JP2008100416A - 液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異物による目詰まり等の吐出不良を確実に防止することができ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を提供する。
【解決手段】圧力発生室と連通部１３とが設けられた流路形成基板１０と、流路形成基板１０に設けられた圧電素子と、流路形成基板１０に接着剤３５を介して接着されて、連通部１３と連通してリザーバ１００を構成するリザーバ部３１が設けられたリザーバ形成基板３０と、流路形成基板１０とリザーバ形成基板３０との間に設けられて、連通部１３とリザーバ部３１とを連通する貫通部５１が設けられた振動板５０と、振動板５０の貫通部５１の開口縁部に設けられて貫通部５１に連通する連通孔１９１が設けられた支持層として機能する配線層１９０とを具備し、振動板５０の貫通部５１の開口縁部及び配線層１９０の連通孔１９１の開口縁部がリザーバ部３１の内壁よりもリザーバ１００の内側に突出して設けられている。
【選択図】図３

Description

本発明は、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。

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と共に隔壁により区画された圧力発生室と、延設された隔壁により区画された圧力発生室に連通するインク供給路及びインク供給路に連通する連通路と、連通路に連通すると共に複数の圧力発生室に連通する連通部とが形成された流路形成基板と、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。

そして、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、流路形成基板の一方面側に振動板を介して圧電素子を形成すると共に、連通部となる領域の振動板を除去して貫通部を形成した後、貫通部を覆う隔離層（不連続金属層）を形成し、流路形成基板にリザーバ形成基板を接着する。その後、流路形成基板の他方面側から異方性エッチングすることにより圧力発生室及び連通部を形成した後、隔離層を貫通してリザーバ部と連通部とを連通させてリザーバを形成するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

このような製造方法によれば、流路形成基板に圧力発生室及び連通部を形成する際に、隔離層によりエッチング液が連通部及びリザーバ部を介してリザーバ形成基板側に流れ出るのを防止して、リザーバ形成基板がエッチングされるのを防止している。

特開２００６−２３１８９７号公報（第６〜９頁、第６〜７図）

しかしながら、従来のインクジェット式記録ヘッドの構成では、流路形成基板とリザーバ形成基板とを接着した接着剤が、リザーバ内に庇状に突出し、リザーバ内のインクの流れによってこの接着剤が剥離して、剥離した接着剤によってノズル開口の目詰まり等が発生してしまうという問題がある。

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。

本発明はこのような事情に鑑み、異物による目詰まり等の吐出不良を確実に防止することができ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を提供することを目的とする。

本発明の態様は、液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室と、該圧力発生室に連通する連通部とが設けられた流路形成基板と、該流路形成基板の前記圧力発生室に相対向する領域に設けられた下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子と、前記流路形成基板の前記圧電素子が設けられた面に接着剤を介して接着されて、前記連通部と連通して前記圧力発生室の共通の液体室であるリザーバとなるリザーバ部が設けられたリザーバ形成基板と、前記流路形成基板と前記リザーバ形成基板との間に設けられて、前記連通部と前記リザーバ部とを連通する貫通部を有する振動板と、該振動板上の前記貫通部の開口縁部に設けられて、当該貫通部に連通する連通孔を有する支持層と、を具備し、前記振動板の前記貫通部の開口縁部及び前記支持層の前記連通孔の開口縁部が、前記リザーバ部の内壁よりも前記リザーバの内側に突出して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。
かかる態様では、支持層によって、流路形成基板とリザーバ形成基板とを接着する接着剤のみが、リザーバ部内に突出するように設けられることがなく、接着剤が支持層の表面とリザーバ部の内壁との角部に亘って形成されるため、リザーバ部から圧力発生室に液体が供給された際に、液体の流れによってリザーバ部内に突出した接着剤が押圧されたとしても、支持層及び振動板によって接着剤が支持されるため、接着剤が液体の流入時に剥離するのを防止することができる。これにより、剥離した接着剤によるノズル開口の目詰まりを確実に防止することができ、液体噴射不良を防止することができる。

ここで、前記支持層が、金属材料からなることが好ましい。これによれば、支持層を金属材料で形成することにより、支持層の剛性を向上して、接着剤の液体流入時の剥離を確実に防止することができる。

また、前記支持層が、前記振動板上に設けられた密着層と、該密着層上に設けられた金属層とからなることが好ましい。これによれば、支持層を密着層と金属層とで形成することにより、支持層の剛性を向上して、接着剤の液体流入時の剥離を確実に防止することができると共に、支持層の振動板との密着性を向上して振動板からの剥離を確実に防止できる。

また、前記密着層が、ニッケルクロムを主成分とする材料で形成されていると共に、前記金属層が金を主成分とする材料で形成されていることが好ましい。これによれば、支持層の振動板との密着性を向上して振動板からの剥離を確実に防止できる。

また、前記流路形成基板の一方面側には、前記圧電素子から引き出されるリード電極が設けられていると共に、前記支持層が、前記リード電極と同一層からなり、且つ当該リード電極とは不連続の配線層で構成されていることが好ましい。これによれば、支持層をリード電極と同一層で形成することで、部品点数を減少させることができると共に、支持層をリード電極と同時に形成することができ、コストを低減することができる。

また、前記連通部が、複数の圧力発生室に連通すると共に、前記リザーバ部と共に前記リザーバの一部を構成することが好ましい。これによれば、連通部とリザーバ部とを連通する貫通部が大きな開口となったとしても、接着剤のみがリザーバ部内に突出するのを防止して、液体の流れによる接着剤の剥離を防止することができる。

さらに本発明は、上記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。これによれば、液体噴射不良を防止して信頼性を向上した液体噴射装置を実現できる。

ここで、本発明の他の態様は、液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室と、該圧力発生室に連通する連通部とが設けられる流路形成基板の一方面側に、振動板と、該振動板上に下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを形成すると共に、前記振動板の前記連通部に相対向する領域に貫通部を形成し、前記振動板の前記貫通部の開口縁部が、前記流路形成基板の前記一方面側に接着剤を介して接着されたリザーバ形成基板に形成されて前記圧力発生室の共通の液体室となるリザーバとなるリザーバ部の内壁よりも前記リザーバの内側となるように設ける工程と、前記流路形成基板の前記一方面側に前記貫通部を封止する隔離層を形成する工程と、前記リザーバ形成基板を前記流路形成基板の前記一方面側に接着剤を介して接着する工程と、前記流路形成基板を他方面側から前記振動板及び前記隔離層が露出するまでウェットエッチングすることにより前記圧力発生室及び前記連通部を形成する工程と、前記隔離層を除去することにより前記リザーバ部と前記連通部とを連通させると共に、前記振動板と前記リザーバ形成基板との間の前記貫通部の開口縁部に、前記貫通部と連通する連通孔が設けられた支持層を、前記連通孔の開口縁部が前記リザーバ部の内壁よりも前記リザーバの内側となるように形成す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。
かかる態様では、接着剤のみがリザーバ内に庇状に突出しないように、支持層を容易に且つ確実に形成することができると共に、リザーバ部と連通部とを連通させる際に、加工カス等の異物が発生することがないため、加工カス等の異物によるノズル詰まり等の吐出不良を防止することができる。また、流路形成基板をウェットエッチングする際に連通部を介してリザーバ形成基板側にエッチング液が侵入するのを防止することができ、リザーバ形成基板がエッチングされるのを防止することができると共に、リザーバ形成基板上の配線等が破壊されるのを防止することができる。

ここで、前記支持層を形成する工程では、前記隔離層を除去することにより当該隔離層に前記連通孔を形成すると共に、前記支持層を前記隔離層の一部で構成することが好ましい。これによれば、新たに支持層を形成する工程が不要となり、製造工程を簡略化してコストを低減することができる。

また、前記隔離層を除去する工程では、前記貫通部を有する前記振動板をマスクとしてウェットエッチングすることにより、前記隔離層に前記連通孔を形成することが好ましい。これによれば、隔離層をパターニングする新たなマスクが不要となり、製造工程を簡略化してコストを低減することができる。

また、前記圧力発生室及び前記連通部を形成する工程の後、前記圧力発生室及び前記連通部の内面と、前記隔離層の前記流路形成基板側の表面とに亘って耐液体性を有する保護膜を形成する工程をさらに有することが好ましい。これによれば、流路形成基板の液体による侵食を防止することができる。

また、前記保護膜を形成する工程の後、前記隔離層上の当該保護膜を剥離して除去する工程をさらに有することが好ましい。これによれば、隔離層上の保護膜が除去されているため、貫通部を形成する際に隔離層の除去を容易に且つ確実に行うことができる。

また、前記保護膜を剥離する工程では、前記保護膜上に内部応力が圧縮応力である剥離層を形成した後、該剥離層を剥離することで当該剥離層と共に前記隔離層上の前記保護膜を剥離することが好ましい。これによれば、剥離層によって隔離層上の保護膜をさらに容易に且つ確実に除去することができる。

また、前記剥離層の前記保護膜との密着力が、前記保護膜と前記隔離層との密着力より大きいことが好ましい。これによれば、剥離層と保護膜とが良好に密着するため、隔離層上の保護膜を剥離層と共にさらに容易且つ確実に除去することができる。

また、前記剥離層の材料として、チタンタングステンを用いることが好ましい。これによれば、剥離層を所定の材料で形成することで、隔離層上の保護膜を剥離層と共にさらに容易且つ確実に除去することができる。

また、前記保護膜を形成する工程の前に、前記連通部内に露出した前記隔離層の厚さ方向の一部を除去する工程をさらに有することが好ましい。これによれば、隔離層と保護膜との密着力が弱められるため、隔離層上の保護膜をさらに良好且つ確実に除去することができる。

また、前記隔離層が、密着層と該密着層上に形成される金属層とからなり、前記保護膜を形成する工程の前に、前記隔離層の表面をライトエッチングして前記密着層を少なくとも除去することが好ましい。これによれば、隔離層をライトエッチングすることにより、密着層と共に密着層が拡散した金属層の一部が除去されることで、隔離層と保護膜との密着力がより確実に弱められるため、隔離層上の保護膜がさらに良好且つ確実に除去することができる。

また、前記隔離層を形成する工程では、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、該リード電極と同一層からなり、且つ当該リード電極とは不連続の配線層で形成することが好ましい。これによれば、剥離層をリード電極と同一層で形成することで、部品点数を減少させることができると共に、製造工程を簡略化することができ、製造コストを低減することができる。

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に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの概略構成を示す分解斜視図であり、図２は、図１の平面図及びそのＡ−Ａ′断面図であり、図３は、図２の要部拡大断面図である。

図示するように、流路形成基板１０は、本実施形態では結晶面方位が（１１０）面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０．５〜２μｍの弾性膜５０が形成されている。

流路形成基板１０には、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がその幅方向（短手方向）に並設されている。また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向一端部側には、インク供給路１４と連通路１５とが隔壁１１によって区画されている。また、連通路１５の一端には、各圧力発生室１２の共通のインク室（液体室）となるリザーバ１００の一部を構成する連通部１３が形成されている。すなわち、流路形成基板１０には、圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５からなる液体流路が設けられている。

インク供給路１４は、圧力発生室１２の長手方向一端部側に連通し且つ圧力発生室１２より小さい断面積を有する。例えば、本実施形態では、インク供給路１４は、リザーバ１００と各圧力発生室１２との間の圧力発生室１２側の流路を幅方向に絞ることで、圧力発生室１２の幅より小さ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。なお、このように、本実施形態では、流路の幅を片側から絞ることでインク供給路１４を形成したが、流路の幅を両側から絞ることでインク供給路を形成してもよい。また、流路の幅を絞るのではなく、厚さ方向から絞ることでインク供給路を形成してもよい。さらに、各連通路１５は、インク供給路１４の圧力発生室１２とは反対側に連通し、インク供給路１４の幅方向（短手方向）より大きい断面積を有する。本実施形態では、連通路１５を圧力発生室１２と同じ断面積で形成した。

すなわち、流路形成基板１０には、圧力発生室１２と、圧力発生室１２の短手方向の断面積より小さい断面積を有するインク供給路１４と、このインク供給路１４に連通すると共にインク供給路１４の短手方向の断面積よりも大きい断面積を有する連通路１５とが複数の隔壁１１により区画されて設けられている。

ここで、流路形成基板１０の圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５の内壁表面には、耐インク性を有する材料、例えば、五酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）等の酸化タンタルからなる保護膜１６が、約５０ｎｍの厚さで設けられている。なお、ここで言う耐インク性とは、アルカリ性のインクに対する耐エッチング性のことである。

なお、このような保護膜１６の材料は、酸化タンタルに限定されず、使用するインクのｐＨ値によっては、例えば、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）等を用いてもよい。

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、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、例えば、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板、ステンレス鋼等からなる。

一方、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、二酸化シリコンからなり厚さが例えば、約１．０μｍの弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）等からなり厚さが例えば、約０．４μｍの絶縁体膜５５が積層形成されている。また、この絶縁体膜５５上には、厚さが約０．１〜０．５μｍの下電極膜６０と、圧電体膜の一例であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなり厚さが例えば、約１．１μｍ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３２０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１２毎に圧電体能動部３２０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アクチュエータ装置と称する。なお、上述した例では、弾性膜５０、絶縁体膜５５及び下電極膜６０が振動板として作用するが、弾性膜５０、絶縁体膜５５を設けずに、下電極膜６０のみを残して下電極膜６０を振動板としてもよい。また、圧電素子３００自体が実質的に振動板を兼ねるようにしてもよい。

また、このような各圧電素子３００の上電極膜８０には、密着層９１及び金属層９２で構成されるリード電極９０がそれぞれ接続され、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。

また、詳しくは後述するが、連通部１３の開口周縁部に対応する領域の振動板、すなわち、弾性膜５０上にも、密着層９１及び金属層９２からなるがリード電極９０とは不連続の配線層１９０が存在している。

さらに、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が接合されている。本実施形態では、流路形成基板１０とリザーバ形成基板３０とを接着剤３５を用いて接合した。

リザーバ形成基板３０のリザーバ部３１は、振動板である弾性膜５０に設けられた貫通部５１を介して流路形成基板１０の連通部１３と連通され、これらリザーバ部３１及び連通部１３によって複数の圧力発生室１２の共通の液体室であるリザーバ１００が形成されている。また、流路形成基板１０の連通部１３を圧力発生室１２毎に複数に分割して、リザーバ部３１のみをリザーバとしてもよい。さらに、例えば、流路形成基板１０に圧力発生室１２のみを設け、流路形成基板１０とリザーバ形成基板３０との間に介在する部材（例えば、弾性膜５０、絶縁体膜５５等）にリザーバと各圧力発生室１２とを連通するインク供給路１４を設けるようにしてもよい。すなわち、リザーバ部３１に連通する連通部１３が圧力発生室１２の一部を構成するものであってもよい。

また、弾性膜５０の貫通部５１の開口縁部は、リザーバ形成基板３０のリザーバ部３１の内壁よりもリザーバ部３１の内側に突出して設けられている。

さらに、弾性膜５０の貫通部５１の開口縁部には、リード電極９０と同一材料からなるが、リード電極９０とは不連続の支持層である配線層１９０が設けられている。配線層１９０には、弾性膜５０の貫通部５１と連通する連通孔１９１が設けられており、配線層１９０の連通孔１９１の開口縁部は、リザーバ形成基板３０のリザーバ部３１の内壁よりもリザーバ部３１の内側に突出して設けられている。すなわち、弾性膜５０の貫通部５１側の端部と、配線層１９０の連通孔１９１の開口縁部とは、リザーバ形成基板３０のリザーバ部３１の内壁よりもリザーバ部３１の内側に突出して設けられている。本実施形態では、弾性膜５０の貫通部５１の開口縁部と、配線層１９０の連通孔１９１の開口縁部とを同じ位置となるように設けた。

そして、流路形成基板１０とリザーバ形成基板３０とを接着する接着剤３５は、配線層１９０の一方面とリザーバ形成基板３０のリザーバ部３１の内壁とで画成された角部と、配線層１９０の一方面とリザーバ形成基板３０との間とに亘って連続して設けられている。すなわち、流路形成基板１０とリザーバ形成基板３０とを接着する接着剤３５のみがリザーバ１００の内側に庇状に突出して設けられておらず、接着剤３５よりもインクの流入方向の下流側に設けられた配線層１９０の連通孔１９１の開口縁部及び弾性膜５０の貫通部５１の開口縁部がリザーバ１００の内側に突出して設けられている。

このように、接着剤３５よりもインクの流入方向下流側となる配線層１９０及び弾性膜５０の端部をリザーバ１００の内側に突出して設けることで、詳しくは後述する製造方法において、流路形成基板１０とリザーバ形成基板３０とを接着剤３５を介して接着した際に、リザーバ１００の内側に突出した接着剤３５の先端が配線層１９０の連通孔１９１の開口縁部及び弾性膜５０の貫通部５１の開口縁部よりもリザーバ１００の内側に庇状に突出するのを防止することができる。

また、このように、接着剤３５のみがリザーバ１００内に突出せずに、接着剤３５よりもインクの流入方向下流側の配線層１９０及び弾性膜５０がリザーバ１００の内側に突出して設けられているため、リザーバ１００から圧力発生室１２にインクを供給した際に、インクの流れによってリザーバ１００内に突出した接着剤３５が押圧されたとしても、配線層１９０及び弾性膜５０によって接着剤３５が支持されるため、接着剤３５がインク流入時に剥離するのを防止することができる。これにより、剥離した接着剤３５によるノズル開口２１の目詰まりを確実に防止することができ、インク吐出不良を防止することができる。

なお、本実施形態では、支持層としてリード電極９０と同一材料からなるが、リード電極９０とは不連続の配線層１９０を設けるようにした。この配線層１９０は、詳しくは後述する製造方法において、流路形成基板１０をウェットエッチングすることにより圧力発生室１２及び連通部１３を形成する際に、弾性膜５０の貫通部５１を封止してリザーバ形成基板３０側にエッチング液が侵入するのを防止するための隔離層として用いたものである。ただし、支持層は、特にこれに限定されず、例えば、製造時に隔離層として用いた配線層を除去し、新たに樹脂や金属などの支持層を形成してもよい。

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。

また、リザーバ形成基板３０上には、並設された圧電素子３００を駆動するための駆動回路２００が固定されている。この駆動回路２００としては、例えば、回路基板や半導体集積回路（ＩＣ）等を用いることができる。そして、駆動回路２００とリード電極９０とは、ボンディングワイヤ等の導電性ワイヤからなる接続配線２１０を介して電気的に接続されている。

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。

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、駆動回路２００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。

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４〜図８を参照して説明する。なお、図４〜図８は、インクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す圧力発生室の長手方向の断面図である。

まず、図４（ａ）に示すように、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とな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、厚さが約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。

次いで、図４（ｂ）に示すように、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５２）上に、ジルコニウム（Ｚｒ）層を形成後、例えば、５００〜１２００℃の拡散炉で熱酸化して酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）からなる絶縁体膜５５を形成する。

次いで、図４（ｃ）に示すように、例えば、白金とイリジウムとを弾性膜５０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４（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、圧電素子３００を形成後に、絶縁体膜５５及び弾性膜５０をパターニングして、流路形成基板用ウェハ１１０の連通部（図示なし）が形成される領域の絶縁体膜５５及び弾性膜５０を貫通させる。
すなわち、絶縁体膜５５をエッチングして貫通孔５６を形成し、さらに弾性膜５０をエッチングすることにより貫通部５１を形成する。なお、本実施形態では、絶縁体膜５５の貫通孔５６を、弾性膜５０の貫通部５１よりも開口面積が大きくなるように形成している。勿論、これら貫通部５１、貫通孔５６は、同じ大きさで形成されていてもよい。

なお、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、ＰｂＴｉＯ_３（ＰＴ）、ＰｂＺｒＯ_３（ＰＺ）、Ｐｂ（Ｚｒ_ｘＴｉ_１−ｘ）Ｏ_３（ＰＺＴ）、Ｐｂ（Ｍｇ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＰＭＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｚｎ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＰＺＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｎｉ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＰＮＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｉｎ_１／２Ｎｂ_１／２）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＰＩＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｓｃ_１／２Ｔａ_１／２）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＰＳＴ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｓｃ_１／２Ｎｂ_１／２）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＰＳＮ−ＰＴ）、ＢｉＳｃＯ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＢＳ−ＰＴ）、ＢｉＹｂＯ_３−ＰｂＴｉＯ_３（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、金属有機物を溶媒に溶解・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。なお、圧電体層７０の製造方法は、ゾル−ゲル法に限定されず、例えば、ＭＯＤ（Metal-Organic Decomposition）法やスパッタリング法等を用いてもよい。

次に、図５（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の全面に亘って密着層９１を介して金属層９２を形成し、密着層９１と金属層９２とからなる配線層１９０を形成する。そして、この配線層１９０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りリード電極９０を形成する。またこのとき、貫通部５１に対向する領域に、リード電極９０とは不連続の配線層１９０を残し、この配線層１９０によって貫通部５１が封止されるようにする。すなわち、本実施形態では、リザーバ部３１と連通部１３とを隔離する隔離層として、リード電極９０と同一材料からなるが、リード電極９０とは不連続の独立した配線層１９０を形成する。これにより、リード電極９０と同時に隔離層である配線層１９０を形成することができ、製造工程を簡略化してコストを低減することができる。なお、隔離層は、特にこれに限定されず、例えば、リード電極９０を形成した後、金属材料、樹脂材料等の隔離層を別途形成するようにしてもよい。

ここで、金属層９２の主材料としては、比較的導電性の高い材料であれば特に限定されず、例えば、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）が挙げられ、本実施形態では金（Ａｕ）を用いている。また、密着層９１の材料としては、金属層９２の密着性を確保できる材料であればよく、具体的には、チタン（Ｔｉ）、チタンタングステン化合物（ＴｉＷ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）又はニッケルクロム化合物（ＮｉＣｒ）等が挙げられ、本実施形態ではチタンタングステン化合物（ＴｉＷ）を用いている。

次に、図５（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によって接着する。具体的には、リザーバ形成基板用ウェハ１３０の接着面側に接着剤３５を塗布し、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に所定の圧力で押圧した状態で、接着剤３５を硬化させることで、両者を接着する。このとき、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に押圧すると、図８（ａ）に示すように、配線層１９０とリザーバ形成基板用ウェハ１３０との間の接着剤３５は、リザーバ部３１内に流出する。すなわち、接着剤３５は、配線層１９０とリザーバ形成基板用ウェハ１３０との間から、配線層１９０の表面とリザーバ部３１の内壁とで画成された角部に亘って連続して形成される。

なお、この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等が予め形成されている。また、リザーバ形成基板用ウェハ１３０は、例えば、数百μｍ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。

次いで、図５（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０を所定の厚みになるように薄くする。次いで、図６（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０上にマスク膜５３を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、図６（ｂ）に示すように、このマスク膜５３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に液体流路、本実施形態では、圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５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及び配線層１９０（密着層９１）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、インク供給路１４及び連通路１５を同時に形成する。

また、このように圧力発生室１２等の液体流路を形成する際、貫通部５１は配線層１９０によって封止されているため、貫通部５１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配線（図示なし）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。

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（ポリフェニレンサルファイド）、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。

次に、図６（ｃ）に示すように、貫通部５１内の配線層１９０の一部を連通部１３側からウェットエッチング（ライトエッチング）することにより除去する。すなわち、連通部１３側に露出されている密着層９１と、この密着層９１が拡散している金属層９２の一部の領域とをエッチングにより除去する。詳しくは後述するが、これにより、後の工程で配線層１９０上に形成される保護膜１６と配線層１９０との密着力が弱められ、配線層１９０上の保護膜１６が剥離し易くなる。

次に、流路形成基板用ウェハ１１０表面のマスク膜５３を除去し、図７（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の内面、すなわち、圧力発生室１２等の液体流路の内面と、配線層１９０の連通部１３側の表面とに、例えば、酸化物又は窒化物等の耐液体性（耐インク性）を有する材料、本実施形態では、五酸化タンタルからなる保護膜１６をＣＶＤ法等によって形成する。

このように保護膜１６を形成した際に、貫通部５１は配線層１９０によって封止されているため、貫通部５１を介してリザーバ形成基板用ウェハ１３０の外面等に保護膜１６が形成されることがない。したがって、接続配線等が形成されたリザーバ形成基板用ウェハ１３０の表面に保護膜１６が形成されることなく、リザーバ形成基板用ウェハ１３０上に設けられた配線（図示なし）と駆動回路２００などとの接続不良等の発生を防止することができると共に、余分な保護膜１６を除去する工程が不要となって製造工程を簡略化して製造コストを低減することができる。

次に、図７（ｂ）に示すように、保護膜１６上に高応力材料からなる剥離層１７を、例えば、ＣＶＤ法によって形成する。この剥離層１７は、その内部応力が圧縮応力であることが好ましい。また、剥離層１７は、保護膜１６との密着力が保護膜１６と配線層１９０との密着力よりも大きな材料を用いるのが好ましい。本実施形態では、剥離層１７の材料としてチタンタングステン化合物（ＴｉＷ）を用いている。

このように高応力材料からなると共に保護膜１６との密着力が高い剥離層１７を保護膜１６上に形成すると、剥離層１７の応力によって配線層１９０上に形成された保護膜１６が剥がれ始める。そして、図８（ａ）に示すように、この剥離層１７をウェットエッチングにより除去することで、配線層１９０上の保護膜１６を剥離層１７と共に完全に除去する。

そして、このように配線層１９０上の保護膜１６を除去した後は、図８（ｂ）に示すように、配線層１９０（金属層９２）を連通部１３側からウェットエッチングすることによって除去して配線層１９０に貫通部５１と連通する連通孔１９１を形成する。このような配線層１９０のウェットエッチングでは、貫通部５１の設けられた弾性膜５０をマスクとして行うことができる。このため、配線層１９０の連通孔１９１の開口縁部は、リザーバ部３１の内壁よりもリザーバ部３１の内側に突出した状態となるように形成することができる。なお、このような配線層１９０のウェットエッチングでは、エッチング時間を調整することで、連通孔１９１側の端部（開口縁部）の位置を適宜調整することができる。

このように、配線層１９０の連通孔１９１の開口縁部をリザーバ部３１の内壁よりもリザーバ部３１の内側に突出した状態で形成することで、配線層１９０の表面とリザーバ部３１の内壁とで画成された角部に形成された接着剤３５が、リザーバ部３１の内側に庇状に突出するのを防止することができる。これにより、リザーバ１００から圧力発生室１２にインクを供給した際に、インクの流れによってリザーバ１００内に突出した接着剤３５が押圧されたとしても、配線層１９０及び弾性膜５０によって接着剤３５が支持されるため、接着剤３５がインク流入時に剥離するのを防止することができる。これにより、剥離した接着剤３５によるノズル開口２１の目詰まりを確実に防止することができ、インク吐出不良を防止することができる。

また、配線層１９０のウェットエッチングでは、配線層１９０上には保護膜１６が形成されていないため、保護膜１６が配線層１９０のウェットエッチングを邪魔することはない。したがって、配線層１９０を容易且つ確実にウェットエッチングにより除去して貫通部５１を開口させることができる。すなわち、このような本発明の製造方法によれば、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。また、保護膜１６が配線層１９０側に庇状に突出して残渣するのを防止することができるため、配線層１９０のエッチングを良好に行って、確実に配線層１９０を除去することができる。

なお、本実施形態では、流路形成基板用ウェハ１１０をウェットエッチングすることにより圧力発生室１２及び連通部１３を形成する際に、弾性膜５０の貫通部５１を封止してリザーバ形成基板用ウェハ１３０側にエッチング液が侵入するのを防止するための隔離層として配線層１９０を用いるようにし、さらに、この配線層１９０を完全に除去せずに、連通孔１９１を形成して、配線層１９０が支持層となるようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、配線層１９０をウェットエッチングにより除去して開口を形成した際に、この開口側の端部（開口縁部）が、リザーバ部３１の内壁よりも外側となるようにして、弾性膜５０とリザーバ形成基板用ウェハ１３０との間に金属材料や樹脂材料からなる新たに支持層を充填するように形成してもよい。

その後は、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の不要部分、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。

（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態１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１では、流路形成基板用ウェハ１１０の内面に保護膜１６を形成するようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、保護膜１６を設けない場合であっても、本発明を適用することができる。

また、上述した実施形態１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９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９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に巻き掛けられて搬送されるようになっている。

また、上述した実施形態においては、液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを挙げて説明したが、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の製造方法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（電界放出ディスプレー）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。

本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの分解斜視図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの平面図及び断面図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの要部拡大断面図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。 一実施形態に係るインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。

符号の説明

１０ 流路形成基板、 １２ 圧力発生室、 １６ 保護膜、 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、 ５１ 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、 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、 １９０ 配線層、 １９１ 連通孔、 ２００ 駆動回路、 ２１０ 駆動配線、 ３００ 圧電素子

Claims (18)

1. 液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室と、該圧力発生室に連通する連通部とが設けられた流路形成基板と、該流路形成基板の前記圧力発生室に相対向する領域に設けられた下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子と、
   前記流路形成基板の前記圧電素子が設けられた面に接着剤を介して接着されて、前記連通部と連通して前記圧力発生室の共通の液体室であるリザーバとなるリザーバ部が設けられたリザーバ形成基板と、
   前記流路形成基板と前記リザーバ形成基板との間に設けられて、前記連通部と前記リザーバ部とを連通する貫通部を有する振動板と、
   該振動板上の前記貫通部の開口縁部に設けられて、当該貫通部に連通する連通孔を有する支持層と、を具備し、
   前記振動板の前記貫通部の開口縁部及び前記支持層の前記連通孔の開口縁部が、前記リザーバ部の内壁よりも前記リザーバの内側に突出して設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
2. 前記支持層が、金属材料からなることを特徴とする請求項１記載の液体噴射ヘッド。
3. 前記支持層が、前記振動板上に設けられた密着層と、該密着層上に設けられた金属層とからなることを特徴とする請求項１又は２記載の液体噴射ヘッド。
4. 前記密着層が、ニッケルクロムを主成分とする材料で形成されていると共に、前記金属層が金を主成分とする材料で形成されていることを特徴とする請求項３記載の液体噴射ヘッド。
5. 前記流路形成基板の一方面側には、前記圧電素子から引き出されるリード電極が設けられていると共に、前記支持層が、前記リード電極と同一層からなり、且つ当該リード電極とは不連続の配線層で構成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
6. 前記連通部が、複数の圧力発生室に連通すると共に、前記リザーバ部と共に前記リザーバの一部を構成することを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
7. 請求項１〜６の何れか一項に記載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。
8. 液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室と、該圧力発生室に連通する連通部とが設けられる流路形成基板の一方面側に、振動板と、該振動板上に下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを形成すると共に、前記振動板の前記連通部に相対向する領域に貫通部を形成し、前記振動板の前記貫通部の開口縁部が、前記流路形成基板の前記一方面側に接着剤を介して接着されたリザーバ形成基板に形成されて前記圧力発生室の共通の液体室となるリザーバとなるリザーバ部の内壁よりも前記リザーバの内側となるように設ける工程と、
   前記流路形成基板の前記一方面側に前記貫通部を封止する隔離層を形成する工程と、
   前記リザーバ形成基板を前記流路形成基板の前記一方面側に接着剤を介して接着する工程と、
   前記流路形成基板を他方面側から前記振動板及び前記隔離層が露出するまでウェットエッチングすることにより前記圧力発生室及び前記連通部を形成する工程と、
   前記隔離層を除去することにより前記リザーバ部と前記連通部とを連通させると共に、前記振動板と前記リザーバ形成基板との間の前記貫通部の開口縁部に、前記貫通部と連通する連通孔が設けられた支持層を、前記連通孔の開口縁部が前記リザーバ部の内壁よりも前記リザーバの内側となるように形成す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。
9. 前記支持層を形成する工程では、前記隔離層を除去することにより当該隔離層に前記連通孔を形成すると共に、前記支持層を前記隔離層の一部で構成することを特徴とする請求項８記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
10. 前記隔離層を除去する工程では、前記貫通部を有する前記振動板をマスクとしてウェットエッチングすることにより、前記隔離層に前記連通孔を形成することを特徴とする請求項９記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
11. 前記圧力発生室及び前記連通部を形成する工程の後、前記圧力発生室及び前記連通部の内面と、前記隔離層の前記流路形成基板側の表面とに亘って耐液体性を有する保護膜を形成する工程をさらに有することを特徴とする請求項８〜１０の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
12. 前記保護膜を形成する工程の後、前記隔離層上の当該保護膜を剥離して除去する工程をさらに有することを特徴とする請求項１１記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
13. 前記保護膜を剥離する工程では、前記保護膜上に内部応力が圧縮応力である剥離層を形成した後、該剥離層を剥離することで当該剥離層と共に前記隔離層上の前記保護膜を剥離することを特徴とする請求項１２記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
14. 前記剥離層の前記保護膜との密着力が、前記保護膜と前記隔離層との密着力より大きいことを特徴とする請求項１３記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
15. 前記剥離層の材料として、チタンタングステンを用いたことを特徴とする請求項１３又は１４記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
16. 前記保護膜を形成する工程の前に、前記連通部内に露出した前記隔離層の厚さ方向の一部を除去する工程をさらに有することを特徴とする請求項１１〜１５の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
17. 前記隔離層が、密着層と該密着層上に形成される金属層とからなり、前記保護膜を形成する工程の前に、前記隔離層の表面をライトエッチングして前記密着層を少なくとも除去することを特徴とする請求項１６記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
18. 前記隔離層を形成する工程では、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、該リード電極と同一層からなり、且つ当該リード電極とは不連続の配線層で形成することを特徴とする請求項８〜１７の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。

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