JP5402636B2 - 陽極接合方法及び液滴吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、陽極接合方法及び液滴吐出ヘッドの製造方法に関する。
近年半導体などで培われた微細加工技術を用いて製造される微小な機械システム（ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）、マイクロマシンとも称される。）の注目度が高まっている。これらのマイクロマシンのなかで、シリコン基板と可動イオンを含む硼珪酸ガラス基板（以降、ガラス基板と称する。）とを接触させ、この状態で陽極接合によりシリコンウエハとガラス基板とを接合する技術がある。
陽極接合技術を利用する例として、特許文献１のインクジェットヘッドがある。このインクジェットヘッドは、キャビティプレート（中基板）を挟んで上側にノズルプレート（上基板）、下側に電極基板（下基板）が積層された３層構造となっている。中基板はシリコン基板、上基板と下基板はガラス基板とし、下基板と中基板とを密着させて保持し、その上に上基板を非接触状態で保持して加熱昇温後、下基板と上基板とを陽極接合する。この後、上基板を中基板の面上に押圧降下させ、上基板と中基板とを陽極接合している。
また、特許文献２においては、複数のシリコン基板の間にガラス基板を挟んでシリコン基板とガラス基板を陽極接合するものがある。この場合、ガラス基板をシリコン基板より少し大きくしておき、陰極をガラス基板のシリコン基板と重なり合う部分より外側の部分に接触させて接合を行っている。
特開平１１−１９２７１２号公報
特開平１１−８７２０１号公報
特許文献１に記載の陽極接合方法の具体例として、上基板、中基板、下基板の３枚を重ねた時、中基板を下基板、上基板より外側に部分的にはみ出ている状態としている。このはみ出ている部分に電極を設けている。従って、中基板の外周部に電極を設けることになる。中基板はシリコン基板で、ガラス基板と比較して導電性が高いため外周部に電極を設けても電極から離れた接合面でも大きな電圧降下を生じることがない、また下基板、上基板は導電性が低いが接合面の反対面に大きく電極を設けることが出来る。よって、良好に陽極接合をすることが出来る。しかし、中基板をガラス基板とし、上基板、下基板をシリコン基板とすると、ガラス基板はシリコン基板と比較して導電性が低いため、ガラス基板の外周部に設けた電極から接合面が離れるに従って電圧降下が大きくなり良好な陽極接合が困難となる。この陽極接合が困難となるのは、特許文献２の場合も同じである。
また、特許文献２に記載の陽極接合方法では、ガラス基板の周辺部に電極を設けてある。このように周辺部に電極を接触させる場合、接触不良なく十分に接触させるためには、ある程度の押圧力を加える必要がある。この押圧力をガラス基板の周辺部に加えた場合、力を加えた端部の反対側の接合面に浮きが生じたり、重ねた基板の位置にずれが生じたりする。これに対応するために、押圧力を加えるガラス基板の反対側の面を押圧力に対抗する様に支持する部材を設けることも考えられるが、この部材の厚みを接合の都度ガラス基板の下の部材の厚みと合わせる調整が必要になり、作業が煩雑になる。
本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、シリコン基板とガラス基板を陽極接合する際に、ガラス基板の接合面の反対側の面に電極を設けることができない場合や接合面が広い場合であっても、位置ずれを生じることも無く良好に陽極接合することが出来る陽極接合方法及びこの陽極接合方法を用いた液滴吐出ヘッドの製造方法を提供することである。
上記の課題は、以下の構成により解決される。
１．ガラス基板とシリコン基板を陽極接合する陽極接合方法において、
前記ガラス基板に貫通穴を設けた前記シリコン基板を重ね合わせる工程と、
重ね合わせた前記シリコン基板の、前記ガラス基板と対向する面の反対面に、陽極電極を接触させるとともに、前記シリコン基板に設けた前記貫通穴を通して前記ガラス基板に、直接電流を印加する金属部と前記金属部と結合し前記ガラス基板に接触するガラス部とで構成する陰極電極を接触させる工程と、
前記ガラス基板と前記シリコン基板を加熱した状態で、前記陽極電極と前記陰極電極に直流電圧を印加する工程と、を有することを特徴とする陽極接合方法。
前記ガラス基板に貫通穴を設けた前記シリコン基板を重ね合わせる工程と、
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前記ガラス基板と前記シリコン基板を加熱した状態で、前記陽極電極と前記陰極電極に直流電圧を印加する工程と、を有することを特徴とする陽極接合方法。
２． 前記陽極電極及び前記陰極電極は、前記シリコン基板と前記ガラス基板を重ね合わせた面に略垂直な方向から移動して、前記シリコン基板及び前記ガラス基板それぞれに接触させることを特徴とする１に記載の陽極接合方法。
３．前記ガラス基板と前記シリコン基板とを陽極接合する範囲の任意の位置から２０ｍｍ以内に、前記ガラス基板に接触させた前記陰極電極の前記直流電圧を印加する金属部があることを特徴とする１または２に記載の陽極接合方法。
４．シリコン基板の間にガラス基板を挟んで、シリコン基板とガラス基板とシリコン基板とを陽極接合する陽極接合方法において、
２つの前記シリコン基板のうち一方のシリコン基板に貫通穴が設けられており、前記陽極接合を行う際の電極である陽極電極プレートの上に他方のシリコン基板と前記ガラス基板と前記貫通穴を設けた前記一方のシリコン基板とをこの順に重ね合わせる工程と、
重ね合わせた前記一方のシリコン基板の、前記ガラス基板と対向する面の反対面に、陽極電極を接触させる工程と、
前記一方のシリコン基板に設けた前記貫通穴を通して前記ガラス基板に、直接電流を印加する金属部と前記金属部と結合し前記ガラス基板に接触するガラス部とで構成する陰極電極を接触させる工程と、
前記他方のシリコン基板と前記ガラス基板と前記一方のシリコン基板を加熱した状態で、前記陽極電極プレートと前記陰極電極の間及び前記陽極電極と前記陰極電極の間に直流電圧を印加する工程と、を有することを特徴とする陽極接合方法。
２つの前記シリコン基板のうち一方のシリコン基板に貫通穴が設けられており、前記陽極接合を行う際の電極である陽極電極プレートの上に他方のシリコン基板と前記ガラス基板と前記貫通穴を設けた前記一方のシリコン基板とをこの順に重ね合わせる工程と、
重ね合わせた前記一方のシリコン基板の、前記ガラス基板と対向する面の反対面に、陽極電極を接触させる工程と、
前記一方のシリコン基板に設けた前記貫通穴を通して前記ガラス基板に、直接電流を印加する金属部と前記金属部と結合し前記ガラス基板に接触するガラス部とで構成する陰極電極を接触させる工程と、
前記他方のシリコン基板と前記ガラス基板と前記一方のシリコン基板を加熱した状態で、前記陽極電極プレートと前記陰極電極の間及び前記陽極電極と前記陰極電極の間に直流電圧を印加する工程と、を有することを特徴とする陽極接合方法。
５．前記陽極電極及び前記陰極電極は、前記一方のシリコン基板と前記ガラス基板を重ね合わせた面に略垂直な方向から移動して、前記一方のシリコン基板及び前記ガラス基板それぞれに接触させることを特徴とする４に記載の陽極接合方法。
６．前記ガラス基板と２つの前記シリコン基板とを陽極接合する範囲の任意の位置から２０ｍｍ以内に、前記ガラス基板に接触させた前記陰極電極の前記直流電圧を印加する金属部があることを特徴とする４または５に記載の陽極接合方法。
７．複数のノズル孔を有するノズルプレートが形成されているシリコン基板を準備する工程と、
前記ノズルプレートが形成されているシリコン基板と接合して、前記ノズル孔にそれぞれ連通する、前記ノズル孔の開口より大きな開口の中間貫通穴を有する中間プレートが形成されているガラス基板を準備する工程と、
前記ガラス基板と接合して、前記中間貫通穴を介して前記ノズル孔に連通し、アクチュエータの変位による容積の変化により前記ノズル孔から液滴を吐出させる圧力室を形成する圧力室溝が形成されているシリコン基板を準備する工程と、
前記ノズルプレートが形成されているシリコン基板と前記中間プレートが形成されているガラス基板及び前記中間プレートが形成されているガラス基板と前記圧力室溝が形成されているシリコン基板とを接合して、前記ノズル孔に連通する前記圧力室を形成する接合工程と、を有し、
前記接合工程は、１に記載の陽極接合方法を用いることを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
前記ノズルプレートが形成されているシリコン基板と接合して、前記ノズル孔にそれぞれ連通する、前記ノズル孔の開口より大きな開口の中間貫通穴を有する中間プレートが形成されているガラス基板を準備する工程と、
前記ガラス基板と接合して、前記中間貫通穴を介して前記ノズル孔に連通し、アクチュエータの変位による容積の変化により前記ノズル孔から液滴を吐出させる圧力室を形成する圧力室溝が形成されているシリコン基板を準備する工程と、
前記ノズルプレートが形成されているシリコン基板と前記中間プレートが形成されているガラス基板及び前記中間プレートが形成されているガラス基板と前記圧力室溝が形成されているシリコン基板とを接合して、前記ノズル孔に連通する前記圧力室を形成する接合工程と、を有し、
前記接合工程は、１に記載の陽極接合方法を用いることを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
８．複数のノズル孔を有するノズルプレートが形成されているシリコン基板を準備する工程と、
前記ノズルプレートが形成されているシリコン基板と接合して、前記ノズル孔にそれぞれ連通する、前記ノズル孔の開口より大きな開口の中間貫通穴を有する中間プレートが形成されているガラス基板を準備する工程と、
前記ガラス基板と接合して、前記中間貫通穴を介して前記ノズル孔に連通し、アクチュエータの変位による容積の変化により前記ノズル孔から液滴を吐出させる圧力室を形成する圧力室溝が形成されているシリコン基板を準備する工程と、
前記ノズルプレートが形成されているシリコン基板と前記中間プレートが形成されているガラス基板及び前記中間プレートが形成されているガラス基板と前記圧力室溝が形成されているシリコン基板とを接合して、前記ノズル孔に連通する前記圧力室を形成する接合工程と、を有し、
前記接合工程は、４に記載の陽極接合方法を用いることを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
前記ノズルプレートが形成されているシリコン基板と接合して、前記ノズル孔にそれぞれ連通する、前記ノズル孔の開口より大きな開口の中間貫通穴を有する中間プレートが形成されているガラス基板を準備する工程と、
前記ガラス基板と接合して、前記中間貫通穴を介して前記ノズル孔に連通し、アクチュエータの変位による容積の変化により前記ノズル孔から液滴を吐出させる圧力室を形成する圧力室溝が形成されているシリコン基板を準備する工程と、
前記ノズルプレートが形成されているシリコン基板と前記中間プレートが形成されているガラス基板及び前記中間プレートが形成されているガラス基板と前記圧力室溝が形成されているシリコン基板とを接合して、前記ノズル孔に連通する前記圧力室を形成する接合工程と、を有し、
前記接合工程は、４に記載の陽極接合方法を用いることを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
本発明によれば、シリコン基板とガラス基板を陽極接合する際に、シリコン基板に貫通穴を設けることで、シリコン基板側からガラス基板に陰極電極を接触させることができる。よって、シリコン基板側の一方向、例えば基板に垂直な方向からシリコン基板及びガラス基板にそれぞれ陽極電極、陰極電極を接触させて、両電極間に直流電圧を印加して陽極接合をすることができる。また、接合面が広く、陰極電極の位置から接合部までの距離が長くなり静電力の低下による接合不良が懸念される場合であっても、シリコン基板に複数の貫通穴を設けて複数の陰極電極を設けることで陰極電極と接合部との距離を短くすることができる。
従って、シリコン基板とガラス基板を陽極接合する際に、ガラス基板の接合面の反対側の面に電極を設けることができない場合や接合面が広い場合であっても、位置ずれを生じることも無く良好に陽極接合することが出来る陽極接合方法及びこの陽極接合方法を用いた液滴吐出ヘッドの製造方法を提供することができる。
１００ 記録ヘッド
１ ノズルプレート
２ ボディプレート
３ 圧電素子
５ 中間プレート
１１ ノズル孔
１２ 中間貫通孔
１３ 吐出面
２０ 固定台
２０ａ ベース電極
２１ インク供給口
２２ 共通インク室溝
２３ インク供給路溝
２４ 圧力室溝
３０ インク供給路
４０ 共通電極
４２ フレキシブル基板
４５ 撥液膜
５０ 貫通穴
５１ 第１のシリコン基板
５２ 第１のＳＯＩ基板
５２−１、５２−２、５４−１、５４−２ Ｓｉ層
５２−Ｊ、５４−Ｊ 絶縁層
５３ 第２のシリコン基板
５４ 第２のＳＯＩ基板
５５、８１ ガラス基板
７１ 陰極電極
７１ａ 金属部
７１ｂ ガラス部
７３、７４ 陽極電極
７５ 直流電圧源
７７ スイッチ
８１、８２ ガラス基板
８５、８６ シリコン基板
Ａ、Ｂ、Ｃ 曲線
ＣＬ 共通配線
ＣＰ 導電性接着剤
Ｄ、Ｄ１，Ｄ２、Ｄ３ 距離
ＰＬ 個別配線
Ｕ 流路ユニット
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３ 点
Ｗ ワイヤ
１ ノズルプレート
２ ボディプレート
３ 圧電素子
５ 中間プレート
１１ ノズル孔
１２ 中間貫通孔
１３ 吐出面
２０ 固定台
２０ａ ベース電極
２１ インク供給口
２２ 共通インク室溝
２３ インク供給路溝
２４ 圧力室溝
３０ インク供給路
４０ 共通電極
４２ フレキシブル基板
４５ 撥液膜
５０ 貫通穴
５１ 第１のシリコン基板
５２ 第１のＳＯＩ基板
５２−１、５２−２、５４−１、５４−２ Ｓｉ層
５２−Ｊ、５４−Ｊ 絶縁層
５３ 第２のシリコン基板
５４ 第２のＳＯＩ基板
５５、８１ ガラス基板
７１ 陰極電極
７１ａ 金属部
７１ｂ ガラス部
７３、７４ 陽極電極
７５ 直流電圧源
７７ スイッチ
８１、８２ ガラス基板
８５、８６ シリコン基板
Ａ、Ｂ、Ｃ 曲線
ＣＬ 共通配線
ＣＰ 導電性接着剤
Ｄ、Ｄ１，Ｄ２、Ｄ３ 距離
ＰＬ 個別配線
Ｕ 流路ユニット
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３ 点
Ｗ ワイヤ
本発明を図示の実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限らない。
本発明に係わる液滴吐出ヘッドの製造方法により製造される液滴吐出ヘッドについて説明する。
図１は液滴吐出ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッド１００（以下、記録ヘッド１００と称する。）の構成を分解斜視図（配線部は図示していない。）で示している。図１において、１は液滴吐出ヘッド用ノズルプレート（以下、ノズルプレートと称する。）、５は中間プレート、２はボディプレート、３は圧電素子、３０はインク供給路を模式的に示している。また、図２は、この記録ヘッド１００におけるノズルプレート１のＹ−Ｙ’、中間プレート５のＺ−Ｚ’及びボディプレート２のＸ−Ｘ’の位置で接合した状態での断面を模式的に示している（配線部は図示していない。）。
ノズルプレート１には、インク吐出のためのノズル孔１１を複数配列してある。ノズル孔１１の液滴を吐出する吐出口を有する面（以降、吐出面と称する。）１３には撥液膜４５がある。中間プレート５には、ノズル孔１１に連通する中間貫通孔１２が設けてある。中間貫通孔１２の径は、ノズル孔１１の径より大きい。
また、ボディプレート２には、中間プレート５を介してノズルプレート１を貼り合わせることで、圧力室となる圧力室溝２４、インク供給路となるインク供給路溝２３及び共通インク室となる共通インク室溝２２、並びにインク供給口２１が形成されている。
そして、ノズルプレート１のノズル孔１１とボディプレート２の圧力室溝２４とが一対一で対応するように中間プレート５を挟んでノズルプレート１とボディプレート２と貼り合わせることで流路ユニットＵを形成する。ここで、以後、上記で説明に使用した圧力室溝、供給路溝、共通インク室溝の各符号はそれぞれ圧力室、供給路、共通インク室にも使用する。また、インク供給口２１に連通するようにインク供給路３０を結合してある。インク供給路３０と別途準備するインク貯蔵部（図示しない）とをパイプ（図示しない）で接続することで流路ユニットＵにインクを供給することができる。
図２が示しているように、流路ユニットＵに圧電素子３を圧力室２４の容積を変化させてノズル孔１１から液滴を吐出させるアクチュエータとして、ボディプレート２のノズルプレート１を有する面と反対の各圧力室２４の底部２５の面に結合してある。ボディプレート２と圧電素子３との間には、全ての圧電素子３と電気的に接続される共通電極４０が設けてある。
図３は、記録ヘッド１００の圧電素子３を設けてある側の様子で、圧電素子３を駆動するための配線部及びその周辺を示している。ボディプレート２の底面に、フレキシブル基板４２の一方の端部が固定されている。フレキシブル基板４２は、個別配線ＰＬと共通配線ＣＬを備えている。各圧電素子３に一対一に対応する個別配線ＰＬを全ての圧電素子３に接続し、共通配線を共通電極４０に接続する。共通電極４０とフレキシブル基板の共通配線との接続は、銀ペースト等の導電性接着剤ＣＰにより接続してある。また、フレキシブル基板の個別配線ＰＬと各圧電素子３との接続は、ワイヤボンディングによるワイヤＷで接続してある。
別途用意する圧電素子３の駆動回路にフレキシブル基板４２を接続し、共通配線ＣＬと個別配線ＰＬとの間に駆動パルス電圧を印加することで、各圧電素子３を独立して駆動することができる。駆動した圧電素子３から発生する振動が圧力室２４の底部２５に伝えられ、この底部２５の振動により圧力室２４内の圧力を変動させることで圧力室２４内の液体をノズル孔１１から液滴として吐出できる。
これまで説明した記録ヘッド１００を製造することに関して説明する。製造工程のフロー図を図４に示す。図４に沿って記録ヘッド１００の製造に関して適宜図面を参照しながら説明する。
（ノズルプレートの準備、ボディプレートの準備、中間プレートの準備）
図１に示す流路ユニットＵを構成するノズルプレート１、中間プレート５、ボディプレート２をそれぞれ製造する。ノズルプレート１とボディプレート２を成す材料はＳｉとし、中間プレート５を成す材料は、可動イオンを含む硼珪酸ガラス（以降、硼珪酸ガラスと称する。）とする。中間プレート５を成す材料は、硼珪酸ガラスの他、アルミナ珪酸ガラスが挙げられが、これらに限らず、後述の接合時の温度に耐え、電圧を印加した際にイオンに分離して移動するナトリウム、カリウム等の金属酸化物を含むガラスであれば良い。各プレートをこれらの材料とすることで陽極接合を容易に行うことができる。
図１に示す流路ユニットＵを構成するノズルプレート１、中間プレート５、ボディプレート２をそれぞれ製造する。ノズルプレート１とボディプレート２を成す材料はＳｉとし、中間プレート５を成す材料は、可動イオンを含む硼珪酸ガラス（以降、硼珪酸ガラスと称する。）とする。中間プレート５を成す材料は、硼珪酸ガラスの他、アルミナ珪酸ガラスが挙げられが、これらに限らず、後述の接合時の温度に耐え、電圧を印加した際にイオンに分離して移動するナトリウム、カリウム等の金属酸化物を含むガラスであれば良い。各プレートをこれらの材料とすることで陽極接合を容易に行うことができる。
ノズルプレート１にノズル孔１１を形成する方法、中間プレート５に中間貫通孔１２を形成する方法、ボディプレート２に圧力室溝２４等を形成する方法は、公知のフォトリソグラフィー技術（レジスト塗布、露光、現像）及びエッチング技術等を用いることができる。エッチング方法としては、ドライエッチングが好ましい。これらの方法により、ノズルプレート１、ボディプレート２及び中間プレート５を準備する。
図５は、ボディプレート２が第２のシリコン基板５３に８個の形成されている様子、中間プレート５がガラス基板５５に形成されている様子、及びノズルプレート１が第１のシリコン基板５１に形成されている様子を模式的に示している。
第２のシリコン基板５３、ガラス基板５５及び第１のシリコン基板５１それぞれに形成されているボディプレート２、中間プレート５、ノズルプレート１は、これらの基板を位置調整をして重ねて接合すると、図１に示す流路ユニットＵを８個構成出来るように、各基板に配置されている。尚、第２のシリコン基板５３、ガラス基板５５及び第１のシリコン基板５１の各基板に、重ね合わせ時に位置調整がしやすい様に十字等の位置合わせのための印を設けてもよい。
これら第２のシリコン基板５３、ガラス基板５５及び第１のシリコン基板５１は、この順に重ねて位置合わせをして接合し、接合の後ダイシングソー等で切り出しすることにより流路ユニットＵを８個得ることが出来る。
第１のシリコン基板５１には、ノズル孔１１に加えて、３枚の基板を重ね合わせて陽極接合する際にガラス基板５５に接する電極を設けるための本発明に係わる貫通穴５０を５個設けてある。貫通穴５０の位置は、流路ユニットを製造する上で問題が生じない位置、例えばガラス基板５５に設けるノズル孔１１に連通する中間貫通孔１２に通じない位置とすることに加え、後述する静電力を配慮して決めることが好ましい。この貫通穴５０は、ノズルプレート１のノズル孔１１を設ける時に同時に設けることが出来るが、陽極接合するまでに設けてあればよい。尚、３枚の基板を上記と逆に第１のシリコン基板５１、ガラス基板５５及び第２のシリコン基板５３として陽極接合をしても良い。この場合も上記と同様に、貫通穴５０の位置は、流路ユニットを製造する上で問題が生じない位置とすることに加え、後述する静電力を配慮して決めることが好ましい。
第１のシリコン基板５１、ガラス基板５５及び第２のシリコン基板５３は、陽極接合をする前に十分に洗浄して乾燥させ、接合面にゴミが無いようにするのが好ましい。また、洗浄及び乾燥するに先だって、第１のシリコン基板５１、ガラス基板５５及び第２のシリコン基板５３の各接合面は、各表面粗さを１０ｎｍ未満にするのが好ましい。具体的には、例えば各接合面をダイヤモンドペースト（粒径はおおよそ０．１μｍ〜０．３μｍの範囲）等を用いたバフ研磨等により研磨を行う。各接合面の表面粗さを、例えば１０ｎｍ未満にすることで、３枚のプレートをより良好に密着することができる。
ここで、表面粗さＲａは、例えば、触針式表面粗さ計Ｄｅｋｔａｋ３０３０（Ｓｌｏａｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｅｅｃｏ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製、触針：ダイヤモンド製半径１２．５μｍ、針圧：０．０５ｍＮ）を使用して測定することができる。具体的には、任意の３箇所の各表面粗さを求め、その算術平均値として得ることができる。表面粗さを求める際の測定幅は３ｍｍとする。
（陽極接合）
次に、準備したノズルプレート１を形成した第１のシリコン基板５１、中間プレート５を形成したガラス基板５５、ボディプレート２を形成した第２のシリコン基板５３の３枚の基板を重ね合わせ、陽極接合して流路ユニットＵを形成する。この３枚の基板を重ね合わせた様子を図６に示す。
次に、準備したノズルプレート１を形成した第１のシリコン基板５１、中間プレート５を形成したガラス基板５５、ボディプレート２を形成した第２のシリコン基板５３の３枚の基板を重ね合わせ、陽極接合して流路ユニットＵを形成する。この３枚の基板を重ね合わせた様子を図６に示す。
図６（ａ）は、３枚の基板を重ね合わせた状態を最上の基板である第１のシリコン基板５１側から見た図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）におけるＦ−Ｆ’における断面を示している。２０は接合を行うために３枚のプレートを固定するための固定台、２０ａは第２のシリコン基板５３より大きいベース電極であり、固定台２０には、接合する各基板を加熱するヒーター（図示しない）が設けてある。図６に示す通り、ベース電極２０ａ側から、第２のシリコン基板５３、ガラス基板５５、第１のシリコン基板５１の順に各接合する面を対向させ、接合することで流路ユニットＵが構成出来る様に位置関係を調整して重ね合わせる。
次に第１のシリコン基板５１、ガラス基板５５それぞれに電極を設け、直流電圧を印加して陽極接合を行う。これに関して図７を用いて説明する。図７（ａ）において、７１は陰極電極、７３は陽極電極、７５は直流電圧源、７７はスイッチ（開いた状態）を示している。陽極電極７３は、例えばＡｕ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉやこれらの合金等の金属が挙げらるが、後述の加熱に対する耐熱性が良好で且つ導電性が良好なものであればこれらに限定されない。陰極電極７１は、金属部７１ａとガラス部７１ｂとで構成している。直流電圧源７５は、第１のシリコン基板５１に接する陽極電極７３及び第２のシリコン基板５３に接するベース電極２０ａにプラス（＋）、ガラス基板５５に接する陰極電極７１にマイナス（−）の電圧が印加できる様にスイッチ７７を介して接続している。図７では、第１のシリコン基板５１とガラス基板５５を陽極接合する電源と第２のシリコン基板５３とガラス基板５５とを陽極接合する電源を共通の直流電圧源７５としているが、別々に設けてもよい。また、直流電圧源を別々に設けた場合、接合効率の観点からは同時に通電する方が好ましいが、必ずしも同時に通電を行う必要はない。
次に図７（ｂ）に示すように、第１のシリコン基板５１に陽極電極７３、ガラス基板５５に陰極電極７１をそれぞれ接触させる。陰極電極７１は、第１のシリコン基板５１に設けた貫通穴５０を通してガラス基板５５に接触させる。陽極接合時は、各基板間に印加する直流電圧により発生する静電力により各基板が密着する力が働くため、各基板を固定台２０に対して押圧しなくても良い。
ガラス基板５５に設ける陰極電極７１は、金属部７１ａのみではなくガラス部７１ｂを介してガラス基板５５に接触させるのが好ましい。これは、ガラス基板５５が、例えば、０．５ｍｍ程度と薄い場合、ガラス部７１ｂを介在させることで金属部７１ａのみとする陰極電極とこれに対向する第２のシリコン基板５３との間の放電の発生を抑え、陽極接合を良好に行うためである。また、ガラス基板５５に金属の陰極電極を直接接触させると、ガラス基板５５中のＮａ＋イオンが陰極電極周辺に析出し、ガラス基板５５の表面を汚染する現象が生じる。よって、ガラス基板５５に接触する陰極電極にガラス部７１ｂを介在させることで上記の汚染を抑える効果もある。
尚、ガラス部７１ｂの材料は接合するガラス基板５５と同じ材料又は同様な硼珪酸ガラスが好ましいが、後述の陽極接合時に加熱する温度に耐え、硼珪酸ガラスと同程度の導電性を示すものであれば良い。また、陰極電極７１を、金属部７１ａとガラス部７１ｂとで構成する方法は、例えばガラス部７１ｂの一方の端部にスパッタリング法等によりＡｌ、Ａｕ等の金属膜を形成する方法としても良いが、これに限定されない。
ガラス基板５５に陰極電極７１及び第２のシリコン基板５１に陽極電極７３を接触させる際、接合するために重ね合わせた各基板の面（接合面）に対して各電極を略垂直（概ね９０°±１０°）方向に移動して接触するのが好ましい。これは、各電極を接合面に対して略垂直な方向に移動して接触させることにより、重ね合わせた状態の各基板の接合面に対して平行な力が加わることがなく、各基板間の相対的な位置ずれや接触面での基板の浮きが生じないためである。
第１のシリコン基板５１に陽極電極７３を設ける位置は、ガラス基板５５に対して導電率が十分に大きいためノズルプレート１が形成されていない場所、特にノズル孔近傍等の液滴の吐出に影響を与えない場所であれば特に限定しない。このため、以降で説明するガラス基板５５に設ける陰極電極７１の配置等を考慮し適宜決めれば良い。
ガラス基板５５に陰極電極を設ける位置は、ガラス基板５５の導電率を考慮して決めるのが好ましい。ガラス基板５５は、後述の加熱により導電率が大きくなるが、シリコン基板と比較して導電率が小さいため、ガラス基板５５に電圧が印加される位置と陽極接合する接合面とが離れるに従い、接合する基板同士に十分な静電力が働かなくなり陽極接合が次第に良好に行い難くなる。
陽極接合を行う際、シリコン基板とガラス基板が接合しようとする静電力と陰極電極からの距離の関係を検討した。これに関して図８、図９を用いて説明する。図８において、図７で説明した固定台２０及びベース電極２０ａの上に、シリコン基板８５、ガラス基板８１及び両基板の一方の端に絶縁物８３を挟んで設け、ガラス基板８１の他方の端に陰極電極７１を設けた。この状態で、ガラス基板８１とシリコン基板８５を加熱した状態で、ベース電極２０ａにプラス（＋）、陰極電極７１にマイナス（−）の電圧を直流電圧源７５により印加して陽極接合を行った。
陽極接合の条件は、以下である。
接合面の温度：４００℃
印加電圧：１ｋＶ
ガラス基板８１：厚み０．１ｍｍ、幅３ｍｍ（テンパックス（登録商標）ガラス）
陰極電極７１のガラス部７１ｂの長さｄ０：１ｍｍ（テンパックス（登録商標）ガラス）
絶縁物８３：厚み０．０５ｍｍの石英ガラス
この実験の結果を図９に示す。図９の横軸は、ガラス基板８１に接している陰極電極７１から陽極接合がなされて進む陽極接合の最先端部までの距離を示している。また、縦軸は陽極接合が進むにつれてガラス基板８１とシリコン基板８５との接触し難さを、ガラス基板８１の撓みモーメントで示している。
接合面の温度：４００℃
印加電圧：１ｋＶ
ガラス基板８１：厚み０．１ｍｍ、幅３ｍｍ（テンパックス（登録商標）ガラス）
陰極電極７１のガラス部７１ｂの長さｄ０：１ｍｍ（テンパックス（登録商標）ガラス）
絶縁物８３：厚み０．０５ｍｍの石英ガラス
この実験の結果を図９に示す。図９の横軸は、ガラス基板８１に接している陰極電極７１から陽極接合がなされて進む陽極接合の最先端部までの距離を示している。また、縦軸は陽極接合が進むにつれてガラス基板８１とシリコン基板８５との接触し難さを、ガラス基板８１の撓みモーメントで示している。
陰極電極７１から絶縁物８３までの距離Ｄにガラス部７１ｂの長さｄ０を加えた距離をそれぞれＤ１（＝２０ｍｍ）、Ｄ２（＝３０ｍｍ）、Ｄ３（＝５０ｍｍ）と変え、ガラス基板８１とシリコン基板８５とが接触する位置を変化させた場合の撓みモーメントＭをシミュレーションした結果を、図９の曲線Ａ、Ｂ、Ｃで示す。陰極電極７１の金属部７１ａとガラス部７１ｂとの境界から絶縁物８３までの距離をそれぞれＤ１、Ｄ２、Ｄ３として、実際に陽極接合を行い、陽極接合が出来た限界位置を曲線Ａ、Ｂ、Ｃ上にそれぞれ点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３で示す。この結果より、陰極電極から接合面までの距離が離れるにしたがって、両基板を密着させようとする静電力が弱まり、陽極接合し難くなることが分かる。
尚、撓みモーメントＭは、以下の式（１）より求めた。
撓みモーメントＭ＝３×Ｅ×Ｉ×ｙ／（Ｌ×Ｌ） （１）
Ｅ：ガラス基板８１のヤング率
Ｉ：ガラス基板８１の断面２次モーメント
ｙ：絶縁物８３の厚み
Ｌ：未接合部の長さ（＝Ｄ−ｘ）
ｘ：接合された長さ
実際の接合においては、接合面間に絶縁物８３に該当する様な大きな異物はないが、各基板の接合面が持つうねり等により接合面に隙間が生じている場合がある。この隙間を密着するように作用する静電力が弱まると陽極接合が進まなくなる。ここで図１０に示すように、５０ｍｍ角のシリコン基板とガラス基板とを実際に陽極接合を行い、陽極接合を実用的に行うことができる陰極電極からの距離を実験により求めた。
撓みモーメントＭ＝３×Ｅ×Ｉ×ｙ／（Ｌ×Ｌ） （１）
Ｅ：ガラス基板８１のヤング率
Ｉ：ガラス基板８１の断面２次モーメント
ｙ：絶縁物８３の厚み
Ｌ：未接合部の長さ（＝Ｄ−ｘ）
ｘ：接合された長さ
実際の接合においては、接合面間に絶縁物８３に該当する様な大きな異物はないが、各基板の接合面が持つうねり等により接合面に隙間が生じている場合がある。この隙間を密着するように作用する静電力が弱まると陽極接合が進まなくなる。ここで図１０に示すように、５０ｍｍ角のシリコン基板とガラス基板とを実際に陽極接合を行い、陽極接合を実用的に行うことができる陰極電極からの距離を実験により求めた。
この実験の陽極接合時のシリコン基板とガラス基板との配置を模式的に図１０（ａ）に示す。また、図１０（ｂ）から（ｄ）は、それぞれ５０ｍｍ角のシリコン基板８６、ガラス基板８２をこの順で、図１０（ａ）に示した固定台２０の上のベース電極２０ａに重ねて配置した状態をシリコン基板８６側（上側から）から見た図である。シリコン基板８６とガラス基板８２の接合面のある１つの頂点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３からそれぞれ２０ｍｍ、３０ｍｍ、５０ｍｍ離れた位置に陰極電極７１の金属部７１ａとガラス部７１ｂとの境界があるように、シリコン基板８６に直径φ３ｍｍの貫通穴５０を設けた。この貫通穴５０を通してガラス基板８２に陰極電極７１（直径φ２ｍｍ）をシリコン基板８６に触れないようにして接続している。
図１０（ｂ）から（ｄ）において、ガラス部７１ｂの長さ（高さ）が１ｍｍで、図１０中のＤ１０、Ｄ２０、Ｄ３０がそれぞれ、１９ｍｍ、２９ｍｍ、４９ｍｍであり、陰極電極７１の金属部７１ａとガラス部７１ｂとの境界から頂点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３までの距離をそれぞれ２０ｍｍ、３０ｍｍ、５０ｍｍとしている。接合部を４００℃に加熱し、この状態でベース電極２０ａと陰極電極７１との間に直流電圧１ｋＶを３０分間印加して陽極接合を各２０回行った。この結果、各頂点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３まで接合が達している割合は、距離２０ｍｍ、３０ｍｍ、５０ｍｍに対してそれぞれ１００％、７０％、４０％であった。この実験結果より、陰極電極７１の金属部７１ａとガラス部７１ｂとの境界から接合が確実にできる最大距離は２０ｍｍ以下とすることが好ましいことが分かる。よって、陽極接合を確実に行うためには、陽極接合位置から２０ｍｍ以内に陰極電極の金属部があるようにすることが好ましい。尚、接合が成されているか否かは、接合領域を赤外線顕微鏡を用いて目視確認することによって判断した。
陽極接合を行う上で、主な条件として陽極接合温度と印加する直流電圧がある。陽極接合温度は、３５０℃から５５０℃の範囲が好ましい。この温度範囲とすることで、ガラス基板５５の中のＮａ+等の可動イオンを移動可能にすることができる。
また、直流電圧は、ガラス基板５５の中のＮａ+等の可動イオンの濃度によって若干異なるが、０．５ｋＶから２ｋＶの範囲が好ましく、より好ましくは０．８ｋＶから１．５ｋＶ程度である。０．５ｋＶ以下であると可動イオンの動きが遅く、接合に時間がかかってしまう。２ｋＶ以上では、高電圧に対する絶縁の確保だけでなく周囲の環境（たとえば湿度など）の条件によっては、接合する中間プレート５を貫通する形で放電が起こる場合があり、接合不良となる。
陽極接合は、陽極接合温度でガラス基板５５の中の可動イオンが高電界に引かれて移動拡散する現象であり、この現象が顕著なガラスが好ましい。好ましいガラスとしてテンパックス（登録商標）及びパイレックス（登録商標）がある。テンパックス（登録商標）及びパイレックス（登録商標）は、Ｎａ+を可動イオンとして持っており、Ｎａ2Ｏが高温時にＮａ+とＯ2-になって、Ｏ2-が相手側に拡散することで接合が成立する。
また、接合する３枚のプレートの熱膨張係数が近いことが好ましい。例えば、上記のガラスの他に通称ソーダガラス（青板ガラスとも称する。）を用いてもＳｉプレートとの陽極接合は可能であるが、互いの熱膨張係数の差により、接合後の室温までの冷却過程で生じる応力により割れ等の破損が生じてしまう場合がある。
また、ノズルプレート１やボディプレート２を製造する基板にシリコン基板に代えて３層構造（Ｓｉ／ＳｉＯ2／Ｓｉ）を持つＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を使用する場合がある。ＳｉＯ2層はＳｉ層とエッチングレートが異なるため、このＳｉＯ2層をエッチング停止層として利用して、エッチングの深さを精度良く行うことが出来る。例えば、２段構造のノズルを備えたノズルプレートを製造する場合、液滴を吐出する側のノズルの長さを精度良く製造することが出来る。また液滴を吐出するための圧力を発生する振動板を備えたボディプレートを製造する場合、振動板の厚みを精度良く製造することが出来る。このようなＳＯＩ基板をシリコン基板の代わりに使用する場合、ＳＯＩ基板の内層の絶縁性が高い（例えば、ＳｉＯ2層が厚い）場合は、シリコン基板の表面にベース電極２０ａや陽極電極７３を接するだけでは、陽極接合を良好に行うことが出来ない場合がある。
ノズルプレート１を形成した第１のシリコン基板５１の代わりにＳＯＩ基板を使用する場合の陽極接合を行う例を図１１に示す。図１１において、５２はノズルプレート１を形成した第１のＳＯＩ基板、５２−Ｊは、第１のＳＯＩ基板５２の内部にあるＳｉＯ2の絶縁層、５２−１、５２−２はそれぞれ絶縁層５２−Ｊを挟むＳｉ層を示している。第１のＳＯＩ基板５２をガラス基板５５と接合する場合、ガラス基板５５と接している第１のＳＯＩ基板５２のＳｉ層５２−１に達する窪み９１を設け、この窪み９１に陽極電極７３を接するのが好ましい。また、第１のＳＯＩ基板５２には、上記の第１のシリコン基板５１と同様に貫通穴５０を設け、この貫通穴５０を通して陰極電極７１をガラス基板５５に接する。
このように窪み９１を設けることにより、第１のＳＯＩ基板５２とガラス基板５５を陽極接合する際に、陰極電極７１と同様に、陽極電極７３を第１のＳＯＩ基板５２とガラス基板５５を重ね合わせた面（接合面）に対して略垂直の方向に移動してＳｉ層５２−１に接触させることが出来る。このため、接合面に平行な力が加わることがなく、基板間の相対的な位置ずれや接合面での基板の浮きが生じない。よって、良好な陽極接合を行うことが出来る。
図１１では、ＳＯＩ基板を第１のシリコン基板５１の代わりとしているが、第１のシリコン基板５１の代わりに第２のシリコン基板５３をＳＯＩ基板としても同様にして接合することが出来る。
ノズルプレート１を形成した基板として第１のシリコン基板５１の代わりにＳＯＩ基板を使用し、更にボディプレート２を形成した基板として第２のシリコン基板５３の代わりにＳＯＩ基板を使用する場合の陽極接合を行う例を図１２、１３に示す。シリコン基板は、ガラス基板と比較して導電性が良いため、ガラス基板の様に電極を設ける位置と接合面との距離を考慮する必要がない。よって、例えば図１２に示すように、ノズルプレート１を形成した第１のＳＯＩ基板５２、ガラス基板５５それぞれに、流路ユニットＵを構成する上で問題とならない位置で、重ねた際に連通する貫通穴９３ａ、９３ｂを設ける。この貫通穴９３ａ、９３ｂを通して、ボディプレート２を形成した第２のＳＯＩ基板５４のＳｉ層５４−１に接触する陽極電極７４を設ければよい。尚、５４−２はＳｉ層、５４−ＪはＳｉＯ2層を示す。
また、シリコン基板の良好な導電性から、陽極電極７４を第２のＳＯＩ基板５４のＳｉ層５４−１の端に設けることが出来る。例えば、図１３に示すように第１のＳＯＩ基板５２及びガラス基板５５の端の一部を切り欠いて、第２のＳＯＩ基板５４のＳｉ層５４−１の一部を露出させ、この露出部分に陽極電極７４を設ければよい。
図１２、図１３何れの場合においても、陰極電極７１、陽極陰極７３、７４の何れもガラス基板５５と、第１のＳＯＩ基板５２、第２のＳＯＩ基板５４を重ね合わせた面（接合面）に対して略垂直の方向に移動させて接触させることが出来る。このため、第１のＳＯＩ基板５２、ガラス基板５５、第２のＳＯＩ基板５４の接合面に平行な力が加わることがなく、基板間の相対的な位置ずれや接触面での基板の浮きが生じない。よって、良好な陽極接合を行うことが出来る。
これまでの例では、ボディプレート２と中間プレート５とノズルプレート１をそれぞれ形成したシリコン基板、ＳＯＩ基板及びガラス基板とを陽極接合法により同時に貼り合わせる場合を説明した。３つの基板を同時に接合することで製造工程を簡略化、製造時間の短縮等の製造効率を良好とすることできる。その一方で、製造の都合上、ボディプレート２を形成した第２の基板５３と中間プレート５を形成したガラス基板５５を接合し、次にガラス基板５５とノズルプレート１を形成した第１のシリコン基板５１を接合する、又はボディプレート２とノズルプレート１を入れ替えた順で順次陽極接合を行って流路ユニットＵを製造する場合も考えられる。例えば、図１４に示すように、ガラス基板５５に第２のシリコン基板５３をまず接合し（図１４（ａ））、次に第２のシリコン基板が接合されたガラス基板５５の反対面に第１のシリコン基板５１を接合して（図１４（ｂ））流路ユニットＵを製造する場合がある。この場合、図１４（ａ）に示すように、従来の陽極接合方法で、第２のシリコン基板５３とガラス基板５５を接合する。次に、図１４（ｂ）に示すように、第２のシリコン基板５３が接合されたガラス基板５５の反対面に貫通穴５０を設けた第１のシリコン基板５１を重ね、貫通穴５０を通して陰極電極７１をガラス基板５５に接触させ陽極接合をすることが出来る。このように、第１のシリコン基板５１に貫通穴５０を設けることで、ガラス基板５５の接合面と反対側の面がベース電極２０ａと接触できるような露出した状態でなくても、良好に陽極接合をすることが出来る。
図１４の第１のシリコン基板５１、第２のシリコン基板５３の代わりに第１のＳＯＩ基板５２、第２のＳＯＩ基板５４をガラス基板５５に順次陽極接合を行う例を図１５に示す。図１５（ａ）に示すように、陽極接合方法で、第２のＳＯＩ基板５４とガラス基板５５を接合する。この時、ガラス基板５５に接する第２のＳＯＩ基板５４のＳｉ層５４−１に達する窪み１３１を設け、この窪み１３１に陽極電極７３を接する。次に、第２のＳＯＩ基板５４が接合されたガラス基板５５の反対面に、貫通穴１３３及び上記と同じように窪み１３５を設けた第１のＳＯＩ基板５２を重ね合わせ、貫通穴１３３を通して陰極電極７１をガラス基板５５に接触させることが出来る。尚、窪み１３１、１３５は、図１５に示すような、円筒状の側壁を持つ様な窪みにする必要はなく、図１３に示すような周辺部の切り欠きとしてもよい。
よって、シリコン基板又はＳＯＩ基板とガラス基板とを陽極接合をする際に、ガラス基板の接合面と反対側の面にシリコン基板が接合されているといった既に構造物がある等で適切に電極を設けることが出来ない場合、陽極接合するシリコン基板又はＳＯＩ基板に貫通穴を設け、この穴を通してガラス基板に陰極電極を接触させる本発明の陽極接合方法は良好な接合を行う上で有力な方法である。
陽極接合後、接合による歪みを緩和するためのアニールを行っても良い。
陽極接合を終了した後、接合した基板より、ボディプレート２、中間プレート５、ノズルプレート１を陽極接合して形成した流路ユニットＵをダイシングソー等により個々に分離する。
（洗浄）
次に、ボディプレート２、中間プレート５、ノズルプレート１を陽極接合した流路ユニットＵ、特に撥液膜４５を設けるノズルプレート１の吐出面１３を十分に、例えば超音波洗浄等を用いてＲＣＡ洗浄法等で清浄にする。清浄した吐出面に撥液膜４５を形成することで、吐出面１３に対する撥液膜４５の密着力を十分に確保することができ、耐久性を向上することができる。記録ヘッド稼働時に吐出面１３の清掃のためヘッドクリーナーで擦って拭いても撥液膜が容易に剥がれることがなくなり、良好な液滴の吐出性能を長期に亘って維持することができる。超音波洗浄後、更に酸素プラズマによるアッシング処理（酸素プラズマ処理とも称する。）を行ってもよい。
次に、ボディプレート２、中間プレート５、ノズルプレート１を陽極接合した流路ユニットＵ、特に撥液膜４５を設けるノズルプレート１の吐出面１３を十分に、例えば超音波洗浄等を用いてＲＣＡ洗浄法等で清浄にする。清浄した吐出面に撥液膜４５を形成することで、吐出面１３に対する撥液膜４５の密着力を十分に確保することができ、耐久性を向上することができる。記録ヘッド稼働時に吐出面１３の清掃のためヘッドクリーナーで擦って拭いても撥液膜が容易に剥がれることがなくなり、良好な液滴の吐出性能を長期に亘って維持することができる。超音波洗浄後、更に酸素プラズマによるアッシング処理（酸素プラズマ処理とも称する。）を行ってもよい。
（撥液膜形成）
次に吐出面に設ける撥液膜に関して説明する。図２に示すノズルプレート１の吐出面１３に撥液膜４５を設ける。撥液膜４５を設けることで、ノズル孔１１から液体が吐出面１３に馴染むことによる染み出しや広がりを抑制することができる。具体的に撥液膜４５には、例えば液体が水性であれば撥水性を有する材料が用いられ、液体が油性であれば撥油性を有する材料が用いられる。一般に、ＦＥＰ（四フッ化エチレン、六フッ化プロピレン）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフロロエチレン）、フッ素化シロキサン、フルオロアルキルシラン、アモルファスパーフルオロ樹脂等のフッ素樹脂等が用いられることが多く、塗布方法、真空蒸着方法、浸漬方法で吐出面１３に成膜する。撥液膜４５の厚みは、撥液膜４５の材料、形成方法により適宜決めればよい。
次に吐出面に設ける撥液膜に関して説明する。図２に示すノズルプレート１の吐出面１３に撥液膜４５を設ける。撥液膜４５を設けることで、ノズル孔１１から液体が吐出面１３に馴染むことによる染み出しや広がりを抑制することができる。具体的に撥液膜４５には、例えば液体が水性であれば撥水性を有する材料が用いられ、液体が油性であれば撥油性を有する材料が用いられる。一般に、ＦＥＰ（四フッ化エチレン、六フッ化プロピレン）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフロロエチレン）、フッ素化シロキサン、フルオロアルキルシラン、アモルファスパーフルオロ樹脂等のフッ素樹脂等が用いられることが多く、塗布方法、真空蒸着方法、浸漬方法で吐出面１３に成膜する。撥液膜４５の厚みは、撥液膜４５の材料、形成方法により適宜決めればよい。
撥液膜４５は、ノズルプレート１の吐出面１３に直接成膜することができるが、撥液膜４５の密着性を向上させるために下地層、例えば、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）膜を介して成膜するのが好ましい。ＴＥＯＳ膜は、プラズマＣＶＤ法でＴＥＯＳガスを用いて形成することができる。
尚、撥液膜４５を形成する際に、吐出口をマスキングするのが好ましい。マスキングすることで、撥液膜が吐出口を塞ぐことがなくなり、撥液膜の形成後に吐出口部分の撥液膜を除去することなく良好な吐出口を得ることができる。
（電極形成）
次に、洗浄が終わった流路ユニットＵの背面（ノズルプレート１がある側と反対側の面）の圧力室２４の位置に該当する部分（所謂振動板として機能する部分）に共通電極４０を設ける（図２及び図３参照）。共通電極４０は、この上に接して設ける全ての圧電素子３に電圧を印加して駆動するための一方の電極となる。この共通電極４０を成す材料は、電極となる材料であれば特に限定することはなく、例えば、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇが挙げられる。また、密着性を良くするためのＣｒ等の下地層を設けてもよい。共通電極４０を形成する方法は、特に限定することはなく、例えば公知のスパッタリングや真空蒸着がある。
次に、洗浄が終わった流路ユニットＵの背面（ノズルプレート１がある側と反対側の面）の圧力室２４の位置に該当する部分（所謂振動板として機能する部分）に共通電極４０を設ける（図２及び図３参照）。共通電極４０は、この上に接して設ける全ての圧電素子３に電圧を印加して駆動するための一方の電極となる。この共通電極４０を成す材料は、電極となる材料であれば特に限定することはなく、例えば、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇが挙げられる。また、密着性を良くするためのＣｒ等の下地層を設けてもよい。共通電極４０を形成する方法は、特に限定することはなく、例えば公知のスパッタリングや真空蒸着がある。
（圧電素子結合）
次に、共通電極４０の上に別途用意する圧電素子３を結合する。圧電素子３に電圧を印加する２つの面には、予めＡｕ等の電極が設けてあり、この電極の一方の面を銀ペースト等の導電性接着剤を用いて共通電極４０に結合する。
次に、共通電極４０の上に別途用意する圧電素子３を結合する。圧電素子３に電圧を印加する２つの面には、予めＡｕ等の電極が設けてあり、この電極の一方の面を銀ペースト等の導電性接着剤を用いて共通電極４０に結合する。
（配線）
次に、流路ユニットＵに結合した各圧電素子３に電圧を供給するための配線を行う。図３に示す様なフレキシブル基板４２を流路ユニットＵの背面に接着剤等で固定する。フレキシブル基板４２は、共通電極４０に接続する共通配線ＣＬと各圧電素子３に接続する個別配線ＰＬとを含んでいる。共通配線ＣＬは、銀ペースト等の導電性接着剤ＣＰで共通電極４０と電気的に接続し、各圧電素子３と個別配線ＰＬとは、例えばＡｕ線をワイヤＷとしたワイヤボンディングにて接続する。
次に、流路ユニットＵに結合した各圧電素子３に電圧を供給するための配線を行う。図３に示す様なフレキシブル基板４２を流路ユニットＵの背面に接着剤等で固定する。フレキシブル基板４２は、共通電極４０に接続する共通配線ＣＬと各圧電素子３に接続する個別配線ＰＬとを含んでいる。共通配線ＣＬは、銀ペースト等の導電性接着剤ＣＰで共通電極４０と電気的に接続し、各圧電素子３と個別配線ＰＬとは、例えばＡｕ線をワイヤＷとしたワイヤボンディングにて接続する。
（インク供給路結合）
流路ユニットＵに開口しているインク供給口２１にインクを供給するためのインク供給路３０を接着剤等で結合する。インク供給路３０を流路ユニットＵに設けることで、インク供給路３０と別途設けるインク貯蔵部（図示しない）とをパイプで接続することができ、流路ユニットＵにインクを供給することができる。
流路ユニットＵに開口しているインク供給口２１にインクを供給するためのインク供給路３０を接着剤等で結合する。インク供給路３０を流路ユニットＵに設けることで、インク供給路３０と別途設けるインク貯蔵部（図示しない）とをパイプで接続することができ、流路ユニットＵにインクを供給することができる。
図１に示す記録ヘッド１００を製造した。記録ヘッド１００には、図３で示すフレキシブル基板４２を設け、フレキシブル基板４２と全ての圧電素子３とを電気的に接続し駆動可能とした。これに関して図４に示すフロー図に沿って図１、２、３、５、６、７を参照しながら説明する。
（ノズルプレートを準備する工程、ボディプレートを準備する工程、中間プレートを準備する工程）
図１に示すノズルプレート１、中間プレート５、ボディプレート２を公知のフォトリソグラフィー技術（レジスト塗布、露光、現像）とエッチング技術を用いて形成し各８個を準備した。ノズルプレート１及びボディプレート２は、それぞれの厚みを３００μｍ及び５００μｍ、直径３インチの第１及び第２のシリコン基板５１、５３を使用した。ノズルプレート１には、直径φ１５μｍのノズル孔１１を１２８個設けた。ボディプレート２には、ノズル孔１１に対応する圧力室となる圧力室溝２４、インク供給路となるインク供給路溝２３及び共通インク室となる共通インク室溝２２、並びにインク供給口２１を形成した。中間プレート５は、厚み３５０μｍ、直径３インチのテンパックス（登録商標）ガラスをガラス基板５５として、直径φ６０μｍの中間貫通穴をノズル孔１１に連通するように１２８個設けた。各基板に図５に示すように、ノズルプレート１、中間プレート５、ボディプレート２を各８個ずつ形成した。各基板５１、５５、５３におけるノズルプレート１、中間プレート５、ボディプレート２それぞれ位置は、各基板を図６に示すように重ねて接合することにより流路ユニットＵを形成することができる様に配置されている。また、第１のシリコン基板５１には、流路ユニットＵを形成する必要がある範囲の任意の位置から２０ｍｍ以内に陰極電極７１の金属部７１ａとガラス部７１ｂとの境界があるように、直径φ３ｍｍの貫通穴５０を設けた。この貫通穴５０は、中間プレート５に設けるノズル孔１１に連通する直径φ６０μｍの貫通穴に連通しない位置とした。
図１に示すノズルプレート１、中間プレート５、ボディプレート２を公知のフォトリソグラフィー技術（レジスト塗布、露光、現像）とエッチング技術を用いて形成し各８個を準備した。ノズルプレート１及びボディプレート２は、それぞれの厚みを３００μｍ及び５００μｍ、直径３インチの第１及び第２のシリコン基板５１、５３を使用した。ノズルプレート１には、直径φ１５μｍのノズル孔１１を１２８個設けた。ボディプレート２には、ノズル孔１１に対応する圧力室となる圧力室溝２４、インク供給路となるインク供給路溝２３及び共通インク室となる共通インク室溝２２、並びにインク供給口２１を形成した。中間プレート５は、厚み３５０μｍ、直径３インチのテンパックス（登録商標）ガラスをガラス基板５５として、直径φ６０μｍの中間貫通穴をノズル孔１１に連通するように１２８個設けた。各基板に図５に示すように、ノズルプレート１、中間プレート５、ボディプレート２を各８個ずつ形成した。各基板５１、５５、５３におけるノズルプレート１、中間プレート５、ボディプレート２それぞれ位置は、各基板を図６に示すように重ねて接合することにより流路ユニットＵを形成することができる様に配置されている。また、第１のシリコン基板５１には、流路ユニットＵを形成する必要がある範囲の任意の位置から２０ｍｍ以内に陰極電極７１の金属部７１ａとガラス部７１ｂとの境界があるように、直径φ３ｍｍの貫通穴５０を設けた。この貫通穴５０は、中間プレート５に設けるノズル孔１１に連通する直径φ６０μｍの貫通穴に連通しない位置とした。
（接合）
次に、ノズルプレート１と中間プレート５とボディプレート２とを陽極接合法を用いて接合した。陽極接合するために、それぞれの接合面をダイヤモンドペーストを用いたバフ研磨により研磨し、各接合面の表面粗さＲａを１０ｎｍ未満とした。表面粗さＲａの測定は、触針式表面粗さ計Ｄｅｋｔａｋ３０３０（Ｓｌｏａｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｅｅｃｏ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製、触針：ダイヤモンド製半径１２．５μｍ、針圧：０．０５ｍＮ）を使用した。測定幅を３ｍｍとし、任意の３箇所で表面粗さを測定し、この算術平均値を表面粗さＲａとした。
次に、ノズルプレート１と中間プレート５とボディプレート２とを陽極接合法を用いて接合した。陽極接合するために、それぞれの接合面をダイヤモンドペーストを用いたバフ研磨により研磨し、各接合面の表面粗さＲａを１０ｎｍ未満とした。表面粗さＲａの測定は、触針式表面粗さ計Ｄｅｋｔａｋ３０３０（Ｓｌｏａｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｅｅｃｏ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製、触針：ダイヤモンド製半径１２．５μｍ、針圧：０．０５ｍＮ）を使用した。測定幅を３ｍｍとし、任意の３箇所で表面粗さを測定し、この算術平均値を表面粗さＲａとした。
次に、研磨を完了したノズルプレート１と中間プレート５とボディプレート２を備えた第１のシリコン基板５１、ガラス基板５５及び第２のシリコン基板５３を十分に洗浄・乾燥した。この後、図７に示す様にヒーター（図示しない）を備えた固定台２０の上にベース電極２０ａを設け、このベース電極２０ａの上に順に第２のシリコン基板５３、ガラス基板５５、第１のシリコン基板５１を位置調整を行って重ね合わせた。
次に、第１のシリコン基板５１の上に電極７３を載せた。また、ガラス基板５５には、貫通穴５０を通して陰極電極７１を設けた。陰極電極７１は、直径φ２ｍｍ、長さ１ｍｍのテンパックス（登録商標）ガラスをガラス電極部分７１ｂと、これの一方の端にスパッタリングによりアルミニウムを設けて金属部７１ａとで構成した。
直流電圧源７５は、第１のシリコン基板５１に接する陽極電極７３及び第２のシリコン基板５３に接するベース電極２０ａにプラス（＋）、ガラス基板５５に接する陰極電極７１にマイナス（−）の電圧が印加できる様にスイッチ７７を介して接続した。
ヒーターにより接合部が４００℃となるように加熱し、この温度を維持した状態で直流電圧源７５を用いて電圧１ｋＶを３０分間印加し、陽極接合を行った。この電圧の印加時間は、十分に陽極接合が成される時間として予め実験により決めた。
接合完了後、ダイシングソーにて、流路ユニット８個を接合された基板より切り出した。
（超音波洗浄）
次に陽極接合を完了したボディプレート２、中間プレート５、ノズルプレート１で構成される流路ユニットＵを超音波洗浄した。超音波洗浄は次のように行った。
（１）高周波超音波洗浄器（周波数０．７ＭＨｚ）の液槽に７０℃のアルカリ洗浄液を満たし、この洗浄液槽に流路ユニットＵを１５分間浸漬した。
（２）高周波超音波洗浄器（周波数０．７ＭＨｚ）の液槽に７０℃の純水を満たしアルカリ洗浄液から取りだした流路ユニットＵを純水槽に１０分間浸漬した。
次に陽極接合を完了したボディプレート２、中間プレート５、ノズルプレート１で構成される流路ユニットＵを超音波洗浄した。超音波洗浄は次のように行った。
（１）高周波超音波洗浄器（周波数０．７ＭＨｚ）の液槽に７０℃のアルカリ洗浄液を満たし、この洗浄液槽に流路ユニットＵを１５分間浸漬した。
（２）高周波超音波洗浄器（周波数０．７ＭＨｚ）の液槽に７０℃の純水を満たしアルカリ洗浄液から取りだした流路ユニットＵを純水槽に１０分間浸漬した。
次に、純水槽から取りだした流路ユニットＵを７０℃のオーブンに２０分間入れ乾燥させた。次に、オーブンから取りだした流路ユニットＵを酸素プラズマ（高周波電力３００Ｗ）中に３０分間置いて、アッシング処理を行った。
（撥液膜形成）
次に、撥水膜の下地膜としてＴＥＯＳ膜を設けた。ＴＥＯＳガスを用いたプラズマＣＶＤ法により、流路ユニットＵを構成するノズルプレート１の吐出面に厚み１μｍのＴＥＯＳ膜を設けた。
次に、撥水膜の下地膜としてＴＥＯＳ膜を設けた。ＴＥＯＳガスを用いたプラズマＣＶＤ法により、流路ユニットＵを構成するノズルプレート１の吐出面に厚み１μｍのＴＥＯＳ膜を設けた。
次に、ＴＥＯＳ膜の上に撥水膜として厚み４０ｎｍのフッ素化シロキサン系撥水膜であるメルク社の撥水性蒸着材料「Ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ ｓｕｂｓｔａｎｃｅ ＷＲ１：パーフルオロアルキルシラン」を真空蒸着法により形成した。
（電極形成）
次に、図３で示す様にＡｌからなる共通電極４０をスパッタ法により設けた後、共通電極４０の上に銀ペーストからなる導電性接着剤を用いて圧電素子３を接着した。
次に、図３で示す様にＡｌからなる共通電極４０をスパッタ法により設けた後、共通電極４０の上に銀ペーストからなる導電性接着剤を用いて圧電素子３を接着した。
次に、流路ユニットＵにフレキシブル基板４２を接着した。このフレキシブル基板４２の共通配線ＣＬと共通電極４０とを銀ペーストからなる導電性接着剤ＣＰで電気的に接続し、個別配線ＰＬと各圧電素子３の電極とをＡｕ線をワイヤＷとしてワイヤボンディングにて電気的に接続した。
（圧電素子結合、配線、インク供給路結合）
次に、流路ユニットＵにインク供給路３０を接着剤にて結合した。以上により記録ヘッド１００を完成した。完成した記録ヘッド１００のフレキシブル基板４２に、別途用意した圧電素子３を駆動する駆動回路を接続し、インク供給路３０とインク貯蔵部とをパイプで接続し、インク（水溶性）が吐出できるようにした。
次に、流路ユニットＵにインク供給路３０を接着剤にて結合した。以上により記録ヘッド１００を完成した。完成した記録ヘッド１００のフレキシブル基板４２に、別途用意した圧電素子３を駆動する駆動回路を接続し、インク供給路３０とインク貯蔵部とをパイプで接続し、インク（水溶性）が吐出できるようにした。
（試験及び結果）
製造した８個の記録ヘッド１００を用いて、それぞれ１０００万回インクの吐出を行った。８個の記録ヘッド１００は試験当初と試験終了後でインク吐出状態の変化は見られず、貼り合わせ部分からのインク漏れ等の流路ユニットＵに関する不具合はなく良好であった。
製造した８個の記録ヘッド１００を用いて、それぞれ１０００万回インクの吐出を行った。８個の記録ヘッド１００は試験当初と試験終了後でインク吐出状態の変化は見られず、貼り合わせ部分からのインク漏れ等の流路ユニットＵに関する不具合はなく良好であった。
Claims (8)
- ガラス基板とシリコン基板を陽極接合する陽極接合方法において、
前記ガラス基板に貫通穴を設けた前記シリコン基板を重ね合わせる工程と、
重ね合わせた前記シリコン基板の、前記ガラス基板と対向する面の反対面に、陽極電極を接触させるとともに、前記シリコン基板に設けた前記貫通穴を通して前記ガラス基板に、直流電圧を印加する金属部と前記金属部と結合し前記ガラス基板に接触するガラス部とで構成する陰極電極を接触させる工程と、
前記ガラス基板と前記シリコン基板を加熱した状態で、前記陽極電極と前記陰極電極の前記金属部の間に直流電圧を印加する工程と、を有することを特徴とする陽極接合方法。 - 前記陽極電極及び前記陰極電極は、前記シリコン基板と前記ガラス基板を重ね合わせた面に略垂直な方向から移動して、前記シリコン基板及び前記ガラス基板それぞれに接触させることを特徴とする請求項１に記載の陽極接合方法。
- 前記ガラス基板と前記シリコン基板とを陽極接合する範囲の任意の位置から２０ｍｍ以内に、前記ガラス基板に接触させた前記陰極電極の前記直流電圧を印加する金属部があることを特徴とする請求項１または２に記載の陽極接合方法。
- シリコン基板の間にガラス基板を挟んで、シリコン基板とガラス基板とシリコン基板とを陽極接合する陽極接合方法において、
２つの前記シリコン基板のうち一方のシリコン基板に貫通穴が設けられており、
前記陽極接合を行う際の電極である陽極電極プレートの上に他方のシリコン基板と前記ガラス基板と前記貫通穴を設けた前記一方のシリコン基板とをこの順に重ね合わせる工程と、
重ね合わせた前記一方のシリコン基板の、前記ガラス基板と対向する面の反対面に、陽極電極を接触させる工程と、
前記一方のシリコン基板に設けた前記貫通穴を通して前記ガラス基板に、直流電圧を印加する金属部と前記金属部と結合し前記ガラス基板に接触するガラス部とで構成する陰極電極を接触させる工程と、
前記他方のシリコン基板と前記ガラス基板と前記一方のシリコン基板を加熱した状態で、前記陽極電極プレートと前記陰極電極の間及び前記陽極電極と前記陰極電極の前記金属部の間に直流電圧を印加する工程と、を有することを特徴とする陽極接合方法。 - 前記陽極電極及び前記陰極電極は、前記一方のシリコン基板と前記ガラス基板を重ね合わせた面に略垂直な方向から移動して、前記一方のシリコン基板及び前記ガラス基板それぞれに接触させることを特徴とする請求項４に記載の陽極接合方法。
- 前記ガラス基板と２つの前記シリコン基板とを陽極接合する範囲の任意の位置から２０ｍｍ以内に、前記ガラス基板に接触させた前記陰極電極の前記直流電圧を印加する金属部があることを特徴とする請求項４または５に記載の陽極接合方法。
- 複数のノズル孔を有するノズルプレートが形成されているシリコン基板を準備する工程と、
前記ノズルプレートが形成されているシリコン基板と接合して、前記ノズル孔にそれぞれ連通する、前記ノズル孔の開口より大きな開口の中間貫通穴を有する中間プレートが形成されているガラス基板を準備する工程と、
前記ガラス基板と接合して、前記中間貫通穴を介して前記ノズル孔に連通し、アクチュエータの変位による容積の変化により前記ノズル孔から液滴を吐出させる圧力室を形成する圧力室溝が形成されているシリコン基板を準備する工程と、
前記ノズルプレートが形成されているシリコン基板と前記中間プレートが形成されているガラス基板及び前記中間プレートが形成されているガラス基板と前記圧力室溝が形成されているシリコン基板とを接合して、前記ノズル孔に連通する前記圧力室を形成する接合工程と、を有し、
前記接合工程は、請求項１に記載の陽極接合方法を用いることを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。 - 複数のノズル孔を有するノズルプレートが形成されているシリコン基板を準備する工程と、
前記ノズルプレートが形成されているシリコン基板と接合して、前記ノズル孔にそれぞれ連通する、前記ノズル孔の開口より大きな開口の中間貫通穴を有する中間プレートが形成されているガラス基板を準備する工程と、
前記ガラス基板と接合して、前記中間貫通穴を介して前記ノズル孔に連通し、アクチュエータの変位による容積の変化により前記ノズル孔から液滴を吐出させる圧力室を形成する圧力室溝が形成されているシリコン基板を準備する工程と、
前記ノズルプレートが形成されているシリコン基板と前記中間プレートが形成されているガラス基板及び前記中間プレートが形成されているガラス基板と前記圧力室溝が形成されているシリコン基板とを接合して、前記ノズル孔に連通する前記圧力室を形成する接合工程と、を有し、
前記接合工程は、請求項４に記載の陽極接合方法を用いることを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
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