JP6278692B2 - 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、被記録媒体に液滴を噴射して記録する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関する。

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９は、特許文献１に記載されるこの種の液体噴射ヘッドの説明図である。図９（ａ）がチャンネル部の断面模式図であり、図９（ｂ）がノズルプレートを除去したチャンネル部の斜視図である。基体１５０２の上にピエゾ電気材料１５０１が設けられている。ピエゾ電気材料１５０１は、作動側壁１５０７により区画されて交互に配列する発射チャンネル１５０８と非発射チャンネル１５１０を備える。発射チャンネル１５０８は上部に連続してチャンネル延在域１５０４が構成され、上部に開口する。発射チャンネル１５０８と非発射チャンネル１５１０とは上下に交互に開口する。チャンネル延在域１５０４の上部にはノズル１５０６が開口するノズルプレート１５０５が接着される。つまり、発射チャンネル１５０８から基体１５０２の表面に垂直方向に液滴を発射するサイドシューター型の液体噴射ヘッドを構成する。インク等の液体は、各チャンネルの長手方向の一方側から他方側に循環するように充填される。発射チャンネル１５０８と非発射チャンネル１５１０とを区画する作動側壁１５０７の表面には電極１５１１が形成され、この電極１５１１に駆動信号を印加して作動側壁１５０７を作動し、発射チャンネル１５０８内のインクに圧力を印加してノズル１５０６からインク滴を吐出する。

特許文献２〜５には上記特許文献１と同様に、チャンネルを構成する溝がチャンネルの長手方向の上下方向に交互に開口する液体噴射ヘッドが記載されている。特許文献２〜５では、各チャンネルの長手方向と直交する方向に一列に配列するチャンネル列からなり、発射チャンネルの長手方向の一方側の端部から液滴を発射するエッジシューター型の液体噴射ヘッドが記載されている。

特表２００９−５００２０９号公報 特開平７−２０５４２２号公報 特開平８−２５８２６１号公報 特開平１１−３１４３６２号公報 特開平１０−８６３６９号公報

特許文献１には、各チャンネルの長手方向と直交する方向に一列に配列するチャンネル列が記載されるが、チャンネル列を複数形成することについて、或いは複数のチャンネル列の間隔を狭く高密度に形成することについては記載されていない。特許文献２〜５においても同様に、チャンネル列を複数形成することについて、複数のチャンネル列の間隔を狭く形成することについては記載されていない。

また、特許文献１に記載の液体噴射ヘッドは、発射チャンネル１５０８と非発射チャンネル１５１０の両方に液体が充填されるので、液体が両方のチャンネルの電極表面に接触する。そのため、導電性の吐出液体を使用する場合には、電極１５１１や基体１５０２の表面上に保護膜等を設置する必要があり、製造工程が複雑で長くなる。

本発明の液体噴射ヘッドは、細長い吐出溝と細長い非吐出溝が基準方向に交互に配列する溝列を複数有する圧電体基板を備え、隣接する前記溝列の内、一方側の前記溝列に含まれる前記吐出溝の他方側の端部と、他方側の前記溝列に含まれる前記非吐出溝の一方側の端部とは前記圧電体基板の厚さ方向において重ならず、かつ、一方側の前記溝列に含まれる前記吐出溝の他方側の端部と、他方側の前記溝列に含まれる前記吐出溝の一方側の端部とは連通する、又は、基準方向において重なることとした。

また、隣接する前記溝列の内、一方側の前記溝列に含まれる前記非吐出溝の他方側の端部と、他方側の前記溝列に含まれる前記非吐出溝の一方側の端部とが連通する、又は、基準方向において重なることとした。

また、隣接する前記溝列の内、一方側の前記溝列に含まれる前記吐出溝の他方側の端部が前記圧電体基板の上面の側に切り上がる傾斜面を備え、一方側の前記溝列に含まれる前記非吐出溝の他方側の端部が前記圧電体基板の前記上面とは反対側の下面の側に切り下がる傾斜面を備えることとした。

また、隣接する前記溝列の内、一方側の前記溝列に含まれる前記非吐出溝の一方側の端部が前記圧電体基板の側面に開口することとした。

一方側の前記溝列に含まれる前記吐出溝と、他方側の前記溝列に含まれる前記非吐出溝との間の最接近距離が１０μｍを下回らないこととした。

また、前記吐出溝に連通する液室を有し、前記圧電体基板の上面に接合されるカバープレートを備えることとした。

前記液室は、一方側の前記溝列に含まれる前記吐出溝の他方側の端部において連通する共通液室を含むこととした。

また、前記液室は、一方側の前記溝列に含まれる前記吐出溝の一方側の端部において連通する個別液室を含むこととした。

また、前記溝列に対応して前記吐出溝に連通するノズルが配列するノズル列を複数有し、前記圧電体基板の下面に接合されるノズルプレートを備えることとした。

また、前記吐出溝及び前記非吐出溝は、前記圧電体基板の厚さの略１／２よりも上面の側の側面に駆動電極が設置されず、前記圧電体基板の厚さの略１／２よりも下面の側の側面に駆動電極が設置されることとした。

また、前記吐出溝に設置される前記駆動電極は、溝方向において前記吐出溝が前記圧電体基板の下面に開口する開口部の領域内に位置することとした。

本発明の液体噴射装置は、上記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。

本発明による液体噴射ヘッドは、細長い吐出溝と細長い非吐出溝が基準方向に交互に配列する溝列を複数有する圧電体基板を備え、隣接する溝列の内、一方側の溝列に含まれる吐出溝の他方側の端部と、他方側の溝列に含まれる非吐出溝の一方側の端部とは圧電体基板の厚さ方向において重ならず、かつ、一方側の溝列に含まれる吐出溝の他方側の端部と、他方側の溝列に含まれる吐出溝の一方側の端部とは連通する、又は、基準方向において重なる。これにより、吐出溝を高密度に配置し、圧電体ウエハーから圧電体基板２の取個数を増加させて製造コストを低下させる。更に、圧電体基板の上面に接合するカバープレートの構造を簡素化する。

本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッドの圧電体基板の模式的な斜視図である。 本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッドの圧電体基板の説明図である。 本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッドの圧電体基板の模式的な斜視図である。 本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッドの圧電体基板の説明図である。 本発明の第三実施形態に係る液体噴射ヘッドの模式的な分解斜視図である。 本発明の第三実施形態に係る液体噴射ヘッドの溝方向の断面模式図である。 本発明の第三実施形態に係る液体噴射ヘッドの説明図である。 本発明の第四実施形態に係る液体噴射装置の模式的な斜視図である。 従来公知の液体噴射ヘッドの説明図である。

（第一実施形態）
図１は本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッドの圧電体基板２の模式的な斜視図である。図２は本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッドの圧電体基板２の説明図である。図２（ａ）は圧電体基板２の溝方向の断面模式図であり、図２（ｂ）は圧電体基板２の部分上面模式図である。なお、圧電体基板２の上面ＵＳにカバープレートを設置し、圧電体基板２の下面ＬＳにノズルプレートを設置して液体噴射ヘッドを構成するが、本第一実施形態では本発明の基本構成である圧電体基板２について説明する。

図１に示すように、圧電体基板２は、細長い第一吐出溝３ａと細長い第一非吐出溝４ａが基準方向Ｋに交互に配列する第一溝列５ａと、細長い第二吐出溝３ｂと細長い第二非吐出溝４ｂが基準方向Ｋに交互に配列する第二溝列５ｂとを隣接して備える。隣接する第一及び第二溝列５ａ、５ｂの内、第一溝列５ａに含まれる第一吐出溝３ａの他方側の端部と、第二溝列５ｂに含まれる第二非吐出溝４ｂの一方側の端部とは圧電体基板２の厚さ方向Ｔにおいて重ならない。同様に、隣接する第一及び第二溝列５ａ、５ｂの内、第一溝列５ａに含まれる第一非吐出溝４ａの他方側の端部と、第二溝列５ｂに含まれる第二吐出溝３ｂの一方側の端部とは圧電体基板２の厚さ方向Ｔにおいて重ならない。そして、第一溝列５ａに含まれる第一吐出溝３ａの他方側の端部と、第二溝列５ｂに含まれる第二吐出溝３ｂの一方側の端部とは連通する。同様に、第一溝列５ａに含まれる第一非吐出溝４ａの他方側の端部と、第二溝列５ｂに含まれる第二非吐出溝４ｂの一方側の端部とは連通する。

このように、第一吐出溝３ａと第二吐出溝３ｂ、及び、第一非吐出溝４ａと第二非吐出溝４ｂとをそれぞれ連通させて第一溝列５ａと第二溝列５ｂを近接させる。これにより、吐出溝を高密度に配置し、圧電体ウエハーからの圧電体基板２の取個数を増加させて製造コストを低下させることができる。

図２を参照して具体的に説明する。図２（ａ）は、第一吐出溝３ａと第二吐出溝３ｂの断面形状を表す（図２（ｂ）のＡＡ部分の断面）。基準方向Ｋ（紙面奥向き）に隣接する第一非吐出溝４ａと第二非吐出溝４ｂは破線で示す。圧電体基板２はＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）セラミックスを使用することができる。圧電体基板２は、少なくとも駆動壁として機能する側壁が圧電体材料により構成されるものであればよい。吐出溝３や非吐出溝４が形成されない周囲領域やカバープレート８の液室９（図５参照）が対応する領域に非圧電材料が使用される場合でも、以下において圧電体基板２という。各溝は、円盤の外周にダイヤモンド等の切削砥粒を埋め込んだダイシングブレード（ダイヤモンドブレードともいう）により切削して形成する。第一吐出溝３ａや第二吐出溝３ｂは圧電体基板２の上面ＵＳから下面ＬＳに向けて切削し、第一非吐出溝４ａや第二非吐出溝４ｂは圧電体基板２の下面ＬＳから上面ＵＳに向けて切削する。そのために、第一及び第二吐出溝３ａ、３ｂは上面ＵＳから下面ＬＳに向けて凸形状となり、第一及び第二非吐出溝４ａ、４ｂは下面ＬＳから上面ＵＳに向けて凸形状となる。

第一及び第二吐出溝３ａ、３ｂと第一及び第二非吐出溝４ａ、４ｂはいずれも圧電体基板２の上面ＵＳから下面ＬＳにかけて貫通する。なお、本発明において第一及び第二非吐出溝４ａ、４ｂは下面ＬＳ側に開口することは必須であるが、上面ＵＳ側に開口することは必須ではない。第一及び第二吐出溝３ａ、３ｂは上面ＵＳ側の開口が下面ＬＳ側の開口よりも広い。同様に第一及び第二非吐出溝４ａ、４ｂは下面ＬＳ側の開口が上面ＵＳ側の開口よりも広い。具体的には、第一及び第二吐出溝３ａ、３ｂは端部が圧電体基板２の上面ＵＳ側に切り上がる傾斜面６、６’をなし、第一及び第二非吐出溝４ａ、４ｂは端部が圧電体基板２の下面ＬＳ側に切り下がる傾斜面７、７’をなす。

図２（ｂ）に示すように、圧電体基板２は基準方向Ｋに並列な第一溝列５ａと第二溝列５ｂを備える。第一吐出溝３ａと第一非吐出溝４ａ、及び、第二吐出溝３ｂと第二非吐出溝４ｂとは基準方向Ｋに等間隔で交互に配列する。第一吐出溝３ａの配列ピッチをピッチＰとして（第二吐出溝３ｂの配列ピッチも同じ。）、第一溝列５ａと第二溝列５ｂとは基準方向Ｋに略（Ｐ／８）ピッチずれて設置される。そして、第一吐出溝３ａと第二吐出溝３ｂを連通させ、第一非吐出溝４ａと第二非吐出溝４ｂを連通させることにより、第一溝列５ａと第二溝列５ｂの間隔を狭くする。

また、第一非吐出溝４ａの一方側の端部は圧電体基板２の一方側の側面ＳＳに開口する。同様に、第二非吐出溝４ｂの他方側の端部は圧電体基板２の他方側の側面ＳＳに開口する。このように、非吐出溝４を圧電体基板２の側面ＳＳに開口させることにより、非吐出溝４の側面に設置する駆動電極１３（図６参照）を側面ＳＳ近傍の下面ＬＳに引出すことが容易となる。

ここで、第一吐出溝３ａと、第二非吐出溝４ｂとの間の最接近距離は１０μｍを下回らない。同様に、第一非吐出溝４ａと、第二吐出溝３ｂとの間の最接近距離は１０μｍを下回らない。吐出溝３と非吐出溝４との間の距離が１０μｍを下回ると、圧電体基板２に内在するボイドを介して連通することがあり、これを避けるためである。

例えば、第一及び第二吐出溝３ａ、３ｂの溝形状と第一及び第二非吐出溝４ａ、４ｂの溝形状とを側面ＳＳ近傍を除いて上下が反転する同じ形状とし、圧電体基板２の厚さｔ１、つまり第一、第二吐出溝３ａ、３ｂ、第一、第二非吐出溝４ａ、４ｂの各溝の深さを、例えば３６０μｍとする。例えば半径が２５．７ｍｍのダイシングブレードを用いて各溝を切削した場合、傾斜面６、６’及び傾斜面７、７’の溝方向の長さは約３．５ｍｍとなる。従って、第一吐出溝３ａの他方側の端部の傾斜面６と第二吐出溝３ｂの一方側の端部の傾斜面６’とを基準方向Ｋにおいて重ね、同様に、第一非吐出溝４ａの他方側の端部の傾斜面７と第二非吐出溝４ｂの一方側の端部の傾斜面７’とを基準方向Ｋにおいて重ねて形成すれば、第一溝列５ａと第二溝列５ｂとを合わせた溝方向の長さを最大で約３．５ｍｍ短縮させることができる。圧電体基板２の上面ＵＳや下面ＬＳに電極端子等を形成することを考慮すれば、更に大きな短縮効果を得ることができる。

また、図２（ｂ）に示すように、第一非吐出溝４ａが上面ＵＳに開口する開口部の他方側の端部と、第二非吐出溝４ｂが上面ＵＳに開口する開口部の一方側の端部との間の領域Ｒａに、第一吐出溝３ａの他方側の端部と第二吐出溝３ｂの一方側の端部とが開口する。また、第一非吐出溝４ａが上面ＵＳに開口する開口部の一方側の端部よりも一方側の領域Ｒｂに第一吐出溝３ａが開口する。同様に、第二非吐出溝４ｂが上面ＵＳに開口する開口部の他方側の端部よりも他方側の領域Ｒｃに第二吐出溝３ｂが開口する。これらの領域Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃに、図５、図６で説明するカバープレート８の共通液室９ａと２つの個別液室９ｂ、９ｃをそれぞれ対応させて設置すれば、各領域Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃに第一非吐出溝４ａや第二非吐出溝４ｂが開口しない。その結果、カバープレート８の共通液室９ａ、と２つの個別液室９ｂ、９ｃにスリットを設ける必要が無くなるので、カバープレート８の構造を簡素化することが可能となる。

また、第一及び第二非吐出溝４ａ、４ｂは、圧電体基板２の側面ＳＳ近傍において下面ＬＳからの深さを圧電体基板２の厚さｔ１の略ｔ１／２よりも深く形成することが好ましい。これにより、第一又は第二非吐出溝４ａ、４ｂの両側面に形成する駆動電極を電気的に分離して圧電体基板２の外周側に引出すことができる。なお、第一及び第二非吐出溝４ａ、４ｂを側面ＳＳまで延設することは本発明の必須要件ではなく、側面ＳＳまで延設しなくともよいし、第一及び第二吐出溝３ａ、３ｂの上下を反転した同じ形状としてもよい。また、２列の溝列の場合について説明したが、本発明は２列の溝列に限定されず、３列以上の溝列を設置してもよい。

また、本発明は、第一溝列５ａと第二溝列５ｂを基準方向Ｋに（Ｐ／８）ピッチずらして構成することに限定されない。本発明は、一方側の溝列５に含まれる吐出溝３の他方側の端部と、他方側の溝列５に含まれる非吐出溝４の一方側の端部とが圧電体基板２の厚さ方向Ｔにおいて重ならず、かつ、一方側の溝列５に含まれる吐出溝３の他方側の端部と他方側の溝列５に含まれる吐出溝３の一方側の端部とは連通する、又は、基準方向Ｋにおいて重なる。従って、吐出溝３の基準方向Ｋの間隔をピッチＰ、吐出溝３の溝幅をＷｔ、非吐出溝４の溝幅をＷｄとして、第一溝列５ａと第二溝列５ｂとの間の基準方向Ｋの位置ずれΔは式（１）の範囲となる。
−（Ｐ−Ｗｄ−Ｗｔ）／２＜Δ＜＋（Ｐ−Ｗｄ−Ｗｔ）／２・・・・（１）

（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の圧電体基板２の模式的な斜視図である。図４は本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッドの圧電体基板２の説明図である。図４（ａ）は圧電体基板２の溝方向の断面模式図であり、図４（ｂ）は圧電体基板２の部分上面模式図である。なお、圧電体基板２の上面ＵＳにカバープレートを設置し下面ＬＳにノズルプレートを設置して液体噴射ヘッドを構成するが、本第二実施形態では第一実施形態と同様に、本発明の基本構成である圧電体基板２について説明する。

第一実施形態と異なる点は、第一吐出溝３ａと第二吐出溝３ｂ、及び、第一非吐出溝４ａと第二非吐出溝４ｂは連通しない点である。また、第一吐出溝３ａと第二吐出溝３ｂ、及び、第一非吐出溝４ａと第二非吐出溝４ｂは基準方向Ｋにおいて端部が重なる点である。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点について説明し、同一の構成については説明を省略する。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３に示すように、圧電体基板２は、細長い第一吐出溝３ａと細長い第一非吐出溝４ａが基準方向Ｋに交互に配列する第一溝列５ａと、細長い第二吐出溝３ｂと細長い第二非吐出溝４ｂが基準方向Ｋに交互に配列する第二溝列５ｂとを隣接して備える。隣接する第一及び第二溝列５ａ、５ｂの内、第一吐出溝３ａの他方側の端部と、第二非吐出溝４ｂの一方側の端部とは圧電体基板２の厚さ方向Ｔにおいて重ならない。同様に、隣接する第一及び第二溝列５ａ、５ｂの内、第一非吐出溝４ａの他方側の端部と、第二吐出溝３ｂの一方側の端部とは圧電体基板２の厚さ方向Ｔにおいて重ならない。そして、第一吐出溝３ａの他方側の端部と、第二吐出溝３ｂの一方側の端部とは基準方向Ｋにおいて重なる。同様に、第一非吐出溝４ａの他方側の端部と、第二非吐出溝４ｂの一方側の端部とは基準方向Ｋにおいて重なる。

このように、第一吐出溝３ａの他方側の端部と第二吐出溝３ｂの一方側の端部、及び、第一非吐出溝４ａの他方側の端部と第二非吐出溝４ｂの一方側の端部とをそれぞれ基準方向Ｋにおいて重ねて第一溝列５ａと第二溝列５ｂとを近接させる。これにより、吐出溝を高密度に配置し、圧電体ウエハーからの圧電体基板２の取個数を増加させて製造コストを低下させることができる。

図４を参照して具体的に説明する。図４（ｂ）に示すように、第一及び第二吐出溝３ａ、３ｂ、第一及び第二非吐出溝４ａ、４ｂの各溝幅は、第一吐出溝３ａと第一非吐出溝４ａの間の側壁の壁幅や、第二吐出溝３ｂと第二非吐出溝４ｂの間の側壁の壁幅よりも狭い。そして、第一吐出溝３ａと第二吐出溝３ｂ、及び、第一非吐出溝４ａと第二非吐出溝４ｂは連通せず、かつ、第一吐出溝３ａと第二非吐出溝４ｂ、及び、第一非吐出溝４ａと第二吐出溝３ｂは圧電体基板２の厚さ方向Ｔに重ならないように配置する。更に、図４（ａ）に示すように（図４（ｂ）のＢＢ部分の断面）、第一吐出溝３ａの他方側の端部と第二吐出溝３ｂの一方側の端部、及び、第一非吐出溝４ａの他方側の端部と第二非吐出溝４ｂの一方側の端部は基準方向Ｋにおいて重なるように配置する。その結果、第一溝列５ａと第二溝列５ｂは接近する。

なお、圧電体基板２の材料、吐出溝３及び非吐出溝４の形状等は第一実施形態と同様である。また、第一吐出溝３ａと第二非吐出溝４ｂとの間、又は、第一非吐出溝４ａと第二吐出溝３ｂとの間の最接近距離が１０μｍを下回らないことも、第一実施形態と同様である。また、第一溝列５ａと第二溝列５ｂとの間の基準方向Ｋの位置ずれΔは式（１）を満たす。

（第三実施形態）
図５は、本発明の第三実施形態に係る液体噴射ヘッド１の模式的な分解斜視図である。図６は本発明の第三実施形態に係る液体噴射ヘッド１の溝方向の断面模式図である。図７は、本発明の第三実施形態に係る液体噴射ヘッド１の説明図である。図７（ａ）は液体噴射ヘッド１をカバープレート８の法線方向から見る部分平面模式図であり、図７（ｂ）は圧電体基板２の下面ＬＳの部分平面模式図である。第一実施形態と異なる点は、圧電体基板２の上面ＵＳにカバープレート８が設置され、圧電体基板２の下面ＬＳにノズルプレート１０が設置される点である。圧電体基板２は第一実施形態と同様の構造なので、詳細の説明は省略する。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５に示すように、液体噴射ヘッド１は、第一溝列５ａと第二溝列５ｂを有する圧電体基板２と、液室９を有するカバープレート８と、ノズル１１を有するノズルプレート１０とを備える。カバープレート８は、第一及び第二吐出溝３ａ、３ｂに連通する液室９を有し、圧電体基板２の上面ＵＳに接合される。ノズルプレート１０は、第一溝列５ａに対応して第一吐出溝３ａに連通するノズル１１ａが配列する第一ノズル列１２ａと、第二溝列５ｂに対応して第二吐出溝３ｂに連通するノズル１１ｂが配列する第二ノズル列１２ｂと、を有し、圧電体基板２の下面ＬＳに接合される。

液室９は、共通液室９ａと２つの個別液室９ｂ、９ｃを含む。共通液室９ａは、第一吐出溝３ａの他方側の端部と、第二吐出溝３ｂの一方側の端部において連通する。また、個別液室９ｂは、第一吐出溝３ａの一方側の端部において連通する。個別液室９ｃは、第二吐出溝３ｂの他方側の端部において連通する。

ここで、第一吐出溝３ａと第二吐出溝３ｂが上面ＵＳに開口する領域Ｒａ（図２（ｂ）参照）に第一及び第二非吐出溝４ａ、４ｂが開口しない。そのため、共通液室９ａに、第一及び第二吐出溝３ａ、３ｂを連通させ、第一及び第二非吐出溝４ａ、４ｂを塞ぐためのスリットを設ける必要が無い。共通液室９ａに流入する液体は第一及び第二非吐出溝４ａ、４ｂに流入することなく、第一吐出溝３ａを流れて個別液室９ｂに流出し、第二吐出溝３ｂを流れて個別液室９ｃに流出する。また、第一及び第二吐出溝３ａ、３ｂに流入した液体の一部は、第一及び第二吐出溝３ａ、３ｂそれぞれに連通するノズル１１ａ、１１ｂから吐出される。

更に、図７（ａ）に示すように、第一吐出溝３ａの第二溝列５ｂ側の端部、及び、第二吐出溝３ｂの第一溝列５ａ側の端部は、共通液室９ａの圧電体基板２側の開口部の領域内に位置するのが好ましい。同様に、第一吐出溝３ａの第二溝列５ｂ側とは反対側の端部、及び、第二吐出溝３ｂの第一溝列５ａ側とは反対側の端部は、それぞれ個別液室９ｂ及び個別液室９ｃの圧電体基板２側の開口部の領域内に位置するのが好ましい。これにより、第一及び第二吐出溝３ａ、３ｂの内部領域や共通液室９ａ及び個別液室９ｂ、９ｃの流路内の液だまりが減少し、気泡が滞留するのを低減させることができる。

図６に示すように、第一及び第二吐出溝３ａ、３ｂと第一及び第二非吐出溝４ａ、４ｂの、圧電体基板２の厚さの略１／２よりも上面ＵＳの側の側面には駆動電極１３が形成されず、略１／２よりも下面ＬＳの側の側面には駆動電極１３が形成される。特に、第一又は第二吐出溝３ａ、３ｂの側面に設置される駆動電極１３は、溝方向において第一又は第二吐出溝３ａ、３ｂの下面ＬＳに開口する開口部１４の領域内に位置する。また、第一及び第二非吐出溝４ａ、４ｂの両側面に形成される駆動電極１３は、互いに電気的に分離し、圧電体基板２の側面ＳＳまで延設される。

なお、本実施形態においては、上面ＵＳ又は下面ＬＳの垂直方向に一様に分極処理が施される圧電体基板２を用い、溝の下半分に駆動電極１３を形成する例を示しているが、これに代えて、溝の上半分に駆動電極１３を形成してもよい。また、上面ＵＳ又は下面ＬＳの垂直方向に分極処理が施される圧電体基板と、これと反対方向に分極処理が施される圧電体基板と貼り合わせたシュブロン型の圧電体基板２を使用することができる。この場合、駆動電極１３は分極境界よりも上方の位置から下面ＬＳの側の側面に、又は、分極境界よりも下方の位置から上面ＵＳの側の側面に形成することができる。

図７（ｂ）に示すように、第一非吐出溝４ａは第二溝列５ｂ側とは反対側の圧電体基板２の一方側の側面ＳＳまで延設され、第一非吐出溝４ａの側面に設置される駆動電極１３は電気的に分離して圧電体基板２の一方側の側面ＳＳまで延設される。同様に、第二非吐出溝４ｂは第一溝列５ａ側とは反対側の圧電体基板２の他方側の側面ＳＳまで延設され、第二非吐出溝４ｂの側面に設置される駆動電極１３は電気的に分離して圧電体基板２の他方側の側面ＳＳまで延設される。圧電体基板２の下面ＬＳには、第一吐出溝３ａの両側面に設置される駆動電極１３と電気的に接続する第一共通端子１６ａと、第一非吐出溝４ａの駆動電極１３と電気的に接続する第一個別端子１７ａが設置される。更に、圧電体基板２の下面ＬＳには、第二吐出溝３ｂの駆動電極１３と電気的に接続する第二共通端子１６ｂと、第二非吐出溝４ｂの駆動電極１３と電気的に接続する第二個別端子１７ｂが設置される。第一共通端子１６ａと第一個別端子１７ａは圧電体基板２の下面ＬＳの一方側の端部近傍に設置され、第二共通端子１６ｂと第二個別端子１７ｂは圧電体基板２の下面ＬＳの他方側の端部近傍に設置される。これらの第一及び第二共通端子１６ａ、１６ｂ、第一及び第二個別端子１７ａ、１７ｂは図示しないフレキシブル回路基板と接続して駆動信号が与えられる。

より具体的には、第一溝列５ａにおいて、第一吐出溝３ａの両側面に設置される駆動電極１３が第一共通端子１６ａに接続される。第一吐出溝３ａを挟む２つの第一非吐出溝４ａの第一吐出溝３ａの側の側面に設置される２つの駆動電極１３は第一個別端子１７ａを介して電気的に接続される。第一個別端子１７ａは圧電体基板２の第一溝列５ａ側の下面ＬＳの端部に設置され、第一共通端子１６ａは第一個別端子１７ａと第一吐出溝３ａの間の下面ＬＳに設置される。第二溝列５ｂにおいても、第二共通端子１６ｂ及び第二個別端子１７ｂは第一共通端子１６ａ及び第一個別端子１７ａと同様に配置される。

なお、本実施形態においては、第一及び第二共通端子１６ａ、１６ｂ、第一及び第二個別端子１７ａ、１７ｂを圧電体基板２の下面ＬＳに設置し、図示しないフレキシブル回路基板に接続して駆動信号を供給可能に構成しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、ノズルプレート１０にフレキシブル回路基板の機能を兼用させて、ノズルプレート１０を介して駆動信号を与えるように構成することができる。

図６に示すように、共通液室９ａと個別液室９ｂ又は９ｃとの間においてカバープレート８と圧電体基板２の上面ＵＳとが接合する溝方向の領域を接合領域ｊｗとして、第一又は第二吐出溝３ａ、３ｂの側面に設置される駆動電極１３は、溝方向において接合領域ｊｗと同じか接合領域ｊｗに含まれるように構成することが好ましい。これにより、第一又は第二吐出溝３ａ、３ｂの内部の液体に圧力波を効率よく誘起することができる。

液体噴射ヘッド１は次のように駆動する。共通液室９ａに供給された液体は第一及び第二吐出溝３ａ、３ｂに流入し第一及び第二吐出溝３ａ、３ｂを満たす。液体は、更に、第一吐出溝３ａから個別液室９ｂに、また、第二吐出溝３ｂから個別液室９ｃに流出して循環する。圧電体基板２は予め厚さ方向Ｔに分極処理が施されている。例えば、第一吐出溝３ａに連通するノズル１１ａから液滴を吐出する場合は、駆動電極１３に駆動信号を与えて第一吐出溝３ａの両側壁を厚みすべり変形させ、第一吐出溝３ａの容積を変化させて第一吐出溝３ａに連通する第一ノズル１１ａから液滴を吐出する。より具体的には、第一共通端子１６ａと第一個別端子１７ａの間に駆動信号を与えて第一吐出溝３ａの両側壁を厚みすべり変形させる。実際には、第一共通端子１６ａをＧＮＤレベルの電位に固定し、第一個別端子１７ａに駆動信号を与える。なお、液体は、個別液室９ｂ、９ｃから流入して共通液室９ａから流出するように循環させてもよいし、共通液室９ａ、個別液室９ｂ、９ｃのすべてから供給するようにしてもよい。

なお、第一及び第二非吐出溝４ａ、４ｂには液体が充填されず、また、第一及び第二個別端子１７ａ、１７ｂと第一及び第二非吐出溝４ａ、４ｂの側面に設置される駆動電極１３との間の各配線は液体に接触しない。そのため、導電性の液体を使用する場合でも、第一又は第二個別端子１７ａ、１７ｂと第一又は第二共通端子１６ａ、１６ｂとの間に印加する駆動信号が液体を介して漏洩することがなく、駆動電極１３や配線が電気分解するなどの不具合も生じない。

このように圧電体基板２を構成したことにより、第一溝列５ａと第二溝列５ｂの距離を近づけることができるので、吐出溝を高密度に配置し、圧電体ウエハーからの圧電体基板２の取個数を増加させて製造コストを低下させることができる。第一実施形態において既に説明した通り、圧電体基板２の厚さｔ１を３６０μｍに形成すると、吐出溝３の傾斜面６の溝方向の長さは約３．５ｍｍとなる。第一吐出溝３ａと第二吐出溝３ｂを連通させ、かつ、基準方向Ｋに重なるように構成する。また、第一非吐出溝４ａと第二非吐出溝４ｂを連通させ、かつ、基準方向Ｋに重なるように構成する。これにより、第一溝列５ａと第二溝列５ｂとを最大で約３．５ｍｍ接近させることができる。厚さｔ１を３００μｍとすれば、傾斜面６の溝方向の長さが約３．１ｍｍとなり、第一溝列５ａと第二溝列５ｂとを最大で約３．１ｍｍ接近させることができる。カバープレート８に液室９を設置することや、圧電体基板２に共通端子１６や個別端子１７を設置することを考慮すれば、重なり部の長さ以上に圧電体基板２の幅が縮小し、圧電体ウエハーからの取個数を増やすことができる。

また、第一吐出溝３ａの他方側の端部と第二吐出溝３ｂの一方側の端部とが連通する、又は、基準方向Ｋに重なる上面ＵＳの領域Ｒａ（図２（ｂ）参照）に、第一非吐出溝４ａ及び第二非吐出溝４ｂが開口しない。また、第一吐出溝３ａの一方側の端部の領域Ｒｂや第二吐出溝３ｂの他方側の端部の領域Ｒｃにも第一及び第二非吐出溝４ａ、４ｂが開口しない。そのため、第一非吐出溝４ａや第二非吐出溝４ｂを塞ぐためのスリットを設ける必要が無く、カバープレート８の構造を極めて簡素化することができる。なお、本実施形態においては、圧電体基板２の下面ＬＳに第一及び第二共通端子１６ａ、１６ｂと第一及び第二個別端子１７ａ、１７ｂを設置しているが、これに代えて、圧電体基板２の上面ＵＳに第一及び第二共通端子１６ａ、１６ｂや第一及び第二個別端子１７ａ、１７ｂを設置してもよい。この場合は、駆動電極１３は少なくとも溝の深さの略１／２よりも上面ＵＳの側の側面に設置される。

また、本発明は溝列５が２列に限定されず３列以上とすることができる。この場合に、第一溝列５ａと第二溝列５ｂの間において本発明の要件を満たし、同時に、第二溝列５ｂと第三溝列５ｃの間においても本発明の要件を満たすように構成することができる。この場合、ノズルプレート１０又はカバープレート８に貫通電極を形成し、ノズルプレート１０又はカバープレート８の外表面に共通端子１６や個別端子１７に電気的に接続する配線を設置することができる。

本発明の液体噴射ヘッド１の製造方法について説明する。液体噴射ヘッド１は、まず、吐出溝形成工程において、円盤状のダイシングブレードを用いて圧電体基板２の上面ＵＳ側から圧電体基板２を切削して第一吐出溝３ａと第二吐出溝３ｂとを複数形成する。次に、カバープレート接合工程において、圧電体基板２の上面ＵＳにカバープレート８を接合する。カバープレート８には、予め共通液室９ａ、個別液室９ｂ、９ｃを形成しておく。次に、基板下面研削工程において、圧電体基板２の下面ＬＳを研削して第一及び第二吐出溝３ａ、３ｂを下面ＬＳの側に開口させる。次に、非吐出溝形成工程において、ダイシングブレードを用いて圧電体基板２の下面ＬＳの側から圧電体基板２を切削して第一非吐出溝４ａと第二非吐出溝４ｂとを複数形成する。

これにより、第一吐出溝３ａと第一非吐出溝４ａが基準方向Ｋに交互に配列する第一溝列５ａと、第二吐出溝３ｂと第二非吐出溝４ｂが基準方向Ｋに交互に配列する第二溝列５ｂとが形成される。そして、隣接する第一及び第二溝列５ａ、５ｂの内、第一吐出溝３ａの他方側の端部と、第二非吐出溝４ｂの一方側の端部とは圧電体基板２の厚さ方向Ｔにおいて重ならず、かつ、第一吐出溝３ａの他方側の端部と、第二吐出溝３ｂの一方側の端部とは連通する、又は、基準方向Ｋにおいて重なる。同様に、隣接する第一及び第二溝列５ａ、５ｂの内、第一非吐出溝４ａの他方側の端部と、第二吐出溝３ｂの一方側の端部とは圧電体基板２の厚さ方向Ｔにおいて重ならず、かつ、第一非吐出溝４ａの他方側の端部と、第二非吐出溝４ｂの一方側の端部とは連通する、又は、基準方向Ｋにおいて重なる。

次に、導電材堆積工程において、圧電体基板２の下面ＬＳの垂直方向から導電材の斜め蒸着法により、第一及び第二吐出溝３ａ、３ｂの側面、及び、第一及び第二非吐出溝４ａ、４ｂの側面に導電材を堆積して導電膜を形成する。この場合に、第一吐出溝３ａと第二吐出溝３ｂ、及び、第一非吐出溝４ａと第二非吐出溝４ｂとが連通する、又は、第一吐出溝３ａと第二吐出溝３ｂ、及び、第一非吐出溝４ａと第二非吐出溝４ｂとが基準方向Ｋにおいて重なる領域Ｒａにはマスクを設置して導電材が堆積されないようにする。次に、導電膜パターン形成工程において、導電膜のパターニングを行って、共通端子１６や個別端子１７を形成する。次に、ノズルプレート接合工程において、圧電体基板２の下面ＬＳにノズルプレート１０を接合し、ノズルプレート１０に形成されるノズル１１と吐出溝３とを連通させて、液体噴射ヘッド１が完成する。

（第四実施形態）
図８は本発明の第四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’は隣接する複数の溝列を備え、一方側の溝列に含まれる吐出溝の他方側の端部と、他方側の溝列に含まれる非吐出溝の一方側の端部とは圧電体基板の厚さ方向において重ならず、かつ、一方側の溝列に含まれる吐出溝の他方側の端部と、他方側の溝列に含まれる吐出溝の一方側の端部とは連通する、又は、基準方向において重なる。液体噴射ヘッド１、１’は既に説明した第一〜第三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 圧電体基板
３ 吐出溝、３ａ 第一吐出溝、３ｂ 第二吐出溝
４ 非吐出溝、４ａ 第一非吐出溝、４ｂ 第二非吐出溝
５ 溝列、５ａ 第一溝列、５ｂ 第二溝列、５ｃ 第三溝列
６、６’、７、７’ 傾斜面
８ カバープレート
９ 液室、９ａ 共通液室、９ｂ、９ｃ 個別液室
１０ ノズルプレート
１１ ノズル、１１ａ 第一ノズル、１１ｂ 第二ノズル
１２ａ 第一ノズル列、１２ｂ 第二ノズル列
１３ 駆動電極
１４ 開口部
１６ 共通端子、１６ａ 第一共通端子、１６ｂ 第二共通端子
１７ 個別端子、１７ａ 第一個別端子、１７ｂ 第二個別端子
Ｋ 基準方向、Ｔ 厚さ方向、ＵＳ 上面、ＬＳ 下面、ＳＳ 側面、Ｐ ピッチ

Claims (12)

1. 細長い吐出溝と細長い非吐出溝が基準方向に交互に配列する溝列を複数有する圧電体基板を備え、
   前記吐出溝及び前記非吐出溝はそれぞれ、前記基準方向と直行する方向の一方側に一方側の端部を有し、かつ前記基準方向と直行する方向の他方側に他方側の端部を有し、
   隣接する前記溝列の内、一方側の前記溝列に含まれる前記吐出溝の前記他方側の端部と、他方側の前記溝列に含まれる前記非吐出溝の前記一方側の端部とは前記圧電体基板の厚さ方向において重ならず、かつ、一方側の前記溝列に含まれる前記吐出溝の前記他方側の端部と、他方側の前記溝列に含まれる前記吐出溝の前記一方側の端部とは連通する、又は、基準方向において重なる液体噴射ヘッド。
2. 隣接する前記溝列の内、一方側の前記溝列に含まれる前記非吐出溝の前記他方側の端部と、他方側の前記溝列に含まれる前記非吐出溝の前記一方側の端部とが連通する、又は、基準方向において重なる請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
3. 隣接する前記溝列の内、一方側の前記溝列に含まれる前記吐出溝の前記他方側の端部が前記圧電体基板の上面の側に切り上がる傾斜面を備え、一方側の前記溝列に含まれる前記非吐出溝の前記他方側の端部が前記圧電体基板の前記上面とは反対側の下面の側に切り下がる傾斜面を備える請求項１又は２に記載の液体噴射ヘッド。
4. 隣接する前記溝列の内、一方側の前記溝列に含まれる前記非吐出溝の前記一方側の端部が前記圧電体基板の側面に開口する請求項１〜３のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
5. 一方側の前記溝列に含まれる前記吐出溝と、他方側の前記溝列に含まれる前記非吐出溝との間の最接近距離が１０μｍを下回らない請求項１〜４のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
6. 前記吐出溝に連通する液室を有し、前記圧電体基板の上面に接合されるカバープレートを備える請求項１〜５のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
7. 前記液室は、一方側の前記溝列に含まれる前記吐出溝の前記他方側の端部において連通する共通液室を含む請求項６に記載の液体噴射ヘッド。
8. 前記液室は、一方側の前記溝列に含まれる前記吐出溝の前記一方側の端部において連通する個別液室を含む請求項６又は７に記載の液体噴射ヘッド。
9. 前記溝列に対応して前記吐出溝に連通するノズルが配列するノズル列を複数有し、前記圧電体基板の下面に接合されるノズルプレートを備える請求項１〜８のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
10. 前記吐出溝及び前記非吐出溝は、前記圧電体基板の厚さの略１／２よりも上面の側の側面に駆動電極が設置されず、前記圧電体基板の厚さの略１／２よりも下面の側の側面に駆動電極が設置される請求項１〜９のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
11. 前記吐出溝に設置される前記駆動電極は、溝方向において前記吐出溝が前記圧電体基板の下面に開口する開口部の領域内に位置する請求項１０に記載の液体噴射ヘッド。
12. 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。

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