JP2016022707A - 液体吐出部材、画像形成装置及び液滴吐出部材の検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】個々の吐出動作用電気機械変換素子による変位板変位領域の変位を検出して液体吐出部材の吐出動作を検査する場合と比較して、液体吐出部材の吐出動作を簡易に検査することを可能とする。【解決手段】吐出動作を行わない検査用電気機械変換素子１０１’を変位板１０２の素子取付面上に設け、その素子取付面に対して、直接又は中間部材１０９を介して間接的に、接着剤１１４により接着される接着対象部材２００の接着位置から流れ出た接着剤が検査用電気機械変換素子による変位板変位領域１１３’に向かって流れるときの最短流出距離Ｅ’が、前記接着対象部材の接着位置から流れ出た接着剤が吐出動作用電気機械変換素子１０１による変位板変位領域１１３に向かって流れるときの最短流出距離Ｅよりも、短くなるように構成した。【選択図】図１０

Description

本発明は、液体吐出部材、画像形成装置及び液滴吐出部材の検査方法に関するものである。

この種の液体吐出部材としては、例えば、液体吐出部材のノズル孔から加圧液室内の液体を吐出させて画像を形成するインクジェット記録装置等の画像形成装置に用いられるものが知られている。

特許文献１には、ノズルプレート（ノズル基板）と、ノズルプレートのノズル孔に連通する圧力発生室（加圧液室）を形成する流路形成基板（接着対象部材）とを、接着剤により接着して構成される液体噴射ヘッド（液体吐出部材）が開示されている。この液体噴射ヘッドは、ノズルプレートと流路形成基板との接着面に凹部が形成されている。これにより、余分な接着剤がこの凹部に流れ込み、余分な接着剤が圧力発生室内へ過度に流れ込むことが防止される。

部品同士を接着剤により接着する構成を有する液体吐出部材においては、接着位置から流れ出した余分な接着剤によって液体吐出動作に影響が出ることがある。例えば、変位板上の電気機械変換素子に駆動電圧を印加して変位板を変位させることにより加圧液室内の液体をノズル孔から吐出させる液滴吐出部材では、変位板の電気機械変換素子が取り付けられる素子取付面に対して接着対象部材を直接又は中間部材を介して間接的に接着剤により接着する場合がある。この場合、その接着位置から余分な接着剤が流れ出ると、その接着剤が重力などの作用によって流れ、電気機械変換素子による変位板変位領域に達することがある。そして、接着剤が電気機械変換素子による変位板変位領域まで流れ出ると、変位板の剛性が変化し、その結果、電気機械変換素子に駆動電圧を印加しても変位板を十分に変位させることができず、吐出動作不良を引き起こすおそれがある。

前記特許文献１に記載の液体吐出部材のように接着面に凹部を形成するなどの接着剤の流れ出し抑制技術を利用して、変位板の素子取付面上の被接着部材と接着対象部材との接着面から接着剤の流れ出しを抑制することは可能である。しかしながら、生産における部品ばらつき、組立ばらつき等を考慮すると、流出抑制技術を利用しても接着剤の流れ出しを完全に防ぐことはできない。そのため、接着後に電気機械変換素子による変位板変位領域が適切に変位するか否かについて検査することが重要である。

ところが、個々のノズル孔に対応する電気機械変換素子による変位板変位領域について検査しようとすると、インクジェット記録装置に用いられる液体吐出部材のようにノズル孔が多数存在する場合には、その検査工程が煩雑となるという問題がある。そのため、より簡易に検査を行えるようにする方策が望まれる。

上述した課題を解決するために、本発明は、液体を吐出するノズル孔が形成されたノズル基板と、前記ノズル孔に連通する加圧液室と、前記加圧液室の壁部の一部を構成する変位板と、前記変位板における前記加圧液室に面する側とは反対側の素子取付面上に設けられる吐出動作用電気機械変換素子と、前記変位板の素子取付面に対して、直接又は中間部材を介して間接的に、接着剤により接着される接着対象部材とを備え、前記吐出動作用電気機械変換素子に印加される駆動電圧に応じて前記変位板が変位することにより前記加圧液室内の液体を前記ノズル孔から吐出させる吐出動作を行う液滴吐出部材において、前記吐出動作を行わない検査用電気機械変換素子を前記変位板の素子取付面上に設けて該検査用電気機械変換素子に電圧を印加することで前記変位板が変位するように構成し、前記接着対象部材の接着位置から流れ出た接着剤が前記検査用電気機械変換素子による変位板変位領域に向かって流れるときの最短流出距離が、前記接着対象部材の接着位置から流れ出た接着剤が前記吐出動作用電気機械変換素子による変位板変位領域に向かって流れるときの最短流出距離よりも、短くなるように構成したことを特徴とする。

本発明によれば、個々の吐出動作用電気機械変換素子による変位板変位領域の変位を検出して液体吐出部材の吐出動作を検査する場合と比較して、液体吐出部材の吐出動作を簡易に検査することが可能となるという優れた効果が奏される。

実施形態のインクジェット記録装置の構成を示す透視斜視図である。 同インクジェット記録装置の機構部の側面図である。 同インクジェット記録装置における液滴吐出ヘッドの内部構成を示す部分破断した斜視図である。 同液滴吐出ヘッドを構成するアクチュエータ基板の上面図である。 図４中Ａ−Ａ’における液滴吐出ヘッドの断面図である。 図４中Ｃ−Ｃ’における液滴吐出ヘッド５０の断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、同液滴吐出ヘッドの製造工程の前段部分を説明するため、ノズル孔の並び方向に対して直交する断面を示す断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、同液滴吐出ヘッドの製造工程の中段部分を説明するため、ノズル孔の並び方向に対して直交する断面を示す断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、同液滴吐出ヘッドの製造工程の後段部分を説明するため、ノズル孔の並び方向に対して直交する断面を示す断面図である。 （ａ）は、同液滴吐出ヘッドにおける吐出動作用圧電素子の部分をノズル孔の並び方向に沿って切断したときの断面図である。（ｂ）は、同液滴吐出ヘッドにおける検査用圧電素子の部分をノズル孔の並び方向に沿って切断したときの断面図である。 （ａ）は、吐出動作用圧電素子の近傍において接着剤が流出した様子を示す断面図である。（ｂ）は、検査用圧電素子の近傍において接着剤が流出した様子を示す断面図である。 検査用圧電素子による振動板変位領域を加圧液室側から微分干渉顕微鏡によって観察した結果を一例を示す説明図である。 変形例１の液滴吐出ヘッドにおける検査用圧電素子の部分をノズル孔の並び方向に対して直交する方向に切断したときの一例を示す断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、同液滴吐出ヘッドの段差部を接着剤が超える前と後とを比較した説明図である。 変形例１の液滴吐出ヘッドにおける検査用圧電素子の部分をノズル孔の並び方向に対して直交する方向に切断したときの他の例を示す断面図である。 変形例２の液滴吐出ヘッドを構成するアクチュエータ基板の一例を示す上面図である。 同液滴吐出ヘッドを構成するアクチュエータ基板の他の例を示す上面図である。 変形例３の液滴吐出ヘッドを構成するアクチュエータ基板の一例を示す上面図である。

以下、本発明に係る液体吐出部材としての液滴吐出ヘッドを、画像形成装置としてのインクジェット記録装置に適用した一実施形態について説明する。

図１は、本実施形態のインクジェット記録装置の構成を示す透視斜視図である。
図２は、本実施形態のインクジェット記録装置の機構部の側面図である。
図１及び図２に示すインクジェット記録装置は、装置本体の内部に主走査方向へ移動可能なキャリッジ１を備えている。このキャリッジ１には、液滴吐出ヘッド５０及び液滴吐出ヘッド５０に対してインクを供給するインクカートリッジ２等が搭載れている。

装置本体の下方部には、前方側（図２中左側）から多数枚の記録材３０を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい）４が抜き差し自在に装着されている。また、記録材３０を手差しで給紙するために開かれる手差しトレイ５も有している。給紙カセット４あるいは手差しトレイ５から給送される記録材３０は、印字機構部３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６に排紙される。なお、記録材３０は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の材質の媒体を含むものとする。

印字機構部３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７と従ガイドロッド８とでキャリッジ１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１には、複数のインク吐出口（ノズル孔）が主走査方向と直交する副走査方向に配列され、液滴吐出方向が下方に向くように、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（液滴）を吐出する液滴吐出ヘッド５０が装着されている。また、キャリッジ１には、液滴吐出ヘッド５０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２を交換可能に装着している。

インクカートリッジ２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５０へインクを供給する供給口が設けられている。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５０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５０としては、色ごとに異なる液滴吐出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個の液滴吐出ヘッドでもよい。

キャリッジ１は、後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド７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８に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ１を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ９ａで回転駆動される駆動プーリ１０と従動プーリ１１との間にタイミングベルト１２を張装している。このタイミングベルト１２をキャリッジ１に固定し、主走査モータ９ａの正逆回転によりキャリッジ１が往復に走査される。

また、本インクジェット記録装置は、給紙カセット４から記録材３０を分離給装する給紙ローラ１３及びフリクションパッド１４、記録材３０を案内するガイド部材１５、給紙された記録材３０を反転させて搬送する搬送ローラ１６なども備えている。更に、この搬送ローラ１６の周面に押し付けられる搬送コロ１７及び搬送ローラ１６からの記録材３０の送り出し角度を規定する先端コロ１８も有している。搬送ローラ１６は副走査モータ９ｂによってギヤ列を介して回転駆動される。

また、キャリッジ１の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１６から送り出された記録材３０を液滴吐出ヘッド５０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１９も有している。この印写受け部材１９の用紙搬送方向下流側には、記録材３０を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ２０と拍車２１を設け、さらに記録材３０を排紙トレイ６に送り出す排紙ローラ２３と拍車２４と、排紙経路を形成するガイド部材２５，２６とを配設している。

インクジェット記録装置で画像を記録する際、キャリッジ１を移動させながら、画像信号に応じて液滴吐出ヘッド５０を駆動することにより、停止している記録材３０にインクを吐出して１行分を記録し、その後、記録材３０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記録材３０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、記録材３０を排紙する。

また、キャリッジ１の移動方向一端側の記録領域を外れた位置には、液滴吐出ヘッド５０の吐出不良を回復するための回復装置２７を配置している。回復装置２７はそれぞれ図示していない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１は、印字待機中には回復装置２７側に移動されてキャッピング手段で液滴吐出ヘッド５０をキャッピングしてノズル孔の湿潤状態を保つことによりインクの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、すべてのノズル孔のインクの粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。

更に、吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段で液滴吐出ヘッド５０のノズル孔を密封し、チューブを通して吸引手段でノズル孔からインクとともに気泡等を吸い出す。これにより、ノズル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。

次に、液滴吐出ヘッド５０の構成について説明する。
図３は、本実施形態の液滴吐出ヘッド５０の内部構成を示す部分破断した斜視図である。
図４は、液滴吐出ヘッド５０を構成するアクチュエータ基板の上面図である。
図５は、図４中Ａ−Ａ’における液滴吐出ヘッド５０の断面図である。
図６は、図４中Ｃ−Ｃ’における液滴吐出ヘッド５０の断面図である。

本実施形態の液滴吐出ヘッド５０は、主に、アクチュエータ基板１００と、保持基板２００と、ノズル基板３００とから構成されている。アクチュエータ基板１００は、変位板としての振動板１０２の素子取付面（図中上面）上に、液体吐出エネルギーを発生させる電気機械変換素子としての圧電素子１０１を備えている。本実施形態における圧電素子１０１は、図５に示すように、下部電極である共通電極層１０１−１と上部電極である個別電極層１０１−２との間に圧電体層１０１−３が挟まれた構成となっている。また、アクチュエータ基板１００は、振動板１０２の素子取付面とは反対側の面（図中下面）に隔壁部１０３を備えている。振動板１０２と隔壁部１０３とノズル基板３００によって囲まれる空間が加圧液室１０４となる。また、アクチュエータ基板１００により、流体抵抗部１０５及び共通液室１０６も形成される。

保持基板２００は、インクカートリッジ２からのインクを供給するインク供給口２０１を備えており、アクチュエータ基板１００に接合されることにより、共通インク流路２０２と、アクチュエータ基板１００の振動板１０２が撓んで変位できる空間を形成するザグリ２０３とを形成する。保持基板２００は、シリコンエッチング、プラスチック成型品等により形成できる。

ノズル基板３００は、個々の加圧液室１０４に対応した位置にノズル孔３０１が形成されている。ノズル基板３００は、例えばＳＵＳからなる板に対して、パンチ加工、エッチング、シリコンエッチング、ニッケル電気鋳造、樹脂レーザー加工などを施すことにより形成されたものを用いることができる。

本実施形態の液滴吐出ヘッド５０は、各加圧液室１０４内にインクを満たした状態で、制御部（不図示）の制御の下、駆動電圧を個別電極層１０１−２に印加する。この駆動電圧としては、発振回路により生成した２０［Ｖ］のパルス電圧を用いることができる。このような電圧パルスを印加することにより、圧電体層１０１−３は、圧電効果により圧電体層１０１−３そのものが振動板１０２と平行方向に縮む。これにより、振動板１０２が加圧液室１０４側へ凸になるように撓む結果、加圧液室１０４内の圧力が急激に上昇し、加圧液室１０４に連通するノズル孔３０１からインクが吐出される。

パルス電圧が印加された後は、縮んだ圧電体層１０１−３が元に戻り、これに伴って撓んだ振動板１０２も元の位置に戻る。このため、加圧液室１０４内が共通液室１０６内に比べて負圧となり、インクカートリッジ２からインク供給口２０１を介して供給されているインクが共通インク流路２０２、共通液室１０６から流体抵抗部１０５を介して加圧液室１０４へ供給される。これを繰り返すことにより、インクの液滴を連続的に吐出でき、液滴吐出ヘッド５０に対向して配置される記録材に画像を形成する。

次に、本実施形態における液滴吐出ヘッド５０の製造方法について説明する。
図７〜図９は、本実施形態の液滴吐出ヘッド５０の製造工程を説明するため、ノズル孔の並び方向に対して直交する断面を示す断面図である。

はじめに、図７（ａ）に示すように、アクチュエータ基板１００として、面方位（１１０）のシリコン単結晶基板（例えば板厚４００μｍ）上に振動板１０２となる膜を成膜する。この振動板１０２は、振動板としての機能と後のプロセス整合性とが確保できれば、単層膜でも積層膜でもよい。振動板１０２の材料として、例えば、ＬＰ−ＣＶＤ法で、シリコン酸化膜、ポリシリコン膜あるいはアモルファスシリコン膜、シリコン窒化膜を、所望の振動板剛性になるように積層して成膜する。プロセス整合性、振動板剛性及び振動板全体の応力を考慮すると、積層数は、おおよそ３層〜７層程度が好ましい。ただし、振動板１０２の上に形成される共通電極層１０１−１との密着性を確保するために、振動板１０２の最上層は、ＬＰＣＶＤ法で形成したシリコン酸化膜とする。そして、振動板１０２の上に形成される共通電極層１０１−１としては、例えば、ＴｉＯ_２とＰｔをスパッタ法で各々５０ｎｍと１００ｎｍで成膜したものを用いることができる。

次に、図７（ｂ）に示すように、共通電極層１０１−１上に圧電体層１０１−２を形成する。圧電体層１０１−２としては、ＰＺＴを例えばスピンコート法で複数回に分けて成膜し、最終的に２μｍ厚に成膜したものを用いることができる。圧電体層１０１−２を成膜した後、Ｐｔの個別電極層１０１−２をスパッタ法で例えば１００ｎｍに成膜する。ここで、圧電体層１０１−３の成膜方法は、スピンコート法に限らず、例えばスパッタ法、イオンプレーティング法、エアーゾル法、ゾルゲル法、インクジェット法などで成膜してもよい。圧電体層１０１−３を成膜した後、リソエッチ法により個別電極層１０１−２と圧電体層１０１−３をパターニングして、後に形成する加圧液室１０４に対応する位置に圧電素子１０１を形成する。このとき、後に共通インク流路２０２となる箇所の共通電極層１０１−１もパターニングして除去しておく。

次に、図７（ｃ）に示すように、共通電極層１０１−１及び圧電素子１０１と、後に形成する引き出し配線１０８との間を絶縁するために、層間絶縁膜１１０を成膜する。層間絶縁膜１１０は、例えばプラズマＣＶＤ法で成膜したＳｉＯ_２膜を用いることができる。層間絶縁膜１１０は、圧電素子１０１や電極材料に影響を及ぼさず、絶縁性を有する膜であれば、プラズマＣＶＤ法で成膜したＳｉＯ_２膜以外の絶縁膜でもよい。層間絶縁膜１１０を成膜した後、個別電極層１０１−２と引き出し配線１０８とを接続するための接続孔１１１をリソエッチ法で形成する。ここでは図示していないが、共通電極層１０１−１を別の引き出し配線と接続する場合には、同様に接続孔を層間絶縁膜１１０に形成する。

次に、図７（ｄ）に示すように、引き出し配線１０８として、例えばＴｉＮとＡｌを各々膜厚３０ｎｍと１μｍでスパッタ法により成膜する。ＴｉＮ膜は、接続孔１１１の底部で引き出し配線１０８の材料であるＡｌが個別電極層１０１−２に直接接することによって後の工程による熱履歴で合金化し、体積変化によるストレスによる膜剥がれ等が生じないようにする目的で設けられるバリア層として機能する。また、引き出し配線１０８の成膜時には、後の保持基板２００が接着される被接着部材１０９となる箇所も膜を残し、被接着部材１０９を形成する。

次に、図８（ａ）に示すように、パッシベーション膜１１２として、例えばプラズマＣＶＤ法によりシリコン窒化膜を１０００ｎｍ厚で成膜する。その後、図８（ｂ）に示すように、リソエッチ法により、個別電極パッド１０７となる引き出し配線１０８の端部と、圧電素子１０１の上面の一部と、共通インク流路２０２との箇所におけるパッシベーション膜１１２及び層間絶縁膜１１０を除去する。そして、図８（ｃ）に示すように、リソエッチ法により、共通インク流路２０２と共通液室１０６とを連通させる箇所の振動板１０２を除去する。

次に、図９（ａ）に示すように、後述する振動板変位領域１１３に対応した位置にザグリ２０３を形成した保持基板２００の足部２００ａと、アクチュエータ基板１００の振動板１０２上に形成されている被接着部材１０９とを接着剤１１４で接着する。このとき、接着剤１１４は、一般的な薄膜転写装置などを用いて、振動板１０２の被接着部材１０９上に厚さ１〜４μｍ程度塗布し、その後、保持基板２００の足部２００ａの下面を被接着部材１０９上に押し付けるようにして接着する。

次に、図９（ｂ）に示すように、リソ法により、加圧液室１０４、共通液室１０６、流体抵抗部１０５以外の隔壁部１０３をレジストで被覆した後、アルカリ溶液（ＫＯＨ溶液あるいはＴＭＨＡ溶液）で異方性ウェットエッチングを行い、加圧液室１０４、共通液室１０６、流体抵抗部１０５を形成する。アルカリ溶液による異方エッチング以外にも、例えばＩＣＰエッチャーを用いたドライエッチングで、加圧液室１０４、共通液室１０６、流体抵抗部１０５を形成してもよい。その後、図９（ｃ）に示すように、各加圧液室１０４に対応した位置にノズル孔３０１が開口したノズル基板３００を接合する。

なお、以上の説明は、液滴吐出ヘッド５０の製造方法の一例であり、これに限られない。例えば、圧電素子１０１を覆う１又は２以上の保護層を形成してもよい。

次に、本発明の特徴部分である検査用圧電素子１０１’について説明する。
本実施形態のアクチュエータ基板１００には、図４に示すように、ノズル孔３０１からインクを吐出させる吐出動作を行う吐出動作用電気機械変換素子としての圧電素子１０１（以下「吐出動作用圧電素子１０１」という。）のほかに、検査用電気機械変換素子としての検査用圧電素子１０１’が設けられている。本実施形態では、ノズル孔の並び方向に沿って並んでいる吐出動作用圧電素子１０１の並び方向両端に、それぞれ１つずつ検査用圧電素子１０１’が配置されている。

共通電極層１０１−１は、吐出動作用圧電素子１０１及び検査用圧電素子１０１’のすべてに共通した電極層であり、図示しないアース用端子に接続されている。また、圧電素子１０１，１０１’ごとに設けられる個別電極層１０１−２は、図４に示すように、それぞれ、引き出し配線１０８，１０８’によって外部接続用の個別電極パッド１０７，１０７’に接続されている。個別電極パッド１０７，１０７’には、所定の振幅及び周波数のパルス電圧からなる駆動電圧を印加するための駆動用電気回路素子としての図示しない圧電素子駆動ＩＣが接続される。図４中符号Ｄで示すアクチュエータ基板１００上の領域は、保持基板２００によって覆われる領域である。

本実施形態においては、少なくともアクチュエータ基板１００と保持基板２００との接合には、上述したとおり、接着剤１１４を用いる。この接着の際、保持基板２００の被接着部材１０９と保持基板２００の足部２００ａとの間の接着面から余分な接着剤１１４が流れ出し、振動板変位領域１１３へ達することがある。ここでいう振動板変位領域１１３は、圧電素子１０１，１０１’の伸縮によって振動板１０２が撓む（変位する）領域であり、図９（ｂ）又は図９（ｃ）に示すように、加圧液室１０４の壁面を構成する振動板１０２の部分に相当する。この振動板変位領域１１３まで接着剤１１４が流出してくると、振動板変位領域１１３の剛性が変化し、圧電素子１０１，１０１’の伸縮によって振動板１０２の撓む量（変位量）が変わってくる。その結果、振動板１０２を所望のとおり撓ませる（変位させる）ことができず、吐出動作不良を引き起こすおそれがある。

そのため、余分な接着剤１１４によって吐出動作不良が生じる液滴吐出ヘッド５０を見つけだすための検査を行うことが重要となる。しかしながら、個々のノズル孔３０１に対応する吐出動作用圧電素子１０１による各振動板変位領域１１３の変位を検出して検査しようとすると、本実施形態のインクジェット記録装置のようにノズル孔３０１が多数存在する場合には、その検査工程が煩雑となる。

そこで、本実施形態では、吐出動作を行うための吐出動作用圧電素子１０１とは別に、吐出動作を行わない検査用圧電素子１０１’を振動板１０２上に設けている。これにより、検査用圧電素子１０１’に関しては、吐出動作を考慮せずに、検査に特化した構成を採用することができる。そして、本実施形態では、接着剤１１４の流出元である接着位置から検査用圧電素子１０１’による振動板変位領域１１３までの接着剤流出経路の最短距離が、吐出動作用圧電素子１０１による振動板変位領域１１３までの接着剤流出経路の最短距離よりも短くなるように構成している。

図１０（ａ）は、本実施形態の液滴吐出ヘッド５０における吐出動作用圧電素子１０１の部分をノズル孔の並び方向に沿って切断したときの断面図である。
図１０（ｂ）は、本実施形態の液滴吐出ヘッド５０における検査用圧電素子１０１’の部分をノズル孔の並び方向に沿って切断したときの断面図である。
なお、図１０に示す例では、吐出動作用圧電素子１０１を２層の保護層が覆っている例となっている。

本実施形態において、検査用圧電素子１０１’による振動板変位領域１１３’は、吐出動作用圧電素子１０１による振動板変位領域１１３には形成されていない追加層１１５によって覆われている。この追加層１１５の形成は、例えば、吐出動作用圧電素子１０１による振動板変位領域１１３及び検査用圧電素子１０１’による振動板変位領域１１３’の両方に対して追加層１１５を一様に形成した後、吐出動作用圧電素子１０１による振動板変位領域１１３の追加層部分をエッチング等により除去すればよい。この追加層１１５としては、例えば、図８（ａ）に示した工程で成膜されるパッシベーション膜１１２を用いることができる。

このような追加層１１５で検査用圧電素子１０１’による振動板変位領域１１３’を覆うことにより、接着剤１１４の流出元である接着位置からの接着剤流出経路の最短距離Ｅ’が、この追加層１１５で覆われていない吐出動作用圧電素子１０１による振動板変位領域１１３についての接着剤流出経路の最短距離Ｅよりも、短くなる。

より詳しくは、吐出動作用圧電素子１０１については、図１０（ａ）に示すように、接着剤１１４の流出元である接着位置から流れ出た接着剤１１４は、振動板１０２上の被接着部材１０９の壁面を伝って下方へ流れ、振動板１０２の上面（振動板１０２上に保護層が形成されている場合には保護層の上面）に達したら、振動板１０２の上面に沿って略水平方向へ流れ、吐出動作用圧電素子１０１による振動板変位領域１１３へ達する。一方、検査用圧電素子１０１’についても、同様の接着剤流出経路を辿って、接着位置から流れ出た接着剤１１４が検査用圧電素子１０１’による振動板変位領域１１３’へ達するが、追加層１１５の厚み分だけ、接着位置から振動板１０２の上面に達するまでの経路長が短い。そのため、検査用圧電素子１０１’による振動板変位領域１１３’までの接着剤流出経路Ｅ’は、吐出動作用圧電素子１０１による振動板変位領域１１３までの接着剤流出経路Ｅよりも短い。

これにより、仮に接着位置から同じ量の接着剤１１４が流れ出た場合、図１１（ａ）及び（ｂ）に示すように、検査用圧電素子１０１’による振動板変位領域１１３’の方が、吐出動作用圧電素子１０１による振動板変位領域１１３に比べて、接着剤１１４が到達しやすく、到達する接着剤１１４の量も多くなる。すなわち、検査用圧電素子１０１’による振動板変位領域１１３’の方が、吐出動作用圧電素子１０１による振動板変位領域１１３よりも、接着位置から流れ出た接着剤による悪影響が大きくなる。

特に、本実施形態では、振動板１０２の被接着部材１０９側の接着面と、保持基板２００の足部２００ａ側の接着面の少なくとも一方に凹部が形成されており、余分な接着剤の一部を凹部内に収容して接着位置から接着剤が流出する量を抑制している。このとき、検査用圧電素子１０１’による振動板変位領域１１３’へ流れ出る接着剤１１４の流出元である接着位置での凹部の容積を、吐出動作用圧電素子１０１による振動板変位領域１１３へ流れ出る接着剤１１４の流出元である接着位置での凹部の容積よりも小さくするのがよい。これにより、検査用圧電素子１０１’による振動板変位領域１１３’の方が、吐出動作用圧電素子１０１による振動板変位領域１１３よりも、更に、接着位置から流れ出た接着剤による悪影響が大きくなる。

本実施形態のような構成とすることで、検査用圧電素子１０１’による振動板変位領域１１３’の変位を検出した結果が良好であれば、吐出動作用圧電素子１０１による振動板変位領域１１３の変位も良好であると、高い確度で推定することが可能となる。したがって、個々の吐出動作用圧電素子１０１による振動板変位領域１１３の変位を検出しなくても、液滴吐出ヘッド５０の吐出動作の良否を十分な確度で検査することができる。

次に、本実施形態における液滴吐出ヘッド５０の吐出動作の検査方法について説明する。
本実施形態における液滴吐出ヘッド５０の吐出動作の検査方法は、検査用圧電素子１０１’に所定の電圧を印加し、これによる振動板変位領域１１３’の変位を検出することにより行う。具体的には、液滴吐出ヘッド５０におけるノズル基板３００を取り付ける前の段階で、加圧液室１０４側から振動板変位領域１１３’を微分干渉顕微鏡によって観察することにより行う。微分干渉顕微鏡は、微小な凹凸に対して高いコントラストの画像を得ることができるものである。

図１２は、加圧液室１０４側から振動板変位領域１１３’を微分干渉顕微鏡によって観察した結果の一例を示す説明図である。なお、図１２に示す例では、吐出動作用圧電素子１０１の並び方向端部に３つの検査用圧電素子１０１’が配置された例である。
接着剤１１４が検査用圧電素子１０１’による振動板変位領域１１３’まで流れ出た場合、振動板１０２の剛性が変化して振動板１０２の変位（撓み）が本来とは異なるものとなる。具体的には、接着剤１１４が検査用圧電素子１０１’による振動板変位領域１１３’まで流れ出たときには、図１２中線で囲った部分のように、振動板１０２の変位（撓み）が濃淡（コントラスト）で示される。これに対し、接着剤１１４が検査用圧電素子１０１’による振動板変位領域１１３’まで流れ出ていない場合には、検査用圧電素子１０１’による振動板変位領域１１３’は、おおよそ、図１２に示す吐出動作用圧電素子１０１による振動板変位領域１１３と同じような濃淡（コントラスト）で示される。

検査用圧電素子１０１’による振動板変位領域１１３’の変位（撓み）をこのように観察することで、液滴吐出ヘッド５０の吐出動作の良否を検査する。
なお、本実施形態では、検査用圧電素子１０１’による振動板変位領域１１３’の変位（撓み）の検出方法が、微分干渉顕微鏡により観察して行う方法であるが、これに限られない。ただし、本実施形態の検出方法であれば、非破壊で検査可能であることから、量産時の検査方法として有用である。

〔変形例１〕
次に、本実施形態における液滴吐出ヘッド５０の一変形例（以下、本変形例を「変形例１」という。）について説明する。
図１３は、本変形例１の液滴吐出ヘッド５０における検査用圧電素子１０１’の部分をノズル孔の並び方向に対して直交する方向に切断したときの断面図である。
本変形例１においては、接着位置から検査用圧電素子１０１’による振動板変位領域１１３’へ向かう接着剤流出経路（振動板変位領域１１３’に達した後に流れる接着剤の経路も含む。）に沿って段差部１１６が設けられている。

このような段差部１１６を設けることにより、流出した接着剤１１４が段差部１１６を超える前と超えた後との間で、振動板１０２の変位（撓み）に与える影響を不連続的に異ならせることができる。すなわち、図１４（ａ）に示すように、接着剤１１４の流出量が段差部１１６を超える前までは、この段差部１１６よりも接着剤経路の下流側における振動板変位領域１１３’の部分については接着剤の影響が少なく、変位（撓み）に大きな変化は現れない。しかしながら、図１４（ｂ）に示すように、接着剤１１４の流出量が段差部１１６を超えた後は、この段差部１１６よりも接着剤経路の下流側における振動板変位領域１１３’の部分について、接着剤の影響により変位（撓み）に大きな変化が現れる。その結果、振動板１０２の変位（撓み）の検出結果から、接着剤による吐出動作の影響度合いについて、明確なランク分けが可能となる。

特に、図１５に示すように、複数の段差部１１６Ａ，１１６Ｂ，１１６Ｃを設けることで、多段的なランク分けが可能となる。

〔変形例２〕
次に、本実施形態における液滴吐出ヘッド５０の他の変形例（以下、本変形例を「変形例２」という。）について説明する。
図１６は、本変形例２の液滴吐出ヘッド５０を構成するアクチュエータ基板の一例を示す上面図である。
図１７は、本変形例２の液滴吐出ヘッド５０を構成するアクチュエータ基板の他の例を示す上面図である。

本変形例２においては、検査用圧電素子１０１’による振動板変位領域１１３’に占める検査用圧電素子１０１’の面積が、吐出動作用圧電素子１０１による振動板変位領域１１３に占める吐出動作用圧電素子１０１の面積よりも小さくなるように構成されている。このような構成により、検査用圧電素子１０１’による振動板変位領域１１３’の方が、吐出動作用圧電素子１０１による振動板変位領域１１３よりも、流出した接着剤が振動板１０２の上面（保護層や追加層がある場合にはその上面）に直接接触する接着剤の量が多くなる。振動板１０２の上面に接着剤が直接接触する方が、接着剤による振動板１０２の変位（撓み）への影響が大きいことから、検査用圧電素子１０１’による振動板変位領域１１３’において接着剤による振動板１０２の変位（撓み）を検出しやすくなる。よって、より正確に吐出動作の良否を検査することが可能となる。

〔変形例３〕
次に、本実施形態における液滴吐出ヘッド５０の更に他の変形例（以下、本変形例を「変形例３」という。）について説明する。
図１８は、本変形例３の液滴吐出ヘッド５０を構成するアクチュエータ基板の一例を示す上面図である。
本変形例３においては、吐出動作用圧電素子１０１の並び方向両端に、それぞれ２つずつ検査用圧電素子１０１Ａ’，１０１Ｂ’が配置されている。そして、各端部に配置される２つの検査用圧電素子１０１Ａ’，１０１Ｂ’間では、接着位置から流れ出る接着剤１１４が当該検査用圧電素子１０１’による振動板変位領域１１３’の変位に与える影響度合いが互いに異なるように構成されている。具体的には、当該検査用圧電素子１０１Ａ’，１０１Ｂ’による振動板変位領域１１３’に占める検査用圧電素子１０１の面積が互いに異なるように構成されている。これにより、接着剤の流出量が比較的少ない場合には、流出した接着剤の影響を受けやすい方（前記面積が小さい方）の検査用圧電素子１０１Ａ’による振動板変位領域１１３’では振動板の変位（撓み）の変化が現れ、流出した接着剤の影響を受けにくい方（前記面積が大きい方）の検査用圧電素子１０１Ｂ’による振動板変位領域１１３’では振動板の変位（撓み）の変化が現れない。一方、接着剤の流出量が比較的多くなると、流出した接着剤の影響を受けにくい方（前記面積が大きい方）の検査用圧電素子１０１Ｂ’による振動板変位領域１１３’でも振動板の変位（撓み）の変化が現れる。その結果、接着剤による吐出動作の影響度合いについて、明確なランク分けが可能となる。

なお、本実施形態においては、インクを吐出する例であるが、吐出する液体は、インクに限るものではなく、吐出されるときに液体となるものであれば特に限定されるものではなく、例えばＤＮＡ試料、レジスト、パターン材料なども含まれる。
また、本実施形態においては、アクチュエータ基板をインクジェット記録装置における液滴吐出ヘッド５０に用いた例について説明したが、本発明に係るアクチュエータ基板は他にも適用できる。例えば、光を走査するための偏向ミラーの向きをアクチュエータ基板の変位板の変位に応じて偏向する偏向ミラーの駆動手段にも適用することができる。

以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様Ａ）
インク等の液体を吐出するノズル孔３０１が形成されたノズル基板３００と、前記ノズル孔に連通する加圧液室１０４と、前記加圧液室の壁部の一部を構成する振動板１０２等の変位板と、前記変位板における前記加圧液室に面する側とは反対側の素子取付面上に設けられる吐出動作用圧電素子１０１等の吐出動作用電気機械変換素子と、前記変位板の素子取付面に対して、直接又は被接着部材１０９等の中間部材を介して間接的に、接着剤１１４により接着される保持基板２００等の接着対象部材とを備え、前記吐出動作用電気機械変換素子に印加される駆動電圧に応じて前記変位板が変位することにより前記加圧液室内の液体を前記ノズル孔から吐出させる吐出動作を行う液滴吐出ヘッド５０等の液滴吐出部材において、前記吐出動作を行わない検査用圧電素子１０１’，１０１Ａ’，１０１Ｂ’等の検査用電気機械変換素子を前記変位板の素子取付面上に設けて該検査用電気機械変換素子に電圧を印加することで前記変位板が変位するように構成し、前記検査用電気機械変換素子による振動板変位領域１１３’等の変位板変位領域との間の接着剤流出経路が最短である接着位置と該変位板変位領域との間の当該接着剤流出経路の距離（接着剤流出経路最短距離Ｅ’）が、前記吐出動作用電気機械変換素子による振動板変位領域１１３等の変位板変位領域との間の接着剤流出経路が最短である接着位置と該変位板変位領域との間の当該接着剤流出経路の距離（接着剤流出経路最短距離Ｅ）よりも短くなるように構成したことを特徴とする。
本態様では、検査用電気機械変換素子に関しては、吐出動作を考慮せずに、検査に特化した構成を採用することができる。そして、本態様によれば、検査用電気機械変換素子による変位板変位領域との間の接着剤流出経路が最短である接着位置と該変位板変位領域との間の当該接着剤流出経路の距離が、吐出動作用電気機械変換素子による変位板変位領域との間の接着剤流出経路が最短である接着位置と該変位板変位領域との間の当該接着剤流出経路の距離よりも短いことから、仮に、検査用電気機械変換素子による変位板変位領域との間の接着剤流出経路が最短である接着位置と、吐出動作用電気機械変換素子による変位板変位領域との間の接着剤流出経路が最短である接着位置とから、同じ量の接着剤が流れ出た場合、検査用電気機械変換素子による変位板変位領域の方が、吐出動作用電気機械変換素子による変位板変位領域に比べて、接着剤が到達しやすく、到達する接着剤の量も多くなる。すなわち、検査用電気機械変換素子による変位板変位領域の方が、吐出動作用電気機械変換素子による変位板変位領域よりも、接着位置から流れ出た接着剤による悪影響が大きくなる。その結果、検査用電気機械変換素子による変位板変位領域の変位を検出した結果が良好であれば、吐出動作用電気機械変換素子による変位板変位領域の変位も良好であると高い確度で推定することが可能となる。したがって、個々の吐出動作用電気機械変換素子による変位板変位領域の変位を検出しなくても、液体吐出部材の吐出動作を十分な確度で検査することができる。よって、本態様によれば、個々の吐出動作用電気機械変換素子による変位板変位領域の変位を検出して液体吐出部材の吐出動作を検査する場合と比較して、液体吐出部材の吐出動作を簡易に検査することができる。

（態様Ｂ）
前記態様Ａにおいて、前記変位板の素子取付面上には、接着位置から前記検査用電気機械変換素子による変位板変位領域に向かって流れる接着剤の流路に沿って１又は２以上の段差部１１６が設けられていることを特徴とする。
このような段差部を設けることにより、流出した接着剤が当該段差部を超える前と超えた後との間で、変位板の変位に与える影響を不連続的に異ならせることができる。その結果、変位板の変位の検出結果から、接着剤による吐出動作の影響度合いについて、明確なランク分けが可能となる。

（態様Ｃ）
前記態様Ａ又はＢにおいて、前記検査用電気機械変換素子による変位板変位領域に占める該検査用電気機械変換素子の面積が、前記吐出動作用電気機械変換素子による変位板変位領域に占める該吐出動作用電気機械変換素子の面積よりも小さいことを特徴とする。
変位板の上面に接着剤が直接接触する方が、電気機械変換素子の上から変位板に被さる場合よりも、接着剤による変位板の変位への影響が大きい。よって、検査用電気機械変換素子による変位板変位領域において接着剤による変位板の変位を検出しやすくなり、より正確に吐出動作の良否を検査することが可能となる。

（態様Ｄ）
前記態様Ａ〜Ｃのいずれかの態様において、前記検査用電気機械変換素子による変位板変位領域に対して最短流出距離にある接着位置の接着面に形成される凹部の容積が、前記吐出動作用電気機械変換素子による変位板変位領域に対して最短流出距離にある接着位置の接着面に形成される凹部の容積よりも小さいことを特徴とする。
これによれば、検査用電気機械変換素子による変位板変位領域の方が、吐出動作用電気機械変換素子による変位板変位領域よりも、更に、接着位置から流れ出た接着剤による悪影響を大きくすることができる。

（態様Ｅ）
前記態様Ａ〜Ｄのいずれかの態様において、前記検査用電気機械変換素子を前記変位板の素子取付面上に２つ以上設け、接着位置から流れ出る接着剤が前記検査用電気機械変換素子による変位板変位領域の変位に与える影響度合いが検査用電気機械変換素子間で異なるように構成したことを特徴とする。
これによれば、上述した変形例３で説明したとおり、接着剤の流出量が比較的少ない場合には、流出した接着剤の影響を受けやすい方の電気機械変換素子による変位板変位領域では変位板の変位の変化が現れ、流出した接着剤の影響を受けにくい方の検査用電気機械変換素子による変位板変位領域では変位板の変位の変化が現れない。一方、接着剤の流出量が比較的多くなると、流出した接着剤の影響を受けにくい方の検査用電気機械変換素子による変位板変位領域でも変位板の変位の変化が現れる。その結果、接着剤による吐出動作の影響度合いについて、明確なランク分けが可能となる。

（態様Ｆ）
液滴吐出ヘッド５０等の液体吐出部材からインク等の液体を吐出して画像を形成するインクジェット記録装置等の画像形成装置において、前記液体吐出部材として、前記態様Ａ〜Ｅのいずれかの態様に係る液滴吐出部材を用いることを特徴とする。
これによれば、吐出動作不良の少ない画像形成装置を容易に提供できる。

（態様Ｇ）
前記態様Ａ〜Ｅのいずれかの態様に係る液滴吐出部材における前記検査用電気機械変換素子による変位板変位領域の変位を前記加圧液室側から検出し、その検出結果に応じて該液滴吐出部材の吐出動作を検査することを特徴とする検査方法。
これによれば、個々の吐出動作用電気機械変換素子による変位板変位領域の変位を検出して液体吐出部材の吐出動作を検査する場合と比較して、液体吐出部材の吐出動作を簡易に検査することができる。

１ キャリッジ
２ インクカートリッジ
３ 印字機構部
５０ 液滴吐出ヘッド
１００ アクチュエータ基板
１０１ 吐出動作用圧電素子
１０１−１ 共通電極層
１０１−２ 個別電極層
１０１−３ 圧電体層
１０１’，１０１Ａ’，１０１Ｂ’ 検査用圧電素子
１０２ 振動板
１０３ 隔壁部
１０４ 加圧液室
１０５ 流体抵抗部
１０６ 共通液室
１０７，１０７’ 個別電極パッド
１０８，１０８’ 引き出し配線
１０９ 被接着部材
１１３，１１３’ 振動板変位領域
１１４ 接着剤
１１５ 追加層
１１６，１１６Ａ，１１６Ｂ，１１６Ｃ 段差部
２００ 保持基板
２００ａ 足部
２０２ 共通インク流路
２０３ ザグリ
３００ ノズル基板
３０１ ノズル孔

特許第４５７２３７１号公報

Claims (7)

1. 液体を吐出するノズル孔が形成されたノズル基板と、
   前記ノズル孔に連通する加圧液室と、
   前記加圧液室の壁部の一部を構成する変位板と、
   前記変位板における前記加圧液室に面する側とは反対側の素子取付面上に設けられる吐出動作用電気機械変換素子と、
   前記変位板の素子取付面に対して、直接又は中間部材を介して間接的に、接着剤により接着される接着対象部材とを備え、
   前記吐出動作用電気機械変換素子に印加される駆動電圧に応じて前記変位板が変位することにより前記加圧液室内の液体を前記ノズル孔から吐出させる吐出動作を行う液滴吐出部材において、
   前記吐出動作を行わない検査用電気機械変換素子を前記変位板の素子取付面上に設けて該検査用電気機械変換素子に電圧を印加することで前記変位板が変位するように構成し、
   前記検査用電気機械変換素子による変位板変位領域との間の接着剤流出経路が最短である接着位置と該変位板変位領域との間の当該接着剤流出経路の距離が、前記吐出動作用電気機械変換素子による変位板変位領域との間の接着剤流出経路が最短である接着位置と該変位板変位領域との間の当該接着剤流出経路の距離よりも短くなるように構成したことを特徴とする液滴吐出部材。
2. 請求項１に記載の液滴吐出部材において、
   前記変位板の素子取付面上には、接着位置から前記検査用電気機械変換素子による変位板変位領域に向かって流れる接着剤の流路に沿って１又は２以上の段差部が設けられていることを特徴とする液滴吐出部材。
3. 請求項１又は２に記載の液滴吐出部材において、
   前記検査用電気機械変換素子による変位板変位領域に占める該検査用電気機械変換素子の面積が、前記吐出動作用電気機械変換素子による変位板変位領域に占める該吐出動作用電気機械変換素子の面積よりも小さいことを特徴とする液滴吐出部材。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液滴吐出部材において、
   前記検査用電気機械変換素子による変位板変位領域に対して最短流出距離にある接着位置の接着面に形成される凹部の容積が、前記吐出動作用電気機械変換素子による変位板変位領域に対して最短流出距離にある接着位置の接着面に形成される凹部の容積よりも小さいことを特徴とする液滴吐出部材。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の液滴吐出部材において、
   前記検査用電気機械変換素子を前記変位板の素子取付面上に２つ以上設け、
   接着位置から流れ出る接着剤が前記検査用電気機械変換素子による変位板変位領域の変位に与える影響度合いが検査用電気機械変換素子間で異なるように構成したことを特徴とする液滴吐出部材。
6. 液体吐出部材から液体を吐出して画像を形成する画像形成装置において、
   前記液体吐出部材として、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の液滴吐出部材を用いることを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の液滴吐出部材における前記検査用電気機械変換素子による変位板変位領域の変位を前記加圧液室側から検出し、その検出結果に応じて該液滴吐出部材の吐出動作を検査することを特徴とする検査方法。