JP2005246789A - 液体吐出ヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力室及び流路を含む任意形状の空間を有する３次元構造体をモノリシック構造化することができ、薄膜構造化、微細構造化などのダウンサイジングを実現することができる液体吐出ヘッドを提供する。
【解決手段】インクが充填される圧力室６５、この圧力室６５にインクを供給するための共通流路７８、及び圧力室６５からノズル７７までのノズル流路７９を含む空間が形成された３次元構造体８０と、振動板６０を駆動して圧力室６５の容積を変化させる圧電素子とを有する液体吐出ヘッドにおいて、前記３次元構造体８０は、振動板６０上に原料の粉体を堆積させるエアロゾルデポジション法によって形成されている。これにより、接着剤フリーとすることができ、また、モノリシック構造化及びダウンサイジング化することができる。
【選択図】 図６

Description

本発明は液体吐出ヘッド及びその製造方法に係り、特に液体吐出ヘッドの製造に堆積法を利用する技術に関する。

近年、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ：micro electrical mechanical system) の分野では、圧電セラミックスを利用したセンサやアクチュエータ等を更に集積化し、実用に供するために成膜によってそれらの素子を作製することが検討されている。その一つとして、セラミックスや金属等の成膜技術として知られているエアロゾルデポジション法（以下、「ＡＤ法」という）が注目されている。

ＡＤ法とは、原料の粉体からエアロゾルを生成し、そのエアロゾルを基板に噴射し、その際の衝突エネルギーにより粉体を堆積させて膜を形成する方法である。

インクジェットヘッドなどの液体吐出ヘッドを製造する場合において、上記ＡＤ法にて形成する対象は振動板を駆動するための圧電体がメインであるが、従来、耐食性金属材料からなる基板上に、金属材料酸化物からなる振動板をＡＤ法によって形成するようにした液体吐出ヘッドの製造方法が提案されている（特許文献１）。

尚、前記基板は、ＡＤ法によって振動板が形成された後にインク液室（圧力室）となる部分がエッチングによって除去され、圧力室隔壁となる。
特開２００３−１３６７１４号公報

一般に、インクジェットヘッドの振動板と圧力室隔壁とは接着剤によって貼り合わされているが、特許文献１に記載のものは、圧力室隔壁となる基板上にＡＤ法によって振動板が成膜されているため、振動板と圧力室隔壁とを接着するための接着工程が不要になる利点がある。

しかしながら、特許文献１に記載の製造方法は、ＡＤ法での振動板の形成後に、その振動板が臨む圧力室を基板に形成するために基板をエッチングする工程があり、エッチング工程が増加するという問題がある。尚、ＡＤ法によって圧力室隔壁を形成するようにした従来技術はない。

また、インクジェットヘッドの基体は、インクが充填される圧力室や、各圧力室にインクを供給するための共通流路などの空間が形成された３次元構造を有しており、この３次元構造化の微細化は、高画質インクジェットヘッドを実現する上での高密度化のためには必須となる。

特許文献１に記載の製造方法は、基板をエッチングして圧力室を形成しているが、単一の基板をエッチングして圧力室の他に上記流路等を含む複雑な空間を基板内に形成することは困難である。尚、インクジェットヘッドの基体は、一般に３次元構造化のために複数の基板を貼り合わせた多層基板構造になっており、そのため薄膜構造化、微細構造化などのダウンサイジングが困難であるという問題がある。また、多層基板による３次元構造化は、加工精度や割れ、反りなどの応力損傷などの観点で微細化が困難であった。更に、接着剤によって貼り合わせた構造体では、接着層のばらつきや接着強度のばらつきによるヘッド面内の吐出圧が不均一化する問題があった。また、接着剤自体が有機材料であるため、接着力が経時変化しやすい点や、応力に伴う経時材質変化の問題で、耐久性の観点で改善が望まれていた。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、複数の基板の貼り合わせを行わずに、圧力室及び流路を含む任意形状の空間を有する３次元構造体をモノリシック構造化することができ、薄膜構造化、微細構造化などのダウンサイジングを実現することができる液体吐出ヘッド及びその製造方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために請求項１に係る発明は、液体が充填される圧力室、及び該圧力室に液体を供給するための流路を含む空間が形成された３次元構造体と、前記圧力室内の液体をノズルから吐出させるための駆動素子とを有する液体吐出ヘッドにおいて、前記３次元構造体は、基板上に組成材料を堆積させる堆積法によって形成されていることを特徴としている。

液体吐出ヘッドの圧力室や流路などの空間を有する３次元構造体は、堆積法によって形成されているため、接着剤等により基板同士を接着する必要がなく、モノリシック構造化することができるとともに、ダウンサイジング化することができる。尚、ノズルが形成されているノズルプレートは、別途準備したものを貼り付けるようにしてもよいし、堆積法で形成してもよい。

請求項２に示すように請求項１に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記基板は振動板であり、前記駆動素子は前記振動板を駆動する圧電素子であることを特徴としている。

請求項３に示すように請求項２に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記圧電素子は、前記振動板上に圧電材料を堆積させる堆積法によって形成されていることを特徴としている。即ち、振動板の両面にそれぞれ前記３次元構造体と圧電素子とを堆積法によって形成するようにしたため、堆積時の応力歪みを相殺することができ、振動板の反りをなくすことができる。

請求項４に示すように請求項１乃至３のいずれかに記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記堆積法は、エアロゾルデポジション法であることを特徴としている。尚、エアロゾルデポジション法は、スパッタリングなどの他の堆積法に比べて厚膜化が容易であり、また、原料の粉体の結晶構造を維持することができる利点がある。

請求項５に係る液体吐出ヘッドの製造方法は、エアロゾルデポジション法により原料の粉体を含むエアロゾルを基板に噴射し、該基板に粉体を堆積させて圧力室、及び該圧力室に液体を供給するための流路を含む空間を有する３次元構造体を形成したことを特徴としている。

請求項６に示すように請求項５に記載の液体吐出ヘッドの製造方法において、
(a) 前記３次元構造体を多層構造とし、各層をエアロゾルデポジション法によりパターン成膜する工程と、
(b) 前記各層の開口部に溶解材料を充填する工程と、
(c) 前記工程 (ａ) と、工程 (ｂ) とを繰り返して前記３次元構造体を多層構造によって形成する工程と、
(d) 前記３次元構造体の形成後に前記溶解材料を除去し、該３次元構造体内に空間を形成する工程と、
を含むことを特徴としている。

即ち、３次元構造体は、エアロゾルデポジション法によりパターン成膜する工程と、そのパターン成膜された層の開口部を溶解材料によって埋める工程とを繰り返すことによって形成される。そして、３次元構造体の形成後に溶解材料を除去し、圧力室、流路等の任意形状の空間を有する３次元構造体を形成するようにしている。

請求項７に示すように請求項６に記載の液体吐出ヘッドの製造方法において、前記工程 (ｂ) は、前記工程 (ａ) によってパターン成膜された層の開口部を埋めるようにエアロゾルデポジション法によって溶解材料を成膜することを特徴としている。

本発明によれば、圧力室及び流路を含む空間を有する３次元構造体を、基板上に組成材料を堆積させて形成するようにしたため、圧力室等の任意形状の空間を有する３次元構造体をモノリシック構造化することができるとともに、ダウンサイジング、接着剤フリーとすることができる。

以下添付図面に従って本発明に係る液体吐出ヘッド及びその製造方法の好ましい実施の形態について詳説する。

［インクジェット記録装置の概要］
まず、本発明に係る液体吐出ヘッドを適用するインクジェット記録装置の概要について説明する。

図１はインクジェット記録装置の全体構成図である。同図に示すように、このインクジェット記録装置１０は、インクの色ごとに設けられた複数の液体吐出ヘッド（以下、単に「ヘッド」という）１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙを有する印字部１２と、各ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵／装填部１４と、記録紙１６を供給する給紙部１８と、記録紙１６のカールを除去するデカール処理部２０と、前記印字部１２のノズル面（インク吐出面）に対向して配置され、記録紙１６の平面性を保持しながら記録紙１６を搬送する吸着ベルト搬送部２２と、印字部１２による印字結果を読み取る印字検出部２４と、印画済みの記録紙（プリント物）を外部に排紙する排紙部２６と、を備えている。

給紙部１８から送り出される記録紙１６はマガジンに装填されていたことによる巻き癖が残り、カールする。このカールを除去するために、デカール処理部２０においてマガジンの巻き癖方向と逆方向に加熱ドラム３０で記録紙１６に熱を与える。

ロール紙を使用する装置構成の場合、図１のように、裁断用のカッター（第１のカッター）２８が設けられており、該カッター２８によってロール紙は所望のサイズにカットされる。カッター２８は、記録紙１６の搬送路幅以上の長さを有する固定刃２８Ａと、該固定刃２８Ａに沿って移動する丸刃２８Ｂとから構成されており、印字裏面側に固定刃２８Ａが設けられ、搬送路を挟んで印字面側に丸刃２８Ｂが配置される。なお、カット紙を使用する場合には、カッター２８は不要である。

デカール処理後、カットされた記録紙１６は、吸着ベルト搬送部２２へと送られる。吸着ベルト搬送部２２は、ローラ３１、３２間に無端状のベルト３３が巻き掛けられた構造を有し、少なくとも印字部１２のノズル面及び印字検出部２４のセンサ面に対向する部分が水平面（フラット面）をなすように構成されている。

ベルト３３は、記録紙１６の幅よりも広い幅寸法を有しており、ベルト面には多数の吸引孔（不図示）が形成されている。図１に示したとおり、ローラ３１、３２間に掛け渡されたベルト３３の内側において印字部１２のノズル面及び印字検出部２４のセンサ面に対向する位置には吸着チャンバ３４が設けられており、この吸着チャンバ３４をファン３５で吸引して負圧にすることによってベルト３３上の記録紙１６が吸着保持される。

ベルト３３が巻かれているローラ３１、３２の少なくとも一方にモータ（不図示）の動力が伝達されることにより、ベルト３３は図１上の時計回り方向に駆動され、ベルト３３上に保持された記録紙１６は図１の左から右へと搬送される。

縁無しプリント等を印字するとベルト３３上にもインクが付着するので、ベルト３３の外側の所定位置（印字領域以外の適当な位置）にベルト清掃部３６が設けられている。

吸着ベルト搬送部２２により形成される用紙搬送路上において印字部１２の上流側には、加熱ファン４０が設けられている。加熱ファン４０は、印字前の記録紙１６に加熱空気を吹き付け、記録紙１６を加熱する。印字直前に記録紙１６を加熱しておくことにより、インクが着弾後乾き易くなる。

印字部１２は、最大紙幅に対応する長さを有するライン型ヘッドを紙送り方向と直交方向（主走査方向）に配置した、いわゆるフルライン型のヘッドとなっている（図２参照）。各印字ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙは、図２に示したように、本インクジェット記録装置１０が対象とする最大サイズの記録紙１６の少なくとも一辺を超える長さにわたってインク吐出口（ノズル）が複数配列されたライン型ヘッドで構成されている。

記録紙１６の送り方向に沿って上流側から黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の順に各色インクに対応したヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙが配置されている。記録紙１６を搬送しつつ各ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙからそれぞれ色インクを吐出することにより記録紙１６上にカラー画像を形成し得る。

印字検出部２４は、印字部１２の打滴結果を撮像するためのラインセンサを含み、該ラインセンサによって読み取った打滴画像からノズルの目詰まりその他の吐出不良をチェックする手段として機能する。

印字検出部２４の後段には、後乾燥部４２が設けられている。後乾燥部４２は、印字された画像面を乾燥させる手段であり、例えば、加熱ファンが用いられる。印字後のインクが乾燥するまでは印字面と接触することは避けたほうが好ましいので、熱風を吹き付ける方式が好ましい。

後乾燥部４２の後段には、加熱・加圧部４４が設けられている。加熱・加圧部４４は、画像表面の光沢度を制御するための手段であり、画像面を加熱しながら所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラ４５で加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。

こうして生成されたプリント物はカッター２８によって所定のサイズに切断された後、排紙部２６から排出される。本来プリントすべき本画像（目的の画像を印刷したもの）とテスト印字とは分けて排出することが好ましい。このインクジェット記録装置１０では、本画像のプリント物と、テスト印字のプリント物とを選別してそれぞれの排出部２６Ａ、２６Ｂへと送るために排紙経路を切り替える不図示の選別手段が設けられている。なお、大きめの用紙に本画像とテスト印字とを同時に並列に形成する場合は、カッター（第２のカッター）４８によってテスト印字の部分を切り離す。

［エアロゾルデポジション法（以下、「ＡＤ法」という）による成膜方法］
次に、本発明に係る液体吐出ヘッドの製造に使用するＡＤ法による成膜方法について説明する。

図３はＡＤ法による成膜装置を示す模式図である。この成膜装置は、原料の粉体５１を収容するエアロゾル生成容器５２を有している。ここで、エアロゾルとは、気体中に浮遊している固体や液体の微粒子のことをいう。

エアロゾル生成容器５２には、キャリアガス導入部５３、エアロゾル導出部５４、振動部５５が設けられている。キャリアガス導入部５３から窒素ガス（Ｎ₂ ）等の気体を導入することによってエアロゾル生成容器５２内に収容された原料の粉体が噴き上げられ、エアロゾルが生成される。その際に、振動部５５によってエアロゾル生成容器５２に振動を与えることにより、原料の粉体が攪拌され、効率よくエアロゾルが生成される。生成されたエアロゾルは、エアロゾル導出部５４を通って成膜チャンバ５６に導かれる。

成膜チャンバ５６には、排気管５７、ノズル５８、可動ステージ５９が設けられている。排気管５７は、真空ポンプに接続されており、成膜チャンバ５６内を排気する。エアロゾル生成容器５２において生成され、エアロゾル導出部５４を通って成膜チャンバ５６に導かれたエアロゾルは、ノズル５８から基板５０に向けて噴射される。これにより、原料の粉体が基板５０上に衝突して堆積する。基板５０は、３次元に移動可能な可動ステージ５９に載置されており、可動ステージ５９を制御することにより、基板５０とノズル５８との相対的位置が調節される。

［液体吐出ヘッドの製造方法］
次に、本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法について説明する。

図４は振動板６０上に圧力室隔壁６４’をＡＤ法によって成膜する場合に関して示している。

図４（Ａ）に示すように、まずステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）からなる振動板６０上に圧力室の平面形状を有するレジスト６２を形成する（レジストパターニング）。このレジスト６２の厚さは、１０μｍ以上とする。尚、振動板６０は、ＳＵＳ４３０に限らず、例えばガラス、ＳｉＯ₂ 、Ａｌ₂ Ｏ₃ などの酸化物セラミック系を適用してもよい。

次に、図４（Ｂ）に示すようにＡＤ法により圧力室隔壁の組成材料（例えば、Ａｌ₂ Ｏ₃ ）からなるＡｌ₂ Ｏ₃ 膜６４を形成する。即ち、平均粒径0.3 μｍのＡｌ₂ Ｏ₃ 単結晶粉体を用い、図３に示した成膜装置を駆動することにより、厚さ１０μｍのＡｌ₂ Ｏ₃ 膜６４を成膜する。

続いて、図４（Ｃ）に示すようにアセトンを用いてレジスト６２を溶解し、レジスト６２上のＡｌ₂ Ｏ₃ 膜６４をリフトオフする。このリフトオフにより、振動板６０上にＡｌ₂ Ｏ₃ 膜６４からなる圧力室隔壁６４’がパターン成膜される。尚、この圧力室隔壁６４’によって圧力室６５が形成される。

次に、内部応力を取り除くための熱処理（アニール）を行う。アニールは、例えば６００°Ｃを１時間保持することによって行われる。また、必要に応じて振動板６０の厚さが所望の厚さになるようにエッチングする。

図５は振動板６０の裏面に圧電素子を形成する場合に関して示している。

即ち、振動板６０の裏面に共通電極６６を形成する。共通電極６６は、密着層となる酸化チタン層（ＴｉＯ₂ ）がスパッタリング等により形成され、その上に導電層となる白金層（Ｐｔ）がスパッタリング等により形成され、トータルで約0.5 μｍの厚さを有している。

上記のように振動板６０に共通電極６６を形成したのち、この共通電極６６の圧力室６５に対応した位置に振動板６０を駆動するためのジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）膜６７を成膜し、更にＰＺＴ膜６７上に個別電極６８を形成する。この場合、図４（Ａ）及び（Ｂ）に示した方法と同様にしてレジストパターニング、ＡＤ法によるＰＺＴ膜６７の成膜、及び電極の形成後、リフトオフにより圧力室６５に対応した位置にＰＺＴ膜６７及び個別電極６８を形成する。

その後、アニール処理及びポーリングを行う。ポーリング後のＰＺＴ膜６７は、共通電極６６と個別電極６８との間に電圧を印加すると、長辺方向に伸縮するｄ₃₁モードで変位し、その結果、振動板６０を駆動させる圧電素子６９として機能する。

尚、本構成のように振動板６０の両面に圧力室隔壁６４’と圧電素子６９とをＡＤ法によって成膜した場合、以下のような効果が確認できた。

ＡＤ法は、高速に粉体を噴射して高緻密な膜を堆積させる手法のため、膜には成膜時に応力が残留しやすい。その結果、振動板が膜に引っ張られて、湾曲する傾向が確認されている。膜をアニール処理して応力開放することで、振動板の湾曲は改善されるが、本方法のように振動板の両面にＡＤ法によって成膜すると、応力歪みが相殺され、アニール処理の必要性がないことが確認された。従って、本構成のように振動板の両面にＡＤ法によって成膜することは、歪み相殺の観点から有効であり、熱処理を削減できることで、設計の自由度アップや工数削減に伴うコストダウンなどの効果が見込めることが確認できた。

また、図５に示した実施の形態では、圧電素子６９をＡＤ法によって形成するようにしたが、これに限らず、圧電素子を振動板６０に接着剤で貼り付けるようにしてもよい。

次に、振動板からノズルに至るまでの上記圧力室隔壁６４’を含む３次元構造体のモノリシック構造化について、図６を参照しながら説明する。

図６（Ａ）は振動板６０上に圧力室隔壁６４’がパターン成膜されている場合に関して示している。尚、圧力室隔壁（第１層）６４’は、図４に示したようにＡＤ法によってパターン成膜されたものである。

上記圧力室隔壁６４’をパターン成膜した後、図６（Ｂ）に示すように圧力室隔壁６４’のパターン間に溶解材料７０をＡＤ法によってパターン成膜し、これにより圧力室６５の空間を埋める。尚、溶解材料７０は、ＡＤ法によって溶解材料７０上に成膜が可能な材料であり、かつウエットエッチング（液体の薬品に浸ける方法）により除去可能な材料である。

次に、図６（Ｃ）に示すように圧力室隔壁（第１層）６４’上に、ＡＤ法により第２層７２をパターン成膜する。この第２層７２の成膜も圧力室隔壁（第１層）６４’の成膜と同様にして行われ、また、図６（Ｄ）に示すように第２層７２のパターン間に溶解材料７０が充填される。

図６（Ｅ）に示すように、第３層７３から第６層（ノズルプレート）７６も上記と同様にして順次成膜される。

その後、図６（Ｆ）に示すように、ウエットエッチンングにより溶解材料７０を除去する。これにより、圧力室６５、各圧力室６５にインクを供給するための共通流路７８、圧力室６５からノズル７７にインクを供給するためのノズル流路７９等の空間を有する３次元構造体８０が形成される。

尚、圧力室隔壁（第１層）６４’からノズルプレート（第６層）７６までの３次元構造体８０を構成する各層は、それぞれ異なる形状のレジストパターンによってパターン成膜されており、各層のレジストパターンの形状、及び各層の厚みを適宜設定することにより、圧力室等を含む任意形状の空間を有する３次元モノリシック構造体を形成することができる。

この実施の形態では、ノズル７７を有するノズルプレート（第６層）７６もＡＤ法によって形成するようにしたが、これに限らず、別途準備したノズルプレートを接着剤によって貼り付けるようにしてもよい。尚、ノズルプレートを貼り付ける場合には、ＡＤ法で形成する場合に比べて、ノズルピッチやノズル径を高精度にすることができる。

また、３次元構造体８０を構成する各層は、それぞれ同一の組成材料の粉体を用いて成膜されているが、これに限らず、各層ごとに異なる組成材料の粉体を用いて成膜してもよいし、あるいは１つの層内で異なる組成材料の粉体を用いて成膜してもよい。

次に、２種類以上の異なる組成材料の粉体を用いて振動板上に圧力室隔壁をＡＤ法により成膜する場合について、図７を参照しながら説明する。

図７（Ａ）は、それぞれ種類の異なる組成材料からなる層８２と層８４とが交互に積層されて圧力室隔壁８６が形成されている場合に関して示している。

ここで、層８２は、剛性の高い組成材料から形成され、層８４はインク耐性の高い組成材料から形成されている。これにより、層８２と層８４との多層構造の圧力室隔壁８６は、それぞれの層８２、８４の組成材料の特性（高剛性、高耐食性）が平均化されたものとなる。

また、ＡＤ法によって上記圧力室隔壁８６を成膜する場合には、剛性の高い組成材料からなる第１の粉体を収容する第１のエアロゾル生成容器と、インク耐性の高い組成材料からなる第２の粉体を収容する第２のエアロゾル生成容器とを準備し、前記第１、第２のエアロゾル生成容器によって生成された第１、第２のエアロゾルが、噴射ノズルから交互に噴射されるようにエアロゾルの流路を切り替えるようにする。

尚、圧力室隔壁を構成する各層の組成材料は、上記の実施の形態に限定されず、ＡＤ法での密着性の高い組成材料、インク液との親液性の高い組成材料などの組成材料を選択するようにしてもよい。また、圧力室隔壁は、３種類以上の組成材料からなる層を順次積層して構成するようにしてもよい。更に、圧力室隔壁（第１層）に限らず、他の層（図６に示した第２層７２から第６層７６）についても、第１層と同様に構成してもよい。

図７（Ｂ）及び（Ｃ）はそれぞれ傾斜組成化した圧力室隔壁の実施の形態を示している。

即ち、図７（Ｂ）及び（Ｃ）に示す圧力室隔壁８８、８９は、２種類の組成材料からなる第１のエアロゾルと第２のエアロゾルとの混合比を連続的に変化させ、その混合したエアロゾルを噴射ノズルから噴射して振動板６０上に粉体を堆積させて成膜されたものであり、圧力室隔壁８８は、圧力室隔壁８８の一端から他端に向かって連続的に傾斜組成化されており、圧力室隔壁８９は、圧力室隔壁８８の両端から中央に向かって連続的に傾斜組成化されている。尚、２種類のエアロゾルの混合比は、膜厚方向に向かって連続的に変化させる場合に限らず、段階的に変化させるようにしてもよい。

次に、圧力室を含む３次元構造体を２種類以上の組成材料によって構成する実施例について説明する。

［材料接着時の密着性を向上させるヘッドの第１実施例］
図８は組成材料が傾斜組成化された圧力室隔壁を含むヘッドの断面図である。同図に示す第１実施例のヘッドの振動板９０は、ステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）から構成され、ノズルプレート９２は、ニッケル（Ｎｉ）から構成されているものとする。この場合、振動板９０からノズルプレート９２に至るまでの３次元構造体の圧力室隔壁９４は、ＳＵＳ４３０からニッケル（Ｎｉ）に連続的に変化するように傾斜組成化されている。

即ち、ＡＤ法によって振動板９０に粉体を堆積させる際に、最初はＳＵＳ４３０の粉体を含む第１のエアロゾルを振動板９０に噴射してＳＵＳ４３０の粉体を堆積させ、その後、第１のエアロゾルと、ニッケル（Ｎｉ）の粉体を含む第２のエアロゾルとの混合比を連続的に変化させ（第１のエアロゾルの割合を徐々に少なくするとともに、第２のエアロゾルの割合を徐々に多くし）、ノズルプレート９２が形成される位置では第２のエアロゾルのみを噴射してニッケル（Ｎｉ）の粉体を堆積させる。

上記のように圧力室隔壁９４を傾斜組成化することにより、振動板９０及びノズルプレート９２との接着部における圧力室隔壁９４の組成を同一にすることができ、これにより振動板９０と隔壁９４との密着性を向上させることができるとともに、ノズルプレート９２と隔壁９４との密着性を向上させることができる。

更に、振動板９０及びノズルプレート９２の組成と、圧力室隔壁９４の接着部における組成を同一、又は略同一にすることで、加熱接着時やヘッド温調時において、線膨張係数が接着部で同一、又は略同一となるため、接着剥離を抑制できる効果がある。

また、振動版９０とノズルプレート９２の組成が同一、又は略同一で、それぞれの接着部の組成が同一、又は略同一である場合、ヘッドの上下２面が略同一組成材料で厚みを持って形成されるので、反りの発生を抑制する効果が生まれる。

尚、図８において、９６は、振動板９０を駆動するための圧電素子である。

［インク充填時の気泡発生を防止するヘッドの第２実施例］
図９はインク充填時に気泡が発生する原因を説明するための図であり、同図（Ａ）は圧力室１００と、この圧力室１００にインクを供給する供給路１０２と、ノズル流路１０４とを示している。

図９（Ｂ）及び（Ｃ）はそれぞれ図９（Ｂ）の要部拡大断面図であり、圧力室１００と供給路１０２との連結部に関して示している。

供給路１０２からインクが圧力室１００内に供給される際に、図９（Ｂ）に示すようにインク１０６の先端部が球状になると、インク１０６と圧力室１００の角部１００Ａとの間に空間（気泡）が残る。一方、図９（Ｃ）に示すようにインク１０６の先端部が球状にならずに広がると、インク１０６と圧力室１００の角部１００Ａとの間に気泡が残らない。

インク１０６の先端部の形状は、インク１０６の粘性や圧力室１００の壁面のインク１０６との親液性によって変化し、インク１０６の粘性を一定としている場合には、圧力室１００の壁面の親液性が高い程、気泡の発生を防止することができる。

図１０はインク充填時の気泡発生を防止する圧力室隔壁を含むヘッドの断面図であり、図１１は図１０に示したヘッドの圧力室の斜視図である。尚、図１０において、図８と共通する部分には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。また、図１１において、１１６はインクの供給路に連通する圧力室内の開口であり、１１８はノズル流路に連通する圧力室内の開口である。

図１０において、振動板９０からノズルプレート９２に至るまでの圧力室隔壁１２０は、ＴｉＯ₂ やＺｎＯなどの親液性材料からなる第１層１１０と、Ｃｒ、他金属、セラミックなどの材料からなる第２層１１２と、親液性材料からなる第３層１１４とによって積層化されている。尚、圧力室隔壁１２０の各層は、ＡＤ法によって順次成膜されて構成されている。

図９で説明したように気泡は圧力室の角部に溜まりやすいため、第２実施例のヘッドでは、圧力室の角部の壁面と他の壁面との気泡の付きにくさを等しくするために、角部を構成する層（第１層１１０、第３層１１４）の組成材料を親液性材料にしている。

尚、上記第２実施例のヘッドの圧力室隔壁１２０を、図８に示した第１実施例のヘッドの圧力室隔壁９４と同様に連続的に傾斜組成化させてもよい。

［インクの安定供給可能なヘッドの第３実施例］
図１２はインクの安定供給可能な圧力室隔壁を含むヘッドの断面図である。尚、図１２において、図８と共通する部分には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図１２において、振動板９０からノズルプレート９２に至るまでの圧力室隔壁１４０は、Ｃｒ、Ｎｉ等の高剛性材料からなる第１層１３０と、第２層１３２と、Ｍｇ、樹脂等の低剛性材料からなる第３層１３４とによって積層化されている。尚、第２層１３２は、第１層１３０の剛性と第３層１３４の剛性の中間の剛性を有する材料からなり、圧力室隔壁１４０の剛性は、振動板９０からノズルプレート９２に向かって剛性が低下する傾斜剛性構造となっている。また、圧力室隔壁１４０の各層は、ＡＤ法によって順次成膜されて構成されている。樹脂の層を成膜する場合には、メカノケミカル反応を使わずに堆積させるＡＤ法となる。

図１３は上記構成のヘッドの駆動時の圧力室内の圧力変化を示すグラフである。

同図に示すように、まず、インク吐出前に一旦、圧電素子９６への印加電圧を低下させることで圧力室を広げる方向に振動板９０を駆動し、メニスカスを後退させるPULL制御を行う。次に、正電圧を印加して急激にインクを吐出させるPUSH制御を行い、インク滴を十分な速度で吐出させる。インク吐出後には、印加電圧を下げて圧力室内にインクを充填させるリフィル制御を行う。リフィル時には、メニスカスの振動を速やかに収束させて次のインク吐出までの時間の短縮化が要求される。

とろこで、図１２に示したように圧力室の圧力室隔壁１４０に剛性の傾斜を付けるようにしたため、以下のような作用効果が得られる。即ち、PUSH制御時にはスルーレートが高いため、低剛性の第３層１３４は硬く作用し、一方、リフィル制御時には低剛性の第３層１３４の変形（図１２の矢印方向の撓み）により、圧力室内に充填されるインクのメニスカス振動を抑制するダンパー効果が得られる。

尚、上記第３実施例のヘッドの圧力室隔壁１４０を、図８に示した第１実施例のヘッドの圧力室隔壁９４と同様に連続的に傾斜組成化させてもよい。

また、この実施の形態では、ＡＤ法による成膜時にレジストパターニング及びリフトオフによりパターン成膜するようにしたが、これに限らず、金属又はセラミックスなどのマスクを使用し、ＡＤ法によるマスクパターニングにより圧力室隔壁等を含む３次元圧力室構造体をパターン成膜するようにしてもよい。

更に、この実施の形態では、本発明に係る液体吐出ヘッドは、記録紙にインクを吐出するライン型インクジェットヘッドとして使用される場合について説明したが、これに限らず、ヘッドが印字媒体の送り方向と直交する方向に往復移動するシャトル型のヘッドにも適用できる。更に、本発明に係る液体吐出ヘッドは、記録媒体に処理液又は水を噴射することによる画像形成用ヘッドとして、また、基材に塗布液を噴射することで画像記録媒体を形成するための液体吐出ヘッドとして用いても良い。

図１は本発明に係る液体吐出ヘッドを適用するインクジェット記録装置の全体構成図である。 図２は図１に示したインクジェット記録装置の印字部周辺の要部平面図である。 図３はＡＤ法による成膜装置を示す模式図である。 図４は振動板上に圧力室隔壁をＡＤ法によって成膜する場合の手順を示す図である。 図５は振動板の両面に圧力室隔壁及び振動板駆動用のＰＺＴ膜を成膜した状態を示す図である。 図６は振動板からノズルに至るまでの３次元構造体のモノリシック構造化の手順を示す図である。 図７は２種類以上の異なる組成材料の粉体を用いて振動板上に圧力室隔壁をＡＤ法により成膜する実施の形態を説明するために用いた図である。 図８は組成材料が傾斜組成化された圧力室隔壁を含むヘッドの断面図である。 図９はインク充填時に気泡が発生する原因を説明するために用いた図である。 図１０はインク充填時の気泡発生を防止する圧力室隔壁を含むヘッドの断面図である。 図１１はインク充填時の気泡発生を防止する圧力室隔壁を有する圧力室の斜視図である。 図１２はインクの安定供給可能な圧力室隔壁を含むヘッドの断面図である。 図１３は図１２に示したヘッドの駆動時の圧力室内の圧力変化を示すグラフである。

符号の説明

１０…インクジェット記録装置、１２…印字部、１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙ、９０、５０…ヘッド、１６…記録紙、６０、９０…振動板、６２…レジスト、６４…Ａｌ₂ Ｏ₃ 膜、６４’…圧力室隔壁（第１層）、６５…圧力室、６６…共通電極、６７…ＰＺＴ膜、６８…個別電極、６９、９６…圧電素子、７０…溶解材料、７２…第２層、７３…第３層、７４…第４層、７５…第５層、７６…第６層、７７…ノズル、７８…共通流路、７９…ノズル流路、８０…３次元構造体、８６、８８、８９、９４、１２０、１４０…圧力室隔壁、９０…振動板、９２…ノズルプレート、１１０、１３０…第１層、１１２、１３２…第２層、１１４、１３４…第３層

Claims (7)

1. 液体が充填される圧力室、及び該圧力室に液体を供給するための流路を含む空間が形成された３次元構造体と、前記圧力室内の液体をノズルから吐出させるための駆動素子とを有する液体吐出ヘッドにおいて、
   前記３次元構造体は、基板上に組成材料を堆積させる堆積法によって形成されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記基板は振動板であり、前記駆動素子は前記振動板を駆動する圧電素子であることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記圧電素子は、前記振動板上に圧電材料を堆積させる堆積法によって形成されていることを特徴とする請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記堆積法は、エアロゾルデポジション法であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
5. エアロゾルデポジション法により原料の粉体を含むエアロゾルを基板に噴射し、該基板に粉体を堆積させて圧力室、及び該圧力室に液体を供給するための流路を含む空間を有する３次元構造体を形成したことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
6. (a) 前記３次元構造体を多層構造とし、各層をエアロゾルデポジション法によりパターン成膜する工程と、
   (b) 前記各層の開口部に溶解材料を充填する工程と、
   (c) 前記工程 (ａ) と、工程 (ｂ) とを繰り返して前記３次元構造体を多層構造によって形成する工程と、
   (d) 前記３次元構造体の形成後に前記溶解材料を除去し、該３次元構造体内に空間を形成する工程と、
   を含むことを特徴とする請求項５に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
7. 前記工程 (ｂ) は、前記工程 (ａ) によってパターン成膜された層の開口部を埋めるようにエアロゾルデポジション法によって溶解材料を成膜することを特徴とする請求項６に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。

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