(57)【要約】【課題】  振動板が変位にすることで、接合部の強度の劣化が生じたり、また、振動板の変位挙動の安定性や再現性が得られなくなるといった問題点が生じる。【解決手段】  個別液室を区切っている隔壁と振動板を同一なガラス基板で形成し、Ｓｉでできたオリフィスプレートと接合することでインクジェットヘッドを形成している。隔壁や振動板の破壊の恐れがなく、またメンブレン部の強度があがる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを加圧させるための個別液室と前記個別液室の少なくとも一部を構成する振動板と、前記個別液室と連通しインクを吐出させるための吐出口が形成されたオリフィスプレートを有するインクジェットヘッドにおいて、
前記個別液室からなるインク流路溝と前記振動板が同一ガラス基板に形成され、Siからなる前記オリフィスプレートと接合されているインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記ガラス基板を一部加工することで前記個別液室を形成し、前記個別液室上部のガラス部分を前記振動板のメンブレン部とすることを特徴とする請求項1に記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
前記振動板上に圧電体薄膜と前記圧電体薄膜を挟んだ上下電極からなる圧電素子が形成されている請求項1に記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記圧電体薄膜を前記ガラス基板上に成膜することで形成される請求項3に記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
前記圧電体薄膜を前記ガラス基板上に転写することで形成される請求項3に記載のインクジェットヘッド。
【請求項６】
前記圧電素子の変形により前記振動板を変形させて前記個別液室内の液滴を飛翔させることを特徴とする請求項3に記載のインクジェットヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴を吐出する吐出口とこれに連通する個別液室を備え、この個別液室の一部を構成する振動板に、時間とともに推移する変位を与えるにより液滴を吐出させるアクチュエータインクジェットヘッドに関する。また本発明のよるアクチュエータインクジェットヘッドは、紙、布、革、不織布、ＯＨＰシート等に印刷するアクチュエータインクジェット記録装置や、基板、板材等の固体物に液体を付着させるパターニング装置や塗布装置等に適用可能である。
【０００２】
従来よりインクジェットヘッドは、低騒音、低ランニングコスト、装置の小型化およびカラー化が容易である等の理由から、プリンターやファクシミリ等の記録装置に広く内蔵されている。また特にアクチュエータインクジェットヘッドは、吐出させる液体の選択自由度の高さからデバイス製造向けのパターニング装置としての用途も拡大しつつある。
【背景技術】
【０００３】
インクジェット記録装置は、カラー化が容易であり、記録品位が高く、また高速記録が可能であるという利点を有している。さらに普通紙等にも記録でき、装置を小型化し易いといった多くの優れた利点を有していることより、プリンターやファクシミリ等の画像記録装置として用いられている。
【０００４】
インクジェット記録装置の一例としては、液体の流路が設けられた流路基板と、流路基板の第１の面に設けられた個別液室と、個別液室から流路基板の第２の面に貫通する貫通路と、流路基板の第２の面に接着され貫通路と連通する吐出口を備えたオリフィスプレートを有するインクジェットヘッドが用いられている。インク滴の吐出を行うためには個別液室内を加圧させる必要があるが、その圧力発生手段としては、個別液室内に設置された発熱体により液体を発砲させて液滴を吐出させるバブル型のもの、個別液室の一部を形成している振動板を圧電素子により変形させることで液滴を形成させるピエゾ型のもの、静電気力で振動板を変形させることで液滴を吐出させる静電型が一般的に用いられている。このようなインクジェットヘッドにおいては、近年の画像形成の高精細化の要求に伴い、流路基板の個別液室、及び圧電素子等の圧力発生源を高密度かつ多数配列した高集積化が行われている。
【０００５】
流路基板としてはシリコンウエハがよく用いられ、フォトリソグラフィとウエットエッチングまたはドライエッチングによって高密度な個別液室を形成している。また、オリフィスプレートはSUS製で、パンチにより吐出口を設けたものが多く用いられている。
【０００６】
特開平9-94965号ではシリコンの異方性エッチングを利用し複数のインク流路に相当する連通する溝を形成したシリコン製の流路基板に、ほう珪酸ガラス板を静電接合、静電接合されたほう珪酸ガラスを所定の厚さまで研磨して振動板を形成している。その後、振動板上に導電性層を形成し、導電性層の上に圧電素子を接着、接着された圧電素子を所定の厚さまで研磨し、研磨された圧電素子の表面に導電性を形成している。最後に導電性層を形成された圧電素子をインク流路の位置に合わせて不要部分を除去し細分化し、個々の記録ヘッドに切断するという工程で記録ヘッドを作製している。シリコン製の流路基板の作製に際して、シリコンの両面から加工できるので、ノズル、加圧室を比較的自由な形状にすることができる。
【特許文献１】特開平９−９４９６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特開平9-94965号では振動板形成に際して、ほう珪酸ガラスを研磨することにより振動板の厚みを調整しているので、振動板厚の面内ばらつきが生じる。また溝上のほう珪酸ガラスはメンブレンとなっているので研磨時に割れやすく、振動板の薄膜化に限界がある。
【０００８】
さらに、ほう珪酸ガラスからなる振動板とシリコンからなる隔壁とが異種材料であり、静電接合によりメンブレン部が形成されている。よって、振動板が変位にすることで、接合部の強度の劣化が生じたり、また、振動板の変位挙動の安定性や再現性が得られなくなるといった問題点が生じる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記問題点を鑑みて為されたものである。
【００１０】
本出願に係る請求項１の発明は、個別液室などのインク流路溝と振動板が同一なガラス基板に形成されており、前記ガラス基板がSiで作製されたオリフィスプレートと接合されていることを特徴とする。
【００１１】
個別液室を区切っている隔壁と振動板が同一材料で一体的に形成されていることより、メンブレン部の強度があがる。また、Siからなるオリフィスプレートとさらにガラス材料を用いることで、インク流路溝内のインクの状態を観察することができ、気泡の発生等が検知しやすくなる。
【００１２】
本出願に係る請求項2の発明は、ガラス基板を厚み方向に加工していくことで個別液室を形成し、残った厚み分すなわち個別液室上部のガラス部分を振動板とすることを特徴とする。
【００１３】
これにより振動板の厚みを常に測定しながらガラスを加工することができ、精度のよい振動板厚みが得られる。
【００１４】
本出願に係る請求項3の発明は、ガラスからなる振動板上に圧電体薄膜と上下電極からなる圧電素子が形成されていることを特徴とする。
【００１５】
これによりガラスからなる振動板をリニアリティよく変位させることができる。
【００１６】
本出願に係る請求項4の発明は圧電体薄膜をガラス基板上に直接成膜することで形成することを特徴とする。
【００１７】
これにより圧電体薄膜が精度よく均一に振動板上に形成される。
【００１８】
本出願に係る請求項5の発明は前記圧電体薄膜がガラス基板上に転写されることで形成されることを特徴とする。
【００１９】
これにより圧電体薄膜の形成に際して、自由に成膜基板を選択することができ、所望の性能を有した圧電体薄膜を得ることができる。
【００２０】
本出願に係る請求項6の発明は圧電素子の変形により振動板を変形させて個別液室内のインクを飛翔させることを特徴とする。
【００２１】
これにより圧電素子と振動板が一体となり撓み、制御よく個別液室内のインクを飛翔させることができる。
【発明の効果】
【００２２】
以上、説明してきたように本発明は個別液室を区切っている隔壁と振動板が同一なガラス基板に形成されているので、隔壁や振動板の破壊の恐れがなく、メンブレン部の強度があがる。またガラス材料を用いていることで、流路溝内のインクの状態が観察し易い構成となり、気泡の発生等が検知しやすくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
（実施例１）
本発明の第1実施例を示す。図1(a)に示すようにガラス基板101の裏面側にフォトレジストで個別液室102を形成するためのパターンとなるエッチングマスク層103を形成する。
【００２４】
次に図1（b）のようにガラスの深堀り技術として知られるRIE法でドライエッチングを行い、個別液室102、振動板104、隔壁105を形成、ガラス流路基板106が作製する。ガラスからなる振動板104の厚みはエッチング工程中に、一度エッチングを止め膜厚計などで随時その厚みを測定することができるので、精度のよい振動板厚を得ることができる。
【００２５】
なお、ガラス基板101としてはSD2ガラス（HOYA社の登録商標）を用いる。
【００２６】
一方、図2（a）に示すように両面研磨された100μm厚のSi基板201にフォトレジストで吐出口202を形成するためのパターンとなるエッチングマスク層203を形成する。
【００２７】
次に図2（b）に示すようにドライエッチングで吐出口202を形成、Si製のオリフィスプレート204を作製する。エッチング装置としてはInductively Coupled Plasmaを用いるリアクティブエッチング装置を用い、Siの深溝形成技術として公知であるボッシュプロセスを利用して、Siに流路溝を作製する。リアクティブエッチング装置を用いて、Siに溝を形成していることより、高精度な吐出口202を得ることが出来る。なおこの際のエッチングマスク層203としてはフォトレジスト以外にもSiO2や金属膜もしくはSiO2とフォトレジストとの積層であっても構わない。
【００２８】
上記のように作製したガラス流路基板106は濃度0.1％の希フッ酸で5分洗浄、オリフィスプレート204は硫酸と過酸化水素水の混合液で10分洗浄を行う。ガラス流路基板106及びオリフィスプレート204を共に水洗した後、IPAの超音波洗浄を行い基板表面を洗浄化する。
【００２９】
前記、ガラス流路基板106とオリフィスプレート204をクリーンルーム内で図3（a）のように接触させた後に陽極接合を行い、基体301を形成する。陽極接合部がガラス流路基板106とオリフィスプレート204との境界であることより、変位の力により陽極接合部が破壊したり変形したりすることはない。
【００３０】
次に図3(b)に示すように基体301の振動板104上に、下電極302となるPt電極をスパッタ法で150nm成膜する。Pt成膜前に密着層としてTiを10nm程成膜しても構わない。また、陽極接合後、基体301を一度洗浄した後に成膜工程を行うとさらに望ましい。
【００３１】
次に図3(c)に示すように下電極302上に圧電体薄膜303を成膜法により形成する。圧電体薄膜303としては鉛、チタン、ジルコニウムから構成されたPb(Zr,Ti)O3ペロブスカイト型酸化物（以下、PZTと略す）をスパッタ法で3μm形成する。スパッタ装置から取り出した後、酸素雰囲気中で650℃で焼成を行い、PZT膜を結晶化させる。良好な圧電性を得るため、PZT薄膜の組成がPb(Zr0.52Ti0.48)O3となるようにする。PZT膜の組成としては必ずしも上記組成に限定されず、他の組成でも構わない。またPZT膜厚も3μmに限定しているものではない。その後、図3(d)に示すように厚さ100nmのPt電極を成膜し上電極304とする。
【００３２】
最後に図3(e)に示すように上電極304及び圧電体薄膜303をパターニングし、個別液室102に対応した上電極304、圧電体薄膜303及び下電極302からなる圧電素子305を作製することでインクジェットヘッドを作製することができる。
【００３３】
振動板104とそれを支えている隔壁105がガラス基板で同一に形成されていることより、圧電素子305及び振動板104が変位することで、振動板104と隔壁105の境界部で亀裂が発生したり振動板104のメンブレン部が破壊することはない。また、陽極接合部がガラス流路基板106とオリフィスプレート204との境界であることより、振動板104と隔壁105を陽極接合するのと比較して接合力は高くなくてよく、変位の力により陽極接合部が破壊したり変形したりすることはない。
【００３４】
さらに、ガラス材料を用いることで、インク流路溝内のインクの状態を常に観察することができ、気泡の発生等が検知しやすくなる。
【００３５】
（実施例２）
本発明の第2実施例を一部実施例1と同様の図を用いて示す。
【００３６】
図1(a)に示すようにガラス基板101としてはほう珪酸ガラスを用い、個別液室102、振動板104、隔壁105を形成、ガラス流路基板106が作製する。個別液室102の加工法としては、RIE法によるドライエッチングやフッ酸溶液によるウエットエッチングを用いる。実施例1と同様、振動板104の厚みはエッチング工程中に、一度エッチングを止め膜厚計などで随時その厚みを測定してもよい。
【００３７】
一方、図2（a）に示すように両面研磨された100μm厚のSi基板201にフォトレジストで吐出口202を形成するためのパターンとなるエッチングマスク層203を形成する。
【００３８】
次に図2（b）に示すようにドライエッチングで吐出口202を形成、Si製のオリフィスプレート204を作製する。エッチング装置としてはInductively Coupled Plasmaを用いるリアクティブエッチング装置を用い、Siの深溝形成技術として公知であるボッシュプロセスを利用して、Siに流路溝を作製する。リアクティブエッチング装置を用いて、Siに溝を形成していることより、高精度な吐出口202を得ることが出来る。
【００３９】
上記のように作製したガラス流路基板106は濃度0.1％の希フッ酸で洗浄を行い、オリフィスプレート204は硫酸と過酸化水素水の混合液で洗浄を行う。ガラス流路基板106及びオリフィスプレート204を共に水洗した後、IPAの超音波洗浄を行い基板表面を洗浄化する。前記、ガラス流路基板106とオリフィスプレート204をクリーンルーム内で図3（a）のように接触させた後陽極接合を行い、基体301を形成する。
【００４０】
次に図4(a)に示すようにMgOからなる成膜基板401を用意し、上電極402となるPt電極をスパッタ法で300nm成膜する。Pt成膜前に密着層としてTiを30nm程成膜しても構わない。上電極402を成膜後、図4(b)に示すように圧電体薄膜403を成膜法により形成する。圧電体薄膜403としては鉛、チタン、ジルコニウムから構成されたPZTをスパッタ法で2.5μm形成する。スパッタ装置から取り出した後、酸素雰囲気中で700℃で焼成を行い、PZT膜を結晶化させる。良好な圧電性を得るため、PZT薄膜の組成がPb(Zr0.52Ti0.48)O3となるようにする。その後図4(c)に示すように下電極404となる厚さ100nmのPt電極を成膜し成膜基板体405を形成する。
【００４１】
次に図4(d)に示すように、成膜基板体405を接着剤でガラス流路基板106に接着させる。接着剤としてはエポキシ系の熱硬化型接着剤を用い、80℃で接着を行う。その後、MgOからなる成膜基板401を燐酸溶液で除去し、上電極402、圧電体薄膜403、下電極404からなる圧電素子406を振動板104上に転写形成する。
【００４２】
なお、成膜基板401は上記に限らず、圧電定数や耐電圧等所望の性能を有した圧電体薄膜を得るための基板で後に除去できる材質であれば自由に選択してよい。
【００４３】
最後に個別液室102に対応するよう上電極402、圧電体薄膜403及び下電極404をパターニングすることでインクジェットヘッドを作製することができる。なお、上記圧電素子406のパターニング工程はガラス流路基板106への転写前に行ってもよい。
【００４４】
振動板104とそれを支えている隔壁105がガラス基板で同一に形成されていることより、圧電素子406及び振動板104が変位することで、振動板104と隔壁105の境界部で亀裂が発生したり、振動板104のメンブレン部が破壊することはない。また振動板104や隔壁105がガラス材料で形成されていることで、個別液室102内のインクの状態が観察しやすく、気泡の発生が検知しやすくなる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】ガラス流路基板を形成することを説明する図。
【図２】オリフィスプレートを形成することを説明する図。
【図３】圧電素子を形成することを説明する図。
【図４】成膜基板を転写することを説明する図。
【符号の説明】
【００４６】
101  ガラス基板
102  個別液室
103  エッチングマスク層
104  振動板
105  隔壁
106  ガラス流路基板
201  Si基板
202  吐出口
203  エッチングマスク層
204  オリフィスプレート
301  基体
302  下電極
303  圧電体薄膜
304  上電極
305  圧電素子
401  成膜基板
402  上電極
403  圧電体薄膜
404  下電極
405  成膜基板体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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