(57)【要約】【課題】液体吐出ヘッドの内部の温度上昇を緩和しつつ、圧力室を形成する壁部の強度を高める。【解決手段】液体吐出ヘッド１が、液体を貯留可能な複数の圧力室１２と、複数の圧力室１２の周囲に配置された複数の空気室１３ａ，１３ｂとを有し、少なくとも圧力室１２を形成する壁部が圧電材料からなる液体吐出ブロック３と、液体吐出ブロック３の同じ面に設けられた入口と出口とを有し、入口と出口の間の部分は液体吐出ブロック３の内部を引き回されている流路１４と、を有する。【選択図】図２
2014004721.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を貯留可能な複数の圧力室と、前記複数の圧力室の周囲に配置された複数の空気室とを有し、少なくとも前記圧力室を形成する壁部が圧電材料からなる液体吐出ブロックと、
前記液体吐出ブロックの同じ面に設けられた入口と出口とを有し、前記入口と前記出口の間の部分は前記液体吐出ブロックの内部を引き回されている流路と、を有する液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記流路は前記液体吐出ブロックを冷却するための冷却用流体が流されるものである、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記流路の前記入口に前記冷却用流体を供給するとともに前記出口から前記冷却用流体を回収する冷却用ユニットをさらに有する、請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記液体吐出ブロックは、前記圧力室を形成する前記壁部の一部を構成する第１の溝と、前記第１の溝と交互に並べて形成された、前記空気室を形成する壁部の一部を構成する第２の溝とを有する複数の第１の圧電基板と、前記空気室の壁部の一部を形成する第３の溝と、前記第３の溝と交互に並べて形成された、前記流路を形成する壁部の一部を構成する第４の溝と、２つの前記第４の溝を連通させている第５の溝とを有する複数の第２の圧電基板とが交互に積層された構成であり、前記第１の溝は、前記液体吐出ブロックの前記液体を吐出する側である吐出側端部と前記液体が供給される側である供給側端部とにそれぞれ開口しており、前記第２の溝と前記第３の溝と前記第４の溝は、前記液体吐出ブロックの供給側端部には開口しているが吐出側端部には開口せずに塞がれている、請求項１から３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
液体を吐出する複数の吐出口がマトリクス状に設けられているノズルプレートをさらに有し、前記液体吐出ブロックの前記複数の圧力室は、各々が前記複数の吐出口にそれぞれ対向するようにマトリクス状に配置されている、請求項１から４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】
前記液体吐出ブロックの吐出側端部に、前記圧力室の内壁に形成された電極とそれぞれ個別に接続された配線引き出しパターンが形成され、前記液体吐出ブロックの供給側端部に、前記空気室の内壁に形成された電極と接続された配線引き出しパターンが形成され、前記流路の前記入口および前記出口は前記液体吐出ブロックの前記供給側端部に設けられている、請求項１から５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を吐出する液体吐出ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的なインクジェット記録装置には、画像を記録するために記録媒体にインクを吐出する液体吐出ヘッドが搭載されている。
【０００３】
特許文献１には、液体（インク）の温度を調節するために冷却専用流路が設けられた液体吐出ヘッドが開示されている。この液体吐出ヘッドは、圧電材料プレートに設けられた平行な複数の溝の一部をインク流路として用い、他の一部を、温度調節された冷却専用流体が流れる冷却専用流路として用いるものである。
【０００４】
また、特許文献２には、圧電材料からなる筒状のインク吐出部（圧電素子）が設けられ、筒状のインク吐出部の内部の空洞部分が圧力室である構成が開示されている。この構成では、筒状のインク吐出部が、圧力室を形成する壁部を構成している。そして、電圧が印加されてインク吐出部（各壁部）が変形することによって、圧力室の容積が縮小し、圧力室内のインクが外部へ吐出する。
【０００５】
この圧力室の形成方法の一例として、互いに同じ方向に延びる複数の溝が形成された複数の圧電基板を、溝の方向を揃えて積層し、積層された圧電基板を、溝に直交する方向に切削し、各溝を圧力室として利用する方法がある。この場合、マトリクス状に圧力室が配置された板状のユニット積層体が形成される。このユニット積層体では、マトリクス状に配置された各圧力室の周囲をそれぞれ取り囲むように分離溝が形成されており、複数の筒状のインク吐出部がそれぞれ実質的に分離して独立している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１―２３５４８０号公報
【特許文献２】特開２００７−１６８３１９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に開示された液体吐出ヘッドは、１列に並んだ溝状のインク流路のそれぞれの壁の一部が圧電変形してインク流路内のインクを外部に吐出するものである。しかし、近年の記録の高画質化等に伴って要求されている高粘度インク等の吐出の場合には、インクの吐出力が不十分である。また、特許文献１では、インク流路および吐出口を２次元マトリクス状に配置することは想定しておらず、１列ずつしかインク滴を吐出できない構成であるため、記録の高密度化および高速化に対応することは難しい。
【０００８】
これに対し、特許文献２に開示された液体吐出ヘッドは、インク吐出部が２次元マトリクス状に配置されており、高密度化を実現している。しかし、分離溝によって個々のインク吐出部が実質的に分離された筒状に形成されて高密度に配置されているため、各インク吐出部の圧力室を形成する壁部が薄く、インク吐出部の耐久性が低い。高粘度のインクを吐出する場合には、圧力室のインクの吐出力を高める必要があり、そのためには圧力室の長さを長くしなければならない。しかし、圧力室の長さを長くするためにインク吐出部の長さを長くすると、薄い壁部の長さが長くなるため耐久性がさらに低くなる。そのため、記録媒体への記録時に生じる振動や、インクを吐出するために繰り返されるインク吐出部の変形（圧力室の収縮）によって、インク吐出部の壁部が破損してインクを吐出できなくなるおそれがある。
【０００９】
また、特許文献２に開示されている発明では、各インク吐出部をそれぞれ実質的に独立した筒状に形成するために、マトリクス状に位置する圧力室の周囲にそれぞれ分離溝を形成する必要がある。従って、隣り合うインク吐出部同士の間に分離溝が存在し、サンドブラストによる切削加工などの通常の形成方法では分離溝の狭幅化には限界があるため、インク吐出部のさらなる高密度化の妨げとなる。
【００１０】
そこで、本発明は、前記した課題を解決して、内部の温度上昇を緩和しつつ、圧力室を形成する壁部の強度を高めることができる液体吐出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】
本発明の液体吐出ヘッドは、液体を貯留可能な複数の圧力室と、複数の圧力室の周囲に配置された複数の空気室とを有し、少なくとも圧力室を形成する壁部が圧電材料からなる液体吐出ブロックと、液体吐出ブロックの同じ面に設けられた入口と出口とを有し、入口と出口の間の部分は液体吐出ブロックの内部を引き回されている流路と、を有する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、液体吐出ヘッドを構成する液体吐出ブロックを大きくすることなく、内部温度上昇を緩和可能で、圧力室の周囲の構造体の剛性を高めることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態の液体吐出ヘッドをノズルプレート側から見た分解斜視図である。
【図２】図１に示す液体吐出ヘッドをマニホールド側から見た分解斜視図である。
【図３】（ａ）は図１に示す液体吐出ヘッドの第１の圧電基板の斜視図、（ｂ）は第２の圧電基板の斜視図である。
【図４】（ａ）は図１に示す液体吐出ヘッドのマニホールドを示す液体供給側から見た斜視図、（ｂ）はその液体導出側から見た斜視図、（ｃ）はその取り付け板を省略して液体供給側から見た斜視図である。
【図５】図１に示す液体吐出ヘッドの冷却用ユニットを示す斜視図である。
【図６】図１に示す液体吐出ヘッドの第１の圧電基板を示す平面図である。
【図７】（ａ）〜（ｈ）は、図６に示す第１の圧電基板の処理工程を順番に示す斜視図である。
【図８】（ａ）〜（ｈ）は、図７（ｄ）〜（ｅ）に概略的に示す電極形成工程の詳細を順番に示す斜視図である。
【図９】図１に示す液体吐出ヘッドの第２の圧電基板の平面図である。
【図１０】（ａ）〜（ｅ）は、図９に示す第２の圧電基板の処理工程を順番に示す斜視図である。
【図１１】（ａ）〜（ｄ）は、図１０（ｃ）〜（ｄ）に概略的に示す電極形成工程の詳細を順番に示す斜視図である。
【図１２】図１に示す液体吐出ヘッドの液体吐出ブロックを供給側から見た斜視図である。
【図１３】（ａ）〜（ｄ）は、図１２に示す液体吐出ブロックの供給側端部の電極形成工程を順番に示す平面図である。
【図１４】図１２に示す液体吐出ブロックの前端面の電極パターンを示す平面図である。
【図１５】図１２に示す液体吐出ブロックを吐出側から見た斜視図である。
【図１６】（ａ）〜（ｄ）は、図１５に示す液体吐出ブロックの吐出側端部の電極形成工程を順番に示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の一実施形態の液体吐出ヘッドについて図面を参照して説明する。図１，２に示す本実施形態の液体吐出ヘッド１は、ノズルプレート２と、液体吐出ブロック３と、後方絞りプレート４と、マニホールド５とを有する。液体吐出ブロック３の前面（液体を吐出する側である吐出側端部）にノズルプレート２が接合され、背面（液体が供給される側である供給側端部）に後方絞りプレート４およびマニホールド５が接合されている。なお、図１，２には、液体吐出ブロック３やマニホールド５の構造をわかりやすくするために各構成部分に分解して示しており、特にマニホールド５は細部を省略した形状で示している。
【００１５】
ノズルプレート２には、円形貫通孔である複数の吐出口６が形成されており、これらの吐出口６は所定の間隔で二次元マトリクス状に配列されている。一例では、ノズルプレート２の厚さは１７μｍであり、各吐出口６の直径は１０μｍである。
【００１６】
後方絞りプレート４は、液体（インク）をマニホールド５から液体吐出ブロック３に供給する際の流路となる絞り開口７を備えている。絞り開口７は、後述する液体吐出ブロック３の圧力室に対応して複数設けられている。さらに、後方絞りプレート４は、冷却用流体をマニホールド５から液体吐出ブロック３に供給および回収する流路となる冷却用流体供給口８および冷却用流体回収口９を備えている。冷却用流体供給口８および冷却用流体回収口９は、液体吐出ブロック３の冷却用液体用流路に対向して複数設けられ、交互に並べて配置されている。一例では、後方絞りプレート４の厚さは２００μｍであり、絞り開口７は５０μｍ×５０μｍの矩形形状であり、冷却用流体供給口８および冷却用流体回収口９は１２０μｍ×１２０μｍの矩形形状である。
【００１７】
液体吐出ブロック３は、図３（ａ）に示す複数の第１の圧電基板１０と図３（ｂ）に示す複数の第２の圧電基板１１とが交互に積層された積層体を含む。第１の圧電基板１０と第２の圧電基板１１はいずれも圧電材料からなる。第１の圧電基板１０には、液体を貯留可能な圧力室１２を構成する凹状の溝と、各圧力室１２の両側にそれぞれ形成される空気室１３ａを構成する凹状の溝とが、それぞれ複数形成されている。圧力室１２を構成する溝は、第１の圧電基板１０を吐出側端部１０４から供給側端部１０３まで貫通する両端開口の溝である。空気室１３ａを構成する溝は、一端は供給側端部１０３で開口しているが他端は第１の圧電基板１０の吐出側端部１０４で塞がれている、一端のみが開口した溝である。一方、第２の圧電基板１１には、空気室１３ｂを構成する凹状の溝と、空気室１３ｂと交互に配置されている冷却用流体流路１４を構成する凹状の溝とが複数形成されている。空気室１３ｂを構成する溝と冷却用流体流路１４を構成する溝はいずれも、一端は第２の圧電基板１１の供給側端部１０２で開口しているが他端は吐出側端部１０１で塞がれている、一端のみが開口した溝である。空気室１３ｂを構成する溝の両側に位置する、冷却用流体流路を構成する溝は、空気室１３ｂを構成する溝の他端よりも吐出側端部１０１側において、連通用溝１５によって２つずつそれぞれ互いに接続されている。
【００１８】
第１の圧電基板１０と第２の圧電基板１１が互いに積層されて、第１の圧電基板１０の溝形成面が第２の圧電基板１１の平坦面（溝形成面の反対側の面）によって覆われている。また、第２の圧電基板１１の溝形成面は別の第１の圧電基板１０の平坦面（溝形成面の反対側の面）によって覆われている。このようにして、空気室１３ｂを構成する凹状の溝により、圧電基板１０，１１の前端面１０１，１０４および後端面１０２，１０３に位置する両端が開口した圧力室１２が形成されている。空気室１３ａを構成する溝と空気室１３ｂを構成する溝と冷却用流体流路１４を構成する溝とにより、圧電基板１０，１１の後端面１０２，１０３に位置する一端のみがそれぞれ開口した空気室１３ａと空気室１３ｂと冷却用流体流路１４が形成されている。
【００１９】
このように第１の圧電基板１０と第２の圧電基板１１とを交互に積層して構成された積層体の最上部に天板１６（上部プレート）が積層され、最下部に底板１７（下部プレート）が配置されて、液体吐出ブロック３が形成されている。天板１６および底板１７は圧電材料から形成される必要はないが、第１の圧電基板１０および第２の圧電基板１１と熱膨張率が近い材料によって形成されることが望ましい。この液体吐出ブロック３において、圧力室１２の周囲四方（上下左右）に空気室１３ａ，１３ｂが位置している。同様に、冷却用流体流路１４の周囲四方（上下左右）にも空気室１３ａ，１３ｂが位置している。圧力室１２と空気室１３ａ，１３ｂの各々の内壁には電極が形成されている。冷却用流体流路１４は、液体吐出ブロック３の供給側端部に開口している入口と出口とを有し、入口と出口の間の部分は液体吐出ブロック３の内部を引き回されている。
【００２０】
本実施形態では、前記した液体吐出ブロック３の供給側端部に、後方絞りプレート４を介して、液体（インク）の供給や冷却用流体の供給および回収のためのマニホールド５が取り付けられている。図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、マニホールド５の取り付け板１８の液体供給側（液体吐出ブロック３と反対側）には、液体や冷却用流体を流通させるための開口（液体供給口１９、冷却用流体供給口２１、冷却用流体回収口２４）を有する筒状部材がある。取り付け板１８の液体吐出ブロック３側に、後方絞りプレート４の絞り開口７、冷却用流体供給口８、冷却用流体回収口９と連通する流路（液体供給流路２０、冷却用流体供給流路２２、冷却用流体回収流路２３）を有する部材が設けられている。この流路は、液体や冷却用流体を流通させる。
【００２１】
さらに、液体吐出ブロック３の吐出側端部にノズルプレート２が取り付けられて、本実施形態の液体吐出ヘッド１が形成されている。
【００２２】
また、液体吐出ヘッド１には、図５に示す冷却用ユニットが取り付けられている。冷却用ユニットは、冷却用流体を、液体吐出ヘッド１の主に液体吐出ブロック３内を流通させて、液体吐出ヘッド１を冷却するためのものである。冷却用ユニットは、ポンプ３０と、ポンプ３０と液体吐出ブロック３の間に位置する温度制御ユニット３１とを含む。ポンプ３０の出口２０３は、接続用チューブ３２によって温度制御ユニット３１の入口２０４に接続され、温度制御ユニット３１の出口２０１は、液体吐出ブロック３の冷却用流体供給口２１に接続されている。また、ポンプ３０の入口２０２は、液体吐出ブロック３の冷却用流体回収口２４に接続されている。
【００２３】
この液体吐出ヘッド１における液体（インク）や冷却用流体の流れについて説明する。記録用の液体、すなわちインクの流れについて説明すると、まず、図示しないタンク等から、図２，５に示す液体用供給口１９を通じてマニホールド５に液体が供給される。この液体は、液体用供給口１９から液体用供給流路２０を通り、さらに後方絞りプレート４の絞り開口７を通って、液体吐出ブロック３の各圧力室１２に流入する。このように圧力室１２内に液体が流入して貯留している状態で、圧力室１２の内壁の電極と空気室１３ａの内壁の電極との間や、圧力室１２の内壁の電極と空気室１３ｂの内壁の電極との間に電圧が印加されると、これらの電極同士の間に位置する壁は伸縮変形する。電圧が印加されて、圧力室１２を形成する各壁がそれぞれ内側（圧力室１２の中心側）に向かって凸状に変形すると、圧力室１２の容積が縮小して内部の液体が加圧され、吐出口６から外部に液滴（インク滴）が吐出する。
【００２４】
本実施形態では、圧力室１２の内壁に形成された電極は、それぞれ１つの配線パターンと個別に接続され、各圧力室１２の外壁（空気室１３ａ，１３ｂの内壁）に形成された電極はすべて互いに接続されて、共通配線に接続されている。圧力室１２の内壁に形成された電極に個別に接続された配線に駆動信号を印加することで、各圧力室１２の壁はそれぞれ独立して駆動される。この圧力室１２の内壁に形成された電極に繋がる配線パターンは、液体吐出ブロック３の吐出側端部に形成される。それにより、圧力室１２の電気的駆動と、圧力室１２の駆動に発する熱の放熱とを、液体吐出ブロック３自体を大きくすることなく実現できる。そして、本実施形態によると、圧力室１２同士の間に空気室１３ａ，１３ｂが存在し、圧力室１２を形成する壁部同士が互いにつながった形態に構成されている。そのため、圧力室１２を形成する壁部同士が実質的に分離され隔てられている構造に比べて、圧力室１２の壁部の剛性を高めることが可能である。
【００２５】
一方、図５に示すポンプ３０が作動すると、接続用チューブ３２や温度制御ユニット３１を介して、冷却用流体が、冷却用流体供給口２１に供給されマニホールド５内に進入する。この冷却用流体は、冷却用流体供給流路２２（図４参照）と、後方絞りプレート４の冷却用流体供給口８（図１，２参照）とを通って、液体吐出ブロック３の冷却用流体流路１４に供給される。この冷却用流体は、図３（ｂ）に示す連通用溝１５を介して連通している他の冷却用流体流路１４をさらに通り、液体吐出ブロック３を全体的に冷却する。そして、冷却用流体は、他の冷却用流体流路１４から、後方絞りプレート４の冷却用流体回収口９を通って、マニホールド５の冷却用流体回収流路２３（図４参照）に流入する。マニホールド５の冷却用流体回収流路２３（図４参照）に流入した冷却用流体は、冷却用流体回収口２４を通過して、入口２０２からポンプ３０に回収される。この冷却用流体の循環経路の中で、例えばペルチェ素子を含む温度制御ユニット３１は、冷却用流体の温度を計測して、冷却用流体を所定温度に保つ働きをする。
【００２６】
［温度制御方法］
本実施形態において液体吐出ブロック３の十分な温度制御が可能であることについて、以下に詳細に説明する。まず、液体吐出ブロック３の駆動領域、すなわち圧力室１２を形成する壁部の誘電損失による発熱量Ｐは、以下の式で表される。
【００２７】
【数１】
2014004721.tif 000003
【００２８】
ここで、駆動周波数ｆを５０ｋＨｚ、誘電率εを１.５×１０-8Ｆ／ｍ、圧電材料からなる壁部の厚さｄを１２０μｍ、印加される電界Ｅを７１４ｋＶ／ｍとして、誘電損失ｔａｎδを０．３２％とすると、発熱量Ｐは約４６０Ｗ／ｍ2である。
【００２９】
一方、温度が均一な板における強制対流の熱伝達率αは以下の式で表される。
【００３０】
【数２】
2014004721.tif 000004
【００３１】
ここで、冷却用流体である水の流速ｕを０．０４ｍ／ｓ、水の密度ρを９９６ｋｇ／ｍ3、水の比熱Ｃpを４１７７Ｊ／Ｋｇ・Ｋ、熱伝導率λを０．６１０４Ｗ／ｍ・Ｋ、代表長さＬを５．１５ｍｍ、動粘性係数νを８.５７×１０-7ｍ2／ｓとする。このとき、熱伝達率αは２１９８Ｗ／ｍ2・Ｋである。
【００３２】
冷却用流体流路１４内の冷却用流体は、その周囲に位置する圧力室１２の壁部の発する熱を吸熱する。すなわち、冷却用流体流路１４の周囲に４つの圧力室１２が存在し、各圧力室が４つの壁部を有しているため、発熱面積と吸熱面積が同じであるとすると、４×４×４６０＝７３６０Ｗ／ｍ2の発熱量を、２１９８Ｗ／ｍ2・Ｋの熱伝達率で吸熱することになる。これによる水の温度上昇は３．３５Ｋであり、第１の圧電基板１０と第２の基板１１の駆動領域の誘電損失による温度上昇を小さく抑えることが可能である。このように、本実施形態によると、冷却用流体の温度を制御することによって、第１の圧電基板１０および第２の圧電基板１１と、吐出される液体（インク）の温度を効果的に制御することができる。
【００３３】
［液体吐出ヘッドの製造方法］
次に、このような液体吐出ヘッド１の製造方法の要部（主に、第１の圧電基板１０と第２の圧電基板１１の電極形成工程および分極工程と、液体吐出ブロック３の電極形成工程）について説明する。
【００３４】
（第１の圧電基板の形成）
本実施形態では、図６に示す基板ブロック５０１を形成した後に分割して、５つの第１の圧電基板１０を得る。第１の圧電基板１０は、５つの圧力室１２と６つの空気室１３ａをそれぞれ有している。ただし、便宜上、図７〜８では、１つの第１の圧電基板１０に相当する部分（５つの圧力室１２と６つの空気室１３ａが形成される部分）のみを図示している。
【００３５】
（溝加工工程）
まず、図７（ａ）に示すように、所望の厚みと形状を有する平板状の第１の基板ブロック５０１を準備する。一例としては、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）からなり、１９ｍｍ×７０ｍｍ×０．２４ｍｍの寸法を有する板材である。そして、第１の基板ブロック５０１に、図６に示す第１の露光用アライメント溝５１４を、超砥粒ホイールによる研削加工によって形成する。第１の露光用アライメント溝５１４は、第１の基板ブロック５０１の端面からの距離に基づいて位置決めして形成してもよく、フォトリソグラフィ法によって予め形成された金属パターンなどを目印として位置決めして形成してもよい。
【００３６】
続いて、図７（ｂ）に示すように、第１の基板ブロック５０１に、第１の露光用アライメント溝５１４を基準として、複数の第１の溝５０３を形成する。第１の溝５０３の一部が圧力室１２として機能する。本実施形態では、超砥粒ホイール（不図示）を用いた研削加工によって第１の溝５０３を形成しており、研削加工の途中で超砥粒ホイールを第１の基板ブロック５０１の上方に引き上げることによって、一方の端面には連通していない溝部を形成している。すなわち、第１の溝５０３は、第１の基板ブロック５０１の第１の端面８０４には開口しているが、第２の端面８０５には開口せずに塞がれた構成である。一例としては、第１の溝５０３の幅は０．１２ｍｍ、深さは０．１２ｍｍ、ピッチは０．７０６ｍｍ（１インチ（２．５４ｃｍ）当たりのノズル数は３６ｎｐｉ）である。なお、図７では省略しているが図６に示されている最外側に位置する第１の溝５０３は、後の接合工程における接着剤の逃げ溝として機能させることができる。また、図６に示すように、後のチップ積層工程におけるアライメントの目印とするために、第１の接合用アライメント溝５１３を形成しておく。
【００３７】
さらに、図７（ｃ）に示すように、第１の基板ブロック５０１の各第１の溝５０３の両側方にそれぞれ第２の溝５０４を形成する。第２の溝５０４の一部が空気室１３ａとして機能する。第２の溝５０４は第１の溝５０３の両隣に形成されており、第１の溝５０３と第２の溝５０４が交互に並んで位置する。一例としては、第２の溝５０４の幅は０．３４６ｍｍ、深さは０．１４ｍｍであり、第１の溝５０３と第２の溝５０４の間の間隔は０．１２ｍｍである。第２の溝５０４は、第１の基板ブロック５０１の第１の端面８０４には開口せずに塞がれており、第２の端面８０５には開口している。
【００３８】
（電極形成工程）
次に、図７（ｄ）に示すように、第１の溝５０３の内面に第１の電極５０５を、第２の溝５０４の内面に第２の電極５０６をそれぞれ形成する。第１の電極５０５は信号電極（ＳＩＧ）であり、第２の電極は接地電極（ＧＮＤ）である。これらの電極５０５，５０６は、リフトオフ、レーザー、研磨等の方法でパターニングされている。
【００３９】
一例として、リフトオフによる電極パターニング方法を図８に示している。まず、図７（ｃ）のＡ−Ａ’線の位置で切断した断面図である図８（ａ）に示すように、第１の基板ブロック５０１の表面にフィルムレジスト９０２をラミネートする。溝加工が施された第１の基板ブロック５０１の表面には凹凸があるため、通常のスピンコーターによる塗布方法では、均一なレジスト膜を形成することが難しい。そこで、フィルムレジスト９０２のラミネートやスプレーコータによる塗布が適している。さらに、各溝の内部を均一に露光することは困難であるため、溝の外部だけを露光すればよいネガタイプのフィルムレジスト９０２を用いるのが好ましい。また、第１の基板ブロック５０１が焼結体であると１０μｍ程度の大きさのボイドが点在するため、フィルムレジスト９０２が薄過ぎると、ボイドの上部においてフィルムレジストにパターン欠損が生じてしまう。そこで、フィルムレジスト９０２は、十分な厚さ、例えば４０μｍ以上の厚さを有することが好ましい。
【００４０】
次に、図８（ｂ）に示すように、露光と現像を行ってフィルムレジスト９０２のパターニングを行う。リフトオフでは、電極パターンを残したくない部分にレジストが残るようにフォトリソグラフィでフィルムレジスト９０２をパターニングする。この際に、後の工程で溝の側壁に全域にわたって金属層が成膜されるように、フィルムレジスト９０２のパターン幅を側壁の幅よりも小さくしておくことが好ましい。例えば、溝の側壁の幅が０．１２ｍｍであるのに対して、フィルムレジスト９０２のパターン幅を０．０６ｍｍにする。
【００４１】
図８（ｃ）に示すように、パターニングされたフィルムレジスト９０２が存在する部分を含めて第１の基板ブロック５０１の全面に、スパッタリングや蒸着によって電極となる金属層を形成する。スパッタリングは溝の側壁への成膜性が優れており、蒸着はリフトオフにおけるパターニングし易さに優れている。そして、図８（ｄ）に示すように、フィルムレジスト９０２を除去することにより、金属膜を所望の形状にパターニングして電極とする。具体的には、例えば厚さ２０ｎｍ程度のＣｒからなる下地層の上に厚さ１０００ｎｍ程度のＡｕからなる電極層を形成して電極とすることができる。あるいは、厚さ２０ｎｍ程度のＣｒとその上の厚さ５０ｎｍ程度のＰｄとからなる下地層を成膜した後にパターニングし、Ｐｄをシード層として厚さ１０００ｎｍ程度のＮｉめっき層を形成してから、表面のＮｉをＡｕに置換めっきして電極を形成することもできる。後者の方法によると、リフトオフ時の膜厚が薄いので、バリが残りにくくパターニング性が向上するうえに、表面のパターニングされた部分のみにＡｕを形成するため低コストである。ただし、レーザーや研磨を用いて電極形成を行うこともできる。その場合、第１の基板ブロック５０１の表面の全面に、スパッタリングや蒸着や無電解めっきなどの方法で金属膜を成膜する。この場合、第１の基板ブロック５０１の第１および第２の端面８０４，８０５にも金属膜を成膜する。そして、成膜された金属膜の不要な部分、つまり第１の基板ブロック５０１の表面の、第１および第２の溝５０３，５０４以外の部分の金属膜を、レーザーや研磨によって除去することで、所望の形状の電極パターンを得る。こうして、圧力室１２を構成する第１の溝５０３の内面に形成された第１の電極５０５が信号電極であり、空気室１３ａを形成する第２の溝５０４の内面に形成された第２の電極５０６が接地電極である。第１の電極５０５同士は第１の端面８０４に形成された金属膜を介して導通しており、第２の電極５０６同士は第２の端面８０５に形成された金属膜を介して導通している。
【００４２】
次に、第１の基板ブロック５０１の、図７（ａ）〜（ｄ）に示すのと反対側の面（第１および第２の溝５０３，５０４形成面と反対側の面）である裏面に金属膜を形成し、第３の電極（第１および第２の共通配線８０２，８０３）を形成する（図７（ｅ）参照）。第１の共通配線８０２と第２の共通配線８０３は、フォトレジストのフォトリソグラフィを利用したリフトオフやエッチングや、レーザー、研削、フライス加工などの切削加工によってパターニングされている。それにより、第１の共通配線８０２と第２の共通配線８０３は、第１の溝５０３および第２の溝５０４の長手方向に垂直な方向に分断されている。具体的には、図７（ｃ）のＢ−Ｂ’線の位置で切断した断面図である図８（ｅ）に示すように、第１の基板ブロック５０１の裏面にレジスト９０３を成膜し、図８（ｆ）に示すように、このレジスト９０３をパターニングする。その後、図８（ｇ）に示すように金属層を成膜してから、図８（ｈ）に示すように、レジスト９０３を除去する。こうして残った金属層が、第１の共通配線８０２と第２の共通配線８０３である。第１の共通配線８０２は、第１の溝５０３が開口している端面８０４を介して第１の電極５０５と電気的に接続されている。一方、第２の共通配線８０３は、端面８０５を介して第２の電極５０６と電気的に接続されている。
【００４３】
なお、第１の基板ブロック５０１の裏面には凹凸がないため、前記したフィルムレジストのラミネートやスプレーコータによる塗布に限られず、通常のスピンコートによるレジスト塗布でも、均一なレジスト膜の形成が可能である。また、第１および第２の共通配線８０２，８０３の形成方法としては、下地層の一部（上層）として成膜してパターニングしたＰｄをシード層としてめっきを施すことによって、より厚い金属層からなる電極を形成することもできる。
【００４４】
（分極工程）
次に、第１の基板ブロック５０１に対して、第１の溝５０３（圧力室１２）を形成する各壁面を異なる３方向に分極処理する。例えば、第１の電極５０５を正電位、第２の電極５０６を接地電位として、図７（ｆ）に示すように両電極５０５，５０６の間に高電界を印加する。例えば、１００〜１５０℃程度に加熱した状態で両電極５０５，５０６の間に１〜２ｋＶ／ｍｍ程度の高電界を所定の時間印加する。このとき、第１の基板ブロック５０１の裏面に形成された第１および第２の共通配線８０２，８０３はパターンサイズが大きいので、高電界を発生する電源装置に接続して電極パッドとして利用することができる。第１の溝５０３（圧力室１２）を形成する各壁面上での電極間の間隔は狭く（例えば０．０６ｍｍ）、空気中で１〜２ｋＶ／ｍｍの高電界を印加すると空中放電や沿面放電を生じる可能性が高い。そのため、第１の基板ブロック５０１を、例えばシリコーンオイル（絶縁破壊電圧：１０ｋＶ／ｍｍ以上）のような絶縁性の高いオイルなどの中に挿入した状態で分極処理を行うことが望ましい。なお、シリコーンオイルは、分極工程後に、キシレン、ベンゼン、トルエンなどの炭化水素系溶剤や、塩化メチレン、１.１.１-トリクロロエタン、クロロベンゼンなどの塩素化炭化水素系溶剤によって除去可能である。
【００４５】
分極工程後に必要に応じて、分極処理が施された第１の基板ブロック５０１を昇温した状態で一定の時間保持することによって圧電特性を安定化させるエージング処理を行う。例えば、エージング処理として、例えば、分極処理が施された第１の基板ブロック５０１を１００℃のオーブンに入れて１０時間放置する。
【００４６】
（チップ分離工程）
図７（ｇ）に示すように、研削、研磨、レーザーアブレーションなどの方法で第１の基板ブロック５０１を切断し、第１の溝５０３の両端部を開口させて圧力室１２として利用可能にする。チップ分離工程において、第２の端面８０５上の第２の共通電極も除去されるので、第２の溝５０４内の第２の電極５０６および裏面の第２の共通配線８０３は、それぞれが互いに電気的に分離された非接続状態になる。
【００４７】
また、図７（ｈ）に示すように、研削、研磨、レーザーアブレーションなどの方法で、第１の端面８０４上の第１の共通配線８０２を除去する。これにより、第１の溝５０３内の第１の電極５０５は、それぞれが互いに電気的に分離された状態になる。なお、第２の溝５０４は第１の端面８０４に開口していない。
【００４８】
次に、図６に示す第１の基板ブロック５０１を５つに分断して、寸法が１０ｍｍ×１０ｍｍ×０．２４ｍｍであって、第１の溝５０３からなる圧力室１２が５つ、第２の溝５０４からなる空気室１３ａが６つ設けられた５つの第１の圧電基板１０を切り出す。
【００４９】
以上説明した加工方法によって、空気室１３ａとなる第２の溝５０４が第１の基板ブロック５０１（第１の圧電基板１０）の第１の側面８０４に開口しない状態で分極処理を行うことができる。
【００５０】
［第２の圧電基板の加工］
また、第２の圧電基板を形成するための第２の基板ブロック５０２として、例えば１５ｍｍ×７０ｍｍ×０．４３ｍｍのＰＺＴ基板を用意する。本実施形態では、図９に示すように第２の基板ブロック５０２を加工した後に分割して、５つの第２の圧電基板１１を得る。第２の圧電基板１１は、５つの空気室１３ｂと、６つの冷却用流体流路１４と、隣り合う２つの冷却用流体流路１４を連結する３つの連通用溝１５をそれぞれ有している。ただし、便宜上、図１０〜１１では、１つの第２の圧電基板１１に相当する部分（５つの空気室１３ｂと６つの冷却用流体流路１４と３つの連通路１５が形成される部分）のみを図示している。
【００５１】
（分極工程）
前記したように第１の圧電基板１０を形成する第１の基板ブロック５０１は溝加工工程後に分極処理を行った（図７（ｆ）参照）が、第２の圧電基板１１を形成する第２の基板ブロック５０２は、溝加工工程前の平板の状態で分極処理を行う。分極処理は、第２の基板ブロック５０２の表裏前面にそれぞれ電極を形成し、１００〜１５０℃程度に加熱した状態で、電極間に１〜２ｋＶ/ｍｍ程度の高電界を所定の時間印加することによって行う。分極処理によって、第２の基板ブロック５０２は主平面に垂直な方向に一様に分極される。第２の基板ブロック５０２の分極処理は、第１の基板ブロック５０１と同様に絶縁油中で行ってもよいし、空気中で行ってもよい。分極処理後、エッチングや研磨によって第２の基板ブロック５０２の表面の電極を除去する。
【００５２】
（溝加工工程）
まず、第２の基板ブロック５０２に対して超砥粒ホイールによる研削加工を行って、第２の露光用アライメント溝５１６をよって形成する（図９参照）。第２の露光用アライメント溝５１６は、第２の基板ブロック５０２の端面からの距離に基づいて位置決めして形成してもよく、フォトリソグラフィ法によって予め形成された金属パターンなどを目印として位置決めして形成してもよい。以降の溝加工工程は第２の露光用アライメント溝５１６を基準として行う。
【００５３】
図１０（ａ）に示すように、第２の基板ブロック５０２に、複数の第３の溝５０７と複数の第４の溝５０８とを形成する。第３の溝５０７の一部は、平面的に見て圧力室１２と重なる位置に配置される空気室１３ｂとなり、第４の溝５０８は冷却用流体流路１４として機能する。本実施形態では、超砥粒ホイール（不図示）を用いた研削加工によって第３および第４の溝５０７，５０８を形成しており、研削加工の途中で超砥粒ホイールを基板ブロック５０２の上方に引き上げて、一方の端面には連通していない溝部を形成している。すなわち、第３および第４の溝５０７，５０８は、第２の基板ブロック５０２の一方の端面には開口せずに塞がれており、他方の端面にのみ開口している構成である。第４の溝５０８は、長手方向の長さが第３の溝５０７よりも長い。一例としては、第３の溝５０７の幅は０．２０ｍｍ、深さは０．３１ｍｍ、ピッチは０．７０６ｍｍ（１インチ（２．５４ｃｍ）当たりのノズル数は３６ｎｐｉ）である。第４の溝５０８の幅は０．２６６ｍｍ、深さは０．３１ｍｍ、ピッチは０．７０６ｍｍ（３６ｎｐｉ）である。
【００５４】
続いて、図１０（ｂ）に示すように、研削、プラズマエッチング、レーザーアブレーションなどの方法で、隣り合う２つの第４の溝５０８を連通させる連通溝（第５の溝）５０９を形成する。連通溝５０９は、冷却用流体流路１４の連通路１５として機能する。一例では、連通溝５０９の幅は０．２６６ｍｍ、深さは０．３１ｍｍである。
【００５５】
（電極形成工程）
次に、図１０（ｃ）に示すように、第３の溝５０７の内面（少なくとも底面）に、接地電極となる第４の電極５１０を形成する。第４の電極５１０は第３の溝５０７の少なくとも底面に形成されており、第３の溝５０７の内面全体に形成されていてもよい。第３の溝５０７を形成する側壁の上面にも電極が形成されてもよいが、その場合には、前端面８０７等での短絡を避けるためにパターニングする必要がある。
【００５６】
第４の電極５１０のパターニングは、リフトオフ、レーザー、研磨等の方法で行うことができる。リフトオフによって電極のパターニングを行う例を図１１（ａ）〜（ｄ）に示している。図１１（ａ）〜（ｄ）は、図１０（ｃ）のＡ−Ａ’線の位置で断面した断面図である。まず、図１１（ａ）に示すように、第２の基板ブロック５０２の表面にフィルムレジスト９０３をラミネートする。溝加工が施された第２の基板ブロック５０２の表面には凹凸があるため、通常のスピンコーターによる塗布方法では、均一なレジスト膜を形成することが難しい。そこで、フィルムレジスト９０３のラミネートやスプレーコータによる塗布が適している。さらに、各溝の内部を均一に露光することは困難であるため、溝の外部だけを露光すればよいネガタイプのフィルムレジスト９０３を用いるのが好ましい。
【００５７】
図１１（ｂ）に示すように、電極パターンを残したくない部分にレジストが残るように、フォトリソグラフィによりフィルムレジスト９０３をパターニングする。さらに、図１１（ｃ）に示すように、フィルムレジスト９０３の上部を含む第２の基板ブロック５０２の表面全体に、スパッタリングや蒸着によって金属層を形成する。そして、図１１（ｄ）に示すように、フィルムレジスト９０３を除去して、所望の形状の金属膜パターンを得る。電極の形成方法は、第２の基板ブロック５０１に第１および第２の電極５０５，５０６を形成する方法と同じであってよい。さらに、図１０（ｄ）に示すように、第２の基板ブロック５０２の裏面（第３の溝５０７が形成されているのと反対側の面）に、金属膜からなる第５の電極（信号電極）５１２を形成する。第５の電極５１２は、表面の第３の溝５０７に平行な方向に沿って分断されるようにパターニングされる。第５の電極５１２は、フォトレジストのフォトリソグラフィを利用したリフトオフやエッチングや、レーザー、研削、フライス加工などの切削加工によってパターニングされている。特に、第２の基板ブロック５０２の裏面には凹凸が無いため、通常のスピンコートによるレジスト塗布でも、均一なレジスト膜を形成することができる。第２の基板ブロック５０２の表面に第４の電極５０７を形成する場合と同様に、レジストを成膜してパターニングした後に、金属層を成膜し、レジストの除去を行うことによって第５の電極５１２を形成できる。また、第５の電極５１２の形成方法としては、下地層の一部（上層）として成膜してパターニングしたＰｄをシード層としてめっきを施すことによって、より厚い金属層からなる電極を形成することもできる。第５の電極のパターンの幅は、第３の溝の幅と同程度であってよく、積層時や露光時のアライメント誤差を考慮して、例えば０．１８ｍｍ程度としておくことができる。
【００５８】
（チップ分離工程）
図１０（ｅ）に示すように、研削、研磨、レーザーアブレーションなどの方法で第２の基板ブロック５０２を切断する。第２の基板ブロック５０２の側壁に金属が成膜されていたとしてもこの工程によって除去されるので、第５の電極５１２はそれぞれが互いに電気的に分離された非接続状態になる。本実施形態の第３の溝５０７は、一方の端部のみ開口し、他方の端部は開口していない。次に、第１の基板ブロック５０１と同様に、図９に示す第２の基板ブロック５０２を５つに分断する。それにより、寸法が１０ｍｍ×１０ｍｍ×０．４３ｍｍであって、第３の溝５０７からなる空気室１３ｂが５つ、第４の溝５０８からなり連通路１５により２つずつ連結されている冷却用流体流路１４が６つ設けられた５つの第２の圧電基板１１を切り出す。
【００５９】
［両圧電基板の積層］
前記したように第１の基板ブロック５０１から切り出した第１の圧電基板１０と第２の基板ブロック５０２から切り出した第２の圧電基板１１を積層して、液体吐出ブロック３を構成する。この液体吐出ブロック３には、複数の圧力室１２が、ノズルプレート２の複数の吐出口６にそれぞれ対向するようにマトリクス状に配置されている。そして、圧力室の周囲に空気室１３ａ，１３ｂが配置され、さらに空気室１３ｂの側方に冷却用流体流路１４が配置されている。
【００６０】
［後端面の電極形成］
次に、図１２に示すように、液体吐出ブロック３の後端面（供給側端部）８０６に、各空気室１３ａ、１３ｂに設けられた接地電極（第２の電極５０６、第４の電極５１０）に接続される配線引き出しパターン８１７を形成する。接地側の配線引き出しパターン８１７は、液体吐出ブロック３の後端面８０６から上端面８０８に引き回され、接地側の実装配線接続部８１５においてフレキシブル基板（ＦＰＣ：Flexible Printed Circuits）に接続される。後端面８０６における配線引き出しパターン８１７は、図１２のＡ−Ａ’線の位置で切断した断面図である図１３と、図１２のＢ−Ｂ’線の位置で切断した断面図である図１４に示されている。
【００６１】
以下に、リフトオフ法による配線引き出しパターン８１７の形成方法の一例を示す。配線引き出しパターン８１７の形成工程において、後端面８０６には圧力室１２や空気室１３ａなどの凹凸があるため、通常のスピンコーターを用いて均一なレジスト膜を形成することは難しく、ネガタイプのフィルムレジストのラミネートが適している。そして、フォトリソグラフィ法で、フィルムレジストを、電極パターンを残したくない部分に残るように形成し、そのフィルムレジスト上を含めて後端面の全面に、スパッタリングや蒸着によって、電極となる金属層を形成する。そして、レジストを除去することで、所望の形状にパターニングされた金属膜が得られる。
【００６２】
具体的には、まず、図１３（ａ）に示すようにフィルムレジスト９０４をラミネートする。次に、図１３（ｂ）に示すように、露光と現像を行って、後端面の、空気室１３ａ，１３ｂとその周辺を露出させる。この際、圧力室１２とその周辺はフィルムレジスト９０４で覆われたままの状態にする。さらに、図１３（ｃ）に示すように、空気室１３ａ内の第２の電極５０６（接地電極）と電気的に接続される金属層を成膜する。この際に、上端面８０８にマスキングを施してから金属層の成膜を行うことで、ＦＰＣとの接続部分となる接地側の実装配線接続部８１５を形成することができる。次に、図１３（ｄ）に示すように、フィルムレジスト９０４を除去することで、リフトオフが行われ、所望の形状にパターニングされた配線引き出しパターン８１７を得ることができる。なお、図１４に示すように、配線引き出しパターン８１７は、空気室１３ａ内の第２の電極５０６とは電気的に接続されているが、圧力室１２内の第１の電極５０５とは接続されていない。
【００６３】
配線引き出しパターン８１７となる金属層の形成方法として、例えば下地層として厚さ２０ｎｍ程度のＣｒを成膜し、その上に電極層として厚さ１０００ｎｍ程度のＡｕを成膜することができる。あるいは、厚さ２０ｎｍ程度のＣｒの上に、下地層の一部（上層）として厚さ５０ｎｍ程度のＰｄを成膜してパターニングし、そのＰｄをシード層としてめっきを行い、厚さ１０００ｎｍ程度のＮｉを形成し、ＮｉをＡｕに置換めっきすることもできる。後者の方法によると、リフトオフ時の膜厚が薄いので、パターニング性が向上するうえに、表面のパターニングされた部分のみにＡｕを形成するため低コストである。なお、前記した各層の寸法（厚さ）の例は、両圧電基板１０，１１の間には、接着剤層による隙間が１〜２μｍ程度存在するが、この隙間および段差を越えて電気的な接続を得るには十分な厚さである。
【００６４】
［前端面の電極形成］
次に、図１５に示すように、液体吐出ブロック３の前端面（吐出側端部）８０７に、各圧力室１２に設けられた信号電極（第１の電極５０５）に接続される配線引き出しパターン８１６を形成する。信号側の配線引き出しパターン８１６は、液体吐出ブロック３の前端面８０７の上部に形成された信号側の実装配線接続部８１４につながっており、フレキシブル基板（ＦＰＣ）を介して個別駆動源に接続される。前端面８０７における配線引き出しパターン８１６は、図１５のＡ−Ａ’線の位置で切断した断面図である図１６に示されている。
【００６５】
前端面８０７の配線引き出しパターン８１６の形成方法は、後端面８０６の配線引き出しパターン８１７の形成方法と実質的に同じであってよい。
【００６６】
具体的には、まず、図１６（ａ）に示すようにフィルムレジスト９０５をラミネートする。次に、図１６（ｂ）に示すように、露光と現像を行って、前端面の圧力室１２とその周辺を露出させる。この際、圧力室１２とその周辺はフィルムレジスト９０５で覆われたままの状態にする。さらに、図１６（ｃ）に示すように、圧力室１２内の第１の電極５０５および第５の電極５１２（信号電極）と電気的に接続される金属層を成膜する。次に、図１６（ｄ）に示すように、フィルムレジスト９０５を除去することで、リフトオフが行われ、所望の形状にパターニングされた配線引き出しパターン８１６を得ることができる。配線引き出しパターン８１６となる金属層の形成方法は、厚さ２０ｎｍ程度のＣｒからなる下地層と厚さ１０００ｎｍ程度のＡｕからなる電極層の成膜であってよい。あるいは、厚さ２０ｎｍ程度のＣｒと厚さ５０ｎｍ程度のＰｄとからなる下地層を成膜してパターニングし、Ｐｄをシード層としためっきで厚さ１０００ｎｍ程度のＮｉを形成した後に、ＮｉをＡｕに置換めっきしてもよい。
【符号の説明】
【００６７】
１      液体吐出ヘッド
２      ノズルプレート
３      液体吐出ブロック
６      吐出口
１０    第１の圧電基板
１１    第２の圧電基板
１２    圧力室
１３ａ  空気室
１３ｂ  空気室
１４    冷却用流体流路
３０    ポンプ（冷却用ユニット）
３１    温度制御ユニット（冷却用ユニット）
５０３  第１の溝
５０４  第２の溝
５０５  第１の電極
５０６  第２の電極
５０７  第３の溝
５０８  第４の溝
５０９  連通溝（第５の溝）
５１０  第４の電極
５１２  第５の電極
８０６  後端面（供給側端部）
８０７  前端面（吐出側端部）
８１６  信号側の配線引き出しパターン
８１７  接地側の配線引き出しパターン
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図７】
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【図８】
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