JP4462777B2

JP4462777B2 - インクジェットヘッド

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Publication number: JP4462777B2
Application number: JP2001071324A
Authority: JP
Inventors: 慎一角田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-03-14
Filing date: 2001-03-14
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2021-03-14
Also published as: JP2002264346A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はインクジェットヘッドに関し、特にインクジェットヘッドの振動板の構造に関する。
【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或いは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インクジェットヘッドとしては、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する加圧液室（液室、吐出室、圧力室、インク流路等とも称される。）と、加圧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を備えて、圧力発生手段で発生した圧力で加圧液室内のインクを加圧することによってノズルからインク滴を吐出させる。
【０００３】
このようなインクジェットヘッドとしては、圧電素子などの電気機械変換素子を用いて加圧液室の壁面を形成している振動板を変形変位させることでインク滴を吐出させるピエゾ型のもの、加圧液室内に配設した発熱抵抗体を用いてインクの膜沸騰でバブルを発生させてインク滴を吐出させるバブル型のもの、加圧液室の壁面を形成する振動板（又はこれと一体の電極）と電極を用いて静電力で振動板を変形変位させることでインク滴を吐出させる静電型のものなどがある。
【０００４】
上述したピエゾ型や静電型のように圧力発生手段として振動板と駆動手段（圧電素子或いは電極）を用いる場合、振動板は駆動エネルギーを効率良く加圧液室内のインクに伝達するため、厚さが数μｍ〜数十μｍと極めて薄く、それ単体では取り扱いがかなり難しいため、厚肉部と一体に形成されることが多い。
【０００５】
特に、ピエゾ型インクジェットヘッドにおいては、この振動板の厚肉部は、上記のように振動板全体の剛性を保つ機能の他にも、薄肉振動部の中央に形成され駆動素子（圧電素子）と接合される凸部としてエネルギー伝達を効率的に行う機能などを併せ持ち、高い位置精度や形状精度を要求される場合が多い。
【０００６】
一方でこうして形成された振動板は加圧液室を構成する部材と接合されて初めてその本来の役割を担うのであるが、ここでの振動板―液室接合の際の位置ズレや接着剤を用いた際のはみ出しが生じると、駆動チャンネル間の噴射特性がばらついてインクジェットヘッドの画像品質の低下につながる。
【０００７】
そこで、例えば特開平７−１５６３９９号公報に記載されているように、結晶面方位（１１０）のシリコン基板を用いて液室及び振動板を形成し、この振動板を耐エッチング部材（材料）、例えば金属、樹脂、ボロンドープ層などから形成し、圧電素子に連結するための凸部はその耐エッチング部材を加工して形成するようにしたものが知られている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したインクジェットヘッドのように、結晶面方位（１１０）のシリコン基板と金属、樹脂、ボロンドープ層などの耐エッチング部材とを組み合わせて液室及び振動板を形成するとともに耐エッチング部材を加工して厚肉部（凸部）を形成する工法は、工程が複雑になり、振動板部品のコストアップによるヘッドの高コスト化を招くという課題がある。
【０００９】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、簡単な工程で低コスト化を図れる振動板を備えたインクジェットヘッド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、本発明に係るインクジェットヘッドは、振動板を形成する振動板部材は、少なくとも振動板となる耐エッチング部材と、この耐エッチング部材の両側を同一のエッチング液でエッチング可能な２つの部材で挟んだ３層以上の構造をなし、耐エッチング部材の両側の各エッチング可能部材の一方が加圧液室の側壁部を形成し、他方が駆動手段と連結されて振動板に駆動手段の変形を伝達する凸部を形成している構成としたものである。
【００１１】
ここで、耐エッチング部材の両側の各エッチング可能部材はエッチング速度が異なる材料であることが好ましい。
【００１２】
さらに、振動板となる耐エッチング部材として樹脂部材或いは金属部材を用いることができる。また、エッチング可能部材として感光性樹脂部材、感光性ガラス部材を用いることができる。
【００１３】
また、エッチング可能部材としてシリコン部材を用いることができ、この場合、シリコン部材は結晶面方位（１１０）の単結晶シリコン基板であり加圧液室間及び駆動素子間を区画する壁面が表面に対して垂直な面として形成されていることが好ましい。また、この場合、耐エッチング部材が酸化シリコン或いはシリコン基板に形成した高濃度ｐ型不純物拡散層であることが好ましい。
【００１４】
【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は本発明を適用したピエゾ型インクジェットヘッドの振動板長手方向に沿う断面説明図、図２は同ヘッドの振動板短手方向に沿う断面説明図である。
【００１５】
このインクジェットヘッドは、基板１上に設けた駆動手段（駆動素子）である積層型圧電素子２と、基板１上に設けたフレーム３及び圧電素子２上に設けた振動板部材４と、この振動板部材４上に設けたノズル板５とを備え、インク滴を吐出するノズル６、このノズル６が連通する加圧液室７、加圧液室７に流体抵抗部８を介してインクを供給する共通インク室９を設けている。
【００１６】
振動板部材４は、加圧液室７の底部壁面を形成する耐エッチング部材（材料）からなる振動板１０と、この振動板１０の上側に積層したエッチング可能部材（材料）からなる構造体である液室隔壁部１１と、振動板１０の下側に積層したエッチング可能部材（材料）からなる構造体であって圧電素子２と接合する島状凸部（厚肉部）１２と、同じくこの凸部１２を形成するエッチング可能部材（材料）からなる構造体であってフレーム３と接合する厚肉部１３とを形成している。
【００１７】
また、ノズル板５には加圧液室７に連通するノズル６と流体抵抗部７を形成する溝部を形成している。このノズル板５のインク吐出面（ノズル表面側）は、ＰＴＦＥ−Ｎi共析メッキやフッ素樹脂の電着塗装、蒸発性のあるフッ素樹脂（例えばフッ化ピッチなど）を蒸着コートしたもの、シリコン系樹脂・フッ素系樹脂の溶剤塗布後の焼き付け等、インク物性に応じて選定した撥水処理膜を設けて、インクの滴形状、飛翔特性を安定化し、高品位の画像品質を得られるようにしている。
【００１８】
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２に駆動電圧を印加することによって、圧電素子２に積層方向の変位が生じて振動板１０が加圧液室７側に変形変位して加圧液室７の内容積が減少し、加圧液室７内圧力が上昇してノズル６からインク滴が吐出される。このとき、加圧液室７内のインクは流体抵抗部８を通じて共通インク室９側にも流入しようとするが、流体抵抗部８によって共通インク室９側へのインク流入が抑制されるので、効率的なインク滴吐出を行なうことができる。
【００１９】
そして、インク滴吐出の終了に伴い、加圧液室７内のインク圧力が低減し、インクの流れの慣性と駆動電圧の放電過程によって加圧液室７に負圧が発生してインク充填行程へ移行し、共通インク室９から流体抵抗部８を通じて加圧液室７にインクが充填される。そして、ノズル６の出口付近のインクメニスカス面の振動が減衰し、ある程度定常状態に戻れば次のインク滴吐出動作に移行する。
【００２０】
そこで、このインクジェットヘッドにおける振動板部材４の詳細について説明する。なお、以下では振動板部材４の異なる例を説明するため、上述した図１及び図２とはかならずしも図示の形状は一致しない。
【００２１】
先ず、振動板部材４の第１例についてその製造工程ともに図３を参照して説明する。同図（ａ）に示すように、耐エッチング部材２１の両側をエッチング可能部材２２、２３で挟んだ３層の積層部材２０を用いて、同図（ｂ）に示すように、全面にレジストを塗布してこれをパターニングすることで、エッチング可能部材２２側に加圧液室７に対応する部分が開口したレジストパターン２４を、エッチング可能部材２３側に凸部１２及び厚肉部１３以外の部分に対応する部分が開口したレジストパターン２５を形成する。
【００２２】
そして、同図（ｃ）に示すように、エッチングを行うことによってエッチングは耐エッチング部材２１でストップするので、エッチング可能部材２２及びエッチング可能部材２３が彫り込まれ、同図（ｄ）に示すように、レジストを除去することにより、エッチング可能部材２２で加圧液室７となる凹部及び構造体である加圧液室間隔壁１１を形成し、エッチング可能部材２３で構造体である凸部１２及び厚肉部１３を形成するとともに、耐エッチング部材２１からなる振動板１０を形成した振動板部材４を得る。
【００２３】
なお、３層の積層部材２０としては、例えば、あらかじめ市販されている３層積層品（銅−ポリイミド−銅など）を用いても良いし、あらかじめ３層を接合した後、一括エッチングをしても良い。この場合、接合とエッチング工程の前後については、接合後のエッチングではパターンエッジ部に接着層のはみ出しがほとんど生じないため、容易に判断できる。また、耐エッチング部材（層）とエッチング可能部材（層）の接合に関して、接着層や接合力増強のための表面改質層を形成する場合もあり、見かけ上３層以上の構造になることもあるが、本発明の本質からはずれるものではない。
【００２４】
このように、耐エッチング材料で振動板を形成し、その両側をエッチング可能材料で挟んだ３層構造として、エッチング可能材料で構造体が形成されていることにより、振動板の両面の構造体を同時に一括で位置ずれなく形成でき、しかも工程が簡略で安価に形成できるため、組み付け精度の良い安価なインクジェットヘッドを得ることができる。
【００２５】
次に、振動板部材４の第２例についてその製造工程ともに図４を参照して説明する。ここでは、同図（ａ）に示すように、耐エッチング部材３１の両側を、エッチング速度が速く厚みの厚いエッチング可能部材３２とエッチング速度が遅く厚みの薄いエッチング可能部材３３で挟んだ３層の積層部材３０を用いる。
【００２６】
そして、同図（ｂ）に示すように、全面にレジストを塗布してこれをパターニングすることで、エッチング可能部材３２側に加圧液室７に対応する部分が開口したレジストパターン３４を、エッチング可能部材３３側に凸部１２及び厚肉部１３以外の部分に対応する部分が開口したレジストパターン３５を形成する。
【００２７】
次いで、同図（ｃ）に示すように、エッチングを行うことによってエッチングは耐エッチング部材３１でストップする。このとき、エッチング可能部材３２の方がエッチング速度が速く、エッチング可能部材３３の方がエッチング速度が遅いので、略同じタイミングでエッチストップし、エッチング可能部材３３のオーバーエッチングは少なくなる。
【００２８】
その後、同図（ｄ）に示すように、レジストを除去することにより、厚肉のエッチング可能部材３２で加圧液室７となる凹部及び構造体である液室間隔壁１１を形成し、薄肉のエッチング可能部材３３で構造体である凸部１２及び厚肉部１３を形成するとともに、耐エッチング部材２１からなる振動板１０を形成した振動板部材４を得る。
【００２９】
すなわち、加圧液室間隔壁１１側を厚肉に、凸部１２側を液室間隔壁１１よりも薄肉に形成する場合、耐エッチング部材の両面のエッチング可能部材のエッチング速度が同じであるとすると、通常通りエッチングした場合、厚肉層側（隔壁１１側）にエッチング条件を併せると、薄肉層側（凸部１２側）がオーバーエッチとなり、図５に示すように凸部１２の細りが発生してしまうことになる。特に、振動板１０と接合している面積が極めて小さくなってしまうことで、ヘッドの噴射特性等に大きな影響を与える。
【００３０】
一方、薄肉層側にエッチング条件をあわせると、当然ながら図６に示すように加圧液室７側にエッチング残りが生じてしまう。この解決手段の一つとしては、図７のようにレジストパターン３５の開口を小さくすることで補正する手段もあるが、この場合、薄肉層側においてサイドエッチの量が多くなり、形状精度を維持することが難しくなる。
【００３１】
そこで、振動板両側の構造体の要求厚みが異なる場合、両側のエッチング可能部材の材質を異ならせてエッチングスピードをコントロールすることで両面とも適正条件でのエッチングとなるようにする。つまり、上述したように厚肉層側をエッチングスピードの速い材料、薄肉層側を遅い材料とすることで、エッチング時間を両面とも均等に近く設定することが可能となる。
【００３２】
これらの各例においては、振動板１０と液室間隔壁１１とを一体化した部材を形成することができ、こうして形成された部材は接合後にパターン形成されているため、位置ずれは両面のマスク位置精度でのみ決まり、凸部１２と加圧液室７を高精度で位置合わせできる。また、接合部へのはみ出しも少なく、形状精度も高い部材が形成できる。なお、このようにして形成する液室隔壁部材は、インクに接液するため、耐インク性が求められるが、耐インク性が低い材料でも表面を有機ないし無機材料で被覆することで耐インク性を確保することは可能であり、そのような層構成であっても、本発明の本質からはずれることはない。
【００３３】
また、振動板部材で液室隔壁を形成する場合、隔壁高さが低いと流体抵抗が大きくなってしまうため、隔壁形成側の厚さは５０〜１０００μｍ程度が好ましく、一方、凸部１２形成側は逆にあまり高く形成すると、凸部１２のアスペクト比が大きくなり、振動の際に倒れる方向へ力が生じてしまうため、５〜３００μｍ程度で形成することが好ましい。
【００３４】
振動板部材４の振動板１０を形成する耐エッチング部材としては樹脂部材とすることができる。振動板を形成する耐エッチング部材は駆動素子２の変形を効率よく伝え、かつその周辺の構造体に振動を伝搬させないため、剛性の低い樹脂部材（材料）で形成することが好ましい。振動が周辺の液室隔壁などの構造体に伝搬すると、液室７及びノズル６も振動し、極めて吐出が不安定になる。これに対して、樹脂部材の振動板１０であれば、金属などの材料に比べヤング率が約２桁低く、軟らかいため、周辺に振動を伝えにくいという効果がある。
【００３５】
樹脂部材（材料）としては、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、アラミド樹脂など各種あるが、振動板部はインクに接液するため、耐インク性の高いポリイミド樹脂、アラミド樹脂などが好ましい。もちろんこれ以外の樹脂であっても、表面を有機ないし無機材料で被覆することで耐インク性を確保することは可能であり、そのような層構成であっても、本発明の本質からはずれることはない。樹脂振動板は、ヤング率が低いため、厚みを５〜１００μｍと厚く形成することができ、取り扱いやピンホール欠陥が生じ難く、歩留まりも向上する。
【００３６】
また、振動板部材４の構造体（隔壁１１、凸部１２など）を形成するエッチング可能部材は、ニッケル、ステンレスなどの金属部材で形成することが好ましい。すなわち、駆動素子の振動が周辺の液室隔壁１１などの構造体に伝搬すると、液室７及びノズル６も振動し、極めて吐出が不安定になる。そのため、上述したように振動板１０を軟らかく形成すると共に、構造体の剛性を高くして、振動が伝搬しても変形しないように形成することが好ましい。
【００３７】
金属部材（材料）としては、エッチング加工のしやすさ、コスト的な面から、ニッケル、ステンレスなどの金属材料が好ましい。特に、この構造体部を液室隔壁部材として使用する場合、この構造体部はインクに接液するため、耐インク性の高い材料で形成することが好ましい。また、そのままではインクに溶出してしまうニッケルなどであっても、表面に熱酸化膜等を形成し、耐インク層を設けることにより使用が可能となる。
【００３８】
次に、振動板部材４の第３例についてその製造工程とともに図８を参照して説明する。先ず、同図（ａ）に示すような耐エッチング部材４１の両面に同図（ｂ）に示すように例えばエッチング可能部材であるネガ型ドライフィルム（感光性樹脂）４２、４３を熱ラミネートして、３層構造の積層部材（基板）４０を形成する。
【００３９】
そして、同図（ｃ）に示すように、液室間隔壁１１に対応する開口を有するマスク４４を用いてドライフィルム４２に紫外線を照射してパターニングし、次いで、同図（ｄ）に示すように、凸部１２及び厚肉部１３に対応する開口を有するマスク４５を用いてドライフィルム４３に紫外線を照射してパターニングする。
【００４０】
その後、同図（ｅ）に示すように、両面のドライフィルム４２、４３の未露光部を現像液でエッチングすることで、ドライフィルム４２で加圧液室７となる凹部及び構造体である加圧液室間隔壁１１を形成し、ドライフィルム４３で構造体である凸部１２及び厚肉部１３を形成するとともに、耐エッチング部材４１からなる振動板１０を形成した振動板部材４を得る。
【００４１】
なお、ここではドライフィルム型の紫外線感光樹脂を用いているが、液状の感光性樹脂でもよく、また、感光波長域も紫外領域に限定されるものではない。さらに、ここでは紫外線露光は片面ずつ行っているが、両面同時に実施することもできる。また、ネガ型の感光性樹脂に代えてポジ型を用いることもでき、この場合には紫外線露光部が現像液でエッチングされる。また、感光性樹脂として液状の物を使用した場合は、熱ラミネートの代わりにスピンコート、ロールコートなどの塗布工程が必要となる。ただし、液状感光性樹脂でも形成は可能だが、一般的にドライフィルムの方が液状の感光性樹脂よりも厚く形成することができる。また、露光により両面異なるパターンを形成するため、中央の耐エッチング部材４１は透光性のない材質であることが好ましい。
【００４２】
このようにして形成された感光性樹脂からなる構造体部（隔壁１１、凸部１２、厚肉部１３）は、露光によりエッチングのエッジが規定されているため、エッジが直線的で、図３に示すような通常の金属などの等方的エッチングに比べて、形状精度を向上することができる。
【００４３】
次に、振動板部材４の第４例についてその製造工程とともに図９を参照して説明する。先ず、同図（ａ）に示すような耐エッチング部材５１の両面に同図（ｂ）に示すように例えばエッチング可能部材であるポジ型感光性ガラス５２、５３を貼り合わせて３層構造の積層部材（基板）５０を形成する。
【００４４】
そして、同図（ｃ）に示すように、液室７などの液室部分に対応する開口を有するマスク５４を用いて感光性ガラス５２に紫外線を照射してパターニングし、次いで、同図（ｄ）に示すように、凸部１２及び厚肉部１３以外の部分に対応する開口を有するマスク５５を用いて感光性ガラス５３に紫外線を照射してパターニングする。
【００４５】
その後、同図（ｅ）に示すように、両面の感光性ガラス５２、５３の未露光部を現像液でエッチングすることで、感光性ガラス５２で加圧液室７となる凹部及び構造体である加圧液室間隔壁１１を形成し、感光性ガラス５３で構造体である凸部１２及び厚肉部１３を形成するとともに、耐エッチング部材５１からなる振動板１０を形成した振動板部材４を得る。
【００４６】
なお、感光性ガラスに関してはペースト状のものを耐エッチング部材上に塗布し、焼結してからパターニングする手法も考えられるが、実際には、焼結時の体積収縮が極めて大きく、変形などを引き起こし易いため、工法としてはあまり適さない。また、露光により両面異なるパターンを形成するため、中央の耐エッチング部材５１は光を透過しない材質であることが好ましい。
【００４７】
このようにして形成された感光性ガラスの構造体部（隔壁１１、凸部１２、厚肉部１３）は、露光によりエッチングのエッジが規定されているため、エッジが直線的で、図３に示すような通常の金属などの等方的エッチングに比べ、形状精度を向上することができる。また、あわせて剛性も高く形成できるため、振動の伝搬による変形を抑えることもできる。
【００４８】
次に、振動板部材４の第５例についてその製造工程とともに図１０を参照して説明する。先ず、同図（ａ）に示すような耐エッチング部材６１の両面に同図（ｂ）に示すように例えばエッチング可能部材である結晶面方位（１００）のシリコン基板６２、６３を接合した３層構造の積層部材（基板）６０を形成する。
【００４９】
そして、同図（ｂ）に示すように、積層部材６０の全面に窒化膜６４を成膜し、同図（ｃ）に示すように、レジストを塗布してパターニングすることでレジストパターン６５、６６を形成し、これをマスクとしてドライエッチングを行って露出している窒化膜６４を除去することで、同図（ｄ）に示すように、加圧液室７などの液室形状に対応する開口部を有する窒化膜マスクパターン６７を形成するとともに、凸部１２及び厚肉部１３以外の部分に対応する開口を有する窒化膜マスクパターン６８を形成する。
【００５０】
その後、同図（ｅ）に示すように、水酸化カリウム水溶液にてシリコン基板６１、６２をエッチングする。シリコン基板には異方性にエッチングされる特徴があり、一定の角度でエッチングが進行する。ここでは、結晶面方位（１００）の単結晶シリコン基板を用いているのでエッチング角は４５度となる。
【００５１】
次いで、同図（ｆ）に示すように、マスクとなる窒化膜マスクパターン６７、６８をフッ酸、熱燐酸などを用い除去して、シリコン基板６２で加圧液室７となる凹部及び構造体である加圧液室間隔壁１１を形成し、シリコン基板６３で構造体である凸部１２及び厚肉部１３を形成するとともに、耐エッチング部材６１からなる振動板１０を形成した振動板部材４を得る。なお、窒化膜マスクパターン６７、６８はそのまま残存させてもよい。
【００５２】
このようにして形成されたシリコンの構造体部は、異方性エッチングに形成されたため形状制御性も高く、かつ剛性も高く形成できるため、振動の伝搬による変形を抑えることもできる。
【００５３】
次に、振動板部材４の第６例についてその製造工程とともに図１１を参照して説明する。先ず、同図（ａ）に示すような耐エッチング部材７１の両面に同図（ｂ）に示すように例えばエッチング可能部材である結晶面方位（１１０）のシリコン基板７２、７３を接合した３層構造の積層部材（基板）７０を形成する。
【００５４】
そして、同図（ｂ）に示すように、積層部材７０の全面に窒化膜７４を成膜し、同図（ｃ）に示すように、レジストを塗布してパターニングすることでレジストパターン７５、７６を形成し、これをマスクとしてドライエッチングを行って露出している窒化膜７４を除去することで、同図（ｄ）に示すように、加圧液室７などの液室形状に対応する開口部を有する窒化膜マスクパターン７７を形成するとともに、凸部１２及び厚肉部１３以外の部分に対応する開口を有する窒化膜マスクパターン７８を形成する。
【００５５】
その後、同図（ｅ）に示すように、水酸化カリウム水溶液にてシリコン基板７１、７２をエッチングする。シリコン基板には異方性にエッチングされる特徴があり、一定の角度でエッチングが進行する。ここでは、結晶面方位（１１０）の単結晶シリコン基板を用いているので垂直壁を形成することができる。
【００５６】
次いで、同図（ｆ）に示すように、マスクとなる窒化膜マスクパターン７７、７８をフッ酸、熱燐酸などを用い除去して、シリコン基板７２で加圧液室７となる凹部及び構造体である加圧液室間隔壁１１を形成し、シリコン基板７３で構造体である凸部１２及び厚肉部１３を形成するとともに、耐エッチング部材７１からなる振動板１０を形成した振動板部材４を得る。なお、窒化膜マスクパターン７７、７８はそのまま残存させてもよい。
【００５７】
このように結晶面方位（１１０）の単結晶シリコン基板は異方性エッチングにより、表面に対して垂直な面を形成できるので、この垂直な面を加圧液室間及び駆動素子間を区画する壁面として形成することにより、加圧液室を密に配置することが可能となり、集積度の高いヘッドを形成することができる。また、シリコンの異方性により、アスペクト比の高い液室形状の形成が可能となる。この場合、液室間隔壁と垂直な方向に関してはエッチングによりテーパ面が形成される。
【００５８】
次に、振動板部材４の第７例について参照する。この第７例は、上記第６例における耐エッチング部材７１を酸化シリコンで形成したものである。酸化シリコンはシリコンの異方性エッチング液である水酸化カリウム水溶液に対して、難溶性を示し、シリコンに対する耐エッチング層として機能する。この酸化シリコンは単結晶シリコン基板表面を熱酸化することで形成され、その後、別の単結晶シリコン基板と接合することにより積層部材が形成される。この接合は、通常の接着剤を用いてもかまわないが、シリコンと酸化シリコンの間の直接接合にて、接合剤を用いずに接合することも可能である。こうして形成された貼り合わせ基板は、いわゆるＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板として市販されており、これらの材料をそのまま用いてもかまわない。これにより、接着層不要で、かつ工程の短縮できる振動板構成が可能となる。
【００５９】
次に、振動板部材４の第８例について図１２及び図１３を参照して説明する。
この例は、シリコン基板に高濃度ｐ型不純物層を形成して、この高濃度ｐ型不純物層を振動板を形成する耐エッチング部材としたものである。高濃度ｐ型不純物としてはボロンが好ましい。高濃度ｐ型不純物層は、シリコンの異方性エッチング液である水酸化カリウム水溶液に対して、難溶性を示し、シリコンに対する耐エッチング層として機能するので、この高濃度ｐ型不純物層をエッチストップ層とすることで高精度の振動板を形成できる。
【００６０】
この高濃度ｐ型不純物層の形成方法としては、固体拡散法や塗布拡散法を用いることができる。固体拡散法では、例えば図１２（ａ）に示すように、ホルダ８０上でｐ型不純物を含む拡散源８１を挟んで単結晶シリコン基板８２を配置し、これを１０００℃以上に加熱することで、同図（ｂ）に示すように、シリコン基板８２の近接表面に不純物を拡散させた高濃度ｐ型不純物層８３を形成する。
【００６１】
また、塗布拡散法では、例えば図１３（ａ）に示すようなシリコン基板８２の表面に同図（ｂ）に示すように不純物を含有する有機溶液８５を塗布し、同図（ｃ）に示すようにこれを乾燥させた後、同図（ｄ）に示すように加熱拡散して高濃度ｐ型不純物層８３を形成する。
【００６２】
この際、不純物の量と、拡散条件をコントロールすることにより、耐エッチング層、すなわち振動板の厚みをコントロールすることが可能である。その他の形成方法としては、イオン注入等も可能である。
【００６３】
こうして得られた片面にｐ型不純物層を形成した単結晶シリコン基板を別の単結晶シリコン基板と接合することにより振動板部材となる積層部材が形成される。この接合は、通常の接着剤を用いてもかまわないが、シリコンとｐ型不純物層の間の直接接合にて、接合剤を用いずに接合することも可能である。一般に酸化シリコンとシリコンの接合に比べ、ｐ型不純物層とシリコンの方が低温での直接接合が可能である。これにより、接着層不要で、かつ工程が短く、振動板厚のコントロールの容易な振動板構成が可能となる。
【００６４】
なお、上記実施形態においては、ピエゾ型インクジェットヘッドで説明しているが、静電型インクジェットヘッドにも同様に適用できる。また、ノズルを振動板の変位方向にインク滴が吐出するように形成したサイドシュータ方式のインクジェットヘッドで説明したが、ノズルを振動板の変位方向と交差する方向にインク滴が吐出するように形成したエッジシュータ方式のインクジェットヘッドにも同様に適用できる。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るインクジェットヘッドによれば、振動板を形成する振動板部材は、少なくとも振動板となる耐エッチング部材と、この耐エッチング部材の両側を同一のエッチング液でエッチング可能な２つの部材で挟んだ３層以上の構造をなし、耐エッチング部材の両側の各エッチング可能部材の一方が加圧液室の側壁部を形成し、他方が駆動手段と連結されて振動板に駆動手段の変形を伝達する凸部を形成している構成としたので、振動板の両面の構造体を同時に一括で位置ずれなく形成でき、しかも工程が簡略化し、組み付け精度も良い低コストのインクジェットヘッドを得ることができる。
【００６６】
ここで、耐エッチング部材の両側の各エッチング可能部材はエッチング速度が異なる材料とすることにより、両側の構造体の要求厚みが異なる場合でも両面とも形状精度良く、容易に形成することができる。
【００６８】
さらに、振動板となる耐エッチング部材として樹脂部材を用いることで、振動板の剛性を低く形成することが可能となり、振動が構造体部に伝搬することなく、チャンネル間のクロストークによる噴射特性の不安定化を抑えることが可能となり、また振動板の厚膜化が可能となり、ピンホールができにくく、歩留まりを向上させることもできる。
【００６９】
また、振動板となる耐エッチング部材として金属部材を用いることで、形成される構造体部の剛性を高くすることが可能となり、振動板の振動が伝搬しても構造体部が変形することなく、チャンネル間のクロストークによる噴射特性の不安定化を抑えることができ、また、液室隔壁の剛性が上がるため、噴射効率も改善することができる。
【００７０】
さらに、エッチング可能部材として感光性樹脂部材を用いることで、構造体部の壁面形状をストレートにバラツキを抑えて形成することができ、形状のバラツキに起因する噴射特性バラツキを低減できる。
【００７１】
また、エッチング可能部材として感光性ガラス部材を用いることで、構造体部の壁面形状をストレートにバラツキを抑えて形成できるため、あわせて構造体部の剛性を高く保つこともできるため、噴射特性のバラツキが少なく、高効率で安定したヘッドが得られる。
【００７２】
また、エッチング可能部材としてシリコン部材を用いることで、構造体部の壁面形状を精度よく剛性を高く保って形成できるため、噴射特性のバラツキが少なく、高効率で安定したインクジェットヘッドを得ることができる。
【００７３】
この場合、加圧液室間及び駆動素子間を区画する壁面が表面に対して垂直な面として形成されていることで、構造体部の壁面形状を精剛性を高く保って精度良く、アスペクト比１以上の高集積で形成することができ、小型化、多ノズル化が可能で、高解像度の画像形成を実現できるインクジェットヘッドを得られる。
【００７４】
この場合、耐エッチング部材が酸化シリコンであることで、接着層が不要な積層部材を形成でき、工程を短縮することができ、噴射特性バラツキの少ない高効率で安価なインクジェットヘッドを得ることができる。
【００７５】
また、耐エッチング部材をシリコン基板に形成した高濃度ｐ型不純物拡散層とすることにより、接着層が不要で、かつ工程を短縮することができ、噴射特性バラツキの少ない高効率で安価なインクジェットヘッドを得られ、また、不純物量、拡散条件により、振動板の厚みをコントロールすることができ、ヘッドの噴射効率のコントロールが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したピエゾ型インクジェットヘッドの振動板長手方向に沿う断面説明図
【図２】同ヘッドの振動板短手方向に沿う断面説明図
【図３】同ヘッドの振動板部材の第１例をその製造工程ともに説明する説明図
【図４】同ヘッドの振動板部材の第２例をその製造工程ともに説明する説明図
【図５】同第２例の作用効果の説明に供する比較例を説明する説明図
【図６】同第２例の作用効果の説明に供する他の比較例を説明する説明図
【図７】同第２例の作用効果の説明に供する更に他の比較例を説明する説明図
【図８】同ヘッドの振動板部材の第３例をその製造工程ともに説明する説明図
【図９】同ヘッドの振動板部材の第４例をその製造工程ともに説明する説明図
【図１０】同ヘッドの振動板部材の第５例をその製造工程ともに説明する説明図
【図１１】同ヘッドの振動板部材の第６例をその製造工程ともに説明する説明図
【図１２】同ヘッドの振動板部材の第８例の説明に供する固体拡散法による高濃度ｐ型不純物層の形成工程を説明する説明図
【図１３】同ヘッドの振動板部材の第８例の説明に供する塗布拡散法による高濃度ｐ型不純物層の形成工程を説明する説明図
【符号の説明】
１…基板、２…圧電素子、３…フレーム、４…振動板部材、５…ノズル板、６…ノズル、７…加圧液室、８…流体抵抗部、９…共通インク室、１１…隔壁、１２…凸部、１３…厚肉部、２０…積層部材、２１、３１、４１、５１、６１、７１…耐エッチング部材、２２、２３、３２、３３…エッチング可能部材、４２、４３…ドライフィルム、５２、５３…感光性ガラス、６１、６２、７１、７２…シリコン基板、８３…高濃度ｐ型不純物層。

Claims

インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する加圧液室と、この加圧液室の壁面を形成する振動板と、この振動板を変形変位させる駆動手段とを備えたインクジェットヘッドにおいて、
前記振動板を形成する振動板部材は、少なくとも前記振動板となる耐エッチング部材と、この耐エッチング部材の両側を同一のエッチング液でエッチング可能な２つの部材で挟んだ３層以上の構造をなし、
前記耐エッチング部材の両側の各エッチング可能部材の一方が前記加圧液室の側壁部を形成し、他方が駆動手段と連結されて前記振動板に前記駆動手段の変形を伝達する凸部を形成している
ことを特徴とするインクジェットヘッド。
請求項１に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記耐エッチング部材の両側の各エッチング可能部材はエッチング速度が異なる材料であることを特徴とするインクジェットヘッド。
請求項１又は２に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記振動板となる耐エッチング部材が樹脂部材であることを特徴とするインクジェットヘッド。
請求項１又は２に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記振動板となる耐エッチング部材が金属部材であることを特徴とするインクジェットヘッド。
請求項１乃至４のいずれかに記載のインクジェットヘッドにおいて、前記エッチング可能部材が感光性樹脂部材であることを特徴とするインクジェットヘッド。
請求項１乃至４のいずれかに記載のインクジェットヘッドにおいて、前記エッチング可能部材が感光性ガラス部材であることを特徴とするインクジェットヘッド。
請求項１乃至４のいずれかに記載のインクジェットヘッドにおいて、前記エッチング可能部材がシリコン部材であることを特徴とするインクジェットヘッド。
請求項７に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記シリコン部材は結晶面方位（１１０）の単結晶シリコン基板であり前記加圧液室間及び駆動素子間を区画する壁面が表面に対して垂直な面として形成されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
請求項７又は８に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記耐エッチング部材が酸化シリコンであることを特徴とするインクジェットヘッド。
請求項７又は８に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記耐エッチング部材がシリコン基板に形成した高濃度ｐ型不純物拡散層であることを特徴とするインクジェットヘッド。