WO1999034979A1 - Tete d'imprimante a jet d'encre, son procede de fabrication et imprimante a jet d'encre - Google Patents

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Hiroshi Koeda
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Seiko Epson Corporation
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    • B41J2202/01—Embodiments of or processes related to ink-jet heads
    • B41J2202/21—Line printing

Definitions

  • the present invention relates to an ink jet head for discharging and printing ink droplets on paper or the like, a method for manufacturing the same, and an ink jet recording apparatus equipped with the ink jet head.
  • FIG. 10 and FIG. 11 are a cross-sectional view and a plan view of a conventional ink jet head driven by an electrostatic actuator. The ink jet head shown in FIGS.
  • 10 and 11 has a laminated structure in which an electrode glass substrate 100, a diaphragm substrate 200, and a nozzle plate 300 are overlapped and joined.
  • An ink supply port 104 is opened in the electrode glass substrate 100, and ink 400 is supplied from the ink supply port 104 to a reservoir 204 formed in the diaphragm substrate 200. Is done.
  • the ink 400 is formed by the nozzle plate 300 and the concave portion of the diaphragm substrate 200.
  • the orifices 302 are equally distributed to a plurality of cavities 203.
  • the lower surface of the cavity 203 is composed of a deformable diaphragm 201, and the diaphragm 201 is connected to the individual electrode 101 via an insulating film 200 for preventing short circuit and a gap. On the other hand, it constitutes an electrostatic activite.
  • a common electrode 205 is disposed on the diaphragm substrate 200. By applying a voltage between the diaphragm 201 and the individual electrode 101 through the common electrode 205, the electrostatic attraction is achieved. Is generated, and after the diaphragm 201 is deformed downward, the ink droplets 401 are ejected from the nozzle 301 by the pressure due to the panel force of the diaphragm 201 generated when the voltage is erased.
  • the electrostatically driven ink jet head is preferably driven from a practical viewpoint to drive the electrostatic actuator with a driving voltage of 100 V or less. Then, in order to drive the electrostatic actuator with a driving voltage of 100 V or less, the distance between the insulating film 202 of the electrostatic actuator and the individual electrode 101 must be set to 200 It must be formed with a precision of up to 300 ⁇ . For this reason, a diaphragm substrate consisting of a silicon single crystal substrate whose joint surface is mirror-finished with high precision and an electrode glass substrate consisting of a borosilicate glass substrate with a step formed by etching must be directly joined by anodic bonding. did not become.
  • An object of the present invention is to provide an ink jet head and a method for manufacturing the same, which can use a large-sized substrate which is inexpensive and easy to handle and which has improved productivity.
  • Another object of the present invention is to provide an ink jet recording apparatus equipped with an ink jet head manufactured by the above manufacturing method.
  • An inkjet head includes a plurality of nozzle holes, an independent discharge chamber communicating with each of the nozzle holes, and a conductive diaphragm that forms a part of the discharge chamber and has conductivity.
  • the diaphragm has an individual electrode opposed to the diaphragm with a gap.
  • the above-mentioned voids are formed by etching the sacrificial layer, for example, those having a thickness of 2000 to 300 ⁇ can be formed with high accuracy, and a driving voltage of 100 V or less. Can be driven. Further, it is not necessary to use a silicon single crystal substrate, and the size of the substrate can be increased. Therefore, it is suitable for a multi-nozzle type such as a line pudding.
  • a method for manufacturing an ink jet head includes a plurality of nozzles.
  • a gap is formed in a sacrificial layer. It is formed by etching.
  • the sacrificial layer can be formed by a thin film process such as evaporation or CVD, it is not necessary to use a mirror-finished silicon single crystal substrate with high precision, and it is possible to form an electrostatic actuator only by the thin film process. Therefore, mass productivity can be improved by using a large glass substrate.
  • the method for manufacturing an ink jet head according to another aspect of the present invention is the method for manufacturing an ink jet head according to (2), wherein after forming an individual electrode on the substrate, an insulating film and a sacrificial film are formed so as to cover the individual electrode. A layer and a diaphragm layer are formed, and a window is formed in the diaphragm at a part of a predetermined position to be a supporting portion of the diaphragm, and the sacrificial layer is etched through the window. As described above, since the window portion is formed at a position corresponding to the supporting portion of the diaphragm and no opening is formed in the diaphragm itself, there is no deterioration in diaphragm characteristics.
  • the etching liquid from the window only needs to penetrate in the short side direction of the sacrificial layer, there is an advantage that the etching liquid easily penetrates.
  • the formation of the insulating layer, the sacrificial layer, and the diaphragm layer can be performed in the order of the insulating layer, the sacrificial layer, and the diaphragm layer, or can be performed in the order of the sacrificial layer, the insulating layer, and the diaphragm layer.
  • the method for manufacturing an ink jet head according to another aspect of the present invention is the method for manufacturing an ink jet head according to the above (3), wherein the sacrificial layer and the diaphragm are provided at a position where the window at the predetermined position is not formed. Form a slit in the layer. Since the support part is formed in the slit part as it is, the support part becomes strong and the support of the diaphragm is stabilized.
  • a plurality of windows are formed by dispersing a plurality of windows per one gap.
  • Window Are formed in a dispersed manner, so that the sacrificial layer is etched uniformly. Also, certain parts of the window are weak and easily float in the manufacturing process, but the dispersion increases the strength and facilitates manufacturing.
  • the diaphragm is formed by a laminated film of a conductive film and a film whose film forming stress is tension. . Therefore, the radius of the diaphragm can be prevented. When the sacrificial layer etching is completed, the diaphragm is prevented from contacting the lower layer (individual electrode).
  • a diaphragm is formed by stacking a Ni layer and a silicon nitride layer. During driving of the electrostatic actuator, the diaphragm comes into contact with the electrodes, but the hard Ni layer comes into contact with the electrodes, so there is no risk of wear. Further, since the silicon nitride layer has tension, the diaphragm does not have a radius.
  • the diaphragm is formed of a conductive film having a film-forming stress of tension. Therefore, even if the diaphragm has a single layer, the radius of the diaphragm can be prevented. When the sacrificial layer etching is completed, the diaphragm is prevented from contacting the lower layer (individual electrode).
  • the method for producing an ink jet head according to another aspect of the present invention is as follows.
  • the manufacturing method of (9) for example, Pt is deposited to form a diaphragm. Since the diaphragm can be formed as a single layer by the Pt layer having high hardness and tension, the manufacturing process can be simplified.
  • the sacrifice layer is formed of an organic film, and the sacrifice layer etching is performed by dry etching. . According to dry etching, manufacturing control is not difficult unlike wet etching, and the process can be simplified.
  • the individual electrode is formed on an electrode glass substrate, and the individual electrode is covered with an insulating film.
  • a sacrificial layer is formed on the insulating film, a diaphragm is formed on the sacrificial layer, a window is formed in a support portion of the diaphragm at a predetermined position between the individual electrodes, and a sacrificial layer is formed through the window.
  • the layer is etched to form an electrostatic actuating structure, and then Ni is deposited on the entire surface and then patterned to form a partition base and close the window, and a Ni electrode is formed on the diaphragm base.
  • the sacrificial layer can be formed by a thin film process such as vapor deposition or CVD, so that a high-precision mirror-processed silicon single crystal substrate is not required, and the formation of the electrostatic actuator can be performed only by the thin film process.
  • mass productivity can be improved by using a large glass substrate.
  • An inkjet recording apparatus includes an inkjet head manufactured by the inkjet head manufacturing method according to any one of (2) to (12). It is. Since the ink jet head manufactured by the manufacturing method of (2) to (12) has no restriction on the material of the substrate and can use a glass substrate, a large glass substrate can be used. As a result, high-performance pudding can be manufactured at a low price.
  • An ink jet recording apparatus includes an ink jet recording apparatus manufactured by the method for manufacturing an ink jet head according to any one of the above (2) to (12). It is equipped with an ink jet head.
  • the ink jet head manufactured by the manufacturing method of (2) to (12) above can use a glass substrate because there is no restriction on the material of the substrate and a large glass substrate can be used. Therefore, the number of nozzles can be increased, and line printers can be manufactured at low cost.
  • An ink jet head includes a plurality of nozzle holes, an independent discharge chamber that communicates with each of the nozzle holes, and a diaphragm that forms part of the discharge chamber and has conductivity. And an individual electrode opposed to the diaphragm with a gap, and by applying a voltage between the diaphragm and the individual electrode to deform the diaphragm, the ink in the discharge chamber from the nozzle holes is printed on the recording paper.
  • an insulating film is formed on individual electrodes.
  • FIG. 1 is a plan view of an ink jet head manufactured by a manufacturing method according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the ink jet head taken along a line 2-2 in FIG.
  • FIG. 3 is a manufacturing process diagram of an ink jet head according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 4 is a perspective view of the ink jet head in the manufacturing process of FIG.
  • FIG. 5 is a view showing a manufacturing process of the ink jet head according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 shows an example of a peripheral mechanism of the ink jet head manufactured through the manufacturing process of FIG. 3 or FIG.
  • FIG. 7 is an external view of an inkjet recording apparatus incorporating the mechanism of FIG.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing another example of the peripheral mechanism of the ink jet head manufactured through the manufacturing process of FIG. 3 or FIG.
  • Fig. 9 is an external view of an ink jet recording device (line pudding) incorporating the mechanism of Fig. 8.
  • FIG. 10 is a plan view of a conventional ink jet head driven by an electrostatic actuator.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a conventional ink jet head driven by an electrostatic actuator.
  • FIG. 1 is a plan view of an ink jet head manufactured by the manufacturing method according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a 2-2 cross-sectional view thereof.
  • the basic configuration of this inkjet head is almost the same as that shown in FIGS. 10 and 11. Therefore, the configuration will be described focusing on portions directly related to the present invention.
  • the inkjet head has an electrode glass substrate 100, an individual electrode 101, and an individual electrode 101, which are arranged on the electrode glass substrate 100 and are covered with an insulating film 202 made of silicon dioxide.
  • FIG. 1 is a plan view of an ink jet head manufactured by the manufacturing method according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a 2-2 cross-sectional view thereof.
  • the basic configuration of this inkjet head is almost the same as that shown in FIGS
  • FIG. 1 shows a window 2 12 for etching the sacrificial layer, it is formed during the manufacturing process, and is not provided after the manufacturing.
  • the windows 2 12 are shown to show their positions, and are located at predetermined intervals along the length direction of the cavity bulkhead base 2 13 and the cavity bulkhead 2 14.
  • FIG. 3 is a view showing a manufacturing process of the ink jet head shown in FIGS. 1 and 2.
  • silicon dioxide is deposited to a thickness of 1000 angstroms so as to cover the individual electrode 101 by CVD to form an insulating film 202.
  • A1 is deposited on the insulating film 202 to a thickness of 2000 angstrom to form a sacrificial layer 110.
  • a slit 2 11 is provided in the sacrificial layer 110 located between the individual electrodes 101. This is so that one end in the width direction of the diaphragm 201 is formed directly on the electrode glass substrate 100 in a step described later, so that a support portion of the diaphragm 201 is formed. The position corresponding to the window portion 212 for etching the sacrificial layer
  • the Ni serving as the common electrode 205 of the electrostatic actuator is sputtered on the sacrificial layer 110 at a thickness of 1000 ⁇ , and then the silicon nitride film 210 is deposited at 7000 ⁇ by CVD.
  • a diaphragm 201 including the common electrode 205 and the silicon nitride film 210 is generated.
  • the end of the diaphragm 201 covers the sacrificial layer 110 and is formed directly on the electrode glass substrate 100.
  • the silicon nitride film 210 and the Ni film (common electrode) 205 of the slit portion 211 and the window portion 212 for etching the sacrificial layer are etched.
  • the reason why the silicon nitride film 210 is used is to prevent the radius of the diaphragm 201 by utilizing the fact that the film formation stress of the silicon nitride film is tension.
  • an aqueous solution of HC1: 32% and hydrogen peroxide: 30% is circulated through the window 212 at room temperature to etch the A1 sacrificial layer 110 at room temperature.
  • a transparent electrode such as IT0
  • Cr / Au as the material of the individual electrode 101
  • the etching state of the sacrificial layer 110 is observed. Can be guessed.
  • the void 250 formed by the etching of the sacrificial layer is in a state of communicating with the outside only through the window portion 212.
  • Ni is again deposited on the entire surface to a thickness of 300 ⁇ to cover the window portion 212, thereby forming a Ni film 21a.
  • the void 250 is closed by this processing.
  • the resist 410 is slit into the partition base 21 vertically by anisotropic dry etching.
  • a cavity partition wall 214 is formed on the partition wall base layer 21 by Ni electrode, and the resist 410 is removed.
  • the state at this time is as shown in FIG.
  • the position corresponding to the window portion 212 is arranged at a predetermined interval along the length direction of the diaphragm 201, and the rising portion of the diaphragm 201 is partially cut away. Is formed.
  • a stainless steel nozzle plate 300 having a nozzle 301 formed thereon is joined to the cavity wall 214 with an epoxy adhesive, and the ink jet head shown in FIGS. 1 and 2 is attached. Establish. Embodiment 2.
  • Figure 5 is a manufacturing process drawing of Inkujietsu Toe' de according to Embodiment 2 of the present invention (embodiment 2 in that a diaphragm 2 0 1 is composed of a layer of one conductivity This is different from the first embodiment.
  • the processing up to the step of forming the sacrificial layer 110 is the same as that of the first embodiment (the same as (a) to (c) of FIG. 3). is there) .
  • Pt whose film forming stress is tension, is deposited to a thickness of 50,000 angstroms to form the vibration plate 201.
  • a slit portion 211 and a window portion 212 are formed by dry etching using carbon tetrafluoride.
  • A1 sacrificial layer 110 is etched.
  • the cavity partition walls 2 14 may be formed by Ni electrode in the same manner as in the first embodiment, but in the second embodiment, the cavity partition walls 2 14 are integrally formed by anisotropic etching.
  • the nozzle plate 300 made of a silicon single crystal substrate is adhesively bonded to the partition base 2 13 with an epoxy adhesive.
  • the sacrificial layer 110 of the second embodiment is changed from an A1 film to an organic film, and is removed by oxygen plasma. Since oxygen plasma is used, the diaphragm 201 does not have a radius due to the surface tension of the etching liquid as in wet etching, so that there is no etching residue due to poor circulation of the etching liquid. Further, cleaning and drying after etching are not required, and the process can be simplified.
  • FIG. 6 is an explanatory view showing an example of a mechanism around the ink jet head manufactured through the manufacturing steps of the first to third embodiments.
  • the inkjet head 50 is attached to a carriage 51, and the carriage 51 is movably attached to a guide rail 52.
  • the position of the paper 54 sent out by the mouth roller 53 is controlled in the width direction.
  • the mechanism shown in FIG. 6 is provided in the ink jet recording device 55 shown in FIG. Embodiment 5.
  • FIG. 8 is an explanatory view showing another example of the mechanism around the ink jet head manufactured through the manufacturing steps of Embodiments 1 to 3.
  • an ink jet head 60 for line printing is configured.
  • a glass substrate can be used as a substrate, and necessary components can be stacked on the substrate.Therefore, a large-sized glass substrate is used to increase the number of nozzles to more than 100 nozzles.
  • Inkjet heads can be manufactured for line pudding.
  • a data line 61 and an ink pipe 62 are led to the ink jet head 60, and rollers 16 3 are arranged before and after the ink head 60, and rollers 15 are arranged.
  • One line is printed at the same time by the ink jet head 60 on the paper 54 sent out by 3.
  • the mechanism shown in FIG. 8 is provided in the ink jet recording apparatus 65 shown in FIG.

Description

明 細 書 インクジエツ トへッ ド及びその製造方法並びにィンクジヱッ ト記録装置
技 分 野 本発明は、 ィンク滴を紙等に吐出して印字するためのィンクジエツ トへッ ド 及びその製造方法、 並びにそのィンクジエツ トへッ ドを搭載したィンクジエツ ト記録装置に関する。
背 景 技 術 近年、 ィンクジエツ ト記録装置は多ノズル化による高速印字や高精細印字と、 装置の小型化のため、 微小なァクチユエ一夕が求められるようになつてきた。 そこで、 ァクチユエ一夕に静電気力を利用したインクジェッ ト記録装置 （例え ば特開平 6— 7 1 8 8 2号公報） があるが、 このインクジェッ トへッ ドは静電 ァクチユエ一夕が平行平板電極で形成されており、 ァクチユエ一夕が小型化で き、 多ノズル化が可能であるという特徴がある。 図 1 0及び図 1 1は静電ァクチユエ一夕で駆動される従来のィンクジエツ ト へッ ドの断面図及び平面図である。 図 1 0及び図 1 1に示されるインクジエツ トへッ ドは、 電極ガラス基板 1 0 0、 振動板基板 2 0 0、 及びノズルプレート 3 0 0を重ねて接合した積層構造となっている。 電極ガラス基板 1 0 0にはィ ンク供給口 1 0 4が開けられており、 振動板基板 2 0 0に形成されたリザーバ 2 0 4に、 ィンク供給口 1 0 4からインク 4 0 0が供給される。 そのインク 4 0 0は、 ノズルプレート 3 0 0と振動板基板 2 0 0の凹部とによって形成され たオリフィス 3 0 2によって複数のキヤビティ 2 0 3に均等に分配される。 キ ャビティ 2 0 3の下面は変形可能な振動板 2 0 1から構成されており、 この振 動板 2 0 1は短絡防止用の絶縁膜 2 0 0及び空隙を介して個別電極 1 0 1と対 向して静電ァクチユエ一夕を構成している。 振動板基板 2 0 0には共通電極 2 0 5が配置されており、 この共通電極 2 0 5を通じて振動板 2 0 1 と個別電極 1 0 1との間に電圧を印加することにより静電引力を発生させ、 振動板 2 0 1 を下方に変形させた後に、 電圧を消去した時に発生する振動板 2 0 1のパネ力 による圧力でインク滴 4 0 1をノズル 3 0 1より吐出する。 上記の静電駆動式のインクジエツ トへッ ドは、 1 0 0 V以下の駆動電圧で静 電ァクチユエ一夕を駆動するのが現実的な観点から好ましいとされている。 そ して、 1 0 0 V以下の駆動電圧で静電ァクチユエ一夕を駆動するためには、 静 電ァクチユエ一夕の絶縁膜 2 0 2と個別電極 1 0 1 との間隔を 2 0 0 0〜3 0 0 0オングス トロームで精度良く形成しなければならない。 このため、 接合面 を高精度に鏡面加工したシリコン単結晶基板からなる振動板基板と、 エツチン グで段差を形成した硼珪酸ガラス基板からなる電極ガラス基板とを陽極接合に より直接接合しなければならなかった。 しかし、 高精度に鏡面加工されたシリ コン基板は高価であり、 入手が困難であるという問題点がある。 また、 ノズル 間隔の高密度化により各キヤビティ間の隔壁の厚さが薄くなる為に、 必要な強 度を得るには、 薄いシリコン単結晶基板を使用して隔壁の高さを低くする必要 があるが、 薄いシリコン単結晶基板の取り扱いは極めて困難であり、 特に、 基 板サイズの大型化が難しいという問題点もある。 ところで、 上述のように狭い間隙を生成するのに犠牲層エッチングを用いる 方法がある。 例えば、 特表平 1 0— 5 1 0 3 7 4号公報の第 8頁及び米国特許 第 5 4 5 9 6号明細書の図 2には、 犠牲層を形成した後にその犠牲層をエッチ ングすることにより削除して空隙を形成する方法が提案されている。 しかしな がら、 これらの空隙はいずれも光バルブの反射表面の位置を静電気力によって 変調するために設けられたものであり、 しかもこれらの空隙はいずれも開放さ れたものであり、 インクジエ トへッ ドの静電ァクチユエ一夕の絶縁膜と個別電 極との間に形成される空隙のように閉塞されたものではないことから、 上記の 公報等の技術はィンクジエツ トへッ ドの製造にはそのまま適用することはでき なかった。
発 明 の 開 示 本発明の目的は、 安価で取り扱いが容易な大型の基板を用いることが出来る ようにして生産性を向上した、 ィンクジヱッ トへッ ド及びその製造方法を提供 することにある。
本発明の他の目的は、 上記の製造方法により製造されたィンクジエツ トへッ ドを搭載したインクジエツ ト記録装置を提供することにある。
( 1 ) 本発明の一つの態様に係るインクジェッ トヘッ ドは、 複数のノズル孔と、 ノズル孔の各々に連通する独立した吐出室と、 吐出室の一部を構成し導電性を 有する振動板と、 振動板に空隙をもって対向する個別電極とを有し、 振動板と 個別電極との間に電圧を印加して振動板を変形することにより、 ノズル孔より 吐出室内のィンクを記録紙に向け吐出するィンクジエツ トへッ ドにおいて、 空 隙は犠牲層エッチングによって形成されたものである。 本発明においては、 前 記の空隙は犠牲層エッチングによって形成されていることから、 例えば 2 0 0 0〜 3 0 0 0オングス トロームのものが精度良く形成され、 1 0 0 V以下の駆 動電圧で駆動することができる。 また、 シリコン単結晶基板を用いる必要がな くなり、 基板サイズの大型化が可能である。 このため、 ラインプリン夕のよう な多ノズルのものに好適である。
( 2 ) 本発明の他の態様に係るインクジヱッ トへッ ドの製造方法は、 複数のノ ズル孔と、 ノズル孔の各々に連通する独立した吐出室と、 吐出室の一部を構成 し導電性を有する振動板と、 振動板に空隙をもって対向する個別電極とを有し、 振動板と個別電極との間に電圧を印加して振動板を変形することにより、 ノズ ル孔ょり吐出室内のィンクを記録紙に向け吐出するィンクジエツ トへッ ドの製 造方法において、 空隙を犠牲層エッチングによって形成する。 本発明において は、 犠牲層を蒸着や、 C V Dなどの薄膜プロセスにより形成できる為、 高精度 に鏡面加工されたシリコン単結晶基板を必要とせず、 薄膜プロセスのみで静電 ァクチユエ一夕の形成が可能であり、 大型のガラス基板を用いて量産性を向上 させることができる。
( 3 ) 本発明の他の態様に係るィンクジヱッ トへッ ドの製造方法は、 上記 （ 2 ) の製造方法において、 基板に個別電極を形成後、 この個別電極を覆うように、 絶縁膜、 犠牲層及び振動板層を形成し、 そして、 振動板の支持部とすべき所定 位置の一部について振動板層に窓部を形成し、 窓部を通じて犠牲層エッチング を行う。 このように窓部を振動板の支持部に相当する箇所に形成し、 振動板自 体に開口部を形成しないので、 振動板特性の劣化が無い。 また、 窓部からのェ ツチング液は犠牲層の短辺方向に浸透すれば良いことから、 エッチング液が浸 透し易いという利点がある。 絶縁層、 犠牲層及び振動板層の形成は、 絶縁層、 犠牲層及び振動板層の順序で行うこともできるし、 犠牲層、 絶縁層及び振動板 層の順序で行うこともできる。
( 4 ) 本発明の他の態様に係るィンクジェッ トへッ ドの製造方法は、 上記 （ 3 ) の製造方法において、 前記の所定位置の窓部が形成されていない位置に、 犠牲 層及び振動板層にスリ ッ ト部を形成する。 そのスリ ッ ト部にはそのまま支持部 が形成されることになるので、 支持部が強固になり振動板の支持が安定する。
( 5 ) 本発明の他の態様に係るィンクジェッ トへッ ドの製造方法は、 上記 （ 3 ) の製造方法において、 空隙 1個当たり複数個の窓部を分散して形成する。 窓部 が分散して形成されるので、 犠牲層エッチングが均一に行われる。 また、 窓部 の或る部分は弱く製造過程において浮きやすくなるが、 分散させたことにより 強度が増し、 製造が容易になっている。
( 6 ) 本発明の他の態様に係るィンクジェッ トへッ ドの製造方法は、 上記 （ 2 ) の製造方法において、 犠牲層エッチングの後に、 窓部を閉塞してキヤビティ隔 壁を形成する。 このため、 効率良く密閉構造が得られ、 そして、 インクが静電 ァクチユエ一夕内に浸入することが防止できる。
( 7 ) 本発明の他の態様に係るインクジェッ トヘッ ドの製造方法は、 上記 （ 2 ) の製造方法において、 振動板を導電膜と成膜応力が張力である膜との積層膜に よって形成する。 したがって、 振動板の橈みを防止できる。 犠牲層エッチング が終了した段階において、 振動板が下の層 （個別電極） に接触するのが避けら れる。
( 8 ) 本発明の他の態様に係るインクジエツ トへヅ ドの製造方法は、 上記 （ 7 ) の製造方法において、 例えば N i層と窒化珪素層とを積層して振動板を形成す る。 静電ァクチユエ一夕の駆動時には振動板が電極に当接するが、 硬度の高い N i層が電極に当接することとなるので摩耗のおそれが無い。 また、 窒化珪素 層は張力があるので振動板に橈みが生じない。
( 9 ) 本発明の他の態様に係るインクジェッ トヘッ ドの製造方法は、 上記 （ 2 ) の製造方法において、 振動板を成膜応力が張力である導電膜によって形成する。 したがって、 振動板が単層であっても、 振動板の橈みを防止できる。 犠牲層ェ ツチングが終了した段階において、 振動板が下の層 （個別電極） に接触するの が避けられる。
( 1 0 ) 本発明の他の態様に係るインクジヱッ トへッ ドの製造方法は、 上記 (9) の製造方法において、 例えば P tを堆積して振動板を形成する。 硬度が 高く張力を有する P t層により振動板を単層で形成できる為、 製造工程が簡略 化できる。
( 1 1) 本発明の他の態様に係るィンクジェッ トへッ ドの製造方法は、 上記 (2) の製造方法において、 犠牲層を有機膜により形成して、 犠牲層エツチン グを ドライエッチングにより行う。 ドライエッチングによれば、 ウエッ トエツ チングのように製造管理が難しくなく、 工程が簡略化できる。
( 12) 本発明の他の態様に係るィンクジェッ トへッ ドの製造方法は、 上記 (2) の製造方法において、 電極ガラス基板に前記個別電極を形成し、 その個 別電極を絶縁膜で覆い、 絶縁膜の上に犠牲層を形成し、 その上に振動板を形成 し、 個別電極と個別電極との間の所定位置の振動板の支持部に窓部を形成し、 その窓部を通じて犠牲層をエッチングして静電ァクチユエ一夕構造を形成し、 その後、 全面に N iを堆積した後にパターニングして隔壁基部を形成して窓部 を閉塞し、 この隔膜基部上に N i電錡でキヤビティ隔壁を形成して、 その上に ノズルプレートを接合する。 本発明においては、 犠牲層を蒸着や、 CVDなど の薄膜プロセスにより形成できる為、 高精度に鏡面加工されたシリコン単結晶 基板を必要とせず、 薄膜プロセスのみで静電ァクチユエ一夕の形成が可能であ り、 大型のガラス基板を用いて量産性を向上させることができる。 更に、 効率 良く密閉構造が得られ、 そして、 インクが静電ァクチユエ一夕内に浸入するこ とが防止できる等の利点がある。
( 13) 本発明の他の態様に係るインクジエツ ト記録装置は、 上記 （2) 〜 ( 12) のいずれかに記載のィンクジェッ トへッ ドの製造方法により製造され たインクジェッ トヘッ ドを搭載したものである。 上記 （2) 〜 （ 12) の製造 方法により製造されたインクジエツ トへッ ドは基板の材質に制約がなく、 ガラ ス基板を使用することができることから、 大型のガラス基板を使用することが でき、 このため、 高性能のプリン夕が低価格で製造できる。
( 1 4 ) 本発明の他の態様に係るィンクジエツ ト記録装置は、 上記 （ 2 ) 〜 ( 1 2 ) のいずれかに記載のィンクジエツ トへッ ドの製造方法により製造され たラインプリン夕用のインクジエツ トへヅ ドを搭載したものである。 上記 （ 2 ) 〜 （ 1 2 ) の製造方法により製造されたィンクジェッ トへッ ドは基板の材質に 制約がなく、 ガラス基板を使用することができることから、 大型のガラス基板 を使用することができ、 このため、 多ノズル化が可能になっており、 ラインプ リン夕が低価格で製造できる。
( 1 5 ) 本発明の他の態様に係るインクジヱッ トヘッ ドは、 複数のノズル孔と、 ノズル孔の各々に連通する独立した吐出室と、 吐出室の一部を構成し導電性を 有する振動板と、 振動板に空隙をもって対向する個別電極とを有し、 振動板と 個別電極との間に電圧を印加して振動板を変形させることにより、 ノズル孔よ り吐出室内のィンクを記録紙に向け吐出するィンクジエツ トへヅ ドにおいて、 個別電極上に絶縁膜を形成してなるものである。
図面の簡単な説明 図 1は本発明の実施形態 1に係る製造方法により製造されるインクジエツ ト へッ ドの平面図である。
図 2は図 1の 2— 2断面におけるインクジエツ トへッ ドの断面図である。 図 3は本発明の実施形態 1に係るインクジエツ トへッ ドの製造工程図である, 図 4は図 3の製造過程におけるィンクジエツ トへッ ドの斜視図である。
図 5は本発明の実施形態 2に係るィンクジヱッ トへッ ドの製造工程図である, 図 6は図 3又は図 5の製造工程を経て製造されたィンクジェッ トヘッ ドの周 辺機構の一例を示す説明図である。 図 7は図 6の機構を内蔵したインクジェッ ト記録装置の外観図である。
図 8は図 3又は図 5の製造工程を経て製造されたィンクジェッ トヘッ ドの周 辺機構の他の例を示す説明図である。
図 9は図 8の機構を内蔵したィンクジエツ ト記録装置 （ラインプリン夕） の 外観図である。
図 1 0は従来の静電ァクチユエ一夕で駆動されるィンクジェヅ トへヅ ドの平 面図である。
図 1 1は従来の静電ァクチユエ一夕で駆動されるィンクジエツ トへッ ドの断 面図である。
発明を実施するための最良の形態 実施形態 1 .
図 1は本発明の実施形態 1に係る製造方法により製造されるィンクジェッ ト ヘッ ドの平面図であり、 図 2はその 2— 2断面図である。 このインクジェッ ト ヘッ ドは、 その基本構成が図 1 0及び図 1 1に記載されたものとほぼ同一であ る。 したがって、 本発明と直接関連する部分に着目してその構成を説明する。 このインクジェッ トヘッ ドは、 電極ガラス基板 1 0 0、 この電極ガラス基板 1 0 0の上に配置され、 二酸化珪素からなる絶縁膜 2 0 2に覆われた個別電極 1 0 1、 個別電極 1 0 1に空隙 2 5 0を介して対向する振動板 2 0 1、 インクキ ャビティ 2 0 3、 キヤビティ隔壁基礎部 2 1 3、 キヤビティ隔壁 2 1 4、 及び ノズルプレート 3 0 0を備えている。 なお、 図 1においては犠牲層エッチング 用の窓部 2 1 2が示されているが、 これは製造過程において形成されるもので あり、 製造後においてはこの窓部はなく、 したがって、 図 1の窓部 2 1 2はそ の位置を示すために図示されており、 キヤビティ隔壁基礎部 2 1 3及びキヤビ ティ隔壁 2 1 4の長さ方向に沿って所定の間隔をもって位置する。 図 3は図 1及び図 2に示されたインクジエツ トへッ ドの製造工程を示した図 である。
(a) まず、 電極ガラス基板 100上にスパッ夕により C rを 50オングス ト ローム、 Auを 1000オングス トロームの厚さで堆積した後、 Crと Auを フォト リソグラフィ一によりパ夕一ニングして個別電極 10 1を形成する。
( b ) 次に、 C VDにより個別電極 10 1を覆うようにして 1000オングス トロームの厚さで二酸化珪素を堆積して絶縁膜 202とする。 その後に、 絶縁 膜 202上に A1を 2000オングス トロームの厚さで蒸着して犠牲層 1 10 を形成する。
( c ) ここで、 個別電極 10 1の間に位置する犠牲層 1 10にスリ ッ ト 2 1 1 を設ける。 これは、 後述の工程において、 振動板 20 1の幅方向の一方の端部 が電極ガラス基板 100の上に直接形成され、 振動板 20 1の支持部が形成さ れるようにしている。 なお、 犠牲層エッチング用の窓部 2 12に相当する位置
(図 1参照） には、 ここでは前記の処理をせず、 スリ ッ ト 2 1 1を形成しない (
(d) 次に、 犠牲層 1 10の上に静電ァクチユエ一夕の共通電極 205となる N iを 1000オングストロームの厚さでスパヅ夕した後に、 窒化珪素膜 2 1 0を CVDにより 7000オングス トローム堆積して、 共通電極 205と窒化 诖素膜 2 10とからなる振動板 20 1を生成する。 このとき、 振動板 20 1の 端部 （スリッ ト 2 1 1が設けられた側） は犠牲層 1 10を覆い、 且つ、 電極ガ ラス基板 100の上に直接形成される。 振動板 20 1を生成した後に、 スリ ッ ト部 21 1と犠牲層エッチング用の窓部 2 12の窒化珪素膜 2 10と N i膜 (共通電極） 205をエッチングする。 ここで、 窒化珪素膜 2 10を使用する のは、 窒化珪素膜の成膜応力が張力であることを利用して、 振動板 20 1の橈 みを防止する為である。
(e) 窓部 212を開口した後、 HC 1 ： 32パーセント、 過酸化水素 ： 30 パーセント水溶液を常温で、 この窓部 2 12から循環し A 1犠牲層 1 10を犠 牲層エッチングする。 ここで、 個別電極 101の材料として、 C r/Auの代 わりに I T 0などの透明電極を用いると、 犠牲層 1 10のェツチング状況を観 察することができる。 なお、 この犠牲層エッチングが終了した段階において、 犠牲層エッチングにより形成された空隙 2 5 0は、 その窓部 2 1 2を介しての み外部と連通した状態となっている。
( f ) 犠牲層エッチング後に、 窓部 2 1 2を塞ぐ為に、 再度全面に N iを 3 0 0 0オングス トローム堆積して N i膜 2 1 3 aを形成する。 この処理によって 空隙 2 5 0は閉塞される。
( g ) N i膜を形成した後にパ夕一ニングし、 隔壁基部 2 1 3を形成する。 こ の処理によって空隙 2 5 0は閉塞される。 即ち、 空隙 2 5 0の窓部 2 1 2側は 隔壁基部 2 1 3によって閉塞され、 他の部分は振動板 2 0 1により閉塞されて おり、 空隙 2 5 0は閉塞されることになる。
( h ) 次に、 1 0 0 ミクロンの厚みにレジス ト 4 1 0を塗布した後に、 異方性 ドライエッチングにより垂直に隔壁基部 2 1 3までレジス ト 4 1 0をスリッ ト 状に切り出す。
( i ) N i電鍀により隔壁基部 2 1 3の上にキヤビティ隔壁 2 1 4を形成し、 そして、 レジスト 4 1 0を除去する。 このときの状態は図 4に示されるとおり である。 窓部 2 1 2に相当する位置は、 振動板 2 0 1の長さ方向に沿って所定 の間隔で配置され、 しかも、 振動板 2 0 1の立ち上がり部分を一部を切り欠い たような状態で形成される。
( j ) キヤビティ隔壁 2 1 4の上に、 ノズル 3 0 1を形成したステンレス製ノ ズルプレート 3 0 0をエポキシ系接着剤で接合して、 図 1及び図 2のィンクジ エツ トへッ ドを开成する。 実施形態 2 .
図 5は本発明の実施形態 2に係るィンクジエツ トへッ ドの製造工程図である ( 本実施形態 2は、 振動板 2 0 1が 1枚の導電性のある層から構成されている点 が上述の実施形態 1 と相違する。
( a ) 〜 （ c ) 本実施形態 2において、 犠牲層 1 1 0を形成する工程までの処 理は上述の実施形態 1 と同一である （図 3の （ a ) 〜 ( c ) と同一である） 。 ( d ) 犠牲層 1 1 0を形成した後、 成膜応力が張力である P tを 5 0 0 0オン グス トロ一ムの厚さで堆積して振動板 2 0 1を形成する。
( e ) P tを堆積した後、 四弗化炭素によりスリ ッ ト部 2 1 1 と窓部 2 1 2を ドライエッチングにより生成する。
( f ) A 1犠牲層 1 1 0をエッチングする。
( g ) A 1犠牲層 1 1 0をエッチングして除去した後に、 窓部 2 1 2を塞ぐ為 に、 N iを 3 0 0 0オングス トローム堆積した後にパターニングし、 隔壁基部 2 1 3を形成する。
( h ) 以後、 実施形態 1と同様にして N i電錶でキヤビティ隔壁 2 1 4を形成 しても良いが、 本実施形態 2では、 異方性エッチングにより、 キヤビティ隔壁 2 1 4を一体形成したシリコン単結晶基板製ノズルプレ一ト 3 0 0をエポキシ 接着剤により隔壁基部 2 1 3に接着接合している。 実施形態 3 .
本発明の実施形態 3における製造方法を説明する。 本実施形態 3では、 実施 形態 2の犠牲層 1 1 0を、 A 1膜から有機膜に変更して、 酸素プラズマにより 除去している。 酸素プラズマを使用する為、 ウエッ トエッチングのように、 ェ ツチング液の表面張力による振動板 2 0 1の橈みが生じない為、 エッチング液 の循環不良によるエッチング残りが生じない。 また、 エッチング後の洗浄、 乾 燥が不要となり、 工程が簡略化できる。 実施形態 4 .
図 6は実施形態 1〜 3の製造工程を経て製造されインクジヱッ トへッ ドの周 辺の機構の一例を示した説明図である。 このインクジェッ トヘッ ド 5 0は、 キ ャリ ッジ 5 1に取り付けられ、 そして、 このキャリ ッジ 5 1はガイ ドレール 5 2に移動自在に取り付けられる。 そして、 口一ラー 5 3により送り出される用 紙 5 4の幅方向にその位置が制御される。 この図 6の機構は図 7に示されるィ ンクジヱッ ト記録装置 5 5に装備される。 実施形態 5 .
図 8は実施形態 1〜 3の製造工程を経て製造されィンクジェッ トへッ ドの周 辺の機構の他の例を示した説明図である。 本実施形態 5においては、 ラインプ リン夕用のインクジエツ トへッ ド 6 0が構成されている。 上述のように、 基板 にガラス基板を用いて、 その上に必要な構成を積み上げていくことができるこ とから、 大型のガラス基板が用いて 1 0 0 0ノズルを超えるような多ノズル化 されたラインプリン夕用のインクジエツ トへッ ドを製造することができる。 図 8において、 インクジエツ トへッ ド 6 0にはデ一夕ライン 6 1及びィンクパイ プ 6 2が導かれており、 インクジェッ トヘッ ド 6 0の前後にはローラ一 6 3が 配置され、 ローラ一 5 3により送り出される用紙 5 4にインクジエツ トへッ ド 6 0により 1行分の印字が同時になされる。 この図 8の機構は図 9に示される インクジエツ ト記録装置 6 5に装備される。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 複数のノズル孔と、 該ノズル孔の各々に連通する独立した吐出室と、 該吐 出室の一部を構成し導電性を有する振動板と、 該振動板に空隙をもって対向す る個別電極とを有し、 前記振動板と該個別電極との間に電圧を印加して該振動 板を変形することにより、 前記ノズル孔ょり前記吐出室内のィンクを記録紙に 向け吐出するィンクジヱッ トへヅ ドにおいて、 前記空隙は犠牲層エッチングに よつて形成されたインクジヱヅ トへヅ ド。
2 . 複数のノズル孔と、 該ノズル孔の各々に連通する独立した吐出室と、 該吐 出室の一部を構成し導電性を有する振動板と、 該振動板に空隙をもって対向す る個別電極とを有し、 前記振動板と該個別電極との間に電圧を印加して該振動 板を変形することにより、 前記ノズル孔ょり前記吐出室内のィンクを記録紙に 向け吐出するィンクジエツ トへッ ドの製造方法において、 前記空隙を犠牲層ェ ツチングによって形成するィンクジエツ トへッ ドの製造方法。
3 . 基板に前記個別電極を形成後、 この個別電極を覆うように、 絶縁膜、 犠牲 層及び振動板層を形成し、 そして、 前記振動板の支持部とすべき所定位置の一 部について振動板層に窓部を形成し、 前記窓部を通じて前記犠牲層エッチング を行う請求項 2記載のィンクジエツ トへッ ドの製造方法。
4 . 前記所定位置の前記窓部が形成されていない位置に、 犠牲層及び振動板層 にスリヅ ト部を形成する請求項 3記載のィンクジェッ トへッ ドの製造方法。
5 . 前記空隙 1個当たり複数個の窓部を分散して形成する請求項 3記載のィン クジェッ トへッ ドの製造方法。
6 . 前記犠牲層エッチングの後に、 前記窓部を閉塞してキヤビティ隔壁を形成 する請求項 2記載のィンクジェッ トへッ ドの製造方法。
7 . 前記振動板を導電膜と成膜応力が張力である膜との積層膜によって形成す る請求項 2記載のィンクジェッ トへッ ドの製造方法。
8 . N i層と窒化珪素層とを積層して前記振動板を形成する請求項 3記載のィ ンクジエツ トへッ ドの製造方法。
9 . 前記振動板を成膜応力が張力である導電膜によって形成する請求項 2記載 のインクジヱッ トへッ ドの製造方法。
1 0 . P tを堆積して前記振動板を形成する請求項 9記載のインクジェッ トへ ッ ドの製造方法。
1 1 . 前記犠牲層を有機膜により形成して、 犠牲層エッチングをドライエッチ ングにより行う請求項 2記載のィンクジェッ トへッ ドの製造方法。
1 2 . 電極ガ 'ス基板に前記個別電極を形成し、 その個別電極を絶縁膜で覆い、 絶縁膜の上に犠牲層を形成し、 その上に振動板を形成し、 前記個別電極と前記 個別電極との間の所定位置の振動板の支持部に窓部を形成し、 その窓部を通じ て犠牲層をエッチングして静電ァクチユエ一夕構造を形成し、 その後、 全面に N iを堆積した後にパ夕一ニングして隔壁基部を形成して前記窓部を閉塞し、 この隔膜基部上に N i電錶でキヤビティ隔壁を形成して、 その上にノズルプレ —トを接合する請求項 2記載のィンクジエツ トへッ ドの製造方法。
1 3 . 請求項 2乃至 1 2のいずれかに記載のィンクジエツ トへッ ドの製造方法 により製造されたインクジエツ トへッ ドを搭載したインクジエツ ト記録装置。
1 4 . 請求項 2乃至 1 2のいずれかに記載のィンクジエツ トへッ ドの製造方法 により製造されたラインプリン夕用のインクジエツ トへッ ドを搭載したインク ジエツ ト記録装置。
1 5 . 複数のノズル孔と、 該ノズル孔の各々に連通する独立した吐出室と、 該 吐出室の一部を構成し導電性を有する振動板と、 該振動板に空隙をもって対向 する個別電極とを有し、 前記振動板と該個別電極との間に電圧を印加して該振 動板を変形させることにより、 前記ノズル孔ょり前記吐出室内のィンクを記録 紙に向け吐出するインクジエツ トへッ ドにおいて、 前記個別電極上に絶縁膜を 形成してなるインクジエツ トへヅ ド。
補正書の請求の範囲
[1 999年 4月 20日 （20. 04. 99 ) 国際事務局受理：出願当初の請求の範囲 1 5は補正 された；他の請求の範囲は変更なし。 （ 1頁） ]
14. 請求項 2乃至 12のいずれかに記載のィンクジエツ トへッ ドの製造方法 により製造されたラインプリン夕用のインクジエツ トへッ ドを搭載したインク ジエツ ト記録装置。
1 5. (補正後） 前記個別電極上に絶縁膜を形成してなる請求項 1記載のイン クジエツ トへッ ド。
補正された用紙 （条約第 19条）
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