(57)【要約】【課題】液体の供給口が形成された基板と、液体を吐出させるための圧電体を備える基板とを有する液体吐出ヘッドにおいて、剛性が高く、圧電体を備える基板に穴あけ加工を施さなくても供給口から圧力室への液体供給を可能にする。【解決手段】本発明の液体吐出ヘッドは、液体が供給される液体供給口１１が複数設けられた第１の基板１と、液体を吐出口４１から吐出するために利用されるエネルギーを発生する圧電体を備える複数の第２の基板２と、複数の第２の基板２のそれぞれと対応する複数の圧力室３４が設けられた圧力室形成部材３と、複数の吐出口４１が設けられ、圧力室３４の上に吐出口４１が位置するように配置されるオリフィスプレート４と、を具備し、複数の第２の基板２の間に液体供給口１１が配置されるように第１の基板１と第２の基板２とが組み合わされる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出する吐出口を複数備える液体吐出ヘッドであって、
液体が供給される液体供給口が複数設けられた第１の基板と、
液体を前記吐出口から吐出するために利用されるエネルギーを発生する圧電体を備える複数の第２の基板と、
前記複数の第２の基板のそれぞれと対応する複数の圧力室が設けられた圧力室形成部材と、
前記複数の吐出口が設けられ、圧力室の上に吐出口が位置するように配置されるオリフィスプレートと、を具備し、
前記複数の第２の基板の間に前記液体供給口が配置されるように前記第１の基板と前記第２の基板とが組み合わされることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記複数の第２の基板の間に少なくとも２つ以上の液体供給口が配置されるように前記第１の基板と前記第２の基板とが組み合わされる、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置され、前記複数の液体供給口のそれぞれに対向する位置に開口部を備えるスペーサーをさらに有する、請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記圧力室形成部材が、前記複数の第２の基板上から前記複数の第２の基板間に至るまで連続している、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】
前記圧力室形成部材が、前記複数の第２の基板の側面を覆っている、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６】
液体を吐出する吐出口を複数備える液体吐出ヘッドの製造方法であって、
液体が供給される液体供給口が複数設けられた第１の基板と、液体を前記吐出口から吐出するために利用されるエネルギーを発生する圧電体を備える複数の第２の基板とを、前記複数の第２の基板の間に前記液体供給口が配置されるように組み合わせる工程と、
前記複数の第２の基板のそれぞれと対応する複数の圧力室が設けられた圧力室形成部材を形成する工程と、
前記複数の吐出口が設けられたオリフィスプレートを圧力室の上に吐出口が位置するように形成する工程と、を具備することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項７】
前記組み合わせる工程は、圧電体を備える基板を用意し、当該基板と前記第１の基板とを接合した後に前記液体供給口に対応する位置で前記基板を切断することで前記複数の第２の基板とする工程を含む、請求項６に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項８】
前記基板と前記第１の基板との接合は、スペーサーを介して接合する、請求項７に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項９】
前記切断は、ダイサーにより切断する、請求項７または８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】
液体を吐出して記録媒体に画像を記録する液体吐出記録装置には、一般的に、液体を吐出する液体吐出ヘッドが搭載されている。液体吐出ヘッドの液体吐出機構として、圧電素子によって容積が収縮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、電圧印加された圧電素子の変形により圧力室が収縮することによって、圧力室内の液体が吐出口から吐出される。このような液体吐出機構を備える液体吐出ヘッドが特許文献１、２に開示されている。
【０００３】
特許文献１に記載の液体吐出ヘッドは、第１の基板と、第１の基板に間隔を置いて配置される第２の基板とを有する。第１の基板には、液体を供給するための液体供給口と、集積回路とが設けられている。第２の基板には、液体供給口から供給される液体を収容する圧力室と、圧力室内の液体を吐出口から吐出するための圧電体と、が設けられている。この液体吐出ヘッドでは、液体供給口が第１の基板の厚さ方向（縦方向）に形成されている。
一方、特許文献２に記載の液体吐出ヘッドは、圧電シートを含む複数のシートを積層した積層体で構成されている。この液体吐出ヘッドでは、液体を圧力室に供給するための流路（マニホールド）がシートの平面方向（横方向）に形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１２−５３２７７２号公報
【特許文献２】特許第４５４０２９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の液体吐出ヘッドでは、液体供給口が、第１の基板の厚さ方向に形成されているので第２の基板に圧力室の形成エリアを十分に確保でき、その結果吐出口の高密度配置を実現できる。しかし、この第２の基板には、第１の基板の液体供給口に対応する個所に液体供給口から供給された液体を圧力室に導くための穴部が形成されている。そのため、吐出口を高密度に配置するために第２の基板に多数の圧力室を形成する場合には、第２の基板が備える圧電体に多数の穴あけ加工を施す必要がある。この圧電体が高粘度のインクを吐出するため等のために分厚いものである場合に多数の穴あけ加工は困難になる。一方、特許文献２に記載の液体吐出ヘッドでは、圧電体（圧電シート）に穴加工を施していない。しかし、この液体吐出ヘッドでは、液体を圧力室に供給するための流路がシートの平面方向（横方向）に形成されているので、圧力室の形成エリアが制限され、吐出口の高密度配置に不向きである。
【０００６】
本発明は、液体の供給口が形成された基板と、液体を吐出させるための圧電体を備える基板とを有する液体吐出ヘッドにおいて、圧電体を備える基板に穴あけ加工を施さなくても供給口から圧力室へ液体を供給することが可能な技術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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の液体吐出ヘッドは、液体を吐出する吐出口を複数備える液体吐出ヘッドであって、液体が供給される液体供給口が複数設けられた第１の基板と、液体を前記吐出口から吐出するために利用されるエネルギーを発生する圧電体を備える複数の第２の基板と、前記複数の第２の基板のそれぞれと対応する複数の圧力室が設けられた圧力室形成部材と、前記複数の吐出口が設けられ、圧力室の上に吐出口が位置するように配置されるオリフィスプレートと、を具備し、前記複数の第２の基板の間に前記液体供給口が配置されるように前記第１の基板と前記第２の基板とが組み合わされることを特徴とする。
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の液体吐出ヘッドの製造方法は、本発明の液体吐出ヘッドの製造方法は、液体を吐出する吐出口を複数備える液体吐出ヘッドの製造方法であって、液体が供給される液体供給口が複数設けられた第１の基板と、液体を前記吐出口から吐出するために利用されるエネルギーを発生する圧電体を備える複数の第２の基板とを、前記複数の第２の基板の間に前記液体供給口が配置されるように組み合わせる工程と、前記複数の第２の基板のそれぞれと対応する複数の圧力室が設けられた圧力室形成部材を形成する工程と、前記複数の吐出口が設けられたオリフィスプレートを圧力室の上に吐出口が位置するように形成する工程と、を具備することを特徴とする。
【０００９】
本発明では、複数の第２の基板の間に液体供給口を配置することによって、複数の第２の基板の間に形成される空間が液体供給口から供給される液体を圧力室に導く流路となるので、圧電体を備える第２の基板に流路用の穴あけ加工を施す必要がない。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、第２の基板に穴あけ加工を施す必要がないので、圧電体を備える基板に穴あけ加工を施さなくても供給口から圧力室へ液体を供給する液体吐出ヘッドを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例１に係る液体吐出ヘッドの分解斜視図である。
【図２】図１に示す基板と圧力室形成部材の分解斜視図である。
【図３】図１に示す液体吐出ヘッドを組み立てた状態を示す斜視図である。
【図４】実施例１の液体吐出ヘッドの平面図である。
【図５】基板１の加工工程を説明するための図である。
【図６】基板２の加工工程を説明するための図である。
【図７】基板１と基板２の接合工程以降の工程を説明するための図である。
【図８】本発明の実施例２に係る液体吐出ヘッドの分解斜視図である。
【図９】本発明の実施例３に係る液体吐出ヘッドの分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（実施例１）
図１は、本発明の実施例１に係る液体吐出ヘッドの分解斜視図である。図１に示すように、本実施例の液体吐出ヘッド１０は、基板１（第１の基板）と、複数の基板２（第２の基板）と、複数の基板２と組み合わされる複数の圧力室形成部材３と、オリフィスプレート４と、スペーサー５と、を有する。なお図１では基板２の一部を断面図で示している。
基板１には、液体（本実施例ではインク）を供給するための供給口１１（液体供給口）、バンプ１２、個別電極配線１３、共通電極配線１４及び補助電極１５ａが設けられている。基板１では、厚さ方向Ｚに開口した供給口１１が複数設けられている。図１には示されていないが、基板１では複数の供給口列が互いに平行に並べられている。個別電極配線１３と補助電極１５ａとの間には絶縁層（不図示）が設けられている。
【００１３】
図２は、図１に示す基板２と圧力室形成部材３の分解斜視図である。基板２は、個別電極２１、圧電体２２、共通電極２３、および振動板２４が積層された積層体である。この振動板２４上に圧力室形成部材３が積層されている。基板２には、図１に示した積層状態のときに補助電極１５ａと電気的に接続される補助電極１５ｂが設けられている。圧力室形成部材３は、複数の基板２のそれぞれと対応する圧力室３４を備えている。本実施例において、圧力室３４の長手方向Ｘの幅Ｃｘ（図２参照）は５００μｍである。また、長手方向Ｘに直交する短手方向Ｙの幅Ｃｙ（図２参照）は３００μｍである。基板２は、図１に示した積層状態のときに、複数の供給口１１のそれぞれを長手方向Ｘに挟むように配置されている。これにより、複数の基板２の間には空間が形成される。この空間は、供給口１１と圧力室３４にそれぞれ連通し、供給口１１から供給されるインクを圧力室３４に導く流路３１を構成する。
【００１４】
圧力室形成部材３には、図１に示した積層状態のときに、オリフィスプレート４が接合される。オリフィスプレート４は、圧力室３４の上に位置する吐出口４１を複数備える。本実施例では、吐出口４１の直径は２０μｍである。また、吐出口４１の長手方向ＸのピッチＰｘ（図１参照）は６７７μｍ（３７．５ｄｐｉ）であり、短手方向ＹのピッチＰｙ（図１参照）は４００μｍである。
【００１５】
基板１と基板２との間には、スペーサー５が配置され、これによって間隔を置いて配置されている。スペーサー５には、図１に示すように、開口部５１及び開口部５２が形成されている。開口部５１は、各供給口１１に対向する位置に形成されている。一方、開口部５２は、各個別電極２１に対向する位置に形成されている。また、スペーサー５には、図１に示す積層状態のときに、基板１に設けられた補助電極１５ａと基板２に設けられた補助電極１５ｂとを電気的に接続させる補助電極１５ｃが設けられている。
【００１６】
以下、供給口１１から圧力室３４までのインクの流入経路６（図１の矢印参照）について説明する。供給口１１から供給されたインクは、開口部５１を通過して流路３１に流入する。流路３１では、異なる供給口列に属して短手方向Ｙで互いに隣接する少なくとも２つ以上の供給口１１から供給されたインクが合流する。その後、インクは、圧力室３４を形成する壁の一部が切り欠かれた圧力室流入路３３から圧力室３４に流入して収容される。圧力室３４に収容されるインクは、圧電体２２で発生したエネルギーを利用することによって吐出口４１から吐出される。
【００１７】
図３は、図１に示す液体吐出ヘッド１０の各部品を組み立てた状態を示す斜視図である。図３に示すように、流路３１の開口端部３２は封止剤７で封止される。また、基板２の端部から基板１の表面まで補助電極１５ａ〜１５ｃが連続して形成される。個別電極配線１３および共通電極配線１４には、図示しないＩＣ（Integrated Circuit）が接続される。
【００１８】
図４は、本実施例の液体吐出ヘッドの平面図である。基板１には、スペーサー５（図４では不図示）および基板２を介してオリフィスプレート４が積層されている。また基板１の表面には、ＩＣ接続用の個別電極配線１３及び共通電極配線１４が形成されている。
【００１９】
以下、本実施例の液体吐出ヘッドの製造方法について説明する。
図５は、基板１の加工工程を説明するための図である。図６は、基板２の加工工程を説明するための図である。図７は、基板１と基板２の接合工程以降の工程を説明するための図である。図５、図６、および図７は、図４に示す切断線Ａ−Ａに沿った断面の拡大図である。
図５を参照しながら基板１の加工工程を説明する。
まず、シリコンウェハー１００に供給口１１に対応する貫通穴を開ける（図５（ａ）参照）。本実施例では、この貫通穴の直径は１００μｍである。その後、ウェハー１００の表面を熱酸化することによって絶縁膜１６を形成する。
次に、シリコンウェハー１００の１つの面に個別電極配線１３を形成する（図５（ｂ）参照）。個別電極配線１３は、図１、４に示すように基板１の中央部から端部まで延びている。個別電極配線１３は、基板１の端部でＩＣと接続される。続いて、個別電極配線１３の両端部であるバンプ形成部およびＩＣ接続部を除いて保護膜（不図示）を形成する。
続いて、個別電極配線１３のバンプ形成部にバンプ１２を形成する（図５（ｃ）参照）。本実施例では、バンプ１２の高さは２５μｍである。その後、開口部５１及び開口部５２がパターニングされたスペーサー５をシリコンウェハー１００における個別電極配線１３の形成面に接合する（図５（ｄ）参照）。本実施例では、スペーサー５には、厚さが２０μｍの東京応化工業社製ＴＭＭＦを用いる。
【００２０】
次に、図６を参照しながら基板２の加工工程を説明する。
まず、分極用電極２７、セラミクス材料の圧電体２２、共通電極２３、セラミクスの振動板２４をプレス、焼成して分極した積層体を用意する（図６（ａ）参照）。本実施例では、電極材料は、Ａｇ-Ｐｂ系の金属材料からなる導電性ペーストである。圧電体２２の厚さは１００μｍである。分極しなかった振動板２４の厚さは２０μｍである。振動板２４は、支持基板１０１に３Ｍ社製ＷＳＳ（Wafer Support System）で接合される。本実施例では、支持基板１０１はガラス基板である。
次に、分極用電極２７を除去し、圧電体２２を研磨する（図６（ｂ）参照）。本実施例では、圧電体２２は、その厚さが２０μｍとなるまで研磨される。その後、個別電極２１を圧電体２２上に形成する（図６（ｃ）参照）。本実施例では、個別電極２１はＡｕ，Ｎｉめっきで形成される。個別電極２１の位置は、圧力室３４の位置に対応する（図２参照）。
【００２１】
以下、図７を参照しながら基板１と基板２の接合工程以降の工程を説明する。
まず、基板２をスペーサー５に接合する（図７（ａ）参照）。このとき、スペーサー５に形成された開口部５２内でバンプ１２が個別電極２１に接触する。この接触により、個別電極２１はバンプ１２を介して個別電極配線１３に電気的に接続される。なお、この時点では、複数の基板２は全体として１枚の基板となっている。
次に、支持基板１０１を剥離する（図７（ｂ）参照）。本実施例では、３Ｍ社製ＷＳＳで支持基板１０１を剥離する。その後、補助電極形成工程を経て基板２をダイサーで切断する。（図７（ｃ）参照）。具体的には、基板２における開口部５１に対向する部分を切断する。これにより、１枚の基板から複数の基板２が分離される。その後、保護膜（不図示）を基板２の表面、切断面に形成する。
次に、振動板２４上に圧力室形成部材３を感光性フォトレジストフィルムで形成する（図７（ｄ）参照）。本実施例では、圧力室形成部材３には、スペーサー５と同様に、厚さが２０μｍの東京応化工業社製ＴＭＭＦを用いる。最後に、圧力室形成部材３上にオリフィスプレート４を形成する（図７（ｅ）参照）。本実施例では、オリフィスプレート４には、厚さが２０μｍの東京応化工業社製ＴＭＭＦを用いる。オリフィスプレート４の表面には撥水層（不図示）を蒸着によって形成する。その後、開口端部３２を封止剤７（図３参照）で塞ぐ。図７（ｅ）の工程後、複数の基板２の間には流路３１を構成するトンネル状の空間が形成される。なお、圧力室形成部材３およびオリフィスプレート４は、樹脂以外の材料で構成されていてもよい。
【００２２】
上述した本実施例の液体吐出ヘッド１０では、供給口１１が基板１の厚さ方向に開口している。そのため、圧力室３４の形成エリアを十分に確保できるので吐出口の高密度配置が可能となる。さらに、複数の基板２の間に供給口１１が配置されるように基板１と基板２とが組み合わされている。これにより、複数の基板２の間に形成された空間が供給口１１から供給された液体を圧力室３４へ導く流路３１を構成する。そのため、圧電体２２を備える基板２に穴加工を施さなくても供給口１１から圧力室３４へ液体を供給することが可能となる。
【００２３】
また、本実施例の液体吐出ヘッド１０によれば、少なくとも２つ以上の供給口１１から供給されたインクは、圧力室流入路３３から圧力室３４に流入する前に流路３１で合流する。そのため、供給口から圧力室まで１本の細い流路でインクを供給する特許文献１に記載の液体吐出ヘッドに比べて、圧力室３４への流入抵抗が低くなる。これにより、圧力室３４へのインク供給がスムーズになり、高速記録の実現が可能となる。
【００２４】
また、基板１における供給口１１の形成方法に関し、基板２における圧電体２２の加工と同様にスリット加工を施すと剛性が低くなるので、本実施例では穴加工により供給口１１を形成することにより基板１の剛性を確保した。
【００２５】
（実施例２）
図８は、本発明の実施例２に係る液体吐出ヘッドの分解斜視図である。図８では、実施例１の液体吐出ヘッド１０と同じ構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。以下、実施例１の液体吐出ヘッド１０と異なる点を中心に説明する。
実施例１の液体吐出ヘッド１０では、複数の圧力室形成部材３が、複数の基板２に対して個別に設けられている（図１、２参照）。一方、本実施例の液体吐出ヘッド１０ａでは、図８に示すように、圧力室形成部材３ａは、基板２上から基板２間に至るまで連続した１枚の部材で構成されている。圧力室形成部材３ａは、圧力室形成部材３のパターニングを変えて形成される。また、液体吐出ヘッド１０ａの各部の材料及び製法は、実施例１の液体吐出ヘッド１０と同じである。
実施例１の液体吐出ヘッド１０では、圧力室流入路３３は圧力室３４を構成する壁の一部が切り欠かれたものであることから、その長さが壁の長さにより規定されてしまう。実施例２の場合には、圧力室３４ａと独立に圧力室流入路３３ａを設けているので、圧力室流入路３３ａの長さが限定されることはなく、長くすることができる。これにより、実施例１の液体吐出ヘッド１０に比べて圧力室３４ａ内におけるインクのクロストークを低減することが可能となる。
なお、本実施例の液体吐出ヘッド１０ａにおいても複数の基板２の間に流路３１が形成されるので、圧電体２２を備える基板２に穴加工を施さなくても供給口１１から圧力室３４へインクを供給することが可能になる。また、図８の流入経路６に示すように、複数の供給口１１から供給されたインクが、圧力室３４ａに流入する前にトンネル状の流路３１で合流する。そのため、圧力室３４ａへのインクの流入抵抗を抑制することができる。
【００２６】
（実施例３）
図９は、本発明の実施例３に係る液体吐出ヘッドの分解斜視図である。図９では、実施例１の液体吐出ヘッド１０と同じ構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。以下、実施例１の液体吐出ヘッド１０と異なる点を中心に説明する。
実施例１の液体吐出ヘッド１０では、圧力室形成部材３が、基板２の上面（振動板２４）の一部のみを覆っている（図２参照）。一方、本実施例の液体吐出ヘッド１０ｂでは、図９に示すように、圧力室形成部材３ｂは、基板２の側面を覆っている。圧力室形成部材３ｂは、圧力室形成部材３のパターニングを変えて形成される。具体的には、図７（ｃ）に示す工程後、ネガ型レジスト（日本化薬製ＳＵ−８  ３０００）をスプレーコートで２０μｍ塗布し基板２の側面にパターニングする。その後、オリフィスプレート４は、実施例１と同様に東京応化製ＴＭＭＦを用いて厚さ２０μｍに形成される。この形態では、流入経路６で示すようにスペーサー５及び圧力室形成部材３で形成された個別供給口を通過したインクは、オリフィスプレート４と圧力室形成部材３ｂで形成される流路３１に流入する。その後、インクは圧力室流入路３３ｂから圧力室３４ｂに流入する。
本実施例の液体吐出ヘッド１０ｂによれば、実施例１の液体吐出ヘッド１０に比べて基板２が圧力室形成部材３ｂに覆われる領域が増加するので、基板２のインクに対する耐食性が向上する。
なお、本実施例の液体吐出ヘッド１０ｂにおいても複数の基板２の間に流路３１が形成されるので、基板２に穴加工を施さなくても供給口１１から圧力室３４へインクを供給することが可能になる。
【００２７】
上述した実施例１〜３は、圧電体２２の厚さが数十ミクロン以上の厚膜方式の液体吐出ヘッドに適用した実施例であるが、本発明は、厚膜方式の液体吐出ヘッドに限定されない。本発明は、厚さが数ミクロンであり、スパッタやゾルゲルで作られる圧電体を用いた薄膜方式の液体吐出ヘッドに適用してもよい。
【符号の説明】
【００２８】
１  基板（第１の基板）
２  基板（第２の基板）
３  圧力室形成部材
４  オリフィスプレート
１１  供給口（液体供給口）
３４  圧力室
４１  吐出口
【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１】
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【図２】
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【図３】
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