(57)【要約】【課題】高周波、全チャネル液吐出時においても、十分な液のリフィル量が確保でき、液の吐出性能が良好な液滴吐出式記録ヘッドを提供する。【解決手段】複数のノズル１０２を備えたノズル板１０１と、振動板１０７によりノズル１０２から液滴吐出のために液体を加圧する加圧液室２０２を形成する流路板１０３とにより形成されるリフィル用液溜め部を、各チャネル間がノズル側隔壁２０４で完全には隔たれない各チャネル共通の共通リフィル液室２０３とする。ノズル側隔壁２０４の長さＬは、前記ノズルの近傍においては、加圧液室２０２の幅Ｗの２乃至５倍の範囲内とする。また、共通リフィル液室２０３と各チャネルの流路間に該チャネルそれぞれの流路幅よりも狭くなる流体抵抗部を備えても良く、共通リフィル液室２０３には任意の大きさの島状パターンを１個以上形成しても良く、流路板１０３の液室面側及びノズル面側の両面又は片面に不純物を導入しても良い。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のノズルを形成したノズル形成部材（以下、「ノズル板」と記す。）と、前記ノズルが連通し液体を加圧するための加圧液室を形成する加圧液室形成部材（以下、「流路板」と記す。）と、液滴吐出のための圧力を前記加圧液室内に伝搬させる伝搬機構とを備えた液滴吐出式記録ヘッドにおいて、前記流路板のノズル面側に各チャネル間を隔壁で完全に隔たれることなく各チャネル共通の液溜め部位（以下、「リフィル液室」と記す。）が形成されていることを特徴とする液滴吐出式記録ヘッド。
【請求項２】
請求項１記載の液滴吐出式記録ヘッドにおいて、前記流路板のノズル面側に形成された前記リフィル液室が、前記ノズルの近傍においては、前記加圧液室の幅の２乃至５倍の範囲内にある長さを有する前記隔壁を備えていることを特徴とする液滴吐出式記録ヘッド。
【請求項３】
請求項１又は２記載の液滴吐出式記録ヘッドにおいて、前記流路板のノズル面側に形成された前記リフィル液室において、任意の大きさの島状パターンが１個以上形成されていることを特徴とする液滴吐出式記録ヘッド。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の液滴吐出式記録ヘッドにおいて、前記流路板のノズル面側の各チャネルにおいて、前記リフィル液室と各チャネルの流路間に該チャネルそれぞれの流路幅よりも狭くなる流路部（以下、「流体抵抗部」という。）が形成されていることを特徴とする液滴吐出式記録ヘッド。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の液滴吐出式記録ヘッドにおいて、前記流路板において液室面側及びノズル面側の両面又はいずれかの片面に不純物導入を行うことを特徴とする液滴吐出式記録ヘッド。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の液滴吐出式記録ヘッドにおいて、前記流路板においてノズル面側の前記リフィル液室の深さと液室面側の前記リフィル液室の深さ及び前記加圧液室の深さを略同じにすることを特徴とする液滴吐出式記録ヘッド。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の液滴吐出式記録ヘッドにおいて、前記ノズル板に樹脂を使用することを特徴とする液滴吐出式記録ヘッド。
【請求項８】
液滴を吐出する液滴吐出式記録ヘッドと該液滴吐出式記録ヘッドに液体を供給する液体タンクとを一体化した液体カートリッジにおいて、前記液滴吐出式記録ヘッドが請求項１乃至７のいずれかに記載の液滴吐出式記録ヘッドであることを特徴とする液体カートリッジ。
【請求項９】
請求項１乃至７のいずれかに記載の液滴吐出式記録ヘッド又は請求項８に記載の液体カートリッジを使用したことを特徴とする液滴吐出式記録装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液滴吐出式記録ヘッド、液体カートリッジ及び液滴吐出式記録装置に関し、結晶方位を有するシリコン単結晶基板に微細な形状を形成するための加工技術、特にインクジェット式記録ヘッドに使用する加圧液室部を構成するシリコン単結晶基板の加工技術に関する。
本発明に係る液滴吐出式記録ヘッド、液体カートリッジ及び液滴吐出式記録装置は、インクジェット式のプリンタ、ファックス、プロジェクターなどに適用することが可能である。
【０００２】
【従来の技術】
以下に、本発明に関連した従来技術を示す。
特許文献１：特開２０００−２１８７８８号公報（セイコーエプソン株式会社）各チャネル共通の液溜め部位であるリフィル液室を流路板のノズル面及び加圧液室面の両面に形成したことを特徴とする技術である。
【０００３】
特許文献２：特開平１１−２２７２０２号公報（セイコーエプソン株式会社）
リフィル液室を流路板のノズル面及び加圧液室面の両面に形成し、ノズル連通孔がノズル開口側へ拡開するように形成されていることを特徴とする技術である。
【０００４】
特許文献３：特開２０００−７１４４３号公報（セイコーエプソン株式会社）
リフィル液室を流路板のノズル面及び加圧液室面の両面に形成し、加圧液室面の流体抵抗部の前段側（リザーバ側）に全チャネル共通のリフィル液室が形成されていることを特徴とする技術である。
【０００５】
特許文献４：特開２００１−６３０４７号公報（株式会社リコー）
ヘッドの駆動周波数に対応して流体抵抗値が調整できる調整手段を有することにより、ヘッドを高周波で駆動する際にも適正なるインク供給を確保できるようにしたことを特徴とする技術である。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−２１８７８８号公報
【特許文献２】
特開平１１−２２７２０２号公報
【特許文献３】
特開２０００−７１４４３号公報
【特許文献４】
特開２００１−６３０４７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ等の画像記録装置（画像形成装置）として用いられるインクジェット方式の液滴吐出式記録装置は、インク滴を吐出するノズルと該ノズルが連通するインク流路（吐出室、圧力室、加圧液室、加圧室、液室等とも称される。）と該インク流路内のインクを加圧する駆動手段（圧力発生手段）とを備えた液滴吐出式記録ヘッドとして、インクジェットヘッドを搭載したものである。
【０００８】
液滴吐出式記録ヘッドとしては、例えば液体レジストを液滴として吐出する液滴吐出式記録ヘッド、ＤＮＡの試料を液滴として吐出する液滴吐出式記録ヘッドなどもあるが、以下では、インクを液滴として吐出するインクジェットヘッドを中心に説明する。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、高速印字が可能なこと、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。この中でも記録の必要なとき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いる。
【０００９】
インク・オン・デマンド方式のインクジェットヘッドには駆動手段が圧電素子であるもの（例えば、特公平２−５１７３４号公報）やインクを加熱して気泡を発生させ、その圧力でインクを吐出させる方法（例えば、特公昭６１−５９９１１号公報）、駆動手段に静電気力を利用したもの（例えば、特開平５−５０６０１号公報）などがある。
【００１０】
かくのごときインクジェットジェット式記録ヘッドを用いて、より品質の高いカラー印刷を行おうとすると、一層高い解像度が要求されるため、流路板の隔壁等のサイズが必然的に小さくなって、部材の加工や部材の組み立てに高い精度が要求される。その中でインクジェットヘッドのインク供給部分を構成するノズル、流路板、振動板のうち、流路板においては、その材料として適度な剛性を持ち、比較的簡単な手法で微細な形状を高い精度で加工が可能なシリコン単結晶基板が有効である。
【００１１】
具体的には、面方位（１１０）のシリコン単結晶基板を加圧液室形成部材に用いて、ドライエッチングや、あるいは、水酸化カリウム溶液を用いたウェットエッチングのいずれかのエッチング手法により、圧力発生手段の変位をインクに伝える加圧液室や該加圧液室からノズルへの流路を形成するために流路板を貫通する連通管を形成する種々の技術や手法、また、それらの技術により形成できるインク流路形状が提案されている。しかしながら、高速・高解像度が要求される近年のインクジェット式記録ヘッドにおいては、チャネルの狭ピッチ化は避けられず、これに伴うインクのリフィル量の確保やクロストークや気泡の排出等の様々な課題を解決しなければならない。
【００１２】
その中で、前記特許文献１に示す特開２０００−２１８７８８号公報においては、流路板のノズル面及び加圧液室面の両側にリフィル液室を設け、インク吐出に対するインクのリフィル量確保のための流路板形状が示されている。
【００１３】
また、前記特許文献２に示す特開平１１−２２７２０２号公報においては、流路板のノズル面及び加圧液室面の両側にリフィル液室を設け、かつ、両リフィル液室を連通する連通孔がノズル面側に拡開するように形成されることにより、気泡排出性のよいインクジェットヘッドが示されている。
【００１４】
更に、前記特許文献３に示す特開２０００−７１４４３号公報においては、ノズル面に流路板のノズル面及び加圧液室面の両側にリフィル液室を設け、かつ、加圧液室面に共通のリフィル液室を形成することにより、リフィル量を確保する流路板形状が示されている。
【００１５】
しかしながら、これらの各従来の技術いずれにおいても、普通紙に対する高画質画像の形成に必要な高粘度インクを使用する場合には、特に高周波でのインク吐出時においてノズルへの十分なインク供給が困難となる。本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、ノズル面側に形成されたリフィル液室は流路板の隔壁で完全に隔たれることなく各加圧液室共通に形成されていることにより、狭ピッチにおいても十分なリフィル量を確保できることを特徴とする流路板を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、複数のノズルを形成したノズル形成部材（以下、「ノズル板」と記す。）と、前記ノズルが連通し液体を加圧するための加圧液室を形成する加圧液室形成部材（以下、「流路板」と記す。）と、液滴吐出のための圧力を前記加圧液室内に伝搬させる伝搬機構とを備えた液滴吐出式記録ヘッドにおいて、前記流路板のノズル面側に各チャネル間を隔壁で完全に隔たれることなく各チャネル共通の液溜め部位（以下、「リフィル液室」と記す。）が形成されている液滴吐出式記録ヘッドとすることを特徴とするものである。
【００１７】
第２の発明は、前記第１の発明に記載の液滴吐出式記録ヘッドにおいて、前記流路板のノズル面側に形成された前記リフィル液室が、前記ノズルの近傍においては、前記加圧液室の幅の２乃至５倍の範囲内にある長さを有する前記隔壁を備えている液滴吐出式記録ヘッドとすることを特徴とするものである。
【００１８】
第３の発明は、前記第１又は第２の発明に記載の液滴吐出式記録ヘッドにおいて、前記流路板のノズル面側に形成された前記リフィル液室において、任意の大きさの島状パターンが１個以上形成されている液滴吐出式記録ヘッドとすることを特徴とするものである。
【００１９】
第４の発明は、前記第１乃至第３の発明のいずれかに記載の液滴吐出式記録ヘッドにおいて、前記流路板のノズル面側の各チャネルにおいて、前記リフィル液室と各チャネルの流路間に該チャネルそれぞれの流路幅よりも狭くなる流路部（以下、「流体抵抗部」という。）が形成されている液滴吐出式記録ヘッドとすることを特徴とするものである。
【００２０】
第５の発明は、前記第１乃至第４の発明のいずれかに記載の液滴吐出式記録ヘッドにおいて、前記流路板において液室面側及びノズル面側の両面又はいずれかの片面に不純物導入を行う液滴吐出式記録ヘッドとすることを特徴とするものである。
【００２１】
第６の発明は、前記第１乃至第５の発明のいずれかに記載の液滴吐出式記録ヘッドにおいて、前記流路板においてノズル面側の前記リフィル液室の深さと液室面側の前記リフィル液室の深さ及び前記加圧液室の深さを略同じにする液滴吐出式記録ヘッドとすることを特徴とするものである。
【００２２】
第７の発明は、前記第１乃至第６の発明のいずれかに記載の液滴吐出式記録ヘッドにおいて、前記ノズル板に樹脂を使用する液滴吐出式記録ヘッドとすることを特徴とするものである。
【００２３】
第８の発明は、液滴を吐出する液滴吐出式記録ヘッドと該液滴吐出式記録ヘッドに液体を供給する液体タンクとを一体化した液体カートリッジにおいて、前記液滴吐出式記録ヘッドが前記第１乃至第７の発明のいずれかに記載の液滴吐出式記録ヘッドである液体カートリッジとすることを特徴とするものである。
【００２４】
第９の発明は、前記第１乃至第７の発明のいずれかに記載の液滴吐出式記録ヘッド又は前記第８の発明に記載の液体カートリッジを使用した液滴吐出式記録装置とすることを特徴とするものである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る液滴吐出式記録ヘッド、液体カートリッジ及び液滴吐出式記録装置の一実施形態について、インクジェットヘッドを用いたインクジェット記録装置を例にとってその構成・動作を示す。
図１は、本発明に係る液滴吐出式記録ヘッドの一例であるインクジェットヘッドの構成を分解して示した分解構成図である。
図１では、ノズル板１０１、流路板１０３、振動板１０７、及び、アクチュエータ１１１の各部品にそれぞれ分解して示している。ここで、図１に示す本構成では、圧力発生手段であるアクチュエータ１１１として圧電素子から構成される例を示しているが、静電力を圧力発生手段としたもの、熱エネルギーを圧力発生手段としたものを使用してもかまわない。
【００２６】
ノズル板１０１にはインク滴を飛翔させるための微細孔である多数のノズル１０２が各加圧液室の先端部分に対応して形成されており、このノズル１０２の径は２０−３５μｍである。このノズル板１０１は例えばポリイミド等の樹脂フィルムを用いることができる。また、電鋳工法によって製造したＮｉの金属プレートやシリコンやその他の金属材料を用いることもできる。
なお、ノズルプレート即ちノズル板１０１には撥水性の表面処理膜が成膜されている。
【００２７】
流路板１０３は、シリコンで形成されており、該流路板１０３には各ノズル１０２のノズル孔へ連通する連通管１０５と加圧液室１０４とが形成されている。各ノズル１０２のノズル孔へ連通する連通管１０５及び加圧液室１０４、図示していない共通液室はドライエッチング法により形成されている。また、シリコンで形成された流路板１０３の表面には、図示していない酸化膜が形成されている。かくのごとく、酸化膜が形成されていることにより、流路板１０３のシリコンがインクに対して溶出しにくく、また、濡れ性も向上するため、気泡の滞留が生じにくい構造となる。ここで、流路板１０３の表面に形成される膜は、酸化膜に限らず、窒化チタン（ＴｉＮ）膜、または、ポリイミド膜でもかまわない。
【００２８】
振動板１０７は、例えばＮｉ電鋳工法で形成した金属プレートからなり、この振動板１０７の振動機能部は、アクチュエータ１１１を形成する圧電素子内の非駆動部に接合する梁部１０８と、該圧電素子内の駆動部と接合する島状凸部１０９と、この島状凸部１０９の周囲に形成した厚み２−１０μｍ程度の最薄膜部分のダイヤフラム領域１１０とからなる。
【００２９】
アクチュエータ１１１は、セラミックス基板例えばチタン酸バリウム、アルミナ、フォルステライトなどの絶縁性の基板上に電気機械変換素子である複数の積層型圧電素子を列状に２列配列して接合し、これら２列の各圧電素子をダイシングにより切断を行っている。なお、各列の複数の圧電素子はチャネル方向で駆動波形を印加する駆動部１１２と駆動波形を印加しない非駆動部１１３とを交互に構成している。
【００３０】
ここで、圧電素子は、厚さ１０−５０μｍ／層のチタン酸ジルコン酸（ＰＺＴ）と厚さ数μｍ／層の銀パラジューム（ＡｇＰｄ）からなる内部電極とを交互に積層したものである。圧電素子を厚さ１０−５０μｍ／層の積層型とすることによって低電圧駆動を可能としている。なお、電気機械変換素子としてはＰＺＴに限られるものではない。そして、この圧電素子の内部電極を交互に端面に取り出して端面電極とし、一方、基板上に形成した共通電極パターン及び個別電極パターンを駆動部１１２となる圧電素子の端面電極に導電性接着剤等を介して電気的に接続し、共通電極パターン及び共通電極パターンに接続したＦＰＣケーブルを介してＰＣＢ基板と接続して駆動部１１２に駆動波形を印加することによって、圧電素子の積層方向に伸びの変位を発生させる。
【００３１】
図２は、従来技術における両面流路の流路板の形状を説明するための構成図である。図２のごとく、加圧液室２０２の加圧液室側隔壁２０１だけでなく、ノズル１０２を備えたノズル板１０１側のノズル側リフィル液室２０５にも、隣接するチャネル間を完全に隔離するノズル側隔壁２０６を設けた従来技術の場合、インク吐出後に、加圧液室２０２への十分な液のリフィル量を確保するのが困難である。これは、特に高周波での液吐出において顕著である。また、クロストーク防止の面からの加圧液室高さの制限や高解像度の面からの狭ピッチ化に対して益々その傾向は強まりつつある。
【００３２】
これに対して、図３に示す本発明に係る液滴吐出式記録ヘッドにおける流路板の形状の一例においては、ノズル１０２を備えたノズル板１０１側には、隣接するビットの近傍のみに、隣接チャネル間を隔離するためのノズル側隔壁２０４を設け、他は共通にするノズル側共通リフィル液室２０３とすることにより、クロストークを抑えつつ、液体の流動性を確保することができ、全チャネル吐出においても液滴吐出後に十分な液のリフィル量を確保することができる。
【００３３】
図４には、図３に示す流路板の形状を用いて高粘度インク（５ｃｐ）を高周波数（２０ＫＨｚ）で吐出した場合のＬ／Ｗ（ノズル面側のノズル側隔壁長さＬとノズル側隔壁幅Ｗとの比）とＭｊ差（単チャネル吐出と全チャネル吐出との液滴吐出量の差）との関係及びＳｊ差（単チャネル吐出と全チャネル吐出との液滴吐出速度の差）との関係の一例を示している。（Ｌ／Ｗ）の値が５を超えると、Ｍｊ差は１ｐｌを超えて、良好な吐出性能が得られなくなるため、できるだけ小さい値が好ましいが、（Ｌ／Ｗ）の値が２以下においては、逆に、クロストークの問題が発生する。従って、実用的には、（Ｌ／Ｗ）の値は、（２〜５）の範囲内が適当である。ここに、ノズル側共通リフィル液室２０３のノズル側隔壁幅Ｗは、加圧液室の幅と相等しい。
【００３４】
図５には、ノズル面のノズル側共通リフィル液室２０３に流路板の剛性確保のため及びノズル板との接着性確保のために島状パターン５０１を形成した構成例を示している。ノズル側共通リフィル液室２０３は、流路板長手方向に大きな肉抜きエリアとして形成されるので、流路板の反りの要因となる。また、ノズル板との接着面積も減少するため、接着強度が低下する問題もある。このため、図５に示すように、ノズル側共通リフィル液室２０３に島状パターン５０１を設けることにより、これらの問題を解決することができる。なお、島状パターン５０１の配置の一例として、（ａ）ノズル側隔壁２０４と同軸上に１個形成（図５（Ａ））、（ｂ）ノズル側隔壁２０４と同軸上に複数個数形成（図５（Ｂ））、（ｃ）ノズル側隔壁２０４軸上からずらして形成（図５（Ｃ））等の方法がある。
【００３５】
図６には、流路板のノズル面側の各チャネルにおいて、各チャネルの流路６０１とノズル側共通リフィル液室２０３との間において流体抵抗部６０２を形成した構成例を示している。図６（Ａ）あるいは図６（Ｂ）に示すごとく、流体抵抗部６０２を各チャネルの流路６０１とノズル側共通リフィル液室２０３との間に形成することにより、高周波吐出・高粘度流体においても、十分なリフィル量を確保しつつ、クロストークを防止することができる。
【００３６】
図７に、流路板全体に不純物を導入することによる接液酸化時の酸化膜の応力変化に対する反りの影響をグラフで示す。不純物導入においては、ある濃度域で極値をもつ傾向があり（図７においては不純物濃度２ｗｔ％で反り量が極小値を示している）、濃度と不純物導入領域とを制御することにより、反りを制御することが可能となる。具体的には、流路板の接液酸化時に圧縮応力が加わるノズル側共通リフィル液室を形成したノズル面側には、Ｎ型不純物（Ｐ，Ａｓなど）導入による応力低減効果を、逆に、引っ張り応力が加わる加圧液室面側にはＰ型不純物（Ｂなど）導入による応力増加効果を、それぞれ作用させる、あるいは、ノズル面側又は加圧液室面側の片側にのみ作用させることにより、加圧液室面側とノズル面側とに生じる膜応力差を利用して、流路板の反りを防止することができる。
【００３７】
図８には、（ａ）従来技術のノズル面にノズル側共通リフィル液室を形成しない場合（図８（Ａ））、（ｂ）本発明のノズル面にノズル側共通リフィル液室２０３を形成した場合（図８（Ｂ））におけるノズル板たわみ有効面積の大きさの比較を示す。従来技術においては、図２に示したように、各チャネル間は隔壁により完全に独立したノズル側リフィル液室２０５として構成されており、ノズル板はこの各ノズル側隔壁２０６に接着されているため、図８（Ａ）に示すように、ノズル板たわみ有効面積８０１は各チャネルの流路部のみに限定されて、吐出圧のダンパー効果は期待できない。これに対して、本発明に係る液滴吐出式記録ヘッドにおいて、図３に示したように、ノズル面にノズル側共通リフィル液室２０３を形成した場合には、図８（Ｂ）に示すように、ノズル板たわみ有効面積８０２はノズル側共通リフィル液室２０３全体の面積分も有効となり、大きなダンパー効果を得ることができる。
【００３８】
このダンパー効果はノズル板材料としてＳＵＳ材やＮｉ材などを用いた場合にも有効であるが、より弾性体である樹脂ノズル板を使用した場合にはより大きな効果を得ることができる。
更に、流路板のノズル面側のノズル側共通リフィル液室２０３の深さと加圧液室面側のノズル共通リフィル液室の深さ及び加圧液室の深さを略同じにすることにより、これらの液室を同時に形成することができ、製造コストの低減を図ることができる。
【００３９】
本発明に係る液滴吐出式記録ヘッドの製造工程の実施例を図９に示す。
まず、図９（Ａ）に示すように、厚さ４００μｍの面方位（１１０）のシリコン基板９０１を用意し、厚さ１．０μｍのシリコン熱酸化膜９０２、０．２μｍのＬＰ−ＣＶＤ窒化膜９０３及び０．３５μｍのポリシリコン膜９０４を形成した。
【００４０】
ここで、ＬＰ−ＣＶＤ窒化膜９０３は、ＬＰ−ＣＶＤ膜が最も品質（異方性エッチングマスク耐性）が高く、所望寸法の制御に有利であるが、その他の熱ＣＶＤ膜、スパッタ膜、プラズマＣＶＤ膜を用いることもできる。
また、シリコン熱酸化膜９０２についても、同様に熱ＣＶＤ膜、スパッタ膜、プラズマＣＶＤ膜を使用することができる。
【００４１】
次に、図９（Ｂ）に示すように、ノズル面側にノズル面パターン９０５の形状にレジストのパターニングを行い、その後、ポリシリコン膜９０４及びＬＰ−ＣＶＤ窒化膜９０３をドライエッチングにてパターニングを行い、図９（Ｃ）に示すポリシリコン及び窒化膜パターン９０６を形成した。
【００４２】
次に、図９（Ｄ）に示すように、連通管形成パターン９０７の形状にレジストのパターニングを行った。この時、次工程において使用される一般的なクランプ式酸化膜ドライエッチ装置のクランプ９０７ｂが直接レジストに接触しないように、ウェーハ周辺は周辺露光等によりレジストが除去されている。このため、クランプ９０７ｂとレジストの間には僅かな隙間９０７ａができる。
【００４３】
次に、図９（Ｅ）に示すように、シリコン熱酸化膜９０２を連通管パターン９０８の形状にドライエッチングにてパターニングを行った。この時、前記隙間９０７ａの表面も酸化膜ドライエッチングのプラズマにさらされるが、該隙間９０７ａの表面はシリコン熱酸化膜９０２とのエッチング選択比の高いポリシリコン膜９０４が形成されているため、該隙間９０７ａの部分にはエッチングは進行しない。つまり、ウェーハ周辺部においてはシリコン基板９０１の露出はない。
【００４４】
次に、図９（Ｆ）に示すように、上下を入れ替えて液室面側の面に対して、加圧液室面パターン９０９の形状にレジストのパターニングを行い、その後、ポリシリコン膜９０４及びＬＰ−ＣＶＤ窒化膜９０３をドライエッチングにて、図９（Ｇ）に示すポリシリコン及び窒化膜パターン９１０のパターニングを行った。
【００４５】
次に、図９（Ｈ）に示すように、連通管形成パターン９１１の形状にレジストのパターニングを行った。この時、次工程において使用される一般的なクランプ式酸化膜ドライエッチ装置のクランプ９１１ｂが直接レジストに接触しないように、ウェーハ周辺は周辺露光等によりレジストが除去されている。このため、クランプ９１１ｂとレジストの間には僅かな隙間９１１ａができる。
【００４６】
次に、図９（Ｉ）に示すように、シリコン熱酸化膜９０２を連通管パターン９１２の形状にドライエッチングにてパターニングを行った。この時、前記隙間９１１ａの表面も酸化膜ドライエッチングのプラズマにさらされるが、該隙間９１１ａの表面はシリコン熱酸化膜９０２とのエッチング選択比の高いポリシリコン膜９０４が形成されているため、該隙間９１１ａの部分にはエッチングは進行しない。つまり、ウェーハ周辺部においてはシリコン基板９０１の露出はない。
【００４７】
次に、図９（Ｊ）に示すように、連通管形状にレジストパターン９１３を形成した。この時のレジスト膜厚は８μｍにて行った。
次に、図９（Ｋ）に示すように、ＩＣＰドライエッチャーを使用して連通管パターン９１４の形状にシリコン基板９０１のパターニングを行った。
【００４８】
次に、図９（Ｌ）に示すように、レジストパターン９１３を除去して、水酸化カリウム水溶液によりシリコン基板９０１の異方性エッチングを行い、連通管９１５を貫通させた。この時、ウェーハ周辺部においては、他のマスク部分と同様に、ＬＰ−ＣＶＤ窒化膜９０３及びシリコン熱酸化膜９０２に守られ、エッチングの進行はない。また、この時の水酸化カリウム水溶液でのウェットエッチングにより裏面保護のためのダミー用ポリシリコン膜９０４も除去されるため、このダミー用ポリシリコン膜９０４除去のための工程を追加する必要はない。
【００４９】
次に、図９（Ｍ）に示すように、窒化膜をマスクとして希ふっ酸により酸化膜９１６のウェットエッチングを行う。
その後、図９（Ｎ）に示すように、再度、水酸化カリウム水溶液によりシリコン基板９０１の異方性エッチングを行い、液室面側に加圧液室９１７を形成した。この時、ノズル面側には同時にノズル側共通リフィル液室９１８が形成される。
【００５０】
最後に、図９（Ｏ）に示すように、ＬＰ−ＣＶＤ窒化膜９０３及びシリコン熱酸化膜９０２の除去を行い、その後、耐インク接液膜として、シリコン酸化膜を１μｍの厚さで形成して、インクジェット用流路板の形成を行った。
【００５１】
次に、流路板において液室面側及びノズル面側の両面又は片面に不純物を導入する不純物導入工程の実施例について以下に示す。即ち、次の２つのいずれかにより実施される。
（１）図９（Ａ）の製造工程開始前即ちシリコン基板の準備段階で、全面又は片面に不純物の注入を行う。
（２）図９（Ｎ）の製造工程の加圧液室形成部材を作成後、図９（Ｏ）の製造工程開始前即ち接液保護膜形成前の段階で全面又は片面に不純物の注入を行う。
【００５２】
また、不純物の導入の方法としては、熱拡散法、イオン注入法が挙げられるが、以下の制御を行うためには、イオン注入法の方が適している。即ち、イオン注入法は、
ａ．両面共に同種の不純物導入を行い、流路板の反りに対して各面の注入量を変える。
ｂ．各面に異種の不純物導入を行い、流路板の反りに対して各面の注入量を制御する。
といういずれの組み合わせも可能となる。更に、接液保護膜形成直前に不純物活性のための熱処理（不活性ガス雰囲気での６００−８００℃のアニール）を行うことにより、不純物導入の制御性が更に向上する。
【００５３】
具体的な不純物導入例としては、前記図９（Ｎ）の製造工程後に、ＰＳＧを９００℃，Ｏ２：１００ｓｃｃｍ，Ｎ２：１８０００ｓｃｃｍ，ＰＨ３：１８００ｓｃｃｍ雰囲気により形成し、８００℃１時間のアニールを行う。その後、ふっ酸による酸化膜除去を行い、前記図９（Ｏ）の製造工程の接液保護膜形成を行う。この処理を行わない場合、１０μｍ程度の流路板の反りが発生するものが、前述のような不純物導入を行うと４μｍ程度の反りとなる。これと同程度の濃度の不純物導入をイオン注入で行うには、ＰＨ３，６０ＫｅＶ，１Ｅ１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２程度の注入で実現できる。
【００５４】
次に、本発明に係る液体カートリッジ即ちインクカートリッジの一例について図１０を参照して説明する。ここに、図１０は、本発明に係る液体カートリッジの外観の一例を示す外観図である。
図１０に示すインクカートリッジ８０は、ノズル１０２等を有する前述した各実施形態のいずれかのインクジェットヘッド８１と、インクジェットヘッド８１に対してインクを供給するインクタンク８２とを一体化して構成されているものである。
【００５５】
このように、インクタンク８２を一体化したインクジェットヘッド８１の場合、インクジェットヘッド８１の歩留まり不良は、直ちにインクカートリッジ８０全体の不良につながるので、パーティクルなどによる製造不良を低減することにより、インクカートリッジ８０の歩留まりが向上し、ヘッド一体型インクカートリッジの低コスト化を図ることができる。
【００５６】
次に、本発明に係る液滴吐出式記録ヘッドを搭載した液滴吐出式記録装置の一例について、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の構成例を、図１１及び図１２を参照しながら説明する。なお、図１１は、本発明に係る液滴吐出式記録装置の一例であるインクジェット記録装置の斜視説明図であり、図１２は、同記録装置の機構部の側面説明図である。
【００５７】
図１１及び図１２に示すインクジェット記録装置は、インクジェット記録装置本体９０の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ９３、キャリッジ９３に搭載した前述のごときインクジェットヘッドからなる記録ヘッド、該記録ヘッドへインクを供給するインクタンク等で構成される印字機構部８７等を収納し、装置本体９０の下方部には前方側から多数枚の用紙８３を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）８４を抜き差し自在に装着することができる。また、用紙８３を手差しで給紙するための手差しトレイ８５を開倒することができ、給紙カセット８４或いは手差しトレイ８５から給送される用紙８３を取り込み、印字機構部８７によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ８６に排紙する。
【００５８】
印字機構部８７は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド９１と従ガイドロッド９２とによりキャリッジ９３を主走査方向（図１２で紙面垂直方向）に摺動自在に保持し、このキャリッジ９３には、例えばイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインクタンク９５からのインク滴を吐出する本発明に係る液滴吐出式記録ヘッドからなるインクジェットヘッド９４として複数のインク吐出口（ノズル）を主走査方向と交差する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。また、キャリッジ９３には、インクジェットヘッド９４に各色のインクを供給するための各インクタンク９５を交換可能に装着している。
【００５９】
インクタンク９５は上方に大気と連通する大気口を、下方にはインクジェットヘッド９４へインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッド９４へ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。また、インクジェットヘッド９４として、ここでは、各色毎のノズルを有するインクジェットヘッドを用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドでもよい。
【００６０】
ここで、キャリッジ９３は、後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド９１に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド９２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ９３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ９７で回転駆動される駆動プーリ９８と従動プーリ９９との間にタイミングベルト９６を張装し、このタイミングベルト９６をキャリッジ９３に固定しており、主走査モータ９７の正逆回転により、キャリッジ９３が往復駆動される。
【００６１】
一方、給紙カセット８４にセットした用紙８３をインクジェットヘッド９４の下方側に搬送するために、給紙カセット８４から用紙８３を分離給装する給紙ローラ７１及びフリクションパッド７２と、用紙８３を案内するガイド部材７３と、給紙された用紙８３を反転させて搬送する搬送ローラ７４と、この搬送ローラ７４の周面に押し付けられる搬送コロ７５及び搬送ローラ７４からの用紙８３の送り出し角度を規定する先端コロ７６とを設けている。搬送ローラ７４は副走査モータ７７によってギヤ列を介して回転駆動される。
【００６２】
そして、キャリッジ９３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ７４から送り出された用紙８３をインクジェットヘッド９４の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材７８を設けている。この印写受け部材７８の用紙搬送方向下流側には、用紙８３を排紙方向へ送り出すために、回転駆動される搬送コロ６１及び拍車６２を設け、更に用紙８３を排紙トレイ８６に送り出す排紙ローラ６３及び拍車６４と、排紙経路を形成するガイド部材６５，６６とを配設している。
【００６３】
記録時には、キャリッジ９３を移動させながら画像信号に応じてインクジェットヘッド９４を駆動することにより、停止している用紙８３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙８３を所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号、又は、用紙８３の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ、用紙８３を排紙する。
【００６４】
また、キャリッジ９３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、インクジェットヘッド９４の吐出不良を回復するための回復装置６７を配置している。回復装置６７は、キャップ手段と吸引手段とクリーニング手段とを有している。キャリッジ９３は、印字待機中は、この回復装置６７側に移動されて、キャップ手段でインクジェットヘッド９４がキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。
【００６５】
吐出不良が発生した場合等には、キャップ手段によりインクジェットヘッド９４の吐出口（ノズル）を密封し、チューブを通して、吸引手段により吐出口からインクと共に、気泡等を吸い出し、更に、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され、吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、インクジェット記録装置本体９０下部に設置された廃インク溜（図示していない）に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。
【００６６】
このように、本発明に係る液滴吐出式記録装置の一例であるインクジェット記録装置においては、本発明に係る液滴吐出式記録ヘッドとして前述したような寸法精度の高い流路板を使用したインクジェットヘッド９４を搭載しているので、安定したインク滴吐出特性が得られて、画像品質が向上する。また、製作コストの低減により低価格で製品を供給することができる。
【００６７】
【発明の効果】
本発明に係る液滴吐出式記録ヘッド、液体カートリッジ及び液滴吐出式記録装置によれば、以下のごとき作用効果を得ることができる。
ノズル面に、各チャネル共通の液溜め部位である共通リフィル液室を形成することにより、高周波、全チャネル液吐出時においても、十分な液のリフィル量が確保でき、良好な液の吐出性能が得られる。
【００６８】
また、ノズル孔近傍において加圧液室の幅の２乃至５倍の長さからなる隔壁を有する共通リフィル液室とすることにより、隣接するチャネルからの吐出圧の影響を直接受けることがないため、隣接するチャネルからのクロストークを防止することができる。
【００６９】
また、流路板のノズル面側に形成された共通リフィル液室において、任意の大きさの島状パターンを１個以上形成して、流路板の肉抜き部の面積を減らすことにより、流路板自体の剛性を増し、また、ノズル板との接着面積が増えるため、ノズル板と流路板との接着性を向上させることができる。
【００７０】
また、流路板のノズル面側の各チャネルにおいて、各チャネルの流路と共通リフィル液室間に該チャネルの流路幅より狭くなる流体抵抗部を形成することにより、クロスト−クを防止することができる。
【００７１】
また、流路板において、ノズル面側の共通リフィル液室の深さと液室面側の共通リフィル液室の深さ及び加圧液室の深さを同じにすることにより、これらの液室は、１回のＫＯＨ処理で加工することができるため、簡単かつ安価に流路板を製造することができる。
【００７２】
また、接液酸化時に流路板のノズル面側と液室面側の両面又はいずれか片面に不純物導入を行うことによりノズル面側及び液室面側の膜応力を制御し、これにより流路板の反りを防止することができる。
【００７３】
また、ノズル板に樹脂を使用することにより、ノズル板の弾性がダンパーとして作用し、クロストークを防止することができる。
【００７４】
更に、前述のごとき効果を齎すことができる、液滴を吐出する液滴吐出式記録ヘッドと、該液滴吐出式記録ヘッドに液体を供給する液体タンクと、を一体化した液体カートリッジとすることにより、製造不良が減少し、低コスト化を図ることができる。
【００７５】
更には、本発明に係る液滴吐出式記録ヘッドあるいは液体カートリッジを液滴吐出式記録装置に搭載することにより、液滴吐出式記録装置の製造不良が低減する。また、安価に形成可能な液滴吐出式記録ヘッドあるいは液体カートリッジであるため、液滴吐出式記録装置の低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る液滴吐出式記録ヘッドの一例であるインクジェットヘッドの構成を分解して示した分解構成図である。
【図２】従来技術における両面流路の流路板の形状を説明するための構成図である。
【図３】本発明に係る液滴吐出式記録ヘッドにおける流路板の形状の一例を説明するための構成図である。
【図４】高粘度インクを高周波数で吐出した場合のＬ／Ｗ（ノズル面側のノズル側隔壁長さＬとノズル側隔壁幅Ｗとの比）とＭｊ差（単チャネル吐出と全チャネル吐出との液滴吐出量の差）との関係及びＳｊ（単チャネル吐出と全チャネル吐出との液滴吐出速度の差）との関係の一例を示すグラフである。
【図５】ノズル面の共通リフィル液室に島状パターンを形成した構成の一例を示す構成図である。
【図６】流路板のノズル面側の各チャネルにおいて、各チャネルの流路とリフィル液室部の間において流体抵抗部を形成した構成の一例を示す構成図である。
【図７】流路板全体に不純物を導入することによる接液酸化時の酸化膜の応力変化に対する反りの影響を示すグラフである。
【図８】従来技術のノズル面にノズル側共通リフィル液室を形成しない場合と本発明のノズル面にノズル側共通リフィル液室を形成した場合とにおけるノズル板たわみ有効面積の大きさの比較を示す模式図である。
【図９】本発明に係る液滴吐出式記録ヘッドの製造工程の実施例を示す工程図である。
【図１０】本発明に係る液体カートリッジの外観の一例を示す外観図である。
【図１１】本発明に係る液滴吐出式記録装置の一例であるインクジェット記録装置の斜視説明図である。
【図１２】本発明に係る液滴吐出式記録装置の一例であるインクジェット記録装置の機構部の側面説明図である。
【符号の説明】
６１…搬送コロ、６２…拍車、６３…排紙ローラ、６４…拍車、６５，６６…ガイド部材、６７…回復装置、７１…給紙ローラ、７２…フリクションパッド、７３…ガイド部材、７４…搬送ローラ、７５…搬送コロ、７６…先端コロ、７７…副走査モータ、７８…印写受け部材、８０…インクカートリッジ、８１…インクジェットヘッド、８２…インクタンク、８３…用紙、８４…給紙カセット、８５…手差しトレイ、８６…排紙トレイ、８７…印字機構部、９０…インクジェット記録装置本体、９１…主ガイドロッド、９２…従ガイドロッド、９３…キャリッジ、９４…インクジェットヘッド、９５…インクタンク、９６…タイミングベルト、９７…主走査モータ、９８…駆動プーリ、９９…従動プーリ、１０１…ノズル板、１０２…ノズル、１０３…流路板、１０４…加圧液室、１０５…連通管、１０７…振動板、１０８…梁部、１０９…島状凸部、１１０…ダイヤフラム領域、１１１…アクチュエータ、１１２…駆動部、１１３…非駆動部、２０１…加圧液室側隔壁、２０２…加圧液室、２０３…ノズル側共通リフィル液室（共通リフィル液室）、２０４…ノズル側隔壁、２０５…ノズル側リフィル液室、２０６…ノズル側隔壁、５０１…島状パターン、６０１…流路、６０２…流体抵抗部、８０１，８０２…ノズル板たわみ有効面積、９０１…シリコン基板、９０２…シリコン熱酸化膜、９０３…ＬＰ−ＣＶＤ窒化膜、９０４…ポリシリコン膜、９０５…ノズル面パターン、９０６…ポリシリコン及び窒化膜パターン、９０７…連通管形成パターン、９０７ａ…隙間、９０７ｂ…クランプ、９０８…連通管パターン、９０９…加圧液室面パターン、９１０…ポリシリコン及び窒化膜パターン、９１１…連通管形成パターン、９１１ａ…隙間、９１１ｂ…クランプ、９１２…連通管パターン、９１３…レジストパターン、９１４…連通管パターン、９１５…連通管、９１６…酸化膜、９１７…加圧液室、９１８…ノズル側共通リフィル液室。
【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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【図８】
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【図９】
2004284300.tif 000011
【図１０】
2004284300.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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