JP2008168551A - Method of manufacturing liquid ejection head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液体を噴射する液体噴射ヘッドの製造方法に関し、特に液体としてインクを吐出するインクジェット式記録ヘッドの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a liquid ejecting head that ejects liquid, and more particularly, to a method for manufacturing an ink jet recording head that ejects ink as a liquid.
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との2種類が実用化されている。そして、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としては、例えば、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知られている。 A part of the pressure generation chamber communicating with the nozzle opening for discharging ink droplets is constituted by a vibration plate, and the vibration plate is deformed by a piezoelectric element to pressurize the ink in the pressure generation chamber to discharge ink droplets from the nozzle opening. Two types of ink jet recording heads have been put into practical use: those using a longitudinal vibration mode piezoelectric actuator that expands and contracts in the axial direction of the piezoelectric element, and those using a flexural vibration mode piezoelectric actuator. For example, a piezoelectric actuator in a flexural vibration mode is used, for example, a uniform piezoelectric material layer is formed over the entire surface of the diaphragm by a film forming technique, and the piezoelectric material layer is formed by a lithography method. The piezoelectric element is formed so as to be separated into shapes corresponding to the above and independently for each pressure generating chamber.
このようなインクジェット式記録ヘッドは、ノズル開口の多列化を図るために同時に複数個用いられている。しかしながら、各インクジェット式記録ヘッドの圧電素子は、変位にばらつきがあるため、インク吐出量などのインク特性にばらつきが生じ、高精度及び高品質な印刷を行うことができない。 A plurality of such ink jet recording heads are used simultaneously in order to increase the number of nozzle openings. However, since the piezoelectric elements of each ink jet recording head have variations in displacement, variations in ink characteristics such as ink discharge amount occur, and high-precision and high-quality printing cannot be performed.
このため、縦振動モードの圧電アクチュエータを用いたインクジェット式記録ヘッドとして、各圧電アクチュエータに弾性部材を取り付けると共に、各圧電アクチュエータの変位に基づいて弾性部材を貼り付ける範囲を変えることで、圧電アクチュエータの変位のばらつきを抑えたものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 For this reason, as an ink jet recording head using a piezoelectric actuator in a longitudinal vibration mode, an elastic member is attached to each piezoelectric actuator, and the range in which the elastic member is attached is changed based on the displacement of each piezoelectric actuator. The thing which suppressed the dispersion | variation in the displacement is proposed (for example, refer patent document 1).
しかしながら、特許文献1のインクジェット式記録ヘッドは、縦振動モードの圧電アクチュエータを用いたものであると共に、圧電アクチュエータに弾性部材を貼り付ける必要があり、部品点数及び工程数が増大して、製造コストが増大してしまうという問題がある。 However, the ink jet recording head of Patent Document 1 uses a longitudinal vibration mode piezoelectric actuator, and requires an elastic member to be attached to the piezoelectric actuator. There is a problem that increases.
また、各インクジェット式記録ヘッドの間だけではなく、1枚の基板上に形成された圧電素子は、変位量がその領域によってばらついてしまい、液体の吐出特性を均一化することが困難であるという問題がある。 In addition, the piezoelectric elements formed not only between the ink jet recording heads but also on a single substrate vary in the amount of displacement depending on the region, and it is difficult to make the liquid discharge characteristics uniform. There's a problem.
なお、このような問題はインクジェット式記録ヘッドの製造方法だけではなく、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドの製造方法においても同様に存在する。 Such a problem exists not only in the method of manufacturing an ink jet recording head but also in the method of manufacturing a liquid ejecting head that ejects liquid other than ink.
本発明はこのような事情に鑑み、液体の吐出特性を均一化してコストを低減した液体噴射ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。 In view of such circumstances, it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a liquid ejecting head in which the liquid ejection characteristics are uniformized and the cost is reduced.
上記課題を解決する本発明の態様は、ノズル開口に連通する圧力発生室が設けら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液体噴射ヘッドの製造方法であって、前記流路形成基板の一方面側に前記振動板を形成すると共に、当該振動板を構成する振動膜を、前記圧電素子の変位量に基づいて厚さを変更して形成する工程と、前記振動板上に前記圧電素子を形成する工程と、前記流路形成基板に前記圧力発生室を形成する工程とを具備することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。 An aspect of the present invention that solves the above problems includes a flow path forming substrate provided with a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening, and a lower electrode provided on one surface side of the flow path forming substrate via a diaphragm, A method of manufacturing a liquid jet head comprising a piezoelectric element comprising a piezoelectric layer and an upper electrode, wherein the diaphragm is formed on one side of the flow path forming substrate, and the diaphragm comprises the diaphragm A step of changing the thickness based on the amount of displacement of the piezoelectric element, a step of forming the piezoelectric element on the diaphragm, and a step of forming the pressure generating chamber on the flow path forming substrate And a manufacturing method of a liquid ejecting head.
かかる態様では、圧電素子の変位量に応じて振動膜の厚さを変更することで、圧電素子の流路形成基板面内で変位特性を均一化することができる。また、圧電素子に弾性部材等の他部材を貼り付けて圧電素子の変位量を均一化する必要がなくなるため、部品点数を減少させて製造コストを低減することができる。 In this aspect, by changing the thickness of the vibration film according to the displacement amount of the piezoelectric element, it is possible to make the displacement characteristics uniform within the flow path forming substrate surface of the piezoelectric element. In addition, since it is not necessary to attach another member such as an elastic member to the piezoelectric element to make the displacement amount of the piezoelectric element uniform, the number of parts can be reduced and the manufacturing cost can be reduced.
ここで、前記振動板が、前記流路形成基板上に設けられた弾性膜と、該弾性膜上に設けられた絶縁体膜とからなり、前記振動膜が、前記弾性膜及び前記絶縁体膜の少なくとも一方であることが好ましい。これによれば、弾性膜及び絶縁体膜の少なくとも一方の厚さを変更することで圧電素子の変位量を均一化することができる。 Here, the vibration plate includes an elastic film provided on the flow path forming substrate and an insulator film provided on the elastic film, and the vibration film includes the elastic film and the insulator film. It is preferable that it is at least one of these. According to this, the amount of displacement of the piezoelectric element can be made uniform by changing the thickness of at least one of the elastic film and the insulator film.
また、前記振動膜が、酸化ジルコニウムからなる前記絶縁体膜であることが好ましい。これによれば、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜の厚さを容易に且つ高精度に変更することができる。 Moreover, it is preferable that the vibration film is the insulator film made of zirconium oxide. According to this, the thickness of the insulator film made of zirconium oxide can be easily changed with high accuracy.
また、前記圧力発生室を形成する工程の後、前記圧電素子の変位量を測定する工程と、測定した当該圧電素子の変位量をフィードバックして、前記振動膜の厚さを変更することが好ましい。これによれば、圧電素子の変位量をフィードバックして振動膜の厚さを変更することで、圧電素子の変位量をさらに高精度に均一化することができる。 Preferably, after the step of forming the pressure generating chamber, the step of measuring the displacement amount of the piezoelectric element, and feeding back the measured displacement amount of the piezoelectric element to change the thickness of the vibration film. . According to this, the amount of displacement of the piezoelectric element can be made uniform with higher accuracy by feeding back the amount of displacement of the piezoelectric element and changing the thickness of the diaphragm.
また、前記振動膜を形成する工程では、前記圧電素子の変位量が大きい領域に形成される当該振動膜の厚さが、前記圧電素子の変位量が小さい領域に形成される当該振動膜の厚さに比べて厚くなるように形成することが好ましい。これによれば、圧電素子の変位量が大きな領域に振動膜を厚く形成することによって、圧電素子の流路形成基板面内で変位特性を均一化することができる。 In the step of forming the vibration film, the thickness of the vibration film formed in the region where the displacement amount of the piezoelectric element is large is the thickness of the vibration film formed in the region where the displacement amount of the piezoelectric element is small. It is preferable to form it thicker than that. According to this, by forming the vibration film thick in a region where the displacement amount of the piezoelectric element is large, it is possible to make the displacement characteristics uniform within the flow path forming substrate surface of the piezoelectric element.
また、前記流路形成基板が複数一体的に形成された流路形成基板用ウェハに、前記振動板、前記圧電素子及び前記圧力発生室を形成した後、前記流路形成基板用ウェハを複数の前記流路形成基板に分割することが好ましい。これによれば、圧電素子の変位量に基づいて振動膜の厚さを変更することで、圧電素子の変位量を均一化することができるため、1枚の流路形成基板用ウェハから同じ変位量の圧電素子を有する複数の液体噴射ヘッドを同時に製造することができる。これにより、液体噴射ヘッドを複数組み合わせる際に、液体噴射ヘッドの液体噴射特性を均一化することができ、高精度及び高品質な印刷を行わせることができる。また、1枚の流路形成基板用ウェハから形成された複数の液体噴射ヘッドを組み合わせることができるため、液体噴射ヘッドをランク分けすることなく、ランク毎の液体噴射ヘッドの過不足を防止して、歩留まりを向上することができる。 In addition, after the diaphragm, the piezoelectric element, and the pressure generating chamber are formed on a flow path forming substrate wafer in which a plurality of the flow path forming substrates are integrally formed, a plurality of the flow path forming substrate wafers are It is preferable to divide the flow path forming substrate. According to this, since the displacement amount of the piezoelectric element can be made uniform by changing the thickness of the vibration film based on the displacement amount of the piezoelectric element, the same displacement can be obtained from one flow path forming substrate wafer. A plurality of liquid jet heads having an amount of piezoelectric elements can be manufactured simultaneously. Accordingly, when a plurality of liquid ejecting heads are combined, the liquid ejecting characteristics of the liquid ejecting heads can be made uniform, and high-precision and high-quality printing can be performed. In addition, since a plurality of liquid ejecting heads formed from one flow path forming substrate wafer can be combined, the liquid ejecting heads for each rank can be prevented from being excessive or insufficient without ranking the liquid ejecting heads. Yield can be improved.
また、前記振動膜を形成する工程では、当該振動膜をその厚さが、前記流路形成基板用ウェハの面内で周縁部側に比べて中心側が徐々に厚くなるように形成することが好ましい。これによれば、振動膜の厚さを圧電素子の変位量が低くなり易い周縁部側で薄くして、圧電素子の変位量を高めると共に、圧電素子の変位量が高くなり易い中心側で厚くして、圧電素子の変位量を低下させて、面内での圧電素子の変位量を均一化することができる。 Further, in the step of forming the vibration film, it is preferable that the vibration film is formed so that the thickness of the vibration film is gradually thicker on the center side than on the peripheral edge side in the plane of the flow path forming substrate wafer. . According to this, the thickness of the vibration film is decreased on the peripheral edge side where the displacement amount of the piezoelectric element is likely to be lowered to increase the displacement amount of the piezoelectric element, and is increased on the center side where the displacement amount of the piezoelectric element is likely to be increased. Thus, the amount of displacement of the piezoelectric element can be made uniform by reducing the amount of displacement of the piezoelectric element.
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの概略構成を示す分解斜視図であり、図2は、図1の平面図及びインクジェット式記録ヘッドの圧力発生室の長手方向の断面図である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments.
(Embodiment 1)
1 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of an ink jet recording head which is an example of a liquid jet head according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a plan view of FIG. 1 and pressure of the ink jet recording head. It is sectional drawing of the longitudinal direction of a generation chamber.
図示するように、流路形成基板10は、本実施形態では板厚方向の結晶面方位が(110)面のシリコン単結晶基板からなり、その一方の面には予め熱酸化によって二酸化シリコンからなる厚さ0.5〜2μmの弾性膜50が形成されている。
As shown in the figure, the flow
流路形成基板10には、他方面側から異方性エッチングすることにより、複数の隔壁11によって区画された圧力発生室12がその幅方向(短手方向)に並設されている。また、流路形成基板10の圧力発生室12の長手方向一端部側には、インク供給路14と連通路15とが隔壁11によって区画されている。また、連通路15の一端には、各圧力発生室12の共通のインク室(液体室)となるリザーバ100の一部を構成する連通部13が形成されている。すなわち、流路形成基板10には、圧力発生室12、連通部13、インク供給路14及び連通路15からなる液体流路が設けられている。
In the flow
インク供給路14は、圧力発生室12の長手方向一端部側に連通し且つ圧力発生室12より小さい断面積を有する。
The
また、流路形成基板10の開口面側には、各圧力発生室12のインク供給路14とは反対側の端部近傍に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、接着剤や熱溶着フィルム等によって固着されている。なお、ノズルプレート20は、厚さが例えば、0.01〜1mmで、線膨張係数が300℃以下で、例えば2.5〜4.5[×10-6/℃]であるガラスセラミックス、シリコン単結晶基板又はステンレス鋼などからなる。
Further, on the opening surface side of the flow
一方、流路形成基板10の開口面とは反対側には、上述したように、二酸化シリコンからなり厚さが例えば、約1.0μmの弾性膜50が形成され、この弾性膜50上には、酸化ジルコニウム(ZrO2)等からなり厚さが例えば、約0.4μmの絶縁体膜55が積層形成されている。また、この絶縁体膜55上には、厚さが約0.1〜0.5μmの下電極膜60と、圧電体膜の一例であるチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等からなり厚さが例えば、約1.1μmの圧電体層70と、厚さが例えば、約0.05μm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。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アクチュエータ装置と称する。なお、上述した例では、弾性膜50及び絶縁体膜55が振動板として作用するが、弾性膜50又は絶縁体膜55の何れか一方のみを振動板として設けるようにしてもよい。
On the other hand, an
このような圧電素子300を構成する圧電体層70の材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等の強誘電性圧電性材料や、これにニオブ、ニッケル、マグネシウム、ビスマス又はイットリウム等の金属を添加したリラクサ強誘電体等が用いられる。
Examples of the material of the
また、圧電素子300の個別電極である各上電極膜80には、インク供給路14側の端部近傍から引き出された引き出し配線として、例えば、金(Au)等からなるリード電極90が設けられている。そして、このリード電極90は、詳しくは後述する貫通孔33で駆動回路120と接続配線121を介して電気的に接続されている。
Further, each
さらに、圧電素子300が形成された流路形成基板10上には、連通部13に対向する領域にリザーバ部31が設けられた保護基板30が接着剤35を介して接合されている。このリザーバ部31は、上述したように、流路形成基板10の連通部13と連通されて各圧力発生室12の共通の液体室となるリザーバ100を構成している。また、流路形成基板10の連通部13を圧力発生室12毎に複数に分割して、リザーバ部31のみをリザーバとしてもよい。さらに、例えば、流路形成基板10に圧力発生室12のみを設け、流路形成基板10と保護基板30との間に介在する部材(例えば、弾性膜50、絶縁体膜55等)にリザーバと各圧力発生室12とを連通するインク供給路14を設けるようにしてもよい。
Further, on the flow
また、保護基板30には、圧電素子300に対向する領域に、圧電素子300の運動を阻害しない程度の空間を有する圧電素子保持部32が設けられている。なお、圧電素子保持部32は、圧電素子300の運動を阻害しない程度の空間を有していればよく、当該空間は密封されていても、密封されていなくてもよい。
Further, the
さらに、保護基板30の圧電素子保持部32とリザーバ部31との間の領域には、保護基板30を厚さ方向に貫通する貫通孔33が設けられ、この貫通孔33内に下電極膜60の一部及びリード電極90の先端部が露出されている。
Further, a through
また、保護基板30上には、圧電素子300を駆動するための駆動回路120が実装されている。この駆動回路120としては、例えば、回路基板や半導体集積回路(IC)等を用いることができる。そして、駆動回路120とリード電極90とはボンディングワイヤ等の導電性ワイヤからなる接続配線121を介して電気的に接続されている。
A
保護基板30としては、流路形成基板10の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラス、セラミック材料等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と同一材料の面方位(110)のシリコン単結晶基板を用いて形成した。
As the
また、保護基板30上には、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のポリフェニレンサルファイド(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(SUS)等)で形成される。この固定板42のリザーバ100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100の一方面は可撓性を有する封止膜41のみで封止されている。
A
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドIでは、図示しない外部インク供給手段からインクを取り込み、リザーバ100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、駆動回路120からの記録信号に従い、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、絶縁体膜55、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21からインク滴が吐出する。
In such an ink jet recording head I of the present embodiment, ink is taken in from an external ink supply means (not shown), filled with ink from the
ここで、インクジェット式記録ヘッドIの製造方法について、図3〜図7を参照して説明する。なお、図3〜図6は、インクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す圧力発生室の長手方向の断面図であり、図7は、流路形成基板用ウェハの上面図である。 Here, a manufacturing method of the ink jet recording head I will be described with reference to FIGS. 3 to 6 are cross-sectional views in the longitudinal direction of the pressure generating chamber showing the method of manufacturing the ink jet recording head, and FIG. 7 is a top view of the flow path forming substrate wafer.
まず、図3(a)に示すように、流路形成基板10が複数個一体的に形成されるシリコンウェハである流路形成基板用ウェハ110を約1100℃の拡散炉で熱酸化し、その表面に弾性膜50を構成する二酸化シリコン膜51を形成する。
First, as shown in FIG. 3A, a flow path forming
次いで、図3(b)に示すように、弾性膜50(二酸化シリコン膜51)上に、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜55を形成する。具体的には、弾性膜50(二酸化シリコン膜51)上に、例えば、スパッタ法等によりジルコニウム(Zr)層を形成後、このジルコニウム層を、例えば、500〜1200℃の拡散炉で熱酸化することにより酸化ジルコニウム(ZrO2)からなる絶縁体膜55を形成する。
Next, as shown in FIG. 3B, an
ここで、振動板を構成する振動膜である絶縁体膜55は、後の工程で形成する圧電素子300の変位量に基づいて流路形成基板用ウェハ110の面内で厚さを変更して形成する。本実施形態では、圧電素子300は流路形成基板用ウェハ110の面内で周縁部B側に比べて中心A側が圧電特性(変位特性)が高く形成されるため、図7に示すように、絶縁体膜55をその厚さが流路形成基板用ウェハ110の面内の周縁部B側で薄く、中心A側で厚くなるように形成した。また、絶縁体膜55の厚さは、流路形成基板用ウェハ110の面内で周縁部B側から中心A側に向かって徐々に変化するようにするのが好ましい。
Here, the thickness of the
このような絶縁体膜55の厚さの変更は、例えば、ジルコニウムを形成する際のスパッタリング装置におけるスパッタリングターゲットと流路形成基板用ウェハ110との距離を調整することや、スパッタリングターゲットと流路形成基板用ウェハ110との間に遮蔽板等の遮蔽物を設けることによって行うことができる。なお、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜55の厚さは、酸化する前のジルコニウムの厚さに基づいて規定されるため、ジルコニウムの厚さを変更することで、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜55の厚さを変更することができる。
Such a change in the thickness of the
次いで、図4(a)に示すように、例えば、白金とイリジウムとを絶縁体膜55上に積層することにより下電極膜60を形成した後、この下電極膜60を所定形状にパターニングする。なお、下電極膜60は、白金(Pt)とイリジウム(Ir)とを積層したものに限定されず、これらを合金化させたものを用いるようにしてもよい。また、下電極膜60として、白金(Pt)とイリジウム(Ir)の何れか一方の単層として用いるようにしてもよく、さらに、これらの材料以外の金属又は金属酸化物等を用いるようにしてもよい。
Next, as shown in FIG. 4A, for example, after the
次に、図4(b)に示すように、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等からなる圧電体層70と、例えば、イリジウムからなる上電極膜80とを流路形成基板10の全面に形成後、各圧力発生室12に対向する領域にパターニングして圧電素子300を形成する。圧電素子300を構成する圧電体層70の材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等の強誘電性圧電性材料や、これにニオブ、ニッケル、マグネシウム、ビスマス又はイットリウム等の金属を添加したリラクサ強誘電体等が用いられる。また、圧電体層70の形成方法は、本実施形態では、金属有機物を溶媒に溶解・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−ゲル法を用いて圧電体層70を形成した。なお、圧電体層70の形成方法は、特に限定されず、例えば、MOD法やスパッタリング法等を用いるようにしてもよい。
Next, as shown in FIG. 4B, the
このように形成した圧電体層70は、流路形成基板用ウェハ110の面内で圧電特性(変位特性)にばらつきが生じてしまう。具体的には、圧電体層70は、図7に示す流路形成基板用ウェハ110の面内の中心A側で圧電特性が高く、流路形成基板用ウェハ110の面内の周縁部B側で圧電特性が低く形成される。これは、圧電体層70の下地の違いや圧電体層70の焼成を行う加熱装置の温度分布に偏りがあるためだと考えられる。
The
このため、上述したように振動板を構成する振動膜である絶縁体膜55の厚さを、圧電特性の低い圧電体層70に対応する流路形成基板用ウェハ110の周縁部B側を薄く、圧電特性の低い圧電体層70に対応する中心A側を厚く形成するようにした。これにより、流路形成基板用ウェハ110の周縁部B側の振動板(絶縁体膜55)の剛性を低下させて、周縁部B側に設けられた圧電特性の低い圧電体層70の変位特性を高めると共に、流路形成基板用ウェハ110の中心A側の振動板(絶縁体膜55)の剛性を高めて、中心A側に設けられた圧電特性の高い圧電体層70の変位特性を低下させることができる。したがって、圧電体層70の流路形成基板用ウェハ110の面内で変位特性を均一化することができる。
For this reason, as described above, the thickness of the
このように、圧電体層70の圧電特性(圧電素子300の変位量)に基づいて、絶縁体膜55の厚さを変更することで、圧電素子300の変位量を均一化することができるため、1枚の流路形成基板用ウェハ110から同じ変位量の圧電素子300を有する複数のインクジェット式記録ヘッドIを同時に製造することができる。したがって、インクジェット式記録ヘッドIを複数組み合わせてインクジェット式記録ヘッドユニット(以下、ヘッドユニットと言う)を製造する際に、インクジェット式記録ヘッドIのインク吐出特性(液体噴射特性)を均一化することができ、ヘッドユニットに高精度及び高品質な印刷を行わせることができる。
As described above, the amount of displacement of the
また、1枚の流路形成基板用ウェハ110から形成された複数のインクジェット式記録ヘッドIを組み合わせて1つのヘッドユニットを形成することができるため、歩留まりを向上することができる。すなわち、複数のインクジェット式記録ヘッドIを製造後、圧電素子300の変位量に基づいてランク分けする必要がなく、ランク毎のインクジェット式記録ヘッドIの過不足が生じることがない。
Further, since a single head unit can be formed by combining a plurality of ink jet recording heads I formed from one flow path forming
さらに、圧電素子300に弾性部材等の他部材を貼り付けて圧電素子300の変位量を均一化する必要がなくなるため、部品点数を減少させて製造コストを低減することができる。
Further, since it is not necessary to attach another member such as an elastic member to the
なお、絶縁体膜55の厚さを変更する指標となる圧電素子300の変位量(圧電体層70の圧電特性)は、例えば、絶縁体膜55を均一な厚さで形成したインクジェット式記録ヘッドのサンプルを製造し、このサンプルの圧電素子の変位量をレーザドップラ変位計を用いて測定することで把握することができる。また、このように絶縁体膜55の厚さを変更して形成したインクジェット式記録ヘッドIの圧電素子300の変位量を測定し、この変位量をフィードバックして、次に形成するインクジェット式記録ヘッドIの絶縁体膜55の厚さを変更することで、圧電素子300の変位量をさらに高精度に均一化することができる。
The displacement amount of the piezoelectric element 300 (piezoelectric characteristics of the piezoelectric layer 70), which serves as an index for changing the thickness of the
次に、図4(c)に示すように、流路形成基板用ウェハ110の全面に亘って金(Au)からなるリード電極90を形成後、各圧電素子300毎にパターニングする。
Next, as shown in FIG. 4C, after forming the
次に、図5(a)に示すように、保護基板用ウェハ130を、流路形成基板用ウェハ110上に接着剤35を介して接着する。ここで、この保護基板用ウェハ130は、保護基板30が複数一体的に形成されたものであり、保護基板用ウェハ130には、リザーバ部31及び圧電素子保持部32が予め形成されている。
Next, as shown in FIG. 5A, the
次いで、図5(b)に示すように、流路形成基板用ウェハ110を所定の厚みに薄くする。
Next, as shown in FIG. 5B, the flow path forming
次いで、図5(c)に示すように、流路形成基板用ウェハ110上にマスク膜52を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、図6に示すように、流路形成基板用ウェハ110をマスク膜52を介してKOH等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチング(ウェットエッチング)することにより、圧電素子300に対応する圧力発生室12を形成する。
Next, as shown in FIG. 5C, a
その後は、流路形成基板用ウェハ110表面のマスク膜52を除去し、流路形成基板用ウェハ110及び保護基板用ウェハ130の外周縁部の不要部分を、例えば、ダイシング等により切断することによって除去する。そして、流路形成基板用ウェハ110の保護基板用ウェハ130とは反対側の面にノズル開口21が穿設されたノズルプレート20を接合すると共に、保護基板用ウェハ130にコンプライアンス基板40を接合し、流路形成基板用ウェハ110等を図1に示すような一つのチップサイズの流路形成基板10等に分割することによって、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドIとする。
Thereafter, the
このように形成された複数のインクジェット式記録ヘッドIは、各インクジェット式記録ヘッドIのインク吐出特性が揃っているため、複数のインクジェット式記録ヘッドIを組み合わせて用いて多列化しても、印刷精度及び印刷品質が劣化することがない。また、同時に複数形成したインクジェット式記録ヘッドIのランク分けを行う必要がなく、複数のインクジェット式記録ヘッドを容易に組み合わせることができる。 The plurality of ink jet recording heads I formed in this manner have the same ink ejection characteristics as each ink jet recording head I, and therefore, even if the plurality of ink jet recording heads I are combined to form multiple rows, printing is possible. Accuracy and print quality are not degraded. Moreover, it is not necessary to rank the plurality of ink jet recording heads I formed simultaneously, and a plurality of ink jet recording heads can be easily combined.
(他の実施形態)
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態1では、流路形成基板用ウェハ110の面内で絶縁体膜55の厚さを変更するようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、流路形成基板10の面内で絶縁体膜55の厚さを変更するようにしてもよい。また、上述した実施形態1では、絶縁体膜55の厚さを、流路形成基板用ウェハ110の面内で周縁部B側に比べて中心A側が徐々に厚くなるように形成したが、特にこれに限定されず、例えば、圧電体層70を形成する際の下地の違いや、加熱装置の温度分布などによって、圧電体層70が流路形成基板用ウェハ110の周縁部側で圧電特性が高く、中心側で圧電特性が低くなるような場合には、絶縁体膜55の厚さを、流路形成基板用ウェハ110の面内で中心A側に比べて周縁部B側が徐々に厚くなるように形成すればよい。すなわち、絶縁体膜55の厚さは、圧電体層70の圧電特性(圧電素子300の変位特性)に基づいて変更すればよい。
(Other embodiments)
Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, in the first embodiment described above, the thickness of the
また、上述した実施形態1では、振動板を構成する振動膜として、絶縁体膜55の厚さを変更するようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、振動板を構成する弾性膜50の厚さを変更するようにしてもよく、また弾性膜50と絶縁体膜55との両方の厚さを変更するようにしてもよい。すなわち、弾性膜50が振動板の振動膜としてもよく、弾性膜50及び絶縁体膜55の両方が振動板の振動膜としてもよい。なお、上述した実施形態1では、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜55の厚さを変更することで、比較的厚さの薄い弾性膜50の厚さを変更するのに比べて容易に且つ高精度に厚さを制御することができる。勿論、上述した実施形態1では、振動板が二酸化シリコンからなる弾性膜50と、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜55とで構成される例を示したが、振動板の構成及び材料は特にこれに限定されるものではない。
In the first embodiment described above, the thickness of the
また、上述した実施形態1では、ジルコニウムをスパッタリングにより形成後、ジルコニウムを熱酸化することで、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜55を形成するようにしたが、絶縁体膜55の製造方法は、特にこれに限定されず、例えば、蒸着法、CVD法等により形成してもよい。
Further, in Embodiment 1 described above, the zirconium oxide is formed by sputtering, and then the zirconium is thermally oxidized to form the
さらに、上述した実施形態1では、流路形成基板10としてシリコン単結晶基板を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、SOI基板、ガラス基板、MgO基板等においても本発明は有効である。
Furthermore, in Embodiment 1 described above, the silicon single crystal substrate is exemplified as the flow
なお、上述した実施形態1では、液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドIを挙げて説明したが、本発明は広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドの製造方法にも勿論適用することができる。その他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ELディスプレー、FED(電界放出ディスプレー)等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオchip製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。 In the first embodiment described above, the ink jet recording head I has been described as an example of the liquid ejecting head. However, the present invention broadly targets all liquid ejecting heads and ejects liquids other than ink. Of course, the present invention can also be applied to a method of manufacturing a liquid jet head. Other liquid ejecting heads include, for example, various recording heads used in image recording apparatuses such as printers, color material ejecting heads used in the manufacture of color filters such as liquid crystal displays, organic EL displays, and FEDs (field emission displays). Examples thereof include an electrode material ejection head used for electrode formation, a bioorganic matter ejection head used for biochip production, and the like.
I インクジェット式記録ヘッド(液体噴射ヘッド)、 10 流路形成基板、 12 圧力発生室、 13 連通部、 14 インク供給路、 15 連通路、 16 凹部、 20 ノズルプレート、 21 ノズル開口、 30 保護基板、 31 リザーバ部、 32 圧電素子保持部、 40 コンプライアンス基板、 50 弾性膜、 55 絶縁体膜、 60 下電極膜、 70 圧電体層、 80 上電極膜、 90 リード電極、 100 リザーバ、 120 駆動回路、 121 接続配線、 300 圧電素子 I ink jet recording head (liquid ejecting head), 10 flow path forming substrate, 12 pressure generating chamber, 13 communication portion, 14 ink supply path, 15 communication passage, 16 recess, 20 nozzle plate, 21 nozzle opening, 30 protective substrate, 31 Reservoir section, 32 Piezoelectric element holding section, 40 Compliance substrate, 50 Elastic film, 55 Insulator film, 60 Lower electrode film, 70 Piezoelectric layer, 80 Upper electrode film, 90 Lead electrode, 100 Reservoir, 120 Drive circuit, 121 Connection wiring, 300 Piezoelectric element
Claims (7)
前記流路形成基板の一方面側に前記振動板を形成すると共に、当該振動板を構成する振動膜を、前記圧電素子の変位量に基づいて厚さを変更して形成する工程と、前記振動板上に前記圧電素子を形成する工程と、前記流路形成基板に前記圧力発生室を形成する工程とを具備することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。 A flow path forming substrate provided with a pressure generating chamber communicating with the nozzle opening, and a piezoelectric element including a lower electrode, a piezoelectric layer, and an upper electrode provided on one surface side of the flow path forming substrate via a vibration plate; A method of manufacturing a liquid jet head comprising:
Forming the vibration plate on one surface side of the flow path forming substrate, and forming a vibration film constituting the vibration plate by changing a thickness based on a displacement amount of the piezoelectric element; and the vibration A method of manufacturing a liquid jet head, comprising: forming the piezoelectric element on a plate; and forming the pressure generating chamber on the flow path forming substrate.
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