液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、及びノズル基板の製造方法
【課題】液滴吐出ヘッドにおけるドット抜け及び温度変化を容易かつリアルタイムに検出することを可能とする液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、及びノズル基板の製造方法を提供する。
【解決手段】液滴吐出ヘッドは、液滴を吐出する複数のノズル孔１０及びノズル孔１０のそれぞれを中心として各ノズル孔１０の縁に形成された温度センサー２８を少なくとも有するノズル基板１２と、底壁が振動板２２を構成し、ノズル基板１２の複数のノズル孔１０に連通して吐出液を収容する複数の圧力室２６を有し、ノズル基板１２に積層されるキャビティ基板１４と、振動板２２を駆動する個別電極１８を有し、キャビティ基板１４に積層される電極基板１６と、ノズル孔１０に存在する吐出液の量により変化する温度によって液滴吐出状況の良否を判断する吐出検出回路３４と、を有する。
【解決手段】液滴吐出ヘッドは、液滴を吐出する複数のノズル孔１０及びノズル孔１０のそれぞれを中心として各ノズル孔１０の縁に形成された温度センサー２８を少なくとも有するノズル基板１２と、底壁が振動板２２を構成し、ノズル基板１２の複数のノズル孔１０に連通して吐出液を収容する複数の圧力室２６を有し、ノズル基板１２に積層されるキャビティ基板１４と、振動板２２を駆動する個別電極１８を有し、キャビティ基板１４に積層される電極基板１６と、ノズル孔１０に存在する吐出液の量により変化する温度によって液滴吐出状況の良否を判断する吐出検出回路３４と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、及びノズル基板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液滴吐出装置の代表例として、画像記録用のインクジェットヘッドを備えたインクジェット式記録装置がある。インクジェット式記録装置は、印刷時の騒音が比較的小さく、しかも小さなドットを高い密度で形成できるため、昨今においてはカラー印刷を含めた多くの印刷に使用されている。このようなインクジェット式記録装置は、インクカートリッジからのインク（吐出液）の供給を受けるインクジェットヘッドと、記録媒体をインクジェットヘッドの走査方向と垂直に移動させる紙送り機構を備え、インクジェットヘッドをキャリッジ上で記録媒体の幅方向（主走査方向）に移動させながらインクジェットヘッドに対して機械的圧力や熱エネルギーを発生させることで記録媒体に対してインク滴（液滴）を吐出させることで記録が行われる。
【０００３】
このようなインクジェット式記録装置に用いられるインクジェットヘッドは、一般に、インク滴を吐出するための複数のノズルが形成されたノズル基板と、このノズル基板に接合されノズル基板との間で上記ノズルに連通する圧力室（キャビティ）、リザーバー等のインク流路が形成されたキャビティ基板とを備え、駆動部により圧力室に圧力を加え、圧力室の一部を構成する振動板を変位させることにより、インク滴を、選択されたノズルより吐出するように構成されている。駆動手段としては、静電気力を利用する方式や、圧電素子による圧電方式、発熱素子を利用するバブルジェット（登録商標）方式等がある。
【０００４】
この種のインクジェットヘッドでは、インクジェットヘッドの圧力室内に気泡が発生したり、浮遊する紙粉やゴミなどがノズル近傍に付着したり、ノズル（内のインク）が乾燥したりすると、ノズルからインク滴が吐出されず、記録媒体にドットが形成されないことがある。インク滴の吐出不良を、一般に「ドット抜け」と呼んでいる。ドット抜けの現象が生じた場合には、クリーニング装置によって回復を図る。例えば、気泡の発生によってドット抜け現象が生じた場合には、ポンプでノズル内のインクを吸引して圧力室内部の気泡を排出し、その後、ワイパーと呼ばれる拭い取り部材で吐出面に付着したインクを拭い去り、さらにフラッシングと呼ばれるインク滴の無印字吐出を行って混色したインクを放出する。この一連のクリーニング工程によって、気泡によるドット抜け現象が回復する。
【０００５】
上記のようなドット抜けを検出する方法としては、「記録ヘッドの往復走査中にリアルタイムに動作不良の記録要素をフォトセンサーで検知することにより、記録速度を低下させることなく、例えば、その動作不良の記録要素による記録不良の補完記録などの適切な記録制御が可能な記録装置」が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
また、「記録ヘッドの温度に関するデータを、記録ヘッド内に設けられた検温素子と検温素子制御回路によって求め、記録の前後における上昇温度データを吐出不良がない場合の通常の上昇温度データと比較して、インク吐出不良を検出する」が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
さらに、「複数のノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドと、前記ノズルの近傍に設けられた第一の電極及び第二の電極と、前記ノズル近傍にインク滴が付着したときに、前記第一の電極と前記第二の電極間の静電容量の変化を検出する静電容量検知手段と、を備えたインクジェット式記録装置」が提案されている（例えば、特許文献３参照）。この技術は、ヘッド表面のノズル近傍に対向電極を設け、電極間の静電容量変化を検出することでノズル周辺のインク滴残留を検知している。この技術では、クリーニング不良及び吐出中のインク滴付着を対象としてドット抜けを検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−１７９８８４号公報
【特許文献２】特開２０００−２８９２１８号公報
【特許文献３】特開２００７−２３０００８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に記載の技術は、記録媒体の表面状態や記録要素により検出感度が異なるので、都度調整をする必要がある。
【００１０】
また、特許文献２に記載の技術は、検出原理と回路及び制御方法に関する記述のみで、各ノズルに検温素子を設ける具体的な構造に関して触れられていない。
【００１１】
さらに、特許文献３に記載の技術は、インク滴の吐出不良を未然に防ぐ、又は、インク滴の吐出不良の発生を早期に発見できるようにしたものである。しかしながら、ヘッド表面のノズル近傍にインク滴が付着しないと、つまりインク滴による液溜まりができないとインク滴の吐出不良を検出することができない。したがって、特許文献１に記載の技術では、非吐出ノズルの検出、つまりドット抜けの検出には利用することができなかった。また、特許文献１に記載の技術では、インク滴の吐出量の検出にも利用することができなかった。
【００１２】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、液滴吐出ヘッドにおけるドット抜け及び温度変化を容易かつリアルタイムに検出することを可能とする液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、及びノズル基板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】
【００１３】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【００１４】
［適用例１］液滴を吐出する複数のノズル孔及び該ノズル孔のそれぞれを中心として該各ノズル孔の縁に形成された温度センサーを少なくとも有するノズル基板と、底壁が振動板を構成し、前記ノズル基板の前記複数のノズル孔に連通して吐出液を収容する複数の圧力室を有し、前記ノズル基板に積層されるキャビティ基板と、前記振動板を駆動する個別電極を有し、前記キャビティ基板に積層される電極基板と、前記ノズル孔に存在する吐出液の量により変化する温度によって液滴吐出状況の良否を判断する吐出検出回路と、を有することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【００１５】
これによれば、液滴吐出状況を温度センサーの温度の変化により検知することができる。したがって、液滴吐出動作を中断することなく直接確認することができ、吐出不良ノズルを容易に特定できる。吐出不良ノズルを特定した場合には、別のノズル孔からの吐出液滴により、被対象物の品質を補完することができることになる。
【００１６】
［適用例２］上記液滴吐出ヘッドであって、前記吐出検出回路は、吐出液の有無により前記温度センサーの温度が変化することで発生する微弱電流を検知して液滴吐出状況の良否を判断することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【００１７】
これによれば、ノズル孔に存在する液滴が温度を変化させる物質として作用することになり、ドット抜けだけでなく、液滴の吐出量の異常検出ができることになる。
【００１８】
［適用例３］上記液滴吐出ヘッドであって、前記温度センサーに定電流を流すことで、前記温度センサーの温度を吐出液よりも高温で保持することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【００１９】
これによれば、吐出液が通過することで温度センサーの温度が確実に低下し、確実に微弱電流を発生させることができることになる。
【００２０】
［適用例４］上記液滴吐出ヘッドであって、前記温度センサーの保持温度は、吐出液より５度以上高いことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【００２１】
これによれば、吐出液の通過により発生する温度センサーの温度低下量が温度センサーの検出感度を十分に上回るので、確実に温度低下を検出できることになる。
【００２２】
［適用例５］上記液滴吐出ヘッドであって、前記温度センサーと前記ノズル基板を形成する基材との間には、該基材の材料よりも熱伝導率の低い絶縁材料で形成された絶縁膜を有することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【００２３】
これによれば、温度センサーで保持している熱が基材へ伝達されるのをより確実に防止しつつ、ノズル孔の温度変化を測定できる。
【００２４】
［適用例６］上記液滴吐出ヘッドであって、前記絶縁材料は、ＳＩＯ２等であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【００２５】
これによれば、基材と温度センサーとの間に熱伝導性の低いＳｉＯ2等が介在するため、温度センサーで保持している熱が基材へ伝達されるのをより確実に防止しつつ、ノズル孔の温度変化を測定できる。また、成膜手段が豊富に存在するため、液滴吐出ヘッドの仕様に合わせて高品質かつ低コストである成膜手段を選択することができる。
【００２６】
［適用例７］上記液滴吐出ヘッドであって、前記温度センサーは、その一部が前記ノズル孔の内壁にまで及んでいることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【００２７】
これによれば、吐出液の通過を確実に温度の変化として検知することが可能になる。
【００２８】
［適用例８］上記液滴吐出ヘッドであって、前記温度センサーは、耐擦性及び耐薬品性を有する導電性材料で構成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【００２９】
これによれば、ヘッドクリーニング時の機械的接触、及び吐出液に対する耐久性を確保でき、長期間の使用に渡って信頼性を確保することができる。
【００３０】
［適用例９］上記液滴吐出ヘッドであって、前記温度センサーは、熱電対又はサーミスターであることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【００３１】
これによれば、複数のノズル孔の各温度をより精度高く制御することができる。
【００３２】
［適用例１０］上記液滴吐出ヘッドであって、前記熱電対は、該熱電対の接点が少なくとも前記各ノズル孔の縁に形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【００３３】
これによれば、前記熱電対の温度検出部が液滴吐出部に配置されるために、液滴吐出による温度低下を確実に検出することができる。
【００３４】
［適用例１１］上記液滴吐出ヘッドであって、前記熱電対は、Ｐｔ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｔａ、これらの合金又はこれらの化合物のいずれかであることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【００３５】
これによれば、耐擦性及び耐薬品性（耐アルカリ性）が向上する。
【００３６】
［適用例１２］上記のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを搭載したことを特徴とする液滴吐出装置。
【００３７】
これによれば、液滴吐出装置は、上述の液滴吐出ヘッドが有している効果と同じ効果を有している。
【００３８】
［適用例１３］シリコン基板にノズル孔となる凹部を形成する工程と、前記シリコン基板に熱酸化膜を熱酸化により形成する工程と、前記シリコン基板の凹部形成面にサポート基板を貼り合わせる工程と、前記シリコン基板の前記凹部形成面とは反対側面を薄板化し前記凹部を開口する工程と、開口させた各ノズル孔の縁に温度センサーを形成する工程と、前記シリコン基板の薄板化した面及び前記凹部内部に液滴保護膜を形成する工程と、前記液滴保護膜の上に撥液膜を形成する工程と、前記シリコン基板の前記凹部形成面とは反対側面にサポートテープを貼り合わせた後、前記シリコン基板から前記サポート基板を剥離し、前記シリコン基板に形成した前記撥液膜を前記サポート基板を剥離した側から親水化処理する工程と、前記シリコン基板から前記サポートテープを剥離する工程と、前記温度センサーの配線接続部を露出させる工程と、を有することを特徴とするノズル基板の製造方法。
【００３９】
これによれば、液滴吐出状況を温度センサーの温度の変化により検知するノズル基板を製造することができる。したがって、液滴吐出動作を中断することなく直接確認することができ、吐出不良ノズルを容易に特定できる。吐出不良ノズルを特定した場合には、別のノズル孔からの吐出液滴により、被対象物の品質を補完するノズル基板を製造することができる。
【００４０】
［適用例１４］上記ノズル基板の製造方法であって、前記温度センサーを形成する工程は、開口させた各ノズル孔の縁に斜方スパッタ又は斜方蒸着によって第２の電極を形成する工程と、少なくとも前記第２の電極の上であって、開口させた各ノズル孔の縁に斜方スパッタ又は斜方蒸着によって第１の電極を形成する工程と、を有することを特徴とするノズル基板の製造方法。
【００４１】
これによれば、第１の電極と第２の電極とを別工程で形成するので、第１の電極と第２の電極とを確実に接合することができる。また、斜めから成膜することにより、前記第１の電極及び第２の電極をノズル孔の内壁に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】第１の実施形態に係る液滴吐出ヘッドを分解した状態を示す分解斜視図。
【図２】液滴吐出ヘッドの長手方向の断面を示す縦断面図。
【図３】液滴吐出ヘッドを上から見た状態を示す平面図。
【図４】ノズル孔と熱電対との関係を説明するための説明図。
【図５】吐出検出の際の動作原理を模式的に示す概念図。
【図６】ノズル基板の製造工程例の一部を示す縦断面図。
【図７】ノズル基板の製造工程例の一部を示す縦断面図。
【図８】ノズル基板の製造工程例の一部を示す縦断面図。
【図９】第１の実施形態の液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置の一例を示した斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下に、図面を参照して、本実施形態を説明する。なお、以下の説明で参照する図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならしめてある。
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係る液滴吐出ヘッド２を分解した状態を示す分解斜視図である。図２は、液滴吐出ヘッド２の長手方向の断面を示す縦断面図である。図３は、液滴吐出ヘッド２を上から見た状態を示す平面図である。図１〜図３に基づいて、液滴吐出ヘッド２の構成及び動作を説明する。なお、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、図の上側を上とし、下側を下とし、ノズル孔１０が並んでいる方向を短手方向、短手方向と垂直な方向を長手方向として説明する。なお、図２において外側の撥液膜を、図３において外側の撥液膜及び液滴保護膜を省略している。
【００４４】
この液滴吐出ヘッド２は、静電気力により駆動される静電駆動方式の静電アクチュエーターの代表として、ノズル基板の表面側に設けられたノズル孔から液滴を吐出するフェイスイジェクトタイプの液滴吐出ヘッドを表している。この液滴吐出ヘッド２は、ノズル基板１２、キャビティ基板１４、及び電極基板１６の３つの基板が順に積層されるように接合された３層構造となっている。つまり、液滴吐出ヘッド２は、キャビティ基板１４の一方の面（上面）にはノズル基板１２が接合されており、他方の面（下面）には電極基板１６が接合され、キャビティ基板１４を電極基板１６とノズル基板１２とが上下から挟む構造となっている。
【００４５】
この液滴吐出ヘッド２には、電極基板１６上に形成された個別電極１８と、この個別電極１８に所定の駆動ギャップ２０を介して対向配置されたキャビティ基板１４の振動板２２とから構成される静電アクチュエーターを備えている。この実施形態に係る液滴吐出ヘッド２は、電極基板１６とキャビティ基板１４とを陽極接合により接合するものとし、キャビティ基板１４とノズル基板１２とをエポキシ樹脂等の接着剤を用いて接合するものとして説明する。また、液滴吐出ヘッド２の電極基板１６に形成する個別電極１８には、図２で示すドライバーＩＣ等の電力供給手段である駆動回路２４によって駆動信号（パルス電圧）が供給されるようになっている。
【００４６】
［ノズル基板］
ノズル基板１２は、例えば厚さ約６５μｍ（マイクロメートル）の（１００）面方位のシリコン単結晶基板（以下、単にシリコン基板という）を主要な材料として構成されている。そして、キャビティ基板１４の上面（電極基板１６を接合する面の反対面）と接合している。ノズル基板１２には、キャビティ（吐出室）２６のそれぞれと連通している複数のノズル孔１０が所定のピッチで貫通形成されている。各ノズル孔１０は、キャビティ２６から移送されたインク滴等の液滴を外部に吐出するようになっている。なお、ノズル基板１２における液滴が吐出される面を液滴吐出面１２ａとし、液滴吐出面１２ａの反対側面を接着面１２ｂとして説明するものとする。
【００４７】
各ノズル孔１０は、吐出方向の先端側の円筒状の第１ノズル孔１０ａと、第１ノズル孔１０ａよりも径の大きい円筒状の第２ノズル孔１０ｂとから構成され、第１ノズル孔１０ａと第２ノズル孔１０ｂとは同軸上に設けられている。かかる構成により、液滴の吐出方向をノズル孔１０の中心軸方向に揃えることができ、安定した液滴吐出特性を発揮させることができる。すなわち、ノズル孔１０を複数段で形成することによって、液滴の飛翔方向のばらつきがなくなり、また液滴の飛び散りがなく、液滴の吐出量のばらつきを抑制することが可能となっている。
【００４８】
ノズル基板１２の液滴吐出面１２ａ上には、ドット抜け検出を行う際に使用する温度センサーとしての熱電対２８が設けられている（ドット抜け検出については図４以下で詳細に説明する）。熱電対２８は、２種類の異なる材料からなる金属電極２８ａ，２８ｂを接続して１つの回路（熱電対）をつくり、ふたつの接点部に温度差を与えると、回路に電圧が発生する現象を利用している。その際に発生する電荷の流れを測定することで、接点部３０ａの温度を求めるものである。
【００４９】
そして、２種類の異なる金属電極２８ａ，２８ｂの１つ目の接点部３０ａ、すなわち温度を測定する部分は、各ノズル孔１０の縁に形成されている。また、２つ目の接点部３０ｂは共通電極２８Ａと金属電極２８ｂの接続部に形成されている。これにより、ノズル孔１０の温度、特にノズル孔１０に吐出液（図５で示す吐出液３２）が存在する際の温度を測定し、この温度情報に基づいて、吐出検出回路３４で液滴吐出状況の良否の判断が行われるようになっている。
【００５０】
上述したように、熱電対２８は、異なる材料からなる２種類の金属電極２８ａ，２８ｂから構成される。２種類の金属線材料の組合せとしては、クロメル（ニッケル及びクロムを主とした合金）とアルメル（ニッケルを主とした合金）が代表的であるが、その他に、鉄とコンスタンタン（銅及びニッケルを主とした合金）、銅とコンスタンタン、クロメルとコンスタンタン等が知られている。これらのいずれの組合せであってもよい。また、熱電対２８は、耐擦性及び耐薬品性（耐アルカリ性）に優れた導電性材料（例えばＰｔ（プラチナ）、Ａｕ（金）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｔａ（タンタル）、これらの合金又はこれらの化合物等）で構成されていてもよい。
【００５１】
なお、熱電対２８の接点部３０ａは、吐出液に密着させることが好ましい。これは、吐出液の温度をより正確に測定するためである。ただし、熱電対２８の接点部３０ａと吐出液との電気的絶縁及び耐薬品性を確保するために、接点部３０ａに絶縁性被膜を形成しておく必要がある。
【００５２】
熱電対２８上には、液滴保護膜３６が設けられる。液滴保護膜３６は、凹凸状に形成された熱電対２８の凹凸部分を埋めるように配置され、さらに、その上面は略平坦に形成されている。
【００５３】
熱電対２８（便宜的に、紙面右側の電極を金属電極２８ａ、紙面左側の電極を金属電極２８ｂと称する）が各ノズル孔１０を中心として、各ノズル孔１０の縁に形成されている。熱電対２８は、各ノズル孔１０の縁から各ノズル孔１０の内壁上部に至るように形成されている。
【００５４】
金属電極２８ａは、配線３８又は配線４０を介して吐出検出回路３４へと接続されるようになっている。なお、ノズル基板１２の基材と熱電対２８とは、ノズル基板１２を形成する基材の材料よりも熱伝導率の低い絶縁材料による絶縁膜６８，６９によって絶縁されている。絶縁膜６８，６９は例えばＳｉＯ2等からなる。
【００５５】
また、ノズル基板１２の液滴吐出面１２ａ及びノズル孔１０の内壁には、これらの面を吐出液から保護する液滴保護膜３６が形成されている。したがって、熱電対２８上に液滴保護膜３６が形成されることになる。この液滴保護膜３６は、耐薬品性（特に耐アルカリ性）、耐擦性に優れた絶縁材料（例えば、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｔａ2Ｏ5、Ｎｂ2Ｏ5等）で構成されている。よって、液滴吐出動作、例えば印刷動作中における紙等の媒体送りの際に熱電対２８の表面が媒体に接触して摩耗する等の不都合を防止できる。
【００５６】
さらに、液滴吐出面１２ａの液滴保護膜３６上には、撥液膜（図８で示す撥液膜４２）を形成するとよい。液滴吐出面１２ａに撥液膜を形成する場合、ノズル孔１０の吐出口縁部を境界にしてノズル孔１０の内壁及び接着面１２ｂには撥液膜を形成しないようにする。これにより、吐出液に対する耐久性向上及び液滴吐出面１２ａ上の液滴残留防止を図ることが可能になる。
【００５７】
なお、ノズル基板１２の接着面１２ｂに、後述するオリフィスや振動板２２によりリザーバー４４側の吐出液に加わる圧力を緩衝するダイアフラムを形成してもよい。また、ここでは、ノズル基板１２を上面とし、電極基板１６を下面として説明しているが、実際に用いられる場合には、ノズル基板１２の方が電極基板１６よりも下面となることが多い。
【００５８】
ヒーター６２は、ノズル基板１２を加温するためのものである。特に、熱電対２８を加温するためのものである。
【００５９】
なお、本実施形態に係る温度センサーは、熱電対に限定されるものではなく、他の温度センサーであってもよい。例えば、サーミスターであってもよい。
【００６０】
［キャビティ基板］
キャビティ基板１４は、例えば厚さ約５０μｍのシリコン基板を主要な材料として構成されている。このシリコン基板にドライエッチング又は異方性ウエットエッチングのいずれかあるいは双方を行い、吐出液の流路となる各部材（キャビティ２６、オリフィス４６、リザーバー４４等）が形成されている。キャビティ基板１４の各部材の一つであるキャビティ２６は、底壁が可撓性を有する振動板２２となっており、吐出室（圧力室）として作用し、ノズル孔１０に対応する位置に独立に複数個形成されている。したがって、ノズル基板１２とキャビティ基板１４とを接合すると、キャビティ２６は、ノズル孔１０及びオリフィス４６を介してリザーバー４４と連通することになる。
【００６１】
キャビティ２６は、個別電極１８の電極列に対応して形成されており、吐出液が保持されて吐出圧が加えられるようになっている。また、キャビティ２６は、紙面手前側から奥側にかけて平行に並んで形成されているものとする。リザーバー４４は、液滴供給口４８を介して供給される吐出液を貯留し、各キャビティ２６に吐出液を供給するための共通インク室として機能している。つまり、リザーバー４４は、各オリフィス４６を介して全てのキャビティ２６に連通している。
【００６２】
このリザーバー４４の底面には、リザーバー４４の底面を貫通する液滴供給口４８が形成されている。この液滴供給口４８は、電極基板１６の液滴供給口５０と連通するようになっている。そして、液滴供給口４８及び液滴供給口５０を介して外部からリザーバー４４に吐出液が供給されるようになっている。オリフィス４６は、細溝状に形成されており、リザーバー４４とキャビティ２６とを連通する液滴供給口として作用している。なお、オリフィス４６は、ノズル基板１２の接着面１２ｂに形成してもよい。
【００６３】
振動板２２は、高濃度のボロンドープ層で構成されている。所望の厚さの振動板２２を形成するために、同じだけの厚さのボロンドープ層を形成する。水酸化カリウム水溶液等のアルカリ溶液による単結晶シリコンのエッチングにおけるエッチングレートは、ドーパントがボロンの場合、約５×１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上の高濃度の領域において、非常に小さくなる。このため、振動板２２の部分を高濃度のボロンドープ層とし、アルカリ溶液による異方性エッチングによってキャビティ２６を形成する際に、ボロンドープ層が露出してエッチングレートが極端に小さくなる、いわゆるエッチングストップ技術を用いることにより、振動板２２の厚さ及び吐出室の容積を高精度に形成することができる。
【００６４】
キャビティ基板１４の下面（電極基板１６と対向する面、振動板２２の下面）には、振動板２２と個別電極１８との間を電気的に絶縁するためのＴＥＯＳ膜（ここでは、Tetraethyl orthosilicate Tetraethoxysilane：テトラエトキシシラン（珪酸エチル）を用いてできるＳｉＯ2膜をいう）である絶縁膜５２をプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：ＴＥＯＳ−ｐＣＶＤともいう）法を用いて、例えば０．１μｍ程の膜厚で成膜している。この絶縁膜５２は、振動板２２の駆動時における絶縁破壊及びショートを防止するためと、吐出液によるキャビティ基板１４のエッチングを防止するためのものである。
【００６５】
ここでは、絶縁膜５２がＴＥＯＳ膜である場合を例に説明するが、これに限定するものではなく、絶縁性能が向上する物質であればよい。例えば、Ａｌ2Ｏ3（酸化アルミニウム（アルミナ））や酸窒化シリコン等の酸化シリコンよりも比誘電率が高い誘電材料を用いてもよい。また、プラズマＣＶＤで成膜する場合に限らず、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法やＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）スパッタ等で絶縁膜を成膜してもよい。
【００６６】
さらに、キャビティ基板１４の上面にも、図示省略の液体保護膜となるＳｉＯ2膜（ＴＥＯＳ膜を含む）を、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法により成膜するとよい。このような液体保護膜を成膜することによって、吐出液で流路が腐食されるのを防止できるからである。この液体保護膜の応力と絶縁膜５２の応力とを相殺させ、振動板２２の反りを小さくできるという効果もある。また、絶縁膜５２の表面（絶縁膜５２の電極基板１６側の表面）であって、個別電極１８との当接部分には、ＤＬＣ等で構成されている高潤滑硬質膜を形成するとよい。
【００６７】
また、キャビティ基板１４には、外部電極端子としての共通電極５４が形成されている。この共通電極５４は、駆動回路２４から図示省略のＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）を介して振動板２２に個別電極１８と反対の極性の電荷が供給する際の端子となるものである。
【００６８】
［電極基板］
電極基板１６は、例えば厚さ１ｍｍのホウ珪酸系の耐熱硬質ガラス等のガラスを主要な材料として形成するとよい。これは、電極基板１６とキャビティ基板１４とを陽極接合する際、両基板の熱膨張係数が近いため、電極基板１６とキャビティ基板１４との間に生じる応力を低減することができ、その結果剥離等の問題を生じることなく電極基板１６とキャビティ基板１４を強固に接合することができるからである。電極基板１６のキャビティ基板１４側表面における各振動板２２に対向する位置には、キャビティ基板１４のキャビティ２６の形状に合わせた凹部（ガラス溝）２０ａが、例えばエッチングにより深さ０．３μｍ程度で形成されている。
【００６９】
また、この凹部２０ａの内部（特に底部）には、固定電極となる個別電極１８が、例えばスパッタ法により０．１μｍの厚さで作製されている。そして、この凹部２０ａは、その内部に個別電極１８、ＦＰＣに接続される端子部１８ｂ、及び端子部１８ｂと個別電極１８とを接続する個別電極リード部１８ａ（特に区別する必要がない限り、個別電極１８は、個別電極リード部１８ａ及び端子部１８ｂを含んだものとして説明する）を装着できるように、これらの形状に類似したやや大きめの形状にパターン形成するとよい。また、凹部２０ａの深さが約０．２μｍである場合を例に示しているが、凹部２０ａ内に作製する個別電極１８の厚さに応じて、変更可能になっている。
【００７０】
個別電極１８は、例えば酸化錫を不純物としてドープした透明のＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウム錫酸化物）を０．１μｍの厚さでスパッタして作製するとよい。このように、ＩＴＯで個別電極１８を作製すると、透明なので放電したかどうかの確認が行いやすいという利点がある。なお、個別電極１８の材料をＩＴＯに限定するものではなく、クロム等の金属材料を用いてもよい。また、電極基板１６には、リザーバー４４の液滴供給口４８と連通し、外部のインクタンクから供給される吐出液を取り入れる流路となる液滴供給口５０が貫通形成されている。
【００７１】
さらに、電極基板１６には、ＦＰＣ実装部５６が凹部２０ａとともに形成されている。ＦＰＣ実装部５６には、端子部１８ｂが形成されている。つまり、端子部１８ｂは、配線のためにキャビティ基板１４の末端部が開口された電極取り出し部５８内に露出しているのである。このＦＰＣ実装部５６に図示省略のＦＰＣを実装して、個別電極１８の一端（端子部１８ｂ）と駆動回路２４とを接続するようにしている。したがって、個別電極１８には、駆動回路２４からＦＰＣを介して駆動信号が供給されるようになっている。
【００７２】
電極基板１６とキャビティ基板１４とを陽極接合して積層体を形成すると、振動板２２と個別電極１８との間には、振動板２２を撓ませる（変位させる）ことができる一定の駆動ギャップ（空隙）２０が、電極基板１６の凹部２０ａにより形成されるようになっている。この駆動ギャップ２０は、凹部２０ａの深さ、及び個別電極１８の厚さにより決まることになる。この駆動ギャップ２０は、液滴吐出ヘッド２の吐出特性に大きく影響するため、厳格な精度管理が要求される。駆動ギャップ２０は、各振動板２２に対向する位置に細長く所定の深さを有するように形成されている。この駆動ギャップ２０の開放端部は、内部に湿気や埃等が侵入しないようにエポキシ等の樹脂による封止部６０で気密封止される。
【００７３】
なお、ＦＰＣ実装部５６の深さが約０．３μｍである場合を例に示しているが、これに限定するものではなく、凹部２０ａの深さに応じて変更するとよい。なお、駆動ギャップ２０は、気相処理を行った後、封止部６０で気密封止するとよい。気相処理は、駆動ギャップ２０内の水分除去を行った後に、疎水処理をするように実行される。また、駆動ギャップ２０は、キャビティ基板１４となるシリコン基板に凹部を形成したり、スペーサーを挟むことによって形成することも可能である。
【００７４】
この液滴吐出ヘッド２は、複数の個別電極１８が長辺及び短辺を有する長方形状に形成されており、この個別電極１８が、互いの長辺が平行になるように配置されている。そして、図１では、個別電極１８の短辺方向に伸びる１つの電極列を示している。なお、個別電極１８の短辺が長辺に対して斜めに形成されており、個別電極１８が細長い平行四辺形状になっている場合には、長辺方向に直角方向に伸びる電極列を形成するようにすればよい。なお、電極基板１６とキャビティ基板１４とは陽極接合により、キャビティ基板１４とノズル基板１２とは接着剤を用いての接合又は直接接合により接合することができる。
【００７５】
液滴吐出ヘッド２の動作について簡単に説明する。
キャビティ基板１４のリザーバー４４には、液滴供給口５０及び液滴供給口４８を介して外部からインク等の吐出液が供給されている。また、キャビティ基板１４のキャビティ２６には、オリフィス４６を介してリザーバー４４から吐出液が供給されている。駆動回路２４は、ＦＰＣを介して個別電極１８と接続されており、個別電極１８への電荷の供給及び停止を制御するようになっている。この駆動回路２４は、例えば２４ｋＨｚで発振し、選択された個別電極１８に０Ｖ〜３０Ｖ程度のパルス電位を印加して電荷供給を行い、その個別電極１８を正に帯電させる。
【００７６】
このとき、共通電極５４を介してキャビティ基板１４には負の極性を有する電荷が供給され、正に帯電された個別電極１８に対応する振動板２２を相対的に負に帯電させる。そのため、選択された個別電極１８と振動板２２との間では静電気力（クーロン力）が発生することになる。そうすると、振動板２２は、静電気力によって個別電極１８側に引き寄せられて撓む（変位する）ことになる。つまり、振動板２２は、個別電極１８に引き寄せられて当接することになる。これによってキャビティ２６の容積が増大する。
【００７７】
その後、個別電極１８への電荷の供給を止めると、振動板２２と個別電極１８との間の静電気力がなくなり、振動板２２はその弾性力により元の状態に復元する。このとき、キャビティ２６の容積が急激に減少するため、キャビティ２６内部の圧力が急激に上昇する。これにより、キャビティ２６内の吐出液の一部が液滴としてノズル孔１０より吐出されることになる。この液滴が、例えば記録紙に着弾することによって印刷等が行われるようになっている。その後、吐出液がリザーバー４４からオリフィス４６を通じてキャビティ２６内に補給され、初期状態に戻る。このような方法は、引き打ちと呼ばれるものであるが、バネ等を用いて液滴を吐出する押し打ちと呼ばれる方法もある。
【００７８】
ここから、本実施形態の特徴事項であるドット抜け検出について詳細に説明する。
図４は、ノズル孔１０と熱電対２８との関係を説明するための説明図である。図５は、吐出検出の際の動作原理を模式的に示す概念図である。図４（Ａ）が液滴吐出面１２ａの一部分を示す拡大平面図を、図４（Ｂ）が図４（Ａ）のＡ−Ａ’断面を示す拡大断面図を、それぞれ示している。また、図５（Ａ）が液滴吐出前の状態を示す模式図を、図５（Ｂ）が液滴吐出時の状態を示す模式図を、それぞれ示している。なお、図５には、熱電対２８と吐出検出回路３４で構成される回路図を併せて図示している。
【００７９】
図４（Ａ）に示すように、各ノズル孔１０の縁には、熱電対２８がノズル孔１０を中心として形成されている。このような状態において、ノズル孔１０に存在する吐出液の位置、つまり吐出液の量によって、接点部３０ａにおける温度が変化することになる。
【００８０】
熱電対２８と吐出検出回路３４で構成される回路において、接点部３０ａの温度が変化することにより接点部３０ａと接点部３０ｂとの温度差で微弱電流が発生することになる。例えば、液滴吐出前において熱電対２８に定電流を流して熱電対２８自体を加温し、熱電対２８の温度を吐出液３２の液温より高くなるように設定する。もしくは、ヒーター６２（図２参照）を用いて熱電対２８を加温し、熱電対２８の温度を吐出液３２の液温より高くなるように設定しても良い。また、この加温により、接点部３０ａと接点部３０ｂとの温度は同じになる。つまり、熱電対２８は電圧が発生していない（微弱電流が全く発生していない）状態である。もしくは、接点部３０ａと接点部３０ｂとの温度差を一定に保つようにして、熱電対２８に一定の起電力が発生している（一定電流が流れている）状態にしても良い。これにより、液滴吐出前における熱電対２８の接点部３０ａの温度（図５（Ａ）に示すｔ０）が、液滴吐出時における熱電対２８の接点部３０ａの温度（図５（Ｂ）に示すｔ１）に変化することによって微弱電流が発生することになる。もしくは、接点部３０ａと接点部３０ｂとの温度差が変化し、一定電流が変化することになる。つまり、吐出液３２が接点部３０ａにおける温度を変化させる物質として作用することになる。なお、熱電対２８の温度は吐出液３２の温度と異なるものであればよいので、熱電対２８の温度は吐出液３２の温度より低い状態であってもよい。
【００８１】
この原理を利用することによって、本実施形態では、ドット抜け検出及び吐出量の異常検出をリアルタイムで実行可能にしている。したがって、液滴吐出ヘッド２では、発生した微弱電流の有無を検知することで、液滴吐出状況（ドット抜け検出及び吐出量の異常検出）をリアルタイムにモニタリングすることができる。つまり、回路状態に何の変化も起きない場合（微弱電流が全く発生していない場合）にはドット抜けが発生していると判断でき、回路状態に変化があった場合（微弱電流が発生している場合）にはその電流値により吐出液３２の吐出量を判断できる。なお、微弱電流の検知は、回路に電流検知器を接続して実行すればよい。
【００８２】
液滴吐出ヘッド２のドット抜け検出動作は、ノズル基板１２に形成されたすべてのノズル孔１０のドット抜けを検査する動作である。したがって、液滴吐出ヘッド２では、ノズル孔１０から吐出液３２が吐出されたかどうか、つまりドット抜けが発生している吐出不良ノズルがあるかどうかを接点部３０ａの温度の変化により検知することができる。よって、液滴吐出動作、例えば記録紙等の被対象物の印字品質を印刷動作を中断することなく直接確認することができ、吐出不良ノズルを容易に特定できる。さらに、吐出不良ノズルを特定した場合には、別のノズル孔１０からの吐出液３２により、被対象物の品質を補完することができる。
【００８３】
なお、ドット抜け検出動作で吐出不良ノズルが発見されると、吐出不良ノズルの数や状態によって自動的に回復処理を実行するか、回復処理を実行せずにオペレーターに報知するか、回復処理や報知を行わずにそのまま印刷処理を再開するかの処置を選択するとよい。すなわち、吐出不良ノズル数や分布状態が許容できない状態であるときには、吐出不良ノズルの吐出特性を回復する回復手段による回復動作を自動的に実行し、吐出不良ノズル数や分布状態が所定の許容範囲内である場合には、回復動作を実行せずにオペレーターに報知し、吐出不良ノズル数や状態が吐出品質すなわち印刷品質への影響が小さい許容範囲以内である場合には、そのままつぎの印刷動作を開始する。
【００８４】
このときの判断基準としては、例えば、検出された吐出不良ノズルの数が、ノズル群を構成するノズル数に対して印刷品質にほとんど影響を及ぼさない程度の少ない数である場合にはそのままつぎの印刷動作を開始することができる。また、検出された吐出不良ノズルの数が、ノズル群を構成するノズル数に対して印刷品質に無視はできないがある程度許容できそうな範囲の数である場合は、オペレーターに報知してオペレーターの判断により無視してもよい状態であれば印刷を開始し、無視できないレベルであれば回復動作を行なう。さらに、検出された吐出不良ノズルの数が、ノズル群を構成するノズル数に対して印刷品質に影響するくらい多い数である場合は、自動的に回復動作を実行する。
【００８５】
また、吐出不良ノズルの分布状態として、例えば隣接したノズル孔１０が複数吐出不良であると検出されたような場合は、印刷品質に影響する可能性が高いので、吐出不良ノズルの数に係わらず自動的に回復動作を行なうとよい。なお、上記判断基準となる、吐出不良ノズル数等は、予め設定してＲＡＭ等の記憶手段に記憶させておくとよい。そうすれば、記憶させた設定値を用いて判断するよう制御されることになる。例えば、１色ベタの面積が多いデザインだと吐出不良ノズルによる印刷不良が目立ちやすく、細かい柄だと多少吐出不良ノズルがあっても目立ちにくいため、印刷するデザインや記録媒体の種類等に応じてオペレーターが設定できるようにしている。
【００８６】
以上より、液滴吐出ヘッド２は、ノズル孔１０内に存在する吐出液３２の量により接点部３０ａにおける温度が変化し、そのとき発生する微弱電流を検出することで、各ノズル孔１０のドット抜けと吐出量を検出できる。したがって、液滴吐出ヘッド２では、吐出液３２の吐出状況をリアルタイムにモニタリングすることが可能となる。よって、吐出不良ノズルを迅速に発見することができ、被対象物の品質が悪化するのを未然に防止することができる。
【００８７】
また、熱電対２８上に液滴保護膜３６を形成する構造であるため、液滴保護膜３６によって熱電対２８も保護することが可能である。また、熱電対２８に使用する導電性材料は、耐擦性及び吐出液に対する耐インク性（耐薬品性）を有する材料としたので、実用上、電圧制御しやすく、また、熱電対２８の耐久性を確保でき、長期間の使用に渡って信頼性を確保することができる。
【００８８】
次に、液滴吐出ヘッド２のノズル基板１２の製造工程について説明する。図６〜図８は、ノズル基板１２の製造工程例の一部を示す縦断面図である。図６〜図８に基づいて、ノズル基板１２の製造工程についてその特徴事項を中心に説明する。
【００８９】
先ず、図６（Ａ）に示すように、厚み７２５μｍで導電性を有する単結晶シリコン基板１２’を用意し、図示省略の熱酸化装置にセットして酸化温度１０７５℃、酸化時間９０分、酸素と水蒸気の混合雰囲気中の条件で熱酸化処理し、シリコン基板１２’の表面に膜厚０．５μｍの熱酸化膜（ＳｉＯ2膜）６４を均一に成膜する。そして、シリコン基板１２’の接着面１２ｂの熱酸化膜６４に第２ノズル孔１０ｂとなる凹部６４ａをパターニングする。
【００９０】
次に、図６（Ｂ）に示すように、シリコン基板１２’の接着面１２ｂ上に、厚さ１．０μｍのレジスト膜６６を形成し、フォトリソグラフィにより第１ノズル孔１０ａとなる凹部６６ａをパターニングする。
【００９１】
次に、図６（Ｃ）に示すように、図示省略のＩＣＰドライエッチング装置により、レジスト膜６６の第１ノズル孔１０ａとなる凹部６６ａを、例えば深さ４０μｍで垂直に異方性ドライエッチングし、第１ノズル孔１０ａを形成する。この場合のエッチングガスとしては、Ｃ4Ｆ8、ＳＦ6を使用し、これらのエッチングガスを交互に使用すればよい。ここで、Ｃ4Ｆ8は形成される溝の側面にエッチングが進行しないように溝側面を保護するために使用し、ＳＦ6はシリコン基板１２’の垂直方向のエッチングを促進させるために使用する。
【００９２】
次に、図６（Ｄ）に示すように、レジスト膜６６を除去した後、ＩＣＰドライエッチング装置により熱酸化膜６４の第２ノズル孔１０ｂとなる凹部６４ａを、深さ４０μｍで垂直に異方性ドライエッチングし、第２ノズル孔１０ｂを形成する。この際に、第１ノズル孔１０ａも深さが７０〜８０μｍ程度までエッチングされ、ノズル孔１０が完成する。
【００９３】
次に、図７（Ａ）に示すように、シリコン基板１２’の表面に残る熱酸化膜６４を剥離した後、シリコン基板１２’の液滴吐出面１２ａ、接着面１２ｂ、及びノズル孔１０の内壁に、膜厚０．１μｍの絶縁膜６８をドライ酸化で形成する。
【００９４】
次に、図７（Ｂ）に示すように、シリコン基板１２’の接着面１２ｂにサポート基板７０を貼り付け、液滴吐出面１２ａ側から板厚が６５μｍになるまで薄板化する。続いて、露出したシリコン基板１２’の液滴吐出面１２ａの表面に、絶縁膜６９となる厚さ０．２μｍのシリコーン重合膜をシロキサン原料のプラズマＣＶＤで形成する。そして、空気中でＵＶを照射して脱水縮合させ、絶縁膜６９の表面をＳｉＯ2化する。
【００９５】
次に、図７（Ｃ）に示すように、液滴吐出面１２ａにメタルマスク７２を設置し、厚さ０．１μｍの熱電対２８の片側（金属電極２８ｂ）を斜方スパッタ又は斜方蒸着によって形成する。このとき、斜方スパッタ又は斜方蒸着の角度を制御するか、基板を回転させて、金属電極２８ｂをノズル孔１０の内壁上部にまで形成する。
【００９６】
次に、図７（Ｄ）に示すように、メタルマスク７２を取り外し、メタルマスク７４を設置し、厚さ０．１μｍの熱電対２８のもう片側（金属電極２８ａ）を斜方スパッタ又は斜方蒸着によって形成する。このとき、斜方スパッタ又は斜方蒸着の角度を制御するか、基板を回転させて、金属電極２８ａをノズル孔１０の内壁上部にまで形成する。このように、金属電極２８ａと金属電極２８ｂとを別工程で形成するので、これらを確実に接合することができる。
【００９７】
次に、図７（Ｅ）に示すように、メタルマスク７４を取り外し、シリコン基板１２’の液滴吐出面１２ａの表面に、液滴保護膜３６となる厚さ０．２μｍのシリコーン重合膜をシロキサン原料のプラズマＣＶＤで形成する。そして、空気中でＵＶを照射して脱水縮合させ、液滴保護膜３６の表面をＳｉＯ2化する。
【００９８】
次に、図８（Ａ）に示すように、シリコン基板１２’の液滴吐出面１２ａにさらに撥液処理を施す。この場合、シランカップリング材をディップコートし、液滴吐出面１２ａに撥液膜４２を形成する。このとき、第１ノズル孔１０ａ及び第２ノズル孔１０ｂの内壁にも、撥液膜４２が形成される。
【００９９】
次に、図８（Ｂ）に示すように、液滴吐出面１２ａに、サポートテープ７６を貼り付け、その状態で接着面１２ｂ側のサポート基板７０を剥離する。そして、接着面１２ｂ側から酸素又はアルゴンのプラズマ処理を行い、ノズル孔１０の内壁に形成された撥液膜４２を破壊して親水化する。
【０１００】
次に、図８（Ｃ）に示すように、サポートテープ７６を剥離する。
【０１０１】
次に、図８（Ｄ）に示すように、熱電対２８の配線接続部分の液滴保護膜３６及び撥液膜４２を、レーザー照射により選択的に破壊する。そして、熱電対２８の配線接続部を露出させる。
以上の製造工程により、ノズル基板１２を容易に製造することができる。
【０１０２】
このようにして作製したノズル基板１２を用いて液滴吐出ヘッド２を作製する際には、ノズル基板１２の接着面１２ｂに、キャビティ基板１４の接合面を貼り合せて、ノズル基板１２とキャビティ基板１４の接合体を形成する。その後、ノズル基板１２とキャビティ基板１４からなる接合体において、キャビティ基板１４の他の接合面に電極基板１６の接合面を貼り付ける。以上の工程を経ることにより、ノズル基板１２、キャビティ基板１４、及び電極基板１６の接合体を形成し、液滴吐出ヘッド２を完成する。
【０１０３】
（第２の実施形態）
図９は、第１の実施形態で作製した液滴吐出ヘッド２を搭載した液滴吐出装置１００の一例を示した斜視図である。図９に示す液滴吐出装置１００は、一般的なインクジェットプリンターである。なお、この液滴吐出装置１００は、周知の製造方法によって製造することができる。なお、液滴吐出ヘッド２は、図９に示す液滴吐出装置１００の他に、吐出液３２を種々変更することで、液晶ディスプレイのカラーフィルターの製造、有機ＥＬ表示装置の発光部分の形成、生体液体の吐出等にも適用することができる。また、配線基板をインクジェット法により作成するプリント配線基板製造装置の液滴吐出装置としても適用することができる。
【０１０４】
また、液滴吐出ヘッド２は、圧電駆動方式の液滴吐出装置や、バブルジェット（登録商標）方式の液滴吐出装置にも使用できる。例えば、液滴吐出ヘッド２をディスペンサーとし、生体分子のマイクロアレイとなる基板に吐出する用途に用いる場合では、ＤＮＡ（Deoxyribo Nucleic Acids：デオキシリボ核酸）、他の核酸（例えば、Ribo Nucleic Acid：リボ核酸、Peptide Nucleic Acids：ペプチド核酸等）タンパク質等のプローブを含む液体を吐出させるようにしてもよい。
【０１０５】
なお、第１の実施形態に係る液滴吐出ヘッド２が電極基板１６、キャビティ基板１４、及びノズル基板１２からなる３層構造である場合を例に説明したが、ガラス基板、キャビティ基板、リザーバー基板、及びノズルプレートからなる４層構造であってもよい。
【０１０６】
また、本実施形態に係る液滴吐出装置は、プロテインチップやＤＮＡチップの作成のための液滴吐出装置、有機ＥＬ製造装置や液晶表示装置のカラーフィルター製造装置の液滴吐出装置、及び配線基板をインクジェット法により作成するプリント配線基板製造装置の液滴吐出装置等に対応することが可能である。
【符号の説明】
【０１０７】
２…液滴吐出ヘッド １０…ノズル孔 １０ａ…第１ノズル孔 １０ｂ…第２ノズル孔 １２…ノズル基板 １２’…シリコン基板 １２ａ…液滴吐出面 １２ｂ…接着面 １４…キャビティ基板 １６…電極基板 １８…個別電極 １８ａ…個別電極リード部 １８ｂ…端子部 ２０…駆動ギャップ ２０ａ…凹部 ２２…振動板 ２４…駆動回路 ２６…キャビティ（圧力室） ２８…熱電対（温度センサー） ２８Ａ…共通電極 ２８ａ…金属電極（第１の電極） ２８ｂ…金属電極（第２の電極） ３０ａ…接点部 ３０ｂ…接点部 ３２…吐出液 ３４…吐出検出回路 ３６…液滴保護膜 ３８…配線 ４０…配線 ４２…撥液膜 ４４…リザーバー ４６…オリフィス ４８…液滴供給口 ５０…液滴供給口 ５２…絶縁膜 ５４…共通電極 ５６…ＦＰＣ実装部 ５８…電極取り出し部 ６０…封止部 ６２…ヒーター ６４…熱酸化膜 ６４ａ…凹部 ６６…レジスト膜 ６６ａ…凹部 ６８，６９…絶縁膜 ７０…サポート基板 ７２…メタルマスク ７４…メタルマスク ７６…サポートテープ １００…液滴吐出装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、及びノズル基板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液滴吐出装置の代表例として、画像記録用のインクジェットヘッドを備えたインクジェット式記録装置がある。インクジェット式記録装置は、印刷時の騒音が比較的小さく、しかも小さなドットを高い密度で形成できるため、昨今においてはカラー印刷を含めた多くの印刷に使用されている。このようなインクジェット式記録装置は、インクカートリッジからのインク（吐出液）の供給を受けるインクジェットヘッドと、記録媒体をインクジェットヘッドの走査方向と垂直に移動させる紙送り機構を備え、インクジェットヘッドをキャリッジ上で記録媒体の幅方向（主走査方向）に移動させながらインクジェットヘッドに対して機械的圧力や熱エネルギーを発生させることで記録媒体に対してインク滴（液滴）を吐出させることで記録が行われる。
【０００３】
このようなインクジェット式記録装置に用いられるインクジェットヘッドは、一般に、インク滴を吐出するための複数のノズルが形成されたノズル基板と、このノズル基板に接合されノズル基板との間で上記ノズルに連通する圧力室（キャビティ）、リザーバー等のインク流路が形成されたキャビティ基板とを備え、駆動部により圧力室に圧力を加え、圧力室の一部を構成する振動板を変位させることにより、インク滴を、選択されたノズルより吐出するように構成されている。駆動手段としては、静電気力を利用する方式や、圧電素子による圧電方式、発熱素子を利用するバブルジェット（登録商標）方式等がある。
【０００４】
この種のインクジェットヘッドでは、インクジェットヘッドの圧力室内に気泡が発生したり、浮遊する紙粉やゴミなどがノズル近傍に付着したり、ノズル（内のインク）が乾燥したりすると、ノズルからインク滴が吐出されず、記録媒体にドットが形成されないことがある。インク滴の吐出不良を、一般に「ドット抜け」と呼んでいる。ドット抜けの現象が生じた場合には、クリーニング装置によって回復を図る。例えば、気泡の発生によってドット抜け現象が生じた場合には、ポンプでノズル内のインクを吸引して圧力室内部の気泡を排出し、その後、ワイパーと呼ばれる拭い取り部材で吐出面に付着したインクを拭い去り、さらにフラッシングと呼ばれるインク滴の無印字吐出を行って混色したインクを放出する。この一連のクリーニング工程によって、気泡によるドット抜け現象が回復する。
【０００５】
上記のようなドット抜けを検出する方法としては、「記録ヘッドの往復走査中にリアルタイムに動作不良の記録要素をフォトセンサーで検知することにより、記録速度を低下させることなく、例えば、その動作不良の記録要素による記録不良の補完記録などの適切な記録制御が可能な記録装置」が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
また、「記録ヘッドの温度に関するデータを、記録ヘッド内に設けられた検温素子と検温素子制御回路によって求め、記録の前後における上昇温度データを吐出不良がない場合の通常の上昇温度データと比較して、インク吐出不良を検出する」が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
さらに、「複数のノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドと、前記ノズルの近傍に設けられた第一の電極及び第二の電極と、前記ノズル近傍にインク滴が付着したときに、前記第一の電極と前記第二の電極間の静電容量の変化を検出する静電容量検知手段と、を備えたインクジェット式記録装置」が提案されている（例えば、特許文献３参照）。この技術は、ヘッド表面のノズル近傍に対向電極を設け、電極間の静電容量変化を検出することでノズル周辺のインク滴残留を検知している。この技術では、クリーニング不良及び吐出中のインク滴付着を対象としてドット抜けを検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−１７９８８４号公報
【特許文献２】特開２０００−２８９２１８号公報
【特許文献３】特開２００７−２３０００８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に記載の技術は、記録媒体の表面状態や記録要素により検出感度が異なるので、都度調整をする必要がある。
【００１０】
また、特許文献２に記載の技術は、検出原理と回路及び制御方法に関する記述のみで、各ノズルに検温素子を設ける具体的な構造に関して触れられていない。
【００１１】
さらに、特許文献３に記載の技術は、インク滴の吐出不良を未然に防ぐ、又は、インク滴の吐出不良の発生を早期に発見できるようにしたものである。しかしながら、ヘッド表面のノズル近傍にインク滴が付着しないと、つまりインク滴による液溜まりができないとインク滴の吐出不良を検出することができない。したがって、特許文献１に記載の技術では、非吐出ノズルの検出、つまりドット抜けの検出には利用することができなかった。また、特許文献１に記載の技術では、インク滴の吐出量の検出にも利用することができなかった。
【００１２】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、液滴吐出ヘッドにおけるドット抜け及び温度変化を容易かつリアルタイムに検出することを可能とする液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、及びノズル基板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】
【００１３】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【００１４】
［適用例１］液滴を吐出する複数のノズル孔及び該ノズル孔のそれぞれを中心として該各ノズル孔の縁に形成された温度センサーを少なくとも有するノズル基板と、底壁が振動板を構成し、前記ノズル基板の前記複数のノズル孔に連通して吐出液を収容する複数の圧力室を有し、前記ノズル基板に積層されるキャビティ基板と、前記振動板を駆動する個別電極を有し、前記キャビティ基板に積層される電極基板と、前記ノズル孔に存在する吐出液の量により変化する温度によって液滴吐出状況の良否を判断する吐出検出回路と、を有することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【００１５】
これによれば、液滴吐出状況を温度センサーの温度の変化により検知することができる。したがって、液滴吐出動作を中断することなく直接確認することができ、吐出不良ノズルを容易に特定できる。吐出不良ノズルを特定した場合には、別のノズル孔からの吐出液滴により、被対象物の品質を補完することができることになる。
【００１６】
［適用例２］上記液滴吐出ヘッドであって、前記吐出検出回路は、吐出液の有無により前記温度センサーの温度が変化することで発生する微弱電流を検知して液滴吐出状況の良否を判断することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【００１７】
これによれば、ノズル孔に存在する液滴が温度を変化させる物質として作用することになり、ドット抜けだけでなく、液滴の吐出量の異常検出ができることになる。
【００１８】
［適用例３］上記液滴吐出ヘッドであって、前記温度センサーに定電流を流すことで、前記温度センサーの温度を吐出液よりも高温で保持することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【００１９】
これによれば、吐出液が通過することで温度センサーの温度が確実に低下し、確実に微弱電流を発生させることができることになる。
【００２０】
［適用例４］上記液滴吐出ヘッドであって、前記温度センサーの保持温度は、吐出液より５度以上高いことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【００２１】
これによれば、吐出液の通過により発生する温度センサーの温度低下量が温度センサーの検出感度を十分に上回るので、確実に温度低下を検出できることになる。
【００２２】
［適用例５］上記液滴吐出ヘッドであって、前記温度センサーと前記ノズル基板を形成する基材との間には、該基材の材料よりも熱伝導率の低い絶縁材料で形成された絶縁膜を有することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【００２３】
これによれば、温度センサーで保持している熱が基材へ伝達されるのをより確実に防止しつつ、ノズル孔の温度変化を測定できる。
【００２４】
［適用例６］上記液滴吐出ヘッドであって、前記絶縁材料は、ＳＩＯ２等であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【００２５】
これによれば、基材と温度センサーとの間に熱伝導性の低いＳｉＯ2等が介在するため、温度センサーで保持している熱が基材へ伝達されるのをより確実に防止しつつ、ノズル孔の温度変化を測定できる。また、成膜手段が豊富に存在するため、液滴吐出ヘッドの仕様に合わせて高品質かつ低コストである成膜手段を選択することができる。
【００２６】
［適用例７］上記液滴吐出ヘッドであって、前記温度センサーは、その一部が前記ノズル孔の内壁にまで及んでいることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【００２７】
これによれば、吐出液の通過を確実に温度の変化として検知することが可能になる。
【００２８】
［適用例８］上記液滴吐出ヘッドであって、前記温度センサーは、耐擦性及び耐薬品性を有する導電性材料で構成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【００２９】
これによれば、ヘッドクリーニング時の機械的接触、及び吐出液に対する耐久性を確保でき、長期間の使用に渡って信頼性を確保することができる。
【００３０】
［適用例９］上記液滴吐出ヘッドであって、前記温度センサーは、熱電対又はサーミスターであることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【００３１】
これによれば、複数のノズル孔の各温度をより精度高く制御することができる。
【００３２】
［適用例１０］上記液滴吐出ヘッドであって、前記熱電対は、該熱電対の接点が少なくとも前記各ノズル孔の縁に形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【００３３】
これによれば、前記熱電対の温度検出部が液滴吐出部に配置されるために、液滴吐出による温度低下を確実に検出することができる。
【００３４】
［適用例１１］上記液滴吐出ヘッドであって、前記熱電対は、Ｐｔ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｔａ、これらの合金又はこれらの化合物のいずれかであることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【００３５】
これによれば、耐擦性及び耐薬品性（耐アルカリ性）が向上する。
【００３６】
［適用例１２］上記のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを搭載したことを特徴とする液滴吐出装置。
【００３７】
これによれば、液滴吐出装置は、上述の液滴吐出ヘッドが有している効果と同じ効果を有している。
【００３８】
［適用例１３］シリコン基板にノズル孔となる凹部を形成する工程と、前記シリコン基板に熱酸化膜を熱酸化により形成する工程と、前記シリコン基板の凹部形成面にサポート基板を貼り合わせる工程と、前記シリコン基板の前記凹部形成面とは反対側面を薄板化し前記凹部を開口する工程と、開口させた各ノズル孔の縁に温度センサーを形成する工程と、前記シリコン基板の薄板化した面及び前記凹部内部に液滴保護膜を形成する工程と、前記液滴保護膜の上に撥液膜を形成する工程と、前記シリコン基板の前記凹部形成面とは反対側面にサポートテープを貼り合わせた後、前記シリコン基板から前記サポート基板を剥離し、前記シリコン基板に形成した前記撥液膜を前記サポート基板を剥離した側から親水化処理する工程と、前記シリコン基板から前記サポートテープを剥離する工程と、前記温度センサーの配線接続部を露出させる工程と、を有することを特徴とするノズル基板の製造方法。
【００３９】
これによれば、液滴吐出状況を温度センサーの温度の変化により検知するノズル基板を製造することができる。したがって、液滴吐出動作を中断することなく直接確認することができ、吐出不良ノズルを容易に特定できる。吐出不良ノズルを特定した場合には、別のノズル孔からの吐出液滴により、被対象物の品質を補完するノズル基板を製造することができる。
【００４０】
［適用例１４］上記ノズル基板の製造方法であって、前記温度センサーを形成する工程は、開口させた各ノズル孔の縁に斜方スパッタ又は斜方蒸着によって第２の電極を形成する工程と、少なくとも前記第２の電極の上であって、開口させた各ノズル孔の縁に斜方スパッタ又は斜方蒸着によって第１の電極を形成する工程と、を有することを特徴とするノズル基板の製造方法。
【００４１】
これによれば、第１の電極と第２の電極とを別工程で形成するので、第１の電極と第２の電極とを確実に接合することができる。また、斜めから成膜することにより、前記第１の電極及び第２の電極をノズル孔の内壁に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】第１の実施形態に係る液滴吐出ヘッドを分解した状態を示す分解斜視図。
【図２】液滴吐出ヘッドの長手方向の断面を示す縦断面図。
【図３】液滴吐出ヘッドを上から見た状態を示す平面図。
【図４】ノズル孔と熱電対との関係を説明するための説明図。
【図５】吐出検出の際の動作原理を模式的に示す概念図。
【図６】ノズル基板の製造工程例の一部を示す縦断面図。
【図７】ノズル基板の製造工程例の一部を示す縦断面図。
【図８】ノズル基板の製造工程例の一部を示す縦断面図。
【図９】第１の実施形態の液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置の一例を示した斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下に、図面を参照して、本実施形態を説明する。なお、以下の説明で参照する図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならしめてある。
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係る液滴吐出ヘッド２を分解した状態を示す分解斜視図である。図２は、液滴吐出ヘッド２の長手方向の断面を示す縦断面図である。図３は、液滴吐出ヘッド２を上から見た状態を示す平面図である。図１〜図３に基づいて、液滴吐出ヘッド２の構成及び動作を説明する。なお、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、図の上側を上とし、下側を下とし、ノズル孔１０が並んでいる方向を短手方向、短手方向と垂直な方向を長手方向として説明する。なお、図２において外側の撥液膜を、図３において外側の撥液膜及び液滴保護膜を省略している。
【００４４】
この液滴吐出ヘッド２は、静電気力により駆動される静電駆動方式の静電アクチュエーターの代表として、ノズル基板の表面側に設けられたノズル孔から液滴を吐出するフェイスイジェクトタイプの液滴吐出ヘッドを表している。この液滴吐出ヘッド２は、ノズル基板１２、キャビティ基板１４、及び電極基板１６の３つの基板が順に積層されるように接合された３層構造となっている。つまり、液滴吐出ヘッド２は、キャビティ基板１４の一方の面（上面）にはノズル基板１２が接合されており、他方の面（下面）には電極基板１６が接合され、キャビティ基板１４を電極基板１６とノズル基板１２とが上下から挟む構造となっている。
【００４５】
この液滴吐出ヘッド２には、電極基板１６上に形成された個別電極１８と、この個別電極１８に所定の駆動ギャップ２０を介して対向配置されたキャビティ基板１４の振動板２２とから構成される静電アクチュエーターを備えている。この実施形態に係る液滴吐出ヘッド２は、電極基板１６とキャビティ基板１４とを陽極接合により接合するものとし、キャビティ基板１４とノズル基板１２とをエポキシ樹脂等の接着剤を用いて接合するものとして説明する。また、液滴吐出ヘッド２の電極基板１６に形成する個別電極１８には、図２で示すドライバーＩＣ等の電力供給手段である駆動回路２４によって駆動信号（パルス電圧）が供給されるようになっている。
【００４６】
［ノズル基板］
ノズル基板１２は、例えば厚さ約６５μｍ（マイクロメートル）の（１００）面方位のシリコン単結晶基板（以下、単にシリコン基板という）を主要な材料として構成されている。そして、キャビティ基板１４の上面（電極基板１６を接合する面の反対面）と接合している。ノズル基板１２には、キャビティ（吐出室）２６のそれぞれと連通している複数のノズル孔１０が所定のピッチで貫通形成されている。各ノズル孔１０は、キャビティ２６から移送されたインク滴等の液滴を外部に吐出するようになっている。なお、ノズル基板１２における液滴が吐出される面を液滴吐出面１２ａとし、液滴吐出面１２ａの反対側面を接着面１２ｂとして説明するものとする。
【００４７】
各ノズル孔１０は、吐出方向の先端側の円筒状の第１ノズル孔１０ａと、第１ノズル孔１０ａよりも径の大きい円筒状の第２ノズル孔１０ｂとから構成され、第１ノズル孔１０ａと第２ノズル孔１０ｂとは同軸上に設けられている。かかる構成により、液滴の吐出方向をノズル孔１０の中心軸方向に揃えることができ、安定した液滴吐出特性を発揮させることができる。すなわち、ノズル孔１０を複数段で形成することによって、液滴の飛翔方向のばらつきがなくなり、また液滴の飛び散りがなく、液滴の吐出量のばらつきを抑制することが可能となっている。
【００４８】
ノズル基板１２の液滴吐出面１２ａ上には、ドット抜け検出を行う際に使用する温度センサーとしての熱電対２８が設けられている（ドット抜け検出については図４以下で詳細に説明する）。熱電対２８は、２種類の異なる材料からなる金属電極２８ａ，２８ｂを接続して１つの回路（熱電対）をつくり、ふたつの接点部に温度差を与えると、回路に電圧が発生する現象を利用している。その際に発生する電荷の流れを測定することで、接点部３０ａの温度を求めるものである。
【００４９】
そして、２種類の異なる金属電極２８ａ，２８ｂの１つ目の接点部３０ａ、すなわち温度を測定する部分は、各ノズル孔１０の縁に形成されている。また、２つ目の接点部３０ｂは共通電極２８Ａと金属電極２８ｂの接続部に形成されている。これにより、ノズル孔１０の温度、特にノズル孔１０に吐出液（図５で示す吐出液３２）が存在する際の温度を測定し、この温度情報に基づいて、吐出検出回路３４で液滴吐出状況の良否の判断が行われるようになっている。
【００５０】
上述したように、熱電対２８は、異なる材料からなる２種類の金属電極２８ａ，２８ｂから構成される。２種類の金属線材料の組合せとしては、クロメル（ニッケル及びクロムを主とした合金）とアルメル（ニッケルを主とした合金）が代表的であるが、その他に、鉄とコンスタンタン（銅及びニッケルを主とした合金）、銅とコンスタンタン、クロメルとコンスタンタン等が知られている。これらのいずれの組合せであってもよい。また、熱電対２８は、耐擦性及び耐薬品性（耐アルカリ性）に優れた導電性材料（例えばＰｔ（プラチナ）、Ａｕ（金）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｔａ（タンタル）、これらの合金又はこれらの化合物等）で構成されていてもよい。
【００５１】
なお、熱電対２８の接点部３０ａは、吐出液に密着させることが好ましい。これは、吐出液の温度をより正確に測定するためである。ただし、熱電対２８の接点部３０ａと吐出液との電気的絶縁及び耐薬品性を確保するために、接点部３０ａに絶縁性被膜を形成しておく必要がある。
【００５２】
熱電対２８上には、液滴保護膜３６が設けられる。液滴保護膜３６は、凹凸状に形成された熱電対２８の凹凸部分を埋めるように配置され、さらに、その上面は略平坦に形成されている。
【００５３】
熱電対２８（便宜的に、紙面右側の電極を金属電極２８ａ、紙面左側の電極を金属電極２８ｂと称する）が各ノズル孔１０を中心として、各ノズル孔１０の縁に形成されている。熱電対２８は、各ノズル孔１０の縁から各ノズル孔１０の内壁上部に至るように形成されている。
【００５４】
金属電極２８ａは、配線３８又は配線４０を介して吐出検出回路３４へと接続されるようになっている。なお、ノズル基板１２の基材と熱電対２８とは、ノズル基板１２を形成する基材の材料よりも熱伝導率の低い絶縁材料による絶縁膜６８，６９によって絶縁されている。絶縁膜６８，６９は例えばＳｉＯ2等からなる。
【００５５】
また、ノズル基板１２の液滴吐出面１２ａ及びノズル孔１０の内壁には、これらの面を吐出液から保護する液滴保護膜３６が形成されている。したがって、熱電対２８上に液滴保護膜３６が形成されることになる。この液滴保護膜３６は、耐薬品性（特に耐アルカリ性）、耐擦性に優れた絶縁材料（例えば、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｔａ2Ｏ5、Ｎｂ2Ｏ5等）で構成されている。よって、液滴吐出動作、例えば印刷動作中における紙等の媒体送りの際に熱電対２８の表面が媒体に接触して摩耗する等の不都合を防止できる。
【００５６】
さらに、液滴吐出面１２ａの液滴保護膜３６上には、撥液膜（図８で示す撥液膜４２）を形成するとよい。液滴吐出面１２ａに撥液膜を形成する場合、ノズル孔１０の吐出口縁部を境界にしてノズル孔１０の内壁及び接着面１２ｂには撥液膜を形成しないようにする。これにより、吐出液に対する耐久性向上及び液滴吐出面１２ａ上の液滴残留防止を図ることが可能になる。
【００５７】
なお、ノズル基板１２の接着面１２ｂに、後述するオリフィスや振動板２２によりリザーバー４４側の吐出液に加わる圧力を緩衝するダイアフラムを形成してもよい。また、ここでは、ノズル基板１２を上面とし、電極基板１６を下面として説明しているが、実際に用いられる場合には、ノズル基板１２の方が電極基板１６よりも下面となることが多い。
【００５８】
ヒーター６２は、ノズル基板１２を加温するためのものである。特に、熱電対２８を加温するためのものである。
【００５９】
なお、本実施形態に係る温度センサーは、熱電対に限定されるものではなく、他の温度センサーであってもよい。例えば、サーミスターであってもよい。
【００６０】
［キャビティ基板］
キャビティ基板１４は、例えば厚さ約５０μｍのシリコン基板を主要な材料として構成されている。このシリコン基板にドライエッチング又は異方性ウエットエッチングのいずれかあるいは双方を行い、吐出液の流路となる各部材（キャビティ２６、オリフィス４６、リザーバー４４等）が形成されている。キャビティ基板１４の各部材の一つであるキャビティ２６は、底壁が可撓性を有する振動板２２となっており、吐出室（圧力室）として作用し、ノズル孔１０に対応する位置に独立に複数個形成されている。したがって、ノズル基板１２とキャビティ基板１４とを接合すると、キャビティ２６は、ノズル孔１０及びオリフィス４６を介してリザーバー４４と連通することになる。
【００６１】
キャビティ２６は、個別電極１８の電極列に対応して形成されており、吐出液が保持されて吐出圧が加えられるようになっている。また、キャビティ２６は、紙面手前側から奥側にかけて平行に並んで形成されているものとする。リザーバー４４は、液滴供給口４８を介して供給される吐出液を貯留し、各キャビティ２６に吐出液を供給するための共通インク室として機能している。つまり、リザーバー４４は、各オリフィス４６を介して全てのキャビティ２６に連通している。
【００６２】
このリザーバー４４の底面には、リザーバー４４の底面を貫通する液滴供給口４８が形成されている。この液滴供給口４８は、電極基板１６の液滴供給口５０と連通するようになっている。そして、液滴供給口４８及び液滴供給口５０を介して外部からリザーバー４４に吐出液が供給されるようになっている。オリフィス４６は、細溝状に形成されており、リザーバー４４とキャビティ２６とを連通する液滴供給口として作用している。なお、オリフィス４６は、ノズル基板１２の接着面１２ｂに形成してもよい。
【００６３】
振動板２２は、高濃度のボロンドープ層で構成されている。所望の厚さの振動板２２を形成するために、同じだけの厚さのボロンドープ層を形成する。水酸化カリウム水溶液等のアルカリ溶液による単結晶シリコンのエッチングにおけるエッチングレートは、ドーパントがボロンの場合、約５×１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上の高濃度の領域において、非常に小さくなる。このため、振動板２２の部分を高濃度のボロンドープ層とし、アルカリ溶液による異方性エッチングによってキャビティ２６を形成する際に、ボロンドープ層が露出してエッチングレートが極端に小さくなる、いわゆるエッチングストップ技術を用いることにより、振動板２２の厚さ及び吐出室の容積を高精度に形成することができる。
【００６４】
キャビティ基板１４の下面（電極基板１６と対向する面、振動板２２の下面）には、振動板２２と個別電極１８との間を電気的に絶縁するためのＴＥＯＳ膜（ここでは、Tetraethyl orthosilicate Tetraethoxysilane：テトラエトキシシラン（珪酸エチル）を用いてできるＳｉＯ2膜をいう）である絶縁膜５２をプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：ＴＥＯＳ−ｐＣＶＤともいう）法を用いて、例えば０．１μｍ程の膜厚で成膜している。この絶縁膜５２は、振動板２２の駆動時における絶縁破壊及びショートを防止するためと、吐出液によるキャビティ基板１４のエッチングを防止するためのものである。
【００６５】
ここでは、絶縁膜５２がＴＥＯＳ膜である場合を例に説明するが、これに限定するものではなく、絶縁性能が向上する物質であればよい。例えば、Ａｌ2Ｏ3（酸化アルミニウム（アルミナ））や酸窒化シリコン等の酸化シリコンよりも比誘電率が高い誘電材料を用いてもよい。また、プラズマＣＶＤで成膜する場合に限らず、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法やＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）スパッタ等で絶縁膜を成膜してもよい。
【００６６】
さらに、キャビティ基板１４の上面にも、図示省略の液体保護膜となるＳｉＯ2膜（ＴＥＯＳ膜を含む）を、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法により成膜するとよい。このような液体保護膜を成膜することによって、吐出液で流路が腐食されるのを防止できるからである。この液体保護膜の応力と絶縁膜５２の応力とを相殺させ、振動板２２の反りを小さくできるという効果もある。また、絶縁膜５２の表面（絶縁膜５２の電極基板１６側の表面）であって、個別電極１８との当接部分には、ＤＬＣ等で構成されている高潤滑硬質膜を形成するとよい。
【００６７】
また、キャビティ基板１４には、外部電極端子としての共通電極５４が形成されている。この共通電極５４は、駆動回路２４から図示省略のＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）を介して振動板２２に個別電極１８と反対の極性の電荷が供給する際の端子となるものである。
【００６８】
［電極基板］
電極基板１６は、例えば厚さ１ｍｍのホウ珪酸系の耐熱硬質ガラス等のガラスを主要な材料として形成するとよい。これは、電極基板１６とキャビティ基板１４とを陽極接合する際、両基板の熱膨張係数が近いため、電極基板１６とキャビティ基板１４との間に生じる応力を低減することができ、その結果剥離等の問題を生じることなく電極基板１６とキャビティ基板１４を強固に接合することができるからである。電極基板１６のキャビティ基板１４側表面における各振動板２２に対向する位置には、キャビティ基板１４のキャビティ２６の形状に合わせた凹部（ガラス溝）２０ａが、例えばエッチングにより深さ０．３μｍ程度で形成されている。
【００６９】
また、この凹部２０ａの内部（特に底部）には、固定電極となる個別電極１８が、例えばスパッタ法により０．１μｍの厚さで作製されている。そして、この凹部２０ａは、その内部に個別電極１８、ＦＰＣに接続される端子部１８ｂ、及び端子部１８ｂと個別電極１８とを接続する個別電極リード部１８ａ（特に区別する必要がない限り、個別電極１８は、個別電極リード部１８ａ及び端子部１８ｂを含んだものとして説明する）を装着できるように、これらの形状に類似したやや大きめの形状にパターン形成するとよい。また、凹部２０ａの深さが約０．２μｍである場合を例に示しているが、凹部２０ａ内に作製する個別電極１８の厚さに応じて、変更可能になっている。
【００７０】
個別電極１８は、例えば酸化錫を不純物としてドープした透明のＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウム錫酸化物）を０．１μｍの厚さでスパッタして作製するとよい。このように、ＩＴＯで個別電極１８を作製すると、透明なので放電したかどうかの確認が行いやすいという利点がある。なお、個別電極１８の材料をＩＴＯに限定するものではなく、クロム等の金属材料を用いてもよい。また、電極基板１６には、リザーバー４４の液滴供給口４８と連通し、外部のインクタンクから供給される吐出液を取り入れる流路となる液滴供給口５０が貫通形成されている。
【００７１】
さらに、電極基板１６には、ＦＰＣ実装部５６が凹部２０ａとともに形成されている。ＦＰＣ実装部５６には、端子部１８ｂが形成されている。つまり、端子部１８ｂは、配線のためにキャビティ基板１４の末端部が開口された電極取り出し部５８内に露出しているのである。このＦＰＣ実装部５６に図示省略のＦＰＣを実装して、個別電極１８の一端（端子部１８ｂ）と駆動回路２４とを接続するようにしている。したがって、個別電極１８には、駆動回路２４からＦＰＣを介して駆動信号が供給されるようになっている。
【００７２】
電極基板１６とキャビティ基板１４とを陽極接合して積層体を形成すると、振動板２２と個別電極１８との間には、振動板２２を撓ませる（変位させる）ことができる一定の駆動ギャップ（空隙）２０が、電極基板１６の凹部２０ａにより形成されるようになっている。この駆動ギャップ２０は、凹部２０ａの深さ、及び個別電極１８の厚さにより決まることになる。この駆動ギャップ２０は、液滴吐出ヘッド２の吐出特性に大きく影響するため、厳格な精度管理が要求される。駆動ギャップ２０は、各振動板２２に対向する位置に細長く所定の深さを有するように形成されている。この駆動ギャップ２０の開放端部は、内部に湿気や埃等が侵入しないようにエポキシ等の樹脂による封止部６０で気密封止される。
【００７３】
なお、ＦＰＣ実装部５６の深さが約０．３μｍである場合を例に示しているが、これに限定するものではなく、凹部２０ａの深さに応じて変更するとよい。なお、駆動ギャップ２０は、気相処理を行った後、封止部６０で気密封止するとよい。気相処理は、駆動ギャップ２０内の水分除去を行った後に、疎水処理をするように実行される。また、駆動ギャップ２０は、キャビティ基板１４となるシリコン基板に凹部を形成したり、スペーサーを挟むことによって形成することも可能である。
【００７４】
この液滴吐出ヘッド２は、複数の個別電極１８が長辺及び短辺を有する長方形状に形成されており、この個別電極１８が、互いの長辺が平行になるように配置されている。そして、図１では、個別電極１８の短辺方向に伸びる１つの電極列を示している。なお、個別電極１８の短辺が長辺に対して斜めに形成されており、個別電極１８が細長い平行四辺形状になっている場合には、長辺方向に直角方向に伸びる電極列を形成するようにすればよい。なお、電極基板１６とキャビティ基板１４とは陽極接合により、キャビティ基板１４とノズル基板１２とは接着剤を用いての接合又は直接接合により接合することができる。
【００７５】
液滴吐出ヘッド２の動作について簡単に説明する。
キャビティ基板１４のリザーバー４４には、液滴供給口５０及び液滴供給口４８を介して外部からインク等の吐出液が供給されている。また、キャビティ基板１４のキャビティ２６には、オリフィス４６を介してリザーバー４４から吐出液が供給されている。駆動回路２４は、ＦＰＣを介して個別電極１８と接続されており、個別電極１８への電荷の供給及び停止を制御するようになっている。この駆動回路２４は、例えば２４ｋＨｚで発振し、選択された個別電極１８に０Ｖ〜３０Ｖ程度のパルス電位を印加して電荷供給を行い、その個別電極１８を正に帯電させる。
【００７６】
このとき、共通電極５４を介してキャビティ基板１４には負の極性を有する電荷が供給され、正に帯電された個別電極１８に対応する振動板２２を相対的に負に帯電させる。そのため、選択された個別電極１８と振動板２２との間では静電気力（クーロン力）が発生することになる。そうすると、振動板２２は、静電気力によって個別電極１８側に引き寄せられて撓む（変位する）ことになる。つまり、振動板２２は、個別電極１８に引き寄せられて当接することになる。これによってキャビティ２６の容積が増大する。
【００７７】
その後、個別電極１８への電荷の供給を止めると、振動板２２と個別電極１８との間の静電気力がなくなり、振動板２２はその弾性力により元の状態に復元する。このとき、キャビティ２６の容積が急激に減少するため、キャビティ２６内部の圧力が急激に上昇する。これにより、キャビティ２６内の吐出液の一部が液滴としてノズル孔１０より吐出されることになる。この液滴が、例えば記録紙に着弾することによって印刷等が行われるようになっている。その後、吐出液がリザーバー４４からオリフィス４６を通じてキャビティ２６内に補給され、初期状態に戻る。このような方法は、引き打ちと呼ばれるものであるが、バネ等を用いて液滴を吐出する押し打ちと呼ばれる方法もある。
【００７８】
ここから、本実施形態の特徴事項であるドット抜け検出について詳細に説明する。
図４は、ノズル孔１０と熱電対２８との関係を説明するための説明図である。図５は、吐出検出の際の動作原理を模式的に示す概念図である。図４（Ａ）が液滴吐出面１２ａの一部分を示す拡大平面図を、図４（Ｂ）が図４（Ａ）のＡ−Ａ’断面を示す拡大断面図を、それぞれ示している。また、図５（Ａ）が液滴吐出前の状態を示す模式図を、図５（Ｂ）が液滴吐出時の状態を示す模式図を、それぞれ示している。なお、図５には、熱電対２８と吐出検出回路３４で構成される回路図を併せて図示している。
【００７９】
図４（Ａ）に示すように、各ノズル孔１０の縁には、熱電対２８がノズル孔１０を中心として形成されている。このような状態において、ノズル孔１０に存在する吐出液の位置、つまり吐出液の量によって、接点部３０ａにおける温度が変化することになる。
【００８０】
熱電対２８と吐出検出回路３４で構成される回路において、接点部３０ａの温度が変化することにより接点部３０ａと接点部３０ｂとの温度差で微弱電流が発生することになる。例えば、液滴吐出前において熱電対２８に定電流を流して熱電対２８自体を加温し、熱電対２８の温度を吐出液３２の液温より高くなるように設定する。もしくは、ヒーター６２（図２参照）を用いて熱電対２８を加温し、熱電対２８の温度を吐出液３２の液温より高くなるように設定しても良い。また、この加温により、接点部３０ａと接点部３０ｂとの温度は同じになる。つまり、熱電対２８は電圧が発生していない（微弱電流が全く発生していない）状態である。もしくは、接点部３０ａと接点部３０ｂとの温度差を一定に保つようにして、熱電対２８に一定の起電力が発生している（一定電流が流れている）状態にしても良い。これにより、液滴吐出前における熱電対２８の接点部３０ａの温度（図５（Ａ）に示すｔ０）が、液滴吐出時における熱電対２８の接点部３０ａの温度（図５（Ｂ）に示すｔ１）に変化することによって微弱電流が発生することになる。もしくは、接点部３０ａと接点部３０ｂとの温度差が変化し、一定電流が変化することになる。つまり、吐出液３２が接点部３０ａにおける温度を変化させる物質として作用することになる。なお、熱電対２８の温度は吐出液３２の温度と異なるものであればよいので、熱電対２８の温度は吐出液３２の温度より低い状態であってもよい。
【００８１】
この原理を利用することによって、本実施形態では、ドット抜け検出及び吐出量の異常検出をリアルタイムで実行可能にしている。したがって、液滴吐出ヘッド２では、発生した微弱電流の有無を検知することで、液滴吐出状況（ドット抜け検出及び吐出量の異常検出）をリアルタイムにモニタリングすることができる。つまり、回路状態に何の変化も起きない場合（微弱電流が全く発生していない場合）にはドット抜けが発生していると判断でき、回路状態に変化があった場合（微弱電流が発生している場合）にはその電流値により吐出液３２の吐出量を判断できる。なお、微弱電流の検知は、回路に電流検知器を接続して実行すればよい。
【００８２】
液滴吐出ヘッド２のドット抜け検出動作は、ノズル基板１２に形成されたすべてのノズル孔１０のドット抜けを検査する動作である。したがって、液滴吐出ヘッド２では、ノズル孔１０から吐出液３２が吐出されたかどうか、つまりドット抜けが発生している吐出不良ノズルがあるかどうかを接点部３０ａの温度の変化により検知することができる。よって、液滴吐出動作、例えば記録紙等の被対象物の印字品質を印刷動作を中断することなく直接確認することができ、吐出不良ノズルを容易に特定できる。さらに、吐出不良ノズルを特定した場合には、別のノズル孔１０からの吐出液３２により、被対象物の品質を補完することができる。
【００８３】
なお、ドット抜け検出動作で吐出不良ノズルが発見されると、吐出不良ノズルの数や状態によって自動的に回復処理を実行するか、回復処理を実行せずにオペレーターに報知するか、回復処理や報知を行わずにそのまま印刷処理を再開するかの処置を選択するとよい。すなわち、吐出不良ノズル数や分布状態が許容できない状態であるときには、吐出不良ノズルの吐出特性を回復する回復手段による回復動作を自動的に実行し、吐出不良ノズル数や分布状態が所定の許容範囲内である場合には、回復動作を実行せずにオペレーターに報知し、吐出不良ノズル数や状態が吐出品質すなわち印刷品質への影響が小さい許容範囲以内である場合には、そのままつぎの印刷動作を開始する。
【００８４】
このときの判断基準としては、例えば、検出された吐出不良ノズルの数が、ノズル群を構成するノズル数に対して印刷品質にほとんど影響を及ぼさない程度の少ない数である場合にはそのままつぎの印刷動作を開始することができる。また、検出された吐出不良ノズルの数が、ノズル群を構成するノズル数に対して印刷品質に無視はできないがある程度許容できそうな範囲の数である場合は、オペレーターに報知してオペレーターの判断により無視してもよい状態であれば印刷を開始し、無視できないレベルであれば回復動作を行なう。さらに、検出された吐出不良ノズルの数が、ノズル群を構成するノズル数に対して印刷品質に影響するくらい多い数である場合は、自動的に回復動作を実行する。
【００８５】
また、吐出不良ノズルの分布状態として、例えば隣接したノズル孔１０が複数吐出不良であると検出されたような場合は、印刷品質に影響する可能性が高いので、吐出不良ノズルの数に係わらず自動的に回復動作を行なうとよい。なお、上記判断基準となる、吐出不良ノズル数等は、予め設定してＲＡＭ等の記憶手段に記憶させておくとよい。そうすれば、記憶させた設定値を用いて判断するよう制御されることになる。例えば、１色ベタの面積が多いデザインだと吐出不良ノズルによる印刷不良が目立ちやすく、細かい柄だと多少吐出不良ノズルがあっても目立ちにくいため、印刷するデザインや記録媒体の種類等に応じてオペレーターが設定できるようにしている。
【００８６】
以上より、液滴吐出ヘッド２は、ノズル孔１０内に存在する吐出液３２の量により接点部３０ａにおける温度が変化し、そのとき発生する微弱電流を検出することで、各ノズル孔１０のドット抜けと吐出量を検出できる。したがって、液滴吐出ヘッド２では、吐出液３２の吐出状況をリアルタイムにモニタリングすることが可能となる。よって、吐出不良ノズルを迅速に発見することができ、被対象物の品質が悪化するのを未然に防止することができる。
【００８７】
また、熱電対２８上に液滴保護膜３６を形成する構造であるため、液滴保護膜３６によって熱電対２８も保護することが可能である。また、熱電対２８に使用する導電性材料は、耐擦性及び吐出液に対する耐インク性（耐薬品性）を有する材料としたので、実用上、電圧制御しやすく、また、熱電対２８の耐久性を確保でき、長期間の使用に渡って信頼性を確保することができる。
【００８８】
次に、液滴吐出ヘッド２のノズル基板１２の製造工程について説明する。図６〜図８は、ノズル基板１２の製造工程例の一部を示す縦断面図である。図６〜図８に基づいて、ノズル基板１２の製造工程についてその特徴事項を中心に説明する。
【００８９】
先ず、図６（Ａ）に示すように、厚み７２５μｍで導電性を有する単結晶シリコン基板１２’を用意し、図示省略の熱酸化装置にセットして酸化温度１０７５℃、酸化時間９０分、酸素と水蒸気の混合雰囲気中の条件で熱酸化処理し、シリコン基板１２’の表面に膜厚０．５μｍの熱酸化膜（ＳｉＯ2膜）６４を均一に成膜する。そして、シリコン基板１２’の接着面１２ｂの熱酸化膜６４に第２ノズル孔１０ｂとなる凹部６４ａをパターニングする。
【００９０】
次に、図６（Ｂ）に示すように、シリコン基板１２’の接着面１２ｂ上に、厚さ１．０μｍのレジスト膜６６を形成し、フォトリソグラフィにより第１ノズル孔１０ａとなる凹部６６ａをパターニングする。
【００９１】
次に、図６（Ｃ）に示すように、図示省略のＩＣＰドライエッチング装置により、レジスト膜６６の第１ノズル孔１０ａとなる凹部６６ａを、例えば深さ４０μｍで垂直に異方性ドライエッチングし、第１ノズル孔１０ａを形成する。この場合のエッチングガスとしては、Ｃ4Ｆ8、ＳＦ6を使用し、これらのエッチングガスを交互に使用すればよい。ここで、Ｃ4Ｆ8は形成される溝の側面にエッチングが進行しないように溝側面を保護するために使用し、ＳＦ6はシリコン基板１２’の垂直方向のエッチングを促進させるために使用する。
【００９２】
次に、図６（Ｄ）に示すように、レジスト膜６６を除去した後、ＩＣＰドライエッチング装置により熱酸化膜６４の第２ノズル孔１０ｂとなる凹部６４ａを、深さ４０μｍで垂直に異方性ドライエッチングし、第２ノズル孔１０ｂを形成する。この際に、第１ノズル孔１０ａも深さが７０〜８０μｍ程度までエッチングされ、ノズル孔１０が完成する。
【００９３】
次に、図７（Ａ）に示すように、シリコン基板１２’の表面に残る熱酸化膜６４を剥離した後、シリコン基板１２’の液滴吐出面１２ａ、接着面１２ｂ、及びノズル孔１０の内壁に、膜厚０．１μｍの絶縁膜６８をドライ酸化で形成する。
【００９４】
次に、図７（Ｂ）に示すように、シリコン基板１２’の接着面１２ｂにサポート基板７０を貼り付け、液滴吐出面１２ａ側から板厚が６５μｍになるまで薄板化する。続いて、露出したシリコン基板１２’の液滴吐出面１２ａの表面に、絶縁膜６９となる厚さ０．２μｍのシリコーン重合膜をシロキサン原料のプラズマＣＶＤで形成する。そして、空気中でＵＶを照射して脱水縮合させ、絶縁膜６９の表面をＳｉＯ2化する。
【００９５】
次に、図７（Ｃ）に示すように、液滴吐出面１２ａにメタルマスク７２を設置し、厚さ０．１μｍの熱電対２８の片側（金属電極２８ｂ）を斜方スパッタ又は斜方蒸着によって形成する。このとき、斜方スパッタ又は斜方蒸着の角度を制御するか、基板を回転させて、金属電極２８ｂをノズル孔１０の内壁上部にまで形成する。
【００９６】
次に、図７（Ｄ）に示すように、メタルマスク７２を取り外し、メタルマスク７４を設置し、厚さ０．１μｍの熱電対２８のもう片側（金属電極２８ａ）を斜方スパッタ又は斜方蒸着によって形成する。このとき、斜方スパッタ又は斜方蒸着の角度を制御するか、基板を回転させて、金属電極２８ａをノズル孔１０の内壁上部にまで形成する。このように、金属電極２８ａと金属電極２８ｂとを別工程で形成するので、これらを確実に接合することができる。
【００９７】
次に、図７（Ｅ）に示すように、メタルマスク７４を取り外し、シリコン基板１２’の液滴吐出面１２ａの表面に、液滴保護膜３６となる厚さ０．２μｍのシリコーン重合膜をシロキサン原料のプラズマＣＶＤで形成する。そして、空気中でＵＶを照射して脱水縮合させ、液滴保護膜３６の表面をＳｉＯ2化する。
【００９８】
次に、図８（Ａ）に示すように、シリコン基板１２’の液滴吐出面１２ａにさらに撥液処理を施す。この場合、シランカップリング材をディップコートし、液滴吐出面１２ａに撥液膜４２を形成する。このとき、第１ノズル孔１０ａ及び第２ノズル孔１０ｂの内壁にも、撥液膜４２が形成される。
【００９９】
次に、図８（Ｂ）に示すように、液滴吐出面１２ａに、サポートテープ７６を貼り付け、その状態で接着面１２ｂ側のサポート基板７０を剥離する。そして、接着面１２ｂ側から酸素又はアルゴンのプラズマ処理を行い、ノズル孔１０の内壁に形成された撥液膜４２を破壊して親水化する。
【０１００】
次に、図８（Ｃ）に示すように、サポートテープ７６を剥離する。
【０１０１】
次に、図８（Ｄ）に示すように、熱電対２８の配線接続部分の液滴保護膜３６及び撥液膜４２を、レーザー照射により選択的に破壊する。そして、熱電対２８の配線接続部を露出させる。
以上の製造工程により、ノズル基板１２を容易に製造することができる。
【０１０２】
このようにして作製したノズル基板１２を用いて液滴吐出ヘッド２を作製する際には、ノズル基板１２の接着面１２ｂに、キャビティ基板１４の接合面を貼り合せて、ノズル基板１２とキャビティ基板１４の接合体を形成する。その後、ノズル基板１２とキャビティ基板１４からなる接合体において、キャビティ基板１４の他の接合面に電極基板１６の接合面を貼り付ける。以上の工程を経ることにより、ノズル基板１２、キャビティ基板１４、及び電極基板１６の接合体を形成し、液滴吐出ヘッド２を完成する。
【０１０３】
（第２の実施形態）
図９は、第１の実施形態で作製した液滴吐出ヘッド２を搭載した液滴吐出装置１００の一例を示した斜視図である。図９に示す液滴吐出装置１００は、一般的なインクジェットプリンターである。なお、この液滴吐出装置１００は、周知の製造方法によって製造することができる。なお、液滴吐出ヘッド２は、図９に示す液滴吐出装置１００の他に、吐出液３２を種々変更することで、液晶ディスプレイのカラーフィルターの製造、有機ＥＬ表示装置の発光部分の形成、生体液体の吐出等にも適用することができる。また、配線基板をインクジェット法により作成するプリント配線基板製造装置の液滴吐出装置としても適用することができる。
【０１０４】
また、液滴吐出ヘッド２は、圧電駆動方式の液滴吐出装置や、バブルジェット（登録商標）方式の液滴吐出装置にも使用できる。例えば、液滴吐出ヘッド２をディスペンサーとし、生体分子のマイクロアレイとなる基板に吐出する用途に用いる場合では、ＤＮＡ（Deoxyribo Nucleic Acids：デオキシリボ核酸）、他の核酸（例えば、Ribo Nucleic Acid：リボ核酸、Peptide Nucleic Acids：ペプチド核酸等）タンパク質等のプローブを含む液体を吐出させるようにしてもよい。
【０１０５】
なお、第１の実施形態に係る液滴吐出ヘッド２が電極基板１６、キャビティ基板１４、及びノズル基板１２からなる３層構造である場合を例に説明したが、ガラス基板、キャビティ基板、リザーバー基板、及びノズルプレートからなる４層構造であってもよい。
【０１０６】
また、本実施形態に係る液滴吐出装置は、プロテインチップやＤＮＡチップの作成のための液滴吐出装置、有機ＥＬ製造装置や液晶表示装置のカラーフィルター製造装置の液滴吐出装置、及び配線基板をインクジェット法により作成するプリント配線基板製造装置の液滴吐出装置等に対応することが可能である。
【符号の説明】
【０１０７】
２…液滴吐出ヘッド １０…ノズル孔 １０ａ…第１ノズル孔 １０ｂ…第２ノズル孔 １２…ノズル基板 １２’…シリコン基板 １２ａ…液滴吐出面 １２ｂ…接着面 １４…キャビティ基板 １６…電極基板 １８…個別電極 １８ａ…個別電極リード部 １８ｂ…端子部 ２０…駆動ギャップ ２０ａ…凹部 ２２…振動板 ２４…駆動回路 ２６…キャビティ（圧力室） ２８…熱電対（温度センサー） ２８Ａ…共通電極 ２８ａ…金属電極（第１の電極） ２８ｂ…金属電極（第２の電極） ３０ａ…接点部 ３０ｂ…接点部 ３２…吐出液 ３４…吐出検出回路 ３６…液滴保護膜 ３８…配線 ４０…配線 ４２…撥液膜 ４４…リザーバー ４６…オリフィス ４８…液滴供給口 ５０…液滴供給口 ５２…絶縁膜 ５４…共通電極 ５６…ＦＰＣ実装部 ５８…電極取り出し部 ６０…封止部 ６２…ヒーター ６４…熱酸化膜 ６４ａ…凹部 ６６…レジスト膜 ６６ａ…凹部 ６８，６９…絶縁膜 ７０…サポート基板 ７２…メタルマスク ７４…メタルマスク ７６…サポートテープ １００…液滴吐出装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を吐出する複数のノズル孔及び該ノズル孔のそれぞれを中心として該各ノズル孔の縁に形成された温度センサーを少なくとも有するノズル基板と、
底壁が振動板を構成し、前記ノズル基板の前記複数のノズル孔に連通して吐出液を収容する複数の圧力室を有し、前記ノズル基板に積層されるキャビティ基板と、
前記振動板を駆動する個別電極を有し、前記キャビティ基板に積層される電極基板と、
前記ノズル孔に存在する吐出液の量により変化する温度によって液滴吐出状況の良否を判断する吐出検出回路と、
を有することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
前記吐出検出回路は、吐出液の有無により前記温度センサーの温度が変化することで発生する微弱電流を検知して液滴吐出状況の良否を判断することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
請求項２に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
前記温度センサーに定電流を流すことで、前記温度センサーの温度を吐出液よりも高温で保持することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
請求項３に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
前記温度センサーの保持温度は、吐出液より５度以上高いことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
前記温度センサーと前記ノズル基板を形成する基材との間には、該基材の材料よりも熱伝導率の低い絶縁材料で形成された絶縁膜を有することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項６】
請求項５に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
前記絶縁材料は、ＳＩＯ2等であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
前記温度センサーは、その一部が前記ノズル孔の内壁にまで及んでいることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
前記温度センサーは、耐擦性及び耐薬品性を有する導電性材料で構成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
前記温度センサーは、熱電対又はサーミスターであることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項１０】
請求項９に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
前記熱電対は、該熱電対の接点が少なくとも前記各ノズル孔の縁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１１】
請求項９又は１０に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
前記熱電対は、Ｐｔ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｔａ、これらの合金又はこれらの化合物のいずれかであることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを搭載したことを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項１３】
シリコン基板にノズル孔となる凹部を形成する工程と、
前記シリコン基板に熱酸化膜を熱酸化により形成する工程と、
前記シリコン基板の凹部形成面にサポート基板を貼り合わせる工程と、
前記シリコン基板の前記凹部形成面とは反対側面を薄板化し前記凹部を開口する工程と、
開口させた各ノズル孔の縁に温度センサーを形成する工程と、
前記シリコン基板の薄板化した面及び前記凹部内部に液滴保護膜を形成する工程と、
前記液滴保護膜の上に撥液膜を形成する工程と、
前記シリコン基板の前記凹部形成面とは反対側面にサポートテープを貼り合わせた後、前記シリコン基板から前記サポート基板を剥離し、前記シリコン基板に形成した前記撥液膜を前記サポート基板を剥離した側から親水化処理する工程と、
前記シリコン基板から前記サポートテープを剥離する工程と、
前記温度センサーの配線接続部を露出させる工程と、
を有することを特徴とするノズル基板の製造方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載のノズル基板の製造方法において、
前記温度センサーを形成する工程は、
開口させた各ノズル孔の縁に斜方スパッタ又は斜方蒸着によって第２の電極を形成する工程と、
少なくとも前記第２の電極の上であって、開口させた各ノズル孔の縁に斜方スパッタ又は斜方蒸着によって第１の電極を形成する工程と、
を有することを特徴とするノズル基板の製造方法。
【請求項１】
液滴を吐出する複数のノズル孔及び該ノズル孔のそれぞれを中心として該各ノズル孔の縁に形成された温度センサーを少なくとも有するノズル基板と、
底壁が振動板を構成し、前記ノズル基板の前記複数のノズル孔に連通して吐出液を収容する複数の圧力室を有し、前記ノズル基板に積層されるキャビティ基板と、
前記振動板を駆動する個別電極を有し、前記キャビティ基板に積層される電極基板と、
前記ノズル孔に存在する吐出液の量により変化する温度によって液滴吐出状況の良否を判断する吐出検出回路と、
を有することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
前記吐出検出回路は、吐出液の有無により前記温度センサーの温度が変化することで発生する微弱電流を検知して液滴吐出状況の良否を判断することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
請求項２に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
前記温度センサーに定電流を流すことで、前記温度センサーの温度を吐出液よりも高温で保持することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
請求項３に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
前記温度センサーの保持温度は、吐出液より５度以上高いことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
前記温度センサーと前記ノズル基板を形成する基材との間には、該基材の材料よりも熱伝導率の低い絶縁材料で形成された絶縁膜を有することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項６】
請求項５に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
前記絶縁材料は、ＳＩＯ2等であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
前記温度センサーは、その一部が前記ノズル孔の内壁にまで及んでいることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
前記温度センサーは、耐擦性及び耐薬品性を有する導電性材料で構成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
前記温度センサーは、熱電対又はサーミスターであることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項１０】
請求項９に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
前記熱電対は、該熱電対の接点が少なくとも前記各ノズル孔の縁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１１】
請求項９又は１０に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
前記熱電対は、Ｐｔ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｔａ、これらの合金又はこれらの化合物のいずれかであることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを搭載したことを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項１３】
シリコン基板にノズル孔となる凹部を形成する工程と、
前記シリコン基板に熱酸化膜を熱酸化により形成する工程と、
前記シリコン基板の凹部形成面にサポート基板を貼り合わせる工程と、
前記シリコン基板の前記凹部形成面とは反対側面を薄板化し前記凹部を開口する工程と、
開口させた各ノズル孔の縁に温度センサーを形成する工程と、
前記シリコン基板の薄板化した面及び前記凹部内部に液滴保護膜を形成する工程と、
前記液滴保護膜の上に撥液膜を形成する工程と、
前記シリコン基板の前記凹部形成面とは反対側面にサポートテープを貼り合わせた後、前記シリコン基板から前記サポート基板を剥離し、前記シリコン基板に形成した前記撥液膜を前記サポート基板を剥離した側から親水化処理する工程と、
前記シリコン基板から前記サポートテープを剥離する工程と、
前記温度センサーの配線接続部を露出させる工程と、
を有することを特徴とするノズル基板の製造方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載のノズル基板の製造方法において、
前記温度センサーを形成する工程は、
開口させた各ノズル孔の縁に斜方スパッタ又は斜方蒸着によって第２の電極を形成する工程と、
少なくとも前記第２の電極の上であって、開口させた各ノズル孔の縁に斜方スパッタ又は斜方蒸着によって第１の電極を形成する工程と、
を有することを特徴とするノズル基板の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−１３１３８７（Ｐ２０１１−１３１３８７Ａ）
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２９０１７０（Ｐ２００９−２９０１７０）
【出願日】平成２１年１２月２２日（２００９．１２．２２）
【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２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２２日（２００９．１２．２２）
【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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