JP6953752B2 - 液体吐出ヘッド及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、温度センサが設けられた液体吐出ヘッド及びその製造方法に関する。
液体吐出ヘッドにおいて、温度センサを設ける技術が知られている。例えば、特許文献１では、アクチュエータプレートに溝部（圧力室）が形成されており、溝部（圧力室）を覆うカバープレートの表面に温度センサが配置されている。
特開２０１０−１４９２９３号公報（段落００４０）
特許文献１では、アクチュエータプレートの溝部の側壁を変形させることで、溝部内の液体がノズルから吐出される。カバープレートは、液体吐出時に変形するものではなく、厚みが比較的大きい。温度センサは、このようなカバープレート上に配置されているため、流路基板の流路内の液体の温度を精確に検知することができない。
本発明の目的は、流路基板の流路内の液体の温度を精確に検知することが可能な液体吐出ヘッド及びその製造方法を提供することにある。
本発明の第１観点に係る液体吐出ヘッドは、複数の圧力室が形成された流路基板と、前記複数の圧力室を覆うアクチュエータと、温度センサと、を備え、前記流路基板における前記複数の圧力室が開口した表面に、ダミー圧力室が形成されており、前記アクチュエータは、前記複数の圧力室及び前記ダミー圧力室を覆う振動板と、前記振動板における前記複数の圧力室と対向する面とは反対側の面に配置され、前記複数の圧力室と対向する圧電体とを含み、前記温度センサは、前記振動板の前記反対側の面における前記ダミー圧力室と対向する位置に配置されており、前記振動板の前記反対側の面における、前記温度センサが設けられた前記ダミー圧力室と対向する位置に、前記圧電体が設けられていないことを特徴とする。
本発明の第２観点に係る液体吐出ヘッドは、複数の圧力室が形成された流路基板と、前記複数の圧力室を覆うアクチュエータと、温度センサと、を備え、前記流路基板における前記複数の圧力室が開口した表面に、ダミー圧力室が形成されており、前記アクチュエータは、前記複数の圧力室及び前記ダミー圧力室を覆う振動板と、前記振動板における前記複数の圧力室と対向する面とは反対側の面に配置され、前記複数の圧力室と対向する圧電体とを含み、前記温度センサは、前記振動板の前記反対側の面における前記ダミー圧力室と対向する位置に配置されており、前記温度センサは、温度によって電気抵抗が変化する材料からなることを特徴とする。
本発明の第３観点に係る液体吐出ヘッドは、複数の圧力室が形成された流路基板と、前記複数の圧力室を覆うアクチュエータと、温度センサと、を備え、前記流路基板における前記複数の圧力室が開口した表面に、ダミー圧力室が形成されており、前記アクチュエータは、前記複数の圧力室及び前記ダミー圧力室を覆う振動板と、前記振動板における前記複数の圧力室と対向する面とは反対側の面に配置され、前記複数の圧力室と対向する圧電体とを含み、前記温度センサは、前記振動板の前記反対側の面における前記ダミー圧力室と対向する位置に配置されており、前記温度センサは、複数の前記ダミー圧力室に跨って配置されていることを特徴とする。
本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法は、複数の圧力室とダミー圧力室とが形成される流路基板の表面に、前記複数の圧力室及び前記ダミー圧力室を覆う振動板を形成する、振動板形成工程と、前記振動板形成工程の後、前記振動板における前記複数の圧力室及び前記ダミー圧力室と対向する面とは反対側の面に温度センサを構成する材料からなる層を形成した後、前記ダミー圧力室と対向する位置に前記層が残るようにエッチングを行い、前記温度センサを形成する、温度センサ形成工程と、前記温度センサ形成工程の後、前記振動板の前記反対側の面における前記複数の圧力室と対向する位置に圧電体を形成する、圧電体形成工程と、を備えたことを特徴とする。
本発明の第１実施形態に係るヘッド１を備えたプリンタ１００の概略的な平面図である。 ヘッド１の平面図（リザーバ部材１１ａ、保護部材１５、ＣＯＦ１８及び保護膜１２ｉの図示略）である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 図３の領域ＩＶを示す図である。 図２のＶ−Ｖ線に沿った、図４に対応する断面図である。 図２のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図（リザーバ部材１１ａ及び保護部材１５の図示略）である。 ヘッド１の製造方法を示すフロー図である。 ヘッド１の製造過程を示す図６に対応する断面図である。 本発明の第２実施形態に係るヘッド２０１の図２に対応する平面図である。 本発明の第３実施形態に係るヘッド３０１の図６に対応する断面図である。
＜第１実施形態＞
先ず、図１を参照し、本発明の第１実施形態に係るヘッド１を含むヘッドユニット１ｘを備えたプリンタ１００の全体構成について説明する。プリンタ１００は、ヘッドユニット１ｘの他、プラテン３、搬送機構４及び制御装置５を備えている。
ヘッドユニット１ｘは、ライン式（即ち、位置が固定された状態で用紙９に対してインクを吐出する方式）であり、搬送方向と直交する方向に長尺である。ヘッドユニット１ｘは、搬送方向と直交する方向に沿って千鳥状に配置された４つのヘッド１を含む。４つのヘッド１は、互いに同じ構造を有する。各ヘッド１は、複数のノズル１１ｎ（図２及び図３参照）からインクを吐出する。
プラテン３は、ヘッドユニット１ｘの下方に配置されている。プラテン３に支持された用紙９上に、各ヘッド１からインクが吐出される。
搬送機構４は、搬送方向にプラテン３を挟んで配置された２つのローラ対４ａ，４ｂを有する。搬送モータ４ｍの駆動により、各ローラ対４ａ，４ｂを構成する２つのローラが用紙９を挟持した状態で互いに逆方向に回転することで、用紙９が搬送方向に搬送される。
制御装置５は、ＰＣ等の外部装置から入力された記録指令に基づいて、用紙９に画像が記録されるように、４つのヘッド１、搬送モータ４ｍ等を制御する。
次いで、図２〜図６を参照し、ヘッド１の構成について説明する。ヘッド１は、流路基板１１、アクチュエータ１２、温度センサ１３、タンク１４、保護部材１５及びＣＯＦ１８を有する。
流路基板１１は、図３に示すように、リザーバ部材１１ａ、圧力室プレート１１ｂ、流路プレート１１ｃ、保護プレート１１ｄ及びノズルプレート１１ｅを有し、これらが互いに接着されて構成されている。流路基板１１には、図２及び図３に示すように、複数の圧力室１１ｍ、複数のダミー圧力室１１ｍｄ、複数のノズル１１ｎ、複数のダミーノズル１１ｎｄ、供給流路１１ｓ及び帰還流路１１ｒが形成されている。
圧力室プレート１１ｂは、シリコン単結晶基板からなり、複数の圧力室１１ｍ及び複数のダミー圧力室１１ｍｄが貫通して形成されている。即ち、圧力室プレート１１ｂにおける複数の圧力室１１ｍが開口した表面に、複数のダミー圧力室１１ｍｄが形成されている。複数の圧力室１１ｍ及び複数のダミー圧力室１１ｍｄは、互いに同じ形状及びサイズを有する。
複数の圧力室１１ｍは、図２に示すように、２つの圧力室列１１ｍＲを構成するように配列されている。各圧力室列１１ｍＲを構成する複数の圧力室１１ｍは、配列方向（搬送方向と直交する方向）に等間隔で配列されている。２つの圧力室列１１ｍＲは、配列方向と直交する方向（搬送方向と平行な方向）に並んでいる。複数の圧力室１１ｍは、それぞれ配列方向の位置が異なるように、千鳥状に配列されている。
複数のダミー圧力室１１ｍｄは、各圧力室列１１ｍＲの両端に、２つずつ配置されている。複数の圧力室１１ｍと複数のダミー圧力室１１ｍｄとは、複数の圧力室１１ｍの配列方向に、等間隔で、２つのダミー圧力室１１ｍｄが配列方向の両側の末端に位置するように、配列されている。当該２つのダミー圧力室１１ｍｄは、各圧力室列１１ｍＲを構成する複数の圧力室１１ｍと配列方向に隣接する隣接ダミー圧力室１１ｍｄ１と、隣接ダミー圧力室１１ｍｄ１よりも当該複数の圧力室１１ｍから配列方向に離隔した離隔ダミー圧力室１１ｍｄ２とを含む。
流路プレート１１ｃは、圧力室プレート１１ｂよりも一回り大きな平面サイズを有し、圧力室プレート１１ｂの下面に接着されている。流路プレート１１ｃには、図３に示すように、供給流路１１ｓの一部であるマニホールド１１ｓ２、マニホールド１１ｓ２と各圧力室１１ｍとを接続する流路１１ｔ、各圧力室１１ｍと各ノズル１１ｎとを接続するディセンダ１１ｐ、ディセンダ１１ｐと帰還流路１１ｒとを接続する絞り１１ｕ、及び、帰還流路１１ｒが形成されている。マニホールド１１ｓ２及び帰還流路１１ｒは、流路プレート１１ｃをその厚み方向に貫通し、流路プレート１１ｃの上面及び下面に開口している。
マニホールド１１ｓ２は、図２に示すように、２つの圧力室列１１ｍＲの両外側において、配列方向に延在している。帰還流路１１ｒは、２つの圧力室列１１ｍＲの間において、配列方向に延在している。マニホールド１１ｓ２及び帰還流路１１ｒは、共に、複数の圧力室１１ｍのみならず、複数のダミー圧力室１１ｍｄとも連通している。即ち、各ダミー圧力室１１ｍｄには、流路基板１１内のインクが充填されている。
流路プレート１１ｃの下面には、図３に示すように、マニホールド１１ｓ２を覆うように、可撓性のダンパー膜１１ｖが接着されている。ダンパー膜１１ｖは、マニホールド１１ｓ２内のインクの圧力変動を減衰させる機能を有する。ダンパー膜１１ｖの周縁には、枠状のスペーサＳが固定されている。
保護プレート１１ｄは、スペーサＳの下面に、ダンパー膜１１ｖを覆うように接着されている。ダンパー膜１１ｖは、保護プレート１１ｄと間隙を介して対向し、保護プレート１１ｄによって保護されている。
ノズルプレート１１ｅには、複数のノズル１１ｎ及び複数のダミーノズル１１ｎｄが貫通して形成されている。複数のノズル１１ｎは複数の圧力室１１ｍのそれぞれと連通し、複数のダミーノズル１１ｎｄは複数のダミー圧力室１１ｍｄのそれぞれと連通している。複数のノズル１１ｎ及び複数のダミーノズル１１ｎｄは、互いに同じ形状及びサイズを有する。ノズルプレート１１ｅは、帰還流路１１ｒを塞ぐように、流路プレート１１ｃの下面に接着されている。
複数のノズル１１ｎは、図２に示すように、複数の圧力室１１ｍと同様、２列に配列されると共に、それぞれ配列方向の位置が異なるように千鳥状に配列されている。
複数のダミーノズル１１ｎｄは、複数のダミー圧力室１１ｍｄと同様、各ノズル列の両端に、２つずつ配置されている。
複数のノズル１１ｎは、アクチュエータ１２の活性部１２ｘの駆動により対応する圧力室１１ｍの容積が変化することに伴い、インクを吐出する。一方、複数のダミーノズル１１ｎｄは、離隔ダミー圧力室１１ｍｄ２と対向する位置に活性部１２ｘが設けられていないこと、又は、隣接ダミー圧力室１１ｍｄ１と対向する位置に活性部１２ｘが設けられているが活性部１２ｘが駆動されないことから、インクを吐出しない。
リザーバ部材１１ａには、図３に示すように、供給流路１１ｓの一部であるリザーバ１１ｓ１が形成されている。リザーバ１１ｓ１は、マニホールド１１ｓ２と同様、２つの圧力室列１１ｍＲの両外側において、配列方向に延在している。リザーバ１１ｓ１は、リザーバ部材１１ａの下面に開口している。リザーバ部材１１ａは、リザーバ１１ｓ１がマニホールド１１ｓ２と重なり合うように、流路プレート１１ｃの上面及び保護部材１５の上面に接着されている。
供給流路１１ｓ及び帰還流路１１ｒは、それぞれ、図２に示すように、チューブ等を介して、タンク１４の貯留室１４ａと連通している。貯留室１４ａには、インクが貯留されている。貯留室１４ａ内のインクは、ポンプＰの駆動により、供給流路１１ｓに流入し、２つの圧力室列１１ｍＲの両外側から、各圧力室列１１ｍＲを構成する複数の圧力室１１ｍ及び複数のダミー圧力室１１ｍｄに供給される。各圧力室１１ｍに供給されたインクは、一部がノズル１１ｎから吐出され、残りが２つの圧力室列１１ｍＲの間に延在する帰還流路１１ｒに流入して貯留室１４ａに戻される。各ダミー圧力室１１ｍｄに供給されたインクは、２つの圧力室列１１ｍＲの間に延在する帰還流路１１ｒに流入して貯留室１４ａに戻される。
アクチュエータ１２は、図４に示すように、圧力室プレート１１ｂの上面に配置されている。アクチュエータ１２は、下から順に、振動板１２ａ、共通電極１２ｂ、複数の圧電体１２ｃ及び複数の個別電極１２ｄを含む。
振動板１２ａ及び共通電極１２ｂは、圧力室プレート１１ｂの上面の略全体に形成されており、図６に示すように、複数の圧力室１１ｍのみならず、複数のダミー圧力室１１ｍｄをも覆っている。一方、複数の圧電体１２ｃ及び複数の個別電極１２ｄは、圧力室１１ｍ及び隣接ダミー圧力室１１ｍｄ１毎に（即ち、複数の圧力室１１ｍ及び複数の隣接ダミー圧力室１１ｍｄ１のそれぞれと対向するように）配置されている。
振動板１２ａは、圧力室プレート１１ｂを構成するシリコン単結晶基板の表面を酸化することにより形成された二酸化シリコンの膜である。
共通電極１２ｂは、複数の圧力室１１ｍに共通の電極であり、振動板１２ａと複数の圧電体１２ｃとの間において、複数の圧力室１１ｍ及び複数のダミー圧力室１１ｍｄと対向する位置に配置されている。
複数の圧電体１２ｃは、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電材料からなる。複数の圧電体１２ｃは、共通電極１２ｂの上面において、複数の圧力室１１ｍ及び複数の隣接ダミー圧力室１１ｍｄ１のそれぞれと対向する位置に配置されている。各離隔ダミー圧力室１１ｍｄ２と対向する位置には、圧電体１２ｃが設けられておらず、温度センサ１３が設けられている。圧電体１２ｃ及び温度センサ１３は、振動板１２ａの上面（振動板１２ａにおける複数の圧力室１１ｍと対向する面とは反対側の面）に、共通電極１２ｂを介して配置されている。
複数の個別電極１２ｄは、複数の圧電体１２ｃのそれぞれの上面に形成されている。即ち、複数の個別電極１２ｄは、圧電体１２ｃの上面（振動板１２ａとは反対側の面）において、複数の圧力室１１ｍ及び複数の隣接ダミー圧力室１１ｍｄ１のそれぞれと対向する位置に配置されている。
圧電体１２ｃにおいて個別電極１２ｄと共通電極１２ｂとで挟まれた部分は、個別電極１２ｄへの電圧の印加に応じて変形可能な活性部１２ｘとして機能する。即ち、アクチュエータ１２は、圧力室１１ｍ又は隣接ダミー圧力室１１ｍｄ１と対向する複数の活性部１２ｘを有する。圧力室１１ｍと対向する活性部１２ｘの駆動（即ち、個別電極１２ｄへの電圧の印加に応じて活性部１２ｘを（例えば、圧力室１１ｍに向かって凸となるように）変形させること）により、圧力室１１ｍの容積が変化し、圧力室１１ｍ内のインクに圧力が付与され、ノズル１１ｎからインクが吐出される。一方、隣接ダミー圧力室１１ｍｄ１と対向する活性部１２ｘは駆動されないことから、隣接ダミー圧力室１１ｍｄ１の容積は変化せず、隣接ダミー圧力室１１ｍｄ１と連通するダミーノズル１１ｎｄからはインクが吐出されない。
温度センサ１３は、共通電極１２ｂの上面において、複数の離隔ダミー圧力室１１ｍｄ２のそれぞれと対向する位置に配置されている。即ち、温度センサ１３は、図２に示すように、各圧力室列１１ｍＲの両端に、１つずつ配置されている。換言すると、複数の圧力室１１ｍよりもマニホールド１１ｓ２におけるインクの流れ方向の上流側に配置された２つの温度センサ１３と、複数の圧力室１１ｍよりもマニホールド１１ｓ２におけるインクの流れ方向の下流側に配置された２つの温度センサ１３とが設けられている。
温度センサ１３は、例えば、温度によって電気抵抗が変化する材料（本実施形態では、Ｍｎ，Ｎｉ，Ｃｏ等の複合金属酸化物）からなるＮＴＣサーミスタ（Negative Temperature Coefficient Thermistor）である。温度センサ１３によって検知された温度は、吐出制御（活性部１２ｘに印加される駆動電圧、駆動パルス幅、パルス数の決定等）に用いられる。
温度センサ１３の厚みは、圧電体１２ｃの厚みよりも小さい（図６参照）。
温度センサ１３の上面（振動板１２ａとは反対側の面）には、温度センサ用の電極（センサ電極）１３ｄが配置されている。センサ電極１３ｄは、個別電極１２ｄと同じ材料（例えば、イリジウム（Ｉｒ）、プラチナ（Ｐｔ）等）からなる。
各センサ電極１３ｄの上面、各個別電極１２ｄの上面、共通電極１２ｂの上面において圧電体１２ｃ及び温度センサ１３が設けられていない部分、及び、各圧電体１２ｃの側面を覆うように、保護膜１２ｉが設けられている。保護膜１２ｉは、圧電体１２ｃを保護するためのものであり、空気中の水分の圧電体１２ｃへの浸入を防止する機能を有する。保護膜１２ｉは、例えば、酸化アルミニウム（アルミナ：Ａｌ2Ｏ3）等からなる。
各個別電極１２ｄには、保護膜１２ｉを貫通する貫通孔に充填された導電性材料Ｂを介して、配線１２ｅが接続されている（図４参照）。複数の個別電極１２ｄのそれぞれに接続された複数の配線１２ｅは、図２に示すように、２つの圧力室列１１ｍＲに対応する各個別電極１２ｄから、２つの圧力室列１１ｍＲの間の領域に向かって、配列方向と直交する方向に延在している。各配線１２ｅの先端に、個別接点１２ｆが形成されている。
各センサ電極１３ｄには、保護膜１２ｉを貫通する貫通孔に充填された導電性材料Ｂを介して、配線１３ｅが接続されている（図５参照）。複数のセンサ電極１３ｄのそれぞれに接続された複数の配線１３ｅは、２つの圧力室列１１ｍＲに対応する各センサ電極１３ｄから、２つの圧力室列１１ｍＲの間の領域に向かって、配列方向と直交する方向に延在している。各配線１３ｅの先端に、センサ接点１３ｆが形成されている。
配線１２ｅ，１３ｅ及び導電性材料Ｂは、互いに同じ材料からなる。これにより、ヘッド１の製造にかかる工程数を低減することができる。
配線１２ｅ，１３ｅ及び接点１２ｆ，１３ｆは、それぞれ、２つの圧力室列１１ｍＲの間の領域において、配列方向に沿って、千鳥状に配列されている。
個別接点１２ｆ及びセンサ接点１３ｆを配列方向に挟むように、一対の共通接点１２ｇが設けられている。一対の共通接点１２ｇは、保護膜１２ｉを貫通する貫通孔に充填された導電性材料（図示略）を介して、共通電極１２ｂと電気的に接続されている。
保護部材１５は、図３に示すように、それぞれ配列方向に延在する一対の凹部１５ａを有する。各凹部１５ａは、保護部材１５の下面に開口している。保護部材１５は、各凹部１５ａ内に各圧力室列１１ｍＲに対応する複数の圧電体１２ｃが収容されるように、圧力室プレート１１ｂの上面に、振動板１２ａ、共通電極１２ｂ及び保護膜１２ｉを介して、接着されている。
保護部材１５は、配列方向と直交する方向の中央に貫通穴１５ｂを有する。リザーバ部材１１ａは、配列方向と直交する方向の中央に貫通穴１１ａ１を有する。接点１２ｆ，１３ｆ，１２ｇは、貫通穴１５ｂ，１１ａ１から露出している。ＣＯＦ１８は、一端が各接点１２ｆ，１３ｆ，１２ｇと電気的に接続されており、貫通穴１５ｂ，１１ａ１を通過して上方へ延び、他端が制御装置５（図１参照）と電気的に接続されている。
ＣＯＦ１８の一端と他端との間に、図３に示すように、ドライバＩＣ１９が実装されている。ドライバＩＣ１９は、ＣＯＦ１８に形成された配線（図示略）を介して、接点１２ｆ，１３ｆ，１２ｇ及び制御装置５のそれぞれと電気的に接続されている。ドライバＩＣ１９は、制御装置５からの信号に基づいて、活性部１２ｘを駆動するための駆動信号を生成し、当該駆動信号を各個別電極１２ｄに供給する。共通電極１２ｂの電位は、グランド電位に維持される。また、ドライバＩＣ１９は、温度センサ１３の熱電変換による電気信号を受信し、当該信号を制御装置５に送信する。
なお、配列方向の中央と末端とで圧電体１２ｃや個別電極１２ｄの形状に差が出て吐出特性（ノズル１１ｎから吐出されるインク滴の大きさ、吐出速度、吐出方向等）に差が生じる問題を抑制する観点等から、各隣接ダミー圧力室１１ｍｄ１と対向する位置に、圧電体１２ｃ及び個別電極１２ｄが設けられており、活性部１２ｘが形成されているが、当該個別電極１２ｄには駆動信号が供給されず、活性部１２ｘは駆動されない。
次いで、図７及び図８を参照し、ヘッド１の製造方法について説明する。
先ず、図８（ａ）に示すように、圧力室プレート１１ｂとなるシリコン単結晶基板１１ｂｘの表面に、熱酸化等によって、二酸化シリコンの膜からなる振動板１２ａを形成する（Ｓ１：振動板形成工程）。この段階では、複数の圧力室１１ｍ及び複数のダミー圧力室１１ｍｄはシリコン単結晶基板１１ｂｘに形成されていない。
次に、図８（ｂ）に示すように、振動板１２ａの上面に、例えばイリジウム（Ｉｒ）やプラチナ（Ｐｔ）をターゲットとしたスパッタリングにより、共通電極１２ｂを形成する（Ｓ２）。
次に、図８（ｃ）に示すように、共通電極１２ｂの上面に、温度によって電気抵抗が変化する材料（本実施形態では、Ｍｎ，Ｎｉ，Ｃｏ等の複合金属酸化物）をターゲットとしたスパッタリングにより、温度センサ１３となる層１３ｘを形成する。即ち、振動板１２ａの上面に、共通電極１２ｂを介して、温度センサ１３を構成する材料からなる層１３ｘを形成する。その後、図８（ｄ）に示すように、各離隔ダミー圧力室１１ｍｄ２と対向する位置（この段階ではシリコン単結晶基板１１ｂｘに離隔ダミー圧力室１１ｍｄ２が形成されていないが、後の工程で離隔ダミー圧力室１１ｍｄ２が形成される位置）に層１３ｘが残るようにエッチングを行い、温度センサ１３を形成する（Ｓ３：温度センサ形成工程）。
次に、図８（ｅ）に示すように、共通電極１２ｂの上面に、ゾルゲル法、スパッタリング等で、圧電体１２ｃとなる層１２ｃｘを形成する。その後、図８（ｆ）に示すように、各圧力室１１ｍ及び各隣接ダミー圧力室１１ｍｄ１と対向する位置（この段階ではシリコン単結晶基板１１ｂｘに圧力室１１ｍ及び隣接ダミー圧力室１１ｍｄ１が形成されていないが、後の工程で圧力室１１ｍ及び隣接ダミー圧力室１１ｍｄ１が形成される位置）に層１２ｃｘが残るようにエッチングを行い、圧電体１２ｃを形成する（Ｓ４：圧電体形成工程）。即ち、振動板１２ａの上面における各圧力室１１ｍ及び各隣接ダミー圧力室１１ｍｄ１と対向する位置に、共通電極１２ｂを介して、圧電体１２ｃを形成する。
次に、図８（ｇ）に示すように、各圧電体１２ｃの上面及び各温度センサ１３の上面に、それぞれ、マスク等を用いて、イリジウム（Ｉｒ）やプラチナ（Ｐｔ）からなる個別電極１２ｄ及びセンサ電極１３ｄを形成する（Ｓ５）。個別電極１２ｄ及びセンサ電極１３ｄは、互いに同じ材料からなり、当該工程で同時に形成される。当該工程により、複数の活性部１２ｘを有するアクチュエータ１２が形成される。
次に、各個別電極１２ｄの上面、各センサ電極１３ｄの上面、共通電極１２ｂの上面において圧電体１２ｃ及び温度センサ１３が設けられていない部分、及び、各圧電体１２ｃの側面に、例えば酸化アルミニウム（アルミナ：Ａｌ2Ｏ3）等をターゲットとしたスパッタリングにより、保護膜１２ｉを形成する（図６参照）（Ｓ６）。
次に、保護膜１２ｉにおいて個別電極１２ｄ及びセンサ電極１３ｄと重なる部分に貫通孔を形成し、当該貫通孔に導電性材料Ｂを充填した後、配線１２ｅ，１３ｅを形成する（図４参照）。そして、配線１２ｅ，１３ｅの先端に、接点１２ｆ，１３ｆを形成する。また、保護膜１２ｉに、共通電極１２ｂと共通接点１２ｇとの導通のための貫通孔を形成し、当該貫通孔に導電性材料（図示略）を充填した後、共通接点１２ｇを形成する（Ｓ７）。
次に、シリコン単結晶基板１１ｂｘの表面に、保護部材１５を接着する（Ｓ８）。
次に、所定の厚みになるまでシリコン単結晶基板１１ｂｘを研磨した後、シリコン単結晶基板１１ｂｘの下面からエッチングを施して複数の圧力室１１ｍ及び複数のダミー圧力室１１ｍｄを形成する（Ｓ９）。この段階で、シリコン単結晶基板１１ｂｘは圧力室プレート１１ｂとなる。
次に、流路プレート１１ｃ、保護プレート１１ｄ、ノズルプレート１１ｅ、リザーバ部材１１ａ、ＣＯＦ１８等の各部材を接合する（Ｓ１０）。具体的には、先ず、圧力室プレート１１ｂの下面に流路プレート１１ｃを接着する。その後、流路プレート１１ｃの下面にダンパー膜１１ｖ及びスペーサＳを介して保護プレート１１ｄを接着し、さらに流路プレート１１ｃの下面にノズルプレート１１ｅを接着する。そして、流路プレート１１ｃの上面及び保護部材１５の上面に、リザーバ部材１１ａを接着した後、ＣＯＦ１８を各接点１２ｆ，１３ｆ，１２ｇと電気的に接続する。これにより、ヘッド１が完成する。
以上に述べたように、本実施形態によれば、温度センサ１３が、振動板１２ａの上面における離隔ダミー圧力室１１ｍｄ２と対向する位置に配置されている（図５及び図６参照）。振動板１２ａは、インクの吐出時に変形するものであり、厚みが比較的小さい。このような振動板１２ａにおける離隔ダミー圧力室１１ｍｄ２と対向する位置に温度センサ１３を設けたことで、流路基板１１の流路内のインクの温度を精確に検知することが可能である。
振動板１２ａの上面における、温度センサ１３が設けられた離隔ダミー圧力室１１ｍｄ２と対向する位置に、圧電体１２ｃが設けられていない（図６参照）。この場合、圧電体１２ｃが設けられていないスペースに温度センサ１３を設けることで、スペースを有効に利用することができる。さらに、温度センサ１３と離隔ダミー圧力室１１ｍｄ２との間に圧電体１２ｃを挟む場合に比べ、温度センサ１３と離隔ダミー圧力室１１ｍｄ２との距離が近づくため、流路基板１１の流路内のインクの温度を、より精確に検知することが可能である。
ダミー圧力室１１ｍｄに、流路基板１１内のインクが充填されている。この場合、流路基板１１の流路内のインクの温度を、より精確に検知することが可能である。
流路基板１１に、複数の圧力室１１ｍのそれぞれと連通し、インクを吐出する複数のノズル１１ｎと、ダミー圧力室１１ｍｄと連通し、インクを吐出しないダミーノズル１１ｎｄとが形成されている（図２参照）。この場合、ダミーノズル１１ｎｄから流路内の気泡を排出することができる。
ダミー圧力室１１ｍｄは、複数の圧力室１１ｍのそれぞれと同じ形状及びサイズを有し、複数の圧力室１１ｍとダミー圧力室１１ｍｄとが、等間隔で、ダミー圧力室１１ｍｄが複数の圧力室１１ｍの配列方向の末端に位置するように、配列されている（図２参照）。この場合、配列方向の中央と末端とで圧力室１１ｍの形状に差が出て吐出特性に差が生じる問題を抑制することができる。
温度センサ１３は、隣接ダミー圧力室１１ｍｄ１よりも複数の圧力室１１ｍから配列方向に離隔した離隔ダミー圧力室１１ｍｄ２と対向する位置に配置されている（図６参照）。この場合、インク吐出時における振動板１２ａの振動によって温度センサ１３が破壊されることを防止できる。
温度センサ１３は、共通電極１２ｂ上に配置されている（図５及び図６参照）。この場合、インク吐出用の共通電極１２ｂを温度センサ１３の電極として利用することで、構造及び製造工程を簡素化することができる。
圧電体１２ｃの上面に個別電極１２ｄが配置されており、温度センサ１３の上面にセンサ電極１３ｄが配置されている（図６参照）。この場合、インク吐出用の個別電極１２ｄと温度センサ１３用の電極であるセンサ電極１３ｄとを同一工程で形成することができる（図７のＳ５参照）。
センサ電極１３ｄは、個別電極１２ｄと同じ材料（例えば、イリジウム（Ｉｒ）、プラチナ（Ｐｔ）等）からなる。この場合、個別電極１２ｄとセンサ電極１３ｄとを同一工程で形成することを、容易に実現することができる。
図２の紙面下側にある２つの温度センサ１３は、複数の圧力室１１ｍよりもマニホールド１１ｓ２におけるインクの流れ方向の上流側に配置されている。この場合、インクの淀みが少ない位置に温度センサ１３が配置されることで、検知精度が向上する。
温度センサ１３の厚みは、圧電体１２ｃの厚みよりも小さい（図６参照）。
温度センサ１３の厚みが大きいと、温度センサ１３の剛性が大きくなることでアクチュエータ１２の駆動に影響が出る問題や、温度センサ１３を形成する際にエッチングを行う場合にエッチングの精度が悪くなるという問題が生じ得る。この点、上記構成によれば、温度センサ１３の厚みが比較的小さく、これらの問題を抑制することができる。
本実施形態の製造方法では、温度センサ形成工程Ｓ３の後、圧電体形成工程Ｓ４を行う（図７及び図８参照）。圧電体形成工程Ｓ４を温度センサ形成工程Ｓ３よりも先に行うと、エッチング時に圧電体１２ｃが削られてしまい、アクチュエータ１２の駆動に影響が生じ得る。この点、上記構成によれば、当該問題を抑制することができる。
温度センサ形成工程Ｓ３において、層１３ｘをスパッタリングにより形成する。この場合、焼成工程が不要なため、製造コストを低減することができる。
＜第２実施形態＞
続いて、図９を参照し、本発明の第２実施形態に係るヘッド２０１について、第１実施形態に係るヘッド１と異なる点を説明する。ヘッド１は流路基板１１に１色のインクが流れるのに対し、ヘッド２０１はカラー印刷に対応可能であって流路基板２１１に３色のインクが流れる。
具体的には、ヘッド２０１は、流路基板２１１に、イエローのインクが流れる第１流路２１１ｓ１と、シアンのインクが流れる第２流路２１１ｓ２と、ブラックのインクが流れる第３流路２１１ｓ３とが形成されている。各流路２１１ｓ１〜２１１ｓ３には、各色のインクを貯留するタンク（図示略）から、供給口２１４ｘを介してインクが供給される。
圧力室は、１つの圧力室列２１１ｍＲを構成するように配列方向（搬送方向と直交する方向）に配列されている。圧力室は、第１流路２１１ｓ１に属する４つの第１圧力室２１１ｍ１と、第２流路２１１ｓ２に属する４つの第２圧力室２１１ｍ２と、第３流路２１１ｓ３に属する４つの第３圧力室２１１ｍ３とを含む。第１圧力室２１１ｍ１、第２圧力室２１１ｍ２及び第３圧力室２１１ｍ３は、それぞれ４つで１つの群となって、配列方向に沿って並列されている。
ダミー圧力室は、配列方向に配列されており、第１圧力室２１１ｍ１と配列方向に隣接する第１ダミー圧力室２１１ｍｄ１と、第２圧力室２１１ｍ２と配列方向に隣接する第２ダミー圧力室２１１ｍｄ２と、第３圧力室２１１ｍ３と配列方向に隣接する第３ダミー圧力室２１１ｍｄ３とを含む。第１ダミー圧力室２１１ｍｄ１と第２ダミー圧力室２１１ｍｄ２との間に、第２圧力室２１１ｍ２の群が配置されている。第２ダミー圧力室２１１ｍｄ２と第３ダミー圧力室２１１ｍｄ３との間に、第３圧力室２１１ｍ３の群が配置されている。ダミー圧力室２１１ｍｄ１〜２１１ｍｄ３は、配列方向に等間隔で配置されている。
温度センサは、第１ダミー圧力室２１１ｍｄ１と対向する位置に配置された第１温度センサ２１３１と、第２ダミー圧力室２１１ｍｄ２と対向する位置に配置された第２温度センサ２１３２と、第３ダミー圧力室２１１ｍｄ３と対向する位置に配置された第１温度センサ２１３３とを含む。温度センサ２１３１〜２１３３は、配列方向に等間隔で配置されている。
以上に述べたように、本実施形態によれば、各色に対応するダミー圧力室２１１ｍｄ１〜２１１ｍｄ３毎に温度センサ２１３１〜２１３３が設けられている。これにより、流路基板２１１に形成された複数色の流路内のインクの温度を色毎に検知することが可能である。
さらに、温度センサ２１３１〜２１３３が配列方向に等間隔で配置されているため、色毎の温度検知をより精確に行うことができる。
なお、本実施形態のように色毎（圧力室の群毎）に温度センサが設けられる場合、圧力室の群毎に温度を検出可能である。この場合、圧力室の群毎に、検出された温度に基づく吐出制御を行ってよい。或いは、群毎に検出された温度の平均値を算出し、当該平均値に基づく吐出制御を圧力室全体に対して行ってもよい。
＜第３実施形態＞
続いて、図１０を参照し、本発明の第３実施形態に係るヘッド３０１について、第１実施形態に係るヘッド１と異なる点を説明する。ヘッド１の温度センサ１３は１つのダミー圧力室１１ｍｄ（離隔ダミー圧力室１１ｍｄ２）と対向する位置に設けられているのに対し、ヘッド３０１の温度センサ３１３は２つのダミー圧力室１１ｍｄ（隣接ダミー圧力室１１ｍｄ１及び離隔ダミー圧力室１１ｍｄ２）に跨って配置されている。
アクチュエータ１２の圧電体１２ｃは、圧力室１１ｍと対向する位置に配置されているが、隣接ダミー圧力室１１ｍｄ１及び離隔ダミー圧力室１１ｍｄ２と対向する位置には配置されていない。
本実施形態によれば、温度センサ３１３が複数のダミー圧力室１１ｍｄに跨って配置されているため、温度センサ３１３の振動板１２ａとの対向面積が大きくなり、検知精度が向上する。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。
＜変形例＞
上述の実施形態では、圧力室毎に圧電体が設けられているが、１つの圧電体が複数の圧力室に跨って設けられてもよい。
隣接ダミー圧力室と対向する位置に設けられた個別電極に対して、配線や接点が設けられなくてもよい。或いは、隣接ダミー圧力室と対向する位置に、圧電体や個別電極が設けられなくてもよい。隣接ダミー圧力室と対向する位置に、温度センサが設けられてもよい。
ダミー圧力室と連通するダミーノズルが設けられなくてもよい。ダミー圧力室に、流路基板内の液体が充填されなくてもよい。（例えば、ダミー圧力室は、振動板を流路基板に接着するための接着剤を逃がすための空間として機能してもよい）。ダミー圧力室は、圧力室と異なる形状及びサイズを有してもよい。圧力室の配列方向の末端に、１つのダミー圧力室が設けられてもよい。
圧力室とダミー圧力室とが圧力室の配列方向に等間隔で配列されることに限定されない。例えば、配列方向の末端に位置する圧力室と、圧力室間の間隔よりも大きな距離を隔てて、ダミー圧力室が設けられてもよい。配列方向に配列された複数の圧力室の間に、ダミー圧力室が配置されてもよい。
圧力室列の数は、２に限定されず、１又は３以上であってもよい。また、圧力室は、圧力室列を構成するように配列されなくてもよい。
温度センサは、振動板における複数の圧力室と対向する面とは反対側の面に、何らかの部材（上述の実施形態では、共通電極）を介して配置されてもよいし、当該面に直接（即ち、当該面と接触するように）配置されてもよい。温度センサは、アクチュエータと電極（上述の実施形態では、共通電極）を共有せず、温度センサ専用の電極を有してもよい。温度センサ用の電極と、個別電極とは、互いに同じ材料からなることに限定されない。温度センサ用の電極と、個別電極とは、別々の工程で形成されてもよい。温度センサは、複合金属酸化物からなることに限定されず、アルミニウム、クロム、ボロンの合金等からなってもよい。温度センサは、サーミスタに限定されず、サーマルダイオード等であってもよい。温度センサは、スパッタリングで形成されることに限定されず、その他の任意の手法により形成されてよい。温度センサの厚みは、圧電体の厚み以上であってもよい。複数の圧力室よりも供給流路における液体の流れ方向の下流側に配置された温度センサのみを設けてもよい。温度センサの数は、複数に限定されず、１以上であればよい。温度センサが複数設けられた場合において、複数の温度センサ間の位置関係は特に限定されない（例えば、第２実施形態では複数の温度センサが等間隔に配置されているが、複数の温度センサは等間隔に配置されなくてもよい）。
第２実施形態では流路基板に３色の流路が形成されているが、流路基板に２色又は４色以上の流路が形成されてもよい。この場合にも、色毎に温度センサを設けてよい。
振動板は、シリコン単結晶基板の表面を酸化することにより形成された二酸化シリコンの膜からなることに限定されず、圧電材料や金属材料からなる板であってもよい。この場合、振動板形成工程において、振動板を流路基板の表面に接着してよい。
振動板形成工程、温度センサ形成工程及び圧電体形成工程において、上述の実施形態では圧力室やダミー圧力室が流路基板に形成されていないが、これに限定されない。即ち、圧力室やダミー圧力室を流路基板に形成した後、振動板形成工程、温度センサ形成工程及び／又は圧電体形成工程を行ってもよい。
流路基板に帰還流路が形成されなくてもよい（即ち、貯留室と各圧力室との間でインクを循環させる構成には限定されない）。流路基板は、複数の部材を互いに接着することで構成されることに限定されず、単一の部材で構成されてもよい。
液体吐出ヘッドは、ライン式に限定されず、シリアル式（例えば、配列方向と平行な搬送方向に沿って搬送される記録媒体に対し、配列方向と直交する方向に沿ってヘッドを走査させつつ液体を吐出させる方式）にも適用可能である。また、液体吐出装置は、複数の液体吐出ヘッドを含むヘッドユニットを備えることに限定されず、単一の液体吐出ヘッドを備えてもよい。液体吐出ヘッドが吐出する液体は、インクに限定されず、任意の液体（例えば、インク中の成分を凝集又は析出させる処理液等）であってよい。記録媒体は、用紙に限定されず、記録可能な任意の媒体（例えば、布等）であってよい。本発明は、プリンタに限定されず、ファクシミリ、コピー機、複合機等にも適用可能である。
１；２０１；３０１ ヘッド（液体吐出ヘッド）
１１；２１１ 流路基板
１１ｍ 圧力室
１１ｍｄ ダミー圧力室
１１ｍｄ１ 隣接ダミー圧力室
１１ｍｄ２ 離隔ダミー圧力室
１１ｍＲ；２１１ｍＲ 圧力室列
１１ｎ ノズル
１１ｎｄ ダミーノズル
１１ｓ 供給流路
１２ アクチュエータ
１２ａ 振動板
１２ｂ 共通電極
１２ｃ 圧電体
１２ｄ 個別電極
１３；３１３ 温度センサ
１３ｄ センサ電極（温度センサ用の電極）
１４ タンク
１４ａ 貯留室
１００ プリンタ
２１１ｓ１ 第１流路
２１１ｓ２ 第２流路
２１１ｓ３ 第３流路
２１１ｍ１ 第１圧力室
２１１ｍ２ 第２圧力室
２１１ｍ３ 第３圧力室
２１１ｍｄ１ 第１ダミー圧力室
２１１ｍｄ２ 第２ダミー圧力室
２１１ｍｄ３ 第３ダミー圧力室
２１３１ 第１温度センサ
２１３２ 第２温度センサ
２１３３ 第３温度センサ

Claims (17)

  1. 複数の圧力室が形成された流路基板と、
    前記複数の圧力室を覆うアクチュエータと、
    温度センサと、を備え、
    前記流路基板における前記複数の圧力室が開口した表面に、ダミー圧力室が形成されており、
    前記アクチュエータは、前記複数の圧力室及び前記ダミー圧力室を覆う振動板と、前記振動板における前記複数の圧力室と対向する面とは反対側の面に配置され、前記複数の圧力室と対向する圧電体とを含み、
    前記温度センサは、前記振動板の前記反対側の面における前記ダミー圧力室と対向する位置に配置されており、
    前記振動板の前記反対側の面における、前記温度センサが設けられた前記ダミー圧力室と対向する位置に、前記圧電体が設けられていないことを特徴とする液体吐出ヘッド。
  2. 複数の圧力室が形成された流路基板と、
    前記複数の圧力室を覆うアクチュエータと、
    温度センサと、を備え、
    前記流路基板における前記複数の圧力室が開口した表面に、ダミー圧力室が形成されており、
    前記アクチュエータは、前記複数の圧力室及び前記ダミー圧力室を覆う振動板と、前記振動板における前記複数の圧力室と対向する面とは反対側の面に配置され、前記複数の圧力室と対向する圧電体とを含み、
    前記温度センサは、前記振動板の前記反対側の面における前記ダミー圧力室と対向する位置に配置されており、
    前記温度センサは、温度によって電気抵抗が変化する材料からなることを特徴とする液体吐出ヘッド。
  3. 前記材料は、複合金属酸化物であることを特徴とする請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
  4. 複数の圧力室が形成された流路基板と、
    前記複数の圧力室を覆うアクチュエータと、
    温度センサと、を備え、
    前記流路基板における前記複数の圧力室が開口した表面に、ダミー圧力室が形成されており、
    前記アクチュエータは、前記複数の圧力室及び前記ダミー圧力室を覆う振動板と、前記振動板における前記複数の圧力室と対向する面とは反対側の面に配置され、前記複数の圧力室と対向する圧電体とを含み、
    前記温度センサは、前記振動板の前記反対側の面における前記ダミー圧力室と対向する位置に配置されており、
    前記温度センサは、複数の前記ダミー圧力室に跨って配置されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
  5. 前記ダミー圧力室に、前記流路基板内の液体が充填されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
  6. 前記流路基板に、前記複数の圧力室のそれぞれと連通し、液体を吐出する複数のノズルと、前記ダミー圧力室と連通し、液体を吐出しないダミーノズルとが形成されていることを特徴とする請求項５に記載の液体吐出ヘッド。
  7. 前記ダミー圧力室は、前記複数の圧力室のそれぞれと同じ形状及びサイズを有し、
    前記複数の圧力室と前記ダミー圧力室とが、等間隔で、前記ダミー圧力室が前記複数の圧力室の配列方向の末端に位置するように、配列されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
  8. 前記複数の圧力室は、少なくとも１つの圧力室列を構成するように配列されており、
    複数の前記ダミー圧力室は、前記複数の圧力室の配列方向に配列されており、１つの前記圧力室列を構成する前記複数の圧力室と前記配列方向に隣接する隣接ダミー圧力室と、前記隣接ダミー圧力室よりも前記複数の圧力室から前記配列方向に離隔した離隔ダミー圧力室とを含み、
    前記温度センサは、前記離隔ダミー圧力室と対向する位置に配置されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
  9. 前記アクチュエータは、前記複数の圧力室に共通の共通電極であって、前記振動板と前記圧電体との間において前記複数の圧力室及び前記ダミー圧力室と対向する位置に配置された共通電極を含み、
    前記温度センサは、前記共通電極上に配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
  10. 前記アクチュエータは、前記複数の圧力室に個別の個別電極であって、前記圧電体の前記振動板とは反対側の面における前記複数の圧力室のそれぞれと対向する位置に配置された複数の個別電極を含み、
    前記温度センサの前記振動板とは反対側の面に、前記温度センサ用の電極が配置されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
  11. 前記温度センサ用の電極は、前記個別電極と同じ材料からなることを特徴とする請求項１０に記載の液体吐出ヘッド。
  12. 前記流路基板に、液体を貯留する貯留室から前記複数の圧力室のそれぞれに液体を供給する供給流路が形成されており、
    前記温度センサは、前記複数の圧力室よりも、前記供給流路における液体の流れ方向の上流側に配置されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
  13. 前記流路基板に、第１色の液体が流れる第１流路と、第２色の液体が流れる第２流路とが形成されており、
    前記複数の圧力室は、少なくとも１つの圧力室列を構成するように配列されており、前記複数の圧力室の配列方向に沿って並列された、前記第１流路に属する第１圧力室と、前記第２流路に属する第２圧力室とを含み、
    複数の前記ダミー圧力室は、前記配列方向に配列されており、前記第１圧力室と前記配列方向に隣接する第１ダミー圧力室と、前記第２圧力室と前記配列方向に隣接する第２ダミー圧力室とを含み、
    前記温度センサは、前記第１ダミー圧力室と対向する位置に配置された第１温度センサと、前記第２ダミー圧力室と対向する位置に配置された第２温度センサとを含むことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
  14. 前記流路基板に、第３色の液体が流れる第３流路がさらに形成されており、
    前記複数の圧力室は、前記配列方向に前記第１圧力室及び前記第２圧力室と並列された、前記第３流路に属する第３圧力室をさらに含み、
    前記複数のダミー圧力室は、前記第３圧力室と前記配列方向に隣接する第３ダミー圧力室をさらに含み、
    前記温度センサは、前記第３ダミー圧力室と対向する位置に配置された第３温度センサをさらに含み、
    前記第１温度センサ、前記第２温度センサ及び前記第３温度センサは、前記配列方向に等間隔で配置されていることを特徴とする請求項１３に記載の液体吐出ヘッド。
  15. 前記温度センサの厚みは、前記圧電体の厚みよりも小さいことを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
  16. 複数の圧力室とダミー圧力室とが形成される流路基板の表面に、前記複数の圧力室及び前記ダミー圧力室を覆う振動板を形成する、振動板形成工程と、
    前記振動板形成工程の後、前記振動板における前記複数の圧力室及び前記ダミー圧力室と対向する面とは反対側の面に温度センサを構成する材料からなる層を形成した後、前記ダミー圧力室と対向する位置に前記層が残るようにエッチングを行い、前記温度センサを形成する、温度センサ形成工程と、
    前記温度センサ形成工程の後、前記振動板の前記反対側の面における前記複数の圧力室と対向する位置に圧電体を形成する、圧電体形成工程と、
    を備えたことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
  17. 前記温度センサ形成工程において、前記層をスパッタリングにより形成することを特徴とする請求項１６に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
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