(57)【要約】  圧力室やインク吐出口を半導体集積回路の製造技術を利用してシリコン基板に簡単に高密度にパターン形成できると共に、低電圧で駆動可能な、吐出効率に優れたインクジェットヘッド及びその製造方法を提供することを目的とし、ガラス基板の第２のシリコン基板に接合される側の面において圧力室に対向する位置に圧力室内に突出した突起が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。
2010134418.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インク吐出口が貫通形成された第１のシリコン基板と、
前記第１のシリコン基板の一方の面に接合され、前記インク吐出口に対応するインク流路孔が貫通形成されたガラス基板と、
一方の面に前記インク流路孔に対応する圧力室が溝加工されると共に、他方の面に該圧力室内の容積を変化させるための圧電素子が設けられ、該圧力室の形成面が前記ガラス基板に対して前記第１のシリコン基板とは反対面に面するように接合された第２のシリコン基板とを有し、前記圧電素子の駆動によって前記圧力室内のインクを前記インク吐出口から吐出させるインクジェットヘッドであって、
前記ガラス基板の前記第２のシリコン基板に接合される側の面において前記圧力室に対向する位置に前記圧力室内に突出した突起が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２】
前記突起が前記圧力室の内壁と接触しないように形成されてい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】
前記インク吐出口の開口径が５μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記第１のシリコン基板と前記ガラス基板の接合面、及び前記ガラス基板と前記第２のシリコン基板の接合面が何れも陽極接合されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載のインクジェットヘッドの製造方法であって、
前記ガラス基板の前記第２のシリコン基板に接合される側の面において前記圧力室に対向する位置に前記圧力室内に突出した突起を形成する工程を有することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項６】
前記突起をサンドブラスト法により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ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェットヘッド及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
オンデマンド型のインクジェット記録装置は、インクジェットヘッドに複数形成された圧力室内のインクに選択的に吐出エネルギーを付与することにより、微小なインク吐出口からインク滴を吐出させて対象物に着弾させる。インクジェット記録装置は極めて微細な記録を行うことができることから、画像印刷分野のみならず、液晶表示装置等の産業機器の製造技術分野にも応用されるようになってきており、それに伴って更なる微細化の要求が高まっている。【０００３】
従来、インクジェットヘッドとして、特許文献１に記載のものが知られている。このインクジェットヘッドは、シリコン基板に複数の微細な圧力室やインク吐出口等を加工形成するものである。シリコン基板に対する圧力室やインク吐出口等の加工は、半導体集積回路の製造技術を利用して行うことができ、極めて微細なピッチの圧力室やインク吐出口等をパターン形成することが可能であり、これによって微細化の要求を満足させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２２９１２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記インクジェットヘッドにおいて、微細化の要求を満足させるためにインク吐出口の開口径を小さくしすぎると、流路インピーダンスのバランスの変化により吐出効率が低下し、駆動電圧が上昇してしまうという問題がある。【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、圧力室やインク吐出口を半導体集積回路の製造技術を利用してシリコン基板に簡単に高密度にパターン形成できると共に、低電圧で駆動可能な、吐出効率に優れたインクジェットヘッド及びその製造方法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】
前記目的は、下記の発明により達成される。【０００８】
１．インク吐出口が貫通形成された第１のシリコン基板と、
前記第１のシリコン基板の一方の面に接合され、前記インク吐出口に対応するインク流路孔が貫通形成されたガラス基板と、
一方の面に前記インク流路孔に対応する圧力室が溝加工されると共に、他方の面に該圧力室内の容積を変化させるための圧電素子が設けられ、該圧力室の形成面が前記ガラス基板に対して前記第１のシリコン基板とは反対面に面するように接合された第２のシリコン基板とを有し、前記圧電素子の駆動によって前記圧力室内のインクを前記インク吐出口から吐出させるインクジェットヘッドであって、
前記ガラス基板の前記第２のシリコン基板に接合される側の面において前記圧力室に対向する位置に前記圧力室内に突出した突起が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。【０００９】
２．前記突起が前記圧力室の内壁と接触しないように形成されていることを特徴とする前記１に記載のインクジェットヘッド。【００１０】
３．前記インク吐出口の開口径が５μｍ以下であることを特徴とする前記１または２に記載のインクジェットヘッド。【００１１】
４．前記第１のシリコン基板と前記ガラス基板の接合面、及び前記ガラス基板と前記第２のシリコン基板の接合面が何れも陽極接合されていることを特徴とする前記１〜３の何れか１項に記載のインクジェットヘッド。【００１２】
５．前記１〜４の何れか１項に記載のインクジェットヘッドの製造方法であって、
前記ガラス基板の前記第２のシリコン基板に接合される側の面において前記圧力室に対向する位置に前記圧力室内に突出した突起を形成する工程を有することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。【００１３】
６．前記突起をサンドブラスト法により形成することを特徴とする前記５に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、圧力室やインク吐出口を半導体集積回路の製造技術を利用してシリコン基板に簡単に高密度にパターン形成できると共に、低電圧で駆動可能な、吐出効率に優れたインクジェットヘッド及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態に係るインクジェットヘッドの一例を構成要素毎に分解して模式的に示す図である。
【図２】図１に示すインクジェットヘッドの平面図である。
【図３】図２におけるＸ−Ｘ’線に沿った拡大断面図である。
【図４】第１のシリコン基板とガラス基板と第２のシリコン基板との接合工程を示す図である。
【図５】圧力室高さと駆動電圧の関係を示すグラフである。
【図６】インク吐出口の開口径とリフィル速度の関係を示すグラフである。
【図７】圧力室高さとリフィル速度の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図示の実施の形態により本発明を説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。
【００１７】
図１は本発明の実施の形態に係るインクジェットヘッドの一例を構成要素毎に分解して模式的に示し、インクジェットヘッドＨＤは第１のシリコン基板１、ガラス基板６，第２のシリコン基板２及び圧電素子３を有する。
【００１８】
第１のシリコン基板１には、複数のインク吐出口１０１が貫通形成されている。ここでは９個のインク吐出口１０１が所定間隔をおいて配置された列が１列形成されているが、１列中のインク吐出口１０１の数及び列数は何ら問わない。
【００１９】
ガラス基板６は第１のシリコン基板１の下面に接合されており、第１のシリコン基板１の各インク吐出口１０１に対応する位置に、インク吐出口１０１よりも大径のインク流路孔６０１が貫通形成されている。
【００２０】
このインク流路孔６０１は、後述する圧力室内のインクを第１のシリコン基板１のインク吐出口１０１に向けて円滑に流出させるための流路となる。
【００２１】
また、ガラス基板６には、ガラス基板６の第２のシリコン基板２に接合される側の面において後述する圧力室溝２０４に対向する位置に圧力室溝２０４内に突出する突起２６が形成されている。ここでは直方体状の突起２６が１つの圧力室溝２０４に対して１つずつ形成されているが、突起２６の形状及び１つの圧力室溝２０４に対する突起２６の数は何ら問わない。
【００２２】
第２のシリコン基板２には、これにガラス基板６を被せて接合することで、圧力室となる圧力室溝２０４、インク供給路となるインク供給路溝２０３、共通インク室となる共通インク室溝２０２、及びインク供給口２０１が形成されている。
【００２３】
そして、第１のシリコン基板１のインク吐出口１０１と、ガラス基板６のインク流路孔２１及び突起２６と、第２のシリコン基板２の圧力室溝２０４と、が一対一で対応するように第１のシリコン基板１とガラス基板６と第２のシリコン基板２とが接合される。
【００２４】
更に、第２のシリコン基板２のガラス基板６と接合する面と反対側の面の各圧力室２０４に対応した位置に圧電素子３が接着される。圧電素子３はＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）からなり、インクをインク吐出口１０１から吐出させるアクチュエータである。
【００２５】
尚、以下の説明において、圧力室溝２０４とガラス基板６とにより形成された部屋を圧力室２０４と言い、インク供給路溝２０３とガラス基板６とにより形成された部屋をインク供給路２０３と言い、共通インク室溝２０２とガラス基板６とにより形成された部屋を共通インク室２０２と言う。
【００２６】
図２は図１に示すインクジェットヘッドの平面図である。図３は図２におけるＸ−Ｘ’線に沿った拡大断面図である。
【００２７】
図３に示すように、下から第２のシリコン基板２、ガラス基板６、第１のシリコン基板１の順に配置され、インク滴が吐出される第１のシリコン基板１のインク吐出面１ａ（上面）は平面に形成される。
【００２８】
各圧力室２０４は、ガラス基板６に形成されているインク流路孔６０１よりも大きな開口面積を有しており、第２のシリコン基板２のガラス基板６との接合面（圧力室の形成面）から所定の深さで凹設されている。また、ガラス基板６に形成されている突起２６が圧力室２０４の内壁面に接触しない状態で圧力室２０４内に突出している。各圧力室２０４の背面側、すなわち第２のシリコン基板２におけるガラス基板６との接合面の反対面側には、圧電素子３が個別に接着されており、この圧電素子３の電気−機械変換作用によって各圧力室２０４の底面２５を振動させ、圧力室２０４内の容積を変化させることにより、圧力室２０４内のインクに吐出エネルギーを付与するようになっている。圧電素子３の駆動により吐出エネルギーが付与された圧力室２０４内のインクは、インク流路孔６０１を介してインク吐出口１０１から吐出される。
【００２９】
このように、各圧力室２０４の底面２５は振動板として機能する。このため、各圧力室２０４の底面２５の厚みは、好ましくは１〜２０μｍとなるように、第２のシリコン基板２に各圧力室２０４をドライエッチングする際の凹設深さが調節されている。
【００３０】
次に、インクジェットヘッドＨＤの作成について説明する。
【００３１】
第１のシリコン基板１の作製方法は、基材として厚みが１５０μｍ〜５００μｍ程度のシリコン基板を用いて、例えば、公知のフォトリソグラフィー技術（レジスト塗布、露光、現像）とエッチング技術等を用いることでインク吐出口１０１を貫通形成するという手順により行われる。このインク吐出口１０１の開口径は、インク滴出口側の開口の直径であり、５μｍ以下が好ましい。
【００３２】
尚、インク吐出口１０１の開口の形状は図１及び図２で示す円形形状に限定されず、例えば、断面円形状に形成する代わりに、断面多角形状や断面星形状等としてもよい。尚、断面形状が円でない場合、その断面積を同じ面積の円形に置き換えた場合の直径を開口径とする。
【００３３】
ガラス基板６は、基材として厚みが１００μｍ〜３００μｍ程度のガラス基板を用いて、例えば、公知のフォトリソグラフィー技術（レジスト塗布、露光、現像）と微小な噴射粒により加工を行うサンドブラスト技術あるいはエッチング技術等を用いることでインク吐出口１０１よりも大径のインク流路孔６０１を貫通形成すると共に、突起２６を形成するという手順により行われる。
【００３４】
尚、インク流路孔６０１及び突起２６の形成は、必要なエッチングレート比をもつマスク材料がないことから深い穴の形成が困難であり、またガラスのエッチングレートが遅いため加工時間が非常に長く必要となることから精密な加工を得意とする上記のドライエッチング法のみでは対応できないので、サンドブラスト法を用いることが好ましい。
【００３５】
具体的には、例えば、ガラス基板６の第２のシリコン基板２に接合される側の面上に、厚み５０μｍ程度のドライフィルムレジストを用いて公知のフォトリソグラフィー技術（露光、現像）により突起２６を設けるためのフォトレジストパターンを形成する。次に、フォトレジストパターンをマスクとして、サンドブラスト法を用いて所定の大きさと形状になるように突起２６を形成する。この後、ガラス基板６の第１のシリコン基板１に接合される側の面上に、厚み５０μｍ程度のドライフィルムレジストを用いて公知のフォトリソグラフィー技術（露光、現像）によりインク流路孔６０１を設けるためのフォトレジストパターンを形成する。次に、フォトレジストパターンをマスクとして、サンドブラスト法を用いて所定の大きさと形状になるようにインク流路孔６０１を形成する。最後に、フォトレジストパターンを除去しガラス基板６を完成させる。
【００３６】
ここで、インク流路孔６０１は、ガラス基板６の第２のシリコン基板２に接合される側の面にフォトレジストパターンを形成して加工するようにしてもよい。
【００３７】
第１のシリコン基板１及びガラス基板６を加工するに際し、高精度が要求され、加工による損傷を避けたいインク吐出口周辺と高精度が要求されず加工による損傷が懸念されないインク流路孔６０１及び突起２６部分との２つに分け、インク吐出口１０１にはドライエッチング法を、インク流路孔６０１及び突起２６はサンドブラスト法とするそれぞれに適切な加工方法を選択することができる。従って、必要な機能や精度を十分に確保しながら生産性の良い加工方法を提供することができる。
【００３８】
第２のシリコン基板２は、第１のシリコン基板１の作製方法と同様に、基材として厚みが１５０μｍ〜５００μｍ程度のシリコン基板を用いて、例えば、公知のフォトリソグラフィー技術（レジスト塗布、露光、現像）とエッチング技術等を用いることで、ガラス基板６のインク流路孔６０１にそれぞれ連通する複数の圧力室となる圧力室溝２０４、圧力室にそれぞれ連通する複数のインク供給路となるインク供給路溝２０３、及びインク供給路に連通する共通インク室となる共通インク室溝２０２、並びにインク供給口２０１とを形成する。
【００３９】
ここで形成する溝の大きさは、適宜に決められるが、本実施の形態の一例であるインクジェットヘッドでは、例えば、圧力室溝２０４は幅１５０μｍ〜３５０μｍ程度、深さ５０μｍ〜２００μｍ程度、インク供給路溝２０３は幅５０μｍ〜１５０μｍ程度、深さ３０μｍ〜１５０μｍ程度、共通インク室溝は幅４００μｍ〜１０００μｍ程度、深さ５０μｍ〜２００μｍ程度、インク供給口２０１は直径φ４００μｍ〜１５００μｍ程度の貫通した穴である。
【００４０】
シリコン基板に対するエッチング加工方法は、第２のシリコン基板の面に対して垂直にエッチング加工ができるシリコン（Ｓｉ）異方性ドライエッチング法が好ましい。シリコン（Ｓｉ）異方性ドライエッチング法に関しては、産業図書株式会社「半導体ドライエッチング技術」等を参照することができる。
【００４１】
次に、これまで説明した方法で加工されている第１のシリコン基板１とガラス基板６と第２のシリコン基板２とを陽極接合技術を用いて接合する。以下に、これに関して説明する。
【００４２】
図４は、第１のシリコン基板１とガラス基板６と第２のシリコン基板２との接合工程を示す図であり、図４（ａ）は、シリコン基板を基材として、インク吐出口（図示してない。）が加工された第１のシリコン基板１、インク流路孔及び突起（図示してない。）が加工されたガラス基板６と圧力室溝２０４等の溝が前記に説明した加工により形成された第２のシリコン基板２を示している。
【００４３】
第１のシリコン基板１とガラス基板６と第２のシリコン基板２とは陽極接合により結合される。陽極接合技術を用いて２つの基材を接合する場合、基材の一方を構成する材料としてシリコンを用い、他方を可動イオン、例えば代表的にはナトリウムイオン（Ｎａ＋）を含むガラス材でシリコン（Ｓｉ）と比較的類似した線膨張係数（シリコンの線膨張係数は、４．２×１０−６／℃程度である。）を有するものを用いることが好ましく、例えば、硼珪酸ガラスが用いられる。
【００４４】
ここで、可動イオンを含む硼珪酸ガラス（以下、硼珪酸ガラスと称する。）としては、パイレックス（登録商標）、コーニング社（米国）またはテンパックス  フロート（登録商標）、日本以外はＢＯＲＯＦＬＯＡＴ（登録商標）、ショット日本（株）がこれらの線膨張係数｛パイレックス（登録商標）及びテンパックス  フロート（登録商標）の線膨張係数は共に３．２×１０−６／℃程度である。｝の観点からより好ましい。
【００４５】
本実施の形態の一例であるインクジェットヘッドでは、微細な加工の容易さから第１のシリコン基板１と第２のシリコン基板２の基材は何れもシリコン基板としている。よって、第２のシリコン基板２及び第１のシリコン基板１に陽極接合により結合されるガラス基板６の材料としては硼珪酸ガラスが好ましい。
【００４６】
次に、上記で説明した第１のシリコン基板１と硼珪酸ガラスのガラス基板６と第２のシリコン基板２とを、図４（ｂ）で示す通りに、適切な位置関係にして重ね合わせて固定し、接合部の温度を高温状態にして、直流高圧電源４を用いて電圧を印加して陽極接合する。以下に、第１のシリコン基板１と硼珪酸ガラスのガラス基板６と第２のシリコン基板２とを陽極接合することに関して具体的に説明する。
【００４７】
陽極接合を行う場合に印加する電圧の極性は、シリコンの基材側をプラス（＋）、硼珪酸ガラスの基材側をマイナス（−）とする。このようにすると、静電引力によって接合界面が密着すると同時に電流が流れ、両基板が強固に陽極接合される。
【００４８】
本実施の形態の一例であるインクジェットヘッドにおいては、第１のシリコン基板１及び第２のシリコン基板２はプラス（＋）、ガラス基板６はマイナス（−）とする電圧を印加すれば良い。
【００４９】
接合時の高温状態とは、３００℃〜５５０℃の範囲であって、このような雰囲気温度を維持できる恒温漕や簡便な方法ではセラミックヒーター等を内蔵する絶縁性の良いホットプレート等を用いて第１のシリコン基板１とガラス基板６と第２のシリコン基板２との接合部を加熱すれば良い。
【００５０】
上記の温度範囲を超えて接合を行う場合、接合ができないまたは接合が十分でないといった不都合が生じやすくなる。例えば、５５０℃以上では、印加電圧にもよるが、可動イオンが一気に流れ出して、硼珪酸ガラスのガラス基板６が白濁したりといった劣化が生じ、結果的に強固な接合ができない場合がある。また、３００℃以下では、可動イオンが移動しにくい状態であり、これを移動しやすくするためには、印加電圧を大きくすることが必要である。印加電圧を大きくする結果、第１のシリコン基板１とガラス基板６と第２のシリコン基板２との間での短絡が発生し、結果として陽極接合が十分できない場合がある。
【００５１】
また、直流高圧電源４にて第１のシリコン基板１とガラス基板６と第２のシリコン基板２との間に印加する直流電圧の電界強度は、３０ｋＶ／ｍｍ〜２００ｋＶ／ｍｍの範囲が好ましい。
【００５２】
通常、１ｋＶを超える電圧を使用する場合、電圧を発生する直流高圧電源４の容量や電圧印加に関連する附帯装置の絶縁耐圧を確保することが必要となるなどから、直流高圧電源４を含めた装置が高価かつ煩雑になる。従って、適当なガラス基板６の厚みを設定することで陽極接合時に印加する電圧を扱いやすい１ｋＶ未満とするのが好ましい。
【００５３】
このように陽極接合により接合された第１のシリコン基板１、ガラス基板６及び第２のシリコン基板２の結合体Ａに圧電素子３が接着され、インクジェットヘッドができあがる。
【００５４】
以上のように、本実施形態の上記インクジェットヘッドＨＤでは、インク吐出口１０１が貫通形成された第１のシリコン基板１と、前記第１のシリコン基板１の一方の面に接合され、前記インク吐出口１０１に対応するインク流路孔６０１が貫通形成されたガラス基板６と、一方の面に前記インク流路孔６０１に対応する圧力室２０４が溝加工されると共に、他方の面に該圧力室２０４内の容積を変化させるための圧電素子３が設けられ、該圧力室２０４の形成面が前記ガラス基板６に対して前記第１のシリコン基板１とは反対面に面するように接合された第２のシリコン基板２とを有し、前記圧電素子３の駆動によって前記圧力室２０４内のインクを前記インク吐出口１０１から吐出させるように構成されている。
【００５５】
従って、高度な微細化が要求されるインク吐出口１０１や圧力室２０４は、何れもシリコン基板１及び２に加工形成できるので、半導体集積回路の製造技術を利用した微細で高密度なパターン形成が可能である。加えて、ガラス基板６には、単純な貫通孔を形成するだけであり、サンドブラストやドライエッチング時の加工作業も極めて簡単で済む。
【００５６】
また、本実施形態の上記インクジェットヘッドＨＤでは、ガラス基板６の第２のシリコン基板２に接合される側の面において圧力室２０４に対向する位置に圧力室２０４内に突出した突起２６が形成されている。
【００５７】
従って、この突起により、圧力室の容積減少を図っているので、圧力室内のインクのコンプライアンスを減少させることができ、吐出効率が向上し低電圧駆動が可能になる。吐出効率は、圧電素子３を所定の駆動電圧で駆動した際のインク滴の吐出速度に影響する。従って、同一の駆動電圧でのインク滴の吐出速度が大きいほど、インク滴の吐出効率が高く、インク滴の吐出速度が小さいほど、インク滴の吐出効率が低いと評価することができる。また、逆に同一の吐出速度になるように、駆動電圧を調整することにより、駆動電圧の低電圧化が可能となる。吐出速度は、例えば、ＣＣＤカメラを用いたストロボ測定により、インク滴がインク吐出口の開口から約１ｍｍ飛翔した時点でのインク滴速度を測定すればよい。
【００５８】
ここで、圧力室内のインクのコンプライアンスについて説明する。
【００５９】
流体内部の圧縮に関わる項である圧力室内のインクのコンプライアンスＣｂｕｌｋ〔ｍ５／Ｎ〕は、圧力室の容積をＶ［ｍ３］、インク密度をρ［ｋｇ／ｍ３］、インクの音速度をｃ［ｍ／ｓ］とすると、式（１）で与えられる。
【００６０】
【数１】
2010134418.tif 000003
【００６１】
流体内部の圧縮に関わる項である圧力室内のインクのコンプライアンスが小さいほど、圧力がインクに有効に作用するので吐出効率が向上し低電圧駆動が可能になる。
【００６２】
圧力室２０４内のインクのコンプライアンスを減少させるには、式（１）から明らかなように、圧力室２０４の容積を減少すればよい。従って、上記インクジェットヘッドＨＤでは、突起により、圧力室の容積減少を図っているので、圧力室内のインクのコンプライアンスを減少させることができ、吐出効率が向上し低電圧駆動が可能になる。
【００６３】
圧力室２０４内の容積を減少させるには、圧力室２０４の深さを浅くすることも考えられる。しかしながら、圧力室の深さを浅くする場合は、第２のシリコン基板２の薄板化によるシリコンウエハーの歩留り低下を招くという問題がある。
【００６４】
本実施形態の構成では、突起２６を設けることにより、第２のシリコン基板２を薄板化することなく圧力室２０４内の容積を容易に減少させることが可能になる。
【００６５】
また、本実施形態の上記インクジェットヘッドＨＤでは、第１のシリコン基板１とガラス基板６の接合面、及びガラス基板６と第２のシリコン基板２の接合面が何れも陽極接合されている。従って、全ての接合部位に接着剤が介在せず、接着剤層の厚みばらつき等による突起２６と圧力室２０４の位置精度の低下を防ぐことができ、安定した吐出特性が得られる。
【００６６】
また、本実施形態の上記インクジェットヘッドＨＤでは、突起２６が圧力室２０４の内壁と接触しないように形成されている。従って、インク吐出口１０１へ流入するインクの流路抵抗が低減されるので、インク吐出口１０１へインクが十分に供給され、インク吐出口１０１へのインクリフィルが阻害されるおそれがない。
【００６７】
インク滴の吐出が行われると、吐出直後に大きく後退したメニスカスは、振動しながら初期位置に復帰する。なお、こうしたインク滴吐出後におけるメニスカス復帰動作のことを、本明細書の中ではリフィルと呼ぶ。
【００６８】
そして、インク滴吐出後に最初にメニスカスが初期位置に復帰するまでの時間をリフィル時間と呼ぶことにする。インクジェットヘッドでインク滴を連続吐出する場合、リフィルが完了した後に、次の吐出を実行しなければ安定した連続吐出を実行することはできない（インク滴の滴径や滴速が不安定化してしまう）。そのため、リフィル時間はインクジェット記録ヘッドの最大吐出周波数を支配する重要な特性パラメータとなる。ここでの最大吐出周波数とは、滴径や滴速の安定性を担保しつつ文字等の記録を行うことが可能な最大の吐出周波数という意味である。
【００６９】
例えばリフィル時間が１０μｓであると１００ｋＨｚの吐出周期にリフィル動作が間に合うことになり吐出が可能になるということになる。
【００７０】
リフィル時間（μｓ）が短くなると言うことはリフィル速度（ｋＨｚ）が速くなるということである。
【００７１】
更に、本実施形態の上記インクジェットヘッドＨＤでは、インク吐出口１０１の開口径が５μｍ以下に設定されている。後述する実施例で示すように、加工が可能な限り圧力室高さＨ（図３参照）を減少させてもインク吐出口の開口径が５μｍ以下であれば、常にリフィル速度１００ｋＨｚ以上を確保できる。
【実施例】
【００７２】
本実施例では、上記実施形態中で示したインクジェットヘッドＨＤと同様のインクジェットヘッドを上記製造方法に従いながら製造し、当該インクジェットヘッドのインク吐出口からインク滴を吐出した際のインクのリフィル速度（ｋＨｚ）と吐出効率を測定した。【００７３】
リフィル速度（ｋＨｚ）は、リフィル時間の逆数である。【００７４】
インク吐出効率は、圧電素子３に印加する駆動電圧を増加させながら吐出されるインク滴の速度を測定し、速度が６ｍ／ｓになるときの駆動電圧を調べた。吐出速度は、ＣＣＤカメラを用いたストロボ測定により、インク滴がインク吐出口の開口から約１ｍｍ飛翔した時点でのインク滴速度を測定した。【００７５】
まず、突起２６の高さを変更することにより図３における圧力室高さＨ（突起２６の先端面と圧力室の底面との間隔であり、突起の突出量が大きくなるほどＨが小さくなる）を種々変更した複数のインクジェットヘッドを作製した。具体的には、突起２６がない場合の圧力室高さＨを１３０μｍとし、図５に示すように圧力室高さＨを変更した。ノズルは、円筒状とし、ノズルの長さを１０μｍとし、図６に示すようにインク吐出口の開口径を変更した。なお、１つのインクジェットヘッドにおける各チャネル間の圧力室、ノズルの形状は同一とした。【００７６】
その後、圧電素子に駆動電圧を印加してインク粘度が異なる３種類のインクをそれぞれ吐出した。なお、各インクの表面張力σは５０［ｄｙｎｅ／ｃｍ］であった。【００７７】
図５は、インク吐出口の開口径が１０μｍとし、インク粘度が異なる３種類のインクをそれぞれ吐出した場合における圧力室高さと駆動電圧の関係を示す。【００７８】
図５よりいずれの粘度のインクの場合も、圧力室高さが減少するにしたがって駆動電圧が低下し駆動効率が向上していることがわかる。【００７９】
図６は、圧力室高さ３０μｍのヘッドで粘度が１０（ｃＰ）のインクを吐出させたときの、インク吐出口の開口径とリフィル速度の関係を示す。【００８０】
図６より、インク吐出口の開口径が小さくなるほどリフィル速度が速くなることがわかる。【００８１】
図７は、インク吐出口の開口径が５μｍと１０μｍのヘッドで粘度が１０（ｃＰ）のインクを吐出させたときの、圧力室高さとリフィル速度の関係を示す。【００８２】
図７よりいずれの開口径の場合も、圧力室高さが減少するにしたがってリフィル速度が低下していることがわかる。【００８３】
加工が可能な限り圧力室高さを減少させてもインク吐出口の開口径が５μｍ以下であれば、常にリフィル速度１００ｋＨｚ以上を確保できることがわかる。
【符号の説明】
【００８４】
１  第１のシリコン基板
１０１  インク吐出口
２  第２のシリコン基板
３  圧電素子
４  直流高圧電源
６  ガラス基板
２０１  インク供給口
２０２  共通インク室溝、共通インク室
２０３  インク供給路溝、インク供給路
２０４  圧力室溝、圧力室
【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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【国際調査報告】
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