JP4286302B2 - インクジェットヘッドおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェットヘッドおよびその製造方法に関するものである。インクジェットヘッドはたとえばプリンタなどに用いられる。

近年、プリンタにおいては、インパクト印字装置に代わって、カラー化、多階調化に対応しやすいインクジェット方式などのノンインパクト印字装置が急速に普及している。これに用いるインク噴射装置としてのインクジェットヘッドとしては、特に、印字に必要なインク滴のみを噴射するというドロップ・オン・デマンド型が、噴射効率の良さ、低コスト化の容易さなどから注目されている。ドロップ・オン・デマンド型としては、カイザー（Kyser）方式やサーマルジェット方式が主流となっている。

しかし、カイザー方式は、小型化が困難で高密度化に不向きであるという欠点を有していた。また、サーマルジェット方式は、高密度化には適しているものの、ヒータでインクを加熱してインク内にバブル（泡）を生じさせて、そのバブルのエネルギーを利用して噴射させる方式であるため、インクの耐熱性が要求され、また、ヒータの長寿命化も困難であり、エネルギー効率が悪いため、消費電力も大きくなるという問題を有していた。

このような各方式の欠点を解決するものとして、圧電材料のシェアモード変形を利用したインクジェット方式が提案されている。この方式は、圧電材料からなるインクチャンネルの壁（以下、「チャンネル壁」という。）の両側面に形成した電極を用いて、圧電材料の分極方向と直交する方向に電界を生じさせることで、シェアモードでチャンネル壁を変形させ、その際に生じる圧力波変動を利用してインク滴を吐出するものであり、ノズルの高密度化、低消費電力化、高駆動周波数化に適している。

最近はこのシェアモード変形を利用したインクジェットヘッドを産業用途に利用することが盛んに行なわれるようになり始めている。たとえば、インクとして導電材料を吐出させることによって配線を描画したり、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色のインクを吐出させることによってカラーフィルタを作製したり、熱硬化性または紫外線（ＵＶ）硬化性のインクを吐出させることによって、マイクロレンズやスペーサなどのような３次元構造物を作製したり、といった応用が進められている。

産業用途においては特に、ノズルの高密度化により高精細に吐出させるという要求の他に、液晶画面の大画面化に伴い、ノズルの低密度化への要求も現れ始めている。産業用途のインクジェットヘッドの利用と民生品のプリンタとしてのインクジェットヘッドの利用とを比較したとき、異なる点としては要求精度の厳しさを挙げることができる。産業用途の方が民生よりもはるかに厳しい精度での動作を要求される。産業用途では、指定されたアドレスに規定量の液滴を着弾させることが要求され、着弾精度、液滴量のコントロールを厳しく要求される。したがって、１つのインクジェットヘッドの中において、本来吐出可能であるべきインクチャンネルが何らかの障害によって吐出不可能となってしまうことは、それが民生用途では問題にならないレベルの発生率であっても、産業用途としてインクジェットヘッドを利用する際には重大な問題となる。

また、このように多岐にわたるインクジェット応用分野の発展に伴い、使用されるインクも多種多様になっている。たとえば、有機溶剤を含有して揮発性の高いインクや、強酸性・強アルカリ性のインク、顔料や樹脂成分を含むインク、ビーズなどの微粒子を含有するインク、さらにはこれらを複合したインクなどが挙げられる。中でもビーズなどの微粒子を含有するインクは、インクの溶媒と含有される微粒子の比重差により、微粒子が沈殿または浮遊し、インク中の微粒子濃度に分布の偏在が引き起こされるおそれがある。分布が偏った場合、吐出時の液滴中に含まれる微粒子数にばらつきが生じてしまい、製品の性能劣化、不良発生をもたらす。このような事態を回避するためには、インクタンク内、インクジェットヘッド内でインクを循環、撹拌させることによって微粒子の沈殿を防止する必要がある。さらに厳密には、吐出時の液滴中に含まれる微粒子数を安定させて吐出させるためには、上述のインクの循環、撹拌はインクがノズル孔の直近にある時点においてもなされることが重要である。

ノズル孔直近までインクを循環、撹拌させるための技術として、国際公開第９５／３１３３５号パンフレット（特許文献１）に記載されたものがある。特許文献１の第２図、第３図に示されたインクジェットヘッドでは、圧力発生室は、前側にノズル孔を有するノズル板、後ろ側に振動板を配置された空間である。この圧力発生室を挟むように圧力発生室の両側に２つの共通インク室が配置されており、これら２つの共通インク室は圧力発生室に連通している。この装置では、一方の共通インク室から他方の共通インク室へ圧力発生室を介してインクを供給できる構造となっている。このインクジェットヘッドにおいては、ノズル孔のある圧力発生室自体がインクの通り道となるため、ノズル孔の直近までインクを循環することが可能である。また、特許文献１の第４図では、上記インクジェットヘッドを備える記録装置の全体が示されており、この記録装置では、インクカートリッジからインクジェットヘッドを経由してサブタンクへとインクを補充する一方、サブタンクからインクジェットヘッドを経由してインクカートリッジへと水頭差を利用してインクを戻すことも可能となっている。特許文献１の記録装置では、このようにしてインクを循環させている。

また、特開２００６−１４２５０９号公報（特許文献２）に記載されたインクジェットヘッドでは、圧電基板の表面に互いに平行な２本の溝として２つの共通インク室が設けられている。これら２つの共通インク室の間に挟まれ、なおかつこれら２つの共通インク室の両方に連通するように、多数の溝状のインク室が設けられている。特許文献２に提案されているのは、この溝状インク室の壁部分の圧電材料のシェアモード変形を利用したインクジェットヘッドである。

インクジェットヘッドのひとつの方式として積層型というものがある。これは各部材を位置合わせしながら重ね合わせることによってインクジェットヘッドの構造を組み立てるものであり、その一例は、特開平６−１８３０２９号公報（特許文献３）に記載されている。
国際公開第９５／３１３３５号パンフレット 特開２００６−１４２５０９号公報 特開平６−１８３０２９号公報

上述したように特許文献１に記載の記録装置では、インクカートリッジとサブタンクとの間でインクがやりとりされる際に、その流通の途上でインクは一方の共通インク室から他方の共通インク室へと圧力発生室を介して供給されるため、ノズル孔直近までインクを循環することが可能であるが、このインクジェットヘッドは積層型のインクジェットヘッドであるという欠点がある。

積層型のインクジェットヘッドは、特許文献３に記載されているように、基台に振動子を取り付けたものである振動子ユニットと、流路構成部材と、振動板形成部材と、圧力発生室となるべき間隙を形成するためのスペーサと、ノズル孔を有するノズル板との５つの部材から構成されており、それぞれ位置合わせを行ない、重ね合わせることによって組み立てられている。インクジェットヘッドにおいてばらつきの少ない着弾精度、吐出性能を実現するためには、ノズル孔と駆動部の相対位置精度がきわめて重要であり、ノズル孔の中心と駆動部におけるインクの通り道の中心とが合って配置されている必要がある。したがって、これら５つの部材はそれぞれについて高精度な位置合わせが要求される。１つのインクジェットヘッドを作製するためにはこのような高精度な位置合わせを４回繰り返す必要がある。これは非常に煩雑な作業を伴うものである。また、特許文献３のインクジェットヘッドは、変位量を確保するため積層型の圧電素子を用いていること、インクジェットヘッドを構成する部品点数自体が多いことから、小型化に適していない。さらにこのような組み上げ作業の煩雑さおよび部品点数の多さにより、インクジェットヘッドのコストアップにもつながる。

これに対し、非積層型のインクジェットヘッドの例として、特許文献２に記載のシェアモード型のインクジェットヘッド１２６について、図１９、図２０を参照して説明する。なお、図中の符号および構成要素の名称は、必ずしも特許文献２のとおりではない。

このインクジェットヘッド１２６は、図１９に示すように、圧電基板１０１を、長円形の凹部を有するマニホールド１１１に収め、複数個のノズル孔２０を有するノズル板２１を被せることによって組み立てられている。圧電基板１０１の上面には、共通インク室１０５，１０６となるべき互いに平行な２本の幅が広く浅い溝が設けられている。これら２本の溝の間を結ぶように多数本の細く深い溝が設けられている。これらの細く深い溝はノズル板２１によって上側を塞がれることによって図２０に示すように個別インク室１０２となっている。図２０は、図１９におけるＸＸ−ＸＸ線に関する矢視断面図である。マニホールド１１１の下方にはインク供給管１１２，１１３がつながっている。共通インク室１０５，１０６はいずれも一端がニップル開口部１１４に、他端がニップル開口部１１５にそれぞれ連通している。ニップル開口部１１４，１１５は長円形の凹部の両端に相当する部分であり、それぞれインク供給管１１２，１１３に連通している。

インクジェットヘッド１２６は、構成する部品点数が少なく、組立の際に高精度な位置合わせを必要とするのは個別インク室１０２となるチャンネル溝が形成された圧電基板１０１とノズル孔２０を有するノズル板２１とを貼り合わせる工程のみであり、組立工程が容易で小型化にも適している。

このインクジェットヘッド１２６では、インク供給管１１２からニップル開口部１１４にインクを供給し、ニップル開口部１１５からインク供給管１１３を通じて余分なインクを回収するように循環しているものとすると、ニップル開口部１１４からニップル開口部１１５にインクが移動する際には、図１９に矢印３５で示すようには共通インク室１０５，１０６の大きく２通りのルートに分かれて通過することとなる。この際に、途中で折れ曲がって個別インク室１０２をわざわざ経由して共通インク室１０５，１０６間で行き来するよりも、そのような行き来なしに共通インク室１０５，１０６のうちのいずれか１本のみを通っていく方が流路抵抗が明らかに小さい。したがって、大半のインクは共通インク室１０５，１０６のうちの１本のみを経由してニップル開口部１１４からニップル開口部１１５に直行してしまうこととなる。ノズル孔２０は共通インク室１０５，１０６ではなく個別インク室１０２の途中に開口しているので、ノズル孔２０の直近の空間である個別インク室１０２においては積極的にインクを循環させることができないという問題がある。

また、インクジェットヘッド１２６においては、共通インク室１０５，１０６は、各個別インク室１０２の内壁面に形成された電極と、各個別インク室１０２の両端につながるように設けられる浅溝部の内壁面に形成された電極との間の導通を遮らないようにするために、個別インク室１０２の深さよりもある程度以上浅く形成されなければならない。すなわち、インクジェットヘッド１２６の共通インク室１０５，１０６は、圧電基板１０１内に形成された個別インク室１０２の深さよりも深くすることができないという制約がある。

インクジェットヘッド１２６内において個別インク室１０２を経由したインク流れを促進するためには、共通インク室１０５，１０６の流路抵抗は、個別インク室１０２の流路抵抗に比べて十分に小さく、流路抵抗を無視できることが好ましい。定性的な表現をすれば、流路抵抗は流路の断面積が小さいほど、また流路の長さが長いほど大きくなる。したがって、全体的な寸法（基板の外寸、厚み）は適宜選択された場合においても、少なくとも共通インク室１０５，１０６の深さがインク室１０２の深さよりもある程度以上浅くなければならないという制約のあるインクジェットヘッド１２６は不利となる。これはインクジェットヘッド１２６の寸法が大きくなることによって流路が長くなった場合に特に深刻化する問題である。

また、共通インク室１０５，１０６の流路抵抗を下げるために、共通インク室１０５，１０６の幅を大きくすることで断面積を拡大しようとすると、個々の圧電基板１０１のサイズを大きくしなければならなくなってしまい、小型化の妨げとなる。また、圧電基板１０１の大型化は材料費の観点からコストアップにつながる。

さらにインクジェットヘッド１２６の個別インク室１０２は圧電基板１０１の両端においては外部接続端子となる浅溝部とつながっており、浅溝部は圧電基板１０１の両端面に開口している。このような個別インク室１０２および浅溝部の加工はダイシングブレードの上下動を利用した加工方法、すなわちいわゆるチョッパ加工で行なうことができる。溝部分のいわゆるＲ形状はダイシングブレードの外形が転写されたものである。個別インク室１０２の最大深さの部分から浅溝部までをつなぐようにＲ形状の加工を行なった場合、共通インク室１０５，１０６はＲ形状部分の途中に位置することとなるのが通常である。そうなると、共通インク室１０５，１０６と個別インク室１０２とが交差する位置では、個別インク室１０２は最大深さではなくある程度浅くなっていることとなる。したがって、上述のように各個別インク室１０２の内壁面に形成された電極と各浅溝部の内壁面に形成された電極との導通を確保するためには、共通インク室１０５，１０６の深さはさらに浅く設定する必要が生じ、共通インク室１０５，１０６の流路抵抗を小さくすることができない。

ところで、このインクジェットヘッド１２６において、特許文献１の教示に従って水頭差を利用してインクを循環させようとする場合を考える。水頭差は、インクが沈殿せずに循環できる流量とインクジェットヘッド１２６の流路抵抗から求めるのが望ましいが、インクジェットヘッド１２６の流路抵抗は、共通インク室１０５，１０６と個別インク室１０２との流路抵抗であり、これらの流路抵抗が大きい場合にはきわめて大きな水頭差を設ける必要が生じる。そのように水頭差の拡大だけで良好な循環を実現しようとする場合、単純に水頭差を大きくすることは装置構成上不可能な場合が生じてくる。したがって、実際には装置構成の制約内で実現できる水頭差の範囲内で構成せざるをえない。水頭差を流路抵抗で割った値が流量となるが、この値がインクが沈殿せずに循環できる流量よりも小さい場合は、インクの循環が十分でないということになり、微粒子の沈殿をもたらす。その結果、インクジェットヘッド１２６は、吐出時の液滴中に含まれる微粒子数を安定させて吐出することができなくなるという問題を有している。

そこで、本発明は、インクジェットヘッドの構造を複雑化することなく、インクジェットヘッド内部でのインクの循環が行ないやすく、微粒子含有インクの使用に適したインクジェット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、本発明に基づくインクジェットヘッドは、隔壁によって互いに隔てられ、かつ内壁に電極が設けられた複数のインク溝を有する圧電基板と、上記圧電基板の上記隔壁の上部に接着されることによって上記複数のインク溝の上側を塞いで上記複数のインク溝を複数の個別インク室として規定するノズル板と、上記複数の個別インク室の一端側において上記個別インク室と連通する第１共通インク室を規定しつつ、上記複数の個別インク室の他端側において上記個別インク室と連通する第２共通インク室を規定するように、上記圧電基板に取り付けられたマニホールドとを備える。上記複数の個別インク室は、１以上の吐出用インク室と１以上のダミーインク室とを含む。上記ノズル板は、上記吐出用インク室に対応する位置にインク吐出のためのノズル孔を有し、上記ダミーインク室に対応する位置にはノズル孔を有しない。

本発明によれば、複数の個別インク室が１以上の吐出用インク室と１以上のダミーインク室とを含むので、インクを円滑に循環させることが可能となり、ノズル孔の直近の空間である吐出用インク室の内部にも通過するインク流れを積極的に形成することが可能となる。このことにより、インク中に微粒子が含まれている場合であってもその微粒子が沈殿または浮遊することが抑制され、吐出時の液滴中に含まれる微粒子数を安定させることができる。

（実施の形態１）
（構成）
図１〜図８を参照して、本発明に基づく実施の形態１におけるインクジェットヘッドについて説明する。図１に本実施の形態におけるインクジェットヘッド２５を示す。インクジェットヘッド２５のノズル板２１を外したところを図２に示す。図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に関する矢視断面図を図３に示す。このインクジェットヘッド２５は、図２に示すように、圧電基板１とノズル板２１とマニホールド１１とを備える。圧電基板１は、隔壁３によって互いに隔てられ、かつ内壁に電極が設けられた複数のインク溝４１を上面に有する。ノズル板２１は、図３に示すように、圧電基板１の隔壁３の上部に接着されることによって複数のインク溝４１の上側を塞いで複数のインク溝４１を複数の個別インク室２として規定する。マニホールド１１は、図２に示すように複数の個別インク室２の一端側において個別インク室２と連通する第１共通インク室５を規定しつつ、複数の個別インク室２の他端側において個別インク室２と連通する第２共通インク室６を規定するように、圧電基板１に取り付けられている。言い換えれば、圧電基板１は、マニホールド１１の上面の凹部１１ｕ内に収まっている。

さらに、複数の個別インク室２は、図３に示すように、１以上の吐出用インク室２ｃと１以上のダミーインク室２ｄとを含む。言い換えれば、複数の個別インク室２は吐出用インク室２ｃとダミーインク室２ｄとの２種類に分類することができる。ノズル板２１は、吐出用インク室２ｃに対応する位置にインク吐出のためのノズル孔２０を有し、ダミーインク室２ｄに対応する位置にはノズル孔を有しない。図３に示すように個別インク室２はピッチＢで配列されており、吐出用インク室２ｃはピッチＣで配列されている。ダミーインク室２ｄは個別インク室２の列の少なくとも両端に配置されている。

図２に示す下側の構造体から圧電基板１および配線基板１０を取り出したところを図４に示す。圧電基板１は上板１ａと下板１ｂとの貼合せによって構成されている。圧電基板１の一方の端面には電極引出し部８が形成されている。電極引出し部８には異方性導電フィルム（以下「ＡＣＦ」という。）９を介して配線基板１０が接続されている。

図２に示す下側の構造体から圧電基板１および配線基板１０を取り去って残るマニホールド１１をさらに分解したところを図５に示す。マニホールド１１は、第１部分１１ａと第２部分１１ｂとを貼り合わせることによって構成されている。第１部分１１ａは圧電基板用凹部１７を有する。第１部分１１ａの貼合せ面１８の中央には配線基板用凹部１６が設けられている。図５におけるＶＩ−ＶＩ線に関する矢視断面図を図６に示す。図５におけるＶＩＩ−ＶＩＩ線に関する矢視断面図を図７に示す。第１部分１１ａは、共通インク室５となる凹部を有し、この共通インク室５の内壁にインク供給管１２と連通するニップル開口部１４を有する。第２部分１１ｂは、共通インク室６となる凹部を有し、この共通インク室６の内壁にインク供給管１３と連通するニップル開口部１５を有する。第１部分１１ａと図４に示した構造体とは、図８に示すように組み合わせられる。すなわち、圧電基板用凹部１７に圧電基板１が収まり、配線基板用凹部１６に配線基板１０が収まっている。

（作用・効果）
図２、図３を参照して、インクの流れについて説明する。図示しない第１のインクタンクからインクジェットヘッド２５に供給されたインクは、インク供給管１２を通ってニップル開口部１４から第１共通インク室５へと流入する。第１共通インク室５に至ったインクは、引き続き、圧電基板１に形成された複数の個別インク室２のいずれかを通過し、第２共通インク室６へと流れ込む。インクが個別インク室２を通過する際には、吐出用インク室２ｃおよびダミーインク室２ｄのすべてがインク流路として用いられる。さらに、第２共通インク室６に至ったインクは、ニップル開口部１５からインク供給管１３を通過して、図示しない第２のインクタンクへと排出される。

したがって、本実施の形態におけるインクジェットヘッド２５の構成によれば、インクは、第１共通インク室５から第２共通インク室６へと移動する際に複数の個別インク室２に分かれて流れる。複数の個別インク室２のうち吐出用インク室２ｃを通ったインクの一部はノズル孔２０から吐出されることによって消費されるが、吐出用インク室２ｃを通ったインクのうちノズル孔２０から吐出されなかったインク、および、ダミーインク室２ｄを通ったインクは全て第２共通インク室６へと円滑に流れる。したがって、インクを円滑に循環させることが可能となり、ノズル孔２０の直近の空間である吐出用インク室２ｃの内部においても通過するインク流れを積極的に形成することが可能となる。このことにより、インク中に微粒子が含まれている場合であってもその微粒子が沈殿または浮遊することが抑制され、吐出時の液滴中に含まれる微粒子数を安定させることができる。

（インクの流れる向き）
インクの流れは上述の向きに限定されるものではなく、逆向きであってもよい。逆向きに流す場合、インク供給管１３からインクジェットヘッド２５へと供給されたインクは、ニップル開口部１５を通過し第２共通インク室６へと流れ込む。インクは、続いて、圧電基板１に形成された複数の個別インク室２のいずれかを通過し、第１共通インク室５に流れ込む。さらにインクはニップル開口部１４を通ってインク供給管１２へと排出される。このような経路であってもよい。

好ましくは、本実施の形態におけるインクジェットヘッド２５は、第１共通インク室５に供給されたインクのうち、ノズル孔２０からの吐出に消費される分以外を全て、吐出用インク室２ｃまたはダミーインク室２ｄを経由して第２共通インク室６へ排出するための第１インク流通手段を備える。

ここでいう、第１インク流通手段とは、インクに流れを生じさせる駆動源である。インクに流れを生じさせる方法としては、水頭差を利用する方法、インクタンクの圧力制御を行なう方法などが考えられる。第１インク流通手段とは、たとえば水頭差を設ける構造またはインクタンクの圧力を制御する装置を指す。

たとえば図示しない第１のインクタンクからインクジェットヘッド２５を経由して図示しない第２のインクタンクへとインクを流す場合、第２のインクタンクに排出されたインクが一定量に到達した時点で、インクの供給方向を逆転させればよい。図示しない第２のインクタンクから供給されたインクはインクジェットヘッド２５を経由して図示しない第１のインクタンクへと排出されることとなる。

すなわち、好ましくは、本実施の形態におけるインクジェットヘッド２５は、第２共通インク室６に供給されたインクのうち、ノズル孔２０からの吐出に消費される分以外を全て、吐出用インク室２ｃまたはダミーインク室２ｄを経由して第１共通インク室５へ排出するための第２インク流通手段を備える。第２インク流通手段としてのインク流れの駆動源の具体例は、第１インク流通手段について例示したものと同様である。

このように、２つのインクタンクの間でインクを行き来させることで、エンドレスでインクを循環させることができる。こうすることによって、インクジェットヘッド２５内には常にいずれかの向きのインク流れがあるようにすることができる。インクジェットヘッド２５内の吐出用インク室２ｃにおいてはいずれかの向きのインク流れが通過することとなり、この結果、ノズル孔２０の直近の空間を通過するインク流れを積極的に形成することが可能となる。

従来技術によるインクジェットヘッドであれば、ビーズなどの微粒子を含有したインクを供給した場合は、インクの溶媒と含有される微粒子の比重差により、微粒子が沈殿または浮遊し、インク中の微粒子濃度に分布が引き起こされるおそれがあり、その結果、吐出時の液滴中に含まれる微粒子数にばらつきが生じ、製品の性能劣化、不良発生が引き起こされるおそれがあったが、本発明の構成によれば、ノズル孔直近のインク室内を通過するインク流れを積極的に形成することが可能となるため、微粒子が沈殿または浮遊することが抑制され、吐出時の液滴中に含まれる微粒子数を安定させて吐出させることができる。

また、複数の吐出用インク室だけでは十分に流路の断面積を確保できず流路抵抗を下げることができない場合においても、本実施の形態におけるインクジェットヘッド２５では吐出用インク室２ｃの他にダミーインク室２ｄを設けているので、複数の個別インク室２の全体としての流路抵抗が小さくなり、インクの循環の円滑化を図ることができる。その結果、微粒子の沈殿を防止し、吐出時の液滴中に含まれる微粒子数を安定させることができる。

この観点から、ダミーインク室２ｄは複数形成しておくことが望ましい。ダミーインク室２ｄは流路抵抗を小さくするためのものであり、吐出には寄与しない。吐出には寄与しないダミーインク室２ｄに対応する位置では、ノズル板２１にノズル孔２０を形成しないでおくことで、ノズル孔２０詰まりなどのトラブルを回避でき、また、不必要なインク消費を抑えることができる。

（複数の個別インク室の配置）
複数の個別インク室は、一定深さで直線状に互いに平行に形成されていることが好ましい。このようになっていれば、限られた幅に多数の個別インク室を配列することができるからである。また、一定深さで直線状にすることによって加工が容易になるからである。

ダミーインク室２ｄの１つ当たりの断面積および長さは、吐出用インク室２ｃの１つ当たりの断面積および長さとそれぞれ等しくなっていることが好ましい。流路抵抗は流路の断面積が小さいほど、また流路の長さが長いほど大きくなるが、ダミーインク室２ｄの１つ当たりの断面積および長さを吐出用インク室２ｃの１つ当たりの断面積および長さと等しくしておくことにより、吐出用インク室２ｃの１つ当たりの流路抵抗とダミーインク室２ｄの１つ当たりの流路抵抗を同じにすることができる。流路抵抗が同じになるようにしておけば１つの吐出用インク室２ｃと１つのダミーインク室２ｄとで通過するインク量が同じとなり、流速差も生じなくなるので、インクの滞留が生じることを防止できる。さらに、インクの滞留が防止されることによって、インクの組成変化や、微粒子の沈殿または浮遊が抑制され、吐出時の液滴中に含まれる微粒子数をより安定させて吐出させることができる。

複数の個別インク室２は平行に並んでおり、平行に並ぶ個別インク室２の列の両端にはダミーインク室２ｄがあることが好ましい。既に述べたようにダミーインク室２ｄも個別インク室２の一種である。図３に示した構造では個別インク室２の列の両端にダミーインク室２ｄがある。あるいは、たとえば図９に示すように中央部には吐出用インク室２ｃのみが連続して並んでいて両端に１つずつのダミーインク室２ｄが配置されている構成であってもよい。しかし、中央部に吐出用インク室２ｃのみを連続して配置する場合であっても、より有効な効果を得るためには、図１０に示すように両端に複数個ずつのダミーインク室２ｄが配列されている構成の方が好ましい。

あるいは、ダミーインク室２ｄと吐出用インク室２ｃとは交互に配列されていることが好ましい。このようになっていれば、個別インク室２の配列ピッチを一定にしたまま、吐出用インク室の配列ピッチを均等に広げてノズル孔配置を低密度化することができるからである。また、溝の加工自体は等間隔のままとすることができるので、加工が容易となる。この構成の一例を図１１に示す。ダミーインク室２ｄの配列ピッチは吐出用インク室２ｃの配列ピッチと同じであることが好ましい。このようになっていれば、加工が容易となるからである。図１１に示した例ではダミーインク室２ｄの配列ピッチは吐出用インク室２ｃの配列ピッチと同じとなっており、このように配列ピッチが同じとなった構成が好ましいが、配列ピッチが同じでない構成であってもよい。

（駆動電圧）
本発明に基づくインクジェットヘッド２５の個別インク室２を隔てる隔壁３を変形させるために必要な「駆動電圧」は、隔壁３の厚みが厚いほど高くなる。個別インク室２の配列ピッチが大きくなり、個別インク室２の配置が低密度化した場合、隔壁３の厚みは厚くなる。最近は液晶画面の大画面化に伴い、ノズル孔の配置の低密度化が求められているので、隔壁３の厚みが厚くなる傾向にあり、駆動電圧の上昇が懸念されている。

駆動電圧が高くなると、駆動電圧の大きさに比例して圧電基板１の発熱量も増す。圧電基板１の発熱は、インク粘度の変化を引き起こす。その結果、吐出時の液滴中に含まれる微粒子数を安定させて吐出させることが困難となる。このような事態を避けるためには発熱量を抑える必要がある。発熱量を抑えるためには、インクジェットヘッド２５の駆動電圧は可能な限り低い方が好ましい。

個別インク室２の配列ピッチが低密度化した場合においても、駆動電圧の上昇を抑えるためには、隔壁３の厚みを、通常の駆動電圧で吐出可能な程度の厚みとして個別インク室２を通常の配列ピッチで配列すればよい。その場合、所望の低密度な配列ピッチに対応する個別インク室２のみを吐出用インク室２ｃとしてノズル孔２０を設けておき、他の個別インク室２はダミーインク室２ｄとしてノズル孔２０を設けないようにしておけばよい。このようにノズル孔２０をまばらに配置したノズル板２１を貼り付けることとすればよい。図３に示した構成もこの考え方を適用した一例である。

ダミーインク室２ｄは、吐出用インク室２ｃの各々に対して両側に隣接するように配置されていることが好ましい。たとえば図３に示したように、ダミーインク室２ｄは各吐出用インク室２ｃの両側に配置される構成であれば好ましい。図３に例示した構成以外に、図１１に示す構成や図１２に示す構成であってもよい。図１２では、ダミーインク室２ｄの配列ピッチは吐出用インク室２ｃの配列ピッチと同じではないが、ダミーインク室２ｄは、吐出用インク室２ｃの各々に対して両側に隣接するように配置されている。

（具体例）
以下、具体的な数値を交えて具体例について説明する。たとえば図３に示す構成において、個別インク室２の配列ピッチＢが１６９μｍ（１５０ＤＰＩに相当）となるように個別インク室２が配列されているときの、このインクジェットヘッド２５の駆動電圧が１５Ｖであったとする。この駆動電圧を変えずに５００μｍの配列ピッチで配列された吐出用インク室２ｄを得たい場合には、圧電基板１に対してまず個別インク室２となるべき溝を１６９μｍピッチ（１５０ＤＰＩに相当）で形成し、これらの複数の溝に対してノズル孔２０の配列ピッチＣが約５０７μｍ（５０ＤＰＩに相当）となるようにノズル孔２０が形成されたノズル板２１を接着すればよい。すなわち、図３に示すように、３つの個別インク室２ごとに１つのノズル孔２０が設けられたノズル板２１を接着することによってインクジェットヘッド２５を組み立てればよい。

ここで、個別インク室２のうち、ノズル孔２０が開口していないものはダミーインク室２ｄとして利用する。これらのダミーインク室２ｄはインクを循環させるために用いられる。複数の吐出用インク室２ｃだけでは流路抵抗を十分に下げることができない場合においても、ダミーインク室２ｄをこのように複数設けることにより、流路抵抗が小さくなり、結果的に微粒子の沈殿を防止でき、吐出時の液滴中に含まれる微粒子数を安定させて吐出させることができる。

この状態ではノズル孔２０の配列ピッチＣが約５０７μｍであったが、インクジェットヘッド２５をノズル板２１の面内で９．５３°回転させて使用することにより、装置全体としては見かけ上のノズル配列ピッチを５００μｍになるようにすることができる。

このような構成にすることで、圧電基板に対する溝加工のピッチは変えずに実際のノズル孔２０の配列ピッチのみを低密度化することができる。ノズル孔２０の形成されていない個別インク室２をダミーインク室２ｄとして使用することにより、必要に応じて、吐出用インク室２ｃより多くの数のダミーインク室２ｄを形成することもできる。

（実施の形態２）
（製造方法）
図１３〜図１８および図１、図４、図５、図８を参照して、本発明に基づく実施の形態２におけるインクジェットヘッドの製造方法について説明する。このインクジェットヘッドの製造方法は、実施の形態１で説明したインクジェットヘッド２５を製造するための方法であって、圧電基板に対して溝加工を行なうことによって前記複数のインク溝を形成する工程と、前記複数のインク溝の内壁に導電体膜を形成することによって前記電極とする工程と、前記第１共通インク室および前記第２共通インク室となるべき共通インク室用凹部を有する前記マニホールドを前記圧電基板に取り付ける工程と、前記複数の溝および前記共通インク室用凹部を塞ぐように、前記ノズル板を接着することによって、前記複数の溝を複数の個別インク室とすると同時に前記マニホールドの凹部を前記第１共通インク室および前記第２共通インク室とする工程とを含む。

これらの工程の各々について以下詳しく説明する。まず、圧電基板１を作製する。そのためには、図１３に示すように分極方向の異なる２枚のウエハ状の圧電基板５１ａ，５１ｂを貼り合わせる。こうしてウエハ状の圧電基板５１を得る。

（複数のインク溝を形成する工程）
圧電基板５１に対して溝加工を行なうことによって複数のインク溝を形成する工程を行なう。この工程は図１３に示すように、一般的なダイシングマシンに使用されるダイシングブレード３０を繰返し走行させて溝加工することによって行なうことができる。１枚の圧電基板５１はのちに分割されて多数の圧電基板１となるものである。図１３に示すように、溝加工により形成される複数のインク溝４１は、互いに平行に並んでおり、互いに平行に並ぶ複数の細長い隔壁３によって隔てられている。インク溝４１は所定の幅と深さを有する細長い溝であればよく、溝加工は一直線状に行なわれる。

実際には厚さ３ｍｍのウエハ状の圧電基板５１に対して幅８０μｍのダイシングブレード３０を用いて、１つの圧電基板１となるべき部分に深さ２６０μｍのインク溝４１を１３４本加工する。これらのインク溝４１がのちに個別インク室２となる。

（電極を形成する工程）
次に、溝加工を行ったウエハ状の圧電基板５１をダイシングブレード３０で分割し、図１４に示すように圧電基板１が２個つながったサイズの圧電基板５２とする。続いて、複数のインク溝４１の内壁に導電体膜を形成することによって電極とする工程を行なう。ここで形成する電極は、インクジェットヘッド完成後に隔壁３をシェアモードで駆動させるための電極である。電極は銅の膜であり、ＲＦ（Radio Frequency）マグネトロンスパッタ装置を用いて、スパッタリング法により成膜される。成膜により、電極は、隔壁３の両側面のみならず、隔壁３の上面、圧電基板５２の側面および上面も覆うように形成される。

次に、圧電基板５２の上面に対してダイシングブレード３０によって除去量が１０μｍになるように研削することにより、圧電基板５２の上面を覆う不要な電極を除去する。このとき、各隔壁３の上面を覆っていた電極も同時に除去されるので、上から見た状態としてはインク溝４１ごとに電極が分離される。

圧電基板５２をダイシングブレード３０により点線３６に示す位置で半分に切断し、図１５に示すようにインクジェットヘッド１つ分のサイズにする。こうして圧電基板１が得られる。この切断により、圧電基板１の両端面のうち、切断によって生じた新たな端面には電極がないが、反対側の端面には電極がある状態となる。図１５では、端面３７に電極があり、端面３８に電極がないものとする。この時点では、各インク溝４１内の電極同士は、この端面３７を覆う電極によって互いに導通した状態となっている。

次に、端面３７が上向きになるように圧電基板１を固定し、ダイシングブレード３０によって、端面３７の隔壁３の中心線に対応する部分の電極をそれぞれ線状に研削除去する。こうすることによって、図１６に示すようになる。図１６における端面３７の部分拡大図を図１７に示す。図１７においてはハッチングを付した部分を電極が覆っている。この時点で各インク溝４１内の電極は完全に個別に電気的に分離された状態となる。端面３７のインク溝４１に対応する部分では電極が研削除去されておらず、残っている。この残った電極が電極引出し部８となる。

続いて、図４に示したように、電極引出し部８に対して外部基板としての配線基板１０をＡＣＦ９を介して接続する。これにより、圧電基板１の各インク溝４１の両側の隔壁３に画像データに基づいた電圧を印加することが可能となり、外部からインクチャンネルを駆動することが可能となる。なお、外部基板との接続方法としては、上述のＡＣＦ９を用いた接続方法以外にも、外部基板のリードを圧電基板１の外部接続端子に直接接続する方法や、外部基板のリードを圧電基板１の外部接続端子にワイヤボンディングする方法などがある。

次いで、圧電基板１の各インク溝４１の内壁面に形成された電極を保護するために、電極保護膜（図示せず）を約１０μｍの厚さで形成する。この電極保護膜は、その形成工程においては圧電基板１および配線基板１０の露出するあらゆる表面に付着するため、付着させる必要のない配線基板１０には予めマスキングテープなどでマスクすることによって、電極保護膜が付着しないようにしておく。

（マニホールドを圧電基板に取り付ける工程）
次に、第１共通インク室５および第２共通インク室６となるべき共通インク室用凹部を有するマニホールド１１を圧電基板１に取り付ける工程を行なう。そのためには、図５に示したようなマニホールド１１を予め作製しておく。マニホールド１１は第１部分１１ａと第２部分１１ｂとからなる２ピース構造となっている。

マニホールド１１の第１部分１１ａは、厚さ１０ｍｍのアルミ、ステンレス、セラミクスなどからなる板材から形成する。この第１の部分１１ａの上面に対して、圧電基板１の厚み分である３ｍｍの深さで、圧電基板１と同じ幅、同じ長さだけザグリ加工を施すことによって、図５に示すように圧電基板用凹部１７を形成する。また、この圧電基板用凹部１７に連通して第１共通インク室５を形成する。第１共通インク室５においては深さ４ｍｍのザグリ加工を行ない、ザグリ幅、ザグリ長さは圧電基板１の幅と同等とする。

また、第１部分１１ａの貼合せ面１８に対しては、側方から深さ０．２５ｍｍで、幅は配線基板１０と同程度でザグリ加工を行ない、図５に示すように配線基板用凹部１６を形成する。

さらに第１部分１１ａの第１共通インク室５には、ニップル開口部１４が長穴形状に開口するように形成する。このニップル開口部１４はインク供給管１２と接続されるように形成する。ニップル開口部１４からインク供給管１２までは幅が緩やかなテーパー状に変化するように形成する。

マニホールド１１の第２の部分１１ｂは厚さ１０ｍｍのアルミ、ステンレス、セラミクスなどからなる板材から形成する。この第２の部分１１ｂの上面に対して、深さ４ｍｍで、圧電基板１の幅と同等の幅、同じ長さでザグリ加工を施すことによって、第２共通インク室６を形成する。さらに第２部分１１ｂの第２共通インク室６には、ニップル開口部１５が長穴形状に開口するように形成する。このニップル開口部１５はインク供給官１３と接続されるように形成する。ニップル開口部１５からインク供給管１３までは幅が緩やかなテーパー状に変化するように形成する。

マニホールド１１を圧電基板１に取り付ける工程としては、まず、第１部分１１ａの圧電基板用凹部１７に対して圧電基板１を接着する。圧電基板用凹部１７のザグリ幅、ザグリ長さは圧電基板１の幅と同等に形成されているので、圧電基板用凹部１７に圧電基板１を嵌め込み、第１部分１１ａの合わせ面１８に形成された配線基板用凹部１６に対して、配線基板１０が収容されるようにして接着を行なう。その結果、図８に示す構造体が得られる。

さらに第１部分１１ａの貼合せ面１８に対して第２部分１１ｂを接着する。その結果、図１８に示す構造体が得られる。この接着では、第２の共通インク室６がインクを漏らさず保持できるように確実に接着しなければならない。また、配線基板１０、ＡＣＦ９はインクにより、溶解または膨潤する可能性があるため、ＡＣＦ９を介して電極引出し部８に配線基板１０を接続した部分を接着剤にて封止し、インクから保護することが望ましい。圧電基板１と圧電基板用凹部１７との隙間にも接着剤を追加し、この隙間を封止する。

（ノズル板を接着する工程）
次いで、複数のインク溝４１および共通インク室用凹部を塞ぐように、ノズル板２１を接着することによって、複数のインク溝４１を複数の個別インク室２とすると同時にマニホールド１１の凹部を第１共通インク室５および第２共通インク室６とする工程を行なう。すなわち、図１８に示した構造体に対して、ノズル孔２０を有するノズル板２１を上側から接着する。ノズル板２１は、圧電基板１とマニホールド１１とにまたがるように貼り付けられる。圧電基板１にノズル板２１を接合した後、ノズル板２１とマニホールド１１との隙間に接着剤を流し込み封止する。これにより、図１に示すインクジェットヘッド２５が出来上がる。インクジェットヘッド２５内には個別インク室２と第１共通インク室５と第２共通インク室６とが形成される。

（作用・効果）
上述のとおり、本実施の形態におけるインクジェットヘッドの製造方法によれば、本実施の形態におけるインクジェットヘッドを容易に作製することが可能となる。

なお、図１４に溝加工の例を示したが、この溝加工は、一定深さで圧電基板１の一端から他端までを貫通するように直線状に行なうことが好ましい。ここでは、１つ分の圧電基板１に対して述べたが、圧電基板５１においては複数の圧電基板１が集まった状態となっているので、圧電基板５１において一端から他端までを貫通するように直線状に行なうことは、複数の圧電基板１に対して一括して一端から他端までを貫通するように直線状の溝加工を行なうことを含んでいる。

一定深さで圧電基板１の一端から他端までを貫通するように直線状に溝加工を行なう構成によれば、溝加工の際にダイシングブレード３０での上下動を利用した加工方法、すなわちいわゆるチョッパー加工を行なう必要がなく、回転するダイシングブレード３０を一直線状に移動させるだけでよく、特殊なダイシングマシンを必要としないので好都合である。

ダイシングブレード３０の上下動を利用したチョッパー加工によりインク溝の一部にダイシングブレードの外径形状を転写させることによって、溝深さが徐々に浅くなるＲ形状部を形成し、さらに、その続きとして外部接続端子を形成するための浅溝部を形成した構成とした場合、Ｒ形状部の長さは、インク溝の駆動部分が深いほど、また、浅溝部が浅いほど大きくなる。また、Ｒ形状部の長さは、ダイシングブレードの外径が大きいほど大きくなる。そのため、結果的に１枚のウエハ状の圧電基板から取得することができるインクジェットヘッドの数（いわゆる「取れ数」）に大きく影響する。

仮に、インク溝の深さが２４０μｍ、浅溝部の深さが５μｍ、ブレードの外径が２５．４ｍｍであったとすると、ブレードの外径形状が転写された領域Ｌは、次式によって求められる。

Ｌ＝３．４８ｍｍ
このインクジェットヘッドの吐出に必要な領域の長さを３ｍｍとする。浅溝部は全体が外部接続端子として形成されるものとし、外部接続端子の長さを１ｍｍとした場合、インクジェットヘッドのインク溝長手方向の長さは３．４８＋３＋１＝７．４８ｍｍとなる。

この構成において、１つのインクジェットヘッドの長さ全体のうちでＲ形状部が占める部分は、
（３．４８＋１）／７．４８×１００＝約６０％
すなわち、インクの吐出に寄与しない部分が約６０％となる。

上述のように、圧電基板に対する溝加工の際に、一定深さで圧電基板１の一端から他端までを貫通するように直線状に行なうこととすれば、個別のインクジェットヘッドのサイズに対応する圧電基板１の範囲内で考えても、上記のブレードの外径形状が転写された領域Ｌ＝３．４８ｍｍは必要なくなり、さらに図４に示したように配線基板１０を圧電基板に垂直な向きで取り付けることとすれば、外部接続端子のための長さも不要となるので、合わせてインクジェットヘッドの長さを約６０％短くすることができる。インクジェットヘッドを１つ作るのに必要な圧電基板の長さがそれだけ短くなるということは、ウエハ１枚当たりのインクジェットヘッドの取れ数が増大し、インクジェットヘッド１つ当たりのコストの低下を図ることができる。

なお、上記各実施の形態では、説明の便宜のためにノズル孔の数を少なく描いているが、ノズル孔の数はより多くてもよい。圧電基板５１は四角形には限らず円形などであってもよい。

なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

本発明に基づく実施の形態１におけるインクジェットヘッドの斜視図である。 本発明に基づく実施の形態１におけるインクジェットヘッドのノズル板を外した状態の斜視図である。 図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に関する矢視断面図である。 本発明に基づく実施の形態１におけるインクジェットヘッドに含まれている圧電基板および配線基板の斜視図である。 本発明に基づく実施の形態１におけるインクジェットヘッドに含まれているマニホールドの分解図である。 図５におけるＶＩ−ＶＩ線に関する矢視断面図である。 図５におけるＶＩＩ−ＶＩＩ線に関する矢視断面図である。 本発明に基づく実施の形態１におけるインクジェットヘッドの一部分の斜視図である。 本発明に基づく実施の形態１におけるインクジェットヘッドの個別インク室の第１の配置例の説明図である。 本発明に基づく実施の形態１におけるインクジェットヘッドの個別インク室の第２の配置例の説明図である。 本発明に基づく実施の形態１におけるインクジェットヘッドの個別インク室の第３の配置例の説明図である。 本発明に基づく実施の形態１におけるインクジェットヘッドの個別インク室の第４の配置例の説明図である。 本発明に基づく実施の形態２におけるインクジェットヘッドの製造方法の第１の工程の説明図である。 本発明に基づく実施の形態２におけるインクジェットヘッドの製造方法の第２の工程の説明図である。 本発明に基づく実施の形態２におけるインクジェットヘッドの製造方法の第３の工程の説明図である。 本発明に基づく実施の形態２におけるインクジェットヘッドの製造方法の第４の工程の説明図である。 図１６における端面の部分拡大図である。 本発明に基づく実施の形態２におけるインクジェットヘッドの製造方法の第５の工程の説明図である。 従来技術に基づくインクジェットヘッドの分解図である。 図１９におけるＸＸ−ＸＸ線に関する矢視断面図である。

符号の説明

１，１０１ 圧電基板、１ａ 上板、１ｂ 下板、２，１０２ 個別インク室、２ｃ 吐出用インク室、２ｄ ダミーインク室、３ 隔壁、５ 第１共通インク室、６ 第２共通インク室、８ 電極引出し部、９ 異方性導電フィルム（ＡＣＦ）、１０ 配線基板、１１，１１１ マニホールド、１１ａ 第１部分、１１ｂ 第２部分、１１ｕ （マニホールドの上面の）凹部、１２，１３，１１２，１１３ インク供給管、１４，１５ ニップル開口部、１６ 配線基板用凹部、１７ 圧電基板用凹部、１８ 貼合せ面、２０ ノズル孔、２１ ノズル板、２５ インクジェットヘッド、３０ ダイシングブレード、３５ 矢印、４１ インク溝、５１，５１ａ，５１ｂ （ウエハ状の）圧電基板、５２ （２つ分つながったサイズの）圧電基板、１０５，１０６ 共通インク室、１１４，１１５ ニップル開口部、１２６ （従来技術に基づく）インクジェットヘッド。

Claims (8)

1. 隔壁によって互いに隔てられ、かつ内壁に電極が設けられた複数のインク溝を有する圧電基板と、
   前記圧電基板の前記隔壁の上部に接着されることによって前記複数のインク溝の上側を塞いで前記複数のインク溝を複数の個別インク室として規定するノズル板と、
   前記複数の個別インク室の一端側において前記個別インク室と連通する第１共通インク室を規定しつつ、前記複数の個別インク室の他端側において前記個別インク室と連通する第２共通インク室を規定するように、前記圧電基板に取り付けられたマニホールドとを備え、
   前記複数の個別インク室は、１以上の吐出用インク室と１以上のダミーインク室とを含み、
   前記ノズル板は、前記吐出用インク室に対応する位置にインク吐出のためのノズル孔を有し、前記ダミーインク室に対応する位置にはノズル孔を有さず、
   前記第１共通インク室に供給されたインクのうち、前記ノズル孔からの吐出に消費される分以外を全て、前記吐出用インク室または前記ダミーインク室を経由して第２共通インク室へ排出するための第１インク流通手段を備え、
   前記第２共通インク室に供給されたインクのうち、前記ノズル孔からの吐出に消費される分以外を全て、前記吐出用インク室または前記ダミーインク室を経由して第１共通インク室へ排出するための第２インク流通手段を備え、
   前記吐出用インク室の１つ当たりの流路抵抗は、前記ダミーインク室の１つ当たりの流路抵抗と同じであり、前記吐出用インク室の１つ当たりの断面積と前記ダミーインク室の１つ当たりの断面積とはいずれも溝方向に一定である、インクジェットヘッド。
2. 前記複数の個別インク室は、一定深さで直線状に互いに平行に形成されている、請求項１に記載のインクジェットヘッド。
3. 前記ダミーインク室の配列ピッチは前記吐出用インク室の配列ピッチと同じである、請求項１または２に記載のインクジェットヘッド。
4. 前記複数の個別インク室は平行に並んでおり、平行に並ぶ個別インク室の列の両端には前記ダミーインク室がある、請求項１から３のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
5. 前記ダミーインク室と前記吐出用インク室とは交互に配列されている、請求項１から４のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
6. 前記ダミーインク室は、前記吐出用インク室の各々に対して両側に隣接するように配置されている、請求項１から５のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
7. 請求項１から６のいずれかに記載のインクジェットヘッドを製造するための方法であって、
   圧電基板に対して溝加工を行なうことによって前記複数のインク溝を形成する工程と、
   前記複数のインク溝の内壁に導電体膜を形成することによって前記電極とする工程と、
   前記第１共通インク室および前記第２共通インク室となるべき共通インク室用凹部を有する前記マニホールドを前記圧電基板に取り付ける工程と、
   前記複数のインク溝および前記共通インク室用凹部を塞ぐように、前記ノズル板を接着することによって、前記複数のインク溝を複数の個別インク室とすると同時に前記マニホールドの凹部を前記第１共通インク室および前記第２共通インク室とする工程とを含む、インクジェットヘッドの製造方法。
8. 前記溝加工は、一定深さで前記圧電基板の一端から他端までを貫通するように直線状に行なう、請求項７に記載のインクジェットヘッドの製造方法。

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