(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
夫々がインク室に連通し二次元的に配列された複数の圧力室と、該圧力室の壁面の一部を形成する振動板と、前記圧力室に対応するように前記振動板に接合された複数の圧電素子とを備え、該圧電素子の作動で前記圧力室内のインクを加圧し、該圧力室に連通するノズルからインク滴を吐出する形式のインクジェット式記録ヘッドを製造する製造方法であって、
圧電プレートにマスクフィルムを貼り付ける工程と、
前記マスクフィルムを、前記複数の圧電素子が二次元的に配列された圧電素子ユニットとなる領域を形成するための圧電素子マスクパターンと、前記圧電素子ユニットの外周となる外周ダミーパターンを形成するための外周ダミーマスクパターンと、前記圧電素子ユニット内に、各圧電素子の周囲の隙間を全てほぼ同じ寸法にするための残存ダミーパターンとを備えたパターンマスクに形成する工程と、
前記パターンマスク上からサンドブラスト加工を施し、前記圧電プレートをパターニングして、複数の圧電素子が二次元的に配列された圧電素子ユニットを形成する工程とを備えることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
【請求項２】
夫々がインク室に連通し二次元的に配列された複数の圧力室と、該圧力室の壁面の一部を形成する振動板と、前記圧力室に対応するように前記振動板に接合された複数の圧電素子とを備え、該圧電素子の作動で前記圧力室内のインクを加圧し、該圧力室に連通するノズルからインク滴を吐出する形式のインクジェット式記録ヘッドを製造する製造方法であって、
基板に剥離可能に圧電プレートを接着する工程と、
前記圧電プレートにマスクフィルムを貼り付ける工程と、
前記マスクフィルムを、前記複数の圧電素子が二次元的に配列された圧電素子ユニットとなる領域を形成するための圧電素子マスクパターンと、前記圧電素子ユニットの外周となる外周ダミーパターンを形成するための外周ダミーマスクパターンと、前記圧電素子ユニット内に、各圧電素子の周囲の隙間を全てほぼ同じ寸法にするための残存ダミーパターンとを備えたパターンマスクに形成する工程と、
前記パターンマスク上からサンドブラスト加工を施し、前記圧電プレートをパターニングして、複数の圧電素子が前記基板上に二次元的に配列された圧電素子ユニットを形成する工程と、
前記圧電素子ユニットの各圧電素子を前記振動板に接着してから、前記基板を各圧電素子から剥離する工程とを備えることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記圧電素子ユニットの各圧電素子を前記振動板に接着するに際し位置決めのための目印となるマークを、前記基板及び／又は前記圧電プレートに前記サンドブラスト加工と同時に形成することを特徴とする、請求項２に記載のインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記基板に熱発泡性接着フィルムを介して前記圧電プレートを接着し、前記圧電素子ユニットから基板を剥離する際には、前記基板を加熱して前記熱発泡性接着フィルムの接着力を低減することを特徴とする請求項２又は３に記載のインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
【請求項５】
前記圧電素子ユニットの形成工程と前記振動板への圧電素子の接着工程との間に、各圧電素子の側面に絶縁性樹脂膜を蒸着形成する蒸着工程を備え、前記蒸着工程では、前記圧電素子ユニットの表面を前記マスクフィルムで覆った前記基板を鉛直方向から所定角度傾けて自転運動させつつ蒸着源の周りを公転運動させることを特徴とする請求項２〜４の内の何れか１項に記載のインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
【請求項６】
前記圧電素子ユニットと前記振動板とを導電性接着剤で接着することを特徴とする請求項１〜５の内の何れか１項に記載のインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
【請求項７】
前記サンドブラスト加工を、前記圧電プレートの厚みに応じて最小限必要な通常加工時間よりも長い時間行うことを特徴とする請求項１〜６の内の何れか１項に記載のインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
【請求項８】
前記サンドブラスト加工で、行列方向に延在し各圧電素子を相互に分離する略同一幅の分離溝を形成することを特徴とする請求項１〜７の内の何れか１項に記載のインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
【請求項９】
前記圧電素子の少なくとも一端を前記圧力室の壁上であって圧力室プレート部分に、且つ他端を前記圧力室上に夫々位置させた状態で各圧電素子を接合することを特徴とする請求項１〜８の内の何れか１項に記載のインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
【請求項１０】
夫々がインク室に連通し二次元的に配列された複数の圧力室と、該圧力室の壁面の一部を形成する振動板と、前記圧力室に対応するように前記振動板に接合された複数の圧電素子とを備え、該圧電素子の作動で前記圧力室内のインクを加圧し、該圧力室に連通するノズルからインク滴を吐出する形式のインクジェット式記録ヘッドであって、
前記複数の圧電素子が前記圧力室の壁を成す振動板上に二次元的に配列され、前記圧電素子の周囲に外周ダミーパターンが形成され、相互に隣接する前記圧電素子の間に、各圧電素子の周囲の隙間を全てほぼ同じ寸法にするための残存ダミーパターンが形成されていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
【請求項１１】
前記圧力室を有する圧力室プレートと、前記複数の圧電素子が形成された圧電プレートとを有し、前記圧力室プレート上には位置決めマークが、前記振動板には前記位置決めマークに位置合わせされた貫通孔が、前記圧電プレートには目合わせマークが夫々形成されていることを特徴とする、請求項１０に記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項１２】
請求項１０又は１１に記載のインクジェット式記録ヘッドを搭載したことを特徴とするインクジェット式記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワードプロセッサ、ファクシミリ、プリンタ等の情報機器への組込みが可能なインクジェット式記録ヘッド及びその製造方法並びにインクジェット式記録装置に関し、特に、二次元配列に圧電素子が高密度実装されながらも大量生産が容易になる構成のインクジェット式記録ヘッド、及びそのようなインクジェット式記録ヘッドの製造方法、並びにインクジェット式記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特開昭56−64877号公報
【特許文献２】特開平11-207970号公報
【特許文献３】特開平11-129476号公報
【特許文献４】特開2001-88303号公報
【特許文献５】特開2000-79686号公報
【特許文献６】特開平9-39234号公報
【特許文献７】特開平6-143563号公報
【特許文献８】特開2000-289200号公報
【０００３】
近年、ノンインパクト記録方式は、記録時の騒音が極めて小さく、また高速印字が可能である点で関心を集めており、その中でも、インクジェット記録方式を用いたインクジェット式プリンタは広く普及している。このインクジェット式プリンタは、記録ヘッドからインク滴を飛翔させて記録紙に付着させ、文字、図形、写真等の印字を高速で行う構成を備えており、普通紙に特別の定着処理等を施すことなく記録することができる。このようなインクジェット記録方式として、圧電素子等の電気機械変換器を用い、インクが充填された圧力室に圧力波（音響波）を発生させることで、圧力室に連通するノズルからインク滴を吐出するドロップオンデマンド型インクジェット方式が知られている。
【０００４】
ドロップオンデマンド型インクジェット方式の記録ヘッド（以下、インクジェット式記録ヘッドと呼ぶ）が、例えば特許文献１に記載されている。図１１は該公報に記載のインクジェット式記録ヘッドを示すもので、（ａ）は要部の縦断面図、（ｂ）は一部破断した状態で示す平面図、（ｃ）は（ｂ）のc−c線に沿った断面図である。
【０００５】
上記インクジェット式記録ヘッドは、ベースプレート４４と振動板４２とが相互に接合されて双方の間に圧力室４５が形成されており、圧力室４５の一端部にはインクノズルを成すオリフィス４３が形成されている。また、振動板４２上には矩形状の圧電素子４１が接合され、圧電素子４１にはパルス発生器４０が電気的に接続されている。圧力室４５には、インク供給チューブ４６を経由してインクタンク４７からインクが供給される。圧電素子４１は、圧電セラミック、特にＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）によって構成されている。
【０００６】
上記従来のインクジェット式記録ヘッドでは、圧電素子４１が、機械加工で圧電セラミック板を所定の寸法形状に加工することによって作製される。このような圧電素子４１の精密加工法としては、ダイヤモンド粒を含んだ円盤（ダイシングブレード）の回転で切断又は溝加工するダイシングソー方式、或いは、ワイヤーソー方式等が挙げられる。しかし、これらの圧電素子の精密加工法は、直線的な加工には適しているものの、圧電セラミック板（圧電プレート）を任意の形状に形成するような加工はできなかった。
【０００７】
圧電プレートを任意の形状に形成するための製造方法が、例えば特許文献２に記載されている。この公報に記載の製造方法は以下の通りである。まずダミーガラス上に発泡剤シートを張り付け、圧電膜を載せて張り合わせる。その上にレジストを配し、マスク部をパターン形成し、マスク部に覆われた部分以外の圧電膜をサンドブラスト加工により切削する。次に、レジストを剥離し、インク室との位置合わせを行い、振動板上の導電膜上に載置し、ダミーガラスを剥離する。さらに、圧電膜上に電極を積層形成する。このような製造方法によれば、圧電膜の形状をマスクパターンに応じて任意の形状に形成することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、インクジェット式記録ヘッドの分野では、近年、多数のノズルを二次元的に配列し、ヘッドサイズの大型化を抑えつつノズルの高密度実装を実現するための記録ヘッド（以下、マトリクス状配列ヘッドと呼ぶ）が考えられている。上記従来例に記載の手法では、単に一次元状に配列された複数の圧電素子は記載されているものの、マトリクス状配列ヘッドの高密度で二次元配列された多数の圧電素子を得ることは記載されていない。
【０００９】
本発明は、上記に鑑み、圧電プレートを任意の形状に形成しながらも、簡易な製造プロセスによって、マトリクス状配列ヘッドの高密度で二次元配列された多数の圧電素子を容易に製造できるインクジェット式記録ヘッドの製造方法、及びそのような製造方法で製造したインクジェット式記録ヘッド、並びにこのようなインクジェット式記録ヘッドを搭載したインクジェット式記録装置を提供することを目的とする。
【００１０】
また、本発明は、圧電プレートにパターニング、特にサンドブラスト加工を施す際に研削状態の良好なインクジェット式記録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】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明に係る第１視点のインクジェット式記録ヘッドの製造方法は、夫々がインク室に連通し二次元的に配列された複数の圧力室と、該圧力室の壁面の一部を形成する振動板と、前記圧力室に対応するように前記振動板に接合された複数の圧電素子とを備え、該圧電素子の作動で前記圧力室内のインクを加圧し、該圧力室に連通するノズルからインク滴を吐出する形式のインクジェット式記録ヘッドを製造する製造方法であって、基板に剥離可能に圧電プレートを接着する工程と、前記圧電プレートにマスクフィルムを貼り付ける工程と、前記マスクフィルムを、前記圧電素子ユニットとなる領域を形成するための圧電素子マスクパターンに形成する工程と、前記パターンマスク上からサンドブラスト加工を施し、前記圧電プレートをパターニングして、複数の圧電素子が前記基板上に二次元的に配列された圧電素子ユニットを形成する工程と、前記圧電素子ユニットの各圧電素子を前記振動板に接着してから、前記基板を各圧電素子から剥離する工程とを備えることを特徴とする。
【００１２】
本明細書で言う「圧電プレート」は、圧電素子の作製前の圧電セラミック板等の圧電素子材料を意味している。
【００１３】
本発明に係る第１視点のインクジェット式記録ヘッドの製造方法では、圧電プレートを基板に剥離可能に接着した状態でパターニングするだけで、圧電プレートを任意形状に容易に切断し、基板から個々に剥離可能な多数の圧電素子を簡便に得ることができる。更に、複数の圧電素子が基板上に二次元的に配列された圧電素子ユニットとして形成できるので、簡易な製造プロセスにより、マトリクス状配列ヘッドの高密度で二次元配列された多数の圧電素子を容易に製造することができる。
【００１４】
ここで、前記圧電プレートのパターニングでは、サンドブラスト加工を施すことにより、圧電素子の個数や配列形状に拘わらず、圧電プレートへのパターニングを容易に行うことができる。
【００１５】
ところで、特許文献３、４、及び５には夫々、形成した複数の圧電素子を一括転写する技術が記載されている。しかし、これらの技術は何れも、サンドブラスト加工を行わずに、フォトリソグラフィ、スクリーン印刷等を用いて基板上に複数の圧電素子を形成するものであり、製造工程が容易ではない。これに対し、本発明の製造方法では、サンドブラスト加工等のパターニングによって基板上に形成した複数の圧電素子をユニット単位で一括して取り扱うことができるので、比較的廉価な装置を用いながらも、多数の圧電素子を形成する工程と共に、圧電素子を各圧力室の壁に接着する工程が簡便になる。このように、本製造方法によると、製造プロセスが簡便になり、多数の圧電素子を高密度実装したマトリクス状配列ヘッドの量産化が容易になる。
【００１６】
本発明に係る第２視点のインクジェット式記録ヘッドの製造方法は、夫々がインク室に連通し二次元的に配列された複数の圧力室と、該圧力室の壁面の一部を形成する振動板と、前記圧力室に対応するように前記振動板に接合された複数の圧電素子とを備え、該圧電素子の作動で前記圧力室内のインクを加圧し、該圧力室に連通するノズルからインク滴を吐出する形式のインクジェット式記録ヘッドを製造する製造方法であって、圧電プレートにマスクフィルムを貼り付ける工程と、前記マスクフィルムを、前記圧電素子ユニットとなる領域を形成するための圧電素子マスクパターンと、前記圧電素子ユニットの外周となる外周ダミーパターンを形成するための外周ダミーマスクパターンとを備えたパターンマスクに形成する工程と、前記パターンマスク上からサンドブラスト加工を施して、前記圧電プレートをパターニングする工程とを備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る第２視点のインクジェット式記録ヘッドの製造方法では、上記第１視点のインクジェット式記録ヘッドの製造方法と同様の効果を得ることができる。また、圧電素子ユニットの外周領域に外周ダミーパターンが形成されるため、サンドブラスト加工時に発生するサイドエッチングの影響を防止し、圧電素子に高い寸法均一性を確保することが可能となる。
【００１８】
すなわち、圧電プレートをサンドブラスト加工すると、圧電プレートの厚さ方向に対する加工（エッチング）の進行と並行して、圧電プレートの幅方向へも加工が進行する。これを本明細書ではサイドエッチングと呼ぶ。このサイドエッチングは、サンドブラスト加工を行う際に、ブラスト粒子が圧電プレートの側面に対しても衝突するために発生する。
【００１９】
そして、このサイドエッチングの加工速度（加工レート）は、圧電プレートに形成する加工溝の幅に依存する。つまり、圧電素子の脇に形成される加工溝の幅が大きいほど、ブラスト粒子が圧電プレートの側面に衝突しやすくなるため、サイドエッチングの進行速度が大きくなる。サンドブラスト加工にはこのような特性があるため、圧電素子ユニットの外周部に位置した圧電素子では、サイドエッチングが激しく発生してしまう。すなわち、外周部の圧電素子の脇には、ブラスト粒子の側面衝突を防止する障害物が全く存在しないため、サイドエッチングが極めて速い速度で進行する。そのため、外周部の圧電素子は寸法精度が著しく悪化してしまう。圧電素子のサイズは、吐出特性（滴体積、滴速など）に大きく影響を及ぼすため、上記のような不均一なサイドエッチングは防止する必要がある。
【００２０】
そこで、本発明のインクジェット式記録ヘッドの製造方法では、圧電ユニットを取り囲むように外周ダミーパーンを配設する。これにより、外周部の圧電素子に激しいサイドエッチングが発生することを防止することができ、高い寸法均一性をもった圧電ユニットを形成することが可能となる。
【００２１】
なお、圧力室の圧力付与に寄与しないダミー圧電素子を形成する技術が、例えば特許文献６、７、及び８に夫々記載されている。しかし、これらの公報に記載の技術は、圧電素子を設けた基台等を振動板に接合した際の機械的強度を単に向上させるためだけのものであり、「切削状態が良好な圧電素子のみを作製する」という、本発明における上記効果は期待できない。
【００２２】
ここで、前記マスクフィルムの貼付け工程に先立って、前記圧電プレートを基板に剥離可能に接着し、複数の圧電素子が前記基板上に二次元的に配列された圧電素子ユニットを形成し、前記圧電素子ユニットの各圧電素子を前記振動板に接着してから、前記基板を各圧電素子から剥離することが望ましい。これにより、サンドブラスト加工によって基板上に形成した複数の圧電素子をユニット単位で一括して取り扱うことができるので、比較的廉価な装置を用いながらも、多数の圧電素子を形成する工程と共に、圧電素子を各圧力室の壁に接着する工程が簡便になる。このように、本製造方法によると、製造プロセスが簡便になり、多数の圧電素子を高密度実装したマトリクス状配列ヘッドの量産化が容易になる。
【００２３】
本発明に係る第３視点のインクジェット式記録ヘッドの製造方法は、夫々がインク室に連通し二次元的に配列された複数の圧力室と、該圧力室の壁面の一部を形成する振動板と、前記圧力室に対応するように前記振動板に接合された複数の圧電素子とを備え、該圧電素子の作動で前記圧力室内のインクを加圧し、該圧力室に連通するノズルからインク滴を吐出する形式のインクジェット式記録ヘッドを製造する製造方法であって、圧電プレートにマスクフィルムを貼り付ける工程と、前記マスクフィルムを、前記圧電素子ユニットとなる領域を形成するための圧電素子マスクパターンと、前記圧電素子ユニット内に、各圧電素子の周囲の隙間を全てほぼ同じ寸法にするための残存ダミーパターンとを備えたパターンマスクに形成する工程と、前記パターンマスク上からサンドブラスト加工を施して、前記圧電プレートをパターニングする工程とを備えることを特徴とする。
【００２４】
これにより、圧電素子ユニット内の圧電素子についても、上記サイドエッチングの進行速度を均一化することができ、圧電素子の寸法均一性を更に向上することができる。すなわち、上述したように、サイドエッチングの進行速度は圧電素子を取り囲む加工溝の幅によって変化するため、各圧電素子の間に残存ダミーパターンを形成し、各圧電素子の周囲の隙間を全てほぼ同一とする。これにより、サイドエッチングの進行速度を全ての圧電素子において均一化でき、寸法均一性の高い圧電素子を得ることが可能となる。
【００２５】
ここでも、前記マスクフィルムの貼付け工程に先立って、前記圧電プレートを基板に剥離可能に接着し、複数の圧電素子が前記基板上に二次元的に配列された圧電素子ユニットを形成し、前記圧電素子ユニットの各圧電素子を前記振動板に接着してから、前記基板を各圧電素子から剥離することが望ましい。
【００２６】
なお、本発明の第２視点の製造方法で述べた外周ダミーパターンと、第３視点の製造方法で述べた残存ダミーパターンとの双方を備えれば、さらに好ましい態様となる。
【００２７】
更に好ましくは、前記圧電素子ユニットの各圧電素子を前記振動板に接着するに際し位置決めのための目印となるマークを、前記基板及び／又は前記圧電プレートに前記サンドブラスト加工と同時に形成する工程を備える。
【００２８】
位置決めのための目印となるマークとして、以下の工程で形成したマークを使用することができる。この工程では、例えば、前記基板に第１の貫通孔を、前記圧力室の壁を成す振動板に第２の貫通孔を、前記圧力室を有する圧力室プレート上に位置決めマークを夫々形成し、前記圧電素子ユニットを形成する際に、前記第１の貫通孔の位置にほぼ合致する前記第１の貫通孔より小サイズの目合わせマークと、各圧電素子を相互に分離する二次元配列分離溝とをサンドブラスト加工で前記圧電プレートに同時に形成する。更に、前記目合わせマークを基準として、前記第１の貫通孔、前記目合わせマーク、前記第２貫通の孔及び前記位置決めマークを合致させつつ、前記圧力室プレート上の圧電素子を前記振動板に接合する。この場合、基板に目合わせマークのピッチに対応して目合わせマークより大きい第１の貫通孔が形成されるので、基板の裏面から容易に目合わせを行うことができる。
【００２９】
また、前記圧力室の壁が振動板から成り、該振動板には、前記圧電素子ユニットとの接合時の基準である位置決めマークが予め形成され、前記基板には、前記位置決めマークと光学的に目合わせするための開口がサンドブラスト加工時に同時に形成されることが好ましい。この場合、後続の工程で必要になる開口を、圧電素子の分離工程時のサンドブラスト等によるパターニング時に同時に形成することができる。これにより、目合わせ精度のバラツキを累積させることなく、圧力室に対面する振動板に対応する各圧電素子を一括して高精度に位置決め接合することができる。
【００３０】
更に好ましくは、前記基板に熱発泡性接着フィルムを介して前記圧電プレートを接着し、前記圧電素子ユニットから基板を剥離する際には、前記基板を加熱して前記熱発泡性接着フィルムの接着力を低減する。これにより、圧電素子ユニットと基板との接着工程と、接着後の基板の剥離工程とが極めて容易になる。
【００３１】
また、前記圧電素子ユニットの形成工程と前記振動板への圧電素子の接着工程との間に、各圧電素子の側面に絶縁性樹脂膜を蒸着形成する蒸着工程を備え、前記蒸着工程では、前記圧電素子ユニットの表面を前記マスクフィルムで覆った前記基板を鉛直方向から所定角度傾けて自転運動させつつ蒸着源の周りを公転運動させることも好ましい態様である。この場合、各圧電素子の側面に絶縁性樹脂膜をムラ無く良好に蒸着形成することができ、各圧電素子の側面の絶縁性樹脂膜によって、空気中の水分吸収による圧電素子の絶縁破壊を確実に防止し、信頼性を向上させることができる。
【００３２】
好ましくは、前記圧電素子ユニットと前記振動板とを導電性接着剤で前記圧力室壁に接着する。この場合、各圧電素子の圧力室壁に接する面に金属薄膜が形成されていても、金属薄膜を有する圧電素子を、良好な導電性を損なうことなく圧力室壁に確実に固着することができる。
【００３３】
また、前記サンドブラスト加工を、前記圧電プレートの厚みに応じて最小限必要な通常加工時間よりも長い時間行うことも好ましい態様である。この場合、例えば、通常加工時間の２〜４倍の時間をかけてサンドブラスト加工することができる。これにより、サンドブラスト加工で切り離した各圧電素子の相互間の分離溝の形状を均一にした良好な二次元配列の圧電素子ユニットを得ることができる。
【００３４】
前記サンドブラスト加工で、行列方向に延在し各圧電素子を相互に分離する略同一幅の分離溝を形成することができる。この場合、各圧電素子のサンドブラストによる加工溝（分離溝）の断面形状を均一に形成することができる。
【００３５】
好ましくは、前記圧電素子の少なくとも一端を前記圧力室の壁上に、且つ他端を前記圧力室上に夫々位置させた状態で各圧電素子を接合する。これにより、圧電素子の一端を圧力室プレート部の振動板に固定でき、該圧電素子の伸縮によって開口上の振動板に変位を生じさせることができる。
【００３６】
更に好ましくは、前記圧力室の壁上における前記圧電素子の表面に、半田バンプを介してフレキシブル配線板を機械的且つ電気的に結合する。この場合、圧力室の壁上に位置させて接合した圧電素子の表面に半田バンプを介して接続するので、半田バンプ接続時の圧力を大きく設定することができ、接合強度を向上させることができる。更に、半田バンプを、フレキシブル配線板を介して制御部に接続することができるので、半田バンプの高さにバラツキがある場合でも確実な接続が可能になる。
【００３７】
本発明に係るインクジェット式記録ヘッドは、夫々がインク室に連通し二次元的に配列された複数の圧力室と、該圧力室の壁面の一部を形成する振動板と、前記圧力室に対応するように前記振動板に接合された複数の圧電素子とを備え、該圧電素子の作動で前記圧力室内のインクを加圧し、該圧力室に連通するノズルからインク滴を吐出する形式のインクジェット式記録ヘッドであって、各圧電素子の側面に絶縁性樹脂膜が形成されていることを特徴とする。
【００３８】
本発明に係るインクジェット式記録ヘッドでは、二次元配列の圧電素子を高密度で実装した構成が得られると共に、各圧電素子の側面に絶縁性樹脂膜が夫々形成されるので、空気中の水分吸収による圧電素子の絶縁破壊を防止し、信頼性を向上させることができる。
【００３９】
本発明に係る第１視点のインクジェット式記録ヘッドは、夫々がインク室に連通し二次元的に配列された複数の圧力室と、該圧力室の壁面の一部を形成する振動板と、前記圧力室に対応するように前記振動板に接合された複数の圧電素子とを備え、該圧電素子の作動で前記圧力室内のインクを加圧し、該圧力室に連通するノズルからインク滴を吐出する形式のインクジェット式記録ヘッドであって、前記圧電素子が前記圧力室の壁を成す振動板上に二次元的に配列され、前記圧電素子の周囲に外周ダミーパターンが形成されていることを特徴とする。
【００４０】
本発明に係る第１視点のインクジェット式記録ヘッドでは、二次元配列の圧電素子の外周に外周ダミーパターンが形成され、サンドブラスト加工のサイドエッチングによって多く加工される部分を外周ダミーパターンで受け持つことができるので、寸法精度の良い圧電素子を作製することができる。
【００４１】
本発明に係る第２視点のインクジェット式記録ヘッドは、夫々がインク室に連通し二次元的に配列された複数の圧力室と、該圧力室の壁面の一部を形成する振動板と、前記圧力室に対応するように前記振動板に接合された複数の圧電素子とを備え、該圧電素子の作動で前記圧力室内のインクを加圧し、該圧力室に連通するノズルからインク滴を吐出する形式のインクジェット式記録ヘッドであって、前記圧電素子が前記圧力室の壁を成す振動板上に二次元的に配列され、相互に隣接する前記圧電素子の間に、各圧電素子の周囲の隙間を全てほぼ同じ寸法にするための残存ダミーパターンが形成されていることを特徴とする。
【００４２】
本発明に係る第２視点のインクジェット式記録ヘッドによると、圧電素子ユニット内の全ての圧電素子においてサイドエッチングの進行速度を均一化でき、寸法均一性に優れた圧電素子を得ることが可能となる。
【００４３】
また、本発明に係る第３視点のインクジェット式記録ヘッドは、夫々がインク室に連通し二次元的に配列された複数の圧力室と、該圧力室の壁面の一部を形成する振動板と、前記圧力室に対応するように前記振動板に接合された複数の圧電素子とを備え、該圧電素子の作動で前記圧力室内のインクを加圧し、該圧力室に連通するノズルからインク滴を吐出する形式のインクジェット式記録ヘッドであって、前記圧力室を有する圧力室プレートと、前記複数の圧電素子が形成された圧電プレートとを有し、前記圧力室プレート上には位置決めマークが、前記振動板には前記位置決めマークに位置合わせされた貫通孔が、前記圧電プレートには目合わせマークが夫々形成されていることを特徴とする。
【００４４】
本発明に係る第３視点のインクジェット式記録ヘッドによると、圧力室と圧電素子とを振動板を介して精度良く位置合わせすることができるという効果を得ることができる。
【００４５】
また、本発明に係るインクジェット式記録装置は、上記記載のインクジェット式記録ヘッドを搭載したことを特徴としている。これにより、圧電素子の形状均一性が極めて高く、イジェクタ間の特性ばらつきが防止でき、高画質の画像出力を実行できるインクジェット式記録装置を得ることができる。
【発明の効果】
【００４６】
以上説明したように、本発明によると、圧電プレートを任意の形状に形成しながらも、簡潔な製造プロセスによって、マトリクス状配列ヘッドの高密度で二次元配列された多数の圧電素子を容易に製造することができる製造方法、及びそのような製造方法で製造したインクジェット式記録ヘッド、並びにこのようなインクジェット式記録ヘッドを搭載したインクジェット式記録装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
以下、図面を参照し、本発明の一実施形態例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態例に係るインクジェット式記録ヘッドの要部を示す断面図である。
【００４８】
第１実施形態例
本実施形態例では、圧力室と同じ正方形状を有する圧電素子を備えたインクジェット式記録ヘッドの例を挙げる。本インクジェット式記録ヘッドは、複数のノズル１１ａが二次元的に形成されたノズルプレート１１を有しており、このノズルプレート１１上に、各ノズル１１ａに連通する複数の圧力室１２ａが形成された圧力室プレート１２と、各圧力室１２ａに対面するように接着された振動板１３とを備えている。
【００４９】
振動板１３の圧力室１２ａと逆側の面には、複数の圧電素子１４ａが各圧力室１２ａに対向して二次元的にマトリクス状に配列されている。各圧電素子１４ａの側面には絶縁性樹脂膜１５が形成され、上面及び下面には、第１及び第２の電極層３４ａ、３４ｂが夫々形成されている。各圧力室１２ａは、振動板１３側からノズル１１ａに向かって徐々に細くなる略四角錐形状を呈している。各圧電素子１４ａは、第１の電極層３４ａが半田ボールバンプ１６を介して配線層１７に機械的且つ電気的に結合され、第２の電極層３４ｂが導電性接着剤で振動板１３に接着されており、図示しない制御部からの駆動電圧が配線層１７及び半田ボールバンプ１６を介して印加される。
【００５０】
図２は、二次元配列された複数の圧電素子１４ａとノズル１１ａとの位置関係を示す図１のII−II線に沿った平面図である。複数のノズル１１ａがノズルプレート１１にマトリクス状に配列され、これらノズル１１ａに対向する複数の圧電素子１４ａが振動板１３上にマトリクス状に配列されている。各圧電素子１４ａは、正方形状を有し、４つの側面の絶縁性樹脂膜１５に囲まれた中心位置にノズル１１ａが位置するように位置決めされている。
【００５１】
次に、上記構成のインクジェット式記録ヘッドを製造する製造方法について説明する。先ず、圧電素子１４ａを作製するにあたり、図３に示すように、一枚の矩形状の圧電プレート２１（図４）を準備し、この圧電プレート２１上に圧電素子マスクパターン及び外周ダミーマスクパターンを形成する。図３は、圧電素子マスクパターン及び外周ダミーマスクパターンの形成による圧電素子パターン及び外周ダミーパターンの形成状態を概略的に示す図である。
【００５２】
上記パターン形成工程では、先ず、圧電プレート２１の全体に感光性フィルム２４を貼り付け、感光性フィルム２４を碁盤目状のマスク（図示せず）で覆った状態で露光し現像する。現像により硬化・残存した升目状部分の感光性フィルム２４によって、圧電素子パターン１９ａを形成するための圧電素子マスクパターンと、圧電素子パターン１９ａを囲む外周ダミーパターン１９ｂを形成するための外周ダミーマスクパターンとが得られる。圧電素子マスクパターン及び外周ダミーマスクパターンを有するパターンマスクで覆われない領域が除去されることにより、行列方向に延在する溝パターン１９ｃが得られる。
【００５３】
図４は圧電プレートの段階的に異なる形状を示し、（ａ）は、圧電素子パターンを形成した図３の状態に対応する側面断面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示した圧電プレートにサンドブラスト加工を行った後の圧電プレートを示す側面断面図である。
【００５４】
図４（ａ）では、平板状の基板２３上に、熱発泡性を有する接着フィルム２２を介して圧電プレート２１が一方の面を接着固定されている。圧電プレート２１の他方の面には、図３に示した感光性フィルム２４により、圧電素子パターン１９ａ及び外周ダミーパターン１９ｂを形成するための圧電素子マスクパターン及び外周ダミーマスクパターンが夫々形成されている。熱発泡性接着フィルム２２は、接着後に所定の温度で加熱されると、発泡して接着力が大幅に低下する性質を備える。
【００５５】
図４（ｂ）は、感光性フィルム２４上から、研磨材噴射装置（図示せず）を用いて微細な研磨材を吹き付けるサンドブラスト加工を行った後の状態であり、基板２３上に接着固定された圧電プレート２１が、圧電素子マスクパターン及び外周ダミーマスクパターンに従って研削されて、夫々が分離溝１８で相互に分離された圧電素子１４ａとダミー素子１４ｂとが得られている。また、外周ダミーパターン１９（図３）を設けたことにより、外周部の圧電素子に発生しやすいサイドエッチングを防止することができ、均一な二次元配列の圧電素子１４ａが得られている。なお、ここでは圧電素子１４ａが４個、４個の圧電素子１４ａから成る圧電素子ユニット１４を囲むダミー素子１４ｂが１２個とされているが、個数はこれらに限定されるものではない。
【００５６】
図５は、サンドブラスト加工で形成した圧電素子ユニット１４を示す断面図であり、（ａ）はサンドブラスト加工を通常時間だけ行った結果を示し、（ｂ）は通常時間の３倍の時間をかけてサンドブラスト加工した結果を示す。サンドブラスト加工を通常時間だけ行った際には、図５（ａ）に示すように、圧電素子１４ａの間の分離溝１８が斜めに形成される。一方、サンドブラスト加工時間を３倍に設定した際には、図５（ｂ）に示すように、図５（ａ）の分離溝１８の傾斜形状が修正されて鉛直状の分離溝１８に改善され、圧電素子１４ａが相互に良好に分離される。
【００５７】
本実施形態例では、後述の転写工程後に破棄可能な基板２３に圧電プレート３１を貼り付けるので、上記のようにサンドブラスト加工時間を３倍にしても、他の部材を損なうような問題を引き起こすことなく、充分にサンドブラスト加工を行って鉛直状の分離溝１８を形成することができる。
【００５８】
図６は、圧電素子１４ａの４側面に絶縁性樹脂１５（図１及び図２参照）を蒸着形成する際の形態を示す正面図である。この蒸着工程は、分離溝１８で相互に分離した複数の圧電素子１４ａを圧電素子ユニット１４として一括に扱いながら行うことができる。
【００５９】
蒸着工程は、圧電素子ユニット１４の形成工程と振動板１３への各圧電素子１４ａの接着工程との間で、以下に述べる蒸着装置を用いて行う。この蒸着装置は、ポリアミド等の蒸着材を収容した蒸着源３１と、圧電素子ユニット１４を固着した基板２３を保持する円板状の基板保持体３３と、蒸着源３１及び基板保持体３３を収容する真空チャンバ（図示せず）とを備えている。基板保持体３３は、蒸着源３１の開口３１ａに下ろした鉛直線Ｖに対し角度θだけ傾斜する第１軸３０を中心として回転するもので、第１軸３０から等距離に位置しその先端に基板２３を保持する複数の第２軸３２を備えている。
【００６０】
蒸着工程では、先ず、図６に示すように、圧電素子ユニット１４の各圧電素子１４ａの表面を感光性フィルム２４で覆ったままの基板２３を第２軸３２の先端に固定する。そして、真空チャンバ内を真空に保持した状態で、各第２軸３２を同じ方向に回転させて自転運動させると共に、第１軸３０を中心として基板保持体３３を回転させて公転運動させる。これにより、圧電素子ユニット１４の各圧電素子１４ａの４つの側面に、ムラ無く絶縁性樹脂膜１５を蒸着形成する。この絶縁性樹脂膜１５の形成により、空気中の水分吸収による圧電素子１４ａの絶縁破壊を確実に防止し、信頼性を向上させることができる。
【００６１】
図７は、絶縁性樹脂膜１５が形成された圧電素子ユニット１４を振動板１３に接着した状態を示す断面図である。先ず、ノズルプレート１１上に圧力室プレート１２及び振動板１３を順次に接合しておき、各圧電素子１４ａの基板２３と逆側の面を振動板１３に目合わせして接合する。この際に、振動板１３には、圧電素子ユニット１４と振動板１３との接合時の基準である十字状の位置決めマーク３６Ａが予め形成され、基板２３には、位置決めマーク３６Ａと光学的に目合わせするための開口３７がサンドブラスト加工時に同時に形成されている。
【００６２】
従って、開口３７を通して光学顕微鏡で位置決めマーク３６Ａを光学的に検知しつつ、二次元配列の圧電素子１４ａを、振動板１３（圧力室１２ａの壁）上に一括して高精度に接合することができる。このとき、圧電素子１４ａの両面には夫々、電極層としての第１及び第２の電極層３４ａ、３４ｂがスパッタリング法で予め形成されており、第２の電極層３４ｂを振動板１３に導電性接着剤３５で接着固定する。
【００６３】
続いて、振動板１３に固定した各圧電素子１４ａから基板２３を剥離するのであるが、その際には、基板２３を加熱して熱発泡性接着フィルム２２の接着力を低減させる。これにより、圧電素子ユニット１４と基板２３とを離間させる工程が極めて容易になる。
【００６４】
第１実施形態例の実施例
本実施例では、夫々が直径３０±０．５μｍで６４行×４列の二次元配列として複数のノズル１１ａが形成されたノズルプレート１１を準備し、図１に示すように、各ノズル１１ａに連通する圧力室１２ａと対面するように、ステンレス製の振動板１３を接合した。
【００６５】
次いで、厚み３０μｍのチタン酸ジルコン酸鉛製の一枚の圧電プレート２１を、熱発泡性接着フィルム（例えばリバアルファ（登録商標））２２を用いて基板２３に接着した後、圧電プレート２１上に、ウレタン系の感光性フィルム２４を用いてパターン処理を施した。このパターン処理では、圧電素子１４ａの４個分の圧電素子パターン１９ａを形成するための圧電素子マスクパターンと、圧電素子パターン１９ａの外周に外周ダミーパターン１９ｂを形成するための外周ダミーマスクパターンとを備えたパターンマスクを形成した。
【００６６】
引き続き、上記パターンマスク上から炭化珪素砥粒（砥粒径：例えば２０μｍ）を所定の圧力（例えば２ｋｇ／ｃｍ2）で吹き付け、圧電プレート２１にサンドブラスト加工を施した。ここで、圧電プレート２１の厚み方向でのサンドブラスト加工による溝貫通時間（通常加工時間）を２秒とした際に、その３倍の６秒を加工時間として設定した。その結果、通常加工時間で実施すると、図５（ａ）に示すように傾斜する分離溝１８の形状が図５（ｂ）に示すように修正されて、断面形状が幅８０μｍの鉛直溝に改善された。
【００６７】
これにより、一辺が５００μｍ±１０μｍの正方形状を有し、厚みが３０μｍ±１μｍの圧電素子１４ａが得られた。外周ダミーパターンを配置しないでサンドブラストて形成してもかまわない。
【００６８】
次いで、サンドブラスト後の圧電素子ユニット１４を基板２３に接着したままの状態で、各圧電素子１４ａの４つの側面に厚み１０μｍのポリアミド製の絶縁性樹脂膜１５を蒸着形成する。この際に使用する蒸着装置は、図６に示すように、ポリアミドを蒸着材とした蒸着源３１と、蒸着源３１に下ろした鉛直線Ｖに対して１５°傾いた第１軸３０を中心として回転する基板保持体３３とを備えている。基板保持体３３には、第１軸３０から等しい距離にある複数の第２軸３２が設けられている。
【００６９】
蒸着工程では、感光性フィルム２４で覆ったままの基板２３を第２軸３２の先端に固定し、第２軸３２を中心として自転運動させつつ、基板保持体３３を第１軸３０を中心として公転運動させることによって、各圧電素子１４ａの側面に、膜厚１０μｍの絶縁性樹脂膜１５を均一に蒸着形成した。
【００７０】
次いで、圧電素子ユニット１４の熱発泡性接着フィルム２２と逆側の面を、振動板１３上の位置決めマーク３６Ａと開口３７を通して光学顕微鏡で目合わせしつつ振動板１３に接合し、６４行×４列の圧電素子１４ａの圧電素子ユニット１４を、振動板１３に一括して±１５μｍ以内の高精度で接合した。ここで、各圧電素子１４ａの両面には予め、電極層３４ａ、３４ｂとして、Ｃｒ製の0.2μｍの金属薄膜とＡｕ製の0.1μｍの金属薄膜とが順次にスパッタリング法で形成されている。振動板１３には、導電性接着剤（ぺースト）３５で電極層３４ｂを接着した。
【００７１】
この後、基板２３を加熱して熱発泡性接着フィルム２２の接着強度を低減し、基板２３を各圧電素子１４ａから剥離した。更に、各圧電素子１４ａを、半田ボールバンプ１６及び配線１７を介して制御部（図示せず）に接続した。このようにして作製したインクジェット式記録ヘッドでは、駆動電圧３０Ｖ、周波数３０ｋＨｚで、各圧電素子１４ａが良好に駆動し、対応するノズル１１ａからインク滴を吐出することができた。
【００７２】
第２実施形態例
次に、本発明に係る第２実施形態例について説明する。本実施形態例では、正方形状の圧力室とは異なる長方形状を有する圧電素子を備えたインクジェット式記録ヘッドの例を挙げる。図８は、本実施形態例のインクジェット式記録ヘッドの要部構成を示す断面図である。
【００７３】
本インクジェット式記録ヘッドは、複数のノズル１１ａが二次元的に形成されたノズルプレート１１を有しており、このノズルプレート１１上に、各ノズル１１ａに連通する複数の圧力室１２ａが形成された圧力室プレート１２と、各圧力室１２ａに対面するように接着された振動板１３とを備えている。
【００７４】
振動板１３の圧力室１２ａと逆側の面には、複数の圧電素子１４ａが各圧力室１２ａに対向して二次元的に配列されている。各圧力室１２aは、上方から見た開口が正方形状である。長方形状の圧電素子１４aは、その表面端部が圧力室１２ａの壁、つまり圧力室プレート１２部分に位置させて振動板１３に接合されている。
【００７５】
各圧電素子１４ａの側面には絶縁性樹脂膜１５が形成され、上面及び下面には、第１及び第２の電極層３４ａ、３４ｂが夫々形成されている。各圧力室１２ａは、振動板１３側からノズル１１ａに向かって徐々に細くなる略四角錐形状を呈している。第１の電極層３４ａが半田ボールバンプ１６を介してフレキシブル配線板５０に機械的且つ電気的に結合され、第２の電極層３４ｂが導電性接着剤で振動板１３に接着されている。図示しない制御部からの駆動電圧が、フレキシブル配線板５０及び半田ボールバンプ１６を介して各圧電素子１４ａに印加される。
【００７６】
図９は、圧電素子パターンの形成状態を示す図８のIX−IX線に沿って見た際の平面図である。圧電プレート２１では、複数のノズル１１ａが、ノズルプレート１１に二次元的にマトリクス配列され、これらノズル１１ａに対向して複数の圧電素子１４ａが振動板１３上にマトリクス状に配列されている。
【００７７】
次に、本実施形態例のインクジェット式記録ヘッドの製造方法について説明する。先ず、圧電素子１４ａを作製するにあたり、図９に示すように、一枚の矩形状の圧電プレート２１を準備し、圧電プレート２１上に圧電素子パターンを形成する。
【００７８】
上記パターン形成工程では、先ず、基板２３上に貼り付けた圧電プレート２１上の全体に感光性フィルムを貼り付け、この感光性フィルムを碁盤目状のマスクで覆った状態で露光し現像する。現像により硬化・残存した升目状部分の感光性フィルム（図示せず）によって、８個の圧電素子１４ａを有する圧電素子パターン１４Ａを形成するための圧電素子マスクパターンと、圧電素子パターン１４Ａを囲む１６個の外周ダミーパターン５２を形成するための外周ダミーマスクパターンとを備えたパターンマスクが得られる。このパターンマスクには更に、残存ダミーパターン５３を形成するための残存ダミーマスクパターンが形成される。
【００７９】
残存ダミーパターン５３は、圧電素子ユニット１４の内部側、つまり圧電素子パターン１４Ａと外周ダミーパターン５２との境界部分に、各圧電素子１４ａ周囲に形成される二次元配列の分離溝５４が同じになるようにするために設けられる。上記パターンマスクで覆われない領域が、サンドブラスト加工で除去されることにより、行列方向に延在する溝パターンが得られる。
【００８０】
上記溝パターンは、残存ダミーパターン５３の存在により得られる分離溝５４ａと、残存ダミーパターン５３とは無関係に得られる分離溝５４ｂを有しており、各圧電素子１４ａの周囲の隙間である分離溝５４ａ及び５４ｂは、全ての幅がほぼ同じ寸法（±２０％）に形成される。このような溝パターンを含むパターンマスクを用いてサンドブラスト加工することにより、各加工溝の断面形状が均一な複数の圧電素子１４ａを得ることができる。
【００８１】
図１０は図９のX−X線に沿った、基板２３から剥離する前の状態を示す断面図である。上述の工程で基板２３上の圧電素子ユニット１４に形成した複数の圧電素子１４ａを圧力室１２ａ上に実装する際には、先ず、ノズルプレート１１上に、予め圧力室プレート１２及び振動板１３を順次に接合しておき、各圧電素子１４ａの基板２３と逆側の面を振動板１３に目合わせして接合する。
【００８２】
この場合、基板２３には貫通孔５６を予め形成しておき、この基板２３に剥離可能に接着した圧電プレート２１に、圧電素子１４ａを相互に分離する分離溝５４ａ及び分離溝５４ｂ（図９）と、貫通孔５６の位置にほぼ合致する目合わせマーク５５とをサンドブラストで同時に加工しつつ、圧電素子ユニット１４を形成する。更に、目合わせマーク５５を基準として、基板２３の貫通孔５６、目合わせマーク５５、圧力室１２ａの１つの壁面を成す振動板１３の貫通孔５７、及び、圧力室プレート１２上に予め形成された位置決めマーク３６Ｂを合致させつつ、圧力室プレート１２上の振動板１３に、パターンを１８０゜反転させた状態で各圧電素子１４ａを接合する。
【００８３】
この際、目合わせマーク５５のピッチに対応して、目合わせマーク５５より大きい貫通孔５６が基板２３に形成されているので、目合わせは基板２３の裏面から容易に行われる。この目合わせでは、貫通孔５６を通して光学顕微鏡で位置決めマーク３６Ｂを光学的に検知しつつ、二次元配列の圧電素子１４ａを、振動板１３（圧力室１２ａの壁）上に一括して高精度に接合する。なお、貫通孔５６が無い場合には、基板２３として透明なガラス基板を用いることができる。
【００８４】
続いて、振動板１３に固定した各圧電素子１４ａから基板２３を剥離するのであるが、この剥離は、第１実施形態例と同様に、基板２３を加熱して熱発泡性接着フィルム２２の接着力を低減させた上で行う。これにより、圧電素子ユニット１４と基板２３との接着工程と共に、接着後に双方を離間させる工程が極めて容易になる。
【００８５】
第２実施形態例の実施例
本実施例では、夫々が直径３０μｍで６４行×４列の二次元配列とされた複数のノズル１１ａを形成したノズルプレート１１を準備し、図８に示すように、各ノズル１１ａに連通する圧力室１２ａと対面するように、ステンレス製の振動板１３を接合した。
【００８６】
次いで、厚み３０μｍのチタン酸ジルコン酸鉛製の一枚の圧電プレート２１を、熱発泡性接着フィルム２２を用いて基板２３に接着した後、圧電プレート２１上に、ウレタン系の感光性フィルム２４を用いてパターン処理を施した。この際に、圧電素子パターン１４Ａの外周に圧電素子と同じ形状の外周ダミーパターン５２を設けた。更に、圧電素子ユニット１４の内部側に、各圧電素子１２ａの周囲の隙間が同じサイズ（例えば８０μｍ）になるように、残存ダミーパターン５３を設けた。
【００８７】
引き続き、第１実施形態例の実施例と同様に、圧電プレート２１にサンドブラスト加工を施した。この場合にも、加工時間は通常加工時間の３倍の６秒とした。これにより、短辺が４５０μｍ±５μｍ、長辺が７５０μｍ±５μｍの長方形状を有し、厚みが３０μｍ±１μｍの圧電素子１４ａが得られた。圧力室１２ａの開口は、一辺が５００μｍ±１０μｍの正方形状を呈している。
【００８８】
次いで、サンドブラスト後の圧電素子ユニット１４を基板２３に接着したままの状態で、各圧電素子１４ａの４側面に厚み１０μｍのポリアミド製の絶縁性樹脂膜１５を蒸着形成した。続いて、図１０に示すように、圧電素子ユニット１４の熱発泡性接着フィルム２２（図７）と逆側の面を、振動板１３の貫通孔５７を通して、圧力室プレート１２上の位置決めマーク３６Ｂと圧電プレート２１の目合わせマーク５５とを貫通孔５６から光学顕微鏡で目合わせしつつ、振動板１３に接合した。この場合、６４行×４列の圧電素子１４ａの圧電素子ユニット１４を、振動板１３に一括して±１５μｍ以内の高精度で接合することができた。
【００８９】
ここで、各圧電素子１４ａの両面には予め、電極層３４ａ、３４ｂとして、Ｃｒ製の0.2μｍの金属薄膜とＡｕ製の0.1μｍの金属薄膜とが順次にスパッタリング法で形成されている。振動板１３には、導電性ぺースト３５で電極層３４ｂを接着した。
【００９０】
引き続き、基板２３を加熱して熱発泡性接着フィルム２２（図７）の接着強度を低減し、基板２３を各圧電素子１４ａから剥離した。更に、各圧電素子１４ａを、半田ボールバンプ１６及びフレキシブル配線板５０を介して制御部（図示せず）に接続した。このようにして作製したインクジェット式記録ヘッドでも、第１実施形態例の実施例におけるインクジェット式記録ヘッドと同様の駆動能力を得ることができた。
【００９１】
以上のように、第１及び第２実施形態例では、基板２３に接着した状態の圧電プレート２１に圧電素子ユニット外周の外周ダミーパターンを設けてパターニングすることにより、基板２３に固着した複数の圧電素子１４ａをユニット単位で一括して取り扱うことができる。これにより、圧電素子１４ａを各圧力室１２ａに対向させて振動板１３に接着する工程が極めて容易になる。従って、ノズル１１ａをマトリクス状に高密度実装した小型のインクジェット式記録ヘッドを高効率で大量生産することができ、製造コストを低減して廉価な製品を得ることができる。具体的には、同じ個数のノズル１１ａを有する従来型のインクジェット式記録ヘッドに比して、製造コストがほぼ５０％低減した。
【００９２】
また、第１及び第２実施形態例では、圧電素子１４ａを正方形状又は長方形状としたが、これに限らず、六角形状や円形状としても同様の効果を得ることができる。更に、圧電素子１４ａをマトリクス状に配列したが、これに限らず、全体で円形状をなすような二次元配列とすることもできる。また、絶縁性樹脂膜１５としてポリアミドを用いたが、これ以外に、フッ素樹脂やシリコン樹脂等を用いることができる。
【００９３】
第３実施形態例
図１２は、本発明に係るインクジェット式記録装置の実施形態例を示す斜視図である。本実施形態例のインクジェット式記録装置６０は、インクジェット式記録ヘッドを搭載するキャリッジ６１、キャリッジ６１を主走査方向６６に走査するための主走査機構６３、及び、記録媒体としての記録用紙６４を副走査方向６７に搬送するための副走査機構６５を含み構成されている。
【００９４】
インクジェット式記録ヘッド６０は、ノズル面が記録用紙６４と対向するようにキャリッジ６１上に搭載され、主走査方向６６に搬送されながら記録用紙６４に対してインク滴を吐出することにより、一定のバンド領域６８に対して記録を行う。次いで、記録用紙６４を副走査方向６７に搬送し、再びキャリッジ６１を主走査方向６６に搬送しながら次のバンド領域を記録する。このような動作を複数回繰り返すことにより、記録用紙６４の全面にわたって画像記録を行うことができる。
【００９５】
実際に、本インクジェット式記録装置６０を用いて画像記録を行い、記録速度及び画像品質の評価を行った。インクジェット式記録ヘッドには、上記第２実施形態例で述べたヘッド構造のものを使用した。イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色に対応させて、１色あたり２５６個（６４行×４列）のイジェクタを有するマトリクス状配列ヘッドをキャリッジ６１上に並べて配置し、記録用紙６４上で４色のドットを重ねあわせることにより、フルカラーの画像記録を行った。その結果、各イジェクタから吐出されるインク滴体積に±３％以内の均一性が得られ、画像品質の高い出力画像を得ることができた。すなわち、本実施形態例のインクジェット式記録装置６０では、圧電素子の形状均一性が極めて高いため、イジェクタ間の特性ばらつきを防止することができ、高画質の画像出力を実行できることが実証された。
【００９６】
なお、本実施形態例では、ヘッドをキャリッジによって搬送しながら記録を行う形態としたが、ノズルを記録媒体の全幅にわたって配置したライン型ヘッドを用い、ヘッドを固定して、記録媒体のみを搬送しながら記録を行うなど、別の装置形態に本発明を適用することも可能である。
【００９７】
以上、本発明をその好適な第１、第２実施形態例及びその各実施例、並びに第３実施形態例に基づいて説明したが、本発明のインクジェット式記録ヘッド及びその製造方法並びにインクジェット式記録装置は、上記実施形態例及び実施例の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施形態例及び実施例の構成から種々の修正及び変更を施したインクジェット式記録ヘッド及びその製造方法並びにインクジェット式記録装置も、本発明の範囲に含まれる。
【００９８】
例えば、上記第１及び第２実施形態例では、基板に接着した圧電素子プレートに対してサンドブラスト加工を行って圧電素子ユニットを形成したが、これに代えて、圧電素子プレートを振動板上に接着した状態でサンドブラスト加工を行い、振動板上に直接圧電素子ユニットを形成することも可能である。
【００９９】
また、上記第１及び第２実施形態例では、ノズルの配置を略格子状の配列としたが、ノズル配列は略格子状のものに限定されるわけではなく、その他の２次元的配列方法を用いた場合においても本発明を適用することは可能である。
【０１００】
また、上記第１〜第３実施形態例では、記録紙上に着色インクを吐出して文字や画像などの記録を行うインクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録装置を例に挙げたが、本明細書におけるインクジェット記録とは、記録紙上への文字や画像の記録に限定されるものではない。すなわち、記録媒体は紙に限定されるわけではなく、また、吐出する液体も着色インクに限定されるわけではない。例えば、高分子フィルムやガラス上に着色インクを吐出してディスプレイ用のカラーフィルターを作製したり、溶融状態のハンダを基板上に吐出して部品実装用のバンプを形成したりするなど、工業的に用いられる液滴噴射装置一般に対して、本発明を利用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】本発明に係る第１実施形態例のインクジェット式記録ヘッドの要部構成を示す断面図である。
【図２】第１実施形態例における二次元配列された複数の正方形圧電素子とノズルとの位置関係を示す図１のII−II線に沿った平面図である。
【図３】第１実施形態例における圧電素子パターンの形成状態を示す概略図である。
【図４】第１実施形態例における圧電プレートの異なる形状を示す断面図であり、（ａ）は圧電素子パターンを形成した図３の状態を示し、（ｂ）は（ａ）の圧電プレートにサンドブラスト加工を行った後の圧電プレートを示す。
【図５】第１実施形態例におけるサンドブラスト加工で形成した圧電素子ユニットを示す断面図であり、（ａ）はサンドブラスト加工を通常時間だけ行った結果を示し、（ｂ）は通常時間の３倍の時間をかけてサンドブラスト加工した結果を示す。
【図６】第１実施形態例における圧電素子の４側面に絶縁性樹脂を蒸着形成する際の形態を示す正面図である。
【図７】第１実施形態例における絶縁性樹脂膜が形成された正方形圧電素子ユニットを振動板に接着した状態を示す断面図である。
【図８】本発明に係る第２実施形態例のインクジェット式記録ヘッドの要部構成を示す断面図である。
【図９】第２実施形態例における二次元配列された複数の長方形圧電素子とノズル、ダミーパターン及び目合わせパターンとの位置関係を示す図８のIX−IX線に沿った平面図である。
【図１０】第２実施形態例における長方形圧電素子ユニットを振動板に接着した状態を示す断面図である。
【図１１】従来のインクジェット式記録ヘッドを示し、（ａ）は要部の縦断面図、（ｂ）は一部断面した状態で示す平面図、（ｃ）は（ｂ）のc−c線に沿った断面図である。
【図１２】本発明に係る第３実施形態例のインクジェット記録装置を示す斜視図である。
【符号の説明】
【０１０２】
１１：ノズルプレート
１１ａ：ノズル
１２：圧力室プレート
１２ａ：圧力室
１３：振動板
１４：圧電素子ユニット
１４ａ：圧電素子
１４ｂ：ダミー素子
１４Ａ：圧電素子マスクパターン
１５：絶縁性樹脂膜
１６：ボールバンプ
１７：配線層
１８：分離溝
１９ａ：圧電素子パターン
１９ｂ：ダミーパターン
１９ｃ：溝パターン
２１：圧電プレート
２２：熱発泡性接着フィルム
２３：基板
２４：感光性フィルム
３０：第１軸
３１：蒸着源
３２：第２軸
３３：基板保持体
３４ａ：第１の電極層
３４ｂ：第２の電極層
３５：導電性接着剤
３６Ａ、３６Ｂ：位置決めマーク
３７：開口
５０：フレキシブル配線板
５２：外周ダミーパターン
５３：残存ダミーパターン
５４：二次元配列の分離溝
５４ａ、５４ｂ：分離溝
５５：目合わせマーク
５６：基板の貫通孔
５７：振動板の貫通孔
６０：インクジェット式記録装置
６１：キャリッジ
６３：主走査機構
６４：記録用紙
６５：副走査機構
６６：主走査方向
６７：副走査方向
６８：バンド領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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