(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定電極と可動電極との間に発生する静電力により前記可動電極を可動させてインク液室の体積を可変し、所定のノズルよりインク液滴を飛び出させるプリンタヘッドの製造方法において、
所定の基板上に、前記固定電極を作成する固定電極の作成工程と、
前記固定電極の上に、犠牲層を作成する犠牲層の作成工程と、
前記犠牲層の上に、前記可動電極を作成する可動電極の作成工程と、
前記犠牲層を除去して前記固定電極及び前記可動電極間に空隙を作成する犠牲層の除去工程と、
フォトリソグラフィーにより、少なくとも前記インク液室の空間、前記インク液室にインクを導くインク流路の空間の形状による型を、前記可動電極の上層側に作成する型の作成工程と、
前記型を含んで覆うように、前記インク液室及びインク流路の壁材、前記ノズルの壁材を形成する被覆層を前記基板に付着させる工程と、
前記型を除去する型除去工程とを有する
ことを特徴とするプリンタヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記基板が、シリコン基板である
ことを特徴とする請求項１に記載のプリンタヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記基板に、前記固定電極及び前記可動電極間に電圧を印加する駆動回路が事前に作成されてなる
ことを特徴とする請求項２に記載のプリンタヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記基板が、ガラス基板である
ことを特徴とする請求項１に記載のプリンタヘッドの製造方法。
【請求項５】
前記基板に、前記固定電極及び前記可動電極間に電圧を印加するＴＦＴトランジスタによる駆動回路が事前に作成されてなる
ことを特徴とする請求項４に記載のプリンタヘッドの製造方法。
【請求項６】
固定電極と可動電極との間に発生する静電力により前記可動電極を可動させて液室の体積を可変し、所定のノズルより液滴を飛び出させる静電アクチュエータの製造方法において、
所定の基板上に、前記固定電極を作成する固定電極の作成工程と、
前記固定電極の上に、犠牲層を作成する犠牲層の作成工程と、
前記犠牲層の上に、前記可動電極を作成する可動電極の作成工程と、
前記犠牲層を除去して前記固定電極及び前記可動電極間に空隙を作成する犠牲層の除去工程と、
フォトリソグラフィーにより、少なくとも前記液室の空間、前記液室に液体を導く流路の空間の形状による型を、前記可動電極の上層側に作成する型の作成工程と、
前記型を含んで覆うように、前記液室及び流路の壁材、前記ノズルの壁材を形成する被覆層を前記基板に付着させる工程と、
前記型を除去する型除去工程とを有する
ことを特徴とする静電アクチュエータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリンタヘッドの製造方法及び静電アクチュエータの製造方法に関し、例えばインクジェット方式によるプリンタに適用することができる。本発明は、固定電極の上に犠牲層を作成して可動電極を作成した後、この犠牲層を除去して固定電極及び可動電極間に空隙を作成することにより、簡易かつ確実に作成することができ、また駆動回路等を容易に集積化することができるプリンタヘッドの製造方法と、このようなプリンタヘッドに適用可能な静電アクチュエータの作成方法を提案する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、インクジェット方式によるプリンタにおいては、発熱素子、ピエゾ素子の駆動により、インク液滴を飛び出させて用紙に付着させることにより、画像等を印刷するようになされている。これに対して例えば特開平１０−３１５４６６号公報等においては、このような駆動を静電アクチュエータにより実行する方法が提案されるようになされている。
【０００３】
すなわち図７は、この静電アクチュエータによるプリンタヘッドを示す断面図である。このプリンタヘッド１は、所定の基板２の表面に、所定ピッチによる凹部が形成され、この凹部の底面に電極３が配置される。プリンタヘッド１は、この基板２上に、インク液室４の底板６、隔壁を構成する部材５が配置される。ここでこの部材５は、導電性の材料により形成され、基板２に配置した電極３とインク液室の底板６とが基板２の凹部による空隙を間に挟んで対向するように、また各電極３と絶縁されるように配置される。また部材５は、底板６が振動板として機能するように、所定の厚さにより形成され、部材５の上に、ノズル７が形成されてなる部材８が配置される。
【０００４】
この構成によりこのプリンタヘッド１では、部材５と各電極３との間に電圧を印加すると、底板６が電極３側に引き寄せられてたわみ、またこの電圧の印加を中止すると、このたわみが元に戻る。これによりプリンタヘッド１は、電極３に電圧を印加して発生する部材５との間の静電力によりインク液室４の体積を増減し、この体積が減じる際の圧力によりノズル７からインクを飛び出させるようになされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで発熱素子を使用したインクジェット方式のプリンタにおいては、発熱素子の駆動に多くの電力を要し、その分、全体として消費電力が大きい欠点がある。これに対してピエゾ素子を使用したインクジェット方式のプリンタにおいては、ピエゾ素子の集積化が困難で、これにより製造工程が複雑な欠点がある。このためこれら発熱素子、ピエゾ素子を使用したインクジェット方式のプリンタにおいては、これらの欠点を解消するために、また各種の性能向上のため等に、種々の手法が多数提案されている。
【０００６】
これに対して静電アクチュエータによるプリンタヘッドにおいては、発熱素子、ピエゾ素子を使用する場合に比して改良の余地が残っていると考えられ、このような発熱素子、ピエゾ素子を使用する場合の欠点についても、充分に対応することができると考えられる。
【０００７】
しかしながら従来の静電アクチュエータによりプリンタヘッドにおいては、上述したように基板２を加工した後、インク液室４の底板６、隔壁を構成する部材５、ノズル７が形成されてなる部材８を順次配置することにより、工程が複雑な問題がある。またこのように組み立てることにより、これら部材５、８の位置決め精度が劣る問題もあり、さらにはこれら基板２、部材５、８間でインクの液漏れが発生する恐れもある。またこのように部材５を基板２上に配置することにより、基板２及び部材５においては、接合部を平坦化することが必要であり、これにより基板２側に静電アクチュエータの駆動回路を集積化することも困難な問題がある。
【０００８】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、簡易かつ確実に作成することができ、また駆動回路等を容易に集積化することができるプリンタヘッドの製造方法、静電アクチュエータの作成方法を提案しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため請求項１の発明においては、プリンタヘッドの製造方法に適用して、所定の基板上に、固定電極を作成する固定電極の作成工程と、この固定電極の上に、犠牲層を作成する犠牲層の作成工程と、この犠牲層の上に、可動電極を作成する作成工程と、この犠牲層を除去して固定電極及び可動電極間に空隙を作成する犠牲層の除去工程とを有するようにする。またさらにフォトリソグラフィーにより、少なくともインク液室の空間、インク液室にインクを導くインク流路の空間の形状による型を、可動電極の上層側に作成する型の作成工程と、この型を含んで覆うように、インク液室及びインク流路の壁材、ノズルの壁材を形成する被覆層を基板に付着させる工程と、この型を除去する型除去工程とを有するようにする。
【００１０】
また請求項６の発明においては、静電アクチュエータの製造方法に適用して、所定の基板上に、固定電極を作成する固定電極の作成工程と、この固定電極の上に、犠牲層を作成する犠牲層の作成工程と、この犠牲層の上に、可動電極を作成する作成工程と、この犠牲層を除去して固定電極及び可動電極間に空隙を作成する犠牲層の除去工程とを有するようにする。またさらにフォトリソグラフィーにより、少なくとも液室の空間、流路の空間の形状による型を、可動電極の上層側に作成する型の作成工程と、この型を含んで覆うように、液室及び流路の壁材、ノズルの壁材を形成する被覆層を基板に付着させる工程と、この型を除去する型除去工程とを有するようにする。
【００１１】
請求項１の構成によれば、固定電極、犠牲層、可動電極を順次作成した後、犠牲層の除去工程によって、犠牲層を除去して固定電極及び可動電極間に空隙を作成することにより、半導体製造プロセスによってこれらの処理を実行することができる。これにより簡易に作成することができ、また高い精度による位置決めすることができ、さらには駆動回路等の集積回路も基板に事前に作成することができる。これにより簡易かつ確実に作成することができ、また駆動回路等を容易に集積化することができる。
【００１２】
請求項６の構成によれば、この種のプリンタヘッド等に適用することができる静電アクチュエータの製造方法を提供することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、適宜図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳述する。
【００１４】
（１）第１の実施の形態
（１−１）第１の実施の形態の構成
図２は、本発明の第１の実施の形態に係るプリンタヘッドを示す断面図であり、連続して配置されたノズルの１つについて、このノズル１２の中心を通る線により切り取って示すものである。また図３は、図２をＡ−Ａ線により切り取って示す断面図である。
【００１５】
このプリンタヘッド１１は、ラインプリンタに使用されるラインヘッドであり、印刷対象の用紙幅でノズル１２が連続するように細長い形状により全体が形成される。このプリンタヘッド１１は、静電力により駆動するアクチュエータである静電アクチュエータによりインク液室１３内の圧力を可変し、ノズル１２よりインク液滴を飛び出させると共に、図示しないインク流路よりインク液室１３にインクを引き込む。このプリンタヘッド１１は、基板１５上に、半導体製造工程により順次構成部材を配置して作成される。
【００１６】
すなわち図１、図４〜図６は、図２との対比により、このプリンタヘッド１１の製造工程の説明に供する断面図である。このプリンタヘッド１１は、事前の工程において、シリコン基板１５に駆動回路１４が作成され、ＣＶＤ、熱処理等により絶縁膜１６が作成される。ここでこの絶縁膜１６は、例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜等により構成される（図１（Ａ））。
【００１７】
プリンタヘッド１１は、このようにして絶縁膜１６が作成されると、続いて固定電極の作成工程により静電アクチュエータを構成する固定電極１７が作成される（図１（Ｂ））。すなわちプリンタヘッド１１は、スパッタリング、蒸着等の処理により、所定形状によりで導電性膜が作成され、これにより固定電極１７が作成される。なおここでこの導電性膜は、例えばアルミニューム、金、プラチナ等の金属膜により作成される。このようにして作成される固定電極１７は、この工程で同時に作成される配線パターンにより駆動回路１４の対応する部位に接続される。
【００１８】
プリンタヘッド１１は、続いて絶縁膜１８が所定膜厚により成膜される（図１（Ｃ））。なおここでこの絶縁膜１８は、例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜６等により作成される。
【００１９】
プリンタヘッド１１は、続いて犠牲層作成工程により犠牲層１９が作成される（図１（Ｄ））。ここで犠牲層１９は、いわゆるダミーの層であり、固定電極１７と対向する電極である可動電極が作成された後に取り除かれることにより、固定電極１７と可動電極との間に、この犠牲層１９の膜厚による空隙を形成するために使用される部材である。犠牲層１９は、例えばポリシリコン、金属材料、絶縁材料等を所定膜厚により成膜した後、例えばフォトリソグラフィーの処理により、余分な部分を除去して作成される。犠牲層１９は、このように可動電極を作成した後に、除去することにより、この除去の際に、他の構成部材に何ら影響を与えないことが求められる。すなわちエッチングの条件により、他の構成部材との間で充分な選択比を確保できることが必要であり、このように選択比を実用上充分に確保することができれば、エッチングにより除去可能な種々の材料を広く適用することができる。
【００２０】
このようにして犠牲層１９が作成されると、プリンタヘッド１１は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜等による絶縁膜２０が成膜された後（図４（Ｅ））、可動電極の作成工程により可動電極２１が作成される（図４（Ｆ））。ここで可動電極２１においても、固定電極１７と同様に、スパッタリング、蒸着等の処理により所定形状により例えばアルミニューム、金、プラチナ等の金属膜による導電性膜が作成されて形成される。またこのようにして作成される可動電極２１は、この工程で同時に作成される配線パターンにより駆動回路１４の対応する部位に接続される。
【００２１】
続いてプリンタヘッド１１は、振動板の作成工程により、可動電極２１の上に、振動板２２が作成される。ここで振動板２２は、靭性、ヤング率が高く、硬くて脆くない材料が適用される。具体的に、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン、金属膜、アルミナ、ジルコニアなどのセラミックス材料等を使用して、可動電極２１上に成膜して作成される。なおこの振動板２２は、金属材料により作成する場合には、可動電極２１と兼用することができる（図４（Ｇ））。
【００２２】
プリンタヘッド１１は、続く犠牲層の除去工程により、犠牲層１９が除去され、固定電極１７及び可動電極２１間に、この犠牲層１９の厚みによる空隙２３が作成される（図４（Ｈ））。ここでこの除去工程においては、犠牲層１９の構成材料に応じて、ドライエッチング、ウェットエッチング等の各種エッチング処理等を適用することができる。
【００２３】
これらの処理によりプリンタヘッド１１は、半導体基板１５の上に、所定の空隙２３を間に挟んで、固定電極１７及び可動電極２１が対向してなる静電アクチュエータが作成される。
【００２４】
続いてプリンタヘッド１１は、必要に応じて振動板に窒化シリコン等による保護層が作成された後、インク流路及びインク液室のパターン形状により犠牲層３１が作成される（図５（Ｉ））。ここでこの犠牲層３１は、インク液室、インク流路を構成する壁材等を配置した後、取り除くことにより、これらインク液室、インク流路の空間を作成する部材である。
【００２５】
ここで犠牲層３１は、インク流路及びインク液室の高さより薄い膜厚であって、半導体製造工程により充分に均一に作成できる膜厚により作成される。また犠牲層３１は、所定の反応工程により体積が増大し、かつこの体積が増大した後の状態で膜厚がインク流路及びインク液室の高さとなる材料により形成される。この実施の形態では、この反応工程が加熱の工程であり、この加熱の工程により発泡して体積が増大する材料（以下、発泡性レジストと呼ぶ）を使用して犠牲層３１を作成した。すなわちこの反応工程によりガスを発生する気泡用の材料と、気泡間の膜を形成する所定の基材との混合物を犠牲層３１に適用した。
【００２６】
具体的に、この気泡用の材料には、アゾビスイソブチロニトル（商品名：ビニホールＡＺ、分解温度：１１４度  永和化成工業（株）製）を適用し、また基材には、ポジ型のレジスト（ＰＦＲ−９５００Ｇ、ＪＳＲ製）を適用した。この実施の形態では、この基材４９部に、気泡用の材料１部を添加し、充分に攪拌して完全に溶解させ、上述した条件を満足するように発泡性レジストを作製した。
【００２７】
プリンタヘッド１１は、この発泡性レジストがスピンコートされた後、８０度によりキュアされ、露光、現像の処理により犠牲層３１が作成される。
【００２８】
プリンタヘッド１１は、続いて感光性エポキシがスピンコートにより供給された後、所定の条件でキュアされ、これにより感光性エポキシがゲル化してなる被覆層３２が犠牲層３１側に全体を覆うように所定膜厚により作成される（図５（Ｊ））。ここでこの被覆層３２は、インク流路、インク液室、ノズルを形成する材料層であり、この実施の形態では、キュア温度が犠牲層３１の発泡温度より低く、かつ硬化温度が発泡温度より高い材料が選定されるようになされている。
【００２９】
プリンタヘッド１１は、続く露光処理により、ノズル１２の形状が露光される（図５（Ｋ））。
【００３０】
プリンタヘッド１１は、続く反応工程において、全体が１３０度の温度により１０分間加熱され、これによりこの反応工程における温度上昇により始めに犠牲層３１を構成する材料が発泡し、犠牲層３１の膜厚がインク液室１３の厚さに増大する（図６（Ｌ））。またこのように犠牲層３１の膜厚の増大に続いて、被覆層３２の硬化が完了する。これによりプリンタヘッド１１は、多数の気泡を有する犠牲層３１によりインク流路、インク液室の形状が形成されて、全体が硬化した被覆層３２により覆われた状態となる。
【００３１】
続いてプリンタヘッド１１は、ノズル１２に詰まったエポキシ材が除去された後、半導体基板１５の裏面側がレジストによりパターンニングされ、化学的異方性エッチングにより、半導体基板１５の裏面側にインク流路へのインク供給孔が形成される（図示せず）。続いてプリンタヘッド１１は、メタノールを溶媒として使用した洗浄工程において、インク供給孔、ノズル１２を介して犠牲層３１を除去し、インク液室１３、インク流路が形成される（図６（Ｍ））。
【００３２】
プリンタヘッド１１は、続いてダイシングソーにより、半導体基板１５が各チップに分割され、このチップが所定の部材に保持されてインク供給孔がインクカートリッジに接続され、またワイヤボンディングにより半導体基板１５に形成された駆動回路の各パッドが所定の部位に接続されて完成品とされる。
【００３３】
（１−２）第１の実施の形態の動作
以上の構成において、プリンタヘッド１１では（図２及び図３）、固定電極１７と可動電極２１との間に所定の電圧を印加すると、固定電極１７と可動電極２１との間に発生する静電力により可動電極２１が固定電極１７に引き寄せられる（図３（Ａ）及び（Ｂ））。これによりインク液室１３の体積が増大し、図示しないインク流路よりインク液室１３にインクが流れ込む。続いてプリンタヘッド１１では、この可動電極２１と固定電極１７との間の電圧の印加が中止され、これにより可動電極２１と固定電極１７との間の静電力が消滅し、振動板２２、可動電極２１の復元力によりインク液室１３の体積が元の体積に戻る。これによりプリンタヘッド１１では、インク液室１３の圧力が増大し、この圧力の増大によりノズル１２からインク液滴が飛び出す（図３（Ｃ））。これらによりプリンタヘッド１１では、所定の空隙を間に挟んで対向するように配置された固定電極１７と可動電極２１とにより静電アクチュエータが構成され、この静電アクチュエータの駆動によりノズル１２からインク液滴を飛び出させる。
【００３４】
このようにして動作するプリンタヘッド１１においては（図１及び図４）、半導体基板１５に絶縁膜１６を配置した後、固定電極１７が作成され、その後、絶縁膜１８、犠牲層１９、可動電極２１、振動板２２が順次作成される。さらに犠牲層１９が除去され、これにより固定電極１７及び可動電極２１間に、可動電極２１の動作に必要な空隙２３が作成される。これによりプリンタヘッド１１においては、半導体製造工程を利用して静電アクチュエータを作成することができる。従ってプリンタヘッド１１においては、固定電極、振動板等の構成部材を半導体製造工程による位置決め精度により作成することができ、簡易かつ確実に静電アクチュエータを作成することができる。また半導体基板１５上に作成できることにより、事前に半導体基板１５に駆動回路１４を作成しておくことができ、これによっても製造工程を簡略化することができる。因みに、このような駆動回路を別体に作成する場合は、各インク液室の固定電極、可動電極をそれぞれこのような駆動回路に接続することが必要となり、製造に要する時間が極めて長くなる。またこの実施の形態のように、事前に半導体基板１５に駆動回路１４を構成した後、静電アクチュエータを作成するようにすれば、駆動回路１４の製造プロセスに不純物による汚染等の影響を何ら与えることなく、簡易な製造プロセスにより静電アクチュエータを作成することができる。
【００３５】
また特に、半導体製造工程を利用して犠牲層１９を作成した後、この犠牲層１９を除去して可動電極２１及び固定電極１７間の空隙２３を作成することにより、この空隙２３の厚さを高い精度により所望の厚さに設定することができる。これにより静電アクチュエータにおいては、駆動力のばらつきを少なくすることができ、プリンタヘッド１１としては、その分、インク液量のばらつきを少なくすることができる。
【００３６】
また振動板２２も成膜により作成できることにより精度良く膜厚を制御することができ、これによってもばらつきを少なくすることができる。
【００３７】
プリンタヘッド１１は、このようにして静電アクチュエータが作成されると、続いて同様の半導体製造プロセスを利用した処理により、犠牲層３１、被覆層３２が作成され、この被覆層３２がノズル形状により露光される（図５）。さらに犠牲層３１を発泡させてインク液室１３の厚みが確保されると、被覆層３２が硬化された後、犠牲層３１が除去される。
【００３８】
これによりプリンタヘッド１１は、静電アクチュエータを作成した後においても、半導体製造プロセスを利用して作成するようになされ、その分、高い精度によりノズル１２等を位置決めすることができる。また各種の部材間の液漏れ等も防止することができ、これらにより簡易かつ確実に作成することができる。
【００３９】
また犠牲層３１を発泡させてインク液室１３の厚みを確保した後、インク液室の構成部材である被覆層３２を硬化させ、その後発泡した犠牲層３１を除去してインク液室１３を作成することにより、犠牲層３１を短い時間により除去して、高い精度によりインク液室１３を作成することができる。
【００４０】
（１−３）第１の実施の形態の効果
以上の構成によれば、固定電極の上に犠牲層を作成して可動電極を作成した後、この犠牲層を除去して固定電極及び可動電極間に空隙を作成することにより、簡易かつ確実に作成することができ、また駆動回路等を容易に集積化することができるプリンタヘッドを得ることができる。
【００４１】
またインク液室の空間、インク液室にインクを導くインク流路の空間等の型を犠牲層により作成した後、この型を含んで覆うように、インク液室、インク流路の壁材等である被覆層を作成し、その後、犠牲層による型を除去することにより、静電アクチュエータの駆動対象であるインク液室等についても、半導体製造プロセスを利用して作成することができ、これによっても簡易かつ確実にプリンタヘッドを作成することができる。
【００４２】
特に、基板がシリコン基板であることにより、半導体製造プロセスを簡易に適用することができ、また駆動回路等を容易に集積化することができる。
【００４３】
すなわちこの基板に、固定電極及び可動電極間に電圧を印加する駆動回路を事前に作成しておくことにより、簡易に、これらの駆動回路を一体化することができる。
【００４４】
（２）他の実施の形態
なお上述の実施の形態においては、シリコン基板である半導体基板上にプリンタヘッドを構成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、シリコン基板に代えてガラス基板を使用する場合等、種々の材質による基板を必要に応じて広く適用することができる。なおガラス基板を使用する場合においては、ＴＦＴトランジスタにより駆動回路を作成して、駆動回路を一体化することができる。またガラス基板を使用する場合においては、矩形形状によるガラス基板に複数のプリンタヘッドを纏めて作成した後、個々のプリンタヘッドに分離することができることにより、ラインヘッド等の長さの長いプリンタヘッドの作成に適用して、円形形状によりシリコン基板を使用する場合に比して、無駄を少なくして一枚の基板より多数のプリンタヘッドを作成することができる。
【００４５】
また上述の実施の形態においては、インク液室等についても半導体製造プロセスを利用して作成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、必要に応じてインク液室等については、インク液室、インク流路の形状により加工した樹脂材料を接着して保持するようにしてもよい。
【００４６】
また上述の実施の形態においては、駆動回路を一体化する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、駆動回路を別体に構成するようにしてもよい。
【００４７】
また上述の実施の形態においては、本発明をプリンタヘッドに適用するする場合について述べたが、本発明はこれに限らず、プリンタヘッド以外の種々の部品、装置に使用される静電アクチュエータに広く適用することができる。
【００４８】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、固定電極の上に犠牲層を作成して可動電極を作成した後、この犠牲層を除去して固定電極及び可動電極間に空隙を作成することにより、簡易かつ確実に作成することができ、また駆動回路等を容易に集積化することができるプリンタヘッドの製造方法と、このようなプリンタヘッドに適用可能な静電アクチュエータの作成方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るプリンタヘッドについて、静電アクチュエータの作成手順を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るプリンタヘッドを示す断面図である。
【図３】図２のプリンタヘッドをＡ−Ａ線により切り取って示す断面図である。
【図４】図１の続きを示す断面図である。
【図５】図４の続きを示す断面図である。
【図６】図５の続きを示す断面図である。
【図７】従来のプリンタヘッドを示す断面図である。
【符号の説明】
１、１１……プリンタヘッド、２、１５……基板、３、１７、２１……電極、４、１３……インク液室、６、２２……振動板、７、１２……ノズル、１４……駆動回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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