JP2015136898A - 液滴吐出ヘッド、液体カートリッジ、液滴吐出記録装置及び保護基板の形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安定したインク吐出ができ、圧電素子の劣化が低減された、高信頼性を有する液滴吐出ヘッドを得る。
【解決手段】液滴吐出ヘッド１０１は、ノズル孔１０３を有するノズル板１０９と、ノズル孔１０９につながる液室１１０ａ内に振動板１１５を介して圧力を発生させる圧電素子１１６を有する駆動素子基板１１２と、圧電素子１１６との間に空間１１４を形成した状態で駆動素子基板１１２に接着剤１２５を介して接合された保護基板１１３と、を備えている。保護基板１１３は空間１１４を外部雰囲気に接続するための連通孔１１３ｂを備えている。
【選択図】図４

Description

本発明は、液滴吐出ヘッド、液体カートリッジ、液滴吐出記録装置及び保護基板の形成方法に関するものである。

インクジェットヘッドに利用されるインク吐出方式としては、代表的なものとして例えば圧電方式、静電方式、サーマル方式などが挙げられる。
圧電方式のインクジェットヘッドは、大きく分けて、例えば、ノズル板、駆動素子基板及び保護基板で構成されている（例えば特許文献１を参照。）。

ノズル板はインクを吐出するためのノズル孔を備えている。駆動素子基板は、ノズル孔につながる液室内に振動板を介して圧力を発生させる圧電素子を備えている。その圧電素子は個別電極、圧電体、共通電極などを備えている。また、保護基板は、圧電素子との間に空間を形成した状態で駆動素子基板に接着剤を介して接合される。当該空間は、圧電素子の圧電体駆動を確保するための空間である。

保護基板と駆動素子基板は接着剤によって接合される。その接合処理において、十分な接合強度や工程時間短縮のためには高温ベーク処理が必要となる。このベーク処理によって接着剤からガスが発生する。この出ガスは保護基板と駆動素子基板とによって形成される閉空間内に充満する。このため、この閉空間に圧力が発生する。この圧力は振動板駆動に影響を与えるため、安定したインク吐出が得られないという問題があった。また、このガスが長期に渡り圧電素子の周辺に存在することで圧電素子の劣化、特に圧電体の劣化を招くという問題もあった。

本発明は、安定したインク吐出ができ、圧電素子の劣化が低減された、高信頼性を有する液滴吐出ヘッドを得ることを目的とする。

本発明にかかる液滴吐出ヘッドは、ノズル孔を有するノズル板と、上記ノズル孔につながる液室内に振動板を介して圧力を発生させる圧電素子を有する駆動素子基板と、上記圧電素子との間に空間を形成した状態で上記駆動素子基板に接着剤を介して接合された保護基板と、を備え、上記保護基板は上記空間を外部雰囲気に接続するための連通孔を備えていることを特徴とするものである。

本発明の液滴吐出ヘッドは、安定したインク吐出ができ、圧電素子の劣化が低減された、高信頼性を有する液滴吐出ヘッドを得ることができる。

液滴吐出ヘッドの一実施例を説明するための概略的な分解斜視図である。 同実施例を説明するための概略的な断面図である。 ノズル板とアクチュエータ基板が重ねられた状態を示す概略的な斜視図である。 図３のＢ−Ｂ位置の概略的な断面図である。 図３のＣ−Ｃ位置の概略的な断面図である。 同実施例における接着剤からの出ガスの流れを説明するための概略的な断面図である。 連通孔が設けられていない場合の接着剤からの出ガスの影響を説明するための概略的な断面図である。 保護基板の形成方法の実施例を説明するための概略的な断面図である。 連通孔の形状の例を形成工程とともに説明するための概略的な断面図である。 液体カートリッジの一実施例を説明するための概略的な斜視図である。 液滴吐出記録装置の一実施例を説明するための概略的な斜視図である。 同実施例の機構部を説明するための概略的な側面図である。

本発明の液滴吐出ヘッドは、保護基板において、保護基板と圧電素子との間の空間を外部雰囲気に接続するための連通孔を備えている。この連通孔は、保護基板と駆動素子基板とを接合するための接着剤からの出ガスに起因して上記空間内の圧力が上昇することを低減する。したがって、本発明の液滴吐出ヘッドは、接着剤からの出ガスによる圧力により振動板変位が影響を受けることがないようにすることができる。

また、上記連通孔の存在によって、接着剤からの出ガスが長期に渡って圧電素子近傍に滞留することがなくなる。したがって、本発明の液滴吐出ヘッドは、接着剤からの出ガスに起因する圧電素子の劣化、特に圧電体の劣化を低減することができる。
このように、本発明の液滴吐出ヘッドは、安定したインク吐出ができ、圧電素子の劣化が低減された、高信頼性を有する液滴吐出ヘッドを得ることができる。

本発明の液滴吐出ヘッドにおいて、上記連通孔は上記圧電素子に対向する面に形成されている例を挙げることができる。これにより、例えばインク供給孔やＩＣチップ配置孔など、保護基板に形成される他の孔の工法と同じ工法で連通孔を形成できるので、この態様の本発明の液滴吐出ヘッドは低コスト化を達成できる。ただし、本発明の液滴吐出ヘッドにおいて、連通孔の形成位置は圧電素子に対向する面に限定されない。

本発明の液滴吐出ヘッドにおいて、上記連通孔は、上記空間側から上記外部雰囲気側に向かって孔の断面積が大きくなるテーパ形状を有している例を挙げることができる。これにより、連通孔形成のためのエッチングにおいてエッチレートを早めることが容易であるので、この態様の本発明の液滴吐出ヘッドは工期短縮や低コストを達成できる。ただし、本発明の液滴吐出ヘッドにおいて、連通孔の形状は上記テーパ形状に限定されず、どのような形状であってもよい。

本発明にかかる液体カートリッジは、液滴を吐出する液滴吐出ヘッドと該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であって、上記液滴吐出ヘッドは本発明の液滴吐出ヘッドであることを特徴とするものである。液滴吐出ヘッドと液体タンクを一体化した液体カートリッジの場合、液滴吐出ヘッドの性能はただちに液体カートリッジ全体の性能につながる。本発明の液体カートリッジは本発明の液滴吐出ヘッドを備えているので、液滴吐出ヘッドに関する信頼性が向上し、ひいては高画質、低コストの液体カートリッジを達成することができる。

本発明にかかる液滴吐出記録装置は、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であって、上記液滴吐出ヘッドは本発明の液滴吐出ヘッドであることを特徴とするものである。本発明の液滴吐出記録装置は、本発明の液滴吐出ヘッドを備えているので、液滴吐出ヘッドに関する信頼性が向上し、ひいては高画質、高速での記録を行うことができる。また高速であるので、インクジェット記録装置全体の消費電力も低減できる。

本発明にかかる保護基板の形成方法は、本発明の液滴吐出ヘッドの上記保護基板を形成するための保護基板の形成方法であって、基板上に、上記空間を形成するためのエッチング処理の際に用いられる第一マスクパターンを形成する工程と、上記基板上及び上記第一エッチング用マスクパターン上に、上記連通孔を形成するためのエッチング処理の際に用いられる第二マスクパターンを形成する工程と、上記第二マスクパターンを用いて上記基板をエッチングして上記基板に貫通孔を形成して上記連通孔を形成する工程と、上記第一マスクパターンを残存させつつ上記第二マスクパターンを除去する工程と、上記第一マスクパターンを用いて上記基板をエッチングして上記基板に上記空間を形成するための凹部を形成する工程と、を含むことを特徴とする。ただし、本発明の液滴吐出ヘッドの保護基板を形成するための方法は、この保護基板の形成方法に限定されず、他の方法であってもよい。

以下に、図面を参照して本発明の実施例を説明する。本発明は、駆動素子基板と保護基板の接合において圧電素子近傍に形成される空間に関して、保護基板において上記空間を外部雰囲気に接続するための連通孔を備えていることが特徴になっている。

図１は、液滴吐出ヘッドの一実施例を説明するための概略的な分解斜視図である。図２は同実施例を説明するための概略的な断面図である。図２の断面は図１のＡ−Ａ位置に対応している。図２の断面は便宜上図１に対して上下逆転している。図３はノズル板とアクチュエータ基板が重ねられた状態を示す概略的な斜視図である。図４は図３のＢ−Ｂ位置の概略的な断面図である。図５は図３のＣ−Ｃ位置の概略的な断面図である。図４及び図５の断面は便宜上図３に対して上下逆転している。

インクジェットヘッドである液滴吐出ヘッド１０１は、ノズルカバー１０２、ノズル板１０３、アクチュエータ基板１０４、バッキンプレート１０５、ダンパープレート１０６、フレーム１０７、ＦＰＣ（Flexible printed circuits）１０８を備えている。ノズル板１０３、アクチュエータ基板１０４、バッキンプレート１０５、ダンパープレート１０６はその順に積層されてノズルカバー１０２によってフレーム１０７に固定されている。

ノズル板１０３に、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孔１０９が形成されている。アクチュエータ基板１０４に、ノズル孔１０９に個別に連通する個別液室１１０を備えた液路基板部１１１が形成されている。個別液室１１０は加圧液室部１１０ａ（液室）、流体抵抗部１１０ｂ、インク供給部１１０ｃを備えている。

ノズル孔１０９は、対応する個別液室１１０の加圧液室部１１０ａの先端位置に対応して配置されている。ノズル孔１０９の径は例えば１０〜３５μｍ（マイクロメートル）である。

ノズル板１０３は、例えばポリイミド等の樹脂フィルムで形成されている。ノズル孔１０９は例えばレーザー加工によって形成される。また、ノズル板１０３の材料としては、例えば、電鋳工法によって製造したニッケルの金属プレートや、シリコン、その他金属材料などを用いることもできる。なお、ノズル板１０３には撥水性の表面処理膜が成膜されている。

アクチュエータ基板１０４は、大きく分けて、駆動素子基板１１２と保護基板１１３を備えている。駆動素子基板１１２は、ノズル孔１０９につながる加圧液室部１１０ａ内に振動板１１５を介して圧力を発生させる圧電素子１１６を有している。保護基板１１３は圧電素子１１６との間に空間１１４を形成した状態で駆動素子基板１１２に接着剤１２５を介して接合されている。

アクチュエータ基板１０４において、個別液室１１０は、駆動素子基板１１２の一部として形成されており、例えばシリコンからなる液路基板部１１１が加工されて形成されている。個別液室１１０はノズル孔１０９ごとに設けられている。例えば、液路基板部１１１は、写真製版技術及びＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）エッチャーによるフッ素系ガスを用いたシリコン深掘りドライエッチング技術によって形成される。通常、液路基板部１１１に個別液室１１０を形成するためのエッチング工程は、駆動素子基板１１２の表面側に後述する駆動素子部１２６が形成され、さらに裏面研磨によりシリコン基板厚が１００μｍ程度に薄膜化された後に行なわれる。

駆動素子基板１１２において、液路基板部１１１上に振動板１１５が配置されている。振動板１１５上に圧電素子１１６が形成されている。振動板１１５は圧電素子１１６により発生した圧力を加圧液室部１１０ａ内のインクに伝えるための部位である。

振動板１１５は、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、ポリシリコン膜などの単膜又は複合膜からなり、拡散炉やＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置等を用いて形成される。振動板１１５の膜厚は、例えば積層膜の合計膜厚で０.５〜３μｍ程度である。

圧電素子１１６は、下部電極１１７と、下部電極１１７上に配置された圧電体１１８と、圧電体１１８上に配置された上部電極１１９とを備えている。この実施例では、下部電極１１７は複数の圧電素子１１６で共通の電極として用いられ、上部電極１１９は圧電素子１１６ごとで個別の電極として用いられる。

圧電素子１１６の圧電体１１８は、下部電極１１７及び上部電極１１９から供給される電圧によって変位（変形）する。圧電体１１８の変位によって振動板１１５が変位し、加圧液室部１１０ａ内の圧力が変化する。

圧電体１１８の材料は、例えばゾルゲル法によって形成されたＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）である。圧電体１１８の膜厚は例えば１〜２μｍ程度である。ただし、圧電体１１８の材料及び膜厚はこれに限定されるものではない。例えば、圧電体１１８の材料として、ＰＺＴの他にＢａＴｉＯ₃（チタン酸バリウム）などがある。

下部電極１１７及び上部電極１１９の材料は、例えばＰｔ（白金）、Ａｕ（金）、Ｉｎ（インジウム）等の低抵抗材料を挙げることができる。下部電極１１７及び上部電極１１９は例えばスパッタ法、写真製版技術及びエッチング技術によって形成される。下部電極１１７及び上部電極１１９の膜厚は例えば１００〜２００ｎｍ（ナノメートル）程度である。なお、下部電極１１７と上部電極１１９の材料は互いに異なっていてもよい。また、下部電極１１７の膜厚と上部電極１１９の膜厚は互いに異なっていてもよい。

振動板１１５上に圧電素子１１６を覆って圧電体保護膜１２０が形成されている。圧電体保護膜１２０は、例えば、ＡＬＤ（atomic layer deposition）方式によって成膜されたＡｌ₂Ｏ₃膜であり、膜厚は４０〜６０ｎｍである。ただし、圧電体保護膜１２０はこれに限定されない。

圧電体保護膜１２０の上に層間絶縁膜１２１が形成されている。層間絶縁膜１２１上に配線１２２が形成されている。配線１２２と上部電極１１９は圧電体保護膜１２０及び層間絶縁膜１２１に設けられた接続孔を介して電気的に接続されている。また、図示しない領域において、配線１２２と同時に形成された下部電極用配線が形成されている。この下部電極用配線は圧電体保護膜１２０及び層間絶縁膜１２１に設けられた接続孔を介して下部電極１１７と電気的に接続されている。

層間絶縁膜１２１は、例えばプラズマＣＶＤ方式によって成膜されたシリコン酸化膜である。層間絶縁膜１２１の膜厚は例えば０.５〜１μｍである。

配線１２２の材料は例えばアルミニウムである。配線１２２は例えばスパッタ法、写真製版技術及びエッチング技術によって形成される。配線１２２の膜厚は例えば１〜３μｍである。

層間絶縁膜１２１上に配線１２２を覆ってパッシベーション膜１２３が形成されている。パッシベーション膜１２３は駆動素子基板１１２の表面を外気から遮断している。配線１２２のパッド部分上のパッシベーション膜１２３に、外部入力１２４と電気的接続をとるためのパッド開口部が形成されている。
パッシベーション膜１２３の材料は例えばプラズマＣＶＤ方式によるシリコン窒化膜である。パッシベーション膜１２３の膜厚は例えば０.７〜１.５μｍである。

下部電極１１７、圧電体１１８及び上部電極１１９をもつ圧電素子１１６、圧電体保護膜１２０、層間絶縁膜１２１、配線１２２並びにパッシベーション膜１２３は駆動素子部１２６を構成している。

外部入力１２４は例えばＩＣ（Integrated Circuit）チップである。外部入力１２４は配線１２２を介して圧電素子１１６への電圧印加を制御する。外部入力１２４は、図１に示されたＦＣＰ１０８を介して液滴吐出ヘッド１０１の外部と電気的に接続される。配線１２２のパッド部分と外部入力１２４との接続方法は例えばスタッドバンプ方式である。ただし、外部入力１２４及び接続方法はこれらに限定されない。

パッシベーション膜１２３上に接着剤１２５を介して保護基板１１３が配置されている。保護基板１１３は駆動素子基板１１２の剛性を補完するためのものである。保護基板１１３は、凹部１１３ａと、連通孔１１３ｂと、インク供給孔１１３ｃと、外部入力配置孔１１３ｄを備えている。

凹部１１３ａは圧電素子１１６の形成領域を覆う位置に形成されている。凹部１１３ａによって保護基板１１３と圧電素子１１６との間に空間１１４が形成されている。

連通孔１１３ｂは空間１１４を外部雰囲気に接続するための貫通孔である。連通孔１１３ｂは圧電素子１１６に対向する凹部１１３ａの底面に形成されている。ただし、連通孔１１３ｂの配置位置はこれに限定されない。連通孔１１３ｂは、空間１１４を外部雰囲気に接続できる構成であれば、どのような位置及び形状で形成されていてもよい。

また、バッキンプレート１０５は連通孔１１３ｂに対応する位置に溝を備えている。この溝は空間１１４と液滴吐出ヘッド１０１の外部雰囲気を接続するためのものである。ただし、バッキンプレート１０５はこの溝を備えていなくてもよい。例えば、接着剤１２５からの出ガスが連通孔１１３ｂを介して空間１１４外へ十分に排出された後に、アクチュエータ基板１０４とバッキンプレート１０５が接合される。これにより、バッキンプレート１０５が上記溝を備えていなくても、接着剤１２５からの出ガスに起因する上記不具合は防止される。

保護基板１１３のインク供給孔１１３ｃは個別液室１１０のインク供給部１１０ｃに連通される貫通孔である。インク供給孔１１３ｃはパッシベーション膜１２３、層間絶縁膜１２１及び振動板１１５に形成された貫通孔を介してインク供給部１１０ｃに連通されている。
外部入力配置孔１１３ｄは外部入力１２４を配置するための貫通孔である。

保護基板１１３は、例えば厚みが４００μｍ程度のシリコン基板が加工されて形成されたものである。例えば、保護基板１１３は、写真製版技術及びＩＣＰエッチャーによるフッ素系ガスを用いたシリコン深掘りドライエッチング技術によって形成される。

例えば、アクチュエータ基板１０４における駆動素子基板１１２と保護基板１１３の接合は接着剤１２５を用いた微細接合及び高温ベークにより行われている。また、アクチュエータ基板１０４（駆動素子基板１１２）とノズル板１０３の接合は接着剤（図示は省略）用いた微細接合及び高温ベークにより行われている。ノズル板１０３とアクチュエータ基板１０４は例えば一体部品とされている。

次にインクの流れについて説明する。
インク供給孔１１３ｃに供給されたインクは、個別液室１１０のインク供給部１１０ｃ、流体抵抗部１１０ｂを経由して加圧液室部１１０ａに流入する。加圧液室部１１０ａにインクが充填される。

アクチュエータ基板１０４に実装された外部入力１２４からの入力（電圧）が配線１２２を経由して圧電素子１１６の上部電極１１９に加わることで圧電体１１８に変位が発生する。下部電極１１７は電気的に接地された回路になっている（図示は省略。）。圧電体１１８の変位は振動板１１５を介して加圧液室部１１０ａ内に圧力を発生させる。これにより、ノズル孔１０９からインク滴１２７が射出される。

図６は、上記実施例における接着剤からの出ガスの流れを説明するための概略的な断面図である。図７は、連通孔が設けられていない場合の接着剤からの出ガスの影響を説明するための概略的な断面図である。

図７に示されるように、保護基板１１３に連通孔１１３ｂ（図６を参照。）が設けられていない場合、圧電体１１８が配置されている領域は駆動素子基板１１２と保護基板１１３の接合によって形成される閉空間１１４ａとなっている。

駆動素子基板１１２と保護基板１１３の接合時に、十分な接合強度を得るため及び工程時間短縮のために、ベーク処理が行われる。その時、接着剤１２５からガスが発生する。

接着剤１２５からの出ガスは閉空間１１４ａに滞留するため、閉空間１１４ａは加圧状態となる。また、この加圧状態は、接着剤１２５の塗布状態によって変化するので、アクチュエータ基板１０４内及び複数のアクチュエータ基板１０４間において一定ではない。閉空間１１４ａの圧力はインク吐出の圧力を発生する振動板１１５に直接影響する。したがって、連通孔１１３ｂ（図６を参照。）が設けられていない場合においては安定したインク吐出ができない。

また、接着剤１２５からの出ガスは、長期に渡って、例えば製品自体が破棄されるまで閉空間１１４ａに滞留する。したがって、接着剤１２５からの出ガスは圧電体１１８の劣化要因となる。

これに対して、図６に示されるように連通孔１１３ｂが設けられている場合、保護基板１１３と圧電素子１１６との間に形成された空間１１４は連通孔１１３ｂによって外部雰囲気に接続される。接着剤１２５からの出ガスは空間１１４内に滞留することなく外部雰囲気へ開放されるので、空間１１４内には接着剤１２５からの出ガスに起因する不規則な圧力は発生しない。したがって、接着剤１２５からの出ガスは振動板１１５の駆動に影響を与えることがなく、図６に示された実施例の液滴吐出ヘッド１０１は安定したインク吐出が得られる。

また、接着剤１２５からの出ガスの長期滞留もないので、製品の長期使用においても接着剤１２５からの出ガスに起因して圧電体１１８が劣化することがない。したがって、図６に示された実施例の液滴吐出ヘッド１０１は高信頼性のヘッドが得られる。

図８は、保護基板の形成方法の実施例を説明するための概略的な断面図である。図７を参照して、保護基板１１３の形成工程例を説明する。

図８（ａ）に示されるように、保護基板の基材である基板１３０の表面に第一マスクパターンを形成するための第一マスクパターン用膜１３１を成膜する。基板１３０は例えばシリコン基板である。第一マスクパターン用膜１３１は例えばシリコン基板が酸化炉にて酸化処理されて成膜された酸化膜である。

図８（ｂ）に示されるように、第一マスクパターン用膜１３１上に写真製版技術によってレジストパターン１３２を形成する。レジストパターン１３２をマスクにして第一マスクパターン用膜１３１を例えばドライエッチング処理によってパターニングし、第一マスクパターン１３１ａを形成する。第一マスクパターン１３１ａは、駆動素子基板１１２と保護基板１１３との間に空間１１４（図４を参照。）を形成するためのエッチング処理の際に用いられるマスクパターンである。

図８（ｃ）に示されるように、第一マスクパターン１３１ａを残存させつつレジストパターン１３２を例えばドライアッシングにより除去する。写真製版技術により、基板１３０上及び第一マスクパターン１３１ａ上にレジストパターンからなる第二マスクパターン１３３を形成する。第二マスクパターン１３３をマスクにして例えばＩＣＰエッチャーを用いて基板１３０をエッチングする。これにより、連通孔１１３ｂとなる貫通孔が形成される。連通孔１１３ｂはアクチュエータ基板１０４において圧電体１１８に対向する位置に形成される（図４を参照。）。

なお、この実施例においては、レジストパターン１３２を一旦ドライアッシングによって除去したが、レジストパターン１３２を除去せずにレジストの二重塗布によって第二マスクパターン１３３を形成することもできる。この場合は、レジストパターン１３２を除去するためのドライアッシング工程が必要なくなるので、工期短縮及びコストダウンに有利である。

図８（ｄ）に示されるように、第一マスクパターン１３１ａを残存させつつ第二マスクパターン１３３を例えばドライアッシングによって除去する。なお、レジストパターン１３２が残っている場合はレジストパターン１３２も除去する。

図８（ｅ）に示されるように、写真製版技術により、基板１３０上及び第一マスクパターン１３１ａ上にレジストパターン１３４を形成する。レジストパターン１３４をマスクにして基板１３０の貫通エッチングを行う。これにより、インク供給孔１１３ｃとなる貫通孔と外部入力配置孔１１３ｃとなる貫通孔を形成する。

図８（ｆ）に示されるように、第一マスクパターン１３１ａを残存させつつレジストパターン１３４を例えばドライアッシングにより除去する。第一マスクパターン１３１ａをマスクにして基板１３０のエッチングを行う。これにより、圧電体１１８の駆動領域を確保するために圧電体１１８に対向して配置される空間１１４を形成するための凹部１１３ａと接着剤逃げ部として機能する凹部１１３ｅが形成される。これにより保護基板１１３の形状が完成される。この工程における基板１３０のエッチング量（凹部１１３ａの深さ）は例えば５０μｍである。なお、基板１３０の厚みは例えば６２５μｍである。

図８（ｇ）に示されるように、酸化膜からなる第一マスクパターン１３１ａを例えばウェットエッチングによって除去する。これにより、連通孔１１３ｂが形成された保護基板１１３の形成工程が完了する。

図９は、連通孔の形状の例を形成工程とともに説明するための概略的な断面図である。

図９の上図は図８（ｃ）に対応している。図８（ｃ）を参照して説明した上記工程において、連通孔１１３ｂを形成する際のエッチング条件を変更することにより、連通孔１１３ｂの形状を制御できる。

例えば、図９（ａ）に示されるように、保護基板１１３に形成する連通孔１１３ｂを逆テーパ形状（空間１１４側から外部雰囲気側に向かって孔の断面積が大きくなる）にすることができる。このような形状は、貫通孔エッチングにおいて、ＩＣＰエッチャーでボッシュプロセスを適用し、デポ量を比較的抑えた高速エッチレート条件の適用で可能となる。

そのボッシュプロセスの条件の一例としては、例えば、エッチングステップは、圧力４Ｐａ、コイルパワー２５００Ｗ、バイアスパワー８０Ｗ、ＳＦ₆流量４００ｓｃｃｍ、ステップ時間３秒とする。デポジションステップは、圧力６Ｐａ、コイルパワー２５００Ｗ、バイアスパワー０Ｗ、Ｃ₄Ｆ₈流量３００ｓｃｃｍ、ステップ時間２秒とする。下部電極温度は１０℃共通とする。

逆テーパ形状の連通孔１１３ｂを形成する場合、ストレート形状の貫通孔を形成する場合に比べて高速エッチングが可能となる。つまり、エッチング時間の短縮（工程時間の短縮）が可能であり、すなわちコスト低減を達成できる。

なお、逆テーパ形状の連通孔１１３ｂを形成する場合、図９（ｂ）に示されたストレート形状に比べ寸法制御的にはやや劣る。しかしながら、例えば液室隔壁幅の場合は±０.５μｍ等の厳しい管理が要求されるのに対して、設計上、連通孔１１３ｂの寸法制御についてはそれほど厳しい管理は必要としない。連通孔１１３ｂの目的は空間１１４と外部雰囲気とを接続することだからである。したがって、コストを優先させた該逆テーパ形状が有効となる。

ただし、設計上、寸法制御性が要求される場合においては、ストレート形状の連通孔１１３ｂを選択することが好ましい。ストレート形状の連通孔１１３ｂを形成するためのボッシュプロセスの条件の一例を以下に挙げる。例えば、エッチングステップは、圧力４Ｐａ、コイルパワー２５００Ｗ、バイアスパワー２０Ｗ、ＳＦ₆流量４００ｓｃｃｍ、ステップ時間１.７秒である。デポジションステップは、圧力４Ｐａ、コイルパワー２５００Ｗ、バイアスパワー０Ｗ、Ｃ₄Ｆ₈流量１１０ｓｃｃｍ、ステップ時間１.３秒である。下部電極温度は１０℃共通である。

なお、連通孔１１３ｂの形状は図９に示された（ａ）逆テーパ形状や（ｂ）ストレート形状に限定されない。連通孔１１３ｂの形状は、空間１１４と外部雰囲気とを接続できる形状であればどのような形状であってもよい。

図１０は、液体カートリッジの一実施例を説明するための概略的な斜視図である。
液体カートリッジ２０１は、ノズル孔２０２等を有する上記実施例の液滴吐出ヘッド２０３と、液滴吐出ヘッド２０３に対して液体を供給する液体タンク２０４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ヘッドの場合、液滴吐出ヘッド２０３の性能はただちに液体カートリッジ２０１全体の性能につながる。したがって、液滴吐出ヘッド２０３として高密度で信頼性の高い本発明の液滴吐出ヘッドを使用することにより、信頼性の高い液体カートリッジ２０１を得ることができる。

図１１は、画像形成装置の一実施例を説明するための概略的な斜視図である。図１２はこの実施例の機構部を説明するための側面図である。

画像形成装置３０１は、記録装置本体３０２の内部に印字機構部３０３等を収納している。印字機構部３０３は、主走査方向に移動可能なキャリッジ３１０、キャリッジ３１０に搭載した本発明を実施した液滴吐出ヘッドからなる記録ヘッド３１１、記録ヘッド３１１へインクを供給するインクカートリッジ３１２等で構成されている。画像形成装置３０１は、記録装置本体３０２の下方部には前方側から多数枚の用紙３０４を積載可能な給紙カセット（又は給紙トレイでもよい。）３０５を抜き差し自在に装着することができる。また、画像形成装置３０１は、用紙３０４を手差しで給紙するための手差しトレイ３０６を開倒することができる。画像形成装置３０１は、給紙カセット３０５又は手差しトレイ３０６から給送される用紙３０４を取り込み、印字機構部３０３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３０７に排紙する。

印字機構部３０３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３０８と従ガイドロッド３０９とでキャリッジ３１０を主走査方向（図１２で紙面垂直方向）に摺動自在に保持している。キャリッジ３１０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液滴吐出ヘッドからなる記録ヘッドが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されている。記録ヘッドはインク滴吐出方向を下方に向けて装着されている。また、キャリッジ３１０には記録ヘッド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３１２が交換可能に装着されている。

インクカートリッジ３１２は、上方に大気と連通する大気口を有し、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有している。また、インクカートリッジ３１２は、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記録ヘッドを用いているが、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３１０は、後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド３０８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３０９に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ３１０を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ３１３で回転駆動される駆動プーリ３１４と従動プーリ３１５との間にタイミングベルト３１６が張装されている。キャリッジ３１０はタイミングベルト３１６に固定されており、主走査モータ３１３の正逆回転によりキャリッジ３１０が往復駆動される。

給紙カセット３０５にセットした用紙３０４を記録ヘッドの下方側に搬送するために、給紙ローラ３１７、フリクションパッド３１８、ガイド部材３１９、搬送ローラ３２０、搬送コロ３２１及び先端コロ３２２が設けられている。給紙ローラ３１７及びフリクションパッド３１８は給紙カセット３０５から用紙３０４を分離給装する。ガイド部材３１９は用紙３０４を案内する。搬送ローラ３２０は給紙された用紙３０４を反転させて搬送する。搬送コロ３２１は搬送ローラ３２０の周面に押し付けられる。先端コロ３２２は搬送ローラ３２０からの用紙３０４の送り出し角度を規定する。搬送ローラ３２０は副走査モータ３２３によってギヤ列を介して回転駆動される。

キャリッジ３１０の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ３２０から送り出された用紙３０４を記録ヘッド３１１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３２４が設けられている。印写受け部材３２４の用紙搬送方向下流側には、用紙３０４を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ３２５、拍車３２６が設けられている。さらに用紙３０４を排紙トレイ３０７に送り出す排紙ローラ３２７及び拍車３２８と、排紙経路を形成するガイド部材３２９，３３０が配設されている。

記録時には、キャリッジ３１０を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド３１１を駆動することにより、停止している用紙３０４にインクを吐出して１行分を記録し、用紙３０４を所定量搬送後次の行の記録を行なう。記録終了信号又は用紙３０４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３０４を排紙する。

また、キャリッジ３１０の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、記録ヘッドの吐出不良を回復するための回復装置３３１が配置されている。回復装置３３１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３１０は印字待機中にはこの回復装置３３１側に移動されてキャッピング手段で記録ヘッド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記録ヘッドの吐出口（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、本体下部に設置された廃インク溜（図示は省略）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、画像形成装置３０１においては本発明を実施した液滴吐出ヘッドからなる記録ヘッド３１１が搭載されているので、画像形成装置３０１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、画像形成装置３０１全体の消費電力も低減できる。記録ヘッド３１１の性能はただちに画像形成装置３０１全体の性能につながるので、本発明を実施した液滴吐出ヘッドからなる信頼性の高い記録ヘッド３１１を使用することにより、信頼性の高い画像形成装置３０１を得ることができる。

なお、本発明にかかる画像形成装置は、プリンタ、ファクシミリ装置、複写装置、これらの複合機などにも適用することができる。また、本発明にかかる画像形成装置は、インク以外の液体、例えばＤＮＡ試料やレジスト、パターン材料などを吐出する液滴吐出ヘッドや液滴吐出装置、又はこれらを備えた画像形成装置にも適用することができる。

以上、本発明の実施例を説明したが、上記実施例での数値、材料、配置、個数等は一例であり、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変更が可能である。

例えば、本発明の液滴吐出ヘッドは、上記実施例の液滴吐出ヘッドの構成に限定されない。本発明の液滴吐出ヘッドは、駆動素子基板と保持基板が接着剤によって接合された液滴吐出ヘッドであれば、どのような構成の液滴吐出ヘッドに対しても適用できる。

また、本発明の液滴吐出ヘッドにおいて、１つ液室に複数のノズル孔が配置されていてもよい。

１０１ 液滴吐出ヘッド
１０３ ノズル板
１０９ ノズル孔
１１０ａ 加圧液室部（液室）
１１２ 駆動素子基板
１１３ 保護基板
１１３ａ 凹部
１１３ｂ 連通孔
１１４ 空間
１１５ 振動板
１１６ 圧電素子
１２５ 接着剤
１３０ 基板
１３１ａ 第一マスクパターン
１３３ 第二マスクパターン
２０１ 液体カートリッジ
２０２ ノズル孔
２０３ 液滴吐出ヘッド
２０４ 液体タンク
３０１ 画像形成装置
３１１ 記録ヘッド（液滴吐出ヘッド）

特開２００３?１３６７３４号公報

Claims (6)

1. ノズル孔を有するノズル板と、
   前記ノズル孔につながる液室内に振動板を介して圧力を発生させる圧電素子を有する駆動素子基板と、
   前記圧電素子との間に空間を形成した状態で前記駆動素子基板に接着剤を介して接合された保護基板と、を備え、
   前記保護基板は前記空間を外部雰囲気に接続するための連通孔を備えていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
2. 前記連通孔は前記圧電素子に対向する面に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. 前記連通孔は、前記空間側から前記外部雰囲気側に向かって孔の断面積が大きくなるテーパ形状を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の液滴吐出ヘッド。
4. 液滴を吐出する液滴吐出ヘッドと該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は請求項１から３のいずれか一項に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。
5. 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は請求項１から３のいずれか一項に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。
6. 請求項１に記載された液滴吐出ヘッドの前記保護基板を形成するための保護基板の形成方法であって、
   基板上に、前記空間を形成するためのエッチング処理の際に用いられる第一マスクパターンを形成する工程と、
   前記基板上及び前記第一エッチング用マスクパターン上に、前記連通孔を形成するためのエッチング処理の際に用いられる第二マスクパターンを形成する工程と、
   前記第二マスクパターンを用いて前記基板をエッチングして前記基板に貫通孔を形成して前記連通孔を形成する工程と、
   前記第一マスクパターンを残存させつつ前記第二マスクパターンを除去する工程と、
   前記第一マスクパターンを用いて前記基板をエッチングして前記基板に前記空間を形成するための凹部を形成する工程と、を含むことを特徴とする保護基板の形成方法。