JP2002225268A

JP2002225268A - インクジェット式記録ヘッド及びその製造方法並びにインクジェット式記録装置

Info

Publication number: JP2002225268A
Application number: JP2001028859A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kamei; 宏行亀井
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2001-02-05
Filing date: 2001-02-05
Publication date: 2002-08-14

Abstract

(57)【要約】【課題】インク吐出特性を向上したインクジェット式
記録ヘッド及びその製造方法並びにインクジェット式記
録装置を提供する。【解決手段】ノズル開口２１に連通する圧力発生室１
２が画成されたシリコン単結晶基板からなる流路形成基
板１０と、該流路形成基板１０の一方面側に振動板５０
を介して下電極６０、圧電体層７０及び上電極８０から
なる圧電素子３００とを具備するインクジェット式記録
ヘッドにおいて、前記圧力発生室１２の内面の少なくと
も角部に保護層１１０を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インク滴を吐出す
るノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構
成し、この振動板を介して圧電素子を設けて、圧電素子
の変位によりインク滴を吐出させるインクジェット式記
録ヘッド及びその製造方法並びにインクジェット式記録
装置に関する。

【０００２】

【従来技術】インク滴を吐出するノズル開口と連通する
圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電
素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧してノ
ズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記
録ヘッドには、圧電素子が軸方向に伸長、収縮する縦振
動モードの圧電アクチュエータを使用したものと、たわ
み振動モードの圧電アクチュエータを使用したものの２
種類が実用化されている。

【０００３】前者は圧電素子の端面を振動板に当接させ
ることにより圧力発生室の容積を変化させることができ
て、高密度印刷に適したヘッドの製作が可能である反
面、圧電素子をノズル開口の配列ピッチに一致させて櫛
歯状に切り分けるという困難な工程や、切り分けられた
圧電素子を圧力発生室に位置決めして固定する作業が必
要となり、製造工程が複雑であるという問題がある。

【０００４】これに対して後者は、圧電材料のグリーン
シートを圧力発生室の形状に合わせて貼付し、これを焼
成するという比較的簡単な工程で振動板に圧電素子を作
り付けることができるものの、たわみ振動を利用する関
係上、ある程度の面積が必要となり、高密度配列が困難
であるという問題がある。

【０００５】一方、後者の記録ヘッドの不都合を解消す
べく、特開平５−２８６１３１号公報に見られるよう
に、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧
電材料層を形成し、この圧電材料層をリソグラフィ法に
より圧力発生室に対応する形状に切り分けて各圧力発生
室毎に独立するように圧電素子を形成したものが提案さ
れている。

【０００６】これによれば圧電素子を振動板に貼付ける
作業が不要となって、リソグラフィ法という精密で、か
つ簡便な手法で圧電素子を作り付けることができるばか
りでなく、圧電素子の厚みを薄くできて高速駆動が可能
になるという利点がある。

【０００７】また、このようなインクジェット式記録ヘ
ッドでは、圧電素子が形成された流路形成基板とノズル
開口の穿設されたノズルプレートとは接着剤を介して接
合されている。

【０００８】このノズルプレートの接着剤による接合
は、例えば、流路形成基板の圧力発生室が開口する開口
面に接着剤を転写塗布し、ノズルプレートを流路形成基
板側に対して所定の圧力で押圧した状態で接着剤を硬化
させることによって行われる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ノズル
開口を高密度化、すなわち圧力発生室を高密度化するほ
ど、圧力発生室を画成する隔壁の厚さが薄く剛性が低く
なる。このため、ノズルプレートを加圧接着すると隔壁
が圧力発生室の並設方向に変形し、圧力発生室の幅が均
一ではなくなってしまいインク吐出特性にバラツキが発
生するという問題がある。

【００１０】本発明はこのような事情に鑑み、インク吐
出特性を向上したインクジェット式記録ヘッド及びその
製造方法並びにインクジェット式記録装置を提供するこ
とを課題とする。

【００１１】

【発明が解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の第１の態様は、ノズル開口に連通する圧力発生室が
画成されたシリコン単結晶基板からなる流路形成基板
と、該流路形成基板の一方面側に振動板を介して下電
極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを具備する
インクジェット式記録ヘッドにおいて、前記圧力発生室
の内面の少なくとも角部に保護層を有することを特徴と
するインクジェット式記録ヘッドにある。

【００１２】かかる第１の態様では、隔壁の変形を防止
してインク吐出特性を向上することができる。

【００１３】本発明の第２の態様は、第１の態様におい
て、前記保護層が前記圧力発生室の内面の全面に亘って
設けられていることを特徴とするインクジェット式記録
ヘッドにある。

【００１４】かかる第２の態様では、隔壁の変形を防止
してインク吐出特性を向上することができる。

【００１５】本発明の第３の態様は、第１又は２の態様
において、前記保護層が融点６００〜７００℃の金属に
より形成されていることを特徴とするインクジェット式
記録ヘッドにある。

【００１６】かかる第３の態様では、所定温度で保護層
を溶融形成することにより、圧電体層の破壊を確実に防
止することができる。また、流路形成基板に接合基板を
陽極接合で接合できる。

【００１７】本発明の第４の態様は、第３の態様におい
て、前記金属が、アルミニウム、アンチモン及びマグネ
シウムからなる群から選択されることを特徴とするイン
クジェット式記録ヘッドにある。

【００１８】かかる第４の態様では、保護層に所定の材
料を用いることにより、容易に且つ確実に保護層を溶融
形成することができる。

【００１９】本発明の第５の態様は、第１又は２の態様
において、前記保護層が熱可塑性樹脂により形成されて
いることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにあ
る。

【００２０】かかる第５の態様では、保護層に熱可塑性
樹脂を使用することにより、容易に且つ確実に保護層を
溶融形成することができる。

【００２１】本発明の第６の態様は、第１〜５の何れか
の態様において、前記保護層が親水性を有することを特
徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。

【００２２】かかる第６の態様では、圧力発生室の親水
性が向上し、インク吐出特性を向上する。

【００２３】本発明の第７の態様は、第１〜６の何れか
の態様のインクジェット式記録ヘッドを具備することを
特徴とするインクジェット式記録装置にある。

【００２４】かかる第７の態様では、インク吐出特性を
向上したインクジェット式記録装置を実現できる。

【００２５】本発明の第８の態様は、ノズル開口に連通
する圧力発生室が画成される流路形成基板と、該流路形
成基板の一方面側に振動板を介して成膜及びリソグラフ
ィ法により形成された薄膜からなる下電極、圧電体層及
び上電極からなる圧電素子とを有すると共に、前記流路
形成基板の他方面に前記圧力発生室の一部を画成する接
合基板を有するインクジェット式記録ヘッドの製造方法
において、前記圧力発生室に充填剤を充填する工程と、
前記流路形成基板の他方面に前記接合基板を接合する工
程と、前記充填剤を除去する工程とを有することを特徴
とするインクジェット式記録ヘッドの製造方法にある。

【００２６】かかる第８の態様では、圧力発生室に充填
剤を充填した状態で流路形成基板に接合基板を接合する
ため、接合時に隔壁が変形することがない。

【００２７】本発明の第９の態様は、第８の態様におい
て、前記充填剤を除去する工程では、前記ノズル開口、
又は前記圧力発生室にインクを供給するインク供給路か
ら前記充填剤を除去することを特徴とするインクジェッ
ト式記録ヘッドの製造方法にある。

【００２８】かかる第９の態様では、ノズル開口又はイ
ンク供給路から充填剤を容易に且つ確実に除去すること
ができる。

【００２９】本発明の第１０の態様は、第８又は９の態
様において、前記充填剤を充填する工程では、前記充填
剤を溶融して充填し、硬化させることを特徴とするイン
クジェット式記録ヘッドの製造方法にある。

【００３０】かかる第１０の態様では、接合基板と流路
形成基板との接合時に隔壁の変形を確実に防止すること
ができる。

【００３１】本発明の第１１の態様は、第８〜１０の何
れかの態様において、前記充填剤を除去する工程では、
前記充填剤を溶融して除去することを特徴とするインク
ジェット式記録ヘッドの製造方法にある。

【００３２】かかる第１１の態様では、充填剤を溶融す
ることにより、容易に且つ確実に充填剤を除去すること
ができる。

【００３３】本発明の第１２の態様は、第８〜１１の何
れかの態様において、前記充填剤が融点６００〜７００
℃の金属であることを特徴とするインクジェット式記録
ヘッドの製造方法にある。

【００３４】かかる第１２の態様では、融点が所定温度
の充填剤を使用することにより、圧電体層の破壊を防止
して充填剤を溶融形成することができる。

【００３５】本発明の第１３の態様は、第１２の態様に
おいて、前記金属が、アルミニウム、アンチモン及びマ
グネシウムからなる群から選択されることを特徴とする
インクジェット式記録ヘッドの製造方法にある。

【００３６】かかる第１３の態様では、充填剤に所定の
材料を使用することにより、容易に且つ確実に圧力発生
室に充填できる。

【００３７】本発明の第１４の態様は、第８〜１３の何
れかの態様において、前記接合基板がシリコン単結晶基
板又はガラス基板からなり、前記流路形成基板に前記接
合基板を接合する工程では、両者を陽極接合により接合
することを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製
造方法にある。

【００３８】かかる第１４の態様では、接合基板を陽極
接合により容易に且つ確実に流路形成基板に接合でき
る。

【００３９】本発明の第１５の態様は、第８〜１１の何
れかの態様において、前記充填剤が、熱可塑性樹脂であ
ることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造
方法にある。

【００４０】かかる第１５の態様では、充填剤に所定の
材料を使用することにより隔壁の剛性を確実に高めて、
充填剤を容易に且つ確実に圧力発生室に充填できる。

【００４１】本発明の第１６の態様は、第１５の態様に
おいて、前記流路形成基板に前記接合基板を接合する工
程では、両者を熱硬化型接着剤を介して接合することを
特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造方法にあ
る。

【００４２】かかる第１６の態様では、接合基板を接着
剤により容易に且つ確実に流路形成基板に接合できる。

【００４３】本発明の第１７の態様は、第８又は９の態
様において、前記充填剤が前記ノズル開口よりも小径の
粒状であることを特徴とするインクジェット式記録ヘッ
ドの製造方法にある。

【００４４】かかる第１７の態様では、充填剤をノズル
開口から容易に且つ確実に除去することができる。

【００４５】本発明の第１８の態様は、第８又は９の態
様において、前記充填剤を除去する工程では、前記充填
剤を溶剤により溶解して除去することを特徴とするイン
クジェット式記録ヘッドの製造方法にある。

【００４６】かかる第１８の態様では、溶剤により充填
剤を容易に且つ確実に除去することができる。

【００４７】本発明の第１９の態様は、第８〜１８の何
れかの態様において、前記充填剤を除去する工程では、
前記圧力発生室内に圧力を印加又は前記充填剤を吸引す
ることにより行われることを特徴とするインクジェット
式記録ヘッドの製造方法にある。

【００４８】かかる第１９の態様では、充填剤の除去を
短時間で且つ確実に行うことができる。

【００４９】

【発明の実施の形態】以下に本発明を実施形態に基づい
て詳細に説明する。

【００５０】（実施形態１）図１は、本発明の実施形態
１に係るインクジェット式記録ヘッドを示す分解斜視図
であり、図２（ａ）は、インクジェット式記録ヘッドの
圧力発生室の長手方向断面図であり、（ｂ）は（ａ）の
Ａ−Ａ′断面図である。

【００５１】図示するように、流路形成基板１０は、本
実施形態では面方位（１１０）のシリコン単結晶基板か
らなる。流路形成基板１０の一方の面は開口面となり、
他方の面には予め熱酸化により形成した二酸化シリコン
からなる、厚さ０．１〜２μｍの弾性膜５０が形成され
ている。

【００５２】この流路形成基板１０には、異方性エッチ
ングにより形成され、複数の隔壁１１によって区画され
る圧力発生室１２がその幅方向に並設されている。ま
た、その長手方向外側には、後述するリザーバ形成基板
のリザーバ部に連通して各圧力発生室１２の共通のイン
ク室となるリザーバ１００の一部を構成する連通部１３
が形成され、各圧力発生室１２の長手方向一端部とそれ
ぞれインク供給路１４を介して連通されている。

【００５３】また、圧力発生室１２内の少なくとも角部
には、それぞれ保護層１１０が形成されている。ここで
角部とは、圧力発生室１２の内面の三面又は二面が交差
する領域であり、保護層１１０は少なくとも三面が交差
する角部に設けられていればよい。なお、この保護層１
１０については詳しくは後述する。

【００５４】ここで、異方性エッチングは、シリコン単
結晶基板をＫＯＨ等のアルカリ溶液に浸漬すると、徐々
に侵食されて（１１０）面に垂直な第１の（１１１）面
と、この第１の（１１１）面と約７０度の角度をなし且
つ上記（１１０）と約３５度の角度をなす第２の（１１
１）面とが出現し、（１１０）面のエッチングレートと
比較して（１１１）面のエッチングレートが約１／１８
０であるという性質を利用して行われるものである。か
かる異方性エッチングにより、二つの第１の（１１１）
面と斜めの二つの第２の（１１１）面とで形成される平
行四辺形状の深さ加工を基本として精密加工を行うこと
ができ、圧力発生室１２を高密度に配列することができ
る。

【００５５】本実施形態では、各圧力発生室１２の長辺
を第１の（１１１）面で、短辺を第２の（１１１）面で
形成している。この圧力発生室１２は、流路形成基板１
０をほぼ貫通して弾性膜５０に達するまでエッチングす
ることにより形成されている。ここで、弾性膜５０は、
シリコン単結晶基板をエッチングするアルカリ溶液に侵
される量がきわめて小さい。また、各圧力発生室１２の
一端に連通する各インク供給路１４は、圧力発生室１２
より浅く形成されている。すなわち、インク供給路１４
は、シリコン単結晶基板を厚さ方向に途中までエッチン
グ（ハーフエッチング）することにより形成されてい
る。なお、ハーフエッチングは、エッチング時間の調整
により行われる。

【００５６】このような流路形成基板１０の厚さは、圧
力発生室１２を配列密度に合わせて最適な厚さを選択す
ればよく、例えば、１インチ当たり１８０個程度の配列
密度であれば、流路形成基板１０の厚さは、２２０μｍ
程度であればよいが、例えば、１インチ当たり２００個
以上と比較的高密度に配列する場合には、流路形成基板
１０の厚さは、１００μｍ以下と比較的薄くするのが好
ましい。これは、隣接する圧力発生室１２間の隔壁１１
の剛性を保ちつつ、配列密度を高くできるからである。

【００５７】また、流路形成基板１０の開口面側には、
各圧力発生室１２のインク供給口１４とは反対側で連通
するノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が
接合されている。なお、ノズルプレート２０は、厚さが
例えば、０．１〜１ｍｍで、線膨張係数が３００℃以下
で、例えば２．５〜４．５［×１０^- ⁶／℃］であるガラ
ス、単結晶シリコン、不錆鋼又はステンレス鋼（ＳＵ
Ｓ）などからなる。ノズルプレート２０は、一方の面で
流路形成基板１０の一面を全面的に覆い、シリコン単結
晶基板からなる流路形成基板１０を衝撃や外力から保護
する補強板の役目も果たす。

【００５８】ここで、インク滴吐出圧力をインクに与え
る圧力発生室１２の大きさと、インク滴を吐出するノズ
ル開口２１の大きさとは、吐出するインク滴の量、吐出
スピード、吐出周波数に応じて最適化される。例えば、
１インチ当たり３６０個のインク滴を記録する場合、ノ
ズル開口２１は数十μｍの径で精度よく形成する必要が
ある。

【００５９】この流路形成基板１０とノズルプレート２
０との接合方法としては、接着剤による接着や、陽極接
合等が挙げられる。本実施形態では、ノズルプレート２
０にガラス基板を用いて、ノズルプレート２０と流路形
成基板１０とを陽極接合により接合するようにした。

【００６０】この陽極接合とは、詳しくは、相対する面
を鏡面状に研磨したシリコン単結晶基板からなる流路形
成基板１０と、ガラス基板からなるノズルプレート２０
とを重ね、全体を４５０℃近くに昇温させ、２００〜１
０００Ｖの電位を両端に印加する。このとき、ガラスの
融点以下の温度でも、正のＮａ⁺イオンはガラスの中で
動きやすくなるため、負電界に引かれてガラスの表面に
到達する。一方、ガラス中に残った多量の負イオンがシ
リコン単結晶基板との接合面に空間電荷層を形成して、
シリコン単結晶基板とガラス基板との間に強い吸引力が
生じ、流路形成基板１０とノズルプレート２０とを陽極
接合させる。

【００６１】このノズルプレート２０と流路形成基板１
０とは、詳しくは後述するが、圧力発生室１２内に充填
剤が充填された状態で接合される。圧力発生室１２内に
充填された充填剤は、両者が接合された後に溶融除去さ
れる。このとき、圧力発生室１２の少なくとも角部に
は、充填剤が残留し、残留した充填剤が保護層１１０と
なる。

【００６２】この保護層１１０、すなわち充填剤の材料
は、ノズルプレート２０と流路形成基板１０との接合温
度よりも高く、圧電体層の破壊を防ぐ融点の材料であれ
ば特に限定されない。本実施形態では、ノズルプレート
２０にガラス基板を用いて、ノズルプレート２０と流路
形成基板１０とを陽極接合により接合するようにしたた
め、融点が陽極接合の加熱温度（４５０℃）よりも高
く、圧電体層を破壊しない温度、すなわち、６００℃〜
７００℃の金属、例えば、アルミニウム、アンチモン及
びマグネシウムを用いることができる。本実施形態で
は、保護層１１０（充填剤）として融点が６６０℃のア
ルミニウムを用いた。

【００６３】このように圧力発生室１２内に保護層１１
０を設けることにより、圧力発生室１２の内面の親水性
を向上して、インク内の気泡が角部等に溜まるのを防止
することができる。このため、印刷不良等を防止してイ
ンク吐出特性を向上することができる。

【００６４】なお、保護層１１０を圧力発生室１２の内
面の全面に亘って設けるようにすれば、圧力発生室１２
の内面の親水性を向上してインク吐出特性をさらに向上
することができる。

【００６５】一方、流路形成基板１０に設けられた弾性
膜５０の上には、厚さが例えば、約０．２μｍの下電極
膜６０と、厚さが例えば、約１μｍの圧電体層７０と、
厚さが例えば、約０．１μｍの上電極膜８０とが、後述
するプロセスで積層形成されて、圧電素子３００を構成
している。ここで、圧電素子３００は、下電極膜６０、
圧電体層７０、及び上電極膜８０を含む部分をいう。一
般的には、圧電素子３００の何れか一方の電極を共通電
極とし、他方の電極及び圧電体層７０を各圧力発生室１
２毎にパターニングして構成する。そして、ここではパ
ターニングされた何れか一方の電極及び圧電体層７０か
ら構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生
じる部分を圧電体能動部という。本実施形態では、下電
極膜６０は圧電素子３００の共通電極とし、上電極膜８
０を圧電素子３００の個別電極としているが、駆動回路
や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。何れの場
合においても、各圧力発生室毎に圧電体能動部が形成さ
れていることになる。また、ここでは、圧電素子３００
と当該圧電素子３００の駆動により変位が生じる振動板
とを合わせて圧電アクチュエータと称する。なお、上述
した例では、弾性膜５０及び下電極膜６０が振動板とし
て作用するが、下電極膜が弾性膜を兼ねるようにしても
よい。

【００６６】また、圧電素子３００の個別電極である上
電極膜８０は、圧電素子３００の長手方向一端部近傍か
ら弾性膜５０上に延設されたリード電極９０を介して図
示しない外部配線と接続されている。

【００６７】さらに、流路形成基板１０の圧電素子３０
０側には、リザーバ１００の少なくとも一部を構成する
リザーバ部３１を有するリザーバ形成基板３０が接合さ
れている。このリザーバ部３１は、本実施形態では、リ
ザーバ形成基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１
２の幅方向に亘って形成されており、上述のように流路
形成基板１０の連通部１３と連通されて各圧力発生室１
２の共通のインク室となるリザーバ１００を構成してい
る。

【００６８】このようなリザーバ形成基板３０として
は、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料、例え
ば、ガラス、セラミック材料等を用いることが好まし
く、本実施形態では、流路形成基板１０と同一材料のシ
リコン単結晶基板を用いて形成した。これにより、両者
を熱硬化性の接着剤を用いた高温での接着であっても両
者を確実に接着することができる。したがって、製造工
程を簡略化することができる。

【００６９】また、リザーバ形成基板３０の圧電素子３
００に対向する領域には、圧電素子３００の運動を阻害
しない程度の空間を確保した状態で、その空間を密封可
能な圧電素子保持部３２が設けられ、圧電素子３００は
この圧電素子保持部３２内に密封されている。なお、本
実施形態では、圧電素子保持部３２は並設された複数の
圧電素子３００を覆う大きさで形成されている。

【００７０】さらに、リザーバ形成基板３０には、封止
膜４１及び固定板４２とからなるコンプライアンス基板
４０が接合されている。ここで、封止膜４１は、剛性が
低く可撓性を有する材料（例えば、厚さが６μｍのポリ
フェニレンスルフィド（ＰＰＳ）フィルム）からなり、
この封止膜４１によってリザーバ部３１の一方面が封止
されている。また、固定板４２は、金属等の硬質の材料
（例えば、厚さが３０μｍのステンレス鋼（ＳＵＳ）
等）で形成される。この固定板４２のリザーバ１００に
対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部４
３となっているため、リザーバ１００の一方面は可撓性
を有する封止膜４１のみで封止され、内部圧力の変化に
よって変形可能な可撓部４５となっている。

【００７１】また、このリザーバ１００の長手方向略中
央部外側のコンプライアンス基板４０上には、リザーバ
１００にインクを供給するためのインク導入口４４が形
成されている。さらに、リザーバ形成基板３０には、イ
ンク導入口４４とリザーバ１００の側壁とを連通するイ
ンク導入路３６が設けられている。

【００７２】このような本実施形態のインクジェット式
記録ヘッドは、図示しない外部インク供給手段と接続し
たインク導入口４４からインクを取り込み、リザーバ１
００からノズル開口２１に至るまで内部をインクで満た
した後、図示しない外部の駆動回路からの記録信号に従
い、圧力発生室１２に対応するそれぞれの下電極膜６０
と上電極膜８０との間に電圧を印加し、弾性膜５０、下
電極膜６０及び圧電体層７０をたわみ変形させることに
より、各圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口２
１からインク滴が吐出する。

【００７３】ここで、このようなインクジェット式記録
ヘッドの製造方法を詳細に説明する。なお、図３及び図
４は、インクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す圧
力発生室の並設方向の断面図である。

【００７４】まず、図３（ａ）に示すように、流路形成
基板１０となるシリコン単結晶基板のウェハを約１１０
０℃の拡散炉で熱酸化して二酸化シリコンからなる弾性
膜５０を形成する。

【００７５】次に、図３（ｂ）に示すように、スパッタ
リングで下電極膜６０を流路形成基板１０の圧力発生室
１２側に全面に亘って形成すると共に所定形状にパター
ニングする。この下電極膜６０の材料としては、白金、
イリジウム等が好適である。これは、スパッタリング法
やゾル−ゲル法で成膜する後述の圧電体層７０は、成膜
後に大気雰囲気下又は酸素雰囲気下で６００〜１０００
℃程度の温度で焼成して結晶化させる必要があるからで
ある。すなわち、下電極膜６０の材料は、このような高
温、酸化雰囲気下で導電性を保持できなければならず、
殊に、圧電体層７０としてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺ
Ｔ）を用いた場合には、酸化鉛の拡散による導電性の変
化が少ないことが望ましく、これらの理由から白金、イ
リジウムが好適である。

【００７６】次に、図３（ｃ）に示すように、圧電体層
７０及び上電極膜８０を形成すると共に圧電体層７０及
び上電極膜８０のみをエッチングして圧電素子３００の
パターニングを行う。

【００７７】この圧電体層７０は、例えば、本実施形態
では、金属有機物を触媒に溶解・分散したいわゆるゾル
を塗布乾燥してゲル化し、さらに高温で焼成することで
金属酸化物からなる圧電体層７０を得る、いわゆるゾル
−ゲル法を用いて形成した。圧電体層７０の材料として
は、ＰＺＴ系の材料がインクジェット式記録ヘッドに使
用する場合には好適である。なお、この圧電体層７０の
成膜方法は、特に限定されず、例えば、スパッタリング
法又はＭＯＤ法（有機金属熱塗布分解法）等のスピンコ
ート法により成膜してもよい。

【００７８】また、ゾル−ゲル法又はスパッタリング法
もしくはＭＯＤ法等によりチタン酸ジルコン酸鉛の前駆
体膜を形成後、アルカリ水溶液中での高圧処理法にて低
温で結晶化させる方法を用いてもよい。

【００７９】さらに、上電極膜８０は、導電性の高い材
料であればよく、アルミニウム、金、ニッケル、白金等
の多くの金属や、導電性酸化物等を使用できる。本実施
形態では、白金をスパッタリングにより成膜している。

【００８０】次に、図３（ｄ）に示すように、リード電
極９０を流路形成基板１０の全面に亘って形成すると共
に、各圧電素子３００毎にパターニングする。

【００８１】以上が膜形成プロセスである。このように
して膜形成を行った後、図３（ｅ）に示すように、前述
したアルカリ溶液によるシリコン単結晶基板の異方性エ
ッチングを行い、圧力発生室１２を形成する。また、同
様に、図示しないが連通部１３及びインク供給路１４を
形成する。

【００８２】このような一連の膜形成及び異方性エッチ
ングによって、一枚のウェハ上に多数のチップを同時に
形成し、プロセス終了後、図１に示すような一つのチッ
プサイズの流路形成基板１０毎に分割する。そして、分
割した流路形成基板１０に、ノズルプレート２０、リザ
ーバ形成基板３０及びコンプライアンス基板４０を順次
接着して一体化し、インクジェット式記録ヘッドとす
る。

【００８３】ここで、流路形成基板１０とノズルプレー
ト２０との接合方法について詳細に説明する。

【００８４】まず、図４（ａ）に示すように、流路形成
基板１０の圧力発生室１２の開口する面を上にして、圧
力発生室１２内に充填剤１１１を充填する。なお、充填
剤１１１の形状は、例えば、チップ状、粒状等特に限定
されない。本実施形態では、ノズルプレート２０にガラ
ス基板を用い、後の工程で流路形成基板１０とノズルプ
レート２０とを陽極接合により接合するため、充填剤１
１１として、粒状で融点が６６０℃のアルミニウムを用
いた。

【００８５】なお、ノズルプレート２０に、例えば、不
錆鋼又はステンレス鋼（ＳＵＳ）等を用いた場合には、
後の工程で、接着剤、例えば、エポキシ系、アクリル
系、ウレタン系及びシリコン系等の熱硬化型接着剤を使
用して接合することができる。この熱硬化型接着剤によ
る接合では、接着剤の耐久温度が略２００℃と低温なた
め、充填剤としては、融点が耐久温度（略２００℃）よ
りも低い熱可塑性樹脂、例えば、塩化ビニル樹脂、オレ
フィン系樹脂（ポリエチレン、ポリプロピレン）、ポリ
アミド樹脂（ナイロン）、フッ素樹脂、ポリスチレン、
メタクリル樹脂及びポリカーボネート等を用いるのが好
ましい。

【００８６】勿論、ノズルプレート２０にガラス基板又
はシリコン単結晶基板を用いた場合でも、充填剤に熱可
塑性樹脂を用いて両者を熱硬化型接着剤により接合する
ことができる。

【００８７】次いで、図４（ｂ）に示すように、圧力発
生室１２内の充填剤１１１を加熱溶融して硬化すること
で圧力発生室１２の弾性膜５０側に充填層１１２を形成
する。

【００８８】このように、圧力発生室１２内に充填層１
１２を設けることにより、隔壁１１の剛性を高めること
ができる。なお、本実施形態では、充填剤１１１を加熱
溶融して硬化させることで充填層１１２を形成したが、
必ずしも充填剤を加熱溶融する必要はない。例えば、圧
力発生室１２内に粒状の充填剤１１１を密に充填するこ
とでも隔壁１１の変形を防止することができる。勿論、
充填剤１１１を充填する際に溶解せずに、除去する際の
み溶融するようにしてもよい。

【００８９】次いで、図４（ｃ）に示すように、流路形
成基板１０の圧力発生室１２が開口した面にノズルプレ
ート２０を接合する。本実施形態では、ノズルプレート
２０にガラス又は単結晶シリコンを用いて、陽極接合に
より接合した。このとき、充填層１１２の材料として融
点が陽極接合の加熱温度（略４５０℃）以上の材料の充
填剤１１１、すなわち、融点が６６０℃のアルミニウム
を用いたため、充填層１１２が溶融することなく、隔壁
１１の剛性を高めた状態でノズルプレート２０を接合す
ることができる。このため、ノズルプレート２０を流路
形成基板１０に対して荷重をかけて接合しても、隔壁１
１の変形を防止して、圧力発生室１２の形状を均一化す
ることができる。

【００９０】次いで、図４（ｄ）に示すように、圧力発
生室１２内の充填層１１２を除去する。本実施形態で
は、充填層１１２を加熱溶融することで充填層１１２を
ノズル開口２１から排出して除去するようにした。

【００９１】なお、この際、例えば、ノズル開口２１か
ら圧力発生室１２内を吸引する、又はインク供給路１４
側から空気を送り込む等によって圧力発生室１２内を加
圧することにより、充填層１１２を確実且つ短時間で除
去することができる。

【００９２】また、充填剤１１１を除去する際に、充填
剤１１１にノズル開口２１よりも小径の粒状の部材を用
いた場合には、ノズル開口２１から溶融することなく重
力により除去してもよいし、ノズル開口２１から圧力発
生室１２内を吸引して充填剤を除去するようにしてもよ
い。これにより、充填剤を溶融する手間を省くことがで
き、製造工程を簡略化することができる。

【００９３】さらに、充填層１１２を溶融除去する際、
上述したように、圧力発生室１２の内面の少なくとも角
部には、充填層１１２が残留し、この残留した充填層１
１２が保護層１１０となる。

【００９４】このように本実施形態では、圧力発生室１
２内に充填層１１２を設け、ノズルプレート２０と流路
形成基板１０とを接合するようにしたので、隔壁１１の
剛性を高めた状態で両者を確実に接合することができ
る。このため、隔壁１１の変形を防止して、圧力発生室
１２を均一な形状で画成することができ、インク吐出特
性を向上することができる。

【００９５】（実施形態２）図５は、実施形態２に係る
インクジェット式記録ヘッドの製造工程を示す断面図で
ある。

【００９６】本実施形態は、製造方法の他の例であり、
具体的には、流路形成基板１０とノズルプレート２０と
を接合した後に充填剤を溶剤により溶融除去するように
した例である。なお、ノズルプレート２０の接合前まで
の製造工程は、上述した実施形態１と同様の工程なの
で、重複する説明は省略する。

【００９７】まず、図５（ａ）に示すように、流路形成
基板１０の圧力発生室１２に充填剤１１１Ａを充填す
る。この充填剤１１１Ａは、溶剤で溶融可能な部材であ
れば、特に限定されず、本実施形態では、粒状のガラス
を用いた。

【００９８】次いで、図５（ｂ）に示すように、流路形
成基板１０の圧力発生室１２が開口する面にノズルプレ
ート２０を接合する。本実施形態では、熱硬化型接着剤
２５を介して両者を接着するようにした。

【００９９】このとき、ノズルプレート２０に流路形成
基板１０に対して荷重をかけて密着させなくてはならな
いが、充填剤１１１Ａを圧力発生室１２内に密に充填す
ることにより隔壁１１の剛性が高められているため、ノ
ズルプレート２０の荷重をかけることによる隔壁１１の
変形を防止することができる。このため、圧力発生室１
２の形状を均一化してインク吐出特性を向上することが
できる。

【０１００】次いで、図５（ｃ）に示すように、圧力発
生室１２内の充填剤１１１Ａを溶剤１２０により溶融す
る。本実施形態では、充填剤１１１Ａに粒状のガラスを
用いたため、フッ酸等の溶剤１２０に浸漬することによ
り充填剤１１１Ａを溶融した。

【０１０１】次いで、図５（ｄ）に示すように、ノズル
プレート２０の接合された流路形成基板１０を溶剤１２
０から引き上げ、充填剤１１１Ａの溶融した溶剤１２０
をノズル開口２１を介して圧力発生室１２から除去す
る。

【０１０２】このような方法によっても、充填剤１１１
Ａで隔壁１１の剛性を高めた状態で、流路形成基板１０
とノズルプレート２０とを接合し、溶剤１２０により充
填剤１１１Ａを除去することができる。したがって、隔
壁１１の変形を防止して圧力発生室１２を均一に画成す
ることができ、インク吐出特性を向上することができ
る。

【０１０３】なお、このような本実施形態の製造方法で
流路形成基板１０とノズルプレート２０とを接合した場
合、圧力発生室１２内の充填剤１１１Ａは完全に除去さ
れるため、圧力発生室１２内に保護層が形成されない。

【０１０４】（実施形態３）図６は、実施形態３に係る
インクジェット式記録ヘッドの製造工程を示す断面図で
ある。

【０１０５】本実施形態は、製造方法の他の例であり、
具体的には、流路形成基板１０とノズルプレート２０と
を接合した後に充填剤を溶融せずに除去するようにした
例である。なお、ノズルプレートの接合前までの製造工
程は、上述した実施形態１と同様の工程なので、重複す
る説明は省略する。

【０１０６】まず、図６（ａ）に示すように、流路形成
基板１０の圧力発生室１２内に充填剤１１１Ｂを充填す
る。充填剤１１１Ｂは、圧力発生室１２内にできるだけ
密に充填するのが好ましく、これにより隔壁１１の剛性
を高めている。この充填剤１１１Ｂとしては、本実施形
態では、ノズル開口２１の開口径よりも小径の粒状の材
料、例えば、粒状のガラスを用いている。

【０１０７】次いで、図６（ｂ）に示すように、流路形
成基板１０の圧力発生室１２が開口する面にノズルプレ
ート２０を接合する。本実施形態では、上述した実施形
態２と同様に、熱硬化型接着剤２５により両者を接着し
た。

【０１０８】このとき、上述した実施形態２と同様に、
ノズルプレート２０に流路形成基板１０に対して荷重を
かけて密着させなくてはならないが、充填剤１１１Ｂを
密に充填することにより隔壁１１の剛性が高められてい
るため、ノズルプレート２０の荷重により隔壁１１の変
形を防止することができる。このため、圧力発生室１２
の形状を均一化してインク吐出特性を向上することがで
きる。

【０１０９】次いで、図６（ｃ）に示すように、充填剤
１１１Ｂをノズル開口２１から除去する。本実施形態で
は、充填剤１１１Ｂの径がノズル開口２１の開口径より
も小さいため、ノズル開口２１を介して除去することが
できる。なお、充填剤１１１Ｂの除去では、流路形成基
板１０に振動を与えたり、ノズル開口２１から圧力発生
室１２内を吸引することにより充填剤１１１を容易に除
去することができる。

【０１１０】このように、充填剤１１１Ｂにノズル開口
２１の開口径よりも小さい径の粒状の部材を用いること
により、充填剤１１１Ｂをノズル開口２１からより容易
に除去することができる。

【０１１１】なお、このような本実施形態の製造方法
で、流路形成基板１０とノズルプレート２０とを接合し
た場合、圧力発生室１２内の充填剤１１１Ｂは完全に除
去されるため、圧力発生室１２内に保護層が形成されな
い。

【０１１２】（他の実施形態）以上、本発明の一実施形
態を説明したが、インクジェット式記録ヘッド及びその
製造方法の基本的構成は上述したものに限定されるもの
ではない。

【０１１３】例えば、上述した実施形態１では、充填剤
１１１を溶融充填して充填層１１２を形成後、ノズルプ
レート２０を接合して充填層１１２を溶融除去するよう
にしたが、これに限定されず、例えば、充填剤１１１を
溶融せずに充填して、ノズルプレート２０を接合後、充
填剤１１１を溶融除去するようにしてもよい。

【０１１４】また、例えば、上述した実施形態１〜３で
は、接合基板としてノズル開口２１の穿設されたノズル
プレート２０としたが、これに限定されず、例えば、ノ
ズル開口を流路形成基板の圧力発生室の長手方向端部に
設けるようにしてもよい。このような例を図７に示す。
なお、図７は、インクジェット式記録ヘッドの平面図及
びそのＢ−Ｂ′断面図である。

【０１１５】図７に示すように、流路形成基板１０Ａに
は、圧力発生室１２の一端に連通して圧力発生室１２よ
り幅狭で且つ浅く形成されたノズル開口２１Ａを有す
る。また、流路形成基板１０Ａの圧力発生室１２の開口
する面には、接合基板２０Ａが接合されている。

【０１１６】この接合基板２０Ａには、リザーバ１００
Ａを画成するリザーバ形成基板３０Ａ及びコンプライア
ンス基板４０Ａが順次接合されており、圧力発生室１２
とリザーバ１００Ａとは接合基板２０Ａに設けられたイ
ンク供給路１４Ａを介して接合されている。なお、コン
プライアンス基板４０Ａには、インク導入路４４Ａ、可
撓部４５Ａが形成されている。

【０１１７】このような構成のインクジェット式記録ヘ
ッドとしても、接合基板２０Ａを接合する際に、圧力発
生室１２内に充填剤を設けることにより隔壁１１の剛性
を高めて隔壁１１の変形を防止することができ、インク
吐出特性を向上することができる。なお、充填剤を除去
する際は、ノズル開口２１Ａ又はインク供給路１４Ａか
ら除去することができる。

【０１１８】また、上述した実施形態のインクジェット
式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するイン
ク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成し
て、インクジェット式記録装置に搭載される。図８は、
そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図であ
る。

【０１１９】図８に示すように、インクジェット式記録
ヘッドを有する記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、イ
ンク供給手段を構成するカートリッジ２Ａ及び２Ｂが着
脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａ及び１
Ｂを搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けら
れたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられてい
る。この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、例えば、
それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物
を吐出するものとしている。

【０１２０】そして、駆動モータ６の駆動力が図示しな
い複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリ
ッジ３に伝達されることで、記録ヘッドユニット１Ａ及
び１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿っ
て移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ３に沿
ってプラテン８が設けられている。このプラテン８は図
示しない紙送りモータの駆動力により回転できるように
なっており、給紙ローラなどにより給紙された紙等の記
録媒体である記録シートＳがプラテン８に巻き掛けられ
て搬送されるようになっている。

【０１２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
圧力発生室の内面の少なくとも角部に保護層を設けるこ
とにより、圧力発生室の内面の親水性を向上してインク
吐出特性を向上することができる。また、本発明の製造
方法によれば、隔壁の剛性を高めて接合基板と流路形成
基板とを接合することにより圧力発生室の形状を均一化
してインク吐出特性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの斜視図である。

【図２】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの断面図であり、（ａ）は圧力発生室の長手方
向の断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ′断面図である。

【図３】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの製造方法を示す圧力発生室の並設方向の断面
図である。

【図４】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの製造方法を示す圧力発生室の並設方向の断面
図である。

【図５】本発明の実施形態２に係るインクジェット式記
録ヘッドの製造方法を示す圧力発生室の並設方向の断面
図である。

【図６】本発明の実施形態３に係るインクジェット式記
録ヘッドの製造方法を示す圧力発生室の並設方向の断面
図である。

【図７】本発明の他の実施形態に係るインクジェット式
記録ヘッドの変形例を示す平面図及びそのＢ−Ｂ′断面
図である。

【図８】本発明の一実施形態に係るインクジェット式記
録装置の概略図である。

【符号の説明】

１０、１０Ａ流路形成基板１１隔壁１２、１２Ａ圧力発生室１３連通部１４、１４Ａインク供給路２０ノズルプレート２０Ａ接合基板２１、２１Ａノズル開口３０、３０Ａリザーバ形成基板４０、４０Ａコンプライアンス基板５０弾性膜６０下電極膜７０圧電体層８０上電極膜９０リード電極１００、１００Ａリザーバ１１０保護層１１１、１１１Ａ、１１１Ｂ充填剤１１２充填層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ノズル開口に連通する圧力発生室が画成
されたシリコン単結晶基板からなる流路形成基板と、該
流路形成基板の一方面側に振動板を介して下電極、圧電
体層及び上電極からなる圧電素子とを具備するインクジ
ェット式記録ヘッドにおいて、前記圧力発生室の内面の少なくとも角部に保護層を有す
ることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
【請求項２】請求項１において、前記保護層が前記圧
力発生室の内面の全面に亘って設けられていることを特
徴とするインクジェット式記録ヘッド。
【請求項３】請求項１又は２において、前記保護層が
融点６００〜７００℃の金属により形成されていること
を特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
【請求項４】請求項３において、前記金属が、アルミ
ニウム、アンチモン及びマグネシウムからなる群から選
択されることを特徴とするインクジェット式記録ヘッ
ド。
【請求項５】請求項１又は２において、前記保護層が
熱可塑性樹脂により形成されていることを特徴とするイ
ンクジェット式記録ヘッド。
【請求項６】請求項１〜５の何れかにおいて、前記保
護層が親水性を有することを特徴とするインクジェット
式記録ヘッド。
【請求項７】請求項１〜６の何れかのインクジェット
式記録ヘッドを具備することを特徴とするインクジェッ
ト式記録装置。
【請求項８】ノズル開口に連通する圧力発生室が画成
される流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に振
動板を介して成膜及びリソグラフィ法により形成された
薄膜からなる下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電
素子とを有すると共に、前記流路形成基板の他方面に前
記圧力発生室の一部を画成する接合基板を有するインク
ジェット式記録ヘッドの製造方法において、前記圧力発生室に充填剤を充填する工程と、前記流路形
成基板の他方面に前記接合基板を接合する工程と、前記
充填剤を除去する工程とを有することを特徴とするイン
クジェット式記録ヘッドの製造方法。
【請求項９】請求項８において、前記充填剤を除去す
る工程では、前記ノズル開口、又は前記圧力発生室にイ
ンクを供給するインク供給路から前記充填剤を除去する
ことを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造方
法。
【請求項１０】請求項８又は９において、前記充填剤
を充填する工程では、前記充填剤を溶融して充填し、硬
化させることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド
の製造方法。
【請求項１１】請求項８〜１０の何れかにおいて、前
記充填剤を除去する工程では、前記充填剤を溶融して除
去することを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの
製造方法。
【請求項１２】請求項８〜１１の何れかにおいて、前
記充填剤が融点６００〜７００℃の金属であることを特
徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
【請求項１３】請求項１２において、前記金属が、ア
ルミニウム、アンチモン及びマグネシウムからなる群か
ら選択されることを特徴とするインクジェット式記録ヘ
ッドの製造方法。
【請求項１４】請求項８〜１３の何れかにおいて、前
記接合基板がシリコン単結晶基板又はガラス基板からな
り、前記流路形成基板に前記接合基板を接合する工程で
は、両者を陽極接合により接合することを特徴とするイ
ンクジェット式記録ヘッドの製造方法。
【請求項１５】請求項８〜１１の何れかにおいて、前
記充填剤が、熱可塑性樹脂であることを特徴とするイン
クジェット式記録ヘッドの製造方法。
【請求項１６】請求項１５において、前記流路形成基
板に前記接合基板を接合する工程では、両者を熱硬化型
接着剤を介して接合することを特徴とするインクジェッ
ト式記録ヘッドの製造方法。
【請求項１７】請求項８又は９において、前記充填剤
が前記ノズル開口よりも小径の粒状であることを特徴と
するインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
【請求項１８】請求項８又は９において、前記充填剤
を除去する工程では、前記充填剤を溶剤により溶解して
除去することを特徴とするインクジェット式記録ヘッド
の製造方法。
【請求項１９】請求項８〜１８の何れかにおいて、前
記充填剤を除去する工程では、前記圧力発生室内を加圧
又は吸引することにより行うことを特徴とするインクジ
ェット式記録ヘッドの製造方法。