(57)【要約】【課題】液体吐出ヘッドの製造工程を簡素化し、かつ、ヘッドの構造上の強度や耐インク性等を向上させる。【解決手段】ベース基板１上に共通電極２を形成し、その上に、共振駆動部分の形状を有するパターン開口を備えたスペーサ（ギャップ保持部材）４を接合し、スペーサ４上に圧電体薄膜３および駆動電極５となる薄膜層を成膜したうえで、スペーサ４の閉口部の薄膜層を除去し、露出表面にノズルプレート６を接合する。圧電体薄膜３および駆動電極５となる薄膜層をパターニングする必要がない。また、共振駆動部分となる圧電体薄膜３の側面がスペーサ４によって覆われるため、強度が高く、耐インク性にもすぐれている。【選択図】      図１
2004322432.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の共振駆動部分をそれぞれ構成する複数の圧電体薄膜と、前記複数の圧電体薄膜をそれぞれ充填した複数の開口部を有するギャップ保持部材と、前記複数の圧電体薄膜のそれぞれの表面と裏面に配設された一対の電極手段と、前記一対の電極手段によって前記複数の圧電体薄膜に選択的に共振振動を発生させるための電圧を印加する駆動手段と、各圧電体薄膜の表面に沿って形成された液流路と、各圧電体薄膜に対応して前記液流路に連通する複数の液吐出口とを有することを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
圧電体薄膜によって構成される複数の共振駆動部分と、前記複数の共振駆動部分のそれぞれの表面と裏面に配設された一対の電極手段と、前記一対の電極手段によって前記複数の共振駆動部分に選択的に共振振動を発生させるための電圧を印加する駆動手段と、各共振駆動部分の表面に沿って形成された液流路と、各共振駆動部分に対応して前記液流路に連通する複数の液吐出口とを有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
複数の共振駆動部分にそれぞれ対応する複数の開口部を有するギャップ保持部材を製作し、その裏面側に一方の電極手段を有するベース基板を固定する工程と、ベース基板を固定したギャップ保持部材の表面側に薄膜層を成膜することで各開口部内に圧電体薄膜と他方の電極手段を形成する工程と、圧電体薄膜と電極手段を形成したギャップ保持部材上に複数の液吐出口を備えたノズルプレートを積層する工程とを有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電体の振動を利用して液体であるインクを記録媒体上に吐出して記録を行うインクジェット記録装置等に用いられる液体吐出ヘッドおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェットヘッド等の液体吐出ヘッドのノズル（液吐出口）から液滴を吐出し、これを記録媒体上に付着させて画像形成を行う画像形成方法は、高速印字、高印字品質、低騒音、容易なカラー画像記録、安いランニングコスト、普通紙印字、さらに容易な装置の小型化といった多くの優れた利点を有しており、有望な画像形成装置として実用化されている。
【０００３】
例えば、インクジェットヘッドの代表例としては、米国特許第３９４６３９８号明細書に開示されているように、圧電素子を振動させてインク室の容積を変化させて、インク滴を各インク室に設けられたノズルから吐出させる方式や、また特開昭５４−１６１９３５号公報に開示されているようにインク室内のインクを発熱素子により瞬間的に気泡を生じさせ、気泡の膨張力によりインクをノズルから吐出させる方式がある。また、最近では、特許第３０３８８７９号公報に記載されているように、表面弾性波を利用してインクをミスト状にしてノズルから吐出することにより濃度階調表現が可能になされたインクジェットヘッドが提案されている。
【０００４】
前記インクミストを利用したインクジェット方式には、特開平５−３８８１０号公報において、圧電体基板上に形成したギャップ支持材の薄膜を介して、ノズルを設けたノズルプレートを接合したインクジェットヘッドが開示されている。さらに、特開平５−３８８１１号公報においては、圧電体基板に入れた溝の底部に電極を形成したインクジェットヘッドが開示されている。
【０００５】
図５は、一従来例による液体吐出ヘッドの主要部を示すもので、長尺な圧電体基板１０１に複数の幅方向の液流路である溝１０４を刻設して、各溝１０４の底部にそれぞれ駆動電極１０２を形成し、圧電体基板１０１の裏面側に配設した長手方向の共通電極１０３と各駆動電極１０２との交差領域１０６に対応する位置に、ノズルプレート１０５の各ノズル１０７を開口させた積層構造を有する。そして、各溝１０４の後方に形成された液供給室から、図５の（ｃ）に矢印で示すように各溝１０４に供給されたインク１０８を、両電極１０２、１０３間に印加された交流電圧により、両電極１０２、１０３間の交差領域１０６において発生する共振振動によってミスト化し、ノズル１０７から吐出する（特開平５−３８８１１号公報等参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特許第３０３８８７９号公報に開示されたノズルレスインクジェット記録ヘッドにおいては、ギャップ支持材としての薄膜等をスペーサとして用いていないために精度よくノズルプレートとのギャップ距離が制御されなかったり、強度が弱かったりといった点や、圧電体基板がインクと接触して劣化や腐食が起こる点が課題となる。また、前記特開平５−３８８１０号公報に開示されたインクジェットヘッドにおいては、圧電体基板を作製しその上に薄膜を設けてギャップ支持材とするものであるため、ギャップ支持材の成膜およびエッチング等の工程が煩雑である点が課題となる。さらに、特開平５−３８８１０号公報や特開平５−３８８１１号公報に開示された構成においては、共振駆動部の共振振動が同じ圧電体基板の非共振駆動部に伝播するためにクロストークが生じやすくなるという未解決の課題がある。
【０００７】
本発明は、上記従来技術の有する未解決の課題に鑑みなされたものであり、圧電体薄膜および駆動電極等のパターニングを不必要とすることで製造工程の簡素化を促進し、かつ、液流路等を形成するギャップの寸法精度を向上させ、構造上の強度を強化することのできる液体吐出ヘッドおよびその製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００８】
本発明の他の目的は、液体吐出ヘッドの圧電体駆動部分の振動の拡散を防ぐことで解像度を向上させるとともに、圧電体がインク等の液体によって劣化するのを回避することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の液体吐出ヘッドは、複数の共振駆動部分をそれぞれ構成する複数の圧電体薄膜と、前記複数の圧電体薄膜をそれぞれ充填した複数の開口部を有するギャップ保持部材と、前記複数の圧電体薄膜のそれぞれの表面と裏面に配設された一対の電極手段と、前記一対の電極手段によって前記複数の圧電体薄膜に選択的に共振振動を発生させるための電圧を印加する駆動手段と、各圧電体薄膜の表面に沿って形成された液流路と、各圧電体薄膜に対応して前記液流路に連通する複数の液吐出口とを有することを特徴とする。
【００１０】
【作用】
各共振駆動部分に対応する開口部を有するギャップ保持部材を、一方の電極手段を有するベース基板に固定して、ギャップ保持部材全面に圧電体薄膜となる薄膜層を成膜する。これによって、ギャップ保持部材の各開口部内には共振駆動部分を構成する圧電体薄膜が充填される。圧電体薄膜の成膜後に他方の電極手段となる薄膜層を成膜し、ギャップ保持部材の各開口部内の圧電体薄膜および電極手段となる薄膜層を残してギャップ保持部材表面の薄膜層を除去し、次いでギャップ保持部材上にノズルプレートを積層する。
【００１１】
あるいはギャップ保持部材表面の薄膜層を除去することなく、その上にノズルプレートを積層する。
【００１２】
ギャップ保持部材の開口部に圧電体薄膜が充填されるため、圧電体薄膜の周囲が絶縁材等で作られたギャップ保持部材によって覆われた状態となり、ギャップ保持部材によって圧電体薄膜の共振振動の拡散を防ぐとともに、構造上の強度が向上し、さらには、共振駆動部分の側面が液体に触れることによる劣化を低減することができる。
【００１３】
また、開口部を有するギャップ保持部材を用いることで、圧電体薄膜や電極手段を形成するためのパターニング工程を省略し、製造工程を簡略化して製造コストを下げることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１は第１の実施の形態による液体吐出ヘッドの吐出部を示すもので、これは、同図の（ａ）に示すように、ベース基板１と、ベース基板１上に形成された一方の電極手段である共通電極２、複数の共振駆動部分のそれぞれを構成する圧電体薄膜３、各圧電体薄膜３を充填した開口部を有するギャップ保持部材であるスペーサ４、他方の電極手段である駆動電極５およびノズルプレート６を有し、圧電体薄膜３は、厚み方向の電界に対して変位するように分極してある。この圧電体薄膜３の下面に共通電極２が、もう一方の上面に共通電極２と同幅の駆動電極５が相対峙して配置され対となっている。
【００１６】
両電極２、５は図１の（ｂ）に示すような矩形状の面積の交差領域Ｃを形成する。板状のノズルプレート６は、スペーサ４を介して圧電体薄膜３と平行に一定距離を置いて配置され、ノズルプレート６に開けられた液吐出口であるノズル７は、前記２つの電極２、５の矩形状の交差領域Ｃに相対応している。
【００１７】
ノズルプレート６は電鋳により作製し、各ノズル７の断面は下方に開いた形状である。ノズルプレート６と圧電体薄膜３との間に形成された液流路Ａは表面張力によってインク等の液体を保持し、この液体は毛細管力により、交差領域Ｃのノズル７直下に導かれる。
【００１８】
共通電極２と駆動電極５に接続された駆動手段である駆動回路（図示せず）により一定周期で変化する電圧を共通電極２と駆動電極５間に印加する。周期が共振駆動部分である圧電体薄膜３の厚み方向の縦振動の共振周波数の整数倍である周波数の逆数に近い時、両面を解放端とする両電極２、５間の交差領域Ｃに定在波振動が生じる。この振動により、交差領域Ｃ上に供給された液体が励振され、図示上方向への放射圧力と、液体表面に生じた表面波振動の干渉により、粒子の直径が１μｍないし５０μｍのミストＢとなってノズル開口面積より若干小さい面積から、ほぼ垂直に放射する。
【００１９】
図３は、第１の実施の形態による液体吐出ヘッドの製造方法を示す工程図である。
【００２０】
まず、図３の（ａ）に示すように、ベース基板１上に共通電極２を形成し、その上に、それぞれ共振駆動部分に対応する開口形状を有する開口部である複数のパターン開口４ａを形成したスペーサ４を接合する。ベース基板１には平滑な基板面を有する材料を用いる。好ましいものとしては、結晶の劈開面、溶融したガラス表面、Ｓｉウエハの表面熱酸化膜面などがあげられる。それらの中でもとりわけ本発明に好ましいものは以下の２つである。
【００２１】
（１）酸化物単結晶の劈開面：ＭｇＯ単結晶などは＜１００＞方位に容易に劈開して平滑な面を作製できる。このような結晶の劈開面は、必要に応じて研磨、エッチング処理、熱処理などの平坦化、清浄化処理を行うこともできる。好ましい材料として、ＭｇＯ単結晶、ＳｒＴｉＯ３  単結晶、サファイアなどがあげられる。このような材料上にはＰＺＴなどの圧電体薄膜が形成できる。
【００２２】
（２）Ｓｉウエハ：現在の半導体技術によれば大面積で原子レベルの平滑性を有するものが安価に供給されており、表面に酸化膜、窒化膜を形成して用いる。よって低コストで平滑性の高い共通電極を形成できる。
【００２３】
共通電極２の材料としては高い導電性を有し、圧電体薄膜の結晶成長工程や焼成工程等の加熱などに耐えうるものの中から適宜選択する。好ましいものの例としては、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕなどの貴金属系材料やその酸化物電極があげられる。またこれらの合金、積層膜なども用いることができる。電極の形成方法としては、従来公知の薄膜形成方法を適宜用いることができ、例としてはスパッタリング法、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、ＭＢＥ法などである。
【００２４】
スペーサ４は軟化点が圧電体薄膜３の結晶化温度よりも高く、液体による腐食がない絶縁体材料により形成され、その厚さが圧電体薄膜３の厚さの１．５倍から５倍程度であることが望ましい。また共通電極２とスペーサ４とを接合する好ましい方法として以下の方法が挙げられる。
【００２５】
（１）接着剤を用いた接合：高分子材料などからなる接着剤をスピナー等で共通電極もしくはスペーサに塗布し、共通電極とスペーサとを重ね合わせて、荷重印加のもと加熱して硬化させる。
【００２６】
（２）陽極接合：共通電極とスペーサの面同士を合せた後、荷重印加した状態で、共通電極とスペーサとの間に電界を印可して陽極接合（Ｇ．Ｗａｌｌｉｓ  ｅｔ．ａｌ．  Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．４０（１０）３９４６）を行う。この際必要に応じて加熱を行う。共通電極上には、必要に応じて予め陽極接合に適した、例えばＡｌなどの材料を接合層として形成しておくこともできる。
【００２７】
（３）ろう接：共通電極上にろう接剤層を形成し、スペーサと重ね合わせて荷重印加のもと加熱して接合させる。ろう接剤には融点４５０℃以下のいわゆる“はんだ”と呼ばれる軟ろうと、融点が４５０℃以上の耐熱性とともに優れた接合個所に用いられる硬ろうがある。好ましい硬ろう接剤にはアルミニウムろう、銀ろう、リン銅ろう、黄銅ろうなどが挙げられる。
【００２８】
接着工程後に接合部分以外にはみ出した接着剤、ろう剤等が存在する場合は、エッチングなどで適宜除去する。
【００２９】
次に、図３の（ｂ）に示すように、圧電体薄膜３を形成するための薄膜層３ｅおよび駆動電極５を形成するための薄膜層５ｅを全面に成膜する。このうちで、スペーサ４のパターン開口４ａ内の薄膜層３ｅ、５ｅはそれぞれ圧電体薄膜３、駆動電極５となる。圧電体薄膜３に用いられる材料としては、圧電特性を有する材料であれば何でもよい。例としては、ペロブスカイト構造であるＰｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３  （以後ＰＺＴと表記）やＰｂＴｉＯ３  、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３  、ＢａＴｉＯ３  、ＬｉＮｂＯ３  、あるいはＢｉ４  Ｔｉ３  Ｏ１２やＴａ２  Ｏ３  、ＺｎＯ、ＰＶＤＦ、水晶等が挙げられる。環境問題を考えると、圧電体材料には鉛、水銀、カドミウムやクロム等の重金属や温度変化等により有害な元素を放出しない安定な材料であることが望ましいことは言うまでもない。成膜温度に関しては材料や工程の選択幅を広げる上で低温の方が望ましい。
【００３０】
圧電素子として広く用いられているＰＺＴ薄膜を例にとると、マルチイオンビームスパッタ法を用いて基板温度４１５℃においてｃ軸配向膜が得られている（Ｉ．Ｋａｎｎｏ  ｅｔ．ａｌ．：Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，３２（１９９３）  ｐｐ４０５７−４０６０）。
【００３１】
また、圧電体薄膜３の作製方法としては、特に限定されないが、スパッタ法、ＣＶＤ法、イオンビーム蒸着法、ゾルゲル法など公知の方法が必要に応じて用いられる。さらにこれらの成膜方法に、プラズマ、活性ガス、光照射などのアシストを組み合わせて用いることもできる。膜厚は１０μｍ以下とすることでフォトリソグラフィーなどの半導体加工プロセスを利用して多数の圧電素子を一括して作製できる。
【００３２】
駆動電極５の材料としては高い導電性を有するものの中から適宜選択する。また圧電体薄膜３と十分な密着性をもつものが好ましい。
【００３３】
次に、図３の（ｃ）に示すように、スペーサ４の閉口部（非共振駆動部分）上に堆積した薄膜層３ｅ、５ｅを除去する。スペーサ４のパターン開口４ａ内の圧電体薄膜３と駆動電極５をレジスト等で保護して、ウェットエッチングやドライエッチング等で除去する。
【００３４】
最後に、図３の（ｄ）に示すように、スペーサ４上にノズルプレート６を接合する。ノズルプレート６は前述のように駆動電極５と共通電極２の交差領域Ｃのちょうど上部にノズル７が合わさるように接合する。ノズルプレート６はインク等の液体による腐食がない材料で形成されている。
【００３５】
以上のようにして、インク等の液体によって記録媒体上に記録するインクジェットヘッド等の液体吐出ヘッドを作製することができる。
【００３６】
図２は第２の実施の形態による液体吐出ヘッドの吐出部を示すもので、これは、同図の（ａ）に示すように、ベース基板１１と、ベース基板１１上に形成された一方の電極である共通電極１２、複数の共振駆動部分をそれぞれ構成する圧電体薄膜１３、それぞれ圧電体薄膜１３を充填した複数の開口部を有するスペーサ１４、他方の電極である駆動電極１５およびノズルプレート１６を有し、スペーサ１４上に、圧電体薄膜１３と駆動電極１５を形成するときに成膜した薄膜層１３ｅ、１５ｅを積層したままで、ノズルプレート１６を接合した以外は、第１の実施の形態と同様の構成を有する。
【００３７】
図４は第２の実施の形態による液体吐出ヘッドの製造方法を説明する工程図であって、図３に示す第１の実施の形態による液体吐出ヘッドの製造方法の第３工程を省略した以外は、第１の実施の形態と同様である。すなわち、図４の（ｂ）に示すように、スペーサ１４の各パターン開口１４ａ内に圧電体薄膜１３を形成するための薄膜層１３ｅおよび駆動電極１５を形成するための薄膜層１５ｅを全面に成膜し、スペーサ１４の表面の薄膜層１３ｅ、１５ｅを除去することなくその上に、同図の（ｃ）に示すように、ノズル１７を有するノズルプレート１６を接合する。スペーサ１４の厚さは、圧電体薄膜１３の厚さの１倍から４倍程度であることが望ましい。
【００３８】
その他の点は第１の実施の形態と同様であるから説明は省略する。
【００３９】
以下に、本発明の実施例を説明する。
【００４０】
（実施例１）
図３の第１の実施の形態による液体吐出ヘッドの製造方法の具体例を説明する。
【００４１】
まず、図３の（ａ）に示すように、十分平滑性のよいＳｉ（１００）基板を熱酸化して表面にＳｉＯ２  膜１００ｎｍを形成し、ベース基板１とした。その上にスパッタ蒸着法により、共通電極２としてＴｉを２０ｎｍ、Ｐｔを１５０ｎｍ順に形成した。共通電極２の成膜は、室温で、ＲＦパワー３００Ｗ、Ａｒガス圧０．６７Ｐａの条件で行った。続いて、前記Ｐｔ上に共振駆動部分のパターン開口４ａを形成したスペーサ４を接合した。スペーサ４は厚さ１５μｍのＳｉＣセラミックス材よりなり、共通電極２との接合はアルミニウムろうを用い、荷重を印加しながら温度を４５０℃に保って、ろう接した。
【００４２】
次に、図３の（ｂ）に示すように、圧電体薄膜３および駆動電極５を形成するための薄膜層３ｅ、５ｅを成膜した。圧電体薄膜３には、Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３  （以後ＰＺＴと表記）を用い、マルチイオンビームスパッタ法を用いて３μｍ堆積した。成膜は、ターゲットとしてＰｂ、Ｚｒ、およびＴｉの金属を用い、それぞれのターゲットに約１ＫＶに加速したＡｒイオンビームを照射してスパッタリングし、同時にＯ２  ガスを基板近傍に供給しながら基板温度４５０℃として成膜を行った。また膜組成がＰｂ（Ｚｒ０．５３Ｔｉ０．４７）Ｏ３  となるように各ターゲットに照射するイオンビームのイオン電流を調整して堆積した。駆動電極５には共通電極２と同様にＴｉを２０ｎｍ、Ｐｔを１５０ｎｍ順に形成した。
【００４３】
次に、図３の（ｃ）に示すように、スペーサ４の閉口部（非共振駆動部分）上に堆積した薄膜層３ｅ、５ｅを除去した。共振駆動部分の圧電体薄膜３と駆動電極５をレジストで保護して、駆動電極５のＰｔ／Ｔｉ層はドライエッチングで、圧電体薄膜３のＰＺＴ層は熱リン酸を用いたウェットエッチングで除去した。
【００４４】
最後に、図３の（ｄ）に示すように、スペーサ４上にノズルプレート６を接合した。ノズルプレート６は電鋳により作製した厚さ２５μｍのＮｉ板を用い、上記したように駆動電極５と共通電極２の交差領域Ｃのちょうど上部にノズル７が合わさるようにエポキシ系接着剤で加熱圧接し接着した。
【００４５】
本実施例の方法で作製した液体吐出ヘッドに所定の電圧と制御信号を与え、任意の駆動電極５に８００ｋＨｚの矩形電圧を加えると、駆動電極５と共通電極２との間の圧電体薄膜３が共振し、液体をミストＢとして吐出させることができた。
【００４６】
（実施例２）
図３に示す第１の実施の形態による液体吐出ヘッドの製造方法の別の具体例を説明する。
【００４７】
まず、図３の（ａ）に示すように、十分平滑性のよいＳｉ（１００）基板を熱酸化して表面にＳｉＯ２  膜１００ｎｍを形成し、ベース基板１とした。その上にスパッタ蒸着法により、共通電極２としてＴｉを４ｎｍ、Ｐｔを１００ｎｍ順に形成した。共通電極２の成膜は、室温で、ＲＦパワー３００Ｗ、Ａｒガス圧０．６７Ｐａの条件で行った。続いて、前記Ｐｔ上に共振駆動部分のパターン開口４ａを形成したスペーサ４を接合した。スペーサ４は厚さ１５μｍのホウケイ酸ガラスよりなり、共通電極２との接合はアルミニウムろうを用い、荷重を印加しながら温度を４５０℃に保って、ろう接した。
【００４８】
次に、図３の（ｂ）に示すように、圧電体薄膜３および駆動電極５を形成するための薄膜層３ｅ、５ｅを成膜した。圧電体薄膜３には、ＺｎＯを用い、ＲＦマグネトロンスパッタ法を用いて３μｍ堆積した。成膜は、ターゲットとしてＺｎＯの焼結体を用い、ＡｒとＯ２  の混合ガスを基板近傍に供給しながら基板温度２００℃として成膜を行った。駆動電極５には前記共通電極２と同様にＴｉを４ｎｍ、Ｐｔを１００ｎｍ順に形成した。
【００４９】
次に、図３の（ｃ）に示すように、スペーサ４の閉口部（非共振駆動部分）上に堆積した薄膜層３ｅ、５ｅを除去した。共振駆動部分の圧電体薄膜３と駆動電極５をレジストで保護して、駆動電極５のＰｔ／Ｔｉ層はドライエッチングで、圧電体薄膜３のＺｎＯ層は酢酸を用いたウェットエッチングで除去した。
【００５０】
最後に、図３の（ｄ）に示すように、スペーサ４上にノズルプレート６を接合した。ノズルプレート６は電鋳により作製した厚さ２５μｍのＮｉ板を用い、上記したように駆動電極５と共通電極２の交差領域Ｃのちょうど上部にノズル７が合わさるようにエポキシ系接着剤で加熱圧接し接着した。
【００５１】
以上のようにして本実施例の方法で作製した液体吐出ヘッドに所定の電圧と制御信号を与え、任意の駆動電極５に９００ｋＨｚの矩形電圧を加えると、駆動電極５と共通電極２との間の圧電体薄膜３が共振し、液体をミストＢとして吐出させることができた。
【００５２】
（実施例３）
図４に示す第２の実施の形態による液体吐出ヘッドの製造方法の具体例を説明する。
【００５３】
まず、図４の（ａ）に示すように、十分平滑性のよいフロートガラスをベース基板１１とし、そのフロートガラス上にスパッタ蒸着法により、共通電極１２としてＴｉを４ｎｍ、Ｐｔを１００ｎｍ順に形成した。共通電極１２の成膜は、室温で、ＲＦパワー３００Ｗ、Ａｒガス圧０．６７Ｐａの条件で行った。続いて、前記Ｐｔ上に共振駆動部分のパターン開口１４ａを形成したスペーサ１４を接合した。スペーサ１４は厚さ１５μｍのホウケイ酸ガラスよりなり、共通電極１２との接合はアルミニウムろうを用い、荷重を印加しながら温度を４５０℃に保って、ろう接した。
【００５４】
次に、図４の（ｂ）に示すように、圧電体薄膜１３および駆動電極１５を形成するための薄膜層１３ｅ、１５ｅを成膜した。圧電体薄膜１３には、ＺｎＯを用い、ＲＦマグネトロンスパッタ法を用いて３μｍ堆積した。成膜は、ターゲットとしてＺｎＯの焼結体を用い、ＡｒとＯ２  の混合ガスを基板近傍に供給しながら基板温度２００℃として成膜を行った。駆動電極１５には前記共通電極１２と同様にＴｉを４ｎｍ、Ｐｔを１００ｎｍ順に形成した。
【００５５】
最後に、図４の（ｃ）に示すように、非共振駆動部分の薄膜層１５ｅ上にノズルプレート１６を接合した。ノズルプレート１６は電鋳により作製した厚さ２５μｍのＮｉ板を用い、上記したように駆動電極１５と共通電極１２の交差領域Ｃのちょうど上部にノズル１７が合わさるようにエポキシ系接着剤で加熱圧接し接着した。
【００５６】
以上のようにして本実施例の方法で作製した液体吐出ヘッドに所定の電圧と制御信号を与え、任意の駆動電極１５に９００ｋＨｚの矩形電圧を加えると、駆動電極１５と共通電極１２との間の圧電体薄膜１３が共振し、液体をミストＢとして吐出させることができた。
【００５７】
（実施例４）
図４に示す第２の実施の形態による液体吐出ヘッドの製造方法の別の具体例を説明する。
【００５８】
まず、図４の（ａ）に示すように、十分平滑性のよいＳｉ（１００）基板を熱酸化して表面にＳｉＯ２  膜１００ｎｍを形成し、ベース基板１１とした。その上にスパッタ蒸着法により、共通電極１２としてＴｉを２０ｎｍ、Ｐｔを１５０ｎｍ順に形成した。共通電極１２の成膜は、室温で、ＲＦパワー３００Ｗ、Ａｒガス圧０．６７Ｐａの条件で行った。続いて、前記Ｐｔ上に共振駆動部分のパターン開口１４ａを形成したスペーサ１４を接合した。スペーサ１４は厚さ１５μｍのＺｒセラミックス材よりなり、共通電極１２との接合はアルミニウムろうを用い、荷重を印加しながら温度を４５０℃に保って、ろう接した。
【００５９】
次に、図４の（ｂ）に示すように、圧電体薄膜１３および駆動電極１５を形成するための薄膜層１３ｅ、１５ｅを成膜した。圧電体薄膜１３には、ＰＺＴを用い、マルチイオンビームスパッタ法を用いて３μｍ堆積した。成膜方法は実施例１と同様とした。駆動電極１５には共通電極１２と同様にＴｉを２０ｎｍ、Ｐｔを１５０ｎｍ順に形成した。
【００６０】
最後に、図４の（ｃ）に示すように、非共振駆動部分の薄膜層１５ｅ上にノズルプレート１６を接合した。ノズルプレート１６は電鋳により作製した厚さ２５μｍのＮｉ板を用い、上記したように駆動電極１５と共通電極１２の交差領域Ｃのちょうど上部にノズル１７が合わさるようにエポキシ系接着剤で加熱圧接し接着した。
【００６１】
以上のようにして本実施例の方法で作製した液体吐出ヘッドに所定の電圧と制御信号を与え、任意の駆動電極１５に８００ｋＨｚの矩形電圧を加えると、駆動電極１５と共通電極１２との間の圧電体薄膜１３が共振し、液体をミストＢとして吐出させることができた。
【００６２】
なお、上記実施例ではすべて駆動電極側より液体の吐出をする構成で説明したが、共通電極側からの液体吐出も可能である。
【００６３】
本発明の実施態様は以下の通りである。
【００６４】
本発明の液体吐出ヘッドは、複数の共振駆動部分をそれぞれ構成する複数の圧電体薄膜と、前記複数の圧電体薄膜をそれぞれ充填した複数の開口部を有するギャップ保持部材と、前記複数の圧電体薄膜のそれぞれの表面と裏面に配設された一対の電極手段と、前記一対の電極手段によって前記複数の圧電体薄膜に選択的に共振振動を発生させるための電圧を印加する駆動手段と、各圧電体薄膜の表面に沿って形成された液流路と、各圧電体薄膜に対応して前記液流路に連通する複数の液吐出口とを有することを特徴とする。
【００６５】
前記ギャップ保持部材が、圧電体薄膜の結晶化温度より高い軟化点を有する絶縁体材料によって作られているとよい。
【００６６】
前記ギャップ保持部材が、液流路の液体によって腐食しない絶縁体材料によって作られているとよい。
【００６７】
前記ギャップ保持部材の表面に、開口部の圧電体薄膜および電極手段と同じ薄膜層が成膜されていてもよい。
【００６８】
本発明の液体吐出ヘッドの製造方法は、圧電体薄膜によって構成される複数の共振駆動部分と、前記複数の共振駆動部分のそれぞれの表面と裏面に配設された一対の電極手段と、前記一対の電極手段によって前記複数の共振駆動部分に選択的に共振振動を発生させるための電圧を印加する駆動手段と、各共振駆動部分の表面に沿って形成された液流路と、各共振駆動部分に対応して前記液流路に連通する複数の液吐出口とを有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、複数の共振駆動部分にそれぞれ対応する複数の開口部を有するギャップ保持部材を製作し、その裏面側に一方の電極手段を有するベース基板を固定する工程と、ベース基板を固定したギャップ保持部材の表面側に薄膜層を成膜することで各開口部内に圧電体薄膜と他方の電極手段を形成する工程と、圧電体薄膜と電極手段を形成したギャップ保持部材上に複数の液吐出口を備えたノズルプレートを積層する工程とを有することを特徴とする。
【００６９】
また、圧電体薄膜によって構成される複数の共振駆動部分と、前記複数の共振駆動部分のそれぞれの表面と裏面に配設された一対の電極手段と、前記一対の電極手段によって前記複数の共振駆動部分に選択的に共振振動を発生させるための電圧を印加する駆動手段と、各共振駆動部分の表面に沿って形成された液流路と、各共振駆動部分に対応して前記液流路に連通する複数の液吐出口とを有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、複数の共振駆動部分にそれぞれ対応する複数の開口部を有するギャップ保持部材を製作し、その裏面側に一方の電極手段を有するベース基板を固定する工程と、ベース基板を固定したギャップ保持部材の表面側に薄膜層を成膜することで各開口部内に圧電体薄膜と他方の電極手段を形成する工程と、各開口部内の圧電体薄膜と電極手段を除く残りのギャップ保持部材表面の薄膜層を除去しギャップ保持部材の表面を露出させる工程と、露出されたギャップ保持部材の表面に複数の液吐出口を備えたノズルプレートを積層する工程とを有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法でもよい。
【００７０】
【発明の効果】
本発明は上述のとおり構成されているので、以下に記載するような効果を奏する。
【００７１】
圧電体の表面と裏面に配された少なくとも一対の電極間にこの圧電体の共振周波数に等しい周期で変化する電圧を選択的に印加してインク等の液体をノズルプレートのノズルからミストとして吐出する液体吐出ヘッドにおいて、共振駆動部分に対応するパターン開口を形成したスペーサ（ギャップ保持部材）を用いることにより工程を簡素化することができ、また液流路等の寸法精度が向上でき、構造上の強度も向上する。さらに、共振駆動部分のまわりが絶縁材であるスペーサで覆われるので、振動の拡散を防ぐことで解像度が向上し、また、共振駆動部分の側面がインク等液体によって劣化するのを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態による液体吐出ヘッドを示すもので、（ａ）はその吐出部を示す部分模式断面図、（ｂ）は電極とノズルの配置を説明する図である。
【図２】第２の実施の形態による液体吐出ヘッドを示すもので、（ａ）はその吐出部を示す部分模式断面図、（ｂ）は電極とノズルの配置を説明する図である。
【図３】第１の実施の形態による液体吐出ヘッドの製造方法を説明する工程図である。
【図４】第２の実施の形態による液体吐出ヘッドの製造方法を説明する工程図である。
【図５】一従来例を説明する図である。
【符号の説明】
１、１１    ベース基板
２、１２    共通電極
３、１３    圧電体薄膜
３ｅ、５ｅ、１３ｅ、１５ｅ    薄膜層
４、１４    スペーサ
４ａ、１４ａ    パターン開口
５、１５    駆動電極
６、１６    ノズルプレート
７、１７    ノズル
【図１】
2004322432.tif 000003
【図２】
2004322432.tif 000004
【図３】
2004322432.tif 000005
【図４】
2004322432.tif 000006
【図５】
2004322432.tif 000007