(57)【要約】【課題】振動手段の制御波形の設計を容易に行うことができる振動板を備える信頼性の高い液滴吐出ヘッド、かかる液滴吐出ヘッドを製造する液滴吐出ヘッドの製造方法、およびかかる液滴吐出ヘッドを備える液滴吐出装置を提供すること。【解決手段】インクジェット式記録ヘッド１は、基板２０と、ノズルプレート１０と、振動板３０と、圧電素子（振動手段）５０とを有し、振動板３０は、圧電素子５０の変位面が固定される島状をなす島部３１と、この島部３１の外周部に位置する、島部３１よりも厚さの薄い薄膜部３３とを有しており、これら島部３１と薄膜部３３とが同一の構成材料により一体的に形成されている。【選択図】図１
2013000994.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吐出液を貯留する吐出液貯留室が形成された基板と、
前記吐出液貯留室を覆うように前記基板の一方の面に設けられ、前記吐出液を液滴とし
て吐出するノズル孔を備えるノズルプレートと、
前記吐出液貯留室を覆うように前記基板の他方の面に設けられた振動板と、
歪みにより前記振動板を振動させる振動手段とを有し、
前記振動板は、前記振動手段の変位面が固定される島状をなす島部と、該島部の外周部
に位置する、前記島部よりも厚さの薄い薄膜部とを有しており、
前記島部と、前記薄膜部とが同一の構成材料により一体的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２】
前記振動板は、前記吐出液貯留室側の面が平坦面で構成され、前記振動手段側の面が凹
凸面で構成されている請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
前記島部の厚さは、１０μｍ以上、７０μｍ以下である請求項１または２に記載の液滴
吐出ヘッド。
【請求項４】
前記薄膜部の厚さは、１μｍ以上、８μｍ以下である請求項１ないし３のいずれかに記
載の液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
前記島部の厚さをＡ［μｍ］とし、前記薄膜部の厚さをＢ［μｍ］としたとき、Ｂ／Ａ
は、１／４０以上、１／６以下なる関係を満足する請求項１ないし４のいずれかに記載の
液滴吐出ヘッド。
【請求項６】
前記振動板のヤング率は、２．０ＧＰａ以下である請求項１ないし５のいずれかに記載
の液滴吐出ヘッド。
【請求項７】
前記島部および前記薄膜部は、ともに芳香族ポリアミドまたはＳｉを主材料として構成
される請求項６に記載の液滴吐出ヘッド。
【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を製造するための液滴吐出ヘッド
の製造方法であって、
平板状をなす母材を用意し、該母材の一方の面に環状をなす凹部を形成することで、前
記島部と前記薄膜部とを有する前記振動板を形成する工程を有することを特徴とする液滴
吐出ヘッドの製造方法。
【請求項９】
前記凹部は、前記母材の一方の面をエッチングすることにより形成される請求項８に記
載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１０】
請求項１ないし７に記載の液滴吐出ヘッドを備えることを特徴とする液滴吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴吐出ヘッド、液滴吐出ヘッドの製造方法および液滴吐出装置に関するも
のである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、インクジェットプリンタのような液滴吐出装置には、液滴を吐出するための液
滴吐出ヘッドが備えられている。このような液滴吐出ヘッドとしては、例えば、インクを
液滴として吐出するノズルに連通し、インクを収容するインク室（キャビティー）と、こ
のインク室の壁面を変形させる駆動用の圧電素子（振動手段）とを備えるものが知られて
いる。
【０００３】
かかる液滴吐出ヘッドにあっては、駆動用の圧電素子を伸縮させることにより、インク
室の一部（振動板）を変位させる。これにより、インク室の容積を変化させて、ノズルか
らインク液滴が吐出される。
ところで、この液滴吐出ヘッドは、ノズルが形成されたノズルプレートと、インク室が
形成された基板と、インク室の容積を変化させる振動板と、歪みにより振動板を振動させ
る圧電素子とを有しており、これらを接合することによって組み立てられている。
【０００４】
また、振動板は、通常、圧電素子の歪みにより振動する振動フィルムと、圧電素子の歪
みを振動フィルムに伝播する支持板とを有しており、これら同士を互いに接合することに
よって組み立てられ、さらに、支持板が有する島状に形成された島部に、圧電素子の変位
面を固定することで振動フィルムが振動するようになっている（例えば、特許文献１等参
照。）。
【０００５】
そして、このような振動フィルムと支持板とを有する振動板の形成は、通常、振動フィ
ルムと支持板との間に、各種接着剤で構成される接着層を設けることにより行われる。
そのため、圧電素子の制御波形は、振動フィルムおよび支持板の構成材料や厚さ、さら
には、接着剤の種類および接着層の厚さ等に応じて、適切な波形に設計する必要があるた
め、その設計に時間と手間を要するという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−６７３０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、振動手段の制御波形の設計を容易に行うことができる振動板を備える
信頼性の高い液滴吐出ヘッド、かかる液滴吐出ヘッドを製造する液滴吐出ヘッドの製造方
法、およびかかる液滴吐出ヘッドを備える液滴吐出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の液滴吐出ヘッドは、吐出液を貯留する吐出液貯留室が形成された基板と、
前記吐出液貯留室を覆うように前記基板の一方の面に設けられ、前記吐出液を液滴とし
て吐出するノズル孔を備えるノズルプレートと、
前記吐出液貯留室を覆うように前記基板の他方の面に設けられた振動板と、
歪みにより前記振動板を振動させる振動手段とを有し、
前記振動板は、前記振動手段の変位面が固定される島状をなす島部と、該島部の外周部
に位置する、前記島部よりも厚さの薄い薄膜部とを有しており、
前記島部と、前記薄膜部とが同一の構成材料により一体的に形成されていることを特徴
とする。
これにより、振動手段の制御波形の設計を容易に行うことができる振動板とすることが
できるため、信頼性の高い液滴吐出ヘッドを確実に得ることができる。
【０００９】
本発明の液滴吐出ヘッドでは、前記振動板は、前記吐出液貯留室側の面が平坦面で構成
され、前記振動手段側の面が凹凸面で構成されていることが好ましい。
これにより、振動手段の制御波形の設計を容易に行うことができる振動板とすることが
できるため、信頼性の高い液滴吐出ヘッドを確実に得ることができる。
本発明の液滴吐出ヘッドでは、前記島部の厚さは、１０μｍ以上、７０μｍ以下である
ことが好ましい。
これにより、振動板の大型化を図ることなく、振動手段で発生した歪みを薄膜部に伝播
する機能を島部に確実に付与することができる。
【００１０】
本発明の液滴吐出ヘッドでは、前記薄膜部の厚さは、１μｍ以上、８μｍ以下であるこ
とが好ましい。
これにより、島部を介して伝播された歪みにより、薄膜部を確実に変位させることがで
きる。
本発明の液滴吐出ヘッドでは、前記島部の厚さをＡ［μｍ］とし、前記薄膜部の厚さを
Ｂ［μｍ］としたとき、Ｂ／Ａは、１／４０以上、１／６以下なる関係を満足することが
好ましい。
これにより、振動板の大型化を図ることなく、振動手段で発生した歪みを薄膜部に伝播
する機能を島部により確実に付与することができるとともに、島部を介して伝播された歪
みにより、薄膜部をより確実に変位させることができる。
【００１１】
本発明の液滴吐出ヘッドでは、前記振動板のヤング率は、２．０ＧＰａ以下であること
が好ましい。
これにより、島部における厚膜化により島部に優れた強度を付与することができるため
、振動手段で発生した歪みを薄膜部に伝播する機能を島部に付与することができる。さら
に、薄膜部における薄膜化により、薄膜部は弾性変形し得るものとなるため、島部を介し
て伝播された歪みにより、薄膜部を変位させることができる。
【００１２】
本発明の液滴吐出ヘッドでは、前記島部および前記薄膜部は、ともに芳香族ポリアミド
またはＳｉを主材料として構成されることが好ましい。
これにより、振動板のヤング率を２．０ＧＰａ以下のものとすることができる。
本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法は、本発明の液滴吐出ヘッドを製造するための液滴
吐出ヘッドの製造方法であって、
平板状をなす母材を用意し、該母材の一方の面に環状をなす凹部を形成することで、前
記島部と前記薄膜部とを有する前記振動板を形成する工程を有することを特徴とする。
これにより、振動手段の制御波形の設計を容易に行うことができる振動板を形成するこ
とができ、信頼性の高い液滴吐出ヘッドを確実に得ることができる。
【００１３】
本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法では、前記凹部は、前記母材の一方の面をエッチン
グすることにより形成されることが好ましい。
これにより、振動手段の制御波形の設計を容易に行うことができる振動板を容易に形成
することができる。
本発明の液滴吐出装置は、本発明の液滴吐出ヘッドを備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い液滴吐出装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の液滴吐出ヘッドをインクジェット式記録ヘッドに適用した実施形態を示す縦断面図である。
【図２】図１に示すインクジェット式記録ヘッドを備えるインクジェットプリンタの実施形態を示す概略図である。
【図３】本発明の液滴吐出ヘッドをインクジェット式記録ヘッドに適用した他の構成例を示す縦断面図である。
【図４】インクジェット式記録ヘッドの製造方法を説明するための図（縦断面図）である。
【図５】インクジェット式記録ヘッドの製造方法を説明するための図（縦断面図）である。
【図６】インクジェット式記録ヘッドの製造方法を説明するための図（縦断面図）である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の液滴吐出ヘッド、液滴吐出ヘッドの製造方法および液滴吐出装置を、添
付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜インクジェット式記録ヘッド＞
まず、本発明の液滴吐出ヘッドについて説明する。
なお、以下では、本発明の液滴吐出ヘッドを、インクジェット式記録ヘッドに適用した
場合を一例に説明する。
【００１６】
図１は、本発明の液滴吐出ヘッドをインクジェット式記録ヘッドに適用した実施形態を
示す縦断面図、図２は、図１に示すインクジェット式記録ヘッドを備えるインクジェット
プリンタの実施形態を示す概略図である。なお、以下の説明では、図１中の上側を「上」
、下側を「下」と言う。
図１に示すインクジェット式記録ヘッド１（以下、単に「ヘッド１」と言うこともある
。）は、図２に示すようなインクジェットプリンタ（本発明の液滴吐出装置）９に搭載さ
れている。
【００１７】
図２に示すインクジェットプリンタ９は、装置本体９２を備えており、上部後方に記録
用紙Ｐを設置するトレイ９２１と、下部前方に記録用紙Ｐを排出する排紙口９２２と、上
部面に操作パネル９７とが設けられている。
操作パネル９７は、例えば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＬＥＤランプ
等で構成され、エラーメッセージ等を表示する表示部（図示せず）と、各種スイッチ等で
構成される操作部（図示せず）とを備えている。
【００１８】
また、装置本体９２の内部には、主に、往復動するヘッドユニット９３を備える印刷装
置（印刷手段）９４と、記録用紙Ｐを１枚ずつ印刷装置９４に送り込む給紙装置（給紙手
段）９５と、印刷装置９４および給紙装置９５を制御する制御部（制御手段）９６とを有
している。
制御部９６の制御により、給紙装置９５は、記録用紙Ｐを一枚ずつ間欠送りする。この
記録用紙Ｐは、ヘッドユニット９３の下部近傍を通過する。このとき、ヘッドユニット９
３が記録用紙Ｐの送り方向とほぼ直交する方向に往復移動して、記録用紙Ｐへの印刷が行
なわれる。すなわち、ヘッドユニット９３の往復動と記録用紙Ｐの間欠送りとが、印刷に
おける主走査および副走査となって、インクジェット方式の印刷が行なわれる。
【００１９】
印刷装置９４は、ヘッドユニット９３と、ヘッドユニット９３の駆動源となるキャリッ
ジモータ９４１と、キャリッジモータ９４１の回転を受けて、ヘッドユニット９３を往復
動させる往復動機構９４２とを備えている。
ヘッドユニット９３は、その下部に、多数のノズル孔１１を備えるヘッド１と、ヘッド
１にインクを供給するインクカートリッジ９３１と、ヘッド１およびインクカートリッジ
９３１を搭載したキャリッジ９３２とを有している。
【００２０】
なお、インクカートリッジ９３１として、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラック（黒
）の４色のインクを充填したものを用いることにより、フルカラー印刷が可能となる。
往復動機構９４２は、その両端をフレーム（図示せず）に支持されたキャリッジガイド
軸９４３と、キャリッジガイド軸９４３と平行に延在するタイミングベルト９４４とを有
している。
【００２１】
キャリッジ９３２は、キャリッジガイド軸９４３に往復動自在に支持されるとともに、
タイミングベルト９４４の一部に固定されている。
キャリッジモータ９４１の作動により、プーリを介してタイミングベルト９４４を正逆
走行させると、キャリッジガイド軸９４３に案内されて、ヘッドユニット９３が往復動す
る。そして、この往復動の際に、ヘッド１から適宜インクが吐出され、記録用紙Ｐへの印
刷が行われる。
【００２２】
給紙装置９５は、その駆動源となる給紙モータ９５１と、給紙モータ９５１の作動によ
り回転する給紙ローラ９５２とを有している。
給紙ローラ９５２は、記録用紙Ｐの送り経路（記録用紙Ｐ）を挟んで上下に対向する従
動ローラ９５２ａと駆動ローラ９５２ｂとで構成され、駆動ローラ９５２ｂは給紙モータ
９５１に連結されている。これにより、給紙ローラ９５２は、トレイ９２１に設置した多
数枚の記録用紙Ｐを、印刷装置９４に向かって１枚ずつ送り込めるようになっている。な
お、トレイ９２１に代えて、記録用紙Ｐを収容する給紙カセットを着脱自在に装着し得る
ような構成であってもよい。
【００２３】
制御部９６は、例えばパーソナルコンピュータやディジタルカメラ等のホストコンピュ
ータから入力された印刷データに基づいて、印刷装置９４や給紙装置９５等を制御するこ
とにより印刷を行うものである。
制御部９６は、いずれも図示しないが、主に、各部を制御する制御プログラム等を記憶
するメモリ、印刷装置９４（キャリッジモータ９４１）を駆動する駆動回路、給紙装置９
５（給紙モータ９５１）を駆動する駆動回路、および、ホストコンピュータからの印刷デ
ータを入手する通信回路と、これらに電気的に接続され、各部での各種制御を行うＣＰＵ
とを備えている。
【００２４】
また、ＣＰＵには、例えば、インクカートリッジ９３１のインク残量、ヘッドユニット
９３の位置等を検出可能な各種センサ等が、それぞれ電気的に接続されている。
制御部９６は、通信回路を介して、印刷データを入手してメモリに格納する。ＣＰＵは
、この印刷データを処理して、この処理データおよび各種センサからの入力データに基づ
いて、各駆動回路に駆動信号を出力する。この駆動信号により印刷装置９４および給紙装
置９５は、それぞれ作動する。これにより、記録用紙Ｐに印刷が行われる。
【００２５】
以下、ヘッド１について、図１を参照しつつ詳述する。
図１に示すように、ヘッド１は、ノズルプレート１０と、ノズルプレート上に設けられ
た吐出液貯留室形成基板（基板）２０と、吐出液貯留室形成基板２０上に設けられた振動
板３０と、振動板３０上に設けられた圧電素子（振動手段）５０およびケースヘッド６０
とを有している。なお、本実施形態では、このヘッド１は、ピエゾジェット式ヘッドを構
成する。
【００２６】
吐出液貯留室形成基板２０（以下、省略して「基板２０」と言う。）には、インクを貯
留する複数の吐出液貯留室（圧力室）２１が形成され、さらに、各吐出液貯留室２１に連
通し、各吐出液貯留室２１にインクを供給する吐出液供給室２２が形成されている。
図１に示すように、各吐出液貯留室２１および吐出液供給室２２は、それぞれ、平面視
において、ほぼ長方形状をなし、各吐出液貯留室２１の幅（短辺）は、吐出液供給室２２
の幅（短辺）より細幅となっている。
【００２７】
また、各吐出液貯留室２１は、吐出液供給室２２に対して、ほぼ垂直をなすように配置
されており、各吐出液貯留室２１および吐出液供給室２２は、平面視において全体として
、櫛状をなしている。
基板２０を構成する材料としては、特に限定されないが、例えば、単結晶シリコン、多
結晶シリコン、アモルファスシリコンのようなシリコン材料、ステンレス鋼のような金属
材料、石英ガラスのようなガラス材料、アルミナのようなセラミックス材料、グラファイ
トのような炭素材料、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、アクリロニトリル−スチレン共
重合体（ＡＳ樹脂）、シリコーン樹脂のような樹脂材料等が挙げられ、これらのうち１種
または２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００２８】
また、上記のような材料に、酸化処理（酸化膜形成）、めっき処理、不働態化処理、窒
化処理等の各処理を施した材料でもよい。
これらの中でも、基板２０の構成材料は、シリコン材料またはステンレス鋼であるのが
好ましい。このような材料は、耐薬品性に優れることから、長時間にわたってインクに曝
されたとしても、基板２０が変質・劣化するのを確実に防止することができる。また、こ
れらの材料は、加工性に優れるため、寸法精度の高い基板２０が得られる。このため、吐
出液貯留室２１や吐出液供給室２２の容積の精度が高くなり、高品位の印字が可能なヘッ
ド１が得られる。
【００２９】
また、吐出液供給室２２は、後述するケースヘッド６０に設けられた吐出液供給路６１
と連通して複数の吐出液貯留室２１にインクを供給する共通のインク室として機能するリ
ザーバ７０の一部を構成する。
基板２０の下面（振動板３０と反対側の面；一方の面）には、接着層１５を介して、吐
出液貯留室２１および吐出液供給室２２を覆うようにノズルプレート１０が接着されてい
る。
【００３０】
ノズルプレート１０には、各吐出液貯留室２１に対応するように、それぞれノズル孔１
１が形成（穿設）されている。このノズル孔１１から、吐出液貯留室２１に貯留されたイ
ンク（吐出液）を押し出すことにより、インクが液滴として吐出されることとなる。
また、ノズルプレート１０は、各吐出液貯留室２１や吐出液供給室２２の内壁面の下面
を構成している。すなわち、ノズルプレート１０と、基板２０および振動板３０とにより
、各吐出液貯留室２１や吐出液供給室２２を画成している。
【００３１】
このようなノズルプレート１０を構成する材料としては、例えば、前述したようなシリ
コン材料、金属材料、ガラス材料、セラミックス材料、炭素材料、樹脂材料、またはこれ
らの各材料の１種または２種以上を組み合わせた複合材料等が挙げられる。
これらの中でも、ノズルプレート１０の構成材料は、シリコン材料またはステンレス鋼
であるのが好ましい。このような材料は、耐薬品性に優れることから、長時間にわたって
インクに曝されたとしても、ノズルプレート１０が変質・劣化するのを確実に防止するこ
とができる。また、これらの材料は、加工性に優れるため、寸法精度の高いノズルプレー
ト１０が得られる。このため、信頼性の高いヘッド１が得られる。
【００３２】
なお、ノズルプレート１０の構成材料は、線膨張係数が３００℃以下で２．５〜４．５
［×１０-6／℃］程度であるものが好ましい。
また、ノズルプレート１０の厚さは、特に限定されないが、０．０１〜１ｍｍ程度であ
るのが好ましい。
さらに、ノズルプレート１０の下面には、必要に応じて、撥液処理を施すのが好ましい
。これにより、ノズル孔から吐出されるインク滴が意図しない方向に吐出されるのを防止
することができる。
【００３３】
なお、かかる構成のノズルプレート１０は、接着層１５を介して基板２０に接合される
が、この接着層１５としては、特に限定されず、例えば、ビスフェノール系、ノボラック
系のようなエポキシ系接着剤等を用いて形成される。
基板２０の上面（他方の面）には、接着層２５を介して、吐出液貯留室２１および吐出
液供給室２２を覆うように振動板３０が接着されている。
【００３４】
これにより、振動板３０は、各吐出液貯留室２１や吐出液供給室２２の内壁面の上面を
構成する。すなわち、振動板３０と、基板２０およびノズルプレート１０とにより、各吐
出液貯留室２１や吐出液供給室２２を画成している。そして、振動板３０が基板２０と確
実に接合されていることにより、各吐出液貯留室２１や吐出液供給室２２との液密性を確
保している。
【００３５】
この振動板３０は、図１に示すように、基板２０（吐出液貯留室２１）側の面が平坦面
により構成され、さらに、基板２０と反対側の面が、吐出液貯留室２１に対応する位置に
環状をなす凹部５３が形成されることで凹凸面により構成されている。
これにより、振動板３０は、吐出液貯留室２１に対応する位置の内側（内部）に島状に
形成された島部３１と、島部３１の外周部に位置する薄膜状をなす薄膜部３３と、薄膜部
３３を介して島部３１を取り囲む厚膜部３２とで構成される。
【００３６】
島部３１は、圧電素子５０で発生した歪みを、このものを介して、各吐出液貯留室２１
に対応した位置に形成された薄膜部３３に伝播する機能を有するものである。したがって
、この島部３１に圧電素子５０の変位面である先端部を固定し、この状態で、圧電素子５
０に歪みを発生させることで、島部３１を介して歪みを振動板３０の薄膜部３３に伝播さ
せることができる。
【００３７】
また、薄膜部３３は、凹部５３の形成により、島部３１よりも厚さを薄くして薄膜化す
ることで弾性変形する機能が付与されたものである。したがって、圧電素子５０で発生し
た歪みを、島部３１を介して伝播させることで、薄膜部３３において変位（振動）を生じ
させることができる。そのため、各吐出液貯留室２１における容積に変化が生じることか
ら、ノズル孔１１からインクが吐出される。
【００３８】
さらに、厚膜部３２は、島部３１および薄膜部３３を支持する機能を有するものである
。上述のように島部３１および薄膜部３３を取り囲むようにして支持することで、圧電素
子５０で発生した歪みを、島部３１を介してより確実に伝播させることができる。そのた
め、各吐出液貯留室２１における容積変化をより確実に生じさせることができる。
本発明では、上述したような構成の振動板３０において、図１に示すように、島部３１
と、薄膜部３３とが同一の構成材料により一体的に形成されている。
【００３９】
したがって、前記背景技術で説明したように、振動板を、振動フィルムと支持板とが接
着層を介して接合された積層体で構成する場合と比較して、振動板３０は、その構成が簡
略化されたものとなる。
そのため、圧電素子５０の制御波形を、振動板３０（島部３１および薄膜部３３）の構
成材料、島部３１の厚さおよび薄膜部３３の厚さに応じて設計するだけでよいので、その
設計要する時間の短縮化と手間の簡略化を実現することができる。さらに、振動板３０を
形成する際の歩留まりの向上およびコストダウンが図られることとなる。
【００４０】
また、島部３１と薄膜部３３とを一体的に形成することで、接着層の形成を省略できる
ため、圧電素子５０で発生した歪みを、島部３１を介してより確実に薄膜部３３に伝播さ
せることができる。すなわち、圧電素子５０で発生した歪みの損失を低減することが可能
となる。
このような島部３１と薄膜部３３との一体化は、振動板３０を、そのヤング率が２．０
ＧＰａ以下となる構成材料で構成することに確実に実現することが可能となる。より詳し
くは、ヤング率が０．５ＧＰａ以上、２．０ＧＰａ以下となっているのが好ましい。これ
により、島部３１における厚膜化により島部３１に優れた強度（剛性）を付与することが
できるため、圧電素子５０で発生した歪みを薄膜部３３に伝播する機能を島部３１に付与
することができる。さらに、薄膜部３３における薄膜化により、薄膜部３３は弾性変形し
得るものとなるため、島部３１を介して伝播された歪みにより、薄膜部３３を変位させる
ことができる。
【００４１】
この際、島部３１の厚さは、１０μｍ以上、７０μｍ以下であるのが好ましく、３０μ
ｍ以上、５０μｍ以下であるのがより好ましい。島部３１の厚さをかかる範囲内に設定す
ることにより、振動板３０の大型化を図ることなく、圧電素子５０で発生した歪みを薄膜
部３３に伝播する機能を島部３１に確実に付与することができる。
また、薄膜部３３の厚さは、１μｍ以上、８μｍ以下であるのが好ましく、１．５μｍ
以上、５μｍ以下であるのがより好ましい。薄膜部３３の厚さをかかる範囲内に設定する
ことにより、島部３１を介して伝播された歪みにより、薄膜部３３を確実に変位させるこ
とができる。
【００４２】
さらに、島部３１の厚さをＡ［μｍ］とし、薄膜部３３の厚さをＢ［μｍ］としたとき
、Ｂ／Ａは、１／４０以上、１／６以下なる関係を満足するのが好ましく、１／２０以上
、１／１０以下なる関係を満足するのがより好ましい。これにより、島部３１を厚膜化す
ることにより得られる効果と、薄膜部３３を薄膜化することにより得られる効果との双方
がより顕著に発揮されることとなる。
【００４３】
また、振動板３０（島部３１、薄膜部３３）の構成材料としては、そのヤング率が上述
のように２．０ＧＰａ以下となるものであれば特に限定されず、例えば、各種樹脂材料、
各種金属材料および各種シリコン系材料等を用いることができるが、特に、芳香族ポリア
ミドまたはＳｉを主材料とするものを用いるのが好ましい。これにより、島部３１および
薄膜部３３に前述した機能を確実に付与することができる。
なお、芳香族ポリアミドとしては、特に限定されないが、下記式（１）で表わされる繰
り返し単位を有するものが挙げられる。
【００４４】
【化１】
2013000994.tif 000003
［式（１）中、Ｒ１およびＲ２は、それぞれ独立して、置換または無置換の芳香族炭化
水素環を表わす。］
【００４５】
また、基Ｒ１および基Ｒ２としては、具体的には、下記式（２）で表わされるもの等が
挙げられる。
【００４６】
【化２】
2013000994.tif 000004
［式（２）中、ＸおよびＹは、それぞれ独立して、−Ｏ−、−ＣＨ２−、−ＣＯ−、−
ＣＯ２−、−Ｓ−、−ＳＯ２−または−Ｃ（ＣＨ３）２−を表わす。］
【００４７】
また、基Ｒ１およびＲ２の少なくとも一方が置換の芳香族炭化水素環である場合、水素
原子に置換する置換基としては、例えば、フッ素原子、臭素原子、塩素原子のようなハロ
ゲン基、メチル基、エチル基、プロピル基のようなアルキル基、メトキシ基、エトキシ基
、プロポキシ基のようなアルコキシ基およびニトロ基等が挙げられ、これらのうちの１種
または２種以上を組み合わせて選択される。
【００４８】
なお、上記式（１）で表わされる繰り返し単位を有する芳香族ポリアミドは、上記の芳
香族炭化水素環がパラ配向性を有しているものが、全芳香族炭化水素環のうち８０モル％
以上であるのが好ましく、９０モル％以上であるのがより好ましい。これにより、振動板
３０は、より優れた強度および耐熱性を有するものとなる。
ただし、本明細書中で「パラ配向性」とは、芳香族炭化水素環上の主鎖を構成する２価
の結合手が互いに同軸または平行となっている場合をいう。
【００４９】
かかる構成の振動板３０は、接着層２５を介して基板２０に接合されるが、この接着層
２５としては、接着層１５と同様に、特に限定されず、例えば、ビスフェノール系、ノボ
ラック系のようなエポキシ系接着剤等を用いて形成される。
また、振動板３０の島部３１には、圧電素子（振動手段）５０の変位面である先端部が
接合（固定）されている。
【００５０】
圧電素子５０は、圧電材料で構成された圧電体層５１と、この圧電体層５１に電圧を印
加する電極膜５２との積層体で構成されている。このような圧電素子５０では、電極膜５
２を介して圧電体層５１に電圧を印加することにより、圧電体層５１に電圧に応じた歪み
が発生する（逆圧電効果）。この歪みが振動板３０の島部３１を介して薄膜部３３に撓み
（振動）をもたらし、吐出液貯留室２１の容積を変化させる。かかる構成の圧電素子５０
が島部３１と確実に接合されていることにより、圧電素子５０に発生した歪みを、島部３
１を介して薄膜部３３の変位へと確実に変換することができ、その結果、各吐出液貯留室
２１が確実に容積変化することとなる。
【００５１】
なお、圧電体層５１と電極膜５２との積層方向は、特に限定されず、振動板３０に対し
て平行な方向であっても、直交する方向であってもよい。なお、圧電体層５１と電極膜５
２との積層方向が、図１に示すように、振動板３０に対して直交する方向である場合、こ
のように配置された圧電素子５０を特にＭＬＰ（Multi Layer Piezo）と言う。圧電素子
５０がＭＬＰであれば、振動板３０の変位量を大きくとることができるので、インクの吐
出量の調整幅が大きいという利点がある。
【００５２】
圧電素子５０のうち、振動板３０の島部３１に固定する（接触する）変位面である先端
部は、圧電素子５０の配置方法によって異なるが、圧電体層が露出した面、電極膜が露出
した面、または圧電体層と電極膜の双方が露出した面のいずれかである。
圧電素子５０のうち、圧電体層５１を構成する材料としては、例えば、チタン酸バリウ
ム、ジルコン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、タンタル酸リ
チウム、ニオブ酸リチウム、水晶等が挙げられる。
【００５３】
一方、電極膜５２を構成する材料としては、例えば、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｐｔ、
Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ａｌ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、またはこれらを含む合金等の各種金属
材料が挙げられる。
また、圧電素子５０の電極膜５２は、図示しない駆動ＩＣと電気的に接続されている。
これにより、圧電素子５０の動作を駆動ＩＣによって制御することができる。
【００５４】
さらに、振動板３０の厚膜部３２には、ケースヘッド６０が接合されている。このよう
に、ケースヘッド６０と振動板３０とが接合されることで、ノズルプレート１０、基板２
０および振動板３０の積層体で構成された、いわゆるキャビティー部分を補強し、キャビ
ティー部分のよじれや反り等を確実に抑制することができる。
ケースヘッド６０を構成する材料としては、例えば、前述したようなシリコン材料、金
属材料、ガラス材料、セラミックス材料、炭素材料、樹脂材料、またはこれらの各材料の
１種または２種以上を組み合わせた複合材料等が挙げられる。
【００５５】
これらの中でも、ケースヘッド６０の構成材料は、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰ
Ｓ）、ザイロンのような変性ポリフェニレンエーテル樹脂（「ザイロン」は登録商標）ま
たはステンレス鋼であるのが好ましい。これらの材料は、十分な剛性を備えていることか
ら、ヘッド１を支持するケースヘッド６０の構成材料として好適である。
また、振動板３０は、吐出液供給室２２に対応する位置に貫通孔２３を有する。この貫
通孔２３により、ケースヘッド６０に設けられた吐出液供給路６１と吐出液供給室２２と
が連通している。なお、吐出液供給路６１と吐出液供給室２２とにより、複数の吐出液貯
留室２１にインクを供給する共通のインク室として機能するリザーバ７０の一部を構成す
る。
【００５６】
このようなヘッド１では、図示しない外部吐出液供給手段からインクを取り込み、リザ
ーバ７０からノズル孔１１に至るまで内部をインクで満たした後、駆動ＩＣからの記録信
号により、各吐出液貯留室２１に対応するそれぞれの圧電素子５０を動作させる。これに
より、圧電素子５０の逆圧電効果によって振動板３０の薄膜部３３に撓み（振動）が生じ
る。その結果、例えば、各吐出液貯留室２１内の容積が収縮すると、各吐出液貯留室２１
内の圧力が瞬間的に高まり、ノズル孔１１からインクが液滴として押し出される（吐出さ
れる）。
【００５７】
このようにして、ヘッド１において、印刷したい位置の圧電素子５０に、駆動ＩＣを介
して電圧を印加すること、すなわち、吐出信号を順次入力することにより、任意の文字が
図形等を印刷することができる。
なお、ヘッド１は、前述したような構成のものに限らず、例えば、振動手段としての圧
電素子５０に代えて、静電アクチュエータを備えるものであってもよい。
【００５８】
ただし、本実施形態のように、振動手段が圧電素子で構成されていることにより、振動
板３０に発生する撓みの程度を容易に制御することができる。これにより、インク滴の大
きさを容易に制御することができる。
また、振動板３０は、島部３１の側面と薄膜部３３の上面とがともに平坦面で構成され
これらが直交することとしたが、図３に示すように、島部３１の側面と薄膜部３３の上面
とで１つの湾曲面が形成されるようにしてもよい。
この湾曲面の曲率半径は、特に限定されないが、０．１μｍ以上、２μｍ以下であるの
が好ましく、０．１μｍ以上、０．５μｍ以下であるのがより好ましい。曲率半径をこの
ような範囲とすることにより、島部３１および薄膜部３３に掛かる応力を分散させること
ができるため、振動板３０の耐久性の向上を図ることができる。
【００５９】
＜インクジェット式記録ヘッドの製造方法＞
以上のようなインクジェット式記録ヘッド１は、例えば、基板２０および振動板３０を
得るための母材２０’および母材３０’をそれぞれ用いて、次のようにして作製される。
図４ないし図６は、インクジェット式記録ヘッドの製造方法を説明するための図（縦断
面図）である。なお、以下の説明では、図４ないし図６中の上側を「上」、下側を「下」
と言う。
【００６０】
本実施形態にかかるヘッド１の製造方法は、母材２０’を用意し、この母材２０’に対
して加工を施し、基板２０を形成する工程と、母材３０’を用意するとともに、基板２０
上に接着層２５を形成し、この接着層２５を介して基板２０と母材３０’とを接着する工
程と、母材３０’に凹部５３を形成するととともに、貫通孔２３を形成することにより振
動板３０を得る工程と、振動板３０上に圧電素子５０を接合する工程と、振動板３０上に
ケースヘッド６０を接合する工程と、基板２０の振動板３０と反対側の面上に接着層１５
を形成し、この接着層１５を介して基板２０とノズルプレート１０とを接合する工程とを
有する。
【００６１】
以下、各工程について順次説明する。
［１］まず、基板２０を作製するための母材としての平板状をなす母材２０’を用意す
る（図４（ａ）参照）。
次いで、図４（ｂ）に示すように、母材２０’に対して加工を施し、各吐出液貯留室２
１および吐出液供給室２２を形成することで、母材２０’から基板２０を得る。
なお、吐出液貯留室２１および吐出液供給室２２の形成は、後述する貫通孔２３および
凹部５３の形成で説明するのと同様の各種エッチング法を用いて行われる。
【００６２】
［２］次に、振動板３０を作製するための母材としての平板状をなす母材３０’を用意
する（図４（ｃ）参照）。
次いで、図４（ｄ）に示すように、接着層２５を介して、基板２０と、母材３０’とを
接着することで、接着層２５を介して基板２０と母材３０’とがこの順で積層された積層
体を得る。
【００６３】
［３］次に、母材３０’の上面（一方の面）において、基板２０の各吐出液貯留室に対
応する位置に、凹部５３を形成するとともに、基板２０の吐出液供給室２２に対応する位
置に、すなわち、吐出液供給室２２に連通するように貫通孔２３を形成する。
これにより、図５（ａ）に示すように、島部３１と薄膜部３３と厚膜部３２とで構成さ
れた振動板３０が基板２０上に形成される。
【００６４】
また、貫通孔２３および凹部５３の形成は、ドライエッチング、リアクティブイオンエ
ッチング、ビームエッチング、光アシストエッチング等の物理的エッチング法、ウエット
エッチング等の化学的エッチング法等のうちの１種または２種以上を組み合わせて用いて
行うことができる。
なお、図１に示すように、振動板３０において、島部３１の側面と薄膜部３３の上面と
をともに平坦面とし、これらが直交するような構成とする場合、貫通孔２３および凹部５
３の形成には、上記のうち物理的エッチング法を用いるのが好ましい。物理的エッチング
法によれば、厚さ方向に対するエッチングの際に、横方向に対してまわり込みが生じるの
を的確に防止または抑制することができるため、振動板３０を確実に図１に示したような
構成のものとすることができる。
ただし、母材３０’として面方位（１１０）のＳｉ単結晶基板を選択した場合には、エ
ッチング法として化学的エッチング法を用いたとしても、振動板３０を確実に図１に示し
たような構成のものとすることができる。
【００６５】
［４］次に、圧電素子５０を用意し、島部３１に、圧電素子５０を接合することで、図
５（ｂ）に示すように、基板２０、振動板３０および圧電素子５０をそれぞれ接合させる
。
［５］次に、ケースヘッド６０を用意し、厚膜部３２に、ケースヘッド６０を接合する
ことで、図６（ａ）に示すように、基板２０、振動板３０、圧電素子５０およびケースヘ
ッド６０が接合される。
【００６６】
この際、吐出液供給室２２は、振動板３０に形成された貫通孔２３、および、ケースヘ
ッド６０に設けられた吐出液供給路６１と連通し、これにより、リザーバ７０が形成され
る。
なお、ここでは、予め母材２０’に加工を施して各吐出液貯留室２１および吐出液供給
室２２が形成された基板２０に対して母材３０’を接合する場合について説明したが、こ
れに限定されず、母材２０’に対して母材３０’を接合した後に、母材２０’に加工を施
して各吐出液貯留室２１および吐出液供給室２２が形成して基板２０を得るようにしても
良い。
【００６７】
［６］次に、ノズルプレート１０を用意し、図６（ｂ）に示すように、接着層１５を介
して、基板２０の振動板３０と反対側の面とノズルプレート１０とを接着することで、基
板２０とノズルプレート１０とを接合させて、ヘッド１を得る。
以上のような工程を経て、ヘッド１が製造される。
以上、液滴吐出ヘッド、液滴吐出ヘッドの製造方法および液滴吐出装置を、図示の実施
形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００６８】
例えば、本発明の液滴吐出ヘッドを製造する方法では、前記実施形態の構成に限定され
ず、工程の順序が前後してもよい。また、任意の目的の工程が１または２以上追加されて
いてもよく、不要な工程を削除してもよい。
また、本発明の液滴吐出ヘッドは、振動板を備える、あらゆる方式（形態）の液滴吐出
ヘッドに適用することができる。
【実施例】
【００６９】
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
１．インクジェット式記録ヘッドの製造
＜１＞まず、面方位（１１０）のＳｉ単結晶基板を母材２０’として用意し、このＳｉ
単結晶基板をドライエッチング法によりエッチングして、各吐出液貯留室２１および吐出
液供給室２２を形成することで基板２０を得た。
【００７０】
＜２＞次に、パラ系芳香族ポリアミドフィルム（東レ社製、「ミクトロン」；厚さ：４
２  μｍ）を母材３０’として用意し、エポキシ系接着剤（スリーボンド社製、「スリー
ボンド２０００シリーズ」）を介した状態で、基板２０と、母材３０’とを接着すること
で、接着層２５を介して基板２０と母材３０’とがこの順で積層された積層体を得た。
＜３＞次に、母材３０’（芳香族ポリアミドフィルム）の上面をドライエッチング法に
よりエッチングして、凹部５３を形成することにより、島部３１（厚さ：４２μｍ）と薄
膜部３３（厚さ：２μｍ）と、厚膜部３２（厚さ：４２μｍ）とを有する振動板３０を基
板２０上に形成した。
【００７１】
＜４＞次に、圧電素子５０を用意し、島部３１に、圧電素子５０を接合した。
＜５＞次に、ケースヘッド６０を用意し、厚膜部３２に、ケースヘッド６０を接合した
。
＜６＞次に、ステンレス鋼（ＳＵＳ２０１）製のノズルプレート１０を用意し、エポキ
シ系接着剤（スリーボンド社製、「スリーボンド２０００シリーズ」）を介した状態で、
基板２０とノズルプレート１０とを接着することで、図１に示すヘッド１を得た。
【００７２】
２．評価
ヘッド１をインクジェットプリンタ（セイコーエプソン社製、「ＰＭ−Ａ９００」）に
搭載して、インク滴を１００回吐出させた。そして、記録用紙の目的とする着弾位置と、
実際に印字されたインク滴の着弾位置とのズレを測定した。
その後、所定の画像の印刷を５０００枚の記録用紙に行った後、前記と同様にして、イ
ンク滴の着弾位置を測定した。
その結果、画像印刷の前後とも、目的とする着弾位置からのズレが少なく、ヘッド１は
優れた液滴吐出能を有していた。
さらに、インクジェットプリンタに搭載されたヘッド１を再度取り出し、振動板３０の
状態を目視で確認したが、薄膜部３３における破損等を認めることはできなかった。
【符号の説明】
【００７３】
１……インクジェット式記録ヘッド  １０……ノズルプレート  １１……ノズル孔  １５
、２５、３５……接着層  ２０……吐出液貯留室形成基板  ２０’、３０’……母材  ２
１……吐出液貯留室  ２２……吐出液供給室  ２３……貫通孔  ３０……振動板  ３１…
…島部  ３２……厚膜部  ３３……薄膜部  ５０……圧電素子  ５１……圧電体層  ５２
……電極膜  ５３……凹部  ６０……ケースヘッド  ６１……吐出液供給路  ７０……リ
ザーバ  ９……インクジェットプリンタ  ９２……装置本体  ９２１……トレイ  ９２２
……排紙口  ９３……ヘッドユニット  ９３１……インクカートリッジ  ９３２……キャ
リッジ  ９４……印刷装置  ９４１……キャリッジモータ  ９４２……往復動機構  ９４
３……キャリッジガイド軸  ９４４……タイミングベルト  ９５……給紙装置  ９５１…
…給紙モータ  ９５２……給紙ローラ  ９５２ａ……従動ローラ  ９５２ｂ……駆動ロー
ラ  ９６……制御部  ９７……操作パネル  Ｐ……記録用紙
【図１】
2013000994.tif 000005
【図２】
2013000994.tif 000006
【図３】
2013000994.tif 000007
【図４】
2013000994.tif 000008
【図５】
2013000994.tif 000009
【図６】
2013000994.tif 000010