JP2013184321A - インクジェットヘッドおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】セラミックスである圧電素子に複数のノズルを、精度良くかつ、安価に形成することは難しく、加工費を要するものとなっている。
【解決手段】インクジェットヘッドは、振動板と、振動板に設けられたインクを吐出するノズルと、ノズルに連通し振動板の一方の面に配置されるインク圧力室と、振動板の他方の面上に形成される第1の電極と、ノズルとは異なる位置で第1の電極上に設けられ、駆動電圧により振動板を変形させ前記インク圧力室を拡張または収縮させる圧電体膜と、圧電体膜の上に形成される第2の電極と、インク圧力室にインクを供給するインク供給手段と、を備えている。
【選択図】図7
【解決手段】インクジェットヘッドは、振動板と、振動板に設けられたインクを吐出するノズルと、ノズルに連通し振動板の一方の面に配置されるインク圧力室と、振動板の他方の面上に形成される第1の電極と、ノズルとは異なる位置で第1の電極上に設けられ、駆動電圧により振動板を変形させ前記インク圧力室を拡張または収縮させる圧電体膜と、圧電体膜の上に形成される第2の電極と、インク圧力室にインクを供給するインク供給手段と、を備えている。
【選択図】図7
Description
本発明の実施形態は、インクをノズルから吐出して画像を形成するインクジェットヘッドおよびそのインクジェットヘッド製造方法に関する。
画像信号に従ってノズルからインク滴を吐出し、記録紙上にインク滴による画像を形成するオンデマンド型インクジェット記録方式が知られている。オンデマンド型インクジェット記録方式は、主として発熱素子型と圧電素子型がある。発熱素子型は、インク流路にある発熱体に通電してインク中に気泡を発生させ、その気泡によって押されたインクがノズルから吐出する構成となっている。圧電素子型は、圧電素子の変形を利用してインク室に貯蔵されたインクをノズルから吐出させる構成である。
圧電素子(ピエゾ素子)は、電圧を力に変換する素子である。この圧電素子に電界を加えると、伸張または剪断変形を起こす。代表的な圧電素子として、チタン酸ジルコン酸鉛が使われている。
圧電素子を利用したインクジェットヘッドとして、圧電性材料で形成したノズル基板を用いた構成が知られている。このインクジェットヘッドでは、電極がノズル基板の両面に、ノズルを囲むように形成されている。インクはノズル基板とノズル基板を支える基板との間に入り込む。インクはノズル内でメニスカスを形成してノズル内に維持される。ノズル基板の電極に圧電素子を振動させる駆動波形を印加すると、ノズル周囲の圧電素子が振動する。圧電素子が振動することにより、ノズル内に超音波振動を発生してメニスカス内のインクが吐出する。ノズル基板の圧電素子を励振すると、振動エネルギーが液滴吐出開口の周縁部から中心に向かって集中し、インク表面から垂直な方向へインク滴が吐出するようになっている。
セラミックスである圧電素子に複数のノズルを、精度良くかつ、安価に形成することは難しく、加工費を要するものとなっている。
本発明の実施形態のインクジェットヘッドは、振動板と、前記振動板に設けられたインクを吐出するノズルと、前記ノズルに連通し、前記振動板の一方の面に配置されるインク圧力室と、前記振動板の他方の面上に形成される第1の電極と、前記ノズルとは異なる位置で前記第1の電極上に設けられ、駆動電圧により前記振動板を変形させ前記インク圧力室を拡張または収縮させる圧電体膜と、前記圧電体膜の上に形成される第2の電極と、前記インク圧力室にインクを供給するインク供給手段と、を備えている。
以下、実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態を説明する図面は、特徴部分を説明するために、必要に応じて、縮尺を変えて記載している。このため、全ての図面が、必ずしも正しい縮尺とはなっていない。
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態が適用されるインクジェットヘッドの分解斜視図である。
図1は、第1の実施形態が適用されるインクジェットヘッドの分解斜視図である。
図1に示されるインクジェットヘッド1は、ノズルプレート100、インク圧力室構造体200、セパレートプレート300、インク供給路構造体400、で構成されている。
ノズルプレート100には、ノズルプレート100の厚さ方向に貫通するインク吐出用の複数のノズル101(インク吐出孔)がある。
インク圧力室構造体200には、複数のノズル101に対応する複数のインク圧力室201がある。1つのインク圧力室201は対応するノズル101に繋がっている。
セパレートプレート300には、インク圧力室構造体200に形成されるインク圧力室201に繋がるインク絞り301(インク圧力室へのインク供給用開口)がある。
複数のノズル101に対応してインク圧力室201とインク絞り301が設けられ、複数のインク圧力室201は、インク絞り301を通してインク供給路402と繋がっている。
インク圧力室201は画像形成のためのインクを保持している。インク圧力室201は後述するアクチュエータ102およびノズル101を含む大きさの断面を有する円筒形状になっている。そしてノズルプレート100の変形によって、各インク圧力室201内のインクに圧力変化が発生し、各ノズル101からインクを吐出する。この時、セパレートプレート300は、インク圧力室201内に発生した圧力を閉じ込めて、インク供給路402へ圧力が逃げることを防ぐ役割を果たす。そのため、インク絞り301の直径は、インク圧力室201の直径に対して1/4以下の大きさである。
インク供給路402は、インク供給路構造体400にある。インク供給路構造体400にはインクジェットヘッド外部からインクを供給するインク供給口401がある。インク供給路402は、全てのインク圧力室201にインクを供給可能であるように、複数のインク圧力室201をすべて囲んでいる。
インク圧力室構造体200は、厚さ725μmのシリコンウエハで作成している。各インク圧力室201は、直径240μmの円筒形状である。直径20μmの円形のノズル101の中心が、各インク圧力室201の円の中心から93μmの位置にある。また、インク圧力室201はノズル101と後述するアクチュエータ102を囲んでいる。
セパレートプレート300は、厚さ200μmのステンレスである。インク絞り301の直径は60μmとなっている。インク絞り301は、それぞれのインク圧力室201へのインク流路抵抗がほぼ同程度になるように、インク絞り301の形状バラツキを抑制するように作られている。
インク供給路構造体400は厚さ4mmのステンレスである。インク供給路402はステンレス表面から2mm深さとなっている。インク供給口401はインク供給路402のほぼ中央にある。インク供給口401は各インク圧力室201へのインク流路抵抗がほぼ同程度になるように作られている。
図2は、図1と異なり、インク供給路402内でインクが循環されるように、循環インク供給口403と循環インク排出口404が、インク供給路402の両端付近に配置された構成である。
インクが循環することにより、インク供給路402内のインク温度を一定に保つことができる。よって図1のインクジェットヘッドと比べて、ノズルプレート100の変形によって発生した熱によるインクジェットヘッド内の温度上昇を抑制する効果がある。
ノズルプレート100は、インク圧力室構造体200の上に、後述する成膜プロセスにて形成された一体構造である。
インク圧力室構造体200、セパレートプレート300、インク供給路構造体400はノズル101、インク圧力室201が所定の位置関係を保つように、エポキシ接着剤で固定されている。
インク圧力室構造体200はシリコンウエハ、セパレートプレート300、インク供給路構造体400はステンレスで作成したが、これら構造体200、300、400の材料は、シリコンウエハ、ステンレスに限定されない。構造体200、300、400はノズルプレート100の膨張係数との差を考慮して、インク吐出圧力発生に影響しない範囲で他の材料とすることも可能である。例えば、セラミック材料としてアルミナセラミックス、ジルコニア、炭化ケイ素、窒化ケイ素、チタン酸バリウム、などの窒化物、酸化物を利用可能である。また、樹脂材料として、ABS(アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン)、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエーテルサルフォンなどのプラスチック材を利用することも可能である。また、金属材料(合金)を用いることも可能であり、代表的な材料としては、アルミ、チタン、などの材料が挙げられる。
図3を参照し、ノズルプレート100の構成について説明する。図3はノズルプレート100をインク吐出側から見た平面図である。
ノズルプレート100は、インクを吐出させるノズル101、ノズル101からインクを吐出させるための圧力を発生させるアクチュエータ102がある。また、ノズルプレート100はアクチュエータ102を駆動するための信号を伝送する配線電極103と共有電極107がある。さらに、ノズルプレート100は配線電極103の一部である、インクジェットヘッド1の外部からインクジェットヘッド1を駆動する信号を受ける配線電極端子部104、同様に、共有電極107の一部である、インクジェットヘッド1を駆動する信号を受ける共有電極端子部105を有している。
アクチュエータ102、配線電極103、配線電極端子部104、共有電極107、共有電極端子部105は、振動板106上に形成される。
ノズル101はノズルプレート100を貫通している。1つのインク圧力室201の円形断面の中心から離れた位置に、対応するノズル101の中心がある。1つのインク圧力室201から対応するノズル101内にインクを供給する。ノズル101に対応するアクチュエータ102の動作によって振動板106が変形し、インク圧力室201内に発生した圧力変化によって、ノズル101に供給されたインクを吐出する。全てのノズル101は同じ動作である。
ノズル101は円筒形状となっており、直径20μmである。
アクチュエータ102は、圧電体膜108(図12参照)で構成されている。圧電体膜108と、この圧電体膜108を挟む2つの電極(配線電極103と共有電極107)とで、各アクチュエータ102は動作する。圧電体膜を成膜すると、圧電体膜の膜厚方向に分極が発生する。電極を介して分極の方向と同方向の電界を圧電体膜に印加すると、アクチュエータ102は、電界方向と直交する方向に伸縮する。この伸縮を利用して、振動板106が、ノズルプレート100の厚み方向に変形しインク圧力室201内のインクに圧力変化を発生させる。
圧電体膜108の形状は円形であり、その直径は170μmである。圧電体膜108は、ノズル101とは異なる位置にある。言い換えれば、アクチュエータ102として動作する円形の圧電体膜108領域以外の部分の振動板に、ノズルが形成されている。圧電体膜の中心は、インク圧力室201の円形断面の中心から離れた位置にある。本実施形態では、圧電体膜108の中心は、インク圧力室201の円形断面の中心から離れた位置としたが、インク圧力室201の円形断面の中心と、圧電体膜の中心とが、同じでもよい。
アクチュエータ102となる圧電体膜108の動作について、さらに説明する。圧電体膜108は、膜厚に対して直交する方向(面内方向)に収縮または伸張する。圧電体膜が収縮すると、圧電体膜108が結合された振動板106はインク圧力室201を拡張する方向へ湾曲する。インク圧力室201を拡張する湾曲は、インク圧力室201内の貯留するインクに、負圧力を発生させる。発生した負圧により、インクが、インク供給手段400からインク圧力室201内に供給される。圧電体膜108が伸張すると、圧電体膜108に結合された振動板106は、インク圧力室の方向へ湾曲する。振動板106のインク圧力室201方向への湾曲は、インク圧力室201内に貯留するインクに正圧力を発生させる。発生した正圧により、振動板106に設けられたノズル101からインク滴が吐出する。インク圧力室201の拡張または収縮時、振動板のノズル近傍は、圧電体膜108の変位によってインクが吐出する方向に変形することになる。言い換えれば、インクを吐出させるアクチュエータは屈曲振動で動作している。
アクチュエータ102は、上述のように直径170μmの圧電体膜108で構成され、さらにインク圧力室直径が240μmで構成されているので、より高密度にノズル101を配置するためにアクチュエータ102は千鳥状(互い違い)に配置されている。図3のX軸方向に複数のノズル101が直線状に配置される。Y軸方向に直線状のノズル列が2列ある。X軸方向で隣接するノズル101の中心間距離は340μmとなっている。Y軸方向ではノズル101の2列の配置間隔が240μmとなっている。このように配置することで、配線電極103はX軸方向で2つのアクチュエータ102間を通って形成される。
圧電体膜の材料は、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)を用いた。他の材料として、PTO(PbTiO3:チタン酸鉛)PMNT(Pb(Mg1/3Nb2/3)O3−PbTiO3)、PZNT(Pb(Zn1/3Nb2/3)O3−PbTiO3)、ZnO、AlNなどを用いることも可能である。
圧電体膜108はRFマグネトロンスパッタリング法により基板温度350℃で成膜した。膜厚は1μmとした。圧電体膜成膜後、圧電体膜108に圧電性を付与するために、500℃で3時間熱処理を行った。これにより、良好な圧電性能を得ることができた。圧電体膜の他の製法として、CVD(化学的気相成長法)、ゾルゲル法、AD法(エアロゾルデポジション法)、水熱合成法などを用いることも可能である。圧電体膜の厚さは、圧電特性と絶縁破壊電圧などによって決定される。圧電体膜の厚さは、概ね0.1μmから5μmの範囲である。
複数の配線電極103は、複数のアクチュエータ102の圧電体膜108に繋がる2つの電極の一方である。複数の配線電極103は、圧電体膜108に対して、図1の上下方向における上方向(換言すれば、インクが吐出する方向)に成膜されている。各配線電極103は対応するアクチュエータ102の圧電体膜108に個別に繋がる。各配線電極103は圧電体膜108を独立に動作させるための個別電極として作用する。各配線電極103は、円形の圧電体膜108より大径の円形の電極部分と、配線部と、配線電極端子部104とで構成される。
複数の配線電極103は、Pt(白金)薄膜で形成した。薄膜の成膜はスパッタリング法を用い、膜厚0.5μmとした。配線電極103の他の電極材料として、Ni(ニッケル)、Cu(銅)、Al(アルミニウム)、Ti(チタン)、W(タンタル)、Mo(モリブデン)、Au(金)などを利用することも可能である。他の成膜法として、蒸着、鍍金を用いることも可能である。複数の配線電極103の望ましい膜厚は0.01から1μmである。
共有電極107は、圧電体膜108に繋がる2つの電極の他方であり、圧電体膜に対しては図1の上下方向において、より下側(換言すれば、インク圧力室201側)に成膜されている。共有電極107は、各圧電体膜に共有して繋がり、共通電極として作用する。アクチュエータ102から個別電極配線部と反対方向に配置されノズルプレート100のX軸方向両端で集結された配線部、共有電極端子部105で構成される。
共有電極107は、Pt(白金)/Ti(チタン)薄膜で形成した。薄膜の成膜はスパッタリング法を用い、膜厚0.5μmとした。共有電極107の他の電極材料として、Ni、Cu、Al、Ti、W、Mo、Auなどを利用することも可能である。他の成膜法として、蒸着、鍍金を用いることも可能である。共有電極107の望ましい膜厚は0.01から1μmである。
配線電極端子部104と共有電極端子部105は、外部駆動回路からアクチュエータ102を駆動するための信号を受信するために設けられている。配線電極103と共有電極107はアクチュエータ102の間を通して配線するため、この実施例では配線幅は80μm程度となる。
共有電極端子部105は、個別配線端子部104の両側にある。各配線電極端子部104の間隔は、ノズル101のX軸方向の間隔170μmと同じになるので、配線電極103の配線幅に比べて配線電極端子部104のX軸方向の幅を広くすることができる。このため外部駆動回路との接続は容易になっている。配線電極103がアクチュエータ102を駆動する個別電極として機能する。
次に、図4〜図20を参照して、このインクジェットヘッドの製造方法について説明する。
図4から図16はインクジェットヘッドの加工プロセス毎に作成した状態を示している。インクジェットヘッドを構成する材料を薄膜、またはスピンコーティングによって成膜し、作成している。
図4は、図3に示すインクジェットヘッドを、A‐A’軸に関して、左側から右側に向けて見た断面図であり、インク圧力室構造体200上に振動板106を成膜した構成を示している。ノズルプレート100を形成するために、鏡面研磨されたシリコンウエハをインク圧力室構造体200に用いている。ノズルプレート100を作成するプロセスにおいて、加熱、薄膜の成膜を繰り返すため、耐熱性のあるシリコンウエハを利用している。シリコンウエハは、SEMI(Semiconductor Equipment and Materials International)規格に準じた、厚さ525〜775μmの平滑化されたものである。シリコンウエハの代わりに、耐熱性があるセラミックス、石英あるいは各種金属の基板を使うことも可能である。
振動板106は、CVD法成膜したSiO2膜(酸化ケイ素)を用いた。インク圧力室構造体200上の全面に膜厚2μmの成膜を行った。
振動板106の膜厚は、1から50μmの範囲が望ましい。SiO2に代えて、SiN(窒化ケイ素)、Al2O3(酸化アルミニウム)、HfO2(酸化ハフニウム)、DLC(Diamond Like Carbon)を用いることもできる。振動板106の材料選択は、耐熱性、絶縁性(導電率の高いインクを使用時にアクチュエータ102駆動によるインク変質の影響を考慮)、熱膨張係数、平滑性、インクに対する濡れ性も考慮して行っている。
図5は、図4の次工程として、振動板106上に成膜した共有電極107の成膜を示している。電極材料はPt/Tiである。TiとPtを順番にスパッタリング法を用いて成膜した。Tiの膜厚は0.45μmとし、Pt膜厚は0.05μmとした。
電極を成膜した後に、アクチュエータ102と配線部、共有電極端子部105に適した形状に電極膜をパターニングし共有電極107を形成した。パターニングは、電極膜上にエッチングマスクを作り、エッチングマスク以外の電極材料をエッチングによって除去することで行った。エッチングマスクは、感光性レジストを電極膜上に塗布した後に、プリベークを行い、所望のパターンが形成されたマスクを用いて露光し、現像、工程を経てポストベークを行って形成した。
図6は、図5の次工程として、共有電極107上に形成した圧電体膜108を示している。共有電極107の圧電体膜108に相当する部分は、圧電体膜の外径より小さく、外径166μmの円形パターンになっている。共有電極107をパターニングすることで、共有電極107の円形部と配線部以外は振動板106が露出している。
図6に示すように、左側に位置する共有電極107と、振動板106上に、圧電体膜108を形成する。圧電体膜108はPZTを用いている。1μm厚の圧電体膜108を基板温度350℃にてスパッタリング法で作成した。PZT薄膜に圧電性を付与するために、500℃3時間の熱処理を行った。PZT薄膜は成膜すると、共有電極107から膜厚方向に沿って、分極が発生する。
圧電体膜108のパターニングは、エッチングによって行った。圧電体膜108上に感光性レジストを塗布した後に、プリベークを行い、所望のパターンが形成されたマスクを用いて露光を行い、現像、定着工程を経てポストベークを行い、感光性レジストのエッチングマスクを形成した。このエッチングマスクを用いてエッチングを行い、所望の形状の圧電体膜108を得た。
圧電体膜108のパターンは、上述したように、外径170μmの円形となっている。円形の共有電極107の外形が166μmであるので、圧電体膜108がアクチュエータ102を構成する共有電極107を覆うように形成される。圧電体膜108が共有電極107を覆うことで、共有電極107と圧電体膜108に電圧を印加するためのもう一方の配線電極103との間の絶縁性を確保することができる。すなわちアクチュエータ102を駆動するための個別電極となる配線電極103と共有電極108とを圧電体膜107によって絶縁している。
図7は、図3に示すインクジェットヘッドを、B‐B’軸に関して、左側から右側に向けて見た断面図であり、図3のEにあたる箇所の圧電体膜108と共有電極107上の絶縁膜109を示している。絶縁膜109は、共有電極107の配線部とアクチュエータ102を構成する配線電極103の絶縁を保つために、圧電体膜108と共有電極107の表面上に絶縁膜を形成する。絶縁膜109の厚みは0.2μm、材料はSiO2とした。成膜は良好な絶縁性を低温成膜実現できるCVD法を用いた。絶縁膜109は、圧電体膜108と共有電極107の表面のみ成膜されていればよいので、パターニングを行った。レジストを塗布した後に、プリベークを行い、所望のパターンのマスクを用いて露光し、現像、定着工程を経てポストベークを行いエッチングマスク形成した。このエッチングマスクを用いてエッチングを行い、所望の絶縁薄膜を得た。パターニング加工バラツキ精度を考慮して、絶縁膜109は圧電体膜108を一部覆うようにパターニングした。絶縁膜109が圧電体膜108を覆う量は、圧電体膜108の変形量を阻害しない程度とした。
図8は、図7の次工程における図3のB−B´断面図であり、図9は、同様に、図7の次工程における図3のA−A´断面図である。両図は、振動板106、圧電体膜108、絶縁膜109上に成膜した配線電極103を示している。絶縁膜109は、Ptの膜厚0.5μmとなっている。絶縁膜109はスパッタリング法によって成膜した。電極を成膜した後に、アクチュエータ102と配線部、配線電極端子部104に適した形状に電極膜をパターニングし配線電極103を形成した。パターニングは、電極膜上にエッチングマスクを作り、エッチングマスク以外の電極材料をエッチングによって除去することで行った。エッチングマスクは、感光性レジストを電極膜上に塗布した後に、プリベークを行い、所望のパターンが形成されたマスクを用いて露光し、現像、工程を経てポストベークを行って形成した。
配線電極103の圧電体膜108に相当する部分は外径174μmの円形パターンになっている。アクチュエータ102を構成する配線電極103は、圧電体膜108を覆う形状になっている。
配線電極103の他の成膜材料として、Cu、Al、Ag、Ti、W、Mo、Pt、Auを利用することができる。配線電極103の他の成膜方法として、真空蒸着、鍍金などを利用することができる。配線電極103の膜厚は0.01〜1μmの範囲が好ましい。
図10は、振動板106、配線電極103、共有電極107、絶縁膜109(図5(g)では絶縁膜109が見えない断面を示している)上に成膜した保護膜110と金属膜111を示している。保護膜110は、ポリイミドであり膜厚3μmとなっている。保護膜110は、ポリイミド前駆体を含有した溶液をスピンコーティング法によって成膜した後に、ベークによって熱重合と溶剤除去を行って形成した。スピンコーティング法で成膜することにより、振動板106上に形成されたアクチュエータ102、配線電極103、共有電極107を被覆して、表面が平滑な膜が形成される。
保護膜110は、ポリイミドに代えて、樹脂材料として、ABS(アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン)、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエーテルサルフォンなどのプラスチック材を利用することも可能である。また、セラミック材料としてジルコニア、炭化ケイ素、窒化ケイ素、チタン酸バリウム、などの窒化物、酸化物を利用可能である。配線電極103、共有電極107の絶縁を保てば、金属材料(合金)を用いることも可能であり、代表的な材料としては、アルミ、SUS、チタン、などの材料が挙げられる。他の成膜方法として、CVD、真空蒸着、鍍金などを利用することができる。保護膜110の膜厚は1〜50μmの範囲が好ましい。
更に保護膜110の材料選択においては、振動板106材料とヤング率が大きく異なる、即ち振動板106と保護膜110のヤング率の差が大きい材料が望ましい。板形状の変形量は、板材料のヤング率と板厚が影響する。同じ力がかかった場合でも、ヤング率が小さい程、板厚が薄い程変形が大きい。実施形態においては、振動板106のSiO2膜のヤング率は80.6GPa、保護膜110のポリイミド膜のヤング率は10.9GPaであり、ヤング率は69.7GPaの差がある。この理由について説明する。
本実施の形態のインクジェットヘッド1は、アクチュエータ102が振動板106と保護膜110に挟まれた構造となり、アクチュエータ102に電界をかけてアクチュエータ102が電界方向と直交する方向に伸びた場合、振動板106はインク圧力室201側に対して凹形状に変形する力が負荷される。反対に、保護膜110はインク圧力室201側に対して凸形状に変形する力が負荷される。アクチュエータ102が電界方向と直交する方向に縮んだ場合は、振動板106はインク圧力室201側に対して凸形状、保護膜110はインク圧力室201側に対して凹形状に変形する力が負荷される。即ち、アクチュエータ102が電界方向と直交する方向に伸縮すると、振動板106と保護膜110は正反対の向きに変形する力が負荷される。それ故、振動板106と保護膜110の膜厚とヤング率が同じ場合、アクチュエータ102に電圧印加しても、振動板106と保護膜110は正反対の方向に同じ量変形する力が負荷されるため、ノズルプレート100が変形しないので、インク吐出しない。
本実施の形態においては、保護膜110のポリイミド膜の方が、振動板106のSiO2膜よりヤング率が小さいため、同じ力に対して保護膜110の方が変形量は大きくなる。本実施の形態の構造においては、アクチュエータ102が電界方向と直交する方向に伸びた場合、ノズルプレート100はインク圧力室201側に対して凸形状に変形して、圧力室201の容積が縮まる(保護膜110がインク圧力室201側に対して凸形状に変形する量の方が大きいため)。反対に、アクチュエータ102が電界方向と直交する方向に縮んだ場合は、ノズルプレート100はインク圧力室201側に対して凹形状に変形して、圧力室201の容積が広がる(保護膜110がインク圧力室201側に対して凹形状に変形する量の方が大きいため)。
振動板106と保護膜110のヤング率の差が大きい程、同じ電圧をアクチュエータに印加した時、振動板の変形量の差が大きくなる。そのため、振動板106と保護膜110のヤング率の差が大きい方が、より低い電圧条件にてインク吐出が可能となる。
尚、上述したように、板形状の変形量は、板材料のヤング率だけでなく、板厚も影響する。そのため、振動板106と保護膜110の変形量に差をつける場合は、材料のヤング率だけでなく、それぞれの膜厚も考慮する必要がある。振動板106と保護膜110の材料のヤング率が同じでも、膜厚に違いがあれば、高電圧条件下ではあるが、インク吐出可能である。
その他、保護膜110の材料選択においては、耐熱性、絶縁性(導電率の高いインクを使用時にアクチュエータ102駆動によるインク変質の影響を考慮)、熱膨張係数、平滑性、インクに対する濡れ性も考慮して行っている。
金属膜111は、アルミ膜であり、ポリイミド膜上にスパッタリング法で0.4μm成膜する。金属膜111は、後述する保護膜110と振動板106をドライエッチング加工する際のマスクとして使用する。
金属膜111は、アルミに代えて、Cu、Ag、Ti、W、Mo、Pt、Auを利用することができる。金属膜111の他の成膜方法として、CVD、真空蒸着、鍍金などを利用することができる。金属膜111の膜厚は、0.01〜1μmの範囲が好ましい。
図11は、ノズル101と配線電極端子部104に適した形状にパターニングされた金属膜111と保護膜110を示している。このパターニング方法について説明する。
まず、金属膜111上を感光性レジストとエッチング法を用いて、ノズル101の直径20μmの円形パターン形状と配線電極端子部104、図3に示す共有電極端子部105の四角パターン形状にエッチング加工する。
次に、パターニングされた金属膜111をマスクとして、保護膜110のドライエッチングを行い、ノズル101の円形パターン形状と配線電極端子部104、図3の共有電極端子部105の四角パターン形状を形成した。
図12は、ノズル101に適した形状にパターニングされた振動板106を示している。振動板106のパターニングは、金属膜111と配線電極端子部104の配線電極103をマスクとして、ドライエッチング加工により形成された。配線電極103は、金属膜111と同様にエッチングガス耐性があるため配線電極端子部104の下の振動板106はエッチングされない。
図13は、保護膜110の上に保護膜カバーテープ112を貼り合わせ、インク圧力室構造体200を上下反転して、インク圧力室構造体200に形成されたインク圧力室201を示している。インク圧力室201は直径240μmの円柱形状であり、インク圧力室201の中心位置とノズル101の中心位置はずれてパターニングされている。図12とは、上下が反転している。
インク圧力室201のパターニング方法について説明する。図12の金属膜111をエッチングにより除去後、保護膜カバーテープ112を貼った。保護膜カバーテープ112は、シリコンウエハの化学機械研磨(Chemical Mecanical Polishing:CMP)用の裏面保護テープを用いた。
厚み725μmのシリコンウエハであるインク圧力室構造体200上にエッチングマスクを作り、住友精密工業株式会社出願のWO2003/030239にあるような、シリコン基板専用のDeep−RIEと呼ばれる垂直深堀ドライエッチング加工技術を用いて、エッチングマスク以外のシリコンウエハを除去することでインク圧力室201を形成した。エッチングマスクは、感光性レジストをインク圧力室構造体200上に塗布した後に、プリベークを行い、所望のパターンが形成されたマスクを用いて露光し、現像、工程を経てポストベークを行って形成した。
このシリコン基板専用のDeep−RIEは、エッチングガスにSF6を用いるが、SF6ガスは、振動板106のSiO2膜や保護膜110のポリイミド膜に対してはエッチング作用を及ぼさない。そのため、インク圧力室201を形成するシリコンウエハのドライエッチングの進行は、振動板106でストップされる。即ち、振動板106のSiO2膜は、Deep−RIEエッチングのストップ層の役割をする。
上記説明中、エッチング方法として、薬液を用いるウェットエッチング法、プラズマを用いるドライエッチング法を適宜選択した。絶縁膜、電極膜、圧電体膜などの材料によって、エッチング方法やエッチング条件を変えて加工を行った。各感光性レジスト膜によるエッチング加工が終了した後、残った感光性レジスト膜は溶解液によってレジスト除去を行った。
図14は、インク圧力室構造体200にセパレートプレート300とインク供給路構造体400を接着した断面を示す。エポキシ樹脂剤で接着しており、セパレートプレート300とインク供給路構造体400の接着後、インク圧力室構造体200にセパレートプレート300を接着した。
本実施形態では、ノズルプレート100とインク圧力室構造体200をそれぞれ別々に作成し、位置調整してノズルプレート100とインク圧力室構造体200を接着剤で結合している。ノズルプレート100とインク圧力室構造体200を別々に作成する代わりに、インク圧力室構造体200の一面を振動板として作成することも可能である。例えば、インク圧力室構造体200の一面上に電極や圧電体膜を形成し、他面側からインク圧力室に相当する位置にインク圧力室構造体200を貫通しない孔を形成する。インク圧力室構造体200の一面側には薄い層が残り、この部分が振動板として動作する。この構成方法では、ノズルプレート100を用いずに、インク圧力室構造体200の一部をノズルプレート100として利用することができる。
図15は、保護膜110の配線電極端子部104上に、電極端子部カバーテープを貼り付けた断面を示す。これは、図14の保護膜カバーテープ112側から紫外線照射を行うことにより、保護膜カバーテープ112の接着強度が弱められて剥がした後に、図3の配線電極端子部104と共有電極端子部105の領域に、電極端子部カバーテープ113を貼ったものである。このカバーテープは樹脂性であり、接着強度は脱着が容易なセロハンテープ程度の接着強度である。電極端子部カバーテープ113は、配線電極端子部104と共有電極端子部105へのゴミの付着や、後述する撥インク膜114成膜時に撥インク膜114の付着防止を目的として貼りつける。
図16は、ノズル101内壁以外の保護膜110上に撥インク膜114を形成した断面を示す。撥インク膜114の材料は、撥液性を有するシリコーン系撥液材料、フッ素含有系有機材料であり、実施形態においては市販の旭硝子社製のフッ素含有系有機材料であるサイトップ(商標)を用いた。撥インク膜114の膜厚は1μmである。
撥インク膜114は、保護膜110上に液状の撥インク膜材料をスピンコーティングによって成膜する。このスピンコーティングの際、インクジェットヘッド1の固定と合わせて、インク供給路401より陽圧空気を注入する。それによりインク供給路401と繋がったノズル101から陽圧空気が排出される。この状態で、液体の撥インク膜材料を塗布すると、ノズル101内壁のインク流路に撥インク膜材料が付着することなく、保護膜110上のみに撥インク膜114が形成される。
図17に、作成したインクジェットヘッド1の断面を示す。インク供給路構造体400に設けられたインク供給口401からインクがインク供給路402に供給される。インク供給路のインクは各インク圧力室201にインク供給絞り301を介して流れ、各ノズル101に満たされる。インク供給口401から供給されるインクは適切な負圧となるように保たれ、ノズル101内のインクはノズル101から漏れることなく保たれる。
図18は、図3のB−B´にあたるアクチュエータ102部の断面である。図3のA−A´にあたる図7(n)と異なる点は、図3のEにあたる箇所に、配線電極102と共有電極107との間に絶縁膜109がある点である。
図19は、図3のC−C´にあたる配線電極端子部104と共有電極端子部105の断面である。配線電極端子部104と共有電極端子部105のみ保護膜110がエッチングされており、撥インク膜114は保護膜110上に成膜されていない。
図20は、図3のD−D´にあたる配線電極103と共有電極105の配線部の断面である。図8と異なり、配線上に保護膜110が形成されており、撥インク膜114も保護膜110上に成膜されている。
本実施形態では、アクチュエータ102を形成する圧電体膜108とは異なる位置、すなわち圧電体膜領域外にノズル101を設ける構成とした。圧電体膜領域108内にノズルを設ける場合には、ノズルと圧電体膜、配線電極、共通電極の位置合わせ精度を要する。本実施形態にすることで、アクチュエータ102と異なる位置にノズル101を設けているので、アクチュエータ102とノズル101の位置合わせを容易にすることができる。
(第2の実施形態)
図21に第2の実施形態のインクジェットヘッド1の分解斜視図を示す。第1の実施形態とインク圧力室201とアクチュエータ102の形状が異なっている。それ以外の部分は同じ構成となっている。
図21に第2の実施形態のインクジェットヘッド1の分解斜視図を示す。第1の実施形態とインク圧力室201とアクチュエータ102の形状が異なっている。それ以外の部分は同じ構成となっている。
インク圧力室201とアクチュエータ102が菱形となっている。アクチュエータ102は幅170μm、長さ340μmの菱形となっている。ノズル101の直径は20μmであり、アクチュエータ102とノズル101は異なる位置にある。インク圧力室201は、アクチュエータ102とノズル101を囲んでいる。
インクがインク圧力室201からノズルを通して吐出するように、ノズル101はインク圧力室201に連通している。ノズル101は圧電体膜で構成されるアクチュエータ102の領域より外側に形成され、インク圧力室201に連通している。
円形の圧電体膜パターンと比べ、圧電体パターンをより高密度に配置することができる。
図22は、図21と異なり、インク供給路402内でインクが循環されるように、循環インク供給口403と循環インク排出口404が、インク供給路402の両端付近に配置された構成である。
(第3の実施形態)
図23に第3の実施形態のインクジェットヘッド1の分解斜視図を示す。第1の実施形態とインク圧力室201とアクチュエータ102の形状が異なっている。それ以外の部分は同じ構成となっている。
図23に第3の実施形態のインクジェットヘッド1の分解斜視図を示す。第1の実施形態とインク圧力室201とアクチュエータ102の形状が異なっている。それ以外の部分は同じ構成となっている。
インク圧力室201とアクチュエータ102が長方形となっている。アクチュエータ102は幅250μm、長さ220μmの長方形となっている。ノズル101の直径は20μmであり、アクチュエータ102とノズル102は異なる位置にある。よって、ノズル101は圧電体膜で構成されるアクチュエータ102の領域より外側に形成され、インク圧力室201に連通している。インク圧力室201は、アクチュエータ102とノズル102を囲んでいる。円形の圧電体膜パターンと比べ、面積の大きなアクチュエータ102となっているので、インク吐出圧力を大きくすることが可能である。
図24は、図11と異なり、インク供給路402内でインクが循環されるように、循環インク供給口403と循環インク排出口404が、インク供給路402の両端付近に配置された構成である。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
1 インクジェットヘッド
100 ノズルプレート
101 ノズル
102 アクチュエータ
103 配線電極
104 配線電極端子部
105 共有電極端子部
106 振動板
107 共有電極
108 圧電体膜
109 絶縁膜
110 保護膜
111 金属膜
112 保護膜カバーテープ
113 電極端子部カバーテープ
114 撥インク膜
200 インク圧力室構造体
201 インク圧力室
300 セパレートプレート
301 インク絞り
400 インク供給路構造体
401 インク供給口
402 インク供給路
403 循環インク供給口
404 循環インク排出口
100 ノズルプレート
101 ノズル
102 アクチュエータ
103 配線電極
104 配線電極端子部
105 共有電極端子部
106 振動板
107 共有電極
108 圧電体膜
109 絶縁膜
110 保護膜
111 金属膜
112 保護膜カバーテープ
113 電極端子部カバーテープ
114 撥インク膜
200 インク圧力室構造体
201 インク圧力室
300 セパレートプレート
301 インク絞り
400 インク供給路構造体
401 インク供給口
402 インク供給路
403 循環インク供給口
404 循環インク排出口
Claims (9)
- 振動板と、
前記振動板に設けられたインクを吐出するノズルと、
前記ノズルに連通し、前記振動板の一方の面に配置されるインク圧力室と、前記振動板の他方の面上に形成される第1の電極と、
前記ノズルとは異なる位置で前記第1の電極上に設けられ、駆動電圧により前記振動板を変形させ前記インク圧力室を拡張または収縮させる圧電体膜と、
前記圧電体膜の上に形成される第2の電極と、
前記インク圧力室にインクを供給するインク供給手段と、を備えることを特徴とするインクジェットヘッド。 - 前記第2電極の上に、保護膜が形成されてい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。
- 前記振動板の材料と前記保護膜の材料のヤング率が異なることを特徴とする請求項2記載のインクジェットヘッド。
- 前記ノズルは複数形成され、前記第1の電極または前記第2の電極は各々電気的に独立した個別電極となってい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。
- 前記個別電極は、
当該インクジェットヘッドの外部から駆動信号が供給される複数の電極端子と、
前記複数の電極端子に接続される複数の配線電極と、
前記複数の配線電極の端部に形成され、前記圧電体膜が覆われる複数のアクチュエータ配線電極と、を有す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。 - 前記振動板は、絶縁性材料で形成されてい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。
- 前記保護膜は、樹脂性材料で形成されていることを特徴とする請求項2記載のインクジェットヘッド。
- 振動板を基板上に形成する工程と、
第1電極を前記振動板上に成膜し、所定の形状に加工する工程と、
圧電体膜を前記振動板と前記第1電極上に成膜し、所定の形状に加工する工程と、
第2電極を前記振動板と前記圧電体膜の上に成膜し、所定の形状に加工する工程と、
前記振動板を所定の形状に加工する工程と、によってノズルプレートを形成する工程と、
前記基板について、ノズルプレートに対して反対側から、穴を開ける工程によってインク圧力室を形成する、ことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。 - 振動板を基板上に形成する工程と、
第1電極を前記振動板上に成膜し、所定の形状に加工する工程と、
圧電体膜を前記振動板と前記第1電極上に成膜し、所定の形状に加工する工程と、
第2電極を前記振動板と前記圧電体膜の上に成膜し、所定の形状に加工する工程と、
保護膜を前記振動板と前記第1電極と前記第2電極の上に成膜し、所定の形状に加工する工程と、
前記振動板を所定の形状に加工する工程と、によってノズルプレートを形成する工程と、
前記基板について、ノズルプレートに対して反対側から、穴を開ける工程によってインク圧力室を形成する、ことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015186842A (ja) * | 2014-03-26 | 2015-10-29 | 東芝テック株式会社 | インクジェットヘッド、インクジェット記録装置およびインクジェットヘッドの製造方法 |
JP2016052723A (ja) * | 2014-09-02 | 2016-04-14 | 東芝テック株式会社 | インクジェットヘッド及びインクジェット記録装置 |
JP2017114133A (ja) * | 2017-02-23 | 2017-06-29 | 東芝テック株式会社 | インクジェットヘッド、インクジェット記録装置およびインクジェットヘッドの製造方法 |
JP2018027710A (ja) * | 2017-11-28 | 2018-02-22 | セイコーエプソン株式会社 | アクチュエーター、及び、センサー |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5732428B2 (ja) | 2012-04-17 | 2015-06-10 | 東芝テック株式会社 | インクジェットヘッド |
JP2017196800A (ja) * | 2016-04-27 | 2017-11-02 | 東芝テック株式会社 | インクジェットヘッドおよびインクジェット記録装置 |
US11806191B2 (en) * | 2018-05-21 | 2023-11-07 | General Electric Company | Phased array transducers and wafer scale manufacturing for making the same |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH1058672A (ja) * | 1996-08-19 | 1998-03-03 | Fuji Xerox Co Ltd | インクジェットヘッド |
JP2000289201A (ja) * | 1999-04-06 | 2000-10-17 | Fujitsu Ltd | インクジェットヘッド、インクジェットプリンタ、及び、インクジェットヘッドの製造方法 |
JP2009226795A (ja) * | 2008-03-24 | 2009-10-08 | Seiko Epson Corp | インクジェット式記録ヘッドの製造方法及びインクジェット式記録ヘッド、インクジェット式記録装置 |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4087584A (en) * | 1975-10-31 | 1978-05-02 | Ricoh Co., Ltd. | Lithographic printing plate |
US5790151A (en) * | 1996-03-27 | 1998-08-04 | Imaging Technology International Corp. | Ink jet printhead and method of making |
US6568794B2 (en) * | 2000-08-30 | 2003-05-27 | Ricoh Company, Ltd. | Ink-jet head, method of producing the same, and ink-jet printing system including the same |
US7270403B2 (en) * | 2003-09-01 | 2007-09-18 | Fujifilm Corporation | Inkjet head and inkjet recording apparatus |
US8197048B2 (en) * | 2006-04-26 | 2012-06-12 | Ricoh Company, Ltd. | Image forming apparatus |
ATE517752T1 (de) * | 2007-05-30 | 2011-08-15 | Oce Tech Bv | Piezoelektrischer aktuator und herstellungsverfahren dafür |
JP5670669B2 (ja) * | 2010-08-30 | 2015-02-18 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
JP2012071587A (ja) * | 2010-09-03 | 2012-04-12 | Toshiba Tec Corp | インクジェットヘッドおよびその製造方法 |
-
2012
- 2012-03-06 JP JP2012049415A patent/JP2013184321A/ja active Pending
-
2013
- 2013-03-05 US US13/786,311 patent/US9050798B2/en active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH1058672A (ja) * | 1996-08-19 | 1998-03-03 | Fuji Xerox Co Ltd | インクジェットヘッド |
JP2000289201A (ja) * | 1999-04-06 | 2000-10-17 | Fujitsu Ltd | インクジェットヘッド、インクジェットプリンタ、及び、インクジェットヘッドの製造方法 |
JP2009226795A (ja) * | 2008-03-24 | 2009-10-08 | Seiko Epson Corp | インクジェット式記録ヘッドの製造方法及びインクジェット式記録ヘッド、インクジェット式記録装置 |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015186842A (ja) * | 2014-03-26 | 2015-10-29 | 東芝テック株式会社 | インクジェットヘッド、インクジェット記録装置およびインクジェットヘッドの製造方法 |
JP2016052723A (ja) * | 2014-09-02 | 2016-04-14 | 東芝テック株式会社 | インクジェットヘッド及びインクジェット記録装置 |
JP2017114133A (ja) * | 2017-02-23 | 2017-06-29 | 東芝テック株式会社 | インクジェットヘッド、インクジェット記録装置およびインクジェットヘッドの製造方法 |
JP2018027710A (ja) * | 2017-11-28 | 2018-02-22 | セイコーエプソン株式会社 | アクチュエーター、及び、センサー |
Also Published As
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