JP4342749B2 - 液滴吐出ヘッド、インクカートリッジ及びインクジェット記録装置 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は液滴吐出ヘッド、インクカートリッジ及びインクジェット記録装置に関する。
【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は、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通するインク流路（吐出室、圧力室、加圧液室、液室等とも称される。）と、このインク流路内のインクを加圧する駆動手段とを備えた液滴吐出ヘッドとしてのインクジェットヘッドを搭載したものである。なお、液滴吐出ヘッドとしては例えば液体レジストを液滴として吐出する液滴吐出ヘッド、ＤＮＡの試料を液滴として吐出する液滴吐出ヘッドなどもあるが、以下ではインクジェットヘッドを中心に説明する。
【０００３】
インクジェットヘッドとしては、インク流路内のインクを加圧するエネルギーを発生するエネルギー発生手段として、圧電素子を用いてインク流路の壁面を形成する振動板を変形させてインク流路内容積を変化させてインク滴を吐出させるいわゆるピエゾ型のもの（特開平２−５１７３４号公報参照）、或いは、発熱抵抗体を用いてインク流路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いわゆるバブル型のもの（特開昭６１−５９９１１号公報参照）、インク流路の壁面を形成する振動板と電極とを対向配置し、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させることで、インク流路内容積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）などが知られている。
【０００４】
ところで、インクジェット記録装置においては、高速での特にカラー画像の高画質記録を達成するため、高画質化の面ではマイクロマシン技術を用いた高密度加工が用いられ、ヘッド構成部材の材料も、金属、プラスチックなどからシリコン、ガラス、セラミックスなどに移行し、特に微細加工に適した材料としてシリコンが用いられようになっている。
【０００５】
また、カラー化の面では、インク及び記録メディア（媒体）の開発が主であり、記録メディアにインクが付着した時の浸透性や発色性、混色防止性などの面からの最適化や、印字したメディアの長期保存性、インク自身の保存性などを高めるために、インクの成分、組成についても開発が進められている。
【０００６】
この場合、インクとヘッド構成部材の材料の組み合わせによっては、インクによってヘッド構成部材がインクに溶解してしまうことがある。特に、流路形成部材をシリコンで形成した場合に、インクにシリコンが溶出して、ノズル部に析出し、ノズルの目詰まりが発生したり、インクの発色性を低下させて画質が劣化する。また、振動板を用いるヘッドにあっては、シリコン薄膜振動板としたときにも同様に振動板を形成するシリコンが溶出すると、振動特性が変動したり、振動不能になる。
【０００７】
この場合、ヘッド構成部材の材料の変更で対応したのでは、高密度加工の実現が困難になったり、加工精度の低下なども発生することが多い。また、材料の変更は、加工プロセスの大幅な変更や、組立て工程の工夫が必要になったりする結果、ノズル密度の低下、ひいては印字品質の低下が引き起こされる。
【０００８】
一方、インク組成の調整で対応するのでは、もともとインクの成分、組成は印字品質を高めるために記録メディアに対する浸透性、発色性が最適になるように、あるいは保存性が良くなるように調整しているので、成分の変更調整は高画質化を損うことになりかねない。
【０００９】
そこで、従来のインクジェットヘッドにあっては、流路形成部材のインクに接する面に耐インク性の薄膜を形成することが行われている。例えば、ＷＯ９８／４２５１３号公報にはインクに接する面に、チタン又は、チタン化合物あるいは、酸化アルミニウムを形成することが、特開平５―２２９１１８号公報にはインクに接する面に酸化物膜を形成すること、特開平１０−２９１３２２号公報には酸化シリコン膜の表面に耐インク性を有する酸化物、窒化物、金属等の薄膜を形成することが開示されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のインクジェットヘッドにあっては、無機系の耐インク性膜はインクのｐＨによって電気化学的に溶解しやすい領域があり、インクに対する要求が厳しくなりやすい。具体的には、例えばシリコン酸化膜では、ｐＨ＞９のインクに対して溶解してしまうが、一般的に発色性の良いインクのｐＨは１０〜１１程度のアルカリ性である場合が多く、このため、耐インク性を確保するためには膜厚をかなり厚くしなければならず、無機系の膜を厚く付けることは、プロセス面でも困難が伴うことが多いうえ、内部応力が発生して流路形成部材の変形を招くという課題が生じる。
【００１１】
また、耐インク性膜を成膜する場合、スパッタ法や蒸着法が用いられているが、このとき薄膜を形成するための粒子は方向性を持っているために流路の構造に起因する影の部分が発生して薄膜が部分的に薄くなったり、或いは全く形成されなかったりして、すべての面を完全に薄膜で被覆することが困難であるという課題がある。
【００１２】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、低コストで液体による腐食を防止した信頼性の高い液滴吐出ヘッド及びヘッド一体型のインクカートリッジを提供するとともに、信頼性に優れたインクジェット記録装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【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、
液流路が形成されたシリコンからなる流路形成部材と、
ノズルが形成されたノズル板と、を有し、
流路形成部材の各液流路を隔てる垂直な隔壁のノズル板との接合面側の端部に面取り部が形成され、
隔壁の液体に接する面の全面に有機樹脂膜を含む耐液性薄膜を有する
構成とした。
【００１４】
ここで、有機樹脂膜がポリイミド系樹脂膜である構成とでき、この場合、ポリイミド系樹脂膜がポリペンゾオキサゾールを主成分とする構成とできる。また、有機樹脂膜がウレタン系樹脂膜、ウレアー系樹脂膜、フェノール系樹脂膜のいずれかである構成とできる。
また、耐液性薄膜は最表面に有機樹脂膜を有する構成とできる。また、耐液性薄膜は有機樹脂膜と無機膜との積層膜である構成とできる。また、隔壁は断面形状で滑らかな曲線部を有する構成とできる。
【００２０】
また、液流路の少なくとも一部の壁面を形成する振動板を有し、振動板がシリコンから形成されている構成とできる。この場合、液流路部材と振動板が一体で形成されている構成とできる。また、耐液性薄膜の膜厚は液流路の側壁面及び底面の少なくともいずれかの膜厚よりも側壁面と底面との角部の膜厚が厚い構成とできる。また、耐液性薄膜の膜厚は振動板中央付近より該振動板の固定端側が厚い構成とできる。また、各液流路を隔てる隔壁と振動板とがなす角部で耐液性薄膜が断面曲面形状である構成とできる。
【００２５】
本発明に係るインクカートリッジは、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とこのインクジェットヘッドにインクを供給するインクタンクを一体化したものである。
【００２６】
本発明に係るインクジェット記録装置は、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ものである。
【００３０】
【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。本発明の液滴吐出ヘッドの第１実施形態に係るインクジェットヘッドについて図１乃至図５を参照して説明する。なお、図１は同ヘッドの分解斜視説明図、図２は同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図、図３は図２の要部拡大説明図、図４は同ヘッドの液室短手方向に沿う断面説明図、図５は同ヘッドの圧電素子の異なる例を説明する要部拡大断面説明図である。
【００３１】
このインクジェットヘッドは、単結晶シリコン基板で形成した流路形成基板（流路形成部材）１と、この流路形成基板１の下面に接合した振動板２と、流路形成基板１の上面に接合したノズル板３とを有し、これらによってインク滴を吐出するノズル５が連通する流路（インク液室）である加圧液室６、加圧液室６に流体抵抗部となるインク供給路７を介してインクを供給する共通液室８を形成し、これらの流路形成基板１のインクに接する面となる加圧液室６、インク供給路７、共通液室８を各壁面には有機樹脂膜からなる耐液性薄膜１０を成膜している。
【００３２】
そして、振動板２の外面側（液室と反対面側）に各加圧液室６に対応して積層型圧電素子１２を接合し、この積層型圧電素子１２はベース基板１３に接合して固定し、この圧電素子１２の列の周囲にはスペーサ部材１４をベース基板１３に接合している。
【００３３】
この圧電素子１２は、図３にも示すように、圧電材料１５と内部電極１６とを交互に積層したものである。ここでは、図３に示すように圧電素子１２の圧電方向としてｄ３３方向の変位（ここでは積層方向と直交する方向の変位）を用いて加圧液室６内インクを加圧する構成としている。なお、図５に示すように、圧電素子１２の圧電方向としてｄ３１方向の変位（ここでは積層方向と直交する方向の変位）を用いて加圧液室６内インクを加圧する構成とすることもできる。ベース基板１３及びスペーサ部材１４には共通液室８に外部からインクを供給するためのインク供給口９を形成する貫通穴を形成している。
【００３４】
また、流路形成基板１の外周部及び振動板２の下面側外縁部をエポキシ系樹脂或いはポリフェニレンサルファイトで射出成形により形成したヘッドフレーム１７に接着接合し、このヘッドフレーム１７とベース基板１３とは図示しない部分で接着剤などで相互に固定している。さらに、圧電素子１２には駆動信号を与えるために半田接合又はＡＣＦ（異方導電性膜）接合若しくはワイヤボンディングでＦＰＣケーブル１８を接続し、このＦＰＣケーブル１８には各圧電素子１２に選択的に駆動波形を印加するための駆動回路（ドライバＩＣ）１９を実装している。
【００３５】
ここで、流路形成基板１は、結晶面方位（１１０）の単結晶シリコン基板を水酸化カリウム水溶液（ＫＯＨ）などのアルカリ性エッチング液を用いて異方性エッチングすることで、各加圧液室６となる貫通穴、インク供給路７となる溝部、共通液室８となる貫通穴をそれぞれ形成している。この場合、各加圧液室６は隔壁部（液室間隔壁）２０によって区画している。
【００３６】
振動板２はニッケルの金属プレートから形成したもので、エレクトロフォーミング法で製造している。この振動板２は加圧液室６に対応する部分に変形を容易にするための薄肉部２１及び圧電素子１２と接合するための厚肉部２２を形成するとともに、液室間隔壁２０に対応する部分にも厚肉部２３を形成し、平坦面側を流路形成基板１に接着剤接合し、厚肉部２３をフレーム１７に接着剤接合している。この振動板２の液室間隔壁２０に対応する厚肉部２３とベース基板１３との間には支柱部２４を介設している。この支柱部２４は圧電素子１２と同じ構成である。
【００３７】
ノズル板３は各加圧液室６に対応して直径１０〜３０μｍのノズル５を形成し、流路形成基板１に接着剤接合している。このノズル板３としては、ステンレス、ニッケルなどの金属、金属とポリイミド樹脂フィルムなどの樹脂との組み合せ、、シリコン、及びそれらの組み合わせからなるものを用いることができる。また、ノズル面（吐出方向の表面：吐出面）には、インクとの撥水性を確保するため、メッキ被膜、あるいは撥水剤コーティングなどの周知の方法で撥水膜を形成している。
【００３８】
そして、このインクジェットヘッドにおいては、前述したように、液流路を形成する共通液室８、流体抵抗部７、加圧液室６のインクと接する面に有機樹脂膜からなる耐液性（ここでは、耐インク性、耐腐食性）薄膜１０を成膜している。この耐液性薄膜１０である有機樹脂膜としては、ポリイミド系樹脂膜、ウレタン系樹脂膜、ウレアー系樹脂膜、フェノール系樹脂膜などを用いることができる。
【００３９】
ポリイミド系樹脂膜は、ポリイミドを主成分とするものと、ポリペンゾオキサドール主成分とするものとがある。いずれも、▲１▼耐薬品性が良く、強酸や弱アルカリ材料に強く、紫外線にも強く対候性もある。▲２▼耐熱性が高く、一般には２００℃程度であるが３５０℃程度の耐熱性を有する材料もある。▲３▼扱い易く、１液加熱ラジカル反応によるアミド材料（オリゴマー）がポリイミドの高分子材料となる。薬液管理が容易である。▲５▼薄膜化したときに高品質の膜が得られる。すなわち、オリゴマー（低分子）を熱による重合反応で高分子化する。無溶媒系のため全部の材料が残り薄膜の品質がよく、ピンホール発生率が小さいという特徴がある。
【００４０】
具体的には、ポリイミドを主成分とするものは、宇部興産（株）製のユピコート、Ｕ−ワニス、リソコート、ユピファン（いずれも商品名）、東レ（株）製のホトニース（商品名）、またポリペンゾオキサドールを主成分とするものは、住友ベークライト（株）製のスミレジンエクセルＣＲＣ−８０００シリーズ（商品名）などを用いることができ、特に上記スミレジンエクセルＣＲＣ−８０００シリーズ（商品名）が適している。
【００４１】
ウレタン系樹脂膜は、エマルジョンタイプで水溶媒（有機セロゾルブ溶媒もある）で対環境、作業性が良いという特徴がある。膜としては柔らかく、柔軟性があり、耐熱性は１２０℃以下が多い。成膜したハードコート膜はインク信頼性の評価に耐え得ることを確認している。具体的には、武田薬品製のタケラックＷ−６０１０、Ｗ−６０２０、Ｗ−６３５、ＷＳ−５０００（いずれも商品名）などがあり、特にタケラックＷ−６０１０、ＷＳ−５０００（いずれも商品名）が好ましい。
【００４２】
フェノール系樹脂膜は、フェノール類とアルデヒド類の縮合系樹脂で、耐熱、耐薬品性、耐候性が大きく、非常に硬い膜で、液状ワニスのコート成膜で形成することができる。
【００４３】
樹脂膜としては、この他に、フッ素系樹脂膜もあり、これでも浸透性の高いインクでは気泡レスで充填も可能であるが、撥水性を有するため、親水化処理が必要になる。また、電着コート系樹脂膜もあり、これは自動車工業分野が一般的であるものの、電子デバイスへの精密コートも検討されている段階で、必要な部分に必要な膜厚をコントロールし、加熱エージング８０〜１２０℃でハードコート化される。アルキッド樹脂等のカチイオン系で実績が得られている。
【００４４】
これらの有機樹脂膜のうちでは、ポリイミド系樹脂膜が上述した特徴及び後にも述べる理由からは最も好ましい。ポリイミド系樹脂膜としては、ポリイミドを主成分とするもの、あるいは、ポリペンゾオキサゾールを主成分とするものが好ましい。
【００４５】
ここで、流路形成基板１の各加圧液室６を形成する貫通穴の壁面（インクに接する面）のすべてを耐液性薄膜１０で完全に被覆している。この場合、ノズル板３を接合する各加圧液室６を隔てる隔壁２０（外壁部を含む）は、後にも述べるが、その側壁面（加圧液室６の側壁面となる面）が耐液性薄膜１０で完全に被覆されるような形状、好ましくは、２つ以上の角を持つ形状、或いは任意の曲率を持つ形状、或いは傾斜形状とすることが好ましい。
【００４６】
なお、ここでは、流路形成基板１の全表面に耐液性薄膜１０を成膜しているが、少なくともシリコンが露出している面を被覆していれば良い。すなわち、このインクジェットヘッドのように、薄膜振動板２をニッケルなどの金属プレートで形成した場合の振動板２の液室側表面、隔壁２０のノズル板３と接合する表面（上端面）には必ずしも耐液性薄膜１０を成膜しなくとも良い。
【００４７】
このように構成したインクジェットヘッドにおいては、圧電素子１２に対して選択的に２０〜５０Ｖの駆動パルス電圧を印加することによって、パルス電圧が印加された圧電素子１２が積層方向（図３の場合）に変位して振動板２をノズル５方向に変形させ、加圧液室６の容積／体積変化によって加圧液室６内のインクが加圧され、ノズル５からインク滴が吐出（噴射）される。
【００４８】
そして、インク滴の吐出に伴って加圧液室６内の液圧力が低下し、このときのインク流れの慣性によって加圧液室６内には若干の負圧が発生する。この状態の下において、圧電素子１２への電圧の印加をオフ状態にすることによって、振動板２が元の位置に戻って加圧液室６が元の形状になるため、さらに負圧が発生する。このとき、インク供給口９から共通液室８、流体抵抗部であるインク供給路７を経て加圧液室６内にインクが充填される。そこで、ノズル５のインクメニスカス面の振動が減衰して安定した後、次のインク滴吐出のために圧電素子１２にパルス電圧を印加しインク滴を吐出させる。
【００４９】
このインクジェットヘッドにおいては、流路形成基板１のインクに接する面を有機樹脂膜である耐液性薄膜１０で被覆しているので、特に流路形成部材となるシリコンのインク中への溶出が防止され、ノズルの目詰まりなどもなく、長期の動作安定性及び信頼性が得られることを確認した。
【００５０】
次に、前述したシリコン流路形成部材である流路形成基板１のノズル板３と接着する加圧液室６の壁面上端部（隔壁２０の側壁面上端部）が耐接性薄膜１０で完全に被覆される隔壁２０の形状の異なる例について図６及び図７を参照して説明する。なお、各図はヘッドの振動板短手方向に沿う拡大断面説明図である。
【００５１】
図６に示す第１例は、加圧液室６間の隔壁２０の上端部を断面形状で少なくとも２つ以上の多角形をなすように面取り部２０ａ、２０ａを形成したものであり、この隔壁２０の表面を耐液性薄膜１０で被覆し、更に、隔壁２０上にノズル５が形成されたノズル板３を接合している。
【００５２】
このように加圧液室６の隔壁２０の上端部が面取りされて形成されていることにより、耐液性薄膜１０の液室上端部（Ａ部）での被覆性は非常に良く、加圧液室６の隔壁２０の構成部材であるシリコンがＡ部で露出することがなくなる。従前はこの部分で耐腐食性膜のカバレージ不足によって加圧液室間隔壁の構造体であるシリコンが露出し、構造体の腐食が発生していたが、このように完全に被覆されることで隔壁の腐食を防止できる。
【００５３】
図７に示す第２例は、加圧液室６間の隔壁２０の壁面２０ｂ、２０ｂを断面形状で順傾斜形状に形成し、この隔壁２０の表面全面を耐液性薄膜１０で被覆し、更に、隔壁１０上にノズル５が形成されたノズル板３を接合している。
【００５４】
このように加圧液室の隔壁２０が断面順傾斜形状に形成されていることにより、耐液性薄膜１０の液室上端部（Ｂ部）での被覆性は非常に良く、加圧液室の隔壁部の構成部材であるシリコンがＢ部で露出することがなくなる。従前はこの部分で耐腐食性膜のカバレージ不足によって加圧液室隔壁の構造体であるシリコンが露出し、構造体の腐食が発生していたが、このように完全に被覆されることで隔壁の腐食を防止できる。
【００５５】
次に、流路形成部材（流路形成基板）の作製工程について図８及び図９を参照して説明する。なお、図８は流路形成部材の断面説明図、図９は図８の側断面説明図である。
まず、各図（ａ）に示すように、伝導型がＰ型又はＮ型で、結晶面方位（１１０）の単結晶シリコン基板３１を用いて、加圧液室６（及び流体抵抗部７や共通液室８）を規定する酸化シリコン、或いは，窒化シリコン，五酸化タンタル等の単結晶シリコンのエッチングマスクパターン３２を形成する。
【００５６】
そして、各図（ｂ）に示すように、エッチングマスクパターン３２を形成した側からＫＯＨ、ＴＭＡＨ等によってシリコン基板３１を異方性エッチングして加圧液室６となる貫通穴３３を形成する。
【００５７】
次いで、各図（ｃ）に示すように、シリコン基板３１表面全面にレジスト３４を塗布し、全面エッチバックを行う。全面エッチバックによって、各図（ｄ）に示すように、段差上部では下地のシリコンがエッチングされその角が任意の曲率を有する面取りされた形状、又は、多角形の形状になる。そして、ここで残ったレジスト３４を全面除去する。これにより、各図（ｅ）に示すようにすべての段差（隔壁２０となる部分）の上部の角が面取りされたシリコン基板３１が完成する。
【００５８】
その後、各図（ｅ）に示すように、シリコン基板３１表面の全面に液に対する耐液性薄膜（耐腐食性薄膜）１０となる有機樹脂膜をスプレーコート法により形成する。このとき、貫通穴３３の壁面（加圧液室６の側壁面となる）を含む全ての面は耐液性薄膜１０で被覆され、構造体であるシリコン基板３１が露出される箇所がなくなる。
【００５９】
このようにして、シリコンからなる流路形成部材のインク（液）が接する全ての表面にインク（液）に対して耐腐食性を持つ耐液性有機薄膜が形成される。そして、このシリコン基板（流路形成部材）３１にインク滴を吐出するノズルを形成したノズル板及び圧電素子を接合する振動板を接合することで液室ユニットが形成される。
【００６０】
次に、本発明の第２実施形態に係るインクジェットヘッドついて図１０及び図１１を参照して説明する。なお、図１０は同ヘッドの分解斜視説明図、図１１は同ヘッドの液室短手方向の断面説明図である。
このインクジェットヘッドは、第１実施形態の流路形成基板１及びノズル板３に相当する流路形成部材４１上に振動板４２を積層し、この振動板４２に保持部材４３で保持した圧電部材４４を接合している。
【００６１】
流路形成部材４１はシリコン基板からなり、異方性エッチングによって、インク滴を吐出するノズル４５となる溝、ノズル４５が連通する加圧液室４６となる凹部、流体抵抗部であるインク供給路４７となる溝部、共通液室４８となる凹部を形成し、共通液室４８に連通するインク供給口４９を形成している。そして、この流路形成部材４１のインクに接する面であるノズル４５、加圧液室４６、流体抵抗部４６、共通液室４８の壁面には有機樹脂膜である耐液性薄膜１０（図１０では図示省略）を成膜している。
【００６２】
圧電部材４４は圧電材料からなるグリーンシートのみを複数枚積層して形成した非駆動部分５１上にグリーンシートと内部電極とを交互に積層して形成した駆動部分５２を形成し、非駆動部分５１に達し、かつ非駆動部分５１を残して駆動部分５２に溝加工を施することで、各加圧液室４６に対応する駆動部分５２からなる複数の圧電素子５３を形成している。この圧電素子５３の先端部は振動板４２に接合している。
【００６３】
このように構成したインクジェットヘッドにおいては、圧電素子５３に対して選択的に２０〜５０Ｖの駆動パルス電圧を印加することによって、パルス電圧が印加された圧電素子５３が積層方向に変位して振動板４２を変形させ、加圧液室４６の容積／体積変化によって加圧液室４６内のインクが加圧され、ノズル４５から圧電素子５３の変位方向と直交する方向にインク滴が吐出（噴射）される。なお、その後の動作は前記第１実施形態のインクジェットヘッドと同様である。
【００６４】
そして、このインクジェットヘッドにおいても、流路形成部材４１のインクに接する面を有機樹脂膜である耐液性薄膜１０で被覆しているので、シリコンのインク中への溶出が防止され、ノズルの目詰まりなどもなく、長期の動作安定性及び信頼性が得られることを確認した。
【００６５】
なお、この実施形態においても、加圧液室４６の隔壁５５の振動板４２と接合する側の部分を例えば図６又は図７に示すような断面形状にすることで、流路形成部材４１の各加圧液室４６を形成する凹部の壁面（インクに接する面）のすべて、すなわち隔壁５０の側壁面を耐液性薄膜１０で完全に被覆することができる。
【００６６】
次に、本発明の第３実施形態に係るインクジェットヘッドの異なる例について図１２及び図１３を参照して説明する。なお、図１２は同ヘッドの一例を示す振動板短手方向に沿う断面説明図、図１３は同ヘッドの他の例を示す振動板短手方向に沿う断面説明図である。
【００６７】
これら各例のインクジェットヘッドは、流路形成部材６１に振動板６２を一体形成し、ノズル板６３を接合して、ノズル６５が連通する加圧液室６６等の液流路を形成している。ここで、図１２の例はノズル板６３に貫通するノズル６５を形成してサイドシュータタイプにしたもの（第１実施形態と同様のタイプ）、図１２の例はノズル板６３に加圧液室６６に連通する溝状のノズル６５を形成してエッジシュータタイプにしたもの（第２実施形態と同様のタイプ）である。
【００６８】
流路形成部材６１はシリコン基板からなり、例えば結晶面方位（１１０）の単結晶シリコン基板に高濃度Ｐ型不純物拡散層、例えばボロン拡散層を形成し、ＫＯＨ水溶液などのエッチング液を用いて異方性エッチングすることで、ボロン拡散層がエッチングストップ層として機能してエッチストップするので、加圧液室６６となる凹部の底面にボロン拡散層による高精度厚みの振動板６２を一体に形成したものである。
【００６９】
そして、この流路形成部材６１のインクに接する面（加圧液室６６の壁面であり、液室間隔壁６９の側壁面及び振動板６２表面など）には有機樹脂膜からなる耐液性薄膜１０を成膜している。このインクジェットヘッドでは、振動板６２をシリコン薄膜で形成しているので、振動板６２の液室側表面にも耐液性薄膜１０を形成することで、振動板６２の溶出を防止できて振動特性のバラツキや振動不良などがなくなり、信頼性、安定性が向上する。
【００７０】
また、振動板６２の外面側には中間層（絶縁層）７０を形成して、各加圧液室６６に対応する下電極層７１、圧電層７２及び上電極層７３を形成している。ここで、下電極層７１は白金や白金属元素（Ｐｂ、Ｒｈ、Ｉｈ、Ｒｕ）などの高融点金属、及びそれらの合金を主成分とする電極材料をスクリーン印刷で形成し、この下電極層７１上にＰＺＴを主成分とする材料等の圧電材料を仮焼粉をペースト加工してスクリーン印刷し、更に上電極層７３となる銀−パラジウム合金などをスクリーン印刷で形成している。
【００７１】
このように構成したインクジェットヘッドにおいては、圧電層７２の電極７１、７２に対して選択的に駆動パルス電圧を印加することによって、パルス電圧が印加された圧電層７２が変形して振動板６２を変形させ、加圧液室６６の容積／体積変化によって加圧液室６６内のインクが加圧され、ノズル６５からインク滴が吐出（噴射）される。なお、その後の動作は前記第１実施形態のインクジェットヘッドと同様である。
【００７２】
そして、このインクジェットヘッドにおいても、振動板６２を含む流路形成部材６１のインクに接する面を有機樹脂膜である耐液性薄膜１０で被覆しているので、シリコンのインク中への溶出が防止され、ノズルの目詰まり、振動特性の変動、振動不良などもなく、長期の動作安定性及び信頼性が得られることを確認した。
【００７３】
次に、本発明の第４実施形態に係るインクジェットヘッドについて図１４乃至図１８を参照して説明する。なお、図１４は同ヘッドの平面説明図、図１５は図１４のＣ−Ｃ線に沿う断面説明図、図１６は図１４のＤ−Ｄ線に沿う断面説明図、図１７は図１４のＥ−Ｅ線に沿う断面説明図、図１８は図１４のＦ−Ｆ線に沿う断面説明図である。
【００７４】
このインクジェットヘッドは、流路形成部材である第１基板８１と、この第１基板８１の下側に設けた電極基板である第２基板８２と、第１基板８１の上側に設けた第３基板でもあるノズル板８３とを備え、これらによりインク滴を吐出する複数のノズル８５が連通する液流路である加圧液室８６、加圧液室８６に流体抵抗部８７を介してインクを供給する共通液室８８などを形成し、インクは第２基板８２に形成した裏面流路（インク供給口）８９から供給されて、共通液室８８、流体抵抗部８７、加圧液室８６を経て、ノズル８５より液滴として噴射される。
【００７５】
第１基板８１には加圧液室８６及び加圧液室８６の壁面である底面を形成する振動板９０を形成する凹部、流体抵抗部８７となる溝部、共通液室８８を形成する貫通穴などを設け、これらの加圧液室８６、振動板９０、流体抵抗部８７、共通液室８８を形成する第１基板８１のインクに接する面の全面に有機樹脂膜からなる耐液性薄膜１０を成膜している。また、各加圧液室８６は隔壁９３によって区画されている。
【００７６】
この第１基板８１は、例えば結晶面方位（１１０）の単結晶シリコン基板に高濃度Ｐ型不純物拡散層、例えばボロン拡散層を形成し、ＫＯＨ水溶液などのエッチング液を用いて異方性エッチングすることで、ボロン拡散層がエッチングストップ層として機能してエッチストップするので、ボロン拡散層による高精度厚みの振動板９０を形成したものである。
【００７７】
また、例えば、シリコン基板を酸化膜を介して接合したＳＯＩ基板を用いて形成することができる。この場合も、加圧液室８６となる凹部をＫＯＨ水溶液などのエッチング液を用いて異方性エッチングすることにより、酸化膜層をエッチストップ層として振動板９０を形成できる。
【００７８】
この第１基板８１には振動板９０に外部から電圧を印加するＦＰＣやワイヤーボンディング等の実装を行うための振動板電極パッド９５を形成している。この振動板電極パッド９５としては、Ａu、Ａl、Ｐt、ＴiＮ、Ｎi等の金属を用いることができる。また、振動板電極パッド９５は駆動電極から数μｍの高さで離れた位置にせり出した振動板９０上から第１基板８１にかけて覆うように形成されている。
【００７９】
第２基板８２にはｎ型又はｐ型の不純物原子が１Ｅ１４／ｃｍ³〜５Ｅ１７／ｃｍ³含まれる単結晶シリコン基板を用いている。通常は、面配向（１００）の単結晶シリコン基板を用いるが、プロセスに応じて（１１０）又は（１１１）の単結晶シリコン基板を用いることもでき、また、単結晶シリコン基板以外にパイレックスガラス等のガラス基板、セラミックス基板などをも用いることができる。
【００８０】
そして、第２基板８２にはＨＴＯ、ＬＴＯ、熱酸化法、ＣＶＤ法、スパッタ法等により絶縁膜１０２を形成し、この絶縁膜１０２をフォトリソグラフィ、エッチングにより加工して電極形成用溝１０４を形成し、この電極形成用溝１０４の底面に振動板９０にギャップ１０６をおいて対向する駆動電極１０５を形成し、これらの振動板９０と対向する駆動電極１０５とによって振動板９０を静電力で変形させるマイクロアクチュエータを構成している。
【００８１】
なお、絶縁膜１０２の膜厚はインクジェットヘッド駆動電圧等の動作特性を左右する設計パラメータであるので、インクジェットヘッドの動作仕様に応じて適切に選択される。この絶縁膜１０２の電極形成用溝１０４以外の部分はギャップ１０６を規定するギャップスペーサ部となる。
【００８２】
駆動電極１０５は、チタン、タングステン、タンタル等の高融点金属とその窒化物、或いはそれらの化合物、或いはそれらの積層構造、Ａl、ポリシリコン等を用いることができる。また、図示しないが、単結晶シリコン基板の導電型と異なる導電性不純物層を形成し、拡散電極としてもよい。
【００８３】
そして、この駆動電極１０５の表面（少なくとも振動板９０側表面）には絶縁保護膜（ギャップ膜）１０７を成膜している。この絶縁保護膜１０７としては、ＨＴＯ、ＬＴＯ、熱酸化法、ＣＶＤ法、スパッタ法等により形成したシリコン酸化膜等を用いることができる。
【００８４】
また、駆動電極１０５は外部に引き出して外部駆動回路（駆動ＩＣ）から電圧を印加するＦＰＣやワイヤーボンディング等の実装を行うための電極パッド部１０８を一体に設けている。前述した振動板電極パッド９５と駆動電極１０５とは数μｍの段差であり、電極引出しをＦＰＣやワイヤーボンディング等で同時に行なうことができる。ＦＰＣの場合は１枚のＦＰＣで異方性導電膜を介して接続することができ、ワイヤボンディングの場合は駆動電極１０５と振動板電極パッド９５とで高さ調整をすることなく連続でボンディングすることができる。
【００８５】
さらに、第２基板８２には共通液室８８に外部からインクを供給する貫通穴からなるインク供給口８９を形成している。このインク供給孔８９の開口部は二列の千鳥配列からなるノズル８５の各列の中央部にノズル列と平行に形成している。そして、このインク供給孔８９の開口部はノズル列長以上の長さを有しており、インク供給孔８９の開口部から吐出用ノズル８５までの距離が同じになるようにしている。
【００８６】
ノズル板８３にはインク滴を吐出する複数のノズル８５を二列千鳥状に配置形成している。このノズル板８３としては、ステンレス、ニッケルなどの金属、ポリイミド樹脂フィルム等の樹脂、シリコンウエハ等及びそれらの組み合わせからなるものを用いることができる。また、ノズル面（吐出方向の表面：吐出面）には、インクとの撥水性を確保するため、メッキ被膜、あるいは撥水剤コーティングなどの周知の方法で撥水膜を形成している。
【００８７】
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９０を共通電極とし、電極１０５を個別電極として、振動板９０と電極１０５との間に駆動電圧を印加することによって、振動板９０と電極１０５との間に発生する静電力によって振動板９０が電極１０５側に変形変位し、この状態から振動板９０と電極１０５間の電荷を放電させる（駆動電圧を０にする）ことによって振動板９０が復帰変形して、液室８６の内容積（体積）／圧力が変化し、ノズル８５からインク滴が吐出される。
【００８８】
このとき、振動板９０を含む第１基板８１のインクに接する面を有機樹脂膜である耐液性薄膜１０で被覆しているので、シリコンのインク中への溶出が防止され、ノズルの目詰まり、振動特性のバラツキ、振動不良などもなく、長期の動作安定性及び信頼性が得られる。
【００８９】
次に、耐液性薄膜である有機樹脂膜の成膜構造の第一例について図１９及び図２０を参照して説明する。なお、図１９は静電型インクジェットヘッドの振動板短手方向に沿う断面説明図、図２０は同ヘッドの振動板長手方向に沿う断面説明図である。ここでは、第４実施形態のインクジェットヘッドと対応する部分には同一符号を付してヘッド構成の具体的説明を省略する。
【００９０】
この例は、加圧液室８６の壁面に形成した耐液性薄膜１０に加圧液室８６の底部隅（角部）で曲率を持たせた形状にしたものである。
すなわち、上述したように例えば結晶面方位（１１０）のシリコン基板（シリコンウエハ）をアルカリ性エッチング液を用いた異方性ウエットエッチングすることで加圧液室８６等の液流路及び振動板９０を形成し、加圧液室８６の壁面（隔壁９３の壁面及び振動板９０の液室側表面）を含む第１基板１の全面に耐液性薄膜１０を形成している。
【００９１】
ここで、耐液性薄膜１０の材料としては前述したようにポリイミド等の有機樹脂材料である。有機樹脂材料を用いることで、加圧液室８６などの凹部にパーティクルが存在した場合でも容易にコーティングすることができる。これが無機材料の場合、形成方法としてスパッタ法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法等が主であり、パーティクルの影になった部分には耐液性薄膜が形成されにくく、その影になった部分からインクが染み込み、加圧液室８６の隔壁９３やシリコン薄膜振動板９０を腐食してしまうことになる。
【００９２】
耐液性薄膜１０はポリイミド系樹脂、特に、ポリベンゾオキサゾールを主成分とした膜が有効である。このポリベンゾオキサゾールを主成分とした膜は吸水性が低く膨潤し難い特性を示す。また、主にアルカリ性のインクを使用するインクジェットヘッド用インクに対しても溶解性が低い。更には、加圧液室８６を形成する構造体に用いるシリコンとの密着性も十分に得られる。
【００９３】
第１基板８１に(１１０)シリコンウエハ用いた場合、振動板短手方向に沿う断面で、加圧液室８６の断面形状は図１９に示すように溝（凹部）底部で略垂直をなす壁面となり、振動板長手方向に沿う断面で、加圧液室８６の断面形状は図２０に示すように溝底部で溝底部で約１４４．７7°の角度をなす傾斜面となる。
【００９４】
そこで、図１９及び図２０に示すように、耐液性薄膜１０は加圧液室８６となる溝（凹部）周辺の隅部で曲率部１０ａを持つ形状に成膜し、加圧液室８６となる溝（凹部）周辺の隅の内角の２等分線と交わる耐液性薄膜１０の曲率部１０ａの膜厚ｔ２、ｔ３が少なくとも振動板９０の中央付近の膜厚ｔ１の２倍以上になるなるように成膜する。
【００９５】
すなわち、加圧液室８６となる溝周辺の隅はシリコン薄膜振動板９０が変位するときの固定端Ｇをなすため、シリコン薄膜振動板９０の固定端Ｇ近傍の耐液性薄膜１０に応力集中が起こり耐液性薄膜１０に剥がれが発生しやすくなる。
【００９６】
そこで、その応力集中を緩和するために、耐液性薄膜１０の膜厚ｔを厚くしている。また、シリコン薄膜振動板９０の固定端Ｇ、Ｈ近傍での耐液性薄膜１０の形状に曲率を持たせることで、更なる応力緩和ができるとともに、加圧液室８６内のインクの流れも澱みの少ない流れを作ることができ、気泡のトラップも防止され、吐出効率が向上し、吐出特性も安定する。
【００９７】
一方、耐液性薄膜１０の加圧液室８６底面での膜厚、すなわち振動板９０の表面における耐液性薄膜１０の膜厚は振動板９０の振動特性に影響を与える。同じ駆動電圧下では膜厚が薄い場合より膜厚が厚い場合では振動変位が小さくなる。したがって、振動板９０表面の膜厚はインクによる腐食が防止できる範囲で薄くするのが好ましい。シリコン薄膜振動板９０中央付近の膜厚ｔ１に対して固定端Ｇ、Ｈ付近での膜厚は上記した理由により膜厚を厚くする必要がある。
【００９８】
そこで、シリコン薄膜振動板９０中央付近の膜厚ｔ１の２倍の膜厚以上を有する表面積は、近傍シリコン薄膜振動板９０表面積の約１／２以下にすることが好ましい。
【００９９】
有機樹脂薄膜である耐液性薄膜１０を上記説明のように形成するには、有機樹脂材料をスプレー塗布法で塗布して成膜することが好ましい。スプレー塗布の一つの方法として、加圧液室８６等を形成した流路形成部材（第１基板）を低速回転させながら揮発性の高い溶剤で希釈した有機薄膜ポリマーを噴霧する方法を用いることができる。その噴霧したポリマーの膜を熱硬化させて耐液性薄膜１０を形成する。
【０１００】
ポリベンゾオキサゾールを主成分とした有機樹脂膜を耐液性薄膜１０として用いる場合は、窒素ガス雰囲気中で１５０℃で３０分処理し、更に３２０℃まで温度を上げ３０分熱処理することで、吸水性が低く膨潤し難い膜を形成できる。
【０１０１】
また、耐液性薄膜１０の他の形成方法としては基板表面で空気の流れを抑えるようにしスピンコートする方法を用いることができる。空気の流れを抑える方法としては、基板の回転と同期して回転するようにした蓋をかぶせる方法を用いることができる。
【０１０２】
次に、耐液性薄膜である有機樹脂膜の成膜構造の第２例について図２１及び図２２を参照して説明する。なお、図２１は静電型インクジェットヘッドの振動板短手方向に沿う断面説明図、図２２は同ヘッドの振動板長手方向に沿う断面説明図である。ここでも、第４実施形態のインクジェットヘッドと対応する部分には同一符号を付してヘッド構成の具体的説明を省略する。
【０１０３】
この例は、加圧液室８６の壁面に形成した耐液性薄膜１０に加圧液室８６の底部隅（角部）でステップ形状にしたものである。すなわち、図２１及び図２２に示すように、耐液性薄膜１０は加圧液室８６となる溝（凹部）周辺の隅ではステップ部（段差部）１０ｂを持つ形状に成膜し、加圧液室８６となる溝（凹部）周辺の隅の内角の２等分線と交わる耐液性薄膜１０のステップ部１０ｂの膜厚ｔ２、ｔ３が少なくとも振動板９０の中央付近の膜厚ｔ１の２倍以上になるように成膜する。
【０１０４】
前述したように、加圧液室８６となる溝周辺の隅はシリコン薄膜振動板９０が変位するときの固定端Ｇをなすため、シリコン薄膜振動板９０の固定端Ｇ、Ｈ近傍の耐液性薄膜１０に応力集中が起こり耐液性薄膜１０に剥がれが発生しやすくなる。
【０１０５】
そこで、その応力集中を緩和するために、耐液性薄膜１０の膜厚ｔをステップ状に厚くしている。ただし、シリコン薄膜振動板９０の固定端Ｇ、Ｈ近傍にてステップを持たせる形状の耐液性薄膜１０とした場合、前記第１例の曲率を持たせた形状と比較すると、加圧液室８６内のインクの流れに澱みが大きくなる。
【０１０６】
このようなステップ形状を有する耐インク性薄膜１０を形成するには、膜厚ｔ２の耐液性薄膜を形成した後、シリコン薄膜振動板９０の中央部をエッチングにて膜厚ｔ１まで薄くする方法を用いることができる。
【０１０７】
この例においても、第１例と述べたと同様の理由から、シリコン薄膜振動板９０中央付近の膜厚ｔ１の２倍の膜厚以上を有する表面積は、近傍シリコン薄膜振動板９０表面積の約１／２以下にすることが好ましい。
【０１０８】
なお、これらの各例における耐液性薄膜１０の膜厚構造は静電型インクジェットヘッドに限らず、前述した圧電素子を用いるピエゾ型インクジェットヘッドにも、後述する発熱抵抗体（電気熱変換素子）を用いるサーマル型インクジェットヘッドにも同様に適用することができる。
【０１０９】
すなわち、これらの例はいずれも耐液性薄膜１０の膜厚を液流路（ここでは加圧液室）の側壁面及び／又は底面（ここでは振動板表面）の膜厚よりも側壁面と底面との角部の膜厚が厚くなるように成膜したものである。なお、ここでは振動板を用いるヘッド例で説明しているが、振動板を用いない後述するサーマル型のヘッドでも同様であり、また、第２実施形態で説明したような振動板表面に耐液性薄膜を成膜しない構造のヘッドにも同様に適用できる。
【０１１０】
このように角部が厚膜となる膜厚構造とするには上述したスプレー法による成膜方法が有効である。そこで、有機樹脂膜を形成するための液状材料をスプレー法で塗布する場合の具体例について説明する。
先ず、ポリイミドの前駆物質であるポリアミド酸をＮメチルピロリドンなどの溶媒を用いて、２０ｃＰ（２５℃）以下の粘度になるまで希釈する。ここででは、３ｃＰ（２５℃）まで希釈して塗布に用いた。
【０１１１】
そして、この液をスプレー塗布装置等の手段によって振動板を一体又は別体で形成して一体化した流路形成部材又は振動板を有しない流路形成部材となる基板上に塗布する。このとき、溶媒の蒸発分を考慮して塗布する。
【０１１２】
次に、ポリアミド酸が塗布された基板を１００〜１８０℃の温度で加熱し、溶媒であるＮメチルピロリドンをゆっくりと蒸発させる。ここで用いたＮメチルピロリドンの沸点は２０３℃であるが、この温度に近い温度、あるいはより高い温度で急速に蒸発させると、発泡による膜の不均一化が発生することがあるため、ゆっくりと蒸発させることが好ましい。
【０１１３】
溶媒が蒸発すると、ポリアミド酸の膜は隔壁の側面や振動板表面に残存する。このとき、膜が薄い場合は、同じ工程を繰り返して製膜し、厚膜化を図ることができる。
【０１１４】
次に、ポリアミド酸膜が形成された基板を、ゆっくりと加熱し脱水縮合させてポリイミド膜する。ここでは、１５０℃／１５分、２００℃／１５分、２５０℃／１０分、３００℃／１０分、３５０℃／１０分処理後、徐冷している。ゆっくりと加熱する目的は、脱水縮合によるイミド化によって、基板に余計な応力が加わらないようにするためである。
【０１１５】
前述したようにポリイミド膜は各種インクに対して高い接液性（不溶解性、耐膨潤性）を持っており、薄い膜であっても耐インク膜の役割を達成することができる。この場合、厚膜化を図る目的は、振動板表面がエッチング面であるため、僅かではあるが凹凸が存在すること、微細な塵があった場合に耐液性薄膜１０のピンホールが生じることを防止するためである。
【０１１６】
また、他の成膜方法としては、無水ピロメリト酸とビス（４―アミノフェニル）エーテルを高真空下で加熱して、流路形成部材となる基板に蒸着し、基板を加熱して重縮合反応を生起させてポリイミド膜を成膜することができる。この場合、基板を公転、自転させるような動きを行うことで、側壁部分、振動板上面などにも均一性の高い膜を得ることができる。
【０１１７】
次に、薄膜振動板上に耐液性薄膜１０を形成する場合、特にシリコン薄膜振動板上に耐液性薄膜１０を形成する場合、膜の持つ応力によって振動板が撓んだり、耐液性薄膜を含む振動板全体の剛性が高くなり、振動板を曲げるために必要な電圧が高くなったりすることがある。
【０１１８】
上述した静電型インクジェットヘッドにおいて、振動板の剛性（ばね性）を板厚、幅などを変更することで変えた試験ヘッドを作製し、その駆動電圧特性を観察したところ、狙いの剛性の振動板に対して、ばね性で２倍までであれば、駆動電圧は２Ｖ以下の変化で収まることが確認された。
【０１１９】
したがって、耐液性薄膜が付いていないシリコン薄膜振動板のばね定数をＫ１とすると、耐液性薄膜が付いた振動板のばね定数Ｋ２が、２＞Ｋ２／Ｋ１とすることが好ましい。
【０１２０】
ここで、ばね定数Ｋ１＝３５Ｅｘｈｘ３／ａ４、である（Ｅｘ：シリコン振動板のヤング率、ｈｘ：シリコン振動板の板厚、ａ：振動板の短辺方向幅）、ばね定数Ｋ２＝３５／ａ４＊（Ｅｘｈｘ３＋Ｅｙｈｙ３）、である（Ｅｙ：ポリイミド膜のヤング率、ｈｘ：ポリイミド膜の膜厚）。これらの関係から、シリコン薄膜振動板の板厚に対してポリイミド膜（耐液性薄膜）の膜厚比が「３」以下であれば、ばね定数比が２以下になることが分かる。したがって、例えばシリコン薄膜振動板の厚さを１μｍとしたとき、振動板表面のポリイミド膜の膜厚は、約３μｍ以下にすることで振動特性への影響が無く、安定した振動特性が得られる。
【０１２１】
次に、本発明の第５実施形態に係るインクジェットヘッドについて図２３乃至図２６を参照して説明する。なお、図２３は同ヘッドの外観斜視説明図、図２４は同ヘッドの分解斜視説明図、図２５は同ヘッドの流路形成基板の斜視説明図、図２６は同ヘッドのノズル配列方向に沿う断面説明図である。
【０１２２】
このインクジェットヘッドは、流路形成部材である第１基板１２１と、この第１基板１２１の下側に設けた発熱体基板である第２基板１２２とを備え、これらによりインク滴を吐出する複数のノズル１２５、ノズル１２５が連通する液流路である加圧液室流路１２６、加圧液室流路１２６にインクを供給する共通液室流路１２８などを形成し、インクは第１基板１２１に形成したインク供給口１２９から供給されて、共通液室流路１２８、加圧液室流路１２６を経て、ノズル１２５より液滴として噴射される。
【０１２３】
第１基板１２１はシリコン基板からなり、エッチングによってノズル１２５及び加圧液室流路１２６となる溝部、共通液室流路１２８となる凹部を形成し、第１シリコン基板１２１の第２基板１２２側のインクに接する面を含む全面に有機樹脂膜からなる耐液性薄膜１０を成膜している（図２５では図示省略）。
【０１２４】
第２基板１２２には発熱抵抗体（電気熱変換素子）１３１と、この発熱抵抗体１３１に電圧を印加するための共通電極１３２及び個別電極１３３が形成されている。
【０１２５】
このように構成したインクジェットヘッドにおいては、個別電極１３３に選択的に駆動電圧を印加することによって発熱抵抗体１３１が発熱して加圧液室流路１２６のインク中に圧力変化が生起し、このインク中の圧力変化によってノズル１２５からインク滴が吐出される。
【０１２６】
このとき、第１基板１２１のインクに接する面を有機樹脂膜である耐液性薄膜１０で被覆しているので、シリコンのインク中への溶出が防止され、ノズルの目詰まりなどもなく、長期の動作安定性及び信頼性が得られる。
【０１２７】
次に、本発明の第６実施形態に係るインクジェットヘッドについて図２７乃至図３０を参照して説明する。なお、図２７は同ヘッドの平面説明図、図２８は図２７のＩ−Ｉ線に沿う断面説明図、図２９は図２７のＪ−Ｊ線に沿う断面説明図、図３０は図２７のＫ−Ｋ線に沿う断面説明図である。
【０１２８】
このインクジェットヘッドは、流路形成部材である第１基板１８１と、この第１基板１８１の下側に設けた電極基板である第２基板１８２と、第１基板１８１の上側に設けた第３基板でもあるノズル板１８３とを備え、これらによりインク滴を吐出する複数のノズル１８５が連通する液流路である加圧液室１８６、加圧液室１８６に流体抵抗部１８７を介してインクを供給する共通液室１８８などを形成し、インクはノズル板１８３に形成したインク供給口１８９から供給されて、共通液室１８８、流体抵抗部１８７、加圧液室１８６を経て、ノズル１８５より液滴として噴射される。
【０１２９】
第１基板１８１には加圧液室１８６及び加圧液室１８６の壁面である底面を形成する振動板１９０を形成する凹部、流体抵抗部１８７となる溝部、共通液室１８８を形成する凹部などを設け、これらの加圧液室１８６、振動板１９０、流体抵抗部１８７、共通液室１８８を形成する第１基板１８１のインクに接する面の全面に窒化チタンなどの無機膜１９１を成膜し、更にこの無機膜１９１の表面全面に有機樹脂薄膜１９２を形成して、有機樹脂膜と無機膜の積層膜からなる耐液性薄膜１９３を成膜している。また、各加圧液室１８６は隔壁１９４によって区画されている。
【０１３０】
なお、この第１基板１８１にはシリコン基板を用いて前記第４実施形態の第1基板８１と同様にして加圧液室１８６、振動板１９０、流体抵抗部１８７、共通液室１８８を形成している。
【０１３１】
第２基板１８２にはｎ型又はｐ型の不純物原子が１Ｅ１４／ｃｍ³〜５Ｅ１７／ｃｍ³含まれる単結晶シリコン基板を用いている。通常は、面配向（１００）の単結晶シリコン基板を用いるが、プロセスに応じて（１１０）又は（１１１）の単結晶シリコン基板を用いることもでき、また、単結晶シリコン基板以外にパイレックスガラス等のガラス基板、セラミックス基板などをも用いることができる。
【０１３２】
そして、第２基板１８２にはＨＴＯ、ＬＴＯ、熱酸化法、ＣＶＤ法、スパッタ法等により絶縁膜２０２を形成し、この絶縁膜２０２をフォトリソグラフィ、エッチングにより加工して電極形成用溝２０４を形成し、この電極形成用溝２０４の底面に振動板１９０にギャップ２０６をおいて対向する駆動電極２０５を形成し、これらの振動板１９０と対向する駆動電極２０５とによって振動板１９０を静電力で変形させるマイクロアクチュエータを構成している。
【０１３３】
そして、この駆動電極２０５の表面（少なくとも振動板１９０側表面）には絶縁保護膜（ギャップ膜）２０７を成膜している。この絶縁保護膜１０７としては、ＨＴＯ、ＬＴＯ、熱酸化法、ＣＶＤ法、スパッタ法等により形成したシリコン酸化膜等を用いることができる。
【０１３４】
また、駆動電極２０５は外部に引き出して外部駆動回路（駆動ＩＣ）から電圧を印加するＦＰＣやワイヤーボンディング等の実装を行うための電極パッド部２０８を一体に設けている。
【０１３５】
ノズル板１８３にはインク滴を吐出する複数のノズル８５を一列に配置形成している。このノズル板８３としては、ステンレス、ニッケルなどの金属、ポリイミド樹脂フィルム等の樹脂、シリコンウエハ等及びそれらの組み合わせからなるものを用いることができる。また、ノズル面（吐出方向の表面：吐出面）には、インクとの撥水性を確保するため、メッキ被膜、あるいは撥水剤コーティングなどの周知の方法で撥水膜を形成している。
【０１３６】
このように構成したインクジェットヘッドにおいても、振動板１９０を共通電極とし、電極２０５を個別電極として、振動板１９０と電極２０５との間に駆動電圧を印加することによって、振動板１９０と電極２０５との間に発生する静電力によって振動板１９０が電極２０５側に変形変位し、この状態から振動板１９０と電極２０５間の電荷を放電させる（駆動電圧を０にする）ことによって振動板１９０が復帰変形して、液室１８６の内容積（体積）／圧力が変化し、ノズル１８５からインク滴が吐出される。
【０１３７】
このとき、第１基板１８１のインクに接する面に無機膜１９１と有機樹脂膜１９２との積層膜からなる耐液性薄膜１９３で被覆し、有機樹脂膜１９２を最表面膜として被覆しているので、無機膜１９１にピンホール欠陥等があっても、シリコンのインク中への溶出が防止され、ノズルの目詰まり、振動特性の変動などもなく、長期の動作安定性及び信頼性が得られる。また、耐液性薄膜を無機膜１９１と有機樹脂膜１９２の積層膜とすることで、特にシリコン薄膜振動板１９０の耐腐食性が向上し、有機樹脂膜１９２は無機膜１９１による振動板応力を緩和する応力緩和膜としても機能させることができる。
【０１３８】
次に、本発明に係るインクカートリッジについて図３１の斜視説明図を参照して説明する。
このインクカートリッジ２１０は、ノズル２１１等を有する上記各実施形態のいずれかのインクジェットヘッド２１２と、このインクジェットヘッド２１２に対してインクを供給するインクタンク２１３とを一体化したものである。
【０１３９】
このようにインクタンク一体型のヘッドの場合、ヘッドの不良は直ちにインクカートリッジ全体の不良につながるので、ヘッド構成部材がインクによって腐食する不良が低減することで、ヘッド一体型インクカートリッジの信頼性が向上する。
【０１４０】
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の一例について図３２及び図３３を参照して説明する。なお、図３２は同記録装置の斜視説明図、図３３は同記録装置の機構部の側面説明図である。
【０１４１】
このインクジェット記録装置は、記録装置本体２８１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載した本発明を実施したインクジェットヘッドからなる記録ヘッド、記録ヘッドへインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部２８２等を収納し、装置本体２８１の下方部には前方側から多数枚の用紙２８３を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）２８４を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙２８３を手差しで給紙するための手差しトレイ２８５を開倒することができ、給紙カセット２８４或いは手差しトレイ２８５から給送される用紙（インク滴が付着するものの意味であり、紙に限定されるものではない。）２８３を取り込み、印字機構部２８２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２８６に排紙する。
【０１４２】
印字機構部２８２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２９１と従ガイドロッド２９２とでキャリッジ２９３を主走査方向（図３３で紙面垂直方向）に摺動自在に保持し、このキャリッジ２９３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インクジェットヘッドからなるヘッド２９４を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し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。またキャリッジ２９３にはヘッド２９４に各色のインクを供給するための各インクタンク２９５を交換可能に装着している。
【０１４３】
インクタンク２９５は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッドへインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、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ヘッド２９４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。さたに、記録ヘッドとして搭載するインクジェットヘッドとしては前記各実施形態で説明したような各種のインクジェットヘッドを用いることができる。
【０１４４】
ここで、キャリッジ２９３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド２９１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２９２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ２９３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ２９７で回転駆動される駆動プーリ２９８と従動プーリ２９９との間にタイミングベルト３００を張装し、このタイミングベルト３００をキャリッジ２９３に固定しており、主走査モーター２９７の正逆回転によりキャリッジ２９３が往復駆動される。
【０１４５】
一方、給紙カセット２８４にセットした用紙２８３をヘッド２９４の下方側に搬送するために、給紙カセット２８４から用紙２８３を分離給装する給紙ローラ３０１及びフリクションパッド３０２と、用紙２８３を案内するガイド部材３０３と、給紙された用紙２８３を反転させて搬送する搬送ローラ３０４と、この搬送ローラ３０４の周面に押し付けられる搬送コロ３０５及び搬送ローラ３０４からの用紙２８３の送り出し角度を規定する先端コロ３０６とを設けている。搬送ローラ３０４は副走査モータ３０７によってギヤ列を介して回転駆動される。
【０１４６】
そして、キャリッジ２９３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ３０４から送り出された用紙２８３を記録ヘッド２９４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３０９を設けている。この印写受け部材３０９の用紙搬送方向下流側には、用紙２８３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ３１１、拍車３１２を設け、さらに用紙２８３を排紙トレイ２８６に送り出す排紙ローラ３１３及び拍車３１４と、排紙経路を形成するガイド部材３１５，３１６とを配設している。
【０１４７】
記録時には、キャリッジ２９３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド２９４を駆動することにより、停止している用紙２８３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙２８３を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙２８３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２８３を排紙する。
【０１４８】
また、キャリッジ２９３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド２９４の吐出不良を回復するための回復装置３１７を配置している。回復装置３１７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２９３は印字待機中にはこの回復装置３１７側に移動されてキャッピング手段でヘッド２９４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。
【０１４９】
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でヘッド２９４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（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。
【０１５０】
このように、このインクジェット記録装置においては本発明を実施したインクジェットヘッドを搭載しているので、インクによる流路形成部材の腐食が防止されて、長期的にインク滴吐出不良がなく、安定したインク滴吐出特性が得られて、画像品質が向上する。
【０１５１】
次に、本発明に係るインクカートリッジを搭載したインクジェット記録装置の他について図３４を参照して説明する。なお、同図は同記録装置の斜視説明図である。
このインクジェット記録装置は、キャリッジガイド３５１上にキャリッジ３５３を矢示方向に摺動自在に装着し、このキャリッジ３５３に本発明に係るインクジェットヘッドとインクタンクとを一体化したインクカートリッジ３５４を搭載している。一方、用紙３５６をプラテンローラ３５７で矢示方向に搬送して、インクカートリッジ３５４のヘッドで用紙３５６上に記録しながら用紙３５６を排紙トレイ３５８上に排紙する。
【０１５２】
なお、上記実施形態においては、本発明に係る液滴吐出ヘッドをインクジェットヘッドに適用したが、インク以外の液体の滴、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、遺伝子分析試料を吐出する液滴吐出ヘッドなどにも適用することできる。
【０１５３】
【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、液流路が形成されたシリコンからなる流路形成部材と、ノズルが形成されたノズル板と、を有し、流路形成部材の各液流路を隔てる垂直な隔壁のノズル板との接合面側の端部に面取り部が形成され、隔壁の液体に接する面の全面に有機樹脂膜を含む耐液性薄膜を有する構成としたので、低コストで液体による腐食を防止することができ、信頼性が向上する。
【０１６１】
本発明に係るインクカートリッジによれば、本発明に係る液滴吐出ヘッドからなるインクジェットヘッドとこのインクジェットヘッドにインクを供給するインクタンクを一体化したものであり、ノズルの目詰まりなどのない信頼性に優れたインクカートリッジを得られる。
【０１６２】
本発明に係るインクジェット記録装置によれば、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、或いは本発明に係るインクカートリッジを搭載したので、信頼性、安定性に優れた記録を行うことができ、画像品質が向上する。
【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分解斜視説明図
【図２】同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図
【図３】図２の要部拡大説明図
【図４】同ヘッドの液室短手方向に沿う断面説明図
【図５】同ヘッドの圧電素子の異なる例を説明する要部拡大断面説明図
【図６】加圧液室間隔壁形状の一例の説明に供するヘッドの振動板短手方向に沿う拡大断面説明図
【図７】加圧液室間隔壁形状の他の例の説明に供するヘッドの振動板短手方向に沿う拡大断面説明図
【図８】同ヘッドの流路形成部材の製作工程の説明に供する断面説明図
【図９】図８の側断面説明図
【図１０】本発明の第２実施形態に係るインクジェットヘッドの分解斜視説明図
【図１１】同ヘッドの液室短手方向に沿う断面説明図
【図１２】本発明の第３実施形態に係るインクジェットヘッドの一例を示す振動板短手方向に沿う断面説明図
【図１３】同実施形態に係るインクジェットヘッドの他の例を示す振動板短手方向に沿う断面説明図
【図１４】本発明に第４実施形態に係るインクジェットヘッドの平面説明図
【図１５】図１４のＣ−Ｃ線に沿う断面説明図
【図１６】図１４のＤ−Ｄ線に沿う断面説明図
【図１７】図１４のＥ−Ｅ線に沿う断面説明図
【図１８】図１４のＦ−Ｆ線に沿う断面説明図
【図１９】有機樹脂膜の成膜構造の第１例を説明する静電型インクジェットヘッドの振動板短手方向に沿う断面説明図
【図２０】同ヘッドの振動板長手方向に沿う断面説明図
【図２１】有機樹脂膜の成膜構造の第２例を説明する静電型インクジェットヘッドの振動板短手方向に沿う断面説明図
【図２２】同ヘッドの振動板長手方向に沿う断面説明図
【図２３】本発明の第５実施形態に係るインクジェットヘッドの外観斜視説明図
【図２４】同ヘッドの分解斜視説明図
【図２５】同ヘッドの流路形成基板の斜視説明図
【図２６】同ヘッドのノズル配列方向に沿う断面説明図
【図２７】本発明の第６実施形態に係るインクジェットヘッドの平面説明図
【図２８】図２７のＩ−Ｉ線に沿う断面説明図
【図２９】図２７のＪ−Ｊ線に沿う断面説明図
【図３０】図２７のＫ−Ｋ線に沿う断面説明図
【図３１】本発明に係るインクカートリッジの斜視説明図
【図３２】本発明に係るインクジェット記録装置の一例を示す斜視説明図
【図３３】同記録装置の機構部の側面説明図
【図３４】本発明に係るインクジェット記録装置の他の例を示す斜視説明図
【符号の説明】
１…流路形成基板、２…振動板、３…ノズル板、５…ノズル、６…加圧液室、７…インク供給路、８…共通液室、９…インク供給口、１０…耐液性薄膜（有機樹脂膜）、１２…圧電素子、１３…ベース基板、１７…ヘッドフレーム、２０…隔壁、２０ａ…面取り部、２０ｂ…順傾斜面、４１…流路形成部材、４２…振動板、４３…保持部材、４４…圧電部材、４５…ノズル、４６…加圧液室、４７…インク供給路、４８…共通液室、４９…インク供給口、５０…隔壁、５３…圧電素子、６１…流路形成部材、６２…振動板、６３…ノズル板、６６…加圧液室、７２…圧電層、８１…第１基板（流路形成部材）、８２…第２基板、８３…ノズル板、８５…ノズル、８６…加圧液室、８７…インク供給路、８８…共通液室、８９…インク供給口、９０…振動板、９３…隔壁、１０５…駆動電極、１０６…ギャップ、１２１…第１基板（流路形成部材）、１２２…第２基板（発熱体基板）、１２５…ノズル、１２６…加圧液室流路、１２８…共通液室流路、１３１…発熱抵抗体、１９１…無機膜、１９２…有機樹脂膜、１９３…耐液性薄膜、２１０…インクカートリッジ、２１２…インクジェットヘッド、２１３…インクタンク、２９３…キャリッジ、２９４…ヘッド、３０４…搬送ローラ、３１４…排紙ローラ、３５４…インクカートリッジ。

Claims (14)

1. ノズルが連通する液流路の液体を加圧して前記ノズルから液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドにおいて、
   前記液流路が形成されたシリコンからなる流路形成部材と、
   前記ノズルが形成されたノズル板と、を有し、
   前記流路形成部材の各液流路を隔てる垂直な隔壁の前記ノズル板との接合面側の端部に面取り部が形成され、
   前記隔壁の前記液体に接する面の全面に有機樹脂膜を含む耐液性薄膜を有する
   ことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
2. 請求項１に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記有機樹脂膜がポリイミド系樹脂膜であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
3. 請求項２に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記ポリイミド系樹脂膜がポリペンゾオキサゾールを主成分とすることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
4. 請求項１に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記有機樹脂膜がウレタン系樹脂膜、ウレアー系樹脂膜、フェノール系樹脂膜のいずれかであることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記耐液性薄膜は最表面に前記有機樹脂膜を有することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記耐液性薄膜は前記有機樹脂膜と無機膜との積層膜であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記隔壁は断面形状で滑らかな曲線部を有することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記液流路の少なくとも一部の壁面を形成する振動板を有し、前記振動板がシリコンから形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
9. 請求項８に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記液流路部材と前記振動板が一体で形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
10. 請求項１乃至９のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記耐液性薄膜の膜厚は前記液流路の側壁面及び底面の少なくともいずれかの膜厚よりも側壁面と底面との角部の膜厚が厚いことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
11. 請求項８乃至１０のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記耐液性薄膜の膜厚は前記振動板中央付近より該振動板の固定端側が厚いことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
12. 請求項８乃至１０のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、各液流路を隔てる隔壁と振動板とがなす角部で前記耐液性薄膜が断面曲面形状であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
13. インクジェットヘッドとこのインクジェットヘッドにインクを供給するインクタンクを一体化したインクカートリッジにおいて、前記インクジェットヘッドが請求項１乃至１２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カートリッジ。
14. 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が請求項１乃至１２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。

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