(57)【要約】【課題】  吐出室を高密度化しても流路抵抗が高くなるのを抑えて、液滴の吐出性能を確保することができる液滴吐出ヘッド等を提供する。【解決手段】  液滴を吐出する複数のノズル孔１６が形成されたノズル基板５と、底面に振動板１１を形成し、液滴を溜めておく吐出室１２となる凹部１２ａが形成されたキャビティ基板３と、振動板１１に対向し、振動板１１を駆動する個別電極７が形成された電極基板２と、吐出室１２に液滴を供給する共通液滴室１３となる凹部１３ａと、共通液滴室１３から吐出室１２へ液滴を移送するための貫通孔１４と、吐出室１２からノズル孔１６へ液滴を移送するノズル連通孔１５とを有するリザーバ基板４とを備え、リザーバ基板４には、一方の面にノズル基板５が接合され、他方の面にキャビティ基板３が接合されているものである。【選択図】        図１
2006103167.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を吐出する複数のノズル孔が形成されたノズル基板と、
底面に振動板を形成し、前記液滴を溜めておく吐出室となる凹部が形成されたキャビテ
ィ基板と、
前記振動板に対向し、前記振動板を駆動する個別電極が形成された電極基板と、
前記吐出室に液滴を供給する共通液滴室となる凹部と、前記共通液滴室から前記吐出室
へ液滴を移送するための貫通孔と、前記吐出室から前記ノズル孔へ液滴を移送するノズル
連通孔とを有するリザーバ基板とを備え、
前記リザーバ基板は、一方の面に前記ノズル基板が接合され、他方の面に前記キャビテ
ィ基板が接合されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
前記共通液滴室の一部は、前記ノズル基板、前記リザーバ基板及び前記キャビティ基板
が積層される方向で、前記吐出室と重なることを特徴とする請求項１記載の液滴吐出ヘッ
ド。
【請求項３】
前記電極基板、前記キャビティ基板及び前記リザーバ基板は、前記液滴吐出ヘッドの外
部から前記共通液滴室へ液滴を供給する液滴供給孔を有することを特徴とする請求項２記
載の液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
前記ノズル連通孔は前記吐出室の一端に連通し、前記貫通孔は前記吐出室の他端に連通
していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
前記貫通孔が、前記吐出室の他端以外にも形成されていることを特徴とする請求項４記
載の液滴吐出ヘッド。
【請求項６】
前記リザーバ基板は、前記共通液滴室から前記ノズル連通孔に液滴を移送するための補
助連通溝を備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド
。
【請求項７】
前記ノズル基板は、前記共通液滴室から前記ノズル孔に液滴を移送するための補助連通
溝を備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項８】
第１の基板に液滴を吐出する複数のノズル孔を形成する工程と、
第２の基板に前記液滴を溜めておく吐出室となる凹部を底面が振動板になるよう形成す
る工程と、
第３の基板に前記振動板を駆動する個別電極を形成する工程と、
第４の基板に前記吐出室に液滴を供給する共通液滴室となる凹部と、前記共通液滴室か
ら前記吐出室へ液滴を移送するための貫通孔となる凹部と、前記吐出室から前記ノズル孔
へ液滴を移送するためのノズル連通孔とを形成する工程と、
前記第４の基板が前記第１の基板と前記第２の基板に挟まれるように接合する工程とを
有し、
前記共通液滴室となる凹部は、前記貫通孔となる凹部を形成した後に形成することを特
徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項９】
前記貫通孔となる凹部及び前記共通液滴室となる凹部を形成するときに、前記ノズル連
通孔を形成することを特徴とする請求項８記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１０】
前記貫通孔となる凹部を形成した後に、前記第４の基板の前記貫通孔となる凹部を形成
した側の面に支持基板を接合することを特徴とする請求項８又は９記載の液滴吐出ヘッド
の製造方法。
【請求項１１】
前記貫通孔となる凹部及び前記共通液滴室となる凹部を、ＩＣＰ放電によるドライエッ
チングによって形成することを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載の液滴吐出ヘ
ッドの製造方法。
【請求項１２】
前記第４の基板として、単結晶シリコンを用いることを特徴とする請求項８〜１１のい
ずれかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１３】
請求項１〜７のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを搭載したことを特徴とする液滴吐出
装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液滴吐出ヘッド及びその製造方法並びに液滴吐出装置に関し、特に吐出室を高
密度化しても流路抵抗が高くなるのを抑えて、液滴の吐出性能を確保することができる液
滴吐出ヘッド等に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今の静電駆動方式のインクジェットプリンタでは、高解像度画像の高速印字、プリン
タの省スペース化のために、インクジェットヘッドの多ノズル化及び小型化が進んでおり
、それに伴って吐出室（圧力室などともいう）の高密度化が進んでいる。
【０００３】
従来の一般的な静電駆動方式のインクジェット記録装置（インクジェットヘッド）では
、３枚の基板を接合して１枚の基板に静電駆動用の電極を形成し、真ん中の基板に複数の
吐出室となる凹部及びインクキャビティ（共通インク室などともいう）となる凹部を形成
していた。またインクキャビティとなる凹部は、真ん中の基板の複数の吐出室となる凹部
が並んでいる平面と同一平面上に形成されていた（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平５−５０６０１号公報（図１、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の一般的な静電駆動方式のインクジェット記録装置では（例えば、特許文献１参照
）、吐出室を高密度化したときに流路としての吐出室の断面積が小さくなり、インク流路
の流路抵抗が全体として高くなってインクの吐出性能が低下してしまうという問題点があ
った。またインクキャビティとなる凹部は、真ん中の基板の複数の吐出室となる凹部が並
んでいる平面と同一平面上に形成されているため、インクジェット記録装置の面積が大き
くなってしまうという問題点もあった。
【０００５】
上記のように吐出室を高密度化すると、複数の吐出室間の隔壁の厚さが薄くなり吐出室
同士の圧力干渉（いわゆるクロストーク）が発生する。このクロストークを防止するため
に、一般のインクジェットヘッドでは吐出室となる凹部及び共通インク室となる凹部が形
成される基板（キャビティ基板などという）を薄くして吐出室間の隔壁の高さを低くして
いた。しかし吐出室となる凹部及び共通インク室となる凹部が形成される基板を薄くする
と、さらに吐出室の断面積が小さくなるため、益々インク流路の流路抵抗が高くなるとい
う問題点があった。また共通インク室の高さも小さくなるため、共通インク室の流路抵抗
も高くなり、インクを吐出する吐出室が多いときに共通インク室から吐出室へのインクの
供給が十分に行われず、吐出性能が低下するという問題点があった。
【０００６】
本発明は、吐出室を高密度化しても流路抵抗が高くなるのを抑えて、液滴の吐出性能を
確保することができる液滴吐出ヘッド及びその製造方法並びにこの液滴吐出ヘッドを備え
た印字性能等の高い液滴吐出装置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】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、液滴を吐出する複数のノズル孔が形成されたノズル基
板と、底面に振動板を形成し、液滴を溜めておく吐出室となる凹部が形成されたキャビテ
ィ基板と、振動板に対向し、振動板を駆動する個別電極が形成された電極基板と、吐出室
に液滴を供給する共通液滴室となる凹部と、共通液滴室から吐出室へ液滴を移送するため
の貫通孔と、吐出室からノズル孔へ液滴を移送するノズル連通孔とを有するリザーバ基板
とを備え、リザーバ基板には、一方の面にノズル基板が接合され、他方の面にキャビティ
基板が接合されているものである。
上記のようにノズル基板、リザーバ基板、キャビティ基板、電極基板の４層構造になっ
ており、吐出室となる凹部がキャビティ基板に形成され、共通液滴室となる凹部がリザー
バ基板に形成されているため、キャビティ基板を薄くしても共通液滴室は十分な高さを確
保することができ、共通液滴室の流路抵抗を低くすることができる。
また例えば、共通液滴室から吐出室へ液滴を移送するための貫通孔を１つの吐出室に対
して複数形成するようにすれば、貫通孔における流路抵抗を低減することができ、液滴流
路全体の流路抵抗を下げることができる。
【０００８】
また本発明に係る液滴吐出ヘッドは、共通液滴室の一部が、ノズル基板、リザーバ基板
及びキャビティ基板が積層される方向で、吐出室と重なるものである。
共通液滴室の一部が、ノズル基板、リザーバ基板及びキャビティ基板が積層される方向
で、吐出室と重なるため、共通液滴室と吐出室とを同一平面上に形成する場合に比べて液
滴吐出ヘッドの面積を小さくすることができる。
【０００９】
また本発明に係る液滴吐出ヘッドは、電極基板、キャビティ基板及びリザーバ基板が、
液滴吐出ヘッドの外部から共通液滴室へ液滴を供給する液滴供給孔を有するものである。
電極基板、キャビティ基板及びリザーバ基板が、液滴吐出ヘッドの外部から共通液滴室
へ液滴を供給する液滴供給孔を有するため、電極基板側から液滴を供給することができ、
液滴吐出ヘッド及び液滴供給管をコンパクトにすることができる。
【００１０】
また本発明に係る液滴吐出ヘッドは、ノズル連通孔が吐出室の一端に連通し、貫通孔が
吐出室の他端に連通しているものである。
ノズル連通孔が吐出室の一端に連通し、貫通孔が吐出室の他端に連通しているため、液
滴は吐出室内をスムーズに流れることができ、液滴流路に気泡等が停留することがない。
【００１１】
また本発明に係る液滴吐出ヘッドは、上記の貫通孔が、吐出室の他端以外にも形成され
ているものである。
貫通孔が、吐出室の他端以外にも形成されているため、電気回路における並列回路と同
様に貫通孔における流路抵抗を低減することができる。
【００１２】
また本発明に係る液滴吐出ヘッドは、リザーバ基板が、共通液滴室からノズル連通孔に
液滴を移送するための補助連通溝を備えているものである。
リザーバ基板が、共通液滴室からノズル連通孔に液滴を移送するための補助連通溝を備
えているため、液滴の吐出後に吐出室を介することなくノズル連通孔へ液滴の再充填が行
われる。このため、ノズル孔におけるメニスカス（毛細管現象によってできる液滴の凸面
）が待機状態に戻る時間を短くすることが可能となり、高速応答が可能となる。
【００１３】
また本発明に係る液滴吐出ヘッドは、ノズル基板が、共通液滴室からノズル孔に液滴を
移送するための補助連通溝を備えているものである。
ノズル基板が、共通液滴室からノズル孔に液滴を移送するための補助連通溝を備えてい
るため、液滴の吐出後に吐出室を介することなくノズル孔へ液滴の再充填が行われる。こ
のため、ノズル孔におけるメニスカスが待機状態に戻る時間を短くすることが可能となり
、高速応答が可能となる。
【００１４】
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、第１の基板に液滴を吐出する複数のノズル
孔を形成する工程と、第２の基板に液滴を溜めておく吐出室となる凹部を底面が振動板に
なるよう形成する工程と、第３の基板に振動板を駆動する個別電極を形成する工程と、第
４の基板に吐出室に液滴を供給する共通液滴室となる凹部と、共通液滴室から吐出室へ液
滴を移送するための貫通孔となる凹部と、吐出室からノズル孔へ液滴を移送するためのノ
ズル連通孔とを形成する工程と、第４の基板が第１の基板と第２の基板に挟まれるように
接合する工程とを有し、共通液滴室となる凹部を、貫通孔となる凹部を形成した後に形成
するものである。
第４の基板に共通液滴室となる凹部を、貫通孔となる凹部を形成した後に形成すれば、
容易に上記の液滴吐出ヘッドを製造することができ、また歩留まりが高いため製造コスト
を削減することができる。
【００１５】
また本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、貫通孔となる凹部及び共通液滴室とな
る凹部を形成するときに、ノズル連通孔を形成するものである。
貫通孔となる凹部及び共通液滴室となる凹部を形成するときに、ノズル連通孔を形成す
れば、製造工程を簡略化することができ、製造時間を短縮することができる。
【００１６】
また本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、貫通孔となる凹部を形成した後に、第
４の基板の貫通孔となる凹部を形成した側の面に支持基板を接合するものである。
貫通孔となる凹部を形成した後に、第４の基板の貫通孔となる凹部を形成した側の面に
支持基板を接合するため、例えばＩＣＰ放電によるドライエッチングをするときに第４の
基板が割れることがなく、歩留まりを向上させることができる。
【００１７】
また本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、貫通孔となる凹部及び共通液滴室とな
る凹部を、ＩＣＰ放電によるドライエッチングによって形成するものである。
貫通孔となる凹部及び共通液滴室となる凹部を、ＩＣＰ放電によるドライエッチングに
よって形成すれば、これらの凹部を精密に且つ容易に形成することができる。
【００１８】
また本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、第４の基板として、単結晶シリコンを
用いるものである。
第４の基板として、単結晶シリコンを用いれば、ＩＣＰ放電によるドライエッチング等
の加工が容易となる。
【００１９】
本発明に係る液滴吐出装置は、上記のいずれかの液滴吐出ヘッドを搭載したものである
。
上記の流路抵抗の低い液滴吐出ヘッドを搭載しているため、印字性能等の高い液滴吐出
装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
実施形態１．
図１は、本発明の実施形態１に係る液滴吐出ヘッドの分解斜視図であり、一部を断面図
で示している。また図２は、図１に示す液滴吐出ヘッドが組み立てられた状態の縦断面図
であり、図１におけるＡ−Ａ断面を示している。
なお図１及び図２に示す液滴吐出ヘッドは、ノズル基板の表面側に設けられたノズル孔
から液滴を吐出するフェイスイジェクトタイプのものであり、また静電気力により駆動さ
れる静電駆動方式のものである。以下、図１及び図２を用いて本実施形態１に係る液滴吐
出ヘッドの構造及び動作について説明する。
【００２１】
図１に示すように本実施形態１に係る液滴吐出ヘッド１は、従来の一般的な静電駆動方
式の液滴吐出ヘッド（例えば、特許文献１参照）のように３層構造ではなく、電極基板２
、キャビティ基板３、リザーバ基板４、ノズル基板５の４つの基板から構成されている。
リザーバ基板４の一方の面にはノズル基板５が接合されており、リザーバ基板４の他方の
面にはキャビティ基板３が接合されている。またキャビティ基板３のリザーバ基板４が接
合された面の反対面には、電極基板２が接合されている。即ち、電極基板２、キャビティ
基板３、リザーバ基板４、ノズル基板５の順で接合されている。
【００２２】
電極基板２は、例えばホウ珪酸ガラス等のガラスから形成されている。なお本実施形態
１では、電極基板２がホウ珪酸ガラスからなるものとするが、例えば電極基板２を単結晶
シリコンから形成するようにしてもよい。
電極基板２には複数の凹部６が例えば深さ０．３μｍで形成されている。この凹部６の
内部には個別電極７が、一定の間隔を有して後述の振動板１１と対向するように、例えば
ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）を０．１μｍの厚さでスパッタすることに
より作製されている。上記の例では、電極基板２とキャビティ基板３を接合した後の個別
電極７と振動板１１の間隔は０．２μｍとなる。また、個別電極７はリード部８を介して
端子部９に繋がっている。端子部９は液滴吐出ヘッド１０から露出した状態となっており
（図２参照）、端子部９にＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｐｒｉｎｔ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）等
を接続することにより、個別電極７が発信回路（図示せず）等と接続される。凹部６は、
個別電極７リード部８を装着できるように、これらの形状に類似したやや大きめの形状に
パターン形成されている。
なお電極基板２とキャビティ基板３が接合された後に、個別電極７と振動板１１の間の
空間に異物が入らないように封止材１７が塗布される（図２参照）。
また電極基板２には液滴供給孔１０ａが形成されており、この液滴供給孔１０ａは電極
基板２を貫通している。
【００２３】
キャビティ基板３は、例えば単結晶シリコンからなり、底面を振動板１１とする吐出室
１２となる凹部１２ａが形成されている。本実施形態１では、キャビティ基板３は単結晶
シリコンからなり、その全面にプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐ
ｏｓｉｔｉｏｎ）によって、ＴＥＯＳ（ＴｅｔｒａＥｔｈｙｌＯｒｔｈｏＳｉｌｉｃａｔ
ｅ）からなる絶縁膜（図示せず）を０．１μｍ形成している。これは、振動板１１の駆動
時における絶縁破壊及びショートを防止するためと、インク等の液滴によるキャビティ基
板３のエッチングを防止するためのものである。
またキャビティ基板３には、キャビティ基板３を貫通する液滴供給孔１０ｂが形成され
ている。
【００２４】
なお液滴吐出ヘッド１の振動板１１は、高濃度のボロンドープ層から形成するようにし
てもよい。水酸化カリウム水溶液等のアルカリ溶液による単結晶シリコンのエッチングに
おけるエッチングレートは、ドーパントがボロンの場合、約５×１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ
3以上の高濃度の領域において、非常に小さくなる。このため、振動板１１の部分を高濃
度のボロンドープ層とし、アルカリ溶液による異方性エッチングによって吐出室１２とな
る凹部１２ａを形成する際に、ボロンドープ層が露出してエッチングレートが極端に小さ
くなる、いわゆるエッチングストップ技術を用いることにより、振動板１１を所望の厚さ
に形成することができる。
【００２５】
リザーバ基板４は、例えば単結晶シリコンからなり、吐出室１２に液滴を供給するため
の共通液滴室１３となる凹部１３ａが形成されており、凹部１３ａの底面には、共通液滴
室１３から吐出室１２へ液滴を移送するための貫通孔１４が形成されている。なお本実施
形態１では、貫通孔１４が各々の吐出室１２に対して３つ形成されており、この３つの貫
通孔１４の１つは吐出室１２の一端に連通している（図２参照）。
また凹部１３ａの底面には、凹部１３ａの底面を貫通する液滴供給孔１０ｃが形成され
ている。このリザーバ基板４に形成された液滴供給孔１０ｃと、キャビティ基板３に形成
された液滴供給孔１０ｂ及び電極基板２に形成された液滴供給孔１０ａは、リザーバ基板
４、キャビティ基板３及び電極基板２が接合された状態において互いに繋がって、外部か
ら共通液滴室１３に液滴を供給するための液滴供給孔１０を形成する（図２参照）。
【００２６】
図２に示すように共通液滴室１３の一部は、ノズル基板５、リザーバ基板４、キャビテ
ィ基板３が接合されて積層される方向（図２において上下方向）で、吐出室１２と重なっ
ている。即ち、共通液滴室１３の一部と吐出室１２が図２の上下方向で積層された状態と
なっている。このような構造にすることにより、共通液滴室１３と吐出室１２を同一平面
上に形成する場合に比べて（図３（ａ）参照）液滴吐出ヘッド１の面積を小さくすること
ができる。
またリザーバ基板４の凹部１３ａ以外の部分には、各々の吐出室１２に連通し、吐出室
１２から後述するノズル孔１６に液滴を移送するためのノズル連通孔１５が形成されてい
る。このノズル連通孔１５はリザーバ基板４を貫通しており、吐出室１２の貫通孔１４が
連通する一端の反対側の一端に連通している（図２参照）。
【００２７】
ノズル基板５は、例えば厚さ１００μｍのシリコン基板からなり、各々のノズル連通孔
１５と連通する複数のノズル孔１６が形成されている。なお本実施形態１では、ノズル孔
１６を２段に形成して液滴を吐出する際の直進性を向上させている（図２参照）。
なお上記の電極基板２、キャビティ基板３、リザーバ基板４及びノズル基板５を接合す
るときに、シリコンからなる基板とホウ珪酸ガラスからなる基板を接合する場合は陽極接
合により、シリコンからなる基板同士を接合する場合は直接接合によって接合することが
できる。またシリコンからなる基板同士は、接着剤を用いて接合することもできる。
【００２８】
ここで図１及び図２に示す液滴吐出ヘッドの動作について説明する。共通液滴室１３に
は外部から液滴供給孔１０を介してインク等の液滴が供給されている。また吐出室１２に
は共通液滴室１３から貫通孔１４を介して液滴が供給されている。端子部９に接続された
発信回路（図示せず）によってリード部８を介して個別電極７に０Ｖから４０Ｖ程度のパ
ルス電圧を印加し、個別電極７がプラスに帯電すると、対応する振動板１１はマイナスに
帯電し、振動板１１は静電気力によって個別電極７側に吸引されて撓む。次にパルス電圧
をオフにすると、振動板１１にかけられた静電気力がなくなり振動板１１は復元する。こ
のとき吐出室１２の内部の圧力が急激に上昇し、吐出室１２内の液滴がノズル連通孔１５
を通過してノズル孔１６から吐出されることとなる。そして再びパルス電圧が印加され、
振動板１１が個別電極７側に撓むことにより、液滴が共通液滴室１３から貫通孔１４を通
じて吐出室１２内に補給される。
なおキャビティ基板３と発信回路との接続は、ドライエッチングによりキャビティ基板
３の一部に開けられた共通電極（図示せず）で行われる。また液滴吐出ヘッド１の共通液
滴室１３への液滴の供給は、例えば液滴供給孔１０に接続された液滴供給管（図示せず）
により行われる。
【００２９】
図３は、従来の一般的な静電駆動方式の液滴吐出ヘッドの液滴流路の流路抵抗について
説明するための図である。また図４は、本発明に係る液滴吐出ヘッドの液滴流路の流路抵
抗について説明するための図である。図３（ａ）は従来の３層構造の静電駆動方式の液滴
吐出ヘッドの縦断面図であり、図３（ｂ）はこの従来の液滴吐出ヘッドの流路抵抗を電気
回路として表した図である。また図４（ａ）は本発明に係る液滴吐出ヘッドの縦断面図で
あり、図４（ｂ）は本発明に係る液滴吐出ヘッドの流路抵抗を電気回路として表した図で
ある。なお図４では、説明を簡略化するために貫通孔１４が各々の吐出室１２に２つずつ
形成されているものとし、１つの貫通孔１４が吐出室１２の一端に連通し、もう１つの貫
通孔１４が吐出室１２の中央部に連通しているものとする（図４（ａ）参照）。また図３
及び図４では、共通液滴室の流路抵抗については考慮しないものとする。
【００３０】
図３（ａ）に示す従来の静電駆動方式の液滴吐出ヘッド５０は、液滴供給孔５１から共
通液滴室５２にインク等の液滴が供給され、オリフィス５３を介して共通液滴室５２から
吐出室５４に液滴が供給される。そして吐出室５４において圧力がかけられた液滴が、ノ
ズル孔５５より吐出される。
図３に示す液滴吐出ヘッド５０の全体の流路抵抗Ｒａは、ノズル孔５５の流路抵抗をＲ
ｎ、吐出室５４の流路抵抗の１／２の値をＲｃ、オリフィス５３の流路抵抗をＲｓとする
と、Ｒａ＝Ｒｎ＋２Ｒｃ＋Ｒｓとなる。これは、図３（ｂ）に示すようにそれぞれの流路
抵抗が直列的に足し合わされるためである。
一方、図４（ａ）に示す本発明に係る液滴吐出ヘッド１の全体の流路抵抗Ｒｂは、ノズ
ル孔１６の流路抵抗をＲｎ、吐出室１２の流路抵抗の１／２の値をＲｃ、貫通孔１４の流
路抵抗をＲｓとすると、Ｒｂ＝Ｒｎ＋２Ｒｃ＋Ｒｓ（Ｒｃ＋Ｒｓ）／（Ｒｃ＋２Ｒｓ）と
なる。これは貫通孔１４が複数形成されているため、図４（ｂ）に示すように流路抵抗が
並列的に足し合わされるためである。
上記の流路抵抗Ｒａ及びＲｂを比較すると、常にＲａ＞Ｒｂの関係が成り立ち、本発明
に係る液滴吐出ヘッド１の全体の流路抵抗は、従来の静電駆動方式の液滴吐出ヘッド５０
の全体の流路抵抗よりも小さくなっていることが分かる。なお、貫通孔１４の数を増やす
ことにより流路抵抗Ｒｂをさらに小さくすることができる。
【００３１】
本実施形態１では、ノズル基板５、リザーバ基板４、キャビティ基板３、電極基板２の
４層構造になっており、吐出室１２となる凹部１２ａがキャビティ基板３に形成され、共
通液滴室１３となる凹部１３ａがリザーバ基板４に形成されているため、キャビティ基板
３を薄くしても共通液滴室１３は十分な高さを確保することができ、共通液滴室１３の流
路抵抗を低くすることができる。
また、共通液滴室１３から吐出室１２へ液滴を移送するための貫通孔１４を１つの吐出
室１２に対して複数形成しているため、貫通孔１４における流路抵抗を低減することがで
き、液滴流路全体の流路抵抗を下げることができる。
さらに、共通液滴室１３の一部が、ノズル基板５、リザーバ基板４及びキャビティ基板
３が積層される方向で、吐出室１２と重なっているため、共通液滴室１３と吐出室１２と
を同一平面上に形成する場合に比べて液滴吐出ヘッド１の面積を小さくすることができる
。
【００３２】
実施形態２．
図５は、本発明に実施形態２に係る液滴吐出ヘッドが組み立てられた状態の縦断面図で
ある。なお図５に示す液滴吐出ヘッド１は、吐出室１２と共通液滴室１３を連通する貫通
孔１４が１つだけであり、この貫通孔１４は吐出室１２の一端に連通している。また共通
液滴室１３が、ノズル基板５、リザーバ基板４及びキャビティ基板３が積層される方向で
、吐出室１２とほとんど重なっていないものである。その他の構造及び動作については、
実施形態１の図１及び図２に示す液滴吐出ヘッド１と同様であり、説明を省略する。また
実施形態１に係る液滴吐出ヘッド１と同一の構成要素には、同一符号を付している。
【００３３】
本実施形態２に係る液滴吐出ヘッド１では、実施形態１に係る液滴吐出ヘッド１に比べ
て、複数の貫通孔１４による流路抵抗の低減や吐出室１２と共通液滴室１３が上下に重な
ることによる液滴吐出ヘッド１の小型化の効果は大きくない。しかし、吐出室１２となる
凹部１２ａがキャビティ基板３に形成され、共通液滴室１３となる凹部１３ａがリザーバ
基板４に形成されているため、キャビティ基板３を薄くしても共通液滴室１３は十分な高
さを確保することができ、共通液滴室１３の流路抵抗を低くすることができる。
また、電極基板２、キャビティ基板３及びリザーバ基板４が液滴供給孔１０ａ等を有し
、液滴供給孔１０を介して外部から共通液滴室１３へ液滴が供給されるため、電極基板２
側から液滴を供給することができ、液滴吐出ヘッド１及び液滴供給管（図示せず）をコン
パクトにすることができる。
【００３４】
実施形態３．
図６は、本発明に実施形態３に係る液滴吐出ヘッドが組み立てられた状態の縦断面図で
ある。なお図６に示す液滴吐出ヘッド１は、リザーバ基板４に共通液滴室１３からノズル
連通孔１５に液滴を移送するための補助連通溝２１が形成されているものである。その他
の構造及び動作については、実施形態１の図１及び図２に示す液滴吐出ヘッド１と同様で
あり、説明を省略する。また実施形態１に係る液滴吐出ヘッド１と同一の構成要素には、
同一符号を付している。
本実施形態３では、リザーバ基板４に共通液滴室１３からノズル連通孔１５に液滴を移
送するための補助連通溝２１が形成されているため、液滴の吐出後に吐出室１２を介する
ことなくノズル連通孔１５へ液滴の再充填が行われる。このため、ノズル孔１６における
メニスカス（毛細管現象によってできる液滴の凸面）が待機状態に戻る時間を短くするこ
とが可能となり、高速応答が可能となる。その他の効果については実施形態１に係る液滴
吐出ヘッド１と同様である。
【００３５】
実施形態４．
図７は、本発明に実施形態４に係る液滴吐出ヘッドが組み立てられた状態の縦断面図で
ある。なお図７に示す液滴吐出ヘッド１は、ノズル基板５に共通液滴室１３からノズル孔
１６に液滴を移送するための補助連通溝２２が形成されているものである。その他の構造
及び動作については、実施形態１の図１及び図２に示す液滴吐出ヘッド１と同様であり、
説明を省略する。また実施形態１に係る液滴吐出ヘッド１と同一の構成要素には、同一符
号を付している。
本実施形態４では、ノズル基板５に共通液滴室１３からノズル孔１６に液滴を移送する
ための補助連通溝２２が形成されているため、液滴の吐出後に吐出室を介することなくノ
ズル孔１６へ液滴の再充填が行われる。このため実施形態３と同様に、ノズル孔１６にお
けるメニスカスが待機状態に戻る時間を短くすることが可能となり、高速応答が可能とな
る。その他の効果については実施形態１に係る液滴吐出ヘッド１と同様である。
【００３６】
実施形態５．
図８及び図９は、実施形態１の図１及び図２に示す液滴吐出ヘッドの製造工程を示した
縦断面図である。本実施形態５では、実施形態１の液滴吐出ヘッド１のリザーバ基板４の
製造工程を説明し、電極基板２、キャビティ基板３、ノズル基板５については従来の液滴
吐出ヘッドの製造方法とほぼ同様であるため、説明を省略する（例えば、特許文献１参照
）。
まず例えば単結晶シリコンからなる材料基板４ａを準備し、熱酸化等によって材料基板
４ａの全面に酸化シリコンからなるエッチングマスク３１を形成する。そして材料基板４
ａの表面にレジストをパターニングしてフッ酸等でエッチングすることにより、材料基板
４ａの一方の表面の液滴供給孔１０ｃ、貫通孔１４及びノズル連通孔１５に対応する部分
のエッチングマスク３１を除去する（図８（ａ））。
次に、例えばＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）放電
によるドライエッチングによって材料基板４ａをエッチングして、液滴供給孔１０ｃとな
る凹部１０ｄ、貫通孔となる凹部１４ａ及びノズル連通孔１５となる凹部１５ａを形成す
る（図８（ｂ））。なおＩＣＰ放電によるドライエッチングの代わりに、水酸化カリウム
水溶液等によるウェットエッチングを行うようにしてもよい。
【００３７】
それから材料基板４ａの貫通孔となる凹部１４ａ等が形成されている面に、レジスト等
を用いて支持基板３２を接着する（図８（ｃ））。この支持基板３２として、例えばガラ
ス基板やシリコン基板を用いることができる。
その後、材料基板４ａの表面にレジストをパターニングしてフッ酸水溶液等でエッチン
グすることにより、支持基板３２が接合されている面と反対面の共通液滴室１３及び貫通
孔１４に対応する部分のエッチングマスク３１を除去する（図８（ｄ））。
そして例えばＩＣＰ放電によるドライエッチングによって材料基板４ａをエッチングす
ることにより、支持基板３２が接合されている面と反対面に共通液滴室１３となる凹部１
３ｂ及びノズル連通孔１５となる凹部１５ｂを形成していく（図９（ｅ））。
【００３８】
続けてＩＣＰ放電によるドライエッチングを行うことにより、共通液滴室１３となる凹
部１３ｂと貫通孔１４となる凹部１４ａが連通して、共通液滴室１３となる凹部１３ａ及
び貫通孔１４が形成される。またノズル連通孔１５となる凹部１５ａとノズル連通孔１５
となる凹部１５ｂが連通することにより、ノズル連通孔１５が形成される（図９（ｆ））
。
最後に材料基板４ａから支持基板３２を取り外して、例えばフッ酸水溶液によってすべ
てのエッチングマスク３１を除去することによりリザーバ基板４が完成する（図９（ｇ）
）。なおこの後に、インク等の液滴によるエッチングを防止するために、ＴＥＯＳ（Ｔｅ
ｔｒａＥｔｈｙｌＯｒｔｈｏＳｉｌｉｃａｔｅ）等からなる液滴保護膜を形成するように
してもよい。また一般的には１枚の材料基板４ａから複数のリザーバ基板４を製造し、ダ
イシングにより個々のリザーバ基板４を切り出すようにする。
【００３９】
本実施形態５では、リザーバ基板４となる材料基板４ａに貫通孔１４となる凹部１４ａ
を形成した後に、共通液滴室１３となる凹部１３ａを形成するため、容易に上記の液滴吐
出ヘッドを製造することができ、また歩留まりが高いため製造コストを削減することがで
きる。
また、貫通孔１４となる凹部１４ａ及び共通液滴室１３となる凹部１３ａを形成すると
きに、同時にノズル連通孔１５を形成するため、製造工程を簡略化することができ、製造
時間を短縮することができる。
さらに、貫通孔１４となる凹部１４ａを形成した後に、材料基板４ａの貫通孔１４とな
る凹部１４ａを形成した側の面に支持基板３２を接合するため、ＩＣＰ放電によるドライ
エッチングをするときに材料基板４ａが割れることがなく、歩留まりを向上させることが
できる。
【００４０】
実施形態６．
図１０は、実施形態１から実施形態４のいずれかの液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出
装置の１例を示した斜視図である。なお図１０に示す液滴吐出装置１００は、一般的なイ
ンクジェットプリンタである。
実施形態１から実施形態４に係る液滴吐出ヘッド１は上記のように流路抵抗が低いため
、液滴吐出装置１００は印字性能等が高いものである。
なお実施形態１から実施形態４に係る液滴吐出ヘッド１は、図１０に示すインジェット
プリンタの他に、液滴を種々変更することで、液晶ディスプレイのカラーフィルタの製造
、有機ＥＬ表示装置の発光部分の形成、生体液体の吐出等にも適用することができる。
【００４１】
なお、本発明の液滴吐出ヘッド及びその製造方法並びに液滴吐出装置は、本発明の実施
形態に限定されるものではなく、本発明の思想の範囲内において変形することができる。
例えば、貫通孔１４は各々の吐出室１２に対して４つ以上形成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施形態１に係る液滴吐出ヘッドの分解斜視図。
【図２】図１に示す液滴吐出ヘッドが組み立てられた状態の縦断面図。
【図３】従来の一般的な静電駆動方式の液滴吐出ヘッドの流路抵抗について説明するための図。
【図４】本発明に係る液滴吐出ヘッドの流路抵抗について説明するための図。
【図５】実施形態２に係る液滴吐出ヘッドが組み立てられた状態の縦断面図。
【図６】実施形態３に係る液滴吐出ヘッドが組み立てられた状態の縦断面図。
【図７】実施形態４に係る液滴吐出ヘッドが組み立てられた状態の縦断面図。
【図８】実施形態１に係る液滴吐出ヘッドの製造工程を示した縦断面図。
【図９】図８に示す製造工程の続きの工程を示した縦断面図。
【図１０】実施形態１から実施形態４のいずれかの液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置の１例を示した斜視図。
【符号の説明】
【００４３】
１  液滴吐出ヘッド、２  電極基板、３  キャビティ基板、４  リザーバ基板、５  ノ
ズル基板、６  凹部、７  個別電極、８  リード部、９  端子部、１０  液滴供給孔、１
０ａ  液滴供給孔、１０ｂ  液滴供給孔、１０ｃ  液滴供給孔、１１  振動板、１２  吐
出室、１２ａ  凹部、１３  共通液滴室、１３ａ  凹部、１４  貫通孔、１５  ノズル連
通孔、１６  ノズル孔、１７  封止材、２１  補助連通溝、２２  補助連通溝、１００  
液滴吐出装置。
【図１】
2006103167.tif 000003
【図２】
2006103167.tif 000004
【図３】
2006103167.tif 000005
【図４】
2006103167.tif 000006
【図５】
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【図６】
2006103167.tif 000008
【図７】
2006103167.tif 000009
【図８】
2006103167.tif 000010
【図９】
2006103167.tif 000011
【図１０】
2006103167.tif 000012