JP6039263B2 - 液体吐出ヘッド及び液体吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液体を吐出する液体吐出ヘッド、及びその製造方法に関する。

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。液体吐出ヘッドがインクを吐出する機構として、圧電素子によって容積が収縮可能な圧力室を用いる機構が知られている。この機構では、電圧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、圧力室の一端に連通した吐出口から吐出する。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、その圧電素子を伸長や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、圧力室を収縮させる所謂シェアモードタイプが知られている。

工業用途等のインクジェット装置では、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。この求めに対し、断面形状が円形や矩形の筒形状の圧電部材で圧力室を形成した所謂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）に伸長及び収縮変形することにより圧力室を膨張または収縮させる。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ので、１つまたは２つの壁面を圧電素子で形成したシェアモードタイプと比較して大きなインクジェット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の製造方法が特許文献１に開示されている。

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。圧力室ができ上がった圧電プレートの上下には、供給路プレートとインクプールプレートおよびプリント配線基板と吐出口プレートを接続して、液体吐出ヘッドは完成する。特許文献１に開示された製造方法によれば、圧力室をマトリックス状に配置できるので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ほうが加工しやすいため、精度良く圧力室を形成できるとされている。

特開２００７−１６８３１９号公報

液体吐出ヘッドでは、高密度な記録を図るために複数の吐出口を特定の方向にずらして配列する技術が知られている。しかし、特許文献１に記載の液体吐出ヘッドでは、圧力室は、互いに直交する２方向に配列されている。そのため、この液体吐出ヘッドに上記の技術を適用した場合、吐出口の配列形態が圧力室の配列形態と一致していないので、インクが吐出口から吐出されない場合が想定される。

そこで、本発明は、吐出口の配列形態が圧力室の配列形態と一致していなくても吐出口から液体を吐出することが可能な液体吐出ヘッド、およびその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の液体吐出ヘッドは、液体を吐出する複数の吐出口と、各吐出口に連通し、互いに交差する第１の方向と第２の方向に配置され、第１の電極が内壁面に形成された複数の圧力室と、を備えた液体吐出ヘッドであって、前記複数の圧力室と、前記第１の方向および前記第２の方向に前記複数の圧力室と交互に配置され、第２の電極が内壁面に形成された複数の空気室と、を有し、前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧が印加されたときに各圧力室の前記内壁面が変形して液体が各圧力室の開口端から流出する圧電体ブロックと、前記複数の吐出口が配列されたオリフィスプレートと、前記圧電体ブロックと前記オリフィスプレートとの間に配置され、各圧力室の前記開口端を各吐出口に個別に連通させる複数の流路が内部を貫通した板状部材と、を有する。

上記目的を達成するため、本発明の液体吐出ヘッドの製造方法は、インクを吐出する複数の吐出口と、各吐出口に連通し、互いに交差する第１の方向と第２の方向に配置された複数の圧力室と、を備えた液体吐出ヘッドの製造方法であって、第１の圧電基板に、各圧力室を構成する複数の第１の溝と、前記第１の溝と平行に延びた複数の第２の溝とを、前記第１の方向に交互に形成する工程と、第２の圧電基板に複数の第３の溝を形成する工程と、各第３の溝が前記第２の方向で各第１の溝と交互に配置されるように複数の前記第１の圧電基板と複数の前記第２の圧電基板を交互に積層する工程と、前記複数の第１の圧電基板と前記複数の第２の圧電基板との積層体に、前記複数の圧力室の開口端に個別に連通する複数の流路が内部を貫通した板状部材を接合する工程と、前記複数の流路を介して前記複数の圧力室の開口端に個別に連通する複数の吐出口が配列されたオリフィスプレートを前記板状部材に接合する工程と、を有する。

本発明によれば、吐出口の配列形態が圧力室の配列形態と一致していなくても吐出口からインクを吐出することが可能となる。

実施形態１の液体吐出ヘッドの分解斜視図である。 図１に示す液体吐出ヘッドの斜視図である。 実施形態１の液体吐出ヘッドの製造工程の手順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の手順を示すフローチャートである。 第２の圧電基板の加工工程の手順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説明するための図である。 第１の圧電基板の加工工程を説明するための図である。 リフトオフによる電極パターニング方法を説明するための断面図である。 第２の圧電基板に溝加工を施した状態の平面図を示す。 溝加工工程以降の第２の圧電基板の加工工程を説明するための斜視図である。 リフトオフによる電極パターニング方法を示す断面図である。 積層工程を説明するための斜視図である。 図１２（ｂ）に示す基板５１１の別の形態を示す。 図１２（ｂ）に示す圧電体ブロック３０３の断面図である。 前端面電極形成工程を説明するための斜視図である。 図１５に示す切断線Ａ−Ａに沿った断面図である。 図１５に示す切断線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。 後端面電極形成工程を説明するための斜視図である。 図１８に示す切断線Ａ−Ａに沿った断面図である。 実施形態１の液体吐出ヘッドを後方から見た斜視図である。 後方絞りプレートの上面図および断面図である。 板状部材の正面図である。 オリフィスプレートを示す図である。 配線実装工程を説明するための斜視図である。 図１２（ｂ）に示す領域Ｒの拡大図である。 圧電体ブロックと、板状部材と、オリフィスプレートとが互いに接合した状態を示す断面図である。 ２枚の板状部材を用いる形態を示す断面図である。 実施形態２の液体吐出ヘッドの要部の構成を示す断面図である。

（実施形態１）
本発明の実施形態１について説明する。図１は、実施形態１の液体吐出ヘッドの分解斜視図を示す。図２は、図１に示す液体吐出ヘッドの斜視図である。図１、２に示す液体吐出ヘッド１０１では、オリフィスプレート３０４と、板状部材４０１と、圧電部材からなる圧電体ブロック３０３と、後方絞りプレート３０２と、共通液室３０１とが積層されている。圧電体ブロック３０３には、側壁が圧電部材形成された複数の圧力室３０７と、複数の空気室３０８が設けられている。共通液室３０１は、後方絞りプレート３０２を介して圧電体ブロック３０３の各圧力室３０７と連通している。圧電体ブロック３０３から外部への配線は、圧電体ブロック３０３から第１のフレキシブルケーブル３１０および第２のフレキシブルケーブル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、加圧されたインク（液体）が吐出する複数の吐出口３０９が形成されている。各吐出口３０９は、板状部材４０１の内部を貫通した流路４０２を介して各圧力室３０７と個別に連通している。

以下に、本実施形態の液体吐出ヘッドの製造方法を説明する。図３は、本実施形態の液体吐出ヘッドの製造工程の手順を示すフローチャートである。

まず、第１、第２の圧電基板の加工工程（ステップＳ１）について説明する。図４は、第１の圧電基板の加工工程の手順を示すフローチャートである。図５は、第２の圧電基板の加工工程の手順を示すフローチャートである。まず、第１の圧電基板の加工工程について説明する。

図４に示すように第１の圧電基板の加工工程は、溝加工工程（ステップＳ１０１）と、電極形成工程（ステップＳ１０２）と、分極工程（ステップＳ１０３）と、チップ分離工程（ステップＳ１０４）と、を有する。

図６および図７は、第１の圧電基板の加工工程を説明するための図である。図６には、５ノズル分の圧力室３０７および空気室３０８に対応する第１の溝５０３および第２の溝５０４が５セット分記載されている。図７には、１セット分の第１の溝５０３および第２の溝５０４が示されている。

（溝加工工程）
溝加工工程（ステップＳ１０１）について説明する。図７（ａ）は、平板状の第１の圧電基板５０１を示す。第１の圧電基板５０１には、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）基板が適用できる。第１の圧電基板５０１には、第１の露光用アライメント溝５１４（図６参照）が超砥粒ホイールによる研削加工によって形成される。第１の露光用アライメント溝５１４は、第１の圧電基板５０１の一端からの距離によって位置決めしてもよいし、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形成して位置決めしてもよい。

図７（ｂ）は、第１の圧電基板５０１に複数の第１の溝５０３が形成された状態を示す。各第１の溝５０３は、上述した圧力室３０７として機能する。図７（ｂ）に示すように、第１の溝５０３は、第１の側面８０４で開口し、第１の側面８０４に対向する第２の側面８０５で開口していない。溝加工工程では、チップ分離工程でアライメントの目印としなる第１の接合用アライメント溝５１３（図６参照）も形成される。

図７（ｃ）は、第１の圧電基板５０１に複数の第２の溝５０４が形成された状態を示す。第２の溝５０４は、第１の溝５０３と交互に並列している。第２の溝５０４は、第１の側面８０４では開口せず、第２の側面８０５で開口する。第２の溝５０４は、第１の溝５０３と平行に延び、上述した空気室３０８として機能する。

（電極形成工程）
電極形成工程（ステップＳ１０２）について説明する。図７（ｄ）は、第１の溝５０３に第１の電極５０５が形成され、第２の溝５０４に第２の電極５０６が形成された状態を示す。第１の電極５０５および第２の電極５０６は、リフトオフによるパターニング、または、レーザーもしくは研磨によるパターニングなどで形成される。図８は、リフトオフによる電極パターニング方法を説明するための断面図である。図８（ａ）〜（ｄ）は、図７（ｃ）に示す切断線Ａ−Ａに沿った断面図である。図８（ｅ）〜（ｈ）は、図７（ｃ）に示す切断線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。

図８（ａ）は、第１の圧電基板５０１にフィルムレジスト９０２が積層された状態を示す。図８（ｂ）は、露光、現像によりフィルムレジスト９０２がパターニングされた状態を示す。リフトオフでは、電極パターンを残さ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。図８（ｃ）は、スパッタリングや蒸着によって電極となる金属層が形成された状態を示す。図８（ｄ）は、レジストが除去された状態を示す。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が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が得られる。

レーザーまたは研磨による電極パターニング方法について説明する。まず、第１の圧電基板５０１にスパッタリング、蒸着、または無電解めっきなどで金属膜が成膜される。このとき、第１の側面８０４および第２の側面８０５にも金属膜が成膜される。次に、金属膜の不要な部分をレーザーや研磨によって除去することで所望の電極パターンが得られる。第１の電極５０５、第２の電極５０６は、第１の側面８０４、第２の側面８０５に成膜された金属膜を介して互いに導通している。

図７（ｅ）は、第１の圧電基板５０１の裏面（第１の溝５０３と第２の溝５０４が形成された面の反対側の面）に第１の共通配線８０２と、第２の共通配線８０３が形成された状態を示す。第１の共通配線８０２および第２の共通配線８０３は、金属膜で構成される。第１の共通配線８０２と、第２の共通配線８０３は、第１の溝５０４の配列方向に分断されている。両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またはエッチングといった方法により実現できる。さらに、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も両共通配線のパターニングは実現できる。フォトリソグラフィによるリフトオフを用いて第１の共通配線８０２と第２の共通配線８０３をパターニングする工程について図８（ｅ）〜図８（ｈ）を参照しながら説明する。

第１の圧電基板５０１の裏面全体に第２のレジスト９０３が成膜される（図８（ｅ）参照）。続いて、レジスト９０３がパターニングされる（図８（ｆ）参照）。その後、パターニングされたレジスト９０３と圧電基板５０１の裏面に金属層が成膜される（図８（ｇ）参照）。最後にレジスト９０３が除去される（図８（ｈ）参照）。

第１の共通配線８０２は、第１の側面８０４を介して第１の電極５０５および第２の電極５０６と電気的に接続されている。一方、第２の共通配線パターン８０３は、第２の側面８０５を介して第１の電極５０５および第２の電極５０６と電気的に接続されている。

（分極工程）
分極工程（ステップＳ１０３）について説明する。図７（ｆ）は、分極工程を示す図である。分極工程では、第１の共通配線８０２と第２の共通配線８０３との間に高電圧が印加される。このとき第１の電極５０５は正電位であり、第２の電極５０６はグランド電位となっている。温度条件は１００〜１５０℃程度であり、電圧条件は１〜２ｋＶ/ｍｍ程度である。空中放電や沿面放電を防ぐために絶縁性の高いオイル（例えば、絶縁破壊電圧が１０ｋＶ／ｍｍ以上のシリコーンオイル）の中で分極を行うことが望ましい。シリコーンオイルは、分極工程後にキシレン、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。

分極工程後、エージング処理を行ってもよい。具体的には、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。これによって、第１の圧電基板５０１の圧電特性が安定する。

（チップ分離工程）
チップ分離工程（Ｓ１４）について説明する。図７（ｇ）は、チップ分離工程を示す図である。チップ分離工程では、第１の圧電基板５０１が超砥粒ホイール９０１によって図７（ｇ）に示すように切断される。切断方法としては、ダイシング、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が圧力室３０７として機能するためには、溝５０３の両端が開口する必要がある。この工程では、図７（ｇ）に示すように第１の圧電基板５０１を切断することによって、複数の第２の電極５０６は、互いに電気的に分離された状態となる。さらに、各第２の電極５０６は、第２の共通配線８０３と電気的に分離された状態となる。

図７（ｈ）に示す工程は、第１の側面８０４に形成された第１の共通配線８０２を除去する工程である。除去方法としてはダイシング、研磨、レーザーアブレーションなどが挙げられる。第１の側面８０４に形成された第１の共通配線８０２が除去されることによって、複数の第１の電極５０５は、互いに電気的に分離された状態となる。チップ分離工程では、図６に示す５セット分の圧電基板が５ノズルごとに切り離される。これにより、第１の圧電基板５０１は、５個のチップとして切りだされる。

上述した第１の圧電基板の加工工程では、空気室３０８として機能する第２の溝５０４を第１の側面８０４で開口しない形状で分極処理することが可能となる。

次に第２の圧電基板の加工工程について説明する。図５に示すように第２の圧電基板の加工工程は、分極工程（ステップＳ２０１）と、溝加工工程（ステップＳ２０２）と、電極形成工程（ステップＳ２０３）と、チップ分離工程（ステップＳ２０４）と、を有する。

（分極工程）
分極工程（ステップＳ２０１）について説明する。第２の圧電基板５０２には、第１の圧電基板５０１と同様に、ＰＺＴ基板が適用できる。第１の圧電基板５０１の加工工程では、図７に示すように溝加工工程後に分極工程を行った。一方、第２の圧電基板５０２の加工工程では、溝加工工程の前に分極工程を行う。分極工程は、平板状の圧電基板の表裏全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工程である。分極処理によって、圧電基板の主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と同様に絶縁油中で行ってもよいし、空気中で行ってもよい。分極処理後、表面の電極を除去する。除去はエッチングや研磨によって行う。

（溝加工工程）
溝加工工程（ステップＳ２０２）について説明する。図９は、第２の圧電基板５０２に溝加工を施した状態を示す平面図である。図９では５ノズル分に対応する空気室３０８となる溝が５セット配置されているが、以下の工程の説明ではそのうちの１セットのみを図示し説明する。

図９に示す第２の露光用アライメント溝５１６が超砥粒ホイールを用いた研削加工によって形成される。溝加工工程は、この第２の露光用アライメント溝５１６を基準に加工を行う。第２の露光用アライメント溝５１６は、基板の端部からの距離によって位置決めしてもよいし、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形成して位置決めしてもよい。

図１０は、溝加工工程以降の第２の圧電基板の加工工程を説明するための斜視図である。図１０（ａ）は、第２の圧電基板５０２に複数の第３の溝５０７が形成された状態を示す。第３の溝５０７は、上述した圧力室３０７と隣接する空気室３０８として機能する。本実施形態では研削加工時に超砥粒ホイール９０１を圧電基板上の途中で引き上げることによって長手方向の一端が開口していない第３の溝５０７が形成される。

（電極形成工程）
図１０（ｂ）は、第３の溝５０７に第４の電極５０９が形成された状態を示す。第４の電極５０９は、第２の電極５０６と極性が同じ電極である。第４の電極５０９は、第３の溝５０７の少なくとも底面に形成されていればよく、第３の溝５０７全面に電極が形成されていてもよい。第４の電極５０９のパターニングは、リフトオフ、レーザーや研磨でのパターニングなどで形成される。

図１１は、リフトオフによる電極パターニング方法を示す断面図である。図１１は、図１０（ｂ）に示す切断線Ａ−Ａに沿った断面図である。図１１（ａ）は、第２の圧電基板５０２にフィルムレジスト９０３が積層された状態を示す。図１１（ｂ）は、電極パターンを残さ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が形成された状態を示す。図１１（ｃ）は、スパッタリングや蒸着によって電極となる金属層が形成された状態を示す。図１１（ｄ）は、レジストが除去された状態を示す。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が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が得られる。

レーザーまたは研磨による電極パターニング方法は、第１の圧電基板５０１の加工工程の一つである電極形成工程（ステップＳ１０２）で説明した内容と同様である。

図１０（ｃ）は、第２の圧電基板５０２上の裏面（第３の溝５０７が形成された面の反対側の面）に金属膜で構成される第５の電極５１２が形成された状態を示す。第５の電極５１２のパターンは、第３の溝５０７の境界に沿って分断されている。第５の電極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またはエッチングといった方法により実現できる。さらに、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も実現することができる。

（チップ分離工程）
チップ分離工程（ステップＳ２０４）について説明する。図１０（ｄ）は、チップ分離工程を示す図である。チップ分離工程では、第２の圧電基板５０２の一部が切断される。切断方法としてはダイシング、研磨、レーザーアブレーションなどが挙げられる。本実施形態では、第３の溝５０７は一方の側面で開口しないように切断される。さらに、第２の圧電基板５０２は、第１の圧電基板５０１と同様に５ノズルごとに切り離される。これにより、第２の圧電基板５０２は５個のチップとして切りだされる。

（積層工程）
次に、図１２を用いて積層工程（ステップＳ２）を説明する。上述した第１、第２の圧電基板の加工工程（ステップＳ１）により、第１の圧電基板５０１には第１の溝５０３と、第２の溝５０４が形成されている。第１の溝５０３の内壁面には第１の電極５０５が形成され、第２の溝５０４の内壁面には第２の電極５０６が形成されている。第１の圧電基板５０１の裏面には第３の電極５０８が形成されている。一方、第２の圧電基板５０２には、第３の溝５０７が形成されていて、第３の溝５０７の内壁面には第２の電極５０６と実質的に同じ第４の電極５０９が形成されている。第２の圧電基板５０４の裏面には第５の電極５１２が形成されている。

積層工程では、まず、図１２（ａ）に示すように１枚の第１の圧電基板５０１と、１枚の第２の圧電基板５０２が積層されて接合される。接合には、例えばエポキシ系の接着剤が用いられる。このとき、各圧電基板に形成された溝の内部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ことが望ましい。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、圧電基板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、微小な間隔がある状態で、位置決めを行い、加圧接着する。

積層時のアライメントには、チップ化した圧電基板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もできるし、さらに位置決め精度を向上させるには、カメラによるアライメントを行ってもよい。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使用することができる。

積層工程では、図１２（ａ）に示す積層体を一つのユニットとして、複数のユニットが積層されて接合される。複数のユニットの最上層には、基板５１０が接合される（図１２（ｂ）参照）。一方、最下層には基板５１１が接合される（図１２（ｂ）参照）。これにより圧電体ブロック３０３が作製される。基板５１０、基板５１１はパターンが形成されていない平板のプレートである。基板５１０、基板５１１は圧電基板である必要はない。接合時に加熱を要する場合には、基板５１０、基板５１１は、熱膨張率が第１の圧電基板５０１、第２の圧電基板５０２と近い材料であることが望ましい。基板５１０および基板５１１は、積層された圧電基板全体の反りを矯正する働きを有する。

図１３は、図１２（ｂ）に示す基板５１１の別の形態を示す。図１３に示す基板５１１を用いる場合には、第１の圧電基板５０１と第２の圧電基板５０２の積層体の最下層に第２の圧電基板５０２を配置しない。図１３に示す基板５１１の内壁面には、特に電極を形成する必要はない。

図１４は、図１２（ｂ）に示す圧電体ブロック３０３の断面図である。図１４に示す圧電体ブロック３０３では、圧力室３０７（第１の溝５０３）および空気室３０８（第２の溝５０４、第３の溝５０７）は、互いに交差する２方向に配列されている。以下、この２方向に関し、各圧電基板における溝の配列方向を「第１の方向」と称し、第１の方向に交差する方向を「第２の方向」と称する。本実施形態では、第２の方向は、第１の圧電基板５０１と第２の圧電基板５０２の積層方向に該当する。すなわち、本実施形態では第２の方向は第１の方向に直交している。本実施形態の圧電体ブロック３０３では、空気室３０８は圧力室３０７と第１の方向および第２の方向に交互に配列されている。

（研磨工程）
研磨工程（ステップＳ３）について説明する。研磨工程は、圧電体ブロック３０３の両端面（圧力室３０７の開口端が存在する面）を研磨により平坦にする工程である。研磨には砥粒を用いる。後の電極形成工程のために表面粗さはＲａ０．４μｍ程度が好ましく、また、オリフィスプレート３０４や後方絞りプレート３０２を精度よく貼りつけるために各端面の平面度は１０μｍ以内、端面間の平行度は３０μｍ以内とすることが好ましい。

（前端面電極形成工程）
前端面電極形成工程（ステップＳ４）について説明する。前端面電極形成工程は、圧電体ブロック３０３の前端面（インクが圧力室３０７の開口端から流出する面）に、各空気室３０８に設けられた電極に電気的に接続される配線パターンを形成する工程である。図１５は、前端面電極形成工程を説明するための斜視図である。図１５に示す配線８１７は、圧電体ブロック３０３の前端面８０６に形成される。配線８１７のパターニング方法について図１６を参照しながら説明する。図１６は図１５に示す切断線Ａ−Ａに沿った断面図である。まず、図１６（ａ）に示すように圧電体ブロック３０３の前端面８０６に、フィルムレジスト９０４が積層される。次に、露光、現像により、空気室３０８および空気室３０８の周辺が露出する（図１６（ｂ）参照）。このとき、圧力室３０７および圧力室３０７の周辺はフィルムレジスト９０４で覆われている。さらに、図１６（ｃ）に示すように配線８１７を成膜する。これにより、配線８１７が第２の電極５０６および第３の電極５０８と電気的に接続される。このとき、圧電体ブロック３０３の上面８０８（図１５参照）にもマスクを形成して成膜を行うことで、実装配線接続部８１５が形成される。次に、図１６（ｄ）に示すようにフィルムレジスト９０４を除去することで、リフトオフが行われ、所望のパターンに配線８１７が形成される。図１７は、図１５に示す切断線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。配線８１７は、空気室３０８の内壁面に形成された第２の電極５０６とは電気的に接続され、圧力室３０７の内壁面に形成された第１の電極５０５とは電気的に接続されていない。

配線８１７の構造には、例えば下地層としてのＣｒと、電極層としてのＡｕとを成膜した構造が挙げられる。その他、下地層としてのＣｒにＰｄを成膜した構造であってもよい。さらに、Ｐｄをシード層としてＮｉめっきを成膜し、表面のＮｉをＡｕに置換めっきした構造であってもよい。

（後端面電極形成）
後端面電極形成工程（ステップＳ５）について説明する。後端面電極形成工程は、圧電体ブロック３０３の後端面８０７に各圧力室３０７に設けられた電極に電気的に接続される配線パターンを形成する工程である。図１８は、後端面電極形成工程を説明するための斜視図である。図１８に示す配線８１６は、圧電体ブロック３０３の後端面８０７上部に形成された実装配線接続部８１４に電気的に接続されている。後に示す工程により配線８１６は、実装配線接続部８１４を通じて第１のフレキシブル基板３１０に電気的に接続される。配線８１６のパターニング方法について図１９を参照しながら説明する。図１９は、図１８に示す切断線Ａ−Ａに沿った断面図である。まず、図１９（ａ）に示すように圧電体ブロック３０３の後端面８０７に、フィルムレジスト９０５が積層される。次に、露光、現像により、圧力室３０７および、圧力室３０７の周辺が露出する（図１９（ｂ）参照）。さらに、図１９（ｃ）に示すように配線８１６を成膜する。これにより、配線８１６が第１の電極５０５および第５の電極５１２と電気的に接続される。次に、図１９（ｄ）に示すように、フィルムレジスト９０５を除去することで、リフトオフが行われ、所望のパターンに配線８１６が形成される。配線８１６の構造には、上述した配線８１７と同様の構造を採用できる。

各圧力室３０７の内壁面に形成された第１の電極５０５は、１本の配線８１６と個別に接続される。各配線８１６に駆動信号を印加することで、各圧力室３０７の内壁面は独立して変形する。

（後方絞りプレート接合工程）
後方絞りプレート接合工程（ステップＳ６）について説明する。図２０は、本実施形態の液体吐出ヘッドの分解斜視図である。図２０は、本実施形態の液体吐出ヘッドを後方から見た斜視図である。図２１は、後方絞りプレートの上面図および断面図である。図２１に示すように、後方絞りプレート３０２には複数の開口８０９が各圧力室３０７に対応した位置に設けられている。開口８０９は、インクが圧力室３０７から逆流するのを制限するための部材である。本実施形態では、後方絞りプレート３０２は、シリコン基板で構成されている。開口８０９は、エッチング加工などで後方絞りプレート３０２を貫通するように形成されている。開口８０９の口径は圧力室３０７の口径よりも小さい。圧電体ブロック３０３に接合した際に、圧電体ブロック３０３に形成されている配線のショートを防ぐため、後方絞りプレート３０２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。後方絞りプレート３０２は、例えばエポキシ系の接着剤で圧電体ブロック３０３に接合される。接合の際、開口８０９が接着剤で埋まってしまうのを防ぐためには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、圧電基板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、微小な間隔がある状態で、位置決めを行い、加圧接着する。

接着剤が開口８０９へ浸入するのを防ぐために、後方絞りプレート３０２の開口８０９の外側に溝８１１を形成してもよい。

後方絞りプレート３０２を圧電体ブロック３０３に接合するときには、接合用アライメント溝５１３（図６参照）、接合用アライメント溝５１５（図９参照）が位置決めの手段として用いられる。図２０に示すように、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アライメント孔８１０が設けられている。

後方絞りプレート３０２は、実装配線接続部８１４が露出するように圧電体ブロック３０３の後端面８０７に接着される。

（絶縁処理工程）
絶縁処理工程（ステップＳ７）について説明する。絶縁処理工程は、圧力室３０７の内壁面に形成された電極、空気室３０８の内壁面に形成された電極、及び電極配線の表面に絶縁膜を形成する工程である。電極配線のうち、実装配線接続部８１４、８１５には絶縁膜は形成されない。絶縁膜の成膜時、実装配線接続部８１４、８１５にはテープなどでマスクが施される。絶縁膜は、例えば、パリレンの薄膜であり、化学気相堆積（ＣＶＤ）法によって形成される。パリレンの密着性を向上させるため、成膜前に常温で５分程度ＵＶオゾン処理を施すとよい。さらに、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してもよい。

（板状部材接合工程）
板状部材接合工程（ステップＳ８）について説明する。板状部材接合工程は、図２２に示す板状部材４０１を圧電体ブロック体３０３の前端面８０６に接合する工程である。図２２は、板状部材４０１の正面図である。板状部材４０１には、複数の流路４０２が設けられている。流路４０２は、圧力室３０７と吐出口３０９を個別に連通させるための流路である。本実施形態では、板状部材４０１は、シリコン基板で構成されている。エッチング加工などで板状部材４０１に貫通孔を形成することによって流路４０２が形成される。圧電体ブロック３０３に接合した際に、圧電体ブロック３０３に形成されている配線のショートを防ぐため、板状部材４０１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。板状部材４０１は、例えばエポキシ系の接着剤で圧電体ブロック３０３に接合される。接着の際、流路４０２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、圧電基板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、微小な間隔がある状態で、位置決めを行い、加圧接着する。

接着剤が流路４０２へ浸入するのを防ぐために、流路４０２の周囲に溝４０６を形成してもよい（図２２参照）。

板状部材４０１を圧電体ブロック３０３に接合するときには、接合用アライメント溝５１３（図６参照）、接合用アライメント溝５１５（図９参照）が位置決めの手段として用いられる。図２２に示すように、板状部材４０１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アライメント孔４０５が設けられている。

（オリフィスプレート接合工程）
オリフィスプレート接合工程（ステップＳ９）について説明する。オリフィスプレート接合工程は、オリフィスプレート３０４を板状部材４０１に接合する工程である。図２３は、オリフィスプレートを示す図である。図２３（ａ）は、オリフィスプレート３０４の斜視図を示す。図２３（ｂ）は、オリフィスプレート３０４に形成された吐出口３０９の平面図および断面図を示す。

オリフィスプレート３０４には、複数の吐出口３０９が貫通している。各吐出口３０９は、板状部材４０１の流路４０２を介して各圧力室３０７と個別に連通している。オリフィスプレート３０４における、板状部材４０１との接合面側には、接着剤が吐出口３０９に浸入しないように、溝８１２が設けられている（図２３（ｂ）参照）。オリフィスプレート３０４の作製方法としては、例えば、Ｎｉの電鋳加工が挙げられる。さらに、オリフィスプレート３０４における、板状部材４０１との接合面と反対側の面に撥インク処理を施してもよい。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、これらの材料が蒸着などでオリフィスプレート３０４に形成される。

本実施形態では、オリフィスプレート３０４は、例えば接着剤で板状部材４０１と接合される。接着剤には、例えばエポキシ系の接着剤が挙げられる。接着の際、吐出口３０９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、圧電基板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、微小な間隔がある状態で位置決めを行い、加圧接着する。

図２３（ａ）に示すように、オリフィスプレート３０４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アライメント孔８１３が設けられている。

本実施形態では、圧電基板の積層は、図１４に示すように圧力室３０７の吐出口側の開口部は互いに直交する第１の方向および第２の方向に配列されている。一方、吐出口３０９は、第１の方向と、第３の方向とに配列されている（図２３（ａ）参照）。第３の方向は、第２の方向に対して傾いた方向を示す。このように吐出口３０９を配列することによって、圧力室３０７のように直交配列する形態に比べて記録密度が高くなる。

さらに、互いに隣接する吐出口３０９からインクを連続して吐出しないようにすることによって、ビーディングが発生しにくくすることができる。ここでいうビーディングとは、先に吐出されたインク滴が記録媒体に吸収される前に、次のインク滴が吐出され、これらのインク滴が混ざり合うことにより、濃度ムラが発生する現象を言う。

（配線実装工程）
配線実装工程（ステップＳ１０）について説明する。図２４は、配線実装工程を説明するための斜視図である。図２４に示すように、配線実装工程では、第１のフレキシブル基板３１０が、圧電体ブロック３０３の後端面８０７に圧着され、第２のフレキシブル基板３１０が圧電体ブロック３０３の上面８０８に圧着される。圧着には異方性導電フィルムを用いる。圧着後、各フレキシブル基板と圧電体ブロック３０３との接合部付近を接着剤で補強する。

（共通液室接合工程）
共通液室工程（ステップＳ１１）について説明する。配線実装工程後、インク供給口３０５（図１参照）を有する共通液室３０１（図１参照）が、後方絞りプレート３０２に接合される。本実施形態では共通液室３０１は、ステンレス基板で構成されている。インク供給口３０５は、機械加工で形成されている。共通液室３０１は、接着剤で後方絞りプレート３０２と接合される。

最後に、その他の必要な部品をさらに組み立てて、液体吐出ヘッドが完成する。

（駆動）
次に圧電体ブロック３０３の駆動動作について説明する。図２５は、図１２（ｂ）に示す領域Ｒの拡大図である。図２５（ａ）に示すように、圧力室３０７（第１の溝５０３）は空気室３０８（第２の溝５０４、第３の溝５０７）によって区画され、２次元アレイ状に形成されている。圧力室３０７は外方向の分極方向６０１に分極されている。図２１（ｂ）は、電圧が印加された時の圧力室３０７の様子を示す。圧力室３０７の内壁面に形成されている第１の電極５０５と、第５の電極５１２を正電位とし、空気室３０８の内壁面に形成されている第２の電極５０６、第３の電極５０８、第４の電極５０９をグランド電位として電極間に電圧を印加する。すると、圧力室３０７は、図２１（ｂ）に示すように収縮変形する。この収縮変形によって圧力室３０７内に充填されているインクの圧力が高められる。その結果、圧力室３０７の開口端から流出する。流出したインクは、流路４０２を通じて吐出口３０９より吐出される。一方、第１の電極５０５、第５の電極５１２をＧＮＤ電位、第２の電極５０６、第３の電極５０８、第４の電極５０９を正電位として駆動電圧を印加すると圧力室３０７は、膨張変形する（不図示）。

上述したように本実施形態の液体吐出ヘッドでは、吐出口３０９の配列形態が、圧力室３０７の配列形態と一致していない。しかしながら、図２６に示すように板状部材４０１に形成された流路４０２によって、圧力室３０７と吐出口３０９が互いに連通している。そのため、吐出口３０９の配列形態が、圧力室３０７の配列形態と一致していなくてもインクを吐出することが可能となる。図２６は、圧電体ブロック３０３と、板状部材４０１と、オリフィスプレート３０４とが互いに接合した状態を示す断面図である。図２６に示すように、流路４０２は、空気室３０８には連通していない。

圧力室３０７と空気室３０８の間隔Ｐ（図２６参照）が狭い場合、図２７に示すような板状部材４０３を圧電体ブロック３０３と板状部材４０１との間に挟み込むことによって、圧力室３０７と吐出口３０９のみを連通させることができる。板状部材４０３では、流路４０２に連通するように流路４０４が内部を貫通している。流路４０４の口径は、流路４０２よりも小さい。

２枚の板状部材４０１、４０３を重ねる方法以外にも、ザグリ加工等で流路４０２の深さを調節して１枚の板状部材で図２７に示す形状と同様の形状を作製してもよい。

（実施形態２）
本発明の実施形態２について説明する。以下、上述した実施形態１と異なる点を中心に説明する。図２８は、実施形態２の液体吐出ヘッドの要部の構成を示す断面図である。実施形態１で説明した構成要素と同様の構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。

実施形態２の液体吐出ヘッドは、実施形態１の液体吐出ヘッドと同様に、図３に示すフローチャートの手順に従って製造される。実施形態１の積層工程（ステップＳ２）では、圧力室３０７が直交配列されるように第１の圧電基板５０１と第２の圧電基板５０２が積層される。一方、本実施形態では、図２８に示すように、各圧力室３０７の吐出口側の開口部は第２の方向で隣接する圧力室の開口部に対して中心が第１の方向にずれている。

上記のように圧力室３０７が配列されると、実施形態１に比べて板状部材４０１の流路４０２が短くなる。そのため、流路４０２の抵抗を抑えることが可能となる。

本実施形態では、互いに隣接する圧力室３０７の変位を確保するために、第２の圧電基板５０２の空気室３０８の第１の方向における開口幅Ｌ２を実施形態１よりも広くする必要がある。具体的には、圧力室３０７の中心のずれ量ｄ図２８参照）と、圧力室３０７の第１の方向における開口幅Ｌ４が下記の式（１）を満たすことが好ましい。

Ｌ２＞Ｌ４＋ｄ （１）
しかしながら、上述した開口幅Ｌ２が広い場合、開口幅Ｌ２を有する空気室同士の間隔Ｌ１が狭くなる。間隔Ｌ１が狭い場合、圧電体ブロック３０３の剛性を低下させる原因となる。特に、第２の圧電基板５０２の剛性が低下し、電極形成工程や積層工程で、破損しやすくなるおそれがある。上述したずれ量ｄが大きくなるにつれて、圧電体ブロック３０３の剛性の低下は顕著になる。第１の圧電基板５０１の空気室３０８の第１の方向における開口幅Ｌ３が狭くなるにつれても、圧電体ブロック３０３の剛性の低下は顕著になる。従って、ずれ量ｄは小さい方が好ましい。例えば、ずれ量ｄは、下記の式（２）を満たすことが好ましい。
ｄ＜Ｌ３−Ｌ１（またはＬ３＞Ｌ１＋ｄ） （２）
上記の式（２）を満たすことによって、圧電体ブロック３０３の剛性を確保した上で、高密度な記録を実現することができる。

３０３ 圧電体ブロック
３０４ オリフィスプレート
３０７ 圧力室
３０８ 空気室
３０９ 吐出口
４０１ 板状部材
４０２ 流路

Claims (3)

1. 液体を吐出する複数の吐出口と、各吐出口に連通し、互いに交差する第１の方向と第２の方向に配置され、第１の電極が内壁面に形成された複数の圧力室と、を備えた液体吐出ヘッドであって、
   前記複数の圧力室と、前記第１の方向および前記第２の方向に前記複数の圧力室と交互に配置され、第２の電極が内壁面に形成された複数の空気室と、を有し、前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧が印加されたときに各圧力室の前記内壁面が変形して液体が各圧力室の開口端から流出する圧電体ブロックと、
   前記複数の吐出口が配列されたオリフィスプレートと、
   前記圧電体ブロックと前記オリフィスプレートとの間に配置され、各圧力室の前記開口端を各吐出口に個別に連通させる複数の流路が内部を貫通した板状部材と、
   を有し、
   各圧力室は前記第２の方向で隣接する圧力室に対して中心が前記第１の方向にずれ、
   前記中心のずれ量ｄと、前記圧力室の前記第１の方向における開口幅Ｌ４と、前記圧力室と前記第２の方向で対向する前記空気室の前記第１の方向における開口幅Ｌ２と、が
   Ｌ２＞Ｌ４＋ｄ
   を満たす、液体吐出ヘッド。
2. 前記複数の圧力室が、互いに直交する前記第１の方向と前記第２の方向に配列され、
   前記吐出口が、前記第１の方向と、前記第２の方向に対して傾いた第３の方向と、に配列されている、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記板状部材の各流路は、前記複数の空気室には連通していない、請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。