JP3460218B2 - インクジェットプリンタヘッドおよびその製造方法 - 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、インクをノズルか
ら噴射して記録用紙にドットを形成させるオンデマンド
方式のインクジェットプリンタヘッドに係り、特に、圧
電体に電気的エネルギーを与え、振動板を変位させるこ
とによって、インクが溜められた加圧室に圧力を加え、
インク噴射を行う圧電方式のインクジェットプリンタヘ
ッドとその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明にかかわる従来技術として、例え
ば米国特許第５２６５３１５号明細書に、薄膜圧電体素
子を用いたインクジェットプリンタヘッドの構造が開示
されている。

【０００３】図２０に、従来のインクジェットプリンタ
ヘッドの主要部断面図を示す。この断面図は、細長い形
状の加圧室の幅方向に、インクジェットプリンタヘッド
の主要部を切断した様子を示す。

【０００４】インクジェットプリンタヘッドの主要部
は、加圧室基板５００とノズル基板５０８を張り合わせ
た構造となっている。加圧室基板５００は、厚み約１５
０μｍのシリコン単結晶基板５０１上に、振動板膜５０
２、下部電極５０３、圧電体膜５０４、および上部電極
５０５が順次形成されている。シリコン単結晶基板５０
１には、加圧室５０６ａ〜ｃが、シリコン単結晶基板５
０１の厚み方向に貫通するようにエッチング加工されて
形成されている。ノズル形成基板５０８の各加圧室５０
６ａ〜ｃに対応する位置には、ノズル５０９ａ〜ｃが設
けられている。

【０００５】このようなインクジェットプリンタヘッド
の製造技術は、米国特許第５２６５３１５号明細書等に
示されている。加圧室基板の製造工程では、まず厚さ１
５０μｍ程度の厚さのシリコン単結晶基板（ウェハ）
を、個々の加圧室基板を設けるための単位領域に区分け
する。ウェハの一方の面には、加圧室に圧力を加えるた
めの可撓性のある振動板膜が設けられる。さらにこの振
動板膜上の加圧室に対応する位置には、圧力を発生する
圧電体膜がスパッタ法やゾルゲル法等の薄膜製法により
一体的に形成される。ウェハの他方の面には、レジスト
マスクの形成、エッチングを繰り返し、幅が１３０μｍ
でウェハの厚みと同じ高さを有する側壁で各々が仕切ら
れた加圧室の集合が形成される。これらの製法により、
例えば、従来のインクジェットプリンタヘッドでは、加
圧室５０６ａ〜ｃの幅が１７０μｍとし、解像度約９０
ｄｐｉ（ドット・パー・インチ）のノズル５０９の列
を、記録用紙に３３．７度の角度で向けることにより、
３００ｄｐｉの印字記録密度を達成していた。

【０００６】図２１に、前記従来のインクジェットプリ
ンタヘッドの動作原理の説明図を示す。同図は、図２０
で示したインクジェットプリンタヘッドの主要部に対す
る電気的な接続関係を示したものである。駆動電圧源５
１３の一方の電極は、配線５１４を介し、インクジェッ
トプリンタヘッドの下部電極５０３に接続される。駆動
電圧源５１３の他方の電極は、配線５１５およびスイッ
チ５１６ａ〜ｃを介して、各加圧室５０６ａ〜ｃに対応
する上部電極５０５に接続される。

【０００７】同図では、加圧室５０６ｂのスイッチ５１
６ｂのみが閉じられ、他のスイッチ５１６ａ、ｃが開放
されている。スイッチ５１６が開いている加圧室５０６
ｃは、インク吐出の待機時を示す。吐出時には、スイッ
チ５１６が閉じられる（５１６ｂ）。電圧は、矢印Aに
示す圧電体膜５０４の分極方向と同極性、換言すると分
極時の印加電圧の極性と同じように電圧が印加される。
圧電体膜５０４は、厚み方向に膨張すると共に、厚み方
向と垂直な方向に収縮する。この収縮で圧電体膜５０４
と振動板膜５０２の界面に圧縮の剪断応力が働き、振動
板膜５０２および圧電体膜５０４は同図の下方向にたわ
む。このたわみにより、加圧室５０６ｂの体積が減少し
ノズル５０９ｂからインク滴５１２が飛び出す。その後
再びスイッチ５１６を開くと（５１６ａ）、たわんでい
た振動板膜５０２等が復元し、加圧室体積の膨張によ
り、図示しないインク供給路より加圧室５０６ａへイン
クが充填される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
の構造にて、印字記録密度を向上するためには、以下の
ような問題点を有していた。

【０００９】その第１点として、記録密度を向上するこ
とが困難であった。インクジェットプリンタ装置に対し
ては、高精細に印字する要求が日々高まってきている。
この目的に対応するためには、インクジェットプリンタ
ヘッドの一つのノズルから噴射するインク量を少なく
し、ノズルを高密度化することが必要不可欠となる。ノ
ズルをスキャン方向に傾ければ、更に印字密度が向上す
る。加圧室とノズルのピッチは等しい為、高精細印字を
達成するためには、加圧室を高密度化して集積する必要
がある。例えば、解像度１８０ｄｐｉのインクジェット
プリンタヘッドでは、約１４０μｍの加圧室のピッチが
必要である。すなわち、インク噴射圧力、噴射量の最適
化計算を行うと、加圧室の幅を約１００μｍ、加圧室の
側壁の厚みを約４０μｍとするのが理想的である。

【００１０】ところが、加圧室の側壁には構造上の制約
がある。すなわち、一の加圧室に圧力が加えられた際、
側壁の高さがその幅に比べあまりに高いと側壁の鋼性が
不足する。側壁の鋼性が不足すると、側壁がたわみ、本
来インクを噴射させるべきでない隣の加圧室からもイン
クが発射される（以下この現象を「クロストーク」とい
う）。例えば、図２１に示すように、加圧室５０６ｂに
圧力が加えられると、側壁５０７ａ、ｂの鋼性が不足し
ているため、側壁がＢの方向にたわむ。すると加圧室５
０６ａ、ｃの圧力も上がるため、ノズル５０９ａ、ｃか
らもインクが吐出してしまう。この現象は、インクジェ
ットプリンタヘッドの解像度を高めれば、高めるほど壁
の厚みが薄くなるため顕著になってくる。

【００１１】クロストークを防止するためには、側壁の
厚さを厚くすればよい。しかし、インクジェットプリン
タヘッドの解像度を高めるという需要に応じるために
は、側壁の厚さをあまり厚くすることができない。

【００１２】一方、側壁の高さを側壁の厚さに比べ低く
してもクロストークを防止できる。ところが、製造工程
においてウェハを安全に取り扱うためには、ウェハ全体
に十分な機械的強度が要求されるため、ウェハには一定
の厚さが必要である。例えば直径４インチφのシリコン
基板の場合、１５０μｍよりウェハの厚みを薄くする
と、ウェハがたわんだり、製造工程中の取扱いが非常に
困難になるのである。

【００１３】したがって、解像度を向上させつつ側壁の
鋼性を確保し、クロストークを防止するのが困難であっ
た。

【００１４】第２点として、工業的に、安価に、インク
ジェットプリンタヘッドを作成することが困難であっ
た。インクジェットプリンタヘッドの単価を下げるに
は、ウェハを大面積化（例えば直径６、あるいは８イン
チφ）し、一時に形成できる加圧室基板の数を増やせば
よい。ところが、上述したように、ウェハの面積を大き
くするほど、必要なウェハ自体の機械的強度を得るため
にウェハの厚みを厚くする必要がある。ウェハの厚みを
厚くすれば、上述したように、クロストークを防止する
ことができなくなるのである。

【００１５】そこで、上記問題点に鑑み、本発明の第１
の目的は、加圧室側壁の剛性を高め、クロストークを防
止できるインクジェットプリンタヘッドおよびその製造
方法を提供することにある。また、本発明の第２の目的
は、シリコン単結晶基板の大面積化が可能なインクジェ
ットプリンタヘッドの製造方法を提供することである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、加圧室基板の
一方の面に複数の加圧室が設けられたインクジェットプ
リンタヘッドに適用される。加圧室基板の加圧室を設け
た面と反対側の面における加圧室と相対する位置には、
溝が形成される。溝の底面は、少なくとも、加圧室内の
インクを加圧する振動板膜と、振動板膜上に圧電体膜が
上下電極で挟まれた圧電体薄膜素子と、から形成されて
いる。前記振動板膜、前記圧電体膜、及び前記下部電極
は、前記溝の底面全体に渡り形成されている。少なくと
も上部電極の幅は、加圧室の圧電体薄膜素子側の幅より
狭く形成され、かつ、前記溝の底面の幅よりも狭く形成
されている。

【００１７】望ましくは、加圧室基板が、面方位（１０
０）のシリコン単結晶基板であって、複数の加圧室の間
を仕切る側壁の壁面が、加圧室の底面と鈍角をなし、側
壁の壁面が当該シリコン単結晶基板の（１１１）面から
なる。

【００１８】望ましくは、加圧室基板の加圧室を設けた
面と反対側の面に形成された溝の壁面が、溝の底面と鈍
角をなし、溝の壁面がシリコン単結晶基板の（１１１）
面からなる。

【００１９】望ましくは、加圧室基板が、面方位（１１
０）のシリコン単結晶基板であって、複数の加圧室の間
を仕切る側壁の壁面が、加圧室の底面と略直角をなし、
側壁の壁面がシリコン単結晶基板の（１１１）面からな
る。

【００２０】望ましくは、加圧室基板の加圧室を設けた
面と反対側の面に形成された溝の壁面が、溝の底面と略
直角をなし、溝の壁面が当該シリコン単結晶基板の（１
１１）面からなる。

【００２１】望ましくは、加圧室基板の加圧室を設けた
面と反対側の面に形成された溝の壁面が、溝の底面と鈍
角をなすことである。

【００２２】望ましくは、下部電極が振動板膜を兼ね
る。 望ましくは、前記振動板膜が、前記加圧室基板とは
異なる材質で形成されている。

【００２３】本発明は、シリコン単結晶基板の一方の面
に複数の溝を形成する工程と、溝の底面全体に、振動板
膜を形成する工程と、振動板膜上に、圧電体膜が上部電
極および下部電極で挟まれた圧電体薄膜素子を形成する
工程と、シリコン単結晶基板の反対側の面における溝の
底面と相対する位置に、加圧室を形成する工程とを含
み、圧電体薄膜素子を形成する工程が、下部電極を形成
する工程と、下部電極の上に少なくとも前記溝の底面全
体を覆うように前記圧電体膜を形成する工程と、圧電体
膜の上に上部電極を形成する工程と、上部電極の一部を
除去することにより、有効な当該上部電極の幅を加圧室
の幅より狭くする工程とからなる。

【００２４】望ましくは、圧電体膜を形成する工程は、
圧電体膜前駆体を形成する工程と、酸素を含む雰囲気中
で熱処理を行うことにより、圧電体膜前駆体を圧電体膜
に変換する工程とからなる。

【００２５】望ましくは、上部電極の一部を除去するこ
とにより、有効な上部電極の幅を加圧室の幅より狭くす
る工程は、残したい上部電極の領域上に、エッチングに
対するマスクとなるエッチングマスク材のパターンを形
成する工程と、エッチングマスク材で被われていない上
部電極領域を、エッチングにより除去する工程とからな
る。

【００２６】望ましくは、上部電極の一部を除去するこ
とにより、有効な上部電極の幅を加圧室の幅より狭くす
る工程は、上部電極の除去したい領域にレーザを照射し
て、上部電極の一部を除去する工程からなる。本発明の
インクジェットプリンタヘッドは、上記製造方法により
製造されたことを特徴としている。

【００２７】

【発明の実施の形態】次に、本発明の最良の実施の形態
を図面を参照して説明する。

【００２８】＜第１形態＞ 本実施の第１形態は、シリコン単結晶基板の加圧室を設
ける面と反対側の面に、加圧室に対応させて溝を形成す
ることにより、クロストークの防止を図るものである。

【００２９】（インクジェットプリンタヘッドの構成） 図１に、本発明に係るインクジェットプリンタヘッドの
全体構成の斜視図を示す。ここでは、インクの共通流路
が、加圧室基板内に設けられるタイプを示す。

【００３０】図１に示すように、インクジェットプリン
タヘッドは、加圧室基板１、ノズルユニット２及び加圧
室基板１が取り付けられる基体３から構成される。

【００３１】加圧室基板１は、本発明に係る製造方法に
よりシリコン単結晶基板（以下「ウェハ」という）上に
形成された後、各々に分離される。加圧室基板１の製造
方法の詳細については後述する。加圧室基板１は、複数
の短冊状の加圧室１０６が設けられ、すべての加圧室１
０６にインクを供給するための共通流路１１０を有す
る。加圧室１０６の間は、側壁１０７により隔てられて
いる。加圧室基板１の基体３側（図１では図示されない
面）には、振動板膜（後述する）が設けられており、振
動板膜の基体３側には、振動板膜に圧力を加える圧電体
薄膜素子（後述する）が設けられている。

【００３２】ノズルユニット２は、加圧室基板１に蓋を
するように貼り付けられる。加圧室基板１とノズルユニ
ット２とを貼り合わせた際に、加圧室１０６に対応する
ことになるノズルユニット２上の位置には、インク滴を
噴射するためのノズル２１が設けられる。各加圧室１０
６には、図示しない圧電体薄膜素子が配置される。各圧
電体薄膜素子の電極からの配線は、フラットケーブルで
ある配線基板４に集められ、基体３の外部に取り出され
る。

【００３３】基体３は、金属等の鋼体であり、インク液
を溜めることができると同時に加圧室基板の取り付け台
となる。

【００３４】図２に、本形態のインクジェットプリンタ
ヘッドの主要部、すなわち、加圧室基板とノズルユニッ
トの層構造を示す。ここでは、インクの共通流路が、加
圧室基板ではなく、リザーバ室形成基板に形成されるタ
イプを示す。

【００３５】加圧室基板１の構造については、後述す
る。ノズルユニット２は、連通路２７が形成された連通
路基板２６、複数のインク供給孔２５を有するインク供
給路形成基板２４、インクリザーバ室２３を有するリザ
ーバ室形成基板２２、および複数のノズル２１を有する
ノズル形成基板２０によって構成される。圧力室基板１
とノズルユニット２とは、接着剤によって接合されてい
る。前記インクリザーバ室２３は、図１における共通流
路と同等の働きを備える。

【００３６】なお、図２は、簡略化の為、ノズルが１列
４ヶで、縦２列に構成した構造図を示すが、実際には、
ノズル数、列数には限定されず、どのような組み合わせ
でもよい。

【００３７】図３は、本形態のインクジェットプリンタ
ヘッドにおける主要部の断面図であり、加圧室の長手方
向に直角な面で当該主要部を切断した断面形状を示す。
同図中、図１および図２と同一構造については、同一記
号で示し、その説明を省略する。加圧室基板１は、エッ
チング前の初期においては面方位（１００）のシリコン
単結晶基板１０である。その一方の面（以下「能動素子
側」と呼ぶ）には溝１０８が形成される。溝１０８は、
その側壁の壁面が溝の底面と鈍角をなすように形成され
る。さらに溝１０８には、振動板膜１０２、下部電極１
０３、圧電体膜１０４、および上部電極１０５からなる
薄膜圧電体素子が薄膜プロセスにより一体的に形成され
ている。上記能動素子側の溝１０８と相対するシリコン
単結晶基板１０の他方の面（以下「加圧室側」と呼ぶ）
には、加圧室１０６が形成される。加圧室１０６は、加
圧室を隔てる側壁１０７の壁面が加圧室の底面と鈍角を
なすように形成される。この加圧室基板１に、図２で説
明したノズルユニット２を貼り合わせれば、インクジェ
ットプリンタヘッドの主要部の構成となる。

【００３８】なお、本形態では、１８０ｄｐｉの高密度
化インクジェットプリンタヘッドを想定し、加圧室間の
ピッチが１４０μｍ程度であるものとした。このような
高密度に加圧室を設けたヘッドを製造する場合、圧電体
素子としては、バルク圧電体素子を接着するのではな
く、本形態のように、薄膜プロセスを用いて、シリコン
単結晶基板１０上に一体的に形成する必要があるのであ
る。

【００３９】本形態のインクジェットプリンタヘッドの
使用時には、ノズルユニット２で蓋をされた加圧室１０
６にインクが充填される。インク噴射動作としては、イ
ンクを噴射したいノズルに対応する位置の圧電体薄膜素
子に電圧を印加する。これにより、振動板膜が加圧室方
向にたわみ、インク噴射が行われる。

【００４０】本形態では、溝１０８を設けたので、加圧
室１０６の深さがシリコン単結晶基板１０の厚さに比べ
大分（例えば、７５μｍ）浅い。したがって、加圧室の
側壁１０７の剛性が高い。例えば、図３における中央の
薄膜圧電素子を駆動して、中央のノズル２１ｂからイン
ク噴射させた場合、その両側のノズル２１ａや２１ｃか
らは、インク噴射することはなく、いわゆるクロストー
クがない。

【００４１】次に、この圧力形成基板の製造方法の実施
例を詳細に説明する。

【００４２】（実施例１） 図４(a)〜(e)に、実施例１の圧力室基板の製造工程にお
ける断面図を示す。ここでは、図を簡略化するため、シ
リコン単結晶基板１０（ウェハ）に複数形成する加圧室
基板１のなかの、さらに一つの加圧室の部分のみを示
す。

【００４３】図４(a)： まず、面方位（１００）のシリ
コン単結晶基板１０を用意する。この図において、紙面
に対し垂直方向が＜１１０＞軸、この基板の上下面が
（１００）面であり、シリコン単結晶基板１０の厚みを
約１５０μｍと仮定する。この基板１０を、例えば、１
０００〜１２００℃程度で水蒸気を含む酸素雰囲気に
て、湿式熱酸化を行い、基板１０の両面に、熱酸化膜１
０２を形成する。熱酸化膜１０２の厚みは、後述する基
板１０のエッチングのエッチングマスクとなるのに必要
な厚さ、例えば、０．５μｍとする。

【００４４】さらに、振動板膜を形成する能動素子側の
熱酸化膜１０２を通常の薄膜プロセスで使用されるフォ
トリソ工程にて、パターンエッチングする。パターン幅
は、例えば８０μｍとする。熱酸化膜１０２のエッチン
グ液には、弗酸と弗化アンモニウムからなる混合溶液を
用いる。

【００４５】図４(b)： 次に、例えば、濃度１０％、
８０℃の水酸化カリウム水溶液中に浸して、基板１０を
ハーフエッチングする。上記水酸化カリウム水溶液に対
して、シリコンと熱酸化膜のエッチング選択比は、４０
０：１以上あるため、シリコン基板が露出している領域
のみがエッチングされる。エッチング形状は、側面が、
（１１１）結晶面で、底面が（１００）面の台形状とな
り、そのなす角は、鈍角（１８０度−約５４度）とな
る。この理由は、水酸化カリウム水溶液を用いた場合の
エッチング速度は、シリコンの結晶面方位に依存し、
（１１１）面方向のエッチング速度は、他の結晶面に比
べて、極めて遅いためである。エッチング深さは、エッ
チング時間で管理し、例えば、基板のちょうど中央の７
５μｍとする。

【００４６】エッチングマスクの熱酸化膜１０２及び裏
面の熱酸化膜１０２を一度上記弗酸系混合溶液にて、完
全にエッチング除去した後、再度、基板１０の両面に前
述した湿式熱酸化法により、厚み１μｍの熱酸化膜１０
２を形成する。この台形状溝部に形成された部分の熱酸
化膜１０２は、振動板膜として機能する。

【００４７】加圧室側の熱酸化膜１０２は、後に加圧室
を形成するため、通常のフォトリソ工程にて、パターン
エッチングしておく。

【００４８】図４(c)： 引き続き、熱酸化膜３０２上
に、薄膜圧電体素子を形成する。薄膜圧電体素子は、圧
電体膜が、上下の電極で挟まれた構成となっている。下
部電極１０３として、例えば、膜厚０．８μｍの白金を
スパッタ法により形成する。圧電体１０４の組成は、例
えば、チタン酸ジルコン酸鉛、マグネシウムニオブ酸
鉛、ニッケルニオブ酸鉛、亜鉛ニオブ酸鉛、マグネシウ
ムタングステン酸鉛のいずれかを主成分とする材料、あ
るいはそれらの固溶体を主成分とする材料である。その
成膜方法としては、例えば、目的材料組成を焼結した焼
結体ターゲットを用いた、高周波マグネトロンスパッタ
法を用いる。成膜中に基板加熱を行わない場合には、ス
パッタ成膜した膜は、圧電特性を示さないアモルファス
膜のため、ここでは圧電体膜前駆体と呼ぶ。次に、酸素
を含む雰囲気中で、圧電体膜前駆体が形成された基板を
熱処理し、結晶化し、圧電体膜１０４に変換する。

【００４９】上部電極１０５は、例えば、膜厚０．１μ
ｍの白金をスパッタ法により形成する。

【００５０】図４(d)： 薄膜圧電体素子を、個々のユ
ニットに分離すると共に、振動板膜を変位させることが
できるように加圧室幅より上部電極幅を狭くする。具体
的には、通常のフォトリソ工程にて、残したい上部電極
１０５領域上にフォトレジストを残すようにパターニン
グし、イオンミリング、あるいはドライエッチングによ
り、不要部分の上部電極を除去する。

【００５１】図４(e)： 最後に、前述したシリコン基
板のエッチング方法と同様にして、基板１０の露出した
加圧室側の面を水酸化カリウム水溶液にてエッチング
し、加圧室１０６を形成する。基板１０のエッチング
は、熱酸化膜１０２が露出する深さまで行う。

【００５２】ここで、能動素子が形成された面が、水酸
化カリウム水溶液で侵されるので、治具を使って、水酸
化カリウム水溶液が能動素子面に、回り込まないように
する。

【００５３】上述のような手順で、インクジェットプリ
ンタヘッドの加圧室基板１の形成が終了する。

【００５４】なお、上記製造方法において、圧電体膜の
製造方法に高周波マグネトロンスパッタ法を用いて説明
したが、ゾルゲル法、有機金属熱分解法、有機金属気相
成長法等の他の薄膜形成方法を用いても差し支えない。

【００５５】（実施例２〜６） 実施例１とは、異なる構造の別の実施例の一覧表を実施
例１も含めて表１に示す。

【００５６】

【表１】

【００５７】実施例２〜実施例６に対応する加圧室の長
手方向に直角な面における加圧室基板の断面図を図５〜
図９に各々示す。これらの図では、図の簡略化のため、
図４と同様に加圧室一つの部分のみの断面図を示す。

【００５８】図５に、実施例２による断面図を示す。実
施例２が、実施例１と異なるのは、上部電極１０５のパ
ターンである。素子分離の為のパターニングは、上部電
極１０５の形成後、直接レーザを照射することによって
行った。したがって、側壁１０７の上部においても上部
電極膜１０５が残されているが、加圧室１０６上部の上
部電極１０５とは、電気的に分離しているため上部電極
としての機能を果たしていない。なお、レーザ加工に
は、例えば、ＹＡＧレーザを用いた。

【００５９】図６に、実施例３による断面図を示す。こ
の実施例３が実施例２と異なるのは、能動素子側の溝の
側壁の角度が急な点である。本実施例では、加圧室側に
比べて、能動素子側の溝１０８の深さを深くしている。
側壁１０７の壁幅を等しくするため、ドライエッチング
法を用いて、この様な形状にした。このように、加圧室
１０６の深さを浅くし、能動素子側での加圧室１０６の
幅を実施例２と同一に設定すると、同図最下部の加圧室
開口部の幅を小さくできるので、より高密度化が可能と
なる。

【００６０】図７に、実施例４による断面図を示す。こ
の実施例４は、シリコン単結晶基板の面方位を（１１
０）面とし、加圧室１０６の長手方向、即ち紙面に垂直
方向を＜１ −１ ２＞軸とした例である。

【００６１】加圧室１０６に対し、水酸化カリウム水溶
液を用いて、異方性エッチングを行うと、基板１０に略
垂直な二つの（１１１）面を有する矩形状の加圧室１０
６が形成できる。これは、前述したように、水酸化カリ
ウム水溶液を用いた場合のエッチング速度は、シリコン
の結晶面方位に依存し、（１１１）面方向のエッチング
速度は、他の結晶面に比べて、極めて遅いためである。
したがって、（１００）面のシリコン基板を用いたとき
より、更に、高密度化が可能となる。能動素子側も、異
方性ウエットエッチングにより形成したため、上部電極
１０５のパターニングは、レーザ加工とした。

【００６２】図５に、実施例５による断面図を示す。こ
の実施例５が、実施例４と異なるのは、能動素子側の溝
１０８の壁面の角度が、緩やかな点である。

【００６３】能動素子側の溝１０８は、ドライエッチン
グ法により形成した。本実施例では、下部電極１０３、
圧電体膜１０４、上部電極１０５をスパッタ法等で形成
する場合に、能動素子側の溝１０８内部への上記膜材料
のスパッタ成膜時の回り込みが改善され、溝底面部に形
成されるそれらの膜は、より平坦度が増す。

【００６４】図９に、実施例６による断面図を示す。こ
の実施例６が、実施例５と異なるのは、加圧室の幅が、
能動素子側の溝幅より狭いことである。

【００６５】なお、加圧室の幅が、能動素子側の溝幅よ
り広がってしまうと（同図中点線で示す）、インク噴射
させるために、薄膜圧電体素子を駆動するときに、角
（同図中矢印で示す）の部分で、強度が弱く、膜破壊が
発生してしまう。本実施例では、これを防止するために
余裕を見て、加圧室１０６の幅を能動素子側の溝１０８
の幅より、少し狭くしている。

【００６６】上記各実施例では、振動板膜として、シリ
コン熱酸化膜を用いて説明したが、これに限定されるわ
けではない。例えば、酸化ジルコニウム膜、酸化タンタ
ル膜、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜でもよく、
振動板膜自体を無くし、下部電極膜で、振動板膜を兼ね
てもよい。

【００６７】また、シリコン基板の異方性エッチングの
溶液として、水酸化カリウム水溶液を用いて説明した
が、水酸化ナトリウム、ヒドラジン、テトラ・メチル・
アンモニウム・ハイドロオキサイドのごとき他のアルカ
リ系溶液であっても、もちろんよい。

【００６８】＜第２形態＞ 本発明の実施の第２形態は、シリコン単結晶基板の加圧
室を設ける面に凹部を形成することにより、基板面積が
大きくてもクロストークの少ない加圧室基板を多数形成
できるインクジェットプリンタヘッドの製造方法に関す
る。

【００６９】（ウェハの構造） 図１０に、本第２形態に係るシリコン単結晶基板（ウェ
ハ）上の加圧室基板のレイアウト図を示す。同図に示す
ように、シリコン単結晶基板１０の上に加圧室基板１を
複数まとめて形成する。基板１０の材質は、従来の基板
と同様の単結晶のシリコンでよいが、その面積が従来の
ウェハに比べて広い。基板の面積を広くしたため、製造
工程における機械的強度を担保するために、基板を従来
よりも厚くする。例えば、従来の基板の厚みは、クロス
トークを防止すべく１５０μｍ以下であったが、本形態
における基板１０では、３００μｍ程度にする。

【００７０】ただし、製造工程における取り扱いに支障
がない限り、基板の面積を大きくできる。例えば、従来
の基板の面積は直径４インチ程度が限界であったが、本
形態における基板によれば、直径６〜８インチにするこ
とができる。基板の面積を大きくすればするほど、一枚
の基板に形成できる加圧室基板１の個数を多くできるの
で、さらにコストダウンを図れる。

【００７１】加圧室基板１を一つ設けるための基板１０
上の領域を単位領域と称する。基板１０は、基板単位境
界１３によって格子状に区分けされる。単位領域（加圧
室基板）は縦横に並べられた配置となる。製造工程にお
ける取り扱いを容易にする等のため、基板１０の外周部
１１には加圧室基板１を配置しない。後述する凹部１２
は、同図のように、基板１０の加圧室側の各単位領域の
内側に形成される。加圧室基板１の間の境界の領域、す
なわち単位領域の周辺領域には凹部を設けない。このた
め、エッチング処理後、格子状に膜厚の厚い基板単位境
界１３が残されることになる。この基板単位境界１３が
残されることにより、加圧室基板１の形成の製造工程に
おいて、凹部１２を形成した後も基板１０自体の強度が
保たれる。凹部１２を設けると、凹部１２の位置におけ
る厚さは１５０μｍと従来並みになるが、基板単位境界
１３の位置における厚さは従来より厚く、高い強度が維
持される。

【００７２】また、加圧室基板１の形成後、シリコン単
結晶基板１０を切断し、各加圧室基板１を分離する際に
は、基板単位境界１３に沿って切り離せばよい。分離後
の加圧室基板１には、凹部領域の周辺に厚い周辺領域が
残されるので、加圧室基板１自体の鋼性を維持できる。
インクジェットプリンタヘッドの基体３に加圧室基板１
を取り付けるに際しても、基体３の内壁に接する加圧室
基板１の側壁の接触面積が大きいので、加圧室基板１を
基体３に安定して取り付けることができる。

【００７３】なお、上述のように各単位領域ごとに凹部
を設ける代わりに、図１１に示すように、基板１０の外
周部１１を残して基板全体に凹部１２ｂを設けるもので
もよい。外周部１１が残されるので、基板１０自体の機
械的強度を保つことができる。

【００７４】（製造方法の実施例１） 次に、本形態のインクジェットプリンタヘッドの製造方
法の実施例を説明する。

【００７５】図１２および図１３の(a)〜(j)に、本形態
の圧力室基板の製造工程における断面図を示す。作図を
簡略化するため、シリコン単結晶基板１０（ウェハ）に
形成する一つの加圧室基板１の断面図を概略して示す。

【００７６】図１２(a)： まず、所定の大きさと厚さ
（例えば、直径１００mm、厚さ２２０μm）の(１１０)
面を有するシリコン単結晶基板１０に対し、その全面に
熱酸化法により二酸化シリコンからなるエッチング保護
層（熱酸化膜）１０２を形成する。

【００７７】圧電体薄膜の形成に関しては、前述した第
１形態と同様に考えることができる。すなわち、シリコ
ン単結晶基板１０の一方の面（能動素子側）のエッチン
グ保護層１０２表面にスパッタ成膜法等の薄膜形成方法
により、下部電極１０３となる白金を、例えば８００nm
の厚みで成膜する。この際、白金層とその上下の層の間
の密着力を上げるために、極薄のチタン、クロム等を中
間層として介してもよい。なお、この下部電極１０３は
振動板膜を兼ねることになる。

【００７８】その上に圧電体膜前駆体１０４ｂを積層す
る。本実施例では、チタン酸鉛とジルコン酸鉛とのモル
配合比が５５%,４５%となるようなPZT系圧電膜の前駆体
を、ゾルゲル法にて、最終的に０．９μm厚みとなるま
で６回の塗工／乾燥／脱脂を繰り返して成膜した。な
お、種々の試行実験の結果、この圧電膜の化学式が、Ｐ
ｂCＴｉAＺｒBＯ3〔Ａ＋Ｂ＝１〕にて表される化学式中
のＡ、Ｃが、０．５≦Ａ≦０．６、０.８５≦Ｃ≦１．
１０の範囲内で選択すれば、実用に耐えうる圧電性を得
ることができた。成膜方法は、本方法に限らず高周波ス
パッタ成膜やCVD等を用いてもよい。

【００７９】図１２(b)： 次に、基板全体を圧電体膜
前駆体を結晶させるために加熱する。本例では、赤外線
輻射光源１７を用いて、基板の両面から、酸素雰囲気中
で６５０℃で３分保持した後、９００℃で１分加熱し、
自然降温させることにより、圧電体膜の結晶化を行なっ
た。この工程により、圧電体膜前駆体２４は上記の組成
で結晶化および焼結し、圧電体膜１０４となった。

【００８０】図１２(c)： 圧電体膜１０４上に上部電
極膜１０５を形成する。本例では、上部電極１０５を２
００nm厚の金をスパッタ成膜法にて形成した。

【００８１】図１２(d)： 上部電極１０５および圧電
体膜１０４に対し、加圧室１０６が形成されるべき位置
に合わせて、適当なエッチングマスク(図示せず)を施し
た。その後、所定の分離形状にイオンミリングを用いて
同時に形成した。

【００８２】図１２(e)： 下部電極１０３を同じく適
当なエッチングマスク(図示せず)を施した後、所定の形
状にイオンミリングを用いて形成した。

【００８３】図１３(f)： この基板１０の能動素子側
に、さらに後工程で浸される種々の薬液に対する保護膜
(繁雑な為図示せず)を形成後、基板１０の加圧室側の面
の、少なくとも加圧室あるいは側壁を含む領域に、エッ
チング保護層１０２を弗化水素によりエッチングし、エ
ッチング用の窓１４を形成する。

【００８４】図１３(g)： その後、異方性エッチング
液、たとえば８０℃に保温された濃度４０%程の水酸化
カリウム水溶液を用いて、窓１４の領域のシリコン単結
晶基板２０を所定の深さdまで異方性エッチングする。
この所定の深さdとは、側壁１０７の高さの設計値を基
板１０の厚さから減じた値に相当する深さである。本例
では、深さdを基板１０の厚み２２０μmの半分である１
１０μmとした。したがって、側壁１０７の高さも１１
０μmとなる。なお、この加圧室形成としては、平行平
板型反応性イオンエッチング等の活性気体を用いた異方
性エッチング方法を用いてもよい 。この工程により、
図１０で説明したような、基板厚の薄い凹部１２と基板
単位境界１３（段差部）が形成される。

【００８５】図１３(h)： 次に、凹部１２を形成した
基板１０の加圧室側に、CVD等の化学的気相成長法によ
り二酸化珪素膜をエッチング保護層として１μm形成し
た後、加圧室を形成するマスクを施し、弗化水素により
エッチングする。なお、この二酸化珪素膜の成膜方法
は、他にゾルゲル法を用いてもよいが、能動素子側の面
には既に圧電体膜が形成されているので、１０００℃以
上の高温加熱が必要な熱酸化法は、圧電体膜の結晶性を
疎外するので適さない。

【００８６】図１３(i)： さらに異方性エッチング
液、たとえば８０℃に保温された濃度１７%程の水酸化
カリウム水溶液を用いて、基板１０を加圧室側から能動
素子側に向けて異方性エッチングし、加圧室１０６およ
び側壁１０７を形成する。なお、深さdに対し、この段
差と直近の加圧室までの距離gは少なくともg≧dであっ
た方がよい。なぜなら、エッチング保護層のパターング
時に、液性の樹脂レジストの塗布を行う際、この段差の
角部に液が溜まることがあるため、この溜まりが加圧室
寸法精度に弊害を及ぼさないように、ある程度の逃げを
要するからである。

【００８７】図１３(j)： 以上の工程により形成され
た加圧室基板に、別体のノズルユニット２を基板単位境
界１３の側面により位置決めをしながら接着する（図１
および図２参照）。

【００８８】実施例１では、加圧室のピッチを７０μ
m、加圧室の幅を５６μm、長さ(図中奥行き方向)を１.
５mmとし、側壁の幅は１４μmとした。また、加圧室１
列当たり１２８素子を配し、２列で７２０ドット/イン
チ、２５６ノズルの印字密度を有するプリンタヘッドを
実現している。

【００８９】このインクジェットプリンタヘッドを、従
来のインクジェットプリンタヘッド（つまり側壁の幅が
同じく１４μmで高さが２２０μmのインクジェットプリ
ンタヘッド）と比較した。

【００９０】従来品では、１素子（加圧室）を駆動した
場合は吐出インク速度が２m/sec、吐出インク量が２０n
gであった。ところが隣接する素子を同時に駆動する
と、吐出速度が５m/sec、吐出量が３０ngに増加し、実
用的な性能ではなかった。これは、前述の通り、加圧室
側壁の変形による圧力損失および隣接素子への圧力の伝
搬によるものである。

【００９１】それに対し、本実施例によるインクジェッ
トプリンタヘッドによれば、従来品と同条件で吐出速度
は８m/sec、吐出量は22ngでありまた単一の素子を駆動
した場合も、隣接する素子を同時に駆動した場合もほと
んど特性上の差が無かった。つまり、本実施例により、
側壁の高さを１１０μmと半減させることにより、その
剛性を約３０倍以上に上げることができたためである。

【００９２】また、基板単位境界を加圧室基板の一部に
残し、その壁面をノズル板との位置決めの基準部とした
ので、加圧室基板にノズルユニットを高精度で貼り合わ
せることができる。

【００９３】図１４に、その位置決めの基準となる係止
部および被係止部を形成した他の実施例を示す。加圧室
基板１の加圧室１０６が設けられていない部分に、係止
部として突起部１５が設けられている。ノズルユニット
２が加圧室基板１に貼り合わせられる際、この突起部１
５に対向するノズルユニット２上の位置には、被係止部
として位置決め穴１６が設けられている。本例のよう
に、積極的に加圧室基板にノズルユニットを係止する突
起や位置決め穴を任意に形成することも可能である。

【００９４】（製造方法の実施例２） 図１５に、本第２形態におけるインクジェットプリンタ
ヘッドの製造方法の実施例２を示す。前述した実施例１
の(e)までの工程は、本実施例でも同じである。 図１
５(f)： 基板１０の加圧室側に、加圧室１０６を設け
るべき形状にマスクを施し、エッチング保護層であると
ころの二酸化珪素膜１０２を弗化水素によりエッチング
する。さらに、このエッチング保護層１０２のうち、実
施例１の凹部１２に相当する領域をエッチングし、低膜
厚部１０２ａを形成しておく。

【００９５】図１５(g)： 異方性エッチング液、たと
えば８０℃に保温された濃度１７%程の水酸化カリウム
水溶液を用いて、基板１０を加圧室側から能動素子側に
向かって異方性エッチングする。

【００９６】図１５(h)： その後、弗化水素にて前記
低膜厚部１０２ａをエッチングして除去することによ
り、シリコン単結晶面が露出する窓１４を形成する。

【００９７】図１５(i)： そして、異方性エッチング
液、たとえば８０℃に保温された濃度４０%程度の水酸
化カリウム水溶液を用いて、側壁１０７を所定の高さま
で減じる。

【００９８】実施例２によれば、これら工程を用いても
本実施の形態のインクジェットプリンタヘッドの構造を
得ることができる。なお、図１５(f)の工程において、
低膜厚部１０２ａの厚さを、同図(g)の基板のエッチン
グと同時になくなる程度の薄さに調整しておくことによ
り、同図(h)の工程を省くこともできる。

【００９９】なお、加圧室基板の形成が終了した基板１
０は、各加圧室基板１に分離される。その際、図１０に
示すＰ１のピッチで各加圧室基板１を分離すれば、従来
と同様の加圧室基板１が分離できる。また、Ｐ２のピッ
チ（基板単位境界１３の中心線）で各加圧室基板１を分
離してもよい。この場合、分離後の加圧室基板１の周辺
に厚い側壁が形成される。この側壁の部分は、図１に示
すように、基体３に組み込む際には基体３と加圧室基板
１との接着面として機能するため、取り扱いが容易、か
つ、基体への接着強度が上昇するという効果を奏する。

【０１００】以上に述べたように本実施の第２形態によ
れば、基板の加圧室側に凹部を形成するエッチングを施
すことにより、シリコン単結晶基板の元の厚さに関わら
ず側壁を意図した高さに形成し、その剛性を上げること
ができる。

【０１０１】さらに、凹部を形成する工程を、各加圧室
基板の切断分離工程の直前に行えば、基板の剛性の低下
による取り扱い上の注意も最小限ですむ。

【０１０２】さらに加えて、加圧室基板に係止部が一体
的にかつ高精度で形成でき、係止部をノズル板との位置
決め基準として使用することで、加圧室基板とノズル板
の相対位置精度を向上させることができる。

【０１０３】＜第３形態＞ 本発明の実施の第３形態は、前記第２形態とは異なり、
シリコン単結晶基板の加圧室を設ける面とは反対側の面
に凹部を形成するものである。

【０１０４】（ウェハの構造） 図１６に、本実施の形態に係る加圧室基板の製造方法に
おけるシリコン単結晶基板のレイアウト図を示す。本実
施の形態におけるレイアウトは、前述した第２形態と同
様に、考えられる。すなわち、基板１０の面積を、従来
の基板より広く、かつ、厚くする。また、第２形態と同
様に単位領域を設ける。ただし、本形態では、凹部１２
を基板の能動素子側に設ける。

【０１０５】なお、以下の説明において、凹部１２や単
位領域の正面の形状は正方形とし、凹部１２の幅をＰ
１、単位領域（基板単位境界１３の間）のピッチをＰ２
とする。

【０１０６】次に、本実施の形態におけるインクジェッ
トプリンタヘッドの製造方法を説明する。図１７(a)〜
(j)、および図１８(a)〜(f)は、シリコン単結晶基板１
０の製造仮定における断面を概略して示したものであ
る。図１７〜図１９に示す各断面図は、図１６における
基板１０をａ−ａの線に沿って切断した断面図であり、
より具体的には、加圧室基板１のうち、複数の側壁１０
７を横切る切断面から基板形成過程を観察したものであ
る。能動素子側が、図１７〜図１９における基板の上側
の面に相当する。

【０１０７】（凹部形成工程） 図１７に、基板に凹部を形成する凹部形成工程の各工程
を示す。

【０１０８】図１７(a)： ウェハ洗浄工程：基板の前
処理のため、基板上の油分や水分の除去が行われる。

【０１０９】図１７(b)： 被加工層形成工程：被加工
層として基板に二酸化珪素層を設ける。例えば、１１０
０℃の炉の中で、乾燥酸素を流して２２時間程度熱酸化
させ、約１μｍの膜厚の熱酸化膜を形成する。あるい
は、１１００℃の炉の中で、水蒸気を含む酸素を流して
５時間程度熱酸化させ、約１μｍの膜厚の熱酸化膜を形
成する。これらの方法により形成された熱酸化膜は、エ
ッチングに対する保護層となる。

【０１１０】図１７(c)： レジスト塗布工程：レジス
トをスピンナー法、スプレー法等の方法を用いて均一な
厚さのレジストを塗布する。そして、前乾燥を行うため
に、８０℃〜１００℃の温度で過熱し、溶剤を除去す
る。なお、ウェハの背面の熱酸化膜を保護するため、表
面に形成するレジストと同じレジストを背面に被着形成
する。

【０１１１】図１７(d)： 露光：基板単位境界の位置
にレジストを残すべくマスクを行い、紫外線、Ｘ線等で
露光を行う。

【０１１２】図１７(e)： 現像：露光が終わった基板
は、スプレー法やディップによる現像、リンスが行われ
る。ここでは、ポジ型のレジストのパターニングを行っ
ているが、ネガ型のレジストをパターニングしても無論
よい。現像が終わった後は、レジストを硬化させるた
め、１２０℃〜１８０℃で乾燥させる。

【０１１３】図１７(f)： エッチング工程：弗酸と弗
化アンモニウムからなる混合溶液等で、熱酸化膜のエッ
チングを行う。

【０１１４】図１７(g)： レジスト除去：残ったレジ
ストを、有機溶媒を用いた剥離剤を用いたり酸素プラズ
マによって剥離する。

【０１１５】図１７(h)： シリコンエッチング形成工
程：本発明に係る凹部を、ウェットエッチング法、ある
いはドライエッチング法によって形成する。

【０１１６】ウェットエッチングの方法としては、例え
ば、弗酸が１８％、硝酸が３０％、酢酸が１０％含まれ
る混合液を用いて、所定の深さ（形成後の加圧室基板の
厚さとして適当な厚さ、例えばエッチング後のウェハの
厚さが１５０μｍになる程度の深さ）までエッチングす
る。

【０１１７】なお、シリコン結晶は、アルカリ性溶液に
対し、エッチングレートの差が存在する。このため、ア
ルカリ性溶液によるエッチングを行うと、たとえ初期の
ウェハ表面が平滑であっても、エッチング後には、凹凸
が生じることもある。例えば、凹凸の高低差が約５μｍ
で、ピッチが５〜１０μｍ程度の凹凸が生じる。したが
って、アルカリ性溶液によるエッチングを行う際には注
意する。

【０１１８】図１７(i)： 熱酸化膜エッチング工程：
シリコンエッチングを行うと、図１７(h)に示したよう
な熱酸化膜のひさしが生ずる。このひさしを除去するた
め、ウェハ全領域の熱酸化膜を、弗酸水晶液でエッチン
グする。

【０１１９】図１７(j)： 被加工膜形成：再び上記(b)
と同様な方法で熱酸化膜をウェハの全領域に、１〜２μ
ｍの膜厚で形成する。

【０１２０】以上の凹部形成工程により、基板には複数
の凹部１２が形成できる。

【０１２１】（圧電体薄膜素子形成工程） 上述のように、凹部１２を形成した場合、基板面上に凹
凸が生じるため、均一な厚さのレジスト形成が困難にな
る。このため、本形態では、ローラー等を用いて、オフ
セット印刷に類似した方法により、レジストの塗布を行
うフォトリソグラフィー法を用いる。

【０１２２】図１８に、圧電体薄膜素子を形成する各工
程を示す。

【０１２３】図１８(a) 振動板膜形成工程：ウェハの
全領域に設けた熱酸化膜は、振動板膜１０２として機能
する。なお、本工程は、図１７(j)の工程と同一工程を
異なる表現に置き換えたものに過ぎない。

【０１２４】図１８(b) 圧電体薄膜形成工程：凹部が
形成された振動板膜１０２上に、圧電体薄膜素子を形成
する。圧電体薄膜素子は、圧電体薄膜が上下の電極層に
より挟まれた構造となっている。下部電極１０３および
上部電極１０５の組成、圧電体膜１０４の組成および圧
電体膜前駆体を熱処理する工程に関しては、前述した第
１形態と同様である。

【０１２５】図１８(c) レジスト形成工程：次にレジ
ストを塗布するが、基板面には凹凸が生じているため、
従来のスプレー法等では均一なレジストを塗布すること
ができない。そこで、凹部１２にレジストを設けるた
め、ローラを用い、オフセット印刷類似の方法でレジス
トを塗布するロールコーター法を採用する。ローラは、
ゴム等の弾性体でできている。ローラには、オフセット
印刷と類似の手法で、凹部の形状に成形したレジストが
転写される。そして、基板１０に密着させてこのローラ
を回転させ、ローラ上のレジストを基板１０の凹部領域
に転写させる。なお、均一なレジストを塗布することが
できるなら、ローラによらず他の方法を用いてもよい。

【０１２６】図１８(d) マスク・露光工程：次に、通
常の方法（図３で示した方法）を用いてマスクを施し、
露光を行う。マスクパターンは、電極の形状に相当する
ものである。

【０１２７】図１８(e) 現像工程：現像も通常の方法
を用いて行うことができる。ここでは、ポジ型の現像を
行っている。

【０１２８】図１８(f) エッチング工程：次いで、イ
オンミリング、あるいはドライエッチング等を用いて、
不要な電極部分を除去し、レジストを除去すれば圧電体
薄膜素子の電極が完成する。

【０１２９】そして、基板の裏面には、例えば、異方性
エッチング、平行平板型反応性イオンエッチング等の活
性気体を用いた異方性エッチングを用いて、加圧室の空
間のエッチングを行い、加圧室基板１の形成が完了す
る。加圧室の形成については、前述した実施の第２形態
と同様に考えられる。

【０１３０】（加圧室基板の構造） 図１９に、上述した製造方法により加圧室基板の形成が
終了したシリコン単結晶基板１０の断面図を示す。同図
に示すように、基板１０の能動素子側には、凹部１２が
形成されている。振動板膜１０２の上には下部電極１０
３が形成され、その上に、上部電極１０５を設けた圧電
体膜１０４が形成されている。また、基板１０の加圧室
側には、イオンミリング等により加圧室１０６が形成さ
れ、加圧室１０６の間は側壁１０７により仕切られてい
る。凹部１２の部分のみに注目すると、従来の１５０μ
ｍ厚のシリコンウェハに形成した加圧室基板と同一の構
造をなしていることが判る。

【０１３１】加圧室基板１の基板１０からの切り離しに
ついては、前述した第２形態と同様に考えることができ
る。すなわち、図１６におけるＰ１のピッチで切り離し
ても、Ｐ２のピッチ切り離してもよい。切り離された加
圧室基板１には、ノズルユニット２が接着される（図１
および図２参照）。

【０１３２】上記本実施の第３形態によれば、基板の厚
さを厚くできるので、機械的強度を上げることができ
る。このため、製造工程における取り扱いが容易にな
る。

【０１３３】また、基板の厚さを厚くしたにもかかわら
ず、凹部領域を設けることにより側壁の高さを従来と変
わらなくできるため、クロストークが増加するという弊
害は生じない。

【０１３４】さらに加えて、基板の機械的強度が増加し
たので、従来より基板を大面積化できる。一枚の基板に
一度に多くの加圧室基板を形成できるので、製造コスト
の大幅な軽減が図れる。

【０１３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
側壁の高さを低くし、壁の剛性を高めるたので、クロス
トークの発生しない高解像度のインクジェットプリンタ
ヘッドを提供できる。

【０１３６】また、凹部領域をシリコン単結晶基板のい
ずれかの面に形成するので、シリコン単結晶基板の厚み
を厚くできる。たとえ加圧室基板を形成した後でも、基
板には凹部領域のまわりに厚みのある周辺領域が格子の
ように残されることになるので、基板自体の鋼性が高
い。このため、製造中における基板の取り扱いが容易と
なり、歩留りを高くできるという効果も奏する。

【０１３７】さらに、本発明によれば、基板の機械的強
度を高くすることができるので、基板を大面積化して、
より多くの加圧室基板を一度に形成することができる。
したがって、製造コストを削減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の第１形態におけるインクジェッ
トプリンタヘッドの分解斜視図である。

【図２】第１形態におけるインクジェットプリンタヘッ
ドの主要部の分解斜視図である。

【図３】第１形態における実施例１の加圧室の長手方向
に直角な面における主要部断面図である。

【図４】第１形態における実施例１の加圧室の長手方向
に直角な面における製造工程断面図である。

【図５】第１形態の実施例２の加圧室の長手方向に直角
な面における加圧室基板断面図である。

【図６】第１形態の実施例３の加圧室の長手方向に直角
な面における加圧室基板断面図である。

【図７】第１形態の実施例４の加圧室の長手方向に直角
な面における加圧室基板断面図である。

【図８】第１形態の実施例５の加圧室の長手方向に直角
な面における加圧室基板断面図である。

【図９】第１形態の実施例６の加圧室の長手方向に直角
な面における加圧室基板断面図である。

【図１０】本発明の実施の第２形態におけるインクジェ
ットプリントヘッドのシリコン単結晶基板上のレイアウ
ト図である。

【図１１】第２形態におけるインクジェットプリントヘ
ッドのシリコン単結晶基板上のレイアウトの変形例であ
る。

【図１２】第２形態における実施例１の加圧室の長手方
向に直角な面における製造工程断面図（その１）であ
る。

【図１３】第２形態における実施例１の加圧室の長手方
向に直角な面における製造工程断面図（その２）であ
る。

【図１４】第２形態における加圧室基板とノズルユニッ
トとの接続を説明する図である。

【図１５】第２形態における実施例２の加圧室の長手方
向に直角な面における製造工程断面図である。

【図１６】本発明の実施の第３形態におけるインクジェ
ットプリントヘッドのシリコン単結晶基板上のレイアウ
ト図である。

【図１７】第３形態における加圧室の長手方向に直角な
面における製造工程断面図（凹部形成工程）である。

【図１８】第３形態における加圧室の長手方向に直角な
面における製造工程断面図（圧電体薄膜形成工程）であ
る。

【図１９】第３形態におけるシリコン単結晶基板の加圧
室の長手方向に直角な面における断面図である。

【図２０】従来の加圧室基板の加圧室の長手方向に直角
な面における断面図である。

【図２１】従来の加圧室基板の駆動原理およびその問題
点を説明する加圧室の長手方向に直角な面における断面
図である。

【符号の説明】 １…加圧室基板 ２…ノズルユニット ３…基体 ４…配線基板 １０、５０１…シリコン単結晶基板（ウェハ） １１…外周部 １２、１２ｂ…凹部 １３…基板単位境界 １４…窓 １５…突起部 １６…位置決め穴 １７…輻射光源 ２０…ノズル形成基板 ２１…ノズル ２２…リザーバ室形成基板 ２３…インクリザーバ室 ２４…インク供給路形成基板 ２５…インク供給孔 ２６…連通路基板 ２７…連通路 １０２、５０２…熱酸化膜（振動板膜） １０３、５０３…下部電極 １０４、５０４…圧電体膜 １０５、５０５…上部電極 １０６、５０６…加圧室 １０７、５０７…側壁 １０８…溝 １１０…共通流路 ５０９…ノズル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橋爪 勉 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６−134983（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−297653（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−338155（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−301445（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−251748（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/045 B41J 2/055 B41J 2/16

Claims (13)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加圧室基板の一方の面に複数の加圧室が
   設けられたインクジェットプリンタヘッドであって、 前記加圧室基板の加圧室を設けた面と反対側の面におけ
   る当該加圧室と相対する位置に溝が形成され、当該溝の
   底面が、少なくとも前記加圧室内のインクを加圧する振
   動板膜と、当該振動板膜上に圧電体膜が上下電極で挟ま
   れた圧電体薄膜素子と、から形成されており、前記振動板膜、前記圧電体膜、及び前記下部電極が、前
   記溝の底面全体に渡り形成されており、 前記上部電極の
   幅が、前記加圧室の圧電体薄膜素子側の幅より狭く形成
   され、かつ、前記溝の底面の幅よりも狭く形成されてい
   ることを特徴とするインクジェットプリンタヘッド。
2. 【請求項２】 前記加圧室基板は、面方位（１００）の
   シリコン単結晶基板であって、複数の前記加圧室の間を
   仕切る側壁の壁面が、当該加圧室の底面と鈍角をなし、
   当該側壁の壁面が当該シリコン単結晶基板の（１１１）
   面からなることを特徴とする請求項１に記載のインクジ
   ェットプリンタヘッド。
3. 【請求項３】 前記加圧室基板の加圧室を設けた面と反
   対側の面に形成された前記溝の壁面が、当該溝の底面と
   鈍角をなし、当該溝の壁面が当該シリコン単結晶基板の
   （１１１）面からなることを特徴とする請求項２に記載
   のインクジェットプリンタヘッド。
4. 【請求項４】 前記加圧室基板は、面方位（１１０）の
   シリコン単結晶基板であって、複数の前記加圧室の間を
   仕切る側壁の壁面が、当該加圧室の底面と略直角をな
   し、当該側壁の壁面が当該シリコン単結晶基板の（１１
   １）面からなることを特徴とする請求項１に記載のイン
   クジェットプリンタヘッド。
5. 【請求項５】 前記加圧室基板の加圧室を設けた面と反
   対側の面に形成された前記溝の壁面が、当該溝の底面と
   略直角をなし、当該溝の壁面が当該シリコン単結晶基板
   の（１１１）面からなることを特徴とする請求項４に記
   載のインクジェットプリンタヘッド。
6. 【請求項６】 前記加圧室基板の加圧室を設けた面と反
   対側の面に形成された溝の壁面が、当該溝の底面と鈍角
   をなすことを特徴とする請求項４に記載のインクジェッ
   トプリンタヘッド。
7. 【請求項７】 前記下部電極が前記振動板膜を兼ねるこ
   とを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載
   のインクジェットプリンタヘッド。
8. 【請求項８】 前記振動板膜が、前記加圧室基板とは異
   なる材質で形成されていることを特徴とする請求項１乃
   至請求項７のいずれかに記載のインクジェットプリンタ
   ヘッド。
9. 【請求項９】 シリコン単結晶基板の一方の面に複数の
   溝を形成する工程と、当該溝の底面全体に、振動板膜を
   形成する工程と、前記振動板膜上に、圧電体膜が上部電
   極および下部電極で挟まれた圧電体薄膜素子を形成する
   工程と、前記シリコン単結晶基板の反対側の面における
   前記溝の底面と相対する位置に、加圧室を形成する工程
   とを含み、 前記圧電体薄膜素子を形成する工程が、前記下部電極を
   形成する工程と、当該下部電極の上に少なくとも前記溝
   の底面全体を覆うように前記圧電体膜を形成する工程
   と、当該圧電体膜の上に前記上部電極を形成する工程
   と、当該上部電極の一部を除去することにより、有効な
   当該上部電極の幅を前記加圧室の幅より狭くする工程と
   からなることを特徴とする インクジェットプリンタヘッ
   ドの製造方法。
10. 【請求項１０】 前記圧電体膜を形成する工程は、圧電
    体膜前駆体を形成する工程と、酸素を含む雰囲気中で熱
    処理を行うことにより、当該圧電体膜前駆体を前記圧電
    体膜に変換する工程とからなることを特徴とする請求項
    ９記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法。
11. 【請求項１１】 前記上部電極の一部を除去することに
    より、有効な上部電極の幅を加圧室の幅より狭くする工
    程は、残したい前記上部電極の領域上に、エッチングに
    対するマスクとなるエッチングマスク材のパターンを形
    成する工程と、エッチングマスク材で被われていない上
    部電極領域を、エッチングにより除去する工程とからな
    ることを特徴とする請求項９に記載のインクジェットプ
    リンタヘッドの製造方法。
12. 【請求項１２】 前記上部電極の一部を除去することに
    より、有効な上部電極の幅を加圧室の幅より狭くする工
    程は、前記上部電極の除去したい領域にレーザを照射し
    て、上部電極の一部を除去する工程からなることを特徴
    とする請求項１１に記載のインクジェットプリンタヘッ
    ドの製造方法。
13. 【請求項１３】 請求項９〜１２のいずれか一項に記載
    の製造方法により製造されたことを特徴とするインクジ
    ェットプリンタヘッド。