JP2007290214A - 液滴吐出ヘッド、加圧液室形成部材の製造方法、液体カートリッジ、及び液滴吐出記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】長尺の流路板においても反りのない流路板を低コストで製作し、高品位な液滴吐出ヘッド、液体カートリッジ、及び液滴吐出記録装置を提供する。
【解決手段】前記加圧液室形成部材３はシリコンで形成されており、かつその表面は耐液性薄膜２２で覆われており、前記加圧液室形成部材３の加圧液室形成面１４には、加圧液室パターン１５が配置され、前記加圧液室形成面１４に対向する面１６には、全面に前記加圧液室パターン１５に似たダミーパターン１８が前記加圧液室パターン１８と対向して前記加圧液室パターン１８の長手方向に対して平行に配置され、かつ前記加圧液室パターン１８の短手方向に対して隣り合うダミーパターンとは千鳥に配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、プリンタ、ファックス、プロジェク等に使用する液滴吐出ヘッド及びその製造方法並びにこの液滴吐出ヘッドを備えた液体カートリッジ、及びこの液体カートリッジを搭載しているプリンタ、ファックス、プロジェク等のインクジェット記録装置に関するものである。

液滴吐出ヘッドとしては、例えば、液体レジストを液滴として吐出する液滴吐出ヘッド、ＤＮＡの試料を液滴として吐出する液滴吐出ヘッド、インクを液滴として吐出する液滴吐出ヘッド等がある。
これらの液滴吐出ヘッド中で、プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ等の画像記録装置（画像形成装置）として用いるインクジェット記録装置は、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する個別液室（インク流路、吐出室、加圧液室、流路とも称される）と、この液室内のインクを加圧するための駆動手段（圧力発生手段）とを備えた液滴吐出ヘッドとしてのインクジェットヘッドを搭載したものである。

ここでは、このインクジェットヘッドを中心に説明をする。インクジェット記録装置は記録時の騒音が極めて小さいこと、高速印字が可能なこと、インクの自由度が高く、安価な普通紙を使用できることなど多くの利点を有する。
この中でも、現在では、記録に不要なインク液滴の回収を必要としないために、記録の必要な時にのみインク液滴を吐出する、いわゆる、インク・オン・デマンド方式が主流となっている。
かかるインク・オン・デマンド方式のインクジェットヘッドには駆動手段が必要であり、この駆動手段に関して、あるいは駆動手段においても必要である流路板（加圧液室形成部材）に関しては、それらの不都合の要因を回避するために種々の技術が開示されている（例えば、特許文献１乃至７参照）。
駆動手段に関しては、圧電素子を用いる技術(特許文献１）、インクを加熱して気泡を発生させ、その圧力でインクを吐出させる技術(特許文献２）、静電気力を利用した技術（特許文献３）などが開示されている。

インクジェット式記録ヘッドを用いてより品質の高いカラー印刷を行おうとすると一層高い解像度が要求されるため、流路板の隔壁等のサイズが必然的に小さくなって、部材の加工や部材の組み立てに高い精度が要求される。
また、近年、印刷スピードの要求が高まっており、そのためには記録ヘッドの長尺化は避けられない状況になっている。記録ヘッドの長尺化においては、当然、そのヘッドを構成する各部品も長尺化が必要になってくる。
その中で前述したどの駆動方式においても必要である流路板（加圧液室形成部材）は、その構造的特長から長尺化においては加工による変形、いわゆる、反りが組み立て精度の低下や接着不良の要因となっておりこれに対する各種提案がなされている。

例えば、特許文献４においては、流路板の流路部となる溝部を形成する部材より熱膨張係数の小さい部材を流路板長手方向の心材として流路板を一体成型することにより、加圧液室が長尺の場合でも反りの発生がないようにすることを提案している。
また、特許文献５では、流路板をヘッドに組み付け時に、板ばね部品を付加して流路板に発生している反りを機械的に解消することが開示されている。さらに、特許文献６では、流路板の短手方向に接着材の逃げ溝が形成されかつこの溝の一端は流路板の縁部に達しており、もう一端は流路板の縁部に達していないことにより流路板の剛性を保つとともに反りを抑制することが開示されている。
加えて、特許文献７では、シリコンで形成された流路板において加圧液室面とノズル面の凹部の体積比が略同じであることを開示している。特許文献８では、ノズル板と流路板を接合するにおいて、その接合面のどちらかのノズル孔周囲に接着材の逃げ部となる凹部を千鳥状に配置することを開示している。
特公平２−５１７３４号公報 特公昭６１−５９９１１号公報 特開平５−５０６０１号公報 特開平１０−１１９２７９号公報 特許第３１９０４５４号 特開２００５−１２５７６８公報 特開２００４−２０９９２２公報 特開平１１−３４８２８２号公報

しかしながら、特許文献４においては、流路板の構造が複雑になることによるコストアップ、特許文献５においては、ヘッド部品点数が増えることによるコストアップ、また、特許文献６においては、構造は簡単でコスト面では問題はないが、流路板の長手方向の反りに対しては有効な手段ではないという問題がある。
そこで、本発明の目的は、上述した実情を考慮して、長尺の流路板においても反りのない流路板を低コストで製作し、高品位な液滴吐出ヘッド、液体カートリッジ、及び液滴吐出記録装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、複数のノズルを形成したノズル形成部材と、前記ノズルが連通しかつ液体を加圧するための加圧液室が形成された加圧液室形成部材と、前記加圧液室内の液体にアクチュエータからの圧力を伝達する振動板とを備えた液滴吐出ヘッドにおいて、前記加圧液室形成部材はシリコンで形成されており、かつその表面は耐液性薄膜で覆われており、前記加圧液室形成部材の加圧液室形成面には、加圧液室パターンが配置され、前記加圧液室形成面に対向する面には、全面に前記加圧液室パターンに似たダミーパターンが加圧液室パターンと対向して加圧液室パターンの長手方向に対して平行に配置され、かつ前記加圧液室パターンの短手方向に対して隣り合うダミーパターンとは千鳥に配置されている液滴吐出ヘッドを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、前記加圧液室パターンの長手方向に対して平行に配置される前記ダミーパターンの長手方向の長さは、前記加圧液室パターン長さの１／１２以上である請求項１記載の液滴吐出ヘッドを特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、前記ダミーパターンの深さは前記加圧液室の深さと同じ深さである請求項１又は２記載の液滴吐出ヘッドを特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、前記ダミーパターンは、シリコン面方位１１１面で囲まれている請求項１又は２記載の液滴吐出ヘッドを特徴とする。
また、請求項５に記載の発明は、前記加圧液室形成部材の前記耐液性薄膜は酸化膜又は窒化チタン膜である請求項１乃至４のいずれか１項記載の液滴吐出ヘッドを特徴とする。

また、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項記載の液滴吐出ヘッドにおける加圧液室形成部材を製造する加圧液室形成部材の製造方法において、前記加圧液室形成部材を、シリコン深掘りドライエッチングと異方性ウェットエッチングとを併用して形成する加圧液室形成部材の製造方法を特徴とする。
また、請求項７に記載の発明は、液滴を吐出する液滴吐出ヘッドとこの液滴吐出ヘッドに液体を供給する液体タンクを一体化した液体カートリッジにおいて、前記液滴吐出ヘッドが請求項１乃至５のいずれか１項記載の液滴吐出ヘッドである液体カートリッジを特徴とする。
また、請求項８に記載の発明は、液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出記録装置において、前記液滴吐出ヘッドが請求項１乃至５のいずれか１項記載の液滴吐出ヘッドである液滴吐出記録装置を特徴とする。

本発明によれば、液滴吐出ヘッドにおいては、千鳥配置されたダミーパターンによりノズル面に骨組み構造が形成されることで加圧液室の剛性が増し、加圧液室形成部材の表裏の加工差と耐液性膜の内部応力により加圧液室形成部材に発生する反りを減少させることができる。これにより液滴ヘッドの組み立て精度の向上を図ることができ、高信頼性を有する液滴吐出ヘッドを得ることができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明によるインクジェットヘッドの構成を示す概略分解斜視図である。図１では、本発明のインクジェットヘッドを構成する、ノズル板１、流路板３、振動板６、アクチュエータ（圧電素子）１０の各部品を示している。
本構成では圧力発生手段であるアクチュエータとして圧電素子１０を示しているが、静電力を圧力発生手段としたもの、熱エネルギを圧力発生手段としたものを使用してもかまわない。

ノズル形成部材であるノズル板１にはインク滴を飛翔させるための微細孔である多数のノズル２が各加圧液室の先端部分に対応して形成されており、このノズル２の径は１０−３５μｍである。ノズル板１は、例えば、ポリイミド等の樹脂フィルムを用いることができる。
また、ノズル板１は、電鋳工法によって製造したＮｉの金属プレートやシリコンやその他金属材料を用いることもできる。なお、ノズル板１には撥水性の表面処理膜を成膜している。
ノズル２が連通しかつ液体を加圧するための加圧液室４が形成された加圧液室形成部材である流路板３はシリコンで形成されており、この流路板３には各ノズル２の孔の連通する連通管５、加圧液室４、流体抵抗部、インク供給孔が形成されている。本発明では、この流路板３について反りのない構造を後述で明らかにする。

振動板６はＮｉ電鋳工法で形成した金属プレートからなり、この振動板６の振動機能部は、圧電素子１０内の非駆動部に接合する梁部７と圧電素子１０内の駆動部と接合する島状凸部８とこの島状凸部８の周囲に形成した厚み２−１０μｍ程度の最薄膜部分９(ダイヤフラム領域)とからなる。
アクチュエータは、セラミックス基板、例えば、チタン酸バリウム、アルミナ、フォルステライトなどの絶縁性の基板１０上に、電気機械変換素子である複数の積層型圧電素子１１を列状に２列配列して接合し、これら２列の各圧電素子１１をダイシングにより切断を行っている。
なお、各列の複数の圧電素子１１はチャンネル方向で駆動波形を印加する駆動部圧電素子１２と駆動波形を印加しない非駆動部圧電素子１３を交互に構成している。ここで、圧電素子１１は厚さ１０−５０μｎ／層のチタン酸ジルコン酸（ＰＺＴ）と厚さ数μｍ/層の銀パラジューム（ＡｇＰｄ）からなる内部電極とを交互に積層したものである。

圧電素子１１を厚さ１０−５０μｎ／層の積層型とすることによって低電圧での駆動を可能としている。なお、電気機械変換素子としてＰＺＴに限られるものではない。
そしてこの圧電素子１１の内部電極を交互に端面に取り出して端面電極とする。一方、アクチュエータ基板１０上に共通電極パターン及び個別電極パターンを駆動部となる圧電素子１２の端面電極に導電性接着剤等を介して電気的に接続する。
他方で、共通電極パターン及び共通電極パターンに接続したＦＰＣケーブルを介してＰＣＢ基板と接続して駆動部１２に駆動波形を印加することによって積層方向の伸びの変位を発生させる。

図２は流路板の加圧液室パターンを示す概略図である。図３は流路板のダミーパターンを示す概略図である。図４は流路板を示す概略図である。図５は図４の流路板の線Ａ−Ａに沿う断面図である。図６は図４の流路板の線Ｂ−Ｂに沿う断面図である。
図２乃至図６を参照して、まず、Ｓｉ流路板３の加圧液室面１４側には加圧液室パターン１５が形成されている。また、Ｓｉ流路板３のノズル面１６側には加圧液室パターン１５に連通する連通管パターン１７及び加圧液室面１４とノズル面１６の表面積差を解消するためのダミーパターン１８が形成されている。
この時、本発明によりダミーパターン１８は、図４の断面Ａ−Ａである図５に示すように、加圧液室パターン１５と対向に配置し、かつダミーパターン１８は加圧液室長さＬｘ（図２）に対して一定の割合で分割されかつ隣り合うダミーパターン１８とは千鳥（後述）に配置されている。

図７は流路板の加圧液室長さとダミーパターンの長さを示す概略図である。図８は本発明による千鳥配置した流路板のダミーパターンを示す概略図である。図９は比較のために示す並列配置した流路板のダミーパターンを示す概略図である。図１０は図８と図９の配置での流路板の反り量の測定結果をグラフで示す図である。図１１は流路板の長手方向の反りを示す概略図である。
本発明による千鳥配置した図８の流路板３のダミーパターン１８での流路板３の反り量と比較のために示した従来技術の並列配置した図９の流路板３のダミーパターン１８での流路板３の反り量を測定した。その結果、実験によれば、図１０に示すように、千鳥配置、すなわち、隣り合う列のダミーパターンを互い違いに配置を行った流路板３の方が反り量において小さいことが明らかになった。

これは、ダミーパターン１８の千鳥配置を行うことにより、流路板３の剛性が高まりかつ耐インク薄膜により生じる内部応力に打ち勝ち、そして流路板３の反りを抑えているためである。
さらには、ダミーパターン１８の長手方向の長さを、加圧液室パターン１５の１／１２程度以上の長さに分割した場合には、剛性は高まるけれども、この場合には、逆に内部応力の増加が大きくなるため加圧液室パターン１５を分割しない場合より反り量が増加する。従って、千鳥配置のダミーパターン１８の長さは加圧液室パターン１５の１／１２程度までが有効である。
このように、流路板３のノズル面１６の骨組み構造がより有効となり、流路板３の剛性が向上し、加圧液室４と同程度の大きさのダミーパターン１８を形成した場合よりさらに流路板３の反り量を小さくすることができる。これにより液滴ヘッドの組み立て精度の向上を図ることができ、高信頼性を有する液滴吐出ヘッドを得ることができる。

図１２は本発明による液滴吐出ヘッドの流路板の第１の製造方法における製造過程を示す概略断面図である。この製造方法において流路板３はシリコン深掘りドライエッチングと異方性ウェットエッチングとを併用して形成する。
図１２において、まず、図１２の（ａ）に示すように、厚さ４００μｍの（１１０）シリコン基板２１を用意し、このシリコン基板２１の上下面に、それぞれ、厚さ１．０μｍのシリコン熱酸化膜２２及び０．２μｍのＬＰ−ＣＶＤ窒化膜２３及び０．３５μｍのポリシリコン膜２４を形成した。
窒化膜２３はＬＰ−ＣＶＤ膜が最も品質（異方性エッチングマスク耐性）が高く、所望寸法の制御に有利であるが、その他の熱ＣＶＤ膜、スパッタ膜、プラズマＣＶＤ膜を用いることもできる。また、シリコン熱酸化膜２２についても同様に熱ＣＶＤ膜、スパッタ膜、プラズマＣＶＤ膜を使用することができる。
次に、図１２の（ｂ）に示すように、ノズル面１６の連通管パターン２５及びダミーパターン２６のレジストパターニングを行い、その後、ポリシリコン膜２４及び窒化膜２３をドライエッチングにてエッチングを行い、図１２の（ｃ）に示すノズル面１６のポリシリコン膜及び窒化膜パターン２７を形成した。

次に、図１２の（ｄ）に示すように、連通管形成パターン２８のレジストパターニングを行った。この時、次工程において使用される一般的なクランプ式酸化膜ドライエッチ装置のクランプ３０ｂが直接レジスト２１ａに接触しないように、ウェハ周辺２９は周辺露光、サイドリンス、バックリンス等によりレジストが除去されている。
このため、クランプ３０ｂとレジスト２１ａの間には僅かな隙間３０ａができる。次に、図１２の（ｅ）に示すように、シリコン酸化膜２２をドライエッチングし酸化膜パターン３０を形成した。
この時、前記隙間３０ａも酸化膜ドライエッチングのプラズマに曝されるけれども、隙間３０ａ表面は、酸化膜とのエッチング選択比の高いポリシリコン膜２２が形成されているため、この部分にはエッチングは進行しない。つまり、ウェハ周辺部においてはシリコンの露出はない。

次に、図１２の（ｆ）に示すように、レジスト除去後にウェハを反転させ、加圧液室面パターン３１のレジストパターニングを行い、その後図１２の（ｇ）に示すようにポリシリコン膜２４及び窒化膜２３をドライエッチングにてエッチングし、加圧液室面１４（図２）のポリシリコン膜及び窒化膜のパターン３２を形成した。
次に、図１２の（ｈ）に示すように連通管形成パターン３３のレジストパターニングを行った。この時、前記の次工程において使用される一般的なクランプ式酸化膜ドライエッチ装置のクランプ３５ｂが直接レジスト２１ａに接触しないようにウェハ周辺３４は周辺露光、サイドリンス、バックリンス等によりレジストが除去されている。
このため、クランプ３５ｂとレジスト２１ａの間には僅かな隙間３５ａができる。次に、図１２の（ｉ）に示すように、シリコン酸化膜２２をドライエッチングし酸化膜パターン３５を形成した。
この時、前記隙間３５ａも酸化膜ドライエッチングのプラズマに曝されるけれども、隙間３５ａの表面は酸化膜とのエッチング選択比の高いポリシリコン膜２４が形成されているため、この部分にはエッチングは進行しない。つまり、ウェハ３４周辺部においてはシリコンの露出はない。

次に、図１２の（ｊ）に示すように、レジスト２１ａ除去後、再度、連通管形状のレジストパターン３６を形成した。この時のレジスト膜厚は８μｍにて行った。
次に、図１２の（ｋ）に示すように、ＩＣＰドライエッチャーを使用してＳｉ基板２１を約３５０μｍ程度の深掘りエッチングを行い、連通管部３７を形成し、その後レジスト３６を除去した。
次に、図１２の（ｌ）に示すように、水酸化カリウム水溶液によりシリコンの異方性エッチングを行い、連通管部３７を貫通、完成させた。この時、ウェハ３４周辺部においては、他のマスク部分と同様に窒化膜、酸化膜に守られ、エッチングの進行はない。

また、この時の水酸化カリウム水溶液でのウェットエッチングによりウェハ３４周辺保護膜のポリシリコン膜２４も除去されるため、このポリシリコン膜２４の除去のための工程を追加する必要はない。
さらに、連通管部３７の貫通形成を前記ＩＣＰエッチングと当該ウェットエッチとの組み合わせで行うことにより、ＩＣＰエッチング単独での貫通形成での不具合、例えば、貫通部からウェハ電極部へのプラズマダメージ、ウェハ裏面冷却用Ｈｅ（ヘリウム）の漏洩、ウェハ吸着が難しくなることによる搬送不良等を回避することができる。また、必要エッチング量が少なくなることにより、高価なＩＣＰエッチャーの負荷を軽減することができ、コストダウンが図れる。

次に、図１２の（ｍ）に示すように、窒化膜２３をマスクとして希フッ酸によってシリコン酸化膜２２のウェットエッチング３８を行う。次いで、図１２の（ｎ）に示すように、再度水酸化カリウム水溶液によりシリコンの異方性エッチングを行い、加圧液室部３９を形成した。
この時、ノズル面１６のダミーパターン４０も同時にかつ加圧液室深さと同じ深さに形成されるため、ダミーパターン４０のみを形成する工程は必要なく低コスト化を実現できる。
最後に、図１２の（ｏ）に示すように、窒化膜２３及びシリコン酸化膜２２の除去を行う。これによりＳｉ流路板の外形形成が完了する。その後、図１２の（ｐ）に示すように、耐インク接液膜としてシリコン酸化膜４１を１μｍの厚さで形成する。また当該接液膜としては窒化チタン膜も有効である。

このように、この製造方法では、ドライエッチングによるＳｉ深掘りエッチングと異方性ウェットエッチングを併用して形成するので、プロセス自由度が大きく量産性に優れた安定した製造プロセスとなり安価で高信頼性を持つ液滴吐出ヘッドを製造することができる。
また、上記製造方法では、ダミーパターンと加圧液室は同時に形成することができるため工程コストを下げることができる。これにより、安価な液滴吐出ヘッドを製造することができる。
さらに、耐液性薄膜が酸化膜または窒化チタン膜である構成とした液滴吐出ヘッドにおいて、アルカリ系のインクを使用する場合にシリコンがインクに溶出しまうことを防止できることにより耐液性が向上し、高信頼性を有する液滴吐出ヘッドを安価に製造することができる。

図１３は本発明による液滴吐出ヘッドの流路板の第２の製造方法における製造過程を示す概略断面図である。まず、図１３の（ａ）に示すように、厚さ４００μｍの（１１０）シリコン基板５１を用意し、厚さ１．０μｍのシリコン熱酸化膜５２及び０．２μｍのＬＰ−ＣＶＤ窒化膜５３及び０．３５μｍのポリシリコン膜５４を形成した。
窒化膜５３はＬＰ−ＣＶＤ膜が最も品質（異方性エッチングマスク耐性）が高く、所望寸法の制御に有利であるが、その他の熱ＣＶＤ膜、スパッタ膜、プラズマＣＶＤ膜を用いることもできる。また、シリコン熱酸化膜５２についても同様に熱ＣＶＤ膜、スパッタ膜、プラズマＣＶＤ膜を使用することができる。
次に、図１３の（ｂ）に示すように、ノズル面連通管部パターン５５及びダミー液室パターン５６のレジストパターニングを行い、その後ポリシリコン膜５４及び窒化膜５３をドライエッチングにてパターニングを行い、図１３の（ｃ）に示すポリシリコン膜５４及び窒化膜２３パターンのノズル面パターン５７を形成した。

次に、図１３の（ｄ）に示すように、レジスト５１ａ除去後、ポリシリコン膜５４パターンをマスクに稀フッ酸によるウェットエッチングを行い、酸化膜パターン５８を形成した。
次に、図１３の（ｅ）に示すように、ウェハを反転し、加圧液室面パターン５９のレジストパターニングを行い、その後、図１３の（ｆ）に示すように、ポリシリコン膜５４及び窒化膜５３をドライエッチングにてエッチングし、ポリシリコン膜５４及び窒化膜５３の液室面パターン６０を形成した。
次に、図１３の（ｇ）に示すように、連通管形成パターン６１のレジストパターニングを行った。この時、次工程において使用される一般的なクランプ式酸化膜ドライエッチ装置のクランプ６３ｂが直接レジストに接触しないようにウェハ６２周辺は周辺露光、サイドリンス、バックリンス等によりレジストが除去されている。

次に、図１３の（ｈ）に示すように、シリコン熱酸化膜５２をドライエッチングし、連通管パターン６３を形成した。この時、前記周辺露光によりクランプ６３ｂとレジスト５１ａの間には僅かな隙間６３ａができるため、この隙間６３ａも酸化膜ドライエッチングのプラズマに曝されるけれども、隙間６３ａの表面は酸化膜とのエッチング選択比の高いポリシリコン膜５４が形成されているためこの部分にはエッチングは進行しない。つまり、ウェハ６２周辺部においてはシリコンの露出はない。
次に、図１３の（ｉ）に示すように、前記（ｈ）でパターニングを行ったレジストをいったん除去し、再度連通管形状にレジストパターン６４を形成した。この時のレジスト膜厚は８μｍにて行った。

次に、図１３の（ｊ）に示すように、ＩＣＰドライエッチャーを使用してシリコン基板５１を３５０μｍ程度の深掘りエッチングを行い、連通管を形成するためのパターン６５を形成し、レジスト６４を除去した。
次に、図１３の（ｋ）に示すように、水酸化カリウム水溶液によりシリコンの異方性エッチングを行い、連通管６６を貫通させた。この時、ノズル面１６のダミー液室６７もエッチングが進行するが、当該部位はエッチングが進行して形成される１１１テーパ面が交差するサイズに分割されており、１１１面が交差した時点でエッチングがストップする。

その後はエッチング時間に依存することなくその形状が維持される。よって、当該ダミー液室６７の形成に捉われることなく、連通管形成のためのエッチング時間を設定できるためプロセス余裕度が大きい。
この時、ウェハ６２周辺部においては他のマスク部分と同様に窒化膜、酸化膜に守られエッチングの進行はない。また、この時の水酸化カリウム水溶液でのウェットエッチングにより酸化膜ドライエッチング時のウェハ６２周辺部保護のためのポリシリコン膜５４も同時に除去されるため、このポリシリコン膜５４の除去のための工程を追加する必要はない。

次に、図１３の（ｌ）に示すように、窒化膜５３をマスクとして稀フッ酸により酸化膜のウェットエッチングを行い、液室面パターン６８を形成する。その後、図１３の（ｍ）に示すように、再度、水酸化カリウム水溶液によりシリコンの異方性エッチングを行い、加圧液室部６９を形成した。
最後に、図１３の（ｎ）に示すように、熱リン酸で窒化膜５３を除去し、次に稀フッ酸で熱シリコン酸化膜５２の除去を行う。これによりＳｉ流路板の外形形成が完了する。その後、図１３の（ｏ）に示すように、耐インク接液膜としてシリコン酸化膜７０を１μｍの厚さで形成する。また、当該接液膜としては窒化チタン膜も有効である。

このように、第２の製造方法でも、ドライエッチングによるＳｉ深掘りエッチングと異方性ウェットエッチングを併用して形成するので、プロセス自由度が大きく量産性に優れた安定した製造プロセスとなり安価で高信頼性を持つ液滴吐出ヘッドを製造することができる。
また、流路板３のダミーパターンのエッチング深さはシリコン面方位１１１交差面が完成された時点で決定され、その時間以上にエッチング時間を追加してもダミーパターンの深さに変化はない。これによりプロセス自由度が広がり、量産性に優れたプロセスフローを持つ液滴吐出ヘッドを製造することができる。

図１４は液滴を吐出する液滴吐出ヘッドとこの液滴吐出ヘッドに液体を供給する液体タンクを一体化した液体カートリッジを示す概略斜視図である。この液体カートリッジ７１は、ノズル７２等を有する上述した実施の形態のいずれかの液滴吐出ヘッド７３と、この液滴吐出ヘッド７３に対して液体を供給する液体タンク７４とを一体化したものである。
このように液体タンク一体型の液滴吐出ヘッドの場合、この液滴吐出ヘッドの性能は直ちに液体カートリッジ全体の性能に繋がるので、前述した高密度、長尺の液滴吐出ヘッドを使用することにより、高画質、高速の液体カートリッジ７１を達成することができる。

図１５は本発明に係るインクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置を示す斜視図である。図１６は図１５のインクジェット記録装置の機構部を示す側面図である。次に、本発明に係るインクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置について図１５及び図１６を参照して説明する。
このインクジェット記録装置（画像形成装置）８１は、その本体内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ９３、このキャリッジ９３に搭載されかつ本発明を実施したインクジェットヘッドからなる記録ヘッド９４、この記録ヘッド９４へインクを供給するインクカートリッジ９５等で構成される印字機構部８２等を収納している。
インクジェット記録装置８１本体の下方部には前方側から多数枚の用紙８３を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい）８４を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙８３を手差しで給紙するための手差しトレイ８５を開倒することができる。

給紙カセット８４或いは手差しトレイ８５から給送される用紙８３を取り込み、印字機構部８２によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ８６に排紙する。
印字機構部８２は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド９１と従ガイドロッド９２とでキャリッジ９３を主走査方向に摺動自在に保持している。
このキャリッジ９３には、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出する本発明に係るインクジェットヘッドからなる記録ヘッド９４を、複数のインク吐出口（ノズル）を主走査方向と交差する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。また、キャリッジ９３には、記録ヘッド９４に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ９５を交換可能に装着している。

インクカートリッジ９５は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェット記録ヘッド９４へインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有している。
インクジェット記録ヘッド９４へ供給されるインクは多孔質体の毛管力によって僅かな負圧に維持されている。また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘッド９４を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドでもよい。
ここで、キャリッジ９３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド９１に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド９２に摺動自在に載置している。
そして、このキャリッジ９３を主走査方向に移動走査するために、主走査モータ９７で回転駆動される駆動プーリ９８と従動プーリ９９との間にタイミングベルト１００を張装し、このタイミングベルト１００をキャリッジ９３に固定しており、主走査モータ９７の正及び逆回転によりキャリッジ９３が往復駆動される。

一方、給紙カセット８４にセットした用紙８３を記録ヘッド９４の下方側に搬送するために、給紙カセット８４から用紙８３を分離給装する給紙ローラ１０１及びフリクションパッド１０２と、用紙８３を案内するガイド部材１０３と、給紙された用紙８３を反転させて搬送する搬送ローラ１０４と、この搬送ローラ１０４の周面に押し付けられる搬送コロ１０５及び搬送ローラ１０４からの用紙８３の送り出し角度を規定する先端コロ１０６とを設けている。搬送ローラ１０４は副走査モータ１０７によってギヤ列を介して回転駆動される。
そして、キャリッジ９３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１０４から送り出された用紙８３を記録ヘッド９４の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材１０９を設けている。この印写受け部材１０９の用紙搬送方向下流側には、用紙８３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ１１１、拍車１１２を設け、さらに用紙８３を排紙トレイ８６に送り出す排紙ローラ１１３及び拍車１１４と、排紙経路を形成するガイド部材１１５、１１６とを配設している。

記録時には、キャリッジ９３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド９４を駆動することにより、停止している用紙８３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙８３を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙８３の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ、用紙８３を排紙する。
また、キャリッジ９３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、記録ヘッド９４の吐出不良を回復するための回復装置１１７を配置している。この回復装置１１７は図示してないがキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。
キャリッジ９３は、印字待機中には、回復装置１１７側に移動されてキャッピング手段で記録ヘッド９４をキャッピングする位置に置かれ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。

吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段で記録ヘッド９４の吐出口（ノズル）を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。
また、吸引されたインクは、インクジェット記録装置８１の本体下部に設置された廃インク溜（図示せず）に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。
このように、このインクジェット記録装置８１においては本発明を実施したインクジェット記録ヘッドを搭載しているので、生産性に優れるとともに、高画質、高速での記録を行うことができる。また高速であるので、インクジェット記録装置８１全体の消費電力も低減できる。

なお、上記実施の形態においては、本発明をインクジェット記録ヘッドに適用したが、インク以外の液滴、例えば、パターニング用の液体レジストを吐出する液滴吐出ヘッドにも適用することできる。

本発明によるインクジェットヘッドの構成を示す概略分解斜視図である。 流路板の加圧液室パターンを示す概略図である。 流路板のダミーパターンを示す概略図である。 流路板を示す概略図である。 図４の流路板の線Ａ−Ａに沿う断面図である。 図４の流路板の線Ｂ−Ｂに沿う断面図である。 流路板の加圧液室長さとダミーパターンの長さを示す概略図である。 本発明による千鳥配置した流路板のダミーパターンを示す概略図である。 比較のために示す並列配置した流路板のダミーパターンを示す概略図である。 図８と図９の配置での流路板の反り量の測定結果をグラフで示す図である。 流路板の長手方向の反りを示す概略図である。 本発明による液滴吐出ヘッドの流路板の第１の製造方法における製造過程を示す概略断面図である。 本発明による液滴吐出ヘッドの流路板の第２の製造方法における製造過程を示す概略断面図である。 液滴を吐出する液滴吐出ヘッドとこの液滴吐出ヘッドに液体を供給する液体タンクを一体化した液体カートリッジを示す概略斜視図である。 本発明に係るインクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置を示す斜視図である。 図１５のインクジェット記録装置の内部機構を示す図である。

符号の説明

１ ノズル形成部材（ノズル板）
２ ノズル
３ 加圧液室形成部材（流路板）
４ 加圧液室
６ 振動板
１０ アクチュエータ（基板）
１１ アクチュエータ（圧電素子）
１４ 加圧液室形成面（加圧液室面）
１５ 加圧液室パターン
１６ 加圧液室形成面に対向する面（ノズル面）
１７ 連通管パターン
１８ 加圧液室パターンに似たパターン（ダミーパターン）
２１ シリコン基板
２２ シリコン熱酸化膜（耐液性薄膜）
２３ 窒化膜
２４ ポリシリコン膜
２５ 連通管パターン
２６ ダミーパターン
３７ 連通管部
３９ 加圧液室部
４０ ダミーパターン
５１ シリコン基板
５２ シリコン熱酸化膜
５３ 窒化膜
５４ ポリシリコン膜
６７ ダミー液室
７１ インクカートリッジ
８１ インクジェット記録装置
９４ 液滴吐出ヘッド

Claims (8)

1. 複数のノズルを形成したノズル形成部材と、前記ノズルが連通しかつ液体を加圧するための加圧液室が形成された加圧液室形成部材と、前記加圧液室内の液体にアクチュエータからの圧力を伝達する振動板とを備えた液滴吐出ヘッドにおいて、前記加圧液室形成部材はシリコンで形成されており、かつその表面は耐液性薄膜で覆われており、前記加圧液室形成部材の加圧液室形成面には、加圧液室パターンが配置され、前記加圧液室形成面に対向する面には、全面に前記加圧液室パターンに似たダミーパターンが前記加圧液室パターンと対向して前記加圧液室パターンの長手方向に対して平行に配置され、かつ前記加圧液室パターンの短手方向に対して隣り合うダミーパターンとは千鳥に配置されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
2. 前記加圧液室パターンの長手方向に対して平行に配置される前記ダミーパターンの長手方向の長さは、前記加圧液室パターン長さの１／１２以上であることを特徴とする請求項１記載の液滴吐出ヘッド。
3. 前記ダミーパターンの深さは前記加圧液室の深さと同じ深さであることを特徴とする請求項１又は２記載の液滴吐出ヘッド。
4. 前記ダミーパターンは、シリコン面方位１１１面で囲まれていることを特徴とする請求項１又は２記載の液滴吐出ヘッド。
5. 前記加圧液室形成部材の前記耐液性薄膜は酸化膜又は窒化チタン膜であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の液滴吐出ヘッド。
6. 請求項１乃至４のいずれか１項記載の液滴吐出ヘッドにおける加圧液室形成部材を製造する加圧液室形成部材の製造方法において、前記加圧液室形成部材を、シリコン深掘りドライエッチングと異方性ウェットエッチングとを併用して形成することを特徴とする加圧液室形成部材の製造方法。
7. 液滴を吐出する液滴吐出ヘッドとこの液滴吐出ヘッドに液体を供給する液体タンクを一体化した液体カートリッジにおいて、前記液滴吐出ヘッドが請求項１乃至５のいずれか１項記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とする液体カートリッジ。
8. 液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出記録装置において、前記液滴吐出ヘッドが請求項１乃至５のいずれか１項記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とする液滴吐出記録装置。

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