JP2004195939A

JP2004195939A - 液体噴射ヘッドの製造方法

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Publication number: JP2004195939A
Application number: JP2002370784A
Authority: JP
Inventors: Koji Sumi; 浩二角
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2002-12-20
Filing date: 2002-12-20
Publication date: 2004-07-15

Abstract

【課題】各部材間の接合領域から接着剤が流れ出すのを確実に防止できる液体噴射ヘッドの製造方法を提供する。
【解決手段】液滴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、流路形成基板の一方面側に振動板を介して設けられて圧力発生室内に圧力変化を生じさせる圧電素子とを具備する液体噴射ヘッドの製造方法において、流路形成基板に加熱により硬化する接着剤を介して接合部材を接合する接合工程が加熱温度条件の異なる複数の段階に分けられ、且つその接合工程は、接着剤の粘度−温度特性における粘度が最小となる温度ｔ_１より低い温度ｔ_２で加熱する予備硬化段階１３０を含むようにしたので、流路形成基板と接合基板との接合領域から接着剤が流れ出すのを確実に防止できる。
【選択図】図６

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力発生室に供給された液体を圧電素子によって加圧することにより、ノズル開口から液滴を噴射させる液体噴射ヘッドの製造方法に関し、特に、液体としてインクを吐出させるインクジェット式記録ヘッドの製造方法に関する。
【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】
このような各圧電アクチュエータを使用したインクジェット式記録ヘッドでは、何れにしても複数の部材で構成されており、これら各部材は接着剤を介して組み立てるのが一般的である。
【０００４】
例えば、たわみ振動モードのアクチュエータを使用したインクジェット式記録ヘッドでは、圧電素子とは反対側の面に接着剤を介してノズル開口が穿設されたノズルプレートを接合した構造が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、最近では、流路形成基板の圧電素子側の面上に、リザーバ形成基板を接合する構造のインクジェット式記録ヘッドが開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−１８１０１５号公報（段落［００６０］、第５図）
【特許文献２】
特開２００２−２２５２６８号公報（段落［００６８］、第１及び第２図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したインクジェット式記録ヘッドの組み立ては、例えば、流路形成基板にノズルプレート等の各部材同士を加熱により硬化する接着剤を介して仮組み立てし、その組立体をオーブン等の加熱装置に入れて一定の温度条件下で所定時間加熱することにより、接着剤を硬化させて各部材同士を接合することにより行われる。
【０００８】
しかしながら、加熱により硬化する接着剤は、一般的に、ある温度以上に加熱すると粘度が一旦急激に下がりその後粘度が上がって最終的には硬化する物性を有している。そして、このように接着剤の粘度が急激に下がると、流動性を帯びた接着剤が各部材の接合領域から外側に流れ出してそのまま硬化してしまい、各部材同士を所望の接着強度で接合することができないという問題がある。
【０００９】
また、上述した圧電素子を封止する構造のインクジェット式記録ヘッドでは、流路形成基板の圧電素子側の面上に封止基板を接合する際に、圧電素子の周囲や電極上に接着剤が流れ出して硬化すると、接続不良や圧電素子等の変位特性を低下させてしまうという問題がある。さらに、各圧力発生室の内部へ接着剤が流れ出して硬化すると、インク吐出特性に悪影響を及ぼしてしまうという問題がある。
【００１０】
なお、このような問題は、インクを吐出するインクジェット式記録ヘッドだけでなく、勿論、インク以外の液体を噴射する他の液体噴射ヘッドにおいても、同様に存在する。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑み、各部材間の接合領域から接着剤が流れ出すのを確実に防止できる液体噴射ヘッドの製造方法を提供することを課題とする。
【００１２】
【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、液滴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て前記圧力発生室内に圧力変化を生じさせる圧電素子とを具備する液体噴射ヘッドの製造方法において、前記流路形成基板に加熱により硬化する接着剤を介して接合部材を接合する接合工程が加熱温度条件の異なる複数の段階に分けられ、且つ当該接合工程は、前記接着剤の粘度−温度特性における粘度が最小となる温度より低い温度で加熱する予備硬化段階を含むことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
【００１３】
かかる第１の態様では、予備硬化段階で接着剤の粘度を上昇させることにより、粘度が低下しても流路形成基板と接合部材との間に介在させた接着剤が接合領域から外側に流れ出すことがない。
【００１４】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記接合工程が、前記予備硬化段階後に、前記接着剤の粘度−温度特性における粘度が最小となる温度より高い温度で加熱する硬化段階を含むことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
【００１５】
かかる第２の態様では、予備硬化段階で接着剤の粘度を上昇させた後に硬化段階を行うことにより、流路形成基板と接合部材との間の接合領域から接着剤が流れ出すのを防止できる。また、硬化段階では、接着剤を短時間で硬化させることができる。
【００１６】
本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記予備硬化段階の加熱温度を、前記接着剤の粘度−温度特性における粘度の低下が始まる温度より低くすることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
【００１７】
かかる第３の態様では、流路形成基板と接合部材との間の接合領域から接着剤が流れ出すのをより効果的に防止できる。
【００１８】
本発明の第４の態様は、第１〜３の何れかの態様において、前記接合部材の端面と前記流路形成基板の一方面とで形成される角部からはみ出した前記接着剤の表面と当該流路形成基板の一方面との成すメニスカス角が３０°以上となるように前記予備硬化段階を行うことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
【００１９】
かかる第４の態様では、予備硬化段階によって接着剤が所定の粘度以上となり、流路形成基板と接合部材との間の接合領域から接着剤が流れ出すのをより効果的に防止できる。
【００２０】
本発明の第５の態様は、第１〜４の何れかの態様において、前記予備硬化段階後の加熱による前記接着剤の粘度が最小粘度となるときの前記接合部材の端面と前記流路形成基板の一方面とで形成される角部からはみ出した前記接着剤の表面と当該流路形成基板の一方面との成すメニスカス角が２０°以上となるように前記予備硬化段階を行うことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
【００２１】
かかる第５の態様では、予備硬化段階によって接着剤が所定の粘度以上となり、流路形成基板と接合部材との間の接合領域から接着剤が流れ出すのをより効果的に防止できる。
【００２２】
本発明の第６の態様は、第１〜５の何れかの態様において、前記接着剤が主剤と硬化剤とからなることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
【００２３】
かかる第６の態様では、加熱温度条件により主剤と硬化剤との反応、すなわち、接着剤の硬化反応を制御できる。
【００２４】
本発明の第７の態様は、第１〜６の何れかの態様において、前記接合工程では、前記圧電素子に対向する領域に空間を確保した状態で当該空間を密封する圧電素子保持部を有する封止基板を前記接合部材として前記流路形成基板の前記圧電素子側の面に接合することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
【００２５】
かかる第７の態様では、接着剤が流れ出すことなく流路形成基板と封止基板とを確実に接合でき、安定した圧電素子等の変位特性を得ることができる。
【００２６】
本発明の第８の態様は、第１〜７の何れかの態様において、前記接合工程では、前記ノズル開口を有するノズルプレートを前記接合部材として前記流路形成基板の前記圧電素子側とは反対側の面に接合することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
【００２７】
かかる第８の態様では、接着剤が流れ出すことなく流路形成基板とノズルプレートとを確実に接合でき、安定したインク吐出特性を得ることができる。
【００２８】
【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。
（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の概略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。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、３０〜３００μｍ程度の厚さのものが用いられ、望ましくは５０〜２８０μｍ程度、より望ましくは１００μｍ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１２間の隔壁１１の剛性を保ちつつ、配列密度を高くできるからである。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。
【００２９】
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３１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。
【００３０】
ここで、異方性エッチングは、シリコン単結晶基板をＫＯＨ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（１１０）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ものである。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。
【００３１】
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１０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。
【００３２】
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が接合基板として後述する接着剤層１００を介して接合されている。なお、ノズルプレート２０は、厚さが例えば、０．１〜１ｍｍ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。
【００３３】
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。
【００３４】
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１μｍ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７０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。
【００３５】
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る。
【００３６】
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、リザーバ１１０の少なくとも一部を構成するリザーバ部３１を有する封止基板３０が接合基板として接着剤層１００を介して接合されている。このような接着剤層１００を形成する接着剤としては、加熱により硬化する接着剤であればよく、例えば、エポキシ接着剤やシリコーン接着剤等を挙げることができ、本実施形態では、エポキシ接着剤を用いた。また、このようなエポキシ接着剤としては、主剤としてエポキシ樹脂を用い、この主剤を硬化させるための硬化剤としてポリアミンや酸無水物、あるいは多硫化ゴム及びフェノール等を用いることができる。
【００３７】
また、このような接着剤層１００は、詳しくは後述するが、接着剤の粘度−温度特性における粘度が最小となる温度より低い温度で加熱する予備硬化段階を行った後に、接着剤を完全に硬化させる硬化段階を行うことにより形成される。これにより、本実施形態では、流路形成基板１０と封止基板３０との間の接合領域から接着剤層１００が流れ出して硬化するのを確実に防止できる。したがって、流路形成基板１０と封止基板３０とを所望の接着強度で確実に接合することができる。また、圧電素子３００の周囲やリード電極９０の上に接着剤層１００が流れ出して形成されることがないため、接続不良や、圧電素子３００の変位特性が低下する虞もない。したがって、安定したインク吐出特性を得ることができる。
【００３８】
このようにして流路形成基板１０上に接合された封止基板３０のリザーバ部３１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、上述した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１１０を構成している。
【００３９】
また、封止基板３０の圧電素子３００に対向する領域には、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を確保した状態で、その空間を密封可能な圧電素子保持部３２が設けられ、圧電素子３００はこの圧電素子保持部３２内に密封されている。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。
【００４０】
さらに、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が接合基板として上述した接着剤層１００を介して接合されている。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３１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（ＳＵＳ）等）で形成される。この固定板４２のリザーバ１１０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１１０の一方面は可撓性を有する封止膜４１のみで封止され、内部圧力の変化によって変形可能な可撓部３４となっている。
【００４１】
また、このリザーバ１１０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１１０にインクを供給するためのインク導入口３５が形成されている。さらに、封止基板３０には、インク導入口３５とリザーバ１１０の側壁とを連通するインク導入路３６が設けられている。
【００４２】
なお、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３２とリザーバ部３１との間の領域に設けられた貫通孔３７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）。
【００４３】
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３５からインクを取り込み、リザーバ１１０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６０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。
【００４４】
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８を参照して説明する。図３及び図４、図８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の製造工程を示す断面図である。また、図５及び図６は、接着剤の粘度と加熱温度と加熱時間との関係を示す図であり、図７は、接着剤のメニスカス角θを説明する図である。
【００４５】
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１１００℃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。
【００４６】
次に、図３（ｂ）に示すように、スパッタリングで下電極膜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。
【００４７】
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。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。
【００４８】
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特定の方位に優先配向しており、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。
【００４９】
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。
【００５０】
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３００のパターニングを行う。次いで、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。
【００５１】
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、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。
【００５２】
まず、図４（ｃ）に示すように、エポキシ接着剤からなる接着剤層１００を介して流路形成基板１０と封止基板３０とを接合する。具体的には、本実施形態では、流路形成基板１０と封止基板３０とを接合する接合工程を加熱温度条件が異なる複数の段階に分けて行うようにした。例えば、本実施形態では、接着剤の粘度−温度特性における粘度が下がり始める温度より低い温度で加熱する予備硬化段階と、接着剤の粘度が最小となる温度より高い温度で加熱する最終硬化段階とに分けて行うようにした。
【００５３】
ここで、接着剤を試験的に加熱していくと、図５に示すように、接着剤の粘度が急激に下がる温度範囲Ａが存在する。例えば、エポキシ接着剤では、約３０〜４０℃付近に粘度が急激に下がる温度範囲Ａが存在する。そして、接着剤は、このような温度範囲Ａにおいて粘度が一旦急激に下がり、その後、主剤と硬化剤との反応により粘度が実質的に高まり、結果的に硬化する。なお、温度範囲Ａでは、主剤と硬化剤とは僅かに反応しているが樹脂材料の粘度低下により全体の粘度は下がる。
【００５４】
そこで、本発明では、図５及び図６に示すように、接合工程の最初の加熱段階、すなわち、予備硬化段階１３０を設け、この予備硬化段階１３０を接着剤の粘度−温度特性における最小粘度Ｖ_１となる温度ｔ_１より低い温度ｔ_２で加熱するようにした。具体的には、流路形成基板１０と封止基板３０とを接着剤を介して仮組み立てした後、その組立体をオーブン等の加熱装置（図示なし）で加熱し、加熱温度を上述した粘度が急激に下がる温度範囲Ａより低い温度ｔ_２、本実施形態では約３０℃で所定時間保持することで、予備硬化段階１３０を実行するようにした。
【００５５】
これにより、その後の工程で接着剤を温度範囲Ａ以上の温度で加熱しても、流路形成基板１０と封止基板３０との間の接合領域から接着剤が流れ出ない程度の粘度に接着剤の硬化反応が進行する。すなわち、後述する硬化段階で加熱して接着剤を完全に硬化させる際に接着剤の粘度低下が生じても、流路形成基板１０と封止基板３０との間の接合領域から接着剤が外側に流れ出すのを防止することができる。なお、接着剤の粘度が下がる温度範囲Ａより低い温度で加熱し続ければ、接着剤の粘度は下がらずにそのまま硬化するが、これでは接合工程の時間がかかり好ましくない。
【００５６】
ここで、予備硬化段階１３０での加熱温度ｔ_２は、接着剤の種類等を考慮して、その後の硬化段階での接着剤の最小粘度が接合領域から流れ出さない程度の粘度となるように適宜決定すればよいが、予備硬化段階１３０において接着剤が所定の粘度以上となるような加熱温度であることが好ましい。例えば、本実施形態では、予備硬化段階１３０の際に、粘度Ｖ_３（図６参照）を示すときの接着剤のメニスカス角θが３０°以上となっていることが好ましい。これにより、予備硬化段階１３０後の加熱段階において、流路形成基板１０と封止基板３０との間の接合領域から接着剤が流れ出ない程度の粘度とすることができる。すなわち、このような予備硬化段階１３０を設けることで、例えば、本実施形態では、予備硬化段階１３０後の加熱段階において、加熱温度ｔ_１より高い加熱温度ｔ_３に上げたとしても予備硬化段階１３０を行わなかった場合の接着剤の最小粘度Ｖ_１より高い粘度Ｖ_２にすることができ、予備硬化段階１３０後の加熱において、接着剤が接合領域から流れ出すのを防止できる。
【００５７】
なお、ここで言う接着剤のメニスカス角θとは、図７に示すように、封止基板３０の端面と流路形成基板１０の表面（図７では弾性膜５０の表面）とで形成される角部からはみ出した接着剤の表面と流路形成基板１０の表面との成す角のことである。また、このメニスカス角θは、いわゆる接触角であり、実質的に接着剤の粘度によって決まるものである。
【００５８】
さらに、予備硬化段階１３０での加熱温度ｔ_２は、その後の加熱による接着剤の最小粘度が所定粘度以上となるように加熱温度を決定することが好ましい。すなわち、予備硬化段階１３０後に加熱した際の最小粘度Ｖ_２（図６参照）を示すときの接着剤のメニスカス角θが２０°以上となるように、予備硬化段階１３０の加熱温度ｔ_２を決定することが好ましい。これにより、予備硬化段階１３０後に、加熱温度ｔ_１より高い温度ｔ_３で加熱しても、予備硬化段階１３０を行わなかった場合の接着剤の最小粘度Ｖ_１より高い粘度Ｖ_２とすることができ、予備硬化段階１３０後の加熱において、接着剤が接合領域から流れ出すのを効果的に防止できる。
【００５９】
このように、流路形成基板１０に接着剤を介して封止基板３０を接合する接合工程を加熱温度条件が異なる複数の段階に分け、その接合工程の最初の段階として、接着剤の粘度−温度特性における粘度が最小となる温度より低い温度で加熱する予備硬化段階を設けることで、流路形成基板１０と封止基板３０との間の接合領域から接着剤が外側に流れ出ない程度に硬化させることができる。
【００６０】
次に、硬化段階１３１の加熱温度を、接着剤の粘度−温度特性における粘度が最小となる温度より高い温度ｔ_３に設定し、その温度ｔ_３の加熱状態を所定時間保持する。このとき、予備硬化段階１３０で接着剤の粘度を上げているので、流路形成基板１０と封止基板３０との間の接合領域から接着剤が外側に流れ出ていない。すなわち、接合領域から接着剤層１００が外側に流れ出した状態で形成されることはない。なお、このような硬化段階１３１の加熱温度は、本実施形態では、１４０℃以下とした。これは、圧電素子保持部３２等の内部空間が破壊されるのを防止するためである。
【００６１】
以上説明したように、本実施形態では、接着剤の粘度−温度特性における粘度が最小となる温度より低い温度で加熱する予備硬化段階を設けることで、流路形成基板１０と封止基板３０とを所望の接合強度で確実に接合することができる。また、圧電素子３００や上電極８０の上に接着剤層１００が流れ出した状態で形成されることがないため、接続不良や、圧電素子３００等の変位特性の低下を招く虞もない。したがって、安定したインク吐出特性を維持することができる。
【００６２】
その後、図８（ａ）に示すように、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、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。次に、図８（ｂ）に示すように、上述した接合工程と同様の方法により、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を接着剤層１００を介して接合すると共に、封止基板３０上にコンプライアンス基板４０を接着剤層１００を介して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。
【００６３】
このように、本実施形態では、上述した接合工程によりノズルプレート２０を接合するようにしたので、各圧力発生室内に接着剤が流れ出して硬化するのを防止できる。これにより、安定したインク吐出特性を得ることができる。また、コンプライアンス基板４０の接合部分に接着剤が流れ出して硬化するのも防止されるので、可撓部３４の内部圧力の変化に応じた可撓変形が阻害される虞もない。
【００６４】
なお、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３０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。
【００６５】
（他の実施形態）
以上、本発明の各実施形態を説明したが、インクジェット式記録ヘッドの基本的構成は上述したものに限定されるものではない。
【００６６】
例えば、上述の実施形態では、接合工程の予備硬化段階１３０の後、最終硬化段階を設けたが、これに限定されず、予備硬化段階と硬化段階との間に、予備硬化段階の温度より高く且つ接着剤の粘度が最小となる温度より低い温度で加熱処理を行う段階を設けるようにしてもよい。これにより、予備硬化段階で硬化していない未硬化の接着剤の硬化反応を促進させることができる。勿論、接着剤の粘度が最小となる温度より高く、硬化段階の加熱温度より低い温度で加熱処理を行う段階を設けるようにしてよいし、予備硬化段階の前段階として、予備硬化段階の加熱温度より低い温度で加熱する段階を設けるようにしてもよい。
【００６７】
また、上述の実施形態では、接合工程の予備硬化段階１３０の加熱温度ｔ_１を接着剤の粘度が下がる温度範囲Ａより低く設定したが、これに限定されず、予備硬化段階の加熱温度を接着剤の粘度が下がる温度範囲Ａ内で且つ接着剤の粘度が最小となる温度よりも低く設定するようにしてもよい。
【００６８】
さらに、上述の実施形態では、封止基板、流路形成基板、ノズルプレート、及びコンプライアンス基板とを接着剤層１００を介して接合するようにしたが、これに限定されず、これら以外の部材を接合する際に本発明の製造方法を適用してもよい。
【００６９】
なお、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。
【００７０】
また、液体噴射ヘッドとしてインクを吐出す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一例として説明したが、本発明は、広く液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置全般を対象としたものである。液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（面発光ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等を挙げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】インクジェット式記録ヘッドの斜視図。
【図２】インクジェット式記録ヘッドの平面図及び断面図。
【図３】インクジェット式記録ヘッドの製造工程を示す断面図。
【図４】インクジェット式記録ヘッドの製造工程を示す断面図。
【図５】接着剤の粘度と温度との関係を示す図。
【図６】接着剤の加熱温度と時間との関係を示す図。
【図７】接着剤のメニスカス角θを説明する図。
【図８】インクジェット式記録ヘッドの製造工程を示す断面図。
【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リザーバ部、３２圧電素子保持部、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接着剤層、１１０リザーバ、３００圧電素子

Claims

液滴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て前記圧力発生室内に圧力変化を生じさせる圧電素子とを具備する液体噴射ヘッドの製造方法において、
前記流路形成基板に加熱により硬化する接着剤を介して接合部材を接合する接合工程が加熱温度条件の異なる複数の段階に分けられ、且つ当該接合工程は、前記接着剤の粘度−温度特性における粘度が最小となる温度より低い温度で加熱する予備硬化段階を含むことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
請求項１において、前記接合工程が、前記予備硬化段階後に、前記接着剤の粘度−温度特性における粘度が最小となる温度より高い温度で加熱する硬化段階を含むことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
請求項１又は２において、前記予備硬化段階の加熱温度を、前記接着剤の粘度−温度特性における粘度の低下が始まる温度より低くすることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
請求項１〜３の何れかにおいて、前記接合部材の端面と前記流路形成基板の一方面とで形成される角部からはみ出した前記接着剤の表面と当該流路形成基板の一方面との成すメニスカス角が３０°以上となるように前記予備硬化段階を行うことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
請求項１〜４の何れかにおいて、前記予備硬化段階後の加熱による前記接着剤の粘度が最小粘度となるときの前記接合部材の端面と前記流路形成基板の一方面とで形成される角部からはみ出した前記接着剤の表面と当該流路形成基板の一方面との成すメニスカス角が２０°以上となるように前記予備硬化段階を行うことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
請求項１〜５の何れかにおいて、前記接着剤が主剤と硬化剤とからなることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
請求項１〜６の何れかにおいて、前記接合工程では、前記圧電素子に対向する領域に空間を確保した状態で当該空間を密封する圧電素子保持部を有する封止基板を前記接合部材として前記流路形成基板の前記圧電素子側の面に接合することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
請求項１〜７の何れかにおいて、前記接合工程では、前記ノズル開口を有するノズルプレートを前記接合部材として前記流路形成基板の前記圧電素子側とは反対側の面に接合することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。