(57)【要約】【課題】振動板の強度を向上して信頼性を向上することができる液体噴射ヘッド、液体噴射装置及びアクチュエータを提供する。【解決手段】液体を吐出するノズル開口に連通する圧力発生室１２が設けられた流路形成基板１０と、流路形成基板１０上に設けられ変形可能に構成された振動膜を少なくとも一枚備える振動板５０と、振動板５０を変形させて圧力発生室１２内の圧力を変動させる圧力発生部材とを具備し、振動膜は、振動膜の両側表面の少なくとも圧力発生室１２に対向する部分に、内部応力が主成分領域５４に比べて大きい圧縮応力である圧縮応力領域５３を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出するノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板と、前記流路形成基板上に設けられ変形可能に構成された振動膜を少なくとも一枚備える振動板と、前記振動板を変形させて前記圧力発生室内の圧力を変動させる圧力発生部材とを具備し、
前記振動膜は、当該振動膜の両側表面の少なくとも前記圧力発生室に対向する部分に、内部応力が主成分領域に比べて大きい圧縮応力である圧縮応力領域を備えることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
前記圧縮応力領域が、前記振動膜の両側表面全体に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】
前記振動膜が、二酸化シリコンで形成され、
前記圧縮応力領域が、不純物としてシリコン原子よりも原子半径の大きい材料がドープされることで形成されてい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、カルシウム、チタン、ゲルマニウム、ニッケル、コバルト、モリブデン、タンタル、及びタングステンからなる群から選択される少なくとも一種の材料であることを特徴とする請求項３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。
【請求項６】
基板上に設けられ変形可能に構成された振動膜を少なくとも一枚備える振動板と、前記振動板を変形させる圧力発生部材とを具備し、
前記振動膜は、当該振動膜の両側表面全体に、内部応力が主成分領域に比べて大きい圧縮応力である圧縮応力領域を備えることを特徴とするアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズル開口から液体を噴射する液体噴射ヘッド、液体噴射装置及び基板上に設けられる振動膜とこの振動膜を変形させる圧力発生手段とを備えるアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
液体噴射ヘッドの代表的な例としては、ノズル開口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。こうしたインクジェット式記録ヘッドとしては、変形可能に構成された振動板と、この振動板を変形させる圧力発生手段とで構成されたアクチュエータを利用して、ノズル開口からインク滴を噴射させるように構成されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１のインクジェット式記録ヘッドでは、インクが貯留された圧力発生室の一方面を振動板で構成し、圧力発生手段の一種である圧電素子でこの振動板を変形させて圧力発生室内のインクを加圧することで、圧力発生室に連通するノズル開口からのインク滴の噴射を実現している。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１４４５９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述した特許文献１に代表されるような従来のインクジェット式記録ヘッドでは、一般に、振動板は、圧電素子の駆動に伴う繰り返し変位による疲労等の外部要因で、表面にクラックが発生してしまう可能性があり、一度表面にクラックが生じてしまうと、圧電素子の駆動に伴って変位する際に振動板自身に生じる引張応力でクラックが内部にまで伸展してしまい、破壊にまで至ってしまう虞があった。
【０００５】
このような問題は、インクを噴射するインクジェット式記録ヘッドだけでなく、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにおいても同様に存在する。また、このような問題は、基板上に設けられる振動膜とこの振動膜を変形させる圧力発生手段とを具備するアクチュエータにおいても同様に存在する。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑み、振動板の強度を向上して信頼性を向上することができる液体噴射ヘッド、液体噴射装置及びアクチュエータ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】
【０００７】
上記課題を解決する本発明の態様は、液体を吐出するノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板と、前記流路形成基板上に設けられ変形可能に構成された振動膜を少なくとも一枚備える振動板と、前記振動板を変形させて前記圧力発生室内の圧力を変動させる圧力発生部材とを具備し、前記振動膜は、当該振動膜の両側表面の少なくとも前記圧力発生室に対向する部分に、内部応力が主成分領域に比べて大きい圧縮応力である圧縮応力領域を備えることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる態様では、振動膜に圧縮応力領域が設けられていることにより、何らかの外部要因で振動膜表面にクラックが生じたとしても、生じたクラックが振動膜内部にまで伸展しにくくなる。これにより、振動板の一部を構成する振動膜が破壊しにくくなるので、結果として振動板の強度及び耐久性も、従来の液体噴射ヘッドの振動板に比べて向上される。したがって、本態様によれば、信頼性の高い液体噴射ヘッドを実現することができる。
【０００８】
ここで、前記圧縮応力領域が、前記振動膜の両側表面全体に設けられていることが好ましい。これによれば、振動膜の圧力発生室に対向していない部分においても、クラックが伸展しにくくなるので、振動膜の強度及び耐久性がさらに向上される。したがって、振動板の強度及び耐久性もさらに向上され、さらに信頼性の高い液体噴射ヘッドを実現することができる。
【０００９】
また、前記振動膜が、二酸化シリコンで形成され、前記圧縮応力領域が、不純物としてシリコン原子よりも原子半径の大きい材料がドープされることで形成されていることが好ましい。これによれば、二酸化シリコンで形成された振動膜に対して不純物をドープさせた後に、不純物をドープさせた部分に生じた構造の変化が矯正されるような熱処理工程が存在しても、不純物をドープさせた部分に比較的大きい圧縮応力を残留させることができる。
【００１０】
この場合、前記不純物が、カルシウム、チタン、ゲルマニウム、ニッケル、コバルト、モリブデン、タンタル、及びタングステンからなる群から選択される少なくとも一種の材料であることが好ましい。これによれば、二酸化シリコンで形成された膜に対して不純物をドープさせた後に、不純物をドープさせた部分に生じた構造の変化が矯正されるような熱処理工程が存在しても、不純物をドープさせた部分に比較的大きい圧縮応力を残留させることができる。
【００１１】
また、本発明の他の態様は、上述した態様の液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置にある。かかる態様によれば、信頼性に優れた液体噴射装置を実現できる。
【００１２】
さらに、本発明の他の態様は、基板上に設けられ変形可能に構成された振動膜を少なくとも一枚備える振動板と、前記振動板を変形させる圧力発生部材とを具備し、前記振動膜は、当該振動膜の両側表面全体に、内部応力が主成分領域に比べて大きい圧縮応力である圧縮応力領域を備えることを特徴とするアクチュエータにある。
かかる態様では、振動膜に圧縮応力領域が設けられていることにより、何らかの外部要因で振動膜表面にクラックが生じたとしても、生じたクラックが振動膜内部にまで伸展しにくくなる。これにより、振動板の一部を構成する振動膜が破壊しにくくなるので、結果として振動板の強度及び耐久性も、従来のアクチュエータの振動板に比べて向上される。したがって、本態様によれば、信頼性の高いアクチュエータを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施の形態に基づき詳細に説明する。
（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の平面図及び圧力発生室の長手方向の断面図である。また、図３は、図２（ｂ）の要部拡大図である。
【００１４】
流路形成基板１０は、本実施形態では結晶面方位が（１１０）面のシリコン単結晶基板からなる。
【００１５】
そして図１に示すように、流路形成基板１０には、他方面側から異方性エッチングすることにより、複数の隔壁１１によって区画された圧力発生室１２がその幅方向（短手方向）に並設されている。また、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、インク供給路１３と連通路１４とが隔壁１１によって区画されている。また、連通路１４の一端には、各圧力発生室１２の共通のインク室（液体室）となるリザーバ１００の一部を構成する連通部１５が形成されている。すなわち、流路形成基板１０には、圧力発生室１２、インク供給路１３、連通路１４、及び連通部１５からなる液体流路が設けられている。
【００１６】
インク供給路１３は、圧力発生室１２の長手方向一端部側に連通し且つ圧力発生室１２より小さい断面積を有する。例えば、本実施形態では、インク供給路１３は、リザーバ１００と各圧力発生室１２との間の圧力発生室１２側の流路を幅方向に絞ることで、圧力発生室１２の幅より小さい幅で形成されており、連通路１４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。なお、このように、本実施形態では、流路の幅を片側から絞ることでインク供給路１３を形成したが、流路の幅を両側から絞ることでインク供給路を形成してもよい。また、流路の幅を絞るのではなく、厚さ方向から絞ることでインク供給路を形成してもよい。さらに、各連通路１４は、インク供給路１３の圧力発生室１２とは反対側に連通し、インク供給路１３の幅方向（短手方向）より大きい断面積を有する。本実施形態では、連通路１４を圧力発生室１２と同じ断面積で形成した。
【００１７】
すなわち、流路形成基板１０には、圧力発生室１２と、圧力発生室１２の短手方向の断面積より小さい断面積を有するインク供給路１３と、このインク供給路１３に連通するとともにインク供給路１３の短手方向の断面積よりも大きい断面積を有する連通路１４とが複数の隔壁１１により区画されて設けられている。
【００１８】
上述のように設けられた流路形成基板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、ステンレス鋼等からなる。
【００１９】
そして、流路形成基板１０の開口面とは反対側には、変形可能に構成された振動板５０が設けられている。
【００２０】
振動板５０は、本実施形態では、流路形成基板１０に連続して設けられた弾性膜５１と、弾性膜５１の流路形成基板１０とは反対側の面に設けられた絶縁体膜５２とからなる。そして、これら弾性膜５１と絶縁体膜５２とが、振動膜として機能している。
【００２１】
弾性膜５１は、変形可能に構成された膜状の部材である。そして、弾性膜５１は、流路形成基板１０に連続して設けられ、圧力発生室１２の一方面を構成している。本実施形態では、弾性膜５１は、流路形成基板１０を熱酸化することで流路形成基板１０の表面に設けられた二酸化シリコンで形成されている。また弾性膜５１は、両側表面全体に圧縮応力領域５３が設けられており、圧縮応力領域５３以外の部分が主成分領域５４となっている。
【００２２】
主成分領域５４は、本実施形態では、弾性膜５１の主成分を構成する材料で構成された部分であって、具体的には、流路形成基板１０を熱酸化することで流路形成基板１０の表面に設けられた二酸化シリコンで構成されている。主成分領域５４の内部応力は、圧縮応力であっても、或いは引張応力であっても構わない。
【００２３】
圧縮応力領域５３は、内部応力が主成分領域５４の内部応力に比べて大きい圧縮応力である部分である。詳述すると、圧縮応力領域５３は、主成分領域５４の内部応力が圧縮応力である場合は、内部応力が、主成分領域５４の内部応力よりも大きい圧縮応力となっている。また、主成分領域５４の内部応力が引張応力である場合は、圧縮応力領域５３の内部応力が、主成分領域５４よりも大きい圧縮応力であり、且つ圧縮応力領域５３と主成分領域５４の応力の和が圧縮応力となっている。そして、圧縮応力領域５３は、上述したように本実施形態では、弾性膜５１の両側表面全体に設けられている。この圧縮応力領域５３は、具体的には、流路形成基板１０を熱酸化することで流路形成基板１０の表面に設けられた二酸化シリコン膜に対し、弾性膜５１のそれぞれの端面から所定深さまで不純物がドープされて形成されている。これにより、ドープした部分がドープされなかった部分よりも大きい圧縮応力を有するように構造が変化する。すなわち、本実施形態では、流路形成基板１０表面に設けられた二酸化シリコン膜において、不純物がドープされた部分が圧縮応力領域５３、ドープされなかった部分が主成分領域５４となっている。ドープする不純物としては、本実施形態では、シリコン原子よりも原子半径の大きい材料であるカルシウムが用いられている。詳しくは後述するが、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドを作製する場合は、二酸化シリコンで形成された弾性膜５１に対して不純物をドープさせた後に、不純物をドープさせた部分に生じた構造の変化が矯正されるような熱処理工程が存在するからである。
【００２４】
上述したように構成された弾性膜５１では、表面の圧縮応力領域５３部分に何らかの外部要因でクラックが生じたとしても、従来の圧縮応力領域５３が存在していない弾性膜５１よりもクラックが伸展しにくくなる。弾性膜５１の変形時に弾性膜５１自身に生じる引張応力が、圧縮応力領域５３で相殺されるからである。
【００２５】
そして、このように構成された弾性膜５１上には、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）等からなる絶縁体膜５２が、積層形成されている。この絶縁体膜５２が、上述した弾性膜５１と共に、振動板５０を構成している。
【００２６】
そして、絶縁体膜５２上には、例えば白金（Ｐｔ）やイリジウム（Ｉｒ）等からなる下電極膜６０と、圧電材料の一例であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなる圧電体層７０と、例えば白金（Ｐｔ）やイリジウム（Ｉｒ）等からなる上電極膜８０とが積層形成されて、弾性膜５１を変形させて圧力発生室１２内に圧力を付与する圧力発生手段である圧電素子３００を構成している。ここでは、圧電素子３００と当該圧電素子３００の駆動により変位が生じる振動板５０とを合わせてアクチュエータと称する。
【００２７】
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、図１、図２に示すように、下電極膜６０を複数の圧力発生室１２に対向する領域に亘って連続して設けることで、複数の圧電素子３００の共通電極とし、上電極膜８０及び圧電体層７０を各圧電素子３００毎に切り分けることで、上電極膜８０を各圧電素子３００の個別電極としている。
【００２８】
また、圧電素子３００の個別電極である各上電極膜８０には、インク供給路側の端部近傍から引き出され、絶縁体膜５２上まで延設される、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０が接続されている。
【００２９】
このような圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上、すなわち下電極膜６０、弾性膜５１及びリード電極９０上には、リザーバ１００の少なくとも一部を構成するリザーバ部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。リザーバ部３１は、本実施形態では、保護基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２の幅方向に亘って形成されており、上述の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１００を構成している。また、流路形成基板１０の連通部１５を圧力発生室１２毎に複数に分割して、リザーバ部３１のみをリザーバとしてもよい。さらに、例えば、流路形成基板１０に圧力発生室１２のみを設け、流路形成基板１０と保護基板３０との間に介在する部材（例えば、弾性膜５１、絶縁体膜５２等）にリザーバと各圧力発生室１２とを連通するインク供給路１３を設けるようにしてもよい。
【００３０】
また、保護基板３０の圧電素子３００に対向する領域には、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有する圧電素子保持部３２が設けられている。圧電素子保持部３２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。
【００３１】
このような保護基板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と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成した。
【００３２】
また、保護基板３０には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられている。そして、各圧電素子３００から引き出されたリード電極９０の端部近傍は、貫通孔３３内に露出するように設けられている。
【００３３】
また、保護基板３０上には、並設された圧電素子３００を駆動するための駆動回路１２０が固定されている。この駆動回路１２０としては、例えば、回路基板や半導体集積回路（ＩＣ）等を用いることができる。そして、駆動回路１２０とリード電極９０とは、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１２１を介して電気的に接続されている。
【００３４】
また、このような保護基板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、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によってリザーバ部３１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、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。
【００３５】
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と接続したインク導入口からインクを取り込み、リザーバ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１２０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、圧電素子３００で、振動板５０を撓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からインク滴が吐出する。
【００３６】
上述したような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、例えば、図４〜図７に示すような手順で作製することができる。なお、図４〜図７は、流路形成基板用ウェハの圧力発生室の長手方向の断面図である。
【００３７】
まず、図４（ａ）に示すように、シリコンウェハである流路形成基板用ウェハ１１０の表面に、酸化膜である数μｍの厚さの二酸化シリコン膜５５を形成する。二酸化シリコン膜５５の形成方法は、特に限定されないが、例えば、流路形成基板用ウェハ１１０を拡散炉等で熱酸化することにより比較的容易に形成することができる。本実施形態でも、流路形成基板用ウェハ１１０を熱酸化することで二酸化シリコン膜５５を形成した。
【００３８】
次に、図４（ｂ）に示すように、二酸化シリコン膜５５に、圧縮応力領域５３を形成する。この圧縮応力領域５３は、本実施形態では、イオン注入法で、二酸化シリコン膜５５に対してカルシウムをドープすることで形成した。なお、イオン注入法は、半導体に対して不純物をドープする際に広く行われている方法であって、ドープする不純物に付与する加速エネルギーを変化させることで注入深さを変化させることができる。また、その注入深さは、一般にｎｍオーダー〜数μｍオーダーである。本実施形態では二酸化シリコン膜５５が数μｍの厚さである。したがって、二酸化シリコン膜５５の表面側から、二酸化シリコン膜５５の両面全体にそれぞれカルシウムをドープした。この工程により、二酸化シリコン膜５５の、カルシウムがドープされた部分が圧縮応力領域５３となり、カルシウムがドープされない部分が主成分領域５４となる。すなわち、この工程により弾性膜５１が形成される。もちろん、カルシウム以外の元素をイオン注入してもよい。
【００３９】
次に、図４（ｃ）に示すように、この弾性膜５１上に、例えば、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５２を形成する。具体的には、弾性膜５１上に、例えば、スパッタ法等によりジルコニウム（Ｚｒ）層を形成後、このジルコニウム層を、例えば、５００〜１２００℃の拡散炉で熱酸化することにより酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）からなる絶縁体膜５２を形成する。
【００４０】
次に、図５（ａ）に示すように、例えば、白金とイリジウムとを絶縁体膜５２上に積層することにより下電極膜６０を形成した後、この下電極膜６０を所定形状にパターニングする。
【００４１】
そして、図５（ｂ）に示すように、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなる圧電体層７０と、例えば、イリジウムからなる上電極膜８０とを流路形成基板用ウェハ１１０の全面に形成し、図５（ｃ）に示すように、これら圧電体層７０及び上電極膜８０を、各圧力発生室１２に対向する領域にパターニングして圧電素子３００を形成する。なお、圧電体層７０の形成方法は、特に限定されないが、例えば、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層７０を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて圧電体層７０を形成した。
【００４２】
ここで、上述した絶縁体膜５２を形成する工程、及び圧電体層７０を形成する工程では、比較的高い熱が弾性膜５１に加えられる。したがって、これらの工程の際には、二酸化シリコン膜５５の、不純物をドープさせた部分に生じた構造の変化が矯正され、構造の変化に伴って生じていた圧縮応力が減少する。しかしながら、不純物がシリコン原子よりも原子半径の大きいカルシウムであるので、二酸化シリコン膜５５の、カルシウムをドープさせた部分における構造の変化は多少矯正されるものの、その矯正の度合いは比較的小さい。これにより、二酸化シリコン膜５５の、カルシウムをドープさせた部分に生じた圧縮応力の減少量は比較的小さく、二酸化シリコン膜５５の、カルシウムをドープさせた部分に残留する圧縮応力が比較的大きくなる。したがって、二酸化シリコン膜５５の、カルシウムをドープさせた部分は、圧縮応力領域５３として良好に機能する。
【００４３】
次に、図６（ａ）に示すように、例えば、金（Ａｕ）等の金属層９１からなるリード電極９０を形成する。すなわち、流路形成基板用ウェハ１１０の全面に亘って金属層９１を形成すると共に、この金属層９１を各圧電素子３００毎にパターニングすることによってリード電極９０を形成する。
【００４４】
次に、図６（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の圧電素子３００側に、シリコンウェハである保護基板用ウェハ１３０を接着剤３５によって接合する。なお、この保護基板用ウェハ１３０には、圧電素子保持部３２、リザーバ部３１及び貫通孔３３が予め形成されている。
【００４５】
次に、図６（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の保護基板用ウェハ１３０とは反対面側を加工して、流路形成基板用ウェハ１１０を所定の厚みとする。
【００４６】
次に、図７（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の表面に、圧力発生室１２等のインク流路を形成する際のマスクとなる所定パターンの保護膜５６を形成し、図７（ｂ）に示すように、この保護膜５６をマスクとして流路形成基板用ウェハ１１０を異方性エッチング（ウェットエッチング）することにより、圧力発生室１２、インク供給路１３、連通路１４及び連通部１５を形成する。
【００４７】
その後は、図示は省略するが、流路形成基板用ウェハ１１０及び保護基板用ウェハ１３０の外周縁部の不要部分を、例えば、ダイシング等により切断することによって除去する。そして、流路形成基板用ウェハ１１０の保護基板用ウェハ１３０とは反対側の面にノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０を接合すると共に、保護基板用ウェハ１３０にコンプライアンス基板４０を接合し、流路形成基板用ウェハ１１０等を図１に示すような一つのチップサイズの流路形成基板１０等に分割する。上述したような手順を踏むことで、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドは作製できる。
【００４８】
本実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、弾性膜５１表面に、圧縮応力領域５３が設けられているので、何らかの外部要因で弾性膜５１表面にクラックが生じたとしても、従来よりも、生じたクラックが弾性膜５１の内部にまで伸展しにくくなる。クラックが伸展する原因が、弾性膜５１の変形時に弾性膜５１自身に生じる引張応力であり、本実施形態では、その引張応力が圧縮応力領域５３の内部応力である程度相殺されるからである。これにより、振動板５０の一部を構成する振動膜が破壊しにくくなるので、結果として振動板５０の強度及び耐久性も、従来のインクジェット式記録ヘッドの振動板に比べて向上される。したがって、本実施形態によれば、信頼性の高いインクジェット式記録ヘッドを実現することができる。そればかりでなく、本実施形態では、圧縮応力領域５３が、弾性膜５１の両側表面全体に設けられているので、弾性膜５１の圧力発生室１２に対向していない部分においてもクラックが伸展しにくくなり、弾性膜５１の破壊がさらに確実に抑制される。
【００４９】
なお、こうした圧縮応力領域５３による振動膜の破壊の抑制は、圧縮応力領域５３が振動膜内に一体的に存在していないと達成されない。例えば、振動膜である弾性膜５１の上に内部応力が圧縮応力である膜を配設しても、弾性膜５１自身の破壊強度は向上されない。本実施形態では、弾性膜５１の両側表面に圧縮応力領域５３が存在するので、弾性膜５１が従来よりも破壊しにくくなっている。
【００５０】
また、本実施形態では、弾性膜５１が二酸化シリコンで形成され、圧縮応力領域５３は、不純物としてシリコン原子よりも原子半径の大きい材料であるカルシウムがドープされることで形成されている。これにより、二酸化シリコンで形成された弾性膜５１に対してカルシウムをドープさせた後に、ドープさせた部分の構造の変化が矯正されるような熱処理工程が存在する本実施形態のインクジェット式記録ヘッドにおいても、カルシウムをドープさせた部分に、圧縮応力領域５３として良好に機能する程度の比較的大きい圧縮応力を残留させることができる。
【００５１】
以上、本実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドについて説明したが、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、上述した説明に限定されるものではない。
【００５２】
例えば、本実施形態では、圧縮応力領域５３を形成するために母材にドープした不純物はカルシウムであった。しかしながら、シリコン原子よりも大きい原子半径を有する材料であれば、ドープする不純物はカルシウムに限定されるものではない。例えば、チタン、ゲルマニウム、ニッケル、コバルト、モリブデン、タンタル、又はタングステン等でもよい。
【００５３】
（実施形態２）
図８は、本発明の実施形態２に係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の断面図と、圧力発生室の幅方向の断面図である。下記に示すように本実施形態は、振動膜部分の変形例である。また、本実施形態では、実施形態１と同一の部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００５４】
図示するように、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、圧縮応力領域５３Ａが、弾性膜５１Ａの両側表面の圧力発生室１２に対向した位置にのみ設けられている。すなわち、弾性膜５１Ａにおいて最も変形する部分である圧力発生室１２に対向する部分のみに、圧縮応力領域５３Ａが形成されている。なお、弾性膜５１Ａの圧縮応力領域５３以外の部分が主成分領域５４Ａとなっている。また、本実施形態の圧縮応力領域５３Ａは、実施形態１と同様に、流路形成基板１０を熱酸化させて形成した二酸化シリコン膜に対して、シリコン原子よりも原子半径の大きいカルシウムを不純物としてドープすることで形成されている。
【００５５】
本実施形態のように、弾性膜５１Ａ圧力発生室１２に対向する部分のみに圧縮応力領域５３Ａが設けられている構成であっても、何らかの外部要因で弾性膜５１Ａ表面にクラックが生じた場合、従来よりも、生じたクラックが弾性膜５１Ａの内部にまで伸展しにくくなる。これにより、振動板５０Ａの一部を構成する振動膜が破壊しにくくなるので、結果として振動板５０Ａの強度及び耐久性も、従来のインクジェット式記録ヘッドの振動板に比べて向上される。したがって、本実施形態によれば、信頼性の高いインクジェット式記録ヘッドを実現することができる。
【００５６】
以上、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドについて説明したが、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドは上述の説明に限定されるものではない。
【００５７】
例えば、本実施形態の圧縮応力領域５３Ａは、実施形態１と同様に、流路形成基板１０を熱酸化させて形成した二酸化シリコン膜に対して、不純物として、シリコン原子よりも原子半径の大きい材料であるカルシウムをドープすることで構成した。しかしながら、本実施形態の構成では、二酸化シリコン膜にドープする不純物は、カルシウムでなくても、またシリコン原子よりも原子半径の大きい材料でなくてもよい場合が存在する。具体的には、実施形態１で説明した作製手順において、イオン注入法で圧縮応力領域５３Ａを形成する工程を、圧力発生室１２を形成した後に、圧力発生室１２側から行う場合は、ドープする不純物はカルシウムでなくても、またシリコン原子よりも原子半径の大きい材料でなくても構わない。これは、不純物をドープさせた後に、不純物をドープさせた部分に生じた構造の変化が矯正されるような熱が加えられる工程が存在しないので、不純物がドープされた際に不純物をドープさせた部分に圧縮応力領域５３Ａとして良好に機能する程度の圧縮応力がそのまま残留するからである。したがって、本実施形態の構成において、イオン注入法で圧縮応力領域５３Ａを形成する工程を、圧力発生室１２を形成した後に、圧力発生室１２側から行う場合には、二酸化シリコン膜にドープする不純物は、カルシウムでなくても、またシリコン原子よりも原子半径の大きい材料でなくても構わない。
【００５８】
（他の実施形態）
以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。
【００５９】
例えば、上述した実施形態では、振動板５０，５０Ａを構成する振動膜である弾性膜５１，５１Ａ及び絶縁体膜５２のうち、弾性膜５１，５１Ａに圧縮応力領域５３，５３Ａが設けられている例を示した。しかしながら、圧縮応力領域５３，５３Ａは、絶縁体膜５２に設けられていてもよい。また、弾性膜５１，５１Ａ及び絶縁体膜５２の両方に、圧縮応力領域５３，５３Ａが形成されていてもよい。
【００６０】
また、上述した実施形態では、振動板５０，５０Ａを構成する振動膜が２枚である例を示したが、勿論、３枚以上であっても構わない。
【００６１】
また、上述した実施形態の弾性膜５１の主成分を構成する材料は、二酸化シリコンであったが、酸化アルミニウムであってもよい。この場合は、スパッタリング法などで、流路形成基板１０上に酸化アルミニウムを付着させてアルミナ膜を作製する。そして、このアルミナ膜に対して、イオン注入法で不純物をドープすることで圧縮応力領域５３，５３Ａを形成する。このように作製したアルミナを主成分とする膜が、弾性膜５１，５１Ａであるような構成であってもよい。
【００６２】
また、上述した実施形態では、イオン注入法により、二酸化シリコン膜に対してカルシウムをドープすることで、圧縮応力領域５３，５３Ａを形成する例を示した。しかしながら、イオン注入法はあくまでも二酸化シリコン膜に不純物をドープする方法の一例である。すなわち、ドープさせる方法は特に限定されず、例えば熱拡散などで不純物をドープさせてもよい。
【００６３】
また、上述した実施形態では、イオン注入法で圧縮応力領域５３，５３Ａを形成する例を示したが、圧縮応力領域５３，５３Ａを形成する方法はこれに限定されるものではない。ドライエッチングなどで、内部応力が圧縮応力となるように部材の表面を改質することで圧縮応力領域５３，５３Ａを形成してもよい。なお、ドライエッチングで圧縮応力領域５３，５３Ａを形成する場合、弾性膜５１，５１Ａの流路形成基板１０側の圧縮応力領域５３，５３Ａは、圧力発生室１２を形成した後に、圧力発生室１２側からドライエッチングして形成すればよい。
【００６４】
また、上述した実施形態では、弾性膜５１，５１Ａを撓み変形させる圧力発生手段として、薄膜型の圧電素子３００を例示したが、圧力発生手段はこれに限定されるものではない。圧力発生手段は、例えば、グリーンシートを貼付する等の方法により形成される厚膜型の圧電素子や、圧電材料と電極形成材料とを交互に積層させて軸方向に伸縮させる縦振動型の圧電素子等であってもよい。また、圧力発生手段は、静電気力を利用するタイプのものであってもよい。
【００６５】
上記で説明したようなアクチュエータを具備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９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。
【００６６】
図９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。
【００６７】
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３に沿ってプラテン８が設けられている。このプラテン８は図示しない紙送りモータの駆動力により回転できるようになっており、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。
【００６８】
なお、上述した実施形態では、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。さらに、本発明は、このような液体噴射ヘッドに搭載されるアクチュエータ装置だけでなく、あらゆる装置に搭載されるアクチュエータ装置に適用することができる。例えば、アクチュエータ装置は、上述したヘッドの他に、センサー等にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】実施形態１に係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】実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの平面図及び断面図である。
【図３】実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの要部拡大図である。
【図４】実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの断面図である。
【図５】実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの断面図である。
【図６】実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの断面図である。
【図７】実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの断面図である。
【図８】実施形態２に係るインクジェット式記録ヘッドの断面図である。
【図９】一実施形態に係る記録装置を示す概略図である。
【符号の説明】
【００７０】
１０  流路形成基板，  １１  隔壁，  １２  圧力発生室，  １３  インク供給路，  １４  連通路，  １５  連通部，  ２０  ノズルプレート，  ２１  ノズル開口，  ３０  保護基板，  ３１  リザーバ部，  ３２  圧電素子保持部，  ３３  貫通孔，  ３５  接着剤，  ４０  コンプライアンス基板，  ４１  封止膜，  ４２  固定板，  ４３  開口部，  ５０，５０Ａ  振動板，  ５１，５１Ａ  弾性膜，  ５２  絶縁体膜，  ５３，５３Ａ  圧縮応力領域，  ５４，５４Ａ  主成分領域，  ５５  二酸化シリコン膜，  ５６  保護膜，  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，  １２０  駆動回路，  １２１  接続配線，  ３００  圧電素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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