(57)【要約】【課題】アクチュエータ基板の吐出溝方向の長さを短縮させて小型化するとともに、裏面研削の際の加工強度を向上させて高い歩留りで製造することの可能な液体噴射ヘッドを提供する。【解決手段】本発明の液体噴射ヘッド１は、圧電体からなる細長い壁５により仕切られ、上面ＵＳから下面ＬＳに貫通する細長い吐出溝６ａと細長い非吐出溝６ｂとが交互に配列するアクチュエータ基板２と、アクチュエータ基板２の上面ＵＳに設置され、吐出溝６ａの一方側に連通する第一スリット１４ａと、吐出溝６ａの他方側に連通する第二スリット１４ｂとを有するカバープレート３と、アクチュエータ基板２の下面ＬＳに設置され、吐出溝６ａに連通するノズル１１を有するノズルプレート４とを備える。非吐出溝６ｂは、その他方側がアクチュエータ基板２の外周端ＲＥまで延在し、外周端ＲＥの近傍では底部にアクチュエータ基板２が残る上げ底部１５が形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体からなる細長い壁により仕切られ、上面から下面に貫通する細長い吐出溝と細長い非吐出溝とが交互に配列するアクチュエータ基板を備え、
前記非吐出溝は、前記アクチュエータ基板の一方側の外周端の手前から他方側の外周端まで延在し、他方側の前記外周端の近傍では底部に前記アクチュエータ基板が残る上げ底部が形成される液体噴射ヘッド。
【請求項２】
前記壁の前記吐出溝に面する両側面には前記壁の長手方向に沿って帯状にコモン電極が設置され、前記壁の前記非吐出溝に面する両側面には前記壁の長手方向に沿って帯状のアクティブ電極が設置され、
前記アクティブ電極は、前記上げ底部の上面よりも上方に設置される請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項３】
前記アクティブ電極は、前記非吐出溝の一方側の端部の手前から他方側の前記外周端に亘って設置される請求項２に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項４】
前記非吐出溝は、一方側の端部が前記非吐出溝が下面に開口する下面開口から上面に開口する上面開口にかけて切り上がる傾斜面を有し、
前記アクティブ電極の一方側の端部は、前記アクティブ電極の下端の深さとなる前記傾斜面の面上の地点よりも他方側に位置する請求項２又は３のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項５】
前記アクチュエータ基板の上面に設置され、前記吐出溝の一方側に連通する第一スリットと、前記吐出溝の他方側に連通する第二スリットとを有するカバープレートと、
前記アクチュエータ基板の下面に設置され、前記吐出溝に連通するノズルを有するノズルプレートと、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】
前記コモン電極は、前記吐出溝の前記第一スリットが開口する位置から他方側の端部に亘って設置される請求項５に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項７】
前記上げ底部の上面は前記吐出溝の深さの略１／２よりも深い請求項１〜６のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項８】
前記ノズルプレートの材料は前記カバープレートの材料よりも剛性が低い請求項６に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項９】
請求項１に記載の液体噴射ヘッドと、
前記液体噴射ヘッドと被記録媒体とを相対的に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１０】
圧電体基板に、吐出溝と非吐出溝とを交互に並列に形成し、前記非吐出溝はその他方側の端部を浅く研削して上げ底部とする溝形成工程と、
前記吐出溝及び前記非吐出溝の一方側の端部を覆うようにマスクを設置するマスク設置工程と、
前記圧電体基板に斜め蒸着法により導電体を堆積する導電体堆積工程と、
前記導電体をパターニングして電極を形成する電極形成工程と、
前記圧電体基板の上方にカバープレートを設置するカバープレート設置工程と、
前記圧電体基板の下方にノズルプレートを設置するノズルプレート設置工程と、を備える液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項１１】
前記溝形成工程の後に、前記吐出溝及び前記非吐出溝が形成される側とは反対側の前記圧電体基板を研削して前記非吐出溝を上面から下面に貫通させる圧電体基板研削工程を有する請求項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設置工程は、前記圧電体基板の下面に前記ノズルプレートを設置する工程である請求項１１に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【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、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や図形を記録する、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、インクや液体材料などの液体を液体タンクから供給管を介してチャンネルに導き、チャンネルに充填される液体に圧力を印加してチャンネルに連通するノズルから液体を吐出する。液体の吐出の際には、液体噴射ヘッドや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】
図１３は、特許文献１に記載される液体噴射ヘッド１０１の断面模式図である。図１３（ａ）が液体に圧力波を生じさせるための深溝１０５ａの溝方向の断面模式図であり、図１３（ｂ）が溝１０５に直交する方向の断面模式図である。液体噴射ヘッド１０１は、圧電体からなる圧電プレート１０４と、その一方側の表面に接着されるカバープレート１０８と、カバープレート１０８の上に接着される流路部材１１１と、圧電プレート１０４の他方側の表面に接着されるノズルプレート１０２とからなる積層構造を有する。圧電プレート１０４には、溝１０５を構成する深溝１０５ａと浅溝１０５ｂが交互に並列して形成され、深溝１０５ａは圧電プレート１０４の一方側の表面から他方側の表面に貫通し、浅溝１０５ｂは一方側の表面に開口し、他方側には圧電体材料が残してある。深溝１０５ａと浅溝１０５ｂの間には側壁１０６ａ〜１０６ｃが形成される。深溝１０５ａの側面には駆動用電極１１６ａ、１１６ｃが形成され、浅溝１０５ｂの側面には１１６ｂ、１１６ｄが形成される。
【０００４】
カバープレート１０８には液体供給口１０９と液体排出口１１０が形成され、液体供給口１０９が深溝１０５ａの一方の端部に、液体排出口１１０が当該深溝１０５ａの他方の端部に連通する。流路部材１１１には液体供給室１１２と液体排出室１１３が形成され、液体供給室１１２が液体供給口１０９に連通し、液体排出室１１３が液体排出口１１０に連通する。ノズルプレート１０２にはノズル１０３が形成され、ノズル１０３は深溝１０５ａに連通する。
【０００５】
この液体噴射ヘッド１０１は次にように駆動される。流路部材１１１に設置される供給用継手１１４から供給される液体は、液体供給室１１２、液体供給口１０９を介して深溝１０５ａに充填される。深溝１０５ａに充填された液体は、更に、液体排出口１１０、液体排出室１１３を介して排出用継手１１５から外部に排出される。そして、駆動用電極１１６ｃと１１６ｂの間、及び駆動用電極１１６ｃと１１６ｄの間に電位差を与えると側壁１０６ｂと１０６ｃは厚みすべり変形し、深溝１０５ａに圧力波が生じてノズル１０３から液滴が吐出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１０４７９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の液体噴射ヘッド１０１では液滴吐出用の深溝１０５ａと液滴非吐出用の浅溝１０５ｂが交互に形成される。浅溝１０５ｂは圧電プレート１０４のノズルプレート１０２側には開口せず、深溝１０５ａは圧電プレート１０４のノズルプレート１０２側に開口する。深溝１０５ａ及び浅溝１０５ｂは円盤の外周部にダイヤモンド等の砥粒が埋め込まれたダイシングブレード（ダイヤモンドカッターともいう）を用いて形成する。そのため、溝１０５の両端部にはダイシングブレードの外形形状が転写される。通常、ダイシングブレードは直径が２インチ以上の大きさのものを使用する。例えば、溝１０５の深さを３６０μｍとし、浅溝１０５ｂの深さを３２０μｍとして浅溝１０５ｂの底部に４０μｍの圧電プレート１０４を残すとすると、浅溝１０５ｂの両端部にはその長手方向に合計約８ｍｍの円弧形状が形成されることになる。浅溝１０５ｂの両端部の円弧形状は不要な領域であり、この長さを短縮することができれば、液体噴射ヘッド１０１を小型に形成することができ、圧電体ウエハーからの取個数も増加させることができる。そこで、浅溝１０５ｂの底面に圧電プレート１０４を残さないで深溝１０５ａと同様に圧電プレート１０４を貫通させれば、溝１０５の長手方向の長さを短く形成することができる。その結果、液体噴射ヘッド１０１が小型化し、かつ、圧電体ウエハーからの取個数も増加する。
【０００８】
図１４は、液体噴射ヘッド１０１の圧電プレート１０４の部分斜視図である。浅溝１０５ｂも深溝１０５ａと同様に、圧電プレート１０４の一方側の表面から他方側の表面に貫通させ、その表面に斜め蒸着法により導電材料１２０を堆積した状態を表す。導電材料１２０は、圧電プレート１０４の表面と、各側壁１０６の両側面であり溝の深さの略１／２まで堆積される。圧電プレート１０４の上面に堆積される導電材料１２０はリフトオフ用やフォトリソグラフィ及びエッチング法によりパターニングすることができる。導電材料１２０は、ダイシングブレードの外形形状が転写される傾斜面１２１の上半分にも堆積される。深溝１０５ａに対応する溝１０５の両側面の駆動用電極１１６ｃは電気的に接続されていてもよいが、浅溝１０５ｂに対応する溝１０５の両側面の駆動用電極１１６ｂ、１１６ｄは電気的に分離する必要がある。
【０００９】
圧電プレート１０４の表面に堆積された導電材料１２０は、リフトオフ法等によりパターニングすることができる。しかし、傾斜面１２１に堆積される導電材料１２０は、リフトオフ法や、フォトリソグラフィ及びエッチング法によりパターニングすることが困難なので、レーザービームや溝１０５の溝幅よりも肉厚の薄いダイシングブレードを用いて除去することになる。しかし、レーザービームやダイシングブレードを浅溝１０５ｂ毎に走査して導電材料１２０を除去することになるので、電極パターニングに時間を要し量産性が低い。
【００１０】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、各溝を圧電プレートの一方側の表面から他方側の表面に貫通させて各溝の端部の長さを縮小し、全体を小型化するとともに製造の容易な液体噴射ヘッドを提供する。
【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、圧電体からなる細長い壁により仕切られ、上面から下面に貫通する細長い吐出溝と細長い非吐出溝とが交互に配列するアクチュエータ基板を備え、前記非吐出溝は、前記アクチュエータ基板の一方側の外周端の手前から他方側の外周端まで延在し、他方側の前記外周端の近傍では底部に前記アクチュエータ基板が残る上げ底部が形成されることとした。
【００１２】
また、前記壁の前記吐出溝に面する両側面には前記壁の長手方向に沿って帯状にコモン電極が設置され、前記壁の前記非吐出溝に面する両側面には前記壁の長手方向に沿って帯状のアクティブ電極が設置され、前記アクティブ電極は、前記上げ底部の上面よりも上方に設置されることとした。
【００１３】
また、前記アクティブ電極は、前記非吐出溝の一方側の端部の手前から他方側の前記外周端に亘って設置されることとした。
【００１４】
また、前記非吐出溝は、一方側の端部が前記非吐出溝が下面に開口する下面開口から上面に開口する上面開口にかけて切り上がる傾斜面を有し、前記アクティブ電極の一方側の端部は、前記アクティブ電極の下端の深さとなる前記傾斜面の面上の地点よりも他方側に位置することとした。
【００１５】
また、前記アクチュエータ基板の上面に設置され、前記吐出溝の一方側に連通する第一スリットと、前記吐出溝の他方側に連通する第二スリットとを有するカバープレートと、前記アクチュエータ基板の下面に設置され、前記吐出溝に連通するノズルを有するノズルプレートと、を備えることとした。
【００１６】
また、前記コモン電極は、前記吐出溝の前記第一スリットが開口する位置から他方側の端部に亘って設置されることとした。
【００１７】
また、前記上げ底部の上面は前記吐出溝の深さの略１／２よりも深いこととした。
【００１８】
また、前記ノズルプレートの材料は前記カバープレートの材料よりも剛性が低いこととした。
【００１９】
本発明の液体噴射装置は、上記の液体噴射ヘッドと、前記液体噴射ヘッドと被記録媒体とを相対的に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。
【００２０】
本発明の液体噴射ヘッドの製造方法は、圧電体基板に、吐出溝と非吐出溝とを交互に並列に形成し、前記非吐出溝はその他方側の端部を浅く研削して上げ底部とする溝形成工程と、前記吐出溝及び前記非吐出溝の一方側の端部を覆うようにマスクを設置するマスク設置工程と、前記圧電体基板に斜め蒸着法により導電体を堆積する導電体堆積工程と、前記導電体をパターニングして電極を形成する電極形成工程と、前記圧電体基板の上方にカバープレートを設置するカバープレート設置工程と、前記圧電体基板の下方にノズルプレートを設置するノズルプレート設置工程と、を備えることとした。
【００２１】
また、前記溝形成工程の後に、前記吐出溝及び前記非吐出溝が形成される側とは反対側の前記圧電体基板を研削して前記非吐出溝を上面から下面に貫通させる圧電体基板研削工程を有することとした。
【００２２】
また、前記ノズルプレート設置工程は、前記圧電体基板の下面に前記ノズルプレートを設置する工程であることとした。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の液体噴射ヘッドは、圧電体からなる細長い壁により仕切られ、上面から下面に貫通する細長い吐出溝と細長い非吐出溝とが交互に配列するアクチュエータ基板を備える。非吐出溝は、アクチュエータ基板の一方側の外周端の手前から他方側の外周端まで延在し、他方側の外周端の近傍では底部にアクチュエータ基板が残る上げ底部が形成される。これにより、アクチュエータ基板の吐出溝方向の長さを短縮させて小型化するとともに、裏面側の加工強度を向上させて高い歩留りで製造可能な液体噴射ヘッドを提供する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッドの分解斜視図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッドの断面模式図である。
【図３】本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程の流れ図である。
【図４】本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程の説明図である。
【図５】本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程の説明図である。
【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工程の説明図である。
【図７】本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程の説明図である。
【図８】本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程の説明図である。
【図９】本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程の説明図である。
【図１０】本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程の説明図である。
【図１１】本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程の説明図である。
【図１２】本発明の第三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１３】従来公知の液体噴射ヘッドの断面模式図である。
【図１４】従来公知の液体噴射ヘッドの圧電プレートの部分斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
（第一実施形態）
図１及び図２は本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッド１の説明図である。図１は液体噴射ヘッド１の分解斜視図であり、図２（ａ）は吐出溝６ａの長手方向に沿う断面模式図であり、図２（ｂ）は非吐出溝６ｂの長手方向に沿う断面模式図であり、図２（ｃ）は図１に示す部分ＡＡの部分断面模式図である。
【００２６】
図１及び図２に示すように、液体噴射ヘッド１は、アクチュエータ基板２と、アクチュエータ基板２の上部に設置されるカバープレート３と、アクチュエータ基板２の下部に設置されるノズルプレート４とを備える。アクチュエータ基板２は、圧電体からなる細長い壁５により仕切られ、上面ＵＳから下面ＬＳに貫通する細長い吐出溝６ａと非吐出溝６ｂが交互に配列する。カバープレート３は、吐出溝６ａの上面開口７の一部と非吐出溝６ｂの上面開口７を覆うようにアクチュエータ基板２の上面ＵＳに設置され、吐出溝６ａの一方側に連通する第一スリット１４ａと吐出溝６ａの他方側に連通する第二スリット１４ｂとを有する。ノズルプレート４は、吐出溝６ａに連通するノズル１１を備え、吐出溝６ａ及び非吐出溝６ｂの下面開口８を覆うようにアクチュエータ基板２の下面ＬＳに設置される。
【００２７】
壁５の吐出溝６ａに面する両側面には壁５の長手方向に沿って帯状にコモン電極１２ａが設置され、壁５の非吐出溝６ｂに面する両側面には壁５の長手方向に沿って帯状にアクティブ電極１２ｂが設置される。そして、非吐出溝６ｂは、その他方側がアクチュエータ基板２の他方側の外周端ＲＥまで延在し、他方側の外周端ＲＥの近傍では底部にアクチュエータ基板２が残る上げ底部１５が形成される。アクティブ電極１２ｂは上げ底部１５の上面ＢＰよりも上方に設置される。
【００２８】
より詳しく説明する。アクチュエータ基板２に形成される溝６は吐出溝６ａと非吐出溝６ｂを含む。吐出溝６ａと非吐出溝６ｂは溝６の長手方向（ｘ方向）に直交する方向（ｙ方向）に交互に並列に配列する。吐出溝６ａは、その長手方向の一方側及び他方側の端部がアクチュエータ基板２の下面開口８から上面開口７にかけて、つまり下面ＬＳから上面ＵＳに切り上がるように傾斜する傾斜面２２を有する。吐出溝６ａは、アクチュエータ基板２の一方側の外周端ＬＥの手前から他方側の外周端ＲＥの手前でありカバープレート３の端部よりも手前まで形成される。非吐出溝６ｂは、一方側の端部に非吐出溝６ｂの下面開口８（底面ＢＢ）から上面開口７にかけて切り上がる傾斜面２２を有する。非吐出溝６ｂは、他方側がアクチュエータ基板２の外周端ＲＥまで延在し、外周端ＲＥの近傍では底部にアクチュエータ基板２が残る上げ底部１５が形成される。上げ底部１５は、吐出溝６ａの他方側の端部と同様に、下面ＬＳから上げ底部１５の上面ＢＰにかけて切り上がるように傾斜する。上げ底部１５は、その上面ＢＰが吐出溝６ａの深さの略１／２よりも下方となるように形成することができる。
【００２９】
本発明においては、各溝６を形成する際にダイシングブレードにより最終的な溝６の深さよりも深く研削することができるので、傾斜面２２の長手方向の長さを縮小させて、アクチュエータ基板２を小型に形成することができる。また、上げ底部１５を形成することによりアクチュエータ基板２の他方側の端部の強度を向上させることができる。つまり、アクチュエータ基板２の下面開口８は、アクチュエータ基板２に溝を深く形成してアクチュエータ基板２の上面ＵＳから下面ＬＳに貫通させて形成する。或いは、アクチュエータ基板２に溝を深く形成した後にアクチュエータ基板２の下面ＬＳを研削することにより開口させる。非吐出溝６ｂに上げ底部１５を形成せず他方側の外周端ＲＥまでストレートに形成すると、アクチュエータ基板２は、吐出溝６ａを挟む両側の壁５が他方側の先端で連結する櫛歯が溝６の配列方向に多数並ぶ櫛型形状となる。この櫛型形状のアクチュエータ基板２を下面ＬＳ側から研削すると櫛歯の先端部が折れる、或いは欠けるなどの不具合が発生して製造が難しくなる。これに対し、非吐出溝６ｂの他方側の端部に上げ底部１５を形成することにより、他方側の外周端ＲＥの下面ＬＳにはアクチュエータ基板２の材料が連続的に残るので、研削時の割れや欠けに対する強度が向上する。
【００３０】
駆動電極１２は、吐出溝６ａの側面に設置されるコモン電極１２ａと非吐出溝６ｂの側面に設置されるアクティブ電極１２ｂとを含む。コモン電極１２ａは、吐出溝６ａに面する壁５の両側面の長手方向に沿って帯状に設置され、互いに電気的に接続される。コモン電極１２ａは、吐出溝６ａの第一スリット１４ａが開口する位置から吐出溝６ａの他方側の端部に亘って設置される。アクティブ電極１２ｂは、非吐出溝６ｂに面する壁５の両側面に設置され、非吐出溝６ｂの一方側の端部の手前から他方側の外周端ＲＥに亘って設置される。図２（ｂ）に示すように、アクティブ電極１２ｂの一方側の端部は、アクティブ電極１２ｂの下端部Ｅの深さとなる傾斜面２２の面上の地点Ｐよりも他方側に位置する。例えば、アクティブ電極１２ｂの下端部Ｅが非吐出溝６ｂの底面ＢＢの深さの略１／２である場合に、アクティブ電極１２ｂの一方側の端部は、上面ＵＳから底面ＢＢまでの深さの略１／２の深さとなる傾斜面２２の面上の地点Ｐよりも他方側に位置する。
【００３１】
コモン電極１２ａ及びアクティブ電極１２ｂは吐出溝６ａ及び非吐出溝６ｂの底面ＢＢを構成するノズルプレート４から離間する。具体的には、少なくともアクティブ電極１２ｂの下端Ｅは上げ底部１５の上面ＢＰに達しない深さとする。アクチュエータ基板２の他方側の外周端ＲＥ近傍の上面ＵＳには、コモン電極１２ａに電気的に接続するコモン端子１６ａとアクティブ電極１２ｂに電気的に接続するアクティブ端子１６ｂと隣接する非吐出溝６ｂに形成されるアクティブ電極１２ｂを電気的に接続する配線１６ｃが設置される。コモン端子１６ａ及びアクティブ端子１６ｂは図示しないフレキシブル基板の配線電極に接続されるランドである。アクティブ端子１６ｂは、吐出溝６ａを挟む２つの壁５のうち、一方の壁５の非吐出溝６ｂに面する側面に形成されるアクティブ電極１２ｂに電気的に接続される。アクティブ端子１６ｂは、更に、他方側の外周端ＲＥに沿って形成される配線１６ｃを介して他方の壁５の非吐出溝６ｂに面する側面に形成されるアクティブ電極１２ｂに電気的に接続される。
【００３２】
このように、吐出溝６ａは第一スリット１４ａが開口する位置から形成するので、吐出溝６ａの内部液体に圧力波を効率よく生成させることができる。また、非吐出溝６ｂの両側面に形成するアクティブ電極１２ｂは、非吐出溝６ｂの一方側の端部の手前から他方側の外周端ＲＥに亘って設置される。より具体的には、アクティブ電極１２ｂの一方側の端部は、非吐出溝６ｂの長手方向において、アクティブ電極１２ｂの下端Ｅの深さとなる傾斜面２２の面上の地点よりも他方側に設置される。また、上げ底部１５の上面ＢＰはアクティブ電極１２ｂの下端Ｅよりも下方に位置し、上面ＢＰには電極材料が堆積されない。従って、一方側の端部では、非吐出溝６ｂの内部で対向する２つのアクティブ電極１２ｂが傾斜面２２を介して電気的に導通することを防止している。同様に、他方側の端部では、非吐出溝６ｂの内部で対向する２つのアクティブ電極１２ｂが上面ＢＰを介して電気的に導通することを防止している。これにより、非吐出溝６ｂの両側面に形成されるアクティブ電極１２ｂは互いに電気的に分離される。この電極構造は、後に説明する斜め蒸着法により一括して形成することができるので、製造工程が極めて簡単となる。
【００３３】
カバープレート３は、アクチュエータ基板２の一方側に液体排出室１０を、他方側に液体供給室９を備え、吐出溝６ａを部分的に覆いコモン端子１６ａ及びアクティブ端子１６ｂが露出するようにアクチュエータ基板２の上面ＵＳに接着剤を介して接着される。液体供給室９は、吐出溝６ａの他方側の端部に第二スリット１４ｂを介して連通し、非吐出溝６ｂとは連通しない。液体排出室１０は、吐出溝６ａの一方側の端部に第一スリット１４ａを介して連通し、非吐出溝６ｂとは連通しない。つまり、非吐出溝６ｂはカバープレート３によって上面開口７が覆われている。ノズルプレート４はアクチュエータ基板２の下面ＬＳに接着剤を介して接着される。ノズル１１は吐出溝６ａの長手方向の略中央に位置する。液体供給室９に供給される液体は第二スリット１４ｂを介して吐出溝６ａに流入し、第一スリット１４ａを介して液体排出室１０に排出される。これに対して非吐出溝６ｂは液体供給室９や液体排出室１０には連通しないので液体は流入しない。ここで、ノズルプレート４はカバープレート３よりも剛性が低い。
【００３４】
アクチュエータ基板２は上面ＵＳの垂直方向に分極処理が施された圧電体材料、例えばＰＺＴセラミックスを使用することができる。アクチュエータ基板２の厚さは、例えば３００μｍ〜４００μｍとし、好ましくは３６０μｍとする。非吐出溝６ｂに形成する上げ底部１５の上面ＢＰから下面ＬＳまでの厚さは１８０μｍ〜１０μｍとする。１８０μｍよりも厚くすると上面ＢＰに斜め蒸着の際に導電体が堆積されやすくなり、１０μｍよりも薄くすると、下面ＬＳの研削の際に破損しやすくなる。カバープレート３は、アクチュエータ基板２と同じ材料であるＰＺＴセラミックス、マシナブルセラミックスや、他のセラミックス、ガラス等の低誘電体材料も用いることができる。カバープレート３としてアクチュエータ基板２と同じ材料を使用すれば、熱膨張を等しくして温度変化に対する反りや変形を生じないようにすることができる。
【００３５】
ノズルプレート４はポリイミド膜、ポリプロピレン膜、その他の合成樹脂膜や金属膜等を使用することができる。ここで、カバープレート３の厚さは０．３ｍｍ〜１．０ｍｍとし、ノズルプレート４の厚さは０．０１ｍｍ〜０．１ｍｍとするのが好ましい。カバープレート３を０．３ｍｍより薄くすると強度が低下し、１．０ｍｍより厚くすると液体供給室９や液体排出室１０、及び第一及び第二スリット１４ａ、１４ｂの加工に時間を要し、また、材料の増加によりコスト高になる。ノズルプレートを０．０１ｍｍよりも薄くすると強度が低下し、０．１ｍｍより厚くすると隣接するノズルに振動が伝わり、クロストークが発生しやすくなる。
【００３６】
なお、ＰＺＴセラミックスはヤング率が５８．４８ＧＰａであり、ポリイミドはヤング率が３．４ＧＰａである。従って、カバープレート３としてＰＺＴセラミックスを使用し、ノズルプレート４としてポリイミド膜を使用すれば、アクチュエータ基板２の上面ＵＳを覆うカバープレート３のほうが下面ＬＳを覆うノズルプレート４よりも剛性が高い。カバープレート３の材質はヤング率が４０ＧＰａを下回らないことが好ましく、ノズルプレート４の材質はヤング率が１．５ＧＰａ〜３０ＧＰａの範囲が好ましい。ノズルプレート４は、ヤング率が１．５ＧＰａを下回ると被記録媒体に接触したときに傷がつきやすく信頼性が低下し、３０ＧＰａを超えると隣接するノズルに振動が伝わり、クロストークが発生しやすくなる。
【００３７】
液体噴射ヘッド１は、次のように動作する。液体供給室９に液体を供給し、液体排出室１０から液体を排出して、液体を循環させる。そして、コモン端子１６ａとアクティブ端子１６ｂに駆動信号を与えることにより、吐出溝６ａを構成する両壁５を厚みすべり変形させる。このとき、両壁５は“ハ”の字型に変形する、或いは“く”の字に変形する。これにより、吐出溝６ａの内部液体に圧力波が生成されて吐出溝６ａに連通するノズル１１から液滴が吐出される。本実施形態では、非吐出溝６ｂの両壁５の側面に設置されるアクティブ電極１２ｂが電気的に分離されるので、各吐出溝６ａを独立して駆動することができる。独立して駆動させることにより高周波駆動が可能となる利点がある。さらには、液体が接する内壁に保護膜を形成することも可能である。
【００３８】
なお、アクチュエータ基板２は、全部を圧電体から構成することに代えて、壁５のみを圧電体に使用し、他の領域に非圧電体からなる絶縁体を使用してもよい。また、本実施形態では非吐出溝６ｂの他方側の端部に上げ底部１５を形成し、この上げ底部１５の上面ＢＰより上の側面でありアクチュエータ基板２の他方側の外周端ＲＥまでアクティブ電極１２ｂが延設される例について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。非吐出溝６ｂに沿う上面ＵＳに配線電極を形成し、この配線電極を介してアクティブ電極１２ｂとアクティブ端子１６ｂとを電気的に接続してもよい。また、液体排出室１０と液体供給室９の機能を逆にして、液体排出室１０から液体を供給し、液体供給室９から液体を排出してもよい。
【００３９】
（第二実施形態）
図３〜図１１は、本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッド１の製造方法を説明するための図である。図３は、本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッド１の製造工程の流れ図であり、図４〜図１１は、各工程の説明図である。以下、図３と図４〜図１１を参照して液体噴射ヘッド１の製造方法を詳細に説明する。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。
【００４０】
図４（ａ）及び（ｂ）は圧電体基板１９の断面模式図である。図４（ａ）に示すように、樹脂膜形成工程Ｓ０１において、圧電体基板１９の上面ＵＳに感光性の樹脂膜２０を設置する。圧電体基板としてはＰＺＴセラミックスを使用することができる。樹脂膜２０としてレジスト膜を塗布して形成することができる。また、感光性樹脂フィルムを設置することができる。次に、図４（ｂ）に示すように、パターン形成工程Ｓ０２において、露光・現像を行って樹脂膜２０のパターンを形成する。後に電極を形成する領域の樹脂膜２０を除去し、電極を形成しない領域には樹脂膜２０を残す。後にリフトオフ法により電極のパターニングを行うためである。
【００４１】
図５（ａ）はダイシングブレード２１を用いて溝６を研削して形成する状態を示す断面模式図であり、図５（ｂ）は吐出溝６ａの断面模式図であり、図５（ｃ）は非吐出溝６ｂの断面模式図であり、図５（ｄ）は溝６を形成した圧電体基板１９の上面模式図である。図５に示すように、溝形成工程Ｓ１において、圧電体基板１９に並列する複数の溝６を形成する。溝６は吐出溝６ａと非吐出溝６ｂを含み、吐出溝６ａと非吐出溝６ｂを交互に並列に形成する。ダイシングブレード２１を溝６の一方側の端部に降下させ、水平に移動して他方側の端部において上昇させる。ダイシングブレード２１は圧電体基板１９の下面に達しない深さであり、吐出溝６ａ及び非吐出溝６ｂの深さを表す破線Ｚよりも深く研削する。また、非吐出溝６ｂは、他方側の端部を圧電体基板１９の外周端まで浅く研削して上げ底部１５を形成する。
【００４２】
吐出溝６ａや非吐出溝６ｂの最終的な深さである破線Ｚよりも深く研削することにより、傾斜面２２の長手方向の幅Ｗを狭くすることができる。即ち、ダイシングブレード２１を用いて研削するので、吐出溝６ａの一方側の端部、他方側の端部、及び、非吐出溝６ｂの一方側の端部にはダイシングブレード２１の外周形状が転写される。例えば２インチのダイシングブレード２１を用いて深さ３６０μｍの溝を形成する場合、端部の傾斜面２２は長手方向の幅が約４ｍｍとなる。これに対して同じダイシングブレード２１を用いて深さ５９０μｍの溝を形成すれば、深さ３６０μｍまでの幅Ｗを約２ｍｍと半分に縮小させることができる。これを一方側の端部と他方側の端部の２カ所で合計４ｍｍ短縮させることができ、圧電体ウエハーから圧電体基板１９の取個数を増やすことができる。
【００４３】
図６は、圧電体基板１９の一方側の端部にマスク２３を設置した状態を説明するための図であり、図６（ａ）は圧電体基板１９の上面模式図であり、図６（ｂ）は非吐出溝６ｂの長手方向に沿う断面模式図である。図６に示すように、マスク設置工程Ｓ２において、溝６の一方側の端部を覆うように圧電体基板１９の上にマスク２３を設置する。マスク２３は、その他方側の端部Ｆがアクティブ電極１２ｂの下端Ｅの深さとなるべき傾斜面２２面上の地点Ｐよりも他方側であり、更に、吐出溝６ａと連通する第一スリットが吐出溝６ａ側に開口する位置に設置する。言いかえると、アクティブ電極の下端Ｅとなるべき深さよりも浅い傾斜面２２及び一方側の上面ＵＳがマスク２３によって覆われ、更に、コモン電極の一方側の端部が第一スリットの吐出溝側の開口する領域に入るようにする。
【００４４】
図７は斜め蒸着法により導電体２４を堆積した状態を表し、図６（ａ）に示す部分ＣＣの断面模式図である。導電体堆積工程Ｓ３において、上面ＵＳの法線に対して溝６の長手方向と直交する方向に傾斜する角度＋θと−θから蒸着法により圧電体基板１９の上面ＵＳに導電体２４を蒸着する。本実施形態においては、壁５の上面ＵＳから破線Ｚまでの深さｄの略１／２の深さ、つまりｄ／２まで導電体２４を堆積する。非吐出溝６ｂの一方側の端部に形成される傾斜面２２は、少なくとも深さｄ／２よりも浅い領域がマスク２３により覆われるので、この浅い領域には導電体２４が堆積されない。また、上げ底部１５の上面ＢＰは下端Ｅよりも下方に位置するので（図６（ｂ）参照）、上面ＢＰには導電体２４が堆積されない。これに対して、吐出溝６ａの他方側の端部に形成され傾斜面は、深さｄ／２よりも浅い領域に上面ＵＳと同様に導電体２４が堆積される。なお、導電体２４は、最終的な溝６の深さである破線Ｚよりも浅く、ｄ／２よりも深く形成してもよい。
【００４５】
図８は、樹脂膜２０を除去して同時に樹脂膜２０の上の導電体２４を除去した状態を表す。電極形成工程Ｓ４において、導電体２４をパターニングしてコモン電極１２ａ及びアクティブ電極１２ｂを形成する。つまり、樹脂膜２０を除去するリフトオフ法により、その上面に堆積した導電体２４を除去する。これにより、壁５の両側面に堆積した導電体２４が分離してコモン電極１２ａとアクティブ電極１２ｂが形成される。なお、この電極形成工程Ｓ４において、同時にコモン端子１６ａ、アクティブ端子１６ｂ及び配線１６ｃを形成する（図６（ａ）を参照）。これにより、非吐出溝６ｂの両側面に形成されるアクティブ電極１２ｂは互いに電気的に分離し、吐出溝６ａの両側面に形成されるコモン電極１２ａは電気的に接続される。更に、コモン電極１２ａはコモン端子１６ａに電気的に接続され、アクティブ電極１２ｂはアクティブ端子１６ｂに電気的に接続される（図６（ａ）を参照）。アクティブ端子１６ｂは、吐出溝６ａを挟む２つの壁５のうち、一方の壁５の非吐出溝６ｂに面する側面に形成されるアクティブ電極１２ｂに電気的に接続される。アクティブ端子１６ｂは、更に、他方側の外周端ＲＥに沿って形成される配線１６ｃを介して他方の壁５の非吐出溝６ｂに面する側面に形成されるアクティブ電極１２ｂに電気的に接続される。
【００４６】
なお、斜め蒸着法により形成するコモン電極１２ａやアクティブ電極１２ｂの下端Ｅを、吐出溝６ａ及び非吐出溝６ｂの最終的な深さｄの略１／２としたが、より深く形成してもよい。その場合でも、吐出溝６ａ及び非吐出溝６ｂの最終的な深さである破線Ｚに達しないようにする。コモン電極１２ａ及びアクティブ電極１２ｂを吐出溝６ａ及び非吐出溝６ｂの底面である破線Ｚから離間させることにより、液滴を安定して吐出させることができる。
【００４７】
図９は圧電体基板１９の上方にカバープレート３を設置した状態を表す断面模式図である。図９（ａ）は吐出溝６ａの長手方向の断面模式図であり、図９（ｂ）は非吐出溝６ｂの長手方向の断面模式図である。図９に示すように、カバープレート設置工程Ｓ５において、圧電体基板１９の上方にカバープレート３を設置する。カバープレート３には、一方側に液体排出室１０が他方側に液体供給室９が形成され、更に、液体排出室１０からその反対側の裏面に貫通する第一スリット１４ａ及び液体供給室９からその反対側の裏面に貫通する第二スリット１４ｂが形成される。液体排出室１０は第一スリット１４ａを介して吐出溝６ａの一方側の端部に連通し、液体供給室９は第二スリット１４ｂを介して吐出溝６ａの他方側の端部に連通する。また、非吐出溝６ｂは上面開口７がカバープレート３により塞がれ、液体排出室１０及び液体供給室９には連通しない。
【００４８】
図１０は圧電体基板１９のカバープレート３とは反対側の裏面を研削した状態を表す断面模式図である。図１０（ａ）は吐出溝６ａの長手方向の断面模式図であり、図１０（ｂ）は非吐出溝６ｂの長手方向の断面模式図である。図１０に示すように、圧電体基板研削工程Ｓ６において、溝６が形成される側とは反対側の圧電体基板１９を研削し、溝６を上面ＵＳから下面ＬＳに貫通させてアクチュエータ基板２を形成する。圧電体基板１９の裏面は、溝６の最終的な深さとなる破線Ｚまで研削する。各壁５の上面ＵＳはカバープレート３により固定され、各溝６の一方側の端部及び上げ底部１５を含む他方側の端部に圧電体基板１９が残されているので、研削の際の破損を防止することができる。
【００４９】
図１１は、アクチュエータ基板２（圧電体基板１９）の下面ＬＳにノズルプレート４を接着した状態を表す。図１１（ａ）が吐出溝６ａの長手方向の断面模式図であり、図１１（ｂ）が非吐出溝６ｂの長手方向の断面模式図である。図１１に示すように、ノズルプレート設置工程Ｓ７において、圧電体基板１９の下面ＬＳにノズルプレート４を設置する。ノズルプレート４にノズル１１が開口し、ノズル１１は吐出溝６ａに連通する。ノズルプレート４はカバープレート３のよりも剛性が低い。
【００５０】
この製造方法により、非吐出溝６ｂの両側面に形成するアクティブ電極１２ｂを一括して電気的に分離することができるので、壁５の上面に形成される導電体を一本ずつ分離する必要がなく、製造方法が極めて簡単となる。また、各溝６の端部に形成される傾斜面２２の幅を狭く形成することができるので、一枚の圧電体ウエハーからの取個数が増え、コストを低減させることができる。
【００５１】
なお、圧電体基板１９は、少なくとも各溝６を仕切る壁５の部分に圧電体を使用し、その他の領域は非圧電体からなる絶縁体とすることができる。また、第一実施形態において説明したように、非吐出溝６ｂについては（或いは吐出溝６ａについても）その底部にアクチュエータ基板２の材料が残るように形成することができる。また、ノズルプレート４は単層である必要がなく、材料の異なる複数の薄膜層から構成することができる。また、本実施形態ではコモン電極１２ａ、アクティブ電極１２ｂ、コモン端子１６ａ、アクティブ端子１６ｂをリフトオフ法によりパターニングを行ったが、本発明はこれに限定されない。例えば、導電体堆積工程Ｓ３（図７）において斜め蒸着法により導電体２４を圧電体基板１９の上面ＵＳや壁５の側面に形成した後に、フォトリソグラフィ及びエッチング法によりコモン電極１２ａ、アクティブ電極１２ｂ、コモン端子１６ａ、アクティブ端子１６ｂのパターンを形成してもよい。また、圧電体基板研削工程Ｓ６は省略することができる。即ち、圧電体基板１９の厚さを溝６の最終深さ程度とし、図５に示す溝形成工程Ｓ１において、ダイシングブレード２１を圧電体基板１９の下面に貫通するように深く切り込んで圧電体基板１９の下面に下面開口８を形成し、同時に上げ底部１５を残すように溝６を形成すればよい。
【００５２】
（第三実施形態）
図１２は本発明の第三実施形態に係る液体噴射装置３０の模式的な斜視図である。液体噴射装置３０は、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’に液体を供給し、液体噴射ヘッド１、１’から液体を排出する流路部３５、３５’と、流路部３５、３５’に連通する液体ポンプ３３、３３’及び液体タンク３４、３４’とを備えている。各液体噴射ヘッド１、１’は複数のヘッドチップを備え、各ヘッドチップは複数の吐出溝からなるチャンネルを備え、各チャンネルに連通するノズルから液滴を吐出する。液体ポンプ３３、３３’として、流路部３５、３５’に液体を供給する供給ポンプとそれ以外に液体を排出する排出ポンプのいずれかもしくは両方を設置する。また、図示しない圧力センサーや流量センサーを設置し、液体の流量を制御することもある。液体噴射ヘッド１、１’は既に説明した第一実施形態を使用する。
【００５３】
液体噴射装置３０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とを備えている。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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
なお、本実施形態は、移動機構４０がキャリッジユニット４３と被記録媒体４４を移動させて記録する液体噴射装置３０であるが、これに代えて、キャリッジユニットを固定し、移動機構が被記録媒体を２次元的に移動させて記録する液体噴射装置であってもよい。つまり、移動機構は液体噴射ヘッドと被記録媒体とを相対的に移動させるものであればよい。
【符号の説明】
【００５７】
１  液体噴射ヘッド
２  アクチュエータ基板
３  カバープレート
４  ノズルプレート
５  壁
６  溝、６ａ  吐出溝、６ｂ  非吐出溝
７  上面開口
８  下面開口
９  液体供給室
１０  液体排出室
１１  ノズル
１２  駆動電極、１２ａ  コモン電極、１２ｂ  アクティブ電極
１４ａ  第一スリット、１４ｂ  第二スリット
１５  上げ底部
１６ａ  コモン端子、１６ｂ  アクティブ端子、１６ｃ  配線
１９  圧電体基板
２０  樹脂膜
２１  ダイシングブレード
２２  傾斜面
２３  マスク
２４  導電体
３０  液体噴射装置
ＬＥ  一方側の外周端、ＲＥ  他方側の外周端
ＵＳ  上面、ＬＳ  下面、ＢＢ  底面、ＢＰ  上面、Ｅ  下端部
【図１】
2014104585.tif 000003
【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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【図１３】
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【図１４】
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