JP4001311B2 - 液滴吐出ヘッド、インクジェット記録装置、マイクロアクチュエータ - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は液滴吐出ヘッド、インクジェット記録装置及びマイクロアクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ等の画像記録装置（画像形成装置）として用いるインクジェット記録装置において使用する液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドは、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する液室（吐出室、圧力室、加圧液室、インク流路等とも称される。）と、この液室内のインクを加圧する圧力発生手段とを備えて、圧力発生手段を駆動することで液室内インクを加圧してノズルからインク滴を吐出させるものである。
【０００３】
従来、液室内のインクを加圧する圧力を発生する圧力発生手段として、圧電素子を用いて液室壁面を形成する振動板を変形変位させて流路内容積を変化させてインク滴を吐出させるようにしたピエゾ型のもの（特開平２−５１７３４号公報参照）、或いは、発熱抵抗体を用いて液室内でインクを加熱して気泡を発生させることによる圧力でインク滴を吐出させるようにしたバブル型のもの（特開昭６１−５９９１１号公報参照）が知られている。
【０００４】
また、液室壁面を形成する振動板と電極とを平行に配置し、振動板と電極との間に発生させる静電力によって振動板を変形変位させることで、液室内容積／圧力を変化させてインク滴を吐出させる静電型のもの（特開平６−７１８８２号公報参照）も知られている。なお、振動板と圧電素子或いは電極とで構成されるものをマイクロアクチュエータといい、ヘッドのみならずマイクロモータ、マイクロポンプのアクチュエータ部などとしても用いられるが、ここではインクジェットヘッドに適用した例で説明する。
【０００５】
また、液室を形成する部材として、例えば、シリコン基板、ガラス基板或いはＳＵＳ基板などを用いてエッチングで液室等を形成したもの、ドライフィルムレジスト（ＤＦＲ）を用いて液室等を形成したもの、Ｎｉ電鋳で液室等を有する基板を形成したもの、若しくは、薄板ＳＵＳにプレス加工で液室等を形成したものなど、種々のものがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したようにシリコン基板、ガラス基板、ＳＵＳ基板などにエッチングで液室等を形成する場合、一般的にはエッチングレートが非常に大きいために、所要の液室を形成するためにはかなりの時間がかかり、シリコンウエハなどを用いて多数個取りを行ったとしても、ヘッドのコストが高くなる。
【０００７】
また、ドライフィルムレジスト（ＤＦＲ）を用いて液室を形成した場合、ＤＦＲがインクによって膨潤し、滴吐出特性にバラツキが生じ易くなる。さらに、Ｎｉ電鋳で液室等を形成する場合にもコストが高くなり、或いは、薄板ＳＵＳを用いてプレス加工で液室等を形成する場合には微細な液室パターンを高精度に形成することが難しいという課題がある。
【０００８】
このようなヘッドの製造コストの増加、滴吐出特性のバラツキなどはそのままインクジェット記録装置のコストの増加、画像品質の低下などにつながるという課題がある。また、マイクロアクチュエータにあっても同様に製造コストが高くなるという課題がある。
【０００９】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、低コストの液滴吐出ヘッドを提供し、低コストで高画質記録が可能なインクジェット記録装置を提供し、低コストのマイクロアクチュエータを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、液室が第１の基板へのサンドブラスト工法で形成され、第１の基板に形成されたポリシラザンの表面コート層を介して、液室を覆う天板となる第２の基板と陽極接合で接合されている構成としたものである。
【００１２】
ここで、第１の基板がガラス基板であることが好ましい。
【００１３】
さらに、ノズルを形成する部材の表面にはポリシラザンを含む材料により形成された撥水膜が形成されていることが好ましい。
【００１５】
本発明に係るマイクロアクチュエータは、振動板を設けた第１部材と、この振動板に対向する電極を設けた第２部材とを有し、第１部材には振動板に対応する凹部がサンドブラスト工法で形成され、第１部材に形成されたポリシラザンの表面コート層を介して、第２部材と陽極接合で接合されている構成としたものである。ここで、第１部材と第２部材とがいずれもガラス基板からなることが好ましい。
【００１６】
本発明に係るマイクロアクチュエータは、振動板を設けた第１部材と振動板に対向する電極を設けた第２部材とを有し、第１部材の振動板に対応する凹部がサンドブラスト工法で形成されている構成としたものである。ここで、第１部材と第２部材とがいずれもガラス部材からなり、陽極接合されていることが好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。図１は本発明の第１実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板長手方向の断面説明図、図２は同ヘッドの振動板短手方向の断面説明図、図３は同ヘッドの流路パターンの平面説明図である。
【００１８】
このインクジェットヘッドは、液室等の流路を形成して振動板を設ける流路基板である第１部材である第１ガラス基板１と、この第１ガラス基板１の下側に設けた電極を設ける電極基板であり第２部材である第２ガラス基板２と、天板である第３ガラス基板３とを備え、複数（便宜上１個のみ図示する。）のインク滴を吐出するノズル４、各ノズル４がノズル連通路５を介して連通する液室である吐出室６、各吐出室６にインク供給路を兼ねた流体抵抗部７を介して連通する共通液室８などを形成している。
【００１９】
第１ガラス基板１には、ノズル４及びノズル連通路５を形成する溝と、液室６を形成する貫通穴（凹部）と、流体抵抗部７を形成する溝と、共通液室８を形成する貫通穴を形成し、第１ガラス基板１の底面に液室６の壁面（底面）を形成するＭｏ、Ｗ、Ｎｉ或いはＮｉ−Ｃｒなどからなる振動板１２を設け、この振動板１２の第２ガラス基板２側面にはＳｉＯ2膜１３を成膜している。
【００２０】
この第１ガラス基板１のノズル４及びノズル連通路５となる溝、液室６及び共通液室８となる各貫通穴及び流体抵抗部７となる溝などの流路は、後述するようにサンドブラスト工法によって形成している。
【００２１】
また、第２ガラス基板２にはギャップを形成するための凹部１４を形成して、この凹部１４底面に振動板１２に対向する電極（第２の電極）１５を設け、振動板１２と電極１５との間にギャップ１６を形成し、これらの振動板１２と電極１５とによってマイクロアクチュエータ部を構成している。
【００２２】
そして、電極１５の表面にはＳｉＯ2膜などの絶縁膜１７を成膜している。なお、絶縁膜１７の膜厚は５０〜５０００Å（０．０５〜０．５μｍ）の範囲内にすることが好ましい。膜厚が０．０５μｍ未満では電極１５の保護膜としての十分な機能を果たさなくなり、０．５μｍを越えると、振動板１２と電極１５との間のギャップ１６が大きくなりすぎるか、実効的なギャップ（ここではＳｉＯ2膜１３、１７表面間のギャップ）が小さくなりすぎる。
【００２３】
また、電極１５としては、Ａｌ、Ａｌ合金、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｉ−Ｃｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｍｏ等の金属材料や、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ等の高融点金属などを用いることができる。そして、図２に示すように、第２ガラス基板２の凹部１４の底面を振動板短手方向で傾斜面に形成して、この底面に電極１５を形成することにより、振動板１２に対して電極１５を非平行な状態で配置している。なお、この非平行状態の振動板１２と電極１５とで形成されるギャップ１６は非平行ギャップと称する。
【００２４】
第３ガラス基板３には共通液室８に外部からインクを供給するインク供給口１８を形成している。そして、この第３ガラス基板３の第１ガラス基板１側面にもＳｉＯ2膜１９を形成している。
【００２５】
そして、第１ガラス基板１と第２ガラス基板２とをＳｉＯ2膜１３を介して接合している。また、第１ガラス基板１と第３ガラス基板３もＳｉＯ2膜１９を介して接合している。これらのガラス基板１、２或いはガラス基板１、３は、界面の活性化（ＳｉＯ*）の化学結合による接合、或いは化学処理による界面活性化を行った後加熱及び加圧による接合、若しくは界面活性化の化学処理を行った後陽極接合などで接合することができる。
【００２６】
さらに、これらの第１、第２、第３ガラス基板１、２、３のノズル側端面（ノズル面）にはポリシラザンにＰＴＦＥやＰＦＡを分散させた撥水膜２０を成膜している。このポリシラザンを含む撥水膜２０の表面は水酸基を含む酸化シリコンを除去している。
【００２７】
このように構成したインクジェットヘッドにおいては、振動板１２と電極１５との間に駆動電圧を印加することによって振動板１２と電極１５との間に静電力（静電吸引力）が発生して、振動板１２が電極１５側に変形変位する。これにより、液室６の内容積が拡張されて内圧が下がるため、流体抵抗部７を介して共通液室８から加圧室６にインクが充填される。
【００２８】
次いで、電極１５への電圧印加を断つと、静電力が作用しなくなり、振動板１２はそれ自身のもつ弾性によって復元する。この動作に伴い液室６の内圧が上昇し、ノズル連通路５を経て、ノズル４からインク滴が吐出される。再び電極に電圧を印加すると、再び静電吸引力によって振動板は電極側に引き込まれる。
【００２９】
次に、このインクジェットヘッドにおける第１ガラス基板の製造工程について図４をも参照して説明する。
先ず、同図（ａ）に示すような第１ガラス基板１となるガラス基板３１にレジストを塗布或いはラミネートし、露光、現像を行って、同図（ｂ）に示すようにノズル４、ノズル連通路５、液室６、流体抵抗部７及び共通液室８の流路パターンに応じた開口３３を有するサンドブラスト用のレジストパターンによるマスク３２を形成する。
【００３０】
このように各流路パターンに対応した１枚のマスク３２を用いることができる。つまり、サンドブラスト工法は砥粒径が３〜１５μｍの範囲ではレジスト開口面積に依存して切削深さのレイトが異なる。図５はマスク開口幅と加工深さの実測結果を各砥粒サイズ（＃８００、＃１０００、＃１５００）について示したものである。例えば、砥粒サイズ＃１５００を例にとると、レジスト幅Ｗ＝４０μｍのとき、ある時間の切削で深さＤ＝２７μｍが得られ、Ｄ／Ｗ＝０．６８であり、同様にＷ＝１００μｍのとき、Ｄ＝６４μｍで、Ｄ／Ｗ＝０．６４である。
【００３１】
すなわち、アスペクト比は略同様であり、これは実質レジスト開口幅に依存して加工深さが大きくなることを意味する。したがって、１枚のレジストマスクでレジスト幅（マスク開口幅）を適正設計することにより、ノズル、液室、流体抵抗部、共通液室を形成することができ、更に、この例では図示していないが印字駆動衝撃波のバッファ部などをも形成することができる。
【００３２】
次いで、図３（ｃ）に戻って、砥粒径の大きな砥粒を用いたサンドブラスト加工を行って穴３４を形成した後、同図（ｄ）に示すように砥粒径の小さな砥粒を用いたサンドブラスト加工を行って穴３４の壁面を仕上げた貫通穴３５を形成する。
【００３３】
ここで、サンドブラスト工法による精密切削加工を行う場合、砥粒径が３μｍ未満の砥粒を用いても加工できるが、このときの切削レイト（切削速度）は非常に小さく（０．５μｍ／min程度）なり、砥粒径が１５μｍを越える砥粒を用いた場合にはチッピングが大きくなるので、高速精密切削には不向きである。
【００３４】
そこで、サンドブラスト工法で液室等を形成する場合、砥粒としては３〜１５μｍの砥粒径のものを用いることが好ましい。また、サンドブラスト工法で、ガラス基板、シリコン基板などのヤング率が５００ｋｇ／ｃｍ２以上の基板に高速精密切削を行うためには、砥粒の硬度としては、モース硬度で９〜１３のものを用いることが好ましい。
【００３５】
この場合、使用する砥粒の粒径と切削時のチッピングのサイズは略相関関係にある。図６は粒度（粒径）とチッピングのサイズの関係の測定結果（１０個の平均値）の一例を示す説明図であり、この例では、平均粒径１５μｍの砥粒を用いたときのチッピングの大きさは約１３．４μｍであるが、平均粒径３μｍの砥粒を用いたときのチッピングの大きさは約２．５μｍ程度になる。
【００３６】
そこで、図３の工程では、最初に大きな粒径（例えば１５μｍ）の砥粒を用いて目的深さの８０％を切削し、その後、小さな粒径（例えば３μｍ）の砥粒を用いて目的深さまで切削することで、切削面のチッピングの大きさを小さくしつつ、切削速度（タクトタイム）を速くすることができる。例えば、エアー圧力２９．４２（Ｐａ）、砥粒（＃１５００）、材質ＳｉＣで約２０分間サンドブラストを行うと、基板に対して切削パターンが形成される。その後、エアー圧力２９．４２（Ｐａ）、砥粒（＃２５００）、材質ＳｉＣで約５分間サンドブラストを行うとによりチッピングは３μｍ程度に小さくなる。
【００３７】
このようにして砥粒径を変化させてサンドブラスト加工を行うことで、チッピングを実用的なレベルまで小さくすることができるが、なお、チッピングとして２．５〜３μｍ程度のものが観察され、切削部分の表面にヘアークラック（白濁）が認められる。図７はサンドブラストによる切削部分のＳＥＭ写真であり、チッピングＣＨ及びサンドブラストによる白濁（ヘアークラック）ＨＣが認められる。
【００３８】
そこで、図３（ｅ）に示すようにマスク３２を除去して平滑化処理を施して、貫通穴３５の壁面を平滑化した液室６となる貫通穴３６を形成する。この平滑化処理としては、フッ酸５〜３０ｗｔ％を含む、鉱産として硫酸、リン酸、硝酸、酢酸の単体又は二以上の混酸による化学的エッチングを行うことにより、チッピングは１μｍ以下になり、サンドブラスト切削によるヘアークラックも除去され、ガラス状の表面を確保することができる。
【００３９】
具体的には、フッ酸５％に、Ｈ2ＳＯ4（硫酸）５０％、ＮＨ4Ｆ２０％、純水２５％のエッチアントに１０分間浸漬したところ、切削部の白濁は半透明のガラス基板になった。ガラス基板のエッチレイトは約３００Å／分である、すなわち、約３０００Åの表面エッチングで微小なチッピングとヘアークラックは溶解され、平滑な表面となる。
【００４０】
このように、液室をサンドブラスト工法で形成することにより、加工時間が短縮されて製造コストの低減を図ることができる。そして、液室のブラスト面を２種以上のサンドブラストの砥粒による段階的なサンドブラスト加工を行うことで液室壁面を平滑化することにより、高速加工で液室壁面を滑らかにすることができ、インクに流動に対する影響を低減できる。さらに、エッチングを施して平滑化することで、液室壁面をより高精度に平滑化することができる。また、液室を形成する部材にガラス基板を用いることで、より低コスト化を図れる。
【００４１】
次に、本発明に係るインクジェットヘッドの第２実施形態について図８を参照して説明する。
この実施形態は、上述した第１実施形態における第１ガラス基板１に形成する液室６の壁面をアニール処理で平滑化した例であり、ここでは第１ガラス基板１の製造工程で説明する。
【００４２】
すなわち前述した第１実施形態における第１ガラス基板１の製造工程と同様にして、ガラス基板３１にサンドブラスト工法で貫通穴３５を形成した後、例えば炭酸ガスレーザーを用いてアニールを施し、チッピングの微細な燐片状突起とヘアークラックを除去して平滑化した液室６となる貫通穴３６を形成している。
【００４３】
特に、ガラス基板はコストが廉価であることからインクジェットヘッド部品の構成材料としてヘッドの低コスト化を図る上で有効である。このガラス基板をサンドブラスト工法で切削した場合、切削部分は上述したようにチッピングやヘアークラックのために光学的には乱反射のため白濁しているが、レジスト（マスク）によってブラストされない部分は透過性ガラスの状態が維持されている。
【００４４】
そこで、このガラス基板に炭酸ガスレーザー（出力は５０〜３００ｍＷ／ｃｍ2）のレーザー光を照射すると、白濁した部分のみ光吸収が起こり、アニールされる。このとき、ガラス基板は１００〜３００℃に加熱しておくことで、熱ショックによる割れを防止できる。
【００４５】
具体的には、ガラス基板３１を３００℃加熱して、炭酸ガスレーザーの２００ｍＷ／ｃｍ2のエネルギーでスキャンアニールを行ったところ、切削部分の白濁はアニール融解し、チッピングやヘアークラックはメルトされて、半透明のガラス状になる。このようにレーザー光によるアニールを行えば、簡易な乾式法でヘアークラックによるダスト発生を抑え、ノズル目詰まりを防止でき、工程のコストも安価になる。タクトタイムは８インチ基板で５分間程度であった。
【００４６】
このように液室壁面を炭酸ガスレーザー等によるアニール処理で平滑化することにより、特にガラス基板を用いて表面平滑性の良い液室を有するヘッドを形成することができて、一層ヘッドの低コスト化を図ることができる。
【００４７】
次に、本発明に係るインクジェットヘッドの第３実施形態について図９を参照して説明する。
この実施形態は、上述した第１実施形態における第１ガラス基板１に形成する液室６の壁面に表面コート層をコートして平滑化した例であり、ここでも第１ガラス基板１の製造工程で説明する。
【００４８】
すなわち前述した第１実施形態における第１ガラス基板１の製造工程と同様にして、ガラス基板３１にサンドブラスト工法で貫通穴３５を形成した後、例えばサンドブラストによるチッピングやヘアークラックをポリシラザンでスピンコートし、これを１５０〜４５０℃に加熱分解酸化することで、ＳｉＯ2の表面コート層３７を形成して、壁面を平滑化した液室６となる貫通穴３６を形成している。
【００４９】
ここで、ＳｉＯ2の表面コート層３７の厚さは５００〜５０００Åであり、好ましくは１０００〜２０００Åである。ポリシラザンは加熱分解酸化することにより、純粋なアモルファスＳｉＯ2の膜になり、インク信頼性（接液耐性）が向上する。
【００５０】
具体的には、粘度３ｃｐｓのポリシラザンを２０００ｒｐｍでスピンコートして約１５００Åの膜を生成した。この膜は、ヘアークラックのボイドに浸透しており、加熱処理温度３５０℃でシリカコート膜となる。この膜は屈折率がガラスに近く、白濁のブラスト切削部は半透明になり、保護膜が強固に均一な膜として密着する。これにより、信頼性や表面平滑性が向上し、気泡排出性も向上する。
【００５１】
このように第１ガラス基板１に液室６をサンドブラスト工法で形成する場合、ポリシラザンを液室壁面等の表面コート層として用いることで、第１ガラス基板１と第２ガラス基板２との陽極接合が容易になり、安価に直接固体接合が可能になる。
【００５２】
すなわち、第１ガラス基板１の全面にポリシラザンの膜を形成した場合、ポリシラザンの処理膜は表面平滑性が良く、陽極接合時の電圧印加をしたとき、不純物が少ないことから高抵抗であり、電荷が集中することになる。これにより、第１ガラス基板１に含まれる可動イオンが接合界面に電荷集中と共に移動し、イオン反応で結合（接合）する。このとき、高抵抗によるイオン電流の低減が生じない範囲の膜厚、好ましくは１０００〜２０００Åにする。これにより、陽極接合が容易になる。
【００５３】
具体的には、第１ガラス基板１（上記の例ではガラス基板３１）にポリシラザンをスピンコートし、表面を平坦化させる。このとき、加熱シリケート膜の生成は不純物の少ない高抵抗の膜となる。しかし、１５００Å程度の膜は約１ＫＶのＤＣ電圧の印加でガラス基板中のイオンの移動がこのシリケート膜界面まで拡散し、イオン結合を行う。陽極接合は、この現象を利用するもので、２５０℃以上のガラス基板加熱でガラス中の硅酸イオンはイオン伝導度を持つ。すなわち、加熱ガラス基板とＤＣ電荷が集中し、可動イオンが電荷拡散、反応する高抵抗のシリケート膜の存在で第２ガラス基板２との陽極接合が起こる。
【００５４】
次に、前記第１実施形態におけるヘッドのノズル面に形成する撥水膜２０について説明する。
上述したようにサンドブラスト工法で流路を形成する場合、実際には複数のヘッド分の流路パターンを形成し、他の基板と接合した後、ダイヤモンドソーなどでダイシングすることによりノズル端面が形成されるが、この状態ではインク面の撥水性がなく、インク滴はノズル面が濡れて飛翔しなくなる。
【００５５】
そこで、このノズル面をポリシラザンとＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）やＰＦＡ（パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体）等の有機フッ素化合物の混合液に浸漬し、乾燥、熱焼成することにより、ポリシラザンのＳiＯ2の網目構造にＰＴＦＥやＰＦＡが保持された構成の膜（撥水膜２０）が形成される。このようにして、簡易に撥水性を持たせることができる。
【００５６】
具体的には、ノズル表面との接合密着性が良いポリシラザンを２０ｗｔ％以上分散させたＰＴＦＥやＰＦＡの混合液にノズル表面を浸漬させることで、２μｍ以上の膜厚の撥水膜２０を形成した。膜厚はＰＴＦＥやＰＦＡの粒径（０．５〜１μｍ）に影響される。
【００５７】
また、有機フッ素ポリシラザンは基板側との反応でＳｉＯ2が密着し、表面はフッ素有機化合物が露呈し、その撥水性を大きくしているが、耐摩耗性が十分でないために、ノズル面のインク除去のためのワイピング動作に対する耐性が十分でないおそれがある。
【００５８】
ここで、このポリシラザンを用いた撥水膜２０は、上述したように有機フッ素化合物がＳｉＯ2の網目構造に保持されているが、一部、ＳｉＯＨであるシラノール基を含み、これは、インク対して濡れ性があり、撥水性を劣化させる。また、網目構造のＳｉＯ2の強固な保持により、有機フッ素化合物が表面に露出している割合が小さく、十分な撥水性が発揮されないことがある。
【００５９】
そこで、撥水膜２０を表面を１〜１５％のフッ酸（ＨＦ）を含む混酸溶液でライトエッチングして、表面に露出しているＳｉＯ2を１００〜２０００Å溶解除去することにより、撥水膜２０の表面は有機フッ素化合物の表面占有率が向上して撥水性が大きくなる。
【００６０】
具体的にはフッ酸を１〜１５％の含むＮＨ４Ｆとの混酸溶液でライトエッチングすることにより、約２０００ÅのＳｉＯ2膜を表面から溶解除去した後、３５０℃の加熱処理を行うことで、ＰＴＦＥやＰＦＡの一部粒子が融着し、表面に撥水剤が露出する。この表面をワイピングして平滑化処理を行うことで更に撥水性が向上する。
【００６１】
次に、本発明に係るインクジェットヘッドの第４実施形態について図１０及び図１１を参照して説明する。
この実施形態は、第１ガラス基板４１に第２ガラス基板２側からノズル４及びノズル連通路５を形成する溝と、液室６を形成する凹部と、流体抵抗部７を形成する溝と、共通液室８を形成する凹部等を形成し、この第１ガラス基板４１の第２ガラス基板２との接合面側（液室６の底面）にＭｏ、Ｗ、Ｎｉ或いはＮｉ−Ｃｒなどからなる振動板１２を設け、この振動板１２の第２ガラス基板２側面にはＳｉＯ2膜１３を成膜し、第２ガラス基板２と接合したものである。
【００６２】
このように構成することで、上記第１実施形態における天板となる第３ガラス基板が不要になって構成が簡単になるとともに、第１ガラス基板４１を液室６等を形成するために貫通させる必要がなくなり、加工時間が短縮され、更に低コスト化を図ることができる。なお、この場合にも液室６やノズル４及びノズル連通路５、流体抵抗部７となる各溝の壁面には前述した第３実施形態と同様に、ポリシラザンでスピンコートし、これを１５０〜４５０℃に加熱分解酸化することで、ＳｉＯ2の表面コート層３７を形成している。
【００６３】
次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置について図１２及び図１３を参照して簡単に説明する。なお、図１２は同記録装置の機構部の概略斜視説明図、図１３は同機構部の側面説明図である。
【００６４】
このインクジェット記録装置は、記録装置本体８１の内部に印字機構部８２等を収納し、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、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。
【００６５】
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、このキャリッジ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本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドからなるヘッド９４をインク滴吐出方向を下方に向けて装着し、キャリッジ９３の上側にはヘッド９４に各色のインクを供給するための各インクタンク（インクカートリッジ）９５を交換可能に装着している。このインクカートリッジ９５から前記インク供給穴１８を介してインクをヘッド９４内に供給する。
【００６６】
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、このタイミングベルト１００をキャリッジ９３に固定している。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を有する１個のヘッドでもよい。
【００６７】
一方、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ために、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と、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１０７によってギヤ列を介して回転駆動される。
【００６８】
そして、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、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。
【００６９】
また、キャリッジ９３の移動方向右端側にはヘッド９４の信頼性を維持、回復するための信頼性維持回復機構（以下「サブシステム」という。）１１７を配置している。キャリッジ９３は印字待機中にはこのサブシステム１１７側に移動されてキャッピング手段などでヘッド９４をキャッピングされる。
【００７０】
なお、上記各実施形態においては、本発明に係る液滴吐出ヘッド及びマイクロアクチュエータとして静電型インクジェットヘッドに適用した例で説明したが、これに限るものではなく、例えば、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ヘッドにも適用でき、或いはマイクロアクチュエータとしてはマイクロモータ、マイクロポンプのアクチュエータ部などにも適用することができる。
【００７１】
また、液滴吐出ヘッドとして、振動板変位方向とノズル滴吐出方向が同じになるサイドシュータ方式で説明しているが、振動板変位方向とノズル滴吐出方向が直交するサイドシュータ方式にすることもできる。
【００７２】
さらに、上記各実施形態においては、ガラス基板を用いた例で説明したが、シリコン基板、或いは第１基板をガラス基板とシリコン基板との組み合わせなどにすることもできる。また、上記実施形態では天板を第３ガラス基板で形成しているが、ノズル等を他の材質のもの、例えばフェルニコ、コバールなどの金属層と樹脂との積層部材、或いは二種以上の金属層の積層部材、或いは単層部材などで形成することもできる。さらにまた、電極の傾斜領域は直線的な傾斜としたが、曲線的な傾斜とすることもできる。
【００７３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る液滴吐出ヘッドによれば、液室が第１の基板へのサンドブラスト工法で形成され、第１の基板に形成されたポリシラザンの表面コート層を介して、液室を覆う天板となる第２の基板と陽極接合で接合されている構成としたので、ヘッドの低コスト化を図れるとともに、液室の平滑化、接液耐性の向上、気泡排出性の改善、陽極接合の接合性の改善などを図ることができる。
【００７５】
ここで、第１の基板としてガラス基板を用いることで、一層低コスト化を図ることができる。
【００７６】
さらに、ノズルを形成する部材の表面にはポリシラザンを含む材料により形成された撥水膜を形成することで、簡単なプロセスで撥水膜を形成して低コスト化を図れる。
【００７８】
本発明に係るインクジェット記録装置は、インクジェットヘッドが本発明に係る液滴吐出ヘッドである構成としたので、記録装置の低コスト化を図れる。
【００７９】
本発明に係るマイクロアクチュエータによれば、振動板を設けた第１部材と、この振動板に対向する電極を設けた第２部材とを有し、第１部材には振動板に対応する凹部がサンドブラスト工法で形成され、第１部材に形成されたポリシラザンの表面コート層を介して、第２部材と陽極接合で接合されている構成としたので、低コストのマイクロアクチュエータを得ることができる。ここで、第１部材と第２部材とがいずれもガラス基板からなることで、一層低コスト化を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板長手方向の断面説明図
【図２】同ヘッドの振動板短手方向の断面説明図
【図３】同ヘッドの流路パターンの平面説明図
【図４】同ヘッドの第１ガラス基板の製造工程の説明に供する説明図
【図５】ブラスト用のマスク開口と加工深さの関係の一例を説明する説明図
【図６】ブラストの砥粒径とチッピングの大きさの関係の一例を説明する説明図
【図７】ガラス基板にサンドブラスト加工を施したときの状態を説明するＳＥＭ写真
【図８】本発明の第２実施形態に係るインクジェットヘッドにおける第１ガラス基板の製造工程の説明に供する説明図
【図９】本発明の第３実施形態に係るインクジェットヘッドにおける第１ガラス基板の製造工程の説明に供する説明図
【図１０】本発明の第４実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板長手方向の断面説明図
【図１１】同ヘッドの振動板短手方向の断面説明図
【図１２】本発明に係るインクジェット記録装置の機構部の概略斜視説明図
【図１３】同機構部の側面説明図
【符号の説明】
１…第１ガラス基板、２…第２ガラス基板、３…第３ガラス基板、４…ノズル、６…液室、７…流体抵抗部、８…共通インク室、１２…振動板、１５…電極、２０…撥水膜
【産業上の利用分野】
本発明は液滴吐出ヘッド、インクジェット記録装置及びマイクロアクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ等の画像記録装置（画像形成装置）として用いるインクジェット記録装置において使用する液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドは、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する液室（吐出室、圧力室、加圧液室、インク流路等とも称される。）と、この液室内のインクを加圧する圧力発生手段とを備えて、圧力発生手段を駆動することで液室内インクを加圧してノズルからインク滴を吐出させるものである。
【０００３】
従来、液室内のインクを加圧する圧力を発生する圧力発生手段として、圧電素子を用いて液室壁面を形成する振動板を変形変位させて流路内容積を変化させてインク滴を吐出させるようにしたピエゾ型のもの（特開平２−５１７３４号公報参照）、或いは、発熱抵抗体を用いて液室内でインクを加熱して気泡を発生させることによる圧力でインク滴を吐出させるようにしたバブル型のもの（特開昭６１−５９９１１号公報参照）が知られている。
【０００４】
また、液室壁面を形成する振動板と電極とを平行に配置し、振動板と電極との間に発生させる静電力によって振動板を変形変位させることで、液室内容積／圧力を変化させてインク滴を吐出させる静電型のもの（特開平６−７１８８２号公報参照）も知られている。なお、振動板と圧電素子或いは電極とで構成されるものをマイクロアクチュエータといい、ヘッドのみならずマイクロモータ、マイクロポンプのアクチュエータ部などとしても用いられるが、ここではインクジェットヘッドに適用した例で説明する。
【０００５】
また、液室を形成する部材として、例えば、シリコン基板、ガラス基板或いはＳＵＳ基板などを用いてエッチングで液室等を形成したもの、ドライフィルムレジスト（ＤＦＲ）を用いて液室等を形成したもの、Ｎｉ電鋳で液室等を有する基板を形成したもの、若しくは、薄板ＳＵＳにプレス加工で液室等を形成したものなど、種々のものがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したようにシリコン基板、ガラス基板、ＳＵＳ基板などにエッチングで液室等を形成する場合、一般的にはエッチングレートが非常に大きいために、所要の液室を形成するためにはかなりの時間がかかり、シリコンウエハなどを用いて多数個取りを行ったとしても、ヘッドのコストが高くなる。
【０００７】
また、ドライフィルムレジスト（ＤＦＲ）を用いて液室を形成した場合、ＤＦＲがインクによって膨潤し、滴吐出特性にバラツキが生じ易くなる。さらに、Ｎｉ電鋳で液室等を形成する場合にもコストが高くなり、或いは、薄板ＳＵＳを用いてプレス加工で液室等を形成する場合には微細な液室パターンを高精度に形成することが難しいという課題がある。
【０００８】
このようなヘッドの製造コストの増加、滴吐出特性のバラツキなどはそのままインクジェット記録装置のコストの増加、画像品質の低下などにつながるという課題がある。また、マイクロアクチュエータにあっても同様に製造コストが高くなるという課題がある。
【０００９】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、低コストの液滴吐出ヘッドを提供し、低コストで高画質記録が可能なインクジェット記録装置を提供し、低コストのマイクロアクチュエータを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、液室が第１の基板へのサンドブラスト工法で形成され、第１の基板に形成されたポリシラザンの表面コート層を介して、液室を覆う天板となる第２の基板と陽極接合で接合されている構成としたものである。
【００１２】
ここで、第１の基板がガラス基板であることが好ましい。
【００１３】
さらに、ノズルを形成する部材の表面にはポリシラザンを含む材料により形成された撥水膜が形成されていることが好ましい。
【００１５】
本発明に係るマイクロアクチュエータは、振動板を設けた第１部材と、この振動板に対向する電極を設けた第２部材とを有し、第１部材には振動板に対応する凹部がサンドブラスト工法で形成され、第１部材に形成されたポリシラザンの表面コート層を介して、第２部材と陽極接合で接合されている構成としたものである。ここで、第１部材と第２部材とがいずれもガラス基板からなることが好ましい。
【００１６】
本発明に係るマイクロアクチュエータは、振動板を設けた第１部材と振動板に対向する電極を設けた第２部材とを有し、第１部材の振動板に対応する凹部がサンドブラスト工法で形成されている構成としたものである。ここで、第１部材と第２部材とがいずれもガラス部材からなり、陽極接合されていることが好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。図１は本発明の第１実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板長手方向の断面説明図、図２は同ヘッドの振動板短手方向の断面説明図、図３は同ヘッドの流路パターンの平面説明図である。
【００１８】
このインクジェットヘッドは、液室等の流路を形成して振動板を設ける流路基板である第１部材である第１ガラス基板１と、この第１ガラス基板１の下側に設けた電極を設ける電極基板であり第２部材である第２ガラス基板２と、天板である第３ガラス基板３とを備え、複数（便宜上１個のみ図示する。）のインク滴を吐出するノズル４、各ノズル４がノズル連通路５を介して連通する液室である吐出室６、各吐出室６にインク供給路を兼ねた流体抵抗部７を介して連通する共通液室８などを形成している。
【００１９】
第１ガラス基板１には、ノズル４及びノズル連通路５を形成する溝と、液室６を形成する貫通穴（凹部）と、流体抵抗部７を形成する溝と、共通液室８を形成する貫通穴を形成し、第１ガラス基板１の底面に液室６の壁面（底面）を形成するＭｏ、Ｗ、Ｎｉ或いはＮｉ−Ｃｒなどからなる振動板１２を設け、この振動板１２の第２ガラス基板２側面にはＳｉＯ2膜１３を成膜している。
【００２０】
この第１ガラス基板１のノズル４及びノズル連通路５となる溝、液室６及び共通液室８となる各貫通穴及び流体抵抗部７となる溝などの流路は、後述するようにサンドブラスト工法によって形成している。
【００２１】
また、第２ガラス基板２にはギャップを形成するための凹部１４を形成して、この凹部１４底面に振動板１２に対向する電極（第２の電極）１５を設け、振動板１２と電極１５との間にギャップ１６を形成し、これらの振動板１２と電極１５とによってマイクロアクチュエータ部を構成している。
【００２２】
そして、電極１５の表面にはＳｉＯ2膜などの絶縁膜１７を成膜している。なお、絶縁膜１７の膜厚は５０〜５０００Å（０．０５〜０．５μｍ）の範囲内にすることが好ましい。膜厚が０．０５μｍ未満では電極１５の保護膜としての十分な機能を果たさなくなり、０．５μｍを越えると、振動板１２と電極１５との間のギャップ１６が大きくなりすぎるか、実効的なギャップ（ここではＳｉＯ2膜１３、１７表面間のギャップ）が小さくなりすぎる。
【００２３】
また、電極１５としては、Ａｌ、Ａｌ合金、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｉ−Ｃｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｍｏ等の金属材料や、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ等の高融点金属などを用いることができる。そして、図２に示すように、第２ガラス基板２の凹部１４の底面を振動板短手方向で傾斜面に形成して、この底面に電極１５を形成することにより、振動板１２に対して電極１５を非平行な状態で配置している。なお、この非平行状態の振動板１２と電極１５とで形成されるギャップ１６は非平行ギャップと称する。
【００２４】
第３ガラス基板３には共通液室８に外部からインクを供給するインク供給口１８を形成している。そして、この第３ガラス基板３の第１ガラス基板１側面にもＳｉＯ2膜１９を形成している。
【００２５】
そして、第１ガラス基板１と第２ガラス基板２とをＳｉＯ2膜１３を介して接合している。また、第１ガラス基板１と第３ガラス基板３もＳｉＯ2膜１９を介して接合している。これらのガラス基板１、２或いはガラス基板１、３は、界面の活性化（ＳｉＯ*）の化学結合による接合、或いは化学処理による界面活性化を行った後加熱及び加圧による接合、若しくは界面活性化の化学処理を行った後陽極接合などで接合することができる。
【００２６】
さらに、これらの第１、第２、第３ガラス基板１、２、３のノズル側端面（ノズル面）にはポリシラザンにＰＴＦＥやＰＦＡを分散させた撥水膜２０を成膜している。このポリシラザンを含む撥水膜２０の表面は水酸基を含む酸化シリコンを除去している。
【００２７】
このように構成したインクジェットヘッドにおいては、振動板１２と電極１５との間に駆動電圧を印加することによって振動板１２と電極１５との間に静電力（静電吸引力）が発生して、振動板１２が電極１５側に変形変位する。これにより、液室６の内容積が拡張されて内圧が下がるため、流体抵抗部７を介して共通液室８から加圧室６にインクが充填される。
【００２８】
次いで、電極１５への電圧印加を断つと、静電力が作用しなくなり、振動板１２はそれ自身のもつ弾性によって復元する。この動作に伴い液室６の内圧が上昇し、ノズル連通路５を経て、ノズル４からインク滴が吐出される。再び電極に電圧を印加すると、再び静電吸引力によって振動板は電極側に引き込まれる。
【００２９】
次に、このインクジェットヘッドにおける第１ガラス基板の製造工程について図４をも参照して説明する。
先ず、同図（ａ）に示すような第１ガラス基板１となるガラス基板３１にレジストを塗布或いはラミネートし、露光、現像を行って、同図（ｂ）に示すようにノズル４、ノズル連通路５、液室６、流体抵抗部７及び共通液室８の流路パターンに応じた開口３３を有するサンドブラスト用のレジストパターンによるマスク３２を形成する。
【００３０】
このように各流路パターンに対応した１枚のマスク３２を用いることができる。つまり、サンドブラスト工法は砥粒径が３〜１５μｍの範囲ではレジスト開口面積に依存して切削深さのレイトが異なる。図５はマスク開口幅と加工深さの実測結果を各砥粒サイズ（＃８００、＃１０００、＃１５００）について示したものである。例えば、砥粒サイズ＃１５００を例にとると、レジスト幅Ｗ＝４０μｍのとき、ある時間の切削で深さＤ＝２７μｍが得られ、Ｄ／Ｗ＝０．６８であり、同様にＷ＝１００μｍのとき、Ｄ＝６４μｍで、Ｄ／Ｗ＝０．６４である。
【００３１】
すなわち、アスペクト比は略同様であり、これは実質レジスト開口幅に依存して加工深さが大きくなることを意味する。したがって、１枚のレジストマスクでレジスト幅（マスク開口幅）を適正設計することにより、ノズル、液室、流体抵抗部、共通液室を形成することができ、更に、この例では図示していないが印字駆動衝撃波のバッファ部などをも形成することができる。
【００３２】
次いで、図３（ｃ）に戻って、砥粒径の大きな砥粒を用いたサンドブラスト加工を行って穴３４を形成した後、同図（ｄ）に示すように砥粒径の小さな砥粒を用いたサンドブラスト加工を行って穴３４の壁面を仕上げた貫通穴３５を形成する。
【００３３】
ここで、サンドブラスト工法による精密切削加工を行う場合、砥粒径が３μｍ未満の砥粒を用いても加工できるが、このときの切削レイト（切削速度）は非常に小さく（０．５μｍ／min程度）なり、砥粒径が１５μｍを越える砥粒を用いた場合にはチッピングが大きくなるので、高速精密切削には不向きである。
【００３４】
そこで、サンドブラスト工法で液室等を形成する場合、砥粒としては３〜１５μｍの砥粒径のものを用いることが好ましい。また、サンドブラスト工法で、ガラス基板、シリコン基板などのヤング率が５００ｋｇ／ｃｍ２以上の基板に高速精密切削を行うためには、砥粒の硬度としては、モース硬度で９〜１３のものを用いることが好ましい。
【００３５】
この場合、使用する砥粒の粒径と切削時のチッピングのサイズは略相関関係にある。図６は粒度（粒径）とチッピングのサイズの関係の測定結果（１０個の平均値）の一例を示す説明図であり、この例では、平均粒径１５μｍの砥粒を用いたときのチッピングの大きさは約１３．４μｍであるが、平均粒径３μｍの砥粒を用いたときのチッピングの大きさは約２．５μｍ程度になる。
【００３６】
そこで、図３の工程では、最初に大きな粒径（例えば１５μｍ）の砥粒を用いて目的深さの８０％を切削し、その後、小さな粒径（例えば３μｍ）の砥粒を用いて目的深さまで切削することで、切削面のチッピングの大きさを小さくしつつ、切削速度（タクトタイム）を速くすることができる。例えば、エアー圧力２９．４２（Ｐａ）、砥粒（＃１５００）、材質ＳｉＣで約２０分間サンドブラストを行うと、基板に対して切削パターンが形成される。その後、エアー圧力２９．４２（Ｐａ）、砥粒（＃２５００）、材質ＳｉＣで約５分間サンドブラストを行うとによりチッピングは３μｍ程度に小さくなる。
【００３７】
このようにして砥粒径を変化させてサンドブラスト加工を行うことで、チッピングを実用的なレベルまで小さくすることができるが、なお、チッピングとして２．５〜３μｍ程度のものが観察され、切削部分の表面にヘアークラック（白濁）が認められる。図７はサンドブラストによる切削部分のＳＥＭ写真であり、チッピングＣＨ及びサンドブラストによる白濁（ヘアークラック）ＨＣが認められる。
【００３８】
そこで、図３（ｅ）に示すようにマスク３２を除去して平滑化処理を施して、貫通穴３５の壁面を平滑化した液室６となる貫通穴３６を形成する。この平滑化処理としては、フッ酸５〜３０ｗｔ％を含む、鉱産として硫酸、リン酸、硝酸、酢酸の単体又は二以上の混酸による化学的エッチングを行うことにより、チッピングは１μｍ以下になり、サンドブラスト切削によるヘアークラックも除去され、ガラス状の表面を確保することができる。
【００３９】
具体的には、フッ酸５％に、Ｈ2ＳＯ4（硫酸）５０％、ＮＨ4Ｆ２０％、純水２５％のエッチアントに１０分間浸漬したところ、切削部の白濁は半透明のガラス基板になった。ガラス基板のエッチレイトは約３００Å／分である、すなわち、約３０００Åの表面エッチングで微小なチッピングとヘアークラックは溶解され、平滑な表面となる。
【００４０】
このように、液室をサンドブラスト工法で形成することにより、加工時間が短縮されて製造コストの低減を図ることができる。そして、液室のブラスト面を２種以上のサンドブラストの砥粒による段階的なサンドブラスト加工を行うことで液室壁面を平滑化することにより、高速加工で液室壁面を滑らかにすることができ、インクに流動に対する影響を低減できる。さらに、エッチングを施して平滑化することで、液室壁面をより高精度に平滑化することができる。また、液室を形成する部材にガラス基板を用いることで、より低コスト化を図れる。
【００４１】
次に、本発明に係るインクジェットヘッドの第２実施形態について図８を参照して説明する。
この実施形態は、上述した第１実施形態における第１ガラス基板１に形成する液室６の壁面をアニール処理で平滑化した例であり、ここでは第１ガラス基板１の製造工程で説明する。
【００４２】
すなわち前述した第１実施形態における第１ガラス基板１の製造工程と同様にして、ガラス基板３１にサンドブラスト工法で貫通穴３５を形成した後、例えば炭酸ガスレーザーを用いてアニールを施し、チッピングの微細な燐片状突起とヘアークラックを除去して平滑化した液室６となる貫通穴３６を形成している。
【００４３】
特に、ガラス基板はコストが廉価であることからインクジェットヘッド部品の構成材料としてヘッドの低コスト化を図る上で有効である。このガラス基板をサンドブラスト工法で切削した場合、切削部分は上述したようにチッピングやヘアークラックのために光学的には乱反射のため白濁しているが、レジスト（マスク）によってブラストされない部分は透過性ガラスの状態が維持されている。
【００４４】
そこで、このガラス基板に炭酸ガスレーザー（出力は５０〜３００ｍＷ／ｃｍ2）のレーザー光を照射すると、白濁した部分のみ光吸収が起こり、アニールされる。このとき、ガラス基板は１００〜３００℃に加熱しておくことで、熱ショックによる割れを防止できる。
【００４５】
具体的には、ガラス基板３１を３００℃加熱して、炭酸ガスレーザーの２００ｍＷ／ｃｍ2のエネルギーでスキャンアニールを行ったところ、切削部分の白濁はアニール融解し、チッピングやヘアークラックはメルトされて、半透明のガラス状になる。このようにレーザー光によるアニールを行えば、簡易な乾式法でヘアークラックによるダスト発生を抑え、ノズル目詰まりを防止でき、工程のコストも安価になる。タクトタイムは８インチ基板で５分間程度であった。
【００４６】
このように液室壁面を炭酸ガスレーザー等によるアニール処理で平滑化することにより、特にガラス基板を用いて表面平滑性の良い液室を有するヘッドを形成することができて、一層ヘッドの低コスト化を図ることができる。
【００４７】
次に、本発明に係るインクジェットヘッドの第３実施形態について図９を参照して説明する。
この実施形態は、上述した第１実施形態における第１ガラス基板１に形成する液室６の壁面に表面コート層をコートして平滑化した例であり、ここでも第１ガラス基板１の製造工程で説明する。
【００４８】
すなわち前述した第１実施形態における第１ガラス基板１の製造工程と同様にして、ガラス基板３１にサンドブラスト工法で貫通穴３５を形成した後、例えばサンドブラストによるチッピングやヘアークラックをポリシラザンでスピンコートし、これを１５０〜４５０℃に加熱分解酸化することで、ＳｉＯ2の表面コート層３７を形成して、壁面を平滑化した液室６となる貫通穴３６を形成している。
【００４９】
ここで、ＳｉＯ2の表面コート層３７の厚さは５００〜５０００Åであり、好ましくは１０００〜２０００Åである。ポリシラザンは加熱分解酸化することにより、純粋なアモルファスＳｉＯ2の膜になり、インク信頼性（接液耐性）が向上する。
【００５０】
具体的には、粘度３ｃｐｓのポリシラザンを２０００ｒｐｍでスピンコートして約１５００Åの膜を生成した。この膜は、ヘアークラックのボイドに浸透しており、加熱処理温度３５０℃でシリカコート膜となる。この膜は屈折率がガラスに近く、白濁のブラスト切削部は半透明になり、保護膜が強固に均一な膜として密着する。これにより、信頼性や表面平滑性が向上し、気泡排出性も向上する。
【００５１】
このように第１ガラス基板１に液室６をサンドブラスト工法で形成する場合、ポリシラザンを液室壁面等の表面コート層として用いることで、第１ガラス基板１と第２ガラス基板２との陽極接合が容易になり、安価に直接固体接合が可能になる。
【００５２】
すなわち、第１ガラス基板１の全面にポリシラザンの膜を形成した場合、ポリシラザンの処理膜は表面平滑性が良く、陽極接合時の電圧印加をしたとき、不純物が少ないことから高抵抗であり、電荷が集中することになる。これにより、第１ガラス基板１に含まれる可動イオンが接合界面に電荷集中と共に移動し、イオン反応で結合（接合）する。このとき、高抵抗によるイオン電流の低減が生じない範囲の膜厚、好ましくは１０００〜２０００Åにする。これにより、陽極接合が容易になる。
【００５３】
具体的には、第１ガラス基板１（上記の例ではガラス基板３１）にポリシラザンをスピンコートし、表面を平坦化させる。このとき、加熱シリケート膜の生成は不純物の少ない高抵抗の膜となる。しかし、１５００Å程度の膜は約１ＫＶのＤＣ電圧の印加でガラス基板中のイオンの移動がこのシリケート膜界面まで拡散し、イオン結合を行う。陽極接合は、この現象を利用するもので、２５０℃以上のガラス基板加熱でガラス中の硅酸イオンはイオン伝導度を持つ。すなわち、加熱ガラス基板とＤＣ電荷が集中し、可動イオンが電荷拡散、反応する高抵抗のシリケート膜の存在で第２ガラス基板２との陽極接合が起こる。
【００５４】
次に、前記第１実施形態におけるヘッドのノズル面に形成する撥水膜２０について説明する。
上述したようにサンドブラスト工法で流路を形成する場合、実際には複数のヘッド分の流路パターンを形成し、他の基板と接合した後、ダイヤモンドソーなどでダイシングすることによりノズル端面が形成されるが、この状態ではインク面の撥水性がなく、インク滴はノズル面が濡れて飛翔しなくなる。
【００５５】
そこで、このノズル面をポリシラザンとＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）やＰＦＡ（パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体）等の有機フッ素化合物の混合液に浸漬し、乾燥、熱焼成することにより、ポリシラザンのＳiＯ2の網目構造にＰＴＦＥやＰＦＡが保持された構成の膜（撥水膜２０）が形成される。このようにして、簡易に撥水性を持たせることができる。
【００５６】
具体的には、ノズル表面との接合密着性が良いポリシラザンを２０ｗｔ％以上分散させたＰＴＦＥやＰＦＡの混合液にノズル表面を浸漬させることで、２μｍ以上の膜厚の撥水膜２０を形成した。膜厚はＰＴＦＥやＰＦＡの粒径（０．５〜１μｍ）に影響される。
【００５７】
また、有機フッ素ポリシラザンは基板側との反応でＳｉＯ2が密着し、表面はフッ素有機化合物が露呈し、その撥水性を大きくしているが、耐摩耗性が十分でないために、ノズル面のインク除去のためのワイピング動作に対する耐性が十分でないおそれがある。
【００５８】
ここで、このポリシラザンを用いた撥水膜２０は、上述したように有機フッ素化合物がＳｉＯ2の網目構造に保持されているが、一部、ＳｉＯＨであるシラノール基を含み、これは、インク対して濡れ性があり、撥水性を劣化させる。また、網目構造のＳｉＯ2の強固な保持により、有機フッ素化合物が表面に露出している割合が小さく、十分な撥水性が発揮されないことがある。
【００５９】
そこで、撥水膜２０を表面を１〜１５％のフッ酸（ＨＦ）を含む混酸溶液でライトエッチングして、表面に露出しているＳｉＯ2を１００〜２０００Å溶解除去することにより、撥水膜２０の表面は有機フッ素化合物の表面占有率が向上して撥水性が大きくなる。
【００６０】
具体的にはフッ酸を１〜１５％の含むＮＨ４Ｆとの混酸溶液でライトエッチングすることにより、約２０００ÅのＳｉＯ2膜を表面から溶解除去した後、３５０℃の加熱処理を行うことで、ＰＴＦＥやＰＦＡの一部粒子が融着し、表面に撥水剤が露出する。この表面をワイピングして平滑化処理を行うことで更に撥水性が向上する。
【００６１】
次に、本発明に係るインクジェットヘッドの第４実施形態について図１０及び図１１を参照して説明する。
この実施形態は、第１ガラス基板４１に第２ガラス基板２側からノズル４及びノズル連通路５を形成する溝と、液室６を形成する凹部と、流体抵抗部７を形成する溝と、共通液室８を形成する凹部等を形成し、この第１ガラス基板４１の第２ガラス基板２との接合面側（液室６の底面）にＭｏ、Ｗ、Ｎｉ或いはＮｉ−Ｃｒなどからなる振動板１２を設け、この振動板１２の第２ガラス基板２側面にはＳｉＯ2膜１３を成膜し、第２ガラス基板２と接合したものである。
【００６２】
このように構成することで、上記第１実施形態における天板となる第３ガラス基板が不要になって構成が簡単になるとともに、第１ガラス基板４１を液室６等を形成するために貫通させる必要がなくなり、加工時間が短縮され、更に低コスト化を図ることができる。なお、この場合にも液室６やノズル４及びノズル連通路５、流体抵抗部７となる各溝の壁面には前述した第３実施形態と同様に、ポリシラザンでスピンコートし、これを１５０〜４５０℃に加熱分解酸化することで、ＳｉＯ2の表面コート層３７を形成している。
【００６３】
次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置について図１２及び図１３を参照して簡単に説明する。なお、図１２は同記録装置の機構部の概略斜視説明図、図１３は同機構部の側面説明図である。
【００６４】
このインクジェット記録装置は、記録装置本体８１の内部に印字機構部８２等を収納し、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、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。
【００６５】
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、このキャリッジ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本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドからなるヘッド９４をインク滴吐出方向を下方に向けて装着し、キャリッジ９３の上側にはヘッド９４に各色のインクを供給するための各インクタンク（インクカートリッジ）９５を交換可能に装着している。このインクカートリッジ９５から前記インク供給穴１８を介してインクをヘッド９４内に供給する。
【００６６】
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、このタイミングベルト１００をキャリッジ９３に固定している。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を有する１個のヘッドでもよい。
【００６７】
一方、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ために、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と、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１０７によってギヤ列を介して回転駆動される。
【００６８】
そして、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、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。
【００６９】
また、キャリッジ９３の移動方向右端側にはヘッド９４の信頼性を維持、回復するための信頼性維持回復機構（以下「サブシステム」という。）１１７を配置している。キャリッジ９３は印字待機中にはこのサブシステム１１７側に移動されてキャッピング手段などでヘッド９４をキャッピングされる。
【００７０】
なお、上記各実施形態においては、本発明に係る液滴吐出ヘッド及びマイクロアクチュエータとして静電型インクジェットヘッドに適用した例で説明したが、これに限るものではなく、例えば、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ヘッドにも適用でき、或いはマイクロアクチュエータとしてはマイクロモータ、マイクロポンプのアクチュエータ部などにも適用することができる。
【００７１】
また、液滴吐出ヘッドとして、振動板変位方向とノズル滴吐出方向が同じになるサイドシュータ方式で説明しているが、振動板変位方向とノズル滴吐出方向が直交するサイドシュータ方式にすることもできる。
【００７２】
さらに、上記各実施形態においては、ガラス基板を用いた例で説明したが、シリコン基板、或いは第１基板をガラス基板とシリコン基板との組み合わせなどにすることもできる。また、上記実施形態では天板を第３ガラス基板で形成しているが、ノズル等を他の材質のもの、例えばフェルニコ、コバールなどの金属層と樹脂との積層部材、或いは二種以上の金属層の積層部材、或いは単層部材などで形成することもできる。さらにまた、電極の傾斜領域は直線的な傾斜としたが、曲線的な傾斜とすることもできる。
【００７３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る液滴吐出ヘッドによれば、液室が第１の基板へのサンドブラスト工法で形成され、第１の基板に形成されたポリシラザンの表面コート層を介して、液室を覆う天板となる第２の基板と陽極接合で接合されている構成としたので、ヘッドの低コスト化を図れるとともに、液室の平滑化、接液耐性の向上、気泡排出性の改善、陽極接合の接合性の改善などを図ることができる。
【００７５】
ここで、第１の基板としてガラス基板を用いることで、一層低コスト化を図ることができる。
【００７６】
さらに、ノズルを形成する部材の表面にはポリシラザンを含む材料により形成された撥水膜を形成することで、簡単なプロセスで撥水膜を形成して低コスト化を図れる。
【００７８】
本発明に係るインクジェット記録装置は、インクジェットヘッドが本発明に係る液滴吐出ヘッドである構成としたので、記録装置の低コスト化を図れる。
【００７９】
本発明に係るマイクロアクチュエータによれば、振動板を設けた第１部材と、この振動板に対向する電極を設けた第２部材とを有し、第１部材には振動板に対応する凹部がサンドブラスト工法で形成され、第１部材に形成されたポリシラザンの表面コート層を介して、第２部材と陽極接合で接合されている構成としたので、低コストのマイクロアクチュエータを得ることができる。ここで、第１部材と第２部材とがいずれもガラス基板からなることで、一層低コスト化を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板長手方向の断面説明図
【図２】同ヘッドの振動板短手方向の断面説明図
【図３】同ヘッドの流路パターンの平面説明図
【図４】同ヘッドの第１ガラス基板の製造工程の説明に供する説明図
【図５】ブラスト用のマスク開口と加工深さの関係の一例を説明する説明図
【図６】ブラストの砥粒径とチッピングの大きさの関係の一例を説明する説明図
【図７】ガラス基板にサンドブラスト加工を施したときの状態を説明するＳＥＭ写真
【図８】本発明の第２実施形態に係るインクジェットヘッドにおける第１ガラス基板の製造工程の説明に供する説明図
【図９】本発明の第３実施形態に係るインクジェットヘッドにおける第１ガラス基板の製造工程の説明に供する説明図
【図１０】本発明の第４実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板長手方向の断面説明図
【図１１】同ヘッドの振動板短手方向の断面説明図
【図１２】本発明に係るインクジェット記録装置の機構部の概略斜視説明図
【図１３】同機構部の側面説明図
【符号の説明】
１…第１ガラス基板、２…第２ガラス基板、３…第３ガラス基板、４…ノズル、６…液室、７…流体抵抗部、８…共通インク室、１２…振動板、１５…電極、２０…撥水膜
Claims (6)
- ノズルが連通する液室内の液体を加圧してノズルから液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドにおいて、
前記液室が第１の基板へのサンドブラスト工法で形成され、
前記第１の基板に形成されたポリシラザンの表面コート層を介して、前記液室を覆う天板となる第２の基板と陽極接合で接合されている
ことを特徴とする液滴吐出ヘッド。 - 請求項１に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記第１の基板がガラス基板であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
- 請求項１又は２に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記ノズルを形成する部材の表面にはポリシラザンを含む材料により形成された撥水膜が形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
- インク滴を吐出するインクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置において、前記インクジェットヘッドは前記請求項１乃至３のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とするインクジェット記録装置。
- 振動板を設けた第１部材と、この振動板に対向する電極を設けた第２部材とを有し、前記振動板を静電力で変形変位させるマイクロアクチュエータにおいて、
前記第１部材には振動板に対応する凹部がサンドブラスト工法で形成され、
前記第１部材に形成されたポリシラザンの表面コート層を介して、前記第２部材と陽極接合で接合されている
ことを特徴とするマイクロアクチュエータ。 - 請求項５に記載のマイクロアクチュエータにおいて、前記第１部材と前記第２部材とがいずれもガラス基板からなることを特徴とするマイクロアクチュエータ。
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