排出口９側に設けているが、封止材１１はカバープレート１０の端部側に設けてもよい。なお、図１３（ｎ）に示すように、側壁６（圧電体基板１５）の端部上面ＥＪには引出電極１６が形成され、個別引出電極１６ａが側壁６（圧電体基板１５）の端部側に、共通引出電極１６ｂがカバープレート１０の端部側に設置されている。
【００７２】
図１３（ｏ）は、端部上面ＥＪのフレキシブル基板２０を接合したフレキシブル基板接合工程Ｓ７３の説明図である。フレキシブル基板２０には予め個別配線電極２１ａと共通配線電極２１ｂから成る配線電極２１を形成しておく。個別配線電極２１ａと個別引出電極１６ａが電気的に接続し、共通配線電極２１ｂと共通引出電極１６ｂが電気的に接続するようにフレキシブル基板２０を圧電体基板１５の端部上面ＥＪに接合する。配線電極２１と引出電極１６とは例えば異方性導電体を介して接着する。フレキシブル基板２０上の配線電極２１は接合領域以外の領域が保護膜２６により覆われ、保護されている。また、フレキシブル基板２０を液体が吐出されるノズルプレート４の側とは反対側の端部上面ＥＪに接合したので接合部の厚さに制限がなく、設計自由度が拡大する。
【００７３】
図１３（ｐ）は、流路部材１４をカバープレート１０の上面に接合した流路部材接合工程Ｓ７４の説明図である。流路部材１４には予め供給流路３３ａ及び供給流路３３ａに連通する供給継手２７ａと、排出流路３３ｂ及び排出流路３３ｂに連通する排出継手２７ｂを形成しておく。接合の際に、流路部材１４の供給流路３３ａをカバープレート１０の供給口８に、流路部材１４の排出流路３３ｂをカバープレート１０の排出口９に合わせる。流路部材１４の供給継手２７ａ及び排出継手２７ｂを流路部材１４の上面に設置したので、配管を集約しコンパクトに構成することができる。
【００７４】
なお、本発明に係る液体噴射ヘッド１の製造方法は、吐出溝５ａとダミー溝５ｂを交互に並列して形成することに限定されず、全ての溝５を吐出溝５ａとし、ノズル３及び貫通孔１８をそれぞれの吐出溝５ａに対応させて形成してもよい。また、側壁６は分極方向が互いに逆向きの積層された圧電体を使用し、駆動電極７を側壁６の壁面ＷＳの上端から下端の全面に形成する構成としてもよい。また、上記各工程の順番通りとする必要はなく、例えば、ノズルプレート４と補強板１７を予め貼り合わせて積層構造とし、次に側壁６及び圧電体基板１５の下面にその積層体を接合してもよい。また、溝５を深さの一定なストレートの溝とすることに代えて第一実施形態のように船型の溝としてもよい。その場合は封止材設置工程Ｓ７２が不要となる。
【００７５】
（第八実施形態）
図１５は、本発明の第八実施形態に係る液体噴射ヘッド１の模式的な縦断面図であり、具体的には吐出溝５ａに沿った方向の断面図である。第一実施形態と異なる点は、貫通孔１１８の幅Ｐ１をカバープレート１０の供給口８の内側面Ｐａから排出口９の内側面Ｐｂの幅と同一にした点である。この特徴以外は、第一実施形態と同一であるため、詳細な説明は省略する。
【００７６】
貫通孔１１８の側面Ｐａ’は、供給口８の内側面Ｐａに対応する。側面Ｐａ’は、内側面Ｐａの真下に位置する。貫通孔１１８の側面Ｐｂ’は、排出口９の内側面Ｐｂに対応する。側面Ｐｂ’は、内側面Ｐｂの真下に位置する。貫通孔１１８の幅Ｐ１は、内側面Ｐａから内側面Ｐｂの幅と同じ幅である。
【００７７】
第八実施形態は、このような構成を有することによって、供給口８から吐出溝５ａを介して排出口８にインクが流れる際に、インクの流れが貫通孔１１８に付着した気泡を取り去ることができるので、吐出溝５ａから効果的に気泡を排出することができる。この現象は、第一実施形態に比較して貫通孔１１８の幅Ｐ１を拡大したことにより、インクの流れが貫通孔１１８の気泡に与える影響を大きくすることができたため発生している。なお、この第八実施形態は溝５が徐々に深くなる形状を有する第一実施形態と比較して述べたが、第二実施形態に示した圧電体基板１５の一端から他端まで溝５を形成し封止材１１で封止する構成でも採用することができる。
【００７８】
（第九実施形態）
図１６は、本発明の第九実施形態に係る液体噴射ヘッド１の模式的な縦断面図であり、具体的には吐出溝５ａに沿った方向の断面図である。第一実施形態と異なる点は、貫通孔２１８の幅Ｐ２をカバープレート１０の供給口８の外側面Ｐｃから排出口９の外側面Ｐｄの幅と同一にした点である。また、第九実施懈怠の貫通孔２１８の幅Ｐ２は、第八実施形態の貫通孔１１８の幅Ｐ１よりも広い。この特徴以外は、第一実施形態と同一であるため、詳細な説明は省略する。
【００７９】
貫通孔２１８の側面Ｐｃ’は、供給口８の外側面Ｐｃに対応する。側面Ｐｃ’は、外側面Ｐｃの真下に位置する。貫通孔２１８の側面Ｐｄ’は、排出口９の外側面Ｐｄに対応する。側面Ｐｄ’は、外側面Ｐｄの真下に位置する。貫通孔２１８の幅Ｐ１は、外側面Ｐｃから外側面Ｐｄの幅と同じ幅である。
【００８０】
第九実施形態は、このような構成を有することによって、供給口８から吐出溝５ａを介して排出口８にインクが流れる際に、インクの流れが貫通孔２１８に付着した気泡を取り去ることができるので、吐出溝５ａから効果的に気泡を排出することができる。この現象は、第一実施形態に比較して貫通孔２１８の幅Ｐ２を拡大したことにより、インクの流れが貫通孔２１８の気泡に与える影響を大きくすることができたため発生している。さらに、供給口８と排出口９の図面下側まで貫通孔２１８が形成されているため、インクの流れによる気泡除去効果を受けやすくすることができる。結果、より効果的に貫通孔２１８に滞留する気泡を排出することができる。なお、この第九実施形態は溝５が徐々に深くなる形状を有する第一実施形態と比較して述べたが、第二実施形態に示した圧電体基板１５の一端から他端まで溝５を形成し封止材１１で封止する構成でも採用することができる。
【００８１】
（第十実施形態）
図１７は、本発明の第十実施形態に係る液体噴射ヘッド１の模式的な縦断面図であり、具体的には吐出溝５ａに沿った方向の断面図である。第一実施形態と異なる点は、貫通孔３１８の壁面Ｑ２を圧電体基板１５に形成される吐出溝５ａの壁面Ｑ１に沿って連続的な壁面となるように形成した点にある。この特徴以外は、第一実施形態と同一であるため、詳細な説明は省略する。
【００８２】
第十実施形態は、このような構成を有することによって、供給口８から吐出溝５ａを介して排出口８にインクが流れる際に、インクの流れが貫通孔３１８に付着した気泡を取り去ることができるので、吐出溝５ａから効果的に気泡を排出することができる。この現象は、第一実施形態に比較して貫通孔３１８の壁面Ｑ２を吐出溝５ａの壁面Ｑ１と連続するように形成したことにより、インクの流れが貫通孔３１８の気泡に与える影響を大きくすることができたため発生している。
【００８３】
なお図１７では、壁面Ｑ１が吐出溝５ａの深さ方向に徐々に深くなるなだらかな形状であるため、壁面Ｑ２もノズル３に向かって徐々に深くなるなだらかな形状としたが、Ｑ２をＱ１と連続的に形成するという意味は、これに限られるものではない。つまり、壁面Ｑ１の傾斜形状がどのような形状であっても、壁面Ｑ１と壁面Ｑ２の接続点が連続的に繋がっていれば該当するものとする。
【符号の説明】
【００８４】
１ 液体噴射ヘッド
２ 液体噴射装置
３ ノズル
４ ノズルプレート
５ 溝、５ａ 吐出溝、５ｂ ダミー溝
６ 側壁
７ 駆動電極
８ 供給口
９ 排出口
１０ カバープレート
１１ 封止材
１４ 流路部材
１５ 圧電体基板
１６ 引出電極、１６ａ 個別引出電極、１６ｂ 共通引出電極
１７ 補強板
１８ 貫通孔
２０ フレキシブル基板
２１ 配線電極、２１ａ 個別配線電極、２１ｂ 共通配線電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溝を構成する側壁と、
前記溝に連通する貫通孔を有し、前記側壁の下方に設置される補強板と、
前記貫通孔に開口するノズルを有し、前記補強板の側壁側とは反対側に設置されるノズルプレートと、
前記側壁の壁面に形成される駆動電極と、
前記溝に液体を供給する供給口と前記溝から液体を排出する排出口を有し、前記側壁の上方に設置されるカバープレートと、を備える液体噴射ヘッド。
【請求項２】
前記補強板はマシナブルセラミックスから成る請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項３】
前記カバープレートは、前記側壁の長手方向における端部上面を露出させて前記側壁の上面に設置され、
前記端部上面には前記駆動電極に電気的に接続する引出電極が形成されている請求項１又は２に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項４】
表面に配線電極が形成されたフレキシブル基板を更に備え、
前記フレキシブル基板は前記端部上面に接合され、前記配線電極は前記引出電極に電気的に接続する請求項３に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項５】
前記溝と前記供給口の間、及び前記溝と前記排出口の間の各連通部よりも外側の溝を塞ぐ封止材を備える請求項１〜４のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項６】
前記溝は液体吐出用の吐出溝と液体を吐出しないダミー溝を有し、前記吐出溝と前記ダミー溝は交互に配列する請求項１〜５のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項７】
前記供給口と前記排出口は、前記吐出溝に対して開口し前記ダミー溝に対して閉止している請求項６に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一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９】
圧電体材料を含む基板の表面に側壁により構成される溝を形成する溝形成工程と、
前記基板に導電体を堆積して導電膜を形成する導電膜形成工程と、
前記導電膜をパターニングして電極を形成する電極形成工程と、
前記溝に液体を供給する供給口と前記溝から液体を排出する排出口を有するカバープレートを前記側壁の上面に接合するカバープレート接合工程と、
前記基板の裏面を研削し、前記溝を裏面側に開口させる基板研削工程と、
前記側壁の下面に補強板を接合する補強板接合工程と、
前記補強板にノズルプレートを接合するノズルプレート接合工程と、を備える液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項１０】
前記補強板接合工程の後に前記補強板を研削する補強板研削工程を備える請求項９に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項１１】
前記補強板研削工程の前に、前記補強板の前記側壁とは反対側の表面に座繰り部を形成する補強板座繰加工工程を備える請求項１０に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項１２】
前記ノズルプレートの前記供給口と前記排出口の間の位置に液体を吐出するノズルを形成するノズル形成工程を備える請求項９〜１１のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項１３】
前記電極形成工程は、前記側壁の壁面に駆動電極を形成するとともに、前記側壁の長手方向における端部上面に前記駆動電極と電気的に接続する引出電極を形成する工程からなる請求項９〜１２のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項１４】
配線電極が形成されたフレキシブル基板を前記端部上面に接合し、前記配線電極と前記引出電極を電気的に接続するフレキシブル基板接合工程を備える請求項１３に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項１】
溝を構成する側壁と、
前記溝に連通する貫通孔を有し、前記側壁の下方に設置される補強板と、
前記貫通孔に開口するノズルを有し、前記補強板の側壁側とは反対側に設置されるノズルプレートと、
前記側壁の壁面に形成される駆動電極と、
前記溝に液体を供給する供給口と前記溝から液体を排出する排出口を有し、前記側壁の上方に設置されるカバープレートと、を備える液体噴射ヘッド。
【請求項２】
前記補強板はマシナブルセラミックスから成る請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項３】
前記カバープレートは、前記側壁の長手方向における端部上面を露出させて前記側壁の上面に設置され、
前記端部上面には前記駆動電極に電気的に接続する引出電極が形成されている請求項１又は２に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項４】
表面に配線電極が形成されたフレキシブル基板を更に備え、
前記フレキシブル基板は前記端部上面に接合され、前記配線電極は前記引出電極に電気的に接続する請求項３に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項５】
前記溝と前記供給口の間、及び前記溝と前記排出口の間の各連通部よりも外側の溝を塞ぐ封止材を備える請求項１〜４のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項６】
前記溝は液体吐出用の吐出溝と液体を吐出しないダミー溝を有し、前記吐出溝と前記ダミー溝は交互に配列する請求項１〜５のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項７】
前記供給口と前記排出口は、前記吐出溝に対して開口し前記ダミー溝に対して閉止している請求項６に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一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９】
圧電体材料を含む基板の表面に側壁により構成される溝を形成する溝形成工程と、
前記基板に導電体を堆積して導電膜を形成する導電膜形成工程と、
前記導電膜をパターニングして電極を形成する電極形成工程と、
前記溝に液体を供給する供給口と前記溝から液体を排出する排出口を有するカバープレートを前記側壁の上面に接合するカバープレート接合工程と、
前記基板の裏面を研削し、前記溝を裏面側に開口させる基板研削工程と、
前記側壁の下面に補強板を接合する補強板接合工程と、
前記補強板にノズルプレートを接合するノズルプレート接合工程と、を備える液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項１０】
前記補強板接合工程の後に前記補強板を研削する補強板研削工程を備える請求項９に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項１１】
前記補強板研削工程の前に、前記補強板の前記側壁とは反対側の表面に座繰り部を形成する補強板座繰加工工程を備える請求項１０に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項１２】
前記ノズルプレートの前記供給口と前記排出口の間の位置に液体を吐出するノズルを形成するノズル形成工程を備える請求項９〜１１のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項１３】
前記電極形成工程は、前記側壁の壁面に駆動電極を形成するとともに、前記側壁の長手方向における端部上面に前記駆動電極と電気的に接続する引出電極を形成する工程からなる請求項９〜１２のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項１４】
配線電極が形成されたフレキシブル基板を前記端部上面に接合し、前記配線電極と前記引出電極を電気的に接続するフレキシブル基板接合工程を備える請求項１３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１７】
【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１７】
【公開番号】特開２０１３−３１９９１（Ｐ２０１３−３１９９１Ａ）
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−６４７５（Ｐ２０１２−６４７５）
【出願日】平成２４年１月１６日（２０１２．１．１６）
【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２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１月１６日（２０１２．１．１６）
【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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