JP2014172352A - 液滴吐出ヘッド、液滴吐出カートリッジ、液滴吐出装置。 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、共通液室の充填性・気泡排出性を向上しつつ、ダンピング機能を損なうことなく、液滴吐出ヘッドの組み付け性の向上、低コスト化を図った液滴吐出ヘッドを提供することを目的とする。
【解決手段】アクチュエータが形成されたアクチュエータ基板と、
前記アクチュエータを保護する保護基板と、を有しており、
前記アクチュエータ基板の前記保護基板と対向する面には、前記保護基板と接合するための凸形状の接合部が設けられ、
前記接合部の、前記保護基板との接合面の少なくとも一部は複数に分割され、島状のパターンが形成されている液滴吐出ヘッドを提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、液滴吐出ヘッド、液滴吐出カートリッジ、液滴吐出装置、に関する。

液滴吐出ヘッドは、一般的に、所定の形状に加工され、圧電体等の各種部材が形成された複数の基板を接合することにより形成されている。近年、特に微細な液滴を精度良く吐出できる液滴吐出ヘッドが求められており、基板について微細な加工を行い、各部材を小型化し、高密度に実装されるようになってきている。このため、複数の基板を高精度で接合することが要求される。

上記のように複数の基板を接合する際には、従来から接着剤が用いられてきているが、接合部において基板間を十分な強度で接合するために接着剤の塗布量が多くなると接着剤がはみ出し、他の部材の機能を阻害する恐れがある。また、接着剤の塗布量を少なくすると、基板間の接着強度が低下し問題であった。

液滴吐出ヘッドを構成する基板のうち、アクチュエータが形成されたアクチュエータ基板と、アクチュエータを保護する保護基板との接合部においては、特に接合面積が狭幅で、接着剤のはみ出しの影響が大きい。このため、接合強度と接着剤のはみ出し量の抑制を同時に満足させることは非常に困難であった。

液滴吐出ヘッドの部材を接着する構成として、例えば特許文献１には、インク吐出口を有する吐出口プレートを、ヘッド本体のインク路に連通する開口が形成されている面に接着された構成を有するインクジェット記録ヘッドが開示されている。そして、吐出口プレートの接着面側に、接着剤逃げ用の凹部、または表面への貫通孔が形成されている旨開示されている。

しかしながら、特許文献１に記載されたインクジェット記録ヘッドは、吐出口プレートと、ヘッド本体との接着部分の構成に関するものであり、アクチュエータ基板と、保護基板との接合部のように狭幅部での接合に適用できるものではなかった。

また、アクチュエータ基板と、保護基板との接合の際、接合強度を低下させることなく、接着剤のはみ出しを抑制した液滴吐出ヘッドは知られていなかった。

本発明は、アクチュエータ基板と、保護基板との接合部において、接着剤のはみ出しを抑制し、かつ、両基板間の接合強度を高めた液滴吐出ヘッドを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明はアクチュエータが形成されたアクチュエータ基板と、
前記アクチュエータを保護する保護基板と、を有しており、
前記アクチュエータ基板の前記保護基板と対向する面には、前記保護基板と接合するための凸形状の接合部が設けられ、
前記接合部の、前記保護基板との接合面の少なくとも一部は複数に分割され、島状のパターンが形成されている液滴吐出ヘッドを提供する。

本発明によれば、アクチュエータ基板と、保護基板との接合部において、接着剤のはみ出しを抑制し、かつ、両基板間の接合強度を高めた液滴吐出ヘッドを提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの構成の説明図 本発明の第１の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの断面図。 本発明の第１の実施形態に係る液滴吐出ヘッドにおける、ノズル孔と、個別液室の配置説明図。 図３のＡ−Ａ線における断面図。 図３のＢ−Ｂ線における断面図。 従来の液滴吐出ヘッドにおけるアクチュエータ基板と保護基板との接合部の説明図。 従来の液滴吐出ヘッドにおけるアクチュエータ基板と保護基板との接合部の説明図。 本発明の第１の実施形態に係る液滴吐出ヘッドにおけるアクチュエータ基板と保護基板との接合部の説明図。 本発明の第１の実施形態に係る液滴吐出ヘッドにおけるアクチュエータ基板と保護基板との接合部の説明図。 本発明の第１の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの接合部の保護基板との接合面に形成される島状のパターンの説明図。 本発明の第１の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの接合部の他の構成例の説明図。 本発明の第１の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの接合部の保護基板との接合面に形成される島状パターンの配置の説明図。 本発明の第１の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの製造工程の説明図。 本発明の第１の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの他の製造工程の説明図（その１）。 本発明の第１の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの他の製造工程の説明図（その２）。 本発明の第２の実施形態に係る液滴吐出カートリッジの構成説明図。 本発明の第３の実施形態に係る液滴吐出装置の斜視説明図。 本発明の第３の実施形態に係る液滴吐出装置の機構部の側面説明図。

以下に、発明を実施するための形態について図面を用いて説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。
［第１の実施形態］
本実施形態では、本発明の液滴吐出ヘッドの構成例について説明する。

本発明の液滴吐出ヘッドは、アクチュエータが形成されたアクチュエータ基板と、アクチュエータを保護する保護基板と、を有している。そして、アクチュエータ基板の保護基板と対向する面には、保護基板と接合するための凸形状の接合部が設けられ、接合部の、保護基板との接合面の少なくとも一部は複数に分割され、島状のパターンが形成されている。

まず、液滴吐出ヘッドの構成について説明する。

液滴吐出ヘッドは、複数の基板、部材により構成することができる。例えば図１に示すように、ノズル孔カバー１１、ノズル孔板１２、アクチュエータ基板１３、ＦＰＣ（フレキシブルケーブル）１４、バッキンプレート１５、ダンパープレート１６、フレーム１７の各部材で構成することができる。

ここで、図１のＡ−Ａ線における断面図を図２に示す。図２においては、構造が分かり易いように図１とは上下方向を反対にして示している。

図２に示すように、アクチュエータ基板１３は、液路基板部１３４を有しており、さらに、アクチュエータ基板１３上には保護基板１３１、駆動素子１３２、振動板部１３３、駆動回路１３５及びその他の部材を設置することができる。そして、図２中矢印Ｘで示したように、図２中上方の図示しない液体タンク等から供給された液体は図示しないフレーム１７、ダンパープレート１６、バッキンプレート１５、アクチュエータ基板１３を経由する。そして、ノズル孔板１２に設けられたノズル孔より液滴が吐出される。

次に図３〜図５を用いて、アクチュエータ基板１３、保護基板１３１及びノズル孔板１２周辺の構成について説明する。

まず、図３は、液滴吐出ヘッドにおける、ノズル孔板１２に設けられたノズル孔３１と、ノズル孔に連通し、液体を供給する個別液室３２の配置の構成例を模式的に示したものである。
図３に示すように、液滴吐出ヘッドにおいては複数のノズル孔３１と、これに連通する個別液室３２とが配列された構成を有している。 そして、図３中のＡ−Ａ線における断面図を図４に示す。また、図３中Ｂ−Ｂ線における断面図を図５に示す。図４、図５においては、アクチュエータ基板１３、保護基板１３１、ノズル孔板１２周辺の構成を示している。

図４に示すように、アクチュエータ基板１３のノズル孔側の液路基板部１３４には、個別液室３２、流体抵抗４１、液体供給部４２が形成されている。個別液室３２は既述のようにノズル孔３１に連通しており、後述する駆動素子から振動板部を介して加えられた圧力によりノズル孔３１に液体を供給し、液滴を吐出する。また、個別液室３２は、上記のように流体抵抗４１、液体供給部４２と連通しており、これらの部材を介して液体が補充されるように構成されている。

上記アクチュエータ基板１３は、例えばシリコン基板により形成することができる。この場合、上記液路基板部１３４に設けられた上記個別液室等は、例えば、フォトリソグラフィー技術及び、ＩＣＰエッチャー等を用いた反応性イオンエッチングによるＦ系ガスを用いたドライエッチング技術を用いることで形成することができる。

係る工程は、後述するアクチュエータ基板表面の駆動素子を形成後に、裏面研磨により基板板厚を所望の厚さ（例えば１００μｍ程度）に研磨し、その後該研磨面において行うことが好ましい。

アクチュエータ基板上には図に示すように駆動素子１３２を形成することができる。

駆動素子１３２の構成は特に限定されるものではないが、後述する振動板部１３３を駆動するために圧力を発生する圧電体１３２２、圧電体に圧力を発生させるために圧電体に電気を印加する上部電極１３２３及び下部電極１３２１を備えた構成とすることができる。さらに、該電気を通電する配線１３２５、配線１３２５と上部電極１３２３及び下部電極１３２１を絶縁する層間絶縁膜１３２４、アクチュエータ基板表面を外気より遮断するパッシベーション膜１３２６を設けることができる。また、駆動素子１３２の通電制御のためのＩＣチップ等からなる駆動回路１３５を、前記配線１３２５により駆動素子１３２と接続することができる。該駆動回路１３５は図1に示すＦＣＰ（フレキシブルケーブル）１４にて外部の電源等と接続することができる。

圧電体１３２２の材料は特に限定されるものではなく、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）や、ＢａＴｉＯ_３（チタン酸バリウム）等の各種圧電材料を用いることができる。圧電体の形成方法は特に限定されるものではないが、例えばゾル−ゲル法により形成することができる。また、その膜厚についても、圧電体の材料、すなわち、その圧電特性や、要求される液滴の吐出量等により選択することができるが、例えば１μｍ以上２μm以下とすることが生産性等の観点から好ましい。圧電体１３２２は上記のように、アクチュエータ基板上に下部電極１３２１を介して形成することができる。

上部電極１３２３及び下部電極１３２１についてもその材料は特に限定されるものではなく、各種の導電材料を用いることができ、例えばＰｔ、Ａｕ、Ｉｎやその合金等の低抵抗材料により構成することができる。また、複数の層から構成することもできる。
その厚さは特に限定されるものではなく、圧電体１３２２に必要な電流を供給できるように電極を構成する材料に応じて選択すればよい。例えば、膜厚は１００ｎｍ〜２００ｎｍとすることができる。また、電極の形成方法については特に限定されるものではないが、例えばスパッタ法により形成することができる。

配線１３２５の材料も特に限定されるものではなく、各種導電材料を用いることができるが、例えばアルミニウムにより形成することが好ましい。この場合、配線１３２５は例えばスパッタ法により形成することができる。また、膜厚についても供給する電流量等に応じて選択することができるが、例えば１μｍ以上３μｍ以下とすることが好ましい。

層間絶縁膜１３２４は、配線１３２５と、上部電極１３２３及び下部電極１３２１との間を絶縁するように構成されていれば良く特に限定されるものではないが、各種酸化物を用いることができる。また、複数の層から構成することができ、例えば、ＡＬＤ法（原子層堆積法）による酸化膜及びプラズマＣＶＤ法による酸化膜の積層膜により構成することもできる。膜厚についても特に限定されるものではないが、膜厚を厚くし過ぎると圧電体１３２２の変位への影響が大きくなるので、１μm以下とすることが好ましい。

パッシベーション膜１３２６については、アクチュエータ基板表面を外気より遮断し、保護できる材料であれば良く特に限定されるものではないが、例えば、窒化膜を好ましく用いることができる。成膜方法についても特に限定されるものではなく、各種成膜方法を用いることができるが、例えばプラズマＣＶＤ法により成膜することが好ましい。膜厚についても特に限定されないが、膜厚が厚すぎると圧電体１３２２の変位を妨げ、また、薄すぎるとパッシベーション膜としての機能を十分に果たせなくなることから、０．７μｍ以上１．５μm以下とすることが好ましい。

そしてアクチュエータ基板１３の駆動素子１３２と対向する面には振動板部１３３が形成されている。振動板部１３３は、圧電体１３２２により発生した圧力を個別液室３２内の液体に伝える働きを有している。振動板部１３３については上記のように圧電体１３２２の変位により発生した圧力に応じて変形できるように構成されていれば良く、その材料は特に限定されるものではない。例えば、酸化膜、窒化膜、ポリシリコン膜等の単一膜又は複数の膜を積層膜により構成することができ、拡散炉やＣＶＤ装置等を用いて形成することができる。膜厚についても特に限定されるものではないが、厚すぎると圧電体により発生した圧力を適切に伝えることができない場合があり、薄いと破損する恐れがあることから、例えば、０．５μｍ以上３μｍ以下とすることが好ましい。なお、積層膜の場合には積層膜全体の膜厚が前記範囲にあることが好ましい。

保護基板１３１は、図４、５に示すように、アクチュエータを収容し、保護するためのアクチュエータ収容部（キャビティ）１３１１や、液体の供給経路１３１２を有している。保護基板１３１の厚さについても特に限定されるものではなく、アクチュエータ収容部１３１１のサイズにより選択することができる。例えば、４００μｍ以上６５０μｍ以下とすることが好ましい。

保護基板１３１はアクチュエータを収容し、保護できるように構成されていれば良く、その材料については特に限定されるものではないが、上記のようなキャビティを容易に加工できることからシリコンにより形成されていることが好ましい。保護基板１３１を上記のようなキャビティ等を有するように所定の形状に加工する方法は特に限定されるものではない。例えば、フォトリソグラフィー技術及び、ＩＣＰエッチャー等を用いた反応性イオンエッチングによるＦ系ガスを用いたドライエッチング技術を用いることで形成することができる。

ノズル孔板１２は、液滴を飛翔させるための微細口である多数のノズル孔３１が個別液室３２に連通するように、個別液室の先端部分（端部）に設けられている。ノズル孔のノズル孔径は要求される液滴のサイズにより選択することができるが、例えば、１０μｍ以上３５μｍ以下とすることができる。

ノズル孔板１２の材料は特に限定されるものではなく、用いる液体により腐食されず、個別液室に加えられる圧力に耐えられるものであればよい。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。この場合、例えば、レーザー加工によりノズル孔を形成することができる。また、電鋳工法によって製造したＮｉ等の金属板や、シリコン、その他金属材料を用いることができる。

さらに、ノズル孔板１２の液滴吐出面には撥水性の表面処理膜を成膜しておくことが好ましい。

以上のような構成を有する保護基板１３１、アクチュエータ基板１３、ノズル孔板１２は接合されている。

そして、図４にブロック矢印Ｘで示すように、保護基板１３１及びアクチュエータ基板１３に形成された液体の供給経路１３１２から供給された液体は、液路基板部１３４の液体供給部４２、流体抵抗４１を経由し、個別液室３２に流入する。これにより、個別液室３２にインクが充填される。そして、アクチュエータ基板１３に実装された駆動回路１３５からの入力（電圧）が配線１３２５を経由し、駆動素子１３２の下部電極１３２１に加わることで圧電体１３２２に変位が発生する。この際、圧電体１３２２の変位による圧力が振動板部１３３により個別液室３２に伝えられ、これによりノズル孔３１より液滴が射出される。

次に、上記のような各部材を有する本実施形態の液滴吐出ヘッドのアクチュエータ基板１３と保護基板１３１との接合部分について説明する。

図５に示すように、アクチュエータ基板１３の保護基板１３１と対向する面には、保護基板１３１と接合するための凸形状の接合部５１が設けられている。そして、該接合部において、保護基板１３１と接着剤５２によって接合（接着）されている。なお、図中接合部５１は他の接合部分と高さをあわせるため、下部電極１３２１、層間絶縁膜１３２４上に形成した例を示しているが、係る形態に限定されるものではない。例えば、接合部においては下部電極１３２１等を設けずに振動板部１３３上に直接接合部を設けた構成とすることもできる。また、接合部５１は２層からなる例を示しているが、後述のように係る形態に限定されるものではない。
そして、本実施形態の液滴吐出ヘッドにおいては、係る接合部５１の、保護基板１３１との接合面は複数に分割され、島状のパターンが形成されている。この点について以下に説明する。

まず、比較のため、接合面が複数に分割されていない場合の問題点について説明する。

図６（Ａ）は、アクチュエータ基板１３と保護基板１３１との接合面での、個別液室３２の配列方向と平行な面での断面図を示している。図中、個別液室３２、液路基板部１３４、接合部５１、保護基板１３１の配置が分かり易いように、係る部材以外については省略して示している。

図６（Ａ）に示すように個別液室３２は一方向に複数配列されており、個別液室３２間には液路基板部１３４を構成する個別液室隔壁１３４１が設けられている。そして、個別液室隔壁１３４１の上部、すなわち、振動板部１３３を対称面として、個別液室隔壁１３４１の対称位置に接合部５１が設けられている。

そして、図６（Ａ）中一点鎖線で輪郭を示した保護基板１３１は、アクチュエータ基板１３の接合部５１に対応する部分に接着剤５２を塗布されている。そして、該接着剤５２部分がアクチュエータ基板１３の接合部５１に対応する位置に配置し、アクチュエータ基板１３と保護基板１３１とを接着する。この際、図６（Ａ）のＡ−Ａ線での断面図である図６（Ｂ）に示すように接合部では各層が積層された構造となり、図６（Ａ）のＢ−Ｂ線での断面図である図６（Ｃ）に示すように、接着剤５２が接合部５１に押し当てられることになる。

そして、接合部５１の接合面が分割されず平坦な面の場合、接合部５１に保護基板１３１の接着剤５２を塗布した面が押し当てられると、接着剤５２の塗布量によっては例えば図７に示すように、接着剤５２が接合部の塗布面から大きくはみ出すこととなる。この場合、個別液室隔壁１３４１上面を超えた範囲である、図７中矢印Ｘで示した部分にまで拡がると振動板部１３３の振動を阻害し、液滴の吐出特性が安定しなくなる恐れがあった。また、駆動素子１３２にまで接着剤５２が拡がると駆動素子１３２の変位を妨げ、液滴吐出性能にばらつきを生じる恐れや、駆動素子１３２の故障の原因となる恐れがあった。

しかし、接着剤５２のはみ出しを避けるため、塗布量を少なくすると接着不良を生じる恐れがあった。

次に、本実施形態の液滴吐出ヘッドの接合部の構成について説明する。

図８（Ａ）は、アクチュエータ基板１３と保護基板１３１との接合面での、個別液室３２の配列方向と平行な面での断面図を示している。図中、個別液室３２、液路基板部１３４、接合部５１、保護基板１３１の配置が分かり易いように、係る部材以外については省略して示している。

そして、本実施形態の液滴吐出ヘッドにおいては、図８（Ａ）に示すように接合部５１は、保護基板１３１との接合面の少なくとも一部が複数に分割され、島状のパターンに形成されている。ここで、図８（Ｂ）に図８（Ａ）のＡ−Ａ線での断面図を、図８（Ｃ）のＢ−Ｂ線での断面図を示す。

接合部５１に、該接合部５１に対応する部分に接着剤５２を塗布した保護基板１３１を、図８（Ｃ）に示すようにアクチュエータ基板１３に押し当てた場合、図８（Ｂ）に示すように、島状に分割された接合部５１の間のスリット５３部分に接着剤５２が入り込む。このため、図９に示すように接着剤５２のはみ出しを抑制することができる。さらには、図８（Ｂ）に示すように、接合部５１において接合部５１の表面と、接着剤５２との接着面積を大きくすることができ、アンカー効果を発揮するため、アクチュエータ基板１３と、保護基板１３１との接合強度を高めることが可能になる。

接合部５１間のスリット５３の深さについては特に限定されるものではなく、接合部５１の幅や、接着剤５２の塗布量等に応じて選択することができる。例えば、接合部５１の高さ全体に渡ってスリットを設ける、すなわち、形成したパターンにより接合部５１が完全に島状に分離した形態とすることもできる。また、接合部５１全体の高さよりもスリット５３の深さの方が浅くなるように、すなわち、接合部５１がアクチュエータ基板１３側では互いにつながった状態とすることもできる。

また、スリット５３の幅についても同様に、接合部５１の幅や、接着剤５２の塗布量等に応じて選択することができる。スリットにより分割された各島状部が保護基板１３１と接合した際に破損しないようにその距離等を選択することが好ましい。

接合部５１の、保護基板１３１との接合面のうち、上記のような島状のパターンを形成する範囲は特に限定されるものではなく、例えば、接合部５１の保護基板１３１との接合面全てについて上記パターンを形成することもできる。

また、例えば接合部５１の幅が特に狭幅となっており、接着剤５２にはみ出しが起こりやすい部分を選択して係る島状のパターンを形成することもできる。例えば、複数の個別液室３２及びその間に配置した個別液室隔壁１３４１の配列方向（図８（Ａ）中の矢印Ｘの方向）と垂直な方向、すなわち、個別液室隔壁上に接合部５１を設けた場合、該接合部はノズル孔３１間の距離を短くするため特に狭幅になりやすい。このため、少なくとも係る接合部５１の保護基板１３１との接合面には上記パターンを形成することが好ましい。なお、個別液室３２内ではノズル孔３１に向かって液体が流れることから、複数の個別液室が配列され、該個別液室の間に個別液室隔壁１３４１が配置されている方向と垂直な方向とは、個別液室内の液体の流れと平行な方向（図８（Ａ）中矢印Ｙの方向）でもある。

接合部５１の保護基板との接合面に形成される島状のパターンの具体的形状は特に限定されるものではなく、任意の形状とすることができる。

例えば、図１０（Ａ）に示すように各島状部の形状を同じ形状として、各島状部をスリット部で離隔して配置することができる。また、図１０（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、隣り合う島状部が嵌合する形状を有しており、これをスリット部により離隔した形態とすることができる。さらに、図１０（Ｄ）に示すように各島状部の形状を同じ形状として、各島状部をスリット部で離隔して互い違いに配置した形態とすることもできる。また、これらの例に拠らず、島状部の形状をランダムな形状とし、これをスリット部で離隔して配置した形態とすることもできる。

接合部５１は、保護基板１３１を支持し、アクチュエータ基板１３に接着できるように構成されていれば良く、その材料は特に限定されるものではなく、例えば各種金属材料や、樹脂等により形成することができる。また、複数の層から構成することもできる。ただし、後述するように駆動素子１３２を形成する際にあわせて該接合部５１も製造できることが生産性の観点から好ましいことから、配線１３２５または、パッシベーション膜１３２６と同じ材料により構成することができる。また、配線１３２５と同じ材料の層の上にパッシベーション膜１３２６と同じ材料の層を積層した構成とすることもできる。

また、接合部に形成された前記島状のパターンを構成する各島部は、前記保護基板側の面積が、前記アクチュエータ基板側の面積よりも小さい順テーパ形状を有していることが好ましい。

この点について、図１１を用いて示す。図１１に示すように接合部５１が、順テーパ形状を有している場合、接合部５１の側面部分に、図１１中点線で囲んだＸ部のようにスペースを生じる。このため、余剰の接着剤５２を収納できる部分が増加し、接着剤５２のはみ出しをさらに抑制することが可能になり、接着剤のはみ出しをより抑制することが可能になる。

このように接合部５１に形成された島状パターンを形成する島部を順テーパ形状とする方法は特に限定されるものではなく、任意の方法により係る形状に加工することができる。

例えば、図１１に示すように、該接合部が、第１の層５１１と、第１の層を覆うように形成された第２の層５１２とを有する構成の場合、まず、第１の層を複数に分割し、島状のパターンに形成することができる。この際、第１の層の分割された各島部は、前記保護基板側の面積が、前記アクチュエータ基板側の面積よりも小さい順テーパ形状を有する構成とすることが好ましい。そして、該第１の層５１１上に第２の層５１２形成すると、第２の層５１２の外形は第１の層５１２の形状が反映されるため、第２の層５１２の外形も順テーパ形状となり接合部５１を構成する島部を順テーパ形状とすることができる。

同様に接合部５１が、第１の層５１１と、第１の層５１１を覆うように形成された第２の層５１２と、を有する構成において、まず、第１の層については上記のような加工を行わずに、その上面が平坦な面とすることもできる。そして、この場合、第２の層５１２について分割し、上記のような順テーパ形状とすることもできる。

ここでいう、第１の層、第２の層の構成については特に限定されないが、例えば第１の層を配線１３２５と同じ材料により形成し、第２の層５１２をパッシベーション膜１３２６と同じ材料により構成することができる。

なお、接合部５１が一層のみから構成されている場合には、該一層の接合部についてパターニングを行い上記のような順テーパ形状とすることもできる。

また、図８（Ａ）、（Ｃ）に示すように、アクチュエータ基板の、接合部５１を設けた一方の面とは反対側の他方の面には、液滴を吐出するノズル孔３１と連通し、該ノズル孔に液体を供給する個別液室３２が一方向に沿って複数配列された構成とすることができる。

そして、前記個別液室の配列方向において、個別液室間には個別液室隔壁１３４１が配置され、接合部５１は、少なくとも個別液室隔壁１３４１が設けられた部分に対応する、アクチュエータ基板の一方の面側の部分に設けられた構成とすることができる。この場合、図８（Ｃ）に示すように接合部５１は個別液室隔壁１３４１の基板の積層方向に沿って上部に配置されていることになる。

そして、該接合部５１の保護基板１３１との接合面に形成された島状のパターンは、個別液室３２の配列方向について、少なくとも２つ隣の範囲内における、他の接合部の前記保護基板との接合部に形成された島状のパターンと異なることが好ましい。

この点について図１２を用いて説明する。図１２は、接合部５１の保護基板との接合面側から見た接合部５１、個別液室３２、個別液室隔壁１３４１の構成を示したものであり、これらの配置が分かるように他の部材については記載を省略している。

図１２に示したように、個別液室３２は図中矢印Ｘの方向に沿って複数配列されており、個別液室間には、個別液室隔壁１３４１が設けられている。そして、個別液室隔壁１３４１上に接合部５１が設けられている。この場合、図１２に示すように、個別液室隔壁１３４１及び接合部５１と、個別液室内の液体の流れ方向Ｙとが平行になるように配置されていることになる。

この際、接合部５１の保護基板との接合面に形成された島状のパターンを図中に模式的に示している。図中では、島状のパターンはＡ、Ｂ、Ｃの３種類があり、例えば図中中央のブロック矢印で示したＡの島状パターンを有する接合部５１を基準として説明する。この場合、個別液室の配列方向Ｘでみて２つ隣の範囲１２１、１２２内の接合部の島状パターンはＢまたはＣの島状パターンのみであり、基準のＡの島状パターンとは異なっている。他の接合部を基準としても同様となっている。

このように構成することにより、接合部５１と、近傍の他の接合部５１との間で、固有振動数が異なることとなる。このため、圧力変動等の伝播を抑制することができ、ある個別液室で起きた圧力変動を他の個別液室に伝播させ、他の個別液室の液体の圧力等に悪影響を与えるクロストーク現象の発生を抑制することが可能になる。

なお、ここでは、島状パターンをＡ〜Ｃの３種用いた例で説明しているが、係る形態に限定されるものではなく、より多くの島状パターンにより構成することもできる。なお、島状のパターンが異なるとは、島状のパターンを構成する各島状部の形状やサイズの異なるものが含まれている場合や、島状部間の距離、すなわちスリット部分のサイズが異なる部分が含まれている場合がこれに当たる。

以上、本実施形態の液滴吐出ヘッドの構成について説明してきたが、その製造方法の構成例について、図１３を用いて以下に説明する
図１３（Ａ）は、基板６１上に振動板部１３３、下部電極１３２１、圧電体１３２２、上部電極１３２３を積層し、層間絶縁膜１３２４及び上部電極へのコンタクトホール６２まで形成された状態を示す。なお、下部電極１３２１へのコンタクトホールは図示していないが同様に形成することができる。

そして、図１３（Ｂ）に示すように、上部電極１３２３への配線１３２５を形成する際に、接合部５１を構成する第１の層５１１を形成することができる。この場合、配線１３２５及び第１の層５１１は同じ材料から構成されることから、これらは導電性材料により形成される。例えばアルミウムを好ましく用いることができる。

配線１３２５及び第１の層５１１の形成方法としては例えばまず、スパッタ法により導電性材料、例えばアルミニウムの膜を成膜する。次いで、フォトリソグラフィー法により、所望のパターンのレジスト膜６３を形成した後、ドライエッチングにより配線１３２５、及び第１の層５１１を形成する。

この際、第１の層５１１の保護基板と対向する面は所望の島状パターンとなるようにエッチングを行っておくことができる。また、ここでは島状パターンを形成せずに第２の層５１２に対してパターニングを行い保護基板１３１との接合面に所望の島状パターンを形成することもできる。

次にレジスト除去後に図１３（Ｃ）に示すように、第２の層を成膜し、フォトリソグラフィー法により、所望のパターンのレジスト膜６４を形成した後、ドライエッチングにより駆動素子１３２等不要な部分の第２の層を除去する。第２の層はパッシベーション層３１２６により構成することができる。これにより第１の層５１１が第２の層５１２によりカバーされる。

なお、上記のように、第１の層５１１の保護基板１３１との接合面側に島状のパターンを形成した場合は、第２の層５１２を形成した際にその保護基板との接合面も島状のパターンとなる。第１の層５１１を形成した際、保護基板との接合面に上記パターンを形成しなかった場合には、第２の層５１２を形成後、フォトリソグラフィー法とエッチングを用い、パターニングを行うことにより、保護基板１３１との接合面側にパターンを形成できる。

次にレジスト膜６４を除去後に図１３（Ｄ）に示すように、保護基板１３１側に接着剤を塗布し、保護基板１３１とアクチュエータ基板１３の接合を行う。この際の接着剤の膜厚は特に限定されるものではないが、より接着剤のはみ出しを抑制するため、より薄く塗布することが好ましい。例えば、塗布均一性や、接合強度信頼性を考慮して１μｍ〜２μｍ程度の膜厚に塗布することが好ましい。

なお、保護基板１３１の接合前または接合後に、基板６１について加工を行い、個別液室等を形成することもできる。

また、上述のように、接合部５１を順テーパ形状とする場合の製造方法について説明する。

接合部５１を順テーパ形状とする第１の方法としては、上記図１３（Ｂ）に示した工程において、導電性材料の膜をレジスト膜６３を用いて配線１３２５及び第１の層５１１をエッチングする際に、順テーパ形状となるようにエッチングする方法が挙げられる。

この場合、順テーパ形状とするために新たな工程は要しないため、生産性を高めることができ好ましい。ただし、配線１３２５についても順テーパ形状となるため、配線１３２５の形状を順テーパ形状とすることが好ましくない場合には、以下の第２の方法により製造することができる。

接合部５１を順テーパ形状とする第２の方法としては、図１４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、図１３（Ａ）、（Ｂ）と同様にしてまず、テーパ形状に加工していない、配線１３２５及び第１の層５１１を形成する。係る工程については上述の通りであるため説明を省略する。

図１４（Ｂ）工程で用いたレジスト膜を除去した後、図１４（Ｃ）に示すように、配線１３２５を覆うレジスト膜６５及び第１の層５１１をテーパ形状にエッチングするためのレジスト膜６６をフォトレジスト技術により形成する。そして、エッチング処理を行うことにより第１の層５１１を保護基板側の面積が、アクチュエータ基板側の面積よりも小さい順テーパ形状とする。

次に、レジスト膜６５、６６を除去した後、図１５（Ｄ）に示すように、第２の層を成膜し、フォトリソグラフィー法、及び、ドライエッチングにより駆動素子１３２等不要な部分の第２の層を除去する。ここでも第２の層はパッシベーション層３１２６により構成することができる。これにより第１の層５１１が第２の層５１２によりカバーされる。

その後は、図１５（Ｅ）に示すように、保護基板１３１側に接着剤を塗布し、保護基板１３１とアクチュエータ基板１３の接合を行う。

以上説明してきた本実施形態の液滴吐出ヘッドによれば、アクチュエータ基板と、保護基板との接合部において、接着剤のはみ出しを抑制し、かつ、両基板間の接合強度を高めたものとすることができる。このため、ノズル孔等を高密度に配置、実装することができ、高信頼性を有する液滴吐出ヘッドとなっている。
［第２の実施形態］
本実施形態では第１の実施形態で説明した液滴吐出ヘッドと、前記液滴吐出ヘッドに液体を供給する液体タンクと、を備えた液滴吐出カートリッジの構成例について説明する。

係る液滴吐出カートリッジの構成例を図１６に示す。

この液滴吐出カートリッジは、ノズル孔７１等を有する第１の実施形態の液滴吐出ヘッド７２と、この液滴吐出ヘッド７２に対して液体を供給する液体タンク７３とを一体化したものである。

このように液体タンクと液滴吐出ヘッドの一体型の液滴吐出カートリッジの性能は液滴吐出ヘッドの性能と直結している。そして、本実施形態の液滴吐出カートリッジにおいては、第１の実施形態で説明した液滴吐出ヘッドを用いている。係る液滴吐出ヘッドは既述のように、アクチュエータ基板と、保護基板との接合部において、接着剤のはみ出しを抑制し、かつ、両基板間の接合強度を高めたものである。このため、係る液滴吐出ヘッドは、ノズル孔等を高密度に配置、実装することができ、高信頼性を有しており、係る液滴吐出ヘッドを使用した液滴吐出カートリッジは、高画質、高速で、高信頼性を有する液滴吐出カートリッジとすることができる。
［第３の実施形態］
本実施形態では、第１の実施形態で説明した液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置の構成例について説明する。

本実施形態の液滴吐出装置の構成例を図１７及び図１８を用いて説明する。

図１７は同装置の斜視説明図、図１８は同装置の機構部の側面説明図を示したものである。

この液滴吐出装置はその内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載した第１の実施形態で説明した液滴吐出ヘッドからなる記録ヘッド、記録ヘッドへインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部８２等を収納している。

装置本体８１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。そして、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。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液滴吐出ヘッドからなるヘッド９４を複数のインク吐出口（ノズル孔）を主走査方向と交差する方向に配列している。そして、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ヘッド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。そして、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッド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、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孔を有する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、主走査モーター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を張装している。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、主走査モーター９７の正逆回転によりキャリッジ９３が往復駆動される。

次に、給紙カセット８４にセットした用紙８３をヘッド９４の下方側に搬送する機構について説明する。まず、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を有している。そして、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は副走査モーター１０７によってギヤ列を介して回転駆動される。

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を設けている。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、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。回復装置１１７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９３は印字待機中にはこの回復装置１１７側に移動されてキャッピング手段でヘッド９４をキャッピングされ、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ヘッド９４の吐出口（ノズル孔）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す。これにより、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。

本実施形態の液滴吐出装置においては、第１の実施形態で説明した、アクチュエータ基板と、保護基板との接合部において、接着剤のはみ出しを抑制し、両基板間の接合強度を高めた液滴吐出ヘッドを備えている。このため、係る液滴吐出ヘッドは、ノズル孔等を高密度に配置、実装することができ、高信頼性を有している。

そして、係る液滴吐出ヘッドを備えた本実施形態の液滴吐出装置は、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、液滴吐出装置全体の消費電力も低減できる。

なお、本実施形態においては、液滴吐出装置として、インクジェット記録装置の構成例を示したが、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装置等にも適用することできる。

１３ アクチュエータ基板
１３１ 保護基板
１３４１ 個別液室隔壁
３１ ノズル孔
３２ 個別液室
５１ 接合部
５１１ 第１の層
５１２ 第２の層

特開２０００−２１１１４５号公報

Claims (5)

1. アクチュエータが形成されたアクチュエータ基板と、
   前記アクチュエータを保護する保護基板と、を有しており、
   前記アクチュエータ基板の前記保護基板と対向する面には、前記保護基板と接合するための凸形状の接合部が設けられ、
   前記接合部の、前記保護基板との接合面の少なくとも一部は複数に分割され、島状のパターンが形成されている液滴吐出ヘッド。
2. 前記島状のパターンを構成する各島部は、前記保護基板側の面積が、前記アクチュエータ基板側の面積よりも小さい順テーパ形状を有している請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
3. 前記アクチュエータ基板の、前記接合部を設けた一方の面とは反対側の他方の面には、
   液滴を吐出するノズル孔と連通し、該ノズル孔に液体を供給する個別液室が一方向に沿って複数配列され、
   前記個別液室の配列方向において、個別液室間には個別液室隔壁が配置され、
   前記接合部は、前記個別液室隔壁が設けられた部分に対応する、前記アクチュエータ基板の一方の面側の部分に設けられており、
   前記接合部の前記保護基板との接合面に形成された島状のパターンは、前記個別液室の配列方向について、少なくとも２つの隣の範囲内における、他の接合部の前記保護基板との接合部に形成された島状のパターンと異なる、請求項１又は２に記載の液滴吐出ヘッド。
4. 請求項１乃至３いずれか一項に記載の液滴吐出ヘッドと、
   前記液滴吐出ヘッドに液体を供給する液体タンクと、を備えた液滴吐出カートリッジ。
5. 請求項１乃至３いずれか一項に記載の液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置。

Images