(57)【要約】【課題】低コストで、空隙を外界の影響から長期にわたって腐食することなしに完全に遮断することができず、滴吐出特性にばらつきが生じたり、動作が不安定になる。【解決手段】振動板１５Ａを形成する振動板部材１５の加圧室側表面にインクに対して耐腐食性を有する耐腐食性膜２１を形成し、この耐腐食性膜２１を構成する材料で振動板１５Ａと個別電極１３との間に形成される空隙１９に通じる空隙封止孔２０を封止した。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルが連通する液流路を形成する流路形成部材と、前記液流路の壁面を形成する振動板及びこの振動板にギャップをおいて対向する個別電極とを有するアクチュエータ基板とを備え、前記振動板を静電力で変形させることで前記ノズルから液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドにおいて、前記振動板の液流路側表面に液に対して耐腐食性を有する耐腐食性膜が形成されるとともに、この耐腐食性膜を構成する材料で前記振動板と個別電極との間に形成される空隙に通じる空隙封止孔が封止されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記空隙封止孔の少なくとも一部が前記振動板に形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記空隙封止孔は前記空隙を形成するために使用された孔であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
請求項３に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記耐腐食性膜を構成する材料は前記空隙内へ浸入することなしに空隙封止孔内に充填されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記空隙封止孔は平面形状で角が円弧である略多角形状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１ないし５のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記空隙封止孔は大きさの異なる同心の２つの孔から構成され、前記空隙まで貫通していない外孔と、この外孔に連続して前記空隙まで貫通した内孔で構成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記空隙封止孔は、前記空隙側の開口の一辺、又は、半径が２０μｍを超えない大きさであることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記空隙封止孔はアクチュエータ基板の支持基板に平行な面に形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記耐腐食性膜は有機樹脂系膜であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項１０】
請求項９に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記有機樹脂系膜はポリイミド又はポリベンゾオキサゾールであることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項１１】
請求項１０に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記有機樹脂系膜は回転塗布法によって形成されたものであることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項１２】
請求項１０に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記有機樹脂系膜は真空蒸着法によって形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項１３】
請求項１ないし１２のいずれかにおいて、前記個別電極及びこれと一体の電極配線部は電圧入力パッド部以外が前記耐腐食性膜で被覆されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項１４】
請求項１ないし１３のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを製造する製造方法であって、前記振動板を形成する振動板部材と個別電極間の空隙を空隙形成孔を通じて犠牲層エッチングにより形成する空隙形成工程と、前記振動板部材上に耐腐食性膜を形成すると同時に前記空隙形成孔を前記耐腐食性膜により封止する工程とを含むことを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１５】
インクジェットヘッド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インクカートリッジにおいて、前記インクジェットヘッドが前記請求項１ないし１３のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とするインクカートリッジ。
【請求項１６】
インク滴を吐出して画像を記録するインクジェット記録装置において、前記請求項１ないし１３のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド又は請求項１４に記載のインクカートリッジを搭載することを特徴とするインクジェト記録装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は液滴吐出ヘッド及びその製造方法、インクカートリッジ並びにインクジェット記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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）として用いるインクジェット記録装置は、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通するインク流路（吐出室、圧力室、加圧液室、液室等とも称される。）と、このインク流路内のインクを加圧する駆動手段とを備えた液滴吐出ヘッドとしてのインクジェットヘッドを搭載したものである。なお、液滴吐出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もあるが、以下ではインクジェットヘッドを中心に説明する。
【０００３】
このようなインクジェットヘッドとして、インク流路の壁面を形成する振動板と電極とを対向配置し、振動板と電極との間に発生させる静電力によって振動板を変形させることで、インク流路内容積を変化させてインク滴を吐出させる静電型のものが知られている。
【０００４】
ところで、インクジェット記録装置においては、高速での特にカラー画像の高画質記録を達成するため、高画質化の面ではマイクロマシン技術を用いた高密度加工が用いられ、ヘッド構成部材の材料も、金属、プラスチックなどからシリコン、ガラス、セラミックスなどに移行し、特に微細加工に適した材料としてシリコンが用いられようになっている。
【０００５】
また、カラー化の面では、インク及び記録メディア（媒体）の開発が主であり、記録メディアにインクが付着した時の浸透性や発色性、混色防止性などの面からの最適化や、印字したメディアの長期保存性、インク自身の保存性などを高めるために、インクの成分、組成についても開発が進められている。
【０００６】
この場合、インクとヘッド構成部材の材料の組み合わせによっては、インクによってヘッド構成部材がインクに溶解してしまうことがある。特に、流路形成部材をシリコンで形成した場合に、インクにシリコンが溶出して、ノズル部に析出し、ノズルの目詰まりが発生したり、インクの発色性を低下させて画質が劣化する。また、振動板を用いるヘッドにあっては、シリコン薄膜振動板としたときにも同様に振動板を形成するシリコンが溶出すると、振動特性が変動したり、振動不能になる。
【０００７】
これに対して、ヘッド構成部材の材料の変更で対応したのでは、高密度加工の実現が困難になったり、加工精度の低下なども発生することが多い。また、材料の変更は、加工プロセスの大幅な変更や、組立て工程の工夫が必要になったりする結果、ノズル密度の低下、ひいては印字品質の低下が引き起こされる。
【０００８】
一方、インク組成の調整で対応するのでは、もともとインクの成分、組成は印字品質を高めるために記録メディアに対する浸透性、発色性が最適になるように、あるいは保存性が良くなるように調整しているので、成分の変更調整は高画質化を損うことになりかねない。
【０００９】
そこで、従来のインクジェットヘッドにあっては、流路形成部材のインクに接する面に耐インク性の薄膜を形成することが行われている。例えば、ＷＯ９８／４２５１３号公報にはインクに接する面に、チタン又は、チタン化合物あるいは、酸化アルミニウムを形成することが、特開平５―２２９１１８号公報にはインクに接する面に酸化物膜を形成すること、特開平１０−２９１３２２号公報には酸化シリコン膜の表面に耐インク性を有する酸化物、窒化物、金属等の薄膜を形成すること、特開２０００−２４６８９５号公報には圧電材からなるインク液室表面に有機樹脂膜を形成することが開示されている。
【００１０】
また、静電型ヘッドにおいては、振動板と電極との間の微小なギャップ精度を確保しなければならないことから、湿度などの外界の影響を受けないようにするために振動板と電極との間の空隙を封止することが行われている。例えば、特開２００１−１８３８３号公報には振動板と電極との間の空隙を形成するための犠牲層を除去するための犠牲層除去孔部を酸化シリコン膜で封止することが、ＷＯ９９／３４９７９号公報には犠牲層除去孔部を振動板と同一材料であるニッケルで封止することが記載されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のヘッドのうち、パラキシレン等の有機樹脂膜を形成したヘッドにあっては、複雑な立体形状をしたインク液室の側壁と振動板上に対してパラキシレン等の有機樹脂膜を真空蒸着法によって形成するため、その成膜手法の性質上、耐腐食性膜の被覆性が悪く、液室内部や振動板上で大きな膜厚分布が発生する。
【００１２】
この場合、膜厚が薄い領域において長期間にわたってインクが接した場合、耐腐食性薄膜が溶解し、やがては下地部材を浸食するので、長期信頼性に大きな問題を生じている。また、振動板上の有機樹脂膜の膜厚分布に起因する内部応力の分布によって、振動板に大きな撓みを生じ、インク噴射特性の大きなバラツキの原因となっている。
【００１３】
また、メタル系の耐インク性薄膜をスパッタ法や蒸着法でインク液室側壁や振動板上に形成したヘッドにあっても、上述した有機樹脂膜の場合と同様に、耐腐食性膜の被覆性が悪く、場所によっては非常に薄く形成される領域が発生し、前同様に、長期間にわたり、このような領域にインクが接した場合、耐腐食性薄膜が溶解し、やがては下地部材を浸食するので、長期信頼性が確保できず、更に、振動板上のメタル系耐インク性薄膜の膜厚分布に起因する内部応力分布によって振動板に大きな撓みを生じ、インク噴射特性の大きなバラツキの原因となる。
【００１４】
特に、静電型ヘッドにおいては、振動板が大きく撓むことで、振動板と電極間との間隔が変化し、駆動電圧が設計値と大きく異なってくるため、ピエゾ型ヘッドよりも問題は大きなものとなる。
【００１５】
さらに、上記体腐食性膜を形成するヘッドにあっては、振動板と電極間の空隙が封止されていないため、外界の影響、例えば湿度等の影響を受けて振動板が電極に密着するなど、動作信頼性が低下している。
【００１６】
また、外界の影響を受けないようにするために振動板と電極との間の空隙を封止したヘッドにあっては、振動板に耐腐食性膜が形成されていないため、使用可能なインクのｐＨ等の制限を受け、インクとの整合性を確保しなければならず、コストが高くなる。
【００１７】
そして、犠牲層除去後に犠牲層除去孔部で振動板と電極間の空隙を封止するために酸化シリコン膜を用いた場合にはＣＶＤ法やスパッタ法や真空蒸着法等によって、ニッケルを用いた場合はスパッタ法によって成膜封止することになり、何れの材料も真空環境での封止のため空隙が真空になる。そのため、振動板には大気圧による撓みが発生しており、振動板膜厚のバラツキ等によって空隙間距離がばらつき、ヘッド間のバラツキが発生する。
【００１８】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、低コストで、液体による腐食及び外界からの影響を防止した安定した滴吐出特性が得られる長期信頼性の高い液滴吐出ヘッド及びその製造方法、ヘッド一体型のインクカートリッジを提供するとともに、長期信頼性に優れ、安定した画像品質が得られるインクジェット記録装置を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、振動板の液流路側表面に液に対して耐腐食性を有する耐腐食性膜が形成されるとともに、この耐腐食性膜を構成する材料で振動板と個別電極との間に形成される空隙に通じる空隙封止孔が封止されている構成とした。
【００２０】
ここで、空隙封止孔の少なくとも一部が振動板に形成されていることが好ましい。また、空隙封止孔は空隙を形成するために使用された孔であることが好ましく、この場合、耐腐食性膜を構成する材料は空隙内へ浸入することなしに空隙封止孔内に充填されていることが好ましい。
【００２１】
また、空隙封止孔は平面形状で角が円弧である略多角形状であることが好ましい。さらに、空隙封止孔は大きさの異なる同心の２つの孔から構成され、空隙まで貫通していない外孔と、この外孔に連続して空隙まで貫通した内孔で構成されていることが好ましい。また、空隙封止孔は、空隙側の開口の一辺、又は、半径が２０μｍを超えない大きさであることが好ましい。さらに、空隙封止孔はアクチュエータ基板の支持基板に平行な面に形成されていることが好ましい。
【００２２】
また、耐腐食性膜は有機樹脂系膜であることが好ましく、有機樹脂系膜はポリイミド又はポリベンゾオキサゾールであることが好ましく、この場合、有機樹脂系膜は回転塗布法或いは真空蒸着法によって形成されていることが好ましい。
【００２３】
さらに、個別電極及びこれと一体の電極配線部は電圧入力パッド部以外が耐腐食性膜で被覆されていることが好ましい。
【００２４】
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、本発明に係る液滴吐出ヘッドを製造する製造方法であって、振動板を形成する振動板部材と個別電極間の空隙を空隙形成孔を通じて犠牲層エッチングにより形成する空隙形成工程と、振動板部材上に耐腐食性膜を形成すると同時に空隙形成孔を耐腐食性膜により封止する工程とを含む構成としたものである。
【００２５】
本発明に係るインクカートリッジは、本発明に係る液滴吐出ヘッドとこのヘッドにインクを供給するインクタンクを一体化したものである。
【００２６】
本発明に係るインクジェット記録装置は、インク滴を吐出するインクジェットヘッドとして本発明に係る液滴吐出ヘッド又は本発明に係るインクカートリッジを搭載したものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。本発明の液滴吐出ヘッドの第１実施形態に係るインクジェットヘッドについて図１及び図２を参照して説明する。なお、図１は同ヘッドの断面斜視説明図、図２は同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図、図３は図２の要部拡大断面説明図である。
【００２８】
このインクジェットヘッドは、流路形成部材１と、この流路形成部材１の下面に接合した振動板１０を含むアクチュエータ基板２と、流路形成部材１の上面に接合したノズル板３とを順次接着接合して構成し、これらによってインク滴を吐出するノズル５が連通する流路（インク液室）である加圧液室６、加圧液室６に流体抵抗部７を介してインクを供給する共通液室８を形成している。
【００２９】
流路形成部材１は、単結晶シリコン基板からなり、加圧液室６を形成する貫通部、流体抵抗部７となる溝部及び共通液室８を形成する貫通部を形成している。流路形成部材１としてシリコン基板を用いることで、高剛性の材料であるので隣接する加圧液室間のクロストークの影響を防止でき、ノズル間の液滴噴射特性のバラツキが低減し、また、微細加工性に優れるため、高精度で液流路を形成できる。
【００３０】
アクチュエータ基板２は、例えば（１００）面方位の単結晶シリコン基板である
支持基板１１上に酸化シリコン膜１２を形成し、この酸化シリコン膜１２上に駆動電極である個別電極１３を形成し、これらの表面に更に酸化シリコン膜１４を成膜している。そして、この酸化シリコン膜１４上に積層膜からなる振動板部材１５を設けている。
【００３１】
この振動板部材１５は、主たる層である例えばボロン原子を１Ｅ１９／ｃｍ３含む厚さ０．５μｍの多結晶シリコン層１７と、この多結晶シリコン層１７の下面に積層した絶縁保護膜である酸化シリコン層１６と、多結晶シリコン層１７の上面に積層した窒化シリコン層１８との積層膜である。なお、ここでは加圧液室６に対応する部分を「振動板１５Ａ」と称し、各加圧液室６に対応する振動板１５Ａを含む部材を「振動板部材１５」と称する。
【００３２】
この振動板部材１５の酸化シリコン層１６には犠牲層エッチングによって個別電極１３に対応して空隙（ギャップ）１９を形成している。また、アクチュエータ基板２の支持基板１１と平行な面をなす振動板部材１５には、空隙１９を形成するために犠牲層を除去するための犠牲層除去孔（犠牲層エッチングホール）となる空隙封止孔２０が形成されている。この空隙封止孔２０のうちの多結晶シリコン層１７の側壁面１７ａに対応する部分には窒化シリコン層１８を形成することで犠牲層エッチング除去時の多結晶シリコン層１７のエッチングを防止している。
【００３３】
この空隙封止孔２０は、大きさの異なる同心の２つの孔２０ａ、２０ｂから構成され、空隙１９まで貫通していない外孔２０ａと、この外孔２０に連続して空隙１９まで貫通した内孔２０ｂで構成されている。
【００３４】
そして、振動板部材１５の窒化シリコン層１８の上面（液室側表面）にはインクに対して耐腐食性を有する耐腐食性膜２１を形成し、この耐腐食性膜２１の材料で前記空隙封止孔２０を封止している。この耐腐食性膜２１は空隙１９内に入り込まないで空隙封止孔２０を封止している。
【００３５】
ここで、耐腐食性膜２１としては有機樹脂系膜であるポリペンゾオキサゾール膜を用いている。このポリペンゾオキサゾール膜はスピンコート法によって厚さ１μｍに形成している。このような有機樹脂系膜を用いた場合、振動板１５Ａは膜が形成されても撓みを発生しない。
【００３６】
また、耐腐食性膜として有機樹脂系膜を用いることで、有機樹脂系膜はピンホール等の膜欠陥による不良発生が少なく、高い歩留まりが得られて低コスト化を図れ、また有機樹脂系膜としてポリイミド又はポリベンゾオキサゾールを用いることで、耐腐食性に優れ、吐出する液の種類や化学的性質に制限を設ける必要が無く、長期間にわたり、あらゆる種類の液の吐出動作を信頼性良く行うことができる。
【００３７】
さらに、有機樹脂系膜は、回転塗布法によって形成することで、安価に形成することができて低コスト化を図れ、また、真空蒸着法によって形成することで、均一性良く形成できるため、バラツキの少ないヘッドを実現できる。
【００３８】
また、このアクチュエータ基板２は個別電極１３を引出し部１３ａを通じて一端部側に引き出して対応する部分の酸化シリコン膜１４及び酸化シリコン膜１６を除去して電極パッド部２３を形成し、この電極パッド部２３を介して個別電極１３にＦＰＣやワイヤーボンディングによる接続手段を接続してドライバＩＣ（駆動回路）を接続するようにしている。
【００３９】
そして、これらのアクチュエータ基板２と流路形成基板１とは接着剤で接合している。
【００４０】
ノズル板３は各加圧液室６に対応して直径１０〜３０μｍのノズル５を形成し、また共通液室８に外部からインクを供するためのインク供給口９を形成し、流路形成部材１に接着剤接合している。このノズル板３としては、ステンレス、ニッケルなどの金属、金属とポリイミド樹脂フィルムなどの樹脂との組み合せ、、シリコン、及びそれらの組み合わせからなるものを用いることができる。また、ノズル面（吐出方向の表面：吐出面）には、インクとの撥水性を確保するため、メッキ被膜、あるいは撥水剤コーティングなどの周知の方法で撥水膜を形成している。
【００４１】
このように構成した犠牲層エッチングホールでもある空隙封止孔２０を耐腐食性膜２１で封止したヘッドにおいて、例えば振動板部材１５のうちの多結晶シリコン層１７を電気的に接地し、電極パッド部２３を介して個別電極１３に一定周波数のパルス状駆動電圧を印加すると、電圧を引加した個別電極１３と振動板１５Ａとの間に静電引力が働き、振動板１５Ａが静電引力により個別電極１３側に十分に変形した（引かれた。）。
【００４２】
その結果、加圧液室６は十分に引圧となり、流体抵抗部７を介して共通液室８から加圧液室６にインクが供給され、この状態で個別電極１３への駆動電圧の印加を停止すると、振動板１５Ａと個別電極１３間の静電引力がなくなるので、振動板１５Ａが剛性により加圧液室６側へ復元し、加圧液室６内のインクが加圧されるので、ノズル５からインク滴が矢印２４方向に吐出された。
【００４３】
このとき、振動板１５Ａは撓みがなく平坦な振動板であったのでノズル間のバラツキが少なく、また、設計値通りの駆動電圧で液吐出特性が得られた。
【００４４】
また、この状態で液による信頼性試験を行った結果、積層振動板部材１５上に耐腐食性膜２１として形成した有機樹脂系膜であるポリベンゾオキサゾールは耐腐食性に優れているため、動作特性の劣化が無く、更に振動板１５Ａと個別電極１３間の空隙１９が犠牲層エッチングホール（空隙封止孔）２０において前記耐腐食性膜２１である有機樹脂系膜で完全に封止されているため、動作環境の影響を全く受けず、通常であれば振動動作不良が発生する高湿度環境でも安定して動作しつづけることが確認できた。
【００４５】
このように、振動板の液流路側表面に液に対して耐腐食性を有する耐腐食性膜が形成されるとともに、この耐腐食性膜を構成する材料で振動板と個別電極との間に形成される空隙に通じる空隙封止孔が封止されていることで、空隙を外界の影響から長期にわたって腐食することなしに完全に遮断することができ、安定した滴吐出動作を行えるようになり、信頼性も向上する。
【００４６】
次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法の実施形態について図４を参照して説明する。なお、各図はいずれも断面斜視図であるが、断面ハッチングは省略している。
同図（ａ１）に示すように、流路形成部材となる面方位（１１０）のシリコン基板３１を準備し、同図（ｂ１）に示すように、シリコン基板３１に加圧液室等の液流路となる貫通部３２をＫＯＨによるウェットエッチングや高密度プラズマを用いたドライエッチング等による異方性エッチングで形成する。
【００４７】
この後、図示しないが、使用する液の性質や種類に応じて、シリコン基板３１の表面に耐腐食性を有する耐腐食性膜を形成することができる。この耐腐食性膜は、例えば、熱酸化法によって形成されたシリコン酸化膜が好ましいが、ディップ法やＣＶＤ法等によって形成された有機樹脂膜等の耐腐食性膜を用いることもできる。
【００４８】
このようにして、シリコン基板３１に加圧液室６、流体抵抗部７、共通液室８等が形成され、液が接する表面に酸化シリコン膜が形成された流路形成部材３０を作製する。
【００４９】
一方、同図（ａ２）に示すように、支持基板４１に互いに絶縁分離された個別電極４３を形成し、その個別電極４３と振動板４５Ａとの間に空隙を形成するための犠牲層６０を形成する。ここで、犠牲層６０の材料は、振動板部材４５や個別電極１３とは犠牲層エッチングの選択性を有するものである。振動板部材４５は、単層、又は積層であって、導電性を有する層が含まれていれば何れでもよい。例えば、前述したように不純物をドープした導電性を有するシリコン層に酸化シリコン膜や窒化シリコン膜等の絶縁層を積層した積層振動板を用いる。
【００５０】
そして、振動板部材４５に形成した犠牲層エッチングホール（空隙封止孔）５０を通じて犠牲層６０をエッチング除去して、同図（ｂ２）に示すように振動板４５Ａと個別電極４３との間に空隙４９を形成する。その後、同図（ｂ２）に示すように、振動板部材４５上には耐腐食性膜５１を成膜する。
【００５１】
この耐腐食性膜５１としては、好ましくは有機樹脂系膜、より好ましくは、ポリイミド或いはポリペンゾオキサゾールをスピンコート法やスプレー法、ＣＶＤ法等によって厚さ０．１μｍ〜５０μｍの範囲内、好ましくは０．５μｍ〜１０μｍの範囲内で全面にわたり形成する。あるいは、真空蒸着法によりポリイミドを同様の厚さに形成する。
【００５２】
この耐腐食性膜５１の膜厚範囲は、著しく薄い場合は、振動板部材４５上に存在するゴミ等が原因で発生するピンホールを生じ、又、著しく厚い場合には、振動板１５Ａの剛性が高くなり、噴射特性が変化するという観点から定まる。このとき、耐腐食性膜５１の内部応力は引張り応力を有しているため振動板１５Ａが座屈変形することはない。また、有機樹脂系膜以外に、メタル系の膜や酸化シリコン膜や窒化シリコン膜等の無機材料を使用することもできる。
【００５３】
この場合、振動板部材４５を含めてアクチュエータ基板を構成しているので、振動板部材４５が平坦面になり、平坦な振動板部材４５上に耐腐食性膜５１を前記手法によって形成することで、振動板４５上の耐腐食性膜５１の膜厚分布を均一にすることができ、膜厚分布に起因する内部応力の分布が無くなり、撓みの無い平坦な振動板１５Ａが得られる。
【００５４】
また、このとき、耐腐食性膜５１によって前述の犠牲層エッチホール５０は完全に封止され、個別電極４３と振動板１５Ａとの間の空隙４９が外界と完全に遮断された構造となる。同時に、個別電極１３等の全ての配線は、前述の耐腐食性膜５１で完全に被覆されるため配線の信頼性も大幅に向上する。なお、メタル系の耐腐食性膜５１を形成する場合は、一度、絶縁物を形成した後にメタルを形成すればよい。このようにして振動板４５Ａ上に耐腐食性膜５１を形成したアクチュエータ基板４０が完成する。
【００５５】
その後、同図（ｃ）に示すように、流路形成部材３０とアクチュエータ基板４０を互いにアライメントし接着接合し、更に同図（ｄ）に示すように、液流路形成部材３０上に液滴吐出のためのノズル孔５が形成された耐腐食性を有するノズル板３、例えばニッケルやシリコン基板、或いはこれらの表面に耐腐食性膜を被覆したノズル板を接着して、本発明に係る液滴吐出ヘッドが完成する。
【００５６】
そこで、アクチュエータ基板４０の作製工程の詳細について図５を参照して説明する。
同図（ａ）に示すように、シリコン基板やガラス基板などの支持基板４１上に絶縁膜４２を形成し、この絶縁膜４２上に、シリコンに不純物を導入したポリシリコンや金属、透明導電膜等の導電性を有する電極材料を形成し、パターニングして個別電極４３を形成し、さらに、個別電極４３上には電極保護膜４４として絶縁物を形成する。このとき、電極保護膜４４は、犠牲層エッチング除去時に選択性を有する材料を形成する、例えば犠牲層が多結晶シリコンの場合は酸化シリコン膜を全面に形成する。
【００５７】
次いで、同図（ｂ）に示すように、電極保護膜４４上に振動板と個別電極４３間の空隙を形成するための犠牲層６０、例えば多結晶シリコンを全面に形成し、アクチュエータの空隙領域のみ残してパターニングする。更に、この犠牲層６０上と犠牲層６０と犠牲層６０との間には犠牲層エッチング除去時にエッチング選択性を有し振動板部材を構成する振動板保護膜である絶縁膜４６、例えば犠牲層６０が多結晶シリコンの場合には酸化シリコン膜を形成する。
【００５８】
そして、同図（ｃ）に示すように、絶縁膜４６上にはアクチュエータ領域にパターニングされた不純物を含有した多結晶シリコンや金属等の導電層４７を形成する。さらに、この導電層４７の一部に犠牲層エッチング除去用の第１のエッチングホール（空隙封止孔の外孔）６１を犠牲層６０上の絶縁層４６でストップするまでエッチング開口して形成する。
【００５９】
次いで、同図（ｄ）に示すように、犠牲層エッチング除去時に導電層４７を保護する絶縁膜４８を形成する。例えば、犠牲層６０が多結晶シリコンのときは酸化シリコン膜や窒化シリコン膜を形成する。この絶縁膜４８を導電層４７と第一のエッチングホール６１の側壁を被覆するように形成することで、犠牲層エッチング時に導電層４７がダメージを受けることを防止する。この絶縁膜４８として窒化シリコン膜を用いた場合、膜の内部応力が引張り応力であるので、犠牲層エッチング後に撓みを生じることがないので、より好ましい。
【００６０】
そして、絶縁膜４８及び絶縁膜４６を通じて犠牲層６０まで通じる第２の犠牲層エッチングホール（空隙封止孔の内孔）６２を開口し、犠牲層エッチングホール５０を形成する。このとき、第２の犠牲層エッチングホール６２は第１のエッチングホール６１の内部に互いに同心に形成するため、この部分で犠牲層エッチングホール５０は第１の犠牲層エッチングホール６１と第２の犠牲層エッチングホール６２間で段差が形成される。
【００６１】
そこで、同図（ｅ）に示すように、この状態で、犠牲層エッチングホール５０を通じて犠牲層６０をエッチング除去することで、個別電極４３上の絶縁膜４４と振動板保護膜用の絶縁膜４６の間に空隙４９が形成される。
【００６２】
犠牲層６０が多結晶シリコンの場合には、フッ素化合物ガス、例えばＳＦ６、ＸｅＦ２ガスを用いたドライエッチングやＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液）によるウェットエッチングにより犠牲層除去を行う。
【００６３】
このようにして、個別電極４３に空隙４９介して対向する積層構成の振動板４５Ａが形成される。
【００６４】
その後、同図（ｆ）に示すように、全面に液に対して耐腐食性を有する耐腐食性膜である有機樹脂系膜５１、例えばポリイミドやポリペンゾオキサゾールを回転塗布法や蒸着法、ＣＶＤ法によって厚さ０．２〜５０μｍ、好ましくは０．５μｍ〜１０μｍ成膜する。
【００６５】
この有機樹脂系膜５１の膜厚が著しく薄い場合は振動板上に存在するコミ等が原因のピンホールを生じ、著しく厚い場合には振動板の剛性が高くなり噴射特性が変化するという観点から膜厚範囲が定まる。このとき耐腐食性膜の内部応力は引張応力を有しているため積層の振動板４５Ａが座屈変形することはない。
【００６６】
そして、これにより、犠牲層エッチングホール５０はこの有機樹脂系膜５１で封止され、空隙４９は完全に外界から遮断された構造となる。このとき、封止に利用した有機樹脂は、犠牲層エッチングホール５０の内部でのみ形成封止し、空隙４９内部には浸入していない。また、同時に個別電極４３等の全ての配線は、前述有機樹脂系膜５１で完全に被覆されるため配線の信頼性も大幅に向上する。ここでは、有機樹脂で封止した例を示したが、有機樹脂以外にメタル系の膜や酸化シリコン膜や窒化シリコン膜等の無機材料を使用することもできる。
【００６７】
このようにして、犠牲層をエッチング除去して形成した空隙を耐腐食性膜である有機樹脂膜で封止したアクチュエータ基板が完成する。
【００６８】
なお、このようにして得られるアクチュエータ基板と流路形成部材とノズル基板とを互いにアライメントして接着接合することで、本発明に係る液滴吐出ヘッドが完成する。
【００６９】
このように、振動板部材と個別電極間の空隙を犠牲層エッチングにより形成する空隙形成工程と、振動板部材上に耐腐食性膜を形成し、同時に犠牲層エッチングのためのエッチホール（空隙形成孔）を耐腐食性膜により封止する工程とを含むので、耐腐食性膜を形成するときに同一材料で同時に空隙封止孔を封止することができる。これによって、大幅な工程短縮が図れ、低コスト化を図れる。
【００７０】
また、流路形成部材の作製と、振動板部材を含むアクチュエータ基板の作製とを個別に行っているので、振動板部材上に耐腐食性膜を形成するときに流路形成部材の段差の影響を受けず均一な膜厚分布の耐腐食性膜を形成できる。これにより、耐腐食性膜を形成した後でも膜の応力分布に起因する撓みが発生しない平坦な振動板が得られ、振動板の変位特性が安定する。さらに、流路形成部材と互いに接合することで、振動板撓みによる動作特性のバラツキの少なヘッドが得られる。
【００７１】
さらに、個別電極と振動板の空隙を封止するための空隙封止孔を振動板に形成することで、耐腐食性膜を振動板上に形成するときに同一材料で同時に封止することができるようになり、大幅な工程短縮が図れ、低コスト化が図れる。また、空隙封止孔が空隙を形成するための空隙形成孔を兼ねることで、別々に各孔を形成する必要がなく、同一材料で同時に封止することができ、この点でも、大幅な工程短縮が図れ、低コスト化が図れる。
【００７２】
また、空隙封止孔を封止している耐腐食性膜が封止孔部でのみ封止しており、振動板と個別電極間の空隙には形成されていないので、空隙に作用する毛管力による耐腐食性膜の空隙への染み込みが発生せず、振動板と個別電極間の固着が防止でき、歩留まりが向上する。
【００７３】
さらに、空隙封止孔をアクチュエータ基板の支持基板に平行な面に形成することで、通常の電子デバイスの製造設備を用いて封止孔を封止することができ、低コスト化が実現できるばかりでなく、段差の影響を少なくする平坦化が容易に実現できるので、封止プロセス後の耐腐食性膜の膜厚分布を少なくすることができ、特性のバラツキを低減できる。
【００７４】
ここで、空隙封止孔の形状等について図６をも参照して説明する。なお、ここでは、図５で説明したアクチュエータ基板の製造工程で用いた符号を用いる。
同図（ａ）にも示すように、空隙封止孔である犠牲層エッチングホール５０を、互いに同心である第１、第２の犠牲層エッチングホール６１、６２で形成し、外孔である大きな第１の犠牲層エッチングホール６１と、この第１のエッチングホール６１に連続した内孔である第２の犠牲層エッチングホール６２とで構成しているので、断面形状で第１の犠牲層エッチングホール６１と第２の犠牲層エッチングホール６２間、すなわち外孔と内孔で段差が形成される。
【００７５】
このような犠牲層エッチングホール５０を耐液性膜であるポリペンゾオキサゾール（有機樹脂系膜）５１で封止したとき、ポリペンゾオキサゾールが空隙４９内に染み込むことが無いことが確認された。
【００７６】
これに対して、同図（ｂ）に示すように、段差のないストレートの犠牲層エッチングホール５０´を形成して、同様に、犠牲層エッチングホール５０´を耐液性膜であるポリペンゾオキサゾール（有機樹脂系膜）５１で封止したとき、ポリペンゾオキサゾールの一部５１ａが空隙４９内に染み込み、不良となる場合があることが確認された。
【００７７】
したがって、犠牲層エッチングホール（空隙形成孔）には断面形状で段差がある、つまり、空隙封止孔は大きさの異なる同心の２つの孔から構成され、空隙まで貫通していない外孔と、この外孔に連続して空隙まで貫通した内孔で構成されている構成とすることによって、外孔と内孔の段差部に耐腐食性膜を構成する材料が蓄積しやすくなり、表面張力によるブリッジが確実に行えるため、歩留まりの良い確実な封止が可能となって、高信頼性のヘッドを実現できる。
【００７８】
また、空隙封止孔の平面形状と空隙内部への有機樹脂材料の染み込みとの関係について実験したところ、空隙封止孔を平面形状で角が円弧、又は楕円を含む円形とした略多角形状とすることで、耐腐食性膜を構成する材料の表面張力によるブリッジが確実になり、歩留まりの良い確実な封止が可能となって、高信頼性のヘッドを実現できることが確認された。
【００７９】
さらに、空隙封止孔の大きさにと封止の関係についても実験したところ、空隙封止孔を構成する内孔の一辺、又は、半径が２０μｍを超えない大きさとすることにより、耐腐食性膜を構成する材料の表面張力によるブリッジが確実になり、歩留まりの良い確実な封止が可能となって、高信頼性のヘッドを実現できることが確認された。
【００８０】
次に、本発明の液滴吐出ヘッドの第２実施形態に係るインクジェットヘッドについて図７及び図８を参照して説明する。なお、図７は同ヘッドの断面斜視説明図、図８は同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図である。また、第１実施形態と同様の部分には同一符号を付している。
【００８１】
このヘッドでは、特に図８のＢ部に示すように、電極パッド部２３以外の電極引出し部１３ａなどの配線を耐腐食性膜２１である有機樹脂膜で被覆保護した。その他の構成は前記第１実施形態と同様である。
【００８２】
このヘッドについて信頼性試験を行った結果、電極パッド部２３以外の配線を保護しない場合は配線不良が発生する時間でも配線の不良は見られなかった。したがって、配線上を耐腐食性膜で保護することで高い信頼性の配線を有するヘッドが実現できる。
【００８３】
次に、本発明の液滴吐出ヘッドの第３実施形態に係るインクジェットヘッドについて説明すると、前記第１実施形態と同様の構造において、電極パッド部２３以外の配線の保護被覆と空隙封止孔２０の封止に耐腐食性膜２１として窒化シリコン膜を形成した。このヘッドについて信頼性試験を行った結果、有機樹脂膜で保護、封止した場合と同様に高信頼性の配線を有するヘッドが得られた。
【００８４】
ここで、上述したアクチュエータ基板の液滴吐出ヘッド以外の応用例としては、プロジェクター等に用いる光スイッチがある。この場合、画素に対応して振動板をレイアウト形成し最表面に光を反射する材料、例えばアルミニウム等を形成する。このようにすれば、振動板の撓みに応じて反射角が変わるため、光の変調が可能となる。光スイッチとして、このアクチュエータ基板を利用する場合は、前述した流路形成部材やノズル板を接合しない。
【００８５】
次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドをインクタンクと一体にしたインクカートリッジ（インクタンク一体型ヘッド）について図９を参照して説明する。
このインクカートリッジ１００は、ノズル孔１０１等を有する上記各実施形態のいずれかのインクジェットヘッド１０２と、このインクジェットヘッド１０２に対してインクを供給するインクタンク１０３とを一体化したものである。
【００８６】
このように本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドとインクタンクとを一体化することにより、信頼性が高く、滴吐出特性のバラツキの少ない液滴吐出ヘッドを有するインクカートリッジが得られる。
【００８７】
次に、本発明に係るインクジェット記録装置の一例について図１０及び図１１を参照して説明する。なお、図１０は同記録装置の斜視説明図、図１１は同記録装置の機構部の側面説明図である。
【００８８】
このインクジェット記録装置は、記録装置本体１１１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載した本発明に係る液滴吐出ヘッドからなる記録ヘッド、記録ヘッドへインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部１１２等を収納し、装置本体１１１の下方部には前方側から多数枚の用紙１１３を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）１１４を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙１１３を手差しで給紙するための手差しトレイ１１５を開倒することができ、給紙カセット１１４或いは手差しトレイ１１５から給送される用紙１１３を取り込み、印字機構部１１２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１１６に排紙する。
【００８９】
印字機構部１１２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１２１と従ガイドロッド１２２とでキャリッジ１２３を主走査方向（図１１で紙面垂直方向）に摺動自在に保持し、このキャリッジ１２３にはイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出する本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドからなるヘッド１２４を複数のインク吐出口を主走査方向と交叉する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着する。また、キャリッジ１２３にはヘッド１２４に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ１２５を交換可能に装着している。なお、本発明に係るインクカートリッジを搭載するようにすることもできる。
【００９０】
インクカートリッジ１２５は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッド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へ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。
【００９１】
また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘッド１２４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。
【００９２】
ここで、キャリッジ１２３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド１２１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１２２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ１２３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ１２７で回転駆動される駆動プーリ１２８と従動プーリ１２９との間にタイミングベルト１３０を張装し、このタイミングベルト１３０をキャリッジ１２３に固定しており、主走査モーター１２７の正逆回転によりキャリッジ１２３が往復駆動される。
【００９３】
一方、給紙カセット１１４にセットした用紙１１３をヘッド１２４の下方側に搬送するために、給紙カセット１１４から用紙１１３を分離給装する給紙ローラ１３１及びフリクションパッド１３２と、用紙１１３を案内するガイド部材１３３と、給紙された用紙１１３を反転させて搬送する搬送ローラ１３４と、この搬送ローラ１３４の周面に押し付けられる搬送コロ１３５及び搬送ローラ１３４からの用紙１１３の送り出し角度を規定する先端コロ１３６とを設けている。搬送ローラ１３４は副走査モータ１３７によってギヤ列を介して回転駆動される。
【００９４】
そして、キャリッジ１２３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１３４から送り出された用紙１１３を記録ヘッド１２４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１３９を設けている。この印写受け部材１３９の用紙搬送方向下流側には、用紙１１３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ１４１、拍車１４２を設け、さらに用紙１１３を排紙トレイ１１６に送り出す排紙ローラ１４３及び拍車１４４と、排紙経路を形成するガイド部材１４５，１４６とを配設している。
【００９５】
記録時には、キャリッジ１２３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド１２４を駆動することにより、停止している用紙１１３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙１１３を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙１１３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１１３を排紙する。この場合、ヘッド１２４を構成する本発明に係るインクジェットヘッドはインク滴噴射の制御性が向上し、特性変動が抑制されているので、安定して高い画像品質の画像を記録することができる。
【００９６】
また、キャリッジ１２３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド１２４の吐出不良を回復するための回復装置１４７を配置している。回復装置１４７はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ１２３は印字待機中にはこの回復装置１４７側に移動されてキャッピング手段でヘッド１２４をキャッピングされ、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。
【００９７】
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でヘッド１２４の吐出口（ノズル）を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、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、本体下部に設置された廃インク溜（不図示）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。
【００９８】
このように、この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ヘッドであるインクジェットヘッドを搭載しているので、滴吐出特性のばらつきが少なく、長期にわたり安定した滴吐出特性が得られ、信頼性が高いので、安定して高画質記録を行うことができる。
【００９９】
なお、上記実施形態においては、液滴吐出ヘッドとしてインクジェットヘッドに適用した例で説明したが、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。また、マイクロポンプなどの液体を輸送するマイクロデバイスにも適用することができる。
【０１００】
なお、上述したように、本発明に係る液滴吐出ヘッドを構成するアクチュエータ基板は、液滴吐出ヘッド以外の例えばプロジェクター等に用いる光スイッチや、その他液体輸送マイクロポンプなどにも適用することができる。
【０１０１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る液滴吐出ヘッドによれば、振動板の液流路側表面に液に対して耐腐食性を有する耐腐食性膜が形成されるとともに、この耐腐食性膜を構成する材料で振動板と個別電極との間に形成される空隙に通じる空隙封止孔が封止されているので、低コストで、空隙を外界の影響から長期にわたって腐食することなしに完全に遮断することができ、安定した滴吐出動作を行えるようになり、信頼性が向上する。
【０１０２】
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法によれば、振動板部材と個別電極間の空隙を犠牲層エッチングにより形成する空隙形成工程と、振動板部材上に耐腐食性膜を形成し、同時に犠牲層エッチングのためのエッチホール（空隙形成孔）を耐腐食性膜により封止する工程とを含むので、耐腐食性膜を形成するときに同一材料で同時に空隙封止孔を封止することができ、低コスト化を図れる。
【０１０３】
本発明に係るインクカートリッジによれば、本発明に係る液滴吐出ヘッドとこの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、滴吐出特性のバラツキが低減し、信頼性が向上する。
【０１０４】
本発明に係るインクジェット記録装置によれば、インク滴を吐出するインクジェットヘッドとして本発明に係る液滴吐出ヘッド又は本発明に係るインクカートリッジを搭載したので、高い信頼性で高画質記録を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液滴吐出ヘッドの第１実施形態に係るインクジェットヘッドの断面斜視説明図
【図２】同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図
【図３】図２の要部拡大断面説明図
【図４】本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法を説明する説明図
【図５】アクチュエータ基板の製造工程を説明する説明図
【図６】空隙形成孔と封止との関係の説明に供する説明図
【図７】本発明の液滴吐出ヘッドの第２実施形態に係るインクジェットヘッドの断面斜視説明図
【図８】同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図
【図９】本発明に係るインクカートリッジの斜視説明図
【図１０】本発明に係るインクジェット記録装置の一例を示す斜視説明図
【図１１】同記録装置の機構部の側面説明図
【符号の説明】
１…流路形成部材、２…アクチュエータ基板、３…ノズル板、５…ノズル、６…加圧液室、７…流体抵抗部、８…共通液室、９…インク供給口、１１…支持基板、１３…個別電極、１５…振動板部材、１５Ａ…振動板、１９…空隙、２０…空隙封止孔、２１…耐腐食性膜。
【図１】
2004098425.tif 000003
【図２】
2004098425.tif 000004
【図３】
2004098425.tif 000005
【図４】
2004098425.tif 000006
【図５】
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【図６】
2004098425.tif 000008
【図７】
2004098425.tif 000009
【図８】
2004098425.tif 000010
【図９】
2004098425.tif 000011
【図１０】
2004098425.tif 000012
【図１１】
2004098425.tif 000013