JPH06297720A - インクジェット記録ヘッドの製造方法 - Google Patents
インクジェット記録ヘッドの製造方法Info
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- JPH06297720A JPH06297720A JP8887593A JP8887593A JPH06297720A JP H06297720 A JPH06297720 A JP H06297720A JP 8887593 A JP8887593 A JP 8887593A JP 8887593 A JP8887593 A JP 8887593A JP H06297720 A JPH06297720 A JP H06297720A
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- JP
- Japan
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- membrane
- recording head
- piezoelectric
- ink jet
- jet recording
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 振動板上に形成される圧電体素子の下地に緻
密なジルコニア薄膜が形成されているインクジェット記
録ヘッドの製造において、振動板表面に有機ジルコニウ
ム化合物を加水分解したゾルを塗布し、焼成してジルコ
ニア薄膜とした後、圧電体薄膜を積層し高温でアニール
することにより高特性とする。 【効果】 ７００℃以上の高温でアニールを行なって
も、鉛の拡散が防止でき、高い圧電ひずみ定数と高いヤ
ング率を持つ圧電体薄膜素子を備えたインクジェット記
録ヘッドを提供できた。
密なジルコニア薄膜が形成されているインクジェット記
録ヘッドの製造において、振動板表面に有機ジルコニウ
ム化合物を加水分解したゾルを塗布し、焼成してジルコ
ニア薄膜とした後、圧電体薄膜を積層し高温でアニール
することにより高特性とする。 【効果】 ７００℃以上の高温でアニールを行なって
も、鉛の拡散が防止でき、高い圧電ひずみ定数と高いヤ
ング率を持つ圧電体薄膜素子を備えたインクジェット記
録ヘッドを提供できた。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、インクジェット記録装
置に用いるインクジェット記録ヘッドに関わる。
置に用いるインクジェット記録ヘッドに関わる。
【０００２】
【従来の技術】チタン酸ジルコン酸鉛（以下ＰＺＴと記
す）に代表される圧電体薄膜は、スパッタ法、ゾルゲル
法、ＣＶＤ法、水熱法等で形成することができる。膜厚
を厚くするためには、成膜する堆積時間を増加させた
り、成膜を複数回繰り返すことにより対応している。ペ
ロブスカイト構造を得るために、通常５００〜７００℃
の酸素雰囲気中でアニールが行なわれている。圧電体薄
膜はフォトエッチング工程を用いたパターニングが可能
で、バルクのように切り出し、位置合わせ、張り付け等
をする必要がない。
す）に代表される圧電体薄膜は、スパッタ法、ゾルゲル
法、ＣＶＤ法、水熱法等で形成することができる。膜厚
を厚くするためには、成膜する堆積時間を増加させた
り、成膜を複数回繰り返すことにより対応している。ペ
ロブスカイト構造を得るために、通常５００〜７００℃
の酸素雰囲気中でアニールが行なわれている。圧電体薄
膜はフォトエッチング工程を用いたパターニングが可能
で、バルクのように切り出し、位置合わせ、張り付け等
をする必要がない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、インクの吐出
性能を確保するため、圧電体薄膜の圧電ひずみ定数を高
めるべく、７００℃以上の温度でアニールを行なうと、
振動板やインク流路隔壁に鉛の拡散が発生し、薄膜の剥
離等が発生した。鉛の拡散防止膜として、ジルコニア薄
膜を蒸着法、スパッタ法、プラズマＣＶＤ法等の気相法
で形成したものは、緻密さが不十分でプロセス信頼性に
耐えなかった。また、ジルコニア微粒子を分散させたゾ
ルを塗布し、加熱して定着させるゾルゲル法において
も、膜質が多孔質で鉛の拡散を防止できなかった。
性能を確保するため、圧電体薄膜の圧電ひずみ定数を高
めるべく、７００℃以上の温度でアニールを行なうと、
振動板やインク流路隔壁に鉛の拡散が発生し、薄膜の剥
離等が発生した。鉛の拡散防止膜として、ジルコニア薄
膜を蒸着法、スパッタ法、プラズマＣＶＤ法等の気相法
で形成したものは、緻密さが不十分でプロセス信頼性に
耐えなかった。また、ジルコニア微粒子を分散させたゾ
ルを塗布し、加熱して定着させるゾルゲル法において
も、膜質が多孔質で鉛の拡散を防止できなかった。
【０００４】そこで本発明はこのような問題点を解決す
るもので、その目的とするところは、７００℃以上の高
温でアニールを行なっても、鉛の拡散が防止でき、高い
圧電ひずみ定数と高いヤング率を持つ圧電体薄膜素子を
備えたインクジェット記録ヘッドの製造方法を提供する
ところにある。
るもので、その目的とするところは、７００℃以上の高
温でアニールを行なっても、鉛の拡散が防止でき、高い
圧電ひずみ定数と高いヤング率を持つ圧電体薄膜素子を
備えたインクジェット記録ヘッドの製造方法を提供する
ところにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的は、振動板上に
形成される圧電体素子の下地に緻密なジルコニア薄膜が
形成されているインクジェット記録ヘッドの製造におい
て、振動板表面に有機ジルコニウム化合物を加水分解し
たゾルを塗布し、焼成してジルコニア薄膜とした後、圧
電体薄膜を積層し高温でアニールすることにより達成さ
れる。
形成される圧電体素子の下地に緻密なジルコニア薄膜が
形成されているインクジェット記録ヘッドの製造におい
て、振動板表面に有機ジルコニウム化合物を加水分解し
たゾルを塗布し、焼成してジルコニア薄膜とした後、圧
電体薄膜を積層し高温でアニールすることにより達成さ
れる。
【０００６】
【作用】鉛の拡散防止膜としてのジルコニア薄膜は緻密
に形成する必要がある。液相で成膜できるゾルゲル法
は、ゾルを網目状に重合が進むよう調製できるため可能
性がある。有機ジルコニウム化合物としてはジルコニウ
ムのアルコキシド、アリールオキシド、カルボン酸誘導
体のいずれかが、加水分解安定性に優れており、緻密な
ジルコニア薄膜形成に適している。圧電体薄膜を積層す
る前に、焼成して化学的に安定なジルコニア薄膜にして
おく必要がある。
に形成する必要がある。液相で成膜できるゾルゲル法
は、ゾルを網目状に重合が進むよう調製できるため可能
性がある。有機ジルコニウム化合物としてはジルコニウ
ムのアルコキシド、アリールオキシド、カルボン酸誘導
体のいずれかが、加水分解安定性に優れており、緻密な
ジルコニア薄膜形成に適している。圧電体薄膜を積層す
る前に、焼成して化学的に安定なジルコニア薄膜にして
おく必要がある。
【０００７】
（実施例１）図１はインクジェット記録ヘッドの一例を
模式的に示した断面図である。１は圧力室であり、圧電
体素子によってインク吐出のための圧力を得る部分であ
る。２は単結晶シリコン製の第一基板でインク流路用の
パターン溝が形成されている。３はガラス製の第二基板
であり、両者の張り合わせによってインク流路は形成さ
れる。４が窒化ケイ素製の振動板であり、５がジルコニ
ア製の鉛拡散防止膜である。６が白金製の下電極であ
り、７がＰＺＴ製の圧電体薄膜、８が金製の上電極であ
る。
模式的に示した断面図である。１は圧力室であり、圧電
体素子によってインク吐出のための圧力を得る部分であ
る。２は単結晶シリコン製の第一基板でインク流路用の
パターン溝が形成されている。３はガラス製の第二基板
であり、両者の張り合わせによってインク流路は形成さ
れる。４が窒化ケイ素製の振動板であり、５がジルコニ
ア製の鉛拡散防止膜である。６が白金製の下電極であ
り、７がＰＺＴ製の圧電体薄膜、８が金製の上電極であ
る。
【０００８】単結晶シリコン基板上にスパッタ法で、窒
化ケイ素薄膜を１μｍの膜厚で形成した。その上にジル
コニウムのアルコキシドを加水分解したゾルを、スピン
コートで塗布した。ゾルはジルコニア換算で２重量％の
塗布液で、テトラエトキシジルコニウムをエチルアルコ
ールに分散させ、５倍モル量の水と酢酸を添加して加水
分解し、均一となった加水分解溶液を２−エトキシエタ
ノールで希釈して調整した。更に０．５μｍのフィルタ
ーを通し、黄色味がかった透明な塗布液とした。冷暗所
で保存すると、一週間以上は透明で均一な溶液であっ
た。塗布した後、基板を室温で約１時間静置した後、最
高温度８００℃で１時間加熱処理し、緻密なジルコニア
薄膜を約０．２μｍの厚みで形成できた。加熱した強
酸、強アルカリに対しても安定であった。また、破断面
を走査型電子顕微鏡で観察するとガラス質の均質な膜
で、粒界は認められなかった。
化ケイ素薄膜を１μｍの膜厚で形成した。その上にジル
コニウムのアルコキシドを加水分解したゾルを、スピン
コートで塗布した。ゾルはジルコニア換算で２重量％の
塗布液で、テトラエトキシジルコニウムをエチルアルコ
ールに分散させ、５倍モル量の水と酢酸を添加して加水
分解し、均一となった加水分解溶液を２−エトキシエタ
ノールで希釈して調整した。更に０．５μｍのフィルタ
ーを通し、黄色味がかった透明な塗布液とした。冷暗所
で保存すると、一週間以上は透明で均一な溶液であっ
た。塗布した後、基板を室温で約１時間静置した後、最
高温度８００℃で１時間加熱処理し、緻密なジルコニア
薄膜を約０．２μｍの厚みで形成できた。加熱した強
酸、強アルカリに対しても安定であった。また、破断面
を走査型電子顕微鏡で観察するとガラス質の均質な膜
で、粒界は認められなかった。
【０００９】その上にスパッタ法によりチタンを介して
白金を約０．２μｍの厚みで形成し、王水によるフォト
エッチングにより、下電極とした。更に、スパッタ法に
よりＰＺＴを約３μｍの厚みで形成し、熱塩酸によるフ
ォトエッチングによりパターンニングした。８００℃で
１時間アニールすることにより、強誘電体とした。その
上にスパッタ法によりチタンを介して金を約０．１μｍ
の厚みで形成し、ヨウ素とヨウ化カリウムによるフォト
エッチングにより、上電極とした。８００℃のアニール
において鉛の拡散は認められず、積層膜の剥離も発生し
なかった。また、アルカリによるフォトレジスト剥離工
程や、エッチング工程でジルコニア薄膜が劣化すること
はなかった。圧電体素子としての特性は耐圧が３０ボル
ト以上有り、圧電ひずみ定数が１５０ｐＣ／Ｎと大変優
れたものであった。
白金を約０．２μｍの厚みで形成し、王水によるフォト
エッチングにより、下電極とした。更に、スパッタ法に
よりＰＺＴを約３μｍの厚みで形成し、熱塩酸によるフ
ォトエッチングによりパターンニングした。８００℃で
１時間アニールすることにより、強誘電体とした。その
上にスパッタ法によりチタンを介して金を約０．１μｍ
の厚みで形成し、ヨウ素とヨウ化カリウムによるフォト
エッチングにより、上電極とした。８００℃のアニール
において鉛の拡散は認められず、積層膜の剥離も発生し
なかった。また、アルカリによるフォトレジスト剥離工
程や、エッチング工程でジルコニア薄膜が劣化すること
はなかった。圧電体素子としての特性は耐圧が３０ボル
ト以上有り、圧電ひずみ定数が１５０ｐＣ／Ｎと大変優
れたものであった。
【００１０】このように作製したシリコン基板を用い、
異方性エッチングにより流路形成して製造したインクジ
ェット記録ヘッドを、記録装置に装着して印字試験を行
なったところ、十分な量のインクの吐出が得られ、クロ
ストーク等のトラブルは発生しなかった。小型で量産性
の高い、高精細の印字が可能となるインクジェット記録
ヘッドを達成できた。
異方性エッチングにより流路形成して製造したインクジ
ェット記録ヘッドを、記録装置に装着して印字試験を行
なったところ、十分な量のインクの吐出が得られ、クロ
ストーク等のトラブルは発生しなかった。小型で量産性
の高い、高精細の印字が可能となるインクジェット記録
ヘッドを達成できた。
【００１１】（実施例２）単結晶シリコン基板上に酸化
ケイ素層を形成した後、スパッタ法で窒化ケイ素薄膜を
１μｍの膜厚で形成した。その上にジルコニウムのカル
ボン酸誘導体を加水分解したゾルを、スピンコートで塗
布した。ゾルはジルコニア換算で０．５重量％の塗布液
で、テトラオクチル酸ジルコニウムをイソプロピルアル
コールに分散させ、微量の塩酸水溶液を添加して加水分
解し、０．５μｍのフィルターを通して塗布液とした。
塗布液は均一で透明な液体であった。塗布した後、基板
を室温で約１時間静置した後、最高温度９００℃で１時
間加熱処理して、約０．０５μｍの厚みの緻密なジルコ
ニア薄膜を形成できた。加熱した強酸、強アルカリに対
しても安定であった。また、破断面を走査型電子顕微鏡
で観察するとガラス質の均質な膜で、粒界は認められな
かった。
ケイ素層を形成した後、スパッタ法で窒化ケイ素薄膜を
１μｍの膜厚で形成した。その上にジルコニウムのカル
ボン酸誘導体を加水分解したゾルを、スピンコートで塗
布した。ゾルはジルコニア換算で０．５重量％の塗布液
で、テトラオクチル酸ジルコニウムをイソプロピルアル
コールに分散させ、微量の塩酸水溶液を添加して加水分
解し、０．５μｍのフィルターを通して塗布液とした。
塗布液は均一で透明な液体であった。塗布した後、基板
を室温で約１時間静置した後、最高温度９００℃で１時
間加熱処理して、約０．０５μｍの厚みの緻密なジルコ
ニア薄膜を形成できた。加熱した強酸、強アルカリに対
しても安定であった。また、破断面を走査型電子顕微鏡
で観察するとガラス質の均質な膜で、粒界は認められな
かった。
【００１２】その上にスパッタ法によりチタンを介して
白金を約０．２μｍの厚みで形成し、フォトエッチング
により、下電極とした。更に、スパッタ法によりＰＺＴ
を約２μｍの厚みで形成し、フォトエッチングによりパ
ターンニングした。９００℃で１時間アニールすること
により、強誘電体とした。その上にスパッタ法によりチ
タンを介して金を約０．１μｍの厚みで形成し、フォト
エッチングにより、上電極とした。８００℃のアニール
において鉛の拡散は認められず、積層膜の剥離も発生し
なかった。圧電体素子としての特性は耐圧が３０ボルト
以上有り、圧電ひずみ定数が２００ｐＣ／Ｎと大変優れ
たものであった。
白金を約０．２μｍの厚みで形成し、フォトエッチング
により、下電極とした。更に、スパッタ法によりＰＺＴ
を約２μｍの厚みで形成し、フォトエッチングによりパ
ターンニングした。９００℃で１時間アニールすること
により、強誘電体とした。その上にスパッタ法によりチ
タンを介して金を約０．１μｍの厚みで形成し、フォト
エッチングにより、上電極とした。８００℃のアニール
において鉛の拡散は認められず、積層膜の剥離も発生し
なかった。圧電体素子としての特性は耐圧が３０ボルト
以上有り、圧電ひずみ定数が２００ｐＣ／Ｎと大変優れ
たものであった。
【００１３】このように作製したシリコン基板を用い、
異方性エッチングにより流路形成して製造したインクジ
ェット記録ヘッドを、記録装置に装着して印字試験を行
なったところ、十分な量のインクの吐出が得られ、クロ
ストーク等のトラブルは発生しなかった。小型で量産性
の高い、高精細の印字が可能となるインクジェット記録
ヘッドを達成できた。
異方性エッチングにより流路形成して製造したインクジ
ェット記録ヘッドを、記録装置に装着して印字試験を行
なったところ、十分な量のインクの吐出が得られ、クロ
ストーク等のトラブルは発生しなかった。小型で量産性
の高い、高精細の印字が可能となるインクジェット記録
ヘッドを達成できた。
【００１４】（実施例３）単結晶シリコン基板上に酸化
ケイ素層を形成した後、スパッタ法で窒化ケイ素薄膜を
１μｍの膜厚で形成した。その上にジルコニウムのアリ
ールオキシドを加水分解したゾルを、スピンコートで塗
布した。ゾルはジルコニア換算で１重量％の塗布液で、
ジルコニウムアセチルアセトナートをブチルアルコール
に分散させ、硝酸を触媒として加水分解し、０．５μｍ
のフィルターを通して塗布液とした。塗布液は均一で透
明な液体であった。塗布した後、基板を室温で約１時間
静置した後、最高温度１０００℃で１時間加熱処理し
て、約０．１μｍの厚みの緻密なジルコニア薄膜を形成
できた。加熱した強酸、強アルカリに対しても安定であ
った。また、破断面を走査型電子顕微鏡で観察するとガ
ラス質の均質な膜で、粒界は認められなかった。
ケイ素層を形成した後、スパッタ法で窒化ケイ素薄膜を
１μｍの膜厚で形成した。その上にジルコニウムのアリ
ールオキシドを加水分解したゾルを、スピンコートで塗
布した。ゾルはジルコニア換算で１重量％の塗布液で、
ジルコニウムアセチルアセトナートをブチルアルコール
に分散させ、硝酸を触媒として加水分解し、０．５μｍ
のフィルターを通して塗布液とした。塗布液は均一で透
明な液体であった。塗布した後、基板を室温で約１時間
静置した後、最高温度１０００℃で１時間加熱処理し
て、約０．１μｍの厚みの緻密なジルコニア薄膜を形成
できた。加熱した強酸、強アルカリに対しても安定であ
った。また、破断面を走査型電子顕微鏡で観察するとガ
ラス質の均質な膜で、粒界は認められなかった。
【００１５】その上にスパッタ法によりチタンを介して
白金を約０．２μｍの厚みで形成し、フォトエッチング
により、下電極とした。更に、スパッタ法によりＰＺＴ
を約５μｍの厚みで形成し、フォトエッチングによりパ
ターンニングした。８００℃で２時間アニールすること
により、強誘電体とした。その上にスパッタ法によりチ
タンを介して金を約０．１μｍの厚みで形成し、フォト
エッチングにより、上電極とした。８００℃のアニール
において鉛の拡散は認められず、積層膜の剥離も発生し
なかった。圧電体素子としての特性は耐圧が３０ボルト
以上有り、圧電ひずみ定数が１５０ｐＣ／Ｎと大変優れ
たものであった。
白金を約０．２μｍの厚みで形成し、フォトエッチング
により、下電極とした。更に、スパッタ法によりＰＺＴ
を約５μｍの厚みで形成し、フォトエッチングによりパ
ターンニングした。８００℃で２時間アニールすること
により、強誘電体とした。その上にスパッタ法によりチ
タンを介して金を約０．１μｍの厚みで形成し、フォト
エッチングにより、上電極とした。８００℃のアニール
において鉛の拡散は認められず、積層膜の剥離も発生し
なかった。圧電体素子としての特性は耐圧が３０ボルト
以上有り、圧電ひずみ定数が１５０ｐＣ／Ｎと大変優れ
たものであった。
【００１６】このように作製したシリコン基板を用い、
異方性エッチングにより流路形成して製造したインクジ
ェット記録ヘッドを、記録装置に装着して印字試験を行
なったところ、十分な量のインクの吐出が得られ、クロ
ストーク等のトラブルは発生しなかった。小型で量産性
の高い、高精細の印字が可能となるインクジェット記録
ヘッドを達成できた。
異方性エッチングにより流路形成して製造したインクジ
ェット記録ヘッドを、記録装置に装着して印字試験を行
なったところ、十分な量のインクの吐出が得られ、クロ
ストーク等のトラブルは発生しなかった。小型で量産性
の高い、高精細の印字が可能となるインクジェット記録
ヘッドを達成できた。
【００１７】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、振動
板上に形成される圧電体素子の下地に緻密なジルコニア
薄膜が形成されているインクジェット記録ヘッドの製造
において、振動板表面に有機ジルコニウム化合物を加水
分解したゾルを塗布し、焼成してジルコニア薄膜とした
後、圧電体材料を積層し高温でアニールすることにより
強誘電体薄膜となった。７００℃以上の高温でアニール
を行なっても、鉛の拡散が防止でき、高い圧電ひずみ定
数と高いヤング率を持つ圧電体薄膜素子を備えたインク
ジェット記録ヘッドを提供できた。小型で量産性の高
い、高精細の印字が可能となった。
板上に形成される圧電体素子の下地に緻密なジルコニア
薄膜が形成されているインクジェット記録ヘッドの製造
において、振動板表面に有機ジルコニウム化合物を加水
分解したゾルを塗布し、焼成してジルコニア薄膜とした
後、圧電体材料を積層し高温でアニールすることにより
強誘電体薄膜となった。７００℃以上の高温でアニール
を行なっても、鉛の拡散が防止でき、高い圧電ひずみ定
数と高いヤング率を持つ圧電体薄膜素子を備えたインク
ジェット記録ヘッドを提供できた。小型で量産性の高
い、高精細の印字が可能となった。
【図１】 実施例１におけるインクジェット記録ヘッド
の概略を、模式的に示した断面図である。
の概略を、模式的に示した断面図である。
１ 圧力室 ２ 単結晶シリコン製の第一基板 ３ 第二基板 ４ 振動板 ５ ジルコニア製の鉛拡散防止膜 ６ 下電極 ７ ＰＺＴ製の圧電体薄膜 ８ 上電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０４Ｂ 41/87 Ａ
Claims (2)
- 【請求項１】 振動板上に形成される圧電体素子の下地
に緻密なジルコニア薄膜が形成されているインクジェッ
ト記録ヘッドの製造方法において、振動板表面に有機ジ
ルコニウム化合物を加水分解したゾルを塗布し、焼成し
てジルコニア薄膜とした後、圧電体薄膜を積層し高温で
アニールすることを特徴とするインクジェット記録ヘッ
ドの製造方法。 - 【請求項２】 有機ジルコニウム化合物がジルコニウム
のアルコキシド、アリールオキシド、カルボン酸誘導体
のいずれかであるあることを特徴とする請求項１記載の
インクジェット記録ヘッドの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8887593A JPH06297720A (ja) | 1993-04-15 | 1993-04-15 | インクジェット記録ヘッドの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8887593A JPH06297720A (ja) | 1993-04-15 | 1993-04-15 | インクジェット記録ヘッドの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06297720A true JPH06297720A (ja) | 1994-10-25 |
Family
ID=13955188
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8887593A Pending JPH06297720A (ja) | 1993-04-15 | 1993-04-15 | インクジェット記録ヘッドの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06297720A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
1993
- 1993-04-15 JP JP8887593A patent/JPH06297720A/ja active Pending
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