JPH071728A - インクジェット印字ヘッドおよびその製造方法 - Google Patents
インクジェット印字ヘッドおよびその製造方法Info
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- JPH071728A JPH071728A JP6029117A JP2911794A JPH071728A JP H071728 A JPH071728 A JP H071728A JP 6029117 A JP6029117 A JP 6029117A JP 2911794 A JP2911794 A JP 2911794A JP H071728 A JPH071728 A JP H071728A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 フォートリトグラフィ方法及び薄膜層蒸着技
術等の半導体製法技術を用いてインクジェット印字ヘッ
ドを形成する。 【構成】 インクジェット印字ヘッドは、第１基板に形
成されるインク送出部と第２基板に形成されるインク貯
蔵部とを有する。インク送出部には基板の一方の側面に
形成される薄膜圧電変換器が設けられる。インク貯蔵部
にはインク貯蔵部を形成するための基板にエッチングに
よりキャビティが設けられ、キャビティは基板を通って
延長しインクノズルを形成するベ−ス内の開口部を有す
る。インク送出部とインク貯蔵部はインク貯蔵装置内で
圧電変換器と一体に接合される。変換器を起動すること
によりインクノズルを介してインク貯蔵装置からインク
が排出される。
術等の半導体製法技術を用いてインクジェット印字ヘッ
ドを形成する。 【構成】 インクジェット印字ヘッドは、第１基板に形
成されるインク送出部と第２基板に形成されるインク貯
蔵部とを有する。インク送出部には基板の一方の側面に
形成される薄膜圧電変換器が設けられる。インク貯蔵部
にはインク貯蔵部を形成するための基板にエッチングに
よりキャビティが設けられ、キャビティは基板を通って
延長しインクノズルを形成するベ−ス内の開口部を有す
る。インク送出部とインク貯蔵部はインク貯蔵装置内で
圧電変換器と一体に接合される。変換器を起動すること
によりインクノズルを介してインク貯蔵装置からインク
が排出される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はインクジェット・プリン
タ用印字ヘッド全般に関し、特に印字ヘッドの各要素が
エッチングまたは蒸着などの工程により形成可能な二つ
の基板の接合体で構成される印字ヘッドに関する。
タ用印字ヘッド全般に関し、特に印字ヘッドの各要素が
エッチングまたは蒸着などの工程により形成可能な二つ
の基板の接合体で構成される印字ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】インクジェット・プリンタ用の印字ヘッ
ドは通常配列されたインクノズルで構成される。インク
は水滴状に噴射され、用紙またはその他の図形記録媒体
上に文字を印字する。各ノズルにはインク貯蔵部からイ
ンクが供給される。インクは、例えば、インク貯蔵部と
接続している圧電変換器によりインク貯蔵部を脈動させ
ることにより、インクノズルから噴射される。
ドは通常配列されたインクノズルで構成される。インク
は水滴状に噴射され、用紙またはその他の図形記録媒体
上に文字を印字する。各ノズルにはインク貯蔵部からイ
ンクが供給される。インクは、例えば、インク貯蔵部と
接続している圧電変換器によりインク貯蔵部を脈動させ
ることにより、インクノズルから噴射される。
【０００３】インクノズル配列は、記録媒体上の印字ヘ
ッドの走行方向と垂直に配列した、単独直線状に等間隔
を置いて配置したインクノズルで構成してもよい。また
別の方法として、インクノズル配列は、印字ヘッドが記
録媒体上を走行する際、インクノズルが等間隔列のドッ
トを形成するように配置したマトリックス状のインクノ
ズルで構成してもよい。
ッドの走行方向と垂直に配列した、単独直線状に等間隔
を置いて配置したインクノズルで構成してもよい。また
別の方法として、インクノズル配列は、印字ヘッドが記
録媒体上を走行する際、インクノズルが等間隔列のドッ
トを形成するように配置したマトリックス状のインクノ
ズルで構成してもよい。
【０００４】最適の印字品質を得るため、いかなる配置
のノズルも互いに正確な間隔を設ける必要がある。また
ノズル全体は同一平面内に配置する必要があり、したが
って印字実行中各ノズルは記録媒体から同一距離にあ
る。
のノズルも互いに正確な間隔を設ける必要がある。また
ノズル全体は同一平面内に配置する必要があり、したが
って印字実行中各ノズルは記録媒体から同一距離にあ
る。
【０００５】従来技術によるインクジェット印字ヘッド
は、個別のノズルとインク送出装置を機械的に一体化し
たものである。例えば、米国特許Ｎｏ．４，４１８，３
５６は、細長い管状のインク貯蔵部の配列を開示してい
るが、そのなかで各インク貯蔵部はその一端にノズルを
有し、圧電変換器スリ−ブで囲まれている。
は、個別のノズルとインク送出装置を機械的に一体化し
たものである。例えば、米国特許Ｎｏ．４，４１８，３
５６は、細長い管状のインク貯蔵部の配列を開示してい
るが、そのなかで各インク貯蔵部はその一端にノズルを
有し、圧電変換器スリ−ブで囲まれている。
【０００６】米国特許Ｎｏ．４，２４８，８２３に開示
されている成型形印字ヘッドは、細長いノズル一体型管
状インク貯蔵部を備えている。インク貯蔵部は、複数の
ロッドまたは繊維を指定のパタ−ンで空の型に挿入し、
型に硬化性合成材料を充填し、合成材料が硬化した後、
ロッドと繊維を引き出し、管状インク貯蔵部とそれに連
続したノズルが成型されて残るよう構成されている。
されている成型形印字ヘッドは、細長いノズル一体型管
状インク貯蔵部を備えている。インク貯蔵部は、複数の
ロッドまたは繊維を指定のパタ−ンで空の型に挿入し、
型に硬化性合成材料を充填し、合成材料が硬化した後、
ロッドと繊維を引き出し、管状インク貯蔵部とそれに連
続したノズルが成型されて残るよう構成されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような形式の機械的に一体化した従来技術におけるイン
クジェット印字ヘッドでは、ノズルの複雑かつ正確な機
械的整合を必要とし、または従来の成型形印字ヘッドで
は、インク貯蔵部とノズルを構成するロッドの整合を要
することが共通した特徴であった。従って、精確かつ複
雑な機械的一体化と整合を要することなく作成可能な印
字ヘッドが従来要求されてきた。本発明の目的は、フォ
−トリトグラフィ、薄膜層蒸着およびエッチングなどの
半導体および電子回路製造技術を用いてインクジェット
印字ヘッドを形成することにより達成される。半導体お
よび電子回路の製造にはフォ−トリトグラフィ技術が開
発されており、固体回路の各要素は約１マイクロメ−タ
以下の許容差の範囲で通常技術により自動的にかつ容易
に形成可能である。本発明はこのようなフォ−トリトグ
ラフィ方法を用いて、従来技術によるインクジェット印
字ヘッドの作成に伴う複雑な機械的整合や機械的一体化
手順を不要としている。
ような形式の機械的に一体化した従来技術におけるイン
クジェット印字ヘッドでは、ノズルの複雑かつ正確な機
械的整合を必要とし、または従来の成型形印字ヘッドで
は、インク貯蔵部とノズルを構成するロッドの整合を要
することが共通した特徴であった。従って、精確かつ複
雑な機械的一体化と整合を要することなく作成可能な印
字ヘッドが従来要求されてきた。本発明の目的は、フォ
−トリトグラフィ、薄膜層蒸着およびエッチングなどの
半導体および電子回路製造技術を用いてインクジェット
印字ヘッドを形成することにより達成される。半導体お
よび電子回路の製造にはフォ−トリトグラフィ技術が開
発されており、固体回路の各要素は約１マイクロメ−タ
以下の許容差の範囲で通常技術により自動的にかつ容易
に形成可能である。本発明はこのようなフォ−トリトグ
ラフィ方法を用いて、従来技術によるインクジェット印
字ヘッドの作成に伴う複雑な機械的整合や機械的一体化
手順を不要としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】好ましくは、半導体およ
び電子回路製造技術および材料を用いる本発明により製
造される印字ヘッドは、第１半導体基板および第２半導
体基板を有する。少なくともひとつのキャビティが、好
ましくはエッチングにより第１基板の第１面に指定深さ
に形成される。 第１基板には、キャビティのベ−スか
ら第１基板の第２面まで延長している開口部が形成され
る。圧電材料の蒸着層を含む薄膜圧電変換器が第２基板
の第１面に形成される。第１基板および第２基板は、薄
膜圧電変換器が第１基板内のキャビティ内に設けられる
ように、それぞれの第１面をいわゆる対面構成として一
体に接合されており、第２基板がキャビティを囲んでイ
ンク貯蔵部を形成し、キャビティのベ−スに位置する開
口部がインクノズルを形成する構成とされる。圧電変換
器はインクノズルを介してインク貯蔵部からインクを送
り出す手段を備えており、インクチャンネルはインク貯
蔵部にインクを補給する手段を備えている。
び電子回路製造技術および材料を用いる本発明により製
造される印字ヘッドは、第１半導体基板および第２半導
体基板を有する。少なくともひとつのキャビティが、好
ましくはエッチングにより第１基板の第１面に指定深さ
に形成される。 第１基板には、キャビティのベ−スか
ら第１基板の第２面まで延長している開口部が形成され
る。圧電材料の蒸着層を含む薄膜圧電変換器が第２基板
の第１面に形成される。第１基板および第２基板は、薄
膜圧電変換器が第１基板内のキャビティ内に設けられる
ように、それぞれの第１面をいわゆる対面構成として一
体に接合されており、第２基板がキャビティを囲んでイ
ンク貯蔵部を形成し、キャビティのベ−スに位置する開
口部がインクノズルを形成する構成とされる。圧電変換
器はインクノズルを介してインク貯蔵部からインクを送
り出す手段を備えており、インクチャンネルはインク貯
蔵部にインクを補給する手段を備えている。
【０００９】第２基板の第１面に不活性化層によって形
成される上面と壁面で囲まれる空気室が設けられ、圧電
変換器がその空気室に形成されることが望ましい。圧電
変換器には、第１電極を形成するため空気室の上面に形
成された導電材料による第１層、第１導電層に形成され
た圧電材層、および第２電極を設けるために圧電材層に
形成された第２導電層が含まれる。
成される上面と壁面で囲まれる空気室が設けられ、圧電
変換器がその空気室に形成されることが望ましい。圧電
変換器には、第１電極を形成するため空気室の上面に形
成された導電材料による第１層、第１導電層に形成され
た圧電材層、および第２電極を設けるために圧電材層に
形成された第２導電層が含まれる。
【００１０】
【作用】本発明に基づいてインクジェット印字ヘッドを
作成する好ましい方法は、第１半導体基板および第２半
導体基板を供給することと、第１基板の第１面にキャビ
ティを設けることと、第１基板を介してキャビティのベ
−スから第１基板の第２面まで延長する開口部を形成す
ることとで構成される。薄膜圧電変換器は第２基板の第
１面に形成される。薄膜圧電変換器に隣接する第２基板
を介して少なくともひとつのインクチャンネルがエッチ
ングにより形成さる。第１基板および第２基板は、それ
ぞれの第１面をいわゆる対面位置関係に置き、薄膜圧電
変換器を第１基板のキャビティ内に設けて一体に接合
し、従って第２基板はキャビティを囲んでインク貯蔵部
を形成し、キャビティのベ−スにある開口部はインクノ
ズルを形成し、インクチャンネルはキャビティと流体連
結部を形成する構成とされる。
作成する好ましい方法は、第１半導体基板および第２半
導体基板を供給することと、第１基板の第１面にキャビ
ティを設けることと、第１基板を介してキャビティのベ
−スから第１基板の第２面まで延長する開口部を形成す
ることとで構成される。薄膜圧電変換器は第２基板の第
１面に形成される。薄膜圧電変換器に隣接する第２基板
を介して少なくともひとつのインクチャンネルがエッチ
ングにより形成さる。第１基板および第２基板は、それ
ぞれの第１面をいわゆる対面位置関係に置き、薄膜圧電
変換器を第１基板のキャビティ内に設けて一体に接合
し、従って第２基板はキャビティを囲んでインク貯蔵部
を形成し、キャビティのベ−スにある開口部はインクノ
ズルを形成し、インクチャンネルはキャビティと流体連
結部を形成する構成とされる。
【００１１】薄膜圧電変換器を形成する方法は、第２基
板の第１面の指定領域に、エッチングの容易な材料を用
いて暫定アイランド層を蒸着形成するものが好ましい。
不活性化層は、第２基板の第１面に蒸着され、エッチン
グ可能な材料により形成された暫定アイランド層を覆い
かつそれに重畳される。第１導電層は、指定領域内の不
活性化層に蒸着形成され、第１電極を形成するようパタ
−ン化される。次に圧電材層が第１電極の上に蒸着形成
され、第２電極を形成するようにパタ−ン化される。第
２基板内には少なくともひとつの空気チャンネルが形成
され、第２基板を介してその第２面から暫定アイランド
層まで延長される。次に例えば圧電変換器の下に空気室
を形成するため、空気チャンネルを介して腐食液を導入
し上記の暫定アイランド層を除去する。
板の第１面の指定領域に、エッチングの容易な材料を用
いて暫定アイランド層を蒸着形成するものが好ましい。
不活性化層は、第２基板の第１面に蒸着され、エッチン
グ可能な材料により形成された暫定アイランド層を覆い
かつそれに重畳される。第１導電層は、指定領域内の不
活性化層に蒸着形成され、第１電極を形成するようパタ
−ン化される。次に圧電材層が第１電極の上に蒸着形成
され、第２電極を形成するようにパタ−ン化される。第
２基板内には少なくともひとつの空気チャンネルが形成
され、第２基板を介してその第２面から暫定アイランド
層まで延長される。次に例えば圧電変換器の下に空気室
を形成するため、空気チャンネルを介して腐食液を導入
し上記の暫定アイランド層を除去する。
【００１２】
【実施例】図１は本発明に基づき、半導体および電子回
路製造技術を用いて形成されたインクジェット印字ヘッ
ド１０の１実施例の概略斜視図である。印字ヘッド１０
は、インク貯蔵部１２とインク貯蔵部に接合されたイン
ク送出部１４とを有する。インク送出部１４には、電位
を加えると、インク貯蔵部１２内のインク充填部１８内
に膨張する変換器、好ましくは圧電変換器が設けられ、
開口部またはインク貯蔵部１２から紙などの記録媒体
（図示せず）上に送り出す。
路製造技術を用いて形成されたインクジェット印字ヘッ
ド１０の１実施例の概略斜視図である。印字ヘッド１０
は、インク貯蔵部１２とインク貯蔵部に接合されたイン
ク送出部１４とを有する。インク送出部１４には、電位
を加えると、インク貯蔵部１２内のインク充填部１８内
に膨張する変換器、好ましくは圧電変換器が設けられ、
開口部またはインク貯蔵部１２から紙などの記録媒体
（図示せず）上に送り出す。
【００１３】インク送出部１２は空気室２２に隣接し、
変換器を自由に膨張収縮させる。二つの空気チャンネル
２４が設けられ、変換器の膨張収縮の際に空気が自由に
出入りできるようにしている。 それぞれインク充填部
１８と流体連絡している二つのインクチャンネル２６を
設けてインク充填部にインクを補給している。インクチ
ャンネル２６は、インク充填部１８にインクを供給する
インク供給手段（図示せず）と接続されている。２本の
導電線４２ａおよび４６ａ（図７参照）は、変換器の対
向側面に形成された電極４２および４６（図７参照）か
らインク送出部１４の外部まで配設されており、そこで
電気接点またはパッドを構成している。変換器は電気接
点３０に接続された交流電源（図示せず）により駆動さ
れる。
変換器を自由に膨張収縮させる。二つの空気チャンネル
２４が設けられ、変換器の膨張収縮の際に空気が自由に
出入りできるようにしている。 それぞれインク充填部
１８と流体連絡している二つのインクチャンネル２６を
設けてインク充填部にインクを補給している。インクチ
ャンネル２６は、インク充填部１８にインクを供給する
インク供給手段（図示せず）と接続されている。２本の
導電線４２ａおよび４６ａ（図７参照）は、変換器の対
向側面に形成された電極４２および４６（図７参照）か
らインク送出部１４の外部まで配設されており、そこで
電気接点またはパッドを構成している。変換器は電気接
点３０に接続された交流電源（図示せず）により駆動さ
れる。
【００１４】インク貯蔵部１２およびインク送出部１４
は、全体に平坦な平行側面を有する基板上に設けるのが
好ましい。インク貯蔵部およびインク送出部の機能およ
び構成要素は、マスキング、エッチング、レ−ザまたは
電子ビ−ムドリリング、蒸着および液相または気相エピ
タキシ−（成長法）など半導体回路の製造において公知
の技術を用いて構成されている。これらの技術は公知で
あり、その詳細説明は本発明の原理の説明には必要では
ないから省略する。また「パタ−ン」もしくは「パタ−
ン化」などの用語を用いる場合、マスキングおよびエッ
チングなどの従来技術を用いて、所要のパタ−ン化また
はパタ−ンを達成できることが理解される。
は、全体に平坦な平行側面を有する基板上に設けるのが
好ましい。インク貯蔵部およびインク送出部の機能およ
び構成要素は、マスキング、エッチング、レ−ザまたは
電子ビ−ムドリリング、蒸着および液相または気相エピ
タキシ−（成長法）など半導体回路の製造において公知
の技術を用いて構成されている。これらの技術は公知で
あり、その詳細説明は本発明の原理の説明には必要では
ないから省略する。また「パタ−ン」もしくは「パタ−
ン化」などの用語を用いる場合、マスキングおよびエッ
チングなどの従来技術を用いて、所要のパタ−ン化また
はパタ−ンを達成できることが理解される。
【００１５】図２に示すように、インク送出部１４を形
成するための基板３２は、全体として平坦で平行な第１
および第２側面３４および３６をそれぞれ備えている。
基板Ｍ３２派、約４００μｍから６００μｍの厚さを有
するシリコンウェ−ハであることが好ましい。
成するための基板３２は、全体として平坦で平行な第１
および第２側面３４および３６をそれぞれ備えている。
基板Ｍ３２派、約４００μｍから６００μｍの厚さを有
するシリコンウェ−ハであることが好ましい。
【００１６】酸化物などのエッチングし易い材料による
暫定または使い捨て層３８は、基板３２のアイランドを
形成する側３４の領域に蒸着形成される。アイランド３
８は、全体として方形または円形の輪郭と約１Ｅ２μｍ
２から１Ｅ６μｍ２の表面領域と約０，１μｍから１０
０μｍの厚さを有することが好ましい。
暫定または使い捨て層３８は、基板３２のアイランドを
形成する側３４の領域に蒸着形成される。アイランド３
８は、全体として方形または円形の輪郭と約１Ｅ２μｍ
２から１Ｅ６μｍ２の表面領域と約０，１μｍから１０
０μｍの厚さを有することが好ましい。
【００１７】次に図３に示すように、絶縁材、例えば窒
化シリコン、酸窒化シリコンまたは二酸化シリコンなど
の化学蒸着層は、使い捨てアイランド層３８の上面に実
質的には重畳して蒸着される。層４０は約１０ｎｍから
５００ｎｍの厚さを有することが望ましい。 可撓性の
導電電極層４２は、使い捨てアイランド層３８を覆う絶
縁層４０の上に蒸着され、標準的なマスキングおよびエ
ッチング技術を用いてパタ−ン化され、使い捨てアイラ
ンド層３８上の圧電変換器１６（図１）に対する第１電
極４２ｂを一方の使い捨て層３８を覆うように形成し、
接点パッド３０（図１）のひとつで終端する導線４２ａ
を形成している。層４２は、金、白金、積層または二重
膜Ｐｔ／Ｔｉ，導電性酸化物（ＲｕＯ2 ）、珪化物（珪
化白金（ＰｔＳｉ），珪化チタニュウム（ＴｉＳｉ）、
珪化コバルト（ＣｏＳｉ）など）または窒素化物（Ｔｉ
Ｎ）などの金属または材料を用いて構成するのが好まし
い。
化シリコン、酸窒化シリコンまたは二酸化シリコンなど
の化学蒸着層は、使い捨てアイランド層３８の上面に実
質的には重畳して蒸着される。層４０は約１０ｎｍから
５００ｎｍの厚さを有することが望ましい。 可撓性の
導電電極層４２は、使い捨てアイランド層３８を覆う絶
縁層４０の上に蒸着され、標準的なマスキングおよびエ
ッチング技術を用いてパタ−ン化され、使い捨てアイラ
ンド層３８上の圧電変換器１６（図１）に対する第１電
極４２ｂを一方の使い捨て層３８を覆うように形成し、
接点パッド３０（図１）のひとつで終端する導線４２ａ
を形成している。層４２は、金、白金、積層または二重
膜Ｐｔ／Ｔｉ，導電性酸化物（ＲｕＯ2 ）、珪化物（珪
化白金（ＰｔＳｉ），珪化チタニュウム（ＴｉＳｉ）、
珪化コバルト（ＣｏＳｉ）など）または窒素化物（Ｔｉ
Ｎ）などの金属または材料を用いて構成するのが好まし
い。
【００１８】図４に示すように、ＫｎｂＯ３，ＢＭＦ
（弗化ボロンマグネシュウム）、ＰＺＴ（チタン酸塩ジ
ルコニュウム鉛）またはＰＬＺＴ（チタン酸塩リチュウ
ムジルコニュウム鉛）などの圧電材料による拡大可能層
４４は、例えば公知のゾルゲル（ｓｏｌ−ｇｅｌ）技術
により、暫定アイランド層３８の上面の第一電極層４２
および電極４２の対向導線部４２ａの側面上の重畳層３
８に蒸着される。層４４は約１００ｎｍから４０００ｎ
ｍの厚さを有するのが好ましい。 次に、図５に示すよ
うに、第２可撓姓導電層４６は、圧電層４４に蒸着され
た後パタ−ン化され、圧電変換器１６に対する第２電極
を形成し、第１電極層４２の導線部４２ａの側面に圧電
層４４を覆う導線４６ａが形成される。電極４６ｂは二
番目の接点パッド（図１）で終端する。この点で変換器
１６の機能的構成要素が完成する。
（弗化ボロンマグネシュウム）、ＰＺＴ（チタン酸塩ジ
ルコニュウム鉛）またはＰＬＺＴ（チタン酸塩リチュウ
ムジルコニュウム鉛）などの圧電材料による拡大可能層
４４は、例えば公知のゾルゲル（ｓｏｌ−ｇｅｌ）技術
により、暫定アイランド層３８の上面の第一電極層４２
および電極４２の対向導線部４２ａの側面上の重畳層３
８に蒸着される。層４４は約１００ｎｍから４０００ｎ
ｍの厚さを有するのが好ましい。 次に、図５に示すよ
うに、第２可撓姓導電層４６は、圧電層４４に蒸着され
た後パタ−ン化され、圧電変換器１６に対する第２電極
を形成し、第１電極層４２の導線部４２ａの側面に圧電
層４４を覆う導線４６ａが形成される。電極４６ｂは二
番目の接点パッド（図１）で終端する。この点で変換器
１６の機能的構成要素が完成する。
【００１９】図６に示すように、圧電変換器１６の機能
要素が完成した後、基板３２は、側面３４および３６そ
れぞれにおいて、不活性化層または絶縁層４８でコ−テ
ィングされるのが好ましい。絶縁層４８は、電極層４２
および４６の導線部４２ａおよび４６ａも含めて、圧電
変換器１６に実質的に重畳している。不活性化層４８お
よび５０の蒸着に続いて、少なくともひとつの、好まし
くは二つの空気チャンネルが、例えばレ−ザ穴明けによ
り基板３２に形成される。空気チャンネル２４は、基板
３２を介して側面３６から側面３４まで延長して使い捨
てアイランド層３８に接している。空気チャンネルは、
図１に示すように、方形（または円形）の断面を有し、
方形（円形）断面はその一方の寸法（直径）が約１０μ
ｍから５００μｍである。
要素が完成した後、基板３２は、側面３４および３６そ
れぞれにおいて、不活性化層または絶縁層４８でコ−テ
ィングされるのが好ましい。絶縁層４８は、電極層４２
および４６の導線部４２ａおよび４６ａも含めて、圧電
変換器１６に実質的に重畳している。不活性化層４８お
よび５０の蒸着に続いて、少なくともひとつの、好まし
くは二つの空気チャンネルが、例えばレ−ザ穴明けによ
り基板３２に形成される。空気チャンネル２４は、基板
３２を介して側面３６から側面３４まで延長して使い捨
てアイランド層３８に接している。空気チャンネルは、
図１に示すように、方形（または円形）の断面を有し、
方形（円形）断面はその一方の寸法（直径）が約１０μ
ｍから５００μｍである。
【００２０】インク送出部１４は、空気チャンネル２４
の一方または両方を介して、例えば湿性（液体）腐食液
を暫定アイランド層３８に導入することにより継続して
形成される。図７に示すように、暫定アイランド層３８
が除去されると、圧電変換器１６に直ぐ隣接した基板３
２の側面３４に、空気間隙または空気室２２（図１参
照）が形成される。空気室２２は不活性化層４０が形成
する上面２３と側面２５を有し、空気チャンネル２４を
介して基板３２の側面３６と流体連絡している。空気室
２２は、実際上は、暫定アイランド層に電位を加えた状
態で、圧電層４４が自由に拡大収縮できるようにするエ
アクッションを備えている。
の一方または両方を介して、例えば湿性（液体）腐食液
を暫定アイランド層３８に導入することにより継続して
形成される。図７に示すように、暫定アイランド層３８
が除去されると、圧電変換器１６に直ぐ隣接した基板３
２の側面３４に、空気間隙または空気室２２（図１参
照）が形成される。空気室２２は不活性化層４０が形成
する上面２３と側面２５を有し、空気チャンネル２４を
介して基板３２の側面３６と流体連絡している。空気室
２２は、実際上は、暫定アイランド層に電位を加えた状
態で、圧電層４４が自由に拡大収縮できるようにするエ
アクッションを備えている。
【００２１】図８に示すように、インク送出部１４の形
成は、少なくともひとつの、好ましくは二つのインクチ
ャンネル２６を例えばレ−ザ穴明けまたはエッチングに
より形成することにより完了する。インクチャンネル２
６は、図１に示すようなスリット状の横断面を有するの
が好ましく、スリットの長さ早く１００μｍから２００
０μｍであり、幅は１０μｍから５００μｍである。イ
ンクチャンネル２６は、基板３２を介して側面３６から
側面３４まで延長している。更に、不活性化層４８は、
第２電極４６との接触を行うため、開口部４９のような
開口部を形成するために一部をエッチングにより除去し
ても良い。同様の開口部（図示せず）第１電極４２との
接触を行うため、不活性化層４８をエッチングして形成
することができる。
成は、少なくともひとつの、好ましくは二つのインクチ
ャンネル２６を例えばレ−ザ穴明けまたはエッチングに
より形成することにより完了する。インクチャンネル２
６は、図１に示すようなスリット状の横断面を有するの
が好ましく、スリットの長さ早く１００μｍから２００
０μｍであり、幅は１０μｍから５００μｍである。イ
ンクチャンネル２６は、基板３２を介して側面３６から
側面３４まで延長している。更に、不活性化層４８は、
第２電極４６との接触を行うため、開口部４９のような
開口部を形成するために一部をエッチングにより除去し
ても良い。同様の開口部（図示せず）第１電極４２との
接触を行うため、不活性化層４８をエッチングして形成
することができる。
【００２２】インク貯蔵部１２を形成するための好まし
い方法を継続して説明する。全体として平坦で平行な側
面５８および６０を有する基板５６を示す。基板５６は
好ましくはシリコンを素材とし、例えば単結晶シリコン
ウェ−ハが使用可能な軽度のド−ピングを与えたベ−ス
５６ａと、エピタキシャル成長法でウェ−ハ上に形成可
能な重度のド−ピングを与えた領域５６ｂとで構成され
る。基板５６は約１０ミルから４０ミルの厚さを有する
ことが好ましい。重度のド−ピングを与えた領域５６ｂ
は、約１ミルから５ミルの厚さを有することが好まし
い。基板５６は、対向主要面５８および６０にそれぞれ
蒸着した絶縁層または不活性化層６２および６４を有す
ることが好ましい。図１０に示すように、キャビティ６
６は、例えば不活性化層６２を介して、好ましくは基板
５６のエピタキシャル成長による重度のド−ピングを与
えた領域５６Ｂ全体を介して、例えばエッチングにより
基板５６に形成され、従ってキャビティのベ−ス６８は
軽度のド−ピングを与えた領域５６ａによって形成され
る。異なるド−ピングレベルを有する基板の二つの領域
は、軽度のド−ピング領域５６ａよりもはるかに速い速
度で基板の比較的重度のド−ピングを与えた領域５６ｂ
に対し差別的または選択的にエッチングを行うＫＯＨな
どの腐食液を使用することが可能であり、キャビティ６
８の深さを高度ド−ピングしたエピタキシャル領域５６
ｂの深さ、すなわち重度ド−ピングした領域を形成する
層の厚さによって制御することができる。基板５６の側
方５８にキャビティ６８を形成した後、図１１に示すよ
うに、開口部７０がキャビティ６６のベ−ス６８にエッ
チングまたはレ−ザドリリングにより形成される。開口
部７０は基板５６を通ってその側面６０まで延長し、イ
ンクノズル２０を形成する。インクノズル２０は図１に
示すような円形断面を有することが好ましく、約５μｍ
から１００μｍ、好ましくは約２０μｍのサイズを有す
る。
い方法を継続して説明する。全体として平坦で平行な側
面５８および６０を有する基板５６を示す。基板５６は
好ましくはシリコンを素材とし、例えば単結晶シリコン
ウェ−ハが使用可能な軽度のド−ピングを与えたベ−ス
５６ａと、エピタキシャル成長法でウェ−ハ上に形成可
能な重度のド−ピングを与えた領域５６ｂとで構成され
る。基板５６は約１０ミルから４０ミルの厚さを有する
ことが好ましい。重度のド−ピングを与えた領域５６ｂ
は、約１ミルから５ミルの厚さを有することが好まし
い。基板５６は、対向主要面５８および６０にそれぞれ
蒸着した絶縁層または不活性化層６２および６４を有す
ることが好ましい。図１０に示すように、キャビティ６
６は、例えば不活性化層６２を介して、好ましくは基板
５６のエピタキシャル成長による重度のド−ピングを与
えた領域５６Ｂ全体を介して、例えばエッチングにより
基板５６に形成され、従ってキャビティのベ−ス６８は
軽度のド−ピングを与えた領域５６ａによって形成され
る。異なるド−ピングレベルを有する基板の二つの領域
は、軽度のド−ピング領域５６ａよりもはるかに速い速
度で基板の比較的重度のド−ピングを与えた領域５６ｂ
に対し差別的または選択的にエッチングを行うＫＯＨな
どの腐食液を使用することが可能であり、キャビティ６
８の深さを高度ド−ピングしたエピタキシャル領域５６
ｂの深さ、すなわち重度ド−ピングした領域を形成する
層の厚さによって制御することができる。基板５６の側
方５８にキャビティ６８を形成した後、図１１に示すよ
うに、開口部７０がキャビティ６６のベ−ス６８にエッ
チングまたはレ−ザドリリングにより形成される。開口
部７０は基板５６を通ってその側面６０まで延長し、イ
ンクノズル２０を形成する。インクノズル２０は図１に
示すような円形断面を有することが好ましく、約５μｍ
から１００μｍ、好ましくは約２０μｍのサイズを有す
る。
【００２３】図１２に示すように、印字ヘッド１０は、
インク送出部１４とインク貯蔵部１２を一体に接合し、
すなわち基板３２および５６をそれぞれの側面３４およ
び５８を対面位置関係において接合して構成する。上記
各装置部は、変換器１６がキャビティ６６内に位置し、
インクチャンネル２６がキャビティ６６と流体連通可能
に構成され、基板３２（およびその上に形成された各
層）がキャビティ６６を囲んでインク貯蔵部１８を形成
するように一体に接合される。適正な電位を接点３０
（図１）を介して電極４２ｂおよび４６および圧電層４
４に印加して変換器１６が作動されると、インク（図示
せず）は矢印７４が示すようにインクノズル２０を介し
て水滴状にインク貯蔵部から排出され記録媒体（図示せ
ず）に当たる。装置部１２および１４を接合する適正な
接着剤は低温のガラスである。本発明による印字ヘッド
１０は、説明の便宜上ひとつのインク貯蔵部とひとつの
インクノズルのみの構成として説明している。ただし上
述したように、印字ヘッドにおいては、通常それぞれイ
ンク貯蔵部を備えた一列のインクノズルまたは一配列の
インクノズルおよびインク貯蔵部にインクを供給する手
段を備えている。
インク送出部１４とインク貯蔵部１２を一体に接合し、
すなわち基板３２および５６をそれぞれの側面３４およ
び５８を対面位置関係において接合して構成する。上記
各装置部は、変換器１６がキャビティ６６内に位置し、
インクチャンネル２６がキャビティ６６と流体連通可能
に構成され、基板３２（およびその上に形成された各
層）がキャビティ６６を囲んでインク貯蔵部１８を形成
するように一体に接合される。適正な電位を接点３０
（図１）を介して電極４２ｂおよび４６および圧電層４
４に印加して変換器１６が作動されると、インク（図示
せず）は矢印７４が示すようにインクノズル２０を介し
て水滴状にインク貯蔵部から排出され記録媒体（図示せ
ず）に当たる。装置部１２および１４を接合する適正な
接着剤は低温のガラスである。本発明による印字ヘッド
１０は、説明の便宜上ひとつのインク貯蔵部とひとつの
インクノズルのみの構成として説明している。ただし上
述したように、印字ヘッドにおいては、通常それぞれイ
ンク貯蔵部を備えた一列のインクノズルまたは一配列の
インクノズルおよびインク貯蔵部にインクを供給する手
段を備えている。
【００２４】ひとつのインク貯蔵部およびひとつのイン
クノズルを構成する上記の方法の各手段を、一連の変換
器およびインクチャンネルを設けるため、基板３２上の
異なる位置で同時に行うことができ、また対応した配列
のインクノズルおよびインク貯蔵部を形成するため基板
５６上で同時に行うことができることは、本発明に関す
る当業習熟者には明らかである。このような手順は、半
導体回路の機能を複雑な情報処理回路を構築するために
シリコンウェ−ハの表面に反復構成させる手順と同様で
ある。このように、半導体装置の製造において実践され
ているマスキングおよび機能情報技術を用いることによ
り、回路機能と構成部品の整合が現在半導体装置の製造
において実現されているのと同様のインクノズル配列に
ついての整合および設定精度を達成することが可能とな
る。さらに、通常の基板上に、特定のインクノズル配列
にすべてのインク貯蔵部およびインクノズルを形成する
ことにより、インクノズルは、インクノズルが設けられ
る基板表面により規定される同一平面内に自動的に配置
される。
クノズルを構成する上記の方法の各手段を、一連の変換
器およびインクチャンネルを設けるため、基板３２上の
異なる位置で同時に行うことができ、また対応した配列
のインクノズルおよびインク貯蔵部を形成するため基板
５６上で同時に行うことができることは、本発明に関す
る当業習熟者には明らかである。このような手順は、半
導体回路の機能を複雑な情報処理回路を構築するために
シリコンウェ−ハの表面に反復構成させる手順と同様で
ある。このように、半導体装置の製造において実践され
ているマスキングおよび機能情報技術を用いることによ
り、回路機能と構成部品の整合が現在半導体装置の製造
において実現されているのと同様のインクノズル配列に
ついての整合および設定精度を達成することが可能とな
る。さらに、通常の基板上に、特定のインクノズル配列
にすべてのインク貯蔵部およびインクノズルを形成する
ことにより、インクノズルは、インクノズルが設けられ
る基板表面により規定される同一平面内に自動的に配置
される。
【００２５】
【発明の効果】上記に説明するところにおいて、本発明
は、従来技術による機械的に一体化したインクジェット
印字ヘッドにおけるインクノズルの複雑かつ正確な機械
的整合または従来技術による成型形印字ヘッドにおける
インク貯蔵部とインクノズルを形成するためのロッドの
整合に要する負荷および努力を不要とし、フォ−トリト
グラフィ、薄膜蒸着およびエッチングなどの半導体およ
び電子回路製造技術を用いてインクジェット印字ヘッド
を形成することにより、従来技術における複雑かつ正確
な機械的一体化や機械的整合を要する手順を排除してお
り、同一基板上にすべてのインク貯蔵部とインクノズル
を形成することによりインクノズルの同一平面内の自動
的配列を可能にしている。
は、従来技術による機械的に一体化したインクジェット
印字ヘッドにおけるインクノズルの複雑かつ正確な機械
的整合または従来技術による成型形印字ヘッドにおける
インク貯蔵部とインクノズルを形成するためのロッドの
整合に要する負荷および努力を不要とし、フォ−トリト
グラフィ、薄膜蒸着およびエッチングなどの半導体およ
び電子回路製造技術を用いてインクジェット印字ヘッド
を形成することにより、従来技術における複雑かつ正確
な機械的一体化や機械的整合を要する手順を排除してお
り、同一基板上にすべてのインク貯蔵部とインクノズル
を形成することによりインクノズルの同一平面内の自動
的配列を可能にしている。
【図１】本発明に基づき、半導体および電子回路製造技
術を用いて第１および第２半導体基板上および同基板内
に形成されるインクジェット印字ヘッドを概略説明する
斜視図である。
術を用いて第１および第２半導体基板上および同基板内
に形成されるインクジェット印字ヘッドを概略説明する
斜視図である。
【図２】第１側面に蒸着される暫定アイランド層を含
め、図１の第２基板を概略説明する断面図である。
め、図１の第２基板を概略説明する断面図である。
【図３】暫定アイランド層上に蒸着される不活性化層お
よび不活性化層上に蒸着形成される第１電極を含め、図
２の第２基板を概略説明する断面図である。
よび不活性化層上に蒸着形成される第１電極を含め、図
２の第２基板を概略説明する断面図である。
【図４】第１電極上に蒸着形成される圧電層を含め、図
３の第２基板を概略説明する断面図である。
３の第２基板を概略説明する断面図である。
【図５】圧電層上に蒸着形成される第２電極と圧力変換
器を構成する第１および第２電極と圧電層を含め、図４
の第２基板を概略説明する断面図である。
器を構成する第１および第２電極と圧電層を含め、図４
の第２基板を概略説明する断面図である。
【図６】基板の第２側面に蒸着される不活性化層と第１
および第２電極に蒸着される不活性化層および更に基板
から暫定層に延長する二つの空気チャンネルを含め、図
５の第２基板を概略説明する断面図である。
および第２電極に蒸着される不活性化層および更に基板
から暫定層に延長する二つの空気チャンネルを含め、図
５の第２基板を概略説明する断面図である。
【図７】暫定層がエッチングにより除去されて圧力変換
器に隣接して空気間隙が形成される図６の第２基板を概
略説明する断面図である。
器に隣接して空気間隙が形成される図６の第２基板を概
略説明する断面図である。
【図８】基板を通って延長する二つのインクチャンネル
を含め、図６の第２基板を概略説明する断面図である。
を含め、図６の第２基板を概略説明する断面図である。
【図９】重度ド−ピングした領域および軽度ド−ピング
した領域と基板の第１および第２側面の不活性化層を含
め、図１の第１基板を概略説明する断面図である。
した領域と基板の第１および第２側面の不活性化層を含
め、図１の第１基板を概略説明する断面図である。
【図１０】基板内の位置側面に形成するキャビティを含
め、図９の第１基板を概略説明する断面図である。
め、図９の第１基板を概略説明する断面図である。
【図１１】基板を通ってキャビティのベ−スから基板の
第２側面に延長する開口部を含め、図１の第１基板を概
略説明する断面図である。
第２側面に延長する開口部を含め、図１の第１基板を概
略説明する断面図である。
【図１２】図８の基板と図１１の基板の接合形成した印
字ヘッドを概略説明する断面図である。
字ヘッドを概略説明する断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ゲイル ダブリュー．ミラー アメリカ合衆国、コロラド 80906、コロ ラド スプリングス、ベクウィズ ドライ ブ 140
Claims (2)
- 【請求項１】 インクキャビティを形成する本体と、前
記キャビティ内に設けた圧電変換器と、前記キャビティ
からインクを移送するための開口部とを有することを特
徴とするインクジェット印字ヘッド。 - 【請求項２】 インクジェット・プリンタ用の印字ヘッ
ドを構成する方法において、（ａ） それぞれ第１面お
よび第２面を有する第１および第２半導体基板を供給
し、（ｂ） 前記第１半導体基板の前記第１面にベ−ス
を有するキャビティのエッチングを行い、（ｃ） 前記
第１基板に、前記キャビティのベ−スから第１基板の第
２面に延長する開口部を形成し、（ｄ） 第２基板の第
１面に薄膜電気変換器を形成し、（ｅ） 前記変換器に
隣接する第２基板を介して少なくともひとつのインクチ
ャンネルを形成し、および（ｆ） キャビティ内の変換
器と面接触した状態の第１面とキャビティとの液体連通
部内の少なくともひとつのインクチャンネルと第１基板
および第２基板を一体に接合する手順を有し、ここにお
いて、キャビティの第２基板はキャビティを囲んでイン
ク貯蔵部を形成し、キャビティのベ−スにある開口部は
インクノズルを形成し、変換器はインクノズルを介して
インク貯蔵部からインクを噴射させる手段を備えている
ことを特徴とするインクジェット・プリンタ用の印字ヘ
ッドを構成する方法。
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|---|---|---|---|
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