JP2001010065A

JP2001010065A - インクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置並びにノズルプレートの製造方法及びインクジェット式記録ヘッドの製造方法

Info

Publication number: JP2001010065A
Application number: JP18081799A
Authority: JP
Inventors: Katsuto Shimada; 勝人島田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1999-06-25
Filing date: 1999-06-25
Publication date: 2001-01-16

Abstract

(57)【要約】【課題】ノズル開口の高密度配列を実現したノズルプ
レートを用いたインクジェット式記録ヘッド及びインク
ジェット式記録装置並びにノズルプレートの製造方法及
びインクジェット式記録ヘッドの製造方法を提供する。【解決手段】ノズルプレートが、ノズル基板２２と、
該ノズル基板２２の一方面側に形成された少なくとも一
層の薄膜からなると共に前記ノズル開口２１が形成され
且つ前記流路形成基板１０と接合されるノズル形成部２
３とを有し、前記ノズル基板２２の前記ノズル開口２１
に対応する領域には前記ノズル開口２１を露出する開口
部２４が形成されていることにより、ノズル開口２１を
高密度に配設できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インク滴を吐出す
るノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構
成し、この振動板を介して圧電素子を設けて、圧電素子
の変位によりインク滴を吐出させるインクジェット式記
録ヘッド及びその製造方法並びにインクジェット式記録
装置に関し、特に、インクジェット式記録ヘッドに用い
られるノズルプレート及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】インク滴を吐出するノズル開口と連通す
る圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧
電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧して
ノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式
記録ヘッドには、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦
振動モードの圧電アクチュエータを使用したものと、た
わみ振動モードの圧電アクチュエータを使用したものの
２種類が実用化されている。

【０００３】前者は圧電素子の端面を振動板に当接させ
ることにより圧力発生室の容積を変化させることができ
て、高密度印刷に適したヘッドの製作が可能である反
面、圧電素子をノズル開口の配列ピッチに一致させて櫛
歯状に切り分けるという困難な工程や、切り分けられた
圧電素子を圧力発生室に位置決めして固定する作業が必
要となり、製造工程が複雑であるという問題がある。

【０００４】これに対して後者は、圧電材料のグリーン
シートを圧力発生室の形状に合わせて貼付し、これを焼
成するという比較的簡単な工程で振動板に圧電素子を作
り付けることができるものの、たわみ振動を利用する関
係上、ある程度の面積が必要となり、高密度配列が困難
であるという問題がある。

【０００５】一方、後者の記録ヘッドの不都合を解消す
べく、特開平５−２８６１３１号公報に見られるよう
に、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧
電材料層を形成し、この圧電材料層をリソグラフィ法に
より圧力発生室に対応する形状に切り分けて各圧力発生
室毎に独立するように圧電素子を形成したものが提案さ
れている。

【０００６】これによれば圧電素子を振動板に貼付ける
作業が不要となって、リソグラフィ法という精密で、か
つ簡便な手法で圧電素子を作り付けることができるばか
りでなく、圧電素子の厚みを薄くできて高速駆動が可能
になるという利点がある。

【０００７】また、このように圧電素子の高密度配列を
実現したインクジェット式記録ヘッドには、当然、ノズ
ル開口を高密度に配設したノズルプレートが必要とな
る。しかしながら、従来のノズルプレートは、例えば、
ステンレス鋼等の基板に、機械的にあるいはレーザ等に
よりノズル開口を形成したものであったため、ノズルの
寸法精度が低く高密度配列も困難である。そこで、この
ような問題を解決するために、特公昭５８−４８３５２
号公報などに見られるように、基板の一方面に薄膜を形
成し、これらの基板及び薄膜をエッチングすることによ
りパターニングして複数のノズル開口を高精度に形成し
たものが知られている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ようなノズルプレートでは、ノズル開口を異方性エッチ
ングによって形成するため、インクが吐出される側の開
口部分に対して、反対側の開口部分の幅が広くなってし
まう。このため、ノズル開口の寸法精度は向上するもの
の、ノズル開口のピッチが制限されてしまい高密度配列
が困難であるという問題がある。

【０００９】本発明は、このような事情に鑑み、ノズル
開口の高密度配列を実現したノズルプレートを用いたイ
ンクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装
置並びにノズルプレートの製造方法及びインクジェット
式記録ヘッドの製造方法を提供することを課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の第１の態様は、複数の圧力発生室が並設されると共
に一方面側に前記圧力発生室にインクを吐出させる圧力
発生手段を有する流路形成基板と、前記圧力発生室のそ
れぞれに連通する複数のノズル開口を有するノズルプレ
ートとを具備するインクジェット式記録ヘッドにおい
て、前記ノズルプレートは、ノズル基板と、該ノズル基
板の一方面側に形成された少なくとも一層の薄膜からな
ると共に前記ノズル開口が形成され且つ前記流路形成基
板と接合されるノズル形成部とを有し、前記ノズル基板
の前記ノズル開口に対応する領域には前記ノズル開口を
露出する開口部が形成されていることを特徴とするイン
クジェット式記録ヘッドにある。

【００１１】かかる第１の態様では、ノズル形成部にノ
ズル開口が形成されると共にこのノズル形成部と流路形
成基板とが接合されているため、ノズル基板の構造に依
存することなくノズル開口の間隔を設定することがで
き、ノズル開口を高密度に配列したインクジェット式記
録ヘッドを実現することができる。

【００１２】本発明の第２の態様は、第１の態様におい
て、前記ノズル基板に形成された前記開口部が前記複数
のノズル開口に対応する領域に亘って連続的に設けられ
ていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドに
ある。

【００１３】かかる第２の態様では、各ノズル開口の間
に対応する領域にノズル基板が存在しないため、ノズル
開口をより高密度に配設することができる。

【００１４】本発明の第３の態様は、第１又は２の態様
において、前記ノズルプレートの前記ノズル形成部が前
記流路形成基板の前記圧力発生室同士の境界となる隔壁
とそれぞれ接合され、複数の前記ノズル開口は前記隔壁
によって前記圧力発生室のそれぞれに対応して分離され
ていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドに
ある。

【００１５】かかる第３の態様では、ノズルプレートが
流路形成基板の隔壁によって保持されるため強度が向上
すると共に、所望のノズルから液滴を吐出することがで
きる。

【００１６】本発明の第４の態様は、第１〜３の何れか
の態様において、前記ノズルプレートを構成する前記ノ
ズル基板が、前記流路形成基板と同程度の熱膨張係数を
有する材料で形成されていることを特徴とするインクジ
ェット式記録ヘッドにある。

【００１７】かかる第４の態様では、ノズルプレートと
流路形成基板との接合性が向上すると共に、熱工程での
反りを低減できる。

【００１８】本発明の第５の態様は、第１〜４の何れか
の態様において、前記ノズル基板がシリコン単結晶基板
からなることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド
にある。

【００１９】かかる第５の態様では、ノズル基板を特定
の材料で形成することにより、高密度の圧力発生室及び
ノズルの配列が達成できる。

【００２０】本発明の第６の態様は、第５の態様におい
て、前記ノズル基板を形成するシリコン単結晶基板の結
晶方位が（１００）面又は（１１０）面であり、前記開
口部が前記ノズル基板を異方性エッチングすることによ
り形成されていることを特徴とするインクジェット式記
録ヘッドにある。

【００２１】かかる第６の態様では、開口部を高精度且
つ容易に形成することができる。

【００２２】本発明の第７の態様は、第１〜６の何れか
の態様において、前記ノズル形成部が前記ノズル基板か
ら引っ張り応力を受けていることを特徴とするインクジ
ェット式記録ヘッドにある。

【００２３】かかる第７の態様では、ノズル形成部を撓
みがなく、張った状態に形成することができる。

【００２４】本発明の第８の態様は、第１〜７の何れか
の態様において、前記ノズル形成部が、少なくともシリ
コン酸化膜を含むことを特徴とするインクジェット式記
録ヘッドにある。

【００２５】かかる第８の態様では、ノズル形成部を特
定の材料で形成することにより、流路形成基板との接合
性が向上すると共に、比較的容易に形成できるため製造
コストが低減される。

【００２６】本発明の第９の態様は、第１〜７の何れか
の態様において、前記ノズル形成部が、少なくとも酸化
ジルコニウム膜を含むことを特徴とするインクジェット
式記録ヘッドにある。

【００２７】かかる第９の態様では、ノズル形成部を特
定の材料で形成することにより、流路形成基板との接合
性が向上すると共に、比較的容易に形成できるため製造
コストが低減される。

【００２８】本発明の第１０の態様は、第１〜７の何れ
かの態様において、前記ノズル形成部が、少なくとも酸
化ハフニウム膜を含むことを特徴とするインクジェット
式記録ヘッドにある。

【００２９】かかる第１０の態様では、ノズル形成部を
特定の材料で形成することにより、流路形成基板との接
合性が向上すると共に、比較的容易に形成できるため製
造コストが低減される。

【００３０】本発明の第１１の態様は、第１〜１０の何
れかの態様において、前記ノズル形成部の前記ノズル基
板側の少なくとも前記ノズル開口の周囲には、撥水膜が
設けられているこを特徴とするインクジェット式記録ヘ
ッドにある。

【００３１】かかる第１１の態様では、ノズル開口の周
囲へのインクの付着が防止される。

【００３２】本発明の第１２の態様は、第１〜１１の何
れかの態様において、前記ノズル形成部の厚さが、５μ
ｍ〜３０μｍの範囲であることを特徴とするインクジェ
ット式記録ヘッドにある。

【００３３】かかる第１２の態様では、ノズル形成部の
厚さを比較的容易に調整できる。

【００３４】本発明の第１３の態様は、第１〜１２の何
れかの態様において、前記ノズル形成部に形成される前
記ノズル開口の配列密度が、１８０ｄｐｉ以上であるこ
とを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。

【００３５】かかる第１３の態様では、ノズル開口を所
望の高密度に配設したインクジェット式記録ヘッドが実
現される。

【００３６】本発明の第１４の態様は、第１〜１３の何
れかの態様において、前記ノズル基板に形成される前記
開口部の前記ノズル開口の配列方向とは直交する方向の
長さが、５０μｍ以下であることを特徴とするインクジ
ェット式記録ヘッドにある。

【００３７】かかる第１４の態様では、開口部を比較的
容易に形成でき、且つノズルプレートの強度が向上す
る。

【００３８】本発明の第１５の態様は、第１〜１４の何
れかの態様において、前記ノズルプレートには、前記圧
力発生室にインクを供給するためのインク供給路が設け
られていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッ
ドにある。

【００３９】かかる第１５の態様では、圧力発生室にイ
ンクを供給するリザーバの容積を十分に大きく確保する
ことができる。

【００４０】本発明の第１６の態様は、第１〜１５の何
れかの態様において、前記圧力発生手段が、前記圧力発
生室の一方面に設けられた振動板上に配設された圧電素
子であることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド
にある。

【００４１】かかる第１６の態様では、各圧電素子の駆
動により振動板を変位させることにより圧力発生室に圧
力が付与されてインク滴が吐出される。

【００４２】本発明の第１７の態様は、第１６の態様に
おいて、前記圧力発生室がセラミックス製の基板に形成
され、前記圧電素子の各層がグリーンシート貼付又は印
刷により形成されていることを特徴とするインクジェッ
ト式記録ヘッドにある。

【００４３】かかる第１７の態様では、グリーンシート
を積層して焼成することによりヘッドを容易に製造する
ことができる。

【００４４】本発明の第１８の態様は、第１６の態様に
おいて、前記圧力発生室がシリコン単結晶基板に異方性
エッチングにより形成され、前記圧電素子の各層が成膜
及びリソグラフィ法により形成されたものであることを
特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。

【００４５】かかる第１８の態様では、高密度のノズル
開口を有するインクジェット式記録ヘッドを大量に且つ
比較的容易に製造することができる。

【００４６】本発明の第１９の態様は、第１〜１５の何
れかの態様において、前記圧力発生手段は、前記圧力発
生室内に設けられた発熱素子であることを特徴とするイ
ンクジェット式記録ヘッドにある。

【００４７】かかる第１９の態様では、各発熱素子を加
熱することにより、圧力発生室に圧力が付与されてイン
ク滴が吐出される。

【００４８】本発明の第２０の態様は、第１〜１９の何
れかの態様のインクジェット式記録ヘッドを具備するこ
とを特徴とするインクジェット式記録装置にある。

【００４９】かかる第２０の態様では、ヘッドのインク
吐出性能を向上すると共に高密度化したインクジェット
式記録装置を実現することができる。

【００５０】本発明の第２１の態様は、ノズル基板と該
ノズル基板の一方面側に形成された少なくとも一層の薄
膜からなると共に複数のノズル開口が形成されたノズル
形成部とを有し、前記ノズル基板に前記複数のノズル開
口に対応する領域に亘って連続的に開口部が形成されて
いるノズルプレートの製造方法であって、前記ノズル基
板の一方面側にノズル形成部を形成する工程と、該ノズ
ル形成部をエッチングすることにより前記ノズル開口を
形成する工程と、前記ノズル基板を前記ノズル形成部と
は反対側の面からエッチングすることにより前記開口部
を形成する工程とを有することを特徴とするノズルプレ
ートの製造方法にある。

【００５１】かかる第２１の態様では、ノズルプレート
にノズル開口を高精度且つ高密度に形成できると共に、
一括して形成できるため製造コストが低減される。

【００５２】本発明の第２２の態様は、第２１の態様に
おいて、前記ノズル開口を形成する工程は、前記ノズル
形成部を等方性エッチングにより所定の深さまで除去し
た凹部を形成する工程と、前記ノズル形成部の凹部をさ
らに異方性エッチングにより当該ノズル形成部を貫通し
て前記ノズル開口とする工程とを含むことを特徴とする
ノズルプレートの製造方法にある。

【００５３】かかる第２２の態様では、所望の形状のノ
ズル開口を高密度に且つ比較的容易に形成することがで
きる。

【００５４】本発明の第２３の態様は、第２１又は２２
の態様において、前記ノズル形成部の前記ノズル基板側
の少なくとも前記ノズル開口の周囲に撥水膜を形成する
工程をさらに有することを特徴とするノズルプレートの
製造方法にある。

【００５５】かかる第２３の態様では、撥水膜をノズル
開口の周囲に比較的容易に形成できる。

【００５６】本発明の第２４の態様は、第２１〜２３の
何れかの態様において、前記ノズル基板が、面方位（１
００）又は（１１０）のシリコン単結晶基板であり、前
記開口部を異方性エッチングにより形成することを特徴
とするノズルプレートの製造方法にある。

【００５７】かかる第２４の態様では、開口部を高精度
に形成できると共に、比較的容易且つ量産性良く形成す
ることができる。

【００５８】本発明の第２５の態様は、第２１〜２４の
何れかの態様の製造方法によって製造したノズルプレー
トの前記ノズル形成部と、前記ノズル開口に連通する圧
力発生室を有すると共に一方面側に該圧力発生室にイン
クを吐出するための圧力を発生させる圧力発生手段を有
する流路形成基板とを前記ノズル形成部に形成された前
記ノズル開口の配列と前記圧力発生室の配列とを対応さ
せて接合する工程を有することを特徴とするインクジェ
ット式記録ヘッドの製造方法にある。

【００５９】かかる第２５の態様では、ノズルプレート
と流路形成基板とが、各ノズル開口と圧力発生室とを確
実に対応させて接合され、インク吐出性能を向上したイ
ンクジェット式記録ヘッドが製造される。

【００６０】

【発明の実施の形態】以下に本発明を実施形態に基づい
て詳細に説明する。

【００６１】（実施形態１）図１は、本発明の実施形態
１に係るインクジェット式記録ヘッドを示す分解視図で
あり、図２は、図１の断面図である。

【００６２】図示するように、流路形成基板１０は、本
実施形態では面方位（１１０）のシリコン単結晶基板か
らなる。流路形成基板１０としては、通常、１５０〜３
００μｍ程度の厚さのものが用いられ、望ましくは１８
０〜２８０μｍ程度、より望ましくは２２０μｍ程度の
厚さのものが好適である。これは、隣接する圧力発生室
間の隔壁の剛性を保ちつつ、配列密度を高くできるから
である。

【００６３】流路形成基板１０の一方の面は開口面とな
り、他方の面には予め熱酸化により形成した二酸化シリ
コンからなる、厚さ１〜２μｍの弾性膜５０が形成され
ている。

【００６４】一方、流路形成基板１０の開口面には、シ
リコン単結晶基板を異方性エッチングすることにより、
複数の隔壁１１によって区画された圧力発生室１２が幅
方向に並設され、各圧力発生室１２の長手方向一端部側
には、後述するリザーバ形成基板のリザーバ部に連通し
て各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１
００の一部を構成する連通部１３が形成され、各圧力発
生室１２の長手方向一端部とそれぞれインク供給路１４
を介して連通されている。

【００６５】ここで、異方性エッチングは、シリコン単
結晶基板を水酸化カリウム等のアルカリ溶液に浸漬する
と、徐々に侵食されて（１１０）面に垂直な第１の（１
１１）面と、この第１の（１１１）面と約７０度の角度
をなし且つ上記（１１０）面と約３５度の角度をなす第
２の（１１１）面とが出現し、（１１０）面のエッチン
グレートと比較して（１１１）面のエッチングレートが
約１／１８０であるという性質を利用して行われるもの
である。かかる異方性エッチングにより、二つの第１の
（１１１）面と斜めの二つの第２の（１１１）面とで形
成される平行四辺形状の深さ加工を基本として精密加工
を行うことができ、圧力発生室１２を高密度に配列する
ことができる。

【００６６】本実施形態では、各圧力発生室１２の長辺
を第１の（１１１）面で、短辺を第２の（１１１）面で
形成している。この圧力発生室１２は、流路形成基板１
０をほぼ貫通して弾性膜５０に達するまでエッチングす
ることにより形成されている。ここで、弾性膜５０は、
シリコン単結晶基板をエッチングするアルカリ溶液に侵
される量がきわめて小さい。また、各圧力発生室１２の
一端に連通する各インク供給路１４は、シリコン単結晶
基板を厚さ方向に途中までエッチング（ハーフエッチン
グ）することにより、圧力発生室１２より浅く形成され
ている。なお、ハーフエッチングは、エッチング時間の
調整により行われる。

【００６７】また、流路形成基板１０の開口面側には、
各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側で連通
するノズル開口２１を有するノズルプレート２０が接着
剤や熱溶着フィルム等を介して固着されている。このノ
ズルプレート２０は、図３に示すように、本実施形態で
は、ノズル基板２２の一方面側にノズル開口２１が穿設
されるノズル形成部２３が一体的に設けられてなる。こ
のノズル形成部２３には、各圧力発生室１２のインク供
給路１４とは反対側の端部近傍に対応してノズル開口２
１が穿設されている。また、ノズル基板２２には、各圧
力発生室１２に対応して設けられた複数のノズル開口２
１に亘って厚さ方向に貫通する開口部２４が設けられて
いる。この開口部２４は、強度を確保するためにノズル
開口２１の配列方向と直交する方向の長さが略５０μｍ
以下であることが好ましい。

【００６８】また、このようなノズルプレート２０は、
ノズル形成部２３側の面で流路形成基板１０の一面を全
面的に覆い、シリコン単結晶基板を衝撃や外力から保護
する補強板の役目も果たす。また、本実施形態では、ノ
ズル形成部２３を一層で形成するようにしたが、これに
限定されず、例えば、二層以上で形成してもよい。

【００６９】ここで、インク滴吐出圧力をインクに与え
る圧力発生室１２の大きさと、インク滴を吐出するノズ
ル開口２１の大きさとは、吐出するインク滴の量、吐出
スピード、吐出周波数に応じて最適化される。例えば、
本実施形態では、ノズル開口２１を数十μｍの直径で精
度よく形成されており、その配列密度は、１８０ｄｐｉ
以上であり、好ましくは３６０ｄｐｉ以上である。

【００７０】このようなノズルプレート２０は、各ノズ
ル開口２１と圧力発生室とをそれぞれ対応させてノズル
形成部２３側で流路形成基板１０と接合され、インクは
圧力発生室１２からノズル開口２１及び開口部２４を介
して吐出される。すなわち、ノズルプレート２０の各ノ
ズル開口２１は、ノズル形成部２３と流路形成基板１０
の隔壁１１とが接合されることにより、各圧力発生室１
２毎に分離されている。

【００７１】本発明では、ノズル形成部２３と流路形成
基板１０とを接合して、ノズル形成部２３と隔壁１１と
が接合されることにより各ノズル開口２１を各圧力発生
室１２毎に分離しているため、ノズル基板２２の開口部
２４を各ノズル開口２１毎に分離する必要がない。した
がって、ノズル開口２１の間隔を小さくして高密度に配
設することができる。

【００７２】なお、ノズルプレートのノズル基板と流路
形成基板とを接合して各ノズル開口を圧力発生室毎に分
離する構造にすると、ノズル基板の各開口部にノズル開
口を分離する構造を形成しなければならないので、各開
口部の間隔、すなわち各ノズル開口の間隔を比較的大き
く取る必要があり、ノズル開口の高密度化が困難であ
る。

【００７３】また、本実施形態では、開口部２４を複数
のノズル開口２１に対向する領域のノズル基板２２を連
続的に除去して形成するようにしたが、これに限定され
ず、例えば、各ノズル開口２１間に、ノズル基板２２の
一部が残留するようにしてもよい。

【００７４】このようなノズルプレート２０の形成方法
は、特に限定されないが、例えば、本実施形態では、以
下の工程で形成した。なお、図４及び図５は、本実施形
態に係るノズルプレートの製造工程を示す断面図であ
る。

【００７５】まず、図４（ａ）に示すように、ノズル基
板２２の一方面側にノズル形成部２３を一体的に形成す
ると共にノズル基板２２の他方面側に所定パターンのマ
スク２５を形成する。なお、このマスク２５は、ノズル
形成部２３を形成する前に、予め形成しておいても、こ
の工程後に別途形成してもよい。

【００７６】このノズル基板２２としては、例えば、流
路形成基板１０と略同一の熱膨張係数を有する材料、例
えば、シリコン、ガラス、セラミック等を用いることが
好ましく、例えば、本実施形態では、厚さが略２２０μ
ｍのシリコン単結晶基板で形成した。

【００７７】一方、ノズル形成部２３は、例えば、厚さ
が、略５μｍ〜３０μｍの薄膜、例えば、酸化シリコン
膜、酸化ジルコニウム膜又は酸化ハフニウム膜等からな
り、本実施形態では、シリコン単結晶基板からなるノズ
ル基板２２の一方面を酸化させることにより形成した酸
化シリコン膜の一層で形成されている。なお、このノズ
ル形成部２３は、これらの薄膜に限定されず、ノズル基
板２２の一方面側にボロンを拡散したボロンドープシリ
コン膜としてもよく、何れにしても、接着剤等で接合す
ることなくノズル基板２２に一体的に設けられていれば
よい。

【００７８】また、このようにノズル基板２２に形成さ
れたノズル形成部２３は、ノズル基板２２から引っ張り
応力を受けていることが好ましく、ノズル形成部２３を
構成する各層の材質及び厚さ等を考慮して形成すること
が望ましい。

【００７９】次に、図４（ｂ）に示すように、ノズル形
成部２３の表面に、所定の大きさのパターン部２６aを
有するマスク２６を形成すると共に、例えば、ドライエ
ッチングによりノズル開口２１を形成する。ここで、ノ
ズル開口２１は、本実施形態では、ノズル基板２２側に
向かって径が漸小する略円錐状に形成されている。その
ため、本実施形態では、まず、図５（ａ）に示すよう
に、等方性エッチングによりノズル形成部２３の厚さ方
向の所定位置までエッチングする。これによりノズル形
成部２３には、マスク２６のパターン部２６ａよりも径
の大きいノズル除去部２１ａが形成される。次いで、図
５（ｂ）に示すように、異方性エッチングによりノズル
形成部２３を貫通してノズル開口２１とする。この工程
では、ノズル形成部２３は、パターン部２６ａと略同一
径で除去されるため、結果としてノズル基板２２側に向
かって径が漸小するノズル開口２１となる。

【００８０】次に、図４（ｃ）に示すように、ノズル開
口２１が形成されたノズル形成部２３上のマスク２６を
除去すると共に、このノズル形成部２３を保護するため
の保護膜２７を形成する。この保護膜２７は、例えば、
テフロンシート等のフッ素樹脂等で形成すれよい。な
お、ノズル形成部材２３を保護する方法としては、保護
膜２７を形成することに限定されず、例えば、治具等で
行ってもよい。

【００８１】次に、図４（ｄ）に示すように、ノズル基
板２２のノズル形成部２３とは反対面側からエッチング
することにより開口部２４を形成する。本実施形態で
は、ノズル基板２２を流路形成基板１０と同様にシリコ
ン単結晶基板で形成しているため、この開口部２４は、
上述した圧力発生室１２と同様に、水酸化カリウム等の
アルカリ水溶液を用いて異方性エッチングすることによ
り形成した。

【００８２】その後、マスク２５及び保護膜２７を除去
することにより、ノズル開口２１が高密度に配設された
ノズルプレート２０が製造される。

【００８３】以上のように、このような構成のノズルプ
レート２０では、ノズル開口２１を１８０ｄｐｉ以上の
高密度であっても比較的容易に配設することができる。
また、ノズルプレート２０は、流路形成基板１０とノズ
ル形成部２３側で接合されているため、ノズル基板２２
の厚さが制限されない。したがって、比較的大きな基板
にノズル形成部２３を薄膜プロセスで形成することがで
きる。また、複数のノズル開口２１を一括して形成する
ことができるため、製造コストを削減することができ
る。

【００８４】また、本実施形態では、流路形成基板１０
とのノズル基板２２とを同一材料で形成しているので、
これらの接着前後での圧電体膜７０にかかる応力変化を
なくすことがきで、圧電体膜７０の特性を均一化あるい
は安定化させることができる。

【００８５】また、本実施形態では、ノズル開口２１を
ノズル基板２２側に向かって径が漸小する略円錐形状と
したが、これに限定されず、例えば、図６に示すよう
に、軸方向で径が略同一であるストレート形状のノズル
開口２１Ａを形成したノズルプレート２０Ａとしてもよ
く、この場合には、本実施形態のように、等方性エッチ
ング及び異方性エッチングの二工程で形成する必要がな
く、ノズル開口２１Ａを異方性エッチングによって一工
程で形成することができるため、製造コストをさらに低
減することができる。

【００８６】なお、流路形成基板１０のノズルプレート
２０とは反対側の弾性膜５０の上には、厚さが例えば、
約０．２μｍの下電極膜６０と、厚さが例えば、約１μ
ｍの圧電体膜７０と、厚さが例えば、約０．１μｍの上
電極膜８０とが、後述するプロセスで積層形成されて、
圧電素子３００を構成している。ここで、圧電素子３０
０は、下電極膜６０、圧電体膜７０及び上電極膜８０を
含む部分をいう。一般的には、圧電素子３００の何れか
一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体膜７
０を各圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。
そして、ここではパターニングされた何れか一方の電
極、圧電体膜７０及び他方の電極から構成され、両電極
への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能
動部３２０という。本実施形態では、下電極膜６０は圧
電素子３００の共通電極とし、上電極膜８０を圧電素子
３００の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合
でこれを逆にしても支障はない。何れの場合において
も、各圧力発生室毎に圧電体能動部が形成されているこ
とになる。また、ここでは、圧電素子３００と当該圧電
素子３００の駆動により変位が生じる振動板とを合わせ
て圧電アクチュエータと称する。なお、上述した例で
は、弾性膜５０及び下電極膜６０が振動板として作用す
るが、下電極膜が弾性膜を兼ねるようにしてもよい。

【００８７】また、流路形成基板１０の圧電素子３００
側には、リザーバ１００の少なくとも一部を構成するリ
ザーバ部３１を有するリザーバ形成基板３０が接合され
ている。このリザーバ部３１は、基本的には、リザーバ
形成基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２の幅
方向に亘って形成されており、上述のように流路形成基
板１０の連通部１３と連通されて各圧力発生室１２の共
通のインク室となるリザーバ１００を構成している。

【００８８】また、リザーバ形成基板３０の圧電素子３
００に対向する領域には、圧電素子３００の運動を阻害
しない程度の空間を確保した状態で、その空間を密封可
能な圧電素子保持部３４が設けられ、圧電素子３００の
少なくとも圧電体能動部３２０は、この圧電素子保持部
３４内に密封されている。

【００８９】また、このようなリザーバ形成基板３０に
は、封止膜４１及び固定板４２とからなるコンプライア
ンス基板４０が接合されている。封止膜４１は、剛性が
低く可撓性を有する材料（例えば、厚さが６μｍのポリ
フェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルム）からな
り、この封止膜４１によってリザーバ２１の一方面が封
止されている。また、固定板４２は、金属等の硬質の材
料（例えば、厚さが３０μｍのステンレス鋼（ＳＵＳ）
等）で形成される。この固定板４２のリザーバ３１に対
向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部４３
となっているため、リザーバ３１の一方面は可撓性を有
する封止膜４１のみで封止され、内部圧力の変化によっ
て変形可能となっている。

【００９０】また、このリザーバ３１の長手方向略中央
部外側のコンプライアンス基板４０上には、インクカー
トリッジ等のインク供給手段からインクを供給するため
のインク導入口３５が形成されており、リザーバ形成基
板３０にはインク導入口３５とリザーバ３１の側壁とを
連通するインク導入路３６が設けられている。そして、
これらインク導入口３５及びインク導入路３６を介して
インク供給手段からリザーバ３１にインクが供給され
る。

【００９１】（実施形態２）図７は、実施形態２に係る
インクジェット式記録ヘッドの断面図である。

【００９２】本実施形態は、圧力発生室１２とリザーバ
１００Ａとの間のインク供給路１４の代わりに、ノズル
プレート２０にこれらを連通するインク供給流路１１０
を形成した例である。

【００９３】すなわち、図７に示すように、圧力発生室
１２とリザーバ１００Ａの一部を構成する連通部１３Ａ
との間の流路形成基板１０は除去されておらず、これら
圧力発生室１２と連通部１３Ａとが分離されている。

【００９４】また、ノズルプレート２０のノズル形成部
２３の連通部１３Ａに対向する領域には、このノズル形
成部２３を厚さ方向に貫通する第１貫通孔１１１が設け
られると共に、圧力発生室１２のノズル開口２１とは反
対側の端部近傍に対向する領域には第１貫通孔１１１と
は連続しない第２貫通孔１１２が設けられている。ま
た、これら第１及び第２貫通孔１１１，１１２に対応す
る領域のノズル基板２２には、厚さ方向の一部を除去す
ることにより第１及び第２貫通孔１１１，１１２を連通
する連通路１１３が設けられている。なお、この連通部
１１３はリザーバ１００Ａの一部を兼ねている。

【００９５】このような構成では、リザーバ１００Ａに
供給されたインクは、第１貫通孔１１１，連通路１１３
及び第２貫通孔１１２を介して圧力発生室１２に供給さ
れる。

【００９６】これにより、連通路１１３の容積が増えた
分だけリザーバ部３１の容積を減らすことができ、ヘッ
ドの小型化を図ることができる。

【００９７】（他の実施形態）以上、本発明の各実施形
態を説明したが、インクジェット式記録ヘッドの基本的
構成は上述したものに限定されるものではない。

【００９８】例えば、図８に示すように、ノズルプレー
ト２０の少なくともノズル開口２１の周囲、すなわち、
ノズル基板２２側の少なくともノズル形成基部２３上に
撥水膜９０を設けるようにしてもよい。これにより、ノ
ズル開口２１の周囲へのインクの付着が抑えられ、ノズ
ル開口２１の詰まり等の故障を抑えることができる。

【００９９】また、上述した実施形態では、圧力発生室
１２にインクを供給するリザーバを流路形成基板１０の
圧電素子３００側に設けた例を説明したが、これに限定
されず、例えば、ノズルプレート２０側に設ける構造で
あってもよい。

【０１００】このように構成した実施形態のインクジェ
ット式記録ヘッドの断面を図９に示す。この実施形態で
は、流路形成基板１０の圧電素子３００とは反対面側に
は、圧力発生室１２を封止する封止板１２０、圧力発生
室１２にインクを供給するリザーバとなる共通インク室
１３１が形成されたインク室形成基板１３０が成形さ
れ、封止板１２０に形成されたインク供給口１２１を介
して、圧力発生室１２と共通インク室１２０とが連通さ
れている。また、このインク室形成基板１３０上には、
薄肉板１４０及びインク室側板１４１が設けられてお
り、インク室側板１４１に設けられた開口１４０ａに対
向する領域の薄肉板１４０が共通インク室１３１のコン
プライアンス部となっている。

【０１０１】また、本実施形態では、インク室側板１４
１上にノズルプレート２０が接合されており、上述した
各基板に連通して設けられたノズル連通孔１２２を介し
て、圧力発生室１２とノズル開口２１とが連通されてい
る。

【０１０２】このような本実施形態の構成であっても、
勿論、上述の実施形態と同様の効果を得ることができる
ことは言うまでもない。

【０１０３】また、例えば、上述の各実施形態では、成
膜及びリソグラフィプロセスを応用して製造される薄膜
型のインクジェット式記録ヘッドを例にしたが、勿論こ
れに限定されるものではなく、例えば、グリーンシート
を貼付する等の方法により形成される厚膜型のインクジ
ェット式記録ヘッドにも本発明を採用することができ
る。

【０１０４】また、上述の実施形態では、たわみ変位型
の圧電素子を有するインクジェット式記録ヘッドについ
て説明したが、例えば、圧電材料と電極形成材料とをサ
ンドイッチ状に交互に挟んで積層した構造の縦振動モー
ドの圧電素子を有するインクジェット式記録ヘッドに応
用することができる。

【０１０５】さらに、上述した圧電振動式のインクジェ
ット式記録ヘッドに限定されず、例えば、バブルジェッ
ト式のインクジェット式記録ヘッド等、種々の構造のイ
ンクジェット式記録ヘッドに応用することができること
はいうまでもない。

【０１０６】また、これら各実施形態のインクジェット
式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するイン
ク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成し
て、インクジェット式記録装置に搭載される。図１０
は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図
である。

【０１０７】図１０に示すように、インクジェット式記
録ヘッドを有する記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、
インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａ及び２Ｂが
着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａ及び
１Ｂを搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付け
られたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられてい
る。この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、例えば、
それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物
を吐出するものとしている。

【０１０８】そして、駆動モータ６の駆動力が図示しな
い複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリ
ッジ３に伝達されることで、記録ヘッドユニット１Ａ及
び１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿っ
て移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ３に沿
ってプラテン８が設けられている。このプラテン８は図
示しない紙送りモータの駆動力により回転できるように
なっており、給紙ローラなどにより給紙された紙等の記
録媒体である記録シートＳがプラテン８に巻き掛けられ
て搬送されるようになっている。

【０１０９】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、ノズル
プレートを複数のノズル開口が形成されたノズル形成部
と、ノズル開口に対応する領域に亘って連続的に開口部
が形成されたノズル基板とで形成し、ノズル形成部と流
路形成基板とを接合するようにしたので、ノズル開口の
高密度配列が容易となり、高性能なインクジェット式記
録ヘッドを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの分解斜視図である。

【図２】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドを示す図であり、図１の断面図である。

【図３】本発明の実施形態１に係るノズルプレートの平
面図及び断面図である。

【図４】本発明の実施形態１に係るノズルプレートの薄
膜製造工程を示す断面図である。

【図５】本発明の実施形態１に係るノズルプレートの薄
膜製造工程を示す断面図である。

【図６】本発明の実施形態１に係るノズルプレートの他
の例を示す断面図である。

【図７】本発明の実施形態２に係るインクジェット式記
録ヘッドの要部を示す断面図である。

【図８】本発明の他の実施形態に係るインクジェット式
記録ヘッドを示す断面図である。

【図９】本発明の他の実施形態に係るインクジェット式
記録ヘッドを示す断面図である。

【図１０】本発明の一実施形態に係るインクジェット式
記録装置の概略図である。

【符号の説明】

１０流路形成基板１２圧力発生室２０ノズルプレート２１ノズル開口２２ノズル基板２３ノズル形成部２４開口部５０弾性膜６０下電極膜７０圧電体膜８０上電極膜３００圧電素子３２０圧電体能動部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の圧力発生室が並設されると共に一
方面側に前記圧力発生室にインクを吐出させる圧力発生
手段を有する流路形成基板と、前記圧力発生室のそれぞ
れに連通する複数のノズル開口を有するノズルプレート
とを具備するインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記ノズルプレートは、ノズル基板と、該ノズル基板の
一方面側に形成された少なくとも一層の薄膜からなると
共に前記ノズル開口が形成され且つ前記流路形成基板と
接合されるノズル形成部とを有し、前記ノズル基板の前
記ノズル開口に対応する領域には前記ノズル開口を露出
する開口部が形成されていることを特徴とするインクジ
ェット式記録ヘッド。
【請求項２】請求項１において、前記ノズル基板に形
成された前記開口部が前記複数のノズル開口に対応する
領域に亘って連続的に設けられていることを特徴とする
インクジェット式記録ヘッド。
【請求項３】請求項１又は２において、前記ノズルプ
レートの前記ノズル形成部が前記流路形成基板の前記圧
力発生室同士の境界となる隔壁とそれぞれ接合され、複
数の前記ノズル開口は前記隔壁によって前記圧力発生室
のそれぞれに対応して分離されていることを特徴とする
インクジェット式記録ヘッド。
【請求項４】請求項１〜３の何れかにおいて、前記ノ
ズルプレートを構成する前記ノズル基板が、前記流路形
成基板と同程度の熱膨張係数を有する材料で形成されて
いることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
【請求項５】請求項１〜４の何れかにおいて、前記ノ
ズル基板がシリコン単結晶基板からなることを特徴とす
るインクジェット式記録ヘッド。
【請求項６】請求項５において、前記ノズル基板を形
成するシリコン単結晶基板の結晶方位が（１００）面又
は（１１０）面であり、前記開口部が前記ノズル基板を
異方性エッチングすることにより形成されていることを
特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
【請求項７】請求項１〜６の何れかにおいて、前記ノ
ズル形成部が前記ノズル基板から引っ張り応力を受けて
いることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
【請求項８】請求項１〜７の何れかにおいて、前記ノ
ズル形成部が、少なくともシリコン酸化膜を含むことを
特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
【請求項９】請求項１〜７の何れかにおいて、前記ノ
ズル形成部が、少なくとも酸化ジルコニウム膜を含むこ
とを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
【請求項１０】請求項１〜７の何れかにおいて、前記
ノズル形成部が、少なくとも酸化ハフニウム膜を含むこ
とを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
【請求項１１】請求項１〜１０の何れかにおいて、前
記ノズル形成部の前記ノズル基板側の少なくとも前記ノ
ズル開口の周囲には、撥水膜が設けられているこを特徴
とするインクジェット式記録ヘッド。
【請求項１２】請求項１〜１１の何れかにおいて、前
記ノズル形成部の厚さが、５μｍ〜３０μｍの範囲であ
ることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
【請求項１３】請求項１〜１２の何れかにおいて、前
記ノズル形成部に形成される前記ノズル開口の配列密度
が、１８０ｄｐｉ以上であることを特徴とするインクジ
ェット式記録ヘッド。
【請求項１４】請求項１〜１３の何れかにおいて、前
記ノズル基板に形成される前記開口部の前記ノズル開口
の配列方向とは直交する方向の長さが、５０μｍ以下で
あることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
【請求項１５】請求項１〜１４の何れかにおいて、前
記ノズルプレートには、前記圧力発生室にインクを供給
するためのインク供給路が設けられていることを特徴と
するインクジェット式記録ヘッド。
【請求項１６】請求項１〜１５の何れかにおいて、前
記圧力発生手段が、前記圧力発生室の一方面に設けられ
た振動板上に配設された圧電素子であることを特徴とす
るインクジェット式記録ヘッド。
【請求項１７】請求項１６において、前記圧力発生室
がセラミックス製の基板に形成され、前記圧電素子の各
層がグリーンシート貼付又は印刷により形成されている
ことを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
【請求項１８】請求項１６において、前記圧力発生室
がシリコン単結晶基板に異方性エッチングにより形成さ
れ、前記圧電素子の各層が成膜及びリソグラフィ法によ
り形成されたものであることを特徴とするインクジェッ
ト式記録ヘッド。
【請求項１９】請求項１〜１５の何れかにおいて、前
記圧力発生手段は、前記圧力発生室内に設けられた発熱
素子であることを特徴とするインクジェット式記録ヘッ
ド。
【請求項２０】請求項１〜１９の何れかのインクジェ
ット式記録ヘッドを具備することを特徴とするインクジ
ェット式記録装置。
【請求項２１】ノズル基板と該ノズル基板の一方面側
に形成された少なくとも一層の薄膜からなると共に複数
のノズル開口が形成されたノズル形成部とを有し、前記
ノズル基板に前記複数のノズル開口に対応する領域に亘
って連続的に開口部が形成されているノズルプレートの
製造方法であって、前記ノズル基板の一方面側にノズル形成部を形成する工
程と、該ノズル形成部をエッチングすることにより前記
ノズル開口を形成する工程と、前記ノズル基板を前記ノ
ズル形成部とは反対側の面からエッチングすることによ
り前記開口部を形成する工程とを有することを特徴とす
るノズルプレートの製造方法。
【請求項２２】請求項２１において、前記ノズル開口
を形成する工程は、前記ノズル形成部を等方性エッチン
グにより所定の深さまで除去した凹部を形成する工程
と、前記ノズル形成部の凹部をさらに異方性エッチング
により当該ノズル形成部を貫通して前記ノズル開口とす
る工程とを含むことを特徴とするノズルプレートの製造
方法。
【請求項２３】請求項２１又は２２において、前記ノ
ズル形成部の前記ノズル基板側の少なくとも前記ノズル
開口の周囲に撥水膜を形成する工程をさらに有すること
を特徴とするノズルプレートの製造方法。
【請求項２４】請求項２１〜２３の何れかにおいて、
前記ノズル基板が、面方位（１００）又は（１１０）の
シリコン単結晶基板であり、前記開口部を異方性エッチ
ングにより形成することを特徴とするノズルプレートの
製造方法。
【請求項２５】請求項２１〜２４の何れかの製造方法
によって製造したノズルプレートの前記ノズル形成部
と、前記ノズル開口に連通する圧力発生室を有すると共
に一方面側に該圧力発生室にインクを吐出するための圧
力を発生させる圧力発生手段を有する流路形成基板とを
前記ノズル形成部に形成された前記ノズル開口の配列と
前記圧力発生室の配列とを対応させて接合する工程を有
することを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製
造方法。