JP3879117B2

JP3879117B2 - インクジェット記録ヘッドの製造方法

Info

Publication number: JP3879117B2
Application number: JP2001548287A
Authority: JP
Inventors: 修司小池; 義明坂本; 知久新海; 成元大谷; 俊彦長田; 和明栗原
Original assignee: 富士フイルムホールディングス株式会社
Priority date: 1999-12-24
Filing date: 1999-12-24
Publication date: 2007-02-07
Anticipated expiration: 2019-12-24
Also published as: DE69935462T2; DE69926813T2; EP1504903B1; DE69935462D1; US20030015492A1; WO2001047716A1; EP1258357A1; EP1258357B1; EP1258357A4; EP1504903A1; DE69926813D1; KR20020097144A; US6769177B2; KR100566846B1

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、インクジェット記録ヘッドの製造方法に係り、特にイオンミリング等の薄膜形成技術を使用するインクジェット記録ヘッドの製造方法に関する。
【０００２】
ワイヤを磁気駆動し、インクリボン又は用紙を介してプラテンに押圧することで印字を行うワイヤ駆動型のプリンタヘッドが従来では一般的である。しかし、このプリンタヘッドは消費電力が大きく、騒音の発生及び解像度が低い等、多くの欠点を有しており満足できるプリンタ装置ではなかった。
【０００３】
そこで、近年では圧電素子又は熱により発生する気泡を利用したインクジェット記録ヘッドを搭載したプリンタ装置が案出されてきている。このインクジェット記録ヘッドは少ない消費電力で駆動でき、解像度が高く、しかも騒音を発しないので、好ましいプリンタ装置として注目されている。
【０００４】
【背景技術】
上記インクジェット記録ヘッドは、基本的にノズル、インク室、インク供給系、インクタンク、圧力発生部等の構成を備えている。インクジェット記録ヘッドを利用するプリンタ装置では、圧力発生部で発生した変位を圧力としてインク室に伝達することによってノズルからインク粒子を噴射させ、紙等の記録媒体上に文字や画像を記録する。
【０００５】
従来知られている方式では、インク室の外壁片面に圧力発生部としての薄板状の圧電体を接着している。この圧電体にパルス状の電圧を供給することで、圧電体と上記インク室外壁とから成る複合板が撓む。この撓みによって生じた変位をインク室内に加わる圧力としてインクの噴射を行う。
【０００６】
図１は従来のプリンタ装置１のインクジェット記録ヘッド１０の周辺概要図、図２はこのインクジェット記録ヘッド１０の概要構成を示す斜視図である。
【０００７】
図１において、インクジェット記録ヘッド１０はキャリッジ２の下面に取り付けてある。インクジェット記録ヘッド１０は送りローラ３と排出ローラ４との間に位置して、プラテン５に対向している。キャリッジ２はインクタンク６を有し、図１の紙面に垂直な方向に移動可能に設定されている。用紙７はピンチローラ８と送りローラ３とによって挟まれ、さらにピンチローラ９と排出ローラ４とによって挟まれ、Ａ方向に搬送される。インクジェット記録ヘッド１０が駆動され、キャリッジ２が紙面に垂直な方向に移動されて、インクジェット記録ヘッド１０が用紙７に印刷を行う。印刷された用紙７はスタッカ２０内に収容される。
【０００８】
上記インクジェット記録ヘッド１０は図２に示されるように、圧電体１１と、この圧電体１１上に形成された個別電極１２と、ノズル１３が設けられたノズル板１４と、このノズル板１４共にノズル１３に対応するインク室１５を形成する金属又は樹脂からなるインク室壁１７と、振動板１６等で構成されている。
【０００９】
インク室１５に対してノズル１３及び振動板１６が対向した位置にあり、インク室１５の周辺と対応する振動板１６の周辺は強固に接続され、圧電体１１がそれぞれ対応する部分の振動板１６を図２で点線に示すように変位させる。この圧電体１１への電圧印加は、プリンタ装置本体からの電気信号を圧電体１１に図示しないプリント基板を介して個別に供給される。電圧が供給された圧電体１１は伸縮し、これよりインク室１５内生じた圧力によってインクを噴射することにより記録媒体に印字等の処理を行う。
【００１０】
上述したような図２に示した従来のインクジェット記録ヘッド１０上への圧電体１１の形成は、インク室１５に対応する位置に板状の圧電素子を接着するか、又は先ず複数のインク室１５に跨る圧電素子を接着し、後に各インク室１５に対応するように圧電素子を分割していた。
【００１１】
このように製造される従来のインクジェット記録ヘッド１０で、小型化を図るために薄い圧電素子（＜５０μｍ）を使用すると、接着に使用された接着剤の厚さのばらつきが圧電素子の変位量をばらつかせインクヘッドの特性を悪くしていた。また、この種の圧電素子は接着時に割れが発生するという問題も有していた。
【００１２】
そこで、本件発明者等は上記問題を解決するものとして薄膜形成技術利用したインクジェット記録ヘッドの製造法を提案しているがこれについても未だ改善すべき点がある。
【００１３】
【発明の開示】
すなわち、本発明の主な目的は薄膜形成技術を用いるインクジェット記録ヘッドの製造方法に関し、更なる改善を行って高精度化及び小型化を図りつつ低コストでの実施が可能なインクジェット記録ヘッドの製造方法を提供することである。
【００１４】
上記の目的は、薄膜形成技術を用いて基板上に電極層に続けて圧電体層を形成する工程と、イオンミリングにより上記電極及び上記圧電体層とを同時にエッチングして、インク吐出エネルギーを発生させるためのエネルギー発生素子を形成する工程と、上記イオンミリングにより削り取られた電極層及び圧電体層を含む混合微細粉が堆積して形成したフェンスを除去する工程とを含み、前記フェンスを除去する工程ではイオンミリングが行われ、該イオンミリングにおけるイオンミリング角度は、前記エネルギー発生素子を形成した後のレジスト高さを含む壁高さと対角に位置するイオンミリング形成での底とを結ぶ直線が鉛直方向と成す角を最大としてこれより５°小さい角度の範囲内で設定されることを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法、により達成される。
【００１５】
本発明において、イオンミリングを用いて電極層及び圧電体層を同時にエッチングするので一体性のあるエネルギー発生素子を形成することができる。
【００１６】
しかも、イオンミリングによるエッチングでは広い面積の加工が可能であり、エッチングの異方性が高い。よって、エネルギー発生素子の形状を自由に設計でき、そのエッチングされた断面は垂直的であり不要なテーパ部等が形成されることもない。
【００１７】
上記イオンミリングにより発生する混合微細粉の堆積がエネルギー発生素子にも形成されることにもなるが、これを除去する工程によってエネルギー発生素子の周辺を十分に平滑化してから後の製造工程を行うことができ、適性なエネルギー発生素子を有するインクジェット記録ヘッドを製造することができる。
【００１８】
前記フェンスを除去する工程ではイオンミリングを用いて堆積した混合微細粉を除去することができる。
【００１９】
ここでのイオンミリング角度は、前記エネルギー発生素子を形成する工程におけるイオンミリング角度より大きくすることが好ましい。
【００２０】
前記フェンス除去工程におけるイオンミリング角度は下記式より求められるθからθ−５°であり、前記エネルギー発生素子を形成する工程におけるイオンミリング角度は０°から４５°とすることが好ましい。
【００２１】
フェンス除去のためのイオンミリング角度は、素子列間隔、パターンレジスト厚（壁高さ）、パターン開口幅等で異なり、各々の寸法に応じた最適イオンミリング角度が決定される。例えばアルゴンガス（Ａｒ）照射における最大角の決定は開口部深さ（レジストパターン表面からイオンミリングした底まで）と幅による次式、 θ＝ａｒｃｔａｎ（幅／深さ）で決定される。
【００２２】
すなわち、フェンス除去のためのイオンミリングの角度設定は０°から上記式のθまでとなり、好ましくはθ（最大）からθ−５°程度となる。なお、このフェンス除去ためのイオンミリングでもパターン形成のためのイオンミリングと同様に削れることから照射角を立て過ぎる（０°に近くすること）と底部が削れて逆にフェンスの発生を誘発する虞がある。
【００２４】
また、前記エネルギー発生素子を形成する工程において、振動板を補強する補助枠体を形成することができる。また、前記エネルギー発生素子が形成された一方の本体部と、ノズル板が設けられた他方の本体部とを、前記エネルギー発生素子のアライメントマークと前記ノズル板に形成されたアライメントマークを用いて接合することができる。
【００２５】
【発明の実施をするための最良の形態】
本発明は、本発明者等が先に提案した薄膜形成技術を用いたインクジェット記録ヘッドの改善に関するものである。本発明の理解のために、先に本発明者等が提案したインクジェット記録ヘッド及び本発明で改善しようとする点を説明し、その後本発明について具体的に説明する。
（先に提案した発明）
本発明者等は全く新しい観点からより小型化したインクジェット記録ヘッドを供給すべく、鋭意検討を行い薄膜形成技術を使用して製造するインクジェット記録ヘッドを案出し、これについては出願中（特願平１０−２９７９１９号）である。この発明について簡単に説明する。図３（Ａ）から図３（Ｈ）は本発明者等が先に案出した一例であるインクジェット記録ヘッド３０の製造工程を示す図である。
【００２６】
インクジェット記録ヘッド３０は図３（Ａ）から（Ｈ）に示す工程を経て製造される。酸化マグネシウム（ＭｇＯ）基板４０上にスパッタリングによって白金（Ｐｔ）膜よりなる電極層３１を形成し、この電極層３１をパターニングして分割し、個別化された電極層（以下、個別電極と称す）３８を形成する（図３（Ａ）、（Ｂ））。次いで、この上に圧電体層３２をスパッタリングして形成する（図３（Ｃ））。圧電体層３２を個別電極３８と対応させてパターニングして分割する。これにより個別化された圧電体層（以下、圧電体と称す）３３と個別電極３８との積層体から成り、インクを吐出するためのエネルギー発生部となるエネルギー発生素子３７を形成する（図３（Ｄ））。次に、ＭｇＯ基板４０の上面にポリイミド層４１を形成して平坦化する（図３（Ｅ））。次いで、その上面にクロム（Ｃｒ）をスパッタリングしてＣｒスパッタリング膜である振動板３４を形成する（図３（Ｆ））。次いで、振動板３４上にドライフィルム４２を貼り、このドライフィルム４２のうちでエネルギー発生素子３７に対応する位置でマスクを用いて露光・現像を行うことにより圧力室３５を形成する（図３（Ｇ））。最後に、エッチングによってＭｇＯ基板４０を除去する。このようにインクジェット記録ヘッド３０の上部半体３０Ａが形成される。さらに圧力室３５の下半分の凹部、各圧力室３５に対応したノズル等を備えたノズル板４４を有する下部半体３０Ｂを上部半体３０Ａと接合してインクジェット記録ヘッド３０が完成する（図３（Ｈ））。
【００２７】
さらに、本発明者等は上記インクジェット記録ヘッド３０に関して、振動板３４の亀裂発生を防止するために、例えば図４に示すように振動板３４に補強部材３９を設ける発明を行い、これについても出願中（特願平１０−３７１０３３号）である。
【００２８】
しかしながら、薄膜形成技術を利用してインクジェット記録ヘッドを製造する技術は新規なものであり、上記インクジェット記録ヘッド３０に関しても改善すべき点が未だ存在している。
【００２９】
すなわち、図３（Ａ）から図３（Ｈ）に示した製造工程においては、基板４０上にスパッタリングによってＰｔ膜３１を成膜し、このＰｔ膜３１を分割して個別電極３８を形成していた（図３（Ａ）、（Ｂ））。この図３（Ｂ）の積層体に圧電体層３２をスパッタリングして全面に形成し（図３（Ｃ））、この圧電体層３２をウエットエッチングにて分割して圧電体３３とし、個別電極３８と圧電体３３との積層体であるエネルギー発生素子３７を形成していた（図３（Ｄ））。したがって、２度のパターニング処理を行い、さらにエネルギー発生素子３７を形成させるために個別電極３８と圧電体３３とが確実に重なるように位置決めする。
【００３０】
さらに、上記パターニングにはウエットエッチングを使用していたために、等方的なエッチングが行われ圧電体３３の周部に傾斜したテーパ部分が形成された。個別電極３８（上部電極）と振動板３４（下部電極）に接して変位を発生する圧電体３３の周部にこのテーパ部は存在し、電圧が印加されない非変位部分となる。よって、圧電体３３の変位量が抑制されてしまう。
（本発明で改善しようとする点）
本発明者等はイオンミリングを使用してパターニングを行うことで、前述した２度のパターニング工程、個別電極３８と圧電体３３との位置決め、圧電体３３の周部に発生するテーパ部等に関して改善できることを確認した。
【００３１】
すなわち、イオンミリングはエッチング異方性が高く、電極層３１と圧電体層３２を同時に加工することも可能である。よって、基板４０上に電極層３１と圧電体層３２を順次形成して、その後イオンミリングにより積層状態にある電極層３１と圧電体層３２のエッチングを同時に行えば個別電極３８と圧電体３３からなるエネルギー発生素子３７を１回のパターニング工程で形成でき、しかも上記位置ずれも解消されて、高精度にエネルギー発生素子を製造することができる。
【００３２】
ところが、イオンミリングを利用するとこの時削り取られた電極層３１及び圧電体層３２或いは基板４０までイオンミリングされた時にはこれも含んだ混合微細粉が周辺に堆積して固化し、壁状の堆積物（以下、フェンスと称す）が発生した。
【００３３】
図５はエネルギー発生素子３７周辺部に形成されたフェンスＦを模式的に示す図である。イオンミリングによる処理では残すべき積層部分にレジストＲを載せて保護した後、アルゴンガスを高速で叩きつけ不要部分を除去する。この処理により残され、分割された部分は後にインクジェット記録ヘッドのインクを噴射させるエネルギー発生部となる。既に説明したように、この部分は個別電極３８と圧電体３３の積層体であり、本明細書ではエネルギー発生素子３７として説明している。
【００３４】
さて、基板４０上に形成された電極層３１と圧電体層３２とからなる積層体に必要なレジストＲを載せてイオンミリングを行うと、削り取られた電極層３１、圧電体層３２及び基板４０の混合微細粉が固化し、フェンスＦを形成する。このフェンスＦは図５に示すように主に長手方向の端部に発生して付着する。
【００３５】
なお、図５はイオンミリングがなされ、レジストＲを除去した後のフェンスＦの様子を示している。イオンミリングの処理がされた直後ではレジストＲが保護した部分の上面に存在している。レジストＲが存在する状態は、その一部を点線で示したように、レジストＲを上部側の支持壁としてフェンスＦの堆積が進む。
【００３６】
図３（Ａ）から図３（Ｈ）で説明したように、イオンミリング処理において、インクジェット記録ヘッド３０を製造するには絶縁膜としてのポリイミド層４１等の形成、振動板３４の成膜等さらに多くの工程が続く。特にポリイミド層４１と振動板３４の形成では平滑性が要求される。又フェンスＦが付着したエネルギー発生素子１３２は変位量を抑制されることになる。
（本発明の説明）
以下、上記した点を改善した本発明を説明する。
【００３７】
本発明では薄膜形成技術を用いるインクジェット記録ヘッドの製造工程において、基板上に形成された電極層と電圧体層からなる積層体をイオンミリングによるエッチングを行い分割してエネルギー発生素子を形成し、その際に発生するフェンスＦを除去する工程を含んでいる。
【００３８】
以下図面に基づいて、インクジェット記録ヘッドの製造方法を具体的に説明する。図６（Ａ）から図６（Ｍ）は実施例のインクジェット記録ヘッドの製造工程について示している。
【００３９】
インクジェット記録ヘッドを製造するには、先ず図６（Ａ）に示されるように基板１２０を用意する。基板としては従来知られた種々の材料を使用することができるが、本実施例では基板１２０として厚さ約０．３ｍｍの酸化マグネシウム（ＭｇＯ）単結晶体を用いている。
【００４０】
この基板１２０上に、薄膜形成技術の１つであるスパッタリング法を使用して、約０．１μｍの電極層１２１及び約２μｍの圧電体層１２２を順次成膜する。具体的には、先ず図６（Ｂ）に示すように基板１２０上に電極層１２１を形成し、続いて図６（Ｃ）に示すように電極層１２１上に圧電体層１２２を形成する。なお、本実施例では電極層としては白金（Ｐｔ）、圧電体層としてＰＺＴ（ｌｅａｄｚｉｒｃｏｎａｔｅｔｉｔａｎａｔｅ）を使用している。
【００４１】
次に、上記電極層１２１及び圧電体層１２２からなる積層体を圧力室となる位置に対応して形成するようにイオンミリングによるエッチングを行う。この時使用するイオンミリングパターンをドライフィルムレジスト（以下、ＤＦレジストと記す）にて形成する。
【００４２】
図６（Ｄ）はＤＦレジストパターンを形成した状態を示している。本実施例では、後に示されるエネルギー発生素子１３２を形成させる位置１５７及び後にしめされる振動板１２３を補強するために設ける補助枠体１３９を形成させる位置１５９を残す部分として厚さ約１５μｍのＤＦレジスト１５０で保護している。なお、本実施例ではＤＦレジスト１５０として、ＦＩ２１５（東京応化製：アルカリタイプレジスト）を用い、２．５Ｋｇｆ／ｃｍ・１ｍ／ｓ・１１５℃でラミネートした後、ガラスマスクで１２０ｍＪの露光を行い、６０℃・１０ｍｉｎの予備加熱、室温までの冷却を行った後、１ｗｔ．％のＮａ_２ＣＯ_３溶液での現像を行いパターンを形成した。
【００４３】
次に、図６（Ｅ）に示すように図６（Ｄ）の積層体１００Ａにエネルギー発生素子１３２を形成させるためイオンミリング装置１６０内でイオンミリング処理を行った。イオンミリング装置１６０内は高真空とされ、熱線（フィラメント）からの熱電子放電をアルゴン（Ａｒ）等のガスに当ててイオンを発するイオン源を有し、このイオン源からのイオンを平行なビーム状にして試料に照射してエッチングを行う装置である。また、図６（Ｅ）にはその駆動手段は示されていないが、イオンミリング装置１６０内の試料を設置するホルダー１６１は回転可能であり、さらにホルダー１６１の傾きを変えてイオンビームの照射角度（イオンミリング角度）を変更できるようなっている。
【００４４】
本実施例では、基板１２０を銅ホルダー１６１に熱伝導性の良好なグリスにて固定し、イオンミリング角度約１５度でアルゴン（Ａｒ）ガスのみを用いて約７００Ｖでイオンミリングを行った。
【００４５】
なお、ここでのイオンミリング角度は積層体１００Ａの垂線Ｖとアルゴンガスが照射される方向とがなす角度である。図６（Ｅ）にはこの関係が理解し易いように、左側に概念図を示している。
【００４６】
上記イオンミリングの結果、図６（Ｆ）で示す状態となった。イオンミリング部分の深さ方向のテーパ角は積層体面に対して８５度以上の垂直性を有していた。このイオンミリングによりＤＦレジスト１５０の位置１５７の下にはエネルギー発生素子１３２が形成され、位置１５９の下には補助枠体１３９が形成された。
【００４７】
その一方で、このイオンミリング処理によりエネルギー発生素子１３２の長手方向の端面及び補助枠体１３９の内壁のうちでエネルギー発生素子１３２が存在しない領域にフェンスＦが形成された。図６（Ｆ）の状態からＤＦレジストを除去すると、フェンスＦがエネルギー発生素子１３２と補助枠体１３９から突出した状態で残ることになる（前記図５参照）。このフェンスＦを除去なければならない。平滑性が要求される後の振動板１２３の形成に悪い影響を及ぼし、又エネルギー発生素子１３２の変位量を抑制することになるからである。
【００４８】
そこで、本実施例では発生したフェンスＦを除去するために、図６（Ｇ）に示すように図６（Ｆ）のＤＦレジスト１５０を上面に載せた積層体１００Ｂに再度イオンミリングの処理を行った。ここでのイオンミリングの処理はフェンスＦを除去する手段として機能する。
【００４９】
即ち、上記図６（Ｅ）でのイオンミリングによる処理では積層体１００Ａにエネルギー発生素子１３２等を形成させるために積層体１００Ａの面に対して直角に近い角度でアルゴンガスを照射していたが、ここでのイオンミリング処理ではイオンミリング角度を直角より寝かせた状態でアルゴンガスを照射しフェンスＦを除去する。図６（Ｇ）で示されるフェンスＦ除去のためのイオンミリング角度は好ましくは約４５°から約８１°であり、より好ましくは約７６度から約８１°である。この範囲のイオンミリング角度であれば、露出した基板１２０をさらにエッチングしてしまうことがなくフェンスＦの除去のためのエッチングとすることができる。但し、イオンミリング角度が８１度を超えるとフェンスがレジストパターンの影となりアルゴンが照射されなくなる。なお、本実施例では電極層が約０．１μｍ、圧電層が約２μｍ、ＤＦレジストが約１５μｍ、ノズルピッチが約１／１５０インチ、形成されるエネルギー発生素子１３２の幅が約８０μｍの場合であり、イオンミリング角度は８１度である。
【００５０】
また、本実施例でＰＺＴのイオンミリング速度を１００とした場合、用いたレジスト（Ｆ１２１５、１５μｍ）は６５％の速度で削られることを実験で確認している。例えば２μｍの深さをイオンミリングするとレジストは１．３μｍに薄くなる。
【００５１】
実施例のパターンで１／１５０インチピッチ（約１６９μｍ）でＰＺＴを８０μｍとすると、イオンミリング幅は８９μｍ、レジスト厚さは前述したように初期段階で１５μｍであったので、加工後は１３．７μｍとなる。前述したθを求める式からフェンス除去の最大角を算定すると８０．９°となる。しかし、レジスト厚さのばらつき等を考慮して−５°程度とすると最適フェンス除去角度は約７６°（小数点以下の角度は設定できない）となる。
【００５２】
また、例えば素子ピッチが１／３００インチピッチ（約８４．７μｍでこの時の最適ＰＺＴ幅を４０μｍとする）場合について上記と同様のことを行うとすると、パターン形成におけるイオンミリング角度は約０°から約５６°で好ましくは４５°以下であり、フェンス除去のための角度は約６８°となる。
【００５３】
なお、図６（Ｇ）においてもイオンミリング角度が理解し易いように、左側に概念図を示している。
【００５４】
上記のようにフェンスＦ除去の処理がされ、ＤＦレジスト１５０を除去した状態を示したのが図６（Ｈ）である。基板１２０上にエネルギー発生素子１３２と補助枠体１３９が形成されている。エネルギー発生素子１３２は圧電体１２７と個別電極１２６の積層体である。
【００５５】
この後、図６（１）に示すように、振動板１２３を平坦に形成するためと、イオンミリングされた部分での絶縁を行うために、平坦化絶縁層１５２を形成する。
【００５６】
次に、図６（Ｊ）に示すように、振動板１２３をスパッタリング法にて成膜して、インク吐出のためのエネルギー発生部となるエネルギー発生素子１３２と振動板１２３との積層部が形成される。なお、振動板１２３の材質としてＮｉ−Ｃｒ，Ｃｒを使用することができる。
【００５７】
上記のように、イオンミリングを含む薄膜形成技術を用いて各層１２１から１２３の形成処理が終了すると、続いて図６（Ｋ）に示すように、各層１２１から１２３の各エネルギー発生素子１３２に対応する位置に圧力室開口部を形成する。本実施では溶剤型のドライフィルムレジストを用いて形成した。ここで用いたドライフィルムレジストはＰＲ−１００シリーズ（東京応化製）で、２．５Ｋｇｆ／ｃｍ・１ｍ／ｓ・３５℃でラミネートした後、ガラスマスクを用いて、前述したイオンミリング時の圧電体層１２２（及び電極層１２１）パターン内のアライメントマークを用いてアライメント及び１８０ｍＪの露光を行い、６０℃・１０ｍｉｎの予備加熱、室温までの冷却を行った後、Ｃ−３、Ｆ−５溶液（東京応化製）での現像を行いパターンを形成した。
【００５８】
一方、図６（Ｌ）に示すように、圧力室１２９を有した他方の本体部１４２ｂ及びノズル板１３０は、上記した工程と別工程を実施することにより形成される。圧力室１２９を有した本体部１４２ｂはノズル板１３０（図示せぬアライメントマークが付されている）にドライフィルム（東京応化製、溶剤型ドライフィルムＰＲシリーズ）をラミネート、露光及び現像を必要回数繰返すことにより形成される。
【００５９】
具体的な本体部１４２ｂの形成方法は、次の通りである。すなわち、ノズル板１３０（厚さ約２０μｍ）上にノズル１３１（２０μｍ径、ストレート穴）まで圧力室１２９からインクを誘導し、且つインクの流を一方に揃えるための導通路１４１（６０μｍ径、深さ６０μｍ）のパターンをノズル板１３０のアライメントマークを用いて露光し、続いて圧力室１２９（幅約１００μｍ、長さ約１７００μｍ、厚さ約６０μｍ）をインク通路１３３と同様にノズル板１３０のアライメントマークを用いて露光し、その後１０ｍｉｎの自然放置（室温）と加熱硬化（６０℃、１０ｍｉｎ）を行い、溶剤現像によりドライフィルムの不要部分を除去した。
【００６０】
上記のように形成されたノズル板１３０が設けられた本体部１４２ｂは図６（Ｌ）に示すように、エネルギー発生素子１３２を有する一方の本体部１４２ａに接合される。この際、圧力室１２９の部分では本体部１４２ａと１４２ｂが精度良く対向するように接合処理される。接合はエネルギー発生素子１３２のアライメントマークとノズル板１３０に形成したアライメントマークを用い、荷重１５Ｋｇｆ／ｃｍ^２で８０℃・１時間の予備加熱、本接合を１５０℃・１４時間行い、自然冷却した。
【００６１】
続いて、エネルギー発生部となるエネルギー発生素子１３２が振動できるように基板１２０の駆動部分に当たる領域の除去をおこなう。ノズル板１３０が下側になるように基板１２０を上下反転すると共に、この基板１２０の略中央部分をウエットエッチングにより除去することにより開口部１２４を形成する。
【００６２】
この開口部１２４の形成位置は、少なくともエネルギー発生素子１３２により振動板１２３が変形する領域と対応するように選定される。このように基板１２０を除去して開口部１２４を形成することにより、図６（Ｍ）に示すように個別電極１２６（エネルギー発生素子１３２）は開口部１２４を介して基板１２０から露出した構成となる。
【００６３】
上記のように本実施例によれば、基板１２０上にイオンミリングを用いて、電極層１２１と圧電体層１２２を同時にエッチングするために、結晶性が良く、位置ずれのないエネルギー発生素子１３２を有するインクジェット記録ヘッド１００を製造することができる。
【００６４】
そして、イオンミリングによりエネルギー発生素子１３２を形成するとエネルギー発生素子１３２の端部にもフェンスＦが付着するる。しかし、このフェンスＦはエネルギー発生素子１３２を形成するために使用した装置でイオンミリング角度を変えたイオンミリング処理によって除去することができる。よって、本実施例は簡単に実施することができ、その設備はエネルギー発生素子１３２を形成するために使用したものをそのまま使用することができるので製造コストが上昇することもない。
【００６５】
なお、上記製造工程を通して製造されたインクジェット記録ヘッド１００について説明したが、その構造を斜視図で示す図７に基づき説明する。
【００６６】
インクジェット記録ヘッド１００は、概略すると基盤１２０、振動板１２３、本体部１４２、ノズル板１３０及びエネルギー発生素子１３２等により構成されている。
【００６７】
本体部１４２はドライフィルムを積層した構造を有しており、その内部に複数の圧力室１２９（インク室）と、インクの供給路となるインク通路１３３が形成されている。また、この圧力室１２９の図中上部は開放部とされると共に、下面にインク導通路１４１が形成されている。
【００６８】
また、本体部１４２の図中下面にはノズル板１３０が配設されると共に、上面には振動板１２３が配設されている。ノズル板１３０は例えばステンレスよりなり、インク導通路１４１と対向する位置にノズル１３１が形成されている。
【００６９】
また、振動板１２３は例えばクロム（Ｃｒ）により形成された可撓性を有する板状材であり、その上には基板１２０及びエネルギー発生素子１３２が配設されている。基板１２０の中央位置には開口部１２４が形成されている。エネルギー発生素子１３２は、この開口部１２４により露出された振動板１２３上に形成されている。
【００７０】
エネルギー発生素子１３２は、上記振動板１２３（下部共通電極としても機能する）上に形成された個別電極１２６及び圧電体１２７の積層体により構成されている。このエネルギー発生素子１３２は本体部１４２に複数形成されている圧力室１２９の形成位置と対応する位置に形成されている。
【００７１】
個別電極１２６は圧電体１２７の上面に形成されている。また、圧電体１２７は電圧を受けると電圧効果を発生させる結晶体であり、本実施例ではＰＺＴ（ｌｅａｄｚｉｒｃｏｎａｔｅｔｉｔａｎａｔｅ）である。本例では各圧力室１２９の形成位置に圧電体１２７が独立して形成された構造となっている。
【００７２】
上記構成とされたインクジェット記録ヘッド１００において、共通電極としても機能する振動板１２３と個別電極１２６との間に電圧を印加すると、圧電体１２７は圧電効果により歪みを発生させる。このように圧電体１２７に歪みが発生すると、これに伴ない振動板１２３も変形する。
【００７３】
この時の圧電体１２７に発生する歪みは、振動板１２３が図中破線で示すように変形する。すなわち圧力室１２９に向け突出して変形するように構成されている。よって、圧電体１２７の歪みに伴なう振動板１２３の変形により、圧力室１２９内のインクは加圧され、インク導通路１４１及びノズル１３１を介して外部に吐出され、これにより用紙等の記録媒体に印刷が行われる。
【００７４】
前述したインクジェット記録ヘッドの製造工程で示した、図６（Ｇ）ではイオンミリングによりフェンスＦを除去する例を示したがフェンスＦの除去手段はこれに限るものではない。
【００７５】
図８（Ａ）及び図８（Ｂ）はフェンスＦを除去する工程で使用可能な他の手段を示している。
【００７６】
図８（Ａ）はフェンスＦを除去する工程で使用する手段としてＣＭＰ（化学機械研磨：ｃｈｅｍｉｃａｌｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法を使用する例を示している。図８（Ａ）で図６（Ｆ）の積層体１００Ｂが研磨パッド２００によりフェンスＦを平坦化する様子が示されている。ここで使用される研磨パッド２００としてポリウレタンシートや不織布を使用することができる。研磨剤としてはシリカ、アルミナ等の研磨砥粒をｐＨ調整剤を含んだ水に混合したスラリーを準備し、このスラリーを流しながら、積層体１００Ｂと研磨パッド２００を互いに回転させながら研磨する。
【００７７】
図８（Ｂ）はフェンスＦを除去する工程で使用する手段としてさらに他のウエットエッチング法を使用する例を示している。図８（Ｂ）で図６（Ｆ）の積層体１００Ｂがエッチング液３００に浸漬される様子が示されている。ここで使用されるエッチング液３００として硝酸等を使用することができる。
【００７８】
ウエットエッチングでは等方性のエッチングがなされるが、フェンスＦの除去のためのエッチングは短時間であり、エッチングされるのは少量である。また、積層体１００Ｂの上面にはＲＦレジスト１５０が載っている。よって、前述したように好ましい断面を有するエネルギー発生素子１３２がこのウエットエッチングにより食刻され、傷つくということもない。
【００７９】
以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、後述の請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００８０】
以上、詳述した本発明によれば、薄膜形成技術を用いたインクジェット記録ヘッドで、イオンミリングを使用して電極層及び圧電体層を同時にエッチングするので一体性のあるエネルギー発生素子を小型、高精度に形成することができると共に、イオンミリングによりネルギー発生素子に付着するフェンスはフェンス除去工程で除去されるので平滑化してから絶縁膜、振動板を形成できる。よって、小型かつ高精度のインクジェット記録ヘッドを高い歩留まりで製造することができ、コストの低減を図ることができる。
【００８１】
そして、特にフェンス除去工程でイオンミリングを用いる場合、エネルギー発生素子を形成する時に使用する設備をそのまま使用し、イオンミリング角度を変えるだけで実施できる。よって、短時間、低コストでの除去工程とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のプリンタ装置のインクジェット記録ヘッドの周辺概要を示す図である。
【図２】図１のインクジェット記録ヘッドの概要構成を示す斜視図である。
【図３（Ａ−Ｃ）】本発明者等が先に案出した一例であるインクジェット記録ヘッドの製造工程を示す図である。
【図３（Ｄ−Ｅ）】同じく、インクジェット記録ヘッドの製造工程を示す図である。
【図３（Ｆ−Ｇ）】同じく、インクジェット記録ヘッドの製造工程を示す図である。
【図３（Ｈ）】同じく、インクジェット記録ヘッドの製造工程を示す図である。
【図４】本発明者等が先に案出した振動板に補強部材を設けたインクジェット記録ヘッドの一例を示す図である。
【図５】エネルギー発生素子の周辺部に形成されたフェンスＦを模式的に示す図である。
【図６（Ａ）】実施例のインクジェット記録ヘッドの製造工程について示す図である。
【図６（Ｂ）】同じく、インクジェット記録ヘッドの製造工程について示す図である。
【図６（Ｃ）】同じく、インクジェット記録ヘッドの製造工程について示す図である。
【図６（Ｄ）】同じく、インクジェット記録ヘッドの製造工程について示す図である。
【図６（Ｅ）】同じく、インクジェット記録ヘッドの製造工程について示す図である。
【図６（Ｆ）】同じく、インクジェット記録ヘッドの製造工程について示す図である。
【図６（Ｇ）】同じく、インクジェット記録ヘッドの製造工程について示す図である。
【図６（Ｈ）】同じく、インクジェット記録ヘッドの製造工程について示す図である。
【図６（Ｉ）】同じく、インクジェット記録ヘッドの製造工程について示す図である。
【図６（Ｊ）】同じく、インクジェット記録ヘッドの製造工程について示す図である。
【図６（Ｋ）】同じく、インクジェット記録ヘッドの製造工程について示す図である。
【図６（Ｌ）】同じく、インクジェット記録ヘッドの製造工程について示す図である。
【図６（Ｍ）】同じく、インクジェット記録ヘッドの製造工程について示す図である。
【図７】実施例の製造工程により製造されたインクジェット記録ヘッドについてその概要を示す斜視図である。
【図８（Ａ）】他のフェンス除去手段を示す図である。
【図８（Ｂ）】同じく、他のフェンス除去手段を示す図である。

Claims

薄膜形成技術を用いて基板上に電極層に続けて圧電体層を形成する工程と、イオンミリングにより上記電極及び上記圧電体層とを同時にエッチングして、インク吐出エネルギーを発生させるためのエネルギー発生素子を形成する工程と、上記イオンミリングにより削り取られた電極層及び圧電体層を含む混合微細粉が堆積して形成したフェンスを除去する工程とを含み、前記フェンスを除去する工程ではイオンミリングが行われ、該イオンミリングにおけるイオンミリング角度は、前記エネルギー発生素子を形成した後のレジスト高さを含む壁高さと対角に位置するイオンミリング形成での底とを結ぶ直線が鉛直方向と成す角を最大としてこれより５°小さい角度の範囲内で設定されることを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。
前記エネルギー発生素子を形成する工程において、振動板を補強する補助枠体を形成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記録ヘッドの製造方法。
前記エネルギー発生素子が形成された一方の本体部と、ノズル板が設けられた他方の本体部とを、前記エネルギー発生素子のアライメントマークと前記ノズル板に形成されたアライメントマークを用いて接合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記録ヘッドの製造方法。