JP2002225291A - 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 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 クロストークを防止してインク吐出特性及び
印字品質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が画成された流路形成基板１０と、該流路形成基板１
０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の形成された前記流路形成基板１０を研磨によ
り薄く形成することで、前記圧力発生室１２を画成する
隔壁１１の剛性を確保した状態で当該圧力発生室１２を
高密度に配設して、インク吐出特性及び印字品質を向上
する。また、流路形成基板１０の研磨面に厚さ指標とな
る凹部１５を設けることにより、流路形成基板１０の厚
さの制御を容易に行う。

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、圧電素子の厚さ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】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなインクジェット式記録ヘッドでは、圧力発生室が流
路形成基板を貫通して形成されているため、圧力発生室
の配列密度を高くすると、圧力発生室を区画する隔壁の
厚さが薄くなり、隣接する圧力発生室間でクロストーク
が発生し所望の吐出特性が得られないという問題があ
る。

【０００８】本発明はこのような事情に鑑み、クロスト
ークを防止してインク吐出特性及び印字品質を向上した
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。

【０００９】

【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、前記流路形成基板の他方面側には、当該流路形成
基板の厚さ指標となる凹部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。

【００１０】かかる第１の態様では、凹部により容易に
流路形成基板の厚さを判別することができる。

【００１１】本発明の第２の態様は、第１の態様におい
て、前記流路形成基板が他方面側を研磨することにより
所定の厚さに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。

【００１２】かかる第２の態様では、流路形成基板の厚
さを容易に薄くでき、圧力発生室を画成する隔壁の剛性
を高めてクロストークを防止することができる。このた
め圧力発生室を高密度に配置できる。

【００１３】本発明の第３の態様は、第１又は２の態様
において、前記流路形成基板の厚さが、前記凹部の位置
及び形状の何れか一方により識別できることを特徴とす
るインクジェット式記録ヘッドにある。

【００１４】かかる第３の態様では、凹部の位置及び形
状の何れか一方により容易に流路形成基板の厚さを判別
することができる。

【００１５】本発明の第４の態様は、第１〜３の何れか
の態様において、前記流路形成基板がシリコン単結晶基
板であ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４の態様では、圧力発生室及び凹
部を容易且つ高精度に形成することができる。

【００１７】本発明の第５の態様は、第４の態様におい
て、前記シリコン単結晶基板の主面が（１１０）方位で
あると共に前記凹部が異方性エッチングにより形成され
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。

【００１８】かかる第５の態様では、凹部を異方性エッ
チングにより容易且つ高精度に形成することができる。

【００１９】本発明の第６の態様は、第５の態様におい
て、前記凹部は、（１１０）面に対して傾斜する（１１
１）面が交差する点で深さが決め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。

【００２０】かかる第６の態様では、凹部を所定の深さ
で容易且つ高精度に形成することができる。

【００２１】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。

【００２２】かかる第７の態様では、インク吐出特性を
均一化したインクジェット式記録装置を実現できる。

【００２３】本発明の第８の態様は、シリコン単結晶基
板からなる流路形成基板に圧力発生室を形成すると共
に、前記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を形成するイ
ンクジェット式記録ヘッドの製造方法において、前記流
路形成基板の一方面側に前記振動板を介して前記下電
極、圧電体層及び上電極を順次積層及びパターニングし
て前記圧電素子を形成した後に、当該流路形成基板の他
方面側を研磨して所定の厚さとする研磨工程を有するこ
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。

【００２４】かかる第８の態様では、流路形成基板を容
易且つ確実に薄く形成でき、圧力発生室間のクロストー
クを防止して圧力発生室を高い配列密度で形成できる。

【００２５】本発明の第９の態様は、第８の態様におい
て、前記研磨工程は、前記流路形成基板の他方面に所定
の深さを有し且つそれぞれの深さが異なる複数の凹部を
形成した後に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にある。

【００２６】かかる第９の態様では、凹部により流路形
成基板の厚さを容易に判別することができる。

【００２７】本発明の第１０の態様は、第９の態様にお
いて、前記研磨工程では、前記凹部を前記流路形成基板
の厚さ指標として研磨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１０の態様では、凹部を指標とす
ることにより流路形成基板の厚さを容易に制御すること
ができる。

【００２９】本発明の第１１の態様は、第９又は１０の
態様において、前記研磨工程の後に、前記凹部の位置及
び形状の何れか一方によって当該流路形成基板の厚さを
識別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。

【００３０】かかる第１１の態様では、凹部の位置及び
形状の何れか一方により容易に流路形成基板の厚さを識
別することができる。

【００３１】本発明の第１２の態様は、第８〜１１の何
れかの態様において、前記研磨工程の前に、前記流路形
成基板の他方面側に前記圧力発生室を形成することを特
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１２の態様では、圧力発生室を形
成した後に流路形成基板を研磨することにより、研磨す
る領域が少なくなるため、比較的短時間で容易に研磨で
きる。

【００３３】本発明の第１３の態様は、第９〜１１の何
れかの態様において、前記研磨工程の前に、前記流路形
成基板の他方面側に前記圧力発生室と前記凹部とを同時
に形成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。

【００３４】かかる第１３の態様では、圧力発生室と凹
部とを同時に形成することにより、製造工程を簡略化す
ることができる。

【００３５】本発明の第１４の態様は、第８〜１１の何
れかの態様において、前記研磨工程の後に、前記流路形
成基板の他方面側に前記圧力発生室を形成することを特
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。

【００３６】かかる第１４の態様では、流路形成基板を
研磨した後に圧力発生室を形成することによって、研磨
による隔壁の破壊を確実に防止することができる。

【００３７】本発明の第１５の態様は、第１４の態様に
おいて、前記圧力発生室の形成は、前記流路形成基板の
研磨面にマスクパターンを形成し、該マスクパターンを
介して前記流路形成基板をエッチングすることにより形
成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１５の態様では、圧力発生室を容
易且つ高精度に形成することができる。

【００３９】本発明の第１６の態様は、第９〜１５の何
れかの態様において、前記シリコン単結晶基板の主面が
（１１０）方位からなり、前記凹部を異方性エッチング
により形成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。

【００４０】かかる第１６の態様では、凹部を異方性エ
ッチングにより容易且つ高精度に形成することができ
る。

【００４１】本発明の第１７の態様は、第１６の態様に
おいて、前記凹部は、（１１０）面に対して傾斜する
（１１１）面が交差する点で深さが決められていること
を特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造方法に
ある。

【００４２】かかる第１７の態様では、凹部を所定の深
さで容易且つ高精度に形成することができる。

【００４３】

【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。

【００４４】（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で
あり、図２は、インクジェット式記録ヘッドの平面図で
あり、図３（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、図３（ｂ）は（ａ）のＡ−
Ａ′断面図、図３（ｃ）は（ｂ）のＢ−Ｂ′断面図であ
る。

【００４５】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。

【００４６】この流路形成基板１０には、異方性エッチ
ングすることにより、複数の隔壁１１によって区画され
た圧力発生室１２が幅方向に並設されている。この圧力
発生室１２の配列密度は、１インチ当たり３６０個であ
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。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】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。
なお、本実施形態では、流路形成基板の厚さを約７５μ
ｍとした。

【００５０】また、流路形成基板１０の開口側の面に
は、所定の深さを有する複数の凹部１５が形成されてい
る。

【００５１】ここで、流路形成基板１０は、開口側の面
を研磨することにより薄く形成されており、研磨した際
に、凹部１５の位置及び形状の何れか一方により流路形
成基板１０の厚さを識別することができる。

【００５２】詳しくは、流路形成基板１０は、ウェハ上
に後述する圧電素子等の薄膜を形成し、圧力発生室１２
をエッチングにより形成後、図１に示す一つのチップサ
イズ毎に切り分けられて形成されるが、一般的には切り
分ける前のウェハ状態で研磨して所定の厚さにする。こ
のためウェハ上の位置によって、流路形成基板１０の厚
さにバラツキが生じる可能性があるが、複数の凹部１５
により、各流路形成基板１０の厚さを容易に識別するこ
とができる。

【００５３】すなわち、所定の深さの複数の凹部１５
は、流路形成基板１０となるウェハを研磨する際に、研
磨量によって浅い凹部１５から消失し、残った凹部１５
の位置及び凹部１５の形状の少なくとも一方によって、
切り分けた各流路形成基板１０の厚さを容易に識別する
ことができる。本実施形態では、流路形成基板１０の厚
さを研磨により約２２０μｍから約７５μｍの厚さに形
成するため、深さが１３５μｍ〜１５５μｍで５μｍず
つ深さの異なる凹部１５を５つ設けるようにした。

【００５４】このようにウェハを所定の厚さまで研磨
し、流路形成基板１０に切り分けた際に、例えば、５つ
の凹部１５の内、深さが１３５μｍ及び１４０μｍの２
つの凹部１５が消失し、１４５μｍ〜１５５μｍの３つ
の凹部１５が残った流路形成基板１０の厚さは７０μｍ
よりも厚く、８０μｍよりも薄いと識別することができ
る。

【００５５】このように残った凹部１５の位置及び形状
を確認するだけで流路形成基板１０の厚さを容易に識別
することができる。また、流路形成基板１０を厚さの違
いで分類することができるため、流路形成基板１０の厚
さ、すなわち圧力発生室１２の深さに応じて駆動波形を
選択するようにすれば、各インクジェット式記録ヘッド
のインク吐出特性を均一化させることができる。

【００５６】なお、本実施形態では、凹部１５を圧力発
生室１２の並設方向の一端部に圧力発生室１２の長手方
向に向かって縦に並設するように、異方性エッチング
（ウェットエッチング）により形成した。このような凹
部１５は、マスクパターンの開口の圧力発生室１２の長
手方向側の長さを変えることで深さが調整されている。
すなわち、流路形成基板１０は、面方位（１１０）のシ
リコン単結晶基板からなり、凹部１５をウェットエッチ
ングにより形成すると、表面の（１１０）面に対して傾
斜する第２の（１１１）面が交差する深さで自動的にエ
ッチングが終了される。このように、凹部１５を形成す
るマスクパターンの開口の圧力発生室１２の長手方向側
の長さ、すなわち、表面の（１１０）面に対して垂直な
第１の（１１１）面の長さが、短ければ浅い凹部１５が
形成され、逆に長ければ深い凹部１５が形成される。し
たがって、マスクパターンの開口の圧力発生室１２の長
手方向側の長さを変えるだけで所定の深さの複数の凹部
１５を容易且つ高精度に形成することができる。

【００５７】また、流路形成基板１０の開口面側には、
各圧力発生室１２のインク供給路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
接着剤や熱溶着フィルム等を介して固着されている。な
お、ノズルプレート２０は、厚さが例えば、０．１〜１
ｍｍで、線膨張係数が３００℃以下で、例えば２．５〜
４．５［×１０⁻⁶／℃］であるガラスセラミックス、
又は不錆鋼などからなる。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】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。

【００６０】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。

【００６１】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。

【００６２】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、上述
のノズルプレート２０の場合と同様に、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。

【００６３】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。

【００６４】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２５となっている。

【００６５】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。なお、本実施形態で
は、一つのインク導入口４４及びインク導入路３６によ
って、リザーバ１００にインクを供給するようにしてい
るが、これに限定されず、例えば、所望のインク供給量
に応じて、複数のインク導入口及びインク導入路を設け
るようにしてもよいし、あるいはインク導入口の開口面
積を大きくしてインク流路を拡大するようにようにして
もよい。

【００６６】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。

【００６７】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４〜図６
は、インクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す断面
図であり、図４及び図６は、圧力発生室の並設方向の断
面図、図５は、圧力発生室の長手方向に沿った凹部の並
設方向の断面図である。

【００６８】まず、図４（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及び第１の保護膜５５を形成する。第１の保護膜
５５は、後の工程で凹部１５を形成するためのマスクパ
ターンとして用いられる。なお、シリコン単結晶基板
は、本実施形態では２２０μｍの厚さとした。

【００６９】次に、図４（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の弾性膜５０
上の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。

【００７０】次に、図４（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。

【００７１】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。

【００７２】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。

【００７３】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。

【００７４】次に、図４（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。

【００７５】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、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、図５に示
すように、圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路
１４及び凹部１５を異方性エッチングにより形成する。
なお、図４は、圧力発生室の並設方向の断面図である
が、図５は、圧力発生室の長手方向に沿った凹部１５の
並設方向の断面図である。

【００７６】具体的には、まず図５（ａ）に示すように
シリコン単結晶基板の他方面側に形成された第１の保護
膜５５の凹部１５が形成される領域をパターニングする
ことにより開口１５ａを形成する。

【００７７】ここで、後の工程で形成される凹部１５
は、その並設方向に向かって深さが段階的に深くなるよ
うに形成するため、凹部１５が形成される領域に対応し
て設けられた第１の保護膜５５の開口１５ａは、シリコ
ン単結晶基板の（１１０）面に対して垂直な第１の（１
１１）面方向の長さが徐々に長くなるように設けられて
いる。

【００７８】次いで、図５（ｂ）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、所定の深さで複数の凹部１５を形成す
る。

【００７９】このとき、凹部１５は異方性エッチングに
より表面の（１１０）面に対して傾斜する第２の（１１
１）面が交差する深さまでエッチングされて自動的に終
了する。そのため、第１の保護膜５５に形成された開口
１５ａの（１１０）面に対して垂直な第１の（１１１）
面の長さの違いにより深さの異なる凹部１５を同時に複
数形成することができる。なお、本実施形態では、１３
５μｍ〜１５５μｍで５μｍずつ深さが異なる凹部１５
を５つ形成した。

【００８０】次いで、図５（ｃ）に示すように、流路形
成基板１０の凹部１５側の面を研磨、例えば、ダイヤモ
ンド砥粒を用いた片面ラッピングにより、流路形成基板
１０を所定の厚さ、本実施形態では略７５μｍにした。
具体的には、まず、粒径が３μｍ程度の砥粒（多結晶）
を用いて荒研磨し、その後、粒径が１μｍ程度の砥粒
（多結晶）を用いて仕上げ研磨を行った。

【００８１】このように流路形成基板１０を研磨する
と、複数の凹部１５の内、浅い凹部１５から徐々に消失
し、凹部１５の形状及び残った凹部１５の位置の少なく
とも一方から流路形成基板１０の厚さを識別することが
できる。図５（ｃ）に示す流路形成基板１０では、研磨
により５つの凹部１５の内、浅い２つの凹部１５が消失
し、深い３つの凹部１５が残ったため、７０μｍより厚
く８０μｍよりも薄いと識別することができる。

【００８２】また、本実施形態では、流路形成基板１０
に１３５μｍ〜１５５μｍまで５μｍずつ深さの異なる
５つの凹部１５を設けたため、流路形成基板１０の１０
μｍ以上の厚さの違いを識別し、分類することができ
る。なお、凹部１５の数は、特に限定されず、例えば、
１３５μｍ〜１５５μｍまで２μｍずつ深さの異なる凹
部を１１個設けるようにすれば、４μｍ以上の厚さの違
いを識別し、分類することができる。また、凹部１５の
深さを１３５μｍ〜１５５μｍの範囲と限定する必要も
なく、分類したい流路形成基板の厚さの違いや研磨器具
の性能等によって凹部の深さの範囲及び深さの差を適宜
決定すればよい。

【００８３】また、本実施形態では、流路形成基板１０
の厚さを薄くして圧力発生室１２を浅く形成したため、
隔壁１１の剛性を高めて圧力発生室１２間のクロストー
クを防止することができる。このため、圧力発生室１２
を高い配列密度で形成でき、インク吐出特性を向上する
ことができると共にノズル開口２１を高い配列密度で配
置して高解像度の印字品質を達成することができる。

【００８４】なお、本実施形態では、流路形成基板１０
に凹部１５を形成してから、流路形成基板１０を薄く研
磨し、その後、圧力発生室１２を形成するようにした
が、これに限定されず、例えば、凹部１５、圧力発生室
１２、連通部１３及びインク供給路１４を同時に異方性
エッチングにより形成後、流路形成基板１０を薄く研磨
するようにしてもよく、圧力発生室１２と凹部１５とを
別工程で形成するようにしてもよい。

【００８５】次いで、図６（ａ）に示すように、流路形
成基板１０の研磨面を、例えば、ＴＥＯＳ−ＣＶＤ法に
より低温（３５０〜５００℃）で二酸化シリコン層を形
成すると共にパターニングして第２の保護膜５６を形成
する。

【００８６】このとき、ＴＥＯＳ−ＣＶＤ法により低温
で第２の保護膜５６を形成するため、流路形成基板１０
や圧電素子３００へのダメージを無くすことができる。

【００８７】次いで、図６（ｂ）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。

【００８８】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。このとき、
前述したように各流路形成基板１０の凹部１５の形状及
び位置の少なくとも一方により、流路形成基板１０の厚
さを識別して分類することができる。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。

【００８９】（実施形態２）実施形態２は、流路形成基
板１０の形成される一つのウェハの所定位置に複数の凹
部を設け、この凹部を指標としてウェハを研磨するよう
にした製造工程の例である。

【００９０】ここで、本実施形態の製造工程について詳
細に説明する。図７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説明するウェハの斜視図で
ある。なお、上述した実施形態１と重複する製造工程の
説明は省略する。

【００９１】上述した実施形態１と同様に、ウェハ１１
０上に弾性膜５０、圧電素子３００及びリード電極９０
を形成後、図示するように深さの異なる５つの凹部１５
で構成される凹部グループ１６をウェハ１１０の所定位
置に複数設ける。この凹部グループ１６は、本実施形態
では、切り分けられる流路形成基板１０以外の領域に４
つ形成し、ウェハ１１０の略中央部に一つ形成した。

【００９２】ウェハ１１０の略中央部に形成した凹部グ
ループ１６の凹部１５は、隣り合う流路形成基板１０に
亘って設けるようにしてもよく、一つの流路形成基板１
０に設けるようにしてもよい。また、これら凹部グルー
プ１６の数は、特に限定されない。

【００９３】なお、凹部グループ１６を構成する５つの
凹部１５の形成は、上述した実施形態１と同様であるの
で重複する説明を省略する。

【００９４】次いで、図７（ｂ）に示すように、複数の
凹部グループ１６をウェハ１１０の厚さ指標として研磨
し、所定の厚さのウェハ１１０を形成する。

【００９５】具体的には、ウェハ１１０の圧電素子３０
０側の面を、上述した実施形態１と同様に、ダイヤモン
ド砥粒を用いた片面ラッピングにより、各凹部グループ
１６を構成する所定の深さの複数の凹部１５を指標とし
て凹部１５側を研磨する。このとき、複数の凹部１５
は、浅い凹部１５から徐々に消失し、凹部１５の形状及
び残った凹部１５の位置の少なくとも一方からウェハ１
１０の厚さを識別してウェハ１１０を所望の厚さまで研
磨することができる。

【００９６】また、各凹部グループ１６の凹部１５の途
中まで研磨された凹部１５の形状及び残った凹部１５の
位置を同じになるように研磨することで、ウェハ１１０
の面方向の厚さを略均一に形成することができる。

【００９７】なお、本実施形態では、各凹部グループ１
６において、凹部グループ１６を構成する５つの凹部１
５の内、１３５μｍ及び１４０μｍの２つの凹部１５が
消失し、１４５μｍ〜１５５μｍの３つの凹部１５が残
るように研磨すれば、ウェハ１１０の厚さを７０μｍよ
りも厚く、８０μｍよりも薄く略均一な厚さに形成する
ことができる。したがって、このウェハ１１０から切り
分けた全ての流路形成基板１０が略均一な厚さとなる。

【００９８】その後の圧力発生室１２の形成や、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の接合等は上述した実施形態１と同様であ
る。

【００９９】なお、本実施形態では、ウェハ１１０を研
磨する際の厚さ指標となる凹部１５からなる凹部グルー
プ１６を設けるようにしたが、これに限定されず、例え
ば、この凹部グループ１６に加え、上述した実施形態１
と同様に流路形成基板１０毎に凹部１５を設けるように
してもよい。

【０１００】（他の実施形態）以上、本発明の実施形態
１及び２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。

【０１０１】上述した実施形態１及び２では、流路形成
基板１０を面方位（１１０）のシリコン単結晶基板と
し、凹部１５を形成するマスクパターンである第１の保
護膜５５の開口１５ａの（１１０）面に対して垂直な第
１の（１１１）面方向の長さを変えて異方性エッチング
することにより、深さの異なる複数の凹部１５を形成し
たが、これに限定されず、例えば、流路形成基板に面方
位（１００）のシリコン単結晶基板を用いてもよく、凹
部をドライエッチングのエッチング時間の調整（ハーフ
エッチング）により深さの異なる複数の凹部を形成する
ようにしてもよい。何れにしても、所定の深さの複数の
凹部を各流路形成基板１０のそれぞれに設ければ、流路
形成基板１０の厚さを容易に識別して分類することがで
きる。また、所定の深さの複数の凹部をウェハに設け、
この凹部を指標としてウェハを研磨して所定の厚さとす
ることで、ウェハの面方向の厚さを略均一にすることが
でき、切り分けた流路形成基板の厚さを均一化すること
ができる。

【０１０２】また、上述した実施形態１及び２のインク
ジェット式記録ヘッドの製造方法では、流路形成基板１
０に凹部１５を設け、流路形成基板１０又はウェハ１１
０を研磨する際に、この凹部１５を厚さ指標としたが、
勿論、凹部１５を設けずに流路形成基板１０を研磨する
ようにしてもよい。何れにしても、流路形成基板１０に
圧電素子３００を形成後、研磨して所定の厚さとするこ
とにより、隔壁１１の剛性を高め、圧力発生室１２を高
い配列密度で配置してもクロストークを防止することが
できる。したがって、吐出特性が向上すると共に高品質
印刷を達成することができる。

【０１０３】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。

【０１０４】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。

【０１０５】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。

【０１０６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
流路形成基板に、流路形成基板を研磨する際に指標とな
る凹部を設けることにより、流路形成基板の厚さを容易
に識別することができる。また、識別した厚さによって
駆動波形を選択するようにすれば、インク吐出特性を均
一化することができる。さらに、ウェハ状態で凹部を指
標として研磨することにより面方向の厚さが略均一な流
路形成基板を形成することができる。これにより、製造
工程を簡略化して製造コストを低減することができる。

【０１０７】また、流路形成基板の厚さを研磨により薄
くすることで圧力発生室を高い配列密度で配置でき、イ
ンク吐出特性を向上することができると共に高印刷品質
を実現することができる。

【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
録ヘッドの平面図である。

【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、（ｃ）
は（ｂ）のＢ−Ｂ′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
録ヘッドの製造工程を示す凹部の並設方向の断面図であ
る。

【図５】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの製造工程を示す凹部の並設方向の断面図であ
る。

【図６】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの製造工程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ウェハの斜視図である。

【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 流路形成基板 １１ 隔壁 １２ 圧力発生室 １３ 連通部 １４ インク供給路 １５ 凹部 １６ 凹部グループ ２０ ノズルプレート ２１ ノズル開口 ３０ リザーバ形成基板 ４０ 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 リザーバ １１０ ウェハ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村井 正己 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイコ ーエプソン株式会社内 Ｆターム(参考） 2C057 AF34 AF40 AF93 AG12 AG42 AP02 AP22 AP34 AQ02 BA04 BA14

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【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、 前記流路形成基板の他方面側には、当該流路形成基板の
   厚さ指標となる凹部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。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記流路形成基板が
   他方面側を研磨することにより所定の厚さに形成されて
   いることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
3. 【請求項３】 請求項１又は２において、前記流路形成
   基板の厚さが、前記凹部の位置及び形状の何れか一方に
   より識別できることを特徴とするインクジェット式記録
   ヘッド。
4. 【請求項４】 請求項１〜３の何れかにおいて、前記流
   路形成基板がシリコン単結晶基板であることを特徴とす
   るインクジェット式記録ヘッド。
5. 【請求項５】 請求項４において、前記シリコン単結晶
   基板の主面が（１１０）方位であると共に前記凹部が異
   方性エッチング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。
6. 【請求項６】 請求項５において、前記凹部は、（１１
   ０）面に対して傾斜する（１１１）面が交差する点で深
   さが決め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。
7. 【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。
8. 【請求項８】 シリコン単結晶基板からなる流路形成基
   板に圧力発生室を形成すると共に、前記流路形成基板の
   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
   からなる圧電素子を形成するインクジェット式記録ヘッ
   ドの製造方法において、 前記流路形成基板の一方面側に前記振動板を介して前記
   下電極、圧電体層及び上電極を順次積層及びパターニン
   グして前記圧電素子を形成した後に、当該流路形成基板
   の他方面側を研磨して所定の厚さとする研磨工程を有す
   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。
9. 【請求項９】 請求項８において、前記研磨工程は、前
   記流路形成基板の他方面に所定の深さを有し且つそれぞ
   れの深さが異なる複数の凹部を形成した後に行うことを
   特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
10. 【請求項１０】 請求項９において、前記研磨工程で
    は、前記凹部を前記流路形成基板の厚さ指標として研磨
    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。
11. 【請求項１１】 請求項９又は１０において、前記研磨
    工程の後に、前記凹部の位置及び形状の何れか一方によ
    って当該流路形成基板の厚さを識別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。
12. 【請求項１２】 請求項８〜１１の何れかにおいて、前
    記研磨工程の前に、前記流路形成基板の他方面側に前記
    圧力発生室を形成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。
13. 【請求項１３】 請求項９〜１１の何れかにおいて、前
    記研磨工程の前に、前記流路形成基板の他方面側に前記
    圧力発生室と前記凹部とを同時に形成することを特徴と
    するインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
14. 【請求項１４】 請求項８〜１１の何れかにおいて、前
    記研磨工程の後に、前記流路形成基板の他方面側に前記
    圧力発生室を形成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。
15. 【請求項１５】 請求項１４において、前記圧力発生室
    の形成は、前記流路形成基板の研磨面にマスクパターン
    を形成し、該マスクパターンを介して前記流路形成基板
    をエッチングすることにより形成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。
16. 【請求項１６】 請求項９〜１５において、前記シリコ
    ン単結晶基板の主面が（１１０）方位からなり、前記凹
    部を異方性エッチングにより形成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。
17. 【請求項１７】 請求項１６において、前記凹部は、
    （１１０）面に対して傾斜する（１１１）面が交差する
    点で深さが決められていることを特徴とするインクジェ
    ット式記録ヘッドの製造方法。