【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液滴を吐出する液体噴射ヘッドの製造方法及び複数の基板を接着剤によって接合するために用いられる接合装置に関し、特に、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の製造方法及びそれに用いられる接合装置に関する。
【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が実用化されている。例えば、このようなインクジェット式記録ヘッドとしては、複数の隔壁により画成された圧力発生室が流路形成基板を厚さ方向に貫通して設けられ、且つこの流路形成基板の一方面側に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を有するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このようなインクジェット式記録ヘッドの製造方法としては、加圧治具（接合治具）により、溝部（圧力発生室）が形成された熱可塑性プラスチック製基板（流路形成基板）と同材料である振動板とを加熱圧着して両者を接合する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。この製造方法では、常温の加圧治具に両基板をセットした後、加圧治具により両基板を加圧し且つその加圧治具と共に両基板を加熱することで、両者を接合する。
【０００４】
なお、このような製造方法は、複数の圧力発生室が設けられた流路形成基板にノズルプレートを接着剤によって接合する際にも用いられる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１６０３６６号公報（段落［００５２］、第１〜２図）
【特許文献２】
特開昭６３−１２０６５９号公報（第２項、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した製造方法では、流路形成基板とノズルプレートと加圧治具との熱膨張率差により、各圧力発生室の両側にある隔壁がノズル開口の列方向に引っ張られ、圧力発生室の容積がバラついてしまう。そして、このような圧力発生室の容積のバラつきにより、例えば、インク吐出の際、インク吐出量や吐出スピード等がバラつくという問題がある。
【０００７】
例えば、接着剤の影響により、各隔壁がノズルプレートとの摩擦力に抗することができず、また、ノズルプレートの厚さや流路形成基板との接合面の表面粗さ等のバラつきにより、隔壁毎にノズル開口の列方向へ滑る度合いが異なってしまう。このため、図８に示すように、流路形成基板３１０とノズルプレート３２０とは、隔壁３１１の倒れ込みにより各圧力発生室３１２の容積にバラつきが生じた状態で接着剤４００を介して接合されてしまう。特に、各圧力発生室が流路形成基板を厚さ方向に貫通した構造の場合、各隔壁は倒れ込みやすい。
【０００８】
なお、このような各問題は、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。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑み、各圧力発生室の容積のバラつきを確実に防止できる液体噴射ヘッドの製造方法及び接合装置を提供することを課題とする。
【００１０】
【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、ノズル開口が穿設されたノズルプレートと、前記ノズル開口に連通する圧力発生室が複数の隔壁により画成された流路形成基板と、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であって、前記ノズルプレートを前記流路形成基板の前記隔壁の端面を含む他方面に接着剤を介して接合するに際し、前記接着剤が硬化する温度に予め加熱した相対向する一対の接合治具の間に前記ノズルプレートと前記流路形成基板とを挟んで加熱及び加圧する接合工程を具備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。
【００１１】
かかる第１の態様では、接合治具を所定温度に予め加熱することで、接合の際、ノズルプレートと流路形成基板と接合治具との熱膨張率差に起因した各隔壁に対するノズル開口の列方向への引張り応力が実質的になくなり、隔壁の倒れ込みが確実に防止される。したがって、圧力発生室の容積がバラつくのを確実に防止できる。
【００１２】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記一対の接合治具を伝熱式又は赤外線輻射式の何れかにより加熱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。
【００１３】
かかる第２の態様では、伝熱式又は赤外線輻射式の加熱は対流式と比べて昇温速度が高いため、接合時間を短縮できる。
【００１４】
本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記接合工程では、前記圧電素子を封止する圧電素子保持部を有する封止基板を前記流路形成基板の前記ノズルプレートとは反対側の面に同時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。
【００１５】
かかる第３の態様では、流路形成基板とノズルプレートと封止基板とを一括で接合できるため、接合時間をさらに短縮でき且つ接合作業を簡略化できる。また、製造コストを低減できる。
【００１６】
本発明の第４の態様は、第１〜３の何れかの態様において、前記接合工程は、少なくとも前記ノズルプレートを含む各基板と前記接合治具との間に緩衝部材を介在させて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。
【００１７】
かかる第４の態様では、加圧時に、ノズルプレートの厚さ及び接合面の表面粗さのバラつきが緩衝部材の弾性変形により吸収され、接着均一性を確保できる。また、隔壁に対応する領域を加圧できない場合に、緩衝部材を設けることで、少なくともノズルプレートとその周縁部とは均等に加圧できるため、接着均一性を確保できる。
【００１８】
本発明の第５の態様は、第４の態様において、前記ノズルプレートと前記接合治具との間に介在させる緩衝部材に、前記流路形成基板と前記接合治具との間に介在させる緩衝部材より厚いものを用いる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５の態様では、ノズルプレート側に介在させた緩衝部材を流路形成基板側に介在させた緩衝部材よりも相対的に厚くすることで、ノズルプレートと流路形成基板との接着均一性を確保しつつ、両者を平坦な状態で接合できる。
【００２０】
本発明の第６の態様は、第４又は第５の態様において、前記緩衝部材としてフッ素樹脂シートを用いる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６の態様では、加圧時に、ノズルプレートの厚さ及び接合面の表面粗さのバラつきが所定の弾性力を有する樹脂シートにより吸収され、接着均一性を確保できる。
【００２２】
本発明の第７の態様は、ノズル開口に連通する圧力発生室が複数の隔壁により画成された流路形成基板に接着剤を介して接合基板を接合する接合装置であって、相対向する位置に配置されて前記流路形成基板と前記接合基板とを挟持する一対の接合治具と、当該一対の接合治具を前記接着剤が硬化する温度に加熱する加熱手段と、前記一対の接合治具を介して前記流路形成基板と前記接合基板とを加圧する加圧手段とを具備し、前記加熱手段により予め加熱した前記一対の接合治具の間に介在させた前記流路形成基板と前記接合基板とを前記加圧手段により挟持するものであることを特徴とする接合装置にある。
【００２３】
かかる第７の態様では、接合治具を所定温度に予め加熱することで、接合の際、流路形成基板と接合基板と各接合治具との熱膨張率差に起因した流路形成基板及び接合基板に対する引張り応力が実質的になくなり、流路形成基板と接合基板とを確実に接合できる。
【００２４】
本発明の第８の態様は、第７の態様において、前記加熱手段は、前記一対の接合治具を伝熱式又は赤外線輻射式の何れかにより加熱するものであることを特徴とする接合装置にある。
【００２５】
かかる第８の態様では、伝熱式又は赤外線輻射式の加熱は対流式と比べて昇温速度が高いため、接合時間を短縮できる。
【００２６】
【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、実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図であり、図２は、図１の概略平面図及びそのＡ−Ａ’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り、その両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弾性膜５０、及び後述する圧力発生室を形成する際にマスクとして用いられるマスクパターン５１が設けられている。この流路形成基板１０には、その他方面側から異方性エッチングすることにより、複数の隔壁１１によって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、各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１１０の一部を構成する連通部１３が形成され、この連通部１３は各圧力発生室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。
【００２７】
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。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。
【００２８】
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の断面積は、圧力発生室１２のそれより小さく形成されており、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。
【００２９】
このような流路形成基板１０の厚さは、圧力発生室１２の配列密度に合わせて最適な厚さを選択すればよく、圧力発生室１２の配列密度が、例えば、１インチ当たり１８０個（１８０ｄｐｉ）程度であれば、流路形成基板１０の厚さは、２２０μｍ程度であればよいが、例えば、２００ｄｐｉ以上と比較的高密度に配列する場合には、流路形成基板１０の厚さは１００μｍ以下と比較的薄くするのが好ましい。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。
【００３０】
また、流路形成基板１０の開口面側には、接着剤１００を介して、ノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が接合基板として接合されている。このような接着剤１００としては、例えば、エポキシ系接着剤やアクリル系接着剤等が挙げられる。なお、流路形成基板１０とノズルプレート２０との接合方法に関しては、詳しく後述する。
【００３１】
ノズルプレート２０は、厚さが例えば、０．０３〜０．３ｍｍ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、シリコン単結晶基板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、流路形成基板１０である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。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。
【００３２】
一方、流路形成基板１０の開口面とは反対側には、厚さが例えば、約１．０μｍの弾性膜５０の上に、厚さが例えば、０．４μｍの絶縁膜５５を介して、厚さが例えば、約０．２μｍの下電極膜６０と、厚さが例えば、約１．０μｍの圧電体層７０と、厚さが例えば、約０．０５μｍ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、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。なお、上述した例では、弾性膜５０、絶縁膜５５及び下電極膜６０が振動板として作用する。また、圧電素子３００の個別電極である各上電極膜８０には、例えば、金（Ａｕ）等からなり一端がインク供給路１４に対向する領域まで延設されるリード電極９０が接続されている。
【００３３】
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３１が設けられた封止基板３０が接合され、圧電素子３００はこの圧電素子保持部３１内に封止されている。また、この封止基板３０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３２が、各圧力発生室１２の長手方向外側に設けられている。これらのリザーバ部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、弾性膜５０に設けられた貫通部を介して流路形成基板１０の連通部１３と連通され、各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１１０をそれぞれ構成している。また、封止基板３０の圧電素子保持部３１とリザーバ部３２との間の領域には、封止基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられている。そして、各圧電素子３００から引き出されたリード電極９０は、その端部近傍が貫通孔３３内で露出されている。このような封止基板３０としては、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラス、セラミック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。
【００３４】
また、封止基板３０の表面、すなわち、流路形成基板１０との接合面とは反対側の面には、配線回路（図示なし）が形成されており、その配線回路上に、圧電素子３００を駆動するための駆動ＩＣ（半導体集積回路）１２０が実装されている。そして、各圧電素子３００と駆動ＩＣ１２０とは、各圧電素子３００から引き出されたリード電極９０とボンディングワイヤからなり貫通孔３３内に延設される駆動配線１３０によって電気的に接続されている。
【００３５】
なお、封止基板３０のリザーバ部３２に対応する領域には、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（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のみで封止されている。
【００３６】
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は、図示しないインク供給手段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ＩＣ１２０からの駆動信号に従い、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との間に駆動電圧を印加し、弾性膜５０、絶縁膜５５及び圧電素子３００を変位させることにより、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。
【００３７】
図３及び図４は圧力発生室１２の長手方向の断面図であり、以下、これら図３及び図４を参照して、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドの製造方法について説明する。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、各面に酸化シリコンからなる弾性膜５０を形成した後、この弾性膜５０上に酸化ジルコニア等からなる絶縁膜５５を形成する。次に、図３（ｂ）に示すように、下電極膜６０を絶縁膜５５の全面に形成後、所定形状にパターニングする。ここで、例えば、下電極６０は、少なくとも白金とイリジウムとを絶縁膜５５の面上に積層することで形成される。次に、図３（ｃ）に示すように、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電体層７０と、例えば、イリジウムからなる上電極膜８０とを順次積層し、これらを同時にパターニングして圧電素子３００を形成する。次いで、図４（ａ）に示すように、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。以上が膜形成プロセスである。
【００３８】
次に、図４（ｂ）に示すように予め圧電素子保持部３１、リザーバ部３２等が形成された封止基板３０を接合する。なお、このような封止基板３０は、後述するプロセスにて、流路形成基板１０を異方性エッチングして圧力発生室１２等を形成する際に、各圧電素子３００をアルカリ溶液から保護する役割も果たす。その後は、前述したアルカリ溶液によるシリコン単結晶基板（流路形成基板１０）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を形成する。具体的には、図４（ｃ）に示すように、流路形成基板１０の封止基板３０との接合面とは反対側の面にマスクパターン５１を形成し、このマスクパターン５１を介して流路形成基板１０を異方性エッチングすることにより、圧力発生室１２、連通部１３及びインク供給路１４を形成する。なお、このように異方性エッチングを行う際には、封止基板３０の表面を保護フィルム等で封止した状態で行う。次に、流路形成基板１０のインク供給路１４等が形成された側の面、すなわち、マスクパターン５１の面上に、接着剤１００を塗布する。
【００３９】
次いで、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１００によって仮接着し、その後、その接着剤１００を硬化させることで完全に接合する。例えば、本実施形態では、この接合の際、図５に示すような接合装置１４０を用いた。なお、図５は、接合装置を用いた接合方法を説明する図である。
【００４０】
図５に示すように、本実施形態の接合装置１４０は、一対の接合治具１４１と、一対の接合治具１４１を加圧する加圧手段１４２と、一対の接合治具１４１を加熱する加熱手段１４３とから構成されている。そして、このような構成の接合装置１４０は、接着剤１００が硬化する温度に予め加熱された一対の接合治具１４１により、上述したプロセスにて得た封止基板３０が接合された流路形成基板１０にノズルプレート２０を仮接着した組立体２００を加熱及び加圧して接着剤１００を硬化させ、相互に接合する。
【００４１】
詳細には、以下の手順で行う。まず、接着剤１００が硬化する温度、例えば、本実施形態では６５℃に一対の接合治具１４１を加熱する。次に、一対の接合治具１４１の間に組立体２００を位置決め固定する。次いで、加圧手段１４２により各接合治具１４１間に位置決め固定された組立体２００を加圧すると共に加熱手段１４３により各接合治具１４１を介して組立体２００を６５℃に加熱し、この状態を例えば、本実施形態では、２時間保持する。
【００４２】
ここで、加熱手段１４３は、伝熱式又は赤外線輻射式の何れかにより一対の接合治具１４１を加熱するものであり、例えば、本実施形態では、赤外線輻射式の加熱装置を用いた。このような伝熱式又は赤外線輻射式の加熱では、対流式よりも、接合治具１４１全体を均一な温度分布で且つ短時間で加熱できる。また、加熱手段１４３による一対の接合治具１４１の加熱温度は、５０〜７０℃、特に６５℃程度であることが好ましい。流路形成基板１０とノズルプレート２０と封止基板３０との熱膨張率差に起因して発生する内部応力を最小限に抑えつつ、接着剤１００を確実に硬化させることができる温度だからである。また、本実施形態のように、加熱手段１４３により一対の接合治具１４１の両方を加熱するようにしたのは、接合の際、流路形成基板１０やノズルプレート２０等の熱膨張率に起因して発生する内部応力を緩和するためである。これにより、隔壁１１の倒れ込みを効果的に防止できる。このように、本実施形態では、組立体２００を接合する際、上述した接合装置１４０を用いたが、本発明は、接着剤１００が硬化する温度に加熱した治具で流路形成基板１０とノズルプレート２０とを加熱及び加圧できれば特に限定されるものではない。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態の製造方法によれば、一対の接合治具１４１を接着剤１００が硬化する温度に予め加熱し、これら各接合治具１４１により組立体２００を加圧及び加熱するようにしたので、各接合治具１４１の熱膨張による応力がノズルプレート２０等に与える影響をなくすことができる。すなわち、流路形成基板１０とノズルプレート２０と接合治具１４１との熱膨張率差に起因した各隔壁１１に加わるノズル開口２１の列方向への引張り応力が実質的に発生しない。これにより、組立体２００の接合の際、隔壁１１が倒れ込むことはなく接合されるため、各圧力発生室１２の容積を均一にすることができる。したがって、インク吐出時に、各圧力発生室１２内のインクに対して均等に圧力を加えることができ、例えば、インク吐出量や吐出スピード等のバラつきを確実に防止できる。なお、本発明は、圧力発生室１２の配列を高密度化することにより隔壁１１の剛性が小さくなる場合に特に有効的である。このため、圧力発生室１２の配列の高密度化が容易となるという効果もある。
【００４４】
さらに、組立体２００の接合作業を連続的に行う場合には、本実施形態では、各接合治具１４１を加熱した状態、すなわち、各接合治具１４１を冷却せず、加熱したままで他の組立体をセットし、同様に加圧及び加熱して、所定時間保持する作業を繰り返し行う。このように、接合作業を加熱下で繰り返し行えるのは、加熱手段１４３により接合治具１４１を直接加熱しているためである。このようにして、接合作業を加熱下で連続的に行うことができれば、各接合治具１４１を冷却及びその後に再加熱する各作業を省略できることになる。すなわち、接合時間を大幅に短縮でき、製造コストを低減できる。
【００４５】
例えば、上述した本実施形態の製造方法（実施例）では、図６に示すように、昇温に０．５時間かかり、その後の加熱及び加圧に２時間かかったため、合計の接合時間は２．５時間であった。これに対し、常温の一対の接合治具に流路形成基板とノズルプレートとをセットして、両基板を加圧すると共に対流式の加熱装置であるクリーンオーブンによって接合治具及び両基板を６５℃になるまで加熱する方法（比較例）では、図６に示すように、対流式による加熱のため昇温時間が３時間かかり、その後の加熱及び加圧の２時間、及び冷却の２時間を合わせると合計の接合時間は７時間であった。
【００４６】
このことから明らかなように、実施例は、比較例と比べて、昇温時間を２．５時間短縮でき且つ冷却時間を省略できるので、一回の接合時間を合計４．５時間短縮できる。また、実施例では、加熱下で接合作業を連続的に行えるため、２回目以降の昇温、冷却及び加熱時間のそれぞれを省略でき、所定個数当たりの接合時間を圧倒的に短縮できる。
【００４７】
なお、このようにノズルプレート２０を流路形成基板１０に接合した後は、封止基板３０上にコンプライアンス基板４０を接合すると共に、封止基板３０上に駆動ＩＣ１２０を実装し、各リード電極９０と駆動ＩＣ１２０とをボンディングワイヤからなる駆動配線１３０によって接続することで、各圧電素子３００と駆動ＩＣ１２０とを電気的に接続する。このようにして封止基板３０に駆動ＩＣ１２０を実装した後は、流路形成基板１０、封止基板３０等の各基板をチップサイズに分割することにより、図１に示すような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドとする。
【００４８】
（実施形態２）
図７は、本発明の実施形態２に係る接合方法を説明する断面図である。なお、本実施形態では、上述した図５と同一の構成部分については同一符号を付して重複する説明は省略する。上述の実施形態１では、一対の接合治具１４１により組立体２００を加圧するようにしたが、本実施形態では、図７に示すように、少なくともノズルプレート２０及び流路形成基板１０を含む複数の基板と一対の接合治具１４１との間に緩衝部材１５０，１５１を介在させるようにした。このような緩衝部材１５０，１５１としては、例えば、厚さが０．０５〜０．３ｍｍ、好ましくは、０．１〜０．２ｍｍの弾性力を有するフッ素樹脂シートが挙げられる。このように、緩衝部材１５０，１５１を介在させることにより、加圧時に、ノズルプレート２０の厚さ及び接合面の表面粗さのバラつきがあってもそのバラつきが緩衝部材１５０，１５１の弾性変形によって吸収されるため、流路形成基板１０とノズルプレート２０とを均等に加圧することができる。これにより、ノズルプレート２０と流路形成基板１０との接着均一性を確保できる。
【００４９】
また、流路形成基板１０と封止基板３０とを接合する際に、何れか一方側の基板に対して応力が集中する場合には、その一方側の基板と接合治具１４１との間に介在させる緩衝部材１５１として他方側の基板と接合治具１４１との間に介在させる緩衝部材１５０より厚いものを用いるのが好ましい。さらに、流路形成基板１０とノズルプレート２０とを接合する際には、ノズルプレート２０に対して応力が集中するので、ノズルプレート２０と接合治具１４１との間に介在させる緩衝部材１５１として流路形成基板１０と接合治具１４１との間に介在させる緩衝部材１５０より厚いものを用いることが好ましい。
【００５０】
例えば、ノズルプレート２０と接合治具１４１との間に介在させる緩衝部材１５１の厚さを０．１〜０．３ｍｍとし、流路形成基板１０と接合治具１４１との間に介在させる緩衝部材１５０の厚さを０．０５〜０．１ｍｍとするのが好ましい。これにより、ノズルプレート２０に対して応力が集中してもその応力を緩衝部材１５１により適度に吸収でき、流路形成基板１０に対してはノズルプレート２０側よりも薄い緩衝部材１５０を介在させているので、流路形成基板１０とノズルプレート２０との接着均一性を確保しつつ、両者を平坦な状態で接合できる。
【００５１】
また、例えば、封止基板３０を流路形成基板１０に接合した後に、その流路形成基板１０の封止基板３０とは反対側の面にノズルプレート２０を接合する場合には、隔壁１１に対応する領域を直接加圧できないが、緩衝部材１５１を設けておくことで、少なくとも流路形成基板１０の隔壁１１に対応する領域の周縁部とノズルプレート２０とは均等に加圧することができる。これにより、ノズルプレート２０と流路形成基板１０との接着均一性を確保できる。さらに、上述した緩衝部材１５０，１５１は、各接合治具１４１とヘッドを構成する部材との接触を防止する役割もあり、例えば、封止基板３０の表面上に形成されている配線回路やノズルプレート２０の表面にキズが付くのを確実に防止できる。
【００５２】
（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、勿論、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、封止基板３０が接合された流路形成基板１０にノズルプレート２０を別工程にて接合するようにしたが、これに限定されず、流路形成基板とノズルプレートと封止基板とを一括で加熱及び加圧して接合するようにしてもよい。これにより、製造コストをさらに低減できる。なお、このような場合に、流路形成基板に圧力発生室等を形成するプロセスについては、流路形成基板の圧電素子側の面を封止基板の代わりに保護フィルムで封止して行う。なお、この保護フィルムは、封止基板を接合する前に取り除く。
【００５３】
また、上述した実施形態では、圧力発生室の列を１列とした構造を例示したが、これに限定されず、圧力発生室の列を複数設けた構造としてもよい。この場合には、封止基板の圧電素子保持部は、各圧力発生室の列毎に設けるのが好ましい。さらに、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。この場合には、圧電素子を形成する前に、流路形成基板とノズルプレートとを接合するようにしてもよい。
【００５４】
なお、上述した実施形態では、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】実施形態１に係るヘッドの分解斜視図である。
【図２】実施形態１に係るヘッドの平面図及び断面図である。
【図３】実施形態１に係るヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図４】実施形態１に係るヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図５】実施形態１に係る接合方法を説明する断面図である。
【図６】接合時間と加熱温度との関係を示すグラフである。
【図７】実施形態２に係る接合方法を説明する断面図である。
【図８】従来技術に係るヘッドの要部拡大断面図である。
【符号の説明】
１０ 流路形成基板、 １２ 圧力発生室、 １３ 連通部、 １４ インク供給路、 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、５０ 弾性膜、 ５５ 絶縁膜、 ６０ 下電極膜、 ７０ 圧電体層、 ８０ 上電極膜、 １００ 接着剤、 １１０ リザーバ、 １２０ 駆動ＩＣ、１３０ 駆動配線、 １４０ 接合装置、 １４１ 接合治具、 １４２ 加圧手段、 １４３ 加熱手段、 １５０，１５１ 緩衝部材、 ３００ 圧電素子[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a liquid ejecting head for discharging liquid droplets and a bonding apparatus used for bonding a plurality of substrates with an adhesive, and more particularly to a method for manufacturing an ink jet recording head for discharging ink droplets from nozzle openings. And a joining device used for the same.
[0002]
[Prior art]
A part of the pressure generating chamber communicating with the nozzle opening for discharging the ink droplet is constituted by a vibrating plate, and the vibrating plate is deformed by a piezoelectric element to pressurize the ink in the pressure generating chamber to discharge the ink droplet from the nozzle opening. Ink jet recording heads have been put to practical use. For example, in such an ink jet recording head, a pressure generating chamber defined by a plurality of partition walls is provided so as to penetrate the flow path forming substrate in the thickness direction, and is provided on one surface side of the flow path forming substrate. 2. Description of the Related Art There is known a structure having a structure in which a nozzle plate having a nozzle opening is joined to a nozzle plate (for example, see Patent Document 1).
[0003]
As a method for manufacturing such an ink jet recording head, the same material is used as a thermoplastic plastic substrate (flow path forming substrate) in which a groove (pressure generating chamber) is formed by a pressing jig (joining jig). There is known a method in which a vibration plate and a vibration plate are bonded by heating and pressure bonding (for example, see Patent Document 2). In this manufacturing method, both substrates are set on a pressing jig at room temperature, and then both substrates are pressed by the pressing jig and both substrates are heated together with the pressing jig to join them.
[0004]
Note that such a manufacturing method is also used when a nozzle plate is bonded to a flow path forming substrate provided with a plurality of pressure generating chambers with an adhesive.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-160366 (paragraph [0052], FIGS. 1-2)
[Patent Document 2]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-120659 (Section 2, FIG. 1)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described manufacturing method, the partition walls on both sides of each pressure generating chamber are pulled in the row direction of the nozzle openings due to a difference in thermal expansion coefficient between the flow path forming substrate, the nozzle plate, and the pressing jig. Will vary in volume. Then, there is a problem that, for example, at the time of ink ejection, the ink ejection amount, the ejection speed, and the like vary due to the variation in the volume of the pressure generating chamber.
[0007]
For example, due to the effect of the adhesive, each partition cannot withstand the frictional force with the nozzle plate, and the partition due to variations in the thickness of the nozzle plate and the surface roughness of the joint surface with the flow path forming substrate, etc. Each time the degree of sliding in the row direction of the nozzle openings differs. For this reason, as shown in FIG. 8, the flow path forming substrate 310 and the nozzle plate 320 are joined via the adhesive 400 in a state where the volumes of the pressure generating chambers 312 vary due to the falling down of the partition walls 311. I will. In particular, in the case of a structure in which each pressure generating chamber penetrates the flow path forming substrate in the thickness direction, each partition easily falls down.
[0008]
Note that such problems exist not only in an ink jet recording head that ejects ink but also in other liquid ejecting heads that eject liquid other than ink.
[0009]
In view of such circumstances, an object of the present invention is to provide a manufacturing method and a joining apparatus of a liquid jet head which can surely prevent a variation in the volume of each pressure generating chamber.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention for solving the above-mentioned problems, there is provided a nozzle plate having a nozzle opening, a flow path forming substrate in which a pressure generating chamber communicating with the nozzle opening is defined by a plurality of partition walls, A piezoelectric element that is provided on one surface side of the flow path forming substrate via a vibration plate and generates a pressure change in the pressure generation chamber, the liquid jet head comprising: The nozzle plate and the flow path are located between a pair of opposed joining jigs which are pre-heated to a temperature at which the adhesive is cured when joining to the other surface including the end surface of the partition wall of the forming substrate via an adhesive. A method for manufacturing a liquid jet head, comprising a bonding step of heating and pressing with a formation substrate interposed therebetween.
[0011]
In the first aspect, the joining jig is pre-heated to a predetermined temperature, so that, at the time of joining, the nozzle opening of each partition wall due to a difference in thermal expansion coefficient between the nozzle plate, the flow path forming substrate, and the joining jig. The tensile stress in the row direction is substantially eliminated, and the partition walls are reliably prevented from falling down. Therefore, it is possible to reliably prevent the volume of the pressure generating chamber from varying.
[0012]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a liquid jet head according to the first aspect, wherein the pair of joining jigs are heated by any of a heat transfer type and an infrared radiation type.
[0013]
In the second aspect, the heat transfer type or the infrared radiation type heating has a higher temperature rising rate than the convection type heating, so that the bonding time can be shortened.
[0014]
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, in the joining step, the sealing substrate having a piezoelectric element holding portion for sealing the piezoelectric element is formed with the nozzle plate of the flow path forming substrate. A method for manufacturing a liquid jet head, wherein the liquid jet heads are simultaneously bonded to opposite surfaces.
[0015]
In the third aspect, since the flow path forming substrate, the nozzle plate, and the sealing substrate can be collectively joined, the joining time can be further reduced and the joining operation can be simplified. Further, the manufacturing cost can be reduced.
[0016]
In a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the bonding step is performed by interposing a buffer member between at least each of the substrates including the nozzle plate and the bonding jig. A method for manufacturing a liquid jet head characterized by the following.
[0017]
In the fourth aspect, at the time of pressurization, variations in the thickness of the nozzle plate and the surface roughness of the joint surface are absorbed by the elastic deformation of the cushioning member, and the uniformity of adhesion can be secured. Further, when the area corresponding to the partition wall cannot be pressurized, by providing the buffer member, at least the nozzle plate and its peripheral edge can be evenly pressurized, so that uniformity of adhesion can be ensured.
[0018]
According to a fifth aspect of the present invention, in the fourth aspect, a buffer member interposed between the flow path forming substrate and the joining jig is provided on a buffer member interposed between the nozzle plate and the joining jig. A method for manufacturing a liquid jet head, characterized by using a member thicker than a member.
[0019]
According to the fifth aspect, by making the buffer member interposed on the nozzle plate side relatively thicker than the buffer member interposed on the flow path forming substrate side, the uniformity of adhesion between the nozzle plate and the flow path forming substrate is improved. And the two can be joined in a flat state.
[0020]
A sixth aspect of the present invention is the method for manufacturing a liquid jet head according to the fourth or fifth aspect, wherein a fluororesin sheet is used as the buffer member.
[0021]
In the sixth aspect, at the time of pressurization, variations in the thickness of the nozzle plate and the surface roughness of the joint surface are absorbed by the resin sheet having a predetermined elastic force, and the uniformity of adhesion can be ensured.
[0022]
A seventh aspect of the present invention is a bonding apparatus for bonding a bonding substrate via an adhesive to a flow path forming substrate in which a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening is defined by a plurality of partition walls. A pair of bonding jigs arranged at a position to sandwich the flow path forming substrate and the bonding substrate, heating means for heating the pair of bonding jigs to a temperature at which the adhesive cures, and the pair of bonding jigs A pressurizing unit that presses the flow path forming substrate and the bonding substrate via a jig, wherein the flow path forming substrate is interposed between the pair of bonding jigs heated in advance by the heating unit; And the bonding substrate are sandwiched by the pressing means.
[0023]
In the seventh aspect, by heating the bonding jig to a predetermined temperature in advance, at the time of bonding, the flow path forming substrate caused by a difference in thermal expansion coefficient between the flow path forming substrate, the bonding substrate, and each bonding jig; The tensile stress on the bonding substrate is substantially eliminated, and the flow path forming substrate and the bonding substrate can be reliably bonded.
[0024]
An eighth aspect of the present invention is the bonding apparatus according to the seventh aspect, wherein the heating means heats the pair of bonding jigs by any one of a heat transfer type and an infrared radiation type. It is in.
[0025]
In the eighth embodiment, the heating time of the heat transfer type or the infrared radiation type is higher than that of the convection type, so that the bonding time can be shortened.
[0026]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an exploded perspective view of the ink jet recording head according to the first embodiment, and FIG. 2 is a schematic plan view of FIG. 1 and a cross-sectional view taken along line AA ′. As shown in the drawing, the flow path forming substrate 10 in this embodiment is formed of a silicon single crystal substrate having a plane orientation of (110), on both surfaces of which an elastic film 50 made of silicon dioxide formed in advance by thermal oxidation, and an elastic film 50 described later. A mask pattern 51 used as a mask when forming the pressure generating chamber is provided. In the flow path forming substrate 10, pressure generating chambers 12 partitioned by a plurality of partition walls 11 are arranged side by side in the width direction by performing anisotropic etching from the other side. A communication portion 13 which forms a part of a reservoir 110 serving as a common ink chamber of the generation chamber 12 is formed. The communication portion 13 communicates with one longitudinal end of each pressure generation chamber 12 via an ink supply path 14. Have been.
[0027]
Here, the anisotropic etching is performed using the difference in the etching rate of the silicon single crystal substrate. For example, in the present embodiment, when a silicon single crystal substrate is immersed in an alkaline solution such as KOH, it is gradually eroded, and the first (111) plane perpendicular to the (110) plane and the first (111) plane And a second (111) plane that forms an angle of about 70 degrees with the (110) plane and forms an angle of about 35 degrees with the (110) plane, and the etching rate of the (111) plane is compared with the etching rate of the (110) plane. The etching is performed using the property that the etching rate is about 1/180. By such anisotropic etching, precision processing can be performed based on depth processing of a parallelogram formed by two first (111) surfaces and two oblique second (111) surfaces. , The pressure generating chambers 12 can be arranged at a high density.
[0028]
In this embodiment, the long side of each pressure generating chamber 12 is formed by the first (111) plane, and the short side is formed by the second (111) plane. The pressure generating chamber 12 is formed by etching until it reaches the elastic film 50 substantially through the flow path forming substrate 10. Here, the amount of the elastic film 50 that is attacked by the alkaline solution for etching the silicon single crystal substrate is extremely small. Further, the cross-sectional area of each ink supply path 14 communicating with one end of each pressure generating chamber 12 is formed smaller than that of the pressure generating chamber 12 so that the flow resistance of the ink flowing into the pressure generating chamber 12 is kept constant. keeping.
[0029]
The thickness of such a flow path forming substrate 10 may be selected in accordance with the arrangement density of the pressure generating chambers 12, and the arrangement density of the pressure generating chambers 12 is, for example, 180 pieces per inch ( If it is about 180 dpi), the thickness of the flow path forming substrate 10 may be about 220 μm. For example, if the flow path forming substrate 10 is arranged at a relatively high density of 200 dpi or more, the thickness of the flow path forming substrate 10 It is preferable that the thickness be relatively thin, 100 μm or less. This is because the arrangement density can be increased while maintaining the rigidity of the partition 11 between the adjacent pressure generating chambers 12.
[0030]
In addition, a nozzle plate 20 having nozzle openings 21 formed therein is bonded to the opening surface side of the flow path forming substrate 10 via an adhesive 100 as a bonding substrate. Examples of such an adhesive 100 include an epoxy adhesive and an acrylic adhesive. The method of joining the flow path forming substrate 10 and the nozzle plate 20 will be described later in detail.
[0031]
The nozzle plate 20 has a thickness of, for example, 0.03 to 0.3 mm, a coefficient of linear expansion of 300 ° C. or less, and, for example, 2.5 to 4.5 [× 10 −6 / ° C.] It is made of a single crystal substrate or non-rust steel. The nozzle plate 20 entirely covers one surface of the flow path forming substrate 10 on one surface, and also serves as a reinforcing plate for protecting the silicon single crystal substrate as the flow path forming substrate 10 from impact and external force. Here, the size of the pressure generating chamber 12 that applies the ink droplet ejection pressure to the ink and the size of the nozzle opening 21 that ejects the ink droplet are optimized according to the amount of the ejected ink droplet, the ejection speed, and the ejection frequency. You. For example, when recording 360 ink droplets per inch, the nozzle openings 21 need to be formed with a diameter of several tens of μm with high accuracy.
[0032]
On the other hand, on the side opposite to the opening surface of the flow path forming substrate 10, on the elastic film 50 having a thickness of, for example, about 1.0 μm, via an insulating film 55 having a thickness of, for example, 0.4 μm, The lower electrode film 60 having a thickness of, for example, about 0.2 μm, the piezoelectric layer 70 having a thickness of, for example, about 1.0 μm, and the upper electrode film 80 having a thickness of, for example, about 0.05 μm are described later. The piezoelectric element 300 is formed by lamination in the following process. Here, the piezoelectric element 300 refers to a portion including the lower electrode film 60, the piezoelectric layer 70, and the upper electrode film 80. Generally, one of the electrodes of the piezoelectric element 300 is used as a common electrode, and the other electrode and the piezoelectric layer 70 are patterned for each of the pressure generating chambers 12. Here, a portion which is constituted by one of the patterned electrodes and the piezoelectric layer 70 and in which a piezoelectric strain is generated by applying a voltage to both electrodes is referred to as a piezoelectric active portion. In the present embodiment, the lower electrode film 60 is used as a common electrode of the piezoelectric element 300, and the upper electrode film 80 is used as an individual electrode of the piezoelectric element 300. In any case, the piezoelectric active portion is formed for each pressure generating chamber. Further, here, the piezoelectric element 300 and a vibration plate whose displacement is generated by driving the piezoelectric element 300 are collectively referred to as a piezoelectric actuator. In the example described above, the elastic film 50, the insulating film 55, and the lower electrode film 60 function as a diaphragm. Also, a lead electrode 90 made of, for example, gold (Au) or the like and extending at one end to a region facing the ink supply path 14 is connected to each upper electrode film 80 which is an individual electrode of the piezoelectric element 300. .
[0033]
On the flow path forming substrate 10 on which such a piezoelectric element 300 is formed, a piezoelectric element holding portion 31 capable of sealing the space is provided in a state where a space that does not hinder the movement of the piezoelectric element 300 is secured. The piezoelectric element 300 is sealed in the piezoelectric element holding portion 31. In addition, the sealing substrate 30 is provided with a reservoir portion 32 that constitutes at least a part of the reservoir 110, and is provided outside the pressure generating chambers 12 in the longitudinal direction. In the present embodiment, these reservoir portions 32 are formed so as to penetrate the sealing substrate 30 in the thickness direction and extend across the width of the pressure generating chamber 12, and through the penetrating portions provided in the elastic film 50. The reservoirs 110 communicate with the communication portions 13 of the flow path forming substrate 10 and serve as common ink chambers of the pressure generation chambers 12, respectively. In a region between the piezoelectric element holding portion 31 and the reservoir portion 32 of the sealing substrate 30, a through hole 33 penetrating the sealing substrate 30 in the thickness direction is provided. The lead electrode 90 drawn out from each piezoelectric element 300 is exposed in the through hole 33 near the end. As such a sealing substrate 30, it is preferable to use a material having substantially the same thermal expansion coefficient as that of the flow path forming substrate 10, for example, glass, a ceramic material, or the like. It was formed using a silicon single crystal substrate of the material.
[0034]
A wiring circuit (not shown) is formed on the surface of the sealing substrate 30, that is, on the surface opposite to the bonding surface with the flow path forming substrate 10, and the piezoelectric element 300 is formed on the wiring circuit. A drive IC (semiconductor integrated circuit) 120 for driving the IC is mounted. Each of the piezoelectric elements 300 and the driving IC 120 are electrically connected to each other by a driving wire 130 formed of a bonding wire and a lead electrode 90 extended from each of the piezoelectric elements 300 and extending into the through hole 33.
[0035]
A compliance substrate 40 including a sealing film 41 and a fixing plate 42 is bonded to a region of the sealing substrate 30 corresponding to the reservoir 32. Here, the sealing film 41 is made of a material having low rigidity and flexibility (for example, a polyphenylene sulfide (PPS) film having a thickness of 6 μm), and the sealing film 41 seals one surface of the reservoir 32. Has been stopped. The fixing plate 42 is formed of a hard material such as a metal (for example, stainless steel (SUS) having a thickness of 30 μm). Since the area of the fixing plate 42 facing the reservoir 110 is the opening 43 completely removed in the thickness direction, one surface of the reservoir 110 is sealed only with the sealing film 41 having flexibility. Have been.
[0036]
The ink jet recording head according to the present embodiment described above takes in ink from an ink supply unit (not shown), fills the inside from the reservoir 110 to the nozzle opening 21 with ink, and then generates a pressure according to a drive signal from the drive IC 120. A drive voltage is applied between the lower electrode film 60 and the upper electrode film 80 corresponding to the chambers 12 to displace the elastic film 50, the insulating film 55, and the piezoelectric element 300, so that each of the pressure generating chambers 12 has The pressure increases and ink droplets are ejected from the nozzle opening 21.
[0037]
3 and 4 are cross-sectional views of the pressure generating chamber 12 in the longitudinal direction. Hereinafter, a method of manufacturing the ink jet recording head according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 3A, a silicon single crystal substrate wafer serving as the flow path forming substrate 10 is thermally oxidized in a diffusion furnace at about 1100 ° C. to form an elastic film 50 made of silicon oxide on each surface. After that, an insulating film 55 made of zirconia oxide or the like is formed on the elastic film 50. Next, as shown in FIG. 3B, after the lower electrode film 60 is formed on the entire surface of the insulating film 55, it is patterned into a predetermined shape. Here, for example, the lower electrode 60 is formed by stacking at least platinum and iridium on the surface of the insulating film 55. Next, as shown in FIG. 3C, a piezoelectric layer 70 made of, for example, lead zirconate titanate (PZT) and an upper electrode film 80 made of, for example, iridium are sequentially laminated, and these are simultaneously patterned. Thus, the piezoelectric element 300 is formed. Next, as shown in FIG. 4A, for example, a lead electrode 90 made of, for example, gold (Au) is formed over the entire surface of the flow path forming substrate 10 and is patterned for each piezoelectric element 300. The above is the film forming process.
[0038]
Next, as shown in FIG. 4B, the sealing substrate 30 on which the piezoelectric element holding portion 31, the reservoir portion 32 and the like are formed in advance is joined. Note that such a sealing substrate 30 protects each piezoelectric element 300 from an alkaline solution when forming the pressure generating chamber 12 and the like by anisotropically etching the flow path forming substrate 10 in a process described later. Also plays a role. Thereafter, the silicon single crystal substrate (flow path forming substrate 10) is anisotropically etched with the above-described alkali solution to form the pressure generating chamber 12, the communication section 13, and the ink supply path 14. Specifically, as shown in FIG. 4C, a mask pattern 51 is formed on the surface of the flow path forming substrate 10 opposite to the bonding surface with the sealing substrate 30, and through the mask pattern 51, The pressure generating chamber 12, the communication portion 13, and the ink supply path 14 are formed by anisotropically etching the flow path forming substrate 10. When performing the anisotropic etching as described above, the surface of the sealing substrate 30 is sealed with a protective film or the like. Next, the adhesive 100 is applied to the surface of the flow path forming substrate 10 on which the ink supply paths 14 and the like are formed, that is, the surface of the mask pattern 51.
[0039]
Next, the nozzle plate 20 having the nozzle openings 21 formed on the surface of the flow path forming substrate 10 opposite to the sealing substrate 30 is temporarily bonded with an adhesive 100, and then the adhesive 100 is cured. Join completely. For example, in this embodiment, a joining device 140 as shown in FIG. 5 is used for this joining. FIG. 5 is a diagram illustrating a joining method using a joining device.
[0040]
As shown in FIG. 5, the joining apparatus 140 according to the present embodiment includes a pair of joining jigs 141, a pressing unit 142 that presses the pair of joining jigs 141, and a heating unit that heats the pair of joining jigs 141. 143. Then, the bonding apparatus 140 having such a configuration forms a flow path in which the sealing substrate 30 obtained by the above-described process is bonded by the pair of bonding jigs 141 preheated to a temperature at which the adhesive 100 hardens. The assembly 200 in which the nozzle plate 20 is temporarily bonded to the substrate 10 is heated and pressurized to cure the adhesive 100 and join them together.
[0041]
Specifically, the following procedure is performed. First, the pair of joining jigs 141 is heated to a temperature at which the adhesive 100 cures, for example, 65 ° C. in the present embodiment. Next, the assembly 200 is positioned and fixed between the pair of joining jigs 141. Next, the assembly 200 positioned and fixed between the joining jigs 141 is pressurized by the pressurizing unit 142, and the assembly 200 is heated to 65 ° C. via the joining jigs 141 by the heating unit 143. For example, in this embodiment, it is held for two hours.
[0042]
Here, the heating means 143 heats the pair of joining jigs 141 by either a heat transfer type or an infrared radiation type. For example, in the present embodiment, an infrared radiation type heating device is used. In such a heat transfer type or infrared radiation type heating, the entire joining jig 141 can be heated with a uniform temperature distribution and in a short time as compared with the convection type heating. Further, the heating temperature of the pair of joining jigs 141 by the heating means 143 is preferably 50 to 70 ° C, particularly preferably about 65 ° C. This is because the temperature at which the adhesive 100 can be surely cured while minimizing the internal stress generated due to the difference in thermal expansion coefficient between the flow path forming substrate 10, the nozzle plate 20, and the sealing substrate 30. . In addition, as in the present embodiment, the heating means 143 heats both of the pair of joining jigs 141 due to the coefficient of thermal expansion of the flow path forming substrate 10 and the nozzle plate 20 at the time of joining. This is to reduce the internal stress that occurs due to this. This can effectively prevent the partition 11 from falling down. As described above, in the present embodiment, when the assembly 200 is joined, the above-described joining device 140 is used. However, the present invention employs a jig heated to a temperature at which the adhesive 100 cures, and the flow path forming substrate 10 There is no particular limitation as long as the nozzle plate 20 can be heated and pressed.
[0043]
As described above, according to the manufacturing method of the present embodiment, the pair of joining jigs 141 is preliminarily heated to a temperature at which the adhesive 100 is cured, and the assembly 200 is pressed and heated by each of these joining jigs 141. Therefore, the influence of the stress due to the thermal expansion of each joining jig 141 on the nozzle plate 20 and the like can be eliminated. That is, a tensile stress in the row direction of the nozzle openings 21 applied to each partition 11 due to a difference in thermal expansion coefficient between the flow path forming substrate 10, the nozzle plate 20, and the joining jig 141 is not substantially generated. Thereby, when the assembly 200 is joined, the partitions 11 are joined without falling down, so that the volumes of the pressure generating chambers 12 can be made uniform. Therefore, at the time of ink ejection, it is possible to uniformly apply pressure to the ink in each of the pressure generating chambers 12, and for example, it is possible to reliably prevent variations in the ink ejection amount, the ejection speed, and the like. The present invention is particularly effective when the rigidity of the partition 11 is reduced by increasing the arrangement of the pressure generating chambers 12. For this reason, there is an effect that the density of the arrangement of the pressure generating chambers 12 can be easily increased.
[0044]
Further, when the joining operation of the assembly 200 is performed continuously, in the present embodiment, the respective joining jigs 141 are heated, that is, the other joining jigs 141 are not cooled but are heated. The operation of setting the assembly, pressurizing and heating in the same manner, and holding for a predetermined time is repeated. The reason why the joining operation can be repeated under heating as described above is that the joining jig 141 is directly heated by the heating means 143. In this way, if the joining operation can be performed continuously under heating, each operation of cooling and subsequently reheating each joining jig 141 can be omitted. That is, the joining time can be greatly reduced, and the manufacturing cost can be reduced.
[0045]
For example, in the above-described manufacturing method (example) of the present embodiment, as shown in FIG. 6, it took 0.5 hours to raise the temperature, and then took 2 hours to heat and pressurize, so that the total bonding time was 2 hours. 0.5 hours. On the other hand, a flow path forming substrate and a nozzle plate are set on a pair of bonding jigs at room temperature, and both substrates are pressurized, and the bonding jig and both substrates are heated to 65 ° C. by a clean oven which is a convection heating device. In the method of heating until the temperature reaches (comparative example), as shown in FIG. 6, the heating time is 3 hours because of the convection heating, and the subsequent heating and pressurization for 2 hours and the cooling for 2 hours are combined. And the total bonding time was 7 hours.
[0046]
As is apparent from this, in the example, since the time required for raising the temperature can be reduced by 2.5 hours and the cooling time can be omitted as compared with the comparative example, a single bonding time can be reduced by a total of 4.5 hours. Further, in the embodiment, since the joining operation can be continuously performed under heating, each of the second and subsequent heating, cooling, and heating time can be omitted, and the joining time per a predetermined number can be greatly reduced.
[0047]
After the nozzle plate 20 is bonded to the flow path forming substrate 10 in this manner, the compliance substrate 40 is bonded to the sealing substrate 30, and the driving IC 120 is mounted on the sealing substrate 30, and each lead electrode 90 The piezoelectric elements 300 and the drive IC 120 are electrically connected by connecting the drive IC 120 and the drive IC 120 by the drive wiring 130 formed of a bonding wire. After the drive IC 120 is mounted on the sealing substrate 30 in this manner, each substrate such as the flow path forming substrate 10 and the sealing substrate 30 is divided into chip sizes, thereby obtaining the structure of the present embodiment as shown in FIG. This is an ink jet recording head.
[0048]
(Embodiment 2)
FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a bonding method according to the second embodiment of the present invention. In the present embodiment, the same components as those in FIG. 5 described above are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted. In the first embodiment described above, the assembly 200 is pressed by the pair of joining jigs 141. However, in the present embodiment, as shown in FIG. 7, a plurality of nozzles including at least the nozzle plate 20 and the flow path forming substrate 10 are provided. The buffer members 150 and 151 are interposed between the substrate and the pair of joining jigs 141. As such buffer members 150 and 151, for example, a fluororesin sheet having a thickness of 0.05 to 0.3 mm, preferably 0.1 to 0.2 mm having an elastic force may be used. As described above, by interposing the buffer members 150 and 151, even if the thickness of the nozzle plate 20 and the surface roughness of the joint surface vary at the time of pressurization, the variation is caused by the elastic deformation of the buffer members 150 and 151. Since the absorption is absorbed, the flow path forming substrate 10 and the nozzle plate 20 can be uniformly pressed. Thereby, uniformity of adhesion between the nozzle plate 20 and the flow path forming substrate 10 can be secured.
[0049]
When the stress is concentrated on one of the substrates when the flow path forming substrate 10 and the sealing substrate 30 are joined together, if the stress is concentrated on one of the substrates and the joining jig 141, It is preferable that the buffer member 151 to be interposed is thicker than the buffer member 150 to be interposed between the substrate on the other side and the bonding jig 141. Further, when the flow path forming substrate 10 and the nozzle plate 20 are joined together, stress concentrates on the nozzle plate 20, so that the buffer member 151 intervenes between the nozzle plate 20 and the joining jig 141. It is preferable to use one that is thicker than the buffer member 150 interposed between the path forming substrate 10 and the joining jig 141.
[0050]
For example, the thickness of the buffer member 151 interposed between the nozzle plate 20 and the bonding jig 141 is set to 0.1 to 0.3 mm, and the buffer member interposed between the flow path forming substrate 10 and the bonding jig 141. It is preferable that the thickness of 150 is 0.05 to 0.1 mm. Thereby, even if stress concentrates on the nozzle plate 20, the stress can be appropriately absorbed by the buffer member 151, and the buffer member 150 thinner than the nozzle plate 20 side is interposed on the flow path forming substrate 10. Therefore, it is possible to join the flow path forming substrate 10 and the nozzle plate 20 in a flat state while ensuring uniform adhesion.
[0051]
For example, when the nozzle plate 20 is bonded to the surface of the flow path forming substrate 10 opposite to the sealing substrate 30 after bonding the sealing substrate 30 to the flow path forming substrate 10, Although the corresponding area cannot be directly pressurized, the provision of the buffering member 151 enables uniform pressurization of at least the peripheral portion of the area corresponding to the partition wall 11 of the flow path forming substrate 10 and the nozzle plate 20. Thereby, uniformity of adhesion between the nozzle plate 20 and the flow path forming substrate 10 can be secured. Further, the above-described buffer members 150 and 151 also have a role of preventing contact between each joining jig 141 and a member constituting the head. For example, a wiring circuit or a nozzle formed on the surface of the sealing substrate 30 The surface of the plate 20 can be reliably prevented from being scratched.
[0052]
(Other embodiments)
The embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is, of course, not limited to the above embodiment. For example, in the above-described embodiment, the nozzle plate 20 is bonded to the flow path forming substrate 10 to which the sealing substrate 30 is bonded in a separate process. However, the present invention is not limited thereto. The sealing substrate and the sealing substrate may be jointly heated and pressed together. Thereby, the manufacturing cost can be further reduced. In such a case, the process of forming the pressure generating chambers and the like in the flow path forming substrate is performed by sealing the surface of the flow path forming substrate on the piezoelectric element side with a protective film instead of the sealing substrate. The protective film is removed before joining the sealing substrate.
[0053]
Further, in the above-described embodiment, the structure in which the row of the pressure generating chambers is one row is exemplified, but the present invention is not limited to this, and a structure in which a plurality of rows of the pressure generating chambers are provided may be employed. In this case, the piezoelectric element holding portions of the sealing substrate are preferably provided for each row of the pressure generating chambers. Furthermore, in the above-described embodiment, a thin-film type ink jet recording head manufactured by applying a film forming and lithography process has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and for example, a green sheet may be attached. The present invention can also be applied to a thick-film type ink jet recording head formed by such a method. In this case, the channel forming substrate and the nozzle plate may be joined before forming the piezoelectric element.
[0054]
In the above-described embodiment, an ink jet recording head that ejects ink is described as an example of the liquid ejecting head. However, the present invention is intended for a wide range of liquid ejecting heads and liquid ejecting apparatuses. As the liquid ejecting head, for example, a recording head used for an image recording apparatus such as a printer, a color material ejecting head used for producing a color filter such as a liquid crystal display, an organic EL display, and an electrode formation such as an FED (surface emitting display). And an organic material ejecting head used for producing a biochip.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of a head according to a first embodiment.
FIG. 2 is a plan view and a cross-sectional view of the head according to the first embodiment.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the head according to the first embodiment.
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the head according to the first embodiment.
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a bonding method according to the first embodiment.
FIG. 6 is a graph showing a relationship between a bonding time and a heating temperature.
FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a bonding method according to a second embodiment.
FIG. 8 is an enlarged sectional view of a main part of a head according to the related art.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 10 flow path forming substrate, 12 pressure generating chamber, 13 communication part, 14 ink supply path, 20 nozzle plate, 21 nozzle opening, 30 sealing substrate, 31 piezoelectric element holding part, 32 reservoir part, 40 compliance substrate, 50 elastic film , 55 insulating film, 60 lower electrode film, 70 piezoelectric layer, 80 upper electrode film, 100 adhesive, 110 reservoir, 120 drive IC, 130 drive wiring, 140 bonding device, 141 bonding jig, 142 pressing means, 143 Heating means, 150, 151 buffer member, 300 piezoelectric element
