JP4308558B2

JP4308558B2 - Head chip and manufacturing method thereof

Info

Publication number: JP4308558B2
Application number: JP2003075347A
Authority: JP
Inventors: 文雄木村; 誠治桑原; 俊彦原尻; 潤恒吉; 豊本郷
Original assignee: Seiko Instruments Inc; SII Printek Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc; SII Printek Inc
Priority date: 2003-03-19
Filing date: 2003-03-19
Publication date: 2009-08-05
Anticipated expiration: 2023-03-19
Also published as: JP2004284028A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電デバイス、水晶デバイスなどに用いられて、圧電セラミック、水晶振動子片などの機能的に動作する機能部材が固定されるセラミック基板及びその製造方法に関し、特にプリンタ、ファックス及びオンデマンド印刷機などに利用されるインクジェット式記録装置に搭載されるヘッドチップ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、インクジェット式記録装置に搭載されるヘッドチップなどの圧電デバイス、水晶素子などの微少回路基板等には、圧電セラミック、水晶振動子片などの機能的に動作する機能部材が固定されるセラミック材料からなるセラミック基板が用いられている。
【０００３】
このようなセラミック基板を用いたヘッドチップとしては、例えば、セラミック基板に凹部を設け、この凹部内に機能部材が固定されている。
【０００４】
ここで、機能部材が固定される凹部を有するセラミック基板を用いたヘッドチップとしては、絶縁材料からなると共に一方面に凹部が設けられた基板本体と、基板本体の凹部内に設けられてその長手方向とは直交する方向に亘って複数の溝が形成された圧電セラミックからなる機能部材とを具備する基板と、基板に凹部の開口側を塞ぐように接合されたノズル開口を有するノズルプレートを具備し、圧電セラミックの側面に電極を形成することで、電極に電圧を印加して溝内に充填されたインクをノズル開口から吐出するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、セラミック基板を用いたヘッドチップとしては、絶縁材料からなると共に一端面及び一方面に開口する凹部が設けられた基板本体と、凹部内に埋設された圧電セラミックとを具備する基板に、基板本体と圧電セラミックとに亘って、且つ凹部の長手方向に亘って複数の溝が側壁により区画され、基板の溝が開口する一端面に各溝に対応する領域にノズル開口が形成されたノズルプレートが接合されているものも提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
しかしながら、前者のヘッドチップでは、基板本体の凹部の底面の所定位置に圧電セラミックを位置決め接合しなくてはならず、高精度な位置決めが困難であるという問題がある。
【０００７】
また、圧電セラミックに溝を形成する際に溝を区画する側壁が折れやすく、歩留まりが悪いという問題がある。
【０００８】
さらに、後者のヘッドチップでは、高速印字や高密度印字を行うため、ノズル開口を増やすには、ヘッドチップを並設しなくてはならず、ヘッドチップが大型化してしまうと共に高コストになってしまうという問題がある。
【０００９】
このような問題を解決するため、絶縁性の基板の一方面側に基準方向に延びる複数列の圧電セラミックを埋め込んで基板とし、圧電セラミックの列方向に亘って所定間隔で溝を形成することにより側壁を設け、側壁の圧電セラミックの領域に電極をそれぞれ独立して設けることで複数のノズル列を有する構造のヘッドチップとすることで、溝の形成時に溝を区画する側壁が折れるのを確実に防止して製造歩留まりを向上すると共に圧電セラミックを基板本体に埋め込むことによって、圧電セラミックの所定位置への位置決めを行う必要がなく、容易に且つ高精度なヘッドチップを形成することができるものを提案した（特願２００２−３４７６８８）。
【００１０】
【特許文献１】
特表２０００−５１２２３３号公報（第９〜１４頁、第３図及び第６図）
【００１１】
【特許文献２】
特開２０００−２９６６１８号公報（第４〜６頁、第１〜１０図）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、セラミック材料からなるセラミック基板に圧電セラミックなどの機能部材を埋め込む凹部を形成する方法として、ダイシングによる形成では、高精度な凹部が形成できるものの、高コストになってしまうという問題がある。
【００１３】
このため、凹部を有するセラミック基板を成形及び焼成して形成することで低コストでの量産を実現することができるが、この成形及び焼成による形成では、凹部の側面及び底面が凹凸状に形成されてしまう。この凹部内に圧電セラミックなどの機能部材を接着により固定する際に、圧電セラミックを凹部の少なくとも一方の側面を基準面としてこの基準面に当接させて接合するため、凹部の基準面と圧電セラミックとの間の接着剤の厚みにばらつきが生じてしまう。これにより、圧電セラミックを駆動する際に変位量にばらつきが生じ、各ノズル開口によってインク吐出特性にばらつきが生じてしまうという問題がある。
【００１４】
また、セラミック基板を成形及び焼成により形成する場合、焼成の際の収縮率を考慮して寸法を設定するので、寸法精度に問題がある。また、凹部の基準面と底面との角部が曲面状に形成されてしまい、この凹部に圧電セラミックを埋め込む際に圧電セラミックの高さ制御が困難であり、セラミック基板へのノズルプレートの接合が困難であるという問題がある。
【００１５】
このため、圧電セラミックのセラミック基板から突出した領域を研削する工程が必要となり、製造工程が煩雑になると共に高コストになってしまうという問題がある。
【００１６】
さらに、セラミック基板の凹部に圧電セラミックを接合する際に用いられる接着剤がセラミック基板のノズルプレートとの接合面側に流出し、この接着剤によってノズルプレートの接合が困難になるという問題がある。
【００１７】
なお、このような問題は、ヘッドチップ及びその製造方法のみでなく、機能部材が埋め込まれる凹部を有するセラミック基板及びその製造方法においても同様に存在する。
【００１８】
本発明は、このような事情に鑑み、機能部材を高精度に埋め込むことができる凹部を有するセラミック基板及びその製造方法並びにヘッドチップ及びその製造方法を提供することを課題とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、基準方向に延びる複数の凹部を有し、これら凹部内に機能的に動作する機能部材を固着して用いるセラミック基板において、前記凹部の形状が成形及び焼成することにより形成され、当該凹部の少なくとも一方面が研削により平坦化された基準面となっていることを特徴とするセラミック基板にある。
【００２０】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記基準面が前記凹部の両側面に形成されていることを特徴とするセラミック基板にある。
【００２１】
本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記凹部の底面の少なくとも前記基準面側には、当該凹部よりも幅狭で且つ前記基準面と面一となる第１の凹部が設けられていることを特徴とするセラミック基板にある。
【００２２】
本発明の第４の態様は、第１〜３の何れかの態様において、前記凹部の少なくとも前記基準面側の開口縁部には、前記凹部に連通し且つ当該凹部より浅い基準面に開口する第２の凹部が設けられていることを特徴とするセラミック基板にある。
【００２３】
本発明の第５の態様は、第１〜４の何れかの態様において、前記凹部の前記基準方向の少なくとも一方の端面が塞がれた形状となるように成形及び焼成により形成されると共に、前記基準面が当該凹部の前記基準方向の両端部に亘って形成されていることを特徴とするセラミック基板にある。
【００２４】
本発明の第６の態様は、第１〜５の何れかの態様のセラミック基板と、このセラミック基板の前記凹部に接着剤を介して固定された圧電セラミックからなる機能部材とを具備し、当該機能部材の列方向に亘って所定間隔で溝を形成することにより該溝を区画する側壁を設け且つ当該側壁の前記機能部材の領域に電極をそれぞれ設けることにより独立して駆動する駆動部を形成し、前記セラミック基板の一方面にノズルプレートを接合すると共に、該ノズルプレートの前記溝の各駆動部に対応する位置に前記溝内のインクを吐出するノズル開口をそれぞれ設けて複数のノズル列を形成したことを特徴とするヘッドチップにある。
【００２５】
本発明の第７の態様は、第６の態様において、前記セラミック基板の他方面側の前記機能部材に対応しない領域には、前記溝にインクを供給するインク供給孔及び当該溝内のインクを排出するインク排出孔が設けられていることを特徴とするヘッドチップにある。
【００２６】
本発明の第８の態様は、第６又は７の態様において、前記セラミック基板の他方面側の前記機能部材に対向しない領域には、前記基準方向と同方向で且つ前記溝の並設方向に亘って当該溝の底部に連通する複数の共通溝が形成されており、該共通溝と前記溝とが連通する連通孔が前記インク供給孔及び前記インク排出孔であることを特徴とするヘッドチップにある。
【００２７】
本発明の第９の態様は、第６〜８の何れかの態様において、前記セラミック基板には、前記圧電セラミックが２個並設されていると共に、前記電極が前記側壁上に前記溝の両端部から前記駆動部に対向する領域までそれぞれ独立して設けられていることを特徴とするヘッドチップにある。
【００２８】
本発明の第１０の態様は、第６〜９の何れかの態様において、前記セラミック基板には、前記圧電セラミックが前記溝の底面に達する深さで前記凹部が設けられていることを特徴とするヘッドチップにある。
【００２９】
本発明の第１１の態様は、基準方向に延びる複数の凹部を有し、これら凹部内に機能的に動作する機能部材を固着して用いるセラミック基板の製造方法において、成形及び焼成して前記凹部を形成する工程と、該凹部の少なくとも一方の側面側を研削することにより、平坦化された基準面を形成する工程とを具備することを特徴とするセラミック基板の製造方法にある。
【００３０】
本発明の第１２の態様は、第１１の態様において、前記基準面を形成する工程では、前記凹部の底面を同時に研削することで、前記凹部の底面の少なくとも前記基準面側に当該凹部よりも幅狭で且つ前記基準面と面一となる側面を有する第１の凹部を形成することを特徴とするセラミック基板の製造方法にある。
【００３１】
本発明の第１３の態様は、第１１又は１２の態様において、前記凹部を形成及び焼成により形成する工程では、当該凹部の前記基準方向の少なくとも一方の端面が塞がれた形状となるように形成し、前記基準面を形成する工程では、前記凹部の長手方向の両端部に亘って研削することで形成することを特徴とするセラミック基板の製造方法にある。
【００３２】
本発明の第１４の態様は、第１１〜１３の何れかの態様において、前記基準面を形成する工程では、さらに、前記凹部の少なくとも前記基準面側の開口縁部に前記凹部に連通し、且つ当該凹部より浅い第２の凹部を形成することを特徴とするセラミック基板の製造方法にある。
【００３３】
本発明の第１５の態様は、第１１〜１４の何れかの態様において、前記凹部を成形及び焼成により形成する工程では、上部凹部と、該上部凹部の底面に前記機能部材よりも大きな幅を有する下部凹部とで構成される当該凹部を形成すると共に、前記基準面を形成する工程では、前記下部凹部の少なくとも一方の側面に形成することを特徴とするヘッドチップの製造方法にある。
【００３４】
本発明の第１６の態様は、第１１〜１５の何れかの態様のセラミック基板の製造方法により形成された前記セラミック基板の前記凹部に圧電セラミックからなる前記機能部材を接着剤を介して固定する工程と、前記機能部材の列方向に亘って所定間隔で溝を形成して該溝を区画する側壁を形成する工程と、該側壁の前記機能部材の領域にそれぞれ電極を形成することにより独立して駆動する駆動部を形成する工程と、ノズル開口が前記溝の各駆動部に対応する位置にそれぞれ等間隔で複数列設けられたノズルプレートを前記セラミック基板の一方面に接合する工程とを具備することを特徴とするヘッドチップの製造方法にある。
【００３５】
本発明の第１７の態様は、第１６の態様において、前記凹部を成形及び焼成により形成する工程では、前記セラミック基板の前記凹部が設けられた面とは反対側の面の前記機能部材に対向しない領域に、前記凹部の長手方向と同方向で且つ前記溝の並設方向に亘って当該溝の底部に連通する複数の共通溝を形成することを特徴とするヘッドチップの製造方法にある。
【００３６】
本発明の第１８の態様は、第１１〜１７の何れかの態様において、前記凹部を成形及び焼成により形成する工程では、当該凹部を前記機能部材が前記溝の底面に達する深さで形成することを特徴とするヘッドチップの製造方法にある。
【００３７】
本発明の第１９の態様は、第１８の態様において、前記圧電セラミックが前記溝の深さ方向の略中央で分極方向が異なると共に、前記駆動部を形成する工程では、前記電極を前記圧電セラミックの露出した前記側壁の全面に設けることを特徴とするヘッドチップの製造方法にある。
【００３８】
かかる本発明では、凹部を有するセラミック基板を成形及び焼成することで、量産を実現できると共に、凹部の少なくとも一方面に機能部材が固定される平坦化された基準面を研削することにより形成することで、機能部材が基準面に対して均一に固定され、機能部材の動作に悪影響を与えることがない。また、基準面のみを研削で形成することで、低コストで形成することができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００４０】
（実施形態１）
本実施形態では、セラミック基板を用いたヘッドチップについて例示する。
【００４１】
図１は、本発明の実施形態１に係るヘッドチップの分解斜視図であり、図２は、実施形態１に係るヘッドチップの底面側の平面図であり、図３は、図２のＡ−Ａ′断面図である。
【００４２】
図示するように、本実施形態のヘッドチップ１０は、セラミック材料からなるセラミック基板２１の一方面に基準方向に延びるように複数列、本実施形態では２列の圧電セラミック２２が接着剤２３を介して埋め込まれた基板２０と、基板２０の一方面に接合されたノズル開口４１を有するノズルプレート４０とを具備する。
【００４３】
セラミック基板２１の一方面には、基準方向に延びるように、圧電セラミック２２と略同等の形状の凹部２４が複数列、本実施形態では、２列形成されており、この凹部２４内に圧電セラミック２２がセラミック基板２１の一方面と面一となるように接着剤２３を介して接合されている。
【００４４】
ここで、凹部２４の形状は成形及び焼成により形成され、この凹部２４の少なくとも一方の側面は、圧電セラミック２２が当接されて接着剤２３を介して固定される基準面２５となっており、この基準面２５は凹部２４の側面を基準方向に亘って研削することで平坦に形成されている。本実施形態では、凹部２４の両側面に研削により平坦化された基準面２５を設けた。
【００４５】
なお、圧電セラミック２２は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなり、セラミック基板２１は、圧電セラミック２２との接合後の熱膨張及び収縮による変形等を考えると、ＰＺＴからなる圧電セラミック２２と線膨張率の近似した材料、例えば、アルミナ等のセラミック材料を用いるのが好ましい。また、加工性がＰＺＴと同等なフォレステライトを用いるのも可能である。
【００４６】
さらに、本実施形態の圧電セラミック２２は、凹部２４の深さ方向に分極方向が同一となるように設けられている。
【００４７】
このようなセラミック基板２１は、詳しくは後述するが、凹部２４を有するセラミック基板２１を押出成形などの成形により形成後、１２００℃以上で焼成させることで形成される。
【００４８】
このように成形及び焼成により凹部２４を有するセラミック基板２１を形成すると、凹部２４の側面及び底面を高寸法精度で形成することができず、場合によっては凹凸状に形成されてしまうが、凹部２４の両側の側面を基準方向に亘って研削することで高精度に位置決めされ且つ平坦な基準面２５を形成することができる。なお、凹部２４の基準面２５を形成する研削方法は、平坦な基準面２５を形成することができれば特に限定されず、例えば、円盤状のダイシングブレードを用いたダイサーや、複数のワイヤを用いたワイヤソーなどを用いることができ、これにより、基準面２５は、個別に又は複数個同時に形成することができる。
【００４９】
このように、セラミック基板２１の凹部２４に、圧電セラミック２２が当接されて接合される平坦な基準面２５を設けることにより、基準面２５と圧電セラミック２２との間に厚さが均一な接着剤２３を形成することができる。
【００５０】
また、この際の基準面２５を底部と面一になるまで研削することによって底面と側面（基準面２５）との角部の寸法精度を向上させることができる。すなわち、Ｒ形状に形成された角部による圧電セラミック２２の浮き上がりを防止することができる。なお、このような効果を得るためには、凹部２４が圧電セラミック２２と略同等の大きさで形成された本実施形態では、基準面２５を凹部２４の両側の側面に設ける必要がある。
【００５１】
なお、基準面２５を研削により形成する際に、基準面２５を凹部２４の底面と面一より少し深く底面を研削して僅かな凹部を形成するようにしてもよく、このような僅かな凹部も凹部２４に含まれる。
【００５２】
また、基板２０には、基準方向と直交する方向に圧電セラミック２２の列方向に亘って溝２６が側壁２７により区画されて形成されている。
【００５３】
すなわち、基板２０の側壁２７の一部が圧電セラミック２２で構成された領域が各溝２６に２箇所設けられている。
【００５４】
なお、圧電セラミック２２は、基板２０に溝２６を形成した際に、側壁２７の一部に設けられた圧電セラミック２２が基準方向に亘って溝２６の底面で連続する厚さで形成されている。これにより、圧電セラミック２２は、セラミック基板２１から剥がれ難く剛性を向上することができる。
【００５５】
また、各溝２６の長手方向両端部は、基板２０の基準方向とは直交する方向の両端部まで深さが徐々に浅くなるように延設されている。この各溝２６の浅くなった両端部側は、詳しくは後述するノズルプレート４０を接合する際に用いられる接着剤４２によって封止されている。
【００５６】
このような各溝２６は、基準面２５と同様に、円盤状のダイシングブレードを用いたダイサーや複数のワイヤを用いたワイヤソーなどにより個別に又は複数個同時に形成される。本実施形態では、円盤状のダイシングブレードを用いたダイサーにより各溝２６を形成することにより、溝２６の浅くなった両端部側をダイシングブレードの形状を利用して形成した。
【００５７】
さらに、各溝２６を区画する側壁２７の一部を構成する圧電セラミック２２には、溝２６の内面に開口側に亘って電極２８が設けられ、この電極２８によって側壁２７の一部を構成する圧電セラミック２２が独立して駆動する駆動部２９となる。
【００５８】
また、各溝２６の２つの駆動部２９の電極２８は、側壁２７上にそれぞれ溝２６の浅くなった両端部まで延設されて設けられており、各駆動部２９の間の側壁２７上には、それぞれの電極２８が絶縁されるように不連続となっている。
【００５９】
これにより、各溝２６の２つの駆動部２９の電極２８に選択的に電圧を印加して独立して駆動することができる。
【００６０】
また、本実施形態の圧電セラミック２２は、凹部２４の深さ方向で分極方向が同一となるように設けられているため、溝２６を区画する側壁２７の両側に電極２８を設けて電圧を印加することで発生される駆動電界は、分極方向と直交する方向に印加される。これにより、側壁２８は、剪断方向に変形する所謂シェアモードとなっている。
【００６１】
なお、側壁２７は、底面及び側面がセラミック基板２１によって固定されると共に、上面が詳しくは後述するノズルプレート４０に接合されて固定されるため、駆動電界の印加による側壁２８の剪断方向の変形は、溝２６方向への撓み変形となる。このシェアモードを用いた駆動は、分極方向と同一方向に駆動電界を印加するダイレクトモードに比べ大きな変形を得ることができ、溝２６の容積を小さくしてもインク吐出量及びインク吐出速度等のインク吐出特性を向上することができる。
【００６２】
また、本実施形態の圧電セラミック２２は、凹部２４の深さ方向で分極方向が同一となるように設けられているため、電極２８は、側壁２７の開口側に亘って設けるようにしたが、特にこれに限定されるものではなく、例えば、凹部２４の深さ方向で分極方向が異なる圧電セラミック２２を用いた場合には、側壁２７の全面に亘って電極を設けるようにすればよい。
【００６３】
一方、基板２０の溝２６が形成された一方面とは反対の他方面側には、圧電セラミック２２に対向しない領域に溝２６の並設方向、すなわち基準方向に亘って各溝２６の底部に連通する複数列の共通溝３０〜３２が設けられている。
【００６４】
本実施形態では、溝２６の長手方向で、２つの駆動部２９の間に共通溝３０を設け、２つの駆動部２９と溝２６の長手方向両端部との間にそれぞれ共通溝３１及び３２を設けた。すなわち、本実施形態では、３列の共通溝３０〜３２を設けるようにした。
【００６５】
この共通溝３０〜３２の内、２つの駆動部２９の間に設けられた共通溝３０と各溝２６とが連通する連通孔を各溝２６にインクを供給するインク供給孔３３とし、２つの駆動部２９よりも溝２６の長手方向両端部側に設けられた共通溝３１及び３２と各溝２６とが連通する連通孔を溝２６内に供給されたインクを排出するインク排出孔３４及び３５とした。
【００６６】
すなわち、共通溝３０から供給されたインクは、インク供給孔３３から溝２６内に供給され、溝２６の両端部側に設けられたインク排出孔３４及び３５まで流れることによって、インク供給孔３３とインク排出孔３４及び３５との間にそれぞれ設けられた駆動部２９にインクを供給することができる。
【００６７】
なお、各共通溝３０〜３２には、図示しないインクタンク等のインク貯留部がインク供給管等を介して接続され、共通溝３１及び３２から排出されたインクはインク貯留部に戻されるようになっている。これにより、インク貯留部内のインクは共通溝３０、溝２６及び共通溝３１、３２を通り循環するようになっている。
【００６８】
また、このような共通溝３０〜３２を形成する際に、共通溝３０〜３２を基板２０の基準方向に亘って両端部まで形成する場合は、共通溝３０〜３２の長手方向両端部側を接着剤等の封止層で封止する必要がある。
【００６９】
また、各溝２６を、例えば、ブラック（Ｂ）、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）の４色のインクに対応したグループに分ける場合は、共通溝３０〜３２を色毎に封止層で４つに区画する必要がある。
【００７０】
さらに、このような共通溝３０〜３２は、量産性及び作業効率を考えると、凹部２４を有するセラミック基板２１を成形及び焼成により形成する際に、同時に形成するのが好ましいが、セラミック基板２１を成形及び焼成により形成した後に、研削により形成するようにしてもよい。
【００７１】
一方、基板２０の一方面には、ノズルプレート４０が接着剤４２を介して接合されている。このノズルプレート４０の各駆動部２９に対応する領域にはノズル開口４１が形成されている。
【００７２】
このようなノズル開口４１は、本実施形態では、基板２０の基準方向に並設された駆動部２９が２列設けられているため、基準方向に並設されたノズル開口４１のノズル列が２列形成されている。
【００７３】
また、ノズル開口４１は、例えば、吐出側に向かって内径が漸小するテーパ形状に形成されており、このようなノズル開口４１は、基板２０とノズルプレート４０とを接合する前又は接合後に、レーザ等で形成することができる。
【００７４】
さらに、図示しないが、ノズルプレート４０の被記録媒体に対向する面には、インクの付着等を防止する撥水性を有する撥水膜や親水性を有する滑落膜などが設けられている。
【００７５】
なお、このようなノズルプレート４０は、単一層又は複数層で構成され、例えば、ノズルプレート４０が複数層で構成される場合は、金属板やその表面に絶縁処理を施したもの、或いはガラス板、プラスチックの表面に剛性のある膜で被覆した厚さが１０〜５０μｍの第１のノズルプレートに、ノズル開口よりも大きな開口を形成すると共に第１のノズルプレート上にポリイミド等のプラスチック又は金属箔板の第２のノズルプレートを接着することで形成することができる。
【００７６】
このようなヘッドチップ１０では、セラミック基板２１の凹部２４に、圧電セラミック２２が当接される平坦な基準面２５を設けることにより、基準面２５と圧電セラミック２２との間に均一な厚さの接着剤２３を形成することができる。これにより、駆動部２９の側壁２７で、インク吐出時に変形する圧電セラミック２２がセラミック基板２１によって均一に拘束されるため、各駆動部２９での圧電セラミック２２の変形を均一にして、各駆動部２９におけるインク吐出特性を安定させることができる。
【００７７】
また、セラミック基板２１に圧電セラミック２２を複数埋め込み、溝２６を圧電セラミック２２の列に亘って設けるようにしたため、溝２６を形成時に溝２６を区画する側壁２７が折れるのを確実に防止して製造歩留まりを向上することができる。
【００７８】
さらに、圧電セラミック２２をセラミック基板２１に埋め込むことによって、圧電セラミック２２の所定位置への位置決めを行う必要がなく、容易に高精度なヘッドチップ１０を形成することができる。
【００７９】
また、ノズル開口４１の並設されたノズル列を複数列設けることで、高速印字を実現できる。
【００８０】
以下に、このようなヘッドチップの製造方法について説明する。なお、図４及び図５は、実施形態１に係るヘッドチップの製造方法を示す斜視図である。
【００８１】
まず、図４（ａ）に示すように、セラミック材料を成形及び焼成して凹部２４及び共通溝３０〜３２を有するセラミック基板２１を形成する。
【００８２】
詳しくは、セラミック基板２１を成形する際に、一方面に基準方向に延びる凹部２４と、他方面の隣接する凹部２４の間に対応した領域に基準方向に延びる共通溝３０〜３２とを形成する。
【００８３】
このように凹部２４及び共通溝３０〜３２の設けられたセラミック基板２１を１２００℃以上で焼成する。
【００８４】
なお、ここで形成される凹部２４は、後の工程で、基準面２５が形成される際に側面側が研削されるため、予めセラミック基板２１に接合される圧電セラミック２２の幅よりも若干狭い幅で形成する。
【００８５】
次に、図４（ｂ）に示すように、セラミック基板２１の凹部２４の両側の側面を基準方向に亘って研削することにより平坦な基準面２５を形成する。
【００８６】
このような基準面２５は、例えば、ダイシングブレードを用いたダイサーや、複数のワイヤを用いたワイヤソーなどにより個別に又は複数個同時に形成することができる。本実施形態では、ダイシングブレード５０を用いたダイサーにより凹部２４の両側面を研削することで、凹部２４の両側面に基準面２５を形成した。
【００８７】
また、ダイシングブレード５０による基準面２５の研削では、凹部２４の側面を底面と面一又は少し底面を研削して僅かな凹部を形成するまで行う。
【００８８】
このように基準面２５を研削により形成することで、セラミック基板２１を成形及び焼成で形成した際に凹部２４の側面及び底面が高寸法精度で形成することができず、場合によっては凹凸状に形成されても、凹凸状の側面を研削により除去して高精度に位置決めされ且つ平坦な基準面２５を高精度に形成することができる。また、基準面２５を凹部２４の底面と面一又は少し底面を研削することで、底面と基準面２５と角部の寸法精度を向上することができる。すなわち、Ｒ形状に形成された角部による圧電セラミック２２の浮き上がりを防止することができる。
【００８９】
また、このように基準面２５は、次の工程で埋め込まれる圧電セラミック２２よりも若干大きな幅を有する凹部２４となるように形成する。
【００９０】
次に、図５（ａ）に示すように、セラミック基板２１の一方面に形成した凹部２４に、凹部２４と略同等の形状で形成された圧電セラミック２２を接着剤２３を介して埋め込み、基板２０を形成する。
【００９１】
この圧電セラミック２２は、セラミック基板２１の一方面と面一とするため、例えば、セラミック基板２１に凹部２４の深さよりも厚い圧電セラミック２２を接合後、セラミック基板２１をその一方面から突出した圧電セラミック２２と共にラッピングして平坦に加工するようにしてもよい。
【００９２】
この圧電セラミック２２のセラミック基板２１への接着では、凹部２４の両側面が平坦な基準面２５で形成されているため、基準面２５と圧電セラミック２２との間に均一な厚さの接着剤２３を形成することができる。
【００９３】
次に、図５（ｂ）に示すように、基板２０の一方面に基準方向とは直交する方向に所定間隔で複数の溝２６を形成する。
【００９４】
この各溝２６の形成は、例えば、円盤状のダイシングブレードを用いたダイサーや複数のワイヤを用いたワイヤソーにより個別に又は複数個同時に形成することができる。
【００９５】
本実施形態では、各溝２６が基板２０の基準方向とは直交する方向の両端部側で深さが徐々に浅くなるように形成するため、円盤状のダイシングブレード（図示なし）を利用して溝２６を形成した。
【００９６】
また、溝２６を形成することで、各溝２６の底部と共通溝３０〜３２の底部とを連通して、インク供給孔３３及びインク排出孔３４及び３５を同時に形成することができる。
【００９７】
その後、各溝２６を区画する側壁２７上の所定位置に電極２８を形成することで駆動部２９を形成し、基板２０の一方面にノズルプレート４０を接合することで、図３に示すような本実施形態のヘッドチップを形成することができる。
【００９８】
なお、電極２８の形成は、例えば、公知の斜め蒸着により形成後、各駆動部２９間の電極をレーザ等により除去するようにしてもよく、また、基板２０の表面にレジストを塗布してから溝２６の加工を行い、電極２８を形成後にレジストを剥離するリフトオフ工程を行うことにより、必要な部分のみ電極２８を形成するようにしてもよい。
【００９９】
このように、本発明では、成形及び焼成により形成された凹部２４の両側面を研削することにより、圧電セラミック２２が当接される平坦な基準面２５を形成するようにしたため、圧電セラミック２２を凹部２４に接着剤２３を介して埋め込む際に、圧電セラミック２２と基準面２５との間に均一な接着剤２３を形成でき、各駆動部２９でセラミック基板２１に圧電セラミック２２が均一に拘束される。これにより、各駆動部２９の電極２８に電圧を印加して圧電セラミック２２を変形させた際に、圧電セラミック２２が均一に変位することができ、各駆動部２９に連通するノズル開口４１から吐出されるインク滴のインク吐出特性を均一化することができる。これにより、印刷品質を向上することができる。
【０１００】
また、凹部２４の両側面に基準面２５を設けることで、凹部２４を成形及び焼成により形成した際に、底面と側面との角部がＲ形状に形成されたとしても、Ｒ形状に形成された角部による圧電セラミック２２の浮き上がりを防止することができる。
【０１０１】
さらに、成形及び焼成により凹部２４を形成すると共に、基準面２５のみを研削により形成することで、高精度な凹部２４を低コストで且つ量産することができる。
【０１０２】
（実施形態２）
図６は、本発明の実施形態２に係るヘッドチップの分解斜視図であり、図７は、ヘッドチップの溝の長手方向の断面図である。
【０１０３】
図示するように、本実施形態では、ヘッドチップ１０Ａのセラミック基板２１Ａには基準方向に延びる複数の凹部２４Ａが形成され、この凹部２４Ａの少なくとも一方の側面は、研削されることで平坦に形成された基準面２５Ａが設けられている。
【０１０４】
また、凹部２４Ａの底面の少なくとも基準面２５Ａ側には、凹部２４Ａよりも幅狭で且つ凹部２４Ａの基準面２５Ａと面一となる側面を有する第１の凹部６０が形成されている。
【０１０５】
このような第１の凹部６０は、凹部２４Ａの側壁を研削して基準面２５Ａを形成する際に、同時に凹部２４Ａの底面をセラミック基板２１Ａが貫通しない程度の所定深さで研削することで形成することができる。
【０１０６】
なお、本実施形態では、凹部２４Ａの両側の側壁をそれぞれ研削することで、凹部２４Ａの両側面が基準面２５Ａとなるようにしたため、第１の凹部６０を凹部２４Ａの底面の両側面側にそれぞれ独立して形成した。
【０１０７】
また、基準面２５Ａ及び第１の凹部６０を、本実施形態では、円盤状のダイシングブレードを用いたダイサーにより研削することで形成した。
【０１０８】
このようなセラミック基板２１Ａの凹部２４Ａ内に圧電セラミック２２を接着剤２３を介して埋め込むことで、基板２０Ａを形成する際に、第１の凹部６０内には接着剤２３が充填されるようになっている。
【０１０９】
また、凹部２４Ａの底面の両側の側面側に第１の凹部６０を設けることで、凹部２５Ａを成形及び焼成により形成した際に、底面と側面との角部がＲ形状に形成されたとしても、Ｒ形状に形成された角部による圧電セラミック２２の浮き上がりを防止することができる。
【０１１０】
以下に、本実施形態のヘッドチップの製造方法について説明する。なお、図８及び図９は、実施形態２に係るヘッドチップの製造方法を示す斜視図である。
【０１１１】
まず、図８（ａ）に示すように、上述した実施形態１と同様にセラミック材料を成形及び焼成して凹部２４Ａ、共通溝３０〜３２を有するセラミック基板２１Ａを形成する。
【０１１２】
次に、図８（ｂ）に示すように、セラミック基板２１Ａの凹部２４Ａの両側の側面及び底面を基準方向に亘って研削することで、基準面２５Ａ及び第１の凹部６０を形成する。
【０１１３】
本実施形態では、ダイシングブレード５０を用いたダイサーにより研削した。
【０１１４】
このダイシングブレード５０により、セラミック基板２１の凹部２４Ａの側面を基準方向に亘って所定の厚さで研削すると共に、凹部２４Ａよりも深く研削することで、ダイシングブレード５０の刃厚と同じ幅の第１の凹部６０を形成する。
【０１１５】
このように第１の凹部６０は、基準面２５Ａを形成するための研削により同時に形成されるため、基準面２５Ａと第１の凹部６０の側面とは面一で形成される。
【０１１６】
このように、セラミック基板２１Ａに基準面２５Ａ及び第１の凹部６０を形成する研削では、ダイシングブレード５０の一方面のみをセラミック基板２１Ａに当接させて基準面２５Ａを形成するのではなく、ダイシングブレード５０の両面をセラミック基板２１Ａに当接させて基準面２５Ａと第１の凹部６０とを形成するため、ダイシングブレード５０の片当たりによる変形による破壊を確実に防止できる。なお、ダイシングブレード５０が変形して破壊されると、ダイシングブレード５０の破片が共通溝３０〜３２や、第１の凹部６０内などに飛散してしまう。このように飛散した破片は、セラミック基板２１Ａ内から除去し難く、ヘッドチップ１０Ａを組み立てた後にノズル開口４１の目詰まり等が生じてしまうという問題もある。本実施形態では、ダイシングブレード５０の破壊を防止することでノズル開口４１の目詰まりを防止することができるという効果も奏する。
【０１１７】
次に、図９（ａ）に示すように、セラミック基板２１Ａの一方面に形成した凹部２４Ａに、凹部２４Ａと略同等の形状で形成された圧電セラミック２２を接着剤２３を介して埋め込み、基板２０Ａを形成する。
【０１１８】
本実施形態では、凹部２４Ａの底面に第１の凹部６０が形成されているため、第１の凹部６０内が接着剤２３で充填されるように圧電セラミック２２をセラミック基板２１Ａに埋め込む。
【０１１９】
次に、図９（ｂ）に示すように、上述した実施形態１と同様に基板２０Ａの一方面に基準方向とは直交する方向に所定間隔で複数の溝２６を形成する。
【０１２０】
その後、各溝２６を区画する側壁２７上の所定位置に電極２８を形成することで駆動部２９を形成し、基板２０Ａの一方面にノズルプレート４０を接合することで、図６に示すような本実施形態のヘッドチップ１０Ａを形成することができる。
【０１２１】
（実施形態３）
図１０は、本発明の実施形態３に係るヘッドチップの分解斜視図であり、図１１は、実施形態３に係るヘッドチップの溝の長手方向の断面図である。
【０１２２】
図示するように、本実施形態では、ヘッドチップ１０Ｂのセラミック基板２１Ｂには基準方向に延びる複数の凹部２４Ｂが形成され、この凹部２４Ｂの少なくとも一方の側面には、研削されることで平坦に形成された基準面２５Ｂが設けられている。
【０１２３】
また、セラミック基板２１Ｂの凹部２４Ｂの少なくとも基準面２５Ｂ側の開口縁部には、基準方向に亘って凹部２４Ｂよりも浅く、且つ凹部２４Ｂの基準面２５Ｂに開口して連通する第２の凹部６１が設けられている。
【０１２４】
本実施形態では、凹部２４Ｂの両側の側面をそれぞれ研削することで、凹部２４Ｂの両側面が基準面２５Ｂとなるようにしたため、第２の凹部６１を凹部２４Ｂの幅方向両側の開口縁部に形成した。
【０１２５】
また、第２の凹部６１の形成方法は、特に限定されず、例えば、凹部２４Ｂを有するセラミック基板２１Ｂを成形及び焼成時に同時に形成するようにしてもよく、また、基準面２５Ｂと同様に研削により形成するようにしてもよい。
【０１２６】
本実施形態では、詳しくは後述するが、ダイシングブレードを用いたダイサーにより形成した。
【０１２７】
このような第２の凹部６１を凹部２４Ｂの開口縁部に設けることで、凹部２４Ｂ内に圧電セラミック２２を接着剤２３を介して埋め込んだ際に、余分な接着剤２３が第２の凹部６１内に流れ込み、余分な接着剤がセラミック基板２１Ｂのノズルプレート４０との接合面側にはみ出るのを防止して、ノズルプレート４０との接合を良好に行うことができる。
【０１２８】
以下に、本実施形態のヘッドチップの製造方法について説明する。なお、図１２及び図１３は、実施形態３に係るヘッドチップの製造方法を示す斜視図である。
【０１２９】
上述した実施形態１の図４（ａ）に示す工程と同様の工程を行うことにより、図１２（ａ）に示す、凹部２４Ｂの両側面に基準面２５Ｂが形成されたセラミック基板２１Ｂを形成する。
【０１３０】
次に、図１２（ｂ）に示すように、凹部２４Ｂの開口縁部を基準方向に亘って研削することにより第２の凹部６１を形成する。
【０１３１】
本実施形態では、円盤状のダイシングブレード５０を用いたダイサーによって、凹部２４Ｂの開口縁部を基準方向に沿って研削することで、第２の凹部６１を形成した。
【０１３２】
次に、図１３（ａ）に示すように、セラミック基板２１Ｂの一方面に形成した凹部２４Ｂに、凹部２４Ｂと略同等の形状で形成された圧電セラミック２２を接着剤２３を介して埋め込み、基板２０Ｂを形成する。
【０１３３】
このとき、凹部２４Ｂと圧電セラミック２２との間の接着剤２３の余分なものが、セラミック基板２１Ｂのノズルプレート４０との接合面側に流れ出るが、本実施形態では、凹部２４Ｂの開口縁部に第２の凹部６１が形成されているため、この第２の凹部６１内に余分な接着剤が流れ込む。このため、セラミック基板２１Ｂのノズルプレート４０との接合面側に余分な接着剤が流れでるのを防止して、セラミック基板２１Ｂとノズルプレート４０との接合を良好に行うことができる。
【０１３４】
次に、図１３（ｂ）に示すように、上述した実施形態１と同様に基板２０Ｂの一方面に基準方向とは直交する方向に所定間隔で複数の溝２６を形成する。
【０１３５】
その後、各溝２６を区画する側壁２７上の所定位置に電極２８を形成することで駆動部２９を形成し、基板２０Ｂの一方面にノズルプレート４０を接合することで、図１０に示すような本実施形態のヘッドチップ１０Ｂを形成することができる。
【０１３６】
なお、本実施形態では、第２の凹部６１をセラミック基板２１Ｂを成形及び焼成して形成した後に研削により形成するようにしたが、第２の凹部６１は、セラミック基板２１Ｂと圧電セラミック２２とを接着時に余分な接着剤を流れ込ませるだけで、高精度に形成する必要はない。このため、例えば、凹部２４Ｂを有するセラミック基板２１Ｂを成形及び焼成により形成する際に、同時に第２の凹部６１を形成するようにしてもよい。なお、このような場合、セラミック基板２１Ｂを研削して基準面２５Ｂを形成した際に、同時に研削されて無くならないような大きさで形成しておく必要がある。
【０１３７】
また、本実施形態では、実施形態１のヘッドチップ１０の他の例を示したが、このような第２の凹部６１有する構成及び製造方法は、実施形態１に限定されるものではなく、実施形態２に適用しても同様の効果を得られるものである。
【０１３８】
（実施形態４）
図１４及び図１５は、本発明の実施形態２に係るヘッドチップの製造方法を示す斜視図である。
【０１３９】
まず、図１４（ａ）に示すように、凹部２４Ｃを有するセラミック基板２１Ｃを成形及び焼成により形成する。
【０１４０】
このとき、凹部２４Ｃをセラミック基板２１Ｃの基準方向の少なくとも一方の端面が塞がれるような形状で形成する。本実施形態では、凹部２４Ｃの両端部が塞がれるような形状、すなわち、基準方向の断面が凹形状となるように形成することで、凹部２４Ｃの基準方向の両端部にブレ防止壁６３を形成した。
【０１４１】
次に、図１４（ｂ）に示すように、凹部２４Ｃの側面をセラミック基板２１Ｃの基準方向の両端部に亘って研削することで、基準面２５Ｃを形成する。
【０１４２】
本実施形態では、ブレ防止壁６３が設けられているため、ダイシングブレード５０によって一方のブレ防止壁６３から研削を始め、他方のブレ防止壁６３に達するまで研削することで、基準面２５Ｃを形成する。
【０１４３】
このように、凹部２４Ｃを基準方向の断面が凹状となるように形成することでブレ防止壁６３を設け、このブレ防止壁６３からダイシングブレード５０によって研削することで、研削始めに、ダイシングブレード５０の両面がブレ防止壁６３を研削するため、ダイシングブレード５０が片当たりすることなく、ダイシングブレード５０の変形による破壊を防止することができる。
【０１４４】
その後、図１５（ａ）及び（ｂ）に示すように、上述した実施形態１〜３と同様に、凹部２４Ｃ内に圧電セラミック２２を接着剤２３を介して埋め込むことで基板２０Ｃを形成すると共に、基板２０Ｃに圧電セラミック２２の列方向に亘って溝２６を形成する。
【０１４５】
その後、各溝２６を区画する側壁２７上の所定位置に図示しない電極を形成することで駆動部を形成し、基板２０Ｃの一方面にノズルプレートを接合することで、ヘッドチップを形成することができる。
【０１４６】
なお、本実施形態では、実施形態１の他の例を示したが、このような凹部２４Ｃを有する構成及び製造方法は、実施形態１に限定されるものではなく、実施形態２〜３に適用しても、同様の効果を得られるものである。
【０１４７】
（実施形態５）
図１６は、本発明の実施形態５に係るヘッドチップの分解斜視図であり、図１７は、実施形態２に係るヘッドチップの溝の長手方向の断面図である。
【０１４８】
図示するように、本実施形態のヘッドチップ１０Ｄは、絶縁性のセラミック基板２１Ｄの一方面に基準方向に延びるように複数列、本実施形態では２列の圧電セラミック２２Ａが接着剤２３を介して埋め込まれた基板２０Ｄと、基板２０Ｄの一方面に接合されたノズル開口４１を有するノズルプレート４０とを具備する。
【０１４９】
セラミック基板２１Ｄの一方面には、基準方向に延びるように、上部凹部６４と、この上部凹部６４の底面の略中央部に圧電セラミック２２Ａが基準方向と直交する方向に離れて埋め込まれる下部凹部６５とを有する凹部２４Ｄが形成されている。
【０１５０】
また、下部凹部６５の底面の両側面は、圧電セラミック２２Ａがそれぞれ当接されて接着剤２３を介して固定される基準面２５Ｄとなっており、この基準面２５Ｄは、下部凹部６５の側面を基準方向に亘って研削することで平坦に形成されている。
【０１５１】
なお、この上部凹部６４及び下部凹部６５を有する凹部２４Ｄを有するセラミック基板２１Ｄは、上述した実施形態１と同様に、セラミック材料を成形及び焼成することで形成されている。
【０１５２】
また、凹部２４Ｄの基準方向両端部には、圧電セラミック２２Ａが基準面２５Ｄに当接して固定された際に、圧電セラミック２２Ａの間で、溝２５Ｄ内のインクが流出しないように流出防止壁７１が設けられている。
【０１５３】
ここで、圧電セラミック２２Ａ及びセラミック基板２１Ｄは、上述した実施形態１と同じ材料が使用されるが、圧電セラミック２２Ａは、詳しくは後述する溝２６Ａの深さ方向の略中央部で分極方向が異なる。
【０１５４】
また、基板２０Ｄには、基準方向と直交する方向に圧電セラミック２２Ａの列方向に亘って溝２６Ａが側壁２７Ａにより区画されて形成されている。
【０１５５】
この溝２６Ａは、本実施形態では、基準方向と直交する方向に亘って同一深さで形成されている。また、セラミック基板２１Ｄの基準方向と直交する方向の両端部側には、上部凹部６４と同一の深さの段差部６６が設けられている。
【０１５６】
このように、溝２６Ａを同一深さとすると共に溝２６Ａの両端部側のセラミック基板２１Ｄに段差部６６を設けることによって、溝２６Ａを形成する際に、複数のワイヤを用いたワイヤソーにより複数個同時に加工することができ、量産性を向上することができる。
【０１５７】
また、上部凹部６４を設けることにより、溝２６Ａを画成する側壁２７Ａは、圧電セラミック２２Ａのみで構成される領域と、セラミック基板２１Ｄのみで構成される領域とが不連続となるように形成され、各溝２６Ａ毎に圧電セラミック２２Ａのみで構成される駆動部２９Ａが２箇所設けられている。
【０１５８】
さらに、各溝２６Ａの内面には電極２８Ａが形成されている。この電極２８Ａは、溝２６Ａの底面及び側壁２７Ａの圧電セラミック２２Ａのみで構成される側壁２７Ａに連続して形成されて、溝２６Ａの長手方向で隣接する駆動部２９Ａの間には、それぞれの電極２８Ａが絶縁されるように不連続となっている。これにより、各駆動部２９Ａに選択的に電圧を印加することができ、独立して駆動させることができる。
【０１５９】
なお、本実施形態では、圧電セラミック２２Ａが溝２６Ａの深さ方向の略中央で分極方向が異なるようにしたため、電極２８Ａを圧電セラミック２２Ａのみで構成される側壁２７Ａの全面に亘って形成することで、上述した実施形態１〜４の側壁２７に比べて低い電圧で大きな変形を得ることができる。
【０１６０】
さらに、各溝２６Ａの長手方向両端部側には、セラミック基板２１Ｄのみで構成される側壁２７Ａに当接する四角柱状のスペーサ７０が基準方向に２列設けられている。
【０１６１】
このスペーサ７０は、溝２６Ａの両端部を封止して、溝２６Ａ内に供給されたインクが溝２６Ａの両端部から排出されないようにするものである。
【０１６２】
このようなスペーサ７０は、基板２０Ｄと、ノズルプレート４０との間に接着剤を介して接合されている。
【０１６３】
なお、ノズル開口４１及び滑落膜等は上述した実施形態１と同様であり、ノズルプレート４０は、単一層又は複数層で形成することができる。
【０１６４】
一方、セラミック基板２１Ｄの溝２６Ａが形成された一方面とは反対の他方面側には、圧電セラミック２２Ａに対向しない領域に溝２６Ａの並設方向、すなわち基準方向に亘って各溝２６Ａの底部に連通する３列の共通溝３０Ａ、３１及び３２が設けられている。
【０１６５】
本実施形態では、共通溝３０Ａを下部凹部６５の底部に設けることにより、この共通溝３０Ａが各溝２６Ａに連通して、各溝２６Ａにインクを供給するインク供給孔となっている。
【０１６６】
また、共通溝３１及び３２を、溝２６Ａを区画する側壁２７Ａのセラミック基板２１Ｄのみで構成される領域に設けることにより、各溝２６Ａと共通溝３１及び３２とを連通孔で連通させ、この連通孔を溝２６Ａ内に供給されたインクを排出するインク排出孔３４及び３５とした。
【０１６７】
なお、本実施形態では、各溝２９Ａと共通溝３１及び３２とが、各溝２６Ａの底面でインク排出孔３４及び３５を介して連通するようにしたが、本実施形態の基準方向に隣接する溝２６Ａ同士は、側壁２７Ａのセラミック基板２１Ｄのみで構成される領域と、圧電セラミック２２Ａのみで構成される領域との間で連通しているため、溝２６Ａと共通溝３１及び３２とを連通するインク排出孔３４及び３５は、溝２６Ａの何れか１つと連通するようにしてもよい。
【０１６８】
このように駆動部２９Ａを圧電セラミック２２Ａのみで構成し、その両側がセラミック基板２１Ｄで拘束されないようにすることで、駆動部２９Ａの側壁２７Ａを大きく変形させることができる。また、駆動部２９Ａで圧電セラミック２２Ａを変形することにより発生した衝撃波は、主に駆動部２９Ａのみで反射し、溝２６Ａを共有する他の駆動部２９Ａへの衝撃波による影響を無くすことができる。
【０１６９】
以下に、このようなヘッドチップ１０Ｄの製造方法について説明する。なお、図１８及び図１９は、ヘッドチップの製造方法を示す斜視図である。
【０１７０】
まず、図１８（ａ）に示すように、セラミック材料を成形及び焼成して上部凹部６４及び下部凹部６５からなる凹部２４Ｄと、段差部６６と、共通溝３０Ａ、３１及び３２とを有するセラミック基板２１Ｄを形成する。
【０１７１】
詳しくは、セラミック基板２１Ｄを成形する際に、一方面に基準方向に延びる上部凹部６４と下部凹部６５とからなる凹部２４Ｄと、セラミック基板２１Ｄの基準方向と直交する両端部側に上部凹部６４と同一深さで基準方向に延びる段差部６６とを形成すると共に、他方面に下部凹部６５の底面と連通する共通溝３０Ａと、他方面の上部凹部６４と段差部６６との間の領域に共通溝３１及び３２を形成する。
【０１７２】
また、このとき、凹部２４Ｄの基準方向両端部には、溝２６Ａ内のインクの流出を防止する流出防止壁７１を形成する。
【０１７３】
次に、図１８（ｂ）に示すように、上述した実施形態１と同様に、セラミック基板２１Ｄの下部凹部６５の両側の側面を基準方向に亘って研削するこにより平坦な基準面２５Ｄを形成する。本実施形態では、上述した実施形態１と同様に、図示しないダイシングブレードを用いた。
【０１７４】
次に、図１９（ａ）に示すように、セラミック基板２１Ｄの一方面に形成した下部凹部６５に、四角柱形状を有する圧電セラミック２２Ａを接着剤２３を介して埋め込み、基板２０Ｄを形成する。
【０１７５】
次に、図１９（ｂ）に示すように、基板２０Ｄの一方面に基準方向とは直交する方向に所定間隔で複数の溝２６Ａを形成する。
【０１７６】
本実施形態では、セラミック基板２１Ｄの基準方向と直交する方向の両端部側に、段差部６６を設けたため、基準方向と直交する方向に亘って同一の深さの溝２６Ａを形成した。
【０１７７】
また、このような溝２６Ａは、同一の深さで形成するため、複数のワイヤを用いたワイヤソーにより複数個同時に研削して形成することができる。
【０１７８】
また、溝２６Ａを形成することにより、各溝２６Ａと共通溝３１及び３２とが連通し、各溝２６Ａと共通溝３１及び３２とを連通させてインク排出孔３４及び３５を形成する。
【０１７９】
その後、各溝２６Ａの内側に電極２８Ａを形成することで、駆動部２９Ａを形成し、両端の段差部にスペーサ７０を接合すると共に、基板２０Ｄの一方面にノズル開口４１の設けられたノズルプレート４０を接合することで、図１６に示すような本実施形態のヘッドチップ１０Ｄを形成することができる。
【０１８０】
なお、電極２８Ａの形成は、公知のスパッタ、蒸着、電鋳により形成後、各駆動部２９Ａ間の電極をレーザ等により除去するようにしてもよく、また、基板２０Ｄの表面にレジスト等の犠牲膜を塗布してから溝２６Ａの加工を行い、電極２８Ａを形成後に犠牲膜を剥離するリフトオフ工程を行うことにより、必要な部分のみ電極２８Ａを形成するようにしてもよい。
【０１８１】
また、本実施形態では、実施形態１のヘッドチップ１０の他の例を示したが、このような構成のヘッドチップに上述した実施形態２〜４の構成を適用しても同様の効果を得られるものである。
【０１８２】
（他の実施形態）
以上、本発明の各実施形態について説明したが、ヘッドチップの基本的な構成は上述したものに限定されるものではなく、また、各実施形態１〜５を組み合わせた構成としてもよい。
【０１８３】
例えば、上述した実施形態１〜５では、溝２６、２６Ａを基準方向と直交する方向に圧電セラミック２２、２２Ａの列方向に亘って形成するようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、溝を基準方向と直交する方向から所定角度傾斜する方向に形成することで、ノズル列の基準方向の位置が全て異なるようにしてもよい。
【０１８４】
このようにノズル列の基準方向の位置を全て異なるようにすることで、ノズル開口の基準方向のピッチを半分のピッチとすることができ、ヘッドチップが固定されるライン型のインクジェット式記録装置に用いても、高密度印刷を行うことができる。
【０１８５】
また、例えば、上述した実施形態１〜５では、共通溝３０、３０Ａ、３１及び３２が各溝２６、２６Ａに連通し、各溝２６、２６Ａにインクが充填されるようにしたため、水性インク等の導電性のインクを用いた場合、溝２６、２６Ａ内の駆動部２９、２９Ａの対向する電極２８、２８Ａが導通してしまい、インクを吐出することができない。このため、例えば、電極２８、２８Ａとインクとが触れる領域にポリイミド、酸化膜、パリレン等の絶縁膜を設けることで導電性のインクを用いることも可能である。
【０１８６】
また、水性インク等の導電性のインクを用いる場合には、深さの異なる溝を交互に配設することで、共通溝に連通する深さを有する溝（チャンバ）と、共通溝に連通しない深さを有する溝（ダミーチャンバ）とを交互に配設した構造とし、インクが充填されないダミーチャンバ内の電極を個別電極とすると共にチャンバ内の電極を共通電極とすることで、ダミーチャンバ内の対向する電極同士が短絡することなく、チャンバの駆動部毎に独立して駆動することもできる。
【０１８７】
また、上述した実施形態１〜５では、ヘッドチップ１０〜１０Ｄに駆動部２９、２９Ａを各溝２６、２６Ａの長手方向に亘って２箇所設けるようにしたが、駆動部の数及び位置は特に限定されず、駆動部を多く設けることによってさらに複数のノズル列を形成することができ、さらに高密度及び高速印刷を行うことができる。なお、駆動部を３箇所以上設ける場合は、各駆動部の電極同士が短絡しないように溝内から引き出す必要があり、例えば、ノズルプレート側やインク供給孔及びインク排出孔側等から引き出すようにすればよい。
【０１８８】
さらに、上述した実施形態１〜５では、ヘッドチップ１０〜１０Ｄを例示したが、本発明のセラミック基板及びその製造方法は、ヘッドチップ及びその製造方法に限定されるものではなく、例えば、水晶振動子片や圧電セラミック等の機能部材を有する水晶発振デバイスを含む圧電発振デバイスなどにも用いることができる。
【０１８９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、凹部を有するセラミック基板を成形及び焼成することで、量産を実現できると共に、凹部の少なくとも一方面に機能部材が固定される平坦化された基準面を研削することにより形成することで、機能部材が基準面に対して均一に固定され、機能部材の動作に悪影響を与えることがない。また、基準面のみを研削で形成することで、低コストで形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係るヘッドチップの分解斜視図である。
【図２】本発明の実施形態１に係るヘッドチップの底面側の平面図である。
【図３】本発明の実施形態１に係るヘッドチップの断面図である。
【図４】本発明の実施形態１に係るヘッドチップの製造方法を示す斜視図である。
【図５】本発明の実施形態１に係るヘッドチップの製造方法を示す斜視図である。
【図６】本発明の実施形態２に係るヘッドチップの分解斜視図である。
【図７】本発明の実施形態２に係るヘッドチップの断面図である。
【図８】本発明の実施形態２に係るヘッドチップの製造方法を示す斜視図である。
【図９】本発明の実施形態２に係るヘッドチップの製造方法を示す斜視図である。
【図１０】本発明の実施形態３に係るヘッドチップの分解斜視図である。
【図１１】本発明の実施形態３に係るヘッドチップの断面図である。
【図１２】本発明の実施形態３に係るヘッドチップの製造方法を示す斜視図である。
【図１３】本発明の実施形態３に係るヘッドチップの製造方法を示す斜視図である。
【図１４】本発明の実施形態４に係るヘッドチップの製造方法を示す斜視図である。
【図１５】本発明の実施形態４に係るヘッドチップの製造方法を示す斜視図である。
【図１６】本発明の実施形態５に係るヘッドチップの分解斜視図である。
【図１７】本発明の実施形態５に係るヘッドチップの断面図である。
【図１８】本発明の実施形態５に係るヘッドチップの製造方法を示す斜視図である。
【図１９】本発明の実施形態５に係るヘッドチップの製造方法を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｄヘッドチップ
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ基板
２１、２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄセラミック基板
２２、２２Ａ圧電セラミック
２３接着剤
２４、２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｄ凹部
２５、２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ、２５Ｄ基準面
２６、２６Ａ溝
２７、２７Ａ側壁
２８、２８Ａ電極
２９、２９Ａ駆動部
３０、３０Ａ、３１、３２共通溝
３３インク供給孔
３４、３５インク排出孔
４０ノズルプレート
４１ノズル開口
５０ダイシングブレード
６０第１の凹部
６１第２の凹部
６３ブレ防止壁
６４上部凹部
６５下部凹部
７０スペーサ
７１流出防止壁[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a ceramic substrate used for a piezoelectric device, a quartz device, and the like, to which a functional member such as a piezoelectric ceramic and a quartz resonator piece is fixed, and a method for manufacturing the same. The present invention relates to a head chip mounted on an ink jet recording apparatus used in a printing machine or the like and a method for manufacturing the head chip.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a piezoelectric device such as a head chip mounted on an ink jet recording apparatus, a microcircuit substrate such as a crystal element, or the like is a ceramic on which a functional member such as a piezoelectric ceramic or a crystal resonator piece is fixed. A ceramic substrate made of a material is used.
[0003]
As a head chip using such a ceramic substrate, for example, a recess is provided in the ceramic substrate, and a functional member is fixed in the recess.
[0004]
Here, as a head chip using a ceramic substrate having a concave portion to which a functional member is fixed, a substrate body made of an insulating material and provided with a concave portion on one surface, and a longitudinal portion provided in the concave portion of the substrate main body. A substrate having a functional member made of piezoelectric ceramic in which a plurality of grooves are formed in a direction orthogonal to the direction; and a nozzle plate having a nozzle opening joined to the substrate so as to close the opening side of the recess. In addition, there has been proposed one in which an electrode is formed on a side surface of a piezoelectric ceramic so that a voltage is applied to the electrode and ink filled in the groove is ejected from a nozzle opening (see, for example, Patent Document 1).
[0005]
In addition, as a head chip using a ceramic substrate, the substrate includes a substrate body made of an insulating material and provided with a concave portion opened on one end surface and one surface, and a piezoelectric ceramic embedded in the concave portion. A nozzle plate in which a plurality of grooves are defined by side walls across the main body and the piezoelectric ceramic and in the longitudinal direction of the recesses, and nozzle openings are formed in regions corresponding to the grooves on one end surface where the grooves of the substrate open. Have also been proposed (see, for example, Patent Document 2).
[0006]
However, in the former head chip, there is a problem that the piezoelectric ceramic has to be positioned and bonded to a predetermined position of the bottom surface of the concave portion of the substrate body, and it is difficult to perform highly accurate positioning.
[0007]
Further, when forming grooves in the piezoelectric ceramic, there is a problem in that the side walls defining the grooves are easily broken and the yield is poor.
[0008]
Furthermore, since the latter head chip performs high-speed printing and high-density printing, in order to increase the nozzle openings, the head chips must be arranged in parallel, which increases the size and cost of the head chip. There is a problem of end.
[0009]
In order to solve such a problem, by embedding a plurality of rows of piezoelectric ceramics extending in the reference direction on one side of the insulating substrate to form a substrate, and forming grooves at predetermined intervals along the row direction of the piezoelectric ceramics. A head chip having a structure having a plurality of nozzle arrays by providing a side wall and independently providing electrodes in the piezoelectric ceramic region of the side wall ensures that the side wall that divides the groove is broken when the groove is formed. Providing a head chip that can be formed easily and with high accuracy without the need to position the piezoelectric ceramic in place by embedding the piezoelectric ceramic in the substrate body. (Japanese Patent Application 2002-347688).
[0010]
[Patent Document 1]
JP 2000-512233 A (pages 9 to 14, FIGS. 3 and 6)
[0011]
[Patent Document 2]
JP 2000-296618 A (pages 4-6, FIGS. 1-10)
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, as a method of forming a recess for embedding a functional member such as a piezoelectric ceramic in a ceramic substrate made of a ceramic material, the formation by dicing has a problem that although a highly accurate recess can be formed, the cost is increased.
[0013]
For this reason, low-cost mass production can be realized by forming and firing a ceramic substrate having a recess. However, in this formation by forming and firing, the side and bottom surfaces of the recess are formed in an uneven shape. End up. When a functional member such as a piezoelectric ceramic is fixed in the recess by bonding, the piezoelectric ceramic is bonded to the reference surface with at least one side surface of the recess as a reference surface. Variation in the thickness of the adhesive between the two. As a result, when the piezoelectric ceramic is driven, the amount of displacement varies, and there is a problem that the ink ejection characteristics vary due to the nozzle openings.
[0014]
In addition, when the ceramic substrate is formed by molding and firing, there is a problem in dimensional accuracy because the dimensions are set in consideration of the shrinkage rate during firing. In addition, the corner between the reference surface and the bottom surface of the recess is formed into a curved surface, and it is difficult to control the height of the piezoelectric ceramic when embedding the piezoelectric ceramic in the recess, and the nozzle plate cannot be bonded to the ceramic substrate. There is a problem that it is difficult.
[0015]
For this reason, the process of grinding the area | region which protruded from the ceramic substrate of the piezoelectric ceramic is needed, and there exists a problem that a manufacturing process will become complicated and it will become high-cost.
[0016]
Furthermore, there is a problem that the adhesive used when bonding the piezoelectric ceramic to the concave portion of the ceramic substrate flows out to the bonding surface side of the ceramic substrate with the nozzle plate, which makes it difficult to bond the nozzle plate.
[0017]
Such a problem exists not only in the head chip and the manufacturing method thereof, but also in the ceramic substrate having a recess in which the functional member is embedded and the manufacturing method thereof.
[0018]
In view of such circumstances, it is an object of the present invention to provide a ceramic substrate having a recess in which a functional member can be embedded with high accuracy, a manufacturing method thereof, a head chip, and a manufacturing method thereof.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
A first aspect of the present invention that solves the above problems is a ceramic substrate having a plurality of recesses extending in a reference direction, and a functional member that operates functionally in the recesses, and the shape of the recesses is The ceramic substrate is formed by molding and firing, and at least one surface of the concave portion is a reference surface flattened by grinding.
[0020]
According to a second aspect of the present invention, there is provided the ceramic substrate according to the first aspect, wherein the reference surface is formed on both side surfaces of the recess.
[0021]
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, at least the reference surface side of the bottom surface of the recess is a first recess that is narrower than the recess and flush with the reference surface. Is provided on the ceramic substrate.
[0022]
According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, at least an opening edge portion of the concave portion on the reference surface side communicates with the concave portion and opens to a reference surface shallower than the concave portion. A ceramic substrate is provided with a second recess.
[0023]
According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, the concave portion is formed by molding and firing so that at least one end face in the reference direction is closed. In the ceramic substrate, the reference surface is formed across both end portions of the concave portion in the reference direction.
[0024]
A sixth aspect of the present invention includes the ceramic substrate according to any one of the first to fifth aspects, and a functional member made of a piezoelectric ceramic fixed to the concave portion of the ceramic substrate with an adhesive. By forming grooves at predetermined intervals along the row direction of the functional members, side walls that partition the grooves are provided, and electrodes are provided in the functional member regions of the side walls to form independent driving units. In addition, a nozzle plate is joined to one surface of the ceramic substrate, and a plurality of nozzle rows are provided by respectively providing nozzle openings for discharging ink in the groove at positions corresponding to the driving portions of the groove of the nozzle plate. The head chip is characterized by being formed.
[0025]
According to a seventh aspect of the present invention, in the sixth aspect, an ink supply hole for supplying ink to the groove and an ink in the groove are provided in a region not corresponding to the functional member on the other surface side of the ceramic substrate. An ink discharge hole for discharging is provided in the head chip.
[0026]
According to an eighth aspect of the present invention, in the sixth or seventh aspect, the region on the other surface side of the ceramic substrate that does not face the functional member is in the same direction as the reference direction and in the direction in which the grooves are juxtaposed. A plurality of common grooves communicating with the bottom of the groove are formed, and the communication holes connecting the common groove and the groove are the ink supply hole and the ink discharge hole. It is in.
[0027]
According to a ninth aspect of the present invention, in any one of the sixth to eighth aspects, two piezoelectric ceramics are arranged side by side on the ceramic substrate, and the electrodes are disposed on the sidewalls at both ends of the groove. The head chip is provided independently from a portion to a region facing the driving portion.
[0028]
According to a tenth aspect of the present invention, in any one of the sixth to ninth aspects, the concave portion is provided in the ceramic substrate at a depth that allows the piezoelectric ceramic to reach a bottom surface of the groove. To the head chip.
[0029]
An eleventh aspect of the present invention is a method of manufacturing a ceramic substrate having a plurality of recesses extending in a reference direction and using a functional member that operates functionally in these recesses. And a step of forming a flattened reference surface by grinding at least one side surface of the concave portion.
[0030]
In a twelfth aspect of the present invention, in the eleventh aspect, in the step of forming the reference surface, the bottom surface of the recess is ground at the same time, so that at least the reference surface side of the bottom surface of the recess is closer to the reference surface. A method of manufacturing a ceramic substrate is characterized in that a first recess having a narrow side surface that is flush with the reference surface is formed.
[0031]
In a thirteenth aspect of the present invention, in the eleventh or twelfth aspect, in the step of forming the concave portion by forming and baking, at least one end surface of the concave portion in the reference direction is closed. In the step of forming and forming the reference surface, the ceramic substrate is manufactured by grinding over both end portions in the longitudinal direction of the concave portion.
[0032]
In a fourteenth aspect of the present invention, in any one of the first to thirteenth aspects, in the step of forming the reference surface, further, at least an opening edge of the recess on the reference surface side communicates with the recess, In addition, the present invention resides in a method for manufacturing a ceramic substrate, wherein a second recess shallower than the recess is formed.
[0033]
According to a fifteenth aspect of the present invention, in any one of the first to fourteenth aspects, in the step of forming the concave portion by molding and baking, the upper concave portion and the bottom surface of the upper concave portion have a larger width than the functional member. In the method of manufacturing the head chip, the step of forming the concave portion including the lower concave portion and forming the reference surface on at least one side surface of the lower concave portion.
[0034]
According to a sixteenth aspect of the present invention, the functional member made of piezoelectric ceramic is fixed to the concave portion of the ceramic substrate formed by the method for manufacturing a ceramic substrate according to any one of the first to fifteenth aspects via an adhesive. A step of forming grooves at predetermined intervals in the row direction of the functional members to form side walls for partitioning the grooves, and forming electrodes in the functional member regions of the side walls. And a step of joining a nozzle plate having a plurality of rows of nozzle openings provided at equal intervals in positions corresponding to the respective driving portions of the groove to one surface of the ceramic substrate. There is a method for manufacturing a head chip.
[0035]
According to a seventeenth aspect of the present invention, in the sixteenth aspect, in the step of forming the concave portion by molding and firing, the ceramic substrate faces the functional member on a surface opposite to the surface on which the concave portion is provided. A method of manufacturing a head chip is characterized in that a plurality of common grooves that communicate with the bottom of the groove are formed in a region not to be formed in the same direction as the longitudinal direction of the recess and in the direction in which the grooves are arranged side by side.
[0036]
In an eighteenth aspect of the present invention, in any one of the first to seventeenth aspects, in the step of forming the concave portion by molding and firing, the concave portion is formed at a depth at which the functional member reaches the bottom surface of the groove. There is a method for manufacturing a head chip.
[0037]
According to a nineteenth aspect of the present invention, in the eighteenth aspect, in the step of forming the driving unit, the piezoelectric ceramic is different in polarization direction at a substantially center in the depth direction of the groove. The head chip manufacturing method is characterized in that the head chip is provided on the entire exposed side wall.
[0038]
In the present invention, by forming and firing a ceramic substrate having a recess, mass production can be realized, and it is formed by grinding a flattened reference surface on which a functional member is fixed to at least one surface of the recess. Thus, the functional member is fixed uniformly with respect to the reference surface, and the operation of the functional member is not adversely affected. Moreover, it can form at low cost by forming only a reference surface by grinding.
[0039]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments.
[0040]
(Embodiment 1)
In the present embodiment, a head chip using a ceramic substrate is illustrated.
[0041]
FIG. 1 is an exploded perspective view of a head chip according to Embodiment 1 of the present invention, FIG. 2 is a plan view of the bottom surface side of the head chip according to Embodiment 1, and FIG. It is A 'sectional drawing.
[0042]
As shown in the figure, the head chip 10 of the present embodiment has a plurality of rows of piezoelectric ceramics 22 in the first direction on one surface of a ceramic substrate 21 made of a ceramic material. And a nozzle plate 40 having a nozzle opening 41 bonded to one surface of the substrate 20.
[0043]
On one surface of the ceramic substrate 21, a plurality of rows of recesses 24 having substantially the same shape as the piezoelectric ceramic 22 are formed so as to extend in the reference direction. In this embodiment, two rows of recesses 24 are formed. 22 is bonded via an adhesive 23 so as to be flush with one surface of the ceramic substrate 21.
[0044]
Here, the shape of the recess 24 is formed by molding and firing, and at least one side surface of the recess 24 is a reference surface 25 to which the piezoelectric ceramic 22 is abutted and fixed via the adhesive 23. The reference surface 25 is formed flat by grinding the side surface of the recess 24 over the reference direction. In the present embodiment, the reference surfaces 25 flattened by grinding are provided on both side surfaces of the recess 24.
[0045]
The piezoelectric ceramic 22 is made of, for example, lead zirconate titanate (PZT), and the ceramic substrate 21 is made of PZT made of piezoelectric ceramic 22 considering deformation due to thermal expansion and contraction after joining with the piezoelectric ceramic 22. It is preferable to use a material whose linear expansion coefficient approximates, for example, a ceramic material such as alumina. It is also possible to use forsterite whose workability is equivalent to that of PZT.
[0046]
Furthermore, the piezoelectric ceramic 22 of this embodiment is provided so that the polarization direction is the same as the depth direction of the recess 24.
[0047]
As will be described in detail later, such a ceramic substrate 21 is formed by firing the ceramic substrate 21 having the recesses 24 at 1200 ° C. or higher after being formed by molding such as extrusion.
[0048]
When the ceramic substrate 21 having the recesses 24 is formed by molding and firing in this way, the side surfaces and the bottom surface of the recesses 24 cannot be formed with high dimensional accuracy. It is possible to form a flat reference surface 25 that is positioned with high accuracy by grinding the side surfaces on both sides of the substrate in the reference direction. The grinding method for forming the reference surface 25 of the recess 24 is not particularly limited as long as the flat reference surface 25 can be formed. For example, a dicer using a disc-shaped dicing blade or a plurality of wires is used. A wire saw or the like can be used, whereby the reference surfaces 25 can be formed individually or simultaneously.
[0049]
As described above, by providing the flat reference surface 25 to which the piezoelectric ceramic 22 is brought into contact with and joined to the concave portion 24 of the ceramic substrate 21, a uniform thickness is bonded between the reference surface 25 and the piezoelectric ceramic 22. Agent 23 can be formed.
[0050]
Further, by grinding the reference surface 25 at this time until it is flush with the bottom, the dimensional accuracy of the corners of the bottom surface and the side surface (reference surface 25) can be improved. That is, it is possible to prevent the piezoelectric ceramic 22 from being lifted by the corner portions formed in the R shape. In order to obtain such an effect, in the present embodiment in which the concave portion 24 is formed with a size substantially equal to that of the piezoelectric ceramic 22, it is necessary to provide the reference surfaces 25 on both side surfaces of the concave portion 24.
[0051]
When the reference surface 25 is formed by grinding, the reference surface 25 may be ground slightly deeper than the bottom surface of the recess 24 to form a slight recess. Such a slight recess Is also included in the recess 24.
[0052]
Further, the substrate 20 is formed with a groove 26 partitioned by a side wall 27 in the direction perpendicular to the reference direction in the row direction of the piezoelectric ceramics 22.
[0053]
That is, two regions each having a part of the side wall 27 of the substrate 20 made of the piezoelectric ceramic 22 are provided in each groove 26.
[0054]
The piezoelectric ceramic 22 is formed in such a thickness that when the groove 26 is formed in the substrate 20, the piezoelectric ceramic 22 provided in a part of the side wall 27 continues on the bottom surface of the groove 26 in the reference direction. . Thereby, the piezoelectric ceramic 22 is difficult to peel off from the ceramic substrate 21 and can improve the rigidity.
[0055]
In addition, both end portions in the longitudinal direction of each groove 26 are extended so that the depth gradually decreases to both end portions in a direction orthogonal to the reference direction of the substrate 20. The shallower end portions of each groove 26 are sealed with an adhesive 42 used when a nozzle plate 40 (to be described later) is joined in detail.
[0056]
Similar to the reference surface 25, each of the grooves 26 is formed individually or simultaneously by a dicer using a disk-shaped dicing blade, a wire saw using a plurality of wires, or the like. In the present embodiment, each groove 26 is formed by a dicer using a disk-shaped dicing blade, so that the shallower ends of the groove 26 are formed using the shape of the dicing blade.
[0057]
Furthermore, the piezoelectric ceramic 22 that constitutes a part of the side wall 27 that defines each groove 26 is provided with an electrode 28 on the inner surface of the groove 26 over the opening side, and this electrode 28 constitutes a part of the side wall 27. The piezoelectric ceramic 22 serves as a drive unit 29 that is driven independently.
[0058]
In addition, the electrodes 28 of the two driving portions 29 of each groove 26 are provided on the side wall 27 so as to extend to both shallow ends of the groove 26, and on the side wall 27 between the driving portions 29. Are discontinuous so that each electrode 28 is insulated.
[0059]
Thereby, a voltage can be selectively applied to the electrodes 28 of the two driving portions 29 of each groove 26 to drive them independently.
[0060]
In addition, since the piezoelectric ceramic 22 of the present embodiment is provided so that the polarization direction is the same in the depth direction of the recess 24, electrodes 28 are provided on both sides of the side wall 27 defining the groove 26 to apply a voltage. Thus, the driving electric field generated is applied in a direction orthogonal to the polarization direction. Thereby, the side wall 28 is in a so-called shear mode in which it deforms in the shear direction.
[0061]
Since the side wall 27 is fixed at the bottom and side surfaces by the ceramic substrate 21 and the top surface is bonded and fixed to a nozzle plate 40, which will be described in detail later, deformation of the side wall 28 in the shearing direction due to application of a driving electric field is prevented. The bending deformation in the direction of the groove 26 occurs. Driving using this shear mode can obtain a large deformation compared to the direct mode in which the driving electric field is applied in the same direction as the polarization direction. Even if the volume of the groove 26 is reduced, the ink discharge amount, the ink discharge speed, etc. Ink ejection characteristics can be improved.
[0062]
Further, since the piezoelectric ceramic 22 of the present embodiment is provided so that the polarization direction is the same in the depth direction of the recess 24, the electrode 28 is provided over the opening side of the side wall 27. For example, when the piezoelectric ceramic 22 having a different polarization direction in the depth direction of the recess 24 is used, an electrode may be provided over the entire side wall 27.
[0063]
On the other hand, on the other side of the substrate 20 opposite to the one side on which the grooves 26 are formed, in the region not facing the piezoelectric ceramic 22, the grooves 26 are arranged side by side, that is, at the bottom of each groove 26 across the reference direction. A plurality of rows of common grooves 30 to 32 communicating with each other are provided.
[0064]
In the present embodiment, a common groove 30 is provided between the two driving portions 29 in the longitudinal direction of the groove 26, and common grooves 31 and 32 are respectively provided between the two driving portions 29 and both longitudinal ends of the groove 26. Provided. That is, in this embodiment, three rows of common grooves 30 to 32 are provided.
[0065]
Among the common grooves 30 to 32, a communication hole that communicates between the common groove 30 and each groove 26 provided between the two drive units 29 is used as an ink supply hole 33 that supplies ink to each groove 26. Ink discharge holes 34 and 35 for discharging the ink supplied into the groove 26 through the communication holes where the grooves 26 communicate with the common grooves 31 and 32 provided on both ends in the longitudinal direction of the groove 26 with respect to the drive unit 29. It was.
[0066]
In other words, the ink supplied from the common groove 30 is supplied from the ink supply hole 33 into the groove 26 and flows to the ink discharge holes 34 and 35 provided at both ends of the groove 26, whereby the ink supply hole 33 and the ink supply hole 33. Ink can be supplied to the drive units 29 provided between the ink discharge holes 34 and 35, respectively.
[0067]
An ink reservoir such as an ink tank (not shown) is connected to each of the common grooves 30 to 32 via an ink supply pipe or the like so that ink discharged from the common grooves 31 and 32 is returned to the ink reservoir. It has become. As a result, the ink in the ink reservoir is circulated through the common groove 30, the groove 26 and the common grooves 31 and 32.
[0068]
Further, when forming such common grooves 30 to 32, when forming the common grooves 30 to 32 to both ends over the reference direction of the substrate 20, both ends in the longitudinal direction of the common grooves 30 to 32 are formed. It is necessary to seal with a sealing layer such as an adhesive.
[0069]
For example, when the grooves 26 are divided into groups corresponding to four color inks of black (B), yellow (Y), magenta (M), and cyan (C), the common grooves 30 to 32 are set for each color. It is necessary to partition into four with a sealing layer.
[0070]
Further, in consideration of mass productivity and work efficiency, the common grooves 30 to 32 are preferably formed at the same time when the ceramic substrate 21 having the recess 24 is formed by molding and firing. You may make it form by grinding, after forming by baking and baking.
[0071]
On the other hand, a nozzle plate 40 is bonded to one surface of the substrate 20 via an adhesive 42. Nozzle openings 41 are formed in regions corresponding to the drive units 29 of the nozzle plate 40.
[0072]
In the present embodiment, such nozzle openings 41 are provided with two rows of drive units 29 arranged in parallel in the reference direction of the substrate 20, so that there are two nozzle rows in the nozzle openings 41 arranged in parallel in the reference direction. A line is formed.
[0073]
In addition, the nozzle opening 41 is formed in, for example, a tapered shape whose inner diameter gradually decreases toward the discharge side. Such a nozzle opening 41 is formed before or after the substrate 20 and the nozzle plate 40 are bonded. It can be formed with a laser or the like.
[0074]
Further, although not shown, a surface of the nozzle plate 40 facing the recording medium is provided with a water repellent film having water repellency for preventing ink adhesion or the like, a sliding film having hydrophilicity, and the like.
[0075]
Such a nozzle plate 40 is composed of a single layer or a plurality of layers. For example, in the case where the nozzle plate 40 is composed of a plurality of layers, a metal plate or a surface thereof subjected to insulation treatment, or a glass plate An opening larger than the nozzle opening is formed in the first nozzle plate having a thickness of 10 to 50 μm and covered with a rigid film on the plastic surface, and a plastic or metal foil such as polyimide is formed on the first nozzle plate It can be formed by bonding the second nozzle plate of the plate.
[0076]
In such a head chip 10, a flat reference surface 25 with which the piezoelectric ceramic 22 is brought into contact is provided in the recess 24 of the ceramic substrate 21, so that a uniform thickness is provided between the reference surface 25 and the piezoelectric ceramic 22. An adhesive 23 can be formed. As a result, the piezoelectric ceramic 22 that is deformed when ink is ejected is uniformly restrained by the ceramic substrate 21 on the side wall 27 of the drive unit 29. Therefore, the deformation of the piezoelectric ceramic 22 in each drive unit 29 is made uniform, and each drive unit 29 can stabilize the ink ejection characteristics.
[0077]
Further, since the plurality of piezoelectric ceramics 22 are embedded in the ceramic substrate 21 and the grooves 26 are provided over the rows of the piezoelectric ceramics 22, it is possible to reliably prevent the side walls 27 defining the grooves 26 from being broken when the grooves 26 are formed. The production yield can be improved.
[0078]
Further, by embedding the piezoelectric ceramic 22 in the ceramic substrate 21, it is not necessary to position the piezoelectric ceramic 22 at a predetermined position, and the head chip 10 can be easily formed with high accuracy.
[0079]
Also, by providing a plurality of nozzle rows in which the nozzle openings 41 are arranged in parallel, high-speed printing can be realized.
[0080]
Below, the manufacturing method of such a head chip is demonstrated. 4 and 5 are perspective views showing the method of manufacturing the head chip according to the first embodiment.
[0081]
First, as shown to Fig.4 (a), a ceramic material is shape | molded and baked, and the ceramic substrate 21 which has the recessed part 24 and the common grooves 30-32 is formed.
[0082]
Specifically, when the ceramic substrate 21 is formed, a recess 24 extending in the reference direction is formed on one surface, and common grooves 30 to 32 extending in the reference direction are formed in regions corresponding to adjacent recesses 24 on the other surface. .
[0083]
Thus, the ceramic substrate 21 provided with the recess 24 and the common grooves 30 to 32 is fired at 1200 ° C. or higher.
[0084]
The recess 24 formed here is slightly narrower than the width of the piezoelectric ceramic 22 bonded in advance to the ceramic substrate 21 because the side surface is ground when the reference surface 25 is formed in a later step. Form with.
[0085]
Next, as shown in FIG. 4B, the flat reference surface 25 is formed by grinding the side surfaces on both sides of the recess 24 of the ceramic substrate 21 over the reference direction.
[0086]
Such a reference surface 25 can be formed individually or simultaneously by a dicer using a dicing blade, a wire saw using a plurality of wires, or the like. In the present embodiment, the reference surfaces 25 are formed on both sides of the recess 24 by grinding both sides of the recess 24 with a dicer using the dicing blade 50.
[0087]
Further, the grinding of the reference surface 25 by the dicing blade 50 is performed until the side surface of the recess 24 is flush with the bottom surface or the bottom surface is slightly ground to form a slight recess.
[0088]
By forming the reference surface 25 by grinding in this way, when the ceramic substrate 21 is formed by molding and firing, the side surface and the bottom surface of the recess 24 cannot be formed with high dimensional accuracy. Even if it is formed, the uneven side surface can be removed by grinding and positioned with high accuracy, and the flat reference surface 25 can be formed with high accuracy. Further, by grinding the reference surface 25 flush with the bottom surface of the concave portion 24 or slightly on the bottom surface, the dimensional accuracy of the bottom surface, the reference surface 25, and the corners can be improved. That is, it is possible to prevent the piezoelectric ceramic 22 from being lifted by the corner portions formed in the R shape.
[0089]
Further, in this way, the reference surface 25 is formed to be a recess 24 having a slightly larger width than the piezoelectric ceramic 22 to be embedded in the next step.
[0090]
Next, as shown in FIG. 5 (a), a piezoelectric ceramic 22 formed in substantially the same shape as the recess 24 is embedded in the recess 24 formed on one surface of the ceramic substrate 21 with an adhesive 23, and the substrate 20 is formed.
[0091]
Since the piezoelectric ceramic 22 is flush with one surface of the ceramic substrate 21, for example, a piezoelectric ceramic 22 that is thicker than the depth of the recess 24 is bonded to the ceramic substrate 21 and then the ceramic substrate 21 protrudes from the one surface. It may be lapped together with the ceramic 22 to be processed flat.
[0092]
In bonding the piezoelectric ceramic 22 to the ceramic substrate 21, both side surfaces of the recess 24 are formed by flat reference surfaces 25, and therefore, an adhesive 23 having a uniform thickness is provided between the reference surface 25 and the piezoelectric ceramic 22. Can be formed.
[0093]
Next, as shown in FIG. 5B, a plurality of grooves 26 are formed on the one surface of the substrate 20 at predetermined intervals in a direction orthogonal to the reference direction.
[0094]
The grooves 26 can be formed individually or simultaneously by a dicer using a disk-shaped dicing blade or a wire saw using a plurality of wires.
[0095]
In the present embodiment, each groove 26 is formed so that the depth gradually decreases at both end sides in the direction orthogonal to the reference direction of the substrate 20, so that a disk-shaped dicing blade (not shown) is used. A groove 26 was formed.
[0096]
Further, by forming the grooves 26, the ink supply holes 33 and the ink discharge holes 34 and 35 can be formed at the same time by connecting the bottoms of the grooves 26 and the bottoms of the common grooves 30 to 32.
[0097]
Thereafter, an electrode 28 is formed at a predetermined position on the side wall 27 partitioning each groove 26 to form a drive unit 29, and a nozzle plate 40 is joined to one surface of the substrate 20, as shown in FIG. The head chip of this embodiment can be formed.
[0098]
The electrodes 28 may be formed by, for example, known oblique deposition, and then the electrodes between the drive units 29 may be removed by a laser or the like, or after a resist is applied to the surface of the substrate 20. The electrode 28 may be formed only in a necessary portion by processing the groove 26 and performing a lift-off process for removing the resist after the electrode 28 is formed.
[0099]
As described above, in the present invention, the both sides of the concave portion 24 formed by molding and firing are ground to form the flat reference surface 25 against which the piezoelectric ceramic 22 abuts. When embedding in the recess 24 via the adhesive 23, the uniform adhesive 23 can be formed between the piezoelectric ceramic 22 and the reference surface 25, and the piezoelectric ceramic 22 is uniformly restrained on the ceramic substrate 21 by each drive unit 29. The As a result, when a voltage is applied to the electrode 28 of each drive unit 29 to deform the piezoelectric ceramic 22, the piezoelectric ceramic 22 can be uniformly displaced and discharged from the nozzle openings 41 communicating with each drive unit 29. It is possible to make the ink discharge characteristics of the ink droplets uniform. Thereby, the print quality can be improved.
[0100]
Further, by providing the reference surfaces 25 on both side surfaces of the recess 24, when the recess 24 is formed by molding and firing, even if the corners of the bottom surface and the side surface are formed in the R shape, the reference surface 25 is formed in the R shape. It is possible to prevent the piezoelectric ceramic 22 from being lifted by the corner portion.
[0101]
Furthermore, by forming the recess 24 by molding and firing and forming only the reference surface 25 by grinding, the highly accurate recess 24 can be mass-produced at low cost.
[0102]
(Embodiment 2)
FIG. 6 is an exploded perspective view of the head chip according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a longitudinal sectional view of the groove of the head chip.
[0103]
As shown in the drawing, in the present embodiment, a plurality of recesses 24A extending in the reference direction are formed on the ceramic substrate 21A of the head chip 10A, and at least one side surface of the recess 24A is formed flat by grinding. A reference surface 25A is provided.
[0104]
Further, a first recess 60 having a side surface that is narrower than the recess 24A and flush with the reference surface 25A of the recess 24A is formed at least on the reference surface 25A side of the bottom surface of the recess 24A.
[0105]
The first concave portion 60 is formed by grinding the side wall of the concave portion 24A to form the reference surface 25A, and simultaneously grinding the bottom surface of the concave portion 24A to a predetermined depth that does not allow the ceramic substrate 21A to penetrate. can do.
[0106]
In the present embodiment, the side walls on both sides of the recess 24A are ground so that both side surfaces of the recess 24A become the reference surface 25A, so the first recess 60 is placed on both sides of the bottom surface of the recess 24A. Each was formed independently.
[0107]
Further, in this embodiment, the reference surface 25A and the first recess 60 are formed by grinding with a dicer using a disk-shaped dicing blade.
[0108]
By embedding the piezoelectric ceramic 22 in the recess 24A of the ceramic substrate 21A through the adhesive 23, the adhesive 23 is filled in the first recess 60 when the substrate 20A is formed. It has become.
[0109]
Further, by providing the first recess 60 on both side surfaces of the bottom surface of the recess 24A, even when the recess 25A is formed by molding and firing, the corner between the bottom surface and the side surface is formed in an R shape. Further, it is possible to prevent the piezoelectric ceramic 22 from being lifted by the corner portions formed in the R shape.
[0110]
Below, the manufacturing method of the head chip of this embodiment is explained. 8 and 9 are perspective views showing a method of manufacturing the head chip according to the second embodiment.
[0111]
First, as shown in FIG. 8A, a ceramic substrate 21A having a recess 24A and common grooves 30 to 32 is formed by molding and firing a ceramic material in the same manner as in the first embodiment.
[0112]
Next, as illustrated in FIG. 8B, the reference surface 25 A and the first recess 60 are formed by grinding the side surfaces and the bottom surface on both sides of the recess 24 A of the ceramic substrate 21 A in the reference direction.
[0113]
In this embodiment, grinding was performed by a dicer using a dicing blade 50.
[0114]
With this dicing blade 50, the side surface of the concave portion 24A of the ceramic substrate 21 is ground to a predetermined thickness over the reference direction, and is ground deeper than the concave portion 24A, so that the first width having the same width as the blade thickness of the dicing blade 50 is obtained. 1 recess 60 is formed.
[0115]
Thus, since the 1st recessed part 60 is simultaneously formed by grinding for forming the reference surface 25A, the reference surface 25A and the side surface of the 1st recessed part 60 are formed flush.
[0116]
As described above, in the grinding for forming the reference surface 25A and the first recess 60 on the ceramic substrate 21A, only the one surface of the dicing blade 50 is brought into contact with the ceramic substrate 21A to form the reference surface 25A. Since both surfaces of the blade 50 are brought into contact with the ceramic substrate 21 A to form the reference surface 25 A and the first concave portion 60, it is possible to reliably prevent breakage due to deformation of the dicing blade 50 due to one piece. In addition, when the dicing blade 50 is deformed and destroyed, fragments of the dicing blade 50 are scattered in the common grooves 30 to 32, the first recess 60, and the like. The scattered pieces are difficult to remove from the ceramic substrate 21A, and there is a problem that the nozzle opening 41 is clogged after the head chip 10A is assembled. In the present embodiment, the nozzle opening 41 can be prevented from being clogged by preventing the dicing blade 50 from being broken.
[0117]
Next, as shown in FIG. 9A, a piezoelectric ceramic 22 formed in a shape substantially equivalent to the concave portion 24A is embedded in the concave portion 24A formed on one surface of the ceramic substrate 21A via an adhesive 23, and the substrate 20A is formed.
[0118]
In the present embodiment, since the first recess 60 is formed on the bottom surface of the recess 24A, the piezoelectric ceramic 22 is embedded in the ceramic substrate 21A so that the inside of the first recess 60 is filled with the adhesive 23.
[0119]
Next, as shown in FIG. 9B, a plurality of grooves 26 are formed at predetermined intervals in a direction orthogonal to the reference direction on one surface of the substrate 20A, as in the first embodiment.
[0120]
Thereafter, an electrode 28 is formed at a predetermined position on the side wall 27 defining each groove 26 to form a drive unit 29, and a nozzle plate 40 is joined to one surface of the substrate 20A, as shown in FIG. The head chip 10A of this embodiment can be formed.
[0121]
(Embodiment 3)
FIG. 10 is an exploded perspective view of the head chip according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 11 is a longitudinal sectional view of the groove of the head chip according to the third embodiment.
[0122]
As shown in the drawing, in the present embodiment, a plurality of recesses 24B extending in the reference direction are formed in the ceramic substrate 21B of the head chip 10B, and at least one side surface of the recesses 24B is formed flat by grinding. A reference plane 25B is provided.
[0123]
In addition, at least an opening edge of the recess 24B of the ceramic substrate 21B on the reference surface 25B side is shallower than the recess 24B in the reference direction, and the second recess 61 opens and communicates with the reference surface 25B of the recess 24B. Is provided.
[0124]
In the present embodiment, the side surfaces on both sides of the recess 24B are respectively ground so that the both side surfaces of the recess 24B become the reference surface 25B. Therefore, the second recess 61 is formed at the opening edges on both sides in the width direction of the recess 24B. Formed.
[0125]
Moreover, the formation method of the 2nd recessed part 61 is not specifically limited, For example, you may make it form the ceramic substrate 21B which has the recessed part 24B simultaneously at the time of shaping | molding and baking, and also by grinding similarly to the reference surface 25B. You may make it form.
[0126]
In the present embodiment, as will be described in detail later, it is formed by a dicer using a dicing blade.
[0127]
By providing such a second recess 61 at the opening edge of the recess 24B, when the piezoelectric ceramic 22 is embedded in the recess 24B via the adhesive 23, the excess adhesive 23 is removed from the second recess 61. It is possible to prevent the excessive adhesive from flowing out into the bonding surface side of the ceramic substrate 21 B with the nozzle plate 40 and to perform good bonding with the nozzle plate 40.
[0128]
Below, the manufacturing method of the head chip of this embodiment is explained. 12 and 13 are perspective views illustrating a method of manufacturing the head chip according to the third embodiment.
[0129]
By performing the same process as the process shown in FIG. 4A of the first embodiment described above, the ceramic substrate 21B having the reference surfaces 25B formed on both side surfaces of the recess 24B shown in FIG. 12A is formed. .
[0130]
Next, as shown in FIG. 12B, the second recess 61 is formed by grinding the opening edge of the recess 24B over the reference direction.
[0131]
In the present embodiment, the second recess 61 is formed by grinding the opening edge of the recess 24 B along the reference direction with a dicer using the disc-shaped dicing blade 50.
[0132]
Next, as shown in FIG. 13 (a), a piezoelectric ceramic 22 formed in a shape substantially equivalent to the concave portion 24B is embedded in the concave portion 24B formed on one surface of the ceramic substrate 21B with an adhesive 23, and the substrate 20B is formed.
[0133]
At this time, an excess of the adhesive 23 between the recess 24B and the piezoelectric ceramic 22 flows out to the joint surface side of the ceramic substrate 21B with the nozzle plate 40, but in this embodiment, at the opening edge of the recess 24B. Since the second recess 61 is formed, excess adhesive flows into the second recess 61. For this reason, it is possible to prevent excessive adhesive from flowing on the bonding surface side of the ceramic substrate 21B with the nozzle plate 40, and to perform good bonding between the ceramic substrate 21B and the nozzle plate 40.
[0134]
Next, as shown in FIG. 13B, a plurality of grooves 26 are formed at predetermined intervals in a direction orthogonal to the reference direction on one surface of the substrate 20B, as in the first embodiment.
[0135]
Thereafter, an electrode 28 is formed at a predetermined position on the side wall 27 that defines each groove 26 to form a drive unit 29, and a nozzle plate 40 is joined to one surface of the substrate 20B, as shown in FIG. The head chip 10B of this embodiment can be formed.
[0136]
In the present embodiment, the second recess 61 is formed by molding and firing the ceramic substrate 21B and then formed by grinding. However, the second recess 61 includes the ceramic substrate 21B and the piezoelectric ceramic 22. It is not necessary to form it with high precision, just by flowing an excess adhesive during bonding. For this reason, for example, when forming the ceramic substrate 21B having the recess 24B by molding and firing, the second recess 61 may be formed at the same time. In such a case, when the reference surface 25B is formed by grinding the ceramic substrate 21B, the ceramic substrate 21B needs to be formed in such a size that it is ground and not lost.
[0137]
Further, in the present embodiment, another example of the head chip 10 of the first embodiment has been described. However, the configuration and the manufacturing method having such a second recess 61 are not limited to the first embodiment, and may be implemented. Even when applied to the second mode, the same effect can be obtained.
[0138]
(Embodiment 4)
14 and 15 are perspective views showing a method of manufacturing a head chip according to the second embodiment of the present invention.
[0139]
First, as shown to Fig.14 (a), the ceramic substrate 21C which has the recessed part 24C is formed by shaping | molding and baking.
[0140]
At this time, the recess 24C is formed in such a shape that at least one end face in the reference direction of the ceramic substrate 21C is closed. In the present embodiment, the anti-blur walls 63 are formed at both ends in the reference direction of the recess 24C by forming the recess 24C so that both ends thereof are closed, that is, the cross section in the reference direction is concave. Formed.
[0141]
Next, as illustrated in FIG. 14B, the reference surface 25 C is formed by grinding the side surface of the recess 24 C across both end portions of the ceramic substrate 21 C in the reference direction.
[0142]
In this embodiment, since the anti-blur wall 63 is provided, the reference surface 25C is formed by starting grinding from one anti-blur wall 63 with the dicing blade 50 and grinding until reaching the other anti-blur wall 63. To do.
[0143]
Thus, the anti-blur wall 63 is provided by forming the concave portion 24C so that the cross section in the reference direction is concave, and the dicing blade 50 is ground from the anti-blur wall 63 by the dicing blade 50. Since both sides of the anti-blur wall 63 grinds the anti-blur wall 63, the dicing blade 50 can be prevented from being damaged by deformation of the dicing blade 50 without causing a single contact.
[0144]
Thereafter, as shown in FIGS. 15A and 15B, as in Embodiments 1 to 3 described above, the substrate 20C is formed by embedding the piezoelectric ceramic 22 in the recess 24C via the adhesive 23. Then, grooves 26 are formed in the substrate 20 C in the row direction of the piezoelectric ceramics 22.
[0145]
Thereafter, an electrode (not shown) is formed at a predetermined position on the side wall 27 that defines each groove 26 to form a drive unit, and a nozzle plate is bonded to one surface of the substrate 20C to form a head chip. it can.
[0146]
In addition, in this embodiment, although the other example of Embodiment 1 was shown, the structure and manufacturing method which have such a recessed part 24C are not limited to Embodiment 1, and are applied to Embodiment 2-3. However, the same effect can be obtained.
[0147]
(Embodiment 5)
FIG. 16 is an exploded perspective view of a head chip according to the fifth embodiment of the present invention, and FIG. 17 is a longitudinal sectional view of a groove of the head chip according to the second embodiment.
[0148]
As shown in the figure, the head chip 10D of the present embodiment has a plurality of rows of piezoelectric ceramics 22A extending in the reference direction on one surface of an insulating ceramic substrate 21D. An embedded substrate 20D and a nozzle plate 40 having a nozzle opening 41 joined to one surface of the substrate 20D are provided.
[0149]
On one surface of the ceramic substrate 21D, an upper recess 64 is formed so as to extend in the reference direction, and a lower recess 65 in which the piezoelectric ceramic 22A is embedded in a substantially central portion of the bottom surface of the upper recess 64 in a direction perpendicular to the reference direction. A recess 24D having the following is formed.
[0150]
Further, both side surfaces of the bottom surface of the lower concave portion 65 serve as reference surfaces 25D to which the piezoelectric ceramics 22A are brought into contact and fixed via the adhesive 23, and the reference surfaces 25D are formed on the side surfaces of the lower concave portion 65. It is formed flat by grinding over the reference direction.
[0151]
The ceramic substrate 21D having the concave portion 24D having the upper concave portion 64 and the lower concave portion 65 is formed by molding and firing a ceramic material as in the first embodiment.
[0152]
Further, at both ends in the reference direction of the recess 24D, the outflow prevention wall 71 prevents the ink in the groove 25D from flowing out between the piezoelectric ceramics 22A when the piezoelectric ceramic 22A is fixed in contact with the reference surface 25D. Is provided.
[0153]
Here, the piezoelectric ceramic 22A and the ceramic substrate 21D are made of the same material as that of the first embodiment described above, but the polarization direction of the piezoelectric ceramic 22A is different at a substantially central portion in the depth direction of a groove 26A described later in detail. .
[0154]
Further, the substrate 20D is formed with a groove 26A partitioned by a side wall 27A in the direction perpendicular to the reference direction in the row direction of the piezoelectric ceramics 22A.
[0155]
In this embodiment, the groove 26A is formed with the same depth over a direction orthogonal to the reference direction. Further, step portions 66 having the same depth as the upper concave portions 64 are provided on both end sides in the direction orthogonal to the reference direction of the ceramic substrate 21D.
[0156]
In this way, by forming the groove 26A to the same depth and providing the stepped portion 66 on the ceramic substrate 21D on both ends of the groove 26A, when forming the groove 26A, a plurality of wires 26A are simultaneously formed by a wire saw using a plurality of wires. It can be processed and mass productivity can be improved.
[0157]
Further, by providing the upper concave portion 64, the side wall 27A defining the groove 26A is formed so that the region constituted only by the piezoelectric ceramic 22A and the region constituted solely by the ceramic substrate 21D are discontinuous. In each groove 26A, two driving portions 29A composed only of the piezoelectric ceramic 22A are provided.
[0158]
Further, an electrode 28A is formed on the inner surface of each groove 26A. The electrode 28A is formed continuously from the bottom surface of the groove 26A and the side wall 27A composed of only the piezoelectric ceramic 22A of the side wall 27A, and between the drive portions 29A adjacent in the longitudinal direction of the groove 26A, the respective electrodes 28A is discontinuous so as to be insulated. Thereby, a voltage can be selectively applied to each drive part 29A, and it can drive independently.
[0159]
In this embodiment, since the piezoelectric ceramic 22A has a different polarization direction at the approximate center in the depth direction of the groove 26A, the electrode 28A is formed over the entire surface of the side wall 27A composed only of the piezoelectric ceramic 22A. Thus, a large deformation can be obtained at a lower voltage than the side wall 27 of the first to fourth embodiments.
[0160]
Further, two rows of square columnar spacers 70 in contact with the side wall 27A formed only of the ceramic substrate 21D are provided in the reference direction on both ends in the longitudinal direction of each groove 26A.
[0161]
The spacer 70 seals both ends of the groove 26A so that the ink supplied into the groove 26A is not discharged from both ends of the groove 26A.
[0162]
Such a spacer 70 is bonded between the substrate 20D and the nozzle plate 40 via an adhesive.
[0163]
The nozzle opening 41 and the sliding film are the same as those in the first embodiment, and the nozzle plate 40 can be formed of a single layer or a plurality of layers.
[0164]
On the other hand, on the other surface side opposite to the one surface on which the groove 26A of the ceramic substrate 21D is formed, a bottom portion of each groove 26A extends in the juxtaposed direction of the grooves 26A, that is, in the reference direction, in a region not facing the piezoelectric ceramic 22A. Are provided with three rows of common grooves 30A, 31 and 32.
[0165]
In the present embodiment, by providing the common groove 30A at the bottom of the lower recess 65, the common groove 30A communicates with each groove 26A and serves as an ink supply hole for supplying ink to each groove 26A.
[0166]
Further, by providing the common grooves 31 and 32 in the region constituted only by the ceramic substrate 21D of the side wall 27A that defines the groove 26A, the grooves 26A and the common grooves 31 and 32 are communicated with each other through the communication holes. The holes were used as ink discharge holes 34 and 35 for discharging the ink supplied into the groove 26A.
[0167]
In the present embodiment, each groove 29A and the common grooves 31 and 32 communicate with each other through the ink discharge holes 34 and 35 on the bottom surface of each groove 26A, but are adjacent to the reference direction of the present embodiment. The grooves 26A communicate with each other between the region composed of only the ceramic substrate 21D of the side wall 27A and the region composed only of the piezoelectric ceramic 22A, and thus communicate the groove 26A with the common grooves 31 and 32. The ink discharge holes 34 and 35 may communicate with any one of the grooves 26A.
[0168]
Thus, the side wall 27A of the drive unit 29A can be greatly deformed by configuring the drive unit 29A only with the piezoelectric ceramic 22A and preventing both sides of the drive unit 29A from being constrained by the ceramic substrate 21D. Further, the shock wave generated by deforming the piezoelectric ceramic 22A by the drive unit 29A is mainly reflected only by the drive unit 29A, and the influence of the shock wave on the other drive unit 29A sharing the groove 26A can be eliminated.
[0169]
Below, the manufacturing method of such a head chip 10D is demonstrated. 18 and 19 are perspective views showing a method for manufacturing the head chip.
[0170]
First, as shown in FIG. 18 (a), a ceramic substrate having a concave portion 24D composed of an upper concave portion 64 and a lower concave portion 65, a step portion 66, and common grooves 30A, 31 and 32 by molding and firing a ceramic material. 21D is formed.
[0171]
Specifically, when the ceramic substrate 21D is formed, a concave portion 24D composed of an upper concave portion 64 and a lower concave portion 65 extending in one direction on one surface, and upper concave portions 64 on both end sides orthogonal to the reference direction of the ceramic substrate 21D. A step 66 having the same depth and extending in the reference direction is formed, and a common groove 30A that communicates with the bottom surface of the lower recess 65 on the other surface and a region between the upper recess 64 and the step 66 on the other surface are common. Grooves 31 and 32 are formed.
[0172]
At this time, the outflow prevention walls 71 for preventing the outflow of ink in the groove 26A are formed at both ends in the reference direction of the recess 24D.
[0173]
Next, as shown in FIG. 18B, as in the first embodiment, the flat reference surface 25D is formed by grinding the side surfaces on both sides of the lower recess 65 of the ceramic substrate 21D over the reference direction. To do. In the present embodiment, a dicing blade (not shown) is used as in the first embodiment.
[0174]
Next, as shown in FIG. 19A, a piezoelectric ceramic 22A having a quadrangular prism shape is embedded in the lower recess 65 formed on one surface of the ceramic substrate 21D with an adhesive 23 to form a substrate 20D.
[0175]
Next, as shown in FIG. 19B, a plurality of grooves 26A are formed at a predetermined interval in a direction orthogonal to the reference direction on one surface of the substrate 20D.
[0176]
In this embodiment, since the step portions 66 are provided on both end sides in the direction orthogonal to the reference direction of the ceramic substrate 21D, the groove 26A having the same depth is formed in the direction orthogonal to the reference direction.
[0177]
In addition, since such grooves 26A are formed at the same depth, a plurality of grooves 26A can be formed by simultaneously grinding with a wire saw using a plurality of wires.
[0178]
Further, by forming the groove 26A, each groove 26A communicates with the common grooves 31 and 32, and each groove 26A communicates with the common grooves 31 and 32 to form the ink discharge holes 34 and 35.
[0179]
Thereafter, an electrode 28A is formed inside each groove 26A to form a drive portion 29A, a spacer 70 is joined to the step portions at both ends, and a nozzle plate provided with a nozzle opening 41 on one surface of the substrate 20D. By bonding 40, the head chip 10D of this embodiment as shown in FIG. 16 can be formed.
[0180]
The electrode 28A may be formed by known sputtering, vapor deposition, or electroforming, and then the electrodes between the drive units 29A may be removed by a laser or the like, or the surface of the substrate 20D may be sacrificed with a resist or the like. After the film is applied, the groove 26A is processed, and after forming the electrode 28A, a lift-off process of peeling the sacrificial film may be performed to form the electrode 28A only at a necessary portion.
[0181]
Further, in the present embodiment, another example of the head chip 10 of the first embodiment has been shown, but the same effect can be obtained even if the configurations of the above-described embodiments 2 to 4 are applied to the head chip having such a configuration. It is what
[0182]
(Other embodiments)
Although the embodiments of the present invention have been described above, the basic configuration of the head chip is not limited to that described above, and may be a configuration in which the first to fifth embodiments are combined.
[0183]
For example, in Embodiments 1 to 5 described above, the grooves 26 and 26A are formed across the row direction of the piezoelectric ceramics 22 and 22A in a direction orthogonal to the reference direction. The positions of the nozzle rows in the reference direction may all be different by forming the grooves in a direction inclined by a predetermined angle from the direction orthogonal to the reference direction.
[0184]
Thus, by making all the positions of the nozzle rows in the reference direction different, the pitch of the nozzle openings in the reference direction can be halved, and the line type ink jet recording apparatus to which the head chip is fixed can be realized. Even when used, high-density printing can be performed.
[0185]
For example, in Embodiments 1 to 5 described above, the common grooves 30, 30A, 31 and 32 communicate with the grooves 26 and 26A, and the grooves 26 and 26A are filled with ink. When the conductive ink is used, the opposing electrodes 28 and 28A of the drive units 29 and 29A in the grooves 26 and 26A are brought into conduction, and the ink cannot be ejected. For this reason, for example, it is possible to use conductive ink by providing an insulating film such as polyimide, oxide film, or parylene in a region where the electrodes 28 and 28A are in contact with the ink.
[0186]
In addition, when conductive ink such as water-based ink is used, grooves having different depths are alternately arranged so that the grooves (chambers) having a depth communicating with the common groove do not communicate with the common groove. A structure in which grooves having a depth (dummy chambers) are alternately arranged, electrodes in the dummy chamber not filled with ink are used as individual electrodes, and electrodes in the chamber are used as common electrodes, so that The opposing electrodes can be driven independently for each driving part of the chamber without short-circuiting each other.
[0187]
In the first to fifth embodiments described above, the drive units 29 and 29A are provided in the head chips 10 to 10D at two locations along the longitudinal direction of the grooves 26 and 26A. Without being limited, a plurality of nozzle rows can be formed by providing a large number of driving units, and higher density and high speed printing can be performed. When three or more drive units are provided, it is necessary to pull out from the groove so that the electrodes of each drive unit do not short-circuit, for example, from the nozzle plate side, the ink supply hole and the ink discharge hole side, etc. do it.
[0188]
Further, in the above-described first to fifth embodiments, the head chips 10 to 10D are exemplified, but the ceramic substrate and the manufacturing method thereof according to the present invention are not limited to the head chip and the manufacturing method thereof. It can also be used for a piezoelectric oscillation device including a crystal oscillation device having a functional member such as a child piece or a piezoelectric ceramic.
[0189]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to realize mass production by molding and firing a ceramic substrate having a recess, and to provide a flattened reference surface on which a functional member is fixed to at least one surface of the recess. By forming by grinding, the functional member is fixed uniformly with respect to the reference surface, and the operation of the functional member is not adversely affected. Moreover, it can form at low cost by forming only a reference surface by grinding.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of a head chip according to a first embodiment of the invention.
FIG. 2 is a plan view of the bottom surface side of the head chip according to the first embodiment of the invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view of the head chip according to the first embodiment of the invention.
FIG. 4 is a perspective view showing the method for manufacturing the head chip according to the first embodiment of the invention.
FIG. 5 is a perspective view showing the method for manufacturing the head chip according to the first embodiment of the invention.
FIG. 6 is an exploded perspective view of a head chip according to a second embodiment of the invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view of a head chip according to a second embodiment of the invention.
FIG. 8 is a perspective view showing a method for manufacturing a head chip according to the second embodiment of the invention.
FIG. 9 is a perspective view showing a method for manufacturing a head chip according to the second embodiment of the invention.
FIG. 10 is an exploded perspective view of a head chip according to a third embodiment of the invention.
FIG. 11 is a cross-sectional view of a head chip according to a third embodiment of the invention.
FIG. 12 is a perspective view showing a method for manufacturing a head chip according to the third embodiment of the invention.
FIG. 13 is a perspective view showing a method for manufacturing a head chip according to the third embodiment of the invention.
FIG. 14 is a perspective view showing a method for manufacturing a head chip according to the fourth embodiment of the invention.
FIG. 15 is a perspective view showing a method for manufacturing a head chip according to the fourth embodiment of the invention.
FIG. 16 is an exploded perspective view of a head chip according to a fifth embodiment of the invention.
FIG. 17 is a cross-sectional view of a head chip according to a fifth embodiment of the invention.
FIG. 18 is a perspective view showing a method for manufacturing a head chip according to the fifth embodiment of the invention.
FIG. 19 is a perspective view showing a method for manufacturing a head chip according to the fifth embodiment of the invention.
[Explanation of symbols]
10, 10A, 10B, 10D Head chip
20, 20A, 20B, 20C, 20D substrate
21, 21A, 21B, 21C, 21D Ceramic substrate
22, 22A Piezoelectric ceramic
23 Adhesive
24, 24A, 24B, 24C, 24D Recess
25, 25A, 25B, 25C, 25D Reference plane
26, 26A Groove
27, 27A side wall
28, 28A electrode
29, 29A Drive unit
30, 30A, 31, 32 Common groove
33 Ink supply hole
34, 35 Ink discharge hole
40 Nozzle plate
41 Nozzle opening
50 Dicing blade
60 first recess
61 Second recess
63 Anti-shake wall
64 Top recess
65 Lower recess
70 spacer
71 Outflow prevention wall

Claims

A ceramic substrate having a plurality of recesses extending in a reference direction and having a functional member made of piezoelectric ceramic that operates functionally in the recesses is provided, and grooves are formed at predetermined intervals in the row direction of the functional members. By forming a side wall for partitioning the groove and forming an electrode to be driven independently by providing an electrode in the functional member region of the side wall, a nozzle plate is bonded to one surface of the ceramic substrate. And a head chip for forming a nozzle row by providing nozzle openings for ejecting ink in the grooves at positions corresponding to the respective driving portions of the grooves of the nozzle plate.
A head chip, wherein the shape of the recess is formed by molding and firing, and at least one surface of the recess is a reference surface flattened by grinding.

The head chip according to claim 1, wherein the reference surface is formed on both side surfaces of the recess.

3. The first concave portion according to claim 1, wherein a first concave portion that is narrower than the concave portion and flush with the reference surface is provided on at least the reference surface side of the bottom surface of the concave portion. Head chip.

4. The second recessed portion that opens to a reference surface that is communicated with the recessed portion and shallower than the recessed portion is provided at least on the opening edge portion on the reference surface side of the recessed portion. A head chip characterized by

5. The method according to claim 1, wherein at least one end face in the reference direction of the concave portion is formed by molding and firing so that the reference surface is in the reference direction of the concave portion. A head chip formed over both ends of the head chip.

6. The ink supply hole for supplying ink to the groove and the ink discharge hole for discharging ink in the groove in a region not corresponding to the functional member on the other surface side of the ceramic substrate according to claim 1. A head chip comprising:

7. The common area according to claim 6, wherein the region on the other surface side of the ceramic substrate that does not face the functional member communicates with the bottom portion of the groove in the same direction as the reference direction and across the juxtaposed direction of the grooves. A head chip, wherein a groove is formed, and the communication hole through which the common groove communicates with the groove is the ink supply hole and the ink discharge hole.

In any one of Claims 1-7, while the two said piezoelectric ceramics are arranged in parallel by the said ceramic substrate, the said electrode is on the said side wall from the both ends of the said groove | channel to the area | region facing the said drive part. A head chip characterized by being provided independently.

9. The head chip according to claim 1, wherein the concave portion is provided in the ceramic substrate at a depth that allows the piezoelectric ceramic to reach a bottom surface of the groove.

A plurality of recesses extending in the reference direction, a step of fixing a functional member made of piezoelectric ceramic functionally operating in these recesses to the ceramic substrate, and grooves are formed at predetermined intervals in the row direction of the functional members Forming a side wall that partitions the groove, forming a drive unit that is independently driven by forming electrodes in the functional member region of the side wall, and a nozzle opening for each of the grooves. A step of joining nozzle plates provided at equal intervals at positions corresponding to the driving unit to one side of the ceramic substrate, a step of forming and firing to form the concave portion, and at least one side surface side of the concave portion And a step of forming a flattened reference surface by grinding the substrate.

11. The step of forming the reference surface according to claim 10, wherein the bottom surface of the concave portion is ground at the same time, so that at least the reference surface side of the bottom surface of the concave portion is narrower than the concave portion and flush with the reference surface. A method of manufacturing a head chip, comprising forming a first concave portion having a side surface.

12. The step of forming the concave portion by forming and baking the concave portion according to claim 10 or 11, wherein at least one end surface of the concave portion in the reference direction is closed. Then, it forms by grinding over the both ends of the longitudinal direction of the said recessed part, The manufacturing method of the head chip characterized by the above-mentioned.

The step of forming the reference surface according to any one of claims 10 to 12, further comprising a second recess that communicates with the recess at least at an opening edge of the recess on the reference surface side and is shallower than the recess. A method of manufacturing a head chip, comprising: forming a head chip.

14. The concave portion according to any one of claims 10 to 13, wherein in the step of forming the concave portion by molding and baking, the concave portion configured by an upper concave portion and a lower concave portion having a width larger than the functional member on a bottom surface of the upper concave portion. And in the step of forming the reference surface, the head chip is formed on at least one side surface of the lower recess.

In any one of Claims 10-14, in the process of forming the crevice by forming and baking, in the field which is not opposite to the functional member of the surface on the opposite side to the surface where the crevice of the ceramic substrate was provided, A method of manufacturing a head chip, comprising: forming a plurality of common grooves that communicate with the bottom of the groove in the same direction as the longitudinal direction of the recess and across the direction in which the grooves are arranged side by side.

16. The method of manufacturing a head chip according to claim 10, wherein in the step of forming the recess by molding and firing, the recess is formed at a depth at which the functional member reaches the bottom surface of the groove. .

The piezoelectric ceramic according to any one of claims 10 to 16, wherein the piezoelectric ceramic has a different polarization direction at a substantially center in a depth direction of the groove, and in the step of forming the driving portion, the electrode is exposed to the side wall of the piezoelectric ceramic. A method of manufacturing a head chip, characterized by being provided over the entire surface of the head.