JP2006240020A - 液体吐出ヘッド及び液体吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 製造工程を簡素化すると共に、印字品質の良い液体吐出ヘッドを提供する。
【解決手段】 液体を吐出するノズルに連通し液体が充填される圧力室と、圧力室の壁面の少なくとも一面を構成し圧電素子の変位により圧力室に充填される液体に圧力変化を生じさせる振動板と、を備えた液体吐出ヘッドの製造方法であって、複数のセラミックスのグリーンシートを焼成した複数の焼結体に対して少なくとも前記圧力室に相当する凹部又は貫通孔を形成する圧力室形成工程と、複数の焼結体のうち振動板に相当する焼結体に対して、ＡＤ法により圧電素子の圧電体を成膜する圧電体形成工程と、複数の焼結体の表面にガラス層を形成し複数の焼結体を積層する積層工程と、積層された複数の焼結体を所定の温度で加熱して、複数の焼結体のガラス接合と圧電体のアニールを同時に行う加熱工程とを有する液体吐出ヘッドの製造方法を提供することにより、前記課題を解決する。
【選択図】 図４

Description

本発明は液体吐出ヘッド及び液体吐出ヘッドの製造方法に係り、特に、複数のプレート部材を積層した構造を有する液体吐出ヘッドに関する。

印字ヘッド（液体吐出ヘッド）には、複数のプレート部材を積層した構造を有し、圧力室の壁面の少なくとも一面を構成する振動板に配置された圧電素子の変位によって、圧力室内に充填されるインクに圧力変化を生じさせ、圧力室と連通するノズルからインク滴を吐出するものがある。

このような積層構造を有する印字ヘッドの製造方法として、例えば、複数のセラミックスのグリーンシートに対して圧力室に相当する凹部又は貫通孔を加工して、これらを積層し、振動板に相当するグリーンシート上に圧電体をペースト印刷してから、一度に焼成する方法がある。ペースト印刷では、高密度の圧膜形成が可能であり耐圧が高いが、９００℃以上で焼成しなければ十分な特性を得られない。これに対して、ＡＤ法（エアロゾルデポジション法）を用いる場合には、６００℃程度のアニールで十分な特性をもった圧電体を得ることができる。しかし、ＡＤ法では、グリーンシート上に圧電体を成膜することは困難である。

ＡＤ法を用いる方法として、図９に示すように、複数のセラミックスのグリーシートを作製し（ステップＳ１１０）、複数のグリーンシートに対して圧力室に相当する凹部又は貫通孔を微細加工し（ステップＳ１１２）、これらを積層して焼成し（ステップＳ１１４、Ｓ１１６）、振動板に相当するセラミックス上にＡＤ法により圧電体を成膜し（ステップＳ１１８）、最後に圧電体をアニールする（ステップＳ１２０）という方法が考えられる。圧力室は、ステップＳ１１６を終了した段階で形成されている。

また特許文献１には、シリコン基板上に、スパッタ法によってチタン膜及び白金膜を積層被着させ、その上にＡＤ法によって所定形状のＰＺＴ膜を成膜させて焼成した後に、ＰＺＴ膜の上に金電極を被着させた圧電ユニットが開示されている。

また特許文献２には、ＳＵＳ基板上に、スパッタ法でＳｉＯ２膜を全面にわたって被着させてから電極となるＴｉ膜又はＰｔ膜を全面にわたって積層し、さらにその上にフォトリソグラフィー技術を用いて所定のレジストパターンを形成しておき、ＡＤ法を用いてレジストパターンを覆うようにして基板上にＰＺＴ膜（圧電体膜）を形成し、さらに電極となるＴｉ膜又はＰｔ膜をスパッタ法で成膜し、最後にリフトオフでレジストを除去することにより、アレイ状にパターニングされた圧電体を作製する方法が開示されている。

また特許文献３には、積層して１つのインク流路を形成するインク流通開口（溝孔部）を各々有する各プレート部材の表面にガラス薄膜を形成し、複数のプレートの各々のインク流通開口が部分的に一致するように積層して加圧加熱処理を施すことにより、複数のプレート間のガラス薄膜が軟化、接合される方法（ガラス接合法）が開示されている。
特開平８−２３０１８１号公報 特開２００３−１４２７５０号公報 特開２００３−６３０１７号公報

しかしながら、図９に示した方法の場合、ステップＳ１１４におけるグリーンシートを積層する工程で積層ずれによるインク流路の寸法精度の低下が生じる恐れがある。さらにステップＳ１１６におけるグリーンシートを焼成する工程で焼成されたグリーンシートの焼結体（セラミックスシート）は、熱収縮によりグリーンシートに形成された凹部又は貫通孔の寸法精度の低下が生じる恐れがある。またステップＳ１１６を終了した段階で圧力室は形成されているため、圧力室の壁面を構成する振動板に相当するグリーンシートの焼結体に対して、ＡＤ法で圧電体を成膜することは難しいという問題がある。

また特許文献１では、圧電ユニットは振動板若しくはキャビティ板に接着剤によって接着されるが、具体的な接着方法については考慮されていない。印字ヘッドの製造において複数のプレート部材を接着する場合、一般的にエポキシ樹脂等の接着剤が利用されることが多いが、接着時の加圧力や温度によっては接着強度が不足し、圧電ユニットが振動板若しくはキャビティ板からはがれやすくなり、信頼性が低いという問題がある。

また特許文献２では、上述したように、レジストパターンを形成し、ＰＺＴ膜を形成し、リフトオフでレジストと共にレジスト上のＰＺＴ膜を除去し、アニールし、ＳＵＳ基板の裏面を選択エッチングにより穿孔加工して、圧力室を形成するという複雑な工程であるため、工数が多くなり、コストがかかるという問題がある。

特許文献３では、ガラス薄膜が形成される各プレート部材の材料として、フィライト系ステンレス鋼ＳＵＳ４４６や、ニッケル２９％、コバルト１７％を含有した鉄−ニッケル−コバルト合金（商品名：コバール）等が使用されており、各プレート部材の接合時に加熱される温度は４００℃以下である。そのため、ＡＤ法により成膜された圧電体のような６００℃以上のアニールを必要とする工程と、ガラス接合を行う工程とを同時に行うことができず、全体の工程が複雑になるという問題がある。特に、プレート部材がセラミックスのグリーンシートで構成される場合には、前述したように、焼成によってグリーンシートが熱収縮して、グリーンシートに形成された凹部又は貫通孔の寸法精度が低下してしまう。特に、セラミックスの熱収縮によって、各圧力室の寸法精度が低下して、各圧力室の容積にばらつきが生じると、各ノズルから吐出されるインク滴の吐出量や吐出速度等の吐出性能に影響が及んで印字品質の低下を招いてしまうという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、液体吐出ヘッドの製造工程を簡素化すると共に、印字品質の良い液体吐出ヘッドを提供することを目的する。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、液体を吐出するノズルと、前記ノズルに連通し前記液体が充填される圧力室と、前記圧力室の壁面の少なくとも一面を構成し、圧電素子の変位により前記圧力室に充填される液体に圧力変化を生じさせる振動板とを備えた液体吐出ヘッドの製造方法であって、複数のセラミックスのグリーンシートを焼成した複数の焼結体に対して、少なくとも前記圧力室に相当する凹部又は貫通孔を形成する圧力室形成工程と、前記複数の焼結体のうち前記振動板に相当する前記焼結体に対して、ＡＤ法により前記圧電素子を構成する圧電体を成膜する圧電体形成工程と、前記複数の焼結体の表面にガラス層を形成し前記複数の焼結体を積層する積層工程と、積層された前記複数の焼結体を所定の温度で加熱して、前記複数の焼結体のガラス接合と前記圧電体のアニールを同時に行う加熱工程と、を有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法を提供する。

本発明によれば、複数のセラミックスのグリーンシートの焼結体に対して圧力室に相当する凹部又は貫通孔を加工し、これらを積層してガラス接合することによって圧力室が形成される。従って、セラミックスのグリーンシートに対して圧力室に相当する凹部又は貫通孔を加工してから積層して焼成する場合と違って、セラミックスの熱収縮による圧力室の寸法精度の低下がなく、印字品質を向上させることができる。また複数の焼結体のガラス接合と圧電体のアニールは同時に行われるため、液体吐出ヘッドの製造工程が簡素になり、製造コストを低減することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記圧力室形成工程は、前記複数の焼結体のうち少なくとも１つの焼結体に対して前記ノズルを形成することを特徴とする。

請求項２の態様によれば、液体吐出ヘッドの製造工程をさらに簡素にすることができる。

前記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、液体を吐出するノズルと、前記ノズルに連通し前記液体が充填される圧力室と、前記圧力室の壁面の少なくとも一面を構成し、圧電素子の変位により前記圧力室に充填される液体に圧力変化を生じさせる振動板と、を備えた液体吐出ヘッドであって、前記圧力室の隔壁は、複数のセラミックスのグリーンシートの焼結体を積層しガラス接合した構造を有し、前記圧電素子は、ＡＤ法により成膜されアニールされた圧電体を有し、前記複数の焼結体に対するガラス接合と前記圧電体に対するアニールは、略同時に加熱されたことを特徴とする。

本発明によれば、セラミックスの熱収縮による圧力室の寸法精度の低下がなく、印字品質の向上を図ることができる。

本発明によれば、複数のセラミックスのグリーンシートの焼結体に対して圧力室に相当する凹部又は貫通孔を加工し、これらを積層してガラス接合することによって圧力室が形成される。従って、セラミックスのグリーンシートに対して圧力室に相当する凹部又は貫通孔を加工してから積層して焼成する場合と違って、セラミックスの熱収縮による圧力室の寸法精度の低下がなく、印字品質を向上させることができる。また複数の焼結体のガラス接合と圧電体のアニールは同時に行われるため、液体吐出ヘッドの製造工程が簡素になり、製造コストを低減することができる。

以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。

〔インクジェット記録装置の全体構成〕
図１は、本発明が適用される画像形成装置の一実施形態であるインクジェット記録装置の全体概略図である。図１に示すように、このインクジェット記録装置１０は、インクの色毎に設けられた複数の印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙを有する印字部１２と、各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵／装填部１４と、記録紙１６を供給する給紙部１８と、記録紙１６のカールを除去するデカール処理部２０と、前記印字部１２のノズル面（インク吐出面）に対向して配置され、記録紙１６の平面性を保持しながら記録紙１６を搬送する吸着ベルト搬送部２２と、印字部１２による印字結果を読み取る印字検出部２４と、印画済みの記録紙（プリント物）を外部に排紙する排紙部２６と、を備えている。

図１では、給紙部１８の一例としてロール紙（連続用紙）のマガジンが示されているが、紙幅や紙質等が異なる複数のマガジンを併設してもよい。また、ロール紙のマガジンに代えて、又はこれと併用して、カット紙が積層装填されたカセットによって用紙を供給してもよい。

ロール紙を使用する装置構成の場合、図１のように、裁断用のカッター２８が設けられており、該カッター２８によってロール紙は所望のサイズにカットされる。カッター２８は、記録紙１６の搬送路幅以上の長さを有する固定刃２８Ａと、該固定刃２８Ａに沿って移動する丸刃２８Ｂとから構成されており、印字裏面側に固定刃２８Ａが設けられ、搬送路を挟んで印字面側に丸刃２８Ｂが配置されている。なお、カット紙を使用する場合には、カッター２８は不要である。

複数種類の記録紙を利用可能な構成にした場合、紙の種類情報を記録したバーコードあるいは無線タグ等の情報記録体をマガジンに取り付け、その情報記録体の情報を所定の読取装置によって読み取ることで、使用される用紙の種類を自動的に判別し、用紙の種類に応じて適切なインク吐出を実現するようにインク吐出制御を行うことが好ましい。

給紙部１８から送り出される記録紙１６はマガジンに装填されていたことによる巻き癖が残り、カールする。このカールを除去するために、デカール処理部２０においてマガジンの巻き癖方向と逆方向に加熱ドラム３０で記録紙１６に熱を与える。このとき、多少印字面が外側に弱いカールとなるように加熱温度を制御するとより好ましい。

デカール処理後、カットされた記録紙１６は、吸着ベルト搬送部２２へと送られる。吸着ベルト搬送部２２は、ローラー３１、３２間に無端状のベルト３３が巻き掛けられた構造を有し、少なくとも印字部１２のノズル面及び印字検出部２４のセンサ面に対向する部分が平面（フラット面）をなすように構成されている。

ベルト３３は、記録紙１６の幅よりも広い幅寸法を有しており、ベルト面には多数の吸引孔（不図示）が形成されている。図１に示したとおり、ローラー３１、３２間に掛け渡されたベルト３３の内側において印字部１２のノズル面及び印字検出部２４のセンサ面に対向する位置には吸着チャンバー３４が設けられており、この吸着チャンバー３４をファン３５で吸引して負圧にすることによってベルト３３上の記録紙１６が吸着保持される。

ベルト３３が巻かれているローラー３１、３２の少なくとも一方にモータ（不図示）の動力が伝達されることにより、ベルト３３は図１において、時計回り方向に駆動され、ベルト３３上に保持された記録紙１６は、図１の左から右へと搬送される。

縁無しプリント等を印字するとベルト３３上にもインクが付着するので、ベルト３３の外側の所定位置（印字領域以外の適当な位置）にベルト清掃部３６が設けられている。ベルト清掃部３６の構成について詳細は図示しないが、例えば、ブラシ・ロール、吸水ロール等をニップする方式、清浄エアーを吹き掛けるエアーブロー方式、あるいはこれらの組み合わせなどがある。清掃用ロールをニップする方式の場合、ベルト線速度とローラー線速度を変えると清掃効果が大きい。

なお、吸着ベルト搬送部２２に代えて、ローラー・ニップ搬送機構を用いる態様も考えられるが、印字領域をローラー・ニップ搬送すると、印字直後に用紙の印字面にローラーが接触するので、画像が滲み易いという問題がある。従って、本例のように、印字領域では画像面と接触させない吸着ベルト搬送が好ましい。

吸着ベルト搬送部２２により形成される用紙搬送路上において印字部１２の上流側には、加熱ファン４０が設けられている。加熱ファン４０は、印字前の記録紙１６に加熱空気を吹きつけ、記録紙１６を加熱する。印字直前に記録紙１６を加熱しておくことにより、インクが着弾後乾き易くなる。

印字部１２は、最大紙幅に対応する長さを有するライン型ヘッドを紙搬送方向（副走査方向）と直交する方向（主走査方向）に配置した、いわゆるフルライン型のヘッドとなっている。

すなわち、印字部１２を構成する各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙは、本インクジェット記録装置１０が対象とする最大サイズの記録紙１６の少なくとも一辺を超える長さにわたってインクの吐出口（ノズル）が複数配列されたライン型ヘッドで構成されている。

記録紙１６の搬送方向（紙搬送方向）に沿って上流側（図１の左側）から黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の順に各色インクに対応した印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙが配置されている。記録紙１６を搬送しつつ各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙからそれぞれ色インクを吐出することにより記録紙１６上にカラー画像を形成し得る。

このように、紙幅の全域をカバーするフルラインヘッドがインク色毎に設けられてなる印字部１２によれば、紙搬送方向（副走査方向）について記録紙１６と印字部１２を相対的に移動させる動作を一回行うだけで（すなわち、一回の副走査で）記録紙１６の全面に画像を記録することができる。これにより、印字ヘッドが紙搬送方向と直交する方向（主走査方向）に往復動作するシャトル型ヘッドに比べて高速印字が可能であり、生産性を向上させることができる。

なお、ここで主走査方向及び副走査方向とは、次に言うような意味で用いる。すなわち、記録紙の全幅に対応したノズル列を有するフルラインヘッドで、ノズルを駆動する時、（１）全ノズルを同時に駆動するか、（２）ノズルを片方から他方に向かって順次駆動するか、（３）ノズルをブロックに分割して、ブロックごとに片方から他方に向かって順次駆動するか、等のいずれかのノズルの駆動が行われ、用紙の幅方向（記録紙の搬送方向と直交する方向）に１ライン（１列のドットによるライン又は複数列のドットから成るライン）の印字をするようなノズルの駆動を主走査と定義する。そして、この主走査によって記録される１ライン（帯状領域の長手方向）の示す方向を主走査方向という。

一方、上述したフルラインヘッドと記録紙とを相対移動することによって、上述した主走査で形成された１ライン（１列のドットによるライン又は複数列のドットから成るライン）の印字を繰り返し行うことを副走査と定義する。そして、副走査を行う方向を副走査方向という。結局、記録紙の搬送方向が副走査方向であり、それに直交する方向が主走査方向ということになる。

また本例では、ＫＣＭＹの標準色（４色）の構成を例示したが、インク色や色数の組み合わせについては本実施形態には限定されず、必要に応じて淡インク、濃インクを追加してもよい。例えば、ライトシアン、ライトマゼンタ等のライト系インクを吐出する印字ヘッドを追加する構成も可能である。

図１に示したように、インク貯蔵／装填部１４は、各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙに対応する色のインクを貯蔵するタンクを有し、各タンクは図示を省略した管路を介して各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙと連通されている。また、インク貯蔵／装填部１４は、インク残量が少なくなるとその旨を報知する報知手段（表示手段、警告音発生手段等）を備えるとともに、色間の誤装填を防止するための機構を有している。

印字検出部２４は、印字部１２の打滴結果を撮像するためのイメージセンサ（ラインセンサ等）を含み、該イメージセンサによって読み取った打滴画像からノズルの目詰まりその他の吐出不良をチェックする手段として機能する。

本例の印字検出部２４は、少なくとも各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙによるインク吐出幅（画像記録幅）よりも幅の広い受光素子列を有するラインセンサで構成される。このラインセンサは、赤（Ｒ）の色フィルタが設けられた光電変換素子（画素）がライン状に配列されたＲセンサ列と、緑（Ｇ）の色フィルタが設けられたＧセンサ列と、青（Ｂ）の色フィルタが設けられたＢセンサ列とからなる色分解ラインＣＣＤセンサで構成されている。なお、ラインセンサに代えて、受光素子が二次元配列されて成るエリアセンサを用いることも可能である。

印字検出部２４は、各色の印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙにより印字されたテストパターンを読み取り、各ヘッドの吐出検出を行う。吐出判定は、吐出の有無、ドットサイズの測定、ドット着弾位置の測定等で構成される。

印字検出部２４の後段には、後乾燥部４２が設けられている。後乾燥部４２は、印字された画像面を乾燥させる手段であり、例えば、加熱ファンが用いられる。印字後のインクが乾燥するまでは印字面と接触することは避けたほうが好ましいので、熱風を吹きつける方式が好ましい。

多孔質のペーパに染料系インクで印字した場合などでは、加圧によりペーパの孔を塞ぐことでオゾンなど、染料分子を壊す原因となるものと接触することを防ぐことで画像の耐候性がアップする効果がある。

後乾燥部４２の後段には、加熱・加圧部４４が設けられている。加熱・加圧部４４は、画像表面の光沢度を制御するための手段であり、画像面を加熱しながら所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラー４５で加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。

このようにして生成されたプリント物は、排紙部２６から排出される。本来プリントすべき本画像（目的の画像を印刷したもの）とテスト印字とは分けて排出することが好ましい。このインクジェット記録装置１０では、本画像のプリント物と、テスト印字のプリント物とを選別してそれぞれの排出部２６Ａ、２６Ｂへと送るために排紙経路を切り換える選別手段（不図示）が設けられている。なお、大きめの用紙に本画像とテスト印字とを同時に並列に形成する場合は、カッター（第２のカッター）４８によってテスト印字の部分を切り離す。カッター４８は、排紙部２６の直前に設けられており、画像余白部にテスト印字を行った場合に、本画像とテスト印字部を切断するためのものである。カッター４８の構造は前述した第１のカッター２８と同様であり、固定刃４８Ａと丸刃４８Ｂとから構成されている。

また、図示を省略したが、本画像の排出部２６Ａには、オーダー別に画像を集積するソーターが設けられている。

〔印字ヘッドの構造〕
次に、印字ヘッドの構造について説明する。インク色毎に設けられている各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙの構造は共通しているので、以下、これらを代表して符号５０によって印字ヘッドを表すものとする。

図２は、印字ヘッド５０の構造例を示す平面透視図である。記録紙面上に印字されるドットピッチを高密度化するためには、印字ヘッド５０におけるノズルピッチを高密度化する必要がある。本例の印字ヘッド５０は、図２に示したように、インク滴を吐出するノズル５１と、各ノズル５１に対応する圧力室５２等からなる複数のインク室ユニット５４を千鳥でマトリクス状（２次元的）に配置させた構造を有し、これにより、印字ヘッド５０の長手方向（紙送り方向と直交する方向）に沿って並ぶように投影される実質的なノズル間隔（投影ノズルピッチ）の高密度化を達成している。

各ノズル５１に対応して設けられている圧力室５２は、その平面形状が概略正方形となっており、対角線上の両隅部にノズル５１とインク供給口５３が設けられている。

図３は、図２中３−３線に沿う断面図である。図３に示すように、本例の印字ヘッド５０は、複数のプレート部材が積層された構造を有する。すなわち図３の下層から順番に、ノズルプレート６０、ノズル流路プレート６２、圧力室プレート６４、６６及び振動板（振動プレート）５６の５枚のプレート部材が積層状に構成されている。ノズルプレート６０を除く各プレート部材（ノズル流路プレート６２、圧力室プレート６４、６６、振動板５６）は、圧力室５２の隔壁を構成している。

ノズルプレート６０に形成されているノズル５１は、ノズル流路６８を介して圧力室５２と連通し、さらに圧力室５２はインク供給口５３を介して共通液室５５と連通している。共通液室５５はインク供給源たるインクタンク（不図示）と連通しており、インクタンク内に蓄積されているインクは、共通液室５５を介して圧力室５２に供給される。

圧力室５２の天面（上壁面）を構成している振動板５６には、圧電体５９とその表面に形成された個別電極５７から成る圧電素子５８が設けられている。なお、振動板５６は共通電極を兼ねている。圧電体５９は、後述するように、ＡＤ法（エアロゾルデポジション法）により成膜されたものである。個別電極５７に駆動電圧を印加することによって圧電素子が変形して圧力室５２の容積が変化し、これに伴う圧力変化によりノズル５１からインク滴が吐出される。インク吐出後、共通液室５５からインク供給口５３を通って新しいインクが圧力室に供給される。

〔印字ヘッドの製造方法〕
次に、印字ヘッド５０の製造方法について、図４の印字ヘッド５０の製造の流れを示したフロー図に基づいて説明する。なお、ここでは説明の便宜上、図３に示した断面図と同じ積層構造を有し、ノズル５１が１列に１次元状に配列された印字ヘッド５０を例にとって、その製造方法を説明するが、図２に示すようにノズル５１が２次元マトリクス状に配列された場合についても同様である。

まず、セラミックスのグリーンシートを複数作製する（ステップＳ１０）。セラミックスの材料としては、ジルコニア、アルミナ、窒化アルミニウム、炭化珪素等が用いられる。次に、ステップＳ１０において作製された各グリーンシートをそれぞれ焼成して、セラミックスシート（焼結体）を作製する（ステップＳ１２）。図５に示すように、本実施形態では５枚のセラミックスシート７０を作製する。これらは、図３に示したノズルプレート６０、ノズル流路プレート６２、圧力室プレート６４、６６及び振動板５６に相当するものである。

次に、各セラミックスシート７０に対して微細加工を行う（ステップＳ１４）。図６（ａ）〜（ｅ) は、微細加工された各セラミックスシート７０（７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ、７０Ｄ、７０Ｅ）の平面図である。以下、各図におけるセラミックスシート７０の形状について簡単に説明する。

図６（ａ）のセラミックスシート７０Ａは、ノズルプレート６０に相当し、長手方向に沿って１列に一定間隔で配列されたノズル５１に相当する５つのノズル孔７２が穿設される。またセラミックスシート７０の各隅部に他のセラミックスシート７０との位置決めを行うための位置決め孔７４が穿設される。

図６（ｂ）のセラミックスシート７０Ｂは、ノズル流路プレート６２に相当し、長手方向に沿って１列に一定間隔で配列されたノズル流路６８（図３参照）に相当するノズル流路孔７６が穿設される。各ノズル流路孔７６は、セラミックスシート７０Ａの各ノズル孔７２に対応するように形成されている。また位置決め孔７４、及びノズル流路孔７６の列方向に長く延びた矩形状の共通液室孔７８が穿設される。共通液室孔７８は、後述するセラミックスシート７０Ｃ、７０Ｄの共通液室孔７８と共に、共通液室５５（図３参照）を構成する。

図６（ｃ）のセラミックスシート７０Ｃは、圧力室プレート６４に相当し、ノズル孔７２及びノズル流路孔７６に対応するようにして、長手方向に沿って一列に一定間隔で配列された圧力室孔８０が穿設される。各圧力室孔８０は、圧力室５２（図３参照）に相当し、圧力室孔８０の列方向と直交する方向に長い矩形状に構成されている。またセラミックスシート７０Ｂと同様に、位置決め孔７４及び共通液室孔７８が穿設される。

図６（ｄ）のセラミックスシート７０Ｄは、圧力室プレート６６に相当し、セラミックスシート７０Ｃと同様に、圧力室孔８０、共通液室孔７８及び位置決め孔７４が穿設され、さらに圧力室孔８０には共通液室孔７８側に細長く延びた細孔８２が一体的に形成される。細孔８２は、インク供給口５３（図３参照）に相当する。

図６（ｅ) のセラミックスシート７０Ｅは、振動板５６に相当し、各隅部に位置決め孔７４が穿設される。

このように各セラミックスシート７０（７０Ａ〜７０Ｅ）に対して微細加工した後に、振動板５６に相当するセラミックスシート７０Ｅの表面全体に共通電極９２を形成し、共通電極９２上にＡＤ法（エアロゾルデポジション法）により圧電体を成膜し、さらに、圧電体の表面に個別電極５７を形成する（ステップＳ１６）。なお、共通電極９２及び個別電極５７は、スクリーン印刷、スパッタ、蒸着法等によって形成する。図７は、圧電体が成膜されたセラミックスシート７０Ｅの平面図である。同図に示すように、セラミックスシート７０Ｅの表面に形成された共通電極９２上には、セラミックスシート７０Ｃ、７０Ｄの各圧力室孔８０（図６（ｃ）、（ｄ）参照）に対応するようにして、長手方向に沿って一列に一定間隔で配列された圧電体５９が形成され、さらに各圧電体５９の表面に個別電極５７が形成される。

次に、各セラミックスシート７０（７０Ａ〜７０Ｅ）の各セラミックスシート７０を積層した場合に他のセラミックスシート７０との接合面となる面にガラス層を形成する（ステップＳ１８）。図８は、各セラミックスシート７０が積層される様子を表した説明図である。同図に示すように、ノズルプレート６０に相当するセラミックスシート７０Ａのインク吐出方向のインク吐出面６０Ａと、振動板５６に相当するセラミックスシート７０Ｅの圧電体５９が形成される面５６Ａを除いて、セラミックスシート７０（７０Ａ〜７０Ｅ）の各面にガラス層９０が形成される。なお本例では、このように対向する接合面の両方にガラス層９０を形成しているが、対向する接合面のいずれか一方にガラス層９０を形成してもよい。

各セラミックスシート７０の表面にガラス層を形成する方法としては、特開２００３−６３０１７に記載されている公知の方法が用いられる。すなわち、浸漬法、スクリーン印刷法、ドクターブレード法、フォトスピン法、電気泳動付着法等の方法が好適に用いられる。また、各セラミックスシート７０の表面に所定形状に加工されたガラス薄板を接合してもよい。

ガラスの原料は、ＡＤ法により成膜された圧電体５９のアニールに必要な温度（６００度以上）で軟化するものを使用する。すなわち、ＳｉＯ２、Ｐｂ０、Ｂ２０３、Ａｌ２０３のいずれかを含む組成のものであって、セラミックス材料（ジルコニア、アルミナ、窒化アルミニウム、炭化珪素）の熱膨張係数と近いものを用いる。

なおノズルプレート６０に相当するセラミックスシート７０Ａのインク吐出面６０Ａには撥水処理を施しておくことが好ましい。ノズル面６０Ａに付着した微小液滴やゴミ等をブレード等で除去しやすくなり、ノズル５１の吐出不良を防止することができる。

このように各セラミックスシート７０の表面にガラス層９０を形成した後に、図８に示すように、各セラミックスシート７０を積層する（ステップＳ２０）。このとき各セラミックスシート７０の位置決め孔７４（図６参照）を利用して、各セラミックスシート７０のノズル孔７２、ノズル流路孔７６、圧力室孔８０、細孔８２、共通液室孔７８が所定の位置で重なるように積層することにより、積層ずれによる印字ヘッド５０のインク流路（圧力室５２、共通液室５５、ノズル５１等）の寸法精度の低下を防止できる。

次に、図８の如く積層されたセラミックシート７０に対して、大気中で積層方向に加圧しながら、所定の温度で加熱を行い、積層されたセラミックスシート７０をガラス接合すると共に、ＡＤ法により成膜された圧電体５９のアニールを行う（ステップＳ２２）。このときの加熱温度は、ガラス接合とアニールを同時に行うことができる温度として、６００℃以上１２００℃以下であることが望ましい。これにより、セラミックシート表面のガラス層同士が焼結固着され、各セラミックシート７０が積層接合される。また圧電体５９のアニールも行われる。その後、ゆっくりと冷却すると、図２に示した印字ヘッド５０が製造される。

本実施形態では、複数のセラミックスのグリーンシートの焼結体であるセラミックスシート７０に対して、印字ヘッド５０のインク流路（圧力室５２、共通液室５５、ノズル５１等）に相当する凹部又は貫通孔を微細加工し、これらを積層してガラス接合することによって、印字ヘッド５０のインク流路が形成される。従って、セラミックスのグリーンシートに対してインク流路に相当する凹部又は貫通孔を加工してから積層して焼成する場合と違って、セラミックスの熱収縮によるインク流路の寸法精度の低下がない。

特に本実施形態では、圧力室５２の寸法精度が良いので、各圧力室５２の容積にばらつきがなくなり、各ノズル５１から吐出されるインク滴の吐出量や吐出速度等の吐出性能が均一となり、印字品質を向上することができる。特に、ノズル５１を高密度化する場合においても、各圧力室５２の容積のばらつきを抑えることができ、印字品質の向上を図ることができる。

また本実施形態では、各セラミックスシート７０のガラス接合と、ＡＤ法により成膜された圧電体５９のアニールを一度に実施できるため、印字ヘッド５０の製造工程が簡素になり、製造コストを低減することが可能となる。

また本実施形態では、セラミックスシート７０を用いることによって、セラミックスシート７０のガラス接合と同時に行われる圧電体５９のアニールを高温で実施することが可能となり、ＡＤ法により成膜された圧電体５９のｄ定数、機械的強度、耐圧等の特性を向上させやすい。また圧電体のアニール以外の高温プロセスを必要とする後処理も可能となる。

以上、本発明の液体吐出ヘッド及び液体吐出ヘッドの製造方法について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。

インクジェット記録装置の全体概略図である。 印字ヘッドの構造例を示す平面透視図である。 図２中３−３線に沿う断面図である。 印字ヘッドの製造の流れを表すフロー図である。 セラミックスシートの説明図である。 （ａ）〜（ｅ）は、微細加工した後のセラミックシートの平面図である。 圧電体が成膜された後の状態を表すセラミックシートの平面図である。 各セラミックスシートが積層される様子を表した説明図である。 従来の印字ヘッドの製造の流れを表すフロー図である。

符号の説明

１０…インクジェット記録装置、５０…印字ヘッド、５０Ａ…ノズル面、５１…ノズル、５２…圧力室、５３…インク供給口、５５…共通液室、５６…振動板、５７…個別電極、５８…圧電素子、５９…圧電体、６０…ノズルプレート、６２…ノズル流路プレート、６４、６６…圧力室プレート、７０…セラミックスシート、９０…ガラス層、９２…共通電極

Claims (3)

1. 液体を吐出するノズルと、前記ノズルに連通し前記液体が充填される圧力室と、前記圧力室の壁面の少なくとも一面を構成し、圧電素子の変位により前記圧力室に充填される液体に圧力変化を生じさせる振動板とを備えた液体吐出ヘッドの製造方法であって、
   複数のセラミックスのグリーンシートを焼成した複数の焼結体に対して、少なくとも前記圧力室に相当する凹部又は貫通孔を形成する圧力室形成工程と、
   前記複数の焼結体のうち前記振動板に相当する前記焼結体に対して、ＡＤ法により前記圧電素子を構成する圧電体を成膜する圧電体形成工程と、
   前記複数の焼結体の表面にガラス層を形成し前記複数の焼結体を積層する積層工程と、
   積層された前記複数の焼結体を所定の温度で加熱して、前記複数の焼結体のガラス接合と前記圧電体のアニールを同時に行う加熱工程と、を有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
2. 前記圧力室形成工程は、前記複数の焼結体のうち少なくとも１つの焼結体に対して前記ノズルを形成することを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
3. 液体を吐出するノズルと、
   前記ノズルに連通し前記液体が充填される圧力室と、
   前記圧力室の壁面の少なくとも一面を構成し、圧電素子の変位により前記圧力室に充填される液体に圧力変化を生じさせる振動板と、を備えた液体吐出ヘッドであって、
   前記圧力室の隔壁は、複数のセラミックスのグリーンシートの焼結体を積層しガラス接合した構造を有し、
   前記圧電素子は、ＡＤ法により成膜されアニールされた圧電体を有し、
   前記複数の焼結体に対するガラス接合と前記圧電体に対するアニールは、略同時に加熱されたことを特徴とする液体吐出ヘッド。

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