(57)【要約】【課題】インク吐出方向が不安定になることを抑制するインクジェットヘッド提供する。【解決手段】一つの実施の形態に係るインクジェットヘッドは、基材と、ノズルプレートと、変形制御部とを備える。前記基材は、取付面と、前記取付面に開口する圧力室と、を有する。前記ノズルプレートは、前記取付面に固定されて前記圧力室を塞ぐ内面と、前記圧力室に開口するノズルと、前記ノズルを囲む圧電素子と、を有し、前記圧電素子によって変形することで前記圧力室の容積を変化させる。前記変形制御部は、前記ノズルプレートの前記内面から突出し、前記ノズルを囲む。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
取付面と、前記取付面に開口する圧力室と、を有する基材と、
前記取付面に固定されて前記圧力室を塞ぐ内面と、前記圧力室に開口するノズルと、前記ノズルを囲む圧電素子と、を有し、前記圧電素子によって変形することで前記圧力室の容積を変化させるノズルプレートと、
前記ノズルプレートの前記内面から突出し、前記ノズルを囲む変形制御部と、
を具備することを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記変形制御部は、前記ノズルプレートにおいて前記圧電素子の外縁によって規定される領域の内側に配置されることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
前記変形制御部の内縁から外縁までの距離は、前記圧電素子の内縁から外縁までの距離よりも短いことを特徴とする請求項２に記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記変形制御部の中心が前記ノズルの中心と一致することを特徴とする請求項３に記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか一つに記載のインクジェットヘッドを具備することを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、インクジェットヘッドおよび画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像信号に従ってノズルからインク滴を吐出させて、記録紙上にインク滴による画像を形成するオンデマンド型インクジェット記録方式が知られている。オンデマンド型インクジェット記録方式として発熱素子型と圧電素子型とが知られる。
【０００３】
発熱素子型においては、インク流路に設けられた発熱体によってインク中に気泡が発生し、その気泡によって押されたインクがノズルから吐出される。圧電素子型においては、圧電素子が変形することでインク室に貯蔵されたインクに圧力変化が生じ、インクがノズルから吐出する。
【０００４】
圧電素子（ピエゾ素子）は、電気−機械変換素子であり、電界を加えられると、伸張または剪断変形を起こす。代表的な圧電素子として、チタン酸ジルコン酸鉛が使われている。
【０００５】
圧電素子を利用したインクジェットヘッドとして、圧電性材料で形成されたノズルプレートを用いた構成が知られている。当該インクジェットヘッドのノズルプレートは、例えば、インクを吐出させるノズルを備える圧電体膜と、前記ノズルを囲むように前記圧電性膜の両面に形成された金属電極膜と、を有するアクチュエータを備える。
【０００６】
上記インクジェットヘッドは、前記ノズルに接続された圧力室を有する。インクが圧力室とノズルプレートのノズルに入り込み、ノズル内でメニスカスを形成してノズル内に維持される。ノズル周囲に設けた二つの電極に駆動波形（電圧）を印加すると、当該電極を介して分極の方向と同方向の電界が圧電体膜に印加される。これにより、アクチュエータは電界方向と直交する方向に伸縮する。この伸縮を利用してノズルプレートが変形する。ノズルプレートが変形することで圧力室内のインクに圧力変化が発生し、ノズル内のインクが吐出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−５２９２８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ノズルプレートの形成時に、膜応力が生じる。ノズルプレートの膜応力によって、アクチュエータによるノズルプレートの均一な変形が阻害されるおそれがある。ノズルプレートの変形が不均一となると、インクの吐出方向が不安定になるおそれがある。
【０００９】
本発明の目的は、インク吐出方向が不安定になることを抑制するインクジェットヘッドおよび画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
一つの実施の形態に係るインクジェットヘッドは、基材と、ノズルプレートと、変形制御部とを備える。前記基材は、取付面と、前記取付面に開口する圧力室と、を有する。前記ノズルプレートは、前記取付面に固定されて前記圧力室を塞ぐ内面と、前記圧力室に開口するノズルと、前記ノズルを囲む圧電素子と、を有し、前記圧電素子によって変形することで前記圧力室の容積を変化させる。前記変形制御部は、前記ノズルプレートの前記内面から突出し、前記ノズルを囲む。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施の形態に係るインクジェットプリンタのインクジェットヘッドを分解して示す斜視図。
【図２】第１の実施形態のインクジェットヘッドの平面図。
【図３】第１の実施形態のインクジェットヘッドを図２のＦ３−Ｆ３線に沿って概略的に示す断面図。
【図４】第１の実施形態のインクジェットヘッドの一部を図３のＦ４−Ｆ４線に沿って示す断面図。
【図５】第１の実施形態のノズルプレートが変形したインクジェットヘッドの一部を示す断面図。
【図６】第２の実施の形態に係るインクジェットヘッドの一部を示す断面図。
【図７】第３の実施の形態に係るインクジェットヘッドの一部を示す断面図。
【図８】第４の実施の形態に係るインクジェットヘッドの一部を示す断面図。
【図９】第５の実施の形態に係るインクジェットヘッドの一部を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、第１の実施の形態について、図１から図５を参照して説明する。なお、複数の表現が可能な各要素について一つ以上の他の表現の例を付すことがあるが、これは他の表現が付されていない要素について異なる表現がされることを否定するものではないし、例示されていない他の表現がされることを制限するものでもない。
【００１３】
図１は、第１の実施の形態に係るインクジェットプリンタ１のインクジェットヘッド１０を分解して示す斜視図である。図２は、インクジェットヘッド１０の平面図である。図３は、図２のＦ３−Ｆ３線に沿ってインクジェットヘッド１０を概略的に示す断面図である。なお、図１および図２において、説明のために、本来は隠れている種々の要素を実線で示す。
【００１４】
図１に示すように、インクジェットヘッド１０は、インクジェットプリンタ１に搭載されている。インクジェットプリンタ１は、画像形成装置の一例である。画像形成装置はこれに限らず、複写機のような他の画像形成装置であっても良い。
【００１５】
インクジェットヘッド１０は、ノズルプレート１００と圧力室構造体２００と、セパレートプレート３００と、インク供給路構造体４００とを備えている。圧力室構造体２００は、基材の一例である。圧力室構造体２００と、セパレートプレート３００と、インク供給路構造体４００とは、例えばエポキシ系接着剤で固定されている。
【００１６】
ノズルプレート１００は、矩形の板状に形成されている。ノズルプレート１００は、圧力室構造体２００の上に、後述する成膜プロセスによって形成される。このため、ノズルプレート１００は、圧力室構造体２００に固着している。
【００１７】
ノズルプレート１００に、インク吐出用の複数のノズル（インク吐出孔）１０１がある。ノズル１０１は、円形の孔であり、ノズルプレート１００をその厚さ方向に貫通している。
【００１８】
圧力室構造体２００は、シリコンウエハによって矩形の板状に形成されている。圧力室構造体２００の厚さは、例えば７２５μｍである。圧力室構造体２００は、インクジェットヘッド１０の製造過程において、繰り返し加熱および薄膜の成膜がなされる。このため、シリコンウエハは、耐熱性を有し、ＳＥＭＩ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ  ａｎｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ）規格に準じ、平滑化されたものである。なお、圧力室構造体２００はこれに限らず、炭化シリコン（ＳｉＣ）ゲルマニウム基板のような他の半導体によって形成されても良い。
【００１９】
圧力室構造体２００は、ノズルプレート１００に面する取付面２００ａと、複数の圧力室２０１とを有している。取付面２００ａに、ノズルプレート１００が固着している。
【００２０】
圧力室２０１は、直径が例えば２４０μｍの円形の孔である。圧力室２０１は、矩形や菱形のような他の形状の孔であっても良い。圧力室２０１は、取付面２００ａに開口しており、ノズルプレート１００に塞がれている。
【００２１】
複数の圧力室２０１は、複数のノズル１０１と対応するように配置され、複数のノズル１０１と同心軸上にそれぞれ配置されている。このため、圧力室２０１に、対応するノズル１０１が開口している。
【００２２】
セパレートプレート３００は、ステンレスによって矩形の板状に形成されている。セパレートプレート３００は、ノズルプレート１００の反対側から、複数の圧力室２０１を塞いでいる。
【００２３】
セパレートプレート３００に、複数のインク絞り（圧力室２０１へのインク供給孔）３０１がある。複数のインク絞り３０１は、圧力室２０１にそれぞれ対応して配置される。このため、圧力室２０１に、インク絞り３０１が開口している。インク絞り３０１は、それぞれの圧力室２０１へのインク流路抵抗がほぼ同程度になるように形成される。
【００２４】
インク供給路構造体４００は、ステンレスによって矩形の板状に形成されている。インク供給路構造体４００に、インク供給口４０１と、インク供給路４０２とがある。
【００２５】
インク供給口４０１は、インク供給路４０２の中央部分に開口している。インク供給口４０１は、画像形成のためのインクが貯蔵されたインクタンク１１に接続され、インク供給路４０２にインクを供給する。
【００２６】
インク供給路４０２は、インク供給路構造体４００の表面から凹んでおり、全てのインク絞り３０１を囲んでいる。言い換えると、全てのインク絞り３０１は、インク供給路４０２に開口している。このため、インク供給口４０１は、インク絞り３０１を介して、全ての圧力室２０１にインクを供給する。また、インク供給口４０１は、それぞれの圧力室２０１へのインク流路抵抗がほぼ同程度になるように形成されている。
【００２７】
上記のように、セパレートプレート３００およびインク供給路構造体４００はステンレスによって形成される。しかし、これらの要素３００，４００の材料は、ステンレスに限定されない。要素３００，４００はノズルプレート１００との膨張係数の差を考慮して、インク吐出圧力発生に影響しない範囲で、セラミックス、樹脂、または金属（合金）のような他の材料によって形成されても良い。使用されるセラミックスは、例えば、アルミナセラミックス、ジルコニア、炭化ケイ素、窒化ケイ素、およびチタン酸バリウムのような窒化物、酸化物である。使用される樹脂は、例えば、ＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエーテルサルフォンのようなプラスチック材である。使用される金属は、例えば、アルミまたはチタンである。
【００２８】
圧力室２０１は供給されたインクを保持する。そしてノズルプレート１００の変形によって各圧力室２０１内のインクに圧力変化が発生すると、圧力室２０１内のインクが、各ノズル１０１から吐出される。セパレートプレート３００は、圧力室２０１内に発生した圧力を閉じ込めて、当該圧力がインク供給路４０２へ逃げることを抑制する。このため、インク絞り３０１の直径は、例えば圧力室２０１の直径の１／４以下である。
【００２９】
次に、ノズルプレート１００について説明する。図２に示すように、ノズルプレート１００は、上記の複数のノズル１０１と、複数のアクチュエータ１０２と、二つの共有電極端子部１０５と、共有電極１０６と、複数の配線電極端子部１０７と、複数の配線電極１０８とを有している。図３に示すように、ノズルプレート１００はさらに、振動板１０９と、保護膜１１３と、撥インク膜１１６とを有している。アクチュエータ１０２は、圧電素子の一例である。
【００３０】
振動板１０９は、圧力室構造体２００の取付面２００ａの上に、矩形の膜状に形成されている。振動板１０９は、第１の面５０１と、第２の面５０２とを有している。第１の面５０１は、ノズルプレートの内面の一例である。
【００３１】
第１の面５０１は、取付面２００ａに固着するとともに圧力室２０１を塞いでいる。第２の面５０２は、第１の面５０１の反対側に位置している。アクチュエータ１０２と、共有電極１０６と、配線電極１０８とは、振動板１０９の第２の面５０２に形成されている。
【００３２】
複数のアクチュエータ１０２は、複数の圧力室２０１および複数のノズル１０１に対応して設けられている。アクチュエータ１０２は、ノズル１０１からインクを吐出させるための圧力を、圧力室２０１に発生させる。
【００３３】
図２に示すように、アクチュエータ１０２は、円環状に形成されている。アクチュエータ１０２は、対応するノズル１０１と同心軸上に配置される。言い換えると、アクチュエータ１０２の中心と、ノズル１０１の中心とが一致する。アクチュエータ１０２は、ノズル１０１を囲んでいる。なお、アクチュエータ１０２の中心と、ノズル１０１の中心がずれていても良い。
【００３４】
より高密度にノズル１０１を配置するために、ノズル１０１は千鳥状（互い違い）に配置されている。言い換えると、図２のＸ軸方向に複数のノズル１０１が直線状に配置される。Ｙ軸方向に、二つの直線状のノズル１０１の列がある。
【００３５】
図３に示すように、アクチュエータ１０２は、圧電体膜１１１と、共有電極１０６の電極部分１０６ａと、配線電極１０８の電極部分１０８ａと、絶縁膜１１２とを有している。
【００３６】
圧電体膜１１１は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）によって膜状に形成されている。なお、圧電体膜１１１はこれに限らず、例えば、ＰＴＯ（ＰｂＴｉＯ３：チタン酸鉛）、ＰＭＮＴ（Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３）、ＰＺＮＴ（Ｐｂ（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３）、ＺｎＯ、およびＡｌＮのような種々の材料によって形成されても良い。
【００３７】
圧電体膜１１１は、円環状に形成されている。圧電体膜１１１は、ノズル１０１および圧力室２０１と同心軸上に配置されている。言い換えると、圧電体膜１１１は、ノズル１０１を囲んでいる。圧電体膜１１１の内周部分は、ノズル１０１から僅かに離れている。
【００３８】
圧電体膜１１１は、配線電極１０８の電極部分１０８ａと共有電極１０６の電極部分１０６ａとによって挟まれている。言い換えると、圧電体膜１１１に、配線電極１０８の電極部分１０８ａと共有電極１０６の電極部分１０６ａとが重ねられている。
【００３９】
成膜された圧電体膜１１１は、その厚み方向に分極を発生させる。配線電極１０８および共有電極１０６を介して当該分極の方向と同方向の電界を圧電体膜１１１に印加すると、アクチュエータ１０２は電界方向と直交する方向に伸縮する。アクチュエータ１０２の伸縮により、振動板１０９が、ノズルプレート１００の厚み方向に変形する。これにより、圧力室２０１の容積が変化し、圧力室２０１内のインクに圧力変化が生じる。
【００４０】
配線電極１０８の電極部分１０８ａは、圧電体膜１１１に繋がる二つの電極の一方である。配線電極１０８の電極部分１０８ａは、圧電体膜１１１よりも大きい円環状に形成され、圧電体膜１１１の吐出側（インクジェットヘッド１０の外に向く側）に成膜されている。
【００４１】
共有電極１０６の電極部分１０６ａは、圧電体膜１１１に繋がる二つの電極の一方である。共有電極１０６の電極部分１０６ａは、圧電体膜１１１よりも小さい円環状に形成され、振動板１０９の第２の面５０２に成膜されている。共有電極１０６の電極部分１０６ａは、振動板１０９の第２の面５０２に形成されている。
【００４２】
絶縁膜１１２は、圧電体膜１１１が形成された領域の外側において、共有電極１０６と配線電極１０８との間に介在している。すなわち、共有電極１０６と配線電極１０８との間は、圧電体膜１１１または絶縁膜１１２によって絶縁される。絶縁膜１１２は、例えばＳｉＯ２（酸化ケイ素）によって形成される。絶縁膜１１２は、他の材料によって形成されても良い。
【００４３】
共有電極端子部１０５、および配線電極端子部１０７に、駆動回路が接続される。当該駆動回路は、例えばフレキシブルプリント回路板やテープキャリアパッケージ（ＴＣＰ）である。
【００４４】
配線電極端子部１０７は、配線電極１０８の端部に設けられている。配線電極端子部１０７は、前記駆動回路に接続され、アクチュエータ１０２を駆動させるための信号を伝送する。
【００４５】
図２に示すように、複数の配線電極端子部１０７のそれぞれの間隔は、ノズル１０１のＸ軸方向の間隔と同じである。配線電極１０８の幅に比べて、配線電極端子部１０７のＸ軸方向の幅は広い。このため、配線電極端子部１０７は、前記駆動回路に容易に接続される。
【００４６】
共有電極端子部１０５は、例えば、振動板１０９の第２の面５０２に設けられている。共有電極端子部１０５は、共有電極１０６の端部であって、前記駆動回路に設けられたＧＮＤ（グランド接地＝０Ｖ）に接続される。
【００４７】
配線電極１０８は、対応するアクチュエータ１０２の圧電体膜１１１に個別に繋がり、アクチュエータ１０２を駆動するための信号を伝送する。配線電極１０８は、圧電体膜１１１を独立に動作させるための個別電極として用いられる。複数の配線電極１０８は、上記の電極部分１０８ａと、配線部と、上記の配線電極端子部１０７とをそれぞれ有している。
【００４８】
配線電極１０８の配線部は、電極部分１０８ａから配線電極端子部１０７に向かって延びている。配線電極１０８の電極部分１０８ａは、ノズル１０１と同心軸上に配置される。電極部分１０８ａの内周部分は、ノズル１０１から僅かに離れている。
【００４９】
複数の配線電極１０８は、Ｐｔ（白金）の薄膜によって形成されている。なお、配線電極１０８は、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｕ（銅）、Ａｌ（アルミニウム）、Ａｇ（銀）、Ｔｉ（チタン）、Ｗ（タンタル）、Ｍｏ（モリブデン）、Ａｕ(金)のような他の材料によって形成されても良い。
【００５０】
共有電極１０６は、複数の圧電体膜１１１に繋がる。共有電極１０６は、上記の複数の電極部分１０６ａと、複数の配線部と、上記の二つの共有電極端子部１０５とを有している。
【００５１】
共有電極１０６の配線部は、電極部分１０６ａから配線電極１０８の配線部の反対側に延びている。共有電極１０６の配線部は、図２に示すノズルプレート１００のＹ軸方向端部で合体し、ノズルプレート１００のＸ軸方向両端部に沿って延びている。電極部分１０６ａは、ノズル１０１と同心軸上に設けられる。電極部分１０６ａの内周部分は、ノズル１０１から僅かに離れている。共有電極端子部１０５は、ノズルプレート１００のＸ軸方向両端にそれぞれ配置されている。
【００５２】
共有電極１０６は、Ｐｔ（白金）/Ｔｉ(チタン)薄膜によって形成されている。共有電極１０６は、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｕのような他の材料によって形成されても良い。
【００５３】
図３に示すように、保護膜１１３は、振動板１０９の第２の面５０２に設けられている。保護膜１１３は、振動板１０９の第２の面５０２と、共有電極１０６と、配線電極１０８と、圧電体膜１１１とを覆っている。
【００５４】
保護膜１１３は、ポリイミドによって形成されている。保護膜１１３はこれに限らず、樹脂、セラミックス、金属（合金）のような他の材料によって形成されても良い。利用される樹脂は、例えば、ＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエーテルサルフォンなどのプラスチック材である。利用されるセラミックスは、例えば、ジルコニア、炭化ケイ素、窒化ケイ素、チタン酸バリウム、などの窒化物、酸化物である。利用される金属は、例えば、アルミ、ＳＵＳ、またはチタンである。なお、保護膜１１３が導電性材料によって形成される場合、共有電力１０６、配線電極１０８、および圧電体膜１１１との間は、例えば樹脂によって絶縁される。
【００５５】
保護膜１１３の材料は、振動板１０９の材料とヤング率が大きく異なる。板形状の変形量は、材料のヤング率と板厚とが影響する。同じ力がかかった場合でも、ヤング率が小さい程、そして板厚が薄い程、変形が大きい。
【００５６】
撥インク膜１１６は、保護膜１１３の表面を覆っている。撥インク膜１１６は、撥液性を有するシリコーン系撥液材料によって形成される。なお、撥インク膜１１６は、フッ素含有系有機材料のような他の材料によって形成されても良い。
【００５７】
撥インク膜１１６は、共有電極端子部１０５および配線電極端子部１０７と、共有電極端子部１０５および配線電極端子部１０７の周辺の保護膜１１３を覆わずに露出させている。
【００５８】
ノズル１０１は、振動板１０９、保護膜１１３、および撥インク膜１１６を貫通している。言い換えると、ノズル１０１は、振動板１０９、保護膜１１３、および撥インク膜１１６に設けられている。
【００５９】
振動板１０９は、ＳｉＯ２によって形成されている。なお、振動板１０９はこれに限らず、ＳｉＮ（窒化ケイ素）、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）、ＨｆＯ２（酸化ハフニウム）、ＺｒＯ２（酸化ジルコニウム）、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｌｉｋｅ  Ｃａｒｂｏｎ）のような他の材料によって形成されても良い。
【００６０】
振動板１０９の材料選択は、例えば、耐熱性、絶縁性（導電率の高いインクを使用した場合における、アクチュエータ１０２の駆動によるインク変質の影響を考慮）、膨張係数、平滑性、インクに対する濡れ性が考慮される。
【００６１】
図３に示すように、圧力室２０１に、複数の変形制御部５０５が設けられている。なお、圧力室２０１に、一つだけの変形制御部５０５が設けられても良い。変形制御部５０５は、ノズルプレート１００の振動板１０９の第１の面５０１からそれぞれ突出している。
【００６２】
変形制御部５０５は、圧力室構造体２００と同じ材料であるシリコンによって形成されている。なお、変形制御部５０５は圧力室構造体２００と異なる材料によって形成されても良い。また、変形制御部５０５は、振動板１０９の一部によって形成されても良い。
【００６３】
図４は、図３のＦ４−Ｆ４線に沿ってインクジェットヘッド１０の一部を示す断面図である。図４に示すように、変形制御部５０５は、円環状に形成されている。変形制御部５０５は、ノズル１０１と同心軸上に配置されている。言い換えると、変形制御部５０５はノズル１０１を囲み、そして変形制御部５０５の中心がノズル１０１の中心と一致している。なお、変形制御部５０５の中心がノズル１０１の中心とずれていても良い。
【００６４】
変形制御部５０５は、ノズルプレート１００において、アクチュエータ１０２に重なる位置に設けられている。言い換えると、変形制御部５０５は、ノズルプレート１００において、アクチュエータ１０２の外縁によって規定される領域Ｄの内側に配置されている。円環状のアクチュエータ１０２の外径は、例えば１７４μｍである。
【００６５】
変形制御部５０５の内縁から外縁までの距離は、アクチュエータ１０２の内縁から外縁までの距離よりも短い。言い換えると、円環状の変形制御部５０５の幅は、円環状のアクチュエータ１０２の幅よりも短い。変形制御部５０５の幅は、例えば１０〜３０μｍである。変形制御部５０５の厚さは、例えば１０〜１００μｍである。
【００６６】
複数の変形制御部５０５のうちで最も内側に設けられた変形制御部５０５は、ノズル１０１から離れている。複数の変形制御部５０５は、それぞれ等間隔に配置されている。なお、変形制御部５０５はノズル１０１と隣接しても良く、異なる間隔で配置されても良い。
【００６７】
上述のインクジェットプリンタ１は、次のように印字（画像形成）を行う。インクタンク１１から、インクがインク供給路構造体４００のインク供給口４０１に供給される。インクは、複数のインク絞り３０１を通って、複数の圧力室２０１に供給される。圧力室２０１に供給されたインクは、対応するノズル１０１内に供給され、ノズル１０１にメニスカスを形成する。インク供給口４０１から供給されるインクは適切な負圧となるように保たれ、ノズル１０１内のインクはノズル１０１から漏れることなく保たれる。
【００６８】
例えばユーザの操作により、前記駆動回路に印字指示信号が入力される。印字指示を受けた前記駆動回路は、配線電極１０８を介して、アクチュエータ１０２に信号を出力する。言い換えると、前記駆動回路は、配線電極１０８の電極部分１０８ａに電圧を印加する。これにより、圧電体膜１１１に分極方向と同方向の電界が印加され、アクチュエータ１０２が電界方向と直交する方向に伸縮する。
【００６９】
アクチュエータ１０２は、振動板１０９と保護膜１１３に挟まれている。このため、アクチュエータ１０２が電界方向と直交する方向に伸びた場合、振動板１０９に、圧力室２０１側に対して凹形状に変形する力がかかる。反対に、保護膜１１３に、圧力室２０１側に対して凸形状に変形する力がかかる。アクチュエータ１０２が電界方向と直交する方向に縮んだ場合、振動板１０９に、圧力室２０１側に対して凸形状に変形する力がかかる。また、保護膜１１３に、圧力室２０１側に対して凹形状に変形する力がかかる。
【００７０】
図５は、ノズルプレート１００が変形したインクジェットヘッド１０の一部を示す断面図である。図５において、ノズルプレート１００およびアクチュエータ１０２は、簡略化して示される。また、図５は、説明のために一つの変形制御部５０５のみを示す。
【００７１】
保護膜１１３のポリイミド膜は、振動板１０９よりヤング率が小さい。このため、同じ力に対して保護膜１１３の方が変形量は大きい。アクチュエータ１０２が電界方向と直交する方向に伸びた場合、図５に示すように、ノズルプレート１００は圧力室２０１側に対して凸形状に変形する。これにより、圧力室２０１の容積が縮まる（保護膜１１３が圧力室２０１側に対して凸形状に変形する量の方が大きいため）。反対に、アクチュエータ１０２が電界方向と直交する方向に縮んだ場合、ノズルプレート１００は圧力室２０１側に対して凹形状に変形する。これにより、圧力室２０１の容積が広がる（保護膜１１３が圧力室２０１側に対して凹形状に変形する量の方が大きいため）。このように、アクチュエータ１０２は、ノズルプレート１００を変形させることで圧力室２０１の容積を変化させる。
【００７２】
ノズルプレート１００が変形して圧力室２０１の容積が増減すると、圧力室２０１のインクに圧力変化が生じる。当該圧力変化によって、ノズル１０１に供給されたインクが吐出される。図５において、吐出されたインク滴が二点鎖線で示される。
【００７３】
振動板１０９と保護膜１１３のヤング率の差が大きい程、同じ電圧をアクチュエータ１０２に印加した際の振動板１０９の変形量の差が大きくなる。そのため、振動板１０９と保護膜１１３のヤング率の差が大きいほど、より低い電圧でのインク吐出が可能となる。
【００７４】
振動板１０９と保護膜１１３の膜厚とヤング率が同じ場合、アクチュエータ１０２に電圧印加しても、振動板１０９と保護膜１１３は正反対の方向に同じ量変形する力がかかるため、振動板１０９は変形しない。
【００７５】
なお、上述したように、板材の変形量は、材料のヤング率だけでなく、板厚も影響する。そのため、振動板１０９と保護膜１１３の変形量に差をつける場合は、材料のヤング率だけでなく、それぞれの膜厚も考慮される。振動板１０９と保護膜１１３の材料のヤング率が同じでも、膜厚に違いがあればインク吐出可能である。
【００７６】
次に、インクジェットヘッド１０の製造方法の一例について説明する。まず、圧力室２０１が形成される前の圧力室構造体２００（シリコンウエハ）に、振動板１０９を形成する。振動板１０９を形成するＳｉＯ２膜は、ＣＶＤ法によって、圧力室構造体２００の取付面２００ａの全域に成膜される。なお、ＳｉＯ２膜は、熱酸化によって成膜されても良い。また、振動板１０９がＳｉＮによって形成される場合、スパッタリング法によって成膜されても良い。
【００７７】
次に、振動板１０９をパターニングし、ノズル１０１を形成する。パターニングは、振動板１０９上にエッチングマスクを作り、エッチングマスク以外の振動板１０９をエッチングによって除去することで行う。
【００７８】
次に、振動板１０９の第２の面５０２に、共有電極１０６を成膜する。まず、スパッタリング法を用いてＴｉとＰｔを順番に成膜する。なお、共有電極１０６は、蒸着および鍍金のような他の製法によって形成されても良い。
【００７９】
共有電極１０６を成膜した後に、パターニングによって、複数の電極部分１０６ａ、配線部、二つの共有電極端子部１０５を形成する。パターニングは、電極膜上にエッチングマスクを作り、エッチングマスク以外の電極材料をエッチングによって除去することで行う。
【００８０】
共有電極１０６の電極部分１０６ａの中心にノズル１０１が形成されるため、電極部分１０６ａの中心と同心円の電極膜がない部分が形成される。共有電極１０６をパターニングすることで、共有電極１０６の電極部分１０６ａ、配線部、および共有電極端子部１０５以外では、振動板１０９が露出している。
【００８１】
次に、共有電極１０６上に圧電体膜１１１を形成する。圧電体膜１１１は、例えばＲＦマグネトロンスパッタリング法により成膜される。圧電体膜１１１は、成膜後、圧電体膜１１１に圧電性を付与するために、５００℃で３時間熱処理される。これにより、圧電体膜１１１は良好な圧電性能を得る。圧電体膜１１１は、例えば、ＣＶＤ（化学的気相成長法）、ゾルゲル法、ＡＤ法（エアロゾルデポジション法）、水熱合成法のような他の製法によって形成されても良い。圧電体膜１１１を、エッチングによってパターニングする。
【００８２】
圧電体膜１１１の中心にはノズル１０１が形成されるため、圧電体膜１１１と同心円の圧電体膜がない部分が形成される。圧電体膜１１１のない部分では、振動板１０９が露出している。圧電体膜１１１は、共有電極１０６の電極部分１０６ａを覆う。
【００８３】
次に、圧電体膜１１１の一部と共有電極１０６の一部との上に、絶縁膜１１２を形成する。絶縁膜１１２は、良好な絶縁性を低温成膜にて実現できるＣＶＤ法によって形成される。絶縁膜１１２は、成膜後にパターニングされる。パターニング加工バラツキによる不具合を抑制するため、絶縁膜１１２は圧電体膜１１１を一部覆う。絶縁膜１１２は、圧電体膜１１１の変形量を阻害しない程度に圧電体膜１１１を覆う。
【００８４】
次に、振動板１０９、圧電体膜１１１、および絶縁膜１１２の上に配線電極１０８を形成する。配線電極１０８は、スパッタリング法によって成膜される。配線電極１０８は、真空蒸着および鍍金のような他の製法によって形成されても良い。
【００８５】
成膜された配線電極１０８をパターニングすることで、電極部分１０８ａ、配線部、および配線電極端子部１０７を形成する。パターニングは、電極膜上にエッチングマスクを作り、エッチングマスク以外の電極材料をエッチングによって除去することで行う。
【００８６】
配線電極１０８の電極部分１０８ａの中心にノズル１０１が形成されるため、配線電極１０８の電極部分１０８ａの中心と同心円の電極膜がない部分が形成される。配線電極１０８の電極部分１０８ａは、圧電体膜１１１を覆う。
【００８７】
次に、振動板１０９、配線電極１０８、共有電極１０６、および絶縁膜１１２の上に保護膜１１３を成膜する。保護膜１１３は、ポリイミド前駆体を含有した溶液をスピンコーティング法によって成膜した後に、ベークによって熱重合と溶剤除去を行って形成する。スピンコーティング法で成膜することにより、表面が平滑な膜が形成される。保護膜１１３は、例えば、ＣＶＤ、真空蒸着、および鍍金のような他の方法によって形成されても良い。
【００８８】
次に、パターニングによって、共有電極端子部１０５および配線電極端子部１０７を露出させるとともに、ノズル１０１を開口させる。保護膜１１３に非感光性ポリイミドを使用した場合において、パターニングは、非感光性ポリイミド膜上にエッチングマスクを作り、エッチングマスク以外のポリイミド膜をエッチングによって除去することで行われる。
【００８９】
次に、保護膜１１３の上に保護膜カバーテープを貼り付ける。前記保護膜カバーテープが貼り付けられた圧力室構造体２００を上下反転し、圧力室構造体２００に複数の圧力室２０１を形成する。
【００９０】
詳しく述べると、まず、保護膜１１３の上に前記保護膜カバーテープを貼り付ける。前記保護膜カバーテープは、例えば、シリコンウエハの化学機械研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：ＣＭＰ）用の裏面保護テープである。
【００９１】
シリコンウエハである圧力室構造体２００上にエッチングマスクを作り、シリコン基板専用のいわゆる垂直深堀ドライエッチングを用いて、エッチングマスク以外のシリコンウエハを除去する。これにより、圧力室２０１が形成される。
【００９２】
エッチングマスクは、例えばハーフトーンマスクが用いられる。ハーフトーンマスクは、透過部と半透過部とを有する。変形制御部５０５に対応する位置に当該半透過部を設けることで、一度のエッチングによって圧力室２０１と複数の変形制御部５０５が形成される。言い換えると、圧力室構造体２００を形成するシリコンウエハをエッチングすることによって、変形制御部５０５が形成される。
【００９３】
上記エッチングに用いられるＳＦ６ガスは、振動板１０９のＳｉＯ２膜およびＳｉＮ膜や保護膜１１３のポリイミド膜に対してはエッチング作用を及ぼさない。そのため、圧力室２０１を形成するシリコンウエハのドライエッチングの進行は、振動板１０９で止まる。
【００９４】
なお、上述のエッチングは、薬液を用いるウェットエッチング法、プラズマを用いるドライエッチング法のような、種々の方法を用いて良い。絶縁膜、電極膜、圧電体膜などの材料によって、エッチング方法やエッチング条件を変えて良い。各感光性レジスト膜によるエッチング加工が終了した後、残った感光性レジスト膜は溶解液によって除去される。
【００９５】
また、変形制御部５０５は、エッチングに限らず他の方法で形成されても良い。例えば、エッチングによって圧力室２０１を形成した後、スパッタリング法によって変形制御部５０５を形成しても良い。この場合、変形制御部５０５は例えばＳｉＯ２のような、圧力室構造体２００と異なる材料によって形成されても良い。
【００９６】
次に、圧力室構造体２００に、セパレートプレート３００およびインク供給路構造体４００を接着する。すなわち、インク供給路構造体４００が接着されたセパレートプレート３００を、エポキシ樹脂剤で圧力室構造体に接着する。
【００９７】
次に、保護膜１１３にカバーテープを貼り付け、共有電極端子部１０５および配線電極端子部１０７を覆う。前記カバーテープは樹脂によって形成され、保護膜１１３から容易に脱着可能である。前記カバーテープは、共有電極端子部１０５および配線電極端子部１０７へのゴミの付着や、後述する撥インク膜１１６の付着を防止する。
【００９８】
次に、保護膜１１３上に撥インク膜１１６を形成する。撥インク膜１１６は、保護膜１１３上に液状の撥インク膜材料をスピンコーティングすることによって成膜される。この際、インク供給口４０１より陽圧空気を注入する。これにより、インク供給路４０２と繋がったノズル１０１から陽圧空気が排出される。この状態で、液体の撥インク膜材料を塗布すると、ノズル１０１内壁に撥インク膜材料が付着することが抑制される。
【００９９】
撥インク膜１１６が形成された後、前記カバーテープを保護膜１１３から剥がす。これにより、図３に示すインクジェットヘッド１０が形成される。インクジェットヘッド１０は、インクジェットプリンタ１の内部に搭載される。さらに、共有電極端子部１０５および配線電極端子部１０７に前記駆動回路が接続される。
【０１００】
第１の実施形態のインクジェットプリンタ１によれば、ノズルプレート１００の振動板１０９の第１の面５０１から、ノズル１０１を囲む変形制御部５０５が突出している。変形制御部５０５がノズルを囲むことで、アクチュエータ１０２によるノズルプレート１００の変形が、変形制御部５０５に囲まれた領域において均一になり易くなる。
【０１０１】
詳しく述べると、ノズルプレート１００は、アクチュエータ１０２によって図５に示すように変形する。ノズル１０１を囲む変形制御部５０５の剛性によって、例えば、ノズル１０１の右側に位置する部分が、ノズル１０１の左側に位置する部分よりも大きく変形するような、ノズルプレート１００の不均一な変形が抑制される。これにより、ノズルプレート１００の変形が不均一になることを抑制し、しいてはインク吐出方向が不安定になることを抑制できる。
【０１０２】
ノズルプレート１００の振動板１０９の第１の面５０１は、圧力室２０１に供給されたインクに圧力をかける。当該振動板１０９に変形制御部５０５を設けることで、ノズルプレート１００の変形が不均一になることが抑制される。
【０１０３】
変形制御部５０５は、アクチュエータ１０２の外縁によって規定される領域Ｄの内側に配置される。これにより、変形制御部５０５がノズルプレート１００の変形をより効果的に均一化できる。
【０１０４】
変形制御部５０５の幅は、アクチュエータ１０２の幅よりも短い。これにより、変形制御部５０５がアクチュエータ１０２によるノズルプレート１００の変形を阻害することを抑制できる。
【０１０５】
変形制御部５０５の中心は、ノズル１０１の中心と一致する。これにより、ノズル１０１を中心とする領域においてノズルプレート１００の変形が均一化され、インク吐出が不安定になることを抑制できる。
【０１０６】
なお、複数の変形制御部５０５の中心と、ノズル１０１の中心とがそれぞれ異なっても良い。この場合、それぞれの変形制御部５０５の位置を調整することで、ノズルプレート１００を均一に変形させる。
【０１０７】
次に、図６を参照して、第２の実施の形態について説明する。なお、以下に開示する少なくとも一つの実施形態において、第１の実施形態のインクジェットプリンタ１と同一の機能を有する構成部分には同一の参照符号を付す。さらに、当該構成部分については、その説明を一部または全て省略することがある。
【０１０８】
図６は、第２の実施の形態に係るインクジェットヘッド１０の一部を示す断面図である。図６に示すように、第２の実施形態の変形制御部５０５に、複数のスリット５０６が設けられている。別の表現をすれば、複数の変形制御部５０５は、スリット５０６を介して隣り合う円弧状のリブである。
【０１０９】
複数のスリット５０６は、ノズル１０１を中心に放射状に設けられている。言い換えると、複数のスリット５０６は、変形制御部５０５の内縁から外縁に亘って設けられている。一つの変形制御部５０５のスリット５０６は、その内側に位置する変形制御部５０５のスリット５０６と互い違いに配置されている。
【０１１０】
スリット５０６の深さは、変形制御部５０５の厚さと等しい。言い換えると、スリット５０６が設けられた部分において、変形制御部５０５は除去され、振動板１０９の第１の面５０１が露出している。なお、スリット５０６の深さはこれに限らず、例えば、変形制御部５０５の厚さの半分であっても良い。
【０１１１】
第２の実施形態のインクジェットプリンタ１によれば、変形制御部５０５にスリット５０６が設けられている。これにより、インクがスリット５０６を通過でき、インクが変形制御部５０５によって滞留することを抑制できる。
【０１１２】
次に、図７を参照して、第３の実施の形態について説明する。図７は、第３の実施の形態に係るインクジェットヘッド１０の一部を示す断面図である。図７に示すように、第３の実施形態の変形制御部５０５は、スパイラル状に形成されている。これにより、インクをノズル１０１まで導くことができ、インクが変形制御部５０５によって滞留することを抑制できる。
【０１１３】
次に、図８および図９を参照して、第４および第５の実施の形態について説明する。図８は、第４の実施の形態に係るインクジェットヘッド１０の一部を示す断面図である。図８に示すように、第４の実施形態の圧力室２０１は矩形状に形成されている。アクチュエータ１０２および変形制御部５０５は、圧力室２０１に対応し、それぞれ矩形状に形成されている。
【０１１４】
図９は、第５の実施の形態に係るインクジェットヘッド１０の一部を示す断面図である。図９に示すように、第５の実施形態の圧力室２０１は菱形に形成されている。圧力室２０１が菱形に形成されることで、ノズル１０１を千鳥状に配置しやすくなる。アクチュエータ１０２および変形制御部５０５は、圧力室２０１に対応し、それぞれ菱形に形成されている。
【０１１５】
第４および第５の実施形態において、アクチュエータ１０２および変形制御部５０５の形状は、圧力室２０１の形状と相似する。なお、アクチュエータ１０２および変形制御部５０５の形状が、圧力室２０１の形状に対して扁平であったり、傾いたりしても良い。
【０１１６】
変形制御部５０５の中心は、ノズル１０１の中心と一致する。言い換えると、アクチュエータ１０２の形状は、ノズル１０１の中心に対して点対称に形成されている。
【０１１７】
上記実施形態のように、変形制御部５０５の形状は、円環状に限らず、種々の形状であって良い。なお、変形制御部５０５の形状は、圧力室２０１およびアクチュエータ１０２の形状と異なっていても良い。
【０１１８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１１９】
１…インクジェットプリンタ、１０…インクジェットヘッド、１００…ノズルプレート、１０１…ノズル、１０２…アクチュエータ、２００…圧力室構造体、２００ａ…取付面、２０１…圧力室、５０１…第１の面、５０５…変形制御部。
【図１】
2014046621.tif 000003
【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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