(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹部が形成された基板と加圧手段とを重ね合わせることにより画成される圧力発生室を備え、前記加圧手段の加圧により、前記圧力発生室に連通するインク噴出口からインク滴を噴出するように構成されたインクジェット式記録ヘッドであって、前記凹部は、前記加圧手段が形成された側を長辺とする略台形の断面形状とされ、該長辺と対向する短辺側に前記インク噴出口を設けるように構成され、前記基板と前記加圧手段とは、該加圧手段を構成する原材料が基板上に設けられた状態にて、反応水溶液中にて水熱処理されて形成されたことを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
【請求項２】
前記圧力発生室に連通するインク流路に対応する位置にも前記加圧手段が設けられたことを特徴とする請求項１に記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項３】
基板に圧力発生室となる開口部を形成する開口工程、前記開口部に充填剤を充填する充填工程、前記基板において前記充填剤が露出している面に振動板および圧電素子の原材料を塗布するコート層形成工程、前記コート層の形成された前記基板を反応液の中に浸漬させて所定温度に加熱して、該コート層を結晶化させる結晶化工程、前記充填剤を除去して前記圧力発生室を形成する充填剤除去工程、を備えるインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記コート層を前記圧力発生室の一方側に形成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式記録ヘッドの製造方法。
【請求項５】
前記開口工程では、圧力発生室用の凹部の底面にインク噴出口を形成し、また、前記充填工程では、前記凹部の開口側が略平坦になるように前記充填剤を充填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式記録ヘッドの製造方法。
【請求項６】
前記開口工程において、前記凹部を形成するときに、前記圧力発生室が前記インク噴出口とは反対側に向かって広がる略台形の断面形状し、該略台形の長辺側に前記コート層を形成することを特徴とする請求項５に記載のインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
【請求項７】
前記開口部を、異方性エッチングを用いて形成することを特徴とする請求項３〜６の何れかに記載のインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
【請求項８】
前記充填工程において、前記圧力発生室に連通するインク流路にも前記充填剤を充填することを特徴とする請求項３〜７の何れかに記載のインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
【請求項９】
前記充填剤は、前記結晶化工程における水熱処理を行う前記反応液に溶解する材料にて構成されていることを特徴とする請求項３〜８の何れかに記載のインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット式記録ヘッドの構造及び該ヘッドの製造方法に関し、さらに詳しくは、基板と変形可能な振動板とにより画成される圧力発生室を備え、この振動板を圧電素子にて変形させることで加圧発生室に連通するインク噴出口からインク滴を噴出するインクジェット式記録ヘッドの構造及び該ヘッドの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、インクを用いて印字（印刷）を行うための方法としては、幾つかの形態のものがあるが、その中に、インクを吐出する駆動源として圧電素子を用いたインクジェットプリンタ式記録ヘッドが知られている。
【０００３】
図８は、従来の、圧電素子を用いたインクジェット式記録ヘッドの構造を示す要部断面図である。この図に示す記録ヘッド３００は、表面部に複数個のドット印字部３０５が紙面、奥行き方向に並設されたもので、各ドット印字部３０５は、インク流路３０１ａ、加圧室３０１ｂ、インク流路３０１ｃ、インク噴出路３０３ａ、インク噴出口３０３ｂ及び圧電素子３０４を備えている。
【０００４】
各ドット印字部３０５のインク流路３０１ａ、加圧室３０１ｂ及びインク流路３０１ｃは、感光性ガラスからなる基板３０１の表面に所定パターンの凹部を形成し、該基板３０１の表面に振動板３０２を接着剤で接合して構成されている。また、圧電素子３０４は、上記加圧室３０１ｂの加圧源で、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電部材３０４ｃの表裏面に電極３０４ａ，３０４ｂを形成したものである。圧電素子３０４は、振動板３０２の加圧室３０１ｂに対向する位置に接着剤で接着して取り付けられている。
【０００５】
また、各ドット印字部３０５のインク噴出路３０３ａ及びインク噴出口３０３ｂは、振動板３０２が接合された基板３０１の先端に、インク噴出路３０３ａ及びインク噴出口３０３ｂが形成されたノズルプレート３０３を紫外線硬化型接着剤で接着して構成されている。
【０００６】
上記振動板３０２は、加圧室３０１ｂの天井部を変形可能にする側壁を構成するとともに、上記インク流路３０１ａ、加圧室３０１ｂ及びインク流路３０１ｃの側壁も構成している。
【０００７】
上記記録ヘッド３００は、例えば、下記のような工程にて製造されている。まず、感光性ガラスからなる基板３０１の表面に、フォトリソグラフィー技術によりインク流路３０１ａ、加圧室３０１ｂ及びインク流路３０１ａの凹部が形成され、この基板３０１の表面に同一の感光性ガラスからなる振動板３０２が接着剤により接合される。
【０００８】
そして、振動板３０２が接合された基板３０１（図示ではヘッド基板３０６）の振動板３０２の表面に共通電極として、ＩＴＯ膜３０７が形成された後、該振動板３０２の上記加圧室３０１ｂに対向する位置に、予め部品として製造されている圧電素子３０４が、エポキシ系接着剤で接着することで取り付けられる。その後、ヘッド基板３０６の先端に、インク噴出面が撥水性処理されたノズルプレート３０３が紫外線硬化型接着剤で接合されて記録ヘッド３００が完成する。
【０００９】
上述のごとき記録ヘッドの構成であると、圧電素子を形成するときに、高温のアニール処理などを行うことによって、圧電素子に応力が発生したり、接着により組み立てることから、加圧室に対する圧電部材の取付位置の精度及び取付強度等に問題があるために、圧電部材の駆動効率及びインク噴出特性の安定性に問題があった。
【００１０】
これまで、上述のような問題があることから、特開平８−１１８６６２号公報に開示されているような技術が提案されている。この公報に示された技術は、図９に示すように、記録ヘッドを構成するドット印字部８０１は、インク溜２０１、加圧室２０２、インク流路２０４及びインク噴出路２０３を構成する凹部が形成された基板８０２にチタン板からなる振動板８０３を接合して構成されている。また、振動板８０３の加圧室２０２に対向する位置には水熱合成法によりチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を析出させて圧電素子８０４が設けられている。この振動板８０３をチタン板で構成するとともに、圧電素子８０４をチタン板に化学結合してなるＰＺＴで構成することで、圧電部材の位置精度及び取付強度を高めることを目的としたものである。
【００１１】
上記水熱合成法を用いた技術においても、チタン板の片面に、圧電素子を形成し、該圧電素子が形成された側とは反対側に、圧力発生室などの凹部を形成している。すなわち、圧電素子が形成されたチタン板を、凹部が形成された基板に接着する構成となっている。したがって、上述のごとく接着を必須工程として有していることから、依然として、圧電素子の位置と凹部（圧力発生室）との位置合わせの問題は残されている。また、別々に形成された部品を貼り合わせる工程が必要なことから、製造性の点で大きな問題があった。
【００１２】
さらに、接着による圧電素子に応力が発生する問題も依然として解決されておらず、圧電部材の駆動効率及びインク噴出特性の安定性、高品質な画質を提供できる、より高い性能が切望されていた。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑み成されたものであり、圧電素子の取付位置の精度及び取付強度をより向上でき、しかも生産性が向上し、安定した印字品質並びに高品質な画像を得ることのできるインクジェット式記録ヘッド及び該ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るインクジェット式記録ヘッドは、凹部が形成された基板と加圧手段とを重ね合わせることにより画成される圧力発生室を備え、前記加圧手段の加圧により、前記圧力発生室に連通するインク噴出口からインク滴を噴出するように構成されたインクジェット式記録ヘッドであって、前記凹部は、前記加圧手段が形成された側を長辺とする略台形の断面形状とされ、該長辺と対向する短辺側に前記インク噴出口を設けるように構成され、前記基板と前記加圧手段とは、該加圧手段を構成する原材料が基板上に設けられた状態にて、反応水溶液中にて水熱処理されて形成されたことを特徴とし（請求項１）、これにより上記目的を達成することができる。
【００１５】
また、参考例であるインクジェット式記録ヘッドは、加圧手段を備えるとともにインク噴出口を備え、該加圧手段により圧力をかけることにより、該インク噴出口からインク滴を噴出するように構成された圧力発生室を具備するインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記圧力発生室は、前記基板に形成された凹部が、薄膜によって閉じるようにして画成され、かつ該薄膜が形成された側を長辺とする略台形の断面形状に構成しても良い、これにより上記目的を達成することができる。
【００１６】
参考例である上記インクジェット式記録ヘッドにおいて、・前記薄膜が、前記圧力発生室に圧力を加える前記加圧手段として機能するように構成しても良い。
【００１７】
更に、参考例であるインクジェット式記録ヘッドは、凹部の形成された基板と変形可能な加圧手段とを重ね合わせることにより画成される圧力発生室を備え、前記加圧手段にて圧力を加えることにより、前記圧力発生室に連通するインク噴出口からインク滴を噴出するように構成されたインクジェット式記録ヘッドであって、前記圧力発生室を形成すべく２つの対向する加圧手段が設けられ、該加圧手段が、それぞれ独立して動作するように構成しても良く、これにより上記目的を達成することができる。
【００１８】
また、参考例であるインクジェット式記録ヘッドにおいて、
・前記圧力発生室の両面に形成された２つの対向する加圧手段のうち、少なくとも一つが水熱処理して形成されたものであること、
・水熱処理にて形成された前記加圧手段に隣接してノズルプレートが設けられたこと、
また、本発明のインクジェット式記録ヘッドにおいて、
・前記圧力発生室に連通するインク流路に対応する位置にも前記加圧手段が設けられたこと (請求項２) 、を特徴とする。
【００１９】
参考例である上記インクジェット式記録ヘッドの駆動方法は、前記複数の加圧手段を別々あるいは同時に駆動することを特徴し、これにより上記目的を達成することができる。
【００２０】
本発明に係るインクジェット式記録ヘッドの製造方法は、基板に圧力発生室となる開口部を形成する開口工程、前記開口部に充填剤を充填する充填工程、前記基板において前記充填剤が露出している面に
振動板および圧電素子の原材料を塗布するコート層形成工程、前記コート層の形成された前記基板を反応液の中に浸漬させて所定温度に加熱して、該コート層を結晶化させる結晶化工程、前記充填剤を除去して前記圧力発生室を形成する充填剤除去工程、を備えることを特徴とし( 請求項３) 、これにより上記目的を達成することができる。
【００２１】
また、本発明に係る上記インクジェット式記録ヘッドの製造方法において、
・前記圧電素子を前記圧力発生室の一方側に形成すること( 請求項４) 、
・前記圧電素子を前記圧力発生室の両面に形成すること（請求項５）、
・前記開口工程では、圧力発生室用の凹部および該凹部の底面にインク噴出口を形成し、また、前記充填工程では、前記凹部の開口側が略平坦になるように前記充填剤を充填すること（請求項６）、
・前記開口工程において、前記凹部を形成するときに、前記圧力発生室が前記インク噴出口とは反対側に向かって広がる略台形の断面形状にし、該略台形の長辺側に前記振動板・圧電素子を形成すること（請求項７）、
・前記開口部を、異方性エッチングを用いて形成すること（請求項８）、
・前記開口工程において、前記基板を貫通するように開口部を形成し、また、前記開口部の一端側を閉じるように圧電素子を有する振動板を設けてから前記充填工程を行うこと（請求項９）、
・参考例として、前記充填工程において、前記基板の一方の面に圧電素子を有する振動板を固定した後に、該基板の他方の面から前記振動板に到達するように開口部を形成してから、前記充填工程を行うこと、
・また、前記充填工程において、前記圧力発生室に連通するインク流路にも前記充填剤を充填すること、
・また、前記充填剤は、前記結晶化工程における水熱処理を行う前記反応液に溶解する材料にて構成されていることを特徴とする。
【００２２】
（作用）本発明に係るインクジェット式記録ヘッドは、凹部が形成された基板と加圧手段とを重ね合わせることにより画成される圧力発生室を備え、前記加圧手段の加圧により、前記圧力発生室に連通するインク噴出口からインク滴を噴出するように構成されている。そして、凹部が形成された基板と加圧手段である圧電素子や振動板が、接着剤を介することなく直接接合されていることにより、接着剤による接着工程をなくすことができる。（請求項１）
【００２３】
また、本発明に係るインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記加圧手段（振動板および圧電素子）を構成する原材料が、基板に設けられた状態にて反応液中で加熱処理されていることにより、比較的低い温度（２００度Ｃ以下）で処理されているので、該基板に大きな応力が発生せず、残留応力が極めて小さい。（請求項１）
【００２４】
また、本発明に係るインクジェット式記録ヘッドにおいて、 前記凹部は、前記加圧手段（振動板および圧電素子）が形成された側を長辺とする略台形の断面形状とされることにより、該加圧手段の圧力面積を大きくとることができる。
また、断面形状が略台形の長辺と対向する短辺側にインク噴出口を設けるようにした構成によれば、加圧手段によるインクへの加圧力を、凹部の傾斜側面によりインク噴出口に伝えることができる。( 請求項１)
また、断面形状が略台形の長辺と対向する短辺側の基板にインク噴出口を設けるようにした構成によれば、従来のごときノズルプレートが不要になることにより、接着剤による接着工程をなくすことができ、インク噴出口の位置精度を高めることができる。
【００２５】
また、参考例であるインクジェット式記録ヘッドは、圧力発生室は、基板に形成された凹部が、薄膜形成技術による薄膜によって閉じられているので、接着剤を必要としない。また、薄膜が形成された側を長辺とする略台形の断面形状に構成されたことで、圧力発生室を画成する側壁を、大きなフレキシブルな側壁とすることができる。
【００２６】
また、参考例であるインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記薄膜が、前記圧力発生室に圧力を加える前記加圧手段として機能するように構成されていることにより、接着剤を用いることなく薄膜形成技術により加圧手段を形成できる。
【００２７】
更に、参考例であるインクジェット式記録ヘッドは、圧力発生室を形成すべく２つの対向する加圧手段が設けられていることにより、加圧面積を大きくとれる。また、この加圧手段が、それぞれ独立して動作するように構成されていることにより、加圧手段を独立して振動させることができる。
【００２８】
また、参考例であるインクジェット式記録ヘッドは、前記圧力発生室の両面に形成された2 つの対向する加圧手段のうち、少なくとも一つが水熱処理して形成されたものであることから、加圧手段の形成工程の複雑化を回避でき、形成位置精度を良くすることができる。
【００２９】
また、参考例であるインクジェット式記録ヘッドにおいて、水熱処理にて形成された前記加圧手段に隣接してノズルプレートが設けられたことにより、ノズルプレートと振動板との固定に、接着剤を使用しなくてすみ、信頼性並びに製造性を高めることができる。
【００３０】
また、本発明に係るインクジェット式記録ヘッドにおいて、圧力発生室に連通するインク流路に対応する位置にも加圧手段が設けられたことにより、インク噴出を行う圧力調整を、より微調整することができる。（請求項２） 
【００３１】
また、参考例である上記インクジェット式記録ヘッドの駆動方法は、複数の加圧手段を別々あるいは同時に駆動することができるので、インク噴出時における圧力調整を細かく制御することができる。
【００３２】
本発明に係るインクジェット式記録ヘッドの製造方法は、基板に圧力発生室となる開口部を形成する開口工程、前記開口部に充填剤を充填する充填工程、を有していることで、開口部が実質的に開口してない状態とすることができるので、前記基板において前記充填剤が露出している面に振動板を形成し、更に振動板上に圧電素子の前駆体を形成することができる。そして、前記前駆体の形成された基板を反応液の中に浸漬させて比較的低い温度（２００度Ｃ以下）にて加熱処理をするので、基板に大きな応力が発生せず、残留応力がほとんどない状態にできる。更に、処理液により、前駆体を結晶化させる結晶化工程以外に、充填剤を除去して圧力発生室を形成することができる。( 請求項３)
【００３３】
また、本発明に係る上記インクジェット式記録ヘッドの製造方法において、圧電素子を圧力発生室の一方側に形成することも( 請求項４) 、また、圧電素子を前記圧力発生室の両面に形成することもできる。
【００３４】
本発明に係る上記インクジェット式記録ヘッドの製造方法において、開口工程で、圧力発生室用の凹部および該凹部の底面にインク噴出口を形成し、また、充填剤の充填工程では、凹部の開口側が略平坦になるように前記充填剤を充填することにより、インク噴出口と反対側を平坦な状態として、インク噴出口とは反対側で樹脂上並びに基板上に振動板並びに圧電素子を位置させるようにすることができる。（請求項５）
【００３５】
本発明に係る上記インクジェット式記録ヘッドの製造方法において、開口工程で凹部を形成するときに、圧力発生室がインク噴出口とは反対側に向かって広がる略台形の断面形状（凹部が開口している側が広くなった形状）にすることにより、凹部形成が容易であるとともに、振動板・圧電素子の圧力面積を大きくとることが可能となり、更に、該略台形状の長辺側に振動板および前記圧電素子を設けるようにするので、長辺側に設けられる圧電素子によるインクへの加圧力を、インク噴出口に効果的に伝える傾斜面を作ることができる。（請求項６）
【００３６】
本発明に係る上記インクジェット式記録ヘッドの製造方法において、前記開口部を、異方性エッチングを用いて形成することにより、該開口部を極めて容易に形成することができる。（請求項７）
【００３７】
参考例として、上記インクジェット式記録ヘッドの製造方法において、開口工程で基板を貫通するように開口部を形成することにより、該開口部の両方側あるいは何れかの一方側に加圧手段（振動板および圧電素子）を設けるのか選択ができ、また、開口部の一端側を閉じるように圧電素子を有する振動板を設けてから前記充填工程を行うことにより、該振動板を充填剤充填時のせき止め用の側壁として利用できる。
【００３８】
また、参考例として、上記インクジェット式記録ヘッドの製造方法において、前記充填工程で、前記基板の一方の面に圧電素子を有する振動板を固定した後に、該基板の他方の面から前記振動板に到達するように開口部を形成してから、前記充填工程を行うことにより、固定する振動板を、平坦な面に固定することができ、該振動板の固定を容易かつ確実にできる。
【００３９】
本発明に係る上記インクジェット式記録ヘッドの製造方法において、充填工程で、圧力発生室に連通するインク流路にも充填剤を充填することにより、インク流路に対応する部分にも、加圧手段を配置することが可能になる。（請求項８）
【００４０】
本発明に係る上記インクジェット式記録ヘッドの製造方法において、充填剤が、結晶化工程における水熱処理を行う反応液に溶解する材料にて構成されていることにより、加圧手段の形成と同時に圧力発生室となる空間を形成することができる。（請求項９）
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るインクジェット式記録ヘッド及びその製造方法並びに駆動方法の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明に係るインクジェット式記録ヘッドにおける実施形態の要部断面図である。図２は、インクジェット式記録ヘッドの製造方法における製造工程を示す概略図である。図３は、図２における（ｄ）の工程を詳細に示した概略図である。
【００４２】
図４は、参考例におけるインクジェット式記録ヘッドにおける実施形態の要部断面図である。図５は、インクジェット式記録ヘッドの製造方法における製造工程の一部を示す概略図である。図６は、インクジェット式記録ヘッドの製造方法における製造工程の一部（図５に続く）を示す概略図である。図７は、参考例におけるインクジェット式記録ヘッドの製造方法における実施形態の製造工程の一部を示す概略図である。
【００４３】
（実施形態）図１の（ａ）に示すように、実施形態の記録ヘッド１は、本明細書で云う開口部の一形態である凹部５ａ（開口部の他の形態としては図５に示す開口４５ａを参照）が形成された基板２と変形可能な振動板３とによって画成される圧力発生室５を備えている。この振動板３には、該振動板３を変形させる圧電素子４が設けられている。すなわち、圧力発生室５内にあるインクに対して圧力を加える加圧手段が、振動板３および圧電素子４により構成されている。
【００４４】
そして、この振動板３は、圧電素子４に電流が流れることで、図１の（ｂ）に示すように、加圧発生室５内方に膨らむように変形（想像線にて示した状態）し、この変形により、加圧発生室５に連通する（振動板に対面する位置に設けられた）インク噴出口６からインク滴６０を噴出するように構成されている。
【００４５】
本実施形態における特徴は、凹部５ａが形成された基板２と加圧手段（圧電素子４を有して該圧電素子４により変形可能な振動板３）とが、接着剤を介することなく直接接合されている構成である。すなわち、振動板３および圧電素子４を形成する前駆体が、基板２上に塗着（凹部は樹脂にて埋められている）された状態にて、後述する特定の水溶液中にて加熱処理されて、基板２に接合されている。
【００４６】
また、基板２としては、例えばＳｉウエハ、Ｎｉ、Ｔｉなどを用いることができ、その材料の選択性は広い。なお、図１において、圧電素子４は、振動板３の全面を覆うかのように図示されているが、例えば加圧発生室５に対応して適宜大きさ所定形状にパターンニングされたものである。
【００４７】
また、本実施形態においては、圧力発生室５に連通するインク流路７に対向する位置にも加圧手段（振動板３および圧電素子４）が設けられている。このような構成によれば、インク流路７においても、インクに圧力を加えることができる。
【００４８】
また、本実施形態の記録ヘッド１においては、図１に示すように、凹部５ａは、加圧手段（振動板３および圧電素子４）が形成された側（図中において上側）を長辺とする略台形の断面形状に構成されている。このような構成されることにより、圧電素子４によって変形する振動板３の圧力面積を大きく設定することができ、インク吐出機能を向上させることができる。また、図示のように、断面形状が略台形の長辺と対向する短辺側にインク噴出口６を設けるようにした構成によれば、振動板３による加圧発生室５内のインクへの加圧力を、凹部５ａの傾斜側面５ｗによりインク噴出口６に効果的に伝えることができる。
【００４９】
本実施形態の記録ヘッド１の製造方法について以下説明する。先ず、基板２に、圧力発生室５用の凹部５ａおよびインク噴出口６を、インク流路７と連続して形成する（図２(a) の状態）。その後、凹部５ａ並びにインク流路７内に、該凹部５ａ並びにインク流路７が形成された側が略平坦になるように樹脂２０（例えば、ポリシリコン）を充填剤として充填することで、凹部５ａが実質的にない平坦な状態に戻す（図２(b) の状態）。そして、この基板２に下部電極を形成する。この下部電極は図示しないが、例えば金、白金等を、スパック法により形成することができる。
【００５０】
その後、樹脂上に振動板３および圧電素子４の原材料を、ゾル状態で多層塗布（塗着）してコート層３４を形成する（図２(c) の状態）。なお、ゾル液としては、組成は、例えば、主溶媒が2 −n −ブトキシエタノールで、添加剤が、イミノジエタノール（金属アルコキシドの加水分解を抑制させる）、溶質としては、酢酸鉛三水和物Pb（CH3 COO ）2 ・3H2 0 、 チタニウムテトライソプロポキシドTi（CH3 CH2 CH2 0 ）4、 ジルコニウムアセチルアセテートZr（CH3 COCHCOCH3 ）4 、酢酸マグネシウム五水和物Mg（CH3 COO ）2 ・5H2 0 、 ペンタエトキシニオブNb（OC2 H 5 ）5 のものを使用することができる。溶質濃度は0 ．5 〜1Mである。また、上記のゾル液をスピンコート、又はディッピングで塗布し、塗布後、約150 度C で乾燥し、主溶媒である2 −n ブトキシエタノールを飛散させることにより、ゲル膜のコート層３４を形成する。
【００５１】
そして、コート層３４が形成された基板２（原材料を塗着した基板２）を、保温槽３０内にて水熱処理する（図２( ｄ) ）。この水熱処理の状態を、図３に模式的に示す。この水熱処理工程は、ＰＺＴ圧電体膜前駆体を水熱処理して結晶化を促進させる工程である。まず、反応液を調製する。反応液は、水酸化バリウム水溶液（Ｂａ（ＯＨ）2 ）、水酸化カリウム水溶液（ＫＯＨ）、水酸化鉛水溶液（Ｐｂ( ０Ｈ) 2 ）、水酸化バリウムと水酸化鉛の混合水溶液（Ｂａ（ＯＨ）2 ＋Ｐｂ( ０Ｈ) 2 ）又は水酸化カリウムと水酸化鉛の混合水溶液（ＫＯＨ＋Ｐｂ( ０Ｈ) 2 ）の何れかのアルカリ水溶液を反応液３３として調製する。例えば、水酸化バリウム水溶液を反応液３３とする場合、濃度は、0.05mol/ｌ〜0.5mol/l程度とする。この反応液３３を、ヒータ３１を設けた保温槽３０に満たす。
【００５２】
上述の工程で得られたＰＺＴ圧電体膜前駆体を、基板２ごと保温槽３０に浸漬し、オートクレープ中で結晶化を促進させる。このときの水熱処理の温度は、１００℃〜２００℃の範囲に設定するが、特に、１４０℃の処理温度が好適である。また、処理圧力は、２ｋｇ/ ｃｍ2以上で１０ｋｇ/ ｃｍ2以下に設定することで良質な結晶を得ることができるが、特に、４ｋｇ/ ｃｍ2の処理圧力が好適である。処理時間は、１０分〜６０分の範囲とするが、特に、３０分の処理時間が好ましい。
【００５３】
このように水熱処理をすることにより、基板２は、上述のように比較的低い温度で処理される。そして、原材料のコート層３４が反応液３３と反応して、振動板３および圧電素子４が形成されると同時に、振動板３が基板上に付着固定される。この後、圧電素子４上に上電極を形成する。この上電極は、図示しないが、例えば金，白金等をスパッタ法により適宜形成する。なお、圧電素子４は、適宜パターンニングして所定の形状に設けることができる。
【００５４】
したがって、その形状や位置は、別途製作した部品を、接着剤を用いて固定するのに比べて極めて高い精度でかつ形成し易いだけでなく、振動板３と圧電素子４との間の接着も不要であり、処理温度が上記のごとく低温処理であることから、基材２材質の選択幅も広くできる。さらに、凹部５ａに充填した樹脂は、水熱処理の時に、反応液により溶出させるので、この溶出によって、圧力発生室５が形成される（図２(e) の状態）。
【００５５】
なお、上記のインクジェット式記録ヘッドの製造方法において、凹部５ａを形成する方法としては、例えば、異方性エッチングを用いて形成することにより、極めて容易に形成することができる。
【００５６】
（参考例）以下、図４から図６を参照して、インクジェット式記録ヘッドの参考例について説明する。図４に示すように記録ヘッド４０は、開口４５ａ（図５参照）が形成された基板４２と、この開口４５ａを閉じるように対向して設けられた振動板４３および振動板４８とによって画成される圧力発生室４５を備えている。振動板４３には、該振動板４３を変形させる圧電素子４４が、振動板４８には、該振動板４８を変形させる圧電素子４９が設けられている。また、インク噴出口４６を備えたノズルプレート５０が、図中において下側の振動板４３に並んで設けられている。
【００５７】
このように構成された記録ヘッド４０は、振動板４３、４８が圧電素子４４、４９に電流が印加されることで、加圧発生室４５内方に膨らむように変形（想像線にて示した状態）することで、加圧発生室４５に連通するインク噴出口４６からインク滴６０を噴出することができる。
【００５８】
本参考例における特徴は、圧力発生室４５を形成すべく２つの対向する振動板４３と４８が設けられている構成である。このような構成であるので、圧力発生室４５内のインクに対する加圧面積を大きくとれる構成である。更にまた、各振動板４３、４８が、それぞれ独立する複数の圧電素子４４、４９を備えていることにより、各振動板４３、４８を独立して振動させることができる構成である。
【００５９】
上述のように、加圧手段が複数ある構成であると、本参考例の記録ヘッド４０は、インク吐出の駆動方法において、複数の圧電素子４４、４９を別々あるいは同時に駆動することにより、インクに加える圧力調整を細かく制御できる。なお、図示においては、圧力発生室４５とインク流路４７とに対応する圧電素子４４は、便宜上連続した形態を示しているが、圧電素子を形成するときのパターンニングにより、適宜分離する圧電素子として構成できるものである。
【００６０】
本参考例の記録ヘッド４０の製造方法について以下説明する。先ず、基板４２に、圧力発生室４５用の開口部である開口４５ａを、インク流路４７と連続して該基板４２を貫通するように形成する（図５(a) の状態）。そして、この開口４５ａの一端側を閉じるように、圧電素子４９を有する振動板４８を設ける（図５(b) の状態）。
【００６１】
その後、開口４５ａ並びにインク流路４７内に、該開口４５ａ並びにインク流路４７が形成された側が略平坦になるように、充填剤である樹脂２０を充填する。この樹脂２０の充填により、開口４５ａやインク流路４７による凹みが無い平坦な形態となる（図５(c) の状態）。
【００６２】
その後、樹脂上に、ノズルプレート５０を設けるとともに、加圧手段（振動板４３および圧電素子４４）の原材料となるゲル状態の多層塗布（塗着）してコート層３４を形成する（図６(d) の状態）。なお、ゲル液の成分、塗布方法さらには、下部電極の形成については、上記第１の実施形態と同様であるので、ここでは省略する。
【００６３】
そして、コート層３４が形成された基板４２を、保温槽３０内にて、前記第１の実施形態と同様に水熱処理する（図６(e) ）。
【００６４】
このように水熱処理をすることにより、基板４２は、比較的低い温度で処理される。そして、原材料のコート層３４が反応液と反応して振動板４３および圧電素子４４が形成されると同時に、振動板４３が基板４２上に付着固定され、又、振動板４３とノズルプレート５０とが付着固定される。
【００６５】
なお、圧電素子４４は、第１の実施形態と同様に、適宜パターンニングして所定の形状に設けられている。さらに、開口４５ａに充填した樹脂は、水熱処理の時に、反応液により溶出させるので、この溶出によって、圧力発生室４５が形成される（図６(f) の状態）。
【００６６】
（参考例）以下、図７を参照して、本発明に係るインクジェット式記録ヘッドの製造方法に係る参考例について説明する。なお、本参考例における製造方法によって製造する記録ヘッドは、図４に示した前記参考例の構成と同じであり、製造方法においても、図６に示した製造工程は同じであるので、その説明は適宜省略する。
【００６７】
本参考例は、上記参考例における図５に示した製造工程を、図７に示した製造工程に変更した製造方法である。すなわち、先ず、基板４２の一方の面（図７においては、上側の面）で開口部を形成する位置に、圧電素子４９を有する振動板４８を固定する（図７(a) の状態）。その後、振動板４８を設けた側とは反対側の他方の面から、該振動板４８に到達するような開口４５ａ（圧力発生室４５用の開口部である開口４５ａ）を、インク流路４７と連続して該基板４２を貫通するように形成する（図７( ｂ)の状態）。
【００６８】
その後、開口４５ａ並びにインク流路４７内に、該開口４５ａ並びにインク流路４７が形成された側が略平坦になるように、充填剤である樹脂２０を充填する。この樹脂２０の充填により、開口４５ａやインク流路４７による凹みが無い平坦な形態とする（図７(c) の状態）。その後の製造工程は、図６に示した工程と同じ工程により製造される。
【００６９】
上記２つの参考例においては、両面の加圧手段のうち、片側のものもみを水熱処理を用いて形成するようにしたが、本発明に係るインクジェット式記録ヘッドおよびその製造方法は、両側の加圧手段を、水熱処理により形成してもよい。
【００７０】
両面に設ける加圧手段を、水熱処理により形成する場合は、前記参考例における充填剤の充填工程を少し変更することにより実施できる。すなわち、図５を参照して説明すると、基板４２に形成された開口４５ａの片側を閉じるときに、図５の(b) に示すように圧電素子４９を有する振動板４８を用いるのではなく、該振動板の代わりにダミープレートを一旦設け、このダミープレートにて片側が塞がれた開口（図５の(b) と同じ状態）に充填剤を充填し固化させ、その後ダミープレートを取り外して、充填剤の露出した両面側に加圧手段の前駆体を形成して、その後は前記実施形態と同様に処理する。このようにして、圧力発生室の両面に、水熱処理にて加圧手段を形成することができる。
【００７１】
【発明の効果】
以上詳記したように、本発明に係るインクジェット式記録ヘッドによれば、凹部が形成された基板と加圧手段とを重ね合わせることにより画成される圧力発生室を備え、前記加圧手段の加圧により、前記圧力発生室に連通するインク噴出口からインク滴を噴出するように構成され、凹部が形成された基板と加圧手段である圧電素子や振動板が、接着剤を介することなく直接接合されていることにより、接着剤による接着工程をなくすことができ、生産性を向上させることができ、また、加圧手段（振動板および圧電素子）を構成する原材料が、基板に設けられた状態にて反応液中で加熱処理されていることにより、比較的低い温度（２００度Ｃ以下）で処理されているので、該基板に大きな応力が発生せず、残留応力が極めて小さく、極めて良質の印字を保証することのできる精度の高いインクジェット式記録ヘッドを提供することができる。（請求項１）
【００７２】
更に、凹部は、加圧手段（振動板および圧電素子）が形成された側を長辺とする略台形の断面形状とされることにより、凹部形成が容易であるとともに、該加圧手段の圧力面積を大きくとることができ、また、断面形状が略台形の長辺と対向する短辺側にインク噴出口を設けるようにした構成によれば、加圧手段によるインクへの加圧力を、凹部の傾斜側面によりインク噴出口に伝えることができ、インク吐出性能の良いインクジェット式記録ヘッドを提供することができる。(請求項１)
【００７３】
また、参考例に係るインクジェット式記録ヘッドによれば、圧力発生室は、基板に形成された凹部が、薄膜形成技術による薄膜によって閉じられているので、接着剤を必要とせず、加圧手段の位置精度を高めることができ、かつ生産性も高めることができる。更に、該ヘッドによれば、薄膜が形成された側を長辺とする略台形の断面形状に構成されたことで、圧力発生室を画成する側壁を、大きなフレキシブルな側壁とすることができ、振動板を大きくすることが可能になり、インク吐出性能の高いインクジェット式記録ヘッドを提供することができる。
【００７４】
参考例に係る上記インクジェット式記録ヘッドによれば、薄膜が、圧力発生室に圧力を加える加圧手段として機能するように構成されている場合には、接着剤を用いることなく薄膜形成技術により加圧手段を形成でき、加圧手段の形成位置精度が高く、且つ生産性の高いインクジェット式記録ヘッドを提供することができる。
【００７５】
更に、参考例に係るインクジェット式記録ヘッドによれば、圧力発生室を形成すべく２つの対向する加圧手段が設けられている場合には、圧力発生室の加圧面積が大きな記録ヘッドを提供することができる。また、この加圧手段が、それぞれ独立して動作するように構成されていることにより、該加圧手段を独立して振動させることができ、加圧力の微調整が可能な記録ヘッドを提供することができる。
【００７６】
また、参考例に係るインクジェット式記録ヘッドにおいて、圧力発生室の両面に形成された2 つの対向する加圧手段のうち、少なくとも一つが水熱処理して形成されたものである場合の構成によれば、両面に加圧手段を備える構成であっても、加圧手段の形成工程の複雑化を回避でき、該加圧手段の形成位置精度の良いインクジェット式記録ヘッドを提供することができる。
【００７７】
また、参考例に係るインクジェット式記録ヘッドによれば、水熱処理にて形成された前記加圧手段に隣接してノズルプレートが設けられたことにより、ノズルプレートと振動板との固定に、接着剤を使用しなくてすみ、信頼性並びに製造性の高い記録ヘッドを提供することができる。
【００７８】
また、本発明に係るインクジェット式記録ヘッドによれば、圧力発生室に連通するインク流路に対応する位置にも加圧手段が設けられたことにより、インク噴出を行う圧力調整を、より微調整することができる記録ヘッドを提供することができる。 (請求項２)
【００７９】
また、参考例に係る上記インクジェット式記録ヘッドの駆動方法によれば、複数の加圧手段を別々あるいは同時に駆動することができるので、インク噴出時における圧力調整を細かく制御することができ、印字特性を格段に向上させることができる。
【００８０】
本発明に係るインクジェット式記録ヘッドの製造方法によれば、前駆体の形成された基板を反応液の中に浸漬させて比較的低い温度（２００度Ｃ以下）にて加熱処理をするので、基板に大きな応力が発生せず、残留応力がほとんどない状態にでき、更に、処理液により、前駆体を結晶化させる結晶化工程以外に、充填剤を除去して圧力発生室を形成することができる。( 請求項３)
【００８１】
また、本発明に係る上記インクジェット式記録ヘッドの製造方法によれば、圧電素子を圧力発生室の一方側に形成することも、また、圧電素子を前記圧力発生室の両面に形成することもできるので、記録ヘッドの構成の選択範囲を広くすることができる。（請求項４）
【００８２】
本発明に係る上記インクジェット式記録ヘッドの製造方法によれば、開口工程で、圧力発生室用の凹部および該凹部の底面にインク噴出口を形成し、また、充填剤の充填工程では、凹部の開口側が略平坦になるように前記充填剤を充填することにより、インク噴出口と反対側を平坦な状態として、インク噴出口とは反対側で樹脂上並びに基板上に振動板並びに圧電素子を位置させるようにすることができ、加圧性能の良い記録ヘッドを生産性良く製造することができる。（請求項５）
【００８３】
本発明に係る上記インクジェット式記録ヘッドの製造方法によれば、開口工程で凹部を形成するときに、圧力発生室がインク噴出口とは反対側に向かって広がる略台形の断面形状（凹部が開口している側が広くなった形状）にすることにより、凹部形成が容易であるとともに、振動板・圧電素子の圧力面積を大きくとることが可能となり、更に、該略台形状の長辺側に振動板および前記圧電素子を設けるようにするので、長辺側に設けられる圧電素子によるインクへの加圧力を、インク噴出口に効果的に伝える傾斜面を作ることができ、インク吐出性能の良いインクジェット式記録ヘッドを提供することができる。（請求項６）
【００８４】
本発明に係る上記インクジェット式記録ヘッドの製造方法によれば、開口部を、異方性エッチングを用いて形成する場合には、該開口部を極めて容易に形成することができ、生産ラインの自動化がし易く生産性がよい。（請求項７）
【００８５】
参考例に係る上記インクジェット式記録ヘッドの製造方法によれば、開口工程で基板を貫通するように開口部を形成することにより、該開口部の両方側あるいは何れかの一方側に加圧手段（振動板および圧電素子）を設けるのか選択ができ、また、開口部の一端側を閉じるように圧電素子を有する振動板を設けてから前記充填工程を行うことにより、該振動板を充填剤充填時のせき止め用の側壁として利用でき、両側に加圧手段を有する記録ヘッドを容易に製造することができる。
【００８６】
参考例に係る上記インクジェット式記録ヘッドの製造方法によれば、充填工程で、前記基板の一方の面に圧電素子を有する振動板を固定した後に、該基板の他方の面から前記振動板に到達するように開口部を形成してから、前記充填工程を行うことにより、固定する振動板を、平坦な面に固定することができ、該振動板の固定を容易かつ確実にでき、該振動板の設け易いインクジェット式記録ヘッドの製造方法を提供することができる。
【００８７】
本発明に係る上記インクジェット式記録ヘッドの製造方法によれば、充填工程で、圧力発生室に連通するインク流路にも充填剤を充填することにより、インク流路に対応する部分にも、加圧手段を配置することが可能になり、加圧機能に選択性のある記録ヘッドを製造することが容易にできる。（請求項８）
【００８８】
本発明に係る上記インクジェット式記録ヘッドの製造方法によれば、充填剤が、結晶化工程における水熱処理を行う反応液に溶解する材料にて構成されていることにより、加圧手段の形成と同時に圧力発生室となる空間を形成することができ、従来の接着組み付けにより形成していたものに比べて、その生産性は格段に優れ、圧力発生室の形成形態として、画期的な製造方法を提供することができる。（請求項９）
【００８９】
本発明に係るインクジェットプリンタ用記録ヘッドの製造方法によれば、基板に、圧力発生室用の凹部およびインク噴出口を形成した後、この凹部に、該凹部が形成された側が略平坦になるように樹脂を充填するので、凹部が実質的にない状態にでき、樹脂上にゾル状の原材料（振動板および圧電素子の原材料）の塗着が可能になり、ゲル状のコート層を構成でき、これにより、反応液との効果的な反応ができ、良質の結晶構造の圧電素子を短時間で形成することができ、さらに、振動板や圧電素子の素材・形成パターンの選択幅が格段に増大し、記録ヘッドの製造ラインの自動化が極めて容易になるという顕著な効果を奏するものである。
【００９０】
更に、本発明に係る製造方法によれば、原材料を塗着した基板を、反応液中に浸漬させて低い温度（２００度Ｃ以下）にて加熱する処理であるので、基板に大きな応力が発生せず、残留応力がほとんど無いだけでなく、原材料にて振動板および圧電素子を形成することにより、その形状や位置は、従来のように、別途製作した部品を、接着剤を用いて固定するのに比べて極めて形成し易く生産性の向上は顕著である。また、低温処理であることから、基材材質の選択幅も広くできる。さらに、凹部に充填した樹脂を、水熱処理の時に溶出させて圧力発生室を形成するので、接着剤による接着工程が必要ないだけでなく、複雑な形状の凹部を自在に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るインクジェット式記録ヘッドにおける実施形態の要部断面図である。
【図２】本発明に係るインクジェット式記録ヘッドの製造方法における製造工程を示す概略図である。
【図３】図２における（ｄ）の工程を詳細に示した概略図である。
【図４】インクジェット式記録ヘッドにおける参考例の要部断面図である。
【図５】インクジェット式記録ヘッドの製造方法における参考例であって、その製造工程の一部を示す概略図である。
【図６】インクジェット式記録ヘッドの製造方法における参考例であって、その製造工程の一部（図５に続く）を示す概略図である。
【図７】インクジェット式記録ヘッドの製造方法における参考例であって、その製造工程の一部を示す概略図である。
【図８】従来の記録ヘッドの概略断面図である。
【図９】従来の他の例の記録ヘッドを示す概略断面図である。
【符号の説明】
１，４０ 記録ヘッド
２，４２ 基板
３，４３ 振動板
４，４４ 圧電素子
５，４５ 圧力発生室
５ａ 凹部（開口部）
６，４６ インク噴出口
７，４７ インク流路
２０ 樹脂（充填剤）
３４ コート層
４５ａ 開口（開口部）
６０ インク滴
【図１】
0003543925.tif 000002
【図２】
0003543925.tif 000003
【図３】
0003543925.tif 000004
【図４】
0003543925.tif 000005
【図５】
0003543925.tif 000006
【図６】
0003543925.tif 000007
【図７】
0003543925.tif 000008
【図８】
0003543925.tif 000009
【図９】
0003543925.tif 000010