JP2002210988A

JP2002210988A - インクジェット式記録ヘッド及びその製造方法並びにインクジェット式記録装置

Info

Publication number: JP2002210988A
Application number: JP2001014260A
Authority: JP
Inventors: Akira Matsuzawa; 明松沢
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2001-01-23
Filing date: 2001-01-23
Publication date: 2002-07-31
Anticipated expiration: 2021-01-23
Also published as: JP3786178B2

Abstract

(57)【要約】【課題】流路形成基板の厚さを薄くできると共に破損
を防止でき、良好なインク吐出特性を保持できるインク
ジェット式記録ヘッド及びその製造方法並びにインクジ
ェット式記録装置を提供する。【解決手段】ノズル開口２１が穿設されたノズルプレ
ート２０と、ノズル開口２１に連通する圧力発生室１２
が画成された流路形成基板１０と、流路形成基板１０の
圧力発生室１２に対応する領域に振動板を介して設けら
れた下電極６０、圧電体層７０及び上電極８０からなる
圧電素子３００とを具備するインクジェット式記録ヘッ
ドにおいて、ノズルプレート２０と流路形成基板１０と
が単結晶シリコンからなり、これらを接着剤を用いるこ
となく酸化シリコン膜１００を介して接合することによ
り、両者を良好に接合できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インク滴を吐出す
るノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構
成し、この振動板を介して圧電素子を設けて、圧電素子
の変位によりインク滴を吐出させるインクジェット式記
録ヘッド及びその製造方法並びにインクジェット式記録
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】インク滴を吐出するノズル開口と連通す
る圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧
電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧して
ノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式
記録ヘッドには、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦
振動モードの圧電アクチュエータを使用したものと、た
わみ振動モードの圧電アクチュエータを使用したものの
２種類が実用化されている。

【０００３】前者は圧電素子の端面を振動板に当接させ
ることにより圧力発生室の容積を変化させることができ
て、高密度印刷に適したヘッドの製作が可能である反
面、圧電素子をノズル開口の配列ピッチに一致させて櫛
歯状に切り分けるという困難な工程や、切り分けられた
圧電素子を圧力発生室に位置決めして固定する作業が必
要となり、製造工程が複雑であるという問題がある。

【０００４】これに対して後者は、圧電材料のグリーン
シートを圧力発生室の形状に合わせて貼付し、これを焼
成するという比較的簡単な工程で振動板に圧電素子を作
り付けることができるものの、たわみ振動を利用する関
係上、ある程度の面積が必要となり、高密度配列が困難
であるという問題がある。

【０００５】一方、後者の記録ヘッドの不都合を解消す
べく、特開平５−２８６１３１号公報に見られるよう
に、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧
電材料層を形成し、この圧電材料層をリソグラフィ法に
より圧力発生室に対応する形状に切り分けて各圧力発生
室毎に独立するように圧電素子を形成したものが提案さ
れている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
インクジェット式記録ヘッドでは、圧力発生室が流路形
成基板を貫通して形成されているため、圧力発生室の配
列密度を高くすると、圧力発生室を区画する隔壁の厚み
が薄くなり、隣接する圧力発生室間でクロストークが発
生するという問題がある。

【０００７】このような問題を解決するために、流路形
成基板の厚さを薄くすることが望ましいが、流路形成基
板自体の剛性が低くなり、製造過程においてクラック等
が派生するという問題がある。

【０００８】また、このようなインクジェット式記録ヘ
ッドでは、インク滴を吐出するための複数のノズル開口
を穿設したノズルプレートが用いられ、このノズルプレ
ートがノズル開口と圧力発生室とを連通するように流路
形成基板に接着剤等によって接合されている。このた
め、圧力発生室を高密度に配設すると、ノズルプレート
と流路形成基板との接着面積が小さくなるため、接着剤
が圧力発生室内に過度に流れ出し、特性劣化が生じる虞
がある。

【０００９】本発明は、このような事情に鑑み、流路形
成基板の厚さを薄くできると共に破損を防止でき、良好
なインク吐出特性を保持できるインクジェット式記録ヘ
ッド及びその製造方法並びにインクジェット式記録装置
を提供することを課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の第１の態様は、ノズル開口が穿設されたノズルプレ
ートと、前記ノズル開口に連通する圧力発生室が画成さ
れた流路形成基板と、該流路形成基板の前記圧力発生室
に対応する領域に振動板を介して設けられた下電極、圧
電体層及び上電極からなる圧電素子とを具備するインク
ジェット式記録ヘッドにおいて、前記ノズルプレートと
前記流路形成基板とが単結晶シリコンからなり、これら
が接着剤を用いることなく酸化シリコン膜を介して接合
されていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッ
ドにある。

【００１１】かかる第１の態様では、流路形成基板とノ
ズルプレートとが酸化シリコン膜によって良好に接合さ
れて一体構造となり、流路形成基板の剛性が向上すると
共にインク吐出特性が良好に保持される。

【００１２】本発明の第２の態様は、第１の態様におい
て、前記圧力発生室及び前記ノズル開口の内面に前記酸
化シリコン膜が連続的に形成されていることを特徴とす
るインクジェット式記録ヘッドにある。

【００１３】かかる第２の態様では、流路形成基板とノ
ズルプレートとを熱酸化することによって形成された酸
化シリコン膜で接合した結果、圧力発生室及びノズル開
口の内面に酸化シリコン膜が形成される。

【００１４】本発明の第３の態様は、第１又は２の態様
において、前記酸化シリコン膜内には、前記流路形成基
板又は前記ノズルプレートの何れか一方の接合面から他
方の接合面まで突出する複数の突起部が埋設されている
ことを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。

【００１５】かかる第３の態様では、突起部を挟んで流
路形成基板とノズルプレートとを酸化シリコン膜によっ
て接合した結果、酸化シリコン膜内に突起部が埋設され
る。

【００１６】本発明の第４の態様は、第１〜３の何れか
の態様において、前記圧力発生室がシリコン単結晶基板
に異方性エッチングにより形成され、前記圧電素子を構
成する各層が成膜及びリソグラフィ法により形成されて
いることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにあ
る。

【００１７】かかる第４の態様では、比較的容易に圧力
発生室を高精度且つ高密度に形成することができる。

【００１８】本発明の第５の態様は、第１〜４の何れか
の態様のインクジェット式記録ヘッドを具備することを
特徴とするインクジェット式記録装置にある。

【００１９】かかる第５の態様では、常に良好なインク
吐出特性が得られ、信頼性を向上したインクジェット式
記録装置を実現できる。

【００２０】本発明の第６の態様は、単結晶シリコンか
らなりノズル開口が穿設されたノズルプレートと、単結
晶シリコンからなり前記ノズル開口に連通する圧力発生
室が形成される流路形成基板と、この圧力発生室の一部
を構成する振動板を介して前記圧力発生室に対応する領
域に形成された圧電素子とを備えたインクジェット式記
録ヘッドの製造方法において、前記流路形成基板の一方
面に前記振動板の少なくとも一部を構成する弾性膜を形
成する第１の工程と、前記流路形成基板の他方面側から
エッチングすることにより前記圧力発生室を形成する第
２の工程と、前記流路形成基板の開口面側と前記ノズル
プレートとを所定の間隔を空けた状態で前記流路形成基
板と前記ノズルプレートとを熱酸化して両者を酸化シリ
コン膜によって接合する第３の工程と、前記圧電素子を
形成する第４の工程とを有することを特徴とするインク
ジェット式記録ヘッドの製造方法にある。

【００２１】かかる第６の態様では、流路形成基板とノ
ズルプレートとを酸化シリコン膜によって、容易且つ良
好に接合することができる。

【００２２】本発明の第７の態様は、第６の態様におい
て、前記第３の工程は、前記流路形成基板又は前記ノズ
ルプレートの少なくとも何れか一方の接合面に、一定の
高さで突出する複数の突起部を形成する工程を含み、前
記突起部を他方の接合面と当接させることにより前記流
路形成基板と前記ノズルプレートとの間に空間を確保し
た状態で両者を熱酸化して接合することを特徴とするイ
ンクジェット式記録ヘッドの製造方法にある。

【００２３】かかる第７の態様では、流路形成基板及び
ノズルプレートのそれぞれの接合面に形成される酸化シ
リコン膜によって両者が接合される。

【００２４】本発明の第８の態様は、第６の態様におい
て、前記第３の工程では、前記流路形成基板又は前記ノ
ズルプレートの何れか一方の表面に一体的に形成された
酸化シリコン膜に他方の接合面を当接させた状態で熱酸
化して両者を接合することを特徴とするインクジェット
式記録ヘッドの製造方法にある。

【００２５】かかる第８の態様では、他方の接合面に酸
化シリコン膜が形成されて、両者が接合される。

【００２６】本発明の第９の態様は、第８の態様におい
て、前記第２の工程では、前記流路形成基板の表面に形
成された酸化シリコン膜をマスクとして前記流路形成基
板のエッチングを行い、前記第３の工程では、前記ノズ
ルプレートの接合面をマスクとして用いた酸化シリコン
膜に当接させた状態で熱酸化して両者を接合することを
特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造方法にあ
る。

【００２７】かかる第９の態様では、圧力発生室を形成
するためのマスクとして用いられる酸化シリコン膜を用
いて流路形成基板とノズルプレートとを接合するため、
製造工程が簡略化される。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下に本発明を実施形態に基づい
て詳細に説明する。

【００２９】（実施形態１）図１は、本発明の実施形態
１に係るインクジェット式記録ヘッドを示す分解斜視図
であり、図２は、図１の平面図及び断面図である。

【００３０】図示するように、流路形成基板１０は、本
実施形態では面方位（１１０）のシリコン単結晶基板か
らなり、流路形成基板１０には、その一方の面から異方
性エッチングすることにより、複数の隔壁１１により区
画された圧力発生室１２が幅方向に並設されている。ま
た、圧力発生室１２の長手方向外側には、後述するリザ
ーバ形成基板のリザーバとの間の中継室となる連通部１
３が形成され、各圧力発生室１２の長手方向一端部とそ
れぞれインク供給路１４を介して連通されている。

【００３１】また、この流路形成基板１０の他方の面に
は、例えば、酸化シリコン膜（ＳｉＯ_２）からなる第１
の弾性膜５０と、例えば、酸化ジルコニウム（Ｚｒ
Ｏ_２）等からなる第２の弾性膜５１が形成されている。

【００３２】ここで、異方性エッチングは、シリコン単
結晶基板をＫＯＨ等のアルカリ溶液に浸漬すると、徐々
に侵食されて（１１０）面に垂直な第１の（１１１）面
と、この第１の（１１１）面と約７０度の角度をなし且
つ上記（１１０）面と約３５度の角度をなす第２の（１
１１）面とが出現し、（１１０）面のエッチングレート
と比較して（１１１）面のエッチングレートが約１／１
８０であるという性質を利用して行われるものである。
かかる異方性エッチングにより、二つの第１の（１１
１）面と斜めの二つの第２の（１１１）面とで形成され
る平行四辺形状の深さ加工を基本として精密加工を行う
ことができ、圧力発生室１２を高密度に配列することが
できる。

【００３３】本実施形態では、各圧力発生室１２の長辺
を第１の（１１１）面で、短辺を第２の（１１１）面で
形成している。この圧力発生室１２は、流路形成基板１
０をほぼ貫通して第１の弾性膜５０に達するまでエッチ
ングすることにより形成されている。ここで、第１の弾
性膜５０は、シリコン単結晶基板をエッチングするアル
カリ溶液に侵される量がきわめて小さい。また各圧力発
生室１２の一端に連通する各インク供給路１４は、圧力
発生室１２より浅く形成されており、圧力発生室１２に
流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。すな
わち、インク供給路１４は、シリコン単結晶基板を厚さ
方向に途中までエッチング（ハーフエッチング）するこ
とにより形成されている。なお、ハーフエッチングは、
エッチング時間の調整により行われる。

【００３４】なお、このような流路形成基板１０の厚さ
は、圧力発生室１２を配設する密度に合わせて最適な厚
さを選択する。例えば、１８０ｄｐｉ程度の解像度が得
られるように圧力発生室１２を配置する場合、流路形成
基板１０の厚さは、１８０〜２８０μｍ程度、より望ま
しくは、２２０μｍ程度とするのが好適である。また、
例えば、３６０ｄｐｉ程度の解像度が得られるように圧
力発生室１２を配置する場合には、流路形成基板１０の
厚さは、１００μｍ以下とするのが好ましい。これは、
隣接する圧力発生室間の隔壁の剛性を保ちつつ、配列密
度を高くできるからである。

【００３５】また、流路形成基板１０の他方面側には、
各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側で連通
するノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が
接着剤によって接合されている。このノズルプレート２
０は、シリコン単結晶基板からなり、ノズル開口２１は
シリコン単結晶基板をドライエッチングすることによっ
て形成されている。なお、本実施形態では、ノズル開口
２１は、インク滴が吐出されるノズル部２１ａと、ノズ
ル部２１ａよりも大きい径で形成されノズル部２１ａと
圧力発生室１２とを連通するノズル連通部２１ｂとから
なる。

【００３６】ここで、ノズル開口２１のノズル部２１ａ
の大きさと圧力発生室１２の大きさとは、吐出するイン
ク滴の量、吐出スピード、吐出周波数等に応じて最適化
される。例えば、１インチ当たり３６０個のインク滴を
記録する場合、ノズル部２１ａは数十μｍの直径で精度
よく形成する必要がある。

【００３７】ここで、このノズルプレート２０と流路形
成基板１０とは、本実施形態では、酸化シリコン膜１０
０を介して接合されている。すなわち、ノズルプレート
２０と流路形成基板１０とは、接着剤を用いて接着する
のではなく、酸化シリコン膜１００によって一体構造と
なっている。また、本実施形態では、この酸化シリコン
膜内には、流路形成基板１０の接合面からノズルプレー
トの接合面まで突出する突起部５５が埋設されている。
なお、これら流路形成基板１０とノズルプレート２０と
の接合方法については、詳しく後述する。

【００３８】また、流路形成基板１０に形成された各圧
力発生室１２の内面、ノズルプレート２０に穿設された
ノズル開口２１の内面及びノズルプレート２０の表面に
も、酸化シリコン膜１００が連続的に形成されている。

【００３９】一方、流路形成基板１０に設けられた第２
の弾性膜５１の上には、厚さが例えば、約０．２μｍの
下電極膜６０と、厚さが例えば、約０．５〜３μｍの圧
電体層７０と、厚さが例えば、約０．１μｍの上電極膜
８０とが、後述するプロセスで積層形成されて、圧電素
子３００を構成している。ここで、圧電素子３００は、
下電極膜６０、圧電体層７０、及び上電極膜８０を含む
部分をいう。一般的には、圧電素子３００の何れか一方
の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層７０を
各圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。そし
て、ここではパターニングされた何れか一方の電極及び
圧電体層７０から構成され、両電極への電圧の印加によ
り圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部３２０という。
本実施形態では、下電極膜６０は圧電素子３００の共通
電極とし、上電極膜８０を圧電素子３００の個別電極と
しているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても
支障はない。何れの場合においても、各圧力発生室毎に
圧電体能動部が形成されていることになる。また、ここ
では、圧電素子３００と当該圧電素子３００の駆動によ
り変位が生じる振動板とを合わせて圧電アクチュエータ
と称する。

【００４０】なお、各圧電素子３００の個別電極である
上電極膜８０は、圧電素子３００の長手方向端部から周
壁上に延設されたリード電極９０を介して図示しない外
部配線と接続されている。

【００４１】ここで、このようなインクジェット式記録
ヘッドの製造方法について、図３及び図４を参照して説
明する。なお、図３及び図４は、圧力発生室１２の幅方
向の断面図である。

【００４２】まず、図３（ａ）に示すように、流路形成
基板１０の一方面に第１の弾性膜５０を形成すると共
に、他方面に保護膜５２を形成する。すなわち、流路形
成基板１０となるシリコン単結晶基板を約１１００℃の
拡散炉で熱酸化することにより、流路形成基板１０の表
面にそれぞれ酸化シリコンからなる第１の弾性膜５０及
び保護膜５２が形成される。

【００４３】次に、図３（ｂ）に示すように、第１の弾
性膜５０上にジルコニウム層を形成後、例えば、５００
〜１２００℃の拡散炉で熱酸化して酸化ジルコニウムか
らなる第２の弾性膜５１を形成する。

【００４４】次いで、図３（ｃ）に示すように、保護膜
５２をパターニングして、圧力発生室１２、連通部１３
及びインク供給路１４が形成される領域に開口部５２ａ
を形成し、その後、この開口部５２ａを介して流路形成
基板１０をエッチングして圧力発生室１２、連通部１３
及びインク供給路１４を形成する。

【００４５】次いで、図４（ａ）に示すように、保護膜
５２をさらにパターニングすることにより、流路形成基
板１０の表面に複数の突起部５５を形成する。これら突
起部５５は、後述する工程で流路形成基板１０とノズル
プレート２０とを接合する際に、両者の間に空間を保持
するためのものであり、各突起部５５の大きさ、形状等
は特に限定されないが、高さが略同一であることが好ま
しい。また、この突起部５５の数及び形成位置は、特に
限定されないが、流路形成基板１０の全面に略一定の間
隔で設けることが好ましい。

【００４６】次に、図４（ｂ）に示すように、流路形成
基板１０とノズルプレート２０との間に所定間隔を空け
た状態で両者を熱酸化することによって両者を接合す
る。具体的には、流路形成基板１０の表面に形成された
突起部５５をノズルプレート２０の表面に当接させ、流
路形成基板１０とノズルプレート２０との間に空間を確
保した状態で、約１１００℃に加熱して流路形成基板１
０及びノズルプレート２０を熱酸化する。これにより、
流路形成基板１０とノズルプレート２０とのそれぞれの
表面に酸化シリコン膜１００が形成されていき、この酸
化シリコン膜１００が一体化することにより両者が接合
される。すなわち、流路形成基板１０とノズルプレート
２０とが一体構造となる。

【００４７】なお、このとき、圧力発生室１２の内面、
ノズル開口２１の内面及びノズルプレート２０の表面に
も、同時に酸化シリコン膜１００が連続的に形成され
る。

【００４８】ここで、本実施形態では、突起部５５が流
路形成基板１０の全面に略一定の間隔で形成されている
ため、これらの突起部５５をノズルプレート２０の表面
に当接させることにより、流路形成基板１０とノズルプ
レート２０との間には略均一な幅で空間が画成される。
したがって、流路形成基板１０とノズルプレート２０と
を熱酸化することにより、酸化シリコン膜１００が均一
に形成されて流路形成基板１０とノズルプレート２０と
が良好に接合される。

【００４９】また、本実施形態では、流路形成基板１０
とノズルプレート２０とを接着剤を用いることなく酸化
シリコン膜１００によって接合しているので、圧力発生
室１２等に接着剤が流れ込むことがないため、ノズル詰
まりや振動板が拘束されることによる特性劣化を防止で
きる。

【００５０】また、接着剤を使用していないため、例え
ば、後述する圧電体層７０の焼成等、高温プロセスに対
応できる。したがって、圧電素子３００を形成する前に
流路形成基板１０とノズルプレート２０とを接合してお
くことができる。これにより、流路形成基板１０の剛性
が向上するため、製造過程で流路形成基板１０にクラッ
クが発生するのを防止することができる。さらに、比較
的厚さの薄い流路形成基板１０を用いても、ノズルプレ
ート２０を接合することにより剛性が向上するため、ク
ラックの発生等を防止できると共に取り扱いが容易とな
る。

【００５１】さらに、流路形成基板１０とノズルプレー
ト２０との接合時に、圧力発生室１２の内面等に酸化シ
リコン膜１００が連続的に形成されるため、圧力発生室
１２等のインク流路となる部分の親水性が向上し、イン
ク吐出特性が向上する。

【００５２】また、ノズルプレート２０が流路形成基板
１０と同一材料で形成されているため、流路形成基板１
０との接着時の熱工程や実装時の後工程の熱工程で、反
りや反応の発生がなく、流路形成基板１０あるいはノズ
ルプレート２０に割れが発生することがない。

【００５３】なお、本実施形態では、流路形成基板１０
の接合面に、複数の突起部５５を設けるようにしたが、
これに限定されず、勿論、ノズルプレート２０の接合面
に設けるようにしてもよい。

【００５４】また、本実施形態では、流路形成基板１０
とノズルプレート２０との間に突起部５５によって所定
の空間を保持した状態で両者を熱酸化することにより、
これらの表面に形成される酸化シリコン膜１００によっ
て両者を接合するようにしたが、これら流路形成基板１
０とノズルプレート２０との接合方法はこれに限定され
ない。例えば、流路形成基板１０に形成された酸化シリ
コンからなる保護膜５２にノズルプレート２０を当接さ
せた状態、すなわち、保護膜５５を介して流路形成基板
１０とノズルプレート２０との間に所定間隔を空けた状
態で、約１６００℃に加熱することによっても両者を良
好に接合することができる。また、勿論、ノズルプレー
ト２０の表面に、別途、酸化シリコン膜を設けるように
してもよいことは言うまでもない。

【００５５】また、このように流路形成基板１０とノズ
ルプレート２０との接合後は、流路形成基板１０のノズ
ルプレート２０との接合面とは反対面側に、各圧力発生
室１２に対応して圧電素子３００を形成する。

【００５６】具体的には、まず、図４（ｃ）に示すよう
に、第２の弾性膜５１の全面にスパッタリングで下電極
膜６０を形成後、下電極膜６０をパターニングして全体
パターンを形成する。この下電極膜６０の材料として
は、白金（Ｐｔ）等が好適である。これは、スパッタリ
ング法やゾル−ゲル法で成膜する後述の圧電体層７０
は、成膜後に大気雰囲気下又は酸素雰囲気下で６００〜
１０００℃程度の温度で焼成して結晶化させる必要があ
るからである。すなわち、下電極膜６０の材料は、この
ような高温、酸化雰囲気下で導電性を保持できなければ
ならず、殊に、圧電体層７０としてチタン酸ジルコン酸
鉛（ＰＺＴ）を用いた場合には、酸化鉛の拡散による導
電性の変化が少ないことが望ましく、これらの理由から
白金が好適である。

【００５７】次に、図５（ａ）に示すように、圧電体層
７０を成膜する。この圧電体層７０は、結晶が配向して
いることが好ましい。例えば、本実施形態では、金属有
機物を触媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥し
てゲル化し、さらに高温で焼成することで金属酸化物か
らなる圧電体層７０を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用
いて形成することにより、結晶が配向している圧電体層
７０とした。圧電体層７０の材料としては、チタン酸ジ
ルコン酸鉛系の材料がインクジェット式記録ヘッドに使
用する場合には好適である。なお、この圧電体層７０の
成膜方法は、特に限定されず、例えば、スパッタリング
法で形成してもよい。

【００５８】さらに、ゾル−ゲル法又はスパッタリング
法等によりチタン酸ジルコン酸鉛の前駆体膜を形成後、
アルカリ水溶液中での高圧処理法にて低温で結晶成長さ
せる方法を用いてもよい。

【００５９】何れにしても、このように成膜された圧電
体層７０は、バルクの圧電体とは異なり結晶が優先配向
しており、且つ本実施形態では、圧電体層７０は、結晶
が柱状に形成されている。なお、優先配向とは、結晶の
配向方向が無秩序ではなく、特定の結晶面がほぼ一定の
方向に向いている状態をいう。また、結晶が柱状の薄膜
とは、略円柱体の結晶が中心軸を厚さ方向に略一致させ
た状態で面方向に亘って集合して薄膜を形成している状
態をいう。勿論、優先配向した粒状の結晶で形成された
薄膜であってもよい。なお、このように薄膜工程で製造
された圧電体層の厚さは、一般的に０．２〜５μｍであ
る。

【００６０】次に、図５（ｂ）に示すように、上電極膜
８０を成膜する。上電極膜８０は、導電性の高い材料で
あればよく、アルミニウム、金、ニッケル、白金等の多
くの金属や、導電性酸化物等を使用できる。本実施形態
では、白金をスパッタリングにより成膜している。

【００６１】次に、図５（ｃ）に示すように、圧電体層
７０及び上電極膜８０のみをエッチングして圧電素子３
００のパターニングを行う。

【００６２】なお、その後、例えば、金（Ａｕ）等から
なる金属層を流路形成基板１０の全面に亘って形成する
と共に、各圧電素子３００毎にパターニングしてリード
電極９０を形成する。

【００６３】なお、実際には、このような一連の膜形成
及び異方性エッチングによって、一枚のウェハ上に多数
のチップを同時に形成し、プロセス終了後、図１に示す
ような一つのチップサイズの流路形成基板１０毎に分割
する。そして、分割した流路形成基板１０に、後述する
リザーバ形成基板３０及びコンプライアンス基板４０を
順次接着して一体化し、インクジェット式記録ヘッドと
する。

【００６４】すなわち、図１及び図２に示すように、圧
力発生室１２等が形成された流路形成基板１０の圧電素
子３００側には、リザーバ３１を有するリザーバ形成基
板３０が接合されている。このリザーバ３１は、本実施
形態では、リザーバ形成基板３０を厚さ方向に貫通して
圧力発生室１２の幅方向に亘って形成されている。そし
て、このリザーバ部３１は、第１及び第２の弾性膜５
０，５１及び下電極膜６０を貫通して設けられる貫通孔
５７を介して流路形成基板１０の連通部１３と連通され
ている。

【００６５】また、リザーバ形成基板３０の圧電素子３
００に対向する領域には、圧電素子３００の運動を阻害
しない程度の空間を確保した状態で、その空間を密封可
能な圧電素子保持部３３が設けらている。そして、圧電
素子３００の少なくとも圧電体能動部３２０は、この圧
電素子保持部３３内に密封され、大気中の水分等の外部
環境に起因する圧電素子３００の破壊を防止している。

【００６６】このリザーバ形成基板３０としては、例え
ば、ガラス、セラミック材料等の流路形成基板１０の熱
膨張率と略同一の材料を用いることが好ましく、本実施
形態では、流路形成基板１０と同一材料のシリコン単結
晶基板を用いて形成した。これにより、上述のノズルプ
レート２０の場合と同様に、両者を熱硬化性の接着剤を
用いた高温での接着であっても両者を確実に接着するこ
とができる。したがって、製造工程を簡略化することが
できる。

【００６７】さらに、このリザーバ形成基板３０には、
封止膜４１及び固定板４２とからなるコンプライアンス
基板４０が接合されている。ここで、封止膜４１は、剛
性が低く可撓性を有する材料（例えば、厚さが６μｍの
ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）フィルム）からな
り、この封止膜４１によってリザーバ部３１の一方面が
封止されている。また、固定板４２は、金属等の硬質の
材料（例えば、厚さが３０μｍのステンレス鋼（ＳＵ
Ｓ）等）で形成される。この固定板４２のリザーバ３１
に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部
４３となっているため、リザーバ３１の一方面は可撓性
を有する封止膜４１のみで封止され、内部圧力の変化に
よって変形可能な可撓部３２となっている。

【００６８】また、このリザーバ３１の長手方向略中央
部外側のコンプライアンス基板４０上には、リザーバ３
１にインクを供給するためのインク導入口３５が形成さ
れている。さらに、リザーバ形成基板３０には、インク
導入口３５とリザーバ３１の側壁とを連通するインク導
入路３６が設けられている。

【００６９】このように構成したインクジェット式記録
ヘッドは、図示しない外部インク供給手段と接続したイ
ンク導入口３５からインクを取り込み、リザーバ３１か
らノズル開口２１に至るまで内部をインクで満たした
後、図示しない外部の駆動回路からの記録信号に従い、
上電極膜８０と下電極膜６０との間に電圧を印加し、第
１及び第２の弾性膜５０，５２、下電極膜６０及び圧電
体層７０をたわみ変形させることにより、圧力発生室１
２内の圧力が高まりノズル開口２１からインク滴が吐出
する。

【００７０】（他の実施形態）以上、本発明の各実施形
態を説明したが、インクジェット式記録ヘッドの基本的
構成は上述したものに限定されるものではない。

【００７１】例えば、上述した実施形態では、流路形成
基板１０上に、第１及び第２の弾性膜５０及び５１を設
けるようにしたが、これに限定されず、例えば、第１の
弾性膜５０又は第２の弾性膜５１の何れか一方のみを設
けるようにしてもよい。

【００７２】また、例えば、上述した実施形態は、成膜
及びリソグラフィプロセスを応用することにより製造で
きる薄膜型のインクジェット式記録ヘッドを例にした
が、勿論これに限定されるものではなく、例えば、基板
を積層して圧力発生室を形成するもの、あるいはグリー
ンシートを貼付もしくはスクリーン印刷等により圧電体
層を形成するもの、又は水熱法等の結晶成長により圧電
体層を形成するもの等、各種の構造のインクジェット式
記録ヘッドに本発明を採用することができる。

【００７３】このように、本発明は、その趣旨に反しな
い限り、種々の構造のインクジェット式記録ヘッドに応
用することができる。

【００７４】また、これら各実施形態のインクジェット
式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するイン
ク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成し
て、インクジェット式記録装置に搭載される。図６は、
そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図であ
る。

【００７５】図６に示すように、インクジェット式記録
ヘッドを有する記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、イ
ンク供給手段を構成するカートリッジ２Ａ及び２Ｂが着
脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａ及び１
Ｂを搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けら
れたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられてい
る。この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、例えば、
それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物
を吐出するものとしている。

【００７６】そして、駆動モータ６の駆動力が図示しな
い複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリ
ッジ３に伝達されることで、記録ヘッドユニット１Ａ及
び１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿っ
て移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ３に沿
ってプラテン８が設けられている。このプラテン８は図
示しない紙送りモータの駆動力により回転できるように
なっており、給紙ローラなどにより給紙された紙等の記
録媒体である記録シートＳがプラテン８に巻き掛けられ
て搬送されるようになっている。

【００７７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、流路
形成基板とノズルプレートとを接着剤を介することなく
酸化シリコン膜を介して接合するようにしたので、製造
工程において、高温プロセスを必要とする圧電素子の形
成工程前に、流路形成基板とノズルプレートとを接合し
て一体構造とすることができる。これにより、比較的厚
さの薄い流路形成基板を用いても流路形成基板の剛性が
保持され、製造過程での破損を防止することができる。
また、比較的厚さの薄い流路形成基板を用いることによ
り、隔壁の剛性が向上するため圧力発生室を比較的高密
度に配列してもクロストークを防止することができる。

【００７８】さらに、流路形成基板とノズルプレートと
の接合に接着剤を用いていないため、圧力発生室等に接
着剤が流れ込むことによる特性劣化がなく、信頼性を向
上したインクジェット式記録ヘッドを実現することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの分解斜視図である。

【図２】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドを示す図であり、図１の断面図である。

【図３】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの製造工程を示す断面図である。

【図４】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの製造工程を示す断面図である。

【図５】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの製造工程を示す断面図である。

【図６】本発明の一実施形態に係るインクジェット式記
録装置の概略図である。

【符号の説明】

１０流路形成基板１１隔壁１２圧力発生室２０ノズルプレート２１ノズル開口５０第１の弾性膜５１第２の弾性膜６０下電極膜７０圧電体層８０上電極膜９０リード電極１００酸化シリコン膜３００圧電素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ノズル開口が穿設されたノズルプレート
と、前記ノズル開口に連通する圧力発生室が画成された
流路形成基板と、該流路形成基板の前記圧力発生室に対
応する領域に振動板を介して設けられた下電極、圧電体
層及び上電極からなる圧電素子とを具備するインクジェ
ット式記録ヘッドにおいて、前記ノズルプレートと前記流路形成基板とが単結晶シリ
コンからなり、これらが接着剤を用いることなく酸化シ
リコン膜を介して接合されていることを特徴とするイン
クジェット式記録ヘッド。
【請求項２】請求項１において、前記圧力発生室及び
前記ノズル開口の内面に前記酸化シリコン膜が連続的に
形成されていることを特徴とするインクジェット式記録
ヘッド。
【請求項３】請求項１又は２において、前記酸化シリ
コン膜内には、前記流路形成基板又は前記ノズルプレー
トの何れか一方の接合面から他方の接合面まで突出する
複数の突起部が埋設されていることを特徴とするインク
ジェット式記録ヘッド。
【請求項４】請求項１〜３の何れかにおいて、前記圧
力発生室がシリコン単結晶基板に異方性エッチングによ
り形成され、前記圧電素子を構成する各層が成膜及びリ
ソグラフィ法により形成されていることを特徴とするイ
ンクジェット式記録ヘッド。
【請求項５】請求項１〜４の何れかのインクジェット
式記録ヘッドを具備することを特徴とするインクジェッ
ト式記録装置。
【請求項６】単結晶シリコンからなりノズル開口が穿
設されたノズルプレートと、単結晶シリコンからなり前
記ノズル開口に連通する圧力発生室が形成される流路形
成基板と、この圧力発生室の一部を構成する振動板を介
して前記圧力発生室に対応する領域に形成された圧電素
子とを備えたインクジェット式記録ヘッドの製造方法に
おいて、前記流路形成基板の一方面に前記振動板の少なくとも一
部を構成する弾性膜を形成する第１の工程と、前記流路
形成基板の他方面側からエッチングすることにより前記
圧力発生室を形成する第２の工程と、前記流路形成基板
の開口面側と前記ノズルプレートとを所定の間隔を空け
た状態で前記流路形成基板と前記ノズルプレートとを熱
酸化して両者を酸化シリコン膜によって接合する第３の
工程と、前記圧電素子を形成する第４の工程とを有する
ことを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造方
法。
【請求項７】請求項６において、前記第３の工程は、
前記流路形成基板又は前記ノズルプレートの少なくとも
何れか一方の接合面に、一定の高さで突出する複数の突
起部を形成する工程を含み、前記突起部を他方の接合面
と当接させることにより前記流路形成基板と前記ノズル
プレートとの間に空間を確保した状態で両者を熱酸化し
て接合することを特徴とするインクジェット式記録ヘッ
ドの製造方法。
【請求項８】請求項６において、前記第３の工程で
は、前記流路形成基板又は前記ノズルプレートの何れか
一方の表面に一体的に形成された酸化シリコン膜に他方
の接合面を当接させた状態で熱酸化して両者を接合する
ことを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造方
法。
【請求項９】請求項８において、前記第２の工程で
は、前記流路形成基板の表面に形成された酸化シリコン
膜をマスクとして前記流路形成基板のエッチングを行
い、前記第３の工程では、前記ノズルプレートの接合面
をマスクとして用いた酸化シリコン膜に当接させた状態
で熱酸化して両者を接合することを特徴とするインクジ
ェット式記録ヘッドの製造方法。