JP4791556B2 - ヘッドチップ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、プリンタ、ファックス及びオンデマンド印刷機などに適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。

従来より、インクを吐出する複数のノズルを有するヘッドチップを搭載したインクジェットヘッドを用いて被記録媒体に文字や画像を記録するインクジェット式記録装置が知られている。

従来のインクジェット式記録装置としては、ヘッドチップのノズルが被記録媒体に対向するようにインクジェットヘッドに設けられ、このインクジェットヘッドを被記録媒体の搬送方向とは直交する方向に走査することで印字するシリアル型のインクジェット式記録装置や、インクジェットヘッドを固定し被記録媒体のみを移動させて印字するライン型のインクジェット式記録装置などがある。

ここで、従来のインクジェットヘッドに搭載されるヘッドチップとしては、例えば、特表２０００−５１２２３３号公報に開示されたものや特開２０００−２９６６１８号公報に開示されたものなどが挙げられる（特許文献１及び特許文献２参照）。

ここで、前者のヘッドチップを図１０に示す。なお図１０は、従来技術に係るヘッドチップを示す断面図である。

図１０（ａ）に示すように、ヘッドチップ１００は、アルミナ等の絶縁性材料で形成されると共に一方面に凹部が設けられた基板本体１２１と、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１２５が形成された圧電セラミック１２２とからなる基板１２０と、基板１２０に凹部の開口側を塞ぐように接合されたノズル開口１４１を有するノズルプレート１４０とを具備する。

基板本体１２１には、圧電セラミック１２２によって凹部の幅方向両側に長手方向に亘って区画されたチャンバ１３０が形成されている。

また、圧電セラミック１２２の溝１２５を区画する側壁１２６には電極１２７が形成されており、各電極１２７はノズルプレート１４０の凹部側の面に設けられた引き出し配線に電気的に導通されている。

また、基板本体１２１の底面には、各チャンバ１３０にインクを供給及び排出するインク供給孔１３１及びインク排出孔１３２が設けられている。

このようなヘッドチップ１００では、一方のチャンバ１３０からインクを供給し、他方のチャンバ１３０に圧電セラミック１２２の溝１２５を介して供給することで、溝１２５内にインクを供給している。

そして、このように溝１２５内に充填されたインクは、側壁１２６に設けられた電極１２７に電圧を印加することで、側壁１２６を剪断モード変位させ、ノズル開口１４１からインクを吐出するようになっている。

このようなヘッドチップ１００は、ノズル開口１４１の数を増やして高速印字を実施するには、図１０（ｂ）に示すように、基板本体１２１の凹部内に複数の溝１２５が形成された圧電セラミック１２２を並設して設け、各溝１２５に対向する領域にノズル開口４１を設けることで、２倍のノズル開口１４１を有するヘッドチップ１００とすることができる。

このようなヘッドチップ１００の製造方法としては、基板本体１２２に凹部を形成し、複数の溝１２５が形成された圧電セラミック１２２を凹部の底面の所定位置に位置決め接合することで基板１２０を形成し、ノズルプレート１４０を接合することで形成することができる。

一方、後者のヘッドチップを図１１に示す。なお、図１１は、従来技術に係るヘッドチップの要部を切り欠いた斜視図である。

図示するように、ヘッドチップ２００は、アルミナ等の絶縁性材料で形成されると共に一端面及び一方面に開口する凹部２２４が設けられた基板本体２２１と、凹部２２４内に埋設された圧電セラミック２２２とを具備する基板２２０に、基板本体２２１と圧電セラミック２２２とに亘って、且つ凹部２２４の長手方向に亘って複数の溝２２５が側壁２２６によって区画されて形成されている。

基板２２０に形成された溝２２５は、一端部が圧電セラミック２２２の一端面に開口し、他端部は深さが徐々に浅くなるように基板本体２２１まで設けられている。

また、圧電セラミック２２２の溝２２７を画成する側壁２２６には、図示しない電極が設けられ、この電極は基板本体２２１の溝２２５が形成されていない領域に設けられた引き出し配線２２７ａに電気的に接合されている。

さらに、基板２２０の溝２２５が開口する一端面には、各溝２２５に対向する領域にノズル開口２４１が設けられたノズルプレート２４０が接合され、基板２２０の溝２２５が開口する一方面には、各溝２２５に連通して各溝２２５内にインクを供給するインク室２３０が設けられると共に各溝２２５のインク室２３０以外の領域を封止するインク室プレート２３１が接合されている。

このヘッドチップ２００の製造方法としては、基板本体２２１に凹部２２４を形成し、凹部２２４に圧電セラミック２２２を埋設することで基板２２０を形成し、基板本体２２１と圧電セラミック２２２とを同時に円盤状のダイスカッターを用いたダイサーで研削することで溝２２５を形成する。そして、溝２２５を画成する側壁２２６上に電極を形成すると共に基板本体２２１に引き出し配線２２７ａを形成し、ノズルプレート２４０及びインク室プレート２３１を接合することでヘッドチップ２００を形成することができる。

このようなヘッドチップ２００は、基板本体２２１に圧電セラミック２２２を埋め込んだ後に、複数の溝２２５を形成するため、製造時の欠陥が少なく歩留まりを向上することができる。

特表２０００−５１２２３３号公報 特開２０００−２９６６１８号公報

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に所定の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。

また、前者のヘッドチップでは、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。

さらに、前者のヘッドチップでは、凹部内に圧電セラミックを並設することで、ノズル開口を２倍に増やすことができるため、ヘッドチップを搭載したインクジェットヘッドを被記録媒体の搬送方向とは直交する方向に移動するシリアル型のインクジェット式記録装置では、高速印字を行うことができるが、インクジェットヘッドを固定し、被記録媒体を移動させるライン型のインクジェット式記録装置では、ノズル開口の各列で列方向のノズル開口の位置が同じなため、高密度印字を行うことができないという問題がある。

一方、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ないが、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。

また、両者のヘッドチップに水性インク等の導電性インクを使用した場合、一つの溝内の側壁に設けられた隣り合う電極が導通してしまい、電位差が無くなることによって側壁が変形しなくなり、インクを吐出できないという問題がある。

このため、ノズル開口に連通してインクの吐出に使用する溝を一つ置きとして、ノズル開口に連通してインクの吐出に使用する溝をチャンバ、インク吐出に使用しない溝をダミーチャンバとする方法や、溝内の電極の表面に電極を覆う絶縁膜を設ける方法などが提案されている。

前者の場合、ダミーチャンバ内にインクが充填されず、チャンバのみに選択的にインクが充填されるように、チャンバに対向する領域のみに開口が設けられた仕切板を設けることで、チャンバの両側壁の内面に設けられた電極を全てのチャンバで同電位とする共通電極とすると共にチャンバの両側壁の外面の電極をチャンバを選択的に駆動する個別電極とすることでチャンバの両側の側壁に電界を印加してインクを吐出させるようにしている。

しかしながら、仕切板を別途設けたり、加工しなくてはならず、高コストになってしまうという問題がある。

また、後者の場合、製造工程中のゴミなどが絶縁膜の下にあると、ヘッドチップを使用している間に絶縁層が剥がれてしまうという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑み、製造歩留まりを向上すると共に製造コストを低減して、高速印字及び高密度印字が可能な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。

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、基板の一方面に溝が側壁により区画されて設けられていると共に前記側壁に設けられた電極に電圧を印加することにより、前記溝内のインクを前記基板の一方面に接合されたノズルプレートのノズル開口から吐出するヘッドチップにおいて、絶縁性の基板本体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前記基板とし、前記圧電セラミックの列方向に亘って所定間隔で前記溝を形成することにより前記側壁を設け且つ当該側壁の前記圧電セラミックの領域に前記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、前記ノズル開口を前記溝の各駆動部に対応する位置に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。

本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記溝を前記基準方向と直交する方向から所定角度傾斜する方向に前記圧電セラミックの列方向に亘って形成し、前記複数のノズル列の全てのノズル開口の前記基準方向の位置が全て異なることを特徴とするヘッドチップにある。

本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記基板の他方面側の前記圧電セラミックに対向しない領域には、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。

本発明の第４の態様は、第３の態様において、前記基板の他方面側の前記圧電セラミック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。

本発明の第５の態様は、第４の態様において、前記溝がインクの充填されるチャンバと、インクの充填されないダミーチャンバとを交互に並設することで構成され、前記ダミーチャンバが前記チャンバの深さよりも浅く形成されることにより、前記共通溝が前記チャンバの底部にのみ連通することを特徴とするヘッドチップにある。

本発明の第６の態様は、第４の態様において、前記側壁は前記圧電セラミックと接する領域で欠落している事を特徴とするヘッドチップにある。

本発明の第７の態様は、第１〜６の何れかの態様において、前記基板には、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。

本発明の第８の態様は、第１〜７の何れかの態様において、前記基板には、前記圧電セラミックが前記溝の底面に達するまで埋め込まれていることを特徴とするヘッドチップにある。

本発明の第９の態様は、第８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り、且つ前記電極が前記圧電セラミックの露出した前記側壁上の全面に設けられていることを特徴とするヘッドチップにある。

本発明の第１０の態様は、第１〜９の何れかの態様において、前記溝の両端部は、深さが徐々に浅くなるように形成されていることを特徴とするヘッドチップにある。

本発明の第１１の態様は、第１〜１０の何れかの態様において、前記基板が前記圧電セラミックと線膨張係数が略同等な部材で形成されていることを特徴とするヘッドチップにある。

本発明の第１２の態様は、第１〜１１の何れかの態様において、前記基板がアルミナ等のセラミックスからなることを特徴とするヘッドチップにある。

本発明の第１３の態様は、絶縁性の基板本体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を形成する工程と、当該圧電セラミック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、該側壁の前記圧電セラミック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。

本発明の第１４の態様は、第１３の態様において、前記溝を形成する工程では、前記基準方向と直交する方向から所定角度傾斜した方向に形成し、前記複数列の全てのノズル開口が前記基準方向の位置で全て異なることを特徴とするヘッドチップの製造方法にある。

本発明の第１５の態様は、第１３又は１４の態様において、前記基板に前記圧電セラミックを埋め込む工程では、前記基板に前記圧電セラミックと同等の大きさの凹部を形成後、前記凹部内に前記圧電セラミックを接合することを特徴とするヘッドチップの製造方法にある。

本発明の第１６の態様は、第１３又は１４の態様において、前記基板に前記圧電セラミックを埋め込む工程では、前記基板には前記圧電セラミックより大きい段差部を有する上部凹部と下部凹部を有する階段状の凹部から形成され、前記圧電セラミックは下部凹部底面部と下部凹部側面部に接合することを特徴とするヘッドチップの製造方法にある。

本発明の第１７の態様は、第１３〜１６の何れかの態様において、前記基板の他方面側の前記圧電セラミックに対向しない領域に、前記圧電セラミック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工程をさらに有することを特徴とするヘッドチップの製造方法にある。

本発明の第１８の態様は、第１７の態様において、前記溝を形成する工程では、深さの異なる当該溝を交互に形成し、前記共通溝を浅い溝の底部に連通しないよう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。

本発明の第１９の態様は、第１３〜１８の何れかの態様において、前記基板に前記圧電セラミックを埋め込む工程では、当該圧電セラミックを前記溝の底面に達するまで埋め込むことを特徴とするヘッドチップの製造方法にある。

本発明の第２０の態様は、第１９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。

かかる本発明では、基板本体に圧電セラミックを複数埋め込み、溝を圧電セラミックの列に亘って設けるようにしたため、溝を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ことができる。また、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、容易に高精度なヘッドチップを形成することができる。

さらに、ノズル開口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、各ノズル列の列方向の位置をずらすことで、高密度印字を実現することができる。

また、溝の底面にインクを供給するインク供給孔を設けると共に深さの異なる溝を交互に配設することで、溝に選択的にインクを供給して水性インク等の導電性インクを使用することができる。

以上説明したように本発明では、基板本体に圧電セラミックを複数埋め込み、溝を圧電セラミックの列に亘って設けるようにしたため、溝を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ことができる。また、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、容易に高精度なヘッドチップを形成することができる。

さらに、ノズル開口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、各ノズル列の列方向の位置をずらすことで、高密度印字を実現することができる。

また、溝の底面にインクを供給するインク供給孔を設けると共に深さの異なる溝を交互に配設することで、溝に選択的にインクを供給して水性インク等の導電性インクを使用することができる。

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。 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。 本発明の実施形態１に係るヘッドチップの断面図であり、図２のＡ−Ａ′断面図である。 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ヘッドチップの斜視図である。 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。 本発明の実施形態２に係るヘッドチップの底面側の平面図である。 本発明の実施形態３に係るヘッドチップ分解斜視図である。 本発明の実施形態３に係るヘッドチップの底面側の平面図である。 本発明の実施形態３に係るヘッドチップの断面図であり、図８のＢ−Ｂ′断面図及びＣ−Ｃ′断面図である。 従来技術に係るヘッドチップの概要を示す斜視図である。 従来技術に係るヘッドチップの概要を示す断面図である。 本発明の実施形態４に係るヘッドチップの分解斜視図である。 本発明の実施形態４に係るヘッドチップの断面図である。 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ヘッドチップの斜視図である。

以下に、本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。

（実施形態１）
図１は、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。

図示するように、本実施形態のヘッドチップ１０は、絶縁性の基板本体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。

基板本体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が基板本体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。

ここで、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、基板本体２１は、絶縁性を有する材料であれば、特に限定されないが、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部材、例えば、アルミナを用いるのが好ましい。又加工性がＰＺＴと同等なフォレステライトを使うことも可能である。

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２５が側壁２６により区画されて形成されている。

すなわち、基板２０の側壁２６の一部が圧電セラミック２２で構成された領域が各溝２５に２カ所設けられている。

なお、圧電セラミック２２は、基板２０に溝２５を形成した際に、側壁２６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２５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、基板本体２１から剥がれ難く剛性を向上することができる。

また、各溝２５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２５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。

このような各溝２５は、円盤状のダイスカッターを用いたダイサーや複数のワイヤーを用いたワイヤーソーなどにより個別に又は複数個同時に形成される。

さらに、各溝２５を区画する側壁２６の一部を構成する圧電セラミック２２には、溝２５の内面に開口側に亘って電極２７が設けられ、この電極２７によって側壁２６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２８となる。

また、各溝２５の２つの駆動部２８の電極２７は、側壁２６上にそれぞれ溝２５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２８の間の側壁２６上には、それぞれの電極２７が絶縁されるように不連続となっている。

これにより、各溝２５の２つの駆動部２８の電極２７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。

一方、基板２０の溝２５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２５の並設方向、すなわち基準方向に亘って各溝２５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。

本実施形態では、溝２５の長手方向で、２つの駆動部２８の間に共通溝３０を設け、２つの駆動部２８と溝２５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。

この共通溝３０〜３２の内、２つの駆動部２８の間に設けられた共通溝３０と各溝２５とが連通する連通孔を各溝２５にインクを供給するインク供給孔３３とし、２つの駆動部２８よりも溝２５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２５とが連通する連通孔を溝２５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。

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から溝内に供給され、溝２５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２８にインクを供給することができる。

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２５及び共通溝３１、３２を通り循環するようになっている
。

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。

また、各溝２５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。

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おり、ノズルプレート４０の各駆動部２８に対応する領域にはノズル開口４１が形成されている。

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２８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。

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。

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。

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、プラスティ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ティ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。

このようなヘッドチップ１０では、基板本体２１に圧電セラミック２２を複数埋め込み、溝２５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２５を形成時に溝２５を区画する側壁２６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。また、圧電セラミック２２を基板本体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。

さらに、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。

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は、ヘッドチップの製造方法を示す斜視図である。

まず、図４（ａ）に示すように、基板本体２１の一方面に圧電セラミック２２が埋め込まれる凹部２４を形成すると共に基板本体２１の他方面に共通溝３０〜３２を形成する。

この凹部２４及び共通溝３０〜３２は、基板本体２１の基準方向に延びるように複数列形成する。

本実施形態では、凹部２４を２列形成し、共通溝３０〜３２を凹部２４に相対向しない領域で、且つ２列の凹部２４の間とその両側との３列設けるようにした。

このような凹部２４及び共通溝３０〜３２は、円盤状のダイスカッターを用いたダイサーや複数のワイヤーを用いたワイヤーソーなどにより、個別に又は複数個同時に形成することができる。

次に、図４（ｂ）に示すように、基板本体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を介して接合することで埋め込み、基板２０を形成する。

この圧電セラミック２２は、基板本体２１の一方面と面一とするため、例えば、基板本体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、基板本体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。

次に、図４（ｃ）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２５を形成する。

この各溝２５の形成も、上述した凹部２４及び共通溝３０〜３２と同様にダイサーやワイヤーソーなどによって形成することができる。

また、この溝２５を形成することで、各溝２５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。

その後、各溝２５を区画する側壁２６上の所定位置に電極２７を形成することで駆動部２８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１０を形成することができる。

なお、電極２７の形成は、例えば、公知の斜め蒸着により形成後、各駆動部２８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２５の加工を行い、電極２７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２７を形成するようにしてもよい。

このようなレジストを用いた電極２７の形成では、レジスト塗布後にパターニング工程を入れて、所望の部分にのみレジストを残すことも可能である。

また、ノズルプレート４０のノズル開口４１は、基板２０とノズルプレート４０とを接合後にレーザ等により形成してもよいし、ノズル開口４１を形成後に基板２０とノズルプレート４０とを接合するようにしてもよい。

このように、本実施形態のヘッドチップの製造方法では、基板本体２１に凹部２４を形成し、凹部２４に圧電セラミック２２を複数埋め込んで溝２５を形成するようにしたため、溝２５を形成する際に溝２５を区画する側壁２６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。

また、圧電セラミック２２を基板本体２１の凹部２４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。

（実施形態２）
図５は、ヘッドチップの斜視図であり、図６は、ヘッドチップの平面図である。なお、上述した実施形態１と同様の部材には、同一の符号を付して重複する説明は省略する。

上述した実施形態１では、溝２５を基準方向とは直交する方向に圧電セラミック２２の列方向に亘って形成するようにしたが、実施形態２では、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た以外、上述した実施形態１と同様である。

詳しくは、図示するように、ヘッドチップ１０Ａは、基板本体２１Ａの一方面に基準方向に延びるように圧電セラミック２２が埋め込まれた基板２０Ａに、基準方向とは直交する方向から所定角度傾斜する方向に圧電セラミック２２の列方向に亘って溝２５Ａが側壁２６Ａにより区画されて形成されている。

また、溝２５Ａを区画する圧電セラミック２２の表面には、電極２７が設けられることで、独立して駆動する駆動部２８Ａが形成されている。

溝２５Ａの傾斜角度は、本実施形態では、駆動部２８Ａの基準方向に並設された一方の列に対して、他方の列が基準方向の位置がずれて、一方の列の隣り合う駆動部２８Ａの基準方向の略中央に他方の列の駆動部２８Ａが配置されるような角度で形成されている。

すなわち、基板２０Ａに接合されたノズルプレート４０Ａの各駆動部２８Ａに対応して設けられたノズル開口４１Ａは、ノズル開口４１Ａの一方のノズル列の隣り合うノズル開口４１Ａの基準方向の略中央に他方のノズル列のノズル開口４１Ａがそれぞれ配置されるようになっている。

このような構成とすることで、ノズル開口４１Ａの基準方向のピッチを半分のピッチとして、ライン型のインクジェット式記録装置であっても、高密度印刷を行うことができる。

（実施形態３）
実施形態１及び２のヘッドチップ１０及び１０Ａでは、水性インク等の導電性インクを用いた場合、溝２５及び２５Ａ内の駆動部２８及び２８Ａの対向する電極２７が導通してしまい、インクを吐出することができない。そのため、本実施形態では、実施形態２のヘッドチップ１０Ａに導電性インクを使用できるようにした例である。

図７は、実施形態３に係るヘッドチップの分解斜視図であり、図８は、ヘッドチップの底面側の平面図であり、図９は、図８のＢ−Ｂ′断面図及びＣ−Ｃ′断面図である。なお、上述した実施形態１及び２と同様の部材には、同一の符号を付して重複する説明は省略する。

図示するように、実施形態３のヘッドチップ１０Ｂの基板２０Ｂの基板本体２１Ｂには、深さの異なる溝が交互に並設され、深い溝をチャンバ２５Ｂ、浅い溝をダミーチャンバ２５Ｃとしている。

このような基板２０Ｂのチャンバ２５Ｂ及びダミーチャンバ２５Ｃが設けられた一方面側と反対の他方面側には、基準方向と同方向にチャンバ２５Ｂの底部にのみ連通してインク供給孔３３、インク排出孔３４及び３５を形成する３列の共通溝３０〜３２が形成されている。

このような共通溝３０〜３２を介して、チャンバ２５Ｂのみに選択的にインクが供給及び排出されるようになっている
なお、このような共通溝３０〜３２は、上述した実施形態１及び２と同様の深さで形成し、ダミーチャンバ２５Ｃの深さのみを浅く形成すれば、各共通溝３０〜３２をチャンバ２５Ｂの底部のみに連通させることができる。

このように、基板２０Ｂの一方面に深さの異なる溝からなるチャンバ２５Ｃ及びダミーチャンバ２５Ｃを交互に形成することで、基板２０Ｂの他方面に形成した共通溝３０〜３２をチャンバ２５Ｂの底部にのみ連通するようにすることができる。これにより、共通溝３０〜３２を介してチャンバ２５Ｂのみに選択的にインクを供給及び排出することができる。このため、ダミーチャンバ２５Ｃ内の駆
動部２８Ａの電極２７が導電性インクによって短絡することなく、チャンバ２５Ｂの駆動部２８Ａ毎に独立して駆動することができる。

なお、基板２０Ｂの一方面側には、ノズルプレート４０Ｂが接合されており、ノズルプレート４０Ａには、各チャンバ２５Ｂの各駆動部２８のみに対応してノズル開口４１Ｂが設けられている。

（実施形態４）
図１２は、実施形態４に係るヘッドチップの分解斜視図であり、図１３は、溝部の断面図である。

図示するように、本実施形態のヘッドチップ３１０は、絶縁性の基板本体３２１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３２２が接着剤３２３を介して埋め込まれた基板３２０と、基板３２０の一方面に接合されたノズル開口３４１を有するノズルプレート３４０とを具備する。

基板本体３２１の一方面には、基準方向に延びるように、圧電セラミック３２２より大きい下部凹部３２４Ａおよび上部凹部３２４Ｂが形成され、圧電セラミックス３２２はこの下部凹部３２４Ａの底面部および下部凹部側面部と接して、基板本体３２１の一方面と面一となるように接着剤３２３を介して接合されている。

ここで圧電セラミックス３２２、基板本体３２１は実施形態１と同じ材料が使われるが、圧電セラミックス３２２は溝３２５の深さ方向の略中央部で分極方向が異なる。また実施形態１と同様に基板３２０には基準方向と直交する方向に圧電セラミックス３２２の列方向に亘って溝３２５が側壁３２６によって区画されて形成される。実施形態１では各溝が長手方向両端部で徐々に浅くなるように設定されたが、ここでは基板３２１の両端部深さ方向で上部凹部と略同一な深さの両端段差部３２４Ｃを設けることにより、同じ溝深さで構成した。これにより量産性に優れる複数のワイヤーを用いたワイヤーソーによる加工が容易になった。

さらに各溝３２５の内壁には電極３２７が圧電セラミックス３２２の側壁、上部凹部３２４Ｂの底面部、両端段差部３２４Ｃの表面上に形成されている。各駆動部３２８への電極３２７は、それぞれ絶縁され、選択的に電圧を印可することにより独立して駆動することができる。

一方、基板３２０の溝３２５が形成された一方面とは反対側の他方面側には、下部凹部３２４Ａの底部で圧電セラミックス３２２のない領域に連通するインク供給孔３３３及び各溝３２５の上部凹部３２４Ｂより両端側によった領域で、少なくとも一つの溝３２５と連通するインク排出孔３３４、３３５が形成される。実施形態１では各溝がインク供給および排出に対して独立していたので共通溝を設けたが、本実施形態では隣接間の溝がインクに対してつながっているので、一部の溝３２５とインク排出孔３３４、３３５が連通していればよい。

スペーサー３５０はインクの排出側の溝を封止するために、基板３２１およびノズルプレート３４０と接着剤３４２により接着される。ノズル開口３４１および滑落膜等は実施形態１と同じであり、ノズルプレート３４０を単一層又は複数層で構成することも可能である。

このような構成にすることにより、駆動部３２８で発生した衝撃波は主に駆動部のみで反射し、溝を共有する他の駆動部への衝撃波の影響を無くす事ができる。

またインク供給孔３３３、インク排出孔３３４、３３５は、基板本体３２１の他方面より形成したが、基板本体３２１の側壁に形成することも可能である。

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１４は、ヘッドチップの製造方法を示す斜視図である。

まず図１４（ａ）に示すように、基板本体３２１の一方面に下部凹部３２４Ａおよび上部凹部３２４Ｂおよび上部凹部３２４Ｂと深さが略同一な両端段差部３２４Ｃを形成すると共に基板本体３２１の他方面にインク供給孔３３３、インク排出孔３３４、３３５を形成する。このような加工は、基板本体３２１を型成形して作ることもできるし、精度を上げるためにダイサー、エンドミル、レーザー加工、放電加工等を組み合わせることによっても可能である。

次に図１４（ｂ）に示すように、基板本体３２１の一方面に形成した下部凹部３２４Ａの段差部に圧電セラミックス３２２を接着剤３２３を用いて接着する。圧電セラミックス３２２は溝３２５の深さ方向の略中央で分極方向が異なるシェブロンタイプのものを用いる。

次に図１４（ｃ）に示すように基板３２０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３２５をダイサーやワイヤーソーにより形成する。この溝３２５を形成することにより溝３２５の底部とインク排出孔３３４、３３５が連通する。その後、各溝３２５の内側に電極３２７を形成することで、駆動部３２８を形成し、両端段差部３２４Ｃの両内側にスペーサー３５０および基板３２０の一方面にノズルプレート３４０を接合することで、図１３に示すような本実施形態のヘッドチップ３１０を形成することができる。

なお、電極３２７の形成は、公知のスパッター、蒸着、電鋳により形成後、各駆動部３２８間の電極をレーザー等により除去するようにしてもよく、また基板３２０の表面にレジスト等の犠牲膜を塗布してから溝３２５の加工を行い、電極３２７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３２７を形成するようにしてもよい。

また、インクと電極３２７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塗布する事により導電性インクを用いる事も可能である。

さらに実施形態２に示したように、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を全て異なるようにすることもできる。

（他の実施形態）
以上、実施形態１〜４について説明したが、ヘッドチップの基本的な構成はこのようなものに限定されるものではない。

例えば、上述した実施形態３では、実施形態２のヘッドチップで導電性インクを使用する例を示したが、勿論、これに限定されず、実施形態１のヘッドチップ１０においても、同様に深さの異なる溝を交互に配設することで、導電性インク
を使用することができる。

また、上述した実施形態１〜３では、基板２０〜２０Ｂの溝２５〜２５Ｃを画成する側壁２６、２６Ａに露出する圧電セラミック２２の開口側のみに電極２７を形成することで、駆動部２８Ａとしたが、これに限定されず、例えば、圧電セラミックを溝２５〜２５Ｃの深さ方向の略中央で分極方向の異なる圧電セラミックとし、側壁２６、２６Ａの圧電セラミックが露出する全面に電極を設けて駆動部を形成することで、駆動部の変形量を大きくしてインク吐出特性を向上することができる。

さらに、上述した実施形態１のヘッドチップ１０の製造方法では、基板本体２１に凹部２４及び共通溝３０〜３２を形成後、溝２５を形成するようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、共通溝３０〜３２を基板本体２１に溝２５を形成した後に形成するようにしてもよい。

また、上述した実施形態１〜４では、ヘッドチップ１０〜１０Ｂに駆動部２８、２８Ａを溝２５〜２５Ｃの長手方向に亘って２カ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列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字を行うことができる。なお、駆動部を３カ所以上設ける場合は、各駆動部の電極が同士が短絡しないように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。

１０、１０Ａ、１０Ｂ、３１０ ヘッドチップ
２０、２０Ａ、２０Ｂ、３２０ 基板
２１、２１Ａ、２１Ｂ、３２１ 基板本体
２２、３２２ 圧電セラミック
２３、３２３ 接着剤
２４ 凹部
２５、２５Ａ、３２５ 溝
２５Ｂ チャンバ
２５Ｃ ダミーチャンバ
２６、２６Ａ、３２６ 側壁
２７、３２７ 電極
２８、２８Ａ、３２８ 駆動部
３０、３１、３２ 共通溝
３３、３３３ インク供給孔
３４、３５、３３４、３３５ インク排出孔
４０、４０Ａ、４０Ｂ、３４０ ノズルプレート
４１、４１Ａ、４１Ｂ、３４１ ノズル開口
４２、３４２ 接着剤
３２４Ａ 下部凹部
３２４Ｂ 上部凹部
３２４Ｃ 両端段差部
３５０ スペーサー

Claims (21)

1. 基板の一方面に溝が側壁により区画されて設けられていると共に前記側壁に設けられた電極に電圧を印加することにより、前記溝内のインクを前記基板の一方面に接合されたノズルプレートのノズル開口から吐出するヘッドチップにおいて、
   絶縁性の基板の一方面側で、複数の前記ノズル開口を有するノズル列が形成される基準方向に複数列の圧電セラミックを埋め込んで前記基板とし、前記溝を前記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し、前記側壁の前記圧電セラミックの領域に前記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、前記ノズル開口を前記溝の各駆動部に対応する位置にそれぞれ設けて複数のノズル列を形成し、前記複数のノズル列の全てのノズル開口の前記基準方向の位置が全て異なる位置に形成され、前記基板の他方面側の前記圧電セラミックに対向しない領域には、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。
2. 請求項１に記載のヘッドチップにおいて、前記基板の他方面側の前記圧電セラミック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。
3. 基板の一方面に溝が側壁により区画されて設けられていると共に前記側壁に設けられた電極に電圧を印加することにより、前記溝内のインクを前記基板の一方面に接合されたノズルプレートのノズル開口から吐出するヘッドチップにおいて、
   絶縁性の基板の一方面側で、複数の前記溝に連通する共通溝が形成される基準方向に、かつ前記共通溝と対向しない領域に複数列の圧電セラミックを埋め込んで前記基板とし、前記溝を前記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し、前記側壁の前記圧電セラミックの領域に前記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、前記ノズル開口を前記溝の各駆動部に対応する位置にそれぞれ設けて複数のノズル列を形成し、前記複数のノズル列の全てのノズル開口の前記基準方向の位置が全て異なる位置に形成され、前記基板の他方面側の前記圧電セラミックに対向しない領域には、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。
4. 請求項２または３のいずれか一項に記載のヘッドチップにおいて、前記溝がインクの充填されるチャンバと、インクの充填されないダミーチャンバとを交互に並設することで構成され、前記ダミーチャンバが前記チャンバの深さよりも浅く形成されることにより、前記共通溝が前記チャンバの底部にのみ連通することを特徴とするヘッドチップ。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載のヘッドチップにおいて、前記溝の底部に前記圧電セラミックが形成されていることを特徴とするヘッドチップ。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載のヘッドチップにおいて、前記側壁は前記圧電セラミックと接する領域で欠落していることを特徴とするヘッドチップ。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載のヘッドチップにおいて、前記基板には、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。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載のヘッドチップにおいて、前記基板には、前記圧電セラミックが前記溝の底面に達するまで埋め込まれていることを特徴とするヘッドチップ。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載のヘッドチップにおいて、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り、且つ前記電極が前記圧電セラミックの露出した前記側壁上の全面に設けられていることを特徴とするヘッドチップ。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載のヘッドチップにおいて、前記溝の両端部は、深さが徐々に浅くなるように形成されていることを特徴とするヘッドチップ。
11. 請求項１から１０のいずれか一項に記載のヘッドチップにおいて、前記基板が前記圧電セラミックと線膨張係数が略同等な部材で形成されていることを特徴とするヘッドチップ。
12. 請求項１から１１のいずれか一項に記載のヘッドチップにおいて、前記基板がアルミナ等のセラミックスからなることを特徴とするヘッドチップ。
13. 請求項１から１２のいずれか一項に記載のヘッドチップを具備することを特徴とするインクジェットヘッド。
14. 請求項１３に記載のインクジェットヘッドを具備することを特徴とするインクジェット記録装置。
15. 絶縁性の基板の一方面側で、複数のノズル開口を有するノズル列が形成される基準方向に複数列の圧電セラミックを埋め込んで基板を形成する工程と、前記基準方向と直交する方向から所定角度傾斜した方向に形成し溝を区画する側壁を形成する工程と、該側壁の前記圧電セラミック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基板の一方面に接合する工程とを具備し、前記複数列の全てのノズル開口が前記基準方向の位置で全て異なる位置に形成され、且つ前記基板の他方面側の前記圧電セラミックに対向しない領域に、前記圧電セラミック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工程を有することを特徴とするヘッドチップの製造方法。
16. 絶縁性の基板の一方面側で、前記基板の他方面側の共通溝が形成される基準方向に、かつ前記共通溝と対向しない領域に複数列の圧電セラミックを埋め込んで基板を形成する工程と、前記基準方向と直交する方向から所定角度傾斜した方向に形成し溝を区画する側壁を形成する工程と、該側壁の前記圧電セラミック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基板の一方面に接合する工程とを具備し、前記複数列の全てのノズル開口が前記基準方向の位置で全て異なる位置に形成され、且つ前記基板の他方面側の前記圧電セラミックに対向しない領域に、前記圧電セラミック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工程を有することを特徴とするヘッドチップの製造方法。
17. 請求項１６に記載のヘッドチップの製造方法において、前記溝を形成する工程では、深さの異なる当該溝を交互に形成し、前記共通溝を浅い溝の底部に連通しないように形成することを特徴とするヘッドチップの製造方法。
18. 請求項１５から１７のいずれか一項に記載のヘッドチップの製造方法において、前記基板に前記圧 電セラミックを埋め込む工程では、前記基板に前記圧電セラミックと同等の大きさの凹部を形成後 、前記凹部内に前記圧電セラミックを接合することを特徴とするヘッドチップの製造方法。
19. 請求項１５から１８のいずれか一項に記載のヘッドチップの製造方法において、前記基板に前記圧電セラミックを埋め込む工程では、前記基板には前記圧電セラミックより大きい段差部を有する上部凹部と下部凹部を有する階段状の凹部から形成され、前記圧電セラミックは下部凹部底面部と下部凹部側面部に接合することを特徴とするヘッドチップの製造方法。
20. 請求項１５から１９のいずれか一項に記載のヘッドチップの製造方法において、前記基板に前記圧電セラミックを埋め込む工程では、当該圧電セラミックを前記溝の底面に達するまで埋め込むことを特徴とするヘッドチップの製造方法。
21. 請求項１５から２０のいずれか一項に記載のヘッドチップの製造方法において、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。

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