JP5901444B2

JP5901444B2 - 液体吐出ヘッド

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Inventors: 陽平中村; 中窪　亨; 亨中窪; 亮太賀集
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Description

本発明は、液体を吐出する液体吐出ヘッドに関する。

インクを吐出して記録媒体に画像を記録するインクジェット記録装置には、一般的に、インクを吐出する液体吐出ヘッドが搭載されている。液体吐出ヘッドにインクを吐出させる機構として、圧電素子によって容積が収縮可能な圧力室を利用した機構が知られている。この機構では、電圧が印加された圧電素子の変形により圧力室が収縮することによって、圧力室内のインクが、圧力室の一端に形成された吐出口から吐出される。このような機構を有する液体吐出ヘッドの一つとして、圧力室の１つまたは２つの内壁面が圧電素子で構成された、いわゆるシェアモードタイプと呼ばれる液体吐出ヘッドが知られている。シェアモードタイプの液体吐出ヘッドでは、圧電素子を電圧印加により伸長変形および収縮変形させるのではなく、せん断変形させることによって、圧力室を収縮させている。

工業用途のインクジェット記録装置では、高粘度の液体を使用したいという要求がある。高粘度の液体を吐出するためには、液体吐出ヘッドにより大きな吐出力が求められる。この要求に対し、断面形状が円形や矩形の筒形状の圧電部材で圧力室が形成された、いわゆるグールドタイプと呼ばれる液体吐出ヘッドが提案されている。グールドタイプの液体吐出ヘッドでは、圧電部材が圧力室の中心に対して内外方向（径方向）に伸長変形および収縮変形することにより、圧力室は膨張または収縮する。グールドタイプの液体吐出ヘッドは、圧力室の壁面が全て変形し、その変形がインクの吐出力に寄与するため、１つまたは２つの壁面が圧電素子で形成されたシェアモードタイプと比較して、大きな液体吐出力を得ることができる。

グールドタイプの液体吐出ヘッドにおいてより高い解像度を得るためには、複数の吐出口をより高密度に配置する必要がある。これに伴い、各吐出口に対応する圧力室も高密度に配置する必要がある。特許文献１には、圧力室を高密度に形成可能な、グールドタイプの液体吐出ヘッドの製造方法が開示されている。

特許文献１に開示された製造方法では、まず、複数の圧電プレートの各々に、互いに同じ方向に延びた複数の溝が形成される。その後、複数の圧電プレートは、溝の方向を揃えられて積層され、溝の方向と直交する方向に切断される。切断された圧電プレートは、溝部分が圧力室の内壁面を構成する。その後、各圧力室を分離するために圧力室間に存在する圧電部材を一定の深さまで除去する。圧力室が完成した圧電プレートの上下に、供給路プレートおよびインクプールプレートと、プリント配線基板およびノズルプレートとがそれぞれ接続されて、液体吐出ヘッドが完成する。この製造方法によれば、圧力室をマトリックス状に配置することができ、そのため、圧力室の高密度な配置が可能となる。また、この製造方法によれば、圧電プレートに孔を開けるよりも、圧電プレートに溝を形成する方が加工性が良いため、精度良く圧力室を形成することができる。

特開２００７−１６８３１９号公報

特許文献１に開示された製造方法で製造された液体吐出ヘッドは、複数の圧力室を、空間で隔てて配置している。すなわち、各圧力室を構成する壁部がそれぞれ独立して構成されている。そのため、特に、高粘度の液体を吐出するため（つまり液体の吐出力を大きくするため）に圧力室の長さ（高さ）を大きくした場合、液体吐出ヘッドの剛性が低くなってしまう。剛性が低くなると圧力室が折れやすくなり、それにより液体が吐出できなくなる場合がある。

また、複数の圧電プレートが積層された液体吐出ヘッドでは、圧電プレートの位置合わせ誤差により積層ずれが発生し、各圧力室の変形量が異なってしまい、吐出口ごとに吐出性能がばらついてしまう場合がある。

そこで本発明は、圧力室周囲の剛性を向上させるとともに、積層ずれによる吐出口間の吐出性能のばらつきを低減可能な液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明の液体吐出ヘッドは、液体を吐出するための吐出口にそれぞれ連通し、吐出口から吐出される液体を貯留するための筒状の複数の圧力室であって、各圧力室を構成する壁部が圧電部材で形成され、圧電部材の変形により吐出口から液体を吐出させる複数の圧力室と、各圧力室の周囲に圧力室から間隔をおいて配置された複数の空間部と、を有する液体吐出ヘッドであって、圧電部材から形成された第１の基板と、圧電部材から形成された第２の基板とが交互に積層された積層体を有し、第１の基板の一方の面には、第１の方向に延び、第２の基板と共に圧力室を構成する複数の第１の溝と、第１の溝と交互に配置され、第２の基板と共に空間部を構成する複数の第２の溝とが形成され、第２の基板の、第１の基板の一方の面に接する面とは反対側の面には、第１の方向に延び、第１の基板と共に空間部を構成する複数の第３の溝が形成され、第１の基板の第１の溝には、第１の溝の内面から第１の溝の両外側にまで延びる内面電極が形成され、第２の基板の、第１の基板の一方の面に接する面には、第１の溝に対向する位置に、第１の方向に延びる対向電極が形成され、第１の方向と積層体の積層方向とに垂直な第２の方向において、内面電極の幅Ｗ₁と、対向電極の幅Ｗ₂と、第１の溝の幅Ｗ_Pとが、Ｗ_P＜Ｗ₂＜Ｗ₁の関係を満たしている。

本発明によれば、圧力室周囲の剛性を向上させるとともに、積層ずれによる吐出口間の吐出性能のばらつきを低減可能な液体吐出ヘッドを提供することができる。

本発明のインクジェットヘッドユニットの概略斜視図である。本発明のインクジェットヘッドユニットの概略分解斜視図である。インクジェットヘッドの概略斜視図である。インクジェットヘッドユニットの製造方法を示すフローチャートである。第１の圧電基板の加工工程を示すフローチャートである。第１の圧電基板の概略平面図である。第１の圧電基板の加工工程を示す概略斜視図である。図７（ｃ）のＡ−Ａ’線およびＢ−Ｂ’線に沿った概略断面図である。第２の圧電基板の加工工程を示すフローチャートである。第２の圧電基板の概略平面図である。第２の圧電基板の加工工程を示す概略斜視図である。図１１（ｂ）のＡ−Ａ’線に沿った概略断面図である。第４の基板の変形例を示す概略斜視図である。第１および第２の圧電基板の積層工程を示す概略斜視図である。引き出し配線（ＧＮＤ）のパターンを示す概略斜視図である。図１５のＡ−Ａ’線に沿った概略断面図である。図１５のＢ−Ｂ’線に沿った概略断面図である。引き出し配線（ＳＩＧ）のパターンを示す概略斜視図である。図１８のＡ−Ａ’線に沿った概略断面図である。後方絞りプレートを拡大して示す平面図および側断面図である。プレート接着工程を示す概略斜視図である。オリフィスプレートを拡大して示す平面図および側断面図である。配線実装工程を示す概略斜視図である。図３の領域Ａ付近を拡大して示す概略平面図である。第１の電極と第５の電極との位置関係を模式的に示す平面図である。個別液室の収縮断面積のシミュレーション結果を示すグラフである。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

図１および図２はそれぞれ、本発明の液体吐出ヘッドとしてのインクジェットヘッドユニットの一実施形態を示す斜視図および分解斜視図である。

図１および図２を参照すると、インクジェットヘッドユニット１０１は、オリフィスプレート３０４と、インクジェットヘッド３０３と、後方絞りプレート３０２と、共通液室３０１とを有し、これらはこの順に積層接合されて構成されている。インクジェットヘッド３０３には、図２に示すように、液体（インク）を貯留するための複数の個別液室（圧力室）３０７と、各個別液室３０７の周囲に、個別液室３０７から間隔を置いて配置された複数の空気室（空間部）３０８とが設けられている。共通液室３０１は、後方絞りプレート３０２を介して、インクジェットヘッド３０３の個別液室３０７と連通している。インクジェットヘッド３０３から外部への配線は、インクジェットヘッド３０３の端面から、第１および第２のフレキシブル基板（ＦＰＣ）３１０，３１１によって引き出されている。オリフィスプレート３０４には、各個別液室３０７に対応して格子状に配置され、個別液室３０７で加圧されたインクが液滴として吐出する複数の吐出口３０９が設けられている。

図３は、本実施形態のインクジェットヘッド３０３の構成を示す概略斜視図である。図３では、後述する各電極の図示は省略している。以下の説明では、図３に示すように、基板に平行な面をｘｙ平面とし、基板に垂直な方向をｚ方向とする。

インクジェットヘッド３０３は、第１の圧電基板５０１と第２の圧電基板５０２とがｚ方向に交互に積層された積層体を有している。第１の圧電基板５０１の一方の面には、複数の第１の溝５０３と、第１の溝５０３と交互に配置された複数の第２の溝５０４とが形成されている。一方、第２の圧電基板５０２の一方の面には、複数の第３の溝５０７が形成されている。各溝５０３，５０４，５０７は、それぞれｘ方向（第１の方向）に延びている。第１の圧電基板５０１と第２の圧電基板５０２とは、溝が形成された面（溝形成面）と溝が形成されていない面とが接するように積層されている。この結果、第１の溝５０３と第２の圧電基板５０２とによって、筒状に延びる上述の個別液室３０７が構成される。また、第２の溝５０４と第２の圧電基板５０２、および、第３の溝５０７と第１の圧電基板５０１とによって、個別液室３０７と平行に延びる上述の空気室３０８がそれぞれ形成される。こうして形成された空気室３０８は、ｙｚ平面において、格子状に配置された個別液室３０７の間に挟まれるように配置されている。また、これら積層体を挟むように、積層方向（ｚ方向）の両端には、第３の基板５１０および第４の基板５１１が設けられている。第３の基板５１０および第４の基板５１１は、積層した基板全体の反りを矯正する役目を果たしている。

本実施形態では、個別液室３０７を構成する壁部と、空気室３０８を構成する壁部とが互いに連結するように構成されている。これにより、個別液室３０７の周囲の剛性を高めることが可能となる。

次に、図４のフローチャートに沿って、本実施形態のインクジェットヘッドの製造方法について説明する。以下では、５×５の圧力室を有するインクジェットヘッドの場合を例に挙げて説明するが、異なる数の圧力室を有するインクジェットヘッドの場合であっても、溝の数や圧電基板の積層数を変更することにより、同様の工程で製造可能である。

（ステップＳ１）第１の圧電基板加工
図５は、第１の圧電基板の加工工程を示すフローチャートである。図６は、後述の溝加工を施した状態の第１の圧電基板を示す平面図である。図７は、第１の圧電基板の加工工程を示す概略斜視図である。図６の第１の圧電基板５０１には、５つの個別液室３０７（および空気室３０８）に対応する溝が５セット配置されているが、図７には、そのうちの１セットのみの斜視図を示し、以下、第１の圧電基板の加工工程は、その１セットのみの場合について説明する。

まず、図７（ａ）に示すように、圧電部材で形成された、所望の厚みおよび形状を有する平板状の第１の圧電基板５０１を準備する。第１の圧電基板５０１としては、例えば、１９ｍｍ×７０ｍｍ×０．２４ｍｍのＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）基板が好適である。そして、第１の圧電基板５０１上に、超砥粒ホイールによる研削加工によって、第１の露光用アライメント溝５１４（図７には図示せず、図６参照）を形成する。後述の溝加工工程では、この第１の露光用アライメント溝５１４を基準に溝の加工を行う。第１の露光用アライメント溝５１４は、基板端からの距離によって位置決めしてもよく、あるいは、本工程に先立ち、フォトリソグラフィによって目印となる金属パターンなどを基板に形成しておき、これに基づいて位置決めしてもよい。

次に、第１の圧電基板５０１に溝加工を行う（ステップＳ１０１）。

具体的には、まず、図７（ｂ）に示すように、平板状の第１の圧電基板５０１に、複数の第１の溝５０３を形成する。本実施形態では、第１の圧電基板５０１の一方の側面から進入した超砥粒ホイールを途中で引き戻すことで、第１の側面８０４に開口し、第２の側面８０５には開口しない第１の溝５０３を形成する。インクジェットヘッドの液室を構成するのに好適な第１の溝５０３の寸法は、例えば、溝幅が０．１２ｍｍ、溝深さが０．１２ｍｍ、溝のピッチが０．７０６ｍｍ（３６ｎｐｉ（ｎｏｚｚｌｅｓｐｅｒｉｎｃｈ）相当）である。

さらに、この第１の溝５０３に加え、溝の配列方向の両外側に、後述の接合工程での接着剤の逃げ溝として機能させる溝を形成する（図７には図示せず、図６参照）。また、後述のチップ積層工程でのアライメントのために、第１の接合用アライメント溝５１３（図７には図示せず、図６参照）を形成する。

次に、図７（ｃ）に示すように、平板状の第１の圧電基板５０１に、複数の第１の溝５０３と交互に配置されるように、複数の第２の溝５０４を形成する。本実施形態では、第１の溝５０３とは逆に、第１の側面８０４には開口せず、第２の側面８０５に開口する第２の溝５０４を形成する。インクジェットヘッドを構成するのに好適な寸法は、例えば、第１の溝５０３と第２の溝５０４との間の壁幅が０．１２ｍｍ、第２の溝５０４の溝幅が０．３４６ｍｍ、第２の溝５０４の溝深さが０．１４ｍｍである。

次に、第１の圧電基板５０１に電極形成を行う（ステップＳ１０２）。具体的には、図７（ｄ）に示すように、第１の溝５０３に第１の電極（ＳＩＧ）５０５を形成し、第２の溝５０４に第２の電極（ＧＮＤ）５０６を形成する。そして、図７（ｅ）に示すように、第１の圧電基板５０１の溝形成面の反対側の面（裏面）に、金属膜で構成された第１の共通配線８０２および第２の共通配線８０３を形成する。第１の共通配線８０２と第２の共通配線８０３のパターンは、溝が延びる方向に垂直な方向（ｙ方向）に分断されている。

電極のパターニングは、リフトオフによるパターニングや、レーザーや研磨によるパターニングなどで行うことができる。以下、一例として、図８（ａ）から図８（ｄ）を参照しながら、リフトオフによる電極パターニング方法について説明する。図８（ａ）から図８（ｄ）は、図７（ｃ）のＡ−Ａ’に沿った断面をそれぞれ示している。

第１の圧電基板５０１の溝形成面には、溝加工により凹凸があるため、通常のスピンコーターによる塗布方法では、均一なレジスト膜を形成することが難しい。そこで、フィルムレジストのラミネートやスプレーコータによる塗布が適している。溝の内部を均一に露光することは困難であるため、レジストには溝の外部だけを露光すればよいネガタイプのレジストを用いるのが好ましい。

まず、図８（ａ）に示すように、第１の圧電基板５０１の上にフィルムレジスト９０２をラミネートする。第１の圧電基板５０１は焼結体であるため、その表面に１０μｍ程度のボイドが点在する。そのため、フィルムレジスト９０２が薄すぎると、フィルムのボイド上部にあたる部分にパターン欠損が生じてしまう。そこで、フィルムレジスト９０２として、十分な厚さ、例えば４０μｍ以上のものを用いることが好ましい。

次に、図８（ｂ）に示すように、露光・現像により、フィルムレジスト９０２のパターニングを行う。リフトオフでは、電極パターンを残したくない部分にレジストが残るように、フォトリソグラフィでレジストパターンを形成する。このとき、以降の工程で溝の側壁全体にわたって金属層が成膜されるように、レジストのパターン幅を壁幅（溝を隔てる隔壁の幅）よりも小さくしておくことが好ましい。例えば、０．１２ｍｍの壁幅に対して、レジストパターン幅を０．０６ｍｍとする。

次に、図８（ｃ）に示すように、スパッタリングや蒸着によって、レジストのパターンを含めて基板全面に、電極となる金属層を形成する。スパッタリングは、溝側壁への成膜性が優れており、蒸着は、リフトオフでのパターニングしやすさに優れている。

そして、図８（ｄ）に示すように、レジストを除去することで、レジスト上部に成膜されていた金属膜をレジストと共に剥離して、最終的に、所望の金属膜のパターンを形成する。

電極は、例えば下地層としてＣｒを２０ｎｍ程度成膜し、さらに電極層としてＡｕを１０００ｎｍ程度成膜することで形成することができる。あるいは、下地層として、Ｃｒを２０ｎｍ程度、さらにＰｄを５０ｎｍ程度成膜してパターニングし、さらにＰｄをシード層としてＮｉめっきを１０００ｎｍ程度行い、表面のＮｉをＡｕに置換めっきすることによっても形成することができる。特に、後者のめっきによる方法の方が、リフトオフ時の膜厚が薄いため、バリが残りにくく、パターニング性が向上するだけでなく、表面のみにＡｕを使用するため低コストである。

一方で、レーザーや研磨を用いた電極パターニングでは、まず、スパッタリングや蒸着、無電解めっきなどによって、基板全面に金属膜を成膜する。このとき、金属膜は、第１の溝５０３が開口している第１の側面８０４と、第２の溝５０４が開口している第２の側面８０５にも成膜される。そして、レーザーや研磨によって、成膜された金属膜の不要な部分、つまり溝形成面の表面部分の金属膜を除去することで、所望の電極パターンを形成する。第１の電極（ＳＩＧ）５０５同士は、第１の側面８０４に成膜された金属膜を介して導通した状態であり、第２の電極（ＧＮＤ）５０６同士は、第２の側面８０５に成膜された金属膜を介して導通した状態である。

共通配線のパターニングは、フォトレジストのフォトリソグラフィを利用したリフトオフやエッチングといった方法や、レーザー、ダイシング、フライス加工などで不要部分を除去する方法によって行うことができる。特に、電極のパターニングの場合と異なり、溝形成面の裏面には凹凸がないため、通常のスピンコートによるレジスト塗布でも、均一なレジスト膜を形成することができる。図８（ｅ）から図８（ｈ）は、フォトリソグラフィによるリフトオフ法を用いた共通配線のパターニングの工程図であり、図７（ｃ）のＢ−Ｂ’に沿った断面をそれぞれ示している。電極のパターニングの場合と同様に、溝形成面の裏面にフィルムレジスト９０３を成膜し（図８（ｅ）参照）、レジストパターニング後（図８（ｆ）参照）、金属層を成膜し（図８（ｇ）参照）、レジストの除去を行う（図８（ｈ）参照）。また、電極のパターニングの場合と同様に、Ｐｄの薄膜を成膜しておき、これをシード層としてめっきによって厚い電極を形成することも可能である。

第１の共通配線８０２は、第１の溝５０３が開口している第１の側面８０４を介して第１の電極（ＳＩＧ）５０５と電気的に接続されている。一方、第２の共通配線８０３は、第２の溝５０４が開口している第２の側面８０５を介して第２の電極（ＧＮＤ）５０６と電気的に接続されている。

次に、図７（ｆ）に示すように、第１の圧電基板５０１に分極処理を行う（ステップＳ１０３）。

本実施形態では、第１の溝５０３を構成する壁部を異なる３方向に分極処理する。第１の電極（ＳＩＧ）５０５を正電位とし、第２の電極５０６（ＧＮＤ）および第３の電極（ＧＮＤ）５０８をＧＮＤ電位として、両電極間に高電界を印加する。具体的には、１００〜１５０℃程度に加熱した状態で、１〜２ｋＶ／ｍｍ程度の高電界を、第１の電極（ＳＩＧ）５０５と第２の電極（ＧＮＤ）５０６との間に所定の時間印加する。溝形成面の裏面に形成された第１の共通配線８０２および第２の共通配線８０３はパターンサイズが大きいため、それらを電極パッドとして利用することで、高電界を発生する電源装置と容易に配線することができる。各流路隔壁（溝を隔てる隔壁）上での電極の間隔は０．０６ｍｍと狭く、空気中で１〜２ｋＶ／ｍｍの高電界を印加すると、空中放電や沿面放電を生じる可能性が高い。そのため、例えばシリコーンオイル（絶縁破壊電圧：１０ｋＶ／ｍｍ以上）のような絶縁性の高いオイルなどの中で分極処理を行うことが望ましい。シリコーンオイルは、分極後に、キシレン、ベンゼン、トルエンといった炭化水素系溶剤や、塩化メチレン、１．１．１−トリクロロエタン、クロロベンゼンといった塩素化炭化水素系溶剤によって除去可能である。

分極後、必要に応じてエージング処理を行う。つまり、分極処理が施された第１の圧電基板５０１を昇温した状態で一定の時間に保持することによって、その圧電特性を安定化させる。エージング処理は、例えば、１００℃のオーブンに、分極処理が施された第１の圧電基板５０１を１０時間放置する。

最後に、チップ分離を行う（ステップＳ１０４）。

具体的には、まず、図７（ｇ）に示すように、第１の溝５０３が除去面に開口するように、第１の圧電基板５０１の第２の側面８０５側の一部を除去する。除去方法としては、ダイシングや研磨、レーザーアブレーションなどが挙げられる。第１の溝５０３は、個別液室３０７として機能するために、対応する側面に開口している必要がある。この工程では、第１の側面８０５に形成された第２の共通電極８０３も除去される。そのため、第２の溝５０４内の第２の電極（ＧＮＤ）５０６同士は、互いに電気的に分離された状態となり、第２の電極（ＧＮＤ）５０６と溝形成面の裏面に形成された第２の共通配線８０３も、電気的に分離された状態となる。

その後、図７（ｈ）に示すように、第１の側面８０４に形成された第１の共通配線８０２を除去する。除去方法としては、ダイシングや研磨、レーザーアブレーションなどが挙げられる。この工程によって、第１の側面８０４上の第１の共通配線８０２が除去されるため、第１の溝５０３内の第１の電極（ＳＩＧ）５０５同士は、互いに電気的に分離された状態となる。本実施形態では、第２の溝５０４が第１の側面８０４に開口しないように、第１の側面８０４上の第１の共通配線８０２が除去されている。

そして、図５に示す第１の圧電基板５０１を５ノズル（１セット）ごとに切り離す。これにより、第１の圧電基板５０１は、１０ｍｍ×１０ｍｍ×０．２４ｍｍの小チップ５個に切り出される。

上述した加工工程によって、空気室となる第２の溝５０４が第１の圧電基板５０１の他方の側面（第１の側面８０４）には開口しない状態で、分極処理を行うことが可能となる。

（ステップＳ２）第２の圧電基板加工
図９は、第２の圧電基板の加工工程を示すフローチャートである。図１０は、後述の溝加工を施した状態の第２の圧電基板を示す平面図である。図１１は、第２の圧電基板の加工工程を示す概略斜視図である。図１０の第２の圧電基板５０２には、空気室３０８に対応する溝が５セット配置されているが、図１１には、そのうちの１セットのみの斜視図を示し、以下、第２の圧電基板の加工工程は、その１セットのみの場合について説明する。

まず、例えば、１５ｍｍ×７０ｍｍ×０．４３ｍｍのＰＺＴ基板からなる第２の圧電基板５０２を準備し、その後、第２の圧電基板５０２の分極処理を行う（ステップＳ２０１）。

第１の圧電基板５０１の加工工程では、溝加工後に分極処理を行ったが、第２の圧電基板５０２の加工工程では、溝加工前の平板の状態で分極処理を行う。具体的には、平板の表裏前面にそれぞれ電極を形成し、１００〜１５０℃程度に加熱した状態で、電極間に１〜２ｋＶ／ｍｍ程度の高電界を所定の時間印加する。この分極処理によって、第２の圧電基板５０２の主平面に垂直な方向に一様に分極される。分極処理は、第１の圧電基板５０１と同様に絶縁油の中で行ってもよいし、空気中で行ってもよい。分極処理後、エッチングや研磨によって、表面の電極を除去する。

次に、こうして分極処理された第２の圧電基板５０２に溝加工を行う（ステップＳ２０２）。

具体的には、まず、第２の圧電基板５０２上に、超砥粒ホイールによる研削加工によって、第２の露光用アライメント溝５１６（図１０参照）を形成する。以降の溝加工工程では、この第２の露光用アライメント溝５１６を基準に溝の加工を行う。第２の露光用アライメント溝５１６は、基板端からの距離によって位置決めしてもよく、あるいは、本工程に先立ち、フォトリソグラフィによって目印となる金属パターンなどを基板に形成しておき、これに基づいて位置決めしてもよい。

次に、図１１（ａ）に示すように、第２の圧電基板５０２に、複数の第３の溝５０７を形成する。本実施形態では、研削加工時に、第２の圧電基板５０２の一方の側面から進入した超砥粒ホイールを途中で引き戻すことで、他方の側面には開口しない第３の溝５０７を形成する。インクジェットヘッドを構成するのに好適な第３の溝５０７の寸法は、例えば、溝幅が０．３６ｍｍ、溝深さが０．３１ｍｍ、溝のピッチが０．７０６ｍｍ（３６ｎｐｉ相当）である。

次に、第２の圧電基板５０２に電極形成を行う（ステップＳ２０３）。具体的には、図１１（ｂ）に示すように、第３の溝５０７に第４の電極（ＧＮＤ）５０９を形成し、図１１（ｃ）に示すように、第２の圧電基板５０２の溝形成面の裏面に、金属膜で構成された第５の電極（ＳＩＧ）５１２を形成する。第４の電極（ＧＮＤ）５０９のパターンとしては、第３の溝５０７の少なくとも底面に電極が形成されていればよく、第３の溝５０７の内面全面に電極が形成されていてもよい。また、溝形成面にも電極が形成されていてもよいが、後述の積層工程後にインクジェットヘッド３０３の後端面８０７（図３参照）で配線を行うため、チップ化後に、後端面８０７となる側面部分に電極が接しないようにする必要がある。また、第５の電極（ＳＩＧ）５１２のパターンは、裏面に形成された第３の溝５０７に沿って分断された形状を有している。

第４の電極（ＧＮＤ）５０９のパターニングは、リフトオフによるパターニングや、レーザーや研磨でのパターニングなどで行うことができる。以下、一例として、図１２（ａ）から図１２（ｄ）を参照しながら、リフトオフによる電極パターニング方法について説明する。図１２（ａ）から図１２（ｄ）は、図１１（ｂ）のＡ−Ａ’線に沿った断面をそれぞれ示している。

第２の圧電基板５０２の溝形成面には、溝加工により凹凸があるため、通常のスピンコーターによる塗布方法では、均一なレジスト膜を形成することが難しい。そこで、フィルムレジストのラミネートやスプレーコータによる塗布が適している。溝の内部を均一に露光することは困難であるため、レジストには溝の外部だけを露光すればよいネガタイプのレジストを用いるのが好ましい。

まず、図１２（ａ）に示すように、第２の圧電基板５０２の上にフィルムレジスト９０３をラミネートする。次に、図１２（ｂ）に示すように、電極パターンを残したくない部分にレジストが残るように、フォトリソグラフィによりレジストパターンを形成する。さらに、図１２（ｃ）に示すように、スパッタリングや蒸着によって、レジストのパターンを含めて基板全面に、電極となる金属層を形成する。そして、図１２（ｄ）に示すように、レジストを除去することで、レジスト上部に成膜されていた金属膜をレジストと共に剥離して、最終的に、所望の金属膜のパターンを形成する。

電極は、例えば下地層としてＣｒを２０ｎｍ程度成膜し、さらに電極層としてＡｕを１０００ｎｍ程度成膜することで形成することができる。あるいは、下地層として、Ｃｒを２０ｎｍ程度、さらにＰｄを５０ｎｍ程度成膜してパターニングし、さらにＰｄをシード層としてＮｉめっきを１０００ｎｍ程度行い、表面のＮｉをＡｕに置換めっきすることによっても形成することができる。特に、後者のめっきによる方法の方が、リフトオフ時の膜厚が薄いため、パターニング性が向上するだけでなく、表面のみにＡｕを使用するため低コストである。

一方で、レーザーや研磨を用いる電極パターニングでは、まず、スパッタリングや蒸着、無電解めっきなどによって、基板全面に金属膜を成膜する。そして、レーザーや研磨によって、成膜された金属膜の不要な部分、つまり溝形成面の表面部分の金属膜を除去することで、所望の電極パターンを形成する。

第５の電極（ＳＩＧ）５１２のパターニングは、フォトレジストのフォトリソグラフィを利用したリフトオフやエッチングといった方法や、レーザー、ダイシング、フライス加工などで不要部分を除去する方法によって行うことができる。特に、溝形成面とは異なり、溝形成面の裏面には凹凸がないため、通常のスピンコートによるレジスト塗布でも、均一なレジスト膜を形成することができる。溝形成面の場合と同様に、その裏面にレジストを成膜し、パターニング後、金属層を成膜、レジストの除去を行う。また、溝形成面の場合と同様に、Ｐｄの薄膜を成膜しておき、これをシード層としてめっきによって厚い電極を形成することも可能である。電極パターンの幅は、溝幅と同程度であればよいが、積層時や露光時のアライメント誤差を考慮して、例えば０．１５ｍｍ程度にすることができる。

最後に、チップ分離を行う（ステップＳ２０４）。具体的には、まず、図１１（ｄ）に示すように、第２の圧電基板５０２の一部を除去する。除去方法としては、ダイシングや研磨、レーザーアブレーションなどが挙げられる。基板側面に金属膜が成膜されていたとしても、この工程によってそれが除去されるため、第５の電極（ＳＩＧ）５１２同士は、互いに電気的に分離された状態となる。本実施形態では、第３の溝５０７は、一方の側面に開口しないように、第２の圧電基板５０２の一部が除去されている。さらに、第１の圧電基板５０１の場合と同様に、図９に示す第２の圧電基板５０２を５ノズルごと切り離すことで、第２の圧電基板５０２は、１０ｍｍ×１０ｍｍ×０．４３ｍｍの小チップ５個に切り出される。

（ステップＳ３）第３および第４の圧電基板加工
次に、第３の基板５１０および第４の基板５１１を加工する。第３の基板５１０および第４の基板５１１の大きさは、例えば、１０ｍｍ×１０ｍｍ×３ｍｍである。本実施形態では、第３の基板５１０および第４の基板５１１には、溝やパターンは形成されていないが、図１３に示すように、第４の基板５１１には、溝が形成されていてもよい。その場合、積層体の最下層の第２の圧電基板５０２の代わりに、この溝が形成された第４の基板５１１が用いられる。また、図１３に示す第４の基板５１１の場合、特に電極を形成する必要はない。

（ステップＳ４）積層
次に、第１の圧電基板５０１および第２の圧電基板５０２の積層工程を行う。図１４は、この積層工程を示す概略斜視図である。

これまでの工程により、第１の圧電基板５０１には、個別液室３０７を形成する第１の溝５０３と、第１の溝５０３と交互に配置され、空気室３０８を形成する第２の溝５０４と、が形成されている。第１の溝５０３の内面には、第１の電極（ＳＩＧ）５０５が形成され、第２の溝５０４の内面には、第２の電極（ＧＮＤ）５０６が形成されている。また、第１の圧電基板５０１の溝形成面の裏面全体には、第３の電極（ＧＮＤ）５０８が形成されている。第２の圧電基板５０２には、基板積層方向で個別液室３０７に隣接する空気室３０８を形成する第３の溝５０７が形成され、第２の圧電基板５０２の、第３の溝５０７の内面を含めた全面には、第４の電極（ＧＮＤ）５０９が形成されている。第２の圧電基板５０２の溝形成面の裏面には、第３の溝５０７に対応する位置に第５の電極（ＳＩＧ）５１２が形成されている。

まず、図１２に示すように、第１の圧電基板５０１と第２の圧電基板５０２とを接合する。接合には、例えばエポキシ系の接着剤を用いることができる。また、溝内が接着剤で埋まってしまうのを防ぐために、接着剤量を適切にコントロールする必要がある。接着剤の塗布方法としては、別の平坦な基板上にスピンコートやスクリーン印刷などで薄い均一な接着剤層を形成しておき、これに接着する面を押し付けた後、離すことで、接着面上に薄く均一な接着剤層を形成することができる。接着剤塗布後、第１の圧電基板５０１と第２の圧電基板５０２との間に微小な間隔がある状態で、それらの位置決めを行い、圧電基板５０１，５０２を加圧接着する。接着剤の厚さの目安は、接着前の厚さが４μｍ程度、接着後の厚さが２μｍ程度である。また、個別液室３０７や空気室３０８への接着剤のはみ出しを軽減するために、図６や図１０に示すように、溝の配列方向の外側に溝５１３，５１５を形成し、接着剤の逃がし溝として使用することも有効である。

積層時の圧電基板５０１，５０２のアライメントは、チップ化した圧電基板５０１，５０２の端面を位置決めピンに突き当てることによって行うことができ、さらに位置決め精度を向上させるためには、カメラによって行うこともできる。カメラによるアライメントに用いる目印としては、チップのエッジ、溝、電極形成時にパターニングしたアライメントマークなどを用いることができる。

次に、こうして接合された２つの圧電基板５０１，５０２を一つのユニットとして、複数のユニットを積層接合し、積層体を形成する。そして、この積層体を挟むように積層体の両端に、第３の基板５１０および第４の圧電基板５１１をそれぞれ接合することで、図３に示すように、インクジェットヘッド３０３を作製する。第３の基板５１０および第４の基板５１１は、圧電体である必要はないが、接合時に加熱を要する場合には、第１の圧電基板５０１および第２の圧電基板５０２と熱膨張率が近い材料によって形成されていることが望ましい。

（ステップＳ５）研磨
次に、インクジェットヘッド３０３の個別液室３０７が開口する両端面８０６，８０７（図３参照）を研磨により平坦にする。研磨には、砥粒を用いることができる。後述の電極形成工程のために、研磨後の表面粗さＲａは０．４μｍ程度であるが好ましい。また、オリフィスプレート３０４や後方絞りプレート３０２（図２参照）を精度良く貼りつけるために、各端面８０６，８０７の平面度は１０μｍ以内、端面８０６，８０７間の平行度は３０μｍ以内であることが好ましい。

（ステップＳ６）前端面電極形成
次に、図１５から図１７を参照して、前端面電極形成工程について説明する。

この工程では、インクジェットヘッド３０３の前端面８０６に、各空気室３０８に設けられたＧＮＤ電極からの引き出し配線（ＧＮＤ）８１７を形成する。図１５は、その引き出し配線（ＧＮＤ）８１７を示す斜視図である。引き出し配線（ＧＮＤ）８１７は、インクジェットヘッド３０３の前端面８０６から上端面８０８に引き回され、後に示す工程により、実装配線接続部（ＧＮＤ）８１５において第２のＦＰＣ３１１（図１および図２参照）に接続される。

ここで、図１６を参照して、前端面８０６の電極パターニングについて説明する。図１６は、図１５のＡ−Ａ’線に沿った断面を示している。

前端面８０６には、個別液室３０７や空気室３０８などの凹凸があるため、通常のスピンコーターによる方法では、均一なレジスト膜を形成することが難しい。そこで、フィルムレジストのラミネートが適している。フィルムにはネガタイプのレジストを用いる。

リフトオフでは、電極パターンを残したくない部分にレジストが残るように、フォトリソグラフィでレジストパターンを形成し、その上部から、スパッタリングや蒸着によって、レジストパターンを含めて前端面８０６の全面に、電極となる金属層を形成する。そして、レジストを除去することで、レジスト上部に成膜されていた金属膜をレジストと共に剥離して、最終的に、所望の金属膜のパターンを形成する。

具体的には、まず、図１６（ａ）に示すように、前端面８０６の上にフィルムレジスト９０４をラミネートする。次に、図１６（ｂ）に示すように、露光・現像により、空気室３０８の開口と、その周辺を露出させる。このとき、個別液室３０７と、その周辺は、レジストで覆われた状態にする。さらに、図１６（ｃ）に示すように、前端面８０６の上に電極層を成膜することで、電極層と空気室３０８内の電極（ＧＮＤ）５０８，５０９とが電気的に接続される。このとき、上端面８０８にもマスクを形成して成膜を行うことで、第２のＦＰＣ３１１との接続部分となる実装配線接続部（ＧＮＤ）８１５を形成することができる。次に、図１６（ｄ）に示すように、レジストを除去することで、リフトオフが行われ、所望のパターンに電極を形成することができる。図１７は、図１５のＢ−Ｂ’線に沿った断面での電極パターンを示している。引き出し配線（ＧＮＤ）８１７は、図１７に示すように、空気室３０８内の第２の電極（ＧＮＤ）５０６とは電気的に接続されているが、個別液室３０７内の第１の電極（ＳＩＧ）とは電気的に接続されていない。

ここで、電極は、例えば下地層としてＣｒを２０ｎｍ程度成膜し、さらに電極層としてＡｕを１０００ｎｍ程度成膜することで形成することができる。あるいは、下地層として、Ｃｒを２０ｎｍ程度、さらにＰｄを５０ｎｍ程度成膜してパターニングし、さらにＰｄをシード層としてＮｉめっきを１０００ｎｍ程度行い、表面のＮｉをＡｕに置換めっきすることによっても形成することができる。各圧電基板５０１，５０２の間には、接着層による隙間が１〜２μｍ程度存在するが、これらの厚さは、この隙間を越えて電気的な接続を得るには十分な厚さである。特に、後者のめっきによる方法の方が、リフトオフ時の膜厚が薄いため、パターニング性が向上するだけでなく、表面のみにＡｕを使用するため低コストである。

（ステップＳ７）後端面電極形成
次に、後端面電極形成工程を行い、インクジェットヘッド３０３の後端面８０７に、各個別液室３０７に設けられたＳＩＧ電極からの引き出し配線（ＳＩＧ）８１６を形成する。図１８は、その引き出し配線（ＳＩＧ）８１６を示す斜視図である。引き出し配線（ＳＩＧ）８１６は、後端面８０７の上端面８０８側に形成された実装配線接続部（ＳＩＧ）８１４に接続されており、後に示す工程により、第１のＦＰＣ３１０（図１および図２参照）に接続される。

ここで、図１９を参照して、後端面８０７の電極パターニングについて説明する。図１９は、図１８のＡ−Ａ’線に沿った断面を示している。

後端面８０７には、個別液室３０７などの凹凸があるため、通常のスピンコーターによる方法では、均一なレジスト膜を形成することが難しい。そこで、フィルムレジストのラミネートが適している。フィルムにはネガタイプのレジストを用いる。

リフトオフでは、電極パターンを残したくない部分にレジストが残るように、フォトリソグラフィでレジストパターンを形成し、その上部から、スパッタリングや蒸着によって、レジストパターンを含めて後端面８０７の全面に、電極となる金属層を形成する。そして、レジストを除去することで、レジスト上部に成膜されていた金属膜をレジストと共に剥離して、最終的に、所望の金属膜のパターンを形成する。

具体的には、まず、図１９（ａ）に示すように、後端面８０７の上にフィルムレジスト９０５をラミネートする。次に、図１９（ｂ）に示すように、露光・現像により、個別液室３０７と、その周辺を露出させる。さらに、図１９（ｃ）に示すように、後端面８０７の上に電極層を成膜することで、電極層と個別液室３０７内の電極（ＳＩＧ）５０５，５１２とが電気的に接続される。次に、図１９（ｄ）に示すように、レジストを除去することで、リフトオフが行われ、所望のパターンに電極を形成することができる。

このように、各個別液室３０７の内壁に形成された電極は、それぞれ、１本の引き出し配線（ＳＩＧ）と個別に接続され、各個別液室３０７の周囲に形成された電極は、すべて連結して、共通の引き出し配線（ＧＮＤ）に接続されている。個別に接続された引き出し配線（ＳＩＧ）に対して駆動信号を印加することで、各個別液室３０７ごとに独立して、個別液室３０７の周囲の壁を駆動（変形）させることができる。

（ステップＳ８）後方絞りプレート接着
次に、後方絞りプレート３０２をインクジェットヘッド３０３の後端面８０７に接着する後方絞りプレート接着工程を行う。図２０は、後方絞りプレート３０２の、個別液室３０７に対応する箇所の平面図および側断面図である。図２１は、後方絞りプレート３０２と、インクジェットヘッド３０３と、オリフィスプレート３０４との接合における位置関係を示す概略斜視図である。

図２０に示すように、後方絞りプレート３０２には、各個別液室３０７に対応した位置に、開口（後方絞り）８０９が形成されている。後方絞りプレート３０２の開口８０９は、駆動によるインクの流動がオリフィスプレート３０２の吐出口３０９側に強く生じるように、インクの逆流を制限するものである。後方絞りプレート３０２は、Ｓｉ基板のエッチング加工などで形成可能である。開口８０９は個別液室３０７の開口よりも小さく、例えば、個別液室３０７の開口断面が１２０μｍ×１２０μｍの正方形の場合、直径は５０μｍ程度、深さは２００μｍ程度であってよい。また、インクジェットヘッド３０３に接着した際にインクジェットヘッド３０３に形成されている配線のショートを防ぐために、Ｓｉ基板の表面に熱酸化等により絶縁膜を形成しておくことが好ましい。

このような後方絞りプレート３０２とインクジェットヘッド３０３との接着には、例えばエポキシ系の接着剤を用いることができる。また、後方絞りプレート３０２の開口８０９や個別液室３０７が接着剤で埋まってしまうのを防ぐために、接着剤量を適切にコントロールする必要がある。接着剤の塗布方法としては、別の平坦な基板上にスピンコートやスクリーン印刷などで薄い均一な接着剤層を形成しておき、これに接着する面を押し付けた後、離すことで、接着面上に薄く均一な接着剤層を形成することができる。接着剤塗布後、後方絞りプレート３０２とインクジェットヘッド３０３との間に微小な間隔がある状態で、それらの位置決めを行い、後方絞りプレート３０２とインクジェットヘッド３０３とを加圧接着する。接着剤の厚さの目安は、接着前の厚さが４μｍ程度、接着後の厚さが２μｍ程度である。また、個別液室３０７や空気室３０８への接着剤のはみ出しを軽減するために、図２０に示すように、開口８０９の位置に合わせて、後方絞りプレート３０２の一方の面に溝８１１を形成し、接着剤の逃がし溝として使用することも有効である。

図２１に示すように、前述の溝加工工程（図６および図１０参照）において形成した接合用アライメント溝５１３，５１５を、インクジェットヘッド３０３の後端面８０７から確認することができる。また、後方絞りプレート３０２には、接合用アライメント溝５１３，５１５との位置決めを行うための後方絞りプレートアライメント孔８１０が設けられている。したがって、接着時の後方絞りプレート３０２の位置決めは、これら接合用アライメント溝５１３，５１５と後方絞りプレートアライメント孔８１０とによって行うことができる。

また、後方絞りプレート３０２の、インクジェットヘッド３０３の後端面８０７に対する接着は、後端面電極形成工程で設けられた実装配線接続部（ＳＩＧ）８１４が露出するように行われる。

（ステップＳ９）絶縁処理
次に、個別液室３０７の内壁に形成された電極の表面と、空気室３０８の内壁に形成された電極の表面と、電極配線（引き出し配線）の表面とに絶縁膜を形成する。ただし、引き出し配線のうち、ＦＰＣに接続される部分、つまり実装配線接続部８１４，８１５には絶縁膜を形成しない。そのために、それらの部分には、絶縁膜成膜時にテープなどでマスクを施しておく。

絶縁膜は、例えば、化学気相堆積（ＣＶＤ）法で形成し、その材料としては、特に、個別液室３０７の奥の壁にまで絶縁膜を形成するために、つきまわり性の優れたパリレン（Ｎ）を使用することが好ましい。絶縁膜の厚さは５μｍ程度が適切である。パリレンの密着性を向上させるために、その成膜前に常温で５分程度、ＵＶオゾン処理を施すことが好ましい。さらに、パリレンの密着性を高めるために、ＵＶオゾン処理後にカップリング剤を塗布することもできる。特に、インクジェットヘッド３０３の前端面８０６の引き出し配線（ＧＮＤ）８１７にＡｕを使用している場合には、パリレンとの密着性が著しく低いため、トリアジンチオール系のカップリング剤による表面処理が有効である。また、後方絞りプレート３０２にＳｉ基板を使用し、表面に酸化膜が形成されている場合には、シランカップリング剤が有効である。カップリング処理は、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）で希釈したカップリング剤を薄く塗布後、オーブンで乾燥させることで行うことができる。

（ステップＳ１０）オリフィスプレート接着
次に、オリフィスプレート３０４をインクジェットヘッド３０３の前端面８０６に接着するオリフィスプレート接着工程を行う。図２２は、オリフィスプレート３０２の、個別液室３０７に対応する箇所の上面図および側断面図である。

図２２に示すように、オリフィスプレート３０４には、各個別液室３０７に対応した位置に、貫通穴である吐出口３０９が形成されている。一例として、吐出口３０９は、直径１０μｍの円孔であり、円孔の深さは２０μｍである。また、オリフィスプレート３０４のインクジェットヘッド３０３との接合面側には、図２２に示すように、接着剤が吐出口３０９を塞がないようにするための逃がし溝８１２が設けられている。逃がし溝８１２は、インク中の泡の滞留を防ぐため、個別液室３０７の開口断面よりも小さいことが好ましく、例えば、幅は８０μｍ、深さは６０μｍであってよい。この場合、オリフィスプレート３０４全体の厚さは８０μｍである。

このようなオリフィスプレート３０４を、例えば、Ｎｉの電鋳加工によって作製する。さらに、オリフィスプレート３０４の、インクジェットヘッド３０３の前端面８０６と接しない側の面に撥インク処理を施す。撥インク材料としては、シラン系、フッ素系の材料が挙げられ、蒸着などによって、コーティング処理を行うことができる。

オリフィスプレート３０４とインクジェットヘッド３０３との接着には、例えばエポキシ系の接着剤を用いることができる。また、オリフィスプレート３０４の吐出口３０９や個別液室３０７が接着剤で埋まってしまうのを防ぐために、接着剤量を適切にコントロールする必要がある。接着剤の塗布方法としては、別の平坦な基板上にスピンコートやスクリーン印刷などで薄い均一な接着剤層を形成しておき、これに接着する面を押し付けた後、離すことで、接着面上に薄く均一な接着剤層を形成することができる。接着剤塗布後、オリフィスプレート３０４とインクジェットヘッド３０３との間に微小な間隔がある状態で、それらの位置決めを行い、オリフィスプレート３０４とインクジェットヘッド３０３とを加圧接着する。接着剤の厚さの目安は、接着前の厚さが４μｍ程度、接着後の厚さが２μｍ程度である。

後端面８０７と同様に、前述の溝加工工程（図６および図１０参照）において形成した接合用アライメント溝５１３，５１５を、インクジェットヘッド３０３の前端面８０６から確認することができる。また、オリフィスプレート３０４には、図２１に示すように、接合用アライメント溝５１３，５１５との位置決めを行うためのオリフィスプレートアライメント孔８１３が設けられている。したがって、接着時のオリフィスプレート３０４の位置決めは、これら接合用アライメント溝５１３，５１５とオリフィスプレートアライメント孔８１３とによって行うことができる。

（ステップＳ１１）配線実装
次に、ＦＰＣを電極からの引き出し配線に圧着する配線実装工程を行う。具体的には、図２３に示すように、インクジェットヘッド３０３の後端面８０７に引き出された引き出し配線（ＳＩＧ）と、上端面８０８に引き出された引き出し配線（ＧＮＤ）とに、第１のＦＰＣ３１０と第２のＦＰＣ３１１とをそれぞれ圧着する。圧着には、異方性導電フィルム（ＡＣＦ）を用いることができる。圧着条件として、圧着温度は１５０℃、圧着圧力は３ＭＰａ、圧着時間は１０秒程度が適当である。圧着後、ＦＰＣと引き出し配線との接合部付近を接着剤で補強する。

（ステップＳ１２）共通液室接着
その後、例えば、ＳＵＳ基板から機械加工によって形成した、インク供給口３０５を有する共通液室３０１を準備する。そして、図１および図２に示すように、接着剤を用いて、共通液室３０１を後方絞りプレート３０２に接合する共通液室接着を行う。

最後に、その他の必要な部品をさらに組み立てて、インクジェットヘッド３０３が完成する。

次に、図２４を参照して、インクジェットヘッド３０３の駆動動作について説明する。図２４は、インク吐出方向から見た、図３の領域Ａ付近を拡大して示す概略平面図である。図２４（ａ）は、駆動電圧非印加時の状態を示しており、図２４（ｂ）は、駆動電圧印加時の状態を示している。

個別液室３０７は、ｙｚ平面において、格子状に配置され、空気室３０８は、個別液室３０７の周囲に、個別液室３０７から間隔を置いて配置されている。また、個別液室３０７と空気室３０８とを隔てる隔壁は、個別液室３０７の開口の径方向外側に向かう分極方向６０１に分極されている。

個別液室３０７の内壁に形成された電極（ＳＩＧ）５０５，５１２を正電位とし、空気室３０８の内壁に形成された電極（ＧＮＤ）５０６，５０８，５０９をＧＮＤ電位として、両電極間に駆動電圧を印加する。これにより、個別液室３０７を形成している隔壁は、図２４（ｂ）に示すように、個別液室３０７を収縮させるように変形する。この変形によって、個別液室３０７内に充填されているインクの圧力が高められ、吐出口より液滴が吐出する。一方、個別液室３０７の内壁に形成された電極（ＳＩＧ）５０５，５１２をＧＮＤ電位とし、空気室３０８の内壁に形成された電極（ＧＮＤ）５０６，５０８，５０９を正電位として、両電極間に駆動電圧を印加する。この場合、個別液室３０７を形成している隔壁は、個別液室３０７を膨張させるように変形することになる（図示せず）。

上述した個別液室３０７の収縮は、個別液室３０７の内壁に形成された電極の構成に応じて変化する。具体的には、第１の溝５０３の内面に形成された内面電極（第１の電極（ＳＩＧ）５０５）に対して、第１の溝５０３に対向するストリップ状の対向電極（第５の電極（ＳＩＧ）５１２）の寸法および配置を変化させることで変化する。そのため、第５の電極（ＳＩＧ）５１２の寸法および配置を最適な範囲に設定することで、圧電基板５０１，５０２間に積層ずれが発生したとしても、個別液室３０７の収縮量（変形量）を一定に保つことができる。これにより、吐出口ごとの吐出性能のばらつきを低減することが可能となる。以下、この効果について、図２５および図２６を参照して説明する。

図２５は、ｙｚ平面における、第１の電極（ＳＩＧ）５０５と第５の電極（ＳＩＧ）５１２との寸法および配置関係を模式的に示す平面図である。なお、図２５では、第５の電極（ＳＩＧ）５１２を第１の電極（ＳＩＧ）５０５から離して示しているが、実際には、図２４に示すように、第５の電極（ＳＩＧ）５１２と第１の電極（ＳＩＧ）５０５とは電気的に接続されている。図２６は、構造解析シミュレーションにより求めた、第５の電極（ＳＩＧ）５１２の幅Ｗ₂と、駆動電界印加時の個別液室３０７の収縮断面積との関係を示すグラフである。以下の説明では、各溝の幅は、溝が延びるｘ方向と、インクジェットヘッド３０３の積層体の積層方向（ｚ方向）とに垂直なｙ方向（第２の方向）の幅を意味する。

図２５（ａ）では、第１の電極（ＳＩＧ）５０５の幅Ｗ₁と、第５の電極（ＳＩＧ）５１２の幅Ｗ₂と、第１の溝５０３の幅Ｗ_Pとは、Ｗ_P＜Ｗ₂＜Ｗ₁の関係を満たしている。したがって、例えば、第１の溝５０３の幅Ｗ_Pが１２０μｍ、第１の電極（ＳＩＧ）５０５の幅Ｗ₁が１８０μｍのとき、第５の電極（ＳＩＧ）５１２の幅Ｗ₂が１２０〜１８０μｍの範囲内であれば、個別液室３０７の収縮断面積は変化しない。図２６には、第１の溝５０３の幅Ｗ_Pが１２０μｍ、第１の電極（ＳＩＧ）５０５の幅Ｗ₁が１８０μｍのときに、第５の電極（ＳＩＧ）５１２の幅Ｗ₂を０〜２４０μｍに変化させたときのシミュレーションの結果が示されている。図２６から、第５の電極（ＳＩＧ）５１２の幅Ｗ₂が１２０〜１８０μｍのとき、個別液室３０７の収縮断面積は一定であることがわかる。

一方、図２５（ｂ）では、第５の電極（ＳＩＧ）５１２の幅Ｗ₂と第１の溝５０３の幅Ｗ_Pとは、Ｗ₂＜Ｗ_Pの関係を満たしている。この場合、第５の電極（ＳＩＧ）５１２の幅Ｗ₂が１２０μｍ以下であり、したがって、図２６に示すように、第５の電極（ＳＩＧ）５１２の幅Ｗ₂が狭くなるにつれて、個別液室３０７の収縮断面積が小さくなる。これは、電極が不連続に存在することにより、第２の圧電基板５０２に変形しにくい領域ができるためである。

また、図２５（ｃ）では、第１の電極（ＳＩＧ）５０５の幅Ｗ₁と第５の電極（ＳＩＧ）５１２の幅Ｗ₂とは、Ｗ₁＜Ｗ₂の関係を満たしている。この場合、第５の電極（ＳＩＧ）５１２の幅Ｗ₂が１８０μｍ以上であり、したがって、図２６に示すように、第５の電極（ＳＩＧ）５１２の幅Ｗ₂が広くなるにつれて、個別液室３０７の収縮断面積が小さくなる。これは、電極幅の広がりに伴って、個別液室３０７（第１の溝５０３）のｙ方向の側壁部分の圧電体に印加される電界方向が変化してしまうためである。

さらに、図２５（ｄ）には、第１の圧電基板５０１と第２の圧電基板５０２との間でｙ方向に位置ずれ（ずれ量δ）が発生している様子を示している。このとき、第５の電極（ＳＩＧ）５１２の、第１の溝５０３の端部から突出した部分の幅は、Δ_2P＝（（Ｗ₂−Ｗ_P）／２）−δで表され、第１の電極（ＳＩＧ）５０５の、第５の電極（ＳＩＧ）５１２の端部から突出した部分の幅は、Δ₂₁＝（（Ｗ₁−Ｗ₂）／２）−δで表される。上述のような位置ずれが発生した場合でも、これら突出した部分の幅Δ_2P，Δ₂₁が共に０以上であれば、図２５（ｂ）や図２５（ｃ）に示すような不具合は発生せず、個別液室３０７の収縮断面積は変化しないことになる。すなわち、ずれ量δの位置ずれが発生した場合でも、第５の電極（ＳＩＧ）５１２の幅Ｗ₂が、Ｗ_P＋２δ＜Ｗ₂＜Ｗ₁−２δを満たす範囲に設定されていれば、個別液室３０７の収縮断面積が変化することはない。例えば、Ｗ_Pが１２０μｍ、Ｗ₁が１８０μｍのとき、Ｗ₂が１４０〜１６０μｍの範囲にあれば、δ＝１０μｍの位置ずれが発生した場合でも、個別液室３０７の収縮断面積は変化しない。

以上のように、本実施形態のインクジェットヘッドによれば、各個別液室を構成する壁部がそれぞれ独立して構成された構造よりも、個別液室の周囲の剛性を高めることが可能となる。これに加えて、圧電基板の積層時に位置ずれが発生した場合でも、個別液室の収縮量を一定に保つことできる。

本発明の液体吐出ヘッドは、液滴を吐出する印刷装置や塗布装置あるいは造形装置に適用可能である。

３０３インクジェットヘッド
５０３第１の溝
５０５第１の電極（ＳＩＧ）
５１２第５の電極（ＳＩＧ）

Claims

液体を吐出するための吐出口にそれぞれ連通し、該吐出口から吐出される液体を貯留するための筒状の複数の圧力室であって、該各圧力室を構成する壁部が圧電部材で形成され、該圧電部材の変形により前記吐出口から液体を吐出させる複数の圧力室と、前記各圧力室の周囲に該圧力室から間隔をおいて配置された複数の空間部と、を有する液体吐出ヘッドであって、
圧電部材から形成された第１の基板と、圧電部材から形成された第２の基板とが交互に積層された積層体を有し、
前記第１の基板の一方の面には、第１の方向に延び、前記第２の基板と共に前記圧力室を構成する複数の第１の溝と、該第１の溝と交互に配置され、前記第２の基板と共に前記空間部を構成する複数の第２の溝とが形成され、前記第２の基板の、前記第１の基板の前記一方の面に接する面とは反対側の面には、前記第１の方向に延び、前記第１の基板と共に前記空間部を構成する複数の第３の溝が形成され、
前記第１の基板の前記第１の溝には、該第１の溝の内面から該第１の溝の両外側にまで延びる内面電極が形成され、前記第２の基板の、前記第１の基板の前記一方の面に接する面には、前記第１の溝に対向する位置に、前記第１の方向に延びる対向電極が形成され、
前記第１の方向と前記積層体の積層方向とに垂直な第２の方向において、前記内面電極の幅Ｗ₁と、前記対向電極の幅Ｗ₂と、前記第１の溝の幅Ｗ_Pとが、
Ｗ_P＜Ｗ₂＜Ｗ₁
の関係を満たす、液体吐出ヘッド。
前記第３の溝が、前記第１の溝に対向する位置に形成され、
前記第３の溝の内面に形成された電極は、前記第２の方向の幅が、前記内面電極の前記幅よりも大きい、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
前記第２の基板が、前記積層方向に分極されている、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
前記第１の基板と前記第２の基板との間の前記第２の方向に沿った位置ずれ量をδとすると、前記内面電極の前記幅と、前記対向電極の前記幅と、前記第１の溝の前記幅とが、
Ｗ_P＋２δ＜Ｗ₂＜Ｗ₁−２δ
の関係を満たす、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。