JP2017024373A - 電子デバイス、液体吐出ヘッド、および、電子デバイスの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の構造体を接着剤で接合する構成において接着剤の流れ出しを抑制して可動領域の駆動が阻害されることを抑制することが可能な電子デバイス、液体吐出ヘッド、および、電子デバイスの製造方法を提供する。
【解決手段】複数の構造体が接合された接合構造体を備える電子デバイス１３であって、複数の構造体のうちの１つである圧力室形成基板１６は可動領域として弾性膜１７の可撓面および圧電素子１８を有し、各構造体同士が接着剤２１によって接合される接着領域のうちの少なくとも一の接着領域が、可動領域に通じる空間に臨む露出部３２を有し、露出部を有する接着領域に介在する接着剤が、３つ以上の反応点を有するオルガノシロキサン化合物を含むことを特徴とする。
【選択図】図３
【解決手段】複数の構造体が接合された接合構造体を備える電子デバイス１３であって、複数の構造体のうちの１つである圧力室形成基板１６は可動領域として弾性膜１７の可撓面および圧電素子１８を有し、各構造体同士が接着剤２１によって接合される接着領域のうちの少なくとも一の接着領域が、可動領域に通じる空間に臨む露出部３２を有し、露出部を有する接着領域に介在する接着剤が、３つ以上の反応点を有するオルガノシロキサン化合物を含むことを特徴とする。
【選択図】図３
Description
本発明は、インクジェット式記録ヘッド等の液体吐出ヘッドの液体の吐出等に使用される電子デバイス、液体吐出ヘッド、および、電子デバイスの製造方法に関するものであり、特に、複数の構造体が接着剤により接合された接合構造体を備える電子デバイス、液体吐出ヘッド、および、電子デバイスの製造方法に関する。
液体吐出装置は液体吐出ヘッドを備え、この吐出ヘッドから各種の液体を吐出する装置である。この液体吐出装置としては、例えば、インクジェット式プリンターやインクジェット式プロッター等の画像記録装置があるが、最近ではごく少量の液体を所定位置に正確に着弾させることができるという特長を生かして各種の製造装置にも応用されている。例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターを製造するディスプレイ製造装置，有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイやＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極を形成する電極形成装置，バイオチップ（生物化学素子）を製造するチップ製造装置に応用されている。
液体吐出ヘッドに用いられる電子デバイスとしては、板状の構造体（基板）が複数積層された状態で接着剤により接合されたものがある。この積層構造体には、ノズルに連通する液体流路や、液体流路内の液体に圧力変動を生じさせてノズルから吐出させるための可動領域が設けられている。従来においては、構造体同士は、例えばエポキシ系接着剤により接合されている。エポキシ系接着剤は、温度変化による粘度変化が比較的大きいため、構造体同士の間の接着剤を硬化させるべく加熱および加圧が行われた際に当該接着剤が液体流路側に流れ出すおそれがある。そして、図１１に示すように、この流れ出した接着剤７６が、流路７５の隅角部分等を伝って可動領域７７に到達して硬化すると、可動領域７７の駆動・変位を阻害し、液体の吐出に悪影響を及ぼす場合があった。その一方で、比較的高粘度の接着剤を使用した場合、薄く延ばす際に接着剤の厚みにムラが生じやすく、これにより接着が不十分となる場合があり、その結果、この接着が不十分な箇所から液体のリークが生じるリスクもあった。特に、液体吐出ヘッドの小型化の要請に対応するため流路等がより高密度に形成されている構成では、接着剤による接合領域も狭くなっているため、上記のような不具合が生じやすい。
このため、特許文献１では、接着剤の付着を忌避する部分、すなわち、可動領域と壁部との隅角部分に除去薄膜としてＴｉＷ薄膜を形成し、部材の接着後に除去薄膜を取り除くことで、この部分に接着剤が残らないようにした発明が提案されている。
ところが、上記の特許文献１の構成では、除去薄膜の形成工程および除去工程が必要となり、工程等の増加を招いてしまう。また、除去薄膜に対する除去液として過酸化水素水を通水して液体吐出ヘッドのノズルから除去薄膜と共に接着剤を排出する際、排出しきれなかった接着剤が流路内に残留する可能性があり、この場合、残留した接着剤により液体の流れが阻害される等してノズルからの液体の吐出に支障を来す虞があった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の構造体を接着剤で接合する構成において接着剤の流れ出しを抑制して可動領域の駆動が阻害されることを抑制することが可能な電子デバイス、液体吐出ヘッド、および、電子デバイスの製造方法を提供することにある。
〔手段１〕
本発明は、上記目的を達成するために提案されたものであり、複数の構造体が接合された接合構造体を備える電子デバイスであって、
前記複数の構造体のうちの少なくとも１つは可動領域を有し、
前記各構造体の間の接着剤の一部が、前記可動領域に通じる空間に臨み、
前記接着剤が、３つ以上の反応点を有するオルガノシロキサン化合物を含むことを特徴とする。
本発明は、上記目的を達成するために提案されたものであり、複数の構造体が接合された接合構造体を備える電子デバイスであって、
前記複数の構造体のうちの少なくとも１つは可動領域を有し、
前記各構造体の間の接着剤の一部が、前記可動領域に通じる空間に臨み、
前記接着剤が、３つ以上の反応点を有するオルガノシロキサン化合物を含むことを特徴とする。
本発明によれば、接着剤が３つ以上の反応点を有するオルガノシロキサン化合物を含むことで、当該接着剤の温度変化に対する粘度変化が小さいため、構造体の間の接着剤が、可動領域に通じる空間に流れ出することが抑制される。このため、接着剤が上記空間を伝って可動領域に到達して硬化することによる可動領域の可動特性への悪影響を抑制することが可能となる。
〔手段２〕
また、上記構成において、前記オルガノシロキサン化合物が、ヘテロ環化合物を基本骨格に有することが望ましい。
また、上記構成において、前記オルガノシロキサン化合物が、ヘテロ環化合物を基本骨格に有することが望ましい。
当該構成によれば、オルガノシロキサン化合物が、ヘテロ環化合物を基本骨格とすることにより、ヘテロ環化合物を中心として３次元架橋による３次元網構造を呈するので、硬化後においてはより高い強度が得られる。このため、構造体同士をより強固に接合することが可能となる。また、ヘテロ環化合物の極性により、金属に対する接着剤の密着性が向上する。
〔手段３〕
また、上記手段１または手段２の構成において、前記接着剤が、前記ヘテロ環化合物としてイソシアヌレート化合物を基本骨格に有するシリコーン樹脂であることが望ましい。
また、上記手段１または手段２の構成において、前記接着剤が、前記ヘテロ環化合物としてイソシアヌレート化合物を基本骨格に有するシリコーン樹脂であることが望ましい。
当該構成によれば、接着剤が、イソシアヌレート化合物を基本骨格に有するシリコーン樹脂であることで、接合物に対する密着性をより高めることが可能となる。
〔手段４〕
さらに、上記手段１乃至手段３の何れか一の構成において、前記接着剤が、エポキシ基、または、オキタニル基を含む構成を採用することが望ましい。
さらに、上記手段１乃至手段３の何れか一の構成において、前記接着剤が、エポキシ基、または、オキタニル基を含む構成を採用することが望ましい。
当該構成によれば、エポキシ、オキタニル基を含むことにより、接着性、架橋性がより向上する。
〔手段５〕
さらに、上記手段１乃至手段４の何れか一の構成において、前記接着剤が、構成分子内にヒドロシランを含む成分と、ビニル基を含む成分と、プラチナ触媒と、を含有する構成を採用することが望ましい。
さらに、上記手段１乃至手段４の何れか一の構成において、前記接着剤が、構成分子内にヒドロシランを含む成分と、ビニル基を含む成分と、プラチナ触媒と、を含有する構成を採用することが望ましい。
当該構成によれば、接着剤が、プラチナ触媒を含有することで、ヒドロシランとビニル基がヒドロシリル化によって迅速に付加反応する。これにより、加熱処理による硬化の過程で脱ガスや硬化収縮が生じず、また、迅速に硬化が完了するため生産性が向上する。
〔手段６〕
また、上記手段１乃至手段５の何れか一の構成において、前記可動領域が、受動領域、または、能動領域である構成を採用することができる。
また、上記手段１乃至手段５の何れか一の構成において、前記可動領域が、受動領域、または、能動領域である構成を採用することができる。
当該構成によれば、可動領域が、受動領域または能動領域の何れかであるかに拘わらず、接着剤の流れ出しによる可動領域の特性劣化を抑制することができるので、歩留まりが向上し、信頼性の高い電子デバイスを提供することができる。
〔手段７〕
また、上記手段１乃至手段５の何れか一の構成において、前記可動領域に、当該可動領域の一部として機能する圧電素子が設けられた構成を採用することができる。
また、上記手段１乃至手段５の何れか一の構成において、前記可動領域に、当該可動領域の一部として機能する圧電素子が設けられた構成を採用することができる。
当該構成によれば、可動領域の一部として機能する圧電素子の駆動が、接着剤により阻害されることが防止されるので、歩留まりが向上し、信頼性の高い電子デバイスを提供することができる。
〔手段８〕
また、本発明の液体吐出ヘッドは、上記手段７の構成の電子デバイスを備えた液体吐出ヘッドあって、
液体を吐出するノズルと連通する前記空間としての圧力室が形成された前記構造体としての第１の基板と、
前記圧力室に通じる空間が形成された前記構造体としての第２の基板と、を備え、
前記圧力室を形成する一つの面が、前記可動領域の一部として機能する可撓面であることを特徴とする。
また、本発明の液体吐出ヘッドは、上記手段７の構成の電子デバイスを備えた液体吐出ヘッドあって、
液体を吐出するノズルと連通する前記空間としての圧力室が形成された前記構造体としての第１の基板と、
前記圧力室に通じる空間が形成された前記構造体としての第２の基板と、を備え、
前記圧力室を形成する一つの面が、前記可動領域の一部として機能する可撓面であることを特徴とする。
当該構成によれば、第１の基板と第２の基板との間の接着剤が、可動領域である可撓面に通じる空間側へ流れ出すことが抑制される。このため、接着剤が圧力室等の空間を伝って可動領域に到達して硬化することによる可動領域の可動特性への悪影響を抑制することが可能となる。また、接着領域における接着剤の厚みが均一化されるので、基板同士の接着不良が抑制される。このため、接着が不十分な箇所からの液体の漏洩リスクを低減することができる。さらに、構造体としての各基板が強固に接着されるので、液体の吐出の際に圧力室内に生じる圧力変動によって圧力室同士を区画する壁（隔壁）が撓んだり変位したりすることが抑制される。これにより、隣り合うノズル同士で同時に液体を吐出させる場合と、一のノズルから単独で液体を吐出させる場合とで吐出される液体の量や飛翔速度（吐出特性）が変動する、いわゆる隣接クロストークが抑制される。また、接着剤が液体に晒されても当該接着剤の膨潤や変質が抑制されるので、製造当初の品質をより長期にわたって維持することが可能となる。
〔手段９〕
手段８の構成において、前記第２の基板が、前記圧力室と前記ノズルとを連通するノズル連通口が前記空間として形成された連通基板である構成を採用することができる。
手段８の構成において、前記第２の基板が、前記圧力室と前記ノズルとを連通するノズル連通口が前記空間として形成された連通基板である構成を採用することができる。
当該構成によれば、第１の基板と第２の基板との間の接着剤の流れ出しが抑制され、接着剤がノズル連通口や圧力室等の空間を伝って可動領域に到達して硬化することによる可動領域の可動特性への悪影響を抑制することが可能となる。
〔手段１０〕
手段９の構成において、前記連通基板が、前記ノズル連通口の一部となる開口が形成された基板が前記接着剤により複数積層された積層体である構成を採用することができる。
手段９の構成において、前記連通基板が、前記ノズル連通口の一部となる開口が形成された基板が前記接着剤により複数積層された積層体である構成を採用することができる。
当該構成によれば、連通基板が、複数の基板が接着された積層体である構成では、その分、接着領域の露出部が多くなるが、当該構成においても露出部から接着剤が圧力室やノズル連通口等の空間側に流れ出することが抑制される。しかも、接着剤は、加熱処理により迅速に硬化が完了するため、より多くの基板（構造体）を積層して接合する構成であっても生産性を向上させることが可能となる。
〔手段１１〕
本発明における電子デバイスの製造方法は、複数の構造体が接合された接合構造体を備え、各構造体の間の接着剤が、前記可動領域に通じる空間に臨む電子デバイスの製造方法であって、
３つ以上の反応点を有するオルガノシロキサン化合物を含む前記接着剤を、転写用シートに塗布する塗布工程と、
前記転写用シートに塗布された接着剤の硬化を進めて当該接着剤の粘度を高める高粘度化工程と、
接合時に対となる構造体のうちの一方の接合面に、前記接着剤を転写する転写工程と、
を含むことを特徴とする。
本発明における電子デバイスの製造方法は、複数の構造体が接合された接合構造体を備え、各構造体の間の接着剤が、前記可動領域に通じる空間に臨む電子デバイスの製造方法であって、
３つ以上の反応点を有するオルガノシロキサン化合物を含む前記接着剤を、転写用シートに塗布する塗布工程と、
前記転写用シートに塗布された接着剤の硬化を進めて当該接着剤の粘度を高める高粘度化工程と、
接合時に対となる構造体のうちの一方の接合面に、前記接着剤を転写する転写工程と、
を含むことを特徴とする。
当該製造方法によれば、接着剤が３つ以上の反応点を有するオルガノシロキサン化合物を含むので、高粘度化工程の前においては接着剤の粘度が比較的低粘度であるため接着剤を均一な厚さで塗布しやすく、高粘度化工程の後においては接着剤の粘度が比較的高粘度であるため構造体同士の間から可動領域に通じる空間への接着剤の流れだしが抑制される。
〔手段１２〕
前記手段１１の製造方法において、前記接着剤が、付加型シリコーン樹脂であり、
前記高粘度化工程が、加熱処理であることが望ましい。
前記手段１１の製造方法において、前記接着剤が、付加型シリコーン樹脂であり、
前記高粘度化工程が、加熱処理であることが望ましい。
当該製造方法によれば、加熱処理により高粘度化が進められるので、粘度管理が容易である。また、ヒドロシランとビニル基がヒドロシリル化によって迅速に付加反応するので、加熱処理による高粘度化の過程で脱ガスや硬化収縮が生じず、迅速に処理が完了するため生産性が向上する。
〔手段１３〕
前記手段１２の製造方法において、前記転写工程の後に、加熱処理により前記接着剤を硬化させる本硬化工程が含まれることが望ましい。
前記手段１２の製造方法において、前記転写工程の後に、加熱処理により前記接着剤を硬化させる本硬化工程が含まれることが望ましい。
当該製造方法によれば、加熱処理により接着剤の本硬化が進められるので、加熱処理による高粘度化の過程で脱ガスや硬化収縮が生じず、迅速に処理が完了するため生産性が向上する。
以下、本発明を実施するための形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、以下においては、本発明に係る電子デバイスを備えた液体吐出ヘッドの一種であるインクジェット式記録ヘッド（以下、記録ヘッド）を搭載した液体吐出装置の一種であるインクジェット式プリンター（以下、プリンター）を例に挙げて説明する。
プリンター１の構成について、図１を参照して説明する。プリンター１は、記録紙等の記録媒体２の表面に対してインクを吐出して画像等の記録を行う装置である。このプリンター１は、インクを吐出する記録ヘッド３、この記録ヘッド３が取り付けられるキャリッジ４、キャリッジ４を主走査方向に移動させるキャリッジ移動機構５、記録媒体２を副走査方向に移送するプラテンローラー６等を備えている。液体の一種であるインクは、液体供給源としてのインクカートリッジ７に貯留されている。このインクカートリッジ７は、記録ヘッド３に対して着脱可能に装着される。なお、インクカートリッジ７がプリンター１の本体側に配置され、当該インクカートリッジ７からインク供給チューブを通じて記録ヘッド３に供給される構成を採用することもできる。
上記のキャリッジ移動機構５はタイミングベルト８を備えている。そして、このタイミングベルト８はＤＣモーター等のパルスモーター９により駆動される。従ってパルスモーター９が作動すると、キャリッジ４は、プリンター１に架設されたガイドロッド１０に案内されて、主走査方向（記録媒体２の幅方向）に往復移動する。
図２は、記録ヘッド３（本発明の液体吐出ヘッドの一種）の内部構成を示す断面図である。また、図３は、図２における領域Ｘの拡大断面図である。さらに、図４は、図３におけるノズル列方向の断面図である。なお、便宜上、各部材の積層方向を上下方向として説明する。また、図３および図４においては、保護基板１９の図示が省略されている。本実施形態における記録ヘッド３は、複数の基板（本発明における構造体に相当）、具体的には、ノズルプレート１４、連通基板１５（本発明における第２の基板に相当）、および圧力室形成基板１６（本発明における第１の基板に相当）が、この順で積層されて互いに接着剤２１（後述）により接合されてユニット化された積層構造体を有している。この積層構造体における圧力室形成基板１６の連通基板１５側とは反対側の面には、弾性膜１７、圧電素子１８（アクチュエーターの一種）、および保護基板１９が積層されて、本発明の電子デバイス１３が構成されている。そして、この電子デバイス１３がケース２０に取り付けられて記録ヘッド３が構成されている。
ケース２０は、底面側に電子デバイス１３が固定される合成樹脂製の箱体状部材である。このケース２０の下面側には、当該下面からケース２０の高さ方向の途中まで直方体状に窪んだ収容空部２２が形成されており、電子デバイス１３が下面に接合されると、電子デバイス１３における圧力室形成基板１６、弾性膜１７、圧電素子１８、および保護基板１９が、収容空部２２内に収容される。また、ケース２０には、インク導入路２３が形成されている。上記インクカートリッジ７側からのインクは、インク導入路２３を通じて積層構造体の共通液室２４に導入される。
本実施形態における圧力室形成基板１６は、シリコン単結晶基板（以下、単にシリコン基板とも言う。）から作製されている。この圧力室形成基板１６には、圧力室２６（本発明における空間に相当）を区画する圧力室空部が、ノズルプレート１４の各ノズル２７に対応して異方性エッチングによって複数形成されている。このように、シリコン基板に対して異方性エッチングによって圧力室等の流路となる空間を形成することで、より高い寸法・形状精度を確保することができる。圧力室形成基板１６における圧力室空部の一方（上面側）の開口部は、弾性膜１７によって封止される。また、圧力室形成基板１６における弾性膜１７とは反対側の面には、連通基板１５が接合され、当該連通基板１５によって圧力室空部３４の他方の開口部が封止される。これにより、圧力室２６が区画形成される。ここで、圧力室２６の上部開口が弾性膜１７により封止された部分は、圧電素子１８の駆動により変位する可撓面に相当する。そして、この可撓面と圧電素子１８を含む部分が、本発明における可動領域・能動領域に相当する。なお、圧力室形成基板１６と可撓面が一体である構成を採用することもできる。すなわち、圧力室形成基板１６の下面側からエッチング処理が施されて、上面側に板厚の薄い薄肉部分を残して圧力室空部が形成され、この薄肉部分が可撓面（可動領域）として機能する構成を採用することもできる。
本実施形態における圧力室２６は、ノズル２７の並設方向（第１の方向）に直交する方向（第２の方向）に長尺な空部である。この圧力室２６の第２の方向の一端部は、連通基板１５のノズル連通口２８（本発明における空間の一種）を介してノズル２７と連通する。また、圧力室２６の第２の方向の他端部は、連通基板１５の個別連通口２９（本発明における空間の一種）を介して共通液室２４（本発明における空間の一種）と連通する。そして、圧力室２６は、ノズル２７毎に対応してノズル列方向（第１の方向）に沿って隔壁３０を隔てて複数並設されている。
連通基板１５は、圧力室形成基板１６と同様にシリコン基板から作製された板材である。この連通基板１５には、圧力室形成基板１６の複数の圧力室２６に共通に設けられる共通液室２４（リザーバーあるいはマニホールドとも呼ばれる）となる空部が、異方性エッチングによって形成されている。この共通液室２４は、各圧力室２６の並設方向（即ち第１の方向）に沿って長尺な空部である。本実施形態における共通液室２４は、連通基板１５の板厚方向を貫通した第１液室２４ａと、連通基板１５の下面側から上面側に向けて当該共通液室形成部材２３の板厚方向の途中まで上面側に薄肉部を残した状態で形成された第２液室２４ｂと、から構成される。この第２液室２４ｂの第２の方向における一端部（ノズル２７から遠い側の端部）は、第１液室２４ａと連通する一方、同方向の他端部は、圧力室２６の下方に対応する位置に形成されている。この第２液室２４ｂの他端部、すなわち、第１液室２４ａ側とは反対側の縁部には、薄肉部を貫通する個別連通口２９が、圧力室形成基板１６の各圧力室２６に対応して第１の方向に沿って複数形成されている。この個別連通口２９の下端は、第２液室２４ｂと連通し、個別連通口２９の上端は、圧力室形成基板１６の圧力室２６と連通する。
上記のノズルプレート１４は、複数のノズル２７が列状に開設された板材である。本実施形態では、ドット形成密度に対応したピッチでノズル２７が複数列設されてノズル列が構成されている。本実施形態におけるノズルプレート１４は、シリコン基板から作製され、当該基板に対してドライエッチングにより円筒形状のノズル２７が形成されている。そして、本実施形態における電子デバイス１３には、上記の共通液室２４から個別連通口２９、圧力室２６、およびノズル連通口２８を通ってノズル２７に至るまでのインク流路が形成されている。
圧力室形成基板１６の上面に形成された弾性膜１７は、例えば厚さが約１μｍの二酸化シリコンから構成される。また、この弾性膜１７上には、図示しない絶縁膜が形成される。この絶縁膜は、例えば、酸化ジルコニウムから成る。そして、この弾性膜１７および絶縁膜上における各圧力室２６に対応する位置に、圧電素子１８がそれぞれ形成されている。本実施形態における圧電素子１８、弾性膜１７および絶縁膜上に、金属製の下電極膜、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなる圧電体層、および、金属製の上電極膜（何れも図示せず）が順次積層されて構成される。この構成において、上電極膜または下電極膜の一方が共通電極とされ、他方が個別電極とされる。また、個別電極となる電極膜および圧電体層が圧力室２６毎にパターニングされる。この圧電素子１８において、上電極膜および下電極膜によって圧電体層が挟まれた領域が、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる圧電能動部である。そして、印加電圧の変化に応じて圧電能動部が撓み変形することにより、圧力室２６の一面を区画する可撓面、すなわち、弾性膜１７が、ノズル２７に近づく側またはノズル２７から遠ざかる方向に変位する。これにより、圧力室２６内のインクに圧力変動が生じ、この圧力変動を利用してノズル２７からインクが吐出される。
図３および図４に示すように、上記電子デバイス１３を構成するノズルプレート１４、連通基板１５、および圧力室形成基板１６は、互いに接着剤２１によって接合されている。接着剤２１は、後述するように転写用シートに塗布された後、基板の接合面に転写される。ここで、各基板の接合面同士の間に接着剤２１が介在する領域が、本発明における接着領域に相当する。本実施形態における電子デバイス１３のように、圧力室２６の一面を区画する可撓面およびこれを変位させる圧電素子１８からなる可動領域（能動領域）を備え、また、この可動領域に通じる空間、例えば、ノズル連通口２８、圧力室２６、個別連通口２９、および共通液室２４等のインク流路を有する構成においては、接着領域の一部（接着領域の縁）がこれらの空間に臨む（あるいは露出する）露出部３２が生じる。このような構成において、従来では接着剤２１としてエポキシ系接着剤が用いられていたが、加熱処理による硬化の過程で接着剤２１の粘度が一時的に低下して露出部３２からインク流路内に接着剤２１が流れ出すという問題があった。そして、露出部３２から流れ出したインクが、流路の隅角部分等を伝って可動領域である弾性膜１７の可撓面に到達して硬化すると、この硬化した接着剤によって可動面の駆動・変位が阻害される虞があった。その一方で、比較的高粘度の接着剤２１を使用した場合、転写用シートに対して薄く延ばす際に接着剤２１の厚みにむらが生じやすく、これにより基板間の接着が不十分となる場合があり、その結果、この接着が不十分な箇所からインクのリークが生じるリスクもあった。
このような事情に鑑み、本発明に係る電子デバイス１３では、接着剤２１として、３つ以上の反応点（架橋点）を有するオルガノシロキサン化合物を含むもの、より具体的には、ヘテロ環化合物を基本骨格に含むオルガノシロキサン化合物を含有する付加型シリコーン樹脂が用いられている。シリコーン樹脂としては、ヘテロ環と化合物してイソシアヌレート化合物（例えば、イソシアヌル酸トリアリル）を含有するものが、接合物に対する密着性を高める上で好適であり、また、有機成分と無機成分との両方に相性の良い状態とすることができる。なお、３官能性のオルガノシロキサン化合物の他に２官能性のオルガノシロキサン化合物を含んでもよい。ヘテロ環化合物としては、例えば、イミダゾール、ピラゾール、ピラジン、1,3,5-トリアジン、ベンズイミダゾール、ベンゾフラン等を採用することもできる。このような樹脂組成物からなる接着剤２１は、結合エネルギーが高く化学的に安定なシロキサン結合を主鎖として、これに有機基を有する成分が結合することで、塗布時（後述）には適度な柔軟性を確保しつつ、より耐熱性が高く、温度変化に対する粘度変化が小さいという特性が得られる。これにより、接着剤２１を塗り拡げる際には、可及的に均一な厚さとすることができ、接着剤２１の膜厚にムラが生じることが抑制され、硬化時の加熱処理においては、接着領域からの流れ出しが抑制される。特に、アルキル基を備えるアルキルシロキサンを含むもの（例えば、ジメチルシリコーン）であれば、温度変化に対する粘度変化をより低減することができる。
また、ヘテロ環化合物を基本骨格とすることにより、シリコーン成分が安定的に含有する構造となり、耐薬品性（耐インク性）が高まる。これにより、接着剤２１がインクに晒されても当該接着剤２１の膨潤や変質が抑制されるので、製造当初の品質をより長期にわたって維持することが可能となる。また、ヘテロ環化合物を中心として３次元架橋による３次元網構造を呈するので、接着剤２１の硬化後においてはより高い強度が得られる。このため、構造体同士をより強固に接合することが可能となる。また、ヘテロ環化合物の極性により、接着剤２１の金属に対する密着性が向上する。さらに、耐熱性の向上、架橋効率の向上、耐加水分解性の向上等の種々の効果が得られる。そして、有機成分として、エポキシ、オキタニル基をさらに含むことが望ましい。これにより、接着性、架橋性が向上する。また、接着剤２１は、構成分子内にヒドロシランを含む成分、ビニル基を含む成分、および、プラチナ系触媒を含有しており、ヒドロシランとビニル基がヒドロシリル化によって迅速に（例えば、数秒程度で）付加反応する。これにより、加熱処理（後述）による硬化の過程で脱ガスや硬化収縮が生じず、迅速に硬化が完了するため生産性が向上する。
本実施形態における電子デバイス１３を製造する際には、まず、圧力室形成基板１６（圧力室空部３４が形成されていない状態のシリコン基板）の上面に弾性膜１７、絶縁膜が順次形成された後、圧電素子１８が焼成により形成される。この状態で、圧力室形成基板１６の下面側（連通基板１５との接合面側）から、例えば水酸化カリウム水溶液からなるエッチング溶液を用いて異方性エッチングによって圧力室２６となる空部（空間）が形成される。同様に、連通基板１５には、共通液室２４、個別連通口２９、およびノズル連通口２８等の空間が異方性エッチングにより形成される。一方、ノズルプレート１４には、ドライエッチングによりノズル２７が形成される。
図５は、各基板を接合する工程について説明するフローチャートである。また、図６は、基板に接着剤を転写した状態について説明する模式図であり、図７は、基板同士を接合した状態について説明する模式図である。
電子デバイス１３を構成する各基板に対してインク流路となる空間が形成されたならば、続いて、各基板を接着剤２１により接合する。以下においては、特に圧力室形成基板１６と連通基板１５とを接合する工程について説明する。まず、スキージ台上で図示しない転写用シートに対してスキージにより所定の厚さに接着剤２１が塗布される（塗布工程Ｓ１）。ここで、本実施形態における接着剤２１は、硬化前においては柔軟であるため、目標とする厚さに円滑に塗り延ばすことができる。このため、塗布された接着剤２１の厚みにムラが生じることが抑制される。次に、この転写用シートに塗布された接着剤２１について、後述する本硬化工程の場合よりも低い温度で加熱処理が行われ、完全に硬化しない程度に硬化が進められて接着剤２１の粘度が高められる（高粘度化工程Ｓ２）。接着剤２１は、付加型のシリコーン樹脂であるため、加熱処理により、ヒドロシランとビニル基がヒドロシリル化によって高粘度化する。この加熱処理における温度と時間の設定により接着剤２１の粘度管理が容易となる。また、接着剤２１の粘度をある程度高めておくことにより、後の転写工程における接着剤の流れ出しを抑制することができる。
電子デバイス１３を構成する各基板に対してインク流路となる空間が形成されたならば、続いて、各基板を接着剤２１により接合する。以下においては、特に圧力室形成基板１６と連通基板１５とを接合する工程について説明する。まず、スキージ台上で図示しない転写用シートに対してスキージにより所定の厚さに接着剤２１が塗布される（塗布工程Ｓ１）。ここで、本実施形態における接着剤２１は、硬化前においては柔軟であるため、目標とする厚さに円滑に塗り延ばすことができる。このため、塗布された接着剤２１の厚みにムラが生じることが抑制される。次に、この転写用シートに塗布された接着剤２１について、後述する本硬化工程の場合よりも低い温度で加熱処理が行われ、完全に硬化しない程度に硬化が進められて接着剤２１の粘度が高められる（高粘度化工程Ｓ２）。接着剤２１は、付加型のシリコーン樹脂であるため、加熱処理により、ヒドロシランとビニル基がヒドロシリル化によって高粘度化する。この加熱処理における温度と時間の設定により接着剤２１の粘度管理が容易となる。また、接着剤２１の粘度をある程度高めておくことにより、後の転写工程における接着剤の流れ出しを抑制することができる。
続いて、転写用シート上の接着剤２１が上記基板の接合面に転写される（転写工程Ｓ３）。例えば、図６に示すように、圧力室形成基板１６と連通基板１５とを接合する場合、接着剤２１が塗布された転写用シートが、これらの基板のうちの一方の圧力室形成基板１６の接合面（連通基板１５側の面）に所定の圧力が付与されつつ貼付される。その後、転写用シートのみが、圧力室形成基板１６から剥がされる。これにより、圧力室形成基板１６の接合面において、圧力室空部３４の空間（圧力室２６）の開口以外の部分に、接着剤２１が均一な厚さで転写される。同様にして、連通基板１５とノズルプレート１４の一方の接合面にも接着剤２１が転写される。
基板の接合面に接着剤２１が転写されたならば、続いて、当該接着剤２１が転写された面に対して接合相手の基板が貼り合わされる（基板貼り合わせ工程Ｓ４）。すなわち、図７に示すように、圧力室形成基板１６の接着剤２１が転写された面には、接合相手としての連通基板１５が接合される。この際、上述したように、接着剤２１の流れ出しは生じない。同様にして、連通基板１５の圧力室形成基板１６とは反対側の面にノズルプレート１４が接合される。この場合、例えば、連通基板１５のノズルプレート１４との接合面に接着剤２１が転写され、両基板が接合される。このようにして電子デバイス１３がユニット化され、当該電子デバイス１３の内部には、共通液室２４、個別連通口２９、圧力室２６、およびノズル連通口２８を通ってノズル２７に至るまでのインク流路が形成される。
続いて、加熱処理により基板の接合面同士の間の接着剤２１の硬化が進められる（本硬化工程Ｓ５）。接着剤２１が硬化すると、基板同士が３次元網目構造により強固に接着・接合される。ここで、本実施形態における電子デバイス１３のように、複数の圧力室が隔壁３０によって区画されている構成では、基板同士の接合強度が十分でない場合、ノズル２７からインクを吐出させるべく圧電素子１８が駆動されて圧力室２６内のインクに圧力変動が生じた際にこの圧力変動によって隔壁３０が変位することで圧力損失が生じ、ノズル２７からのインクの吐出特性（インクの量や飛翔速度）が変動するいわゆるクロストークが生じる虞がある。この点に関し、本実施形態における電子デバイス１３においては、基板同士が接着剤２１の３次元網目構造により強固に接合されるので、圧力室２６内のインクに圧力変動が生じた際にこの圧力変動によって隔壁３０が変位することが抑えられる。その結果、上記クロストークの発生が抑制される。また、本実施形態における接着剤２１は、温度変化に対する粘度変化が小さいため、従来のエポキシ系接着剤のように加熱処理の過程で接着領域の露出部から接着剤が圧力室等のインク流路側に流れ出することが抑制される。このため、接着剤がインク流路を伝って可動領域に到達して硬化することによる可動領域の可動特性への悪影響を抑制することが可能となる。すなわち、本実施形態においては、圧電素子１８の駆動による弾性膜１７の可撓面の変位が阻害されることが防止される。その結果、ノズル２７から吐出されるインクの重量や飛翔速度に悪影響が生じることが抑制される。このため、歩留まりが向上し、電子デバイス１３および記録ヘッド３の信頼性も向上する。また、接着剤２１の膜厚にムラが生じることが抑制されるので、接着が不十分な箇所からのインクの漏出リスクが低減される。さらに、接着剤２１の耐薬品性（耐インク性）も良好であるため、接合後においても接着剤２１の膨潤や変質が抑制され、これにより接合強度の変化が生じにくく、長期にわたって信頼性の高い電子デバイス１３およびこれを備えた記録ヘッド３を提供することができる。
ところで、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて種々の変形が可能である。
図８は、第２の実施形態における電子デバイス３５の構成を説明する要部断面図である。上記第１の実施形態における電子デバイス１３は、構造体として圧力室形成基板１６、連通基板１５、およびノズルプレート１４を接合して備える構成であるが、図８に示す第２の実施形態における電子デバイス３５は、連通基板を有していない点で第１の実施形態と異なっている。すなわち、本実施形態における電子デバイス３５は、圧力室３９、共通液室４０、および両者を連通する個別連通口４１が形成された圧力室形成基板３６と、ノズル３８が開設されたノズルプレート３７とが上記接着剤２１で接合された積層構造体を有している。なお、圧力室形成基板３６の上面側（ノズルプレート３７とは反対側の面）に接合される弾性膜４２および圧電素子４３等の他の構成については、第１の実施形態と同様である。このような構成においても、圧力室形成基板３６とノズルプレート３７との間の接着領域の露出部３２から接着剤２１が圧力室３９等のインク流路側に流れ出することが抑制される。このため、接着剤２１がインク流路を伝って可動領域に到達して硬化することによる可動領域の可動特性への悪影響を抑制することが可能となる。また、本実施形態においても、圧力室形成基板３６とノズルプレート３７とが接着剤２１の３次元網目構造により強固に接合されるので、クロストークの低減にも寄与する。
図９は、第３の実施形態における電子デバイス４５の構成を説明する要部断面図である。本実施形態における電子デバイス４５は、第１の実施形態と同様に圧力室形成基板４６、連通基板４７、およびノズルプレート４８を接着剤２１で接合して構成される積層構造体を備えるが、連通基板４７が、複数の基板が接着剤２１により接合されてなる積層体である点で第１の実施形態と異なっている。具体的には、本実施形態における連通基板４７は、第１のノズル連通口５４ａ（ノズル連通口５４の一部となる開口）および共通液室５３が形成された第１の連通基板４７ａ、第２のノズル連通口５４ｂ（ノズル連通口５４の一部となる開口）および個別連通口５２が形成された第２の連通基板４７ｂ、第３のノズル連通口５４ｃ（ノズル連通口５４の一部となる開口）および個別液室５１が形成された第３の連通基板４７ｃが接着剤２１により接合されて構成されている。これらの連通基板４７ａ乃至４７ｃは、例えば、ステンレス鋼等の金属板に対し、プレス加工によりノズル連通口５４等のインク流路となる空間が開設されて構成されている。個別液室５１は、圧力室５０毎に当該圧力室５０と共通液室５３との間に設けられた空間である。この個別液室５１と圧力室５０とは直接連通し、個別液室５１と共通液室５３とは個別連通口５２を介して連通している。なお、圧力室形成基板４６の上面側（ノズルプレート４８とは反対側の面）に接合される弾性膜５５および圧電素子５６等の他の構成については、第１の実施形態と同様である。
このように、より多くの構造体（基板）が接着される構成では、その分、接着領域の露出部３２が多くなるが、当該構成においても露出部３２から接着剤２１が圧力室２６等のインク流路側（空間側）に流れ出することが抑制される。しかも、接着剤２１は、加熱処理により迅速に硬化が完了するため、より多くの構造体を積層して接合する構成であっても生産性を向上させることが可能となる。また、本実施形態において金属製の連通基板４７が採用されているので、接着剤２１に含まれるヘテロ環化合物の極性により、接着剤２１の連通基板４７に対する密着性が良好となり、基板間の接合強度の向上に寄与する。勿論、本実施形態においても、基板同士が接着剤２１の３次元網目構造により強固に接合されるので、クロストークの低減にも寄与する。
図１０は、第４の実施形態における電子デバイス４５の構成を説明する要部断面図である。上記各実施形態においては、圧電素子として電界方向に撓み変形する所謂撓み振動型の圧電素子を例示したが、これには限られない。図１０に示す第４の実施形態における電子デバイス５８における圧電素子５９は、図示しない圧電体と電極とが交互に積層された積層型であって積層方向（電界方向）に直交する方向に伸縮する縦振動型の圧電素子である。また、本実施形態における電子デバイス５８は、複数の構造体、すなわち、振動板６０、圧力室形成基板６６、ノズルプレート６７が接着剤２１で接合された積層構造体を備える。振動板６０は、例えばステンレス鋼等の比較的剛性の高い材料からなる支持板６２と、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の可撓性を有する合成樹脂材料からなる弾性膜６３と、が積層された部材である。この振動板６０において、圧力室形成基板１６の圧力室６９に対応する位置には、エッチング加工等によって支持板６２の一部を環状に除去することで、圧電素子５９の先端面が接合される島部６４と、この島部６４の周囲に設けられた可撓部６５とが形成されている。そして、圧電素子５９が伸縮することで島部６４が変位し、これにより圧力室６９の容積を変動させることができる。すなわち、この島部６４、可撓部６５、および圧電素子５９が、本発明における可動領域（能動領域）として機能する。なお、その他の構成については、第１の実施形態と同様である。
本実施形態における電子デバイス５８においても、振動板６０と圧力室形成基板６６との間の接着領域の露出部３２、あるいは、圧力室形成基板６６とノズルプレート６７との間の接着領域の露出部３２から、接着剤２１が圧力室３９等のインク流路側に流れ出することが抑制される。このため、接着剤２１がインク流路を伝って可動領域に到達して硬化することによる可動領域の可動特性への悪影響を抑制することが可能となる。また、本実施形態においても、圧力室形成基板６６とノズルプレート６７とが接着剤２１の３次元網目構造により強固に接合されるので、クロストークの低減にも寄与する。
また、以上においては、可動領域（能動領域）が変位することでノズルから液体の一種であるインクを吐出させる構成を例示したが、これには限られず、複数の構造体が接合された接合構造体を備える電子デバイスであって構造体のうちの少なくとも１つが可動領域を有するものであれば、本発明を適用することが可能である。例えば、受動領域としての可動領域の圧力変化、振動、あるいは変位等を検出するセンサー等にも本発明を適用することができる。また、例えば、能動領域としての可動領域がモーター等の駆動機構である場合においても本発明を適用することが可能である。要は、各構造体同士が接着剤によって接合される構成であって、接着領域のうちの少なくとも一の接着領域が、可動領域に通じる空間に臨む露出部を有する場合に好適である。なお、可動領域に通じる空間は、液体が流通するものには限られない。
また、上記実施形態においては、液体吐出ヘッドとしてインクジェット式記録ヘッド３を例に挙げて説明したが、本発明は、構造体である複数の基板を接着剤により接合することで液体流路等の空間が画成される構成を採用する他の液体吐出ヘッドにも適用することができる。例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材吐出ヘッド、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材吐出ヘッド、バイオチップ（生物化学素子）の製造に用いられる生体有機物吐出ヘッド等にも本発明を適用することができる。ディスプレイ製造装置用の色材吐出ヘッドでは液体の一種としてＲ（Red）・Ｇ（Green）・Ｂ（Blue）の各色材の溶液を吐出する。また、電極形成装置用の電極材吐出ヘッドでは液体の一種として液状の電極材料を吐出し、チップ製造装置用の生体有機物吐出ヘッドでは液体の一種として生体有機物の溶液を吐出する。
１…プリンター，３…記録ヘッド，１３…電子デバイス，１４…ノズルプレート，１５…連通基板，１６…圧力室形成基板，１７…弾性膜，１８…圧電素子，２１…接着剤，２４…共通液室，２６…圧力室，２７…ノズル，２８…ノズル連通口，２９…個別連通口，３０…隔壁，３２…露出部
Claims (13)
- 複数の構造体が接合された接合構造体を備える電子デバイスであって、
前記複数の構造体のうちの少なくとも１つは可動領域を有し、
前記各構造体の間の接着剤の一部が、前記可動領域に通じる空間に臨み、
前記接着剤が、３つ以上の反応点を有するオルガノシロキサン化合物を含むことを特徴とする電子デバイス。 - 前記オルガノシロキサン化合物が、ヘテロ環化合物を基本骨格に有することを特徴とする請求項１に記載の電子デバイス。
- 前記接着剤が、前記ヘテロ環化合物としてイソシアヌレート化合物を基本骨格に有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子デバイス。
- 前記接着剤が、エポキシ基、または、オキタニル基を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の電子デバイス。
- 前記接着剤が、構成分子内にヒドロシランを含む成分と、ビニル基を含む成分と、プラチナ触媒と、を含有することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の電子デバイス。
- 前記可動領域が、受動領域、または、能動領域であることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の電子デバイス。
- 前記可動領域に、当該可動領域の一部として機能する圧電素子が設けられたことを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の電子デバイス。
- 請求項７に記載の電子デバイスを備えた液体吐出ヘッドあって、
液体を吐出するノズルと連通する前記空間としての圧力室が形成された前記構造体としての第１の基板と、
前記圧力室に通じる空間が形成された前記構造体としての第２の基板と、を備え、
前記圧力室を形成する一つの面が、前記可動領域の一部として機能する可撓面であることを特徴とする液体吐出ヘッド。 - 前記第２の基板が、前記圧力室と前記ノズルとを連通するノズル連通口が前記空間として形成された連通基板であることを特徴とする請求項８に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記連通基板が、前記ノズル連通口の一部となる開口が形成された基板が前記接着剤により複数積層された積層体であることを特徴とする請求項９に記載の液体吐出ヘッド。
- 複数の構造体が接合された接合構造体を備え、各構造体の間の接着剤が、前記可動領域に通じる空間に臨む電子デバイスの製造方法であって、
３つ以上の反応点を有するオルガノシロキサン化合物を含む前記接着剤を、転写用シートに塗布する塗布工程と、
前記転写用シートに塗布された接着剤の硬化を進めて当該接着剤の粘度を高める高粘度化工程と、
接合時に対となる構造体のうちの一方の接合面に、前記接着剤を転写する転写工程と、
を含むことを特徴とする電子デバイスの製造方法。 - 前記接着剤が、付加型シリコーン樹脂であり、
前記高粘度化工程が、加熱処理であることを特徴とする請求項１１に記載の電子デバイスの製造方法。 - 前記転写工程の後に、加熱処理により前記接着剤を硬化させる本硬化工程が含まれることを特徴とする請求項１２に記載の電子デバイスの製造方法。
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