JP2003220706A

JP2003220706A - インクジェット式記録ヘッド及びその製造方法並びにインクジェット式記録装置

Info

Publication number: JP2003220706A
Application number: JP2002021876A
Authority: JP
Inventors: Katsuto Shimada; 勝人島田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2002-01-30
Filing date: 2002-01-30
Publication date: 2003-08-05

Abstract

(57)【要約】【課題】水分に起因する圧電素子の破壊を防止でき、
且つコストの削減を図ることができるインクジェット式
記録ヘッド及びその製造方法並びにインクジェット式記
録装置を提供する。【解決手段】インクを吐出するノズル開口に連通する
圧力発生室１２が画成される流路形成基板１０と、流路
形成基板１０の一方面側に振動板を介して設けられる下
電極６０、圧電体層７０及び上電極８０からなる圧電素
子３００とを具備するインクジェット式記録ヘッドにお
いて、流路形成基板１０の圧電素子３００側の面に接合
され圧電素子を封止する空間を画成する圧電素子保持部
３１を有する封止基板３０を有し、且つ圧電素子保持部
３１を接合層１１０のみによって外気と遮断すると共に
乾燥状態で封止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インク滴を吐出す
るノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構
成し、この振動板の表面に圧電素子を形成して、圧電素
子の変位によりインク滴を吐出させるインクジェット式
記録ヘッド及びその製造方法並びにインクジェット式記
録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】インク滴を吐出するノズル開口と連通す
る圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧
電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧して
ノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式
記録ヘッドには、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦
振動モードの圧電アクチュエータを使用したものと、た
わみ振動モードの圧電アクチュエータを使用したものの
２種類が実用化されている。

【０００３】前者は圧電素子の端面を振動板に当接させ
ることにより圧力発生室の容積を変化させることができ
て、高密度印刷に適したヘッドの製作が可能である反
面、圧電素子をノズル開口の配列ピッチに一致させて櫛
歯状に切り分けるという困難な工程や、切り分けられた
圧電素子を圧力発生室に位置決めして固定する作業が必
要となり、製造工程が複雑であるという問題がある。

【０００４】これに対して後者は、圧電材料のグリーン
シートを圧力発生室の形状に合わせて貼付し、これを焼
成するという比較的簡単な工程で振動板に圧電素子を作
り付けることができるものの、たわみ振動を利用する関
係上、ある程度の面積が必要となり、高密度配列が困難
であるという問題がある。

【０００５】一方、後者の記録ヘッドの不都合を解消す
べく、特開平５−２８６１３１号公報に見られるよう
に、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧
電材料層を形成し、この圧電材料層をリソグラフィ法に
より圧力発生室に対応する形状に切り分けて各圧力発生
室毎に独立するように圧電素子を形成したものが提案さ
れている。

【０００６】これによれば圧電素子を振動板に貼付ける
作業が不要となって、リソグラフィ法という精密で、か
つ簡便な手法で圧電素子を作り付けることができるばか
りでなく、圧電アクチュエータの厚みを薄くできて高速
駆動が可能になるという利点がある。

【０００７】また、このように圧電素子を圧電材料のス
パッタリングにより構成した場合には、圧電素子が薄い
ため高い電界が印加され易く、大気中の湿気を吸収した
場合には駆動電極間のリーク電流が増加して絶縁破壊に
至るという問題を抱えている。

【０００８】このような問題を解決するために、圧電素
子を封止するための圧電素子保持部を有する封止基板を
圧力発生室が形成される流路形成基板に接合すると共
に、この圧電素子保持部内に乾燥流体等を封入して乾燥
状態とし、圧電素子をこの圧電素子保持部内に封止した
構造が提案されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなインクジェット式記録ヘッドでは、流路形成基板と
封止基板とを接合した後に、圧電素子保持部内の空気を
乾燥流体等と置換して乾燥状態としている。すなわち、
封止基板には圧電素子保持部と外部とを連通する連通孔
が設けられており、流路形成基板と封止基板とを接合後
に、この連通孔から圧電素子保持部内の空気を乾燥流体
等と置換している。このため、構造が複雑になると共
に、製造工程が煩雑でありコストが高くなってしまうと
いう問題がある。

【００１０】本発明は、このような事情に鑑み、水分に
起因する圧電素子の破壊を防止でき、且つコストの削減
を図ることができるインクジェット式記録ヘッド及びそ
の製造方法並びにインクジェット式記録装置を提供する
ことを課題とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の第１の態様は、インクを吐出するノズル開口に連通
する圧力発生室が画成される流路形成基板と、該流路形
成基板の一方面側に振動板を介して設けられる下電極、
圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを具備するイン
クジェット式記録ヘッドにおいて、前記流路形成基板の
前記圧電素子側の面に接合層を介して接合され前記圧電
素子を封止する空間を画成する圧電素子保持部を有する
封止基板を有し、且つ前記圧電素子保持部が前記接合層
のみによって外気と遮断されると共に乾燥状態で封止さ
れていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド
にある。

【００１２】かかる第１の態様では、圧電素子の破壊を
防止でき、且つヘッドの構造が簡略化されているため製
造コストを削減することができる。

【００１３】本発明の第２の態様は、第１の態様におい
て、前記圧電体層は、結晶が優先配向していることを特
徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。

【００１４】かかる第２の態様では、圧電体層が薄膜工
程で成膜された結果、結晶が優先配向している。

【００１５】本発明の第３の態様は、第１又は２の態様
において、前記圧電体層は、結晶が柱状となっているこ
とを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。

【００１６】かかる第３の態様では、圧電体層が薄膜工
程で成膜された結果、結晶が柱状となっている。

【００１７】本発明の第４の態様は、第１〜３の何れか
の態様において、前記圧電体層の厚さが０．５〜５μｍ
であることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドに
ある。

【００１８】かかる第４の態様では、圧電体層の膜厚を
比較的薄くして、ヘッドを小型化することができる。

【００１９】本発明の第５の態様は、第１〜４の何れか
の態様において、前記接合層が低融点ガラスからなるこ
とを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。

【００２０】かかる第５の態様では、接合層を介して圧
電素子保持部内に水分が浸入するのを防止でき、圧電素
子保持部内を乾燥状態に維持できる。

【００２１】本発明の第６の態様は、第５の態様におい
て、前記接合層の厚さが、０．５〜１０μｍであること
を特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。

【００２２】かかる第６の態様では、圧電素子から引き
出される引き出し配線が形成されていても、流路形成基
板と封止基板とを良好に接合できる。

【００２３】本発明の第７の態様は、第５又は６の態様
において、前記接合層を構成する低融点ガラスの軟化点
が、２００℃〜７００℃であることを特徴とするインク
ジェット式記録ヘッドにある。

【００２４】かかる第７の態様では、接合時の加熱によ
り圧電素子を破壊することなく、流路形成基板と封止基
板とをガラス材料によって接合することができる。

【００２５】本発明の第８の態様は、第１〜７の何れか
の態様において、前記圧電素子保持部内に乾燥流体が充
填されていることを特徴とするインクジェット式記録ヘ
ッドにある。

【００２６】かかる第８の態様では、圧電素子保持部内
を確実に乾燥状態として、圧電素子の水分に起因する破
壊を防止できる。

【００２７】本発明の第９の態様は、第１〜７の何れか
の態様において、前記圧力発生室がシリコン単結晶基板
を異方性エッチングすることにより形成され、前記圧電
素子の各層が成膜及びリソグラフィ法により形成された
ものであることを特徴とするインクジェット式記録ヘッ
ドにある。

【００２８】かかる第９の態様では、高密度のノズル開
口を有するインクジェット式記録ヘッドを大量に且つ比
較的容易に製造することができる。

【００２９】本発明の第１０の態様は、第１〜９の何れ
かの態様のインクジェット式記録ヘッドを具備すること
を特徴とするインクジェット式記録装置にある。

【００３０】かかる第１０の態様では、ヘッドの破壊を
防止して、耐久性及び信頼性を向上したインクジェット
式記録装置を実現することができる。

【００３１】本発明の第１１の態様は、インクを吐出す
るノズル開口に連通する圧力発生室が画成される流路形
成基板と、該流路形成基板の一方面側に振動板を介して
設けられる下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素
子と、前記流路形成基板の前記圧電素子側の面に接合さ
れ前記圧電素子を封止する空間を画成する圧電素子保持
部を有する封止基板とを具備するインクジェット式記録
ヘッドの製造方法において、前記流路形成基板の前記圧
電素子側に前記封止基板を接合層によって接合するのと
同時に前記圧電素子保持部を乾燥状態として前記接合層
によって封止する接合封止工程とを有することを特徴と
するインクジェット式記録ヘッドの製造方法にある。

【００３２】かかる第１１の態様では、流路形成基板と
封止基板とを接合する工程と、圧電素子保持内を乾燥状
態として封止する工程とを同時に行うため、製造工程が
簡略化され製造コストが低減される。

【００３３】本発明の第１２の態様は、第１１の態様に
おいて、前記接合封止工程では、前記流路形成基板と前
記封止基板とを所定温度に加熱した状態で接合すること
を特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造方法に
ある。

【００３４】かかる第１２の態様では、所定温度に加熱
することにより雰囲気中の水分が蒸発するため、圧電素
子保持部内を容易に乾燥状態とすることができる。

【００３５】本発明の第１３の態様は、第１１又は１２
の態様において、前記接合封止工程では、前記流路形成
基板と前記封止基板とを乾燥流体雰囲気中で接合するこ
とを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造方法
にある。

【００３６】かかる第１３の態様では、圧電素子保持部
内に乾燥流体が充填されるため、圧電素子保持部を乾燥
状態として封止できる。

【００３７】本発明の第１４の態様は、第１１又は１２
の態様において、前記接合封止工程では、前記流路形成
基板と前記封止基板とを真空中で接合することを特徴と
するインクジェット式記録ヘッドの製造方法にある。

【００３８】かかる第１４の態様では、圧電素子保持部
内が真空状態となるため、圧電素子保持部を実質的に乾
燥状態として封止できる。

【００３９】本発明の第１５の態様は、第１１〜１４の
何れかの態様において、前記接合層が低融点ガラスから
なることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製
造方法にある。

【００４０】かかる第１５の態様では、接合層を介して
圧電素子保持部内に水分が浸入するのを防止でき、圧電
素子保持部内を乾燥状態に維持できる。

【００４１】本発明の第１６の態様は、第１５の態様に
おいて、前記接合層を構成する低融点ガラスの軟化点
が、２００℃〜７００℃であることを特徴するインクジ
ェット式記録ヘッドの製造方法にある。

【００４２】かかる第１６の態様では、接合時の加熱に
より圧電素子を破壊することなく、流路形成基板と封止
基板とをガラス材料によって接合することができる。

【００４３】

【発明の実施の形態】以下に本発明を実施形態に基づい
て詳細に説明する。

【００４４】（実施形態１）図１は、本発明の実施形態
１に係るインクジェット式記録ヘッドを示す分解斜視図
であり、図２は、図１の平面図及び断面図である。

【００４５】図示するように、流路形成基板１０は、本
実施形態では面方位（１１０）のシリコン単結晶基板か
らなる。流路形成基板１０としては、通常、１５０〜３
００μｍ程度の厚さのものが用いられ、望ましくは１８
０〜２８０μｍ程度、より望ましくは２２０μｍ程度の
厚さのものが好適である。これは、隣接する圧力発生室
間の隔壁の剛性を保ちつつ、配列密度を高くできるから
である。

【００４６】流路形成基板１０の一方の面は開口面とな
り、他方の面には予め熱酸化により形成した二酸化シリ
コンからなる、厚さ１〜２μｍの弾性膜５０が形成され
ている。

【００４７】一方、流路形成基板１０の開口面には、シ
リコン単結晶基板を異方性エッチングすることにより、
複数の隔壁１１により区画された圧力発生室１２が幅方
向に並設され、その長手方向外側には、後述する封止基
板３０のリザーバ部３２に連通して各圧力発生室１２の
共通のインク室となるリザーバ１００の一部を構成する
連通部１３が形成され、各圧力発生室１２の長手方向一
端部とそれぞれインク供給路１４を介して連通されてい
る。

【００４８】ここで、異方性エッチングは、シリコン単
結晶基板のエッチングレートの違いを利用して行われ
る。例えば、本実施形態では、シリコン単結晶基板をＫ
ＯＨ等のアルカリ溶液に浸漬すると、徐々に侵食されて
（１１０）面に垂直な第１の（１１１）面と、この第１
の（１１１）面と約７０度の角度をなし且つ上記（１１
０）面と約３５度の角度をなす第２の（１１１）面とが
出現し、（１１０）面のエッチングレートと比較して
（１１１）面のエッチングレートが約１／１８０である
という性質を利用して行われる。かかる異方性エッチン
グにより、二つの第１の（１１１）面と斜めの二つの第
２の（１１１）面とで形成される平行四辺形状の深さ加
工を基本として精密加工を行うことができ、圧力発生室
１２を高密度に配列することができる。

【００４９】本実施形態では、各圧力発生室１２の長辺
を第１の（１１１）面で、短辺を第２の（１１１）面で
形成している。この圧力発生室１２は、流路形成基板１
０をほぼ貫通して弾性膜５０に達するまでエッチングす
ることにより形成されている。ここで、弾性膜５０は、
シリコン単結晶基板をエッチングするアルカリ溶液に侵
される量がきわめて小さい。また各圧力発生室１２の一
端に連通する各インク供給路１４は、圧力発生室１２よ
り浅く形成されており、圧力発生室１２に流入するイン
クの流路抵抗を一定に保持している。すなわち、インク
供給路１４は、シリコン単結晶基板を厚さ方向に途中ま
でエッチング（ハーフエッチング）することにより形成
されている。なお、ハーフエッチングは、エッチング時
間の調整により行われる。

【００５０】また、流路形成基板１０の開口面側には、
各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側で連通
するノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が
接着剤や熱溶着フィルム等を介して固着されている。な
お、ノズルプレート２０は、厚さが例えば、０．１〜１
ｍｍで、線膨張係数が３００℃以下で、例えば２．５〜
４．５［×１０^-6／℃］であるガラスセラミックス、又
は不錆鋼などからなる。ノズルプレート２０は、一方の
面で流路形成基板１０の一面を全面的に覆い、シリコン
単結晶基板を衝撃や外力から保護する補強板の役目も果
たす。また、ノズルプレート２０は、流路形成基板１０
と熱膨張係数が略同一の材料で形成するようにしてもよ
い。この場合には、流路形成基板１０とノズルプレート
２０との熱による変形が略同一となるため、熱硬化性の
接着剤等を用いて容易に接合することができる。

【００５１】ここで、インク滴吐出圧力をインクに与え
る圧力発生室１２の大きさと、インク滴を吐出するノズ
ル開口２１の大きさとは、吐出するインク滴の量、吐出
スピード、吐出周波数に応じて最適化される。例えば、
１インチ当たり３６０個のインク滴を記録する場合、ノ
ズル開口２１は数十μｍの直径で精度よく形成する必要
がある。

【００５２】一方、流路形成基板１０の開口面とは反対
側の弾性膜５０の上には、厚さが例えば、約０．２μｍ
の下電極膜６０と、厚さが例えば、約０．５〜５μｍの
圧電体層７０と、厚さが例えば、約０．１μｍの上電極
膜８０とが、後述するプロセスで積層形成されて、圧電
素子３００を構成している。ここで、圧電素子３００
は、下電極膜６０、圧電体層７０、及び上電極膜８０を
含む部分をいう。一般的には、圧電素子３００の何れか
一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層７
０を各圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。
そして、ここではパターニングされた何れか一方の電極
及び圧電体層７０から構成され、両電極への電圧の印加
により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部という。本
実施形態では、下電極膜６０は圧電素子３００の共通電
極とし、上電極膜８０を圧電素子３００の個別電極とし
ているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支
障はない。何れの場合においても、各圧力発生室毎に圧
電体能動部が形成されていることになる。また、ここで
は、圧電素子３００と当該圧電素子３００の駆動により
変位が生じる振動板とを合わせて圧電アクチュエータと
称する。

【００５３】また、圧電素子３００の上電極膜８０の長
手方向一端部近傍から流路形成基板１０の端部近傍ま
で、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０が延
設されている。そして、このリード電極９０の端部近傍
には圧電素子３００を駆動するための外部配線（図示な
し）が電気的に接続されている。

【００５４】このような圧電素子３００が形成された流
路形成基板１０上には、圧電素子３００に対向する領域
に、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を確
保する圧電素子保持部３１を有する封止基板３０が接合
されており、圧電素子３００はこの圧電素子保持部３１
内に密封されている。この圧電素子保持部３１は、封止
基板３０の一方面側から厚さ方向の一部を除去すること
によって形成されており、圧電素子保持部３１は封止基
板３０の一方面側のみで開口している。そして、詳しく
は後述するが、この圧電素子保持部３１は、流路形成基
板１０と封止基板３０とを接合するための接合層のみに
よって封止され、且つその内部は乾燥状態に維持されて
いる。

【００５５】また、この封止基板３０には、リザーバ１
００の少なくとも一部を構成するリザーバ部３２が設け
られている。このリザーバ部３２は、本実施形態では、
封止基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２の幅
方向に亘って形成されており、上述のように流路形成基
板１０の連通部１３と連通されて各圧力発生室１２の共
通のインク室となるリザーバ１００を構成している。

【００５６】なお、この封止基板３０は、流路形成基板
１０の熱膨張率と略同一の材料等を用いることが好まし
く、本実施形態では、流路形成基板１０と同一材料のシ
リコン単結晶基板を用いて形成した。

【００５７】また、この封止基板３０と流路形成基板１
０とは、本実施形態では、低融点ガラスからなる接合層
１１０によって接合されている。ここで、低融点ガラス
とは、軟化点が圧電素子３００を構成する圧電体層７０
の焼成温度より低い温度、例えば、約２００℃〜７００
℃であるガラスをいう。そして、この低融点ガラスから
なる接合層１１０を加熱して溶融させることによって流
路形成基板１０と封止基板３０とを融着させている。

【００５８】このような接合層１１０の厚さは、特に限
定されないが、上述したように、圧電素子３００の上電
極膜８０の長手方向一端部近傍から圧電素子保持部３１
の外側までリード電極９０が延設されているため、接合
層１１０の厚さは、リード電極９０を厚さと同等又は若
干厚く、例えば、０．５μｍ〜１０μｍ程度で形成され
ていることが好ましい。

【００５９】このように低融点ガラスからなる接合層１
１０を介して流路形成基板１０と封止基板３０とを接合
することにより、圧電素子３００が接合時の熱によって
破壊されることなく、両者をガラス材料によって良好に
接合することができる。

【００６０】また、流路形成基板１０と封止基板３０と
を低融点ガラスからなる接合層１１０によって接合して
いるため、接合層１１０から圧電素子保持部３１内に水
分が浸入することがなく、圧電素子保持部３１内は、常
に乾燥状態が維持される。

【００６１】なお、このような封止基板３０上には、封
止膜４１及び固定板４２とからなるコンプライアンス基
板４０が接合されている。ここで、封止膜４１は、剛性
が低く可撓性を有する材料（例えば、厚さが６μｍのポ
リフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルム）からな
り、この封止膜４１によってリザーバ部３２の一方面が
封止されている。また、固定板４２は、金属等の硬質の
材料（例えば、厚さが３０μｍのステンレス鋼（ＳＵ
Ｓ）等）で形成される。この固定板４２のリザーバ１０
０に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口
部４３となっているため、リザーバ１００の一方面は可
撓性を有する封止膜４１のみで封止されている。

【００６２】また、このリザーバ１００の長手方向略中
央部外側のコンプライアンス基板４０上には、リザーバ
１００にインクを供給するためのインク導入口３３が形
成されている。さらに、封止基板３０には、インク導入
口３３とリザーバ１００の側壁とを連通するインク導入
路３４が設けられている。

【００６３】また、封止基板３０の圧電素子３００に対
応する領域上には、各圧電素子３００を駆動するため
の、例えば、回路基板あるいは駆動回路を含む半導体集
積回路（ＩＣ）等の駆動回路１２０が搭載されている。
そして、この駆動回路１２０は、封止基板３０の圧電素
子保持部３１とリザーバ部３２との間の領域に設けられ
た貫通孔３５を介して延設されたボンディングワイヤ等
からなる駆動配線１３０によって、各リード電極９０と
それぞれ電気的に接続されている（図２（ｂ）参照）。

【００６４】このような本実施形態のインクジェット式
記録ヘッドでは、図示しない外部インク供給手段と接続
したインク導入口３３からインクを取り込み、リザーバ
１００からノズル開口２１に至るまで内部をインクで満
たした後、駆動回路１２０からの記録信号に従い、圧力
発生室１２に対応するそれぞれの下電極膜６０と上電極
膜８０との間に電圧を印加し、弾性膜５０、下電極膜６
０及び圧電体層７０をたわみ変形させることにより、各
圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口２１からイ
ンク滴が吐出する。

【００６５】以上説明した本実施形態のインクジェット
式記録ヘッドの製造方法は、特に限定されないが、その
一例を図３〜図５を参照して説明する。図３〜図５は、
圧力発生室１２の長手方向の一部を示す断面図である。

【００６６】まず、図３（ａ）に示すように、流路形成
基板１０となるシリコン単結晶基板のウェハを約１１０
０℃の拡散炉で熱酸化して二酸化シリコンからなる弾性
膜５０を形成する。

【００６７】次に、図３（ｂ）に示すように、スパッタ
リング法で下電極膜６０を弾性膜５０の全面に形成後、
下電極膜６０をパターニングして全体パターンを形成す
る。この下電極膜６０の材料としては、白金（Ｐｔ）等
が好適である。これは、スパッタリング法やゾル−ゲル
法で成膜する後述の圧電体層７０は、成膜後に大気雰囲
気下又は酸素雰囲気下で６００〜１０００℃程度の温度
で焼成して結晶化させる必要があるからである。すなわ
ち、下電極膜６０の材料は、このような高温、酸化雰囲
気下で導電性を保持できなければならず、殊に、圧電体
層７０としてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いた
場合には、酸化鉛の拡散による導電性の変化が少ないこ
とが望ましく、これらの理由から白金が好適である。

【００６８】次に、図３（ｃ）に示すように、圧電体層
７０を成膜する。この圧電体層７０は、結晶が配向して
いることが好ましい。例えば、本実施形態では、金属有
機物を触媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥し
てゲル化し、さらに高温で焼成することで金属酸化物か
らなる圧電体層７０を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用
いて形成することにより、結晶が配向している圧電体層
７０とした。圧電体層７０の材料としては、チタン酸ジ
ルコン酸鉛系の材料がインクジェット式記録ヘッドに使
用する場合には好適である。なお、この圧電体層７０の
成膜方法は、特に限定されず、例えば、スパッタリング
法で形成してもよい。

【００６９】さらに、ゾル−ゲル法又はスパッタリング
法等によりチタン酸ジルコン酸鉛の前駆体膜を形成後、
アルカリ水溶液中での高圧処理法にて低温で結晶成長さ
せる方法を用いてもよい。

【００７０】何れにしても、このように成膜された圧電
体層７０は、バルクの圧電体とは異なり結晶が優先配向
しており、且つ本実施形態では、圧電体層７０は、結晶
が柱状に形成されている。なお、優先配向とは、結晶の
配向方向が無秩序ではなく、特定の結晶面がほぼ一定の
方向に向いている状態をいう。また、結晶が柱状の薄膜
とは、略円柱体の結晶が中心軸を厚さ方向に略一致させ
た状態で面方向に亘って集合して薄膜を形成している状
態をいう。勿論、優先配向した粒状の結晶で形成された
薄膜であってもよい。なお、このように薄膜工程で製造
された圧電体層の厚さは、一般的に０．２〜５μｍであ
る。

【００７１】次に、図３（ｄ）に示すように、上電極膜
８０を成膜する。上電極膜８０は、導電性の高い材料で
あればよく、アルミニウム、金、ニッケル、白金等の多
くの金属や、導電性酸化物等を使用できる。本実施形態
では、白金をスパッタリングにより成膜している。

【００７２】次に、図４（ａ）に示すように、圧電体層
７０及び上電極膜８０のみをエッチングして圧電素子３
００のパターニングを行う。

【００７３】次に、図４（ｂ）に示すように、リード電
極９０を形成する。具体的には、例えば、金（Ａｕ）等
からなるリード電極９０を流路形成基板１０の全面に亘
って形成すると共に、各圧電素子３００毎にパターニン
グする。

【００７４】以上が膜形成プロセスである。このように
して膜形成を行った後、前述したアルカリ溶液によるシ
リコン単結晶基板の異方性エッチングを行い、図４
（ｃ）に示すように、圧力発生室１２、連通部１３及び
インク供給路１４等を形成する。

【００７５】次に、流路形成基板１０と封止基板３０と
を接合層１１０によって接合すると共に、内部を乾燥状
態として圧電素子保持部３１を封止する。

【００７６】詳しくは、まず、図５（ａ）に示すよう
に、封止基板３０の圧電素子保持部３１側の面に、スパ
ッタリング法又は蒸着法によって全面に亘って低融点ガ
ラスの膜を形成し、この低融点ガラスの膜を３００℃〜
４００℃の温度に加熱することによって仮焼成して、そ
の表面を平坦化すると共に脱ガス化することによって接
合層１１０を形成する。

【００７７】次いで、例えば、不活性ガス等の乾燥流体
２００の雰囲気中で、流路形成基板１０と封止基板３０
とを接合層１１０を介して当接させ、この接合層１１０
を圧電体層７０の結晶化温度以下の温度、例えば、約２
００℃〜７００℃に加熱することによって溶融させて、
溶融させた接合層１１０によって封止基板３０と流路形
成基板１０とを接合する。また、これと同時に、圧電素
子保持部３１は、乾燥流体２００が充填されて封止され
る。すなわち、圧電素子保持部３１は、流路形成基板１
０と封止基板３０とを接合するための接合層１１０のみ
によって外気と遮断され、且つ乾燥状態で封止されるこ
とになる（図５（ｂ）参照）。

【００７８】このように、本実施形態では、流路形成基
板１０と封止基板３０との接合工程と、内部に乾燥流体
を充填して乾燥状態として圧電素子保持部３１を封止す
る封止工程とを同時に行うようにしたので、製造工程を
簡略化することができる。また、圧電素子保持部３１を
接合層１１０のみによって外気と遮断するようにしたの
で、ヘッドの構造、特に封止基板３０の構造を簡略化で
き、コストを大幅に削減することができる。

【００７９】なお、本実施形態では、接合層１１０を封
止基板３０の圧電素子保持部３１側の全面に設けるよう
にしたが、勿論、この接合層は、少なくとも封止基板３
０の流路形成基板１０と接合される領域に設けられてい
ればよい。

【００８０】また、本実施形態では、圧電素子保持部３
１内に乾燥流体を充填して乾燥状態とするようにした
が、これに限定されず、例えば、圧電素子保持部３１内
は、真空で乾燥状態となっていてもよい。

【００８１】すなわち、本実施形態では、流路形成基板
１０と封止基板３０とを接合する際に、低融点ガラスか
らなる接合層１１０を約２００℃〜７００℃に加熱して
溶融させているため、この加熱により水分を蒸発させる
ことができる。したがって、真空中で流路形成基板１０
と封止基板３０とを接合することにより、圧電素子保持
部３１を真空で且つ乾燥状態として封止することができ
る。

【００８２】なお、その後は、図５（ｃ）に示すよう
に、流路形成基板１０の封止基板３０とは反対側の面に
ノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０を接合
すると共に、封止基板３０上にコンプライアンス基板４
０を接合することにより、本実施形態のインクジェット
式記録ヘッドが形成される。

【００８３】また、実際には、上述した一連の膜形成及
び異方性エッチングによって一枚のウェハ上に多数のチ
ップを同時に形成し、プロセス終了後、図１に示すよう
な一つのチップサイズの流路形成基板１０毎に分割す
る。そして、分割した流路形成基板１０に、封止基板３
０及びコンプライアンス基板４０を順次接着して一体化
し、インクジェット式記録ヘッドとする。

【００８４】（他の実施形態）以上、本発明の各実施形
態を説明したが、勿論、本発明は、これらに限定される
ものではない。

【００８５】例えば、上述の実施形態では、封止基板３
０に設けた接合層１１０を介して封止基板３０と流路形
成基板１０とを接合するようにしたが、これに限定され
ず、勿論、接着剤によって接合するようにしてもよい。
なお、この場合にも、流路形成基板１０と封止基板３０
とを乾燥流体雰囲気中、あるいは、真空中で約１２０〜
１３０℃以上に加熱した状態で接合することにより、圧
電素子保持部３１を乾燥状態として封止することができ
る。

【００８６】また、例えば、上述の実施形態では、成膜
及びリソグラフィプロセスを応用して製造される薄膜型
のインクジェット式記録ヘッドを例にしたが、勿論これ
に限定されるものではなく、例えば、グリーンシートを
貼付する等の方法により形成される厚膜型のインクジェ
ット式記録ヘッドにも本発明を採用することができる。

【００８７】また、これら各実施形態のインクジェット
式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するイン
ク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成し
て、インクジェット式記録装置に搭載される。図６は、
そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図であ
る。

【００８８】図６に示すように、インクジェット式記録
ヘッドを有する記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、イ
ンク供給手段を構成するカートリッジ２Ａ及び２Ｂが着
脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａ及び１
Ｂを搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けら
れたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられてい
る。この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、例えば、
それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物
を吐出するものとしている。

【００８９】そして、駆動モータ６の駆動力が図示しな
い複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリ
ッジ３に伝達されることで、記録ヘッドユニット１Ａ及
び１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿っ
て移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ軸５に
沿ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ロ
ーラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シ
ートＳがプラテン８上を搬送されるようになっている。

【００９０】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、流路形
成基板と封止基板とを接合する接合層のみによって圧電
素子保持部を外気と遮断するようにしたので、ヘッドの
構造、特に封止基板の構造を簡略化できる。また、流路
形成基板と封止基板とを接合する際に、同時に圧電素子
保持部を乾燥状態として封止するようにしたので製造工
程を減少することができる。したがって、製造コストを
大幅に削減することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの概略を示す斜視図である。

【図２】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドを示す平面図及び断面図である。

【図３】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの製造工程を示す断面図である。

【図４】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの製造工程を示す断面図である。

【図５】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの製造工程を示す断面図である。

【図６】本発明の一実施形態に係るインクジェット式記
録装置の概略図である。

【符号の説明】

１０流路形成基板１２圧力発生室２０ノズルプレート２１ノズル開口３０封止基板３１圧電素子保持部３２リザーバ部４０コンプライアンス基板６０下電極膜７０圧電体層８０上電極膜１００リザーバ１１０接合層３００圧電素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インクを吐出するノズル開口に連通する
圧力発生室が画成される流路形成基板と、該流路形成基
板の一方面側に振動板を介して設けられる下電極、圧電
体層及び上電極からなる圧電素子とを具備するインクジ
ェット式記録ヘッドにおいて、前記流路形成基板の前記圧電素子側の面に接合層を介し
て接合され前記圧電素子を封止する空間を画成する圧電
素子保持部を有する封止基板を有し、且つ前記圧電素子
保持部が前記接合層のみによって外気と遮断されると共
に乾燥状態で封止されていることを特徴とするインクジ
ェット式記録ヘッド。
【請求項２】請求項１において、前記圧電体層は、結
晶が優先配向していることを特徴とするインクジェット
式記録ヘッド。
【請求項３】請求項１又は２において、前記圧電体層
は、結晶が柱状となっていることを特徴とするインクジ
ェット式記録ヘッド。
【請求項４】請求項１〜３の何れかにおいて、前記圧
電体層の厚さが０．５〜５μｍであることを特徴とする
インクジェット式記録ヘッド。
【請求項５】請求項１〜４の何れかにおいて、前記接
合層が低融点ガラスからなることを特徴とするインクジ
ェット式記録ヘッド。
【請求項６】請求項５において、前記接合層の厚さ
が、０．５〜１０μｍであることを特徴とするインクジ
ェット式記録ヘッド。
【請求項７】請求項５又は６において、前記接合層を
構成する低融点ガラスの軟化点が、２００℃〜７００℃
であることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
【請求項８】請求項１〜７の何れかにおいて、前記圧
電素子保持部内に乾燥流体が充填されていることを特徴
とするインクジェット式記録ヘッド。
【請求項９】請求項１〜７の何れかにおいて、前記圧
力発生室がシリコン単結晶基板を異方性エッチングする
ことにより形成され、前記圧電素子の各層が成膜及びリ
ソグラフィ法により形成されたものであることを特徴と
するインクジェット式記録ヘッド。
【請求項１０】請求項１〜９の何れかのインクジェッ
ト式記録ヘッドを具備することを特徴とするインクジェ
ット式記録装置。
【請求項１１】インクを吐出するノズル開口に連通す
る圧力発生室が画成される流路形成基板と、該流路形成
基板の一方面側に振動板を介して設けられる下電極、圧
電体層及び上電極からなる圧電素子と、前記流路形成基
板の前記圧電素子側の面に接合され前記圧電素子を封止
する空間を画成する圧電素子保持部を有する封止基板と
を具備するインクジェット式記録ヘッドの製造方法にお
いて、前記流路形成基板の前記圧電素子側に前記封止基
板を接合層によって接合するのと同時に前記圧電素子保
持部を乾燥状態として前記接合層によって封止する接合
封止工程とを有することを特徴とするインクジェット式
記録ヘッドの製造方法。
【請求項１２】請求項１１において、前記接合封止工
程では、前記流路形成基板と前記封止基板とを所定温度
に加熱した状態で接合することを特徴とするインクジェ
ット式記録ヘッドの製造方法。
【請求項１３】請求項１１又は１２において、前記接
合封止工程では、前記流路形成基板と前記封止基板とを
乾燥流体雰囲気中で接合することを特徴とするインクジ
ェット式記録ヘッドの製造方法。
【請求項１４】請求項１１又は１２において、前記接
合封止工程では、前記流路形成基板と前記封止基板とを
真空中で接合することを特徴とするインクジェット式記
録ヘッドの製造方法。
【請求項１５】請求項１１〜１４の何れかにおいて、
前記接合層が低融点ガラスからなることを特徴とするイ
ンクジェット式記録ヘッドの製造方法。
【請求項１６】請求項１５において、前記接合層を構
成する低融点ガラスの軟化点が、２００℃〜７００℃で
あることを特徴するインクジェット式記録ヘッドの製造
方法。