JP2006272913A - Liquid injection head, its manufacturing method, and liquid injection apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
ノズル開口から液体を噴射する液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置に関し、特に、液体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に関する。 More particularly, the present invention relates to an ink jet recording head that ejects ink as a liquid, a manufacturing method thereof, and an ink jet recording apparatus.
液体噴射ヘッドであるインクジェット式記録ヘッドとしては、例えば、ノズル開口に連通する圧力発生室とこの圧力発生室に連通する連通部とが形成される流路形成基板と、この流路形成基板の一方面側に形成される圧電素子と、流路形成基板の圧電素子側の面に接合され連通部と共にリザーバの一部を構成するリザーバ部を有するリザーバ形成基板とを具備するものがある(例えば、特許文献1参照)。 As an ink jet recording head that is a liquid ejecting head, for example, a flow path forming substrate in which a pressure generation chamber communicating with a nozzle opening and a communication portion communicating with the pressure generation chamber are formed, and one of the flow path forming substrates is provided. Some include a piezoelectric element formed on the surface side, and a reservoir forming substrate having a reservoir portion that is joined to the surface of the flow path forming substrate on the piezoelectric element side and forms a part of the reservoir together with the communication portion (for example, Patent Document 1).
このような構成のヘッドでは、一般的に、流路形成基板とリザーバ形成基板とを接着剤によって接合しているが、流路形成基板の表面には、圧電素子の配線等が形成されているため、流路形成基板に対する接着剤の密着性が比較的低い。このため、リザーバ内のインクがこの接着剤部分からしみ出してしまい、しみ出したインクの水分によって圧電素子が破壊されてしまう等の問題が生じる虞がある。 In the head having such a configuration, the flow path forming substrate and the reservoir forming substrate are generally bonded to each other with an adhesive, and the wiring of the piezoelectric element is formed on the surface of the flow path forming substrate. Therefore, the adhesiveness of the adhesive to the flow path forming substrate is relatively low. For this reason, there is a possibility that the ink in the reservoir oozes out from the adhesive portion and the piezoelectric element is destroyed by the moisture of the oozed ink.
また、このような流路形成基板とリザーバ形成基板とを接合した構成では、例えば、振動板等を機械的に打ち抜いて貫通部を形成し、この貫通部を介してリザーバ部と連通部とを連通させている。しかしながら、このように機械的な加工で貫通部を形成すると、加工カス等の異物が生じ、圧力発生室などの流路内にこの異物が入り込み、吐出不良等の原因となるという問題がある。なお、貫通部を形成後、例えば、洗浄等を行うことで、加工カス等の異物はある程度除去することはできるが完全に除去するのは難しい。また、貫通部を機械的に加工すると、貫通部の周囲に亀裂等が発生し、この亀裂が生じることによっても吐出不良が発生するという問題がある。すなわち、亀裂が発生した状態でインクを充填してノズル開口から吐出させると、亀裂部分から破片が脱落し、この破片がノズル開口に詰まり吐出不良が発生するという問題がある。 Further, in such a configuration in which the flow path forming substrate and the reservoir forming substrate are joined, for example, a diaphragm is mechanically punched to form a through portion, and the reservoir portion and the communication portion are connected via the through portion. Communicate. However, when the penetrating portion is formed by such mechanical processing, there is a problem that foreign matter such as machining residue is generated and the foreign matter enters a flow path such as a pressure generating chamber, which causes discharge failure and the like. In addition, after forming the penetration part, for example, by performing cleaning or the like, foreign matters such as processing residue can be removed to some extent, but it is difficult to remove completely. Further, when the penetrating portion is mechanically processed, a crack or the like is generated around the penetrating portion, and there is a problem that a discharge failure occurs due to the occurrence of the crack. That is, when ink is filled in a cracked state and discharged from the nozzle opening, there is a problem in that a broken piece falls off from the cracked portion, and the broken piece is clogged in the nozzle opening to cause a discharge failure.
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の製造方法だけでなく、勿論、インク以外の液体を吐出する他の液体噴射ヘッドの製造方法においても、同様に存在する。 Such a problem exists not only in a method for manufacturing an ink jet recording head that discharges ink, but also in a method for manufacturing another liquid ejecting head that discharges liquid other than ink.
本発明は、このような事情に鑑み、異物によるノズル詰まり等の吐出不良を確実に防止することができ且つ流路形成基板とリザーバ形成基板とを良好に接合することができる液体噴射ヘッド及びその製造方法を提供することを課題とする。 In view of such circumstances, the present invention is capable of reliably preventing a discharge failure such as nozzle clogging due to a foreign substance and capable of satisfactorily joining a flow path forming substrate and a reservoir forming substrate, and a liquid ejecting head therefor It is an object to provide a manufacturing method.
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形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、前記流路形成基板に接着剤によって接合されて各圧力発生室の共通の液体室であるリザーバの一部を構成するリザーバ部が設けられたリザーバ形成基板とを具備し、且つ前記流路形成基板の前記リザーバ形成基板との接合領域の少なくとも一部に、酸化性金属からなる接合層を有し、前記リザーバ形成基板が前記接合層上に接合されていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第1の態様では、流路形成基板とリザーバ形成基板との接合領域に接合層が介在することで、両基板を良好に接合することができる。したがって、圧電素子の破壊等、接着剤部分からの液体のしみ出しに起因する不良の発生を防止することができる。
According to a first aspect of the present invention for solving the above-described problem, a flow path forming substrate in which a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for discharging droplets is formed, and a diaphragm is provided on one side of the flow path forming substrate. And a piezoelectric element composed of a lower electrode, a piezoelectric layer and an upper electrode, and a reservoir which is bonded to the flow path forming substrate by an adhesive and forms a part of a reservoir which is a common liquid chamber of each pressure generating chamber A reservoir forming substrate provided with a portion, and having a bonding layer made of an oxidizing metal in at least a part of a bonding region of the flow path forming substrate with the reservoir forming substrate. The liquid ejecting head is bonded onto the bonding layer.
In the first aspect, since the bonding layer is interposed in the bonding region between the flow path forming substrate and the reservoir forming substrate, both substrates can be bonded satisfactorily. Therefore, it is possible to prevent the occurrence of defects due to the liquid oozing out from the adhesive portion, such as destruction of the piezoelectric element.
本発明の第2の態様は、第1の態様において、前記流路形成基板が前記振動板に設けられた貫通部を介して前記リザーバ部と連通して前記リザーバの一部を構成する連通部を有し、前記接合層が前記貫通部の周囲の少なくとも一部の領域に設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第2の態様では、リザーバの周縁部において、流路形成基板とリザーバ形成基板とが強固に接合されるため、リザーバ内の液体の接着剤部分からのしみ出しをより確実に防止することができる。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the communication part in which the flow path forming substrate communicates with the reservoir part via a through part provided in the diaphragm and forms a part of the reservoir. In the liquid jet head, the bonding layer is provided in at least a partial region around the penetrating portion.
In the second aspect, since the flow path forming substrate and the reservoir forming substrate are firmly bonded at the peripheral portion of the reservoir, it is possible to more reliably prevent the liquid in the reservoir from seeping out from the adhesive portion. it can.
本発明の第3の態様は、第1又は2の態様において、密着層と金属層とからなり前記圧電素子から引き出されるリード電極を有し、前記接合層が前記密着層からなることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第3の態様では、リード電極を形成する際に接合層を同時に形成できるため、製造工程が煩雑化することがなく、また製造コストが増加することもない。
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the adhesive layer and the metal layer are included, the lead electrode is drawn out from the piezoelectric element, and the bonding layer is the adhesive layer. In the liquid jet head.
In the third aspect, since the bonding layer can be formed at the same time when the lead electrode is formed, the manufacturing process is not complicated, and the manufacturing cost does not increase.
本発明の第4の態様は、第1〜3の何れかの態様において、前記接合層が、ニッケル、クロム、スズ、アルミニウム、タンタル、チタン及びタングステンからなる群から選択される少なくとも一種を含む合金からなることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第4の態様では、接合層を所定の材料で形成することにより接着剤が良好に密着する。したがって、流路形成基板とリザーバ形成基板とをさらに強固に接合することができる。
A fourth aspect of the present invention is the alloy according to any one of the first to third aspects, wherein the bonding layer includes at least one selected from the group consisting of nickel, chromium, tin, aluminum, tantalum, titanium, and tungsten. The liquid ejecting head is characterized by comprising:
In the fourth embodiment, the adhesive layer is satisfactorily adhered by forming the bonding layer with a predetermined material. Therefore, the flow path forming substrate and the reservoir forming substrate can be bonded more firmly.
本発明の第5の態様は、第1〜4の何れかの態様において、前記接着剤が、エポキシ、シリコーン又はポリイミドの少なくとも何れか一方を含有する材料からなることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第5の態様では、所定の材料からなる接着剤を用いることで、流路形成基板とリザーバ形成基板とをさらに良好に接合することができる。
According to a fifth aspect of the present invention, in the liquid jet head according to any one of the first to fourth aspects, the adhesive is made of a material containing at least one of epoxy, silicone, or polyimide. is there.
In the fifth aspect, by using an adhesive made of a predetermined material, the flow path forming substrate and the reservoir forming substrate can be bonded more satisfactorily.
本発明の第6の態様は、第1〜5の何れかの態様の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。
かかる第6の態様では。耐久性及び信頼性に優れた液体噴射ヘッドを実現することができる。
According to a sixth aspect of the invention, there is provided a liquid ejecting apparatus including the liquid ejecting head according to any one of the first to fifth aspects.
In the sixth aspect. A liquid ejecting head excellent in durability and reliability can be realized.
本発明の第7の態様は、液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室と当該圧力発生室に連通する連通部とが形成される流路形成基板の一方面側に振動板を介して下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子を形成すると共に前記連通部となる領域の前記振動板を除去して貫通部を形成する工程と、酸化性金属からなる密着層と該密着層上に形成される金属層とからなり前記圧電素子から引き出されるリード電極を形成すると共に、前記密着層及び金属層からなるが前記リード電極とは不連続の不連続金属層によって前記貫通部を封止し且つ前記不連続金属層を構成する金属層の一部を除去して前記密着層の一部を露出させる工程と、前記連通部と連通してリザーバの一部を構成するリザーバ部が形成されたリザーバ形成基板を前記流路形成基板の露出された前記密着層を含む領域に接着剤によって接合する工程と、前記流路形成基板をその他方面側から前記振動板及び前記金属層が露出するまでウェットエッチングして前記圧力発生室及び前記連通部を形成する工程と、前記貫通部に対応する領域の前記不連続金属層をウェットエッチングにより除去して前記リザーバ部と前記連通部とを連通させる工程と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。
かかる第7の態様では、流路形成基板とリザーバ形成基板との間に、酸化性金属からなる密着層が介在するため、接着剤の密着性が向上し、両基板を良好且つ強固に接合することができる。また、リザーバを形成する際に、加工カス等の異物が発生することがないため、加工カス等によるノズル詰まり等の吐出不良が確実に防止される。
According to a seventh aspect of the present invention, a pressure generating chamber that communicates with a nozzle opening that ejects liquid and a communication portion that communicates with the pressure generating chamber are formed on one side of a flow path forming substrate via a diaphragm. Forming a piezoelectric element including a lower electrode, a piezoelectric layer, and an upper electrode and removing the diaphragm in the region serving as the communication portion to form a through portion; an adhesion layer made of an oxidizing metal; and the adhesion layer The lead electrode is formed of a metal layer formed thereon and is drawn out from the piezoelectric element, and the penetrating portion is sealed by a discontinuous metal layer which is composed of the adhesion layer and the metal layer but is discontinuous with the lead electrode. And a step of removing a part of the metal layer constituting the discontinuous metal layer to expose a part of the adhesion layer, and a reservoir part forming a part of the reservoir communicating with the communication part. The formed reservoir forming substrate Joining the exposed region of the formation substrate to the exposed region including the adhesion layer with an adhesive, and wet-etching the flow passage formation substrate from the other side until the vibration plate and the metal layer are exposed to form the pressure generating chamber. And a step of forming the communication portion, and a step of removing the discontinuous metal layer in a region corresponding to the penetrating portion by wet etching to cause the reservoir portion and the communication portion to communicate with each other. A method of manufacturing a liquid jet head.
In the seventh aspect, since an adhesive layer made of an oxidizing metal is interposed between the flow path forming substrate and the reservoir forming substrate, the adhesiveness of the adhesive is improved, and both substrates are bonded well and firmly. be able to. Further, when forming the reservoir, foreign matter such as machining residue is not generated, so that ejection failure such as nozzle clogging due to machining residue or the like is reliably prevented.
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に係る製造方法によって製造され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。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、その一方の面には予め熱酸化によって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。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments.
(Embodiment 1)
1 is an exploded perspective view showing an ink jet recording head manufactured by a manufacturing method according to
流路形成基板10には、複数の圧力発生室12がその幅方向に並設されている。また、流路形成基板10の圧力発生室12の長手方向外側の領域には連通部13が形成され、連通部13と各圧力発生室12とが、圧力発生室12毎に設けられたインク供給路14を介して連通されている。連通部13は、後述するリザーバ形成基板30のリザーバ部31と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。インク供給路14は、圧力発生室12よりも狭い幅で形成されており、連通部13から圧力発生室12に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。
A plurality of
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とは反対側の端部近傍に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、圧力発生室12を形成する際のマスクとして用いられるマスク膜51を介して、接着剤や熱溶着フィルム等によって固着されている。なお、ノズルプレート20は、厚さが例えば、0.01〜1mm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、シリコン単結晶基板又はステンレス鋼などからなる。
Further, on the opening surface side of the flow
一方、このような流路形成基板10の開口面とは反対側には、上述したように、厚さが例えば約1.0μmの弾性膜50が形成され、この弾性膜50上には、厚さが例えば、約0.4μmの絶縁体膜55が形成されている。さらに、この絶縁体膜55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、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。
On the other hand, as described above, the
また、このような各圧電素子300の上電極膜80には、それぞれリード電極90が接続されており、このリード電極90を介して各圧電素子300に選択的に電圧が印加されるようになっている。そして、このリード電極90は、ニッケルクロム(NiCr)からなる密着層91と、この密着層91上に形成され、例えば、金(Au)等からなる金属層92とで構成されている。また、連通部13の開口周縁部に対応する領域の弾性膜50及び絶縁体膜55上にも、このリード電極90を構成する密着層91及び金属層92からなるがリード電極90とは不連続の不連続金属層95が残存している。さらに、この不連続金属層95を構成する金属層92は、その一部、例えば、不連続金属層95の周縁部が除去され、下層の密着層91が露出した状態となっている。
In addition, a
そして、流路形成基板10の圧電素子300側の面には、リザーバ100の少なくとも一部を構成するリザーバ部31を有するリザーバ形成基板30が接着剤35によって接着されている。リザーバ形成基板30のリザーバ部31は、振動板、本実施形態では、弾性膜50及び絶縁体膜55、に設けられた貫通部53を介して連通部13と連通され、これらリザーバ部31及び連通部13によってリザーバ100が形成されている。
A
また、リザーバ形成基板30の圧電素子300に対向する領域には、圧電素子保持部32が設けられている。圧電素子300は、この圧電素子保持部32内に形成されているため、外部環境の影響を殆ど受けない状態で保護されている。なお、圧電素子保持部32は、密封されていてもよいし密封されていなくてもよい。このようなリザーバ形成基板30の材料としては、例えば、ガラス、セラミックス材料、金属、樹脂等が挙げられるが、流路形成基板10の熱膨張率と略同一の材料で形成されて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。
In addition, a piezoelectric
ここで、リザーバ形成基板30が接着剤35によって接合される流路形成基板10の接合領域の一部には、酸化性金属からなる接合層98が形成されている。この酸化性金属からなる接合層98は接着剤35と密着性が良好であるため、この接合層98を介在させて流路形成基板10とリザーバ形成基板30とを接着剤35によって接合することで、両基板を良好且つ強固に接合することができる。
Here, a
この接合層98は、流路形成基板10とリザーバ形成基板30が接合される接合領域であれば、何れの位置に設けられていても両基板の接着強度を増加させることはできるが、リザーバ100の周囲、すなわち、連通部13とリザーバ部31とを連通する貫通部53の周縁部に形成されていることが好ましい。また、この貫通部53の周縁部でも、特に、リザーバ100と圧電素子保持部32との間の領域に設けられているのが望ましい。また、接合層98を構成する酸化性金属は、特に限定されないが、例えば、ニッケル、クロム、スズ、アルミニウム、タンタル、チタン又はタングステンからなる群から選択される少なくとも一種を含む合金であることが好ましい。
The
例えば、本実施形態では、貫通部53の周縁部に亘って残存する不連続金属層95の露出された密着層91が接合層98を兼ねている。上述したようにこの密着層91は、例えば、ニッケルクロム(NiCr)からなり、上層の金属層92の一部除去されて露出された部分が接合層98として機能する。そして、この接合層98である密着層91上にリザーバ形成基板30が接着剤35によって接合されている。なお、リザーバ形成基板30と流路形成基板10とを接合するための接着剤35の種類は、特に限定されないが、エポキシ、シリコーン又はポリイミドの少なくとも何れか一方を含有する材料からなるものであることが好ましい。
For example, in the present embodiment, the exposed
このような構成では、流路形成基板10とリザーバ形成基板30とが良好に接合されて接合強度が増加するため、リザーバ100内のインクが接着剤35の部分からしみ出し、例えば、圧電素子保持部32内等に侵入するのを防止することができる。したがって、しみ出したインクに起因する不良、例えば、圧電素子300の破壊等を確実に防止することができる。
In such a configuration, the flow
なお、リザーバ形成基板30上には、所定パターンで形成された接続配線200が設けられ、この接続配線200上には圧電素子300を駆動するための駆動IC210が実装されている。そして、各圧電素子300から圧電素子保持部32の外側まで引き出された各リード電極90の先端部と、駆動IC210とが駆動配線220を介して電気的に接続されている。
A
さらに、リザーバ形成基板30のリザーバ部31に対応する領域上には、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。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100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。
Furthermore, a
そして、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IC210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、圧電素子300及び振動板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からインクが吐出する。
In such an ink jet recording head according to this embodiment, ink is taken in from an external ink supply unit (not shown), filled with ink from the
以下、このようなインクジェット式記録ヘッドの製造方法について、図3〜図5を参照して説明する。なお、図3〜図5は、圧力発生室12の長手方向の断面図である。まず、図3(a)に示すように、シリコンウェハである流路形成基板用ウェハ110を約1100℃の拡散炉で熱酸化し、その表面に弾性膜50を構成する二酸化シリコン膜52を形成する。なお、本実施形態では、流路形成基板用ウェハ110として、膜厚が約625μmと比較的厚く剛性の高いシリコンウェハを用いている。
Hereinafter, a method for manufacturing such an ink jet recording head will be described with reference to FIGS. 3 to 5 are cross-sectional views of the
次に、図3(b)に示すように、弾性膜50(二酸化シリコン膜52)上に、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜55を形成する。具体的には、弾性膜50(二酸化シリコン膜52)上に、例えば、スパッタ法等によりジルコニウム(Zr)層を形成後、このジルコニウム層を、例えば、500〜1200℃の拡散炉で熱酸化することにより酸化ジルコニウム(ZrO2)からなる絶縁体膜55を形成する。
Next, as shown in FIG. 3B, an
次いで、図3(c)に示すように、例えば、白金とイリジウムとを絶縁体膜55上に積層することにより下電極膜60を形成した後、この下電極膜60を所定形状にパターニングする。次に、図3(d)に示すように、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等からなる圧電体層70と、例えば、イリジウムからなる上電極膜80とを流路形成基板用ウェハ110の全面に形成し、これら圧電体層70及び上電極膜80を、各圧力発生室12に対向する領域にパターニングして圧電素子300を形成する。また、振動板を構成する絶縁体膜55及び弾性膜50を順次パターニングして、流路形成基板用ウェハ110の連通部(図示なし)が形成される領域に、これら弾性膜50及び絶縁体膜55を貫通する貫通部53を形成する。なお、この貫通部53は、勿論、圧電素子300を形成する前に形成するようにしてもよい。
Next, as shown in FIG. 3C, after the
ここで、圧電素子300を構成する圧電体層70の材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等の強誘電性圧電性材料や、これにニオブ、ニッケル、マグネシウム、ビスマス又はイットリウム等の金属を添加したリラクサ強誘電体等が好適に用いられる。その組成は、圧電素子300の特性、用途等を考慮して適宜選択すればよいが、例えば、PbTiO3(PT)、PbZrO3(PZ)、Pb(ZrxTi1−x)O3(PZT)、Pb(Mg1/3Nb2/3)O3−PbTiO3(PMN−PT)、Pb(Zn1/3Nb2/3)O3−PbTiO3(PZN−PT)、Pb(Ni1/3Nb2/3)O3−PbTiO3(PNN−PT)、Pb(In1/2Nb1/2)O3−PbTiO3(PIN−PT)、Pb(Sc1/3Ta2/3)O3−PbTiO3(PST−PT)、Pb(Sc1/3Nb2/3)O3−PbTiO3(PSN−PT)、BiScO3−PbTiO3(BS−PT)、BiYbO3−PbTiO3(BY−PT)等が挙げられる。また、圧電体層70の形成方法は、特に限定されないが、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−ゲル法を用いて圧電体層70を形成した。
Here, as a material of the
次に、図4(a)に示すように、リード電極90を形成する。具体的には、まず流路形成基板用ウェハ110の全面に亘って、ニッケルクロム(NiCr)からなる密着層91を形成し、この密着層91上に、例えば、金(Au)からなる金属層92を形成する。そして、これら金属層92上に、例えば、レジスト等からなるマスクパターン(図示なし)を形成し、このマスクパターンを介して金属層92及び密着層91を圧電素子300毎にパターニングすることによってリード電極90を形成する。
Next, as shown in FIG. 4A, a
このとき、貫通部53に対応する領域の密着層91及び金属層92は、リード電極90とは不連続となるように残しておく。すなわち、貫通部53に対向する領域に、リード電極90とは不連続の密着層91及び金属層92からなる不連続金属層95を形成し、この不連続金属層95で貫通部53を封止する。また、不連続金属層95を構成する金属層92の一部を除去して、下層である密着層91の一部を露出させる。このような不連続金属層95は、後述する工程で、流路形成基板用ウェハ110にエッチングして圧力発生室12等を形成する際に、エッチングの広がりを規制するための役割を果たし、さらに、露出された密着層91が接合層98を兼ねており、次工程で接合される流路形成基板用ウェハ110とリザーバ形成基板用ウェハ130との接着性を向上させる役割も果たす。
At this time, the
次に、図4(b)に示すように、リザーバ形成基板用ウェハ130を、流路形成基板用ウェハ110上に接着剤35によって接合する。このとき、流路形成基板用ウェハ110上に形成された接合層98を含む領域に、接着剤35によってリザーバ形成基板用ウェハ130を接合するようにする。これにより、流路形成基板用ウェハ110とリザーバ形成基板用ウェハ130とが極めて良好に接合される。なお、リザーバ形成基板用ウェハ130には、リザーバ部31、圧電素子保持部32等が予め形成され、リザーバ形成基板用ウェハ130上には、上述した接続配線200が予め形成されている。なお、リザーバ形成基板用ウェハ130は、例えば、400μm程度の厚さを有するシリコンウェハであり、リザーバ形成基板用ウェハ130を接合することで流路形成基板用ウェハ110の剛性は著しく向上することになる。
Next, as illustrated in FIG. 4B, the reservoir forming
次いで、図4(c)に示すように、流路形成基板用ウェハ110をある程度の厚さとなるまで研磨した後、さらにフッ硝酸等によってウェットエッチングすることにより流路形成基板用ウェハ110を所定の厚みにする。例えば、本実施形態では、研磨及びウェットエッチングによって、流路形成基板用ウェハ110を、約70μmの厚さとなるように加工した。次いで、図5(a)に示すように、流路形成基板用ウェハ110上に、例えば、窒化シリコン(SiN)からなるマスク膜51を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、図5(b)に示すように、このマスク膜51を介して流路形成基板用ウェハ110を異方性エッチング(ウェットエッチング)して、流路形成基板用ウェハ110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。具体的には、流路形成基板用ウェハ110を、例えば、水酸化カリウム(KOH)水溶液等のエッチング液によって弾性膜50及び不連続金属層95が露出するまでエッチングすることより、圧力発生室12、連通部13及びインク供給路14を同時に形成する。
Next, as shown in FIG. 4C, after the flow path forming
このとき、貫通部53は不連続金属層95によって封止されているため、貫通部53を介してリザーバ形成基板用ウェハ130側にエッチング液が流れ込むことがない。これにより、リザーバ形成基板用ウェハ130の表面に設けられている接続配線200にエッチング液が付着することがなく、断線等の不良の発生を防止することができる。また、リザーバ部31内にエッチング液が浸入してリザーバ形成基板用ウェハ130がエッチングされる虞もない。
At this time, since the through
なお、このような圧力発生室12等を形成する際、リザーバ形成基板用ウェハ130の流路形成基板用ウェハ110側とは反対側の表面を、耐アルカリ性を有する材料、例えば、PPS(ポリフェニレンスルフィド)、PPTA(ポリパラフェニレンテレフタルアミド)等からなる封止フィルムでさらに封止するようにしてもよい。これにより、リザーバ形成基板用ウェハ130の表面に設けられた配線の断線等の不良をより確実に防止することができる。
When forming such a
次いで、図5(c)に示すように、貫通部53に対向する領域の不連続金属層95、すなわち、密着層91及び金属層92をウェットエッチングすることによって除去し、開口した貫通部53を介して連通部13とリザーバ部31とを連通させてリザーバ100を形成する。このとき、リザーバ形成基板用ウェハ130と流路形成基板用ウェハ110との接合領域の不連続金属層95まで完全にエッチングされることはないため、貫通部53の周縁部には不連続金属層95が残存する。また、不連続金属層95の露出された密着層91である接合層98も貫通部53の周縁部に亘って残存する。
Next, as shown in FIG. 5C, the
このようにリザーバ100を形成した後は、図示しないが、リザーバ形成基板用ウェハ130に形成されている接続配線200上に駆動IC210を実装すると共に、駆動IC210とリード電極90とを駆動配線220によって接続する。その後、流路形成基板用ウェハ110及びリザーバ形成基板用ウェハ130の外周縁部の不要部分を、例えば、ダイシング等により切断することによって除去する。そして、流路形成基板用ウェハ110のリザーバ形成基板用ウェハ130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、リザーバ形成基板用ウェハ130にコンプライアンス基板40を接合し、これら流路形成基板用ウェハ110等を図1に示すような一つのチップサイズの流路形成基板10等に分割することによって上述した構造のインクジェット式記録ヘッドが製造される。
After the
以上説明したように、本実施形態では、貫通部53をリード電極90と同一層である密着層91及び金属層92からなる不連続金属層95によって封止し、この不連続金属層95を最終的にエッチングにより除去することでリザーバ部31と連通部13とを連通させるようにした。これにより、従来の機械的な加工とは異なり加工カス等の異物が発生することはない。したがって、圧力発生室12、連通部13等のインク流路内に加工カスが残留し、残留した加工カスによってノズル詰まり等の吐出不良が発生するのを確実に防止することができる。さらに、本発明では、流路形成基板10とリザーバ形成基板30との接合領域に酸化性金属からなる接合層98を設けるようにしたので、接着剤35の密着性が向上し、流路形成基板10とリザーバ形成基板30とが良好且つ強固に接合される。さらに、本実施形態では、不連続金属層95を構成する金属層92の一部を除去して密着層91を露出させ、この露出した密着層91を接合層98として機能させるようにしたので、製造工程を煩雑化することがなく、比較的容易に、流路形成基板10とリザーバ形成基板30との接着強度を増加させることができる。
As described above, in this embodiment, the through
(他の実施形態)
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、上述した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、不連続金属層95を構成する密着層91が接合層98を兼ねるようにしたが、これに限定されず、接合層98は、勿論、不連続金属層95とは別途設けるようにしてもよい。また、接合層98を別途設ける場合には、不連続金属層95は存在していなくてもよく、またこの場合の製造方法は特に限定されない。
(Other embodiments)
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to embodiment mentioned above. For example, in the embodiment described above, the
なお、上述した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。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1B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。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。
The ink jet recording head according to the above-described embodiment constitutes a part of a recording head unit including an ink flow path communicating with an ink cartridge or the like, and is mounted on the ink jet recording apparatus. FIG. 6 is a schematic view showing an example of the ink jet recording apparatus. As shown in FIG. 6, in the
さらに、上述した実施形態では、インクジェット式記録ヘッドを例示して本発明を説明したが、本発明は、広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにも勿論適用することができる。その他の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各種の記録ヘッド、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が挙げられる。 Furthermore, in the above-described embodiments, the present invention has been described by exemplifying an ink jet recording head. However, the present invention is widely intended for all liquid ejecting heads and ejects liquids other than ink. Of course, it can also be applied. Other liquid ejecting heads include, for example, various recording heads used in image recording apparatuses such as printers, color material ejecting heads used in the manufacture of color filters such as liquid crystal displays, organic EL displays, and FEDs (surface emitting displays). Examples thereof include an electrode material ejection head used for electrode formation, a bioorganic matter ejection head used for biochip production, and the like.
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 リザーバ形成基板、 31 リザーバ部、 32 圧電素子保持部、 35 接着剤、 40 コンプライアンス基板、 50 弾性膜、 55 絶縁体膜、 53 貫通部、 60 下電極膜、 70 圧電体層、 80 上電極膜、 90 リード電極、 91 密着層、 92 金属層、 95 不連続金属層、 98 接合層、 100 リザーバ、 110 流路形成基板用ウェハ、 130 リザーバ形成基板用ウェハ、 300 圧電素子
DESCRIPTION OF
Claims (7)
A lower electrode, a piezoelectric layer, and an upper electrode are arranged on one side of a flow path forming substrate in which a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for ejecting liquid and a communicating portion communicating with the pressure generating chamber are formed via a diaphragm. A piezoelectric element comprising: a step of removing the diaphragm in the region serving as the communicating portion to form a through portion; and an adhesion layer and a metal layer formed on the adhesion layer. A lead electrode to be drawn out is formed, and includes the adhesion layer and the metal layer, but the lead electrode seals the penetrating portion with a discontinuous metal layer that is discontinuous, and the metal layer that constitutes the discontinuous metal layer. Removing the part to expose a part of the adhesion layer; and exposing the reservoir forming substrate formed with a reservoir part communicating with the communicating part and constituting a part of the reservoir to the exposed part of the flow path forming substrate. The region including the adhesion layer Bonding the substrate with an adhesive, wet etching the flow path forming substrate from the other side until the diaphragm and the metal layer are exposed, and forming the pressure generating chamber and the communicating portion; A step of removing the discontinuous metal layer in a region corresponding to the portion by wet etching to cause the reservoir portion and the communication portion to communicate with each other.
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