JP2016068281A - 液体吐出装置の製造方法、及び、液体吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流路基板となる単結晶基板を研磨した後に、その研磨面に対して異方性エッチングを行う際のエッチング精度の低下を抑制すること、及び、エッチング後の研磨面と別の流路部材との良好な接着性を確保すること。
【解決手段】流路基板２０となるシリコン単結晶基板７０の研磨面６１に生成された変質層６０を、フッ素を含む除去媒体を用いて除去する。ここで、シリコン単結晶基板７０の研磨面６１のうちの、圧力室２６が形成される領域Ａ１の変質層６０は除去するが、ノズルプレート２１と接合される領域Ａ２の変質層６０は残す。
【選択図】図７

Description

本発明は、液体を吐出する液体吐出装置に関する。

特許文献１には、液体吐出装置として、インクジェットヘッドが開示されている。このインクジェットヘッドは、シリコン単結晶基板からなる流路形成基板と、流路形成基板に接合されたノズルプレートと、流路形成基板のノズルプレートとは反対側に設けられた複数の圧電素子を有する。流路形成基板には、複数の圧力室等のインク流路が形成されており、複数の圧力室は弾性膜によって覆われている。ノズルプレートには、複数の圧力室とそれぞれ連通する複数のノズルが形成されている。複数の圧電素子は、流路形成基板の弾性膜の上に、複数の圧力室に対応して配置されている。各圧電素子は、圧電膜と、圧電膜に対して流路形成基板側（下側）に配置された下電極膜と、圧電膜に対して流路形成基板と反対側（上側）に配置された上電極膜を含む。

このインクジェットヘッドは、以下の工程で製造される。まず、流路形成基板となるシリコン単結晶基板を熱酸化させて、酸化シリコンからなる弾性膜を形成する。この弾性膜の上に、圧電素子の下電極膜、圧電膜、上電極膜をそれぞれ成膜により形成する。次に、シリコン単結晶基板の、圧電素子が配置された弾性膜とは反対側の面を研磨し、さらに、その研磨面をフッ硝酸でウェットエッチングして、基板を所定の厚みにする。その後、シリコン単結晶基板に対して、研磨面側から異方性エッチングを行うことにより、基板に複数の圧力室等の流路を形成する。最後に、基板の研磨面に、複数のノズルが形成されたノズルプレートを接合する。

特開２００８−１０３８号公報

特許文献１のインクジェットヘッドでは、シリコン単結晶基板への流路形成時に、単結晶基板に対して異方性エッチングを行っている。この異方性エッチングでは、シリコン単結晶基板の特定の方向に沿ってシリコンのエッチングを進行させることにより、所望の形状の流路を形成する。この異方性エッチングを行うためには、シリコン単結晶基板の、エッチングを行う面における結晶方位が特定の方向（例えば（１１０））であることが必要である。

しかし、シリコン単結晶基板を機械的に研磨した場合、その研磨面近傍の結晶構造が乱れて、研磨面には、原子配列が不規則になった変質層が形成される。そして、研磨された面に対して異方性エッチングを行う場合、研磨面に上記の変質層が残っていると、変質層においては、等方的にエッチングが進行してしまう。これにより、エッチング精度が低下し、所望の形状の流路を形成することが難しくなる。

この点に関し、特許文献１では、シリコン単結晶基板を研磨した後に、さらに、フッ硝酸によるウェットエッチングを行っている。このフッ硝酸によるエッチングによって、研磨時に生成された上記の変質層を除去することができる。しかしながら、フッ硝酸のエッチングによって、研磨面にはフッ化物の層が形成されて撥液性が高くなってしまう。撥液性が高くなると、その後に、接着剤でノズルプレートを接合する際に、接着面において接着剤が均一に広がりにくくなるため、接着性が悪くなる。

本発明の目的は、流路基板となる単結晶基板を研磨した後に、その研磨面に対して異方性エッチングを行う際のエッチング精度の低下を抑制すること、及び、エッチング後の研磨面と別の流路部材との良好な接着性を確保することである。

課題を解決するための手段及び発明の効果

第１の発明の液体吐出装置の製造方法は、単結晶基板からなり、第１流路が形成された第１流路部材と、前記第１流路に連通する第２流路が形成され、前記第１流路部材に接合される第２流路部材と、前記第１流路部材の前記第２流路部材とは反対側に配置され、成膜によって形成された第１電極、圧電膜、及び、第２電極とを備えた圧電素子と、を備えた液体吐出装置の製造方法であって、
前記第１流路部材となる前記単結晶基板の、前記圧電素子とは反対側の面を研磨する、研磨工程と、前記研磨工程によって、前記単結晶基板の研磨された研磨面に生成された変質層を、フッ素を含む除去媒体を用いて除去する、変質層除去工程と、前記変質層除去工程の後に、前記単結晶基板の前記研磨面から異方性エッチングを行って、前記単結晶基板に前記第１流路を形成する、流路形成工程と、前記流路形成工程の後に、前記第１流路部材の前記研磨面に前記第２流路部材を接着剤で接合する接合工程と、を備え、
前記変質層除去工程において、前記単結晶基板の前記研磨面のうちの、前記流路形成工程でエッチングされる第１領域の前記変質層は除去し、前記単結晶基板の前記研磨面のうちの、前記第２流路部材と接合される第２領域の少なくとも一部の前記変質層を残すことを特徴とするものである。

本発明では、第１流路部材となる単結晶基板を研磨してから、その研磨面に生成された変質層を、フッ素を含む除去媒体を用いて除去する。但し、この変質層の除去工程では、単結晶基板の研磨面のうちの、その後の工程で異方性エッチングが行われる第１領域の変質層は除去するが、第２流路部材と接合される第２領域の変質層は除去せずに残す。第１領域の変質層を除去することにより、変質層が存在することによるエッチング精度の低下を防止する。一方で、第２流路部材と接合される第２領域の変質層は除去せずに残すことで、フッ素を含む除去媒体を用いた変質層の除去によって、第２領域の撥液性が高くなることを防止する。これにより、第１流路部材の第２領域と第２流路部材との間の接着性が良好なものとなる。

第２の発明の液体吐出装置の製造方法は、前記第１の発明において、前記変質層除去工程において、前記単結晶基板の前記研磨面の、前記流路形成工程でエッチングされる前記第１領域の前記変質層に加えて、前記第２領域のうちの、前記第１領域を取り囲む領域の前記変質層も除去することを特徴とするものである。

本発明では、単結晶基板の研磨面のうちの、エッチングされる第１領域だけでなく、第２領域のうちの第１領域を取り囲む部分の変質層も除去する。即ち、フッ素を含む除去媒体を用いて変質層を除去したときに、除去した領域の撥液性が高くなることを利用し、第１領域を取り囲む領域の撥液性を意図的に高める。これにより、研磨面に第２流路部材を接着剤で接合するときに、研磨面の第１領域に形成された第１流路に、接着剤が流れ込むことが抑制される。

第３の発明の液体吐出装置の製造方法は、前記第２の発明において、前記流路形成工程において、前記単結晶基板の前記研磨面からの異方性エッチングにより、前記第１流路として、前記圧電素子によって液体に吐出圧力を付与するための圧力室を、前記研磨面と平行な方向に沿って複数並べて形成し、前記変質層除去工程において、前記研磨面の前記第２領域のうちの、前記複数の圧力室が形成される複数の前記第１領域をそれぞれ取り囲む領域の、前記変質層を除去し、前記第１流路部材の前記研磨面の前記第２領域と、前記第２流路部材の前記第２領域との接合面の、少なくとも一方に、前記複数の圧力室と並び、且つ、前記圧力室の配列方向に沿って延びる接着剤逃がし溝を形成する、溝形成工程をさらに備えることを特徴とするものである。

本発明では、第１流路部材の第１流路が、所定方向に配列される圧力室であり、各圧力室に接着剤が流入しにくくなるように、圧力室となる第１領域の周囲の変質層を除去して撥液性を高める。また、圧力室内に接着剤を流入させないためには、周囲の撥液性を高めるだけでなく、さらに、余剰の接着剤を他へ逃がすことが好ましい。しかし、圧力室の配列ピッチを狭くしようとしたときに、圧力室の間に、ある程度の幅を持った接着剤逃がし溝を形成することは難しい。そこで、本発明では、１列の圧力室列内の隣接する圧力室間には逃がし溝を形成することまではせず、圧力室を取り囲む領域の変質層を除去して撥液性を高くするにとどめる。一方で、圧力室列の傍に接着剤逃がし溝を形成することで、この逃がし溝に余剰の接着剤を逃す構成としている。これにより、１列の圧力室列内の圧力室の間に逃がし溝を形成しなくても、余剰の接着剤の圧力室への流入量を許容量以下に抑えることが容易になる。

第４の発明の液体吐出装置は、単結晶基板からなり、第１流路が形成された第１流路部材と、前記第１流路に連通する第２流路が形成され、前記第１流路部材に接合される第２流路部材と、前記第１流路部材の前記第２流路部材とは反対側に配置され、成膜によって形成された第１電極、圧電膜、及び、第２電極とを備えた圧電素子と、を備え、
前記第１流路部材の、前記第２流路部材側の面は、前記単結晶基板が研磨されてなる研磨面であり、前記第１流路部材の前記研磨面のうちの、前記第２流路部材と接合される接合領域に、研磨時に生じた変質層が残されており、前記第１流路部材の前記接合領域のうち、少なくとも前記第１流路を取り囲む周囲領域の前記変質層は除去され、前記第１流路部材の前記接合領域のうちの、前記周囲領域の撥液性が、前記周囲領域以外の領域の撥液性よりも高くなっていることを特徴とするものである。

単結晶基板からなる第１流路部材の第２流路部材側の面は、前記基板が研磨されてなる研磨面であり、この研磨面には、単結晶基板とは結晶構造が異なる変質層が生成される。前記研磨面に、第１流路を形成するための異方性エッチングを行うには、研磨面に生成された上記変質層を除去するのがよい。しかし、研磨面全域において、フッ素を含む除去媒体で変質層を除去してしまうと、研磨面全体の撥液性が高くなってしまう。そこで、本発明では、第１流路部材の研磨面のうちの、第２流路部材との接合領域には変質層が残されている。これにより、第１流路部材の前記接合領域と第２流路部材との間で、接着剤が均一に広がりやすくなる。

さらに、第１流路部材の、第２流路部材との接合領域のうち、第１流路を取り囲む周囲領域においては変質層が除去されることによって、前記周囲領域の撥液性が意図的に高められている。第１流路部材の研磨面において、第１流路の周囲領域の撥液性が高くなることにより、第１流路部材と第２流路部材とを接着剤で接合する際に、余剰の接着剤が第１流路内に流入しにくくなる。

本実施形態に係るプリンタの概略的な平面図である。 インクジェットヘッドの１つのヘッドユニットの上面図である。 図２のＡ部拡大図である。 図３のIV-IV線断面図である。 流路基板の、図３、図４に示されている部分の下面図である。 インクジェットヘッドの製造工程の一部を説明する図であり、（ａ）振動膜成膜、（ｂ）圧電アクチュエータの形成、（ｃ）リザーバ形成部材の接合の、各工程を示す。 インクジェットヘッドの製造工程の一部を説明する図であり、（ａ）研磨工程、（ｂ）変質層除去工程、（ｃ）流路形成工程の、各工程を示す。 インクジェットヘッドの製造工程の一部を説明する図であり、（ａ）接着剤逃がし溝の形成工程、（ｂ）ノズルプレートの接合工程の、各工程を示す。 変更形態のヘッドユニットの、図４相当の断面図である。 別の変更形態のヘッドユニットの、図４相当の断面図である。

次に、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施形態に係るプリンタの概略的な平面図である。まず、図１を参照してインクジェットプリンタ１の概略構成について説明する。尚、図１に示す前後左右の各方向をプリンタの「前」「後」「左」「右」と定義する。また、紙面手前側を「上」、紙面向こう側を「下」とそれぞれ定義する。以下では、前後左右上下の各方向語を適宜使用して説明する。

（プリンタの概略構成）
図１に示すように、インクジェットプリンタ１は、プラテン２と、キャリッジ３と、インクジェットヘッド４と、搬送機構５と、制御装置６等を備えている。

プラテン２の上面には、被記録媒体である記録用紙１００が載置される。キャリッジ３は、プラテン２と対向する領域において２本のガイドレール１０，１１に沿って左右方向（以下、走査方向ともいう）に往復移動可能に構成されている。キャリッジ３には無端ベルト１４が連結され、キャリッジ駆動モータ１５によって無端ベルト１４が駆動されることで、キャリッジ３は走査方向に移動する。

インクジェットヘッド４は、キャリッジ３に取り付けられており、キャリッジ３とともに走査方向に移動する。インクジェットヘッド４は、走査方向に並ぶ４つのヘッドユニット１６を備えている。４つのヘッドユニット１６は、４色（ブラック、イエロー、シアン、マゼンタ）のインクカートリッジ１７が装着されるカートリッジホルダ７と、図示しないチューブによってそれぞれ接続されている。各ヘッドユニット１６は、その下面（図１の紙面向こう側の面）に形成された複数のノズル２４（図２〜図４参照）を有する。各ヘッドユニット１６のノズル２４は、インクカートリッジ１７から供給されたインクを、プラテン２に載置された記録用紙１００に向けて吐出する。

搬送機構５は、前後方向にプラテン２を挟むように配置された２つの搬送ローラ１８，１９を有する。搬送機構５は、２つの搬送ローラ１８，１９によって、プラテン２に載置された記録用紙１００を前方（以下、搬送方向ともいう）に搬送する。

制御装置６は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、及び、各種制御回路を含むＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等を備える。制御装置６は、ＲＯＭに格納されたプログラムに従い、ＡＳＩＣにより、記録用紙１００への印刷等の各種処理を実行する。例えば、印刷処理においては、制御装置６は、ＰＣ等の外部装置から入力された印刷指令に基づいて、インクジェットヘッド４やキャリッジ駆動モータ１５等を制御して、記録用紙１００に画像等を印刷させる。具体的には、キャリッジ３とともにインクジェットヘッド４を走査方向に移動させながらインクを吐出させるインク吐出動作と、搬送ローラ１８，１９によって記録用紙１００を搬送方向に所定量搬送する搬送動作とを、交互に行わせる。

（インクジェットヘッドの詳細）
次に、インクジェットヘッド４の詳細構成について説明する。図２は、インクジェットヘッド４の１つのヘッドユニット１６の上面図である。尚、インクジェットヘッド４の４つのヘッドユニット１６は、全て同じ構成であるため、そのうちの１つについて説明を行い、他のヘッドユニット１６については説明を省略する。図３は、図２のＡ部拡大図である。図４は、図３のIV-IV線断面図である。

図２〜図４に示すように、ヘッドユニット１６は、流路基板２０、ノズルプレート２１、圧電アクチュエータ２２、及び、リザーバ形成部材２３を備えている。尚、図２では、図面の簡素化のため、流路基板２０及び圧電アクチュエータ２２の上方に位置する、リザーバ形成部材２３は、二点鎖線で外形のみ示されている。

（流路基板）
流路基板２０は、結晶面方位が（１１０）であるシリコン単結晶の基板である。この流路基板２０は、流路形成部２７と、流路形成部２７に一体的に設けられた振動膜３０とを有する。流路基板２０の大部分を占める流路形成部２７には、複数の圧力室２６が形成されている。図２、図３に示すように、各圧力室２６は、走査方向に長い矩形の平面形状を有する。複数の圧力室２６は搬送方向に配列されて、走査方向に並ぶ２列の圧力室列２８ａ，２８ｂを構成している。振動膜３０は、シリコンの流路基板２０の一部を酸化、又は、窒化することによって形成された、二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）、あるいは、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）からなる膜である。この振動膜３０は、流路形成部２７に、複数の圧力室２６を覆うように設けられている。また、振動膜３０には、後述するリザーバ形成部材２３内の流路と、複数の圧力室２６とをそれぞれ連通させる、複数の連通孔３０ａが形成されている。

（ノズルプレート）
ノズルプレート２１は、流路基板２０の下面に接着剤６４によって接合されている。このノズルプレート２１には、流路基板２０の複数の圧力室２６とそれぞれ連通する、複数のノズル２４が形成されている。図２に示すように、複数のノズル２４は、複数の圧力室２６と同様に搬送方向に配列され、走査方向に並ぶ２列のノズル列２５ａ，２５ｂを構成している。２列のノズル列２５ａ，２５ｂの間では、搬送方向におけるノズル２４の位置が、各ノズル列２５の配列ピッチＰの半分（Ｐ／２）だけずれている。尚、ノズルプレート２１の材質は特に限定されない。例えば、ステンレス鋼等の金属材料、シリコン、あるいは、ポリイミド等の合成樹脂材料など、様々な材質のものを採用できる。

図５は、流路基板２０の、図３、図４に示されている部分の下面図である。後でも説明するが、流路基板２０の下面は、シリコン単結晶基板に対して機械的な研磨が施されることによって形成された研磨面６１である。図４、図５に示すように、上記の研磨の際に、流路基板２０の研磨面６１には、流路基板２０とは結晶構造が異なる変質層６０が生成される。この変質層６０は、圧力室２６を異方性エッチングで形成する際に悪い影響を及ぼすため、特に、研磨面６１のうちの、圧力室２６が形成される領域については、エッチング前に変質層６０が除去される。

その一方で、エッチング前に、研磨面６１のうちの、ノズルプレート２１と接合される領域Ａ２についても変質層６０を除去してしまうと、後でも説明するが、変質層６０の除去によって領域Ａ２の撥液性が高くなってしまい、接着剤６４による接合の観点では好ましくない。そこで、本実施形態では、流路基板２０の下面の領域Ａ２については変質層６０が残されている。但し、領域Ａ２のうちの、圧力室２６を取り囲む周囲領域Ａ２ａについては、変質層６０が除去されている。そして、周囲領域Ａ２ａは、ノズルプレート２１との接合領域Ａ２のうちの、変質層６０が残っている他の領域と比べて撥液性が高い、高撥液部６３となっている。この撥液性の高い周囲領域Ａ２ａにより、ノズルプレート２１の接着時に、余剰の接着剤６４が圧力室２６内へ流入することが抑制されるという効果が得られる。

また、図３〜図５に示すように、流路基板２０の下面の、ノズルプレート２１との接合領域Ａ２には、圧力室列２８に対して左右方向に並び、且つ、圧力室２６の配列方向である搬送方向に沿って延びる、接着剤逃がし溝６２が形成されている。より詳細には、流路基板２０の下面のうちの、２列の圧力室列２８ａ，２８ｂの間と、２列の圧力室列２８ａ，２８ｂに対して左右両側に、接着剤逃がし溝６２がそれぞれ形成されている。これらの接着剤逃がし溝６２により、流路基板２０とノズルプレート２１とを接着剤６４で接合したときの、余剰の接着剤６４が逃されるようになっている。

尚、図３〜図５では、流路基板２０の下面に接着剤逃がし溝６２が形成されているが、流路基板２０と接合されるノズルプレート２１の上面に、接着剤逃がし溝が形成されてもよい。あるいは、流路基板２０とノズルプレート２１の両方に、接着剤逃がし溝が形成されてもよい。

（圧電アクチュエータ）
圧電アクチュエータ２２は、複数の圧力室２６内のインクに、それぞれノズル２４から吐出させるための吐出圧力を付与するものである。圧電アクチュエータ２２は、流路基板２０の、ノズルプレート２１とは反対側に位置する、振動膜３０の上面の全域に配置されている。図２〜図４に示すように、圧電アクチュエータ２２は、共通電極３１、複数の圧電膜３２、第１保護膜３４、複数の個別電極３３、複数の配線３５、絶縁膜３６、第２保護膜３７等の複数の膜が積層された構造を有する。尚、図２では、圧電膜３２を覆う第１保護膜３４、配線３５を覆う第２保護膜３７の図示は省略されている。圧電アクチュエータ２２を構成する前記複数の膜は、振動膜３０の上面に、公知の半導体プロセス技術によって成膜、パターニングされることによって形成される。図２〜図４に示すように、圧電アクチュエータ２２の、振動膜３０の複数の連通孔３０ａとそれぞれ重なる位置には、複数の連通孔２２ａが形成されている。

共通電極３１は、振動膜３０の上面のほぼ全域に形成され、複数の圧力室２６に跨って配置されている。共通電極３１の材質は特に限定されないが、例えば、白金（Ｐｔ）等で形成することができる。

複数の圧電膜３２は、共通電極３１の上に、複数の圧力室２６にそれぞれ対応して配置されている。図３に示すように、各圧電膜３２は、圧力室２６よりも一回り小さい、走査方向に長い矩形の平面形状を有する。各圧電膜３２は、対応する圧力室２６の中央部と対向するように配置されている。圧電膜３２は、例えば、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との混晶であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を主成分とする圧電材料からなる。

尚、図２、図３では、１列の圧力室列２８に対応する複数の圧電膜３２が互いに分離した形態が示されているが、複数の圧電膜３２は、互いに連結されていてもよい。また、その場合、複数の圧電膜３２が一体化されてなる圧電材料層の、複数の圧電膜３２の間の位置には、それぞれスリットが形成されていてもよい。

各個別電極３３は、圧電膜３２よりも一回り小さい、矩形の平面形状を有する。各個別電極３３は、圧電膜３２の中央部の上面に形成されている。個別電極３３は、例えば、白金（Ｐｔ）やイリジウム（Ｉｒ）などで形成されている。

上記の圧電膜３２は、その下側（振動膜３０側）に配置された共通電極３１と、上側（振動膜３０と反対側）に配置された個別電極３３とによって挟まれている。また、圧電膜３２は、厚み方向において下向き、即ち、個別電極３３から共通電極３１に向かう方向に分極されている。尚、図４に示すように、個別電極３３、共通電極３１、及び、これら２種類の電極３３，３１によって挟まれた圧電膜３２の部分（分極処理が施された部分）によって、１つの圧力室２６内のインクに圧力を付与する、１つの圧電素子３８が構成されている。

図３、図４に示すように、第１保護膜３４は、共通電極３１、及び、複数の圧電膜３２を覆うように、振動膜３０の上面のほぼ全域に形成されている。但し、第１保護膜３４の、各圧電膜３２の中央部と重なる領域には開口部３４ａが形成されている。この開口部３４ａによって、圧電膜３２の上面に形成された個別電極３３が、第１保護膜３４から露出している。第１保護膜３４は、空気中に含まれる水分の、圧電膜３２への侵入を防止ための膜であり、この第１保護膜３４は、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）などの耐水性を有する材料で形成されている。

図３、図４に示すように、絶縁膜３６は、流路基板２０の左右方向の端部（図３、図４では右側端部）において、第１保護膜３４の上に形成されている。また、この絶縁膜３６の一部は、第１保護膜３４を介して圧電膜３２の上面に被さるように配置されている。絶縁膜３６の上には、後述する複数の配線３５が配置される。絶縁膜３６は、複数の配線３５と共通電極３１との間を電気的に絶縁するためのものである。絶縁膜３６の材質は特に限定されないが、例えば、二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）で形成される。

絶縁膜３６の上には、複数の個別電極３３にそれぞれ接続された複数の配線３５が形成されている。複数の配線３５は、アルミニウム（Ａｌ）などの導電性材料で形成されている。図３、図４に示すように、各配線３５の一端部は、第１保護膜３４及び絶縁膜３６を介して、圧電膜３２の上面に被さるように配置され、個別電極３３に接続されている。また、各配線３５は、個別電極３３から走査方向へ延びている。より詳細には、図２に示すように、左側に配列されている個別電極３３に接続された配線３５は、対応する個別電極３３から左側へ延び、右側に配列された個別電極３３に接続された配線３５は、対応する個別電極３３から右側へ延びている。

図２〜図４に示すように、流路基板２０の左右両端部においては、絶縁膜３６の上に、複数の駆動接点部４０が搬送方向に並べて配置されている。図２に示すように、個別電極３３から左方へ引き出された配線３５は、流路基板２０の左端部に位置する駆動接点部４０と接続され、右方へ引き出された配線３５は、流路基板２０の右端部に位置する駆動接点部４０と接続されている。また、流路基板２０の左右両端部において、複数の駆動接点部４０の、搬送方向における両側には、共通電極３１と接続されている２つのグランド接点部４１も配置されている。

第２保護膜３７は、振動膜３０から複数の圧電膜３２にかけて、前記の複数の配線３５を覆うように形成されている。この第２保護膜３７は、複数の配線３５の保護、及び、複数の配線３５間の絶縁確保等の目的で設けられている。図３、図４に示すように、第２保護膜３７は、各配線３５の、個別電極３３との接続部分から駆動接点部４０との接続部分までを覆うように形成されている。尚、複数の駆動接点部４０及びグランド接点部４１は、第２保護膜３７から露出している。第２保護膜３７は、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）等で形成されている。

図２に示すように、上述した圧電アクチュエータ２２の左端部の上面、及び、右端部の上面には、配線部材である２枚のＣＯＦ（Chip On Film）５０がそれぞれ接合されている。そして、図４に示すように、各ＣＯＦ５０に形成された複数の配線５５が、複数の駆動接点部４０と、それぞれ電気的に接続されている。各ＣＯＦ５０の、駆動接点部４０との接続端部とは反対側の端部は、プリンタ１の制御装置６（図１参照）に接続されている。また、

各ＣＯＦ５０にはドライバＩＣ５１が実装されている。ドライバＩＣ５１は、制御装置６から送られてきた制御信号に基づいて、圧電アクチュエータ２２を駆動するための駆動信号を生成して出力する。ドライバＩＣ５１から出力された駆動信号は、ＣＯＦ５０の配線５５を介して駆動接点部４０に入力され、さらに、圧電アクチュエータ２２の配線３５を介して各個別電極３３に供給される。駆動信号が供給された個別電極３３の電位は、所定の駆動電位とグランド電位との間で変化する。また、ＣＯＦ５０には、グランド配線（図示省略）も形成されており、グランド配線が、圧電アクチュエータ２２のグランド接点部４１と電気的に接続される。これにより、グランド接点部４１と接続されている共通電極３１の電位は、常にグランド電位に維持される。

ドライバＩＣ５１から駆動信号が供給されたときの、圧電アクチュエータ２２の動作について説明する。駆動信号が供給されていない状態では、個別電極３３の電位はグランド電位となっており、共通電極３１と同電位である。この状態から、ある個別電極３３に駆動信号が供給されて、個別電極３３に駆動電位が印加されると、その個別電極３３と共通電極３１との電位差により、圧電膜３２に、その厚み方向に平行な電界が作用する。ここで、圧電膜３２の分極方向と電界の方向とが一致するために、圧電膜３２はその分極方向である厚み方向に伸びて面方向に収縮する。この圧電膜３２の収縮変形に伴って、振動膜３０が圧力室２６側に凸となるように撓む。これにより、圧力室２６の容積が減少して圧力室２６内に圧力波が発生することで、圧力室２６に連通するノズル２４からインクの液滴が吐出される。

（リザーバ形成部材）
図４に示すように、リザーバ形成部材２３は、圧電アクチュエータ２２を挟んで、流路基板２０と反対側（上側）に配置され、圧電アクチュエータ２２の上面に接着剤で接合されている。リザーバ形成部材２３は、例えば、流路基板２０と同様、シリコン基板であってもよいが、金属材料や合成樹脂材料で形成された部材であってもよい。

リザーバ形成部材２３の上半部には、圧力室２６の配列方向（図４の紙面垂直方向）に延びるリザーバ５２が形成されている。このリザーバ５２は、インクカートリッジ１７が装着されるカートリッジホルダ７（図１参照）と、図示しないチューブでそれぞれ接続されている。

図４に示すように、リザーバ形成部材２３の下半部には、リザーバ５２から下方に延びる複数のインク供給流路５３が形成されている。各インク供給流路５３は、圧電アクチュエータ２２の複数の連通孔２２ａ、及び、振動膜３０の複数の連通孔３０ａを介して、流路基板２０の複数の圧力室２６とそれぞれ連通している。これにより、リザーバ５２から、複数のインク供給流路５３を介して、複数の圧力室２６にインクが供給される。また、リザーバ形成部材２３の下半部には、保護カバー部５４も形成されている。保護カバー部５４の内側空間に圧電アクチュエータ２２の複数の圧電膜３２が収容され、複数の圧電膜３２は保護カバー部５４によって覆われている。

次に、上述したインクジェットヘッド４のヘッドユニット１６の製造工程について説明する。図６〜図８は、それぞれ、インクジェットヘッド４の製造工程を説明する図である。

図６は、（ａ）振動膜成膜、（ｂ）圧電アクチュエータの形成、（ｃ）リザーバ形成部材の接合の、各工程を示す図である。

まず、図６（ａ）に示すように、流路基板２０となるシリコン単結晶基板７０の表面に、酸化シリコン、窒化シリコン等の振動膜３０を成膜する。例えば、シリコン単結晶基板７０の表面に熱酸化処理を施すことによって、酸化シリコンの振動膜３０を成膜することができる。次に、図６（ｂ）に示すように、振動膜３０の上に、圧電アクチュエータ２２を構成する、共通電極３１、圧電膜３２、個別電極３３、第１保護膜３４、絶縁膜３６、配線３５、及び、第２保護膜３７を、順番に形成する。各膜の形成は、スパッタリング、ＣＶＤ、あるいは、ＡＬＤ等による成膜と、エッチング等によるパターニングによって行う。圧電アクチュエータ２２の形成が終了したら、図６（ｃ）に示すように、圧電アクチュエータ２２に、リザーバ形成部材２３を接着剤で接合する。

図７は、（ａ）研磨工程、（ｂ）変質層除去工程、（ｃ）流路形成工程の、各工程を示す図である。

次に、図７（ａ）に示すように、基板７０を下面側から機械的に研磨することで、その厚みを、所定の厚みまで薄くする。シリコン単結晶基板７０の元となるシリコンウェハーの厚みは、一般的に５００μｍ〜７００μｍ程度であるが、この研磨工程で、基板７０の厚みを、例えば１００μｍ程度まで薄くする。

尚、本実施形態では、研磨工程に先だって、流路基板２０及び圧電アクチュエータ２２に、リザーバ形成部材２３を接合している。これにより、リザーバ形成部材２３によって、流路基板２０及び圧電アクチュエータ２２の剛性が高められるため、研磨工程で流路基板２０の厚みを薄くすることが容易となる。

ところで、シリコン単結晶基板７０に研磨を行うと、基板７０の研磨面６１において結晶構造が乱れるため、基板７０の研磨面６１には、原子配列が不規則になった変質層６０が形成される。この変質層６０が残った状態で、シリコン単結晶基板７０に対する異方性エッチングによって圧力室２６の形成を行うと、変質層６０においては、等方的にエッチングが進行してしまう。即ち、基板７０の厚み方向に沿ってエッチングを進行させる必要があるところを、変質層６０が存在する部分では、基板７０の厚み方向に対して傾いた方向にもエッチングが進行してしまう。これにより、エッチング精度が低下し、圧力室２６の、特に、下端部分が所望の形状に形成されなくなる。

そこで、本実施形態では、研磨面６１に生成された変質層６０を除去する。変質層６０の除去は、フッ素を含む除去媒体を用いたエッチングによって行う。除去媒体としては、シリコン基板の洗浄等に一般的に用いられる、フッ硝酸を使用できる。フッ硝酸の他に、フッ化水素や、フッ化アンモニウム等を用いることも可能である。また、変質層６０のエッチングは、ウェットエッチングでもドライエッチングでもよい。

但し、変質層６０の除去に、上記のフッ素を含む除去媒体を用いると、変質層６０を除去した領域にシリコンのフッ化物が生成されるため、変質層６０を除去した領域に、撥液性が高くなった高撥液部６３が生じる。従って、シリコン単結晶基板７０の下面（研磨面６１）の全面において変質層６０を除去してしまうと、後で、ノズルプレート２１と接着される領域Ａ２の撥液性も高くなってしまう。これにより、後のノズルプレート２１の接着時に、領域Ａ２において接着剤が均一に広がりにくくなって、ノズルプレート２１との接着性が悪くなる。

そこで、図７（ｂ）に示すように、本実施形態では、まず、シリコン単結晶基板７０の研磨面６１のうちの、異方性エッチングで複数の圧力室２６を形成する、複数の領域Ａ１の変質層６０は除去する。一方で、ノズルプレート２１と接合される領域Ａ２の変質層６０は除去せずに残す。具体的には、基板７０の研磨面６１に、変質層６０を残す領域Ａ２を覆うようにマスク７１を形成してから、マスク７１で覆われていない複数の領域Ａ１の変質層６０を、フッ硝酸等によるエッチングによって除去する。

但し、本実施形態では、図７（ｂ）に示すように、シリコン単結晶基板７０の研磨面６１の領域Ａ２のうちの、複数の領域Ａ１をそれぞれ取り囲む、複数の周囲領域Ａ２ａの変質層６０も、領域Ａ１の変質層６０と一緒に除去する。これにより、圧力室２６の周囲領域Ａ２ａに、領域Ａ２の他の領域の撥液性よりも高い、高撥液部６３を意図的に形成している（図５参照）。

次に、図７（ｃ）に示すように、シリコン単結晶基板７０の研磨面６１の複数の領域Ａ１のそれぞれにおいて、異方性エッチングを行うことにより、研磨面６１に沿った方向に並ぶ複数の圧力室２６を形成する。具体的には、まず、シリコン単結晶基板７０の研磨面６１に、複数の圧力室２６がそれぞれ形成される複数の領域Ａ１のみを露出させるように、マスク７２を形成する。次に、マスク７２で覆われていない複数の領域Ａ１に対して、水酸化カリウム等を用いた異方性エッチングを行う。ここで、エッチングを行う領域Ａ１においては変質層６０が除去されているため、変質層６０によってエッチングが等方的に進行することがなく、基板７０の厚み方向に沿ってエッチングを進行させることができる。これにより、圧力室２６を精度よく形成することができる。

図８は、（ａ）接着剤逃がし溝の形成工程、（ｂ）ノズルプレートの接合工程の、各工程を示す図である。

流路基板２０に圧力室２６を形成したら、図８（ａ）に示すように、流路基板２０の下面に、圧力室２６の列に沿って延びる接着剤逃がし溝６２を形成する。この接着剤逃がし溝６２は、エッチングで形成することができる。尚、先にも触れたが、接着剤逃がし溝６２を流路基板２０に形成する必要は必ずしもなく、流路基板２０と接合されるノズルプレート２１の上面に形成してもよい。

流路基板２０（あるいは、ノズルプレート２１）に接着剤逃がし溝６２を形成したら、図８（ｂ）に示すように、流路基板２０の下面にノズルプレート２１を接着剤６４で接合する。即ち、流路基板２０の下面、あるいは、ノズルプレート２１の上面に流動性を有する熱硬化性の接着剤６４を塗布してから、流路基板２０とノズルプレート２１とを重ね合わせた後、両者を上下から押圧しつつ、ヒータで加熱して接着剤６４を硬化させる。

ここで、流路基板２０の、ノズルプレート２１と接合される領域Ａ２においては、変質層６０が除去されずに残されているため、領域Ａ２には高撥液部６３が形成されない。そのため、領域Ａ２において接着剤６４が均一に広がりやすくなり、流路基板２０とノズルプレート２１との間の接着性が良好なものとなる。

また、本実施形態では、流路基板２０の研磨面６１の第２領域Ａ２のうち、圧力室２６が形成される領域Ａ１を取り囲む、周囲領域Ａ２ａの変質層６０も除去している。即ち、フッ素を含む除去媒体を用いて変質層６０を除去したときに、その除去した領域の撥液性が高くなることを利用し、圧力室２６を取り囲む周囲領域Ａ２ａの撥液性を意図的に高める。これにより、流路基板２０の研磨面６１に、ノズルプレート２１を接着剤６４で接合するときに、圧力室２６の周囲領域Ａ２ａに形成された高撥液部６３によって、圧力室２６に余剰の接着剤６４が流れ込むことが抑制される。

さらに、圧力室２６へ接着剤６４を極力流入させないようにするには、この圧力室２６の周囲領域Ａ２ａの撥液性を高めるだけでなく、さらに、余剰の接着剤６４を他へ逃がすことが好ましい。しかし、圧力室２６の配列ピッチをできるだけ狭くしようとする場合には、それらの圧力室２６の間に、ある程度の幅を持った接着剤逃がし溝を形成することは難しい。そこで、本実施形態では、１列の圧力室列２８内で隣接する圧力室２６の間においては接着剤６４の逃がし溝を形成することまではせず、圧力室２６の周囲領域の変質層６０を除去して撥液性を高くするにとどめる。一方で、圧力室列２８の傍に接着剤逃がし溝６２を形成することで、圧力室２６の周囲の高撥液部６３によって弾かれた余剰の接着剤６４を、接着剤逃がし溝６２に逃す構成としている。これにより、１列の圧力室列２８内の隣接する圧力室２６の間に逃がし溝を形成しなくても、余剰の接着剤６４の圧力室２６への流入量を許容量以下に抑えることが容易になる。

尚、以上説明した実施形態において、インクジェットヘッド４のヘッドユニット１６が、本発明の「液体吐出装置」に相当する。流路基板２０が、本発明の「第１流路部材」に相当する。圧力室２６が、本発明の「第１流路」に相当する。ノズルプレート２１が、本発明の「第２流路部材」に相当する。ノズル２４が、本発明の「第２流路」に相当する。共通電極３１が、本発明の「第１電極」に相当し、個別電極３３が、本発明の「第２電極」に相当する。流路基板２０の研磨面６１の、圧力室２６が形成される領域Ａ１が本発明の「第１領域」に相当し、ノズルプレート２１と接合される領域Ａ２が本発明の「第２領域」、「接合領域」に相当する。

次に、前記実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。但し、前記実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。

１］前記実施形態では、ノズルプレート２１と接合される領域Ａ２のうち、圧力室２６が形成される領域Ａ１の周囲領域Ａ２ａについても変質層６０を除去している。これに対し、流路基板２０の研磨面６１の領域Ａ２については、圧力室２６が形成される領域Ａ１の周囲領域Ａ２ａも含めて、変質層６０を除去しないようにしてもよい。この場合は、領域Ａ２全域で、撥液性が高くなる部分が生じないことから、接着剤６４が均一に広がりやすくなって、流路基板２０とノズルプレート２１との間の、より良好な接着が期待できる。

２］前記実施形態では、流路基板２０の研磨面６１に、圧力室２６を形成するために異方性エッチングを行っているが、異方性エッチングで形成される第１流路は、圧力室２６には限られない。

例えば、図９では、流路基板２０Ａに、複数の圧力室２６の配列方向（図９の紙面垂直方向）に沿って延びるマニホールド８０が形成されている。このマニホールド８０は、複数の絞り流路８１によって、複数の圧力室２６とそれぞれ連通している。尚、絞り流路８１の幅（図９の紙面垂直方向における幅）は、圧力室２６の幅よりも小さくなっている。リザーバ形成部材２３のリザーバ５２からマニホールド８０に供給されたインクは、マニホールド８０から複数の絞り流路８１を介して、複数の圧力室２６にそれぞれ送られる。

この流路基板２０Ａにおいては、研磨工程後に、研磨面６１である下面側からの異方性エッチングによって、マニホールド８０、複数の絞り流路８１、及び、複数の圧力室２６をそれぞれ形成することになる。即ち、マニホールド８０、複数の絞り流路８１、及び、複数の圧力室２６が、本発明の「第１流路」に相当する。この場合は、異方性エッチングの前に、流路基板２０の研磨面６１の、異方性エッチングによって上記流路が形成される領域においては、変質層６０を除去し、ノズルプレート２１と接合される領域においては変質層６０を残す。

３］前記実施形態では、流路基板２０の研磨面６１に接合される流路部材が、複数のノズル２４が形成されたノズルプレート２１であるが、流路基板２０の研磨面６１に、ノズルプレート２１以外の流路部材が接合されてもよい。例えば、図１０に示すように、流路基板２０とノズルプレート２１との間に流路プレート８２が配置されていてもよい。この流路プレート８２には、複数の圧力室２６と複数のノズル２４をそれぞれ連通させる、複数の連通孔８３が形成されている。この場合は、流路基板２０の研磨面６１に流路プレート８２が接着剤６４で接合される。即ち、流路プレート８２が、本発明の「第２流路部材」に相当し、連通孔８３が、本発明の「第２流路」に相当する。

４］前記実施形態では、流路基板２０の研磨前に、リザーバ形成部材２３を流路基板２０に接合しているが、研磨前に、リザーバ形成部材２３とは別の部材を流路基板２０に接合してもよい。

例えば、圧電アクチュエータ２２の膜形成（成膜、パターニング）を途中まで行ってから、膜形成を一旦中断して流路基板２０の研磨を行い、研磨工程後に膜形成を再開する場合がある。この場合、研磨工程前に、リザーバ形成部材２３を流路基板２０に接合してしまうと、後半の膜形成工程を行うことができなくなる。そこで、この場合は、前半の膜形成工程を行ってから、流路基板２０に剥離可能な支持部材を取り付けて流路基板２０の研磨を行う。流路基板２０の研磨後には、支持部材を流路基板２０から剥離させて、後半の膜形成工程を再開する。

以上説明した実施形態及びその変更形態は、本発明を、記録用紙にインクを吐出して画像等を印刷するインクジェットヘッドの圧電アクチュエータに適用したものであるが、画像等の印刷以外の様々な用途で使用される液体吐出装置においても本発明は適用されうる。例えば、基板に導電性の液体を吐出して、基板表面に導電パターンを形成する液体吐出装置にも、本発明を適用することは可能である。

４ インクジェットヘッド
１６ ヘッドユニット
２０，２０Ａ 流路基板
２１ ノズルプレート
２２ 圧電アクチュエータ
２４ ノズル
２６ 圧力室
３１ 共通電極
３２ 圧電膜
３３ 個別電極
３８ 圧電素子
６０ 変質層
６１ 研磨面
６２ 接着剤逃がし溝
６３ 高撥液部
６４ 接着剤
７０ シリコン単結晶基板
８０ マニホールド
８１ 絞り流路
８２ 流路プレート
８３ 連通孔
Ａ１ 領域
Ａ２ 領域
Ａ２ａ 周囲領域

Claims (4)

1. 単結晶基板からなり、第１流路が形成された第１流路部材と、前記第１流路に連通する第２流路が形成され、前記第１流路部材に接合される第２流路部材と、前記第１流路部材の前記第２流路部材とは反対側に配置され、成膜によって形成された第１電極、圧電膜、及び、第２電極とを備えた圧電素子と、を備えた液体吐出装置の製造方法であって、
   前記第１流路部材となる前記単結晶基板の、前記圧電素子とは反対側の面を研磨する、研磨工程と、
   前記研磨工程によって、前記単結晶基板の研磨された研磨面に生成された変質層を、フッ素を含む除去媒体を用いて除去する、変質層除去工程と、
   前記変質層除去工程の後に、前記単結晶基板の前記研磨面から異方性エッチングを行って、前記単結晶基板に前記第１流路を形成する、流路形成工程と、
   前記流路形成工程の後に、前記第１流路部材の前記研磨面に前記第２流路部材を接着剤で接合する接合工程と、を備え、
   前記変質層除去工程において、
   前記単結晶基板の前記研磨面のうちの、前記流路形成工程でエッチングされる第１領域の前記変質層は除去し、
   前記単結晶基板の前記研磨面のうちの、前記第２流路部材と接合される第２領域の少なくとも一部の前記変質層を残すことを特徴とする、液体吐出装置の製造方法。
2. 前記変質層除去工程において、前記単結晶基板の前記研磨面の、前記流路形成工程でエッチングされる前記第１領域の前記変質層に加えて、前記第２領域のうちの、前記第１領域を取り囲む領域の前記変質層も除去することを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置の製造方法。
3. 前記流路形成工程において、前記単結晶基板の前記研磨面からの異方性エッチングにより、前記第１流路として、前記圧電素子によって液体に吐出圧力を付与するための圧力室を、前記研磨面と平行な方向に沿って複数並べて形成し、
   前記変質層除去工程において、前記研磨面の前記第２領域のうちの、前記複数の圧力室が形成される複数の前記第１領域をそれぞれ取り囲む領域の、前記変質層を除去し、
   前記第１流路部材の前記研磨面の前記第２領域と、前記第２流路部材の前記第２領域との接合面の、少なくとも一方に、前記複数の圧力室と並び、且つ、前記圧力室の配列方向に沿って延びる接着剤逃がし溝を形成する、溝形成工程をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の液体吐出装置の製造方法。
4. 単結晶基板からなり、第１流路が形成された第１流路部材と、
   前記第１流路に連通する第２流路が形成され、前記第１流路部材に接合される第２流路部材と、
   前記第１流路部材の前記第２流路部材とは反対側に配置され、成膜によって形成された第１電極、圧電膜、及び、第２電極とを備えた圧電素子と、を備え、
   前記第１流路部材の、前記第２流路部材側の面は、前記単結晶基板が研磨されてなる研磨面であり、
   前記第１流路部材の前記研磨面のうちの、前記第２流路部材と接合される接合領域に、研磨時に生じた変質層が残されており、
   前記第１流路部材の前記接合領域のうち、少なくとも前記第１流路を取り囲む周囲領域の前記変質層は除去され、
   前記第１流路部材の前記接合領域のうちの、前記周囲領域の撥液性が、前記周囲領域以外の領域の撥液性よりも高くなっていることを特徴とする液体吐出装置。

Images