JP2009202566A - 液体噴射ヘッドおよびその製造方法、並びに、プリンタ - Google Patents

Abstract

【課題】高い信頼性を有し、安価かつ簡易なプロセスで形成された液体噴射ヘッドおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る液体噴射ヘッド１００は、第１基板１０と、第１基板１０に設けられた駆動ＩＣ５０と、第１基板１０の上方に形成され、圧力室２６を有する第２基板２０と、第２基板２０の上方に形成された振動板３０と、振動板３０の上方に形成された圧電素子４０と、を含み、駆動ＩＣ５０は、圧電素子４０を駆動させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体噴射ヘッドおよびその製造方法、並びに、プリンタに関する。

液体を吐出するための液体噴射ヘッドとして、例えばインクジェット記録装置に搭載されるインクジェットヘッドが知られている。インクジェットヘッドは、ノズル孔と連通する圧力室を圧電素子により加圧して、ノズル孔からインク滴を吐出させる。このようなインクジェットヘッドでは、圧電素子が駆動ＩＣ（半導体集積回路）によって制御されている。この駆動ＩＣは、一般的に、圧力室を有する基板上に固定されている保護基板上に、搭載された構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−１７６００号公報

本発明の目的は、高い信頼性を有し、安価かつ簡易なプロセスで形成された液体噴射ヘッドおよびその製造方法を提供することにある。また、本発明の目的は、上記液体噴射ヘッドを有するプリンタを提供することにある。

本発明に係る液体噴射ヘッドは、
第１基板と、
前記第１基板に設けられた駆動ＩＣと、
前記第１基板の上方に形成され、圧力室を有する第２基板と、
前記第２基板の上方に形成された振動板と、
前記振動板の上方に形成された圧電素子と、を含み、
前記駆動ＩＣは、前記圧電素子を駆動させる。

本発明に係る液体噴射ヘッドは、高い信頼性を有し、安価かつ簡易なプロセスで形成されることができる。

なお、本発明に係る記載では、「上方」という文言を、例えば、「特定のもの（以下「Ａ」という）の「上方」に他の特定のもの（以下「Ｂ」という）を形成する」などと用いている。本発明に係る記載では、この例のような場合に、Ａ上に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ上に他のものを介してＢを形成するような場合とが含まれるものとして、「上方」という文言を用いている。同様に、「下方」という文言は、Ａ下に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ下に他のものを介してＢを形成するような場合とが含まれるものとする。

本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、
前記駆動ＩＣは、前記第１基板を加工することにより設けられていることができる。

本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、
前記駆動ＩＣは、前記第１基板とは異なる別基板に形成され、前記別基板を前記第１基板に実装することにより設けられていることができる。

本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、
前記駆動ＩＣは、前記第１基板の上面側に設けられていることができる。

本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、
さらに、前記駆動ＩＣを覆う保護膜を有し、
前記保護膜は、稠密充填構造を有する金属酸化物からなることができる。

本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、
前記駆動ＩＣは、前記第１基板の下面側に設けられていることができる。

本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、
さらに、前記第２基板と前記振動板とを貫通する導電材料からなる貫通電極を有し、
前記貫通電極を介して、前記駆動ＩＣと前記圧電素子とは接続されていることができる。

本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、
さらに、前記第１基板と前記第２基板と前記振動板とを貫通する導電材料からなる貫通電極を有し、
前記貫通電極を介して、前記駆動ＩＣと前記圧電素子とは接続されていることができる。

本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、
前記第２基板は、前記圧力室と連通している液体供給路と、前記液体供給路と連通しているリザーバと、を有し、
前記貫通電極は、平面視において、前記液体供給路と隣接しているしぼり部に形成されていることができる。

本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、
前記第１基板は、液体を吐出するノズル孔を有し、
前記ノズル孔から前記第１基板の厚さ方向に液体を吐出することができる。

本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、
さらに、液体を吐出するノズル孔を有する第３基板を有し、
前記第３基板は、前記圧力室の１つの側面を構成しており、
前記ノズル孔から前記第１基板の厚さ方向に直交する方向に前記液体を吐出することができる。

本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、
前記第１基板は、（１００）単結晶シリコン基板であることができる。

本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、
前記第２基板は、（１１０）単結晶シリコン基板であることができる。

本発明に係る液体噴射ヘッドの製造方法は、
第１基板に駆動ＩＣを設ける工程と、
第２基板の上方に振動板を形成する工程と、
前記振動板の上方に圧電素子を形成する工程と、
前記第２基板に圧力室を形成する工程と、
前記第２基板の下方に前記第１基板を接合させる工程と、を含み、
前記駆動ＩＣは、前記圧電素子を駆動させる。

本発明に係るプリンタは、
本発明に係る液体噴射ヘッドを有することができる。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。

１．第１の実施形態
１．１．第１の実施形態に係る液体噴射ヘッド
図１は、第１の実施形態に係る液体噴射ヘッド１００を模式的に示す断面図である。図２は、第１の実施形態に係る液体噴射ヘッド１００を模式的に示す平面図である。図３は、第１の実施形態に係る液体噴射ヘッド１００を模式的に示す断面図である。なお、図１、図３は、それぞれ図２で示したＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線に相当する。

液体噴射ヘッド１００は、図１に示すように、第１基板１０と、第２基板２０と、振動板３０と、圧電素子４０と、駆動ＩＣ５０と、を含む。なお、図２および図３では、圧電素子４０を３つ示したが、その数は特に限定されない。

第１基板１０は、例えば、（１００）単結晶シリコン基板であることができる。第１基板１０は、例えば、ノズル孔１０ａを有する。ノズル孔１０ａは、図示はしないが複数設けられ、その数は特に限定されない。ノズル孔１０ａは、圧力室２６と連通して形成される。液体噴射ヘッド１００は、ノズル孔１０ａから第１基板１０の厚さ方向（Ｙ方向）に液体（例えば、インク滴）を吐出する。

第２基板２０は、第１基板１０上に形成される。第２基板２０は、例えば、（１１０）単結晶シリコン基板であることができる。このため、第２基板２０は、水酸化カリウム（ＫＯＨ）による異方性エッチングにより、精度良く加工されることができる。第２基板２０は、リザーバ２２と、リザーバ２２と連通している液体供給路２４と、液体供給路２４と連通している圧力室２６と、を有する。

リザーバ２２、液体供給路２４および圧力室２６は、第２基板２０が第１基板１０と振動板３０との間の空間を区画することにより形成される。リザーバ２２は、外部から後述する液体供給孔３０ａを通じて供給される液体を一時的に貯留する。液体供給路２４は、図２に示すように平面視において、Ｚ方向の幅が圧力室２６より小さい。液体供給路２４は、複数設けられ、その数は特に限定されない。液体は、液体供給路２４を通じて、圧力室２６へ供給される。圧力室２６は、各ノズル孔１０ａに対して１つずつ形成される。圧力室２６は、振動板３０の変形により容積可変になっている。圧力室２６の容積変化により、液体噴射ヘッド１００は、ノズル孔１０ａから液体を吐出する。

振動板３０は、第２基板２０上に形成される。振動板３０は、例えば、第２基板２０側から、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）と酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）とを積層させた積層体からなる。振動板３０の厚さは、例えば、１μｍ〜２μｍである。振動板３０は、圧電素子４０の動作により屈曲することができ、圧力室２６の容積を変化させることができる。振動板３０は、液体供給孔３０ａを有することができる。液体供給孔３０ａは、リザーバ２２と連通して形成される。液体供給孔３０ａは、図示はしないが、例えば外部から液体を供給するためのパイプと連通している。液体供給孔３０ａを通って、液体は、リザーバ２２内に供給される。

圧電素子４０は、振動板３０上に形成される。圧電素子４０は、各圧力室２６に対して１つずつ形成される。圧電素子４０は、下部電極４２と、圧電体層４４と、上部電極４６と、を有する。

下部電極４２は、振動板３０上に形成される。下部電極４２は、圧電体層４４に電圧を印加するための一方で電極である。下部電極４２は、例えば、白金、イリジウム、それらの導電性酸化物からなる。下部電極４２は、前記例示した材料の単層でもよいし、複数の材料を積層した構造であってもよい。下部電極４２の厚さは、例えば、５０ｎｍ〜３００ｎｍである。

圧電体層４４は、下部電極４２上に形成される。圧電体層４４は、ペロブスカイト型酸化物の圧電材料からなる。圧電体層４４は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３：ＰＺＴ）からなる。圧電体層４４として用いられるＰＺＴは、例えば、チタンとジルコニウムの比が約５０％（Ｐｂ（Ｚｒ_０．５，Ｔｉ_０．５）Ｏ_３）である。圧電体層４４の厚さは、例えば、３００ｎｍ〜３０００ｎｍである。圧電体層４４は、例えば、優先的に（１００）に配向している。なお、「優先的に（１００）に配向している」とは、（１００）にすべての結晶が配向している場合のみならず、例えば、５０％以上の結晶が（１００）に配向している場合も含むことを意味する。圧電体層４４の結晶構造は、例えば、モノクリニック構造である。圧電体層４４の分極方向は、例えば、膜面垂直方向（圧電体層４４の厚さ方向）に対して、一定の角度だけ傾いているエンジニアード・ドメイン配置である。

上部電極４６は、圧電体層４４上に形成される。上部電極４６は、圧電体層４４に電圧を印加するための他方の電極である。上部電極４６の材質としては、下部電極４２の材質として例示した材料を用いることができる。上部電極４６の厚さは、例えば、５０ｎｍ〜３００ｎｍである。

駆動ＩＣ５０は、第１基板１０の上面側に設けられる。駆動ＩＣ５０は、各圧力室２６に対して１つずつ設けられることができる。駆動ＩＣ５０が設けられている側の第１基板１０の面は、圧力室２６の底面となることができる。すなわち、駆動ＩＣ５０は、各圧力室２６の底面に設けられることができる。このため、駆動ＩＣ５０は、駆動することにより発熱しても、圧力室２６内の液体により冷却されることができる。駆動ＩＣ５０は、例えば、半導体製造技術を利用したＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）として形成されることができる。すなわち、駆動ＩＣ５０は、第１基板１０を直接加工することにより形成されることができる。第１基板１０は、上述のように（１００）単結晶シリコン基板であることができるため、駆動ＩＣ５０は、公知のプロセス条件を用いて形成されることができる。また、駆動ＩＣ５０は、第１基板１０とは異なる別基板に形成された後に、別基板を第１基板１０に実装することにより設けられることもできる。駆動ＩＣ５０は、図示しないが、例えば、公知のトランジスタ、キャパシタ、抵抗などの素子から構成される。駆動ＩＣ５０は、圧電素子４０を駆動させる。具体的には、液体噴射ヘッド１００は、駆動ＩＣ５０からの駆動信号に従い、下部電極４２と上部電極４６との間に駆動電圧を印加する。この駆動電圧により、圧電素子４０が駆動して振動板３０が変化し、圧力室２６の容積が変化することによりノズル孔１０ａから液体が吐出される。

液体噴射ヘッド１００は、さらに、保護膜５２を有することができる。

保護膜５２は、駆動ＩＣ５０を覆うように形成される。保護膜５２は、駆動ＩＣ５０と、第１基板１０の上面の少なくとも一部を覆うように形成されることができる。保護膜５２は、例えば、駆動ＩＣ５０と、第１基板１０の上面の全部を覆うように形成されてもよい。保護膜５２の膜厚は、例えば、１００ｎｍ程度である。保護膜５２は、駆動ＩＣ５０が圧力室２６内の液体と接触することを防ぐことができる。保護膜５２としては、例えば、稠密充填構造を有する金属酸化物を用いることができる。稠密充填構造としては、例えば、ランダム稠密充填構造（Ｒａｎｄｏｍ Ｃｌｏｓｅｄ Ｐａｃｋｉｎｇ）を挙げることができる。稠密充填構造を有する金属酸化物としては、例えば、酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウムを挙げることができる。保護膜５２として、より好ましくは、酸化タンタルを挙げることができる。稠密充填構造を有する金属酸化物は、稠密な構造であるため、酸化シリコンを保護膜とした場合と比較して、より効果的に駆動ＩＣ５０が圧力室２６内の液体と接触することを防ぐことができる。

液体噴射ヘッド１００は、さらに、貫通電極６０と、第１配線６２と、第２配線６４と、を有することができる。

貫通電極６０は、第２基板２０および振動板３０を貫通して形成された貫通孔６０ａ内に形成される。貫通電極６０および貫通孔６０ａは、図２に示すように平面視において、液体供給路２４と隣接するしぼり部６０ｂに形成されることができる。しぼり部６０ｂは、例えば、図２に示すように平面視において、液体供給路２４のＺ方向の幅が圧力室２６のＺ方向の幅より小さいことにより設けられる領域であることができる。すなわち、しぼり部６０ｂは、圧力室２６に対して突起した領域であることができる。このため、貫通電極６０は、例えば、リザーバ２２や圧力室２６のレイアウトを変更することなく、形成されることができる。すなわち、貫通電極６０が形成されることによって、リザーバ２２や圧力室２６の形状は、制限されない。

第１配線６２は、貫通電極６０と上部電極４６とを電気的に接続する。第１配線６２は、例えば、上部電極４６上と、上部電極４６および圧電体層４４の側面と、振動板３０上と、貫通電極６０上と、に形成される。第２配線６４は、貫通電極６０と駆動ＩＣ５０とを電気的に接続する。第２配線６４は、例えば、第１基板１０の上面側に形成される。

貫通電極６０、第１配線６２および第２配線６４は、例えば、銅、タングステンなどを含む導電材料からなる。貫通電極６０、第１配線６２および第２配線６４によって、圧電素子４０と駆動ＩＣ５０とは、電気的に接続される。

液体噴射ヘッド１００は、例えば、以下のような特徴を有する。

液体噴射ヘッド１００は、駆動ＩＣ５０が第１基板２０の上面側に設けられることができる。このため、駆動ＩＣ５０は、駆動することにより発熱しても、例えば圧力室２６内の液体（例えば、インク滴）により、冷却されることができる。そのため、液体噴射ヘッド１００は、高い信頼性を有することができる。また、特に耐熱性の高い駆動ＩＣを形成する必要がないので、液体噴射ヘッド１００は、安価かつ簡易なプロセスで形成されることができる。

液体噴射ヘッド１００は、駆動ＩＣ５０が、保護膜５２で覆われていることができる。また、保護膜５２は、稠密充填構造を有する金属酸化物を用いることができる。このため、駆動ＩＣ５０は、保護膜５２によって圧力室２６内の液体と直接接触することなく、第１基板２０の上面側に設けられることができる。

液体噴射ヘッド１００は、第２基板２０および振動板３０を貫通する導電材料からなる貫通電極６０を有することができる。このため、駆動ＩＣ５０は、貫通電極６０を介して、圧電素子４０と電気的に接続されることができる。

液体噴射ヘッド１００は、貫通電極６０が、平面視において、液体供給路２４と隣接しているしぼり部６０ｂに形成されることができる。このため、貫通電極６０は、例えば、リザーバ２２や圧力室２６のレイアウトを変更することなく、形成されることができる。すなわち、貫通電極６０が形成されることによって、リザーバ２２や圧力室２６の形状は、制限されない。

１．２．第１の実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法
次に、第１の実施形態に係る液体噴射ヘッド１００の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図４〜図６は、第１の実施形態に係る液体噴射ヘッド１００の製造工程を概略的に示す断面図である。

図４に示すように、第１基板１０の上面側に、駆動ＩＣ５０を設ける。駆動ＩＣ５０は、例えば、半導体製造技術を利用したＭＥＭＳとして形成されることができる。すなわち、駆動ＩＣ５０は、第１基板１０を直接加工することにより形成されることができる。第１基板１０は、上述のように（１００）単結晶シリコン基板であることができるため、駆動ＩＣ５０は、公知のプロセス条件を用いて形成されることができる。また、駆動ＩＣ５０は、第１基板１０とは異なる別基板に形成された後に、別基板を第１基板１０に実装することにより設けられることもできる。駆動ＩＣ５０は、例えば、公知の方法により形成される。

次に、第１基板１０の上面側に、第２配線６４を形成する。第２配線６４は、例えば、スパッタ法、めっき法、真空蒸着法により形成される。

次に、駆動ＩＣ５０を覆うように保護膜５２を形成する。保護膜５２は、例えば、ＣＶＤ法により形成される。保護膜５２として、酸化タンタルを用いる場合、保護膜５２は、例えば、ペンタエトキシタンタルを原料として、酸化剤に酸素を用いたＣＶＤ法により形成することができる。成膜の際の基板温度は、例えば、４００℃〜５００℃程度である。

次に、第１基板１０をパターニングして、ノズル孔１０ａを形成する。パターニングは、例えば、公知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により行われる。なお、ノズル孔１０ａを形成する工程の順序は、特に問わず、例えば、駆動ＩＣ５０を形成する前であってもよい。

図５に示すように、第２基板２０上に振動板３０を形成する。振動板３０は、例えば、酸化シリコンと酸化ジルコニウムとを、この順に積層することにより形成される。酸化シリコンは、例えば、熱酸化法により形成される。酸化ジルコニウムは、例えば、スパッタ法により形成される。

次に、振動板３０上に圧電素子４０を形成する。圧電素子４０は、下部電極４２、圧電体層４４および上部電極４６を、この順に積層することにより形成される。

下部電極４２および上部電極４６は、例えば、スパッタ法、めっき法、真空蒸着法により形成される。

圧電体層４４は、例えば、ゾルゲル法、スパッタ法により形成される。圧電体層４４を形成するための焼成温度は、例えば、７００℃程度である。

図６に示すように、第２基板２０をパターニングして、リザーバ２２、液体供給路２４および圧力室２６を形成する。リザーバ２２、液体供給路２４および圧力室２６は、同時に形成されることができる。パターニングは、例えば、酸化シリコンをエッチングマスクとして、水酸化カリウムによる異方性のエッチングにより行われる。第２基板２０の厚さ方向（Ｙ方向）におけるエッチング量は、例えば、振動板３０がエッチングストッパ層となることにより制御される。第２基板２０は、（１１０）単結晶シリコンからなることができるため、水酸化カリウムにより精度良く加工されることができる。すなわち、第２基板２０は、Ｙ方向に直線的にエッチングされることができる。

次に、振動板３０をパターニングして、液体供給孔３０ａを形成する。パターニングは、例えば、公知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により行われる。

次に、第２基板２０および振動板３０をパターニングして、貫通孔６０ａを形成する。パターニングは、例えば、公知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により行われる。貫通孔６０ａは、平面視において、しぼり部６０ｂに形成されることができる。貫通電極６０は、例えば、貫通孔６０ａに導電性材料を充填することにより形成される。貫通電極６０は、例えば、スパッタ法、めっき法により形成される。

次に、例えば、上部電極４６上と、上部電極４６および圧電体層４４の側面と、振動板３０上と、貫通電極６０上と、に第１配線６２を形成する。第１配線６２は、例えば、スパッタ法、めっき法、真空蒸着法により形成される。

なお、貫通孔６０ａおよび貫通電極６０を形成する工程の順序は、特に問わず、例えば、圧力室２６などを形成する前であってもよいし、圧電素子４０を形成する前であってもよい。同様に、液体供給孔３０ａを形成する工程の順序も、特に問わない。

図１に示すように、駆動ＩＣ５０を有する第１基板１０上に第２基板２０が位置するように、第１基板１０と第２基板２０とを接合させる。接合は、駆動ＩＣ５０が形成されている側の第１基板１０の面が、圧力室２６の底面となるように行われる。接合は、例えば、公知の接着材または溶着などにより行われる。

以上の工程により、液体噴射ヘッド１００を製造することができる。

液体噴射ヘッド１００の製造方法は、例えば、以下のような特徴を有する。

液体噴射ヘッド１００の製造方法では、駆動ＩＣ５０が第１基板２０の上面側に設けられることができる。このため、駆動ＩＣ５０は、駆動することにより発熱しても、例えば圧力室２６内の液体（例えば、インク滴）により、冷却されることができる。そのため、信頼性の高い液体噴射ヘッド１００を得ることができる。また、特に耐熱性の高い駆動ＩＣを形成する必要がないので、安価かつ簡易なプロセスで液体噴射ヘッド１００を得ることができる。

液体噴射ヘッド１００の製造方法では、半導体製造技術を利用したＭＥＭＳとして駆動ＩＣを第１基板１０に形成することができ、第１基板１０は（１００）単結晶シリコン基板であることができる。このため、駆動ＩＣ５０は、公知のプロセス条件を用いて形成されることができる。そのため、信頼性の高い駆動ＩＣ５０を得ることができる。よって、信頼性の高い液体噴射ヘッド１００を得ることができる。

液体噴射ヘッド１００の製造方法では、第２基板２０が（１１０）単結晶シリコン基板であることができる。このため、第２基板２０は、水酸化カリウムによる異方性エッチングにより、精度良く加工されることができる。よって、信頼性の高い液体噴射ヘッド１００を得ることができる。

１．３．変形例
図７は、第１の実施形態の変形例に係る液体噴射ヘッド１５０を模式的に示す断面図である。以下、第１の実施形態の変形例に係る液体噴射ヘッド１５０およびその製造方法において、第１の実施形態に係る液体噴射ヘッド１００およびその製造方法と実質的に同一の材料については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

液体噴射ヘッド１５０は、図７に示すように、第３基板１５２を有する。第３基板１５２は、液体を吐出するノズル孔１５２ａを有する。そのため、液体噴射ヘッド１５０は、液体噴射ヘッド１００と異なり、第１基板１０がノズル孔１０ａを有さない。第３基板１５２は、圧力室２６の１つの側面２６ａを構成するように形成される。このため、液体噴射ヘッド１５０は、第１基板１０の厚さ方向と直交する方向（Ｘ方向）に液体を吐出する。第３基板１５２は、第１基板１０および振動板３０の側面と接することができる。第３基板１５２は、例えば、シリコンからなることができる。ノズル孔１５２ａは、図示はしないが複数設けられ、その数は特に限定されない。ノズル孔１５２ａは、圧力室２６に連通して形成される。

液体噴射ヘッド１５０は、上述のように第１基板１０がノズル孔１０ａを有さないため、第１基板１０が液体供給孔１０ｂを有することができる。そのため、液体噴射ヘッド１５０は、液体噴射ヘッド１００と異なり、振動板３０が液体供給孔３０ａを有さない。ここで、仮に、第１基板１０がノズル孔１０ａと液体供給孔１０ｂとを共に有するとすると、液体供給孔１０ｂに液体を供給するためのパイプやタンク（図示せず）が障害となり、例えば、液体噴射ヘッドと液体が吐出される対象物との距離を、最適化することができない。よって、第１基板１０がノズル孔１０ａを有する場合に、第１基板１０に液体供給孔１０ｂを形成することは、好ましくない。従って、液体噴射ヘッド１５０は、第１基板１０がノズル孔１０ａを有さないため、第１基板１０が液体供給孔１０ｂを有することができる。なお、液体供給孔１０ｂは、リザーバ２２と連通して形成される。

次に、液体噴射ヘッド１５０の製造方法について説明する。

図７に示すように、第１基板１０をパターニングして、液体供給孔１０ｂを形成する。パターニングは、例えば、公知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により行われる。

第２基板２０をパターニングして、リザーバ２２、液体供給路２４および圧力室２６を形成する。圧力室２６は、１つの側面２６ａが開口するように形成される。

第３基板１５２をパターニングして、ノズル孔１５２ａを形成する。パターニングは、例えば、公知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により行われる。

第１基板１０と第２基板２０とが接合されることにより形成された接合体１５４に、第３基板１５２を接合する。接合は、第３基板１５２が開口された側面２６ａを覆うように行われる。接合は、例えば、公知の方法により行われる。

液体噴射ヘッド１５０は、液体噴射ヘッド１００の特徴に加えて、例えば、以下の特徴を有する。

液体噴射ヘッド１５０は、液体を吐出するノズル孔１５２ａを有する第３基板１５２を有し、第１基板１０の厚さ方向と直交する方向（Ｘ方向）に液体を吐出することができる。これにより、第１基板１０に液体供給孔１０ｂを形成することができる。第１基板１０は、（１００）単結晶シリコン基板であることができるため、振動板３０に液体供給孔３０ａが形成される場合比べ、安価かつ簡易なプロセスで、液体供給孔１０ｂを形成することができる。

２．第２の実施形態
２．１．第２の実施形態に係る液体噴射ヘッド
図８および図９は、第２の実施形態に係る液体噴射ヘッド２００を模式的に示す断面図である。なお、図９は、第１の実施形態に係る液体噴射ヘッド１００を模式的に示した図３に対応するものである。以下、第２の実施形態に係る液体噴射ヘッド２００において、第１の実施形態に係る液体噴射ヘッド１００と実質的に同一の材料については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

液体噴射ヘッド２００は、図８に示すように、駆動ＩＣ５０および第２配線６４が第１基板１０の下面側に設けられている。また、貫通電極２６０は、第１基板１０、第２基板２０および振動板３０を貫通して形成された貫通孔２６０ａ内に形成される。

なお、液体噴射ヘッド２００は、上述のようにノズル孔１５２ａを有する第３基板１５２を有し、液体を第１基板１０の厚さ方向と直交する方向（Ｘ方向）に吐出する構造であってもよい。

液体噴射ヘッド２００は、液体噴射ヘッド１００の特徴に加えて、例えば、以下の特徴を有する。

液体噴射ヘッド２００は、駆動ＩＣ５０が第１基板１０の下面側に設けられている。このため、液体が駆動ＩＣ５０に触れないので、液体噴射ヘッド２００は、いっそう高い信頼性を有することができる。なお、第１基板１０は、上述のようにシリコン基板からなることができるため熱伝導度が高い。そのため、駆動ＩＣ５０は、液体（例えば、インク滴）が触れなくても冷却されることができる。

２．２．第２の実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法
第２の実施形態に係る液体噴射ヘッド２００の製造方法は、駆動ＩＣ５０および第２配線６４が第１基板１０の下面側に設けられること、また、貫通電極２６０が第１基板１０、第２基板２０および振動板３０を貫通して形成された貫通孔２６０ａ内に形成されること、以外は、基本的に第１の実施形態に係る液体噴射ヘッド１００の製造方法と同じである。よって、その説明を省略する。

３．第３の実施形態
次に、本発明に係る液体噴射ヘッドを有する第３の実施形態に係るプリンタについて説明する。ここでは、本実施形態に係るプリンタ３００がインクジェットプリンタである場合について説明する。

図１０は、第３の実施形態に係るプリンタ３００を概略的に示す斜視図である。

プリンタ３００は、ヘッドユニット３３０と、駆動部３１０と、制御部３６０と、を含む。また、プリンタ３００は、装置本体３２０と、給紙部３５０と、記録用紙Ｐを設置するトレイ３２１と、記録用紙Ｐを排出する排出口３２２と、装置本体３２０の上面に配置された操作パネル３７０と、を含むことができる。

ヘッドユニット３３０は、例えば、上述した液体噴射ヘッド１００から構成されるインクジェット式記録ヘッド（以下単に「ヘッド」ともいう）を有する。ヘッドユニット３３０は、さらに、ヘッドにインクを供給するインクカートリッジ３３１と、ヘッドおよびインクカートリッジ３３１を搭載した運搬部（キャリッジ）３３２と、を備える。

駆動部３１０は、ヘッドユニット３３０を往復動させることができる。駆動部３１０は、ヘッドユニット３３０の駆動源となるキャリッジモータ３４１と、キャリッジモータ３４１の回転を受けて、ヘッドユニット３３０を往復動させる往復動機構３４２と、を有する。

往復動機構３４２は、その両端がフレーム（図示せず）に支持されたキャリッジガイド軸３４４と、キャリッジガイド軸３４４と平行に延在するタイミングベルト３４３と、を備える。キャリッジガイド軸３４４は、キャリッジ３３２が自在に往復動できるようにしながら、キャリッジ３３２を支持している。さらに、キャリッジ３３２は、タイミングベルト３４３の一部に固定されている。キャリッジモータ３４１の作動により、タイミングベルト３４３を走行させると、キャリッジガイド軸３４４に導かれて、ヘッドユニット３３０が往復動する。この往復動の際に、ヘッドから適宜インクが吐出され、記録用紙Ｐへの印刷が行われる。

制御部３６０は、ヘッドユニット３３０、駆動部３１０および給紙部３５０を制御することができる。

給紙部３５０は、記録用紙Ｐをトレイ３２１からヘッドユニット３３０側へ送り込むことができる。給紙部３５０は、その駆動源となる給紙モータ３５１と、給紙モータ３５１の作動により回転する給紙ローラ３５２と、を備える。給紙ローラ３５２は、記録用紙Ｐの送り経路を挟んで上下に対向する従動ローラ３５２ａおよび駆動ローラ３５２ｂを備える。駆動ローラ３５２ｂは、給紙モータ３５１に連結されている。制御部３６０によって供紙部３５０が駆動されると、記録用紙Ｐは、ヘッドユニット３３０の下方を通過するように送られる。

ヘッドユニット３３０、駆動部３１０、制御部３６０および給紙部３５０は、装置本体３２０の内部に設けられている。

プリンタ３００は、例えば、以下のような特徴を有する。

プリンタ３００は、本発明に係る液体噴射ヘッドを有することができる。本発明に係る液体噴射ヘッドは、上述のように、高い信頼性を有し、安価かつ簡易なプロセスで形成されることができる。そのため、信頼性の高く、安価かつ簡易なプロセスで形成されるプリンタ３００を得ることができる。

なお、上述した例では、プリンタ３００がインクジェットプリンタである場合について説明したが、本発明のプリンタは、工業的な液体吐出装置として用いられることもできる。この場合に吐出される液体（液状材料）としては、各種の機能性材料を溶媒や分散媒によって適当な粘度に調整したものなどを用いることができる。

上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。

第１の実施形態に係る液体噴射ヘッドを模式的に示す断面図。 第１の実施形態に係る液体噴射ヘッドを模式的に示す平面図。 第１の実施形態に係る液体噴射ヘッドを模式的に示す断面図。 第１の実施形態に係る液体噴射の製造工程を模式的に示す断面図。 第１の実施形態に係る液体噴射の製造工程を模式的に示す断面図。 第１の実施形態に係る液体噴射の製造工程を模式的に示す断面図。 第１の実施形態の変形例に係る液体噴射ヘッドを模式的に示す断面図。 第２の実施形態に係る液体噴射ヘッドを模式的に示す断面図。 第２の実施形態に係る液体噴射ヘッドを模式的に示す断面図。 第３の実施形態に係るプリンタを模式的に示す斜視図。

符号の説明

１０ 第１基板、１０ａ ノズル孔、１０ｂ 液体供給孔、２０ 第２基板、２２ リザーバ、２４ 液体供給路、２６ 圧力室、２６ａ 側面、３０ 振動板、３０ａ 液体供給孔、４０ 圧電素子、４２ 下部電極、４４ 圧電体層、４６ 上部電極、５０ 駆動ＩＣ、５２ 保護膜、６０ 貫通電極、６０ａ 貫通孔、６０ｂ しぼり部、６２ 第１配線、６４ 第２配線、１００ 液体噴射ヘッド、１５０ 液体噴射ヘッド、１５２ 第３基板、１５２ａ ノズル孔、１５４ 接合体、２００ 液体噴射ヘッド、２６０ 貫通電極、２６０ａ 貫通孔、３００ プリンタ、３１０ 駆動部、３２０ 装置本体、３２１ トレイ、３２２ 排出口、３３０ ヘッドユニット、３３１ インクカートリッジ、３３２ キャリッジ、３４１ キャリッジモータ、３４２ 往復動機構、３４３ タイミングベルト、３４４ キャリッジガイド軸、３５０ 給紙部、３５１ 給紙モータ、３５２ 給紙ローラ、３６０ 制御部、３７０ 操作パネル

Claims (15)

1. 第１基板と、
   前記第１基板に設けられた駆動ＩＣと、
   前記第１基板の上方に形成され、圧力室を有する第２基板と、
   前記第２基板の上方に形成された振動板と、
   前記振動板の上方に形成された圧電素子と、を含み、
   前記駆動ＩＣは、前記圧電素子を駆動させる、液体噴射ヘッド。
2. 請求項１において、
   前記駆動ＩＣは、前記第１基板を加工することにより設けられている、液体噴射ヘッド。
3. 請求項１において、
   前記駆動ＩＣは、前記第１基板とは異なる別基板に形成され、前記別基板を前記第１基板に実装することにより設けられている、液体噴射ヘッド。
4. 請求項１ないし３のいずれかにおいて、
   前記駆動ＩＣは、前記第１基板の上面側に設けられている、液体噴射ヘッド。
5. 請求項４において、
   さらに、前記駆動ＩＣを覆う保護膜を有し、
   前記保護膜は、稠密充填構造を有する金属酸化物からなる、液体噴射ヘッド。
6. 請求項１ないし３のいずれかにおいて、
   前記駆動ＩＣは、前記第１基板の下面側に設けられている、液体噴射ヘッド。
7. 請求項４または５において、
   さらに、前記第２基板と前記振動板とを貫通する導電材料からなる貫通電極を有し、
   前記貫通電極を介して、前記駆動ＩＣと前記圧電素子とは接続されている、液体噴射ヘッド。
8. 請求項６において、
   さらに、前記第１基板と前記第２基板と前記振動板とを貫通する導電材料からなる貫通電極を有し、
   前記貫通電極を介して、前記駆動ＩＣと前記圧電素子とは接続されている、液体噴射ヘッド。
9. 請求項７または８において、
   前記第２基板は、前記圧力室と連通している液体供給路と、前記液体供給路と連通しているリザーバと、を有し、
   前記貫通電極は、平面視において、前記液体供給路と隣接しているしぼり部に形成されている、液体噴射ヘッド。
10. 請求項１ないし９のいずれかにおいて、
    前記第１基板は、液体を吐出するノズル孔を有し、
    前記ノズル孔から前記第１基板の厚さ方向に前記液体を吐出する、液体噴射ヘッド。
11. 請求項１ないし９のいずれかにおいて、
    さらに、液体を吐出するノズル孔を有する第３基板を有し、
    前記第３基板は、前記圧力室の１つの側面を構成しており、
    前記ノズル孔から前記第１基板の厚さ方向に直交する方向に前記液体を吐出する、液体噴射ヘッド。
12. 請求項１ないし１１のいずれかにおいて、
    前記第１基板は、（１００）単結晶シリコン基板である、液体噴射ヘッド。
13. 請求項１ないし１２のいずれかにおいて、
    前記第２基板は、（１１０）単結晶シリコン基板である、液体噴射ヘッド。
14. 第１基板に駆動ＩＣを設ける工程と、
    第２基板の上方に振動板を形成する工程と、
    前記振動板の上方に圧電素子を形成する工程と、
    前記第２基板に圧力室を形成する工程と、
    前記第２基板の下方に前記第１基板を接合させる工程と、を含み、
    前記駆動ＩＣは、前記圧電素子を駆動させる、液体噴射ヘッドの製造方法。
15. 請求項１ないし１３のいずれかに記載の液体噴射ヘッドを有する、プリンタ。

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