JP3952644B2 - インク噴射装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インク噴射装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
今日、これまでのインパクト方式の印字装置にとってかわり、その市場を大きく拡大しつつあるノンインパクト方式の印字装置のなかで、原理が最も単純で、かつ多階調化やカラー化が容易であるものとして、インクジェット方式の印字装置が挙げられる。なかでも印字に使用するインク液滴のみを噴射するドロップ・オン・デマンド型が、噴射効率の良さ、ランニングコストの安さなどから急速に普及している。
【０００３】
ドロップ・オン・デマンド型として特公昭５３−１２１３８号公報に開示されているカイザー型、あるいは特公昭６１−５９９１４号公報に開示されているサーマルジェット型がその代表的な方式としてある。このうち、前者は小型化が難しく、後者は高熱をインクに加えるためにインクの耐熱性に対する要求が必要とされ、それぞれに非常に困難な問題を抱えている。
【０００４】
以上のような欠陥を同時に解決する新たな方式として提案されたのが、特開昭６３−２４７０５１号公報に開示されている圧電セラミックスを利用した剪断モード型である。剪断モード型のインク噴射装置は、底壁と天壁との間に複数のインク流路と空間を交互に形成する複数の剪断モードアクチュエータ壁を有する。
そのアクチュエータ壁は、その壁の高さ方向に２個の圧電材料の部分からなり、その上下各部分がそれぞれ高さ方向に相互に逆方向に分極されている。インク流路の両側に位置する一対のアクチュエータ壁の両側面に形成された電極に電圧を印加すると、アクチュエータ壁に分極方向と直交する電界が発生し、アクチュエータ壁の上下各部の圧電材料がそれぞれ剪断変形、つまりほぼ菱形に変形する。
上下各部の圧電材料は分極方向が逆であるから、インク流路の容積を変え、インクに噴射圧力を与える。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来、この種のインク噴射装置では、インク流路内の電極と制御回路を電気的に接続することが困難であり、ワイヤボンディング法によって接続をすることが行われる。また、例えば特開平７−１３２５８９号公報に開示されているように、チャンネルの端部に別の溝を形成し、インク流路内の電極を、該溝内部の導電層を介して底壁または天壁に形成した接続用配線パターンに接続するなどの工夫をしているが、いずれの場合もコストが高いという問題がある。
【０００６】
また、噴射ノズル列を複数列配置しようとすると、インク噴射装置を複数個作製して必要な数だけ積み重ねる必要があり、それぞれの電気接点を複数のＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）等を用いて制御回路との電気的接続をする必要があった。
【０００７】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、制御回路との電気的な接続が容易で、インク流路が多数および複数列になっても低製造コストのインク噴射装置の製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
この目的を達成するために請求項１の発明では、少なくとも一部を分極された圧電材料で構成した複数の隔壁間に複数のチャンネルを、積層した第１の基板と第２の基板とに形成したインク噴射装置の製造方法において、前記第２の基板の上面に、前記第１の基板が接合される範囲からその外に渡って延びる共通配電線および複数の個別配電線をそれぞれ形成する第１の工程と、その共通配電線および個別配電線が形成された前記第２の基板の上面に前記第１の基板を、前記共通配電線と個別配電線とに跨ってかつそれらの一部に重ねて接合する第２の工程と、その接合された状態の前記第１の基板および第２の基板に渡り、前記チャンネル間の隔壁を残して前記チャンネルとなる複数の溝を形成する工程であって、前記チャンネルの列方向に前記共通配電線と個別配電線とを交互に前記チャンネルの内面に露出させて前記各溝を形成する第３の工程と、前記隔壁の側面に、前記駆動電極となる導電層を、前記露出した共通配電線および個別配電線とそれぞれ接続させて形成する第４の工程と、前記第 1 の基板の前記第２の基板とは反対側における前記チャンネルの開放面を覆ってプレートを接合する第５の工程とからなることを特徴とする。これにより、あらかじめ第２の基板の上面に形成した共通配電線および個別配電線に合わせて、溝を形成し、駆動電極を共通配電線および個別配電線に接続させて形成することで、駆動電極と制御回路との電気的接続が容易に行え、インク流路が多数および複数列になっても共通配電線および個別配電線を任意に形成できる。
【０００９】
上記構成において好ましくは、前記第２の基板において前記第１の基板が接合する側の面は、前記第１の基板よりも面積が大きく形成され、前記第３の工程は、前記第１の基板よりも外に位置する前記第２の基板上面に対して凹状に前記溝を形成する。
【００１０】
また、前記チャンネルは、交互に配置された前記インク流路と空間とを含み、前記第４の工程は、前記インク流路と空間の内面を含む前記第１の基板上に前記導電層を形成し、前記空間の底面に沿って前記導電層を溝状に除去することで、インク流路と空間の内面に駆動電極を形成することができる。
さらに好ましくは、前記共通配電線は、前記第１の基板の一方の端に一部を重ねる位置から、前記個別配電線は、前記第１の基板の他方の端に一部を重ねる位置からそれぞれ前記第１の基板の外方へ延びるように前記第２の基板上面に形成され、前記溝は、前記複数のチャンネルのなす列の方向において前記共通配電線と個別配電線とが交互に前記チャンネル内面に露出するように、前記第１の基板の端からの切り込み長さを設定して形成される。
【００１１】
さらに、請求項５の発明のように、少なくとも一部を分極された圧電材料で構成した複数の隔壁間に複数のチャンネルを、積層した第１の基板と第２の基板とに形成したインク噴射装置の製造方法において、前記第２の基板の上面に、前記複数のチャンネルのなす延びかつ前記第１の基板が接合される範囲からその外に渡って延びる列方向に共通配電線を形成する第１の工程と、その共通配電線が形成された前記第２の基板の上面に前記第１の基板を、前記共通配電線の一部に重ねて接合する第２の工程と、その接合された状態の前記第１の基板および第２の基板に渡り、前記チャンネル間の隔壁を残して前記チャンネルとなる複数の溝を形成する工程であって、前記チャンネルの列方向において１つおきの前記チャンネルの内面に前記共通配電線を露出させて前記各溝を形成する第３の工程と、前記各隔壁の側面に、前記駆動電極となる導電層を形成する工程であって、前記１つおきのチャンネルについては前記駆動電極が前記露出した共通配電線と接続するように前記導電層を形成する第４の工程と、前記チャンネルの列方向において前記１つおきのチャンネルに対し残りの前記チャンネルの内面に形成された前記駆動電極とそれぞれ接続して複数の個別配電線を前記第２の基板上に形成する第５の工程と、前記第 1 の基板の前記第２の基板とは反対側における前記チャンネルの開放面を覆ってプレートを接合する第６の工程とからなることを特徴とする。
この構成において好ましくは、前記第１の基板は、積層された２つの基板からなり、前記第３の工程は、前記２つの基板からなる第１の基板および第２の基板に渡って溝を形成することでも、請求項５の発明は容易に実施することができる。
【００１２】
さらに好ましくは、前記チャンネルは、交互に配置された前記インク流路と空間とを含み、前記第３の工程は、前記インク流路となる溝を、その内面に前記共通配電線が露出する深さに形成し、前記空間となる溝を、前記共通配電線に達しない深さに形成することで、インク流路内の駆動電極に共通配電線を容易に接続することができる。
【００１３】
また、前記チャンネルは、交互に配置された前記インク流路と空間とを含み、前記第４の工程は、前記インク流路と空間の内面を含む前記第１の基板および第２の基板上に前記導電層を形成し、前記空間の底面に沿って前記導電層を溝状に除去するとともに前記第２の基板上において前記空間内の前記導電層と接続された個別配電線を残して不要な前記導電層を除去することで、空間内面の駆動電極は、個別配電線に接続することができる。
【００１４】
また、前記第２の基板において前記第１の基板が接合する側の面は、前記第１の基板よりも面積が大きく、前記第１の工程は、前記共通配電線を前記第１の基板よりも側方に露出して形成することで、よりいっそう駆動電極と制御回路との電気的接続を容易に行えるようになる。
【００１５】
また、前記第２の基板上に、前記共通配電線および個別配電線と接続して制御回路を固定する工程をさらに有することで、駆動電極と制御回路との電気的接続を容易に行うことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１７】
図１に示すように、インク噴射装置１０は、基板１００と、アクチュエータ基板１０２と、ノズルプレート１３２とで構成されている。
【００１８】
その基板１００は、電気絶縁材料例えば酸化アルミニウムセラミックス材料からなり、該基板１００よりも平面方向から見た面積の小さいアクチュエータ基板１０２は、チタン酸ジルコン酸鉛系（ＰＺＴ）等の圧電セラミックス材料からなり、互いに接着されている。両基板１００、１０２には、細長い溝形状のインク流路１１３と空間１１５が、隔壁１１７を隔てて交互に複数配置されている。また、アクチュエータ基板１０２は、板厚方向（矢印Ｐ）に分極されている。そして、前記インク流路１１３の内面には導電性の金属化層として流路内電極１１９が形成され、前記空間１１５の内面には空間電極１２１が形成されている。
【００１９】
インク噴射装置１０の平面図（ノズルプレート１３２を透視してある）である図２に示すように、全てのインク流路１１３の内面の流路内電極１１９は、基板１００表面上に形成された共通配電線１２０に電気的に接続されている。また、同一の空間１１５内にて隣接する空間電極１２１間は、溝状の絶縁部１２５により分離され電気的に絶縁されており、インク流路１１３を挟んで隣接する一対の空間電極１２１は、基板１００表面上に形成された個別配電線１２２に電気的に接続されている。
【００２０】
図２のインク流路１１３を長手方向に通るＸ−Ｘ線断面図を示す図３（ａ）、および空間１１５を長手方向に通るＹ−Ｙ線断面図を示す図３（ｂ）に示すように、基板１００表面に形成された共通配電線１２０と個別配電線１２２は、どちらもその一部が基板１００とアクチュエータ基板１０２の界面に形成されており、互いに電気的に絶縁されている。図３（ａ）に示すようにインク流路１１３の内部には、共通配電線１２０が露出しているため、上述したように該共通配電線１２０と流路内電極１１９とが電気的に接続されている。しかし個別配電線１２２は、インク流路１１３の内部に露出していないため、該個別配電線１２２と流路内電極１１９は電気的に絶縁されている。一方、図３（ｂ）および図８に示すように空間１１５の内部には、個別配電線１２２が露出しているため、上述したように該個別配電線１２２と空間電極１２１とが電気的に接続されている。しかし共通配電線１２０は、空間１１５の内部に露出していないため、該共通配電線１２０と前記個別配電線１２１は電気的に絶縁されている。また図２のインク流路配列方向のＺ−Ｚ線断面図を示す図３（ｃ）および図８に示すように、空間１１５内で隣接する空間電極１２１間は、上述したように絶縁部１２５により分離され電気的に絶縁されている。
【００２１】
基板１００表面の共通配電線１２０と個別配電線１２２は、基板１００の両側縁に沿ってインク流路の配列方向に延び、該基板１００上に設けたＩＣ化された制御回路１６０に接続されている。該制御回路１６０は、接続接点１６２に接続された図示しないＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）などの配線材を介して外部の信号源、電源に接続されている。制御回路１６０を基板上に配置することを止めて、共通配電線１２０と個別配電線１２２の端部に直接ＦＰＣなどの配線材を接続することもできる。
【００２２】
制御回路１６０は、図１９に示すようにシリアル−パラレル変換器３１、データラッチ３２、ＡＮＤゲート３３、出力回路３４を備えている。シリアル−パラレル変換器３１は、インク流路数に対応するビット長のシフトレジスタから構成され、外部信号源から転送クロックＴＣＫと同期してシリアル転送されてくる転送データＤＡＴＡを入力し、転送クロックＴＣＫの立ち上がりにしたがって、転送データＤＡＴＡを各パラレルデータＰＤ０〜ＰＤ６３に変換する。データラッチ３２は、外部信号源から転送されてくるストローブ信号ＳＴＢの立ち上がりにしたがって、各パラレルデータＰＤ０〜ＰＤ６３をそれぞれラッチする。ＡＮＤゲート３３は、各パラレルデータＰＤ０〜ＰＤ６３と、外部信号源から転送されてくる印字クロックＩＣＫとの論理積をとり、駆動データＡ０〜Ａ６３を生成する。出力回路３４は、それぞれ各駆動データＡ０〜Ａ６３にもとづいて、インク噴射装置に適した電圧（駆動信号）を生成し、その各駆動信号を空間電極１２１へ出力する。
【００２３】
ノズルプレート１３２は、インク流路１１３、空間１１５の上面を覆ってアクチュエータ基板１０２に接着され、インク流路１１３の一端に対応する位置にインク噴射用のノズル１１８を有する。ノズルプレート１３２の一端を延長してマニホールド通路１４０が形成されている。ノズル１１８から遠い側のインク流路１１３の端部は、アクチュエータ基板１０２の一側に開放されており、ノズルプレート１３２を延長した端部と基板１００との間に、全てのインク流路１１３と連通したマニホールド流路１４０が構成されている。マニホールド流路１４０は開口１４１を介してインク供給源に接続される。
【００２４】
次に図３（ｃ）を参照して、本実施の形態に係るインク噴射装置１０の動作を説明する。噴射したいインク流路１１３の両側の一対の空間電極１２１に電圧を印加し、かつ全ての流路内電極１１９を接地することによって、該インク流路１１３の両側の隔壁１１７がインク流路１１３の容積を増加する方向に圧電厚みすべり変形する。例えば空間電極１２１ａ、ｂに電圧が印加され、流路内電極１１９が接地されると、隔壁１１７ａ、ｂに分極方向Ｐと直角な矢印Ｅ方向の電界が発生し、図３（ｃ）に破線で示すように、隔壁１１７ａ、ｂ上半分の圧電材料がインク流路１１３ａの容積を増加する方向に圧電厚みすべり変形、すなわち菱形に変形する。これにともない隔壁１１７ａ、ｂ下半分の絶縁材料も変形する。このときノズル１１８ａ付近を含むインク流路１１３ａ内の圧力が減少する。この状態を圧力波のインク流路１１３内での片道伝播時間Ｔだけ維持する。すると、その間、マニホールド流路１４１からインクが供給される。
【００２５】
なお、上記片道伝播時間Ｔはインク流路１１３内の圧力波が、インク流路１１３の長手方向に伝播するのに必要な時間であり、インク流路１１３の長さＬとこのインク流路１１３内部のインク中での音速ａによりＴ＝Ｌ／ａと決まる。圧力波の伝播理論によると、上記の電圧の印加からほぼＴ時間がたつとインク流路１１３内の圧力が逆転し、正の圧力に転じるが、このタイミングに合わせて空間電極１２１ａ、ｂに印加されている電圧を０（Ｖ）に戻す。
【００２６】
すると、隔壁１１７ａ、ｂが変形前の状態に戻り、インクに圧力が加えられる。そのとき、前記正に転じた圧力と、隔壁１１７ａ、ｂが変形前の状態に戻ることにより発生した圧力とが加え合わされ、比較的高い圧力がインク流路１１３ａのノズル１１８ａ付近の部分に生じて、インク液滴がノズル１１８ａから噴射される。
【００２７】
次に、本実施の形態に係るインク噴射装置１０の製造方法について図面を参照して説明する。
【００２８】
図４に示すように、基板１００は、酸化アルミニウムセラミックス材料から板状に形成され、その表面に導電性の金属化層からなる共通配電線１２０、個別配電線１２２、接続接点１６２からなるパターンが形成される。共通配電線１２０は、インク流路１１３のなす列の長さにわたって形成され、また、個別配電線１２２は、一端を、インク流路１１３を挟んで隣接する一対の空間電極１２１間の間隔よりもやや広い幅として、インク流路１１３の個数に対応して形成される。
アクチュエータ基板１０２は、チタン酸ジルコン酸鉛系（ＰＺＴ）の圧電セラミックス材料から板状に形成され、あらかじめ板厚方向（矢印Ｐ）に分極されている。該アクチュエータ基板１０２は、基板１００の表面に共通配電線１２０と個別配電線１２２とに跨るように接合される。
【００２９】
次に図５に示すように、ダイヤモンドブレード等による切削加工によりアクチュエータ基板１０２から、基板１００に渡って、インク流路１１３および空間１１５となる複数のチャンネルが、隔壁１１７を隔てて複数形成される。このとき上述したように、空間１１５は、その内面に個別配電線１２２が露出し、共通配電線１２０には達しないように、切り込み深さ、およびアクチュエータ基板１０２の一側縁から切り込み長さを調整する。そして、インク流路１１３は、逆にその内面に共通配電線１２０が露出し、個別配電線１２２には達しないように切り込み深さ、およびアクチュエータ基板１０２の他側縁から切り込み長さを調整する。
【００３０】
続いて図６に示すように、アクチュエータ基板１０２のチャンネル内面を含む上面および側面に無電解メッキ、蒸着などの方法により導電性の金属化層（図中灰色部分）を形成する。このとき、アクチュエータ基板１０２の上面や基板１００に金属化層が付着しないようにマスク処理等をしてもよい。
【００３１】
続いて、図７に示すように、アクチュエータ基板１０２の上端面の前記金属化層を平面研削等により除去し、空間電極１２１間の絶縁部１２５は、ＹＡＧレーザー等の切削加工により、空間１１５の底面に沿って金属化層を溝状に除去して形成する。これにより、インク流路１１３内面の電極１１９は、該流路内に露出している共通配電線１２０と電気的に接続され、空間１１５内の電極１２１は、該空間内に露出している個別配電線１２２と電気的に接続される。
【００３２】
最後に、図１に示すように、ノズルプレート１３２をノズル１１８およびマニホールド流路１４０がインク流路１１３に連通するように前記アクチュエータ基板１０２の上端面に接合する。また、制御回路１６０を配電線１２０、１２２および接続接点１６２と接続して基板１００上に固定する。
【００３３】
以上詳述したように、本実施例のインク噴射装置１０では、アクチュエータ基板１０２よりも面積の大きな電気絶縁材料製の基板１００上に予め形成しておいた配線パターンをインク流路および空間内の電極との接続に利用し、その後の制御回路やＦＰＣとの電気的接続などの工程は、電子基板として一般的な酸化アルミニウムセラミックス（アルミナ）材料の表面にて行えるため、容易で、信頼性も高くなる。
【００３４】
また、隔壁１１７の高さ方向と平行方向にインクが噴射されるため、１つのアクチュエータ基板に対して、ノズルを２次元的に配置することが可能になり、さらに１つの基板１００にアクチュエータ基板１０２を複数配置することで、ノズルを複数列配置することも容易となる。
【００３５】
なお、ノズル１１８をノズルプレート１３２に形成するのではなく、図３（ｃ）に示すように、基板１００を貫通してノズル１１８Ｂを形成することもできる。
【００３６】
続いて本発明を具体化した別の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００３７】
図９に示すように、インク噴射装置２０は、基板２００と、アクチュエータ基板２０２、２０４と、ノズルプレート２３２と、マニホールド部材２３４とで構成されている。
【００３８】
前記実施の形態と同様に基板２００は電気絶縁材料からなり、アクチュエータ基板２０２、２０４はそれぞれ圧電材料からなり、互いに接着して積層されている。アクチュエータ基板２０２、２０４は板厚方向において相互に反対方向（矢印Ｐ１、Ｐ２）に分極されている。各基板２００、２０２、２０４にわたって、細長い溝形状のインク流路２１３と空間２１５が形成され、インク流路２１３と空間２１５は隔壁２１７を隔てて交互に複数配置されている。本実施の形態では、２個のインク流路２１３および空間２１５が、その延長方向に相互に一体に連通して形成され、２個のインク流路２１３の相互に遠い端部には、それぞれノズル２１８が連通している。つまり複数のインク流路２１３および空間２１５が２列一体に形成されている。
【００３９】
インク流路２１３の内面には導電性の金属化層として流路内電極２１９が形成され、空間２１５の内面には空間電極２２１が形成されている。空間２１５表面の空間電極２２１は、流路長さ方向においてその中央部にて分離部２２６によって分離され、連続した２個のインク流路２１３にそれぞれ対応して独立している。このため、連続した２個のインク流路２１３は、それぞれノズル２１８から独立に噴射ができるようになっている。当然ながら、実際にプリンタ等の本体にインク噴射装置２００を装着する際には、ノズル列をインク噴射装置２００の走査方向に対して傾け、一方の列のノズルが他方の列のノズルの中間にインク液滴を噴射するように配置する。
【００４０】
インク噴射装置２０の平面図（ノズルプレート２３２を透視してある）である図１０に示すように、基板２００には、厚み方向に貫通するインク導入路２３５が形成されている。そして、このインク導入路２３５は、インク流路２１３には連通するが、空間２１５には連通しないようになっている。
【００４１】
また、基板２００上には、インク流路２１３および空間２１５の中央を横断するようにアクチュエータ基板２０２との界面に、共通配電線２２０が形成され、これに全てのインク流路２１３の内面の流路内電極２１９が電気的に接続されている。図１１（ａ）に示すようにインク流路２１３は、中央付近において溝深さを深くすることで、該インク導入路２３５に連通しているとともに、共通配電線２２０がそのインク流路２１３の内面に露出しているため、上述したように該共通配電線２２０と流路内電極２１９とが電気的に接続されている。しかし、図１１（ｂ）に示すように空間２１５は、中央付近において溝深さを浅くすることで、インク導入路２３５には連通しないとともに、共通配電線２２０もその空間２１５の内面に露出しないため、上述したように共通配電線２２０と空間電極２２１とは接続されていない。
【００４２】
また、同一の空間２１５内にて対向する空間電極２２１間は、溝状の絶縁部２２５により分離され電気的に絶縁されており、インク流路２１３を挟んで隣接する一対の空間電極２２１は、基板２００表面上に形成された個別配電線２２２に電気的に接続されている。連続した２個の空間２１５の空間電極２２１は、その間に形成された分離部２２６により分離され、相互に絶縁されている。なお、空間電極２２１は、図１１（ｂ）に示すように、空間２１５の底壁によって共通配電線２２０と電気的には絶縁されている。個別配電線２２２は、基板２００の両側縁に沿って延び、共通配電線２２０とともに基板１００上に設けた制御回路２６０に接続されている。該制御回路２６０は、接続接点２６２に接続された図示しないＦＰＣなどの配線材を介して外部の信号源、電源に接続されている。なお、共通配電線２２０と個別配電線２２２の端部に直接ＦＰＣなどの配線材を接続することもできる。
【００４３】
ノズルプレート２３２は、インク流路２１３、空間２１５の上面を覆ってアクチュエータ基板２０４に接着され、インク流路２１３の一端に対応する位置にインク噴射用のノズル２１８を有する。マニホールド部材２３４は、基板２００に下面に接着され、内部の通路をインク導入路２３５に連通している。マニホールド部材２３４内の通路は、開口２３６を介してインク供給源に接続される。
【００４４】
次に図１３を参照して、本実施の形態に係るインク噴射装置２０の動作を説明する。噴射したいインク流路２１３の両側の空間電極２２１に電圧を印加し、かつ全ての流路内電極２１９を接地することによって、該インク流路２１３の両側の隔壁２１７がインク流路２１３の容積を増加する方向に圧電厚みすべり変形する。この場合、隔壁２１７の上下各部の圧電材料がそれぞれ反対方向に分極されているから、隔壁２１７に発生した矢印Ｅ方向の電界により、上下各部の圧電材料がそれぞれ反対方向に圧電厚みすべり変形すなわち菱形に変形する。これにより、前記実施の形態と同様に、インク流路２１３が容積を増加し、その後、空間電極２２１に印加されている電圧を０（Ｖ）に戻すことで、ノズル２１８からインク液滴を噴射する。
【００４５】
次に、本実施の形態に係るインク噴射装置２０の製造方法について図面を参照して説明する。
【００４６】
図１４に示すように、基板２００は、酸化アルミニウムセラミックス材料から板状に形成され、その表面に導電性の金属化層からなる共通配電線２２０が形成されている。そして、共通配電線２２０の形成された部分に、厚み方向に貫通するインク導入路２３５が形成されている。２枚のアクチュエータ基板２０２、２０４は、チタン酸ジルコン酸鉛系（ＰＺＴ）のセラミックス材料からそれぞれ板状に形成され、それぞれ板厚方向（矢印Ｐ２、Ｐ１）に分極されている。共通配電線２２０にアクチュエータ基板２０２が重なるように、基板２００、アクチュエータ基板２０２、２０４が積層して接着される。
【００４７】
次に図１５に示すように、ダイヤモンドブレード等による切削加工によりアクチュエータ基板２０２、２０４から、基板２００に渡って、インク流路２１３および空間２１５となる複数のチャンネルが、隔壁２１７を隔てて形成される。このとき上述したように、空間２１５は、共通配電線２２０には達しないように溝深さを調整する。そして、インク流路２１３は、逆に共通配電線２２０を露出させインク導入路２３５を開口させるように溝深さを調整する。
【００４８】
続いて図１６に示すように、基板２００の上部表面とアクチュエータ基板２０２、２０４のすべての表面に前記実施の形態と同様に導電性の金属化層（図中灰色部分）を形成する。これにより、インク流路２１３の内面の金属化層は、該流路内に露出している共通配電線２２０と電気的に接続する。
【００４９】
続いて、図１７に示すように、第２のアクチュエータ基板２０４の上部端面の金属化層を平面研削等により除去する。そして、図１８に示すように、ＹＡＧレーザー等の切削加工により、空間２１５の底部に沿って金属化層を溝状に除去して絶縁部２２５を形成すると共に、基板２００上において不必要な部分の金属化層を除去して個別配電線２２２、接続接点２６２を形成する。もちろん、共通配電線２２０も残しておく。さらに、空間電極２２１を空間２１５を長手方向の中央部にて、同様に金属化層を除去して分離部２２６を形成する。その後、制御回路２６０を、共通配電線２２０、個別配電線２２２、接続接点２６２に接続して、基板２００上に配置する。
【００５０】
最後に、図９に示したように、ノズルプレート２３２をノズル２１８がインク流路２１３に連通するようにアクチュエータ基板２０２の上端面に接合する。そして、マニホールド２３４を、マニホールド２３３が前記インク導入路２３５に連通するように基板２００の下面に接合する。
【００５１】
以上詳述したように、本実施の形態のインク噴射装置２０では、アクチュエータ基板２０２、２０４よりも面積の大きな電気絶縁材料製の基板２００上に予め形成しておいた配線パターンをインク流路の電極との接続に利用し、その後の制御回路やＦＰＣとの電気的接続などの工程は、電子基板として一般的な酸化アルミニウムセラミックス（アルミナ）材料の表面にて行えるため、容易で、信頼性も高くなる。なお、個別配電線２２２は、前記実施の形態と同様に、基板２００上にあらかじめ形成してもよい。
【００５２】
また、隔壁１１７の高さ方向と平行方向にインクが噴射されるため、１つのアクチュエータ基板に対して、ノズルを２次元的に配置することが可能になり、さらに１つの基板２００にアクチュエータ基板を複数配置することで、ノズル列をさらに多く配置することも容易となり、高密度の記録が容易となる。特に、本実施の形態では、２つのインク流路が連続して形成され、かつ独立して噴射可能であるので、１ノズル当たりの製造コストを低減できる。
【００５３】
なお、本実施の形態では、金属化層を形成した後、不必要な部分を除去して電極、配電線を形成したが、メッキ処理などを施す前に、金属化層の不要部位にマスクを施し、メッキ処理などの後に該マスク部材を除去してもよい。また、基板２００に貫通するインク導入路２３５を設けて、ノズルプレート２３２とマニホールド部材２３４を対向する面に接合したため、プリンタ等に搭載された際に、マニホールド部材に接続されるインクカートリッジが、インクの噴射の妨げになることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施の形態のインク噴射装置を分解して示す斜視図である。
【図２】 図１の基板およびアクチュエータ基板の平面図である。
【図３】 （ａ）は図２のＸ−Ｘ線断面図である。
（ｂ）は図２のＹ−Ｙ線断面図である。
（ｃ）は図２のＺ−Ｚ線断面図である。
【図４】 本発明の一実施の形態のインク噴射装置の製造工程を示す図である。
【図５】 本発明の一実施の形態のインク噴射装置の製造工程を示す図である。
【図６】 本発明の一実施の形態のインク噴射装置の製造工程を示す図である。
【図７】 本発明の一実施の形態のインク噴射装置の製造工程を示す図である。
【図８】 図１の基板およびアクチュエータ基板の一部拡大斜視図である。
【図９】 本発明の別の実施の形態のインク噴射装置を分解して示す斜視図である。
【図１０】 図９の基板およびアクチュエータ基板の平面図である。
【図１１】 （ａ）は図１０のＸ２−Ｘ２線断面図である。
（ｂ）は図１０のＹ２−Ｙ２線断面図である。
【図１２】 図１０のＺ２−Ｚ２線断面図である。
【図１３】 図１０のＺ３−Ｚ３線断面図である。
【図１４】 本発明の別の実施の形態のインク噴射装置の製造工程を示す図である。
【図１５】 本発明の別の実施の形態のインク噴射装置の製造工程を示す図である。
【図１６】 本発明の別の実施の形態のインク噴射装置の製造工程を示す図である。
【図１７】 本発明の別の実施の形態のインク噴射装置の製造工程を示す図である。
【図１８】 本発明の別の実施の形態のインク噴射装置の製造工程を示す図である。
【図１９】 制御回路の内部構成を示すブロック回路図である。
【符号の説明】
１０、２０ インク噴射装置
１００、２００ 基板（第２の基板）
１０２、２０２、２０４ アクチュエータ基板（第１の基板）
１１８、２１８ ノズル
１１３、２１３ インク流路
１１５、２１５ 空間
１１７、２１７ 隔壁
１１９、２１９ 流路内電極
１２１、２２１ 空間電極
１２０、２２０ 共通配電線
１２２、２２２ 個別配電線
１６０、２６０ 制御回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、インク噴射装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
今日、これまでのインパクト方式の印字装置にとってかわり、その市場を大きく拡大しつつあるノンインパクト方式の印字装置のなかで、原理が最も単純で、かつ多階調化やカラー化が容易であるものとして、インクジェット方式の印字装置が挙げられる。なかでも印字に使用するインク液滴のみを噴射するドロップ・オン・デマンド型が、噴射効率の良さ、ランニングコストの安さなどから急速に普及している。
【０００３】
ドロップ・オン・デマンド型として特公昭５３−１２１３８号公報に開示されているカイザー型、あるいは特公昭６１−５９９１４号公報に開示されているサーマルジェット型がその代表的な方式としてある。このうち、前者は小型化が難しく、後者は高熱をインクに加えるためにインクの耐熱性に対する要求が必要とされ、それぞれに非常に困難な問題を抱えている。
【０００４】
以上のような欠陥を同時に解決する新たな方式として提案されたのが、特開昭６３−２４７０５１号公報に開示されている圧電セラミックスを利用した剪断モード型である。剪断モード型のインク噴射装置は、底壁と天壁との間に複数のインク流路と空間を交互に形成する複数の剪断モードアクチュエータ壁を有する。
そのアクチュエータ壁は、その壁の高さ方向に２個の圧電材料の部分からなり、その上下各部分がそれぞれ高さ方向に相互に逆方向に分極されている。インク流路の両側に位置する一対のアクチュエータ壁の両側面に形成された電極に電圧を印加すると、アクチュエータ壁に分極方向と直交する電界が発生し、アクチュエータ壁の上下各部の圧電材料がそれぞれ剪断変形、つまりほぼ菱形に変形する。
上下各部の圧電材料は分極方向が逆であるから、インク流路の容積を変え、インクに噴射圧力を与える。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来、この種のインク噴射装置では、インク流路内の電極と制御回路を電気的に接続することが困難であり、ワイヤボンディング法によって接続をすることが行われる。また、例えば特開平７−１３２５８９号公報に開示されているように、チャンネルの端部に別の溝を形成し、インク流路内の電極を、該溝内部の導電層を介して底壁または天壁に形成した接続用配線パターンに接続するなどの工夫をしているが、いずれの場合もコストが高いという問題がある。
【０００６】
また、噴射ノズル列を複数列配置しようとすると、インク噴射装置を複数個作製して必要な数だけ積み重ねる必要があり、それぞれの電気接点を複数のＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）等を用いて制御回路との電気的接続をする必要があった。
【０００７】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、制御回路との電気的な接続が容易で、インク流路が多数および複数列になっても低製造コストのインク噴射装置の製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
この目的を達成するために請求項１の発明では、少なくとも一部を分極された圧電材料で構成した複数の隔壁間に複数のチャンネルを、積層した第１の基板と第２の基板とに形成したインク噴射装置の製造方法において、前記第２の基板の上面に、前記第１の基板が接合される範囲からその外に渡って延びる共通配電線および複数の個別配電線をそれぞれ形成する第１の工程と、その共通配電線および個別配電線が形成された前記第２の基板の上面に前記第１の基板を、前記共通配電線と個別配電線とに跨ってかつそれらの一部に重ねて接合する第２の工程と、その接合された状態の前記第１の基板および第２の基板に渡り、前記チャンネル間の隔壁を残して前記チャンネルとなる複数の溝を形成する工程であって、前記チャンネルの列方向に前記共通配電線と個別配電線とを交互に前記チャンネルの内面に露出させて前記各溝を形成する第３の工程と、前記隔壁の側面に、前記駆動電極となる導電層を、前記露出した共通配電線および個別配電線とそれぞれ接続させて形成する第４の工程と、前記第 1 の基板の前記第２の基板とは反対側における前記チャンネルの開放面を覆ってプレートを接合する第５の工程とからなることを特徴とする。これにより、あらかじめ第２の基板の上面に形成した共通配電線および個別配電線に合わせて、溝を形成し、駆動電極を共通配電線および個別配電線に接続させて形成することで、駆動電極と制御回路との電気的接続が容易に行え、インク流路が多数および複数列になっても共通配電線および個別配電線を任意に形成できる。
【０００９】
上記構成において好ましくは、前記第２の基板において前記第１の基板が接合する側の面は、前記第１の基板よりも面積が大きく形成され、前記第３の工程は、前記第１の基板よりも外に位置する前記第２の基板上面に対して凹状に前記溝を形成する。
【００１０】
また、前記チャンネルは、交互に配置された前記インク流路と空間とを含み、前記第４の工程は、前記インク流路と空間の内面を含む前記第１の基板上に前記導電層を形成し、前記空間の底面に沿って前記導電層を溝状に除去することで、インク流路と空間の内面に駆動電極を形成することができる。
さらに好ましくは、前記共通配電線は、前記第１の基板の一方の端に一部を重ねる位置から、前記個別配電線は、前記第１の基板の他方の端に一部を重ねる位置からそれぞれ前記第１の基板の外方へ延びるように前記第２の基板上面に形成され、前記溝は、前記複数のチャンネルのなす列の方向において前記共通配電線と個別配電線とが交互に前記チャンネル内面に露出するように、前記第１の基板の端からの切り込み長さを設定して形成される。
【００１１】
さらに、請求項５の発明のように、少なくとも一部を分極された圧電材料で構成した複数の隔壁間に複数のチャンネルを、積層した第１の基板と第２の基板とに形成したインク噴射装置の製造方法において、前記第２の基板の上面に、前記複数のチャンネルのなす延びかつ前記第１の基板が接合される範囲からその外に渡って延びる列方向に共通配電線を形成する第１の工程と、その共通配電線が形成された前記第２の基板の上面に前記第１の基板を、前記共通配電線の一部に重ねて接合する第２の工程と、その接合された状態の前記第１の基板および第２の基板に渡り、前記チャンネル間の隔壁を残して前記チャンネルとなる複数の溝を形成する工程であって、前記チャンネルの列方向において１つおきの前記チャンネルの内面に前記共通配電線を露出させて前記各溝を形成する第３の工程と、前記各隔壁の側面に、前記駆動電極となる導電層を形成する工程であって、前記１つおきのチャンネルについては前記駆動電極が前記露出した共通配電線と接続するように前記導電層を形成する第４の工程と、前記チャンネルの列方向において前記１つおきのチャンネルに対し残りの前記チャンネルの内面に形成された前記駆動電極とそれぞれ接続して複数の個別配電線を前記第２の基板上に形成する第５の工程と、前記第 1 の基板の前記第２の基板とは反対側における前記チャンネルの開放面を覆ってプレートを接合する第６の工程とからなることを特徴とする。
この構成において好ましくは、前記第１の基板は、積層された２つの基板からなり、前記第３の工程は、前記２つの基板からなる第１の基板および第２の基板に渡って溝を形成することでも、請求項５の発明は容易に実施することができる。
【００１２】
さらに好ましくは、前記チャンネルは、交互に配置された前記インク流路と空間とを含み、前記第３の工程は、前記インク流路となる溝を、その内面に前記共通配電線が露出する深さに形成し、前記空間となる溝を、前記共通配電線に達しない深さに形成することで、インク流路内の駆動電極に共通配電線を容易に接続することができる。
【００１３】
また、前記チャンネルは、交互に配置された前記インク流路と空間とを含み、前記第４の工程は、前記インク流路と空間の内面を含む前記第１の基板および第２の基板上に前記導電層を形成し、前記空間の底面に沿って前記導電層を溝状に除去するとともに前記第２の基板上において前記空間内の前記導電層と接続された個別配電線を残して不要な前記導電層を除去することで、空間内面の駆動電極は、個別配電線に接続することができる。
【００１４】
また、前記第２の基板において前記第１の基板が接合する側の面は、前記第１の基板よりも面積が大きく、前記第１の工程は、前記共通配電線を前記第１の基板よりも側方に露出して形成することで、よりいっそう駆動電極と制御回路との電気的接続を容易に行えるようになる。
【００１５】
また、前記第２の基板上に、前記共通配電線および個別配電線と接続して制御回路を固定する工程をさらに有することで、駆動電極と制御回路との電気的接続を容易に行うことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１７】
図１に示すように、インク噴射装置１０は、基板１００と、アクチュエータ基板１０２と、ノズルプレート１３２とで構成されている。
【００１８】
その基板１００は、電気絶縁材料例えば酸化アルミニウムセラミックス材料からなり、該基板１００よりも平面方向から見た面積の小さいアクチュエータ基板１０２は、チタン酸ジルコン酸鉛系（ＰＺＴ）等の圧電セラミックス材料からなり、互いに接着されている。両基板１００、１０２には、細長い溝形状のインク流路１１３と空間１１５が、隔壁１１７を隔てて交互に複数配置されている。また、アクチュエータ基板１０２は、板厚方向（矢印Ｐ）に分極されている。そして、前記インク流路１１３の内面には導電性の金属化層として流路内電極１１９が形成され、前記空間１１５の内面には空間電極１２１が形成されている。
【００１９】
インク噴射装置１０の平面図（ノズルプレート１３２を透視してある）である図２に示すように、全てのインク流路１１３の内面の流路内電極１１９は、基板１００表面上に形成された共通配電線１２０に電気的に接続されている。また、同一の空間１１５内にて隣接する空間電極１２１間は、溝状の絶縁部１２５により分離され電気的に絶縁されており、インク流路１１３を挟んで隣接する一対の空間電極１２１は、基板１００表面上に形成された個別配電線１２２に電気的に接続されている。
【００２０】
図２のインク流路１１３を長手方向に通るＸ−Ｘ線断面図を示す図３（ａ）、および空間１１５を長手方向に通るＹ−Ｙ線断面図を示す図３（ｂ）に示すように、基板１００表面に形成された共通配電線１２０と個別配電線１２２は、どちらもその一部が基板１００とアクチュエータ基板１０２の界面に形成されており、互いに電気的に絶縁されている。図３（ａ）に示すようにインク流路１１３の内部には、共通配電線１２０が露出しているため、上述したように該共通配電線１２０と流路内電極１１９とが電気的に接続されている。しかし個別配電線１２２は、インク流路１１３の内部に露出していないため、該個別配電線１２２と流路内電極１１９は電気的に絶縁されている。一方、図３（ｂ）および図８に示すように空間１１５の内部には、個別配電線１２２が露出しているため、上述したように該個別配電線１２２と空間電極１２１とが電気的に接続されている。しかし共通配電線１２０は、空間１１５の内部に露出していないため、該共通配電線１２０と前記個別配電線１２１は電気的に絶縁されている。また図２のインク流路配列方向のＺ−Ｚ線断面図を示す図３（ｃ）および図８に示すように、空間１１５内で隣接する空間電極１２１間は、上述したように絶縁部１２５により分離され電気的に絶縁されている。
【００２１】
基板１００表面の共通配電線１２０と個別配電線１２２は、基板１００の両側縁に沿ってインク流路の配列方向に延び、該基板１００上に設けたＩＣ化された制御回路１６０に接続されている。該制御回路１６０は、接続接点１６２に接続された図示しないＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）などの配線材を介して外部の信号源、電源に接続されている。制御回路１６０を基板上に配置することを止めて、共通配電線１２０と個別配電線１２２の端部に直接ＦＰＣなどの配線材を接続することもできる。
【００２２】
制御回路１６０は、図１９に示すようにシリアル−パラレル変換器３１、データラッチ３２、ＡＮＤゲート３３、出力回路３４を備えている。シリアル−パラレル変換器３１は、インク流路数に対応するビット長のシフトレジスタから構成され、外部信号源から転送クロックＴＣＫと同期してシリアル転送されてくる転送データＤＡＴＡを入力し、転送クロックＴＣＫの立ち上がりにしたがって、転送データＤＡＴＡを各パラレルデータＰＤ０〜ＰＤ６３に変換する。データラッチ３２は、外部信号源から転送されてくるストローブ信号ＳＴＢの立ち上がりにしたがって、各パラレルデータＰＤ０〜ＰＤ６３をそれぞれラッチする。ＡＮＤゲート３３は、各パラレルデータＰＤ０〜ＰＤ６３と、外部信号源から転送されてくる印字クロックＩＣＫとの論理積をとり、駆動データＡ０〜Ａ６３を生成する。出力回路３４は、それぞれ各駆動データＡ０〜Ａ６３にもとづいて、インク噴射装置に適した電圧（駆動信号）を生成し、その各駆動信号を空間電極１２１へ出力する。
【００２３】
ノズルプレート１３２は、インク流路１１３、空間１１５の上面を覆ってアクチュエータ基板１０２に接着され、インク流路１１３の一端に対応する位置にインク噴射用のノズル１１８を有する。ノズルプレート１３２の一端を延長してマニホールド通路１４０が形成されている。ノズル１１８から遠い側のインク流路１１３の端部は、アクチュエータ基板１０２の一側に開放されており、ノズルプレート１３２を延長した端部と基板１００との間に、全てのインク流路１１３と連通したマニホールド流路１４０が構成されている。マニホールド流路１４０は開口１４１を介してインク供給源に接続される。
【００２４】
次に図３（ｃ）を参照して、本実施の形態に係るインク噴射装置１０の動作を説明する。噴射したいインク流路１１３の両側の一対の空間電極１２１に電圧を印加し、かつ全ての流路内電極１１９を接地することによって、該インク流路１１３の両側の隔壁１１７がインク流路１１３の容積を増加する方向に圧電厚みすべり変形する。例えば空間電極１２１ａ、ｂに電圧が印加され、流路内電極１１９が接地されると、隔壁１１７ａ、ｂに分極方向Ｐと直角な矢印Ｅ方向の電界が発生し、図３（ｃ）に破線で示すように、隔壁１１７ａ、ｂ上半分の圧電材料がインク流路１１３ａの容積を増加する方向に圧電厚みすべり変形、すなわち菱形に変形する。これにともない隔壁１１７ａ、ｂ下半分の絶縁材料も変形する。このときノズル１１８ａ付近を含むインク流路１１３ａ内の圧力が減少する。この状態を圧力波のインク流路１１３内での片道伝播時間Ｔだけ維持する。すると、その間、マニホールド流路１４１からインクが供給される。
【００２５】
なお、上記片道伝播時間Ｔはインク流路１１３内の圧力波が、インク流路１１３の長手方向に伝播するのに必要な時間であり、インク流路１１３の長さＬとこのインク流路１１３内部のインク中での音速ａによりＴ＝Ｌ／ａと決まる。圧力波の伝播理論によると、上記の電圧の印加からほぼＴ時間がたつとインク流路１１３内の圧力が逆転し、正の圧力に転じるが、このタイミングに合わせて空間電極１２１ａ、ｂに印加されている電圧を０（Ｖ）に戻す。
【００２６】
すると、隔壁１１７ａ、ｂが変形前の状態に戻り、インクに圧力が加えられる。そのとき、前記正に転じた圧力と、隔壁１１７ａ、ｂが変形前の状態に戻ることにより発生した圧力とが加え合わされ、比較的高い圧力がインク流路１１３ａのノズル１１８ａ付近の部分に生じて、インク液滴がノズル１１８ａから噴射される。
【００２７】
次に、本実施の形態に係るインク噴射装置１０の製造方法について図面を参照して説明する。
【００２８】
図４に示すように、基板１００は、酸化アルミニウムセラミックス材料から板状に形成され、その表面に導電性の金属化層からなる共通配電線１２０、個別配電線１２２、接続接点１６２からなるパターンが形成される。共通配電線１２０は、インク流路１１３のなす列の長さにわたって形成され、また、個別配電線１２２は、一端を、インク流路１１３を挟んで隣接する一対の空間電極１２１間の間隔よりもやや広い幅として、インク流路１１３の個数に対応して形成される。
アクチュエータ基板１０２は、チタン酸ジルコン酸鉛系（ＰＺＴ）の圧電セラミックス材料から板状に形成され、あらかじめ板厚方向（矢印Ｐ）に分極されている。該アクチュエータ基板１０２は、基板１００の表面に共通配電線１２０と個別配電線１２２とに跨るように接合される。
【００２９】
次に図５に示すように、ダイヤモンドブレード等による切削加工によりアクチュエータ基板１０２から、基板１００に渡って、インク流路１１３および空間１１５となる複数のチャンネルが、隔壁１１７を隔てて複数形成される。このとき上述したように、空間１１５は、その内面に個別配電線１２２が露出し、共通配電線１２０には達しないように、切り込み深さ、およびアクチュエータ基板１０２の一側縁から切り込み長さを調整する。そして、インク流路１１３は、逆にその内面に共通配電線１２０が露出し、個別配電線１２２には達しないように切り込み深さ、およびアクチュエータ基板１０２の他側縁から切り込み長さを調整する。
【００３０】
続いて図６に示すように、アクチュエータ基板１０２のチャンネル内面を含む上面および側面に無電解メッキ、蒸着などの方法により導電性の金属化層（図中灰色部分）を形成する。このとき、アクチュエータ基板１０２の上面や基板１００に金属化層が付着しないようにマスク処理等をしてもよい。
【００３１】
続いて、図７に示すように、アクチュエータ基板１０２の上端面の前記金属化層を平面研削等により除去し、空間電極１２１間の絶縁部１２５は、ＹＡＧレーザー等の切削加工により、空間１１５の底面に沿って金属化層を溝状に除去して形成する。これにより、インク流路１１３内面の電極１１９は、該流路内に露出している共通配電線１２０と電気的に接続され、空間１１５内の電極１２１は、該空間内に露出している個別配電線１２２と電気的に接続される。
【００３２】
最後に、図１に示すように、ノズルプレート１３２をノズル１１８およびマニホールド流路１４０がインク流路１１３に連通するように前記アクチュエータ基板１０２の上端面に接合する。また、制御回路１６０を配電線１２０、１２２および接続接点１６２と接続して基板１００上に固定する。
【００３３】
以上詳述したように、本実施例のインク噴射装置１０では、アクチュエータ基板１０２よりも面積の大きな電気絶縁材料製の基板１００上に予め形成しておいた配線パターンをインク流路および空間内の電極との接続に利用し、その後の制御回路やＦＰＣとの電気的接続などの工程は、電子基板として一般的な酸化アルミニウムセラミックス（アルミナ）材料の表面にて行えるため、容易で、信頼性も高くなる。
【００３４】
また、隔壁１１７の高さ方向と平行方向にインクが噴射されるため、１つのアクチュエータ基板に対して、ノズルを２次元的に配置することが可能になり、さらに１つの基板１００にアクチュエータ基板１０２を複数配置することで、ノズルを複数列配置することも容易となる。
【００３５】
なお、ノズル１１８をノズルプレート１３２に形成するのではなく、図３（ｃ）に示すように、基板１００を貫通してノズル１１８Ｂを形成することもできる。
【００３６】
続いて本発明を具体化した別の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００３７】
図９に示すように、インク噴射装置２０は、基板２００と、アクチュエータ基板２０２、２０４と、ノズルプレート２３２と、マニホールド部材２３４とで構成されている。
【００３８】
前記実施の形態と同様に基板２００は電気絶縁材料からなり、アクチュエータ基板２０２、２０４はそれぞれ圧電材料からなり、互いに接着して積層されている。アクチュエータ基板２０２、２０４は板厚方向において相互に反対方向（矢印Ｐ１、Ｐ２）に分極されている。各基板２００、２０２、２０４にわたって、細長い溝形状のインク流路２１３と空間２１５が形成され、インク流路２１３と空間２１５は隔壁２１７を隔てて交互に複数配置されている。本実施の形態では、２個のインク流路２１３および空間２１５が、その延長方向に相互に一体に連通して形成され、２個のインク流路２１３の相互に遠い端部には、それぞれノズル２１８が連通している。つまり複数のインク流路２１３および空間２１５が２列一体に形成されている。
【００３９】
インク流路２１３の内面には導電性の金属化層として流路内電極２１９が形成され、空間２１５の内面には空間電極２２１が形成されている。空間２１５表面の空間電極２２１は、流路長さ方向においてその中央部にて分離部２２６によって分離され、連続した２個のインク流路２１３にそれぞれ対応して独立している。このため、連続した２個のインク流路２１３は、それぞれノズル２１８から独立に噴射ができるようになっている。当然ながら、実際にプリンタ等の本体にインク噴射装置２００を装着する際には、ノズル列をインク噴射装置２００の走査方向に対して傾け、一方の列のノズルが他方の列のノズルの中間にインク液滴を噴射するように配置する。
【００４０】
インク噴射装置２０の平面図（ノズルプレート２３２を透視してある）である図１０に示すように、基板２００には、厚み方向に貫通するインク導入路２３５が形成されている。そして、このインク導入路２３５は、インク流路２１３には連通するが、空間２１５には連通しないようになっている。
【００４１】
また、基板２００上には、インク流路２１３および空間２１５の中央を横断するようにアクチュエータ基板２０２との界面に、共通配電線２２０が形成され、これに全てのインク流路２１３の内面の流路内電極２１９が電気的に接続されている。図１１（ａ）に示すようにインク流路２１３は、中央付近において溝深さを深くすることで、該インク導入路２３５に連通しているとともに、共通配電線２２０がそのインク流路２１３の内面に露出しているため、上述したように該共通配電線２２０と流路内電極２１９とが電気的に接続されている。しかし、図１１（ｂ）に示すように空間２１５は、中央付近において溝深さを浅くすることで、インク導入路２３５には連通しないとともに、共通配電線２２０もその空間２１５の内面に露出しないため、上述したように共通配電線２２０と空間電極２２１とは接続されていない。
【００４２】
また、同一の空間２１５内にて対向する空間電極２２１間は、溝状の絶縁部２２５により分離され電気的に絶縁されており、インク流路２１３を挟んで隣接する一対の空間電極２２１は、基板２００表面上に形成された個別配電線２２２に電気的に接続されている。連続した２個の空間２１５の空間電極２２１は、その間に形成された分離部２２６により分離され、相互に絶縁されている。なお、空間電極２２１は、図１１（ｂ）に示すように、空間２１５の底壁によって共通配電線２２０と電気的には絶縁されている。個別配電線２２２は、基板２００の両側縁に沿って延び、共通配電線２２０とともに基板１００上に設けた制御回路２６０に接続されている。該制御回路２６０は、接続接点２６２に接続された図示しないＦＰＣなどの配線材を介して外部の信号源、電源に接続されている。なお、共通配電線２２０と個別配電線２２２の端部に直接ＦＰＣなどの配線材を接続することもできる。
【００４３】
ノズルプレート２３２は、インク流路２１３、空間２１５の上面を覆ってアクチュエータ基板２０４に接着され、インク流路２１３の一端に対応する位置にインク噴射用のノズル２１８を有する。マニホールド部材２３４は、基板２００に下面に接着され、内部の通路をインク導入路２３５に連通している。マニホールド部材２３４内の通路は、開口２３６を介してインク供給源に接続される。
【００４４】
次に図１３を参照して、本実施の形態に係るインク噴射装置２０の動作を説明する。噴射したいインク流路２１３の両側の空間電極２２１に電圧を印加し、かつ全ての流路内電極２１９を接地することによって、該インク流路２１３の両側の隔壁２１７がインク流路２１３の容積を増加する方向に圧電厚みすべり変形する。この場合、隔壁２１７の上下各部の圧電材料がそれぞれ反対方向に分極されているから、隔壁２１７に発生した矢印Ｅ方向の電界により、上下各部の圧電材料がそれぞれ反対方向に圧電厚みすべり変形すなわち菱形に変形する。これにより、前記実施の形態と同様に、インク流路２１３が容積を増加し、その後、空間電極２２１に印加されている電圧を０（Ｖ）に戻すことで、ノズル２１８からインク液滴を噴射する。
【００４５】
次に、本実施の形態に係るインク噴射装置２０の製造方法について図面を参照して説明する。
【００４６】
図１４に示すように、基板２００は、酸化アルミニウムセラミックス材料から板状に形成され、その表面に導電性の金属化層からなる共通配電線２２０が形成されている。そして、共通配電線２２０の形成された部分に、厚み方向に貫通するインク導入路２３５が形成されている。２枚のアクチュエータ基板２０２、２０４は、チタン酸ジルコン酸鉛系（ＰＺＴ）のセラミックス材料からそれぞれ板状に形成され、それぞれ板厚方向（矢印Ｐ２、Ｐ１）に分極されている。共通配電線２２０にアクチュエータ基板２０２が重なるように、基板２００、アクチュエータ基板２０２、２０４が積層して接着される。
【００４７】
次に図１５に示すように、ダイヤモンドブレード等による切削加工によりアクチュエータ基板２０２、２０４から、基板２００に渡って、インク流路２１３および空間２１５となる複数のチャンネルが、隔壁２１７を隔てて形成される。このとき上述したように、空間２１５は、共通配電線２２０には達しないように溝深さを調整する。そして、インク流路２１３は、逆に共通配電線２２０を露出させインク導入路２３５を開口させるように溝深さを調整する。
【００４８】
続いて図１６に示すように、基板２００の上部表面とアクチュエータ基板２０２、２０４のすべての表面に前記実施の形態と同様に導電性の金属化層（図中灰色部分）を形成する。これにより、インク流路２１３の内面の金属化層は、該流路内に露出している共通配電線２２０と電気的に接続する。
【００４９】
続いて、図１７に示すように、第２のアクチュエータ基板２０４の上部端面の金属化層を平面研削等により除去する。そして、図１８に示すように、ＹＡＧレーザー等の切削加工により、空間２１５の底部に沿って金属化層を溝状に除去して絶縁部２２５を形成すると共に、基板２００上において不必要な部分の金属化層を除去して個別配電線２２２、接続接点２６２を形成する。もちろん、共通配電線２２０も残しておく。さらに、空間電極２２１を空間２１５を長手方向の中央部にて、同様に金属化層を除去して分離部２２６を形成する。その後、制御回路２６０を、共通配電線２２０、個別配電線２２２、接続接点２６２に接続して、基板２００上に配置する。
【００５０】
最後に、図９に示したように、ノズルプレート２３２をノズル２１８がインク流路２１３に連通するようにアクチュエータ基板２０２の上端面に接合する。そして、マニホールド２３４を、マニホールド２３３が前記インク導入路２３５に連通するように基板２００の下面に接合する。
【００５１】
以上詳述したように、本実施の形態のインク噴射装置２０では、アクチュエータ基板２０２、２０４よりも面積の大きな電気絶縁材料製の基板２００上に予め形成しておいた配線パターンをインク流路の電極との接続に利用し、その後の制御回路やＦＰＣとの電気的接続などの工程は、電子基板として一般的な酸化アルミニウムセラミックス（アルミナ）材料の表面にて行えるため、容易で、信頼性も高くなる。なお、個別配電線２２２は、前記実施の形態と同様に、基板２００上にあらかじめ形成してもよい。
【００５２】
また、隔壁１１７の高さ方向と平行方向にインクが噴射されるため、１つのアクチュエータ基板に対して、ノズルを２次元的に配置することが可能になり、さらに１つの基板２００にアクチュエータ基板を複数配置することで、ノズル列をさらに多く配置することも容易となり、高密度の記録が容易となる。特に、本実施の形態では、２つのインク流路が連続して形成され、かつ独立して噴射可能であるので、１ノズル当たりの製造コストを低減できる。
【００５３】
なお、本実施の形態では、金属化層を形成した後、不必要な部分を除去して電極、配電線を形成したが、メッキ処理などを施す前に、金属化層の不要部位にマスクを施し、メッキ処理などの後に該マスク部材を除去してもよい。また、基板２００に貫通するインク導入路２３５を設けて、ノズルプレート２３２とマニホールド部材２３４を対向する面に接合したため、プリンタ等に搭載された際に、マニホールド部材に接続されるインクカートリッジが、インクの噴射の妨げになることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施の形態のインク噴射装置を分解して示す斜視図である。
【図２】 図１の基板およびアクチュエータ基板の平面図である。
【図３】 （ａ）は図２のＸ−Ｘ線断面図である。
（ｂ）は図２のＹ−Ｙ線断面図である。
（ｃ）は図２のＺ−Ｚ線断面図である。
【図４】 本発明の一実施の形態のインク噴射装置の製造工程を示す図である。
【図５】 本発明の一実施の形態のインク噴射装置の製造工程を示す図である。
【図６】 本発明の一実施の形態のインク噴射装置の製造工程を示す図である。
【図７】 本発明の一実施の形態のインク噴射装置の製造工程を示す図である。
【図８】 図１の基板およびアクチュエータ基板の一部拡大斜視図である。
【図９】 本発明の別の実施の形態のインク噴射装置を分解して示す斜視図である。
【図１０】 図９の基板およびアクチュエータ基板の平面図である。
【図１１】 （ａ）は図１０のＸ２−Ｘ２線断面図である。
（ｂ）は図１０のＹ２−Ｙ２線断面図である。
【図１２】 図１０のＺ２−Ｚ２線断面図である。
【図１３】 図１０のＺ３−Ｚ３線断面図である。
【図１４】 本発明の別の実施の形態のインク噴射装置の製造工程を示す図である。
【図１５】 本発明の別の実施の形態のインク噴射装置の製造工程を示す図である。
【図１６】 本発明の別の実施の形態のインク噴射装置の製造工程を示す図である。
【図１７】 本発明の別の実施の形態のインク噴射装置の製造工程を示す図である。
【図１８】 本発明の別の実施の形態のインク噴射装置の製造工程を示す図である。
【図１９】 制御回路の内部構成を示すブロック回路図である。
【符号の説明】
１０、２０ インク噴射装置
１００、２００ 基板（第２の基板）
１０２、２０２、２０４ アクチュエータ基板（第１の基板）
１１８、２１８ ノズル
１１３、２１３ インク流路
１１５、２１５ 空間
１１７、２１７ 隔壁
１１９、２１９ 流路内電極
１２１、２２１ 空間電極
１２０、２２０ 共通配電線
１２２、２２２ 個別配電線
１６０、２６０ 制御回路
Claims (10)
- 少なくとも一部を分極された圧電材料で構成した複数の隔壁間に複数のチャンネルを、積層した第１の基板と第２の基板とに形成したインク噴射装置の製造方法において、
前記第２の基板の上面に、前記第１の基板が接合される範囲からその外に渡って延びる共通配電線および複数の個別配電線をそれぞれ形成する第１の工程と、
その共通配電線および個別配電線が形成された前記第２の基板の上面に前記第１の基板を、前記共通配電線と個別配電線とに跨ってかつそれらの一部に重ねて接合する第２の工程と、
その接合された状態の前記第１の基板および第２の基板に渡り、前記チャンネル間の隔壁を残して前記チャンネルとなる複数の溝を形成する工程であって、前記チャンネルの列方向に前記共通配電線と個別配電線とを交互に前記チャンネルの内面に露出させて前記各溝を形成する第３の工程と、
前記隔壁の側面に、前記駆動電極となる導電層を、前記露出した共通配電線及び個別配電線とそれぞれ接続させて形成する第４の工程と、
前記第 1 の基板の前記第２の基板とは反対側における前記チャンネルの開放面を覆ってプレートを接合する第５の工程と
からなることを特徴とするインク噴射装置の製造方法。 - 前記第２の基板において前記第１の基板が接合する側の面は、前記第１の基板よりも面積が大きく形成され、前記第３の工程は、前記第１の基板よりも外に位置する前記第２の基板上面に対して凹状に前記溝を形成することを特徴とする請求項１記載のインク噴射装置の製造方法。
- 前記チャンネルは、交互に配置された前記インク流路と空間とを含み、
前記第４の工程は、前記インク流路と空間の内面を含む前記第１の基板上に前記導電層を形成し、前記空間の底面に沿って前記導電層を溝状に除去することを特徴とする請求項１または２記載のインク噴射装置の製造方法。 - 前記共通配電線は、前記第１の基板の一方の端に一部を重ねる位置から、前記個別配電線は、前記第１の基板の他方の端に一部を重ねる位置からそれぞれ前記第１の基板の外方へ延びるように前記第２の基板上面に形成され、
前記溝は、前記複数のチャンネルのなす列の方向において前記共通配電線と個別配電線とが交互に前記チャンネル内面に露出するように、前記第１の基板の端からの切り込み長さを設定して形成されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のインク噴射装置の製造方法。 - 少なくとも一部を分極された圧電材料で構成した複数の隔壁間に複数のチャンネルを、積層した第１の基板と第２の基板とに形成したインク噴射装置の製造方法において、
前記第２の基板の上面に、前記複数のチャンネルのなす列方向に延びかつ前記第１の基板が接合される範囲からその外に渡って延びる共通配電線を形成する第１の工程と、
その共通配電線が形成された前記第２の基板の上面に前記第１の基板を、前記共通配電線の一部に重ねて接合する第２の工程と、
その接合された状態の前記第１の基板および第２の基板に渡り、前記チャンネル間の隔壁を残して前記チャンネルとなる複数の溝を形成する工程であって、前記チャンネルの列方向において１つおきの前記チャンネルの内面に前記共通配電線を露出させて前記各溝を形成する第３の工程と、
前記各隔壁の側面に、前記駆動電極となる導電層を形成する工程であって、前記１つおきのチャンネルについては前記駆動電極が前記露出した共通配電線と接続するように前記導電層を形成する第４の工程と、
前記チャンネルの列方向において前記１つおきのチャンネルに対し残りの前記チャンネルの内面に形成された前記駆動電極とそれぞれ接続して複数の個別配電線を前記第２の基板上に形成する第５の工程と、
前記第 1 の基板の前記第２の基板とは反対側における前記チャンネルの開放面を覆ってプレートを接合する第６の工程と
からなることを特徴とするインク噴射装置の製造方法。 - 前記第１の基板は、積層された２つの基板からなり、
前記第３の工程は、前記２つの基板からなる第１の基板および第２の基板に渡って溝を形成することを特徴とする請求項５記載のインク噴射装置の製造方法。 - 前記チャンネルは、交互に配置された前記インク流路と空間とを含み、
前記第３の工程は、前記インク流路となる溝を、その内面に前記共通配電線が露出する深さに形成し、前記空間となる溝を、前記共通配電線に達しない深さに形成することを特徴とする請求項５または６記載のインク噴射装置の製造方法。 - 前記チャンネルは、交互に配置された前記インク流路と空間とを含み、
前記第４の工程は、前記インク流路と空間の内面を含む前記第１の基板および第２の基板上に前記導電層を形成し、前記空間の底面に沿って前記導電層を溝状に除去するとともに前記第２の基板上において前記個別配電線を残して不要な前記導電層を除去することを特徴とする請求項５から７のいずれかに記載のインク噴射装置の製造方法。 - 前記第２の基板において前記第１の基板が接合する側の面は、前記第１の基板よりも面積が大きく、
前記第１の工程は、前記共通配電線を前記第１の基板よりも側方に露出して形成することを特徴とする請求項５から８のいずれかに記載のインク噴射装置の製造方法。 - 前記第２の基板上に、前記共通配電線および個別配電線と接続して制御回路を固定する工程をさらに有することを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載のインク噴射装置の製造方法。
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