(57)【要約】【課題】ノズルプレートなどの位置合わせ精度が向上できる液体吐出ヘッドを提供する。【解決手段】  ノズルプレートのＹ方向の位置決めを、第１の圧電基板５０１と第２の圧電基板５０２の接合境界２０３と、後方絞りプレートアライメント孔８１０の対角線とを使って行う。また個別液室３０７の壁は圧電体で作成され、圧力室として機能する。個別液室３０７の周囲４辺には空気室３０８が圧電部材を経て構成されている。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の面とこの反対側の第２の面を有し該第１の面に溝が形成された複数の基板を、前記第１の面と前記第２の面とを接合するように積層してなる積層体と、該積層体の前記溝の一端側における端面に接合され、前記溝の部分からなる流路に連通する開口が設けられたプレートと、を備えた液体吐出ヘッドにおいて、
前記プレートは、前記開口の他に、前記プレートを位置決めするときに用いられる孔を有し、該孔の内側面の一部が、隣接する前記基板どうしの接合境界の位置に合わせられていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記孔が二つの角と直線の辺を有し、該二つの角を結ぶ線または該直線の辺が、前記接合境界と一致していることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
請求項１または２に記載の液体吐出ヘッドにおいて、
前記吐出口から吐出される液体を貯留するための圧力室と、該液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生する圧電素子と、を備え、
前記流路が前記圧力室を有し、前記圧力室を構成する側壁は前記圧電素子で構成され、前記圧力室は一の方向に延びており、
前記一の方向と交差する方向における前記圧力室を通る前記液体吐出ヘッドの断面に関して、Ｘ方向と該Ｘ方向と交差するＹ方向の夫々において、前記圧力室の両側に、内側面に電極を備える複数の開口部を備えることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項４】
第１の面とこの反対側の第２の面を有し該第１の面に溝が形成された複数の基板を、前記第１の面と前記第２の面とを接合するように積層してなる積層体の、前記溝の一端側における端面に、前記溝の部分からなる流路に連通する開口が設けられたプレートを接合する液体吐出ヘッドの製造方法において、
前記プレートに、前記開口の他に、前記プレートを位置決めするときに用いられる孔を設け、該孔の内側面の一部を、隣接する前記基板どうしの接合境界の位置に合わせることを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項５】
前記孔が二つの角と直線の辺を有し、該二つの角を結ぶ線または該直線の辺を、前記接合境界と一致させることを特徴とする請求項４に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を吐出する液体吐出ヘッド、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクを吐出して記録媒体に画像を記録するインクジェット記録装置には、一般的に、インクを吐出する液体吐出ヘッドが搭載されている。これらの中には、流路部材を積層体で作製し、その積層体の端面に、複数のノズル（吐出口）が形成された板部材であるノズルプレートを接合したものがある。
【０００３】
特許文献１には、金属を積層して流路部材を形成したものが開示されている。この文献の記載によれば、ノズルプレートと積層体との位置合わせに関して、積層体を貼ったベースプレートの位置決め穴とノズルプレートの位置決め穴を合わせている。
【０００４】
特許文献２には、圧電部材同士を積層した後、溝加工をすることで流路を圧力室とするシェアモードタイプが開示されている。ノズルプレートと積層体との位置合わせに関しては、圧力室の溝とノズルの位置を合わせている。
【０００５】
工業用途等のインクジェット装置では、高粘度の液体を使用したいという要求がある。高粘度の液体を吐出するためには、液体吐出ヘッドにより大きな吐出力が求められる。この要求に対し、断面形状が円形や矩形の筒形状の圧電部材で圧力室を形成した所謂グールドタイプと呼ばれる液体吐出ヘッドが提案されている。グールドタイプの液体吐出ヘッドでは、圧電部材が圧力室の中心に対して内外方向（筒径方向）に伸長及び収縮変形することにより圧力室を膨張または収縮させる。グールドタイプの液体吐出ヘッドは、圧力室の壁面が全て変形し、その変形がインクの吐出力に寄与するので、１つまたは２つの壁面を圧電素子で形成したシェアモードタイプと比較して大きな液体吐出力を得ることが出来る。
【０００６】
グールドタイプの液体吐出ヘッドにおいて、より高い解像度を得るためには、複数の吐出口をより高密度に配置する必要がある。これに伴い、各々の吐出口に対応する圧力室も高密度に配置する必要がある。圧力室を高密度に配置可能なグールドタイプの液体吐出ヘッドの製造方法が、特許文献３に開示されている。
【０００７】
特許文献３に開示された製造方法では、まず、複数の圧電プレートの各々に、互いに同じ方向に延びた複数の溝が形成される。その後、複数の圧電プレートは、溝の方向を揃えて積層され、溝の方向と直交する方向に切断される。切断された圧電プレートは、溝部分が圧力室の内壁面を構成する。その後、隣り合う圧力室同士を分離するため各溝部分の間に存在する圧電部材を一定の深さまで除去する。圧力室が出来上がった圧電プレートの上下には、供給路プレートとインクプールプレートおよびプリント配線基板とノズルプレートを接続して、液体吐出ヘッドは完成する。特許文献３に開示された製造方法によれば、複数の圧力室をマトリックス状に配置できるので圧力室を高密度に配置可能である。また、この製造方法によれば、圧電プレートに孔を開けるよりも、圧電プレートに溝を形成するほうが加工しやすいため、精度良く圧力室を形成できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平２−６２２４４号公報
【特許文献２】特開２００２−３０７６７９号公報
【特許文献３】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】
【０００９】
特許文献１に記載されたノズルの位置決めでは、流路を形成した積層体とは異なるベースプレートに対してノズルプレートを位置決めするので、位置合わせ精度が十分確保できない。
特許文献２に記載されたノズルの位置決めでは、ノズルと、積層体側の矩形溝とを位置合わせする。通常この溝の中心にノズルの中心を位置決めする。しかし、溝は研削で加工されるため溝底部が丸みを帯びたり、チッピングが生じ、溝底部を判別しにくい。また接合に用いた接着剤が溝に侵入して更に視認しにくくなる。この結果、溝深さの中心を算出することが困難になり、溝深さ方向の位置決め精度が低下することになる。
【００１０】
特許文献３に開示された製造方法で製造された液体吐出ヘッドの場合、複数の圧力室の各々が、各圧力室を筒状に形成している周囲壁を取り囲む一続きの空間によって隔てられている。そのため、特に、高粘度の液体を吐出するために（液体の吐出力を大きくするために）、筒状の圧力室を成す圧電部材の長手方向の長さ（高さ）を長くした場合、液体吐出ヘッドの剛性が低くなる。剛性が低くなると、圧力室を成す構造体が折れて液体が吐出できなくなる場合がある。
【００１１】
そこで、本発明の一つの目的は、流路を形成した積層体の端面に接合する部材の位置合わせ精度を向上させることにある。また本発明の更なる目的は、大きな吐出力を保ちながら圧力室の剛性を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一態様は、第１の面とこの反対側の第２の面を有し該第１の面に溝が形成された複数の基板を、該第１の面と該第２の面とを接合するように積層してなる積層体と、該積層体の該溝の一端側における端面に接合され、該溝の部分からなる流路に連通する開口が設けられたプレートと、を備えた液体吐出ヘッドである。このヘッドにおいて、プレートは、開口の他に、プレートを位置決めするときに用いられる孔を有し、該孔の内側面の一部が、隣接する基板どうしの接合境界の位置に合わせられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、流路となる溝を有する積層体に、該流路に連通させる開口を有するプレートを位置決めする構成において、孔の内側面の一部を、積層体における基板間の接合境界の位置に合わせているので、溝の底面が不明瞭であってもプレートの吐出口が積層体の流路用の溝に正確に位置決めされた液体吐出ヘッドを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例１の液体吐出ヘッドユニットの分解斜視図である。
【図２】本発明の実施例１の液体吐出ヘッドユニットの斜視図である。
【図３】積層工程を示す斜視図である。
【図４】後方絞りプレートの上面及び側断面図である。
【図５】後方絞りプレート、インクジェットヘッド、オリフィスプレートの接合における位置関係を表わした図である。
【図６】本発明の実施例１の位置合わせの説明図である。
【図７】本発明の実施例２の位置合わせの説明図である。
【図８】本発明の実施例３の位置合わせの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明の液吐出ヘッド及びその製造法にかかわる実施形態の一例を図面に基づき説明する。
【００１６】
［実施例１］
図１は本発明の液体吐出ヘッドの例であるインクジェットヘッドユニット１０１の構成を分解して表した斜視図である。
【００１７】
図２はインクジェットヘッドユニット１０１の斜視図である。インクジェットヘッドユニット１０１は、オリフィスプレート３０４、インクジェットヘッド３０３、後方絞りプレート３０２、および共通液室３０１をこの順番に積層および接合して構成されている。インクジェットヘッド３０３には、吐出させる液体が供給される個別液室３０７、および、空気だけが貯留される空気室３０８が設けられている。共通液室３０１は、後方絞りプレート３０２を介してインクジェットヘッド３０３の個別液室３０７と連通している。インクジェットヘッド３０３から外部への配線はインクジェットヘッド３０３の端面から第１および第２のフレキシブルケーブル（３１０、３１１）によって引き出されている。
【００１８】
オリフィスプレート３０４には、インクなどの液体を液滴として吐出する吐出口３０９が個別液室３０７に対応して備えられている。個別液室３０７の周壁は、液体と吐出するために利用されるエネルギーを発生する圧電素子で形成され、個別液室３９７が圧力室として機能する。
【００１９】
これらは、複数の基板を以下のように積層することで作成される。
【００２０】
次に、図３を用いて基板の積層工程を説明する。図３（Ａ）は、２種類の基板の接合を表す斜視図であり、図３（Ｂ）は、ユニット化された２種類の基板を積層する工程を示す斜視図である。
【００２１】
第１の圧電基板５０１の第１の面には、吐出口と連通する個別液室となる第１の溝５０３と、その両側（両隣）には空隙である空気室となる第２の溝５０４が形成されている。第１の圧電基板５０１の両端には、第１の接合用アライメント溝５１３が形成されている。第１の溝５０３の内壁には第１の電極（ＳＩＧ）（不図示）が形成され、第２の溝５０４の内壁には第２の電極（ＧＮＤ）５０６が形成されている。また、それらの溝が形成されている第１の面とは反対側にある第２の面には全面に第３の電極（ＧＮＤ）（不図示）が形成されている。
【００２２】
第２の圧電基板５０２の第１の面には、第１の圧電基板５０１の個別液室に対応する位置に空気室となる第３の溝５０７が形成されていて、この溝５０７の内壁を含めた全面に第４の電極（ＧＮＤ）（不図示）が形成されている。第２の圧電基板５０２の両端には、第２の接合用アライメント溝５１５が形成されている。溝５０７が形成された第１の面とは反対側にある第２の面には、空気室（溝５０７）に対応した位置に第５の電極（ＳＩＧ）不図示が形成されている。
【００２３】
まず、図３（Ａ）に示すように第１の圧電基板５０１の第１の面と第２の圧電基板５０２の第２の面とが接合される。接合には、例えばエポキシ系の接着剤を用いることができる。また、溝内が接着剤で埋まってしまうのを防ぐために接着剤量を適切にコントロールする必要がある。接着剤の塗布方法としては、別の平坦な基板上にスピンコートやスクリーン印刷などで薄い均一な接着剤層を形成しておき、これに接着する面を押し付けた後、離すことで、圧電基板上に薄く均一な接着剤層を形成することができる。接着剤塗布後、第１の圧電基板５０１と第２の圧電基板５０２に微小な間隔がある状態で、位置決めを行い、加圧接着する。接着剤の厚さの目安としては、接着前の接着層の厚さが４μｍ程度、接着後の厚さが２μｍ程度となることが適切である。
【００２４】
積層時のアライメントには、チップ化した圧電基板の端面を位置決めピンに突き当てることによって行うこともできるし、さらに位置決め精度を向上させるには、カメラによるアライメントを行ってもよい。カメラによるアライメントに用いる目印としては、チップのエッジ、溝、電極形成時にパターニングしたアライメントマークなどを使用することができる。
【００２５】
次に図３（Ｂ）に示すように、この接合された形態を一つのユニットとして、複数ユニットを積層および接合し、天板となる第３の基板５１０および第４の圧電基板５１１で挟むように接合することで、積層体であるインクジェットヘッド３０３が作製される。
【００２６】
このとき、基板５１０に対してユニットを順次接合すると、接合不良が生じた場合に積層した全てのユニットが不良となってしまう。そこで、ユニット同士を複数接合したものを複数作製してからこれら同士を接合すれば、万一接合不良が生じた場合でも不良を最小限に抑制することができる。
【００２７】
第３の基板５１０および第４の圧電基板５１１はパターンが形成されていない平板のプレートである。第３の基板５１０および第４の圧電基板５１１は圧電体である必要はないが、接合時に加熱を要する場合には熱膨張率が第１の圧電基板５０１および第２の圧電基板５０２に近い材料によって形成されることが望ましい。
【００２８】
次に、後方絞りプレート３０２とオリフィスプレート３０４の、インクジェットヘッド３０３への接合について、図４および図５を用いて説明する。図４の（Ａ）は後方絞りプレート３０２の、個別液室３０７に対応する箇所の上面図、図４の（Ｂ）はその箇所の側断面図である。図５は後方絞りプレート３０２、インクジェットヘッド３０３、オリフィスプレート３０４の接合における位置関係を表わした図である。
【００２９】
インクジェットヘッド３０３の、圧力室の前方側（一端側）の端面にオリフィスプレート３０４が接合され、該圧力室の後方側（他端側）の端面に後方絞りプレート３０２が接合される。
【００３０】
後方絞りプレート３０２には開口（後方絞り）８０９が各個別液室３０７に対応した位置に設けられている。開口（後方絞り）８０９は駆動によって生じるインクの流動が吐出口３０９側に強く生じるようにインクの逆流を制限するものである。後方絞りプレート３０２は、Ｓｉ基板のエッチング加工などで形成可能である。貫通穴の開口８０９は圧力室（流路を成す個別液室３０７）の開口よりも小さく、例えば、個別液室３０７の断面が１２０μｍ×１２０μｍの正方形の場合、直径５０μｍ程度、厚さを２００μｍ程度とすることができる。また、後方絞りプレート３０２の、溝８１１側の面をインクジェットヘッド３０３に貼りつける際に、インクジェットヘッド３０３に形成されている配線のショートを防ぐため、後方絞りプレート３０２に用いるＳｉ基板の表面に熱酸化等により絶縁膜を形成しておくことが好ましい。
【００３１】
接着には、例えばエポキシ系の接着剤を用いることができる。また、後方絞りプレート３０２の開口８０９や個別液室３０７が接着剤で埋まってしまうのを防ぐために接着剤量を適切にコントロールする必要がある。接着剤の塗布方法としては、別の平坦な基板上にスピンコートやスクリーン印刷などで薄い均一な接着剤層を形成しておき、これに接着する面を押し付けた後、離すことで、圧電基板上に薄く均一な接着剤層を形成することができる。接着剤塗布後、インクジェットヘッド３０３と後方絞りプレート３０２に微小な間隔がある状態で、位置決めを行い、加圧接着する。接着剤の厚さの目安としては、接着前の接着層の厚さが４μｍ程度、接着後の厚さが２μｍ程度が適切である。また、個別液室３０７や空気室への接着剤のはみ出しを軽減するために、図４に示すように後方絞りプレート３０２の接着側の面において開口（後方絞り）８０９の外側に溝８１１を形成し、接着剤の逃がし溝として使用することも有効である。
【００３２】
接合用アライメント溝５１３、５１５をインクジェットヘッド３０３の後端面８０７から確認することができ、これを接着時のアライメントに用いる。
【００３３】
図５に示すように、後方絞りプレート３０２には、接合用アライメント溝５１３，５１５との位置決めを行うための後方絞りプレートアライメント孔８１０が設けられている。接合の際に、接合用アライメント溝５１３と後方絞りプレートアライメント孔８１０とを使って位置決めを行う。
【００３４】
またオリフィスプレート３０４とインクジェットヘッド３０３の接合についても、接合用アライメント溝５１３とオリフィスプレートアライメント孔８１３を位置決めして行う。
【００３５】
図６を用いて、本願の特徴であるインクジェットヘッド３０３と後方絞りプレート３０２の位置決めをするための構成、及び位置決め方法について詳細に説明する。
【００３６】
図６（Ｂ）は、インクジェットヘッド３０３と後方絞りプレート３０２の接合状態を示す部分透過図で、図６（Ａ）は、図６（Ｂ）の後方絞りアライメント孔８１０の部分の部分拡大図である。
【００３７】
圧電基板５０１，５０２の溝並び方向をＸ方向、これと垂直に交差する基板積層方向をＹ方向として以下を説明する。
【００３８】
後方絞りプレート３０２には、菱形の後方絞りプレートアライメント孔８１０が開いている。インクジェットヘッド３０３の第１の圧電基板５０１と第２の圧電基板５０２の接合境界２０３が後方絞りアライメント孔８１０のＸ方向の対角線に一致するようにＹ方向のアライメントを行う。第１の圧電基板５０１のＸ方向については、第１の接合用アライメント溝５１３のＸ方向の幅の中心Ｌ１と後方絞りアライメント孔８１０のＹ方向の対角線を合わせる。勿論、こうしたアライメントによって、各開口８０９の中心が各圧力室（個別液室３０７）の開口部の中心に位置決めされるように、後方絞りプレート３０２のアライメント孔８１０および開口８０９が予め配設してある。
【００３９】
ここで、Ｙ方向を接合境界２０３と合わせるのは、以下の理由による。
【００４０】
我々は、当初第１の接合用アライメント溝５１３の中心Ｃ１と、円形の後方絞りプレートアライメント孔８１０の中心を合わせていた。ところが第１の接合用アライメント溝５１３には、底面にチッピング２０１や接着剤残渣２０２などがあり、溝の底面を認識するのが困難で、Ｙ方向の位置合わせが困難であった。
【００４１】
前述のように、菱形の後方絞りアライメント孔８１０のＸ方向の対角線に接合境界２０３を合わせることでＹ方向の位置合わせが正確になった。つまり、孔の内側面の一部に、隣接する圧電基板５０１，５０２間の接合境界２０３を合わせている。
【００４２】
オリフィスプレート３０４も同様な方法でインクジェットヘッド３０３に位置合わせして接合する。
【００４３】
このようにして図１に示すインクジェットヘッドユニット１０１が完成する。
【００４４】
この完成したインクジェットヘッドユニット１０１は、四角形の開口を持つ個別液室３０７を成す４つの側壁の周囲に独立した４つの空気室３０８を有するヘッドである。各空気室３０８は個別液室３０７を成す４つの側壁それぞれに対応して配置されている。
【００４５】
このようなヘッドは、特許文献２で示すシェアモードタイプより駆動壁が多いことから、大きな吐出能力を持つ。
【００４６】
また、隣り合う圧力室（個別液室）の周囲壁の間が完全には分離されておらず、部材と凹部とで構成されている。そのため、複数の圧力室の各々が、各圧力室を筒状に形成している周囲壁を取り囲む一続きの空間によって隔てられている特許文献３の構造に比べ、各圧力室の剛性を高めることが可能となる。
【００４７】
以下に、その他の実施例を示す。実施例1と同じ構成は、同じ符号をつけて説明を省略する。
【００４８】
［実施例２］
図７（Ａ）は、実施例２による後方絞り用アライメント孔８１０の形状を示している。実施例２では、後方絞り用アライメント孔８１０の形状が、実施例１の菱形から、大小２つの長方形をつなげた「凸」の字の形状に変更されている。Ｙ方向の基準は図７（Ａ）中の符号８１３で示したラインとする。
【００４９】
図７（Ｂ）は、実施例２の位置合わせを示す図である。ライン８１３と接合境界２０３を合わせることによってＹ方向を位置決めする。
【００５０】
第１の圧電基板５０１のＸ方向については、第１の接合用アライメント溝５１３のＸ方向の幅の中心Ｌ１と後方絞りアライメント孔８１０の最大幅の中心とを一致させる。
【００５１】
上記した実施例１と実施例２にはアライメント孔の形状を変えた例を示したが、本発明の孔は、図示した孔形状に限られない。本発明の孔は二つの角と直線の辺を有するものであればよく、該二つの角を結ぶ線または該直線の辺に接合境界２０３を合わせることでプレートの位置決めを実施すればよい。
【００５２】
［実施例３］
図８は実施例３の位置合わせを示す図である。
【００５３】
実施例１、２では１つの接合用アライメント溝５１３に、１つの後方絞りプレートアライメント孔８１０を対応させていたが、本実施例では後方絞りプレート３０２に２つの異なる後方絞りプレートアライメント孔８２０、８２１を設けている。
【００５４】
一方の後方絞りプレートアライメント孔８２０は実施例１のアライメント孔８１０と同じである。したがって、菱形の後方絞り用アライメント孔８２０の場合は、実施例１と同様に接合境界２０３とＹ方向の位置合わせを行う。
【００５５】
他方の後方絞りプレートアライメント孔８２１は、Ｙ方向よりもＸ方向に長い長方形の孔である。この長方形の後方絞り用アライメント孔８２１の場合は、孔８２１のＸ方向の幅の中心が、第１の接合用アライメント溝５１３の溝の側面５１３ａと一致するように位置合わせを行う。
【００５６】
以上の各実施例では、後方絞りプレート３０２について説明したが、オリフィスプレート３０４その他に適用できるのは言うまでもない。
【００５７】
また、圧力室を形成している４つの側壁を駆動させる型（４辺駆動型とも呼ばれる。）のインクジェットヘッドに適用した例について述べたが、特許文献２に示すような別構造の積層型ヘッドに適用しても問題ない。
【符号の説明】
【００５８】
２０３    接合境界
３０２    後方絞りプレート
３０３    インクジェットヘッド
３０４  オリフィスプレート
３０７  個別液室
３０８  空気室
５０１  第１の圧電基板
５０２  第２の圧電基板
５１３  第１の接合用アライメント孔
８０９  開口
８１０  後方絞りアライメント孔
８１１  後方絞りアライメント孔
８２０  後方絞りアライメント孔
８２１  後方絞りアライメント孔
【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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