JP3680519B2 - インクジェットヘッドの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、噴射チャンネル内のインクに圧力を作用させることによりインクをノズルから噴射させるインクジェットヘッドの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット記録装置は、用紙に文字や図形を印字するように、インク滴を噴射する多数のノズルを有したインクジェットヘッドを有している。インクジェットヘッドは、インクを噴射する噴射チャンネルとインクを噴射しない非噴射チャンネルとが上面側に形成されたアクチュエータ基板と、両チャンネル間の隔壁に形成された電極と、各電極に電気的に接続され、アクチュエータ基板の裏面に形成された駆動電極とを有し、駆動制御部からの駆動電圧を駆動電極を介して電極に印加することによって、任意の噴射チャンネルからインク滴を噴射可能な構成としたものがある。
【０００３】
従って、このような構成のインクジェットヘッドを製造しようとすると、裏面側の駆動電極と上面側の隔壁の電極とを電気的に接続するための工夫が必要になるため、従来から各種の方法が提案および実施されている。
【０００４】
即ち、例えば特開平９−２０００６号公報には、図１０に示すように、予め非噴射チャンネル１０４が形成されたアクチュエータ基板１０１と、側面上部から裏面にかけて引出し電極１０２が形成された封止部材１０３とを接合した後、図１１に示すように、アクチュエータ基板１０１および封止部材１０３に噴射チャンネル１０５を形成し、両チャンネル１０４・１０５間の隔壁１０６に電極１０７・１０８を形成する。そして、非噴射チャンネル１０４内の電極１０８を引出し電極１０２を介して外部に導出させるように、引出し電極１０２に対応してアクチュエータ基板１０１の裏面に駆動電極を形成する方法が提案されている。
【０００５】
また、他の製造方法としては、図１２に示すように、アクチュエータ基板１１１の上面に噴射チャンネル１１２と非噴射チャンネル１１３とを交互に形成した後、非噴射チャンネル１１３の一端部をダイシング加工により厚さ方向に切除して縦溝１１４を形成し、この縦溝１１４を介して非噴射チャンネル１１３内の電極１１５と裏面側の駆動電極とを接続する方法がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１０および図１１に示すように、アクチュエータ基板１０１に予め非噴射チャンネル１０４を形成しておき、アクチュエータ基板１０１と封止部材１０３とを接合した後、噴射チャンネル１０５を形成する製造方法では、２種類のチャンネル１０４・１０５の加工工程の間に他の工程（封止部材１０３の接合工程）が入るため、チャンネル１０４・１０５の加工精度が低下し易いという問題がある。さらに、非噴射チャンネル１０４の電極１０８と引出し電極１０２とが非噴射チャンネル１０４の角で接触するため、駆動電極と電極１０８との接続の信頼性が低いという問題もある。
【０００７】
一方、図１２に示すように、アクチュエータ基板１１１に縦溝１１４を形成する製造方法では、アクチュエータ基板１１１の一部が縦溝１１４により欠けた状態になるため、アクチュエータ基板１１１の剛性が低下して破損し易いという問題がある。さらには、アクチュエータ基板１１１をダイシング加工して縦溝１１４を形成する際に、非噴射チャンネル１１３の一端部が欠けることによって、圧力リークになったり、電気的に断線やショートを引き起こしたりして所定の噴射性能が得られないことがあるという問題もある。
【０００８】
そこで、本発明は、チャンネルの高精度な加工、電極と駆動電極との接続の確実化、アクチュエータ基板の高い剛性、および非噴射チャンネルの欠けの防止とを実現することができるインクジェットヘッドの製造方法を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、インクを噴射する噴射チャンネルを含む複数のチャンネルを、分極された圧電材料で少なくとも一部が構成された隔壁によって相互に隔てて形成したアクチュエータ基板と、前記隔壁の両側面に形成された電極とを備え、その両電極を通して前記隔壁に電圧を印加することにより、前記隔壁を変形させ前記噴射チャンネル内のインクに圧力を与えてそのインクを噴射するインクジェットヘッドの製造方法において、前記チャンネルの長手方向に並べて第１の部材及び第２の部材を配置し、これら第１の部材及び第２の部材に重ねて第３の部材を配置し、その第１の部材、第２の部材及び第３の部材の少なくとも何れか１つに圧電材料を用い、前記第１の部材及び第２の部材の間の接合面に沿って複数のチャンネルの配列方向に間隔をおき、かつ前記チャンネルの側面に対応する位置に導電性のある複数のコンタクト層を介在させて接合する第１工程と、前記複数のチャンネルを、その長手方向がそれぞれ前記接合面を横切って前記第１の部材、第２の部材及び第３の部材にわたるように、且つそのチャンネル内に前記コンタクト層が露出する位置に加工する第２工程と、前記チャンネル間の隔壁に、前記コンタクト層に接触した電極を形成する第３工程とを有することを特徴としている。
【００１０】
これにより、隔壁の電極を、コンタクト層を介してチャンネルとは反対側のアクチュエータ基板の面に導出することができ、電極への給電を容易に行うことができる。また、第１の部材と第２の部材を、その間にコンタクト層を介在させて、チャンネルの長手方向に並べて接合し、複数のチャンネルを、その長手方向がそれぞれ接合面を横切って第１の部材、第２の部材及び第３の部材にわたるように形成することで、第１の部材と第２の部材の間に配置しておいたコンタクト層を露出させ、そのチャンネルの隔壁に電極を形成するとき、電極とコンタクト層とを接触させるので、２種類のチャンネルを設ける場合でも、連続して加工することが可能になり高精度な加工ができる。また、チャンネルを加工してそのチャンネル内にコンタクト層を露出させるので、電極とコンタクト層との接触の信頼性を向上させることができる。さらに、アクチュエータ基板内に埋設されたコンタクト層を介して電極への給電を行うことができるため、従来のようにアクチュエータ基板の一部を切り欠いた縦溝を介して給電する場合よりも、アクチュエータ基板の剛性を高め、基板の割れ等を防ぐことができると共に、縦溝のための微細加工部分がないためチャンネルの端部が欠け易いという不具合を防止することができる。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１記載のインクジェットヘッドの製造方法であって、前記第１工程は、前記複数のチャンネルのうち１つおきのチャンネルに対し前記コンタクト層が露出するように、複数のコンタクト層を間隔をおいて前記第１の部材及び第２の部材間に配置しており、前記第３工程は、前記１つおきのチャンネル側の前記隔壁の側面に形成した電極を、前記コンタクト層に接触させ、残りのチャンネル側の前記隔壁の側面に形成した電極を、そのチャンネルの一端から外部に露出させることを特徴としている。これにより、１つおきのチャンネルに対しコンタクト層を露出させ、残りのチャンネルの電極を一端から外部に露出させるので、隔壁の両面の電極からの引出しを相互に離して行うことができ、相互の絶縁、外部との電気的接続の信頼性を向上させることができる。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項２記載のインクジェットヘッドの製造方法であって、前記第２工程は、前記１つおきのチャンネルを前記アクチュエータ基板の端部に達しない長さに形成し、残りのチャンネルをアクチュエータ基板の端部に開口させて形成することを特徴としている。これにより、アクチュエータ基板の端部に達しないチャンネルを非噴射チャンネルとし、アクチュエータ基板の端部に開口するチャンネルを噴射チャンネルとすることで、上記のように両者間の隔壁の両面に給電して、隔壁を他の動作に影響されることなく確実に変形させることができ、信頼性の高い噴射動作をするインクジェットヘッドを製造することができる。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１記載のインクジェットヘッドの製造方法であって、前記第１工程において前記第１の部材及び第２の部材の少なくとも一方と前記第３の部材とに積層方向において相互に反対方向に分極された圧電材料を用いることを特徴としている。これにより、両層の圧電材料をそれぞれ変形させて効率の良い噴射動作を実現することができると共に、高精度で且つ信頼性の高いインクジェットヘッドを製造することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図１ないし図９に基づいて以下に説明する。本実施の形態に係るインクジェットヘッドは、図１に示すように、アクチュエータ基板１と、アクチュエータ基板１の上面に接合されたプレート部材４とを有している。各アクチュエータ基板１は、チタン酸ジルコン酸鉛系（ＰＺＴ）のセラミックス材料からなる上側圧電体２と下側圧電体９とを積層して有しており、各圧電体２・９の圧電材料は、相互に反対方向（それぞれアクチュエータ基板１の厚さ方向）に分極処理されている。尚、上記の圧電材料には、チタン酸鉛系（ＰＴ）のセラミックス材料を用いることもできる。
【００１５】
上記の上側圧電体２および下側圧電体９の間には、両圧電体２・９を面状に接合するように接着剤からなる接着層３が介装されている。また、下側圧電体９は、アクチュエータ基板１の一端側に配置された第１圧電部材９ａと、アクチュエータ基板１の他端側に配置された第２圧電部材９ｂと、両圧電部材９ａ・９ｂ間に配置された中間部材１２とを有している。中間部材１２は、両圧電部材９ａ・９ｂを接合する接着剤からなる接着層１２ａと、接着層１２ａに埋設された複数の導電性のあるコンタクト層１２ｂとを有している。これらのコンタクト層１２ｂは、後述の非噴射チャンネル１５の両側壁面に対応した位置に平行に配置されている。
【００１６】
上記のように構成されたアクチュエータ基板１の上面１ａには、ダイヤモンドブレード等により上側圧電体２から下側圧電体９にわたってダイシング加工された複数の噴射チャンネル１４および非噴射チャンネル１５が形成されている。そのチャンネル列の両端に非噴射チャンネル１５が位置し、その非噴射チャンネル１５間に交互に噴射チャンネル１４が位置している。噴射チャンネル１４は、図４に示すように、中間部材１２のコンタクト層１２ｂがその噴射チャンネル１４の側壁面に露出しないようにコンタクト層１２ｂ・１２ｂ間に位置されており、アクチュエータ基板１の一端（図中下端）１ｂから他端（図中上端）１ｃにかけて所定深度で形成されている。一方、非噴射チャンネル１５は、コンタクト層１２ｂが壁面に露出するように、コンタクト層１２ｂの幅方向中央を側壁面とするように位置されており、図１に示すように、アクチュエータ基板１の一端１ｂから他端１ｃの近傍まで所定深度で形成されている。非噴射チャンネル１５の他端側は、アクチュエータ基板１の上面１ａと面一となるように立ち上げられて閉塞されている。そして、このように形成された噴射チャンネル１４および非噴射チャンネル１５は、隔壁２０を介して交互に平行に配列された状態になっており、隔壁２０は、上側圧電体２および下側圧電体９により上下の各部分が反対方向に分極されている。
【００１７】
上記の噴射チャンネル１４、非噴射チャンネル１５、アクチュエータ基板１の他端面１ｃ、および裏面１ｄ等には、Ｎｉ等の導電層１６が蒸着やメッキにより形成されている。尚、アクチュエータ基板１の一端面１ｂおよび上面１ａは、面状に研削することにより導電層１６が除去され、噴射チャンネル１４の内面ごとに導電層を独立させ電極２３を形成し、また、非噴射チャンネル１５においても内面ごとに導電層を独立させている。そして、非噴射チャンネル１５の底面における中心部には、導電層を線状に除去した第１分割溝４４ａがアクチュエータ基板１の一端から他端上面の導電層のない部分にかけて形成されており、第１分割溝４４ａは、非噴射チャンネル１５内の導電層１６を２分割することによって、非噴射チャンネル１５内の両側面にそれぞれ独立した電極２２・２２を形成させるようになっている。
【００１８】
一方、図９に示すように、アクチュエータ基板１の裏面１ｄには、各コンタクト層１２ｂの端面を取り囲むように第２〜第４分割溝４４ｂ〜４４ｄが導電層１６を線状に除去して形成されている。第２分割溝４４ｂは、コンタクト層１２ｂ・１２ｂの端面の間の位置において非噴射チャンネル１５の長手方向に沿って第１圧電部材９ａから第２圧電部材９ｂにかけて形成されている。また、第３分割溝４４ｃおよび第４分割溝４４ｄは、第１圧電部材９ａおよび第２圧電部材９ｂにおいて第２分割溝４４ｂに対してほぼ直角にそれぞれ交差し、隣接する噴射チャンネル１４・１４間毎に破線状に形成されている。
【００１９】
上記の各分割溝４４ｂ〜４４ｄは、アクチュエータ基板１の裏面１ｄに導電層１６からなる複数の駆動電極４３を平行に形成させている。各駆動電極４３は、アクチュエータ基板１の裏面１ｄに露出されたコンタクト層１２ｂの端面にそれぞれ接触することによって、図１に示すように、非噴射チャンネル１５の一方の壁面の電極２２に電気的に接続された状態にされている。また、図９に示すように、第２〜第４分割溝４４ｂ〜４４ｄで囲まれた駆動電極４３の外周には、共通接地電極４６が形成されており、共通接地電極４６は、図１に示すように、アクチュエータ基板１の他端面１ｃの導電層１６を介して噴射チャンネル１４内の電極２３に接続されている。
【００２０】
また、図９に示すように、駆動電極４３が形成されたアクチュエータ基板１の裏面には、配線部材すなわちフレキシブルプリント基板３２が接続されるようになっている。フレキシブルプリント基板３２には、駆動電極４３および共通接地電極４６に対応して基板側駆動電極６４および基板側接地電極６７が形成されている。基板側駆動電極６４は、図示しない駆動制御部に接続されており、印字データに基づいて駆動制御部から出力された駆動電圧を駆動電極４３を介して各電極２２に印加するようになっている。そして、隔壁２０の両側面に形成された一対の電極２３・２２は、隔壁２０の内部に分極方向に対して直角方向の電界を生成することによって、隔壁２０の上下圧電体２・９を図７に２点鎖線で示すようにそれぞれ反対方向に変形させ、噴射チャンネル１４の容積を増加させる。その後、駆動電圧の印加を停止することによって、隔壁２０を復帰させてインクに圧力を与えインクを噴射するようになっている。
【００２１】
上記のように構成されたアクチュエータ基板１は、図１に示すように、セラミックス材料や樹脂材料からなる平板状のプレート部材４が上面に接合されている。プレート部材４は、各アクチュエータ基板１の上面にエポキシ系の接着剤により液密状態に接合されている。これにより、アクチュエータ基板１の噴射チャンネル１４は、プレート部材４で覆われることによって、一端および他端を開口したインク流路を形成し、また、非噴射チャンネル１５は、プレート部材４で覆われることによって、一端を開口する一方、他端部をアクチュエータ基板１の上面とプレート部材４との当接により封止された空間を形成するようになっている。
【００２２】
上記のアクチュエータ基板１およびプレート部材４の一端面には、ノズルプレート６が上述のエポキシ系の接着剤を用いて接合されている。ノズルプレート６には、噴射チャンネル１４からインク滴を噴射させるように、噴射チャンネル１４に対応してノズル３０が形成されている。尚、ノズルプレート６は、ポリアルキレンや（例えばエチレン）テレフタレート、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネイト、酢酸セルロース等のプラスチックにより形成されている。
【００２３】
一方、アクチュエータ基板１およびプレート部材４の他端面には、マニホールド部材７が接合されている。マニホールド部材７の中心部には、インク供給口３１が形成されており、図示しないインクタンクからインクが供給されるようになっている。そして、マニホールド部材７は、全噴射チャンネル１４に連通したインク供給路を形成している。
【００２４】
また、図８に示すように、上述の分割溝４４ａ〜４４ｄは、例えばＹＡＧレーザ光等のレーザ加工装置においてレーザ光を照射して導電層１６を線状に除去することにより形成されている。レーザ加工装置は、レーザ光８２を出射するレーザ発振器８１と、レーザ光８２を反射してＸ軸方向に走査する反射鏡８３を備えたＸ軸用ガルバノメータ８４と、レーザ光８２を反射してＹ軸方向に走査する反射鏡８５を備えたＹ軸用ガルバノメータ８６と、レーザ光８２を集光するｆθレンズ等の集光レンズ８７とを有している。
【００２５】
上記の構成において、インクジェットヘッドの製造方法について説明する。先ず、図２に示すように、第１圧電部材９ａのチャンネル長手方向の長さおよびチャンネル配列方向の幅にほぼ一致した長さおよび幅と、第１圧電部材９ａの厚みの整数倍にほぼ一致した高さを有したチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる第１ブロック体５１を準備する。また、第２圧電部材９ｂのチャンネル長手方向の長さおよびチャンネル配列方向の幅にほぼ一致した長さおよび幅と、第２圧電部材９ｂの厚みの整数倍にほぼ一致した高さを有したチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる第２ブロック体５２を準備する。
【００２６】
次に、第２ブロック体５２の高さ方向および幅方向で規定される平面上に、複数の導電層からなるコンタクト層１２ｂをリソグラフィや印刷により形成する。尚、これらのコンタクト層１２ｂは、図４の非噴射チャンネル１５の側壁面に対応した位置に配置し、第２ブロック体５２の上端から下端にかけて形成する。この後、コンタクト層１２ｂを埋設するように、電気絶縁性を有した接着剤を積層し、第２ブロック体５２を接着剤を介して第１ブロック体５１に接合する。
【００２７】
次に、両ブロック体５１・５２の上端から圧電部材９ａ・９ｂの厚み量ごとに切断することによって、複数個からなる下側圧電体９を順次形成する。そして、図３に示すように、下側圧電体９の上面に、下側圧電体９の分極方向とは反対方向の分極方向となる上側圧電体２を接合した後、ダイシング加工装置に装着する。尚、ダイシング加工装置は、複数のダイヤモンドブレードを備えており、ダイヤモンドブレードは、噴射チャンネル１４および非噴射チャンネル１５のチャンネル幅に一致したブレード幅を有している。
【００２８】
非噴射チャンネル１５加工用のダイヤモンドブレードは、図４ないし図６に示すように、各ダイヤモンドブレードの両端面が２つの近接するコンタクト層１２ｂ・１２ｂにそれぞれ重なって位置するようにブレード間のピッチが設定されており、ブレードの下端が上下両圧電体２・９に切り込む高さに上下方向の位置決めがされる。そして、ダイヤモンドブレードをアクチュエータ基板１の一端側から他端近傍まで進行させることによって、上下側圧電体２・９とともにコンタクト層１２ｂを切削して、非噴射チャンネル１５の両側面にコンタクト層１２ｂ・１２ｂが露出した非噴射チャンネル１５をアクチュエータ基板１の上面に形成する。
【００２９】
この後、噴射チャンネル加工用のダイヤモンドブレードを、間隔の大きいコンタクト層１２ｂ・１２ｂ間の中心部にそれぞれ位置させる。そして、ダイヤモンドブレードを一端側から他端側にかけて進行させることによって、噴射チャンネル１４をアクチュエータ基板１の上面に形成する。この場合、ダイヤモンドブレードの幅は、間隔の大きいコンタクト層１２ｂ・１２ｂ間の間隔よりも狭いから、コンタクト層１２ｂが切削されことはなく、噴射チャンネル１４の両側面には接着層１２ａのみが露出することになる。
【００３０】
次に、図７に示すように、各チャンネル１４・１５を含むアクチュエータ基板１の全表面にＮｉ等の導電層１６を蒸着やメッキにより形成した後、アクチュエータ基板１の上面１ａを面状に研削し、上面１ａから導電層１６を除去することによって、噴射チャンネル１４および非噴射チャンネル１５の内面の導電層１６を、それぞれ電極２３・２２とするために、上面において独立させる。そして、アクチュエータ基板１を図８のレーザ加工装置に装着し、非噴射チャンネル１５の底面の導電層１６をレーザにより線状に除去することによって、各非噴射チャンネル１５の底面に第１分割溝４４ａを形成し、非噴射チャンネル１５の両側面の導電層を独立した電極２２・２２とする。この後、図８に示すように、第１分割溝４４ａを形成した場合と同様に、レーザ加工装置によりアクチュエータ基板１の裏面１ｄに第２〜第４分割溝４４ｂ〜４４ｄを形成する。
【００３１】
即ち、アクチュエータ基板１の裏面１ｄが集光レンズ８７に対向するように、アクチュエータ基板１を設置する。そして、レーザ発振器８１から出射されたレーザ光８２を反射鏡８３・８５によりアクチュエータ基板１方向に反射させながら、集光レンズ８７によりアクチュエータ基板１の裏面にレーザ光８２の焦点を位置させるように集光させる。この後、Ｘ軸用およびＹ軸用ガルバノメータ８４・８６を駆動して反射鏡８３・８５を回動させ、レーザ光８２をＸ軸方向およびＹ軸方向に走査して導電層１６を除去することによって、コンタクト層１２ｂを取り囲むように第２〜第４分割溝４４ｂ〜４４ｄを形成する。
【００３２】
上記の第２〜第４分割溝４４ｂ〜４４ｄの形成によって、図１の非噴射チャンネル１５内の各電極２２にコンタクト層１２ｂを介して一対一に接続された各駆動電極４３が形成されると共に、図１の噴射チャンネル１４内の電極２３に他端面１ｃの導電層１６を介して接続された共通接地電極４６が形成される。続いて、これらの電極２２・２３・４３・４６に金メッキを施した後、インクから電極２２・２３・４３・４６を保護するように保護膜をＣＶＤ法等により形成する。
【００３３】
次に、図９に示すように、アクチュエータ基板１にプレート部材４を接合した後、アクチュエータ基板１およびプレート部材４の一端面を面状に研削して面一状にするとともに、アクチュエータ基板１の一端面１ｂの導電層１６を除去する。そして、噴射チャンネル１４とノズル３０とが対応するように、一端面にノズルプレート６を接合すると共に、他端面にマニホールド部材７を接合する。この後、フレキシブルプリント基板３２の電極６４・６７とアクチュエータ基板１の電極４３・４６とが一致するように、アクチュエータ基板１にフレキシブルプリント基板３２を当接した後、半田付けすることによって、インクジェットヘッドとして組み立てる。尚、フレキシブルプリント基板３２の電極６８・６７には、加熱により溶融されるように、予め半田層が形成されている。
【００３４】
以上のように、本実施の形態のインクジェットヘッドの製造方法では、下側圧電体９の２個の部材９ａ・９ｂとも圧電材料を用いているが、第１圧電部材９ａがチャンネルの長さの大部分を構成している場合には、第１圧電部材９ａのみ分極された圧電材料とし、第２部材９ｂには圧電材料を用いる必要がない。また、上下圧電体２・９の一方のみが分極された圧電材料であってもよい。
【００３５】
上記実施の形態では、非噴射チャンネル１５の電極２２のみにコンタクト層１２ｂを接続しているが、噴射チャンネル１４の電極２３もコンタクト層１２ｂを介してアクチュエータ基板の裏面に導出させることもできる。そうすると、裏面の分割溝が高密度となって、フレキシブルプリント基板３２との接続も高精度を要するので、上記実施の形態のように、１つおきのチャンネルの電極をコンタクト層に接続することが望ましい。フレキシブルプリント基板３２は、アクチュエータ基板の裏面に露出したコンタクト層１２ｂの端面に直接半田付けしてもよいが、アクチュエータ基板の裏面に駆動電極４３を形成することによって、フレキシブルプリント基板３２と駆動電極４３とを広い面積で、容易に接続することができる。
【００３６】
また、本実施の形態のように噴射チャンネルと非噴射チャンネルとが交互に位置するものでは、他の噴射チャンネルの動作等に影響されたり、影響を与えることなく隔壁を変形させることができ、このようなものにおいて、１つおきのチャンネルの電極をコンタクト層に接続することが、うまく適合する。
【００３７】
そして、本実施の形態では、チャンネル形成のためにコンタクト層を同時に切削し、チャンネルの内面に電極を形成する際、その切削によって露出したコンタクト層に電極が自ずと接触するので、両者の電気的接続が確実となる。特に、図１０・図１１の従来のもののように、２種類のチャンネル１０４・１０５の加工工程の間に他の工程（封止部材１０３の接合工程）が入ることがなくなるため、非噴射チャンネルの加工に続いて噴射チャンネル（あるいはその逆の順序でもよい）を加工することが可能になり、チャンネルの加工精度を向上することができる。非噴射チャンネルと噴射チャンネルとの形状が同じなら、両者を同時に加工することも可能になる。さらに、図１２に従来のように、非噴射チャンネルの電極を外部に導出させるために縦溝を形成する必要がないから、アクチュエータ基板の剛性を損なうことがない。
【００３８】
【発明の効果】
請求項１の発明は、インクを噴射する噴射チャンネルを含む複数のチャンネルを、分極された圧電材料で少なくとも一部が構成された隔壁によって相互に隔てて形成したアクチュエータ基板と、前記隔壁の両側面に形成された電極とを備え、その両電極を通して前記隔壁に電圧を印加することにより、前記隔壁を変形させ前記噴射チャンネル内のインクに圧力を与えてそのインクを噴射するインクジェットヘッドの製造方法において、前記チャンネルの長手方向に並べて第１の部材及び第２の部材を配置し、これら第１の部材及び第２の部材に重ねて第３の部材を配置し、その第１の部材、第２の部材及び第３の部材の少なくとも何れか１つに圧電材料を用い、前記第１の部材及び第２の部材の間の接合面に沿って複数のチャンネルの配列方向に間隔をおき、かつ前記チャンネルの側面に対応する位置に導電性のある複数のコンタクト層を介在させて接合する第１工程と、前記複数のチャンネルを、その長手方向がそれぞれ前記接合面を横切って前記第１の部材、第２の部材及び第３の部材にわたるように、且つそのチャンネル内に前記コンタクト層が露出する位置に加工する第２工程と、前記チャンネル間の隔壁に、前記コンタクト層に接触した電極を形成する第３工程とを有する構成である。
【００３９】
これにより、隔壁の電極を、コンタクト層を介してチャンネルとは反対側のアクチュエータ基板の面に導出することができ、電極への給電を容易に行うことができる。また、第１の部材と第２の部材とを、その間にコンタクト層を介在させて、チャンネルの長手方向に並べて接合し、複数のチャンネルを、その長手方向がそれぞれ接合面を横切って第１の部材、第２の部材及び第３の部材にわたるように形成することで、第１の部材と第２の部材の間に配置しておいたコンタクト層を露出させ、そのチャンネルの隔壁に電極を形成するとき、電極とコンタクト層とを接触させるので、２種類のチャンネルを設ける場合でも、連続して加工することにより高精度な加工ができる。また、チャンネルを加工してそのチャンネル内にコンタクト層を露出させるので、電極とコンタクト層との接触の信頼性を向上させることができる。さらに、アクチュエータ基板内に埋設されたコンタクト層を介して電極への給電を行うことができるため、従来のようにアクチュエータ基板の一部を切り欠いた縦溝を介して給電する場合よりも、アクチュエータ基板の剛性を高め、基板の割れを防ぐことができると共に、微細加工部分がないためチャンネルの端部が欠けて、電気的な断線やショートによる噴射不良、圧力リークによる噴射不良が起こるのを防止することができるという効果を奏する。
【００４０】
請求項２の発明は、前記第１工程は、前記複数のチャンネルのうち１つおきのチャンネルに対し前記コンタクト層が露出するように、複数のコンタクト層を間隔をおいて前記第１の部材及び第２の部材間に配置しており、前記第３工程は、前記１つおきのチャンネル側の前記隔壁の側面に形成した電極を、前記コンタクト層に接触させ、残りのチャンネル側の前記隔壁の側面に形成した電極を、そのチャンネルの一端から外部に露出させる構成である。これにより、１つおきのチャンネルに対しコンタクト層を露出させ、残りのチャンネルの電極を一端から外部に露出させるので、隔壁の両面の電極からの引出しを相互に離して行うことができ、相互の絶縁、外部との電気的接続の信頼性を向上させることができる。
【００４１】
請求項３の発明は、請求項２記載のインクジェットヘッドの製造方法であって、前記第２工程は、前記１つおきのチャンネルを前記アクチュエータ基板の端部に達しない長さに形成し、残りのチャンネルをアクチュエータ基板の端部に開口させて形成する構成である。これにより、アクチュエータ基板の端部に達しないチャンネルを非噴射チャンネルとし、アクチュエータ基板の端部に開口するチャンネルを噴射チャンネルとすることで、上記のように両者間の隔壁の両面に給電して、隔壁を他の動作に影響されることなく確実に変形させることができ、信頼性の高い噴射動作をするインクジェットヘッドを製造することができる。
【００４２】
請求項４の発明は、請求項１記載のインクジェットヘッドの製造方法であって、前記第１工程において前記第１の部材及び第２の部材の少なくとも一方と前記第３の部材とに積層方向において相互に反対方向に分極された圧電材料を用いる構成である。これにより、両層の圧電材料をそれぞれ変形させて効率の良い噴射動作を実現することができると共に、高精度で且つ信頼性の高いインクジェットヘッドを製造することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 インクジェットヘッドの要部分解斜視図である。
【図２】 コンタクト層を介してブロック体を接合する状態を示す説明図である。
【図３】 上側圧電体と下側圧電体とを接合する状態を示す説明図である。
【図４】 噴射チャンネルおよび非噴射チャンネルを形成する状態を示す要部平面図である。
【図５】 噴射チャンネルおよび非噴射チャンネルを形成する状態を示す要部斜視図である。
【図６】 噴射チャンネルおよび非噴射チャンネルを形成する状態を示す要部正面図である。
【図７】 導電層を形成した状態を示す要部正面図である。
【図８】 導電層の分割加工する状態を示す斜視図である。
【図９】 インクジェットヘッドの要部分解斜視図である。
【図１０】 従来例を示すものであり、アクチュエータ基板に封止部材を接合する状態を示す斜視図である。
【図１１】 従来例を示すものであり、アクチュエータ基板と封止部材とを接合した状態を示す斜視図である。
【図１２】 従来例を示すものであり、インクジェットヘッドの要部分解斜視図である。
【符号の説明】
１ アクチュエータ基板
２ 上側圧電体
３ 接着層
４ プレート部材
６ ノズルプレート
７ マニホールド部材
９ 下側圧電体
９ａ 第１圧電部材
９ｂ 第２圧電部材
１０ 噴射チャンネル
１１ 非噴射チャンネル
１２ 中間部材
１２ａ 接着層
１２ｂ コンタクト層
１４ 噴射チャンネル
１５ 非噴射チャンネル
１６ 導電層
２０ 隔壁
２２ 電極
２３ 電極
３０ ノズル
３１ インク供給口
３２ フレキシブルプリント基板
４３ 駆動電極
４４ａ〜４４ｄ 第１〜第４分割溝
４６ 共通接地電極
５１ 第１ブロック体
５２ 第２ブロック体
【発明の属する技術分野】
本発明は、噴射チャンネル内のインクに圧力を作用させることによりインクをノズルから噴射させるインクジェットヘッドの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット記録装置は、用紙に文字や図形を印字するように、インク滴を噴射する多数のノズルを有したインクジェットヘッドを有している。インクジェットヘッドは、インクを噴射する噴射チャンネルとインクを噴射しない非噴射チャンネルとが上面側に形成されたアクチュエータ基板と、両チャンネル間の隔壁に形成された電極と、各電極に電気的に接続され、アクチュエータ基板の裏面に形成された駆動電極とを有し、駆動制御部からの駆動電圧を駆動電極を介して電極に印加することによって、任意の噴射チャンネルからインク滴を噴射可能な構成としたものがある。
【０００３】
従って、このような構成のインクジェットヘッドを製造しようとすると、裏面側の駆動電極と上面側の隔壁の電極とを電気的に接続するための工夫が必要になるため、従来から各種の方法が提案および実施されている。
【０００４】
即ち、例えば特開平９−２０００６号公報には、図１０に示すように、予め非噴射チャンネル１０４が形成されたアクチュエータ基板１０１と、側面上部から裏面にかけて引出し電極１０２が形成された封止部材１０３とを接合した後、図１１に示すように、アクチュエータ基板１０１および封止部材１０３に噴射チャンネル１０５を形成し、両チャンネル１０４・１０５間の隔壁１０６に電極１０７・１０８を形成する。そして、非噴射チャンネル１０４内の電極１０８を引出し電極１０２を介して外部に導出させるように、引出し電極１０２に対応してアクチュエータ基板１０１の裏面に駆動電極を形成する方法が提案されている。
【０００５】
また、他の製造方法としては、図１２に示すように、アクチュエータ基板１１１の上面に噴射チャンネル１１２と非噴射チャンネル１１３とを交互に形成した後、非噴射チャンネル１１３の一端部をダイシング加工により厚さ方向に切除して縦溝１１４を形成し、この縦溝１１４を介して非噴射チャンネル１１３内の電極１１５と裏面側の駆動電極とを接続する方法がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１０および図１１に示すように、アクチュエータ基板１０１に予め非噴射チャンネル１０４を形成しておき、アクチュエータ基板１０１と封止部材１０３とを接合した後、噴射チャンネル１０５を形成する製造方法では、２種類のチャンネル１０４・１０５の加工工程の間に他の工程（封止部材１０３の接合工程）が入るため、チャンネル１０４・１０５の加工精度が低下し易いという問題がある。さらに、非噴射チャンネル１０４の電極１０８と引出し電極１０２とが非噴射チャンネル１０４の角で接触するため、駆動電極と電極１０８との接続の信頼性が低いという問題もある。
【０００７】
一方、図１２に示すように、アクチュエータ基板１１１に縦溝１１４を形成する製造方法では、アクチュエータ基板１１１の一部が縦溝１１４により欠けた状態になるため、アクチュエータ基板１１１の剛性が低下して破損し易いという問題がある。さらには、アクチュエータ基板１１１をダイシング加工して縦溝１１４を形成する際に、非噴射チャンネル１１３の一端部が欠けることによって、圧力リークになったり、電気的に断線やショートを引き起こしたりして所定の噴射性能が得られないことがあるという問題もある。
【０００８】
そこで、本発明は、チャンネルの高精度な加工、電極と駆動電極との接続の確実化、アクチュエータ基板の高い剛性、および非噴射チャンネルの欠けの防止とを実現することができるインクジェットヘッドの製造方法を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、インクを噴射する噴射チャンネルを含む複数のチャンネルを、分極された圧電材料で少なくとも一部が構成された隔壁によって相互に隔てて形成したアクチュエータ基板と、前記隔壁の両側面に形成された電極とを備え、その両電極を通して前記隔壁に電圧を印加することにより、前記隔壁を変形させ前記噴射チャンネル内のインクに圧力を与えてそのインクを噴射するインクジェットヘッドの製造方法において、前記チャンネルの長手方向に並べて第１の部材及び第２の部材を配置し、これら第１の部材及び第２の部材に重ねて第３の部材を配置し、その第１の部材、第２の部材及び第３の部材の少なくとも何れか１つに圧電材料を用い、前記第１の部材及び第２の部材の間の接合面に沿って複数のチャンネルの配列方向に間隔をおき、かつ前記チャンネルの側面に対応する位置に導電性のある複数のコンタクト層を介在させて接合する第１工程と、前記複数のチャンネルを、その長手方向がそれぞれ前記接合面を横切って前記第１の部材、第２の部材及び第３の部材にわたるように、且つそのチャンネル内に前記コンタクト層が露出する位置に加工する第２工程と、前記チャンネル間の隔壁に、前記コンタクト層に接触した電極を形成する第３工程とを有することを特徴としている。
【００１０】
これにより、隔壁の電極を、コンタクト層を介してチャンネルとは反対側のアクチュエータ基板の面に導出することができ、電極への給電を容易に行うことができる。また、第１の部材と第２の部材を、その間にコンタクト層を介在させて、チャンネルの長手方向に並べて接合し、複数のチャンネルを、その長手方向がそれぞれ接合面を横切って第１の部材、第２の部材及び第３の部材にわたるように形成することで、第１の部材と第２の部材の間に配置しておいたコンタクト層を露出させ、そのチャンネルの隔壁に電極を形成するとき、電極とコンタクト層とを接触させるので、２種類のチャンネルを設ける場合でも、連続して加工することが可能になり高精度な加工ができる。また、チャンネルを加工してそのチャンネル内にコンタクト層を露出させるので、電極とコンタクト層との接触の信頼性を向上させることができる。さらに、アクチュエータ基板内に埋設されたコンタクト層を介して電極への給電を行うことができるため、従来のようにアクチュエータ基板の一部を切り欠いた縦溝を介して給電する場合よりも、アクチュエータ基板の剛性を高め、基板の割れ等を防ぐことができると共に、縦溝のための微細加工部分がないためチャンネルの端部が欠け易いという不具合を防止することができる。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１記載のインクジェットヘッドの製造方法であって、前記第１工程は、前記複数のチャンネルのうち１つおきのチャンネルに対し前記コンタクト層が露出するように、複数のコンタクト層を間隔をおいて前記第１の部材及び第２の部材間に配置しており、前記第３工程は、前記１つおきのチャンネル側の前記隔壁の側面に形成した電極を、前記コンタクト層に接触させ、残りのチャンネル側の前記隔壁の側面に形成した電極を、そのチャンネルの一端から外部に露出させることを特徴としている。これにより、１つおきのチャンネルに対しコンタクト層を露出させ、残りのチャンネルの電極を一端から外部に露出させるので、隔壁の両面の電極からの引出しを相互に離して行うことができ、相互の絶縁、外部との電気的接続の信頼性を向上させることができる。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項２記載のインクジェットヘッドの製造方法であって、前記第２工程は、前記１つおきのチャンネルを前記アクチュエータ基板の端部に達しない長さに形成し、残りのチャンネルをアクチュエータ基板の端部に開口させて形成することを特徴としている。これにより、アクチュエータ基板の端部に達しないチャンネルを非噴射チャンネルとし、アクチュエータ基板の端部に開口するチャンネルを噴射チャンネルとすることで、上記のように両者間の隔壁の両面に給電して、隔壁を他の動作に影響されることなく確実に変形させることができ、信頼性の高い噴射動作をするインクジェットヘッドを製造することができる。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１記載のインクジェットヘッドの製造方法であって、前記第１工程において前記第１の部材及び第２の部材の少なくとも一方と前記第３の部材とに積層方向において相互に反対方向に分極された圧電材料を用いることを特徴としている。これにより、両層の圧電材料をそれぞれ変形させて効率の良い噴射動作を実現することができると共に、高精度で且つ信頼性の高いインクジェットヘッドを製造することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図１ないし図９に基づいて以下に説明する。本実施の形態に係るインクジェットヘッドは、図１に示すように、アクチュエータ基板１と、アクチュエータ基板１の上面に接合されたプレート部材４とを有している。各アクチュエータ基板１は、チタン酸ジルコン酸鉛系（ＰＺＴ）のセラミックス材料からなる上側圧電体２と下側圧電体９とを積層して有しており、各圧電体２・９の圧電材料は、相互に反対方向（それぞれアクチュエータ基板１の厚さ方向）に分極処理されている。尚、上記の圧電材料には、チタン酸鉛系（ＰＴ）のセラミックス材料を用いることもできる。
【００１５】
上記の上側圧電体２および下側圧電体９の間には、両圧電体２・９を面状に接合するように接着剤からなる接着層３が介装されている。また、下側圧電体９は、アクチュエータ基板１の一端側に配置された第１圧電部材９ａと、アクチュエータ基板１の他端側に配置された第２圧電部材９ｂと、両圧電部材９ａ・９ｂ間に配置された中間部材１２とを有している。中間部材１２は、両圧電部材９ａ・９ｂを接合する接着剤からなる接着層１２ａと、接着層１２ａに埋設された複数の導電性のあるコンタクト層１２ｂとを有している。これらのコンタクト層１２ｂは、後述の非噴射チャンネル１５の両側壁面に対応した位置に平行に配置されている。
【００１６】
上記のように構成されたアクチュエータ基板１の上面１ａには、ダイヤモンドブレード等により上側圧電体２から下側圧電体９にわたってダイシング加工された複数の噴射チャンネル１４および非噴射チャンネル１５が形成されている。そのチャンネル列の両端に非噴射チャンネル１５が位置し、その非噴射チャンネル１５間に交互に噴射チャンネル１４が位置している。噴射チャンネル１４は、図４に示すように、中間部材１２のコンタクト層１２ｂがその噴射チャンネル１４の側壁面に露出しないようにコンタクト層１２ｂ・１２ｂ間に位置されており、アクチュエータ基板１の一端（図中下端）１ｂから他端（図中上端）１ｃにかけて所定深度で形成されている。一方、非噴射チャンネル１５は、コンタクト層１２ｂが壁面に露出するように、コンタクト層１２ｂの幅方向中央を側壁面とするように位置されており、図１に示すように、アクチュエータ基板１の一端１ｂから他端１ｃの近傍まで所定深度で形成されている。非噴射チャンネル１５の他端側は、アクチュエータ基板１の上面１ａと面一となるように立ち上げられて閉塞されている。そして、このように形成された噴射チャンネル１４および非噴射チャンネル１５は、隔壁２０を介して交互に平行に配列された状態になっており、隔壁２０は、上側圧電体２および下側圧電体９により上下の各部分が反対方向に分極されている。
【００１７】
上記の噴射チャンネル１４、非噴射チャンネル１５、アクチュエータ基板１の他端面１ｃ、および裏面１ｄ等には、Ｎｉ等の導電層１６が蒸着やメッキにより形成されている。尚、アクチュエータ基板１の一端面１ｂおよび上面１ａは、面状に研削することにより導電層１６が除去され、噴射チャンネル１４の内面ごとに導電層を独立させ電極２３を形成し、また、非噴射チャンネル１５においても内面ごとに導電層を独立させている。そして、非噴射チャンネル１５の底面における中心部には、導電層を線状に除去した第１分割溝４４ａがアクチュエータ基板１の一端から他端上面の導電層のない部分にかけて形成されており、第１分割溝４４ａは、非噴射チャンネル１５内の導電層１６を２分割することによって、非噴射チャンネル１５内の両側面にそれぞれ独立した電極２２・２２を形成させるようになっている。
【００１８】
一方、図９に示すように、アクチュエータ基板１の裏面１ｄには、各コンタクト層１２ｂの端面を取り囲むように第２〜第４分割溝４４ｂ〜４４ｄが導電層１６を線状に除去して形成されている。第２分割溝４４ｂは、コンタクト層１２ｂ・１２ｂの端面の間の位置において非噴射チャンネル１５の長手方向に沿って第１圧電部材９ａから第２圧電部材９ｂにかけて形成されている。また、第３分割溝４４ｃおよび第４分割溝４４ｄは、第１圧電部材９ａおよび第２圧電部材９ｂにおいて第２分割溝４４ｂに対してほぼ直角にそれぞれ交差し、隣接する噴射チャンネル１４・１４間毎に破線状に形成されている。
【００１９】
上記の各分割溝４４ｂ〜４４ｄは、アクチュエータ基板１の裏面１ｄに導電層１６からなる複数の駆動電極４３を平行に形成させている。各駆動電極４３は、アクチュエータ基板１の裏面１ｄに露出されたコンタクト層１２ｂの端面にそれぞれ接触することによって、図１に示すように、非噴射チャンネル１５の一方の壁面の電極２２に電気的に接続された状態にされている。また、図９に示すように、第２〜第４分割溝４４ｂ〜４４ｄで囲まれた駆動電極４３の外周には、共通接地電極４６が形成されており、共通接地電極４６は、図１に示すように、アクチュエータ基板１の他端面１ｃの導電層１６を介して噴射チャンネル１４内の電極２３に接続されている。
【００２０】
また、図９に示すように、駆動電極４３が形成されたアクチュエータ基板１の裏面には、配線部材すなわちフレキシブルプリント基板３２が接続されるようになっている。フレキシブルプリント基板３２には、駆動電極４３および共通接地電極４６に対応して基板側駆動電極６４および基板側接地電極６７が形成されている。基板側駆動電極６４は、図示しない駆動制御部に接続されており、印字データに基づいて駆動制御部から出力された駆動電圧を駆動電極４３を介して各電極２２に印加するようになっている。そして、隔壁２０の両側面に形成された一対の電極２３・２２は、隔壁２０の内部に分極方向に対して直角方向の電界を生成することによって、隔壁２０の上下圧電体２・９を図７に２点鎖線で示すようにそれぞれ反対方向に変形させ、噴射チャンネル１４の容積を増加させる。その後、駆動電圧の印加を停止することによって、隔壁２０を復帰させてインクに圧力を与えインクを噴射するようになっている。
【００２１】
上記のように構成されたアクチュエータ基板１は、図１に示すように、セラミックス材料や樹脂材料からなる平板状のプレート部材４が上面に接合されている。プレート部材４は、各アクチュエータ基板１の上面にエポキシ系の接着剤により液密状態に接合されている。これにより、アクチュエータ基板１の噴射チャンネル１４は、プレート部材４で覆われることによって、一端および他端を開口したインク流路を形成し、また、非噴射チャンネル１５は、プレート部材４で覆われることによって、一端を開口する一方、他端部をアクチュエータ基板１の上面とプレート部材４との当接により封止された空間を形成するようになっている。
【００２２】
上記のアクチュエータ基板１およびプレート部材４の一端面には、ノズルプレート６が上述のエポキシ系の接着剤を用いて接合されている。ノズルプレート６には、噴射チャンネル１４からインク滴を噴射させるように、噴射チャンネル１４に対応してノズル３０が形成されている。尚、ノズルプレート６は、ポリアルキレンや（例えばエチレン）テレフタレート、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネイト、酢酸セルロース等のプラスチックにより形成されている。
【００２３】
一方、アクチュエータ基板１およびプレート部材４の他端面には、マニホールド部材７が接合されている。マニホールド部材７の中心部には、インク供給口３１が形成されており、図示しないインクタンクからインクが供給されるようになっている。そして、マニホールド部材７は、全噴射チャンネル１４に連通したインク供給路を形成している。
【００２４】
また、図８に示すように、上述の分割溝４４ａ〜４４ｄは、例えばＹＡＧレーザ光等のレーザ加工装置においてレーザ光を照射して導電層１６を線状に除去することにより形成されている。レーザ加工装置は、レーザ光８２を出射するレーザ発振器８１と、レーザ光８２を反射してＸ軸方向に走査する反射鏡８３を備えたＸ軸用ガルバノメータ８４と、レーザ光８２を反射してＹ軸方向に走査する反射鏡８５を備えたＹ軸用ガルバノメータ８６と、レーザ光８２を集光するｆθレンズ等の集光レンズ８７とを有している。
【００２５】
上記の構成において、インクジェットヘッドの製造方法について説明する。先ず、図２に示すように、第１圧電部材９ａのチャンネル長手方向の長さおよびチャンネル配列方向の幅にほぼ一致した長さおよび幅と、第１圧電部材９ａの厚みの整数倍にほぼ一致した高さを有したチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる第１ブロック体５１を準備する。また、第２圧電部材９ｂのチャンネル長手方向の長さおよびチャンネル配列方向の幅にほぼ一致した長さおよび幅と、第２圧電部材９ｂの厚みの整数倍にほぼ一致した高さを有したチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる第２ブロック体５２を準備する。
【００２６】
次に、第２ブロック体５２の高さ方向および幅方向で規定される平面上に、複数の導電層からなるコンタクト層１２ｂをリソグラフィや印刷により形成する。尚、これらのコンタクト層１２ｂは、図４の非噴射チャンネル１５の側壁面に対応した位置に配置し、第２ブロック体５２の上端から下端にかけて形成する。この後、コンタクト層１２ｂを埋設するように、電気絶縁性を有した接着剤を積層し、第２ブロック体５２を接着剤を介して第１ブロック体５１に接合する。
【００２７】
次に、両ブロック体５１・５２の上端から圧電部材９ａ・９ｂの厚み量ごとに切断することによって、複数個からなる下側圧電体９を順次形成する。そして、図３に示すように、下側圧電体９の上面に、下側圧電体９の分極方向とは反対方向の分極方向となる上側圧電体２を接合した後、ダイシング加工装置に装着する。尚、ダイシング加工装置は、複数のダイヤモンドブレードを備えており、ダイヤモンドブレードは、噴射チャンネル１４および非噴射チャンネル１５のチャンネル幅に一致したブレード幅を有している。
【００２８】
非噴射チャンネル１５加工用のダイヤモンドブレードは、図４ないし図６に示すように、各ダイヤモンドブレードの両端面が２つの近接するコンタクト層１２ｂ・１２ｂにそれぞれ重なって位置するようにブレード間のピッチが設定されており、ブレードの下端が上下両圧電体２・９に切り込む高さに上下方向の位置決めがされる。そして、ダイヤモンドブレードをアクチュエータ基板１の一端側から他端近傍まで進行させることによって、上下側圧電体２・９とともにコンタクト層１２ｂを切削して、非噴射チャンネル１５の両側面にコンタクト層１２ｂ・１２ｂが露出した非噴射チャンネル１５をアクチュエータ基板１の上面に形成する。
【００２９】
この後、噴射チャンネル加工用のダイヤモンドブレードを、間隔の大きいコンタクト層１２ｂ・１２ｂ間の中心部にそれぞれ位置させる。そして、ダイヤモンドブレードを一端側から他端側にかけて進行させることによって、噴射チャンネル１４をアクチュエータ基板１の上面に形成する。この場合、ダイヤモンドブレードの幅は、間隔の大きいコンタクト層１２ｂ・１２ｂ間の間隔よりも狭いから、コンタクト層１２ｂが切削されことはなく、噴射チャンネル１４の両側面には接着層１２ａのみが露出することになる。
【００３０】
次に、図７に示すように、各チャンネル１４・１５を含むアクチュエータ基板１の全表面にＮｉ等の導電層１６を蒸着やメッキにより形成した後、アクチュエータ基板１の上面１ａを面状に研削し、上面１ａから導電層１６を除去することによって、噴射チャンネル１４および非噴射チャンネル１５の内面の導電層１６を、それぞれ電極２３・２２とするために、上面において独立させる。そして、アクチュエータ基板１を図８のレーザ加工装置に装着し、非噴射チャンネル１５の底面の導電層１６をレーザにより線状に除去することによって、各非噴射チャンネル１５の底面に第１分割溝４４ａを形成し、非噴射チャンネル１５の両側面の導電層を独立した電極２２・２２とする。この後、図８に示すように、第１分割溝４４ａを形成した場合と同様に、レーザ加工装置によりアクチュエータ基板１の裏面１ｄに第２〜第４分割溝４４ｂ〜４４ｄを形成する。
【００３１】
即ち、アクチュエータ基板１の裏面１ｄが集光レンズ８７に対向するように、アクチュエータ基板１を設置する。そして、レーザ発振器８１から出射されたレーザ光８２を反射鏡８３・８５によりアクチュエータ基板１方向に反射させながら、集光レンズ８７によりアクチュエータ基板１の裏面にレーザ光８２の焦点を位置させるように集光させる。この後、Ｘ軸用およびＹ軸用ガルバノメータ８４・８６を駆動して反射鏡８３・８５を回動させ、レーザ光８２をＸ軸方向およびＹ軸方向に走査して導電層１６を除去することによって、コンタクト層１２ｂを取り囲むように第２〜第４分割溝４４ｂ〜４４ｄを形成する。
【００３２】
上記の第２〜第４分割溝４４ｂ〜４４ｄの形成によって、図１の非噴射チャンネル１５内の各電極２２にコンタクト層１２ｂを介して一対一に接続された各駆動電極４３が形成されると共に、図１の噴射チャンネル１４内の電極２３に他端面１ｃの導電層１６を介して接続された共通接地電極４６が形成される。続いて、これらの電極２２・２３・４３・４６に金メッキを施した後、インクから電極２２・２３・４３・４６を保護するように保護膜をＣＶＤ法等により形成する。
【００３３】
次に、図９に示すように、アクチュエータ基板１にプレート部材４を接合した後、アクチュエータ基板１およびプレート部材４の一端面を面状に研削して面一状にするとともに、アクチュエータ基板１の一端面１ｂの導電層１６を除去する。そして、噴射チャンネル１４とノズル３０とが対応するように、一端面にノズルプレート６を接合すると共に、他端面にマニホールド部材７を接合する。この後、フレキシブルプリント基板３２の電極６４・６７とアクチュエータ基板１の電極４３・４６とが一致するように、アクチュエータ基板１にフレキシブルプリント基板３２を当接した後、半田付けすることによって、インクジェットヘッドとして組み立てる。尚、フレキシブルプリント基板３２の電極６８・６７には、加熱により溶融されるように、予め半田層が形成されている。
【００３４】
以上のように、本実施の形態のインクジェットヘッドの製造方法では、下側圧電体９の２個の部材９ａ・９ｂとも圧電材料を用いているが、第１圧電部材９ａがチャンネルの長さの大部分を構成している場合には、第１圧電部材９ａのみ分極された圧電材料とし、第２部材９ｂには圧電材料を用いる必要がない。また、上下圧電体２・９の一方のみが分極された圧電材料であってもよい。
【００３５】
上記実施の形態では、非噴射チャンネル１５の電極２２のみにコンタクト層１２ｂを接続しているが、噴射チャンネル１４の電極２３もコンタクト層１２ｂを介してアクチュエータ基板の裏面に導出させることもできる。そうすると、裏面の分割溝が高密度となって、フレキシブルプリント基板３２との接続も高精度を要するので、上記実施の形態のように、１つおきのチャンネルの電極をコンタクト層に接続することが望ましい。フレキシブルプリント基板３２は、アクチュエータ基板の裏面に露出したコンタクト層１２ｂの端面に直接半田付けしてもよいが、アクチュエータ基板の裏面に駆動電極４３を形成することによって、フレキシブルプリント基板３２と駆動電極４３とを広い面積で、容易に接続することができる。
【００３６】
また、本実施の形態のように噴射チャンネルと非噴射チャンネルとが交互に位置するものでは、他の噴射チャンネルの動作等に影響されたり、影響を与えることなく隔壁を変形させることができ、このようなものにおいて、１つおきのチャンネルの電極をコンタクト層に接続することが、うまく適合する。
【００３７】
そして、本実施の形態では、チャンネル形成のためにコンタクト層を同時に切削し、チャンネルの内面に電極を形成する際、その切削によって露出したコンタクト層に電極が自ずと接触するので、両者の電気的接続が確実となる。特に、図１０・図１１の従来のもののように、２種類のチャンネル１０４・１０５の加工工程の間に他の工程（封止部材１０３の接合工程）が入ることがなくなるため、非噴射チャンネルの加工に続いて噴射チャンネル（あるいはその逆の順序でもよい）を加工することが可能になり、チャンネルの加工精度を向上することができる。非噴射チャンネルと噴射チャンネルとの形状が同じなら、両者を同時に加工することも可能になる。さらに、図１２に従来のように、非噴射チャンネルの電極を外部に導出させるために縦溝を形成する必要がないから、アクチュエータ基板の剛性を損なうことがない。
【００３８】
【発明の効果】
請求項１の発明は、インクを噴射する噴射チャンネルを含む複数のチャンネルを、分極された圧電材料で少なくとも一部が構成された隔壁によって相互に隔てて形成したアクチュエータ基板と、前記隔壁の両側面に形成された電極とを備え、その両電極を通して前記隔壁に電圧を印加することにより、前記隔壁を変形させ前記噴射チャンネル内のインクに圧力を与えてそのインクを噴射するインクジェットヘッドの製造方法において、前記チャンネルの長手方向に並べて第１の部材及び第２の部材を配置し、これら第１の部材及び第２の部材に重ねて第３の部材を配置し、その第１の部材、第２の部材及び第３の部材の少なくとも何れか１つに圧電材料を用い、前記第１の部材及び第２の部材の間の接合面に沿って複数のチャンネルの配列方向に間隔をおき、かつ前記チャンネルの側面に対応する位置に導電性のある複数のコンタクト層を介在させて接合する第１工程と、前記複数のチャンネルを、その長手方向がそれぞれ前記接合面を横切って前記第１の部材、第２の部材及び第３の部材にわたるように、且つそのチャンネル内に前記コンタクト層が露出する位置に加工する第２工程と、前記チャンネル間の隔壁に、前記コンタクト層に接触した電極を形成する第３工程とを有する構成である。
【００３９】
これにより、隔壁の電極を、コンタクト層を介してチャンネルとは反対側のアクチュエータ基板の面に導出することができ、電極への給電を容易に行うことができる。また、第１の部材と第２の部材とを、その間にコンタクト層を介在させて、チャンネルの長手方向に並べて接合し、複数のチャンネルを、その長手方向がそれぞれ接合面を横切って第１の部材、第２の部材及び第３の部材にわたるように形成することで、第１の部材と第２の部材の間に配置しておいたコンタクト層を露出させ、そのチャンネルの隔壁に電極を形成するとき、電極とコンタクト層とを接触させるので、２種類のチャンネルを設ける場合でも、連続して加工することにより高精度な加工ができる。また、チャンネルを加工してそのチャンネル内にコンタクト層を露出させるので、電極とコンタクト層との接触の信頼性を向上させることができる。さらに、アクチュエータ基板内に埋設されたコンタクト層を介して電極への給電を行うことができるため、従来のようにアクチュエータ基板の一部を切り欠いた縦溝を介して給電する場合よりも、アクチュエータ基板の剛性を高め、基板の割れを防ぐことができると共に、微細加工部分がないためチャンネルの端部が欠けて、電気的な断線やショートによる噴射不良、圧力リークによる噴射不良が起こるのを防止することができるという効果を奏する。
【００４０】
請求項２の発明は、前記第１工程は、前記複数のチャンネルのうち１つおきのチャンネルに対し前記コンタクト層が露出するように、複数のコンタクト層を間隔をおいて前記第１の部材及び第２の部材間に配置しており、前記第３工程は、前記１つおきのチャンネル側の前記隔壁の側面に形成した電極を、前記コンタクト層に接触させ、残りのチャンネル側の前記隔壁の側面に形成した電極を、そのチャンネルの一端から外部に露出させる構成である。これにより、１つおきのチャンネルに対しコンタクト層を露出させ、残りのチャンネルの電極を一端から外部に露出させるので、隔壁の両面の電極からの引出しを相互に離して行うことができ、相互の絶縁、外部との電気的接続の信頼性を向上させることができる。
【００４１】
請求項３の発明は、請求項２記載のインクジェットヘッドの製造方法であって、前記第２工程は、前記１つおきのチャンネルを前記アクチュエータ基板の端部に達しない長さに形成し、残りのチャンネルをアクチュエータ基板の端部に開口させて形成する構成である。これにより、アクチュエータ基板の端部に達しないチャンネルを非噴射チャンネルとし、アクチュエータ基板の端部に開口するチャンネルを噴射チャンネルとすることで、上記のように両者間の隔壁の両面に給電して、隔壁を他の動作に影響されることなく確実に変形させることができ、信頼性の高い噴射動作をするインクジェットヘッドを製造することができる。
【００４２】
請求項４の発明は、請求項１記載のインクジェットヘッドの製造方法であって、前記第１工程において前記第１の部材及び第２の部材の少なくとも一方と前記第３の部材とに積層方向において相互に反対方向に分極された圧電材料を用いる構成である。これにより、両層の圧電材料をそれぞれ変形させて効率の良い噴射動作を実現することができると共に、高精度で且つ信頼性の高いインクジェットヘッドを製造することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 インクジェットヘッドの要部分解斜視図である。
【図２】 コンタクト層を介してブロック体を接合する状態を示す説明図である。
【図３】 上側圧電体と下側圧電体とを接合する状態を示す説明図である。
【図４】 噴射チャンネルおよび非噴射チャンネルを形成する状態を示す要部平面図である。
【図５】 噴射チャンネルおよび非噴射チャンネルを形成する状態を示す要部斜視図である。
【図６】 噴射チャンネルおよび非噴射チャンネルを形成する状態を示す要部正面図である。
【図７】 導電層を形成した状態を示す要部正面図である。
【図８】 導電層の分割加工する状態を示す斜視図である。
【図９】 インクジェットヘッドの要部分解斜視図である。
【図１０】 従来例を示すものであり、アクチュエータ基板に封止部材を接合する状態を示す斜視図である。
【図１１】 従来例を示すものであり、アクチュエータ基板と封止部材とを接合した状態を示す斜視図である。
【図１２】 従来例を示すものであり、インクジェットヘッドの要部分解斜視図である。
【符号の説明】
１ アクチュエータ基板
２ 上側圧電体
３ 接着層
４ プレート部材
６ ノズルプレート
７ マニホールド部材
９ 下側圧電体
９ａ 第１圧電部材
９ｂ 第２圧電部材
１０ 噴射チャンネル
１１ 非噴射チャンネル
１２ 中間部材
１２ａ 接着層
１２ｂ コンタクト層
１４ 噴射チャンネル
１５ 非噴射チャンネル
１６ 導電層
２０ 隔壁
２２ 電極
２３ 電極
３０ ノズル
３１ インク供給口
３２ フレキシブルプリント基板
４３ 駆動電極
４４ａ〜４４ｄ 第１〜第４分割溝
４６ 共通接地電極
５１ 第１ブロック体
５２ 第２ブロック体
Claims (4)
- インクを噴射する噴射チャンネルを含む複数のチャンネルを、分極された圧電材料で少なくとも一部が構成された隔壁によって相互に隔てて形成したアクチュエータ基板と、前記隔壁の両側面に形成された電極とを備え、その両電極を通して前記隔壁に電圧を印加することにより、前記隔壁を変形させ前記噴射チャンネル内のインクに圧力を与えてそのインクを噴射するインクジェットヘッドの製造方法において、
前記チャンネルの長手方向に並べて第１の部材及び第２の部材を配置し、これら第１の部材及び第２の部材に重ねて第３の部材を配置し、その第１の部材、第２の部材及び第３の部材の少なくとも何れか１つに圧電材料を用い、前記第１の部材及び第２の部材の間の接合面に沿って複数のチャンネルの配列方向に間隔をおき、かつ前記チャンネルの側面に対応する位置に導電性のある複数のコンタクト層を介在させて接合する第１工程と、
前記複数のチャンネルを、その長手方向がそれぞれ前記接合面を横切って前記第１の部材、第２の部材及び第３の部材にわたるように、且つそのチャンネル内に前記コンタクト層が露出する位置に加工する第２工程と、
前記チャンネル間の隔壁に、前記コンタクト層に接触した電極を形成する第３工程と
を有することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。 - 前記第１工程は、前記複数のチャンネルのうち１つおきのチャンネルに対し前記コンタクト層が露出するように、複数のコンタクト層を間隔をおいて前記第１の部材及び第２の部材間に配置しており、
前記第３工程は、前記１つおきのチャンネル側の前記隔壁の側面に形成した電極を、前記コンタクト層に接触させ、残りのチャンネル側の前記隔壁の側面に形成した電極を、そのチャンネルの一端から外部に露出させることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッドの製造方法。 - 前記第２工程は、前記１つおきのチャンネルを前記アクチュエータ基板の端部に達しない長さに形成し、残りのチャンネルをアクチュエータ基板の端部に開口させて形成することを特徴とする請求項２記載のインクジェットヘッドの製造方法。
- 請求項１記載のインクジェットヘッドの製造方法であって、
前記第１工程において前記第１の部材及び第２の部材の少なくとも一方と前記第３の部材とに積層方向において相互に反対方向に分極された圧電材料を用い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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