JP2002264331A

JP2002264331A - 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: JP2002264331A
Application number: JP2001065409A
Authority: JP
Inventors: Soichi Moriya; 壮一守谷
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2001-03-08
Filing date: 2001-03-08
Publication date: 2002-09-18
Anticipated expiration: 2021-03-08
Also published as: JP3888420B2

Abstract

(57)【要約】【課題】流路形成基板に振動板を良好に接合したイン
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に連通する圧力発生室１
２が画成された流路形成基板１０と、該流路形成基板１
０の一方面側に振動板を介して下電極６０、圧電体層７
０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、前記圧力発生室
１２が前記流路形成基板１０を貫通することなく形成さ
れていると共に前記振動板が前記流路形成基板１０に接
合されており、前記流路形成基板１０には前記圧力発生
室１２に連通し前記振動板が接合された面とは反対面側
又は側面側に開口する導通孔１３を設けると共に、該導
通孔１３を埋設層１６によって塞ぐ。

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、圧電素子が軸方向に伸長、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】これによれば圧電素子を振動板に貼付ける
作業が不要となって、リソグラフィ法という精密で、か
つ簡便な手法で圧電素子を作り付けることができるばか
りでなく、圧電素子の厚みを薄くできて高速駆動が可能
になるという利点がある。

【０００７】また、このようなインクジェット式記録ヘ
ッドとしては、一般的に、単結晶シリコン基板等からな
る流路形成基板の一方面側に圧電素子を設けると共に、
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、その厚さ方向に貫通する圧力発生室を形成したもの
が知られている。

【０００８】しかしながら、このように圧力発生室が流
路形成基板を貫通するタイプのインクジェット式記録ヘ
ッドでは、圧力発生室を高密度に配列しようとすると、
圧力発生室間の隔壁の厚さが薄くなり、隔壁の剛性不足
によって各圧力発生室間のクロストークが発生するとい
う問題がある。

【０００９】このような問題を解決するために、流路形
成基板の一方面側に、厚さ方向に貫通しない圧力発生室
を形成したものが提案されている。

【００１０】

【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の製造方法は、予め流路形
成基板に形成した圧力発生室内に犠牲層を充填した後、
その上に振動板及び圧電素子を形成し、その後、犠牲層
を除去するというものであり、製造工程が煩雑であると
いう問題がある。

【００１１】また、流路形成基板の一方面側に、厚さ方
向に貫通しない圧力発生室を形成後、圧力発生室内に犠
牲層を充填することなく接着剤等によって振動板を接合
する方法も考えられるが、振動板の接合時あるいは圧電
素子形成時の加熱によって振動板に変形やクラックが発
生するという問題がある。

【００１２】さらに、直接接合法等により常温で流路形
成基板に振動板を接合することもできるが、この場合、
減圧下で両者を接合する必要があり、振動板を接合後に
大気圧に戻した際、圧力発生室内の気圧変化によって振
動板にクラックや変形が生じるという問題がある。

【００１３】本発明は、このような事情に鑑み、流路形
成基板に振動板を良好に接合した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。

【００１４】

【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、該流路形成基板の一方面側
に振動板を介して下電極、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、前記圧力発生室が前記流路形成基板を貫通するこ
となく形成されていると共に前記振動板が前記流路形成
基板に接合されており、前記流路形成基板には前記圧力
発生室に連通し前記振動板が接合された面とは反対面側
又は側面側に開口する導通孔が設けられていると共に、
該導通孔が埋設層によって塞が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１の態様では、導通孔を設けるこ
とにより形成時の加熱による圧力発生室内の気体の膨張
を抑えて振動板の破壊を防止することができる。

【００１６】本発明の第２の態様は、第１の態様におい
て、前記振動板の圧力発生室に対向する側の最下層の厚
さが１μｍ以下であ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２の態様では、振動板を接合によ
り容易に且つ高精度に形成することができる。

【００１８】本発明の第３の態様は、第１又は２の態様
において、前記埋設層が、前記導通孔の少なくとも前記
圧力発生室側の開口近傍に設けら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。

【００１９】かかる第３の態様では、埋設層を圧力発生
室側の開口近傍に設けることにより圧力発生室の形成精
度を向上することができる。

【００２０】本発明の第４の態様は、第１〜３の何れか
の態様において、前記導通孔の少なくとも一部が複数の
微小孔からなり、少なくともこれら複数の微小孔が前記
埋設層によって塞が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。

【００２１】かかる第４の態様では、導通孔を容易に且
つ確実に埋設層で塞ぐことができ、圧力発生室を高精度
に画成できる。

【００２２】本発明の第５の態様は、第１〜４の何れか
の態様において、前記流路形成基板が単結晶シリコン基
板からなり、前記圧力発生室及び前記導通孔が異方性エ
ッチングによって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。

【００２３】かかる第５の態様では、圧力発生室及び導
通孔を容易に且つ高精度に形成できる。

【００２４】本発明の第６の態様は、第５の態様におい
て、前記埋設層が前記流路形成基板を熱酸化することに
より形成された酸化シリコンからな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。

【００２５】かかる第６の態様では、埋設層を容易に且
つ高精度に形成することができる。

【００２６】本発明の第７の態様は、第１〜５の何れか
の態様において、前記埋設層が接着剤からなることを特
徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。

【００２７】かかる第７の態様では、埋設層に接着剤を
用いることで、導通孔を確実に塞ぐことができる。

【００２８】本発明の第８の態様は、第１〜７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。

【００２９】かかる第８の態様では、インク吐出特性を
向上したインクジェット式記録装置を実現できる。

【００３０】本発明の第９の態様は、ノズル開口に連通
する圧力発生室が画成される流路形成基板と、該流路形
成基板の一方面側に振動板を介して成膜及びリソグラフ
ィ法により形成された薄膜からなる下電極、圧電体層及
び上電極からなる圧電素子とを有するインクジェット式
記録ヘッドの製造方法において、前記流路形成基板に前
記圧力発生室を貫通することなく形成する工程と、前記
圧力発生室に連通して当該圧力発生室が形成された面と
は反対面側又は側面側に開口する導通孔を形成する工程
と、前記流路形成基板の前記圧力発生室が形成された面
に前記振動板を接合する工程と、前記振動板上に前記下
電極、圧電体層及び上電極を順次積層及びパターニング
して前記圧電素子を形成する工程と、前記導通孔を塞ぐ
埋設層を形成する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。

【００３１】かかる第９の態様では、圧電素子等を形成
時の加熱による圧力発生室内の気体の膨張を抑えて振動
板の破壊を防止することができる。

【００３２】本発明の第１０の態様は、第９の態様にお
いて、前記流路形成基板が単結晶シリコン基板からな
り、前記埋設層を形成する工程では、前記流路形成基板
を熱酸化することにより酸化シリコンからなる埋設層を
形成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。

【００３３】かかる第１０の態様では、埋設層を容易に
形成できると共に埋設層により導通孔を確実に塞ぐこと
ができる。

【００３４】本発明の第１１の態様は、第９又は１０の
態様において、前記流路形成基板が単結晶シリコンから
なり、前記圧力発生室及び前記導通孔を異方性エッチン
グにより同時に形成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。

【００３５】かかる第１１の態様では、圧力発生室及び
導通孔を容易に且つ高精度に形成でき、製造工程を簡略
化することができる。

【００３６】

【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。

【００３７】（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、インクジェット式記録ヘッドの１つの
圧力発生室の長手方向における断面構造を示す図であ
る。

【００３８】図示するように、圧力発生室１２が形成さ
れる流路形成基板１０は、例えば、１５０μｍ〜１ｍｍ
の厚さのシリコン単結晶基板からなり、その一方面側の
表層部分には、異方性エッチングにより複数の隔壁１１
によって区画された圧力発生室１２が形成されている。

【００３９】この異方性エッチングは、ウェットエッチ
ング又はドライエッチングの何れの方法を用いてもよい
が、シリコン単結晶板を厚さ方向に途中までエッチング
（ハーフエッチング）することにより圧力発生室１２は
浅く形成されており、その深さは、ハーフエッチングの
エッチング時間によって調整することができる。

【００４０】一方、流路形成基板１０の他方面側には、
圧力発生室１２と外部とを連通する導通孔１３が設けら
れている。この導通孔１３は、本実施形態では、深さ方
向で内径が略一定の直管部１４と、内面が直管部１４側
から外側に向かって傾斜するテーパ部１５とからなる。

【００４１】このような導通孔１３の形成方法は、特に
限定されないが、例えば、本実施形態では、導通孔１３
は、流路形成基板１０をその他方面側から異方性エッチ
ングすることにより形成されている。なお、本実施形態
では、流路形成基板１０に面方位（１１０）のシリコン
単結晶基板を用いて、テーパ部１５を異方性ウェットエ
ッチングにより形成し、直管部１４を異方性ドライエッ
チングにより形成した。

【００４２】また、導通孔１３は、直管部１４に設けら
れる埋設層１６によって塞がれ、圧力発生室１２の底面
の一部がこの埋設層１６によって画成されている。導通
孔１３を設ける位置は、導通孔１３を塞ぐことができれ
ば特に限定されないが、導通孔１３の圧力発生室１２側
の開口部近傍に設け、圧力発生室１２の底面が略平面と
なるようにするのが好ましい。このため、本実施形態で
は、導通孔１３の直管部１４内に埋設層１６を設けてい
る。また、埋設層１６の材料は、特に限定されず、本実
施形態では、接着剤を用いている。

【００４３】ここで、埋設層１６で塞がれている導通孔
１３は、詳しくは後述するが、圧電素子３００等の形成
時に圧力発生室１２内の圧力変化を防止するためのもの
である。このため、導通孔１３は、少なくとも圧力発生
室１２内の気体が良好に通過できる大きさを有すること
が好ましい。また、埋設層１６が圧力発生室１２の底面
の一部を構成するため、導通孔１３の圧力発生室１２側
の開口面積、すなわち、埋設層１６によって塞がれる面
積はできるだけ小さいことが好ましい。したがって、本
実施形態で埋設層１６が設けられる直管部１４の内径
は、圧力発生室１２内の気体が良好に通過可能な程度に
小さく、且つ浅く形成することが好ましい。例えば、本
実施形態では、直管部１４の内径を略１０μｍとし、深
さを略１０μｍとした。

【００４４】なお、導通孔１３を構成するテーパ部１５
の形状及び大きさは、直管部１４が所定の大きさ及び形
状で形成されていれば、特に限定されない。

【００４５】なお、本実施形態では、導通孔１３の一部
に埋設層１６を設けるようにしたが、圧力発生室１２の
底面を略平面とすることができれば、勿論、埋設層１６
は導通孔１３内全体に設けるようにしてもよい。

【００４６】また、このような流路形成基板１０の圧力
発生室１２側には、厚さが１μｍ以下の弾性膜５０が接
合され、この弾性膜５０の一方の面は圧力発生室１２の
一壁面を構成している。なお、本実施形態では、弾性膜
５０は酸化シリコン（ＳｉＯ _２）からなり、この弾性膜
５０と流路形成基板１０とは、保護膜５５ａを介して接
着剤を用いることなく陽極接合により接合されている。
なお、この保護膜５５ａは、流路形成基板１０にエッチ
ングによって圧力発生室１２を形成する際に、マスクと
して用いられるものである。また、流路形成基板１０の
保護膜５５ａとは反対側の面には、導通孔１３を形成す
る際のマスクとなる保護膜５５ｂが設けられている。

【００４７】このような弾性膜５０上の各圧力発生室１
２に相対向する領域には、厚さが例えば、約０．５μｍ
の下電極膜６０と、厚さが例えば、約１μｍ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３０
０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という。本実施形態で
は、下電極膜６０を圧電素子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
る弾性膜とを合わせて圧電アクチュエータと称する。な
お、本実施形態では、弾性膜５０及び下電極膜６０を振
動板とした。

【００４８】また、流路形成基板１０の圧電素子３００
側、本実施形態では、弾性膜５０及び下電極膜６０上に
は、圧電素子３００に対向する領域にその運動を阻害し
ない程度の空間を確保した状態でこの空間を密封可能な
圧電素子保持部２２を有する封止板２０が接合されてい
る。

【００４９】この封止板２０には、本実施形態では、各
圧力発生室１２と連通するノズル開口２１が穿設されて
おり、ノズルプレートの役割も兼ねている。また、ノズ
ル開口２１と圧力発生室１２とは、弾性膜５０及び下電
極膜６０を除去することにより設けられたノズル連通孔
５１を介して連通されている。

【００５０】また、封止板２０には、各圧力発生室１２
のノズル開口２１とは反対側の端部に連通するインク供
給孔２３が厚さ方向に貫通して設けられている。また、
インク供給孔２３と圧力発生室１２とは、弾性膜５０を
除去することにより設けられたインク供給連通孔５２を
介して連通されている。

【００５１】さらに、封止板２０のインク供給孔２３に
対向する領域には、複数の圧力発生室１２の共通のイン
ク室となるリザーバ３１を画成するリザーバ形成基板３
０及びコンプライアンス基板４０が順次接合されてお
り、リザーバ３１に供給されたインクはインク供給孔２
３及びインク供給連通孔５２を介して各圧力発生室１２
に分配される。

【００５２】また、封止板２０の流路形成基板１０の端
部から突出する部分には、インクカートリッジ等のイン
ク供給手段が接続されるインク導入口２４が設けられて
おり、このインク導入口２４を介してリザーバ３１内に
インクが供給される。

【００５３】リザーバ形成基板３０は、リザーバ３１の
周壁を形成するものであり、ノズル開口数、インク滴吐
出周波数に応じた適正な厚みのステンレス板を打ち抜い
て作製されたものである。本実施形態では、リザーバ形
成基板３０の厚さは、０．２ｍｍとしている。

【００５４】コンプライアンス基板４０は、ステンレス
基板からなり、一方の面でリザーバ３１の一壁面を構成
するものである。また、コンプライアンス基板４０に
は、他方の面の一部にハーフエッチングにより凹部４０
ａを形成することにより薄肉壁４１が形成されている。
なお、薄肉壁４１は、インク滴吐出の際に発生するノズ
ル開口２１と反対側へ向かう圧力を吸収するためのもの
で、他の圧力発生室１２に、リザーバ３１を経由して不
要な正又は負の圧力が加わるのを防止する。本実施形態
では、インク導入口２４と外部のインク供給手段との接
続時等に必要な剛性を考慮して、コンプライアンス基板
４０を０．１ｍｍとし、その一部を厚さ０．０２ｍｍの
薄肉壁４１としているが、ハーフエッチングによる薄肉
壁４１の形成を省略するために、コンプライアンス基板
４０の厚さを初めから０．０２ｍｍとしてもよい。

【００５５】ここで、本実施形態のインクジェット式記
録ヘッドの製造工程、特に、流路形成基板１０に圧力発
生室１２を形成する工程及びこの圧力発生室１２に対応
する領域に圧電素子３００を形成する工程について説明
する。なお、図３〜図５は、圧力発生室１２の長手方向
の断面図である。

【００５６】まず、図３（ａ）に示すように、流路形成
基板１０となるシリコン単結晶基板のウェハを約１１０
０℃の拡散炉で熱酸化して、流路形成基板１０の両面に
酸化シリコンからなる保護膜５５ａ及び５５ｂを形成
し、一方面の保護膜５５ａの圧力発生室１２を形成する
領域に開口１２ａを形成すると共に他方面の保護膜５５
ｂの導通孔１３を形成する領域に開口１３ａを形成す
る。

【００５７】次に、図３（ｂ）に示すように、保護膜５
５ａをマスクとして流路形成基板１０を、例えば、ＫＯ
Ｈ等のアルカリ溶液によって異方性エッチングすること
により圧力発生室１２を形成する。

【００５８】次に、図３（ｃ）に示すように、保護膜５
５ｂをマスクとして流路形成基板１０を異方性エッチン
グすることにより導通孔１３を形成する。詳しくは、ま
ず、流路形成基板１０の保護膜５５ｂをマスクとしてウ
ェットエッチングすることによりテーパ部１５を形成す
る。そして、テーパ部１５の底面から圧力発生室１２に
貫通するまでドライエッチングすることにより所定の直
径で直管部１４を形成して、導通孔１３を形成した。

【００５９】なお、本実施形態では、導通孔１３を直管
部１４及びテーパ部１５で構成したが、勿論、テーパ部
１５のみあるいは直管部１４のみで構成してもよく、何
れにしても、少なくとも圧力発生室１２側の開口形状が
比較的精度良く形成されていればよい。

【００６０】なお、本実施形態では、圧力発生室１２と
導通孔１３とを別々の工程で形成しているが、勿論、圧
力発生室１２と同時に導通孔１３のテーパ部１５を形成
するようにしてもよい。これにより、製造工程を簡略化
でき、製造効率が向上する。

【００６１】次に、図３（ｄ）に示すように、流路形成
基板１０の圧力発生室１２が開口する面に、例えば、厚
さが２２０μｍの単結晶シリコンからなる弾性膜母材１
５０を接合する。この弾性膜母材１５０は、流路形成基
板１０との接合面に、例えば、熱酸化、ＴＥＯＳ−ＣＶ
Ｄ法又はウェット酸化等により形成された酸化シリコン
からなる酸化シリコン層１５１を有する。

【００６２】この酸化シリコン層１５１は、後の工程
で、流路形成基板１０と接合後、弾性膜母材１５０の酸
化シリコン層１５１以外の領域を除去することにより弾
性膜５０となる。本実施形態では、酸化シリコン層１５
１の厚さを略１μｍで形成した。

【００６３】この弾性膜母材１５０と流路形成基板１０
との接合方法は、特に限定されず、例えば、直接接合、
常温接合及び陽極接合等を挙げることができる。本実施
形態では、陽極接合により両者を接合した。

【００６４】詳しくは、相対する面を鏡面状に研磨した
シリコン単結晶基板からなる流路形成基板１０の保護膜
５５ａと、弾性膜母材１５０の酸化シリコン層１５１と
を当接させた状態で、全体を４５０℃近くに昇温させ、
２００〜１０００Ｖの電位を両方の基板に印加する。こ
のとき、酸化シリコンからなる保護膜５５ａ及び酸化シ
リコン層１５１中の正のＨ⁺イオンは酸化シリコンの中
で動きやすくなるため、負の電界に引かれてそれぞれ保
護膜５５ａ及び酸化シリコン層１５１の表面に到達す
る。一方、保護膜５５ａ及び酸化シリコン層１５１中の
それぞれに残った負のイオンが両者の接着面に空間電荷
層を形成して、流路形成基板１０と弾性膜母材１５０と
の間に強い吸引力が生じることにより、両者が化学結合
される。

【００６５】次に、図４（ａ）示すように、弾性膜母材
１５０の余分な領域を除去する。本実施形態では、例え
ば、ＫＯＨ等のアルカリ水溶液を用いたウェットエッチ
ングにより、酸化シリコン層１５１以外の領域、すなわ
ち、単結晶シリコンのみを除去した。なお、この単結晶
シリコンの除去方法は、特に限定されず、何れの方法を
用いてもよい。

【００６６】このように弾性膜母材１５０の酸化シリコ
ン層１５１以外の領域を除去することにより、流路形成
基板１０上に接合されて残った酸化シリコン層１５１が
弾性膜５０となる。

【００６７】ここで、このような弾性膜５０を形成する
際、本発明では流路形成基板１０に導通孔１３が設けら
れているため、弾性膜５０に変形や割れが生じることな
く良好に形成することができる。すなわち、流路形成基
板１０に導通孔１３が設けられているため、流路形成基
板１０と弾性膜母材１５０とを接合する際の加熱によっ
て圧力発生室１２内の圧力変化が生じることがなく、弾
性膜５０に変形や割れ等が生じることがない。

【００６８】一方、導通孔１３が設けられておらず、圧
力発生室１２が密封されていると、圧力発生室１２内に
圧力変化が生じ、この圧力変化によって弾性膜５０に変
形や割れが生じる虞がある。

【００６９】次に、各圧力発生室１２に対応して弾性膜
５０上に圧電素子３００を形成する。

【００７０】圧電素子３００を形成する工程としては、
まず、図４（ｂ）に示すように、スパッタリングで下電
極膜６０を流路形成基板１０の圧力発生室１２側に全面
に亘って形成すると共に所定形状にパターニングし、下
電極膜６０を形成する。この下電極膜６０の材料として
は、白金、イリジウム等が好適である。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７
０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、イリジウムが好適である。

【００７１】次に、図４（ｃ）に示すように、圧電体層
７０を成膜する。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
形成した。圧電体層７０の材料としては、ＰＺＴ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、スパッタリング法又はＭＯＤ法
（有機金属熱塗布分解法）等のスピンコート法により成
膜してもよい。

【００７２】さらに、ゾル−ゲル法又はスパッタリング
法もしくはＭＯＤ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。

【００７３】このような圧電体層７０の焼成時にも、流
路形成基板１０が加熱されることになるが、本実施形態
では、導通孔１３が形成されているため、上述したよう
に、圧力発生室１２内の気圧の変化を生じさせることな
く弾性膜５０の破壊を確実に防止することができる。し
たがって、圧電体層７０等も変形や割れ等が発生するこ
となく良好に形成することができる。

【００７４】次に、図４（ｄ）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。

【００７５】次に、図５（ａ）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。また、本実施形態では、同
時にノズル連通孔５１及びインク供給連通孔５２を形成
する。

【００７６】次に、図５（ｂ）に示すように、リード電
極９０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、各圧電素子
３００の上電極膜８０から弾性膜５０上に延びるリード
電極９０を形成する。

【００７７】次に、図５（ｃ）に示すように、導通孔１
３の直管部１４に接着剤を充填し硬化させることによっ
て埋設層１６を設けて導通孔１３を塞ぐ。

【００７８】その後、流路形成基板１０にノズル開口２
１等の設けられた封止板、リザーバ形成基板３０及びコ
ンプライアンス基板４０等を順次接合することで、図２
に示すようなインクジェット式記録ヘッドとなる。

【００７９】このように製造された本実施形態のインク
ジェット式記録ヘッドは、図示しない外部インク供給手
段からリザーバ３１にインクを取り込み、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、図示しない外部配線から出力された記録信号に従
い、圧力発生室１２に対応するそれぞれの下電極膜６０
と上電極膜８０との間に電圧を印加し、弾性膜５０、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、各圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口２
１からインク滴が吐出する。

【００８０】（実施形態２）図６は、本発明の実施形態
２に係るインクジェット式記録ヘッドの導通孔側からの
平面図及び圧力発生室の長手方向の断面図である。

【００８１】図示するように、本実施形態のインクジェ
ット式記録ヘッドは、導通孔１３Ａの直管部１４Ａが、
例えば、直径が１μｍ程度の複数の微小孔からなり、こ
の直管部１４Ａが酸化シリコンからなる埋設層１６Ａで
塞がれている以外、実施形態１と同様である。

【００８２】このような導通孔１３Ａの形成方法は、特
に限定されず、上述した実施形態１と同様に、流路形成
基板１０の圧力発生室１２とは反対側の面からウェット
エッチングすることによりテーパ部１５を形成後、テー
パ部１５の底面からドライエッチングすることにより複
数の微小孔からなる直管部１４Ａを形成すればよい。

【００８３】また、埋設層１６Ａは、流路形成基板１０
を、例えば、約１１００℃の拡散炉で熱酸化することに
より容易に形成でき、直管部１４Ａを確実に且つ精度良
く塞ぐことができる。すなわち、圧力発生室１２の底面
を確実に平面とすることができ、インク吐出特性を低下
させることなく導通孔１３Ａを塞ぐことができる。

【００８４】（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。

【００８５】例えば、上述した実施形態１及び２では、
導通孔１３、１３Ａは、圧力発生室１２の底面に連通し
て、流路形成基板１０の圧電素子３００とは反対側の面
に開口するように設けられているが、これに限定され
ず、例えば、圧力発生室１２の長手方向端部に連通し、
且つ流路形成基板１０の側面に開口するようにしてもよ
い。この場合にも、導通孔の少なくとも圧力発生室側
は、気体が良好に通過できる程度にできるだけ小さく形
成することが好ましい。

【００８６】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７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。

【００８７】図７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。

【００８８】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にはキャリッジ軸５に
沿ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ロ
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。

【００８９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
圧力発生室に連通する導通孔を設けることによって、圧
電素子を形成する際などの加熱時に圧力発生室内の気体
の膨張による振動板の破壊を確実に防止することができ
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
録ヘッドの圧力発生室の長手方向断面図である。

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

【図６】本発明の実施形態２に係るインクジェット式記
録ヘッドの平面図及び圧力発生室の長手方向の断面図で
ある。

【図７】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１３、１３Ａ導通孔１４、１４Ａ直管部１５テーパ部１６埋設層２０封止板２１ノズル開口２２圧電素子保持部２３インク供給孔２４インク導入口３０リザーバ形成基板３１リザーバ４０コンプライアンス基板５０弾性膜５１ノズル連通孔５２インク供給連通孔６０下電極膜７０圧電体層８０上電極膜９０リード電極３００圧電素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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、該流路形成基板の一方面側に振
動板を介して下電極、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、前記圧力発生室が前記流路形成基板を貫通することなく
形成されていると共に前記振動板が前記流路形成基板に
接合されており、前記流路形成基板には前記圧力発生室
に連通し前記振動板が接合された面とは反対面側又は側
面側に開口する導通孔が設けられていると共に、該導通
孔が埋設層によって塞が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、前記振動板の圧力発
生室に対向する側の最下層の厚さが１μｍ以下であるこ
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、前記埋設層
が、前記導通孔の少なくとも前記圧力発生室側の開口近
傍に設けら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、前記導
通孔の少なくとも一部が複数の微小孔からなり、少なく
ともこれら複数の微小孔が前記埋設層によって塞がれて
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の何れかにおいて、前記流
路形成基板が単結晶シリコン基板からなり、前記圧力発
生室及び前記導通孔が異方性エッチングによって形成さ
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６】請求項５において、前記埋設層が前記流
路形成基板を熱酸化することにより形成された酸化シリ
コンからな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７】請求項１〜５の何れかにおいて、前記埋
設層が接着剤からな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８】請求項１〜７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９】ノズル開口に連通する圧力発生室が画成
される流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に振
動板を介して成膜及びリソグラフィ法により形成された
薄膜からなる下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電
素子とを有するインクジェット式記録ヘッドの製造方法
において、前記流路形成基板に前記圧力発生室を貫通することなく
形成する工程と、前記圧力発生室に連通して当該圧力発
生室が形成された面とは反対面側又は側面側に開口する
導通孔を形成する工程と、前記流路形成基板の前記圧力
発生室が形成された面に前記振動板を接合する工程と、
前記振動板上に前記下電極、圧電体層及び上電極を順次
積層及びパターニングして前記圧電素子を形成する工程
と、前記導通孔を塞ぐ埋設層を形成する工程とを有する
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１０】請求項９において、前記流路形成基板
が単結晶シリコン基板からなり、前記埋設層を形成する
工程では、前記流路形成基板を熱酸化することにより酸
化シリコンからなる埋設層を形成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１１】請求項９又は１０において、前記流路
形成基板が単結晶シリコンからなり、前記圧力発生室及
び前記導通孔を異方性エッチングにより同時に形成する
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。