(57)【要約】 【課題】圧力室を高密度に配置可能であり、かつ歩留まり良く製造可能な液体吐出ヘッド及びその製造方法を提供する。【解決手段】本発明の液体吐出ヘッドは、圧電体からなる板状の圧電基板２と平板状の支持基板８と天板１１とを有する。圧電基板は、一方の主面に、内壁に第２の電極６が設けられた複数の第１の溝３１ａと内壁に第３の電極７が設けられた複数の第２の溝３１ｂとが交互に並列に形成され、他方の主面に第１の電極５が形成されている。支持基板８は、圧電基板２の他方の主面と対向し、圧電基板２に接合され支持する。天板１１は、第１の溝３１ａ及び第２の溝３１ｂを塞ぐように圧電基板２の一方の主面に配置される。第１の溝３１ａ及び第２の溝３１ｂが天板１１で塞がれることで、圧力室３及び空室４がそれぞれ形成される。【選択図】図２
2015112839.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出する吐出口に連通し、該吐出口から吐出される液体を貯留するための圧力室と、該液体が貯留されない空室とを備えた液体吐出ヘッドにおいて、
一方の主面に、内壁に第２の電極が設けられた複数の第１の溝と内壁に第３の電極が設けられた複数の第２の溝とが交互に並列に形成され、他方の主面に第１の電極が形成された、圧電体からなる板状の圧電基板と、
前記圧電基板の前記他方の主面と対向し、前記圧電基板を支持する平板状の支持基板と、
前記第１の溝及び前記第２の溝を塞ぐように前記圧電基板の前記一方の主面に配置される天板と、を有し、
前記第１の溝及び前記第２の溝が前記天板で塞がれることで、前記圧力室及び前記空室がそれぞれ形成される、液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記支持基板は前記圧電基板よりもヤング率が高い、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
液体を吐出する吐出口に連通し、該吐出口から吐出される液体を貯留するための圧力室と、該液体が貯留されない空室とを備えた液体吐出ヘッドであって、
一方の主面に、内壁に第２の電極が設けられた複数の第１の溝と内壁に第３の電極が設けられた複数の第２の溝とが交互に並列に形成され、他方の主面に第１の電極が形成された、圧電体からなる板状の圧電基板、および、前記圧電基板の前記他方の主面と対向し、前記圧電基板に接合され支持する平板状の支持基板、を含む複数の圧電体ユニットと、
天板と、を有し、
複数の前記圧電体ユニットは、一方の圧電体ユニットの前記一方の主面の上に他方の前記圧電体ユニットの前記支持基板が配置されるように積層され、
前記天板は、積層方向で上端に位置する前記圧電体ユニットの前記一方の主面に配置され、
前記第１の溝及び前記第２の溝が前記支持基板または前記天板に塞がれることで前記圧力室及び前記空室がそれぞれ形成される、液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記支持基板は前記圧電基板よりもヤング率が高い、請求項３に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
前記支持基板は圧電体からなり、同じ前記圧電体ユニットの前記圧電基板と対向する面に第４の電極が配置され、他の前記圧電体ユニットの前記圧電基板と対向する面に、間隔をあけて複数の第５の電極が配置されており、
前記第１の溝が前記支持基板に塞がれることで前記第５の電極は前記圧力室の一部を構成する、請求項３に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】
前記圧電体ユニットの積層方向において隣り合う前記圧力室及び隣り合う前記空室は、前記積層方向と直交する方向にずれて互いに配置されている、請求項３から５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項７】
前記天板は圧電体からなり、前記圧電基板と対向する面に、間隔をあけて複数の第５の電極が配置されており、前記圧電基板と対向しない面に第４の電極が配置されており、
前記天板が接合される前記圧電基板の前記第１の溝が前記天板に塞がれることで前記第５の電極は前記圧力室の一部を構成する、請求項１から６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項８】
前記圧電基板と前記支持基板との間に前記圧電基板よりもヤング率の低い部材が配置されている、請求項１から７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項９】
前記部材は前記圧電基板と前記支持基板とを接合する接着剤である、請求項８に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１０】
前記圧電基板は、前記第１の電極と前記第２の電極とによって分極処理がなされている、請求項１から９のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１１】
液体を吐出する吐出口に連通し、該吐出口から吐出される液体を貯留するための圧力室と、該液体が貯留されない空室とを備えた液体吐出ヘッドの製造方法において、
圧電体からなる板状の圧電基板を準備し、前記圧電基板の主面の一方に第１の電極を形成する工程と、
前記圧電基板よりもヤング率が低い部材を挟んで前記第１の電極と支持基板とを接合する工程と、
前記圧電基板の前記主面の他方に前記圧力室及び前記空室となる複数の第１の溝及び第２の溝をそれぞれ形成する工程と、
前記圧力室となる前記第１の溝及び前記空室となる前記第２の溝の内壁にそれぞれ第２の電極及び第３の電極を形成して圧電体ユニットを形成する工程と、
前記第１の溝及び前記第２の溝を塞いで前記圧力室及び前記空室をそれぞれ形成するために、前記圧電基板の前記主面の他方に天板を配置する工程と、を含む、液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１２】
前記支持基板のヤング率は前記圧電基板よりも高い、請求項１１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１３】
前記第１の電極を形成する工程から前記第２の電極を形成する工程までを繰り返し行って、複数の圧電体ユニットを積層させてから前記天板を配置する工程を行う、請求項１１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１４】
前記支持基板は圧電体からなり、該支持基板の、同じ前記圧電体ユニットの前記第１の電極と対向する面に第４の電極が形成され、隣接する前記圧電体ユニットの前記圧電基板に対向する面に、該支持基板と隣接する前記圧電体ユニットの前記圧電基板とが接合されると隣接する前記圧電体ユニットの前記圧電基板に形成された前記圧力室となる前記第１の溝を塞ぐことができる第５の電極が形成されている、請求項１１または１３に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１５】
前記天板は圧電体からなり、該天板の、前記圧電基板と対向しない面に第４の電極を形成が形成され、前記圧電基板に対向する面に、前記圧電基板と接合することで前記圧電基板に形成された前記圧力室となる前記第１の溝を塞ぐことができる第５の電極が形成されている、請求項１１から１４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１６】
前記天板は、前記第４の電極と前記第５の電極とによって予め分極されるか、前記天板を配置する工程のあとに分極される、請求項１５に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１７】
前記部材として接着剤を用いる、請求項１１から１６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１８】
前記第１の電極と前記第２の電極と前記第３の電極とを用いて前記圧電基板の分極を行う工程を有する、請求項１１から１７のいずれか１項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】
液体、例えばインクを吐出して記録媒体に画像を記録する記録装置には、一般的に、液体吐出ヘッドが搭載されている。液体吐出ヘッドからインクを吐出させる機構の１つとして、内壁面の１つまたは２つが圧電素子で構成された圧力室であって、この圧電素子によって容積を小さくすることが可能な圧力室を用いる機構が知られている。この機構では、電圧を印加された圧電素子が伸張や収縮するように変形する。その結果、インクによって満たされた圧力室が収縮して、圧力室内のインクが圧力室の一端に形成された吐出口から吐出する。また、圧電素子を伸張や収縮変形させるのではなく、せん断変形させることによって、圧力室を収縮させる、いわゆるシェアモードタイプも知られている。
【０００３】
工業用途等の記録装置では、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、圧電体から成る圧電基板で断面形状が円形や矩形の筒形状の圧力室を形成したいわゆる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、圧力室の壁面を形成する圧電体が圧力室の中心に対して内外方向に伸長あるいは収縮するように変形することにより、圧力室が膨張または収縮する。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、その変形が液体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タイプと比較して大きな吐出力を得ることができる。
【０００４】
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、及びその製造方法が特許文献１に開示されている。特許文献１に開示された液体吐出ヘッドの製造方法では、まず、複数の板状の圧電基板（圧電体プレート）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、複数の圧電基板は、溝の延びる方向が同じになるようにして積層され、積層体を所望のサイズに切断することで圧電体ユニットが形成される。圧電体ユニットでは、溝部分が圧力室及び空室の内壁面を構成する。圧電基板の前方（圧力室が延びる方向の一端）には吐出口となる孔が形成されたノズルプレートを接続して、後方（圧力室が延びる方向の他端）にはプリント配線基板と後方絞りプレートとを接続し、液体吐出ヘッドは完成する。
【０００５】
特許文献１に開示された製造方法によれば、圧力室及び空室をマトリックス状に配置できるので圧力室の高密度な配置が可能となる。また、この製造方法によれば、立方体あるいは直方体の圧電基板に孔を開けるよりも、平板状の圧電基板に溝を形成し、積層するほうが加工しやすいため、精度良く圧力室を形成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−１４４０３８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に開示されている液体吐出ヘッドの構成でより高い吐出力を得るためには、圧力室を囲む壁を薄くして壁の変位を大きくすることが効果的であり、そのため、圧電基板の薄肉化と圧力室の高密度配置が進められている。また、１つの液体吐出ヘッドにおける吐出口数を増やす目的や、圧電基板の積層体から多くの圧電体ユニットを作製することによるコストダウンの目的から、使用する圧電基板の大面積化が進められている。
【０００８】
しかし、圧電基板は脆性を有する。薄くて大面積な圧電基板では機械加工による溝形成時に発生する応力や製造工程でのハンドリング等により、圧電基板に割れやクラックが発生し、液体吐出ヘッドの性能や耐久性が低下し、また歩留まりが低下するという課題がある。
【０００９】
そこで本発明は、上記課題を解決し、圧力室を高密度に配置可能であり、かつ歩留まり良く製造可能な液体吐出ヘッド及びそ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】
【００１０】
本発明の液体吐出ヘッドは、液体を吐出する吐出口に連通し、該吐出口から吐出される液体を貯留するための圧力室と、該液体が貯留されない空室とを備えている。本発明の液体吐出ヘッドは、圧電体からなる板状の圧電基板と平板状の支持基板と天板とを有する。圧電基板は、一方の主面に、内壁に第２の電極が設けられた複数の第１の溝と内壁に第３の電極が設けられた複数の第２の溝とが交互に並列に形成され、他方の主面に第１の電極が形成されている。支持基板は、圧電基板の他方の主面と対向し、圧電基板に接合され圧電基板を支持する。天板は、第１の溝及び第２の溝を塞ぐように圧電基板の一方の主面に配置される。第１の溝及び第２の溝が天板で塞がれることで、圧力室及び空室がそれぞれ形成される。
【００１１】
本発明によれば、圧電基板は支持基板に接合され、支持基板によって支持されている。そのため、圧電基板に圧力室や空室の一部となる溝を形成したときに圧電基板に割れやクラックが生じることを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、歩留まり良く圧電基板を加工することがで、圧力室を高密度に配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る液体吐出ヘッドの第１の実施形態における概略分解斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’断面の概略図である。
【図３】図２における圧力室の周辺の断面拡大図である。
【図４】圧力室の収縮面積のシミュレーション結果の一例のグラフである。
【図５】製造方法を示すフローチャートである。
【図６】本発明に係る液体吐出ヘッドの第１の実施形態の製造工程を示す概略図である。
【図７】図６の続きの製造工程を示す概略図である。
【図８】図７の続きの製造工程を示す概略図である。
【図９】図８の続きの製造工程を示す概略図である。
【図１０】液体吐出ヘッドの第１の実施形態の他の製造方法を説明するための概略図である。
【図１１】本発明に係る液体吐出ヘッドの第２の実施形態におけるヘッドブロックの概略断面図である。
【図１２】製造方法を示すフローチャートである。
【図１３】本発明に係る液体吐出ヘッドの第３の実施形態におけるヘッドブロックの概略断面図である。
【図１４】本発明に係る液体吐出ヘッドの第３の実施形態における支持基板の概略断面図である。
【図１５】本発明に係る液体吐出ヘッドの第３の実施形態における圧電体ユニットの概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の液体吐出ヘッドを図面に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
（第１の実施形態）
図１は、本発明に係る液体吐出ヘッドの第１の実施形態における概略分解斜視図である。図２は、本発明に係る液体吐出ヘッドの主要部であるヘッドブロックの概略断面図であり、図１のＡ−Ａ’断面の概略図である。
【００１６】
図１に示すように液体吐出ヘッド１は、ヘッドブロック１２と、オリフィスプレート１３と、後方絞り板１５と、インクプールプレート１７とを有する。オリフィスプレート１３には、ヘッドブロック１２の圧力室３とそれぞれつながる複数の吐出口１４が形成されている。後方絞り板１５には、ヘッドブロック１２の圧力室３とそれぞれつながり、圧力室３の圧力をインクプールプレート１７の共通液室１８側に逃がさないようにするための複数の絞り孔１６が形成されている。インクプールプレート１７には、後方絞り板１５の絞り孔１６を通じてヘッドブロック１２の圧力室３と連通する共通液室１８が形成されている。インクプールプレート１７の共通液室１８に貯留された液体は、後方絞り板１５の絞り孔１６を通って圧力室３に供給される。そして、圧力室３で吐出エネルギーを加えられることで、圧力室３から液体がオリフィスプレート１３の方向に供給されて吐出口１４から吐出される。
【００１７】
空室４は密閉されており、液体は供給されず、液体を貯留しない。空室４は、圧力室３の変形が他の圧力室３に影響を与えないように圧力室の変形を吸収する役割がある。
【００１８】
ここでヘッドブロック１２の構成について詳細に説明する。圧電体からなる圧電基板２の一方の主面２ａに圧力室３及び空室４の一部を構成する複数の第１、第２の溝３１ａ、３１ｂが形成されおり、一方の主面２ａとは反対側の他方の主面２ｂに第１の電極５が設けられている。圧力室３の第１の溝３１ａの内壁に第２の電極６が設けられ、第２の溝３１ｂの内壁に第３の電極７が設けられている。また、第１の電極５の圧電基板２と接していない面上には、圧電基板２よりヤング率の低い部材９を挟んで平板状の支持基板８が配置されている。
【００１９】
圧電基板２の一方の主面２ａ上には、平板状の天板１１が設けられている。これにより、各圧力室３は圧電体である側壁１０ａ、１０ｂと底壁１０ｃと天板１１によって密閉されている。そして、側壁１０ａ、１０ｂと底壁１０ｃは圧力室３に対して外向きの矢印Ｐの方向に分極されている。
【００２０】
次に液体吐出ヘッド１の駆動動作について説明する。図３は図２における圧力室３の周辺の断面拡大図である。なお、第１、第２の電極５、６は簡略化して図示している。
【００２１】
図３（ａ）に示すように、圧力室３は側壁１０ａ、１０ｂと底壁１０ｃと天板１１とによって密閉されている。側壁１０ａ、１０ｂと底壁１０ｃは圧力室３に対して外向きの矢印Ｐの方向に分極されている。
【００２２】
図３（ｂ）は駆動電圧印加時の様子を強調して示している。圧力室３の内壁に形成されている第２の電極６を正電位とし、空室４の内壁に形成されている第３の電極７と第１の電極５をＧＮＤとして電圧を印加する。これにより圧力室３を形成している側壁１０ａ、１０ｂと底壁１０ｃは圧力室３を収縮させるように変形する。この変形によって圧力室３内に充填されている液体の圧力が高められ、吐出口１４より液体が吐出する。
【００２３】
本発明の液体吐出ヘッドの第１の実施形態においては、第１の電極５と支持基板８との間に、圧電基板２よりヤング率が小さく変形しやすい部材９が配置されている。そのため、電圧を印加した時の底壁１０ｃの変位に伴って部材９が変形するため、底壁１０ｃの変位を大きくすることが可能になり、圧力室３の収縮が大きくなる。したがって、液体を吐出する力が大きくなる。部材９は単独の部材でも構わないが、工程短縮のために第１の電極５と支持基板８とを接合する接着剤を部材９として使用することが好ましい。また、部材９の材質や厚みは、吐出に必要な変位と圧電基板２の支持力を考慮して適宜、設定できる。例えば、厚さ０．００１ｍｍ〜０．０５ｍｍのエポキシ系接着剤あるいはアクリル系接着剤などが挙げられる。
【００２４】
図４に、部材９の一例としてエポキシ系接着剤（ヤング率２．４ＧＰａ）を使用してその厚さを変えたときの圧力室３の収縮面積のシミュレーション結果を示す。図２における圧力室３の幅を０．０６ｍｍ、深さを０．１２ｍｍ、側壁１０ａ、１０ｂの幅を０．０７ｍｍ、底壁１０ｃ厚さを０．１ｍｍとして計算した。図４に示すように、部材９の厚みが厚い方が底壁１０ｃの変形にさらに対応できるため、圧力室３の収縮面積が大きくなり、吐出力が大きくなる傾向がある。
【００２５】
次に、本発明に係る液体吐出ヘッド１の第１の実施形態の製造方法を説明する。本発明の液体吐出ヘッド１は、図５のフローチャートに示す流れで製造される。図５のフローチャートに沿って、図６〜図９の製造方法を示す説明図を基に製造手順を以下に詳細に説明する。
【００２６】
（圧電基板の準備）
図６（ａ）に示す工程では、所望の厚みと形状を有した平板状の圧電体からなる圧電基板２を準備する。圧電基板２としては、例えば、厚さ０．２ｍｍのＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）基板が挙げられる。
【００２７】
（第１の電極形成）
図６（ｂ）に示す工程では、平板状の圧電基板２の他方の主面２ｂに第１の電極５を配置する。第１の電極５は、後述の分極工程や駆動用電極の構成などの必要に応じてパターン形成するが、共通電極として使用する場合はパターン形成の必要はなく、略全面に一様に形成すればよい。第１の電極５はスパッタリングや蒸着による形成が可能で、例えば下地層としてＣｒを２０ｎｍ程度製膜し、さらに電極層としてＡｕを１０００ｎｍ程度製膜することができる。あるいは下地層としてＣｒを２０ｎｍ程度、さらにＰｄを５０ｎｍ程度製膜しておき、Ｐｄをシード層としてＮｉめっきを１０００ｎｍ程度形成し、表面のＮｉをＡｕに置換めっきすることによっても第１の電極５を形成することができる。
【００２８】
（支持基板の接合）
図６（ｃ）に示す工程では、所望の厚みと形状を有した平板状の支持基板８を準備し、圧電基板２と対向する面に圧電基板２よりヤング率の低い部材９を形成する。支持基板８は圧電基板２のサイズや加工する溝形状、条件などによって適宜設定できるが、少なくとも圧電基板２よりもヤング率が高い材料を用いた方が支持基板８自体を薄くできて液体吐出ヘッド１の小型化が可能になる。例えば、厚さ０．１ｍｍ〜０．５ｍｍのセラミックス基板やガラス基板などが挙げられる。また、電気的短絡や圧電基板２との熱膨張率の違いなどに注意してＳｉやＳＵＳ等も使用可能である。部材９は、前述したように第１の電極５と支持基板８とを接合する接着剤を使用することが好ましく、部材９の材質や厚みは吐出に必要な底壁１０ｃの変位と圧電基板２の支持力を考慮して適宜、設定できる。例えば、厚さ０．００１ｍｍ〜０．０５ｍｍ程度のエポキシ系接着剤あるいはアクリル系接着剤などが挙げられる。
【００２９】
次に、図６（ｄ）に示す工程では、第１の電極５を形成した圧電基板２と支持基板８を、接着剤である部材９を挟んで接合する。なお、本実施形態では支持基板８に部材９を形成して圧電基板２（第１の電極５）と接合した例を示したが、先に第１の電極５に部材９を形成して支持基板８と接合することもできる。
【００３０】
（溝加工）
図７（ａ）に示す工程では、圧電基板２の一方の主面２ａに、複数の圧力室３または空室４となる第１、第２の溝３１ａ、３１ｂを超砥粒ホイールによる研削加工などによって形成する。液体吐出ヘッド１の圧力室３及び空室４の構成に好適な溝３１の寸法としては、例えば、溝幅は０．０６ｍｍ、溝深さは０．１２ｍｍとし、溝のピッチを０．１３ｍｍとして、第１の溝３１ａと第２の溝３１ｂとを交互に並列して形成する。第１の電極５に支持基板８を接合した状態で溝３１ａ、３１ｂを研削加工するため、圧電基板２に割れやクラックの発生がなく歩留まり良く加工できる。なお、以降の説明では、圧力室３や空室４が延びる方向（溝３１ａ、３１ｂが延びる方向）における一方の端面を「前端面」、他方の端面を「後端面」と称する。
【００３１】
（第２、第３の電極形成）
図７（ｂ）に示す工程では、第１の溝３１ａと第２の溝３１ｂの内側に、第２、第３の電極６、７をそれぞれ形成する。
【００３２】
電極のパターニングは、リフトオフあるいはレーザーや研磨でのパターニングなどで形成することができる。例えばリフトオフによる電極パターニング方法では、ネガタイプのフィルムレジストを使用してフォトリソグラフィでレジストパターンを形成する。その後、スパッタリングや蒸着によって電極となる金属層をレジストのパターンを含めて全面に形成し、レジストを除去することでレジスト上部に製膜されていた金属膜がレジストと共に剥離して、最終的に所望の金属膜のパターンが得られる。電極形成には第１の電極５と同様に、例えば下地層としてＣｒを２０ｎｍ程度製膜し、さらに電極層としてＡｕを１０００ｎｍ程度製膜することができる。あるいは、下地層としてＣｒを２０ｎｍ程度、さらにＰｄを５０ｎｍ程度製膜しておきパターニングする。さらにＰｄをシード層としてＮｉめっきを１０００ｎｍ程度形成し、表面のＮｉをＡｕに置換めっきすることによっても第２、第３の電極６、７を形成することができる。
【００３３】
また、レーザーや研磨を用いる方法は、まず全面にスパッタリング、蒸着、あるいは無電解めっきなどで金属膜を製膜し、製膜された金属膜の不要な部分、つまり主面２ａ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電極パターンが得られる。
【００３４】
なお、本工程の後に圧電基板２の端部や側面を使用して、第２の溝３１ｂに形成された共通グランド電極となる第３の電極７と第１の電極５とをグランドに接続し、第１の溝３１ａに形成された個別電極となる第２の電極６を電源に接続しておくこともできる。この接続をしておくことで後工程の分極処理を簡単にすることができる。
【００３５】
（分極）
図８（ａ）に示す工程では、圧力室３の側壁１０ａ、１０ｂ、及び底壁１０ｃを分極処理する。
【００３６】
第１の溝３１ａに形成された第２の電極６を正電位、第２の溝３１ｂに形成された第３の電極７及び第１の電極５をグランド電位として第２の電極６と、第３の電極７及び第１の電極５との間に高電圧を印加する。この高電圧の印加により、側壁１０ａ、１０ｂ及び底壁１０ｃを、圧力室３に対して外向きの矢印Ｐの方向に分極する。
【００３７】
分極処理は、１００℃〜１５０℃程度に加熱した状態で、第２の電極６と、第３の電極７及び第１の電極５との間に１〜２ｋＶ/ｍｍ程度の高電界となるように所定の時間、電圧を印加することによって行われる。なお、電極同士の間隔が小さいため、空気中で１〜２ｋＶ/ｍｍの高電界をかけ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、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で分極処理を行うことが望ましい。シリコーンオイルは分極後にキシレン、ベンゼン、トルエンといった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、クロロベンゼンといった塩素化炭化水素系溶剤によって除去可能である。
【００３８】
（天板接合）
図８（ｂ）に示す工程では、圧電基板２の一方の主面２ａに、平板状の天板１１を接合してヘッドブロック１２を形成する。天板１１は圧電体である必要はないが、圧電基板２との接合時に加熱を要する場合には熱膨張率が圧電基板２と近い材料によって形成されることが望ましい。接合には、例えばエポキシ系の接着剤等を用いることができる。なお、天板１１が圧電基板２の第１の主面２ａに接合されることで、圧力室３及び空室４が形成される。
【００３９】
（後方絞り板接合）
次に、図９に示すように、ヘッドブロック１２の後端面に後方絞り板１５を接合する。後方絞り板１５は、例えば０．２ｍｍ厚のＳｉ基板等が使用できる。後方絞り板１５には、エッチング等により圧力室３にそれぞれつながる複数の絞り孔１６が空けられている。また、ヘッドブロック１２の空室４は後方絞り板１５によって封止される。後方絞り板１５の接合には、例えばエポキシ系の接着剤を用いることができる。
【００４０】
（オリフィスプレート接合）
次に、図９に示すように、ヘッドブロック１２の前端面にオリフィスプレート１３を接合する。オリフィスプレート１３は、ヘッドブロック１２の圧力室３にそれぞれつながる複数の吐出口１４が形成された板である。オリフィスプレート１３の接合には、例えばエポキシの接着剤を用いることができる。
【００４１】
（インクプールプレート接着）
次に、図９に示すように、共通液室１８を有するインクプールプレート１７を後方絞り板１５に接合する。インクプールプレート１７は、例えば、ＳＵＳ基板を機械加工で作製し、接着剤を用いて後方絞り板１５と接合される。
【００４２】
以上のようにしてヘッドブロック１２は製造される。そして、ヘッドブロック１２に、電子部品等のその他の必要な部品を取り付けて、液体吐出ヘッド１が完成する。
【００４３】
本発明の液体吐出ヘッド１では、圧電基板２が平板状の支持基板８に支持された状態で圧電基板２に第１、第２の溝３１ａ、３１ｂが高密度に形成される。圧電基板２は支持基板８に支持されているため、脆性を有する圧電基板２に割れやクラックが発生するのを抑制しつつ、圧電基板２を歩留まり良く加工することができる。また、圧電基板２を支持する支持基板８を取り除かず、そのまま液体吐出ヘッド１の構成要素の１つとして使用するため、液体吐出ヘッド１の使用時においても支持基板８は圧電基板２を支持し、液体吐出ヘッド１の耐久性を向上させることができる。さらに、圧力室３を形成する側壁１０ａ、１０ｂ及び底壁１０ｃの３つの部分の伸長または収縮変形を液体の吐出に寄与させることができるので、液体の吐出力を大きくすることができる。
【００４４】
（他の製造方法）
液体吐出ヘッドの第１の実施形態の他の製造方法について説明する。図１０は、液体吐出ヘッド１の第１の実施形態の他の製造方法を説明するための概略図であり、ヘッドブロック１２の断面図である。上述の製造工程では、分極工程の後に天板接合工程以降の工程を行っているが、天板接合工程のあとに分極工程を行うことができる。つまり、天板１１を圧電基板２に接合した状態で圧電基板２の分極を行うことができる。天板接合工程の後に分極工程を行うことで、天板接合工程での接着剤の加熱硬化に起因する圧電基板２の分極特性の劣化を防止できるという利点が得られる。なお、分極工程の順番に規定はなく、例えば後方絞り板接合工程後、さらには液体吐出ヘッド１の製造工程の最後に分極工程を行っても良い。
【００４５】
（第２の実施形態）
図１１は、本発明に係る液体吐出ヘッドの第２の実施形態におけるヘッドブロック１２の概略断面図である。なお、上述の実施形態と同様の構成については説明を省略する。
【００４６】
本実施形態では、支持基板８、部材９、第１の電極５、及び第２、第３の電極６、７がそれぞれ設けられた第１、第２の溝３１ａ、３１ｂを有する圧電基板２で１つの圧電体ユニット４１が構成されている。そして、その圧電体ユニット４１が複数積層され、積層方向で上端に位置する圧電体ユニット４１の一方の主面２ａに天板１１が接合されることでヘッドブロック１２が構成されている。つまり、本実施形態では、圧電体ユニット４１が積層されることと、圧電体ユニット４１に天板１１が接合されることとによって圧力室３及び空室４が形成される。
【００４７】
図１２に本実施形態における液体吐出ヘッドの製造工程の流れを示す。本実施形態の液体吐出ヘッド１の製造方法では、第２、第３の電極形成工程まで完了することで出来上がる圧電体ユニット４１上において圧電基板の準備工程から第２、第３の電極形成工程までを所望の数の圧電体ユニット４１が形成されるまで繰り返す。所望の数の圧電体ユニット４１が形成された後に天板接合工程を行う。他の製造工程は第１の実施形態と同様である。
【００４８】
本実施形態では、圧力室３及び空室４をマトリックス状に配置できるので液体吐出ヘッド１の大きさに応じて、それらを高密度に配置することができる。また、液体吐出ヘッドを走査させながら記録を行う形態の記録装置がある。このような記録装置で使用することを目的とする場合、積層方向（Ｙ方向）の圧力室３及び空室４の相対位置を、圧電基板２における圧力室３及び空室４の配列方向（Ｘ方向）にずらして圧電体ユニット４１を積層することが好ましい。圧電体ユニット４１の積層方向（Ｙ方向）を副走査方向、副走査方向に直交する方向（Ｘ方向）を主走査方向とし、積層方向における圧力室３からの液体の吐出のタイミングをずらすことで、圧力室３の変形の影響が積層方向に隣接する圧力室３に及ばなくなる。
【００４９】
（第３の実施形態）
本発明に係る液体吐出ヘッドの第３の実施形態について説明する。なお、上述の実施形態と同様の構成については説明を省略する。図１３は、本発明に係る液体吐出ヘッドの第３の実施形態におけるヘッドブロックの概略断面図である。図１４は、本実施形態の支持基板の概略断面図である。図１５は、本実施形態の圧電体ユニットの概略断面図である。
【００５０】
本実施形態では、第２の実施形態と同様に圧電体ユニット４１が積層することでヘッドブロック１２が構成されている。本実施形態では、上述の実施形態と異なり、支持基板１９の材料として圧電体を使用している。そして、圧電体で構成された支持基板１９は、一方の主面を覆うように共通電極となる第４の電極２０が形成され、他方の主面には個別電極となる第５の電極２１が互いに間隔をあけて複数形成されている。第５の電極２１は、圧電体ユニット４１が積層したときに圧力室３の一部となる、つまり、第１の溝３１ａを塞ぐような位置に配置されている。また支持基板１９は、矢印Ｐの方向に分極されている。
【００５１】
また、図１３に示す例では、第２の実施形態と同様に、積層方向（図１３のＹ方向）の圧力室３及び空室４の相対位置を、圧電基板２における圧力室３及び空室４の配列方向（Ｘ方向）に所望の量だけずらして積層し、接合している。
【００５２】
次に、本実施形態の液体吐出ヘッド１の製造方法を説明する。本実施形態の液体吐出ヘッドの製造手順は、第２の実施形態とほぼ同じである。しかし、支持基板の接合工程において、一方の主面を覆うように共通電極となる第４の電極２０が形成され、他方の主面には個別電極となる第５の電極２１が互いに間隔をあけて複数形成された、圧電体からなる支持基板１９を用いる点が第２の実施形態とは異なる。
【００５３】
図１２に示す、圧電基板の準備工程から第２、第３の電極形成工程までが完了することで、図１５に示す圧電体ユニット４１が完成する。圧電基板２の他方の主面２ｂを覆うように第１の電極５が形成され、接着剤からなる部材９を介して、第４の電極２０を挟むように支持基板１９が接合されている。圧電基板２の一方の主面２ａには、第１、第２の溝３１ａ、３１ｂが形成されており、第１、第２の溝３１ａ、３１ｂの内壁にはそれぞれ第２、第３の電極６、７が形成されている。
【００５４】
圧電体ユニット４１が所定の数だけ積層されることで、第１の溝３１ａはそれぞれ第５の電極２１で塞がれる。
【００５５】
分極工程からインクプールプレート接合工程までの流れは第１、第２の実施形態と同様であるが、天板接合工程において、本実施形態では、図１４に示す、第４の電極２０及び第４の電極が形成された、圧電体からなる天板１１を用いる。したがって、天板１１の構成は、支持基板１９と同様であるため、天板１１として支持基板１９を利用することができる。
【００５６】
なお、本実施形態では予め分極しておいた支持基板１９を支持基板の接合工程で用いるが、上述の通り分極を行う工程の順番に規定はないため、支持基板の接合工程後であれば任意のタイミングで支持基板１９の分極を行ってよい。また、分極工程も、天板接合工程後の任意のタイミングで行うことができる。
【００５７】
本実施形態の液体吐出ヘッド１で液体を吐出させるときは、個別電極である第２の電極６と第５の電極２１を正電位とし、共通電極である第１の電極５と第３の電極７と第４の電極２０とをＧＮＤ電位として電圧を印加する。これにより圧力室３の側壁１０ａ、１０ｂ、及び底壁１０ｃに加えて底壁に対向する上壁１０ｄの４つの壁の変形を液体の吐出力に寄与させることが可能になるため、より大きな吐出力を得ることができる。
【符号の説明】
【００５８】
１  液体吐出ヘッド
２  圧電基板
３  圧力室
４  空室
５  第１の電極
６  第２の電極
７  第３の電極
８、１９  支持基板
９  部材  
１１  天板
２０  第４の電極
２１  第５の電極
３１ａ  第１の溝
３１ｂ  第２の溝
４１  圧電体ユニット
【図１】
2015112839.tif 000003
【図２】
2015112839.tif 000004
【図３】
2015112839.tif 000005
【図４】
2015112839.tif 000006
【図５】
2015112839.tif 000007
【図６】
2015112839.tif 000008
【図７】
2015112839.tif 000009
【図８】
2015112839.tif 000010
【図９】
2015112839.tif 000011
【図１０】
2015112839.tif 000012
【図１１】
2015112839.tif 000013
【図１２】
2015112839.tif 000014
【図１３】
2015112839.tif 000015
【図１４】
2015112839.tif 000016
【図１５】
2015112839.tif 000017