(57)【要約】      （修正有）【課題】液滴吐出特性を比較的容易に均一化することができる液体噴射ヘッドの製造方法を提供する。【解決手段】ノズル開口１３に連通する複数の圧力発生室１１が並設された流路形成基板１２と、流路形成基板上に設けられて圧力発生室の一方側の面を構成する振動板１５と、振動板１５に先端部が当接するように設けられる圧電素子１６とを少なくとも有し、振動板１５の圧力発生室１１の周縁部に対向する領域に薄肉部３０が形成されて振動板１５の各圧力発生室１１に対向する領域内に圧電素子１６の先端部が当接する島部２９が設けられている液体噴射ヘッド１０を製造する際に、各圧力発生室１１に対応する島部２９の長手方向両外側の薄肉部３０の幅をそれぞれ調整することで、各ノズル開口１３から吐出される液滴の吐出特性を均一化する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を吐出する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、該流路形成基板上に設けられて前記圧力発生室の一方側の面を構成する振動板と、該振動板に先端部が当接するように設けられる圧電素子とを少なくとも有し、前記振動板の前記圧力発生室の周縁部に対向する領域に薄肉部が形成されて当該振動板の各圧力発生室に対向する領域内に前記圧電素子の先端部が当接する島部が設けられている液体噴射ヘッドの製造方法であって、
各圧力発生室に対応する前記島部の長手方向両外側の前記薄肉部の幅をそれぞれ調整することで、各ノズル開口から吐出される液滴の吐出特性を均一化することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記振動板が弾性部材からなる弾性膜と該弾性膜を支持する支持板との複合板からなると共に前記振動板の薄肉部が前記支持板の所定領域をエッチングにより除去することで形成されており、前記支持板をエッチングする際に、エッチングに用いるマスクの開口部の大きさを調整することで各圧力発生室に対応する前記薄肉部の幅を均一化することを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記支持板のエッチングが、スプレーエッチングであることを特徴とする請求項２に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記支持板をエッチングする際に、当該複合板の搬送方向に対して直交する方向に配列された複数のスプレーノズルからエッチング液を噴射して当該金属板に吹き付けるようにし、その際に用いる前記マスクの開口部の大きさを前記スプレーノズルの列方向外側ほど大きくなるように調整したことを特徴とする請求項３に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項５】
各圧力発生室に対応する前記薄肉部の幅を、前記薄肉部の幅を調整することなく形成した基準振動板に基づく基準データに基づいて調整することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴を吐出する液体噴射ヘッドの製造方法に関し、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の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液滴を吐出する液体噴射ヘッドとしては、例えば、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ある。このようなインクジェット式記録ヘッドとしては、例えば、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦振動モードの圧電アクチュエータを使用したものが実用化されている。具体的には、例えば、圧力室が形成される第１層の一方面側にノズル開口が形成されたノズルプレートが接合され、他方面側中間層が接合され、圧力発生手段である圧電素子の先端が、この中間層上に設けられる島状部に当接するように設けられたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このようなインクジェット式記録ヘッドでは、ヘッドを構成する各部材の製造過程における寸法誤差等により、各ノズル開口から吐出されるインク滴の吐出速度及び吐出量等の吐出特性にバラツキが生じてしまうという問題がある。このような問題は、各部材の寸法精度を向上すること等である程度防止することができるかもしれないが、完全に防止することは困難である。また、一般的に、各圧電素子に印加する電圧は一定であるため、各圧力発生室に対応する圧電素子の駆動を個々に制御して、吐出特性を均一化することも難しい。
【０００４】
なお、このような問題は、インク滴を吐出するインクジェット式記録ヘッドだけでなく、他の液滴を吐出する液体噴射ヘッドにおいても同様に存在する。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２７７５２４号公報（第１図等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑み、液滴吐出特性を比較的容易に均一化することができる液体噴射ヘッドの製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、液滴を吐出する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、該流路形成基板上に設けられて前記圧力発生室の一方側の面を構成する振動板と、該振動板に先端部が当接するように設けられる圧電素子とを少なくとも有し、前記振動板の前記圧力発生室の周縁部に対向する領域に薄肉部が形成されて当該振動板の各圧力発生室に対向する領域内に前記圧電素子の先端部が当接する島部が設けられている液体噴射ヘッドの製造方法であって、各圧力発生室に対応する前記島部の長手方向両外側の前記薄肉部の幅をそれぞれ調整することで、各ノズル開口から吐出される液滴の吐出特性を均一化することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第１の態様では、各ノズル開口から吐出される液滴の吐出特性を極めて容易に均一化することができる。また、ヘッド間での吐出特性のばらつきも容易に防止することができる。
【０００８】
本発明の第２の態様は、前記振動板が弾性部材からなる弾性膜と該弾性膜を支持する支持板との複合板からなると共に前記振動板の薄肉部が前記支持板の所定領域をエッチングにより除去することで形成されており、前記支持板をエッチングする際に、エッチングに用いるマスクの開口部の大きさを調整することで各圧力発生室に対応する前記薄肉部の幅を均一化することを特徴とする第１の態様の液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第２の態様では、薄肉部をエッチングによって形成する場合には、マスクの開口部の大きさを調整することのみで、各ノズル開口から吐出される液滴の吐出特性を容易に均一化することができる。
【０００９】
本発明の第３の態様は、前記支持板のエッチングが、スプレーエッチングであることを特徴とする第２の態様の液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第３の態様では、薄肉部をエッチングによって比較的容易且つ高精度に形成することができる。
【００１０】
本発明の第４の態様は、前記支持板をエッチングする際に、当該複合板の搬送方向に対して直交する方向に配列された複数のスプレーノズルからエッチング液を噴射して当該金属板に吹き付けるようにし、その際に用いる前記マスクの開口部の大きさを前記スプレーノズルの列方向外側ほど大きくなるように調整したことを特徴とする第３の態様の液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第４の態様では、スプレーエッチングに起因する各圧力発生室に対応する薄肉部の幅のばらつきが比較的容易且つ確実に抑えられる。
【００１１】
本発明の第５の態様は、各圧力発生室に対応する前記薄肉部の幅を、前記薄肉部の幅を調整することなく形成した基準振動板に基づく基準データに基づいて調整することを特徴とする第１〜４の何れかの態様の液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第５の態様では、各ノズルから吐出される液滴の吐出特性をさらに確実に均一化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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）
図１は、本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの一例を示す断面図である。図２は、流路形成基板の平面図であり、図３は、振動板の平面図である。
【００１３】
図示するように、本実施形態のインクジェット式記録ヘッド１０は、複数の圧力発生室１１を有する流路形成基板１２と、各圧力発生室１１に連通する複数のノズル開口１３が穿設されたノズルプレート１４と、流路形成基板１２のノズルプレート１４とは反対側の面に設けられる振動板１５と、該振動板１５上の各圧力発生室１１に対応する領域に設けられる圧電素子１６とを有する。
【００１４】
流路形成基板１２には、その一方面側の表層部分に、圧力発生室１１が隔壁１７によって区画されてその幅方向で複数並設されている。例えば、本実施形態では、流路形成基板１２には、複数の圧力発生室１１が並設された列が２列設けられている。また、各圧力発生室１１の列の外側には、各圧力発生室１１にインクを供給するためのリザーバ１８が、流路形成基板１２を厚さ方向に貫通して設けられている。そして、各圧力発生室１１とリザーバ１８とは、インク供給路１９を介して連通している。インク供給路１９は、本実施形態では、圧力発生室１１よりも狭い幅で形成されており、リザーバ１８から圧力発生室１１に流入するインクの流路抵抗を一定に保持する役割を果たしている。さらに、圧力発生室１１のリザーバ１８とは反対の端部側には、流路形成基板１２を貫通するノズル連通孔２０が形成されている。このような流路形成基板１２は、本実施形態では、シリコン単結晶基板からなり、流路形成基板１２に設けられる上記圧力発生室１１等は、流路形成基板をエッチングすることによって形成されている。
【００１５】
この流路形成基板１２の一方面側にはノズル開口１３が穿設されたノズルプレート１４が接着剤や熱溶着フィルムを介して接着され、各ノズル開口１３は、流路形成基板１２に設けられたノズル連通孔２０を介して各圧力発生室１１と連通している。また、流路形成基板１２の他方面側、すなわち、圧力発生室１１の開口面側には振動板１５が接合されて、各圧力発生室１１はこの振動板１５によって封止されている。そして、圧力発生室１１内にインク滴を吐出するための圧力を発生する圧力発生手段である圧電素子１６は、この振動板１５上に先端部が当接した状態で固定されている。具体的には、圧電素子１６は、振動に寄与する活性領域と振動に寄与しない不活性領域とから構成され、この活性領域の先端が振動板１５上に当接する。
【００１６】
この圧電素子１６は、本実施形態では、圧電材料２１と電極形成材料２２及び２３とを縦に交互にサンドイッチ状に挟んで積層され、振動に寄与しない不活性領域が固定基板２４に固着されている。また、本実施形態では、圧電素子１６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２５を有するヘッドケース２６が振動板１５上に固定されている。そして、圧電素子１６が固定された固定基板２４が、圧電素子１６とは反対側の面でこのヘッドケース２６に固定されている。
【００１７】
ここで、圧電素子１６の先端が当接する振動板１５は、例えば、樹脂フィルム等の弾性部材からなる弾性膜２７と、この弾性膜２７を支持する、例えば、金属材料等からなる支持板２８との複合板で形成されており、弾性膜２７側が流路形成基板１２に接合されている。例えば、本実施形態では、弾性膜２７は、厚さが数μｍ程度のＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）フィルムからなり、支持板２８は、厚さが数十μｍ程度のステンレス鋼板（ＳＵＳ）からなる。また、振動板１５の各圧力発生室１１に対向する領域内には、圧電素子１６の先端部が当接する島部２９が設けられている。すなわち、振動板１５の各圧力発生室１１の周縁部に対向する領域に他の領域よりも厚さの薄い薄肉部３０が形成されて、この薄肉部３０の内側にそれぞれ島部２９が設けられている。例えば、本実施形態では、詳しくは後述するが、振動板１５の島部２９及び薄肉部３０は、支持板２８をエッチングにより除去することによって形成されており、薄肉部３０は実質的に弾性膜２７のみで形成されている。そして、各圧電素子１６は、上述したように、その活性領域の先端がこのような振動板１５の島部２９に当接した状態で固定されている。また、本実施形態では、振動板１５のリザーバ１８に対向する領域に、薄肉部３０と同様に、支持板２８がエッチングにより除去されて実質的に弾性膜のみで構成されるコンプライアンス部３１が設けられている。なお、このコンプライアンス部３１は、リザーバ１８内の圧力変化が生じた時に、このコンプライアンス部３１の弾性膜２７が変形することによって圧力変化を吸収し、リザーバ１８内の圧力を常に一定に保持する役割を果たす。
【００１８】
このようなインクジェット式記録ヘッド１０では、インク滴を吐出する際に、圧電素子１６及び振動板１５の変形によって各圧力発生室１１の容積を変化させて所定のノズル開口１３からインク滴を吐出させるようになっている。具体的には、図示しないインクカートリッジからリザーバ１８にインクが供給されると、インク供給路１９を介して各圧力発生室１１にインクが分配される。実際には、圧電素子１６に電圧を印加することにより圧電素子１６を収縮させる。これにより、振動板１５が圧電素子１６と共に変形されて圧力発生室１１の容積が広げられ、圧力発生室１１内にインクが引き込まれる。そして、ノズル開口１３に至るまで内部にインクを満たした後、駆動回路からの記録信号に従い、圧電素子１６の電極形成材料２２及び２３に印加していた電圧を解除する。これにより、圧電素子１６が伸張されて元の状態に戻ると共に振動板１５も変位して元の状態に戻る。結果として圧力発生室１１の容積が収縮して圧力発生室１１内の圧力が高まりノズル開口１３からインク滴が吐出される。
【００１９】
ここで、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、具体的には、インクジェット式記録ヘッドを構成する振動板の形成方法について図４〜図７を参照して説明する。なお、図４は、表面にレジスト膜が形成された状態の複合基板の平面図であり、図５は、振動板の島部及び薄肉部に対応する領域を示す断面図であり、図６は、レジスト膜の形状を示す平面図であり、図７は、スプレーエッチングにより薄肉部を形成する工程を説明する概略図である。
【００２０】
なお、本実施形態に係る振動板１５は、上述したように、弾性膜２７と支持板２８との複合板からなり、図４に示すように、上記複合板である複合基板４０に、複数枚、本実施形態では、２４枚の振動板１５が一体的に形成され、最終的に各振動板１５に分割される。
【００２１】
振動板１５の形成手順としては、まず図５（ａ）及び図６に示すように、複合基板４０上に、所定形状のマスクを形成する。すなわち、支持板２８上に、レジストを塗布し、露光及び現像等することにより、薄肉部３０となる領域に開口部４１を有するレジスト膜４２を形成する。また、レジスト膜４２のコンプライアンス部３１となる領域にも開口部４１を形成する。なお、レジストは、例えば、ネガレジストをスピンコート法等により塗布したり、ドライフィルムタイプレジストをラミネートして形成し、レジスト膜４２は、その後、所定のマスクを用いて露光・現像・ベークを行うことにより形成する。勿論、ネガレジストの代わりにポジレジストを用いてもよい。
【００２２】
次に、図５（ｂ）に示すように、この複合基板４０（振動板１５）の支持板２８をスプレーエッチング装置によってエッチングすることにより所定形状に形成する。すなわち、各振動板１５に、薄肉部３０が形成されると共に島部２９が形成される。具体的には、例えば、図７（ａ）,（ｂ）に示すように、エッチング液４３が供給されるノズル部材４４に列設された複数のスプレーノズル４５からエッチング液４３を噴射させた状態で、ベルトコンベア等の搬送手段４６によって複合基板４０を搬送してエッチング液４３が噴射されている領域を通過させることで、複合基板４０の表面にエッチング液４３を吹き付ける。吹き付けられたエッチング液４３は、レジスト膜４２の開口部４１を介して支持板２８に付着し、その結果、開口部４１に対向する領域の支持板２８がエッチングされて薄肉部３０が形成されると共に島部２９が形成される。また、ここでは図示しないが同時にコンプライアンス部３１も形成される。
【００２３】
ここで、支持板２８をエッチングすることによって薄肉部３０を形成すると、各圧力発生室１１に対応する薄肉部３０の形状（島部２９の形状）は均一にならず、同一ヘッド内の圧力発生室１１毎、あるいは各ヘッド毎にインク吐出特性にばらつきが生じるという問題がある。例えば、本実施形態では、各島部２９は、圧力発生室１１の形状に沿って細長い形状で形成されており（図３参照）、このような島部２９の長手方向両外側の薄肉部３０の幅Ｗ１は、インクの吐出特性に特に影響しやすい。そして、支持板２８をエッチングする際、当然この薄肉部３０の幅Ｗ１にも寸法誤差が生じる場合がある。
【００２４】
このため、本発明では、スプレーエッチングによって支持板２８をエッチングする際、各圧力発生室１１に対応する薄肉部３０の幅Ｗ１をそれぞれ調整することで、各ノズル開口１３から吐出されるインク滴の吐出特性を均一化するようにしている。例えば、本実施形態のように、スプレーエッチングによって支持板２８をエッチングして薄肉部３０を形成する場合、スプレーノズル４５の列方向外側ほど、薄肉部３０の幅Ｗ１は狭くなる傾向にある。このため、本実施形態では、スプレーノズル４５の列方向外側ほど、レジスト膜４２の開口部４１の大きさを大きくするようにした。具体的には、各圧力発生室１１の薄肉部３０に対応する領域のレジスト膜４２の開口部４１の大きさ、すなわち、薄肉部３０の幅Ｗ１に対応する部分の開口部４１の幅Ｗ２を（図６参照）、図４に示すＡ領域よりもＢ領域、Ｂ領域よりもＣ領域の方が大きくなるように調整した。この調整量は、適宜決定されればよいが、本実施形態では、開口部４１の大きさを調整しない状態で複合基板に薄肉部３０等を形成した基準複合基板（振動板）から得られる基準データに基づいて調整するようにしている。すなわち、基準複合基板における各圧力発生室に対応する薄肉部の幅Ｗ１を測定し、その測定結果からレジスト膜の開口部の大きさの調整量を決定している。例えば、本実施形態では、Ａ領域の開口部４１の大きさ（幅）に対して、Ｃ領域の開口部４１の大きさ（幅）が、１〜３μｍ程度大きくなるようにしている。勿論、この調整量は、同一振動板１５内で異なるようにしてもよい。
【００２５】
このように、薄肉部３０を形成する際にレジスト膜４２（マスク）の開口部４１の大きさを調整することで、各圧力発生室１１に対応する薄肉部３０の幅Ｗ１を比較的容易に均一化することできる。すなわち、複合基板４０に形成される複数の各振動板１５の薄肉部３０の幅Ｗ１を、比較的容易にほぼ同一幅とすることができる。これにより、各圧力発生室１１に対応するノズル開口１３から吐出されるインク滴の吐出特性を均一化することができる。また、このように複数のノズル開口１３から吐出されるインク滴の吐出特性を均一化することで、印刷品質を向上することができると共に、ヘッド製造後に試験印刷及び駆動信号の補正等を行う必要が無くなり、製造コストを低減することもできる。
【００２６】
なお、本実施形態では、スプレーエッチングによって振動板１５に薄肉部３０等を形成する際に、薄肉部３０の幅Ｗ１が一定となるようにして各ノズル開口１３から吐出されるインク滴の吐出特性を均一化するようにしたが、本発明は、これに限定されるものではない。
【００２７】
例えば、同一ヘッド内の各圧力発生室１１に対応するノズル開口１３から吐出されるインク滴の吐出特性のばらつきを実際に測定し、その測定結果に基づいて各圧力発生室１１に対応する薄肉部３０の幅Ｗ１を調整するようにしてもよい。例えば、薄肉部の幅Ｗ１を調整せずに基準振動板を形成し、この基準振動板を用いた基準ヘッドを実際に駆動させて各ノズル開口から吐出されるインク吐出特性のデータ（基準データ）を取得し、この基準データに基づいて薄肉部の幅Ｗ１を調整するようにしてもよい。
【００２８】
各ノズル開口１３から吐出されるインク吐出特性のばらつきは、圧力発生室１１とリザーバ１８とを連通するインク供給路１９の大きさの違い（寸法誤差等）によっても大きく変化する。このような薄肉部３０以外の要因によるインク吐出特性のばらつきも、上述したような方法で薄肉部３０の幅Ｗ１を調整することで、比較的容易に抑えることができる。なお、本実施形態のように、流路形成基板１２がシリコン単結晶基板からなる場合には、流路形成基板１２をエッチングする際のマスク形状等を調整することで、このようなインク供給路１９の大きさを均一化することもできると思われる。しかしながら、流路形成基板１２を、例えば、金属板をプレス加工等することにより形成する場合、インク供給路１９の大きさの調整には金型自体の変更等が必要であり、インク供給路１９の大きさの調整は難しい。したがって、このような場合には、本発明の方法は特に効果的である。
【００２９】
（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態を説明したが、勿論、本発明は上述したものに限定されるものではない。例えば、インクジェット式記録ヘッドの構成は、上述したものに限定されるものではない。例えば、上述の実施形態では、薄肉部を複数の圧力発生室に対応する領域に連続的に設けるようにしたが、勿論、各圧力発生室毎にそれぞれ独立して設けるようにしてもよい。また、上述の実施形態では、圧力発生室とノズル開口とを連通するノズル連通路を、流路形成基板に形成するようにしたが、これに限定されず、ノズル連通路は、圧力発生室が形成される流路形成基板とは別の基板に設けられていてもよい。
【００３０】
また、上述した実施形態においては、本発明の液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを説明したが、これに限定されるものではなく、本発明は、広く液体噴射ヘッドの全般を対象としたものであり、他の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各種の記録ヘッド、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が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】実施形態１に係る記録ヘッドの断面図である。
【図２】実施形態１に係る流路形成基板の平面図である。
【図３】実施形態１に係る振動板の平面図である。
【図４】実施形態１に係る複合基板の平面図である。
【図５】実施形態１に係る振動板の形成工程を示す断面図である。
【図６】実施形態１に係るレジスト膜の形状を示す平面図である。
【図７】実施形態１に係る振動板の形成工程を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３２】
１１  圧力発生室、  １２  流路形成基板、  １３  ノズル開口、  １４  ノズルプレート、  １５  振動板、  １６  圧電素子、  １７  隔壁、  １８  リザーバ、  １９  インク供給路、  ２０  ノズル連通孔、  ２１  圧電材料、  ２２，２３  電極形成材料、  ２４  固定基板、  ２５  圧電素子保持部、  ２６  ヘッドケース、  ２７  弾性膜、  ２８  支持板、  ２９  島部、  ３０  薄肉部、  ３１  コンプライアンス部、  ４０  複合基板、  ４１  開口部、  ４２  レジスト膜
【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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