JP3384456B2 - 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 - Google Patents

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】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
ッドでは、基板の圧電素子とは反対側の面からエッチン
グすることなどにより厚さ方向に貫通して圧力発生室を
形成しているため、寸法精度の高い圧力発生室を比較的
容易且つ高密度に配設することができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなインクジェット式記録ヘッドでは、圧力発生室を形
成する基板として、例えば、直径が６〜１２インチ程度
の比較的大きなものを用いようとする場合、ハンドリン
グ等の問題により基板の厚さを厚くせざるを得ず、それ
に伴い圧力発生室の深さも深くなってしまう。そのた
め、各圧力発生室を区画する隔壁の厚さを厚くしない
と、十分な剛性が得られず、クロストークが発生し、所
望の吐出特性が得られない等の問題がある。また、隔壁
の厚さを厚くすると、高い配列密度でノズルを並べられ
ないため、高解像度の印字品質を達成できないという問
題がある。

【０００９】本発明は、このような事情に鑑み、隔壁の
剛性を向上すると共に圧力発生室を高密度に配設するこ
との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、ノズル開口に連通する圧力発生室が
画成される流路形成基板と、前記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向する領域に
設けられて前記圧力発生室内に圧力変化を生じさせる圧
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、前記流路形成基板が、エッチングストップ層とその
両面に設けられて単結晶シリコンからなるシリコン層と
を有し、前記圧力発生室が前記流路形成基板を構成する
一方のシリコン層に形成されると共に当該圧力発生室の
底面が前記エッチングストップ層で封止され、且つ前記
圧電素子が前記圧力発生室に充填されて最終的に除去さ
れる犠牲層を介して前記一方のシリコン層上に設けられ
た前記振動板上に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。

【００１１】かかる第１の態様では、圧力発生室が流路
形成基板を貫通することなく形成されるため、圧力発生
室を区画する隔壁の剛性が向上すると共にクロストーク
が抑えられる。

【００１２】本発明の第２の態様は、第１の態様におい
て、前記流路形成基板が、絶縁体層からなるエッチング
ストップ層の両面に単結晶シリコンからなるシリコン層
を有するＳＯＩ基板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。

【００１３】かかる第２の態様では、圧力発生室が流路
形成基板を貫通することなく、ＳＯＩ基板の一方のシリ
コン層に形成される。

【００１４】本発明の第３の態様は、第１又は２の態様
において、前記流路形成基板を構成する前記シリコン層
のそれぞれが異なる厚さを有し、前記圧力発生室が形成
される前記一方のシリコン層は、他方のシリコン層の厚
さよりも薄い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、圧力発生室が比較
的浅く形成され、圧力発生室を区画する隔壁の剛性が向
上すると共にクロストークが抑えられる。

【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、前記圧力発生室と前記ノズル開口とを
連通するインク連通路が、前記一方のシリコン層内に形
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。

【００１７】かかる第４の態様では、インク連通路が圧
力発生室と同一層に形成されるため、ヘッドを小型化す
ることができる。

【００１８】本発明の第５の態様は、第４の態様におい
て、前記インク連通路が前記圧力発生室の長手方向端部
から延設され、前記ノズル開口が前記流路形成基板の端
面側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５の態様では、流路形成基板の端
面側にノズル開口を有するタイプのインクジェット式記
録ヘッドが実現される。

【００２０】本発明の第６の態様は、第５の態様におい
て、前記インク連通路が前記流路形成基板の端面まで延
設され、当該流路形成基板の端面には前記ノズル開口を
有するノズルプレートが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。

【００２１】かかる第６の態様では、流路形成基板の端
面側に比較的容易にノズル開口を形成することができ
る。

【００２２】本発明の第７の態様は、第５の態様におい
て、前記ノズル開口が前記インク連通路の端部に前記シ
リコン層の厚さ方向の一部を除去することにより形成さ
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。

【００２３】かかる第７の態様では、ノズル開口を流路
形成基板に圧力発生室と共に比較的容易に形成できる。

【００２４】本発明の第８の態様は、第１〜４の何れか
の態様において、前記振動板上に前記圧電素子を内部に
封止する空間を有する封止基板が接合され、該封止基板
に前記ノズル開口が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。

【００２５】かかる第８の態様では、流路形成基板の圧
電素子側にノズル開口を有するタイプのインクジェット
式記録ヘッドが実現される。また、一枚の基板で封止機
能とノズル機能とを兼ねることができる。

【００２６】本発明の第９の態様は、第１〜３の何れか
の態様において、前記圧力発生室と前記ノズル開口とを
連通するインク連通路が、前記流路形成基板を構成する
前記エッチングストップ層を貫通して他方のシリコン層
に形成され、前記ノズル開口が前記他方のシリコン層の
表面側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。

【００２７】かかる第９の態様では、流路形成基板の圧
電素子とは反対側の面にノズル開口を有するタイプのイ
ンクジェット式記録ヘッドが実現される。

【００２８】本発明の第１０の態様は、第１〜９の何れ
かの態様において、前記圧力発生室が形成されたシリコ
ン層の主面が（００１）方位であり、前記圧力発生室の
長手方向が、＜１１０＞方向となっ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。

【００２９】かかる第１０の態様では、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。

【００３０】本発明の第１１の態様は、第１〜９の何れ
かの態様において、前記圧力発生室が形成されるシリコ
ン層の主面が（１１０）方位であり、前記圧力発生室の
長手方向が＜１−１２＞方向となっ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。

【００３１】かかる第１１の態様では、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。

【００３２】本発明の第１２の態様は、第１〜１１の何
れかの態様において、前記圧力発生室が異方性エッチン
グにより形成され、前記振動板及び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たも
の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。

【００３３】かかる第１２の態様では、高密度のノズル
開口を有するインクジェット式記録ヘッドを大量に且つ
比較的容易に製造することができる。

【００３４】本発明の第１３の態様は、第１〜１２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。

【００３５】かかる第１３の態様では、ヘッドのインク
吐出性能を向上すると共に高密度化したインクジェット
式記録装置を実現することができる。

【００３６】本発明の第１４の態様は、エッチングスト
ップ層の両面に単結晶シリコンからなるシリコン層を有
する流路形成基板に圧力発生室を形成すると共に、振動
板を介して前記圧力発生室内に圧力変化を生じさせる圧
電素子を形成するインクジェット式記録ヘッドの製造方
法であって、前記流路形成基板の一方のシリコン層を前
記エッチングストップ層に達するまでエッチングするこ
とにより少なくとも前記圧力発生室を形成する工程と、
前記圧力発生室内に犠牲層を充填する工程と、前記犠牲
層側の前記流路形成基板の表面に前記振動板を形成する
と共に前記圧力発生室に対応して前記圧電素子を形成す
る工程と、前記圧力発生室に連通してインク流路の一部
となる連通孔を前記振動板に形成して前記犠牲層を露出
させると共に前記連通孔を介してエッチングすることに
より前記犠牲層を除去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。

【００３７】かかる第１４の態様では、開口部を介して
エッチングすることにより、比較的容易且つ確実に犠牲
層を除去することができるため、圧力発生室を流路形成
基板を貫通することなく比較的容易に形成することがで
きる。

【００３８】本発明の第１５の態様は、第１４の態様に
おいて、前記流路形成基板が、絶縁体層からなるエッチ
ングストップ層の両面に単結晶シリコンからなるシリコ
ン層を有するＳＯＩ基板であ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。

【００３９】かかる第１５の態様では、圧力発生室を流
路形成基板を貫通することなく容易且つ確実に形成する
ことができる。

【００４０】本発明の第１６の態様は、第１４又は１５
の態様において、前記圧力発生室を形成する工程で、当
該圧力発生室の長手方向端部から前記ノズル開口に連通
するインク連通路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。

【００４１】かかる第１６の態様では、圧力発生室とイ
ンク連通路とを流路形成基板に同時に形成することがで
きる。

【００４２】本発明の第１７の態様は、第１４〜１６の
何れかの態様において、前記犠牲層を除去する工程は、
前記振動板を貫通して前記犠牲層を露出する開口部を介
してエッチングにより行う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。

【００４３】かかる第１７の態様では、開口部を介して
エッチングすることにより、比較的容易且つ確実に犠牲
層を除去することができる。

【００４４】本発明の第１８の態様は、第１４〜１７の
何れかの態様において、前記犠牲層を充填する工程は、
前記流路形成基板の前記圧力発生室に対応する領域に少
なくとも前記圧力発生室の深さと略同一の厚さで前記犠
牲層を形成する工程と、前記圧力発生室以外の前記犠牲
層をポリッシングによって除去する工程とを含むことを
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。

【００４５】かかる第１８の態様では、圧力発生室内に
犠牲層を容易且つ確実に充填することができる。

【００４６】本発明の第１９の態様は、第１８の態様に
おいて、前記犠牲層をジェットモールディング法によっ
て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。

【００４７】かかる第１９の態様では、犠牲層を部分的
に形成することができ、比較的容易に犠牲層を充填する
ことができる。

【００４８】本発明の第２０の態様は、第１４〜１９の
何れかの態様において、前記振動板として絶縁層を形成
すると共に、該絶縁層上に下電極層、圧電体層及び上電
極層を順次積層形成し、パターニングすることにより前
記圧電素子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。

【００４９】かかる第２０の態様では、たわみ振動モー
ドの圧電素子を比較的容易に形成できる。

【００５０】本発明の第２１の態様は、第２０の態様に
おいて、前記振動板が前記下電極層を兼ねていることを
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。

【００５１】かかる第２１の態様では、ヘッドの構造を
簡略化できると共に、製造工程を減少することができ
る。

【００５２】本発明の第２２の態様は、第１４〜２１の
何れかの態様において、前記圧力発生室を異方性エッチ
ングによって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。

【００５３】かかる第２２の態様では、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。

【００５４】

【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。

【００５５】（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、その断面図である。

【００５６】図示するように、流路形成基板１０は、エ
ッチングストップ層とその両面に設けられる単結晶シリ
コンからなるシリコン層とを有し、例えば、本実施形態
では、酸化シリコンからなる絶縁体層１１の両面に単結
晶シリコンからなる一対の第１シリコン層１２及び第２
シリコン層１３を有するＳＯＩ基板からなる。

【００５７】ここで、本実施形態のＳＯＩ基板からなる
流路形成基板１０では、絶縁体層１１がエッチングスト
ップ層となり、詳しくは後述するが、第１シリコン層１
２をエッチングして圧力発生室１５を形成する際に、こ
の絶縁体層１１によって容易且つ確実にエッチングが停
止するため、圧力発生室１５を高精度に形成することが
できる。

【００５８】また、流路形成基板１０を構成する第１シ
リコン層１２の膜厚は、第２シリコン層１３の膜厚より
も薄く形成され、本実施形態では、この膜厚の薄い第１
シリコン層１２に複数の隔壁１４により区画された圧力
発生室１５が幅方向に並設されている。また、圧力発生
室１５の長手方向端部側には、それぞれインクの流路と
なるインク連通路１６，１７が、圧力発生室１５の幅よ
りも狭い幅で延設されている。

【００５９】また、このように圧力発生室１５等が形成
された流路形成基板１０の第１シリコン層１２上には、
例えば、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）等の絶縁層から
なる、厚さ１〜２μｍの弾性膜５０が設けられている。
この弾性膜５０には、後述するノズルプレート２０に設
けられたノズル開口２１及びインク供給孔２２に連通す
る第１及び第２連通孔５１，５２が、各インク連通路１
６，１７に対向する位置にそれぞれ形成されている。

【００６０】また、このような弾性膜５０の圧力発生室
に対応する領域には、厚さが例えば、約０．５μｍの下
電極膜６０と、厚さが例えば、約１μｍの圧電体膜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６
０、圧電体膜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膜７０を各圧力発
生室１５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膜
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。なお、上述した例では、弾性膜５０及び下電極膜６
０が振動板として作用するが、下電極膜が弾性膜を兼ね
るようにしてもよい。

【００６１】ここで、ＳＯＩ基板からなる流路形成基板
１０に圧力発生室１５等を形成する工程及び、この圧力
発生室１５に対応する領域に圧電素子３００を形成する
プロセスを図３〜図５を参照しながら説明する。なお、
図３及び図４は、圧力発生室の幅方向の断面図であり、
図５は、圧力発生室の長手方向の断面図である。

【００６２】まず、図３（ａ）に示すように、流路形成
基板１０となるＳＯＩ基板のウェハの第１シリコン層１
２上に、例えば、酸化シリコンからなる所定形状のマス
クを用いて、水酸化カリウム等のアルカリ水溶液によっ
て異方性エッチングすることにより、圧力発生室１５及
びその長手方向端部側にそれぞれインク連通路１６，１
７を形成する。

【００６３】ここで、本実施形態では、流路形成基板１
０の第１シリコン層１２は、その主面が（００１）方位
であり、且つ圧力発生室１５をその長手方向が＜１１０
＞方向となるように形成している。そのため、圧力発生
室１５及びインク連通路１６，１７は、所定角度の傾斜
面で構成されている。

【００６４】このように第１シリコン層１２を所定の面
方位として圧力発生室１５を形成することにより、異方
性エッチングによって圧力発生室１５を比較的高い寸法
精度で形成することができると共に、圧力発生室１５を
高密度に配列することができる。

【００６５】なお、第１シリコン層１２の主面を（１１
０）方位とし、圧力発生室１５をその長手方向が＜１−
１２＞方向となるように形成するようにしてもよい。こ
こで、（−１）は（バー１）を示す。

【００６６】この場合には、圧力発生室１５及びインク
連通路１６，１７は、流路形成基板１０の表面に略垂直
な面で構成されるが、上述の場合と同様に、高精度及び
高密度に圧力発生室１５を形成することができる。

【００６７】また、この圧力発生室１５及びインク連通
路１６，１７は、流路形成基板１０の第１シリコン層１
２をほぼ貫通して絶縁体層１１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。したがって、絶縁体層
１１によってエッチングの停止が容易となり、圧力発生
室１５等の深さを容易に制御でき、且つ高密度に形成す
ることができる。なお、絶縁体層１１は、シリコン単結
晶基板からなる第１シリコン層１２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。

【００６８】次に、図３（ｂ）に示すように、第１シリ
コン層１２に形成された圧力発生室１５及びインク連通
路１６，１７に犠牲層９０を埋め込む。例えば、本実施
形態では、第１シリコン層１２の表面に全面に亘って犠
牲層９０を圧力発生室の深さと略同一厚さで形成した
後、圧力発生室１５及びインク連通路１６，１７以外の
犠牲層９０をポリッシングにより除去した。

【００６９】この犠牲層９０の材料は、特に限定されな
いが、例えば、ポリシリコン又はリンドープ酸化シリコ
ン（ＰＳＧ）等を用いればよく、本実施形態では、エッ
チングレートが比較的速いＰＳＧを用いた。

【００７０】なお、この犠牲層９０の形成方法は、特に
限定されず、例えば、１μｍ以下の超微粒子をヘリウム
（Ｈｅ）等のガスの圧力によって高速で基板に衝突させ
ることにより成膜するいわゆるガスデポジション法ある
いはジェットモールディング法と呼ばれる方法を用いて
もよい。この方法では、圧力発生室１５及びインク連通
路１６，１７に対応する領域のみに犠牲層９０を部分的
に形成することができる。

【００７１】次に、図３（ｃ）に示すように、第１シリ
コン層１２及び犠牲層９０上に弾性膜５０を形成する。
例えば、本実施形態では、流路形成基板１０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弾性膜５０と
した。なお、弾性膜５０の材料は、特に限定されず、例
えば、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）等であってもよい。

【００７２】次に、各圧力発生室１５に対応して弾性膜
５０上に圧電素子３００を形成する。

【００７３】圧電素子３００を形成する工程としては、
まず、図４（ａ）に示すように、スパッタリングで下電
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膜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、圧電体膜７０としてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺ
Ｔ）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。

【００７４】次に、図４（ｂ）に示すように、圧電体膜
７０を成膜する。この圧電体膜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
らなる圧電体膜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膜
７０とした。圧電体膜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、この圧電体膜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。

【００７５】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。

【００７６】何れにしても、このように成膜された圧電
体膜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、圧電体膜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
された圧電体膜の厚さは、一般的に０．２〜５μｍであ
る。

【００７７】次に、図４（ｃ）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。

【００７８】次いで、下電極膜６０、圧電体膜７０及び
上電極膜８０を一緒にエッチングして下電極膜６０の全
体パターンをパターニングした後、図４（ｄ）に示すよ
うに、圧電体膜７０及び上電極膜８０のみをエッチング
して圧電体能動部３２０のパターニングを行う。

【００７９】その後、図５に示すように、弾性膜５０の
犠牲層９０に対向する領域に、犠牲層９０を露出する貫
通孔、例えば、本実施形態では、インク連通路１６，１
７にそれぞれ対応する領域の弾性膜５０に第１及び第２
連通孔５１，５２を形成する。そして、これら第１及び
第２連通孔５１，５２から、例えば、ウェットエッチン
グによって犠牲層９０を除去する。本実施形態では、犠
牲層９０の材料として、ＰＳＧを用いているため、弗酸
水溶液によってエッチングした。なお、ポリシリコンを
用いた場合には、弗酸及び硝酸の混合水溶液、あるいは
水酸化カリウム水溶液によってエッチングすることがで
きる。また、犠牲層９０の除去方法としては、ウェット
エッチングに限定されず、例えば、弗酸蒸気によるエッ
チングによっても可能である。

【００８０】以上のような工程で、圧力発生室１５及び
圧電素子３００が形成される。

【００８１】このように、本実施形態では、流路形成基
板１０としてＳＯＩ基板を用い、膜厚の薄い第１シリコ
ン層１２に圧力発生室１５を形成するようにしたので、
各圧力発生室１５を区画する隔壁１４の剛性を高めるこ
とができ、且つ複数の圧力発生室１５を高密度に配列す
ることができる。また、圧力発生室１５の深さを浅くす
ることにより、隔壁１４のコンプライアンスを小さくす
ることができ、インクの吐出特性が向上する。

【００８２】また、圧力発生室１５が形成される第１シ
リコン層１２の膜厚は薄いものの、流路形成基板１０全
体の厚さは厚いため、大きなサイズのウェハとしても取
り扱いが容易となる。したがって、ウェハ一枚当たりの
チップの取り数を増加することができ、製造コストを低
減することができる。また、チップサイズを大きくでき
るので、長尺のヘッドも製造することができる。

【００８３】さらに、流路形成基板１０が厚いため、反
りの発生が抑えられ、他の部材と接合する際に位置合わ
せが容易となり、接合後も、圧電素子３００の特性変化
が抑えられてインク吐出特性が安定する。

【００８４】なお、上述のように圧電素子３００が形成
された弾性膜５０上には、図１及び図２に示すように、
各圧力発生室１５とインク連通路１６を介して連通する
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を介して固着されている。このノ
ズルプレート２０は、後述するように、本実施形態では
圧電素子３００を内部に密封可能な圧電素子保持部を有
する封止基板を兼ねている。

【００８５】ここで、インク滴吐出圧力をインクに与え
る圧力発生室１５の大きさと、インク滴を吐出するノズ
ル開口２１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
ズル開口２１は数十μｍの直径で精度よく形成する必要
がある。

【００８６】また、本実施形態では、弾性膜５０の第２
連通孔５２に対向する領域のノズルプレート２０には、
後述するリザーバ３１に連通して圧力発生室１５にイン
クを供給するインク供給孔２２が形成され、さらに外側
のノズルプレート２０の端部近傍には、リザーバ３１に
連通して、例えば、インクカートリッジ等の外部のイン
ク供給手段からリザーバ３１にインクを供給するインク
導入口２３が形成されている。

【００８７】さらに、本実施形態では、圧電素子３００
に対向する領域のノズルプレート２０には、圧電素子３
００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２４が設けられ、
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２４内に密封されている。

【００８８】また、このノズルプレート２０上のインク
連通路１７に対応する領域には、各圧力発生室１５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
することにより形成され、このリザーバ形成基板３０上
に接合された封止板４０によって封止されている。

【００８９】このような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と接続し
たインク導入口２３からインクを取り込み、リザーバ３
１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、圧力発生室１５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及び圧電体膜７０をたわみ変形させることに
より、各圧力発生室１５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。

【００９０】（実施形態２）図６は、実施形態２に係る
インクジェット式記録ヘッドの要部断面図である。

【００９１】本実施形態は、図６に示すように、ノズル
開口２１Ａを流路形成基板１０の側面側に設けた例であ
る。

【００９２】すなわち、本実施形態では、ノズル開口２
１Ａに連通するインク連通路１６が圧力発生室１５の長
手方向一端部から流路形成基板１０の端面まで延設さ
れ、流路形成基板１０の端面にノズル開口２１Ａを有す
るノズルプレート２０Ａが接合されている。

【００９３】また、弾性膜５０上には圧電素子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２４を有する封止基板２５
が接合されており、この封止基板２５にリザーバ３１Ａ
から圧力発生室１５にインクを供給するインク供給孔２
２が形成されている。さらに、この封止基板２５上に
は、リザーバ３１Ａを形成するリザーバ形成基板３０Ａ
及び封止板４０Ａが接合されており、封止基板２５上の
略全面がリザーバ３１Ａとなっている。なお、外部のイ
ンク供給手段からリザーバ３１Ａにインクを供給するイ
ンク導入口２３Ａは、封止板４０Ａに設けるようにし
た。

【００９４】このような構成によっても、実施形態１と
同様の効果を得ることができる。また、本実施形態で
は、ノズル開口２１Ａが流路形成基板１０の側面に設け
られているため、ノズル開口２１Ａを比較的容易に２列
に配列することができ、ヘッドの小型化を図ることがで
きる。

【００９５】なお、本実施形態では、流路形成基板１０
の側面側にノズル開口２１Ａを有するノズルプレート２
０Ａを接合するようにしたが、これに限定されず、例え
ば、図７に示すように、流路形成基板１０の端部に一端
がインク連通路１６に連通するノズル開口２１Ｂを形成
するようにしてもよい。

【００９６】なお、このようなノズル開口２１Ｂは、圧
力発生室１５及びインク連通路１６，１７と同時に異方
性エッチングによって形成されているため、例えば、第
１シリコン層１２の主面が（００１）方位である場合に
は、ノズル開口２１Ｂは、図７（ｂ）に点線で示すよう
に傾斜面で構成される。この場合、所定幅でノズル開口
２１Ｂを異方性エッチングにより形成すると、傾斜面同
士が当接した時点でエッチングが停止して、断面略Ｖ字
状のノズル開口２１Ｂが形成される。すなわち、ノズル
開口２１Ｂの幅を調整することにより、ノズル開口２１
Ｂの深さを容易に調整することができる。

【００９７】また、第１シリコン層１２の主面が（１１
０）方位である場合には、ノズル開口２１Ｂは、上述し
た圧力発生室１５等と同様に、流路形成基板１０の表面
に対して略垂直な面で構成されるため、第１シリコン層
１２を途中までエッチング（ハーフエッチング）するこ
とにより形成すればよい。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。

【００９８】

【００９９】

【０１００】

【０１０１】

【０１０２】

【０１０３】（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。

【０１０４】例えば、上述の実施形態では、ＳＯＩ基板
からなる流路形成基板１０の第１シリコン層１２を第２
シリコン層１３の膜厚よりも薄く形成するようにした
が、これに限定されず、勿論、同じ厚さとしてもよい
し、第１シリコン層１２が厚くてもよく、圧力発生室１
５の大きさ、及び配列等を考慮して、適宜決定されれば
よい。

【０１０５】また、例えば、上述の実施形態では、流路
形成基板としてＳＯＩ基板を用いており、エッチングス
トップ層が酸化シリコンからなるが、エッチングストッ
プ層の材料は、これに限定されず、シリコン層を異方性
エッチングすることにより圧力発生室等を形成する際
に、エッチングを容易且つ確実に停止させることができ
る材料であればよく、例えば、窒化シリコン、あるいは
ボロンドープポリシリコン等を用いるようにしてもよ
い。

【０１０６】なお、上述の各実施形態では、成膜及びリ
ソグラフィプロセスを応用して製造される薄膜型のイン
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、グリーンシートを貼付す
る等の方法により形成される厚膜型のインクジェット式
記録ヘッドにも本発明を採用することができる。

【０１０７】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８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。

【０１０８】図８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。

【０１０９】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。

【０１１０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
圧力発生室が流路形成基板を貫通することなく形成され
ているため、隔壁の剛性を高めることができ、圧力発生
室を高密度に配列することができる。また、隔壁のコン
プライアンスが小さくなるため、クロストークを防止で
き、インクの吐出特性が向上する。

【０１１１】さらに、比較的大きなサイズの基板を用い
ることができ、ウェハ一枚当たりのチップの取り数を増
加することができ、コストを低減することができる。

【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の縦断面図及び横断面図
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】本発明の実施形態２に係るインクジェット式記
録ヘッドの要部を示す断面図である。

【図７】本発明の実施形態２に係るインクジェット式記
録ヘッドの変形例を示す断面図である。

【図８】 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 絶縁体層 １２ 第１シリコン層 １３ 第２シリコン層 １４ 隔壁 １５ 圧力発生室 １６，１７ インク連通路 ２０ ノズルプレート ２１ ノズル開口 ３０ リザーバ形成基板 ４０ 封止板 ５０ 弾性膜 ６０ 下電極膜 ７０ 圧電体膜 ８０ 上電極膜 ３００ 圧電素子 ３２０ 圧電体能動部

フロントページの続き (72)発明者 宮田 佳直 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイ コーエプソン株式会社内 (56)参考文献 特開 平６−206315（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−87217（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−246234（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−143566（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−207954（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−185348（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−84273（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−48235（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/16 B41J 2/045 B41J 2/055

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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、前記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向する領域に設け
   られて前記圧力発生室内に圧力変化を生じさせる圧電素
   子とを具備するインクジェット式記録ヘッドにおいて、 前記流路形成基板が、エッチングストップ層とその両面
   に設けられて単結晶シリコンからなるシリコン層とを有
   し、前記圧力発生室が前記流路形成基板を構成する一方
   のシリコン層に形成されると共に当該圧力発生室の底面
   が前記エッチングストップ層で封止され、且つ前記圧電
   素子が前記圧力発生室に充填されて最終的に除去される
   犠牲層を介して前記一方のシリコン層上に設けられた前
   記振動板上に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。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記圧力発生室と前
   記ノズル開口とを連通するインク連通路が、前記一方の
   シリコン層内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。
3. 【請求項３】 請求項１又は２において、前記振動板上
   に前記圧電素子を内部に封止する空間を有する封止基板
   が接合され、該封止基板に前記ノズル開口が形成されて
   いることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
4. 【請求項４】 エッチングストップ層の両面に単結晶シ
   リコンからなるシリコン層を有する流路形成基板に圧力
   発生室を形成すると共に、振動板を介して前記圧力発生
   室内に圧力変化を生じさせる圧電素子を形成するインク
   ジェット式記録ヘッドの製造方法であって、 前記流路形成基板の一方のシリコン層を前記エッチング
   ストップ層に達するまでエッチングすることにより少な
   くとも前記圧力発生室を形成する工程と、前記圧力発生
   室内に犠牲層を充填する工程と、前記犠牲層側の前記流
   路形成基板の表面に前記振動板を形成すると共に前記圧
   力発生室に対応して前記圧電素子を形成する工程と、前
   記圧力発生室に連通してインク流路の一部となる連通孔
   を前記振動板に形成して前記犠牲層を露出させると共に
   前記連通孔を介してエッチングすることにより前記犠牲
   層を除去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。
5. 【請求項５】 請求項４において、前記流路形成基板
   が、絶縁体層からなるエッチングストップ層の両面に単
   結晶シリコンからなるシリコン層を有するＳＯＩ基板で
   あ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。
6. 【請求項６】 請求項４又は５において、前記圧力発生
   室を異方性エッチングによって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。