(57)【要約】      （修正有）【課題】十分な吐出圧力でインク滴を良好に吐出させることができるインクジェット式記録ヘッドを提供する。【解決手段】インクジェット式記録ヘッドは、第１の方向に延設した複数のインク圧力室１１を有する駆動基板１０と、この駆動基板１０に積層された供給基板２０と、各インク圧力室１１に連通して当該インク圧力室１１の長手方向の中央にそれぞれ設けた複数のノズル３２と、各インク圧力室１１内のインクを加圧してノズル３２を介してインク滴を吐出させる複数の圧電素子４０と、を有する。供給基板２０は、複数のインク圧力室１１の長手方向の一端に連通して第１の方向と交差する第２の方向に延設されたインク供給路２２、および複数のインク圧力室１１の他端に連通して第２の方向に延設されたインク排出路２４を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向に延設した複数のインク圧力室を有する第１基板と、
この第１基板に積層され、前記複数のインク圧力室の長手方向の一端に連通して前記第１の方向と交差する第２の方向に延設されたインク供給路、および前記複数のインク圧力室の他端に連通して前記第２の方向に延設されたインク排出路を有する第２基板と、
前記各インク圧力室に連通して当該インク圧力室の長手方向の中央にそれぞれ設けた複数のノズルと、
前記各インク圧力室内のインクを加圧して前記ノズルを介してインク滴を吐出させる複数のアクチュエータと、
を有するインクジェット式記録ヘッド。
【請求項２】
前記ノズルから前記インク圧力室の長手方向の両端までの距離がそれぞれ３００μｍ以上である、
請求項１のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項３】
前記インク圧力室と前記インク供給路との間の接続部分の断面積、および前記インク圧力室と前記インク排出路との間の接続部分の断面積が、前記インク圧力室の長手方向と交差する方向の断面積の半分以上である、
請求項１のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項４】
前記第１基板と前記第２基板の積層体の厚さは３００μｍ以下であり、前記積層体は可撓性を有する、
請求項１のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項５】
前記第１基板の前記第２基板から離間した面に設け、前記ノズルを有して熱酸化膜で形成した振動板と、
前記第２基板の前記第１基板から離間した面に設けた熱酸化膜と、をさらに有する、
請求項４のインクジェット式記録ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ノズルに連通したインク圧力室にインクを循環させるタイプのインクジェット式記録ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット式記録ヘッドは、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通するインク圧力室と、このインク圧力室内のインクを加圧するアクチュエータとを備える。このヘッドは、アクチュエータを駆動することでインク圧力室内のインクを加圧してノズルからインク滴を吐出させる。
【０００３】
アクチュエータとして、例えば、圧電素子を用いてインク圧力室の壁面（振動板）を変形変位させることでインク滴を吐出させる圧電型のものが知られている。圧電型のアクチュエータは、圧電素子がインクに直接接触せず、圧電素子の発熱も無視できるため、使用するインクの種類に制約がないという利点がある。よって、半導体プロセス技術を上記圧電型に適用した、いわゆる圧電ＭＥＭＳ型のインクジェット式記録ヘッドが注目されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２６３７８５号公報
【特許文献２】特開２００８−１０５２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
インク圧力室内のインクを加圧してノズルからインク滴を吐出させる場合、十分な吐出圧力を得るために、インク圧力室内のインクの圧力を保持する必要がある。このため、通常、インク圧力室とインク供給路の間に狭隘部（オリフィス）を設ける。
【０００６】
一方、インク吐出動作中にインク圧力室内で気泡が発生すると、インク滴を吐出させるための圧力が気泡に吸収されて吐出不良を生じる。このため、インク圧力室にインクを循環させて気泡を除去するようにしたヘッドが知られている。
【０００７】
しかし、インクの供給経路にオリフィスを設けると、インクが流れ難くなり、気泡の除去が不十分となる。
【０００８】
よって、十分な吐出圧力でインク滴を良好に吐出させることができるインクジェット式記録ヘッドの開発が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドは、第１の方向に延設した複数のインク圧力室を有する第１基板と、この第１基板に積層された第２基板と、各インク圧力室に連通して当該インク圧力室の長手方向の中央にそれぞれ設けた複数のノズルと、各インク圧力室内のインクを加圧してノズルを介してインク滴を吐出させる複数のアクチュエータと、を有する。第２基板は、複数のインク圧力室の長手方向の一端に連通して第１の方向と交差する第２の方向に延設されたインク供給路、および複数のインク圧力室の他端に連通して第２の方向に延設されたインク排出路を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、第１の実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの要部を示す部分拡大断面図である。
【図２】図２は、図１のインクジェット式記録ヘッドの要部を示す概略斜視図である。
【図３】図３は、図１のインクジェット式記録ヘッドをインク滴の突出方向から見た平面図である。
【図４】図４は、図３のインクジェット式記録ヘッドの駆動基板を供給基板側から見た背面図である。
【図５】図５は、図１のインクジェット式記録ヘッドのインク流路の一部を示す概略図である。
【図６】図６は、図１の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断面図である。
【図７】図７は、図１の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断面図である。
【図８】図８は、図１の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断面図である。
【図９】図９は、図１の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断面図である。
【図１０】図１０は、図１の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断面図である。
【図１１】図１１は、図１の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断面図である。
【図１２】図１２は、図１の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断面図である。
【図１３】図１３は、図１の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断面図である。
【図１４】図１４は、図１の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断面図である。
【図１５】図１５は、図１の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断面図である。
【図１６】図１６は、第１の実施形態の変形例に係るインクジェット式記録ヘッドの要部を部分的に拡大した部分拡大断面図である。
【図１７】図１７は、第２の実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの要部を示す部分拡大断面図である。
【図１８】図１８は、図１７のインクジェット式記録ヘッドの要部を示す概略斜視図である。
【図１９】図１９は、図１７の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断面図である。
【図２０】図２０は、図１７の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断面図である。
【図２１】図２１は、図１７の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断面図である。
【図２２】図２２は、図１７の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断面図である。
【図２３】図２３は、図１７の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断面図である。
【図２４】図２４は、図１、図１６、図１７のインクジェット式記録ヘッドを用いたインクジェット式記録システムを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら実施形態について詳細に説明する。
【００１２】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るインクジェット式記録ヘッド１００（以下、単に、ヘッド１００と称する）の要部を示す部分拡大断面図である。図２は、ヘッド１００の要部を示す概略斜視図である。図３は、ヘッド１００をインク滴の突出方向から見た平面図である。図４は、ヘッド１００の駆動基板１０を供給基板２０側から見た背面図である。図２および図３では、圧電素子４０およびその配線構造を見易くするため、絶縁膜５０の図示を省略してある。
【００１３】
本実施形態のヘッド１００は、圧電ＭＥＭＳ型のインクジェット式記録ヘッドである。ヘッド１００は、例えばＳｉにより形成した駆動基板１０（第１基板）、例えばＳｉにより形成した供給基板２０（第２基板）、Ｓｉ酸化膜（熱酸化膜）により形成したノズルプレート３０（振動板）、および複数の圧電素子４０（アクチュエータ）を有する。複数の圧電素子４０を備えたノズルプレート３０の駆動基板１０から離間した側の表面３０ａ上には絶縁膜５０が設けられている。供給基板２０の駆動基板１０から離間した側の背面には、Ｓｉ酸化膜からなる熱酸化膜６０が設けられている。
【００１４】
駆動基板１０は、その第１面１０ａ（供給基板２０から離間した面）と第２面１０ｂ（供給基板２０側の面）を連絡して基板を貫通した複数の細長いインク圧力室１１を有する。複数のインク圧力室１１は、駆動基板１０の面方向に沿った第１の方向（以下、長手方向とする場合もある）にそれぞれ延設され、この第１の方向と直交する面方向に沿った第２の方向（以下、並び方向とする場合もある）に並べて設けられている。
【００１５】
図４に示すように、複数のインク圧力室１１は、例えば４列に並べて形成され、それぞれ長手方向の両端が並び方向に揃っている。各インク圧力室１１の長さは、６００μｍ以上に設計されており、各インク圧力室１１の幅は５０〜１００μｍ程度であり、並び方向のピッチは、６０〜１５０μｍ程度である。本実施形態では、インク圧力室１１の断面形状を長円形にした。
【００１６】
駆動基板１０は、例えば５０〜３００μｍの厚みを有し、望ましくは３０〜２００μｍの厚みを有する。駆動基板１０の厚みは、並び方向に隣接するインク圧力室１１間の隔壁に十分な剛性を持たせることができ、インク圧力室１１の配列密度をできるだけ高くすることができる厚みであり、且つ各インク圧力室１１の容積を適切な値にすることができる厚みに設計される。
【００１７】
供給基板２０は、例えば、駆動基板１０の第２面１０ｂに接着剤１５を介して貼り合わされている。駆動基板１０と供給基板２０を重ねた積層体７０は、５００μｍ以下の厚みを有し、可撓性を有する。本実施形態では駆動基板１０の厚みを約１００μｍに形成し、供給基板２０の厚みを約１５０μｍに形成し、接着剤１５の層を含む積層体７０の厚みを約２６０μｍに形成した。
【００１８】
供給基板２０は、複数のインク圧力室１１の並び方向に延びた複数本（本実施形態では３本）のインク供給路２２、および並び方向に延びた複数本（本実施形態では２本）のインク排出路２４を有する。図４では、駆動基板１０に対向するここでは不図示の供給基板２０に設けた３本のインク供給路２２および２本のインク排出路２４の位置を破線で示している。
【００１９】
図４に示すように、複数本のインク供給路２２および複数本のインク排出路２４は、第１の方向に沿って交互に互い違いに設けられている。インク供給路２２およびインク排出路２４は、供給基板２０の駆動基板１０側の表面２０ａに形成された有底の溝である。インク供給路２２の供給口２２ａは各インク供給路２２の図示下端に設けられ、インク排出路２４の排出口２４ａは各インク排出路２４の図示上端に設けられている。供給口２２ａおよび排出口２４ａは、それぞれ供給基板２０を貫通して設けられている。
【００２０】
３本のインク供給路２２のうち中央のインク供給路は、中央の２列のインク圧力室１１の間に配置され、これら２列のインク圧力室１１に共通のインク供給路２２として機能する。同様に、２本のインク排出路２４は、それぞれ隣接する２列のインク圧力室１１に共通のインク排出路として機能する。このように、２列のインク圧力室１１に共通のインク供給路２２やインク排出路２４を設けることで、個別に設ける場合と比較してインク供給路２２やインク排出路２４の断面積を大きくすることができ、インクの流路抵抗を低くすることができる。
【００２１】
各インク供給路２２は、第２の方向に並んだ複数のインク圧力室１１の一端に連通する位置に形成され、各インク排出路２４は、第２の方向に並んだ複数のインク圧力室１１の他端に連通する位置に形成される。言い換えると、各インク圧力室１１の第２面１０ｂ側は、当該インク圧力室１１の一端がインク供給路２２に連通し、他端がインク排出路２４に連通している以外、供給基板２０の表面２０ａによって塞がれている。
【００２２】
各インク圧力室１１とインク供給路２２との間の接続部分の断面積、および各インク圧力室１１とインク排出路２４との間の接続部分の断面積は、各インク圧力室１１の長手方向と直交する方向の断面積の半分以上に設計されている。本実施形態では、インク圧力室１１とインク供給路２２との間の接続部分の断面積、およびインク圧力室１１とインク排出路２４との間の接続部分の断面積を、インク圧力室１１の長手方向と直交する方向の断面積と略同じ断面積に設計した。
【００２３】
ノズルプレート３０は、駆動基板１０の供給基板２０から離間した側の第１面１０ａに接触して、各インク圧力室１１の第１面１０ａ側を塞ぐように設けられている。ノズルプレート３０は、各インク圧力室１１の長手方向に沿った中央に、各インク圧力室１１に連通した複数のノズル３２を有する。各インク圧力室１１に対応して設けた複数のノズル３２は、ノズルプレート３０を貫通し、後述する圧電素子４０を貫通して延びている。つまり、各インク圧力室１１は、ノズル３２を介してヘッド１００の外部に連絡している。各ノズル３２から対応するインク圧力室１１の長手方向の両端までの距離は、それぞれ３００μｍ以上に設計されており、好ましくは５００μｍ以上である。
【００２４】
ノズルプレート３０は、例えば、熱酸化ないしはＣＶＤ法により作成した、厚さ１〜５μｍ程度のＳｉ酸化膜（ＳｉＯ２）で形成される。Ｓｉ酸化膜は、均等な変形が実現できるという観点から、非晶質であることが望ましい。また、安定した組成および特性を備える膜の製造が容易という観点からも、ノズルプレート３０をＳｉ酸化膜により形成することが望ましい。さらに、従来の半導体プロセスとの整合性が良いという点からも、ノズルプレート３０をＳｉ酸化膜により形成することが望ましい。
【００２５】
複数の圧電素子４０は、複数のノズル３２をそれぞれ囲むように、ノズルプレート３０の表面３０ａに積層されて形成されている。各圧電素子４０は、図１に示すように、ノズルプレート３０の表面３０ａに重ねた下部電極４２、下部電極４２に重ねた圧電膜４４、および圧電膜４４に重ねた上部電極４６を有する。各圧電素子４０の第１の方向に沿った長さは、上述したインク圧力室１１の第１の方向に沿った長さより短い。各圧電素子４０の第２の方向に沿った幅は、上述したインク圧力室１１の第２の方向に沿った幅より短い。
【００２６】
各圧電素子４０の下部電極４２の一部は、ノズルプレート３０の表面３０ａに沿って延伸され、個別駆動配線４３として機能する。図３に示すように、各個別駆動配線４３の端部には個別配線パッド４３ａが設けられている。圧電素子４０の表面を含むノズルプレート３０の表面３０ａ上には、絶縁膜５０が形成されている。上部電極４６と接する絶縁膜５０の一部にはビアホール５２が形成され、ビアホール５２を介して上部電極４６から引出し配線４７が引き出されている。引出し配線４７は、絶縁膜５０の上を外側まで延伸しており、共通配線パッド４７ａに接続している。絶縁膜５０は、ノズル３２の内面を部分的に覆う位置まで延びている。
【００２７】
各圧電素子４０の圧電膜４４には、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３、ＰＺＴ）などの電歪定数の大きな圧電材料が適している。圧電膜４４にＰＺＴを使用した場合、下部電極４２や上部電極４６には、Ｐｔ、Ａｕ、Ｉｒなどの貴金属や、ＳｒＲｕＯ３などの導電性の酸化物が適している。また、圧電膜４４として、ＡｌＮやＺｒＯ２などのシリコンプロセスに適した圧電材料を使用することも可能である。この場合は、下部電極４２や上部電極４６として、Ａｌ、Ｃｕなどの一般の電極材料や配線材料を使用することができる。
【００２８】
以下、上述したヘッド１００の動作について説明する。  
まず、図示しない外部のインク供給ポンプから３本のインク供給路２２を介して各列の複数のインク圧力室１１へインクを供給し、図示しない外部のインク排出ポンプにより２本のインク排出路２４を介して各列の複数のインク圧力室１１からインクを排出する。これにより、複数のインク圧力室１１内をインクが循環する。このとき、各インク圧力室１１内に発生した気泡等も速やかにインク圧力室１１外に排出される。
【００２９】
上述したように各インク圧力室１１内にインクを循環させた状態で、図示しない外部の駆動回路からの記録信号に従い、各圧電素子４０の下部電極４２と上部電極４６の間に駆動電圧を選択的に印加する。これにより、駆動電圧を印加した圧電素子４０の圧電膜４４が収縮して圧電素子４０が凹状に屈曲変形し、対応するインク圧力室１１の体積が増大し、インク圧力室１１にインク供給路２２を介してインクが流入する。次に、駆動電圧を除去すると、圧電素子４０の屈曲変形が元に戻り、インク圧力室の１１の体積が減少し、インク圧力室１１内の圧力が上がり、ノズル３２を介してインク滴が吐出する。
【００３０】
インク滴を十分な吐出圧力で良好に吐出させるためには、インク滴吐出時にインク圧力室１１内のインクの圧力を一定以上に保持する必要がある。このため、本実施形態では、インク圧力室１１の第１の方向に沿った長さを十分に長くして、ノズル３２からインク圧力室１１の長手方向の両端（インク供給路２２またはインク排出路２４）までの距離を十分に長くすることで、インクの慣性質量による慣性抵抗を生じせしめて、インク圧力室１１からインク供給路２２やインク排出路２４へ圧力が逃げることを抑制するようにした。
【００３１】
言い換えると、本実施形態のヘッド１００は、圧電素子４０を屈曲変形させてインク滴を吐出させるのに十分な吐出圧力を得ることができる程度にインク圧力室１１の長さを設計した。具体的には、インク滴吐出時におけるインクの圧力変化に基づく振動の波（以下、圧力波と称する）がインク圧力室１１の長手方向の両端で十分に減衰し、インク供給路２２やインク排出路２４にほとんど振動が伝わらない程度にインク圧力室１１の長さを設計した。
【００３２】
図５は、本実施形態のヘッド１００におけるインク流路（インク圧力室１１、インク供給路２２、インク排出路２４）の一部を示す概略図である。以下、図５を参照して、インク滴吐出時における圧力波の伝わり方について説明する。なお、ここでは、１つのインク圧力室１１１に着目して、当該インク圧力室１１１のノズル３２からインク滴を吐出させた際の圧力波の伝わり方を説明する。
【００３３】
インク滴を吐出させる場合、インク圧力室１１１が膨張して収縮する。この際、インク滴の吐出によりノズル３２のインクメニスカスでインクに振動を生じる。そして、この振動が圧力波としてインク流路を伝わる。つまり、ノズル３２の近傍で発生した圧力波は、インク圧力室１１１の長手方向の両端に向けてインク中を伝わり、インク供給路２２およびインク排出路２４に伝わり、隣接する他のインク圧力室１１２、１１３へ伝播する。
【００３４】
このとき、ノズル３２の近傍で発生した圧力波は、十分な長さを持つインク圧力室１１１内を長手方向の一端（図示右端）に向かって進行し、インクの慣性抵抗を受けて徐々に減衰する。さらに、圧力波は、インク圧力室１１１と段違いに設けたインク供給路２２へ伝播する。このとき、インク圧力室１１１の一端で圧力波の一部が反射されて減衰する。さらに、インク供給路２２を介して隣接するインク圧力室１１２に圧力波が侵入する際にも圧力波の一部が流路の壁に反射されて減衰する。つまり、本実施形態によると、圧力波の伝播経路が合計４回屈曲してその都度圧力波が減衰するため、隣接するインク圧力室１１２にインク圧力室１１１で発生した圧力波が伝播することはない。
【００３５】
同様に、ノズル３２の近傍からインク圧力室１１１の他端（図示左端）に向けて伝播する圧力波も、隣接するインク圧力室１１３に達するまでに４回屈曲して伝播するため、圧力波が十分に減衰して隣接するインク圧力室１１３に伝播することはない。言い換えると、本実施形態では、インク圧力室１１１で発生した圧力波が隣接するインク圧力室１１２、１１３に伝播して隣接するインク圧力室１１２、１１３におけるインク滴の吐出動作に悪影響を与えることのないように、インク圧力室１１１の長さを設計した。
【００３６】
以上のように、本実施形態のヘッド１００によると、インク圧力室１１の長さを十分に確保することと、インク圧力室１１を形成した駆動基板１０に積層した供給基板２０にインク圧力室１１と直交するインク供給路２２およびインク排出路２４を形成することにより、インク圧力室１１内にインク吐出のための十分な圧力を確保することができ、隣接するインク圧力室１１との干渉の問題も無くすことができる。つまり、本実施形態のヘッド１００は、十分な吐出圧力でインク滴を良好に吐出させることができる。
【００３７】
次に、図６乃至図１５を参照して、上述したヘッド１００の製造方法を説明する。  
まず、図６に示すように、熱酸化により駆動基板１０を酸化してＳｉ酸化膜からなるノズルプレート３０を形成する。本実施形態では、Ｓｉ基板の熱酸化によりノズルプレート３０を形成したが、熱酸化法以外のプラズマＣＶＤ法やＴＥＯＳを原材料とするＣＶＤ法なども使用することができる。
【００３８】
この後、図６に示すように、ノズルプレート３０上に、スパッタリングによりＴｉ／Ｐｔからなる下部電極４２の層を形成し、その上にＰＺＴからなる圧電膜４４の層を形成し、さらにその上にＡｕからなる上部電極４６の層を形成する。
【００３９】
次に、図７に示すように、フォトリソグラフィーおよびウェットエッチングにより上部電極４６、圧電膜４４、および下部電極４２を順にエッチングしてパターニングし、複数の圧電素子４０、複数のノズル３２、および複数の個別駆動配線４３を形成する。
【００４０】
次に、図８に示すように、ノズルプレート３０および複数の圧電素子４０の上部全体に絶縁膜５０を形成し、フォトリソグラフィーおよび反応性イオンエッチングによりパターニングして、上部電極４６の上部に複数のビアホール８１を形成する。
【００４１】
次に、図９に示すように、スパッタリング成膜、フォトリソグラフィーおよび反応性イオンエッチングによりパターニングして、各ビアホール８１に上部電極４６とのコンタクト部８２を形成し、各コンタクト部８２に接続して複数の引出し配線４７を形成する。
【００４２】
次に、図１０に示すように、絶縁膜５０の上に仮固定接着剤８３を介して第１の仮固定基板８４を固定する。さらに駆動基板１０を第２面１０ｂ側から研削およびＣＭＰにより加工し薄板化する。
【００４３】
次に、図１１に示すように、駆動基板１０の第２面１０ｂ側から裏面フォトリソグラフィーおよび深掘りエッチング（Ｄ−ＲＩＥ）により複数のインク圧力室１１を形成する。このとき、駆動基板１０のエッチングおよびパッシベーションを数回繰り返して所望の深さの複数のインク圧力室１１を形成する。
【００４４】
次に、図１２に示すように、両面にＳｉ酸化膜２０’、６０を形成した供給基板２０を用意し、その一方の表面（図示上方の面）に、仮固定接着剤８５を介して第２の仮固定基板８６を接着する。
【００４５】
次に、図１３に示すように、供給基板２０の他方の表面（図示下方の面）側から、研削およびＣＭＰにより加工して供給基板２０を薄板化し、さらに、裏面フォトリソグラフィーおよびＤ−ＲＩＥにより、複数本のインク供給路２２および複数本のインク排出路２４を形成する。
【００４６】
次に、図１３に示す供給基板２０を表裏反転させて、図１１に示す駆動基板１０を重ね、図１４に示すように、駆動基板１０の第２面１０ｂと供給基板２０の表面を接着剤１５により接着する。これにより、駆動基板１０の各インク圧力室１１の一端と供給基板２０のインク供給路２２が連通され、駆動基板１０の各インク圧力室１１の他端と供給基板２０のインク排出路２４が連通される。
【００４７】
さらに、図１５に示すように、第１の仮固定基板８４と第２の仮固定基板８６を剥離する。なお剥離方法として、接着剤１５は溶解せず仮固定接着剤８３、８５のみ溶解するような有機溶剤を使用してもよいし、加熱による剥離や機械的な剥離等でも良い。
【００４８】
なお、以上説明した一連の膜形成及びエッチングは、一枚のウェハ上に多数のチップを同時に形成し、プロセス終了後、一つ一つのチップに分割する。
【００４９】
以上のように、本実施形態のヘッド１００の製造方法によれば、簡単なプロセスによりヘッド１００を製造することが可能であり、特に長時間の絶縁耐圧に優れて駆動耐久性及び信頼性が高く、駆動効率も高い圧電ＭＥＭＳ型のインクジェット式記録ヘッド１００を提供することが可能となる。
【００５０】
本実施形態によると、複数のインク圧力室１１を駆動基板１０の面方向に延設したため、駆動基板１０のエッチング深さを浅くすることができ、その分、ヘッド１００の製造コストを低くすることができる。インク圧力室１１を駆動基板１０の厚み方向に長くすることでも同様の効果を得ることができるが、その分、パッシベーションとＤ−ＲＩＥの回数が多くなり、製造コストが高価になる。
【００５１】
また、本実施形態によると、複数のインク圧力室１１を駆動基板１０の面方向に延設したため、駆動基板１０を薄くすることができ、可撓性を有するヘッド１００を提供することができる。
【００５２】
（第１の実施形態の変形例）
図１６は、第１の実施形態の変形例に係るインクジェット式記録ヘッド１２０（以下、単にヘッド１２０と称する）を示す部分拡大断面図である。ヘッド１２０は、インク圧力室１１の側壁の一部にテンプレート側壁１２２を有し、ノズル３２をインク圧力室１１側に延長したノズル延長部１２４を有する。それ以外は、第１の実施形態のヘッド１００と同様である。したがって、第１の実施形態と重複する内容については、同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００５３】
テンプレート側壁１２２およびノズル延長部１２４は、Ｓｉ酸化膜により形成されている。本変形例では、テンプレート側壁１２２およびノズル延長部１２４を、いずれもノズルプレート３０を熱酸化で形成するのと同時に形成した。テンプレート側壁１２２は、インク圧力室１１の外周に沿って設けられ、インク圧力室１１の形状を規定する。ノズル延長部１２４は、ノズル３２の内径と同じ内径を有する円筒形状を有し、ノズル３２をインク圧力室１１に向けて延長している。
【００５４】
テンプレート側壁１２２は、インク圧力室１１をＤ−ＲＩＥにより形成するときのエッチングストッパーの役割を果たす。つまり、インク圧力室１１を駆動基板１０の第２面１０ｂ側からのエッチングにより形成する際に、テンプレート側壁１２２がそれ以上のエッチングを阻止する。このため、テンプレート側壁１２２を設けることで、インク圧力室１１の形状精度を大幅に高めることが可能になる。
【００５５】
また、ノズル延長部１２４は、インク滴を吐出する時の吐出角度の精度を向上し、インク滴の吐出量の階調制御を可能にする。ノズル延長部１２４を設けてノズル３２の全長を長くすると、吐出させるインク滴の量をダイナミックに変更することができ、吐出時にノズル３２を介してインク圧力室１１内に気泡が入る不具合を抑制できる。
【００５６】
（第２の実施形態）
図１７は、第２の実施形態に係るインクジェット式記録ヘッド２００（以下、単にヘッド２００と称する）の要部を部分的に拡大した部分拡大断面図である。また、図１８は、図１７のヘッド２００の一部を示す部分拡大斜視図である。
【００５７】
本実施形態のヘッド２００は、供給基板２０の代りに供給基板２２０と支持基板２３０を有する以外、上述した第１の実施形態のヘッド１００と略同じ構造を有する。よって、ここでは、第１の実施形態と異なる構成について説明し、第１の実施形態と同様に機能する構成については同一符号を付してその詳細な説明を省略する。特に、ここでは、駆動基板１０の構造およびその製造方法についての説明は省略する。
【００５８】
供給基板２２０は、例えばＳｉにより形成されており、接着剤１５を介して駆動基板１０の第２面１０ｂに接着固定されている。支持基板２３０は、供給基板２２０の駆動基板１０から離間した熱酸化膜６０に対し接着剤２１０を介して接着固定されている。支持基板２３０は、例えばＳｉにより平らな板状に形成されている。
【００５９】
供給基板２２０は、複数本（本実施形態では３本）のインク供給路２２２および複数本（本実施形態では２本）のインク排出路２２４を有する。各インク供給路２２２は、駆動基板１０の各列のインク圧力室１１の一端から離間して対向する位置で第１の方向と直交する第２の方向に延設され、各インク排出路２２４は、各列のインク圧力室１１の他端から離間して対向する位置で第２の方向に延設されている。複数のインク供給路２２２および複数のインク排出路２２４は、それぞれ支持基板２３０側に開放しており、支持基板２３０によって一面側を塞がれている。
【００６０】
また、供給基板２２０は、各インク圧力室１１の一端とインク供給路２２２を連通する略円形断面の複数の連通路２２３、および各インク圧力室１１の他端とインク排出路２２４を連通する略円形断面の複数の連通路２２５を有する。本実施形態では、各インク圧力室１１に対応して個別の連通路２２３、２２５を設けたが、第２の方向に延設した細長い共通の連通路２２３、２２５を形成してもよい。また、連通路２２３、２２５の断面形状は円形に限らず長方形などであってもよい。いずれにしても、各インク圧力室１１に連通した連通路２２３、２２５の断面積は、インク圧力室１１の長手方向と直交する方向の断面積の半分以上である。
【００６１】
以上のように、本実施形態のヘッド２００は、直線状に延伸したインク圧力室１１の一端とインク供給路２２２の間に連通路２２３を備え、インク圧力室１１の他端とインク排出路２２４の間に連通路２２５を備えるため、インク供給路２２２やインク排出路２２４の形状や位置によらず、各インク圧力室１１内でインクの慣性質量による慣性抵抗を十分に働かせることができ、インク滴を良好に吐出させることができる。
【００６２】
また、本実施形態によると、インク供給路２２２およびインク排出路２２４のレイアウトを自由にでき、インク供給路２２２およびインク排出路２２４の断面積もある程度大きくすることができるため、インク供給路２２２やインク排出路２２４におけるインクの流路抵抗を小さくすることができ、各インク圧力室１１にインクを良好に循環させることができ、気泡を除去することができる。
【００６３】
以下、上述した第２の実施形態のヘッド２００の製造方法について、図１９乃至図２３を参照して説明する。上述したように、ここでは、駆動基板１０の製造方法についての説明は省略する。
【００６４】
まず、図１９に示すように、両面にＳｉ酸化膜２２０’を形成した供給基板２２０を用意し、この供給基板２２０の一方の面（図示下方の面）側から、フォトリソグラフィーおよびＤ−ＲＩＥにより、上述したインク供給路２２２およびインク排出路２２４を形成する。
【００６５】
次に、図２０に示すように、インク供給路２２２およびインク排出路２２４を形成した供給基板２２０の一方の面に、接着剤２１０を介して支持基板２３０を接着固定する。支持基板２３０には、予め、各インク供給路２２２に連通した図示しない複数の供給口が設けられ、各インク排出路２２４に連通した図示しない複数の排出口が設けられている。
【００６６】
次に、図２１に示すように、供給基板２２０の他方の面（図示上方の面）側から、研削およびＣＭＰにより加工して供給基板２２０を薄板化し、さらに裏面フォトリソグラフィーおよびＤ−ＲＩＥにより、上述した複数の連通路２２３および複数の連通路２２５を形成する。
【００６７】
次に、図２２に示すように、供給基板２２０の支持基板２３０から離間した面に、接着剤１５を介して、予め複数のインク圧力室１１を形成してノズルプレート３０および複数の圧電素子４０を設けた駆動基板１０（図６乃至図１１の製造工程により製造）の第２面１０ｂを接着固定する。これにより、駆動基板１０の各インク圧力室１１の一端と供給基板２２０の連通路２２３が連通され、駆動基板１０の各インク圧力室１１の他端と供給基板２２０の連通路２２５が連通される。
【００６８】
さらに、図２３に示すように、駆動基板１０側の第１の仮固定基板８４を剥離する。なお剥離方法として、接着剤１５は溶解せず仮固定接着剤８３のみ溶解するような有機溶剤を使用してもよいし、加熱による剥離や機械的な剥離等でも良い。
【００６９】
なお、以上説明した一連の膜形成及びエッチングは、一枚のウェハ上に多数のチップを同時に形成し、プロセス終了後、一つ一つのチップに分割する。
【００７０】
以上のように、本実施形態のヘッド２００によれば、簡単なプロセスにより製造することが可能であり、上述した第１の実施形態のヘッド１００と同様の効果を奏することができる。特に、本実施形態によると、断面積が大きく流路抵抗の低いインク供給路２２２およびインク排出路２２４を有する圧電ＭＥＭＳ型のインクジェット式記録ヘッド２００を提供することが可能となる。
【００７１】
（使用例）
上述した実施形態のインクジェット式記録ヘッド１００、１２０、２００は、数１００μｍ程度の薄型化が可能であるため、図２４に示すように、ヘッドをフレキシブルに折り曲げ可能なインクジェット式記録システム３００（以下、単にシステム３００と称する）を実現することができる。
【００７２】
システム３００は、ヘッド１００（代表して説明する）を図示のように湾曲させるための複数（本実施形態では３つ）のリニアアクチュエータ３２０を備えている。リニアアクチュエータ３２０は、例えばソレノイドである。各リニアアクチュエータ３２０は、ヘッド１００の基板面に対して垂直な方向に移動可能な機構となっている。
【００７３】
また、ヘッド１００には、フレキシブルに折り曲げ可能なチューブからなるインク供給管３３０およびインク排出管３４０が接続されている。インク供給管３３０は、ヘッド１００の複数のインク供給路２２に接続され、インク排出管３４０は、複数のインク排出路２４に接続される。
【００７４】
システム３００によりヘッド１００をフレキシブルに折り曲げ可能であるため、非印刷物３５０の印刷曲面に沿ってリニアアクチュエータ３２０によりヘッド１００を屈曲させることができ、広い範囲にわたって非印刷物３５０とヘッド１００の距離を一定にすることが可能になる。したがって、湾曲した表面を持つ非印刷物３５０に１パスで広い範囲に印刷することが可能になる。
【００７５】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明した。上記、実施形態はあくまで、例として挙げられているだけであり、本発明を限定するものではない。また、実施形態の説明においては、インクジェット式記録ヘッドおよびその製造方法等で、本発明の説明に直接必要としない部分等については記載を省略したが、必要とされるインクジェット式記録ヘッドおよびその製造方法等に関わる要素を適宜選択して用いることができる。
【００７６】
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全てのインクジェット式記録ヘッドが、本発明の範囲に包含される。本発明の範囲は、特許請求の範囲およびその均等物の範囲によって定義されるものである。
【符号の説明】
【００７７】
１０…駆動基板、１１…インク圧力室、２０、２２０…供給基板、２２、２２２…インク供給路、２４、２２４…インク排出路、３０…ノズルプレート、３２…ノズル、４０…圧電素子、５０…絶縁膜、６０…熱酸化膜、１００、１２０、２００…インクジェット式記録ヘッド、１２２…テンプレート側壁、１２４…ノズル延長部、２２３、２２５…連通路、２３０…支持基板、３００…インクジェット式記録システム、３２０…リニアアクチュエータ、３３０…インク供給管、３４０…インク排出管、３５０…非印刷物。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年4月3日(2017.4.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向に延設した複数のインク圧力室を有する第１基板と、
この第１基板に積層され、前記複数のインク圧力室の長手方向の一端に連通して前記第１の方向と交差する第２の方向に延設されたインク供給路、および前記複数のインク圧力室の他端に連通して前記第２の方向に延設されたインク排出路を有する第２基板と、
前記各インク圧力室に連通して当該インク圧力室の長手方向の中央にそれぞれ設けた複数のノズルと、
前記各インク圧力室内のインクを加圧して前記ノズルを介してインク滴を吐出させる複数のアクチュエータと、を有し、
前記インク圧力室と前記インク供給路との間の接続部分の断面積、および前記インク圧力室と前記インク排出路との間の接続部分の断面積が、前記インク圧力室の長手方向と交差する方向の断面積の半分以上であるインクジェット式記録ヘッド。
【請求項２】
前記ノズルから前記インク圧力室の長手方向の両端までの距離がそれぞれ３００μｍ以上である、
請求項１のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項３】
前記第１基板と前記第２基板の積層体の厚さは３００μｍ以下であり、前記積層体は可撓性を有する、
請求項１のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項４】
前記第１基板の前記第２基板から離間した面に設け、前記ノズルを有して熱酸化膜で形成した振動板と、
前記第２基板の前記第１基板から離間した面に設けた熱酸化膜と、をさらに有する、
請求項３のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項５】
第１の方向に延設した複数のインク圧力室を有する第１基板と、
この第１基板に積層され、前記第１基板から離間した背面を有し、前記複数のインク圧力室の長手方向の一端に連通して前記第１の方向と交差する第２の方向に延設され前記背面に開口したインク供給路、および前記複数のインク圧力室の他端に連通して前記第２の方向に延設され前記背面に開口したインク排出路を有する第２基板と、
この第２基板の前記背面に積層され、前記インク供給路の前記開口および前記インク排出路の前記開口を塞ぐ第３基板と、
前記各インク圧力室に連通して当該インク圧力室の長手方向の中央にそれぞれ設けた複数のノズルと、
前記各インク圧力室内のインクを加圧して前記ノズルを介してインク滴を吐出させる複数のアクチュエータと、を有し、
前記インク圧力室と前記インク供給路との間の接続部分の断面積、および前記インク圧力室と前記インク排出路との間の接続部分の断面積が、前記インク圧力室の長手方向と交差する方向の断面積の半分以上であるインクジェット式記録ヘッド。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドは、第１の方向に延設した複数のインク圧力室を有する第１基板と、この第１基板に積層された第２基板と、各インク圧力室に連通して当該インク圧力室の長手方向の中央にそれぞれ設けた複数のノズルと、各インク圧力室内のインクを加圧してノズルを介してインク滴を吐出させる複数のアクチュエータと、を有する。第２基板は、複数のインク圧力室の長手方向の一端に連通して第１の方向と交差する第２の方向に延設されたインク供給路、および複数のインク圧力室の他端に連通して第２の方向に延設されたインク排出路を有する。インク圧力室とインク供給路との間の接続部分の断面積、およびインク圧力室とインク排出路との間の接続部分の断面積は、インク圧力室の長手方向と交差する方向の断面積の半分以上である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７６】
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全てのインクジェット式記録ヘッドが、本発明の範囲に包含される。本発明の範囲は、特許請求の範囲およびその均等物の範囲によって定義されるものである。
以下、本願の出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］
第１の方向に延設した複数のインク圧力室を有する第１基板と、
この第１基板に積層され、前記複数のインク圧力室の長手方向の一端に連通して前記第１の方向と交差する第２の方向に延設されたインク供給路、および前記複数のインク圧力室の他端に連通して前記第２の方向に延設されたインク排出路を有する第２基板と、
前記各インク圧力室に連通して当該インク圧力室の長手方向の中央にそれぞれ設けた複数のノズルと、
前記各インク圧力室内のインクを加圧して前記ノズルを介してインク滴を吐出させる複数のアクチュエータと、
を有するインクジェット式記録ヘッド。
［２］
前記ノズルから前記インク圧力室の長手方向の両端までの距離がそれぞれ３００μｍ以上である、
［１］のインクジェット式記録ヘッド。
［３］
前記インク圧力室と前記インク供給路との間の接続部分の断面積、および前記インク圧力室と前記インク排出路との間の接続部分の断面積が、前記インク圧力室の長手方向と交差する方向の断面積の半分以上である、
［１］のインクジェット式記録ヘッド。
［４］
前記第１基板と前記第２基板の積層体の厚さは３００μｍ以下であり、前記積層体は可撓性を有する、
［１］のインクジェット式記録ヘッド。
［５］
前記第１基板の前記第２基板から離間した面に設け、前記ノズルを有して熱酸化膜で形成した振動板と、
前記第２基板の前記第１基板から離間した面に設けた熱酸化膜と、をさらに有する、
［４］のインクジェット式記録ヘッド。