JP2006021521A - 液滴吐出ヘッドの製造方法及び液滴吐出ヘッド並びに液滴吐出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 高解像度化が図れ、かつ小型化も図れるようにした液滴吐出ヘッドの製造方法と、その製造方法によって製造される液滴吐出ヘッドと、その液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置の提供を課題とする。
【解決手段】 液滴を吐出するノズル56と、ノズル56と連通し、液体が充填される圧力室50と、圧力室50の一部を構成する振動板48と、圧力室50へ流路66、68を介して供給する液体をプールするプール室38と、振動板48を変位させる圧電素子46と、を有する液滴吐出ヘッド32の製造方法であって、支持基板76上に振動板48を設けるとともに、振動板48に圧電素子46を設け、配線90を備えた天板40を振動板48に設けた後、支持基板76を振動板48から取り外してなる圧電素子基板70に、圧力室50が形成された流路基板72を接合する。そして、この製造方法によって製造される液滴吐出ヘッド32と、その液滴吐出ヘッド32を備えた液滴吐出装置10とする。
【選択図】 図7
【解決手段】 液滴を吐出するノズル56と、ノズル56と連通し、液体が充填される圧力室50と、圧力室50の一部を構成する振動板48と、圧力室50へ流路66、68を介して供給する液体をプールするプール室38と、振動板48を変位させる圧電素子46と、を有する液滴吐出ヘッド32の製造方法であって、支持基板76上に振動板48を設けるとともに、振動板48に圧電素子46を設け、配線90を備えた天板40を振動板48に設けた後、支持基板76を振動板48から取り外してなる圧電素子基板70に、圧力室50が形成された流路基板72を接合する。そして、この製造方法によって製造される液滴吐出ヘッド32と、その液滴吐出ヘッド32を備えた液滴吐出装置10とする。
【選択図】 図7
Description
本発明は、インク等の液滴を吐出するノズルと、ノズルと連通するとともに、インク等の液体が充填される圧力室と、圧力室の一部を構成する振動板と、圧力室へ流路を介して供給する液体をプールするプール室と、振動板を変位させる圧電素子と、を有する液滴吐出ヘッドの製造方法と、その製造方法によって製造される液滴吐出ヘッド、更には、その液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置に関する。
従来から、液滴吐出ヘッドの一例としてのインクジェット記録ヘッド(以下、単に「記録ヘッド」という場合がある)の複数のノズルから選択的にインク滴を吐出し、記録用紙等の記録媒体に画像(文字を含む)等を印刷するインクジェット記録装置(液滴吐出装置)は知られている。このようなインクジェット記録装置において、その記録ヘッドには圧電方式やサーマル方式等がある。
例えば圧電方式の場合には、図15、図16で示すように、インクタンクからインクプール室202を経てインク200が供給される圧力室204に、圧電素子(電気エネルギーを機械エネルギーに変換するアクチュエーター)206が設けられ、その圧電素子206が圧力室204の体積を減少させるように凹状に撓み変形して中のインク200を加圧し、圧力室204に連通するノズル208からインク滴200Aとして吐出させるように構成されている。
このような構成のインクジェット記録ヘッドにおいて、近年では、低コストで小型でありながら、高解像度な印刷が可能とされることが求められている。この要求に応えるためには、ノズルを高密度に配設することが必要となるが、現状の記録ヘッドでは、図示するように、ノズル208の隣に(ノズル208とノズル208の間に)インクプール室202が設けられているため、ノズル208を高密度に配設することにも限界があった。
また、インクジェット記録ヘッドには、所定の圧電素子に電圧を印加する駆動ICを設けるが、従来は、図17で示すように、FPC(フレキシブルプリント配線基板)210で実装していた。つまり、振動板214上に設けられた圧電素子206上面の金属電極表面に、FPC210に形成したバンプ212を接合することによって接続していた。このFPC210には駆動IC(図示省略)が実装されているため、この段階で圧電素子206と駆動ICが電気的に接続されることになる。
また、記録ヘッドの外部表面に設けられた電極端子と、駆動ICが実装された実装基板上の電極端子をワイヤーボンディング法で接続するという方法がある(例えば、特許文献1参照)。更に、記録ヘッドの外部表面に設けられた電極端子に駆動ICを接合して接続した後、その記録ヘッドに設けられた引き出し配線の電極端子にFPCを接合して接続するという方式がある(例えば、特許文献2参照)。
しかしながら、何れの場合も、ピッチが微細(例えば10μmピッチ以下)な配線を形成することができないため、ノズル密度が高くなると、実装基板やFPCのサイズが大きくなり、小型化を阻害したり、コストをアップさせたりする問題がある。また更に、ノズル密度が高くなった場合には、所望の抵抗値を有する配線を引き回せないという問題がある。つまり、配線密度の制限によるノズル高密度化の限界がある。
特開平2−301445号公報
特開平9−323414号公報
そこで、本発明は、このような問題点に鑑み、ノズルの高密度化と、それに伴う微細ピッチ配線の形成を実現可能にして高解像度化が図れるようにするとともに、小型化も図れるようにした液滴吐出ヘッドの製造方法と、その製造方法によって製造される液滴吐出ヘッドと、その液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置を得ることを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明に係る請求項1に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法は、液滴を吐出するノズルと、前記ノズルと連通し、液体が充填される圧力室と、前記圧力室の一部を構成する振動板と、前記圧力室へ流路を介して供給する液体をプールするプール室と、前記振動板を変位させる圧電素子と、を有する液滴吐出ヘッドの製造方法であって、支持基板上に振動板を設けるとともに、該振動板に圧電素子を設け、配線を備えた天板を前記振動板に設けた後、前記支持基板を前記振動板から取り外してなる圧電素子基板に、圧力室が形成された流路基板を接合してなることを特徴としている。
また、請求項2に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法は、請求項1に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法において、前記プール室を、前記振動板を間に置いて前記圧力室と反対側に設けたことを特徴としている。
そして、請求項3に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法は、請求項1又は請求項2に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法において、前記振動板が界面剥離層を介して前記支持基板上に設けられ、該支持基板に設けられた貫通孔から溶剤が注入されて前記界面剥離層が溶解されることにより、前記振動板から前記支持基板が取り外されることを特徴としている。
請求項1乃至請求項3に記載の発明によれば、液滴吐出ヘッドを構成する圧電素子基板が、支持基板で支持された状態で製造されるので、製造しやすい。また、圧力室を互いに近接して配設することができるので、圧力室毎に設けられるノズルを高密度に配設することができ、部品点数の削減も図れるので、液滴吐出ヘッドの小型化を実現することができる。また、このような製造方法を採用することにより、圧電素子から引き出す配線の形成に、半導体プロセスのホトリソグラフィー技術を用いることができ、10μmピッチ以下の微細配線を形成することができるので、実用的な配線抵抗値で、ノズルの高密度化に対応できる。したがって、高解像度化を実現することができる。
また、請求項4に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法は、請求項3に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法において、前記支持基板の貫通孔を、前記振動板に設けられる流路形成用孔と重ねないことを特徴としている。
請求項4に記載の発明によれば、支持基板の貫通孔と振動板の流路形成用孔が重ならないので、各工程中に使用される各種材料が流路形成用孔及び貫通孔を通って支持基板の下面から漏出するのを防止することができる。
また、請求項5に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法は、請求項3又は請求項4に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法において、前記貫通孔を、溶剤を注入する注入口側から振動板側に向かって断面積が減少するテーパー状に穿設したことを特徴としている。
請求項5に記載の発明によれば、剥離界面への溶剤(剥離溶液)の供給を良好に保つことができる。
また、請求項6に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法は、請求項1乃至請求項5の何れか1項に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法において、前記支持基板の下面に複数の非貫通孔を設けるとともに、該支持基板の上面に界面剥離層を成膜し、その界面剥離層上に前記振動板を形成した後、前記支持基板の下面をエッチングして前記非貫通孔を貫通孔にすることを特徴としている。
そして、請求項7に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法は、請求項3乃至請求項6の何れか1項に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法において、前記界面剥離層が、ゲルマニウム膜であることを特徴としている。
請求項6及び請求項7に記載の発明によれば、界面剥離層(ゲルマニウム膜)上に振動板を形成するので、振動板を接合する工程を省略することができる。したがって、製造工程の簡略化が図れる。また、振動板を接合する場合よりも膜厚の均一性が良好になる。
そして、請求項8に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法は、請求項6又は請求項7に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法において、前記振動板側を保護膜で被覆することを特徴としている。
請求項8に記載の発明によれば、振動板がエッチングされるのを防止することができる。
また、請求項9に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法は、請求項1乃至請求項5の何れか1項に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法において、前記支持基板に複数の貫通孔を設けるとともに、該支持基板上にゲルマニウム膜を成膜し、そのゲルマニウム膜上に前記振動板を設けることを特徴としている。
請求項9に記載の発明によれば、ゲルマニウム膜(Ge膜)は接着剤兼剥離層として機能するので、支持基板と振動板とを接合させる際の製造工程を簡略化することができる。更に、この支持基板は繰り返し使用することができるので、コスト的にも好ましい。
また、請求項10に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法は、請求項9に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法において、前記ゲルマニウム膜による前記振動板の接合温度が800℃〜1000℃であることを特徴としている。
請求項10に記載の発明によれば、ゲルマニウム膜(Ge膜)接合は1000℃の高温耐性があるため、圧電素子を形成する際の支持基板に対する加熱温度や、その後の結晶化アニールの温度(例えば650℃)に制約を付けなくて済む。つまり、例えば樹脂接着剤であると、650℃の加熱温度に対応できない不具合がある。
また、請求項11に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法は、請求項7乃至請求項10の何れか1項に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法において、前記支持基板の貫通孔から過酸化水素を注入してゲルマニウム膜を剥離することを特徴としている。
請求項11に記載の発明によれば、ゲルマニウム膜(Ge膜)は80℃程度の過酸化水素(H2O2)で高速に剥離(エッチング)できるため、その剥離時間が短くて済む。したがって、生産性を向上させることができる。また、接着剤剥離溶液として過酸化水素(H2O2)を使用するため、他の液滴吐出ヘッド構成部材(主に樹脂材料やガラス)を溶解したり、剥離したりするなどの不具合が発生しない。例えばガラス系接着剤を剥離する場合、フッ化水素酸を使用することがあるが、エッチングレートが遅く、他部材を侵食する不具合がある。
そして、請求項12に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法は、請求項1乃至請求項11の何れか1項に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法において、前記圧電素子基板と前記流路基板が、熱圧着によって接合されることを特徴としている。
更に、請求項13に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法は、請求項1乃至請求項12の何れか1項に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法において、前記支持基板が、ガラス製であることを特徴としている。
請求項12及び請求項13に記載の発明によれば、支持基板が、ガラス製であるため、熱処理時の熱膨張の差が小さく、反りや剥離に対して強い。したがって、天板と圧電素子基板、圧電素子基板と流路基板をそれぞれ好適に熱圧着することができる。
また、本発明に係る請求項14に記載の液滴吐出ヘッドは、請求項1乃至請求項13の何れか1項に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法によって製造されることを特徴としており、本発明に係る請求項15に記載の液滴吐出装置は、請求項14に記載の液滴吐出ヘッドを備えたことを特徴としている。
請求項14及び請求項15に記載の発明によれば、ノズルの高密度化を実現できるので、高解像度化を実現することができる。また、液滴吐出ヘッドの小型化を実現することができる。
以上、何れにしても本発明によれば、振動板を挟んで圧力室及びノズルがある側と反対側にプール室を形成できるため、ノズルを高密度に配置できる。また、本発明は、高解像度な液滴吐出ヘッドに要求される薄い振動板の形成にも有効である。したがって、高解像度化が図れ、かつ小型化も図れる液滴吐出ヘッドの製造方法と、それによって製造される液滴吐出ヘッドと、その液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置を提供することができる。
以下、本発明の最良な実施の形態について、図面に示す実施例を基に詳細に説明する。なお、液滴吐出装置としてはインクジェット記録装置を例に採って説明する。したがって、液体はインクとし、液滴吐出ヘッドはインクジェット記録ヘッドとして説明をする。また、記録媒体は記録用紙として説明をする。図1、図2は本発明に係るインクジェット記録装置の概略構成を示している。
図1、図2で示すように、インクジェット記録装置10は、記録用紙Pが収容される給紙トレイ12と、この給紙トレイ12から供給された記録用紙Pに画像を記録する記録部14と、記録部14へ記録用紙Pを搬送する第1搬送部16と、記録部14によって画像が記録された記録用紙Pを収容する排紙トレイ18と、排紙トレイ18へ画像が記録された記録用紙Pを搬送する第2搬送部20と、第2搬送部20と第1搬送部16との間に設けられ、両面印刷時に記録用紙Pを反転して記録部14に再供給する反転部22とを有している。
記録部14は、インクジェット記録ヘッド32を有している。このインクジェット記録ヘッド32は、インクジェット記録装置10での画像記録が想定される記録用紙Pの最大幅と同程度か、又はそれ以上の記録可能領域を有している。つまり、このインクジェット記録ヘッド32は、シングルパス印字が可能な所謂Full Width Array(FWA)となっている。
また、インクジェット記録ヘッド32は、記録用紙Pの搬送方向に対して、その上流側からイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の順に並設されている。各インクジェット記録ヘッド32Y〜32Kは、サーマル方式や圧電方式等の公知の手段によって、インク滴が吐出されるように構成されている。
更に、各インクジェット記録ヘッド32Y〜32Kには、メンテナンスユニット29Y〜29Kが備えられている。このメンテナンスユニット29Y〜29Kは、ブラック(K)及びシアン(C)と、マゼンタ(M)及びイエロー(Y)の2組に分かれて、印刷時における退避位置と、各インクジェット記録ヘッド32Y〜32Kをメンテナンスする位置とに移動可能に構成されている。
各メンテナンスユニット29Y〜29Kは、ダミージェット受け、ワイピング部材、キャップ等を有し、各インクジェット記録ヘッド32Y〜32Kをメンテナンスする際には、各インクジェット記録ヘッド32Y〜32Kが所定高さ上昇するようになっている(図2参照)。そして、各インクジェット記録ヘッド32Y〜32Kのノズル56(図3参照)に、メンテナンスユニット29Y〜29Kがそれぞれ対向配置されるようになっている。
給紙トレイ12中の記録用紙Pは、ピックアップローラー13によって1枚ずつ取り出され、第1搬送部16によって、記録部14へ送られるようになっている。第1搬送部16は、適宜位置に配設された用紙搬送用の搬送ローラー対15を複数有しており、所定の搬送ローラー対17には、後述する反転部22から記録用紙Pが再供給されるようになっている。
記録部14には、用紙搬送方向上流側に配置された駆動ローラー24と、下流側に配置された従動ローラー26に巻回され、記録用紙Pの印刷面をインクジェット記録ヘッド32に対面させるための搬送ベルト28が備えられており、この搬送ベルト28は図1の反時計方向に循環駆動(回転)するように構成されている。そして、駆動ローラー24の上部には、搬送ベルト28に表面側から摺接するニップローラー25が配設されている。
第2搬送部20は、適宜位置に配設された用紙搬送用の搬送ローラー対19を複数有しており、所定の搬送ローラー対21は、後述する反転部22へ記録用紙Pを送出可能となっている。反転部22は、適宜位置に配設された用紙搬送用の搬送ローラー対23を複数有しており、記録用紙Pを搬送ローラー対21から搬送ローラー対17まで、その印刷された面を上に向けた状態で搬送するようになっている。
つまり、両面印刷の場合、記録部14に供給され、インクジェット記録ヘッド32Y〜32Kの下方を通過することによって一方の面(表面)に画像が形成された記録用紙Pは、下側の搬送ローラー対21にその最後端が狭持されると、搬送ローラー対21が逆回転することにより反転部22へ送出され、搬送ローラー対23によって搬送ローラー対17へ送出される。
そして、その搬送ローラー対17において狭持され、搬送ベルト28とニップローラー25の間へ再度供給されるが、このとき、印字されていない面がインクジェット記録ヘッド32Y〜32Kに対面するように供給される。こうして、表裏反転されて他方の面(裏面)に画像が形成された記録用紙Pは、そのまま第2搬送部20によって排紙トレイ18へ排紙される構成である。
また、このインクジェット記録装置10には、各インクジェット記録ヘッド32Y〜32Kにインクを供給するリザーバータンク34Y、34M、34C、34Kが配設されており、各リザーバータンク34Y〜34Kには、メインタンク30Y、30M、30C、30Kが接続されている。各メインタンク30Y〜30Kには、水性顔料インク等が充填される。
以上のような構成のインクジェット記録装置10において、次にインクジェット記録ヘッド32について詳細に説明する。図3はインクジェット記録ヘッド32の構成を示す概略平面図であり、図4は図3のX−X線概略断面図である。この図3、図4で示すように、インクジェット記録ヘッド32には、リザーバータンク34(図1、図2参照)と連通するインク供給ポート36が設けられており、そのインク供給ポート36から注入されたインク110は、インクプール室38に貯留される。
インクプール室38は天板40と隔壁42とによって、その容積が規定されており、インク供給ポート36は、天板40の所定箇所に複数、列状に穿設されている。また、列をなすインク供給ポート36の間で、天板40よりも内側のインクプール室38内には、圧力波を緩和する樹脂膜製エアダンパー44(後述する感光性ドライフィルム96)が設けられている。
天板40の材質は、例えばガラス、セラミックス、シリコン、樹脂等、インクジェット記録ヘッド32の支持体になり得る強度を有する絶縁体であれば何でもよい。また、天板40には、後述する駆動IC60へ通電するための金属配線90が設けられている。この金属配線90は、樹脂膜92で被覆保護されており、インク110による侵食が防止されるようになっている。
隔壁42は樹脂(後述する感光性ドライフィルム98)で成形され、インクプール室38を矩形状に仕切っている。また、インクプール室38は、圧電素子46と、その圧電素子46によって上下方向に撓み変形させられる振動板48を介して、圧力室50と上下に分離されている。
つまり、圧電素子46及び振動板48が、インクプール室38と圧力室50との間に配置される構成とされ、インクプール室38と圧力室50とが同一水平面上に存在しないように構成されている。したがって、圧力室50を互いに接近させた状態に配置することが可能であり、ノズル56をマトリックス状に高密度に配設することが可能となっている。
圧電素子46は、圧力室50毎に振動板48の上面に接着されている。振動板48は、例えばSUS等の金属で成形され、少なくとも上下方向に弾性を有し、圧電素子46に通電されると(電圧が印加されると)、上下方向に撓み変形する(変位する)構成になっている。
なお、振動板48は、後述するように、シリコン、ガラス等の絶縁性材料であっても差し支えはない。また、圧電素子46の下面には一方の極性となる下部電極52が配置され、圧電素子46の上面には他方の極性となる上部電極54が配置されている。そして、この上部電極54に駆動IC60が金属配線86により電気的に接続されている。
また、圧電素子46は、低透水性絶縁膜(SiOx膜)80で被覆保護されている。圧電素子46を被覆保護している低透水性絶縁膜(SiOx膜)80は、水分透過性が低くなる条件で着膜するため、水分が圧電素子46の内部に侵入して信頼性不良となること(PZT膜内の酸素を還元することにより生ずる圧電特性の劣化)を防止できる。なお、下部電極52と接触する金属(SUS等)製の振動板48は、低抵抗なGND配線としても機能するようになっている。
更に、圧電素子46は、その低透水性絶縁膜(SiOx膜)80の上面が、樹脂膜82で被覆保護されている。これにより、圧電素子46において、インク110による侵食の耐性が確保されるようになっている。また、金属配線86も、樹脂保護膜88で被覆保護され、インク110による侵食が防止されるようになっている。
また、圧電素子46の上方は、樹脂膜82で被覆保護され、樹脂保護膜88が被覆されない構成になっている。樹脂膜82は、柔軟性がある樹脂層であるため、このような構成により、圧電素子46(振動板48)の変位阻害が防止されるようになっている(上下方向に好適に撓み変形可能とされている)。つまり、圧電素子46上方の樹脂層は、薄い方がより変位阻害の抑制効果が高くなるので、樹脂保護膜88を被覆しないようにしている。
駆動IC60は、隔壁42で規定されたインクプール室38の外側で、かつ天板40と振動板48との間に配置されており、振動板48や天板40から露出しない(突出しない)構成とされている。したがって、インクジェット記録ヘッド32の小型化が実現可能となっている。
また、その駆動IC60の周囲は樹脂材58で封止されている。この駆動IC60を封止する樹脂材58の注入口40Bは、図5で示すように、製造段階における天板40において、各インクジェット記録ヘッド32を仕切るように格子状に複数個穿設されている。
したがって、後述する圧電素子基板70と流路基板72とを結合(接合)後、樹脂材58によって封止された(閉塞された)注入口40Bに沿って天板40を切断することにより、マトリックス状のノズル56(図3参照)を有するインクジェット記録ヘッド32が1度に複数個製造される。
また、この駆動IC60の下面には、図4、図6で示すように、複数のバンプ62がマトリックス状に所定高さ突設されており、振動板48上に圧電素子46が形成された圧電素子基板70の金属配線86にフリップチップ実装されるようになっている。したがって、圧電素子46に対する高密度接続が容易に実現可能であり、駆動IC60の高さの低減を図ることができる(薄くすることができる)。これによっても、インクジェット記録ヘッド32の小型化が実現可能となっている。
また、図3において、駆動IC60の外側には、バンプ64が設けられている。このバンプ64は、天板40に設けられる金属配線90と、圧電素子基板70に設けられる金属配線86とを接続しており、当然ながら、圧電素子基板70に実装された駆動IC60の高さよりも高くなるように設けられている。
したがって、インクジェット記録装置10の本体側から天板40の金属配線90に通電され、その天板40の金属配線90からバンプ64を経て金属配線86に通電され、そこから駆動IC60に通電される構成である。そして、その駆動IC60により、所定のタイミングで圧電素子46に電圧が印加され、振動板48が上下方向に撓み変形することにより、圧力室50内に充填されたインク110が加圧されて、ノズル56からインク滴が吐出する構成である。
インク滴を吐出するノズル56は、圧力室50毎に1つずつ、その所定位置に設けられている。圧力室50とインクプール室38とは、圧電素子46を回避するとともに、振動板48に穿設された貫通孔48Aを通るインク流路66と、圧力室50から図4において水平方向へ向かって延設されたインク流路68とが連通することによって接続されている。このインク流路68は、インクジェット記録ヘッド32の製造時に、インク流路66とのアライメントが可能なように(確実に連通するように)、予め実際のインク流路66との接続部分よりも少し長めに設けられている。
以上のような構成のインクジェット記録ヘッド32において、次に、その製造工程について、図7乃至図13を基に詳細に説明する。図7で示すように、このインクジェット記録ヘッド32は、圧電素子基板70と流路基板72とを別々に作成し、両者を結合(接合)することによって製造される。そこで、まず、圧電素子基板70の製造工程について説明するが、圧電素子基板70には、流路基板72よりも先に天板40が結合(接合)される。
図8(A)で示すように、まず、下面(裏面)側に非貫通孔76Bが複数穿設されたガラス製の第1支持基板76を用意する。第1支持基板76は撓まないものであれば何でもよく、ガラス製に限定されるものではないが、ガラスは硬い上に安価なので好ましい。この第1支持基板76の作製方法としては、ガラス基板のブラスト加工及びフェムト秒レーザー加工や、感光性ガラス基板(例えば、HOYA株式会社製PEG3C)を露光・現像する等が知られている。
そして、図8(B)で示すように、その第1支持基板76の上面(表面)に、界面剥離層としてのゲルマニウム膜(以下「Ge膜」という)78をスパッタ法にて着膜する(膜厚1μm)。なお、Ge膜78を着膜(成膜)する方法としては、蒸着やChemical Vapor Deposition(CVD)法でもよい。
そして、図8(C)で示すように、そのGe膜78の上面に振動板48となる薄膜、例えば温度350℃、RFpower300W、周波数450KHz、圧力1.5torr、ガスSiH4/N2O=150/4000sccmのプラズマCVD法により、SiOx膜(膜厚4μm)を形成(成膜)する。なお、この場合の振動板48の材料としては、SiNx膜、SiC膜、金属膜等であってもよい。
その後、図8(D)で示すように、振動板48にインク流路66形成用の貫通孔48Aをパターニングする。具体的には、ホトリソグラフィー法によるレジスト形成、パターニング(HFエッチング)、酸素プラズマによるレジスト剥離である。そして、図8(E)、図8(F)で示すように、第1支持基板76の下面側をエッチングして、非貫通孔76Bを貫通させ、貫通孔76Aとする。
具体的には、振動板48の上面に保護用レジスト49(保護膜)を塗布して、振動板48を保護した状態で、第1支持基板76の下面側をHFエッチングし(図8(E))、その後、保護用レジスト49を剥離する(図8(F))。なお、振動板48に、エッチング液でエッチングされない材料を使用した場合には、保護用レジスト49(保護膜)は不要である。
また、振動板48としてSiOx膜を形成(成膜)するのではなく、Ge膜78によって金属(SUS等)製の振動板48を第1支持基板76の上面(表面)に接合しても構わない。この場合、その接合温度は800℃〜1000℃とされる。例えば接合温度:850℃で、接着時間:10分とされる。
Ge膜78は高温耐性(1000℃)があるため、圧電素子46を成膜するときの第1支持基板76に対する加熱温度や、その後の結晶化アニールの温度(例えば650℃)に制約を付けなくて済む利点がある。なお、この場合、振動板48の材料として、シリコン、ガラス等の絶縁性基板を用いても差し支えない。
また、この場合、界面剥離層としてのGe膜78は、第1支持基板76の振動板48との接着面側に成膜される場合に限定されるものではなく、振動板48の第1支持基板76との接着面側に成膜するようにしても構わない。また、第1支持基板76に界面剥離層としてのGe膜78を成膜し、振動板48に接着剤(Ge膜以外)を塗布して両者を接合するか、又は振動板48に界面剥離層としてのGe膜78を成膜し、第1支持基板76に接着剤(Ge膜以外)を塗布して両者を接合するようにしても構わない。
何れにしても、振動板48をGe膜78に接合するよりも、Ge膜78に薄膜(SiOx膜)を形成して振動板48とする方が、振動板48の接合工程が省略されるため、全体の製造工程が簡略化される利点がある。また、振動板48を高温加熱(Ge膜による接合の工程)に晒さなくてよいため、低耐熱材料の使用が可能になるなど、振動板48に使用できる材料の選択肢が増える効果もある。そして、金属製や絶縁材料製等の薄い振動板48を張り合わせることに比べて、薄膜化にも好適になる。つまり、10μm以下の薄さに対応でき、ピンホールが少なく、膜厚の均一性も良好になる。
その他、振動板48の貫通孔48Aと第1支持基板76の貫通孔76Aとは重ねない(オーバーラップさせない)ようにする。これは、製造中に使用される各種材料が第1支持基板76の上面(表面)から下面(裏面)へ漏出しないようにするためである。
また、第1支持基板76に複数の貫通孔76Aを設けるのは、後工程で溶剤(剥離溶液)としての過酸化水素(H2O2)を第1支持基板76と振動板48との界面(Ge膜層)に流し込むためで、界面剥離層としてのGe膜78を溶解して、その第1支持基板76を振動板48から剥離するためである。
したがって、貫通孔76A(非貫通孔76B)は、図示のように下方から上方へ向かって(下面の注入口側から上面の振動板48側に向かって)断面積(開孔面積)が小さくなるようなテーパー状に穿設されるのが好ましい。このような形状にすると、Ge膜層界面への剥離溶液(過酸化水素)の供給を良好に保つことができる。
次に、図8(G)で示すように、振動板48の上面に積層された下部電極52をパターニングする。具体的には、金属膜スパッタ(膜厚500Å〜3000Å)、ホトリソグラフィー法によるレジスト形成、パターニング(エッチング)、酸素プラズマによるレジスト剥離である。この下部電極52が接地電位となる。
そして次に、図8(H)で示すように、下部電極52の上面に、圧電素子46の材料であるPZT膜と上部電極54を順にスパッタ法で積層し、図8(I)で示すように、圧電素子46(PZT膜)及び上部電極54をパターニングする。
具体的には、PZT膜スパッタ(膜厚3μm〜15μm)、金属膜スパッタ(膜厚500Å〜3000Å)、ホトリソグラフィー法によるレジスト形成、パターニング(エッチング)、酸素プラズマによるレジスト剥離である。下部及び上部の電極材料としては、例えば圧電素子であるPZT材料との親和性が高く、耐熱性がある、Au、Ir、Ru、Pt等が挙げられる。
その後、図8(J)で示すように、上面に露出している下部電極52と上部電極54の上面に低透水性絶縁膜(SiOx膜)80を積層し、更に、その低透水性絶縁膜(SiOx膜)80の上面に、耐インク性と柔軟性を有する樹脂膜82、例えばポリイミド系、ポリアミド系、エポキシ系、ポリウレタン系、シリコーン系等の樹脂膜を積層して、それらをパターニングすることで、圧電素子46と金属配線86を接続するための開口84(コンタクト孔)を形成する。
具体的には、CVD法にて、ダングリングボンド密度が高い低透水性絶縁膜(SiOx膜)80を着膜する、感光性ポリイミド(例えば、富士フイルムアーチ社製の感光性ポリイミド Durimide7520)を塗布・露光・現像することでパターニングを行う、CF4系ガスを用いたReactive Ion Etching(RIE)法で上記感光性ポリイミドをマスクとしてSiOx膜をエッチングする、という加工を行う。なお、ここでは低透水性絶縁膜としてSiOx膜を用いたが、SiNx膜、SiOxNy膜等であってもよい。
次いで、図8(K)で示すように、開口84内の上部電極54と樹脂膜82の上面に金属膜を積層し、金属配線86をパターニングする。具体的には、スパッタ法にてAl膜(厚さ1μm)を着膜する、ホトリソグラフィー法でレジストを形成する、塩素系のガスを用いたRIE法にてAl膜をエッチングする、酸素プラズマにてレジスト膜を剥離する、という加工を行い、上部電極54と金属配線86(Al膜)とを接合する。なお、図示しないが、下部電極52の上にも開口84が設けられ、上部電極54と同様に金属配線86と接続されている。
そして更に、図8(L)で示すように、金属配線86及び樹脂膜82の上面に樹脂保護膜88(例えば、富士フイルムアーチ社製の感光性ポリイミド Durimide7320)を積層してパターニングする。この樹脂保護膜88は、樹脂膜82と同種の樹脂材料で構成される。また、このとき、圧電素子46の上方で、金属配線86がパターニングされていない部位には、樹脂保護膜88を積層しないようにする(樹脂膜82のみが積層されるようにする)。
ここで、圧電素子46の上方(樹脂膜82の上面)に樹脂保護膜88を積層しないのは、振動板48(圧電素子46)の変位(上下方向の撓み変形)が阻害されるのを防止するためである。また、圧電素子46の上部電極54から引き出す(上部電極54に接続される)金属配線86が樹脂製の保護膜88で被覆されると、その樹脂保護膜88は、金属配線86が積層される樹脂膜82と同種の樹脂材料で構成されているため、金属配線86を被覆するそれらの接合力が強固になり、界面からのインク110の侵入による金属配線86の腐食を防止することができる。
なお、この樹脂保護膜88は、隔壁42(感光性ドライフィルム98)とも同種の樹脂材料となっているため、この隔壁42(感光性ドライフィルム98)に対する接合力も強固になっている。したがって、その界面からのインク110の侵入がより一層防止される構成である。また、このように、同種の樹脂材料で構成されると、それらの熱膨張率が略等しくなるので、熱応力の発生が少なくて済む利点もある。
次に、図8(M)で示すように、金属配線86にバンプ62を介して駆動IC60をフリップチップ実装する。このとき、駆動IC60は、予め半導体ウエハプロセスの終りに実施されるグラインド工程にて、所定の厚さ(70μm〜300μm)に加工されている。駆動IC60が厚すぎると、隔壁42のパターニングやバンプ64の形成が困難になったりする。
駆動IC60を金属配線86にフリップチップ実装するためのバンプ62の形成方法には、電界メッキ、無電界メッキ、ボールバンプ、スクリーン印刷等が適用できる。こうして、圧電素子基板70が製造され、この圧電素子基板70に、例えばガラス製の天板40が結合(接合)される。なお、以下の図9では、説明の便宜上、配線形成面を下面として説明するが、実際の工程では上面になる。
ガラス製天板40の製造においては、図9(A)で示すように、天板40自体が支持体となる程度の強度を確保できる厚み(0.3mm〜1.5mm)を持っているので、別途支持体を設ける必要がない。まず、図9(B)で示すように、天板40の下面に金属配線90を積層してパターニングする。具体的には、スパッタ法にてAl膜(厚さ1μm)を着膜する、ホトリソグラフィー法でレジストを形成する、塩素系のガスを用いたRIE法にてAl膜をエッチングする、酸素プラズマにてレジスト膜を剥離する、という加工である。
そして、図9(C)で示すように、金属配線90が形成された面に樹脂膜92(例えば、富士フイルムアーチ社製の感光性ポリイミド Durimide7320)を積層してパターニングする。なお、このとき、一部の金属配線90には、バンプ64を接合するため、樹脂膜92を積層しないようにする。
次に、図9(D)で示すように、天板40の金属配線90が形成された面に、ホトリソグラフィー法でレジストをパターニングする。金属配線90が形成されていない面は、保護用レジスト94で全面を覆う。ここで、保護用レジスト94を塗布するのは、次のウエット(SiO2)エッチング工程で、天板40が金属配線90を形成した面の裏面からエッチングされるのを防止するためである。なお、天板40に感光性ガラスを用いた場合には、この保護用レジスト94の塗布工程を省略することができる。
次いで、図9(E)で示すように、天板40にHF溶液によるウエット(SiO2)エッチングを行い、その後、保護用レジスト94を酸素プラズマにて剥離する。そして、図9(F)で示すように、天板40に形成された開口40A部分に感光性ドライフィルム96(例えば、日立化成工業株式会社製Raytec FR−5025:25μm厚)を露光・現像によりパターニングする(架設する)。この感光性ドライフィルム96が圧力波を緩和するエアダンパー44となる。
そして次に、図9(G)で示すように、樹脂膜92に感光性ドライフィルム98(100μm厚)を積層して露光・現像によりパターニングする。この感光性ドライフィルム98がインクプール室38を規定する隔壁42となる。なお、隔壁42は、感光性ドライフィルム98に限定されるものではなく、樹脂塗布膜(例えば、化薬マイクロケム社のSU−8レジスト)としてもよい。このときには、スプレー塗布装置にて塗布し、露光・現像をすればよい。
そして最後に、図9(H)で示すように、樹脂膜92が積層されていない金属配線90にバンプ64をメッキ法等で形成する。このバンプ64が駆動IC60側の金属配線86と電気的に接続するため、図示するように、感光性ドライフィルム98(隔壁42)よりもその高さが高くなるように形成されている。
こうして、天板40の製造が終了したら、図10(A)で示すように、この天板40を圧電素子基板70に被せて、両者を熱圧着により結合(接合)する。すなわち、感光性ドライフィルム98(隔壁42)を感光性樹脂層である樹脂保護膜88に接合し、バンプ64を金属配線86に接合する。
このとき、感光性ドライフィルム98(隔壁42)の高さよりもバンプ64の高さの方が高いので、感光性ドライフィルム98(隔壁42)を樹脂保護膜88に接合することにより、バンプ64が金属配線86に自動的に接合される。つまり、半田バンプ64は高さ調整が容易なので(潰れやすいので)、感光性ドライフィルム98(隔壁42)によるインクプール室38の封止とバンプ64の接続が容易にできる。
隔壁42とバンプ64の接合が終了したら、図10(B)で示すように、駆動IC60に封止用樹脂材58(例えばエポキシ樹脂)を注入する。すなわち、天板40に穿設されている注入口40B(図5参照)から樹脂材58を流し込む。このように樹脂材58を注入して駆動IC60を封止すると、駆動IC60を水分等の外部環境から保護できるとともに、圧電素子基板70と天板40との接着強度を向上させることができ、更には、後工程でのダメージ、例えば、できあがった圧電素子基板70をダイシングによってインクジェット記録ヘッド32に分割する際の水や研削片によるダメージを回避することができる。
次に、図10(C)で示すように、第1支持基板76の貫通孔76A(注入口)から剥離溶液としての過酸化水素(H2O2)を注入して、界面剥離層としてのGe膜78を選択的に溶解させることで、その第1支持基板76を圧電素子基板70から剥離処理する。このときの過酸化水素(H2O2)の温度は80℃程度とされ、高速(20分程度)でのエッチング(剥離)が可能とされている。つまり、剥離時間の短縮化が図られ、生産性の向上が図られている。
また、剥離溶液として過酸化水素(H2O2)を使用するので、他の記録ヘッド構成部材(主に樹脂材料やガラス)を溶解したり、剥離したりすることもない。以上により、図10(D)で示すように、天板40が結合(接合)された圧電素子基板70が完成する。そして、この状態から、天板40が圧電素子基板70の支持体となる。
なお、本実施例では、界面剥離層と剥離溶剤の組み合わせとしてGe膜とH2O2溶液を選択したが、この組み合わせに限定されるものではなく、インクジェット記録ヘッド32の構成材料に合わせて適宜選択すればよい。例えば、Ti膜とHCl溶液、Ni膜とHNO3溶液、Cr膜とHCl溶液、Co膜とH2SO4溶液等である。しかしながら、Ge膜とH2O2溶液の組み合わせが最も好適である。
一方、流路基板72は、図11(A)で示すように、まず、貫通孔100Aが複数穿設されたガラス製の第2支持基板100を用意する。第2支持基板100は第1支持基板76と同様、撓まないものであれば何でもよく、ガラス製に限定されるものではないが、ガラスは硬い上に安価なので好ましい。この第2支持基板100の作製方法としては、ガラス基板のブラスト加工及びフェムト秒レーザー加工や、感光性ガラス基板(例えば、HOYA株式会社製PEG3C)を露光・現像する等が知られている。
そして、図11(B)で示すように、その第2支持基板100の上面(表面)に接着剤104を塗布し、図11(C)で示すように、その上面(表面)に樹脂基板102(例えば厚さ0.1mm〜0.5mmのアミドイミド基板)を接着する。そして次に、図11(D)で示すように、その樹脂基板102の上面を金型106に押し付け、加熱・加圧処理する。その後、図11(E)で示すように、金型106を樹脂基板102から離型処理することにより、圧力室50やノズル56等が形成される流路基板72が完成する。
こうして、流路基板72が完成したら、図12(A)で示すように、圧電素子基板70と流路基板72とを熱圧着により結合(接合)する。そして次に、図12(B)で示すように、第2支持基板100の貫通孔100Aから接着剤剥離溶液を注入して接着剤104を選択的に溶解させることで、その第2支持基板100を流路基板72から剥離処理する。
その後、図12(C)で示すように、第2支持基板100が剥離された面を、アルミナを主成分とする研磨材を使用した研磨処理又は酸素プラズマを用いたRIE処理することにより、表面層が取り除かれ、ノズル56が開口される。そして、図12(D)で示すように、そのノズル56が開口された下面に撥水剤としてのフッ素材108(例えば、旭ガラス社製のCytop)を塗布することにより、インクジェット記録ヘッド32が完成し、図12(E)で示すように、インクプール室38や圧力室50内にインク110が充填可能とされる。
なお、感光性ドライフィルム96(エアダンパー44)は、天板40の内側のインクプール室38内に設けられるものに限定されるものではなく、例えば図13で示すように、天板40の外側に設けられる構成としてもよい。すなわち、インク110の充填工程の直前に、インクプール室38の外側から天板40に感光性ドライフィルム96(エアダンパー44)を貼り付ける構成としてもよい。
さて、次に、第1支持基板76に最初から貫通孔76Aが穿設されている場合の実施例について説明する。この場合は、まず図14(A)で示すように、貫通孔76Aが複数穿設されたガラス製の第1支持基板76を用意する。なお、第1支持基板76の材質、作製方法等は、上記と同様である。
そして、図14(B)で示すように、その第1支持基板76の上面(表面)にGe膜(厚さ1μm)78をスパッタ法にて着膜する。なお、Ge膜78を着膜(成膜)する方法として、蒸着やCVD法でもよいことも上記と同様である。そして、図14(C)で示すように、そのGe膜78によって金属(SUS等)製の振動板48を第1支持基板76の上面(表面)に接合する。
このときの接合温度は、上記と同様に800℃〜1000℃とされる。例えば接合温度:850℃で、接着時間:10分とされる。なお、第1支持基板76に最初から貫通孔76Aが穿設されている場合には、Ge膜78上に振動板48となる薄膜(SiOx膜)を形成することは難しいため、このときの製造方法としては接合のみとなる。
次に、図14(D)で示すように、振動板48の上面に積層された下部電極52をパターニングする。具体的には、金属膜スパッタ(膜厚500Å〜3000Å)、ホトリソグラフィー法によるレジスト形成、パターニング(エッチング)、酸素プラズマによるレジスト剥離である。この下部電極52が接地電位となる。
そして次に、図14(E)で示すように、下部電極52の上面に、圧電素子46の材料であるPZT膜と上部電極54を順にスパッタ法で積層し、図14(F)で示すように、圧電素子46(PZT膜)及び上部電極54をパターニングする。
具体的には、PZT膜スパッタ(膜厚3μm〜15μm)、金属膜スパッタ(膜厚500Å〜3000Å)、ホトリソグラフィー法によるレジスト形成、パターニング(エッチング)、酸素プラズマによるレジスト剥離である。下部及び上部の電極材料としては、例えば圧電素子であるPZT材料との親和性が高く、耐熱性がある、Au、Ir、Ru、Pt等が挙げられる。
その後、図14(G)で示すように、上面に露出している下部電極52と上部電極54の上面に低透水性絶縁膜(SiOx膜)80を積層し、更に、その低透水性絶縁膜(SiOx膜)80の上面に、耐インク性と柔軟性を有する樹脂膜82、例えばポリイミド系、ポリアミド系、エポキシ系、ポリウレタン系、シリコーン系等の樹脂膜を積層して、それらをパターニングすることで、圧電素子46と金属配線86を接続するための開口84(コンタクト孔)を形成する。
具体的には、CVD法にて、ダングリングボンド密度が高い低透水性絶縁膜(SiOx膜)80を着膜する、感光性ポリイミド(例えば、富士フイルムアーチ社製の感光性ポリイミド Durimide7520)を塗布・露光・現像することでパターニングを行う、CF4系ガスを用いたRIE法で上記感光性ポリイミドをマスクとしてSiOx膜をエッチングする、という加工を行う。なお、ここでは低透水性絶縁膜としてSiOx膜を用いたが、SiNx膜、SiOxNy膜等であってもよい。
次いで、図14(H)で示すように、開口84内の上部電極54と樹脂膜82の上面に金属膜を積層し、金属配線86をパターニングする。具体的には、スパッタ法にてAl膜(厚さ1μm)を着膜する、ホトリソグラフィー法でレジストを形成する、塩素系のガスを用いたRIE法にてAl膜をエッチングする、酸素プラズマにてレジスト膜を剥離する、という加工を行い、上部電極54と金属配線86(Al膜)とを接合する。なお、図示しないが、下部電極52の上にも開口84が設けられ、上部電極54と同様に金属配線86と接続されている。
そして更に、図14(I)で示すように、金属配線86及び樹脂膜82の上面に樹脂保護膜88(例えば、富士フイルムアーチ社製の感光性ポリイミド Durimide7320)を積層してパターニングする。この樹脂保護膜88は、樹脂膜82と同種の樹脂材料で構成される。また、このとき、圧電素子46の上方で、金属配線86がパターニングされていない部位には、樹脂保護膜88を積層しないようにする(樹脂膜82のみが積層されるようにする)。
ここで、圧電素子46の上方(樹脂膜82の上面)に樹脂保護膜88を積層しないのは、振動板48(圧電素子46)の変位(上下方向の撓み変形)が阻害されるのを防止するためである。また、圧電素子46の上部電極54から引き出す(上部電極54に接続される)金属配線86が樹脂製の保護膜88で被覆されると、その樹脂保護膜88は、金属配線86が積層される樹脂膜82と同種の樹脂材料で構成されているため、金属配線86を被覆するそれらの接合力が強固になり、界面からのインク110の侵入による金属配線86の腐食を防止することができる。
なお、この樹脂保護膜88は、隔壁42(感光性ドライフィルム98)とも同種の樹脂材料となっているため、この隔壁42(感光性ドライフィルム98)に対する接合力も強固になっている。したがって、その界面からのインク110の侵入がより一層防止される構成である。また、このように、同種の樹脂材料で構成されると、それらの熱膨張率が略等しくなるので、熱応力の発生が少なくて済む利点もある。
次に、図14(J)で示すように、金属配線86にバンプ62を介して駆動IC60をフリップチップ実装する。このとき、駆動IC60は、予め半導体ウエハプロセスの終りに実施されるグラインド工程にて、所定の厚さ(70μm〜300μm)に加工されている。駆動IC60が厚すぎると、隔壁42のパターニングやバンプ64の形成が困難になったりする。
駆動IC60を金属配線86にフリップチップ実装するためのバンプ62の形成方法には、電界メッキ、無電界メッキ、ボールバンプ、スクリーン印刷等が適用できる。こうして、圧電素子基板70が製造され、この圧電素子基板70に、例えばガラス製の天板40が結合(接合)されることは、上記と同様である。また、これ以降の工程は上記と同様であるため、説明は省略する。
以上のようにして製造されるインクジェット記録ヘッド32を備えたインクジェット記録装置10において、次に、その作用を説明する。まず、インクジェット記録装置10に印刷を指令する電気信号が送られると、給紙トレイ12から記録用紙Pが1枚、ピックアップローラー13によってピックアップされ、第1搬送部16により、記録部14へ搬送される。
一方、インクジェット記録ヘッド32では、すでにリザーバータンク34からインク供給ポート36を介してインクプール室38にインク110が注入(充填)され、インクプール室38に充填されたインク110は、インク流路66、68を経て圧力室50へ供給(充填)されている。そして、このとき、ノズル56の先端(吐出口)では、インク110の表面が圧力室50側に僅かに凹んだメニスカスが形成されている。
そして、インクジェット記録ヘッド32が、複数のノズル56から選択的にインク滴を吐出することにより、記録用紙Pに、画像データに基づく画像を記録する。すなわち、駆動IC60により、所定のタイミングで、所定の圧電素子46に電圧を印加し、振動板48を上下方向に撓み変形させて(面外振動させて)、圧力室50内のインク110を加圧し、所定のノズル56からインク滴として吐出させる。
こうして、記録用紙Pに画像データに基づく画像が記録されたら、記録用紙Pを第2搬送部20により搬送し、排紙トレイ18上に記録用紙Pを排出する。なお、両面印刷する場合には、反転部22により記録用紙Pを反転し、再度記録部14に供給して画像の記録を行い、その後、第2搬送部20により搬送して、排紙トレイ18上に記録用紙Pを排出する。これにより、記録用紙Pへの印刷処理(画像記録)が完了する。
ここで、このインクジェット記録ヘッド32は、インクプール室38が、振動板48(圧電素子46)を間に置いて圧力室50の反対側(上側)に設けられている。換言すれば、インクプール室38と圧力室50の間に振動板48(圧電素子46)が配置され、インクプール室38と圧力室50が同一水平面上に存在しないように構成されている。したがって、圧力室50が互いに近接配置され、ノズル56が高密度なマトリックス状に配設されている。
また、圧電素子46に電圧を印加する駆動IC60は、振動板48と天板40との間に配設され、振動板48や天板40より外部へ露出しない(突出しない)構成とされている(インクジェット記録ヘッド32内に内蔵されている)。したがって、インクジェット記録ヘッド32の外部に駆動IC60を実装する場合に比べて、圧電素子46と駆動IC60の間を接続する金属配線86の長さが短くて済み、これによって、金属配線86の低抵抗化と高密度接続が実現されている。つまり、実用的な配線抵抗値で、ノズル56の高密度化を実現することができ、高解像度化を実現することができる。
また、その駆動IC60は、振動板48に圧電素子46等が形成されてなる圧電素子基板70上にフリップチップ実装されているので、高密度の配線接続が容易にでき、駆動IC60の高さの低減も図れる(薄くできる)。更に、駆動IC60と接続する金属配線90が天板40に形成されているので、従来のような駆動IC60と接続するFPC等を別途設ける必要がなく、これによって、部品点数の削減が図れる。したがって、インクジェット記録ヘッド32の小型化を実現することができる。
具体的には、従来のFPC方式による電気接続では、ノズル解像度は600npi(nozzle per pitch)が限界であったが、本発明の方式では、容易に1200npi配列が可能となった。また、サイズについては、600npiのノズル配列を例にとって比較した場合、FPCを用いなくて済むため、1/2以下にすることが可能となった。
また、第1支持基板76と第2支持基板100が共にガラス製であると、熱処理時の熱膨張の差が小さくなり、反りや剥離に対して強くなるため、天板40と圧電素子基板70との熱圧着や、天板40が接合された圧電素子基板70と流路基板72との熱圧着が好適にできる。しかも、駆動IC60の周囲の隙間は、樹脂材58で埋められているため、天板40と圧電素子基板70の接合強度が増し、更には、その樹脂材58によって駆動IC60が封止されているので、水分等の外部環境から駆動IC60を保護することができる。
また、上記したように、第1支持基板76と振動板48は、それぞれの貫通孔76A、48Aが重ならないように貼り合わされているため、各工程中に使用される各種材料が貫通孔48A、76Aを通って第1支持基板76の下面から漏出するのが防止されている。また、天板40にエアダンパー44を設けるようにしたので、エアダンパー44の大きさや位置等の変更を自由に行うことができる。つまり、エアダンパー44の最適化が容易にできる効果がある。
また、第1支持基板76と振動板48とを接合させる場合、その接着剤が、剥離層を兼ねるGe膜78とされているので、第1支持基板76と振動板48とを接合させる際の製造工程を簡略化することができる。また、Ge膜接合は1000℃の高温耐性があるため、その接合温度を800℃〜1000℃とすることができ、圧電素子46を形成する際の第1支持基板76等に対する加熱温度に制約を付けなくて済む利点がある。
なお、第1支持基板76の貫通孔76Aが、最初は非貫通孔76Bとされている場合は、振動板48となる薄膜(例えばSiOx膜)をGe膜78上にCVD法等で形成(成膜)することができるので、振動板48をGe膜78に接合する場合よりも早く製造することができる。また、この方が薄い振動板48の張り合わせに比べて、薄膜化に適している。
すなわち、振動板48が、例えば薄板ガラスの場合は、第1支持基板76に張り合わせた後に、研磨によって薄くするので、ばらつきが大きくなるが、上記のように薄膜(SiOx膜)を形成してなる場合は、ピンホールが少なく、10μm以下の厚さにも対応でき、膜厚の均一性が良好となる。しかも、振動板48の接合工程が省略されるため、全体の製造工程を簡略化することができる。更に、振動板48を接合するときの高温加熱に晒さなくてよいため、低耐熱材料も使用可能となり、振動板48に使用可能となる材料の選択肢が増える。
また、界面剥離層としてのGe膜78は、80℃程度の過酸化水素(H2O2)で高速に溶解(エッチング)できるため、その剥離時間が短くて済む。したがって、生産性を高めることができる。また、剥離溶液として過酸化水素(H2O2)を使用するため、他の記録ヘッド構成部材(主に樹脂材料やガラス)を溶解したり、剥離したりするなどの不具合が発生しない。
また、その過酸化水素(H2O2)を注入する第1支持基板76の貫通孔76Aが、過酸化水素(H2O2)を注入する注入口側から振動板48側に向かって(下方から上方へ向かって)断面積(開孔面積)が小さくなるようなテーパー状に穿設されているので、Ge膜層界面への過酸化水素(H2O2)の供給を良好に保つことができる。
以上、何れにしても、このインクジェット記録ヘッド32を構成する圧電素子基板70及び流路基板72は、常に硬い支持基板76、100上でそれぞれ製造され、かつ、それらの製造工程において、支持基板76、100がそれぞれ不要となった時点で、各支持基板76、100が取り除かれるという製造方法が採用されているので、極めて製造しやすい構成となっている。
なお、製造された(完成した)インクジェット記録ヘッド32は、天板40によって支持されるので(天板40が支持体とされるので)、その剛性は確保される。また、その支持基板76、100は、最初から貫通孔76A、100Aが穿設されているものを使用する場合、繰り返し使用することが可能であるため、コスト的にも好ましいものとなっている。このように、本発明に係る製造方法は、高解像度化及び小型化が図れるインクジェット記録ヘッド32(液滴吐出ヘッド)を製造する上で最適な方法であると言える。
その他、本発明に係るインクジェット記録ヘッド32(液滴吐出ヘッド)は、高密度ノズル配列を実現するのに有効なものであるため、上記実施例では、シングルパス印字を必要とする紙幅対応のFWAのインクジェット記録ヘッド32を備えたインクジェット記録装置10の例で説明したが、本発明に係るインクジェット記録装置10(液滴吐出装置)は、これに限定されない。
例えばイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の各色のインクジェット記録ヘッド32がそれぞれキャリッジ(図示省略)に搭載され、それら各色のインクジェット記録ヘッド32から画像データに基づいて選択的にインク滴が吐出されてフルカラーの画像が記録用紙Pに記録される、所謂Partial Width Array(PWA)のインクジェット記録装置であっても同様である。
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドによる画像記録は、記録用紙P上への画像(文字を含む)の記録に限定されるものではない。すなわち、記録媒体は記録用紙Pに限定されるものでなく、また、吐出する液体もインクに限定されるものではない。例えば高分子フィルムやガラス上にインクを吐出してディスプレイ用カラーフィルターを作成したり、溶接状態の半田を基板上に吐出して部品実装用のバンプを形成するなど、工業的に用いられる液滴吐出装置全般に対して、本発明に係る液滴吐出ヘッドを適用することが可能である。
10 インクジェット記録装置(液滴吐出装置)
32 インクジェット記録ヘッド(液滴吐出ヘッド)
36 インク供給ポート
38 インクプール室
40 天板
42 隔壁
44 エアダンパー
46 圧電素子
48 振動板
50 圧力室
52 下部電極
54 上部電極
56 ノズル
60 駆動IC
64 バンプ
66 インク流路
68 インク流路
70 圧電素子基板
72 流路基板
76 第1支持基板
78 Ge膜
86 金属配線
90 金属配線
100 第2支持基板
102 樹脂基板
104 接着剤
106 金型
110 インク
32 インクジェット記録ヘッド(液滴吐出ヘッド)
36 インク供給ポート
38 インクプール室
40 天板
42 隔壁
44 エアダンパー
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48 振動板
50 圧力室
52 下部電極
54 上部電極
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68 インク流路
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86 金属配線
90 金属配線
100 第2支持基板
102 樹脂基板
104 接着剤
106 金型
110 インク
Claims (15)
- 液滴を吐出するノズルと、
前記ノズルと連通し、液体が充填される圧力室と、
前記圧力室の一部を構成する振動板と、
前記圧力室へ流路を介して供給する液体をプールするプール室と、
前記振動板を変位させる圧電素子と、
を有する液滴吐出ヘッドの製造方法であって、
支持基板上に振動板を設けるとともに、該振動板に圧電素子を設け、配線を備えた天板を前記振動板に設けた後、前記支持基板を前記振動板から取り外してなる圧電素子基板に、圧力室が形成された流路基板を接合してなることを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。 - 前記プール室を、前記振動板を間に置いて前記圧力室と反対側に設けたことを特徴とする請求項1に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
- 前記振動板は界面剥離層を介して前記支持基板上に設けられ、該支持基板に設けられた貫通孔から溶剤が注入されて前記界面剥離層が溶解されることにより、前記振動板から前記支持基板が取り外されることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
- 前記支持基板の貫通孔を、前記振動板に設けられる流路形成用孔と重ねないことを特徴とする請求項3に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
- 前記貫通孔を、溶剤を注入する注入口側から振動板側に向かって断面積が減少するテーパー状に穿設したことを特徴とする請求項3又は請求項4に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
- 前記支持基板の下面に複数の非貫通孔を設けるとともに、該支持基板の上面に界面剥離層を成膜し、その界面剥離層上に前記振動板を形成した後、前記支持基板の下面をエッチングして前記非貫通孔を貫通孔にすることを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れか1項に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
- 前記界面剥離層は、ゲルマニウム膜であることを特徴とする請求項3乃至請求項6の何れか1項に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
- 前記振動板側を保護膜で被覆することを特徴とする請求項6又は請求項7に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
- 前記支持基板に複数の貫通孔を設けるとともに、該支持基板上にゲルマニウム膜を成膜し、そのゲルマニウム膜上に前記振動板を設けることを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れか1項に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
- 前記ゲルマニウム膜による前記振動板の接合温度が800℃〜1000℃であることを特徴とする請求項9に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
- 前記支持基板の貫通孔から過酸化水素を注入してゲルマニウム膜を剥離することを特徴とする請求項7乃至請求項10の何れか1項に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
- 前記圧電素子基板と前記流路基板は、熱圧着によって接合されることを特徴とする請求項1乃至請求項11の何れか1項に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
- 前記支持基板は、ガラス製であることを特徴とする請求項1乃至請求項12の何れか1項に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
- 請求項1乃至請求項13の何れか1項に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法によって製造されることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
- 請求項14に記載の液滴吐出ヘッドを備えたことを特徴とする液滴吐出装置。
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JPH09323414A (ja) | 1996-06-05 | 1997-12-16 | Brother Ind Ltd | インクジェット記録装置 |
JPH10202874A (ja) * | 1997-01-24 | 1998-08-04 | Seiko Epson Corp | インクジェットプリンタヘッド及びその製造方法 |
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JP3554242B2 (ja) | 2000-02-23 | 2004-08-18 | 株式会社日立製作所 | インクジェット記録装置 |
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2005
- 2005-03-14 JP JP2005072066A patent/JP2006021521A/ja active Pending
- 2005-05-17 US US11/130,996 patent/US7445318B2/en active Active
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