JP2010284825A - 液滴吐出ヘッド、液体カートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高い寸法精度、信頼性、耐久性を確保しつつ、各液室間の相互干渉を抑えることができる液滴吐出ヘッドと、該液滴吐出ヘッドを用いた液体カートリッジと、前記液滴吐出ヘッド又は液体カートリッジを搭載した画像形成装置を提供する。
【解決手段】圧電体素子２を有する振動板３上に、ノズル孔６を有する複数の加圧液室５が配列されてなる液滴吐出ヘッド１において、隣接する加圧液室５の間を仕切る隔壁４ａと、前記加圧液室５のノズル層４ｂが、単結晶シリコンよりもヤング率の大きな無機材料で一体的に形成されてなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、加圧液室のインクに加圧エネルギーを加えノズルから該インクを液滴として吐出する液滴吐出ヘッド、該液滴吐出ヘッドを有する液体カートリッジ及び画像形成装置に関するものである。

プリンタやファクシミリ装置、複写装置、プロッタ等の画像記録装置あるいは画像形成装置として用いるインクジェット記録装置において使用する液滴吐出ヘッドは、液滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する加圧液室（吐出室、圧力室、インク流路とも称される）と、この加圧液室内のインクを加圧するエネルギーを発生する素子を備え、加圧するエネルギーによって液室内の記録液に圧力を作用させてノズルから液滴を吐出させる。

このような液滴吐出ヘッドとしては、電気機械変換素子などの圧電型アクチュエータを用いたもの、電極間の静電力を利用する静電型アクチュエータを用いるもの、電気熱変換素子であるサーマル型などがあり、高速化、高密度化等、益々高機能化の要求に答えるべく現在開発が盛んに行われている。

ここで、これら液滴吐出ヘッドでは、ノズル列の高密度化に伴い顕著化する課題がある。特に、高密度化に伴い隣接する加圧液室間の隔壁幅が小さくなり、滴敵吐出時の隣接する加圧液室間相互作用（液室撓み）が無視できなくなってきており、安定した液滴吐出が困難となっている。

また、これまでの液滴吐出ヘッドでは、例えば特許文献１に見られるようにノズル基板、液室基板、圧力変換素子基板を各々接着剤等で接合することにより組み立てられていたが、ノズル列の高密度化に伴いアライメントずれが無視できなくなってきており、液滴吐出のノズル間ばらつき、製造ばらつき、及び製品歩留まりを鑑みて各々に高い寸法精度が求められている。そこで、特許文献２，３のように液室、ノズル形成に接合技術を用いず、圧力変換素子を形成した基板上に微細加工技術を用いて直接液室やノズルを精度よく形成することが知られている。

しかしながら、特許文献１に記載されている液滴吐出ヘッドでは、先に述べたとおり、各基板の接合精度が十分得られず、接合寸法誤差(ばらつき)が大きくなるため、精度の高い液滴吐出ヘッドを作りこむことができない。また、複数の基板を作製しなければならないし、ウェハレベルでの接合は難しく、チップ化してから各液滴吐出ヘッド毎に組み立てる必要がある為、製造コスト増加、歩留まりへの影響が懸念され製品コストが高くなる欠点がある。また、各基板を接着剤で接合している為、接着剤の耐熱性が１００℃前後と低く、後の工程への制約が大きくなり、仮に接着剤の軟化点温度付近の熱履歴が掛かると各基板の熱膨張率の違いから基板同士がずれたり、剥がれたりする可能性もある。

これに対し、特許文献２、３に記載の発明では、各々のアライメントを含めた寸法精度は、微細加工技術を駆使する為に特許文献１と比べて格段に向上する。しかし、液室、及びノズルを膜剛性の小さい樹脂材を適用している為、各液室間で液滴吐出時に液室の圧力変動に伴い液室の隔壁が撓むことによる相互干渉を生じ、安定した液滴吐出が得られない可能性がある。また、ノズル列の高密度が進むほど隔壁幅が更に小さくなることから、益々隔壁剛性が低下し、この相互干渉の影響は更に大きくなる。従って、液滴吐出ばらつきが大きくなり、満足する出力画像画質を得ることができない。また、上記のように加圧液室や共通液室の隔壁に樹脂材を使用していることから、耐液性、耐熱性に大きな制限が加わる為、製造工程の制約が大きくなる、さらに、製品の使用期間中に樹脂材が基板から剥離する等の問題が生じる恐れがあり、製品の信頼性、耐久性が十分得られないなどの問題点がある。

本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、微細加工技術を駆使して、高い寸法精度、信頼性、耐久性を確保しつつ、各液室間の相互干渉を抑えることができる液滴吐出ヘッドと、該液滴吐出ヘッドを用いた液体カートリッジと、前記液滴吐出ヘッド又は液体カートリッジを搭載した画像形成装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために提供する本発明は、以下の通りである。
〔１〕 液体吐出エネルギー発生部（圧電体素子２）を有する基板（振動板３）上に、液滴吐出孔（ノズル孔６）を有する複数の加圧液室（加圧液室５）が配列されてなる液滴吐出ヘッドにおいて、隣接する前記加圧液室の間を仕切る隔壁（隔壁４ａ）は、単結晶シリコンよりもヤング率の大きな無機材料で形成されてなることを特徴とする液滴吐出ヘッド（液滴吐出ヘッド１、図１〜図３）。
〔２〕 前記隔壁は、単結晶シリコンよりもヤング率の大きな無機材料の薄膜が単層で（第１の実施の形態、図４，図６）または複数層に積層されて（第２の実施の形態、図７，図８）形成されていることを特徴とする前記〔１〕に記載の液滴吐出ヘッド。
〔３〕 前記隔壁は、少なくとも窒化珪素を含む材料で形成されてなることを特徴とする前記〔１〕または〔２〕に記載の液滴吐出ヘッド。
〔４〕 前記加圧液室の液滴吐出孔形成領域（ノズル層４ｂ）は、単結晶シリコンよりもヤング率の大きな無機材料で形成されてなることを特徴とする前記〔１〕〜〔３〕のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド（図１〜図３）。
〔５〕 前記隔壁と液滴吐出孔形成領域は、一体に形成されて高剛性部（高剛性部４）を構成することを特徴とする前記〔４〕に記載の液滴吐出ヘッド（図１〜図３）。
〔６〕 前記高剛性部は、引張応力の内部応力を有する薄膜からなることを特徴とする前記〔５〕に記載の液滴吐出ヘッド。
〔７〕 前記高剛性部は、ドライプロセスで形成される薄膜からなることを特徴とする前記〔６〕に記載の液滴吐出ヘッド。
〔８〕 前記液体吐出エネルギー発生部は、電気機械変換素子または電気熱変換素子であることを特徴とする前記〔１〕〜〔７〕のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
〔９〕 前記〔１〕〜〔８〕のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドと、該液滴吐出ヘッドに記録液を供給する液体タンクと、を備えることを特徴とする液体カートリッジ（インクカートリッジ８０、図９）。
〔１０〕 前記〔１〕〜〔８〕のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドまたは前記〔９〕に記載の液体カートリッジを備えることを特徴とする画像形成装置（インクジェット記録装置９０、図１０，図１１）。

本発明の液滴吐出ヘッドによれば、加圧液室間の隔壁を剛性の高い材料で形成しているので、液滴吐出の際の加圧液室内の圧力変動が各加圧液室間で相互に干渉することを抑制して液滴吐出特性のばらつきを低減でき、高精度で安定した信頼性の高い液滴吐出が可能となる。また、加圧液室の吐出ノズルのある部分（ノズル層）を剛性の高い材料で形成しているので、液滴吐出の際の加圧液室内の圧力変動が各加圧液室間で相互に干渉することをより抑制して液滴吐出特性のばらつきを低減でき、高精度で安定した信頼性の高い液滴吐出が可能となる。また、液滴吐出ヘッドの製造コストの低減、製品歩留の向上が見込める。
また、本発明の画像形成装置によれば、本発明の液滴吐出ヘッド又は液体カートリッジを有し、該液滴吐出ヘッドのノズル孔からインク滴を安定して吐出するので、良質な画像を安定して形成することが可能となるとともに製造不良が減少して低コスト化を図ることができる。

本発明に係る液滴吐出ヘッドの構成を示す斜視図である。 図１の液滴吐出ヘッドにおける加圧液室の断面図である。 本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法の第１の実施の形態の製造工程（１）を示す加圧液室の短辺長方向の断面図である。 本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法の第１の実施の形態の製造工程（２）を示す加圧液室の短辺長方向の断面図である。 本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法の第１の実施の形態の製造工程（１）を示す加圧液室の長辺長方向の断面図である。 本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法の第１の実施の形態の製造工程（２）を示す加圧液室の長辺長方向の断面図である。 本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法の第２の実施の形態の製造工程を示す加圧液室の短辺長方向の断面図である。 本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法の第２の実施の形態の製造工程を示す加圧液室の長辺長方向の断面図である。 本発明に係る液体カートリッジの外観図である。 本発明に係る画像形成装置であるインクジェット記録装置の外観図である。 図１０のインクジェット記録装置の機構部の構成を示す断面図である。

以下に、本発明に係る液滴吐出ヘッドについて説明する。
図１は本発明に係る液滴吐出ヘッドの斜視図、図２は図１の液滴吐出ヘッドの断面図である。なお、図２（ａ）は加圧液室短辺長方向の断面図、図２（ｂ）は加圧液室長辺長方向の断面図である。
図に示すように、液滴吐出ヘッド１は、液体吐出エネルギー発生部である圧電体素子２を有する基板（振動板３）上に、液滴吐出孔（ノズル孔６）を有する複数の加圧液室５が配列されてなり、圧電体素子２及び振動板３からなる圧電型アクチュエータを用いてノズル基板面部に設けたノズル孔６から液滴を吐出させるサイドシュータータイプのものである。詳しくは、液滴吐出ヘッド１は、共通電極１０，圧電体１２，個別電極１１からなる圧電体素子２と、振動板３と、該振動板３上に設けられる加圧液室５，加圧液室５に液体を供給する為の流体抵抗部７，共通液室８と、加圧液室５ごとに設けられ液滴を吐出するノズル孔３１と、から構成されている。また、共通液室８の振動板３には、共通インク供給口９が開口されており、ここから液滴であるインクを外部から供給できるようになっている。

なお、加圧液室５は、振動板３と、隣接する加圧液室５を仕切る隔壁４ａと、シリコン部材２１ａ（あるいは後述する被覆層４ｃ）と、ノズル孔６が設けられる液滴吐出孔形成領域であるノズル層４ｂと、を壁面として囲まれた空間である。

また、振動板３の加圧液室５とは反対面側に、共通電極１０，圧電体１２，個別電極１１が積層されてなる圧電体素子２が形成されている。また、加圧液室５の振動板３に対向する面がノズル層４ｂとなっている。

このように構成された液滴吐出ヘッド１において、各加圧液室５内に液体、例えば記録液（インク）が満たされた状態で、図示しない制御部から画像データに基づいて、発振回路により、記録液の吐出を行いたいノズル孔６に対応する個別電極１１に対して、２０Ｖのパルス電圧を印加する。この電圧パルスを印加することにより、圧電体１２は、電歪効果により圧電体１２そのものが振動板３と平行方向に縮むことにより、振動板３が加圧液室５側に凸となるように撓むことになる。これにより、加圧液室５内の圧力が急激に上昇して、加圧液室５に連通するノズル孔６から記録液が吐出されるようになる。次に、パルス電圧印加後は、縮んだ圧電体１２が元に戻ることから撓んだ振動板３は、元の位置に戻るため、加圧液室５内が共通液室８内に比べて負圧となり、共通液室８から流体抵抗部７を通って記録液が加圧液室５に供給される。
以上の動作制御を繰り返すことにより、液滴吐出ヘッド１は液滴を連続的に吐出でき、液滴吐出ヘッド１に対向して配置された被記録媒体（用紙）に画像を形成することが可能となる。

ここで、隔壁４ａとノズル層４ｂとは、単結晶シリコンよりもヤング率の大きな無機材料、例えば、少なくとも窒化珪素を含む材料で一体に形成されており、高剛性部４を構成している。これにより、加圧液室５は、振動板３を除き大部分が高剛性の材料で囲まれることになる。なお、単結晶シリコンのヤング率は例えば１９３ＧＰａである。

また、隔壁４ａ及びノズル層４ｂは、後述するように、単結晶シリコンよりもヤング率の大きな無機材料の薄膜が単層でまたは複数層に積層されて形成されていることが好ましく、引張応力の内部応力を有する薄膜からなることがより好ましい。そのような薄膜は、プラズマＣＶＤ法などのドライプロセスで形成することが可能である。

（高剛性部４による作用効果）
液滴吐出ヘッド１における各加圧液室５間の隔壁４ａの剛性の指標となるコンプライアンスＣｗは、一般的に次式（１）で示される。ここで、隔壁高さＷ、隔壁長さＬ、隔壁厚さｔ、隔壁のヤング率Ｋである。
Ｃｗ＝８／１５×（Ｗ^５・Ｌ）/（３５・Ｋ・ｔ^３） ・・・（１）

例えば、液滴吐出ヘッド１のノズル列３００ｄｐｉの場合、加圧液室５間の隔壁幅２５μｍ程度になるが、特許文献１のように加圧液室隔壁を含む第一の基板と個別電極を含む第二の基板を接着剤で接合する為に基板同士の貼り合わせのアライメントずれが、片側±５μｍとすると隔壁幅は１５μｍ程度にする必要がある。この場合、第一の基板がヤング率１６０〜２００ＧＰａ程の単結晶シリコンの場合でさえ、加圧液室の隔壁剛性が十分でなく、隣接する加圧液室の相互干渉の影響を受ける。また、特許文献２、３に示す構造にあっては、微細加工技術を駆使する為、加圧液室隔壁の寸法ばらつきと基板とのアライメントずれを考慮しても隔壁幅２３μｍ程度は確保できる。しかし、隔壁材料がヤング率５ＧＰａ程度の樹脂材である為、やはり十分な隔壁剛性が得られず、所望の液滴特性を精度良く安定して得ることができない。

これに対して、本発明では、隣接する加圧液室部５を隔てる隔壁４ａを、後述するように基板に直接成膜し、微細加工技術を駆使することにより、例えばヤング率２９０ＧＰａ程度の窒化珪素を隔壁材料とし、隔壁幅２３μｍで形成している。これにより、隔壁４ａの剛性は特許文献１記載のものの約５〜７倍、特許文献２，３記載のものの約７０倍となり、隔壁として十分な剛性を得ることができる。従って、本発明の液滴吐出ヘッドでは、隔壁４ａによって、液滴吐出動作の際の加圧液室５内の圧力変動が各加圧液室５間で相互に干渉することを抑制できることから、液滴吐出特性のばらつきを低減でき高精度で信頼性の高い液滴吐出ヘッドを実現できる。

また、液滴吐出ヘッド１では、ノズル層４ｂが隔壁４ａと同じ材料で隔壁４ａと一体に形成され、高剛性部４を構成している。これにより、隔壁４ａの剛性をさらに向上させることができ、液滴吐出動作の際の加圧液室５内の圧力変動が各加圧液室５間で相互に干渉することをより抑制することが可能となる。
また、液滴吐出ヘッドの製造コスト低減、製品歩留まりの向上も見込める。

つぎに、本発明の液滴吐出ヘッド１の製造方法について説明する。
図３〜図６は、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法の第１の実施の形態の製造工程を示す断面図である。なお、図３，図４は、加圧液室５の短辺長方向の断面における工程図であり、図５，図６は、加圧液室５の長辺長方向の断面における工程図である。
以下、図３〜図６を参照しながら、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造工程について説明する。

（Ｓ１１） 単結晶シリコンからなるシリコン基板２１（例えば、板厚４００μｍ）と、該シリコン基板２１上に設けられた埋め込みシリコン酸化膜２２（厚さ５００ｎｍ）と、活性シリコン層２３（厚さ２μｍ）とからなるＳＯＩ基板２０を用意し、活性シリコン層２３の表面を一般的な熱酸化法により３００ｎｍ厚のシリコン酸化膜２４を形成する（図３（ａ）、図５（ａ））。これら埋め込みシリコン酸化膜２２、活性シリコン層２３、及びシリコン酸化膜２４は、のちに振動板３として機能する。次に、ＴｉとＰｔからなる共通電極１０をスパッタ法で例えば各々厚さ３０ｎｍと１００ｎｍで成膜する。
（Ｓ１２） 次に、共通電極１０上に、圧電体１２としてＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）からなる薄膜を例えばスパッタ法で厚さ２μｍで成膜し、ついで後に個別電極１１となるＰｔからなる薄膜をスパッタ法で厚さ１００ｎｍで成膜する（図２（ｂ）、図５（ｂ））。ここで、圧電体１２の成膜方法は、スパッタ法に限らず、例えばイオンプレーティング法、エアーゾル法、インクジェット法等などで成膜してもよい。
（Ｓ１３） 次に、リソグラフィ及びエッチング（リソエッチ）法により、個別電極１１と圧電体１２をパターニングして、後に形成する加圧液室５に対応する位置に、共通電極１０，圧電体１２，個別電極１１からなる圧電体素子２を形成する（図３（ｃ）、図５（ｃ））。
（Ｓ１４） 次に、後の加圧液室５、共通インク供給口９、流体抵抗部７を形成するために、シリコン基板２１を所望の厚さｔになるように、公知の技術で研磨する。研磨法以外にもエッチングなどでもよい（図３（ｄ）、図５（ｄ））。

（Ｓ１５） 次に、リソエッチ法によりシリコン基板２１に加圧液室形成溝３０を形成する（図４（ｅ）、図６（ｅ））。これにより、シリコン基板２１は、シリコン部材２１ａ，２１ｂとなる。図４における加圧液室形成溝３０は後に隣接する加圧液室５を仕切る隔壁４ａとなる部分であり、図６における加圧液室形成溝３０は後に加圧液室５、流体抵抗部７及び共通液室８に面するシリコン部材２１ａの被覆層４ｃとなる部分である。

（Ｓ１６） 次に、隔壁４ａ、ノズル層４ｂ及び被覆層４ｃとなる高剛性膜Ａ ３１を、圧電体１２のキュリー温度以下である３２０度以下の条件で、シリコン部材２１ａ，２１ｂ表面を被覆するとともに加圧液室隔壁形成溝３０が埋まるようにプラズマＣＶＤ法で成膜する（図４（ｆ）、図６（ｆ））。

高剛性膜Ａ ３１は、ヤング率が２００ＧＰａ以上の薄膜である。また、最終的に隔壁４ａとノズル層４ｂとしたときにこれらの領域で隔壁撓みが生じないように、高剛性膜Ａ ３１の内部応力が引張応力となるようにプラズマＣＶＤ法の成膜条件を調整するとよい。これらの要件を満たすために、例えば高剛性膜Ａ ３１を窒化珪素膜とするとよい。あるいは窒化珪素膜以外でも薄膜のヤング率と内部応力が最適である膜種であれば、他の膜でもよい。なお、薄膜の内部応力の状態を確認するのは、例えば薄膜内部応力測定装置を用いて測定したり、薄い基板上に成膜してその反り具合で判断したりすればよい。また、高剛性膜Ａ ３１の膜厚としては、例えば加圧液室隔壁形成溝３０の幅が２５μｍであれば、１２．５μｍ以上必要であり、これにノズル層４ｂとして必要な膜厚を考慮して、最終的な高剛性膜Ａ ３１の膜厚を決めるとよい。
高剛性膜Ａ ３１成膜の後、共通電極１０及び振動板３の一部をリソエッチ法で除去して、共通インク供給口９を開口する。

（Ｓ１７） 次に、シリコン部材２１ｂの圧電体素子２とは反対側の面の表面に成膜された高剛性膜Ａ ３１（ノズル層４ｂ）について、リソエッチ法により、所望の箇所に開口して、ノズル孔６を形成する（図４（ｇ）、図６（ｇ））。
（Ｓ１８） 次に、シリコン部材２１ｂにおいて、加圧液室５、流体抵抗部７、共通液室８になる箇所を犠牲層プロセスで除去する。ここで、アルカリ溶液、例えば１０％ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）溶液に基板を浸漬させ、ノズル孔６と共通インク供給口９から浸入する該アルカリ溶液と接触するシリコン部材２１ｂをエッチングし完全に除去し、シリコン部材２１ａは被覆層４ｃによりアルカリ溶液から保護されるようにすることにより、加圧液室５、流体抵抗部７、共通液室８の空間が形成され、液滴吐出ヘッド１が完成する（図４（ｈ）、図６（ｈ））。

このように隔壁４ａ及びノズル層４ｂを単結晶シリコンよりヤング率の大きい材料で構成し、微細加工技術を適用して、液滴吐出ヘッドを形成することにより、隔壁４ａのコンプライアンスを小さくすることができ、且つ圧電体素子２、振動板３及び加圧液室５のアライメントを高精度に実現できることから、所望の液滴吐出特性をばらつき少なく得ることができ、高精度、高密度で信頼性の高い液滴吐出ヘッドが実現できる。

つぎに、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法の第２の実施の形態について説明する。
図７，図８は、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法の第２の実施の形態の製造工程を示す断面図である。なお、図７は、加圧液室５の短辺長方向の断面における工程図であり、図８は、加圧液室５の長辺長方向の断面における工程図である。
以下、図７，図８を参照しながら、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造工程について説明する。なお、本実施形態の製造工程のうち前半部分は、第１の実施の形態におけるステップＳ１１〜Ｓ１５（図３（ａ）〜（ｄ）、図４（ｅ）、図５（ａ）〜（ｄ）、図６（ｅ））と同じであるため省略する。

（Ｓ２６） 次に、後の加圧液室５等を形成するときの犠牲層プロセスでの加圧液室隔壁保護膜として、処理温度が圧電体１２のキュリー温度以下のプラズマＣＶＤ法でシリコン酸化膜(不図示)を薄く（１００ｎｍ程度）成膜する。ついで、隔壁４ａ、ノズル層４ｂ及び被覆層４ｃとなる高剛性膜Ｂ ３２と高剛性膜Ａ ３１両方でシリコン部材２１ａ，２１ｂ表面を被覆するとともに加圧液室隔壁形成溝３０が埋まるように成膜する（図７（ｆ）、図８（ｆ））。

高剛性膜Ｂ ３２と高剛性膜Ａ ３１は、それぞれのヤング率が２００ＧＰａ以上の薄膜である。また、最終的に隔壁４ａとノズル層４ｂとしたときにこれらの領域で隔壁撓みが生じないように、高剛性膜Ｂ ３２と高剛性膜Ａ ３１を合わせた内部応力が引張応力となるように成膜条件を調整する。これらの条件を満たすために、例えば高剛性膜Ｂ ３２をスパッタ法で成膜するＴｉＮ膜（ヤング率約６００ＧＰａ）、高剛性膜Ａ ３１をプラズマＣＶＤ法で成膜する窒化珪素膜（ヤング率約２９０ＧＰａ）などとするとよい。あるいは高剛性膜Ｂ ３２、高剛性膜Ａ ３１は、窒化珪素膜、ＴｉＮ膜に限ったものではなく、ヤング率と内部応力が最適である膜種であれば、他の膜種とその組み合わせでも構わない。また、高剛性膜Ａ ３１の膜厚としては、例えば加圧液室隔壁形成溝３０の幅が２５μｍであれば、高剛性膜Ｂ ３２の膜厚を１００ｎｍとすれば、２４．９μｍ以上必要であり、これにノズル層４ｂとして必要な膜厚を考慮して、高剛性膜Ａ ３１の膜厚を決めるとよい。
高剛性膜Ｂ ３２、高剛性膜Ａ ３１成膜の後、共通電極１０及び振動板３の一部をリソエッチ法で除去して、共通インク供給口９を開口する。

（Ｓ２７） 次に、シリコン部材２１ｂの圧電体素子２とは反対側の面の表面に成膜された高剛性膜Ａ ３１及び高剛性膜 Ｂ３１（ノズル層４ｂ）について、リソエッチ法により、所望の箇所に開口して、ノズル孔６を形成する（図７（ｇ）、図８（ｇ））。
（Ｓ２８） 次に、シリコン部材２１ｂにおいて、加圧液室５、流体抵抗部７、共通液室８になる箇所を犠牲層プロセスで除去する。ここで、アルカリ溶液、例えば１０％ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）溶液に基板を浸漬させ、ノズル孔６と共通インク供給口９から浸入する該アルカリ溶液と接触するシリコン部材２１ｂをエッチングし完全に除去し、シリコン部材２１ａはシリコン酸化膜及び被覆層４ｃによりアルカリ溶液から保護されるようにすることにより、加圧液室５、流体抵抗部７、共通液室８の空間が形成され、液滴吐出ヘッド１が完成する（図７（ｈ）、図８（ｈ））。

第２の実施の形態では、加圧液室５の隔壁４ａ及びノズル層４ｂに厚膜成膜できないが大きいヤング率を示す高剛性膜Ｂ ３２を高剛性膜Ａ ３１と組み合わせた積層構造とすることにより、第１の実施の形態に比べてさらに隔壁４ａのコンプライアンスを小さくできることから、更なるノズルの高密度化に対応できるばかりでなく、第１の実施の形態と同様高精度で信頼性の高い液滴吐出ヘッドが実現でき、所望の液滴吐出特性をばらつき少なく得ることができる。なお、この高剛性膜Ａ ３１と高剛性膜Ｂ ３２の積層構造は２層に限らずさらに多層の積層構造としてもよい。

ところで、前述した本発明の液滴吐出ヘッドに対してインクなどの液体を供給する液体タンクを一体化して液体カートリッジとしてもよい。
図９に、その液体カートリッジであるインクカートリッジの外観図を示す。このインクカートリッジ８０は、ノズル孔６等を有する前述した本発明に係る液滴吐出ヘッド１と、この液滴吐出ヘッド１に対してインクを供給する液体タンクであるインクタンク８２とを一体化したものである。このようにインクタンク８２が一体型の液滴吐出ヘッド１の場合、アクチュエータ部を高精度化、高密度化、および高信頼化することで、インクカートリッジ８０の歩留まりや信頼性を向上することができ、インクカートリッジ８０の低コスト化を図ることができる。

つぎに、本発明に係る画像形成装置について説明する。
本発明に係る画像形成装置は、液滴を吐出させて画像を形成する画像形成装置であって、前述した本発明の液滴吐出ヘッド又は本発明の一体型液滴吐出ヘッドユニットである液体カートリッジを備えていることを特徴とする。
ここでは、図１０及び図１１を用いて、本発明の液滴吐出ヘッド１を搭載した画像形成装置であるインクジェット記録装置を実施例として説明する。なお、図１０は同記録装置の斜視説明図、図１１は同記録装置の機構部の側面説明図である。

このインクジェット記録装置は、記録装置本体の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ９８、キャリッジ９８に搭載した本発明の液滴吐出ヘッド（記録ヘッド）１、液滴吐出ヘッド１へインクを供給するインクカートリッジ９９等で構成される印字機構部９１等を収納し、装置本体の下方部には前方側から多数枚の用紙９２を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）９３を抜き差し自在に装着することができる。また、用紙９２を手差しで給紙するために開かれる手差しトレイ９４を有し、給紙カセット９３あるいは手差しトレイ９４から給送される用紙９２を取り込み、印字機構部９１によって所要の画像を記録した後、後面側の装着された排紙トレイ９５に排紙する。

印字機後部９１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９６と従ガイドロッド９７とキャリッジ９８を主走査方向に摺動自在に保持し、このキャリッジ９８には、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンダ(Ｍ）、ブラック(Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出する液滴吐出ヘッド１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９８には液滴吐出ヘッド１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９９を交換可能に装着している。

インクカートリッジ９９は、上方に大気と連通する大気口、下方には液滴吐出ヘッド１へインクを供給する供給口が設けられ、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力により液滴吐出ヘッド１へ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。また、液滴吐出ヘッド１としては各色の液滴吐出ヘッド１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個の液出ヘッドでもよい。

ここで、キャリッジ９８は後方側（用紙搬送下流側)を主ガイドロッド９６に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送上流側)を従ガイドロッド９７に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ９８を主走査方向に移動走査するため、主走査モーター１０１で回転駆動される駆動プーリ１０２と従動プーリ１０３との間にタイミングベルト１０４を張装し、このタイミングベルト１０４をキャリッジ９８に固定しており、主走査モーター１０１の正逆回転によりキャリッジ９８が往復駆動される。

一方、給紙カセット９３にセットした用紙９２を液滴吐出ヘッド１に下方側に搬送するために、給紙カセット９３から用紙９２を分離給装する給紙ローラー１０５及びフリクションパッド１０６と、用紙９２を案内するガイド部材１０７と、給紙された用紙９２を反転させて搬送する搬送ローラー１０８と、この搬送ローラー１０８の周面に押し付けられる搬送コロ１０９及び搬送ローラー１０８からの用紙９２の送り出し角度を規定する先端コロ１１０とを有する。搬送ローラー１０８は副走査モーターによってギア列を介して回転駆動される。

そして、キャリッジ９８の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラー１０８から送り出された用紙９２を液滴吐出ヘッド１の下方側で案内するため用紙ガイド部材である印写受け部材１１１を設けている。この印写受け部材１１１の用紙搬送方向下流側には、用紙９２を排紙方向へ送り出すための回転駆動される搬送コロ１１２と拍車１１３を設け、さらに用紙９２を排紙トレイ９５に送り出す排紙ローラー１１４と拍車１１５と排紙経路を形成するガイド部材１１６，１１７とを配設している。

このインクジェット記録装置９０で記録時には、キャリッジ９８を移動させながら画像信号に応じて液滴吐出ヘッド１を駆動することにより、停止している用紙９２にインクを吐出して１行分を記録し、その後、用紙９２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９２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９２を排紙する。

また、キャリッジ９８の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、液滴吐出ヘッド１の吐出不良を回復するための回復装置１１８を配置している。回復装置１１８は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９８は印字待機中にはこの回復装置１１８側に移動されてキャップ手段で液滴吐出ヘッド１をキャッピングして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、安定した吐出状態を維持する。

また、吐出不良が発生した場合等には、キャップ手段で液滴吐出ヘッド１の吐出出口(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の気泡等を吸出し、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、本体下部に設置された廃インク溜（不図示）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９０においては本発明の液滴吐出ヘッド１を搭載しているので、安定したインク吐出特性が得られ、画像品質が向上する。なお、ここではインクジェット記録装置９０に液滴吐出ヘッド１を使用した場合について説明したが、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装置に液滴吐出ヘッド１を適用してもよい。

また、これまで本発明を図面に示した実施形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。すなわち、ここでは液滴吐出ヘッド１の液滴吐出エネルギー発生手段として、電気機械変換素子である圧電体素子２を用いたタイプで説明したが、他の液滴吐出エネルギー発生手段として、電気機械変換素子である静電型アクチュエータや、電気熱変換素子であるサーマル型を用いてもよい。

１ 液滴吐出ヘッド
２ 圧電体素子
３ 振動板
４ 高剛性部
４ａ 隔壁
４ｂ ノズル層（ヘッド基板面）
４ｃ 被覆層
５ 加圧液室
６ ノズル孔
７ 流体抵抗部
８ 共通液室
９ 共通インク供給口
１０ 共通電極
１１ 個別電極
１２ 圧電体
２０ ＳＯＩ基板
２１ シリコン基板
２１ａ，２１ｂ シリコン部材
２２ 埋め込みシリコン酸化膜
２３ 活性シリコン層
２４ シリコン酸化膜
３０ 加圧液室隔壁溝
３１ 高剛性膜Ａ
３２ 高剛性膜Ｂ
８０，９９ インクカートリッジ
８１ インクタンク
９０ インクジェット記録装置
９１ 印字機構部
９２ 用紙
９３ 給紙カセット
９４ 手差しトレイ
９５ 排紙トレイ
９６ 主ガイドロッド
９７ 従ガイドロッド
９８ キャリッジ
１０１ 主走査モーター
１０２ 駆動プーリ
１０３ 従動プーリ
１０４ タイミングベルト
１０５ 給紙ローラー
１０６ フリクションパッド
１０７，１１６，１１７ ガイド部材
１０８ 搬送ローラー
１０９，１１２ 搬送コロ
１１０ 先端コロ
１１１ 印写受け部材
１１３，１１５ 拍車
１１４ 排紙ローラー
１１８ 回復装置

特開２００２−２８３５７９号公報 特開２００５−１８６５２８号公報 特開２００７−３２０２９９号公報

Claims (10)

1. 液体吐出エネルギー発生部を有する基板上に、液滴吐出孔を有する複数の加圧液室が配列されてなる液滴吐出ヘッドにおいて、
   隣接する前記加圧液室の間を仕切る隔壁は、単結晶シリコンよりもヤング率の大きな無機材料で形成されてなることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
2. 前記隔壁は、単結晶シリコンよりもヤング率の大きな無機材料の薄膜が単層でまたは複数層に積層されて形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
3. 前記隔壁は、少なくとも窒化珪素を含む材料で形成されてなることを特徴とする請求項１または２に記載の液滴吐出ヘッド。
4. 前記加圧液室の液滴吐出孔形成領域は、単結晶シリコンよりもヤング率の大きな無機材料で形成されてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
5. 前記隔壁と液滴吐出孔形成領域は、一体に形成されて高剛性部を構成することを特徴とする請求項４に記載の液滴吐出ヘッド。
6. 前記高剛性部は、引張応力の内部応力を有する薄膜からなることを特徴とする請求項５に記載の液滴吐出ヘッド。
7. 前記高剛性部は、ドライプロセスで形成される薄膜からなることを特徴とする請求項６に記載の液滴吐出ヘッド。
8. 前記液体吐出エネルギー発生部は、電気機械変換素子または電気熱変換素子であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドと、該液滴吐出ヘッドに記録液を供給する液体タンクと、を備えることを特徴とする液体カートリッジ。
10. 請求項１〜８のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドまたは請求項９に記載の液体カートリッジを備えることを特徴とする画像形成装置。

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