JP2000294845A

JP2000294845A - 液滴噴射装置

Info

Publication number: JP2000294845A
Application number: JP11101135A
Authority: JP
Inventors: Kazunari Tokuda; 一成徳田; Tomoki Funakubo; 朋樹舟窪; Seiya Takahashi; 誠也高橋; Katsuhiro Wakabayashi; 勝裕若林; Yukihiko Sawada; 之彦沢田; Masaki Esashi; 正喜江刺; Shidan O; 詩男王
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1999-04-08
Filing date: 1999-04-08
Publication date: 2000-10-20

Abstract

(57)【要約】【課題】液滴噴射の分解能が高く圧電素子の再分極が
可能な液滴噴射装置を提供する。【解決手段】表面に、液体を収容するための第１の凹
部および第２の凹部ならびにこれらの凹部を連絡する液
体流路が形成された圧電素子基板と、第１の凹部の内面
に沿って圧電素子基板上に形成された内面電極と、第１
の凹部の底面に対向して圧電素子基板の背面に形成され
た背面電極と、第１の凹部に対応する位置に液滴噴射孔
を有し、第１および第２の凹部ならびに液体流路を覆う
ように圧電素子基板の表面に装着された蓋部とを具備し
たことを特徴とする液滴噴射装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はインクジェットプリ
ンタヘッドなどに用いる液滴噴射装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、パソコンの出力端末としてインク
ジェットプリンタが注目を集めている。その心臓部とも
言えるインクジェットプリンタヘッドの駆動方式は、圧
電駆動方式および熱駆動方式に大別される。圧電駆動方
式は、応答性、耐久性などの点で、熱駆動方式に比べて
優れている。

【０００３】従来の圧電駆動方式のインクジェットプリ
ンタヘッドの構成およびその製造方法は、例えば、特開
平２−１５０３５５号公報に開示されている。図１２
は、この文献に開示された従来のインクジェットプリン
タヘッドを示す断面図である。図１２のインクジェット
プリンタヘッドは、底部シート３１４および底部シート
３１４の頂部に配置された頂部シート３２０からなる。
底部シート３１４は、上方（図中の矢印３１５の方向）
に分極された圧電体から形成されている。底部シート３
１４内には、多数の互いに平行な溝３１２が形成されて
いる。溝３１２の略上半分の互いに対向する側面３１６
には電極３３４が形成されている。底部シート３１４の
頂部に頂部シート３２０が配置されることにより、各溝
３１２は閉塞されてそれぞれインク圧力室を形成する。
各インク圧力室にはノズル（図示せず）およびインク供
給口（図示せず）が設けられ、インク供給口はインク供
給管（図示せず）を介してインク供給部（図示せず）に
接続されている。インク供給部から圧力室内に満たされ
たインクは、ノズルから外部へ噴射される。

【０００４】図１２のインクジェットプリンタヘッド
は、以下のようにして動作する。各溝３１２の両側面３
１６に形成されたそれぞれの電極３３４に、符号が逆の
電圧を印加する。このような電圧を印加することで、電
極３３４によって挟まれる圧電体の部分は、その分極方
向（図中、矢印３１５の方向）に対して直交する電界を
受ける。電界を受けた該圧電体部は、図１２の点線で示
すように湾曲してせん断ひずみを起こす。その結果、イ
ンク圧力室（溝３１２）の容積が急激に小さくなりイン
ク圧力室内が正圧となる。正圧となったインク圧力室内
のインクは、ノズルを通して外部へ噴射される。

【０００５】図１２のインクジェットプリンタヘッド
は、以下のようにして製造される。まず圧電体からなる
底部シート３１４にダイシングソーを用いて複数の平行
な溝３１２を設ける。次に、真空蒸着装置内において底
部シート３１４を治具を用いて保持して、底部シート３
１４の斜め上方から金属材料を真空蒸着する。こうし
て、溝３１２の一方の側面３１６の略上半分に電極３３
４が形成される。続いて、底部シート３１４を１８０度
回転させて、前述と同様にして金属材料を真空蒸着す
る。こうして、溝３１２のもう一方の側面の略上半分に
も電極３３４が蒸着される。溝３１２の両側面に電極３
３４を形成したのち、底部シート３１４の頂部３２２に
形成された不要な金属蒸着膜を除去する。次に、頂部シ
ート３２０を底部シート３１４の頂部に接着剤を用いて
接合する。こうしてインク圧力室が形成され、各インク
圧力室にインク供給管を接続するためのインク供給口を
設けることにより、インクジェットプリンタヘッドが完
成する。

【０００６】図１２に示すインクジェットプリンタヘッ
ドには、以下に示すような問題点があった。（１）溝３１２はダイシングソーを用いて底部シート３
１４に設けているために、溝３１２の幅は数十μｍが下
限である。そのため、インク圧力室間の間隔によって決
まる描画解像度は、千数百ｄｐｉ（ｄｏｔｐｅｒｉ
ｎｃｈ）程度が上限であった。（２）溝３１２はダイシングソーを用いて底部シート３
１４に設けているために、直線形状以外の溝３１２を形
成するのが難しい。そのため、底部シート３１４の底面
と平行にインクが噴射される構造のインクジェットプリ
ンタヘッドしか製造できない。その結果、ノズルは１次
元アレイに制限され、描画解像度の向上や描画速度の向
上に限界があった。（３）１つのインク圧力室内が正圧になってインクが噴
射されると、このインク圧力室の両隣のインク圧力室内
は必ず負圧となる。つまり、同時に利用できるインク圧
力室は一つ飛びでしかない。そのため、実質的なインク
圧力室間の間隔は実際の間隔の倍となり、描画解像度の
低下を招いていた。（４）電極３３４に挟まれる各圧電体部の分極方向と、
電極３３４によって各圧電体部に印加される電界方向と
は直交する。そのため、各圧電体部の分極が温度上昇な
どによって減極した場合に、電極３３４間に電圧を印加
して圧電体部を再分極することができない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、液滴
噴射の分解能が高く、圧電素子の再分極が可能な液滴噴
射装置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、表面
に、液体を収容するための第１の凹部および第２の凹部
ならびにこれらの凹部を連絡する液体流路が形成された
圧電素子基板と、第１の凹部の内面に沿って圧電素子基
板上に形成された内面電極と、第１の凹部の底面に対向
して圧電素子基板の背面に形成された背面電極と、第１
の凹部に対応する位置に液滴噴射孔を有し、第１および
第２の凹部ならびに液体流路を覆うように圧電素子基板
の表面に装着された蓋部とを具備したことを特徴とする
液滴噴射装置が提供される。

【０００９】本発明においては、前記第１の凹部は複数
個あり、圧電素子基板の表面に１次元配列されているこ
とが好ましい。

【００１０】また、本発明においては、前記第１の凹部
は複数個あり、圧電素子基板の表面に２次元配列されて
いることが好ましい。

【００１１】また、前記複数の第１の凹部内面に沿って
形成された内面電極は圧電素子基板の上面に形成された
導体層により接続されており、前記背面電極は複数の第
１の凹部の底面に対応する位置に各々独立して設けられ
ていることが好ましい。

【００１２】さらに、本発明においては、前記第１およ
び第２の凹部は、圧電素子基板をドライエッチングする
ことによって形成されることが好ましい。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面を参照して詳
細に説明する。図１に本発明に係る液滴噴射装置の一例
を示す。図１（ａ）はその概略斜視図であり、図１
（ｂ）は図１（ａ）の線Ｂ−Ｂ’に沿った断面図であ
る。本発明に係る液滴噴射装置は、１つの圧電体ブロッ
ク材１および該ブロック材１表面に装着される蓋部２を
備えている。

【００１４】圧電体ブロック材１は、通常、直方体など
の形状をなしている。圧電体ブロック材１の寸法として
は、たとえば、幅が約１０ｍｍ、長さが約１０ｍｍ、厚
み（もしくは高さ）が約０．５ｍｍなどである。圧電体
ブロック材１は、圧電セラミックスであれば特に限定さ
れない。圧電セラミックスとしては、例えばチタン酸ジ
ルコン酸鉛（ＰＺＴ）系セラミックス、亜鉛ニオブ酸鉛
とチタン酸鉛（ＰＺＮ−ＰＴ）系セラミックス、マグネ
シウムニオブ酸鉛とチタン酸鉛（ＰＭＮ−ＰＴ）系セラ
ミックスなどが挙げられる。

【００１５】圧電体ブロック材１は、例えば上述のセラ
ミックス材料の粉体を焼成したもの、またはセラミック
ス材料の固溶体単結晶のような単結晶から研削もしくは
切出したものからなる。なお、圧電体ブロック材１は、
材料の粉体を焼成したものよりも単結晶から研削または
切出したものの方が好ましい。単結晶の方が焼結したも
のよりも配向性と密度が高く圧電特性に優れるからであ
る。

【００１６】圧電体ブロック材１の１つの表面内には、
液体を収容するための第１の凹部３、第２の凹部４、第
１と第２の凹部３、４を互いに連絡するための液体流路
用溝５が形成されている。インクジェットプリンタヘッ
ドの場合には、第１の凹部３は複数個設けられる。な
お、第２の凹部４には、さらに液体供給路用溝（図示せ
ず）が接続されていても良い。液体供給路用溝（図示せ
ず）は、一方の先端が第２の凹部４に接続し他方の先端
が圧電体ブロック材１の側面に接続されている。

【００１７】液体としては、インクジェットプリンタな
どで使用されるインク、検液、試薬等の薬液などが挙げ
られる。

【００１８】第１および第２の凹部３、４の形状として
は、円形や四角形などがあり、特に限定されない。図１
には、例として円形の第１の凹部３、四角形の第２の凹
部４を示す。凹部３、４および溝５の寸法は、本発明に
係る液滴噴射装置を使用する用途、例えばインクジェッ
トプリンタヘッド、の仕様により決定され、特に限定さ
れない。一例としては、円形の第１の凹部３の直径が約
５０μｍ、深さが約４９０μmであり、四角形の第２の
凹部４の大きさが縦５００μm×横３００μm、深さが約
４９０μmであり、また液体流路用溝５の幅が約１０μ
ｍ、深さが約４９０μmである。凹部３、４および溝５
は、後述するように、反応ガスのプラズマを用いたドラ
イプロセスである選択エッチングによって圧電体ブロッ
ク材の表面に形成することができる。

【００１９】凹部３、４および溝５を覆うための蓋部２
が、液密に圧電体ブロック材１の表面に装着される。蓋
部２は、例えばシート状の形状をなす。蓋部２がシート
部材である場合、厚みとしては、例えば約０．１ｍｍで
ある。蓋部２を形成する材料は、例えば圧電体ブロック
材１と同種の圧電体、または石英ガラスなどの絶縁物で
ある。また、蓋部２は、第１の凹部３に対応する位置
に、第１の凹部３に収容された液体を液滴として外部に
噴射するための液滴噴射用孔９を有している。液滴噴射
孔９の直径は、最終的に必要とされる液滴の直径等によ
り適宜変化させる必要があるが、例えば２０μｍであ
る。

【００２０】蓋部２によって覆われた第１および第２の
凹部３、４は、それぞれ液体を収容するための第１およ
び第２の液体収容室を形成する。蓋部２によって覆われ
た液体流路用溝５は、第１および第２の液体収容室を連
絡する液体流路を形成する。また、蓋部２によって覆わ
れた前述の液体供給路用溝５は、外部の液体供給源から
第２の液体収容室へ液体を供給する液体供給路を形成す
る。

【００２１】図１（ｂ）に示すように、第１の凹部３の
底面および側面を含む内面には、内面電極６が形成され
ている。内面電極６は、圧電ブロック材１の上面に連続
的に形成された表面配線電極１０と接続されて、１つの
つながった導体からなる共通電極を構成する。なお、表
面配線電極１０は、圧電ブロック材１の上面だけでな
く、上面から側面にかけて連続して形成されていても良
い。圧電体ブロック材１の側面に形成された電極部分
は、圧電体ブロック材１に蓋部２が装着されたときにも
外部に露出する。この露出する表面配線電極１０に電源
からの配線等を接続することによって、内面電極６に外
部から電圧を印加することができる。

【００２２】内面電極６および上述の表面配線電極１０
が形成された領域以外の部分、例えば第２の凹部４と液
体流路用溝５と液体供給路用溝（図示せず）の各底面お
よび側面にも、導電層が形成されていても良い。これら
の領域は、導電層を形成する必要がない領域であるが、
たとえ導電層が形成されていても液滴噴射装置としての
動作には支障をきたさない。なお、図１（ｂ）には、一
例として、凹部３、４および溝５の各底面および側面に
導電層が形成されている場合の断面図を示す。

【００２３】圧電体ブロック材１の背面には第１の凹部
３の底面に対向する背面電極７が形成されている。背面
電極７は、第１の凹部３に対応する位置に個別に形成さ
れている。また、背面電極７に接続された背面配線電極
（図示せず）が、圧電体ブロック材１の背面に形成され
ている。図２に、背面電極７および背面配線電極の一例
を示す。図２においては、個々の円形の背面電極７に帯
状の背面配線電極１１がそれぞれ接続されている。

【００２４】以上の内面および背面電極６、７ならびに
配線電極１０、１１を形成する導電層の材料および導電
層の形成の仕方は、特に限定されない。導電層の材料と
しては、例えば、金属材料などが挙げられる。金属材料
としては、金、銀、銅、白金、チタン、ニッケル、クロ
ムなどの金属単体、およびこれらの金属単体を組み合わ
せたクロム／金などの金属の積層体などが挙げられる。
導電層の形成の仕方としては、例えば、ＣＶＤ（ケミカ
ルベーパーデポジション）、電界メッキ、無電解メッ
キ、スパッタリング、蒸着、イオンプレーティングなど
が挙げられる。

【００２５】内面および背面電極６、７の厚みは、互い
に異なっている。具体的な厚みとしては、例えば、一方
が１〜５０μｍ程度で他方が０．０１ｍｍ〜０．１ｍｍ
程度、または両方とも１〜５０μｍ程度であることが好
ましい。一例としては、内面電極が１μｍで背面電極が
１０μｍ、または内面電極が０．１ｍｍで背面電極が１
０μｍである。内面および背面電極６、７の厚みが異な
ることで、各電極の面内方向における弾性量、すなわち
一定応力に対する伸び量および縮み量が互いに異なる。
厚い方が伸び縮みが小さく、薄い方が伸び縮みが大き
い。

【００２６】図１（ｂ）に示すように、内面および背面
電極６、７ならびに両電極によって挟まれた第１の凹部
３の底部の圧電体部８によって、圧電素子が形成されて
いる。圧電体部８は、厚み方向に分極されている、すな
わち、内面電極６から背面電極７に向かう向きもしくは
反対の向きに分極されている。圧電体部８を分極させる
には、例えば、圧電体ブロック材１を大気中もしくはオ
イル中に配置した状態で、内面電極６と背面電極７との
間に電圧を印加すれば良い。

【００２７】圧電体部８の厚みは、例えば、５０〜２０
０μｍが好ましい。厚みが２００μｍを上回ると、後述
するように内面および背面電極６、７に電圧を印加して
圧電素子を変形させても、変形が小さすぎて液滴を噴射
するには不十分である。逆に、厚みが５０μｍを下回る
と、厚みが小さすぎて圧電体部８が製造中および使用中
に破壊しやすく信頼性が低い。

【００２８】内面および背面電極６、７に電圧を印加す
ることによって圧電素子を変形させて、第１の凹部３に
よる第１の液体収容室を膨脹および収縮させることがで
きる。第１の液体収容室を膨脹させることで、第２の凹
部４による第２の液体収容室に収容された液体を液体流
路を通して第１の液体収容室へ導くことができる。ま
た、第１の液体収容室を収縮させることで、第１の液体
収容室に収容された液体を液滴噴射孔９を通して液滴と
して外部に押出して噴射することができる。

【００２９】本発明に係る液滴噴射装置においては、上
述のように第１の液体収容室の底部の圧電体部８を用い
て圧電素子が形成されている。すなわち、第１の液体収
容室の底面がそのまま圧電素子となっているため、圧電
素子の位置は第１の凹部３によって自動的に規定され
る。従って、第１の凹部３の底面を含んだ内面電極６を
形成すれば、背面電極７を第１の凹部３に対応する位置
に大まかに形成しても、第１の液体収容室に対する圧電
素子の位置決めを正確に行うことができる。従って、第
１の液体収容室および圧電素子がそれぞれ微細な形状を
有しても、第１の液体収容室に対応する位置に正確に圧
電素子を配置することが容易に行える。その結果、微細
な構造を有する液滴噴射装置を実現することができ、液
滴噴射の分解能を高くすることができる。

【００３０】また、本発明に係る液滴噴射装置において
は、圧電素子の分極方向と圧電素子に印加する電界の方
向とが一致している。そのため、電極に電圧を印加する
ことによって圧電素子の再分極が可能である。

【００３１】図３は、本発明に係る液滴噴射装置の他の
例を示す概略平面図である。図３では、説明を容易にす
るために、圧電体ブロック材１の上面のみを示して蓋部
２は省略してある。図３の装置においては、第１の凹部
３が複数個あり、圧電体ブロック材１の表面に１次元配
列されている。それぞれの凹部３は、液体流路用溝５を
介して第２の凹部４と連絡している。第２の凹部４は１
個でも複数個でも良いが、装置の作製を容易にするため
に１個であることが好ましい。また、図示しなかった蓋
部２には、第１の凹部３に対応して１次元配列された液
滴噴射孔９が設けられている。

【００３２】図４は、本発明に係る液滴噴射装置の他の
例を示す概略平面図である。図４においても、圧電体ブ
ロック材１の上面のみを示して蓋部２は省略してある。
図４の装置においては、複数の第１の凹部３が圧電体ブ
ロック材１の表面に２次元配列され、各凹部３は液体流
路用溝５を介して第２の凹部４と連絡している。第２の
凹部４は、前述したように、装置の作製を容易にするた
めに１個であることが好ましい。また、図示しなかった
蓋部２には、第１の凹部３に対応して２次元配列された
液滴噴射孔９が設けられている。

【００３３】図３および図４に示したような液滴噴射装
置は、特にインクジェットプリンタヘッドに適用するこ
とができる。このインクジェットプリンタは、小型で、
微細かつ高精度な構造を有するため、ノズルの間隔を小
さくでき、描画解像度の高い印刷が可能となる。図４に
示したような液滴噴射装置を用いれば、インクジェット
プリンタのノズルを２次元に配置することも可能であ
る。また、隣同士のインク圧力室を互いに独立に駆動で
きるので、インク射出分解能（ｄｐｉ値）をさらに大き
く取ることができる。さらに、後述する製造方法から明
らかなように、インクジェットプリンタを単純な工程群
により製造することができる。

【００３４】次に、本発明に係る液滴噴射装置の動作に
ついて説明する。例として、背面電極７の方が内面電極
６よりも厚い場合について述べる。図５は、図１に示し
た液滴噴射装置の動作を示す概略断面図である。図５
（ａ）は内面および背面電極６、７に電圧を印加してい
ない状態を示し、図５（ｂ）、（ｃ）は電極に電圧を印
加した状態を示す。

【００３５】図６は、背面電極７への電圧印加スケジュ
ールの一例を示す図である。最初に、図６に示すように
背面電極１０に正電圧を印加する。正電圧が印加される
と、圧電素子は圧電横効果により面内方向に収縮しよう
とするが、比較的厚い背面電極７があるために、図５
（ｂ）に示すようなたわみが発生する。このたわみは、
背面電極７と圧電素子とで構成されるユニモルフ動作に
基くものである。この様な状態では第１の液体収容室３
は膨脹して室内は負圧となり、第２の液体収容室４から
液体流路５を通して（図５（ｂ）の矢印Ｘの方向）第１
の液体収容室３に過剰な液体が充填される。次に、図６
に示すように背面電極７に正から負に変化する電圧を短
時間で印加する。このように電圧が印加されると、圧電
素子は圧電横効果により面内方向に伸びようとするが比
較的厚い背面電極７があるために、図５（ｃ）に示すよ
うなたわみが発生する。このような状態では第１の液体
収容室３は収縮して室内は正圧となり、液体は第１の液
体収容室４から液滴噴射孔９を通して（図５（ｃ）の矢
印Ｙの方向）外部に噴射される。この電圧が正から負に
変化する時間を液滴噴射時間と定義する。次に、ゆっく
りとしたスピードで印加電圧を負から正に変化させる。
このように電圧を変化させると、圧電素子は再び圧電横
効果により面内方向に収縮しようとするが比較的厚い背
面電極７のために、図５（ｂ）に示すようなたわみが発
生する。このような状態では第１の液体収容室３は再度
膨脹して室内は負圧となり、第２の液体収容室４から液
体流路５を通して（図５（ｂ）の矢印Ｘの方向）第１の
液体収容室３に過剰な液体が供給される。この時間を液
体供給時間と定義する。液体噴射時間と液体供給時間と
を合わせたものが１サイクル時間である。これらの動作
の繰り返しにより、液滴をオンデマンドで噴射させるこ
とができる。

【００３６】なお、内面電極６の方が背面電極７よりも
厚い場合には、図６に示す背面電極への印加電圧の符号
を逆にすれば良い。この場合、内面電極６と圧電素子と
の間のユニモルフ動作により圧電素子がたわむ。

【００３７】次に、本発明に係る液滴噴射装置の製造方
法について説明する。本製造方法は、（Ａ）凹部形成工
程、（Ｂ）電極形成工程、（Ｃ）蓋部形成工程、および
（Ｄ）基板張り合わせ工程を含む。図７から図１１に示
した概略断面図を参照しながら、以下、各工程について
説明する。

【００３８】（Ａ）凹部形成工程まず、図７（ａ）に示したように、圧電体ブロック材１
を用意する。圧電体ブロック材１としては、前述のよう
に、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）系材料の圧
電セラミックス材料からなるものを用いる。次に、図７
（ｂ）に示したように、圧電体ブロック材１の一方の面
（以下、上面という）には、あらかじめ無電解メッキな
どで、例えばほぼ０．１ｍｍ厚のニッケルのエッチング
マスク層２１を形成しておく。エッチングマスク層２１
は導電材料で形成され、例えばニッケルの他にも銅など
が用いられる。また、マスク層２１は、無電解メッキ以
外の電解メッキ、真空蒸着、スパッタリングなどの周知
のドライブプロセスを用いて形成しても良い。

【００３９】図７（ｃ）に示したように、エッチングマ
スク層２１の上に、第１および第２の凹部３、４および
液体流路用溝５に対応する開口部２３を有するようにパ
ターニングされたレジスト２２を形成する。パターニン
グは、例えば、マスク層２１の全面にレジスト２２を塗
布した後にマスクを介して露光および現像して行う。ま
たは、開口部２３以外の部分のみにレジストを印刷によ
り形成しても良い。

【００４０】図７（ｄ）に示すように、レジスト２２を
エッチングマスクとして、エッチングマスク層２１をア
ルゴンイオンビームエッチングなどでエッチングする。
エッチングされた部分には、圧電体ブロック材１が露出
する。図７（ｅ）に示すように、反応ガスとして六フッ
化炭素（ＳＦ₆）を用いた反応性イオンエッチング（Ｒ
ＩＥ）法などにより、圧電体ブロック材１をエッチング
する。エッチングにより、第１および第２の凹部３、４
ならびに液体流路用溝５が圧電体ブロック材１の上面に
形成される。なお、図７（ｅ）では、一例として、形成
された複数の第１の凹部３の断面図を示す。

【００４１】（Ｂ）電極形成工程図７（ｆ）に示したように、圧電体ブロック材１の背面
に、第１の凹部３および背面配線電極（図示せず）に対
応する開口部２５を有するようにパターニングされたレ
ジスト２４を印刷法などにより設ける。

【００４２】次に、図８（ａ）に示したように、第１の
凹部３の底面および側面を含む圧電体ブロック材１の上
面全面に、例えば１μｍ厚のニッケル膜のような導電層
２６を真空蒸着などにより形成する。次に、圧電体ブロ
ック材１の背面全面に、例えば１０μm厚のニッケル膜
のような導電層２７を真空蒸着などにより形成する。

【００４３】図８（ｂ）に示したように、レジスト２
２、２４を溶剤で溶かすなどして除去する。レジストを
除去することにより、レジスト２２、２４上の導電層２
６、２７も、レジスト２２、２４とともに除去（リフト
オフ）される。その結果、圧電体ブロック材１の上面全
面に連続した導電層２１、２６が残る。導電層２１は、
厚いエッチングマスク層２１をそのまま用いるので、抵
抗の低減に有効である。また、ブロック材１の背面に
は、第１の凹部３に対応する部分および背面配線電極の
位置に導電層２７が残る。以上のようにして、図１
（ｂ）の内面電極６、表面配線電極１０、背面電極７、
および背面配線電極（図示せず）が形成される。

【００４４】（Ｃ）蓋部形成工程まず、図９（ａ）に示すように、例えば石英ガラス基板
などからなる蓋部２を用意する。次に、図９（ｂ）に示
すように、蓋部２の表面にレジスト３０を塗布する。図
９（ｃ）に示すように、フォトマスク（図示せず）を用
いてレジスト３０を露光したのち現像して、液滴噴射孔
９に対応する開口部３１をレジスト３０に形成する。図
９（ｄ）に示すように、周知のＣＦ₄とＨ₂の混合ガス
を用いた反応性イオンエッチング等によって蓋部２をエ
ッチングして、液滴噴射孔９を形成する。図９（ｅ）に
示すように、レジスト３０を溶剤で溶かすなどして除去
して、液滴噴射孔９が設けられた蓋部２を作製する。

【００４５】（Ｄ）基板張り合わせ工程工程（Ａ）、（Ｂ）で作製した圧電体ブロック材１と、
工程（Ｃ）で作製した蓋部２とを張り合わせる。まず、
図１０（ａ）に示すように、圧電体ブロック材１の蓋部
２と接する面に紫外線硬化型の接着剤３２を精密に塗布
する。次に、図１０（ｂ）に示すように、第１の凹部３
と液滴噴射孔９の位置が合うように位置決めして、蓋部
２を圧電体ブロック材１の上面に接触させる。接触させ
た後、蓋部２の上方から紫外線を照射して接着剤３２を
硬化させる。硬化させる際、例えば液滴噴射孔９を通し
て外部から第１の凹部３内に空気を送ることによって、
該凹部３内を適度な陽圧にする。こうすることで、余分
な接着剤３２が第１および第２の液体収容室、および液
体流路に流れ込まないようにする。以上の（Ａ）〜
（Ｄ）の工程により、図１に示す液滴噴射装置を製造す
ることができる。

【００４６】次に、本発明に係る液滴噴射装置の製造方
法の他の例について説明する。本製造方法も、（Ａ）凹
部形成工程、（Ｂ）電極形成工程、（Ｃ）蓋部形成工
程、および（Ｄ）基板張り合わせ工程を含む。

【００４７】（Ａ）凹部形成工程前述の図７（ａ）〜（ｅ）と同様にして、圧電体ブロッ
ク材１をエッチングして、第１および第２の凹部３、４
ならびに液体流路用溝５を形成する。次に、図１１
（ａ）に示したように、レジスト２２を溶剤で溶かすな
どして除去する。

【００４８】（Ｂ）電極形成工程図１１（ｂ）に示すように、圧電体ブロック材１の上面
に例えばスパッタリングによって０．１ｍｍ厚のニッケ
ル膜のような導電層４０を施す。こうして、図１（ｂ）
に示す内面電極６および表面配線電極１０が形成され
る。次に、図１１（ｃ）に示すように、圧電体ブロック
材１の背面に、第１の凹部３および背面配線電極に対応
する開口部２５を有するレジスト２４を印刷法などによ
り設ける。図１１（ｄ）に示すように、圧電体ブロック
材１の背面に、例えば１０μｍ厚のニッケル膜のような
導電層２７を真空蒸着などにより形成する。図１１
（ｅ）に示すように、レジスト２４を溶剤で溶かすなど
して除去する。除去することにより、レジスト２４上の
導電層２７はレジスト２４とともに除去（リフトオフ）
されて、圧電体ブロック材１の背面には第１の凹部３に
対向する部分および背面配線電極の位置に導電層２７が
残る。こうして、図１（ｂ）の背面電極７および背面配
線電極（図示せず）が形成される。

【００４９】（Ｃ）蓋部形成工程前述の図９（ａ）〜（ｅ）と同様にして、蓋部２を製造
する。（Ｄ）張り合わせ工程前述の図１０（ａ）、（ｂ）と同様にして、圧電体ブロ
ック材１と蓋部２とを張り合わせる。以上の（Ａ）〜
（Ｄ）の工程により、図１に示す液滴噴射装置を製造す
ることができる。

【００５０】

【発明の効果】以上、詳述したように、本発明によれば
液滴噴射の分解能が高く、圧電素子の再分極が可能な液
滴噴射装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る液滴噴射装置の一例を示す概略斜
視図および断面図。

【図２】本発明に係る背面電極および背面配線電極の一
例を示す概略平面図。

【図３】本発明に係る液滴噴射装置の他の例を示す概略
平面図。

【図４】本発明に係る液滴噴射装置の他の例を示す概略
平面図。

【図５】本発明に係る液適噴射装置の動作を示すための
概略断面図。

【図６】本発明に係る圧電素子に電圧を印加する仕方の
一例を示す図。

【図７】本発明に係る液滴噴射装置の製造方法の一例を
示す工程図。

【図８】本発明に係る液滴噴射装置の製造方法の一例を
示す工程図。

【図９】本発明に係る液滴噴射装置の製造方法の一例を
示す工程図。

【図１０】本発明に係る液滴噴射装置の製造方法の一例
を示す工程図。

【図１１】本発明に係る液滴噴射装置の製造方法の他の
例を示す工程図。

【図１２】従来のインクジェットプリンタヘッドを示す
ための断面図。

【符号の説明】

１…圧電体ブロック材２…蓋部３…第１の凹部４…第２の凹部５…液体流路用溝６…内面電極７…背面電極８…圧電体部９…液滴噴射孔１０…表面配線電極１１…背面配線電極２１…エッチングマスク層２２、２４、３０…レジスト２３、２５、３１…開口部２６、２７、４０…導電層３２…接着剤

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高橋誠也東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内 (72)発明者若林勝裕東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内 (72)発明者沢田之彦東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内 (72)発明者江刺正喜宮城県仙台市太白区八木山南１丁目11番９号 (72)発明者王詩男宮城県仙台市青葉区八幡３−12−８Ｆターム(参考） 2C057 AF93 AG92 AG93 AP02 AP32 AP52 AP53 AP54 AP55 BA04 BA14 4F033 AA14 BA03 CA07 DA05 EA01 JA03 JA06 NA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面に、液体を収容するための第１の凹
部および第２の凹部ならびにこれらの凹部を連絡する液
体流路が形成された圧電素子基板と、第１の凹部の内面に沿って圧電素子基板上に形成された
内面電極と、第１の凹部の底面に対向して圧電素子基板の背面に形成
された背面電極と、第１の凹部に対応する位置に液滴噴射孔を有し、第１お
よび第２の凹部ならびに液体流路を覆うように圧電素子
基板の表面に装着された蓋部とを具備したことを特徴と
する液滴噴射装置。
【請求項２】前記第１の凹部は複数個あり、圧電素子
基板の表面に１次元配列されていることを特徴とする請
求項１記載の液滴噴射装置。
【請求項３】前記第１の凹部は複数個あり、圧電素子
基板の表面に２次元配列されていることを特徴とする請
求項１記載の液滴噴射装置。
【請求項４】前記複数の第１の凹部内面に沿って形成
された内面電極は圧電素子基板の上面に形成された導体
層により接続されており、前記背面電極は複数の第１の
凹部の底面に対応する位置に各々独立して設けられてい
ることを特徴とする請求項２または３記載の液滴噴射装
置。
【請求項５】前記第１および第２の凹部は、圧電素子
基板をドライエッチングすることによって形成されるこ
とを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載の
液滴噴射装置。