(57)【要約】      （修正有）【課題】外界の気温や気圧の変化に対し高価な制御手段を要することもなく、製品コストアップをせずして、高精度で、かつ信頼性の高く、高画質印字が可能となるインクジェットヘッドを提供する。【解決手段】インクジェットヘッドにおける振動板と電極の間に設けられた空隙は、外気と透気性を有する透気性部材で分離されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを吐出するノズル孔と、インクが供給される供給路と、ノズル孔に対応してインクが加圧される圧力液室と、該圧力液室のインクを加圧するための振動板と該振動板に対向して空隙を介して設けられた電極とを有して前記電極に印加される電圧に応じて前記振動板が振動する静電アクチュエータとを有するインクジェットヘッドにおいて、
前記空隙は外気と透気性を有する透気性部材で分離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】
前記静電アクチュエータを複数備え、前記各静電アクチュエータの前記振動板と前記電極との間にある前記各空隙が連通する複数の通気室は、前記透気性部材で外気と分離された通気口に連通している請求項１記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
１つの前記通気口には、１つの前記通気室が連通されている請求項２記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
１つの前記通気口には、複数の前記通気室が連通されている請求項２記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
前記通気口は、前記電極が形成される電極基板以外に設けられている請求項２〜４のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
【請求項６】
前記通気口は、前記電極が形成されている電極基板の一部に設けられている請求項２〜４のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
【請求項７】
前記透気性部材は樹脂材料で形成される請求項１又は２に記載のインクジェットヘッド。
【請求項８】
前記樹脂材料はポリベンゾオキサゾールである請求項７記載のインクジェットヘッド。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載のインクジェットヘッドと、該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とを一体化したことを特徴とするインクカートリッジ。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれかに記載のインクジェットヘッドを搭載した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、インクジェットヘッド、インクカートリッジ及びインクジェット記録装置に関し、詳細にはインクジェットヘッドにおける外界の気温や気圧の変化に対して安定した印字品質を確保する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特開２００２−２７３８７２号公報
【特許文献２】特開２００２−８６７１８号公報
【特許文献３】特開２０００−２７２１２０号公報
【０００３】
現在、インクジェット記録装置は、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に用いられている。このインクジェット記録装置に使用されているインクジェットヘッドは、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する吐出室（加圧液室、圧力室、インク流路等とも称される。）と、吐出室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おり、圧力発生手段で発生した圧力で吐出室内インクを加圧することによってノズルからインク滴を吐出させるものである。
【０００４】
このようなインクジェットヘッドとしては、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室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のもの、吐出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バブルを発生させてインク滴を吐出させるバブル型（サーマル型）のもの、吐出室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のものなどがある。
【０００５】
近年、環境問題から鉛フリーであるバブル型、そして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く低コスト化が可能な静電型のものがいくつか提案されている。
【０００６】
その中で、例えば上記特許文献１，２に示されているように、ノズル基板とノズルに対応して設けられたノズルに連通した加圧液室、流体抵抗路及び共通液室を形成する液室基板と、当該液室基板の加圧液室面に接合された振動板と、当該振動板と個別電極との間に空隙を介して設けられた駆動基板とを有する静電型インクジェットヘッドがある。このインクジェットヘッドは、片方の電極が振動板として働き、振動板の対向する電極と反対側にインクが充填されている形態であり、電極対に電圧を印加することによって電極間に静電引力が働き、電極（振動板）が変形し、電圧を除去すると振動板が弾性力によって元の状態に戻り、その戻る力を用いてインクを吐出するものである。
【０００７】
このような吐出原理ゆえに静電型インクジェットヘッドの液滴吐出特性は、空隙内の圧力と外界の気圧差に敏感である。液滴吐出特性を外界の環境に影響され難くするためには、空隙内を外界から遮断せず差圧の生じない構成にすれば良い。しかし、空隙内を外界から遮断しなければ、空隙内部が動作環境下での湿度、異物等の影響を受けその液滴吐出特性が大きく変動する。例えば急激な環境温度の低下で空隙内が結露した状態で作動させると、振動板が電極に吸着して元の状態に戻らず最悪吐出不良となる。従って、このようなことが起こらないよう空隙内を外界から遮断することが望ましい。しかし、空隙内を外界から遮断すると、外界の気圧変動及び気温変動に対し、相対的に空隙内の圧力が変動することになり、振動板の撓み量が変動して安定した高品質の印字を得ることが難しくなる。
【０００８】
そこで、従来では、空隙に連通した空気室を設けたり、空気室の体積を制御できる機構を設けたり、また振動板より剛性の低い可変部を設けて空隙部の体積変化を吸収して外界の気圧変動及び温度変動の影響による液滴の吐出特性変動を緩和している。
【０００９】
また、振動板の変位により発生する圧力波を利用して液滴を吐出させる静電型インクジェットヘッドにおいて、振動板と電極間との間の空隙部は、その間隔が１μｍ以下であるため、大気中からの水分や異物の空隙内への混入により、液滴吐出特性に大きく影響を受ける。例えば、水分による影響として、振動板が電極部に吸着し、その吸着力が振動板の戻り力より大きいと振動板が電極へ固着した状態になる。また、空隙内へ異物が混入すると所望の振動板変位が得られないばかりか、最悪アクチュエータが破損して機能しなくなる可能性もある。このような外界からの影響を防ぐため、空隙内は外界と遮断されているのが一般的である。
【００１０】
しかし、空隙部が外界と遮断されていると別の問題が生じる。すなわち、空隙部が外界と遮断されていることにより、外界との気体のやりとりができず、外界の気圧や温度に変化が生じると空隙内の圧力と外界との圧力差が発生し、振動板の平衡状態が変化する。従って、ノズルから吐出する液滴の吐出量や速度が外界の気圧や気温の変動を受けて変動することになり、静電型インクジェットヘッドは安定した動作を維持することが困難となる。
【００１１】
このような課題を解決するものとして、例えば上記特許文献３は、振動板と電極との間の空隙部と連通する第２の空気室を有し、第２の空気室に設けた変位板と第２の空気室の変位板に対向する面に１個以上の段差と電極を有し、第２の空気室に形成されている変位板を変位板と対向している電極に電圧を印加することにより静電力で変位させ第２の空気室の体積を可変させる。すなわち、これにより第２の空気室に連通している空隙部の気圧が調整可能となる。第２の空気室の変位板を外界と空隙部の圧力差に応じて制御することにより、より精度良く振動板の撓みを制御することができ、液滴吐出特性の安定性が向上する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記特許文献３のような技術手段を採用した場合、気圧検出手段、気圧と第２の空気室変動板変位量の関係を記憶する手段などを含む制御手段が必要となる。また、第２の空気室に段差を設ける必要があり製造工程が複雑になる。加えて第２の空気室をヘッド部に設けるため、チップサイズが大きくなる。このようなことから製品のコストアップが避けられない。上記特許文献２に記載の技術手段では、上記特許文献３と同様、振動板と振動板に対向する電極間の空隙部に連通している圧力変動抑制領域（空気室）を有しているため、この圧力変動抑制領域は電極や変位板を有していないため、構成が単純ではあるが、空隙部とこれに連通している圧力変動抑制領域は、外界とは完全に遮断されていることから、外界の気圧、気温の変動により、空隙内の圧力変動を抑制するため、複数ビットの空隙部の容量より大きな容量を確保する必要がある。すなわち、この圧力変動領域を確保するためにヘッド面積の増大を招くため、製品のコストアップが避けられない。また、外界と遮断されていることから、急激な気圧及び気温変動には、逆に空隙部より容量の大きい圧力変動領域の変動が空隙部に大きな影響を及ぼす可能性があり、振動板の安定した平衡状態が保てず、液滴の安定した吐出が得られない。
【００１３】
一方、上記特許文献１では、外界の気温や気圧の変化に応じて、振動室及びアクチュエータを含むヘッド内空間の体積変化する際、振動板より剛性に低い低剛性可変部を設け、これにより圧力による体積変化を吸収するものである。しかしながら、振動板部より剛性の低い値剛性可変部は製造途中の各装置における搬送、処理等でダメージを受け破損しやすい。つまり、この機構を有することによりヘッドの製造歩留まり低下が懸念される。また、加えて低剛性可変部の耐久性も懸念される。このように、この技術手段では、製品の高信頼性を確保することが困難である。
【００１４】
本発明はこれらの問題点を解決するためのものであり、外界の気温や気圧の変化に対し高価な制御手段を要することもなく、製品コストアップをせずして、高精度で、かつ信頼性の高いアクチュエータ得ることができ、高画質印字が可能なインクジェットヘッド、当該インクジェットヘッドを一体化したインクカートリッジ及び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】
【００１５】
前記問題点を解決するために、本発明のインクジェットヘッドは、インクを吐出するノズル孔と、インクが供給される供給路と、ノズル孔に対応してインクが加圧される圧力液室と、該圧力液室のインクを加圧するための振動板と該振動板に対向して空隙を介して設けられた電極とを有して電極に印加される電圧に応じて振動板が振動する静電アクチュエータとを有している。そして、本発明のインクジェットヘッドにおける空隙は、外気と透気性を有する透気性部材で分離されている。よって、外界の気圧や気温が変動しても通気性を有する透気性部材を介して外界との空気の出入りができるため、外界と空隙内の気圧が常に一定に保たれる。従って、高価で複雑な制御手段を必要とせず気圧変化に起因する静電アクチュエータ特性のバラツキを抑制することが可能となる。また、空隙と連通する通気口が透気性部材で塞がれているため、空隙内への異物、あるいはや水分の混入を防ぐことも可能となり静電アクチュエータの信頼性向上も期待できる。
【００１６】
また、静電アクチュエータを複数備え、各静電アクチュエータの振動板と電極との間にある各空隙が連通する複数の通気室は、透気性部材で外気と分離された通気口に連通している。よって、アクチュエータ構成に制約を与えることなく外界との通気領域を十分確保できるため、外界の急激な環境の変化にも対応可能な応答性の良いインクジェットヘッドを提供できる。また、通気室をアクチュエータと独立して設置できるため、装置全体の設計自由度も高く、かつ高い環境順応性をもった高品位で信頼性の高いインクジェットヘッドが提供できる。
【００１７】
更に、１つの通気口には１つの通気室が連通されて、あるいは複数の通気室が連通されている。
【００１８】
また、通気口は、電極が形成される電極基板以外に設けられていることにより、工数を増やすことなく目的とするインクジェットヘッドを作製することができるため、コストアップ、歩留まり低下の問題も無いことから、低コストで液滴吐出バラツキの少なく、高精度で高信頼性を具備した高機能を有するインクジェットヘッドを提供することが可能となる。
【００１９】
更に、通気口は、電極が形成されている電極基板の一部に設けられていることにより、工数を増やすことなく目的とするインクジェットヘッドを作製することができるため、コストアップ、歩留まり低下の問題も無いことから、低コストで液滴吐出バラツキの少なく、高精度で高信頼性を具備した高機能を有するインクジェットヘッドを提供することが可能となる。
【００２０】
また、透気性材料は樹脂材料であることにより、形成方法として、一般的な薄膜貼付法、薄膜転写法、スピンコート法、立体スプレー法等常圧で形成可能な手法が種々あり、製造工程の自由度か高い。従って、透気性部材の形成によってインクジェットヘッドの製造に制約を受けることなく、従来のインクジェットヘッド製造工程で作製できる。従って、新たなプロセスの開発も必要無く、低コストで液滴吐出バラツキの少なく、高精度で高信頼性を具備した高機能を有するインクジェットヘッドを提供することができる。
【００２１】
更に、樹脂材料はポリベンゾオキサゾールであることが好ましい。このポリベンゾオキサゾールは透気性に優れ、かつ耐薬液性に優れている材料であるため、様々な液滴材料に対する耐性を有することから、また形成方法として薄膜貼付法、薄膜転写法、スピンコート法、立体プレー法等常圧で形成可能な手法が種々あり、製造工程の自由度か高い。従って、透気性部材の形成によってインクジェットヘッドの製造に制約を受けることなく、従来のインクジェットヘッド製造工程で作製できる。従って、新たなプロセスの開発も必要無く、低コストで液滴吐出バラツキの少なく、高精度で高信頼性を具備した高機能を有するインクジェットヘッドを提供することができる。
【００２２】
また、別の発明としてのインクカートリッジは、上記記載の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とを一体化したことに特徴がある。よって、製造不良が減少し、低コスト化を図ることができる。
【００２３】
更に、別の発明としてのインクジェット記録装置は、上記記載のインクジェットヘッドを搭載したので、製造不良が減少し、低コスト化を図ることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、外界の急激な環境の変化にも対応可能な応答性の良く、低コスト化を図れ、高精度で、かつ信頼性の高いインクジェットヘッドを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明のインクジェットヘッドにおける空隙は、外気と透気性を有する透気性部材で分離されている。
【実施例】
【００２６】
図１は本発明の第１の実施例に係るインクジェットヘッドの構成を示す平面図であり、図２は図１のＸ−Ｘ’線断面図である。両図において、本実施例のインクジェットヘッド１０は、主に、個別電極基板１００、液滴加圧液室基板２００及びノズル孔基板３００を含んで構成されている。そして、個別電極基板１００におけるＳｉ基板１０１上には、絶縁膜１０２と個別電極１０３に対応する凹溝１０４が形成され、この凹溝１０４に個別電極１０３が形成され、個別電極１０３上に絶縁膜１０５、個別電極１０３に電圧を印加するためのパッド開口部１０６が形成されている。また、液滴加圧液室基板２００は、静電力で駆動するシリコン薄膜の振動板２０１、この振動板２０１に導通したパッド開口部２０２を設けた電極基板２０３、＜１００＞Ｓｉ基板２０４に異方性エッチ等の手法で形成された個別電極１０３に対応した加圧液室２０５、加圧液室２０５へ液滴を供給する共通液室２０６、加圧液室２０５と共通液室２０６を連通させる流体抵抗部２０７を具備している。更に、ノズル孔基板３００上には、液滴を吐出する複数のノズル孔３０１が設けられている。また、個別電極基板１００と液滴加圧液室基板２００を接合することにより、振動板２０１と個別電極１０３の間に１μｍ以下の空隙１０７が形成される。加えて液滴加圧液室基板２００には、加圧液室２０５や共通液室２０６と同時に異方性エッチ等で形成された空隙１０７に連通した通気室２０８が形成されている。ここで、ノズル孔基板３００の通気室２０８と接している箇所は、少なくとも透気性をもつ材料で塞がれていることが必要である。
【００２７】
また、振動板２０１と個別電極１０３の空隙１０７の隙間を外界から遮断する絶縁性の遮断手段２０９で塞ぐ。遮断手段２０９は、ＣＶＤ法で成膜される膜、例えばシリコンの酸化物、シリコンの窒化物、あるいは樹脂材料でもよい。ここで遮断手段２０９にＣＶＤ法を適用した場合は、外界との通気性はほとんど得られない。また、このように、隙間を薄膜で通気性が得られる樹脂材料で埋めても外界との遮断距離が大きいため十分な透気性は得られない。空隙１０７と連通した通気室２０８は、ノズル孔基板３００で蓋をされた状態であり、空隙１０７内への異物等の混入を防止する。一方では、ノズル孔基板３００を通して外界と透気性が確保されている。
【００２８】
このように構成された本実施例のインクジェットヘッドの動作について説明する。先ず、加圧液室２０５内がインクにより満たされた状態で個別電極１０３に発振回路（図示せず）により４０Ｖのパルス電位を印加する。この電圧印加により個別電極１０３の表面がプラスに帯電すると、振動板２０１との間に静電気の吸引作用が働き振動板２０１が下方へ撓み、共通液室２０６から流体抵抗部２０７を通じて加圧液室２０５へインクが流入する。その後個別電極２０１へのパルス電圧を０Ｖにすると静電気力により下方へ撓んだ振動板２０１が自身の剛性により元に戻る。その結果、加圧液室２０５内の圧力が急激に上昇し、ノズル孔３０１よりインク液滴を記録紙に向けて吐出する。これを繰り返すことによりインクを連続的に吐出することができる。
【００２９】
ここで、電極間に働く力をＦとすると、Ｆは下記の式（１）に示すように電極間距離ｄの２乗に反比例して大きくなる。低電圧で駆動するためには個別電極１０３と振動板２０１の空隙１０７を狭く形成することが重要となる。
【００３０】
Ｆ＝εＳＶ２／２ｄ２                    （１）
【００３１】
但し、Ｆ：電極間に働く力、ε：誘電率、Ｓ：電極の対抗する面の面積、ｄ：電極間距離、Ｖ：印加電圧とする。
【００３２】
よって、本実施例のインクジェットヘッドでは、個別電極１０２と振動板２０１の微小な空隙間隔を精度良く、かつ安定して製造することが可能であり、静電力による振動板の動作を最大となるよう設計できる。
【００３３】
次に、本実施例のインクジェットヘッドの製造方法の一例をあげて詳細に説明する。
図３は本発明の第２の実施例に係るインクジェットヘッドの構成を示す平面図である。図４は図３のインクジェットヘッドの製造工程を示す工程断面図であって、図４の（ａ）〜（ｉ）は図３のＸ−Ｘ’線断面図である。
【００３４】
図４の（ａ）は酸化膜薄膜形成工程を示す工程断面図であり、最初に面配向＜１１０＞ｐ型単結晶Ｓｉ基板からなる電極基板４０１上に熱酸化法でシリコン酸化膜４０２を厚さ１．５μｍ形成する。なお、電極基板４０１の仕様は＜１００＞単結晶Ｓｉ基板、ガラス基板等でもかまわない。
【００３５】
次に、図４の（ｂ）は個別電極溝形成工程を示す工程断面図であり、図４の（ａ）の工程の次に一般的なリソグラフィーとウェットエッチングにより後述するノズル孔４０３の数に対応した数の個別電極溝４０４を形成する。個別電極溝４０４は、シリコン酸化膜４０２に加工形成し、例えば０．５μｍの深さとする。この深さは、本実施例のインクジェットヘッド２０の駆動電圧や吐出特性に影響する設計パラメータであるため、インクジェットヘッドの仕様に合わせて最適な値を選択する。
【００３６】
そして、図４の（ｃ）は個別電極形成工程を示す工程断面図であり、シリコン酸化膜４０２に形成した個別電極溝４０４の内部に、例えば窒化チタンで個別電極４０５を形成する。形成方法としては、スパッタ法、真空蒸着法、ＣＶＤ法等を用い、シリコン酸化膜４０２の表面に溝加工した基板表面へ導電性薄膜を成膜し、その導電性薄膜に対しリソグラフィーとエッチングにより個別電極４０５を形成する。なお、導電性薄膜としては、ポリシリコンに不純物を注入した拡散電極でもよい。
【００３７】
更に、図４の（ｄ）は絶縁膜形成工程を示す工程断面図であり、本実施例のインクジェットヘッド２０の動作時に後述する振動板４０６と個別電極４０５との絶縁を確保して短絡を防止するための絶縁膜４０７を成膜する。絶縁膜４０７としては、例えばシリコン酸化膜を用いることができる。この時点でインクジェットヘッド２０の個別電極基板４０８が完成する。
【００３８】
そして、図４の（ｅ）は接合工程を示す工程断面図であり、図４の（ｄ）までの工程の次にｎ型＜１１０＞の単結晶Ｓｉからなる液滴加圧液室基板４０９の片面に振動板４０６の膜厚に等しくなる深さまでボロンを５Ｅ１９/ｃｍ３以上拡散させた液滴加圧液室基板４０９を個別電極基板４０８と接合する。なお、この接合工程で液滴加圧液室基板４０９として＜１１０＞単結晶Ｓｉ基板上にシリコン酸化膜を介し、振動板４０６の膜厚に等しい単結晶Ｓｉが形成されているＳＯＩ基板を用いても良い。液滴加圧液室基板４０９と個別電極基板４０８の接合は、８００℃以上の温度で減圧又は常圧の酸素雰囲気で接合する直接接合法により行う。また、Ｎａイオン、Ｈイオン等の可動イオンを含む絶縁膜を＜１１０＞単結晶Ｓｉ基板上にスパッタ法で全面形成した後電界印加しながら２００〜５００℃、望ましくは３５０〜４５０℃の温度で接合する陽極接合法で行うことも可能である。
【００３９】
次に、図４の（ｆ）はマスク形成工程を示す工程断面図であり、加圧液室基板４０９と個別電極基板４０８の表面へ窒化膜を厚さ５０ｎｍ程度成膜し、各個別電極４０５と位置整合し、後述する共通液室４１１、加圧液室４１２、通気室４１３、開口部４１４を規定するＳｉエッチングマスクパターン４１５に沿ってフォトリソグラフィー、ドライエッチングを行い、窒化膜マスクを形成する。
【００４０】
そして、図４の（ｇ）は異方性エッチング工程を示す工程断面図であり、液滴加圧液室基板４０９と個別電極基板４０８が接合された基板を単結晶Ｓｉエッチングマスクパターン４１５が形成された側からＫＯＨにより＜１１０＞単結晶Ｓｉ基板を異方性エッチングする。この異方性エッチング工程では、共通液室４１１、加圧液室４１２、通気室４１３及び開口部４１４のエッチングマスクパターン４１５は液滴加圧液室基板４０９へ形成される。また、液滴加圧液室基板４０９側に高濃度不純物を含む拡散領域４１０でエッチングは自発的にストップして振動板４０６が形成される。ＳＯＩ基板を異方性エッチングした場合、シリコン酸化膜上でエッチングはストップする。従って、通気室４１３は、製造工程の増加することなく、他と同時にシリコンウェハからなる液滴加圧液室基板４０９に、異方性エッチング加工で形成される。
【００４１】
次に、図４の（ｈ）は連通とノズル孔ユニット形成工程を示す工程断面図であり、図示しないメタルマスクを用いて、通気室４１３の連通口４１５及び開口部４１６の振動板４０７をドライエッチングで除去し、さらに開口部４１６の酸化膜をエッチング除去することで個別電極４０５の表面を露出させる。その後開口部４１６にメタルマスクにてアルミニウムを０．５μｍ程度形成し個別電極引き出しパッド４１７を形成する。個別電極側の通気室４１３の底面にある高濃度に不純物を含むシリコンをドライエッチング除去することで、振動板４０７と個別電極４０５の空隙４１８と通気室４１３が空間的に繋がる。そして、液滴加圧液室基板４０９の上にニッケルの電鋳加工により、液滴供給口４１９（図３参照）、通気口４２０及び液滴ノズル孔４０３が形成されている液滴ノズルユニット４２１を貼り付ける。但し、液滴ノズルユニット４２１は液滴加圧液室基板４０９との接着性を向上させるため、厚さ１μｍ程度の例えばポリイミドなどの樹脂膜４２２が形成されており、通気口４２０は例えばポリイミドなどの樹脂膜４２２で塞がれている。
【００４２】
そして、図４の（ｉ）は開口部遮蔽工程を示す工程断面図であり、個別電極基板４０８及び液滴加圧液室基板４０９と隙間のパッド形成用の開口部４１４の窓をマスク成膜にて遮断手段４２３を堆積して遮断して塞ぐ。遮断手段４２３としては、ＣＶＤ法によるシリコン酸化膜や窒化膜、その他ＬＰＣＶＤ法、真空蒸着法で成膜しても良い。ここで遮断手段４２３にＣＶＤ法や真空蒸着法でシリコン酸化膜や窒化膜などを適用した場合は、外界との通気性はほとんど得られない。また、このような隙間４１６を薄膜で通気性が得られる樹脂材料で埋めても外界との遮断距離が大きいため十分な透気性は得られない。このようにＳｉウェハ上へ形成された複数のインクジェットヘッド２０は、ダイシングによりチップ化され完成する。なお、図３、４では、１つの通気室４１３をインクジェットヘッド２０に有する全ての空隙４１８に連通させたが、数ビット単位で１つの通気室４１３を設けて、全体として複数の通気室を設けても良い。また、通気口４２０にある例えばポリイミドなどの樹脂膜４２２が空隙４１８内と外界の圧力差で撓むように通気口４２０の大きさを設定しても良い。
【００４３】
このような工程により製造されたインクジェットヘッド２０に液滴供給口４１９からインクを供給し、個別電極４０５の個別引き出しパッド４１７に電圧を印加すると振動板４０７と個別電極４０５の間に静電力が働き、振動板４０７は、個別電極４０５の方向に撓み、加圧液室４１２には流体抵抗部４２４を経て共通液室４１１から個別の加圧液室４１２へインクが供給される。電圧を初期値、例えば０Ｖにすると振動板４０６が剛性により元の位置に戻り、この時個別の加圧液室４１２は加圧され、ノズル孔４０３を経て図４の（ｉ）中の矢印Ａ方向にインクが吐出される。このインクジェットヘッド２０は、空隙４１８と空間的に連通している通気室４１３から通気口４２０の例えばポリイミドフィルムのような樹脂膜４２２で塞がれて外界と遮断されているが、例えばポリイミドなどの樹脂膜４２２は、透気性があるため、外界と空隙４１８とは気体の行き来が可能である。また、開放系のヘッドに比べ、ゴミの侵入や水分の侵入は防ぐことができる。つまり、外界の気圧あるいは気温が変動しても空隙４１８に連通した通気口４２０の例えばポリイミドなどの樹脂膜４２２から空気の出入りがあるため外界の気圧と空隙４１８内の気圧が常に一定に保たれるため、常に安定した液滴吐出特性が得られ、高い信頼性を確保しながら高品質の記録画像が形成されるインクジェットヘッドが提供できる。更に、空気の出入りが効率良く行われ、急激な外界の気圧、あるいは気温の変動に追随できるように、例えばポリイミドなどの樹脂膜４２２の膜厚は、０．５〜１００μｍ、望ましくは０．５〜５μｍがよい。この範囲の膜厚であれば、１分程度で空隙４１８内気圧と外界の気圧差は解消される。
【００４４】
図５は本発明の第３の実施例に係るインクジェットヘッドの構成を示す平面図である。なお、同図に示す本実施例のインクジェットヘッド３０の製造方法及び動作例は第２の実施例と同様である。本実施例のインクジェットヘッド３０は、通気室５０１が各ノズル孔５０２に対応するビット毎に各１つづつ設けており、これに対応して、通気口５０３が設けられている。つまり、１つの通気室５０１に１つの通気口５０３が設けられている。なお、複数の通気室５０１に対し１つ通気口５０３を配置しても良い。よって、通気室５０１を各ノズル孔５０２に対応するビット毎に独立させることにより、駆動時隣接する個別電極の気圧変動におけるクロストークの問題が防げる。また、各通気室５０１を独立させることにより、ノズル孔基板５０４と液滴加圧液室基板５０５の接合面積が第１の実施例より増加するため、張り合せ強度が向上する。従って本実施例によれば高い信頼性を確保しながら高品質の記録画像が形成されるインクジェットヘッドが提供できる。
【００４５】
図６は本発明の第４の実施例に係るインクジェットヘッドの構成を示す平面図である。図７は図６のインクジェットヘッドの製造工程を示す工程断面図であって、図７の（ａ）〜（ｈ）は図６のＸ−Ｘ’線断面図である。
【００４６】
図７の（ａ）は酸化膜薄膜形成工程を示す図であり、最初に面配向＜１１０＞ｐ型単結晶Ｓｉ基板６０１からなるアクチェータ基板６０２上に熱酸化法でシリコン酸化膜６０３を厚さ１．５μｍ形成する。なお、Ｓｉ基板６０１は面配向＜１００＞ｐ型Ｓｉ基板、ガラス基板でもよい。
【００４７】
次に、図７の（ｂ）は個別電極形成工程と個別電極保護絶縁膜形成工程を示す図であり、シリコン酸化膜６０３の上に例えば導電性薄膜材料として窒化チタン膜を厚さ０．２μｍ形成する。形成方法としては、スパッタ法、真空蒸着法、あるいはＣＶＤ法等を用いる。この窒化チタン膜に対しリソグラフィーとエッチングにより個別電極６０４を形成する。導電性薄膜材料としては、高融点金属材料、例えばタングステン、チタンシリサイドやポリシリコンに不純物を注入した拡散電極でもよい。個別電極６０４を形成した後、インクジェットヘッド６０の動作時に後述する振動板６０６と個別電極６０４との絶縁を確保して短絡を防止するための個別電極保護絶縁膜６０５を成膜する。個別電極保護絶縁膜６０５としては、例えばシリコン酸化膜を用いることができる。個別電極保護絶縁膜６０５がシリコン酸化膜であれば厚み０．２μｍ形成する。
【００４８】
そして、図７の（ｃ）は犠牲層形成工程と振動板保護絶縁膜形成工程を示す図であり、個別電極保護絶縁膜６０５の上にＣＶＤ法でポリシリコン膜を厚さ０．４μｍ成膜する。このポリシリコン膜をリソグラフィーとエッチングにより、犠牲層領域６０６と隔壁領域６０７にパターニングする。次に、振動板６０６の一部となり、かつ振動板６０６と個別電極６０４との絶縁を確保して短絡を防止するため振動板保護絶縁膜６０８を成膜する。例えばＣＶＤ法によりシリコン酸化膜を振動板保護絶縁膜６０８として０．１５μｍ形成する。
【００４９】
次に、図７の（ｄ）は振動板電極形成工程を示す図であり、振動板保護絶縁膜６０８上にＣＶＤ法でＰドープドポリシリコンを０．２μｍ堆積させ、リソグラフィーとドライエッチングで振動板電極６０９と隔壁領域６１０に分離する。なお、振動板電極６０９の材料は高融点金属材料で、例えばＣＶＤ法、スパッタ法、真空蒸着法等で窒化チタンなどを成膜してもよい。
【００５０】
そして、図７の（ｅ）は振動板引っ張り応力膜形成工程と電極電位取出しコンタクト形成工程を示す図であり、振動板６０６が撓まないように引張り応力膜６１１、例えばＣＶＤ法で窒化膜を厚さ０．１μｍ成膜する。その後、個別電極コンタクト６１２と振動板電極コンタクト６１３をリソグラフィーとドライエッチングで形成する。
【００５１】
次に、図７の（ｆ）は配線形成工程と犠牲層除去孔形成工程を示す図であり、スパッタ法、真空蒸着法で配線材料、例えばアルミニウムを厚さ０．５μｍ成膜する。リソグラフィーとウェットエッチングで振動板電極電位取り出し配線６１４と個別電極電位取出し配線６１５を形成する。その後、再度リソグラフィーとドライエッチングで犠牲層除去孔６１６、６１７を形成する。
【００５２】
そして、図７の（ｇ）は犠牲層除去工程と振動板接液膜形成工程を示す図であり、犠牲層であるポリシリコン膜を等方的にエッチングする手段、例えば六弗化硫黄プラズマエッチ、２弗化キセノンガスエッチ、あるいはＴＭＡＨ溶液によるウェットエッチ等で犠牲層除去孔６１６、６１７を介して犠牲層領域６０６の犠牲層を完全に除去する。除去された犠牲層領域６０６は、振動板６０６と個別電極６０４との間の空隙６１８及び通気室６１９が形成される。次に、犠牲層除去孔６１６，６１７を封止することと、振動板６０６のインク耐性を持たせるために振動板接液膜６２０をスピンコート法で０．５μｍ形成する。ここで、振動板接液膜６２０の材料として、インクに耐性があり、かつスピンコート法、あるいは立体スプレー法で形成可能な材料、例えばポリイミド、ＰＢＯ膜（ポリベンゾオキサゾール）などが適材である。次に、リソグラフィーとエッチングにより、図６に示すように個別電極取出し部６２１と振動板電位取出し部６２２のパッド開口部６２３を開口する。これで、アクチュエータ基板６０２の完成である。
【００５３】
次に、図７の（ｈ）は本実施例のインクジェットヘッドの完成図である。上述した第１，第２の実施例に示す同様な方法でｎ型＜１１０＞単結晶Ｓｉ基板上に形成し、共通液室６２４、流体抵抗６２５、加圧液室６２６、液滴連通口６２７を有する液滴加圧液室基板６２８に、ニッケルの電鋳加工により図６に示すように液滴供給口６２９及び液滴ノズル孔６３０が形成されている液滴ノズルユニット６３１を貼り付ける。これにアクチェータ基板６０２を位置合せして接着剤で接合する。これで本実施例のインクジェットヘッド４０の完成である。
【００５４】
なお、図６，７に示す第４の実施例のインクジェットヘッド４０では、１つの通気室６１９をインクジェットヘッド６０に有する全ての空隙６１８に連通させたが、数ビット単位で１つの通気室６１９を設けて、全体として複数の通気室を設けても良い。また、通気室６１９は、空隙６１８内と外界の圧力差を効率良く緩和できるように通気室６１９の数を調整することが望ましい。
【００５５】
このような製造工程を経て製造された第４の実施例のインクジェットヘッド４０に液滴供給口６２９からインクを供給し、個別電極６０４の個別引き出しパッド６１５に電圧を印加すると振動板６０６と個別電極６０４間に静電力が働き、振動板６０６は、個別電極６０４方向に撓み、加圧液室６２６には流体抵抗部６２５を経て共通液室６２４から個別の加圧液室６２６へインクが供給される。電圧を初期値、例えば０Ｖにすると振動板６０６が剛性により元の位置に戻り、この時個別の加圧液室６２６は加圧され、ノズル孔６３０を経て図７の（ｈ）中の矢印Ａ方向にインクが吐出される。
【００５６】
このインクジェットヘッド４０は、空隙６１８と空間的に連通している通気室６１９から犠牲層除去孔６１７を通して振動板接液膜６２０で塞がれて外界と遮断されているが、振動板接液膜６２０は、透気性があるため、外界と空隙６１８とは気体の行き来が可能である。また、開放系のヘッドに比べ、ゴミの侵入や水分の侵入は防ぐことができる。つまり、外界の気圧あるいは気温が変動しても空隙６１８に連通した犠牲層除去孔６１７の振動板接液膜６２０から空気の出入りがあるため外界の気圧と空隙６１８内の気圧が常に一定に保たれるため、常に安定した液滴吐出特性が得られ、高い信頼性を確保しながら高品質の記録画像が形成されるインクジェットヘッドが提供できる。
【００５７】
なお、空気の出入りが効率良く行われ、急激な外界の気圧、あるいは気温の変動に追随できるよう例えばポリイミドなどの樹脂膜の膜厚は、０．５〜１００μｍ、望ましくは０．５〜３０μｍがよい。この範囲の膜厚であれば、１分程度で空隙６１８内気圧と外界の気圧差は解消される。
【００５８】
図８は本発明の第５の実施例に係るインクジェットヘッドの構成を示す平面図である。図９は図８のインクジェットヘッドの製造工程の一部を示す工程断面図であって、図９の（ａ），（ｂ）は図８のＸ−Ｘ’線断面図である。なお、本実施例の製造工程は、第４の実施例の製造工程における図７の（ａ）から（ｆ）までと同じであるので省略するものとする。図９の（ａ）は犠牲層除去工程と振動板接液膜形成工程を示す図であり、第４の実施例と同様、犠牲層であるポリシリコン膜を等方的にエッチングする手段、例えば六弗化硫黄プラズマエッチ、２弗化キセノンガスエッチ、あるいはＴＭＡＨ溶液によるウェットエッチ等で犠牲層除去孔７０１、７０２を介して犠牲層領域の犠牲層を完全に除去する。除去された犠牲層領域は、振動板７０３と個別電極７０４との間の空隙７０５及びアクチュエータ側の通気室７０６が形成される。次に、犠牲層除去孔７０１，７０２を封止することと、振動板７０３のインク耐性を持たせるために振動板接液膜７０７をスピンコート法で０．５μｍ形成する。ここで、振動板接液膜７０７の材料として、インクに耐性があり、かつスピンコート法、あるいは立体スプレー法で形成可能な材料、例えばポリイミド、ＰＢＯ膜（ポリベンゾオキサゾール）などが適材である。次に、リソグラフィーとエッチングにより個別電極取出し部７０８と振動板電位取出し部７０９のパッド開口部７１０を開口する。アクチュエータ側の通気室７０６と液滴加圧液室基板の通気室７１１を犠牲層除去孔７０２を介して連通させるため、図示しないメタルマスクを用いて、連通口７１２ドライエッチで開口する。これで、アクチュエータ基板７１３の完成である。
【００５９】
次に、図９の（ｂ）は本実施例のインクジェットヘッドの完成図である。第２，第３の実施例に示す同様な方法でｎ型＜１１０＞単結晶Ｓｉ基板上に形成し、共通液室７１４、流体抵抗７１５、加圧液室７１６、連通口７１７及び加圧液室基板側の通気室７１１を有する液滴加圧液室基板７１８に、透気性を有する材料、例えば厚さ２５μｍの例えばポリイミドなどの樹脂膜により液滴供給口７１９及び液滴ノズル孔７２０が形成されている液滴ノズルユニット７２１を貼り付ける。そして、これにアクチェータ基板７１３を位置合せして接着剤で接合する。これでインクジェットヘッド７０の完成である。ここで、液滴加圧液室基板７１８の通気室７１１から液滴ノズルユニット７２１の通気口７２２から外界と空隙７０５内の気体の出入りが可能となる。
【００６０】
なお、図８，９に示す第５の実施例のインクジェットヘッド５０では、１つのアクチュエータ基板７１３の通気室７０６と液滴加圧液室基板７１８の通気室７１１をアクチュエータ基板７１３に有する全ての空隙７０５に連通させたが、数ビット単位で１つの通気室７０６、７１１を設けて、全体として複数の通気室を設けても良い。また、通気口７２２にある液滴ノズルユニット７２１が空隙７０５内と外界の圧力差で撓むように通気口７２２の大きさを設定しても良い。あるいは、通気室７０６をビット毎、数ビット毎、全ビットのいずれかに連通するように設け、また通気室７１１を同様にビット毎、数ビット毎、全ビットのいずれかに連通するように設けて、通気室７０６、７１１の組み合わせであってもよい。
【００６１】
このような製造工程を経て製造された第５の実施例のインクジェットヘッド５０に液滴供給口７１９からインクを供給し、個別電極７０４の個別電位引き出し部７０８に電圧を印加すると振動板７０３と個別電極７０４の間に静電力が働き、振動板７０３は、個別電極７０４の方向に撓み、加圧液室７１６には流体抵抗部７１５を経て共通液室７１４から個別の加圧液室７１６へインクが供給される。電圧を初期値、例えば０Ｖにすると振動板７０３が剛性により元の位置に戻り、この時個別の加圧液室７１６は加圧され、液滴ノズル孔７２０を経て図９の（ｂ）中の矢印Ａ方向にインクが吐出される。
【００６２】
このインクジェットヘッド５０は、空隙７０５と空間的に連通している通気室７０６、７１１から通気口７２２の液滴ノズル基板７２１で塞がれて外界と遮断されているが、液滴ノズル基板７２１は透気性があるため外界と空隙７０５とは気体の行き来が可能である。また、開放系のヘッドに比べ、ゴミの侵入や水分の侵入は防ぐことができる。つまり、外界の気圧あるいは気温が変動しても空隙７０５に連通した通気口７２２の液滴ノズル基板７２１から空気の出入りがあるため外界の気圧と空隙７０５内の気圧が常に一定に保たれるため、常に安定した液滴吐出特性が得られ、高い信頼性を確保しながら高品質の記録画像が形成されるインクジェットヘッドが提供できる。
【００６３】
なお、空気の出入りが効率良く行われ、急激な外界の気圧、あるいは気温の変動に追随できるよう例えばポリイミドなどの樹脂膜の膜厚は、０．５〜１００μｍ、望ましくは０．５〜３０μｍがよい。この範囲の膜厚であれば、１分程度で空隙７０５内気圧と外界の気圧差は解消される。また、通気室の容量は、第４の実施例と比較すると通気室容量が大きく取れる。従って、アクチェータ駆動中における空隙７０５内の圧力変動にも追随でき安定した液滴吐出特性が得られる。
【００６４】
次に、別の発明に係るインクカートリッジについて図１０を参照して説明すると、本発明のインクカートリッジ８００は、ノズル８０１等を有する上記各実施例のいずれかのインクジェットヘッド８０２と、このインクジェットヘッド８０２に対してインクを供給するインクタンク８０３とを一体化したものである。このように一体型のインクジェットヘッドの場合、インクジェットヘッドの低コスト化、信頼性は、ただちにインクカートリッジ全体の低コスト化、信頼性につながるので、上述したように低コスト化、高信頼性化、製造不良低減することで、インクカートリッジの歩留まり、信頼性が向上し、一体型のインクカートリッジの低コスト化を図れる。
【００６５】
次に、別の発明に係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の一例について図１１を参照して説明する。なお、図１１は別の発明のインクジェット記録装置の構成を示す断面図である。同図に示すように、インクジェット記録装置９００は、シアンＣ、マゼンタＭ、イエローＹ、ブラックＢＫの各色のインクタンクをそれぞれ収納し、４個のインクジェットヘッドを搭載した一体型のインクカートリッジ９０１と、インクカートリッジ９０１を搭載したキャリッジ９０２と、記録紙を収納した給紙トレイ９０３ａ，９０３ｂや手差しテーブル９０４から記録紙を印字部９０５に搬送する搬送ローラ９０６と、印字した記録紙を排紙トレイ９０７に排出する排出ローラ９０８とを有している。そして、ホスト装置から送られてくる画像データを記録紙に印字するときは、キャリッジ９０２をキャリッジローラ９０９に倣って走査しながら搬送ローラ９０６により印字部９０５に送られた記録紙にインクジェットヘッドのノズルから画像データに応じてインクを噴射して文字や画像を記録する。
【００６６】
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を実施したインクジェットヘッドを搭載しているので、振動板駆動不良によるインク滴吐出不良がなく、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。また低電圧で駆動できるヘッドを搭載するので、インクジェット記録装置全体の消費電力も低減できる。
【００６７】
なお、上記実施例においては、静電型インクジェットヘッドに適用したが、インク以外の液滴、例えばパターニング用の液体レジストを吐出するインクジェットヘッドにも適用することできる。また、上記実施例では、静電型インクジェットヘッドを挙げたが、この静電型インクジェットヘッドの静電型アクチュエータは、光学走査ミラーや光学バルブなどの光学デバイスとしても適用可能である。
【００６８】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内の記載であれば多種の変形や置換可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の第１の実施例に係るインクジェットヘッドの構成を示す平面図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ’線断面図である。
【図３】本発明の第２の実施例に係るインクジェットヘッドの構成を示す平面図である。
【図４】図３のインクジェットヘッドの製造工程を示す工程断面図である。
【図５】本発明の第３の実施例に係るインクジェットヘッドの構成を示す平面図である。
【図６】本発明の第４の実施例に係るインクジェットヘッドの構成を示す平面図である。
【図７】図６のインクジェットヘッドの製造工程を示す工程断面図である。
【図８】本発明の第５の実施例に係るインクジェットヘッドの構成を示す平面図である。
【図９】図８のインクジェットヘッドの製造工程の一部を示す工程断面図である。
【図１０】別の発明に係るインクカートリッジの構成を示す斜視図である。
【図１１】別の発明のインクジェット記録装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７０】
１０，２０，３０，４０，５０；インクジェットヘッド、
１００；個別電極基板、１０１；Ｓｉ基板、１０２；絶縁膜、
１０３；個別電極、１０４；凹溝、１０５；絶縁膜、１０６；パッド開口部、
１０７；空隙、２００；液滴加圧液室基板、２０１；振動板、
２０２；パッド開口部、２０３；電極基板、２０４；＜１００＞Ｓｉ基板、
２０５；加圧液室、２０６；共通液室、２０７；流体抵抗部、２０８；通気室、
３００；ノズル孔基板、３０１；ノズル孔、４２０；通気口、
４２２；樹脂膜、８００；インクカートリッジ、８０１；ノズル、
インクジェットヘッド、８０３；インクタンク、
９００；インクジェット記録装置。
【図１】
2005066938.tif 000003
【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】
2005066938.tif 000009
【図８】
2005066938.tif 000010
【図９】
2005066938.tif 000011
【図１０】
2005066938.tif 000012
【図１１】
2005066938.tif 000013