JP2000289201A - インクジェットヘッド、インクジェットプリンタ、及び、インクジェットヘッドの製造方法 - Google Patents
インクジェットヘッド、インクジェットプリンタ、及び、インクジェットヘッドの製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 インクジェットヘッド、インクジェットプリ
ンタ、及び、インクジェットヘッドの製造方法に関し、
積み重ねプロセスによってピエゾ方式のインクジェット
ヘッドを提供する。 【解決手段】 １枚の基板１または基板１上に設けられ
た堆積層のいずれかに複数の圧力室２を設けるととも
に、圧力室２よりも上方に、個々の圧力室２に対応する
圧電アクチュエータ４及びインク噴出用のノズル３を配
置する。
ンタ、及び、インクジェットヘッドの製造方法に関し、
積み重ねプロセスによってピエゾ方式のインクジェット
ヘッドを提供する。 【解決手段】 １枚の基板１または基板１上に設けられ
た堆積層のいずれかに複数の圧力室２を設けるととも
に、圧力室２よりも上方に、個々の圧力室２に対応する
圧電アクチュエータ４及びインク噴出用のノズル３を配
置する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はインクジェットヘッ
ド、インクジェットプリンタ、及び、インクジェットヘ
ッドの製造方法に関するものであり、特に、基板と圧力
室、及び、圧力室とインク噴出用ノズル及び圧電アクチ
ュエータの配置関係に特徴のあるインクジェットヘッ
ド、インクジェットプリンタ、及び、インクジェットヘ
ッドの製造方法に関するものである。
ド、インクジェットプリンタ、及び、インクジェットヘ
ッドの製造方法に関するものであり、特に、基板と圧力
室、及び、圧力室とインク噴出用ノズル及び圧電アクチ
ュエータの配置関係に特徴のあるインクジェットヘッ
ド、インクジェットプリンタ、及び、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、パーソナルコンピュータ、ワード
プロセッサ、ファクシミリ、複写機等の情報機器端末と
してのプリンタ装置として、ワイヤを磁気駆動し、イン
クリボン及び記録媒体としての用紙を介してプラテンに
押圧することによって印字を行うワイヤ駆動型の記録ヘ
ッドを用いたプリンタ装置や、インクをノズルから噴射
するインクジェット型の記録ヘッドを用いたプリンタ等
が用いられているが、印字に伴う騒音の発生しないイン
クジェット型プリンタ装置がオフィス内での使用に適し
ていると注目されている。
プロセッサ、ファクシミリ、複写機等の情報機器端末と
してのプリンタ装置として、ワイヤを磁気駆動し、イン
クリボン及び記録媒体としての用紙を介してプラテンに
押圧することによって印字を行うワイヤ駆動型の記録ヘ
ッドを用いたプリンタ装置や、インクをノズルから噴射
するインクジェット型の記録ヘッドを用いたプリンタ等
が用いられているが、印字に伴う騒音の発生しないイン
クジェット型プリンタ装置がオフィス内での使用に適し
ていると注目されている。
【０００３】この様なインクジェット型プリンタ装置と
しては、インクを加熱素子によって瞬間加熱，気化させ
て気泡を発生させ、その圧力でインクをノズルから飛翔
させるバブルジェット方式と、インクを圧電素子の変形
を利用し、その変形力でノズルから飛翔させるピエゾ方
式があり、これらのプリンタは、インク粒子を噴出させ
る発熱素子や圧電素子を駆動する電子回路、即ち、ドラ
イバとしてシリコン半導体を用いている。
しては、インクを加熱素子によって瞬間加熱，気化させ
て気泡を発生させ、その圧力でインクをノズルから飛翔
させるバブルジェット方式と、インクを圧電素子の変形
を利用し、その変形力でノズルから飛翔させるピエゾ方
式があり、これらのプリンタは、インク粒子を噴出させ
る発熱素子や圧電素子を駆動する電子回路、即ち、ドラ
イバとしてシリコン半導体を用いている。
【０００４】この内、バブルジェット方式の場合には、
構造が簡単であり、基板上に半導体素子のような積み重
ねプロセスでインク駆動源となる加熱素子を形成できる
ため、シリコン基板にドライバを形成し、このドライバ
を形成したシリコン基板を印字ヘッドの基板とし、その
上に発熱素子やノズル等を形成することができ、それに
よって、高ノズル密度化、低コスト化に有利であるとい
う特長がある。
構造が簡単であり、基板上に半導体素子のような積み重
ねプロセスでインク駆動源となる加熱素子を形成できる
ため、シリコン基板にドライバを形成し、このドライバ
を形成したシリコン基板を印字ヘッドの基板とし、その
上に発熱素子やノズル等を形成することができ、それに
よって、高ノズル密度化、低コスト化に有利であるとい
う特長がある。
【０００５】一方、従来のピエゾ方式の場合、ドライバ
を印字ヘッドと別部品としてケーブルにより接続した
り、或いは、印字ヘッド上に実装させており、圧電アク
チュエータにおける発生力の精密な制御が可能であるの
で、高画質印字が可能になるという特長がある。
を印字ヘッドと別部品としてケーブルにより接続した
り、或いは、印字ヘッド上に実装させており、圧電アク
チュエータにおける発生力の精密な制御が可能であるの
で、高画質印字が可能になるという特長がある。
【０００６】この様な従来のインクジェット型の記録ヘ
ッドは、ノズル、圧力室となるインク流路、インク供給
系、インクタンク、発熱素子或いは圧電素子等のインク
噴出駆動源等を備え、インク噴出駆動源で発生した発熱
或いは変位・圧力をインク流路に伝達することによっ
て、ノズルからインク粒子を噴出させ、紙等の記録媒体
の上に文字や画像を記録するものである。
ッドは、ノズル、圧力室となるインク流路、インク供給
系、インクタンク、発熱素子或いは圧電素子等のインク
噴出駆動源等を備え、インク噴出駆動源で発生した発熱
或いは変位・圧力をインク流路に伝達することによっ
て、ノズルからインク粒子を噴出させ、紙等の記録媒体
の上に文字や画像を記録するものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、バブル
ジェット方式のインクジェットプリンタの場合には、加
熱素子における発生力の精密な制御が困難であり、その
結果、印字画質が良くないという問題がある。
ジェット方式のインクジェットプリンタの場合には、加
熱素子における発生力の精密な制御が困難であり、その
結果、印字画質が良くないという問題がある。
【０００８】一方、高画質印字が可能なピエゾ方式のイ
ンクジェットプリンタの場合には、バブルジェット方式
に比べて構造が複雑であり、且つ、圧電アクチュエータ
として作用するＰＺＴ（ＰｂＺｒx Ｔｉ1-x Ｏ3 ）膜を
積み重ねプロセスで形成することが困難であり、ドライ
バ一体型のインクジェットヘッドが実現されておらず、
高ノズル密度化或いは低コスト化が困難であるという問
題がある。
ンクジェットプリンタの場合には、バブルジェット方式
に比べて構造が複雑であり、且つ、圧電アクチュエータ
として作用するＰＺＴ（ＰｂＺｒx Ｔｉ1-x Ｏ3 ）膜を
積み重ねプロセスで形成することが困難であり、ドライ
バ一体型のインクジェットヘッドが実現されておらず、
高ノズル密度化或いは低コスト化が困難であるという問
題がある。
【０００９】したがって、本発明は、積み重ねプロセス
によってピエゾ方式のインクジェットヘッドを提供する
ことを目的とする。
によってピエゾ方式のインクジェットヘッドを提供する
ことを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理的構
成の説明図であり、この図１を参照して本発明における
課題を解決するための手段を説明する。なお、図１は、
ピエゾ方式インクジェットヘッドの概略的断面図であ
り、図における符号６，１０は、それぞれ振動板、上部
電極である。 図１参照 （１）本発明は、インクジェットヘッドにおいて、１枚
の基板１または基板１上に設けられた堆積層のいずれか
に複数の圧力室２を設けるとともに、圧力室２よりも上
方に、個々の圧力室２に対応する圧電アクチュエータ４
及びインク噴出用のノズル３を配置したことを特徴とす
る。
成の説明図であり、この図１を参照して本発明における
課題を解決するための手段を説明する。なお、図１は、
ピエゾ方式インクジェットヘッドの概略的断面図であ
り、図における符号６，１０は、それぞれ振動板、上部
電極である。 図１参照 （１）本発明は、インクジェットヘッドにおいて、１枚
の基板１または基板１上に設けられた堆積層のいずれか
に複数の圧力室２を設けるとともに、圧力室２よりも上
方に、個々の圧力室２に対応する圧電アクチュエータ４
及びインク噴出用のノズル３を配置したことを特徴とす
る。
【００１１】この様に、圧力室２に対して圧電アクチュ
エータ４をノズル面側に設けることによって、積み重ね
プロセスを用いて圧電アクチュエータ４を一体化したイ
ンクジェットヘッドを構成することができる。即ち、ノ
ズル面は、インクによる汚れの清掃や、ノズル詰まりの
回復のために吸引等を行うために平面である必要がある
ため、圧電アクチュエータ４をノズル面側に設けた構造
はなかったが、圧電アクチュエータ４として、薄層化し
た圧電アクチュエータ４、例えば、ユニモルフ型圧電ア
クチュエータ４を用いることによって、積み重ねプロセ
スを用いて圧電アクチュエータ４を一体化することがで
きる。
エータ４をノズル面側に設けることによって、積み重ね
プロセスを用いて圧電アクチュエータ４を一体化したイ
ンクジェットヘッドを構成することができる。即ち、ノ
ズル面は、インクによる汚れの清掃や、ノズル詰まりの
回復のために吸引等を行うために平面である必要がある
ため、圧電アクチュエータ４をノズル面側に設けた構造
はなかったが、圧電アクチュエータ４として、薄層化し
た圧電アクチュエータ４、例えば、ユニモルフ型圧電ア
クチュエータ４を用いることによって、積み重ねプロセ
スを用いて圧電アクチュエータ４を一体化することがで
きる。
【００１２】（２）また、本発明は、上記（１）におい
て、基板１がシリコン基板であり、このシリコン基板に
圧電アクチュエータ４を駆動する駆動回路９が形成され
ていることを特徴とする。
て、基板１がシリコン基板であり、このシリコン基板に
圧電アクチュエータ４を駆動する駆動回路９が形成され
ていることを特徴とする。
【００１３】この様に、シリコン基板に圧電アクチュエ
ータ４を駆動する駆動回路９を形成することによって、
部品点数が少なくなり、低コスト化が可能になる。
ータ４を駆動する駆動回路９を形成することによって、
部品点数が少なくなり、低コスト化が可能になる。
【００１４】（３）また、本発明は、上記（１）または
（２）において、圧電アクチュエータ４とノズル面との
間に、圧電アクチュエータ４の変形に対する拘束力が小
さな変形吸収層５を設けたことを特徴とする。
（２）において、圧電アクチュエータ４とノズル面との
間に、圧電アクチュエータ４の変形に対する拘束力が小
さな変形吸収層５を設けたことを特徴とする。
【００１５】この様に、圧電アクチュエータ４とノズル
面との間に、圧電アクチュエータ４の変形に対する拘束
力が小さな変形吸収層５、例えば、気体や、樹脂等の低
弾性係数の材料からなる変形吸収層５を設けることによ
って、圧電アクチュエータ４がノズル板から拘束を受け
ることがなく、且つ、ノズル面が圧電アクチュエータ４
の動作の影響を受けることがないので、高精度の印字が
可能になる。
面との間に、圧電アクチュエータ４の変形に対する拘束
力が小さな変形吸収層５、例えば、気体や、樹脂等の低
弾性係数の材料からなる変形吸収層５を設けることによ
って、圧電アクチュエータ４がノズル板から拘束を受け
ることがなく、且つ、ノズル面が圧電アクチュエータ４
の動作の影響を受けることがないので、高精度の印字が
可能になる。
【００１６】（４）また、本発明は、インクジェトプリ
ンタにおいて、上記（１）乃至（３）のいずれかのイン
クジェットヘッドを搭載したことを特徴とする。
ンタにおいて、上記（１）乃至（３）のいずれかのイン
クジェットヘッドを搭載したことを特徴とする。
【００１７】（５）また、本発明は、インクジェットヘ
ッドの製造方法において、１枚の基板１または基板１上
に設けられた堆積層のいずれかに窪み加工によって複数
の圧力室２を形成したのち、圧力室２を犠牲材で埋め込
み、次いで、その上に圧電アクチュエータ４及びノズル
３を形成したのち、犠牲材を除去する工程を有すること
を特徴とする。
ッドの製造方法において、１枚の基板１または基板１上
に設けられた堆積層のいずれかに窪み加工によって複数
の圧力室２を形成したのち、圧力室２を犠牲材で埋め込
み、次いで、その上に圧電アクチュエータ４及びノズル
３を形成したのち、犠牲材を除去する工程を有すること
を特徴とする。
【００１８】この様に、窪み加工を用いて圧力室２を形
成することによって、圧力室２、インク供給路７、或い
は、共通インク室８等を他の部材で形成してハイブリッ
ド的に実装することなく、一連の半導体製造プロセスに
よってインクジェットヘッドを製造することができるの
で、高ノズル密度化及び低コスト化が可能になる。
成することによって、圧力室２、インク供給路７、或い
は、共通インク室８等を他の部材で形成してハイブリッ
ド的に実装することなく、一連の半導体製造プロセスに
よってインクジェットヘッドを製造することができるの
で、高ノズル密度化及び低コスト化が可能になる。
【００１９】
【発明の実施の形態】ここで、図２乃至図５を参照し
て、本発明の第１の実施の形態のピエゾ方式のインクジ
ェットヘッドの製造工程を説明する。 図２（ａ）参照 まず、シリコン基板１１の一部に通常のデバイス形成プ
ロセスを用いてインク噴出駆動源を駆動する半導体回路
を形成して半導体回路部１２とし、半導体回路部１２に
対して通常の配線１３を形成したのち、ＰＣＶＤ法（プ
ラズマＣＶＤ法）によって全面に、厚さが、例えば、
１．５μｍのＳｉＯＮ膜１４を形成し、次いで、半導体
回路部１２上に堆積したＳｉＯＮ膜１４に駆動用配線の
ためのビアホール１５を形成する。
て、本発明の第１の実施の形態のピエゾ方式のインクジ
ェットヘッドの製造工程を説明する。 図２（ａ）参照 まず、シリコン基板１１の一部に通常のデバイス形成プ
ロセスを用いてインク噴出駆動源を駆動する半導体回路
を形成して半導体回路部１２とし、半導体回路部１２に
対して通常の配線１３を形成したのち、ＰＣＶＤ法（プ
ラズマＣＶＤ法）によって全面に、厚さが、例えば、
１．５μｍのＳｉＯＮ膜１４を形成し、次いで、半導体
回路部１２上に堆積したＳｉＯＮ膜１４に駆動用配線の
ためのビアホール１５を形成する。
【００２０】図２（ｂ）参照 次いで、スパッタ法によって、全面に、２０μｍのＡｌ
2 Ｏ3 膜１６を堆積させたのち、ウェット・エッチング
によって個々の圧力室１７及び共通インク室１８を形成
する。
2 Ｏ3 膜１６を堆積させたのち、ウェット・エッチング
によって個々の圧力室１７及び共通インク室１８を形成
する。
【００２１】図２（ｃ）参照 次いで、ディップコートによって、圧力室１７及び共通
インク室１８をＳＯＧ（スピンオングラス）１９によっ
て埋め込んだのち、ＣＭＰ（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈ
ａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法を用いて表面を
平坦化する。次いで、Ａｌ2 Ｏ3 膜１６にビアホール１
５に達するビアホールを形成したのち、Ａｌを埋め込
み、再び、ＣＭＰ法によって表面を平坦化することによ
ってＡｌプラグ２０，２１を形成する。次いで、スパッ
タ法を用いて、平坦化したＳＯＧ１９上に、厚さが、
０．１〜１０μｍ、例えば、１．０μｍの硬く耐久性の
高いＴｉＮ膜を堆積させて、ＴｉＮ振動板２２を形成す
る。
インク室１８をＳＯＧ（スピンオングラス）１９によっ
て埋め込んだのち、ＣＭＰ（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈ
ａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法を用いて表面を
平坦化する。次いで、Ａｌ2 Ｏ3 膜１６にビアホール１
５に達するビアホールを形成したのち、Ａｌを埋め込
み、再び、ＣＭＰ法によって表面を平坦化することによ
ってＡｌプラグ２０，２１を形成する。次いで、スパッ
タ法を用いて、平坦化したＳＯＧ１９上に、厚さが、
０．１〜１０μｍ、例えば、１．０μｍの硬く耐久性の
高いＴｉＮ膜を堆積させて、ＴｉＮ振動板２２を形成す
る。
【００２２】図３（ｄ）参照 次いで、共通インク室１８上に堆積したＴｉＮ膜、イン
ク供給路及びノズル口に対応する部分のＴｉＮ膜、及
び、Ａｌプラグ２１に対応する部分のＴｉＮ膜を除去し
たのち、再び、ＳＯＧ２３で埋め込み、ＣＭＰ法によっ
て平坦化する。
ク供給路及びノズル口に対応する部分のＴｉＮ膜、及
び、Ａｌプラグ２１に対応する部分のＴｉＮ膜を除去し
たのち、再び、ＳＯＧ２３で埋め込み、ＣＭＰ法によっ
て平坦化する。
【００２３】図３（ｅ）参照 次いで、全面に、厚さが、０．１〜２０μｍ、例えば、
１．０μｍのＰＺＴ膜を堆積させ、個別の圧力室１７に
対応する形状にパターニングすることによって、ＰＺＴ
圧電膜２４を形成する。次いで、ＰＺＴ圧電膜２４の上
面を除く全面を、ＰＺＴ圧電膜２４に対する拘束が小さ
く、且つ、駆動用配線層の形成が可能な程度の硬さを有
するポリイミド膜２５で埋め込む。
１．０μｍのＰＺＴ膜を堆積させ、個別の圧力室１７に
対応する形状にパターニングすることによって、ＰＺＴ
圧電膜２４を形成する。次いで、ＰＺＴ圧電膜２４の上
面を除く全面を、ＰＺＴ圧電膜２４に対する拘束が小さ
く、且つ、駆動用配線層の形成が可能な程度の硬さを有
するポリイミド膜２５で埋め込む。
【００２４】図３（ｆ）参照 次いで、ポリイミド膜２５にＡｌプラグ２１に対応する
ビアホールを形成したのち、スパッタ法によって、全面
に厚さが、例えば、１００ｎｍのＰｔ膜を堆積させ、所
定形状にエッチングすることによって、Ｐｔ上部電極２
６及びＰｔ配線層２７を形成する。
ビアホールを形成したのち、スパッタ法によって、全面
に厚さが、例えば、１００ｎｍのＰｔ膜を堆積させ、所
定形状にエッチングすることによって、Ｐｔ上部電極２
６及びＰｔ配線層２７を形成する。
【００２５】図４（ｇ）参照 次いで、全面に、例えば、厚さが、２０μｍのウレタン
系樹脂２８を成膜したのち、ポリイミド膜２５とともに
局所的にエッチング除去することによってノズルポート
２９を形成する。次いで、ノズルポート２９に露出した
ＴｉＮ振動板２２を利用して、電解メッキ法によって、
ノズルポート２９の側面にＣｒメッキ層３０を形成す
る。
系樹脂２８を成膜したのち、ポリイミド膜２５とともに
局所的にエッチング除去することによってノズルポート
２９を形成する。次いで、ノズルポート２９に露出した
ＴｉＮ振動板２２を利用して、電解メッキ法によって、
ノズルポート２９の側面にＣｒメッキ層３０を形成す
る。
【００２６】図４（ｈ）参照 次いで、共通インク室１８及びインク供給路上のウレタ
ン系樹脂２８及びポリイミド膜２５を除去したのち、再
び、ディップコートによってウレタン系樹脂２８及びポ
リイミド膜２５の除去部、及び、ノズルポート２９をＳ
ＯＧ３１で埋め込んだ後、ＣＭＰ法を用いて表面を平坦
化する。
ン系樹脂２８及びポリイミド膜２５を除去したのち、再
び、ディップコートによってウレタン系樹脂２８及びポ
リイミド膜２５の除去部、及び、ノズルポート２９をＳ
ＯＧ３１で埋め込んだ後、ＣＭＰ法を用いて表面を平坦
化する。
【００２７】図４（ｉ）参照 次いで、全面にＳＯＧを成膜したのち、ノズル穴に対応
する部分のみが残存するようにパターニングすることに
よって、局所的にＳＯＧ３２を形成する。
する部分のみが残存するようにパターニングすることに
よって、局所的にＳＯＧ３２を形成する。
【００２８】図５（ｊ）参照 次いで、無電解メッキ法によって、全面にＣｒメッキ層
３３を形成したのち、ＣＭＰ法によって平坦化すること
によって、ＳＯＧ３２上のＣｒメッキ層を除去してノズ
ル穴を確保する。
３３を形成したのち、ＣＭＰ法によって平坦化すること
によって、ＳＯＧ３２上のＣｒメッキ層を除去してノズ
ル穴を確保する。
【００２９】図５（ｋ）参照 次いで、ノズル穴等を介して残存するＳＯＧ３２，３
１，２３，１９をエッチング除去することによって、共
通インク室１８、インク供給路３４、圧力室１７、及
び、ノズル３５を形成する。以降は図示しないものの、
シリコン基板１１を切断して個別のヘッドとしたのち、
インク導入接続口及びフレキシブルケーブルを接続して
ヘッドセグメントとする。この様なヘッドセグメント
を、紙送り機構、インクタンク、ヘッドクリーニング・
パージ機構を有するプリンタ装置に取り付けることによ
って、ピエゾ方式のインクジェットプリンタが完成す
る。
１，２３，１９をエッチング除去することによって、共
通インク室１８、インク供給路３４、圧力室１７、及
び、ノズル３５を形成する。以降は図示しないものの、
シリコン基板１１を切断して個別のヘッドとしたのち、
インク導入接続口及びフレキシブルケーブルを接続して
ヘッドセグメントとする。この様なヘッドセグメント
を、紙送り機構、インクタンク、ヘッドクリーニング・
パージ機構を有するプリンタ装置に取り付けることによ
って、ピエゾ方式のインクジェットプリンタが完成す
る。
【００３０】この様に、本発明の第１の実施の形態にお
いては、半導体製造プロセスと同様の積み重ねプロセス
を用いて個々の圧力室１７上に圧電アクチュエータを形
成しているので、実装工程が不要になり、且つ、圧電ア
クチュエータ上にウレタン系樹脂当の変形吸収層を介し
てＣｒメッキ層３３からなるノズル板を設けているの
で、従来とは異なった配置のドライバ一体型のピエゾ方
式インクジェットヘッドを高ノズル密度で、且つ、低コ
ストで製造することが可能になる。
いては、半導体製造プロセスと同様の積み重ねプロセス
を用いて個々の圧力室１７上に圧電アクチュエータを形
成しているので、実装工程が不要になり、且つ、圧電ア
クチュエータ上にウレタン系樹脂当の変形吸収層を介し
てＣｒメッキ層３３からなるノズル板を設けているの
で、従来とは異なった配置のドライバ一体型のピエゾ方
式インクジェットヘッドを高ノズル密度で、且つ、低コ
ストで製造することが可能になる。
【００３１】次に、図６を参照して、本発明の第２の実
施の形態を説明するが、この第２の実施の形態のインク
ジェットヘッドは、圧力室等をシリコン基板自体に形成
した以外の構成は上述の第１の実施の形態と同様である
ので、製造工程の図示は省略する。 図６参照 図６は、ピエゾ方式のインクジェットヘッドの最終構造
の概略的断面図であり、まず、上述の第１の実施の形態
と同様に、シリコン基板４１の一部に通常のデバイス形
成プロセスを用いてインク噴出駆動源を駆動する半導体
回路を形成して半導体回路部４２とし、半導体回路部４
２に対して通常の配線４３を形成したのち、ＰＣＶＤ法
によって全面に、厚さが、例えば、１．５μｍのＳｉＯ
Ｎ膜４４を形成する。
施の形態を説明するが、この第２の実施の形態のインク
ジェットヘッドは、圧力室等をシリコン基板自体に形成
した以外の構成は上述の第１の実施の形態と同様である
ので、製造工程の図示は省略する。 図６参照 図６は、ピエゾ方式のインクジェットヘッドの最終構造
の概略的断面図であり、まず、上述の第１の実施の形態
と同様に、シリコン基板４１の一部に通常のデバイス形
成プロセスを用いてインク噴出駆動源を駆動する半導体
回路を形成して半導体回路部４２とし、半導体回路部４
２に対して通常の配線４３を形成したのち、ＰＣＶＤ法
によって全面に、厚さが、例えば、１．５μｍのＳｉＯ
Ｎ膜４４を形成する。
【００３２】次いで、半導体回路部４２以外に堆積した
ＳｉＯＮ膜４４を除去したのち、所定形状のレジストパ
ターンをマスクとしてシリコン基板４１をエッチングす
ることによって、個々の圧力室４５及び共通インク室４
６を形成する。次いで、圧力室４５及び共通インク室４
６をＳＯＧ（図示せず）によって埋め込んだのち、埋め
込み部の表面を平坦化する。
ＳｉＯＮ膜４４を除去したのち、所定形状のレジストパ
ターンをマスクとしてシリコン基板４１をエッチングす
ることによって、個々の圧力室４５及び共通インク室４
６を形成する。次いで、圧力室４５及び共通インク室４
６をＳＯＧ（図示せず）によって埋め込んだのち、埋め
込み部の表面を平坦化する。
【００３３】次いで、スパッタ法を用いて、平坦化した
ＳＯＧ上に、厚さが、０．１〜１０μｍ、例えば、１．
０μｍの硬くて耐久性に優れるＴｉＮ膜を堆積させ、エ
ッチングを施すことによって、共通インク室４６上に堆
積したＴｉＮ膜、インク供給路５８及びノズル口に対応
する部分のＴｉＮ膜を除去するとともに、ＴｉＮ振動板
４７を形成する。次いで、ＴｉＮ膜の除去部をＳＯＧで
埋め込んで平坦化する。
ＳＯＧ上に、厚さが、０．１〜１０μｍ、例えば、１．
０μｍの硬くて耐久性に優れるＴｉＮ膜を堆積させ、エ
ッチングを施すことによって、共通インク室４６上に堆
積したＴｉＮ膜、インク供給路５８及びノズル口に対応
する部分のＴｉＮ膜を除去するとともに、ＴｉＮ振動板
４７を形成する。次いで、ＴｉＮ膜の除去部をＳＯＧで
埋め込んで平坦化する。
【００３４】次いで、ＭＯＣＶＤ法を用いて、全面に、
厚さが、０．１〜２０μｍ、例えば、１．０μｍのＰＺ
Ｔ膜を堆積させ、個別の圧力室４５に対応する形状にパ
ターニングすることによって、ＰＺＴ圧電膜４８を形成
する。次いで、ＳｉＯＮ膜４４に駆動用配線のためのビ
アホールを形成したのち、Ａｌを埋め込み、表面を平坦
化することによってＡｌプラグ４９，５０を形成する。
次いで、ＰＺＴ圧電膜４８の上面を除く全面を、ＰＺＴ
圧電膜４８に対する拘束が小さく、且つ、駆動用配線層
の形成が可能な程度の硬さを有するポリイミド膜５１で
埋め込む。
厚さが、０．１〜２０μｍ、例えば、１．０μｍのＰＺ
Ｔ膜を堆積させ、個別の圧力室４５に対応する形状にパ
ターニングすることによって、ＰＺＴ圧電膜４８を形成
する。次いで、ＳｉＯＮ膜４４に駆動用配線のためのビ
アホールを形成したのち、Ａｌを埋め込み、表面を平坦
化することによってＡｌプラグ４９，５０を形成する。
次いで、ＰＺＴ圧電膜４８の上面を除く全面を、ＰＺＴ
圧電膜４８に対する拘束が小さく、且つ、駆動用配線層
の形成が可能な程度の硬さを有するポリイミド膜５１で
埋め込む。
【００３５】次いで、ポリイミド膜５１にＡｌプラグ５
０に対応するビアホールを形成したのち、スパッタ法に
よって、全面に厚さが、例えば、１００ｎｍのＰｔ膜を
堆積させ、所定形状にエッチングすることによって、Ｐ
ｔ上部電極５２及びＰｔ配線層５３を形成する。
０に対応するビアホールを形成したのち、スパッタ法に
よって、全面に厚さが、例えば、１００ｎｍのＰｔ膜を
堆積させ、所定形状にエッチングすることによって、Ｐ
ｔ上部電極５２及びＰｔ配線層５３を形成する。
【００３６】次いで、全面に、例えば、厚さが、２０μ
ｍのウレタン系樹脂５４を成膜したのち、ポリイミド膜
５１とともにエッチング除去することによってノズルポ
ートを形成する。次いで、ノズルポートに露出したＴｉ
Ｎ振動板４７を利用して、電解メッキ法によって、ノズ
ルポートの側面にＣｒメッキ層５５を形成する。
ｍのウレタン系樹脂５４を成膜したのち、ポリイミド膜
５１とともにエッチング除去することによってノズルポ
ートを形成する。次いで、ノズルポートに露出したＴｉ
Ｎ振動板４７を利用して、電解メッキ法によって、ノズ
ルポートの側面にＣｒメッキ層５５を形成する。
【００３７】次いで、共通インク室４６及びインク供給
路５８上のウレタン系樹脂５４及びポリイミド膜５１を
除去したのち、ディップコートによってウレタン系樹脂
５４及びポリイミド膜５１の除去部、及び、ノズルポー
トをＳＯＧで埋め込んだ後、ＣＭＰ法を用いて表面を平
坦化する。次いで、全面にＳＯＧを成膜したのち、ノズ
ル穴に対応する部分のみが残存するようにパターニング
することによって、ＳＯＧを局所的に形成する。
路５８上のウレタン系樹脂５４及びポリイミド膜５１を
除去したのち、ディップコートによってウレタン系樹脂
５４及びポリイミド膜５１の除去部、及び、ノズルポー
トをＳＯＧで埋め込んだ後、ＣＭＰ法を用いて表面を平
坦化する。次いで、全面にＳＯＧを成膜したのち、ノズ
ル穴に対応する部分のみが残存するようにパターニング
することによって、ＳＯＧを局所的に形成する。
【００３８】次いで、無電解メッキ法によって、全面に
Ｃｒメッキ層３３を形成したのち、ＣＭＰ法によって平
坦化することによって、局所的に設けたＳＯＧ上のＣｒ
メッキ層を除去してノズル穴を確保する。次いで、ノズ
ル５７等を介して残存するＳＯＧをエッチング除去する
ことによって図６に示す構造が完成する。
Ｃｒメッキ層３３を形成したのち、ＣＭＰ法によって平
坦化することによって、局所的に設けたＳＯＧ上のＣｒ
メッキ層を除去してノズル穴を確保する。次いで、ノズ
ル５７等を介して残存するＳＯＧをエッチング除去する
ことによって図６に示す構造が完成する。
【００３９】以降は図示しないものの、シリコン基板４
１を切断して個別のヘッドとしたのち、インク導入接続
口及びフレキシブルケーブルを接続してヘッドセグメン
トとする。この様なヘッドセグメントを、紙送り機構、
インクタンク、ヘッドクリーニング・パージ機構を有す
るプリンタ装置に取り付けることによって、ピエゾ方式
のインクジェットプリンタが完成する。
１を切断して個別のヘッドとしたのち、インク導入接続
口及びフレキシブルケーブルを接続してヘッドセグメン
トとする。この様なヘッドセグメントを、紙送り機構、
インクタンク、ヘッドクリーニング・パージ機構を有す
るプリンタ装置に取り付けることによって、ピエゾ方式
のインクジェットプリンタが完成する。
【００４０】この様に、本発明の第２の実施の形態にお
いては、シリコン基板に圧力室を直接形成しているの
で、全体の薄層化が可能になり、且つ、エッチングが困
難なＡｌ2 Ｏ3 を用いていないので、製造工程が簡単に
なる。
いては、シリコン基板に圧力室を直接形成しているの
で、全体の薄層化が可能になり、且つ、エッチングが困
難なＡｌ2 Ｏ3 を用いていないので、製造工程が簡単に
なる。
【００４１】以上、本発明の各実施の形態を説明してき
たが、本発明は上記の各実施の形態における構成に限定
されるものではなく、各種の変形が可能である。例え
ば、上記の各実施の形態においては、基板としてシリコ
ン基板を用いているが、必ずしも、シリコン基板である
必要はなく、ソーダガラス基板や感光性ガラス基板を用
いても良く、その場合には、駆動回路は、α−Ｓｉや多
結晶Ｓｉ等の非単結晶Ｓｉを用いたＴＦＴ回路によって
構成すれば良い。特に、本発明の第２の実施の形態の様
に、基板に圧力室を直接形成する場合には、感光性ガラ
ス基板が好適である。
たが、本発明は上記の各実施の形態における構成に限定
されるものではなく、各種の変形が可能である。例え
ば、上記の各実施の形態においては、基板としてシリコ
ン基板を用いているが、必ずしも、シリコン基板である
必要はなく、ソーダガラス基板や感光性ガラス基板を用
いても良く、その場合には、駆動回路は、α−Ｓｉや多
結晶Ｓｉ等の非単結晶Ｓｉを用いたＴＦＴ回路によって
構成すれば良い。特に、本発明の第２の実施の形態の様
に、基板に圧力室を直接形成する場合には、感光性ガラ
ス基板が好適である。
【００４２】また、上記の各実施の形態においては、圧
電層となるＰＺＴを良好な膜質の得られるＭＯＣＶＤ法
を用いて成膜しているが、ＭＯＣＶＤ法に限られるもの
ではなく、ＥＣＲスパッタ法を用いても良いものであ
り、また、圧電層を全面に堆積させたのちパターニング
しているが、リフトオフ法やマスクスパッタ法等を用い
て、最初から選択的に形成しても良いものである。
電層となるＰＺＴを良好な膜質の得られるＭＯＣＶＤ法
を用いて成膜しているが、ＭＯＣＶＤ法に限られるもの
ではなく、ＥＣＲスパッタ法を用いても良いものであ
り、また、圧電層を全面に堆積させたのちパターニング
しているが、リフトオフ法やマスクスパッタ法等を用い
て、最初から選択的に形成しても良いものである。
【００４３】また、上記の各実施の形態においては、圧
電材料として、圧電定数が大きく、弾性係数及び機械的
強度の大きなＰＺＴを用いているが、ＰＺＴに限られる
ものではなく、ＰＺＴと同系のＰｂを含むペロブスカイ
ト酸化物を用いても良いものである。
電材料として、圧電定数が大きく、弾性係数及び機械的
強度の大きなＰＺＴを用いているが、ＰＺＴに限られる
ものではなく、ＰＺＴと同系のＰｂを含むペロブスカイ
ト酸化物を用いても良いものである。
【００４４】また、本発明の各実施の形態においては、
圧電アクチュエータとして、より薄くするためにユニモ
ルフ型の圧電アクチュエータを用いているが、必ずし
も、ユニモルフ型に限られるのではなく、バイモルフ型
でも良いものであり、さらには、多層積層型でも良いも
のである。
圧電アクチュエータとして、より薄くするためにユニモ
ルフ型の圧電アクチュエータを用いているが、必ずし
も、ユニモルフ型に限られるのではなく、バイモルフ型
でも良いものであり、さらには、多層積層型でも良いも
のである。
【００４５】また、上記の各実施の形態においては、振
動板としてインクに対する耐性が高く、高弾性係数及び
高破壊強度のＴｉＮ膜を用いており、このＴｉＮ膜は導
電性であるので下部電極を省略しているが、振動板は絶
縁体でも良いものであり、絶縁体で構成する場合には、
圧電層を堆積させる前に下部電極を形成する必要があ
る。
動板としてインクに対する耐性が高く、高弾性係数及び
高破壊強度のＴｉＮ膜を用いており、このＴｉＮ膜は導
電性であるので下部電極を省略しているが、振動板は絶
縁体でも良いものであり、絶縁体で構成する場合には、
圧電層を堆積させる前に下部電極を形成する必要があ
る。
【００４６】また、上記の各実施の形態においては、圧
電アクチュエータとノズル板との間に、圧電アクチュエ
ータの変形を拘束しないように、低弾性係数の樹脂であ
るウレタン樹脂を設けているが、ウレタン樹脂に限られ
るものであり、ヘッドの仕様に応じて、適宜、他の低弾
性係数の樹脂を用いれば良いものであり、さらには、気
体を配置しても良いものである。
電アクチュエータとノズル板との間に、圧電アクチュエ
ータの変形を拘束しないように、低弾性係数の樹脂であ
るウレタン樹脂を設けているが、ウレタン樹脂に限られ
るものであり、ヘッドの仕様に応じて、適宜、他の低弾
性係数の樹脂を用いれば良いものであり、さらには、気
体を配置しても良いものである。
【００４７】また、上記の各実施の形態においては、メ
ッキ層として、硬いＣｒを用いているが、Ｃｒに限られ
るものではなく、Ｎｉを用いても良いものである。
ッキ層として、硬いＣｒを用いているが、Ｃｒに限られ
るものではなく、Ｎｉを用いても良いものである。
【００４８】
【発明の効果】本発明によれば、基板側に圧力室を設
け、この圧力室上に振動板を介して圧電アクチュエータ
を設けるとともに、圧力室上にノズルを配置しているの
で、積み重ねプロセスで形成した圧電アクチュエータを
一体化することができ、それによって、ドライバ一体化
のピエゾ方式のインクジェットヘッドの製造が可能にな
り、高ノズル密度のインクジェットプリンタの高画質
化、低コスト化が可能になる。
け、この圧力室上に振動板を介して圧電アクチュエータ
を設けるとともに、圧力室上にノズルを配置しているの
で、積み重ねプロセスで形成した圧電アクチュエータを
一体化することができ、それによって、ドライバ一体化
のピエゾ方式のインクジェットヘッドの製造が可能にな
り、高ノズル密度のインクジェットプリンタの高画質
化、低コスト化が可能になる。
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の途中までの製造工
程の説明図である。
程の説明図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の図２以降の途中ま
での製造工程の説明図である。
での製造工程の説明図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態の図３以降の途中ま
での製造工程の説明図である。
での製造工程の説明図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態の図４以降の製造工
程の説明図である。
程の説明図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態のインクジェットヘ
ッドの概略的断面図である。
ッドの概略的断面図である。
１ 基板 ２ 圧力室 ３ ノズル ４ 圧電アクチュエータ ５ 変形吸収層 ６ 振動板 ７ インク供給路 ８ 共通インク室 ９ 駆動回路 １０ 上部電極 １１ シリコン基板 １２ 半導体回路部 １３ 配線 １４ ＳｉＯＮ膜 １５ ビアホール １６ Ａｌ2 Ｏ3 膜 １７ 圧力室 １８ 共通インク室 １９ ＳＯＧ ２０ Ａｌプラグ ２１ Ａｌプラグ ２２ ＴｉＮ振動板 ２３ ＳＯＧ ２４ ＰＺＴ圧電膜 ２５ ポリイミド膜 ２６ Ｐｔ上部電極 ２７ Ｐｔ配線層 ２８ ウレタン系樹脂 ２９ ノズルポート ３０ Ｃｒメッキ層 ３１ ＳＯＧ ３２ ＳＯＧ ３３ Ｃｒメッキ層 ３４ インク供給路 ３５ ノズル ４１ シリコン基板 ４２ 半導体回路部 ４３ 配線 ４４ ＳｉＯＮ膜 ４５ 圧力室 ４６ 共通インク室 ４７ ＴｉＮ振動板 ４８ ＰＺＴ圧電膜 ４９ Ａｌプラグ ５０ Ａｌプラグ ５１ ポリイミド膜 ５２ Ｐｔ上部電極 ５３ Ｐｔ配線層 ５４ ウレタン系樹脂 ５５ Ｃｒメッキ層 ５６ Ｃｒメッキ層 ５７ ノズル ５８ インク供給路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西沢 元亨 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 (72)発明者 谷口 修 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 Ｆターム(参考） 2C057 AF34 AF93 AG12 AG33 AG44 AG83 AG88 AG94 AP02 AP12 AP14 AP31 AP33 AP55 AQ02 BA05 BA14
Claims (5)
- 【請求項１】 １枚の基板または基板上に設けられた堆
積層のいずれかに複数の圧力室を設けるとともに、前記
圧力室よりも上方に、個々の圧力室に対応する圧電アク
チュエータ及びインク噴出用のノズルを配置したことを
特徴とするインクジェットヘッド。 - 【請求項２】 上記基板がシリコン基板であり、前記シ
リコン基板に上記圧電アクチュエータを駆動する駆動回
路が形成されていることを特徴とする請求項１記載のイ
ンクジェットヘッド。 - 【請求項３】 上記圧電アクチュエータとノズル面との
間に、前記圧電アクチュエータの変形に対する拘束力が
小さな変形吸収層を設けたことを特徴とする請求項１ま
たは２に記載のインクジェットヘッド。 - 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の
インクジェットヘッドを搭載したことを特徴とするイン
クジェットプリンタ。 - 【請求項５】 １枚の基板または基板上に設けられた堆
積層のいずれかに窪み加工によって複数の圧力室を形成
したのち、前記圧力室を犠牲材で埋め込み、次いで、そ
の上に圧電アクチュエータ及びノズルを形成したのち、
前記犠牲材を除去する工程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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9830099A JP4296361B2 (ja) | 1999-04-06 | 1999-04-06 | インクジェットヘッド、インクジェットプリンタ、及び、インクジェットヘッドの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9830099A JP4296361B2 (ja) | 1999-04-06 | 1999-04-06 | インクジェットヘッド、インクジェットプリンタ、及び、インクジェットヘッドの製造方法 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000289201A true JP2000289201A (ja) | 2000-10-17 |
| JP2000289201A5 JP2000289201A5 (ja) | 2006-01-12 |
| JP4296361B2 JP4296361B2 (ja) | 2009-07-15 |
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