JP2021115703A - 液体噴射ヘッド、液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液体噴射ヘッドの噴射性能のばらつきを低減する。【解決手段】液体を噴射するノズル開口２１に連通する流路１６が設けられ、流路を構成する複数のシリコン基板１０，１５が接着剤を介さず接合し、複数のシリコン基板の接合面及び接合面から流路の内壁表面まで連続する、シリコン基板より液体に溶解しにくい第１保護膜２００が設蹴られている。【選択図】図３

Description

本発明は、液体噴射ヘッド、液体噴射装置に関する。

従来、液体噴射ヘッドとしてのインクジェット式記録ヘッドにおいて、複数の基板を積層することによって、液体としてのインクの流路を構成したものが知られている。このようなインクジェット式記録ヘッドでは、特許文献１に示すように、基板同士を接着剤で接合してから、流路の内面と基板同士間の接着剤とにわたって連続する保護膜を形成した構成が知られている。これにより、基板同士間の接着剤をインクから保護することができる。

特開２０１４−１２４８８２号公報

しかしながら、接着剤による接合を減らしたいという要望がある。このような要望の理由の１つとして、例えば、基板と接着剤との線膨張率の差異に起因して信頼性を向上させることが困難であることが挙げられる。

液体噴射ヘッドは、液体を噴射するノズル開口に連通する流路が設けられ、前記流路を構成する複数のシリコン基板が接着剤を介さず接合し、前記複数のシリコン基板の接合面及び前記接合面から前記流路の内壁表面まで連続する、前記シリコン基板より前記液体に溶解しにくい第１保護膜が設けられていることを特徴とする。

液体噴射装置は、上記の液体噴射ヘッドを備えることを特徴とする。

実施形態１に係る記録ヘッドの分解斜視図。 実施形態１に係る記録ヘッドをＡ−Ａ線で切断したときの断面図。 実施形態１に係る記録ヘッドの要部を拡大した断面図。 実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図。 実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図。 実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図。 実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図。 実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図。 実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図。 実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図。 実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図。 実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図。 一実施形態に係る記録装置の概略斜視図。

１．実施形態１
インクジェット式の記録ヘッドＩを例に実施形態について説明する。なお、記録ヘッドＩは、液体噴射ヘッドの一例である。記録ヘッドＩは、液体の一例であるインクを噴射可能である。

図１は、実施形態１に係る記録ヘッドの分解斜視図であり、図２は記録ヘッドをＡ−Ａ線で切断したときの断面図であり、図３は、記録ヘッドの要部を拡大した断面図である。なお、図２では、記録ヘッドＩをＹ軸に沿ったＡ−Ａ線で切断したときの断面を示す。図３では、図２の要部を拡大した断面を示す。

図示するように、本実施形態の記録ヘッドＩは、ヘッド本体１１、ケース部材４０等の複数の部材を備え、これら複数の部材が接合されている。本実施形態では、ヘッド本体１１は、流路形成基板１０と、連通板１５と、ノズルプレート２０と、保護基板３０と、コンプライアンス基板４５と、を備える。本実施形態では、流路形成基板１０、連通板１５、ノズルプレート２０及び保護基板３０をシリコン単結晶基板などのシリコン基板で形成した。すなわち、本実施形態では、ノズル開口２１に連通する流路２２０が形成されて、接着剤を介さず接合された複数のシリコン基板とは、流路形成基板１０、連通板１５、ノズルプレート２０及び保護基板３０のことである。

ヘッド本体１１を構成する流路形成基板１０は、本実施形態では、シリコン単結晶基板などのシリコン基板からなる。この流路形成基板１０には、複数の圧力発生室１２が同じ色のインクを吐出する複数のノズル開口２１が並設される方向に沿って並設されている。以降、この方向を圧力発生室１２の並設方向、又は第１の方向Ｘと称する。また、流路形成基板１０には、圧力発生室１２が第１の方向Ｘに並設された列が複数列、本実施形態では、２列設けられている。この圧力発生室１２が第１の方向Ｘに沿って形成された圧力発生室１２の列が複数列設された列設方向を、以降、第２の方向Ｙと称する。

また、流路形成基板１０の一方面側には、連通板１５が接着剤を介さずに接合されている。流路形成基板１０の一方面側とは後述する振動板５０が設けられた面とは反対側のことである。つまり、流路形成基板１０と連通板１５とは、樹脂を介さずに接合されている。また、流路形成基板１０及び連通板１５には、それぞれ第１保護膜２００が設けられている。流路形成基板１０と連通板１５とは、接着剤を介さずに第１保護膜２００同士が接合されている。第１保護膜２００は、流路形成基板１０と連通板１５とが接合された状態で、これら複数のシリコン基板の接合面２１０及び接合面２１０から流路２２０の内壁表面まで連続する。なお、流路２２０は、導入路４４、マニホールド１００、インク供給路１９、圧力発生室１２、ノズル連通路１６、及びノズル開口２１によって構成される一連した空間である。なお、第１保護膜２００は、シリコン基板よりもインクに溶解しにくい材料で構成される。

連通板１５には、各圧力発生室１２に連通する複数のノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が接着剤を介さずに接合されている。つまり、連通板１５とノズルプレート２０とは、樹脂を介さずに接合されている。また、ノズルプレート２０にも、連通板１５と同様に第１保護膜２００が設けられている。連通板１５とノズルプレート２０とは、接着剤を介さずに第１保護膜２００同士が接合されている。第１保護膜２００は、連通板１５とノズルプレート２０とが接合された状態で、これら複数のシリコン基板の接合面２１１及び接合面２１１から流路２２０の内壁表面まで連続する。

連通板１５には、圧力発生室１２とノズル開口２１とを繋ぐノズル連通路１６が設けられている。連通板１５は、流路形成基板１０よりも大きな面積を有し、ノズルプレート２０は流路形成基板１０よりも小さい面積を有する。このようにノズルプレート２０の面積を比較的小さくすることでコストの削減を図ることができる。なお、本実施形態では、ノズルプレート２０のノズル開口２１が開口して、インク滴が吐出される面を液体噴射面２０ａと称する。

また、連通板１５には、マニホールド１００の一部を構成する第１マニホールド部１７と、第２マニホールド部１８とが設けられている。

第１マニホールド部１７は、連通板１５を厚さ方向に貫通して設けられている。連通板１５の厚さ方向とは連通板１５と流路形成基板１０の積層方向のことである。

また、第２マニホールド部１８は、連通板１５を厚さ方向に貫通することなく、連通板１５の液体噴射面２０ａ側に開口して設けられている。

さらに、連通板１５には、圧力発生室１２の第２の方向Ｙの一端部に連通するインク供給路１９が、各圧力発生室１２毎に独立して設けられている。このインク供給路１９は、第２マニホールド部１８と圧力発生室１２とを連通する。

このような連通板１５としては、流路形成基板１０と線膨張係数が同等の材料が好ましい。つまり、連通板１５として流路形成基板１０と線膨張係数が大きく異なる材料を用いた場合、加熱や冷却されることで、流路形成基板１０と連通板１５との線膨張係数の違いにより反りが生じてしまう。本実施形態では、連通板１５として流路形成基板１０と同じ材料、すなわち、シリコン単結晶基板などのシリコン基板を用いることで、熱による反りを抑制することができる。

また、ノズルプレート２０は、シリコン単結晶基板などのシリコン基板で形成されている。これにより、ノズルプレート２０と連通板１５との線膨張係数を同等として、加熱や冷却されることによる反りの発生を抑制することができる。

ノズルプレート２０には、ノズル開口２１が第１の方向Ｘに並設された列が、第２の方向Ｙに複数列、本実施形態では、２列形成されている。各ノズル開口２１は、ドライエッチングによって形成され、内径が異なる連続する２つの円筒状の空部から構成されている。内径が異なる連続する２つの円筒状の空部は、ノズルプレート２０の液体噴射面２０ａから連通板１５に向かう方向に第１円筒部２２と第２円筒部２３とで構成される。ノズル開口２１は、ノズルプレート２０の液体噴射面２０ａ側に位置する第１円筒部２２と、第１円筒部２２の連通板１５側に位置する第２円筒部２３とで構成される。第２円筒部２３の内径は、第１円筒部２２の内径よりも大きい。ノズル開口２１の構成は、例示したものには限られず、例えば、内径が一定な円筒部であるストレート部の空部だけで構成されたり、ストレート部と液体噴射面２０ａ側から圧力発生室１２側に向けて内径が次第に拡大するテーパー形状の空部を持つテーパー部とから構成されたり、テーパー部のみの空部から構成されたりしていてもよい。ストレート部の形状は円筒形状だけでなく、楕円柱、多角柱、星形多角柱などストレートの柱状形状を持つものでもよい。

また、ノズルプレート２０の液体噴射面２０ａには、撥液性を有する撥液膜２４が設けられている。

撥液膜２４は、インクに対して撥水性を有するものであれば特に限定されず、例えば、フッ素系高分子を含む金属膜や、撥液性を有する金属アルコキシドの分子膜などを用いることができる。

なお、フッ素系高分子を含む金属膜からなる撥液膜２４は、例えば、ノズルプレート２０の液体噴射面２０ａに直接、共析メッキを施すことにより形成することができる。

また、撥液膜２４として金属アルコキシドの分子膜を用いる場合には、例えば、ノズルプレート２０側にプラズマ重合膜であるＰＰＳｉ（Plasma Polymerization Silicone）膜からなる下地膜を設けることで、分子膜からなる撥液膜とノズルプレート２０との密着性を向上することができる。プラズマ重合膜からなる下地膜は、例えば、シリコーンをアルゴンプラズマガスにより重合させて形成することができる。また、分子膜からなる撥液膜２４は、例えば、撥液性を有する金属アルコキシドの分子膜を成膜し、その後、乾燥処理、アニール処理等を行うことで、撥液膜でありＳＣＡ（silane coupling agent）膜とすることができる。ちなみに、撥液膜２４として、金属アルコキシドの分子膜を用いた場合には、下地層を設けたとしても、共析メッキにより形成したフッ素系高分子を含む金属膜からなる撥液膜よりも薄く形成できると共に、液体噴射面２０ａをクリーニングする際にワイピングによって液体噴射面２０ａが拭かれることによっても撥液性が劣化しない「耐擦性」、及び撥液性を向上できるという利点を有する。勿論、「耐擦性」、「撥液性」は劣るが、フッ素系高分子を含む金属膜からなる撥液膜２４を用いることもできる。

一方、流路形成基板１０の他方面側である流路形成基板１０の連通板１５とは反対面側には、振動板５０が形成されている。本実施形態に係る振動板５０は、流路形成基板１０上に形成された弾性膜５１と、弾性膜５１上に形成された絶縁体膜５２とで構成されている。なお、圧力発生室１２は、流路形成基板１０を一方面から異方性エッチングすることにより形成されており、圧力発生室１２の他方面は、振動板５０の弾性膜５１で構成されている。

振動板５０上には、本実施形態の圧力発生手段として、第１電極６０と圧電体層７０と第２電極８０とからなる圧電アクチュエーター３００が設けられている。ここで、圧電アクチュエーター３００は、第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０を含む部分をいう。一般的には、圧電アクチュエーター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という。本実施形態では、第１電極６０を圧電アクチュエーター３００の共通電極とし、第２電極８０を圧電アクチュエーター３００の個別電極としているが、駆動回路１２０や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。なお、上述した例では、振動板５０が弾性膜５１及び絶縁体膜５２で構成されたものを例示したが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、振動板５０として弾性膜５１及び絶縁体膜５２の何れか一方を設けたものであってもよく、また、振動板５０として弾性膜５１及び絶縁体膜５２を設けずに、第１電極６０のみが振動板として作用するようにしてもよい。また、圧電アクチュエーター３００自体が実質的に振動板を兼ねるようにしてもよい。ただし、流路形成基板１０上に直接第１電極６０を設ける場合には、第１電極６０とインクとが導通しないように第１電極６０を絶縁性の膜で保護する必要がある。

圧電体層７０は、第１電極６０上に形成される分極構造を有する酸化物の圧電材料からなり、例えば、一般式ＡＢＯ₃で示されるペロブスカイト型酸化物からなることができ、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃：ＰＺＴ）の場合は、Ａサイトは鉛を含み、Ｂサイトは、ジルコニウムおよびチタンを含む。ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｏ₃：ＰＺＴＮの場合は、Ｂサイトはさらに、ニオブを含む。具体的には、圧電体層７０としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃：ＰＺＴ）、ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｏ₃：ＰＺＴＮ）、ケイ素を含むニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｏ₃：ＰＺＴＮＳなどを用いることができる。

また、圧電体層７０は、鉛を含まない非鉛系圧電材料、例えば、鉄酸ビスマスや鉄酸マンガン酸ビスマスと、チタン酸バリウムやチタン酸ビスマスカリウムとを含むペロブスカイト構造を有する複合酸化物などとしてもよい。

また、第２電極８０には、リード電極９０の一端がそれぞれ接続されている。リード電極９０の他端には、駆動回路１２０が設けられた配線基板１２１、例えば、ＣＯＦ等が接続されている。

流路形成基板１０の圧電アクチュエーター３００側の面には、流路形成基板１０と略同じ大きさを有する保護基板３０が接着剤２１２を介して接着されている。保護基板３０は、圧電アクチュエーター３００を保護するための空間である保持部３１を有する。また、保護基板３０には貫通孔３２が設けられている。リード電極９０の他端側は、この貫通孔３２内に露出するように延設され、リード電極９０と配線基板１２１とが貫通孔３２内で電気的に接続されている。

また、このような構成のヘッド本体１１には、複数の圧力発生室１２に連通するマニホールド１００をヘッド本体１１と共に画成するケース部材４０が接着剤２１３を介して接着されている。ケース部材４０は、平面視において上述した連通板１５と略同一形状を有し、保護基板３０に接着剤２１３によって固定されると共に、上述した連通板１５にも接着剤２１３によって固定されている。具体的には、ケース部材４０は、保護基板３０側に流路形成基板１０及び保護基板３０が収容される深さの凹部４１を有する。この凹部４１は、保護基板３０の流路形成基板１０に接合された面よりも広い開口面積を有する。そして、凹部４１に流路形成基板１０等が収容された状態で凹部４１のノズルプレート２０側の開口面が連通板１５によって封止されている。これにより、流路形成基板１０の外周部には、ケース部材４０とヘッド本体１１とによって第３マニホールド部４２が画成されている。そして、連通板１５に設けられた第１マニホールド部１７及び第２マニホールド部１８と、ケース部材４０と流路形成基板１０とによって画成された第３マニホールド部４２とによって本実施形態のマニホールド１００が構成されている。

なお、ケース部材４０の材料としては、例えば、樹脂や金属等を用いることができる。また、保護基板３０の材料は、保護基板３０が接着される流路形成基板１０と線膨張係数が同等の材料が好ましく、本実施形態では、シリコン単結晶基板を用いた。

また、連通板１５の第１マニホールド部１７及び第２マニホールド部１８が開口する液体噴射面２０ａ側の面には、コンプライアンス基板４５が設けられている。このコンプライアンス基板４５が、第１マニホールド部１７と第２マニホールド部１８の液体噴射面２０ａ側の開口を封止している。

このようなコンプライアンス基板４５は、本実施形態では、封止膜４６と、固定基板４７と、を備える。封止膜４６は、可撓性を有する薄膜であり、例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）やステンレス鋼（ＳＵＳ）等により形成された厚さが２０μｍ以下の薄膜からなり、固定基板４７は、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等の金属等の硬質の材料で形成される。この固定基板４７のマニホールド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４８となっているため、マニホールド１００の一方面には可撓性を有する封止膜４６のみで封止された可撓部であるコンプライアンス部が設けられる。

なお、ケース部材４０には、マニホールド１００に連通して各マニホールド１００にインクを供給するための導入路４４が設けられている。また、ケース部材４０には、保護基板３０の貫通孔３２に連通して配線基板１２１が挿通される接続口４３が設けられている。

このような構成の記録ヘッドＩでは、インクを噴射する際に、カートリッジ等のインク貯留手段から導入路４４を介して流路２２０にインクを取り込み、マニホールド１００からノズル開口２１に至るまで流路２２０の内部をインクで満たす。その後、駆動回路１２０からの信号に従い、圧力発生室１２に対応する各圧電アクチュエーター３００に電圧を印加することにより、圧電アクチュエーター３００と共に弾性膜５１及び絶縁体膜５２をたわみ変形させる。これにより、圧力発生室１２内の圧力が高まり所定のノズル開口２１からインク滴が噴射される。

ここで、本実施形態の記録ヘッドＩを構成するシリコン単結晶基板などのシリコン基板で形成されて積層された基板、すなわち、流路形成基板１０、連通板１５、ノズルプレート２０及び保護基板３０には、原子層堆積によって形成された酸化タンタル（ＴａＯ_X）又は酸化ハフニウム（ＨｆＯ_X）を主成分とする第１保護膜２００が設けられている。第１保護膜２００は、単一材料又は複合材料を単一の層に形成したものでもよく、複数の材料を積層した積層膜であってもよい。なお、原子層堆積によって形成されているとは、原子層堆積法（ＡＬＤ）によって成膜されていることを言う。

具体的には、第１保護膜２００は、流路形成基板１０と振動板５０と保護基板３０とを接着剤２１２で接着してから、原子層堆積法によって形成される。よって、保護基板３０と振動板５０との間、及び、振動板５０と流路形成基板１０との間には、第１保護膜２００が介在しない。また、連通板１５及びノズルプレート２０には、それぞれ他の基板と接合する前に、原子層堆積法によって第１保護膜２００が形成される。このため、流路形成基板１０と連通板１５との間には第１保護膜２００が介在する。同様に、連通板１５とノズルプレート２０との間にも第１保護膜２００が介在する。

第１保護膜２００は、酸化タンタル又は酸化ハフニウムの材料を用いることで、シリコン単結晶基板からなる流路形成基板１０、連通板１５、ノズルプレート２０及び保護基板３０などの基板や、振動板５０がインクにより侵食されるのを抑制することができる。なお、ここで言う耐液性とは、アルカリ性や酸性の液体や有機溶剤などの液体のインクに対する耐エッチング性のことである。特に、アルカリ性のインクに対しては、第１保護膜２００を酸化タンタル又は酸化ハフニウムで構成することがシリコン基板の耐液性の観点から好ましい。

なお、流路形成基板１０、連通板１５、及びノズルプレート２０のそれぞれのシリコン基板に直接に第１保護膜２００を形成する例に限定されない。流路形成基板１０、連通板１５、及びノズルプレート２０のそれぞれのシリコン基板に第２保護膜を形成してから、第２保護膜の外側に原子層堆積法（ＡＬＤ）によって第１保護膜２００を形成する方法も採用され得る。第２保護膜は、シリコン基板よりもインクに溶解しにくい材料で構成される。これにより、シリコン基板と第１保護膜２００との間に第２保護膜が介在するので、耐液性を一層高めることができる。さらに、第２保護膜の例として、シリコン基板に熱酸化処理を施すことによってシリコン基板に二酸化ケイ素などの酸化ケイ素の第２保護膜を形成する例が挙げられる。この方法によれば、酸化ハフニウムまたは酸化タンタルとシリコン基板との密着性を高めやすくすることができる。

また、第１保護膜２００を原子層堆積法（ＡＬＤ）によって形成することで、当該第１保護膜２００を高い膜密度で緻密な状態で形成することができる。そして、このように、第１保護膜２００を高い膜密度で形成することで、第１保護膜２００の耐液性を向上することができる。すなわち、第１保護膜２００は、酸化タンタル（ＴａＯ_X）又は酸化ハフニウム（ＨｆＯ_X）で形成することで、耐液性を有するものであるが、原子層堆積法（ＡＬＤ）によって形成することで、第１保護膜２００の耐液性をさらに向上することができる。したがって、第１保護膜２００の耐液性を向上して、振動板５０である弾性膜５１、流路形成基板１０、連通板１５、ノズルプレート２０及び保護基板３０、並びに接着剤２１２，２１３がインクによって溶解されるのを抑制することができる。また、原子層堆積法によって耐液性が高い膜密度の高い緻密な第１保護膜２００を形成することができるため、第１保護膜２００をＣＶＤ法等によって形成する場合に比べて薄い膜厚で形成しても、十分な耐液性を確保することができる。したがって、第１保護膜２００を比較的薄い膜厚で形成して、第１保護膜２００が振動板５０の変位を阻害するのを抑制して、振動板５０の変位量が低下するのを抑制することができる。また、振動板５０がインクによって侵食されるのを抑制することができるため、振動板５０の変位特性にばらつきが生じるのを抑制して、振動板５０を安定した変位特性で変形させることができる。

また、第１保護膜２００を原子層堆積法によって形成することによって、圧力発生室１２やノズル連通路１６及びインク供給路１９等の複雑な形状を有する流路２２０の内面に略均一な膜厚でカバレッジ良く第１保護膜２００を形成することができる。特に、ノズル開口２１、ノズル連通路１６及びインク供給路１９は、開口面積が小さく、内面に第１保護膜２００を形成するのが困難であるが、第１保護膜２００を原子層堆積法によって形成することで、開口面積が小さなノズル開口２１、ノズル連通路１６及びインク供給路１９等の内面に略均一な膜厚で第１保護膜２００を形成することができる。また、ノズル開口２１、ノズル連通路１６及びインク供給路１９等の角部などのカバレッジ不良が発生し易い領域にも確実に膜密度の高い第１保護膜２００を形成することができ、各基板の耐液性が著しく向上する。

ここで、本実施形態の記録ヘッドＩの製造方法について、図４〜図１２を参照して説明する。なお、図４〜図１２は、実施形態１に係る記録ヘッドＩの製造方法を示す要部を拡大した断面図である。

図４に示すように、シリコンウェハーであり複数の流路形成基板１０となる流路形成基板用ウェハー１１０の一方面に振動板５０を形成する。本実施形態では、流路形成基板用ウェハー１１０を熱酸化することによって形成した二酸化ケイ素の弾性膜５１と、スパッタリング法で成膜後、熱酸化することによって形成した酸化ジルコニウムの絶縁体膜５２との積層からなる振動板５０を形成した。

振動板５０の材料は、二酸化ケイ素、酸化ジルコニウムに限定されず、窒化ケイ素（Ｓｉ₃Ｎ₄）、酸化チタン（ＴｉＯ₂）、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ₂）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、アルミン酸ランタン（ＬａＡｌＯ₃）等を用いるようにしてもよい。また、弾性膜５１の形成方法は熱酸化に限定されず、スパッタリング法、ＣＶＤ法、蒸着法、スピンコート法等又はこれらの組み合わせによって形成してもよい。

次に、図５に示すように、振動板５０上に、圧電アクチュエーター３００とリード電極９０とを形成する。これら圧電アクチュエーター３００の各層及びリード電極９０は成膜及びリソグラフィー法により圧力発生室１２毎に形成することができる。また、圧電体層７０は、例えば、ゾル−ゲル法、ＭＯＤ法、スパッタリング法又はレーザーアブレーション法等のＰＶＤ法等を用いて形成することができる。

次に、図６に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０の圧電アクチュエーター３００側に、シリコンウェハーであり複数の保護基板３０となる保護基板用ウェハー１３０を接着剤２１２を介して接合する。この流路形成基板用ウェハー１１０に接合する保護基板用ウェハー１３０には、予め保持部３１及び貫通孔３２等が形成されたものであり、この保護基板用ウェハー１３０と流路形成基板用ウェハー１１０とを接着剤２１２を介して接着する。なお、保護基板用ウェハー１３０に保持部３１及び貫通孔３２を形成する方法は特に限定されず、例えば、ＫＯＨ等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチングによって高精度に形成することができる。

次に、図７に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０を所定の厚みに薄くした後、流路形成基板用ウェハー１１０を保護基板用ウェハー１３０とは反対面側から図示しないマスクを介して異方性エッチングすることにより、圧電アクチュエーター３００に対応する圧力発生室１２を形成する。

次に、流路形成基板用ウェハー１１０と保護基板用ウェハー１３０との不要部分を除去すると共に、流路形成基板用ウェハー１１０と保護基板用ウェハー１３０とを図１に示すような一つのチップサイズの流路形成基板１０及び保護基板３０に分割する。

次に、図８に示すように、流路形成基板１０、振動板５０、及び保護基板３０が接合された接合体に原子層堆積法によって酸化タンタル（ＴａＯ_X）又は酸化ハフニウム（ＨｆＯ_X）を主成分とする第１保護膜２００を形成する。なお、第１保護膜２００を形成する前に流路形成基板１０に熱酸化処理を施して、流路形成基板１０に第２保護膜を形成してもよい。

次に、図９に示すように、第１保護膜２００が成膜された連通板１５を準備する。連通板１５には、原子層堆積法によって酸化タンタル（ＴａＯ_X）又は酸化ハフニウム（ＨｆＯ_X）を主成分とする第１保護膜２００が形成される。ここで、連通板１５には、第１保護膜２００を形成する前にノズル連通路１６、第１マニホールド部１７、第２マニホールド部１８、インク供給路１９が形成される。なお、第１保護膜２００を形成する前に連通板１５に熱酸化処理を施して、連通板１５に第２保護膜を形成してから第１保護膜２００を形成してもよい。また、流路形成基板１０に形成する第１保護膜２００の材料と連通板１５に形成する第１保護膜２００の材料とは、酸化タンタルまたは酸化ハフニウムのいずれかに統一することが好ましい。

次に、図１０に示すように、分割した流路形成基板１０に連通板１５を接合する。このとき、流路形成基板１０と連通板１５とは、表面活性化接合により接着剤を介さずに第１保護膜２００同士で接合される。表面活性化接合の手法としては、常温高真空中で中性アルゴン原子ビームなどにより基板表面を活性化して接合する常温活性化接合や、基板表面をプラズマ照射により親水化して、ヒドロキシ基による水素結合で接合するプラズマ活性化接合があげられる。

次に、図１１に示すように、第１保護膜２００が成膜されたノズルプレート２０を準備する。ノズルプレート２０には、原子層堆積法によって酸化タンタル（ＴａＯ_X）又は酸化ハフニウム（ＨｆＯ_X）を主成分とする第１保護膜２００が形成される。ここで、ノズルプレート２０には、第１保護膜２００を形成する前にノズル開口２１が形成され、かつ液体噴射面２０ａに撥液膜２４が形成される。なお、第１保護膜２００を形成する前にノズルプレート２０に熱酸化処理を施して、ノズルプレート２０に第２保護膜を形成してから第１保護膜２００を形成してもよい。また、ノズルプレート２０に形成する第１保護膜２００の材料と連通板１５に形成する第１保護膜２００の材料とは、酸化タンタルまたは酸化ハフニウムのいずれかに統一することが好ましい。

次に、図１２に示すように、連通板１５にノズルプレート２０を接合する。このとき、連通板１５とノズルプレート２０とは、上述した表面活性化接合により接着剤を介さずに第１保護膜２００同士で接合される。

その後は、連通板１５にコンプライアンス基板４５を接合すると共に、ケース部材４０を接合することで、図２に示す本実施形態の記録ヘッドＩとすることができる。

実施形態１によれば、記録ヘッドＩの流路２２０を構成する流路形成基板１０、連通板１５、及びノズルプレート２０が接着剤を介さず接合され、これら複数のシリコン基板の接合面２１０及び接合面２１１、並びに接合面２１０及び接合面２１１から流路２２０の内壁表面まで連続する第１保護膜２００が設けられている。第１保護膜２００は、シリコン基板よりも液体に溶解しにくい。このため、接合界面に接着剤に由来する樹脂が存在しないので、樹脂の膨潤や溶解による剥がれの発生、流路構造内の樹脂の這い上がりの発生、及び記録ヘッドＩ内の応力むら発生による噴射性能のばらつきを抑制することができる。

（他の実施形態）
以上、実施形態１の基本的な構成について説明したが、基本的な構成は上述したもの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１０とノズルプレート２０とを連通板１５を介して接合するようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、流路形成基板１０とノズルプレート２０とを直接接合するようにしてもよい。また、ノズルプレート２０と流路形成基板１０との間には連通板１５以外の他の基板を介在させてもよい。

また、上述した実施形態１では、ケース部材４０を樹脂又は金属で形成するようにしたが、ケース部材４０がインクによって侵食される材料で形成されている場合には、ケース部材４０の流路２２０の内面及び接合面に原子層堆積法によって形成された第１保護膜２００を設けるようにすればよい。

また、上述した実施形態１では、ノズル開口２１からインク滴を吐出する圧力発生手段として、薄膜型の圧電アクチュエーター３００を用いて説明したが、特にこれに限定されるものではなく、例えば、グリーンシートを貼付する等の方法により形成される厚膜型の圧電アクチュエーターや、圧電材料と電極形成材料とを交互に積層させて軸方向に伸縮させる縦振動型の圧電アクチュエーターなどを使用することができる。また、圧力発生手段として、圧力発生室内に発熱素子を配置して、発熱素子の発熱で発生するバブルによってノズル開口から液滴を吐出するものや、振動板と電極との間に静電気を発生させて、静電気力によって振動板を変形させてノズル開口から液滴を吐出させるいわゆる静電式アクチュエーターなどを使用することができる。

また、これら各実施形態の記録ヘッドは、カートリッジ等と連通するインク流路を備え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１３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。インクジェット式記録装置ＩＩは、液体噴射装置の一例である。

図１３に示すインクジェット式記録装置ＩＩにおいて、複数の記録ヘッドＩを有する記録ヘッドユニット１Ａ，１Ｂは、インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａ，２Ｂが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａ，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，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、駆動モーター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，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ー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。

なお、上述したインクジェット式記録装置ＩＩでは、記録ヘッドＩがキャリッジ３に搭載されて主走査方向に移動するものを例示したが、特にこれに限定されず、例えば、記録ヘッドＩが固定されて、紙等の記録シートＳを副走査方向に移動させるだけで印刷を行う、所謂ライン式記録装置にも適用することができる。

また、上述した例では、インクジェット式記録装置ＩＩは、液体貯留手段であるカートリッジ２Ａ，２Ｂがキャリッジ３に搭載された構成であるが、特にこれに限定されず、例えば、インクタンク等の液体貯留手段を装置本体４に固定して、貯留手段と記録ヘッドＩとをチューブ等の供給管を介して接続してもよい。また、液体貯留手段がインクジェット式記録装置ＩＩに搭載されていなくてもよい。

なお、上記実施の形態においては、液体噴射ヘッドの一例として記録ヘッドを、また液体噴射装置の一例としてインクジェット式記録装置を挙げて説明したが、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドや液体噴射装置にも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、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（電界放出ディスプレイ）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、かかる液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置にも適用できる。

Ｉ…記録ヘッド、ＩＩ…インクジェット式記録装置、１Ａ…記録ヘッドユニット、１Ｂ…記録ヘッドユニット、２Ａ…カートリッジ、２Ｂ…カートリッジ、３…キャリッジ、４…装置本体、５…キャリッジ軸、６…駆動モーター、７…タイミングベルト、８…プラテン、１２…圧力発生室、２０…ノズルプレート、２０ａ…液体噴射面、２１…ノズル開口、３０…保護基板、４０…ケース部材、４５…コンプライアンス基板、１００…マニホールド、２００…第１保護膜、２１０…接合面、２１１…接合面、２２０…流路、３００…圧電アクチュエーター。

Claims (5)

1. 液体を噴射するノズル開口に連通する流路が設けられ、前記流路を構成する複数のシリコン基板が接着剤を介さず接合し、前記複数のシリコン基板の接合面及び前記接合面から前記流路の内壁表面まで連続する、前記シリコン基板より前記液体に溶解しにくい第１保護膜が設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
2. 前記液体がアルカリ性であり、前記第１保護膜が酸化ハフニウム又は酸化タンタルを含むことを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
3. 前記第１保護膜と各前記シリコン基板との間に、前記シリコン基板より前記液体に溶解しにくい第２保護膜が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の液体噴射ヘッド。
4. 前記第２保護膜が二酸化ケイ素からなることを特徴とする請求項３に記載の液体噴射ヘッド。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置。

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