JP6073660B2 - 液体噴射ヘッド、液体噴射装置及び液体噴射ヘッドの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、液滴を吐出して被記録媒体に記録する液体噴射ヘッド、この液体噴射ヘッドを用いた液体噴射装置及び液体噴射ヘッドの製造方法に関する。
近年、記録紙等にインク滴を吐出して文字や図形を記録する、或いは素子基板の表面に液体材料を吐出して機能性薄膜を形成するインクジェット方式の液体噴射ヘッドが利用されている。この方式は、インクや液体材料などの液体を液体タンクから供給管を介してチャンネルに導き、チャンネルに充填される液体に圧力を印加してチャンネルに連通するノズルから液体を吐出する。液体の吐出の際には、液体噴射ヘッドや被記録媒体を移動させて文字や図形を記録する、或いは所定形状の機能性薄膜を形成する。
図１５及び図１６は、特許文献１に記載される小滴付着装置の断面図及び部分斜視図である（特許文献１の図５及び図７）。図１５に示されるように、小滴付着装置は基板８６と、その表面１２０の上にカバー部材１３０が積層される。基板８６は両端部に集積回路８４が実装され、中央部に溝からなるチャンネル８２が形成され、チャンネル８２を紙面垂直方向に仕切る壁の上にはピエゾ電気物質からなる２つの条片１１０ａ、１１０ｂからなる層１００が設置され、チャンネル８２の底部には小滴吐出用のノズル９６ａ、９６ｂが紙面垂直方向に２列形成される。カバー部材１３０にはマニホールド８８、９０、９２が形成され、各マニホールド８８、９０、９２にそれぞれに連通し、液体を通過させるための導管１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃが形成される。２枚の条片１１０ａ、１１０ｂはその上部に作用部分１４０ａ、１４０ｂが設置され、作用部分１４０ａ、１４０ｂは各チャンネルを上部側から閉じている。
マニホールド９０に供給されるインクはチャンネル８２に流入し、チャンネル８２の両端部に流れてマニホールド８８、９２から排出される。マニホールド９０から供給されるインクは紙面垂直方向の他のチャンネルに導管１５０ｂを介して流入し、他のチャンネルからは導管１５０ａ、１５０ｃを介してマニホールド８８、９２に流出して排出される。条片１１０ａを駆動してその下方のインクに圧力パルスを生じさせ、ノズル９６ａから小滴を吐出させる。同様に、条片１１０ｂを駆動してその下方のインクに圧力パルスを生じさせ、ノズル９６ｂから小滴を吐出させる。
図１６は、ピエゾ電気物質１１０ａ及びチャンネル８２の部分の拡大図である。基板８６には溝からなるチャンネル８２が形成され、チャンネル８２と奥側のチャンネルとの間には側壁１１３が形成され、その壁の頂部には条片１１０ａが設置される。チャンネル８２を構成する側壁１１３及び条片１１０ａの側面には電極１９０’が形成される。更に、頂部表面１１３’、斜切部１９５、側壁１１３の上部、及び、基板８６の表面１２０には互いに電気的に分離される導電性トラック１９２’と導電性トラック１９２’’が形成される。これにより、側壁１１３の手前側の電極１９０’と奥側の電極１９０’’に駆動信号を印加することができる。
特許文献１の小滴付着装置では、図１６に示されるように、基板８６の表面１２０から突出する条片１１０ａの頂部表面１１３’、斜切部１９５の電極材料をパターニングして分割する必要がある。特許文献１では、これをレーザービームにより分割できることが記載され、また、物理的なマスクの使用により又は電気放電機器の使用により、より簡単に分割できることが記載されている。しかし、レーザービームを用いて分割する場合は、多数並列に形成される側壁１１３と条片１１０ａ毎に、頂部表面１１３’、斜切部１９５の表面及び側壁１１３の表面１２０をレーザービームにより走査して電極のパターニングを行わなければならず、長時間を要し生産性が極めて低い。また、側壁１１３の厚さ、また頂部表面１１３’の幅は４０μｍ〜１００μｍと狭く、しかも条片１１０ａの頂部表面１１３’と基板８６の表面１２０との間には段差が存在する。そのため、感光性樹脂を用いて一括してパターニングすることは困難である。また、頂部表面１１３’、斜切部１９５の表面及び基板８６の表面１２０にマスクを設置すること自体が極めて難しい。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、側壁の側面や上面に電極を容易に形成することができる液体噴射ヘッド、液体噴射装置及び液体噴射ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。
本発明の液体噴射ヘッドは、圧電体からなる細長い壁により仕切られる細長い吐出溝と細長い非吐出溝を有し、前記吐出溝と前記非吐出溝が交互に配列するアクチュエータ基板を備え、前記非吐出溝は、一方側の端部が前記非吐出溝の底面から上部の上面開口にかけて切り上がる傾斜面を有し、前記壁の前記吐出溝に面する両側面には前記壁の長手方向に沿って帯状にコモン電極が設置され、前記壁の前記非吐出溝に面する両側面には前記壁の長手方向に沿って帯状にアクティブ電極が設置され、前記アクティブ電極は、前記非吐出溝の一方側の端部の手前から他方側の端部に亘って設置されることとした。
また、前記アクチュエータ基板の上部に設置され、前記吐出溝の一方側に連通する第一スリットと、前記吐出溝の他方側に連通する第二スリットとを有するカバープレートと、前記アクチュエータ基板の下部に設置され、前記吐出溝に連通するノズルを有するノズルプレートと、を備えることとした。
また、前記コモン電極は、前記吐出溝の前記第一スリットが開口する位置から前記吐出溝の他方側の端部に亘って設置されることとした。
また、前記アクティブ電極の一方側の端部は、前記傾斜面の深さが前記アクティブ電極の下端の深さとなる地点よりも他方側に位置することとした。
また、前記非吐出溝は、他方側が前記アクチュエータ基板の外周端まで延在し、前記外周端の近傍では底部に前記アクチュエータ基板が残る上げ底部が形成されることとした。
また、前記吐出溝及び前記非吐出溝は前記上面開口とは反対側に下面開口を有し、前記ノズルプレートは前記下面開口を覆うように設置されることとした。
また、前記ノズルプレートは前記カバープレートよりも剛性が低いこととした。
本発明の液体噴射装置は、上記いずれかに記載の液体噴射ヘッドと、前記液体噴射ヘッドと被記録媒体とを相対的に移動させる移動機構と、前記液体噴射ヘッドに液体を供給する液体供給管と、前記液体供給管に前記液体を供給する液体タンクと、を備えることとした。
本発明の液体噴射ヘッドの製造方法は、圧電体基板に並列する複数の溝を形成する溝形成工程と、前記溝の一方側の端部を覆うようにマスクを設置するマスク設置工程と、前記圧電体基板に斜め蒸着法により導電体を堆積する導電体堆積工程と、前記導電体をパターニングして電極を形成する電極形成工程と、前記圧電体基板の上方にカバープレートを設置するカバープレート設置工程と、前記圧電体基板の下方にノズルプレートを設置するノズルプレート設置工程と、を備えることとした。
また、前記溝形成工程の前に、前記圧電体基板に樹脂膜を形成する樹脂膜形成工程と、前記樹脂膜をパターニングするパターン形成工程とを備えることとした。
また、前記溝形成工程の後に、前記溝が形成される側とは反対側の前記圧電体基板を研削して前記溝を上面から下面に貫通させる圧電体基板研削工程を有することとした。
また、前記ノズルプレート設置工程は、前記圧電体基板の下面に前記ノズルプレートを設置する工程であることとした。
本発明の液体噴射ヘッドは、圧電体からなる細長い壁により仕切られる細長い吐出溝と細長い非吐出溝を有し、吐出溝と非吐出溝が交互に配列するアクチュエータ基板を備え、非吐出溝は、一方側の端部が非吐出溝の底面から上部の上面開口にかけて切り上がる傾斜面を有し、壁の吐出溝に面する両側面には壁の長手方向に沿って帯状にコモン電極が設置され、壁の非吐出溝に面する両側面には壁の長手方向に沿って帯状にアクティブ電極が設置され、アクティブ電極は、非吐出溝の一方側の端部の手前から他方側の端部に亘って設置される。これにより、簡単な工程により短時間で製造することができる液体噴射ヘッドを提供することができる。
（第一実施形態）
図１及び図２は本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッド１を説明するための図である。図１は液体噴射ヘッド１の分解斜視図であり、図２（ａ）は吐出溝６ａの長手方向に沿う断面模式図であり、図２（ｂ）は非吐出溝６ｂの長手方向に沿う断面模式図であり、図２（ｃ）は図１に示す部分ＡＡの部分断面模式図である。
図１及び図２は本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッド１を説明するための図である。図１は液体噴射ヘッド１の分解斜視図であり、図２（ａ）は吐出溝６ａの長手方向に沿う断面模式図であり、図２（ｂ）は非吐出溝６ｂの長手方向に沿う断面模式図であり、図２（ｃ）は図１に示す部分ＡＡの部分断面模式図である。
図１及び図２に示すように、液体噴射ヘッド１は、アクチュエータ基板２と、アクチュエータ基板２の上部に設置されるカバープレート３と、アクチュエータ基板２の下部に設置されるノズルプレート４とを備える。アクチュエータ基板２は、圧電体からなる細長い壁５により仕切られる細長い吐出溝６ａと細長い非吐出溝６ｂを有し、細長い吐出溝６ａと非吐出溝６ｂが交互に配列する。カバープレート３は、吐出溝６ａと非吐出溝６ｂの上面開口７を覆うようにアクチュエータ基板２の上面ＵＳに設置され、吐出溝６ａの一方側に連通する第一スリット１４ａと吐出溝６ａの他方側に連通する第二スリット１４ｂとを有する。ノズルプレート４は、吐出溝６ａに連通するノズル１１を備え、アクチュエータ基板２の下面ＬＳに設置される。そして、アクチュエータ基板２の壁５の吐出溝６ａに面する両側面には壁５の長手方向に沿って帯状にコモン電極１２ａが設置され、壁５の非吐出溝６ｂに面する両側面には壁５の長手方向に沿って帯状にアクティブ電極１２ｂが設置される。アクティブ電極１２ｂは非吐出溝６ｂの一方側の端部の手前から他方側の端部に亘って設置される。
より詳しく説明する。アクチュエータ基板２に形成される溝６は吐出溝６ａと非吐出溝６ｂを含む。吐出溝６ａと非吐出溝６ｂは溝６の長手方向（ｘ方向）に直交する方向（ｙ方向）に交互に並列に配列する。吐出溝６ａは、その長手方向の一方側及び他方側の端部がアクチュエータ基板２の下面開口８から上面開口７にかけて、つまり下面ＬＳから上面ＵＳに切り上がるように傾斜する傾斜面２２を有する。吐出溝６ａは、アクチュエータ基板２の一方側の外周端ＬＥの手前から他方側の外周端ＲＥの手前でありカバープレート３の端部よりも手前まで形成される。非吐出溝６ｂは、一方側の端部が非吐出溝６ｂの底面ＢＢ、つまり下面開口８から上面開口７にかけて切り上がる傾斜面２２を有する。非吐出溝６ｂの他方側の端部はアクチュエータ基板２の他方側の外周端ＲＥまで延在し、外周端ＲＥの近傍では底部にアクチュエータ基板２が残る上げ底部１５が形成される。上げ底部１５は、吐出溝６ａの他方側の端部と同様に、下面ＬＳから上げ底部１５の上面ＢＰにかけて切り上がるように傾斜する。上げ底部１５を形成することによりアクチュエータ基板２の他方側の端部の強度を向上させることができる。
駆動電極１２は吐出溝６ａの側面に設置されるコモン電極１２ａと非吐出溝６ｂの側面に設置されるアクティブ電極１２ｂとを含む。コモン電極１２ａは、吐出溝６ａに面する壁５の両側面の長手方向に沿って帯状に設置され、互いに電気的に接続される。コモン電極１２ａは、吐出溝６ａの第一スリット１４ａが開口する位置から吐出溝６ａの他方側の端部に亘って設置される。アクティブ電極１２ｂは、非吐出溝６ｂに面する壁５の両側面に設置され、非吐出溝６ｂの一方側の端部の手前から他方側の端部に亘って帯状に設置される。図２（ｂ）に示すように、アクティブ電極１２ｂの一方側の端部は、傾斜面２２の深さがアクティブ電極１２ｂの下端Ｅよりも深くなる地点Ｐよりも他方側に位置する。
コモン電極１２ａ及びアクティブ電極１２ｂは吐出溝６ａ及び非吐出溝６ｂの底面ＢＢを構成するノズルプレート４から離間する深さ、具体的には、コモン電極１２ａ及びアクティブ電極１２ｂの下端Ｅが上げ底部１５の上面ＢＰに達しない深さに設置される。アクチュエータ基板２の他方側の外周端ＲＥ近傍の上面ＵＳには、コモン電極１２ａに電気的に接続するコモン端子１６ａと、アクティブ電極１２ｂに電気的に接続するアクティブ端子１６ｂとが設置される。
このように、吐出溝６ａは第一スリット１４ａが開口する位置から形成したので、吐出溝６ａの内部液体に圧力波を効率よく生成させることができる。また、非吐出溝６ｂの両側面に形成するアクティブ電極１２ｂは、非吐出溝６ｂの一方側の端部の手前から他方側の端部に亘って設置される。より具体的には、アクティブ電極１２ｂの一方側の端部は、非吐出溝６ｂの長手方向において、傾斜面２２の深さがアクティブ電極１２ｂの下端Ｅの深さとなる地点Ｐよりも他方側に設置される。また、上げ底部１５の上面ＢＰはアクティブ電極１２ｂの下端Ｅよりも下方に位置し、上面ＢＰには電極材料が堆積されない。具体的に、一方側の端部では、非吐出溝６ｂの内部で対向する２つのアクティブ電極１２ｂが傾斜面２２を介して電気的に導通することを防止している。同様に、他方側の端部では、非吐出溝６ｂの内部で対向する２つのアクティブ電極１２ｂが上面ＢＰを介して電気的に導通することを防止している。これにより、非吐出溝６ｂの両側面に形成されるアクティブ電極１２ｂは互いに電気的に分離される。この電極構造は、後に説明する斜め蒸着法により一括して形成することができるので、製造工程が極めて簡単となる。
カバープレート３は、アクチュエータ基板２の一方側に液体排出室１０を、他方側に液体供給室９を備え、吐出溝６ａを部分的に覆いコモン端子１６ａ及びアクティブ端子１６ｂが露出するようにアクチュエータ基板２の上面ＵＳに接着剤を介して接着される。液体供給室９は、吐出溝６ａの他方側の端部に第二スリット１４ｂを介して連通し、非吐出溝６ｂとは連通しない。液体排出室１０は、吐出溝６ａの一方側の端部に第一スリット１４ａを介して連通し、非吐出溝６ｂとは連通しない。つまり、非吐出溝６ｂはカバープレート３によって上面開口７を覆われている。ノズルプレート４はアクチュエータ基板２の下面ＬＳに接着剤を介して接着される。ノズル１１は吐出溝６ａの長手方向の略中央に位置する。液体供給室９に供給される液体は第二スリット１４ｂを介して吐出溝６ａに流入し、第一スリット１４ａを介して液体排出室１０に排出される。これに対して非吐出溝６ｂは液体供給室９や液体排出室１０には連通しないので液体は流入しない。ここで、ノズルプレート４はカバープレート３よりも剛性が低い。
アクチュエータ基板２は上面ＵＳの垂直方向に分極処理が施された圧電体材料、例えばＰＺＴセラミックスを使用することができる。カバープレート３は、アクチュエータ基板２と同じ材料であるＰＺＴセラミックス、マシナブルセラミックスや、他のセラミックス、ガラス等の低誘電体材料も用いることができる。カバープレート３としてアクチュエータ基板２と同じ材料を使用すれば、熱膨張を等しくして温度変化に対する反りや変形を生じないようにすることができる。ノズルプレート４はポリイミド膜、ポリプロピレン膜、その他の合成樹脂膜や金属膜等を使用することができる。ここで、カバープレート３の厚さは０．３ｍｍ〜１．０ｍｍとし、ノズルプレート４の厚さは０．０１ｍｍ〜０．１ｍｍとするのが好ましい。カバープレート３を０．３ｍｍより薄くすると強度が低下し、１．０ｍｍより厚くすると液体供給室９や液体排出室１０、及び第一及び第二スリット１４ａ、１４ｂの加工に時間を要し、また、材料の増加によりコスト高になる。ノズルプレートを０．０１ｍｍよりも薄くすると強度が低下し、０．１ｍｍより厚くすると隣接するノズルに振動が伝わり、クロストークが発生しやすくなる。
なお、ＰＺＴセラミックスはヤング率が５８．４８ＧＰａであり、ポリイミドはヤング率が３．４ＧＰａである。従って、カバープレート３としてＰＺＴセラミックスを使用し、ノズルプレート４としてポリイミド膜を使用すれば、アクチュエータ基板２の上面ＵＳを覆うカバープレート３のほうが下面ＬＳを覆うノズルプレート４よりも剛性が高い。カバープレート３の材質はヤング率が４０ＧＰａを下回らないことが好ましく、ノズルプレート４の材質はヤング率が１．５ＧＰａ〜３０ＧＰａの範囲が好ましい。ノズルプレート４は、ヤング率が１．５ＧＰａを下回ると被記録媒体に接触したときに傷がつきやすく信頼性が低下し、３０ＧＰａを超えると隣接するノズルに振動が伝わり、クロストークが発生しやすくなる。
液体噴射ヘッド１は、次のように動作する。液体供給室９に液体を供給し、液体排出室１０から液体を排出して、液体を循環させる。そして、コモン端子１６ａとアクティブ端子１６ｂに駆動信号を与えることにより、吐出溝６ａを構成する両壁５を厚みすべり変形させる。このとき、両壁５は“ハ”の字型に変形する、或いは“く”の字に変形する。これにより、吐出溝６ａの内部液体に圧力波が生成されて吐出溝６ａに連通するノズル１１から液滴が吐出される。本実施形態では、非吐出溝６ｂの両壁５の側面に設置されるアクティブ電極１２ｂが電気的に分離されるので、各吐出溝６ａを独立して駆動することができる。独立して駆動させることにより高周波駆動が可能となる利点がある。なお、液体排出室１０と液体供給室９の機能を逆にして、液体排出室１０から液体を供給し、液体供給室９から液体を排出してもよい。さらには、液体が接する内壁に保護膜を形成することも可能である。
なお、アクチュエータ基板２は、全部を圧電体から構成することに代えて、壁５のみに圧電体を使用し、他の領域に非圧電体からなる絶縁体を使用してもよい。また、本実施形態では非吐出溝６ｂの他方側の端部に上げ底部１５を形成し、この上げ底部１５の上面ＢＰより上の側面でありアクチュエータ基板２の他方側の外周端ＲＥまでアクティブ電極１２ｂが延設される例について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。非吐出溝６ｂに沿う上面ＵＳに配線電極を形成し、この配線電極を介してアクティブ電極１２ｂとアクティブ端子１６ｂとを電気的に接続してもよい。また、液体排出室１０と液体供給室９の機能を逆にして、液体排出室１０から液体を供給し、液体供給室９から液体を排出してもよい。
（第二実施形態）
図３は、本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッド１の非吐出溝６ｂの長手方向の断面模式図である。第一実施形態と異なる部分は、非吐出溝６ｂの底部にアクチュエータ基板２が残る点であり、その他の構成は第一実施形態と同様である。従って、以下、主に第一実施形態と異なる非吐出溝６ｂについて説明し、第一実施形態と同じ吐出溝６ａについては説明を省略する。同一部の部分又は同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。
図３は、本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッド１の非吐出溝６ｂの長手方向の断面模式図である。第一実施形態と異なる部分は、非吐出溝６ｂの底部にアクチュエータ基板２が残る点であり、その他の構成は第一実施形態と同様である。従って、以下、主に第一実施形態と異なる非吐出溝６ｂについて説明し、第一実施形態と同じ吐出溝６ａについては説明を省略する。同一部の部分又は同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。
図３に示すように、非吐出溝６ｂはその底部にアクチュエータ基板２が残るように吐出溝６ａよりも浅く形成する。そして、アクチュエータ基板２の下面ＬＳに、ノズルプレート４が設置される。吐出溝６ａは、図２（ａ）と同一の断面形状を備えている。非吐出溝６ｂは円盤状のブレードの外周に研削砥粒を埋め込んだダイシングブレードを用いて底部にアクチュエータ基板２が残るように形成するので、非吐出溝６ｂの一方側の端部には吐出溝６ａの一方側の端部よりも長手方向に長い傾斜面２２となりやすい。また、非吐出溝６ｂの他方側の端部には上げ底部１５が形成される。
この場合も、非吐出溝６ｂの側面に形成されるアクティブ電極１２ｂの一方側の端部は、傾斜面２２の深さがアクティブ電極１２ｂの下端Ｅの深さとなる地点Ｐよりも他方側に位置する。また、上げ底部１５の上面ＢＰはアクティブ電極１２ｂの下端Ｅよりも下方に位置し、上面ＢＰには電極材料が堆積されない。これにより、非吐出溝６ｂの両側面に形成されるアクティブ電極１２ｂは互いに電気的に分離される。具体的に、一方側の端部では、非吐出溝６ｂの内部で対向する２つのアクティブ電極１２ｂが傾斜面２２を介して電気的に導通することを防止している。同様に、他方側の端部では、非吐出溝６ｂの内部で対向する２つのアクティブ電極１２ｂが上面ＢＰを介して電気的に導通することを防止している。また、非吐出溝６ｂの下部にアクチュエータ基板２が残ることにより、アクチュエータ基板２の強度を向上させることができる。
なお、本実施形態では、非吐出溝６ｂの底部にアクチュエータ基板２を残したが、吐出溝６ａの底部に非吐出溝６ｂと同様にアクチュエータ基板２を残し、吐出溝６ａの底面のアクチュエータ基板２に連通口を形成し、この連通口を介してノズルプレート４のノズル１１に連通するように構成してもよい。
（第三実施形態）
図４は、本発明の第三実施形態に係る液体噴射ヘッド１の断面模式図である。図４（ａ）は吐出溝６ａの長手方向の断面模式図であり、図４（ｂ）は非吐出溝６ｂの長手方向の断面模式図である。第一実施形態と異なる部分は、ノズルプレート４が多層に構成される点であり、その他は第一実施形態と同様である。以下、第一実施形態と異なる部分について説明し、同一の部分は説明を省略する。同一の部分又は同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。
図４は、本発明の第三実施形態に係る液体噴射ヘッド１の断面模式図である。図４（ａ）は吐出溝６ａの長手方向の断面模式図であり、図４（ｂ）は非吐出溝６ｂの長手方向の断面模式図である。第一実施形態と異なる部分は、ノズルプレート４が多層に構成される点であり、その他は第一実施形態と同様である。以下、第一実施形態と異なる部分について説明し、同一の部分は説明を省略する。同一の部分又は同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。
図４に示すように、ノズルプレート４は、ポリイミドフィルム１７とポリイミドフィルム１７よりも剛性の高い補助プレート１３の積層構造を有する。補助プレート１３はアクチュエータ基板２の下面開口８を覆うようにアクチュエータ基板２の下面ＬＳに接着される。補助プレート１３には吐出溝６ａの下面開口８に連通する貫通孔１８を備える。ポリイミドフィルム１７は補助プレート１３のアクチュエータ基板２とは反対側に接着される。ポリイミドフィルム１７には貫通孔１８に連通するノズル１１が形成される。補助プレート１３の貫通孔１８の開口部は下面開口８に近い大きさを有し、開口部の側面に気泡が滞留しないようにする。
補助プレート１３として合成樹脂や金属膜を使用することができる。補助プレート１３としてヤング率が１．５ＧＰａ〜３０ＧＰａの材料を使用することが好ましい。しかし、金属膜等のヤング率が３０ＧＰａを超える材料を使用しても、ノズルプレート４の平均ヤング率が１．５ＧＰａ〜３０ＧＰａの範囲内であれば、使用することができる。
（第四実施形態）
図５〜図１３は、本発明の第四実施形態に係る液体噴射ヘッド１の製造方法を説明するための図である。図５は、本発明の第四実施形態に係る液体噴射ヘッド１の製造工程の流れ図であり、図６〜図１３は、各工程を説明するための図である。以下、図５と図６〜図１３を参照して液体噴射ヘッド１の製造方法を詳細に説明する。同一の部分又は同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。
図５〜図１３は、本発明の第四実施形態に係る液体噴射ヘッド１の製造方法を説明するための図である。図５は、本発明の第四実施形態に係る液体噴射ヘッド１の製造工程の流れ図であり、図６〜図１３は、各工程を説明するための図である。以下、図５と図６〜図１３を参照して液体噴射ヘッド１の製造方法を詳細に説明する。同一の部分又は同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。
図６（ａ）及び（ｂ）は圧電体基板１９の断面模式図である。図６（ａ）に示すように、樹脂膜形成工程Ｓ０１において、圧電体基板１９の上面ＵＳに感光性の樹脂膜２０を設置する。圧電体基板としてはＰＺＴセラミックスを使用することができる。樹脂膜２０としてレジスト膜を塗布して形成することができる。また、感光性樹脂フィルムを設置することができる。次に、図６（ｂ）に示すように、パターン形成工程Ｓ０２において、露光・現像を行って樹脂膜２０のパターンを形成する。後に電極を形成する領域の樹脂膜２０を除去し、電極を形成しない領域には樹脂膜２０を残す。後にリフトオフ法により電極のパターニングを行うためである。
図７（ａ）はダイシングブレード２１を用いて溝６を研削して形成する状態を示す断面模式図であり、図７（ｂ）は吐出溝６ａの断面模式図であり、図７（ｃ）は非吐出溝６ｂの断面模式図であり、図７（ｄ）は溝６を形成した圧電体基板１９の上面模式図である。図７に示すように、溝形成工程Ｓ１において、圧電体基板１９に並列する複数の溝６を形成する。溝６は吐出溝６ａと非吐出溝６ｂを含み、吐出溝６ａと非吐出溝６ｂを交互に並列に形成する。ダイシングブレード２１を溝６の一方側の端部に降下させ、水平に移動して他方側の端部において上昇させる。ダイシングブレード２１はアクチュエータ基板２の下面に達しない深さであり、吐出溝６ａ及び非吐出溝６ｂの深さを表す破線Ｚよりも深く研削する。また、非吐出溝６ｂは、他方側の端部を圧電体基板１９の外周端まで浅く研削して上げ底部１５を形成する。
吐出溝６ａや非吐出溝６ｂの最終的な深さである破線Ｚよりも深く研削することにより、傾斜面２２の長手方向の幅Ｗを狭くすることができる。即ち、ダイシングブレード２１を用いて研削するので、吐出溝６ａの一方側の端部、他方側の端部、及び、非吐出溝６ｂの一方側の端部にはダイシングブレード２１の外周形状が転写される。例えば２インチのダイシングブレード２１を用いて深さ３６０μｍの溝を形成する場合、端部の傾斜面２２は長手方向の幅が約４ｍｍとなる。これに対して同じダイシングブレード２１を用いて深さ５９０μｍの溝を形成すれば、深さ３６０μｍまでの幅Ｗを約２ｍｍと半分に縮小させることができる。これを一方側の端部と他方側の端部の２カ所で合計４ｍｍ短縮させることができ、圧電体ウエハーから圧電体基板１９の取個数を増やすことができる。
図８は、圧電体基板１９の一方側の端部にマスク２３を設置した状態を説明するための図であり、図８（ａ）は圧電体基板１９の上面模式図であり、図８（ｂ）は非吐出溝６ｂの長手方向に沿う断面模式図である。図８に示すように、マスク設置工程Ｓ２において、溝６の一方側の端部を覆うように圧電体基板１９の上にマスク２３を設置する。マスク２３は、その他方側の端部Ｆがアクティブ電極１２ｂの下端Ｅの深さとなるべき傾斜面２２の地点Ｐよりも他方側であり、更に、吐出溝６ａと連通する第一スリットが吐出溝６ａ側に開口する位置に設置する。言いかえると、アクティブ電極の下端Ｅとなるべき深さよりも浅い傾斜面２２及び一方側の上面ＵＳがマスク２３によって覆われ、更に、コモン電極の一方側の端部が第一スリットの吐出溝側の開口する領域に入るようにする。
図９は斜め蒸着法により導電体２４を堆積した状態を表し、図８（ａ）に示す部分ＣＣの断面模式図である。導電体堆積工程Ｓ３において、上面ＵＳの法線に対して溝６の長手方向と直交する方向に傾斜する角度＋θと−θから蒸着法により圧電体基板１９の上面ＵＳに導電体２４を蒸着する。本実施形態においては、壁５の上面ＵＳから破線Ｚまでの深さｄの略ｄ／２の深さまで導電体２４を堆積する。非吐出溝６ｂの一方側の端部に形成される傾斜面２２は、少なくとも深さｄ／２よりも浅い領域がマスク２３により覆われるので、この浅い領域には導電体２４が堆積されない。また、上げ底部１５の上面ＢＰは下端Ｅよりも下方に位置するので、上面ＢＰには導電体２４が堆積されない。これに対して、吐出溝６ａの他方側の端部に形成され傾斜面は、深さｄ／２よりも浅い領域に上面ＵＳと同様に導電体２４が堆積される。なお、導電体２４は、最終的な溝６の深さである破線Ｚよりも浅く、ｄ／２よりも深く形成してもよい。
図１０は、樹脂膜２０を除去して同時に樹脂膜２０の上の導電体２４を除去した状態を表す。電極形成工程Ｓ４において、導電体２４をパターニングしてコモン電極１２ａ及びアクティブ電極１２ｂを形成する。つまり、樹脂膜２０を除去するリフトオフ法により、その上面に堆積した導電体２４を除去する。これにより、壁５の両側面に堆積した導電体２４が分離してコモン電極１２ａとアクティブ電極１２ｂが形成される。なお、この電極形成工程Ｓ４において、同時にコモン端子１６ａ及びアクティブ端子１６ｂを形成する（図８（ａ）を参照）。これにより、非吐出溝６ｂの両側面に形成されるアクティブ電極１２ｂは互いに電気的に分離し、吐出溝６ａの両側面に形成されるコモン電極１２ａは電気的に接続される。なお、斜め蒸着法により形成するコモン電極１２ａやアクティブ電極１２ｂの下端Ｅを、吐出溝６ａ及び非吐出溝６ｂの最終的な深さｄの略１／２としたが、より深く形成してもよい。その場合でも、吐出溝６ａ及び非吐出溝６ｂの最終的な深さである破線Ｚに達しないようにする。コモン電極１２ａ及びアクティブ電極１２ｂを吐出溝６ａ及び非吐出溝６ｂの底面である破線Ｚから離間させることにより、液滴を安定して吐出させることができる。
図１１は圧電体基板１９の上方にカバープレート３を設置した状態を表す断面模式図である。図１１（ａ）は吐出溝６ａの長手方向の断面模式図であり、図１１（ｂ）は非吐出溝６ｂの長手方向の断面模式図である。図１１に示すように、カバープレート設置工程Ｓ５において、圧電体基板１９の上方にカバープレート３を設置する。カバープレート３には、一方側に液体排出室１０が他方側に液体供給室９がそれぞれ形成され、更に、液体排出室１０からその反対側の裏面に貫通する第一スリット１４ａ及び液体供給室９からその反対側の裏面に貫通する第二スリット１４ｂが形成される。液体排出室１０は第一スリット１４ａを介して吐出溝６ａの一方側の端部に連通し、液体供給室９は第二スリット１４ｂを介して吐出溝６ａの他方側の端部に連通する。また、非吐出溝６ｂは上面開口７がカバープレート３により塞がれ、液体排出室１０及び液体供給室９には連通しない。
図１２は圧電体基板１９のカバープレート３とは反対側の裏面を研削した状態を表す断面模式図である。図１２（ａ）は吐出溝６ａの長手方向の断面模式図であり、図１２（ｂ）は非吐出溝６ｂの長手方向の断面模式図である。図１２に示すように、圧電体基板研削工程Ｓ６において、溝６が形成される側とは反対側の圧電体基板１９を研削し、溝６を上面ＵＳから下面ＬＳに貫通させてアクチュエータ基板２を形成する。圧電体基板１９の裏面は、溝６の最終的な深さとなる破線Ｚまで研削する。各壁５の上面ＵＳはカバープレート３により固定され、各溝６の一方側の端部及び上げ底部１５を含む他方側の端部に圧電体基板１９が残されているので、研削の際の破損を防止することができる。なお、圧電体基板研削工程Ｓ６は、図７に示す溝形成工程Ｓ１のダイシングブレード２１の切り込み深さを深くし、溝６が圧電体基板１９の下面に開口するように形成することで、省略することができる。
図１３は、アクチュエータ基板２（圧電体基板１９）の下面ＬＳにノズルプレート４を接着した状態を表す。図１３（ａ）が吐出溝６ａの長手方向の断面模式図であり、図１３（ｂ）が非吐出溝６ｂの長手方向の断面模式図である。図１３に示すように、圧電体基板１９の下面ＬＳにノズルプレート４を設置する。ノズルプレート４にノズル１１が開口し、ノズル１１は吐出溝６ａに連通する。ノズルプレート４はカバープレート３のよりも剛性が低い。
この製造方法により、非吐出溝６ｂの両側面に形成するアクティブ電極１２ｂを一括して電気的に分離することができるので、壁５の上面に形成される導電体を一本ずつ分離する必要がなく、製造方法が極めて簡単となる。また、各溝６の端部に形成される傾斜面２２の幅を狭く形成することができるので、一枚の圧電体ウエハーからの取個数が増え、コストを低減させることができる。
なお、圧電体基板１９は、少なくとも各溝６を仕切る壁５の部分に圧電体を使用し、その他の領域は非圧電体からなる絶縁体とすることができる。また、第二実施形態において説明したように、非吐出溝６ｂについては（或いは吐出溝６ａについても）その底部にアクチュエータ基板２の材料が残るように形成することができる。また、ノズルプレート４の単層である必要はなく、材料の異なる複数の薄膜層から構成することができる。また、本実施形態ではコモン電極１２ａ、アクティブ電極１２ｂ、コモン端子１６ａ、アクティブ端子１６ｂをリフトオフ法によりパターニングを行ったが、本発明はこれに限定されない。例えば、導電体堆積工程Ｓ３（図９）において斜め蒸着法により導電体２４を圧電体基板１９の上面ＵＳや側面に形成した後に、フォトリソグラフィ及びエッチング法によりコモン電極１２ａ、アクティブ電極１２ｂ、コモン端子１６ａ、アクティブ端子１６ｂのパターンを形成してもよい。
（第五実施形態）
図１４は本発明の第五実施形態に係る液体噴射装置３０の模式的な斜視図である。液体噴射装置３０は、液体噴射ヘッド１、１’を往復移動させる移動機構４０と、液体噴射ヘッド１、１’に液体を供給し、液体噴射ヘッド１、１’から液体を排出する流路部３５、３５’と、流路部３５、３５’に連通する液体ポンプ３３、３３’及び液体タンク３４、３４’とを備えている。各液体噴射ヘッド１、１’は複数のヘッドチップを備え、各ヘッドチップは複数の吐出溝からなるチャンネルを備え、各チャンネルに連通するノズルから液滴を吐出する。液体ポンプ３３、３３’として、流路部３５、３５’に液体を供給する供給ポンプとそれ以外に液体を排出する排出ポンプのいずれか若しくは両方を設置する。また、図示しない圧力センサーや流量センサーを設置し、液体の流量を制御することもある。液体噴射ヘッド１、１’は既に説明した第一〜第四実施形態のいずれかを使用する。
図１４は本発明の第五実施形態に係る液体噴射装置３０の模式的な斜視図である。液体噴射装置３０は、液体噴射ヘッド１、１’を往復移動させる移動機構４０と、液体噴射ヘッド１、１’に液体を供給し、液体噴射ヘッド１、１’から液体を排出する流路部３５、３５’と、流路部３５、３５’に連通する液体ポンプ３３、３３’及び液体タンク３４、３４’とを備えている。各液体噴射ヘッド１、１’は複数のヘッドチップを備え、各ヘッドチップは複数の吐出溝からなるチャンネルを備え、各チャンネルに連通するノズルから液滴を吐出する。液体ポンプ３３、３３’として、流路部３５、３５’に液体を供給する供給ポンプとそれ以外に液体を排出する排出ポンプのいずれか若しくは両方を設置する。また、図示しない圧力センサーや流量センサーを設置し、液体の流量を制御することもある。液体噴射ヘッド１、１’は既に説明した第一〜第四実施形態のいずれかを使用する。
液体噴射装置３０は、紙等の被記録媒体４４を主走査方向に搬送する一対の搬送手段４１、４２と、被記録媒体４４に液体を吐出する液体噴射ヘッド１、１’と、液体噴射ヘッド１、１’を載置するキャリッジユニット４３と、液体タンク３４、３４’に貯留した液体を流路部３５、３５’に押圧して供給する液体ポンプ３３、３３’と、液体噴射ヘッド１、１’を主走査方向と直交する副走査方向に走査する移動機構４０とを備えている。図示しない制御部は液体噴射ヘッド１、１’、移動機構４０、搬送手段４１、４２を制御して駆動する。
一対の搬送手段４１、４２は副走査方向に延び、ローラ面を接触しながら回転するグリッドローラとピンチローラを備えている。図示しないモータによりグリッドローラとピンチローラを軸周りに移転させてローラ間に挟み込んだ被記録媒体４４を主走査方向に搬送する。移動機構４０は、副走査方向に延びた一対のガイドレール３６、３７と、一対のガイドレール３６、３７に沿って摺動可能なキャリッジユニット４３と、キャリッジユニット４３を連結し副走査方向に移動させる無端ベルト３８と、この無端ベルト３８を図示しないプーリを介して周回させるモータ３９を備えている。
キャリッジユニット４３は、複数の液体噴射ヘッド１、１’を載置し、例えばイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４種類の液滴を吐出する。液体タンク３４、３４’は対応する色の液体を貯留し、液体ポンプ３３、３３’、流路部３５、３５’を介して液体噴射ヘッド１、１’に供給する。各液体噴射ヘッド１、１’は駆動信号に応じて各色の液滴を吐出する。液体噴射ヘッド１、１’から液体を吐出させるタイミング、キャリッジユニット４３を駆動するモータ３９の回転及び被記録媒体４４の搬送速度を制御することにより、被記録媒体４４上に任意のパターンを記録することできる。
なお、本実施形態は、移動機構４０がキャリッジユニット４３と被記録媒体４４を移動させて記録する液体噴射装置３０であるが、これに代えて、キャリッジユニットを固定し、移動機構が被記録媒体を２次元的に移動させて記録する液体噴射装置であってもよい。つまり、移動機構は液体噴射ヘッドと被記録媒体とを相対的に移動させるものであればよい。
１ 液体噴射ヘッド
２ アクチュエータ基板
３ カバープレート
４ ノズルプレート
５ 壁
６ 溝、６ａ 吐出溝、６ｂ 非吐出溝
７ 上面開口
８ 下面開口
９ 液体供給室
１０ 液体排出室
１１ ノズル
１２ 駆動電極、１２ａ コモン電極、１２ｂ アクティブ電極
１３ 補助プレート
１４ａ 第一スリット、１４ｂ 第二スリット
１５ 上げ底部
１６ａ コモン端子、１６ｂ アクティブ端子
１７ ポリイミドフィルム
１８ 貫通孔
１９ 圧電体基板
２０ 樹脂膜
２１ ダイシングブレード
２２ 傾斜面
２３ マスク
２４ 導電体
３０ 液体噴射装置
ＬＥ 一方側の外周端、ＲＥ 他方側の外周端、ＵＳ 上面、ＬＳ 下面、ＢＰ 上面
ＢＢ 底面、Ｅ 下端、Ｐ 地点
２ アクチュエータ基板
３ カバープレート
４ ノズルプレート
５ 壁
６ 溝、６ａ 吐出溝、６ｂ 非吐出溝
７ 上面開口
８ 下面開口
９ 液体供給室
１０ 液体排出室
１１ ノズル
１２ 駆動電極、１２ａ コモン電極、１２ｂ アクティブ電極
１３ 補助プレート
１４ａ 第一スリット、１４ｂ 第二スリット
１５ 上げ底部
１６ａ コモン端子、１６ｂ アクティブ端子
１７ ポリイミドフィルム
１８ 貫通孔
１９ 圧電体基板
２０ 樹脂膜
２１ ダイシングブレード
２２ 傾斜面
２３ マスク
２４ 導電体
３０ 液体噴射装置
ＬＥ 一方側の外周端、ＲＥ 他方側の外周端、ＵＳ 上面、ＬＳ 下面、ＢＰ 上面
ＢＢ 底面、Ｅ 下端、Ｐ 地点
Claims (12)
- 圧電体からなる細長い壁により仕切られる細長い吐出溝と細長い非吐出溝を有し、前記吐出溝と前記非吐出溝が交互に配列するアクチュエータ基板を備え、
前記非吐出溝は、一方側の端部が前記非吐出溝の底面から上部の上面開口にかけて切り上がる傾斜面を有し、
前記壁の前記吐出溝に面する両側面には前記壁の長手方向に沿って帯状にコモン電極が設置され、前記壁の前記非吐出溝に面する両側面には前記壁の長手方向に沿って帯状にアクティブ電極が設置され、
前記アクティブ電極は、前記非吐出溝の一方側の端部の手前から他方側の端部に亘って設置される、
液体噴射ヘッドであって、
さらに、前記吐出溝に連通するノズルから液滴を吐出するための駆動信号を与える、前記アクティブ電極に電気的に接続されるアクティブ端子が、前記非吐出溝の他端側に設置される、
液体噴射ヘッド。 - 前記アクチュエータ基板の上部に設置され、前記吐出溝の一方側に連通する第一スリットと、前記吐出溝の他方側に連通する第二スリットとを有するカバープレートと、
前記アクチュエータ基板の下部に設置され、前記吐出溝に連通するノズルを有するノズルプレートと、を備える請求項１に記載の液体噴射ヘッド。 - 前記コモン電極は、前記吐出溝の前記第一スリットが開口する位置から前記吐出溝の他方側の端部に亘って設置される請求項２に記載の液体噴射ヘッド。
- 前記アクティブ電極の一方側の端部は、前記傾斜面の深さが前記アクティブ電極の下端の深さとなる地点よりも他方側に位置する請求項１〜３のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
- 前記非吐出溝は、他方側が前記アクチュエータ基板の外周端まで延在し、前記外周端の近傍では底部に前記アクチュエータ基板が残る上げ底部が形成される請求項１〜４のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
- 前記吐出溝及び前記非吐出溝は前記上面開口とは反対側に下面開口を有し、
前記ノズルプレートは前記下面開口を覆うように設置される請求項２に記載の液体噴射ヘッド。 - 前記ノズルプレートは前記カバープレートよりも剛性が低い請求項２又は６に記載の液体噴射ヘッド。
- 請求項１に記載の液体噴射ヘッドと、
前記液体噴射ヘッドと被記録媒体とを相対的に移動させる移動機構と、
前記液体噴射ヘッドに液体を供給する液体供給管と、
前記液体供給管に前記液体を供給する液体タンクと、を備える液体噴射装置。 - 圧電体基板に並列する複数の溝を形成する溝形成工程と、
前記溝の一方側の端部を覆うようにマスクを設置するマスク設置工程と、
前記圧電体基板に斜め蒸着法により導電体を堆積する導電体堆積工程と、
前記導電体をパターニングして電極を形成する電極形成工程と、
前記圧電体基板の上方にカバープレートを設置するカバープレート設置工程と、
前記圧電体基板の下方にノズルプレートを設置するノズルプレート設置工程と、を備える、
液体噴射ヘッドの製造方法であって、
前記電極形成工程は、液滴を吐出するための駆動信号を与える、前記電極に電気的に接続される端子を前記溝の他方側に形成する工程を含む、
液体噴射ヘッドの製造方法。 - 前記溝形成工程の前に、前記圧電体基板に樹脂膜を形成する樹脂膜形成工程と、前記樹脂膜をパターニングするパターン形成工程とを備える請求項９に記載の液体噴射ヘッドの
製造方法。 - 前記溝形成工程の後に、前記溝が形成される側とは反対側の前記圧電体基板を研削して前記溝を上面から下面に貫通させる圧電体基板研削工程を有する請求項９又は１０に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
- 前記ノズルプレート設置工程は、前記圧電体基板の下面に前記ノズルプレートを設置する工程である請求項１１に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
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