(57)【要約】【課題】振動板の割れを防ぎ、液体吐出ヘッドの耐久性を向上させる。【解決手段】上電極６ａ、ＰＺＴ膜６ｂ、下電極６ｃからなる圧電駆動部６を積層した振動板７は、Ｔｉ、Ａｕ膜からなる接合用薄膜８ａ、８ｂを有する接合部８によって、吐出口２に連通する個別液室５を有するＳｉ基体３に接合される。接合部８の振動板側の接合用薄膜８ａは、個別液室５の内周に沿って個別液室内に延在する延在部８ｃを有する。延在部８ｃのＡｕ膜によって個別液室５の内周が補強されるため、個別液室５の周縁において振動板７に割れが発生するのを防ぐことができる。【選択図】図１
2007152802.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出する吐出口と連通する液室を有する第１の構造体と、前記液室の容積を変化させるための振動板および該振動板に設けられた駆動手段を備えた第２の構造体と、前記第１および前記第２の構造体の間に介在して前記第１および前記第２の構造体同士を接合するための接合用薄膜と、を有し、
前記接合用薄膜は、前記第１および前記第２の構造体の前記接合がなされた接合部から前記液室の内部に延在することを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記接合用薄膜は、ＡｕまたはＡｕ合金層を有することを特徴とする請求項１記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記接合用薄膜は、Ｔｉ層を有することを特徴とする請求項１記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記接合の少なくとも一部は、前記接合用薄膜を用いた金属間接合によるものであることを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
前記接合の少なくとも一部は、前記接合用薄膜の加熱および加圧によるＡｕ−Ａｕ接合法が用いられていることを特徴とする請求項２ないし４いずれか１項記載の液体吐出ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴を吐出する吐出口とこれに連通する個別液室を備え、この個別液室の一部を構成する振動板に変位を与えることにより液滴を吐出させる液体吐出ヘッドに関するものである。
【０００２】
本発明の液体吐出ヘッドは、紙、布、革、不織布、ＯＨＰシート等に印刷する記録装置や、基板、板材等の固体物に液体を付着させるパターニング装置や塗布装置等に適用可能である。
【背景技術】
【０００３】
従来よりインクジェット方式等の液体吐出装置は、低騒音、低ランニングコスト、装置の小型化およびカラー化が容易である等の理由から、プリンタやファクシミリ等の記録装置に広く内蔵されている。また特に圧電アクチュエータ等を用いる液体吐出ヘッドは、吐出させる液体の選択自由度の高さから、デバイス製造向けのパターニング装置としての用途も拡大しつつある。
【０００４】
図７は、特許文献１等に開示された一従来例による液体吐出ヘッドの構成を示すもので、振動板１００７の上に、下電極１００６ｃ、ＰＺＴ膜１００６ｂ、上電極１００６ａを設けパターニングして圧電駆動部１００６を形成する。振動板１００７および圧電駆動部１００６からなる積層体は、Ｓｉ基体１００３に個別液室１００５、共通液室、オリフィス連通口等を形成したものを、有機樹脂接着層１００８を介して貼り合わせる。最後に、Ｓｉ基体１００３のもう一方の面に吐出口１００２を有するノズルプレート１００１を同様に有機樹脂接着層１００９を介して貼り合わせることにより液体吐出ヘッドが形成されている。
【０００５】
圧電アクチュエータを用いる液体吐出ヘッドにおいて、液体が吐出口から吐出される過程を詳細に見ると、まず電気信号の投入により個別液室の一部を構成する振動板に、時間とともに推移する変位を与える。これによって、個別液室の容積を収縮または膨張させる容積制御を実施することにより、液柱状態で液体が外界へ伸び、突き出しはじめる。その後表面張力によって複数の液滴に分離しながら記録ギャップ（液体吐出ヘッドと被記録媒体間）を飛翔している。
【０００６】
一方、記録装置、パターニング装置いずれの用途としても、ノズル（吐出口）並びの高解像度化、吐出液滴の微量化が進められている。またあわせて液滴着弾精度の高精度化が図られている。このうち、高解像度化の主な方法としては個別液室の幅を細くすることが検討されている。
【特許文献１】特許第３３７９５３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、個別液室の幅を細くすることによって解像度を高くする場合、特にベンダー型の液体吐出ヘッドでは個別液室の幅が狭くなることにより振動板の曲げ変形およびそれによる振動板変位が充分確保できなくなる。このために、所望の吐出性能（吐出量および吐出速度）を実現するのが難しい。
【０００８】
この対策として振動板の厚みをできる限り薄くすることが検討されている。ところが本発明者の詳細な検討からつぎのような技術課題が明らかになってきた。
【０００９】
検討対象は、振動板に圧電体および電極を形成した、ユニモルフ型（ベンダー型）のピエゾ記録ヘッドと呼ばれる液体吐出ヘッドである。このピエゾ記録ヘッドにて振動板の厚みを変えたものを数種類作成して吐出寿命を比較した。ここでの寿命と判断する基準としては振動板の割れによる振動板部分での液漏れ発生時期とし、その時点までの吐出動作回数で評価した。容易に予想される通り振動板が薄いものほど振動板の割れによる寿命は短かった。
【００１０】
振動板の割れの多くは、図７に示すＳｉ基体１００３と振動板１００７の接合部の、個別液室１００５の外周部に沿った部位に発生する。
【００１１】
本発明は上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、振動板の変位量を充分確保するとともに、振動板を薄くしても、振動板の割れを防止して寿命を延ばすことのできる液体吐出ヘッド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】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明の液体吐出ヘッドは、液体を吐出する吐出口と連通する液室を有する第１の構造体と、前記液室の容積を変化させるための振動板および該振動板に設けられた駆動手段を備えた第２の構造体と、前記第１および前記第２の構造体の間に介在して前記第１および前記第２の構造体同士を接合するための接合用薄膜と、を有し、前記接合用薄膜は、前記第１および前記第２の構造体の前記接合がなされた接合部から前記液室の内部に延在することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
高解像度を得るために、振動板を薄くして変位量を得る構成においては、耐久性低下の問題が発生する。そこで、液室内にＡｕ等の接合用薄膜を延在させ、柔軟性を保ちながら振動板を補強する。これによって、振動板の変位量を充分に確保するとともに耐久性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１および図２に示すように、液体吐出ヘッドである記録ヘッドは、ノズルプレート１に形成された吐出口２と、第１の構造体であるＳｉ基体３に形成された液室である個別液室５と、を有する。上電極６ａ、ＰＺＴ膜６ｂ、下電極６ｃからなる駆動手段である圧電駆動部６と、振動板７と、を有する第２の構造体をＳｉ基体３に接合される。接合部８は、Ｔｉ膜とＡｕ膜からなる接合用薄膜８ａ、８ｂを有し、振動板側の接合用薄膜８ａは、個別液室５の内部へ延在する延在部８ｃを備えている。
【００１６】
図３に示すように、第２の構造体の製造工程においては、まず成膜基板Ｂに上電極６ａ、ＰＺＴ膜６ｂ、下電極６ｃを設けて、振動板７を積層し、その表面にＴｉ、Ａｕ膜を成膜する。Ｔｉ、Ａｕ膜のパターニングは、振動板７にＴｉ、Ａｕ膜を成膜し、その上にフォトレジストを塗布し、所望のパターンを露光、現像することによりレジストパターンを形成する。その後、専用エッチング液を用いて、ウエットエッチング処理した後、フォトレジストを剥離して、接合用薄膜８ａとなるパターンを得る。前述のように、このパターンは、個別液室５の内周に沿ってその内部に延在する延在部８ｃを有する。このように、個別液室５の内周に沿って接合用薄膜８ａの延在部８ｃが入り込むように形成される。
【００１７】
Ｓｉ基体３には、フォトリソ工程を用いて個別液室５、共通液室、オリフィス連通口を形成する。ＳｉのエッチングはＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）を用いたドライエッチングで実施する。そして個別液室５がある側にＴｉ、Ａｕの順で積層したＴｉ、Ａｕ膜からなる接合用薄膜８ｂを設ける。このＳｉ基体３と、前述のように圧電駆動部６および振動板７等を製作した成膜基板Ｂとを、それぞれの接合用薄膜８ｂ、８ａのＡｕ膜が接触するように合わせて、加圧・加熱によりＡｕ−Ａｕ接合する。
【００１８】
このようにして接合されたものは、図７に示した破損部分に当たるところを、接合用薄膜８ａの延在部８ｃで補強している構成となり、しかも、Ａｕ膜自体の柔らかさと膜厚の薄さから、振動板７の変位は充分とれるものである。
【００１９】
次いで、Ｓｉ基体３と、Ｓｉからなるノズルプレート１に吐出口２を設けたものを接着剤９で貼り合わせて記録ヘッドの吐出部が形成される。なお、ノズルプレート１の吐出口２の形成も前述と同様に、フォトリソ工程により、ＳｉのエッチングにはＩＣＰを用いて行う。
【００２０】
このようにして得られた記録ヘッドは、薄い振動板で柔らかく、かつＡｕ膜を用いることにより変位も充分に得られ、所望のインク量を吐出することが可能となる。また、振動板を薄くすることにより生じていた問題である耐久性に関しては、Ａｕ膜を含む接合用薄膜が補強板の役割を果たすため、充分な寿命を確保することができる。
【００２１】
図４は、上記の構成の記録ヘッドを搭載する記録装置（液体吐出装置）を示す。
【００２２】
この装置に給送された被記録媒体Ｐは、媒体搬送手段である送りローラ１０９、１１０によって記録ヘッドユニット１００の記録可能領域へ搬送される。記録ヘッドユニット１００は、２つのガイド軸１０７、１０２によって、それらの延在方向（主走査方向）に沿って移動可能にガイドされており、記録領域を往復走査する。記録ヘッドユニット１００の走査方向が主走査方向であり、被記録媒体Ｐの搬送方向が副走査方向となる。記録ヘッドユニット１００には、複数色のインク液滴を吐出するための記録ヘッドと、それぞれの記録ヘッドにインクを供給するためのインクタンク１０１が搭載されている。この例のインクジェット記録装置における複数色のインクは、ブラック（Ｂｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の４色である。各色の位置は順不同である。
【００２３】
記録ヘッドユニット１００が移動可能な領域の右端の下部には、回復系ユニット１１２が配備されており、非記録動作時に記録ヘッドの吐出口部を回復処理したりする。
【００２４】
本例の場合、ブラック、シアン、マゼンタ、イエローの各色インク（Ｂｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）のインクタンクが全て独立に交換可能な構成となっている。記録ヘッドユニット１００には、Ｂｋのインク液滴、Ｃのインク液滴、Ｍのインク液滴、Ｙのインク液滴を吐出する記録ヘッド群と、Ｂｋ用インクタンク１０１Ｂ、Ｃ用インクタンク１０１Ｃ、Ｍ用インクタンク１０１Ｍ、Ｙ用インクタンク１０１Ｙが搭載される。各インクタンクは記録ヘッド群と接続され、記録ヘッド群の吐出口に連通するノズル流路内にインクを供給する。この例以外にも例えば、各色用のインクタンクを任意の組み合わせで一体構造としてもよい。
【００２５】
この記録装置は、記録ヘッドユニット１００の各記録ヘッドの吐出口に対応して圧電駆動部を配置し、その圧電駆動部に記録情報に対応する駆動信号を印加することによって吐出口から液滴を吐出させる記録方式を採用している。これに電力を供給するための電極配線（不図示）が設けられている。
【実施例】
【００２６】
図１ないし図３に示す構成の記録ヘッドを以下の方法で製作した。
【００２７】
図３に示す成膜基板Ｂである２００μｍ厚のＳｉ上に上電極６ａとしてＰｔとＴｉを成膜する。成膜方法はスパッタリング法を用いた。その後ＰＺＴ膜６ｂを３μｍの膜厚で成膜する。このＰＺＴ膜６ｂも電極同様スパッタリング法を用いた。そして下電極６ｃとして上電極６ａと同様にＰｔ、Ｔｉ膜を設けて、その上に振動板７として機能する薄膜を３μｍ成膜する。この振動板７は候補として色々あるが、代表的なものとしてＳｉＮ膜を用いた。このＳｉＮ膜は成膜方法としてＣＶＤ法を用いて成膜を行った。
【００２８】
その後、接合用薄膜８ａをスパッタリングにより成膜する。接合用の膜としてはＴｉ、Ａｕの積層膜（Ｔｉ、Ａｕ膜）を用いた。このＴｉ膜は密着膜として設けた。そして、Ｔｉ、Ａｕ膜をパターニングする。パターニングにはフォトリソ工程を用いて行った。まず、Ａｕの上にポジ型フォトレジストを１μｍの膜厚に塗布し、専用フォトマスクを用いて露光し、現像することにより所望のレジストパターンを得た。このパターンは、図２に示すように、個別液室内周に沿って内側に入り込む延在部８ｃに相当する部位を有する。その後、ウエットエッチング処理により不用な部分の薄膜を溶解除去する。このエッチングにより、主に個別液室５に位置する部分の接合用薄膜を除去することになる。また、Ａｕのエッチング液としてはヨウ素混合液を、またＴｉについてはＨＦを用いた。
【００２９】
Ｓｉ基体３は以下のように製作した。まず、２００μｍ厚のＳｉ基板上にフォトレジストを塗布する。その後フォトマスクを用いて露光した後、現像、エッチング処理する。フォトマスクには個別液室５を形成するためのパターンが設けてある。またエッチングはＩＣＰにて行った。その後、レジストを剥離し、反対側の面にフォトレジストを塗布する。この面も同様に露光、エッチング、レジスト剥離を行った。マスクパターンは共通液室とオリフィス連通口である。また、エッチングは前回同様ＩＣＰを用いて行った。このようにして形成された個別液室側に、成膜基板側の接合用薄膜８ａと同様のＴｉ、Ａｕ膜である接合用薄膜８ｂを成膜した。
【００３０】
以上の工程により作成された成膜基板ＢとＳｉ基体３とを、接合用薄膜８ａ、８ｂのＡｕ−Ａｕ接合にて貼り合わせする。貼り合わせのアライメントにはＢＡ６（ズースマイクロテック社製品）を用い、接合にはＳＢ６（ズースマイクロテック社製品）を用いた。接合条件は、３０００Ｎの力で押しつけ３００℃で１時間加熱した。
【００３１】
以上の工程により、貼り合わせは終わり、次に成膜基板Ｂの除去を行う。この成膜基板Ｂの除去にはＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）を用いてＳｉ除去を行った。そして最後に、フォトレジストを塗布し、所望のマスクを用いて露光し、現像、エッチング処理を行い所望の電極パターンを得た。
【００３２】
一方、ノズルプレート１の製作は以下のように行った。１００μｍ厚のＳｉ基板にフォトレジストを塗布し、吐出口パターンが設けてあるフォトマスクを用いて露光する。吐出口２の直径は３０μｍとした。その後現像して、基体同様ＩＣＰにてＳｉをドライエッチングすることにより吐出口２を形成した。
【００３３】
以上の工程により得られたノズルプレート１と、Ｓｉ基体３とを接着剤９を介して貼り合わせることにより記録ヘッドを作成した。
【００３４】
このようにして得られた記録ヘッドは、破損の要因となる個別液室内周部をＡｕ膜により補強してあるので、寿命が向上し、かつ、振動板の変位も問題なく確保できるものであった。
【００３５】
（比較例）
図５および図６に示す構成の比較例を、上記の実施例と同様の工程で形成した。実施例と異なる点は、接合用薄膜２８が個別液室５の内部まで入り込まないように形成した点である。すなわち、接合用薄膜２８は個別液室５の周縁まで設けてあるが、その内周には入り込まないように形成されている。
【００３６】
このような構造で作成されたものを実際に駆動してみると、振動板７の変位量は問題なく確保できるが、耐久性に問題があった。従来例と同様に、個別液室５の内周部で振動板７の破損が生じインク漏れを起こすことが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】一実施例に係る記録ヘッドの主要部を示す模式断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿ってとった断面図である。
【図３】図１の装置を製造する工程を説明する図である。
【図４】記録装置の全体を示す斜視図である。
【図５】比較例に係る記録ヘッドの主要部を示す模式断面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ線に沿ってとった断面図である。
【図７】一従来例を示す模式断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１    ノズルプレート
２    吐出口
３    Ｓｉ基体
５    個別液室
６    圧電駆動部
８    接合部
８ａ、８ｂ    接合用薄膜
８ｃ    延在部
【図１】
2007152802.tif 000003
【図２】
2007152802.tif 000004
【図３】
2007152802.tif 000005
【図４】
2007152802.tif 000006
【図５】
2007152802.tif 000007
【図６】
2007152802.tif 000008
【図７】
2007152802.tif 000009