JP3570514B2 - インクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ノズル開口に連通する圧力発生室の一部をたわみ振動するアクチュエータにより膨張、収縮させて、ノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット式記録ヘッドには、圧力発生室を機械的に変形させてインクを加圧する圧電振動型と、圧力発生室の中に発熱素子を設け、発熱素子の熱で発生した気泡の圧力によりインクを加圧するバブルジェット型との２種類のものが存在する。そして圧電振動型の記録ヘッドは、さらに軸方向に変位する圧電振動子を使用した第１の記録ヘッドと、たわみ変位する圧電振動子を使用した第２の記録ヘッドとの２種類に分類される。第１の記録ヘッドは、高速駆動が可能でかつ高い密度での記録が可能である反面、圧電振動子の加工に切削作業が伴ったり、また圧電振動子を圧力発生室に固定する際に３次元的組立作業を必要として、製造の工程数が多くなるという問題がある。
【０００３】
これに対して、第２の記録ヘッドは、シリコン単結晶基板を基材に使用して、圧力発生室やリザーバ等の流路を異方性エッチングにより形成し、また圧電振動子を圧電材料のスパッタリング等の膜形成技術で形成する手法により、弾性膜を極めて薄く、また圧力発生室や圧電振動子を高い精度で形成できるため、圧力発生室の開口面積を可及的に小さくして記録密度の向上を図ることが可能となる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−１２２１９７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ノズル開口の加工精度を維持するためにノズルプレートには依然として金属板が使用されているため、圧電振動子を焼成により作り付ける前述の第２の記録ヘッドと同様に熱膨張差に起因して記録ヘッド全体に歪みが生じるという問題がある。このような問題は熱膨張特性調整部材を用いることにより解消できるものの（例えば、特許文献１参照）、圧電振動子を圧電材料のスパッタリングにより構成した場合には、グリーンシートを焼成して構成されたものに比較して同一電圧で駆動する場合、圧電振動子が薄い分だけ高い電界が印加され、大気中の湿気を吸収した場合には駆動電極間のリーク電流が増加しやすく、ついには絶縁破壊に至るという問題を抱えている。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、膜形成技術により形成された圧電振動子の湿気等の外部環境の変化に起因する動作不良を密封雰囲気を形成することにより解消し、且つ当該密封雰囲気内の圧力変化による不具合を解消するインクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、一方面にノズル開口に連通すると共に複数の隔壁で区画された圧力発生室の列を備え、他方面に前記圧力発生室の一部を構成する弾性膜を有する流路形成基板を具備し、前記圧力発生室に対応する領域に圧電振動子を有するインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記流路形成基板の前記圧電振動子側に接合され、その運動を阻害しない程度の空間を確保した状態で当該空間を密封するキャップ部材を具備し、このキャップ部材の空間の圧力変化に伴って変形することにより当該圧力変化を吸収する圧力変化吸収手段を有し、且つ該圧力変化吸収手段が前記弾性膜を含む振動板よりも変形し易いことを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【０００８】
かかる第１の態様では、圧電振動子がキャップ部材により外部と遮断され、圧力変化吸収手段により、キャップ内部の圧力が一定に保たれる。
【０００９】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記圧力変化吸収手段は、前記キャップ部材内に設けられた弾性多孔質部材であることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００１０】
かかる第２の態様では、キャップ部材内に設けられた弾性多孔性部材により、キャップ部材内部の圧力変動が吸収される。
【００１１】
本発明の第３の態様は、第１の態様において、前記圧力変化吸収手段は、前記キャップ部材に設けられた可撓部であり、当該キャップ部材内の空間が前記可撓部を介して外部と相対向していることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００１２】
かかる第３の態様では、可撓部によりキャップ部材内の圧力変化が吸収される。
【００１３】
本発明の第４の態様は、第１の態様において、前記圧力発生室に隣接してインクが供給されないダミーの圧力発生室を有し、前記圧力変化吸収手段は、前記ダミーの圧力発生室と前記キャップ部材内の空間との境界となる可撓性板であることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００１４】
かかる第４の態様では、ダミーの圧力発生室とキャップ部材の空間との境界となる可撓性板によって、キャップ部材内の圧力変化が吸収される。
【００１５】
本発明の第５の態様は、第４の態様において、前記可撓性板は、少なくとも前記弾性膜からなることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００１６】
かかる第５の態様では、弾性膜により、キャップ部材内の圧力変化が吸収される。
【００１７】
本発明の第６の態様は、第１の態様において、前記キャップ部材全体が、可撓性材質からなることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００１８】
かかる第６の態様では、キャップ部材全体で、キャップ部材内の圧力変化が吸収される。
【００１９】
本発明の第７の態様は、第６の態様において、前記可撓性材質が、アルミニウム又は内面にコーティングを施した紙であることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００２０】
かかる第７の態様では、効果的にキャップ部材内の圧力変化が吸収される。
【００２１】
本発明の第８の態様は、第６又は７の態様において、前記可撓性材質は、アルミニウム溶着により前記流路形成基板に接合されていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００２２】
かかる第８の態様では、キャップ部材が容易且つ確実に流路形成基板に接合される。
【００２５】
本発明の第９の態様は、第１〜８の何れかの態様において、前記流路形成基板には前記圧力発生室に連通される共通インク室が画成され、前記ノズル開口を有するノズルプレートが接合されることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００２６】
かかる第９の態様では、ノズル開口からインクを吐出するインクジェット式記録ヘッドを容易に実現できる。
【００２７】
本発明の第１０の態様は、第１〜８の何れかの態様において、前記流路形成基板には、前記圧力発生室にインクを供給する共通インク室と、前記圧力発生室と前記ノズル開口とを連通する流路とを形成する流路ユニットが接合されていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００２８】
かかる第１０の態様では、流路ユニットを介してノズル開口からインクが吐出される。
【００２９】
本発明の第１１の態様は、第１〜１０の何れかの態様のインクジェット式記録ヘッドを具備することを特徴とするインクジェット式記録装置にある。
【００３０】
かかる第１１の態様では、外部環境の変化に起因するヘッドの動作不良が防止され、インク吐出を良好に行うことのできるインクジェット式記録装置を実現することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００３２】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドを示す分解斜視図であり、図２は、その１つの圧力発生室の長手方向及び幅方向における断面構造を示す図である。
【００３３】
図示するように、流路形成基板１０は、本実施形態では面方位（１１０）のシリコン単結晶基板からなる。流路形成基板１０としては、通常、１５０〜３００μｍ程度の厚さのものが用いられ、望ましくは１８０〜２８０μｍ程度、より望ましくは２２０μｍ程度の厚さのものが好適である。これは、隣接する圧力発生室間の隔壁の剛性を保ちつつ、配列密度を高くできるからである。
【００３４】
流路形成基板１０の一方の面は開口面となり、他方の面には予め熱酸化により形成した二酸化シリコンからなる、厚さ１〜２μｍの弾性膜５０が形成されている。
【００３５】
一方、流路形成基板１０の開口面には、シリコン単結晶基板を異方性エッチングすることにより、複数の隔壁１１により区画された圧力発生室１２の列１３が２列と、２列の圧力発生室１２の列１３の三方を囲むように略コ字状に配置されたリザーバ１４と、各圧力発生室１２とリザーバ１４とを一定の流体抵抗で連通するインク供給口１５がそれぞれ形成されている。なお、リザーバ１４の略中央部には、外部から当該リザーバ１４にインクを供給するためのインク導入孔１６が形成されている。
【００３６】
ここで、異方性エッチングは、シリコン単結晶基板をＫＯＨ等のアルカリ溶液に浸漬すると、徐々に侵食されて（１１０）面に垂直な第１の（１１１）面と、この第１の（１１１）面と約７０度の角度をなし且つ上記（１１０）面と約３５度の角度をなす第２の（１１１）面とが出現し、（１１０）面のエッチングレートと比較して（１１１）面のエッチングレートが約１／１８０であるという性質を利用して行われるものである。かかる異方性エッチングにより、二つの第１の（１１１）面と斜めの二つの第２の（１１１）面とで形成される平行四辺形状の深さ加工を基本として精密加工を行うことができ、圧力発生室１２を高密度に配列することができる。
【００３７】
本実施形態では、各圧力発生室１２の長辺を第１の（１１１）面で、短辺を第２の（１１１）面で形成している。この圧力発生室１２は、流路形成基板１０をほぼ貫通して弾性膜５０に達するまでエッチングすることにより形成されている。ここで、弾性膜５０は、シリコン単結晶基板をエッチングするアルカリ溶液に侵される量がきわめて小さい。また各圧力発生室１２の一端に連通する各インク供給口１５は、圧力発生室１２より浅く形成されている。すなわち、インク供給口１５は、シリコン単結晶基板を厚さ方向に途中までエッチング（ハーフエッチング）することにより形成されている。なお、ハーフエッチングは、エッチング時間の調整により行われる。
【００３８】
また、流路形成基板１０の開口面側には、各圧力発生室１２のインク供給口１５とは反対側で連通するノズル開口１７が穿設されたノズルプレート１８が接着剤や熱溶着フィルム等を介して固着されている。なお、ノズルプレート１８は、厚さが例えば、０．１〜１ｍｍで、線膨張係数が３００℃以下で、例えば２．５〜４．５［×１０−６／℃］であるガラスセラミックス、又は不錆鋼などからなる。ノズルプレート１８は、一方の面で流路形成基板１０の一面を全面的に覆い、シリコン単結晶基板を衝撃や外力から保護する補強板の役目も果たす。
【００３９】
ここで、インク滴吐出圧力をインクに与える圧力発生室１２の大きさと、インク滴を吐出するノズル開口１７の大きさとは、吐出するインク滴の量、吐出スピード、吐出周波数に応じて最適化される。例えば、１インチ当たり３６０個のインク滴を記録する場合、ノズル開口１７は数十μｍの直径で精度よく形成する必要がある。
【００４０】
一方、流路形成基板１０の開口面とは反対側の弾性膜５０の上には、厚さが例えば、約０．５μｍの下電極膜６０と、厚さが例えば、約１μｍの圧電体膜７０と、厚さが例えば、約０．１μｍの上電極膜８０とが、後述するプロセスで積層形成されて、圧電振動子（圧電素子）３００を構成している。ここで、圧電振動子３００は、下電極膜６０、圧電体膜７０、及び上電極膜８０を含む部分をいう。一般的には、圧電振動子３００の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体膜７０を各圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。そして、ここではパターニングされた何れか一方の電極及び圧電体膜７０から構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部３２０という。本実施形態では、下電極膜６０は圧電振動子３００の共通電極とし、上電極膜８０を圧電振動子３００の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。何れの場合においても、各圧力発生室毎に圧電体能動部が形成されていることになる。なお、上述した例では、弾性膜５０及び下電極膜６０が振動板として作用するが、下電極膜が弾性膜を兼ねるようにしてもよい。
【００４１】
なお、本実施形態では、圧力発生室１２に対向する領域にパターニングされた圧電体膜７０及び上電極膜８０から構成される圧電体能動部３２０を有し、この圧電体能動部３２０を構成する圧電体膜７０及び上電極膜８０がインク供給口１５及びリザーバ１４に対向する領域まで連続的に延設されている。また、リザーバ１４に対向する領域の上電極膜８０には、後述するコンタクトホール９０ａを介してリード電極１００が接続されている。
【００４２】
ここで、シリコン単結晶基板からなる流路形成基板１０上に、圧電体膜７０等を形成するプロセスを図３及び図４を参照しながら説明する。
【００４３】
図３（ａ）に示すように、まず、流路形成基板１０となるシリコン単結晶基板のウェハを約１１００℃の拡散炉で熱酸化して二酸化シリコンからなる弾性膜５０を形成する。
【００４４】
次に、図３（ｂ）に示すように、スパッタリングで下電極膜６０を形成する。下電極膜６０の材料としては、Ｐｔ等が好適である。これは、スパッタリングやゾル−ゲル法で成膜する後述の圧電体膜７０は、成膜後に大気雰囲気下又は酸素雰囲気下で６００〜１０００℃程度の温度で焼成して結晶化させる必要があるからである。すなわち、下電極膜６０の材料は、このような高温、酸化雰囲気下で導電性を保持できなければならず、殊に、圧電体膜７０としてＰＺＴを用いた場合には、ＰｂＯの拡散による導電性の変化が少ないことが望ましく、これらの理由からＰｔが好適である。
【００４５】
次に、図３（ｃ）に示すように、圧電体膜７０を成膜する。この圧電体膜７０の成膜にはスパッタリングを用いることもできるが、本実施形態では、金属有機物を溶媒に溶解・分散した、いわゆるゾルを塗布乾燥してゲル化し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電体膜７０を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いている。圧電体膜７０の材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系の材料がインクジェット式記録ヘッドに使用する場合には好適である。
【００４６】
次に、図３（ｄ）に示すように、上電極膜８０を成膜する。上電極膜８０は、導電性の高い材料であればよく、Ａｌ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｔ等の多くの金属や、導可電性酸化物等を使用できる。本実施形態では、Ｐｔをスパッタリングにより成膜している。
【００４７】
次に、図３（ｅ）に示すように、各圧力発生室１２それぞれに対して圧電振動子を配設するように、上電極膜８０および圧電体膜７０のパターニングを行う。図３（ｅ）では圧電体膜７０を上電極膜８０と同一のパターンでパターニングを行った場合を示しているが、上述したように、圧電体膜７０は必ずしもパターニングを行う必要はない。これは、上電極膜８０のパターンを個別電極として電圧を印加した場合、電界はそれぞれの上電極膜８０と、共通電極である下電極膜６０との間にかかるのみで、その他の部位には何ら影響を与えないためである。しかしながら、この場合には、同一の排除体積を得るためには大きな電圧印加が必要となるため、圧電体膜７０もパターニングするのが好ましい。また、この後、下電極膜６０をパターニングして不要な部分、例えば、圧力発生室１２の幅方向両側の縁部内側近傍を除去してもよい。なお、下電極膜６０の除去は必ずしも行う必要はなく、また、除去する場合には、全てを除去せず、厚さを薄くするようにしてもよい。
【００４８】
ここで、パターニングは、レジストパターンを形成した後、エッチング等を行うことにより実施する。
【００４９】
レジストパターンは、ネガレジストをスピンコートなどにより塗布し、所定形状のマスクを用いて露光・現像・ベークを行うことにより形成する。なお、勿論、ネガレジストの代わりにポジレジストを用いてもよい。
【００５０】
また、エッチングは、ドライエッチング装置、例えば、イオンミリング装置を用いて行う。なお、エッチング後には、レジストパターンをアッシング装置等を用いて除去する。
【００５１】
また、ドライエッチング法としては、イオンミリング法以外に、反応性エッチング法等を用いてもよい。また、ドライエッチングの代わりにウェットエッチングを用いることも可能であるが、ドライエッチング法と比較してパターニング精度が多少劣り、上電極膜８０の材料も制限されるので、ドライエッチングを用いるのが好ましい。
【００５２】
次いで、図４（ａ）に示すように、上電極膜８０の周縁部および圧電体膜７０の側面を覆うように絶縁体層９０を形成する。この絶縁体層９０の材料は、本実施形態では、ネガ型の感光性ポリイミドを用いている。
【００５３】
次に、図４（ｂ）に示すように、絶縁体層９０をパターニングすることにより、リザーバ１４に対向する部分にコンタクトホール９０ａを形成する。このコンタクトホール９０ａは、後述するリード電極１００と上電極膜８０との接続をするためのものである。
【００５４】
次に、例えば、Ｃｒ−Ａｕなどの導電体を全面に成膜した後、パターニングすることにより、リード電極１００を形成する。
【００５５】
以上が膜形成プロセスである。このようにして膜形成を行った後、図４（ｃ）に示すように、前述したアルカリ溶液によるシリコン単結晶基板の異方性エッチングを行い、圧力発生室１２等を形成する。
【００５６】
また、本実施形態では、圧電体能動部側の弾性膜５０上には、圧電体能動部の駆動を妨げない程度の空間を有し、圧電体能動部を密封するキャップ部材１１０が設けられている。
【００５７】
このキャップ部材１１０は、弾性膜５０との接合側の圧力発生室１２の各列１３の間に対向する領域に、圧電体能動部に接触しない空間からなる凹部１１２を区画する区画壁１１１を有する。
【００５８】
このキャップ部材１１０は、接着剤などにより弾性膜５０の表面に固定され、各凹部内に圧電体能動部を密封している。本実施形態では、キャップ部材１１０を弾性膜５０上に接着するようにしたが、これに限定されず、例えば、圧電体膜７０まで除去して、下電極膜６０に接着するようにしてもよい。いずれにしても、キャップ部材１１０を確実に接着することができる。
【００５９】
また、本実施形態では、凹部１１２の圧力発生室の列１３方向の略中央部には、列１３の方向に亘って、凹部１１２と外部とを繋ぐ貫通溝１１３が形成され、この貫通溝１１３の外側の開口は、凹部１１２内の圧力変化を変形によって吸収する可撓部１１４により塞がれている。この可撓部１１４は、弾性変形可能な部材、例えば、樹脂、ゴム、金属等の薄膜で形成され、図５の模式図に示すように、凹部１１２内の圧力変化に伴い容易に変形可能なものである。
【００６０】
また、貫通溝１１３及び可撓部１１４の大きさは、特に限定されないが、各凹部１１２内の圧力変化を吸収可能であればよい。あるいは、複数の貫通孔及びこれを塞ぐ可撓部を設けるようにしてもよい。
【００６１】
このような構成により、圧電体能動部は、キャップ部材１１０により密封され、外部環境に起因する動作不良が防止される。また、圧電体能動部を密封している凹部１１２内の圧力が変化した場合でも、可撓部１１４が変形することにより、凹部１１２内の圧力を一定に保つことができる。したがって、凹部１１２内の圧力変化に起因する圧電体能動部の動作不良を容易に防止することができる。
【００６２】
なお、以上説明した一連の膜形成および異方性エッチングは、一枚のウェハ上に多数のチップを同時に形成し、プロセス終了後、図１に示すような一つのチップサイズの流路形成基板１０毎に分割する。また、分割した流路形成基板１０を、ノズルプレート１８、キャップ部材１１０と順次接着してインクジェット式記録ヘッドとする。その後、インクジェット式記録ヘッドをホルダー１０５に固定し、キャリッジに搭載して、インクジェット式記録装置に組み込む。
【００６３】
このように構成したインクジェットヘッドは、図示しない外部インク供給手段と接続したインク導入孔１６からインクを取り込み、リザーバ１４からノズル開口１７に至るまで内部をインクで満たした後、図示しない外部の駆動回路からの記録信号に従い、リード電極１００を介して下電極膜６０と上電極膜８０との間に電圧を印加し、弾性膜５０と圧電体膜７０とをたわみ変形させることにより、圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口１７からインク滴が吐出する。
【００６４】
（実施形態２）
図６は、実施形態２に係るインクジェット式記録ヘッドを示す分解斜視図であり、図７は、実施形態２にかかる圧力発生室の幅方向における断面構造を示す図である。
【００６５】
本実施形態では、図示するように、キャップ部材１２０を、内側に圧電振動子の駆動を阻害しない程度の空間である凹部１１２Ａを区画する区画壁１１１Ａを有する第１キャップ部材１２１と、この第１キャップ部材１２１の一方の面を封止する第２キャップ部材１２２とで構成し、この第１キャップ部材１２１と第２キャップ部材１２２とを接着剤等で固着するようにした。また、この区画壁１１１Ａの流路形成基板１０とは反対側端部で、圧力発生室１２の長手方向の略中央に、隣接する凹部１１２Ａ同士を連通する連通孔１１５を設け、圧力発生室１２の列１３に対応する全ての凹部１１２Ａを連通するようにした以外は実施形態１と同様である。
【００６６】
したがって、本実施形態においても、実施形態１と同様に、キャップ部材１２０で圧電体能動部を外部と遮断することができ、外部環境に起因する動作不良を防止できる。また、各凹部１１２Ａの圧力変化は、連通孔１１５を介して可撓部１１４によって吸収されるため、キャップ部材１２０内部の圧力を一定に保つことができる。これにより、内部圧力変化に伴う圧電体能動部の動作不良を防止することができる。
【００６７】
なお、本実施形態では、区画壁１１１Ａに連通孔１１５を設けているが、貫通溝１１３を全ての圧力発生室１２に設けるようにした場合には、貫通溝１１３によって各圧力発生室１２が連通されるため、連通孔１１５を設けなくても同様の効果が得られる。
【００６８】
（実施形態３）
図８は、実施形態３にかかる圧力発生室の幅方向における断面構造を示す図である。
【００６９】
本実施形態は、図８に示すように、圧力発生室の列１３の一方の端部に位置する圧力発生室をダミーの圧力発生室１２Ａとし、この圧力発生室１２Ａに対向する領域の下電極膜６０を除去し、除去した部分の弾性膜５０ａが凹部１１２Ａ内の圧力変化を吸収するための可撓性板として機能するようにした以外は、基本的には実施形態２と同様である。
【００７０】
このような構成にすることにより、弾性膜５０ａが凹部１１２Ａ内の圧力変化に伴い変形することにより、凹部１１２Ａ内の圧力が一定に保たれ、圧力変化に伴う圧電体能動部の動作不良が防止される。なお、圧力吸収の効果を高めるためには、ダミーの圧力発生室１２Ａは外部に連通するのが好ましい。
【００７１】
また、本実施形態では、ダミーの圧力発生室１２Ａに対向する部分には、弾性膜５０ａのみが設けられるようにしたが、これに限定されず、例えば、下電極膜６０を残すようにしてもよく、また、弾性膜５０の一部まで除去するようにしてもよい。また、ダミーの圧力発生室１２Ａとキャップ部材１２０Ａとの境界の可撓性板は、弾性膜に限定されず、他の部材で形成するようにしてもよい。
【００７２】
（実施形態４）
図９は、実施形態４にかかる圧力発生室の長手方向及び幅方向における断面構造を示す図である。
【００７３】
本実施形態では、キャップ部材１２０内部の圧力変化を吸収する可撓部を設ける代わりに、図９に示すように、キャップ部材１２０の凹部１１２Ａの深さｄを大きく形成するとともに上電極膜８０と接触しないように凹部１１２Ａの奥側に水分の含有量が少ないシリコーンオイル等を含浸した多孔質材１１６を装填した以外は実施形態２と同様である。
【００７４】
本実施形態によれば、上述の実施形態と同様に、圧電体能動部を外部と遮断することができ、外部環境に起因する動作不良を防止することができる。また、シリコーンオイル等を含浸した多孔質材１１６が変形することによって、キャップ部材１２０内部の圧力変化が吸収されるため、内部圧力変化に伴う圧電体能動部の動作不良を防止することができる。
【００７５】
なお、本実施形態では、隣接する凹部１１２Ａを連通する連通孔１１５が形成されているため、連通された全ての凹部１１２Ａの内部圧力変化を吸収できるように、多孔質材１１６にシリコーンオイル等を含浸するようにしたが、多孔質材１１６が独立気泡を有するものであれば、シリコーンオイル等を含浸させない多孔質部材を設けるようにしてもよく、これによっても、十分に内部圧力変化を吸収することができる。
【００７６】
（実施形態５）
図１０は、実施形態５にかかる圧力発生室の長手方向における断面構造を示す図である。
【００７７】
本実施形態は、キャップ部材全体を可撓性材質で形成し、流路形成基板に直接接合した例であり、図１０に示すように、可撓部を設けていない以外、基本的構造は実施形態１と同様である。
【００７８】
この可撓性材質としては、例えば、内面に樹脂コーティングを施した紙又はアルミニウム製のフィルム等を挙げることができる。このようなキャップ部材を用いることにより、その内部の空間の圧力変化は、当該キャップ部材の変形により吸収できる。
【００７９】
また、このような可撓性材質は、比較的安価であり、また、成形等のコストも低減でき、しかも、例えばアルミニウム溶着により容易に流路形成基板に接合できるという効果を奏する。
【００８０】
なお、本実施形態では、キャップ部材を確実に接合するために、弾性膜５０上に接合したが、これに限定されず、流路形成基板あるいは下電極膜６０上に接合してもよいことは言うまでもない。
【００８１】
（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態を説明したが、インクジェット式記録ヘッドの基本的構成は上述したものに限定されるものではない。
【００８２】
例えば、上述した実施形態では、流路形成基板１０に圧力発生室１２と共にリザーバ１４を形成しているが、共通インク室を形成する部材を流路形成基板１０に重ねて設けてもよい。
【００８３】
このように構成したインクジェット式記録ヘッドの部分断面を図１１に示す。この実施形態では、ノズル開口１７Ａが穿設されたノズル基板１８Ａと流路形成基板１０Ａとの間に、封止板１６０、共通インク室形成板１７０、薄肉板１８０及びインク室側板１９０が挟持され、これらを貫通するように、圧力発生室１２Ｂとノズル開口１７Ａとを連通するノズル連通口３１が配されている。すなわち、封止板１６０、共通インク室形成板１７０および薄肉板１８０とで共通インク室３２が画成され、各圧力発生室１２Ｂと共通インク室３２とは、封止板１６０に穿設されたインク連通孔３３を介して連通されている。
【００８４】
また、封止板１６０には共通インク室３２に外部からインクを導入するためのインク導入孔３４も穿設されている。
【００８５】
また、薄肉板１８０とノズル基板１８Ａとの間に位置するインク室側板１９０には各共通インク室３２に対向する位置に貫通部３５が形成されており、インク滴吐出の際に発生するノズル開口１７Ａと反対側へ向かう圧力を、薄肉壁１８０が吸収するのを許容するようになっており、これにより、他の圧力発生室に、共通インク室３２を経由して不要な正又は負の圧力が加わるのを防止することができる。なお、薄肉板１８０とインク室側板１９０とは一体に形成されてもよい。このような実施形態においても、流路形成基板１０Ａの開口面とは反対側に設けられ、圧電体能動部を密封するキャップ部材に、圧電体能動部を密封する空間の圧力変化を吸収する可撓部を設けることにより、圧電体能動部の圧力変化に伴う動作不良を防止することができる。
【００８６】
また、以上説明した各実施形態は、成膜及びリソグラフィプロセスを応用することにより製造できる薄膜型のインクジェット式記録ヘッドを例にしたが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、基板を積層して圧力発生室を形成するもの、あるいはグリーンシートを貼付もしくはスクリーン印刷等により圧電体膜を形成するもの、又は結晶成長により圧電体膜を形成するもの等、各種の構造のインクジェット式記録ヘッドに本発明を採用することができる。
【００８７】
さらに、上述した各実施形態では、上電極膜とリード電極との接続部は、何れの場所に設けてもよく、圧力発生室の何れの端部でも又は中央部であってもよい。
【００８８】
また、圧電振動子とリード電極との間に絶縁体層を設けた例を説明したが、これに限定されず、例えば、絶縁体層を設けないで、各上電極に異方性導電膜を熱溶着し、この異方性導電膜をリード電極と接続したり、その他、ワイヤボンディング等の各種ボンディング技術を用いて接続したりする構成としてもよい。
【００８９】
このように、本発明は、その趣旨に反しない限り、種々の構造のインクジェット式記録ヘッドに応用することができる。
【００９０】
また、これら各実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図１２は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。
【００９１】
図１２に示すように、インクジェット式記録ヘッドを有する記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａ及び２Ｂが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。
【００９２】
そして、駆動モータ６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ローラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８に巻き掛けられて搬送されるようになっている。
【００９３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、圧電体能動部の駆動を阻害しない程度の空間からなる凹部を有するキャップ部材を設け、このキャップ部材に、凹部内の圧力変化を吸収する可撓部を設けるようにしたので、外部環境に起因する圧電体能動部の動作不良を防止することができ、且つ凹部内の圧力変化に伴う動作不良も防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかるインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかるインクジェット式記録ヘッドの、圧力発生室の長手方向、及び圧力発生室の配列方向での断面構造として示す図である。
【図３】本発明の実施形態１の薄膜製造工程を示す図である。
【図４】本発明の実施形態１の薄膜製造工程を示す図である。
【図５】可撓部を模式的に示した図である。
【図６】本発明の実施形態２にかかるインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図である。
【図７】本発明の実施形態２にかかるインクジェット式記録ヘッドの、圧力発生室の長手方向での断面構造として示す図である。
【図８】本発明の実施形態３にかかるインクジェット式記録ヘッドの、圧力発生室の長手方向での断面構造として示す図である。
【図９】本発明の実施形態４にかかるインクジェット式記録ヘッドの、圧力発生室の長手方向、及び圧力発生室の配列方向での断面構造として示す図である。
【図１０】本発明の実施形態５にかかるインクジェット式記録ヘッドの、圧力発生室の長手方向での断面構造として示す図である。
【図１１】本発明の他の実施形態にかかるインクジェット式記録ヘッドの、圧力発生室の長手方向での断面構造として示す図である。
【図１２】本発明の一実施形態に係るインクジェット式記録装置の概略図である。
【符号の説明】
１０ 流路形成基板
１２ 圧力発生室
１４ リザーバ
１８ ノズルプレート
５０ 弾性膜
６０ 下電極膜
７０ 圧電体膜
８０ 上電極
９０ 絶縁体層
９０ａ コンタクトホール
１０５ ホルダー
１００ リード電極
１１０ キャップ部材
１１２ 凹部
１１３ 貫通溝
１１４ 可撓部
【発明の属する技術分野】
本発明は、ノズル開口に連通する圧力発生室の一部をたわみ振動するアクチュエータにより膨張、収縮させて、ノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット式記録ヘッドには、圧力発生室を機械的に変形させてインクを加圧する圧電振動型と、圧力発生室の中に発熱素子を設け、発熱素子の熱で発生した気泡の圧力によりインクを加圧するバブルジェット型との２種類のものが存在する。そして圧電振動型の記録ヘッドは、さらに軸方向に変位する圧電振動子を使用した第１の記録ヘッドと、たわみ変位する圧電振動子を使用した第２の記録ヘッドとの２種類に分類される。第１の記録ヘッドは、高速駆動が可能でかつ高い密度での記録が可能である反面、圧電振動子の加工に切削作業が伴ったり、また圧電振動子を圧力発生室に固定する際に３次元的組立作業を必要として、製造の工程数が多くなるという問題がある。
【０００３】
これに対して、第２の記録ヘッドは、シリコン単結晶基板を基材に使用して、圧力発生室やリザーバ等の流路を異方性エッチングにより形成し、また圧電振動子を圧電材料のスパッタリング等の膜形成技術で形成する手法により、弾性膜を極めて薄く、また圧力発生室や圧電振動子を高い精度で形成できるため、圧力発生室の開口面積を可及的に小さくして記録密度の向上を図ることが可能となる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−１２２１９７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ノズル開口の加工精度を維持するためにノズルプレートには依然として金属板が使用されているため、圧電振動子を焼成により作り付ける前述の第２の記録ヘッドと同様に熱膨張差に起因して記録ヘッド全体に歪みが生じるという問題がある。このような問題は熱膨張特性調整部材を用いることにより解消できるものの（例えば、特許文献１参照）、圧電振動子を圧電材料のスパッタリングにより構成した場合には、グリーンシートを焼成して構成されたものに比較して同一電圧で駆動する場合、圧電振動子が薄い分だけ高い電界が印加され、大気中の湿気を吸収した場合には駆動電極間のリーク電流が増加しやすく、ついには絶縁破壊に至るという問題を抱えている。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、膜形成技術により形成された圧電振動子の湿気等の外部環境の変化に起因する動作不良を密封雰囲気を形成することにより解消し、且つ当該密封雰囲気内の圧力変化による不具合を解消するインクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、一方面にノズル開口に連通すると共に複数の隔壁で区画された圧力発生室の列を備え、他方面に前記圧力発生室の一部を構成する弾性膜を有する流路形成基板を具備し、前記圧力発生室に対応する領域に圧電振動子を有するインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記流路形成基板の前記圧電振動子側に接合され、その運動を阻害しない程度の空間を確保した状態で当該空間を密封するキャップ部材を具備し、このキャップ部材の空間の圧力変化に伴って変形することにより当該圧力変化を吸収する圧力変化吸収手段を有し、且つ該圧力変化吸収手段が前記弾性膜を含む振動板よりも変形し易いことを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【０００８】
かかる第１の態様では、圧電振動子がキャップ部材により外部と遮断され、圧力変化吸収手段により、キャップ内部の圧力が一定に保たれる。
【０００９】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記圧力変化吸収手段は、前記キャップ部材内に設けられた弾性多孔質部材であることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００１０】
かかる第２の態様では、キャップ部材内に設けられた弾性多孔性部材により、キャップ部材内部の圧力変動が吸収される。
【００１１】
本発明の第３の態様は、第１の態様において、前記圧力変化吸収手段は、前記キャップ部材に設けられた可撓部であり、当該キャップ部材内の空間が前記可撓部を介して外部と相対向していることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００１２】
かかる第３の態様では、可撓部によりキャップ部材内の圧力変化が吸収される。
【００１３】
本発明の第４の態様は、第１の態様において、前記圧力発生室に隣接してインクが供給されないダミーの圧力発生室を有し、前記圧力変化吸収手段は、前記ダミーの圧力発生室と前記キャップ部材内の空間との境界となる可撓性板であることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００１４】
かかる第４の態様では、ダミーの圧力発生室とキャップ部材の空間との境界となる可撓性板によって、キャップ部材内の圧力変化が吸収される。
【００１５】
本発明の第５の態様は、第４の態様において、前記可撓性板は、少なくとも前記弾性膜からなることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００１６】
かかる第５の態様では、弾性膜により、キャップ部材内の圧力変化が吸収される。
【００１７】
本発明の第６の態様は、第１の態様において、前記キャップ部材全体が、可撓性材質からなることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００１８】
かかる第６の態様では、キャップ部材全体で、キャップ部材内の圧力変化が吸収される。
【００１９】
本発明の第７の態様は、第６の態様において、前記可撓性材質が、アルミニウム又は内面にコーティングを施した紙であることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００２０】
かかる第７の態様では、効果的にキャップ部材内の圧力変化が吸収される。
【００２１】
本発明の第８の態様は、第６又は７の態様において、前記可撓性材質は、アルミニウム溶着により前記流路形成基板に接合されていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００２２】
かかる第８の態様では、キャップ部材が容易且つ確実に流路形成基板に接合される。
【００２５】
本発明の第９の態様は、第１〜８の何れかの態様において、前記流路形成基板には前記圧力発生室に連通される共通インク室が画成され、前記ノズル開口を有するノズルプレートが接合されることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００２６】
かかる第９の態様では、ノズル開口からインクを吐出するインクジェット式記録ヘッドを容易に実現できる。
【００２７】
本発明の第１０の態様は、第１〜８の何れかの態様において、前記流路形成基板には、前記圧力発生室にインクを供給する共通インク室と、前記圧力発生室と前記ノズル開口とを連通する流路とを形成する流路ユニットが接合されていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００２８】
かかる第１０の態様では、流路ユニットを介してノズル開口からインクが吐出される。
【００２９】
本発明の第１１の態様は、第１〜１０の何れかの態様のインクジェット式記録ヘッドを具備することを特徴とするインクジェット式記録装置にある。
【００３０】
かかる第１１の態様では、外部環境の変化に起因するヘッドの動作不良が防止され、インク吐出を良好に行うことのできるインクジェット式記録装置を実現することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００３２】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドを示す分解斜視図であり、図２は、その１つの圧力発生室の長手方向及び幅方向における断面構造を示す図である。
【００３３】
図示するように、流路形成基板１０は、本実施形態では面方位（１１０）のシリコン単結晶基板からなる。流路形成基板１０としては、通常、１５０〜３００μｍ程度の厚さのものが用いられ、望ましくは１８０〜２８０μｍ程度、より望ましくは２２０μｍ程度の厚さのものが好適である。これは、隣接する圧力発生室間の隔壁の剛性を保ちつつ、配列密度を高くできるからである。
【００３４】
流路形成基板１０の一方の面は開口面となり、他方の面には予め熱酸化により形成した二酸化シリコンからなる、厚さ１〜２μｍの弾性膜５０が形成されている。
【００３５】
一方、流路形成基板１０の開口面には、シリコン単結晶基板を異方性エッチングすることにより、複数の隔壁１１により区画された圧力発生室１２の列１３が２列と、２列の圧力発生室１２の列１３の三方を囲むように略コ字状に配置されたリザーバ１４と、各圧力発生室１２とリザーバ１４とを一定の流体抵抗で連通するインク供給口１５がそれぞれ形成されている。なお、リザーバ１４の略中央部には、外部から当該リザーバ１４にインクを供給するためのインク導入孔１６が形成されている。
【００３６】
ここで、異方性エッチングは、シリコン単結晶基板をＫＯＨ等のアルカリ溶液に浸漬すると、徐々に侵食されて（１１０）面に垂直な第１の（１１１）面と、この第１の（１１１）面と約７０度の角度をなし且つ上記（１１０）面と約３５度の角度をなす第２の（１１１）面とが出現し、（１１０）面のエッチングレートと比較して（１１１）面のエッチングレートが約１／１８０であるという性質を利用して行われるものである。かかる異方性エッチングにより、二つの第１の（１１１）面と斜めの二つの第２の（１１１）面とで形成される平行四辺形状の深さ加工を基本として精密加工を行うことができ、圧力発生室１２を高密度に配列することができる。
【００３７】
本実施形態では、各圧力発生室１２の長辺を第１の（１１１）面で、短辺を第２の（１１１）面で形成している。この圧力発生室１２は、流路形成基板１０をほぼ貫通して弾性膜５０に達するまでエッチングすることにより形成されている。ここで、弾性膜５０は、シリコン単結晶基板をエッチングするアルカリ溶液に侵される量がきわめて小さい。また各圧力発生室１２の一端に連通する各インク供給口１５は、圧力発生室１２より浅く形成されている。すなわち、インク供給口１５は、シリコン単結晶基板を厚さ方向に途中までエッチング（ハーフエッチング）することにより形成されている。なお、ハーフエッチングは、エッチング時間の調整により行われる。
【００３８】
また、流路形成基板１０の開口面側には、各圧力発生室１２のインク供給口１５とは反対側で連通するノズル開口１７が穿設されたノズルプレート１８が接着剤や熱溶着フィルム等を介して固着されている。なお、ノズルプレート１８は、厚さが例えば、０．１〜１ｍｍで、線膨張係数が３００℃以下で、例えば２．５〜４．５［×１０−６／℃］であるガラスセラミックス、又は不錆鋼などからなる。ノズルプレート１８は、一方の面で流路形成基板１０の一面を全面的に覆い、シリコン単結晶基板を衝撃や外力から保護する補強板の役目も果たす。
【００３９】
ここで、インク滴吐出圧力をインクに与える圧力発生室１２の大きさと、インク滴を吐出するノズル開口１７の大きさとは、吐出するインク滴の量、吐出スピード、吐出周波数に応じて最適化される。例えば、１インチ当たり３６０個のインク滴を記録する場合、ノズル開口１７は数十μｍの直径で精度よく形成する必要がある。
【００４０】
一方、流路形成基板１０の開口面とは反対側の弾性膜５０の上には、厚さが例えば、約０．５μｍの下電極膜６０と、厚さが例えば、約１μｍの圧電体膜７０と、厚さが例えば、約０．１μｍの上電極膜８０とが、後述するプロセスで積層形成されて、圧電振動子（圧電素子）３００を構成している。ここで、圧電振動子３００は、下電極膜６０、圧電体膜７０、及び上電極膜８０を含む部分をいう。一般的には、圧電振動子３００の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体膜７０を各圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。そして、ここではパターニングされた何れか一方の電極及び圧電体膜７０から構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部３２０という。本実施形態では、下電極膜６０は圧電振動子３００の共通電極とし、上電極膜８０を圧電振動子３００の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。何れの場合においても、各圧力発生室毎に圧電体能動部が形成されていることになる。なお、上述した例では、弾性膜５０及び下電極膜６０が振動板として作用するが、下電極膜が弾性膜を兼ねるようにしてもよい。
【００４１】
なお、本実施形態では、圧力発生室１２に対向する領域にパターニングされた圧電体膜７０及び上電極膜８０から構成される圧電体能動部３２０を有し、この圧電体能動部３２０を構成する圧電体膜７０及び上電極膜８０がインク供給口１５及びリザーバ１４に対向する領域まで連続的に延設されている。また、リザーバ１４に対向する領域の上電極膜８０には、後述するコンタクトホール９０ａを介してリード電極１００が接続されている。
【００４２】
ここで、シリコン単結晶基板からなる流路形成基板１０上に、圧電体膜７０等を形成するプロセスを図３及び図４を参照しながら説明する。
【００４３】
図３（ａ）に示すように、まず、流路形成基板１０となるシリコン単結晶基板のウェハを約１１００℃の拡散炉で熱酸化して二酸化シリコンからなる弾性膜５０を形成する。
【００４４】
次に、図３（ｂ）に示すように、スパッタリングで下電極膜６０を形成する。下電極膜６０の材料としては、Ｐｔ等が好適である。これは、スパッタリングやゾル−ゲル法で成膜する後述の圧電体膜７０は、成膜後に大気雰囲気下又は酸素雰囲気下で６００〜１０００℃程度の温度で焼成して結晶化させる必要があるからである。すなわち、下電極膜６０の材料は、このような高温、酸化雰囲気下で導電性を保持できなければならず、殊に、圧電体膜７０としてＰＺＴを用いた場合には、ＰｂＯの拡散による導電性の変化が少ないことが望ましく、これらの理由からＰｔが好適である。
【００４５】
次に、図３（ｃ）に示すように、圧電体膜７０を成膜する。この圧電体膜７０の成膜にはスパッタリングを用いることもできるが、本実施形態では、金属有機物を溶媒に溶解・分散した、いわゆるゾルを塗布乾燥してゲル化し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電体膜７０を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いている。圧電体膜７０の材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系の材料がインクジェット式記録ヘッドに使用する場合には好適である。
【００４６】
次に、図３（ｄ）に示すように、上電極膜８０を成膜する。上電極膜８０は、導電性の高い材料であればよく、Ａｌ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｔ等の多くの金属や、導可電性酸化物等を使用できる。本実施形態では、Ｐｔをスパッタリングにより成膜している。
【００４７】
次に、図３（ｅ）に示すように、各圧力発生室１２それぞれに対して圧電振動子を配設するように、上電極膜８０および圧電体膜７０のパターニングを行う。図３（ｅ）では圧電体膜７０を上電極膜８０と同一のパターンでパターニングを行った場合を示しているが、上述したように、圧電体膜７０は必ずしもパターニングを行う必要はない。これは、上電極膜８０のパターンを個別電極として電圧を印加した場合、電界はそれぞれの上電極膜８０と、共通電極である下電極膜６０との間にかかるのみで、その他の部位には何ら影響を与えないためである。しかしながら、この場合には、同一の排除体積を得るためには大きな電圧印加が必要となるため、圧電体膜７０もパターニングするのが好ましい。また、この後、下電極膜６０をパターニングして不要な部分、例えば、圧力発生室１２の幅方向両側の縁部内側近傍を除去してもよい。なお、下電極膜６０の除去は必ずしも行う必要はなく、また、除去する場合には、全てを除去せず、厚さを薄くするようにしてもよい。
【００４８】
ここで、パターニングは、レジストパターンを形成した後、エッチング等を行うことにより実施する。
【００４９】
レジストパターンは、ネガレジストをスピンコートなどにより塗布し、所定形状のマスクを用いて露光・現像・ベークを行うことにより形成する。なお、勿論、ネガレジストの代わりにポジレジストを用いてもよい。
【００５０】
また、エッチングは、ドライエッチング装置、例えば、イオンミリング装置を用いて行う。なお、エッチング後には、レジストパターンをアッシング装置等を用いて除去する。
【００５１】
また、ドライエッチング法としては、イオンミリング法以外に、反応性エッチング法等を用いてもよい。また、ドライエッチングの代わりにウェットエッチングを用いることも可能であるが、ドライエッチング法と比較してパターニング精度が多少劣り、上電極膜８０の材料も制限されるので、ドライエッチングを用いるのが好ましい。
【００５２】
次いで、図４（ａ）に示すように、上電極膜８０の周縁部および圧電体膜７０の側面を覆うように絶縁体層９０を形成する。この絶縁体層９０の材料は、本実施形態では、ネガ型の感光性ポリイミドを用いている。
【００５３】
次に、図４（ｂ）に示すように、絶縁体層９０をパターニングすることにより、リザーバ１４に対向する部分にコンタクトホール９０ａを形成する。このコンタクトホール９０ａは、後述するリード電極１００と上電極膜８０との接続をするためのものである。
【００５４】
次に、例えば、Ｃｒ−Ａｕなどの導電体を全面に成膜した後、パターニングすることにより、リード電極１００を形成する。
【００５５】
以上が膜形成プロセスである。このようにして膜形成を行った後、図４（ｃ）に示すように、前述したアルカリ溶液によるシリコン単結晶基板の異方性エッチングを行い、圧力発生室１２等を形成する。
【００５６】
また、本実施形態では、圧電体能動部側の弾性膜５０上には、圧電体能動部の駆動を妨げない程度の空間を有し、圧電体能動部を密封するキャップ部材１１０が設けられている。
【００５７】
このキャップ部材１１０は、弾性膜５０との接合側の圧力発生室１２の各列１３の間に対向する領域に、圧電体能動部に接触しない空間からなる凹部１１２を区画する区画壁１１１を有する。
【００５８】
このキャップ部材１１０は、接着剤などにより弾性膜５０の表面に固定され、各凹部内に圧電体能動部を密封している。本実施形態では、キャップ部材１１０を弾性膜５０上に接着するようにしたが、これに限定されず、例えば、圧電体膜７０まで除去して、下電極膜６０に接着するようにしてもよい。いずれにしても、キャップ部材１１０を確実に接着することができる。
【００５９】
また、本実施形態では、凹部１１２の圧力発生室の列１３方向の略中央部には、列１３の方向に亘って、凹部１１２と外部とを繋ぐ貫通溝１１３が形成され、この貫通溝１１３の外側の開口は、凹部１１２内の圧力変化を変形によって吸収する可撓部１１４により塞がれている。この可撓部１１４は、弾性変形可能な部材、例えば、樹脂、ゴム、金属等の薄膜で形成され、図５の模式図に示すように、凹部１１２内の圧力変化に伴い容易に変形可能なものである。
【００６０】
また、貫通溝１１３及び可撓部１１４の大きさは、特に限定されないが、各凹部１１２内の圧力変化を吸収可能であればよい。あるいは、複数の貫通孔及びこれを塞ぐ可撓部を設けるようにしてもよい。
【００６１】
このような構成により、圧電体能動部は、キャップ部材１１０により密封され、外部環境に起因する動作不良が防止される。また、圧電体能動部を密封している凹部１１２内の圧力が変化した場合でも、可撓部１１４が変形することにより、凹部１１２内の圧力を一定に保つことができる。したがって、凹部１１２内の圧力変化に起因する圧電体能動部の動作不良を容易に防止することができる。
【００６２】
なお、以上説明した一連の膜形成および異方性エッチングは、一枚のウェハ上に多数のチップを同時に形成し、プロセス終了後、図１に示すような一つのチップサイズの流路形成基板１０毎に分割する。また、分割した流路形成基板１０を、ノズルプレート１８、キャップ部材１１０と順次接着してインクジェット式記録ヘッドとする。その後、インクジェット式記録ヘッドをホルダー１０５に固定し、キャリッジに搭載して、インクジェット式記録装置に組み込む。
【００６３】
このように構成したインクジェットヘッドは、図示しない外部インク供給手段と接続したインク導入孔１６からインクを取り込み、リザーバ１４からノズル開口１７に至るまで内部をインクで満たした後、図示しない外部の駆動回路からの記録信号に従い、リード電極１００を介して下電極膜６０と上電極膜８０との間に電圧を印加し、弾性膜５０と圧電体膜７０とをたわみ変形させることにより、圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口１７からインク滴が吐出する。
【００６４】
（実施形態２）
図６は、実施形態２に係るインクジェット式記録ヘッドを示す分解斜視図であり、図７は、実施形態２にかかる圧力発生室の幅方向における断面構造を示す図である。
【００６５】
本実施形態では、図示するように、キャップ部材１２０を、内側に圧電振動子の駆動を阻害しない程度の空間である凹部１１２Ａを区画する区画壁１１１Ａを有する第１キャップ部材１２１と、この第１キャップ部材１２１の一方の面を封止する第２キャップ部材１２２とで構成し、この第１キャップ部材１２１と第２キャップ部材１２２とを接着剤等で固着するようにした。また、この区画壁１１１Ａの流路形成基板１０とは反対側端部で、圧力発生室１２の長手方向の略中央に、隣接する凹部１１２Ａ同士を連通する連通孔１１５を設け、圧力発生室１２の列１３に対応する全ての凹部１１２Ａを連通するようにした以外は実施形態１と同様である。
【００６６】
したがって、本実施形態においても、実施形態１と同様に、キャップ部材１２０で圧電体能動部を外部と遮断することができ、外部環境に起因する動作不良を防止できる。また、各凹部１１２Ａの圧力変化は、連通孔１１５を介して可撓部１１４によって吸収されるため、キャップ部材１２０内部の圧力を一定に保つことができる。これにより、内部圧力変化に伴う圧電体能動部の動作不良を防止することができる。
【００６７】
なお、本実施形態では、区画壁１１１Ａに連通孔１１５を設けているが、貫通溝１１３を全ての圧力発生室１２に設けるようにした場合には、貫通溝１１３によって各圧力発生室１２が連通されるため、連通孔１１５を設けなくても同様の効果が得られる。
【００６８】
（実施形態３）
図８は、実施形態３にかかる圧力発生室の幅方向における断面構造を示す図である。
【００６９】
本実施形態は、図８に示すように、圧力発生室の列１３の一方の端部に位置する圧力発生室をダミーの圧力発生室１２Ａとし、この圧力発生室１２Ａに対向する領域の下電極膜６０を除去し、除去した部分の弾性膜５０ａが凹部１１２Ａ内の圧力変化を吸収するための可撓性板として機能するようにした以外は、基本的には実施形態２と同様である。
【００７０】
このような構成にすることにより、弾性膜５０ａが凹部１１２Ａ内の圧力変化に伴い変形することにより、凹部１１２Ａ内の圧力が一定に保たれ、圧力変化に伴う圧電体能動部の動作不良が防止される。なお、圧力吸収の効果を高めるためには、ダミーの圧力発生室１２Ａは外部に連通するのが好ましい。
【００７１】
また、本実施形態では、ダミーの圧力発生室１２Ａに対向する部分には、弾性膜５０ａのみが設けられるようにしたが、これに限定されず、例えば、下電極膜６０を残すようにしてもよく、また、弾性膜５０の一部まで除去するようにしてもよい。また、ダミーの圧力発生室１２Ａとキャップ部材１２０Ａとの境界の可撓性板は、弾性膜に限定されず、他の部材で形成するようにしてもよい。
【００７２】
（実施形態４）
図９は、実施形態４にかかる圧力発生室の長手方向及び幅方向における断面構造を示す図である。
【００７３】
本実施形態では、キャップ部材１２０内部の圧力変化を吸収する可撓部を設ける代わりに、図９に示すように、キャップ部材１２０の凹部１１２Ａの深さｄを大きく形成するとともに上電極膜８０と接触しないように凹部１１２Ａの奥側に水分の含有量が少ないシリコーンオイル等を含浸した多孔質材１１６を装填した以外は実施形態２と同様である。
【００７４】
本実施形態によれば、上述の実施形態と同様に、圧電体能動部を外部と遮断することができ、外部環境に起因する動作不良を防止することができる。また、シリコーンオイル等を含浸した多孔質材１１６が変形することによって、キャップ部材１２０内部の圧力変化が吸収されるため、内部圧力変化に伴う圧電体能動部の動作不良を防止することができる。
【００７５】
なお、本実施形態では、隣接する凹部１１２Ａを連通する連通孔１１５が形成されているため、連通された全ての凹部１１２Ａの内部圧力変化を吸収できるように、多孔質材１１６にシリコーンオイル等を含浸するようにしたが、多孔質材１１６が独立気泡を有するものであれば、シリコーンオイル等を含浸させない多孔質部材を設けるようにしてもよく、これによっても、十分に内部圧力変化を吸収することができる。
【００７６】
（実施形態５）
図１０は、実施形態５にかかる圧力発生室の長手方向における断面構造を示す図である。
【００７７】
本実施形態は、キャップ部材全体を可撓性材質で形成し、流路形成基板に直接接合した例であり、図１０に示すように、可撓部を設けていない以外、基本的構造は実施形態１と同様である。
【００７８】
この可撓性材質としては、例えば、内面に樹脂コーティングを施した紙又はアルミニウム製のフィルム等を挙げることができる。このようなキャップ部材を用いることにより、その内部の空間の圧力変化は、当該キャップ部材の変形により吸収できる。
【００７９】
また、このような可撓性材質は、比較的安価であり、また、成形等のコストも低減でき、しかも、例えばアルミニウム溶着により容易に流路形成基板に接合できるという効果を奏する。
【００８０】
なお、本実施形態では、キャップ部材を確実に接合するために、弾性膜５０上に接合したが、これに限定されず、流路形成基板あるいは下電極膜６０上に接合してもよいことは言うまでもない。
【００８１】
（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態を説明したが、インクジェット式記録ヘッドの基本的構成は上述したものに限定されるものではない。
【００８２】
例えば、上述した実施形態では、流路形成基板１０に圧力発生室１２と共にリザーバ１４を形成しているが、共通インク室を形成する部材を流路形成基板１０に重ねて設けてもよい。
【００８３】
このように構成したインクジェット式記録ヘッドの部分断面を図１１に示す。この実施形態では、ノズル開口１７Ａが穿設されたノズル基板１８Ａと流路形成基板１０Ａとの間に、封止板１６０、共通インク室形成板１７０、薄肉板１８０及びインク室側板１９０が挟持され、これらを貫通するように、圧力発生室１２Ｂとノズル開口１７Ａとを連通するノズル連通口３１が配されている。すなわち、封止板１６０、共通インク室形成板１７０および薄肉板１８０とで共通インク室３２が画成され、各圧力発生室１２Ｂと共通インク室３２とは、封止板１６０に穿設されたインク連通孔３３を介して連通されている。
【００８４】
また、封止板１６０には共通インク室３２に外部からインクを導入するためのインク導入孔３４も穿設されている。
【００８５】
また、薄肉板１８０とノズル基板１８Ａとの間に位置するインク室側板１９０には各共通インク室３２に対向する位置に貫通部３５が形成されており、インク滴吐出の際に発生するノズル開口１７Ａと反対側へ向かう圧力を、薄肉壁１８０が吸収するのを許容するようになっており、これにより、他の圧力発生室に、共通インク室３２を経由して不要な正又は負の圧力が加わるのを防止することができる。なお、薄肉板１８０とインク室側板１９０とは一体に形成されてもよい。このような実施形態においても、流路形成基板１０Ａの開口面とは反対側に設けられ、圧電体能動部を密封するキャップ部材に、圧電体能動部を密封する空間の圧力変化を吸収する可撓部を設けることにより、圧電体能動部の圧力変化に伴う動作不良を防止することができる。
【００８６】
また、以上説明した各実施形態は、成膜及びリソグラフィプロセスを応用することにより製造できる薄膜型のインクジェット式記録ヘッドを例にしたが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、基板を積層して圧力発生室を形成するもの、あるいはグリーンシートを貼付もしくはスクリーン印刷等により圧電体膜を形成するもの、又は結晶成長により圧電体膜を形成するもの等、各種の構造のインクジェット式記録ヘッドに本発明を採用することができる。
【００８７】
さらに、上述した各実施形態では、上電極膜とリード電極との接続部は、何れの場所に設けてもよく、圧力発生室の何れの端部でも又は中央部であってもよい。
【００８８】
また、圧電振動子とリード電極との間に絶縁体層を設けた例を説明したが、これに限定されず、例えば、絶縁体層を設けないで、各上電極に異方性導電膜を熱溶着し、この異方性導電膜をリード電極と接続したり、その他、ワイヤボンディング等の各種ボンディング技術を用いて接続したりする構成としてもよい。
【００８９】
このように、本発明は、その趣旨に反しない限り、種々の構造のインクジェット式記録ヘッドに応用することができる。
【００９０】
また、これら各実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図１２は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。
【００９１】
図１２に示すように、インクジェット式記録ヘッドを有する記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａ及び２Ｂが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。
【００９２】
そして、駆動モータ６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ローラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８に巻き掛けられて搬送されるようになっている。
【００９３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、圧電体能動部の駆動を阻害しない程度の空間からなる凹部を有するキャップ部材を設け、このキャップ部材に、凹部内の圧力変化を吸収する可撓部を設けるようにしたので、外部環境に起因する圧電体能動部の動作不良を防止することができ、且つ凹部内の圧力変化に伴う動作不良も防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかるインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかるインクジェット式記録ヘッドの、圧力発生室の長手方向、及び圧力発生室の配列方向での断面構造として示す図である。
【図３】本発明の実施形態１の薄膜製造工程を示す図である。
【図４】本発明の実施形態１の薄膜製造工程を示す図である。
【図５】可撓部を模式的に示した図である。
【図６】本発明の実施形態２にかかるインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図である。
【図７】本発明の実施形態２にかかるインクジェット式記録ヘッドの、圧力発生室の長手方向での断面構造として示す図である。
【図８】本発明の実施形態３にかかるインクジェット式記録ヘッドの、圧力発生室の長手方向での断面構造として示す図である。
【図９】本発明の実施形態４にかかるインクジェット式記録ヘッドの、圧力発生室の長手方向、及び圧力発生室の配列方向での断面構造として示す図である。
【図１０】本発明の実施形態５にかかるインクジェット式記録ヘッドの、圧力発生室の長手方向での断面構造として示す図である。
【図１１】本発明の他の実施形態にかかるインクジェット式記録ヘッドの、圧力発生室の長手方向での断面構造として示す図である。
【図１２】本発明の一実施形態に係るインクジェット式記録装置の概略図である。
【符号の説明】
１０ 流路形成基板
１２ 圧力発生室
１４ リザーバ
１８ ノズルプレート
５０ 弾性膜
６０ 下電極膜
７０ 圧電体膜
８０ 上電極
９０ 絶縁体層
９０ａ コンタクトホール
１０５ ホルダー
１００ リード電極
１１０ キャップ部材
１１２ 凹部
１１３ 貫通溝
１１４ 可撓部
Claims (11)
- 一方面にノズル開口に連通すると共に複数の隔壁で区画された圧力発生室の列を備え、他方面に前記圧力発生室の一部を構成する弾性膜を有する流路形成基板を具備し、前記圧力発生室に対応する領域に圧電振動子を有するインクジェット式記録ヘッドにおいて、
前記流路形成基板の前記圧電振動子側に接合され、その運動を阻害しない程度の空間を確保した状態で当該空間を密封するキャップ部材を具備し、このキャップ部材の空間の圧力変化に伴って変形することにより当該圧力変化を吸収する圧力変化吸収手段を有し、且つ該圧力変化吸収手段が前記弾性膜を含む振動板よりも変形し易いことを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。 - 請求項１において、前記圧力変化吸収手段は、前記キャップ部材内に設けられた弾性多孔質部材であることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
- 請求項１において、前記圧力変化吸収手段は、前記キャップ部材に設けられた可撓部であり、当該キャップ部材内の空間が前記可撓部を介して外部と相対向していることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
- 請求項１において、前記圧力発生室に隣接してインクが供給されないダミーの圧力発生室を有し、前記圧力変化吸収手段は、前記ダミーの圧力発生室と前記キャップ部材内の空間との境界となる可撓性板であることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
- 請求項４において、前記可撓性板は、少なくとも前記弾性膜からなることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
- 請求項１において、前記キャップ部材全体が、可撓性材質からなることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
- 請求項６において、前記可撓性材質が、アルミニウム又は内面にコーティングを施した紙であることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
- 請求項６又は７において、前記可撓性材質は、アルミニウム溶着により前記流路形成基板に接合されていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
- 請求項１〜８の何れかにおいて、前記流路形成基板には前記圧力発生室に連通される共通インク室が画成され、前記ノズル開口を有するノズルプレートが接合されることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
- 請求項１〜８の何れかにおいて、前記流路形成基板には、前記圧力発生室にインクを供給する共通インク室と、前記圧力発生室と前記ノズル開口とを連通する流路とを形成する流路ユニットが接合されていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
- 請求項１〜１０の何れかのインクジェット式記録ヘッドを具備することを特徴とするインクジェット式記録装置。
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