JP3520429B2 - インクジェット記録ヘッド、及び製造方法 - Google Patents

インクジェット記録ヘッド、及び製造方法

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JP3520429B2
JP3520429B2 JP26919095A JP26919095A JP3520429B2 JP 3520429 B2 JP3520429 B2 JP 3520429B2 JP 26919095 A JP26919095 A JP 26919095A JP 26919095 A JP26919095 A JP 26919095A JP 3520429 B2 JP3520429 B2 JP 3520429B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ノズルプレート、流路
形成部材、及び振動板を積層し、振動板の表面にたわみ
振動モードの圧電振動子を取付けたインクジェット記録
ヘッドに関する。
【0002】
【従来の技術】ノズルプレート、流路形成部材、及び振
動板を積層し、振動板の表面にたわみ振動モードの圧電
振動子を取付けたインクジェット記録ヘッドは、これら
大部分の部材をセラミックにより構成できるため、グリ
ーンシートの状態で積層して、これを焼成することによ
り固定できるため、接着剤による接合工程が不要とな
り、製造工程の簡素化を図ることができるという利点を
備えている。
【0003】しかしながら、粘土状のシートをプレス等
により加工し、これを重ね合わせる作業と、これらシー
トを焼成するという作業を必要とするため、180dp
i程度の密度で圧力発生室を形成することが困難である
ばかりでなく、歩留まりが低いという問題を抱えてい
る。
【0004】このような問題を解消するために予め、一
方の面に二酸化シリコンの層を形成し、他方の面に圧力
発生室に一致したエッチングパターンを形成した結晶方
位(1、1、0)のシリコン単結晶基板に、圧電振動子
のグリーンシートを積層し、これをアニール処理して圧
電振動子を形成し、その後他方の面からエッチング加工
して振動板と、圧力発生室をシリコン基板で一体に形成
し、開口側にノズルプレートを貼着してなるインクジェ
ット記録ヘッドが提案されている(特開昭5-504740号公
報)。
【0005】これによれば、グリーンシートの重ね合わ
せの作業を可及的に少なくして歩留まりの向上を図るこ
とができるものの、振動板が靭性の無いシリコンにより
形成されるため、信頼性を維持する上から振動板を薄く
することが困難で、圧電振動子に高い電圧を印加すると
ともに、振動板をたわみやすくする必要上その面積が大
きくなってしまい、圧力発生室の高密度配置が困難にな
るという問題がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような問
題に鑑みてなされたものであって、その目的とするとこ
ろは可及的に低い電圧での駆動が可能で、しかも圧力発
生室を高密度で配置することができるインクジェット式
記録ヘッドを提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】このような問題を解消す
るために本発明においては、異方性エッチングにより圧
力発生室が形成されたシリコン単結晶基板と、前記圧力
発生室の一方を封止し、表面にたわみ振動モードの圧電
振動子が固定された振動板と、前記圧力発生室の他方の
面を封止し、インク滴吐出用のノズル開口が穿設された
ノズルプレートとからなるインクジェット記録ヘッドに
おいて、前記振動板は耐食性を有する金属の蒸着層によ
り構成されると共に、前記シリコン単結晶基板により支
持されている領域では前記シリコン単結晶基板に形成さ
れた二酸化シリコンの層を介して前記シリコン単結晶基
板に固定され、また前記圧力発生室と対向する領域で
前記金属の蒸着層が前記圧力発生室側に露出している。
【0008】
【作用】シリコンに比較して靭性が大きな金属により振
動板が形成されているため、振動板を薄くすることが可
能となる。この結果、駆動電圧の上昇を必要とすること
なく、振動板の面積を小さくできて圧力発生室の高密度
配列に対応でき、また信頼性も向上する。
【0009】
【実施例】そこで以下に本発明の詳細を図示した実施例
に基づいて説明する。図1は本発明の一実施例を示すも
のであって、図中符号1は、シリコン単結晶基板で、一
方の面から他方の面まで貫通するように異方性エッチン
グにより開口1aが形成されていて、一方の開口側にノ
ズル開口2が穿設されたノズルプレート3を貼着して圧
力発生室4が形成され、また他方の面には、シリコン単
結晶基板1に形成されたエッチングの保護層としての二
酸化シリコンの層5を介して図2に示したようにチタン
層15と白金層16の層からなる耐疲労性と、弾性を備
えた厚さ4μm以下の振動板8が形成されている。な
お、圧力発生室4は、幅が100μm以下で、ピッチが
140μm程度(180dpi)で配置されている。
【0010】この振動板8の表面には、振動板8を共通
の電極とするようにしてその表面に厚さ1乃至8μm程
度の圧電材料、例えばPZT等からなる圧電振動子10
が圧力発生室4に対応して形成され、さらにその表面に
それぞれ独立した駆動電極11が形成されている。な
お、図中符号14は、駆動電極11を保護する保護層を
示す。
【0011】この実施例において、駆動電極11に信号
を印加すると、圧電振動子10が圧力発生室4側が凸と
なるようにたわんで振動板8を変形させる。これにより
圧力発生室4に圧力が生じて、ノズル開口2からインク
滴が吐出する。所定時間の経過後に駆動信号を絶つと、
圧電振動子10が元の状態に復帰するから、圧力発生室
4が膨張して、図示しない共通のインク室から圧力発生
室4にインクが流れ込み、次のインク滴の吐出に備え
る。
【0012】ところで、振動板8は、靭性、耐蝕性に優
れたチタン層15と白金16との積層により構成されて
いるため、シリコン単結晶基板からなる従来の振動板に
比較して非常に薄く形成することができるため、変形性
に極めて優れている。この結果、圧力発生室4の変形領
域を小さくしてもインク滴の吐出に必要な圧力発生室の
容積変化を確保することができる。
【0013】したがて、圧力発生室4の幅を小さくして
高密度配列が可能となり、また駆動信号の上昇を必要と
することなくインク滴を吐出させることができ、さらに
はインクによる振動板の腐蝕を防止することができる。
【0014】次ぎに上述した記録ヘッドの製造方法を図
3、図4に基づいて説明する。圧力発生室を形成するの
に適した厚み、例えば220μmの結晶軸(1、1、
0)のシリコン単結晶基板1に、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5を形成
する(図3(I))。
【0015】シリコン単結晶基板1の一方の面のエッチ
ング保護層5の表面にスパッタリング等の層形成方法に
よりチタンと白金で所定の厚み、例えば1μmの金属層
20を形成する。
【0016】このようにして形成された金属層20の表
面に、予め1100°C程度で焼成して圧電定数の大き
なものだけを選択した厚さ30μm程度に研磨したPZ
T等の圧電振動板21を少なくとも圧力発生室4が形成
される領域に接着剤で貼着する(図3(II))。シリコ
ン単結晶基板は、極めて平坦であるからその上に形成さ
れる金属層20の平坦度も極めて高い。したがって圧電
振動板21を十分に研磨して平坦度を確保するととも
に、厚さを均一化しておきさえすれば、確実に接着する
ことができる。
【0017】この圧電振動板20の表面に、圧力発生室
4が形成される位置に合わせてエッチング保護層を形成
して、活性化したアルゴンガスを吹き付けてエッチング
して各圧力発生室4に対応するように圧電振動板4を分
離し、圧力発生室4に対向する位置に所定サイズを備え
た圧電振動子10、10を形成する(図3(III))。
【0018】そして圧電振動子10の中央部にAu
(金)やアルミニューム(Al)により駆動電極11を
形成する(図3(IV))。
【0019】金属層20が形成されている他方の面に圧
力発生室4の形状に一致するようにエッチング保護層5
をフッ化水素によりエッチングして窓23を形成する
(図4(I))。そして、異方性エッチング液、例えば
80°Cに保温された濃度17%程度の水酸化カリウム
の水溶液を用いてシリコン単結晶基板1にを異方性エッ
チングする。これにより金属層20の裏面に形成されて
いる二酸化シリコンの層5までエッチングが進行する
(図4(II))。
【0020】ついで単結晶シリコン基板1の周面、及び
金属層20の裏面の二酸化シリコンの層5をフッ化水素
液でエッチングしてこれを除去し、圧力発生室4となる
通孔24側に金属層20を露出させて、シリコン層を介
することのない金属層20だけによる振動板8が形成さ
れることになる(図4(III))。
【0021】いうまでもなく、振動板8となる金属層2
0とシリコン単結晶基板1の表面の二酸化シリコン5と
は、接着剤を介して接合されていないため、従来におけ
る接着剤の塗布作業や、振動板の張り合わせ作業が不要
となって製造工程の簡素化を図ることができるばかりで
なく、張り合わせ時に生じる接着剤の流れ出しによる圧
力発生室4の容積変化や、また振動板上での接着剤の固
化による振動板の弾性変形が皆無となる。
【0022】圧電振動子10の表面にアルミニューム等
の導電材料で導電層を形成して駆動電極14を作り付け
る(図4(IV))。
【0023】最後に圧力発生室4の配列に合わせてノズ
ル開口が穿設されているノズルプレートをシリコン単結
晶基板の開口側に接着剤等により固定することにより記
録ヘッドができあがる。
【0024】なお、上述の実施例においては、金属層2
0を形成した直後に圧電振動子を作り付けているが、金
属層形成以後でかつ駆動電極を形成する以前ならば任意
の時期に圧電振動子を作り付けれることは明らかであ
る。
【0025】
【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
極めて薄く、かつ高い靱性を備えた振動板を接着作業を
必要とすることなく形成することができて、高い信頼性
を備え、低電圧駆動が可能でしかも小型化が可能な圧力
発生室を実現することができる。また、圧電振動子とし
て別工程で焼成された圧電振動板を貼着して、エッチン
グにより切り出しているため、前もって圧電振動子の選
別が可能となり、信頼性を確保でき、また圧電振動子が
別体として焼成できるため、振動板との熱膨張差に起因
する残留応力を皆無にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のインクジェット式記録ヘッドの一実施
例を示す断面図である。
【図2】同上記録ヘッドの振動板の断面構造を拡大して
示す図である。
【図3】図(I)乃至(IV)は、それぞれ同上記録ヘッ
ドの製造工程の前半の工程を示す図である。
【図4】図(I)乃至(IV)は、同上記録ヘッドの製造
工程の後半の工程を示す図である。
【符号の説明】
1 シリコン単結晶基板 2 ノズル開口 3 ノズルプレート 4 圧力発生室 5 二酸化シリコンの層 8 振動板 10 圧電振動子 14 駆動電極

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 異方性エッチングにより圧力発生室が形
    成されたシリコン単結晶基板と、前記圧力発生室の一方
    を封止し、表面にたわみ振動モードの圧電振動子が固定
    された振動板と、前記圧力発生室の他方の面を封止し、
    インク滴吐出用のノズル開口が穿設されたノズルプレー
    トとからなるインクジェット記録ヘッドにおいて、 前記振動板は耐食性を有する金属の蒸着層により構成さ
    れると共に、前記シリコン単結晶基板により支持されて
    いる領域では前記シリコン単結晶基板に形成された二酸
    化シリコンの層を介して前記シリコン単結晶基板に固定
    され、また前記圧力発生室と対向する領域では前記金属
    の蒸着層が前記圧力発生室側に露出しているインクジェ
    ット記録ヘッド。
  2. 【請求項2】 前記金属の蒸着層がチタンと白金で形成
    されている請求項1のインクジェット記録ヘッド。
  3. 【請求項3】 前記圧電振動子が、前記振動板の表面に
    圧電振動板を固定してから切り出されて形成されている
    請求項1のインクジェット式記録ヘッド。
  4. 【請求項4】 結晶軸(1、1、0)の単結晶シリコン
    基板の全周面に二酸化シリコンの層を形成して基材を形
    成する工程と、 前記基材の一方の面に振動板に適した厚みの金属層を
    着により形成する工程と、 前記基材の他方の面の前記二酸化シリコンの層を、圧力
    発生室に合わせた形状にエッチングして、前記単結晶シ
    リコン基板を前記金属層に接している二酸化シリコンの
    層までエッチングする工程と、 前記金属層に接している二酸化シリコンの層をエッチン
    グする工程と、 前記基材の開口側にノズルプレートを貼着する工程と、 からなるインクジェット記録ヘッドの製造方法。
  5. 【請求項5】 前記金属層が形成された以後に圧電振動
    板を前記金属層に貼着して、圧力発生室に対応するよう
    にエッチングにより切り出す工程を含む請求項4のイン
    クジェット記録ヘッドの製造方法。
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US6730149B2 (en) 2001-01-22 2004-05-04 Ricoh Company Limited Ink composition and inkjet recording method and apparatus using the ink composition
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JP4120588B2 (ja) 2003-01-24 2008-07-16 ソニー株式会社 液組成物、記録液、液体カートリッジ、液体吐出カートリッジ、液体吐出装置及び液体吐出方法

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