JP4954376B2 - 液体噴射装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はインクジェットプリンタのヘッド等に用いられる、インク等の流体を吐出する小型の液体噴射装置、この液体噴射装置を用いたインクジェットスプレーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種、液体噴射装置としては、加圧室を有する加圧室形成板とこの加圧室形成板の一面側に設けた加圧体と、この加圧室形成板の多面側に設けた基板とを、加圧室は基板に接する第一の開口、加圧体に接する第二の開口、加圧室外に開口した液体噴射口、加圧室内への液体供給口を有した構成となっていた。そして、上記構成において、加圧体により加圧を行えば、この加圧体が接する第二の開口から圧力が加わり、この結果として加圧室内の液体は、液体噴射口から加圧室外に噴射されるような構成となっていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の液体噴射装置においては、液体噴射口、液体供給口、加圧室を構成するためにセラミックスやステンレスなどの部材を用い、これらを接着剤などで互いに貼り合わせて立体的な構造とすることが一般的であった。この際、平板状のものを組み合わせた結果、液体噴射装置の噴射口部が形成された面が大きな面積を有しプリンタなどに応用する場合、プリンタ装置の小型化を阻む要因となる。
【０００４】
本発明は上記の問題に鑑み、液体噴射装置の液体噴射口面の面積を最小に形成することで、インクジェットプリンタ装置などの小型化を実現することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、内部に複数の加圧室が設けられた加圧室形成板と、第一の電極層としての役割を兼ねた加圧力発生層、圧電層及び第二の電極層からなる積層構造の加圧体であって、前記加圧室形成板の第一の面に設けられるとともに複数の加圧室に対応するように前記圧電層及び第二の電極層が複数個に分割されている加圧体と、前記加圧室形成板の第一の面の反対側の第二の面に設けた基板と、各第二の電極層にそれぞれ対応して接続された複数の第一の引き出し電極と、から形成されているヘッド部材を備え、該ヘッド部材の後方に液体供給タンク部材が接続されて全体が直線的に配置されているとともに、前記液体供給口、加圧室及び液体噴射口を直線上に配置したものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、内部に複数の加圧室が設けられた加圧室形成板と、第一の電極層としての役割を兼ねた加圧力発生層、圧電層及び第二の電極層からなる積層構造の加圧体であって、前記加圧室形成板の第一の面に設けられるとともに複数の加圧室に対応するように前記圧電層及び第二の電極層が複数個に分割されている加圧体と、前記加圧室形成板の第一の面の反対側の第二の面に設けた基板と、各第二の電極層にそれぞれ対応して接続された複数の第一の引き出し電極と、から形成されているヘッド部材を備え、該ヘッド部材の後方に液体供給タンク部材が接続されて全体が直線的に配置されているとともに、前記液体供給口、加圧室及び液体噴射口を直線上に配置したものであって、液体噴射口及び液体供給口の配置面積が最小限になるよう配置でき、小型の液体噴射口を提供することができるという作用を有する。
【０００７】
また本発明は、圧力変化手段を有するアクチュエータが当接された面とは反対側に当接された基板を境にして、少なくとも２枚以上の加圧室形成板が接合されているもので、多数の液体噴射口及び液体供給口がより近接した位置に配置できることとなり、多数の圧力室をもつ液体噴射口であってもより小型にできるという作用を有する。
【０００８】
また本発明は、加圧室形成板に形成した上記液体噴射口の外部への第一の開口部の位置が基板を境に互い違いになるように接合されるもので、より高密度に配置された液体噴射口を持つ液体噴射装置を容易に得ることができるという作用を有する。
【０００９】
また本発明は、各加圧室に液体を供給するために個別の加圧室に対してそれぞれ個別の液体供給口が設けられており、この液体供給口の第二の開口部に当接する外部には前記個別の供給口に一括して液体を供給する液体供給路を設けるもので、ヘッド部材と液体供給タンク部材の接続が容易で、使用の際には液体供給路に液体を満たしておくことで個別の各加圧室へ滞ることなく液体を供給できるという作用を有する。
【００１０】
また本発明は、各加圧室及び各加圧室に導通する液体噴射口及び液体供給口を有する流路構造体の形状をシリコン及びガラスよりなる材料によって構成するもので、シリコンとガラスを接着剤を使わない直接接合技術により貼り合わせることができるようになり、これにより複雑な立体形状であっても容易にその構造体を構成することができるという作用を有する。
【００１１】
また本発明は、個別供給口の開口部に当接する液体供給路の第三の開口部は、個別供給口の第二の開口部が形成された面の断面積より大きいもので、ヘッド部材と液体供給タンク部材を貼り合わせる際においてもズレが生じないので容易に接続でき、複数の液体供給口に一括して滞り無く液体を供給できるという作用を有する。
【００１２】
また本発明は、個別の加圧室に当接されたアクチュエータを駆動させる個別の電極を有し、液体供給路が形成された液体供給タンク部材の表面には前記個別の電極に接続するためのパッドが設けられ、これら個別の電極とパッドはフレキシブル電極によって接続されているもので、各加圧室に当接して形成された個別の電極への駆動信号を供給するための電極配線を容易にすることができるという作用を有する。
【００１３】
また本発明は、液体供給タンク部材の個別電極と接続させる面はフレキシブル電極があらかじめ一体化された構造となっており、その他の面は熱あるいは圧力により圧着される可塑材料が一体化された構造となっており、前記ヘッド部材に液体供給タンク部材を接続させる際に、上記フレキシブル電極及び可塑材料によって接続されるので、液体供給タンク部材とヘッド部材を接続させる作業を容易にし、接続と同時に電極の接続も行うことができるという作用を有する。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、液体供給路が形成された液体供給タンクは屈曲が可能な材料により構成されるもので、より自由な形での液体噴射装置の搭載が可能となり、例えば曲がった狭い管の内壁などに対しても噴射が可能な液体噴射装置を得ることができるという作用を有する。
【００１５】
また本発明は、ペン先の内部に液体噴射装置のヘッド部材が組み込まれ、外部に露出した手元の操作によりインク噴射量が決定され、インクを噴射することができるので、諧調の異なるインクを広範囲にスプレーすることができるという作用を有する。
【００１６】
また本発明は、加圧室形成板の一面側に加圧体を接着剤によって接着し、次にこの加圧室形成板の他面側からエッチングによって接着剤にまで達する貫通口による加圧室を形成し、その後この加圧室形成板の他面側に基板を設けるもので、加圧室を形成するに際して、加圧体を接着剤によって加圧室形成板の一面側に接着した状態でこの加圧室形成板の他面側からエッチングを行う場合においては、加圧室形成板の一面側においては接着剤が存在しているので、エッチングはこの接着材に到達した時点でこの接着剤をも容易に除去してしまうことはなく、つまりエッチングによって加圧室形成板の他面側から一面側に容易に到達する加圧室を形成することができるようになるという作用を有する。
【００１７】
また本発明は、加圧室形成板はシリコン単結晶板で形成し、エッチングはフッ素を含有するエッチングガスを用いたドライエッチングによって行うことにより、シリコン単結晶板はフッ素を含有するエッチングガスによって容易にドライエッチングすることができるという作用を有する。
【００１８】
また本発明は、加圧体の、加圧室形成板側とは反対側には加圧体形成板を一体化し、この加圧体形成板と一体化された加圧体を、加圧室形成板の一面側に接着剤によって接着することにより、まず、加圧体を加圧体形成板上で形成することにより、加圧体が作りやすくなり、しかも、これが作られた後には、その加圧体は加圧体形成板と一体化した状態で加圧室形成板に接着剤によって接着することができるので、この製造時において、効率的な作業が行われるという作用を有する。
【００１９】
また本発明は、加圧体形成板を酸化マグネシウム単結晶板で形成し、この酸化マグネシウム単結晶板の加圧室形成板とは反対側の面に、この酸化マグネシウム単結晶板よりも熱伝導性の高い放熱層を形成したもので、まず加圧体形成板を酸化マグネシウム単結晶板で形成することにより、後にこの加圧体形成板を除去する場合に容易に除去することができるようになるものであるが、逆にこの加圧体形成板を酸化マグネシウム単結晶板で形成した場合にはその熱伝導率があまり高くないので、ドライエッチングを行う時にこの酸化マグネシウム単結晶板の部分で熱がこもった状態になって、ドライエッチング状態が不安定となり、この結果としてエッチングレートが安定しなくなるので、この酸化マグネシウム基板の加圧室形成板とは反対側の面にこの酸化マグネシウム単結晶板よりも熱伝導率の高い放熱層を形成すれば、ドライエッチング時にこの酸化マグネシウム単結晶板に熱がこもってしまうことがなくなり、この結果としてエッチングレートが安定し、より適切な加圧室が形成できるようになるという作用を有する。
【００２０】
また本発明は、放熱層を金にて形成することにより、酸化マグネシウム単結晶板よりなる加圧体形成板を除去する前に、このように一体化された加圧体と加圧体形成板を酸性洗浄剤で洗浄する場合に、酸化マグネシウム単結晶板が、酸性洗浄剤によって不用意に除去されてしまうことを、この酸化マグネシウム単結晶板を金による放熱層で覆うことによって、上記不用意な除去というものが無くなるという作用を有する。
【００２１】
また本発明は、シリコン単結晶板よりなる加圧室形成板にエッチングにより加圧室の形成後、加圧室形成板と加圧体の一体化物を酸化洗浄剤で洗浄することにより、加圧室形成板の他面側にガラス基板などを直接接合をする場合に、この加圧室形成板を酸性洗浄剤で洗浄しておけば、ガラス基板との直接接合がスムーズに行われるという作用を有する。
【００２２】
また本発明は、基板をガラス基板で形成し、このガラス基板を、酸性洗浄剤による洗浄後の加圧室形成板の他面側に鏡面同士の直接接合により一体化することにより、基板をガラス基板で形成すれば、酸性洗浄剤によって洗浄された加圧室形成板の他面側に、両者の鏡面同士の直接接合がスムーズに行われるようになるという作用を有する。
【００２３】
また本発明は、金よりなる放熱層を中性またはこれに近い水溶液で除去した後、酸化マグネシウムよりなる加圧体形成板を燐酸溶液によって除去することにより、金よりなる放熱層は中性またはこれに近い水溶液により簡単に除去することができるが、その際に下面側の酸化マグネシウムよりなる加圧体形成板を不用意に侵すことなくまた、その加圧体形成板は燐酸溶液によって簡単に除去することができるようになるという作用を有する。
【００２４】
また本発明は、酸化マグネシウムよりなる加圧体形成板を燐酸溶液によって除去した後、加圧体を形成する電極のパターン処理を行うことにより、酸化マグネシウムよりなる加圧体形成板を燐酸溶液により簡単に除去することができるので、その下面側に位置する電極は燐酸溶液によっては侵されておらず、よってその後に電極のパターン処理を行うことにより適切な加圧体が形成されるという作用を有する。
【００２５】
また本発明は、加圧体を形成する電極パターン処理を行った後、ダイシングによって液体噴射口及び液体供給口の開口部が外部に露出することにより、液体供給口及び液体噴射口の開口部断面を容易に同一面上に揃えることができるという作用を有する。
【００２６】
また本発明は、ダイシングによって分割した後、液体供給タンク部材の開口部を液体供給口側を包み込むように接続し、熱圧着によってより強固な接着を行うことにより、ヘッド部材に形成された個別の液体供給口の開口部に当接する外部には前記個別の供給口に一括して液体を供給する液体供給路が導通される構造となるので、使用の際には液体供給路に液体を満たしておくことで個別の各圧力室へ滞ることなく液体を供給できるようになり、また、ヘッド部材へははめ込み式によって液体供給タンク部材の接続が容易に行えるという作用を有する。
【００２７】
また本発明は、熱圧着によって液体供給タンク部材を接続すると同時に、液体供給タンク部材にあらかじめ形成されたフレキシブル電極をヘッド部材の電極パッドに接続することにより、ヘッド部材への液体供給タンク部材の接続と同時に電気的な接続も行えるのでより製造が容易になるという作用を有する。
【００２８】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施形態１における液体噴射装置について、図面を参照しながら説明する。
【００２９】
図１は本発明の実施の形態１における液体噴射装置を示す分解斜視図である。
【００３０】
図において、１はシリコンの単結晶板よりなる加圧室形成板である。この加圧室形成板１の一面側に設けた加圧体２を、他面側にガラスよりなる基板３より形成されるヘッド部材を備えている。このヘッド部材４の後方の面には、液体を供給する液体供給タンク部材５が接続されている。また、フレキシブル基板１７上に形成された第二の引き出し電極１６によってヘッド部材４に形成された第一の引き出し電極１５と接続されている。液体供給タンク部材５は、その後方に液体流入口６が設けられており、そしてこの液体流入口６に連通するように液体供給路７が設けられており、他面側で開口した形状となっている。
【００３１】
図２は図１の液体噴射装置における要部であり、加圧室８の長手方向とは平行方向に切断した断面図である。
【００３２】
図において、加圧室形成板１の内部には複数の加圧室８が設けられており、これら加圧室８は加圧室形成板１の一面側から他面側に開口して設けられたもので、この一面側には加圧体２が接着層９によって接着され、他面側の開口部にはガラスよりなる基板３が接着剤等を用いない直接接合によって接合されている。これによって加圧室８の上下の開口部は外部からは遮断された構造となっている。一方、図１のようにこれら加圧室８の両端には、外部に開口した液体噴射口１０及び図示していないが液体供給口１１が設けられており、上記加圧室８と液体供給路７は液体供給口１１によって導通されており、これらの構造により、液体流入口６より流入された液体、例えばインクは液体供給路７、液体供給口１１、加圧室８及び、液体噴射口１０の順に満たされていくことになる。
【００３３】
一方、加圧体２は図２に示すように、上から順に白金よりなる第二の電極層１２、チタン酸ジルコン酸鉛よりなる圧電層１３、クロムあるいはチタンなどの導体材料よりなる加圧力発生層１４からなる積層構造となっている。ここで、チタン酸ジルコン酸鉛はその膜厚方向に電界を印加することにより膜厚とは垂直方向に伸縮現象を起こす材料である。また、本実施の形態で加圧力発生層１４を導体材料としたのは加圧力発生層１４に第一の電極層としての役割を兼ねさせるためであるが、加圧力発生層１４を導電材料としない場合にはさらに第一の電極層を圧電層１３と加圧力発生層１４の間に形成すれば良い。さらに、加圧力発生層１４の加圧室形成板１側の一面には接着層９が設けられており、これにより加圧体２は加圧室形成板１と接着されているのである。この第二の電極層１２と圧電層１３は加圧体２の下方にある複数の加圧室８に対応するように複数個に分割されており、それぞれの加圧室８にはその両端に液体噴射口１０及び液体供給口１１が垂直線上に配置されるように形成されている。
【００３４】
このような構成された液体噴射装置は、任意の加圧室８に対応した箇所に位置する第二の電極層１２に導通された第二の引き出し電極１６に電圧を印加すれば、加圧体２が加圧室内へ加圧を行うこととなり、内部のインクは圧力を受け、液体噴射口１０に向けて移動し、外部に噴射された場合には紙などの記録媒体へ付着し、印刷が行われる。すなわち、液体供給口１１と加圧室８と液体噴射口１０が直線上に配置されていることによって、加圧室８を複数列形成しても液体噴射口１０及び液体供給口１１の開口部が配置される面積は最小限にすることができ、よってこの最小限に形成された液体供給口１１の開口部に液体供給タンク部材５を接続すればよいので、液体噴射装置全体が直線的に配置されることとなり、このことにより、液体噴射装置を小型にできるようになるのである。このように直線的に配置できる小型の液体噴射装置は、例えばペンなどの長細いものに組み込むことができ、携帯型のインクジェットペンといったものを提供することができるのである。また、ヘッド部材４は液体噴射口１０、加圧室８、液体供給口１１が直線的に配置されていればよいだけなので、加圧室形成板１の構造が簡単であるので、製造が容易で大量生産に向いている。ここでさらに、加圧室形成板１をシリコン単結晶板で形成した場合には、エッチングによってこの加圧室形成板１に適切な加圧室８を簡単に形成することができるようになるものである。さらに、上述したように加圧室形成板１をエッチングによって作りやすくなったシリコン単結晶板に対して、基板３の材料をガラス板とすることにより、これらを鏡面同士にしておけば鏡面同士の直接接合によって容易に一体化することができる。さらに、加圧室形成板１に形成された液体供給口１１の開口部がある断面積より、液体供給タンク部材５に形成された液体供給路７の開口部の方が大きいので、個々の液体供給口１１に満遍なく、滞り無く液体を供給することができる。さらにこの時、液体供給タンク部材５の開口部１８を可塑性の材料で形成してなおかつフレキシブル基板１７をあらかじめ一体化しておけば、ヘッド部材４と熱圧着をすることによってこれらを同時に接続することができるようになる。さらに液体供給タンク部材５を屈曲可能な材料とすることにより、液体供給タンク部材５が自由に曲がるので、例えば、曲がりくねった管の内壁などでも液体を噴射させることができるようになるのである。
【００３５】
次にこれら上記液体噴射装置を製造する方法について図を用いて説明する。
【００３６】
図３〜図８は本発明の実施の形態１において液体噴射装置の製造工程を説明する断面図である。
【００３７】
まず、図３に示すように酸化マグネシウム単結晶板よりなる加圧体形成板１９に加圧体２Ａ（ここで、加圧体２Ａとはパターン処理する前の状態の加圧体２である）を構成する、第二の電極層１２Ａ（ここで、第二の電極層１２Ａとはパターン処理する前の状態の第二の電極層で、本図では図示せず）、圧電層１３Ａ（ここで圧電層１３Ａとはパターン処理する前の圧電層で、本図では図示せず）、加圧力発生層１４（本図では、図示せず）を形成する。
【００３８】
次に、図４に示すようにシリコン単結晶板よりなる加圧室形成板１に、先に形成した加圧体２が形成された加圧体形成板１９を加圧体が形成されている面を接着面にして複数枚、シリコン単結晶板よりは柔らかい接着剤を加圧体２Ａの全面に塗布して接着する。
【００３９】
次に図５及び図６に示すように、加圧室形成板１の加圧体２Ａが接着された側とは反対側より、フッ素を含有するドライエッチングガス、例えば六フッ化硫黄を用いてドライエッチングによって液体噴射口１０、及び液体供給口１１を形成する。この際、図５及び図６では、液体噴射口１０及び液体供給口１１の深さを違えるために段階的にエッチングを行っているが、この必要がなければ同じ深さで良いので、エッチングは１回のみでよい。
【００４０】
次に図７に示すように、加圧室８を加圧室形成板１を貫通するまで、同様に六フッ化硫黄を用いたドライエッチングによって形成する。このように加圧室８を形成するに際して、加圧体２Ａを接着剤によって加圧室形成板１の一面側に接着した状態でこの加圧室形成板１の他面側からエッチングを行う場合においては、加圧室形成板１の一面側においては接着剤が存在しているので、エッチングはこの接着剤に到達した時点でこの接着剤をも容易に除去してしまうことはなく、つまりエッチングによって加圧室形成板１の他面側から一面側に容易に到達する加圧室８を形成することができる。さらに、加圧体２は、加圧体形成板１９と一体化された状態で、加圧室形成板１の一面側に接着剤によって接着する。このように、まず、加圧体２Ａを加圧体形成板１９上で形成することにより、加圧体２が作りやすくなり、しかも、これが作られた後には、その加圧体２は加圧体形成板１９と一体化した状態で加圧室形成板１に接着剤によって接着することができるので、この製造時において、効率的な作業が行われるようになるのである。さらに、一般に加圧体形成板として使用する酸化マグネシウム単結晶基板は４０ｍｍ角以上の大きなものを製造することが困難であるが、シリコン単結晶基板はずっと大きなものを作ることができる。しかしながら大きなシリコン単結晶基板に複数枚の加圧体形成板を貼ってから作業を行うので、取り扱いが容易になる上に、一度によりたくさんのヘッドを作成することができるようになる。またこの時ヘッド部材の大きさを加圧体形成板の大きさの整数分の一にしておけば最も効率の良い作業とすることができるようになるのである。
【００４１】
また、加圧室８を製造する別の方法としては、加圧室形成板１にドライエッチングにより加工を行う場合において、図８に示すように、加圧室形成板１にドライエッチングを行う前にあらかじめ金を主体とする金属膜２３を加圧体形成板１９の加圧体２Ａとは反対側に形成しておくことができる。これにより、加圧体形成板１９を酸化マグネシウム単結晶板で形成することにより、後にこの加圧体形成板１９を除去する場合に容易に除去することができるようになるものであるが、逆にこの加圧体形成板を酸化マグネシウム単結晶板で形成した場合にはその熱伝導率があまり高くないので、ドライエッチングを行う時にこの酸化マグネシウム単結晶板の部分で熱がこもった状態になって、ドライエッチング状態が不安定となり、この結果としてエッチングレートが安定しなくなるので、この酸化マグネシウム基板の加圧体形成板１９とは反対側の面にこの酸化マグネシウム単結晶板よりも熱伝導率の高い放熱層を形成することで、ドライエッチング時にこの酸化マグネシウム単結晶板に熱がこもってしまうことがなくなり、この結果としてエッチングレートが安定し、より適切な加圧室が形成できる。
【００４２】
次に、加圧室形成板１に加圧室８を形成した後には、これら加圧室形成板１と加圧体形成板１９を酸性の洗浄剤で十分に洗浄する。先程述べたように、金を主体とする放熱層で覆われていることにより、この酸性洗浄剤による洗浄工程において、酸化マグネシウム単結晶板が、酸性洗浄剤によって不用意に除去されてしまうことが無くなる。
【００４３】
次に、図９に示すように酸性洗浄剤で洗浄を十分に行った後には、加圧室形成板１の加圧体形成板１９とは反対側の面にガラスよりなる基板３を直接接合法により接合する。このように加圧室形成板の他面側にガラス基板などを直接接合をする場合に、この加圧室形成板を酸性洗浄剤で洗浄しておけば、ガラス基板等との直接接合がスムーズに行われるようになるものであり、さらに、基板３をガラス基板で形成することにすれば、酸性洗浄剤によって洗浄された加圧室形成板１の他面側に、両者の鏡面同士の直接接合がスムーズに行われるようになるものである。
【００４４】
次に、直接接合により接合した後には、金を主体とする金属膜２３(本図では、図示せず)を中性またはこれに近いエッチング液、例えばヨウ素ヨウ化カリウム液で除去する。
【００４５】
次に図１０に示すように、酸化マグネシウム単結晶板による加圧体形成板１９を燐酸溶液で除去し、第二の電極層１２Ａ及び圧電層１３Ａにパターン処理を行い、加圧室８毎に個別の第二の電極層１２及び圧電層１３を構成する。
【００４６】
次に、図１１に示すように、所定の箇所をダイシングにより分割し個別の液体噴射装置のヘッド部材４を得る。このようにすれば、金を主体とする金属膜２３は中性またはこれに近い水溶液により簡単に除去することができるので、この際に下面にある酸化マグネシウムよりなる加圧体形成板１９を不用意に侵すことが無く、また、その加圧体形成板１９は燐酸溶液によって簡単に除去することができるようになり、さらに、その下面側に位置する電極は燐酸溶液によっては侵されておらず、よってその後に電極のパターン処理を行うことにより適切な加圧体２が形成されるものである。さらに、ダイシングによって個別のヘッド部材４を得るので、液体噴射口１０及び液体供給口１１は最後に分割する際に切り出されることになり、外部との境界を同一面上に容易に揃えることができるのである。
【００４７】
次に、図１２に示すように、分割された液体噴射装置のヘッド部材４に液体供給タンク部材５を接続するが、ここで、図１に示すように液体供給タンク部材５の開口部１８はヘッド部材４の液体供給口１１が形成されている面の面積よりも大きくしておき、また、液体供給タンク部材の開口部１８を可塑性材料で形成しておけば、ヘッド部材４との接続ははめ込むように行った後、熱圧着するなどすれば容易にこれら部材を接続することができるようになるのである。さらにこの時、フレキシブル基板１７を図１３に示すようにあらかじめ液体供給タンク部材５に形成しておけば、図１４に示すようにヘッド部材４との接続と同時にヘッド部材の第一の引き出し電極１５との接続も行うことができる。
【００４８】
なお、上記した液体噴射装置を図１５に示すように、インクジェットスプレーとし、液体噴射装置２０をペンなどの先に組み込み、ペンの外側には噴射量を決めるためのつまみ２１を用意しておき、スイッチ２２を押した際にはつまみ２１の値に応じたインク量の噴射を行うことで、階調に応じたインクがスプレーできるインクジェットスプレーが実現できる。さらにこの時、ペン先に組み込む液体噴射装置を少なくとも３つ以上とし、各液体噴射装置でＲＧＢの各色が同時に噴射されるようにしておけば、各色の階調に応じて複数の色のインクがスプレーできるようになるのである。さらにこの時スプレーされたインクは広範囲に広がるのでスプレーのペン先の動かし方によっては、各色の階調数は無限になり、フルカラーで着色されるスプレーが実現できるのである。また、この時のスプレーされる色は操作者の予期しない色が出たりするので、玩具や美術用のペイントスプレーとして利用できる。
【００４９】
（実施の形態２）
以下に、本発明の実施の形態２における液体噴射装置について説明する。
【００５０】
図１６は本発明の実施の形態２における液体噴射装置の要部であるヘッド部材の斜視図である。
【００５１】
図に示すように、本実施の形態のヘッド部材３０は、ガラスよりなる基板２６と、これの両面にシリコンの単結晶板よりなる圧力室形成板２５を設け、この圧力室形成板２５の多方面側には加圧体２を設けたものである。このヘッド部材３０の後方の面には、液体を供給する液体供給タンク部材５（本図では、図示せず）が接続されており、また、フレキシブル基板１７（本図では、図示せず）上に形成された第二の引き出し電極１６（本図では、図示せず）によってヘッド部材３０に形成された第一の引き出し電極１５（本図では、図示せず）と接続されている。
【００５２】
また、加圧室の両端には、外部に開口した液体噴射口３１及び液体供給口３２(本図では、図示せず)が設けられているので、実施の形態１と同様に液体供給口３２側に図１と同様の液体供給タンク部材を接続すれば、これらの構造により、液体供給タンク部材より流入された液体、例えばインクは液体供給路、液体供給口３２、加圧室及び、液体噴射口３１の順に満たされていくことになる。この時液体供給タンク部材の開口部はヘッド部材３０の液体供給口３２がある面の断面積より大きくしておけば接続が容易になる。このように、ガラスよりなる基板２６の両側に２枚以上の加圧室形成板２５を加圧体２７を当接させた側とは反対の面で接合する構造とすることで、さらに多数の液体噴射口３１及び液体供給口３２がより近接した位置に配置できることとなり、多数の圧力室をもつ液体噴射装置であってもより小型にできるようになるのである。さらにこのとき、液体噴射口３１と液体供給口３２がガラス基板２６を境にその垂直位置が互い違いになるように接着しておくことでより高密度に配置された液体噴射口３１を持つ液体噴射装置を容易に得ることができるのである。
【００５３】
以下に以上のように構成される液体噴射装置の製造工程を説明する。
【００５４】
図１７〜図２０は実施の形態２における液体噴射装置のヘッド部材の製造工程を示したものである。ここで、図１７の工程に至るまでは、発明の実施の形態１における図３〜図７までの工程と全く同じである。
【００５５】
次に、加圧室形成板２５と加圧体形成板３２の接合体を図１８に示すごとく、ガラス基板２６の両側に加圧室形成板２５の加圧体形成板３２とは反対側の面とを直接接合により接合する。この時、必要であれば液体噴射口３３と液体供給口３５がガラス基板２６を挟んで垂直位置が互い違いになるように配置する。ここでこのようにすれば、より多くの液体噴射口３３及び液体供給口３５を持つ液体噴射装置のヘッド部材３０を得ることができ、さらに液体噴射口３３と液体供給口３５を互い違いに配置しておけば、ヘッド部材３０を簡便な方法で得ることができるのである。
【００５６】
次に、加圧室形成板２５とガラス基板２６を直接接合により接合した後には、図１９に示すように酸化マグネシウムによる加圧体形成板３２を燐酸などの溶液に浸漬して全面エッチングを行い加圧体２７Ａ(ここで２７Ａとはパターニングされる前の加圧体を示す)を露出させる。この後、通常のフォトエッチングなどの方法により第二の電極２８、及び圧電層２９をパターニングする。
【００５７】
次に、図２０に示すように所定の位置を分割して個別のヘッド部材３０を得る。この方法によれば、液体噴射口３３及び液体供給口３５は最後に分割する際に切り出されるので、外部との境界を同一面上に容易に揃えることができるのである。
【００５８】
この後、液体供給タンク部材を液体供給口３５側から接合して、本実施の形態による液体噴射装置を得るが、その手順については実施の形態１と同様であるので省略する。
【００５９】
【発明の効果】
以上の説明で述べたように、液体噴射口が形成される面及び液体供給口が形成される面を最小面積に構成することができ、液体噴射装置も小型化が図れるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１における液体噴射装置の分解斜視図
【図２】 同要部である加圧室の断面図
【図３】 同製造工程を説明する断面図
【図４】 同製造工程を説明する断面図
【図５】 同製造工程を説明する断面図
【図６】 同製造工程を説明する断面図
【図７】 同製造工程を説明する断面図
【図８】 同製造工程を説明する断面図
【図９】 同製造工程を説明する断面図
【図１０】 同製造工程を説明する断面図
【図１１】 同製造工程を説明する断面図
【図１２】 同製造工程を説明する斜視図
【図１３】 同製造工程を説明する斜視図
【図１４】 同製造工程を説明する斜視図
【図１５】 本発明の実施の形態１における液体噴射装置を用いたインクジェットペンの斜視図
【図１６】 本発明の実施の形態２における液体噴射装置の要部であるヘッド部材の斜視図
【図１７】 同製造工程を説明する断面図
【図１８】 同製造工程を説明する断面図
【図１９】 同製造工程を説明する断面図
【図２０】 同製造工程を説明する断面図
【符号の説明】
４ ヘッド部材
１０ 液体噴射口
１１ 液体供給口
【発明の属する技術分野】
本発明はインクジェットプリンタのヘッド等に用いられる、インク等の流体を吐出する小型の液体噴射装置、この液体噴射装置を用いたインクジェットスプレーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種、液体噴射装置としては、加圧室を有する加圧室形成板とこの加圧室形成板の一面側に設けた加圧体と、この加圧室形成板の多面側に設けた基板とを、加圧室は基板に接する第一の開口、加圧体に接する第二の開口、加圧室外に開口した液体噴射口、加圧室内への液体供給口を有した構成となっていた。そして、上記構成において、加圧体により加圧を行えば、この加圧体が接する第二の開口から圧力が加わり、この結果として加圧室内の液体は、液体噴射口から加圧室外に噴射されるような構成となっていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の液体噴射装置においては、液体噴射口、液体供給口、加圧室を構成するためにセラミックスやステンレスなどの部材を用い、これらを接着剤などで互いに貼り合わせて立体的な構造とすることが一般的であった。この際、平板状のものを組み合わせた結果、液体噴射装置の噴射口部が形成された面が大きな面積を有しプリンタなどに応用する場合、プリンタ装置の小型化を阻む要因となる。
【０００４】
本発明は上記の問題に鑑み、液体噴射装置の液体噴射口面の面積を最小に形成することで、インクジェットプリンタ装置などの小型化を実現することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、内部に複数の加圧室が設けられた加圧室形成板と、第一の電極層としての役割を兼ねた加圧力発生層、圧電層及び第二の電極層からなる積層構造の加圧体であって、前記加圧室形成板の第一の面に設けられるとともに複数の加圧室に対応するように前記圧電層及び第二の電極層が複数個に分割されている加圧体と、前記加圧室形成板の第一の面の反対側の第二の面に設けた基板と、各第二の電極層にそれぞれ対応して接続された複数の第一の引き出し電極と、から形成されているヘッド部材を備え、該ヘッド部材の後方に液体供給タンク部材が接続されて全体が直線的に配置されているとともに、前記液体供給口、加圧室及び液体噴射口を直線上に配置したものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、内部に複数の加圧室が設けられた加圧室形成板と、第一の電極層としての役割を兼ねた加圧力発生層、圧電層及び第二の電極層からなる積層構造の加圧体であって、前記加圧室形成板の第一の面に設けられるとともに複数の加圧室に対応するように前記圧電層及び第二の電極層が複数個に分割されている加圧体と、前記加圧室形成板の第一の面の反対側の第二の面に設けた基板と、各第二の電極層にそれぞれ対応して接続された複数の第一の引き出し電極と、から形成されているヘッド部材を備え、該ヘッド部材の後方に液体供給タンク部材が接続されて全体が直線的に配置されているとともに、前記液体供給口、加圧室及び液体噴射口を直線上に配置したものであって、液体噴射口及び液体供給口の配置面積が最小限になるよう配置でき、小型の液体噴射口を提供することができるという作用を有する。
【０００７】
また本発明は、圧力変化手段を有するアクチュエータが当接された面とは反対側に当接された基板を境にして、少なくとも２枚以上の加圧室形成板が接合されているもので、多数の液体噴射口及び液体供給口がより近接した位置に配置できることとなり、多数の圧力室をもつ液体噴射口であってもより小型にできるという作用を有する。
【０００８】
また本発明は、加圧室形成板に形成した上記液体噴射口の外部への第一の開口部の位置が基板を境に互い違いになるように接合されるもので、より高密度に配置された液体噴射口を持つ液体噴射装置を容易に得ることができるという作用を有する。
【０００９】
また本発明は、各加圧室に液体を供給するために個別の加圧室に対してそれぞれ個別の液体供給口が設けられており、この液体供給口の第二の開口部に当接する外部には前記個別の供給口に一括して液体を供給する液体供給路を設けるもので、ヘッド部材と液体供給タンク部材の接続が容易で、使用の際には液体供給路に液体を満たしておくことで個別の各加圧室へ滞ることなく液体を供給できるという作用を有する。
【００１０】
また本発明は、各加圧室及び各加圧室に導通する液体噴射口及び液体供給口を有する流路構造体の形状をシリコン及びガラスよりなる材料によって構成するもので、シリコンとガラスを接着剤を使わない直接接合技術により貼り合わせることができるようになり、これにより複雑な立体形状であっても容易にその構造体を構成することができるという作用を有する。
【００１１】
また本発明は、個別供給口の開口部に当接する液体供給路の第三の開口部は、個別供給口の第二の開口部が形成された面の断面積より大きいもので、ヘッド部材と液体供給タンク部材を貼り合わせる際においてもズレが生じないので容易に接続でき、複数の液体供給口に一括して滞り無く液体を供給できるという作用を有する。
【００１２】
また本発明は、個別の加圧室に当接されたアクチュエータを駆動させる個別の電極を有し、液体供給路が形成された液体供給タンク部材の表面には前記個別の電極に接続するためのパッドが設けられ、これら個別の電極とパッドはフレキシブル電極によって接続されているもので、各加圧室に当接して形成された個別の電極への駆動信号を供給するための電極配線を容易にすることができるという作用を有する。
【００１３】
また本発明は、液体供給タンク部材の個別電極と接続させる面はフレキシブル電極があらかじめ一体化された構造となっており、その他の面は熱あるいは圧力により圧着される可塑材料が一体化された構造となっており、前記ヘッド部材に液体供給タンク部材を接続させる際に、上記フレキシブル電極及び可塑材料によって接続されるので、液体供給タンク部材とヘッド部材を接続させる作業を容易にし、接続と同時に電極の接続も行うことができるという作用を有する。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、液体供給路が形成された液体供給タンクは屈曲が可能な材料により構成されるもので、より自由な形での液体噴射装置の搭載が可能となり、例えば曲がった狭い管の内壁などに対しても噴射が可能な液体噴射装置を得ることができるという作用を有する。
【００１５】
また本発明は、ペン先の内部に液体噴射装置のヘッド部材が組み込まれ、外部に露出した手元の操作によりインク噴射量が決定され、インクを噴射することができるので、諧調の異なるインクを広範囲にスプレーすることができるという作用を有する。
【００１６】
また本発明は、加圧室形成板の一面側に加圧体を接着剤によって接着し、次にこの加圧室形成板の他面側からエッチングによって接着剤にまで達する貫通口による加圧室を形成し、その後この加圧室形成板の他面側に基板を設けるもので、加圧室を形成するに際して、加圧体を接着剤によって加圧室形成板の一面側に接着した状態でこの加圧室形成板の他面側からエッチングを行う場合においては、加圧室形成板の一面側においては接着剤が存在しているので、エッチングはこの接着材に到達した時点でこの接着剤をも容易に除去してしまうことはなく、つまりエッチングによって加圧室形成板の他面側から一面側に容易に到達する加圧室を形成することができるようになるという作用を有する。
【００１７】
また本発明は、加圧室形成板はシリコン単結晶板で形成し、エッチングはフッ素を含有するエッチングガスを用いたドライエッチングによって行うことにより、シリコン単結晶板はフッ素を含有するエッチングガスによって容易にドライエッチングすることができるという作用を有する。
【００１８】
また本発明は、加圧体の、加圧室形成板側とは反対側には加圧体形成板を一体化し、この加圧体形成板と一体化された加圧体を、加圧室形成板の一面側に接着剤によって接着することにより、まず、加圧体を加圧体形成板上で形成することにより、加圧体が作りやすくなり、しかも、これが作られた後には、その加圧体は加圧体形成板と一体化した状態で加圧室形成板に接着剤によって接着することができるので、この製造時において、効率的な作業が行われるという作用を有する。
【００１９】
また本発明は、加圧体形成板を酸化マグネシウム単結晶板で形成し、この酸化マグネシウム単結晶板の加圧室形成板とは反対側の面に、この酸化マグネシウム単結晶板よりも熱伝導性の高い放熱層を形成したもので、まず加圧体形成板を酸化マグネシウム単結晶板で形成することにより、後にこの加圧体形成板を除去する場合に容易に除去することができるようになるものであるが、逆にこの加圧体形成板を酸化マグネシウム単結晶板で形成した場合にはその熱伝導率があまり高くないので、ドライエッチングを行う時にこの酸化マグネシウム単結晶板の部分で熱がこもった状態になって、ドライエッチング状態が不安定となり、この結果としてエッチングレートが安定しなくなるので、この酸化マグネシウム基板の加圧室形成板とは反対側の面にこの酸化マグネシウム単結晶板よりも熱伝導率の高い放熱層を形成すれば、ドライエッチング時にこの酸化マグネシウム単結晶板に熱がこもってしまうことがなくなり、この結果としてエッチングレートが安定し、より適切な加圧室が形成できるようになるという作用を有する。
【００２０】
また本発明は、放熱層を金にて形成することにより、酸化マグネシウム単結晶板よりなる加圧体形成板を除去する前に、このように一体化された加圧体と加圧体形成板を酸性洗浄剤で洗浄する場合に、酸化マグネシウム単結晶板が、酸性洗浄剤によって不用意に除去されてしまうことを、この酸化マグネシウム単結晶板を金による放熱層で覆うことによって、上記不用意な除去というものが無くなるという作用を有する。
【００２１】
また本発明は、シリコン単結晶板よりなる加圧室形成板にエッチングにより加圧室の形成後、加圧室形成板と加圧体の一体化物を酸化洗浄剤で洗浄することにより、加圧室形成板の他面側にガラス基板などを直接接合をする場合に、この加圧室形成板を酸性洗浄剤で洗浄しておけば、ガラス基板との直接接合がスムーズに行われるという作用を有する。
【００２２】
また本発明は、基板をガラス基板で形成し、このガラス基板を、酸性洗浄剤による洗浄後の加圧室形成板の他面側に鏡面同士の直接接合により一体化することにより、基板をガラス基板で形成すれば、酸性洗浄剤によって洗浄された加圧室形成板の他面側に、両者の鏡面同士の直接接合がスムーズに行われるようになるという作用を有する。
【００２３】
また本発明は、金よりなる放熱層を中性またはこれに近い水溶液で除去した後、酸化マグネシウムよりなる加圧体形成板を燐酸溶液によって除去することにより、金よりなる放熱層は中性またはこれに近い水溶液により簡単に除去することができるが、その際に下面側の酸化マグネシウムよりなる加圧体形成板を不用意に侵すことなくまた、その加圧体形成板は燐酸溶液によって簡単に除去することができるようになるという作用を有する。
【００２４】
また本発明は、酸化マグネシウムよりなる加圧体形成板を燐酸溶液によって除去した後、加圧体を形成する電極のパターン処理を行うことにより、酸化マグネシウムよりなる加圧体形成板を燐酸溶液により簡単に除去することができるので、その下面側に位置する電極は燐酸溶液によっては侵されておらず、よってその後に電極のパターン処理を行うことにより適切な加圧体が形成されるという作用を有する。
【００２５】
また本発明は、加圧体を形成する電極パターン処理を行った後、ダイシングによって液体噴射口及び液体供給口の開口部が外部に露出することにより、液体供給口及び液体噴射口の開口部断面を容易に同一面上に揃えることができるという作用を有する。
【００２６】
また本発明は、ダイシングによって分割した後、液体供給タンク部材の開口部を液体供給口側を包み込むように接続し、熱圧着によってより強固な接着を行うことにより、ヘッド部材に形成された個別の液体供給口の開口部に当接する外部には前記個別の供給口に一括して液体を供給する液体供給路が導通される構造となるので、使用の際には液体供給路に液体を満たしておくことで個別の各圧力室へ滞ることなく液体を供給できるようになり、また、ヘッド部材へははめ込み式によって液体供給タンク部材の接続が容易に行えるという作用を有する。
【００２７】
また本発明は、熱圧着によって液体供給タンク部材を接続すると同時に、液体供給タンク部材にあらかじめ形成されたフレキシブル電極をヘッド部材の電極パッドに接続することにより、ヘッド部材への液体供給タンク部材の接続と同時に電気的な接続も行えるのでより製造が容易になるという作用を有する。
【００２８】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施形態１における液体噴射装置について、図面を参照しながら説明する。
【００２９】
図１は本発明の実施の形態１における液体噴射装置を示す分解斜視図である。
【００３０】
図において、１はシリコンの単結晶板よりなる加圧室形成板である。この加圧室形成板１の一面側に設けた加圧体２を、他面側にガラスよりなる基板３より形成されるヘッド部材を備えている。このヘッド部材４の後方の面には、液体を供給する液体供給タンク部材５が接続されている。また、フレキシブル基板１７上に形成された第二の引き出し電極１６によってヘッド部材４に形成された第一の引き出し電極１５と接続されている。液体供給タンク部材５は、その後方に液体流入口６が設けられており、そしてこの液体流入口６に連通するように液体供給路７が設けられており、他面側で開口した形状となっている。
【００３１】
図２は図１の液体噴射装置における要部であり、加圧室８の長手方向とは平行方向に切断した断面図である。
【００３２】
図において、加圧室形成板１の内部には複数の加圧室８が設けられており、これら加圧室８は加圧室形成板１の一面側から他面側に開口して設けられたもので、この一面側には加圧体２が接着層９によって接着され、他面側の開口部にはガラスよりなる基板３が接着剤等を用いない直接接合によって接合されている。これによって加圧室８の上下の開口部は外部からは遮断された構造となっている。一方、図１のようにこれら加圧室８の両端には、外部に開口した液体噴射口１０及び図示していないが液体供給口１１が設けられており、上記加圧室８と液体供給路７は液体供給口１１によって導通されており、これらの構造により、液体流入口６より流入された液体、例えばインクは液体供給路７、液体供給口１１、加圧室８及び、液体噴射口１０の順に満たされていくことになる。
【００３３】
一方、加圧体２は図２に示すように、上から順に白金よりなる第二の電極層１２、チタン酸ジルコン酸鉛よりなる圧電層１３、クロムあるいはチタンなどの導体材料よりなる加圧力発生層１４からなる積層構造となっている。ここで、チタン酸ジルコン酸鉛はその膜厚方向に電界を印加することにより膜厚とは垂直方向に伸縮現象を起こす材料である。また、本実施の形態で加圧力発生層１４を導体材料としたのは加圧力発生層１４に第一の電極層としての役割を兼ねさせるためであるが、加圧力発生層１４を導電材料としない場合にはさらに第一の電極層を圧電層１３と加圧力発生層１４の間に形成すれば良い。さらに、加圧力発生層１４の加圧室形成板１側の一面には接着層９が設けられており、これにより加圧体２は加圧室形成板１と接着されているのである。この第二の電極層１２と圧電層１３は加圧体２の下方にある複数の加圧室８に対応するように複数個に分割されており、それぞれの加圧室８にはその両端に液体噴射口１０及び液体供給口１１が垂直線上に配置されるように形成されている。
【００３４】
このような構成された液体噴射装置は、任意の加圧室８に対応した箇所に位置する第二の電極層１２に導通された第二の引き出し電極１６に電圧を印加すれば、加圧体２が加圧室内へ加圧を行うこととなり、内部のインクは圧力を受け、液体噴射口１０に向けて移動し、外部に噴射された場合には紙などの記録媒体へ付着し、印刷が行われる。すなわち、液体供給口１１と加圧室８と液体噴射口１０が直線上に配置されていることによって、加圧室８を複数列形成しても液体噴射口１０及び液体供給口１１の開口部が配置される面積は最小限にすることができ、よってこの最小限に形成された液体供給口１１の開口部に液体供給タンク部材５を接続すればよいので、液体噴射装置全体が直線的に配置されることとなり、このことにより、液体噴射装置を小型にできるようになるのである。このように直線的に配置できる小型の液体噴射装置は、例えばペンなどの長細いものに組み込むことができ、携帯型のインクジェットペンといったものを提供することができるのである。また、ヘッド部材４は液体噴射口１０、加圧室８、液体供給口１１が直線的に配置されていればよいだけなので、加圧室形成板１の構造が簡単であるので、製造が容易で大量生産に向いている。ここでさらに、加圧室形成板１をシリコン単結晶板で形成した場合には、エッチングによってこの加圧室形成板１に適切な加圧室８を簡単に形成することができるようになるものである。さらに、上述したように加圧室形成板１をエッチングによって作りやすくなったシリコン単結晶板に対して、基板３の材料をガラス板とすることにより、これらを鏡面同士にしておけば鏡面同士の直接接合によって容易に一体化することができる。さらに、加圧室形成板１に形成された液体供給口１１の開口部がある断面積より、液体供給タンク部材５に形成された液体供給路７の開口部の方が大きいので、個々の液体供給口１１に満遍なく、滞り無く液体を供給することができる。さらにこの時、液体供給タンク部材５の開口部１８を可塑性の材料で形成してなおかつフレキシブル基板１７をあらかじめ一体化しておけば、ヘッド部材４と熱圧着をすることによってこれらを同時に接続することができるようになる。さらに液体供給タンク部材５を屈曲可能な材料とすることにより、液体供給タンク部材５が自由に曲がるので、例えば、曲がりくねった管の内壁などでも液体を噴射させることができるようになるのである。
【００３５】
次にこれら上記液体噴射装置を製造する方法について図を用いて説明する。
【００３６】
図３〜図８は本発明の実施の形態１において液体噴射装置の製造工程を説明する断面図である。
【００３７】
まず、図３に示すように酸化マグネシウム単結晶板よりなる加圧体形成板１９に加圧体２Ａ（ここで、加圧体２Ａとはパターン処理する前の状態の加圧体２である）を構成する、第二の電極層１２Ａ（ここで、第二の電極層１２Ａとはパターン処理する前の状態の第二の電極層で、本図では図示せず）、圧電層１３Ａ（ここで圧電層１３Ａとはパターン処理する前の圧電層で、本図では図示せず）、加圧力発生層１４（本図では、図示せず）を形成する。
【００３８】
次に、図４に示すようにシリコン単結晶板よりなる加圧室形成板１に、先に形成した加圧体２が形成された加圧体形成板１９を加圧体が形成されている面を接着面にして複数枚、シリコン単結晶板よりは柔らかい接着剤を加圧体２Ａの全面に塗布して接着する。
【００３９】
次に図５及び図６に示すように、加圧室形成板１の加圧体２Ａが接着された側とは反対側より、フッ素を含有するドライエッチングガス、例えば六フッ化硫黄を用いてドライエッチングによって液体噴射口１０、及び液体供給口１１を形成する。この際、図５及び図６では、液体噴射口１０及び液体供給口１１の深さを違えるために段階的にエッチングを行っているが、この必要がなければ同じ深さで良いので、エッチングは１回のみでよい。
【００４０】
次に図７に示すように、加圧室８を加圧室形成板１を貫通するまで、同様に六フッ化硫黄を用いたドライエッチングによって形成する。このように加圧室８を形成するに際して、加圧体２Ａを接着剤によって加圧室形成板１の一面側に接着した状態でこの加圧室形成板１の他面側からエッチングを行う場合においては、加圧室形成板１の一面側においては接着剤が存在しているので、エッチングはこの接着剤に到達した時点でこの接着剤をも容易に除去してしまうことはなく、つまりエッチングによって加圧室形成板１の他面側から一面側に容易に到達する加圧室８を形成することができる。さらに、加圧体２は、加圧体形成板１９と一体化された状態で、加圧室形成板１の一面側に接着剤によって接着する。このように、まず、加圧体２Ａを加圧体形成板１９上で形成することにより、加圧体２が作りやすくなり、しかも、これが作られた後には、その加圧体２は加圧体形成板１９と一体化した状態で加圧室形成板１に接着剤によって接着することができるので、この製造時において、効率的な作業が行われるようになるのである。さらに、一般に加圧体形成板として使用する酸化マグネシウム単結晶基板は４０ｍｍ角以上の大きなものを製造することが困難であるが、シリコン単結晶基板はずっと大きなものを作ることができる。しかしながら大きなシリコン単結晶基板に複数枚の加圧体形成板を貼ってから作業を行うので、取り扱いが容易になる上に、一度によりたくさんのヘッドを作成することができるようになる。またこの時ヘッド部材の大きさを加圧体形成板の大きさの整数分の一にしておけば最も効率の良い作業とすることができるようになるのである。
【００４１】
また、加圧室８を製造する別の方法としては、加圧室形成板１にドライエッチングにより加工を行う場合において、図８に示すように、加圧室形成板１にドライエッチングを行う前にあらかじめ金を主体とする金属膜２３を加圧体形成板１９の加圧体２Ａとは反対側に形成しておくことができる。これにより、加圧体形成板１９を酸化マグネシウム単結晶板で形成することにより、後にこの加圧体形成板１９を除去する場合に容易に除去することができるようになるものであるが、逆にこの加圧体形成板を酸化マグネシウム単結晶板で形成した場合にはその熱伝導率があまり高くないので、ドライエッチングを行う時にこの酸化マグネシウム単結晶板の部分で熱がこもった状態になって、ドライエッチング状態が不安定となり、この結果としてエッチングレートが安定しなくなるので、この酸化マグネシウム基板の加圧体形成板１９とは反対側の面にこの酸化マグネシウム単結晶板よりも熱伝導率の高い放熱層を形成することで、ドライエッチング時にこの酸化マグネシウム単結晶板に熱がこもってしまうことがなくなり、この結果としてエッチングレートが安定し、より適切な加圧室が形成できる。
【００４２】
次に、加圧室形成板１に加圧室８を形成した後には、これら加圧室形成板１と加圧体形成板１９を酸性の洗浄剤で十分に洗浄する。先程述べたように、金を主体とする放熱層で覆われていることにより、この酸性洗浄剤による洗浄工程において、酸化マグネシウム単結晶板が、酸性洗浄剤によって不用意に除去されてしまうことが無くなる。
【００４３】
次に、図９に示すように酸性洗浄剤で洗浄を十分に行った後には、加圧室形成板１の加圧体形成板１９とは反対側の面にガラスよりなる基板３を直接接合法により接合する。このように加圧室形成板の他面側にガラス基板などを直接接合をする場合に、この加圧室形成板を酸性洗浄剤で洗浄しておけば、ガラス基板等との直接接合がスムーズに行われるようになるものであり、さらに、基板３をガラス基板で形成することにすれば、酸性洗浄剤によって洗浄された加圧室形成板１の他面側に、両者の鏡面同士の直接接合がスムーズに行われるようになるものである。
【００４４】
次に、直接接合により接合した後には、金を主体とする金属膜２３(本図では、図示せず)を中性またはこれに近いエッチング液、例えばヨウ素ヨウ化カリウム液で除去する。
【００４５】
次に図１０に示すように、酸化マグネシウム単結晶板による加圧体形成板１９を燐酸溶液で除去し、第二の電極層１２Ａ及び圧電層１３Ａにパターン処理を行い、加圧室８毎に個別の第二の電極層１２及び圧電層１３を構成する。
【００４６】
次に、図１１に示すように、所定の箇所をダイシングにより分割し個別の液体噴射装置のヘッド部材４を得る。このようにすれば、金を主体とする金属膜２３は中性またはこれに近い水溶液により簡単に除去することができるので、この際に下面にある酸化マグネシウムよりなる加圧体形成板１９を不用意に侵すことが無く、また、その加圧体形成板１９は燐酸溶液によって簡単に除去することができるようになり、さらに、その下面側に位置する電極は燐酸溶液によっては侵されておらず、よってその後に電極のパターン処理を行うことにより適切な加圧体２が形成されるものである。さらに、ダイシングによって個別のヘッド部材４を得るので、液体噴射口１０及び液体供給口１１は最後に分割する際に切り出されることになり、外部との境界を同一面上に容易に揃えることができるのである。
【００４７】
次に、図１２に示すように、分割された液体噴射装置のヘッド部材４に液体供給タンク部材５を接続するが、ここで、図１に示すように液体供給タンク部材５の開口部１８はヘッド部材４の液体供給口１１が形成されている面の面積よりも大きくしておき、また、液体供給タンク部材の開口部１８を可塑性材料で形成しておけば、ヘッド部材４との接続ははめ込むように行った後、熱圧着するなどすれば容易にこれら部材を接続することができるようになるのである。さらにこの時、フレキシブル基板１７を図１３に示すようにあらかじめ液体供給タンク部材５に形成しておけば、図１４に示すようにヘッド部材４との接続と同時にヘッド部材の第一の引き出し電極１５との接続も行うことができる。
【００４８】
なお、上記した液体噴射装置を図１５に示すように、インクジェットスプレーとし、液体噴射装置２０をペンなどの先に組み込み、ペンの外側には噴射量を決めるためのつまみ２１を用意しておき、スイッチ２２を押した際にはつまみ２１の値に応じたインク量の噴射を行うことで、階調に応じたインクがスプレーできるインクジェットスプレーが実現できる。さらにこの時、ペン先に組み込む液体噴射装置を少なくとも３つ以上とし、各液体噴射装置でＲＧＢの各色が同時に噴射されるようにしておけば、各色の階調に応じて複数の色のインクがスプレーできるようになるのである。さらにこの時スプレーされたインクは広範囲に広がるのでスプレーのペン先の動かし方によっては、各色の階調数は無限になり、フルカラーで着色されるスプレーが実現できるのである。また、この時のスプレーされる色は操作者の予期しない色が出たりするので、玩具や美術用のペイントスプレーとして利用できる。
【００４９】
（実施の形態２）
以下に、本発明の実施の形態２における液体噴射装置について説明する。
【００５０】
図１６は本発明の実施の形態２における液体噴射装置の要部であるヘッド部材の斜視図である。
【００５１】
図に示すように、本実施の形態のヘッド部材３０は、ガラスよりなる基板２６と、これの両面にシリコンの単結晶板よりなる圧力室形成板２５を設け、この圧力室形成板２５の多方面側には加圧体２を設けたものである。このヘッド部材３０の後方の面には、液体を供給する液体供給タンク部材５（本図では、図示せず）が接続されており、また、フレキシブル基板１７（本図では、図示せず）上に形成された第二の引き出し電極１６（本図では、図示せず）によってヘッド部材３０に形成された第一の引き出し電極１５（本図では、図示せず）と接続されている。
【００５２】
また、加圧室の両端には、外部に開口した液体噴射口３１及び液体供給口３２(本図では、図示せず)が設けられているので、実施の形態１と同様に液体供給口３２側に図１と同様の液体供給タンク部材を接続すれば、これらの構造により、液体供給タンク部材より流入された液体、例えばインクは液体供給路、液体供給口３２、加圧室及び、液体噴射口３１の順に満たされていくことになる。この時液体供給タンク部材の開口部はヘッド部材３０の液体供給口３２がある面の断面積より大きくしておけば接続が容易になる。このように、ガラスよりなる基板２６の両側に２枚以上の加圧室形成板２５を加圧体２７を当接させた側とは反対の面で接合する構造とすることで、さらに多数の液体噴射口３１及び液体供給口３２がより近接した位置に配置できることとなり、多数の圧力室をもつ液体噴射装置であってもより小型にできるようになるのである。さらにこのとき、液体噴射口３１と液体供給口３２がガラス基板２６を境にその垂直位置が互い違いになるように接着しておくことでより高密度に配置された液体噴射口３１を持つ液体噴射装置を容易に得ることができるのである。
【００５３】
以下に以上のように構成される液体噴射装置の製造工程を説明する。
【００５４】
図１７〜図２０は実施の形態２における液体噴射装置のヘッド部材の製造工程を示したものである。ここで、図１７の工程に至るまでは、発明の実施の形態１における図３〜図７までの工程と全く同じである。
【００５５】
次に、加圧室形成板２５と加圧体形成板３２の接合体を図１８に示すごとく、ガラス基板２６の両側に加圧室形成板２５の加圧体形成板３２とは反対側の面とを直接接合により接合する。この時、必要であれば液体噴射口３３と液体供給口３５がガラス基板２６を挟んで垂直位置が互い違いになるように配置する。ここでこのようにすれば、より多くの液体噴射口３３及び液体供給口３５を持つ液体噴射装置のヘッド部材３０を得ることができ、さらに液体噴射口３３と液体供給口３５を互い違いに配置しておけば、ヘッド部材３０を簡便な方法で得ることができるのである。
【００５６】
次に、加圧室形成板２５とガラス基板２６を直接接合により接合した後には、図１９に示すように酸化マグネシウムによる加圧体形成板３２を燐酸などの溶液に浸漬して全面エッチングを行い加圧体２７Ａ(ここで２７Ａとはパターニングされる前の加圧体を示す)を露出させる。この後、通常のフォトエッチングなどの方法により第二の電極２８、及び圧電層２９をパターニングする。
【００５７】
次に、図２０に示すように所定の位置を分割して個別のヘッド部材３０を得る。この方法によれば、液体噴射口３３及び液体供給口３５は最後に分割する際に切り出されるので、外部との境界を同一面上に容易に揃えることができるのである。
【００５８】
この後、液体供給タンク部材を液体供給口３５側から接合して、本実施の形態による液体噴射装置を得るが、その手順については実施の形態１と同様であるので省略する。
【００５９】
【発明の効果】
以上の説明で述べたように、液体噴射口が形成される面及び液体供給口が形成される面を最小面積に構成することができ、液体噴射装置も小型化が図れるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１における液体噴射装置の分解斜視図
【図２】 同要部である加圧室の断面図
【図３】 同製造工程を説明する断面図
【図４】 同製造工程を説明する断面図
【図５】 同製造工程を説明する断面図
【図６】 同製造工程を説明する断面図
【図７】 同製造工程を説明する断面図
【図８】 同製造工程を説明する断面図
【図９】 同製造工程を説明する断面図
【図１０】 同製造工程を説明する断面図
【図１１】 同製造工程を説明する断面図
【図１２】 同製造工程を説明する斜視図
【図１３】 同製造工程を説明する斜視図
【図１４】 同製造工程を説明する斜視図
【図１５】 本発明の実施の形態１における液体噴射装置を用いたインクジェットペンの斜視図
【図１６】 本発明の実施の形態２における液体噴射装置の要部であるヘッド部材の斜視図
【図１７】 同製造工程を説明する断面図
【図１８】 同製造工程を説明する断面図
【図１９】 同製造工程を説明する断面図
【図２０】 同製造工程を説明する断面図
【符号の説明】
４ ヘッド部材
１０ 液体噴射口
１１ 液体供給口
Claims (2)
- 内部に複数の加圧室が設けられた加圧室形成板と、
第一の電極層としての役割を兼ねた加圧力発生層、圧電層及び第二の電極層からなる積層構造の加圧体であって、前記加圧室形成板の第一の面に設けられるとともに複数の加圧室に対応するように前記圧電層及び第二の電極層が複数個に分割されている加圧体と、
前記加圧室形成板の第一の面の反対側の第二の面に設けた基板と、
各第二の電極層にそれぞれ対応して接続された複数の第一の引き出し電極と、
から形成されているヘッド部材を備え、
該ヘッド部材の後方に液体供給タンク部材が接続されて全体が直線的に配置されている液体噴射装置であって、
各加圧室は、前方端及び後方端にそれぞれ液体噴射口及び液体供給口を有しており、前記ヘッド部材は、複数の液体噴射口がそれぞれ外部へ開口する複数の第一の開口部及び複数の液体供給口がそれぞれ外部へ開口する複数の第二の開口部を有しており、
前記液体供給タンク部材は、液体供給路と、該液体供給路が液体供給タンク部材の前方側で開口する第三の開口部と、第一の引き出し電極を介して第二の電極層に導通される第二の引き出し電極を備えたフレキシブル基板とを有しており、
任意の加圧室に対応した箇所に位置する第二の電極層に導通された第二の引き出し電極に電圧を印加すれば、加圧体が対応する加圧室内へ加圧を行い、加圧室内部の液体は圧力を受けて対応する液体噴射口に向けて移動し外部に噴射されるようになっており、
前記液体供給口、加圧室及び液体噴射口は直線上に配置されており、
第三の開口部は、可塑性の材料で形成されており、その断面積は、複数の第二の開口部が面する前記ヘッド部材の後方端面の断面積より大きく、前記フレキシブル基板は前記液体供給タンク部材にあらかじめ一体化されており、前記ヘッド部材の後方端を第三の開口部にはめ込んで熱圧着することにより、前記ヘッド部材と前記液体供給タンク部材とを接続して第三の開口部から個々の液体供給口に液体を供給できるようにすると同時に前記第一の引き出し電極と前記第二の引き出し電極とを電気的に接続することを特徴とする液体噴射装置。 - 液体供給路が形成された液体供給タンク部材は屈曲が可能な材料により構成されていることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射装置。
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