JP5814963B2 - インクジェットヘッド、インクジェット記録装置、およびインクジェットヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、インクジェットヘッド、インクジェット記録装置、およびインクジェットヘッドの製造方法に関する。

いわゆるオンデマンド型インクジェット記録方式は、画像信号に従ってノズルからインク滴を吐出し、記録紙上にインク滴による画像を形成するものである。オンデマンド型インクジェット記録方式は、発熱素子型と圧電素子型とを含む。

発熱素子型では、インクの流路にある発熱体が、インク中に気泡を発生させる。気泡によって押されたインク滴が、ノズルから吐出される。一方、圧電素子型では、圧電素子（ピエゾ素子）が変形することで、インク室に収容されたインクに圧力変化を生じさせる。これにより、加圧されたインク滴が、ノズルから吐出される。

圧電素子型の一例としてのインクジェットヘッドは、インクを加圧する駆動素子（アクチュエータ）を有する。当該駆動素子は、例えば、圧電体膜と、前記圧電体膜の両面に形成された金属電極膜と、を有する。

上記インクジェットヘッドは、インクを収容する圧力室を有する。圧力室の一方の端部に、上記駆動素子が取り付けられた振動板がある。圧力室の他方の端部に、ノズルを有するノズルプレートがある。

二つの前記電極膜に駆動波形（電圧）が印加されると、当該電極膜を介して分極の方向と同方向の電界が圧電体膜に印加される。これにより、駆動素子は電界方向と直交する方向に伸縮する。この伸縮を利用して振動板が変形する。振動板が変形することで圧力室内のインクに圧力変化が発生し、ノズルからインク滴が吐出される。

特開平１１−２３５８１８号公報

インクジェットヘッドにおいて、ノズルプレートが駆動素子および振動板を有する場合がある。この場合、ノズルプレートの駆動素子は、当該駆動素子の厚みによって凹凸を生じさせる。ノズルプレートの表面に凹凸があると、当該ノズルプレートの表面の洗浄が難しくなる。例えば、前記ノズルプレート表面を洗浄したとしても、上記凹凸にインクが残る可能性がある。しかし、ノズルプレートの凹凸が少ないインクジェットヘッドは、製造が難しい場合がある。

本発明が解決しようとする課題は、容易に製造可能でノズルプレートの表面の洗浄が容易なインクジェットヘッドおよびインクジェット記録装置と、洗浄が容易なインクジェットヘッドを容易に製造する方法と、を提供することにある。

一つの実施の形態に係るインクジェットヘッドは、基材と、ノズルプレートとを備える。前記基材は、インクを収容する圧力室を有する。前記ノズルプレートは、前記圧力室を塞ぐ振動板と、前記振動板上にあって電圧が印加されたときに前記振動板を変形させることで前記圧力室の容積を変化させる所定のパターンに形成された圧電駆動素子と、前記振動板および前記圧電駆動素子を覆い、前記圧電駆動素子に起因する表面に段差を有する保護膜と、前記振動板および前記保護膜の少なくとも一方にあって前記圧力室に連通するノズルと、を有する。前記圧電駆動素子以外の領域の前記保護膜の表面と前記振動板との間の第１の距離は、前記保護膜の表面と前記圧電駆動素子との間の第２の距離よりも大きい。

第１の実施の形態に係るインクジェットプリンタを示す断面図。 第１の実施形態の画像形成装置を示す斜視図。 第１の実施形態のインクジェットヘッドを示す平面図。 第１の実施形態のインクジェットヘッドの一部を示す断面図。 第１の実施形態のシリコンウエハを示す平面図。 第２の実施の形態に係るインクジェットヘッドの一部を示す断面図。 第３の実施の形態に係るインクジェットヘッドの一部を示す断面図。 第４の実施の形態に係るインクジェットヘッドの一部を示す断面図。 第５の実施の形態に係るインクジェットヘッドの一部を示す断面図。 第６の実施の形態に係るインクジェットヘッドを示す平面図。 第７の実施の形態に係るインクジェットプリンタを示す斜視図。 第７の実施形態のインクジェットヘッドの一部を示す断面図。

以下に、第１の実施の形態について、図１から図５を参照して説明する。なお、複数の表現が可能な各要素に、一つ以上の他の表現の例を付すことがある。しかし、これは、他の表現が付されていない要素について異なる表現がされることを否定するものではないし、例示されていない他の表現がされることを制限するものでもない。また、各図面は実施形態を概略的に示すものであり、図面に示される各要素の寸法は、実施形態の説明と異なることがある。

図１は、第１の実施の形態に係るインクジェットプリンタ１を示す断面図である。インクジェットプリンタ１は、インクジェット記録装置の一例である。なお、インクジェット記録装置はこれに限らず、複写機のような他の装置であっても良い。

図１に示すように、インクジェットプリンタ１は、例えば、記録媒体である記録紙Ｐを搬送しながら画像形成等の各種処理を行う。インクジェットプリンタ１は、筐体１０と、給紙カセット１１と、排紙トレイ１２と、保持ローラ（ドラム）１３と、搬送装置１４と、保持装置１５と、画像形成装置１６と、除電剥離装置１７と、反転装置１８と、クリーニング装置１９とを備える。

給紙カセット１１は、複数の記録紙Ｐを収容して、筐体１０内に配置される。排紙トレイ１２は、筐体１０の上部にある。インクジェットプリンタ１によって画像形成がされた記録紙Ｐは、排紙トレイ１２に排出される。

搬送装置１４は、記録紙Ｐが搬送される経路に沿って配置された複数のガイドおよび複数の搬送ローラを有する。当該搬送ローラは、モータに駆動されて回転することで、記録紙Ｐを給紙カセット１１から排紙トレイ１２まで搬送する。

保持ローラ１３は、導体によって形成された円筒状のフレームと、当該フレームの表面に形成された薄い絶縁層とを有する。前記フレームは接地（グランド接続）される。保持ローラ１３は、その表面上に記録紙Ｐを保持した状態で回転することにより、記録紙Ｐを搬送する。

保持装置１５は、搬送装置１４によって給紙カセット１１から搬出された記録紙Ｐを、保持ローラ１３の表面（外周面）に吸着させて保持させる。保持装置１５は、記録紙Ｐを保持ローラ１３に対して押圧した後、帯電による静電気力で記録紙Ｐを保持ローラ１３に吸着させる。

画像形成装置１６は、保持装置１５によって保持ローラ１３の外面に保持された記録紙Ｐに、画像を形成する。画像形成装置１６は、保持ローラ１３の表面に面する複数のインクジェットヘッド２１を有する。複数のインクジェットヘッド２１は、シアン、マゼンダ、イエロー、ブラックの四色のインクを、それぞれ記録紙Ｐに吐出することで、画像を形成する。

除電剥離装置１７は、画像が形成された記録紙Ｐを除電することで、保持ローラ１３から剥離する。除電剥離装置１７は、電荷を供給して記録紙Ｐを除電し、記録紙Ｐと保持ローラ１３との間に爪を挿入する。これにより、記録紙Ｐは保持ローラ１３から剥離される。保持ローラ１３から剥離された記録紙Ｐは、搬送装置１４によって、排紙トレイ１２または反転装置１８に搬送される。

クリーニング装置１９は、保持ローラ１３を清浄する。クリーニング装置１９は、保持ローラ１３の回転方向において除電剥離装置１７よりも下流にある。クリーニング装置１９は、回転する保持ローラ１３の表面にクリーニング部材１９ａを当接させ、回転する保持ローラ１３の表面を洗浄する。

反転装置１８は、保持ローラ１３から剥離された記録紙Ｐの表裏面を反転させ、当該記録紙Ｐを再び保持ローラ１３の表面上に供給する。反転装置１８は、例えば記録紙Ｐを前後方向逆にスイッチバックさせる所定の反転経路に沿って記録紙Ｐを搬送することにより、記録紙Ｐを反転させる。

図２は、画像形成装置１６に含まれる一つのインクジェットヘッド２１を分解して示す斜視図である。図３は、インクジェットヘッド２１を示す平面図である。図４は、図３のＦ４−Ｆ４線に沿ってインクジェットヘッド２１の一部を示す断面図である。なお、図２よび図３は、説明のために、本来は隠れる種々の要素を実線で示す。

図２に示すように、インクジェットプリンタ１は、複数のインクジェットヘッド２１に接続される複数のインクタンク２３および複数の制御部２４を備える。インクジェットヘッド２１は、対応する色のインクを収容するインクタンク２３に接続される。

インクジェットヘッド２１は、保持ローラ１３に保持された記録紙Ｐに、インク滴を吐出することで文字や画像を形成する。インクジェットヘッド２１は、ノズルプレート１００と、圧力室構造体２００と、セパレートプレート３００と、インク流路構造体４００とを備える。圧力室構造体２００は、基材の一例である。

ノズルプレート１００は、矩形の板状に形成される。ノズルプレート１００は、複数のノズル（オリフィス、インク吐出孔）１０１と、複数の駆動素子（アクチュエータ）１０２と、を有する。

複数のノズル１０１は、円形の孔である。ノズル１０１の直径は、例えば２０μｍである。ノズル１０１は、ノズルプレート１００の長手方向に沿って二列に並んでいる。一方の列のノズル１０１と、他方の列のノズル１０１とは、ノズルプレート１００の長手方向において交互に配置される。すなわち、複数のノズル１０１は、千鳥状（互い違い）に配置される。これにより、複数の駆動素子１０２がより高密度に配置される。

ノズルプレート１００の長手方向において、隣接するノズル１０１の中心間距離は、例えば、３４０μｍである。ノズルプレート１００の短手方向において、ノズル１０１の二つの列の間の距離は、例えば、２４０μｍである。

複数の駆動素子１０２は、複数のノズル１０１に対応して配置される。言い換えると、駆動素子１０２は、対応するノズル１０１と同一軸上に位置する。駆動素子１０２は、円環状に形成され、対応するノズル１０１を囲む。駆動素子１０２はこれに限らず、例えば、一部が開放された円環状（Ｃ字状）であっても良い。

圧力室構造体２００は、シリコンウエハによって、矩形の板状に形成される。なお、圧力室構造体２００はこれに限らず、例えば、炭化シリコン（ＳｉＣ）ゲルマニウム基板のような他の半導体であっても良い。また、基材はこれに限らず、半導体以外の材料によって形成されても良い。圧力室構造体２００の厚さは、例えば５２５μｍである。

図４に示すように、圧力室構造体２００は、第１の面２００ａと、第２の面２００ｂと、複数の圧力室（インク室）２０１を有する。第１および第２の面２００ａ，２００ｂは、平坦化される。第２の面２００ｂは、第１の面２００ａの反対側に位置する。ノズルプレート１００は、第１の面２００ａに固着する。

複数の圧力室２０１は円形の孔である。圧力室２０１の直径は、例えば、２４０μｍである。なお、圧力室２０１の形状はこれに限らない。圧力室２０１は、圧力室構造体２００をその厚さ方向に貫通し、第１および第２の面２００ａ，２００ｂにそれぞれ開口する。第１の面２００ａに開口する複数の圧力室２０１は、ノズルプレート１００によって塞がれる。

複数の圧力室２０１は、複数のノズル１０１に対応して配置される。言い換えると、圧力室２０１は、対応するノズル１０１と同一軸上に位置する。このため、圧力室２０１に、対応するノズル１０１が連通する。圧力室２０１は、ノズル１０１を介してインクジェットヘッド２１の外部につながる。

セパレートプレート３００は、例えばステンレスによって矩形の板状に形成される。セパレートプレート３００の厚さは、例えば２００μｍである。セパレートプレート３００は、圧力室構造体２００の第２の面２００ｂに、例えばエポキシ系接着剤によって接着される。このため、第２の面２００ｂに開口する圧力室２０１は、セパレートプレート３００によって塞がれる。

セパレートプレート３００は、複数のインク絞り３０１を有する。インク絞り３０１は、円形の孔である。インク絞り３０１の直径は、例えば５０μｍである。インク絞り３０１の直径は、圧力室２０１の直径の１／４以下である。

インク絞り３０１は、複数の圧力室２０１に対応して配置される。言い換えると、インク絞り３０１は、対応する圧力室２０１と同一軸上に位置する。このため、圧力室２０１に、対応するインク絞り３０１が開口する。

インク流路構造体４００は、例えばステンレスによって矩形の板状に形成される。インク流路構造体４００の厚さは、例えば４ｍｍである。なお、インク流路構造体４００および上記セパレートプレート３００の材料は、ステンレスに限らない。例えば、セラミックスまたは樹脂のような他の材料によって形成されても良い。使用されるセラミックスは、例えば、アルミナセラミックス、ジルコニア、炭化ケイ素、窒化ケイ素のような窒化物、または酸化物である。使用される樹脂は、例えば、ＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、またはポリエーテルサルフォンのようなプラスチック材である。セパレートプレート３００およびインク流路構造体４００の材料は、インクを吐出するための圧力の発生に影響が生じないように、ノズルプレート１００との膨張係数の差を考慮して選択される。

インク流路構造体４００は、例えばエポキシ系接着剤によって、セパレートプレート３００に接着される。セパレートプレート３００は、圧力室構造体２００とインク流路構造体４００とに挟まれる。図２に示すように、インク流路構造体４００は、インク流路４０１と、インク供給口４０２と、インク排出口４０３とを有する。

インク流路４０１は、セパレートプレート３００に接着されるインク流路構造体４００の表面に形成された溝である。インク流路４０１の深さは、例えば２ｍｍである。インク流路４０１は、複数のインク絞り３０１を囲む。言い換えると、複数のインク絞り３０１は、インク流路４０１に開口する。

インク供給口４０２は、インク流路４０１の一方の端部に開口する。インク供給口４０２は、例えばチューブを介してインクタンク２３に接続される。インクタンク２３は、インク流路４０１を介して複数の圧力室２０１に接続される。

インクタンク２３のインクは、インク供給口４０２を通って、インク流路４０１に流入する。インク流路４０１に供給されたインクは、複数のインク絞り３０１を通って、複数の圧力室２０１に供給される。インク絞り３０１は、複数の圧力室２０１へそれぞれ流入するインクの流路抵抗をほぼ同程度にする。圧力室２０１に充填されたインクは、圧力室２０１に開口するノズル１０１内にも流入する。インクジェットプリンタ１は、インクの圧力を適切な負圧に保つことで、インクをノズル１０１内に留める。インクは、ノズル１０１内にメニスカスを生じさせるとともに、ノズル１０１から漏れ出さないように維持される。

インク排出口４０３は、インク流路４０１の他方の端部に開口する。インク排出口４０３は、例えばチューブを介してインクタンク２３に接続される。圧力室２０１に流入しなかったインク流路４０１のインクは、インク排出口４０３を通って、インクタンク２３に排出される。このように、インクタンク２３とインク流路４０１との間で、インクが循環する。インクが循環することで、インクジェットヘッド２１と、インクとの温度が一定に保たれ、例えば熱によるインクの変質が抑制される。

次に、ノズルプレート１００について詳しく説明する。図４に示すように、ノズルプレート１００は、上述のノズル１０１および駆動素子１０２と、振動板１０５と、共有電極１０６と、複数の配線電極１０７と、保護膜（絶縁膜）１０８と、撥インク膜１０９とを有する。

振動板１０５は、例えば、圧力室構造体２００の第１の面２００ａに成膜されたＳｉＯ_２（二酸化ケイ素）によって、矩形の板状に形成される。振動板１０５は、シリコンウエハである圧力室構造体２００の酸化膜である。振動板１０５の厚さは、例えば２μｍである。振動板１０５の厚さは、概ね１〜５０μｍの範囲にある。

振動板１０５は、第１の面１０５ａと、第２の面１０５ｂとを有する。第１の面１０５ａは、圧力室構造体２００に固着し、複数の圧力室２０１を塞ぐ。第２の面１０５ｂは、第１の面１０５ａの反対側に位置する。

共有電極１０６は、振動板１０５の第２の面１０５ｂに形成される。図３および図４に示すように、共有電極１０６は、二つの端子部１０６ａと、複数の配線部１０６ｂと、複数の電極部１０６ｃとを有する。二つの端子部１０６ａは、振動板１０５の短手方向の一方の端部に位置し、振動板１０５の長手方向の両端部に配置される。

複数の配線電極１０７は、端子部１０７ａと、配線部１０７ｂと、電極部１０７ｃとをそれぞれ有する。複数の配線電極１０７の端子部１０７ａは、振動板１０５の短手方向の一方の端部に位置し、共有電極１０６の二つの端子部１０６ａの間に並んで配置される。

共有電極１０６および複数の配線電極１０７は、例えば、Ｐｔ（白金）の薄膜である。なお、共有電極１０６および複数の配線電極１０７は、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｕ（銅）、Ａｌ（アルミニウム）、Ａｇ（銀）、Ｔｉ（チタン）、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）、Ａｕ(金)のような他の材料によって形成されても良い。共有電極１０６および複数の配線電極１０７の厚さは、例えば０．５μｍである。共有電極１０６および複数の配線電極１０７の膜厚は、概ね０．０１〜１μｍの範囲にある。共有電極１０６および複数の配線電極１０７の配線部１０６ｂ，１０７ｂの幅は、例えば８０μｍである。

図４に示すように、駆動素子１０２は、振動板１０５の第２の面１０５ｂにある。駆動素子１０２は、対応するノズル１０１からインク滴を吐出させるための圧力を、対応する圧力室２０１のインクに発生させる。

複数の駆動素子１０２は、共有電極１０６の電極部１０６ｃと、配線電極１０７の電極部１０７ｃと、圧電体膜１１１と、絶縁膜１１２とをそれぞれ有する。共有電極１０６の電極部１０６ｃは、下部電極とも称される。配線電極１０７の電極部１０７ｃは、上部電極とも称される。

共有電極１０６の電極部１０６ｃは、ノズル１０１を囲む円環状に形成される。電極部１０６ｃは、ノズル１０１と同一軸上に位置する。電極部１０６ｃの外径は、例えば１７２μｍである。電極部１０６ｃの内径は、例えば４２μｍである。

図３に示すように、共有電極１０６の複数の配線部１０６ｂは、対応する駆動素子１０２の電極部１０６ｃと、二つの端子部１０６ａとから、それぞれ延びる。複数の配線部１０６ｂは、ノズルプレート１００の短手方向に沿って平行に延びる。

複数の配線部１０６ｂは、ノズルプレート１００の短手方向の他方の端部において合体し、ノズルプレート１００の長手方向に沿って延びる部分を形成する。このため、二つの端子部１０６ａと、複数の電極部１０６ｃとは、複数の配線部１０６ｂによって接続される。

図４に示すように、圧電体膜１１１は、ノズル１０１を囲むとともに、共有電極１０６の電極部１０６ｃよりも大きい円環状に形成される。圧電体膜１１１は、ノズル１０１と同一軸上に位置する。圧電体膜１１１は、共有電極１０６の電極部１０６ｃを覆う。圧電体膜１１１の外径は、例えば１７６μｍである。圧電体膜１１１の内径は、例えば３８μｍである。

圧電体膜１１１は、圧電性材料であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の膜である。なお、圧電体膜１１１はこれに限らず、例えば、ＰＴＯ（ＰｂＴｉＯ_３：チタン酸鉛）、ＰＭＮＴ（Ｐｂ（Ｍｇ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３）、ＰＺＮＴ（Ｐｂ（Ｚｎ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３）、ＺｎＯ、およびＡｌＮのような種々の圧電性材料によって形成されても良い。

圧電体膜１１１の厚さは、例えば１μｍである。圧電体膜の厚さは、例えば、圧電特性および絶縁破壊電圧によって決定される。圧電体膜の厚さは、概ね０．１μｍから５μｍの範囲にある。

圧電体膜１１１は、その厚み方向に分極を発生させる。当該分極の方向と同方向の電界が圧電体膜１１１に印加すると、圧電体膜１１１は、当該電界の方向と直交する方向に伸縮する。言い換えると、圧電体膜１１１は、膜厚に対して直交する方向（面内方向）に収縮または伸長する。

配線電極１０７の電極部１０７ｃは、ノズル１０１を囲むとともに、圧電体膜１１１よりも大きい円環状に形成される。電極部１０７ｃは、ノズル１０１と同一軸上に位置する。電極部１０７ｃは、圧電体膜１１１を覆う。言い換えると、電極部１０７ｃは、圧電体膜１１１の吐出側（インクジェットヘッド２１の外に向く側）に設けられる。電極部１０７ｃの外径は、例えば１８０μｍである。電極部１０７ｃの内径は、例えば３４μｍである。このため、電極部１０７ｃは、ノズル１０１から離間する。

圧電体膜１１１は、共有電極１０６の電極部１０６ｃと、配線電極１０７の電極部１０７ｃとに挟まれる。言い換えると、圧電体膜１１１に、共有電極１０６および配線電極１０７の電極部１０６ｃ，１０７ｃが重なる。

配線電極１０７の配線部１０７ｂは、振動板１０５の第２の面１０５ｂに形成される。図３に示すように、配線部１０７ｂは、対応する駆動素子１０２の電極部１０７ｃと端子部１０７ａとを接続する。複数の配線部１０７ｂは、ノズルプレート１００の短手方向に沿って平行に延びる。幾つかの配線部１０７ｂは、並んだ駆動素子１０２の間を通過する。

図４に示すように、絶縁膜１１２は、圧電体膜１１１の外縁部に部分的に形成される。絶縁膜１１２は、例えば、ＳｉＯ_２によって形成される。絶縁膜１１２は、他の材料によって形成されても良い。絶縁膜１１２の厚みは、例えば０．２μｍである。

絶縁膜１１２は、共有電極１０６の配線部１０６ｂと、配線電極１０７の電極部１０７ｃとの間に介在する。言い換えると、絶縁膜１１２は、共有電極１０６と配線電極１０７との間を隔てる。絶縁膜１１２は、共有電極１０６と配線電極１０７とが電気的に接続することを防ぐ。

保護膜１０８は、振動板１０５の第２の面１０５ｂ上にある。保護膜１０８は、例えば、樹脂材料である非感光性ポリイミド、またはポジ型感光性ポリイミドによって形成される。保護膜１０８はこれに限らず、樹脂またはセラミックスのような、他の絶縁性の材料によって形成されても良い。利用される樹脂は、例えば、他の種類のポリイミド、ＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエーテルサルフォンのようなプラスチック材である。利用されるセラミックスは、例えば、ジルコニア、炭化ケイ素、窒化ケイ素などの窒化物、または酸化物である。保護膜１０８の膜厚は、概ね３〜５０μｍの範囲にある。

保護膜１０８は、振動板１０５の第２の面１０５ｂと、駆動素子１０２と、共有電極１０６と、配線電極１０７とを覆う。保護膜１０８は、例えばインクや空気中の水蒸気から、駆動素子１０２を保護する。保護膜１０８は、共有電極１０６および配線電極１０７の複数の端子部１０６ａ，１０７ａをそれぞれ露出させる複数の孔を有する。

保護膜１０８の材料は、振動板１０５の材料とヤング率が大きく異なる。振動板１０５を形成するＳｉＯ_２のヤング率は、８０．６ＧＰａである。一方、保護膜１０８を形成するポリイミドのヤング率は、４ＧＰａである。すなわち、保護膜１０８のヤング率は振動板１０５のヤング率よりも小さく、振動板１０５と保護膜１０８とのヤング率の差は、７６．６ＧＰａである。

図４に示すように、保護膜１０８の表面１０８ａには、微小な凹凸が形成される。例えば、駆動素子１０２が設けられた部分において、保護膜１０８の表面１０８ａは、他の部分に比べて隆起する。保護膜１０８の表面１０８ａは、振動板１０５に固着した面の反対側に位置する。

保護膜１０８の表面１０８ａと、振動板１０５の第２の面１０５ｂとの間の第１の距離Ｄ１は、例えば４μｍである。第１の距離Ｄ１は、駆動素子１０２、共有電極１０６、および配線電極１０７がある部分以外の保護膜１０８の厚さとも表現され得る。

保護膜１０８の表面１０８ａと、駆動素子１０２との間の第２の距離Ｄ２は、例えば２．５μｍである。第２の距離Ｄ２は、駆動素子１０２上に形成された保護膜１０８の厚さとも表現され得る。第２の距離Ｄ２は、第１の距離Ｄ１よりも小さい。

駆動素子１０２の厚さは、２．０μｍである。駆動素子１０２の厚さは、共有電極１０６の電極部１０６ｃの膜厚と、配線電極１０７の電極部１０７ｃと、圧電体膜１１１の膜厚との合計である。駆動素子１０２の厚さは、第１の距離Ｄ１よりも小さい。

駆動素子１０２が設けられた部分において、保護膜１０８の表面１０８ａと、振動板１０５の第２の面１０５ｂとの間の距離は、４．５μｍである。したがって、保護膜１０８の表面１０８ａに形成される凹凸の最大高さは、０．５μｍである。言い換えると、保護膜１０８の表面１０８ａの最も厚い部分と最も薄い部分との差は、駆動素子１０２の厚さよりも小さい。

撥インク膜１０９は、保護膜１０８を覆う。撥インク膜１０９は、例えば、撥液性を有するシリコーン系撥液材料によって形成される。なお、撥インク膜１０９は、フッ素含有系有機材料のような他の材料によって形成されても良い。撥インク膜１０９は、共有電極１０６の端子部１０６ａと、配線電極１０７の端子部１０７ａとの周辺において、保護膜１０８を覆わずに露出させる。撥インク膜１０９の表面１０９ａは、ノズルプレート１００の表面を形成する。撥インク膜１０９の表面１０９ａは、保護膜１０８に固着した面の反対側に位置する。

駆動素子１０２、共有電極１０６、および配線電極１０７がある部分以外の撥インク膜１０９の厚さは、例えば１μｍである。駆動素子１０２が設けられた部分における撥インク膜１０９の厚さは、他の部分よりも薄い。なお、撥インク膜１０９の厚さは一定でも良い。

ノズル１０１は、振動板１０５と、保護膜１０８と、撥インク膜１０９とを貫通する。言い換えると、ノズル１０１は、振動板１０５と、保護膜１０８と、撥インク膜１０９とに形成される。振動板１０５および保護膜１０８が親インク性（親液性）を有するため、圧力室２０１に収容されたインクのメニスカスは、ノズル１０１内に保たれる。保護膜１０８の一部は、ノズル１０１と、駆動素子１０２の内周面との間に介在する。

図２に示すように、配線電極１０７の端子部１０７ａに、例えばフレキシブルケーブルを介して、制御部２４が接続される。制御部２４は、例えば、インクジェットヘッド２１を制御するＩＣや、インクジェットプリンタ１を制御するマイクロコンピュータである。一方、共有電極１０６の端子部１０６ａは、例えば、ＧＮＤ（グランド接地＝０Ｖ）に接続される。

制御部２４は、複数の配線電極１０７に、対応する駆動素子１０２を駆動するための信号を伝送させる。配線電極１０７は、複数の駆動素子１０２を独立して動作させるための個別電極として用いられる。

上記のインクジェットヘッド２１は、例えば次のように印字（画像形成）を行う。ユーザの操作によって、制御部２４に印字指示信号が入力される。制御部２４は、当該印字指示に基づいて、複数の駆動素子１０２に信号を印加する。言い換えると、制御部２４は、配線電極１０７の電極部１０７ｃに、駆動電圧を印加する。

配線電極１０７の電極部１０７ｃに信号が印加されると、配線電極１０７の電極部１０７ｃと、共有電極１０６の電極部１０６ｃとの間に電位差が生じる。これにより、圧電体膜１１１に分極方向と同方向の電界が印加され、駆動素子１０２が電界方向と直交する方向に伸縮する。

図４に示すように、駆動素子１０２は、振動板１０５と保護膜１０８とに挟まれる。このため、駆動素子１０２が電界方向と直交する方向に伸びた場合、振動板１０５に、圧力室２０１側に対して凹形状に変形する力がかかる。言い換えると、振動板１０５は、圧力室２０１の容積を増大させる方向に湾曲しようとする。反対に、保護膜１０８に、圧力室２０１側に対して凸形状に変形する力がかかる。言い換えると、保護膜１０８は、圧力室２０１の容積を減少させる方向に湾曲しようとする。

一方、駆動素子１０２が電界方向と直交する方向に縮んだ場合、振動板１０５に、圧力室２０１側に対して凸形状に変形する力がかかる。言い換えると、振動板１０５は、圧力室２０１の容積を減少させる方向に湾曲しようとする。また、保護膜１０８に、圧力室２０１側に対して凹形状に変形する力がかかる。言い換えると、保護膜１０８は、圧力室２０１の容積を増大させる方向に湾曲しようとする。

保護膜１０８を形成するポリイミドは、振動板１０５を形成するＳｉＯ_２よりヤング率が小さい。このため、保護膜１０８の方が、振動板１０５よりも、同じ力に対する変形量は大きい。

駆動素子１０２が電界方向と直交する方向に伸びた場合、保護膜１０８が圧力室２０１側に対して凸形状に変形する量の方が大きくなる。このため、ノズルプレート１００が圧力室２０１側に対して凸形状に変形し、圧力室２０１の容積が縮小する。

反対に、駆動素子１０２が電界方向と直交する方向に縮んだ場合、保護膜１０８が圧力室２０１側に対して凹形状に変形する量の方が大きくなる。このため、ノズルプレート１００は圧力室２０１側に対して凹形状に変形し、圧力室２０１の容積が拡大する。

以上のように、駆動素子１０２は、ベンディングモードで動作する。駆動素子１０２は、電圧が印加されたときに、振動板１０５を変形させることで、圧力室２０１の容積を変化させる。

まず、駆動素子１０２は、振動板１０５を変形させることで圧力室２０１の容積を増大させる。これにより、圧力室２０１に収容されたインクに負圧が生じ、インク流路４０１から圧力室２０１にインクが流入する。

次に、駆動素子１０２は、振動板１０５を変形させることで圧力室２０１の容積を減少させる。これにより、圧力室２０１のインクが加圧される。当該インクにかかる正の圧力は、インク絞り３０１によって、インク流路４０１に逃げず、圧力室２０１に閉じ込められる。これにより、加圧されたインクがノズル１０１から吐出される。

振動板１０５と保護膜１０８とのヤング率の差が大きい程、同じ電圧を駆動素子１０２に印加した際の振動板１０５の変形量の差が大きくなる。そのため、振動板１０５と保護膜１０８のヤング率の差が大きいほど、インク吐出が可能となる電圧がより低くなり、インクジェットヘッド２１が効率良くインクを吐出できる。

振動板１０５と保護膜１０８の膜厚とヤング率が同じ場合、駆動素子１０２に電圧を印加しても、振動板１０５と保護膜１０８に正反対の方向に同じ量変形する力がかかる。このため、振動板１０５は変形しない。

材料のヤング率だけでなく、板材の厚さも板材の変形量に影響する。板材に同じ力がかかった場合、板厚が薄い程、板材の変形量が大きい。そのため、振動板１０５と保護膜１０８の変形量に差をつける場合は、材料のヤング率だけでなく、それぞれの厚さも考慮される。振動板１０５と保護膜１０８の材料のヤング率が同じでも、膜厚に違いがあれば、駆動素子１０２に印加する電圧は高くなるが、インク吐出は可能である。

次に、インクジェットヘッド２１の製造方法の一例について説明する。まず、圧力室２０１が形成される前の圧力室構造体２００（シリコンウエハ）の第１の面２００ａの全域に、振動板１０５としてのＳｉＯ_２膜を成膜する。当該ＳｉＯ_２膜は、例えばＣＶＤ法によって成膜される。ＣＶＤ法に限らず、シリコンウエハを酸素雰囲気で加熱処理することによりシリコンウエハの表面にＳｉＯ_２膜を形成する熱酸化法が用いられても良い。

図５は、複数の圧力室構造体２００を製造するためのシリコンウエハＳＷを示す平面図である。図５に示すように、圧力室構造体２００を形成するシリコンウエハＳＷは、大きな一枚の円板である。当該シリコンウエハＳＷから、後で複数の圧力室構造体２００が切り取られる。なお、これに限らず、一枚の矩形のシリコンウエハから、一つの圧力室構造体２００を形成しても良い。

シリコンウエハＳＷは、インクジェットヘッド２１の製造過程において、繰り返し加熱および薄膜の成膜がなされる。このため、シリコンウエハＳＷは、耐熱性を有し、ＳＥＭＩ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ａｎｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ）規格に準じ、且つ平滑化されたものである。

次に、振動板１０５の第２の面１０５ｂに、共有電極１０６を形成する金属膜を成膜する。まず、スパッタリング法を用いてＴｉの膜とＰｔの膜とを順番に成膜する。Ｔｉの膜厚は例えば０．４５μｍ、Ｐｔ膜厚は例えば０．０５μｍである。なお、当該金属膜は、蒸着および鍍金のような他の製法によって形成されても良い。

上記金属膜を成膜した後に、パターニングによって、共有電極１０６を形成する。パターニングは、前記金属膜上にエッチングマスクを作り、当該エッチングマスク以外の前記金属膜をエッチングによって除去することで行う。

共有電極１０６の電極部１０６ｃの中心にノズル１０１が形成されるため、電極部１０６ｃの中心と同心円の金属膜がない部分が形成される。共有電極１０６をパターニングすることで、共有電極１０６の端子部１０６ａ、配線部１０６ｂ、および電極部１０６ｃ以外では、振動板１０５が露出する。

次に、共有電極１０６の電極部１０６ｃ上に、圧電体膜１１１を形成する。圧電体膜１１１は、例えばＲＦマグネトロンスパッタリング法により成膜される。このとき、シリコンウエハＳＷの温度は、例えば３５０℃にされる。圧電体膜１１１は、成膜後、圧電体膜１１１に圧電性を付与するために、５００℃で３時間熱処理される。これにより、圧電体膜１１１は良好な圧電性能を得る。圧電体膜１１１は、例えば、ＣＶＤ（化学的気相成長法）、ゾルゲル法、ＡＤ法（エアロゾルデポジション法）、水熱合成法のような他の製法によって形成されても良い。

次に、圧電体膜１１１を、エッチングによってパターニングする。圧電体膜１１１の中心にはノズル１０１が形成されるため、圧電体膜１１１と同心円の圧電体膜がない部分が形成される。圧電体膜１１１のない部分では、振動板１０５が露出する。圧電体膜１１１は、共有電極１０６の電極部１０６ｃを覆う。

次に、圧電体膜１１１の一部と共有電極１０６の一部との上に、絶縁膜１１２を形成する。絶縁膜１１２は、良好な絶縁性を低温成膜にて実現できるＣＶＤ法によって形成される。絶縁膜１１２は、成膜後にパターニングされる。パターニング加工のバラツキによる不具合を抑制するため、絶縁膜１１２は圧電体膜１１１を部分的にのみ覆う。絶縁膜１１２は、圧電体膜１１１の変形量を阻害しないように圧電体膜１１１を覆う。

次に、振動板１０５、圧電体膜１１１、および絶縁膜１１２の上に、配線電極１０７を形成する金属膜を成膜する。当該金属膜は、例えばスパッタリング法によって成膜される。当該金属膜は、真空蒸着および鍍金のような他の製法によって形成されても良い。

上記金属膜をパターニングすることで、配線電極１０７を形成する。パターニングは、前記金属膜上にエッチングマスクを作り、当該エッチングマスク以外の前記金属膜をエッチングによって除去することで行う。

配線電極１０７の電極部１０７ｃの中心にノズル１０１が形成されるため、配線電極１０７の電極部１０７ｃの中心と同心円の電極膜がない部分が形成される。配線電極１０７の電極部１０７ｃは、圧電体膜１１１を覆う。このように、駆動素子１０２が振動板１０５の第２の面１０５ｂに形成される。

次に、振動板１０５を形成するＳｉＯ_２膜をパターニングし、ノズル１０１の一部を形成する。パターニングは、ＳｉＯ_２膜上にエッチングマスクを作り、エッチングマスク以外のＳｉＯ_２膜をエッチングによって除去することで行う。

エッチングマスクは、振動板１０５の上への感光性レジストの塗布、プリベーク、所望のパターンが形成されたマスクを用いた露光、現像、およびポストベークによって形成される。

次に、振動板１０５の上に、保護膜１０８をスピンコーティング法（スピンコート）によって形成する。すなわち、振動板１０５の第２の面１０５ｂに、保護膜１０８を形成する。まず、ポリイミド前駆体を含有した溶液で振動板１０５、共有電極１０６、配線電極１０７、および絶縁膜１１２を覆う。次に、図５の矢印で示すようにシリコンウエハＳＷが回転させられ、溶液表面が平滑にされる。ベークによって熱重合と溶剤除去を行うことで、保護膜１０８が形成される。

保護膜１０８の形成方法は、スピンコーティングに限らない。保護膜１０８は、ＣＶＤ、真空蒸着、または鍍金のような他の方法によって形成された膜を、例えば化学機械研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：ＣＭＰ）によって平坦化することで形成されても良い。

次に、保護膜１０８をパターニングすることによって、ノズル１０１を形成するとともに、共有電極１０６の端子部１０６ａと、配線電極１０７の端子部１０７ａとを露出させる。パターニングは、保護膜１０８の材料に応じた手順で行われる。

保護膜１０８が非感光性ポリイミドによって形成される場合、まず、ポリイミド前駆体を含有した溶液をスピンコーティング法によって成膜し、ベークによって熱重合と溶剤除去を行って焼成成形する。その後、非感光性ポリイミド膜上にエッチングマスクを作り、エッチングマスク以外のポリイミド膜をエッチングによって除去することで、パターニングがなされる。エッチングマスクは、非感光性ポリイミド膜上への感光性レジストの塗布、プリベーク、所望のパターンが形成されたマスクを用いた露光、現像、およびポストベークによって形成される。

保護膜１０８がポジ型感光性ポリイミドによって形成される場合、まず、溶液をスピンコーティング法によって成膜した後、プリベークを行う。その後、ノズル１０１、共有電極１０６の端子部１０６ａ、および配線電極１０７の端子部１０７ａに対応する部分が開口した（光が透過する）マスク用いた露光と、現像工程とを経てパターニングが行われる。その後、ポストベークが行われ、保護膜１０８が焼成成形される。

次に、保護膜１０８の上にカバーテープを貼り付ける。カバーテープは、例えば、シリコンウエハのＣＭＰ用の裏面保護テープである。カバーテープが貼り付けられた圧力室構造体２００を上下反転し、圧力室構造体２００に複数の圧力室２０１を形成する。圧力室２０１は、パターニングによって形成される。

例えば、シリコンウエハである圧力室構造体２００上にエッチングマスクを作り、シリコン基板専用のいわゆる垂直深堀ドライエッチングを行う。これにより、シリコンウエハＳＷのエッチングマスクがされていない部分が除去され、圧力室２０１が形成される。

上記エッチングに用いられるＳＦ６ガスは、振動板１０５のＳｉＯ_２や保護膜１０８のポリイミドに対してはエッチング作用を及ぼさない。そのため、圧力室２０１を形成するシリコンウエハＳＷのドライエッチングの進行は、振動板１０５で止まる。

なお、上述のエッチングは、薬液を用いるウェットエッチング法、プラズマを用いるドライエッチング法のような、種々の方法を用いて良い。さらに、材料によってエッチング方法やエッチング条件を変えて良い。各感光性レジスト膜によるエッチング加工が終了した後、残った感光性レジスト膜は溶解液によって除去される。

以上のように、振動板１０５上に駆動素子１０２およびノズル１０１を形成する工程から、圧力室構造体２００に圧力室２０１を形成する工程までが、成膜技術、フォトリソグラフィエッチング技術、およびスピンコーティング法によって行われる。このため、ノズル１０１、駆動素子１０２、および圧力室２０１が、一つのシリコンウエハＳＷに精密かつ簡便に形成される。

次に、圧力室構造体２００に、セパレートプレート３００およびインク流路構造体４００を接着する。すなわち、インク流路構造体４００が接着されたセパレートプレート３００を、エポキシ系接着剤で圧力室構造体２００に接着する。

圧力室２０１の直径が２４０μｍであり、インク絞り３０１の直径が５０μｍである。このため、圧力室構造体２００、セパレートプレート３００、およびインク流路構造体４００の接着剤貼り合わせの精度は、約０．１ｍｍ（９５μｍ）である。このため、当該貼り合わせは、容易且つ短時間に行われる。

次に、共有電極１０６の端子部１０６ａと、配線電極１０７の端子部１０７ａとを覆うように、カバーテープを保護膜１０８の一部に貼り付ける。当該カバーテープは樹脂によって形成され、保護膜１０８から容易に脱着可能である。前記カバーテープは、共有電極１０６の端子部１０６ａおよび配線電極１０７の端子部１０７ａに、ゴミや撥インク膜１０９が付着することを防止する。

次に、保護膜１０８上に撥インク膜１０９を形成する。撥インク膜１０９は、保護膜１０８上に液状の撥インク膜材料をスピンコーティングすることによって成膜される。この際、インク供給口４０２より陽圧空気を注入する。これにより、インク流路４０１と繋がったノズル１０１から陽圧空気が排出される。この状態で、液体の撥インク膜材料を塗布すると、ノズル１０１の内周面に撥インク膜材料が付着することが抑制される。撥インク膜１０９が形成された後、前記カバーテープを保護膜１０８から剥がす。

次に、シリコンウエハＳＷを分割して、複数のインクジェットヘッド２１を形成する。インクジェットヘッド２１は、インクジェットプリンタ１の内部に搭載される。配線電極１０７の端子部１０７ａに、例えばフレキシブルケーブルを介して制御部２４が接続される。さらに、インク流路構造体４００のインク供給口４０２およびインク排出口４０３が、例えばチューブを介してインクタンク２３に接続される。

上記のように、本実施形態では、圧力室構造体２００の上にノズルプレート１００を作成する。しかし、ノズルプレート１００を圧力室構造体２００の上に作成する代わりに、圧力室構造体２００の一部を、振動板１０５としても良い。例えば、圧力室構造体２００の一方の面に駆動素子１０２を形成し、他方の面側から圧力室２０１に相当する穴を形成する。当該穴は、圧力室構造体２００を貫通しない。圧力室構造体２００の一方の面側には薄い層が残り、この部分が振動板１０５として動作する。

第１の実施形態のインクジェットプリンタ１によれば、保護膜１０８の表面１０８ａと振動板１０５の第２の面１０５ｂとの間の第１の距離Ｄ１が、保護膜１０８の表面１０８ａと駆動素子１０２との間の第２の距離Ｄ２よりも大きい。すなわち、ノズルプレート１００の表面の凹凸が、保護膜１０８を設けない場合、または保護膜１０８の厚さを均一にした場合に比べて小さくなる。例えば、ノズルプレート１００の表面の凹凸の最大高さは０．５μｍである。これに対し、振動板１０５から突出する駆動素子１０２の厚さは２．０μｍである。すなわち、保護膜１０８によって、インクジェットヘッド２１の吐出面の凹凸が、２．０μｍから０．５μｍに低減される。

ノズルプレート１００の表面は、例えば、ワイピングブレードによって拭かれることで洗浄される。ノズルプレート１００の表面の凹凸が小さいため、ワイピングブレードが当該凹凸に引っかかって駆動素子１０２に負荷が生じること、ひいてはノズルプレート１００や駆動素子１０２を破損することが抑制される。さらに、ノズルプレート１００の凹凸にインクや塵が残留することが抑制される。このように、ノズルプレート１００の表面の洗浄が容易となる。

さらに、ノズルプレート１００の表面の凹凸が小さいため、当該凹凸に、保持ローラ１３に保持された記録紙Ｐが接触することが抑制される。これにより、ノズルプレート１００や駆動素子１０２が破損することが抑制される。

インクジェットヘッド２１において、シリコンウエハである圧力室構造体２００の上に、振動板１０５および駆動素子１０２が、例えば成膜技術およびフォトリソグラフィエッチング技術によって形成される。さらに、保護膜１０８がスピンコーティングによって形成され、後で圧力室２０１が圧力室構造体２００に形成される。これにより、ノズルプレート１００と圧力室構造体２００とを貼り合わせる必要がなくなり、高い精度を要求する貼り合せ工程が不要となる。したがって、インクジェットプリンタ１を容易に製造することができる。さらに、スピンコーティングによって保護膜１０８を形成するため、第１の距離Ｄ１が第２の距離Ｄ２よりも大きい保護膜１０８を形成できる。言い換えると、保護膜１０８の表面１０８ａを平坦化できる。

インクジェットプリンタ１の製造性に関して、比較例を交えて詳しく説明する。なお、当該比較例は、インクジェットプリンタ１について何ら規定するものではない。駆動素子を有するノズルプレートを製造する方法として、例えば、ベース基板の上に絶縁性の保護膜を形成し、当該保護膜の上に駆動素子および振動板を形成する方法が考えられる。当該方法によって形成されたノズルプレートは、圧力室を有する基材に貼り付けられる。この場合、平坦なベース基板上に形成された保護膜がノズルプレートの表面となるため、ノズルプレートの表面は平坦になる。

しかしながら、上記方法によれば、ノズルプレートを前記基材に貼り付ける際、高い貼付貼り付け精度が要求される。すなわち、ノズルおよび駆動素子が、圧力室が形成された領域内に収まるように、ノズルプレートが基材に貼り付けられる。例えば、第１の実施形態のインクジェットヘッド２１と同じく、圧力室の直径が２４０μｍ、駆動素子の外径が１８０μｍだとすれば、３０μｍの精度でノズルプレートを基材に貼り付けることになる。

上記のような高精度の貼り合わせを行うためには、アライメントの精度が高く、均一な力で歪みなくノズルプレートを基材に貼り付けることができる、高価な貼り合せ装置が必要である。このような装置であっても、ノズルプレートと基材とのアライメントに時間がかかる。

第１の実施形態のインクジェットプリンタ１は、上記のような高価な貼り合せ装置は不要である。すなわち、インクジェットプリンタ１は、製造が容易であり、且つ、ノズルプレート１００の表面の洗浄が容易である。

保護膜１０８の厚さである第１の距離Ｄ１が、駆動素子１０２の厚さよりも大きい。このため、駆動素子１０２によって形成される保護膜１０８の表面の凹凸を低減できる。さらに、保護膜１０８にノズル１０１を形成する場合に、インクがノズル１０１内でメニスカスを形成するために十分なノズル１０１の長さを確保することができる。

保護膜１０８のヤング率は、振動板１０５のヤング率よりも低い。このため、振動板１０５を保護膜１０８より薄くしても、駆動素子１０２が振動板１０５を変形する。言い換えると、保護膜１０８を振動板１０５よりも厚くすることができる。保護膜１０８が厚いほど表面１０８ａの凹凸を低減でき、ノズルプレート１００の表面を洗浄しやすくなる。

保護膜１０８は、樹脂材料であるポリイミドによって形成される。このため、保護膜１０８をスピンコーティングによって形成し易い。したがって、第１の距離Ｄ１が第２の距離Ｄ２よりも大きいインクジェットヘッド２１を容易に製造することができる。

次に、図６を参照して、第２の実施の形態について説明する。なお、以下に開示する複数の実施形態において、第１の実施形態のインクジェットプリンタ１と同様の機能を有する構成部分には同一の参照符号を付す。さらに、当該構成部分については、その説明を一部または全て省略することがある。

図６は、第２の実施の形態に係るインクジェットヘッド２１の一部を示す断面図である。第１の実施形態のノズル１０１は振動板１０５および保護膜１０８に形成されるが、第２の実施形態のノズル１０１は保護膜１０８のみに形成され、振動板１０５には形成されない。

図６に示すように、振動板１０５は、複数の周孔５０１を有する。複数の周孔５０１は、複数のノズル１０１に対応して配置される。言い換えると、周孔５０１は、対応するノズル１０１と同一軸上に位置する。

周孔５０１は、円形の孔である。周孔５０１の直径は、例えば２６μｍである。周孔５０１の直径は、ノズル１０１の直径である２０μｍよりも大きい。周孔５０１の内周面は、保護膜１０８によって覆われる。すなわち、ノズル１０１は周孔５０１の内側に存在する保護膜１０８によって形成される。

第２の実施形態のインクジェットヘッド２１によれば、ノズル１０１は保護膜１０８に形成され、振動板１０５には形成されない。これにより、ノズル１０１の形状が不均一になることを抑制できる。すなわち、振動板１０５に設けられたノズル１０１の一部と、保護膜１０８に設けられたノズル１０１の一部とに、形状および位置の不均一が生じることを抑制できる。したがって、ノズル１０１の形状の均一性が向上し、複数のノズル１０１間のインク液滴の着弾位置精度が向上する。

次に、図７を参照して、第３の実施の形態について説明する。図７は、第３の実施の形態に係るインクジェットヘッド２１の一部を示す断面図である。第１の実施形態のノズル１０１は振動板１０５および保護膜１０８に形成されるが、第３の実施形態のノズル１０１は振動板１０５のみに形成され、保護膜１０８には形成されない。

図７に示すように、保護膜１０８は、複数の開口部５０５を有する。複数の開口部５０５は、複数のノズル１０１に対応して配置される。言い換えると、開口部５０５は、対応するノズル１０１と同一軸上に位置する。

開口部５０５は、円形の孔である。開口部５０５の直径は、３０μｍであり、ノズル１０１の直径よりも大きい。開口部５０５の内周面は、ノズル１０１から離間する。ノズル１０１から吐出するインク滴は、開口部５０５の内側を通過するが、開口部５０５の内周面に接触しない。

一方、開口部５０５の直径は、配線電極１０７の電極部１０７ｃの内径よりも小さい。このため、開口部５０５と駆動素子１０２との間に、保護膜１０８の一部が介在する。撥インク膜１０９が、開口部５０５の内周面を覆う。撥インク膜１０９は、ノズル１０１から離間する。

第３の実施形態のインクジェットヘッド２１によれば、ノズル１０１は振動板１０５に形成され、保護膜１０８には形成されない。これにより、ノズル１０１の形状が不均一になることを抑制できる。すなわち、振動板１０５に設けられたノズル１０１の一部と、保護膜１０８に設けられたノズル１０１の一部とに、形状および位置の不均一が生じることを抑制できる。したがって、ノズル１０１の形状の均一性が向上し、複数のノズル１０１間のインク液滴の着弾位置精度が向上する。

次に、図８を参照して、第４の実施の形態について説明する。図８は、第４の実施の形態に係るインクジェットヘッド２１の一部を示す断面図である。第４の実施形態の開口部５０５の形状は、第３の実施形態の開口部５０５の形状と異なる。

図８に示すように、開口部５０５の直径は、保護膜１０８の表面１０８ａから振動板１０５に向かうに従って縮小する。言い換えると、開口部５０５の内周面は、振動板１０５に対して傾斜する。開口部５０５の内周面を覆う撥インク膜１０９の表面も、振動板１０５に対して傾斜する。第３の実施形態と同様に、開口部５０５の内周面と、開口部５０５の内周面を覆う撥インク膜１０９とは、ノズル１０１から離間する。

第４の実施形態において、保護膜１０８は、例えばネガ型感光性ポリイミドによって形成される。ネガ型感光性ポリイミドは、露光された箇所のポリイミドが現像工程後に残る。

第４の実施形態の保護膜１０８に開口部５０５を形成する場合、ポリイミド前駆体を含有した溶液をスピンコーティング法によって振動板１０５の第２の面１０５ｂに成膜する。その後、プリベークと、開口部５０５に対応する円形パターン部、共有電極１０６の端子部１０６ａ、および配線電極１０７の端子部１０７ａが遮光されたマスクを用いた露光および現像工程を経るパターニングと、ポストベークとにより、保護膜１０８を焼成成形する。

露光装置は、前記マスクに対して極力垂直方向に進む光のみによって露光処理する。しかし、前記マスクに対して斜めに進む光は残る。そのため、光がネガ型感光性ポリイミド膜内で平面方向に拡がる。これにより、開口部５０５の内周面が振動板１０５に対して傾斜する。

第４の実施形態のように、例えばネガ型感光性ポリイミドによって保護膜１０８を形成することによって、開口部５０５の内周面が、振動板１０５に対して傾斜することがある。このような場合であっても、第３の実施形態と同様に、インク液滴の着弾位置精度が向上する。

次に、図９を参照して、第５の実施の形態について説明する。図９は、第５の実施の形態に係るインクジェットヘッド２１の一部を示す断面図である。図９に示すように、共有電極１０６の電極部１０６ｃと、配線電極１０７の電極部１０７ｃと、圧電体膜１１１とは、大よそ同じ大きさに形成される。

インクジェットヘッド２１は、絶縁層（絶縁膜）５０８を有する。絶縁層５０８は、例えばＳｉＯ_２によって形成される。絶縁層５０８は、振動板１０５の第２の面１０５ｂの一部と、共有電極１０６の配線部１０６ｂおよび電極部１０６ｃと、配線電極１０７の電極部１０７ｃと、圧電体膜１１１とを覆う。絶縁層５０８は、駆動素子１０２の内周面も覆う。このため、ノズル１０１と駆動素子１０２との間に、保護膜１０８と絶縁層５０８とが介在する。絶縁層５０８は、共有電極１０６の端子部１０６ａを露出させる複数の孔を有する。

絶縁層５０８は、コンタクト部５０９を有する。コンタクト部５０９は、絶縁層５０８に開口する孔である。コンタクト部５０９は、配線電極１０７の電極部１０７ｃを露出させる。配線電極１０７の配線部１０７ｂは、当該コンタクト部５０９を介して、電極部１０７ｃに接続される。配線部１０７ｂは、引き出し電極とも称され得る。配線電極１０７の端子部１０７ａおよび配線部１０７ｂは、絶縁層５０８の上に形成される。

次に、図１０を参照して、第６の実施の形態について説明する。図１０は、第６の実施の形態に係るインクジェットヘッド２１を示す平面図である。第６の実施形態の駆動素子１０２は、第１の実施形態の駆動素子１０２と形状が異なる。

図１０に示すように、第５の実施形態の駆動素子１０２は、菱形に形成される。駆動素子１０２の幅は、例えば１７０μｍ、長さは、例えば３４０μｍである。ノズル１０１は、駆動素子１０２の中央に位置する。圧力室２０１も、駆動素子１０２の形状に対応して、菱形に形成される。

第６の実施形態の駆動素子１０２は、第１の実施形態の円形の駆動素子１０２と比べて、より高密度に配置することができる。すなわち、駆動素子１０２を菱形に形成することで、駆動素子１０２を千鳥状に配置しやすくなる。なお、駆動素子１０２および圧力室２０１の形状は、円形や菱形に限らず、楕円形または矩形のような他の形状であっても良い。

次に、図１１および図１２を参照して、第７の実施の形態について説明する。図１１は、第７の実施の形態に係る一つのインクジェットヘッド２１を分解して示す斜視図である。図１２は、第７の実施形態のインクジェットヘッド２１を示す断面図である。第７の実施形態のノズル１０１は、駆動素子１０２の外に位置する。

図１２に示すように、圧力室２０１の円形断面の中心から離れた位置に、対応するノズル１０１の中心がある。圧力室２０１は、対応する駆動素子１０２およびノズル１０１を囲む。このため、ノズル１０１は、圧力室２０１に連通する。

駆動素子１０２は、円形状に形成され、対応するノズル１０１とは異なる位置にある。駆動素子１０２の中心は圧力室２０１の円形断面の中心から離れた位置にある。なお、駆動素子１０２は、圧力室２０１と同一軸上に配置されても良い。

第７の実施形態のインクジェットヘッド２１によれば、ノズル１０１が駆動素子１０２と異なる位置に配置される。このため、駆動素子１０２の共有電極１０６の電極部１０６ｃ、配線電極１０７の電極部１０７ｃ、および圧電体膜１１１の中心に、ノズル１０１を形成するための円形パターニングが不要になる。ノズル１０１を形成するために、振動板１０５および保護膜１０８のみがパターニングされる。これにより、パターニングの不良によるインク吐出位置の精度不良を抑制できる。

以上述べた少なくとも一つのインクジェットヘッドによれば、
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

例えば、インクジェットヘッド２１は、セパレートプレート３００を有さずとも良い。インクジェットヘッド２１の仕様、圧力室２０１の直径や深さなどを調整することで、セパレートプレート３００を有しないインクジェットヘッド２１も、インク吐出が可能である。このようなインクジェットヘッド２１においては、圧力室構造体２００、セパレートプレート３００、およびインク流路構造体４００の接着剤貼り合わせの精度は、約０．２ｍｍである。このため、当該貼り合わせは、さらに容易且つ短時間に行われる。

１…インクジェットプリンタ、２１…インクジェットヘッド、２３…インクタンク、２４…制御部、１００…ノズルプレート、１０１…ノズル、１０２…駆動素子、１０５…振動板、１０８…保護膜、１０８ａ…表面、２００…圧力室構造体、２０１…圧力室、Ｄ１…第１の距離、Ｄ２…第２の距離。

Claims (6)

1. インクを収容する圧力室を有する基材と、
   前記圧力室を塞ぐ振動板と、前記振動板上にあって電圧が印加されたときに前記振動板を変形させることで前記圧力室の容積を変化させる所定のパターンに形成された圧電駆動素子と、前記振動板および前記圧電駆動素子を覆い、前記圧電駆動素子に起因する表面に段差を有する保護膜と、前記振動板および前記保護膜の少なくとも一方にあって前記圧力室に連通するノズルと、を有し、前記圧電駆動素子以外の領域の前記保護膜の表面と前記振動板との間の第１の距離が、前記保護膜の表面と前記圧電駆動素子との間の第２の距離よりも大きいノズルプレートと、
   を具備することを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 前記第１の距離は、前記圧電駆動素子の厚さよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
3. 前記保護膜のヤング率は、前記振動板のヤング率よりも小さいことを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェットヘッド。
4. 前記保護膜は、樹脂によって形成されることを特徴とする請求項１または３に記載のインクジェットヘッド。
5. 請求項１ないし４のいずれか一つに記載のインクジェットヘッドと、
   前記圧力室に接続されるとともにインクを収容するインクタンクと、
   前記圧電駆動素子に電圧を印加する制御部と、
   を具備することを特徴とするインクジェット記録装置。
6. 基材の一つの面に振動板を形成し、
   電圧が印加されたときに前記振動板を変形させることが可能な所定のパターンに形成された圧電駆動素子を、前記振動板上に形成し、
   前記振動板および前記駆動素子を覆い、前記圧電駆動素子に起因する表面に段差を有する保護膜を、前記圧電駆動素子以外の領域の前記保護膜の表面と前記振動板との間の第１の距離が前記保護膜と前記圧電駆動素子との間の第２の距離よりも大きくなるように、スピンコーティングによって形成し、
   前記振動板および前記保護膜の少なくとも一方にノズルを形成し、
   前記振動板に塞がれるとともに前記ノズルが連通する圧力室を、前記基材に形成する、
   ことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。

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