液体噴射ヘッド及び液体噴射装置
【課題】ノズル開口を高密度化すると共に、液体吐出特性のばらつき及び低下を抑制した液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供する。
【解決手段】流路形成基板１０の圧力発生室１２の幅方向における隔壁１１は、圧力発生手段３００側に設けられた幅狭部１８と、圧力発生手段３００とは反対側に設けられて幅狭部１８よりも大きな幅を有する幅広部１９とを有し、幅狭部１８の幅が、幅広部１９の幅の１／１０以上の大きさで且つ幅狭部１８が５μｍ〜１５μｍの幅を有し、幅狭部１８の圧力発生室１２の深さ方向の長さが、圧力発生室１２の深さよりも短く、且つ圧力発生室１２の深さの１／１０以上の長さを有し、幅狭部１８の長さが２μｍ〜２０μｍである。
【解決手段】流路形成基板１０の圧力発生室１２の幅方向における隔壁１１は、圧力発生手段３００側に設けられた幅狭部１８と、圧力発生手段３００とは反対側に設けられて幅狭部１８よりも大きな幅を有する幅広部１９とを有し、幅狭部１８の幅が、幅広部１９の幅の１／１０以上の大きさで且つ幅狭部１８が５μｍ〜１５μｍの幅を有し、幅狭部１８の圧力発生室１２の深さ方向の長さが、圧力発生室１２の深さよりも短く、且つ圧力発生室１２の深さの１／１０以上の長さを有し、幅狭部１８の長さが２μｍ〜２０μｍである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を噴射する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関し、特に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に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体噴射ヘッドの代表的な例としては、ノズルからインク滴を噴射するインクジェット式記録ヘッドが挙げられる。インクジェット式記録ヘッドとしては、例えば、インク滴を噴射するノズル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からインク滴を吐出させるものがある。また、インクジェット式記録ヘッドに採用される圧電素子としては、例えば、一対の電極とこれらの電極間に挟持される圧電体層とからなるものが知られている。
【０００３】
また、圧力発生室の振動板側を幅広にしたインクジェット式記録ヘッドが提案されている（例えば、特許文献１〜４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３８８２９３６号公報
【特許文献２】特開平１１−２２７１９０号公報
【特許文献３】特開２００４−２０９８７４号公報
【特許文献４】特許第３７１３９２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ノズル開口の高密度化に伴い、圧力発生室を画成する隔壁が薄くなって剛性が低下してしまうという問題がある。そして、隔壁の剛性が低下すると、あるノズル開口からインクを吐出した際に圧力発生手段の動作による圧力発生室のインクの圧力変動に伴い、隔壁が隣の圧力発生室側にたわみ変形して、圧力損失（クロストーク）が発生し、インクの飛翔速度の低下や、インク吐出量の減少等の吐出特性が変化してしまう虞がある。また、隔壁の剛性を向上するために、隔壁の厚さ（圧力発生室の並設方向における幅）を厚くすると、圧力発生室の容積の減少や、圧力発生手段が変位を行う領域が減少し、所望のインク吐出特性を得ることができない。
【０００６】
ちなみに、特許文献１〜４の構成では、幅広部が設けられているものが開示されているものの、クロストークを抑制する隔壁の厚さの規定が行われていない。
【０００７】
なお、このような問題はインクジェット式記録ヘッドに限定されず、他の液体を噴射する液体噴射ヘッドにおいても同様に存在する。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑み、ノズル開口を高密度化すると共に、液体吐出特性のばらつき及び低下を抑制した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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する本発明の態様は、ノズル開口に連通する圧力発生室がその幅方向に隔壁によって区画されて複数設けられた流路形成基板と、前記流路形成基板の一方面側に設けられて前記圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧力発生手段と、を具備し、前記流路形成基板の前記圧力発生室の幅方向における前記隔壁は、前記圧力発生手段側に設けられた幅狭部と、前記圧力発生手段とは反対側に設けられて前記幅狭部よりも大きな幅を有する幅広部とを有し、前記幅狭部の幅が、前記幅広部の幅の１／１０以上の大きさを有すると共に、前記幅狭部が５μｍ〜１５μｍの幅を有し、前記圧力発生室の前記圧力発生手段が設けられた一方面から他方面に向かう方向において、前記幅狭部の長さが、前記圧力発生室の深さよりも短く、且つ前記圧力発生室の深さの１／１０以上の長さを有し、前記幅狭部の長さが２μｍ〜２０μｍであることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００１０】
かかる態様では、隔壁を圧力発生手段側に設けた幅狭部と、幅広部とで構成するようにしたため、幅狭部のみで構成した隔壁に比べて、幅広部によって隔壁の剛性を高めることができる。これにより、圧力発生室を従来と同様に高密度に配設しても、隔壁による圧力発生室間の圧力損失（クロストーク）の発生を低減して、液体吐出特性を向上することができる。また、隔壁の剛性を高めて隔壁を変形し難くすることで、隔壁を挟んで隣り合うノズル開口から液体を同時に吐出した場合と、隔壁を挟んで隣り合うノズル開口の何れか一方からのみ液体を吐出した場合とで、液体吐出特性を揃えることができる。さらに、隔壁の圧力発生手段側に幅狭部を形成することによって、圧力発生室の幅を拡幅した拡幅部を設けることができる。この拡幅部によって、圧力発生手段の変位に利用できる振動可能領域を広げることができ、圧力発生手段の変位特性を向上することができ、液体吐出特性を向上することができる。
【００１１】
また、前記隔壁の前記幅広部によって画成される凹部の内面が、曲面状に形成されていることが好ましい。これによれば、凹部内の角部に気泡が滞留するなどの不具合の発生を抑制することができる。
【００１２】
また、前記流路形成基板の前記圧力発生手段側には、振動板が形成されていることが好ましく、前記振動板に前記幅狭部の少なくとも一部が形成されていてもよい。これによれば、振動板の振動領域を広げて液体吐出特性を向上することができる。
【００１３】
さらに、本発明の他の態様は、上記態様に記載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。
【００１４】
かかる態様では、高密度印刷及び印刷品質を向上することができる液体噴射装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの分解斜視図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの平面図及び断面図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの断面図である。
【図４】本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図６】本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図７】本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図８】本発明の実施形態２に係る記録ヘッドの断面図である。
【図９】本発明の実施形態３に係る記録ヘッドの断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る記録装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドを示す分解斜視図であり、図２は、インクジェット式記録ヘッドの平面図及びＡ−Ａ′断面図であり、図３は、図２（ｂ）のＢ−Ｂ′断面図である。
【００１７】
本実施形態のインクジェット式記録ヘッドＩを構成する流路形成基板１０は、シリコン単結晶基板からなり、その一方の面には酸化シリコンを主成分とする弾性膜５０が形成されている。
【００１８】
流路形成基板１０には、隔壁１１によって区画された複数の圧力発生室１２が、その幅方向に並設されている。また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向外側の領域には連通部１３が形成され、連通部１３と各圧力発生室１２とが、各圧力発生室１２毎に設けられたインク供給路１４及び連通路１５を介して連通されている。連通部１３は、後述する保護基板のリザーバー部３１と連通して各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバーの一部を構成する。インク供給路１４は、圧力発生室１２よりも狭い幅で形成されており、連通部１３から圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。なお、本実施形態では、流路形成基板１０には、圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５からなる液体流路が設けられており、隔壁１１によって圧力発生室１２、インク供給路１４及び連通路１５が画成されている。
【００１９】
また、各圧力発生室１２の弾性膜５０側（後述する圧力発生手段である圧電素子３００側）には、圧力発生室１２の幅（圧力発生室１２の並設方向である短手方向の幅）方向に広がった拡幅部１６が長手方向に沿って設けられている。この拡幅部１６は、圧力発生室１２を画成する隔壁１１の弾性膜５０側に圧力発生室１２の長手方向に亘って設けられた凹部１７によって画成されている。
【００２０】
このように隔壁１１に凹部１７を形成することで、隣り合う圧力発生室１２の間の隔壁１１には、弾性膜５０側の凹部１７が形成された領域に幅（厚さ）が狭い幅狭部１８と、凹部１７が形成されておらず、幅狭部１８よりも幅（厚さ）が大きな幅広部１９とが設けられている。
【００２１】
ここで、幅狭部１８の幅Ｗ２は、隔壁１１の幅広部１９の幅Ｗ１に対して、１．０＜（Ｗ１／Ｗ２）≦１０を満たす条件で形成されている。言い換えると、幅狭部１８の幅Ｗ２は、幅広部１９の幅Ｗ１よりも狭く、且つ１／１０以上の大きさを有するものである。また、幅狭部１８の幅Ｗ２は、５μｍ〜１５μｍで形成されている。
【００２２】
また、流路形成基板１０の厚さ方向、すなわち、弾性膜５０（詳しくは後述する圧力発生手段である圧電素子３００）が設けられた一方面から他方面（圧力発生室１２が開口する面）に向かう幅狭部１８の長さＤ２は、圧力発生室１２の深さＤ１に対して、１．０＜（Ｄ１／Ｄ２）≦１０を満たす条件で形成されている。ちなみに、幅狭部１８の長さＤ２は、凹部１７の深さのことである。また、幅狭部１８の長さＤ２は、２μｍ〜２０μｍで形成されている。
【００２３】
また、凹部１７の内面は、曲面状に形成されている。凹部１７の内面が曲面状とは、凹部１７に内面に角部が存在しないことを言う。このように凹部１７の内面を曲面状とすることで、凹部１７の内面の角部に気泡が付着するなどを不具合を抑制することができる。
【００２４】
なお、本実施形態では、凹部１７を隔壁１１の圧力発生室１２を画成する領域のみに形成したが、凹部１７を圧力発生室１２、インク供給路１４、連通路１５を画成する領域に亘って連続して設けるようにしてもよい。もちろん、圧力発生室１２の幅方向を画成する隔壁１１のみに限定されず、圧力発生室１２の短手方向の端部を画成する壁部にも、凹部１７を形成するようにしてもよい。
【００２５】
このような圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４、連通路１５及び凹部１７は、流路形成基板１０をエッチングすることで形成することができる。これらの製造方法については、詳しくは後述する。
【００２６】
また、流路形成基板１０の弾性膜５０が形成された一方面とは反対側の他方面である開口面側には、各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側の端部近傍に連通するノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が、接着剤や熱溶着フィルム等によって固着されている。なお、ノズルプレート２０は、例えば、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板、ステンレス鋼等からなる。
【００２７】
一方、このような流路形成基板１０の開口面とは反対側には、弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、酸化ジルコニウムを主成分とする絶縁体膜５５が形成されている。さらに、この絶縁体膜５５上には、第１電極６０と、圧電体層７０と、第２電極８０と、が積層形成されて圧電素子３００（本実施形態の圧力発生手段）を構成している。ここで、圧電素子３００は、第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極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３２０という。本実施形態では、第１電極６０を圧電素子３００の共通電極とし、第２電極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。また、駆動により変位が生じる圧電素子３００をアクチュエーター装置と称する。なお、上述した例では、弾性膜５０、絶縁体膜５５及び第１電極６０が振動板として作用するが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、弾性膜５０及び絶縁体膜５５を設けずに、第１電極６０のみが振動板として作用するようにしてもよい。また、圧電素子３００自体が実質的に振動板を兼ねるようにしてもよい。
【００２８】
圧電体層７０は、第１電極６０上に形成される電気機械変換作用を示す圧電材料、特に圧電材料の中でも一般式ＡＢＯ３で示されるペロブスカイト構造を有する金属酸化物からなる。圧電体層７０としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電体材料や、これに酸化ニオブ、酸化ニッケル又は酸化マグネシウム等の金属酸化物を添加したもの等が好適である。具体的には、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、ジルコニウム酸鉛（ＰｂＺｒＯ３）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ），ＴｉＯ３）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）又は、マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ３）等を用いることができる。
【００２９】
圧電体層７０の厚さについては、製造工程でクラックが発生しない程度に厚さを抑え、且つ十分な変位特性を呈する程度に厚く形成する。例えば、本実施形態では、圧電体層７０を０．５〜５μｍ前後の厚さで形成した。
【００３０】
圧電素子３００の個別電極である各第２電極８０には、インク供給路１４側の端部近傍から引き出され、絶縁体膜５５上にまで延設される、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０が接続されている。
【００３１】
このような圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上、すなわち、第１電極６０、絶縁体膜５５及びリード電極９０上には、リザーバー１００の少なくとも一部を構成するリザーバー部３１を有する保護基板３０が接着剤３５を介して接合されている。このリザーバー部３１は、本実施形態では、保護基板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、上述のように流路形成基板１０の連通部１３と連通されて各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバー１００を構成している。また、流路形成基板１０の連通部１３を圧力発生室１２毎に複数に分割して、リザーバー部３１のみをリザーバーとしてもよい。さらに、例えば、流路形成基板１０に圧力発生室１２のみを設け、流路形成基板１０と保護基板３０との間に介在する部材（例えば、弾性膜５０、絶縁体膜５５等）にリザーバーと各圧力発生室１２とを連通するインク供給路１４を設けるようにしてもよい。
【００３２】
また、保護基板３０の圧電素子３００に対向する領域には、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有する圧電素子保持部３２が設けられている。圧電素子保持部３２は、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有していればよく、当該空間は密封されていても、密封されていなくてもよい。
【００３３】
このような保護基板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。
【００３４】
また、保護基板３０には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔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の端部近傍は、貫通孔３３内に露出するように設けられている。
【００３５】
また、保護基板３０上には、並設された圧電素子３００を駆動するための駆動回路１２０が固定されている。この駆動回路１２０としては、例えば、回路基板や半導体集積回路（ＩＣ）等を用いることができる。そして、駆動回路１２０とリード電極９０とは、ボンディングワイヤー等の導電性ワイヤーからなる接続配線１２１を介して電気的に接続されている。
【００３６】
また、このような保護基板３０上には、封止膜４１及び固定板４２と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からなり、この封止膜４１によってリザーバー部３１の一方面が封止されている。また、固定板４２は、比較的硬質の材料で形成されている。この固定板４２のリザーバー１００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、リザーバー１００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。
【００３７】
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドＩでは、インクカートリッジやインクタンクなどのインク貯留手段と接続したインク導入口からインクを取り込み、リザーバー１００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、駆動回路１２０からの記録信号に従い、圧力発生室１２に対応するそれぞれの第１電極６０と第２電極８０との間に電圧を印加し、弾性膜５０、絶縁体膜５５、第１電極６０及び圧電体層７０をたわみ変形させることにより、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。
【００３８】
本実施形態のインクジェット式記録ヘッドＩでは、圧力発生室１２を画成する隔壁１１を圧力発生手段である圧電素子３００側に設けた幅狭部１８と、圧電素子３００とは反対側に設けた幅広部１９とで構成するようにした。このため、幅狭部１８のみで構成した隔壁に比べて、幅広部１９によって隔壁１１の剛性を高めることができる。これにより、圧力発生室１２を従来と同様に高密度に配設しても、隔壁１１による圧力発生室１２間の圧力損失（クロストーク）の発生を低減して、インク吐出特性を向上することができる。
【００３９】
また、隔壁１１の剛性を高めて隔壁１１を変形し難くすることで、隔壁１１を挟んで隣り合うノズル開口２１からインクを吐出した場合と、隔壁１１を挟んで隣り合うノズル開口２１の一方からインクを吐出し、他方からインクを吐出させない場合とで、インク吐出特性を揃えることができる。ちなみに、吐出条件（インクを吐出するノズル開口２１の数など）が異なる場合に隔壁１１の変形量に変化が生じると、圧力損失（圧力発生室１２間のクロストーク）が発生してインク吐出特性を揃えることができない。
【００４０】
さらに、隔壁１１の圧電素子３００側に幅狭部１８を形成することによって、圧力発生室１２の圧電素子３００側に圧力発生室１２の幅を拡幅した拡幅部１６を設けることができる。この拡幅部１６によって、圧電素子３００の変位に利用できる振動可能領域を広げることができ、圧電素子３００の変位特性を向上することができる。ちなみに、幅広部１９のみで隔壁を形成すると、圧力発生室１２の圧電素子３００側の開口面積が狭くなり、振動可能領域が減少して圧電素子３００に所望の変位を行わせることができなくなる。
【００４１】
以下、このようなインクジェット式記録ヘッドＩを製造する製造方法の一例について図４〜図７を参照して説明する。なお、図４〜図７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製造方法を示す圧力発生室の並設方向の断面図である。
【００４２】
まず、図４（ａ）に示すように、シリコンウェハーであり流路形成基板１０が複数一体的に形成される流路形成基板用ウェハー１１０の圧電素子３００が形成される面側に不純物をドーピングして、ドープ層１１１を形成する。
【００４３】
ここで、ドープ層１１１にドーピングする不純物としては、例えば、ボロンが挙げられる。このようにボロンがドーピングされたドープ層１１１は、後の工程でアルカリ溶液を用いた異方性エッチングを行った際に、シリコン単結晶基板である流路形成基板用ウェハー１１０の他の領域に比べてエッチングレートが早い。そして、後の工程で、不純物がドーピングされたドープ層１１１と他の領域とのエッチングレートの違いを利用して、ドープ層１１１に凹部１７を形成する。したがって、不純物がドーピングされたドープ層１１１の厚さは、凹部１７の深さ（Ｄ２）に基づいて規定すればよい。
【００４４】
次に、図４（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０の一方面（ドープ層１１１側）に弾性膜５０を構成する二酸化シリコン膜５１を形成する。二酸化シリコン膜５１は、例えば、スパッタリング法又は化学蒸着法（ＣＶＤ法）によって形成することができる。また、二酸化シリコン膜５１は、流路形成基板用ウェハー１１０を熱酸化することで形成することもできる。二酸化シリコン膜５１を熱酸化により形成した場合には、流路形成基板用ウェハー１１０の一方面にはドープ層１１１が形成されているため、二酸化シリコン膜５１は、二酸化シリコンを主成分として不純物がドーピングされたものとなる。すなわち、二酸化シリコン膜５１は、ボロンがドープされた酸化シリコンで形成される。
【００４５】
次に、図４（ｃ）に示すように、弾性膜５０上に、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５５を形成する。本実施形態では、弾性膜５０上に、ジルコニウムを主成分とするジルコニウム層を形成後、このジルコニウム層を、例えば、５００〜１２００℃の拡散炉で熱酸化することにより酸化ジルコニウムを主成分とする絶縁体膜５５を形成した。
【００４６】
次に、図４（ｄ）に示すように、絶縁体膜５５上の全面に第１電極６０を形成すると共に、所定形状にパターニングする。この第１電極６０の材料は、特に限定されないが、圧電体層７０としてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いる場合には、酸化鉛の拡散による導電性の変化が少ない材料であることが望ましい。このため、第１電極６０の材料としては白金、イリジウム等が好適に用いられる。また、第１電極６０は、例えば、スパッタリング法やＰＶＤ法（物理蒸着法）などにより形成することができる。
【００４７】
次に、図５（ａ）に示すように、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなる圧電体層７０と、例えば、イリジウムからなる第２電極８０とを流路形成基板用ウェハー１１０の全面に形成する。なお、圧電体層７０の形成方法は、本実施形態では、金属有機物を溶媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥してゲル化し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電体層７０を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて圧電体層７０を形成した。なお、圧電体層７０の形成方法は、特に限定されず、例えば、ＭＯＤ（Metal-Organic Decomposition）法、スパッタリング法又はレーザーアブレーション法等のＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法等を用いてもよい。
【００４８】
次に、図５（ｂ）に示すように、第２電極８０及び圧電体層７０を同時にエッチングすることにより各圧力発生室１２に対応する領域に圧電素子３００を形成する。ここで、第２電極８０及び圧電体層７０のエッチングは、例えば、反応性イオンエッチングやイオンミリング等のドライエッチングが挙げられる。
【００４９】
次に、図５（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０の全面に亘って金（Ａｕ）からなるリード電極９０を形成後、各圧電素子３００毎にパターニングする。
【００５０】
次に、図６（ａ）に示すように、保護基板用ウェハー１３０を、流路形成基板用ウェハー１１０上に接着剤３５を介して接着する。ここで、この保護基板用ウェハー１３０は、保護基板３０が複数一体的に形成されたものであり、保護基板用ウェハー１３０には、リザーバー部３１及び圧電素子保持部３２が予め形成されている。保護基板用ウェハー１３０を接合することによって流路形成基板用ウェハー１１０の剛性は著しく向上することになる。
【００５１】
次いで、図６（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０を所定の厚みに薄くする。
【００５２】
次いで、図７（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０上にマスク膜５２を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、図７（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０をマスク膜５２を介してＫＯＨ等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチング（ウェットエッチング）することにより、圧電素子３００に対応する圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５等を形成する。
【００５３】
このとき、上述のように流路形成基板用ウェハー１１０の圧電素子３００側には、不純物がドープされたドープ層１１１が形成されており、このドープ層１１１は、他の領域（不純物がドーピングされていないシリコン領域）に比べてエッチングレートが早いため、ドープ層１１１に圧力発生室１２の幅が拡幅された拡幅部１６（凹部１７）が形成される。これにより、隔壁１１には、圧電素子３００側に幅狭部１８が形成されると共に、圧電素子３００とは反対側に幅狭部１８よりも幅（厚さ）が大きな幅広部１９が形成される。
【００５４】
また、幅狭部１８を形成する凹部１７は、ドープ層１１１をエッチングすることにより形成されるため、その内面が曲面状に形成される。
【００５５】
その後は、流路形成基板用ウェハー１１０表面のマスク膜５２を除去し、流路形成基板用ウェハー１１０及び保護基板用ウェハー１３０の外周縁部の不要部分を、例えば、ダイシング等により切断することによって除去する。そして、流路形成基板用ウェハー１１０の保護基板用ウェハー１３０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を接合すると共に、保護基板用ウェハー１３０にコンプライアンス基板４０を接合し、流路形成基板用ウェハー１１０等を図１に示すような一つのチップサイズの流路形成基板１０等に分割することによって、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドとする。
【００５６】
（実施形態２）
図８は、本発明の実施形態２に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの圧力発生室の並設方向の要部断面図である。なお、上述した実施形態と同様の部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００５７】
図８に示すように、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドＩは、圧力発生室１２Ａが、弾性膜５０の厚さ方向の途中まで延設されているものである。具体的には、圧力発生室１２Ａの圧電素子３００側には、拡幅部１６Ａが形成されており、この拡幅部１６Ａが、流路形成基板１０と弾性膜５０とに跨って設けられている。すなわち、圧力発生室１２Ａの並設方向（幅方向）を画成する隔壁１１Ａは、流路形成基板１０と弾性膜５０の厚さ方向の一部とで構成されており、隔壁１１Ａの凹部１７Ａが流路形成基板１０と弾性膜５０との境界部分に形成されることで、隔壁１１Ａの幅狭部１８Ａは流路形成基板１０と弾性膜５０の厚さ方向の一部で形成されている。一方、隔壁１１Ａの幅広部１９は、流路形成基板１０のみで形成されている。
このような構成としても、上述した実施形態１と同様の効果を奏することができる。
【００５８】
（実施形態３）
図９は、本発明の実施形態２に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの圧力発生室の並設方向の要部断面図である。なお、上述した実施形態と同様の部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００５９】
図９に示すように、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドＩは、圧力発生室１２Ｂが弾性膜５０を厚さ方向に貫通して設けられている。具体的には、圧力発生室１２Ｂの圧電素子３００側には、拡幅部１６Ｂが形成されており、この拡幅部１６Ｂが、弾性膜５０を厚さ方向に貫通して設けられている。すなわち、隔壁１１Ｂは、流路形成基板１０と弾性膜５０とで構成されており、隔壁１１Ｂの凹部１７Ｂが弾性膜５０に形成されることで、隔壁１１Ｂの幅狭部１８Ｂは弾性膜５０のみで形成されている。一方、隔壁１１Ｂの幅広部１９は、流路形成基板１０のみで形成されている。
このような構成としても、上述した実施形態１と同様の効果を奏することができる。
【００６０】
ちなみに、上述した実施形態２及び３の凹部１７Ａ、１７Ｂの製造方法は、特に限定されず、例えば、圧力発生室１２Ａ、１２Ｂの流路形成基板１０を貫通する一部のみを異方性エッチングで形成後、圧力発生室１２Ａ、１２Ｂの弾性膜５０側をさらにドライエッチングや等方性エッチングすることによって拡幅部１６Ａ、１６Ｂ（凹部１７Ａ、１７Ｂ）を形成するようにしてもよい。なお、異方性エッチングであっても、横方向（幅方向）にオーバーエッチングされるため、拡幅部１６Ａ、１６Ｂ（凹部１７Ａ、１７Ｂ）を形成することができる。
【００６１】
また、他の方法としては、例えば、圧力発生室１２Ａ、１２Ｂの流路形成基板１０を貫通する一部を異方性エッチングで形成後、流路形成基板１０のみで形成された隔壁１１Ａ、１１Ｂ上に耐エッチング性を有する保護膜を形成し、その後、さらにエッチングすることによって、拡幅部１６Ａ、１６Ｂ（凹部１７Ａ、１７Ｂ）を形成するようにしてもよい。もちろん、これらの方法は、上述した実施形態２及び３に限定されるものではなく、上述した実施形態１の拡幅部１６（凹部１７）も同様の方法で形成することができる。
【００６２】
（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の基本的構成は上述したものに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態１では、流路形成基板１０として、シリコン単結晶基板を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、ＳＯＩ基板、ガラス等の材料を用いるようにしてもよい。
【００６３】
また、上述した実施形態１では、圧力発生室１２に圧力変化を生じさせる圧力発生手段として、薄膜型の圧電素子３００を有するアクチュエーター装置を用いて説明したが、特にこれに限定されず、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アクチュエーター装置や、圧電材料と電極形成材料とを交互に積層させて軸方向に伸縮させる縦振動型のアクチュエーター装置などを使用することができる。また、振動板と電極との間に静電気を発生させて、静電気力によって振動板を変形させてノズル開口から液滴を吐出させるいわゆる静電式アクチュエーターなどを使用することができる。
【００６４】
また、これら上述したインクジェット式記録ヘッドＩ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。図１０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。
【００６５】
図１０に示すインクジェット式記録装置ＩＩにおいて、インクジェット式記録ヘッドＩ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。
【００６６】
そして、駆動モーター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ー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に巻き掛けられて搬送されるようになっている。
【００６７】
また、上述したインクジェット式記録装置ＩＩでは、インクジェット式記録ヘッドＩ（ヘッドユニット１Ａ、１Ｂ）がキャリッジ３に搭載されて主走査方向に移動するものを例示したが、特にこれに限定されず、例えば、インクジェット式記録ヘッドＩが固定されて、紙等の記録シートＳを副走査方向に移動させるだけで印刷を行う、所謂ライン式記録装置にも本発明を適用することができる。
【００６８】
さらに、本発明は、広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものであり、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種のインクジェット式記録ヘッド等の記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルター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（電界放出ディスプレー）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にも適用することができる。
【００６９】
また、液体噴射装置の一例としてインクジェット式記録装置ＩＩを挙げて説明したが、上述した他の液体噴射ヘッドを用いた液体噴射装置にも用いることが可能である。
【符号の説明】
【００７０】
Ｉ インクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、 ＩＩ インクジェット式記録装置（液体噴射装置）、 １０ 流路形成基板、 １１、１１Ａ、１１Ｂ 隔壁、 １２、１２Ａ、１２Ｂ 圧力発生室、 １３ 連通部、 １４ インク供給路、 １５ 連通路、 １６、１６Ａ、１６Ｂ 拡幅部、 １７、１７Ａ、１７Ｂ 凹部、 １８、１８Ａ、１８Ｂ 幅狭部、 １９ 幅広部、 ２０ ノズルプレート、 ２１ ノズル開口、 ３０ 保護基板、 ３１ リザーバー部、 ３２ 圧電素子保持部、 ４０ コンプライアンス基板、 ５０ 弾性膜、 ５５ 絶縁体膜、 ６０ 第１電極、 ７０ 圧電体層、 ８０ 第２電極、 ９０ リード電極、 １００ リザーバー、 １２０ 駆動回路、 １２１ 接続配線、 ３００ 圧電素子（圧力発生手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を噴射する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関し、特に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に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体噴射ヘッドの代表的な例としては、ノズルからインク滴を噴射するインクジェット式記録ヘッドが挙げられる。インクジェット式記録ヘッドとしては、例えば、インク滴を噴射するノズル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からインク滴を吐出させるものがある。また、インクジェット式記録ヘッドに採用される圧電素子としては、例えば、一対の電極とこれらの電極間に挟持される圧電体層とからなるものが知られている。
【０００３】
また、圧力発生室の振動板側を幅広にしたインクジェット式記録ヘッドが提案されている（例えば、特許文献１〜４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３８８２９３６号公報
【特許文献２】特開平１１−２２７１９０号公報
【特許文献３】特開２００４−２０９８７４号公報
【特許文献４】特許第３７１３９２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ノズル開口の高密度化に伴い、圧力発生室を画成する隔壁が薄くなって剛性が低下してしまうという問題がある。そして、隔壁の剛性が低下すると、あるノズル開口からインクを吐出した際に圧力発生手段の動作による圧力発生室のインクの圧力変動に伴い、隔壁が隣の圧力発生室側にたわみ変形して、圧力損失（クロストーク）が発生し、インクの飛翔速度の低下や、インク吐出量の減少等の吐出特性が変化してしまう虞がある。また、隔壁の剛性を向上するために、隔壁の厚さ（圧力発生室の並設方向における幅）を厚くすると、圧力発生室の容積の減少や、圧力発生手段が変位を行う領域が減少し、所望のインク吐出特性を得ることができない。
【０００６】
ちなみに、特許文献１〜４の構成では、幅広部が設けられているものが開示されているものの、クロストークを抑制する隔壁の厚さの規定が行われていない。
【０００７】
なお、このような問題はインクジェット式記録ヘッドに限定されず、他の液体を噴射する液体噴射ヘッドにおいても同様に存在する。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑み、ノズル開口を高密度化すると共に、液体吐出特性のばらつき及び低下を抑制した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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する本発明の態様は、ノズル開口に連通する圧力発生室がその幅方向に隔壁によって区画されて複数設けられた流路形成基板と、前記流路形成基板の一方面側に設けられて前記圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧力発生手段と、を具備し、前記流路形成基板の前記圧力発生室の幅方向における前記隔壁は、前記圧力発生手段側に設けられた幅狭部と、前記圧力発生手段とは反対側に設けられて前記幅狭部よりも大きな幅を有する幅広部とを有し、前記幅狭部の幅が、前記幅広部の幅の１／１０以上の大きさを有すると共に、前記幅狭部が５μｍ〜１５μｍの幅を有し、前記圧力発生室の前記圧力発生手段が設けられた一方面から他方面に向かう方向において、前記幅狭部の長さが、前記圧力発生室の深さよりも短く、且つ前記圧力発生室の深さの１／１０以上の長さを有し、前記幅狭部の長さが２μｍ〜２０μｍであることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００１０】
かかる態様では、隔壁を圧力発生手段側に設けた幅狭部と、幅広部とで構成するようにしたため、幅狭部のみで構成した隔壁に比べて、幅広部によって隔壁の剛性を高めることができる。これにより、圧力発生室を従来と同様に高密度に配設しても、隔壁による圧力発生室間の圧力損失（クロストーク）の発生を低減して、液体吐出特性を向上することができる。また、隔壁の剛性を高めて隔壁を変形し難くすることで、隔壁を挟んで隣り合うノズル開口から液体を同時に吐出した場合と、隔壁を挟んで隣り合うノズル開口の何れか一方からのみ液体を吐出した場合とで、液体吐出特性を揃えることができる。さらに、隔壁の圧力発生手段側に幅狭部を形成することによって、圧力発生室の幅を拡幅した拡幅部を設けることができる。この拡幅部によって、圧力発生手段の変位に利用できる振動可能領域を広げることができ、圧力発生手段の変位特性を向上することができ、液体吐出特性を向上することができる。
【００１１】
また、前記隔壁の前記幅広部によって画成される凹部の内面が、曲面状に形成されていることが好ましい。これによれば、凹部内の角部に気泡が滞留するなどの不具合の発生を抑制することができる。
【００１２】
また、前記流路形成基板の前記圧力発生手段側には、振動板が形成されていることが好ましく、前記振動板に前記幅狭部の少なくとも一部が形成されていてもよい。これによれば、振動板の振動領域を広げて液体吐出特性を向上することができる。
【００１３】
さらに、本発明の他の態様は、上記態様に記載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。
【００１４】
かかる態様では、高密度印刷及び印刷品質を向上することができる液体噴射装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの分解斜視図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの平面図及び断面図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの断面図である。
【図４】本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図６】本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図７】本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図８】本発明の実施形態２に係る記録ヘッドの断面図である。
【図９】本発明の実施形態３に係る記録ヘッドの断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る記録装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドを示す分解斜視図であり、図２は、インクジェット式記録ヘッドの平面図及びＡ−Ａ′断面図であり、図３は、図２（ｂ）のＢ−Ｂ′断面図である。
【００１７】
本実施形態のインクジェット式記録ヘッドＩを構成する流路形成基板１０は、シリコン単結晶基板からなり、その一方の面には酸化シリコンを主成分とする弾性膜５０が形成されている。
【００１８】
流路形成基板１０には、隔壁１１によって区画された複数の圧力発生室１２が、その幅方向に並設されている。また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向外側の領域には連通部１３が形成され、連通部１３と各圧力発生室１２とが、各圧力発生室１２毎に設けられたインク供給路１４及び連通路１５を介して連通されている。連通部１３は、後述する保護基板のリザーバー部３１と連通して各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバーの一部を構成する。インク供給路１４は、圧力発生室１２よりも狭い幅で形成されており、連通部１３から圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。なお、本実施形態では、流路形成基板１０には、圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５からなる液体流路が設けられており、隔壁１１によって圧力発生室１２、インク供給路１４及び連通路１５が画成されている。
【００１９】
また、各圧力発生室１２の弾性膜５０側（後述する圧力発生手段である圧電素子３００側）には、圧力発生室１２の幅（圧力発生室１２の並設方向である短手方向の幅）方向に広がった拡幅部１６が長手方向に沿って設けられている。この拡幅部１６は、圧力発生室１２を画成する隔壁１１の弾性膜５０側に圧力発生室１２の長手方向に亘って設けられた凹部１７によって画成されている。
【００２０】
このように隔壁１１に凹部１７を形成することで、隣り合う圧力発生室１２の間の隔壁１１には、弾性膜５０側の凹部１７が形成された領域に幅（厚さ）が狭い幅狭部１８と、凹部１７が形成されておらず、幅狭部１８よりも幅（厚さ）が大きな幅広部１９とが設けられている。
【００２１】
ここで、幅狭部１８の幅Ｗ２は、隔壁１１の幅広部１９の幅Ｗ１に対して、１．０＜（Ｗ１／Ｗ２）≦１０を満たす条件で形成されている。言い換えると、幅狭部１８の幅Ｗ２は、幅広部１９の幅Ｗ１よりも狭く、且つ１／１０以上の大きさを有するものである。また、幅狭部１８の幅Ｗ２は、５μｍ〜１５μｍで形成されている。
【００２２】
また、流路形成基板１０の厚さ方向、すなわち、弾性膜５０（詳しくは後述する圧力発生手段である圧電素子３００）が設けられた一方面から他方面（圧力発生室１２が開口する面）に向かう幅狭部１８の長さＤ２は、圧力発生室１２の深さＤ１に対して、１．０＜（Ｄ１／Ｄ２）≦１０を満たす条件で形成されている。ちなみに、幅狭部１８の長さＤ２は、凹部１７の深さのことである。また、幅狭部１８の長さＤ２は、２μｍ〜２０μｍで形成されている。
【００２３】
また、凹部１７の内面は、曲面状に形成されている。凹部１７の内面が曲面状とは、凹部１７に内面に角部が存在しないことを言う。このように凹部１７の内面を曲面状とすることで、凹部１７の内面の角部に気泡が付着するなどを不具合を抑制することができる。
【００２４】
なお、本実施形態では、凹部１７を隔壁１１の圧力発生室１２を画成する領域のみに形成したが、凹部１７を圧力発生室１２、インク供給路１４、連通路１５を画成する領域に亘って連続して設けるようにしてもよい。もちろん、圧力発生室１２の幅方向を画成する隔壁１１のみに限定されず、圧力発生室１２の短手方向の端部を画成する壁部にも、凹部１７を形成するようにしてもよい。
【００２５】
このような圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４、連通路１５及び凹部１７は、流路形成基板１０をエッチングすることで形成することができる。これらの製造方法については、詳しくは後述する。
【００２６】
また、流路形成基板１０の弾性膜５０が形成された一方面とは反対側の他方面である開口面側には、各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側の端部近傍に連通するノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が、接着剤や熱溶着フィルム等によって固着されている。なお、ノズルプレート２０は、例えば、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板、ステンレス鋼等からなる。
【００２７】
一方、このような流路形成基板１０の開口面とは反対側には、弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、酸化ジルコニウムを主成分とする絶縁体膜５５が形成されている。さらに、この絶縁体膜５５上には、第１電極６０と、圧電体層７０と、第２電極８０と、が積層形成されて圧電素子３００（本実施形態の圧力発生手段）を構成している。ここで、圧電素子３００は、第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極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３２０という。本実施形態では、第１電極６０を圧電素子３００の共通電極とし、第２電極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。また、駆動により変位が生じる圧電素子３００をアクチュエーター装置と称する。なお、上述した例では、弾性膜５０、絶縁体膜５５及び第１電極６０が振動板として作用するが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、弾性膜５０及び絶縁体膜５５を設けずに、第１電極６０のみが振動板として作用するようにしてもよい。また、圧電素子３００自体が実質的に振動板を兼ねるようにしてもよい。
【００２８】
圧電体層７０は、第１電極６０上に形成される電気機械変換作用を示す圧電材料、特に圧電材料の中でも一般式ＡＢＯ３で示されるペロブスカイト構造を有する金属酸化物からなる。圧電体層７０としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電体材料や、これに酸化ニオブ、酸化ニッケル又は酸化マグネシウム等の金属酸化物を添加したもの等が好適である。具体的には、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、ジルコニウム酸鉛（ＰｂＺｒＯ３）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ），ＴｉＯ３）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）又は、マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ３）等を用いることができる。
【００２９】
圧電体層７０の厚さについては、製造工程でクラックが発生しない程度に厚さを抑え、且つ十分な変位特性を呈する程度に厚く形成する。例えば、本実施形態では、圧電体層７０を０．５〜５μｍ前後の厚さで形成した。
【００３０】
圧電素子３００の個別電極である各第２電極８０には、インク供給路１４側の端部近傍から引き出され、絶縁体膜５５上にまで延設される、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０が接続されている。
【００３１】
このような圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上、すなわち、第１電極６０、絶縁体膜５５及びリード電極９０上には、リザーバー１００の少なくとも一部を構成するリザーバー部３１を有する保護基板３０が接着剤３５を介して接合されている。このリザーバー部３１は、本実施形態では、保護基板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、上述のように流路形成基板１０の連通部１３と連通されて各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバー１００を構成している。また、流路形成基板１０の連通部１３を圧力発生室１２毎に複数に分割して、リザーバー部３１のみをリザーバーとしてもよい。さらに、例えば、流路形成基板１０に圧力発生室１２のみを設け、流路形成基板１０と保護基板３０との間に介在する部材（例えば、弾性膜５０、絶縁体膜５５等）にリザーバーと各圧力発生室１２とを連通するインク供給路１４を設けるようにしてもよい。
【００３２】
また、保護基板３０の圧電素子３００に対向する領域には、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有する圧電素子保持部３２が設けられている。圧電素子保持部３２は、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有していればよく、当該空間は密封されていても、密封されていなくてもよい。
【００３３】
このような保護基板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。
【００３４】
また、保護基板３０には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔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の端部近傍は、貫通孔３３内に露出するように設けられている。
【００３５】
また、保護基板３０上には、並設された圧電素子３００を駆動するための駆動回路１２０が固定されている。この駆動回路１２０としては、例えば、回路基板や半導体集積回路（ＩＣ）等を用いることができる。そして、駆動回路１２０とリード電極９０とは、ボンディングワイヤー等の導電性ワイヤーからなる接続配線１２１を介して電気的に接続されている。
【００３６】
また、このような保護基板３０上には、封止膜４１及び固定板４２と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からなり、この封止膜４１によってリザーバー部３１の一方面が封止されている。また、固定板４２は、比較的硬質の材料で形成されている。この固定板４２のリザーバー１００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、リザーバー１００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。
【００３７】
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドＩでは、インクカートリッジやインクタンクなどのインク貯留手段と接続したインク導入口からインクを取り込み、リザーバー１００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、駆動回路１２０からの記録信号に従い、圧力発生室１２に対応するそれぞれの第１電極６０と第２電極８０との間に電圧を印加し、弾性膜５０、絶縁体膜５５、第１電極６０及び圧電体層７０をたわみ変形させることにより、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。
【００３８】
本実施形態のインクジェット式記録ヘッドＩでは、圧力発生室１２を画成する隔壁１１を圧力発生手段である圧電素子３００側に設けた幅狭部１８と、圧電素子３００とは反対側に設けた幅広部１９とで構成するようにした。このため、幅狭部１８のみで構成した隔壁に比べて、幅広部１９によって隔壁１１の剛性を高めることができる。これにより、圧力発生室１２を従来と同様に高密度に配設しても、隔壁１１による圧力発生室１２間の圧力損失（クロストーク）の発生を低減して、インク吐出特性を向上することができる。
【００３９】
また、隔壁１１の剛性を高めて隔壁１１を変形し難くすることで、隔壁１１を挟んで隣り合うノズル開口２１からインクを吐出した場合と、隔壁１１を挟んで隣り合うノズル開口２１の一方からインクを吐出し、他方からインクを吐出させない場合とで、インク吐出特性を揃えることができる。ちなみに、吐出条件（インクを吐出するノズル開口２１の数など）が異なる場合に隔壁１１の変形量に変化が生じると、圧力損失（圧力発生室１２間のクロストーク）が発生してインク吐出特性を揃えることができない。
【００４０】
さらに、隔壁１１の圧電素子３００側に幅狭部１８を形成することによって、圧力発生室１２の圧電素子３００側に圧力発生室１２の幅を拡幅した拡幅部１６を設けることができる。この拡幅部１６によって、圧電素子３００の変位に利用できる振動可能領域を広げることができ、圧電素子３００の変位特性を向上することができる。ちなみに、幅広部１９のみで隔壁を形成すると、圧力発生室１２の圧電素子３００側の開口面積が狭くなり、振動可能領域が減少して圧電素子３００に所望の変位を行わせることができなくなる。
【００４１】
以下、このようなインクジェット式記録ヘッドＩを製造する製造方法の一例について図４〜図７を参照して説明する。なお、図４〜図７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製造方法を示す圧力発生室の並設方向の断面図である。
【００４２】
まず、図４（ａ）に示すように、シリコンウェハーであり流路形成基板１０が複数一体的に形成される流路形成基板用ウェハー１１０の圧電素子３００が形成される面側に不純物をドーピングして、ドープ層１１１を形成する。
【００４３】
ここで、ドープ層１１１にドーピングする不純物としては、例えば、ボロンが挙げられる。このようにボロンがドーピングされたドープ層１１１は、後の工程でアルカリ溶液を用いた異方性エッチングを行った際に、シリコン単結晶基板である流路形成基板用ウェハー１１０の他の領域に比べてエッチングレートが早い。そして、後の工程で、不純物がドーピングされたドープ層１１１と他の領域とのエッチングレートの違いを利用して、ドープ層１１１に凹部１７を形成する。したがって、不純物がドーピングされたドープ層１１１の厚さは、凹部１７の深さ（Ｄ２）に基づいて規定すればよい。
【００４４】
次に、図４（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０の一方面（ドープ層１１１側）に弾性膜５０を構成する二酸化シリコン膜５１を形成する。二酸化シリコン膜５１は、例えば、スパッタリング法又は化学蒸着法（ＣＶＤ法）によって形成することができる。また、二酸化シリコン膜５１は、流路形成基板用ウェハー１１０を熱酸化することで形成することもできる。二酸化シリコン膜５１を熱酸化により形成した場合には、流路形成基板用ウェハー１１０の一方面にはドープ層１１１が形成されているため、二酸化シリコン膜５１は、二酸化シリコンを主成分として不純物がドーピングされたものとなる。すなわち、二酸化シリコン膜５１は、ボロンがドープされた酸化シリコンで形成される。
【００４５】
次に、図４（ｃ）に示すように、弾性膜５０上に、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５５を形成する。本実施形態では、弾性膜５０上に、ジルコニウムを主成分とするジルコニウム層を形成後、このジルコニウム層を、例えば、５００〜１２００℃の拡散炉で熱酸化することにより酸化ジルコニウムを主成分とする絶縁体膜５５を形成した。
【００４６】
次に、図４（ｄ）に示すように、絶縁体膜５５上の全面に第１電極６０を形成すると共に、所定形状にパターニングする。この第１電極６０の材料は、特に限定されないが、圧電体層７０としてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いる場合には、酸化鉛の拡散による導電性の変化が少ない材料であることが望ましい。このため、第１電極６０の材料としては白金、イリジウム等が好適に用いられる。また、第１電極６０は、例えば、スパッタリング法やＰＶＤ法（物理蒸着法）などにより形成することができる。
【００４７】
次に、図５（ａ）に示すように、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなる圧電体層７０と、例えば、イリジウムからなる第２電極８０とを流路形成基板用ウェハー１１０の全面に形成する。なお、圧電体層７０の形成方法は、本実施形態では、金属有機物を溶媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥してゲル化し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電体層７０を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて圧電体層７０を形成した。なお、圧電体層７０の形成方法は、特に限定されず、例えば、ＭＯＤ（Metal-Organic Decomposition）法、スパッタリング法又はレーザーアブレーション法等のＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法等を用いてもよい。
【００４８】
次に、図５（ｂ）に示すように、第２電極８０及び圧電体層７０を同時にエッチングすることにより各圧力発生室１２に対応する領域に圧電素子３００を形成する。ここで、第２電極８０及び圧電体層７０のエッチングは、例えば、反応性イオンエッチングやイオンミリング等のドライエッチングが挙げられる。
【００４９】
次に、図５（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０の全面に亘って金（Ａｕ）からなるリード電極９０を形成後、各圧電素子３００毎にパターニングする。
【００５０】
次に、図６（ａ）に示すように、保護基板用ウェハー１３０を、流路形成基板用ウェハー１１０上に接着剤３５を介して接着する。ここで、この保護基板用ウェハー１３０は、保護基板３０が複数一体的に形成されたものであり、保護基板用ウェハー１３０には、リザーバー部３１及び圧電素子保持部３２が予め形成されている。保護基板用ウェハー１３０を接合することによって流路形成基板用ウェハー１１０の剛性は著しく向上することになる。
【００５１】
次いで、図６（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０を所定の厚みに薄くする。
【００５２】
次いで、図７（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０上にマスク膜５２を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、図７（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０をマスク膜５２を介してＫＯＨ等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチング（ウェットエッチング）することにより、圧電素子３００に対応する圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５等を形成する。
【００５３】
このとき、上述のように流路形成基板用ウェハー１１０の圧電素子３００側には、不純物がドープされたドープ層１１１が形成されており、このドープ層１１１は、他の領域（不純物がドーピングされていないシリコン領域）に比べてエッチングレートが早いため、ドープ層１１１に圧力発生室１２の幅が拡幅された拡幅部１６（凹部１７）が形成される。これにより、隔壁１１には、圧電素子３００側に幅狭部１８が形成されると共に、圧電素子３００とは反対側に幅狭部１８よりも幅（厚さ）が大きな幅広部１９が形成される。
【００５４】
また、幅狭部１８を形成する凹部１７は、ドープ層１１１をエッチングすることにより形成されるため、その内面が曲面状に形成される。
【００５５】
その後は、流路形成基板用ウェハー１１０表面のマスク膜５２を除去し、流路形成基板用ウェハー１１０及び保護基板用ウェハー１３０の外周縁部の不要部分を、例えば、ダイシング等により切断することによって除去する。そして、流路形成基板用ウェハー１１０の保護基板用ウェハー１３０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を接合すると共に、保護基板用ウェハー１３０にコンプライアンス基板４０を接合し、流路形成基板用ウェハー１１０等を図１に示すような一つのチップサイズの流路形成基板１０等に分割することによって、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドとする。
【００５６】
（実施形態２）
図８は、本発明の実施形態２に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの圧力発生室の並設方向の要部断面図である。なお、上述した実施形態と同様の部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００５７】
図８に示すように、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドＩは、圧力発生室１２Ａが、弾性膜５０の厚さ方向の途中まで延設されているものである。具体的には、圧力発生室１２Ａの圧電素子３００側には、拡幅部１６Ａが形成されており、この拡幅部１６Ａが、流路形成基板１０と弾性膜５０とに跨って設けられている。すなわち、圧力発生室１２Ａの並設方向（幅方向）を画成する隔壁１１Ａは、流路形成基板１０と弾性膜５０の厚さ方向の一部とで構成されており、隔壁１１Ａの凹部１７Ａが流路形成基板１０と弾性膜５０との境界部分に形成されることで、隔壁１１Ａの幅狭部１８Ａは流路形成基板１０と弾性膜５０の厚さ方向の一部で形成されている。一方、隔壁１１Ａの幅広部１９は、流路形成基板１０のみで形成されている。
このような構成としても、上述した実施形態１と同様の効果を奏することができる。
【００５８】
（実施形態３）
図９は、本発明の実施形態２に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの圧力発生室の並設方向の要部断面図である。なお、上述した実施形態と同様の部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００５９】
図９に示すように、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドＩは、圧力発生室１２Ｂが弾性膜５０を厚さ方向に貫通して設けられている。具体的には、圧力発生室１２Ｂの圧電素子３００側には、拡幅部１６Ｂが形成されており、この拡幅部１６Ｂが、弾性膜５０を厚さ方向に貫通して設けられている。すなわち、隔壁１１Ｂは、流路形成基板１０と弾性膜５０とで構成されており、隔壁１１Ｂの凹部１７Ｂが弾性膜５０に形成されることで、隔壁１１Ｂの幅狭部１８Ｂは弾性膜５０のみで形成されている。一方、隔壁１１Ｂの幅広部１９は、流路形成基板１０のみで形成されている。
このような構成としても、上述した実施形態１と同様の効果を奏することができる。
【００６０】
ちなみに、上述した実施形態２及び３の凹部１７Ａ、１７Ｂの製造方法は、特に限定されず、例えば、圧力発生室１２Ａ、１２Ｂの流路形成基板１０を貫通する一部のみを異方性エッチングで形成後、圧力発生室１２Ａ、１２Ｂの弾性膜５０側をさらにドライエッチングや等方性エッチングすることによって拡幅部１６Ａ、１６Ｂ（凹部１７Ａ、１７Ｂ）を形成するようにしてもよい。なお、異方性エッチングであっても、横方向（幅方向）にオーバーエッチングされるため、拡幅部１６Ａ、１６Ｂ（凹部１７Ａ、１７Ｂ）を形成することができる。
【００６１】
また、他の方法としては、例えば、圧力発生室１２Ａ、１２Ｂの流路形成基板１０を貫通する一部を異方性エッチングで形成後、流路形成基板１０のみで形成された隔壁１１Ａ、１１Ｂ上に耐エッチング性を有する保護膜を形成し、その後、さらにエッチングすることによって、拡幅部１６Ａ、１６Ｂ（凹部１７Ａ、１７Ｂ）を形成するようにしてもよい。もちろん、これらの方法は、上述した実施形態２及び３に限定されるものではなく、上述した実施形態１の拡幅部１６（凹部１７）も同様の方法で形成することができる。
【００６２】
（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の基本的構成は上述したものに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態１では、流路形成基板１０として、シリコン単結晶基板を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、ＳＯＩ基板、ガラス等の材料を用いるようにしてもよい。
【００６３】
また、上述した実施形態１では、圧力発生室１２に圧力変化を生じさせる圧力発生手段として、薄膜型の圧電素子３００を有するアクチュエーター装置を用いて説明したが、特にこれに限定されず、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アクチュエーター装置や、圧電材料と電極形成材料とを交互に積層させて軸方向に伸縮させる縦振動型のアクチュエーター装置などを使用することができる。また、振動板と電極との間に静電気を発生させて、静電気力によって振動板を変形させてノズル開口から液滴を吐出させるいわゆる静電式アクチュエーターなどを使用することができる。
【００６４】
また、これら上述したインクジェット式記録ヘッドＩ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。図１０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。
【００６５】
図１０に示すインクジェット式記録装置ＩＩにおいて、インクジェット式記録ヘッドＩ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。
【００６６】
そして、駆動モーター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ー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に巻き掛けられて搬送されるようになっている。
【００６７】
また、上述したインクジェット式記録装置ＩＩでは、インクジェット式記録ヘッドＩ（ヘッドユニット１Ａ、１Ｂ）がキャリッジ３に搭載されて主走査方向に移動するものを例示したが、特にこれに限定されず、例えば、インクジェット式記録ヘッドＩが固定されて、紙等の記録シートＳを副走査方向に移動させるだけで印刷を行う、所謂ライン式記録装置にも本発明を適用することができる。
【００６８】
さらに、本発明は、広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものであり、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種のインクジェット式記録ヘッド等の記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルター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（電界放出ディスプレー）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にも適用することができる。
【００６９】
また、液体噴射装置の一例としてインクジェット式記録装置ＩＩを挙げて説明したが、上述した他の液体噴射ヘッドを用いた液体噴射装置にも用いることが可能である。
【符号の説明】
【００７０】
Ｉ インクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、 ＩＩ インクジェット式記録装置（液体噴射装置）、 １０ 流路形成基板、 １１、１１Ａ、１１Ｂ 隔壁、 １２、１２Ａ、１２Ｂ 圧力発生室、 １３ 連通部、 １４ インク供給路、 １５ 連通路、 １６、１６Ａ、１６Ｂ 拡幅部、 １７、１７Ａ、１７Ｂ 凹部、 １８、１８Ａ、１８Ｂ 幅狭部、 １９ 幅広部、 ２０ ノズルプレート、 ２１ ノズル開口、 ３０ 保護基板、 ３１ リザーバー部、 ３２ 圧電素子保持部、 ４０ コンプライアンス基板、 ５０ 弾性膜、 ５５ 絶縁体膜、 ６０ 第１電極、 ７０ 圧電体層、 ８０ 第２電極、 ９０ リード電極、 １００ リザーバー、 １２０ 駆動回路、 １２１ 接続配線、 ３００ 圧電素子（圧力発生手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル開口に連通する圧力発生室がその幅方向に隔壁によって区画されて複数設けられた流路形成基板と、
前記流路形成基板の一方面側に設けられて前記圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧力発生手段と、を具備し、
前記流路形成基板の前記圧力発生室の幅方向における前記隔壁は、前記圧力発生手段側に設けられた幅狭部と、前記圧力発生手段とは反対側に設けられて前記幅狭部よりも大きな幅を有する幅広部とを有し、
前記幅狭部の幅が、前記幅広部の幅の１／１０以上の大きさを有すると共に、前記幅狭部が５μｍ〜１５μｍの幅を有し、
前記圧力発生室の前記圧力発生手段が設けられた一方面から他方面に向かう方向において、前記幅狭部の長さが、前記圧力発生室の深さよりも短く、且つ前記圧力発生室の深さの１／１０以上の長さを有し、前記幅狭部の長さが２μｍ〜２０μｍであることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
前記隔壁の前記幅広部によって画成される凹部の内面が、曲面状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の液体噴射ヘッド。
【請求項３】
前記流路形成基板の前記圧力発生手段側には、振動板が形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の液体噴射ヘッド。
【請求項４】
前記振動板に前記幅狭部の少なくとも一部が形成されていることを特徴とする請求項３記載の液体噴射ヘッド。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項に記載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。
【請求項１】
ノズル開口に連通する圧力発生室がその幅方向に隔壁によって区画されて複数設けられた流路形成基板と、
前記流路形成基板の一方面側に設けられて前記圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧力発生手段と、を具備し、
前記流路形成基板の前記圧力発生室の幅方向における前記隔壁は、前記圧力発生手段側に設けられた幅狭部と、前記圧力発生手段とは反対側に設けられて前記幅狭部よりも大きな幅を有する幅広部とを有し、
前記幅狭部の幅が、前記幅広部の幅の１／１０以上の大きさを有すると共に、前記幅狭部が５μｍ〜１５μｍの幅を有し、
前記圧力発生室の前記圧力発生手段が設けられた一方面から他方面に向かう方向において、前記幅狭部の長さが、前記圧力発生室の深さよりも短く、且つ前記圧力発生室の深さの１／１０以上の長さを有し、前記幅狭部の長さが２μｍ〜２０μｍであることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
前記隔壁の前記幅広部によって画成される凹部の内面が、曲面状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の液体噴射ヘッド。
【請求項３】
前記流路形成基板の前記圧力発生手段側には、振動板が形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の液体噴射ヘッド。
【請求項４】
前記振動板に前記幅狭部の少なくとも一部が形成されていることを特徴とする請求項３記載の液体噴射ヘッド。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項に記載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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−２２８２７４（Ｐ２０１０−２２８２７４Ａ）
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−７７８４９（Ｐ２００９−７７８４９）
【出願日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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