JP2015168143A - 貫通孔の形成方法、部材、インクジェットヘッド、インクジェットヘッドユニットおよびインクジェット式記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板に所望の形状の貫通孔を効率よく形成することができる貫通孔の形成方法、所望の形状の貫通孔が形成された部材及び、所望の形状の貫通孔が形成された部材を備えるインクジェットヘッド、インクジェットヘッドユニット、インクジェット式記録装置を提供する。【解決手段】基板Ｐ１に、第１の凹部Ｐ１１１を形成するエッチング加工工程１ｃ、貫通孔Ｐ１１を形成するレーザー加工工程１ｄ、１ｅ及び、貫通孔Ｐ１１の形状を調整するための形状調整工程１ｆを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、貫通孔の形成方法、部材、インクジェットヘッド、インクジェットヘッドユニットおよびインクジェット式記録装置に関する。

例えば、ノズルプレート（ノズル板）、連通板のようなインクジェットヘッドの構成部材等には、貫通孔が設けられている。
このような貫通孔は、従来においては、エッチングにより形成されていた（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、貫通孔をエッチングにより形成する場合、厚さが数百μｍ程度のものであっても、数時間以上を要する等、生産性に劣るという問題があった。

特開２０１１−１２１２１８号公報

本発明の目的は、基板に所望の形状の貫通孔を効率よく形成することができる貫通孔の形成方法を提供すること、所望の形状の貫通孔が形成された部材を提供すること、また、所望の形状の貫通孔が形成された部材を備えるインクジェットヘッド、インクジェットヘッドユニット、インクジェット式記録装置を提供することにある。

このような目的は、下記の本発明により達成される。

本発明の貫通孔の形成方法は、基板に、エッチング加工とレーザー加工とを施し、貫通孔を形成することを特徴とする。
これにより、基板に所望の形状の貫通孔を効率よく形成することができる貫通孔の形成方法を提供することができる。

本発明の貫通孔の形成方法では、前記基板は、エッチング異方性をもった結晶性材料で構成されたものであることが好ましい。
これにより、エッチング加工において、異方的に基板をエッチングすることができ、より容易かつ確実に、所望の形状を有する貫通孔を形成することができる。

本発明の貫通孔の形成方法では、前記基板の厚さは、１００μｍ以上１０００μｍ以下であることが好ましい。
従来においては、このような厚みの基板に対しては、所望の形状の貫通孔を効率よく形成することが特に困難であったが、本発明では、このような厚みの基板に対しても、所望の形状の貫通孔を効率よく形成することができる。すなわち、基板の厚さが前記範囲内の値であると、本発明の効果がより顕著に発揮される。

本発明の貫通孔の形成方法では、前記貫通孔の幅は、１０μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。
従来においては、このように比較的小さい幅の貫通孔を形成しようとした場合に、貫通孔を所望の形状を有するものとして効率よく形成することが特に困難であったが、本発明では、このような幅の貫通孔であっても、所望の形状を有するものとして効率よく形成することができる。すなわち、貫通孔の幅が前記範囲内の値であると、本発明の効果がより顕著に発揮される。

本発明の貫通孔の形成方法では、前記貫通孔の幅Ｗに対する前記基板の厚さＤの比率（Ｄ／Ｗ）であるアスペクト比は、７以上２０以下であることが好ましい。
従来においては、このようにアスペクト比が比較的大きい貫通孔を形成しようとした場合に、貫通孔を所望の形状を有するものとして効率よく形成することが特に困難であったが、本発明では、このようなアスペクト比の貫通孔であっても、所望の形状を有するものとして効率よく形成することができる。すなわち、貫通孔のアスペクト比が前記範囲内の値であると、本発明の効果がより顕著に発揮される。

本発明の部材は、本発明の方法を用いて形成された貫通孔を有することを特徴とする。
これにより、所望の形状の貫通孔が形成された部材を提供することができる。

本発明の部材は、インクジェットヘッド部品であることが好ましい。
インクジェットヘッドは、微細な構造を有するものであり、ノズルのような細いインク流路を有するものである。このようなインクジェットヘッドにおいては、構成部品が有する貫通孔の形状、大きさのわずかな違いが、液滴の吐出特性に大きな影響を与える。本発明では、微細な形状等の制御を行うことができ、所望の形状、大きさの貫通孔を容易かつ確実に形成することができる。したがって、本発明がインクジェットヘッドを構成する部品（インクジェットヘッド部品）に適用される場合に、本発明の効果はより顕著に発揮される。

本発明のインクジェットヘッドは、本発明の部材を用いて製造されたことを特徴とする。
これにより、所望の形状の貫通孔が形成された部材を備えるインクジェットヘッドを提供することができる。

本発明のインクジェットヘッドユニットは、本発明のインクジェットヘッドを備えたことを特徴とする。
これにより、所望の形状の貫通孔が形成された部材を備えるインクジェットヘッドユニットを提供することができる。

本発明のインクジェット式記録装置は、本発明のインクジェットヘッドユニットを備えたことを特徴とする。
これにより、所望の形状の貫通孔が形成された部材を備えるインクジェット式記録装置を提供することができる。

本発明の貫通孔の形成方法の好適な実施形態を模式的に示す断面図である。 本発明のインクジェットヘッドの好適な実施形態を模式的に示す断面図である。 本発明のインクジェットヘッドの他の好適な実施形態を模式的に示す断面図である。 図３に示すインクジェットヘッドのケースの底面図である。 本発明のインクジェット式記録装置の好適な実施形態を示す概略図である。

以下、添付する図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態について詳細な説明をする。

《貫通孔の形成方法》
まず、本発明の貫通孔の形成方法について説明する。

図１は、本発明の貫通孔の形成方法の好適な実施形態を模式的に示す断面図である。
図１に示すように、本実施形態の方法は、基板Ｐ１を準備する基板準備工程（１ａ）と、基板Ｐ１にマスクＰ２を設けるマスク形成工程（１ｂ）と、マスクＰ２が設けられた基板Ｐ１にエッチング加工を施し、第１の凹部Ｐ１１１を形成するエッチング加工工程（凹部形成工程）（１ｃ）と、第１の凹部Ｐ１１１が形成された基板Ｐ１にレーザー加工を施し、第２の凹部Ｐ１１２を形成し、さらに、レーザー加工を行うことにより、第１の凹部Ｐ１１１と第２の凹部Ｐ１１２とを連通させ、貫通孔Ｐ１１を形成するレーザー加工工程（貫通孔形成工程）（１ｄ、１ｅ）と、貫通孔Ｐ１１の形状を調整するための形状調整工程（１ｆ）と、マスクＰ２を除去するマスク除去工程（１ｇ）とを有している。

［基板準備工程］
まず、基板Ｐ１を用意する（１ａ）。
基板Ｐ１は、いかなる材料で構成されたものであってもよいが、エッチング異方性をもった結晶性材料で構成されたものであるのが好ましい。
これにより、エッチング処理工程において、異方的に基板Ｐ１をエッチングすることができ、より容易かつ確実に、所望の形状を有する貫通孔Ｐ１１を形成することができる。

なお、本明細書において、「エッチング異方性」とは、所定の方向に対するエッチング速度が、他の方向のエッチング速度とは異なる性質のことをいう。
エッチング異方性を有する材料としては、例えば、シリコン、水晶等が挙げられるが、特に、シリカであるのが好ましい。
これにより、より精度が高く、不本意な曲り等の発生がより確実に防止された貫通孔Ｐ１１をより容易かつ確実に形成することができる。

基板Ｐ１の厚さ（貫通孔Ｐ１１が形成されるべき部位の厚さ）は、特に限定されないが、１００μｍ以上８００μｍ以下であるのが好ましい。
従来においては、このような厚みの基板に対しては、所望の形状の貫通孔を効率よく形成することが特に困難であったが、本発明では、このような厚みの基板に対しても、所望の形状の貫通孔を効率よく形成することができる。すなわち、基板の厚さが前記範囲内の値であると、本発明の効果がより顕著に発揮される。

［マスク形成工程］
次に、基板Ｐ１に対して、マスクＰ２を設ける（１ｂ）。
マスクＰ２としては、開口部Ｐ２１を有するものを用いる。
マスクＰ２は、例えば、レジスト材料等のマスク材料を用いた成膜により、基板Ｐ１の両面を被覆し、その後、露光、現像等の処理により、開口部を設けることにより、形成することができる。

また、例えば、基板Ｐ１がシリコン等で構成されたものである場合、マスクＰ２は、基板Ｐ１の表面を酸化することにより形成してもよい。この場合、開口部Ｐ２１の形成（酸化物被膜の一部の選択的な除去）は、例えば、レーザー光の照射により行うことができる。

［エッチング加工工程］
次に、マスクＰ２で被覆された基板Ｐ１に対して、エッチング処理（エッチング加工）を施す（１ｃ）。
これにより、基板Ｐ１に第１の凹部Ｐ１１１が形成される。

エッチング処理としては、ドライエッチング、ウェットエッチングのいずれを採用してもよく、２種以上のエッチング条件を併用してもよいが、ドライエッチングであるのが好ましい。
これにより、開口部Ｐ２１が小さいものであっても、好適にエッチングを進行させることができ、形成すべき第１の凹部Ｐ１１１が比較的深いものであっても、好適に形成することができる。

ドライエッチングに用いるエッチングガスは、基板Ｐ１の種類にもよるが、例えば、ＳＦ_６（六フッ化硫黄）を好適に用いることができる。
ＳＦ_６を用いる場合、例えば、ＳＦ_６とＯ_２との混合ガスを用いることもできる。
これにより、エッチングレートを向上させることができ、目的とする部材Ｐ１０（貫通孔Ｐ１１を有する部材Ｐ１０）の生産性を特に優れたものとすることができる。

ドライエッチングの方式としては、例えば、誘導結合型プラズマによるエッチングを好適に採用することができる。
エッチング処理の具体的な条件としては、以下のようなものが好ましい。

すなわち、ＳＦ_６の流量は、２００ｓｃｃｍ以上７００ｓｃｃｍ以下であるのが好ましい。
また、Ｏ_２の流量は、２０ｓｃｃｍ以上７０ｓｃｃｍ以下であるのが好ましい。
また、下部電極パワーは、１５００Ｗ以上４０００Ｗ以下であるのが好ましい。

また、本工程においては、保護膜形成（デポ）処理とエッチング処理とを交互に行ってもよい。
保護膜形成には、処理ガスとして、例えば、Ｃ_４Ｆ_８とＯ_２との混合ガスを用いることができる。

保護膜形成時におけるＣ_４Ｆ_８の流量は、８０ｓｃｃｍ以上４００ｓｃｃｍ以下であるのが好ましい。
保護膜形成時におけるＯ_２の流量は、８ｓｃｃｍ以上４０ｓｃｃｍ以下であるのが好ましい。
保護膜形成時における上部電極パワーは、７００Ｗ以上２５００Ｗ以下であるのが好ましい。

また、本工程において、保護膜形成（デポ）処理とエッチング処理とを交互に行う場合、保護膜形成（デポ）処理の１回あたりの処理時間は３秒以上２０秒以下であるのが好ましく、エッチング処理の１回あたりの処理時間は５秒以上３０秒以下であるのが好ましい。
本工程では、基板Ｐ１の厚さ方向に貫通しないように第１の凹部Ｐ１１１を形成する。

本工程で形成する第１の凹部Ｐ１１１の深さは、４０μｍ以上５６０μｍ以下であるのが好ましい。
これにより、貫通孔Ｐ１１の形成に要する時間を短縮しつつ、レーザー加工工程において形成すべき第２の凹部Ｐ１１２の深さを比較的浅いものとすることができ、レーザー加工工程における穴曲りの現象の発生をより確実に防止することができ、所望の形状の貫通孔Ｐ１１をより確実に形成することができる。

また、本工程で形成する第１の凹部Ｐ１１１の深さは、基板Ｐ１の厚さの４０％以上７０％以下であるのが好ましい。
これにより、貫通孔Ｐ１１の形成に要する時間を短縮しつつ、レーザー加工工程において形成すべき第２の凹部Ｐ１１２の深さを比較的浅いものとすることができ、レーザー加工工程における穴曲りの現象の発生をより確実に防止することができ、所望の形状の貫通孔Ｐ１１をより確実に形成することができる。

また、本工程で形成する第１の凹部Ｐ１１１の開口部の幅は、５μｍ以上３０μｍ以下であるのが好ましい。
これにより、最終的な貫通孔Ｐ１１を、十分に小さい幅を有し、かつ、所望の形状を有するものとして、確実に形成することができる。

［レーザー加工工程］
次に、第１の凹部Ｐ１１１が形成された基板Ｐ１に対して、第１の凹部Ｐ１１１が形成された面とは反対の面側からレーザー加工を施す（１ｄ、１ｅ）。
これにより、まず、第２の凹部Ｐ１１２が形成される（１ｄ）。その後、レーザー加工が進むと、第１の凹部Ｐ１１１と第２の凹部Ｐ１１２とが連通し、貫通孔Ｐ１１が形成される（１ｅ）。

このように、エッチング加工とレーザー加工とを組み合わせて行うことにより、所望の形状の貫通孔Ｐ１１を比較的短時間で効率よく形成することができる。

これに対し、エッチング加工、レーザー加工のうち一方のみを用いた場合には、このような優れた効果は得られない。

すなわち、エッチング加工を行い、レーザー加工を行わずに貫通孔を形成した場合、貫通孔の形成に非常に長い時間を要するため、貫通孔を有する部材の生産性が著しく低いものとなる。特に、形成すべき貫通孔の幅が小さい場合や、形成すべき貫通孔の深さが深い場合（基板の厚さが厚い場合）、貫通孔のアスペクト比（貫通孔の幅Ｗに対する基板の厚さＤの比率（Ｄ／Ｗ））が大きい場合には、このような問題がより顕著に発生する。
また、エッチング加工を行い、レーザー加工を行わずに貫通孔を形成した場合、ウェハーのように、比較的大型の基板に対して貫通孔の形成を行う場合（必要に応じて貫通孔の形成後に、切片を切り出す工程を有していてもよい）、ウェハーの主面の中心部分と縁部付近ではエッチングの挙動が異なることが多い。このため、例えば、前記のような比較的厚みの大きい基板に対して、エッチングのみで貫通孔を形成しようとした場合、貫通孔の不本意な曲り等が発生しやすくなる。

また、レーザー加工を行い、エッチング加工を行わずに貫通孔を形成した場合、所望の形状の貫通孔を形成することが困難となる。これは、レーザー加工により凹部を形成していくと、形成された凹部内に熱改質による異物がたまっていき、当該異物により、レーザー光の直進性が阻害されたり、熱改質部におけるレーザー光のエネルギーの吸収により、不均一な熱改質がさらに促進されること等によるものであると考えられる。

特に、本実施形態のように、エッチング加工の後にレーザー加工を行うことにより、レーザー加工での熱改質による問題の発生をより効果的に防止することができ、所望の形状の貫通孔Ｐ１１をより確実に形成することができる。また、基板Ｐ１の貫通をレーザー光の凹部（第１の凹部Ｐ１１１、第２の凹部Ｐ１１２）を連通させて貫通孔Ｐ１１を形成する処理をレーザー光の照射に行うことにより、貫通孔Ｐ１１の内部（壁面）に異物が残存することをより効果的に防止することができる。

本発明において、エッチング加工と、レーザー加工とは基板の同じ面側から行うものであってもよいが、本実施形態では、エッチング加工とレーザー加工とを、反対の面で行っている。
これにより、基板Ｐ１の厚みが比較的大きい場合であっても、基板Ｐ１の目的とする部位への選択的なレーザー光の照射をより確実に行うことができ、所望の形状の貫通孔Ｐ１１をより確実に形成することができる。

本工程で用いることのできるレーザーとしては、例えば、ＹＡＧレーザー、第４高調波（２６６ｎｍ））、ＹＶＯ_４レーザー、ＹＬＦレーザー等が挙げられる。中でも、ＹＡＧレーザー（特に、第３高調波（３５５ｎｍ）、第４高調波（２６６ｎｍ））等の紫外線レーザーを用いるのが好ましい。
これにより、材料に対する吸収効率が向上し、少ない投入エネルギーで、第２の凹部Ｐ１１２、貫通孔Ｐ１１を好適に形成することができ、その結果、周辺に及ぼす熱影響範囲をより狭いものとすることができる。

［形状調整工程］
次に、貫通孔Ｐ１１の形状を調整する（１ｆ）。
これにより、貫通孔Ｐ１１の形状をより好適な形状とすることができる。
貫通孔Ｐ１１の形状の調整は、例えば、異方性エッチングにより行うことができる。

当該異方性エッチングは、例えば、基板Ｐ１がシリコンで構成されたものである場合、ＫＯＨ溶液を用いたウェットエッチングであることが好ましい。
以上のようにして形成される貫通孔Ｐ１１の幅は、１０μｍ以上５０μｍ以下であるのが好ましい。
従来においては、このように比較的小さい幅の貫通孔を形成しようとした場合に、貫通孔を所望の形状を有するものとして効率よく形成することが特に困難であったが、本発明では、このような幅の貫通孔であっても、所望の形状を有するものとして効率よく形成することができる。すなわち、貫通孔の幅が前記範囲内の値であると、本発明の効果がより顕著に発揮される。
また、貫通孔Ｐ１１の幅Ｗに対する基板Ｐ１の厚さＤ（貫通孔Ｐ１１の長さ）の比率（Ｄ／Ｗ）であるアスペクト比は、７以上２０以下であるのが好ましい。
従来においては、このようにアスペクト比が比較的大きい貫通孔を形成しようとした場合に、貫通孔を所望の形状を有するものとして効率よく形成することが特に困難であったが、本発明では、このようなアスペクト比の貫通孔であっても、所望の形状を有するものとして効率よく形成することができる。すなわち、貫通孔のアスペクト比が前記範囲内の値であると、本発明の効果がより顕著に発揮される。また、本発明によれば、このようなアスペクト比の大きい貫通孔も安価に形成することができる。

［マスク除去工程］
その後、マスクＰ２を除去することにより、目的とする部材Ｐ１０（貫通孔Ｐ１１を有する部材Ｐ１０）が得られる。
マスクＰ２の除去は、例えば、一水素二フッ化アンモニウムを含む溶液により行うことができる。

《貫通孔を有する部材》
次に、本発明の部材（貫通孔を有する部材）について説明する。
本発明の部材は、前述したような本発明の方法を用いて形成された貫通孔を有するものである。
これにより、所望の形状の貫通孔が形成された部材を提供することができる。

本発明の部材は、いかなるものであってもよいが、インクジェットヘッド部品であるのが好ましい。
インクジェットヘッドは、微細な構造を有するものであり、ノズルのような細い流路を有するものである。このようなインクジェットヘッドにおいては、構成部品が有する貫通孔の形状、大きさのわずかな違いが、液滴の吐出特性に大きな影響を与える。

本発明では、微細な形状等の制御を行うことができ、所望の形状、大きさの貫通孔を容易かつ確実に形成することができる。
したがって、本発明がインクジェットヘッドを構成する部品（インクジェットヘッド部品）に適用される場合に、本発明の効果はより顕著に発揮され、信頼性に優れたインクジェットヘッドを提供することができる。

貫通孔を有するインクジェットヘッド部品としては、例えば、ノズルプレート（ノズル板）、連通板等が挙げられる。

《インクジェットヘッド》
次に、本発明のインクジェットヘッドについて説明する。
本発明のインクジェットヘッドは、前述したような本発明の部材としてのインクジェットヘッド部材を備えたものである。
これにより、インクジェットヘッドからの液滴の吐出安定性を優れたものとすることができる。また、従来では困難であった、より微小な貫通孔を所望の形状で確実に設けることができるため、ノズル密度の向上、印刷画像の高解像度化を図るうえで有利である。

図２は、本発明のインクジェットヘッドの好適な実施形態を模式的に示す断面図、図３は、本発明のインクジェットヘッドの他の好適な実施形態を模式的に示す断面図、図４は、図３に示すインクジェットヘッドのケースの底面図である。

図２に示すインクジェットヘッド１００は、インク溜め８７が形成されたシリコン基板８１と、シリコン基板８１上に形成された振動板８２と、振動板８２上の所望位置に形成された下電極８３と、下電極８３上であって、インク溜め８７に対応した位置に形成された圧電体薄膜８４と、圧電体薄膜８４上に形成された上電極８５と、シリコン基板８１の下面に接合された本発明の部材（インクジェットヘッド部品）としての第２の基板８６とを備えている。第２の基板８６には、インク溜め８７に連通するインク吐出ノズル（貫通孔）８６Ａが設けられている。

このインクジェットヘッド１００は、図示しないインク流路を介してインク溜め８７にインクが供給される。ここで、下電極８３と上電極８５とを介して、圧電体薄膜８４に電圧を印加すると、圧電体薄膜８４が変形してインク溜め８７内を負圧にし、インクに圧力を加える。この圧力によって、インクがノズルから吐出され、インクジェット記録を行う。

インクジェットヘッド１００は、例えば、Ｓｉ熱酸化膜を振動板８２とし、その上部に、下電極８３、圧電体薄膜８４、上電極８５で構成される薄膜圧電体素子を薄膜プロセスにより一体成形し、かつ、キャビティー（インク溜め）８７が形成された単結晶のシリコン基板８１からなるチップと、インク吐出するインク吐出ノズル８６Ａを備えたノズル板（第２の基板）８６とが、接合された構造のものとすることができる。

ここでは、より大きな変位量が稼げるように、圧電体薄膜８４としては、例えば、圧電歪定数ｄ３１の高い材料として、第３成分としてマグネシウムニオブ酸鉛を添加した３成分系ＰＺＴで構成されたものを用いることができる。また、圧電体薄膜８４の厚みは、２μｍ程度とすることができる。

また、図３、図４に示すインクジェットヘッド１００は、圧力発生室１１を有する流路形成基板１０と、各圧力発生室１１に連通する複数のノズル（貫通孔）２１が穿設された、本発明の部材（インクジェットヘッド部品）としてのノズルプレート２０と、流路形成基板１０のノズルプレート２０とは反対側の面に接合された振動部材１５とを備えている。また本実施形態のインクジェットヘッド１００は、振動部材１５上の各圧力発生室１１に対応する領域に設けられる圧電素子３５を複数有する圧電素子ユニット３０と、振動部材１５を介して流路形成基板１０の一方面に接合されたケース４０とを備えている。また、本実施形態では、流路形成基板１０に各圧力発生室１１の共通液室となるリザーバー１３が形成されており、流路形成基板１０がリザーバー形成基板にもなっている。

流路形成基板１０には、その一方面側の表層部分に、圧力発生室１１が隔壁によって区画されてその幅方向で複数並設されている。なお、本実施形態では並設された複数の圧力発生室１１からなる列が２列形成されている。また各圧力発生室１１の列の外側には、ケース４０の液体導入路であるインク導入路４１を介してインクが供給されるリザーバー１３が、流路形成基板１０を厚さ方向に貫通してそれぞれ１つずつ設けられている。

また、リザーバー１３と各圧力発生室１１とは、インク供給路１２を介して連通されており、各圧力発生室１１には、インク導入路４１、リザーバー１３およびインク供給路１２を介してインクが供給される。インク供給路１２は、本実施形態では、圧力発生室１１よりも狭い幅で形成されており、リザーバー１３から圧力発生室１１に流入するインクの流路抵抗を一定に保持する役割を果たしている。

さらに、圧力発生室１１のリザーバー１３とは反対の端部側には、本発明の部材（インクジェットヘッド部品）としての流路形成基板１０を貫通するノズル連通孔（貫通孔）１４が形成されている。すなわち、本実施形態では、流路形成基板１０に液体流路として、リザーバー１３、インク供給路１２、圧力発生室１１およびノズル連通孔１４が設けられている。このような流路形成基板１０は、シリコン単結晶基板で構成されている。

この流路形成基板１０の一方面にはインクを吐出するノズル（貫通孔）２１が複数穿設されたノズルプレート２０が接合され、各ノズル２１は、流路形成基板１０に設けられたノズル連通孔（貫通孔）１４を介して各圧力発生室１１と連通している。

また、流路形成基板１０の他方面、すなわち圧力発生室１１の開口面には、振動部材１５が接着層１７で接合されており、各圧力発生室１１はこの振動部材１５によって封止されている。なお、振動部材１５は、図示するように流路形成基板１０の他方面の面積と同程度の面積を備えており、流路形成基板１０の他方面全体を覆うように接合されている。

この振動部材１５は、例えば、樹脂フィルム等の弾性部材からなる弾性膜１５ａと、この弾性膜１５ａを支持する、例えば、金属材料等からなる支持板１５ｂとの複合板で形成されており、弾性膜１５ａ側が流路形成基板１０に接合されている。本実施形態では、弾性膜１５ａは、厚さが数μｍ程度のポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルムからなり、支持板１５ｂは、厚さが数十μｍ程度のステンレス鋼板（ＳＵＳ）からなる。

また、この振動部材１５の各圧力発生室１１の周縁部に対向する領域は、支持板１５ｂが除去されて実質的に弾性膜１５ａのみで構成された薄肉部１５ｄとなっている。この薄肉部１５ｄは、圧力発生室１１の一方面を画成している。また、この薄肉部１５ｄの内側には、各圧電素子３５の先端が当接する支持板１５ｂの一部からなる島部１５ｃがそれぞれ設けられている。また、振動部材１５のリザーバー１３に対向する領域は、支持板１５ｂが除去されて弾性膜１５ａのみで構成される振動部１６となっている。この振動部１６は、リザーバー１３内の圧力変化が生じた時に、変形することによって圧力変化を吸収し、リザーバー１３内の圧力を常に一定に保持する役割を果たす。そして、かかる振動部材１５上に、ケース４０が接着層１８で接合されている。つまり、本実施形態のケース４０は、振動部材１５を介して流路形成基板１０に接合されている。

ケース４０には、図３に示すように、振動部１６に対向する位置に、凹部からなる空間部４２が設けられている。空間部４２は、振動部１６の変形を阻害しない程度の高さを備えており、本発明の部材（インクジェットヘッド部品）としてのケース４０を貫通する大気開放孔であるケース貫通孔４４によって外部空間に連通されている。これにより、空間部４２内の圧力は常に外部空間と一定に保たれている。また、ケース４０には、薄肉部１５ｄに対向する位置に、かかるケース４０を貫通する貫通部からなる圧電素子収容部４３が設けられている。また、圧電素子収容部４３のインク導入路４１側には、段差部４５が設けられており、後述する圧電素子ユニット３０の固定基板３６がこの段差部４５に接合される。

また、ケース４０の流路形成基板１０側とは反対側の面には、後述するフレキシブルプリント基板５０の各配線層５１がそれぞれ接続される複数の導電パッド７１が設けられた配線基板７０が固定されている。配線基板７０には、ケース４０の圧電素子収容部４３に対向する領域にスリット状の開口部７２が形成されており、圧電素子収容部４３は、かかる開口部７２により外部空間に連通されている。そして、かかる圧電素子収容部４３内に、圧電素子３５を備える圧電素子ユニット３０が収容されている。

圧電素子ユニット３０は、各圧力発生室１１に対向して設けられ、圧力発生室１１とリザーバー１３とを含む液体流路内の圧力を変動させる複数の圧電素子３５と、かかる圧電素子３５をケース４０に取り付ける固定基板３６とで構成されている。

各圧電素子３５は、本実施形態では一つの圧電素子ユニット３０において一体的に形成されている。すなわち、圧電材料３１と電極形成材料３２，３３とを縦に交互にサンドイッチ状に挟んで積層した圧電素子形成部材３４を形成し、この圧電素子形成部材３４を各圧力発生室１１に対応して櫛歯状に切り分けることによって各圧電素子３５が形成されている。つまり、本実施形態では、複数の圧電素子３５が一体的に形成されている。そして圧電素子３５は、先端部が振動部材１５の島部１５ｃに接着剤（接合材料）で接合されるとともに、振動に寄与しない不活性領域となっている基端部側で固定基板３６に固着されている。このように圧電素子３５が固着された固定基板３６は、圧電素子収容部４３の段差部４５でケース４０に接合されている。これにより圧電素子ユニット３０は、ケース４０の圧電素子収容部４３に収容されて固定されている。

なお、固定基板３６は、上述のように圧電素子３５と一体的に設けられることで、圧電素子ユニット３０を構成し、圧電素子ユニット３０はケース４０に位置決め固定される。このとき、圧電素子３５の振動部材１５（島部１５ｃ）に対する位置合わせは、固定基板３６の外周面とケース４０の圧電素子収容部４３の内面とによって行われる。これにより、脆性材料である圧電素子３５を直接把持して位置合わせするのに比べて容易にかつ高精度に位置合わせを行うことができる。

固定基板３６を構成する材料は特に限定されるものではないが、例えば、アルミニウム、銅、鉄およびステンレス鋼等で好適に構成することができる。そして、かかる圧電素子ユニット３０の圧電素子３５の基端部近傍には、固定基板３６とは反対側の面に、各圧電素子３５を駆動するための信号を供給する配線層５１を有するフレキシブルプリント基板５０が接続されている。

フレキシブルプリント基板５０は、フレキシブルプリンティングサーキット（ＦＰＣ）や、テープキャリアパッケージ（ＴＣＰ）等からなる。詳しくは、フレキシブルプリント基板５０は、例えば、ポリイミド等のベースフィルム５２の表面に銅薄等で所定のパターンの配線層５１を形成し、配線層５１の圧電素子３５と接続される端子部等の他の配線と接続される領域以外の領域をレジスト等の絶縁材料で覆ったものである。

このような、フレキシブルプリント基板５０の配線層５１は、その基端部側で、例えば、半田、異方性導電材等によって圧電素子３５を構成する電極形成材料３２，３３に接続されている。

一方、先端部側では、各配線層５１はケース４０上に設けられた配線基板７０の導電パッド７１と電気的に接続されている。フレキシブルプリント基板５０はこの配線基板７０の開口部７２から圧電素子収容部４３の外側に引き出されて、引き出された領域が屈曲されて導電パッド７１と接続されている。

そして本実施形態のインクジェットヘッド１００では、図４に示すように、圧電素子収容部４３と空間部４２とが連通路４６によって連通されている。
連通路４６は、圧電素子収容部４３と空間部４２とを連通する通路であって、本実施形態では、ケース４０の流路形成基板１０側の面の一部を除去することでケース４０の底面に形成されている。

また、本実施形態において、連通路４６は、流路形成基板１０、振動部材１５およびケース４０の積層方向において、圧力発生室１１を含む流路と重ならない位置に設けられている。具体的には連通路４６は、各圧力発生室１１の並設方向において、空間部４２および圧電素子収容部４３の両端部よりも外側の領域に設けられている。

また、連通路４６は、空間部４２に連続し空間部４２の長手方向端部から圧力発生室１１の並設方向に沿って外側に延びる第１の連通部４６ａと、第１の連通部４６ａに連続し圧力発生室１１の長手方向に沿って延びる第２の連通部４６ｂと、第２の連通部４６ｂに連続し圧力発生室１１の並設方向に沿って内側に延び圧電素子収容部４３に連続する第３の連通部４６ｃとで構成されている。このような連通路４６により、圧電素子収容部４３および空間部４２は連通されている。本実施形態では、連通路４６はケース４０の流路形成基板１０側の面に形成されている。すなわち、連通路４６は、ケース４０の流路形成基板１０側の面に凹部として設けられている。

このような連通路４６が設けられていることで、圧電素子収容部４３および空間部４２が空気の流れる流路を構成することになり、空間部４２内の揮発ガスが比較的容易に外部空間に排出される。

このようなインクジェットヘッド１００では、圧電素子３５および振動部材１５の変形によって各圧力発生室１１の容積を変化させることで、各ノズル２１からインク滴を吐出させている。具体的には、図示しない液体貯留手段から液体導入路であるインク導入路４１を介してリザーバー１３にインクが供給されると、インク供給路１２を介して各圧力発生室１１にインクが分配される。そして、図示しない駆動回路からの駆動信号によって所定の圧電素子３５に電圧を印加および解除することによって、圧電素子３５を収縮および伸張させて圧力発生室１１に圧力変化を生じさせ、ノズル２１からインクを吐出させる。
上記のようなインクジェットヘッドを構成する部品（貫通孔を有する部品）に本発明を適用することができる。

《インクジェットヘッドユニット、インクジェット式記録装置》
次に、本発明のインクジェットヘッドユニットおよびインクジェット式記録装置について説明する。

図５は、本発明のインクジェット式記録装置の好適な実施形態を示す概略図である。
図５に示すように、インクジェット式記録装置１０００は、インクジェットヘッドユニット（記録ヘッドユニット）９１Ａおよび９１Ｂと、カートリッジ９２Ａおよび９２Ｂと、キャリッジ９３と、装置本体９４と、キャリッジ軸９５と、駆動モーター９６と、タイミングベルト９７と、プラテン９８とを備えている。

前述したような本発明のインクジェットヘッド（記録ヘッド）を備える記録ヘッドユニット９１Ａおよび９１Ｂは、インク供給手段を構成するカートリッジ９２Ａおよび９２Ｂが着脱可能に設けられ、記録ヘッドユニット９１Ａおよび９１Ｂを搭載したキャリッジ９３は、装置本体９４に取り付けられたキャリッジ軸９５に軸方向移動自在に設けられている。記録ヘッドユニット９１Ａおよび９１Ｂは、例えば、それぞれブラックインク組成物およびカラーインク組成物を吐出するものとすることができる。

そして、駆動モーター９６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９７を介してキャリッジ９３に伝達されることで、記録ヘッドユニット９１Ａおよび９１Ｂを搭載したキャリッジ９３はキャリッジ軸９５に沿って移動される。一方、装置本体９４にはキャリッジ軸９５に沿ってプラテン９８が設けられており、図示しない給紙ローラー等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９８に巻き掛けられて搬送されるようになっている。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。

例えば、本発明の貫通孔の形成方法においては、各工程の順番は、前述したしたものでなくてもよい。例えば、前述した実施形態では、形状調整工程の後に、マスク除去工程を有するものとして説明したが、形状調整工程は、マスク除去工程の後に行うものであってもよい。
また、前述した実施形態では、形状調整工程、マスク除去工程等を有するものとして説明したが、本発明の貫通孔の形成方法は、少なくとも、エッチング加工とレーザー加工とを施し、貫通孔を形成するものであればよく、他の工程は有していなくてもよい。
また、図示の構成では、基板の第１の凹部が形成される側とは反対側の面に設けられたマスクに開口部が設けられているが、当該開口部はなくてもよい。

また、前述した実施形態では、凹部形成のためのエッチング加工と、レーザー加工とを、基板の異なる面側に施す場合について説明したが、エッチング加工とレーザー加工とは、基板の同じ面側に施すものであってもよい。
また、本発明の貫通孔の形成方法においては、必要に応じて、前処理工程、中間処理工程、後処理工程を行ってもよい。

また、前述した実施形態では、貫通孔が流路を構成するものである場合について中心に説明したが、貫通孔は流路を構成するものでなくてもよい。
また、前記の説明では、貫通孔を有する部材としてインクジェットヘッド部品について代表的に説明したが、本発明の部材（貫通孔を有する部材）は、インクジェットヘッド部品以外のものであってもよく、例えば、ＭＥＭＳ、光学素子等にも好適に適用することができる。これらも、微細な構造を有するものであるため、本発明を適用することによる効果が顕著に発揮される。
また、体外循環回路、輸液回路を構成する医療用チューブ同士を接続する医療用コネクタ、注射針等の穿刺針、カテーテル等の医療用具、医療用器具等にも好適に適用することができる

Ｐ１０…部材
Ｐ１…基板
Ｐ１１…貫通孔
Ｐ１１１…第１の凹部（有底穴部）
Ｐ１１２…第２の凹部
Ｐ２…マスク
Ｐ２１…開口部
１００…インクジェットヘッド
１０…流路形成基板
１１…圧力発生室
１２…インク供給路
１３…リザーバー
１４…ノズル連通孔（貫通孔）
１５…振動部材
１５ａ…弾性膜
１５ｂ…支持板
１５ｃ…島部
１５ｄ…薄肉部
１６…振動部
１７…接着層
１８…接着層
２０…ノズルプレート
２１…ノズル（貫通孔）
３０…圧電素子ユニット
３１…圧電材料
３２…電極形成材料
３３…電極形成材料
３４…圧電素子形成部材
３５…圧電素子
３６…固定基板
４０…ケース
４１…インク導入路
４２…空間部
４３…圧電素子収容部
４４…ケース貫通孔
４５…段差部
４６…連通路
４６ａ…第１の連通部
４６ｂ…第２の連通部
４６ｃ…第３の連通部
５０…フレキシブルプリント基板
５１…配線層
５２…ベースフィルム
７０…配線基板
７１…導電パッド
７２…開口部
８１…シリコン基板
８２…振動板
８３…下電極
８４…圧電体薄膜
８５…上電極
８６…第２の基板（ノズル板）
８６Ａ…インク吐出ノズル（貫通孔）
８７…インク溜め（キャビティー）
１０００…インクジェット式記録装置
９１Ａ…インクジェットヘッドユニット（記録ヘッドユニット）
９１Ｂ…インクジェットヘッドユニット（記録ヘッドユニット）
９２Ａ…カートリッジ
９２Ｂ…カートリッジ
９３…キャリッジ
９４…装置本体
９５…キャリッジ軸
９６…駆動モーター
９７…タイミングベルト
９８…プラテン
Ｓ…記録シート

Claims (10)

1. 基板に、エッチング加工とレーザー加工とを施し、貫通孔を形成することを特徴とする貫通孔の形成方法。
2. 前記基板は、エッチング異方性をもった結晶性材料で構成されたものである請求項１に記載の貫通孔の形成方法。
3. 前記基板の厚さは、１００μｍ以上１０００μｍ以下である請求項１または２に記載の貫通孔の形成方法。
4. 前記貫通孔の幅は、１０μｍ以上５０μｍ以下である請求項１ないし３のいずれか１項に記載の貫通孔の形成方法。
5. 前記貫通孔の幅Ｗに対する前記基板の厚さＤの比率（Ｄ／Ｗ）であるアスペクト比は、７以上２０以下である請求項１ないし４のいずれか１項に記載の貫通孔の形成方法。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の方法を用いて形成された貫通孔を有することを特徴とする部材。
7. 前記貫通孔を有する部材は、インクジェットヘッド部品である請求項６に記載の部材。
8. 請求項７に記載の部材を用いて製造されたことを特徴とするインクジェットヘッド。
9. 請求項８に記載のインクジェットヘッドを備えたことを特徴とするインクジェットヘッドユニット。
10. 請求項９に記載のインクジェットヘッドユニットを備えたことを特徴とするインクジェット式記録装置。

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