液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置並びに液滴吐出ヘッドの製造方法
【課題】各ノズルからのインク吐出量の安定化や、ノズル及び吐出室の高密度化、多列化が可能な液滴吐出ヘッドを得る。
【解決手段】液滴を吐出する複数のノズル３１が形成されたノズル基板３０と、ノズル３１のそれぞれに連通し、底壁が振動板２２となる複数の吐出室２１、振動板２２のそれぞれに形成された複数の個別電極２４、及び個別電極２４のそれぞれの間に形成された絶縁層２３を有するキャビティ基板２０と、少なくとも振動板２２と対向する範囲に振動板２２を駆動する共通電極１１が形成された電極基板１０と、キャビティ基板２０と電極基板１０との間に設けられ、振動板２２と共通電極１１との間にギャップを形成するスペーサ層１５とを備えるものである。
【解決手段】液滴を吐出する複数のノズル３１が形成されたノズル基板３０と、ノズル３１のそれぞれに連通し、底壁が振動板２２となる複数の吐出室２１、振動板２２のそれぞれに形成された複数の個別電極２４、及び個別電極２４のそれぞれの間に形成された絶縁層２３を有するキャビティ基板２０と、少なくとも振動板２２と対向する範囲に振動板２２を駆動する共通電極１１が形成された電極基板１０と、キャビティ基板２０と電極基板１０との間に設けられ、振動板２２と共通電極１１との間にギャップを形成するスペーサ層１５とを備えるものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液滴吐出ヘッド、及びその液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置、並びにその液滴吐出ヘッドの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液滴を吐出するための液滴吐出ヘッドとして、例えばインクジェット記録装置に搭載されるインクジェットヘッドが知られている。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孔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孔に連通する吐出室、リザーバ等のインク流路が形成されたキャビティ基板とを備え、駆動部により吐出室に圧力を加えることによりインク滴を選択されたノズル孔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。
【０００３】
上記の方式のうち、静電気力を利用したインクジェットヘッドとしては、例えば、吐出室の底壁を振動板とし、この振動板に所定のギャップ（空隙）を介して対向する電極をガラス基板上に形成するものがある。この電極は、所定のギャップ長を確保するために、ガラス基板の表面に形成された凹部（以下、電極用凹部という）の底面にＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等の電極材料を成膜することにより形成されている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１１８１２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、インクジェットヘッドに対して、印字、画質等の高品位化の要求が一段と強まっている。このため、各ノズルから吐出されるインクの吐出量が安定しており、ノズルや吐出室を高密度化、多列化することが可能なインクジェットヘッドが望まれている。
【０００６】
このような要望を実現するためには、吐出室に対向配置される電極用凹部を高精度に形成する必要がある。例えば、印刷の高品位化のためには、各ノズルから吐出されるインクの吐出量を安定させる必要がある。インク吐出量は吐出室の底壁（振動板）と電極凹部に形成された電極との距離が影響するため、各ノズルから吐出されるインク量を安定させるためには、各電極用凹部の深さ（振動板と電極とのギャップ長）を高精度に形成する必要がある。また、例えば、吐出室やこの吐出室に対向配置される電極用凹部を高密度化するためには、吐出室と電極用凹部とを高精度に位置合わせする必要がある。このためには、電極凹部の幅寸法等や位置を高精度に形成する必要がある。
【０００７】
しかしながら、一般に、電極基板の電極用凹部はフッ酸を用いたエッチングによって形成されるため、電極用凹部を高精度に形成することは容易ではない。このため、電極用凹部の形状精度や位置精度のバラツキが大きくなってしまう。したがって、各ノズルからのインク吐出量の安定化や、ノズル及び吐出室の高密度化、多列化の実現が難しいという課題があった。
【０００８】
本発明は上述のような課題を解消するためになされたものであり、各ノズルからのインク吐出量の安定化や、ノズル及び吐出室の高密度化、多列化が可能な液滴吐出ヘッド、及びその液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置、並びにその液滴吐出ヘッドの製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、液滴を吐出する複数のノズルが形成されたノズル基板と、ノズルのそれぞれに連通し、底壁が振動板となる複数の吐出室、振動板のそれぞれに形成された複数の個別電極、及び個別電極のそれぞれの間に形成された絶縁層を有するキャビティ基板と、少なくとも振動板と対向する範囲に振動板を駆動する共通電極が形成された電極基板と、キャビティ基板と電極基板との間に設けられ、振動板と共通電極との間にギャップを形成するスペーサ層とを備えるものである。
【００１０】
本発明によれば、スペーサ層を成膜により形成することで、振動板（個別電極）と共通電極とのギャップ長を高精度に形成することができる。また、従来の電極用凹部に相当するスペーサ層の開口部を高精度に形成することができる。したがって、各ノズルからのインク吐出量の安定化や、ノズル及び吐出室の高密度化、多列化が可能な液滴吐出ヘッドを得ることができる。また、個別電極の間に絶縁層が設けられているので、各個別電極（振動板）間で電気的な導通が起こらず、液滴吐出ヘッドの誤作動を防止できる。
【００１１】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、絶縁層の幅が吐出室間の隔壁の幅よりも大きいものである。本発明によれば、各個別電極（振動板）間での電気的な導通を確実に防止することができ、液滴吐出ヘッドの誤作動をさらに防止できる。
【００１２】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、共通電極の表面に、個別電極と共通電極との短絡を防止する共通電極側絶縁層が形成されているものである。本発明によれば、平面状となる共通電極の表面に絶縁層を形成しているので、カバレッジ不良等の心配がなく良好な絶縁性を有する絶縁層を形成することができる。
【００１３】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、電極基板のキャビティ基板との対向面には、電極基板とキャビティ基板とを接合した状態において、個別電極と接続する個別電極リード部が形成されているものである。本発明によれば、電極基板とキャビティ基板とを位置合わせして接合するだけで、個別電極と個別電極リード部とを接続することができる。したがって、個別電極とドライバＩＣとの接続が容易となる。
【００１４】
また、本発明に係る液滴吐出装置は、上記の液滴吐出ヘッドを搭載したものである。
本発明によれば、上記の液滴吐出ヘッドを搭載しているので、吐出性能がよく、例えば、画像印刷等の用途の場合、高画質化を図ることができる。
【００１５】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、上記の液滴吐出ヘッドの製造方法であって、キャビティ基板の電極基板との対向面に個別電極を形成する工程と、個別電極の間に絶縁層を形成する工程と、電極基板のキャビティ基板との対向面に共通電極及びスペーサ層を成膜する工程と、キャビティ基板と前記電極基板とを接合する工程とを有するものである。本発明によれば、スペーサ層を成膜して形成することができるので、振動板となる個別電極と共通電極とのギャップ長を高精度に形成することができる。また、電極用凹部に相当するスペーサ層の開口部を高精度に形成することができる。したがって、ノズル及び吐出室の高密度化、多列化が可能な液滴吐出ヘッドを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの分解斜視図である。図２は、この液滴吐出ヘッドの長手方向縦断面図である。図３は、この液滴吐出ヘッドの短手方向縦断面図である。また、図４は、この液滴ヘッドの上面図である。以下、これら図１〜図４を用いて、本発明の実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドについて説明する。
なお、図１〜図４では液滴吐出ヘッドの一部を示している。また、図を見やすくするため、図１〜図４では、各構成部材の大きさの関係が実際のものと異なる場合がある。また、図１の上側を上方向、下側を下方向、ノズル３１が並んでいる方向を液滴吐出ヘッドの短手方向、各ノズルへの液体の流路が形成されている方向を液滴吐出ヘッドの長手方向として説明する。
【００１７】
本実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドはフェイスイジェクト型の液滴吐出ヘッドであり、電極基板１０、キャビティ基板２０及びノズル基板３０の３つの基板が下から順に積層されて構成される。例えば電極基板１０とキャビティ基板２０とは陽極接合により接合されている。また、例えばキャビティ基板２０とノズル基板３０とはエポキシ樹脂等の接着剤を用いて接合されている。
【００１８】
キャビティ基板２０は、例えばＮｉを主要な材料としている。このキャビティ基板２０の上面には、吐出室２１となる凹部（底壁が振動板２２となっている）、及びリザーバ２６となるリザーバ凹部が形成されている。これら吐出室２１となる凹部及びリザーバ２６となるリザーバ凹部はオリフィス２７となる凹部で連通している。また、リザーバ２６となるリザーバ凹部には、リザーバ２６となるリザーバ凹部と後述の液体供給口１７とを連通させる貫通孔２８が形成されている。
【００１９】
キャビティ基板２０の下面（電極基板１０と対向する面）には、例えば厚さ０．８μｍの個別電極２４が形成されている。この個別電極２４は、吐出室２１となる凹部の底壁となっており、振動板２２として機能する。なお、個別電極２４は、単結晶シリコンにボロンがドープされたボロンドープ層で形成されており、その端部はキャビティ基板２０の側縁部まで延設されている。物理的性質に優れる単結晶シリコンで振動板２２を形成することにより、半導体プロセスを用いた高精度な加工が実現でき、良好な吐出特性と優れた駆動耐久性を有する液滴吐出ヘッドを実現できる。
【００２０】
また、キャビティ基板２０の下面には、個別電極２４が形成されていない範囲に、絶縁層２３となる例えば厚さ０．８μｍのＳｉＯ2 膜（例えばＴＥＯＳ膜）が形成されている。つまり、個別電極２４の間に、個別電極２４と同厚の絶縁層２３が形成されている。また、吐出室２１間の隔壁と対向する範囲（個別電極２４間）の絶縁層２３は、吐出室２１間の隔壁の幅よりも大きくなっている。なお、本実施の形態１では絶縁層２３をＳｉＯ2 膜で形成しているが、例えばＡｌ2Ｏ3（酸化アルミニウム（アルミナ））等を用いてもよい（以下の絶縁膜も同様である）。個別電極２４及び絶縁層２３の上面には、保護層２９が形成されている。これにより、個別電極２４及び絶縁層２３が液体に浸食されることを防止している。保護層２９を形成することにより、液体の選択自由度が向上する。なお、このキャビティ基板２０は、電鋳法によって保護層２９の上面にＮｉを析出することにより、吐出室２１、リザーバ２６及びオリフィス２７となる凹部が形成されている。
【００２１】
電極基板１０は、例えば厚さ１ｍｍのホウ珪酸系の耐熱硬質ガラス基板を主要な材料としている。本実施の形態１ではガラス基板とするが、例えば単結晶シリコンを基板とすることもできる。この電極基板１０の上面には、少なくとも振動板２２と対向する範囲に、共通電極１１が形成されている。この共通電極１１は、可視光領域で透明のＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：インジウム錫酸化物）を０．１μｍの厚さで成膜することにより形成される。なお、共通電極１１の材料はＩＴＯに限定するものではなく、クロム等の金属等を材料に用いてもよいが、本実施の形態１では、ギャップ内の観察がしやすい、透明であるので放電したかどうかの確認が行い易い等の理由でＩＴＯを用いることとする。
【００２２】
共通電極１１の上面には、共通電極側絶縁層１２となる厚さ０．１μｍのＳｉＯ2 膜が形成されている。これは、振動板２２と共通電極１１とを電気的に絶縁して、液滴吐出ヘッドを駆動させた時の絶縁膜破壊及び短絡を防止するためである。この共通電極側絶縁層１２は一部が開口しており、下方の共通電極１１が露出している。この共通電極１１の露出部が共通電極端子１３となり、共通電極１１はドライバＩＣ４０に接続されている。
【００２３】
共通電極側絶縁層１２の上面には、個別電極２４とドライバＩＣ４０とを接続するための個別電極リード部１４が形成されている。個別電極リード部１４は、例えば厚さが０．１μｍの金属膜（アルミニウム、銅、金とクロムの積層膜等）で形成されている。この個別電極リード部１４は、電極基板１０とキャビティ基板２０とを接合した状態において、一方の端部が個別電極２４と接続されており、他方の端部がキャビティ基板２０の外部に突出した状態となる。これにより、個別電極２４とドライバＩＣ４０との接続が容易となっている。
【００２４】
また、共通電極側絶縁層１２の上面には、個別電極リード部１４が形成されていない範囲に、スペーサ層１５となる例えば厚さ０．１μｍのＳｉＯ2 膜が形成されている。また、このスペーサ層１５には、吐出室２１となる凹部と対向する範囲に開口部１６が形成されている。電極基板１０とキャビティ基板２０とを接合した状態においては、このスペーサ層１５の開口部１６が振動板２２と共通電極１１との間にギャップを形成する。つまり、スペーサ層１５の厚みがギャップ長となる。また、スペーサ層１５の開口部１６が、従来の液滴吐出ヘッドの電極用凹部となる。このギャップ長は吐出特性に大きく影響する。なお、本実施の形態１ではスペーサ層１５を電極基板１０側に形成したが、スペーサ層１５をキャビティ基板２０の下面に形成してもよい。スペーサ層１５をキャビティ基板２０の下面に形成することにより、電極基板１０とキャビティ基板２０とを接合する際の位置合わせが容易となる。また、電極基板１０には、外部のタンク（図示せず）から供給された液体をリザーバ２６に供給するための液体供給口１７が形成されている。
【００２５】
ノズル基板３０は、例えば厚さ１８０μｍのシリコン基板であり、下面がキャビティ基板２０と接合している。このノズル基板３０には、吐出室２１と連通するノズル３１が形成されている。各ノズル３１は、振動板２２の変位により加圧された液体を液滴として外部に吐出する。本実施の形態１では、吐出した液滴の直進性向上を図るため、ノズル３１の孔を複数段で形成している。ここではノズル３１を有するノズル基板３０を上面とし、電極基板１０を下面として説明するが、実際に用いられる場合には、ノズル基板３０の方が電極基板１０よりも下面になることが多い。
【００２６】
（動作説明）
次に、本発明の実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの動作について説明する。
外部のタンク（図示せず）から供給された液体は、液体供給口１７、貫通孔２８、リザーバ２６及びオリフィス２７を介して吐出室２１に貯留される。吐出室２１の底壁である個別電極２４（振動板２２）に電圧を印加することにより、個別電極２４（振動板２２）が撓む。この個別電極２４（振動板２２）の撓みによって吐出室２１内の圧力を高め、ノズル３１から液滴を吐出させる。
【００２７】
この個別電極２４への電圧の印加はドライバＩＣ４０によって制御される。例えば２４ｋＨｚで発振し、個別電極２４に０Ｖと３０Ｖのパルス電位を印加して電荷供給を行う。個別電極２４（振動板２２）に電荷を供給して正に帯電させると、共通電極１１は相対的に負に帯電し、個別電極２４（振動板２２）は静電気力により共通電極１１に引き寄せられて撓む。これにより吐出室２１の容積は広がる。そして共通電極１１への電荷供給を止めると個別電極２４（振動板２２）は元に戻るが、そのときの吐出室２１の容積も元に戻るから、その圧力により差分の液滴が吐出し、例えば記録対象となる記録紙に着弾することによって記録が行われる。なお、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。なお、ノズル基板３０には、個別電極２４（振動板２２）が撓むことでリザーバ２６方向に加わる圧力を緩衝するために、ダイヤフラムを設けてもよい。
【００２８】
（製造方法）
本発明の実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの製造方法について図５〜図９を参照して説明する。ここでは、電極基板１０に単結晶シリコン基板２００を接合した後にキャビティ基板２０を製造する方法を示す。実際にはシリコンウェハ等から複数個分の液滴吐出ヘッドの部材を同時形成するが、図５〜図９ではその一部分だけを示している。
【００２９】
最初に、図５及び図６を用いて、電極基板１０の製造方法について説明する。
厚さ１ｍｍの両面鏡面のホウ珪酸系の耐熱硬質ガラス１００を用意し、上面に、共通電極１１となる厚さ０．１μｍのＩＴＯ膜をスパッタリング法により形成する（図５（ａ））。共通電極１１をスパッタリング法で形成することにより、共通電極１１の材料の選択自由度が向上する。その後、共通電極側絶縁層１２となる厚さ０．１μｍのＳｉＯ2 膜をＣＶＤ法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により形成する（図５（ｂ））。共通電極側絶縁層１２をＣＶＤ法で形成することにより、高密度で絶縁耐圧の高い、良質な絶縁層を形成することができる。
【００３０】
次に、個別電極リード部１４となる厚さ０．１μｍの金属膜１０１をスパッタリング法により形成する（図５（ｃ））。その後、フォトリソグラフィ法によって、金属膜１０１に個別電極リード部１４の形状をパターニングする。そして、ウェットエッチング等を行い、個別電極リード部１４を形成する（図５（ｄ））。次に、ＣＶＤ法によって、スペーサ層１５となる厚さ０．１μｍのＳｉＯ2 膜１０２を形成する（図５（ｅ））。その後、フォトリソグラフィ法によって、ＳｉＯ2 膜１０２にスペーサ層１５の形状をパターニングする。そして、ウェットエッチング等を行い、スペーサ層１５を形成する（図６（ｆ））。これにより、開口部１６が形成される。
【００３１】
次に、フォトリソグラフィ法によって、共通電極側絶縁層１２に共通電極端子１３の形状をパターニングする。そして、ウェットエッチング等を行い、共通電極端子１３を開口する（図６（ｇ））。その後、ドリル等によって耐熱硬質ガラス１００を削り、液体供給口１７を形成して、電極基板１０が完成する（図６（ｈ））。
【００３２】
続いて、図７〜図９を用いて、キャビティ基板２０及び液滴吐出ヘッドの製造方法について説明する。
被加工基板として、単結晶シリコン基板２００を用意する（図７（ａ））。その後、この単結晶シリコン基板２００の下面に、振動板２２となる厚さ０．８μｍの高濃度ボロンドープ層２０１を熱拡散法により形成する（図７（ｂ））。次に、ボロンドープ層２０１の下面にレジストを塗布し、フォトリソグラフィ法によって、個別電極２４の形状をパターニングする。そして、ウェットエッチング等を行い、個別電極２４の形状をしたレジストマスク２０２を形成する（図７（ｃ））。その後、ウェットエッチング等を行い、個別電極２４を形成する（図７（ｄ））。ここで、単結晶シリコン基板２００を電極基板１０に接合するまでの間、単結晶シリコン基板２００は、個別電極２４等を形成する際のサポート基板として機能する。
【００３３】
次に、ＣＶＤ法によって、単結晶シリコン基板２００及びレジストマスク２０２の下面に厚さ０．８μｍのＳｉＯ2 膜２０３を形成する（図７（ｅ））。そして、レジストマスク２０２及びこのレジストマスク２０２の下面に形成されたＳｉＯ2 膜２０３を剥離して、個別電極２４の間に絶縁層２３を形成する（図８（ｆ））。絶縁層２３は、成膜により形成されているので、個別電極２４と同厚に形成することができる。なお、絶縁層２３と個別電極２４との凹凸が大きい場合は、ケミカルポリッシュ等の研磨を行ってもよい。
【００３４】
次に、単結晶シリコン基板２００と電極基板１０とを、陽極接合により接合する（図８（ｇ））。その後、単結晶シリコン基板２００の上面から研削加工及び研磨加工を施し、個別電極２４及び絶縁層２３が露出するまで薄板化する（図８（ｈ））。なお、単結晶シリコン基板２００を薄板化した後は、電極基板１０がサポート基板として機能する。次に、個別電極２４及び絶縁層２３以外の範囲をマスキングし、個別電極２４及び絶縁層２３の上面に、保護層２９となる厚さ０．１μｍのＴａ2Ｏ3（酸化タンタル）膜を形成する（図８（ｉ））。その後、保護層２９の上面に、電鋳法によって所望の厚さのＮｉを析出させ、吐出室２１等の隔壁を形成する。これにより、吐出室２１、リザーバ２６及びオリフィス２７となる凹部が形成される（図９（ｊ））。最後に、ピン等により貫通孔２８を形成し、単結晶シリコン基板２００の上面にノズル基板３０を接着剤で接合することにより、液滴吐出ヘッドが完成する（図９（ｋ））。
【００３５】
このように構成された液滴吐出ヘッドにおいては、スペーサ層１５を成膜により形成することで、振動板２２（個別電極２４）と共通電極１１とのギャップ長を高精度に形成することができる。また、従来の液滴吐出ヘッドの電極用凹部に相当するスペーサ層１５の開口部を高精度に形成することができる。また、個別電極２４の間に絶縁層２３が設けられているので、各個別電極２４（振動板２２）間で電気的な導通が起こらず、液滴吐出ヘッドの誤作動を防止できる。
【００３６】
また、個別電極２４間に形成された絶縁層２３は吐出室２１間の隔壁の幅よりも大きくなっているので、各個別電極２４（振動板２２）間での電気的な導通をより防止することができ、液滴吐出ヘッドの誤作動をさらに防止できる。
【００３７】
また、平面状となる共通電極１１の表面に共通電極側絶縁層１２を形成しているので、カバレッジ不良等の心配がなく良好な絶縁性を有する共通電極側絶縁層１２を形成することができる。
【００３８】
また、個別電極２４とドライバＩＣ４０とを接続する個別電極リード部１４が電極基板１０に形成されている。このため、電極基板１０とキャビティ基板２０（単結晶シリコン基板２００）とを位置合わせして接合するだけで、個別電極２４と個別電極リード部１４を接続することができる。したがって、個別電極２４とドライバＩＣ４０との接続が容易となる。
【００３９】
実施の形態２．
図１０は、上述の実施の形態１で製造した液滴吐出ヘッドを用いた液滴吐出装置（プリンタ４００）の外観図である。また、図１１は、液滴吐出装置の主要な構成手段の一例を表す図である。図１０及び図１１の液滴吐出装置は液滴吐出方式（インクジェット方式）による印刷を目的とする。また、いわゆるシリアル型の装置である。図１１において、被印刷物であるプリント紙４１０が支持されるドラム４０１と、プリント紙４１０にインクを吐出し、記録を行う液滴吐出ヘッド４０２とで主に構成される。また、図示していないが、液滴吐出ヘッド４０２にインクを供給するためのインク供給手段がある。プリント紙４１０は、ドラム４０１の軸方向に平行に設けられた紙圧着ローラ４０３により、ドラム４０１に圧着して保持される。そして、送りネジ４０４がドラム４０１の軸方向に平行に設けられ、液滴吐出ヘッド４０２が保持されている。送りネジ４０４が回転することによって液滴吐出ヘッド４０２がドラム４０１の軸方向に移動するようになっている。
【００４０】
一方、ドラム４０１は、ベルト４０５等を介してモータ４０６により回転駆動される。また、プリント制御手段４０７は、印画データ及び制御信号に基づいて送りネジ４０４、モータ４０６を駆動させる。また、ここでは図示していないが、実施の形態１で説明したようにドライバＩＣ４０から個別電極２４電圧を印加し、各振動板２２を振動させ、液体（インク）を吐出しながらプリント紙４１０に印刷を行う。
【００４１】
ここでは液体をインクとしてプリント紙４１０に吐出するようにしているが、液滴吐出ヘッドから吐出する液体はインクに限定されない。例えば、カラーフィルタとなる基板に吐出させる用途においては、カラーフィルタ用の顔料を含む液体、有機化合物等の電界発光素子を用いた表示パネル（ＯＬＥＤ等）の基板に吐出させる用途においては、発光素子となる化合物を含む液体、基板上に配線する用途においては、例えば導電性金属を含む液体を、それぞれの装置において設けられた液滴吐出ヘッドから吐出させるようにしてもよい。また、液滴吐出ヘッドをディスペンサとし、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。その他、布等の染料の吐出等にも利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの分解斜視図である。
【図２】実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの長手方向縦断面図である。
【図３】実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの短手方向縦断面図である。
【図４】実施の形態１に係る液滴ヘッドの上面図である。
【図５】実施の形態１に係る電極基板の製造工程を示す断面図である。
【図６】図５に続く製造工程を示す断面図である。
【図７】実施の形態１に係るキャビティ基板及び液滴吐出ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図８】図７に続く製造工程を示す断面図である。
【図９】図８に続く製造工程を示す断面図である。
【図１０】液滴吐出ヘッドを用いた液滴吐出装置の外観図である。
【図１１】液滴吐出装置の主要な構成手段の一例を表す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０ 電極基板、１１ 共通電極、１２ 共通電極側絶縁層、１３ 共通電極端子、１４ 個別電極リード部、１５ スペーサ層、１６ 開口部、１７ 液体供給口、２０ キャビティ基板、２１ 吐出室、２２ 振動板、２３ 絶縁層、２４ 個別電極、２６ リザーバ、２７ オリフィス、２８ 貫通孔、２９ 保護層、３０ ノズル基板、３１ ノズル、４０ ドライバＩＣ、１００ 耐熱硬質ガラス、１０１ 金属膜、１０２ ＳｉＯ2 膜、２００ 単結晶シリコン基板、２０１ ボロンドープ層、２０２ レジストマスク、２０３ ＳｉＯ2 膜、４００ プリンタ、４０１ ドラム、４０２ 液滴吐出ヘッド、４０３ 紙圧着ローラ、４０４ 送りネジ、４０５ ベルト、４０６ モータ、４０７ プリント制御手段、４１０ プリント紙。
【技術分野】
【０００１】
本発明は液滴吐出ヘッド、及びその液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置、並びにその液滴吐出ヘッドの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液滴を吐出するための液滴吐出ヘッドとして、例えばインクジェット記録装置に搭載されるインクジェットヘッドが知られている。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孔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孔に連通する吐出室、リザーバ等のインク流路が形成されたキャビティ基板とを備え、駆動部により吐出室に圧力を加えることによりインク滴を選択されたノズル孔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。
【０００３】
上記の方式のうち、静電気力を利用したインクジェットヘッドとしては、例えば、吐出室の底壁を振動板とし、この振動板に所定のギャップ（空隙）を介して対向する電極をガラス基板上に形成するものがある。この電極は、所定のギャップ長を確保するために、ガラス基板の表面に形成された凹部（以下、電極用凹部という）の底面にＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等の電極材料を成膜することにより形成されている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１１８１２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、インクジェットヘッドに対して、印字、画質等の高品位化の要求が一段と強まっている。このため、各ノズルから吐出されるインクの吐出量が安定しており、ノズルや吐出室を高密度化、多列化することが可能なインクジェットヘッドが望まれている。
【０００６】
このような要望を実現するためには、吐出室に対向配置される電極用凹部を高精度に形成する必要がある。例えば、印刷の高品位化のためには、各ノズルから吐出されるインクの吐出量を安定させる必要がある。インク吐出量は吐出室の底壁（振動板）と電極凹部に形成された電極との距離が影響するため、各ノズルから吐出されるインク量を安定させるためには、各電極用凹部の深さ（振動板と電極とのギャップ長）を高精度に形成する必要がある。また、例えば、吐出室やこの吐出室に対向配置される電極用凹部を高密度化するためには、吐出室と電極用凹部とを高精度に位置合わせする必要がある。このためには、電極凹部の幅寸法等や位置を高精度に形成する必要がある。
【０００７】
しかしながら、一般に、電極基板の電極用凹部はフッ酸を用いたエッチングによって形成されるため、電極用凹部を高精度に形成することは容易ではない。このため、電極用凹部の形状精度や位置精度のバラツキが大きくなってしまう。したがって、各ノズルからのインク吐出量の安定化や、ノズル及び吐出室の高密度化、多列化の実現が難しいという課題があった。
【０００８】
本発明は上述のような課題を解消するためになされたものであり、各ノズルからのインク吐出量の安定化や、ノズル及び吐出室の高密度化、多列化が可能な液滴吐出ヘッド、及びその液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置、並びにその液滴吐出ヘッドの製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、液滴を吐出する複数のノズルが形成されたノズル基板と、ノズルのそれぞれに連通し、底壁が振動板となる複数の吐出室、振動板のそれぞれに形成された複数の個別電極、及び個別電極のそれぞれの間に形成された絶縁層を有するキャビティ基板と、少なくとも振動板と対向する範囲に振動板を駆動する共通電極が形成された電極基板と、キャビティ基板と電極基板との間に設けられ、振動板と共通電極との間にギャップを形成するスペーサ層とを備えるものである。
【００１０】
本発明によれば、スペーサ層を成膜により形成することで、振動板（個別電極）と共通電極とのギャップ長を高精度に形成することができる。また、従来の電極用凹部に相当するスペーサ層の開口部を高精度に形成することができる。したがって、各ノズルからのインク吐出量の安定化や、ノズル及び吐出室の高密度化、多列化が可能な液滴吐出ヘッドを得ることができる。また、個別電極の間に絶縁層が設けられているので、各個別電極（振動板）間で電気的な導通が起こらず、液滴吐出ヘッドの誤作動を防止できる。
【００１１】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、絶縁層の幅が吐出室間の隔壁の幅よりも大きいものである。本発明によれば、各個別電極（振動板）間での電気的な導通を確実に防止することができ、液滴吐出ヘッドの誤作動をさらに防止できる。
【００１２】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、共通電極の表面に、個別電極と共通電極との短絡を防止する共通電極側絶縁層が形成されているものである。本発明によれば、平面状となる共通電極の表面に絶縁層を形成しているので、カバレッジ不良等の心配がなく良好な絶縁性を有する絶縁層を形成することができる。
【００１３】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、電極基板のキャビティ基板との対向面には、電極基板とキャビティ基板とを接合した状態において、個別電極と接続する個別電極リード部が形成されているものである。本発明によれば、電極基板とキャビティ基板とを位置合わせして接合するだけで、個別電極と個別電極リード部とを接続することができる。したがって、個別電極とドライバＩＣとの接続が容易となる。
【００１４】
また、本発明に係る液滴吐出装置は、上記の液滴吐出ヘッドを搭載したものである。
本発明によれば、上記の液滴吐出ヘッドを搭載しているので、吐出性能がよく、例えば、画像印刷等の用途の場合、高画質化を図ることができる。
【００１５】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、上記の液滴吐出ヘッドの製造方法であって、キャビティ基板の電極基板との対向面に個別電極を形成する工程と、個別電極の間に絶縁層を形成する工程と、電極基板のキャビティ基板との対向面に共通電極及びスペーサ層を成膜する工程と、キャビティ基板と前記電極基板とを接合する工程とを有するものである。本発明によれば、スペーサ層を成膜して形成することができるので、振動板となる個別電極と共通電極とのギャップ長を高精度に形成することができる。また、電極用凹部に相当するスペーサ層の開口部を高精度に形成することができる。したがって、ノズル及び吐出室の高密度化、多列化が可能な液滴吐出ヘッドを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの分解斜視図である。図２は、この液滴吐出ヘッドの長手方向縦断面図である。図３は、この液滴吐出ヘッドの短手方向縦断面図である。また、図４は、この液滴ヘッドの上面図である。以下、これら図１〜図４を用いて、本発明の実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドについて説明する。
なお、図１〜図４では液滴吐出ヘッドの一部を示している。また、図を見やすくするため、図１〜図４では、各構成部材の大きさの関係が実際のものと異なる場合がある。また、図１の上側を上方向、下側を下方向、ノズル３１が並んでいる方向を液滴吐出ヘッドの短手方向、各ノズルへの液体の流路が形成されている方向を液滴吐出ヘッドの長手方向として説明する。
【００１７】
本実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドはフェイスイジェクト型の液滴吐出ヘッドであり、電極基板１０、キャビティ基板２０及びノズル基板３０の３つの基板が下から順に積層されて構成される。例えば電極基板１０とキャビティ基板２０とは陽極接合により接合されている。また、例えばキャビティ基板２０とノズル基板３０とはエポキシ樹脂等の接着剤を用いて接合されている。
【００１８】
キャビティ基板２０は、例えばＮｉを主要な材料としている。このキャビティ基板２０の上面には、吐出室２１となる凹部（底壁が振動板２２となっている）、及びリザーバ２６となるリザーバ凹部が形成されている。これら吐出室２１となる凹部及びリザーバ２６となるリザーバ凹部はオリフィス２７となる凹部で連通している。また、リザーバ２６となるリザーバ凹部には、リザーバ２６となるリザーバ凹部と後述の液体供給口１７とを連通させる貫通孔２８が形成されている。
【００１９】
キャビティ基板２０の下面（電極基板１０と対向する面）には、例えば厚さ０．８μｍの個別電極２４が形成されている。この個別電極２４は、吐出室２１となる凹部の底壁となっており、振動板２２として機能する。なお、個別電極２４は、単結晶シリコンにボロンがドープされたボロンドープ層で形成されており、その端部はキャビティ基板２０の側縁部まで延設されている。物理的性質に優れる単結晶シリコンで振動板２２を形成することにより、半導体プロセスを用いた高精度な加工が実現でき、良好な吐出特性と優れた駆動耐久性を有する液滴吐出ヘッドを実現できる。
【００２０】
また、キャビティ基板２０の下面には、個別電極２４が形成されていない範囲に、絶縁層２３となる例えば厚さ０．８μｍのＳｉＯ2 膜（例えばＴＥＯＳ膜）が形成されている。つまり、個別電極２４の間に、個別電極２４と同厚の絶縁層２３が形成されている。また、吐出室２１間の隔壁と対向する範囲（個別電極２４間）の絶縁層２３は、吐出室２１間の隔壁の幅よりも大きくなっている。なお、本実施の形態１では絶縁層２３をＳｉＯ2 膜で形成しているが、例えばＡｌ2Ｏ3（酸化アルミニウム（アルミナ））等を用いてもよい（以下の絶縁膜も同様である）。個別電極２４及び絶縁層２３の上面には、保護層２９が形成されている。これにより、個別電極２４及び絶縁層２３が液体に浸食されることを防止している。保護層２９を形成することにより、液体の選択自由度が向上する。なお、このキャビティ基板２０は、電鋳法によって保護層２９の上面にＮｉを析出することにより、吐出室２１、リザーバ２６及びオリフィス２７となる凹部が形成されている。
【００２１】
電極基板１０は、例えば厚さ１ｍｍのホウ珪酸系の耐熱硬質ガラス基板を主要な材料としている。本実施の形態１ではガラス基板とするが、例えば単結晶シリコンを基板とすることもできる。この電極基板１０の上面には、少なくとも振動板２２と対向する範囲に、共通電極１１が形成されている。この共通電極１１は、可視光領域で透明のＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：インジウム錫酸化物）を０．１μｍの厚さで成膜することにより形成される。なお、共通電極１１の材料はＩＴＯに限定するものではなく、クロム等の金属等を材料に用いてもよいが、本実施の形態１では、ギャップ内の観察がしやすい、透明であるので放電したかどうかの確認が行い易い等の理由でＩＴＯを用いることとする。
【００２２】
共通電極１１の上面には、共通電極側絶縁層１２となる厚さ０．１μｍのＳｉＯ2 膜が形成されている。これは、振動板２２と共通電極１１とを電気的に絶縁して、液滴吐出ヘッドを駆動させた時の絶縁膜破壊及び短絡を防止するためである。この共通電極側絶縁層１２は一部が開口しており、下方の共通電極１１が露出している。この共通電極１１の露出部が共通電極端子１３となり、共通電極１１はドライバＩＣ４０に接続されている。
【００２３】
共通電極側絶縁層１２の上面には、個別電極２４とドライバＩＣ４０とを接続するための個別電極リード部１４が形成されている。個別電極リード部１４は、例えば厚さが０．１μｍの金属膜（アルミニウム、銅、金とクロムの積層膜等）で形成されている。この個別電極リード部１４は、電極基板１０とキャビティ基板２０とを接合した状態において、一方の端部が個別電極２４と接続されており、他方の端部がキャビティ基板２０の外部に突出した状態となる。これにより、個別電極２４とドライバＩＣ４０との接続が容易となっている。
【００２４】
また、共通電極側絶縁層１２の上面には、個別電極リード部１４が形成されていない範囲に、スペーサ層１５となる例えば厚さ０．１μｍのＳｉＯ2 膜が形成されている。また、このスペーサ層１５には、吐出室２１となる凹部と対向する範囲に開口部１６が形成されている。電極基板１０とキャビティ基板２０とを接合した状態においては、このスペーサ層１５の開口部１６が振動板２２と共通電極１１との間にギャップを形成する。つまり、スペーサ層１５の厚みがギャップ長となる。また、スペーサ層１５の開口部１６が、従来の液滴吐出ヘッドの電極用凹部となる。このギャップ長は吐出特性に大きく影響する。なお、本実施の形態１ではスペーサ層１５を電極基板１０側に形成したが、スペーサ層１５をキャビティ基板２０の下面に形成してもよい。スペーサ層１５をキャビティ基板２０の下面に形成することにより、電極基板１０とキャビティ基板２０とを接合する際の位置合わせが容易となる。また、電極基板１０には、外部のタンク（図示せず）から供給された液体をリザーバ２６に供給するための液体供給口１７が形成されている。
【００２５】
ノズル基板３０は、例えば厚さ１８０μｍのシリコン基板であり、下面がキャビティ基板２０と接合している。このノズル基板３０には、吐出室２１と連通するノズル３１が形成されている。各ノズル３１は、振動板２２の変位により加圧された液体を液滴として外部に吐出する。本実施の形態１では、吐出した液滴の直進性向上を図るため、ノズル３１の孔を複数段で形成している。ここではノズル３１を有するノズル基板３０を上面とし、電極基板１０を下面として説明するが、実際に用いられる場合には、ノズル基板３０の方が電極基板１０よりも下面になることが多い。
【００２６】
（動作説明）
次に、本発明の実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの動作について説明する。
外部のタンク（図示せず）から供給された液体は、液体供給口１７、貫通孔２８、リザーバ２６及びオリフィス２７を介して吐出室２１に貯留される。吐出室２１の底壁である個別電極２４（振動板２２）に電圧を印加することにより、個別電極２４（振動板２２）が撓む。この個別電極２４（振動板２２）の撓みによって吐出室２１内の圧力を高め、ノズル３１から液滴を吐出させる。
【００２７】
この個別電極２４への電圧の印加はドライバＩＣ４０によって制御される。例えば２４ｋＨｚで発振し、個別電極２４に０Ｖと３０Ｖのパルス電位を印加して電荷供給を行う。個別電極２４（振動板２２）に電荷を供給して正に帯電させると、共通電極１１は相対的に負に帯電し、個別電極２４（振動板２２）は静電気力により共通電極１１に引き寄せられて撓む。これにより吐出室２１の容積は広がる。そして共通電極１１への電荷供給を止めると個別電極２４（振動板２２）は元に戻るが、そのときの吐出室２１の容積も元に戻るから、その圧力により差分の液滴が吐出し、例えば記録対象となる記録紙に着弾することによって記録が行われる。なお、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。なお、ノズル基板３０には、個別電極２４（振動板２２）が撓むことでリザーバ２６方向に加わる圧力を緩衝するために、ダイヤフラムを設けてもよい。
【００２８】
（製造方法）
本発明の実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの製造方法について図５〜図９を参照して説明する。ここでは、電極基板１０に単結晶シリコン基板２００を接合した後にキャビティ基板２０を製造する方法を示す。実際にはシリコンウェハ等から複数個分の液滴吐出ヘッドの部材を同時形成するが、図５〜図９ではその一部分だけを示している。
【００２９】
最初に、図５及び図６を用いて、電極基板１０の製造方法について説明する。
厚さ１ｍｍの両面鏡面のホウ珪酸系の耐熱硬質ガラス１００を用意し、上面に、共通電極１１となる厚さ０．１μｍのＩＴＯ膜をスパッタリング法により形成する（図５（ａ））。共通電極１１をスパッタリング法で形成することにより、共通電極１１の材料の選択自由度が向上する。その後、共通電極側絶縁層１２となる厚さ０．１μｍのＳｉＯ2 膜をＣＶＤ法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により形成する（図５（ｂ））。共通電極側絶縁層１２をＣＶＤ法で形成することにより、高密度で絶縁耐圧の高い、良質な絶縁層を形成することができる。
【００３０】
次に、個別電極リード部１４となる厚さ０．１μｍの金属膜１０１をスパッタリング法により形成する（図５（ｃ））。その後、フォトリソグラフィ法によって、金属膜１０１に個別電極リード部１４の形状をパターニングする。そして、ウェットエッチング等を行い、個別電極リード部１４を形成する（図５（ｄ））。次に、ＣＶＤ法によって、スペーサ層１５となる厚さ０．１μｍのＳｉＯ2 膜１０２を形成する（図５（ｅ））。その後、フォトリソグラフィ法によって、ＳｉＯ2 膜１０２にスペーサ層１５の形状をパターニングする。そして、ウェットエッチング等を行い、スペーサ層１５を形成する（図６（ｆ））。これにより、開口部１６が形成される。
【００３１】
次に、フォトリソグラフィ法によって、共通電極側絶縁層１２に共通電極端子１３の形状をパターニングする。そして、ウェットエッチング等を行い、共通電極端子１３を開口する（図６（ｇ））。その後、ドリル等によって耐熱硬質ガラス１００を削り、液体供給口１７を形成して、電極基板１０が完成する（図６（ｈ））。
【００３２】
続いて、図７〜図９を用いて、キャビティ基板２０及び液滴吐出ヘッドの製造方法について説明する。
被加工基板として、単結晶シリコン基板２００を用意する（図７（ａ））。その後、この単結晶シリコン基板２００の下面に、振動板２２となる厚さ０．８μｍの高濃度ボロンドープ層２０１を熱拡散法により形成する（図７（ｂ））。次に、ボロンドープ層２０１の下面にレジストを塗布し、フォトリソグラフィ法によって、個別電極２４の形状をパターニングする。そして、ウェットエッチング等を行い、個別電極２４の形状をしたレジストマスク２０２を形成する（図７（ｃ））。その後、ウェットエッチング等を行い、個別電極２４を形成する（図７（ｄ））。ここで、単結晶シリコン基板２００を電極基板１０に接合するまでの間、単結晶シリコン基板２００は、個別電極２４等を形成する際のサポート基板として機能する。
【００３３】
次に、ＣＶＤ法によって、単結晶シリコン基板２００及びレジストマスク２０２の下面に厚さ０．８μｍのＳｉＯ2 膜２０３を形成する（図７（ｅ））。そして、レジストマスク２０２及びこのレジストマスク２０２の下面に形成されたＳｉＯ2 膜２０３を剥離して、個別電極２４の間に絶縁層２３を形成する（図８（ｆ））。絶縁層２３は、成膜により形成されているので、個別電極２４と同厚に形成することができる。なお、絶縁層２３と個別電極２４との凹凸が大きい場合は、ケミカルポリッシュ等の研磨を行ってもよい。
【００３４】
次に、単結晶シリコン基板２００と電極基板１０とを、陽極接合により接合する（図８（ｇ））。その後、単結晶シリコン基板２００の上面から研削加工及び研磨加工を施し、個別電極２４及び絶縁層２３が露出するまで薄板化する（図８（ｈ））。なお、単結晶シリコン基板２００を薄板化した後は、電極基板１０がサポート基板として機能する。次に、個別電極２４及び絶縁層２３以外の範囲をマスキングし、個別電極２４及び絶縁層２３の上面に、保護層２９となる厚さ０．１μｍのＴａ2Ｏ3（酸化タンタル）膜を形成する（図８（ｉ））。その後、保護層２９の上面に、電鋳法によって所望の厚さのＮｉを析出させ、吐出室２１等の隔壁を形成する。これにより、吐出室２１、リザーバ２６及びオリフィス２７となる凹部が形成される（図９（ｊ））。最後に、ピン等により貫通孔２８を形成し、単結晶シリコン基板２００の上面にノズル基板３０を接着剤で接合することにより、液滴吐出ヘッドが完成する（図９（ｋ））。
【００３５】
このように構成された液滴吐出ヘッドにおいては、スペーサ層１５を成膜により形成することで、振動板２２（個別電極２４）と共通電極１１とのギャップ長を高精度に形成することができる。また、従来の液滴吐出ヘッドの電極用凹部に相当するスペーサ層１５の開口部を高精度に形成することができる。また、個別電極２４の間に絶縁層２３が設けられているので、各個別電極２４（振動板２２）間で電気的な導通が起こらず、液滴吐出ヘッドの誤作動を防止できる。
【００３６】
また、個別電極２４間に形成された絶縁層２３は吐出室２１間の隔壁の幅よりも大きくなっているので、各個別電極２４（振動板２２）間での電気的な導通をより防止することができ、液滴吐出ヘッドの誤作動をさらに防止できる。
【００３７】
また、平面状となる共通電極１１の表面に共通電極側絶縁層１２を形成しているので、カバレッジ不良等の心配がなく良好な絶縁性を有する共通電極側絶縁層１２を形成することができる。
【００３８】
また、個別電極２４とドライバＩＣ４０とを接続する個別電極リード部１４が電極基板１０に形成されている。このため、電極基板１０とキャビティ基板２０（単結晶シリコン基板２００）とを位置合わせして接合するだけで、個別電極２４と個別電極リード部１４を接続することができる。したがって、個別電極２４とドライバＩＣ４０との接続が容易となる。
【００３９】
実施の形態２．
図１０は、上述の実施の形態１で製造した液滴吐出ヘッドを用いた液滴吐出装置（プリンタ４００）の外観図である。また、図１１は、液滴吐出装置の主要な構成手段の一例を表す図である。図１０及び図１１の液滴吐出装置は液滴吐出方式（インクジェット方式）による印刷を目的とする。また、いわゆるシリアル型の装置である。図１１において、被印刷物であるプリント紙４１０が支持されるドラム４０１と、プリント紙４１０にインクを吐出し、記録を行う液滴吐出ヘッド４０２とで主に構成される。また、図示していないが、液滴吐出ヘッド４０２にインクを供給するためのインク供給手段がある。プリント紙４１０は、ドラム４０１の軸方向に平行に設けられた紙圧着ローラ４０３により、ドラム４０１に圧着して保持される。そして、送りネジ４０４がドラム４０１の軸方向に平行に設けられ、液滴吐出ヘッド４０２が保持されている。送りネジ４０４が回転することによって液滴吐出ヘッド４０２がドラム４０１の軸方向に移動するようになっている。
【００４０】
一方、ドラム４０１は、ベルト４０５等を介してモータ４０６により回転駆動される。また、プリント制御手段４０７は、印画データ及び制御信号に基づいて送りネジ４０４、モータ４０６を駆動させる。また、ここでは図示していないが、実施の形態１で説明したようにドライバＩＣ４０から個別電極２４電圧を印加し、各振動板２２を振動させ、液体（インク）を吐出しながらプリント紙４１０に印刷を行う。
【００４１】
ここでは液体をインクとしてプリント紙４１０に吐出するようにしているが、液滴吐出ヘッドから吐出する液体はインクに限定されない。例えば、カラーフィルタとなる基板に吐出させる用途においては、カラーフィルタ用の顔料を含む液体、有機化合物等の電界発光素子を用いた表示パネル（ＯＬＥＤ等）の基板に吐出させる用途においては、発光素子となる化合物を含む液体、基板上に配線する用途においては、例えば導電性金属を含む液体を、それぞれの装置において設けられた液滴吐出ヘッドから吐出させるようにしてもよい。また、液滴吐出ヘッドをディスペンサとし、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。その他、布等の染料の吐出等にも利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの分解斜視図である。
【図２】実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの長手方向縦断面図である。
【図３】実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの短手方向縦断面図である。
【図４】実施の形態１に係る液滴ヘッドの上面図である。
【図５】実施の形態１に係る電極基板の製造工程を示す断面図である。
【図６】図５に続く製造工程を示す断面図である。
【図７】実施の形態１に係るキャビティ基板及び液滴吐出ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図８】図７に続く製造工程を示す断面図である。
【図９】図８に続く製造工程を示す断面図である。
【図１０】液滴吐出ヘッドを用いた液滴吐出装置の外観図である。
【図１１】液滴吐出装置の主要な構成手段の一例を表す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０ 電極基板、１１ 共通電極、１２ 共通電極側絶縁層、１３ 共通電極端子、１４ 個別電極リード部、１５ スペーサ層、１６ 開口部、１７ 液体供給口、２０ キャビティ基板、２１ 吐出室、２２ 振動板、２３ 絶縁層、２４ 個別電極、２６ リザーバ、２７ オリフィス、２８ 貫通孔、２９ 保護層、３０ ノズル基板、３１ ノズル、４０ ドライバＩＣ、１００ 耐熱硬質ガラス、１０１ 金属膜、１０２ ＳｉＯ2 膜、２００ 単結晶シリコン基板、２０１ ボロンドープ層、２０２ レジストマスク、２０３ ＳｉＯ2 膜、４００ プリンタ、４０１ ドラム、４０２ 液滴吐出ヘッド、４０３ 紙圧着ローラ、４０４ 送りネジ、４０５ ベルト、４０６ モータ、４０７ プリント制御手段、４１０ プリント紙。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を吐出する複数のノズルが形成されたノズル基板と、
前記ノズルのそれぞれに連通し、底壁が振動板となる複数の吐出室、前記振動板のそれぞれに形成された複数の個別電極、及び前記個別電極のそれぞれの間に形成された絶縁層を有するキャビティ基板と、
少なくとも前記振動板と対向する範囲に前記振動板を駆動する共通電極が形成された電極基板と、
前記キャビティ基板と前記電極基板との間に設けられ、前記振動板と前記共通電極との間にギャップを形成するスペーサ層と、
を備えることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
前記絶縁層の幅は、前記吐出室の隔壁の幅よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
前記共通電極の表面に、前記個別電極と前記共通電極との短絡を防止する共通電極側絶縁層が形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
前記電極基板の前記キャビティ基板との対向面には、
前記電極基板と前記キャビティ基板とを接合した状態において、前記個別電極と接続する個別電極リード部が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか一項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６】
請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法であって、
前記キャビティ基板の前記電極基板との対向面に前記個別電極を形成する工程と、
前記個別電極の間に前記絶縁層を形成する工程と、
前記電極基板の前記キャビティ基板との対向面に前記共通電極及び前記スペーサ層を成膜する工程と、
前記キャビティ基板と前記電極基板とを接合する工程と、
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１】
液滴を吐出する複数のノズルが形成されたノズル基板と、
前記ノズルのそれぞれに連通し、底壁が振動板となる複数の吐出室、前記振動板のそれぞれに形成された複数の個別電極、及び前記個別電極のそれぞれの間に形成された絶縁層を有するキャビティ基板と、
少なくとも前記振動板と対向する範囲に前記振動板を駆動する共通電極が形成された電極基板と、
前記キャビティ基板と前記電極基板との間に設けられ、前記振動板と前記共通電極との間にギャップを形成するスペーサ層と、
を備えることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
前記絶縁層の幅は、前記吐出室の隔壁の幅よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
前記共通電極の表面に、前記個別電極と前記共通電極との短絡を防止する共通電極側絶縁層が形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
前記電極基板の前記キャビティ基板との対向面には、
前記電極基板と前記キャビティ基板とを接合した状態において、前記個別電極と接続する個別電極リード部が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか一項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６】
請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法であって、
前記キャビティ基板の前記電極基板との対向面に前記個別電極を形成する工程と、
前記個別電極の間に前記絶縁層を形成する工程と、
前記電極基板の前記キャビティ基板との対向面に前記共通電極及び前記スペーサ層を成膜する工程と、
前記キャビティ基板と前記電極基板とを接合する工程と、
を有することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−３６４６６（Ｐ２０１０−３６４６６Ａ）
【公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２０２３０３（Ｐ２００８−２０２３０３）
【出願日】平成２０年８月５日（２００８．８．５）
【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２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月５日（２００８．８．５）
【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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