JP2013163341A - 液滴吐出ヘッド、インクカートリッジおよび画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】接着剤の流れ出しを防止し、アクチュエータの性能を維持する。
【解決手段】インクを吐出する複数のノズル２が設けられたノズル基板１と、該ノズル基板と接合され、液室基板隔壁１６により区切られた複数の個別液室１１が設けられた液室基板１０と、個別液室１１内のインクを加圧する圧力を発生するための圧電素子２４と、個別液室１１の少なくとも一部の壁面を形成する振動板１３と、液室基板１０のノズル基板１とは反対側に接合され、インクを個別液室１１に供給するためのインク供給口４３が設けられた保持基板４０と、を備えた液滴吐出ヘッド１００において、保持基板４０は、液室基板１０との接合面に保持基板凹部４１を有し、該凹部の非形成部である保持基板隔壁４２で液室基板１０と接合され、保持基板隔壁４２の断面形状は凹凸パターン４４を有する。
【選択図】図６

Description

本発明は、液滴吐出ヘッド、インクカートリッジおよび画像形成装置に関する。さらに詳述すると、駆動手段により振動板を変位させノズルから液滴を吐出させる液滴吐出ヘッド、および該液滴吐出ヘッドを備えたインクカートリッジおよび画像形成装置に関する。

プリンタ、ファクシミリ、複写装置、これらの複合機等の画像形成装置として、例えば、液滴吐出ヘッドで構成した記録ヘッド（以下、ヘッドともいう）を含む装置を用いて、記録媒体（以下、用紙ともいうが材質を限定するものではなく、印刷媒体、被記録媒体、記録用紙、転写材、記録紙なども同義で使用する）を搬送しながら、液体としてのインク（記録液）を用紙に付着させて画像形成（記録、印刷、印写、印字も同義語で用いる）を行なう、いわゆるインクジェット方式の画像形成装置（インクジェット記録装置ともいう）が知られている。

近年、インクジェット記録装置は、印刷速度の高速化、高画質化、低価格化、小型化が進んで広く普及している。このようなインクジェット記録装置に用いられる液滴吐出ヘッドは、一般に、複数のノズル列を有し、ノズル列に連通した複数の個別液室（圧力室）を有し、該複数の個別液室には比較的容積の大きな共通の共通液室が連通されている構成が一般的である。個別液室に選択的にエネルギーを印加することにより個別液室を変形させ、液滴を吐出させて任意の画像をオンデマンドで形成することができる。エネルギーの印加媒体（駆動手段、アクチュエータともいう）としては、例えば、圧電素子やヒーターチップなどが知られている。

特に、より高品位な画像を、より速い印刷速度で出力できること（印刷速度の高速化および高画質化）が求められている。画像の高画質化の要求に対しては、ノズルの数を増加して高密度化する傾向にある。それに伴い、各個別液室の間隔は狭まり、またエネルギー印加の周波数も高くなる傾向にある。また、印刷速度の高速化の要求に対しては、記録ヘッドの長尺化が試みられており、例えば、記録媒体の幅全領域を覆うことのできる記録ヘッドを備えたいわゆるライン型プリンタも提案されている。

ところで、個別液室に印加されるエネルギーによって個別液室内の液滴は圧力変動を生じるが、この圧力変動は、連通している共通液室にも伝播し、隣接する別の個別液室内の液滴にも影響を及ぼす（相互干渉と呼ぶ）。相互干渉は、意図しない液滴の吐出や吐出状態の不安定化を誘発し、その結果、高品位な画像出力が得られなくなることにも繋がる。

高画質化を図るためには、ビット間の相互干渉の小さいヘッド設計とすることが挙げられる。相互干渉には、共通液室経由で発生する流体的な干渉と、隣接したビット間で発生する構造的な干渉があり、流体的な相互干渉は共通液室のコンプライアンスを十分に確保することで解消を図ることができるが、構造的な相互干渉は、近年の高密度化・高速化に伴う構造物の剛性低下、共振現象発生により増加する傾向にある。

構造的な相互干渉が少ないヘッド設計とするには、ノズル基板と、各ビットを隔てる隔壁と、隔壁を接着固定している接着剤が十分な剛性を有している必要がある。この中で特に構造的な相互干渉に対して、接着剤の厚さに起因する接着剤剛性低下の寄与が大きく、できるだけ薄い接着剤で固定されている必要がある。しかしながら、接着剤を単に薄膜化しようとすると、接合時の押圧で接着剤が流れ出し、振動板上に接着剤が固着するため、変位を阻害してアクチュエータの効率が著しく低下するという問題がある。また、接着剤の流れ出し対策として単に接着剤の塗布量を少なくすると、接着強度と封止性が十分に確保できず、実際に接着剤膜厚を薄くすることには限界があった。

このような接着剤の流れ出しを制御する技術として、例えば、特許文献１には、ノズル開口に連通する圧力発生室（個別液室）が形成される流路形成基板と、流路形成基板の一方面側に振動板を介して設けられる圧電素子と、流路形成基板の圧電素子側の面に接合されて圧電素子を封止する圧電素子保持部を有する封止基板と、圧電素子の少なくとも一方の電極から圧電素子保持部の外側まで引き出されるリード電極とを具備し、流路形成基板と封止基板とを粒状の絶縁物が混練された接着剤によって接着することにより、接着剤の流れ出し量を規制する液体噴射ヘッドが開示されている。

また、特許文献２には、液室基板の接合面の一部に液室基板の側面と接合する接着剤を溜める接着剤溜まりを形成した液滴吐出ヘッドが開示されている。この接着剤溜まりにより、接着剤の流れ出しを抑えてアクチュエータの変位を阻害することがなく、効率の良い設計を可能としている。

特許文献１に記載の液体噴射ヘッドは、個別液室の隔壁の上に個々の隔壁をノズル板と反対側から固定するための凸部がない構成となっている。個別液室より上の構造物がないために、構造的な相互干渉が発生しやすい設計となっているが、ノズル板を厚くして個別液室の隔壁を倒れにくくしていることと、液室の共振現象を利用した駆動方法とせずに周波数を下げて駆動をすることで、構造的な相互干渉を抑えるようにしている。

しかしながら、更なる印刷速度の高速化のためには、液室の共振現象を利用した駆動方法により、滴速度と滴体積を稼ぐ方法が必須であり、個別液室より上の構造物がない構成では、構造的な相互干渉を抑えるために周波数が上げられず、印刷速度の高速化に限界がある。

また、特許文献１には、接着剤の流れ出しを抑えるために、接着剤に粒状の絶縁物を混練して粘度を調整しているが、粒状の絶縁物（１〜５μｍ）を混練しているため、当該粒状の絶縁物以下の膜厚の接着剤とすることは不可能となる。よって、接着剤の剛性が低くなり、構造的な相互干渉の原因になりうるという問題がある。

また、特許文献２では、接着剤溜まりを設けるためのスペースを確保しなければならない。すなわち、製造工程における公差を考えると、各ビットに無視できないスペースを確保しなければならなくなるために、記録ヘッドの小型化を阻害するという問題がある。

なお、特許文献２では、接着剤溜まりを接合後に除去することが開示されているが、接合後に密閉空間となる場合は、除去のためのエッチング液を注入することは困難である。仮にエッチング液を注入するための入口／出口部を設けたとしても、注入したエッチング液を完全に排出することは困難であり、エッチング液によりアクチュエータへの損傷も生じるおそれがある。

そこで本発明は、高周波駆動に耐えうる程に構造的な相互干渉を低減できる構成であって、かつ、接着剤の接着強度と封止性を十分に確保して接着剤の流れ出しを防止し、アクチュエータの性能を維持することができる液滴吐出ヘッド、インクカートリッジおよび画像形成装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するため、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、液体を吐出する複数のノズルが設けられたノズル基板と、該ノズル基板と接合され、隔壁により区切られた複数の液室が設けられた液室基板と、前記液室内の液体を加圧する圧力を発生するための駆動手段と、前記液室の少なくとも一部の壁面を形成する振動板と、前記液室基板の前記ノズル基板とは反対側に接合され、液体を前記液室に供給するための貫通口が設けられた保持基板と、を備えた液滴吐出ヘッドにおいて、前記保持基板は、前記液室基板との接合面に凹部を有し、該凹部の非形成部で前記液室基板と接合され、前記凹部の非形成部の断面形状は凹凸パターンを有しているものである。

本発明によれば、接着剤の接着強度と封止性を十分に確保して接着剤の流れ出しを防止し、アクチュエータの性能を維持することで、印刷速度の高速化および高画質化を実現することができる。

本発明に係る液滴吐出ヘッドの一実施形態であるインクジェット記録ヘッドの斜視図および一部断面図である。 インクジェット記録ヘッドの個別液室長手方向（Ｙ−Ｙ’）の断面図である。 インクジェット記録ヘッドの液室基板の平面図である。 インクジェット記録ヘッドの個別液室短手方向（Ｘ−Ｘ’）の断面図である。 保持基板隔壁と個別液室隔壁との接着剤による接合の様子を示す説明図であって、接着剤余剰が生じている例を示す図である。 保持基板隔壁と個別液室隔壁との接着剤による接合の様子を示す説明図であって、接着剤を凹凸パターンに誘引する例を示す図である（第１の実施形態）。 保持基板隔壁と個別液室隔壁との接着剤による接合の様子を示す説明図であって、接着剤を凹凸パターンに誘引する例を示す図である（第２の実施形態）。 （Ａ）角柱の断面２次モーメントの算出例、（Ｂ）Ｈ型柱の断面２次モーメントの算出例、（Ｃ）接着剤塗布面積と断面２次モーメントとをプロットしたグラフの例である。 ヘッド一体型インクカートリッジの一例を示す斜視図である。 インクジェット記録装置の機構部の全体構成を説明する概略構成図である。 インクジェット記録装置の機構部の要部平面説明図である。

以下、本発明に係る構成を図１から図１１に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。

＜第１の実施形態＞
（液滴吐出ヘッド構成）
本実施形態に係る液滴吐出ヘッド（インクジェット記録ヘッド１００）は、液体（インク）を吐出する複数のノズル（ノズル２）が設けられたノズル基板（ノズル基板１）と、該ノズル基板と接合され、隔壁（液室基板隔壁１６）により区切られた複数の液室（個別液室１１）が設けられた液室基板（液室基板１０）と、液室内の液体を加圧する圧力を発生するための駆動手段（圧電素子２４）と、液室の少なくとも一部の壁面を形成する振動板（振動版１３）と、液室基板のノズル基板とは反対側に接合され、液体を液室に供給するための貫通口（インク供給口４３）が設けられた保持基板（保持基板４０）と、を備えた液滴吐出ヘッドにおいて、保持基板は、液室基板との接合面に凹部（保持基板凹部４１）を有し、該凹部の非形成部（保持基板隔壁４２）で液室基板と接合され、凹部の非形成部の断面形状は凹凸パターン（凹凸パターン４４）を有しているものである。

図１は、本発明に係る液滴吐出ヘッドの一実施形態であるインクジェット記録ヘッド１００の斜視図および一部断面図である。インクジェット記録ヘッド１００は、インク液滴をノズル基板の面部に設けたノズル孔から吐出させるサイドシューター方式のインクジェット記録ヘッドである。インクの系統は４つに分かれており、４色のインクを１つのヘッドから吐出が可能な４色一体型ヘッドである。

図２は、図１に示すインクジェット記録ヘッド１００の個別液室長手方向（Ｙ−Ｙ’）の断面図を示している。また、図３は、図１に示すインクジェット記録ヘッド１００の液室基板の平面図（上面図）、また、図４は、図１に示すインクジェット記録ヘッド１００の個別液室短手方向（Ｘ−Ｘ’）の断面図を示している。

インクジェット記録ヘッド１００の構成について図１〜図４を参照しつつ説明する。インクジェット記録ヘッド１００は、振動板１３を上部に積層した液室基板１０の下面にノズル基板１を接合し、液室基板１０の上部に保持基板４０、共通液室基板５０を積層した積層構造に、インク流路を形成することで構成されている。

ノズル２から吐出されるインクは、先ず、インクタンク（図示せず）から連通する共通液室５１から、保持基板４０に設けられたインク供給口４３と、液室基板１０に開口するインク導入路１７と、インク導入路１７から個別液室１１まで連通するインク供給路１２を介して、個別液室１１に供給される。また、個別液室１１の振動板１３上に形成される圧電素子２４（下部電極（共通電極）２１、圧電体２２、上部電極（個別電極）２３、からなる）を駆動することで生じる圧力により個別液室１１に連通するノズル２から吐出されるものである。

なお、圧電素子２４は上部電極２３、下部電極２１からそれぞれ個別電極配線２５、共通電極配線２７を用いて引き出されて駆動ＩＣ６０と接続されている。また、駆動ＩＣ６０は、図示しない駆動電圧制御部から供給された電圧を、印字パターンをもとに圧電素子２４に選択的に供給して、圧電素子２４を制御するものである。以下、各部の構成例について説明する。

[ノズル基板]
ノズル基板１は、インク吐出用のノズル２が複数列（例えば、４列）配列されている基板である。ノズル基板１の材料は、所望の剛性や加工性に応じて種々選択可能である。例えば、ＳＵＳ、ニッケル等の金属または合金や、シリコン、セラミックス等の無機材料、ポリイミド等の樹脂材料を用いることができる。

なお、ノズル２の加工方法は、ノズル基板１の材料特性や要求される精度・加工性から最適な方法を選択すればよく、例えば、電鋳めっき法、エッチング法、プレス加工法、レーザ加工法、フォトリソグラフィ法等によればよい。また、ノズル２の開口径、ノズル配列数、配列密度等についても、インクジェット記録ヘッド１００に要求される仕様に合わせて所望の組み合わせを設定すればよい。

[液室基板]
液室基板１０は、には、個別液室１１、インク導入路１７、インク導入路１７から個別液室１１への流体抵抗部であるインク供給路１２、が形成される。個別液室１１はノズル基板１と接合する面に配置され、保持基板４０と接合する側の面に圧電素子２４、個別電極配線２５、個別電極パッド２６、共通電極配線２７、共通電極パッド２８等が配置される。また、個別電極配線２５および共通電極配線を２７を覆うように第１絶縁膜２９が配置され、圧電素子２４の全面もしくは一部を覆うように第２絶縁膜３０が配置されている。

液室基板１０の材料は、所望の加工性・物性から種々選択可能であるが、例えば、３００ｄｐｉ（約８５μｍピッチ）以上ではフォトリソグラフィ法を用いることができるシリコン基板を用いることが好ましい。

個別液室１１の加工は、例えば、ウェットエッチング法、ドライエッチング法等を用いることができる。これにより、振動板１３の個別液室１１側を二酸化シリコン膜等として、エッチストップ層とできるため、液室高さを高精度に制御することができる。

個別液室１１は、ノズル２に対応する位置に設けられてインクに圧力を加え、ノズル２からインク液滴を吐出させるものである。個別液室１１の上部には振動板１３が形成され、振動板１３上には下部電極２１、圧電体２２、上部電極２３が積層された圧電素子２４が形成される。振動板１３としては、例えば、シリコンや窒化物、酸化物、炭化物等の剛性の高い材料を用いることが好ましい。また、これらの材料の積層構造としても良い。積層膜とする場合は、それぞれの材料の内部応力を考慮し、残留応力が少ない構成とすることが好ましい。例えば、Ｓｉ_３Ｎ_４とＳｉＯ_２の積層の場合は、引っ張り応力となるＳｉ_３Ｎ_４と圧縮応力となるＳｉＯ_２を交互に積層し、応力を緩和することができる。

また、振動板１３の厚さは、所望の特性に応じて選択可能であるが、例えば、０．５μｍ〜１０μｍの範囲が好ましく、さらに好ましくは１．０〜５．０μｍの範囲である。振動板１３が薄すぎる場合、クラック等により振動板１３が破損しやすくなり、厚すぎる場合は変位量が小さくなり吐出効率が低下するためである。また、薄すぎる場合は、振動板１３の固有振動数が低下し、駆動周波数が高められないことに繋がる。

下部電極２１および上部電極２３としては、導電性材料を用いることができる。例えば、金属、合金、導電性化合物等である。また、単層膜でも積層膜でも良い。なお、圧電体２２と反応したり、拡散したりしない材料とする必要がある。また、圧電体２２、振動板１３との密着性を考慮し、密着層を形成することも好ましい。下部電極２１および上部電極２３の例としては、例えば、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｉｒ酸化物、Ｐｄ、Ｐｄ酸化物等が安定性の高い材料として挙げられる。また、振動板１３との密着層としては、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｃｒ等を用いることができる。

圧電体２２としては、圧電性を示す強誘電体材料を用いることができる。例えば、チタン酸ジルコン酸鉛やチタン酸バリウムを用いることができる。圧電体２２の成膜方法は、特に限られるものではないが、例えば、スパッタリング法、ゾルゲル法等によることができる。なお、成膜温度の低さからゾルゲル法が好ましい。

また、上部電極２３および圧電体２２は、個別液室１１ごとにパターニングされる。パターニングは、通常のフォトリソグラフィ法を用いることができる。なお、圧電体２２の成膜をゾルゲル法にて行う場合は、スピンコーティング法や印刷法を用いることとしても良い。

圧電体２２と下部および上部電極２１，２３から構成される圧電素子２４は、個別液室１１の上部相当位置に形成されることが好ましい。個別液室１１を区画する隔壁１６上に形成した場合は、振動板１３の変形を阻害してしまうため、吐出効率の低下や応力集中による圧電素子の破損等の原因となりうる。

また、液室基板１０には、個別液室１１に連通するインク供給路１２が形成される。インク供給路１２は共通液室５１から個別液室１１にインクを供給する機能を有すると同時に、圧電素子２４を駆動することにより個別液室１１に発生する圧力により、インクの逆流を防止しノズル２から吐出させる機能を有する。

そのため、個別液室１１のインク流動方向の断面積を小さくし、流体抵抗を高くする必要がある。液室基板１０にシリコン基板を用い、個別液室１１とインク供給路１２をフォトリソグラフィ法（エッチング含む）を用いて形成することは、個別液室１１と同一の条件で加工することができるため好ましい。

なお、インク供給路１２の高さを個別液室１１より低くすることで、流体抵抗を高めるためには、個別液室１１のオーバーエッチング量を時間管理で制御する必要があるため、エッチングレートのばらつきにより、流体抵抗を均一にすることができない。その結果、吐出均一性が悪化する。

インク供給路１２は、振動板１３が開口するインク導入路１７およびインク供給口４３を通じて共通液室５１に連通している。

個別液室１１は、図２に示すＹ−Ｙ’断面図における手前方向から奥方向に、液室基板隔壁１６を介して配列されている（図４）。個別液室１１は液室基板隔壁１６により区画されており、それぞれに対応する圧電素子２４が形成される。

なお、個別液室１１の高さはヘッド特性に応じて任意に選択可能であるが、例えば、２０〜１００μｍの範囲とすることが好ましい。また、個別液室隔壁１６は、配列密度に合わせて任意に設定することが可能であるが、隔壁幅は、例えば、１０〜３０μｍとすることが好ましい。なお、隔壁幅が狭い場合、隣接する個別液室１１の圧電素子２４を駆動した場合に隣接液室間の相互干渉が発生し、吐出ばらつきが大きくなるおそれがある。隔壁幅を狭くすることが必要な場合は、液室高さを低くすることが好ましい。

[電極配線]
配列した圧電素子２４に駆動信号を入力するために、上部電極２３から個別電極を引き出し、下部電極２１から共通電極を引き出す構成となっている。個別電極は、配列する上部電極２３から個別電極配線２５を介して個別電極パッド２６まで引き出される。下部電極２１は個別電極パッド２６と反対側のインク導入路１７の手前のインク供給路上にまで延伸され、下部電極２１と導通する共通電極配線２７を介して共通電極パッド２８まで引き出される。

なお、下部電極２１と共通電極配線２７との間には、第１絶縁膜２９が形成され、第１絶縁膜２９に開けられたコンタクトホール１５を介して電気的に接続されている。同様に、上部電極２３と個別電極配線２５との間には、第１絶縁膜２９が形成され、第１絶縁膜２９に開けられたコンタクトホール１４を介して電気的に接続されている。また、共通電極パッド２８、個別電極パッド２６は、駆動ＩＣ６０に接続される。

なお、個別電極配線２５と共通電極配線２７は同一材料、同一工程で形成することが好ましい。電極材料としては、抵抗値の低い金属・合金・導電性材料を用いることができる。また、上部電極２３、下部電極２１とコンタクト抵抗の低い材料を用いることが必要である。例えば、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｗ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｃｕ、Ｃｒなどを用いることができる。

また、コンタクト抵抗を低減するために、これらの材料の積層構造としても良い。コンタクト抵抗を下げる材料として、導電性化合物を用いても良い。例えば、Ｔａ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２、ＴｉＮ、ＺｎＯ、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＳｎＯ等の酸化物，窒化物およびその複合化合物を用いることができる。膜厚は特に限られるものではないが、例えば、１μｍ以下とすることが好ましい。

また、成膜には真空成膜法等の膜厚均一性が高い成膜方法を用いることが好ましい。これらの電極は、保持基板４０との接合面となるため、高さ均一性を確保できる膜厚、成膜方法とすることが必要である。

個別電極配線２５および共通電極配線２７を、保持基板外側まで引き出して個別電極パッド２６および共通電極パッド２８を形成する。また、個別電極パッド２６および共通電極パッド２８に駆動ＩＣ６０からの信号を入力する配線（図示せず）を接続する。なお、配線の接続方法は、特に限られるものではないが、例えば、ＦＰＣを用いたＡＣＦ接合、ハンダ接合や、ワイアボンディング法、駆動ＩＣ６０の出力端子と直接接合するフリップチップ法等を用いることができる。各接合方式に合わせてパッドの材料、構造を選定すればよい。

[保持基板]
保持基板４０は、液室基板１０の剛性を確保するためにノズル基板１とは対向する側に接合される。保持基板４０の材料は、特に限られるものではないが、液室基板１０の反りを防止するために熱膨張係数の近い材料を選定することが好ましい。このため、例えば、ガラス、シリコンやＳｉＯ_２、ＺｒＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３等のセラミクス材料とすることが好ましい。

また、個別液室１１に液体を供給するためのインク供給口４３を有している。さらに、個別液室１１に対向する領域に保持基板凹部４１が形成される。保持基板凹部４１は保持基板４０の堀加工により形成された密閉された空間で、内部に圧電素子２４が配置されて圧電素子２４が変位可能な稼働領域を形成している。

また、各保持基板凹部４１は隣接する個別液室１１ごとに区画され、保持基板隔壁４２で隔てられている。この保持基板隔壁４２は、個別液室隔壁１６上で接合されることが好ましい。それにより、板厚の薄い液室基板の剛性を高めることができ、圧電素子２４を駆動した際の隣接液室間の相互干渉を低減することが可能となる。その場合、保持基板４０は樹脂などの低剛性材料ではなく、シリコンなどの高剛性材料で形成することが好ましい。なお、保持基板隔壁４２の幅は、例えば、５〜２０μｍである。

ここで、上述のように保持基板隔壁４２は、個別液室隔壁１６上で接着剤３１により接合されるが、十分な接着力を確保しようとする場合、接合時に、例えば図５に示すように、接着剤３１の流れ出し（接着剤余剰３２という）が生じ、振動板１３上に接着剤３１が固着して、変位を阻害してアクチュエータの性能低下に繋がるという問題があった。
なお、図５〜図７は（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。なお、絶縁膜等の図示は省略している。また、符号１３ａは振動板１３の端部を示している。

そこで、本実施形態のインクジェット記録ヘッド１００の保持基板４０は、図６に示すように、その保持基板隔壁４２の液室基板１０との接合面の断面形状が所定の凹凸パターン４４（２次元パターン）を有するようにしているものである。

凹凸パターン４４の形状及び凹部の寸法は接合時の接着剤の粘度に応じて決定するものであり特に限られるものではない。また、凹凸パターン４４とは、直線的な凹部のみではなく、曲線的に形成された凹部も含むものや曲線的に形成された凹部のみであっても良い。なお、図６の例では、保持基板隔壁４２の幅（１０μｍ）に対し、凹凸パターン４４の凹部分の大きさが（１×１μｍ）である。

このように保持基板隔壁４２に所定の凹凸パターン４４を設けておくことで、図６（Ｂ）の矢印に示すように、液室基板１０と保持基板４０とを加熱もしくは常温にて押圧して接合する際に、流れ出した接着剤３１を毛細管現象により、凹凸パターン４４の凹部に誘引することが可能となる。

詳しくは、本実施形態では、微細な凹凸パターン４４に接着剤３１が接したときに発生する毛細管現象を利用して、接着剤余剰３２が保持基板隔壁４２の垂直方向（上方向）に誘引されるために、アクチュエータ上に接着剤余剰３２が流れ出すことがなく、アクチュエータの変位を阻害することなく、かつ保持基板隔壁４２の剛性を高めることが可能となる。これにより高周波駆動においても構造的な相互干渉の発生が低減できるため、印刷速度の高速化および高画質化を併せて実現できるインクジェット記録ヘッド１００とすることができる。

なお、凹凸パターン４４は、同一形状の凹部が保持基板隔壁４２の長手方向の両側部に連続して形成されていることが、接着剤余剰３２を均一に抑えることができ好ましい。また、凹凸パターン４４を隔壁４２の所定の高さ位置まで形成するようにしてもよいが、隔壁４２の高さ方向全域に形成されることが好ましい。これにより、微細な凹凸形状や複雑な形状であっても、一括で掘り加工が可能となる。すなわち、保持基板凹部４１と同じ掘り深さとして、保持基板凹部４１を形成するタイミングで同時に凹凸パターン４４を形成することが可能となる。

[共通液室基板]
共通液室基板５０には、共通液室５１が形成され、マニホールド５２から供給された液体をインク供給口４３、インク導入路１７、インク供給路１２を介して個別液室１１へ供給する。なお、共通液室基板５０は、図１に示すように共通液室基板１〜３（５０ａ，５０ｂ，５０ｃ）により形成されている。また、共通液室基板５０の少なくとも一つの面にはダンパーフィルム８１が形成されており流体的な相互干渉の圧力を抑制する効果を有する。なお、補強板８０は、ダンパーフィルム８１の端部を固定するとともにダンパー機能箇所の可動域を確保する。

（製造方法）
上述したインクジェット記録ヘッド１００の製造手順の一例を説明する。

（１）液室基板１０上における振動板１３を設ける以外の箇所に、マスクとしてのシリコン窒化膜をパターニングする。また、ポリシリコンとシリコン熱酸化膜形成手段（例えば、プラズマＣＶＤ法、パイロ酸化法等）によりポリシリコンとＳｉＯ_２の多層積層膜である振動板１３を液室基板１０上に形成する。

（２）次に、薄膜形成手段（例えば、ゾルゲル法、スパッタ法等）により、例えばＰｔ，Ｔｉ，ＬａＮｉＯ_３（ニッケル酸ランタン）、ＳｒＲｕＯ_３（ストロンチウムルテニウムオキサイド）からなる下部電極２１、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）からなる圧電体２２の層、例えばＰｔ，ＬａＮｉＯ_３，ＳｒＲｕＯ_３からなる上部電極２３の層を順次形成する。

（３）次に、フォトリソグラフィ法により上部電極２３、圧電体２２、下部電極２１を順次パターニングし、圧電素子２４を形成する。

（４）次に、圧電素子２４の放電防止のために第１縁膜２９（例えば、Ａｌ_２Ｏ_３）を全体に成膜した後、さらに、振動変位の妨げにならないように上部電極２３上を避けて圧電素子２２の端部と下部電極２１に、例えば、ＳｉＯ_２，ＳｉＮからなる第２絶縁膜３０を形成する。

（５）アルミニウムからなる個別電極配線２５を所望の箇所に形成する。

（６）別途、シリコン基板にリソエッチ法で保持基板凹部４１を形成してある保持基板４０を製作しておき、液室基板１０の圧電素子面に接合する。このとき、保持基板凹部４１を形成する過程で同時に保持基板隔壁４２が形成され、図６に示したような凹凸パターン４４を有するマスクを製作することで、保持基板凹部４１を形成するタイミングで同時に凹凸パターン４４を形成する。

（７）液室基板１０の圧電素子形成面の反対側を所望の厚さまで研磨する。

（８）液室基板１０の圧電素子形成面の反対側をＩＣＰドライエッチングによりエッチングし、個別液室１１、インク供給路１２、インク導入路１７となる凹部を形成する。別途ＳＵＳのプレス加工、研磨によるノズル２を形成しておいたノズル基板１を液室基板１０の凹部形成側に接合する。

（９）液室基板１０の保持基板４０との接合面側に設けた個別液室パッド２６と共通液室パッド２８に別途製作した駆動ＩＣ６０をフリップチップ接合により実装する。

（１０）プレス加工、微細切削加工により形成した共通液室基板５０に接液膜を成膜したのちに保持基板４０に接合する。

（１１）ダンパーフィルム８１を設けた補強板８０を共通液室基板５０に接合する。

以上説明した工程により、インクジェット記録ヘッド１００を作製することができる。

＜第２の実施形態＞
以下、本発明に係る液滴吐出ヘッドのその他の実施形態について説明する。なお、上記実施形態と同様の点についての説明は省略する。なお、製造方法は上記第１の実施形態と同様の方法によれば良い。

本実施形態は、保持基板４０の凹部４１及び隔壁４２を形成する際のリソエッチのマスク形状のみが異なるものである。すなわち、図７に示すように、保持基板隔壁４２に大きい凹凸パターン４５と細かい凹凸パターン４６の異なる２次元的な形状の凹凸パターンが組み合わされて形成されている。なお、大きい凹凸パターン４５のみを形成するようにしても良い。

第１の実施形態（図６）のように、大きく見ると長方形の断面をした構造よりも、本実施形態（図７）のように大きく見て凹凸が入り組んだ形状である構造の方が、接着剤３１の塗布面積あたりの隔壁４２の断面２次モーメントが大きく取れるために、接着剤３１の塗布量自体を減らすことが可能になる。

この点について説明する。一例として、図８（Ａ）角柱の断面２次モーメントの算出例、（Ｂ）Ｈ型柱の断面２次モーメントの算出例を示す。また、図８（Ｃ）に、接着剤塗布面積と断面２次モーメントとをプロットしたグラフを示す。

図８（Ｃ）の利用する領域として囲った部分は、接着剤塗布面積あたりの隔壁の断面２次モーメントが大きく取れる領域であり、この領域の寸法断面と利用することで、隔壁の剛性を維持したまま塗布量自体を減らすことが可能となる。なお、断面形状は、図８のものに限ったものではなく、接着剤塗布面積あたりの隔壁の断面２次モーメントが大きくんなる形状であれば、特に限られるものではない。

本実施形態では、微細な凹凸パターンで毛細管現象により接着剤余剰３２を誘引するだけでなく、大きい凹凸パターンとすることで、隔壁４２の剛性を確保したまま接着剤塗布量を減らすことが可能になる。したがって、アクチュエータ上に接着剤余剰３２が流れ出すことがなく、アクチュエータの変位を阻害することなく、かつ保持基板隔壁４２の剛性を高めることが可能となる。これにより高周波駆動においても構造的な相互干渉の発生が低減できるため、印刷速度の高速化および高画質化を併せて実現できるインクジェット記録ヘッド１００とすることができる。

＜第３の実施形態＞
次に、本発明に係るインクカートリッジの一実施形態について説明する。以上説明した液滴吐出ヘッドは、これを備えたヘッド一体型インクカートリッジ（液滴吐出ヘッド一体型カートリッジ）とすることが好ましい。

図９は、インクカートリッジ９０の一例を示す模式図である。このインクカートリッジ９０は、ノズル２等を有する上記各実施形態のいずれかのインクジェット記録ヘッド１００と、このインクジェット記録ヘッド１００にインクを供給するインクタンク９１とを一体化したものである。

このインクタンク一体型のインクカートリッジ９０では、上記のインクジェット記録ヘッド１００を搭載しているため、印刷速度の高速化および高画質化を併せて実現できるインクカートリッジとすることができる。

＜第４の実施形態＞
次に、本発明に係る画像形成装置の一実施形態について説明する。以上説明した液滴吐出ヘッドまたはヘッド一体型インクカートリッジを備えた画像形成装置（インクジェット記録装置）とすることが好ましい。

本実施形態に係るインクジェット記録装置について図１０及び図１１を参照して説明する。なお、図１０は同装置の機構部の全体構成を説明する概略構成図、図１１は同機構部の要部平面説明図である。なお、本実施形態では、液滴吐出ヘッドを備えた画像形成装置（インクジェット記録装置）について説明する。

この画像形成装置は、フレーム１０１を構成する左右の側板１０１Ａ、１０１Ｂに横架したガイド部材であるガイドロッド１３１とステー１３２とでキャリッジ１３３を主走査方向に摺動自在に保持し、図示しない主走査モータによって矢示方向（キャリッジ主走査方向）に移動走査する。

このキャリッジ１３３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４個の液滴吐出ヘッドである記録ヘッド１３４を複数のノズル（インク吐出口）を主走査方向と交叉する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。

この記録ヘッド１３４はドライバＩＣを搭載し、図示しない制御部との間でハーネス（フレキシブルプリントケーブル）１０２を介して接続されている。

また、キャリッジ１３３には、記録ヘッド１３４に各色のインクを供給するための各色のサブタンク１３５を搭載している。この各色のサブタンク１３５には各色のインク供給チューブ１３６を介して、カートリッジ装填部１１４に装着されたインクカートリッジ１２０（１２０ｋ，１２０ｃ，１２０ｍ，１２０ｙ）から各色のインクが補充供給される。なお、このカートリッジ装填部１１４にはインクカートリッジ１２０内のインクを送液するための供給ポンプユニット１１５が設けられ、また、インク供給チューブ１３６は這い回しの途中でフレーム１０１を構成する後板１０１Ｃに係止部材１０５にて保持されている。

一方、給紙トレイ１１２の用紙積載部（圧板）１４１上に積載した用紙１４２を給紙するための給紙部として、用紙積載部１４１から用紙１４２を１枚ずつ分離給送する半月コロ（給紙コロ）１４３及び給紙コロ１４３に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド１４４を備えている。この分離パッド１４４は給紙コロ１４３側に付勢されている。

そして、この給紙部から給紙された用紙１４２を記録ヘッド１３４の下方側に送り込むために、用紙１４２を案内するガイド部材１４５と、カウンタローラ１４６と、搬送ガイド部材１４７と、先端加圧コロ１４９を有する押さえ部材１４８とを備えるとともに、給送された用紙１４２を静電吸着して記録ヘッド１３４に対向する位置で搬送するための搬送手段である搬送ベルト１５１を備えている。

この搬送ベルト１５１は、無端状ベルトであり、搬送ローラ１５２とテンションローラ１５３との間に掛け渡されて、ベルト搬送方向（副走査方向）に周回するように構成している。この搬送ベルト１５１は、例えば、抵抗制御を行っていない純粋な厚さ４０μｍ程度の樹脂材、例えばＥＴＦＥピュア材で形成した用紙吸着面となる表層と、この表層と同材質でカーボンによる抵抗制御を行った裏層（中抵抗層、アース層）とを有している。

そして、この搬送ベルト１５１の表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ１５６を備えている。この帯電ローラ１５６は、搬送ベルト１５１の表層に接触し、搬送ベルト１５１の回動に従動して回転するように配置され、加圧力として軸の両端に所定の押圧力をかけている。なお、搬送ローラ１５２はアースローラの役目も担っており、搬送ベルト１５１の中抵抗層（裏層）と接触配置され接地している。

また、搬送ベルト１５１の裏側には、記録ヘッド１３４による印写領域に対応してガイド部材１５７を配置している。このガイド部材１５７は、上面が搬送ベルト１５１を支持する２つのローラ（搬送ローラ１５２とテンションローラ１５３）の接線よりも記録ヘッド１３４側に突出させることで搬送ベルト１５１の高精度な平面性を維持するようにしている。

この搬送ベルト１５１は、図示しない副走査モータによって駆動ベルトを介して搬送ローラ１５２が回転駆動されることによってベルト搬送方向に周回移動する。

さらに、記録ヘッド１３４で記録された用紙１４２を排紙するための排紙部として、搬送ベルト１５１から用紙１４２を分離するための分離爪１６１と、排紙ローラ１６２及び排紙コロ１６３とを備え、排紙ローラ１６２の下方に排紙トレイ１１３を備えている。ここで、排紙ローラ１６２と排紙コロ１６３との間から排紙トレイ１１３までの高さは排紙トレイ１１３にストックできる量を多くするためにある程度高くしている。

また、装置本体の背面部には両面ユニット１７１が着脱自在に装着されている。この両面ユニット１７１は搬送ベルト１５１の逆方向回転で戻される用紙１４２を取り込んで反転させて再度カウンタローラ１４６と搬送ベルト１５１との間に給紙する。また、この両面ユニット１７１の上面は手差しトレイ１７２としている。

さらに、図１１に示すように、キャリッジ１３３の走査方向の一方側の非印字領域には、記録ヘッド１３４のノズルの状態を維持し、回復するための維持回復機構（サブシステム）１８１を配置している。この維持回復機構１８１には、記録ヘッド１３４の各ノズル面をキャピングするためのキャップ部材１８２と、ノズル面をワイピングするためのワイパーブレード１８３と、空吐出（画像記録に寄与しない液滴の吐出）を行なうときに吐出された液滴を受けるための空吐出受け１８４などを備えている。また、キャリッジ１３３の走査方向の他方側の非印字領域には、同様に、空吐出時の液滴を受けるための空吐出受け１８５を配置している。

このように構成したインクジェット記録装置においては、給紙トレイ１１２から用紙１４２が１枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙１４２はガイド１４５で案内され、搬送ベルト１５１とカウンタローラ１４６との間に挟まれて搬送され、更に先端を搬送ガイド１４７で案内されて先端加圧コロ１４９で搬送ベルト１５１に押し付けられ、略９０°搬送方向を転換される。

このとき、図示しない制御回路によって高圧電源から帯電ローラ１５６に対してプラス出力とマイナス出力とが交互に繰り返すように、つまり交番する電圧が印加され、搬送ベルト１５１が交番する帯電電圧パターン、すなわち、周回方向である副走査方向に、プラスとマイナスが所定の幅で帯状に交互に帯電されたものとなる。このプラス、マイナス交互に帯電した搬送ベルト１５１上に用紙１４２が給送されると、用紙１４２が搬送ベルト１５１に吸着され、搬送ベルト１５１の周回移動によって用紙１４２が副走査方向に搬送される。

そこで、キャリッジ１３３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド１３４を駆動することにより、停止している用紙１４２にインク滴を吐出して１行分を記録し、用紙１４２を所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号又は用紙１４２の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了して、用紙１４２を排紙トレイ１１３に排紙する。

以上説明した、インクジェット記録装置において、本発明に係る液滴吐出ヘッド、または液滴吐出ヘッド一体型カートリッジを備えることで、印刷速度の高速化および高画質化を併せて実現できる画像形成装置とすることができる。なお、画像形成装置には、シリアル型画像形成装置及びライン型画像形成装置のいずれも含まれるものとする。

尚、上述の実施形態は本発明の好適な実施の例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。

１ ノズル基板
２ ノズル
１０ 液室基板
１１ 個別液室
１２ インク供給路
１３ 振動板
１４ コンタクトホール（個別電極）
１５ コンタクトホール（共通電極）
１６ 液室基板隔壁
１７ インク導入路
２１ 下部電極（共通電極）
２２ 圧電体
２３ 上部電極（個別電極）
２４ 圧電素子
２５ 個別電極配線
２６ 個別電極パッド
２７ 共通電極配線
２８ 共通電極パッド
２９ 第１絶縁膜
３０ 第２絶縁膜
３１ 接着剤
３２ 接着剤余剰
４０ 保持基板
４１ 保持基板凹部
４２ 保持基板隔壁
４３ インク供給口
４４，４５，４６ 凹凸パターン
５０ 共通液室基板
５１ 共通液室
５２ マニホールド
６０ 駆動ＩＣ
８０ 補強板
８１ ダンパーフィルム
９０ インクカートリッジ
９１ インクタンク
１００ インクジェット記録ヘッド（液滴吐出ヘッド）

特開２００４−１６０９４７号公報 特開２００９− ７８５３４号公報

Claims (9)

1. 液体を吐出する複数のノズルが設けられたノズル基板と、
   該ノズル基板と接合され、隔壁により区切られた複数の液室が設けられた液室基板と、
   前記液室内の液体を加圧する圧力を発生するための駆動手段と、
   前記液室の少なくとも一部の壁面を形成する振動板と、
   前記液室基板の前記ノズル基板とは反対側に接合され、液体を前記液室に供給するための貫通口が設けられた保持基板と、を備えた液滴吐出ヘッドにおいて、
   前記保持基板は、前記液室基板との接合面に凹部を有し、該凹部の非形成部で前記液室基板と接合され、前記凹部の非形成部の断面形状は凹凸パターンを有していることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
2. 前記凹凸パターンは、同一形状の凹凸パターンが複数形成されてな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. 前記凹凸パターンは、異なる形状の凹凸パターンが複数組み合わされて形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
4. 前記凹凸パターンは、凹凸を形成する少なくとも一辺において、前記一辺の辺の長さよりも短い辺を有する凹凸形状を含むことを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
5. 前記凹凸パターンは、前記凹部の非形成部の長手方向全域に沿って、同一形状の凹凸パターン、または、異なる形状の凹凸パターンの組み合わせが、連続して形成されてなることを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
6. 前記凹凸パターンは、前記凹部の非形成部における前記液室基板側との接合面積に対し、該凹部の非形成部の断面２次モーメントの値が所定の値以上となる範囲で形成されることを特徴とする請求項１から５までのいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
7. 前記凹凸パターンは、前記凹部の非形成部の高さ方向全域に形成されていることを特徴とする請求項１から６までのいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
8. 請求項１から７まで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インクを供給するインクタンクと、を備えたことを特徴とするインクカートリッジ。
9. 請求項１から７までのいずれか記載の液滴吐出ヘッド、または、請求項８に記載のインクカートリッジを備えたことを特徴とする画像形成装置。