JP3649634B2 - インクジェットプリンタヘッド及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリンタ、コピー、ファクス等に使用されるインクジェットプリンタヘッド及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、圧電材料のシェアモード（せん断モード）を利用したインクジェットプリンタヘッドは、特開昭６３−２４７０５１号公報をはじめとして種々の形式のものが提案されているが、特開平７−１０１０５６号公報において指摘されているように、その多くは圧力室となる微細溝をダイアモンドブレードにより形成すること、ＰＺＴに代表される圧電材料が強誘電体であること等の理由から、インクの吐出に関与しない部分にも大きな静電容量を有し、これにより、エネルギー効率が悪いという問題点を持っていた。
【０００３】
前述の特開平７−１０１０５６号公報に記載されたものでは、図２４に示すように、ベース部材１上に圧電部材２と低誘電率部材３とを接合し、さらに、天板４とノズルプレート５とを接合する。そして、多数の溝を形成することによりインク室６を形成している。このインク室６の圧電部材２の部分はインクの吐出に関与する部分ａであり、低誘電率部材３の部分はインクの吐出に関与しない部分ｂである。このように構成することにより、インク室６中のインクの吐出に関与しない部分ｂの静電容量を低くしてエネルギー効率を高めている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特開平７−１０１０５６号公報に開示された技術においては、一枚の基板から多数個取りする手段についてはなにも開示されておらず、量産性に乏しいものである。
【０００５】
また、前述の特開平７−１０１０５６号公報には、各部材の接着方法に関する具体的な開示がない。すなわち、溝内に電極を形成するので、接着層に気泡等が生じた場合、隣接する素子とショートしたり、逆に、電極が接着層上でうまくつながらずオープンとなる事故が生じやすい。
【０００６】
さらには、前述の特開平７−１０１０５６号公報に開示された技術のような構造、つまり、可動する圧電部材２と可動しない低誘電率部材３とが接合されている構造においては、セラミックス等による圧電部材２とアルミナ基板等による低誘電率部材３との境界に接着剤が存在するが、周知の通りセラミックスと樹脂ではヤング率等の機械的特性が大きく異なるため、この接着剤の厚みにバラツキが生じると圧電部材２の変形にバラツキが生じる。厚ければ接着剤がダンパーとなり圧電部材２の変形をあまり妨げないが、薄すぎると圧電部材２の一端は固定状態となり変形を妨げる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、予め分極された２枚の圧電部材を所望の幅にカットして圧電体を形成する圧電体形成工程と、前記圧電部材とは異なる材質のベース部材に前記圧電体が嵌合する凹部を形成する嵌合凹部形成工程と、前記凹部に前記圧電体を埋込んで基板を形成する基板形成工程と、前記基板の前記圧電体が埋め込まれた側の面に複数の所望の溝を平行に形成して溝付基板を形成する溝形成工程と、この溝付基板の少なくとも前記溝の内壁に導電膜を形成してヘッド基板を形成するヘッド基板形成工程と、前記導電膜に電圧を印加するための接続を行う導電パターン形成工程と、前記ヘッド基板に天板を接合して天板接合体を形成する天板接合工程と、前記天板接合体を所望の位置で切断してヘッド体を形成するヘッド体形成工程と、前記ヘッド体の切断面の溝開口を有する面にノズルプレートを接合するノズルプレート接合工程とよりなることを特徴とするインクジェットプリンタヘッドの製造方法。
【０００８】
請求項２記載の発明は、予め分極された圧電部材を所望の幅にカットして形成した圧電体を、前記圧電部材とは異なる材質のベース部材の凹部に埋め込んで基板を形成し、この基板の前記圧電体が埋め込まれた側の面に形成された複数の所望の溝の内壁に導電膜を形成したヘッド基板と、このヘッド基板の一面に接合された天板と、前記溝毎に形成されたインク吐出口を有して溝の開口側に接合されたノズルプレートと、を備え、前記ヘッド基板と前記天板とは、前記基板の前記圧電体が埋め込まれた側の面に複数の所望の溝を平行に形成して溝付基板を形成する溝形成工程と、この溝付基板の少なくとも前記溝の内壁に導電膜を形成して前記ヘッド基板を形成するヘッド基板形成工程と、前記導電膜に電圧を印加するための接続を行う導電パターン形成工程と、前記ヘッド基板に天板を接合して天板接合体を形成する天板接合工程と、前記天板接合体を所望の位置で切断してヘッド体を形成するヘッド体形成工程と、によって一体に形成され、前記ノズルプレートは、前記ヘッド体の切断面の溝開口を有する面に接合されている。
【０００９】
請求項３記載の発明は、予め分極された２枚の圧電部材を互いの分極が対向するように接合する圧電部材接合工程と、接合された圧電部材を所望の幅にカットして圧電体を形成する圧電体形成工程と、前記圧電部材とは異なる材質のベース部材に前記圧電体が嵌合する凹部を形成する嵌合凹部形成工程と、前記凹部に前記圧電体を埋込んで基板を形成する基板形成工程と、前記基板の前記圧電体が埋め込まれた側の面に複数の所望の溝を平行に形成して溝付基板を形成する溝形成工程と、この溝付基板の少なくとも前記２枚の圧電部材を含む前記溝の内壁に導電膜を形成してヘッド基板を形成するヘッド基板形成工程と、前記導電膜に電圧を印加するための接続を行う導電パターン形成工程と、前記ヘッド基板に天板を接合して天板接合体を形成する天板接合工程と、前記天板接合体を所望の位置で切断してヘッド体を形成するヘッド体形成工程と、前記ヘッド体の切断面の溝開口を有する面にノズルプレートを接合するノズルプレート接合工程とよりなる。
【００１０】
請求項４記載の発明は、互いの分極が対向するように接合された２枚の圧電部材を所望の幅にカットして形成した圧電体を、前記圧電部材とは異なる材質のベース部材の凹部に埋め込んで基板を形成し、この基板の前記圧電体が埋め込まれた側の面に形成された複数の所望の溝の前記２枚の圧電部材を含む内壁に導電膜を形成したヘッド基板と、このヘッド基板の一面に接合された天板と、前記溝毎に形成されたインク吐出口を有して溝の開口側に接合されたノズルプレートと、を備え、前記ヘッド基板と前記天板とは、前記基板の前記圧電体が埋め込まれた側の面に複数の所望の溝を平行に形成して溝付基板を形成する溝形成工程と、この溝付基板の少なくとも前記２枚の圧電部材を含む前記溝の内壁に導電膜を形成してヘッド基板を形成するヘッド基板形成工程と、前記導電膜に電圧を印加するための接続を行う導電パターン形成工程と、前記ヘッド基板に天板を接合して天板接合体を形成する天板接合工程と、前記天板接合体を所望の位置で切断してヘッド体を形成するヘッド体形成工程と、によって一体に形成され、前記ノズルプレートは、前記ヘッド体の切断面の溝開口を有する面に接合されている。
【００１１】
請求項５記載の発明は、請求項１又は３記載の発明において、ベース部材の誘電率が圧電部材の誘電率より小さいことを特徴とする。
【００１２】
請求項６記載の発明は、請求項１又は３記載の発明において、ベース部材の誘電率が圧電部材の誘電率より小さく前記圧電部材とは異なる圧電材料よりなっていることを特徴とする。
【００１３】
請求項７記載の発明は、請求項２又は４記載の発明において、ベース部材の誘電率が圧電部材の誘電率より小さいことを特徴とする。
【００１４】
請求項８記載の発明は、請求項２又は４記載の発明において、ベース部材の誘電率が圧電部材の誘電率より小さく前記圧電部材とは異なる圧電材料よりなっていることを特徴とする。
【００１５】
請求項９記載の発明は、請求項１又は３記載の発明において、導電膜を無電解メッキにより形成した。
【００１６】
請求項１０記載の発明は、請求項１記載の発明において、圧電部材接合工程を真空雰囲気中で行うことを特徴とする。
【００１７】
請求項１１記載の発明は、請求項１又は３記載の発明において、基板形成工程を真空雰囲気中で行うことを特徴とする。
【００１８】
請求項１２記載の発明は、請求項２又は４記載の発明において、凹部が１乃至複数の段差又はテーパを有することを特徴とする。
【００１９】
請求項１３記載の発明は、請求項１又は３記載の発明において、凹部をその断面形状の刃物で加工するようにした。
【００２０】
請求項１４記載の発明は、請求項２又は４記載の発明において、溝付基板の溝が形成されない位置の凹部の幅が、溝が形成された位置の凹部の幅よりも狭いことを特徴とする。
【００２１】
請求項１５記載の発明は、請求項２又は４記載の発明において、凹部の底に凹凸を形成したことを特徴とする。
【００２２】
請求項１６記載の発明は、請求項２又は４記載の発明において、凹部の底面の角部に面取りがあることを特徴とする。
【００２３】
請求項１７記載の発明は、請求項１又は３記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法において、基板形成工程は、前記ベース部材に形成された前記凹部に所定量の接着剤を注入して前記圧電体を前記凹部に埋め込む工程と、真空雰囲気中において前記凹部の幅よりも狭い幅の加圧部を有する加圧治具で前記圧電体を加圧する工程と、を含むことを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の実施の形態を図１乃至図１０に基いて説明する。まず、本発明のインクジェットプリンタヘッド７は、図１に示すように、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等の圧電材料を用いた圧電部材８を所定の形状・大きさにカットして圧電体２５を形成し、この圧電体２５を、圧電部材８より誘電率の小さい材料を用いたベース部材１１と組み合わせた構成の積層基板１２と、天板１３とを接着または接合することにより天板接合体１４を形成した後、この天板接合体１４に厚さ１０〜１００μｍ程度のノズルプレート１５を一体に接着した構造になっている。
【００２５】
板厚方向に分極されたＰＺＴからなる圧電部材８が組み込まれた積層基板１２には、圧電部材８の上面からその内部まで到達し、前面が開口して後部が閉鎖した多数の溝１６を形成してある。これらの溝１６は、ＩＣウェハーの切断等に用いているダイシングソーのダイヤモンドホイール等により研削されて平行に形成されている。これらの溝１６間の支柱１７が圧力発生手段１８の駆動部となり、この形状は溝１６と同等である。溝１６のサイズは、インクジェットプリンタヘッド７の仕様などにより異なるが、例えば、深さが０.２〜１ｍｍ、幅が２０〜２００μｍ、長さが１〜２０ｍｍ程度となる。
【００２６】
前記溝１６の内面には、図２（ａ）に示すように、支柱１７の側壁の略半分まで、ニッケルやアルミニウム等の金属を真空蒸着法等により付着させた電極１９が形成されている。この場合、電極１９の下端位置の設定は、図２（ｂ）に示すように、例えば真空蒸着法の実行に際して、蒸着粒子の飛翔が支柱１７の上面の端部により規制されるように積層基板１２（ベース部材１１）の斜め上方から行なうことにより実現可能である。
【００２７】
また、電極１９は、これらの電極１９の真空蒸着法等による形成時に溝１６の後部からベース部材１１の上面まで延長形成され、その後、延長された電極１９はフォトエッチング法によって配線パターン２０として形成される。
【００２８】
ここで、別の実施の形態として、図２（ｃ）及び（ｄ）に示すように、溝１６に嵌合固定された圧電部材８の全体を貫通して圧電部材８の厚み程度だけベース部材１１にまで達する深さに溝１６を形成し、この溝１６内に電極１９を形成しても良い。これにより、圧電部材８の厚さが溝１６の深さの略半分であるシェアモード型のインクジェットプリンタヘッド７を得ることができる。この場合、電極１９は、図２（ｃ）に示すように溝１６の側面全体に形成されていても、あるいは、図２（ｄ）に示すように溝１６の略半分にのみ形成されていても良い。これらの図２（ｃ）および（ｄ）に示す実施の形態の場合、支柱１７の略下半分は、ベース部材１１と一体のため、前述のように接着剤３０による、圧電部材８の動きの妨げの緩和の効果が減少するが、接着層がないのでバラツキはない。
【００２９】
天板１３には、図１に図示のように中空部があり、積層基板１２の溝１６の後端に連通するインク溜まり２１となる。積層基板１２に天板１３を接着剤などで接着して天板体２２を形成し、この天板体２２の前面にノズルプレート１５を接着剤で一体に接着することで、このノズルプレート１５と天板１３とで前面と上面とを遮断された溝１６をインク流路でもある圧力室２３とし、インク溜まり２１を介してインクを供給する。インク溜まり２１は外部からインクを導入できる開口を有する蓋板を接着しても良いし、予めインク溜まり２１を覆うような形状の板材であっても良い。そして、積層基板１２の上面後方部が天板１３より後方に露出するので、ここに位置する配線パターン２０にＦＰＣなどで駆動回路を接続することができる。
【００３０】
このような構成において、このインクジェットプリンタヘッド７では、圧力室２３にインクを供給した状態で、駆動する圧力室２３の両側に位置する支柱１７を板厚方向に分極された圧電部材８のシェアモード変形により湾曲させ徐々に離反させ、これを急激に初期位置に復帰させて圧力室２３のインクを加圧することでノズルプレート１５のインク吐出口２４からインク滴を吐出させる。このとき、クロストークを防止するため、偶数番目の圧力室２３と奇数番目の圧力室２３とを交互に加圧するように圧力発生手段１８の支柱１７を駆動する。なお、このインクジェットプリンタヘッド７では、インク吐出口２４を後部が拡開して前部がテーパー状に形成されているので、圧力室２３で加圧したインクを効率よく吐出することができる。
【００３１】
次に、図３乃至図１０を用いて、図１に示したインクジェットプリンタヘッド７の製造方法、特に、積層基板１２の製造方法について説明する。まず、圧電体形成工程Ｂにより、予め板厚方向に分極された圧電部材８を所望の幅にカットして圧電体２５を形成する。ついで、嵌合凹部形成工程Ｃにより、前記圧電部材８とは異なる材質のベース部材１１に前記圧電体２５が嵌合する凹部２６が形成される。すなわち、図３で示す通り、圧電体２５を低誘電率部材であるベース部材１１に接着するために、ベース部材１１にはあらかじめ凹部２６を加工しておく必要がある。その加工方法において図示の様に一度に凹部２６、埋め込みガイド溝２７を形成し得るブレード２８を使用し、ダイシングソーなどで凹部２６、埋め込みガイド溝２７を形成する。本実施の形態のような形状であれば、前述のように同じ断面形状を有する刃物としてのブレード２８を作成することが可能で、工程が短縮できる。例えば、埋め込みガイド溝２７の幅は埋め込む圧電体２５の幅よりも５〜３０μｍ、凹部２６は埋め込みガイド溝２７の幅よりも１０〜２００μｍ程度広くなる。ベース部材１１としては、アルミナ、ジルコニア等のセラミックスを用いることは可能であるが、快削性セラミックスやチタン酸マグネシウム、ボロンナイトライド、アルミナイトライド、及びこれらの複合材等の比較的軟らかいセラミックスの方が、ＰＺＴが比較的軟らかいために、同時加工するのが容易である。また、前記ＰＺＴは当然ながら圧電特性を主として選択されるため誘電率に選択の余地は少ないが、ベース部材１１として前記ＰＺＴより誘電率が小さいＰＺＴを選択することも可能である。
【００３２】
このように基板形成工程Ｄにおいて、凹部２６、埋め込みガイド溝２７が形成されたベース部材１１に圧電体２５を埋め込んで基板２９を形成する場合、図４（ａ）（ｂ）で示すように、埋め込みガイド溝２７により圧電体２５の不均一な埋め込み状態を最小限に押さえることが可能になり、それにより、接着剤３０の左右の不均一なはみ出し量の差を最小限に押さえることが可能となる。接着剤３０のはみ出しだけでなく圧電体２５がベース部材１１に対して曲がって接合されることを防ぐことができる。接着剤３０が図４（ｃ）（ｄ）に示すように不均一であることは、硬化時の収縮により偏った歪みを生じる原因となる。加えて、詳細には記さないが、埋め込み後に接着剤３０を硬化させ、接着剤３０のはみ出しを研磨により除去（この際、圧電体２５、ベース部材１１の一部も研磨して面一とする）するが、接着剤３０の突出したはみ出しが無いことで、研磨量が最低限で済むこととなる。
【００３３】
また、凹部２６、埋め込みガイド溝２７が形成されたベース部材１１に圧電体２５を埋め込むことにより、圧電体２５とベース部材１１の凹部２６との間の接着層厚さを両端５〜１００μｍ程度取れ、接着方法については後述するが接着層内の気泡および接着層の欠損を低減することが可能になる。例えば、圧電体２５と凹部２６との間が５μｍ以下と狭い場合、接着層の抜けが発生しやすくなり、その結果、隣接ノズル間のショートが発生してしまう。加えて、圧電体２５が駆動する際、ベース部材１１がその動きを妨げるが、ベース部材１１に比べて軟らかい接着剤３０を一定以上の厚さで介在させることにより、その妨げを軽減することができて効率を向上させる。このことは前述のように圧電体２５がベース部材１１に曲がって接合されると、動きにバラツキを生じることを意味し、接着層厚のバラツキは避けなければならない。
【００３４】
図５乃至図１０は、その後のヘッド作成工程の一例を図示したものである。図５に示すように、ベース部材１１に２本の凹部２６を前述のように形成し、各々の凹部２６に圧電体２５を後述のように接着して基板２９を形成する。さらに、後述のように基板２９の上面を研磨して面一にする。このような形態にすると、後述のように、１枚のベース部材１１から４個のインクジェットプリンタヘッド７を得ることができる。
【００３５】
図６に示すように、基板２９にダイシングソー、スライサー等で溝１６を形成して溝付基板３１を形成する溝形成工程Ｅが実行される。ここで溝１６の寸法は前述した通りである。その後、図７のようにヘッド基板形成工程Ｆ及び導電パターン形成工程Ｇが実行されて真空蒸着法等により電極１９、配線パターン２０等の導電膜３２を形成し、これらが形成されたヘッド基板３３が形成される。ついで、図８に示すように、天板接合工程Ｈにおいて、ヘッド基板３３に天板１３が接合固定されて天板接合体３４が形成される。さらに、ヘッド体形成工程Ｊにおいて、天板接合体３４が４分割されて図９に示すようなヘッド体３５が４個作成される。
【００３６】
なお、実施に当たっては、ベース部材１１の誘電率が圧電部材８の誘電率より小さく前記圧電部材８とは異なる圧電材料よりなっているものの使用が可能である。一般に、アクチュエータとして使用される圧電材料は圧電定数が大きく、誘電率も大きい。比誘電率（ε11Ｔ／ε0）で１０００〜５０００程度である。ベース部材１１に圧電材料を用いる場合には、圧電定数は小さくてもよいので、例えば、住友金属社製Ｈ８Ｈ（ε11Ｔ／ε0＝５２０）や村田製作所製Ｐ−４（ε11Ｔ／ε0＝２４７）、富士セラミックス社製Ｃ４（ε11Ｔ／ε0＝５２０）等が好適に使用できる。このような圧電材料をベース部材１１として使用することにより、ベース部材１１の静電容量が小さくなって消費電力が小さく、ドライブ回路の発熱を押さえることもでき、溝１６の加工時にベース部材１１と圧電部材８とが同様な加工特性を有しているため加工条件が容易になり、しかも、ベース部材１１と圧電部材８との熱膨張係数を等しくすることができて熱硬化性の接着剤３０を用いても接合後の反りや変形を防止することができるものである。
【００３７】
ついで、特に図示しないが、ノズルプレート接合工程Ｋでヘッド体３５の切断面の溝開口を有する面にノズルプレート１５を接着し、図１に示すようなインクジェットプリンタヘッド７を形成する。
【００３８】
ここで、圧電部材８と低誘電率部材であるベース部材１１を接着する接着層にはポアが有ってはならため真空雰囲気中で貼り合わせると良い。具体的な方法として、図１０に示すように、凹部２６の底部と側面とに接着剤を塗布後、凹部２６に圧電部材８を所定の方法で埋め込み嵌合させた後、所定の真空容器内で、加圧治具５１を用いて加圧接着する。つまり、加圧治具５１としてベース部材１１の２つの凹部２６に嵌合された圧電部材８の離間間隔と略一致する間隔で離間配置された２つの加圧部５２が高さ２ｍｍ程度に突出形成された構造のものが用いられ、これらの加圧部５２によって凹部２６に嵌合された圧電部材８を加圧することにより、凹部２６内に圧電部材８を加圧接着させる。この場合、加圧治具５１における加圧部５２の幅ｂは、圧電部材８の幅ａよりも狭く設定されている。
【００３９】
このような凹部２６内への圧電部材８の加圧接着に際しては、前述したようにベース部材１１に形成されている凹部２６とこの凹部２６に埋め込まれる圧電部材８との間の隙間は、５〜３０μｍ程度と非常に狭いため、所定の真空雰囲気中においてやっと接着剤から気泡を除去することが可能である。このため、仮に、加圧治具５１における加圧部５２の幅ｂが圧電部材８の幅ａよりも広く設定されている場合には、凹部２６とこの凹部２６に埋め込まれる圧電部材８との間の隙間の上方に加圧部５２が位置することになり、この場合には気泡の脱気抵抗が増大し、相当長時間に渡り真空脱気を行なったとしても、接着剤中の気泡が部分的に除去しきれない場合がある。これに対し、本実施の形態では、加圧治具５１における加圧部５２の幅ｂが圧電部材８の幅ａよりも狭く設定されていることから、加圧治具５１の加圧部５２が気泡の除去を妨げることがない。
【００４０】
このように、本実施の形態では、加圧治具５１における加圧部５２の幅ｂを圧電部材８の幅ａよりも狭く設定したことにより、凹部２６とこの凹部２６に埋め込まれる圧電部材８との間に気泡が生じない接着層を形成することが可能となる。しかも、加圧治具５１における加圧部５２は、２ｍｍ程度の高さで突出形成されているため、加圧治具５１を用いた圧電部材８の加圧作業に際しては、ベース部材１１と加圧治具５１との間にギャップが生じ、これにより、凹部２６とこの凹部２６に埋め込まれる圧電部材８との間の隙間からの気泡の脱気効率が向上する。
【００４１】
こうして、本実施の形態では、凹部２６とこの凹部２６に埋め込まれる圧電部材８との間の隙間の接着剤が硬化した後、接着層中に気泡が残留することがなくなり、これにより、接着層中に気泡が残留した場合に生ずることがある電極ショートが確実に防止される。
【００４２】
なお、基板形成工程Ｄは、凹部２６に対する圧電部材８の加圧接着完了後、ベース部材１１の上面にはみ出した接着剤を研磨加工等により除去することで、完了する。
【００４３】
本発明の第二の実施の形態を図１１乃至図２０に基いて説明する。第二の実施の形態において、第一の実施の形態と同一部分は同一符号で示す。
【００４４】
まず、本発明のインクジェットプリンタヘッド７は、図１１に示すように、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等の圧電材料を用いた圧電部材８および９からなる積層圧電部材１０を所定の形状・大きさにカットして圧電体２５を形成し、この圧電体２５を、圧電部材８、９より誘電率の小さい材料を用いたベース部材１１と組み合わされた構成の積層基板１２と、天板１３とを接着または接合により天板接合体１４を形成した後、この天板接合体１４に厚さ１０〜１００μｍ程度のノズルプレート１５を一体に接着した構造になっている。
【００４５】
前記積層圧電部材１０は、上下方向の分極方向が相反する２枚のＰＺＴからなる圧電部材８、９で形成されて積層圧電部材１０とされ、この積層圧電部材１０が組み込まれた積層基板１２には、上方向の圧電部材８の上面から下方向の圧電部材９の内部まで到達し、前面が開口して後部が閉鎖した多数の溝１６を形成してある。これらの溝１６は、ＩＣウェハーの切断等に用いているダイシングソーのダイヤモンドホイール等により研削されて平行に形成されている。これらの溝１６間の支柱１７が圧力発生手段１８の駆動部となり、この形状は溝１６と同等である。溝１６のサイズは、インクジェットプリンタヘッド７の仕様などにより異なるが、例えば、深さが０.２〜１ｍｍ、幅が２０〜２００μｍ、長さが１〜２０ｍｍ程度となる。
【００４６】
前記溝１６の内面には、図１２に示すように、真空蒸着法や無電解ニッケルメッキ法等の手法で電極１９が形成されている。この電極１９は、溝１６の後部からベース部材１１の上面まで延長されており、この時同時に真空蒸着法や無電解メッキ法等の手法で配線パターン２０が形成されている。無電解メッキ法であれば、このような微細な溝１６内にも容易に金属膜を形成できる。ここではニッケルを用いたが、金、銅等で形成してもよく、これら２種以上の膜を積層しても良い。
【００４７】
天板１３には、図１１に図示のように中空部があり、積層基板１２の溝１６の後端に連通するインク溜まり２１となる。積層基板１２に天板１３を接着剤などで接着して天板体２２を形成し、この天板体２２の前面にノズルプレート１５を接着剤で一体に接着することで、このノズルプレート１５と天板１３とで前面と上面とを遮断された溝１６をインク流路でもある圧力室２３とし、インク溜まり２１を介してインクを供給する。インク溜まり２１は外部からインクを導入できる開口を有する蓋板を接着しても良いし、予めインク溜まり２１を覆うような形状の板材であっても良い。そして、積層基板１２の上面後方部が天板１３より後方に露出するので、ここに位置する配線パターン２０にＦＰＣなどで駆動回路を接続することができる。
【００４８】
このような構成において、このインクジェットプリンタヘッド７では、圧力室２３にインクを供給した状態で、駆動する圧力室２３の両側に位置する支柱１７を分極方向が相反する圧電部材８、９のシェアモード変形により湾曲させ徐々に離反させ、これを急激に初期位置に復帰させて圧力室２３のインクを加圧することでノズルプレート１５のインク吐出口２４からインク滴を吐出させる。このとき、クロストークを防止するため、偶数番目の圧力室２３と奇数番目の圧力室２３とを交互に加圧するように圧力発生手段１８の支柱１７を駆動する。なお、このインクジェットプリンタヘッド７では、インク吐出口２４を後部が拡開して前部がテーパー状に形成されているので、圧力室２３で加圧したインクを効率よく吐出することができる。
【００４９】
次に、図１２乃至図２０を用いて、図１１に示したインクジェットプリンタヘッド７の製造方法、特に、積層基板１２の製造方法について説明する。まず、圧電部材接合工程Ａにより予め分極された２枚の圧電部材８、９を互いの分極が対向するように接合する。そして、圧電体形成工程Ｂにより接合された圧電部材８、９を所望の幅にカットして圧電体２５を形成する。ついで、嵌合凹部形成工程Ｃにより、前記圧電部材８、９とは異なる材質のベース部材１１に前記圧電体２５が嵌合する凹部２６が形成される。すなわち、図１３で示す通り、圧電体２５を低誘電率部材であるベース部材１１に接着するために、ベース部材１１にはあらかじめ凹部２６を加工しておく必要がある。その加工方法において図示の様に一度に凹部２６、埋め込みガイド溝２７を形成し得るブレード２８を使用し、ダイシングソーなどで凹部２６、埋め込みガイド溝２７を形成する。本実施の形態のような形状であれば、前述のように同じ断面形状を有する刃物としてのブレード２８を作成することが可能で、工程が短縮できる。例えば、埋め込みガイド溝２７の幅は埋め込む圧電体２５の幅よりも５〜３０μｍ、凹部２６は埋め込みガイド溝２７の幅よりも１０〜２００μｍ程度広くなる。ベース部材１１としては、アルミナ、ジルコニア等のセラミックスを用いることは可能であるが、快削性セラミックスやチタン酸マグネシウム、ボロンナイトライド、アルミナイトライド、及びこれらの複合材等の比較的軟らかいセラミックスの方が、ＰＺＴが比較的軟らかいために、同時加工するのが容易である。また、前記ＰＺＴは当然ながら圧電特性を主として選択されるため誘電率に選択の余地は少ないが、ベース部材１１として前記ＰＺＴより誘電率が小さいＰＺＴを選択することも可能である。本実施の形態では、このようにして形成された積層基板１２を用い、第一の実施の形態と同様の工程を経てインクジェットプリンタヘッド７を得る。
【００５０】
このように基板形成工程Ｄにおいて、凹部２６、埋め込みガイド溝２７が形成されたベース部材１１に圧電体２５を埋め込んで基板２９を形成する場合、図１４（ａ）（ｂ）で示すように、埋め込みガイド溝２７により圧電体２５の不均一な埋め込み状態を最小限に押さえることが可能になり、それにより、接着剤３０の左右の不均一なはみ出し量の差を最小限に押さえることが可能となる。接着剤３０のはみ出しだけでなく圧電体２５がベース部材１１に対して曲がって接合されることを防ぐことができる。接着剤３０が図１４（ｃ）（ｄ）に示すように不均一であることは、硬化時の収縮により偏った歪みを生じる原因となる。加えて、詳細には記さないが、埋め込み後に接着剤３０を硬化させ、接着剤３０のはみ出しを研磨により除去（この際、圧電体２５、ベース部材１１の一部も研磨して面一とする）するが、接着剤３０の突出したはみ出しが無いことで、研磨量が最低限で済むこととなる。
【００５１】
また、凹部２６、埋め込みガイド溝２７が形成されたベース部材１１に圧電体２５を埋め込むことにより、圧電体２５とベース部材１１の凹部２６との間の接着層厚さを両端５〜１００μｍ程度取れ、接着方法については後述するが接着層内の気泡および接着層の欠損を低減することが可能になる。例えば、圧電体２５と凹部２６との間が５μｍ以下と狭い場合、接着層の抜けが発生しやすくなり、その結果、隣接ノズル間のショートが発生してしまう。加えて、圧電体２５が駆動する際、ベース部材１１がその動きを妨げるが、ベース部材１１に比べて軟らかい接着剤３０を一定以上の厚さで介在させることにより、その妨げを軽減することができて効率を向上させる。このことは前述のように圧電体２５がベース部材１１に曲がって接合されると、動きにバラツキを生じることを意味し、接着層厚のバラツキは避けなければならない。
【００５２】
図１５乃至図２０は、その後のヘッド作成工程の一例を図示したものである。図１５に示すように、ベース部材１１に２本の凹部２６を前述のように形成し、各々の凹部２６に圧電体２５を後述のように接着して基板２９を形成する。さらに、後述のように基板２９の上面を研磨して面一にする。このような形態にすると、後述のように、１枚のベース部材１１から４個のインクジェットプリンタヘッド７を得ることができる。
【００５３】
図１６に示すように、基板２９にダイシングソー、スライサー等で溝１６を形成して溝付基板３１を形成する溝形成工程Ｅが実行される。ここで溝１６の寸法は前述した通りである。その後、図１７のようにヘッド基板形成工程Ｆ及び導電パターン形成工程Ｇが実行されて真空蒸着法や無電解メッキ法等により電極１９、配線パターン２０等の導電膜３２を形成し、これらが形成されたヘッド基板３３が形成される。ついで、図１８に示すように、天板接合工程Ｈにおいて、ヘッド基板３３に天板１３が接合固定されて天板接合体３４が形成される。さらに、ヘッド体形成工程Ｊにおいて、天板接合体３４が４分割されて図１９に示すようなヘッド体３５が４個作成される。
【００５４】
なお、実施に当たっては、ベース部材１１の誘電率が圧電部材８、９の誘電率より小さく前記圧電部材８、９とは異なる圧電材料よりなっているものの使用が可能である。一般に、アクチュエータとして使用される圧電材料は圧電定数が大きく、誘電率も大きい。比誘電率（ε11Ｔ／ε0）で１０００〜５０００程度である。ベース部材１１に圧電材料を用いる場合には、圧電定数は小さくてもよいので、例えば、住友金属社製Ｈ８Ｈ（ε11Ｔ／ε0＝５２０）や村田製作所製Ｐ−４（ε11Ｔ／ε0＝２４７）、富士セラミックス社製Ｃ４（ε11Ｔ／ε0＝５２０）等が好適に使用できる。このような圧電材料をベース部材１１として使用することにより、ベース部材１１の静電容量が小さくなって消費電力が小さく、ドライブ回路の発熱を押さえることもでき、溝１６の加工時にベース部材１１と圧電部材８、９とが同様な加工特性を有しているため加工条件が容易になり、しかも、ベース部材１１と圧電部材８、９との熱膨張係数を等しくすることができて熱硬化性の接着剤３０を用いても接合後の反りや変形を防止することができるものである。
【００５５】
ついで、特に図示しないが、ノズルプレート接合工程Ｋでヘッド体３５の切断面の溝開口を有する面にノズルプレート１５を接着し、図１１に示すようなインクジェットプリンタヘッド７を形成する。
【００５６】
無電解メッキ法による導電膜３２の形成においては、本実施の形態のような微細な溝１６内にも導電膜３２が形成できる反面、支柱１７に隣接する溝１６を連通させるような非常に微細な空孔が有っても、空孔内にメッキ膜が析出し、パターンをショートさせてしまう。従って、圧電部材８、９やベース部材１１に支柱１７の幅より大きなポア（気孔）が有ってはならない。また、通常、無電解メッキの前処理としてエッチングが行われるが、エッチングによりポアが拡大、または、複数のポアが連通してしまい、結果的に支柱１７の幅より大きなポアになってもいけない。そのためには十分ポアが小さい材料を選択する必要がある。
【００５７】
同様な理由で、２枚の圧電部材８、９を接着して積層圧電部材１０を形成する際にも接着層にポアが有ってはならない。接着剤３０を塗布後に２枚を貼り合わせる前に真空雰囲気中におき、その真空雰囲気中で貼り合わせると良い。接着層のポアは、接着剤３０の内部の気泡と、貼り合わせた際に混入される気泡とがある。前者は貼り合わせる前に真空雰囲気により脱泡され、後者は貼り合わせる際に空気が存在しない（非常に稀少）ため、接着剤に混入されない（大気に解放すると縮小し、非常に小さな気泡となる）。なお、真空雰囲気の真空度は、支柱１７の幅や接着剤３０の粘度等により適宜設定する。真空度が高い（真空に近い）ほど気泡は小さくなるが装置は大きくなり時間も要するので、その兼ね合いにより適宜決定することが望ましい。このような接着では周縁部に接着剤３０がはみ出すので、積層圧電部材１０は２枚の大きな圧電部材を貼り合わせた後に切断した方がよい。
【００５８】
さらには、同様な理由で、積層圧電部材１０と低誘電率部材であるベース部材１１を接着する接着層にもポアが有ってはならため真空雰囲気中で貼り合わせると良い。具体的な方法として、図２０に示すように、凹部２６の底部と側面とに接着剤を塗布後、凹部２６に圧電部材８を所定の方法で埋め込み嵌合させた後、所定の真空容器内で、加圧治具５１を用いて加圧接着する。つまり、加圧治具５１としてベース部材１１の２つの凹部２６に嵌合された圧電部材８の離間間隔と略一致する間隔で離間配置された２つの加圧部５２が高さ２ｍｍ程度に突出形成された構造のものが用いられ、これらの加圧部５２によって凹部２６に嵌合された圧電部材８を加圧することにより、凹部２６内に圧電部材８を加圧接着させる。この場合、加圧治具５１における加圧部５２の幅ｂは、圧電部材８の幅ａよりも狭く設定されている。
【００５９】
このような凹部２６内への圧電部材８の加圧接着に際しては、前述したようにベース部材１１に形成されている凹部２６とこの凹部２６に埋め込まれる圧電部材８との間の隙間は、５〜３０μｍ程度と非常に狭いため、所定の真空雰囲気中においてやっと接着剤から気泡を除去することが可能である。このため、仮に、加圧治具５１における加圧部５２の幅ｂが圧電部材８の幅ａよりも広く設定されている場合には、凹部２６とこの凹部２６に埋め込まれる圧電部材８との間の隙間の上方に加圧部５２が位置することになり、この場合には気泡の脱気抵抗が増大し、相当長時間に渡り真空脱気を行なったとしても、接着剤中の気泡が部分的に除去しきれない場合がある。これに対し、本実施の形態では、加圧治具５１における加圧部５２の幅ｂが圧電部材８の幅ａよりも狭く設定されていることから、加圧治具５１の加圧部５２が気泡の除去を妨げることがない。
【００６０】
このように、本実施の形態では、加圧治具５１における加圧部５２の幅ｂを圧電部材８の幅ａよりも狭く設定したことにより、凹部２６とこの凹部２６に埋め込まれる圧電部材８との間に気泡が生じない接着層を形成することが可能となる。しかも、加圧治具５１における加圧部５２は、２ｍｍ程度の高さで突出形成されているため、加圧治具５１を用いた圧電部材８の加圧作業に際しては、ベース部材１１と加圧治具５１との間にギャップが生じ、これにより、凹部２６とこの凹部２６に埋め込まれる圧電部材８との間の隙間からの気泡の脱気効率が向上する。
【００６１】
こうして、本実施の形態では、凹部２６とこの凹部２６に埋め込まれる圧電部材８との間の隙間の接着剤が硬化した後、接着層中に気泡が残留することがなくなり、これにより、接着層中に気泡が残留した場合に生ずることがある電極ショートが確実に防止される。
【００６２】
なお、基板形成工程Ｄは、凹部２６に対する圧電部材８の加圧接着完了後、ベース部材１１の上面にはみ出した接着剤を研磨加工等により除去することで、完了する。
【００６３】
前者の２枚のＰＺＴを接着する場合には、形状が単純なため真空雰囲気中で接着することも容易であるが、後者の埋め込みの場合には、機構が大がかりとなる。形状や寸法、接着剤にもよるが、例えば熱硬化型のエポキシ接着剤であれば、硬化前に粘度が低下するので、接着面積が狭く、接着層が厚ければ、真空中で硬化させれば、真空中で貼り合わせなくても、貼り合わせの際に混入した気泡が抜けて、ポアレスの接着が可能となるので、この方法でも良い。
【００６４】
次に、第三の実施の形態を図２１に基づいて説明する。第一及び第二の実施の形態と同一部分は同一符号で示し、説明も省略する。本実施の形態は凹部２６の形状の変形例で、埋め込み位置を規制する埋め込みガイド溝２７となる幅細部をベース部材１１の両側に設け、深さ方向は均一な溝１６を形成したものである。ここで深さを均一と述べたが、加工上発生する段差やＲが目的を逸脱しない範囲で存在してもかまわないことは言うまでもない。この形状は、溝付基板３１の溝１６が形成されない位置の凹部２６の幅が、請求項１３にあるように、溝１６が形成された位置の凹部２６の幅よりも狭いことを意味する。
【００６５】
本発明の第四の実施の形態を図２２に基いて説明する。第一及び第二の実施の形態と同一部分は同一符号で示し、説明も省略する。凹部２６をダイヤモンドブレード２８で形成した場合、その都度ツルーイングをしない限り、溝１６の底にＲが生じる。このＲにより、圧電体２５の埋め込み位置が正確に規制されなくなったり、埋め込み深さが均一でなくなる。そこで、図２２の（ａ）（ｂ）に示すように、凹部２６の底面の角部に逃げ３６を形成することが有効である。この逃げ３６は、請求項１１における段差であり、請求項１４における凹凸であり、請求項１５における面取りである。また、凹部２６の形状を請求項１１にあるようにテーパ形状としてもよいものである。
【００６６】
なお、本実施の形態では、第二の実施の形態の圧電体２５を図示して説明したが、いうまでもなく、第一の実施の形態の圧電体２５も適用可能である。
【００６７】
本発明の第五の実施の形態を図２３に基づいて説明する。第一及び第二の実施の形態と同一部分は同一符号で示し、説明も省略する。本実施の形態は、第四の実施の形態の変形例に相当するもので、凹部２６に図２２に示すような逃げ３６を作る代わりに、圧電体２５側に逃げ３６を設けたものである。
【００６８】
なお、本実施の形態では、第二の実施の形態の圧電体２５を図示して説明したが、いうまでもなく、第一の実施の形態の圧電体２５も適用可能である。
【００６９】
【発明の効果】
請求項１記載の発明は、予め分極された圧電部材を所望の幅にカットして圧電体を形成する圧電体形成工程と、前記圧電部材とは異なる材質のベース部材に前記圧電体が嵌合する凹部を形成する嵌合凹部形成工程と、前記凹部に前記圧電体を埋込んで基板を形成する基板形成工程と、前記基板の前記圧電体が埋め込まれた側の面に複数の所望の溝を平行に形成して溝付基板を形成する溝形成工程と、この溝付基板の少なくとも前記溝の内壁に導電膜を形成してヘッド基板を形成するヘッド基板形成工程と、前記導電膜に電圧を印加するための接続を行う導電パターン形成工程と、前記ヘッド基板に天板を接合して天板接合体を形成する天板接合工程と、前記天板接合体を所望の位置で切断してヘッド体を形成するヘッド体形成工程と、前記ヘッド体の切断面の溝開口を有する面にノズルプレートを接合するノズルプレート接合工程とよりなるので、１枚の基板から複数のインクジェットプリンタヘッドを多数個取りすることができ、量産性に優れている。
【００７０】
請求項２記載の発明は、予め分極された圧電部材を所望の幅にカットして形成した圧電体を、前記圧電部材とは異なる材質のベース部材の凹部に埋め込んで基板を形成し、この基板の前記圧電体が埋め込まれた側の面に形成された複数の所望の溝の内壁に導電膜を形成したヘッド基板と、このヘッド基板の一面に接合された天板と、前記溝毎に形成されたインク吐出口を有して溝の開口側に接合されたノズルプレートと、を備え、前記ヘッド基板と前記天板とは、前記基板の前記圧電体が埋め込まれた側の面に複数の所望の溝を平行に形成して溝付基板を形成する溝形成工程と、この溝付基板の少なくとも前記溝の内壁に導電膜を形成して前記ヘッド基板を形成するヘッド基板形成工程と、前記導電膜に電圧を印加するための接続を行う導電パターン形成工程と、前記ヘッド基板に天板を接合して天板接合体を形成する天板接合工程と、前記天板接合体を所望の位置で切断してヘッド体を形成するヘッド体形成工程と、によって一体に形成され、前記ノズルプレートは、前記ヘッド体の切断面の溝開口を有する面に接合されているので、１枚の基板から複数のインクジェットプリンタヘッドを多数個取りすることができ、量産性に優れている。
【００７１】
請求項３記載の発明は、予め分極された２枚の圧電部材を互いの分極が対向するように接合する圧電部材接合工程と、接合された圧電部材を所望の幅にカットして圧電体を形成する圧電体形成工程と、前記圧電部材とは異なる材質のベース部材に前記圧電体が嵌合する凹部を形成する嵌合凹部形成工程と、前記凹部に前記圧電体を埋込んで基板を形成する基板形成工程と、前記基板の前記圧電体が埋め込まれた側の面に複数の所望の溝を平行に形成して溝付基板を形成する溝形成工程と、この溝付基板の少なくとも前記２枚の圧電部材を含む前記溝の内壁に導電膜を形成してヘッド基板を形成するヘッド基板形成工程と、前記導電膜に電圧を印加するための接続を行う導電パターン形成工程と、前記ヘッド基板に天板を接合して天板接合体を形成する天板接合工程と、前記天板接合体を所望の位置で切断してヘッド体を形成するヘッド体形成工程と、前記ヘッド体の切断面の溝開口を有する面にノズルプレートを接合するノズルプレート接合工程とよりなるので、１枚の基板から複数のインクジェットプリンタヘッドを多数個取りすることができ、量産性に優れている。
【００７２】
請求項４記載の発明は、互いの分極が対向するように接合された２枚の圧電部材を所望の幅にカットして形成した圧電体を、前記圧電部材とは異なる材質のベース部材の凹部に埋め込んで基板を形成し、この基板の前記圧電体が埋め込まれた側の面に形成された複数の所望の溝の前記２枚の圧電部材を含む内壁に導電膜を形成したヘッド基板と、このヘッド基板の一面に接合された天板と、前記溝毎に形成されたインク吐出口を有して溝の開口側に接合されたノズルプレートと、を備え、前記ヘッド基板と前記天板とは、前記基板の前記圧電体が埋め込まれた側の面に複数の所望の溝を平行に形成して溝付基板を形成する溝形成工程と、この溝付基板の少なくとも前記２枚の圧電部材を含む前記溝の内壁に導電膜を形成してヘッド基板を形成するヘッド基板形成工程と、前記導電膜に電圧を印加するための接続を行う導電パターン形成工程と、前記ヘッド基板に天板を接合して天板接合体を形成する天板接合工程と、前記天板接合体を所望の位置で切断してヘッド体を形成するヘッド体形成工程と、によって一体に形成され、前記ノズルプレートは、前記ヘッド体の切断面の溝開口を有する面に接合されているので、１枚の基板から複数のインクジェットプリンタヘッドを多数個取りすることができ、量産性に優れている。
【００７３】
請求項５記載の発明は、請求項１又は３記載の発明において、ベース部材の誘電率が圧電部材の誘電率より小さいので、ベース部材の静電容量が小さいために消費電力が小さく、ドライブ回路の発熱を押さえることもでき、溝加工時にベース部材と圧電部材とが同様な加工特性を有しているため加工条件が容易になり、しかも、ベース部材と圧電部材との熱膨張係数を等しくすることができて熱硬化性の接着剤を用いても接合後の反りや変形を防止することができる。
【００７４】
請求項６記載の発明は、請求項１又は３記載の発明において、ベース部材の誘電率が圧電部材の誘電率より小さく前記圧電部材とは異なる圧電材料よりなっているので、ベース部材の静電容量が小さいために消費電力が小さく、ドライブ回路の発熱を押さえることもでき、溝加工時にベース部材と圧電部材とが同様な加工特性を有しているため加工条件が容易になり、しかも、ベース部材と圧電部材との熱膨張係数を等しくすることができて熱硬化性の接着剤を用いても接合後の反りや変形を防止することができる。
【００７５】
請求項７記載の発明は、請求項２又は４記載の発明において、ベース部材の誘電率を圧電部材の誘電率より小さくしたので、エネルギー効率をきわめて高めることができる。
【００７６】
請求項８記載の発明は、請求項２又は４記載の発明において、ベース部材の誘電率が圧電部材の誘電率より小さく前記圧電部材とは異なる圧電材料よりなっているので、ベース部材の静電容量が小さいために消費電力が小さく、ドライブ回路の発熱を押さえることもでき、溝加工時にベース部材と圧電部材とが同様な加工特性を有しているため加工条件が容易になり、しかも、ベース部材と圧電部材との熱膨張係数を等しくすることができて熱硬化性の接着剤を用いても接合後の反りや変形を防止することができる。
【００７７】
請求項９記載の発明は、請求項１又は３記載の発明において、導電膜を無電解メッキにより形成したので、微細な溝内に必要膜厚の電極を容易に形成することができる。
【００７８】
請求項１０記載の発明は、請求項１記載の発明において、圧電部材接合工程を真空雰囲気中で行うので、接着層に気泡等が生じなくなり、溝内に電極を形成した際、隣接する素子とショートしたり、逆に、電極が接着層上でうまくつながらずオープンとなる事故が生じない。
【００７９】
請求項１１記載の発明は、請求項１又は３記載の発明において、基板形成工程を真空雰囲気中で行うので、接着層に気泡等が生じなくなり、溝内に電極を形成した際、隣接する素子とショートしたり、逆に、電極が接着層上でうまくつながらずオープンとなる事故が生じない。
【００８０】
請求項１２記載の発明は、請求項２又は４記載の発明において、凹部が１乃至複数の段差又はテーパを有するので、圧電体とベース部材の間の接着層は、凹部の段差により規定されてその厚さを均一にすることができるため、接着層の厚さのバラツキによる圧電体の変形のバラツキを押さえることができる。
【００８１】
請求項１３記載の発明は、請求項１又は３記載の発明において、凹部をその断面形状の刃物で加工するようにしたので、段差等がある複雑な形状の凹部の形成が容易である。
【００８２】
請求項１４記載の発明は、請求項２又は４記載の発明において、溝付基板の溝が形成されない位置の凹部の幅が、溝が形成された位置の凹部の幅よりも狭いので、この狭い部分で圧電体の位置決めを正確に行って接着層の偏りをなくすことができる。
【００８３】
請求項１５記載の発明は、請求項２又は４記載の発明において、凹部の底に凹凸を形成したので、ベース部材に対する圧電体の位置を正確に定めることができる。
【００８４】
請求項１６記載の発明は、請求項２又は４記載の発明において、凹部の底面の角部に面取りがあるので、ベース部材に対する圧電体の位置を正確に定めることができる。
【００８５】
請求項１７記載の発明は、請求項１又は３記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法において、基板形成工程は、前記ベース部材に形成された前記凹部に所定量の接着剤を注入して前記圧電部材を前記凹部に埋め込む工程と、真空雰囲気中において前記凹部の幅よりも狭い幅の加圧部を有する加圧治具で前記圧電体を加圧する工程と、を含むので、凹部とこの凹部に埋め込まれる圧電体との間の隙間からの気泡の脱気効率を向上させることができ、これにより、凹部とこの凹部に埋め込まれる圧電体との間の隙間に形成される接着層中への気泡の残留を防止して接着層中に気泡が残留した場合に生ずることがある電極ショートを確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態におけるインクジェットプリンタヘッドを示す一部を切り欠いた斜視図である。
【図２】基板に形成される溝と溝内に形成される電極とを示す正面図であり、（ａ）は溝の深さと同じ厚さを有する一枚の圧電部材による電極形成状態を示す正面図、（ｂ）は真空蒸着法による電極形成方法を示す正面図、（ｃ）は溝の深さの半分の厚さを有する一枚の圧電部材による溝側面全体の電極形成状態を示す正面図、（ｄ）は溝の深さの半分の厚さを有する一枚の圧電部材による溝側面略半分の電極形成状態を示す正面図である。
【図３】ベース部材と圧電体との関係を示すもので、（ａ）は溝形成工程を示す斜視図、（ｂ）はベース部材に圧電体を接合固定したヘッド基板形成工程を示す斜視図である。
【図４】ベース部材に圧電体を埋め込んだ状態を示すもので、（ａ）は理想的な埋込状態を示す正面図、（ｂ）はその平面図、（ｃ）は不均一な埋込状態を示す正面図、（ｄ）はその平面図である。
【図５】凹部が形成されたベース部材と圧電体との関係を示す分解斜視図である。
【図６】溝形成手段により形成された溝付基板の斜視図である。
【図７】ヘッド基板形成工程と導電パターン形成工程とにより形成されたヘッド基板の斜視図である。
【図８】天板接合工程により形成された天板体の斜視図である。
【図９】ヘッド体形成工程により形成されたヘッド体の斜視図である。
【図１０】基板に形成された溝内に圧電体を加圧嵌合させる工程を示す正面図である。
【図１１】本発明の第二の実施の形態におけるインクジェットプリンタヘッドを示す一部を切り欠いた斜視図である。
【図１２】基板に形成される溝と溝内に形成される電極とを示す正面図でる。
【図１３】ベース部材と圧電体との関係を示すもので、（ａ）は溝形成工程を示す斜視図、（ｂ）はベース部材に圧電体を接合固定したヘッド基板形成工程を示す斜視図である。
【図１４】ベース部材に圧電体を埋め込んだ状態を示すもので、（ａ）は理想的な埋込状態を示す正面図、（ｂ）はその平面図、（ｃ）は不均一な埋込状態を示す正面図、（ｄ）はその平面図である。
【図１５】凹部が形成されたベース部材と圧電体との関係を示す分解斜視図である。
【図１６】溝形成手段により形成された溝付基板の斜視図である。
【図１７】ヘッド基板形成工程と導電パターン形成工程とにより形成されたヘッド基板の斜視図である。
【図１８】天板接合工程により形成された天板体の斜視図である。
【図１９】ヘッド体形成工程により形成されたヘッド体の斜視図である。
【図２０】基板に形成された溝内に圧電体を加圧嵌合させる工程を示す正面図である。
【図２１】本発明の第三の実施の形態を示すもので、（ａ）はベース部材の平面図、（ｂ）は圧電体を埋め込んだ状態の平面図である。
【図２２】本発明の第四の実施の形態を示すもので、（ａ）は凹部の底に逃げを形成した側面図、（ｂ）は埋め込みガイド溝の底部に逃げを形成した側面図である。
【図２３】本発明の第五の実施の形態を示すもので、（ａ）は圧電体の角部に逃げを形成した側面図、（ｂ）は埋め込みガイド溝との関係を示す側面図である。
【図２４】従来の一例を示すインクジェットプリンタヘッドの側面図である。
【符号の説明】
８ 圧電部材
９ 圧電部材
１１ ベース部材
１３ 天板
１４ 天板接合体
１５ ノズルプレート
１６ 溝
２５ 圧電体
２６ 凹部
２８ 刃物
２９ 基板
３１ 溝付基板
３２ 導電膜
３３ ヘッド基板
３５ ヘッド体
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリンタ、コピー、ファクス等に使用されるインクジェットプリンタヘッド及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、圧電材料のシェアモード（せん断モード）を利用したインクジェットプリンタヘッドは、特開昭６３−２４７０５１号公報をはじめとして種々の形式のものが提案されているが、特開平７−１０１０５６号公報において指摘されているように、その多くは圧力室となる微細溝をダイアモンドブレードにより形成すること、ＰＺＴに代表される圧電材料が強誘電体であること等の理由から、インクの吐出に関与しない部分にも大きな静電容量を有し、これにより、エネルギー効率が悪いという問題点を持っていた。
【０００３】
前述の特開平７−１０１０５６号公報に記載されたものでは、図２４に示すように、ベース部材１上に圧電部材２と低誘電率部材３とを接合し、さらに、天板４とノズルプレート５とを接合する。そして、多数の溝を形成することによりインク室６を形成している。このインク室６の圧電部材２の部分はインクの吐出に関与する部分ａであり、低誘電率部材３の部分はインクの吐出に関与しない部分ｂである。このように構成することにより、インク室６中のインクの吐出に関与しない部分ｂの静電容量を低くしてエネルギー効率を高めている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特開平７−１０１０５６号公報に開示された技術においては、一枚の基板から多数個取りする手段についてはなにも開示されておらず、量産性に乏しいものである。
【０００５】
また、前述の特開平７−１０１０５６号公報には、各部材の接着方法に関する具体的な開示がない。すなわち、溝内に電極を形成するので、接着層に気泡等が生じた場合、隣接する素子とショートしたり、逆に、電極が接着層上でうまくつながらずオープンとなる事故が生じやすい。
【０００６】
さらには、前述の特開平７−１０１０５６号公報に開示された技術のような構造、つまり、可動する圧電部材２と可動しない低誘電率部材３とが接合されている構造においては、セラミックス等による圧電部材２とアルミナ基板等による低誘電率部材３との境界に接着剤が存在するが、周知の通りセラミックスと樹脂ではヤング率等の機械的特性が大きく異なるため、この接着剤の厚みにバラツキが生じると圧電部材２の変形にバラツキが生じる。厚ければ接着剤がダンパーとなり圧電部材２の変形をあまり妨げないが、薄すぎると圧電部材２の一端は固定状態となり変形を妨げる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、予め分極された２枚の圧電部材を所望の幅にカットして圧電体を形成する圧電体形成工程と、前記圧電部材とは異なる材質のベース部材に前記圧電体が嵌合する凹部を形成する嵌合凹部形成工程と、前記凹部に前記圧電体を埋込んで基板を形成する基板形成工程と、前記基板の前記圧電体が埋め込まれた側の面に複数の所望の溝を平行に形成して溝付基板を形成する溝形成工程と、この溝付基板の少なくとも前記溝の内壁に導電膜を形成してヘッド基板を形成するヘッド基板形成工程と、前記導電膜に電圧を印加するための接続を行う導電パターン形成工程と、前記ヘッド基板に天板を接合して天板接合体を形成する天板接合工程と、前記天板接合体を所望の位置で切断してヘッド体を形成するヘッド体形成工程と、前記ヘッド体の切断面の溝開口を有する面にノズルプレートを接合するノズルプレート接合工程とよりなることを特徴とするインクジェットプリンタヘッドの製造方法。
【０００８】
請求項２記載の発明は、予め分極された圧電部材を所望の幅にカットして形成した圧電体を、前記圧電部材とは異なる材質のベース部材の凹部に埋め込んで基板を形成し、この基板の前記圧電体が埋め込まれた側の面に形成された複数の所望の溝の内壁に導電膜を形成したヘッド基板と、このヘッド基板の一面に接合された天板と、前記溝毎に形成されたインク吐出口を有して溝の開口側に接合されたノズルプレートと、を備え、前記ヘッド基板と前記天板とは、前記基板の前記圧電体が埋め込まれた側の面に複数の所望の溝を平行に形成して溝付基板を形成する溝形成工程と、この溝付基板の少なくとも前記溝の内壁に導電膜を形成して前記ヘッド基板を形成するヘッド基板形成工程と、前記導電膜に電圧を印加するための接続を行う導電パターン形成工程と、前記ヘッド基板に天板を接合して天板接合体を形成する天板接合工程と、前記天板接合体を所望の位置で切断してヘッド体を形成するヘッド体形成工程と、によって一体に形成され、前記ノズルプレートは、前記ヘッド体の切断面の溝開口を有する面に接合されている。
【０００９】
請求項３記載の発明は、予め分極された２枚の圧電部材を互いの分極が対向するように接合する圧電部材接合工程と、接合された圧電部材を所望の幅にカットして圧電体を形成する圧電体形成工程と、前記圧電部材とは異なる材質のベース部材に前記圧電体が嵌合する凹部を形成する嵌合凹部形成工程と、前記凹部に前記圧電体を埋込んで基板を形成する基板形成工程と、前記基板の前記圧電体が埋め込まれた側の面に複数の所望の溝を平行に形成して溝付基板を形成する溝形成工程と、この溝付基板の少なくとも前記２枚の圧電部材を含む前記溝の内壁に導電膜を形成してヘッド基板を形成するヘッド基板形成工程と、前記導電膜に電圧を印加するための接続を行う導電パターン形成工程と、前記ヘッド基板に天板を接合して天板接合体を形成する天板接合工程と、前記天板接合体を所望の位置で切断してヘッド体を形成するヘッド体形成工程と、前記ヘッド体の切断面の溝開口を有する面にノズルプレートを接合するノズルプレート接合工程とよりなる。
【００１０】
請求項４記載の発明は、互いの分極が対向するように接合された２枚の圧電部材を所望の幅にカットして形成した圧電体を、前記圧電部材とは異なる材質のベース部材の凹部に埋め込んで基板を形成し、この基板の前記圧電体が埋め込まれた側の面に形成された複数の所望の溝の前記２枚の圧電部材を含む内壁に導電膜を形成したヘッド基板と、このヘッド基板の一面に接合された天板と、前記溝毎に形成されたインク吐出口を有して溝の開口側に接合されたノズルプレートと、を備え、前記ヘッド基板と前記天板とは、前記基板の前記圧電体が埋め込まれた側の面に複数の所望の溝を平行に形成して溝付基板を形成する溝形成工程と、この溝付基板の少なくとも前記２枚の圧電部材を含む前記溝の内壁に導電膜を形成してヘッド基板を形成するヘッド基板形成工程と、前記導電膜に電圧を印加するための接続を行う導電パターン形成工程と、前記ヘッド基板に天板を接合して天板接合体を形成する天板接合工程と、前記天板接合体を所望の位置で切断してヘッド体を形成するヘッド体形成工程と、によって一体に形成され、前記ノズルプレートは、前記ヘッド体の切断面の溝開口を有する面に接合されている。
【００１１】
請求項５記載の発明は、請求項１又は３記載の発明において、ベース部材の誘電率が圧電部材の誘電率より小さいことを特徴とする。
【００１２】
請求項６記載の発明は、請求項１又は３記載の発明において、ベース部材の誘電率が圧電部材の誘電率より小さく前記圧電部材とは異なる圧電材料よりなっていることを特徴とする。
【００１３】
請求項７記載の発明は、請求項２又は４記載の発明において、ベース部材の誘電率が圧電部材の誘電率より小さいことを特徴とする。
【００１４】
請求項８記載の発明は、請求項２又は４記載の発明において、ベース部材の誘電率が圧電部材の誘電率より小さく前記圧電部材とは異なる圧電材料よりなっていることを特徴とする。
【００１５】
請求項９記載の発明は、請求項１又は３記載の発明において、導電膜を無電解メッキにより形成した。
【００１６】
請求項１０記載の発明は、請求項１記載の発明において、圧電部材接合工程を真空雰囲気中で行うことを特徴とする。
【００１７】
請求項１１記載の発明は、請求項１又は３記載の発明において、基板形成工程を真空雰囲気中で行うことを特徴とする。
【００１８】
請求項１２記載の発明は、請求項２又は４記載の発明において、凹部が１乃至複数の段差又はテーパを有することを特徴とする。
【００１９】
請求項１３記載の発明は、請求項１又は３記載の発明において、凹部をその断面形状の刃物で加工するようにした。
【００２０】
請求項１４記載の発明は、請求項２又は４記載の発明において、溝付基板の溝が形成されない位置の凹部の幅が、溝が形成された位置の凹部の幅よりも狭いことを特徴とする。
【００２１】
請求項１５記載の発明は、請求項２又は４記載の発明において、凹部の底に凹凸を形成したことを特徴とする。
【００２２】
請求項１６記載の発明は、請求項２又は４記載の発明において、凹部の底面の角部に面取りがあることを特徴とする。
【００２３】
請求項１７記載の発明は、請求項１又は３記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法において、基板形成工程は、前記ベース部材に形成された前記凹部に所定量の接着剤を注入して前記圧電体を前記凹部に埋め込む工程と、真空雰囲気中において前記凹部の幅よりも狭い幅の加圧部を有する加圧治具で前記圧電体を加圧する工程と、を含むことを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の実施の形態を図１乃至図１０に基いて説明する。まず、本発明のインクジェットプリンタヘッド７は、図１に示すように、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等の圧電材料を用いた圧電部材８を所定の形状・大きさにカットして圧電体２５を形成し、この圧電体２５を、圧電部材８より誘電率の小さい材料を用いたベース部材１１と組み合わせた構成の積層基板１２と、天板１３とを接着または接合することにより天板接合体１４を形成した後、この天板接合体１４に厚さ１０〜１００μｍ程度のノズルプレート１５を一体に接着した構造になっている。
【００２５】
板厚方向に分極されたＰＺＴからなる圧電部材８が組み込まれた積層基板１２には、圧電部材８の上面からその内部まで到達し、前面が開口して後部が閉鎖した多数の溝１６を形成してある。これらの溝１６は、ＩＣウェハーの切断等に用いているダイシングソーのダイヤモンドホイール等により研削されて平行に形成されている。これらの溝１６間の支柱１７が圧力発生手段１８の駆動部となり、この形状は溝１６と同等である。溝１６のサイズは、インクジェットプリンタヘッド７の仕様などにより異なるが、例えば、深さが０.２〜１ｍｍ、幅が２０〜２００μｍ、長さが１〜２０ｍｍ程度となる。
【００２６】
前記溝１６の内面には、図２（ａ）に示すように、支柱１７の側壁の略半分まで、ニッケルやアルミニウム等の金属を真空蒸着法等により付着させた電極１９が形成されている。この場合、電極１９の下端位置の設定は、図２（ｂ）に示すように、例えば真空蒸着法の実行に際して、蒸着粒子の飛翔が支柱１７の上面の端部により規制されるように積層基板１２（ベース部材１１）の斜め上方から行なうことにより実現可能である。
【００２７】
また、電極１９は、これらの電極１９の真空蒸着法等による形成時に溝１６の後部からベース部材１１の上面まで延長形成され、その後、延長された電極１９はフォトエッチング法によって配線パターン２０として形成される。
【００２８】
ここで、別の実施の形態として、図２（ｃ）及び（ｄ）に示すように、溝１６に嵌合固定された圧電部材８の全体を貫通して圧電部材８の厚み程度だけベース部材１１にまで達する深さに溝１６を形成し、この溝１６内に電極１９を形成しても良い。これにより、圧電部材８の厚さが溝１６の深さの略半分であるシェアモード型のインクジェットプリンタヘッド７を得ることができる。この場合、電極１９は、図２（ｃ）に示すように溝１６の側面全体に形成されていても、あるいは、図２（ｄ）に示すように溝１６の略半分にのみ形成されていても良い。これらの図２（ｃ）および（ｄ）に示す実施の形態の場合、支柱１７の略下半分は、ベース部材１１と一体のため、前述のように接着剤３０による、圧電部材８の動きの妨げの緩和の効果が減少するが、接着層がないのでバラツキはない。
【００２９】
天板１３には、図１に図示のように中空部があり、積層基板１２の溝１６の後端に連通するインク溜まり２１となる。積層基板１２に天板１３を接着剤などで接着して天板体２２を形成し、この天板体２２の前面にノズルプレート１５を接着剤で一体に接着することで、このノズルプレート１５と天板１３とで前面と上面とを遮断された溝１６をインク流路でもある圧力室２３とし、インク溜まり２１を介してインクを供給する。インク溜まり２１は外部からインクを導入できる開口を有する蓋板を接着しても良いし、予めインク溜まり２１を覆うような形状の板材であっても良い。そして、積層基板１２の上面後方部が天板１３より後方に露出するので、ここに位置する配線パターン２０にＦＰＣなどで駆動回路を接続することができる。
【００３０】
このような構成において、このインクジェットプリンタヘッド７では、圧力室２３にインクを供給した状態で、駆動する圧力室２３の両側に位置する支柱１７を板厚方向に分極された圧電部材８のシェアモード変形により湾曲させ徐々に離反させ、これを急激に初期位置に復帰させて圧力室２３のインクを加圧することでノズルプレート１５のインク吐出口２４からインク滴を吐出させる。このとき、クロストークを防止するため、偶数番目の圧力室２３と奇数番目の圧力室２３とを交互に加圧するように圧力発生手段１８の支柱１７を駆動する。なお、このインクジェットプリンタヘッド７では、インク吐出口２４を後部が拡開して前部がテーパー状に形成されているので、圧力室２３で加圧したインクを効率よく吐出することができる。
【００３１】
次に、図３乃至図１０を用いて、図１に示したインクジェットプリンタヘッド７の製造方法、特に、積層基板１２の製造方法について説明する。まず、圧電体形成工程Ｂにより、予め板厚方向に分極された圧電部材８を所望の幅にカットして圧電体２５を形成する。ついで、嵌合凹部形成工程Ｃにより、前記圧電部材８とは異なる材質のベース部材１１に前記圧電体２５が嵌合する凹部２６が形成される。すなわち、図３で示す通り、圧電体２５を低誘電率部材であるベース部材１１に接着するために、ベース部材１１にはあらかじめ凹部２６を加工しておく必要がある。その加工方法において図示の様に一度に凹部２６、埋め込みガイド溝２７を形成し得るブレード２８を使用し、ダイシングソーなどで凹部２６、埋め込みガイド溝２７を形成する。本実施の形態のような形状であれば、前述のように同じ断面形状を有する刃物としてのブレード２８を作成することが可能で、工程が短縮できる。例えば、埋め込みガイド溝２７の幅は埋め込む圧電体２５の幅よりも５〜３０μｍ、凹部２６は埋め込みガイド溝２７の幅よりも１０〜２００μｍ程度広くなる。ベース部材１１としては、アルミナ、ジルコニア等のセラミックスを用いることは可能であるが、快削性セラミックスやチタン酸マグネシウム、ボロンナイトライド、アルミナイトライド、及びこれらの複合材等の比較的軟らかいセラミックスの方が、ＰＺＴが比較的軟らかいために、同時加工するのが容易である。また、前記ＰＺＴは当然ながら圧電特性を主として選択されるため誘電率に選択の余地は少ないが、ベース部材１１として前記ＰＺＴより誘電率が小さいＰＺＴを選択することも可能である。
【００３２】
このように基板形成工程Ｄにおいて、凹部２６、埋め込みガイド溝２７が形成されたベース部材１１に圧電体２５を埋め込んで基板２９を形成する場合、図４（ａ）（ｂ）で示すように、埋め込みガイド溝２７により圧電体２５の不均一な埋め込み状態を最小限に押さえることが可能になり、それにより、接着剤３０の左右の不均一なはみ出し量の差を最小限に押さえることが可能となる。接着剤３０のはみ出しだけでなく圧電体２５がベース部材１１に対して曲がって接合されることを防ぐことができる。接着剤３０が図４（ｃ）（ｄ）に示すように不均一であることは、硬化時の収縮により偏った歪みを生じる原因となる。加えて、詳細には記さないが、埋め込み後に接着剤３０を硬化させ、接着剤３０のはみ出しを研磨により除去（この際、圧電体２５、ベース部材１１の一部も研磨して面一とする）するが、接着剤３０の突出したはみ出しが無いことで、研磨量が最低限で済むこととなる。
【００３３】
また、凹部２６、埋め込みガイド溝２７が形成されたベース部材１１に圧電体２５を埋め込むことにより、圧電体２５とベース部材１１の凹部２６との間の接着層厚さを両端５〜１００μｍ程度取れ、接着方法については後述するが接着層内の気泡および接着層の欠損を低減することが可能になる。例えば、圧電体２５と凹部２６との間が５μｍ以下と狭い場合、接着層の抜けが発生しやすくなり、その結果、隣接ノズル間のショートが発生してしまう。加えて、圧電体２５が駆動する際、ベース部材１１がその動きを妨げるが、ベース部材１１に比べて軟らかい接着剤３０を一定以上の厚さで介在させることにより、その妨げを軽減することができて効率を向上させる。このことは前述のように圧電体２５がベース部材１１に曲がって接合されると、動きにバラツキを生じることを意味し、接着層厚のバラツキは避けなければならない。
【００３４】
図５乃至図１０は、その後のヘッド作成工程の一例を図示したものである。図５に示すように、ベース部材１１に２本の凹部２６を前述のように形成し、各々の凹部２６に圧電体２５を後述のように接着して基板２９を形成する。さらに、後述のように基板２９の上面を研磨して面一にする。このような形態にすると、後述のように、１枚のベース部材１１から４個のインクジェットプリンタヘッド７を得ることができる。
【００３５】
図６に示すように、基板２９にダイシングソー、スライサー等で溝１６を形成して溝付基板３１を形成する溝形成工程Ｅが実行される。ここで溝１６の寸法は前述した通りである。その後、図７のようにヘッド基板形成工程Ｆ及び導電パターン形成工程Ｇが実行されて真空蒸着法等により電極１９、配線パターン２０等の導電膜３２を形成し、これらが形成されたヘッド基板３３が形成される。ついで、図８に示すように、天板接合工程Ｈにおいて、ヘッド基板３３に天板１３が接合固定されて天板接合体３４が形成される。さらに、ヘッド体形成工程Ｊにおいて、天板接合体３４が４分割されて図９に示すようなヘッド体３５が４個作成される。
【００３６】
なお、実施に当たっては、ベース部材１１の誘電率が圧電部材８の誘電率より小さく前記圧電部材８とは異なる圧電材料よりなっているものの使用が可能である。一般に、アクチュエータとして使用される圧電材料は圧電定数が大きく、誘電率も大きい。比誘電率（ε11Ｔ／ε0）で１０００〜５０００程度である。ベース部材１１に圧電材料を用いる場合には、圧電定数は小さくてもよいので、例えば、住友金属社製Ｈ８Ｈ（ε11Ｔ／ε0＝５２０）や村田製作所製Ｐ−４（ε11Ｔ／ε0＝２４７）、富士セラミックス社製Ｃ４（ε11Ｔ／ε0＝５２０）等が好適に使用できる。このような圧電材料をベース部材１１として使用することにより、ベース部材１１の静電容量が小さくなって消費電力が小さく、ドライブ回路の発熱を押さえることもでき、溝１６の加工時にベース部材１１と圧電部材８とが同様な加工特性を有しているため加工条件が容易になり、しかも、ベース部材１１と圧電部材８との熱膨張係数を等しくすることができて熱硬化性の接着剤３０を用いても接合後の反りや変形を防止することができるものである。
【００３７】
ついで、特に図示しないが、ノズルプレート接合工程Ｋでヘッド体３５の切断面の溝開口を有する面にノズルプレート１５を接着し、図１に示すようなインクジェットプリンタヘッド７を形成する。
【００３８】
ここで、圧電部材８と低誘電率部材であるベース部材１１を接着する接着層にはポアが有ってはならため真空雰囲気中で貼り合わせると良い。具体的な方法として、図１０に示すように、凹部２６の底部と側面とに接着剤を塗布後、凹部２６に圧電部材８を所定の方法で埋め込み嵌合させた後、所定の真空容器内で、加圧治具５１を用いて加圧接着する。つまり、加圧治具５１としてベース部材１１の２つの凹部２６に嵌合された圧電部材８の離間間隔と略一致する間隔で離間配置された２つの加圧部５２が高さ２ｍｍ程度に突出形成された構造のものが用いられ、これらの加圧部５２によって凹部２６に嵌合された圧電部材８を加圧することにより、凹部２６内に圧電部材８を加圧接着させる。この場合、加圧治具５１における加圧部５２の幅ｂは、圧電部材８の幅ａよりも狭く設定されている。
【００３９】
このような凹部２６内への圧電部材８の加圧接着に際しては、前述したようにベース部材１１に形成されている凹部２６とこの凹部２６に埋め込まれる圧電部材８との間の隙間は、５〜３０μｍ程度と非常に狭いため、所定の真空雰囲気中においてやっと接着剤から気泡を除去することが可能である。このため、仮に、加圧治具５１における加圧部５２の幅ｂが圧電部材８の幅ａよりも広く設定されている場合には、凹部２６とこの凹部２６に埋め込まれる圧電部材８との間の隙間の上方に加圧部５２が位置することになり、この場合には気泡の脱気抵抗が増大し、相当長時間に渡り真空脱気を行なったとしても、接着剤中の気泡が部分的に除去しきれない場合がある。これに対し、本実施の形態では、加圧治具５１における加圧部５２の幅ｂが圧電部材８の幅ａよりも狭く設定されていることから、加圧治具５１の加圧部５２が気泡の除去を妨げることがない。
【００４０】
このように、本実施の形態では、加圧治具５１における加圧部５２の幅ｂを圧電部材８の幅ａよりも狭く設定したことにより、凹部２６とこの凹部２６に埋め込まれる圧電部材８との間に気泡が生じない接着層を形成することが可能となる。しかも、加圧治具５１における加圧部５２は、２ｍｍ程度の高さで突出形成されているため、加圧治具５１を用いた圧電部材８の加圧作業に際しては、ベース部材１１と加圧治具５１との間にギャップが生じ、これにより、凹部２６とこの凹部２６に埋め込まれる圧電部材８との間の隙間からの気泡の脱気効率が向上する。
【００４１】
こうして、本実施の形態では、凹部２６とこの凹部２６に埋め込まれる圧電部材８との間の隙間の接着剤が硬化した後、接着層中に気泡が残留することがなくなり、これにより、接着層中に気泡が残留した場合に生ずることがある電極ショートが確実に防止される。
【００４２】
なお、基板形成工程Ｄは、凹部２６に対する圧電部材８の加圧接着完了後、ベース部材１１の上面にはみ出した接着剤を研磨加工等により除去することで、完了する。
【００４３】
本発明の第二の実施の形態を図１１乃至図２０に基いて説明する。第二の実施の形態において、第一の実施の形態と同一部分は同一符号で示す。
【００４４】
まず、本発明のインクジェットプリンタヘッド７は、図１１に示すように、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等の圧電材料を用いた圧電部材８および９からなる積層圧電部材１０を所定の形状・大きさにカットして圧電体２５を形成し、この圧電体２５を、圧電部材８、９より誘電率の小さい材料を用いたベース部材１１と組み合わされた構成の積層基板１２と、天板１３とを接着または接合により天板接合体１４を形成した後、この天板接合体１４に厚さ１０〜１００μｍ程度のノズルプレート１５を一体に接着した構造になっている。
【００４５】
前記積層圧電部材１０は、上下方向の分極方向が相反する２枚のＰＺＴからなる圧電部材８、９で形成されて積層圧電部材１０とされ、この積層圧電部材１０が組み込まれた積層基板１２には、上方向の圧電部材８の上面から下方向の圧電部材９の内部まで到達し、前面が開口して後部が閉鎖した多数の溝１６を形成してある。これらの溝１６は、ＩＣウェハーの切断等に用いているダイシングソーのダイヤモンドホイール等により研削されて平行に形成されている。これらの溝１６間の支柱１７が圧力発生手段１８の駆動部となり、この形状は溝１６と同等である。溝１６のサイズは、インクジェットプリンタヘッド７の仕様などにより異なるが、例えば、深さが０.２〜１ｍｍ、幅が２０〜２００μｍ、長さが１〜２０ｍｍ程度となる。
【００４６】
前記溝１６の内面には、図１２に示すように、真空蒸着法や無電解ニッケルメッキ法等の手法で電極１９が形成されている。この電極１９は、溝１６の後部からベース部材１１の上面まで延長されており、この時同時に真空蒸着法や無電解メッキ法等の手法で配線パターン２０が形成されている。無電解メッキ法であれば、このような微細な溝１６内にも容易に金属膜を形成できる。ここではニッケルを用いたが、金、銅等で形成してもよく、これら２種以上の膜を積層しても良い。
【００４７】
天板１３には、図１１に図示のように中空部があり、積層基板１２の溝１６の後端に連通するインク溜まり２１となる。積層基板１２に天板１３を接着剤などで接着して天板体２２を形成し、この天板体２２の前面にノズルプレート１５を接着剤で一体に接着することで、このノズルプレート１５と天板１３とで前面と上面とを遮断された溝１６をインク流路でもある圧力室２３とし、インク溜まり２１を介してインクを供給する。インク溜まり２１は外部からインクを導入できる開口を有する蓋板を接着しても良いし、予めインク溜まり２１を覆うような形状の板材であっても良い。そして、積層基板１２の上面後方部が天板１３より後方に露出するので、ここに位置する配線パターン２０にＦＰＣなどで駆動回路を接続することができる。
【００４８】
このような構成において、このインクジェットプリンタヘッド７では、圧力室２３にインクを供給した状態で、駆動する圧力室２３の両側に位置する支柱１７を分極方向が相反する圧電部材８、９のシェアモード変形により湾曲させ徐々に離反させ、これを急激に初期位置に復帰させて圧力室２３のインクを加圧することでノズルプレート１５のインク吐出口２４からインク滴を吐出させる。このとき、クロストークを防止するため、偶数番目の圧力室２３と奇数番目の圧力室２３とを交互に加圧するように圧力発生手段１８の支柱１７を駆動する。なお、このインクジェットプリンタヘッド７では、インク吐出口２４を後部が拡開して前部がテーパー状に形成されているので、圧力室２３で加圧したインクを効率よく吐出することができる。
【００４９】
次に、図１２乃至図２０を用いて、図１１に示したインクジェットプリンタヘッド７の製造方法、特に、積層基板１２の製造方法について説明する。まず、圧電部材接合工程Ａにより予め分極された２枚の圧電部材８、９を互いの分極が対向するように接合する。そして、圧電体形成工程Ｂにより接合された圧電部材８、９を所望の幅にカットして圧電体２５を形成する。ついで、嵌合凹部形成工程Ｃにより、前記圧電部材８、９とは異なる材質のベース部材１１に前記圧電体２５が嵌合する凹部２６が形成される。すなわち、図１３で示す通り、圧電体２５を低誘電率部材であるベース部材１１に接着するために、ベース部材１１にはあらかじめ凹部２６を加工しておく必要がある。その加工方法において図示の様に一度に凹部２６、埋め込みガイド溝２７を形成し得るブレード２８を使用し、ダイシングソーなどで凹部２６、埋め込みガイド溝２７を形成する。本実施の形態のような形状であれば、前述のように同じ断面形状を有する刃物としてのブレード２８を作成することが可能で、工程が短縮できる。例えば、埋め込みガイド溝２７の幅は埋め込む圧電体２５の幅よりも５〜３０μｍ、凹部２６は埋め込みガイド溝２７の幅よりも１０〜２００μｍ程度広くなる。ベース部材１１としては、アルミナ、ジルコニア等のセラミックスを用いることは可能であるが、快削性セラミックスやチタン酸マグネシウム、ボロンナイトライド、アルミナイトライド、及びこれらの複合材等の比較的軟らかいセラミックスの方が、ＰＺＴが比較的軟らかいために、同時加工するのが容易である。また、前記ＰＺＴは当然ながら圧電特性を主として選択されるため誘電率に選択の余地は少ないが、ベース部材１１として前記ＰＺＴより誘電率が小さいＰＺＴを選択することも可能である。本実施の形態では、このようにして形成された積層基板１２を用い、第一の実施の形態と同様の工程を経てインクジェットプリンタヘッド７を得る。
【００５０】
このように基板形成工程Ｄにおいて、凹部２６、埋め込みガイド溝２７が形成されたベース部材１１に圧電体２５を埋め込んで基板２９を形成する場合、図１４（ａ）（ｂ）で示すように、埋め込みガイド溝２７により圧電体２５の不均一な埋め込み状態を最小限に押さえることが可能になり、それにより、接着剤３０の左右の不均一なはみ出し量の差を最小限に押さえることが可能となる。接着剤３０のはみ出しだけでなく圧電体２５がベース部材１１に対して曲がって接合されることを防ぐことができる。接着剤３０が図１４（ｃ）（ｄ）に示すように不均一であることは、硬化時の収縮により偏った歪みを生じる原因となる。加えて、詳細には記さないが、埋め込み後に接着剤３０を硬化させ、接着剤３０のはみ出しを研磨により除去（この際、圧電体２５、ベース部材１１の一部も研磨して面一とする）するが、接着剤３０の突出したはみ出しが無いことで、研磨量が最低限で済むこととなる。
【００５１】
また、凹部２６、埋め込みガイド溝２７が形成されたベース部材１１に圧電体２５を埋め込むことにより、圧電体２５とベース部材１１の凹部２６との間の接着層厚さを両端５〜１００μｍ程度取れ、接着方法については後述するが接着層内の気泡および接着層の欠損を低減することが可能になる。例えば、圧電体２５と凹部２６との間が５μｍ以下と狭い場合、接着層の抜けが発生しやすくなり、その結果、隣接ノズル間のショートが発生してしまう。加えて、圧電体２５が駆動する際、ベース部材１１がその動きを妨げるが、ベース部材１１に比べて軟らかい接着剤３０を一定以上の厚さで介在させることにより、その妨げを軽減することができて効率を向上させる。このことは前述のように圧電体２５がベース部材１１に曲がって接合されると、動きにバラツキを生じることを意味し、接着層厚のバラツキは避けなければならない。
【００５２】
図１５乃至図２０は、その後のヘッド作成工程の一例を図示したものである。図１５に示すように、ベース部材１１に２本の凹部２６を前述のように形成し、各々の凹部２６に圧電体２５を後述のように接着して基板２９を形成する。さらに、後述のように基板２９の上面を研磨して面一にする。このような形態にすると、後述のように、１枚のベース部材１１から４個のインクジェットプリンタヘッド７を得ることができる。
【００５３】
図１６に示すように、基板２９にダイシングソー、スライサー等で溝１６を形成して溝付基板３１を形成する溝形成工程Ｅが実行される。ここで溝１６の寸法は前述した通りである。その後、図１７のようにヘッド基板形成工程Ｆ及び導電パターン形成工程Ｇが実行されて真空蒸着法や無電解メッキ法等により電極１９、配線パターン２０等の導電膜３２を形成し、これらが形成されたヘッド基板３３が形成される。ついで、図１８に示すように、天板接合工程Ｈにおいて、ヘッド基板３３に天板１３が接合固定されて天板接合体３４が形成される。さらに、ヘッド体形成工程Ｊにおいて、天板接合体３４が４分割されて図１９に示すようなヘッド体３５が４個作成される。
【００５４】
なお、実施に当たっては、ベース部材１１の誘電率が圧電部材８、９の誘電率より小さく前記圧電部材８、９とは異なる圧電材料よりなっているものの使用が可能である。一般に、アクチュエータとして使用される圧電材料は圧電定数が大きく、誘電率も大きい。比誘電率（ε11Ｔ／ε0）で１０００〜５０００程度である。ベース部材１１に圧電材料を用いる場合には、圧電定数は小さくてもよいので、例えば、住友金属社製Ｈ８Ｈ（ε11Ｔ／ε0＝５２０）や村田製作所製Ｐ−４（ε11Ｔ／ε0＝２４７）、富士セラミックス社製Ｃ４（ε11Ｔ／ε0＝５２０）等が好適に使用できる。このような圧電材料をベース部材１１として使用することにより、ベース部材１１の静電容量が小さくなって消費電力が小さく、ドライブ回路の発熱を押さえることもでき、溝１６の加工時にベース部材１１と圧電部材８、９とが同様な加工特性を有しているため加工条件が容易になり、しかも、ベース部材１１と圧電部材８、９との熱膨張係数を等しくすることができて熱硬化性の接着剤３０を用いても接合後の反りや変形を防止することができるものである。
【００５５】
ついで、特に図示しないが、ノズルプレート接合工程Ｋでヘッド体３５の切断面の溝開口を有する面にノズルプレート１５を接着し、図１１に示すようなインクジェットプリンタヘッド７を形成する。
【００５６】
無電解メッキ法による導電膜３２の形成においては、本実施の形態のような微細な溝１６内にも導電膜３２が形成できる反面、支柱１７に隣接する溝１６を連通させるような非常に微細な空孔が有っても、空孔内にメッキ膜が析出し、パターンをショートさせてしまう。従って、圧電部材８、９やベース部材１１に支柱１７の幅より大きなポア（気孔）が有ってはならない。また、通常、無電解メッキの前処理としてエッチングが行われるが、エッチングによりポアが拡大、または、複数のポアが連通してしまい、結果的に支柱１７の幅より大きなポアになってもいけない。そのためには十分ポアが小さい材料を選択する必要がある。
【００５７】
同様な理由で、２枚の圧電部材８、９を接着して積層圧電部材１０を形成する際にも接着層にポアが有ってはならない。接着剤３０を塗布後に２枚を貼り合わせる前に真空雰囲気中におき、その真空雰囲気中で貼り合わせると良い。接着層のポアは、接着剤３０の内部の気泡と、貼り合わせた際に混入される気泡とがある。前者は貼り合わせる前に真空雰囲気により脱泡され、後者は貼り合わせる際に空気が存在しない（非常に稀少）ため、接着剤に混入されない（大気に解放すると縮小し、非常に小さな気泡となる）。なお、真空雰囲気の真空度は、支柱１７の幅や接着剤３０の粘度等により適宜設定する。真空度が高い（真空に近い）ほど気泡は小さくなるが装置は大きくなり時間も要するので、その兼ね合いにより適宜決定することが望ましい。このような接着では周縁部に接着剤３０がはみ出すので、積層圧電部材１０は２枚の大きな圧電部材を貼り合わせた後に切断した方がよい。
【００５８】
さらには、同様な理由で、積層圧電部材１０と低誘電率部材であるベース部材１１を接着する接着層にもポアが有ってはならため真空雰囲気中で貼り合わせると良い。具体的な方法として、図２０に示すように、凹部２６の底部と側面とに接着剤を塗布後、凹部２６に圧電部材８を所定の方法で埋め込み嵌合させた後、所定の真空容器内で、加圧治具５１を用いて加圧接着する。つまり、加圧治具５１としてベース部材１１の２つの凹部２６に嵌合された圧電部材８の離間間隔と略一致する間隔で離間配置された２つの加圧部５２が高さ２ｍｍ程度に突出形成された構造のものが用いられ、これらの加圧部５２によって凹部２６に嵌合された圧電部材８を加圧することにより、凹部２６内に圧電部材８を加圧接着させる。この場合、加圧治具５１における加圧部５２の幅ｂは、圧電部材８の幅ａよりも狭く設定されている。
【００５９】
このような凹部２６内への圧電部材８の加圧接着に際しては、前述したようにベース部材１１に形成されている凹部２６とこの凹部２６に埋め込まれる圧電部材８との間の隙間は、５〜３０μｍ程度と非常に狭いため、所定の真空雰囲気中においてやっと接着剤から気泡を除去することが可能である。このため、仮に、加圧治具５１における加圧部５２の幅ｂが圧電部材８の幅ａよりも広く設定されている場合には、凹部２６とこの凹部２６に埋め込まれる圧電部材８との間の隙間の上方に加圧部５２が位置することになり、この場合には気泡の脱気抵抗が増大し、相当長時間に渡り真空脱気を行なったとしても、接着剤中の気泡が部分的に除去しきれない場合がある。これに対し、本実施の形態では、加圧治具５１における加圧部５２の幅ｂが圧電部材８の幅ａよりも狭く設定されていることから、加圧治具５１の加圧部５２が気泡の除去を妨げることがない。
【００６０】
このように、本実施の形態では、加圧治具５１における加圧部５２の幅ｂを圧電部材８の幅ａよりも狭く設定したことにより、凹部２６とこの凹部２６に埋め込まれる圧電部材８との間に気泡が生じない接着層を形成することが可能となる。しかも、加圧治具５１における加圧部５２は、２ｍｍ程度の高さで突出形成されているため、加圧治具５１を用いた圧電部材８の加圧作業に際しては、ベース部材１１と加圧治具５１との間にギャップが生じ、これにより、凹部２６とこの凹部２６に埋め込まれる圧電部材８との間の隙間からの気泡の脱気効率が向上する。
【００６１】
こうして、本実施の形態では、凹部２６とこの凹部２６に埋め込まれる圧電部材８との間の隙間の接着剤が硬化した後、接着層中に気泡が残留することがなくなり、これにより、接着層中に気泡が残留した場合に生ずることがある電極ショートが確実に防止される。
【００６２】
なお、基板形成工程Ｄは、凹部２６に対する圧電部材８の加圧接着完了後、ベース部材１１の上面にはみ出した接着剤を研磨加工等により除去することで、完了する。
【００６３】
前者の２枚のＰＺＴを接着する場合には、形状が単純なため真空雰囲気中で接着することも容易であるが、後者の埋め込みの場合には、機構が大がかりとなる。形状や寸法、接着剤にもよるが、例えば熱硬化型のエポキシ接着剤であれば、硬化前に粘度が低下するので、接着面積が狭く、接着層が厚ければ、真空中で硬化させれば、真空中で貼り合わせなくても、貼り合わせの際に混入した気泡が抜けて、ポアレスの接着が可能となるので、この方法でも良い。
【００６４】
次に、第三の実施の形態を図２１に基づいて説明する。第一及び第二の実施の形態と同一部分は同一符号で示し、説明も省略する。本実施の形態は凹部２６の形状の変形例で、埋め込み位置を規制する埋め込みガイド溝２７となる幅細部をベース部材１１の両側に設け、深さ方向は均一な溝１６を形成したものである。ここで深さを均一と述べたが、加工上発生する段差やＲが目的を逸脱しない範囲で存在してもかまわないことは言うまでもない。この形状は、溝付基板３１の溝１６が形成されない位置の凹部２６の幅が、請求項１３にあるように、溝１６が形成された位置の凹部２６の幅よりも狭いことを意味する。
【００６５】
本発明の第四の実施の形態を図２２に基いて説明する。第一及び第二の実施の形態と同一部分は同一符号で示し、説明も省略する。凹部２６をダイヤモンドブレード２８で形成した場合、その都度ツルーイングをしない限り、溝１６の底にＲが生じる。このＲにより、圧電体２５の埋め込み位置が正確に規制されなくなったり、埋め込み深さが均一でなくなる。そこで、図２２の（ａ）（ｂ）に示すように、凹部２６の底面の角部に逃げ３６を形成することが有効である。この逃げ３６は、請求項１１における段差であり、請求項１４における凹凸であり、請求項１５における面取りである。また、凹部２６の形状を請求項１１にあるようにテーパ形状としてもよいものである。
【００６６】
なお、本実施の形態では、第二の実施の形態の圧電体２５を図示して説明したが、いうまでもなく、第一の実施の形態の圧電体２５も適用可能である。
【００６７】
本発明の第五の実施の形態を図２３に基づいて説明する。第一及び第二の実施の形態と同一部分は同一符号で示し、説明も省略する。本実施の形態は、第四の実施の形態の変形例に相当するもので、凹部２６に図２２に示すような逃げ３６を作る代わりに、圧電体２５側に逃げ３６を設けたものである。
【００６８】
なお、本実施の形態では、第二の実施の形態の圧電体２５を図示して説明したが、いうまでもなく、第一の実施の形態の圧電体２５も適用可能である。
【００６９】
【発明の効果】
請求項１記載の発明は、予め分極された圧電部材を所望の幅にカットして圧電体を形成する圧電体形成工程と、前記圧電部材とは異なる材質のベース部材に前記圧電体が嵌合する凹部を形成する嵌合凹部形成工程と、前記凹部に前記圧電体を埋込んで基板を形成する基板形成工程と、前記基板の前記圧電体が埋め込まれた側の面に複数の所望の溝を平行に形成して溝付基板を形成する溝形成工程と、この溝付基板の少なくとも前記溝の内壁に導電膜を形成してヘッド基板を形成するヘッド基板形成工程と、前記導電膜に電圧を印加するための接続を行う導電パターン形成工程と、前記ヘッド基板に天板を接合して天板接合体を形成する天板接合工程と、前記天板接合体を所望の位置で切断してヘッド体を形成するヘッド体形成工程と、前記ヘッド体の切断面の溝開口を有する面にノズルプレートを接合するノズルプレート接合工程とよりなるので、１枚の基板から複数のインクジェットプリンタヘッドを多数個取りすることができ、量産性に優れている。
【００７０】
請求項２記載の発明は、予め分極された圧電部材を所望の幅にカットして形成した圧電体を、前記圧電部材とは異なる材質のベース部材の凹部に埋め込んで基板を形成し、この基板の前記圧電体が埋め込まれた側の面に形成された複数の所望の溝の内壁に導電膜を形成したヘッド基板と、このヘッド基板の一面に接合された天板と、前記溝毎に形成されたインク吐出口を有して溝の開口側に接合されたノズルプレートと、を備え、前記ヘッド基板と前記天板とは、前記基板の前記圧電体が埋め込まれた側の面に複数の所望の溝を平行に形成して溝付基板を形成する溝形成工程と、この溝付基板の少なくとも前記溝の内壁に導電膜を形成して前記ヘッド基板を形成するヘッド基板形成工程と、前記導電膜に電圧を印加するための接続を行う導電パターン形成工程と、前記ヘッド基板に天板を接合して天板接合体を形成する天板接合工程と、前記天板接合体を所望の位置で切断してヘッド体を形成するヘッド体形成工程と、によって一体に形成され、前記ノズルプレートは、前記ヘッド体の切断面の溝開口を有する面に接合されているので、１枚の基板から複数のインクジェットプリンタヘッドを多数個取りすることができ、量産性に優れている。
【００７１】
請求項３記載の発明は、予め分極された２枚の圧電部材を互いの分極が対向するように接合する圧電部材接合工程と、接合された圧電部材を所望の幅にカットして圧電体を形成する圧電体形成工程と、前記圧電部材とは異なる材質のベース部材に前記圧電体が嵌合する凹部を形成する嵌合凹部形成工程と、前記凹部に前記圧電体を埋込んで基板を形成する基板形成工程と、前記基板の前記圧電体が埋め込まれた側の面に複数の所望の溝を平行に形成して溝付基板を形成する溝形成工程と、この溝付基板の少なくとも前記２枚の圧電部材を含む前記溝の内壁に導電膜を形成してヘッド基板を形成するヘッド基板形成工程と、前記導電膜に電圧を印加するための接続を行う導電パターン形成工程と、前記ヘッド基板に天板を接合して天板接合体を形成する天板接合工程と、前記天板接合体を所望の位置で切断してヘッド体を形成するヘッド体形成工程と、前記ヘッド体の切断面の溝開口を有する面にノズルプレートを接合するノズルプレート接合工程とよりなるので、１枚の基板から複数のインクジェットプリンタヘッドを多数個取りすることができ、量産性に優れている。
【００７２】
請求項４記載の発明は、互いの分極が対向するように接合された２枚の圧電部材を所望の幅にカットして形成した圧電体を、前記圧電部材とは異なる材質のベース部材の凹部に埋め込んで基板を形成し、この基板の前記圧電体が埋め込まれた側の面に形成された複数の所望の溝の前記２枚の圧電部材を含む内壁に導電膜を形成したヘッド基板と、このヘッド基板の一面に接合された天板と、前記溝毎に形成されたインク吐出口を有して溝の開口側に接合されたノズルプレートと、を備え、前記ヘッド基板と前記天板とは、前記基板の前記圧電体が埋め込まれた側の面に複数の所望の溝を平行に形成して溝付基板を形成する溝形成工程と、この溝付基板の少なくとも前記２枚の圧電部材を含む前記溝の内壁に導電膜を形成してヘッド基板を形成するヘッド基板形成工程と、前記導電膜に電圧を印加するための接続を行う導電パターン形成工程と、前記ヘッド基板に天板を接合して天板接合体を形成する天板接合工程と、前記天板接合体を所望の位置で切断してヘッド体を形成するヘッド体形成工程と、によって一体に形成され、前記ノズルプレートは、前記ヘッド体の切断面の溝開口を有する面に接合されているので、１枚の基板から複数のインクジェットプリンタヘッドを多数個取りすることができ、量産性に優れている。
【００７３】
請求項５記載の発明は、請求項１又は３記載の発明において、ベース部材の誘電率が圧電部材の誘電率より小さいので、ベース部材の静電容量が小さいために消費電力が小さく、ドライブ回路の発熱を押さえることもでき、溝加工時にベース部材と圧電部材とが同様な加工特性を有しているため加工条件が容易になり、しかも、ベース部材と圧電部材との熱膨張係数を等しくすることができて熱硬化性の接着剤を用いても接合後の反りや変形を防止することができる。
【００７４】
請求項６記載の発明は、請求項１又は３記載の発明において、ベース部材の誘電率が圧電部材の誘電率より小さく前記圧電部材とは異なる圧電材料よりなっているので、ベース部材の静電容量が小さいために消費電力が小さく、ドライブ回路の発熱を押さえることもでき、溝加工時にベース部材と圧電部材とが同様な加工特性を有しているため加工条件が容易になり、しかも、ベース部材と圧電部材との熱膨張係数を等しくすることができて熱硬化性の接着剤を用いても接合後の反りや変形を防止することができる。
【００７５】
請求項７記載の発明は、請求項２又は４記載の発明において、ベース部材の誘電率を圧電部材の誘電率より小さくしたので、エネルギー効率をきわめて高めることができる。
【００７６】
請求項８記載の発明は、請求項２又は４記載の発明において、ベース部材の誘電率が圧電部材の誘電率より小さく前記圧電部材とは異なる圧電材料よりなっているので、ベース部材の静電容量が小さいために消費電力が小さく、ドライブ回路の発熱を押さえることもでき、溝加工時にベース部材と圧電部材とが同様な加工特性を有しているため加工条件が容易になり、しかも、ベース部材と圧電部材との熱膨張係数を等しくすることができて熱硬化性の接着剤を用いても接合後の反りや変形を防止することができる。
【００７７】
請求項９記載の発明は、請求項１又は３記載の発明において、導電膜を無電解メッキにより形成したので、微細な溝内に必要膜厚の電極を容易に形成することができる。
【００７８】
請求項１０記載の発明は、請求項１記載の発明において、圧電部材接合工程を真空雰囲気中で行うので、接着層に気泡等が生じなくなり、溝内に電極を形成した際、隣接する素子とショートしたり、逆に、電極が接着層上でうまくつながらずオープンとなる事故が生じない。
【００７９】
請求項１１記載の発明は、請求項１又は３記載の発明において、基板形成工程を真空雰囲気中で行うので、接着層に気泡等が生じなくなり、溝内に電極を形成した際、隣接する素子とショートしたり、逆に、電極が接着層上でうまくつながらずオープンとなる事故が生じない。
【００８０】
請求項１２記載の発明は、請求項２又は４記載の発明において、凹部が１乃至複数の段差又はテーパを有するので、圧電体とベース部材の間の接着層は、凹部の段差により規定されてその厚さを均一にすることができるため、接着層の厚さのバラツキによる圧電体の変形のバラツキを押さえることができる。
【００８１】
請求項１３記載の発明は、請求項１又は３記載の発明において、凹部をその断面形状の刃物で加工するようにしたので、段差等がある複雑な形状の凹部の形成が容易である。
【００８２】
請求項１４記載の発明は、請求項２又は４記載の発明において、溝付基板の溝が形成されない位置の凹部の幅が、溝が形成された位置の凹部の幅よりも狭いので、この狭い部分で圧電体の位置決めを正確に行って接着層の偏りをなくすことができる。
【００８３】
請求項１５記載の発明は、請求項２又は４記載の発明において、凹部の底に凹凸を形成したので、ベース部材に対する圧電体の位置を正確に定めることができる。
【００８４】
請求項１６記載の発明は、請求項２又は４記載の発明において、凹部の底面の角部に面取りがあるので、ベース部材に対する圧電体の位置を正確に定めることができる。
【００８５】
請求項１７記載の発明は、請求項１又は３記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法において、基板形成工程は、前記ベース部材に形成された前記凹部に所定量の接着剤を注入して前記圧電部材を前記凹部に埋め込む工程と、真空雰囲気中において前記凹部の幅よりも狭い幅の加圧部を有する加圧治具で前記圧電体を加圧する工程と、を含むので、凹部とこの凹部に埋め込まれる圧電体との間の隙間からの気泡の脱気効率を向上させることができ、これにより、凹部とこの凹部に埋め込まれる圧電体との間の隙間に形成される接着層中への気泡の残留を防止して接着層中に気泡が残留した場合に生ずることがある電極ショートを確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態におけるインクジェットプリンタヘッドを示す一部を切り欠いた斜視図である。
【図２】基板に形成される溝と溝内に形成される電極とを示す正面図であり、（ａ）は溝の深さと同じ厚さを有する一枚の圧電部材による電極形成状態を示す正面図、（ｂ）は真空蒸着法による電極形成方法を示す正面図、（ｃ）は溝の深さの半分の厚さを有する一枚の圧電部材による溝側面全体の電極形成状態を示す正面図、（ｄ）は溝の深さの半分の厚さを有する一枚の圧電部材による溝側面略半分の電極形成状態を示す正面図である。
【図３】ベース部材と圧電体との関係を示すもので、（ａ）は溝形成工程を示す斜視図、（ｂ）はベース部材に圧電体を接合固定したヘッド基板形成工程を示す斜視図である。
【図４】ベース部材に圧電体を埋め込んだ状態を示すもので、（ａ）は理想的な埋込状態を示す正面図、（ｂ）はその平面図、（ｃ）は不均一な埋込状態を示す正面図、（ｄ）はその平面図である。
【図５】凹部が形成されたベース部材と圧電体との関係を示す分解斜視図である。
【図６】溝形成手段により形成された溝付基板の斜視図である。
【図７】ヘッド基板形成工程と導電パターン形成工程とにより形成されたヘッド基板の斜視図である。
【図８】天板接合工程により形成された天板体の斜視図である。
【図９】ヘッド体形成工程により形成されたヘッド体の斜視図である。
【図１０】基板に形成された溝内に圧電体を加圧嵌合させる工程を示す正面図である。
【図１１】本発明の第二の実施の形態におけるインクジェットプリンタヘッドを示す一部を切り欠いた斜視図である。
【図１２】基板に形成される溝と溝内に形成される電極とを示す正面図でる。
【図１３】ベース部材と圧電体との関係を示すもので、（ａ）は溝形成工程を示す斜視図、（ｂ）はベース部材に圧電体を接合固定したヘッド基板形成工程を示す斜視図である。
【図１４】ベース部材に圧電体を埋め込んだ状態を示すもので、（ａ）は理想的な埋込状態を示す正面図、（ｂ）はその平面図、（ｃ）は不均一な埋込状態を示す正面図、（ｄ）はその平面図である。
【図１５】凹部が形成されたベース部材と圧電体との関係を示す分解斜視図である。
【図１６】溝形成手段により形成された溝付基板の斜視図である。
【図１７】ヘッド基板形成工程と導電パターン形成工程とにより形成されたヘッド基板の斜視図である。
【図１８】天板接合工程により形成された天板体の斜視図である。
【図１９】ヘッド体形成工程により形成されたヘッド体の斜視図である。
【図２０】基板に形成された溝内に圧電体を加圧嵌合させる工程を示す正面図である。
【図２１】本発明の第三の実施の形態を示すもので、（ａ）はベース部材の平面図、（ｂ）は圧電体を埋め込んだ状態の平面図である。
【図２２】本発明の第四の実施の形態を示すもので、（ａ）は凹部の底に逃げを形成した側面図、（ｂ）は埋め込みガイド溝の底部に逃げを形成した側面図である。
【図２３】本発明の第五の実施の形態を示すもので、（ａ）は圧電体の角部に逃げを形成した側面図、（ｂ）は埋め込みガイド溝との関係を示す側面図である。
【図２４】従来の一例を示すインクジェットプリンタヘッドの側面図である。
【符号の説明】
８ 圧電部材
９ 圧電部材
１１ ベース部材
１３ 天板
１４ 天板接合体
１５ ノズルプレート
１６ 溝
２５ 圧電体
２６ 凹部
２８ 刃物
２９ 基板
３１ 溝付基板
３２ 導電膜
３３ ヘッド基板
３５ ヘッド体
Claims (17)
- 予め分極された圧電部材を所望の幅にカットして圧電体を形成する圧電体形成工程と、前記圧電部材とは異なる材質のベース部材に前記圧電体が嵌合する凹部を形成する嵌合凹部形成工程と、前記凹部に前記圧電体を埋込んで基板を形成する基板形成工程と、前記基板の前記圧電体が埋め込まれた側の面に複数の所望の溝を平行に形成して溝付基板を形成する溝形成工程と、この溝付基板の少なくとも前記溝の内壁に導電膜を形成してヘッド基板を形成するヘッド基板形成工程と、前記導電膜に電圧を印加するための接続を行う導電パターン形成工程と、前記ヘッド基板に天板を接合して天板接合体を形成する天板接合工程と、前記天板接合体を所望の位置で切断してヘッド体を形成するヘッド体形成工程と、前記ヘッド体の切断面の溝開口を有する面にノズルプレートを接合するノズルプレート接合工程とよりなることを特徴とするインクジェットプリンタヘッドの製造方法。
- 予め分極された圧電部材を所望の幅にカットして形成した圧電体を、前記圧電部材とは異なる材質のベース部材の凹部に埋め込んで基板を形成し、この基板の前記圧電体が埋め込まれた側の面に形成された複数の所望の溝の内壁に導電膜を形成したヘッド基板と、
このヘッド基板の一面に接合された天板と、
前記溝毎に形成されたインク吐出口を有して溝の開口側に接合されたノズルプレートと、
を備え、
前記ヘッド基板と前記天板とは、前記基板の前記圧電体が埋め込まれた側の面に複数の所望の溝を平行に形成して溝付基板を形成する溝形成工程と、この溝付基板の少なくとも前記溝の内壁に導電膜を形成して前記ヘッド基板を形成するヘッド基板形成工程と、前記導電膜に電圧を印加するための接続を行う導電パターン形成工程と、前記ヘッド基板に天板を接合して天板接合体を形成する天板接合工程と、前記天板接合体を所望の位置で切断してヘッド体を形成するヘッド体形成工程と、によって一体に形成され、
前記ノズルプレートは、前記ヘッド体の切断面の溝開口を有する面に接合されている、
ことを特徴とするインクジェットプリンタヘッド。 - 予め分極された２枚の圧電部材を互いの分極が対向するように接合する圧電部材接合工程と、接合された圧電部材を所望の幅にカットして圧電体を形成する圧電体形成工程と、前記圧電部材とは異なる材質のベース部材に前記圧電体が嵌合する凹部を形成する嵌合凹部形成工程と、前記凹部に前記圧電体を埋込んで基板を形成する基板形成工程と、前記基板の前記圧電体が埋め込まれた側の面に複数の所望の溝を平行に形成して溝付基板を形成する溝形成工程と、この溝付基板の少なくとも前記２枚の圧電部材を含む前記溝の内壁に導電膜を形成してヘッド基板を形成するヘッド基板形成工程と、前記導電膜に電圧を印加するための接続を行う導電パターン形成工程と、前記ヘッド基板に天板を接合して天板接合体を形成する天板接合工程と、前記天板接合体を所望の位置で切断してヘッド体を形成するヘッド体形成工程と、前記ヘッド体の切断面の溝開口を有する面にノズルプレートを接合するノズルプレート接合工程とよりなることを特徴とするインクジェットプリンタヘッドの製造方法。
- 互いの分極が対向するように接合された２枚の圧電部材を所望の幅にカットして形成した圧電体を、前記圧電部材とは異なる材質のベース部材の凹部に埋め込んで基板を形成し、この基板の前記圧電体が埋め込まれた側の面に形成された複数の所望の溝の前記２枚の圧電部材を含む内壁に導電膜を形成したヘッド基板と、
このヘッド基板の一面に接合された天板と、
前記溝毎に形成されたインク吐出口を有して溝の開口側に接合されたノズルプレートと、
を備え、
前記ヘッド基板と前記天板とは、前記基板の前記圧電体が埋め込まれた側の面に複数の所望の溝を平行に形成して溝付基板を形成する溝形成工程と、この溝付基板の少なくとも 前記２枚の圧電部材を含む前記溝の内壁に導電膜を形成してヘッド基板を形成するヘッド基板形成工程と、前記導電膜に電圧を印加するための接続を行う導電パターン形成工程と、前記ヘッド基板に天板を接合して天板接合体を形成する天板接合工程と、前記天板接合体を所望の位置で切断してヘッド体を形成するヘッド体形成工程と、によって一体に形成され、
前記ノズルプレートは、前記ヘッド体の切断面の溝開口を有する面に接合されている、
ことを特徴とするインクジェットプリンタヘッド。 - ベース部材の誘電率が圧電部材の誘電率より小さことを特徴とする請求項１又は３記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法。
- ベース部材の誘電率が圧電部材の誘電率より小さく前記圧電部材とは異なる圧電材料よりなっていることを特徴とする請求項１又は３記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法。
- ベース部材の誘電率が圧電部材の誘電率より小さいことを特徴とする請求項２又は４記載のインクジェットプリンタヘッド。
- ベース部材の誘電率が圧電部材の誘電率より小さく前記圧電部材とは異なる圧電材料よりなっていることを特徴とする請求項２又は４記載のインクジェットプリンタヘッド。
- 導電膜を無電解メッキにより形成したことを特徴とする請求項１又は３記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法。
- 圧電部材接合工程を真空雰囲気中で行うことを特徴とする請求項３記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法。
- 基板形成工程を真空雰囲気中で行うことを特徴とする請求項１又は３記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法。
- 凹部が１乃至複数の段差又はテーパを有することを特徴とする請求項２又は４記載のインクジェットプリンタヘッド。
- 凹部をその断面形状の刃物で加工するようにしたことを特徴とする請求項１又は３記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法。
- 溝付基板の溝が形成されない位置の凹部の幅が、溝が形成された位置の凹部の幅よりも狭いことを特徴とする請求項２又は４記載のインクジェットプリンタヘッド。
- 凹部の底に凹凸を形成したことを特徴とする請求項２又は４記載のインクジェットプリンタヘッド。
- 凹部の底面の角部に面取りがあることを特徴とする請求項２又は４記載のインクジェットプリンタヘッド。
- 基板形成工程は、前記ベース部材に形成された前記凹部に所定量の接着剤を注入して前記圧電体を前記凹部に埋め込む工程と、真空雰囲気中において前記凹部の幅よりも狭い幅の加圧部を有する加圧治具で前記圧電体を加圧する工程と、を含むことを特徴とする請求項１又は３記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法。
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