(57)【要約】クロストークの発生を防止でき且つ安定した液体吐出特性を得ることができる液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供する。圧力発生室１２の幅方向両側の隔壁１１をリザーバ部３２の圧力発生室１２側の端部近傍まで延設し、圧力発生室１２側に連通してその圧力発生室１２の幅より小さい幅で形成された液体供給路１４と、この液体供給路１４と連通部１３とを連通すると共に液体供給路１４の幅より大きい幅で形成された連通路１００とを隔壁１１（壁部１１ａ）により圧力発生室１２毎に区画して設けることにより、クロストークの発生を防止でき、安定した液体吐出特性を得ることができる。
2004098894.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル開口に連通する複数の圧力発生室が並設された流路形成基板と、該流路形成基板に振動板を介して設けられた下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子と、前記流路形成基板の前記圧電素子側の面に接合されて各圧力発生室の共通の液体室であるリザーバの一部を構成するリザーバ部が設けられたリザーバ形成基板とを具備し、
前記リザーバが前記リザーバ部と前記流路形成基板に設けられた連通部とから構成され、前記圧力発生室の幅方向両側の隔壁が前記リザーバ部の前記圧力発生室側の端部近傍まで延設されることで、前記圧力発生室に連通して当該圧力発生室の幅より小さい幅を有する液体供給路と、この液体供給路と前記連通部とを連通すると共に前記液体供給路の幅より大きい幅を有する連通路とが、前記隔壁により前記圧力発生室毎に区画して設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
請求の範囲１において、前記連通路の幅ｗ１と前記圧力発生室の幅ｗ２との関係がｗ１≧ｗ２を満たすことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項３】
請求の範囲１又は２において、前記連通路の幅ｗ１と前記液体供給路の幅ｗ３との関係がｗ１≧２×ｗ３を満たすことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項４】
請求の範囲１〜３の何れかにおいて、前記連通路の長さが前記流路形成基板の厚さ以上であることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項５】
請求の範囲１〜４の何れかにおいて、前記隔壁の前記リザーバ部側の端部と当該リザーバ部との間の距離が前記流路形成基板の厚さより短いことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項６】
請求の範囲１〜５の何れかにおいて、前記圧電素子は、無機絶縁材料からなる絶縁膜によって覆われていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項７】
請求の範囲６において、前記絶縁膜は、Ａｌ２Ｏ３からなることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項８】
請求の範囲１〜７の何れかにおいて、前記リザーバ形成基板には、前記圧電素子に対向する領域に当該圧電素子の運動を阻害しない程度の空間を確保可能な圧電素子保持部が設けられ、且つ前記リザーバ形成基板の前記圧電素子保持部と前記リザーバ部との間の領域が前記流路形成基板との接合部分であることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項９】
請求の範囲８において、前記隔壁の前記リザーバ部側の端部は、前記接合部分に対向する領域内に位置していることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項１０】
請求の範囲８又は９において、前記接合部分の長さが２００μｍ以上であることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項１１】
請求の範囲８〜１０の何れかにおいて、一端が前記圧電素子保持部に連通すると共に他端が大気に開放される大気開放孔を具備することを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項１２】
請求の範囲１〜１１の何れかにおいて、前記流路形成基板の厚さは、１００μｍ以下であることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項１３】
請求の範囲１〜１２の何れかにおいて、前記圧力発生室がシリコン単結晶基板に異方性エッチングにより形成されたものであることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項１４】
請求の範囲１〜１３の何れかの液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、液滴を吐出する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関し、特に、ノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置に関する。
【背景技術】  インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧してノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドが実用化されている。例えば、このようなインクジェット式記録ヘッドとしては、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧電材料層を形成し、この圧電材料層をリソグラフィ法により圧力発生室に対応する形状に切り分けて各圧力発生室毎に独立するように圧電素子を形成したものがある。このような圧電素子は、水分（湿気）等の外部環境に起因して破壊され易いという問題がある。例えば、圧力発生室の共通の液体室であるリザーバには、水分を含むインクが充填されているため、このリザーバと圧電素子との間の距離をある程度確保する必要がある。
ここで、例えば、特開２０００−２９６６１６号公報には、このような圧電素子の破壊を防止する構造として、圧力発生室が形成される流路形成基板に、圧電素子保持部を有するリザーバ形成基板を接合し、この圧電素子保持部内に圧電素子を密封するようにした構造が開示されている。具体的には、ノズル開口に連通する複数の圧力発生室が設けられた流路形成基板と、各圧力発生室内に圧力変化を生じさせる圧電素子と、圧力発生室の共通の液体室であるリザーバの少なくとも一部を構成するリザーバ部が設けられたリザーバ形成基板と、流路形成基板の他方面側に接合されたノズル開口を有するノズルプレートとを有する。そして、リザーバ形成基板の圧電素子に対向する領域には、圧電素子の運動を阻害しない程度の空間を確保した状態で、その空間を密封可能な圧電素子保持部が設けられている。なお、各圧力発生室の長手方向一端部側には、リザーバ内のインクを各圧力発生室に供給するためのインク供給路が設けられている。
しかしながら、上述した圧電素子を圧電素子保持部内に形成したヘッドの構造においても、リザーバ内のインクに含まれる水分が流路形成基板とリザーバ形成基板との接合部分を透過して圧電素子保持部内に浸入して圧電素子が破壊されてしまう虞がある。したがって、何れにしても、圧電素子とリザーバ部との間の距離、具体的には、圧電素子保持部とリザーバとの間の接合部分の長さを十分に確保する必要がある。これに対し、インク供給特性を向上するには、インク供給路の長さを短くする必要がある。このため、圧電素子保持部とリザーバとの間の接合部分を十分に確保しようとすると、インク供給路とリザーバとの間に圧力発生室の並設方向に亘って流路形成基板のみで構成される空間が形成される。
このような構造のインクジェット式記録ヘッドでは、インク吐出の際、圧力発生室内に圧力変化を生じさせる関係上、インク吐出と共に圧力発生室内のインクがインク供給路を介してリザーバ側に流出する。このため、各インク供給路とリザーバとの間に流路形成基板のみで構成される空間が存在すると、各圧力発生室からリザーバ側に流出するインクは、その空間内で圧力発生室の並設方向（ノズルの並設方向）及び圧力発生室の長手方向（ノズルの並設方向と直交する方向）の両方向に流れる。このため、隣接する圧力発生室から流出したインクの流れが干渉して、いわゆるクロストークが発生し、安定したインク吐出特性が得られないという問題がある。
なお、インク供給路の長さにあわせて、圧電素子保持部とリザーバとの間の接合部分を短くすると、流路形成基板とリザーバ形成基板との接合面積が小さくなり、十分な接合強度が得られない。また、圧電素子保持部とリザーバとの間の接合部分を確保するために、インク供給路を比較的長くすると、インク供給路の断面積が実質的に大きくなり、メニスカスの減衰特性が低下して、高速駆動が不可能となるという問題もある。
なお、このような各問題は、インクを吐出するインクジェット式記録ヘッドだけでなく、勿論、インク以外の液体を噴射する他の液体噴射ヘッドにおいても、同様に存在する。
【発明の開示】
本発明は、このような事情に鑑み、クロストークの発生を防止でき且つ安定した液体吐出特性を得ることができる液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供することを目的とする。
上記目的を解決する本発明の第１の態様は、ノズル開口に連通する複数の圧力発生室が並設された流路形成基板と、該流路形成基板に振動板を介して設けられた下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子と、前記流路形成基板の前記圧電素子側の面に接合されて各圧力発生室の共通の液体室であるリザーバの一部を構成するリザーバ部が設けられたリザーバ形成基板とを具備し、前記リザーバが前記リザーバ部と前記流路形成基板に設けられた連通部とから構成され、前記圧力発生室の幅方向両側の隔壁が前記リザーバ部の前記圧力発生室側の端部近傍まで延設されることで、前記圧力発生室に連通して当該圧力発生室の幅より小さい幅を有する液体供給路と、この液体供給路と前記連通部とを連通すると共に前記液体供給路の幅より大きい幅を有する連通路とが、前記隔壁により前記圧力発生室毎に区画して設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第１の態様では、各液体供給路とリザーバとの間のそれぞれに連通路を個別に設けることで、クロストークの発生が防止され、安定した液体吐出特性が得られる。
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記連通路の幅ｗ１と前記圧力発生室の幅ｗ２との関係がｗ１≧ｗ２を満たすことを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第２の態様では、所望の液体供給特性を確保できる。
本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記連通路の幅ｗ１と前記液体供給路の幅ｗ３との関係がｗ１≧２×ｗ３を満たすことを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第３の態様では、所定の大きさの連通路とすることで、所望の液体供給特性を確保できる。
本発明の第４の態様は、第１〜３の何れかの態様において、前記連通路の長さが前記流路形成基板の厚さ以上であることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第４の態様では、所定の長さ以上の連通路を設けることで、クロストークの発生がより効果的に防止される。
本発明の第５の態様は、第１〜４の何れかの態様において、前記隔壁の前記リザーバ部側の端部と当該リザーバ部との間の距離が前記流路形成基板の厚さより短いことを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第５の態様では、リザーバ部の圧力発生室側の端部近傍まで隔壁のリザーバ部側の端部が延設されるため、クロストークの発生が防止される。
本発明の第６の態様は、第１〜５の何れかの態様において、前記圧電素子は、無機絶縁材料からなる絶縁膜によって覆われていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第６の態様では、水分透過率の低い無機絶縁材料からなる絶縁膜によって圧電体層が覆われるため、水分（湿気）に起因する圧電体層（圧電素子）の劣化（破壊）が長期に渡って確実に防止される。
本発明の第７の態様は、第６の態様において、前記絶縁膜は、Ａｌ２Ｏ３からなることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第７の態様では、水分透過率の極めて低い金属酸化物からなる絶縁膜によって圧電素子が覆われるため、外部環境に起因する圧電体層の破壊が確実に防止される。
本発明の第８の態様は、第１〜７の何れかの態様において、前記リザーバ形成基板には、前記圧電素子に対向する領域に当該圧電素子の運動を阻害しない程度の空間を確保可能な圧電素子保持部が設けられ、且つリザーバ形成基板の前記圧電素子保持部と前記リザーバ部との間の領域が前記流路形成基板との接合部分であることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第８の態様では、流路形成基板とリザーバ形成基板との接合部分のリザーバ部側の境界近傍まで隔壁を延設することにより、両基板の剛性が確保され、且つ、液体供給路と連通部との間に連通路を個別に設けることで、クロストークの発生が防止される。
本発明の第９の態様は、第８の態様において、前記隔壁の前記リザーバ部側の端部は、前記接合部分に対向する領域内に位置していることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第９の態様では、隔壁の端部が連通部内に突出することでリザーバを形成する際の障害となるのを確実に防止できる。
本発明の第１０の態様は、第８又は９の態様において、前記接合部分の長さが２００μｍ以上であることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第１０の態様では、流路形成基板の圧力発生室の長手方向一端部側にあるリザーバ形成基板との接合部分の長さを所定量以上とすることで、リザーバ内の液体に含まれる水分が圧電素子保持部内に実質的に透過することはなく、圧電素子の破壊が防止される。また、流路形成基板とリザーバ形成基板との剛性が高められる。
本発明の第１１の態様は、第８〜１０の何れかの態様において、一端が前記圧電素子保持部に連通すると共に他端が大気に開放される大気開放孔を具備することを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第１１の態様では、圧電素子保持部が大気開放孔を介して大気に開放されるため、圧電素子保持部内に結露が生じることはなく、この結露に起因する圧電素子の破壊が確実に防止される。
本発明の第１２の態様は、第１〜１１の何れかの態様において、前記流路形成基板の厚さは、１００μｍ以下であることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第１２の態様では、隣接する圧力発生室間の隔壁の剛性を保ちつつ、圧力発生室を比較的高密度に配列することができる。
本発明の第１３の態様は、第１〜１２の何れかの態様において、前記圧力発生室がシリコン単結晶基板に異方性エッチングにより形成されたものであることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第１３の態様では、高密度のノズル開口を有する液体噴射ヘッドを比較的容易に製造することができる。
本発明の第１４の態様は、第１〜１３の何れかの態様の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。
かかる第１４の態様では、液体吐出特性が実質的に安定し且つ信頼性を向上した液体噴射装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】  第１図は、実施形態１に係るヘッドの分解斜視図である。
第２図は、実施形態１に係るヘッドの平面図及び断面図である。
第３図は、実施形態１に係るヘッドの流路構造を示す断面図である。
第４図は、実施形態１に係る他のヘッドの断面図である。
第５図は、同時吐出数とクロストーク率との関係を示す図である。
第６図は、実施形態１に係るヘッドの製造工程を示す断面図である。
第７図は、実施形態１に係るヘッドの製造工程を示す断面図である。
第８図は、記録ヘッドの一例を示す概略図である。
本発明を実施するための最良の形態
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
第１図は、実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図であり、第２図は、第１図の概略平面図及びそのＡ−Ａ’断面図である。図示するように、流路形成基板１０は、本実施形態では面方位（１１０）のシリコン単結晶基板からなり、その両面には予め熱酸化により形成した二酸化シリコンからなる弾性膜５０、及び後述する圧力発生室を形成する際にマスクとして用いられるマスクパターン５１が設けられている。
この流路形成基板１０には、その他方面側から異方性エッチングすることにより、複数の隔壁１１によって区画された圧力発生室１２が幅方向に並設され、つまり、ノズルの並設方向と平行して配列され、且つその長手方向（ノズルの並設方向と直交する方向）の一端部側には、圧力発生室１２と共に、インク供給路１４と、連通路１００と、各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１１０の一部を構成する連通部１３とが形成されている。
インク供給路１４は、圧力発生室１２の長手方向一端部側に連通し且つ圧力発生室１２より小さい断面積を有する。例えば、本実施形態では、インク供給路１４は、リザーバ１１０と各圧力発生室１２との間の圧力発生室１２側の流路を幅方向に絞ることで、圧力発生室１２の幅より小さい幅で形成されている。なお、このように、本実施形態では、流路の幅を片側から絞ることでインク供給路１４を形成したが、流路の幅を両側から絞ることでインク供給路を形成してもよい。また、各連通路１００は、圧力発生室１２の幅方向両側の隔壁１１を連通部１３側に延設してインク供給路１４と連通部１３との間の空間を区画することで形成されている。なお、連通路１００については、詳しく後述する。
ここで、異方性エッチングは、シリコン単結晶基板のエッチングレートの違いを利用して行われる。例えば、本実施形態では、シリコン単結晶基板をＫＯＨ等のアルカリ溶液に浸漬すると、徐々に侵食されて（１１０）面に垂直な第１の（１１１）面と、この第１の（１１１）面と約７０度の角度をなし且つ上記（１１０）面と約３５度の角度をなす第２の（１１１）面とが出現し、（１１０）面のエッチングレートと比較して（１１１）面のエッチングレートが約１／１８０であるという性質を利用して行われる。かかる異方性エッチングにより、二つの第１の（１１１）面と斜めの二つの第２の（１１１）面とで形成される平行四辺形状の深さ加工を基本として精密加工を行うことができ、圧力発生室１２を高密度に配列することができる。
本実施形態では、各圧力発生室１２の長辺を第１の（１１１）面で、短辺を第２の（１１１）面で形成している。この圧力発生室１２は、流路形成基板１０をほぼ貫通して弾性膜５０に達するまでエッチングすることにより形成されている。ここで、弾性膜５０は、シリコン単結晶基板をエッチングするアルカリ溶液に侵される量がきわめて小さい。
このような流路形成基板１０の厚さは、圧力発生室１２の配列密度に合わせて最適な厚さを選択すればよく、圧力発生室１２の配列密度が、例えば、１インチ当たり１８０個（１８０ｄｐｉ）程度であれば、流路形成基板１０の厚さは、２２０μｍ程度であればよいが、例えば、２００ｄｐｉ以上と比較的高密度に配列する場合には、流路形成基板１０の厚さは１００μｍ以下、特に７０μｍと比較的薄くするのが好ましい。これは、隣接する圧力発生室１２間の隔壁１１の剛性を保ちつつ、配列密度を高くできるからである。
また、流路形成基板１０の開口面側には、ノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が接合されている。このようなノズルプレート２０は、厚さが例えば、０．０５〜１ｍｍで、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板又は不錆鋼などからなる。ノズルプレート２０は、一方の面で流路形成基板１０の一面を全面的に覆い、流路形成基板１０を衝撃や外力から保護する補強板の役目も果たす。ここで、インク滴吐出圧力をインクに与える圧力発生室１２の大きさと、インク滴を吐出するノズル開口２１の大きさとは、吐出するインク滴の量、吐出スピード、吐出周波数に応じて最適化される。例えば、１インチ当たり３６０個のインク滴を記録する場合、ノズル開口２１は数十μｍの直径で精度よく形成する必要がある。
一方、流路形成基板１０の開口面とは反対側には、厚さが例えば、約１．０μｍの弾性膜５０の上に、厚さが例えば、０．４μｍの絶縁体膜５５を介して、厚さが例えば、約０．２μｍの下電極膜６０と、厚さが例えば、約１．０μｍの圧電体層７０と、厚さが例えば、約０．０５μｍの上電極膜８０とが、後述するプロセスで積層形成されて、圧電素子３００を構成している。ここで、圧電素子３００は、下電極膜６０、圧電体層７０、及び上電極膜８０を含む部分をいう。一般的には、圧電素子３００の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層７０を各圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。そして、ここではパターニングされた何れか一方の電極及び圧電体層７０から構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部という。本実施形態では、下電極膜６０を圧電素子３００の共通電極とし、上電極膜８０を圧電素子３００の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。何れの場合においても、圧力発生室毎に圧電体能動部が形成されていることになる。また、ここでは、圧電素子３００と当該圧電素子３００の駆動により変位が生じる振動板とを合わせて圧電アクチュエータと称する。なお、上述した例では、弾性膜５０、絶縁体膜５５及び下電極膜６０が振動板として作用する。
圧電体層７０の材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電性圧電性材料に、ニオブ、ニッケル、マグネシウム、ビスマス又はイッテルビウム等の金属を添加したリラクサ強誘電体等を用いてもよい。その組成は、圧電素子の特性、用途等を考慮して適宜選択すればよいが、例えば、ＰｂＴｉＯ３（ＰＴ）、ＰｂＺｒＯ３（ＰＺ）、Ｐｂ（ＺｒｘＴｉ１−ｘ）Ｏ３（ＰＺＴ）、Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＭＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＺＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｎｉ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＮＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｉｎ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＩＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｓｃ１／３Ｔａ１／２）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＳＴ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｓｃ１／３Ｎｂ１／２）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＳＮ−ＰＴ）、ＢｉＳｃＯ３−ＰｂＴｉＯ３（ＢＳ−ＰＴ）、ＢｉＹｂＯ３−ＰｂＴｉＯ３（ＢＹ−ＰＴ）等が挙げられる。
そして、このような圧電体層７０で構成される圧電素子３００の個別電極である各上電極膜８０の一端部には、例えば、金（Ａｕ）等からなり一端が後述する貫通孔３３に対応する領域にまで延設されたリード電極９０が接続されている。また、圧電素子３００は、無機絶縁材料からなる絶縁膜２００によって覆われている。例えば、本実施形態では、圧電素子３００を構成する各層及びリード電極９０のパターン領域が、下電極膜６０及びリード電極９０の図示しない駆動ＩＣと接続配線を介して接続される接続部６０ａ、９０ａに対向する領域を除いて、絶縁膜２００によって覆われている。すなわち、パターン領域の下電極膜６０、圧電体層７０、上電極膜８０及びリード電極９０の表面（上面及び端面）が絶縁膜２００によって覆われている。
ここで、このような絶縁膜２００の材料としては、無機絶縁材料であれば、特に限定されず、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）等が挙げられるが、好適には酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を用いるのがよい。特に、酸化アルミニウムを用いた場合、絶縁膜２００が、１００ｎｍ程度の薄膜で形成されていても、高湿度環境下での水分透過を十分に防ぐことができる。なお、絶縁膜の材料として、例えば、樹脂等の有機絶縁材料を用いるとなると、上記無機絶縁材料の絶縁膜と同程度の薄さでは、水分透過を十分に防ぐことができない。また、水分透過を防ぐために絶縁膜の膜厚を厚くすると、圧電素子の運動を妨げるという事態を招く虞がある。
このような無機絶縁材料からなる絶縁膜２００は、薄膜でも水分の透過性が極めて低いため、この絶縁膜２００によって、下電極膜６０、圧電体層７０、上電極膜８０及びリード電極９０の表面を覆うことにより、圧電体層７０の水分（湿気）に起因する破壊を防止することができる。また、接続部６０ａ，９０ａを除いて、圧電素子３００を構成する各層及びリード電極９０の表面を覆うようにすることで、これらの層と絶縁膜２００との間から水分が侵入した場合でも、圧電体層７０まで水分が達するのを防ぐことができ、圧電体層７０の水分に起因する破壊をより確実に防止することができる。
また、圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上には、リザーバ形成基板３０が接合されている。そして、このリザーバ形成基板３０には、リザーバ１１０の一部を構成するリザーバ部３２が、各圧力発生室１２の長手方向外側に設けられている。このリザーバ部３２は、本実施形態では、リザーバ形成基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２の幅方向に亘って形成されており、弾性膜５０、及び絶縁体膜５５に設けられた貫通部を介して流路形成基板１０の連通部１３と連通され、各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１１０をそれぞれ構成している。なお、このようなリザーバ形成基板３０の厚さは、例えば、２００〜４００μｍである。
また、このようなリザーバ形成基板３０には、本実施形態では、圧電素子３００に対向する領域にその運動を阻害しない程度の空間を確保可能な圧電素子保持部３１が設けられている。すなわち、圧電素子３００は、圧電素子保持部３１内に形成されている。
さらに、本実施形態では、このリザーバ形成基板３０には、一端が圧電素子保持部３１に連通すると共に他端が大気に開放される大気開放孔３１ａが設けられている。すなわち、圧電素子保持部３１は、圧電素子３００を密封することなく、大気開放孔３１ａによって大気に開放される。これにより、圧電素子保持部３１内に結露が生じるのを防止でき、この結露に起因する圧電素子３００の破壊を確実に防止できる。なお、このような大気開放孔３１ａの他端は、例えば、リザーバ形成基板３０の圧電素子保持部３１側とは反対側の面上に設けられた配線やこの配線上に実装される駆動ＩＣ等と干渉しない領域で大気に開放される。
また、このようなリザーバ形成基板３０のリザーバ１１０と流路形成基板１０の各圧力発生室１２とは、インク供給路１４及び連通路１００を介してそれぞれ連通している。ここで、第３図を参照して連通路１００について詳述する。なお、第３図は、実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの流路構造を示す断面図である。第３図に示すように、連通路１００は、各インク供給路１４と連通部１３との間に各圧力発生室１２毎にそれぞれ独立して設けられ、インク供給路１４と共に各圧力発生室１２とリザーバ１１０との間の個別の流路を構成している。
具体的には、リザーバ部３２の圧力発生室１２側の端部近傍まで、圧力発生室１２の幅方向両側の隔壁１１が延設されている。すなわち、本実施形態では、圧力発生室１２の幅方向両側の隔壁１１が、流路形成基板１０とリザーバ形成基板３０との接合部分のリザーバ部３２側の端部近傍まで延設されている。そして、このように各隔壁１１を延設することにより、各インク供給路１４と連通部１３とのそれぞれの間に壁部１１ａが形成され、この壁部１１ａによりインク供給路１４と連通部１３との間の空間が区画されることにより各連通路１００が形成されている。
また、連通路１００の幅は、比較的広く形成することが好ましく、例えば、連通路１００の幅ｗ１と圧力発生室１２の幅ｗ２との関係が、ｗ１≧ｗ２を満たしていることが望ましい。さらに、連通路１００の幅ｗ１とインク供給路１４の幅ｗ３との関係が、ｗ１≧２×ｗ３を満たしていることが望ましい。このように、連通路１００を所定の大きさに設けることで、所望のインク供給特性を得ることができる。ここで、インクとしては、使用環境が約１０〜４０℃の温度範囲において、粘度が約２．０〜１２．０ｍＰａ・ｓｅｃの範囲内のものを使用する。具体的には、通常のインクとしては、粘度が約２．０〜６．５ｍＰａ・ｓｅｃの範囲内のものが挙げられ、高粘度である顔料インクとしては、粘度が約８〜１１ｍＰａ・ｓｅｃの範囲内のものが挙げられる。
このように本実施形態では、流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向一端部にあるリザーバ形成基板３０との接合部分に対向する領域、具体的には、各インク供給路１４とリザーバ１１０との間に、壁部１１ａによって圧力発生室１２毎に独立して連通路１００を所定幅で設けるようにしたので、インク吐出の際、隣接するインク供給路１４からリザーバ１１０側へ流出するインク同士が干渉することがなく、クロストークの発生を防止できる。したがって、隣接するノズル開口２１からインク滴を吐出させるか否かに関係なく、安定したインク吐出特性を得ることができる。また、クロストークを発生させることなくインク供給路１４を短くすることができ、メニスカスの減衰特性を実質的に高めてヘッドの高速駆動を実現することも可能となる。
また、本発明では、壁部１１ａを所定の長さ以上に設けることで、連通路１００の長さＬ１（第３図参照）を所定の長さ以上とするのが好ましく、具体的には、連通路１００の長さを流路形成基板１０の厚さ以上とするのが好ましい。なお、連通路１００の長さＬ１は、連通路１００の幅ｗ１を確保する領域に対応している。これにより、インク吐出の際、隣接するインク供給路１４からリザーバ１１０側へ流出するインク同士が、連通路１００に沿ってリザーバ１１０にそれぞれ個別に流出するため相互に干渉することがなく、クロストークの発生を有効に防止することができる。例えば、本実施形態では、流路形成基板１０の厚さを約７０μｍとし、連通路１００の長さを約１００μｍとした。なお、このように連通路１００の長さを流路形成基板１０の厚さ以上とすることで、詳細は後述するが、リザーバ形成基板３０の圧電素子保持部３１とリザーバ部３２との間の流路形成基板１０との接合部分の長さＬを十分に確保することができる。
ここで、圧電素子保持部３１とリザーバ１１０との間の流路形成基板１０とリザーバ形成基板３０との接合部分の長さＬ（第２図参照）は、２００μｍ以上であることが好ましい。これにより、圧電素子保持部３１とリザーバ部３２との距離を確保でき、リザーバ１１０内のインクに含まれる水分が圧電素子保持部３１内へ侵入するのを防止でき、水分によって圧電素子３００が破壊されるのを確実に防止することができる。また、流路形成基板１０とリザーバ形成基板３０との接合面積が大きくなるので、両基板の剛性を十分に確保でき、ヘッドの耐久性を向上できるという効果もある。
なお、連通路１００を形成する壁部１１ａのリザーバ部３２側の端部は、流路形成基板１０とリザーバ形成基板３０とが接合される接合部分に対向する領域内に位置していることが好ましい。壁部１１ａの端部が連通部１３内に突出していると、後述する製造プロセスにおいて、連通部１３とリザーバ部３２とを隔てる弾性膜５０及び絶縁体膜５５を破ってリザーバ１１０を形成する際の障害となるからである。
また、本発明では、隔壁１１（壁部１１ａ）のリザーバ部３２側の端部とそのリザーバ部３２との距離を小さくするのが好ましい。具体的には、第４図に示すように、隔壁１１のリザーバ部３２側の端部とそのリザーバ部３２との間の距離Ｓを流路形成基板１０の厚さより短くするのが好ましい。これにより、リザーバ部３２の圧力発生室１２側の端部近傍まで隔壁１１が延設され、インク供給路１４と連通部１３（リザーバ１１０）との間の空間、具体的には、流路形成基板１０のみで構成され圧力発生室１２の幅方向に広がる空間を壁部１１ａによって区画して小さくできるため、隣り合う連通路１００Ａから流出するインク同士の干渉を低減でき、クロストークの発生を防止できる。
また、リザーバ形成基板３０のリザーバ部３２とは反対側の領域には、リザーバ形成基板３０を厚さ方向に貫通した貫通孔３３が設けられている。そして、各圧電素子３００から引き出されたリード電極９０は、その端部近傍が貫通孔３３内で露出されている。このようなリザーバ形成基板３０としては、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラス、セラミック材料等を用いることが好ましく、本実施形態では、流路形成基板１０と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成した。
なお、リザーバ形成基板３０のリザーバ部３２に対応する領域には、封止膜４１及び固定板４２からなるコンプライアンス基板４０が接合されている。ここで、封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料（例えば、厚さが６μｍのポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルム）からなり、この封止膜４１によってリザーバ部３２の一方面が封止されている。また、固定板４２は、金属等の硬質の材料（例えば、厚さが３０μｍのステンレス鋼（ＳＵＳ）等）で形成される。この固定板４２のリザーバ１１０に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部４３となっているため、リザーバ１１０の一方面は可撓性を有する封止膜４１のみで封止されている。
以上説明した本実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、図示しないインク供給手段からインクを取り込み、リザーバ１１０からノズル開口２１に至るまで内部をインクで満たした後、図示しない駆動ＩＣからの駆動信号に従い、圧力発生室１２に対応するそれぞれの下電極膜６０と上電極膜８０との間に駆動電圧を印加し、弾性膜５０、絶縁体膜５５及び圧電素子３００を変位させることにより、各圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口２１からインク滴が吐出する。
（試験例）
ここで、連通路を設けたヘッド（実施例）と、連通路を設けずインク供給路とリザーバとの間に各圧力発生室の並設方向に亘って流路形成基板のみで構成される空間を設けたヘッド（比較例）とを用意し、両者のクロストーク率（％）を比較する試験を行った。具体的には、基準となる一つのノズル（基準ノズル）を決め、この基準ノズルのみからインクを吐出させた時の吐出速度を基準値「０」（ゼロ）とし、基準ノズルとその両側のノズルから同時にインクを吐出させた時に基準ノズルから吐出されるインク滴の吐出速度を測定した。そして、同時にインク吐出させるノズル数を２つずつ増加させながら、基準ノズルにおける吐出速度の推移（変化率）を調べた。その結果を第５図に示す。なお、第５図では、基準ノズルにおける吐出速度の変化率をクロストーク率（％）として示す。
第５図に示すように、比較例のヘッドは、同時吐出数が２０個程度になると、基準ノズルにおける吐出速度の増加率、すなわち、クロストーク率が２０％程度まで増加し、最終的には２５％近くまで増加している。これに対し、実施例のヘッドは、同時吐出数が２０個程度になると、比較例と同じ推移で１５％程度まで増加しているが、その後は２０％より小さい範囲内で安定して推移している。この結果から明らかなように、実施例のヘッドは、比較例のヘッドと比べて、クロストーク率が相対的に１０％程度低下していることが分かった。したがって、実施例のヘッドのように、連通路を設けることで、インク吐出の際、クロストークの発生を低減できる。
以上、本発明のインクジェット式記録ヘッドの一例について説明したが、その製造方法については特に限定されるものではない。なお、以下に、第６図及び第７図を参照して、本実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの製造方法の一例を説明する。第６図及び第７図は圧力発生室１２の長手方向の断面図である。
まず、第６図（ａ）に示すように、流路形成基板１０となるシリコン単結晶基板のウェハを約１１００℃の拡散炉で熱酸化して、各面に弾性膜５０を形成した後、第６図（ｂ）に示すように、この弾性膜５０上に酸化ジルコニア等からなる絶縁体膜５５を形成する。次に、第６図（ｃ）に示すように、例えば、白金とイリジウムとからなる下電極膜６０を絶縁体膜５５の全面に形成後、所定形状にパターニングする。次に、第６図（ｄ）に示すように、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電体層７０と、例えば、イリジウムからなる上電極膜８０とを順次積層し、これらを同時にパターニングして圧電素子３００を形成する。
次いで、第７図（ａ）に示すように、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０を流路形成基板１０の全面に亘って形成すると共に、各圧電素子３００毎にパターニングする。以上が膜形成プロセスである。次に、第７図（ｂ）に示すように、無機絶縁材料、本実施形態では、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）からなる絶縁膜２００を形成すると共に所定形状にパターニングする。すなわち、絶縁膜２００を流路形成基板１０の全面に形成し、その後、下電極膜６０の接続部６０ａ及びリード電極９０の接続部９０ａに対向する領域の絶縁膜２００を除去する。なお、本実施形態では、接続部６０ａ，９０ａに対向する領域と共に、圧電素子３００を構成する各層及びリード電極９０のパターン領域以外も除去するようにしている。勿論、絶縁膜２００は、接続部６０ａ，９０ａに対向する領域のみが除去されていてもよい。何れにしても、絶縁膜２００は、下電極膜６０の接続部６０ａ及びリード電極９０の接続部９０ａを除いて、圧電素子３００を構成する各層及びリード電極９０のパターン領域を覆うように形成されていればよい。また、絶縁膜２００の除去方法は、特に限定されないが、例えば、イオンミリング等のドライエッチングを用いることが好ましい。これにより、絶縁膜２００を選択的に良好に除去することができる。
次に、第７図（ｃ）に示すように、流路形成基板１０の圧電素子３００側に接着剤を介して予め圧電素子保持部３１、リザーバ部３２等が形成されたリザーバ形成基板３０を接合する。なお、このようなリザーバ形成基板３０には、後述するプロセスにて、流路形成基板１０を異方性エッチングして圧力発生室１２等を形成する際に、各圧電素子３００をアルカリ溶液から保護するという役割もある。
その後は、前述したアルカリ溶液によるシリコン単結晶基板（流路形成基板１０）の異方性エッチングを行い、圧力発生室１２、連通部１３及びインク供給路１４、連通路１００を形成する。具体的には、第７図（ｄ）に示すように、流路形成基板１０のリザーバ形成基板３０との接合面とは反対側の面にマスクパターン５１を形成した後、このマスクパターン５１を介して流路形成基板１０を異方性エッチングすることにより、圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１００を形成する。なお、このように異方性エッチングを行う際には、リザーバ形成基板３０の表面を保護フィルム等で封止した状態で行う。また、このとき、リザーバ部３２と連通部１３との境界にある弾性膜５０及び絶縁体膜５５を破ってリザーバ１１０を形成する。このように、本実施形態では、インク供給路１４等を流路形成基板１０の厚さ方向に貫通して設けることができるため、マスクパターン５１を高精度にパターニングすれば、インク供給路１４や連通路１００等を高精度に形成できる。したがって、安定したインク吐出特性が得られる。
次いで、流路形成基板１０のリザーバ形成基板３０とは反対側の面にノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０を接合する。なお、その後、リザーバ形成基板３０上にコンプライアンス基板４０を接合すると共に、リザーバ形成基板３０上に駆動ＩＣを実装し、下電極膜６０及び各リード電極９０の接続部６０ａ，９０ａと駆動ＩＣとをボンディングワイヤからなる接続配線によって接続することで、各圧電素子３００と駆動ＩＣとを電気的に接続する。このようにしてリザーバ形成基板３０に駆動ＩＣを実装した後は、流路形成基板１０、リザーバ形成基板３０等の各基板をチップサイズに分割することにより、第１図に示すような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドとする。
（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、勿論、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、流路を幅方向に絞ることでインク供給路１４を形成したが、これに限定されず、流路形成基板の厚さ方向に流路を絞ることでインク供給路を形成してもよい。なお、この場合には、インク供給路は、例えば、流路形成基板を厚さ方向に異方性エッチング（ハーフエッチング）することにより形成される。
また、上述した実施形態では、圧電素子３００をリザーバ形成基板３０の圧電素子保持部３１内に形成したが、これに限定されず、圧電素子保持部３１を設けなくてもよい。この場合でも、圧電素子３００及びリード電極９０の表面は、無機絶縁材料からなる絶縁膜２００によって覆われているため、水分（湿気）に起因する圧電体層７０の破壊は、確実に防止される。
さらに、上述した実施形態では、圧電素子３００を絶縁膜２００によって覆うようにしたが、これに限定されず、圧電素子を絶縁膜によって覆わなくてもよい。
さらに、上述の実施形態では、リザーバ形成基板３０に一端が圧電素子保持部３１に連通すると共に他端が大気に開放される大気開放孔３１ａを設けて圧電素子保持部３１を大気開放したが、これに限定されず、大気開放孔を設けずに圧電素子保持部を密封してもよい。この場合、大気開放孔からの水分（湿気）に起因する圧電素子の破壊は、確実に防止される。
また、上述の実施形態では、成膜及びリソグラフィプロセスを応用して製造される薄膜型のインクジェット式記録ヘッドを例にしたが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、グリーンシートを貼付する等の方法により形成される厚膜型のインクジェット式記録ヘッドにも本発明を採用することができる。
さらに、これら各実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。第８図は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。第８図に示すように、インクジェット式記録ヘッドを有する記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａ及び２Ｂが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。
そして、駆動モータ６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ローラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８上を搬送されるようになっている。
なお、上述した実施形態では、液体噴射ヘッドとしてインクを吐出するインクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置を一例として説明したが、本発明は、広く液体噴射ヘッド及び液体噴射装置全般を対象としたものである。液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（面発光ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等を挙げることができる。
【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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【国際調査報告】
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