JP7102788B2 - 液体吐出ヘッド及び液体吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ノズルから液体を吐出する液体吐出ヘッド、及び、液体吐出ヘッドの製造方法に関する。
特許文献１に記載のインクジェット記録ヘッドでは、圧力室が形成されたシリコン基板の上面に、圧電素子基板が形成されている。圧電素子基板では、圧電素子がＳｉＯｘ膜で被覆保護され、ＳｉＯｘ膜上に隔壁樹脂層が積層されている。隔壁樹脂層には、圧力室に連通するインク供給用貫通口が形成されている。そして、特許文献１では、隔壁樹脂層に形成されたインク供給用貫通路を通して圧力室にインクを供給するようにすることで、インクが圧電素子の領域に漏れ出してしまうのを防止することができる。
また、特許文献１では、上記のようなインクジェット記録ヘッドを製造するときに、シリコン基板上に、圧電素子基板を構成する複数の膜を順に形成する。このとき、隔壁樹脂層を配置するためのスペースを形成するように複数の膜を形成する。その後、隔壁樹脂層をパターニングする。このとき、供給用貫通口を形成しておく。
ここで、特許文献１では、圧電素子の領域へのインクの漏れ出しを防止するための、専用の隔壁樹脂層が必要となる。また、特許文献１のような隔壁樹脂層を有するインクジェット記録ヘッドを製造する場合、圧電素子基板を構成する膜を形成するときに、隔壁樹脂層を配置するためのスペースを形成するように膜を形成し、その後、隔壁樹脂層をパターニングする必要があるため、インクジェット記録ヘッドの製造工程が複雑になる。
本発明の目的は、駆動素子に液体がしみ込んでしまうのを防止するのに専用の部材を必要とせず、簡単に製造することが可能な液体吐出ヘッド、及び、液体吐出ヘッドの製造方法を提供することである。
本発明の液体吐出ヘッドは、圧力室を有する基板と、前記圧力室内の液体に圧力を付与する駆動素子、を有するアクチュエータと、前記圧力室に液体を供給する供給流路、を有する流路部材と、を備え、前記アクチュエータは、前記基板上に配置され、前記圧力室を覆う第１膜と、前記第１膜の前記基板と反対側の面に配置された第２膜と、を有し、前記第１膜及び前記第２膜を挟んで、前記基板と前記流路部材とが接着剤で接着され、前記第１膜の、前記第１膜と前記第２膜との積層方向において、前記圧力室及び前記供給流路と重なる部分に、第１貫通孔が形成され、前記第２膜の、前記積層方向において前記第１貫通孔と重なる部分に、第２貫通孔が形成され、前記第１貫通孔の縁が、前記第２貫通孔の縁よりも前記第２貫通孔の内側に位置し、前記第１膜の前記基板と反対側の面の、前記第２貫通孔と重なる部分に、前記第１膜と前記第２膜との境界部を覆う前記接着剤が配置され、前記第１膜の前記基板と反対側の面の、前記積層方向において前記圧力室と重なる部分に凹部が形成され、前記第１貫通孔の縁が、前記凹部の縁よりも前記凹部の内側に位置し、前記凹部の縁が、前記第２貫通孔の縁と前記積層方向に重なる、又は、前記第２貫通孔の縁よりも前記第２貫通孔の内側に位置する。
以下、本発明の好適な実施形態について説明する。
＜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、キャリッジ３、インクジェットヘッド４、搬送機構５等を備えている。なお、以下では、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。
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、キャリッジ３、インクジェットヘッド４、搬送機構５等を備えている。なお、以下では、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。
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２０（図２～図４参照）を有する。各ヘッドユニット１６のノズル２０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。
＜インクジェットヘッド＞
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。なお、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。
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。なお、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２～図４に示すように、ヘッドユニット１６は、流路基板２１（本発明の「基板」）、ノズルプレート２３、圧電アクチュエータ２４、及び、リザーバ形成部材２５（本発明の「流路部材」）を備えている。ヘッドユニット１６には、２枚のＣＯＦ（Chip On Film）５０が接続されている。なお、図２では、図面の簡素化のため、流路基板２１及び圧電アクチュエータ２４の上方に位置する、２枚のＣＯＦ５０とリザーバ形成部材２５は、二点鎖線で外形のみ示されている。
＜流路基板＞
流路基板２１は、シリコン基板である。流路基板２１には、複数の圧力室２６が形成されている。流路基板２１の厚みは、例えば、１００μｍである。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列の圧力室列を構成している。なお、図２では、図の簡略化のため、１つの圧力室列を構成する圧力室が１８個しか示されていないが、実際には、より多くの圧力室が非常に小さなピッチで配列されている。また、流路基板２１には、複数の圧力室２６を覆う振動膜３０（本発明の「第１膜」）が形成されている。振動膜３０は、シリコン基板である流路基板２１の表面の一部を酸化することによって形成された、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）で形成された絶縁性の膜である。
流路基板２１は、シリコン基板である。流路基板２１には、複数の圧力室２６が形成されている。流路基板２１の厚みは、例えば、１００μｍである。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列の圧力室列を構成している。なお、図２では、図の簡略化のため、１つの圧力室列を構成する圧力室が１８個しか示されていないが、実際には、より多くの圧力室が非常に小さなピッチで配列されている。また、流路基板２１には、複数の圧力室２６を覆う振動膜３０（本発明の「第１膜」）が形成されている。振動膜３０は、シリコン基板である流路基板２１の表面の一部を酸化することによって形成された、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）で形成された絶縁性の膜である。
また、振動膜３０の上面には、走査方向における複数の圧力室２６の内側の端部と上下方向に重なる部分に、凹部７１が形成されている。凹部７１は、径がＤ０（例えば４６μｍ程度）であり、の深さＨ２が、振動膜３０の厚みＨ１（例えば、１．４μｍ）の半分［Ｈ１／２］よりも深くなっている（例えば、０．８μｍ程度）。また、凹部７１の縁は、圧力室２６の縁よりも圧力室２６の内側に位置している。また、振動膜３０には、凹部７１が形成された部分に貫通孔７２（本発明の「第１貫通孔」）が形成されている。貫通孔７２の径Ｄ１は、凹部７１の径Ｄ０よりも小さく（例えば、４２μｍ程度）、貫通孔７２の縁が、凹部７１の縁よりも凹部７１の内側に位置している。また、これにより、貫通孔７２の縁は、圧力室２６の縁よりも圧力室２６の内側に位置している。
＜ノズルプレート＞
ノズルプレート２３は、流路基板２１の下面に配置されている。ノズルプレート２３は、ポリイミドなどの合成樹脂により形成されている。ノズルプレート２３の厚みは、例えば、３０～５０μｍである。ノズルプレート２３には、流路基板２１の複数の圧力室２６の走査方向における外側の端部とそれぞれ連通する、複数のノズル２０が形成されている。図２に示すように、複数のノズル２０は、流路基板２１の複数の圧力室２６と同様に搬送方向に配列され、走査方向に並ぶ２つのノズル列を構成している。２つのノズル列の間では、搬送方向におけるノズル２０の位置が、各ノズル列における配列ピッチＰの半分（Ｐ／２）だけずれている。
ノズルプレート２３は、流路基板２１の下面に配置されている。ノズルプレート２３は、ポリイミドなどの合成樹脂により形成されている。ノズルプレート２３の厚みは、例えば、３０～５０μｍである。ノズルプレート２３には、流路基板２１の複数の圧力室２６の走査方向における外側の端部とそれぞれ連通する、複数のノズル２０が形成されている。図２に示すように、複数のノズル２０は、流路基板２１の複数の圧力室２６と同様に搬送方向に配列され、走査方向に並ぶ２つのノズル列を構成している。２つのノズル列の間では、搬送方向におけるノズル２０の位置が、各ノズル列における配列ピッチＰの半分（Ｐ／２）だけずれている。
＜圧電アクチュエータ＞
圧電アクチュエータ２４は、上述した振動膜３０と、振動膜３０の上面において、２列に配列された複数の圧力室２６にそれぞれ対応して配置された複数の圧電素子３９を備えている。
圧電アクチュエータ２４は、上述した振動膜３０と、振動膜３０の上面において、２列に配列された複数の圧力室２６にそれぞれ対応して配置された複数の圧電素子３９を備えている。
以下、圧電素子３９の構成について説明する。振動膜３０の上面には、複数の圧力室２６に跨るように、下部電極３１が形成されている。この下部電極３１は、複数の圧電素子３９に対する共通電極である。下部電極３１の材質は特に限定はされないが、例えば、白金（Ｐｔ）で形成されている。
この下部電極３１の上に、複数の圧電素子３９にそれぞれ対応して複数の圧電体３２が配置されている。圧電体３２は、走査方向に長い矩形の平面形状を有し、対応する圧力室２６と上下方向に重なっている。圧電体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で形成されている。あるいは、圧電体３２が、非鉛系の圧電材料で形成されてもいてもよい。
各圧電体３２の上面には、上部電極３３が形成されている。上部電極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。
以上の構成において、下部電極３１の１つの圧力室２６に対向する部分と、１つの圧電体３２と、１つの上部電極３３とによって、１つの圧電素子３９が構成されている。
図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように、圧電アクチュエータ２４は、さらに、保護膜４０、絶縁膜４１、配線４２、及び、配線保護膜４３（本発明の「第２膜」）を有する。
図４（ａ）に示すように、保護膜４０は、上部電極３３の中央部が配置された領域を除いて、圧電体３２の表面を覆うように配置されている。保護膜４０の主な目的の１つは、空気中の水分の圧電膜３２への浸入防止である。保護膜４０は、例えばアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の膜である。
保護膜４０の上には、絶縁膜４１が形成されている。絶縁膜４１は、材質は特に限定されないが、例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）の膜である。この絶縁膜４１は、上部電極３３に接続される次述の配線４２と、下部電極３１との間の、絶縁性を高めるために設けられている。
絶縁膜４１の上には、複数の圧電素子３９の上部電極３３からそれぞれ引き出された複数の配線４２が形成されている。配線４２は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）などで形成されている。図４（ａ）に示すように、配線４２の一端部は、圧電膜３２の上の上部電極３３の端部と重なる位置に配置され、保護膜４０と絶縁膜４１を貫通する貫通導電部４８によって上部電極３３と導通している。また、左側に配列されている上部電極３３に接続された配線４２は、対応する上部電極３３から左側へ延び、右側に配列された上部電極３３に接続された配線４２は、対応する上部電極３３から右側へ延びている。
図４（ａ）に示すように、配線保護膜４３は、複数の配線４２を覆うように配置されている。配線保護膜４３により、複数の配線４２の間の絶縁性が高められている。また、配線保護膜４３により、配線４２を構成する配線材料（Ａｌ等）の酸化も抑制される。配線保護膜４３は、例えば、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）の膜である。
また、配線保護膜４３は、振動膜３０の凹部７１及び貫通孔７２の周囲の領域まで延びている。なお、保護膜４０及び絶縁膜４１は、振動膜３０の凹部７１及び貫通孔７２の周囲の領域までは延びていない。これにより、配線保護膜４３の凹部７１及び貫通孔７２の周囲の領域に位置する部分は、振動膜３０の上面に配置されている。また、配線保護膜４３には、貫通孔７３（本発明の「第２貫通孔」）が形成されている。貫通孔７３の径Ｄ２は、凹部７１の径Ｄ０とほぼ同じであり（例えば、４６μｍ程度）、貫通孔７３の縁と凹部７１の縁とが上下方向に重なっている。これにより、貫通孔７２の縁は、貫通孔７３の縁よりも貫通孔７３の内側に位置している。また、配線保護膜４３の厚みＨ３は、振動膜３０の厚みＨ１よりも小さい（例えば、０．５５μｍ）。
図２～図４に示すように、流路基板２１の左右両端部には、複数の配線４２の先端部である複数の駆動接点４２ａが搬送方向に並べて配置されている。図２に示すように、上部電極３３から左方へ引き出された配線４２は、流路基板２１の左端部の駆動接点４２ａと接続され、右方へ引き出された配線４２は、流路基板２１の右端部の駆動接点４２ａと接続されている。さらに、流路基板２１の左右両端部には、下部電極３１と導通するグランド接点３８も配置されている。
＜ＣＯＦ＞
図２～図４に示すように、流路基板２１の左端部上面、及び、右端部上面には、配線部材である２枚のＣＯＦ５０がそれぞれ接合されている。各ＣＯＦ５０は、フレキシブル基板５１と、フレキシブル基板５１に実装された２つの駆動ＩＣ５２（５２ａ，５２ｂ）と、駆動ＩＣ５２と複数の駆動接点４２ａとの接続、グランド接点３８と図示しない制御装置との接続などを行うための複数の配線５３とを有している。
図２～図４に示すように、流路基板２１の左端部上面、及び、右端部上面には、配線部材である２枚のＣＯＦ５０がそれぞれ接合されている。各ＣＯＦ５０は、フレキシブル基板５１と、フレキシブル基板５１に実装された２つの駆動ＩＣ５２（５２ａ，５２ｂ）と、駆動ＩＣ５２と複数の駆動接点４２ａとの接続、グランド接点３８と図示しない制御装置との接続などを行うための複数の配線５３とを有している。
駆動ＩＣ５２は、図示しない制御装置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２４を駆動するための駆動信号を生成する。駆動ＩＣ５２から駆動信号が供給されたときの、圧電素子３９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、上部電極３３の電位はグランド電位となっており、下部電極３１と同電位である。この状態から、ある上部電極３３に駆動信号が供給されて、上部電極３３に駆動電位が印加されると、その上部電極３３と下部電極３１との電位差により、両電極の間の圧電体３２に厚み方向に平行な電界が作用する。このときに、圧電体３２は、逆圧電効果により厚み方向に伸びて面方向に収縮し、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２０からインクの液滴が吐出される。
＜リザーバ形成部材＞
図４（ａ）、（ｂ）に示すように、リザーバ形成部材２５は、圧電アクチュエータ２４を挟んで、流路基板２１と反対側（上側）に配置され、圧電アクチュエータ２４を介して、流路基板２１と接合されている。リザーバ形成部材２５は、例えば、流路基板２１と同様に、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。
図４（ａ）、（ｂ）に示すように、リザーバ形成部材２５は、圧電アクチュエータ２４を挟んで、流路基板２１と反対側（上側）に配置され、圧電アクチュエータ２４を介して、流路基板２１と接合されている。リザーバ形成部材２５は、例えば、流路基板２１と同様に、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２５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４６が形成されている。このリザーバ４６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によって接続されている。
リザーバ形成部材２５の下半部には、リザーバ４６から下方に延びる複数のインク供給流路４７が形成されている。各インク供給流路４７は、圧電アクチュエータ２４の貫通孔７２、７３を介して、流路基板２１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４６から、複数のインク供給流路４７を介して、複数の圧力室２６にインクが供給される。ここで、インク供給流路４７の径Ｄ３は、貫通孔７２の径Ｄ１及び貫通孔７３の径Ｄ３のいずれよりも小さく（例えば、３８μｍ程度）、インク供給流路４７の縁が、貫通孔７２の縁及び貫通孔７３の縁よりも貫通孔７２、７３の内側に位置している。
また、リザーバ形成部材２５は、接着剤７５によって流路基板２１に接合されている。ここで、接着剤７５は、例えばエポキシ樹脂を含む接着剤等、絶縁性を有する接着剤である。また、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、接着剤７５は、振動膜３０の上面の貫通孔７３と上下方向に重なる部分と、リザーバ形成部材２５との間の空間にも配置されており、この空間内の接着剤７５によって、振動膜３０と配線保護膜４３との境界部分が覆われている。また、凹部７１よりも下方に位置する貫通孔７２の内壁面には、接着剤７５が付着していない。
また、リザーバ形成部材２５の下半部には、カバー部４５が形成されている。カバー部４５の内部には、圧電アクチュエータ２４の複数の圧電素子３９を収容する空間が形成されている。
＜インクジェットヘッドの製造方法＞
次に、インクジェットヘッド４の製造方法について説明する。インクジェットヘッド４を製造するためには、まず、図５（ａ）に示すように、流路基板２１となるシリコン基板１２１の上面の一部を酸化させることによって、基板１２１の上面に振動膜３０を形成する（本発明の「第１膜形成工程」）。
次に、インクジェットヘッド４の製造方法について説明する。インクジェットヘッド４を製造するためには、まず、図５（ａ）に示すように、流路基板２１となるシリコン基板１２１の上面の一部を酸化させることによって、基板１２１の上面に振動膜３０を形成する（本発明の「第１膜形成工程」）。
続いて、図５（ｂ）に示すように、振動膜３０の上面に、下部電極３１となる白金（Ｐｔ）等の膜１３１、圧電膜３２となる圧電材料の膜１３２、及び、複数の上部電極３３となる白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）等の膜１３３を順に形成する。続いて、図５（ｃ）に示すように、エッチングにより、膜１３３及び膜１３２の不要部分を除去することによって、圧電膜３２及び複数の上部電極３３を形成する。さらに、エッチングにより、膜１３１の不要部分を除去することによって、下部電極３１を形成する。
続いて、図５（ｄ）に示すように、保護膜４０となるアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の膜１４０及び絶縁膜４１となる二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）の膜１４１を順に形成する。続いて、図５（ｅ）に示すように、エッチングにより膜１４０、１４１の不要部分を除去することによって、貫通導電部４８が配置される孔１４８を有する保護膜４０及び絶縁膜４１を形成する。
続いて、図６（ａ）に示すように、複数の配線４２となるアルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）等の膜１４２を形成する。続いて、図６（ｂ）に示すように、エッチングにより、膜１４２の不要部分を除去することにより、貫通導電部４８を有する複数の配線４２を形成する。続いて、図６（ｃ）に示すように、配線保護膜４３となる窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）の膜１４３を形成する（本発明の「第２膜形成工程」）。続いて、図６（ｄ）に示すように、エッチングにより、膜１４３の不要部分を除去することによって、貫通孔７３を有する配線保護膜４３を形成する（本発明の「第２貫通孔形成工程」）。さらにこのときのエッチングにより、振動膜３０の上面に凹部７１を形成する。
続いて、図６（ｅ）に示すように、エッチングにより、振動膜３０の凹部７１が形成された部分に貫通孔７２を形成する（本発明の「第１貫通孔形成工程」）。続いて、リザーバ形成部材２５の下面に接着剤７５を塗布し、図７（ａ）に示すように、基板１２１とリザーバ形成部材２５とを接着剤７５で接合する。このとき、図７（ｂ）に示すように、基板１２１とリザーバ形成部材２５との接合面からはみ出した接着剤７５により、振動膜３０と配線保護膜４３との境界部分が覆われる。なお、この時点では、はみ出した接着剤７５は、振動膜３０の上面の、貫通孔７３と上下方向に重なる部分に加えて、貫通孔７２と上下に重なる部分にも配置されている。
続いて、図７（ｃ）に示すように、基板１２１の下面を研磨加工することによって、基板１２１を流路基板２１の厚みにし、エッチングにより基板１２１に複数の圧力室２６を形成して、流路基板２１とする（本発明の「圧力室形成工程」）。このとき、基板１２１とリザーバ形成部材２５との接着時にはみ出した接着剤７５のうち、貫通孔７２と上下方向に重なる部分が除去される。そして、図７（ｄ）に示すように、複数の圧力室２６が形成された流路基板２１の下面に予め作製したノズルプレート２３を接合することによって、インクジェットヘッド４が完成する。
＜効果＞
以上に説明した実施形態では、貫通孔７２の縁が、貫通孔７３の縁よりも貫通孔７３の内側に位置し、振動膜３０の上面（流路基板２１と反対側の面）の貫通孔７３と重なる部分に接着剤７５が配置されている。そして、この接着剤７５により、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）の振動膜３０と、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）の配線保護膜４３との境界部が覆われている。これにより、振動膜３０と配線保護膜４３との間にインクがしみ込んでしまうのを防止することができる。
以上に説明した実施形態では、貫通孔７２の縁が、貫通孔７３の縁よりも貫通孔７３の内側に位置し、振動膜３０の上面（流路基板２１と反対側の面）の貫通孔７３と重なる部分に接着剤７５が配置されている。そして、この接着剤７５により、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）の振動膜３０と、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）の配線保護膜４３との境界部が覆われている。これにより、振動膜３０と配線保護膜４３との間にインクがしみ込んでしまうのを防止することができる。
また、本実施形態では、配線保護膜４３に貫通孔７３を形成し、振動膜３０に凹部７１及び貫通孔７２を形成した後に、基板１２１とリザーバ形成部材２５とを接着剤７５で接合し、その後、エッチングにより基板１２１に複数の圧力室２６を形成する。このとき、接着剤７５のうち、貫通孔７２と上下方向に重なる部分が、エッチングによって除去される。これに対して、本実施形態では、上述したように、貫通孔７２の縁が、貫通孔７３の縁よりも貫通孔７３の内側に位置している。そのため、接着剤７５のうち、振動膜３０と配線保護膜４３との接合部を覆う部分は除去されずに残る。このように、本実施形態では、貫通孔７２の縁と貫通孔７３の縁との位置関係を上記のようにして、振動膜３０及び配線保護膜４３を挟んで、リザーバ形成部材２５を流路基板２１に接着するだけで、振動膜３０と配線保護膜４３との境界部分を覆う接着剤７５が配置された構造を形成することができる。したがって、振動膜３０と配線保護膜４３との境界部分を覆うための部材が別途必要なく、液体吐出ヘッドの製造工程が複雑になってしまうこともない。
また、本実施形態では、振動膜３０の上面に凹部７１が形成され、貫通孔７２の縁が凹部７１の縁よりも凹部７１の内側に位置し、凹部７１の縁と貫通孔７３の縁とが上下方向に重なる。これにより、振動膜３０に凹部７１が形成されていない場合と比較して、振動膜３０の上面に配置される接着剤７５の量が多くなり、振動膜３０と配線保護膜４３との間に液体がしみ込んでしまうのを防止する効果を高くすることができる。
また、本実施形態では、凹部７１の深さＨ２が振動膜３０の厚みＨ１の半分［Ｈ１／２］よりも深い。これにより、凹部７１の深さを深くして、振動膜３０の上面に配置される接着剤の量を多くすることができる。
また、本実施形態では、凹部７１が形成される振動膜３０の厚みＨ１が、配線保護膜４３の厚みＨ３よりも大きいため、振動膜３０に凹部７１を形成して、振動膜３０の上面に配置される接着剤の量を多くする効果が高い。
また、本実施形態では、インク供給流路４７の縁が、貫通孔７２、７３の縁よりも、貫通孔７２、７３の内側に位置している。したがって、振動膜３０と配線保護膜４３とリザーバ形成部材２５とに囲まれた空間ができ、流路基板２１とリザーバ形成部材２５との接合時に、この空間に確実に接着剤７５を残すことができる。
また、本実施形態では、接着剤７５がエポキシ樹脂を含む接着剤であるため、振動膜３０と配線保護膜４３との境界部分を覆う接着剤７５によって、振動膜３０と配線保護膜４３との間にインクがしみ込んでしまうのを確実に防止することができる。
また、本実施形態では、貫通孔７２の縁が、圧力室２６の縁よりも圧力室２６の内側に位置しており、貫通孔７２の縁が全周にわたって、圧力室２６に露出する。そのため、上述したような、振動膜３０と配線保護膜４３との境界部分を覆う接着剤７５が配置された構造とする意義は大きい。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載の限りにおいて様々な変更が可能である。
上述の実施形態では、インク供給流路４７の径Ｄ３が、貫通孔７２、７３の径Ｄ１、Ｄ２よりも小さく、インク供給流路４７の縁が貫通孔７２、７３の縁よりも貫通孔７２、７３の内側に位置していたが、これには限られない。例えば、インク供給流路４７の径が、貫通孔７２、７３の径よりも大きく、貫通孔７２、７３の縁が、インク供給流路４７の縁よりもインク供給流路４７の内側に位置してもよい。あるいは、インク供給流路４７の径が、貫通孔７３の径とほぼ同じであり、貫通孔７３の縁とインク供給流路４７の縁とが上下方向に重なっていてもよい
また、上述の実施形態では、凹部７１が形成される振動膜３０の厚みＨ１が配線保護膜４３の厚みＨ３よりも大きくなっていたが、これに限られない。振動膜３０の厚みは、配線保護膜４３の厚み以下であってもよい。
また、上述の実施形態では、凹部７１の深さＨ２が、振動膜３０の厚みＨ１の半分［Ｈ１／２］よりも深くなっていたが、これには限られない。凹部７１の深さは、振動膜３０の厚みＨ１の半分［Ｈ１／２］以下であってもよい。
また、上述の実施形態では、貫通孔７３の径Ｄ３が、凹部７１の径Ｄ０とほぼ同じであり、凹部７１の縁と貫通孔７３の縁とが上下方向に重なっていたが、これには限られない。変形例１では、図８に示すように、ヘッドユニット２０１において、配線保護膜４３に形成された貫通孔２０３（本発明の「第２貫通孔」）の径Ｄ４が、凹部７１の径Ｄ０（例えば４６μｍ程度）よりも大きく（例えば５０μｍ程度）、凹部７１の縁が、貫通孔２０３の縁よりも貫通孔２０３の内側に位置している。
また、上述の実施形態では、振動膜３０の上面に凹部７１が形成されていたが、これには限られない。変形例２では、図９に示すように、ヘッドユニット２１１において、振動膜２１２の上面に凹部が形成されておらず、貫通孔７２とほぼ同じ径の貫通孔２１３が形成されている。そして、凹部が形成されていない振動膜２１２の上面に配置された接着剤２１４によって振動膜２１２と配線保護膜４３との境界部分が覆われている。
また、上述の実施形態では、配線保護膜４３が窒化ケイ素によって形成されていたが、これには限られない。配線保護膜は、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）以外の絶縁性材料からなるものであってもよい。
また、上述の実施形態では、配線保護膜４３が、振動膜３０の凹部７１及び貫通孔７２の周囲の領域まで延び、配線保護膜４３に貫通孔７３が形成されていたが、これには限られない。例えば、変形例３では、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、ヘッドユニット２２１において、保護膜２２２及び絶縁膜２２３が、振動膜３０の凹部７１及び貫通孔７２の周囲の領域まで延びており、配線保護膜２２４は、振動膜３０の凹部７１及び貫通孔７２の周囲の領域まで延びていない。そして、保護膜２２２及び絶縁膜２２３に、圧力室２６とインク供給流路４７とを連通させる重なる貫通孔２２５、２２６が形成されている。なお、変形例３では、貫通孔２２５と貫通孔２２６とを合わせたものが、本発明の「第２貫通孔」に相当する。貫通孔２２５、２２６の径は、貫通孔７３の径Ｄ３（図４（ｂ）参照）とほぼ同じである。これにより、変形例３では、貫通孔２２５、２２６の縁が、貫通孔７３の縁よりも貫通孔７３の内側に位置し、振動膜３０の上面の貫通孔７２の縁と貫通孔２２５、２２６との間に位置する部分に接着剤２２７が配置されている。
そして、変形例３では、保護膜２２２と絶縁膜２２３とが積層されることによって形成される圧電素子３９を保護する２層の膜（本発明の「素子保護膜」）と、振動膜３０との境界部分が、接着剤２２７により覆われている。これにより、振動膜３０と保護膜２２２との間、及び、保護膜２２２と絶縁膜２２３との間にインクがしみ込んでしまうのを防止することができる。
また、変形例３では、保護膜２２２がアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の膜であり、絶縁膜２２３が二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）の膜であったが、これには限られない。保護膜２２２は、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯx）、酸化タンタル（ＴａＯx）等の酸化物、あるいは、窒化ケイ素（ＳｉＮx）の窒化物など、アルミナ以外の膜であってもよい。また、絶縁膜２２３は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）の膜以外の絶縁性材料の膜であってもよい。
さらには、配線４２を保護する配線保護膜と、圧電素子３９を保護する保護膜及び絶縁膜の両方が、振動膜３０の凹部７１及び貫通孔７２の周囲の領域まで延び、これら３つの膜に、圧力室２６とインク供給流路４７とを連通させる貫通孔が形成されていてもよい。なお、この場合には、上記３つの膜に形成された貫通孔を合わせたものが、本発明の「第２貫通孔」に相当する。
また、以上の例では、絶縁性材料からなる膜が、振動膜３０の凹部７１及び貫通孔７２の周囲の領域まで延び、この膜に、圧力室２６とインク供給流路４７とを連通させる貫通孔が形成されていたが、これには限られない。例えば、下部電極を構成する膜などの導電性材料からなる膜が、振動膜３０の凹部７１及び貫通孔７２の周囲の領域まで延び、この膜に、圧力室２６とインク供給流路４７とを連通させる貫通孔が形成されていてもよい。
また、上述の実施形態では、貫通孔７２の縁が、圧力室２６の縁よりも圧力室２６の内側に位置していたが、これには限られない。例えば、変形例４では、図１１に示すように、ヘッドユニット２３１において、圧力室２３２の走査方向に内側（図１１の左側）の縁が、貫通孔７２の縁よりも貫通孔７２の内側に位置している。
また、上述の実施形態では、エポキシ樹脂を含む接着剤で、流路基板２１とリザーバ形成部材２５とを接合したが、これには限られない。流路基板２１とリザーバ形成部材２５とを接合する接着剤は、インクに対するシール性を有するものであれば、エポキシ樹脂を含まない接着剤であってもよい。
また、上述の実施形態では、振動膜３０が二酸化ケイ素からなる膜であったが、これには限られない。振動膜は、例えば窒化ケイ素等、二酸化ケイ素以外の材料からなる膜であってもよい。例えば、振動膜が窒化ケイ素の膜である場合には、シリコン基板である流路基板２１の表面の一部を窒化させることによって形成することができる。
また、上述の実施形態では、流路基板２１がシリコン基板であったが、これには限られない。流路基板２１は、例えば金属材料等別の材料からなるものであってもよい。
また、上述の実施形態では、エッチングによって基板１２１に複数の圧力室２６を形成したが、これには限られない。例えばレーザ加工など、別の方法によって基板１２１に複数の圧力室２６を形成してもよい。
また、上述の実施形態では、配線保護膜４３に貫通孔７３を形成した後に、振動膜３０に凹部７１及び貫通孔７２を形成したが、これには限られない。例えば、変形例６では、上述の実施の形態と同様、図６（ｂ）に示すように配線４２を形成した後、図１２（ａ）に示すように、ハーフエッチングにより振動膜３０に凹部７１を形成し、さらに、エッチングにより、振動膜３０に貫通孔７２を形成する（本発明の「第１貫通孔形成工程」）。続いて、図１２（ｂ）に示すように、配線保護膜４３となる膜１４３を形成する（本発明の「第２膜形成工程」）。続いて、図１２（ｃ）に示すように、膜１４３の不要部分を除去することによって、貫通孔７３を有する配線保護膜４３を形成する（本発明の「第２貫通孔形成工程」）。そして、以下、上述の実施形態と同様、図７（ａ）～（ｄ）に示す手順で、インクジェットヘッドを製造する。
また、変形例５では、配線保護膜４３となる膜１４３の形成の直前に振動膜３０に凹部７１及び貫通孔７２を形成したが、これよりも前の段階で、振動膜３０に凹部７１及び貫通孔７２を形成してもよい。
また、以上では、ノズルからインクを吐出して印刷を行うプリンタに本発明を適用した例について説明したが、これには限られない。例えば、配線基板の配線パターンの材料など、インク以外の液体を吐出する液体吐出装置に本発明を適用することも可能である。
４ インクジェットヘッド
１６ ヘッドユニット
２１ 流路基板
２４ 圧電アクチュエータ
２５ リザーバ形成部材
２６ 圧力室
３０ 振動膜
３９ 駆動素子
４２ 配線
４３ 配線保護膜
４７ インク供給流路
７１ 凹部
７２ 貫通孔
７３ 貫通孔
７５ 接着剤
１２１ 基板
２０１ ヘッドユニット
２０３ 貫通孔
２１１ ヘッドユニット
２１２ 振動膜
２１３ 貫通孔
２１４ 接着剤
２２１ ヘッドユニット
２２２ 保護膜
２２３ 絶縁膜
２２５ 貫通孔
２２６ 貫通孔
２２７ 接着剤
２３１ ヘッドユニット
２３２ 圧力室
１６ ヘッドユニット
２１ 流路基板
２４ 圧電アクチュエータ
２５ リザーバ形成部材
２６ 圧力室
３０ 振動膜
３９ 駆動素子
４２ 配線
４３ 配線保護膜
４７ インク供給流路
７１ 凹部
７２ 貫通孔
７３ 貫通孔
７５ 接着剤
１２１ 基板
２０１ ヘッドユニット
２０３ 貫通孔
２１１ ヘッドユニット
２１２ 振動膜
２１３ 貫通孔
２１４ 接着剤
２２１ ヘッドユニット
２２２ 保護膜
２２３ 絶縁膜
２２５ 貫通孔
２２６ 貫通孔
２２７ 接着剤
２３１ ヘッドユニット
２３２ 圧力室
Claims (17)
- 圧力室を有する基板と、
前記圧力室内の液体に圧力を付与する駆動素子、を有するアクチュエータと、
前記圧力室に液体を供給する供給流路、を有する流路部材と、を備え、
前記アクチュエータは、
前記基板上に配置され、前記圧力室を覆う第１膜と、
前記第１膜の前記基板と反対側の面に配置された第２膜と、を有し、
前記第１膜及び前記第２膜を挟んで、前記基板と前記流路部材とが接着剤で接着され、
前記第１膜の、前記第１膜と前記第２膜との積層方向において、前記圧力室及び前記供給流路と重なる部分に、第１貫通孔が形成され、
前記第２膜の、前記積層方向において前記第１貫通孔と重なる部分に、第２貫通孔が形成され、
前記第１貫通孔の縁が、前記第２貫通孔の縁よりも前記第２貫通孔の内側に位置し、
前記第１膜の前記基板と反対側の面の、前記第２貫通孔と重なる部分に、前記第１膜と前記第２膜との境界部を覆う前記接着剤が配置され、
前記第１膜の前記基板と反対側の面の、前記積層方向において前記圧力室と重なる部分に凹部が形成され、
前記第１貫通孔の縁が、前記凹部の縁よりも前記凹部の内側に位置し、
前記凹部の縁が、前記第２貫通孔の縁と前記積層方向に重なる、又は、前記第２貫通孔の縁よりも前記第２貫通孔の内側に位置することを特徴とする液体吐出ヘッド。 - 前記凹部の深さが、前記第１膜の厚みの半分よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の液体吐出ヘッド。
- 前記第１膜は、前記第２膜よりも厚みが大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記第１貫通孔の内壁面には、前記接着剤が付着していないことを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
- 前記供給流路の前記第２貫通孔との接続部分の縁が、第１貫通孔の縁よりも、前記第１貫通孔及び前記第２貫通孔の内側に位置していることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
- 前記接着剤は、エポキシ樹脂を含む接着剤であることを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
- 前記第１膜が、二酸化ケイ素によって形成されていることを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
- 前記基板が、シリコン基板であることを特徴とする請求項１～７のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
- 前記第２膜が絶縁性材料によって形成されていることを特徴とする請求項１～８のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
- 前記アクチュエータは、前記駆動素子と接続される配線を有し、
前記第２膜は、前記配線を覆う配線保護膜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。 - 前記配線保護膜が、窒化ケイ素の膜であることを特徴と請求項１０に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記第２膜は、前記駆動素子を覆う素子保護膜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。
- 前記素子保護膜は、二酸化ケイ素によって形成された膜とアルミナによって形成された膜とが積層された膜であることを特徴とする請求項１２に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記第１貫通孔の縁が、前記圧力室の縁よりも前記圧力室の内側に位置していることを特徴とする請求項１～１３のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
- 基板上に、アクチュエータを構成する第１膜を形成する第１膜形成工程と、
前記第１膜の前記基板と反対側の面に、前記アクチュエータを構成する第２膜を形成する第２膜形成工程と、
前記第１膜に第１貫通孔を形成する第１貫通孔形成工程と、
前記第２膜に、前記第１膜と前記第２膜との積層方向において前記第１貫通孔と重なる第２貫通孔を形成する第２貫通孔形成工程と、
前記第１膜及び前記第２膜を挟んで、前記基板と流路部材とを接着剤で接着する接着工程と、
前記接着工程の後、前記基板に、前記積層方向において前記第１貫通孔と重なる圧力室を形成する圧力室形成工程と、を備え、
前記第１貫通孔の縁が、前記第２貫通孔の縁よりも前記第２貫通孔の内側に位置するように、前記第１貫通孔形成工程で前記第１膜に前記第１貫通孔を形成し、前記第２貫通孔形成工程において前記第２膜に前記第２貫通孔を形成し、
前記第２貫通孔形成工程において、前記第１膜の前記基板と反対側の面の、前記積層方向において前記圧力室と重なる部分に凹部を形成し、
前記第１貫通孔の縁が、前記凹部の縁よりも前記凹部の内側に位置するように、前記第１貫通孔形成工程で前記第１膜に前記第１貫通孔を形成し、
前記凹部の縁が、前記第２貫通孔の縁と前記積層方向に重なる、又は、前記第２貫通孔の縁よりも前記第２貫通孔の内側に位置するように前記第２貫通孔形成工程において前記第２膜に前記第２貫通孔を形成することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。 - 前記第２貫通孔形成工程で前記第２膜に前記第２貫通孔を形成した後に、前記第１貫通孔形成工程で前記第１膜に前記第１貫通孔を形成することを特徴とする請求項１５に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記圧力室形成工程において、前記基板にエッチングを施すことによって前記圧力室を形成することを特徴とする請求項１５又は１６に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
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| JP2009214522A (ja) | 2008-03-13 | 2009-09-24 | Seiko Epson Corp | 液体噴射ヘッド及び液体噴射ヘッドの製造方法並びに液体噴射装置 |
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- 2020-12-03 US US17/110,751 patent/US11325381B2/en active Active
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