JP2005153369A - 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びに液体噴射ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ノズル詰まり等の吐出不良を確実に防止することができる液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びに液体噴射ヘッドの製造方法を提供する。
【解決手段】 液体を噴射するノズル開口２１に連通する圧力発生室１２が形成される流路形成基板１０と、流路形成基板１０の一方面側に振動板を介して圧力発生室１２内に圧力変化を生じさせる圧電素子３００とを具備する液体噴射ヘッドにおいて、流路形成基板１０には、圧力発生室１２の長手方向一端部に連通する連通部１３が設けられ、流路形成基板１０の圧電素子３００側の面には、連通部１３に連通するリザーバ部３１を有するリザーバ形成基板３０が接合されており、リザーバ部３１と連通部１３との境界に対応する領域には、少なくとも振動板を貫通する貫通部１１０が設けられ、貫通部１１０の内側の縁面を流路形成基板１０とリザーバ形成基板３０とを接合する接合部材３５（３５ａ）によって覆うようにする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、液体を噴射する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びに液体噴射ヘッドの製造方法に関し、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インクジェット式記録装置並びにインクジェット式記録ヘッドの製造方法に関する。

液体噴射装置としては、例えば、圧電素子や発熱素子によりインク滴吐出のための圧力を発生させる複数の圧力発生室と、各圧力発生室にインクを供給する共通のリザーバと、各圧力発生室に連通するノズル開口とを備えたインクジェット式記録ヘッドを具備するインクジェット式記録装置があり、このインクジェット式記録装置では、印字信号に対応するノズル開口と連通した圧力発生室のインクに吐出エネルギを印加してノズル開口からインク滴を吐出させる。

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。

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困難な工程や、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必要となり、製造工程が複雑であるという問題がある。

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ものの、たわみ振動を利用する関係上、ある程度の面積が必要となり、高密度配列が困難であるという問題がある。

一方、後者の記録ヘッドの不都合を解消すべく、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧電材料層を形成し、この圧電材料層をリソグラフィ法により圧力発生室に対応する形状に切り分けて各圧力発生室毎に独立するように圧電素子を形成することで高密度配列を実現したものがある。

また、このようなインクジェット式記録ヘッドとしては、ノズル開口に連通する圧力発生室が形成される流路形成基板の圧電素子側にリザーバの一部を構成するリザーバ部を有するリザーバ形成基板を設け、振動板に形成された貫通部を介してリザーバ部と圧力発生室とを連通した構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

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、貫通部は振動板を機械的に加工することによって形成されている。このような機械的な加工では、加工カスが圧力発生室などの流路形成基板内から排除し難く、流路形成基板内に残留した加工カスによってノズル開口が塞がれて吐出不良が発生してしまうという問題がある。また、貫通部を機械的に加工することにより形成すると、貫通部の周囲に亀裂等が発生するという問題がある。この亀裂が発生した状態でインクを充填して吐出させると、振動板の亀裂等が生じている部分から破片が脱落し、この破片によってノズル開口が塞がれて吐出不良が発生するという問題がある。

そこで、このような問題を解決するために、積層膜を機械的な加工によって貫通して形成された貫通部の周囲を保護膜によって覆うようにした構造が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この構造によれば、貫通部の周囲がインクに曝されることがないため、その貫通部の周囲の亀裂等から発生した破片によってノズル開口が塞がれて吐出不良となるのを防止することができる。しかしながら、貫通部は振動板を機械的に加工することにより形成されることから、加工時の加工カスが流路形成基板内に残留するのを防止することはできない。したがって、加工カスによってノズル開口が塞がれて吐出不良が発生してしまうことまでは防止できない。また、積層膜の貫通部の周縁部はリザーバ内に残って突出しており、また、この貫通部は流路形成基板とリザーバ形成基板とを接合した後に形成する関係上、その後に貫通部の周縁部を保護膜で完全に覆うのは非常に困難であるという問題がある。また、このようにリザーバ内に積層膜が突出していると、リザーバ部から連通部へのインクの流れが妨げられ、インク供給不良となるという問題もある。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吐出する他の液体噴射ヘッドの製造方法においても、同様に存在する。

特開２０００−２９６６１６号公報（第８−９頁、第１−２図） 特開２００３−１５９８０１号公報（第７−８頁、第８図）

本発明は、このような事情に鑑み、ノズル詰まり等の吐出不良を確実に防止することができる液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びに液体噴射ヘッドの製造方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が形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前記圧力発生室内に圧力変化を生じさせる圧電素子とを具備する液体噴射ヘッドにおいて、前記流路形成基板には、前記圧力発生室の長手方向一端部に連通する連通部が設けられ、当該流路形成基板の前記圧電素子側の面には、前記連通部に連通するリザーバ部を有するリザーバ形成基板が接合されており、前記リザーバ部と前記連通部との境界に対応する領域には、少なくとも前記振動板を貫通する貫通部が設けられ、当該貫通部の内側の縁面が前記流路形成基板と前記リザーバ形成基板とを接合する接合部材により覆われていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第１の態様では、貫通部の内側の縁面が接合部材によって覆われるため、その貫通部の縁面からその内部に液体が浸漬することがない。このため、液体の浸漬による膜剥がれ等が防止され、膜剥がれ等によって異物が発生することがなく、異物によるノズル詰まり等の吐出不良が確実に防止される。

本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記貫通部の前記連通部側の開口領域が前記連通部の前記振動板側の開口領域よりも大きく形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第２の態様では、振動板がリザーバ内に突出しないため、リザーバ部内から連通部に供給される液体の流れを妨げることがなく、液体の供給不良が防止される。

本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記貫通部の前記リザーバ部側の開口領域が前記リザーバ部の前記貫通部側の開口領域よりも大きく形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第３の態様では、接合部材のはみ出しによって貫通部の内側の縁面が確実に覆われる。

本発明の第４の態様は、第１〜３の何れかの態様において、前記貫通部の前記連通部側の開口領域よりも前記リザーバ部側の開口領域が大きく形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第４の態様では、貫通部の内側の縁面の表面積が大きくなるため、流路形成基板とリザーバ形成基板との接合領域が大きくなり、ヘッドの剛性が高められる。

本発明の第５の態様は、第４の態様において、前記貫通部は前記振動板をエッチングにより貫通して形成されたものであり、且つ当該貫通部の内側の縁面は、前記連通部側の開口領域及び前記リザーバ部側の開口領域の大小により前記リザーバ部側に向かって階段状に漸大した形状となっていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第５の態様では、貫通部の内側の縁面の表面積が大きくなるため、流路形成基板とリザーバ形成基板との接合領域が大きくなり、ヘッドの剛性が高められる。

本発明の第６の態様は、第１〜５の何れかの態様の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。
かかる第６の態様では、信頼性を向上した液体噴射装置が比較的容易に実現される。

本発明の第７の態様は、液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が形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前記圧力発生室内に圧力変化を生じさせる圧電素子と、前記流路形成基板の前記圧電素子側の面に接合されて各圧力発生室の共通の液体室であるリザーバの一部を構成するリザーバ部が設けられたリザーバ形成基板とを具備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一方面側に前記振動板及び前記圧電素子を形成する工程と、前記流路形成基板の前記圧力発生室の長手方向一端部に連通する連通部を形成する領域に対向する部分の少なくとも前記振動板を厚さ方向に貫通して貫通部を形成する工程と、前記流路形成基板と前記リザーバ形成基板とを接合する接合部材により前記貫通部の内側の縁面を覆うと共に前記流路形成基板の前記圧電素子側の面上に前記リザーバ形成基板を接合する工程と、前記流路形成基板の他方面側からのエッチングにより前記貫通部を介して前記リザーバ部に連通する前記連通部及び前記圧力発生室を形成する工程とを具備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。
かかる第７の態様では、振動板及び圧電素子を形成する際に貫通部をエッチングにより形成するため、従来の連通部を形成した後の機械的な加工による膜破り工程を省略でき、製造工程が簡略化される。また、貫通部をエッチングにより形成するため、ヘッド製造時に異物の発生がなく、異物によるヘッドの組み立て不良が低減される。さらに、貫通部の内側の縁面が接合部材によって覆われるため、貫通部の縁面からその内部に液体が浸漬することがない。このため、液体の浸漬による膜剥がれ等が防止され、膜剥がれ等によって異物が発生することがなく、異物によるノズル詰まり等の吐出不良が確実に防止される。

本発明の第８の態様は、第７の態様において、前記リザーバ形成基板を接合する工程では、少なくとも前記振動板の面上と前記リザーバ部の前記流路形成基板側の開口縁部とを前記接合部材によって接合すると共に当該接合部材を前記振動板の面上から前記貫通部の内側の縁面に達するまではみ出させることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第８の態様では、貫通部の内側の縁面がはみ出した接合部材によって比較的容易に覆われる。

本発明の第９の態様は、第７又は８の態様において、前記連通部及び前記圧力発生室を形成する工程では、前記流路形成基板の他方面側をエッチングして前記連通部の前記振動板側の開口領域を前記貫通部の前記連通部側の開口領域よりも小さく形成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。
かかる第９の態様では、振動板がリザーバ内に突出して形成されることがないため、リザーバ部内から連通部に供給される液体の流れを妨げることがなく、液体の供給不良が防止される。

本発明の第１０の態様は、第９の態様において、前記連通部を形成する工程では、少なくとも前記リザーバ部の内面を耐エッチング性の材料からなる保護膜で覆った状態で行うことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第１０の態様では、リザーバ部の内面が保護膜で覆われるためエッチング液に曝されることがなく、保護膜によってリザーバ部が確実に保護される。

以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（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を示す分解斜視図であり、図２は、図１の平面図及び断面図である。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り、その一方の面には予め熱酸化によって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。流路形成基板１０には、複数の圧力発生室１２がその幅方向に並設されている。また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向外側の領域には連通部１３が形成され、連通部１３と各圧力発生室１２とが、各圧力発生室１２毎に設けられたインク供給路１４を介して連通されている。なお、連通部１３は、後述するリザーバ形成基板３０のリザーバ部３１と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。インク供給路１４は、圧力発生室１２よりも狭い幅で形成されており、連通部１３から圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。

また、流路形成基板１０の開口面側には、圧力発生室１２を形成する際のマスクとして用いられた絶縁膜５１を介して、各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側の端部近傍に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、０．０１〜１ｍｍ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、シリコン単結晶基板又は不錆鋼などからなる。

一方、このような流路形成基板１０の開口面とは反対側には、上述したように、厚さが例えば約１．０μｍの弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、厚さが例えば、約０．４μｍの絶縁体膜５５が形成されている。さらに、この絶縁体膜５５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１．０μｍの圧電体層７０と、厚さが例えば、約０．０５μｍ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、圧電体層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、下電極膜６０を圧電素子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。また、ここでは、圧電素子３００と当該圧電素子３００の駆動により変位が生じる振動板とを合わせて圧電アクチュエータと称する。上述した例では、弾性膜５０及び絶縁体膜５５が振動板として作用するが、この絶縁体膜５５上に形成された下電極膜６０も振動板としての役割を果たす。

例えば、本実施形態では、下電極膜６０は、圧力発生室１２の長手方向では、圧力発生室１２に対向する領域の内側でパターニングされ、複数の圧力発生室１２に対応する領域に連続的に設けられている。また、下電極膜６０は、圧力発生室１２の列の外側の領域で流路形成基板１０の端部近傍まで延設され、その先端部が後述する駆動ＩＣ１２０から延設された接続配線１３０が接続される接続部６０ａとなっている。圧電体層７０及び上電極膜８０は、基本的には圧力発生室１２に対向する領域内に設けられているが、圧力発生室１２の長手方向では、圧力発生室１２に対向する領域よりも外側まで延設されており、下電極膜６０の一方の端面は圧電体層７０によって覆われている。また、上電極膜８０の一端部近傍にはリード電極９０が接続されている。このリード電極９０は、流路形成基板１０の端部近傍まで延設されており、その先端部は、下電極膜６０の接続部６０ａと同様に、接続配線１３０が接続される接続部９０ａとなっている。

また、流路形成基板１０上の圧電素子３００側の面には、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が接合部材、例えば、本実施形態では、エポキシ系の接着剤３５ａにより形成された接着剤層３５を介して接着されている。このリザーバ部３１は、本実施形態では、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の連通部１３と連通されて各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１００を構成している。なお、本実施形態では、流路形成基板１０とリザーバ形成基板３０とをエポキシ系の接着剤３５ａからなる接着剤層３５により接着しているが、勿論これに限定されず、両基板を密着性金属等により接合（金属接合）してもよい。

さらに、本実施形態では、連通部１３とリザーバ部３１とを連通する貫通部１１０のリザーバ部３１側の開口周縁部には、リザーバ形成基板３０のリザーバ部３１の開口周縁部が接着剤３５ａにより形成された接着剤層３５によって接着され、詳細は後述するが、この接着剤層３５によって貫通部１１０の内側の縁面（内面）は完全に覆われている。この貫通部１１０は、連通部１３に対向する領域の弾性膜５０、絶縁体膜５５及び下電極膜６０を厚さ方向に貫通することで設けられている。例えば、本実施形態では、貫通部１１０は、弾性膜５０を貫通することで設けられた第１の貫通孔１１１と、絶縁体膜５５を貫通することで設けられた第２の貫通孔１１２と、下電極膜６０を貫通することで設けられた第３の貫通孔１１３とからなる。そして、リザーバ部３１内のインクは、これら第１〜第３の貫通孔１１１，１１２，１１３からなる貫通部１１０を介して連通部１３に供給されるようになっている。

ここで、このような貫通部１１０の連通部１３側の開口領域は、連通部１３の振動板（弾性膜５０）側の開口領域よりも大きく形成されているのが好ましい。本実施形態では、第１の貫通孔１１１の開口領域を連通部１３の弾性膜５０側の開口領域よりも大きくした。これにより、少なくとも弾性膜５０が連通部１３の開口領域内に突出することがないため、リザーバ１００内のインクの流れを妨げることを防止できる。

また、このような貫通部１１０の内側の縁面は、連通部１３側の開口領域及びリザーバ部３１側の開口領域の大小によりリザーバ部３１側に向かって階段状に漸大した形状となっていることが好ましい。本実施形態では、第２の貫通孔１１２の開口領域を第１の貫通孔１１１の開口領域よりも大きくし、第３の貫通孔１１３の開口領域を第２の貫通孔１１２の開口領域よりも大きくした。すなわち、本実施形態の貫通部１１０は、第１〜３の貫通孔１１１，１１２，１１３の開口領域の大小によって連通部１３側からリザーバ部３１側に向かって階段状に漸大した形状となっている。このように、貫通部１１０の内側の縁面を階段状に形成することにより、流路形成基板１０とリザーバ形成基板３０との接着領域、具体的には、貫通部１１０の開口周縁部とリザーバ部３１の開口周縁部との接着領域が大きくなり、ヘッドの剛性を高めることができる。また、このように貫通部１１０の内側の縁面を階段状とすることで、弾性膜５０、絶縁体膜５５及び下電極膜６０の各膜が少なくとも連通部１３の開口領域内に突出して形成されることはない。これにより、リザーバ１００内のインクの流れが妨げられることはなく、インクの供給不良を防止することができ、インクの吐出特性を向上することができる。なお、このような貫通部１１０は、詳しくは後述するが、連通部１３に対向する領域の振動板をエッチングにより除去することによって形成されている。このため、貫通部１１０を機械的な加工により形成する場合と異なり、貫通部１１０の形成時に加工カスが発生することはない。したがって、加工カスによってノズル開口２１が塞がれてインク吐出不良が発生するのを確実に防止することができる。

さらに、貫通部１１０のリザーバ部３１側の開口領域は、リザーバ部３１の貫通部１１０側の開口領域よりも大きく形成されているのが好ましい。本実施形態では、第３の貫通孔１１３の開口領域をリザーバ部３１の開口領域よりも大きくし、また、第１及び第２の貫通孔１１１，１１２の開口領域をリザーバ部３１の開口領域よりも大きくした。これにより、リザーバ部３１の開口縁部と貫通部１１０の開口縁部との接着領域が大きくなり、ヘッドの剛性を高めることができる。また、貫通部１１０の内側の縁面を接着剤層３５によって確実に且つ比較的容易に覆うことができる。

そして、このような貫通部１１０の内側の縁面は、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３５ａにより一体的に形成された接着剤層３５によって覆われている。具体的には、リザーバ部３１の開口周縁部と貫通部１１０の開口周縁部とが接着剤層３５を介して接着され、この接着剤層３５は、下電極膜６０の面上から第１の貫通孔１１１内に露出した流路形成基板１０の面上に達するまで一体的に形成されている。そして、この接着剤層３５によって貫通部１１０の内側の縁面、すなわち、第１〜第３の貫通孔１１１，１１２，１１３の内側の端面が完全に覆われている。例えば、本実施形態では、詳細は後述するが、流路形成基板１０とリザーバ形成基板３０とを接着する際に接着剤３５ａをはみ出させ、貫通部１１０の内側の縁面をそのはみ出させた接着剤３５ａからなる接着剤層３５によって覆うようにした。

また、貫通部１１０の内側の縁面を覆う接着剤層３５は、連通部１３の開口領域内に突出して形成されていないのが好ましい。接着剤層３５がリザーバ部３１内から連通部１３に供給されるインクの流れを妨げるからである。本実施形態では、接着剤層３５の連通部１３側の縁部と連通部１３の開口縁部とが略一致するようにした。これにより、リザーバ１００内のインクの流れが妨げられることはないので、インクの供給不良を確実に防止することができ、インクの吐出特性を向上することができる。なお、接着剤３５ａとしては、例えば、本実施形態では、エポキシ系樹脂を用いているが、耐インク性及び耐エッチング性を有する材料からなるものであれば限定されない。

以上説明したように、本実施形態では、貫通部１１０の内側の縁面を流路形成基板１０とリザーバ形成基板３０とを接着する接着剤３５ａにより一体的に形成された接着剤層３５によって覆うようにしたので、リザーバ１００内にインクを充填しても、貫通部１１０の内側の縁面からその内部、すなわち、弾性膜５０と絶縁体膜５５、及び絶縁体膜５５と下電極膜６０との各膜の間からインクが浸漬して膜剥がれ等が発生することがない。このため、このような膜剥がれ等による異物の発生を防止することができる。したがって、異物等によってノズル開口が塞がれてインク吐出不良が発生するのを確実に防止することができ、ヘッドの信頼性を向上することができる。

なお、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可能な圧電素子保持部３２が設けられている。圧電素子３００は、この圧電素子保持部３２内に形成されているため、外部環境の影響を殆ど受けない状態で保護されている。なお、このようなリザーバ形成基板３０の材料としては、例えば、ガラス、セラミックス材料、金属、樹脂等が挙げられるが、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料で形成されていることがより好ましく、本実施形態では、流路形成基板１０と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成した。

また、圧力発生室１２の列の外側の領域の下電極膜６０、及びリード電極９０は、上述したように流路形成基板１０の端部近傍まで延設され、下電極膜６０の接続部６０ａ及びリード電極９０の接続部９０ａは圧電素子保持部３２の外側に設けられている。そして、これら下電極膜６０の接続部６０ａ及びリード電極９０の接続部９０ａに、リザーバ形成基板３０上に実装された駆動ＩＣ１２０から延設される接続配線１３０の一端が接続されている。

さらに、リザーバ形成基板３０上には、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。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のポリフェニレンサルファイド（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部４３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のみで封止されている。

このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、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、駆動ＩＣ１２０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、絶縁体膜５５、下電極膜６０及び圧電体層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。

ここで、このようなインクジェット式記録ヘッドの製造方法について、図３〜図５を参照して説明する。なお、図３〜図５は、圧力発生室１２の長手方向の断面図である。まず、図３（ａ）に示すように、シリコン単結晶基板である流路形成基板１０を約１１００℃の拡散炉で熱酸化し、流路形成基板１０の表面に弾性膜５０及びマスク膜５１を構成する二酸化シリコン膜５２を形成する。次いで、図３（ｂ）に示すように、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５２）上に、ジルコニウム（Ｚｒ）層を形成後、例えば、５００〜１２００℃の拡散炉で熱酸化して酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）からなる絶縁体膜５５を形成する。次いで、図３（ｃ）に示すように、例えば、白金とイリジウムとを絶縁体膜５５上に積層することにより下電極膜６０を形成後、この下電極膜６０を所定形状にパターニングする。この際、本実施形態では、連通部１３が形成される領域に対向する部分の下電極膜６０を除去して第３の貫通孔１１３を形成しておく。次に、図３（ｄ）に示すように、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなる圧電体層７０と、例えば、イリジウムからなる上電極膜８０とを流路形成基板１０の全面に形成する。次いで、図３（ｅ）に示すように、圧電体層７０及び上電極膜８０を、各圧力発生室１２に対向する領域にパターニングして圧電素子３００を形成する。

次に、リード電極９０を形成する。具体的には、図４（ａ）に示すように、流路形成基板１０の全面に亘って、例えば、チタンタングステン（ＴｉＷ）、ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）等の密着性金属からなる密着層９１を形成し、この密着層９１上の全面に、例えば、金（Ａｕ）等からなる金属層９２を形成する。その後、例えば、レジスト等からなるマスクパターン（図示なし）を介して金属層９２を各圧電素子３００毎にパターニングし、さらに密着層９１をエッチングによりパターニングすることで、図４（ｂ）に示すようなリード電極９０が形成される。

次いで、貫通孔１１０を形成する。具体的には、図４（ｃ）に示すように、まず、連通部１３が形成される領域に対向する部分、すなわち、第３の貫通孔１１３内に露出した絶縁体膜５５を、マスク（図示しない）を介してエッチングにより除去して第２の貫通孔１１２を形成する。この第２の貫通孔１１２の開口領域は、第３の貫通孔１１３の開口領域より小さく形成した。次に、この第２の貫通孔１１２内に露出した弾性膜５０を、マスク（図示しない）を介してエッチングにより除去して第１の貫通孔１１１を形成する。この第１の貫通孔１１１の開口領域は、第２の貫通孔１１２の開口領域より小さく形成した。これにより、第１〜第３の貫通孔１１１，１１２，１１３からなる階段状の縁面を有する貫通部１１０が形成される。

次に、図５（ａ）に示すように、流路形成基板１０の圧電素子３００側の面にリザーバ形成基板３０をエポキシ系樹脂からなる接着剤３５ａによって接着する。この際、リザーバ形成基板３０のリザーバ部３１の開口周縁と下電極膜６０の第３の貫通孔１１３の開口周縁とを接着する接着剤３５ａを貫通部１１０の内側の縁面を覆うようにはみ出させる。これにより、貫通部１１０の内側の縁面が接着剤３５ａからなる接着剤層３５によって完全に覆われた状態で、流路形成基板１０とリザーバ形成基板３０とが接着剤層３５を介して接着される。なお、このリザーバ形成基板３０の全面には、耐エッチング性の材料、例えば、二酸化シリコンからなる保護膜３０ａが予め形成されている。また、リザーバ形成基板３０としては、リザーバ部３１の流路形成基板１０側の開口領域が振動板に形成した貫通部１１０（第３の貫通孔１１３）の開口領域より小さいものを接着する。

そして、次に、図５（ｂ）に示すように、所定形状にパターニングしたマスク膜５１を介して流路形成基板１０を異方性エッチングすることにより圧力発生室１２、インク供給路１４及び連通部１３等を形成する。具体的には、流路形成基板１０のリザーバ形成基板３０が接着された側とは反対側から厚さ方向に異方性エッチングすることにより、圧力発生室１２等を形成する。また、振動板の連通部１３に対向する領域には、貫通部１１０が設けられているため、この異方性エッチングにより連通部１３が形成されると、貫通部１１０を介して連通部１３とリザーバ部３１とが連通し、リザーバ１００が形成される。このように異方性エッチングにより圧力発生室１２等を形成する際には、本実施形態では、少なくともリザーバ部３１の内面が保護膜３０ａによって覆われているため、エッチング液によってリザーバ部３１の内面がエッチングされることはない。また、流路形成基板１０をエッチングする際、リザーバ形成基板３０の表面は、エッチング溶液が接触しないようにＰＰＳ等の樹脂フィルムで覆うことによって保護しておく。さらに、リザーバ部３１の連通部１３側とは反対側の開口は、リザーバ部３１を介してリザーバ形成基板３０の表面側にエッチング溶液が接触しないように、例えば、樹脂材料等で予め封止しておく。なお、実際には、上述した一連の膜形成及び異方性エッチング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。

その後は、流路形成基板１０にマスク膜５１を介してノズルプレート２０を接合し、リザーバ形成基板３０上に駆動ＩＣ１２０を実装すると共にコンプライアンス基板４０を接合する。さらに、ワイヤボンディングすることによって、駆動ＩＣ１２０と下電極膜６０及びリード電極９０の接続部６０ａ，９０ａとの間に接続配線１３０を形成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。

以上説明したように、本実施形態では、圧電素子３００及び振動板を形成した後に、貫通部１１０を形成し、その後、リザーバ部３１に貫通孔１１０を介して連通する連通部１３を形成して、リザーバ部３１と連通部１３とから構成されるリザーバ１００を形成するようにしたので、流路形成基板１０とリザーバ形成基板３０とを接着した後に、機械的な加工により貫通部を形成する工程を省略できる。このため、加工カス等の異物が発生することはなく、ヘッドの製造工程において、異物による組み立て不良が発生するのを確実に防止することができる。また、機械的な加工によって貫通部を形成する工程を省略できるため、製造プロセスを簡略化することができる。さらに、貫通部１１０を連通部１３側の開口領域よりもリザーバ部３１側の開口領域を大きく形成することにより、リザーバ１００内に弾性膜５０、絶縁体膜５５及び下電極膜６０の一部が突出して形成されるのを防止できる。これにより、リザーバ部３１内から連通部１３に供給されるインクの流れを妨げることがないため、インクの供給不良を確実に防止できる。さらには、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、接着剤３５ａのはみ出しにより一体的に形成された接着剤層３５によって貫通部１１０の内側の縁面を比較的容易に且つ確実に覆うことができる。なお、このように接着剤３５ａのはみ出しにより貫通部１１０の内側の縁面を確実に覆うことができるため、リザーバ形成基板を流路形成基板に接着した後の別工程において貫通部の内側の縁面を保護膜で覆う作業を省略でき、製造プロセスを簡略化できるという効果も奏する。

（他の実施形態）
以上、本発明の各実施形態を説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、貫通部１１０の内側の縁面を各貫通孔１１１，１１２，１１３の開口領域の大小によって階段状に形成したが、これに限定されず、各貫通孔の開口領域を同じ大きさとし、リザーバ部側から連通部側に亘って貫通部の開口領域を同一形状に形成してもよい。この場合には、貫通部の開口領域をリザーバ部及び連通部の開口領域よりも大きくするのが好ましい。これにより、接着剤のはみ出しにより一体的に形成された接着剤層によって貫通部の内側の縁面を確実に覆うことができる。また、接着剤層が連通部の開口領域内に突出して形成されるのを防止できるため、インクの供給不良を防止できる。

また、上述した実施形態では、振動板を弾性膜５０、絶縁体膜５５及び下電極膜６０によって構成し、これら各膜に設けられた各貫通孔１１１，１１２，１１３によって貫通部１１０を構成するようにしたが、これに限定されず、例えば、連通部に対向する領域には弾性膜だけを設けるようにし、この弾性膜をエッチングにより貫通して貫通孔を設け、これを貫通部としてもよい。
なお、上述した実施形態では、下電極膜６０をパターニングする際に第３の貫通孔１１３を形成した後に、圧電素子３００を形成し、その後に第１の貫通孔１１１及び第２の貫通孔１１２を形成したが、これに限定されず、圧電素子を形成する前に、第１の貫通孔及び第２の貫通孔を形成するようにしてもよい。

さらに、上述した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６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。図６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。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。

なお、上述した実施形態においては、本発明の液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを説明したが、液体噴射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。本発明は、広く液体噴射ヘッドの全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射するものにも勿論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が挙げられる。

実施形態１に係る記録ヘッドの分解斜視図である。 実施形態１に係る記録ヘッドの平面図及び断面図である。 実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。 実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。 実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。 一実施形態に係る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、 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、 ３２ 圧電素子保持部、 ３５ 接着剤層、 ４０ コンプライアンス基板、 ５０ 弾性膜、 ５５ 絶縁体膜、 ６０ 下電極膜、 ７０ 圧電体層、 ８０ 上電極膜、 １００ リザーバ、 １１０ 貫通部、 １２０ 駆動ＩＣ、 １３０ 接続配線、 ３００ 圧電素子

Claims (10)

1. 液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が形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前記圧力発生室内に圧力変化を生じさせる圧電素子とを具備する液体噴射ヘッドにおいて、
   前記流路形成基板には、前記圧力発生室の長手方向一端部に連通する連通部が設けられ、当該流路形成基板の前記圧電素子側の面には、前記連通部に連通するリザーバ部を有するリザーバ形成基板が接合されており、前記リザーバ部と前記連通部との境界に対応する領域には、少なくとも前記振動板を貫通する貫通部が設けられ、当該貫通部の内側の縁面が前記流路形成基板と前記リザーバ形成基板とを接合する接合部材により覆われていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
2. 請求項１において、前記貫通部の前記連通部側の開口領域が前記連通部の前記振動板側の開口領域よりも大きく形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
3. 請求項１又は２において、前記貫通部の前記リザーバ部側の開口領域が前記リザーバ部の前記貫通部側の開口領域よりも大きく形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
4. 請求項１〜３の何れかにおいて、前記貫通部の前記連通部側の開口領域よりも前記リザーバ部側の開口領域が大きく形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
5. 請求項４において、前記貫通部は前記振動板をエッチングにより貫通して形成されたものであり、且つ当該貫通部の内側の縁面は、前記連通部側の開口領域及び前記リザーバ部側の開口領域の大小により前記リザーバ部側に向かって階段状に漸大した形状となっていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
6. 請求項１〜５の何れかの液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置。
7. 液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が形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前記圧力発生室内に圧力変化を生じさせる圧電素子と、前記流路形成基板の前記圧電素子側の面に接合されて各圧力発生室の共通の液体室であるリザーバの一部を構成するリザーバ部が設けられたリザーバ形成基板とを具備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一方面側に前記振動板及び前記圧電素子を形成する工程と、前記流路形成基板の前記圧力発生室の長手方向一端部に連通する連通部を形成する領域に対向する部分の少なくとも前記振動板を厚さ方向に貫通して貫通部を形成する工程と、前記流路形成基板と前記リザーバ形成基板とを接合する接合部材により前記貫通部の内側の縁面を覆うと共に前記流路形成基板の前記圧電素子側の面上に前記リザーバ形成基板を接合する工程と、前記流路形成基板の他方面側からのエッチングにより前記貫通部を介して前記リザーバ部に連通する前記連通部及び前記圧力発生室を形成する工程とを具備することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
8. 請求項７において、前記リザーバ形成基板を接合する工程では、少なくとも前記振動板の面上と前記リザーバ部の前記流路形成基板側の開口縁部とを前記接合部材によって接合すると共に当該接合部材を前記振動板の面上から前記貫通部の内側の縁面に達するまではみ出させることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
9. 請求項７又は８において、前記連通部及び前記圧力発生室を形成する工程では、前記流路形成基板の他方面側をエッチングして前記連通部の前記振動板側の開口領域を前記貫通部の前記連通部側の開口領域よりも小さく形成することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
10. 請求項９において、前記連通部を形成する工程では、少なくとも前記リザーバ部の内面を耐エッチング性の材料からなる保護膜で覆った状態で行うことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
    

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