JP2002001954A - インクジェットヘッド - Google Patents

インクジェットヘッド

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JP2002001954A
JP2002001954A JP2000189883A JP2000189883A JP2002001954A JP 2002001954 A JP2002001954 A JP 2002001954A JP 2000189883 A JP2000189883 A JP 2000189883A JP 2000189883 A JP2000189883 A JP 2000189883A JP 2002001954 A JP2002001954 A JP 2002001954A
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JP
Japan
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ink jet
jet head
support substrate
common electrode
head according
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JP2000189883A
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English (en)
Inventor
Manabu Nishimura
学 西村
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 静電型インクジェットヘッドにおいて、駆動
電圧やインク摘出量に大きな影響を持つ共通電極の低抵
抗化を実現する。 【構成】 ドライエッチング法によりギャップを形成し
たシリコン支持基板1を形成し(図1(A))、その表
面に熱酸化膜からなる絶縁膜2を形成し、ウェットエッ
チングにより不要な部分の酸化膜2を除去する(図1
(B))。次に、対向電極3となる電極材料をスパッタ
法により成膜し、フォトリソ/エッチング工程により対
向電極3のパターニングを行ない、次いで絶縁膜4をC
VD法により成膜しフォトリソ/エッチング工程により
パターニングを行なう(図1(C))。その後、振動板
5、隔壁形成基板6を前記絶縁膜2、対向電極3及び絶
縁膜4が形成された支持基板1と直接接合により貼り合
わせる(図1(D))。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、プリンタ,コピ
ー,ファクシミリ等に用いられるインクジェット記録装
置のインクジェットヘッドに関し、より詳細には、静電
気力を利用した静電型アクチュエータを有するインクジ
ェットヘッドに関する。
【0002】
【従来の技術】記録液を吐出するノズルに連通する液室
の一部を構成する振動板と、該振動板に対しギャップを
介して個別電極が対向配置された支持基板を有し、前記
振動板を静電気力により変形させ、記録液を前記ノズル
から吐出させ記録媒体に記録を行うインクジェットヘッ
ドにおいて、各ノズルを囲うように配置される振動板と
個別電極とのギャップスペーサの主成分としてポリシリ
コンを用い、ボロン等の不純物をドープし導電性を持た
せ、全ノズルの振動板に対し振動板電位を安定して支持
基板側から供給することが提案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】前記提案されている従
来技術では、ノズルの位置依存性を低減するため、導電
性のポリシリコンをギャップスペーサとして用いて振動
板または振動板に取り付けられた共通電極の低抵抗化を
図っているが、その抵抗は支持基板の抵抗が支配的であ
り、低抵抗化に関してはポリシリコン層の必要性は少な
い。
【0004】本発明の第1の目的は、静電型インクジェ
ットヘッドにおいて、駆動電圧やインク摘出量に大きな
影響を持つ共通電極の低抵抗化を実現するための構造を
提供することにある。
【0005】また、本発明の第2の目的は、従来の製造
方法に若干の変更を加えることにより製造することがで
きる、信頼度が高く量産に適したインクジェットヘッド
を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになされたものであって、その第1の技術手
段は、記録液を吐出するノズルに連通する液室の一部を
構成し共通電極が取り付けられた振動板と、該振動板に
ギャップを介して個別電極が対向配置された支持基板を
有し、前記共通電極と前記個別電極間に駆動電圧を印加
し前記振動板を静電気力により変形させ、記録液を前記
ノズルから吐出させるインクジェットヘッドにおいて、
前記振動板と前記支持基板はシリコンからなり、前記個
別電極は前記支持基板上に形成された絶縁層上に形成さ
れ、前記絶縁層が部分的に取り除かれた部分において前
記共通電極と前記支持基板が電気的に同電位となるよう
に直接接合されていることを特徴とする。
【0007】第2の技術手段は、第1の技術手段のイン
クジェットヘッドにおいて、前記支持基板は主成分がシ
リコンからなり、抵抗率が0.1〜0.01Ωcmである
ことを特徴とする。
【0008】第3の技術手段は、第1の技術手段のイン
クジェットヘッドにおいて、前記支持基板上に形成され
る絶縁層はLOCOS法により部分的に形成された絶縁
層であることを特徴とする。
【0009】第4の技術手段は、第1の技術手段のイン
クジェットヘッドにおいて、前記共通電極と前記支持基
板を導通させる接続孔を有し、該接続孔は埋め込み材料
により埋め込まれることを特徴とする。
【0010】第5の技術手段は、第4の技術手段のイン
クジェットヘッドにおいて、前記埋め込み材料は120
0℃以上の融点を有する金属材料からなることを特徴と
する。
【0011】第6の技術手段は、第5の技術手段のイン
クジェットヘッドにおいて、前記金属材料は、W,T
i,Ta,Moまたはその化合物からなることを特徴と
する。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図1
〜図3に示す実施例に基づいて説明する。 (実施例1)図1は、本発明の第1の実施例による静電
型インクジェットヘッド及びその製造工程を示す断面図
である。本発明の静電型インクジェットヘッドの主要部
であるアクチュエータ部分は、図1(D)に示すような
構成で、従来の静電型インクジェットヘッドと同様に、
支持基板1,絶縁膜2,対向電極3,絶縁膜4,振動板
5、共通電極6等から構成される。振動板5に取り付け
られた共通電極6と対向電極3間(正確には絶縁膜4と
の間)には微小なギャップが形成されていて、共通電極
6と対向電極3間に電圧を加えると、静電気力により振
動板5が対向電極3側に変位し、その後電圧を0に戻し
たときに変位している振動板5がその弾性力によって元
の位置に戻ろうとする力によりインクを噴射させるもの
である。
【0013】振動板5に取り付けられた共通電極6と対
向電極3間のギャップは、支持基板1に堀込まれた窪み
の深さと支持基板1と対向電極3を絶縁するために設け
られた絶縁膜2によって作られた間隔と対向電極3の厚
みの差をとった大きさとなる。
【0014】第1の実施例によるインクジェットヘッド
のアクチュエータでは、駆動電圧の低電圧化と噴射イン
ク滴量の複数段階制御を目的として、片側においてはギ
ャップ端から中心部に行くに従い振動板と対向電極間隔
が徐々に広がるように、残り部分においては振動板と対
向電極が平行となるようなギャップ形状となっている。
【0015】対向電極3上の絶縁膜4は共通電極6と対
向電極3の短絡を防ぐものであり、同機能の絶縁膜を共
通電極6側に形成してもよい。また、振動板5と対向電
極3が接触しないような駆動方式で動作させる場合には
省略することも可能である。第1の実施例のギャップ形
状は1例を示したものであり、目的に応じて他のギャッ
プ形状にすることも可能である。
【0016】本発明は、共通電極と支持基板を同電位と
するためのインクジェットヘッドのアクチュエータ部分
の構造に関するものであることから、アクチュエータ部
分以外の他部品の図示は省略したが、従来技術と同様の
インク供給路,流体抵抗,ノズルプレート等の部品を組
み付けることにより、静電型インクジェットヘッドが作
成される。
【0017】図1(A)〜(D)に示す製造工程につい
て説明する。支持基板1となる面方位が(100)のシ
リコンウエハ上にレジストをスピンコートにより塗布
し、所望のギャップ形状を得るために開口率を変化させ
ることにより透過率に変化を持たせたマスクを用いて露
光・現像を行い、ギャップ形状に対応する大きな傾斜部
を持つレジストパターンを形成する。前記レジストパタ
ーン及び支持基板1をプラズマを用いたドライエッチン
グ法により同時にエッチングを行うことにより、レジス
トの形状が支持基板1に転写される(図1(A))。
【0018】その後、支持基板1表面に熱酸化膜からな
る絶縁膜2を形成し、ギャップ形成エリアに対応したレ
ジストパターンを形成し、ウェットエッチングで不要な
酸化膜2、すなわち支持基板1のギャップ部以外の部分
の表面の酸化膜2を除去する(図1(B))。なお、支
持基板1表面に形成する酸化膜はCVDによって成膜す
ることも可能である。
【0019】洗浄後、対向電極3となる電極材料をスパ
ッタ法により成膜し、フォトリソグラフィ/エッチング
工程により対向電極3のパターニングを行なう。その
後、絶縁膜4をCVD法により成膜しフォトリソグラフ
ィ/エッチング工程によりパターニングを行なう(図1
(C))。その後、共通電極6が取り付けられた振動板
5、隔壁形成基板7を絶縁膜2、対向電極3及び絶縁膜
4が形成された支持基板1と直接接合により貼り合わせ
る(図1(D))。
【0020】(実施例2)図2は、本発明の第2の実施
例による静電型インクジェットヘッド及びその製造工程
を示す断面図である。支持基板11となる面方位が(1
00)のシリコンウエハ上に、半導体製造で一般的に用
いられているLOCOS(Local Oxidation Of Silico
n)酸化膜形成法を用いて、振動ギャップが形成される
所望の位置へLOCOS酸化膜12を形成する(図2
(A))。その後、CMP(Chemical Mechanical Poli
shing)法を用いてLOCOS酸化膜12により形成さ
れた表面の凹凸を平坦に研磨する(図2(B))。LO
COS酸化膜12が形成された支持基板11に対して第
1の実施例と同様にギャップを形成し、対向電極13、
絶縁膜14を順次形成し、共通電極16が取り付けられ
た振動板15、隔壁形成基板16を接合する(図2
(C))。
【0021】(実施例3)図3は、本発明の第3の実施
例によるインクジェットヘッドのアクチュエータ要部を
示す断面図、斜視図、要部平面図である。支持基板21
となる面方位が(100)のシリコンウエハ上に絶縁膜
22として熱酸化膜を形成させる。次に、第1の実施例
に示したのと同様の方法で絶縁膜22にギャップを形成
し、次いで対向電極23を形成し、さらに絶縁膜24を
形成する。振動ギャップの外方にフォトリソグラフィ/
エッチング工程により接続孔28を開口し、支持基板2
1を露出させる。シリコン部分にのみタングステンを選
択成長させるWプラグ法により接続孔28をタングステ
ン等の埋め込み材料で埋め込み、その後CMP法を用い
て表面を平坦に研磨し、振動板基板25を接合する(図
3(A)(B)(C))。
【0022】第3の実施例では接続孔28の開口は、ギ
ャップ形成と別々に行なっているが、フォトリソマスク
の透過率やギャップ間隔、絶縁膜の膜厚を調整すること
で同時に行うこともできる。また、接続孔28の埋め込
みはCVDによる埋め込みとエッチバックを組み合わせ
ても可能であり、埋め込み材料は導電性の材料であれば
W,Ti,Ta,Moまたはその化合物等の材料でもよ
い。
【0023】
【発明の効果】請求項1のインクジェットヘッドによれ
ば、振動板と支持基板の電気的導通が可能であるため、
振動板の電気的コンタクトを支持基板からとることがで
き、電気配線の自由度が増し設計が容易となる。
【0024】請求項2のインクジェットヘッドによれ
ば、支持基板が低抵抗であるため、振動板電位の位置依
存を大幅に低減することが可能となる。
【0025】請求項3のインクジェットヘッドによれ
ば、絶縁層として質の高い熱酸化膜を得ることができる
ため、振動板の駆動に必要な電圧に十分耐えうる構造と
することが可能となる。
【0026】請求項4のインクジェットヘッドによれ
ば、従来のインクジェットヘッド製造方法のまま若干の
工程を追加することで振動板と支持基板の電気的導通が
可能となり、信頼性の高いインクジェットヘッドを得る
ことが可能となる。
【0027】請求項5のインクジェットヘッドによれ
ば、振動板と支持基板を金属材料を用いて直接接合する
ことができ、接着剤等が必要なく安定したギャップ精度
が得られる。
【0028】請求項6のインクジェットヘッドによれ
ば、半導体LSI製造で広く用いられている材料を用い
るため、信頼性が高く量産に適したインクジェットヘッ
ドを得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施例によるインクジェット
ヘッド及びその製造工程を示す断面図である。
【図2】 本発明の第2の実施例によるインクジェット
ヘッド及びその製造工程を示す断面図である。
【図3】 本発明の第3の実施例によるインクジェット
ヘッドを示す断面図、斜視図、要部平面図である。
【符号の説明】
1,11,21…支持基板、2,12,22…絶縁膜、
3,13,23…対向電極、4,14,24…絶縁膜、
5,15,25…振動板、6,16,26…共通電極、
7,17,27…隔壁形成基板、28…接続孔、29…
埋め込み材料。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 記録液を吐出するノズルに連通する液室
    の一部を構成し共通電極が取り付けられた振動板と、該
    振動板にギャップを介して個別電極が対向配置された支
    持基板を有し、前記共通電極と前記個別電極間に駆動電
    圧を印加し前記振動板を静電気力により変形させ、記録
    液を前記ノズルから吐出させるインクジェットヘッドに
    おいて、 前記振動板と前記支持基板はシリコンからなり、前記個
    別電極は前記支持基板上に形成された絶縁層上に形成さ
    れ、前記絶縁層が部分的に取り除かれた部分において前
    記共通電極と前記支持基板が電気的に同電位となるよう
    に直接接合されていることを特徴とするインクジェット
    ヘッド。
  2. 【請求項2】 前記支持基板は主成分がシリコンからな
    り、抵抗率が0.1〜0.01Ωcmであることを特徴と
    する請求項1記載のインクジェットヘッド。
  3. 【請求項3】 前記支持基板上に形成される絶縁層はL
    OCOS法により部分的に形成された絶縁層であること
    を特徴とする請求項1記載のインクジェットヘッド。
  4. 【請求項4】 前記共通電極と前記支持基板を導通させ
    る接続孔を有し、該接続孔は埋め込み材料により埋め込
    まれることを特徴とする請求項1記載のインクジェット
    ヘッド。
  5. 【請求項5】 前記埋め込み材料は1200℃以上の融
    点を有する金属材料からなることを特徴とする請求項4
    記載のインクジェットヘッド。
  6. 【請求項6】 前記金属材料は、W,Ti,Ta,Mo
    またはその化合物からなることを特徴とする請求項5記
    載のインクジェットヘッド。
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