液滴吐出ヘッド、インクジェットプリンタ、液滴吐出ヘッドの製造方法およびインクジェットプリンタの製造方法
【課題】液滴吐出ヘッドの特性を向上させる。また、生産性の高い液滴吐出ヘッドの製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る液滴吐出ヘッドは、振動板〔１３〕の第１面上に配置された圧電素子〔Ｐｉ〕と、前記振動板の前記第１面と逆側の面である第２面と対向して配置された平板部材〔２１〕と、前記振動板および前記平板部材との間に位置し、キャビティ〔Ｃａ〕およびリザーバ〔Ｒ〕を区画する側壁部材〔１１、３１〕と、を有し、前記リザーバ〔Ｒ〕に吐出液を供給する供給孔〔２１ａ〕を前記平板部材〔２１〕に設ける。かかる構成によれば、供給孔を、振動板側と逆側に位置する平板部材に設けたので、供給孔の加工が容易となる。
【解決手段】本発明に係る液滴吐出ヘッドは、振動板〔１３〕の第１面上に配置された圧電素子〔Ｐｉ〕と、前記振動板の前記第１面と逆側の面である第２面と対向して配置された平板部材〔２１〕と、前記振動板および前記平板部材との間に位置し、キャビティ〔Ｃａ〕およびリザーバ〔Ｒ〕を区画する側壁部材〔１１、３１〕と、を有し、前記リザーバ〔Ｒ〕に吐出液を供給する供給孔〔２１ａ〕を前記平板部材〔２１〕に設ける。かかる構成によれば、供給孔を、振動板側と逆側に位置する平板部材に設けたので、供給孔の加工が容易となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴吐出ヘッド、インクジェットプリンタ、液滴吐出ヘッドの製造方法およびインクジェットプリンタの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液滴吐出ヘッドの一例であるインクジェットヘッドは、キャビティ（圧力室）を圧電素子により加圧し、その内部のインク（吐出液）をキャビティ底部のノズル孔から吐出する部材である。このような、インクジェットヘッドは、インクジェットプリンタ等に利用され、ノズル孔から吐出されるインクによって印刷がなされる。
【０００３】
インクジェットヘッドは、例えば、下記特許文献１の図５に記載のように、インク室基板５２に、複数のキャビティ５２１、リザーバ５２３および連通孔５３１を設けている。この連通孔５３１を介して、インクカートリッジからリザーバ５２３へのインクの供給がなされる。
【特許文献１】特開２００５−３２８００６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明者は、液滴吐出ヘッド、特に、インクジェットプリンタに用いるヘッド部に関する研究・開発を行っている。
【０００５】
例えば、上記特許文献１記載のインクジェットヘッドの製造工程においては、追って詳細に説明するように、圧電素子、キャビティやリザーバなどを形成した後、インクカートリッジからリザーバへのインクの供給孔を形成しなければならない。そのため、基板の加工工程が複数工程におよび工程の煩雑化の要因となる。また、圧電素子、キャビティやリザーバなどを形成した後においては、基板自身を加工し難く、加工精度の低下や、既に形成されている部位の変形や破損など、特性の劣化を生じやすい。
【０００６】
そこで、本発明に係る具体的態様は、液滴吐出ヘッドの構成を工夫することで、その特性を向上させることを目的とする。また、生産性の高い液滴吐出ヘッドの製造方法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】
【０００７】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、振動板の第１面上に配置された圧電素子と、前記振動板の前記第１面と逆側の面である第２面と対向して配置された平板部材と、前記振動板および前記平板部材との間に位置し、キャビティおよびリザーバを区画する側壁部材と、を有し、前記リザーバに吐出液を供給する供給孔を前記平板部材に設けたことを特徴とする。
【０００８】
かかる構成によれば、供給孔を、振動板側ではなく、振動板側と逆側に位置する平板部材に設けたので、供給孔の加工が容易となり、供給孔や他の部位を精度良く形成することができる。よって、ヘッドの特性を向上させることができる。
【０００９】
前記側壁部材は、少なくとも前記キャビティの前記吐出液の吐出方向を開口した第１側壁材と、前記吐出液の吐出孔を有する第２側壁材とを有する。かかる構成によれば、吐出孔が供給孔と異なる方向（面）に形成されるため、液滴吐出の対象物（例えば、紙など）の移動方向に対し、供給孔へ吐出液を供給するための各種部材（例えば、パイプやインクタンクなど）が障害とならない。よって、ヘッドの液滴吐出特性をさらに向上させることができる。
【００１０】
前記キャビティを複数有し、前記第１側壁材は、前記複数のキャビティ間および前記キャビティとリザーバとの間の分離壁を有する。このように、複数のキャビティ間やキャビティとリザーバ間を第１側壁材で分離してもよい。
【００１１】
前記第１側壁材と前記振動板とは異なる材料で構成されている。かかる構成によれば、第１側壁材を、振動板をエッチングストッパーとしてエッチング工程により形成することができる。
【００１２】
前記吐出孔における吐出液の吐出方向は、前記吐出液の吐出時における前記振動板の変位方向と交差する方向である。前記供給孔における前記吐出液の供給方向は、前記吐出液の吐出時における前記振動板の変位方向と逆向きである。
【００１３】
本発明に係るインクジェットプリンタは、インク吐出ヘッドとして上記液滴吐出ヘッドを有する。かかる構成によれば、インクジェットプリンタの特性の向上を図ることができる。
【００１４】
本発明に係るインクジェットプリンタは、インク吐出ヘッドとして上記液滴吐出ヘッドを有するインクジェットプリンタであって、印刷対象面は、前記第２側壁材と対向して配置される。かかる構成によれば、印刷対象面が配置し易くなる。
【００１５】
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、第１基板の第１面上に振動板および圧電素子を形成する工程と、前記第１基板の前記第１面と逆側の面である第２面側から前記振動板が露出するまで前記第１基板を選択的に除去することにより、キャビティおよびリザーバを形成し、前記第２面側および前記第２面と交差する第３面側に開口を有する第１側壁材を形成する工程と、前記第１側壁材に、前記第２面側の開口を覆い、前記リザーバに吐出液を供給する供給孔を有する平板部材を接合する工程と、を有する。
【００１６】
かかる方法によれば、前記リザーバに吐出液を供給する供給孔を有する平板部材を接合するため、振動板側への供給孔の加工が不要となり、供給孔や他の部位を精度良く形成することができる。
【００１７】
前記第１側壁材に、前記第３面側の開口を覆い、前記キャビティから吐出液を吐出する吐出孔を有する第２側壁材を接合する工程、を有する。かかる方法によれば、供給孔と異なる方向（面）に、吐出孔を配置することができる。
【００１８】
本発明に係るインクジェットプリンタの製造方法は、上記液滴吐出ヘッドの製造方法を有する。かかる方法によれば、インクジェットプリンタの生産性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。なお、同一の機能を
有するものには同一もしくは関連の符号を付し、その繰り返しの説明を省略する。
【００２０】
＜液滴吐出ヘッド構成＞
図１は、本実施の形態の液滴吐出ヘッドの構成を示す要部断面図である。図１に示すように、本実施の形態の液滴吐出ヘッドは、振動板１３の表面（第１面）上に配置された圧電素子Ｐｉと、振動板１３の裏面（第２面）と第１基板１１を介して対向して配置された第２基板２１と、振動板１３と第２基板２１の間（側面）に配置された第３基板３１と、を有する。言い換えれば、キャビティＣａやリザーバＲの上面は、振動板１３で構成され、下面は、第２基板２１で構成され、側面は、第１基板１１および第３基板３１で構成されている。
【００２１】
第２基板２１には、インク供給孔２１ａが設けられ、第３基板３１には、吐出孔３１ａが設けられている。また、振動板１３には、インク供給孔２１ａが設けられていない。白抜きの矢印は、吐出液（液滴、インク）の吐出方向を示し、５１は、紙等の印刷対象物である。また、６１は、インクタンク（図示せず）とインク供給孔２１ａとを接続するパイプ（管、インク供給管）である。
＜液滴吐出ヘッドの製造工程＞
図２〜図８は、本実施の形態の液滴吐出ヘッド（液体吐出ヘッド、インクジェットヘッド）の製造方法を示す工程断面図又は平面図である。図２〜図８を参照しながら、本実施の形態の液滴吐出ヘッドの製造方法について説明するとともに、その構成をより明確にする。
【００２２】
図２（Ａ）に示すように、第１基板（流路形成用基板、加工基板、第１側壁材）として、例えば面方位（１１０）のシリコン基板１１を準備する。次いで、図２（Ｂ）および（Ｃ）に示すように、シリコン基板１１の表面（第１面）上に、振動板（振動膜、弾性板、弾性膜、アクチュエータ板）１３として、酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜１３ａおよび酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）膜１３ｂの積層膜を形成する。例えば、シリコン基板１１の表面を熱酸化することにより膜厚１０００ｎｍ程度の酸化シリコン膜１３ａを形成する（図２（Ｂ））。次いで、例えば、酸化シリコン膜１３ａ上にスパッタリング法によりジルコニウム膜を堆積し、このジルコニウム膜を熱酸化することにより膜厚５００ｎｍ程度の酸化ジルコニウム膜１３ｂを形成する（図２（Ｃ））。なお、他の絶縁膜を用いて振動板１３を構成してもよい。また、単一の絶縁膜（例えば、ＳｉＯ2）で振動板１３を構成してもよい。
【００２３】
次いで、図３（Ａ）に示すように、振動板１３上に、下部電極１５として、例えば、イリジウム（Ｉｒ）膜および白金（Ｐｔ）の積層膜を形成する。例えば、Ｉｒ膜をスパッタリング法で膜厚１０ｎｍ程度堆積した後、Ｐｔ膜をスパッタリング法で膜厚１５０ｎｍ程度堆積する。次いで、上記積層膜上にフォトレジスト膜を形成し、露光・現像（フォトリソグラフィ）することにより所望の形状（例えば、略矩形状（図４（Ｃ）参照））のフォトレジスト膜を形成する。次いで、フォトレジスト膜をマスクに、上記積層膜をエッチングすることにより下部電極１５を形成する（図３（Ｂ））。次いで、残存するフォトレジスト膜を除去する。このフォトレジスト膜の形成から除去までの一連の工程をパターニングという。
【００２４】
次いで、図３（Ｂ）に示すように、下部電極１５上に圧電体膜として、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛、Ｐｂ（Ｚｒ1-xＴｉx）Ｏ3）膜１７を形成する。ＰＺＴ膜は、例えば、膜の構成する金属の有機金属化合物溶液を下部電極１５上に塗布した後、乾燥・焼成する、いわゆる、ゾル・ゲル法により形成する。焼成温度は、例えば７００℃程度とし、ＺｒとＴｉの構成比が、それぞれ約５０％（ｘ＝０．５）で、膜厚１．０μｍ程度のＰＺＴ膜を形成する。このＰＺＴ膜１７は、（１００）に優先配向した、モノシリック構造であり、分極方向は、膜の面に垂直な方向に対して傾いているエンジニアード・ドメイン配置である。
【００２５】
次いで、図３（Ｃ）に示すように、ＰＺＴ膜１７上に上部電極１９として、例えば、Ｉｒ膜を形成する。Ｉｒ膜は、スパッタリング法を用いて、膜厚２００ｎｍ程度堆積する。
【００２６】
次いで、図４（Ａ）に示すように、ＰＺＴ膜１７および上部電極１９を所望の形状、例えば、複数の略矩形状（例えば、２０μｍ×６００μｍの矩形、図４（Ｃ）参照）のパターンにパターニングする。なお、後述するように各パターンが、キャビティＣａと対応する。図４（Ｃ）は、平面図であり、図４（Ａ）は、図４（Ｃ）のＡ−Ａ断面に、図４（Ｂ）は、図４（Ｃ）のＢ−Ｂ断面に対応する。
【００２７】
以上の工程により、振動板１３上に、下部電極１５、圧電体膜１７および上部電極１９よりなる圧電素子Ｐｉが形成される。
【００２８】
次いで、図５（Ａ）および（Ｂ）に示すように、シリコン基板１１を選択的に除去することにより圧電体膜１７の下部にキャビティ（圧力室、空間）Ｃａおよびリザーバ（流路）Ｒを形成する。
【００２９】
即ち、シリコン基板１１の裏面（第２面）上に、フォトレジスト膜を形成し、露光・現像することにより、上記キャビティＣａおよびリザーバＲに対応する位置に開口を有するフォトレジスト膜を形成する。次いで、当該膜をマスクに、シリコン基板１１を振動板（酸化シリコン膜１３ａ）１３が露出するまでエッチングする。エッチング液としては、例えば、水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液を用いる。この際、振動板１３を構成する酸化シリコン膜１３ａは、エッチングストッパーとしての役割を果たす。図５（Ｃ）中の斜線部が、シリコン基板１１の残存部分である。即ち、シリコン基板１１は、下面（第２面）と図中左側の面（第３面、吐出方向の面）に開口を有する。なお、キャビティＣａとリザーバＲとの間には、キャビティＣａ部のＹ方向の幅より幅の狭い接続流路（しぼり）Ｃｂが形成される。言い換えれば、他の部分は、キャビティＣａ間およびキャビティＣａとリザーバＲとの間の分離壁となる。例えば、リザーバＲの幅は２００μｍ程度、キャビティＣａの幅は３５μｍ、長さは１０００μｍ、高さは４０μｍ程度である。なお、シリコン基板１１のエッチング用のマスクとして酸化シリコン膜を用いてもよい。
【００３０】
次いで、図６（Ａ）および（Ｂ）に示すように、キャビティＣａの下側に、第２基板（接合基板、支持基板、平板部材）として、インク供給孔（供給孔）２１ａを有するシリコン基板２１を接合する。シリコン基板２１の厚さは、例えば、３００μｍ程度である。図６（Ｃ）は、シリコン基板２１の裏面側から見た平面図である。
【００３１】
このシリコン基板２１のインク供給孔２１ａは、シリコン基板２１のエッチングにより形成し、その直径は、例えば１００μｍ程度である。エッチング液としては、例えば、ＫＯＨ溶液を用い、エッチング用のマスクとしては、例えば酸化シリコン膜を用いる。
【００３２】
このインク供給孔２１ａが、シリコン基板１１のリザーバＲに対応するよう位置あわせし、例えば熱圧着によりシリコン基板１１と２１を接合する。
【００３３】
次いで、必要に応じて、上記工程で形成されたシリコン基板１１、２１の接合体において、第３基板を接合する予定である側面を、研磨工程により平坦化する。例えば、キャビティＣａをウエットエッチングで形成する場合、シリコン基板の面方位等の影響によりエッチングにより露出した面（キャビティＣａ側面など）がテーパー形状となる場合がある（図示せず）。この際、第３基板を接合する予定である側面もテーパー形状となり得るため、必要に応じて上記研磨を行う。なお、イオンリミングによりキャビティＣａを加工する場合には、加工面を垂直とすることができ、上記研磨工程の省略や研磨時間の低減を図ることができる。
【００３４】
次いで、図７および図８に示すように、キャビティＣａの側面に、第３基板（接合基板、ノズルプレート、第２側壁材）として、吐出孔（インク吐出孔、ノズル孔）３１ａを有するシリコン基板３１を接合する。シリコン基板３１の厚さは、例えば、１００μｍ程度である。図８（Ａ）は、シリコン基板３１の側面側から見た平面図である。図８（Ｂ）は、シリコン基板２１の裏面側から見た平面図である。
【００３５】
このシリコン基板３１の吐出孔３１ａは、シリコン基板３１のエッチングにより形成し、その直径は、例えば２０μｍ程度である。エッチング液としては、例えば、ＫＯＨ溶液を用い、エッチング用のマスクとしては、例えば酸化シリコン膜を用いる。
【００３６】
この吐出孔３１ａが、シリコン基板１１の各キャビティＣａに対応するよう位置あわせし、例えば熱圧着によりシリコン基板１１と３１を接合する。
【００３７】
以上の工程により、本実施の形態の液滴吐出ヘッドが略完成する。圧電素子Ｐｉへの印加電圧は、例えば２０Ｖ程、振動板１３の変位量は例えば３００ｎｍ程度である。また、液滴（インク）の吐出量は、例えば２ピコリットル程度であり、その吐出速度は、８ｍ／ｓｅｃ程度である。図９は、本実施の形態の液滴吐出ヘッドの分解斜視図である。図示するように、必要に応じて、振動板１３上に、コンプライアンス基板４１を配置してもよい。コンプライアンス基板４１には、例えば、圧電素子保持部４１ａと外部接続孔４１ｂが設けられている。外部接続孔４１ｂからは、リード電極Ｅが露出し、このリード電極Ｅは、図示しない駆動ＩＣなどに接続される。なお、図１等において、リード電極Ｅは省略されている。
【００３８】
また、振動板１３の変位方向は、図７（Ａ）中の下方向であり、吐出方向は、図中左方向（変位方向と交差する方向）である。また、供給孔２１ａにおける吐出液の供給方向は図７（Ａ）中の上方向（振動板１３の変位方向と逆向き）である。
【００３９】
このように、本実施の形態の液滴吐出ヘッドにおいては、インク供給孔２１ａを、キャビティＣａの振動板１３側ではなく、振動板１３側と逆側に位置するシリコン基板２１に設けたので、インク供給孔２１ａの加工が容易となる。また、インク供給孔２１ａを精度良く形成することができる。
【００４０】
図１０は、本実施の形態の液滴吐出ヘッドの効果を説明するための第１比較例を示す断面図である。
【００４１】
例えば、図１０に示す第１比較例においては、圧電素子ＰｉやキャビティＣａの形成後（例えば、図５に示す工程の後）に、振動板１３にインク供給孔１３ｃを形成する必要がある。この際、パンチ加工などを行うと、振動板１３や圧電素子Ｐｉに物理的応力が加わり、その特性が劣化する。また、パンチ加工では、装置（ヘッド）の微細化に対応し難い。また、エッチングにより、振動板１３に開口（インク供給孔１３ｃ）を設けることも可能であるが、圧電素子Ｐｉなどを保護しつつ、また、これらに影響を与えないエッチャントを選択しなければならない。よって、エッチング条件が制限され、また、製造工程が複雑となる。
【００４２】
これに対し本実施の形態によれば、インク供給孔２１ａが形成されたシリコン基板２１を接合するだけで、容易に液滴吐出ヘッドを形成することができる。また、シリコン基板２１のエッチングは容易であり、また、微細化にも対応し得る。
【００４３】
このように、本実施の形態の液滴吐出ヘッドによれば、ヘッド特性を向上させることができる。
【００４４】
さらに、本実施の形態の液滴吐出ヘッドによれば、吐出孔３１ａをインク供給孔２１ａと異なる面に形成したので、紙等の印刷対象物（液滴吐出の対象物、印刷媒体）５１の移動方向に対し、インク供給孔２１ａへインクを供給するためのパイプ（インク供給パイプ）６１やインクタンク（図示せず）などが障害とならない。言い換えれば、第３基板（吐出孔３１ａ）３１と紙等の印刷対象物を容易に対向して配置できる。よって、吐出孔３１ａと印刷対象物５１との間を最適化（例えば、１．５ｍｍ程度と）することができ、印刷特性を向上させることができる。
【００４５】
図１１は、本実施の形態の液滴吐出ヘッドの効果を説明するための第２比較例を示す断面図である。例えば、図１１に示す第２比較例においては、紙等の印刷対象物５１の移動方向（図中の黒矢印）に対し、パイプ６１などが障害となる。よって、吐出孔３１ａと印刷対象物５１との間を大きくする、又は、印刷対象物５１を曲げながら印刷するなどの工夫が必要となる。
【００４６】
これに対し本実施の形態によれば、吐出孔３１ａをインク供給孔２１ａと異なる面に形成したので、印刷が容易となり、印刷特性を向上させることができる。なお、図１１に示すヘッド構造においても、インク供給孔２１ａをシリコン基板２１に設けたことによる効果を奏するため、本発明は、図１１に記載の構成を排除するものではない。また、上記実施の形態においては、基板としてシリコン基板を用いたが、他の材料基板を用いてもよい。但し、シリコン基板は、高精度な加工（エッチング）が可能であるため、微細化に適する。また、第１〜第３基板を異なる材料基板で構成してもよい。但し、同材料であれば、接合強度の向上が図れ、好適である。
【００４７】
図１２は、本実施の形態の液滴吐出ヘッドが適用されるインクジェットプリンタの一例を示す斜視図である。
【００４８】
例えば、インクジェットプリンタ６００は、装置本体６２０を備えており、上部後方に記録用紙Ｐを設置するトレイ６２１を有し、下部前方に記録用紙Ｐを排出する排出口６２２を有し、上部面に操作パネル６７０を有する。
【００４９】
装置本体６２０の内部には、主に、往復動するヘッドユニット６３０を備えた印刷装置６４０と、記録用紙Ｐを１枚ずつ印刷装置６４０に送り込む給紙装置６５０と、印刷装置６４０および給紙装置６５０を制御する制御部６６０とが設けられている。
【００５０】
制御部６６０の制御により、給紙装置６５０は、記録用紙Ｐを一枚ずつ間欠送りするようになっている。間欠送りされる記録用紙Ｐは、ヘッドユニット６３０の下部近傍を通過する。このとき、ヘッドユニット６３０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、記録用紙Ｐへの印刷を行うようになっている。すなわち、ヘッドユニット６３０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り、インクジェット方式の印刷が行なわれる。
【００５１】
印刷装置６４０は、ヘッドユニット６３０と、ヘッドユニット６３０の駆動源となるキャリッジモータ６４１と、キャリッジモータ６４１の回転を受けて、ヘッドユニット６３０を往復動させる往復動機構６４２とを備えている。
【００５２】
ヘッドユニット６３０は、その下部に、上述の多数の吐出孔（ノズル孔）３１ａを備えるインクジェット式記録ヘッド５０と、このインクジェット式記録ヘッド５０にインクを供給するインクカートリッジ６３１と、インクジェット式記録ヘッド５０およびインクカートリッジ６３１を搭載したキャリッジ６３２とを有する。
【００５３】
インクカートリッジ６３１として、例えば、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。この場合、ヘッドユニット６３０には、各色にそれぞれ対応したインクジェット式記録ヘッド５０が設けられることになる。
【００５４】
往復動機構６４２は、その両端がフレーム（図示せず）に支持されたキャリッジガイド軸６４３と、キャリッジガイド軸６４３と平行に延在するタイミングベルト６４４とを有する。キャリッジ６３２は、キャリッジガイド軸６４３に往復動自在に支持されるとともに、タイミングベルト６４４の一部に固定されている。キャリッジモータ６４１の作動により、プーリを介してタイミングベルト６４４を正逆走行させると、キャリッジガイド軸６４３に案内されて、ヘッドユニット６３０が往復動する。この往復動の際に、インクジェット式記録ヘッド５０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。
【００５５】
給紙装置６５０は、その駆動源となる給紙モータ６５１と、給紙モータ６５１の作動により回転する給紙ローラ６５２とを有する。給紙ローラ６５２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６５２ａと、駆動ローラ６５２ｂとで構成されており、駆動ローラ６５２ｂは、給紙モータ６５１に連結されている。このような構成によって給紙ローラ６５２は、トレイ６２１に設置した多数枚の記録用紙Ｐを、印刷装置６４０に向かって１枚ずつ送り込むことができる。なお、トレイ６２１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とすることもできる。
【００５６】
制御部６６０は、たとえばパーソナルコンピュータやディジタルカメラなど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６４０や給紙装置６５０などを制御することにより印刷を行うものである。
【００５７】
制御部６６０には、いずれも図示しないものの、主に各部を制御する制御プログラムなどを記憶するメモリ、圧電素子（振動源）を駆動してインクの吐出タイミングを制御する圧電素子駆動回路、印刷装置６４０（キャリッジモータ６４１）を駆動する駆動回路、給紙装置６５０（給紙モータ６５１）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とが備えられている。
【００５８】
ＣＰＵには、たとえば、インクカートリッジ６３１のインク残量、ヘッドユニット６３０の位置、温度、湿度などの印刷環境などを検出可能な各種センサが、それぞれ電気的に接続されている。制御部６６０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、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き、各駆動回路に駆動信号を出力する。この駆動信号により圧電素子、印刷装置６４０および給紙装置６５０は、それぞれ作動する。これにより、記録用紙Ｐに所望の印刷がなされる。
【００５９】
本実施の形態にかかるインクジェットプリンタ６００によれば、前述したように、液滴吐出特性が良好なヘッドを備えているので、高密度印刷や高速印刷が可能となる。また、前述のヘッドを当該インクジェットプリンタ６００に組み込むことで、その生産性を向上させることができる。
【００６０】
なお、本発明のインクジェットプリンタ６００は、工業的に用いられる液滴吐出装置として用いることもできる。その場合に、吐出するインク（液状材料）としては、各種の機能性材料を溶媒や分散媒によって適当な粘度に調整して使用することができる。
【００６１】
なお、上記実施の形態を通じて説明された実施例や応用例は、用途に応じて適宜に組み合わせて、又は変更若しくは改良を加えて用いることができ、本発明は上述した実施の形態の記載に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本実施の形態の液滴吐出ヘッドの構成を示す要部断面図である。
【図２】本実施の形態の液滴吐出ヘッドの製造方法を示す工程断面図である。
【図３】本実施の形態の液滴吐出ヘッドの製造方法を示す工程断面図である。
【図４】本実施の形態の液滴吐出ヘッドの製造方法を示す工程断面図および平面図である。
【図５】本実施の形態の液滴吐出ヘッドの製造方法を示す工程断面図および平面図である。
【図６】本実施の形態の液滴吐出ヘッドの製造方法を示す工程断面図および平面図である。
【図７】本実施の形態の液滴吐出ヘッドの製造方法を示す工程断面図である。
【図８】本実施の形態の液滴吐出ヘッドの製造方法を示す平面図である。
【図９】本実施の形態の液滴吐出ヘッドの分解斜視図である。
【図１０】本実施の形態の液滴吐出ヘッドの効果を説明するための第１比較例を示す断面図である。
【図１１】本実施の形態の液滴吐出ヘッドの効果を説明するための第２比較例を示す断面図である。
【図１２】本実施の形態の液滴吐出ヘッドが適用されるインクジェットプリンタの一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００６３】
１１…シリコン基板、１３…振動板、１３ａ…酸化シリコン膜、１３ｂ…酸化ジルコニウム膜、１３ｃ…インク供給孔、１５…下部電極、１７…ＰＺＴ膜、１９…上部電極、２１…シリコン基板、２１ａ…インク供給孔、３１…シリコン基板、３１ａ…吐出孔、４１…コンプライアンス基板、４１ａ…圧電素子保持部、４１ｂ…外部接続孔、５１…印刷対象物、６１…パイプ、６００…インクジェットプリンタ、６２０…装置本体、６２１…トレイ、６２２…排出口、６３０…ヘッドユニット、６３１…インクカートリッジ、６３２…キャリッジ、６４０…印刷装置、６４１…キャリッジモータ、６４２…往復動機構、６４３…キャリッジガイド軸、６４４…タイミングベルト、６５０…給紙装置、６５１…給紙モータ、６５２…給紙ローラ、６６０…制御部、６７０…操作パネル、Ｃａ…キャビティ、Ｃｂ…接続流路、Ｅ…リード電極、Ｐ…記録用紙、Ｐｉ…圧電素子、Ｒ…リザーバ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴吐出ヘッド、インクジェットプリンタ、液滴吐出ヘッドの製造方法およびインクジェットプリンタの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液滴吐出ヘッドの一例であるインクジェットヘッドは、キャビティ（圧力室）を圧電素子により加圧し、その内部のインク（吐出液）をキャビティ底部のノズル孔から吐出する部材である。このような、インクジェットヘッドは、インクジェットプリンタ等に利用され、ノズル孔から吐出されるインクによって印刷がなされる。
【０００３】
インクジェットヘッドは、例えば、下記特許文献１の図５に記載のように、インク室基板５２に、複数のキャビティ５２１、リザーバ５２３および連通孔５３１を設けている。この連通孔５３１を介して、インクカートリッジからリザーバ５２３へのインクの供給がなされる。
【特許文献１】特開２００５−３２８００６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明者は、液滴吐出ヘッド、特に、インクジェットプリンタに用いるヘッド部に関する研究・開発を行っている。
【０００５】
例えば、上記特許文献１記載のインクジェットヘッドの製造工程においては、追って詳細に説明するように、圧電素子、キャビティやリザーバなどを形成した後、インクカートリッジからリザーバへのインクの供給孔を形成しなければならない。そのため、基板の加工工程が複数工程におよび工程の煩雑化の要因となる。また、圧電素子、キャビティやリザーバなどを形成した後においては、基板自身を加工し難く、加工精度の低下や、既に形成されている部位の変形や破損など、特性の劣化を生じやすい。
【０００６】
そこで、本発明に係る具体的態様は、液滴吐出ヘッドの構成を工夫することで、その特性を向上させることを目的とする。また、生産性の高い液滴吐出ヘッドの製造方法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】
【０００７】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、振動板の第１面上に配置された圧電素子と、前記振動板の前記第１面と逆側の面である第２面と対向して配置された平板部材と、前記振動板および前記平板部材との間に位置し、キャビティおよびリザーバを区画する側壁部材と、を有し、前記リザーバに吐出液を供給する供給孔を前記平板部材に設けたことを特徴とする。
【０００８】
かかる構成によれば、供給孔を、振動板側ではなく、振動板側と逆側に位置する平板部材に設けたので、供給孔の加工が容易となり、供給孔や他の部位を精度良く形成することができる。よって、ヘッドの特性を向上させることができる。
【０００９】
前記側壁部材は、少なくとも前記キャビティの前記吐出液の吐出方向を開口した第１側壁材と、前記吐出液の吐出孔を有する第２側壁材とを有する。かかる構成によれば、吐出孔が供給孔と異なる方向（面）に形成されるため、液滴吐出の対象物（例えば、紙など）の移動方向に対し、供給孔へ吐出液を供給するための各種部材（例えば、パイプやインクタンクなど）が障害とならない。よって、ヘッドの液滴吐出特性をさらに向上させることができる。
【００１０】
前記キャビティを複数有し、前記第１側壁材は、前記複数のキャビティ間および前記キャビティとリザーバとの間の分離壁を有する。このように、複数のキャビティ間やキャビティとリザーバ間を第１側壁材で分離してもよい。
【００１１】
前記第１側壁材と前記振動板とは異なる材料で構成されている。かかる構成によれば、第１側壁材を、振動板をエッチングストッパーとしてエッチング工程により形成することができる。
【００１２】
前記吐出孔における吐出液の吐出方向は、前記吐出液の吐出時における前記振動板の変位方向と交差する方向である。前記供給孔における前記吐出液の供給方向は、前記吐出液の吐出時における前記振動板の変位方向と逆向きである。
【００１３】
本発明に係るインクジェットプリンタは、インク吐出ヘッドとして上記液滴吐出ヘッドを有する。かかる構成によれば、インクジェットプリンタの特性の向上を図ることができる。
【００１４】
本発明に係るインクジェットプリンタは、インク吐出ヘッドとして上記液滴吐出ヘッドを有するインクジェットプリンタであって、印刷対象面は、前記第２側壁材と対向して配置される。かかる構成によれば、印刷対象面が配置し易くなる。
【００１５】
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、第１基板の第１面上に振動板および圧電素子を形成する工程と、前記第１基板の前記第１面と逆側の面である第２面側から前記振動板が露出するまで前記第１基板を選択的に除去することにより、キャビティおよびリザーバを形成し、前記第２面側および前記第２面と交差する第３面側に開口を有する第１側壁材を形成する工程と、前記第１側壁材に、前記第２面側の開口を覆い、前記リザーバに吐出液を供給する供給孔を有する平板部材を接合する工程と、を有する。
【００１６】
かかる方法によれば、前記リザーバに吐出液を供給する供給孔を有する平板部材を接合するため、振動板側への供給孔の加工が不要となり、供給孔や他の部位を精度良く形成することができる。
【００１７】
前記第１側壁材に、前記第３面側の開口を覆い、前記キャビティから吐出液を吐出する吐出孔を有する第２側壁材を接合する工程、を有する。かかる方法によれば、供給孔と異なる方向（面）に、吐出孔を配置することができる。
【００１８】
本発明に係るインクジェットプリンタの製造方法は、上記液滴吐出ヘッドの製造方法を有する。かかる方法によれば、インクジェットプリンタの生産性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。なお、同一の機能を
有するものには同一もしくは関連の符号を付し、その繰り返しの説明を省略する。
【００２０】
＜液滴吐出ヘッド構成＞
図１は、本実施の形態の液滴吐出ヘッドの構成を示す要部断面図である。図１に示すように、本実施の形態の液滴吐出ヘッドは、振動板１３の表面（第１面）上に配置された圧電素子Ｐｉと、振動板１３の裏面（第２面）と第１基板１１を介して対向して配置された第２基板２１と、振動板１３と第２基板２１の間（側面）に配置された第３基板３１と、を有する。言い換えれば、キャビティＣａやリザーバＲの上面は、振動板１３で構成され、下面は、第２基板２１で構成され、側面は、第１基板１１および第３基板３１で構成されている。
【００２１】
第２基板２１には、インク供給孔２１ａが設けられ、第３基板３１には、吐出孔３１ａが設けられている。また、振動板１３には、インク供給孔２１ａが設けられていない。白抜きの矢印は、吐出液（液滴、インク）の吐出方向を示し、５１は、紙等の印刷対象物である。また、６１は、インクタンク（図示せず）とインク供給孔２１ａとを接続するパイプ（管、インク供給管）である。
＜液滴吐出ヘッドの製造工程＞
図２〜図８は、本実施の形態の液滴吐出ヘッド（液体吐出ヘッド、インクジェットヘッド）の製造方法を示す工程断面図又は平面図である。図２〜図８を参照しながら、本実施の形態の液滴吐出ヘッドの製造方法について説明するとともに、その構成をより明確にする。
【００２２】
図２（Ａ）に示すように、第１基板（流路形成用基板、加工基板、第１側壁材）として、例えば面方位（１１０）のシリコン基板１１を準備する。次いで、図２（Ｂ）および（Ｃ）に示すように、シリコン基板１１の表面（第１面）上に、振動板（振動膜、弾性板、弾性膜、アクチュエータ板）１３として、酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜１３ａおよび酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）膜１３ｂの積層膜を形成する。例えば、シリコン基板１１の表面を熱酸化することにより膜厚１０００ｎｍ程度の酸化シリコン膜１３ａを形成する（図２（Ｂ））。次いで、例えば、酸化シリコン膜１３ａ上にスパッタリング法によりジルコニウム膜を堆積し、このジルコニウム膜を熱酸化することにより膜厚５００ｎｍ程度の酸化ジルコニウム膜１３ｂを形成する（図２（Ｃ））。なお、他の絶縁膜を用いて振動板１３を構成してもよい。また、単一の絶縁膜（例えば、ＳｉＯ2）で振動板１３を構成してもよい。
【００２３】
次いで、図３（Ａ）に示すように、振動板１３上に、下部電極１５として、例えば、イリジウム（Ｉｒ）膜および白金（Ｐｔ）の積層膜を形成する。例えば、Ｉｒ膜をスパッタリング法で膜厚１０ｎｍ程度堆積した後、Ｐｔ膜をスパッタリング法で膜厚１５０ｎｍ程度堆積する。次いで、上記積層膜上にフォトレジスト膜を形成し、露光・現像（フォトリソグラフィ）することにより所望の形状（例えば、略矩形状（図４（Ｃ）参照））のフォトレジスト膜を形成する。次いで、フォトレジスト膜をマスクに、上記積層膜をエッチングすることにより下部電極１５を形成する（図３（Ｂ））。次いで、残存するフォトレジスト膜を除去する。このフォトレジスト膜の形成から除去までの一連の工程をパターニングという。
【００２４】
次いで、図３（Ｂ）に示すように、下部電極１５上に圧電体膜として、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛、Ｐｂ（Ｚｒ1-xＴｉx）Ｏ3）膜１７を形成する。ＰＺＴ膜は、例えば、膜の構成する金属の有機金属化合物溶液を下部電極１５上に塗布した後、乾燥・焼成する、いわゆる、ゾル・ゲル法により形成する。焼成温度は、例えば７００℃程度とし、ＺｒとＴｉの構成比が、それぞれ約５０％（ｘ＝０．５）で、膜厚１．０μｍ程度のＰＺＴ膜を形成する。このＰＺＴ膜１７は、（１００）に優先配向した、モノシリック構造であり、分極方向は、膜の面に垂直な方向に対して傾いているエンジニアード・ドメイン配置である。
【００２５】
次いで、図３（Ｃ）に示すように、ＰＺＴ膜１７上に上部電極１９として、例えば、Ｉｒ膜を形成する。Ｉｒ膜は、スパッタリング法を用いて、膜厚２００ｎｍ程度堆積する。
【００２６】
次いで、図４（Ａ）に示すように、ＰＺＴ膜１７および上部電極１９を所望の形状、例えば、複数の略矩形状（例えば、２０μｍ×６００μｍの矩形、図４（Ｃ）参照）のパターンにパターニングする。なお、後述するように各パターンが、キャビティＣａと対応する。図４（Ｃ）は、平面図であり、図４（Ａ）は、図４（Ｃ）のＡ−Ａ断面に、図４（Ｂ）は、図４（Ｃ）のＢ−Ｂ断面に対応する。
【００２７】
以上の工程により、振動板１３上に、下部電極１５、圧電体膜１７および上部電極１９よりなる圧電素子Ｐｉが形成される。
【００２８】
次いで、図５（Ａ）および（Ｂ）に示すように、シリコン基板１１を選択的に除去することにより圧電体膜１７の下部にキャビティ（圧力室、空間）Ｃａおよびリザーバ（流路）Ｒを形成する。
【００２９】
即ち、シリコン基板１１の裏面（第２面）上に、フォトレジスト膜を形成し、露光・現像することにより、上記キャビティＣａおよびリザーバＲに対応する位置に開口を有するフォトレジスト膜を形成する。次いで、当該膜をマスクに、シリコン基板１１を振動板（酸化シリコン膜１３ａ）１３が露出するまでエッチングする。エッチング液としては、例えば、水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液を用いる。この際、振動板１３を構成する酸化シリコン膜１３ａは、エッチングストッパーとしての役割を果たす。図５（Ｃ）中の斜線部が、シリコン基板１１の残存部分である。即ち、シリコン基板１１は、下面（第２面）と図中左側の面（第３面、吐出方向の面）に開口を有する。なお、キャビティＣａとリザーバＲとの間には、キャビティＣａ部のＹ方向の幅より幅の狭い接続流路（しぼり）Ｃｂが形成される。言い換えれば、他の部分は、キャビティＣａ間およびキャビティＣａとリザーバＲとの間の分離壁となる。例えば、リザーバＲの幅は２００μｍ程度、キャビティＣａの幅は３５μｍ、長さは１０００μｍ、高さは４０μｍ程度である。なお、シリコン基板１１のエッチング用のマスクとして酸化シリコン膜を用いてもよい。
【００３０】
次いで、図６（Ａ）および（Ｂ）に示すように、キャビティＣａの下側に、第２基板（接合基板、支持基板、平板部材）として、インク供給孔（供給孔）２１ａを有するシリコン基板２１を接合する。シリコン基板２１の厚さは、例えば、３００μｍ程度である。図６（Ｃ）は、シリコン基板２１の裏面側から見た平面図である。
【００３１】
このシリコン基板２１のインク供給孔２１ａは、シリコン基板２１のエッチングにより形成し、その直径は、例えば１００μｍ程度である。エッチング液としては、例えば、ＫＯＨ溶液を用い、エッチング用のマスクとしては、例えば酸化シリコン膜を用いる。
【００３２】
このインク供給孔２１ａが、シリコン基板１１のリザーバＲに対応するよう位置あわせし、例えば熱圧着によりシリコン基板１１と２１を接合する。
【００３３】
次いで、必要に応じて、上記工程で形成されたシリコン基板１１、２１の接合体において、第３基板を接合する予定である側面を、研磨工程により平坦化する。例えば、キャビティＣａをウエットエッチングで形成する場合、シリコン基板の面方位等の影響によりエッチングにより露出した面（キャビティＣａ側面など）がテーパー形状となる場合がある（図示せず）。この際、第３基板を接合する予定である側面もテーパー形状となり得るため、必要に応じて上記研磨を行う。なお、イオンリミングによりキャビティＣａを加工する場合には、加工面を垂直とすることができ、上記研磨工程の省略や研磨時間の低減を図ることができる。
【００３４】
次いで、図７および図８に示すように、キャビティＣａの側面に、第３基板（接合基板、ノズルプレート、第２側壁材）として、吐出孔（インク吐出孔、ノズル孔）３１ａを有するシリコン基板３１を接合する。シリコン基板３１の厚さは、例えば、１００μｍ程度である。図８（Ａ）は、シリコン基板３１の側面側から見た平面図である。図８（Ｂ）は、シリコン基板２１の裏面側から見た平面図である。
【００３５】
このシリコン基板３１の吐出孔３１ａは、シリコン基板３１のエッチングにより形成し、その直径は、例えば２０μｍ程度である。エッチング液としては、例えば、ＫＯＨ溶液を用い、エッチング用のマスクとしては、例えば酸化シリコン膜を用いる。
【００３６】
この吐出孔３１ａが、シリコン基板１１の各キャビティＣａに対応するよう位置あわせし、例えば熱圧着によりシリコン基板１１と３１を接合する。
【００３７】
以上の工程により、本実施の形態の液滴吐出ヘッドが略完成する。圧電素子Ｐｉへの印加電圧は、例えば２０Ｖ程、振動板１３の変位量は例えば３００ｎｍ程度である。また、液滴（インク）の吐出量は、例えば２ピコリットル程度であり、その吐出速度は、８ｍ／ｓｅｃ程度である。図９は、本実施の形態の液滴吐出ヘッドの分解斜視図である。図示するように、必要に応じて、振動板１３上に、コンプライアンス基板４１を配置してもよい。コンプライアンス基板４１には、例えば、圧電素子保持部４１ａと外部接続孔４１ｂが設けられている。外部接続孔４１ｂからは、リード電極Ｅが露出し、このリード電極Ｅは、図示しない駆動ＩＣなどに接続される。なお、図１等において、リード電極Ｅは省略されている。
【００３８】
また、振動板１３の変位方向は、図７（Ａ）中の下方向であり、吐出方向は、図中左方向（変位方向と交差する方向）である。また、供給孔２１ａにおける吐出液の供給方向は図７（Ａ）中の上方向（振動板１３の変位方向と逆向き）である。
【００３９】
このように、本実施の形態の液滴吐出ヘッドにおいては、インク供給孔２１ａを、キャビティＣａの振動板１３側ではなく、振動板１３側と逆側に位置するシリコン基板２１に設けたので、インク供給孔２１ａの加工が容易となる。また、インク供給孔２１ａを精度良く形成することができる。
【００４０】
図１０は、本実施の形態の液滴吐出ヘッドの効果を説明するための第１比較例を示す断面図である。
【００４１】
例えば、図１０に示す第１比較例においては、圧電素子ＰｉやキャビティＣａの形成後（例えば、図５に示す工程の後）に、振動板１３にインク供給孔１３ｃを形成する必要がある。この際、パンチ加工などを行うと、振動板１３や圧電素子Ｐｉに物理的応力が加わり、その特性が劣化する。また、パンチ加工では、装置（ヘッド）の微細化に対応し難い。また、エッチングにより、振動板１３に開口（インク供給孔１３ｃ）を設けることも可能であるが、圧電素子Ｐｉなどを保護しつつ、また、これらに影響を与えないエッチャントを選択しなければならない。よって、エッチング条件が制限され、また、製造工程が複雑となる。
【００４２】
これに対し本実施の形態によれば、インク供給孔２１ａが形成されたシリコン基板２１を接合するだけで、容易に液滴吐出ヘッドを形成することができる。また、シリコン基板２１のエッチングは容易であり、また、微細化にも対応し得る。
【００４３】
このように、本実施の形態の液滴吐出ヘッドによれば、ヘッド特性を向上させることができる。
【００４４】
さらに、本実施の形態の液滴吐出ヘッドによれば、吐出孔３１ａをインク供給孔２１ａと異なる面に形成したので、紙等の印刷対象物（液滴吐出の対象物、印刷媒体）５１の移動方向に対し、インク供給孔２１ａへインクを供給するためのパイプ（インク供給パイプ）６１やインクタンク（図示せず）などが障害とならない。言い換えれば、第３基板（吐出孔３１ａ）３１と紙等の印刷対象物を容易に対向して配置できる。よって、吐出孔３１ａと印刷対象物５１との間を最適化（例えば、１．５ｍｍ程度と）することができ、印刷特性を向上させることができる。
【００４５】
図１１は、本実施の形態の液滴吐出ヘッドの効果を説明するための第２比較例を示す断面図である。例えば、図１１に示す第２比較例においては、紙等の印刷対象物５１の移動方向（図中の黒矢印）に対し、パイプ６１などが障害となる。よって、吐出孔３１ａと印刷対象物５１との間を大きくする、又は、印刷対象物５１を曲げながら印刷するなどの工夫が必要となる。
【００４６】
これに対し本実施の形態によれば、吐出孔３１ａをインク供給孔２１ａと異なる面に形成したので、印刷が容易となり、印刷特性を向上させることができる。なお、図１１に示すヘッド構造においても、インク供給孔２１ａをシリコン基板２１に設けたことによる効果を奏するため、本発明は、図１１に記載の構成を排除するものではない。また、上記実施の形態においては、基板としてシリコン基板を用いたが、他の材料基板を用いてもよい。但し、シリコン基板は、高精度な加工（エッチング）が可能であるため、微細化に適する。また、第１〜第３基板を異なる材料基板で構成してもよい。但し、同材料であれば、接合強度の向上が図れ、好適である。
【００４７】
図１２は、本実施の形態の液滴吐出ヘッドが適用されるインクジェットプリンタの一例を示す斜視図である。
【００４８】
例えば、インクジェットプリンタ６００は、装置本体６２０を備えており、上部後方に記録用紙Ｐを設置するトレイ６２１を有し、下部前方に記録用紙Ｐを排出する排出口６２２を有し、上部面に操作パネル６７０を有する。
【００４９】
装置本体６２０の内部には、主に、往復動するヘッドユニット６３０を備えた印刷装置６４０と、記録用紙Ｐを１枚ずつ印刷装置６４０に送り込む給紙装置６５０と、印刷装置６４０および給紙装置６５０を制御する制御部６６０とが設けられている。
【００５０】
制御部６６０の制御により、給紙装置６５０は、記録用紙Ｐを一枚ずつ間欠送りするようになっている。間欠送りされる記録用紙Ｐは、ヘッドユニット６３０の下部近傍を通過する。このとき、ヘッドユニット６３０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、記録用紙Ｐへの印刷を行うようになっている。すなわち、ヘッドユニット６３０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り、インクジェット方式の印刷が行なわれる。
【００５１】
印刷装置６４０は、ヘッドユニット６３０と、ヘッドユニット６３０の駆動源となるキャリッジモータ６４１と、キャリッジモータ６４１の回転を受けて、ヘッドユニット６３０を往復動させる往復動機構６４２とを備えている。
【００５２】
ヘッドユニット６３０は、その下部に、上述の多数の吐出孔（ノズル孔）３１ａを備えるインクジェット式記録ヘッド５０と、このインクジェット式記録ヘッド５０にインクを供給するインクカートリッジ６３１と、インクジェット式記録ヘッド５０およびインクカートリッジ６３１を搭載したキャリッジ６３２とを有する。
【００５３】
インクカートリッジ６３１として、例えば、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。この場合、ヘッドユニット６３０には、各色にそれぞれ対応したインクジェット式記録ヘッド５０が設けられることになる。
【００５４】
往復動機構６４２は、その両端がフレーム（図示せず）に支持されたキャリッジガイド軸６４３と、キャリッジガイド軸６４３と平行に延在するタイミングベルト６４４とを有する。キャリッジ６３２は、キャリッジガイド軸６４３に往復動自在に支持されるとともに、タイミングベルト６４４の一部に固定されている。キャリッジモータ６４１の作動により、プーリを介してタイミングベルト６４４を正逆走行させると、キャリッジガイド軸６４３に案内されて、ヘッドユニット６３０が往復動する。この往復動の際に、インクジェット式記録ヘッド５０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。
【００５５】
給紙装置６５０は、その駆動源となる給紙モータ６５１と、給紙モータ６５１の作動により回転する給紙ローラ６５２とを有する。給紙ローラ６５２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６５２ａと、駆動ローラ６５２ｂとで構成されており、駆動ローラ６５２ｂは、給紙モータ６５１に連結されている。このような構成によって給紙ローラ６５２は、トレイ６２１に設置した多数枚の記録用紙Ｐを、印刷装置６４０に向かって１枚ずつ送り込むことができる。なお、トレイ６２１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とすることもできる。
【００５６】
制御部６６０は、たとえばパーソナルコンピュータやディジタルカメラなど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６４０や給紙装置６５０などを制御することにより印刷を行うものである。
【００５７】
制御部６６０には、いずれも図示しないものの、主に各部を制御する制御プログラムなどを記憶するメモリ、圧電素子（振動源）を駆動してインクの吐出タイミングを制御する圧電素子駆動回路、印刷装置６４０（キャリッジモータ６４１）を駆動する駆動回路、給紙装置６５０（給紙モータ６５１）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とが備えられている。
【００５８】
ＣＰＵには、たとえば、インクカートリッジ６３１のインク残量、ヘッドユニット６３０の位置、温度、湿度などの印刷環境などを検出可能な各種センサが、それぞれ電気的に接続されている。制御部６６０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、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き、各駆動回路に駆動信号を出力する。この駆動信号により圧電素子、印刷装置６４０および給紙装置６５０は、それぞれ作動する。これにより、記録用紙Ｐに所望の印刷がなされる。
【００５９】
本実施の形態にかかるインクジェットプリンタ６００によれば、前述したように、液滴吐出特性が良好なヘッドを備えているので、高密度印刷や高速印刷が可能となる。また、前述のヘッドを当該インクジェットプリンタ６００に組み込むことで、その生産性を向上させることができる。
【００６０】
なお、本発明のインクジェットプリンタ６００は、工業的に用いられる液滴吐出装置として用いることもできる。その場合に、吐出するインク（液状材料）としては、各種の機能性材料を溶媒や分散媒によって適当な粘度に調整して使用することができる。
【００６１】
なお、上記実施の形態を通じて説明された実施例や応用例は、用途に応じて適宜に組み合わせて、又は変更若しくは改良を加えて用いることができ、本発明は上述した実施の形態の記載に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本実施の形態の液滴吐出ヘッドの構成を示す要部断面図である。
【図２】本実施の形態の液滴吐出ヘッドの製造方法を示す工程断面図である。
【図３】本実施の形態の液滴吐出ヘッドの製造方法を示す工程断面図である。
【図４】本実施の形態の液滴吐出ヘッドの製造方法を示す工程断面図および平面図である。
【図５】本実施の形態の液滴吐出ヘッドの製造方法を示す工程断面図および平面図である。
【図６】本実施の形態の液滴吐出ヘッドの製造方法を示す工程断面図および平面図である。
【図７】本実施の形態の液滴吐出ヘッドの製造方法を示す工程断面図である。
【図８】本実施の形態の液滴吐出ヘッドの製造方法を示す平面図である。
【図９】本実施の形態の液滴吐出ヘッドの分解斜視図である。
【図１０】本実施の形態の液滴吐出ヘッドの効果を説明するための第１比較例を示す断面図である。
【図１１】本実施の形態の液滴吐出ヘッドの効果を説明するための第２比較例を示す断面図である。
【図１２】本実施の形態の液滴吐出ヘッドが適用されるインクジェットプリンタの一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００６３】
１１…シリコン基板、１３…振動板、１３ａ…酸化シリコン膜、１３ｂ…酸化ジルコニウム膜、１３ｃ…インク供給孔、１５…下部電極、１７…ＰＺＴ膜、１９…上部電極、２１…シリコン基板、２１ａ…インク供給孔、３１…シリコン基板、３１ａ…吐出孔、４１…コンプライアンス基板、４１ａ…圧電素子保持部、４１ｂ…外部接続孔、５１…印刷対象物、６１…パイプ、６００…インクジェットプリンタ、６２０…装置本体、６２１…トレイ、６２２…排出口、６３０…ヘッドユニット、６３１…インクカートリッジ、６３２…キャリッジ、６４０…印刷装置、６４１…キャリッジモータ、６４２…往復動機構、６４３…キャリッジガイド軸、６４４…タイミングベルト、６５０…給紙装置、６５１…給紙モータ、６５２…給紙ローラ、６６０…制御部、６７０…操作パネル、Ｃａ…キャビティ、Ｃｂ…接続流路、Ｅ…リード電極、Ｐ…記録用紙、Ｐｉ…圧電素子、Ｒ…リザーバ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動板の第１面上に配置された圧電素子と、
前記振動板の前記第１面と逆側の面である第２面と対向して配置された平板部材と、
前記振動板および前記平板部材との間に位置し、キャビティおよびリザーバを区画する側壁部材と、を有し、
前記リザーバに吐出液を供給する供給孔を前記平板部材に設けたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
前記側壁部材は、少なくとも前記キャビティの前記吐出液の吐出方向を開口した第１側壁材と、前記吐出液の吐出孔を有する第２側壁材とを有することを特徴とする請求項１記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
前記キャビティを複数有し、
前記第１側壁材は、前記複数のキャビティ間および前記キャビティとリザーバとの間の分離壁を有することを特徴とする請求項２記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
前記第１側壁材と前記振動板とは異なる材料で構成されていることを特徴とする請求項２又は３記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
前記吐出孔における吐出液の吐出方向は、前記吐出液の吐出時における前記振動板の変位方向と交差する方向であることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項６】
前記供給孔における前記吐出液の供給方向は、前記吐出液の吐出時における前記振動板の変位方向と逆向きであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項７】
インク吐出ヘッドとして請求項１乃至６のいずれか一項記載の液滴吐出ヘッドを有することを特徴とするインクジェットプリンタ。
【請求項８】
インク吐出ヘッドとして請求項２乃至５のいずれか一項記載の液滴吐出ヘッドを有するインクジェットプリンタであって、
印刷対象面は、前記第２側壁材と対向して配置されることを特徴とするインクジェットプリンタ。
【請求項９】
第１基板の第１面上に振動板および圧電素子を形成する工程と、
前記第１基板の前記第１面と逆側の面である第２面側から前記振動板が露出するまで前記第１基板を選択的に除去することにより、キャビティおよびリザーバを形成し、前記第２面側および前記第２面と交差する第３面側に開口を有する第１側壁材を形成する工程と、
前記第１側壁材に、前記第２面側の開口を覆い、前記リザーバに吐出液を供給する供給孔を有する平板部材を接合する工程と、
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１０】
前記第１側壁材に、前記第３面側の開口を覆い、前記キャビティから吐出液を吐出する吐出孔を有する第２側壁材を接合する工程、
を有することを特徴とする請求項９記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１１】
請求項９又は１０記載の液滴吐出ヘッドの製造方法を有することを特徴とするインクジェットプリンタの製造方法。
【請求項１】
振動板の第１面上に配置された圧電素子と、
前記振動板の前記第１面と逆側の面である第２面と対向して配置された平板部材と、
前記振動板および前記平板部材との間に位置し、キャビティおよびリザーバを区画する側壁部材と、を有し、
前記リザーバに吐出液を供給する供給孔を前記平板部材に設けたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
前記側壁部材は、少なくとも前記キャビティの前記吐出液の吐出方向を開口した第１側壁材と、前記吐出液の吐出孔を有する第２側壁材とを有することを特徴とする請求項１記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
前記キャビティを複数有し、
前記第１側壁材は、前記複数のキャビティ間および前記キャビティとリザーバとの間の分離壁を有することを特徴とする請求項２記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
前記第１側壁材と前記振動板とは異なる材料で構成されていることを特徴とする請求項２又は３記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
前記吐出孔における吐出液の吐出方向は、前記吐出液の吐出時における前記振動板の変位方向と交差する方向であることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項６】
前記供給孔における前記吐出液の供給方向は、前記吐出液の吐出時における前記振動板の変位方向と逆向きであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項７】
インク吐出ヘッドとして請求項１乃至６のいずれか一項記載の液滴吐出ヘッドを有することを特徴とするインクジェットプリンタ。
【請求項８】
インク吐出ヘッドとして請求項２乃至５のいずれか一項記載の液滴吐出ヘッドを有するインクジェットプリンタであって、
印刷対象面は、前記第２側壁材と対向して配置されることを特徴とするインクジェットプリンタ。
【請求項９】
第１基板の第１面上に振動板および圧電素子を形成する工程と、
前記第１基板の前記第１面と逆側の面である第２面側から前記振動板が露出するまで前記第１基板を選択的に除去することにより、キャビティおよびリザーバを形成し、前記第２面側および前記第２面と交差する第３面側に開口を有する第１側壁材を形成する工程と、
前記第１側壁材に、前記第２面側の開口を覆い、前記リザーバに吐出液を供給する供給孔を有する平板部材を接合する工程と、
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１０】
前記第１側壁材に、前記第３面側の開口を覆い、前記キャビティから吐出液を吐出する吐出孔を有する第２側壁材を接合する工程、
を有することを特徴とする請求項９記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１１】
請求項９又は１０記載の液滴吐出ヘッドの製造方法を有することを特徴とするインクジェットプリンタの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００９−１４９０２１（Ｐ２００９−１４９０２１Ａ）
【公開日】平成２１年７月９日（２００９．７．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３３０３５９（Ｐ２００７−３３０３５９）
【出願日】平成１９年１２月２１日（２００７．１２．２１）
【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２１年７月９日（２００９．７．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月２１日（２００７．１２．２１）
【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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