JP4614378B2 - インクジェットヘッドの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリントシステムの画像出力端末として用いられるプリンタやプロッタ、あるいは複写機，ファクシミリなどのプリント装置に適したオンデマンド方式のインクジェットヘッドの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、オンデマンド方式のインクジェットヘッドには種々のインク吐出方式のものが提案されている。
【０００３】
その１つには、熱エネルギを利用した所謂サーマルインクジェット方式があり、インク吐出口内方に設けられた電気熱変換体（吐出ヒータ）を通電加熱し、発生した熱で液体（インク）を発泡させ、発泡の圧力によりインクを例えば小液滴として吐出口から吐出させ、これをプリント媒体上に付着させてプリントを行う方式である。この技術は、例えば特開昭５４−５９９３６号公報や、キヤノン（株）製バブルジェットプリンタＢＪ−１０ｖに添付された操作説明書等に原理図および記録装置の構造などが詳説されている。
【０００４】
別のインク吐出方式によるインクジェットヘッドとしては、ピエゾ素子などの圧電体を利用したものがある。これは、ピエゾ素子に通電し、素子の変形により発生した圧力をインクに与えることでインクを小液滴として吐出させるものである。本方式の記録ヘッドは、特開昭４７−２００６号公報（発明者エドモンド・エル・カイザー）に開示されており、今日のインクジェットヘッドの原点とも言うべき技術である。近年の例としては、特開平５−２４１８９号公報に開示されており、同号公報開示のヘッドはセイコーエプソン社製インクジェットプリンタＨＧ５１３０，Ｓｔｙ１ｕｓ８００などに搭載されている。
【０００５】
さらに他のインク吐出方式によるインクジェットヘッドとしては、静電駆動方式によるものがあり、特開平６−８４４９号公報などに開示されている。その動作原理は、狭い空間に電位を与え、クーロン力で電極を変位させ、その圧力でインクを押し出すというものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
これら各種方式のうち、サーマルインクジェット方式は、水を主成分として、染料などの色剤と有機溶剤とからなるインクを使用している。このインクを吐出ヒータ上で好ましく発泡させるには約３００℃の温度が必要である一方、３００℃程度以上の高温では染料が分解して吐出ヒータ表面に分解物が堆積していわゆるコゲーションを生成することがある。コゲーションは発泡の均一性を損ない、吐出されるインクの体積や吐出速度の変動をもたらし、画像品質をさらに向上する上での課題となりつつある。また、泡が消える瞬間に起こるキャビテーション衝撃により吐出ヒータ表面が機械的損傷を受け、インクジェットヘッドの寿命に影響を与えるため、更なる長寿命化技術が望まれている。
【０００７】
また、ピエゾ素子方式においては、液滴吐出に必要十分な圧力を発生させるためにはピエゾ素子を大きくしなければならず、多数のノズルを高密度に実装することが困難である。また、インクジェットヘッドの製造工程では、主にセラミックであるピエゾ素子を製作するのに機械加工を伴うが、インクジェットヘッド内の各ノズルのインク吐出量が揃うように精密な機械加工を施すことが比較的困難である。さらに、発生圧力が弱いため、インク中に泡が生成ないし混入すると、この泡に圧力を吸収されてしまい、吐出が不安定になる場合がある。
【０００８】
さらに、静電駆動方式のインクジェットヘッドは、ピエゾ方式より簡単な構成を有するものの、クーロン力が極めて微弱であるため、必要なサイズのインク滴を吐出できるようにするためにはアクチュエータ部の寸法を大きくせざるを得ず、従って多数のノズルを高密度に実装することが困難である。また、アクチュエータ部のサイズの大きさがインク流路の設計を制約し、高速記録のための構成に課題を残している。
【０００９】
各種の吐出方式にはそれぞれ、長所がある一方で上述のような解決すべき課題もあることに鑑み、本発明者は以上とは異なる吐出方式の採用を検討した。その過程で、電磁力の作用により変位ないし変形する部材を設け、電磁力の作用および解除に伴う部材の変位ないし変形および復原を利用してインクに吐出圧力を付与することでインクを吐出する方式を考慮した。
【００１０】
ここで、かかる電磁力を利用したインク吐出方式の従来例として、本発明者は特公昭６２−９４３１号公報に開示されたものがあることを見出した。しかし、近年では数百〜千数百ｄｐｉ（ドット／インチ。参考値）にも及ぶ記録密度で、数ピコリットルのインク滴を用いての高精細なプリントが望まれており、このような要望に対応するためには多数の吐出口を高密度に実装することが不可欠であるが、同号公報には電磁力を利用したインク吐出方式の基本的な概念の開示はあるものの、上記要望に応え得るようなインクジェットヘッドないしはその製造方法についての具体的な示唆は見られない。
【００１１】
本発明の主な目的は、電磁力を利用する吐出方式を採用するとともに、その主要部である電磁力作用部としてのアクチュエータに新規な構成を採用することによって、「従来の技術」の項で述べたような既存の方式のインクジェットヘッドが有していた課題を解決するとともに、高速かつ高精細で経時安定した品質の画像プリントを可能にすることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
そのために、本発明は、電磁石部に導通することで発生する磁力の作用に伴って一部が前記電磁石部の側へ変位し、さらに、前記電磁石部への通電を止めることにより、前記一部の変位が戻るときに生じる圧力の作用に応じて、インクを吐出口から吐出することができる変位板を有するインクジェットヘッドの製造方法であって、
前記電磁石部を備える基板を用意する工程と、
前記電磁石部の上に、アルミニウム層を設ける工程と、
開口部を有する前記変位板を前記アルミニウム層の上に設ける工程と、
前記開口部から前記アルミニウム層を除去し、前記変位板と前記電磁石部との間に間隙を設ける工程と、
を有することを特徴とする。
【００２１】
さらに、本発明は、上記のいずれかのインクジェットヘッドを用いてプリント媒体に対しプリントを行うインクジェットプリント装置であって、前記インクジェットヘッドと前記プリント媒体とを相対的に走査する手段を具えたことを特徴とする。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
【００２７】
まず、上記従来技術で述べた各種の吐出方式にはそれぞれ、長所がある一方で上述のような解決すべき課題もあることに鑑み、本発明者はそれらとは異なる吐出方式の採用を検討した。その過程で、基板上に薄膜コイルを形成し、その薄膜コイルへの通電に伴って生じる電磁力の作用により変位ないし変形する部材を設け、電磁力の作用および解除に伴う部材の変位ないし変形および復元を利用してインクに圧力を付与することでインクを吐出する方式を考慮した。
【００２８】
かかる方式を用いる諸例について、次の手順に従って説明する。
１．平面状コイルを用いる実施形態
（１．１）インクジェットヘッド主要部の構成および吐出動作
（１．２）構成材料および製造工程
（１．３）インクジェットヘッドおよびプリント装置
（１．４）インクジェットヘッド主要部の他の構成例
（１．５）動作評価
２．立体状コイルを用いる実施形態
（２．１）前提
（２．２）インクジェットヘッド主要部の構成および吐出動作
（２．３）構成材料および製造工程
（２．４）動作評価
（２．５）インクジェットヘッド主要部の他の構成例
３．その他
【００２９】
１．平面状コイルを用いる実施形態
（１．１）インクジェットヘッド主要部の構造
図１は、平面状に形成した薄膜コイルを用いる実施形態に係るインクジェットヘッドの主要部をなすアクチュエータおよびインク流路部の基本構成例を示す。
【００３０】
本例のアクチュエータ１２０は、基板１００上に形成した絶縁膜１０１、電磁石コア１０２、例えばターン数「２」の渦巻き状の薄膜コイル１０３および電極配線１０４からなる電磁石部と、その電磁石部をインクから隔離する膜１０５ａと、その膜１０５ａに設けられた凹部１０５ｂ内で変位ないし変形が可能な磁性材料からなる変位板１０６（すなわち磁力の作用に応じて少なくとも一部（部分１０６ａ）が変位可能に形成された変位板１０６）とから構成されている。そして、そのアクチュエータ１２０上に液路壁形成部材１０７、および吐出口１０８を形成したオリフィスプレート１０９を配置してインクジェットヘッドの主要部が構成される。
【００３１】
図２は、図１中のＡ−Ａ’部の断面構成を示す図であり、インクは太線矢印の向きに流れて液路壁形成部材１０７内に導入されるものとする。また、隔離膜１０５ａの凹部１０５ｂと変位板１０６との間は、変位板１０６が変位ないし変形し得る距離以上の高さを持つ空隙となっている。１１０はインクジェットヘッドにインクを供給するためのインク供給路であり、本例ではサンドブラスト法、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）法、異方性エッチング法などによりシリコン基板に直接穴開け加工を施すことにより形成される。
【００３２】
図３に基づいて本実施形態のインクジェットヘッドの吐出動作を説明する。
【００３３】
アクチュエータ１２０のコイル１０３に一方の電極配線１０４ａを介して通電すると、図３（Ａ）に示すように、電流ｉはコイル本体１０３内の記号「×」の方向から記号「●」の方向へ流れ、他方の電極配線１０４ｂに向けて流れる。これに応じてコア１０２の軸方向に磁力が発生し、変位板１０６を図３（Ａ）の矢印で示す方向（コア側）へ変形させる。このとき液路内のインクは変位板１０６の変形に呼応して、メニスカス１５０が吐出口内方へ引き込まれる。
【００３４】
電流を遮断すると、変位板１０６がそれ自身の弾性により元の位置へ復帰しようと移動する。このときに変位板１０６がインクに図３（Ｂ）の矢印で示す方向に圧力を作用し、その圧力がインクに運動エネルギを与えてメニスカス１５０から分離して吐出口から飛翔するインク滴１５１を生成する。インク滴１５１は紙，プラスチックフィルム，布などのプリント媒体に着弾し、ドット形成を行う。
【００３５】
コイル１０３に通電する電流をパルス波形状としてこれを繰り返し与えれば、連続吐出が可能となる。また、通電するパルスの電力（パルス幅および／または電流値）を可変とすることで変位板１０６の変位ないし変形量を変えることができるので、吐出口から種々の大きさの液滴を吐出することが可能となり、ドットの大きさを変調したプリントが可能となる。
【００３６】
（１．２）構成材料および製造工程
次に、本実施形態のインクジェットヘッドを構成する各部の形成材料として好適なものを以下に列挙する。
【００３７】
基板１００は単結晶シリコンが最も好適であり、これを用いることで、インクジェットヘッドを駆動するための配線やトランジスタなどの駆動素子を一体に、半導体と同様の製造工程にて形成することができる。絶縁膜１０１はシリコン基板１００の表面を熱酸化するか、あるいはスパッタリング法やＣＶＤ法などの薄膜形成法で作成することができる。
【００３８】
電磁石部のコア１０２は、透磁率の大きな強磁性材料であれば良く、Ｎｉ−Ｆｅ（パーマロイ）、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉおよびフェライトなどが好適である。コア１０２を基板１００上に形成するには、コア材の下部層にＡｕなどの高導電薄膜を形成しておいて、電着法によって形成すること、またはスパッタリング法によって形成することが可能である。
【００３９】
コイル１０３および電極配線１０４は導電材料であり、Ｃｕ，Ａｕ，Ａｌなどが用いられるが、基板１００上のトランジスタなどの駆動素子と形成工程を共通化する観点からＡｌを用いることが好適である。また、それらの膜厚は0.5〜1μｍ程度とすることが好ましい。なお、コイルは渦巻き状に形成することが通常好ましいが、所望量のインク吐出を行うのに好ましい磁束密度から、巻き線数を決定すればよい。
【００４０】
水性インクなどの導電性液体を吐出することを考慮して、コア１０２およびコイル１０３を通電腐食から保護するために、隔離膜１０５はＳｉＯ2やＳｉＮなどの絶縁性薄膜とすることが好適である。ただし、有機溶媒を主体とするインクなど非導電性液体が吐出される場合は、隔離膜１０５を形成しなくても実用上問題ない。隔離膜はスパッタリング法やＣＶＤ法などの薄膜形成法を用いて形成可能である。
【００４１】
変位板１０６は板面に直交する方向に変位ないし変形（振動）するので、透磁率の大きな磁性材料を用いて構成することが好ましい。コア材料と同じくＮｉ−Ｆｅ（パーマロイ）、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉおよびフェライトなどが好適である。水性インクなどの導電性液体を使用する場合は、磁性材料層をＳｉＯ2などの絶縁材料で挟み込んだサンドイッチ構造にするとインクとの接触による腐食を防止する上で効果的である。
【００４２】
液路形成部材１０７は感光性の樹脂フィルムなどが好適に用いられ、フォトリソグラフィー法により所望の液路を形成することができる。
【００４３】
オリフィスプレート１０９にはポリイミドなどの樹脂、あるいはＮｉなどの金属が使用できる。樹脂を用いる場合は例えばレーザー加工により吐出口１０８を形成することができる。金属を用いる場合は、例えば吐出口形成のためのレジストによるマスタパターンを形成した後、電鋳法によりプレート形成を行えばよい。
【００４４】
図４〜図７に基づいて、本実施形態のインクジェットヘッドの製造方法について述べる。本実施形態の製造方法は、薄膜の形成とパターニングとを繰り返し組み合わせたマイクロマシン加工方法を基本とするものである。
【００４５】
工程１：図４（Ａ）
上記基板１００となるシリコン基板３００の表面に、絶縁膜１０１となるＳｉＯ2の層３０１をスパッタリング法にて1μｍの厚さに形成する。次にコア材の下部層となるＡｕの膜３０２を0.1μｍの厚さに蒸着により形成する。
【００４６】
工程２：図４（Ｂ）
フォトレジスト３０３Ａを塗布し、コアを配置するための開口部をフォトリソグラフィ法にてパターニングする。
【００４７】
工程３：図４（Ｃ）
Ａｕ膜３０２を電極にしてコア１０２を形成するためのコア材（Ｎｉ−Ｆｅ）の層３０４を5μｍの厚さに電着により形成する。
【００４８】
工程４：図４（Ｄ）
コイル１０３および電極配線１０４を形成するためのＡｌの膜３０５を１μｍの厚さにスパッタリングし、その上にフォトレジスト３０３Ｂを塗布し、コイル１０３および電極配線１０４の形状にパターニングする。
【００４９】
工程５：図４（Ｅ）
公知のウエットエッチング法またはドライエッチング法により、フォトレジスト３０３Ｂが存在する所定のパターンを残してＡｌの膜３０５を除去する。続いてＡｕ膜３０２の不要部分をエッチングにより除去する。
【００５０】
工程６：図５（Ａ）
隔離膜１０５となるＳｉＯ2の膜３０６を例えばスパッタリングにより３μｍの厚さに形成する。
【００５１】
工程７：図５（Ｂ）
フォトレジスト３０３Ｃを塗布し、コア１０２の上部を除く電磁石部が被覆されるようにパターニングする。
【００５２】
工程８：図５（Ｃ）
ドライエッチング法などにより、矢印で示すコア１０２の上側部分のＳｉＯ2の膜３０６を当初の膜厚より薄くする。
【００５３】
工程９：図５（Ｄ）
フォトレジスト３０３を付けたまま、Ａｌの膜３０７を３μｍの厚さに形成した後、フォトレジスト３０３Ｃを除去する。
【００５４】
工程１０：図５（Ｅ）
変位板１０６の本体をなす磁性体を挟み込むための下方の層となるＳｉＯ2の膜３０８を１μｍの厚さに形成する。
【００５５】
工程１１：図６（Ａ）
フォトレジスト３０３Ｄを塗布し、変位板１０６の形状にパターニングする。
【００５６】
工程１２：図６（Ｂ）
図の矢印で示す部分のＳｉＯ2膜３０８をドライエッチングにより除去する。
【００５７】
工程１３：図６（Ｃ）
変位板１０６の本体となるＮｉ−Ｆｅの膜３０９をスパッタリングなどにより１μｍの厚さに形成し、フォトレジスト３０３Ｅを塗布し、図６（Ｂ）の矢印部部分のＮｉ−Ｆｅ膜３０９が露出するようにパターニングする。
【００５８】
工程１４：図６（Ｄ）
公知のウエットエッチング法またはドライエッチング法により、Ｎｉ−Ｆｅ膜３０９を変位板１０６の形状にパターニングし、レジストを除去する。
【００５９】
工程１５：図６（Ｅ）
変位板１０６の本体をなす磁性体を挟み込むための上方の層となるＳｉＯ2の膜３１０を１μｍの厚さに形成する。
【００６０】
工程１６：図７（Ａ）
フォトレジスト３０３Ｆを塗布し、変位板１０６の形状にパターニングする。
【００６１】
工程１７：図７（Ｂ）
ドライエッチングにより変位板１０６の開口部の部分に位置するＳｉＯ2膜を除去する。
【００６２】
工程１８：図７（Ｃ）
変位板１０６の開口部を利用して、変位板１０６の下部にあるＡｌ膜３０７をウエットエッチングにより除去する。
【００６３】
工程１９：図７（Ｄ）
厚さ３０μｍの感光性ドライフィルムを貼り着け、フォトリソグラフィにより所定の液路壁形成部材１０７を形成する。
【００６４】
工程２０：図７（Ｅ）
厚さ５０μｍのポリイミドフィルムにレーザー加工により吐出口１０８を形成したものをオリフィスプレート１０９として、液路壁形成部材１０７に対し位置決めして貼着し、インクジェットヘッドの主要部構造を完成させる。
【００６５】
なお、コイルパタンが交差する部位、例えば電流のリターン側となる電極配線１０４ｂに連続するコイルパタン部分がコイルパタンと交差する部位の製造に関しては、当該コイルパタン部分をコイルの下部層として形成し、その上に絶縁層を形成し、さらにその絶縁層に所定のビアホールを形成した上でコイルの主パタンを形成するようにするか、あるいは、当該コイルパタン部分を除いてコイルの主パタンを形成し、その上に絶縁層を形成し、さらにその絶縁層に所定のビアホールを形成した上でコイルパタン部分を形成するようにするようにすればよい。
【００６６】
（１．３）インクジェットヘッドおよびプリント装置
図８は上記したアクチュエータ１２０を構成要素に含むインクジェットヘッドユニットの構成例を示す。このヘッドユニットは、上記アクチュエータ１２０を同一基板（３００）上に複数、同時の工程にて形成し、これに対して液路壁形成部材および一体のオリフィスプレート４００を配置してなるインクジェットヘッド部４１０を有している。図示の例のヘッド部４１０では、オリフィスプレート４００上に吐出口４０１が２列、各列内で１５０ｄｐｉ（ドット／インチ。参考値）のピッチをもって配列され、かつ吐出口４０１は各列間で配列方向に所定量（例えば上記ピッチの１／２）だけ位置をずらして合計２０個設けられており、アクチュエータ１２０についてもこのような構成に対応して基板上に形成されている。
【００６７】
図８中、４０２はヘッド部４１０に電力を供給するための端子を有するＴＡＢ（Tape Automated Bonding）用のテープ部材であり、プリンタ本体から接点４０３を介して電力を供給する。４０４はインクをヘッド部４１０に供給するためのインクタンクであり、図２に示したインク供給路１１０と連通する。すなわち、図８のインクジェットヘッドユニットは、プリント装置に装着可能なカートリッジの形態を有するものである。
【００６８】
図９は図８のインクジェットヘッドユニットを用いてプリントを行うインクジェットプリント装置の概略構成例を示すものである。
【００６９】
図示のインクジェットプリント装置において、キャリッジ２００は無端ベルト２０１に固定され、かつガイドシャフト２０２に沿って移動可能になっている。無端ベルト２０１はプーリ２０３および２０４に巻回され、プーリ２０３にはキャリッジ駆動モータ２０４の駆動軸が連結されている。従って、キャリッジ２００は、モータ２０４の回転駆動に伴いガイドシャフト２０２に沿って往復方向（Ａ方向）に主走査される。
【００７０】
キャリッジ２００上には、上記のように複数のインク吐出口が配列されたヘッド部４１０およびインクタンク４０４を一体化してなるカートリッジ形態のインクジェットヘッドユニットが搭載されている。ここで、インクジェットヘッドユニットは、ヘッド部４１０の吐出口４０１がプリント媒体としての用紙Ｐと対向し、かつ上記配列方向が主走査方向と異なる方向（例えば用紙Ｐの搬送方向である副走査方向）に一致するようにキャリッジ２００に搭載される。なお、インクジェットヘッド４１０およびインクタンク４０４の組は、使用するインク色に対応した個数を設けることができ、図示の例では４色（例えばブラック、イエロー、マゼンタ、シアン）に対応して４組設けられている。
【００７１】
また、図示の装置には、キャリッジの主走査方向上の移動位置を検出するなどの目的でリニアエンコーダ２０６が設けられている。リニアエンコーダ２０６の一方の構成要素としてはキャリッジ２００の移動方向に沿って設けられたリニアスケール２０７があり、このリニアスケール２０７には所定密度で、等間隔にスリットが形成されている。一方、キャリッジ２００には、リニアエンコーダ２０６の他方の構成要素として、例えば、発光部および受光センサを有するスリットの検出系２０８および信号処理回路が設けられている。従って、リニアエンコーダ２０６からは、キャリッジ２００の移動に伴って、インク吐出タイミングを規定するための吐出タイミング信号およびキャリッジの位置情報が出力される。
【００７２】
プリント媒体としての記録紙Ｐは、キャリッジ２００のスキャン方向と直交する矢印Ｂ方向に間欠的に搬送される。記録紙Ｐは搬送方向上流側の一対のローラユニット２０９および２１０と、下流側一対のローラユニット２１１および２１２とにより支持され、一定の張力を付与されてインクジェットヘッド４１０に対する平坦性を確保した状態で搬送される。各ローラユニットに対する駆動力は、図示しない用紙搬送モータから伝達される。
【００７３】
以上のような構成によって、キャリッジ２００の移動に伴いインクジェットヘッド４１０の吐出口の配列幅に対応した幅のプリントと用紙Ｐの搬送とを交互に繰り返しながら、用紙Ｐ全体に対するプリントが行われる。
【００７４】
なお、キャリッジ２００は、プリント開始時またはプリント中に必要に応じてホームポジションで停止する。このホームポジションには、各インクジェットヘッド４１０の吐出口が設けられた面（吐出口面）をキャッピングするキャップ部材２１３が設けられ、このキャップ部材２１３には吐出口から強制的にインクを吸引して吐出口の目詰まり等を防止するための吸引回復手段（不図示）が接続されている。
【００７５】
（１．４）インクジェットヘッド主要部の他の構成例
次に、図１とは異なるインクジェットヘッド主要部の他の構成例について述べる。この例は、図１の構成ではインクの吐出方向が変位板１０６の変位方向と実質的に等しい方向（すなわち変位板１０６の主平面と実質的に垂直な方向）であるのに対して、インクの吐出方向が変位板１０６の変位方向と実質的に直交する方向（すなわち変位板１０６の主平面と実質的に平行な方向）となるようにしたものである。
【００７６】
図１０はかかるインクジェットヘッドの構成例を説明するためにインク流路に沿って示す断面図である。図１０において、５００はオリフィスプレートであり、上例と同様にレーザ加工などにより形成された吐出口５０１を有し、アクチュエータ１２０が形成された基板１００に垂直に接合されている。
【００７７】
図１０のアクチュエータ１２０も上例と同様な構成である。５０２および５０３は液路を形成する壁部材であり、５０２が液路天井部、５０３が液路側壁を構成し、いずれもポリアミド、ポリサルホンなどの樹脂で形成することができる。
【００７８】
かかる構成によれば、インクはほぼ太線矢印の方向に流れ、変位板１０６の主平面と実質的に平行に、吐出口５０１からインク液滴が吐出される。また、本例のインクジェットヘッドの吐出量は、吐出口５０１の面積、アクチュエータ１２０を構成する変位板１０６の主平面の中央と吐出口先端までの距離、変位板１０６の大きさ、および電磁石部分の大きさなどに応じて、所定の量に調節することができる。
【００７９】
（１．５）動作評価
次に、以上のような主要部構成を有するインクジェットヘッドを実際に動作させて得た結果について述べる。
【００８０】
主要部として図２に示した構造を持ち、アクチュエータないし吐出口を１５０ｄｐｉのピッチで配列した図８に示す如きヘッド部に対し、水70％、エチレングリコール25％、残部染料からなる粘度2.5ｍＰａ・ｓの水性インクを供給し、図１１（Ａ）に示す電流パルスを50Ｈｚの周期で与えて吐出状態を観察した。
【００８１】
連続してインクを吐出させたところ、吐出液滴のサイズが常に一定であり、吐出速度の変動もみられなかった。さらに図１１（Ｂ）に示す電流パルスで駆動したところ、「パルスＡ」では大きな吐出液滴が、「パルスＢ」では小さな吐出液滴が安定して吐出可能であり、ドット単位の階調表現が可能であることを確認した。
【００８２】
次に、主要部として図１０に示した構造を持つヘッド部に対し、上記水性インクを供給し、図１１（Ａ）に記載の電流パルスを50Ｈｚの周期で与えて吐出状態を観察した。
【００８３】
連続してインクを吐出させたところ、吐出液滴のサイズが常に一定であり、吐出速度の変動もみられなかった。さらに図１１（Ｂ）に示す電流パルスで駆動したところ、「パルスＡ」では大きな吐出液滴が、「パルスＢ」では小さな吐出液滴が安定して吐出可能であり、上記ヘッドと同様にドット単位の階調表現が可能であることを確認した。
【００８４】
さらに、これら２種のインクジェットヘッドそれぞれに水70％、グリセリン25％、残部染料からなる粘度4.5ｍＰａ・ｓのインクを供給し、上記と同様の電流パルスで駆動しても、先のインクを用いた場合と同様に安定した連続吐出が可能であった。
【００８５】
以上の実施形態は電磁力を利用してインク吐出を行うものであるので、吐出安定性や吐出パワーを従来のインクジェット方式より格段に向上することができる。また、ヘッド主要部をマイクロマシン加工法で作製することができるので、アクチュエータないし吐出口を高密度実装することが容易である。
【００８６】
２．立体状コイルを用いる実施形態
（２．１）前提
以上の実施形態例はアクチュエータのコイルを基板上にほぼ平面状に形成したものであり、その動作評価から明らかな通り極めて優れた吐出安定性を得ることができるものである。コイルのターン数は、上述の構成では図１に示したように「２」であるが、所望の吐出量およびその変調範囲に応じたターン数を採用することができる。すなわち、ワンターンコイルを用いても、３ターン以上のコイルを用いてもよい。
【００８７】
【外１】
【００８８】
の関係にあるので、通常渦巻き状に形成することが好ましく、ターン数を多くする方が、より大きな吐出パワーを得、かつ吐出量をより広い範囲で変調可能とする場合には好ましいと考えられる。上述したような工程を用いてターン数の多いコイルを基板上にほぼ平面状に形成できることは言うまでもない。
【００８９】
しかし近年特に要望されているプリントの高速化や高精彩化の観点から、多数の吐出口を高密度に実装することが強く望ましく、そのためにはアクチュエータを小型に構成することが望ましい一方、平面状のコイル構成ではターン数を多くするほど基板上でのアクチュエータコイルの占有面積が増すことになる。
【００９０】
そこで、本発明者はコイルを立体的に基板上に形成することを考察した。そして、インクジェット方式に係る技術ではないが、特開平５−５５０４３号公報に開示された技術に着目した。同号公報には、１つの平面内のワンターンコイルを、他の平面内のワンターンコイルとビアホールを介して接続する多層巻き線型の小型コイルの製造方法が開示されている。
【００９１】
かかる技術を本発明者が考慮したインクジェットヘッドの製造技術に基本的に適用することで、電磁力を利用するインクジェットヘッドの小型化および多数の吐出口の高密度化に資することができると期待される。
【００９２】
しかしながら、特開平５−５５０４３号公報に開示された薄膜コイルの製造方法では、最上部のワンターンコイルから外部配線への接続部を引き出すため、コイルの巻き線の積層数が増加し、コイルの高さが増すと、コイル本体の側面に配線を形成しなければならず、通常の薄膜形成法では十分な導通の得られる配線形成が困難であることがわかった。
【００９３】
以下では、基板上に立体的に形成された多層構造の薄膜コイルを有するアクチュエータを用いることで、電磁力を利用するインクジェットヘッドの小型化および多数の吐出口の高密度化を図り、かつ薄膜コイルの巻き線数が増加した場合でも信頼性のある接続構造を作製する方法を提供するための実施形態について述べる。
【００９４】
（２．２）インクジェットヘッド主要部の構成および吐出動作
図１２は、立体状に形成したコイルを用いる実施形態に係るインクジェットヘッドの主要部をなすアクチュエータおよびインク流路部の基本構成例を示し、図１の各部と同様に構成できる各部については対応箇所に同一符号を付してある。
【００９５】
本例のアクチュエータ１１２０は、図１と同様の基板１００上に形成した絶縁膜１０１、コイルの軸方向長さに対応した寸法の電磁石コア１１０２、これを囲繞する多層の巻き線構造の立体的渦巻き状の薄膜コイル１１０３および電極配線１１０４からなる電磁石部と、その電磁石部をインクから隔離する膜１１０５ａと、その膜１１０５ａに適切な深さに設けられた凹部１１０５ｂ内で変位ないし変形が可能な磁性材料からなる変位板１１０６（すなわち磁力の作用に応じて少なくとも一部（部分１１０６ａ）が変位可能に形成された変位部である変位板１１０６）とから構成されている。そして、そのアクチュエータ１１２０上に、図１の構成と同様、液路壁形成部材１０７、および吐出口１０８を形成したオリフィスプレート１０９を配置することで、本実施形態のインクジェットヘッドの主要部が構成される。
【００９６】
図１３は、図１２中のＡ−Ａ’部の断面構成を示す図であり、インクは太線矢印の向きに流れて液路壁形成部材１０７内に導入されるものとする。また、隔離膜１１０５ａの凹部１１０５ｂと変位板１１０６との間は、コイル１１０３への通電に応じて発生する電磁力の作用により変位板１１０６が変位ないし変形し得る距離以上の高さを持つ空隙となっている。インクを供給するためのインク供給路１１０は、上例と同様、サンドブラスト法、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）法、異方性エッチング法などによりシリコン基板に直接穴開け加工を施すことにより形成することができる。
【００９７】
図１４は図１２に示した薄膜コイル１１０３および電極配線１１０４の斜視図、図１５は図１４のＤ方向側面図である。これらの図において、１２０２はコイル１１０３を形成する環状ループ層、１２０３は環状ループ層間の絶縁膜、１２０４は上下の環状ループ層を順次接続するためのビアホールコンタクト部であり、これらがコイル１１０３の本体１３００をなしている。
【００９８】
一方の電極配線１１０４ａは最下層の環状ループ層にそのまま連続し、他方の電極配線１１０４ｂは最上層の環状ループ層に電極配線１３０１を介して接続される。
【００９９】
電極配線部１３０１はコイル本体１３００より外側の位置に設けられ、かつコイル本体１３００と同様の積層構造を持つものであり、電極層１３０２、電極層間の絶縁層１３０３、および上下の電極層を順次接続するためのビアホールコンタクト部１２０５を有している。そして、最上層の電極層１３０２が最上層の環状ループ層１２０２に、最下層の電極層１３０２が電極配線１１０４ｂにそれぞれ連続して形成される。
【０１００】
以上の構成により、一方の電極配線１１０４ａに通電すると、図１５に示すように、電流ｉはコイル本体１３００内の記号「×」の方向から記号「●」の方向へ流れる。すなわち、電流は最下層の環状ループ層１２０２からビアホールコンタクト部１２０４を介して順次上層の環状ループ層１２０２に流れる。そして、電流は最上層の環状ループ層１２０２から最上層の電極層１３０２、さらにビアホールコンタクト部１２０４を介して順次下層の電極層１３０２に流れて行き、最下層の電極層１３０２から他方の電極配線１１０４ｂに流れることになる。
【０１０１】
図１６に基づいて本実施形態のインクジェットヘッドの吐出動作を説明する。
【０１０２】
上述のようにアクチュエータ１１２０のコイル１１０３に電流を流すとコア１１０２の軸方向に磁力が発生し、変位板１１０６を図１６（Ａ）の矢印で示す方向（コア側）へ変形させる。このとき液路内のインクは変位板１１０６の変形に呼応して、メニスカス１５０が吐出口内方へ引き込まれる。
【０１０３】
電流を遮断すると、変位板１１０６がそれ自身の弾性により元の位置へ復帰しようと移動する。このときに変位板１１０６がインクに図１６（Ｂ）の矢印で示す方向に圧力を作用し、その圧力がインクに運動エネルギを与えてメニスカス１５０から分離して吐出口から飛翔するインク滴１５１を生成する。インク滴１５１は紙，プラスチックフィルム，布などのプリント媒体に着弾し、ドット形成を行う。
【０１０４】
コイル１１０３に通電する電流をパルス波形状としてこれを繰り返し与えれば、連続吐出が可能となる。また、通電するパルスの電力（パルス幅および／または電流値）を可変とすることで変位板１１０６の変位ないし変形量を変えることができるので、吐出口から種々の大きさの液滴を吐出することが可能となり、ドットの大きさを様々に変調したプリントが可能となる。
【０１０５】
（２．３）構成材料および製造工程
次に、本実施形態のインクジェットヘッドを構成する各部の形成材料として好適なものを以下に列挙する。
【０１０６】
基板１００、絶縁膜１０１、液路形成部材１０７およびオリフィスプレート１０９については上述と同様の材料および製造方法にて作成することができる。
【０１０７】
電磁石部のコア１１０２についても上例のコア１０２と同様、透磁率の大きな強磁性材料であれば良く、78.5Ｎｉ−Ｆｅ（パーマロイ）、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ、ケイ素鋼（Ｆｅ−4Ｓｉ）およびスーパーマロイ（79Ｎｉ−5Ｍｏ−0.3Ｍｎ−Ｆｅ）、ホイッスラー合金（65Ｃｕ−25Ｍｎ−10Ａｌ）などが好適である。コア１１０２を基板１００上に形成するには、コア材の下部層にＡｕなどの高導電薄膜を形成しておいて、電着法によって形成すること、またはスパッタリング法によって形成することが可能である。
【０１０８】
コイル１１０３における環状ループ層１２０２および電極層１３０２は導電材料であり、Ｃｕ，Ａｕ，Ａｌなどが用いられるが、基板１００上のトランジスタなどの駆動素子と形成工程を共通化する観点からＡｌを用いることが好適である。また、それらの膜厚は0.5〜1μｍ程度とすることが好ましい。
【０１０９】
水性インクなどの導電性液体を吐出することを考慮して、コア１１０２およびコイル１１０３を通電腐食から保護するために、隔離膜１１０５およびコイルの層間膜１２０３，１３０３はＳｉＯ2やＳｉＮなどの絶縁性薄膜とすることが好適である。ただし、有機溶媒を主体とするインクなど非導電性液体が吐出される場合は、隔離膜１１０５を形成しなくても実用上問題ない。隔離膜およびコイルの層間膜は、いずれもスパッタリング法やＣＶＤ法などの薄膜形成法を用いて形成可能である。なお、層間膜の膜厚は0.1〜0.5μｍ程度とすることが好ましい。
【０１１０】
変位板１１０６は板面に直交する方向に変位ないし変形（振動）するので、透磁率の大きな磁性材料を用いて構成することが好ましい。コア材料と同じく、78.5Ｎｉ−Ｆｅ（パーマロイ）、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ、ケイ素鋼（Ｆｅ−4Ｓｉ）およびスーパーマロイ（79Ｎｉ−5Ｍｏ−0.3Ｍｎ−Ｆｅ）等が好適である。水性インクなどの導電性液体を使用する場合は、磁性材料層を、ＳｉＯ2などの絶縁材料で挟み込んだサンドイッチ構造にするとインクとの接触による腐食を防止する上で効果的である。
【０１１１】
図１７に基づいて、本実施形態のインクジェットヘッドの特徴をなす薄膜コイル１１０３の製造方法について述べる。この製造方法は、薄膜の形成とパターニングとを繰り返し組み合わせたフォトリソグラフィ法を基本とするものである。なお、コイル形状は本実施形態では略矩形状のものとしたが、円形状や長円状など適宜の形状を採用できるものであり、図示の例に限られるものではない。
【０１１２】
（１）シリコン基板１００の表面にＳｉＯ2でなる1μｍの層（絶縁膜１０１）をスパッタリングにより形成し（不図示）、次にＡｌでなる厚さ1μｍの層をスパッタリングにより形成した後、フォトリソグラフィによって、一方の電極配線部を含む１層目のコイル（環状ループ層１２０２）のパタン１５００と、他方の電極配線部を含む１層目の外部配線（電極層１３０２）のパタン１５０３とを形成する（図１７（Ａ））。
【０１１３】
（２）層間絶縁膜（不図示）として、ＳｉＯ2でなる厚さ0.5μｍの層をスパッタリングにより形成し、フォトリソグラフィにより１層目のコイル上にビアホール１５０１を、同じく１層目の外部配線上にビアホール１５０２を開口する（図７（Ａ））。
【０１１４】
（３）２層目のＡｌ膜をスパッタリングにより形成し、フォトリソグラフィによりコイルパタン１５０４および外部配線１５０６を作成する。この工程で、１層目の環状ループ層および電極層は、２層目の環状ループ層および電極層とビアホールコンタクト１５０５および１５０５Ａを介してそれぞれ接続される（図１７（Ｂ））。
【０１１５】
（４）層間絶縁膜（不図示）として、ＳｉＯ2でなる厚さ0.5μｍの層をスパッタリングにより形成し、フォトリソグラフィにより２層目のコイル上にビアホール１５０８を、同じく２層目の外部配線上にビアホール１５０７を開口する（図１７（Ｂ））。
【０１１６】
（５）以下、（３）（４）と同様の工程を所定回繰り返し、コイルパタン１５０９、１５１０および１５１１の各層並びに電極層を形成する（図１７（Ｃ）〜（Ｅ））。
【０１１７】
以上のような工程によって所望の積層構造を有する本実施形態のコイル１１０３を形成することができるが、その内側に位置づけられるコア１１０２は、その前工程として図４（Ａ）〜（Ｃ）について説明した上記工程１〜工程３の手順を適用することで形成することができる。ここでその形成態様について説明する。図１８は本実施形態のコイル１１０３およびその内側に形成されたコア１１０２を示す斜視図である。図示のようなコア１１０２は、コア材を電着法によって堆積させることで形成することができる。そのために、最下層の配線下部にＡｕなどの導電性膜１５２１を0.1μｍの厚さに形成し、その導電性膜１５２１を電極として、電解メッキ浴（例えば高純度化学研究所（株）製のＮＦ−２００Ｅを用いる硫酸酸性浴（浴温度５０〜６０℃））を行い、電流密度２〜６Ａ／ｄｍ２の条件で電力を供給することでコア１１０２を形成できる。
【０１１８】
そしてその後図１７のようにしてコイル１１０３を形成し、図１８の構成を得ることで、コイル１１０３およびコア１１０２を小型薄膜電磁石として機能させることができる。
【０１１９】
コイル形成以降の工程には、図５〜図７について説明した上記工程６〜工程２０の手順を適用することで、インクジェットヘッドの主要部を完成させることができる。
【０１２０】
また、アクチュエータ１１２０を同一基板上に複数、同時の工程にて形成し、これに対して液路壁形成部材および一体のオリフィスプレート４００を配置することで、図８に示したようなインクジェットヘッド部４１０ないしはインクジェットヘッドユニットを得ることができる。さらに、そのようなインクジェットヘッドユニットを、図９について説明したようなインクジェットプリント装置において用いることができる。
【０１２１】
（２．４）動作評価
主要部として図１３に示した構造を持ち、アクチュエータないし吐出口を１５０ｄｐｉのピッチで配列した図８に示す如きヘッド部に対し、水70％、エチレングリコール25％、残部染料からなる粘度2.5ｍＰａ・ｓの水性インクを供給し、図１１（Ａ）に示す電流パルスを50Ｈｚの周期で与えて吐出状態を観察した。
【０１２２】
連続してインクを吐出させたところ、吐出液滴のサイズが常に一定であり、吐出速度の変動もみられなかった。さらに図１１（Ｂ）に示す電流パルスで駆動したところ、「パルスＡ」では大きな吐出液滴が、「パルスＢ」では小さな吐出液滴が安定して吐出可能であり、ドット単位の階調表現が可能であることを確認した。
【０１２３】
連続してインクを吐出させたところ、吐出液滴のサイズが常に一定であり、吐出速度の変動もみられなかった。さらに図１１（Ｂ）に示す電流パルスで駆動したところ、「パルスＡ」では大きな吐出液滴が、「パルスＢ」では小さな吐出液滴が安定して吐出可能であり、上記ヘッドと同様にドット単位の階調表現が可能であることがわかった。
【０１２４】
また本実施形態のインクジェットヘッドに２４時間連続してインク吐出を行わせたが、吐出が不安定になることはなかった。これは本実施形態の薄膜コイルの外部配線と電力供給ライン間の接続安定性が高いことの証左でもある。
【０１２５】
（２．５）インクジェットヘッド主要部の他の構成例
次に多層構造の薄膜コイルの他の構成例をについて述べる。上例では各層のターン数を「１」としたコイルパタンを用いたが、各層においてターン数を複数としたコイルパタンを用いることもできる。
【０１２６】
図１９は各層においてターン数を「２」としたコイルパタンを有するコイルの説明図であり、第１層は矩形渦状のコイルパタン１５１２および外部配線パタン（電極層）１５１４から構成され、さらにその上に層間絶縁膜（不図示）が配置されるとともに、ビアホール１５１３および１５１５が開口される（図１９（Ａ））。
【０１２７】
次に第２層の矩形渦状コイルパタン１５１６は、第１層とビアホールコンタクトを介して接続できる位置で、かつ電流が第１層と同じ向きに流れるような形状とする。図１９の例では、１層目の渦状コイルパタンおよび電極層は、２層目の渦状コイルパタンおよび電極層とビアホールコンタクト１５１７および１５１７Ａを介してそれぞれ接続される（図１９（Ｂ））。１５１８および１５２０はさらに上部ヘコイルを積層する場合に層間絶縁膜（不図示）に形成されるビアホールであり、以下同様の手順を繰り返すことで、各層につき矩形渦状コイルパタンを持つ多層構造のコイルを製造することができる。
【０１２８】
図２０は各層においてターン数を「４」とした円形渦状（スパイラル状）のコイルパタンを有する２層構成のコイルの説明図であり、同図の薄膜コイルは高密度の巻き線型コイルとして製造する場合に適した形状である。
第１層目のスパイラル状コイルパタン１６００を図２０（Ａ）のような形状に形成し、同時に外部配線層のパタン１６０２を図示の位置に形成する。さらにその上に層間絶縁膜（不図示）を配置されるとともに、ビアホールが開口される。
【０１２９】
次に第２層目のスパイラル状コイルパタン１６０１を図２０（Ｂ）のような形状に形成することで第１層目および第２層目のコイルパタンの接続がビアホールコンタクト１６０３を介して行われ、外部配線との接続がビアホールコンタクト１６０４を介して行われる。
【０１３０】
３．その他
なお、上述においては、電磁石部への電流の通電／遮断による磁力の発生／解消に伴って生じる変位板の電磁石側への吸着／復原によりインクを吐出するための圧力を作用するように構成したが、必要十分な吐出圧力が得られるのであれば、例えば適切に極性を定めて着磁した変位板を用い、電磁石部への電流の通電による磁力の発生に伴って変位板に斥力を作用させて変位させ、これによってインクを吐出するように構成してもよい。
【０１３１】
また、本明細書において、「プリント」とは、文字、図形等有意の情報を形成する場合のみならず、有意無意を問わず、また人間が視覚で知覚し得るように顕在化したものであるか否かを問わず、広くプリント媒体上に画像、模様、パターン等を形成する場合、またはプリント媒体の加工を行う場合を言うものである。
【０１３２】
また、「プリント装置」とは、プリントを行う１つの完結した装置だけでなく、プリントを行う機能を担う装置をも言うものである。
【０１３３】
また、「プリント媒体」とは、一般的なプリント装置で用いられる紙のみならず、広く、布、プラスチック・フィルム、金属板等、ガラス、セラミックス、木材、皮革等、インクを受容可能な物を含む。
【０１３４】
さらに、「インク」または「液」とは、上記「プリント」の定義と同様広く解釈されるべきものであり、プリント媒体上に付与されることによって、画像、模様、パターン等の形成、プリント媒体の加工、或いはインクの処理（例えば、プリント媒体に付与されるインク中の色材の凝固または不溶化）に供される液体を言うものである。
【０１３５】
さらに、プリント装置がプリントできるプリント媒体の最大幅に対応した長さを有するフルラインタイプのインクジェットヘッドを構成する場合にも本発明は有効に適用できる。そのようなインクジェットヘッドとしては、複数プリントヘッドの組合せによってその長さを満たす構成や、一体的に形成された１個のインクジェットヘッドとしての構成のいずれでもよい。
【０１３６】
加えて、図９に述べたシリアルタイプのものでも、装置本体に固定されたインクジェットヘッド、あるいは装置本体に装着されることで装置本体との電気的な接続や装置本体からのインクの供給が可能になる交換自在のチップタイプのインクジェットヘッド、あるいはインクジェットヘッド自体に一体的にインクタンクが設けられたカートリッジタイプのインクジェットヘッドを構成する場合にも本発明は有効である。
【０１３７】
また、本発明のプリント装置の構成として、インクジェットヘッドの吐出回復手段、予備的な補助手段等を付加することは本発明の効果を一層安定できるので、好ましいものである。これらを具体的に挙げれば、インクジェットヘッドに対してのキャッピング手段、クリーニング手段、加圧或は吸引手段、加熱素子を用いて加熱を行う加熱手段、プリントとは別の吐出を行なう予備吐出手段を挙げることができる。
【０１３８】
また、搭載されるインクジェットヘッドの種類ないし個数についても、例えば単色のインクに対応して１個のみが設けられたものの他、色や濃度を異にする複数のインクに対応して複数個数設けられるものであってもよい。すなわち、例えばプリント装置のプリントモードとしては黒色等の主流色のみのプリントモードだけではなく、インクジェットヘッドを一体的に構成するか複数個の組み合わせによるかいずれでもよいが、異なる色の複色カラー、または混色によるフルカラーの各プリントモードの少なくとも一つを備えた装置にも本発明は極めて有効である。
【０１３９】
さらに加えて、インクジェットプリント装置の形態としては、コンピュータ等の情報処理機器の画像出力端末として用いられるものの他、リーダ等と組合せた複写装置、さらには送受信機能を有するファクシミリ装置の形態を採るもの等であってもよい。
【０１４０】
さらに加えて、図１２〜図２０について述べた実施形態に係る多層構造および外部配線との接続構造、ないしはその製造方法は、上述したようなインクジェットインクジェットヘッドないしはその製造方法に有効に適用できるのみならず、小型コイルおよびこれを用いるデバイス（磁気ヘッドなど）ないしはその製造方法に広く適用できるものである。
【０１４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、多層構造の薄膜コイルを用いるアクチュエータが発生する電磁力を利用してインクを吐出する方式を採用したことにより、従来のインクジェットヘッドで課題とされていた従来のインクジェットインクジェットヘッドで課題とされていた吐出安定性および吐出パワーを高めるとともに、ドット単位での幅広い階調表現を得ることができる。また、電磁力を利用する吐出方式の主要部である電磁力作用部としてのアクチュエータないしインクジェットヘッドを、フォトリソグラフィ法ないしマイクロマシン加工法を用いて製造することにより、多数の吐出口の高密度実装が可能となる。そしてこれらにより、高速かつ高精細で経時安定した品質の画像プリントが可能となる。
さらに、本発明に係るコイル構造によれば、薄膜コイルの巻き線数が増加した場合でも、外部配線との接続の信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】平面状に形成した薄膜コイルを用いる実施形態に係るインクジェットヘッドの主要部をなすアクチュエータおよびインク流路部の基本構成例を示す模式的斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’部の断面構成を示す断面図である。
【図３】（Ａ）および（Ｂ）は、図１および図２に示す主要部構成を有するインクジェットヘッドの吐出動作を説明するための説明図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｅ）は、図１および図２に示すインクジェットヘッドの主要部の製造工程を説明するための説明図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｅ）は、図１および図２に示すインクジェットヘッドの主要部の製造工程を説明するための説明図である。
【図６】（Ａ）〜（Ｅ）は、図１および図２に示すインクジェットヘッドの主要部の製造工程を説明するための説明図である。
【図７】（Ａ）〜（Ｅ）は、図１および図２に示すインクジェットヘッドの主要部の製造工程を説明するための説明図である。
【図８】図１および図２に示したインクジェットヘッドの主要部を構成要素に含むインクジェットヘッドユニットの構成例を示す斜視図である。
【図９】図８のインクジェットヘッドユニットを用いてプリントを行うインクジェットプリント装置の概略構成例を示す斜視図である。
【図１０】図１に示した主要部を適用して構成したインクジェットヘッドの他の例を示す断面図である。
【図１１】（Ａ）および（Ｂ）は、動作評価のために本発明のいくつかの実施形態に係るインクジェットヘッドに与えた駆動信号を示す波形図である。
【図１２】立体状に形成したコイルを用いる実施形態に係るインクジェットヘッドの主要部をなすアクチュエータおよびインク流路部の基本構成例を示す模式的斜視図である。
【図１３】図１２のＡ−Ａ’部の断面構成を示す断面図である。
【図１４】図１２に示した薄膜コイルおよび電極配線の斜視図である。
【図１５】図１４のＤ方向側面図である。
【図１６】（Ａ）および（Ｂ）は、図１２および図１３に示す主要部構成を有するインクジェットヘッドの吐出動作を説明するための説明図である。
【図１７】（Ａ）〜（Ｅ）は、図１２および図１３に示すインクジェットヘッド主要部のうち特に薄膜コイルを形成する工程を説明するための説明図である。
【図１８】図１２および図１３に示すインクジェットヘッド主要部のうち特にコアを形成する方法を説明するための斜視図である。
【図１９】（Ａ）および（Ｂ）は、各層においてターン数を複数とした多層構造コイルの一例を示す説明図である。
【図２０】（Ａ）および（Ｂ）は、各層においてターン数を複数とした多層構造コイルの他の例を示す説明図である。
【符号の説明】
１００ 基板
１０１ 絶縁膜
１０２ コア
１０３ コイル
１０４、１０４ａ、１０４ｂ 電極配線
１０５、１１０５ａ 隔離膜
１０６、１１０６ 変位板
１０７ 液路壁形成部材
１０８、４０１、５０１ 吐出口
１０９、４００、５００ オリフィスプレート
１１０ インク供給路
１２０、１１２０ アクチュエータ
１５０ メニスカス
１５１ インク滴
３０１ 絶縁層
３０３Ａ、３０３Ｂ、３０３Ｃ、３０３Ｄ、３０３Ｅ、３０３Ｆ フォトレジスト
３０４ コア材層
３０５ コイルおよび電極配線形成用Ａｌ膜
３０６ 隔離膜形成用ＳｉＯ2膜
３０９ 変位板本体形成用Ｎｉ−Ｆｅ膜
４１０ インクジェットヘッド部
４０４ インクタンク
１１０３ 多層構造の薄膜コイル
１１０４、１１０４ａ、１１０４ｂ 電極配線
１２０２ 環状ループ層
１２０３、１３０３ 絶縁膜
１２０４、１２０５、１５０５、１５０５Ａ、１５１７、１５１７Ａ、１６０３、１６０４ ビアホールコンタクト部
１３００ コイル本体
１３０１ 電極部
１３０２ 電極層
１５００、１５０４、１５０９、１５１０、１５１１、１５１２、１５１６、１６００、１６０１ コイルパタン
１５０３、１５０６、１５１４、１６０２ 外部配線パタン
１５０１、１５０２、１５０８、１５０７、１５１３、１５１５、１５１８、１５２０ ビアホール
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリントシステムの画像出力端末として用いられるプリンタやプロッタ、あるいは複写機，ファクシミリなどのプリント装置に適したオンデマンド方式のインクジェットヘッドの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、オンデマンド方式のインクジェットヘッドには種々のインク吐出方式のものが提案されている。
【０００３】
その１つには、熱エネルギを利用した所謂サーマルインクジェット方式があり、インク吐出口内方に設けられた電気熱変換体（吐出ヒータ）を通電加熱し、発生した熱で液体（インク）を発泡させ、発泡の圧力によりインクを例えば小液滴として吐出口から吐出させ、これをプリント媒体上に付着させてプリントを行う方式である。この技術は、例えば特開昭５４−５９９３６号公報や、キヤノン（株）製バブルジェットプリンタＢＪ−１０ｖに添付された操作説明書等に原理図および記録装置の構造などが詳説されている。
【０００４】
別のインク吐出方式によるインクジェットヘッドとしては、ピエゾ素子などの圧電体を利用したものがある。これは、ピエゾ素子に通電し、素子の変形により発生した圧力をインクに与えることでインクを小液滴として吐出させるものである。本方式の記録ヘッドは、特開昭４７−２００６号公報（発明者エドモンド・エル・カイザー）に開示されており、今日のインクジェットヘッドの原点とも言うべき技術である。近年の例としては、特開平５−２４１８９号公報に開示されており、同号公報開示のヘッドはセイコーエプソン社製インクジェットプリンタＨＧ５１３０，Ｓｔｙ１ｕｓ８００などに搭載されている。
【０００５】
さらに他のインク吐出方式によるインクジェットヘッドとしては、静電駆動方式によるものがあり、特開平６−８４４９号公報などに開示されている。その動作原理は、狭い空間に電位を与え、クーロン力で電極を変位させ、その圧力でインクを押し出すというものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
これら各種方式のうち、サーマルインクジェット方式は、水を主成分として、染料などの色剤と有機溶剤とからなるインクを使用している。このインクを吐出ヒータ上で好ましく発泡させるには約３００℃の温度が必要である一方、３００℃程度以上の高温では染料が分解して吐出ヒータ表面に分解物が堆積していわゆるコゲーションを生成することがある。コゲーションは発泡の均一性を損ない、吐出されるインクの体積や吐出速度の変動をもたらし、画像品質をさらに向上する上での課題となりつつある。また、泡が消える瞬間に起こるキャビテーション衝撃により吐出ヒータ表面が機械的損傷を受け、インクジェットヘッドの寿命に影響を与えるため、更なる長寿命化技術が望まれている。
【０００７】
また、ピエゾ素子方式においては、液滴吐出に必要十分な圧力を発生させるためにはピエゾ素子を大きくしなければならず、多数のノズルを高密度に実装することが困難である。また、インクジェットヘッドの製造工程では、主にセラミックであるピエゾ素子を製作するのに機械加工を伴うが、インクジェットヘッド内の各ノズルのインク吐出量が揃うように精密な機械加工を施すことが比較的困難である。さらに、発生圧力が弱いため、インク中に泡が生成ないし混入すると、この泡に圧力を吸収されてしまい、吐出が不安定になる場合がある。
【０００８】
さらに、静電駆動方式のインクジェットヘッドは、ピエゾ方式より簡単な構成を有するものの、クーロン力が極めて微弱であるため、必要なサイズのインク滴を吐出できるようにするためにはアクチュエータ部の寸法を大きくせざるを得ず、従って多数のノズルを高密度に実装することが困難である。また、アクチュエータ部のサイズの大きさがインク流路の設計を制約し、高速記録のための構成に課題を残している。
【０００９】
各種の吐出方式にはそれぞれ、長所がある一方で上述のような解決すべき課題もあることに鑑み、本発明者は以上とは異なる吐出方式の採用を検討した。その過程で、電磁力の作用により変位ないし変形する部材を設け、電磁力の作用および解除に伴う部材の変位ないし変形および復原を利用してインクに吐出圧力を付与することでインクを吐出する方式を考慮した。
【００１０】
ここで、かかる電磁力を利用したインク吐出方式の従来例として、本発明者は特公昭６２−９４３１号公報に開示されたものがあることを見出した。しかし、近年では数百〜千数百ｄｐｉ（ドット／インチ。参考値）にも及ぶ記録密度で、数ピコリットルのインク滴を用いての高精細なプリントが望まれており、このような要望に対応するためには多数の吐出口を高密度に実装することが不可欠であるが、同号公報には電磁力を利用したインク吐出方式の基本的な概念の開示はあるものの、上記要望に応え得るようなインクジェットヘッドないしはその製造方法についての具体的な示唆は見られない。
【００１１】
本発明の主な目的は、電磁力を利用する吐出方式を採用するとともに、その主要部である電磁力作用部としてのアクチュエータに新規な構成を採用することによって、「従来の技術」の項で述べたような既存の方式のインクジェットヘッドが有していた課題を解決するとともに、高速かつ高精細で経時安定した品質の画像プリントを可能にすることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
そのために、本発明は、電磁石部に導通することで発生する磁力の作用に伴って一部が前記電磁石部の側へ変位し、さらに、前記電磁石部への通電を止めることにより、前記一部の変位が戻るときに生じる圧力の作用に応じて、インクを吐出口から吐出することができる変位板を有するインクジェットヘッドの製造方法であって、
前記電磁石部を備える基板を用意する工程と、
前記電磁石部の上に、アルミニウム層を設ける工程と、
開口部を有する前記変位板を前記アルミニウム層の上に設ける工程と、
前記開口部から前記アルミニウム層を除去し、前記変位板と前記電磁石部との間に間隙を設ける工程と、
を有することを特徴とする。
【００２１】
さらに、本発明は、上記のいずれかのインクジェットヘッドを用いてプリント媒体に対しプリントを行うインクジェットプリント装置であって、前記インクジェットヘッドと前記プリント媒体とを相対的に走査する手段を具えたことを特徴とする。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
【００２７】
まず、上記従来技術で述べた各種の吐出方式にはそれぞれ、長所がある一方で上述のような解決すべき課題もあることに鑑み、本発明者はそれらとは異なる吐出方式の採用を検討した。その過程で、基板上に薄膜コイルを形成し、その薄膜コイルへの通電に伴って生じる電磁力の作用により変位ないし変形する部材を設け、電磁力の作用および解除に伴う部材の変位ないし変形および復元を利用してインクに圧力を付与することでインクを吐出する方式を考慮した。
【００２８】
かかる方式を用いる諸例について、次の手順に従って説明する。
１．平面状コイルを用いる実施形態
（１．１）インクジェットヘッド主要部の構成および吐出動作
（１．２）構成材料および製造工程
（１．３）インクジェットヘッドおよびプリント装置
（１．４）インクジェットヘッド主要部の他の構成例
（１．５）動作評価
２．立体状コイルを用いる実施形態
（２．１）前提
（２．２）インクジェットヘッド主要部の構成および吐出動作
（２．３）構成材料および製造工程
（２．４）動作評価
（２．５）インクジェットヘッド主要部の他の構成例
３．その他
【００２９】
１．平面状コイルを用いる実施形態
（１．１）インクジェットヘッド主要部の構造
図１は、平面状に形成した薄膜コイルを用いる実施形態に係るインクジェットヘッドの主要部をなすアクチュエータおよびインク流路部の基本構成例を示す。
【００３０】
本例のアクチュエータ１２０は、基板１００上に形成した絶縁膜１０１、電磁石コア１０２、例えばターン数「２」の渦巻き状の薄膜コイル１０３および電極配線１０４からなる電磁石部と、その電磁石部をインクから隔離する膜１０５ａと、その膜１０５ａに設けられた凹部１０５ｂ内で変位ないし変形が可能な磁性材料からなる変位板１０６（すなわち磁力の作用に応じて少なくとも一部（部分１０６ａ）が変位可能に形成された変位板１０６）とから構成されている。そして、そのアクチュエータ１２０上に液路壁形成部材１０７、および吐出口１０８を形成したオリフィスプレート１０９を配置してインクジェットヘッドの主要部が構成される。
【００３１】
図２は、図１中のＡ−Ａ’部の断面構成を示す図であり、インクは太線矢印の向きに流れて液路壁形成部材１０７内に導入されるものとする。また、隔離膜１０５ａの凹部１０５ｂと変位板１０６との間は、変位板１０６が変位ないし変形し得る距離以上の高さを持つ空隙となっている。１１０はインクジェットヘッドにインクを供給するためのインク供給路であり、本例ではサンドブラスト法、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）法、異方性エッチング法などによりシリコン基板に直接穴開け加工を施すことにより形成される。
【００３２】
図３に基づいて本実施形態のインクジェットヘッドの吐出動作を説明する。
【００３３】
アクチュエータ１２０のコイル１０３に一方の電極配線１０４ａを介して通電すると、図３（Ａ）に示すように、電流ｉはコイル本体１０３内の記号「×」の方向から記号「●」の方向へ流れ、他方の電極配線１０４ｂに向けて流れる。これに応じてコア１０２の軸方向に磁力が発生し、変位板１０６を図３（Ａ）の矢印で示す方向（コア側）へ変形させる。このとき液路内のインクは変位板１０６の変形に呼応して、メニスカス１５０が吐出口内方へ引き込まれる。
【００３４】
電流を遮断すると、変位板１０６がそれ自身の弾性により元の位置へ復帰しようと移動する。このときに変位板１０６がインクに図３（Ｂ）の矢印で示す方向に圧力を作用し、その圧力がインクに運動エネルギを与えてメニスカス１５０から分離して吐出口から飛翔するインク滴１５１を生成する。インク滴１５１は紙，プラスチックフィルム，布などのプリント媒体に着弾し、ドット形成を行う。
【００３５】
コイル１０３に通電する電流をパルス波形状としてこれを繰り返し与えれば、連続吐出が可能となる。また、通電するパルスの電力（パルス幅および／または電流値）を可変とすることで変位板１０６の変位ないし変形量を変えることができるので、吐出口から種々の大きさの液滴を吐出することが可能となり、ドットの大きさを変調したプリントが可能となる。
【００３６】
（１．２）構成材料および製造工程
次に、本実施形態のインクジェットヘッドを構成する各部の形成材料として好適なものを以下に列挙する。
【００３７】
基板１００は単結晶シリコンが最も好適であり、これを用いることで、インクジェットヘッドを駆動するための配線やトランジスタなどの駆動素子を一体に、半導体と同様の製造工程にて形成することができる。絶縁膜１０１はシリコン基板１００の表面を熱酸化するか、あるいはスパッタリング法やＣＶＤ法などの薄膜形成法で作成することができる。
【００３８】
電磁石部のコア１０２は、透磁率の大きな強磁性材料であれば良く、Ｎｉ−Ｆｅ（パーマロイ）、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉおよびフェライトなどが好適である。コア１０２を基板１００上に形成するには、コア材の下部層にＡｕなどの高導電薄膜を形成しておいて、電着法によって形成すること、またはスパッタリング法によって形成することが可能である。
【００３９】
コイル１０３および電極配線１０４は導電材料であり、Ｃｕ，Ａｕ，Ａｌなどが用いられるが、基板１００上のトランジスタなどの駆動素子と形成工程を共通化する観点からＡｌを用いることが好適である。また、それらの膜厚は0.5〜1μｍ程度とすることが好ましい。なお、コイルは渦巻き状に形成することが通常好ましいが、所望量のインク吐出を行うのに好ましい磁束密度から、巻き線数を決定すればよい。
【００４０】
水性インクなどの導電性液体を吐出することを考慮して、コア１０２およびコイル１０３を通電腐食から保護するために、隔離膜１０５はＳｉＯ2やＳｉＮなどの絶縁性薄膜とすることが好適である。ただし、有機溶媒を主体とするインクなど非導電性液体が吐出される場合は、隔離膜１０５を形成しなくても実用上問題ない。隔離膜はスパッタリング法やＣＶＤ法などの薄膜形成法を用いて形成可能である。
【００４１】
変位板１０６は板面に直交する方向に変位ないし変形（振動）するので、透磁率の大きな磁性材料を用いて構成することが好ましい。コア材料と同じくＮｉ−Ｆｅ（パーマロイ）、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉおよびフェライトなどが好適である。水性インクなどの導電性液体を使用する場合は、磁性材料層をＳｉＯ2などの絶縁材料で挟み込んだサンドイッチ構造にするとインクとの接触による腐食を防止する上で効果的である。
【００４２】
液路形成部材１０７は感光性の樹脂フィルムなどが好適に用いられ、フォトリソグラフィー法により所望の液路を形成することができる。
【００４３】
オリフィスプレート１０９にはポリイミドなどの樹脂、あるいはＮｉなどの金属が使用できる。樹脂を用いる場合は例えばレーザー加工により吐出口１０８を形成することができる。金属を用いる場合は、例えば吐出口形成のためのレジストによるマスタパターンを形成した後、電鋳法によりプレート形成を行えばよい。
【００４４】
図４〜図７に基づいて、本実施形態のインクジェットヘッドの製造方法について述べる。本実施形態の製造方法は、薄膜の形成とパターニングとを繰り返し組み合わせたマイクロマシン加工方法を基本とするものである。
【００４５】
工程１：図４（Ａ）
上記基板１００となるシリコン基板３００の表面に、絶縁膜１０１となるＳｉＯ2の層３０１をスパッタリング法にて1μｍの厚さに形成する。次にコア材の下部層となるＡｕの膜３０２を0.1μｍの厚さに蒸着により形成する。
【００４６】
工程２：図４（Ｂ）
フォトレジスト３０３Ａを塗布し、コアを配置するための開口部をフォトリソグラフィ法にてパターニングする。
【００４７】
工程３：図４（Ｃ）
Ａｕ膜３０２を電極にしてコア１０２を形成するためのコア材（Ｎｉ−Ｆｅ）の層３０４を5μｍの厚さに電着により形成する。
【００４８】
工程４：図４（Ｄ）
コイル１０３および電極配線１０４を形成するためのＡｌの膜３０５を１μｍの厚さにスパッタリングし、その上にフォトレジスト３０３Ｂを塗布し、コイル１０３および電極配線１０４の形状にパターニングする。
【００４９】
工程５：図４（Ｅ）
公知のウエットエッチング法またはドライエッチング法により、フォトレジスト３０３Ｂが存在する所定のパターンを残してＡｌの膜３０５を除去する。続いてＡｕ膜３０２の不要部分をエッチングにより除去する。
【００５０】
工程６：図５（Ａ）
隔離膜１０５となるＳｉＯ2の膜３０６を例えばスパッタリングにより３μｍの厚さに形成する。
【００５１】
工程７：図５（Ｂ）
フォトレジスト３０３Ｃを塗布し、コア１０２の上部を除く電磁石部が被覆されるようにパターニングする。
【００５２】
工程８：図５（Ｃ）
ドライエッチング法などにより、矢印で示すコア１０２の上側部分のＳｉＯ2の膜３０６を当初の膜厚より薄くする。
【００５３】
工程９：図５（Ｄ）
フォトレジスト３０３を付けたまま、Ａｌの膜３０７を３μｍの厚さに形成した後、フォトレジスト３０３Ｃを除去する。
【００５４】
工程１０：図５（Ｅ）
変位板１０６の本体をなす磁性体を挟み込むための下方の層となるＳｉＯ2の膜３０８を１μｍの厚さに形成する。
【００５５】
工程１１：図６（Ａ）
フォトレジスト３０３Ｄを塗布し、変位板１０６の形状にパターニングする。
【００５６】
工程１２：図６（Ｂ）
図の矢印で示す部分のＳｉＯ2膜３０８をドライエッチングにより除去する。
【００５７】
工程１３：図６（Ｃ）
変位板１０６の本体となるＮｉ−Ｆｅの膜３０９をスパッタリングなどにより１μｍの厚さに形成し、フォトレジスト３０３Ｅを塗布し、図６（Ｂ）の矢印部部分のＮｉ−Ｆｅ膜３０９が露出するようにパターニングする。
【００５８】
工程１４：図６（Ｄ）
公知のウエットエッチング法またはドライエッチング法により、Ｎｉ−Ｆｅ膜３０９を変位板１０６の形状にパターニングし、レジストを除去する。
【００５９】
工程１５：図６（Ｅ）
変位板１０６の本体をなす磁性体を挟み込むための上方の層となるＳｉＯ2の膜３１０を１μｍの厚さに形成する。
【００６０】
工程１６：図７（Ａ）
フォトレジスト３０３Ｆを塗布し、変位板１０６の形状にパターニングする。
【００６１】
工程１７：図７（Ｂ）
ドライエッチングにより変位板１０６の開口部の部分に位置するＳｉＯ2膜を除去する。
【００６２】
工程１８：図７（Ｃ）
変位板１０６の開口部を利用して、変位板１０６の下部にあるＡｌ膜３０７をウエットエッチングにより除去する。
【００６３】
工程１９：図７（Ｄ）
厚さ３０μｍの感光性ドライフィルムを貼り着け、フォトリソグラフィにより所定の液路壁形成部材１０７を形成する。
【００６４】
工程２０：図７（Ｅ）
厚さ５０μｍのポリイミドフィルムにレーザー加工により吐出口１０８を形成したものをオリフィスプレート１０９として、液路壁形成部材１０７に対し位置決めして貼着し、インクジェットヘッドの主要部構造を完成させる。
【００６５】
なお、コイルパタンが交差する部位、例えば電流のリターン側となる電極配線１０４ｂに連続するコイルパタン部分がコイルパタンと交差する部位の製造に関しては、当該コイルパタン部分をコイルの下部層として形成し、その上に絶縁層を形成し、さらにその絶縁層に所定のビアホールを形成した上でコイルの主パタンを形成するようにするか、あるいは、当該コイルパタン部分を除いてコイルの主パタンを形成し、その上に絶縁層を形成し、さらにその絶縁層に所定のビアホールを形成した上でコイルパタン部分を形成するようにするようにすればよい。
【００６６】
（１．３）インクジェットヘッドおよびプリント装置
図８は上記したアクチュエータ１２０を構成要素に含むインクジェットヘッドユニットの構成例を示す。このヘッドユニットは、上記アクチュエータ１２０を同一基板（３００）上に複数、同時の工程にて形成し、これに対して液路壁形成部材および一体のオリフィスプレート４００を配置してなるインクジェットヘッド部４１０を有している。図示の例のヘッド部４１０では、オリフィスプレート４００上に吐出口４０１が２列、各列内で１５０ｄｐｉ（ドット／インチ。参考値）のピッチをもって配列され、かつ吐出口４０１は各列間で配列方向に所定量（例えば上記ピッチの１／２）だけ位置をずらして合計２０個設けられており、アクチュエータ１２０についてもこのような構成に対応して基板上に形成されている。
【００６７】
図８中、４０２はヘッド部４１０に電力を供給するための端子を有するＴＡＢ（Tape Automated Bonding）用のテープ部材であり、プリンタ本体から接点４０３を介して電力を供給する。４０４はインクをヘッド部４１０に供給するためのインクタンクであり、図２に示したインク供給路１１０と連通する。すなわち、図８のインクジェットヘッドユニットは、プリント装置に装着可能なカートリッジの形態を有するものである。
【００６８】
図９は図８のインクジェットヘッドユニットを用いてプリントを行うインクジェットプリント装置の概略構成例を示すものである。
【００６９】
図示のインクジェットプリント装置において、キャリッジ２００は無端ベルト２０１に固定され、かつガイドシャフト２０２に沿って移動可能になっている。無端ベルト２０１はプーリ２０３および２０４に巻回され、プーリ２０３にはキャリッジ駆動モータ２０４の駆動軸が連結されている。従って、キャリッジ２００は、モータ２０４の回転駆動に伴いガイドシャフト２０２に沿って往復方向（Ａ方向）に主走査される。
【００７０】
キャリッジ２００上には、上記のように複数のインク吐出口が配列されたヘッド部４１０およびインクタンク４０４を一体化してなるカートリッジ形態のインクジェットヘッドユニットが搭載されている。ここで、インクジェットヘッドユニットは、ヘッド部４１０の吐出口４０１がプリント媒体としての用紙Ｐと対向し、かつ上記配列方向が主走査方向と異なる方向（例えば用紙Ｐの搬送方向である副走査方向）に一致するようにキャリッジ２００に搭載される。なお、インクジェットヘッド４１０およびインクタンク４０４の組は、使用するインク色に対応した個数を設けることができ、図示の例では４色（例えばブラック、イエロー、マゼンタ、シアン）に対応して４組設けられている。
【００７１】
また、図示の装置には、キャリッジの主走査方向上の移動位置を検出するなどの目的でリニアエンコーダ２０６が設けられている。リニアエンコーダ２０６の一方の構成要素としてはキャリッジ２００の移動方向に沿って設けられたリニアスケール２０７があり、このリニアスケール２０７には所定密度で、等間隔にスリットが形成されている。一方、キャリッジ２００には、リニアエンコーダ２０６の他方の構成要素として、例えば、発光部および受光センサを有するスリットの検出系２０８および信号処理回路が設けられている。従って、リニアエンコーダ２０６からは、キャリッジ２００の移動に伴って、インク吐出タイミングを規定するための吐出タイミング信号およびキャリッジの位置情報が出力される。
【００７２】
プリント媒体としての記録紙Ｐは、キャリッジ２００のスキャン方向と直交する矢印Ｂ方向に間欠的に搬送される。記録紙Ｐは搬送方向上流側の一対のローラユニット２０９および２１０と、下流側一対のローラユニット２１１および２１２とにより支持され、一定の張力を付与されてインクジェットヘッド４１０に対する平坦性を確保した状態で搬送される。各ローラユニットに対する駆動力は、図示しない用紙搬送モータから伝達される。
【００７３】
以上のような構成によって、キャリッジ２００の移動に伴いインクジェットヘッド４１０の吐出口の配列幅に対応した幅のプリントと用紙Ｐの搬送とを交互に繰り返しながら、用紙Ｐ全体に対するプリントが行われる。
【００７４】
なお、キャリッジ２００は、プリント開始時またはプリント中に必要に応じてホームポジションで停止する。このホームポジションには、各インクジェットヘッド４１０の吐出口が設けられた面（吐出口面）をキャッピングするキャップ部材２１３が設けられ、このキャップ部材２１３には吐出口から強制的にインクを吸引して吐出口の目詰まり等を防止するための吸引回復手段（不図示）が接続されている。
【００７５】
（１．４）インクジェットヘッド主要部の他の構成例
次に、図１とは異なるインクジェットヘッド主要部の他の構成例について述べる。この例は、図１の構成ではインクの吐出方向が変位板１０６の変位方向と実質的に等しい方向（すなわち変位板１０６の主平面と実質的に垂直な方向）であるのに対して、インクの吐出方向が変位板１０６の変位方向と実質的に直交する方向（すなわち変位板１０６の主平面と実質的に平行な方向）となるようにしたものである。
【００７６】
図１０はかかるインクジェットヘッドの構成例を説明するためにインク流路に沿って示す断面図である。図１０において、５００はオリフィスプレートであり、上例と同様にレーザ加工などにより形成された吐出口５０１を有し、アクチュエータ１２０が形成された基板１００に垂直に接合されている。
【００７７】
図１０のアクチュエータ１２０も上例と同様な構成である。５０２および５０３は液路を形成する壁部材であり、５０２が液路天井部、５０３が液路側壁を構成し、いずれもポリアミド、ポリサルホンなどの樹脂で形成することができる。
【００７８】
かかる構成によれば、インクはほぼ太線矢印の方向に流れ、変位板１０６の主平面と実質的に平行に、吐出口５０１からインク液滴が吐出される。また、本例のインクジェットヘッドの吐出量は、吐出口５０１の面積、アクチュエータ１２０を構成する変位板１０６の主平面の中央と吐出口先端までの距離、変位板１０６の大きさ、および電磁石部分の大きさなどに応じて、所定の量に調節することができる。
【００７９】
（１．５）動作評価
次に、以上のような主要部構成を有するインクジェットヘッドを実際に動作させて得た結果について述べる。
【００８０】
主要部として図２に示した構造を持ち、アクチュエータないし吐出口を１５０ｄｐｉのピッチで配列した図８に示す如きヘッド部に対し、水70％、エチレングリコール25％、残部染料からなる粘度2.5ｍＰａ・ｓの水性インクを供給し、図１１（Ａ）に示す電流パルスを50Ｈｚの周期で与えて吐出状態を観察した。
【００８１】
連続してインクを吐出させたところ、吐出液滴のサイズが常に一定であり、吐出速度の変動もみられなかった。さらに図１１（Ｂ）に示す電流パルスで駆動したところ、「パルスＡ」では大きな吐出液滴が、「パルスＢ」では小さな吐出液滴が安定して吐出可能であり、ドット単位の階調表現が可能であることを確認した。
【００８２】
次に、主要部として図１０に示した構造を持つヘッド部に対し、上記水性インクを供給し、図１１（Ａ）に記載の電流パルスを50Ｈｚの周期で与えて吐出状態を観察した。
【００８３】
連続してインクを吐出させたところ、吐出液滴のサイズが常に一定であり、吐出速度の変動もみられなかった。さらに図１１（Ｂ）に示す電流パルスで駆動したところ、「パルスＡ」では大きな吐出液滴が、「パルスＢ」では小さな吐出液滴が安定して吐出可能であり、上記ヘッドと同様にドット単位の階調表現が可能であることを確認した。
【００８４】
さらに、これら２種のインクジェットヘッドそれぞれに水70％、グリセリン25％、残部染料からなる粘度4.5ｍＰａ・ｓのインクを供給し、上記と同様の電流パルスで駆動しても、先のインクを用いた場合と同様に安定した連続吐出が可能であった。
【００８５】
以上の実施形態は電磁力を利用してインク吐出を行うものであるので、吐出安定性や吐出パワーを従来のインクジェット方式より格段に向上することができる。また、ヘッド主要部をマイクロマシン加工法で作製することができるので、アクチュエータないし吐出口を高密度実装することが容易である。
【００８６】
２．立体状コイルを用いる実施形態
（２．１）前提
以上の実施形態例はアクチュエータのコイルを基板上にほぼ平面状に形成したものであり、その動作評価から明らかな通り極めて優れた吐出安定性を得ることができるものである。コイルのターン数は、上述の構成では図１に示したように「２」であるが、所望の吐出量およびその変調範囲に応じたターン数を採用することができる。すなわち、ワンターンコイルを用いても、３ターン以上のコイルを用いてもよい。
【００８７】
【外１】
の関係にあるので、通常渦巻き状に形成することが好ましく、ターン数を多くする方が、より大きな吐出パワーを得、かつ吐出量をより広い範囲で変調可能とする場合には好ましいと考えられる。上述したような工程を用いてターン数の多いコイルを基板上にほぼ平面状に形成できることは言うまでもない。
【００８９】
しかし近年特に要望されているプリントの高速化や高精彩化の観点から、多数の吐出口を高密度に実装することが強く望ましく、そのためにはアクチュエータを小型に構成することが望ましい一方、平面状のコイル構成ではターン数を多くするほど基板上でのアクチュエータコイルの占有面積が増すことになる。
【００９０】
そこで、本発明者はコイルを立体的に基板上に形成することを考察した。そして、インクジェット方式に係る技術ではないが、特開平５−５５０４３号公報に開示された技術に着目した。同号公報には、１つの平面内のワンターンコイルを、他の平面内のワンターンコイルとビアホールを介して接続する多層巻き線型の小型コイルの製造方法が開示されている。
【００９１】
かかる技術を本発明者が考慮したインクジェットヘッドの製造技術に基本的に適用することで、電磁力を利用するインクジェットヘッドの小型化および多数の吐出口の高密度化に資することができると期待される。
【００９２】
しかしながら、特開平５−５５０４３号公報に開示された薄膜コイルの製造方法では、最上部のワンターンコイルから外部配線への接続部を引き出すため、コイルの巻き線の積層数が増加し、コイルの高さが増すと、コイル本体の側面に配線を形成しなければならず、通常の薄膜形成法では十分な導通の得られる配線形成が困難であることがわかった。
【００９３】
以下では、基板上に立体的に形成された多層構造の薄膜コイルを有するアクチュエータを用いることで、電磁力を利用するインクジェットヘッドの小型化および多数の吐出口の高密度化を図り、かつ薄膜コイルの巻き線数が増加した場合でも信頼性のある接続構造を作製する方法を提供するための実施形態について述べる。
【００９４】
（２．２）インクジェットヘッド主要部の構成および吐出動作
図１２は、立体状に形成したコイルを用いる実施形態に係るインクジェットヘッドの主要部をなすアクチュエータおよびインク流路部の基本構成例を示し、図１の各部と同様に構成できる各部については対応箇所に同一符号を付してある。
【００９５】
本例のアクチュエータ１１２０は、図１と同様の基板１００上に形成した絶縁膜１０１、コイルの軸方向長さに対応した寸法の電磁石コア１１０２、これを囲繞する多層の巻き線構造の立体的渦巻き状の薄膜コイル１１０３および電極配線１１０４からなる電磁石部と、その電磁石部をインクから隔離する膜１１０５ａと、その膜１１０５ａに適切な深さに設けられた凹部１１０５ｂ内で変位ないし変形が可能な磁性材料からなる変位板１１０６（すなわち磁力の作用に応じて少なくとも一部（部分１１０６ａ）が変位可能に形成された変位部である変位板１１０６）とから構成されている。そして、そのアクチュエータ１１２０上に、図１の構成と同様、液路壁形成部材１０７、および吐出口１０８を形成したオリフィスプレート１０９を配置することで、本実施形態のインクジェットヘッドの主要部が構成される。
【００９６】
図１３は、図１２中のＡ−Ａ’部の断面構成を示す図であり、インクは太線矢印の向きに流れて液路壁形成部材１０７内に導入されるものとする。また、隔離膜１１０５ａの凹部１１０５ｂと変位板１１０６との間は、コイル１１０３への通電に応じて発生する電磁力の作用により変位板１１０６が変位ないし変形し得る距離以上の高さを持つ空隙となっている。インクを供給するためのインク供給路１１０は、上例と同様、サンドブラスト法、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）法、異方性エッチング法などによりシリコン基板に直接穴開け加工を施すことにより形成することができる。
【００９７】
図１４は図１２に示した薄膜コイル１１０３および電極配線１１０４の斜視図、図１５は図１４のＤ方向側面図である。これらの図において、１２０２はコイル１１０３を形成する環状ループ層、１２０３は環状ループ層間の絶縁膜、１２０４は上下の環状ループ層を順次接続するためのビアホールコンタクト部であり、これらがコイル１１０３の本体１３００をなしている。
【００９８】
一方の電極配線１１０４ａは最下層の環状ループ層にそのまま連続し、他方の電極配線１１０４ｂは最上層の環状ループ層に電極配線１３０１を介して接続される。
【００９９】
電極配線部１３０１はコイル本体１３００より外側の位置に設けられ、かつコイル本体１３００と同様の積層構造を持つものであり、電極層１３０２、電極層間の絶縁層１３０３、および上下の電極層を順次接続するためのビアホールコンタクト部１２０５を有している。そして、最上層の電極層１３０２が最上層の環状ループ層１２０２に、最下層の電極層１３０２が電極配線１１０４ｂにそれぞれ連続して形成される。
【０１００】
以上の構成により、一方の電極配線１１０４ａに通電すると、図１５に示すように、電流ｉはコイル本体１３００内の記号「×」の方向から記号「●」の方向へ流れる。すなわち、電流は最下層の環状ループ層１２０２からビアホールコンタクト部１２０４を介して順次上層の環状ループ層１２０２に流れる。そして、電流は最上層の環状ループ層１２０２から最上層の電極層１３０２、さらにビアホールコンタクト部１２０４を介して順次下層の電極層１３０２に流れて行き、最下層の電極層１３０２から他方の電極配線１１０４ｂに流れることになる。
【０１０１】
図１６に基づいて本実施形態のインクジェットヘッドの吐出動作を説明する。
【０１０２】
上述のようにアクチュエータ１１２０のコイル１１０３に電流を流すとコア１１０２の軸方向に磁力が発生し、変位板１１０６を図１６（Ａ）の矢印で示す方向（コア側）へ変形させる。このとき液路内のインクは変位板１１０６の変形に呼応して、メニスカス１５０が吐出口内方へ引き込まれる。
【０１０３】
電流を遮断すると、変位板１１０６がそれ自身の弾性により元の位置へ復帰しようと移動する。このときに変位板１１０６がインクに図１６（Ｂ）の矢印で示す方向に圧力を作用し、その圧力がインクに運動エネルギを与えてメニスカス１５０から分離して吐出口から飛翔するインク滴１５１を生成する。インク滴１５１は紙，プラスチックフィルム，布などのプリント媒体に着弾し、ドット形成を行う。
【０１０４】
コイル１１０３に通電する電流をパルス波形状としてこれを繰り返し与えれば、連続吐出が可能となる。また、通電するパルスの電力（パルス幅および／または電流値）を可変とすることで変位板１１０６の変位ないし変形量を変えることができるので、吐出口から種々の大きさの液滴を吐出することが可能となり、ドットの大きさを様々に変調したプリントが可能となる。
【０１０５】
（２．３）構成材料および製造工程
次に、本実施形態のインクジェットヘッドを構成する各部の形成材料として好適なものを以下に列挙する。
【０１０６】
基板１００、絶縁膜１０１、液路形成部材１０７およびオリフィスプレート１０９については上述と同様の材料および製造方法にて作成することができる。
【０１０７】
電磁石部のコア１１０２についても上例のコア１０２と同様、透磁率の大きな強磁性材料であれば良く、78.5Ｎｉ−Ｆｅ（パーマロイ）、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ、ケイ素鋼（Ｆｅ−4Ｓｉ）およびスーパーマロイ（79Ｎｉ−5Ｍｏ−0.3Ｍｎ−Ｆｅ）、ホイッスラー合金（65Ｃｕ−25Ｍｎ−10Ａｌ）などが好適である。コア１１０２を基板１００上に形成するには、コア材の下部層にＡｕなどの高導電薄膜を形成しておいて、電着法によって形成すること、またはスパッタリング法によって形成することが可能である。
【０１０８】
コイル１１０３における環状ループ層１２０２および電極層１３０２は導電材料であり、Ｃｕ，Ａｕ，Ａｌなどが用いられるが、基板１００上のトランジスタなどの駆動素子と形成工程を共通化する観点からＡｌを用いることが好適である。また、それらの膜厚は0.5〜1μｍ程度とすることが好ましい。
【０１０９】
水性インクなどの導電性液体を吐出することを考慮して、コア１１０２およびコイル１１０３を通電腐食から保護するために、隔離膜１１０５およびコイルの層間膜１２０３，１３０３はＳｉＯ2やＳｉＮなどの絶縁性薄膜とすることが好適である。ただし、有機溶媒を主体とするインクなど非導電性液体が吐出される場合は、隔離膜１１０５を形成しなくても実用上問題ない。隔離膜およびコイルの層間膜は、いずれもスパッタリング法やＣＶＤ法などの薄膜形成法を用いて形成可能である。なお、層間膜の膜厚は0.1〜0.5μｍ程度とすることが好ましい。
【０１１０】
変位板１１０６は板面に直交する方向に変位ないし変形（振動）するので、透磁率の大きな磁性材料を用いて構成することが好ましい。コア材料と同じく、78.5Ｎｉ−Ｆｅ（パーマロイ）、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ、ケイ素鋼（Ｆｅ−4Ｓｉ）およびスーパーマロイ（79Ｎｉ−5Ｍｏ−0.3Ｍｎ−Ｆｅ）等が好適である。水性インクなどの導電性液体を使用する場合は、磁性材料層を、ＳｉＯ2などの絶縁材料で挟み込んだサンドイッチ構造にするとインクとの接触による腐食を防止する上で効果的である。
【０１１１】
図１７に基づいて、本実施形態のインクジェットヘッドの特徴をなす薄膜コイル１１０３の製造方法について述べる。この製造方法は、薄膜の形成とパターニングとを繰り返し組み合わせたフォトリソグラフィ法を基本とするものである。なお、コイル形状は本実施形態では略矩形状のものとしたが、円形状や長円状など適宜の形状を採用できるものであり、図示の例に限られるものではない。
【０１１２】
（１）シリコン基板１００の表面にＳｉＯ2でなる1μｍの層（絶縁膜１０１）をスパッタリングにより形成し（不図示）、次にＡｌでなる厚さ1μｍの層をスパッタリングにより形成した後、フォトリソグラフィによって、一方の電極配線部を含む１層目のコイル（環状ループ層１２０２）のパタン１５００と、他方の電極配線部を含む１層目の外部配線（電極層１３０２）のパタン１５０３とを形成する（図１７（Ａ））。
【０１１３】
（２）層間絶縁膜（不図示）として、ＳｉＯ2でなる厚さ0.5μｍの層をスパッタリングにより形成し、フォトリソグラフィにより１層目のコイル上にビアホール１５０１を、同じく１層目の外部配線上にビアホール１５０２を開口する（図７（Ａ））。
【０１１４】
（３）２層目のＡｌ膜をスパッタリングにより形成し、フォトリソグラフィによりコイルパタン１５０４および外部配線１５０６を作成する。この工程で、１層目の環状ループ層および電極層は、２層目の環状ループ層および電極層とビアホールコンタクト１５０５および１５０５Ａを介してそれぞれ接続される（図１７（Ｂ））。
【０１１５】
（４）層間絶縁膜（不図示）として、ＳｉＯ2でなる厚さ0.5μｍの層をスパッタリングにより形成し、フォトリソグラフィにより２層目のコイル上にビアホール１５０８を、同じく２層目の外部配線上にビアホール１５０７を開口する（図１７（Ｂ））。
【０１１６】
（５）以下、（３）（４）と同様の工程を所定回繰り返し、コイルパタン１５０９、１５１０および１５１１の各層並びに電極層を形成する（図１７（Ｃ）〜（Ｅ））。
【０１１７】
以上のような工程によって所望の積層構造を有する本実施形態のコイル１１０３を形成することができるが、その内側に位置づけられるコア１１０２は、その前工程として図４（Ａ）〜（Ｃ）について説明した上記工程１〜工程３の手順を適用することで形成することができる。ここでその形成態様について説明する。図１８は本実施形態のコイル１１０３およびその内側に形成されたコア１１０２を示す斜視図である。図示のようなコア１１０２は、コア材を電着法によって堆積させることで形成することができる。そのために、最下層の配線下部にＡｕなどの導電性膜１５２１を0.1μｍの厚さに形成し、その導電性膜１５２１を電極として、電解メッキ浴（例えば高純度化学研究所（株）製のＮＦ−２００Ｅを用いる硫酸酸性浴（浴温度５０〜６０℃））を行い、電流密度２〜６Ａ／ｄｍ２の条件で電力を供給することでコア１１０２を形成できる。
【０１１８】
そしてその後図１７のようにしてコイル１１０３を形成し、図１８の構成を得ることで、コイル１１０３およびコア１１０２を小型薄膜電磁石として機能させることができる。
【０１１９】
コイル形成以降の工程には、図５〜図７について説明した上記工程６〜工程２０の手順を適用することで、インクジェットヘッドの主要部を完成させることができる。
【０１２０】
また、アクチュエータ１１２０を同一基板上に複数、同時の工程にて形成し、これに対して液路壁形成部材および一体のオリフィスプレート４００を配置することで、図８に示したようなインクジェットヘッド部４１０ないしはインクジェットヘッドユニットを得ることができる。さらに、そのようなインクジェットヘッドユニットを、図９について説明したようなインクジェットプリント装置において用いることができる。
【０１２１】
（２．４）動作評価
主要部として図１３に示した構造を持ち、アクチュエータないし吐出口を１５０ｄｐｉのピッチで配列した図８に示す如きヘッド部に対し、水70％、エチレングリコール25％、残部染料からなる粘度2.5ｍＰａ・ｓの水性インクを供給し、図１１（Ａ）に示す電流パルスを50Ｈｚの周期で与えて吐出状態を観察した。
【０１２２】
連続してインクを吐出させたところ、吐出液滴のサイズが常に一定であり、吐出速度の変動もみられなかった。さらに図１１（Ｂ）に示す電流パルスで駆動したところ、「パルスＡ」では大きな吐出液滴が、「パルスＢ」では小さな吐出液滴が安定して吐出可能であり、ドット単位の階調表現が可能であることを確認した。
【０１２３】
連続してインクを吐出させたところ、吐出液滴のサイズが常に一定であり、吐出速度の変動もみられなかった。さらに図１１（Ｂ）に示す電流パルスで駆動したところ、「パルスＡ」では大きな吐出液滴が、「パルスＢ」では小さな吐出液滴が安定して吐出可能であり、上記ヘッドと同様にドット単位の階調表現が可能であることがわかった。
【０１２４】
また本実施形態のインクジェットヘッドに２４時間連続してインク吐出を行わせたが、吐出が不安定になることはなかった。これは本実施形態の薄膜コイルの外部配線と電力供給ライン間の接続安定性が高いことの証左でもある。
【０１２５】
（２．５）インクジェットヘッド主要部の他の構成例
次に多層構造の薄膜コイルの他の構成例をについて述べる。上例では各層のターン数を「１」としたコイルパタンを用いたが、各層においてターン数を複数としたコイルパタンを用いることもできる。
【０１２６】
図１９は各層においてターン数を「２」としたコイルパタンを有するコイルの説明図であり、第１層は矩形渦状のコイルパタン１５１２および外部配線パタン（電極層）１５１４から構成され、さらにその上に層間絶縁膜（不図示）が配置されるとともに、ビアホール１５１３および１５１５が開口される（図１９（Ａ））。
【０１２７】
次に第２層の矩形渦状コイルパタン１５１６は、第１層とビアホールコンタクトを介して接続できる位置で、かつ電流が第１層と同じ向きに流れるような形状とする。図１９の例では、１層目の渦状コイルパタンおよび電極層は、２層目の渦状コイルパタンおよび電極層とビアホールコンタクト１５１７および１５１７Ａを介してそれぞれ接続される（図１９（Ｂ））。１５１８および１５２０はさらに上部ヘコイルを積層する場合に層間絶縁膜（不図示）に形成されるビアホールであり、以下同様の手順を繰り返すことで、各層につき矩形渦状コイルパタンを持つ多層構造のコイルを製造することができる。
【０１２８】
図２０は各層においてターン数を「４」とした円形渦状（スパイラル状）のコイルパタンを有する２層構成のコイルの説明図であり、同図の薄膜コイルは高密度の巻き線型コイルとして製造する場合に適した形状である。
第１層目のスパイラル状コイルパタン１６００を図２０（Ａ）のような形状に形成し、同時に外部配線層のパタン１６０２を図示の位置に形成する。さらにその上に層間絶縁膜（不図示）を配置されるとともに、ビアホールが開口される。
【０１２９】
次に第２層目のスパイラル状コイルパタン１６０１を図２０（Ｂ）のような形状に形成することで第１層目および第２層目のコイルパタンの接続がビアホールコンタクト１６０３を介して行われ、外部配線との接続がビアホールコンタクト１６０４を介して行われる。
【０１３０】
３．その他
なお、上述においては、電磁石部への電流の通電／遮断による磁力の発生／解消に伴って生じる変位板の電磁石側への吸着／復原によりインクを吐出するための圧力を作用するように構成したが、必要十分な吐出圧力が得られるのであれば、例えば適切に極性を定めて着磁した変位板を用い、電磁石部への電流の通電による磁力の発生に伴って変位板に斥力を作用させて変位させ、これによってインクを吐出するように構成してもよい。
【０１３１】
また、本明細書において、「プリント」とは、文字、図形等有意の情報を形成する場合のみならず、有意無意を問わず、また人間が視覚で知覚し得るように顕在化したものであるか否かを問わず、広くプリント媒体上に画像、模様、パターン等を形成する場合、またはプリント媒体の加工を行う場合を言うものである。
【０１３２】
また、「プリント装置」とは、プリントを行う１つの完結した装置だけでなく、プリントを行う機能を担う装置をも言うものである。
【０１３３】
また、「プリント媒体」とは、一般的なプリント装置で用いられる紙のみならず、広く、布、プラスチック・フィルム、金属板等、ガラス、セラミックス、木材、皮革等、インクを受容可能な物を含む。
【０１３４】
さらに、「インク」または「液」とは、上記「プリント」の定義と同様広く解釈されるべきものであり、プリント媒体上に付与されることによって、画像、模様、パターン等の形成、プリント媒体の加工、或いはインクの処理（例えば、プリント媒体に付与されるインク中の色材の凝固または不溶化）に供される液体を言うものである。
【０１３５】
さらに、プリント装置がプリントできるプリント媒体の最大幅に対応した長さを有するフルラインタイプのインクジェットヘッドを構成する場合にも本発明は有効に適用できる。そのようなインクジェットヘッドとしては、複数プリントヘッドの組合せによってその長さを満たす構成や、一体的に形成された１個のインクジェットヘッドとしての構成のいずれでもよい。
【０１３６】
加えて、図９に述べたシリアルタイプのものでも、装置本体に固定されたインクジェットヘッド、あるいは装置本体に装着されることで装置本体との電気的な接続や装置本体からのインクの供給が可能になる交換自在のチップタイプのインクジェットヘッド、あるいはインクジェットヘッド自体に一体的にインクタンクが設けられたカートリッジタイプのインクジェットヘッドを構成する場合にも本発明は有効である。
【０１３７】
また、本発明のプリント装置の構成として、インクジェットヘッドの吐出回復手段、予備的な補助手段等を付加することは本発明の効果を一層安定できるので、好ましいものである。これらを具体的に挙げれば、インクジェットヘッドに対してのキャッピング手段、クリーニング手段、加圧或は吸引手段、加熱素子を用いて加熱を行う加熱手段、プリントとは別の吐出を行なう予備吐出手段を挙げることができる。
【０１３８】
また、搭載されるインクジェットヘッドの種類ないし個数についても、例えば単色のインクに対応して１個のみが設けられたものの他、色や濃度を異にする複数のインクに対応して複数個数設けられるものであってもよい。すなわち、例えばプリント装置のプリントモードとしては黒色等の主流色のみのプリントモードだけではなく、インクジェットヘッドを一体的に構成するか複数個の組み合わせによるかいずれでもよいが、異なる色の複色カラー、または混色によるフルカラーの各プリントモードの少なくとも一つを備えた装置にも本発明は極めて有効である。
【０１３９】
さらに加えて、インクジェットプリント装置の形態としては、コンピュータ等の情報処理機器の画像出力端末として用いられるものの他、リーダ等と組合せた複写装置、さらには送受信機能を有するファクシミリ装置の形態を採るもの等であってもよい。
【０１４０】
さらに加えて、図１２〜図２０について述べた実施形態に係る多層構造および外部配線との接続構造、ないしはその製造方法は、上述したようなインクジェットインクジェットヘッドないしはその製造方法に有効に適用できるのみならず、小型コイルおよびこれを用いるデバイス（磁気ヘッドなど）ないしはその製造方法に広く適用できるものである。
【０１４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、多層構造の薄膜コイルを用いるアクチュエータが発生する電磁力を利用してインクを吐出する方式を採用したことにより、従来のインクジェットヘッドで課題とされていた従来のインクジェットインクジェットヘッドで課題とされていた吐出安定性および吐出パワーを高めるとともに、ドット単位での幅広い階調表現を得ることができる。また、電磁力を利用する吐出方式の主要部である電磁力作用部としてのアクチュエータないしインクジェットヘッドを、フォトリソグラフィ法ないしマイクロマシン加工法を用いて製造することにより、多数の吐出口の高密度実装が可能となる。そしてこれらにより、高速かつ高精細で経時安定した品質の画像プリントが可能となる。
さらに、本発明に係るコイル構造によれば、薄膜コイルの巻き線数が増加した場合でも、外部配線との接続の信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】平面状に形成した薄膜コイルを用いる実施形態に係るインクジェットヘッドの主要部をなすアクチュエータおよびインク流路部の基本構成例を示す模式的斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’部の断面構成を示す断面図である。
【図３】（Ａ）および（Ｂ）は、図１および図２に示す主要部構成を有するインクジェットヘッドの吐出動作を説明するための説明図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｅ）は、図１および図２に示すインクジェットヘッドの主要部の製造工程を説明するための説明図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｅ）は、図１および図２に示すインクジェットヘッドの主要部の製造工程を説明するための説明図である。
【図６】（Ａ）〜（Ｅ）は、図１および図２に示すインクジェットヘッドの主要部の製造工程を説明するための説明図である。
【図７】（Ａ）〜（Ｅ）は、図１および図２に示すインクジェットヘッドの主要部の製造工程を説明するための説明図である。
【図８】図１および図２に示したインクジェットヘッドの主要部を構成要素に含むインクジェットヘッドユニットの構成例を示す斜視図である。
【図９】図８のインクジェットヘッドユニットを用いてプリントを行うインクジェットプリント装置の概略構成例を示す斜視図である。
【図１０】図１に示した主要部を適用して構成したインクジェットヘッドの他の例を示す断面図である。
【図１１】（Ａ）および（Ｂ）は、動作評価のために本発明のいくつかの実施形態に係るインクジェットヘッドに与えた駆動信号を示す波形図である。
【図１２】立体状に形成したコイルを用いる実施形態に係るインクジェットヘッドの主要部をなすアクチュエータおよびインク流路部の基本構成例を示す模式的斜視図である。
【図１３】図１２のＡ−Ａ’部の断面構成を示す断面図である。
【図１４】図１２に示した薄膜コイルおよび電極配線の斜視図である。
【図１５】図１４のＤ方向側面図である。
【図１６】（Ａ）および（Ｂ）は、図１２および図１３に示す主要部構成を有するインクジェットヘッドの吐出動作を説明するための説明図である。
【図１７】（Ａ）〜（Ｅ）は、図１２および図１３に示すインクジェットヘッド主要部のうち特に薄膜コイルを形成する工程を説明するための説明図である。
【図１８】図１２および図１３に示すインクジェットヘッド主要部のうち特にコアを形成する方法を説明するための斜視図である。
【図１９】（Ａ）および（Ｂ）は、各層においてターン数を複数とした多層構造コイルの一例を示す説明図である。
【図２０】（Ａ）および（Ｂ）は、各層においてターン数を複数とした多層構造コイルの他の例を示す説明図である。
【符号の説明】
１００ 基板
１０１ 絶縁膜
１０２ コア
１０３ コイル
１０４、１０４ａ、１０４ｂ 電極配線
１０５、１１０５ａ 隔離膜
１０６、１１０６ 変位板
１０７ 液路壁形成部材
１０８、４０１、５０１ 吐出口
１０９、４００、５００ オリフィスプレート
１１０ インク供給路
１２０、１１２０ アクチュエータ
１５０ メニスカス
１５１ インク滴
３０１ 絶縁層
３０３Ａ、３０３Ｂ、３０３Ｃ、３０３Ｄ、３０３Ｅ、３０３Ｆ フォトレジスト
３０４ コア材層
３０５ コイルおよび電極配線形成用Ａｌ膜
３０６ 隔離膜形成用ＳｉＯ2膜
３０９ 変位板本体形成用Ｎｉ−Ｆｅ膜
４１０ インクジェットヘッド部
４０４ インクタンク
１１０３ 多層構造の薄膜コイル
１１０４、１１０４ａ、１１０４ｂ 電極配線
１２０２ 環状ループ層
１２０３、１３０３ 絶縁膜
１２０４、１２０５、１５０５、１５０５Ａ、１５１７、１５１７Ａ、１６０３、１６０４ ビアホールコンタクト部
１３００ コイル本体
１３０１ 電極部
１３０２ 電極層
１５００、１５０４、１５０９、１５１０、１５１１、１５１２、１５１６、１６００、１６０１ コイルパタン
１５０３、１５０６、１５１４、１６０２ 外部配線パタン
１５０１、１５０２、１５０８、１５０７、１５１３、１５１５、１５１８、１５２０ ビアホール
Claims (2)
- 電磁石部に導通することで発生する磁力の作用に伴って一部が前記電磁石部の側へ変位し、さらに、前記電磁石部への通電を止めることにより、前記一部の変位が戻るときに生じる圧力の作用に応じて、インクを吐出口から吐出することができる変位板を有するインクジェットヘッドの製造方法であって、
前記電磁石部を備える基板を用意する工程と、
前記電磁石部の上に、アルミニウム層を設ける工程と、
開口部を有する前記変位板を前記アルミニウム層の上に設ける工程と、
前記開口部から前記アルミニウム層を除去し、前記変位板と前記電磁石部との間に間隙を設ける工程と、
を有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。 - 前記変位板を設ける工程は、
前記アルミニウム層の上に、絶縁材料からなる第１の保護層を設ける工程と、
前記第１の保護層の上に磁性材料からなる磁性材料層を設ける工程と、
前記磁性材料層を挟み込むように、前記磁性材料層の上に絶縁材料からなる第２の保護層を設ける工程と、
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ヘッドの製造方法。
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