液体噴射ヘッドの製造方法、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置
【課題】ダミー溝６の底面に堆積した電極材料８の電気的分離を、電極分離手段の高精度の位置合わせを行う必要が無く、チャンネルの狭ピッチ化、狭幅化に対応できる液体噴射ヘッド１の製造方法を提供する。
【解決手段】第一ベース基板２の上に圧電体基板３を接合する積層基板形成工程Ｓ１と、圧電体基板３を貫通し第一ベース基板２に達する吐出溝５とダミー溝６とを交互に並列に形成する溝形成工程Ｓ２と、吐出溝５とダミー溝６の内表面に電極材料８を堆積する電極材料堆積工程Ｓ３と、カバープレート９を接合するカバープレート接合工程Ｓ４と、第一ベース基板２の一部を除去し、電極材料８を除去する第一ベース基板除去工程Ｓ５と、第一ベース基板２に第二ベース基板１０を接合してダミー溝６の開口を閉塞する第二ベース基板接合工程Ｓ６と、を備える。
【解決手段】第一ベース基板２の上に圧電体基板３を接合する積層基板形成工程Ｓ１と、圧電体基板３を貫通し第一ベース基板２に達する吐出溝５とダミー溝６とを交互に並列に形成する溝形成工程Ｓ２と、吐出溝５とダミー溝６の内表面に電極材料８を堆積する電極材料堆積工程Ｓ３と、カバープレート９を接合するカバープレート接合工程Ｓ４と、第一ベース基板２の一部を除去し、電極材料８を除去する第一ベース基板除去工程Ｓ５と、第一ベース基板２に第二ベース基板１０を接合してダミー溝６の開口を閉塞する第二ベース基板接合工程Ｓ６と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴を吐出して被記録媒体に記録する液体噴射ヘッドの製造方法に関し、特に、吐出チャンネルとダミーチャンネルが交互に並列に配列する液体噴射ヘッドの製造方法、液体噴射ヘッド及び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。この種の液体噴射ヘッドとしてシェアーモードタイプが知られている。シェアーモードタイプは、圧電体基板の表面に吐出チャンネルとダミーチャンネルを交互に形成し、吐出チャンネルとダミーチャンネルの間の隔壁を瞬間的に変形させて吐出チャンネルから液滴を吐出する
【０００３】
図８は、特許文献１に記載されるインクジェットヘッドの断面構造を表す。インクジェットヘッド１００は吐出チャンネル１１２とダミーチャンネル１１１が交互に形成された底壁１２４と、この底壁１２４の上面に設置された天壁１１０を備えている。吐出チャンネル１１２とダミーチャンネル１１１の間に圧電側壁１０３が形成されている。圧電側壁１０３は上半分の上壁部１２５と下半分の下壁部１２６からなり、上壁部１２５は上方向に分極され、下壁部１２６は下方向に分極されている。各圧電側壁１０３の壁面には電極１０５が形成され、吐出チャンネル１１２を構成する圧電側壁１０３の各側面には互いに電気的に接続される電極１０５Ｂが形成され、ダミーチャンネル１１１を構成する圧電側壁１０３の各側面には互いに電気的に分離する電極１０５Ａが形成されている。インクジェットヘッド１００の前面には図示しないノズルプレートが設置され、ノズルプレートには吐出チャンネル１１２に連通するノズル１１６が形成されている。
【０００４】
インクジェットヘッド１００は次のように駆動される。吐出チャンネル１１２に設置した電極１０５Ｂと、吐出チャンネル１１２の両側に位置する２つのダミーチャンネル１１１の当該吐出チャンネル１１２側の側面に形成した電極１０５Ａの間に電圧を印加する。すると、圧電側壁１０３は吐出チャンネル１１２の容積を増加する方向に圧電厚み滑り変形する。そして所定時間経過後に電圧の印加が停止され、吐出チャンネル１１２の容積が増加状態から自然状態となって吐出チャンネル１１２内のインクに圧力が加えられ、インク滴がノズル１１６から吐出される。
【０００５】
このインクジェットヘッド１００は次のように製造される。まず、下方向に分極された圧電セラミックス層に、上方向に分極処理された圧電セラミックス層を接着してアクチュエータ基板１０２を形成する。次に、アクチュエータ基板１０２に平行な溝をダイヤモンドカッター等により切削形成して、上壁部１２５及び下壁部１２６からなる圧電側壁１０３を形成する。このように形成した圧電側壁１０３の側面に、真空蒸着等によって電極１０５Ａ、１０５Ｂを形成する。しかし、ダミーチャンネル１１１を構成する両圧電側壁１０３の電極１０５Ａは電気的に分離する必要がある。隣接する吐出チャンネル１１２を独立して駆動することができるようにするためである。そこで、圧電側壁１０３の開口側からレーザー装置又はダイヤモンドカッターを用いてダミーチャンネル１１１の底面に形成された電極に分割溝１１８を形成し、左右の側壁の電極１０５Ａを電気的に分離する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１６８０９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、分割溝１１８を形成する際にダミーチャンネル１１１の一本毎にレーザービームを照射する、或いはダミーチャンネル１１１の幅よりも薄いダイヤモンドカッターをダミーチャンネル１１１に挿入して電極を切断するのは多大な時間を要する。また、吐出チャンネル１１２の狭ピッチ化、ダミーチャンネル１１１の狭チャンネル化に伴い、レーザービームやダイヤモンドカッターの位置合わせがきわめて難しい。更に、レーザービームがダミーチャンネル１１１の底面に達しない、或いはレーザービームが圧電側壁１０３の上面にも照射されてしまう、或いはダイヤモンドカッターの厚さが薄すぎて製造できないという課題が顕在化している。
【０００８】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、レーザービームやダイヤモンドカッターを用いないでダミーチャンネル１１１の底面に形成された電極を一括して除去する液体噴射ヘッドの製造方法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】
【０００９】
本発明の液体噴射ヘッドの製造方法は、第一ベース基板の上に圧電体基板を接合して積層基板を形成する積層基板形成工程と、前記圧電体基板を貫通し前記第一ベース基板に達する深さを有する吐出チャンネル用の吐出溝とダミーチャンネル用のダミー溝とを交互に並列に形成する溝形成工程と、前記吐出溝及び前記ダミー溝の内表面に電極材料を堆積する電極材料堆積工程と、
前記圧電体基板に前記吐出溝及び前記ダミー溝を覆うようにカバープレートを接合するカバープレート接合工程と、前記カバープレートとは反対側の前記第一ベース基板の一部を除去し、前記ダミー溝の底面に堆積した前記電極材料を除去する第一ベース基板除去工程と、前記第一ベース基板に第二ベース基板を接合する第二ベース基板接合工程と、を備えることとした。
【００１０】
また、前記溝形成工程は、前記吐出溝の少なくとも一方の端部を前記圧電体基板の外周よりも内側に形成し、前記ダミー溝を前記圧電体基板の外周まで形成することとした。
【００１１】
また、前記積層基板形成工程の後に、前記圧電体基板の表面に樹脂膜から成るパターンを形成する樹脂膜パターン形成工程と、前記電極材料堆積工程の後に、前記樹脂膜を除去し、前記吐出溝と前記ダミー溝の側面に駆動電極を、前記圧電体基板の表面に引出電極をそれぞれ形成する樹脂膜剥離工程と、を備えることとした。
【００１２】
また、前記溝形成工程は、前記ダミー溝を前記吐出溝よりも深く形成し、前記第一ベース基板除去工程は、前記吐出溝の下部に前記第一ベース基板の一部を残すこととした。
【００１３】
また、前記第一ベース基板は圧電体材料から成り、前記第二ベース基板は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こととした。
【００１４】
本発明の液体噴射ヘッドは、第一ベース基板とその上部に接着材を介して接合される圧電体基板を備え、前記圧電体基板を貫通し前記第一ベース基板に達する深さを有する吐出チャンネル用の吐出溝と、前記圧電体基板と前記第一ベース基板を貫通するダミーチャンネル用のダミー溝とが交互に並列に形成される積層基板と、前記積層基板の下部に接合され、前記ダミー溝を閉塞する第二ベース基板と、前記圧電体基板の上部に、前記吐出溝と前記ダミー溝を覆うように接合されるカバープレートと、前記吐出溝の両側面に形成され、互いに電気的に接続される第一駆動電極と、前記ダミー溝の両側面に形成され、前記第一ベース基板の一部を除去することにより互いに電気的に分離された第二駆動電極と、を備えることとした。
【００１５】
また、前記第一ベース基板は圧電体材料から成り、前記圧電体基板はその基板面の垂直方向に分極されており、前記第一ベース基板は前記分極方向とは反対方向に分極されていることとした。
【００１６】
また、前記第一ベース基板は圧電体材料から成り、前記第二ベース基板は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成ることとした。
【００１７】
また、前記吐出溝は、前記積層基板の一方の端部から他方の端部の手前まで形成され、前記ダミー溝は、前記一方の端部から前記他方の端部に亘って形成されていることとした。
【００１８】
本発明の液体噴射装置は、上記いずれか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。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の液体噴射ヘッドの製造方法は、第一ベース基板の上に圧電体基板を接合して積層基板を形成する積層基板形成工程と、圧電体基板を貫通し第一ベース基板に達する深さを有する吐出チャンネル用の吐出溝とダミーチャンネル用のダミー溝とを交互に並列に形成する溝形成工程と、吐出溝及び前記ダミー溝の内表面に電極材料を堆積する電極材料堆積工程と、圧電体基板に吐出溝及びダミー溝を覆うようにカバープレートを接合するカバープレート接合工程と、カバーレートとは反対側の第一ベース基板の一部を除去し、ダミー溝の底面に堆積した電極材料を除去する第一ベース基板除去工程と、第一ベース基板に第二ベース基板を接合する第二ベース基板接合工程と、を備える。
【００２０】
これにより、ダミー溝の底面に堆積した電極材料を電気的に分離するために、レーザービームやダイヤモンドカッターの高精度の位置合わせを行う必要がない。また、吐出チャンネルやダミーチャンネルが狭ピッチ化、狭幅化した場合でも電極分離が可能である。更に、多数のダミーチャンネルの電極を一括して分離することができるので製造時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る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２】本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法を表す工程図である。
【図３】本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法を説明するための説明図である。
【図４】本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法を説明するための説明図である。
【図５】本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法を説明するための説明図である。
【図６】本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法を説明するための説明図である。
【図７】本発明の第三実施形態に係る液体噴射装置の模式的な分解斜視図である。
【図８】従来公知の液体噴射ヘッドの断面構造を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１は、本発明に係る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、積層基板形成工程Ｓ１において、第一ベース基板の上に圧電体基板を接合する。圧電体基板としてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）やＢａＴｉＯ３からなるセラミックス基板を使用することができる。第一ベース基板としてＰＺＴセラミックスなどの圧電体材料を使用することができる。また、第一ベース基板として非圧電体材料を使用することができる。圧電体基板と第一ベース基板とは接着剤を介して接合する。圧電体基板は、基板面の法線方向に分極処理を施しておく。第一ベース基板に圧電材料を使用する場合は、圧電体基板の分極方向と反対方向に分極処理を施しておく。
【００２３】
次に、溝形成工程Ｓ２において、液体を吐出するためのチャンネル構成用の吐出溝と、液体を吐出しないダミーチャンネル構成用のダミー溝を交互に並列に形成する。この場合に、吐出溝とダミー溝を、圧電体基板を貫通し第一ベース基板に達する深さに形成する。分極方向が互いに反対向きの圧電体材料を積層したシェブロンタイプの吐出チャンネルを構成する場合は、第一ベース基板としてＰＺＴセラミックスなどの圧電体材料を使用し、吐出チャンネルの略１／２の深さが圧電体基板と第一ベース基板の境界となるように吐出溝を形成する。なお、第一ベース基板として非圧電体材料を使用した場合も、吐出チャンネルの略１／２の深さが圧電体基板と第一ベース基板の境界となるように吐出溝を形成する。ダミー溝は吐出溝の深さと同程度かそれよりも深く形成する。吐出溝は少なくとも一方の端部が圧電体基板の外周よりも内側まで形成し、ダミー溝は圧電体基板の一方の端部から他方の端部まで、つまり積層基板の外周までストレートに形成することができる。各溝はダイシングブレードを使用して形成することができる。
【００２４】
次に、電極材料堆積工程Ｓ３において、圧電体基板の第一ベース基板とは反対側の表面（以下、圧電体基板の上面という。）と吐出溝及びダミー溝の内表面に電極材料を堆積する。金属材料をスパッタリング法や蒸着法により堆積することができる。また、メッキ法により金属材料を堆積してもよい。次に、カバープレート接合工程Ｓ４において、圧電体基板の上面に吐出溝やダミー溝を覆うようにカバープレートを接合する。カバープレートとして、圧電体材料と同じ材料を使用することができる。下部の圧電体基板と同じ材料を使用すれば熱膨張率が同じなので温度変化に対して反りや割れの発生を抑えることができる。また、カバープレートとして、後に説明する第二ベース基板と同じ材料を使用することができる。これにより、圧電体材料を両側から同じ材料の基板により挟むので、この場合も熱膨張差による基板の反りを防止することができる。
【００２５】
次に、第一ベース基板除去工程Ｓ５において、カバープレートが接合された側とは反対側の第一ベース基板の一部を除去し、ダミー溝の底面に堆積した電極材料を除去する。これにより、ダミー溝の両側面に堆積した電極材料を電気的に分割することができる。第一ベース基板の一部を、カバープレートとは反対側の第一ベース基板の下面側からグラインダーや平面研削盤を用いて研削し又は／及び砥粒を用いて研磨して除去することができる。その結果、電極材料の電気的分割は複数のダミー溝に亘って一括して行うことができる。即ち、この電極材料を除去するのに高精度の位置合わせと必要としない。また、吐出チャンネルやダミーチャンネルの狭ピッチ化、狭チャンネル化に伴いダミーチャンネルの溝幅を狭く形成する場合でも、ダミー溝の底面に堆積した電極材料を容易に除去することができる。更に、圧電体基板の上面にカバープレートを接合したので、ダミー溝の底面が開口しても隣接するダミー溝の間の隔壁や吐出溝が脱落することがない。なお、ダミー溝と吐出溝の両方の底面を開口させるように予め吐出溝を深く形成することができる。しかし、吐出溝の底面下部を除去しないで残したほうが第一ベース基板の一部除去の際に溝と溝との間の隔壁が破壊され難く、作業性に優れている。
【００２６】
次に、第二ベース基板接合工程Ｓ６において、第一ベース基板に第二ベース基板を接合してダミー溝の開口を閉塞する。第二ベース基板として第一ベース基板と同じ材料を使用することができる。例えば、第一ベース基板としてＰＺＴセラミックスを使用した場合は第二ベース基板も同じＰＺＴセラミックスを使用することができる。同じ材料を使用すれば熱膨張率が同じなので温度変化に対して反りや割れの発生を抑えることができる。また、第二ベース基板として圧電材料よりも誘電率の小さい低誘電率材料を使用することができる。これにより、隣接するチャンネル間の容量カップリングにより駆動信号が隣接する隔壁に漏洩して吐出特性を変化させることを低減することができる。
【００２７】
これにより、ダミー溝の底面に堆積した電極材料を除去するための高精度の位置合わせが不要であり、吐出チャンネルやダミーチャンネルの狭ピッチ化、狭幅化に対応することができ、かつ製造時間を短縮することができる。以下、本発明について図面を用いて詳細に説明する。
【００２８】
（第一実施形態）
図２は、本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法を表す工程図である。本実施形態は、シェブロンタイプの液体噴射ヘッドの製造方法である。図１と異なる部分は、溝形成工程Ｓ２の前に樹脂膜パターン形成工程Ｓ７が挿入され、電極材料堆積工程Ｓ３の後に樹脂膜剥離工程Ｓ８が挿入されている。これは、リフトオフ法により電極を形成するためである。更に、第二ベース基板接合工程Ｓ６の後にノズルプレート接合工程Ｓ９及びフレキシブル基板接合工程Ｓ１０を備えている。以下、図３、図４及び図５を用いて具体的に説明する。
【００２９】
図３（ａ）〜図５（ｐ）は、本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法を説明するための説明図である。図３（ａ）は、積層基板形成工程Ｓ1の後の積層基板４の断面模式図である。圧電体基板３を第一ベース基板２の上に接着剤を介して接合する。圧電体基板３としてＰＺＴセラミックス基板を使用する。第一ベース基板２として圧電体基板３と同じＰＺＴセラミックス基板を使用する。圧電体基板３と第一ベース基板２は基板面の垂直方向で互いに反対方向に分極処理が施されている。
【００３０】
図３（ｂ）は、樹脂膜パターン形成工程Ｓ７の後の積層基板４の断面模式図である。積層基板形成工程Ｓ１の後にドライフィルムから感光性樹脂膜を積層基板４の上面に形成する。次に、露光及び現像工程を通して感光性樹脂膜を選択的に除去し、樹脂膜１２のパターンを形成する。樹脂膜１２のパターンは、圧電体基板３の上面に引出電極等の電極パターンをリフトオフ法により形成するために設けており、電極を形成する領域からは樹脂膜１２を除去し、電極を形成しない領域には樹脂膜１２を残す。
【００３１】
図３（ｃ）及び（ｄ）は、溝形成工程Ｓ２の後の積層基板４の断面模式図である。図３（ｃ）が溝に直交する方向の断面模式図であり、図３（ｄ）が吐出溝５の溝方向の断面模式図である。図３（ｃ）に示すように、吐出チャンネル構成用の吐出溝５とダミーチャンネル構成用のダミー溝６とを交互に並列に形成する。吐出溝５は、圧電体基板３を貫通し、第一ベース基板２の深さが圧電体基板３の厚さと同程度となるように形成する。ダミー溝６は、吐出溝５よりも深く形成する。ここで、吐出溝５及びダミー溝６の溝幅は２０μｍ〜５０μｍであり、圧電体基板３の厚さは１００μｍ〜２００μｍであり、第一ベース基板２の厚さは５００μｍ〜８００μｍである。
【００３２】
図３（ｄ）に示すように、吐出溝５は積層基板４の前方端ＦＥから後方端ＲＥの手前まで形成する。ダミー溝６は積層基板４の前方端ＦＥから後方端ＲＥまでストレートに形成する。吐出溝５の後端部は溝を切削するダイシングブレードの外形形状となる。
【００３３】
図３（ｅ）及び（ｆ）は、電極材料堆積工程Ｓ３の後の積層基板４の断面模式図である。図３（ｅ）が溝に直交する方向の断面模式図であり、図３（ｆ）が吐出溝５の溝方向の断面模式図である。積層基板４の上方から例えばスパッタリング法により電極材料８を堆積する。電極材料８として、アルミニウム、クロム、ニッケル、チタン等の金属材料や半導体材料を用いることができる。電極材料８は、スパッタリング法の他に蒸着法やめっき法により堆積することができる。図３（ｅ）に示すように、電極材料８は吐出溝５やダミー溝６の側面や底面に堆積している。
【００３４】
図４（ｇ）及び（ｈ）は、樹脂膜剥離工程Ｓ８の後の積層基板４の断面模式図である。図４（ｇ）が溝に直交する方向の断面模式図であり、図４（ｈ）が吐出溝５の溝方向の断面模式図である。樹脂膜１２を積層基板４の上面から剥離することにより、その上に堆積した電極材料８も剥離する。これにより、吐出溝５及びダミー溝６の側面に駆動電極１３が形成され、後方端ＲＥ側の積層基板４の表面に引出電極１４ａ、１４ｂが形成される。引出電極１４ａは吐出溝５の端部から後方端ＲＥの手前まで延在し、吐出溝５の側面に形成された駆動電極１３に電気的に接続する。引出電極１４ｂは後方端ＲＥと引出電極１４ａの間の積層基板４の表面に設置され、吐出溝５を挟むダミー溝６の、吐出溝５側の側面に形成された２つの駆動電極１３を電気的に接続する。
【００３５】
図４（ｉ）及び（ｊ）は、カバープレート接合工程Ｓ４の後の積層基板４の断面模式図である。図４（ｉ）が溝に直交する方向の断面模式図であり、図４（ｊ）が吐出溝５の溝方向の断面模式図である。吐出溝５及びダミー溝６を覆うようにカバープレート９を積層基板４の上面に接着剤を介して接合する。カバープレート９は液体供給室１６とこれに連通するスリット１７を備えている。吐出溝５はスリット１７を介して液体供給室１６に連通している。ダミー溝６は液体供給室１６に連通しない。そのため、液体供給室１６に供給される液体は吐出溝５に供給される。
【００３６】
図４（ｋ）及び（ｌ）は、第一ベース基板除去工程Ｓ５の後の積層基板４の断面模式図である。図４（ｋ）が溝に直交する方向の断面模式図である、図４（ｌ）が吐出溝５の溝方向の断面模式図である。カバープレート９が接合された側とは反対側の第一ベース基板２の一部を除去し、複数のダミー溝６の底面を開口（開口１１）させてダミー溝６の底面に堆積した電極材料８（又は底面に堆積した駆動電極１３ｂ）を一括して除去する。この場合に、吐出溝５の底面は開口させないでその下部に第一ベース基板２を残す（吐出溝５の両側面の駆動電極１３ａは電気的に接続されている。）。これにより、ダミー溝６の両側面に形成した駆動電極１３ｂを同時に電気的に分離することができる。また、吐出溝５とダミー溝６の間の隔壁１８はカバープレート９の底面に接合するので、第一ベース基板２の一部を除去してダミー溝６の底面を開口したときに、隔壁１８が脱落することがない。また、吐出溝５の底面の下部に第一ベース基板２を残したので、第一ベース基板２の除去時に吐出溝５が破損することを防止することができる。なお、第一ベース基板２をグラインダーや平面研削盤を用いて研削し又は／及び砥粒を用いて研磨してその一部を除去することができる。
【００３７】
図５（ｍ）及び（ｎ）は、第二ベース基板接合工程Ｓ６の後の積層基板４の断面模式図である。図５（ｍ）が溝に直交する方向の断面模式図であり、図５（ｎ）が吐出溝５の溝方向の断面模式図である。第一ベース基板２に第二ベース基板１０を接合してダミー溝６の開口１１（図４（ｋ）を参照。）を閉塞する。第二ベース基板１０は圧電体材料や圧電体材料よりも誘電率の小さい酸化物や窒化物から成る低誘電率材料を使用することができる。低誘電率材料を使用すれば、隣接する吐出溝５間の容量結合を小さく抑えることができる。そのため、隣接する隔壁１８ａを駆動する駆動信号が第二ベース基板１０を介して隔壁１８ｂに漏洩することを防止することができ、漏洩信号により吐出特性が変動することを低減させることができる。
【００３８】
図５（ｏ）は、ノズルプレート接合工程Ｓ９の後の積層基板４の断面模式図であり、吐出溝５の溝方向の断面を表す。第二ベース基板１０、積層基板４及びカバープレート９からなる積層構造の前方端ＦＥの端面にノズルプレート１９を接合する。ノズルプレート１９にはノズル２１が形成されている。ノズル２１は吐出溝５に対応する位置に形成され、吐出溝５に連通する。
【００３９】
図５（ｐ）は、フレキシブル基板接合工程Ｓ１０の後の積層基板４の断面模式図である。図示しない配線電極を形成したフレキシブル基板２０を後方端ＲＥ近傍の表面に導電材を介して接合し、引出電極１４と図示しない配線電極とを電気的に接続する。これにより、図示しない制御回路から配線電極及び引出電極１４を介して吐出溝５及びダミー溝６の側面に形成した駆動電極１３ｂに駆動信号を供給することができる。
【００４０】
液体噴射ヘッド１をこのように製造したので、高精度の位置合わせを行う必要がなく、ダミー溝６の両側面の駆動電極を一括して電気的に分離することができる。そのため、チャンネルの狭ピッチ化、狭チャンネル化に対応することができる。なお、上記実施形態において、ダミー溝６を吐出溝５より深く形成し、ダミー溝６の底面の開口１１のみ削除したが本発明はこれに限定されない。吐出溝５及びダミー溝６ともに深く形成し、吐出溝５の底面の電極材料とダミー溝６の底面の電極材料をともに削除しても良い。この場合に、吐出溝５の両側面に堆積した電極材料（又は駆動電極１３）は引出電極１４ａ又は吐出溝５の円弧状の傾斜底面に堆積した電極材料により電気的に接続される。
【００４１】
（第二実施形態）
図６は、本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッド１の分解斜視図である。本発明の液体噴射ヘッド１の製造方法により形成した。同一の部分又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。
【００４２】
図６に示すように、液体噴射ヘッド１は、第一ベース基板２の上に接合した圧電体基板３からなる積層基板４と、積層基板４の下部に接合した第二ベース基板１０と、積層基板４の上面に接合したカバープレート９と、積層基板４の前方端ＦＥに接合したノズルプレート１９と、積層基板４の後方端ＲＥ近傍の上面に接着したフレキシブル基板２０を備えている。圧電体基板３は第一ベース基板２の上に接着剤を介して接合されている。積層基板４の表面には、圧電体基板３を貫通し、第一ベース基板２に達する吐出溝５とダミー溝６が交互に並列に形成されている。吐出溝５は積層基板４の前方端ＦＥから後方端ＲＥの手前まで形成されている。ダミー溝６は積層基板４の前方端ＦＥから後方端ＲＥに亘ってストレートに形成されている。吐出溝５の底面下部には第一ベース基板２の一部が残っている。ダミー溝６は吐出溝５よりも深く形成されている。
【００４３】
カバープレート９は積層基板４の上面に吐出溝５とダミー溝６を覆うように接合されている。カバープレート９は、液体供給室１６と、これに連通し各吐出溝５に液体を供給するためのスリット１７を備えている。吐出溝５の両側面には駆動電極１３ａが形成され、互いに電気的に接続されている。ダミー溝６の両側面に形成した駆動電極１３ｂは、第一ベース基板２の下部を除去することにより電気的に分離されている。第一ベース基板２の一部の除去により開口したダミー溝６の底部は第二ベース基板１０により閉塞されている。
【００４４】
液体噴射ヘッド１は、更に、積層基板４の前方端ＦＥの端面に接合されたノズルプレート１９と、積層基板４の後方端ＲＥ近傍の表面に接合されたフレキシブル基板２０を備えている。ノズルプレート１９は吐出溝５に連通するノズル２１を備えている。フレキシブル基板２０は積層基板４の後方端ＲＥ近傍の表面に形成される引出電極１４と電気的に接続する図示しない配線電極を備えている。
【００４５】
液体噴射ヘッド１は次のように動作する。液体タンクから液体供給室１６に液体が供給されると、スリット１７を介して各吐出溝５に液体が充填される。吐出溝５の両側面に形成された駆動電極１３ａは、引出電極１４ａ及びフレキシブル基板２０に形成した配線電極を介してＧＮＤに接続される。制御回路から供給される駆動信号がフレキシブル基板２０に形成した配線電極及び引出電極１４ｂを介してダミー溝６の側面に形成した駆動電極１３ｂに与えられると隔壁１８は変形し、吐出溝５に充填された液体がノズル２１から吐出される。これにより、被記録媒体に液体を記録する。
【００４６】
液体噴射ヘッド１はこの構成により、レーザービームやダイヤモンドカッターを使用することなくダミー溝６の底面に堆積した電極材料を除去することができるので、吐出チャンネルやダミーチャンネルの狭ピッチ化、狭幅化が容易になり、高密度に配列したノズルの液体噴射ヘッド１を提供することができる。特に溝幅が２０μｍ〜５０μｍの高密度液体噴射ヘッド１に好適である。なお、上記実施形態において、第一ベース基板２は圧電体基板３と同じ圧電体材料を使用することができる。この場合に、圧電体基板３はその表面に垂直方向に分極し、第一ベース基板２は圧電体基板３の分極方向と反対方向に分極する。これにより、シェブロンタイプの液体噴射ヘッド１を構成することができる。また、第二ベース基板１０を圧電体材料よりも誘電率の小さい低誘電率材料を使用することができる。これにより、隣接する隔壁１８の間の容量結合が低下し、駆動信号が漏洩することを低減させることができる。また、吐出溝５をダミー溝６と同程度に深く形成し、第二ベース基板１０により吐出溝５とダミー溝６の底部を閉塞するように構成することができる。
【００４７】
（第三実施形態）
図７は、本発明の第三実施形態に係る液体噴射装置５０の模式的な斜視図である。本液体噴射装置５０は、上記第一又は第二実施形態で説明した液体噴射ヘッド１を使用している。液体噴射装置５０は、液体噴射ヘッド１、１’を往復移動させる移動機構６３と、液体噴射ヘッド１、１’に液体を供給する液体供給管５３、５３’と、液体供給管５３、５３’に液体を供給する液体タンク５１、５１’を備えている。各液体噴射ヘッド１、１’は、液体を吐出させる吐出チャンネルと、この吐出チャンネルに液体を供給する液体供給室と、液体供給室に液体を供給する図示しない圧力緩衝器を備えている。
【００４８】
具体的に説明する。液体噴射装置５０は、紙等の被記録媒体５４を主走査方向に搬送する一対の搬送手段６１、６２と、被記録媒体５４に液体を吐出する液体噴射ヘッド１、１’と、液体タンク５１、５１’に貯留した液体を液体供給管５３、５３’に押圧して供給するポンプ５２、５２’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６３等を備えている。
【００４９】
一対の搬送手段６１、６２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５４を主走査方向に搬送する。移動機構６３は、副走査方向に延びた一対のガイドレール５６、５７と、一対のガイドレール５６、５７に沿って摺動可能なキャリッジユニット５８と、キャリッジユニット５８を連結し副走査方向に移動させる無端ベルト５９と、この無端ベルト５９を図示しないプーリを介して周回させるモータ６０を備えている。
【００５０】
キャリッジユニット５８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５１、５１’は対応する色の液体を貯留し、ポンプ５２、５２’、液体供給管５３、５３’を介して液体噴射ヘッド１、１’に供給する。
【００５１】
液体噴射装置５０の制御部は、各液体噴射ヘッド１、１’に駆動信号を与えて各色の液滴を吐出させる。制御部は、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５８を駆動するモータ６０の回転及び被記録媒体５４の搬送速度を制御して、被記録媒体５４上に文字や図形や任意のパターンを記録する。
【符号の説明】
【００５２】
１ 液体噴射ヘッド
２ 第一ベース基板
３ 圧電体基板
４ 積層基板
５ 吐出溝
６ ダミー溝
８ 電極材料
９ カバープレート
１０ 第二ベース基板
１１ 開口
１２ 樹脂膜
１３ 駆動電極
１４ 引出電極
１８ 隔壁
１９ ノズルプレート
２０ フレキシブル基板
２１ ノズル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴を吐出して被記録媒体に記録する液体噴射ヘッドの製造方法に関し、特に、吐出チャンネルとダミーチャンネルが交互に並列に配列する液体噴射ヘッドの製造方法、液体噴射ヘッド及び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。この種の液体噴射ヘッドとしてシェアーモードタイプが知られている。シェアーモードタイプは、圧電体基板の表面に吐出チャンネルとダミーチャンネルを交互に形成し、吐出チャンネルとダミーチャンネルの間の隔壁を瞬間的に変形させて吐出チャンネルから液滴を吐出する
【０００３】
図８は、特許文献１に記載されるインクジェットヘッドの断面構造を表す。インクジェットヘッド１００は吐出チャンネル１１２とダミーチャンネル１１１が交互に形成された底壁１２４と、この底壁１２４の上面に設置された天壁１１０を備えている。吐出チャンネル１１２とダミーチャンネル１１１の間に圧電側壁１０３が形成されている。圧電側壁１０３は上半分の上壁部１２５と下半分の下壁部１２６からなり、上壁部１２５は上方向に分極され、下壁部１２６は下方向に分極されている。各圧電側壁１０３の壁面には電極１０５が形成され、吐出チャンネル１１２を構成する圧電側壁１０３の各側面には互いに電気的に接続される電極１０５Ｂが形成され、ダミーチャンネル１１１を構成する圧電側壁１０３の各側面には互いに電気的に分離する電極１０５Ａが形成されている。インクジェットヘッド１００の前面には図示しないノズルプレートが設置され、ノズルプレートには吐出チャンネル１１２に連通するノズル１１６が形成されている。
【０００４】
インクジェットヘッド１００は次のように駆動される。吐出チャンネル１１２に設置した電極１０５Ｂと、吐出チャンネル１１２の両側に位置する２つのダミーチャンネル１１１の当該吐出チャンネル１１２側の側面に形成した電極１０５Ａの間に電圧を印加する。すると、圧電側壁１０３は吐出チャンネル１１２の容積を増加する方向に圧電厚み滑り変形する。そして所定時間経過後に電圧の印加が停止され、吐出チャンネル１１２の容積が増加状態から自然状態となって吐出チャンネル１１２内のインクに圧力が加えられ、インク滴がノズル１１６から吐出される。
【０００５】
このインクジェットヘッド１００は次のように製造される。まず、下方向に分極された圧電セラミックス層に、上方向に分極処理された圧電セラミックス層を接着してアクチュエータ基板１０２を形成する。次に、アクチュエータ基板１０２に平行な溝をダイヤモンドカッター等により切削形成して、上壁部１２５及び下壁部１２６からなる圧電側壁１０３を形成する。このように形成した圧電側壁１０３の側面に、真空蒸着等によって電極１０５Ａ、１０５Ｂを形成する。しかし、ダミーチャンネル１１１を構成する両圧電側壁１０３の電極１０５Ａは電気的に分離する必要がある。隣接する吐出チャンネル１１２を独立して駆動することができるようにするためである。そこで、圧電側壁１０３の開口側からレーザー装置又はダイヤモンドカッターを用いてダミーチャンネル１１１の底面に形成された電極に分割溝１１８を形成し、左右の側壁の電極１０５Ａを電気的に分離する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１６８０９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、分割溝１１８を形成する際にダミーチャンネル１１１の一本毎にレーザービームを照射する、或いはダミーチャンネル１１１の幅よりも薄いダイヤモンドカッターをダミーチャンネル１１１に挿入して電極を切断するのは多大な時間を要する。また、吐出チャンネル１１２の狭ピッチ化、ダミーチャンネル１１１の狭チャンネル化に伴い、レーザービームやダイヤモンドカッターの位置合わせがきわめて難しい。更に、レーザービームがダミーチャンネル１１１の底面に達しない、或いはレーザービームが圧電側壁１０３の上面にも照射されてしまう、或いはダイヤモンドカッターの厚さが薄すぎて製造できないという課題が顕在化している。
【０００８】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、レーザービームやダイヤモンドカッターを用いないでダミーチャンネル１１１の底面に形成された電極を一括して除去する液体噴射ヘッドの製造方法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】
【０００９】
本発明の液体噴射ヘッドの製造方法は、第一ベース基板の上に圧電体基板を接合して積層基板を形成する積層基板形成工程と、前記圧電体基板を貫通し前記第一ベース基板に達する深さを有する吐出チャンネル用の吐出溝とダミーチャンネル用のダミー溝とを交互に並列に形成する溝形成工程と、前記吐出溝及び前記ダミー溝の内表面に電極材料を堆積する電極材料堆積工程と、
前記圧電体基板に前記吐出溝及び前記ダミー溝を覆うようにカバープレートを接合するカバープレート接合工程と、前記カバープレートとは反対側の前記第一ベース基板の一部を除去し、前記ダミー溝の底面に堆積した前記電極材料を除去する第一ベース基板除去工程と、前記第一ベース基板に第二ベース基板を接合する第二ベース基板接合工程と、を備えることとした。
【００１０】
また、前記溝形成工程は、前記吐出溝の少なくとも一方の端部を前記圧電体基板の外周よりも内側に形成し、前記ダミー溝を前記圧電体基板の外周まで形成することとした。
【００１１】
また、前記積層基板形成工程の後に、前記圧電体基板の表面に樹脂膜から成るパターンを形成する樹脂膜パターン形成工程と、前記電極材料堆積工程の後に、前記樹脂膜を除去し、前記吐出溝と前記ダミー溝の側面に駆動電極を、前記圧電体基板の表面に引出電極をそれぞれ形成する樹脂膜剥離工程と、を備えることとした。
【００１２】
また、前記溝形成工程は、前記ダミー溝を前記吐出溝よりも深く形成し、前記第一ベース基板除去工程は、前記吐出溝の下部に前記第一ベース基板の一部を残すこととした。
【００１３】
また、前記第一ベース基板は圧電体材料から成り、前記第二ベース基板は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こととした。
【００１４】
本発明の液体噴射ヘッドは、第一ベース基板とその上部に接着材を介して接合される圧電体基板を備え、前記圧電体基板を貫通し前記第一ベース基板に達する深さを有する吐出チャンネル用の吐出溝と、前記圧電体基板と前記第一ベース基板を貫通するダミーチャンネル用のダミー溝とが交互に並列に形成される積層基板と、前記積層基板の下部に接合され、前記ダミー溝を閉塞する第二ベース基板と、前記圧電体基板の上部に、前記吐出溝と前記ダミー溝を覆うように接合されるカバープレートと、前記吐出溝の両側面に形成され、互いに電気的に接続される第一駆動電極と、前記ダミー溝の両側面に形成され、前記第一ベース基板の一部を除去することにより互いに電気的に分離された第二駆動電極と、を備えることとした。
【００１５】
また、前記第一ベース基板は圧電体材料から成り、前記圧電体基板はその基板面の垂直方向に分極されており、前記第一ベース基板は前記分極方向とは反対方向に分極されていることとした。
【００１６】
また、前記第一ベース基板は圧電体材料から成り、前記第二ベース基板は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成ることとした。
【００１７】
また、前記吐出溝は、前記積層基板の一方の端部から他方の端部の手前まで形成され、前記ダミー溝は、前記一方の端部から前記他方の端部に亘って形成されていることとした。
【００１８】
本発明の液体噴射装置は、上記いずれか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。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の液体噴射ヘッドの製造方法は、第一ベース基板の上に圧電体基板を接合して積層基板を形成する積層基板形成工程と、圧電体基板を貫通し第一ベース基板に達する深さを有する吐出チャンネル用の吐出溝とダミーチャンネル用のダミー溝とを交互に並列に形成する溝形成工程と、吐出溝及び前記ダミー溝の内表面に電極材料を堆積する電極材料堆積工程と、圧電体基板に吐出溝及びダミー溝を覆うようにカバープレートを接合するカバープレート接合工程と、カバーレートとは反対側の第一ベース基板の一部を除去し、ダミー溝の底面に堆積した電極材料を除去する第一ベース基板除去工程と、第一ベース基板に第二ベース基板を接合する第二ベース基板接合工程と、を備える。
【００２０】
これにより、ダミー溝の底面に堆積した電極材料を電気的に分離するために、レーザービームやダイヤモンドカッターの高精度の位置合わせを行う必要がない。また、吐出チャンネルやダミーチャンネルが狭ピッチ化、狭幅化した場合でも電極分離が可能である。更に、多数のダミーチャンネルの電極を一括して分離することができるので製造時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る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２】本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法を表す工程図である。
【図３】本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法を説明するための説明図である。
【図４】本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法を説明するための説明図である。
【図５】本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法を説明するための説明図である。
【図６】本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法を説明するための説明図である。
【図７】本発明の第三実施形態に係る液体噴射装置の模式的な分解斜視図である。
【図８】従来公知の液体噴射ヘッドの断面構造を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１は、本発明に係る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、積層基板形成工程Ｓ１において、第一ベース基板の上に圧電体基板を接合する。圧電体基板としてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）やＢａＴｉＯ３からなるセラミックス基板を使用することができる。第一ベース基板としてＰＺＴセラミックスなどの圧電体材料を使用することができる。また、第一ベース基板として非圧電体材料を使用することができる。圧電体基板と第一ベース基板とは接着剤を介して接合する。圧電体基板は、基板面の法線方向に分極処理を施しておく。第一ベース基板に圧電材料を使用する場合は、圧電体基板の分極方向と反対方向に分極処理を施しておく。
【００２３】
次に、溝形成工程Ｓ２において、液体を吐出するためのチャンネル構成用の吐出溝と、液体を吐出しないダミーチャンネル構成用のダミー溝を交互に並列に形成する。この場合に、吐出溝とダミー溝を、圧電体基板を貫通し第一ベース基板に達する深さに形成する。分極方向が互いに反対向きの圧電体材料を積層したシェブロンタイプの吐出チャンネルを構成する場合は、第一ベース基板としてＰＺＴセラミックスなどの圧電体材料を使用し、吐出チャンネルの略１／２の深さが圧電体基板と第一ベース基板の境界となるように吐出溝を形成する。なお、第一ベース基板として非圧電体材料を使用した場合も、吐出チャンネルの略１／２の深さが圧電体基板と第一ベース基板の境界となるように吐出溝を形成する。ダミー溝は吐出溝の深さと同程度かそれよりも深く形成する。吐出溝は少なくとも一方の端部が圧電体基板の外周よりも内側まで形成し、ダミー溝は圧電体基板の一方の端部から他方の端部まで、つまり積層基板の外周までストレートに形成することができる。各溝はダイシングブレードを使用して形成することができる。
【００２４】
次に、電極材料堆積工程Ｓ３において、圧電体基板の第一ベース基板とは反対側の表面（以下、圧電体基板の上面という。）と吐出溝及びダミー溝の内表面に電極材料を堆積する。金属材料をスパッタリング法や蒸着法により堆積することができる。また、メッキ法により金属材料を堆積してもよい。次に、カバープレート接合工程Ｓ４において、圧電体基板の上面に吐出溝やダミー溝を覆うようにカバープレートを接合する。カバープレートとして、圧電体材料と同じ材料を使用することができる。下部の圧電体基板と同じ材料を使用すれば熱膨張率が同じなので温度変化に対して反りや割れの発生を抑えることができる。また、カバープレートとして、後に説明する第二ベース基板と同じ材料を使用することができる。これにより、圧電体材料を両側から同じ材料の基板により挟むので、この場合も熱膨張差による基板の反りを防止することができる。
【００２５】
次に、第一ベース基板除去工程Ｓ５において、カバープレートが接合された側とは反対側の第一ベース基板の一部を除去し、ダミー溝の底面に堆積した電極材料を除去する。これにより、ダミー溝の両側面に堆積した電極材料を電気的に分割することができる。第一ベース基板の一部を、カバープレートとは反対側の第一ベース基板の下面側からグラインダーや平面研削盤を用いて研削し又は／及び砥粒を用いて研磨して除去することができる。その結果、電極材料の電気的分割は複数のダミー溝に亘って一括して行うことができる。即ち、この電極材料を除去するのに高精度の位置合わせと必要としない。また、吐出チャンネルやダミーチャンネルの狭ピッチ化、狭チャンネル化に伴いダミーチャンネルの溝幅を狭く形成する場合でも、ダミー溝の底面に堆積した電極材料を容易に除去することができる。更に、圧電体基板の上面にカバープレートを接合したので、ダミー溝の底面が開口しても隣接するダミー溝の間の隔壁や吐出溝が脱落することがない。なお、ダミー溝と吐出溝の両方の底面を開口させるように予め吐出溝を深く形成することができる。しかし、吐出溝の底面下部を除去しないで残したほうが第一ベース基板の一部除去の際に溝と溝との間の隔壁が破壊され難く、作業性に優れている。
【００２６】
次に、第二ベース基板接合工程Ｓ６において、第一ベース基板に第二ベース基板を接合してダミー溝の開口を閉塞する。第二ベース基板として第一ベース基板と同じ材料を使用することができる。例えば、第一ベース基板としてＰＺＴセラミックスを使用した場合は第二ベース基板も同じＰＺＴセラミックスを使用することができる。同じ材料を使用すれば熱膨張率が同じなので温度変化に対して反りや割れの発生を抑えることができる。また、第二ベース基板として圧電材料よりも誘電率の小さい低誘電率材料を使用することができる。これにより、隣接するチャンネル間の容量カップリングにより駆動信号が隣接する隔壁に漏洩して吐出特性を変化させることを低減することができる。
【００２７】
これにより、ダミー溝の底面に堆積した電極材料を除去するための高精度の位置合わせが不要であり、吐出チャンネルやダミーチャンネルの狭ピッチ化、狭幅化に対応することができ、かつ製造時間を短縮することができる。以下、本発明について図面を用いて詳細に説明する。
【００２８】
（第一実施形態）
図２は、本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法を表す工程図である。本実施形態は、シェブロンタイプの液体噴射ヘッドの製造方法である。図１と異なる部分は、溝形成工程Ｓ２の前に樹脂膜パターン形成工程Ｓ７が挿入され、電極材料堆積工程Ｓ３の後に樹脂膜剥離工程Ｓ８が挿入されている。これは、リフトオフ法により電極を形成するためである。更に、第二ベース基板接合工程Ｓ６の後にノズルプレート接合工程Ｓ９及びフレキシブル基板接合工程Ｓ１０を備えている。以下、図３、図４及び図５を用いて具体的に説明する。
【００２９】
図３（ａ）〜図５（ｐ）は、本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法を説明するための説明図である。図３（ａ）は、積層基板形成工程Ｓ1の後の積層基板４の断面模式図である。圧電体基板３を第一ベース基板２の上に接着剤を介して接合する。圧電体基板３としてＰＺＴセラミックス基板を使用する。第一ベース基板２として圧電体基板３と同じＰＺＴセラミックス基板を使用する。圧電体基板３と第一ベース基板２は基板面の垂直方向で互いに反対方向に分極処理が施されている。
【００３０】
図３（ｂ）は、樹脂膜パターン形成工程Ｓ７の後の積層基板４の断面模式図である。積層基板形成工程Ｓ１の後にドライフィルムから感光性樹脂膜を積層基板４の上面に形成する。次に、露光及び現像工程を通して感光性樹脂膜を選択的に除去し、樹脂膜１２のパターンを形成する。樹脂膜１２のパターンは、圧電体基板３の上面に引出電極等の電極パターンをリフトオフ法により形成するために設けており、電極を形成する領域からは樹脂膜１２を除去し、電極を形成しない領域には樹脂膜１２を残す。
【００３１】
図３（ｃ）及び（ｄ）は、溝形成工程Ｓ２の後の積層基板４の断面模式図である。図３（ｃ）が溝に直交する方向の断面模式図であり、図３（ｄ）が吐出溝５の溝方向の断面模式図である。図３（ｃ）に示すように、吐出チャンネル構成用の吐出溝５とダミーチャンネル構成用のダミー溝６とを交互に並列に形成する。吐出溝５は、圧電体基板３を貫通し、第一ベース基板２の深さが圧電体基板３の厚さと同程度となるように形成する。ダミー溝６は、吐出溝５よりも深く形成する。ここで、吐出溝５及びダミー溝６の溝幅は２０μｍ〜５０μｍであり、圧電体基板３の厚さは１００μｍ〜２００μｍであり、第一ベース基板２の厚さは５００μｍ〜８００μｍである。
【００３２】
図３（ｄ）に示すように、吐出溝５は積層基板４の前方端ＦＥから後方端ＲＥの手前まで形成する。ダミー溝６は積層基板４の前方端ＦＥから後方端ＲＥまでストレートに形成する。吐出溝５の後端部は溝を切削するダイシングブレードの外形形状となる。
【００３３】
図３（ｅ）及び（ｆ）は、電極材料堆積工程Ｓ３の後の積層基板４の断面模式図である。図３（ｅ）が溝に直交する方向の断面模式図であり、図３（ｆ）が吐出溝５の溝方向の断面模式図である。積層基板４の上方から例えばスパッタリング法により電極材料８を堆積する。電極材料８として、アルミニウム、クロム、ニッケル、チタン等の金属材料や半導体材料を用いることができる。電極材料８は、スパッタリング法の他に蒸着法やめっき法により堆積することができる。図３（ｅ）に示すように、電極材料８は吐出溝５やダミー溝６の側面や底面に堆積している。
【００３４】
図４（ｇ）及び（ｈ）は、樹脂膜剥離工程Ｓ８の後の積層基板４の断面模式図である。図４（ｇ）が溝に直交する方向の断面模式図であり、図４（ｈ）が吐出溝５の溝方向の断面模式図である。樹脂膜１２を積層基板４の上面から剥離することにより、その上に堆積した電極材料８も剥離する。これにより、吐出溝５及びダミー溝６の側面に駆動電極１３が形成され、後方端ＲＥ側の積層基板４の表面に引出電極１４ａ、１４ｂが形成される。引出電極１４ａは吐出溝５の端部から後方端ＲＥの手前まで延在し、吐出溝５の側面に形成された駆動電極１３に電気的に接続する。引出電極１４ｂは後方端ＲＥと引出電極１４ａの間の積層基板４の表面に設置され、吐出溝５を挟むダミー溝６の、吐出溝５側の側面に形成された２つの駆動電極１３を電気的に接続する。
【００３５】
図４（ｉ）及び（ｊ）は、カバープレート接合工程Ｓ４の後の積層基板４の断面模式図である。図４（ｉ）が溝に直交する方向の断面模式図であり、図４（ｊ）が吐出溝５の溝方向の断面模式図である。吐出溝５及びダミー溝６を覆うようにカバープレート９を積層基板４の上面に接着剤を介して接合する。カバープレート９は液体供給室１６とこれに連通するスリット１７を備えている。吐出溝５はスリット１７を介して液体供給室１６に連通している。ダミー溝６は液体供給室１６に連通しない。そのため、液体供給室１６に供給される液体は吐出溝５に供給される。
【００３６】
図４（ｋ）及び（ｌ）は、第一ベース基板除去工程Ｓ５の後の積層基板４の断面模式図である。図４（ｋ）が溝に直交する方向の断面模式図である、図４（ｌ）が吐出溝５の溝方向の断面模式図である。カバープレート９が接合された側とは反対側の第一ベース基板２の一部を除去し、複数のダミー溝６の底面を開口（開口１１）させてダミー溝６の底面に堆積した電極材料８（又は底面に堆積した駆動電極１３ｂ）を一括して除去する。この場合に、吐出溝５の底面は開口させないでその下部に第一ベース基板２を残す（吐出溝５の両側面の駆動電極１３ａは電気的に接続されている。）。これにより、ダミー溝６の両側面に形成した駆動電極１３ｂを同時に電気的に分離することができる。また、吐出溝５とダミー溝６の間の隔壁１８はカバープレート９の底面に接合するので、第一ベース基板２の一部を除去してダミー溝６の底面を開口したときに、隔壁１８が脱落することがない。また、吐出溝５の底面の下部に第一ベース基板２を残したので、第一ベース基板２の除去時に吐出溝５が破損することを防止することができる。なお、第一ベース基板２をグラインダーや平面研削盤を用いて研削し又は／及び砥粒を用いて研磨してその一部を除去することができる。
【００３７】
図５（ｍ）及び（ｎ）は、第二ベース基板接合工程Ｓ６の後の積層基板４の断面模式図である。図５（ｍ）が溝に直交する方向の断面模式図であり、図５（ｎ）が吐出溝５の溝方向の断面模式図である。第一ベース基板２に第二ベース基板１０を接合してダミー溝６の開口１１（図４（ｋ）を参照。）を閉塞する。第二ベース基板１０は圧電体材料や圧電体材料よりも誘電率の小さい酸化物や窒化物から成る低誘電率材料を使用することができる。低誘電率材料を使用すれば、隣接する吐出溝５間の容量結合を小さく抑えることができる。そのため、隣接する隔壁１８ａを駆動する駆動信号が第二ベース基板１０を介して隔壁１８ｂに漏洩することを防止することができ、漏洩信号により吐出特性が変動することを低減させることができる。
【００３８】
図５（ｏ）は、ノズルプレート接合工程Ｓ９の後の積層基板４の断面模式図であり、吐出溝５の溝方向の断面を表す。第二ベース基板１０、積層基板４及びカバープレート９からなる積層構造の前方端ＦＥの端面にノズルプレート１９を接合する。ノズルプレート１９にはノズル２１が形成されている。ノズル２１は吐出溝５に対応する位置に形成され、吐出溝５に連通する。
【００３９】
図５（ｐ）は、フレキシブル基板接合工程Ｓ１０の後の積層基板４の断面模式図である。図示しない配線電極を形成したフレキシブル基板２０を後方端ＲＥ近傍の表面に導電材を介して接合し、引出電極１４と図示しない配線電極とを電気的に接続する。これにより、図示しない制御回路から配線電極及び引出電極１４を介して吐出溝５及びダミー溝６の側面に形成した駆動電極１３ｂに駆動信号を供給することができる。
【００４０】
液体噴射ヘッド１をこのように製造したので、高精度の位置合わせを行う必要がなく、ダミー溝６の両側面の駆動電極を一括して電気的に分離することができる。そのため、チャンネルの狭ピッチ化、狭チャンネル化に対応することができる。なお、上記実施形態において、ダミー溝６を吐出溝５より深く形成し、ダミー溝６の底面の開口１１のみ削除したが本発明はこれに限定されない。吐出溝５及びダミー溝６ともに深く形成し、吐出溝５の底面の電極材料とダミー溝６の底面の電極材料をともに削除しても良い。この場合に、吐出溝５の両側面に堆積した電極材料（又は駆動電極１３）は引出電極１４ａ又は吐出溝５の円弧状の傾斜底面に堆積した電極材料により電気的に接続される。
【００４１】
（第二実施形態）
図６は、本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッド１の分解斜視図である。本発明の液体噴射ヘッド１の製造方法により形成した。同一の部分又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。
【００４２】
図６に示すように、液体噴射ヘッド１は、第一ベース基板２の上に接合した圧電体基板３からなる積層基板４と、積層基板４の下部に接合した第二ベース基板１０と、積層基板４の上面に接合したカバープレート９と、積層基板４の前方端ＦＥに接合したノズルプレート１９と、積層基板４の後方端ＲＥ近傍の上面に接着したフレキシブル基板２０を備えている。圧電体基板３は第一ベース基板２の上に接着剤を介して接合されている。積層基板４の表面には、圧電体基板３を貫通し、第一ベース基板２に達する吐出溝５とダミー溝６が交互に並列に形成されている。吐出溝５は積層基板４の前方端ＦＥから後方端ＲＥの手前まで形成されている。ダミー溝６は積層基板４の前方端ＦＥから後方端ＲＥに亘ってストレートに形成されている。吐出溝５の底面下部には第一ベース基板２の一部が残っている。ダミー溝６は吐出溝５よりも深く形成されている。
【００４３】
カバープレート９は積層基板４の上面に吐出溝５とダミー溝６を覆うように接合されている。カバープレート９は、液体供給室１６と、これに連通し各吐出溝５に液体を供給するためのスリット１７を備えている。吐出溝５の両側面には駆動電極１３ａが形成され、互いに電気的に接続されている。ダミー溝６の両側面に形成した駆動電極１３ｂは、第一ベース基板２の下部を除去することにより電気的に分離されている。第一ベース基板２の一部の除去により開口したダミー溝６の底部は第二ベース基板１０により閉塞されている。
【００４４】
液体噴射ヘッド１は、更に、積層基板４の前方端ＦＥの端面に接合されたノズルプレート１９と、積層基板４の後方端ＲＥ近傍の表面に接合されたフレキシブル基板２０を備えている。ノズルプレート１９は吐出溝５に連通するノズル２１を備えている。フレキシブル基板２０は積層基板４の後方端ＲＥ近傍の表面に形成される引出電極１４と電気的に接続する図示しない配線電極を備えている。
【００４５】
液体噴射ヘッド１は次のように動作する。液体タンクから液体供給室１６に液体が供給されると、スリット１７を介して各吐出溝５に液体が充填される。吐出溝５の両側面に形成された駆動電極１３ａは、引出電極１４ａ及びフレキシブル基板２０に形成した配線電極を介してＧＮＤに接続される。制御回路から供給される駆動信号がフレキシブル基板２０に形成した配線電極及び引出電極１４ｂを介してダミー溝６の側面に形成した駆動電極１３ｂに与えられると隔壁１８は変形し、吐出溝５に充填された液体がノズル２１から吐出される。これにより、被記録媒体に液体を記録する。
【００４６】
液体噴射ヘッド１はこの構成により、レーザービームやダイヤモンドカッターを使用することなくダミー溝６の底面に堆積した電極材料を除去することができるので、吐出チャンネルやダミーチャンネルの狭ピッチ化、狭幅化が容易になり、高密度に配列したノズルの液体噴射ヘッド１を提供することができる。特に溝幅が２０μｍ〜５０μｍの高密度液体噴射ヘッド１に好適である。なお、上記実施形態において、第一ベース基板２は圧電体基板３と同じ圧電体材料を使用することができる。この場合に、圧電体基板３はその表面に垂直方向に分極し、第一ベース基板２は圧電体基板３の分極方向と反対方向に分極する。これにより、シェブロンタイプの液体噴射ヘッド１を構成することができる。また、第二ベース基板１０を圧電体材料よりも誘電率の小さい低誘電率材料を使用することができる。これにより、隣接する隔壁１８の間の容量結合が低下し、駆動信号が漏洩することを低減させることができる。また、吐出溝５をダミー溝６と同程度に深く形成し、第二ベース基板１０により吐出溝５とダミー溝６の底部を閉塞するように構成することができる。
【００４７】
（第三実施形態）
図７は、本発明の第三実施形態に係る液体噴射装置５０の模式的な斜視図である。本液体噴射装置５０は、上記第一又は第二実施形態で説明した液体噴射ヘッド１を使用している。液体噴射装置５０は、液体噴射ヘッド１、１’を往復移動させる移動機構６３と、液体噴射ヘッド１、１’に液体を供給する液体供給管５３、５３’と、液体供給管５３、５３’に液体を供給する液体タンク５１、５１’を備えている。各液体噴射ヘッド１、１’は、液体を吐出させる吐出チャンネルと、この吐出チャンネルに液体を供給する液体供給室と、液体供給室に液体を供給する図示しない圧力緩衝器を備えている。
【００４８】
具体的に説明する。液体噴射装置５０は、紙等の被記録媒体５４を主走査方向に搬送する一対の搬送手段６１、６２と、被記録媒体５４に液体を吐出する液体噴射ヘッド１、１’と、液体タンク５１、５１’に貯留した液体を液体供給管５３、５３’に押圧して供給するポンプ５２、５２’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６３等を備えている。
【００４９】
一対の搬送手段６１、６２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５４を主走査方向に搬送する。移動機構６３は、副走査方向に延びた一対のガイドレール５６、５７と、一対のガイドレール５６、５７に沿って摺動可能なキャリッジユニット５８と、キャリッジユニット５８を連結し副走査方向に移動させる無端ベルト５９と、この無端ベルト５９を図示しないプーリを介して周回させるモータ６０を備えている。
【００５０】
キャリッジユニット５８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５１、５１’は対応する色の液体を貯留し、ポンプ５２、５２’、液体供給管５３、５３’を介して液体噴射ヘッド１、１’に供給する。
【００５１】
液体噴射装置５０の制御部は、各液体噴射ヘッド１、１’に駆動信号を与えて各色の液滴を吐出させる。制御部は、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５８を駆動するモータ６０の回転及び被記録媒体５４の搬送速度を制御して、被記録媒体５４上に文字や図形や任意のパターンを記録する。
【符号の説明】
【００５２】
１ 液体噴射ヘッド
２ 第一ベース基板
３ 圧電体基板
４ 積層基板
５ 吐出溝
６ ダミー溝
８ 電極材料
９ カバープレート
１０ 第二ベース基板
１１ 開口
１２ 樹脂膜
１３ 駆動電極
１４ 引出電極
１８ 隔壁
１９ ノズルプレート
２０ フレキシブル基板
２１ ノズル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一ベース基板の上に圧電体基板を接合して積層基板を形成する積層基板形成工程と、
前記圧電体基板を貫通し前記第一ベース基板に達する深さを有する吐出チャンネル用の吐出溝とダミーチャンネル用のダミー溝とを交互に並列に形成する溝形成工程と、
前記吐出溝及び前記ダミー溝の内表面に電極材料を堆積する電極材料堆積工程と、
前記圧電体基板に前記吐出溝及び前記ダミー溝を覆うようにカバープレートを接合するカバープレート接合工程と、
前記カバープレートとは反対側の前記第一ベース基板の一部を除去し、前記ダミー溝の底面に堆積した前記電極材料を除去する第一ベース基板除去工程と、
前記第一ベース基板に第二ベース基板を接合する第二ベース基板接合工程と、を備える液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記溝形成工程は、前記吐出溝の少なくとも一方の端部を前記圧電体基板の外周よりも内側に形成し、前記ダミー溝を前記圧電体基板の外周まで形成する請求項１に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記積層基板形成工程の後に、前記圧電体基板の表面に樹脂膜から成るパターンを形成する樹脂膜パターン形成工程と、
前記電極材料堆積工程の後に、前記樹脂膜を除去し、前記吐出溝と前記ダミー溝の側面に駆動電極を、前記圧電体基板の表面に引出電極をそれぞれ形成する樹脂膜剥離工程と、を備える請求項１又は２に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記溝形成工程は、前記ダミー溝を前記吐出溝よりも深く形成し、
前記第一ベース基板除去工程は、前記吐出溝の下部に前記第一ベース基板の一部を残す請求項１〜３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５】
前記第一ベース基板は圧電体材料から成り、前記第二ベース基板は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請求項１〜４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６】
第一ベース基板とその上部に接着材を介して接合される圧電体基板を備え、前記圧電体基板を貫通し前記第一ベース基板に達する深さを有する吐出チャンネル用の吐出溝と、前記圧電体基板と前記第一ベース基板を貫通するダミーチャンネル用のダミー溝とが交互に並列に形成される積層基板と、
前記積層基板の下部に接合され、前記ダミー溝を閉塞する第二ベース基板と、
前記圧電体基板の上部に、前記吐出溝と前記ダミー溝を覆うように接合されるカバープレートと、
前記吐出溝の両側面に形成され、互いに電気的に接続される第一駆動電極と、
前記ダミー溝の両側面に形成され、前記第一ベース基板の一部を除去することにより互いに電気的に分離された第二駆動電極と、を備える液体噴射ヘッド。
【請求項７】
前記第一ベース基板は圧電体材料から成り、
前記圧電体基板はその基板面の垂直方向に分極されており、前記第一ベース基板は前記分極の方向とは反対方向に分極されている請求項６に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項８】
前記第一ベース基板は圧電体材料から成り、
前記第二ベース基板は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成る請求項６又は７に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項９】
前記吐出溝は、前記積層基板の一方の端部から他方の端部の手前まで形成され、
前記ダミー溝は、前記一方の端部から前記他方の端部に亘って形成されている請求項６〜８のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項１０】
請求項６〜９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１】
第一ベース基板の上に圧電体基板を接合して積層基板を形成する積層基板形成工程と、
前記圧電体基板を貫通し前記第一ベース基板に達する深さを有する吐出チャンネル用の吐出溝とダミーチャンネル用のダミー溝とを交互に並列に形成する溝形成工程と、
前記吐出溝及び前記ダミー溝の内表面に電極材料を堆積する電極材料堆積工程と、
前記圧電体基板に前記吐出溝及び前記ダミー溝を覆うようにカバープレートを接合するカバープレート接合工程と、
前記カバープレートとは反対側の前記第一ベース基板の一部を除去し、前記ダミー溝の底面に堆積した前記電極材料を除去する第一ベース基板除去工程と、
前記第一ベース基板に第二ベース基板を接合する第二ベース基板接合工程と、を備える液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記溝形成工程は、前記吐出溝の少なくとも一方の端部を前記圧電体基板の外周よりも内側に形成し、前記ダミー溝を前記圧電体基板の外周まで形成する請求項１に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記積層基板形成工程の後に、前記圧電体基板の表面に樹脂膜から成るパターンを形成する樹脂膜パターン形成工程と、
前記電極材料堆積工程の後に、前記樹脂膜を除去し、前記吐出溝と前記ダミー溝の側面に駆動電極を、前記圧電体基板の表面に引出電極をそれぞれ形成する樹脂膜剥離工程と、を備える請求項１又は２に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記溝形成工程は、前記ダミー溝を前記吐出溝よりも深く形成し、
前記第一ベース基板除去工程は、前記吐出溝の下部に前記第一ベース基板の一部を残す請求項１〜３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５】
前記第一ベース基板は圧電体材料から成り、前記第二ベース基板は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請求項１〜４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６】
第一ベース基板とその上部に接着材を介して接合される圧電体基板を備え、前記圧電体基板を貫通し前記第一ベース基板に達する深さを有する吐出チャンネル用の吐出溝と、前記圧電体基板と前記第一ベース基板を貫通するダミーチャンネル用のダミー溝とが交互に並列に形成される積層基板と、
前記積層基板の下部に接合され、前記ダミー溝を閉塞する第二ベース基板と、
前記圧電体基板の上部に、前記吐出溝と前記ダミー溝を覆うように接合されるカバープレートと、
前記吐出溝の両側面に形成され、互いに電気的に接続される第一駆動電極と、
前記ダミー溝の両側面に形成され、前記第一ベース基板の一部を除去することにより互いに電気的に分離された第二駆動電極と、を備える液体噴射ヘッド。
【請求項７】
前記第一ベース基板は圧電体材料から成り、
前記圧電体基板はその基板面の垂直方向に分極されており、前記第一ベース基板は前記分極の方向とは反対方向に分極されている請求項６に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項８】
前記第一ベース基板は圧電体材料から成り、
前記第二ベース基板は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成る請求項６又は７に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項９】
前記吐出溝は、前記積層基板の一方の端部から他方の端部の手前まで形成され、
前記ダミー溝は、前記一方の端部から前記他方の端部に亘って形成されている請求項６〜８のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項１０】
請求項６〜９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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１７１２９０（Ｐ２０１２−１７１２９０Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３７３４６（Ｐ２０１１−３７３４６）
【出願日】平成２３年２月２３日（２０１１．２．２３）
【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２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２３日（２０１１．２．２３）
【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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