(57)【要約】【課題】  ノズル孔、吐出液収容部及び圧力変化手段とを該吐出液収容部の短手方向に３以上列状に並べて、該吐出液収容部の長手方向に２列に配置した液滴吐出ヘッドで、従来の液滴吐出ヘッドに比べてヘッド面の面積を縮小することで装置の小型化、及び材料の削減を図ることができる液滴吐出ヘッドを提供する。【解決手段】  振動板１１０、吐出液収容部１０２及びノズル孔１０１を吐出液収容部１０２の短手方向に３以上列状に並べて、吐出液収容部１０２の長手方向に２列に配置し、ヘッド面１０ｓに垂直な方向のヘッド面１０ｓに対する吐出液収容部１０２の投影面内における他方の列に近い端部寄りの箇所にノズル孔１０１を設け、ヘッド面１０ｓと離れる方向に吐出液収容部１０２から延在するように個別供給路としての個別貫通孔１０３を形成した。【選択図】  図５
2006187922.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を吐出するノズル孔と、
該ノズル孔により外部と連通し、かつ該液滴となる吐出液を収容する吐出液収容部と、
該吐出液収容部内の圧力を変化させる圧力変化手段と、
複数の該吐出液収容部に供給する該吐出液を収容する共通液収容部と、
該共通液収容部からそれぞれの該吐出液収容部に該吐出液を供給する個別供給路とを有する液滴吐出ヘッドのおいて、
該ノズル孔を複数設けた部分をヘッド面部とし、該ヘッド面部の外部と対向する面をヘッド面とすると、
該ノズル孔、該吐出液収容部及び該圧力変化手段を該吐出液収容部の短手方向に３以上列状に並べて、該吐出液収容部の長手方向に２列に配置し、
該ヘッド面に垂直な方向の該ヘッド面に対する該吐出液収容部の投影面内における他方の列に近い端部寄りの箇所に該ノズル孔を設け、
該ヘッド面と離れる方向に該吐出液収容部から延在するように該個別供給路を形成したことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
請求項１の液滴吐出ヘッドにおいて、
上記吐出液収容部を液滴吐出ヘッド基板の一方の面に設け、
該液滴吐出ヘッド基板の該吐出液収容部を設けた面とは反対側の面に上記共通液収容部を設け、
上記個別供給路を該吐出液収容部と該共通液収容部とを連通する貫通孔としたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
請求項１または２の液滴吐出ヘッドにおいて、
上記吐出液収容部の上記ノズル孔の形成位置から長手方向反対側端部に上記個別供給路を形成したことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
請求項１、２または３の液滴吐出ヘッドにおいて、
上記個別供給路の長さが５０［μｍ］以上、７００［μｍ］以下であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
請求項１、２、３または４の液滴吐出ヘッドにおいて、
上記圧力変化手段が上記吐出液収容部の壁面を構成する振動板と該振動板とギャップを介して対抗する対向電極とからなり、
該振動板及び該対向電極との間に電圧を印加し、該振動板を静電力により変形させることによって該吐出液収容部の内部の圧力を変化させる静電駆動式圧力変化手段であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項６】
請求項５の液滴吐出ヘッドにおいて、
一つの上記吐出液収容部に複数の上記振動板を供えることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項７】
インク滴を吐出する液滴吐出ヘッドと、この液滴吐出ヘッドにインクを供給するインクタンクを一体化したインクカートリッジにおいて、
該液滴吐出ヘッドとして請求項１、２、３、４、５又は６に記載の液滴吐出ヘッドを用いることを特徴とするインクカートリッジ。
【請求項８】
インク滴を吐出するインクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置において、
該インクジェットヘッドとして請求項１、２、３、４、５又は６に記載の液滴吐出ヘッドを用いることを特徴とするインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インク等の液体を液滴の状態で吐出する液滴吐出ヘッドと、この液滴吐出ヘッドを備えたインクカートリッジ及びインクジェット記録装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット記録装置は、記録時の騒音が極めて小さいこと、高速印字が可能であること、インクの自由度が高く安価な普通紙を使用できることなど多くの利点を有する。この中でも記録が必要な時にのみインク液滴を吐出する、いわゆるインク・オン・デマンド方式が、記録に不要なインク液滴の回収を必要としないため、現在主流となってきている。プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の画像記録装置或いは画像形成装置として用いるインクジェット記録装置において使用する液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドとしては、インク滴を吐出するノズル孔と、このノズル孔が連通する吐出液収容部（加圧液室、圧力室、インク流路等とも称される。）と、吐出液収容部内のインクを加圧する圧力を発生する圧力発生手段とを備えて、圧力発生手段で発生した圧力で吐出液収容部内インクを加圧することによってノズル孔からインク滴を吐出させる。
このような液滴吐出ヘッドとしては、次のようなものがある。
圧力発生手段として圧電素子などの電気機械変換素子を用いて吐出液収容部の壁面を形成している振動板を変形変位させることでインク滴を吐出させるピエゾ型。
吐出液収容部内に配設した発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いてインクの膜沸騰で気泡を発生させてインク滴を吐出させるサーマル型。
吐出液収容部の壁面を形成する振動板を静電力で変形させることでインク滴を吐出させる静電型。
近年、環境問題から鉛フリーであるサーマル型、静電型が注目を集め、鉛フリーに加え低消費電力の観点からも環境に影響が少ない静電型のものが多く提案されている。静電型の液滴吐出ヘッドとしては、特許文献１、２及び３に記載されているものがある。
上述の静電型の液滴吐出ヘッド及びピエゾ型の液滴吐出ヘッドは、ノズル孔、吐出液収容部及び圧力発生手段を複数個並べて配置し、複数の吐出液収容部に供給するインクを収容する共通液収容部と、共通液収容部からそれぞれの吐出液収容部にインクを供給する個別供給路とを備えている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１９３６１１号公報
【特許文献２】特開平２００２−３１６４１８号公報
【特許文献３】特開平２００１−１００４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載の液滴吐出ヘッドは、個別供給路とを吐出液収容部と同一面上に設けているため、個別供給路分のスペースが必要となり、ノズル孔を設けたヘッド面部のヘッド面の面積が大きくなってしまう問題があった。このような構成で、ノズル孔、吐出液収容部及び圧力発生手段を吐出液収容部の長手方向に２列に配置するとこの問題点は顕著になる。
また、特許文献３に記載の液滴吐出ヘッドは、ノズル孔、吐出液収容部及び圧力発生手段を吐出液収容部の短手方向に３以上列状に並べて、吐出液収容部の長手方向に２列に配置している。そして、ヘッド面に垂直な方向のヘッド面に対する吐出液収容部の投影面内における他方の列から離れた端部寄りの箇所にノズル孔を設けている。液滴吐出ヘッドを用いる装置では待機時にノズル孔から液滴が洩れることを防ぐため、液滴を吐出する動作が終了した後はノズル孔の周辺をクリーニングし、キャッピングする。動作終了後にノズル孔周辺をクリーニングするクリーニング部材は、ワイパーブレードと吸引キャップとによって構成される。この吸引キャップやノズル孔で液滴が乾燥することを防止する保湿キャップはノズル孔周辺のヘッド面に対して密着するものである。よって、ヘッド面には吸引キャップと保湿キャップとが密着するために、ノズル孔からある程度のスペースを必要とする。特許文献３の液滴ヘッドでは２列に配置した吐出液収容部のヘッド面に対する投影面内における他方の列から離れた端部よりの箇所にノズル孔を設けている。これにより、吐出液収容部の２列分のスペースに加えて、その両端に吸引キャップや保湿キャップが密着するためのスペースが必要となり、ヘッド面の面積が大きくなってしまう問題があった。
なお、ここでは吸引キャップと保湿キャップとを別個に設けた構成について説明したが、保湿キャップが吸引キャップの役割を有する構成でも同様の問題は生じる。
このようにヘッド面の面積が大きくなると装置の大型化につながり、さらに部材を形成のための材料も多く必要となる。
【０００５】
本発明は、以上の問題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、ノズル孔、吐出液収容部及び圧力変化手段とを該吐出液収容部の短手方向に３以上列状に並べて、該吐出液収容部の長手方向に２列に配置した液滴吐出ヘッドで、従来の液滴吐出ヘッドに比べてヘッド面の面積を縮小することで装置の小型化、及び材料の削減を図ることができる液滴吐出ヘッドを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、液滴を吐出するノズル孔と、該ノズル孔により外部と連通し、かつ該液滴となる吐出液を収容する吐出液収容部と、該吐出液収容部内の圧力を変化させる圧力変化手段と、複数の該吐出液収容部に供給する該吐出液を収容する共通液収容部と、該共通液収容部からそれぞれの該吐出液収容部に該吐出液を供給する個別供給路とを有する液滴吐出ヘッドのおいて、該ノズル孔を複数設けた部分をヘッド面部とし、該ヘッド面部の外部と対向する面をヘッド面とすると、該ノズル孔、該吐出液収容部及び該圧力変化手段とを該吐出液収容部の短手方向に３以上列状に並べて、該吐出液収容部の長手方向に２列に配置し、該ヘッド面に垂直な方向の該ヘッド面に対する該吐出液収容部の投影面内における他方の列に近い端部寄りの箇所に該ノズル孔を設け、該ヘッド面と離れる方向に該吐出液収容部から延在するように該個別供給路を形成したことを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１の液滴吐出ヘッドにおいて、上記吐出液収容部を液滴吐出ヘッド基板の一方の面に設け、該液滴吐出ヘッド基板の該吐出液収容部を設けた面とは反対側の面に上記共通液収容部を設け、上記個別供給路を該吐出液収容部と該共通液収容部とを連通する貫通孔としたことを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項１または２の液滴吐出ヘッドにおいて、上記吐出液収容部の上記ノズル孔の形成位置から長手方向反対側端部に上記個別供給路を形成したことを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項１、２または３の液滴吐出ヘッドにおいて、上記個別供給路の長さが５０［μｍ］以上、７００［μｍ］以下であることを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項１、２、３または４の液滴吐出ヘッドにおいて、上記圧力変化手段が上記吐出液収容部の壁面を構成する振動板と該振動板とギャップを介して対抗する対向電極とからなり、該振動板及び該対向電極との間に電圧を印加し、該振動板を静電力により変形させることによって該吐出液収容部の内部の圧力を変化させる静電駆動式圧力変化手段であることを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、請求項５の液滴吐出ヘッドにおいて、一つの上記吐出液収容部に複数の上記振動板を供えることを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、インク滴を吐出する液滴吐出ヘッドと、この液滴吐出ヘッドにインクを供給するインクタンクを一体化したインクカートリッジにおいて、該液滴吐出ヘッドとして請求項１、２、３、４、５又は６に記載の液滴吐出ヘッドを用いることを特徴とするものである。
また、請求項８の発明は、インク滴を吐出するインクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置において、該インクジェットヘッドとして請求項１、２、３、４、５又は６に記載の液滴吐出ヘッドを用いることを特徴とするものである。
【０００７】
上記請求項１乃至８に記載の液滴吐出ヘッドにおいては、ノズル孔、吐出液収容部及び圧力変化手段とを吐出液収容部の短手方向に３以上列状に並べて、吐出液収容部の長手方向に２列に配置し、ヘッド面に垂直な方向のヘッド面に対する吐出液収容部の投影面内における他方の列に近い端部寄りの箇所にノズル孔を設けている。これにより、クリーニング部材やキャップ部材がヘッド面と密着するために必要なスペースをヘッド面の吐出液収容部の他方の列に近い端部寄りに設けたノズル孔とヘッド面の端までの間に確保すればよい。そして、これはヘッド面でのノズル孔を設けた位置から吐出液収容部の長手方向の長さにより確保される。よって、ヘッド面の両端側にクリーニング部材やキャップ部材が密着するために必要なスペースを新たに設ける必要がない。そして、２列に配置した吐出液収容部のヘッド面に対する投影面内における他方の列から離れた端部寄りにノズル孔を設けるものに比べてヘッド面の面積を縮小することができる。さらに、ヘッド面と離れる方向に吐出液収容部から延在するように個別供給路を形成している。これにより、吐出液収容部と同一面上の個別供給路分のスペースを削減することができ、個別供給路を吐出液収容部と同一面上に設けたものに比べてヘッド面の面積を縮小することができる。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１乃至８の発明によれば、ノズル孔、吐出液収容部及び圧力変化手段とを該吐出液収容部の短手方向に３以上列状に並べて、該吐出液収容部の長手方向に２列に配置した液滴吐出ヘッドで、従来の液滴吐出ヘッドに比べてヘッド面の面積を縮小することで、装置の小型化、及び材料の削減を図ることができるという優れた効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を適用した画像形成装置の一実施形態として、インクジェットプリンタ（以下、プリンタ３１）について説明する。
まず、プリンタ３１の基本的な構成について説明する。図１は、プリンタ３１の斜視図である。このプリンタ３１は、図中点線で示す本体内部に用紙の搬送方向に対して横切る方向（以下、主走査線方向７０）に移動可能なキャリッジ３３と、このキャリッジ３３を移動可能に保持する保持手段３２ａと、主走査線方向に移動させる移動手段３２ｂとを備えた印字機構部３２を有している。印字機構部３２のキャリッジ３３は、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｂ（ブッラク）色のそれぞれ吐出液としてのインク液を収容したインクカートリッジ４３Ｙ、４３Ｍ、４３Ｃ、４３Ｂが交換可能に装着されている。保持手段３２ａは、キャリッジ３３を貫通して本体両側面に横架する主ガイドロッド４１を有している。また、この主ガイドロッド４１と一定間隔をおいて並行に延在する従ガイドロッド４２を有している。キャリッジ３３は、主ガイドロッド４１と従ガイドロッド４２上で主走査線方向７０に平行移動可能に支持されている。キャリッジ３３の移動手段３２ｂは、内周面に歯を備えた無端状のタイミングベルト５０と、このタイミングベルト５０を張架する駆動プーリ４８と、従動プーリ４９とを有している。駆動プーリ４８は、本体の一方の側面側に配置し、従動プーリ４９は、本体の他方の側面側に配置してタイミングベルト５０が主走査線方向７０に平行に延びるようにしている。また、移動手段３２ｂは、駆動プーリ４８を正逆回転させる主走査モータ４７を備えている。キャリッジ３３は歯を有しており、タイミングベルト内周面の歯と噛み合うようにしている。駆動プーリ４８が回転すると、これに伴い、タイミングベルト５０が主走査線方向に無端移動する。キャリッジ３３は、タイミングベルト５０の内周面と噛み合っているで、タイミングベルト５０とともに主走査線方向に移動する。そして、主走査モータ４７によって駆動プーリ４８を正逆回転させることで、キャリッジ３３が主走査線方向に往復移動可能としている。
【００１０】
上記印字機構部３２には、非画像形成時にキャリッジ３３を収容する回復装置６７が図１中右端に設けられている。この回復装置６７には、図示しないキャップ装置と、クリーニング装置が設けられている。画像形成終了時には、クリーニング装置のワイパーブレードがヘッド面を摺擦して、ノズル孔周辺の汚れを掻き落とす。非画像形成時には、キャップ装置により、ヘッド面のノズル孔をキャッピングして、ノズル孔を湿潤状態に保っている。これにより、ノズル孔付近のインクの乾燥による吐出不良を防止することができる。また、クリーニング装置には、吸引手段が備えられている。クリーニング装置は、画像形成途中で画像形成に使用されなかったインクをノズル孔から吐出し、吸引手段により吸引して、使用されたインクと同粘度に粘度を保つ機能を有している。これにより、各ヘッド部のインク粘度を一定することができ、良好な画像を得ることができる。また、吐出不良が発生した場合は、キャッピング手段でヘッド面のノズル孔を密封し、クリーニング装置の吸引手段で気泡やノズル孔に付着したゴミなどをインクとともに吸い出すことで、吐出不良が回復する。吸引されたインクは、本体下部に配置された図示しない廃タンクに排出される。このような回復装置６７を設けることで、吐出不良が抑制され、安定した吐出特性が得られて良好な画像を維持することができる。
【００１１】
図２は、プリンタ３１主走査線方向７０から見たときのイエローのインクカートリッジ４３Ｙ部分における概略断面図である。図２に示すように、このプリンタの本体内部には、印字機構部３２の他に、給紙機構部３４を有している。この給紙機構部３４には、用紙を積載した給紙部３４ａ、該給紙部の用紙を印字機構部３２と対向する位置を経由して、排紙トレイ３６に搬送する搬送部３４ｂとを備えている。給紙機構部３４の給紙部３４ａは、多数の用紙を積載し、本体３１に対して着脱可能に装着されている給紙トレイ３７を備えている。また、給紙部３４ａには、給紙ローラ５１とフリクションパッド５２を備えており、給紙トレイ３７内の用紙を搬送部３４ｂに搬送する。また、プリンタ３１には、手差しで用紙を給紙できるように手差しトレイ３５が設けられており、装置本体３１に対して開倒可能に取り付けられている。この手差しトレイ３５上の用紙は、手差しローラ５７によって搬送ローラ５４に搬送される。
搬送部３４ｂは、給紙トレイ３７から給紙された用紙を案内するガイド部材５３と、用紙を液滴吐出ヘッドとしてのヘッド部４４Ｙと対向する位置に搬送する搬送ローラ５４を有している。また、用紙を搬送ローラ５４に押し付ける搬送コロ５５、用紙を所定角度でヘッド部４４Ｙとの対向する位置に送り出す先端コロ５６を有している。搬送ローラ５４は、図示しない副走査モータによって図中時計周りに回転する。ヘッド部４４Ｙと対向する位置には、用紙を案内する印写受け部材５９が設けられている。また、画像が記録された用紙を排紙トレイ３６に排出するための排紙ローラ６１および拍車６２、排紙経路を形成する一対のガイド部材６５を備えている。
【００１２】
図３はイエローのインクカートリッジ４３Ｙの概略構成図である。キャリッジ３３に搭載されたインクカートリッジ４３Ｙは、ノズル孔を有するヘッド部４４Ｙと、インク液を収容し、ヘッド部４４Ｙにインクを供給するタンク部４５Ｙを有している。また、インクカートリッジ４３Ｙは、図２に示すように、タンク部４５Ｙの上面には大気と連通する大気口４６Ｙが備えられている。また、インクカートリッジ４３の内部には、タンク部４５のインク液をヘッド部４４に供給する供給口４０Ｙが設けられている。なお、上記の説明では、イエロー用インクカートリッジ４３Ｙを例に挙げて説明したが、他色のインクカートリッジについても同様である。また、ヘッド部４４とタンク部４５とが一体となったインクカートリッジについて説明したが、タンク部４５Ｙとヘッド部４４Ｙとを別体としても良い。なお、図１また２では下方に向いて設置されるヘッド部４４Ｙを、図３では説明の都合上、上方に描いている。
【００１３】
次に、プリンタ３１のプリント動作について説明する。パーソナルコンピュータから画像情報などの信号が送られ、プリントを実行する。まず、手差しトレイ３５、または給紙トレイ３７から給紙ローラによって搬送部３４ｂへ用紙が給紙される。給紙トレイ３７から給紙された用紙は、ガイド部材５３や搬送コロ５５に案内されて反転して、ヘッド部４４Ｙと対向する位置に搬送される。一方、手差しトレイ３５から供給された用紙は、搬送コロ５５に案内されて、ヘッド部４４と対向する位置に搬送される。ヘッド部４４に搬送された用紙が所定位置に達したら、搬送ローラ５４を停止して用紙の移動を停止する。そして、キャリッジ３３が画像信号に応じて主走査線方向に往復移動しなが、停止した用紙の所定箇所に所定のインク液を吐出して１行分を用紙に形成する。ここで、１行とは、ヘッド部４４が用紙へ記録可能な副走査線方向（ヘッド部４４に対向する位置での記録紙の移動方向）の範囲を言う。主走査線方向に一行分の記録が終了したら、搬送ローラ５４を所定時間駆動させ、用紙を一行分排紙トレイ３６方向に移動させて停止する。そして、キャリッジ３３が画像信号に応じて主走査線方向に往復移動しなが一行分の画像を形成する。このような工程を所定回数繰り返し行い、用紙に所望の画像をプリントする。所望の画像がプリントされた用紙は、排紙ローラ６１及び拍車６２によって搬送され、排紙トレイ３６に排出される。画像形成を終了したキャリッジ３３は、図１中右側の回復装置６７に移動して図示しないキャップ装置でヘッドのノズル孔をキャッピングする。
【００１４】
次に、ヘッド部４４について説明する。以下の説明では、Ｙ用インクカートリッジのヘッド部を例に挙げて説明するが、他色のヘッド部４４についても同様である。また、説明の便宜上、色分け符号については省略する。
図４はヘッド部４４を説明するための分解斜視図であり、一部を断面図で示している。また、図５は組み立てられた状態のヘッド部４４の説明図で有り、図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）中のＸ１−Ｘ２の位置での断面図、図５（ｃ）は図５（ａ）中のＹ１−Ｙ２の位置での断面図である。ヘッド部４４はインク液を吐出するノズル孔１０１を複数設けられたヘッド面部としてのノズル基板１０と液滴吐出ヘッド基板としてのアクチュエータ基板２０を重ねた積層構造となっている。図５（ａ）は、ノズル基板１０を透過して見た平面図であり、ノズル基板１０に設けたノズル孔１０１の設置位置のみ破線にて示す。なお、ヘッド部４４は、インク液滴をノズル基板１０に設けた複数のノズル孔１０１から吐出させる、サイドシュータタイプの例を示すものである。また、以下、ヘッド部４４のノズル孔１０１を備えたノズル基板１０の外面側をヘッド面１０ｓと呼ぶ。
【００１５】
アクチュエータ基板２０には、結晶方位面１００のシリコン基板上に、結晶方位面１１１の４つの面により形成される断面形状がＶ字型の溝部が形成されている。このＶ字溝上に形成された絶縁膜１１１上に積層膜により個別電極１０９と、ギャップ１２０を介して圧力変化手段としての振動板１１０が形成されている。
ギャップは後に除去することを前提とした犠牲層（詳細は後述する）を個別電極材料や振動板材料と同様に積層膜として成膜しておき、後に犠牲層除去孔１０７から犠牲層を除去することで形成する。Ｖ字溝は、２つの振動板１１０を底壁とする吐出液収容部１０２となる。各々の吐出液収容部１０２にインクを供給するための流体抵抗部となる個別貫通孔１０３、及びアクチュエータ基板２０の裏面側に設けられた共通液収容部１０４が連通している。この共通液収容部１０４は、上述のタンク部４５のインク液をヘッド部４４に供給する供給口４０Ｙからインク液を供給され、それぞれの個別貫通孔１０３を通じて各々の吐出液収容部１０２にインク液を供給するものである。また、アクチュエータ基板２０の上面に接合されるノズル基板１０には、厚さ５０μｍの樹脂製フィルムを用い、アクチュエータ基板２０の面部にそれぞれの吐出液収容部１０２と連通するようにノズル孔１０１を設けている。
なお、上述の流体抵抗部は吐出液収容部１０２内の圧力の変動によって、インクをノズル孔１０１から吐出させる際、圧力が共通液収容部１０４側へ逃げないように流体に対する抵抗を高く設定した部分である。具体的には共通液収容部１０４や吐出液収容部１０２よりも断面積を小さくし、抵抗値のばらつきを低減させるためにその長さを長く設計している。
【００１６】
次に、ヘッド部４４の作成方法について説明する。ヘッド部４４は結晶方位面１００のシリコン基板を加工し、電極材料及び振動板材料を成膜していくことで、アクチュエータ基板２０を作成していく。
図６（ａ）〜（ｊ）はヘッド部４４の作成手順の説明図である。図６（ａ）に示すように、異方性エッチングのマスク材となるマスク酸化膜２２をシリコン基板２１の表面に０．５μｍ形成し、フォトリソ法により、溝部形成部に開口パターニングを行う。このとき、２５％ＴＭＡＨ液を用いた異方性エッチングを行なう。結晶方位面１００のシリコン基板２１を用いているので、結晶方位面１１１でエッチングがストップし、図６（ｂ）に示すように、５４．７度の傾斜を持ったＶ字溝が形成される。Ｖ字溝形成後、マスク酸化膜２２をＨＦウェットエッチングにより除去する。
【００１７】
次に、マスク酸化膜２２を除去したシリコン基板２１に対して、図６（ｃ）に示すように、再度熱酸化法によりシリコン基板２１の全面に、絶縁膜１１１を１．０ｕｍ形成する。次に、図６（ｃ）に示すように、個別電極１０９となるＰドープポリシリコンを０．５ｕｍ成膜する。リソエッチ法により個別電極１０９のパターニングを行なった後、個別電極１０９の表面に絶縁膜としてＨＴＯを０．２μｍ成膜する。なお、図中ではＨＴＯの絶縁膜は省略している。更にギャップ形成部の犠牲層２０１としてポリシリコンを０．３５μｍ成膜後、フォトリソ法により図６（ｅ）に示すように犠牲層２０１のパターニングを行なう。犠牲層２０１のパターニングの後、図６（ｆ）に示すように、絶縁膜としてＨＴＯを０．１μｍで成膜し、共通電極となるＰドープポリシリコン層１１０ａを０．２ｕｍ、次いで振動板保護膜となる絶縁膜としてＳｉ３Ｎ４膜を０．１ｕｍ、ＨＴＯを０．３ｕｍ成膜する。なお、図中ではＨＴＯ、及びＳｉ３Ｎ４の絶縁膜は省略している。このＨＴＯ（０．１ｕｍ）、Ｐドープポリシリコン（０．２ｕｍ）、Ｓｉ３Ｎ４膜（０．１ｕｍ）、ＨＴＯ（０．３ｕｍ）の４層が積層振動板１１０として機能する。その後リソエッチ法により図６（ｇ）に示すように、犠牲層除去孔１０７をＶ字溝間の隔壁となる領域に形成し、絶縁膜、共通電極となるＰドープポリシリコン層１１０ａの順にエッチングを行なう。
【００１８】
次に、リソエッチ法により図６（ｈ）に示すように、シリコン基板であるアクチュエータ基板２０の裏面に共通液収容部１０４のパターンを形成する。ここではＳＦ６、Ｃ２Ｆ４ガスを用いたＩＣＰドライエッチャーで垂直な開口パターンを形成する。エッチン深さは後に形成する個別供給路である個別貫通孔１０３の流体抵抗分を残した深さまでエッチングする。さらに表面よりリソエッチ法により流体抵抗となる個別貫通孔１０３をパターニングし、裏面に形成した共通液収容部１０４と表面に形成した吐出液収容部１０２とを連通させる。なお、共通液収容部１０４は初めにＶ字溝を形成する時に異方性エッチングのマスク材となる酸化膜を表裏パターニングし、表裏同時に異方性ウェットエッチングにより形成してもかまわない。
【００１９】
その後、酸化を行ない犠牲層除去孔１０７の側面に露出した共通電極となるＰドープポリシリコン層１１０ａ側面と個別貫通孔１０３および共通液収容部１０４の側面に酸化膜を形成する。さらにリソエッチ法により犠牲層除去孔１０７のパターニングを行ない、犠牲層除去孔１０７底部の絶縁膜をエッチング除去する。その後、個別電極１０９および共通電極となるＰドープポリシリコン層１１０ａの電極取り出し用の配線及びメタルパッド１０６を形成する。そして、ＳＦ６を用いた等方性のドライエッチングにより犠牲層除去孔１０７から犠牲層２０１を除去し、図６（ｉ）に示すように、ギャップ１２０を形成することでアクチュエータ基板２０が完成する。ここでポリシリコンからなる犠牲層２０１の周りを酸化膜で囲んだ構造としているため、酸化膜に対して選択性の高い犠牲層エッチング条件で犠牲層を除去でき、ギャップを精度よく形成することができる。
【００２０】
完成したアクチュエータ基板２０表面にノズル孔を形成したノズル基板１０としてポリイミドフィルムを貼り付けることで、図６（ｊ）に示すように液滴吐出ヘッドとしてのヘッド部４４が完成する。
このように液滴ヘッドを作成するほとんどの工程を半導体の製造で用いられている工法で作成できるので歩留まり良く低コストに液滴吐出ヘッドを作成することができる。これは、拡散／ＣＤＶにより成膜、リソグラフィー工程によるパターニング、及びエッチング工程による加工、これら全てクリーンな環境で実施することができることにより、歩留まり良く、信頼性の高い工法により作成するためである。
【００２１】
ここで経験的に流体抵抗は、５Ｅ１３（Ｐａ・ｓ／ｍ３）以下がとした方が良く、シリコン基板２１の加工のし易さとチップ面積を大きくさせない為に個別貫通孔１０３の長さは７００ｕｍ以下である事が望ましい。
図７は個別貫通孔１０３の寸法を説明する図であり、図７で示した寸法での個別貫通孔１０３の長さと、流体抵抗のばらつきとの関係を表１に示す。また、流体抵抗の値を求める式を式１に示す。
【００２２】
【表１】
2006187922.tif 000003
【００２３】
【数１】
2006187922.tif 000004
ここで、ａ及びｂは長方形管の２辺の長さ、ｌは長方形管の管の長さ、μは長方形管を通過する流体の粘度である。
【００２４】
表１から流体抵抗の長さが短かい程、貫通孔の加工ばらつきが大きく影響し、流体抵抗のばらつきが大きくなる事が解る。この事から流体抵抗のばらつきを、おおよそ５０％程度以下とする為に、個別貫通孔１０３の長さは５０ｕｍ以上とするのが良く、更にはアクチュエータ基板２０の強度を確保する為に１００ｕｍ以上である事が最も望ましい。
また、個別貫通孔１０３の位置は吐出液収容部１０２内においてノズル孔１０１が形成される位置から離れた位置とした方が良い。図８に示すように、ノズル孔１０１の形成位置から長手方向に離れた位置に個別貫通孔１０３を設けることにより、吐出液収容部内のインクの流れがスムーズになり吐出性能が安定する。更には、図５のように吐出液収容部１０２の長手方向の反対側に形成するのが最も好ましい。これは個別貫通孔１０３とノズル孔１０１をできるだけ離れた位置とした方が吐出液収容部内のインクの流れがスムーズになり吐出性能が安定する為である。
【００２５】
次に、ヘッド部４４のアクチュエータの動作について説明する。
ヘッド部４４のアクチュエータ基板２０の個別電極１０９と振動板１１０の共通電極としてのＰドープポリシリコン層１１０ａにそれぞれ電圧が印加されると、Ｐドープポリシリコン層１１０ａに−の電荷が供給され、個別電極１０９に＋の電荷が供給される。その結果、Ｐドープポリシリコン層１１０ａと個別電極１０９との間に静電力が発生し、この静電力によってＰドープポリシリコン層１１０ａを有する振動板１１０が個別電極１０９側に移動する。すると、振動板１１０が変形し、吐出液収容部１０２の体積を増大させる。吐出液収容部１０２の体積が増大した結果、吐出液収容部１０２が負圧となり、共通液収容部１０４から個別貫通孔１０３を介して吐出液収容部１０２に流入する。個別電極１０９とＰドープポリシリコン層１１０ａとに印加している電圧を０にすると、それぞれに充電された電荷がそれぞれの回路を介して放電され、個別電極１０９とＰドープポリシリコン層１１０ａとの静電力がなくなる。その結果、振動板１１０が元の位置に戻り、吐出液収容部１０２の体積が減少する。その結果、吐出液収容部１０２の圧力が増し、ノズル孔１０１からインク液が吐出される。なお、上述の説明ではＰドープポリシリコン層１１０ａに−の電荷を供給し、個別電極１０９に＋の電荷を供給しているが、Ｐドープポリシリコン層１１０ａに＋の電荷を供給し、個別電極１０９に−の電荷を供給しても良い。
【００２６】
次に、図９を用いて本実施形態で採用した液滴吐出ヘッド（以下、実施例とする）と従来の液滴吐出ヘッド（以下、比較例１〜３とする）とのヘッド面１０ｓの面積を比較する。なお、液滴を吐出する性能を同等にするために、吐出液収容部の長手方向の寸法は６００μｍで統一している。図９（ａ）は実施例の液滴吐出ヘッドの断面図であり、吐出液収容部１０２を長手方向２列に配置し、２列に配置した吐出液収容部１０２のヘッド面１０ｓに対する投影面内における他方の列に近い端部寄りの箇所にノズル孔１０１を設けている。さらに、吐出液収容部１０２からヘッド面１０ｓと離れる方向に、ここでは吐出液収容部１０２の底部から下方に、個別供給路としての個別貫通孔１０３を設けている。そして、アクチュエータ基板２０の吐出液収容部１０２を設けた面とは反対側の面に個別貫通孔１０３を通して供給するインク液を収容する共通液収容部１０４を設けている。また、ヘッド面１０ｓの両端部には、端部接合部として１３０μｍの幅と、メタルパッド１０６の幅３００μｍとが確保されている。
なお、ノズル孔１０１、吐出液収容部１０２及び振動板１１０の配置について、２列に並んだ吐出液収容部１０２の部材中央の接合部について対象に設けてもよいが、千鳥配置にすることにより、ドット幅を狭めることができ、高画質化を図ることができる。
なお、流体抵抗部としての機能を有する個別貫通孔１０３の寸法は、４０［μｍ］×６０［μｍ］×３００［μｍ］であり、インクの粘度が５．０［ｍＰａ・ｓ］であるときの、流体抵抗Ｒｆの値は、１．３２Ｅ+１３［Ｐａ・ｓ／ｍ３］である。
【００２７】
図９（ｂ）は比較例１の液滴吐出ヘッドの断面図である。吐出液収容部１０２と同一面上に個別供給路１０３ａと共通液収容部１０４とを設けており、さらに吐出液収容部１０２の長手方向２列に配置しているため、実施例に比して非常に幅広いヘッド面１０ｓとなる。特許文献１また２の構成のノズル孔１０１、吐出液収容部１０２及び振動板１１０を吐出液収容部長手方向に２列に並べると、図９（ｂ）に示す比較例１のようなヘッド部４４となる。
なお、流体抵抗部としての機能を有する個別供給路１０３ａの寸法は、６０［μｍ］×６０［μｍ］×７００［μｍ］であり、インクの粘度が５．０［ｍＰａ・ｓ］であるときの、流体抵抗Ｒｆの値は、１．２８Ｅ+１３［Ｐａ・ｓ／ｍ３］である。
【００２８】
図９（ｃ）は比較例２の液滴吐出ヘッドの断面図である。比較例１と異なり、共通液収容部１０４を吐出液収容部１０２と同一面上ではなく、縦方向に設けている。これにより、比較例１と比べて共通液収容部１０４分ヘッド面の幅を狭くすることができる。しかし、個別供給路１０３ａを吐出液収容部１０２と同一面上に設けているため、実施例に比べて幅広いヘッド面となる。
なお、流体抵抗部としての機能を有する個別供給路１０３ａの寸法は、６０［μｍ］×６０［μｍ］×７００［μｍ］であり、インクの粘度が５．０［ｍＰａ・ｓ］であるときの、流体抵抗Ｒｆの値は、１．２８Ｅ+１３［Ｐａ・ｓ／ｍ３］である。
【００２９】
図９（ｄ）は比較例３の液滴吐出ヘッドの断面図である。比較例１及び２と異なり、共通液収容部１０４および個別供給路１０３ａを吐出液収容部１０２と同一面上ではなく、縦方向に設けている。これにより、比較例２と比べても個別供給路１０３ａ分ヘッド面の幅を狭くすることができる。しかし、ノズル孔１０１の乾燥を防止し湿潤状態に保つためにキャッピング機構やノズル孔周辺に付着したインクを取り除くワイピング機構がノズル基板１０の表面に密着するためのスペースをノズル孔１０１とメタルパッド１０６との間に設ける必要がある。そして、比較例３の構成では、ヘッド面１０ｓに垂直な方向のヘッド面１０ｓに対する吐出液収容部１０２の投影面内における他方の列から離れた端部寄りの箇所にノズル孔１０１を設けているため、上述のスペースに必要な距離をヘッド面１０ｓの２列に設けた吐出液収容部１０２のヘッド面１０ｓに対する２つの投影面内における両端に設けたノズル孔１０１のさらに外側に設ける必要がある。よって、ノズル孔１０１からメタルパッド１０６まで確保すべき距離の分、実施例に比べて幅広いヘッド面となる。特許文献３の構成は、図９（ｄ）に示す比較例３のようなヘッド部である。
なお、流体抵抗部としての機能を有する個別供給路１０３ａの寸法は、４０［μｍ］×６０［μｍ］×３００［μｍ］であり、インクの粘度が５．０［ｍＰａ・ｓ］であるときの、流体抵抗Ｒｆの値は、１．３２Ｅ+１３［Ｐａ・ｓ／ｍ３］である。
実施例の液滴吐出ヘッドについても、比較例３と同様にヘッド面にノズル孔１０１のキャッピングやワイピングに必要な距離を設ける必要がある。しかし、ヘッド面１０ｓに垂直な方向のヘッド面１０ｓに対する吐出液収容部１０２の投影面内における他方の列に近い端部寄りの箇所にノズル孔１０１を設けているため、ノズル孔１０１からメタルパッド１０６まで確保すべき距離は吐出液収容部１０２の長さにより確保されており、新たにスペースを設ける必要がない。
【００３０】
ここで、実施例、比較例１、比較例１、比較例２及び比較例３について、各部の幅方向に必要な長さ、３００ｄｐｉの場合のヘッド面の幅及び一つの液滴吐出部（表中１ｂｉｔ）を設けために必要な面積を表２に示す。なお、１ｂｉｔの液滴吐出部に要するヘッド部の長手方向の長さは８４．５μｍとする。
【００３１】
【表２】
2006187922.tif 000005
【００３２】
表２より、図９（ｃ）で示した比較例２は、共通液収容部１０４を縦方向に設けたため、図９（ｂ）で示した比較例１の液滴吐出ヘッドに比べて、ヘッド面の面積を約３６％小さくすることができる。さらに、流体抵抗部としての機能を備えた個別供給路を個別貫通孔１０３により形成した図９（ａ）に示した実施例では、比較例１の液滴吐出ヘッドに比べて、ヘッド面の面積を約５９％小さくすることができる。
また、図９（ａ）に示した実施例では、ヘッド面１０ｓに垂直な方向のヘッド面１０ｓに対する吐出液収容部１０２の投影面内における他方の列に近い端部寄りの箇所にノズル孔１０１を設けているため、ノズル孔１０１とメタルパッド１０６との間に新たなスペースを設ける必要がなく、図９（ｄ）で示した比較例３に比べて、ヘッド面の面積を約２４％小さくすることができる。
さらに、図示はしていないが、吐出液収容部１０２と同一面上に個別供給路１０３ａと共通液収容部１０４とを設け、ヘッド面１０ｓに垂直な方向のヘッド面１０ｓに対する吐出液収容部１０２の投影面内における他方の列から離れた端部寄りの箇所にノズル孔１０１を設けた構成を考慮する。このような構成の液滴吐出ヘッドに比べて、実施例の液滴吐出ヘッドはヘッド面の面積を最大で約６４％小さくできる可能性がある。また、吐出液収容部１０２の長さ、幅および深さは実施例、比較例１、比較例２及び比較例３の何れの構成も同じである。よって、実施例の液滴吐出ヘッドは吐出液収容部１０２を同容量のまま、つまり、インクを吐出する性能を維持したまま、ヘッド面の面積を小さくすることができる。
このように、ヘッド面の面積を小さくすることにより、液滴吐出ヘッドの小型を図ることができる。さらに、材料の削減も図ることができるため、コスト削減につながる。
なお、上述の実施形態では固定電極と振動板に設けた電極とに印加する電圧のＯＮ・ＯＦＦにより、吐出液収容部内の体積を変化させる静電方式のアクチュエータを採用した液滴吐出ヘッドについて説明した。吐出液収容部内の体積を変化させる方式としては静電方式のものに限るものではなく、電圧を印加することにより変形する圧電素子を用いたピエゾ方式のアクチュエータを採用しても良い。
また、上述の実施形態においては、液滴吐出ヘッドとしてインクを吐出するインクジェットヘッドに適用した例で説明した。しかし、上述の液滴吐出ヘッドを適用できる装置はインクジェットヘッドに限るものではない。インクジェットヘッド以外の液滴吐出ヘッドとして、例えば、液体レジストを液滴として吐出する液滴吐出ヘッド、ＤＮＡの試料を液滴として吐出する液滴吐出ヘッドなどの他の液滴吐出ヘッドにも適用できる。
【００３３】
以上、本実施形態によれば、ノズル孔１０１、吐出液収容部１０２及び圧力変化手段としての振動板１１０を吐出液収容部１０２の短手方向に３以上列状に並べて、吐出液収容部１０２の長手方向に２列に配置し、ヘッド面１０ｓに垂直な方向のヘッド面１０ｓに対する吐出液収容部１０２の投影面内における他方の列に近い端部寄りの箇所にノズル孔１０１を設けている。ノズル孔１０１を２列に配置した吐出液収容部１０２の投影面内における他方の列に近い端部側、つまり、ヘッド面の中央側に設けている。これにより、２列に並べた吐出液収容部１０２の他方の列から離れる両端部の、さらに外側のヘッド面１０ｓの両端にノズル孔１０１をキャッピングやワイピングするためのスペースを余分に取る必要がない。さらに、吐出液収容部１０２からヘッド面１０ｓと離れる方向に、ここでは吐出液収容部１０２の底部から下方に、流体抵抗としての機能を有する個別供給路としての個別貫通孔１０３を設けている。これにより、吐出液収容部１０２と同一面上に個別供給路を配置するスペースを設ける必要がない。これらの構成により、従来の液滴吐出ヘッドに比べてヘッド面の面積を縮小することができる。
また、ヘッド部４４を作成する際のほとんどの工程を半導体製造で用いられている工法で作成できるので、歩留まり良く低コストに液滴吐出ヘッドを作成することができる。さらに、吐出液収容部１０２を液滴吐出ヘッド基板としてのアクチュエータ基板２０の一方の面に設け、アクチュエータ基板２０の吐出液収容部１０２の裏側に共通液収容部１０４を設けている。そして、個別供給路としての個別貫通孔１０３が吐出液収容部１０２と共通液収容部１０４とを連通する貫通孔となっている。これにより、半導体製造で用いられている工法を用いて液滴吐出部を一つのシリコン基板から容易に作成することができる。
また、ヘッド部４４は個別貫通孔１０３が吐出液収容部１０２内の長辺方向においてノズル孔１０１の形成位置とは反対側の端部に形成されている。個別貫通孔１０３を流体抵抗とすることで新たに流体抵抗部を配置するスペースが不要になり、ヘッド面の面積を小さくすることができる。また、個別貫通孔１０３をノズル孔１０１の形成位置と反対側端部に形成することにより、吐出液収容部１０２内のインクの流れがスムーズになり、安定した液滴吐出が可能となる。これにより、低コストで高品質な液滴吐出ヘッドを作成することができる。
また、流体抵抗としての機能を有する個別供給路である個別貫通孔１０３の長さを３００μｍとしている。流体抵抗の長さを５０［μｍ］以上、７００［μｍ］以下とすることで、個別貫通孔１０３の加工が容易になる。さらに、個別貫通孔１０３の流体抵抗値が大きくなりすぎないので貫通孔径を小さくすることができ、省スペース化を図ることができる。省スペース化により液滴吐出ヘッドを低コストに作成することができる。
また、ヘッド部４４では圧力発生手段としての振動板１１０を静電力により変形させることによって液に圧力を加え液滴を吐出する静電駆動式の液滴吐出ヘッド。よって、ほとんどの工程を半導体製造で用いられている工法で作成でき、信頼性の高い液滴吐出ヘッドを歩留まり良く低コストに作成することが出来る。
また、静電駆動式のヘッド部４４では吐出液収容部１０２内の壁面を構成する振動板１１０を複数備えているので振動板変位による排除体積が大きくでき吐出液収容部１０２の面積を小さくできる。これにより信頼性の高い液滴吐出ヘッドを低コストに作成することが出来る。
また、インクジェットヘッドであるヘッド部４４と、このインクジェットヘッドにインクを供給するインクタンクを一体化したので、製造不良が減少し、低コスト化を図ることができる。
また、インクジェット記録装置としてのプリンタ３１は、インクジェットヘッドとして、ヘッド部４４を搭載しているので、製造不良が減少し、低コスト化を図ることができる。
【００３４】
［変形例１］
上述の実施形態では、一枚のシリコン基板の２つの面にそれぞれ、吐出液収容部１０２と共通液収容部１０４とを設け、個別貫通孔１０３により連通していたが、吐出液収容部１０２と共通液収容部１０４とを連通する構成はこれに限るものではない。図１０に変形例１の概略説明図を示す。
変形例１では、一枚のシリコン基板のみで作成するのではなく、シリコン基板２１と基板裏面に接合されるフレーム部材３０１に渡って流体抵抗となる貫通孔を設けている。そして、フレーム部材３０１側に共通液収容部１０４を設けている。このように、シリコン基板２１の裏面にフレーム部材３０１を設けてアクチュエータ基板を作成することにより、シリコン基板のみで作成するよりも強度の高い液滴吐出ヘッドを作成することができる。
【００３５】
上述の実施形態及び変形例１では、Ｖ字溝内にアクチュエータを作成していく静電型アクチュエータの例を説明したが、図１１に示すように、平行平板型の静電アクチュエータでも同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】インクジェットプリンタの概略斜視図。
【図２】インクジェットプリンタの概略断面図。
【図３】インクカートリッジの概略構成図。
【図４】インクカートリッジのヘッド部の概略斜視図。
【図５】インクカートリッジのヘッド部概略説明図。（ａ）は平面図、（ｂ）及び（ｃ）は断面図。
【図６】（ａ）〜（ｊ）は液滴吐出ヘッドの作成手順の説明図。
【図７】流体抵抗部の寸法説明図。
【図８】図５とは異なる位置に貫通孔を設けた構成の概略説明図。（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図。
【図９】液滴吐出ヘッドの構成の違いによる面積の違いを比較する概略図。（ａ）は実施例、（ｂ）は比較例１、（ｂ）は比較例２、（ｂ）は比較例３の概略図。
【図１０】変形例１のヘッド部の概略構成図。
【図１１】吐出液収容部の底面を平面にしたヘッド部の概略構成図。
【符号の説明】
【００３７】
１０      ノズル基板
２０      アクチュエータ基板
３２    印字機構部
３３    キャリッジ
３４    給紙機構部
３５    手差しトレイ
３６    排紙トレイ
３７    給紙トレイ
４４    ヘッド部
５０    タイミングベルト
５１    給紙ローラ
５７    手差しローラ
６７    回復装置
１０１    ノズル孔
１０２    吐出液収容部
１０３    個別貫通孔
１０３ａ  個別供給路
１０４    共通液収容部
１０６    メタルパッド
１０７    犠牲層除去孔
１０９    個別電極
１１０    振動板
１１０ａ  Ｐドープポリシリコン層
１１１    絶縁膜
１２０    ギャップ
２０１    犠牲層
【図１】
2006187922.tif 000006
【図２】
2006187922.tif 000007
【図３】
2006187922.tif 000008
【図４】
2006187922.tif 000009
【図５】
2006187922.tif 000010
【図６】
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【図７】
2006187922.tif 000012
【図８】
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【図９】
2006187922.tif 000014
【図１０】
2006187922.tif 000015
【図１１】
2006187922.tif 000016