JP4081664B2 - 液体噴射ヘッド及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被噴射液を吐出する液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置に関し、特に、インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室に供給されたインクを圧電素子によって加圧することにより、ノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッド及びその製造方法並びにインクジェット式記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧してノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドには、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦振動モードの圧電アクチュエータを使用したものと、たわみ振動モードの圧電アクチュエータを使用したものの２種類が実用化されている。
【０００３】
前者は圧電素子の端面を振動板に当接させることにより圧力発生室の容積を変化させることができて、高密度印刷に適したヘッドの製作が可能である反面、圧電素子をノズル開口の配列ピッチに一致させて櫛歯状に切り分けるという工程や、切り分けられた圧電素子を圧力発生室に位置決めして固定する作業がある。
【０００４】
これに対して後者は、圧電材料のグリーンシートを圧力発生室の形状に合わせて貼付し、これを焼成するという比較的簡単な工程で振動板に圧電素子を作り付けることができる。
【０００５】
このようなインクジェット式記録ヘッドでは、一般に、各圧力発生室の共通のインク室となるリザーバが形成されており、このリザーバから各圧力発生室にインクが供給されるようになっている。そして、リザーバとしては、例えば、圧力発生室が形成される流路形成基板に設けられた連通部と、流路形成基板の圧電素子側の面に接合されたリザーバ形成基板に設けられたリザーバ部とで構成されたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−２９６６１６号公報（第８−１３頁、第１−２図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなインクジェット式記録ヘッドでは、リザーバの一部を機械的に破断させることによって流路が形成されているため、リザーバを構成する内面にクラックが生じる場合がある。このようなリザーバにインクを充填して使用していると、リザーバの内面のクラックが生じている部分がはがれ、その破片がノズル開口を塞いでしまい吐出不良が発生するという問題がある。
【０００８】
また、各基板等を接合する際に位置決めのために用いられる位置決め孔等も、リザーバと同様にその一部が機械的に破断させて形成しているため、このとき発生した破断片等の異物によって吐出不良等が発生する虞もある。
【０００９】
なお、このような問題は、インクを吐出するインクジェット式記録ヘッドだけでなく、勿論、インク以外の液体を噴射する他の液体噴射ヘッドにおいても、同様に存在する。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑み、異物による吐出不良を防止した液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、複数のノズル開口が穿設されたノズルプレートと、前記ノズル開口に連通する圧力発生室が画成される流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に振動板を介して設けられた下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子と、前記流路形成基板の前記圧電素子側に接合される接合基板とを具備し、前記流路形成基板に設けられた貫通部と前記接合基板に設けられた貫通部とが前記圧電素子を構成する少なくとも一層を含む積層体に設けられた連通部により連通された液体噴射ヘッドにおいて、前記積層体の前記接合基板側の面の前記連通部周縁部には樹脂材料からなる被覆層が設けられており、且つ前記連通部の内周縁部の前記積層体が樹脂材料からなる保護膜によって覆われていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００１２】
かかる第１の態様では、被膜層によって積層膜の他の層が固定されるため、積層膜にクラックが生じたり、破断して破断片を生じたりすることがない。また積層膜が保護膜によって固定されるため、破断片の発生を確実に防止できる。さらに、液体の流れがスムーズになるため、液体の吐出特性が向上する。
【００３３】
本発明の第２の態様は、複数のノズル開口が穿設されたノズルプレートと、前記ノズル開口に連通する圧力発生室が画成される流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に振動板を介して設けられた下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子と、前記流路形成基板の前記圧電素子側に接合される接合基板とを具備し、且つ前記流路形成基板に設けられる貫通部と前記接合基板に設けられる貫通部とが連通する連通部を有する液体噴射ヘッドの製造方法において、前記流路形成基板の前記圧電素子側の面に前記接合基板を樹脂材料からなる接着剤によって接着する際に、前記接着剤を前記連通部を形成する領域へ向けて当該連通部の内周縁部に対応する領域まではみ出させることにより前記接着剤からなる被覆層を形成する工程と、前記圧電素子を構成する少なくとも一層を含む積層体を前記被覆層に沿って除去することで前記流路形成基板に設けられた貫通部と前記接合基板に設けられた貫通部とを連通させて前記連通部を形成する工程とを有することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
【００３４】
かかる第２の態様では、被膜層を形成後に連通部を形成することにより、連通部の内周縁部が被膜層によって固定され、破断片等の異物の発生を防止できる。また被膜層を比較的容易に形成することができ、製造工程を簡略化できる。
【００３７】
本発明の第３の態様は、機械的又はレーザ加工によって前記連通部を形成することを特徴とする第２の態様の液体噴射ヘッドの製造方法にある。
【００３８】
かかる第３の態様では、連通部を比較的容易に形成することができる。
【００３９】
本発明の第４の態様は、前記流路形成基板の前記圧電素子とは反対側の面に前記ノズルプレートを接着した後に、前記連通部を形成することを特徴とする第２又は３の態様の液体噴射ヘッドの製造方法にある。
【００４０】
かかる第４の態様では、ノズルプレートによって流路形成基板の剛性が向上するため、連通部を形成する際に流路形成基板に割れが発生するのを防止することができる。
【００４１】
本発明の第５の態様は、前記連通部を形成するまでの一連の工程を、複数の流路形成基板が一体的に形成されたウェハの状態で行うと共に、前記連通部を形成後に前記ウェハを各流路形成基板に分割する工程を有し、且つ前記被膜層を形成する工程では、前記連通部の内周縁部に対応する領域と共に前記流路形成基板と前記接合基板との接合面の当該接合基板の外周縁部に亘って前記被膜層をさらに設けることを特徴とする第２〜４の何れか一つの液体噴射ヘッドの製造方法にある。
【００４２】
かかる第５の態様では、ウェハが被膜層に沿って分割されて分割面が比較的平坦となるため、破断片等の異物の発生が抑えられる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００４４】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図であり、図２は、その平面図及び断面図である。
【００４５】
図示するように、流路形成基板１０は、本実施形態では面方位（１１０）のシリコン単結晶基板からなる。流路形成基板１０としては、通常、１５０〜３００μｍ程度の厚さのものが用いられ、望ましくは１８０〜２８０μｍ程度、より望ましくは２２０μｍ程度の厚さのものが好適である。これは、隣接する圧力発生室間の隔壁の剛性を保ちつつ、配列密度を高くできるからである。
【００４６】
流路形成基板１０の一方の面は開口面となり、他方の面には予め熱酸化により形成した二酸化シリコンからなる、厚さ１〜２μｍの弾性膜５０が形成されている。
【００４７】
一方、流路形成基板１０の開口面には、シリコン単結晶基板を異方性エッチングすることにより、複数の隔壁により区画された圧力発生室１２が幅方向に並設され、その長手方向外側には、後述するリザーバ形成基板３０のリザーバ部３１に連通して各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１００の一部を構成するインク連通孔１３が流路形成基板１０を貫通して設けられ、各圧力発生室１２の長手方向一端部とそれぞれインク供給路１４を介して連通されている。
【００４８】
また、流路形成基板１０のインク連通孔１３とは反対側の端部近傍には、後述するリザーバ形成基板３０等との組立時に、位置決めをするための位置決め孔１５が形成されている。
【００４９】
ここで、異方性エッチングは、シリコン単結晶基板のエッチングレートの違いを利用して行われる。例えば、本実施形態では、シリコン単結晶基板をＫＯＨ等のアルカリ溶液に浸漬すると、徐々に侵食されて（１１０）面に垂直な第１の（１１１）面と、この第１の（１１１）面と約７０度の角度をなし且つ上記（１１０）面と約３５度の角度をなす第２の（１１１）面とが出現し、（１１０）面のエッチングレートと比較して（１１１）面のエッチングレートが約１／１８０であるという性質を利用して行われる。かかる異方性エッチングにより、二つの第１の（１１１）面と斜めの二つの第２の（１１１）面とで形成される平行四辺形状の深さ加工を基本として精密加工を行うことができ、圧力発生室１２を高密度に配列することができる。
【００５０】
本実施形態では、各圧力発生室１２の長辺を第１の（１１１）面で、短辺を第２の（１１１）面で形成している。この圧力発生室１２は、流路形成基板１０をほぼ貫通して弾性膜５０に達するまでエッチングすることにより形成されている。ここで、弾性膜５０は、シリコン単結晶基板をエッチングするアルカリ溶液に侵される量がきわめて小さい。また各圧力発生室１２の一端に連通する各インク供給路１４は、圧力発生室１２より浅く形成されており、圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。すなわち、インク供給路１４は、シリコン単結晶基板を厚さ方向に途中までエッチング（ハーフエッチング）することにより形成されている。なお、ハーフエッチングは、エッチング時間の調整により行われる。
【００５１】
また、流路形成基板１０の開口面側には、各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側で連通するノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が接着剤や熱溶着フィルム等を介して固着されている。なお、ノズルプレート２０は、厚さが例えば、０．１〜１ｍｍで、線膨張係数が３００℃以下で、例えば２．５〜４．５［×１０-6／℃］であるガラスセラミックス、又は不錆鋼などからなる。ノズルプレート２０は、一方の面で流路形成基板１０の一面を全面的に覆い、シリコン単結晶基板を衝撃や外力から保護する補強板の役目も果たす。
【００５２】
一方、流路形成基板１０の開口面とは反対側の弾性膜５０の上には、厚さが例えば、約０．２μｍの下電極膜６０と、厚さが例えば、約１μｍの圧電体膜７０と、厚さが例えば、約０．１μｍの上電極膜８０とが、後述するプロセスで積層形成されて、圧電素子３００を構成している。ここで、圧電素子３００は、下電極膜６０、圧電体膜７０及び上電極膜８０を含む部分をいう。一般的には、圧電素子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膜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膜から構成され、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、下電極膜６０は圧電素子３００の共通電極とし、上電極膜８０を圧電素子３００の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。何れの場合においても、各圧力発生室毎に圧電体能動部が形成されていることになる。
【００５３】
また、圧電素子３００の上電極膜８０の長手方向一端部近傍から流路形成基板１０の端部近傍まで、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０が延設されている。そして、このリード電極９０の端部近傍には圧電素子３００を駆動するための外部配線（図示なし）が電気的に接続されている。
【００５４】
また、流路形成基板１０の圧電素子３００側には、リザーバ１００の少なくとも一部を構成するリザーバ部３１を有するリザーバ形成基板３０が、接着剤２５によって接着されている。
【００５５】
リザーバ部３１は、リザーバ形成基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２の幅方向に亘って形成されており、上述のように流路形成基板１０のインク連通孔１３と連通されて各圧力発生室１０の共通のインク室となるリザーバ１００を構成している。
【００５６】
図３は、リザーバ１００付近の一部拡大断面図であり、図３に示すように、リザーバ形成基板３０のリザーバ部３１と流路形成基板１０のインク連通孔１３とは、圧力発生室１２に液体を供給するための液体供給部であるリザーバ連通部１１０を介して連通されている。そして、このリザーバ連通部１１０の内周縁部には、樹脂材料からなる被膜層１２１を含む積層膜１２０が設けられている。この積層膜１２０は、本実施形態では、被膜層１２１と、弾性膜５０と、圧電素子３００を構成する下電極膜６０、圧電体膜７０及び上電極膜８０とで構成されている。
【００５７】
この積層膜１２０を構成する被膜層１２１は、例えば、エポキシ系、アクリル系、ウレタン系又はシリコン系等の樹脂材料からなり、厚さ１〜１０μｍ、幅１０〜１００μｍ程度で形成することが好ましい。
【００５８】
また、この被膜層１２１は、本実施形態では、流路形成基板１０とリザーバ形成基板３０とを接合するための接着剤２５で形成されている。すなわち、流路形成基板１０とリザーバ形成基板３０とを接着する際に、リザーバ部３１の内側に接着剤２５をはみ出させることによって形成されている。
【００５９】
このように、リザーバ連通部１１０の内周縁部に設けられる積層膜１２０が被膜層１２１を含んでいるため、印刷実行時にインク中に積層膜１２０が剥がれて破断片が混入することがないため、ノズル詰まりによるインク滴の吐出不良を防止することができる。
【００６０】
なお、本実施形態では、積層膜１２０が被膜層１２１、弾性膜５０及び圧電素子３００を構成する各層で構成されているが、積層膜１２０は、少なくとも被膜層１２１を有していれば、他の層は特に限定されない。例えば、積層膜は、被膜層と弾性膜とで構成されていてもよいし、被膜層と圧電素子を構成する層の少なくとも一層とで構成されていてもよい。また、勿論、被膜層は圧電素子とは別途設けた層で構成されていてもよい。
【００６１】
一方、リザーバ形成基板３０の圧電素子３００に対向する領域には、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を確保した状態で、その空間を密封可能な圧電素子保持部３２が設けられ、圧電素子３００は、この圧電素子保持部３２内に密封されている。
【００６２】
また、リザーバ形成基板３０には、流路形成基板１０との組立時に、位置決めをするための位置決め孔３３が設けられており、流路形成基板１０に設けられている位置決め孔１５と位置決め連通部１３０を介して連通している。
【００６３】
そして、この位置決め連通部１３０の内周縁部に対応する領域にも、リザーバ連通部１１０と同様に、樹脂材料からなる被膜層１２１を含む積層膜１２０が設けられている。本実施形態では、この位置決め連通部１３０の積層膜１２０は、被膜層１２１と弾性膜５０とで構成され、弾性膜５０が被膜層１２１によって固定されるため、弾性膜５０が剥がれ落ちて異物が発生することがない。
【００６４】
なお、このリザーバ形成基板３０には、封止膜４１及び固定板４２とからなるコンプライアンス基板４０が接合されている。ここで、封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料、例えば、厚さが６μｍのポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）フィルムからなり、この封止膜４１によってリザーバ部３１の一方面が封止されている。また、固定板４２は、金属等の硬質の材料、例えば、厚さが３０μｍのステンレス鋼（ＳＵＳ）等で形成される。この固定板４２のリザーバ１００に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口となっているため、リザーバ１００の一方面は可撓性を有する封止膜４１のみで封止され、内部圧力の変化によって変形可能な可撓部３４となっている。
【００６５】
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、図示しない外部インク供給手段からインクを取り込み、リザーバ１００からノズル開口２１に至るまで内部をインクで満たした後、図示しない外部の駆動回路からの記録信号に従い、圧力発生室１２に対応するそれぞれの下電極膜６０と上電極膜８０との間に電圧を印加し、弾性膜５０、下電極膜６０及び圧電体膜７０をたわみ変形させることにより、各圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口２１からインク滴が吐出する。
【００６６】
次に、このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドの製造工程について、図４〜図７を参照して説明する。
【００６７】
まず、図４（ａ）に示すように、流路形成基板１０の一方面に弾性膜５０を形成する。具体的には、例えば、厚さが２２０［μｍ］の流路形成基板１０となるシリコン単結晶基板を約１１００［℃］の拡散炉で熱酸化することにより、流路形成基板１０の一方面に酸化シリコンからなる弾性膜５０を形成する。
【００６８】
次に、図４（ｂ）に示すように、スパッタリングで下電極膜６０を弾性膜５０の全面に形成後、下電極膜６０をパターニングして全体パターンを形成する。この下電極膜６０の材料としては、白金（Ｐｔ）等が好適である。これは、スパッタリング法やゾル−ゲル法で成膜する後述の圧電体膜７０は、成膜後に大気雰囲気下又は酸素雰囲気下で６００〜１０００［℃］程度の温度で焼成して結晶化させる必要があるからである。すなわち、下電極膜６０の材料は、このような高温、酸化雰囲気下で導電性を保持できなければならず、殊に、圧電体膜７０としてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いた場合には、酸化鉛の拡散による導電性の変化が少ないことが望ましく、これらの理由から白金が好適である。
【００６９】
次に、図４（ｃ）に示すように、圧電体膜７０を成膜する。この圧電体膜７０は、結晶が配向していることが好ましい。例えば、本実施形態では、金属有機物を触媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥してゲル化し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電体膜７０を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて形成することにより、結晶が配向している圧電体膜７０とした。圧電体膜７０の材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛系の材料がインクジェット式記録ヘッドに使用する場合には好適である。なお、この圧電体膜７０の成膜方法は、特に限定されず、例えば、スパッタリング法で形成してもよい。
【００７０】
さらに、ゾル−ゲル法又はスパッタリング法等によりチタン酸ジルコン酸鉛の前駆体膜を形成後、アルカリ水溶液中での高圧処理法にて低温で結晶成長させる方法を用いてもよい。
【００７１】
何れにしても、このように成膜された圧電体膜７０は、バルクの圧電体とは異なり結晶が優先配向しており、且つ本実施形態では、圧電体膜７０は、結晶が柱状に形成されている。なお、優先配向とは、結晶の配向方向が無秩序ではなく、特定の結晶面がほぼ一定の方向に向いている状態をいう。また、結晶が柱状の薄膜とは、略円柱体の結晶が中心軸を厚さ方向に略一致させた状態で面方向に亘って集合して薄膜を形成している状態をいう。勿論、優先配向した粒状の結晶で形成された薄膜であってもよい。なお、このように薄膜工程で製造された圧電体層の厚さは、一般的に０．２〜５［μｍ］である。
【００７２】
次に、図４（ｄ）に示すように、上電極膜８０を成膜する。上電極膜８０は、導電性の高い材料であればよく、アルミニウム、金、ニッケル、白金、イリジウム等の多くの金属や、導電性酸化物等を使用できる。本実施形態では、イリジウムをスパッタリングにより成膜している。
【００７３】
次に、図５（ａ）に示すように、圧電体膜７０及び上電極膜８０のみをパターニングして、各圧力発生室１２に対向する領域に圧電素子３００を形成する。なお、本実施形態では、インク連通孔１３に対応する領域にも圧電素子を構成する各層を残すようにした。なお、インク連通孔１３に対応する領域の各層は、圧電素子３００とは不連続となるようにパターニングする。
【００７４】
次に、図５（ｂ）に示すように、リード電極９０を形成する。具体的には、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０を流路形成基板１０の全面に亘って形成すると共に、各圧電素子３００毎にパターニングする。
【００７５】
以上が膜形成プロセスである。このようにして膜形成を行った後、図５（ｃ）に示すように、前述したアルカリ溶液によるシリコン単結晶基板の異方性エッチングを行い、圧力発生室１２、インク供給路１４及びインク連通孔１３を同時に形成する。
【００７６】
なお、本実施形態では、積層膜１２０の最下層、すなわち、最も流路形成基板１０側の層が弾性膜５０であり、この弾性膜５０が耐エッチング性を有する材料からなるため、流路形成基板１０を弾性膜５０に達するまでエッチングすることにより流路形成基板１０を貫通するインク連通孔１３を容易に形成することができる。
【００７７】
また、インク連通孔１３に対応する領域に弾性膜５０及び圧電素子３００を構成する各層が残されているため、エッチングの際に圧電素子３００側にアルカリ溶液が流れ込むことがなく、圧電素子３００が破壊されるのを防止することができる。
【００７８】
次に、図６（ａ）に示すように、流路形成基板１０とリザーバ形成基板３０とを接着剤２５によって接着する。具体的には、流路形成基板１０の位置決め孔１５を塞いでいる弾性膜５０を機械的に除去して位置決め連通部１３０を形成した後、流路形成基板１０の位置決め孔１５とリザーバ形成基板３０の位置決め孔３３とに位置決め部材１４０を挿入し、流路形成基板１０とリザーバ形成基板３０とを所定位置に位置決めした状態で接着する。
【００７９】
このとき、図６（ｂ）に示すように、流路形成基板１０とリザーバ形成基板３０とを接着するための接着剤２５が、リザーバ形成基板３０のリザーバ部３１内まではみ出すことによって被膜層１２１が形成される。
【００８０】
また、リザーバ部３１と同様に、位置決め孔３３内に接着剤２５がはみ出すことによって被膜層１２１が形成され、位置決め連通部１３０の内周縁部に対応する領域に被膜層１２１と弾性膜５０とからなる積層膜１２０が形成される。これにより、位置決め貫通部１３０の弾性膜５０が被膜層１２１によって固定されて一体化するため、その後の組立て工程で破断片などの異物の発生を防止することができる。
【００８１】
なお、このような被膜層１２１は、流路形成基板１０とリザーバ形成基板３０とを接着する接着剤２５で形成されたものに限定されず、勿論、この接着剤２５とは別途設けるようにしてもよい。
【００８２】
次に、図７（ａ）に示すように、ノズルプレート２０の位置決め孔２２に位置決め部材１４０を挿入して所定位置に位置決めし、接着剤２６によって流路形成基板１０の圧力発生室１２側にノズルプレート２０を接着する。
【００８３】
その後、図７（ｂ）に示すように、リザーバ部３１とインク連通孔１３とが連通するリザーバ連通部１１０を形成する。すなわち、弾性膜５０、下電極膜６０、圧電体膜７０及び上電極膜８０の各層に、例えば、リザーバ部３１側から針状の孔あけ治具１５０によって機械的に力を加えることにより、これらの各層を破壊して除去する。このとき、被膜層１２１が設けられている部分の各層はこの被膜層１２１によって固定されているため、弾性膜５０等の上記各層は被膜層１２１に沿って除去される。そして、リザーバ連通部１１０の内周縁部には、被膜層１２１と、弾性膜５０、下電極膜６０、圧電体膜７０及び上電極膜８０とからなる積層膜１２０が形成される（図３参照）。
【００８４】
このように、被膜層１２１を形成した後にリザーバ連通部１１０を形成することにより、弾性膜５０、下電極膜６０、圧電体膜７０及び上電極膜８０は、被膜層１２１に沿って除去されて破断面が比較的平坦になる。すなわち、リザーバ連通部１１０の内面が比較的平坦となるため、リザーバ１００内のインクの流れが阻害されることがなく、安定したインク吐出特性が得られる。また、リザーバ連通部１１０の内周縁部に残った積層膜１２０は、被膜層１２１によって固定されているため、印刷時等に欠けて異物が発生することがなく、ノズル詰まり等による吐出不良の発生を防止することができる。
【００８５】
なお、その後は、図示しないが、リザーバ形成基板３０上にコンプライアンス基板４０を接合することにより、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドとなる。
【００８６】
また、実際には、このような一連の工程によって、一枚のウェハ上に多数のチップを同時に形成し、プロセス終了後、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毎に分割する。
【００８７】
このため、流路形成基板１０とリザーバ形成基板３０とを接着剤２５で接着する際に、接着剤２５をリザーバ形成基板３０の外周縁部に亘ってはみ出させて、リザーバ形成基板３０の外周縁部にも被膜層を形成するようにしてもよい。これにより、ウェハを各流路形成基板１０毎に比較的きれいに分割することができ、そのときに破断片等の異物が発生するのを防止することができる。そして、この場合、各流路形成基板１０毎に分割した後には、リザーバ形成基板３０の外周縁部にも被膜層を有する積層膜が残ることになる。
【００８８】
（実施形態２）
図８は、実施形態２に係るインクジェット式記録ヘッドの拡大断面図である。
【００８９】
本実施形態は、積層膜１２０の欠け等による異物の発生をより確実に防止した例であり、図８に示すように、リザーバ連通部１１０の積層膜１２０を樹脂材料からなる保護膜１６０で覆うようにした以外は、実施形態１と同様である。
【００９０】
これにより、積層膜１２０からの異物がインクに混入して、ノズル詰まりを発生させることがない。また、この保護膜１６０によってリザーバ１００内のインクの流れがよりスムーズになるため、インク吐出特性を向上することができる。
【００９１】
（他の実施形態）
以上、本発明の各実施形態を説明したが、インクジェット式記録ヘッドの基本的構成は上述したものに限定されるものではない。
【００９２】
例えば、上述した各実施形態は、成膜及びリソグラフィプロセスを応用することにより製造できる薄膜型のインクジェット式記録ヘッドを例にしたが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、基板を積層して圧力発生室を形成するもの、あるいはグリーンシートを貼付もしくはスクリーン印刷等により圧電体層を形成するもの、又は水熱法等の結晶成長により圧電体層を形成するもの等、各種の構造のインクジェット式記録ヘッドに本発明を採用することができる。
【００９３】
このように、本発明は、その趣旨に反しない限り、種々の構造のインクジェット式記録ヘッドに応用することができる。
【００９４】
また、これら各実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備す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９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。
【００９５】
図９に示すように、インクジェット式記録ヘッドを有する記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａ及び２Ｂが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａ及び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及び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。
【００９６】
そして、駆動モータ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及び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３に沿ってプラテン８が設けられている。このプラテン８は図示しない紙送りモータの駆動力により回転できるようになっており、給紙ローラ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上を搬送されるようになっている。
【００９７】
なお、液体噴射ヘッドとしてインクを吐出するインクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置を一例として説明したが、本発明は、広く液体噴射ヘッド及び液体噴射装置全般を対象としたものである。液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（面発光ディスプレー）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を挙げることができる。
【００９８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では、流路形成基板の貫通部と接合基板に設けられる貫通部とが連通する連通部の内周縁部に対応する領域に樹脂材料からなる被膜層を含む積層膜を設けるようにしたので、被膜層によって積層膜の他の層が固定されるため、積層膜に欠けが生じて異物が発生するのを防止することができる。
【００９９】
したがって、液体中に異物が入り込むことがなく、ノズル詰まり等の吐出不良を防止でき、常に良好な液体吐出特性を確保することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図である。
【図２】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの平面図及び断面図である。
【図３】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの要部を示す拡大断面図である。
【図４】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図６】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図７】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図８】本発明の実施形態２に係るインクジェット式記録ヘッドの要部を示す拡大断面図である。
【図９】本発明の一実施形態に係るインクジェット式記録装置の概略図である。
【符号の説明】
１０ 流路形成基板
１２ 圧力発生室
１３ インク連通孔
１５，２２，３３ 位置決め孔
２０ ノズルプレート
２１ ノズル開口
３０ リザーバ形成基板
３１ リザーバ部
５０ 弾性膜
６０ 下電極膜
７０ 圧電体膜
８０ 上電極膜
９０ リード電極
１００ リザーバ
１１０ リザーバ連通部
１２０ 積層膜
１２１ 被膜層
１３０ 位置決め連通部
１６０ 保護膜
３００ 圧電素子
【発明の属する技術分野】
本発明は、被噴射液を吐出する液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置に関し、特に、インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室に供給されたインクを圧電素子によって加圧することにより、ノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッド及びその製造方法並びにインクジェット式記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧してノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドには、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦振動モードの圧電アクチュエータを使用したものと、たわみ振動モードの圧電アクチュエータを使用したものの２種類が実用化されている。
【０００３】
前者は圧電素子の端面を振動板に当接させることにより圧力発生室の容積を変化させることができて、高密度印刷に適したヘッドの製作が可能である反面、圧電素子をノズル開口の配列ピッチに一致させて櫛歯状に切り分けるという工程や、切り分けられた圧電素子を圧力発生室に位置決めして固定する作業がある。
【０００４】
これに対して後者は、圧電材料のグリーンシートを圧力発生室の形状に合わせて貼付し、これを焼成するという比較的簡単な工程で振動板に圧電素子を作り付けることができる。
【０００５】
このようなインクジェット式記録ヘッドでは、一般に、各圧力発生室の共通のインク室となるリザーバが形成されており、このリザーバから各圧力発生室にインクが供給されるようになっている。そして、リザーバとしては、例えば、圧力発生室が形成される流路形成基板に設けられた連通部と、流路形成基板の圧電素子側の面に接合されたリザーバ形成基板に設けられたリザーバ部とで構成されたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−２９６６１６号公報（第８−１３頁、第１−２図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなインクジェット式記録ヘッドでは、リザーバの一部を機械的に破断させることによって流路が形成されているため、リザーバを構成する内面にクラックが生じる場合がある。このようなリザーバにインクを充填して使用していると、リザーバの内面のクラックが生じている部分がはがれ、その破片がノズル開口を塞いでしまい吐出不良が発生するという問題がある。
【０００８】
また、各基板等を接合する際に位置決めのために用いられる位置決め孔等も、リザーバと同様にその一部が機械的に破断させて形成しているため、このとき発生した破断片等の異物によって吐出不良等が発生する虞もある。
【０００９】
なお、このような問題は、インクを吐出するインクジェット式記録ヘッドだけでなく、勿論、インク以外の液体を噴射する他の液体噴射ヘッドにおいても、同様に存在する。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑み、異物による吐出不良を防止した液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、複数のノズル開口が穿設されたノズルプレートと、前記ノズル開口に連通する圧力発生室が画成される流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に振動板を介して設けられた下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子と、前記流路形成基板の前記圧電素子側に接合される接合基板とを具備し、前記流路形成基板に設けられた貫通部と前記接合基板に設けられた貫通部とが前記圧電素子を構成する少なくとも一層を含む積層体に設けられた連通部により連通された液体噴射ヘッドにおいて、前記積層体の前記接合基板側の面の前記連通部周縁部には樹脂材料からなる被覆層が設けられており、且つ前記連通部の内周縁部の前記積層体が樹脂材料からなる保護膜によって覆われていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００１２】
かかる第１の態様では、被膜層によって積層膜の他の層が固定されるため、積層膜にクラックが生じたり、破断して破断片を生じたりすることがない。また積層膜が保護膜によって固定されるため、破断片の発生を確実に防止できる。さらに、液体の流れがスムーズになるため、液体の吐出特性が向上する。
【００３３】
本発明の第２の態様は、複数のノズル開口が穿設されたノズルプレートと、前記ノズル開口に連通する圧力発生室が画成される流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に振動板を介して設けられた下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子と、前記流路形成基板の前記圧電素子側に接合される接合基板とを具備し、且つ前記流路形成基板に設けられる貫通部と前記接合基板に設けられる貫通部とが連通する連通部を有する液体噴射ヘッドの製造方法において、前記流路形成基板の前記圧電素子側の面に前記接合基板を樹脂材料からなる接着剤によって接着する際に、前記接着剤を前記連通部を形成する領域へ向けて当該連通部の内周縁部に対応する領域まではみ出させることにより前記接着剤からなる被覆層を形成する工程と、前記圧電素子を構成する少なくとも一層を含む積層体を前記被覆層に沿って除去することで前記流路形成基板に設けられた貫通部と前記接合基板に設けられた貫通部とを連通させて前記連通部を形成する工程とを有することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
【００３４】
かかる第２の態様では、被膜層を形成後に連通部を形成することにより、連通部の内周縁部が被膜層によって固定され、破断片等の異物の発生を防止できる。また被膜層を比較的容易に形成することができ、製造工程を簡略化できる。
【００３７】
本発明の第３の態様は、機械的又はレーザ加工によって前記連通部を形成することを特徴とする第２の態様の液体噴射ヘッドの製造方法にある。
【００３８】
かかる第３の態様では、連通部を比較的容易に形成することができる。
【００３９】
本発明の第４の態様は、前記流路形成基板の前記圧電素子とは反対側の面に前記ノズルプレートを接着した後に、前記連通部を形成することを特徴とする第２又は３の態様の液体噴射ヘッドの製造方法にある。
【００４０】
かかる第４の態様では、ノズルプレートによって流路形成基板の剛性が向上するため、連通部を形成する際に流路形成基板に割れが発生するのを防止することができる。
【００４１】
本発明の第５の態様は、前記連通部を形成するまでの一連の工程を、複数の流路形成基板が一体的に形成されたウェハの状態で行うと共に、前記連通部を形成後に前記ウェハを各流路形成基板に分割する工程を有し、且つ前記被膜層を形成する工程では、前記連通部の内周縁部に対応する領域と共に前記流路形成基板と前記接合基板との接合面の当該接合基板の外周縁部に亘って前記被膜層をさらに設けることを特徴とする第２〜４の何れか一つの液体噴射ヘッドの製造方法にある。
【００４２】
かかる第５の態様では、ウェハが被膜層に沿って分割されて分割面が比較的平坦となるため、破断片等の異物の発生が抑えられる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００４４】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図であり、図２は、その平面図及び断面図である。
【００４５】
図示するように、流路形成基板１０は、本実施形態では面方位（１１０）のシリコン単結晶基板からなる。流路形成基板１０としては、通常、１５０〜３００μｍ程度の厚さのものが用いられ、望ましくは１８０〜２８０μｍ程度、より望ましくは２２０μｍ程度の厚さのものが好適である。これは、隣接する圧力発生室間の隔壁の剛性を保ちつつ、配列密度を高くできるからである。
【００４６】
流路形成基板１０の一方の面は開口面となり、他方の面には予め熱酸化により形成した二酸化シリコンからなる、厚さ１〜２μｍの弾性膜５０が形成されている。
【００４７】
一方、流路形成基板１０の開口面には、シリコン単結晶基板を異方性エッチングすることにより、複数の隔壁により区画された圧力発生室１２が幅方向に並設され、その長手方向外側には、後述するリザーバ形成基板３０のリザーバ部３１に連通して各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１００の一部を構成するインク連通孔１３が流路形成基板１０を貫通して設けられ、各圧力発生室１２の長手方向一端部とそれぞれインク供給路１４を介して連通されている。
【００４８】
また、流路形成基板１０のインク連通孔１３とは反対側の端部近傍には、後述するリザーバ形成基板３０等との組立時に、位置決めをするための位置決め孔１５が形成されている。
【００４９】
ここで、異方性エッチングは、シリコン単結晶基板のエッチングレートの違いを利用して行われる。例えば、本実施形態では、シリコン単結晶基板をＫＯＨ等のアルカリ溶液に浸漬すると、徐々に侵食されて（１１０）面に垂直な第１の（１１１）面と、この第１の（１１１）面と約７０度の角度をなし且つ上記（１１０）面と約３５度の角度をなす第２の（１１１）面とが出現し、（１１０）面のエッチングレートと比較して（１１１）面のエッチングレートが約１／１８０であるという性質を利用して行われる。かかる異方性エッチングにより、二つの第１の（１１１）面と斜めの二つの第２の（１１１）面とで形成される平行四辺形状の深さ加工を基本として精密加工を行うことができ、圧力発生室１２を高密度に配列することができる。
【００５０】
本実施形態では、各圧力発生室１２の長辺を第１の（１１１）面で、短辺を第２の（１１１）面で形成している。この圧力発生室１２は、流路形成基板１０をほぼ貫通して弾性膜５０に達するまでエッチングすることにより形成されている。ここで、弾性膜５０は、シリコン単結晶基板をエッチングするアルカリ溶液に侵される量がきわめて小さい。また各圧力発生室１２の一端に連通する各インク供給路１４は、圧力発生室１２より浅く形成されており、圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。すなわち、インク供給路１４は、シリコン単結晶基板を厚さ方向に途中までエッチング（ハーフエッチング）することにより形成されている。なお、ハーフエッチングは、エッチング時間の調整により行われる。
【００５１】
また、流路形成基板１０の開口面側には、各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側で連通するノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が接着剤や熱溶着フィルム等を介して固着されている。なお、ノズルプレート２０は、厚さが例えば、０．１〜１ｍｍで、線膨張係数が３００℃以下で、例えば２．５〜４．５［×１０-6／℃］であるガラスセラミックス、又は不錆鋼などからなる。ノズルプレート２０は、一方の面で流路形成基板１０の一面を全面的に覆い、シリコン単結晶基板を衝撃や外力から保護する補強板の役目も果たす。
【００５２】
一方、流路形成基板１０の開口面とは反対側の弾性膜５０の上には、厚さが例えば、約０．２μｍの下電極膜６０と、厚さが例えば、約１μｍの圧電体膜７０と、厚さが例えば、約０．１μｍの上電極膜８０とが、後述するプロセスで積層形成されて、圧電素子３００を構成している。ここで、圧電素子３００は、下電極膜６０、圧電体膜７０及び上電極膜８０を含む部分をいう。一般的には、圧電素子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膜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膜から構成され、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、下電極膜６０は圧電素子３００の共通電極とし、上電極膜８０を圧電素子３００の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。何れの場合においても、各圧力発生室毎に圧電体能動部が形成されていることになる。
【００５３】
また、圧電素子３００の上電極膜８０の長手方向一端部近傍から流路形成基板１０の端部近傍まで、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０が延設されている。そして、このリード電極９０の端部近傍には圧電素子３００を駆動するための外部配線（図示なし）が電気的に接続されている。
【００５４】
また、流路形成基板１０の圧電素子３００側には、リザーバ１００の少なくとも一部を構成するリザーバ部３１を有するリザーバ形成基板３０が、接着剤２５によって接着されている。
【００５５】
リザーバ部３１は、リザーバ形成基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２の幅方向に亘って形成されており、上述のように流路形成基板１０のインク連通孔１３と連通されて各圧力発生室１０の共通のインク室となるリザーバ１００を構成している。
【００５６】
図３は、リザーバ１００付近の一部拡大断面図であり、図３に示すように、リザーバ形成基板３０のリザーバ部３１と流路形成基板１０のインク連通孔１３とは、圧力発生室１２に液体を供給するための液体供給部であるリザーバ連通部１１０を介して連通されている。そして、このリザーバ連通部１１０の内周縁部には、樹脂材料からなる被膜層１２１を含む積層膜１２０が設けられている。この積層膜１２０は、本実施形態では、被膜層１２１と、弾性膜５０と、圧電素子３００を構成する下電極膜６０、圧電体膜７０及び上電極膜８０とで構成されている。
【００５７】
この積層膜１２０を構成する被膜層１２１は、例えば、エポキシ系、アクリル系、ウレタン系又はシリコン系等の樹脂材料からなり、厚さ１〜１０μｍ、幅１０〜１００μｍ程度で形成することが好ましい。
【００５８】
また、この被膜層１２１は、本実施形態では、流路形成基板１０とリザーバ形成基板３０とを接合するための接着剤２５で形成されている。すなわち、流路形成基板１０とリザーバ形成基板３０とを接着する際に、リザーバ部３１の内側に接着剤２５をはみ出させることによって形成されている。
【００５９】
このように、リザーバ連通部１１０の内周縁部に設けられる積層膜１２０が被膜層１２１を含んでいるため、印刷実行時にインク中に積層膜１２０が剥がれて破断片が混入することがないため、ノズル詰まりによるインク滴の吐出不良を防止することができる。
【００６０】
なお、本実施形態では、積層膜１２０が被膜層１２１、弾性膜５０及び圧電素子３００を構成する各層で構成されているが、積層膜１２０は、少なくとも被膜層１２１を有していれば、他の層は特に限定されない。例えば、積層膜は、被膜層と弾性膜とで構成されていてもよいし、被膜層と圧電素子を構成する層の少なくとも一層とで構成されていてもよい。また、勿論、被膜層は圧電素子とは別途設けた層で構成されていてもよい。
【００６１】
一方、リザーバ形成基板３０の圧電素子３００に対向する領域には、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を確保した状態で、その空間を密封可能な圧電素子保持部３２が設けられ、圧電素子３００は、この圧電素子保持部３２内に密封されている。
【００６２】
また、リザーバ形成基板３０には、流路形成基板１０との組立時に、位置決めをするための位置決め孔３３が設けられており、流路形成基板１０に設けられている位置決め孔１５と位置決め連通部１３０を介して連通している。
【００６３】
そして、この位置決め連通部１３０の内周縁部に対応する領域にも、リザーバ連通部１１０と同様に、樹脂材料からなる被膜層１２１を含む積層膜１２０が設けられている。本実施形態では、この位置決め連通部１３０の積層膜１２０は、被膜層１２１と弾性膜５０とで構成され、弾性膜５０が被膜層１２１によって固定されるため、弾性膜５０が剥がれ落ちて異物が発生することがない。
【００６４】
なお、このリザーバ形成基板３０には、封止膜４１及び固定板４２とからなるコンプライアンス基板４０が接合されている。ここで、封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料、例えば、厚さが６μｍのポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）フィルムからなり、この封止膜４１によってリザーバ部３１の一方面が封止されている。また、固定板４２は、金属等の硬質の材料、例えば、厚さが３０μｍのステンレス鋼（ＳＵＳ）等で形成される。この固定板４２のリザーバ１００に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口となっているため、リザーバ１００の一方面は可撓性を有する封止膜４１のみで封止され、内部圧力の変化によって変形可能な可撓部３４となっている。
【００６５】
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、図示しない外部インク供給手段からインクを取り込み、リザーバ１００からノズル開口２１に至るまで内部をインクで満たした後、図示しない外部の駆動回路からの記録信号に従い、圧力発生室１２に対応するそれぞれの下電極膜６０と上電極膜８０との間に電圧を印加し、弾性膜５０、下電極膜６０及び圧電体膜７０をたわみ変形させることにより、各圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口２１からインク滴が吐出する。
【００６６】
次に、このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドの製造工程について、図４〜図７を参照して説明する。
【００６７】
まず、図４（ａ）に示すように、流路形成基板１０の一方面に弾性膜５０を形成する。具体的には、例えば、厚さが２２０［μｍ］の流路形成基板１０となるシリコン単結晶基板を約１１００［℃］の拡散炉で熱酸化することにより、流路形成基板１０の一方面に酸化シリコンからなる弾性膜５０を形成する。
【００６８】
次に、図４（ｂ）に示すように、スパッタリングで下電極膜６０を弾性膜５０の全面に形成後、下電極膜６０をパターニングして全体パターンを形成する。この下電極膜６０の材料としては、白金（Ｐｔ）等が好適である。これは、スパッタリング法やゾル−ゲル法で成膜する後述の圧電体膜７０は、成膜後に大気雰囲気下又は酸素雰囲気下で６００〜１０００［℃］程度の温度で焼成して結晶化させる必要があるからである。すなわち、下電極膜６０の材料は、このような高温、酸化雰囲気下で導電性を保持できなければならず、殊に、圧電体膜７０としてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いた場合には、酸化鉛の拡散による導電性の変化が少ないことが望ましく、これらの理由から白金が好適である。
【００６９】
次に、図４（ｃ）に示すように、圧電体膜７０を成膜する。この圧電体膜７０は、結晶が配向していることが好ましい。例えば、本実施形態では、金属有機物を触媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥してゲル化し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電体膜７０を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて形成することにより、結晶が配向している圧電体膜７０とした。圧電体膜７０の材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛系の材料がインクジェット式記録ヘッドに使用する場合には好適である。なお、この圧電体膜７０の成膜方法は、特に限定されず、例えば、スパッタリング法で形成してもよい。
【００７０】
さらに、ゾル−ゲル法又はスパッタリング法等によりチタン酸ジルコン酸鉛の前駆体膜を形成後、アルカリ水溶液中での高圧処理法にて低温で結晶成長させる方法を用いてもよい。
【００７１】
何れにしても、このように成膜された圧電体膜７０は、バルクの圧電体とは異なり結晶が優先配向しており、且つ本実施形態では、圧電体膜７０は、結晶が柱状に形成されている。なお、優先配向とは、結晶の配向方向が無秩序ではなく、特定の結晶面がほぼ一定の方向に向いている状態をいう。また、結晶が柱状の薄膜とは、略円柱体の結晶が中心軸を厚さ方向に略一致させた状態で面方向に亘って集合して薄膜を形成している状態をいう。勿論、優先配向した粒状の結晶で形成された薄膜であってもよい。なお、このように薄膜工程で製造された圧電体層の厚さは、一般的に０．２〜５［μｍ］である。
【００７２】
次に、図４（ｄ）に示すように、上電極膜８０を成膜する。上電極膜８０は、導電性の高い材料であればよく、アルミニウム、金、ニッケル、白金、イリジウム等の多くの金属や、導電性酸化物等を使用できる。本実施形態では、イリジウムをスパッタリングにより成膜している。
【００７３】
次に、図５（ａ）に示すように、圧電体膜７０及び上電極膜８０のみをパターニングして、各圧力発生室１２に対向する領域に圧電素子３００を形成する。なお、本実施形態では、インク連通孔１３に対応する領域にも圧電素子を構成する各層を残すようにした。なお、インク連通孔１３に対応する領域の各層は、圧電素子３００とは不連続となるようにパターニングする。
【００７４】
次に、図５（ｂ）に示すように、リード電極９０を形成する。具体的には、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０を流路形成基板１０の全面に亘って形成すると共に、各圧電素子３００毎にパターニングする。
【００７５】
以上が膜形成プロセスである。このようにして膜形成を行った後、図５（ｃ）に示すように、前述したアルカリ溶液によるシリコン単結晶基板の異方性エッチングを行い、圧力発生室１２、インク供給路１４及びインク連通孔１３を同時に形成する。
【００７６】
なお、本実施形態では、積層膜１２０の最下層、すなわち、最も流路形成基板１０側の層が弾性膜５０であり、この弾性膜５０が耐エッチング性を有する材料からなるため、流路形成基板１０を弾性膜５０に達するまでエッチングすることにより流路形成基板１０を貫通するインク連通孔１３を容易に形成することができる。
【００７７】
また、インク連通孔１３に対応する領域に弾性膜５０及び圧電素子３００を構成する各層が残されているため、エッチングの際に圧電素子３００側にアルカリ溶液が流れ込むことがなく、圧電素子３００が破壊されるのを防止することができる。
【００７８】
次に、図６（ａ）に示すように、流路形成基板１０とリザーバ形成基板３０とを接着剤２５によって接着する。具体的には、流路形成基板１０の位置決め孔１５を塞いでいる弾性膜５０を機械的に除去して位置決め連通部１３０を形成した後、流路形成基板１０の位置決め孔１５とリザーバ形成基板３０の位置決め孔３３とに位置決め部材１４０を挿入し、流路形成基板１０とリザーバ形成基板３０とを所定位置に位置決めした状態で接着する。
【００７９】
このとき、図６（ｂ）に示すように、流路形成基板１０とリザーバ形成基板３０とを接着するための接着剤２５が、リザーバ形成基板３０のリザーバ部３１内まではみ出すことによって被膜層１２１が形成される。
【００８０】
また、リザーバ部３１と同様に、位置決め孔３３内に接着剤２５がはみ出すことによって被膜層１２１が形成され、位置決め連通部１３０の内周縁部に対応する領域に被膜層１２１と弾性膜５０とからなる積層膜１２０が形成される。これにより、位置決め貫通部１３０の弾性膜５０が被膜層１２１によって固定されて一体化するため、その後の組立て工程で破断片などの異物の発生を防止することができる。
【００８１】
なお、このような被膜層１２１は、流路形成基板１０とリザーバ形成基板３０とを接着する接着剤２５で形成されたものに限定されず、勿論、この接着剤２５とは別途設けるようにしてもよい。
【００８２】
次に、図７（ａ）に示すように、ノズルプレート２０の位置決め孔２２に位置決め部材１４０を挿入して所定位置に位置決めし、接着剤２６によって流路形成基板１０の圧力発生室１２側にノズルプレート２０を接着する。
【００８３】
その後、図７（ｂ）に示すように、リザーバ部３１とインク連通孔１３とが連通するリザーバ連通部１１０を形成する。すなわち、弾性膜５０、下電極膜６０、圧電体膜７０及び上電極膜８０の各層に、例えば、リザーバ部３１側から針状の孔あけ治具１５０によって機械的に力を加えることにより、これらの各層を破壊して除去する。このとき、被膜層１２１が設けられている部分の各層はこの被膜層１２１によって固定されているため、弾性膜５０等の上記各層は被膜層１２１に沿って除去される。そして、リザーバ連通部１１０の内周縁部には、被膜層１２１と、弾性膜５０、下電極膜６０、圧電体膜７０及び上電極膜８０とからなる積層膜１２０が形成される（図３参照）。
【００８４】
このように、被膜層１２１を形成した後にリザーバ連通部１１０を形成することにより、弾性膜５０、下電極膜６０、圧電体膜７０及び上電極膜８０は、被膜層１２１に沿って除去されて破断面が比較的平坦になる。すなわち、リザーバ連通部１１０の内面が比較的平坦となるため、リザーバ１００内のインクの流れが阻害されることがなく、安定したインク吐出特性が得られる。また、リザーバ連通部１１０の内周縁部に残った積層膜１２０は、被膜層１２１によって固定されているため、印刷時等に欠けて異物が発生することがなく、ノズル詰まり等による吐出不良の発生を防止することができる。
【００８５】
なお、その後は、図示しないが、リザーバ形成基板３０上にコンプライアンス基板４０を接合することにより、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドとなる。
【００８６】
また、実際には、このような一連の工程によって、一枚のウェハ上に多数のチップを同時に形成し、プロセス終了後、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毎に分割する。
【００８７】
このため、流路形成基板１０とリザーバ形成基板３０とを接着剤２５で接着する際に、接着剤２５をリザーバ形成基板３０の外周縁部に亘ってはみ出させて、リザーバ形成基板３０の外周縁部にも被膜層を形成するようにしてもよい。これにより、ウェハを各流路形成基板１０毎に比較的きれいに分割することができ、そのときに破断片等の異物が発生するのを防止することができる。そして、この場合、各流路形成基板１０毎に分割した後には、リザーバ形成基板３０の外周縁部にも被膜層を有する積層膜が残ることになる。
【００８８】
（実施形態２）
図８は、実施形態２に係るインクジェット式記録ヘッドの拡大断面図である。
【００８９】
本実施形態は、積層膜１２０の欠け等による異物の発生をより確実に防止した例であり、図８に示すように、リザーバ連通部１１０の積層膜１２０を樹脂材料からなる保護膜１６０で覆うようにした以外は、実施形態１と同様である。
【００９０】
これにより、積層膜１２０からの異物がインクに混入して、ノズル詰まりを発生させることがない。また、この保護膜１６０によってリザーバ１００内のインクの流れがよりスムーズになるため、インク吐出特性を向上することができる。
【００９１】
（他の実施形態）
以上、本発明の各実施形態を説明したが、インクジェット式記録ヘッドの基本的構成は上述したものに限定されるものではない。
【００９２】
例えば、上述した各実施形態は、成膜及びリソグラフィプロセスを応用することにより製造できる薄膜型のインクジェット式記録ヘッドを例にしたが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、基板を積層して圧力発生室を形成するもの、あるいはグリーンシートを貼付もしくはスクリーン印刷等により圧電体層を形成するもの、又は水熱法等の結晶成長により圧電体層を形成するもの等、各種の構造のインクジェット式記録ヘッドに本発明を採用することができる。
【００９３】
このように、本発明は、その趣旨に反しない限り、種々の構造のインクジェット式記録ヘッドに応用することができる。
【００９４】
また、これら各実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備す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９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。
【００９５】
図９に示すように、インクジェット式記録ヘッドを有する記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａ及び２Ｂが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａ及び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及び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。
【００９６】
そして、駆動モータ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及び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３に沿ってプラテン８が設けられている。このプラテン８は図示しない紙送りモータの駆動力により回転できるようになっており、給紙ローラ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上を搬送されるようになっている。
【００９７】
なお、液体噴射ヘッドとしてインクを吐出するインクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置を一例として説明したが、本発明は、広く液体噴射ヘッド及び液体噴射装置全般を対象としたものである。液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（面発光ディスプレー）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を挙げることができる。
【００９８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では、流路形成基板の貫通部と接合基板に設けられる貫通部とが連通する連通部の内周縁部に対応する領域に樹脂材料からなる被膜層を含む積層膜を設けるようにしたので、被膜層によって積層膜の他の層が固定されるため、積層膜に欠けが生じて異物が発生するのを防止することができる。
【００９９】
したがって、液体中に異物が入り込むことがなく、ノズル詰まり等の吐出不良を防止でき、常に良好な液体吐出特性を確保することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図である。
【図２】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの平面図及び断面図である。
【図３】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの要部を示す拡大断面図である。
【図４】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図６】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図７】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図８】本発明の実施形態２に係るインクジェット式記録ヘッドの要部を示す拡大断面図である。
【図９】本発明の一実施形態に係るインクジェット式記録装置の概略図である。
【符号の説明】
１０ 流路形成基板
１２ 圧力発生室
１３ インク連通孔
１５，２２，３３ 位置決め孔
２０ ノズルプレート
２１ ノズル開口
３０ リザーバ形成基板
３１ リザーバ部
５０ 弾性膜
６０ 下電極膜
７０ 圧電体膜
８０ 上電極膜
９０ リード電極
１００ リザーバ
１１０ リザーバ連通部
１２０ 積層膜
１２１ 被膜層
１３０ 位置決め連通部
１６０ 保護膜
３００ 圧電素子
Claims (5)
- 複数のノズル開口が穿設されたノズルプレートと、前記ノズル開口に連通する圧力発生室が画成される流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に振動板を介して設けられた下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子と、前記流路形成基板の前記圧電素子側に接合される接合基板とを具備し、前記流路形成基板に設けられた貫通部と前記接合基板に設けられた貫通部とが前記圧電素子を構成する少なくとも一層を含む積層体に設けられた連通部により連通された液体噴射ヘッドにおいて、
前記積層体の前記接合基板側の面の前記連通部周縁部には樹脂材料からなる被覆層が設けられており、且つ前記連通部の内周縁部の前記積層体が樹脂材料からなる保護膜によって覆われていることを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 複数のノズル開口が穿設されたノズルプレートと、前記ノズル開口に連通する圧力発生室が画成される流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に振動板を介して設けられた下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子と、前記流路形成基板の前記圧電素子側に接合される接合基板とを具備し、且つ前記流路形成基板に設けられる貫通部と前記接合基板に設けられる貫通部とが連通する連通部を有する液体噴射ヘッドの製造方法において、
前記流路形成基板の前記圧電素子側の面に前記接合基板を樹脂材料からなる接着剤によって接着する際に、前記接着剤を前記連通部を形成する領域へ向けて当該連通部の内周縁部に対応する領域まではみ出させることにより前記接着剤からなる被覆層を形成する工程と、前記圧電素子を構成する少なくとも一層を含む積層体を前記被覆層に沿って除去することで前記流路形成基板に設けられた貫通部と前記接合基板に設けられた貫通部とを連通させて前記連通部を形成する工程とを有することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。 - 機械的又はレーザ加工によって前記連通部を形成することを特徴とする請求項２に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
- 前記流路形成基板の前記圧電素子とは反対側の面に前記ノズルプレートを接着した後に、前記連通部を形成することを特徴とする請求項２又は３に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
- 前記連通部を形成するまでの一連の工程を、複数の流路形成基板が一体的に形成されたウェハの状態で行うと共に、前記連通部を形成後に前記ウェハを各流路形成基板に分割する工程を有し、且つ前記被膜層を形成する工程では、前記連通部の内周縁部に対応する領域と共に前記流路形成基板と前記接合基板との接合面の当該接合基板の外周縁部に亘って前記被膜層をさらに設けることを特徴とする請求項２〜４の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
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