(57)【要約】【課題】  隔壁の先端部におけるクラックの発生を抑制できる液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供する。【解決手段】  液滴を噴射するノズル開口にそれぞれ連通する圧力発生室を少なくとも含む複数の個別流路１２、１３、１４と、各個別流路に液体を供給する共通流路３２と、前記各個別流路を区画する隔壁１１とを有する流路形成基板１０と、該流路形成基板の一方面側に形成される振動板と、該流路形成基板の一方面側に形成される圧力発生素子と、を具備し、前記隔壁の前記共通流路側の端部の幅方向両側には、前記振動板側から流路形成基板の厚み方向の途中まで突出した補強層が形成されている。【選択図】  図１
2010228271.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を噴射するノズル開口にそれぞれ連通する圧力発生室を少なくとも含む複数の個別流路と、各個別流路に液体を供給する共通流路と、前記各個別流路を区画する隔壁とを有する流路形成基板と、
該流路形成基板の一方面側に形成される振動板と、
該流路形成基板の一方面側に形成される圧力発生素子と、を具備し、
前記隔壁の前記共通流路側の端部の幅方向両側には、前記振動板側から流路形成基板の厚み方向の途中まで突出した補強層が形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
前記補強層が、前記個別流路の列設方向に亘って設けられていることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項３】
前記流路形成基板がシリコン基板からなり、前記補強層が前記シリコン基板に不純物を添加した部分からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項４】
前記不純物が、ボロン、リン及びゲルマニウムから選択された少なくとも一種であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズル開口から液滴を噴射する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関し、特に、液滴としてインク滴を噴射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に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体噴射ヘッドの代表例としては、ノズルからインク滴を噴射するインクジェット式記録ヘッドが挙げられる。このインクジェット式記録ヘッドとしては、例えば、複数のノズルが穿設されたノズルプレートと、各ノズルに連通する圧力発生室が複数形成された流路形成基板と、流路形成基板上に各圧力発生室に対応して振動板を介して設けられた圧電素子とを具備し、圧電素子により振動板を変形させて圧力発生室を加圧してノズルからインク滴を噴射させるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、特許文献１にも記載されているように、このようなインクジェット式記録ヘッドにおいては、各圧力発生室はインク供給路や連通路を介してリザーバーに連通している。つまり隔壁によって区画された各圧力発生室、インク供給路、連通路等で構成される個別流路が、複数の圧力発生室に共通する共通流路であるリザーバーに連通した構造となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２６１２１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような構造のインクジェット式記録ヘッドでは、各個別流路を区画する隔壁の先端部や、この先端部に対応する部分の振動板（第２の基材）にクラックが発生し易いといった問題がある。その原因の一つとしては、流路形成基板に生じる反りが挙げられる。例えば、流路形成基板とノズルプレートとが異なる材料からなると、これら流路形成基板とノズルプレートとの線膨張係数の差によって流路形成基板に反りが生じてしまう。そして、この反りによる応力が隔壁の先端部に集中し、隔壁の先端部や、その近傍の振動板にクラックが生じてしまう虞がある。隔壁の先端部や振動板にクラックが発生する原因はその他にもあると思われるが、何れの原因であるにしろ、隔壁の先端部やその近傍の振動板にクラックが発生し易い。
【０００６】
なおこのような問題は、インク滴を噴射するインクジェット式記録ヘッドだけでなく、勿論、インク以外の液体を噴射する他の液体噴射ヘッドにおいても、同様に存在する。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、隔壁の先端部におけるクラックの発生を抑制できる液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成する本発明の液体噴射ヘッドは、液滴を噴射するノズル開口にそれぞれ連通する圧力発生室を少なくとも含む複数の個別流路と、各個別流路に液体を供給する共通流路と、前記各個別流路を区画する隔壁とを有する流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に形成される振動板と、該流路形成基板の一方面側に形成される圧力発生素子と、を具備し、前記隔壁の前記共通流路側の端部の幅方向両側には、前記振動板側から流路形成基板の厚み方向の途中まで突出した補強層が形成されていることを特徴とする。
【０００９】
かかる本発明では、隔壁の端部の両側に補強層が設けられているので、隔壁の先端部に応力が集中しても、隔壁の先端部やその近傍の振動板にクラックが生じることが防止される。
【００１０】
ここで、前記補強層が、前記個別流路の列設方向に亘って設けられているのが好ましい。これによると、補強層が個別流路の列設方向に亘って連続して設けられているので、隔壁先端部への応力集中による振動板のクラック発生がより確実に防止される。
【００１１】
また、前記流路形成基板がシリコン基板からなり、前記補強層が前記シリコン基板に不純物を添加した部分からなるのが好ましい。これによると、シリコン基板に不純物が添加された部分はエッチングレートが著しく低下するので、ウエットエッチングにより補強層を比較的容易に形成できる。
【００１２】
また、前記不純物が、ボロン、リン及びゲルマニウムから選択された少なくとも一種であるのが好ましい。これによると、ボロン、リン及びゲルマニウムから選択された少なくとも一種からなる不純物の添加により、エッチングレートが著しく低下し、ウエットエッチングにより補強層をより確実に形成できる。
【００１３】
また、本発明の液体噴射装置は、上述した液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする。かかる本発明では、ヘッドの破壊を抑え、信頼性を向上した液体噴射装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態１に係る記録ヘッドの分解斜視図。
【図２】実施形態１に係る記録ヘッドの平面図及び断面図。
【図３】実施形態１に係る隔壁の先端部を図１とは反対側から表す概略斜視図。
【図４】実施形態１の変形例に係る隔壁の先端部を示す概略斜視図。
【図５】一実施形態に係るインクジェット式記録装置を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの概略構成を示す分解斜視図であり、図２は、図１の平面図及びそのＡ−Ａ′断面図である。また、図３は、隔壁の先端部を示す概略斜視図である。
【００１６】
図示するように、流路形成基板１０は、本実施形態では結晶面方位が（１１０）であるシリコン単結晶基板からなり、その一方面には予め熱酸化により形成した酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる弾性膜５０が形成されている。流路形成基板１０には、隔壁１１によって区画された複数の圧力発生室１２を含む個別流路がその幅方向に並設されている。例えば、本実施形態では、流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向一端部側には、隔壁１１によって区画され各圧力発生室１２に連通するインク供給路１３と連通路１４とが設けられており、これら圧力発生室１２、インク供給路１３及び連通路１４で個別流路が構成されている。さらに、連通路１４の外側には、各個別流路を構成する連通路１４とそれぞれ連通する連通部１５が設けられている。なお、連通部１５は、後述する保護基板３０のリザーバー部３２と連通してリザーバー１００を構成する。
【００１７】
インク供給路１３は、その幅方向の断面積が圧力発生室１２の幅方向の断面積よりも狭くなるように形成されており、連通部１５から圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。例えば、本実施形態では、インク供給路１３は圧力発生室１２の幅より小さい幅で形成されている。また、各連通路１４は、圧力発生室１２の幅方向両側の隔壁１１を連通部１５側に延設してインク供給路１３と連通部１５との間の空間を区画することで形成されている。この連通路１４は、インク供給路１３の幅よりも広い幅、例えば、本実施形態では、圧力発生室１２と略同一幅で形成されている。すなわち、連通路１４は、インク供給路１３の幅方向の断面積よりも広い幅方向の断面積を有する。
【００１８】
ここで、本実施形態では、流路形成基板１０は、上述したように結晶面方位が（１１０）であるシリコン単結晶基板からなり、圧力発生室１２等の流路は、この流路形成基板１０を、例えば、ＫＯＨ水溶液等のエッチング液によって異方性エッチングすることによって形成されている。このため、例えば、圧力発生室１２の側面は、（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）面とで形成されている。また、流路形成基板１０を異方性エッチングすることによって流路を形成した場合、圧力発生室１２等の個別流路を画成する隔壁１１の先端部には、（１１０）面に垂直な二つの（１１１）面によって約７０度の鋭角な隅部１６を有することになるが、当該隅部１６の厚さ方向の弾性膜５０側は、隅部１６から幅方向両側に連続して延設され個別流路の並設（列設）方向に亘って補強部１７が設けられている。すなわち、補強部１７は、弾性膜５０から流路形成基板１０の厚さ方向の途中まで、例えば、数μｍ程度の厚さで個別流路の並設方向に亘って設けられている。また、補強部１７の隔壁１１の長手方向の寸法は、特に限定されないが、連通部１５の一部又は連通部１５の長さとすればよいが、インク供給路１３に対向する領域まで延設するように設けてもよい。
【００１９】
かかる補強部１７は、圧力発生室１２等の流路を異方性エッチングで形成する際、流路形成の最終段階をドライエッチングで行うことにより形成してもよいが、補強部１７に相当する領域に不純物を高濃度にドープしておき、異方性エッチングの際に隔壁１１と同時に形成するようにしてもよい。本実施形態では、補強部１７に相当する領域に予めボロン（Ｂ＋）を高濃度で添加したボロンドープ層を形成してこれをエッチングストップ層とし、圧力発生室１２等の流路を異方性エッチングで形成する際にボロンドープ層がエッチングされずに残留して補強部１７となるようにした。
【００２０】
ここで、ボロンドープ層は、ボロンを拡散する領域に開口部を有する酸化シリコン又はレジスト層をマスクとし、例えば、ボロン拡散炉の中で流路形成基板１０を複数のボロンターゲットで挟み込み、約１０００℃〜１２００℃でボロンを拡散させることにより形成することができる。なお、Ｂ＋の濃度は、例えば、２×１０２０／ｃｍ３以上であり、このような高濃度とすることにより、ＫＯＨによるエッチングレートを１／１００程度とすることができる。
【００２１】
また、不純物としては、ボロンの他、リンやゲルマニウムを用いることができ、また、複数一緒にドープしてもよい。例えば、ボロンとゲルマニウムをドープすると、ボロン単独と比較して、エッチングストップ層としての機能は同等であるが、残留応力が低下するという利点がある。
【００２２】
このような補強部１７を設けることにより、隔壁１１の先端面近傍での応力集中による振動板へのクラックの発生が防止される。
【００２３】
また、本実施形態では、補強部１７は、各隔壁１１の先端部を連結するように流路の並設方向に亘って設けられているが、各隔壁１１毎に分割して設けてもよい。
【００２４】
例えば、図４に示すように、各隔壁１１の先端部の隅部１６毎に、幅方向外側に延びる補強部１７Ａとしてもよい。
【００２５】
これによっても、上述した実施形態と同様に、隅部１６に応力が集中した場合にも補強部１７Ａによって応力が緩和され、応力集中による振動板のクラック発生が防止される。
【００２６】
流路形成基板１０の開口面側には、各圧力発生室１２のインク供給路１３とは反対側の端部近傍に連通するノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が、接着剤や熱溶着フィルム等によって固着されている。なお、ノズルプレート２０は、例えば、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等からなる。
【００２７】
一方、このような流路形成基板１０のノズルプレート２０とは反対側の面の弾性膜５０上には、絶縁体膜５５が形成されている。さらに、この絶縁体膜５５上には、下電極膜６０と、圧電体層７０と、上電極膜８０とからなる圧電素子３００が形成されている。なお、一般的には、圧電素子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層７０を各圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。本実施形態では、下電極膜６０を圧電素子３００の共通電極とし、上電極膜８０を圧電素子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。
【００２８】
また、各圧電素子３００の上電極膜８０には、流路形成基板１０のインク供給路１３側に延設された金（Ａｕ）等のリード電極９０がそれぞれ接続されている。このリード電極９０を介して各圧電素子３００に選択的に電圧が印加される。
【００２９】
さらに、圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上には、圧電素子３００に対向する領域に、圧電素子３００を保護するための圧電素子保持部３１を有する保護基板３０が接着剤３５によって接合されている。なお、圧電素子保持部３１は、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有していればよく、当該空間は密封されていても、密封されていなくてもよい。また、連通部１５に対向する領域には、保護基板３０を厚さ方向に貫通するリザーバー部３２が設けられている。このリザーバー部３２は、上述したように、流路形成基板１０の連通部１５と連通されて各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバー１００を構成している。また、本実施形態では、保護基板３０の圧電素子保持部３１とリザーバー部３２との間の領域には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられており、この貫通孔３３内に下電極膜６０の一部及びリード電極９０の先端部が露出されている。
【００３０】
なお、保護基板３０としては、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラス、セラミック材料等を用いることが好ましく、本実施形態では、流路形成基板１０と同一材料の面方位（１１０）のシリコン単結晶基板を用いて形成した。
【００３１】
また、保護基板３０上には、圧電素子３００を駆動するための駆動回路２００が実装されている。この駆動回路２００としては、例えば、回路基板や半導体集積回路（ＩＣ）等が挙げられる。そして、駆動回路２００とリード電極９０とがボンディングワイヤ等の導電性ワイヤからなる接続配線２１０を介して電気的に接続されている。また、保護基板３０上には、封止膜４１及び固定板４２とからなるコンプライアンス基板４０が接合されている。ここで、封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料（例えば、厚さが６μｍのポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルム）からなり、この封止膜４１によってリザーバー部３２の一方面が封止されている。また、固定板４２は、金属等の硬質の材料（例えば、厚さが３０μｍのステンレス鋼（ＳＵＳ）等）で形成される。この固定板４２のリザーバー１００に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部４３となっているため、リザーバー１００の一方面は可撓性を有する封止膜４１のみで封止されている。
【００３２】
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、図示しない外部インク供給手段からインクを取り込み、リザーバー１００からノズル開口２１に至るまで内部をインクで満たした後、駆動回路２００からの記録信号に従い、圧力発生室１２に対応するそれぞれの下電極膜６０と上電極膜８０との間に電圧を印加し、弾性膜５０、絶縁体膜５５、下電極膜６０及び圧電体層７０をたわみ変形させることにより、各圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口２１からインク滴が噴射される。
【００３３】
（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、流路形成基板に形成される液体流路の形状、特に、隔壁の先端部の形状に特徴を有するものであり、それ以外の構成は、特に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、圧力発生手段として圧電素子を具備するインクジェット式記録ヘッドを例示したが、圧力発生手段は、これに限定されず、例えば、振動板と電極を所定の隙間を開けて配置し、静電気力で振動板の振動を制御する、いわゆる静電アクチュエーターであってもよい。
【００３４】
なお、上述した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５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。
【００３５】
図５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噴射するものとしている。そして、駆動モーター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。
【００３６】
また、上述の実施形態では、液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを挙げて本発明を説明したが、本発明は広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにも勿論適用することができる。その他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（電界放出ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。
【符号の説明】
【００３７】
１０  流路形成基板、  １２  圧力発生室、  １３  インク供給路、  １４  連通路、  １５  連通部、  １６  隅部、  １７，１７Ａ  補強部、  ２０  ノズルプレート、  ２１  ノズル開口、  ３０  保護基板、  ３１  圧電素子保持部、  ３２  リザーバー部、  ４０  コンプライアンス基板、  ５０  弾性膜、  ５５  絶縁体膜、  ６０  下電極膜、  ７０  圧電体層、  ８０  上電極膜、  ９０  リード電極、  １００  リザーバー、  ３００  圧電素子
【図１】
2010228271.tif 000003
【図２】
2010228271.tif 000004
【図３】
2010228271.tif 000005
【図４】
2010228271.tif 000006
【図５】
2010228271.tif 000007