JP2006130850A - インクジェットヘッドおよびインクジェットヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 インクの着弾位置精度が良いとともに、電極の接続の信頼性が高く高品位な製品及び画像を形成できるインクジェットヘッドおよびインクジェットヘッドの製造方法を提供する。
【解決手段】 インクジェットヘッド１００は、ヘッド本体１、マニホールド２Ａ，２Ｂ及びノズルプレート３を備えている。ヘッド本体１は、４枚の圧電体基板１０Ａ〜１０Ｄが貼り合わされてなり、３列のインク室列１２０Ａ〜１２０Ｃを有する。ヘッド本体１のノズルプレート接合面１１は、一括して切断されることで単一の平面に形成され、インクの着弾位置精度が向上されている。また、ヘッド本体の背面１４は、圧電体基板１０Ａ〜１０Ｄごとに段違いとなる階段状に形成され、フレキシブル基板４Ａ〜４Ｃが容易かつ確実に接続される。
【選択図】 図１

Description

この発明は、インク室内のインクを加圧して記録媒体上に吐出することによって画像形成を行うインクジェットヘッド、および、インクジェットヘッドの製造方法に関する。

インクジェットヘッドとして、溝状のインク室を挟む一対の隔壁の各内側面に電極を形成し、外部駆動回路からの電極に対する駆動パルスの印加によって隔壁を変形させてインク室内のインクを吐出するようにしたものがある。このようなインクジェットヘッドは、インクジェットプリンタに搭載され用紙に画像を形成するために用いられるだけでなく、近年では、製造装置に搭載され微細パターンの描画技術として用いられる場合がある。

インクジェットヘッドが製造装置に搭載される場合、複数種類のインク（液滴材料）を同時に吐出可能であること、および、それぞれのインクの着弾位置精度が良いことが、インクジェットヘッドに要求される。また、インクジェットヘッドがインクジェットプリンタに搭載される場合、高速かつ高精度に画像を形成できることがインクジェットヘッドに要求される。

そこで、インクジェットヘッドとして、所定方向に配列された複数のインク室からなるインク室列を複数有するものが開発されている（例えば、特許文献１参照。）。このようなインクジェットヘッドは、製造装置に搭載された場合、各インク室列から異なるインクを吐出し、インクジェットプリンタに搭載された場合、複数のインク室列から同時にインクを吐出することで複数行の印刷を同時に行い、高速に画像形成を行う。

しかし、インクの着弾位置精度及び画像精度を高めるためには、各インク室列を厳密に平行に配置し、ノズルプレートが接合されるノズルプレート接合面を単一の平面にする必要がある。ノズルプレートは各インク室に対応する複数のノズル孔を有し、ノズルプレート接合面が厳密に単一の平面に形成された場合は、インクの着弾位置精度が高められる。

特許文献１の技術では、それぞれ単一のインク室列を有する複数のヘッドユニットをそれぞれ枠体に固定した後に、ノズルプレートをヘッドユニット及び枠体に接合している。このように、複数のヘッドユニットを基準部材（この場合は、枠体）に取り付ける構成では、ノズルプレート接合面を厳密に単一の平面にすることができず、インク室列ごとにインク室の開口面方向が異なるためにインクの吐出方向が乱れ、着弾位置精度が低下する。例えば、２列のインク室列間の平行度に０．１度のずれがあり、インクの吐出面からインクの到着面までの距離が１ｍｍである場合、ずれが約２μｍ大きくなる。

また、複数のインク室列を有するインクジェットヘッドの場合、インク室内に形成された電極と外部駆動回路とを電気的に確実に接続することが困難になる場合がある。外部駆動回路と一部のインク室の電極とが断線した場合、インクが吐出されない部分が生じ、高品位な製品及び画像を形成することができなくなる。さらに、電極が断線した場合、歩留まりが低下し、コストの高騰を招く。

このような問題を解決しようとする技術として、インク室の背面部に導電性樹脂を充填し、インク室の背面側に導電性樹脂を露出させることで、インク室に対して直角方向に外部接続用基板を接続するものがある（例えば、特許文献２参照。）。また、他に、インクジェットヘッドの背面部を階段状に形成することで、インクジェットヘッドが３列以上のインク室列を有する場合でも電極と外部駆動回路とを容易に接続しようとするものがある（例えば、特許文献３参照。）。
特許第３２１５７８９号公報 特開２００２−１７８５１８公報 特開２００２−１７８５０９公報

しかし、特許文献２の技術は、インク室内に形成された電極と外部駆動回路とを接続する電極を引き出すための領域をインク室内に形成する必要がなく材料コストを削減できる等の効果を有する反面、インク室内に充填した導電性樹脂が、経時劣化によってインク室内に溶出し又は破壊され、インクジェットヘッドの寿命を縮める場合があるという問題を有する。また、導電性樹脂はダイシング等の機械加工性が悪く、切断カスがインク室内に混入し、切断カスを除去できなくなる場合があるという問題も有する。さらに、導電性樹脂に外部接続用基板を取り付ける際に外部接続用基板にツールで機械的な圧力を印加した場合、導電性樹脂の裏面がインク室であり中空であるため、圧力の逃げが生じて接続不良が生じること、または、導電性樹脂が破損されることがある。

また、特許文献２の技術では、２列のインク室列を有するインクジェットヘッドにおいては２枚の外部接続用基板を上下方向に付き合わせるように配置して各インク室列の電極に取り付けることで電極と外部接続用基板とを容易に接続することができるが、３列以上のインク室列を有するインクジェットヘッドに特許文献２の技術を適用することは困難である。

また、特許文献３の技術では、インク室となる複数の溝を形成された４枚の圧電体基板を接合することでインクジェットヘッドを形成するので、ノズルプレート接合面を厳密に単一の平面にすることができない。ノズルプレート接合面に圧電体基板ごとの凹凸がある場合、ノズルプレートとノズルプレート接合面との平行度が低下し、圧電体基板ごとに突き出し量が異なるので、インクの着弾位置精度が悪化する。また、ノズルプレートとノズルプレート接合面との間に局所的に不接合部分が生じ、隣接するインク室が連通するという不具合が生じる場合がある。さらに、複数のインク室列の各インク室に、単一の導入流路が連通しているので、１個のインクジェットヘッドで複数の異なるインクを吐出することができず、インクジェットヘッドの使用用途の自由度が狭い。また、インク室を区画する隔壁の高さ方向に共通の液体供給路が形成された構造であるため、液体供給路部分にある隔壁の剛性が弱く破損しやすいという欠点があった。

この発明の目的は、インクの着弾位置精度が良いとともに、電極の接続の信頼性が高く高品位な製品及び画像を形成できるインクジェットヘッドおよびインクジェットヘッドの製造方法を提供することにある。

この発明のインクジェットヘッドは、上述の課題を解決するために以下のように構成される。

（１）溝状のインク室を挟む一対の隔壁の各内側面に外部駆動回路に電気的に接続された電極を有し、外部駆動回路からの前記電極に対する駆動パルスの印加によって前記隔壁を変形させて前記インク室内のインクを吐出するインクジェットヘッドにおいて、３枚以上の圧電体基板が貼り合わされてなり、前記圧電体基板のそれぞれの間に、所定方向に配列された複数のインク室からなるインク室列を有するヘッド本体と、前記各インク室に対応する位置にノズル孔を有し、インク吐出方向における前記ヘッド本体の下流側端面に接合されるノズルプレートと、を備え、前記インク吐出方向における前記ヘッド本体の下流側端面は、単一の切断面で形成され、前記ヘッド本体の上流側端面は、圧電体基板ごとに段違いとなる階段状に形成されることを特徴とする。

この構成においては、ヘッド本体は、３枚以上の圧電体基板が貼り合わされてなり、２列以上のインク室列を有する。このようなヘッド本体は、３枚以上の圧電体基板が貼り合わされた後に、インク吐出方向におけるヘッド本体の下流側端面が一括して切断されることで形成される。したがって、ヘッド本体に設けられた複数のインク室列が厳密に平行に配置され、ヘッド本体におけるノズルプレートが接合される面であるノズルプレート接合面が単一の平面に形成される。

また、ヘッド本体の上流側端面は、圧電体基板ごとに段違いとなる階段状に形成されるので、各圧電体基板の上流側端部において、各インク室に設けられた電極と外部駆動回路とが容易かつ確実に電気的に接続される。

ここで、この明細書において、インクとは、インクジェットヘッドを微細パターンの描画を行う製造装置に用いた場合にインクジェットヘッドから吐出する液滴材料を含む意味である。

（２）前記インク室列ごとに設けられ、前記ヘッド本体を前記インク室の配列方向に貫通し、前記インク室列に含まれる各インク室と連通する導入流路をさらに備える。

この構成においては、各インク室にインクを供給する導入流路が、インク室列ごとに分離して設けられる。そして、インクは、導入流路がヘッド本体をインク室の配列方向に貫通することで形成される開口から各導入流路へ供給され、それぞれの導入流路に連通するインク室から吐出される。

（３）前記インク室の配列方向における前記ヘッド本体の両方の端面にそれぞれ接合され、前記各導入流路と連通する複数の接続口を有するマニホールドをさらに備えることを特徴とする。

この構成においては、ヘッド本体の両側面に導入流路が開口し、ヘッド本体の両側面にマニホールドが接合される。マニホールドは各導入流路と連通する複数の接続口を有し、接続口からインクが供給される。したがって、ヘッド本体の両側面から導入流路にインクが供給される。

（４）前記ヘッド本体は、所定方向に配列された複数の第１の溝部を上面に有し、前記第１の溝部と直交する方向に貫通する第２の溝部を下面に有する単一又は複数の第１の圧電体基板と、第２の溝部を下面に有し、前記第１の圧電体基板の上側に配置される単一の第２の圧電体基板と、第１の溝部を上面に有し、前記第１の圧電体基板の下側に配置される単一の第３の圧電体基板と、が貼り合わされてなることを特徴とする。

この構成においては、第１の溝部の上方が上側に配置される圧電体基板で塞がれることで、インク室が形成され、第２の溝部の下方が下側に配置される圧電体基板で塞がれることで、導入流路が形成される。したがって、１枚の圧電体基板の中に管状のインク室を形成する場合より、上下方向の壁面が１枚で済む分だけ、ヘッド本体の寸法が減少される。また、第２の溝部は圧電体基板を貫通する単純な形状であるので、第１の溝部を形成するためのダイシング等の機械的加工手段によって形成することができる。

（５）前記インク室は、前記インク室が設けられた圧電体基板の下面に設けられた導入流路の裏面となる位置に、インク吐出方向における上流側に向けて上り傾斜する傾斜部を備え、前記導入流路の上面は、前記傾斜部と略平行に形成されることを特徴とする。

この構成においては、インク吐出方向における導入流路の上流側の断面積が大きくインクが流れる際の抵抗が小さいので、インクは上流側から導入され、徐々に下流側に供給されて、各インク室に供給される。したがって、インク室へ供給されるインクに対するエアーの噛み込みが減少する。

また、インク室が傾斜部を備え、導入流路の上面がインク室の傾斜部に略平行に形成されるので、導入流路の断面積として所定の面積を確保した場合でもヘッド本体の寸法が縮小される。

（６）溝状のインク室を挟む一対の隔壁の各内側面に外部駆動回路に電気的に接続された電極を有し、外部駆動回路からの前記電極に対する駆動パルスの印加によって前記隔壁を変形させて前記インク室内のインクを吐出するインクジェットヘッドの製造方法において、所定方向に配列された複数の第１の溝部を上面に有し、前記第１の溝部と直交する方向に貫通する第２の溝部を下面に有する単一又は複数の第１の圧電体基板と、第２の溝部を下面に有し、前記第１の圧電体基板の上側に配置される単一の第２の圧電体基板と、第１の溝部を上面に有し、前記第１の圧電体基板の下側に配置される単一の第３の圧電体基板と、を積層して互いに貼り合わせる工程と、前記貼り合わされた複数の圧電体基板のインク吐出方向における第２の溝部の上流側の部分を圧電体基板ごとに段違いとなる階段状に形成する工程と、前記貼り合わされた複数の圧電体基板の第１の溝部を垂直方向に一括して切断する工程と、前記切断された端面に、前記第１の溝部に対応するノズル孔を有するノズルプレートを接合する工程と、を備えることを特徴とする。

この構成においては、３枚以上の圧電体基板が重ね合わされた後に、インク吐出方向におけるヘッド本体の下流側端面が単一の切断面で形成される。したがって、ヘッド本体に設けられた複数のインク室列が厳密に平行に配置され、ヘッド本体におけるノズルプレートが接合される面であるノズルプレート接合面が単一の平面に形成される。

また、ヘッド本体の上流側端面は、圧電体基板ごとに段違いとなる階段状に形成されるので、各圧電体基板の上流側端部において、各インク室に設けられた電極と外部駆動回路とが容易かつ確実に電気的に接続される。

さらに、所定間隔をあけて導入流路を形成し、重ね合わせた圧電体基板を所定の位置で切断した場合、複数のヘッド本体が一括して製造される。

この発明によれば、以下の効果を奏することができる。

（１）ヘッド本体のノズルプレート接合面を単一の平面に形成することで、インクの着弾位置精度を高めることができる。また、各インク室に設けた電極と外部駆動回路とを容易かつ確実に電気的に接続できるので、電極の接続の信頼性を高めることができる。したがって、電極の断線によるインクの吐出不良を防ぎ、高品位な製品及び画像を形成することができる。さらに、電極の接続不良による歩留まりの低下に起因する製造コストの高騰を抑制することができる。

（２）導入流路をインク室列ごとに分離して設けることで、インク室列ごとに異なるインクを吐出することができる。

（３）ヘッド本体の両側面からインクを供給するので、各インク室へのインクの供給圧を略平等にすることができる。

（４）ヘッド本体を小型化することができる。また、同一寸法のヘッド本体において多数のインク室列を設けることができる。したがって、吐出するインクの種類を増やすことができる。

また、１枚の圧電体基板にインク室となる第１の溝部と導入流路となる第２の溝部とを形成するので、材料コストを抑制して製造コストを低下させることができる。

さらに、第１の溝部の加工手段と第２の溝部の加工手段とを共用できるので、これによっても製造コストを低下させることができる。

（５）インク室へ供給されるインクに対するエアーの噛み込みを減少させて、インクの吐出の安定性を高めることができる。また、導入流路の断面積を確保しながらヘッド本体の寸法を縮小することができる。さらに、同一寸法のヘッド本体においてインク室列の数を増加させることができる。

（６）ヘッド本体のノズルプレート接合面を単一の平面に形成することで、インクの着弾位置精度を高めることができる。また、各インク室に設けた電極と外部駆動回路とを容易かつ確実に電気的に接続できるので、電極の接続の信頼性を高めることができる。したがって、電極の断線によるインクの吐出不良を防ぎ、高品位な製品及び画像を形成することができる。さらに、電極の接続不良による歩留まりの低下に起因する製造コストの高騰を抑制することができる。

また、ヘッド本体を容易に大量生産することができる。したがって、製造コストを低下させることができる。

以下に、この発明の実施形態について図面に基づいて説明する。図１は、この発明の実施形態に係るインクジェットヘッドを分解した状態を示す斜視図である。図２は、インクジェットヘッドの構成を示す側面断面図である。この実施形態に係るインクジェットヘッド１００は、ヘッド本体１、ヘッド本体１の側面に接合された２個のマニホールド２Ａ，２Ｂ、ヘッド本体１の前面に接合されたノズルプレート３、および、ヘッド本体１の背面１４に接続された３枚のフレキシブル基板４Ａ〜４Ｃを備えている。フレキシブル基板４Ａ〜４Ｃは、図示しない外部駆動回路に電気的に接続されている。ここで、前面とは、インク吐出方向におけるヘッド本体１の下流側端面（ノズルプレート接合面１１）を意味し、側面とは、後述するインク室１２Ａ〜１２Ｃの配列方向（各インク室１２Ａ〜１２Ｃと直交する方向）の端面を意味し、背面１４とは、前面に対向する面を意味している。

ヘッド本体１は、分極した４枚の厚さ０．７ｍｍの圧電体基板１０Ａ〜１０Ｄが貼り合わされてなり、圧電体基板１０Ａ〜１０Ｄのそれぞれの間に、３列のインク室列１２０Ａ〜１２０Ｃを有する。インク室列１２０Ａ〜１２０Ｃはそれぞれ、所定方向に配列された複数のインク室１２Ａ〜１２Ｃからなる。各インク室１２Ａ〜１２Ｃは、ノズルプレート３が接合されるヘッド本体１のノズルプレート接合面１１に開口している。ノズルプレート接合面１１は、数μｍ以上の凹凸がないように、単一の切断面で形成されている。この実施形態では、ノズルプレート接合面１１は、２．８ｍｍ×３０ｍｍの大きさに形成され、ヘッド本体１の奥行き寸法は７ｍｍに形成されている。なお、圧電体基板１０Ｂ，１０Ｃはこの発明の第１の圧電体基板に相当し、圧電体基板１０Ａはこの発明の第２の圧電体基板に相当し、圧電体基板１０Ｄはこの発明の第３の圧電体基板に相当する。

また、４枚の圧電体基板１０Ａ〜１０Ｄのそれぞれの間に、ヘッド本体１をインク室１２Ａ〜１２Ｃの配列方向に貫通するように、導入流路１３Ａ〜１３Ｃが設けられている。ヘッド本体１の内部の背面１４近傍において、インク室列１２０Ａの全てのインク室１２Ａはそれぞれ導入流路１３Ａと連通し、インク室列１２０Ｂの全てのインク室１２Ｂはそれぞれ導入流路１３Ｂと連通し、インク室列１２０Ｃの全てのインク室１２Ｃはそれぞれ導入流路１３Ｃと連通している。導入流路１３Ａ〜１３Ｃ及び各導入流路１３Ａ〜１３Ｃと連通するインク室１２Ａ〜１２Ｃは、３系統に分離されている。

マニホールド２Ａ，２Ｂはそれぞれ、外方に突出する３個のインレット２２、及び、各インレット２２と連通する３個の開口部２１を有する。マニホールド２Ａ，２Ｂは、ヘッド本体１の両側面に接着され、各開口部２１が各導入流路１３Ａ〜１３Ｃと連通する。インレット２２は、樹脂製のチューブ等を容易に接続できる形状に形成されている。マニホールド２Ａ，２Ｂは、ヘッド本体１の導入流路１３Ａ〜１３Ｃと図示しないインクタンクとを接続しやすくするための中間配管部材の一部として機能する。

ノズルプレート３は、各インク室１２Ａ〜１２Ｃに対応する位置に円形のノズル孔３１を有する。ノズルプレート３は、ヘッド本体のノズルプレート接合面１１に接着剤によって接着されている。

上述のように、この発明のインクジェットヘッド１００は、ヘッド本体１、マニホールド２Ａ，２Ｂ、ノズルプレート３およびフレキシブル基板４Ａ〜４Ｃを備えているが、ヘッド本体１の構造及び製造方法に最大の特徴を有している。したがって、以下に、ヘッド本体１の詳細な構造等について説明する。

ヘッド本体１は、上述のように４枚の圧電体基板１０Ａ〜１０Ｄが貼り合わされてなる。この実施形態では、厚さ０．７ｍｍの圧電体基板１０Ａ〜１０Ｄが用いられている。インクは、図２において左方向へ吐出される。インク吐出方向における圧電体基板１０Ａ〜１０Ｄの寸法は、上側の圧電体基板１０Ａほど大きく、下側の圧電体基板１０Ｄほど小さくされており、ヘッド本体１の背面１４は圧電体基板１０Ａ〜１０Ｄごとに段違いとなる階段状に形成されている。

上側から１枚目〜３枚目の圧電体基板１０Ａ〜１０Ｃの下面にそれぞれ導入流路１３Ａ〜１３Ｃとなる溝（この発明の第２の溝部に相当）が形成されている。また、上側から２枚目〜４枚目の圧電体基板１０Ｂ〜１０Ｄの上面にそれぞれインク室１２Ａ〜１２Ｃとなる溝（この発明の第１の溝部に相当）が形成されている。上述の各溝は、圧電体基板１０Ａ〜１０Ｄが積層され貼り合わされることで、導入流路１３Ａ〜１３Ｃ及びインク室１２Ａ〜１２Ｃを構成する。この実施形態では、インク室１２Ａ〜１２Ｃの深さは０．２ｍｍに形成され、導入流路１３Ａ〜１３Ｃの深さは０．４ｍｍに形成される。

インクタンクのインクは、マニホールド２Ａ，２Ｂを介して各導入流路１３Ａ〜１３Ｂに供給され、さらに各インク室１２Ａ〜１２Ｃに供給されて、ノズル孔３１から図２における左方向へ吐出される。

上側から１枚目〜３枚目の圧電体基板１０Ａ〜１０Ｃの下面にはそれぞれ、インク吐出方向における導入流路１３Ａ〜１３Ｃの下流側に、間隙部１６が設けられている。間隙部１６は、約１０μｍ〜２０μｍの深さに形成され、互いに隣接するインク室１２Ａ〜１２Ｃを連通させている。間隙部１６が形成されていることによって、インクの吐出時の残留振動が減少し、約１００ｋＨｚでの高速吐出が初めて可能となる。

各インク室１２Ａ〜１２Ｃは、上述するように分極した圧電体基板１０Ａ〜１０Ｄに溝を掘ることで形成され、インク室１２Ａ〜１２Ｃを挟む一対の隔壁１９（図４参照）の各内側面に、真空蒸着等によって電極１５Ａ〜１５Ｃが形成されている。

インク室１２Ａ〜１２Ｃとなる溝は、インク吐出方向における上流側ほど浅くなる傾斜部Ｋ１を有し、傾斜部Ｋ１よりさらに上流側の溝の深さは約５μｍ〜１０μｍとなっている。傾斜部Ｋ１は、曲面状に形成されている。

各インク室１２Ａ〜１２Ｃの隔壁１９に設けられた電極１５Ａ〜１５Ｃは、引き出し電極１７（図３参照）と電気的に接続されている。引き出し電極１７は、隔壁１９の内側面で電極１５Ａ〜１５Ｃと接続され、インク室１２Ａ〜１２Ｃの溝が浅くなるにしたがって溝の底面にも形成され、図３に示すようにインク室１２Ａ〜１２Ｃの溝に沿ってヘッド本体１の背面１４まで引き出されている。したがって、引き出し電極１７は、階段状に形成されたヘッド本体１の背面１４の各段部に露出している。なお、各引き出し電極１７は、隔壁１９の頂上部１８に電極が形成されないことで、互いに電気的に独立している。

フレキシブル基板４Ａ〜４Ｃはそれぞれ、ドライバＩＣ４１を備え、配線がある側の面を下向きにし、配線と引き出し電極１７とを接合させるように位置決めされ、異方性導電膜を介してヘッド本体１の背面１４の各段部に取り付けられる。この際、フレキシブル基板４Ａ〜４Ｃは、フレキシブル基板４Ａ〜４Ｃの裏面側からボンディングツールを押し当てられ加熱硬化処理されることで、ヘッド本体１に固定される。フレキシブル基板４Ａ〜４Ｃは、ヘッド本体１の背面１４の下側の段部から順に取り付けられる。したがって、全てのフレキシブル基板４Ａ〜４Ｃの取り付けにおいて、ボンディングツールを使用可能である。

また、この実施形態では、インク室１２Ａ〜１２Ｃの内面、導入流路１３Ａ〜１３Ｃの内面及び電極１５Ａ〜１５Ｃの全てを、パラキシレン膜で被覆し、インク室１２Ａ〜１２Ｃ、導入流路１３Ａ〜１３Ｃ及び電極１５Ａ〜１５Ｃを保護している。

図４は、インクジェットヘッド１００のノズルプレート３の一部を切り欠いた状態を示す正面図である。各インク室列１２０Ａ〜１２０Ｃの複数のインク室１２Ａ〜１２Ｃは狭ピッチで規則的に配列され、インク室列１２０Ａ〜１２０Ｃは互いに平行に配列されている。ノズルプレート３は、ヘッド本体１の前面に接合され、ノズルプレート３のノズル孔３１は、各インク室１２Ａ〜１２Ｃの開口と同じ位置に形成されている。

圧電体基板１０Ｂ〜１０Ｄは、高さ方向における隔壁１９の中央部で分極方向が逆転しており、隔壁１９の内側面の全体に電極１５Ａ〜１５Ｃが形成されている。インク室１２Ａ〜１２Ｃに供給されたインクは、分極した圧電体からなる隔壁１９のせん断方向の変形力によって吐出される。

インク室１２ＣＢからインクを吐出する場合を例にあげて具体的に説明する。電極１５ＣＡ及び電極１５ＣＣと電極１５ＣＢとの間に１０数ボルトの電位差の駆動パルスを印加することで、隔壁１９ＢＣは、くの字形（＜）に変形し、隔壁１９ＡＢは、逆くの字形（＞）に変形して、インク室１２ＣＢ内の体積が増加する。インク室１２ＣＢの体積の増加した場合、インク室１２ＣＢ内の圧力は他の部分に比べて減少するので、インク室１２ＣＢに対して導入流路１３Ｃからインクを供給しようとする圧力波が伝播してくる。そして、インク室１２ＣＢ内で反射した圧力波と次に伝播してきた圧力波とが重ね合わされるタイミングで、電極１５ＣＡ及び１５ＣＣと電極１５ＣＢとの間に印加している１０数ボルトの電位差の駆動パルスを逆転させる。これによって、隔壁１９ＢＣは、逆くの字形（＞）に変形し、隔壁１９ＡＢは、くの字形（＜）に変形して、インク室１２ＣＢ内の体積が減少し、インクに圧力が印加され、ノズル孔３１からインクの滴が吐出する。

つぎに、インクジェットヘッド１００のヘッド本体１の製造方法について説明する。図５及び図６は、インクジェットヘッド１００のヘッド本体１の製造過程の一部を示している。

圧電体基板１０Ａ〜１０Ｄとして、分極した厚板状の圧電体基板上に、後に形成するインク室１２Ａ〜１２Ｃとなる溝１１２Ａ〜１１２Ｃの深さの半分の厚みの分極した薄板を、分極方向が異なるように貼り合わせたものを用いる。

まず、第１の工程として、各圧電体基板１０Ａ〜１０Ｄに必要に応じて、インク室１２Ａ〜１２Ｃとなる流路溝１１２Ａ〜１１２Ｃ、および、導入流路１３Ａ〜１３Ｃとなる突っ切り溝１１０Ａ〜１１０Ｃなどを形成する。流路溝１１２Ａ〜１１２Ｃは、この発明の第１の溝部に相当し、突っ切り溝１１０Ａ〜１１０Ｃは、この発明の第２の溝部に相当する。溝１１２Ａ〜１１２Ｃ及び溝１１０Ａ〜１１０Ｃを形成する工程では、ダイヤモンドブレードを高速回転させながら研削加工するダイシング装置を用いる。

圧電体基板１０Ａには、厚さ１ｍｍのダイヤモンドブレードを用いて、幅２ｍｍの突っ切り溝１１０Ａを、下面に形成する。そして、突っ切り溝１１０Ａと０．５ｍｍの間隔をあけて外側に、逃げ溝１１１Ａを形成する。溝１１０Ａ，１１１Ａの幅は、ダイヤモンドブレードの走査回数及びオフセット量によって調整する。

圧電体基板１０Ｂには、下面に、圧電体基板１０Ａの突っ切り溝１１０Ａ及び逃げ溝１１１Ａと同様の突っ切り溝１１０Ｂ及び逃げ溝１１１Ｂを形成する。ここで、突っ切り溝１１０Ｂは、圧電体基板１０Ａの突っ切り溝１１０Ａと相対的に同じ位置に形成し、逃げ溝１１１Ｂは、突っ切り溝１１０Ｂと１ｍｍの間隔をあけて外側に形成する。

また、圧電体基板１０Ｂの上面に、厚さ約０．０８ｍｍのダイヤモンドブレードを用いて、突っ切り溝１１０Ｂと直交する方向に、幅０．０８ｍｍの規則的に配列された複数の流路溝１１２Ａを形成する。図６に示すように、流路溝１１２Ａには、深さ０．２４ｍｍのストレート部Ｓと、ストレート部Ｓの両側に配置された曲面状の傾斜部Ｋ１と、傾斜部Ｋ１の上り方向の端部に続けて形成される深さ０．０１ｍｍの浅溝部Ｔと、が規則的に連続して形成される。具体的には、左側から順に、浅溝部Ｔ、下り傾斜する傾斜部Ｋ１、ストレート部Ｓ、上り傾斜する傾斜部Ｋ１、および浅溝部Ｔ、が繰り返し形成される。圧電体基板１０Ｂの上面には、流路溝１１２Ａを０．１６ｍｍの間隔で複数形成し、インク室列１２０Ａとなる溝列を形成する。ここで、流路溝１１２Ａの裏面に導入流路１３Ｂとなる突っ切り溝１１０Ｂが配置されるように、流路溝１１２Ａ及び突っ切り溝１１０Ｂを形成する。なお、図５は、説明の便宜上、圧電体基板１０Ａ〜１０Ｄの一部のみを示しており、実際には図５に示すような圧電体基板１０Ａ〜１０Ｄが規則的に配列された大面積の圧電体基板が用いられる。

圧電体基板１０Ｃには、圧電体基板１０Ｂの場合と同様に、上面に、複数の流路溝１１２Ｂを形成し、下面に、突っ切り溝１１０Ｃ及び逃げ溝１１１Ｃを形成する。ここで、逃げ溝１１１Ｃは、突っ切り溝１１０Ｃと１．５ｍｍの間隔をあけて外側に形成される。

圧電体基板１０Ｄには、上面に、圧電体基板１０Ｂ，１０Ｃと同様に、流路溝１１２Ｃが形成される。なお、圧電体基板１０Ｄの下面には、溝は形成されない。

つぎに、第２の工程として、流路溝１１２Ａ〜１１２Ｃの側面及び底面に、電極１５Ａ〜１５Ｃ及び引き出し電極１７をそれぞれ形成する。この工程では、スパッタリング装置を用い、流路溝１１２Ａ〜１１２Ｃの上方から銅をスパッタリングして、流路溝１１２Ａ〜１１２Ｃの側面及び底面に、電極となる銅の被膜を形成する。また、隣接する流路溝１１２Ａ〜１１２Ｃを隔てる隔壁１９の上部に形成された銅の被膜を、隔壁１９の上部を研削することで隔壁１９の上部から除去し、隣接する流路溝１１２Ａ〜１１２Ｃに形成された電極１５Ａ〜１５Ｃ，１７を電気的に分離させる。

つぎに、第３の工程として、上述のようにして形成した４枚の圧電体基板１０Ａ〜１０Ｄを一括して接着する。４枚の圧電体基板１０Ａ〜１０Ｄのそれぞれの下面に、厚さ２μｍ〜４μｍの接着剤を金属ローラを用いて均一に塗布し、専用冶具で位置決めしながら４枚の圧電体基板１０Ａ〜１０Ｄを貼り合わせ、面加圧しながら接着剤を硬化させる。

つぎに、第４の工程として、ヘッド本体１の階段状の背面１４となる部分を形成する。図６（ａ）〜図６（ｄ）は、この順に加工手順を示している。図６（ａ）に示すように、突っ切り溝１１０Ａ〜１１０Ｃは、上下方向において同位置に形成されている。また、逃げ溝１１１Ａ〜１１１Ｃについては、水平方向においてそれぞれの中心位置は同一である一方、幅寸法が異なり、下側の逃げ溝１１１Ｃの幅寸法ほど小さく形成されている。

まず、図６（ａ）に示すように、厚さ０．５ｍｍのダイヤモンドブレード８を図６の紙面の奥行き方向に走査して、ダイヤモンドブレード８が逃げ溝１１１Ａの両側面に沿うように圧電体基板１０Ａの２箇所を切断する。これによって、逃げ溝１１１Ａは上方に開口する。

つぎに、図６（ｂ）に示すように、厚さ０．５ｍｍのダイヤモンドブレード８を図６の紙面の奥行き方向に走査して、ダイヤモンドブレード８が逃げ溝１１１Ｂの両側面に沿うように圧電体基板１０Ｂの２箇所を切断する。これによって、逃げ溝１１１Ｂは上方に開口する。

同様に、図６（ｃ）に示すように、厚さ０．５ｍｍのダイヤモンドブレード８を図６の紙面の奥行き方向に走査して、ダイヤモンドブレード８が逃げ溝１１１Ｃの両側面に沿うように圧電体基板１０Ｃの２箇所を切断する。これによって、逃げ溝１１１Ｃは上方に開口する。

つぎに、厚さ０．５ｍｍのダイヤモンドブレード８を図６の紙面の奥行き方向に走査して、水平方向における逃げ溝１１１Ｃの中央部を切断する。

この工程によって、貼り合わされた４枚の圧電体基板１０Ａ〜１０Ｄは複数個に分断され、ヘッド本体１の背面１４となる部分が階段状に形成される。

最後に、第５の工程として、ヘッド本体のノズルプレート接合面１１となる部分を形成する。導入流路１３Ａとなる２個の突っ切り溝１１０Ａの中央部であって、インク室１２Ａのストレート部Ｓがある部分を、厚さ０．５ｍｍのダイヤモンドブレードによって、圧電体基板１０Ｄの下側に配置した図示しないダイシングテープを切断するように、４枚の圧電体基板１０Ａ〜１０Ｄを垂直方向に一括して切断する。ここで切断した切断面は、ヘッド本体１のノズルプレート接合面１１になる。ノズルプレート接合面１１は、上述のように一括して切断されるので、単一の平面に形成される。上述のようにして、貼り合わされた４枚の圧電体基板１０Ａ〜１０Ｄから、複数個のヘッド本体１が形成される。

つぎに、上述のようにして形成されたヘッド本体１を用いて、インクジェットヘッド１００を製造する工程を説明する。まず、ヘッド本体１の背面１４の各段部に、フレキシブル基板４Ａ〜４Ｃをそれぞれ接続する。つぎに、図２に示すように、ヘッド本体１とフレキシブル基板４Ａ〜４Ｃのそれぞれの接続部に接着剤４３を流して、接続部を補強する。つぎに、公知のパラキシレン成膜装置を用いて昇華方式で、厚さ数μｍのパラキシレン膜で接続部を被覆し、接続部を保護する。最後に、ヘッド本体１の両側面にそれぞれマニホールド２Ａ，２Ｂを接合し、ヘッド本体１のノズルプレート接合面１１にノズルプレート３を接合することで、インクジェットヘッド１００の製造が完成する。

この実施形態では、上述のように、厚さ０．７ｍｍの圧電体基板１０Ａ〜１０Ｄを用い、インク室１２Ａ〜１２Ｃの深さを０．２ｍｍ、導入流路１３Ａ〜１３Ｃの深さを０．４ｍｍに形成し、ヘッド本体１のノズルプレート接合面１１を２．８ｍｍ×３０ｍｍ、ヘッド本体１の奥行き寸法を７ｍｍに形成した。また、この実施形態で用いた公知のダイシング装置では５ｍｍの厚さの基板まで容易に切断することができる。したがって、厚さ０．７ｍｍの圧電体基板１０Ａ〜１０Ｄを用いた場合、７列のインク室列を有するインクジェットヘッドを容易に製造することができ、７種類のインク（液滴材料）を吐出させることができる。

インクジェットヘッド１００によれば、ヘッド本体１のノズルプレート接合面１１を単一の平面に形成したことで、インクの着弾位置精度を向上させることができる。また、各インク室１２Ａ〜１２Ｃに設けた電極１５Ａ〜１５Ｃと外部駆動回路とを容易かつ確実に電気的に接続できるので、電極１５Ａ〜１５Ｃの接続の信頼性を高めることができる。したがって、電極１５Ａ〜１５Ｃの断線によるインクの吐出不良を防ぎ、高品位な製品及び画像を形成することができる。さらに、電極１５Ａ〜１５Ｃの接続不良による歩留まりの低下に起因する製造コストの高騰を抑制することができる。

また、ヘッド本体１を容易に大量生産することができる。したがって、製造コストを低下させることができる。

さらに、導入流路１３Ａ〜１３Ｃをインク室列１２０Ａ〜１２０Ｃごとに分離して設けたことで、インク室列１２０Ａ〜１２０Ｃごとに異なるインクを吐出することが可能となる。

また、ヘッド本体１の両側面からインクを供給するので、各インク室１２Ａ〜１２Ｃへのインクの供給圧を略平等にすることができ、インク室列１２０Ａ〜１２０Ｃ間の圧力状態が安定して、インク室列１２０Ａ〜１２０Ｃ間の吐出特性のばらつきを低減させることができる。なお、各インク室列１２０Ａ〜１２０Ｃに同一のインクを導入した場合も同様の効果が得られる。

さらに、流路溝１１２Ａ〜１１２Ｃの上方が上側に配置される圧電体基板１０Ａ〜１０Ｃで塞がれることで、インク室１２Ａ〜１２Ｃが形成され、突っ切り溝１１０Ａ〜１１０Ｃの下方が下側に配置される圧電体基板１０Ｂ〜１０Ｄで塞がれることで、導入流路１３Ａ〜１３Ｃが形成される。したがって、１枚の圧電体基板の中に管状のインク室を形成する場合より、上下方向の壁面が１枚で済む分だけ、ヘッド本体１の寸法が減少される。したがって、ヘッド本体１を小型化することができる。また、同一寸法のヘッド本体１において多数のインク室列を設けることができる。したがって、１個のインクジェットヘッドから吐出可能なインクの種類を増やすことができる。

また、１枚の圧電体基板１０Ｂ，１０Ｃにインク室１２Ａ，１２Ｂとなる流路溝１１２Ａ，１１２Ｂと導入流路１３Ｂ，１３Ｃとなる突っ切り溝１１０Ｂ，１１０Ｃとを形成するので、材料コストを抑制して製造コストを低下させることができる。

さらに、突っ切り溝１１０Ａ〜１１０Ｃは圧電体基板１０Ａ〜１０Ｃを貫通する単純な形状であるので、突っ切り溝１１０Ａ〜１１０Ｃと流路溝１１２Ａ〜１１２Ｃとを同じダイシング装置によって形成することができ、これによっても製造コストを低下させることができる。

図７は、他の実施形態に係るインクジェットヘッド１００Ａの構成を示す側面断面図である。インクジェットヘッド１００Ａは、上述の実施形態に係るインクジェットヘッド１００と、導入流路１３１Ａ〜１３１Ｃの断面形状を除いて同様に形成されている。したがって、説明の便宜上、インクジェットヘッド１００と同様の構成については同じ符号を使用する。

インクジェットヘッド１００Ａのインク室１２Ａ〜１２Ｃは、インクの吐出方向の上流側に向けて上り傾斜する曲面状の傾斜部Ｋ１を有している。導入流路１３１Ｂ，１３１Ｃは、圧電体基板１０Ｂ，１０Ｃの下面のうちインク室１２Ａ，１２Ｂの傾斜部Ｋ１の裏面となる位置に形成されている。導入流路１３１Ａは、水平方向において導入流路１３１Ｂ，１３１Ｃと同位置に形成されている。そして、導入流路１３１Ａ〜１３１Ｃの上面Ｋ２は、インク室１２Ａ〜１２Ｃの傾斜部Ｋ１と略平行に形成されている。このため、導入流路１３１Ａ〜１３１Ｃの断面形状は、側面同士が平行な横向きの台形となっている。

ここで、導入流路１３１Ａ〜１３１Ｃの断面形状における角部分は、Ｒ形状にされ又はＣ面取りされていることが好ましい。このようにすれば、インクに対するエアーの噛み込みが低減される。

導入流路１３１Ａ〜１３１Ｃの上面Ｋ２を、上述のように、傾斜部Ｋ１と略平行となる方向に傾斜させて形成する製造方法の一例について説明する。上述のインクジェットヘッド１００の製造方法の第１の工程における突っ切り溝１１０Ａ〜１１０Ｃの形成において、先端面が傾斜したダイヤモンドブレードを用いる。そして、導入流路１３１Ａ〜１３１Ｃの上面Ｋ２となる突っ切り溝の底面を、ダイヤモンドブレードの先端面の形状を転写したような形状に形成する。すなわち、形成しようとする導入流路１３１Ａ〜１３１Ｃの上面Ｋ２と同じ角度で傾斜した先端面を有するダイヤモンドブレードを用いて加工する。

インクジェットヘッド１００Ａによれば、インク吐出方向における導入流路１３１Ａ〜１３１Ｃの上流側（ヘッド本体１Ａの背面１４側）の断面積が大きくインクが流れる際の抵抗が小さいので、インクは上流側から導入され、徐々に下流側に供給されて、各インク室１２Ａ〜１２Ｃに供給される。したがって、インク室１２Ａ〜１２Ｃへ供給されるインクに対するエアーの噛み込みを減少させ、インクの吐出の安定性を高めることができる。

また、インク室１２Ａ〜１２Ｃが傾斜部Ｋ１を備え、導入流路１３１Ａ〜１３１Ｃの上面Ｋ２がインク室１２Ａ〜１２Ｃの傾斜部Ｋ１に略平行に形成されているので、同一寸法のヘッド本体において、導入流路１３１Ａ〜１３１Ｃの断面積を増加させることができる。したがって、各インク室１２Ａ〜１２Ｃへいっそう円滑にインクを供給することができる。

さらに、導入流路１３１Ａ〜１３１Ｃの断面積として所定の面積（例えば、導入流路１３Ａ〜１３Ｃと同面積）を確保しながらヘッド本体１Ａの上下方向の寸法を縮小することができる。したがって、圧電体基板１０Ａ〜１０Ｄの厚さを小さくすることができ、材料コストを低減させることができる。また、同一寸法のヘッド本体においてインク室列の数を増加させることができ、多数のインク室列を備え高密度化されたインクジェットヘッドを形成することができる。

ここで、例えば、インク室１２Ａ〜１２Ｃの傾斜部Ｋ１の曲率半径を約２６ｍｍにした場合、ヘッド本体１Ａの断面積はヘッド本体１の断面積と比較して、約１０％〜２０％減少する。したがって、インクジェットヘッド１００の場合と同様に、厚さ０．７ｍｍの圧電体基板１０Ａ〜１０Ｄと、厚さ６ｍｍ程度の基板まで容易に切断できる公知のダイシング装置と、を用いた場合、インクジェットヘッド１００の場合はインク室列を７列まで形成できたが、この実施形態では、厚さ０．６ｍｍのインク室列を８列有するインクジェットヘッドを容易に製造することができ、８種類のインク（液滴材料）を吐出させることができる。

なお、上述の実施形態では、圧電体基板１０Ａ〜１０Ｄをダイヤモンドブレードで切断し、ダイヤモンドブレードの側面を利用してノズルプレート接合面１１を研削することでノズルプレート接合面１１を単一の平面に形成しているが、後工程で研磨処理することでノズルプレート接合面１１を単一の平面に形成することもできる。

また、上述のように、この明細書において、インクとは、インクジェットヘッド１００，１００Ａを微細パターンの描画を行う製造装置に適用した場合にインクジェットヘッドから吐出する液滴材料を含む意味である。

また、上述の実施形態ではインク室列１２０Ａ〜１２０Ｃ毎に異なるインクを導入しているが、複数のインク室列１２０Ａ〜１２０Ｃのうちのいくつかに同一のインクを導入しても良い。

この発明に係るインクジェットヘッド１００，１００Ａは、例えば、用紙等の記録媒体に対してインクを吐出して画像を形成するインクジェットプリンタの一部品として利用される他に、材料となる基板に対して液滴材料を吐出して微細パターンの描画を行う製造装置の一部品として利用される。

この発明の実施形態に係るインクジェットヘッドを分解した状態を示す斜視図である。 前記インクジェットヘッドの構成を示す側面断面図である。 前記インクジェットヘッドの背面の一部の構成を示す斜視図である。 前記インクジェットヘッドのノズルプレートの一部を切り欠いた状態を示す正面図である。 前記インクジェットヘッドの製造過程の一部を示す斜視図である。 前記インクジェットヘッドの製造過程の一部を示す断面図である。 他の実施形態に係るインクジェットヘッドの構成を示す側面断面図である。

符号の説明

１，１Ａ ヘッド本体
２Ａ，２Ｂ マニホールド
３ ノズルプレート
４Ａ〜４Ｃ フレキシブル基板
１０Ａ〜１０Ｄ 圧電体基板
１１ ノズルプレート接合面（インク吐出方向におけるヘッド本体の下流側端面）
１２Ａ〜１２Ｃ インク室
１３Ａ〜１３Ｃ，１３１Ａ〜１３１Ｃ 導入流路
１５Ａ〜１５Ｃ 電極
１７ 引き出し電極
１９ 隔壁
３１ ノズル孔
１００，１００Ａ インクジェットヘッド
１１０Ａ〜１１０Ｃ 突っ切り溝（第２の溝部）
１１１Ａ〜１１１Ｃ 逃げ溝
１１２Ａ〜１１２Ｃ 流路溝（第１の溝部）
１２０Ａ〜１２０Ｃ インク室列
Ｋ１ 傾斜部
Ｋ２ 導入流路の上面

Claims (6)

1. 溝状のインク室を挟む一対の隔壁の各内側面に外部駆動回路に電気的に接続された電極を有し、外部駆動回路からの前記電極に対する駆動パルスの印加によって前記隔壁を変形させて前記インク室内のインクを吐出するインクジェットヘッドにおいて、
   ３枚以上の圧電体基板が貼り合わされてなり、前記圧電体基板のそれぞれの間に、所定方向に配列された複数のインク室からなるインク室列を有するヘッド本体と、
   前記各インク室に対応する位置にノズル孔を有し、インク吐出方向における前記ヘッド本体の下流側端面に接合されるノズルプレートと、を備え、
   前記インク吐出方向における前記ヘッド本体の下流側端面は、単一の切断面で形成され、前記ヘッド本体の上流側端面は、圧電体基板ごとに段違いとなる階段状に形成されることを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 前記インク室列ごとに設けられ、前記ヘッド本体を前記インク室の配列方向に貫通し、前記インク室列に含まれる各インク室と連通する導入流路をさらに備える請求項１に記載のインクジェットヘッド。
3. 前記インク室の配列方向における前記ヘッド本体の両方の端面にそれぞれ接合され、前記各導入流路と連通する複数の接続口を有するマニホールドをさらに備えることを特徴とする請求項２に記載のインクジェットヘッド。
4. 前記ヘッド本体は、
   所定方向に配列された複数の第１の溝部を上面に有し、前記第１の溝部と直交する方向に貫通する第２の溝部を下面に有する単一又は複数の第１の圧電体基板と、
   第２の溝部を下面に有し、前記第１の圧電体基板の上側に配置される単一の第２の圧電体基板と、
   第１の溝部を上面に有し、前記第１の圧電体基板の下側に配置される単一の第３の圧電体基板と、が貼り合わされてなることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
5. 前記インク室は、前記インク室が設けられた圧電体基板の下面に設けられた導入流路の裏面となる位置に、インク吐出方向における上流側に向けて上り傾斜する傾斜部を備え、
   前記導入流路の上面は、前記傾斜部と略平行に形成されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
6. 溝状のインク室を挟む一対の隔壁の各内側面に外部駆動回路に電気的に接続された電極を有し、外部駆動回路からの前記電極に対する駆動パルスの印加によって前記隔壁を変形させて前記インク室内のインクを吐出するインクジェットヘッドの製造方法において、
   所定方向に配列された複数の第１の溝部を上面に有し、前記第１の溝部と直交する方向に貫通する第２の溝部を下面に有する単一又は複数の第１の圧電体基板と、第２の溝部を下面に有し、前記第１の圧電体基板の上側に配置される単一の第２の圧電体基板と、第１の溝部を上面に有し、前記第１の圧電体基板の下側に配置される単一の第３の圧電体基板と、を積層して互いに貼り合わせる工程と、
   前記貼り合わされた複数の圧電体基板のインク吐出方向における第２の溝部の上流側の部分を圧電体基板ごとに段違いとなる階段状に形成する工程と、
   前記貼り合わされた複数の圧電体基板の第１の溝部を垂直方向に一括して切断する工程と、
   前記切断された端面に、前記第１の溝部に対応するノズル孔を有するノズルプレートを接合する工程と、を備えることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。

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