JP2008114555A - 液体噴射ヘッドユニットの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】液体噴射特性を均一化して、液体噴射特性を向上することができると共に製造コストを低減した液体噴射ヘッドユニットの製造方法を提供する。
【解決手段】液体を噴射するノズル開口２１に連通する圧力発生室１２が設けられた流路形成基板１０と、該流路形成基板１０に振動板を介して設けられた下電極６０、分極−電界におけるヒステリシス特性を有する圧電体層７０及び上電極８０からなる圧電素子３００とを具備するインクジェット式記録ヘッド２２０である液体噴射ヘッドが複数組み合わせられた液体噴射ヘッドユニットの製造方法であって、前記液体噴射ヘッドの前記圧電体層７０の抗電界を取得すると共に、取得した前記抗電界に応じて液体噴射ヘッドをランク分けし、該ランク毎に前記液体噴射ヘッドを組み合わせる。
【選択図】図５
【解決手段】液体を噴射するノズル開口２１に連通する圧力発生室１２が設けられた流路形成基板１０と、該流路形成基板１０に振動板を介して設けられた下電極６０、分極−電界におけるヒステリシス特性を有する圧電体層７０及び上電極８０からなる圧電素子３００とを具備するインクジェット式記録ヘッド２２０である液体噴射ヘッドが複数組み合わせられた液体噴射ヘッドユニットの製造方法であって、前記液体噴射ヘッドの前記圧電体層７０の抗電界を取得すると共に、取得した前記抗電界に応じて液体噴射ヘッドをランク分けし、該ランク毎に前記液体噴射ヘッドを組み合わせる。
【選択図】図５
Description
本発明は、液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板の一方面側に下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子を具備する液体噴射ヘッドを複数組み合わせた液体噴射ヘッドユニットの製造方法に関し、特に、液体としてインクを吐出するインクジェット式記録ヘッドを複数組み合わせたインクジェット式記録ヘッドユニットの製造方法に関する。
例えば、複数のインクジェット式記録ヘッドを具備するインクジェット式記録ヘッドユニット（以下、ヘッドユニットと言う）としては、インクが充填されたインクカートリッジ等から供給されるインクをノズル開口から吐出する複数のインクジェット式記録ヘッドと、このインクジェット式記録ヘッドのインク吐出面とは反対側に接合されるヘッドケースと、記録ヘッド本体及びヘッドケースを複数個保持するカートリッジケースとを有するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、インクジェット式記録ヘッドとしては、例えば、インクを吐出するノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板と、流路形成基板の一方面側に振動板を介して設けられた下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを具備し、圧電素子の上電極と下電極との間に電圧を印加することによって、圧電体層を撓み変形させて圧力発生室にノズル開口からインクを吐出する圧力変化を生じさせるものである。
このようなインクジェット式記録ヘッドに用いられる圧電素子の圧電体層は、誘電材料からなり、分極−電界におけるヒステリシス特性を有することが知られている。
また、２つの抗電界が同一の電界極性に位置した圧電体層に、抗電界以上の電界強度となる電圧を印加するものが提案されている（特許文献２参照）。
しかしながら、圧電体層の抗電界にはばらつきがあるため、抗電界のばらつきの大きな圧電体層が設けられたインクジェット式記録ヘッドを複数組み合わせてインクジェット式記録ヘッドユニットを製造した場合には、同一の駆動波形で複数のインクジェット式記録ヘッドを駆動すると、異なるインクジェット式記録ヘッドの圧電素子の変位特性を均一化することができず、複数のインクジェット式記録ヘッドのインク吐出特性を均一化することができないという問題がある。
また、１つのヘッドユニットに対して、抗電界にばらつきのある複数のインクジェット式記録ヘッドを異なる駆動波形で駆動するように設定するのは煩雑であると共に、製造コストが増大してしまうという問題がある。
さらに、特許文献２のように、圧電体層のヒステリシス特性における２つの抗電界が同一の電界極性に位置している場合でも、同様の問題が発生する。
なお、このような問題は、インクを吐出するインクジェット式記録ヘッドを複数組み合わせたインクジェット式記録ヘッドユニットの製造方法だけではなく、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドを複数組み合わせた液体噴射ヘッドユニットの製造方法において同様に存在する。
本発明はこのような事情に鑑み、液体噴射特性を均一化して、液体噴射特性を向上することができると共に製造コストを低減した液体噴射ヘッドユニットの製造方法を提供することを課題とする。
本発明の態様は、液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板と、該流路形成基板に振動板を介して設けられた下電極、分極−電界におけるヒステリシス特性を有する圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを具備する液体噴射ヘッドが複数組み合わせられた液体噴射ヘッドユニットの製造方法であって、前記液体噴射ヘッドの前記圧電体層の抗電界を取得すると共に、取得した前記抗電界に応じて前記液体噴射ヘッドをランク分けし、該ランク毎に前記液体噴射ヘッドを組み合わせることを特徴とする液体噴射ヘッドユニットの製造方法にある。
かかる態様では、１つの液体噴射ヘッドユニット内の複数の液体噴射ヘッドの抗電界のばらつきを小さくすることができるため、同一の駆動電圧パルスを複数の液体噴射ヘッドに印加するだけで、１つの液体噴射ヘッドユニット内で複数の液体噴射ヘッドの液体噴射特性を均一化することができると共に、液体噴射特性を向上することができる。また、１つの液体噴射ヘッドユニットの複数の液体噴射ヘッドに同一の駆動電圧パルスを印加することができるため、製造コストを低減することができる。
かかる態様では、１つの液体噴射ヘッドユニット内の複数の液体噴射ヘッドの抗電界のばらつきを小さくすることができるため、同一の駆動電圧パルスを複数の液体噴射ヘッドに印加するだけで、１つの液体噴射ヘッドユニット内で複数の液体噴射ヘッドの液体噴射特性を均一化することができると共に、液体噴射特性を向上することができる。また、１つの液体噴射ヘッドユニットの複数の液体噴射ヘッドに同一の駆動電圧パルスを印加することができるため、製造コストを低減することができる。
ここで、前記圧電体層がチタン酸ジルコン酸鉛であることが好ましい。これによれば、分極−電界における非対称のヒステリシス特性を有する圧電体層に用いることができる。
また、前記抗電界が、前記圧電体層に印加する電圧を変化させて当該圧電体層の変位が反転する分極点を測定することで取得することが好ましい。これによれば、圧電体層の変位が反転する分極点を測定することで、抗電界を取得することができる。
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る液体噴射ヘッドユニットの一例であるインクジェット式記録ヘッドユニットを示す分解斜視図であり、図２は、インクジェット式記録ヘッドユニットの組立斜視図であり、図３は、その要部断面図である。図１に示すように、液体噴射ヘッドユニットの一例であるインクジェット式記録ヘッドユニット２００（以下、ヘッドユニット２００と言う）を構成する保持部材であるカートリッジケース２１０は、インク供給手段（液体供給手段）であるインクカートリッジ（図示なし）がそれぞれ装着されるカートリッジ装着部２１１を有する。例えば、本実施形態では、インクカートリッジは、ブラック及び３色のカラーインクが充填された別体で構成され、カートリッジケース２１０には、各色のインクカートリッジがそれぞれ装着される。また、カートリッジケース２１０の底面には、図３に示すように、一端が各カートリッジ装着部２１１に開口し、他端が後述するヘッドケース側に開口する複数のインク連通路２１２が設けられている。さらに、カートリッジ装着部２１１のインク連通路２１２の開口部分には、インクカートリッジのインク供給口に挿入されるインク供給針２１３が、インク内の気泡や異物を除去するためにインク連通路２１２に形成されたフィルタ（図示なし）を介して固定されている。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る液体噴射ヘッドユニットの一例であるインクジェット式記録ヘッドユニットを示す分解斜視図であり、図２は、インクジェット式記録ヘッドユニットの組立斜視図であり、図３は、その要部断面図である。図１に示すように、液体噴射ヘッドユニットの一例であるインクジェット式記録ヘッドユニット２００（以下、ヘッドユニット２００と言う）を構成する保持部材であるカートリッジケース２１０は、インク供給手段（液体供給手段）であるインクカートリッジ（図示なし）がそれぞれ装着されるカートリッジ装着部２１１を有する。例えば、本実施形態では、インクカートリッジは、ブラック及び３色のカラーインクが充填された別体で構成され、カートリッジケース２１０には、各色のインクカートリッジがそれぞれ装着される。また、カートリッジケース２１０の底面には、図３に示すように、一端が各カートリッジ装着部２１１に開口し、他端が後述するヘッドケース側に開口する複数のインク連通路２１２が設けられている。さらに、カートリッジ装着部２１１のインク連通路２１２の開口部分には、インクカートリッジのインク供給口に挿入されるインク供給針２１３が、インク内の気泡や異物を除去するためにインク連通路２１２に形成されたフィルタ（図示なし）を介して固定されている。
また、このようなカートリッジケース２１０の底面側には、複数の圧電素子３００を有すると共に、カートリッジケース２１０とは反対側の端面に圧電素子３００の駆動によってノズル開口２１からインク滴を吐出するインクジェット式記録ヘッド２２０が固定されるヘッドケース２３０を有する。本実施形態では、インクカートリッジの各色のインクを吐出するインクジェット式記録ヘッド２２０がインク色毎に対応して複数設けられ、ヘッドケース２３０も各インクジェット式記録ヘッド２２０に対応してそれぞれ独立して複数設けられている。
ここで、カートリッジケース２１０に搭載される本実施形態の液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッド２２０及びヘッドケース２３０について説明する。図４は、インクジェット式記録ヘッド及びヘッドケースの要部の分解斜視図であり、図５は、インクジェット式記録ヘッドの断面図である。
図４及び図５に示すように、インクジェット式記録ヘッド２２０を構成する流路形成基板１０は、本実施形態では、シリコン単結晶基板からなり、その一方面には予め熱酸化により形成した二酸化シリコンからなる弾性膜５０が形成されている。この流路形成基板１０には、その他方面側から異方性エッチングすることにより、複数の隔壁によって区画された圧力発生室１２が、幅方向に並設された列が２列形成されている。また、各列の圧力発生室１２の長手方向外側には、後述する保護基板３０に設けられるリザーバ部３１と連通し、各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１００を構成する連通部１３が形成されている。また、連通部１３は、インク供給路１４と連通路１５とを介して圧力発生室１２の長手方向一端部とそれぞれ連通されている。ここで、連通路１５は、圧力発生室１２と同じ幅で形成されており、インク供給路１４は、圧力発生室１２の幅方向を絞ることで所定の流路抵抗を与えるように設けられている。
また、流路形成基板１０の開口面側には、各圧力発生室１２の連通路１５とは反対側で連通するノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が接着剤や熱溶着フィルム等を介して固着されている。すなわち、本実施形態では、１つのインクジェット式記録ヘッド２２０にノズル開口２１の並設されたノズル列２１Ａが２列設けられている。なお、ノズルプレート２０は、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板又はステンレス鋼などからなる。
一方、流路形成基板１０の開口面とは反対側には、二酸化シリコンからなり厚さが例えば、約１．０μｍの弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、例えば、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）等からなり厚さが例えば、０．３〜０．４μｍの絶縁体膜５５が積層形成されている。また、絶縁体膜５５上には、厚さが約０．１〜０．５μｍの下電極膜６０と、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の誘電材料からなり厚さが例えば、約１．１μｍの圧電体層７０と、厚さが例えば、約０．０５μｍの上電極膜８０とが積層形成されて圧電素子３００を構成している。ここで、圧電素子３００は、下電極膜６０、圧電体層７０及び上電極膜８０を含む部分をいう。一般的には、圧電素子３００の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層７０を各圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。そして、ここではパターニングされた何れか一方の電極及び圧電体層７０から構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部という。本実施形態では、下電極膜６０は圧電素子３００の共通電極とし、上電極膜８０を圧電素子３００の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。何れの場合においても、各圧力発生室１２毎に圧電体能動部が形成されていることになる。また、ここでは、圧電素子３００と当該圧電素子３００の駆動により変位が生じる振動板とを合わせてアクチュエータ装置と称する。なお、上述した例では、弾性膜５０、絶縁体膜５５及び下電極膜６０が振動板として作用するが、弾性膜５０及び絶縁体膜５５を設けずに、下電極膜６０のみが振動板として作用するようにしてもよい。
ここで、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドを構成する圧電素子３００の圧電体層７０は、薄膜によって形成され且つ分極処理が施されており、図６（ａ）に示すように、圧電体層７０に印加する電界を変化させると、抗電界Ｅｃ１を境として分極の正負が反転するヒステリシス特性を有する。
このような圧電体層７０の抗電界Ｅｃ１は、圧電素子３００に印加する電圧を変化させて圧電素子３００の変位量を測定し、圧電素子３００の変位方向が反転する分極点を測定することで取得することができる。すなわち、図６（ｂ）に示すように、圧電素子３００に印加する電圧を変化させると、所定の電圧Ｖａを分極点として変位方向が反転するバタフライ曲線で示される。この分極点の電圧Ｖａを測定することで、抗電界Ｅｃ１を取得することができる。
そして、このような圧電体層７０の抗電界Ｅｃ１は、圧電素子３００の製造条件などによってばらつきが生じる（例えば、０．５Ｖ程度のばらつき）。すなわち、図６（ｂ）に示すように、圧電素子３００の電圧−変位曲線の分極点Ｖａは、他の圧電素子３００では分極点Ｖｂのようにずれてしまう場合がある。なお、圧電素子３００の各層は、成膜及びリソグラフィ法によって形成することができ、特に圧電体層７０は、ゾル−ゲル法、ＭＯＤ法、スパッタリング法等により形成することができる。このような圧電体層７０の抗電界Ｅｃ１（分極点Ｖａ）のばらつきは、インクジェット式記録ヘッド２２０内ではそれほど大きくなく、１枚のシリコンウェハにチップサイズのインクジェット式記録ヘッド２２０を複数同時に形成した場合のチップ間やウェハ間で大きなばらつきが生じてしまう。
このため、詳しくは後述するが、複数のインクジェット式記録ヘッド２２０を形成し、各インクジェット式記録ヘッド２２０の圧電素子３００の圧電体層７０の抗電界Ｅｃ１を取得し、抗電界Ｅｃ１に基づいてインクジェット式記録ヘッド２２０をランク分けするようにしている。そして、同一ランクのインクジェット式記録ヘッド２２０を複数組み合わせて１つのヘッドユニットを製造することで、ヘッドユニット内の複数のインクジェット式記録ヘッド２２０で抗電界Ｅｃ１を揃えることができる。
また、圧電素子３００の各上電極膜８０には、インク供給路１４とは反対側の端部近傍から引き出され、絶縁体膜５５上まで延設される、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０が接続されている。このリード電極９０を介して各圧電素子３００に選択的に電圧が印加されるようになっている。
このような圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上には、リザーバ１００の少なくとも一部を構成するリザーバ部３１を有する保護基板３０が接着剤３５を介して接合されている。リザーバ部３１は、本実施形態では、保護基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２の幅方向に亘って形成されており、上述のように流路形成基板１０の連通部１３と連通されて各圧力発生室１２の共通の液体室となるリザーバ１００を構成している。また、流路形成基板１０の連通部１３を圧力発生室１２毎に複数に分割して、リザーバ部３１のみをリザーバとしてもよい。さらに、例えば、流路形成基板１０に圧力発生室１２のみを設け、流路形成基板１０と保護基板３０との間に介在する部材（例えば、弾性膜５０、絶縁体膜５５等）にリザーバと各圧力発生室１２とを連通するインク供給路１４を設けるようにしてもよい。
また、保護基板３０の圧電素子３００に対向する領域には、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有する圧電素子保持部３２が設けられている。保護基板３０は、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有していればよく、当該空間は密封されていても、密封されていなくてもよい。
このような保護基板３０としては、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラス、セラミック材料等を用いることが好ましく、本実施形態では、流路形成基板１０と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成した。
また、保護基板３０には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられている。そして、各圧電素子３００から引き出されたリード電極９０の端部近傍は、貫通孔３３内に露出するように設けられている。
さらに、保護基板３０上には、並設された圧電素子３００を駆動するための駆動回路１１０が固定されている。この駆動回路１１０としては、例えば、回路基板や半導体集積回路（ＩＣ）等を用いることができる。そして、駆動回路１１０とリード電極９０とは、ボンディングワイヤ等の導電性ワイヤからなる接続配線１１１を介して電気的に接続されている。
また、このような保護基板３０上には、コンプライアンス基板４０が接合されている。コンプライアンス基板４０のリザーバ１００に対向する領域には、リザーバ１００にインクを供給するためのインク導入口４４が厚さ方向に貫通することで形成されている。また、コンプライアンス基板４０のリザーバ１００に対向する領域のインク導入口４４以外の領域は、厚さ方向に薄く形成された可撓部４３となっており、リザーバ１００は、可撓部４３により封止されている。この可撓部４３により、リザーバ１００内にコンプライアンスを与えている。
このように、本実施形態のインクジェット式記録ヘッド２２０は、ノズルプレート２０、流路形成基板１０、保護基板３０及びコンプライアンス基板４０の４つの基板で構成されている。そして、このようなインクジェット式記録ヘッド２２０のコンプライアンス基板４０上には、図４に示すように、インク導入口４４に連通すると共にカートリッジケース２１０のインク連通路２１２に連通して、カートリッジケース２１０からのインクをインク導入口４４に供給するインク供給連通路２３１が設けられたヘッドケース２３０が設けられている。
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッド２２０は、インクカートリッジからのインクをインク連通路２１２及びインク供給連通路２３１を介してインク導入口４４から取り込み、リザーバ１００からノズル開口２１に至るまで内部をインクで満たした後、駆動回路１１０からの記録信号に従い、圧力発生室１２に対応するそれぞれの圧電素子３００に電圧を印加し、弾性膜５０、絶縁体膜５５及び圧電素子３００をたわみ変形させることにより、各圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口２１からインク滴が吐出する。
また、このようなインクジェット式記録ヘッド２２０を構成する各部材及びヘッドケース２３０には、組立時に各部材を位置決めするためのピンが挿入されるピン挿入孔２３４が角部の２箇所に設けられている。そして、ピン挿入孔２３４にピンを挿入して各部材の相対的な位置決めを行いながら部材同士を接合することで、インクジェット式記録ヘッド２２０及びヘッドケース２３０が一体的に形成される。
なお、上述したインクジェット式記録ヘッド２２０は、１枚のシリコンウェハ上に多数のチップを同時に形成し、ノズルプレート２０及びコンプライアンス基板４０を接着して一体化し、その後、図４に示すような１つのチップサイズの流路形成基板１０毎に分割することによってインクジェット式記録ヘッド２２０となる。
このように複数のインクジェット式記録ヘッド２２０を形成した後、上述のように、各インクジェット式記録ヘッド２２０の圧電素子３００の圧電体層７０の抗電界Ｅｃ１を取得し、抗電界Ｅｃ１に基づいてインクジェット式記録ヘッド２２０をランク分けする。このインクジェット式記録ヘッド２２０のランク分けは、同一ランク内のインクジェット式記録ヘッド２２０の抗電界Ｅｃ１にばらつきが小さくなるように行う。すなわち、ランク毎に抗電界の範囲を規定し、各ランクの抗電界の範囲に適応する抗電界Ｅｃ１を有するインクジェット式記録ヘッド２２０を同一ランクとなるようにランク分けすることで、同一ランク内のインクジェット式記録ヘッド２２０の抗電界Ｅｃ１のばらつきが小さくなるようにすることができる。
このように、インクジェット式記録ヘッド２２０を抗電界Ｅｃ１に基づいてランク分けした後は、同一ランクのインクジェット式記録ヘッド２２０を複数組み合わせることで、ヘッドユニット２００を製造する。これにより、１つのヘッドユニット２００内の複数のインクジェット式記録ヘッド２２０の抗電界Ｅｃ１のばらつきを小さくすることができるため、同一の駆動電圧パルスを複数のインクジェット式記録ヘッド２２０に印加するだけで、１つのヘッドユニット２００内で複数のインクジェット式記録ヘッド２２０のインク吐出特性を均一化することができると共に、インク吐出特性を向上することができる。
ここで、インクジェット式記録ヘッド２２０を駆動する駆動電圧パルスの一例について図７を参照して説明する。なお、図７は、駆動電圧パルスを示す波形図である。
駆動電圧パルスは、下電極膜６０を基準電位として、上電極膜８０に印加される。駆動電圧パルスは、図７に示すように、駆動電圧Ｖを基準電圧Ｖ１から、この基準電圧Ｖ１よりも低い吐出準備電圧Ｖ２まで降下させて圧力発生室１２の容積を膨張させる吐出準備工程４００と、吐出準備電圧Ｖ２を所定の期間保持する第１の保持工程４０１と、駆動電圧Ｖを吐出準備電圧Ｖ２から基準電圧Ｖ１よりも高い吐出電圧Ｖ３まで上昇させて圧力発生室１２の容積を収縮させる吐出工程４０２と、吐出電圧Ｖ３を所定の期間保持する第２の保持工程４０３と、駆動電圧Ｖを吐出電圧Ｖ３から基準電圧Ｖ１まで降下させる電圧降下工程４０４とで構成されている。
そして、本実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドでは、上述した駆動電圧パルスが圧電素子３００に出力されると、まず、吐出準備工程４００によって下電極膜６０及び上電極膜８０に印加する駆動電位Ｖが基準電圧Ｖ１から吐出準備電圧Ｖ２まで降下し、圧電素子３００が圧力発生室１２の容積を膨張させる方向に変形（変位）する。すなわち、吐出準備工程４００では、圧電素子３００が初期変位で保持された状態から一旦吐出準備変位まで変形することにより、圧力発生室１２が膨張して、ノズル開口２１内のメニスカスが圧力発生室１２側に引き込まれる。
次いで、第１の保持工程４０１で一定時間保持した後、吐出工程４０２で、圧電素子３００に印加する駆動電圧Ｖが吐出準備電圧Ｖ２から吐出電圧Ｖ３まで上昇することで、圧電素子３００が圧力発生室１２の容積を収縮させる方向に変形（変位）する。これにより、ノズル開口２１内のメニスカスが圧力発生室１２側から大きく押し出され、ノズル開口２１からインク滴が吐出される。
このとき、吐出準備電圧Ｖ２は、上述した図６に示す圧電体層７０の抗電界Ｅｃ１以上の電界強度となる電圧とするのが好ましい。また、吐出電圧Ｖ３は、図６に示す圧電体層７０の飽和分極を供給する電界より低い電界強度となる電圧とするのが好ましい。これは、例えば、吐出準備電圧Ｖ２を抗電界Ｅｃ１より小さな電界強度となる電圧とした場合、吐出準備電圧Ｖ２から吐出電圧Ｖ３まで上昇させると、圧電体層７０の抗電界Ｅｃ１を跨ぐように電界強度が印加されて、圧電素子３００の繰り返し駆動による変位低下が発生してしまうからである。すなわち、吐出準備電圧Ｖ２を抗電界Ｅｃ１以上の電界強度となる電圧（分極点Ｖａ以上）とすることで、圧電素子３００の繰り返し駆動による変位低下を防止して、吐出特性が低下するのを防止することができると共に、圧電素子３００に大きな変位を行わせることができる。なお、吐出準備電圧Ｖ２は、抗電界Ｅｃ１に近い電界強度となる電圧とした方が、圧電素子３００にさらに大きな変位を行わせることができる。
なお、圧電体層７０として、２つの抗電界が同一極性となるものを用いてもよく、また、逆の極性となるものを用いるようにしてもよい。何れにしても吐出準備電圧Ｖ２を抗電界Ｅｃ１以上の電界強度となる電圧とするのが好ましい。また、圧電体層７０の特性として、負（−）の電圧から正（＋）の電圧を印加する方が、実変位の変位量を大きくすることができるため、圧電体層７０として、抗電界が逆の極性となるものを用いるのが好ましい。
その後は、第２の保持工程４０３及び電圧降下工程４０４によって、圧電素子３００の変位を元の状態に戻す。すなわち、第２の保持工程４０３により吐出電圧Ｖ３を所定の期間保持してメニスカスの振動を減衰させた後、電圧降下工程４０４により駆動電圧Ｖを吐出電位Ｖ３から初期電位Ｖ１まで降下させる。これにより、圧電素子３００の変位が元の状態に戻り、圧力発生室１２の容積も元の状態に戻る。
このように、駆動電圧パルスは、圧電体層７０の抗電界Ｅｃ１に基づいて設定することで、圧電素子３００の繰り返し駆動による変位低下を防止することができると共に、圧電素子３００に大きな変位を行わせることができる。また、吐出準備電圧Ｖ２は、抗電界Ｅｃ１に近い電界強度となる電圧とした方が、圧電素子３００にさらに大きな変位を行わせることができる。このため、上述のように、インクジェット式記録ヘッド２２０を抗電界Ｅｃ１に基づいてランク分けし、この同一ランクのインクジェット式記録ヘッド２２０を複数組み合わせてヘッドユニット２００を製造することで、１つのヘッドユニット２００内で複数のインクジェット式記録ヘッド２２０のうち何れかのインクジェット式記録ヘッド２２０に抗電界Ｅｃ１を跨ぐ電界強度となる電圧が印加されるのを防止することができると共に、複数のインクジェット式記録ヘッド２２０のそれぞれに吐出準備電圧Ｖ２を抗電界Ｅｃ１に近い電界強度となる電圧とすることができる。これにより、１つのヘッドユニット２００内で複数のインクジェット式記録ヘッド２２０に、圧電素子３００の変位が大きくなる駆動電圧パルスを印加することができ、複数のインクジェット式記録ヘッド２２０のインク吐出特性を均一化することができると共に、インク吐出特性を向上することができる。すなわち、抗電界Ｅｃ１のばらつきが大きなインクジェット式記録ヘッド２２０を複数組み合わせてヘッドユニット２００を製造すると、抗電界Ｅｃ１を跨ぐ電界強度となる電圧が印加される虞があると共に、吐出準備電圧Ｖ２を抗電界Ｅｃ１に近い電界強度となる電圧とすることができない。
なお、本実施形態では、吐出準備電圧Ｖ２を抗電界Ｅｃ１以上の電界強度となる電圧とする例を示したが、吐出準備電圧Ｖ２は抗電界Ｅｃ１より小さい電界強度となるようにしてもよい。何れにしてもヘッドユニット２００の複数のインクジェット式記録ヘッド２２０のインク吐出特性を均一化することができると共に、インク吐出特性を向上することができる。
このようなインクジェット式記録ヘッド２２０及びヘッドケース２３０は、上述したカートリッジケース２１０にノズル列２１Ａの並び方向に所定の間隔で４つ固定されている。すなわち、本実施形態のヘッドユニット２００には、ノズル列２１Ａが８列設けられていることになる。このように複数のインクジェット式記録ヘッド２２０を用いて並設されたノズル開口２１からなるノズル列２１Ａの多列化を図ることで、１つのインクジェット式記録ヘッド２２０にノズル列２１Ａを多列形成するのに比べて歩留まりの低下を防止することができる。また、ノズル列２１Ａの多列化を図るために複数のインクジェット式記録ヘッド２２０を用いることで、１枚のシリコンウェハから形成できるインクジェット式記録ヘッド２２０の取り数を増大させることができ、シリコンウェハの無駄な領域を減少させて製造コストを低減することができる。
また、カートリッジケース２１０にヘッドケース２３０を介して保持された４つのインクジェット式記録ヘッド２２０は、図１及び図２に示すように、カバーヘッド２４０によって相対的に位置決めされて保持されている。カバーヘッド２４０は、ノズル開口２１を露出する開口部２４１と、開口部２４１を画成すると共にインクジェット式記録ヘッド２２０のインク滴吐出面の少なくともノズル列２１Ａの並設されたノズル開口２１の両端部側に接合される固定部２４２とを具備する。
固定部２４２は、本実施形態では、複数のインクジェット式記録ヘッド２２０に亘ってインク滴吐出面の外周に沿って設けられた枠部２４３と、隣接するインクジェット式記録ヘッド２２０の間に延設されて開口部２４１を分割する梁部２４４とで構成されており、枠部２４３及び梁部２４４がインクジェット式記録ヘッド２２０のインク滴吐出面に接合されている。また、固定部２４２の枠部２４３は、インクジェット式記録ヘッド２２０の製造時に各部材を位置決めするピン挿入孔２３４を塞ぐように形成されている。また、カバーヘッド２４０には、インクジェット式記録ヘッド２２０のインク滴吐出面の側面側に、インク滴吐出面の外周縁部に亘って屈曲するように延設された側壁部２４５が設けられている。
このように、カバーヘッド２４０は、固定部２４２をインクジェット式記録ヘッド２２０のインク滴吐出面に接着するようにしたため、インク滴吐出面とカバーヘッド２４０との段差を減少させることができ、インク滴吐出面のワイピングや吸引動作などを行っても、インク滴吐出面にインクが残留するのを防止することができる。また、梁部２４４によって隣接するインクジェット式記録ヘッド２２０の間が塞がれているため、隣接するインクジェット式記録ヘッド２２０の間にインクが侵入することがなく、圧電素子３００や駆動回路１１０などのインクによる劣化及び破壊を防止することができる。また、インクジェット式記録ヘッド２２０のインク滴吐出面とカバーヘッド２４０との間は、接着剤によって隙間なく接着されているため、隙間に被記録媒体が入り込むのを防止してカバーヘッド２４０の変形及び紙ジャムを防止することができる。さらに、複数のインクジェット式記録ヘッド２２０のインク滴吐出面をカバーヘッド２４０に接合することにより、各インクジェット式記録ヘッド２２０のインク滴吐出面と記録用紙との距離をカバーヘッド２４０によって位置合わせすることができる。これにより、複数のインクジェット式記録ヘッド２２０でインク滴の着弾位置などのインク吐出特性を合わせることができる。
さらに、側壁部２４５が、複数のインクジェット式記録ヘッド２２０の外周縁部を覆うことで、インクジェット式記録ヘッド２２０の側面へのインクの回り込みを確実に防止することができる。また、カバーヘッド２４０に、インクジェット式記録ヘッド２２０のインク滴吐出面と接合される固定部２４２を設けるようにしたため、複数のインクジェット式記録ヘッド２２０の各ノズル列２１Ａをカバーヘッド２４０に対して高精度に位置決めして接合することができる。
このようなカバーヘッド２４０としては、例えば、ステンレス鋼などの金属材料が挙げられ、金属板をプレス加工により形成してもよく、成形により形成するようにしてもよい。また、カバーヘッド２４０を導電性の金属材料とすることで、接地することができる。なお、カバーヘッド２４０とノズルプレート２０との接合は、特に限定されず、例えば、熱硬化性のエポキシ系接着剤による接着が挙げられる。
また、固定部２４２には、カバーヘッド２４０を他部材に位置決め固定するための固定孔２４７が設けられたフランジ部２４６が設けられている。このフランジ部２４６は、側壁部２４５から液滴吐出面の面方向と同一方向に突出するように屈曲して設けられている。本実施形態では、カバーヘッド２４０は、図２及び図３に示すように、インクジェット式記録ヘッド２２０及びヘッドケース２３０を保持した保持部材であるカートリッジケース２１０に固定されている。詳しくは、図２及び図３に示すように、カートリッジケース２１０には、インク滴吐出面側に突出して、カバーヘッド２４０の固定孔２４７に挿入される突起部２１５が設けられており、この突起部２１５をカバーヘッド２４０の固定孔２４７に挿入すると共に、突起部２１５の先端部を加熱してかしめることで、カートリッジケース２１０にカバーヘッド２４０が固定されている。このようなカートリッジケース２１０に設けられた突起部２１５を、フランジ部２４６の固定孔２４７よりも小径の外径とすることで、カバーヘッド２４０をインク滴吐出面の面方向に位置決めしてカートリッジケース２１０に固定することができる。
また、このようなカバーヘッド２４０と各インクジェット式記録ヘッド２２０とは、カバーヘッド２４０の固定孔２４７と複数のノズル列２１Ａとの位置決めにより固定されている。ここで、カバーヘッド２４０の固定孔２４７と各インクジェット式記録ヘッド２２０のノズル列２１Ａとの位置決めは、カバーヘッド２４０がインクジェット式記録ヘッド２２０のインク滴吐出面に接合されるため、例えば、ガラス等の透過性を有する板状部材からなる位置決め治具を用いて行うことができる。
なお、カバーヘッド２４０と複数のインクジェット式記録ヘッド２２０とを位置決め接合した後、インクジェット式記録ヘッド２２０のインク導入口４４側に接合されたヘッドケース２３０をカートリッジケース２１０に接合すると共に、カバーヘッド２４０の固定孔２４７をカートリッジケース２１０の突起部２１５に固定することで、本実施形態のヘッドユニット２００とすることができる。
このようなヘッドユニット２００は、インクジェット式記録装置に搭載される。図８は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。図８に示すように、インクジェット式記録ヘッドを有するヘッドユニット２００は、インク供給手段を構成するカートリッジ１Ａ及び１Ｂが着脱可能に設けられ、このヘッドユニット２００を搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。
そして、駆動モータ６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、ヘッドユニット２００を搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ローラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８上を搬送されるようになっている。
（他の実施形態）
以上、本発明の各実施形態を説明したが、本発明の基本的構成は上述したものに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態１では、カバーヘッド２４０に複数のインクジェット式記録ヘッド２２０のインク滴吐出面（ノズルプレート２０）を接合するようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、カバーヘッド２４０とインクジェット式記録ヘッド２２０との間に固定板を設け、この固定板にインクジェット式記録ヘッド２２０のインク滴吐出面を接合するようにしてもよい。勿論、カバーヘッド２４０を固定板に接合してもよい。
以上、本発明の各実施形態を説明したが、本発明の基本的構成は上述したものに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態１では、カバーヘッド２４０に複数のインクジェット式記録ヘッド２２０のインク滴吐出面（ノズルプレート２０）を接合するようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、カバーヘッド２４０とインクジェット式記録ヘッド２２０との間に固定板を設け、この固定板にインクジェット式記録ヘッド２２０のインク滴吐出面を接合するようにしてもよい。勿論、カバーヘッド２４０を固定板に接合してもよい。
また、例えば、上述した実施形態１では、圧電体層７０として、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、ＰＺＴＳ、ＰＮＮ−ＰＺＴ、ＰＭＮ−ＰＺＴ、ＰＬＺＴ等を用いるようにしてもよい。圧電体層７０として、何れの材料を用いたとしても、格子定数の不整合による歪みにより非対称なヒステリシス特性を示すものが挙げられる。
さらに、例えば、上述した実施形態１のノズルプレート２０のインク滴吐出面には、実際には撥水性を向上する撥水膜が形成されている。この撥水膜としては、特に限定されないが、例えば、金属膜を挙げることができる。このような金属膜は、カバーヘッド２４０をインク滴吐出面に接合する際に、接着剤の接着力が低下してしまうため、カバーヘッド２４０の開口部２４１により露出された領域のみに設けるのが好ましい。また、このような金属膜は、例えば、共析メッキにより所定の厚さで高精度に形成することができる。
なお、液体噴射ヘッドとしてインクを吐出するインクジェット式記録ヘッドを複数組み合わせたインクジェット式記録ヘッドユニットの製造方法を一例として説明したが、本発明は、広く液体噴射ヘッドを複数組み合わせた液体噴射ヘッドユニットの製造方法を対象としたものである。液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（電界放出ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等を挙げることができる。
１０ 流路形成基板、 １２ 圧力発生室、 ２０ ノズルプレート、 ２１ ノズル開口、 ２２ アライメントマーク、 ３０ 保護基板、 ３１ リザーバ部、 ５０ 弾性膜、 ５５ 絶縁体膜、 ６０ 下電極膜、 ７０ 圧電体層、 ８０ 上電極膜、 １００ リザーバ、 ２００ ヘッドユニット、 ２１０ カートリッジケース、 ２２０ インクジェット式記録ヘッド、 ２３０ ヘッドケース、 ２４０ カバーヘッド、 ３００ 圧電素子
Claims (3)
- 液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板と、該流路形成基板に振動板を介して設けられた下電極、分極−電界におけるヒステリシス特性を有する圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを具備する液体噴射ヘッドが複数組み合わせられた液体噴射ヘッドユニットの製造方法であって、
前記液体噴射ヘッドの前記圧電体層の抗電界を取得すると共に、取得した前記抗電界に応じて前記液体噴射ヘッドをランク分けし、該ランク毎に前記液体噴射ヘッドを組み合わせることを特徴とする液体噴射ヘッドユニットの製造方法。 - 前記圧電体層がチタン酸ジルコン酸鉛であることを特徴とする請求項１記載の液体噴射ヘッドユニットの製造方法。
- 前記抗電界が、前記圧電体層に印加する電圧を変化させて当該圧電体層の変位が反転する分極点を測定することで取得することを特徴とする請求項１又は２記載の液体噴射ヘッドユニットの製造方法。
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