JP2003136734A - Ink-jet recording head and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、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、この振動板の表面に圧電素子を形成して、圧電素
子の変位により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に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric element in which a part of a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for ejecting ink droplets is constituted by a vibrating plate, and a piezoelectric element is formed on the surface of the vibrating plate. The present invention relates to an inkjet recording head that ejects ink droplets by displacement and a method for manufacturing the same.
【０００２】[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。2. Description of the Related Art A part of a pressure generating chamber that communicates with a nozzle opening for ejecting ink droplets is composed of a vibrating plate, and the vibrating plate is deformed by a piezoelectric element to pressurize ink in the pressure generating chamber to eject it from the nozzle opening. Two types of inkjet recording heads that eject ink droplets have been put into practical use: one that uses a longitudinal vibration mode piezoelectric actuator that expands and contracts in the axial direction of a piezoelectric element, and one that uses a flexural vibration mode piezoelectric actuator. ing.
【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。The former allows the volume of the pressure generating chamber to be changed by bringing the end face of the piezoelectric element into contact with the vibrating plate, and a head suitable for high-density printing can be manufactured. There is a problem in that the manufacturing process is complicated because a difficult process of matching the array pitch of the openings and cutting into comb teeth or a work of positioning and fixing the cut piezoelectric element in the pressure generating chamber are required.
【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。On the other hand, in the latter, the piezoelectric element can be formed on the vibration plate by a relatively simple process of sticking a green sheet of a piezoelectric material in conformity with the shape of the pressure generating chamber and firing it. However, due to the use of flexural vibration, a certain area is required, and there is a problem that high-density arrangement is difficult.
【０００５】一方、後者の記録ヘッドの不都合を解消す
べく、特開平５−２８６１３１号公報に見られるよう
に、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したものが提案さ
れている。On the other hand, in order to eliminate the disadvantage of the latter recording head, a uniform piezoelectric material layer is formed over the entire surface of the diaphragm by a film forming technique as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-286131. It has been proposed that the piezoelectric material layer is cut into a shape corresponding to the pressure generating chamber by a lithographic method and a piezoelectric element is formed so as to be independent for each pressure generating chamber.
【０００６】これによれば圧電素子を振動板に貼付ける
作業が不要となって、リソグラフィ法という精密で、か
つ簡便な手法で圧電素子を作り付けることができるばか
りでなく、圧電アクチュエータの厚みを薄くできて高速
駆動が可能になるという利点がある。According to this, the work of attaching the piezoelectric element to the diaphragm becomes unnecessary, and not only the piezoelectric element can be built by a precise and simple method such as the lithography method, but also the thickness of the piezoelectric actuator can be reduced. It has the advantage that it can be made thin and can be driven at high speed.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに圧電素子を圧電材料のスパッタリングにより構成し
た場合には、グリーンシートを焼成して構成されたもの
と略同一電圧で駆動すると、圧電素子が薄い分だけ高い
電界が印加され、大気中の湿気を吸収した場合には駆動
電極間のリーク電流が増加しやすく、ついには絶縁破壊
に至るという問題を抱えている。However, in the case where the piezoelectric element is formed by sputtering the piezoelectric material as described above, the piezoelectric element is thin when it is driven at substantially the same voltage as that formed by firing the green sheet. When a high electric field is applied to absorb moisture in the atmosphere, the leak current between the drive electrodes is apt to increase, which eventually leads to dielectric breakdown.
【０００８】このような問題を解決するために、圧電素
子を封止するための封止部を有する封止基板を圧力発生
室が形成される流路形成基板に接着した構造が提案され
ているが、封止基板を接着している接着剤を介して封止
部内に水分が侵入し、圧電素子が破壊されてしまうとい
う問題がある。In order to solve such a problem, a structure has been proposed in which a sealing substrate having a sealing portion for sealing a piezoelectric element is bonded to a flow path forming substrate in which a pressure generating chamber is formed. However, there is a problem that moisture penetrates into the sealing portion via the adhesive agent that bonds the sealing substrate, and the piezoelectric element is destroyed.
【０００９】また、封止基板の流路形成基板との接着面
積を大きくすることによって封止部内への水分の侵入を
抑えることはできるが、ヘッドが大型化してしまうとい
う問題がある。Further, although it is possible to suppress the entry of water into the sealing portion by increasing the adhesion area of the sealing substrate with the flow path forming substrate, there is a problem that the head becomes large.
【００１０】本発明は、このような事情に鑑み、圧電素
子の湿気等の外部環境に起因する動作不良を防止できる
インクジェット式記録ヘッド及びその製造方法を提供す
ることを課題とする。In view of such circumstances, it is an object of the present invention to provide an ink jet recording head capable of preventing a malfunction of the piezoelectric element due to the external environment such as moisture and a method of manufacturing the same.
【００１１】[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、インクを吐出するノズル開口に連通
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る下電極、
圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを具備するイン
クジェット式記録ヘッドにおいて、前記流路形成基板の
前記圧電素子側の面に接合され、当該圧電素子に対向す
る領域に空間を確保した状態で当該空間を密封する圧電
素子保持部を有する封止基板を有し、該封止基板と前記
流路形成基板とを接合する接合層の少なくとも外気に接
触する部分が含フッ素有機基を含む撥水性エポキシ系接
着剤層からなることを特徴とするインクジェット式記録
ヘッドにある。A first aspect of the present invention for solving the above-mentioned problems is to provide a flow path forming substrate in which a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for ejecting ink is defined, and the flow path forming substrate. A lower electrode provided on one surface side of the substrate through a diaphragm,
In an ink jet recording head including a piezoelectric element including a piezoelectric layer and an upper electrode, in a state where a space is secured in a region which is bonded to a surface of the flow path forming substrate on the piezoelectric element side and faces the piezoelectric element. A water repellent having a sealing substrate having a piezoelectric element holding portion for sealing the space, and at least a portion of a bonding layer for bonding the sealing substrate and the flow path forming substrate that is in contact with the outside air contains a fluorine-containing organic group. The inkjet recording head is characterized by comprising an epoxy adhesive layer.
【００１２】かかる第１の態様では、大気中の水分が接
合層を介して圧電素子保持部内に侵入することがなく、
水分に起因する圧電素子の破壊が防止される。In the first aspect, moisture in the atmosphere does not enter the piezoelectric element holding portion through the bonding layer,
The destruction of the piezoelectric element due to moisture is prevented.
【００１３】本発明の第２の態様は、第１の態様におい
て、前記撥水性エポキシ系接着剤層は、エポキシ系樹脂
材料からなる主剤を、該主剤を硬化させる硬化剤と、前
記含フッ素有機基を有し且つ前記主剤又は前記硬化剤と
反応する官能基を有するシラン化合物とで硬化させたも
のであることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド
にある。According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the water-repellent epoxy-based adhesive layer comprises a main agent made of an epoxy resin material, a curing agent for curing the main agent, and the fluorine-containing organic material. An ink jet recording head characterized by being cured with a silane compound having a group and having a functional group that reacts with the main agent or the curing agent.
【００１４】かかる第２の態様では、シラン化合物を主
剤又は硬化剤と反応させることにより、含フッ素有機基
を有する撥水性エポキシ系接着剤層を形成することがで
きる。In the second embodiment, the water-repellent epoxy adhesive layer having a fluorine-containing organic group can be formed by reacting the silane compound with the main agent or the curing agent.
【００１５】本発明の第３の態様は、第２の態様におい
て、前記官能基は、前記シラン化合物のケイ素元素に結
合するエポキシ基、アミノ基、ヒドロキシ基及びカルボ
ニル基からなる群から選択される少なくとも一種である
ことを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。In a third aspect of the present invention, in the second aspect, the functional group is selected from the group consisting of an epoxy group, an amino group, a hydroxy group and a carbonyl group which is bonded to the silicon element of the silane compound. There is at least one type of inkjet recording head.
【００１６】かかる第３の態様では、シラン化合物に含
まれる官能基が、主剤又は硬化剤と反応することで、含
フッ素有機基を有する撥水性エポキシ系接着剤層が形成
される。In the third aspect, the functional group contained in the silane compound reacts with the base material or the curing agent to form a water repellent epoxy adhesive layer having a fluorine-containing organic group.
【００１７】本発明の第４の態様では、第２又は３の態
様において、前記シラン化合物の分子鎖の一端部側が前
記含フッ素有機基であり、他端部側が前記官能基である
ことを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。According to a fourth aspect of the present invention, in the second or third aspect, one end side of the molecular chain of the silane compound is the fluorine-containing organic group and the other end side is the functional group. And an inkjet recording head.
【００１８】かかる第４の態様では、シラン化合物に含
まれる官能基によってエポキシ系樹脂材料に含まれるエ
ポキシ基を開環させることにより、含フッ素有機基を有
する撥水性エポキシ系接着剤層を形成することができ
る。In the fourth aspect, the water-repellent epoxy adhesive layer having a fluorine-containing organic group is formed by ring-opening the epoxy group contained in the epoxy resin material by the functional group contained in the silane compound. be able to.
【００１９】本発明の第５の態様は、第１〜４の何れか
の態様において、前記接合層が前記撥水性エポキシ系接
着剤層のみで形成されていることを特徴とするインクジ
ェット式記録ヘッドにある。A fifth aspect of the present invention is the ink jet recording head according to any one of the first to fourth aspects, wherein the bonding layer is formed only by the water repellent epoxy adhesive layer. It is in.
【００２０】かかる第５の態様では、圧電素子保持部内
への大気中の水分の侵入を確実に防止する。According to the fifth aspect, it is possible to surely prevent moisture in the atmosphere from entering the piezoelectric element holding portion.
【００２１】本発明の第６の態様は、インクを吐出する
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
けられる下電極、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の面に接合され
当該圧電素子に対向する領域に空間を確保した状態で当
該空間を密封する圧電素子保持部を有する封止基板とを
具備するインクジェット式記録ヘッドの製造方法におい
て、前記封止基板と前記流路形成基板とを接合する接合
層の少なくとも外気に接触する部分をエポキシ系樹脂材
料からなる主剤と、該主剤を硬化させる硬化剤と、前記
含フッ素有機基を有し且つ前記主剤又は前記硬化剤と反
応する官能基を有するシラン化合物とを反応させたエポ
キシ系接着剤を硬化させることによって形成することを
特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造方法にあ
る。According to a sixth aspect of the present invention, a flow path forming substrate which defines a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for ejecting ink, and a vibrating plate on one side of the flow path forming substrate. The piezoelectric element including the lower electrode, the piezoelectric layer, and the upper electrode provided, and the space is secured in a region that is bonded to the surface of the flow path forming substrate on the piezoelectric element side and faces the piezoelectric element. In the method for manufacturing an ink jet recording head including a sealing substrate having a piezoelectric element holding portion, at least a portion of a bonding layer that joins the sealing substrate and the flow path forming substrate is in contact with the outside air using an epoxy resin. An epoxy adhesive obtained by reacting a main agent made of a material, a curing agent for curing the main agent, and a silane compound having the fluorine-containing organic group and a functional group that reacts with the main agent or the curing agent is hardened. In the manufacturing method of the ink jet recording head and forming by.
【００２２】かかる第６の態様では、大気中の水分が接
合層を介して圧電素子保持部内に侵入することを防止す
ると共に水分に起因する圧電素子の破壊を防止する接合
層を形成することができる。In the sixth aspect, it is possible to form the bonding layer that prevents moisture in the atmosphere from entering the piezoelectric element holding portion through the bonding layer and prevents the destruction of the piezoelectric element due to the moisture. it can.
【００２３】本発明の第７の態様は、第６の態様におい
て、前記硬化剤と反応する官能基が前記シラン化合物の
ケイ素元素に結合するエポキシ基であることを特徴とす
るインクジェット式記録ヘッドの製造方法にある。A seventh aspect of the present invention is the ink jet recording head according to the sixth aspect, wherein the functional group that reacts with the curing agent is an epoxy group that bonds to the silicon element of the silane compound. There is a manufacturing method.
【００２４】かかる第７の態様では、エポキシ基である
官能基が硬化剤と反応することにより、含フッ素有機基
を含有する撥水性エポキシ系接着剤層を形成することが
できる。In the seventh aspect, the functional group which is an epoxy group reacts with the curing agent to form a water repellent epoxy adhesive layer containing a fluorine-containing organic group.
【００２５】本発明の第８の態様は、第６の態様におい
て、前記主剤と反応する官能基が前記シラン化合物のケ
イ素元素に結合するアミノ基、ヒドロキシ基及びカルボ
ニル基からなる群から選択される少なくとも一種である
ことを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造方
法にある。An eighth aspect of the present invention is the same as the sixth aspect, wherein the functional group that reacts with the main agent is selected from the group consisting of an amino group, a hydroxy group and a carbonyl group bonded to the silicon element of the silane compound. There is at least one type of method for manufacturing an ink jet recording head.
【００２６】かかる第８の態様では、アミノ基、ヒドロ
キシ基及びカルボニル基からなる群から選択される少な
くとも一種である官能基が主剤と反応することにより、
含フッ素有機基を有する撥水性エポキシ系接着剤層が形
成される。In the eighth aspect, at least a functional group selected from the group consisting of an amino group, a hydroxy group and a carbonyl group reacts with the main agent,
A water repellent epoxy adhesive layer having a fluorine-containing organic group is formed.
【００２７】本発明の第９の態様は、第８の態様におい
て、前記官能基の少なくとも一種が前記アミノ基である
前記シラン化合物は、前記主剤と反応する硬化剤として
作用することを特徴とするインクジェット式記録ヘッド
の製造方法にある。A ninth aspect of the present invention is characterized in that, in the eighth aspect, the silane compound in which at least one of the functional groups is the amino group acts as a curing agent that reacts with the main agent. This is a method for manufacturing an ink jet recording head.
【００２８】かかる第９の態様では、別途に硬化剤を加
えなくても主剤であるエポキシ系樹脂材料を硬化させる
ことができるため、製造コストを低減することができ
る。In the ninth aspect, the epoxy resin material which is the main component can be cured without adding a curing agent separately, so that the manufacturing cost can be reduced.
【００２９】本発明の第１０の態様は、第７〜９の何れ
かの態様において、前記シラン化合物の分子鎖の一端部
が含フッ素有機基であり、他端部側が前記官能基である
ことを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造方
法にある。In a tenth aspect of the present invention according to any one of the seventh to ninth aspects, one end of the molecular chain of the silane compound is a fluorine-containing organic group and the other end is the functional group. And a method of manufacturing an ink jet recording head.
【００３０】かかる第１０の態様では、シラン化合物に
含まれる官能基によってエポキシ系樹脂材料に含まれる
エポキシ基を開環させることにより、含フッ素有機基を
有する撥水性エポキシ系接着剤層を形成することができ
る。In the tenth aspect, the water repellent epoxy adhesive layer having a fluorine-containing organic group is formed by ring-opening the epoxy group contained in the epoxy resin material by the functional group contained in the silane compound. be able to.
【００３１】[0031]
【発明の実施の形態】以下に本発明を実施形態に基づい
て詳細に説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described in detail below based on embodiments.
【００３２】（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概略を示す分解
斜視図であり、図２は、図１の平面図及び断面図であ
る。(Embodiment 1) FIG. 1 is an exploded perspective view showing an outline of an ink jet recording head according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a plan view and a sectional view of FIG.
【００３３】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、１５０〜３
００μｍ程度の厚さのものが用いられ、望ましくは１８
０〜２８０μｍ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
１２間の隔壁１１の剛性を保ちつつ、配列密度を高くで
きるからである。As shown in the figure, the flow path forming substrate 10 is a silicon single crystal substrate having a plane orientation (110) in this embodiment. The flow path forming substrate 10 is usually 150 to 3
A thickness of about 00 μm is used, preferably 18
The thickness is preferably about 0 to 280 μm, more preferably about 220 μm. This is because the array density can be increased while maintaining the rigidity of the partition walls 11 between the adjacent pressure generating chambers 12.
【００３４】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。One surface of the flow path forming substrate 10 is an opening surface, and the other surface is provided with an elastic film 50 made of silicon dioxide formed by thermal oxidation in advance and having a thickness of 1 to 2 μm.
【００３５】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１１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
構成する連通部１３が形成され、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。On the other hand, the opening surface of the flow path forming substrate 10 is anisotropically etched to form a silicon single crystal substrate.
The pressure generating chambers 12 partitioned by the plurality of partition walls 11 are arranged side by side in the width direction, and on the outer side in the longitudinal direction, the pressure generating chambers 12 communicate with the reservoir portion 31 of the reservoir forming substrate 30 described later, and the common ink of each pressure generating chamber 12 is provided. A communication portion 13 that forms a part of the reservoir 100 that serves as a chamber is formed, and communicates with one end portion in the longitudinal direction of each pressure generation chamber 12 via an ink supply passage 14.
【００３６】ここで、異方性エッチングは、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（１
１１）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１／１
８０であるという性質を利用して行われるものである。
かかる異方性エッチングにより、二つの第１の（１１
１）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。In the anisotropic etching, when a silicon single crystal substrate is dipped in an alkaline solution such as KOH, it is gradually eroded to form a first (111) plane perpendicular to the (110) plane and the first (111) plane. Of the second (1) which makes an angle of about 70 degrees with the (111) plane of
The (11) plane appears, and the etching rate of the (111) plane is about 1/1 compared to the etching rate of the (110) plane.
It is performed by utilizing the property of being 80.
By such anisotropic etching, two first (11
Precision machining can be performed on the basis of the depth machining of the parallelogram shape formed by the 1) plane and the two diagonal second (111) planes, and the pressure generating chambers 12 can be arranged at high density. it can.
【００３７】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１
０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。In this embodiment, the long side of each pressure generating chamber 12 is formed by the first (111) plane, and the short side is formed by the second (111) plane. The pressure generating chamber 12 is provided in the flow path forming substrate 1
It is formed by etching through almost 0 to reach the elastic film 50. Here, the elastic film 50 is
The amount of the alkaline solution that etches the silicon single crystal substrate is extremely small. Further, each ink supply passage 14 communicating with one end of each pressure generation chamber 12 is formed shallower than the pressure generation chamber 12, and keeps the flow resistance of the ink flowing into the pressure generation chamber 12 constant. That is, the ink supply path 14 is formed by etching the silicon single crystal substrate halfway in the thickness direction (half etching). The half etching is performed by adjusting the etching time.
【００３８】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、０．１〜１
ｍｍ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。また、ノズルプレート２０は、流路形成基板１０
と熱膨張係数が略同一の材料で形成するようにしてもよ
い。この場合には、流路形成基板１０とノズルプレート
２０との熱による変形が略同一となるため、熱硬化性の
接着剤等を用いて容易に接合することができる。On the opening surface side of the flow path forming substrate 10,
A nozzle plate 20 having a nozzle opening 21 that communicates with the pressure generating chamber 12 on the side opposite to the ink supply path 14 is fixed via an adhesive or a heat-welding film. The nozzle plate 20 has a thickness of, for example, 0.1 to 1
mm, a coefficient of linear expansion of 300 ° C. or less, for example, 2.5 to
It is made of glass ceramics of 4.5 [× 10 −6 / ° C.] or rust-free steel. The nozzle plate 20 entirely covers one surface of the flow path forming substrate 10 with one surface, and also serves as a reinforcing plate that protects the silicon single crystal substrate from impact and external force. Further, the nozzle plate 20 is used as the flow path forming substrate 10.
It may be made of a material having substantially the same thermal expansion coefficient. In this case, since the flow path forming substrate 10 and the nozzle plate 20 have substantially the same deformation due to heat, they can be easily joined using a thermosetting adhesive or the like.
【００３９】ここで、インク滴吐出圧力をインクに与え
る圧力発生室１２の大きさと、インク滴を吐出するノズ
ル開口２１の大きさとは、吐出するインク滴の量、吐出
スピード、吐出周波数に応じて最適化される。例えば、
１インチ当たり３６０個のインク滴を記録する場合、ノ
ズル開口２１は数十μｍの直径で精度よく形成する必要
がある。Here, the size of the pressure generating chamber 12 that applies the ink droplet ejection pressure to the ink and the size of the nozzle opening 21 that ejects the ink droplet depend on the amount of the ejected ink droplet, the ejection speed, and the ejection frequency. Optimized. For example,
When recording 360 ink drops per inch, it is necessary to accurately form the nozzle openings 21 with a diameter of several tens of μm.
【００４０】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の圧電体層
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３０
０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。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。On the other hand, a thickness of, for example, about 0.2 μm is formed on the elastic film 50 on the side opposite to the opening surface of the flow path forming substrate 10.
The lower electrode film 60, the piezoelectric layer 70 having a thickness of, for example, about 1 μm, and the upper electrode film 80 having a thickness of, for example, about 0.1 μm are laminated in a process described below to form the piezoelectric element 30.
Configures 0. Here, the piezoelectric element 300 refers to a portion including the lower electrode film 60, the piezoelectric layer 70, and the upper electrode film 80. Generally, one of the electrodes of the piezoelectric element 300 is used as a common electrode, and the other electrode and the piezoelectric layer 70 are patterned for each pressure generating chamber 12. Further, here, a portion which is composed of one of the patterned electrodes and the piezoelectric layer 70 and in which piezoelectric strain is generated by applying a voltage to both electrodes is referred to as a piezoelectric active portion. In the present embodiment, the lower electrode film 60 is the common electrode of the piezoelectric element 300, and the upper electrode film 80 is the individual electrode of the piezoelectric element 300.
There is no problem in reversing this due to the driving circuit and wiring.
In any case, the piezoelectric active portion is formed for each pressure generating chamber. Further, here, the piezoelectric element 300 and the vibration plate that is displaced by the driving of the piezoelectric element 300 are collectively referred to as a piezoelectric actuator.
【００４１】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る。Further, a lead electrode 90 made of, for example, gold (Au) is extended from the vicinity of one end in the longitudinal direction of the upper electrode film 80 of the piezoelectric element 300 to the vicinity of the end of the flow path forming substrate 10. An external wiring (not shown) for driving the piezoelectric element 300 is electrically connected near the end of the lead electrode 90.
【００４２】このような圧電素子３００が形成された流
路形成基板１０上には、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
した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１０
０を構成している。A reservoir forming substrate 30 having a reservoir portion 31 forming at least a part of the reservoir 100 is bonded on the flow passage forming substrate 10 on which the piezoelectric element 300 is formed. In this embodiment, the reservoir portion 31 penetrates the reservoir forming substrate 30 in the thickness direction and is formed in the width direction of the pressure generating chamber 12, and as described above, the communicating portion of the flow passage forming substrate 10. A reservoir 10 that communicates with the pressure generating chamber 12 and serves as a common ink chamber for the pressure generating chambers 12.
Configures 0.
【００４３】また、リザーバ形成基板３０の圧電素子３
００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。Further, the piezoelectric element 3 of the reservoir forming substrate 30
In a region facing 00, a piezoelectric element holding portion 32 that can seal the space is provided in a state where a space that does not hinder the movement of the piezoelectric element 300 is secured, and the piezoelectric element 300 includes the piezoelectric element holding portion 32. It is sealed inside.
【００４４】なお、このリザーバ形成基板３０は、流路
形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料等を用いること
が好ましく、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。The reservoir forming substrate 30 is preferably made of a material having a coefficient of thermal expansion substantially the same as that of the flow passage forming substrate 10. In this embodiment, a silicon single crystal made of the same material as the flow passage forming substrate 10 is used. It was formed using a substrate.
【００４５】また、このリザーバ形成基板３０は、接合
層１１０によって流路形成基板１０に接合されている。
この接合層１１０は、本実施形態では、含フッ素有機基
を含む撥水性を有する撥水性エポキシ系接着剤からな
り、接合層１１０全体が撥水性を有している。これによ
り、大気中の水分が接合層１１０を透過して圧電素子保
持部３２に侵入することを防止することができる。The reservoir forming substrate 30 is joined to the flow passage forming substrate 10 by the joining layer 110.
In the present embodiment, the bonding layer 110 is made of a water-repellent water-repellent epoxy adhesive containing a fluorine-containing organic group, and the entire bonding layer 110 is water-repellent. This can prevent moisture in the atmosphere from penetrating the piezoelectric element holding portion 32 through the bonding layer 110.
【００４６】この接合層１１０を形成する撥水性エポキ
シ系接着剤は、基本的には、一般的なエポキシ系接着剤
の主剤と硬化剤とが重合反応したものであるが、本実施
形態では、さらに含フッ素有機基を有するシラン化合物
を添加することにより、含フッ素有機基を有するシラン
化合物と、主剤又は硬化剤の一部とが重合反応して含フ
ッ素有機基が重合体の中に形成される。The water-repellent epoxy-based adhesive forming the bonding layer 110 is basically the one in which the main component of a general epoxy-based adhesive and the curing agent are polymerized, but in the present embodiment, Further, by adding a silane compound having a fluorine-containing organic group, the silane compound having a fluorine-containing organic group and a part of the main agent or the curing agent are polymerized to form a fluorine-containing organic group in the polymer. It
【００４７】ここで、主剤に用いるエポキシ系樹脂材料
は、１分子中にエポキシ基を有する比較的低分子の重合
体であり、エポキシ基の開環反応によって熱硬化性樹脂
となる。この熱硬化性樹脂は、加熱すると重合体中で架
橋反応が起こり網状構造となる合成樹脂である。Here, the epoxy resin material used as the main component is a relatively low molecular weight polymer having an epoxy group in one molecule, and becomes a thermosetting resin by the ring-opening reaction of the epoxy group. This thermosetting resin is a synthetic resin which, when heated, undergoes a crosslinking reaction in the polymer to form a network structure.
【００４８】また、主剤を硬化させる硬化剤は、例え
ば、アミノ基、カルボニル基等を一つ以上含む化合物か
らなり、主剤であるエポキシ樹脂材料の分子鎖中に含ま
れるエポキシ基と反応することにより、エポキシ基を開
環させて熱硬化性樹脂にする。このような主剤を硬化さ
せる硬化剤は、１００重量部の主剤に対して５０〜１０
０重量部添加することが好ましい。The curing agent for curing the main agent is made of, for example, a compound containing at least one amino group, carbonyl group, etc., and reacts with the epoxy group contained in the molecular chain of the epoxy resin material as the main agent. , The epoxy group is opened to form a thermosetting resin. The curing agent for curing such a main agent is 50 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the main agent.
It is preferable to add 0 part by weight.
【００４９】ここで、主剤及び硬化剤と反応するシラン
化合物は、分子内に含フッ素有機基と、主剤又は硬化剤
と反応する官能基とを有する。Here, the silane compound which reacts with the main agent and the curing agent has a fluorine-containing organic group and a functional group which reacts with the main agent or the curing agent in the molecule.
【００５０】含フッ素有機基としては、炭化水素基に結
合する水素の少なくとも一つをフッ素置換した直鎖、分
岐若しくは環状のパーフルオロアルキル基、あるいは、
フッ素置換したアリール基等を挙げることができる。As the fluorine-containing organic group, a linear, branched or cyclic perfluoroalkyl group in which at least one hydrogen atom bonded to a hydrocarbon group is fluorine-substituted, or
Examples thereof include fluorine-substituted aryl groups.
【００５１】また、官能基としては、主剤又は硬化剤と
反応し且つ親水性を有していないものであれば特に限定
されないが、例えば、アミノ基、ヒドロキシ基、カルボ
ニル基及びエポキシ基から選択される少なくとも一種を
挙げることができる。シラン化合物は、このような官能
基を一つ以上有していればよい。Further, the functional group is not particularly limited as long as it is one which reacts with the main agent or the curing agent and has no hydrophilicity, and is selected from, for example, an amino group, a hydroxy group, a carbonyl group and an epoxy group. At least one can be mentioned. The silane compound may have one or more such functional groups.
【００５２】このようなシラン化合物の例としては、下
記（１）式に示すように、基本骨格が炭素原子を鎖状に
連結した構造となる鎖状分子であり、分子鎖の一端部側
の炭素に結合するケイ素元素に主剤又は硬化剤と反応す
る官能基（Ｒ１）がそれぞれ結合し、他端部側に含フッ
素有機基を有するものを挙げることができる。すなわ
ち、シラン化合物の一端部側が官能基（Ｒ１）となり、
他端部側の含フッ素有機基が疎水性基となる。このよう
に、接合層１１０は、含フッ素有機基を有するシラン化
合物を添加した撥水性エポキシ系接着剤で形成されるの
で、優れた撥水性を有する。As an example of such a silane compound, as shown in the following formula (1), the basic skeleton is a chain molecule having a structure in which carbon atoms are linked in a chain, and one end of the molecular chain is A functional group (R 1 ) that reacts with the main agent or the curing agent is bonded to the silicon element bonded to carbon, and a fluorine-containing organic group is present on the other end side. That is, one end side of the silane compound becomes a functional group (R 1 ),
The fluorine-containing organic group on the other end side becomes a hydrophobic group. As described above, the bonding layer 110 is formed of the water-repellent epoxy adhesive to which the silane compound having a fluorine-containing organic group is added, and thus has excellent water repellency.
【００５３】[0053]
【化１】 [Chemical 1]
【００５４】（式中、ｎは、１〜３０の範囲の整数を表
す。）(In the formula, n represents an integer in the range of 1 to 30.)
【００５５】また、シラン化合物の一端部側のケイ素元
素に結合する官能基（Ｒ１）は、上述したように、エポ
キシ系樹脂材料からなる主剤、あるいは硬化剤と反応す
るものであり、少なくとも一つ有していればよい。この
シラン化合物は、１００重量部の主剤に対して１〜１０
重量部添加することが好ましい。Further, the functional group (R 1 ) bonded to the silicon element on one end side of the silane compound reacts with the main component made of the epoxy resin material or the curing agent as described above, and at least one You only have to have one. This silane compound is used in an amount of 1 to 10 with respect to 100 parts by weight of the main agent.
It is preferable to add parts by weight.
【００５６】上述した含フッ素有機基を有するシラン化
合物が持つ官能基は、主剤に含まれるエポキシ基、ある
いは硬化剤と反応することによって、主剤及び硬化剤か
ら形成される重合体の分子構造内に、疎水性基である含
フッ素有機基を組み込ませることができる。The functional group possessed by the silane compound having a fluorine-containing organic group described above has a molecular structure of a polymer formed from the main agent and the curing agent by reacting with the epoxy group contained in the main agent or the curing agent. A fluorine-containing organic group which is a hydrophobic group can be incorporated.
【００５７】具体的には、官能基としてアミノ基を有す
るシラン化合物では、硬化剤と同様に作用して主剤のエ
ポキシ基と反応することにより、主剤及び硬化剤により
形成される重合体の分子構造内に含フッ素有機基を組み
込ませることができる。Specifically, in the case of a silane compound having an amino group as a functional group, it acts in the same manner as a curing agent and reacts with the epoxy group of the main agent, whereby the molecular structure of the polymer formed by the main agent and the curing agent. A fluorine-containing organic group can be incorporated therein.
【００５８】また、官能基としてカルボニル基を有する
シラン化合物も同様に、硬化剤的に作用して主剤のエポ
キシ基と反応することにより、主剤及び硬化剤により形
成される重合体の分子構造内に含フッ素有機基を組み込
ませることができる。Also, a silane compound having a carbonyl group as a functional group similarly acts as a curing agent and reacts with the epoxy group of the main agent, so that the molecular structure of the polymer formed by the main agent and the curing agent is changed. Fluorine-containing organic groups can be incorporated.
【００５９】さらに、官能基としてエポキシ基を有する
シラン化合物では、主剤と同様に作用して硬化剤のアミ
ノ基等と反応し、主剤及び硬化剤により形成される重合
体の分子構造内に含フッ素有機基を組み込ませることが
できる。Further, in the silane compound having an epoxy group as a functional group, it acts in the same manner as the main agent and reacts with the amino group of the curing agent, etc., and fluorine-containing compounds are contained in the molecular structure of the polymer formed by the main agent and the curing agent. Organic groups can be incorporated.
【００６０】さらには、シラン化合物に含まれる官能基
がヒドロキシ基である場合には、主剤に含まれるエポキ
シ基と硬化剤とが開環反応することで生じたヒドロキシ
基と、シラン化合物に含まれるヒドロキシ基とが水和状
態（結合状態）となり、主剤及び硬化剤により形成され
る重合体の分子構造内に含フッ素有機基を組み込ませる
ことができる。Further, when the functional group contained in the silane compound is a hydroxy group, it is contained in the silane compound and a hydroxy group produced by a ring-opening reaction between the epoxy group contained in the base compound and the curing agent. The hydroxy group becomes a hydrated state (bonded state), and the fluorine-containing organic group can be incorporated into the molecular structure of the polymer formed by the main agent and the curing agent.
【００６１】なお、硬化剤的に作用するシラン化合物を
用いる場合には、硬化剤の添加量を適宜調整してもよ
く、また、硬化剤と反応するシラン化合物を用いる場合
には、硬化剤の添加量を適宜増量する等の調節をする必
要がある。When a silane compound which acts as a curing agent is used, the addition amount of the curing agent may be adjusted appropriately, and when a silane compound which reacts with the curing agent is used, the addition amount of the curing agent may be adjusted. It is necessary to adjust the amount to be added appropriately.
【００６２】このように、疎水性基である含フッ素有機
基を有する撥水性エポキシ系接着剤からなる接合層１１
０によって流路形成基板１０とリザーバ形成基板３０と
を接合したので、圧電素子保持部３２内への水分の侵入
を防止して流路形成基板１０とリザーバ形成基板３０と
を良好に接合することができる。すなわち、エポキシ系
接着剤層からなる接合層１１０には大気中の水分が浸透
することがないため、圧電素子保持部３２内を常に乾燥
状態に保持することができる。したがって、圧電素子保
持部３２内の圧電素子３００が大気中の水分によって破
壊されることがない。また、圧電素子保持部３２内に乾
燥流体等を封入しておけば、大気中の水分による圧電素
子３００の破壊をより確実に防止することができる。さ
らに、シラン化合物を加えても接合強度は変化しないた
め、接合面積が比較的狭くても両者を良好に接合するこ
とができ、ヘッドの小型化を図ることができる。As described above, the bonding layer 11 made of the water-repellent epoxy adhesive having the fluorine-containing organic group which is a hydrophobic group.
Since the flow path forming substrate 10 and the reservoir forming substrate 30 are bonded to each other by 0, it is possible to prevent the entry of water into the piezoelectric element holding portion 32 and to bond the flow path forming substrate 10 and the reservoir forming substrate 30 well. You can That is, since moisture in the atmosphere does not permeate into the bonding layer 110 made of an epoxy adhesive layer, the inside of the piezoelectric element holding portion 32 can always be kept dry. Therefore, the piezoelectric element 300 in the piezoelectric element holding portion 32 is not destroyed by moisture in the atmosphere. Further, if a dry fluid or the like is enclosed in the piezoelectric element holding portion 32, it is possible to more reliably prevent the piezoelectric element 300 from being broken by moisture in the atmosphere. Furthermore, since the bonding strength does not change even if the silane compound is added, both can be bonded well even if the bonding area is relatively small, and the head can be downsized.
【００６３】なお、本実施形態では、主剤及び硬化剤か
らなる重合体の分子構造内に含フッ素有機基を組み込む
ことで接合層１１０に撥水性を持たせることができる
が、主剤であるエポキシ系樹脂材料に含まれるエポキシ
基が開環することによって生じたヒドロキシ基の比較的
近い所に、シラン化合物に含まれる疎水性基である含フ
ッ素有機基を存在させることにより、大気中の水分がヒ
ドロキシ基にトラップされて接合層１１０が吸湿するこ
とを阻害させることもできる。これによって、接合層１
１０が優れた撥水性を発揮することができる。In this embodiment, the bonding layer 110 can be made water-repellent by incorporating a fluorine-containing organic group into the molecular structure of the polymer composed of the main agent and the curing agent. By allowing the fluorine-containing organic group, which is a hydrophobic group contained in the silane compound, to exist relatively close to the hydroxy group generated by the ring opening of the epoxy group contained in the resin material, moisture in the atmosphere can It is also possible to prevent the bonding layer 110 from being trapped by the base and absorbing moisture. Thereby, the bonding layer 1
10 can exhibit excellent water repellency.
【００６４】さらに、このようなリザーバ形成基板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。ここで、封止膜４
１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、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。Further, such a reservoir forming substrate 30
A compliance substrate 40 including a sealing film 41 and a fixing plate 42 is bonded on the top. Here, the sealing film 4
1 is made of a material having low rigidity and flexibility (for example, a polyphenylene sulfide (PPS) film having a thickness of 6 μm).
One side is sealed. The fixing plate 42 is formed of a hard material such as metal (for example, stainless steel (SUS) having a thickness of 30 μm). Since the region of the fixing plate 42 facing the reservoir 100 is the opening 43 that is completely removed in the thickness direction, one surface of the reservoir 100 is sealed with only the flexible sealing film 41. The flexible portion 34 is deformable by the change of the internal pressure.
【００６５】また、このリザーバ１００の長手方向略中
央部外側のコンプライアンス基板４０上には、リザーバ
１００にインクを供給するためのインク導入口３５が形
成されている。さらに、リザーバ形成基板３０には、イ
ンク導入口３５とリザーバ１００の側壁とを連通するイ
ンク導入路３６が設けられている。An ink inlet 35 for supplying ink to the reservoir 100 is formed on the compliance substrate 40 outside the central portion in the longitudinal direction of the reservoir 100. Further, the reservoir forming substrate 30 is provided with an ink introducing passage 36 that connects the ink introducing port 35 and the side wall of the reservoir 100.
【００６６】なお、リザーバ形成基板３０の圧電素子３
００に対応する領域上には、各圧電素子３００を駆動す
るための、例えば、回路基板あるいは駆動回路を含む半
導体集積回路（ＩＣ）等の駆動回路１２０が搭載されて
いる。そして、この駆動回路１２０は、リザーバ形成基
板３０の圧電素子保持部３２とリザーバ部３１との間の
領域に設けられた貫通孔３７を介して延設されたボンデ
ィングワイヤ等からなる駆動配線１３０によって、各リ
ード電極９０とそれぞれ電気的に接続されている（図２
（ｂ）参照）。The piezoelectric element 3 of the reservoir forming substrate 30
A drive circuit 120, such as a semiconductor integrated circuit (IC) including a circuit board or a drive circuit, for driving each piezoelectric element 300 is mounted on the region corresponding to 00. The drive circuit 120 is formed by a drive wiring 130 including a bonding wire or the like extended through a through hole 37 provided in a region of the reservoir forming substrate 30 between the piezoelectric element holding portion 32 and the reservoir portion 31. , And each lead electrode 90 is electrically connected (see FIG. 2).
(See (b)).
【００６７】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と接続
したインク導入口３５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、駆動回路１２０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６
０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。In the ink jet recording head of this embodiment as described above, the ink is taken in from the ink introduction port 35 connected to the external ink supply means (not shown), and the inside from the reservoir 100 to the nozzle opening 21 is filled with the ink. According to the recording signal from the drive circuit 120, a voltage is applied between the lower electrode film 60 and the upper electrode film 80 corresponding to the pressure generating chamber 12, and the elastic film 50 and the lower electrode film 6 are applied.
By flexurally deforming the piezoelectric layer 70 and the piezoelectric layer 70, the pressure inside each pressure generating chamber 12 increases and ink droplets are ejected from the nozzle openings 21.
【００６８】以上説明した本実施形態のインクジェット
式記録ヘッドの製造方法は、特に限定されないが、その
一例を図３〜図５を参照して説明する。図３〜図５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
の製造工程を示す断面図である。The method of manufacturing the ink jet recording head of this embodiment described above is not particularly limited, but an example thereof will be described with reference to FIGS. 3 to 5 are
6A and 6B are cross-sectional views showing a manufacturing process of the ink jet recording head according to the first embodiment of the invention.
【００６９】まず、図３（ａ）に示すように、流路形成
基板１０となるシリコン単結晶基板のウェハを約１１０
０℃の拡散炉で熱酸化して二酸化シリコンからなる弾性
膜５０を形成する。First, as shown in FIG. 3A, about 110 wafers of a silicon single crystal substrate to be the flow path forming substrate 10 are prepared.
An elastic film 50 made of silicon dioxide is formed by thermal oxidation in a 0 ° C. diffusion furnace.
【００７０】次に、図３（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層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
層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。Next, as shown in FIG. 3B, after the lower electrode film 60 is formed on the entire surface of the elastic film 50 by sputtering, the lower electrode film 60 is patterned to form an overall pattern. Platinum (Pt) or the like is suitable as a material for the lower electrode film 60. This is because the piezoelectric layer 70 described later, which is formed by the sputtering method or the sol-gel method, needs to be crystallized by baking at a temperature of about 600 to 1000 ° C. in the air atmosphere or the oxygen atmosphere after the film formation. Because. That is, the material of the lower electrode film 60 must be able to maintain the conductivity under such a high temperature and oxidizing atmosphere, and especially when lead zirconate titanate (PZT) is used as the piezoelectric layer 70. It is desirable that the change in conductivity due to the diffusion of lead oxide is small, and platinum is preferable for these reasons.
【００７１】次に、図３（ｃ）に示すように、圧電体層
７０を成膜する。この圧電体層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
らなる圧電体層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層
７０とした。圧電体層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、この圧電体層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。Next, as shown in FIG. 3C, the piezoelectric layer 70 is formed. The piezoelectric layer 70 preferably has crystals oriented. For example, in the present embodiment, a so-called sol-gel method is used in which a so-called sol in which a metal organic material is dissolved and dispersed in a catalyst is applied, dried, gelled, and fired at a high temperature to obtain a piezoelectric layer 70 made of a metal oxide. To form a piezoelectric layer 70 in which crystals are oriented. As a material for the piezoelectric layer 70, a lead zirconate titanate-based material is suitable for use in an inkjet recording head. The method for forming the piezoelectric layer 70 is not particularly limited, and may be formed by, for example, a sputtering method.
【００７２】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。Further, after forming a lead zirconate titanate precursor film by a sol-gel method or a sputtering method,
A method of growing crystals at a low temperature by a high-pressure treatment method in an alkaline aqueous solution may be used.
【００７３】何れにしても、このように成膜された圧電
体層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、圧電体層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０．２〜５μｍであ
る。In any case, in the piezoelectric layer 70 thus formed, the crystals are preferentially oriented unlike the bulk piezoelectric body, and in the present embodiment, the piezoelectric layer 70 has the crystals. It has a columnar shape. Note that the preferential orientation means that the crystal orientation direction is not disordered, and a specific crystal plane is oriented in a substantially constant direction. Further, a thin film having a columnar crystal means a state in which crystals having a substantially columnar body are aggregated in a plane direction with the central axes substantially aligned with the thickness direction to form a thin film. Of course, it may be a thin film formed of preferentially oriented granular crystals. The thickness of the piezoelectric layer manufactured in the thin film process is generally 0.2 to 5 μm.
【００７４】次に、図３（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、白金をスパッタリングにより成膜している。Next, as shown in FIG. 3D, the upper electrode film 80 is formed. The upper electrode film 80 may be made of a material having high conductivity, and many metals such as aluminum, gold, nickel and platinum, and a conductive oxide can be used. In this embodiment, platinum is deposited by sputtering.
【００７５】次に、図４（ａ）に示すように、圧電体層
７０及び上電極膜８０のみをエッチングして圧電素子３
００のパターニングを行う。Next, as shown in FIG. 4A, only the piezoelectric layer 70 and the upper electrode film 80 are etched to remove the piezoelectric element 3.
00 patterning is performed.
【００７６】次に、図４（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。Next, as shown in FIG. 4B, the lead electrode 90 is formed. Specifically, for example, the lead electrode 90 made of gold (Au) or the like is formed over the entire surface of the flow path forming substrate 10, and is patterned for each piezoelectric element 300.
【００７７】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、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、図４
（ｃ）に示すように、圧力発生室１２、連通部１３及び
インク供給路１４等を形成する。The above is the film forming process. After the film formation is performed in this manner, anisotropic etching of the silicon single crystal substrate with the above-mentioned alkaline solution is performed, and the result of FIG.
As shown in (c), the pressure generating chamber 12, the communication portion 13, the ink supply path 14 and the like are formed.
【００７８】次に、図５（ａ）に示すように、撥水性エ
ポキシ系接着剤からなる接合層１１０によって、リザー
バ形成基板３０と流路形成基板１０とを接合する。な
お、このような撥水性エポキシ系接着剤は、本実施形態
では、エポキシ系樹脂材料からなる主剤６０ｗｔ％と、
硬化剤３５ｗｔ％と、上述した（１）式でＲ１；アミノ
基（ＮＨ２）、ｎ＝１７のシラン化合物５ｗｔ％とを混
練することによって形成した。Next, as shown in FIG. 5A, the reservoir forming substrate 30 and the flow path forming substrate 10 are joined by the joining layer 110 made of a water repellent epoxy adhesive. In this embodiment, such a water-repellent epoxy-based adhesive is composed of 60 wt% of a main agent made of an epoxy-based resin material,
It was formed by kneading 35 wt% of the curing agent and 5 wt% of R 1 ; amino group (NH 2 ) in the formula (1) and a silane compound of n = 17.
【００７９】このように、撥水性エポキシ系接着剤から
なる接合層１１０によって流路形成基板１０とリザーバ
形成基板３０とを接合することにより、圧電素子保持部
３２内への水分の侵入を防止して流路形成基板１０とリ
ザーバ形成基板３０とを良好に接合することができる。
すなわち、エポキシ系接着剤層からなる接合層１１０に
は大気中の水分が浸透することがないため、圧電素子保
持部３２内を常に乾燥状態に保持することができる。し
たがって、圧電素子保持部３２内の圧電素子３００が大
気中の水分によって破壊されることがない。また、圧電
素子保持部３２内に乾燥流体等を封入しておけば、大気
中の水分による圧電素子３００の破壊をより確実に防止
することができる。さらに、シラン化合物を加えても接
合強度は変化しないため、接合面積が比較的狭くても両
者を良好に接合することができ、ヘッドの小型化を図る
ことができる。As described above, by joining the flow path forming substrate 10 and the reservoir forming substrate 30 with the joining layer 110 made of the water repellent epoxy adhesive, it is possible to prevent water from entering the piezoelectric element holding portion 32. Thus, the flow path forming substrate 10 and the reservoir forming substrate 30 can be bonded well.
That is, since moisture in the atmosphere does not permeate into the bonding layer 110 made of an epoxy adhesive layer, the inside of the piezoelectric element holding portion 32 can always be kept dry. Therefore, the piezoelectric element 300 in the piezoelectric element holding portion 32 is not destroyed by moisture in the atmosphere. Further, if a dry fluid or the like is enclosed in the piezoelectric element holding portion 32, it is possible to more reliably prevent the piezoelectric element 300 from being broken by moisture in the atmosphere. Furthermore, since the bonding strength does not change even if the silane compound is added, both can be bonded well even if the bonding area is relatively small, and the head can be downsized.
【００８０】続いて、図５（ｂ）に示すように、流路形
成基板１０のリザーバ形成基板３０とは反対側の面にノ
ズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０を接合す
ると共に、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が形成される。Subsequently, as shown in FIG. 5B, the nozzle plate 20 having nozzle openings 21 is joined to the surface of the flow path forming substrate 10 opposite to the reservoir forming substrate 30, and the reservoir plate is formed. By joining the compliance substrate 40 onto the formation substrate 30, the ink jet recording head of this embodiment is formed.
【００８１】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。そして、分割した流路形成基板１０に、リザーバ形
成基板３０及びコンプライアンス基板４０を順次接着し
て一体化し、インクジェット式記録ヘッドとする。Actually, a large number of chips are simultaneously formed on one wafer by the above-described series of film formation and anisotropic etching, and after the process, one chip size as shown in FIG. The flow path forming substrate 10 is divided. Then, the reservoir forming substrate 30 and the compliance substrate 40 are sequentially adhered to and integrated with the divided flow path forming substrate 10 to form an ink jet recording head.
【００８２】（実施形態２）図６は、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断面図である。(Second Embodiment) FIG. 6 is a sectional view of an ink jet recording head according to a second embodiment of the present invention.
【００８３】上述した実施形態１では、含フッ素有機基
を含む撥水性エポキシ系接着剤を用いて接合層１１０全
体を形成するようにしたが、本実施形態では、接合層１
１０Ａの一部のみを撥水性エポキシ系接着剤で形成する
ようにした。In the first embodiment described above, the water-repellent epoxy adhesive containing the fluorine-containing organic group was used to form the entire bonding layer 110. However, in this embodiment, the bonding layer 1 is used.
Only part of 10A was formed with a water-repellent epoxy adhesive.
【００８４】具体的には、図６に示すように、圧電素子
保持部３２の周縁部に設けられる接合層１１０Ａの外気
に接触する部分１１０ａを含フッ素有機基を有する撥水
性エポキシ系接着剤によって形成し、その内側、すなわ
ち、接合層１１０Ａの外気に接触しない部分１１０ｂを
含フッ素有機基を有さないエポキシ系接着剤によって形
成するようにした。また、接合層１１０Ａ以外の接合層
１１０Ｂについては、含フッ素有機基を含まないエポキ
シ系接着剤によって形成するようにした。Specifically, as shown in FIG. 6, the portion 110a of the bonding layer 110A provided on the peripheral portion of the piezoelectric element holding portion 32, which is in contact with the outside air, is made of a water-repellent epoxy adhesive having a fluorine-containing organic group. Then, the inside thereof, that is, the portion 110b of the bonding layer 110A that does not come into contact with the outside air is formed by an epoxy adhesive having no fluorine-containing organic group. Further, the bonding layers 110B other than the bonding layer 110A are formed by an epoxy adhesive that does not contain a fluorine-containing organic group.
【００８５】このような構成としても、接合層１１０Ａ
の外気に接触する部分１１０ａに含まれる含フッ素有機
基によって、大気中の水分を吸湿することを阻害して圧
電素子保持部３２に浸入することを防止することができ
る。また、接合層１１０Ａの外気に接触しない部分１１
０ｂによって、圧電素子保持部３２に含まれる水分を吸
湿させることにより、圧電素子保持部３２内を常に乾燥
状態とすることができる。したがって、圧電素子保持部
３２内の圧電素子３００が大気中の水分によって破壊さ
れることがない。Even with this structure, the bonding layer 110A
The fluorine-containing organic group contained in the portion 110a that comes into contact with the outside air can prevent the moisture in the atmosphere from being absorbed and prevent the piezoelectric element holding portion 32 from entering. Further, the portion 11 of the bonding layer 110A that does not come into contact with the outside air
By absorbing moisture contained in the piezoelectric element holding portion 32 by 0b, the inside of the piezoelectric element holding portion 32 can be always kept in a dry state. Therefore, the piezoelectric element 300 in the piezoelectric element holding portion 32 is not destroyed by moisture in the atmosphere.
【００８６】（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。(Other Embodiments) Although the respective embodiments of the present invention have been described above, the basic structure of the ink jet recording head is not limited to the above.
【００８７】例えば、上述の実施形態では、成膜及びリ
ソグラフィプロセスを応用して製造される薄膜型のイン
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、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インクジェット式
記録ヘッドにも本発明を採用することができる。For example, in the above-described embodiment, the thin film type ink jet recording head manufactured by applying the film formation and the lithographic process is taken as an example, but the present invention is not limited to this, for example, a green sheet. The present invention can be applied to a thick film type ink jet recording head formed by a method such as sticking.
【００８８】[0088]
【発明の効果】以上説明したように本発明では、流路形
成基板と、圧電素子保持部を有する封止基板とを撥水性
エポキシ系接着剤からなる接合層によって接合するよう
にしたので、大気中の水分が接合層を介して圧電素子保
持部に侵入することがない。したがって、大気中の水分
による圧電素子の破壊を確実に防止することができる。As described above, according to the present invention, the flow path forming substrate and the sealing substrate having the piezoelectric element holding portion are joined by the joining layer made of the water repellent epoxy adhesive. The moisture inside does not enter the piezoelectric element holding portion via the bonding layer. Therefore, it is possible to reliably prevent the piezoelectric element from being damaged by moisture in the atmosphere.
【図１】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの概略を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view schematically showing an inkjet recording head according to a first embodiment of the invention.
【図２】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドを示す平面図及び断面図である。2A and 2B are a plan view and a cross-sectional view showing the ink jet recording head according to the first embodiment of the invention.
【図３】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの製造工程を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the ink jet recording head according to the first embodiment of the invention.
【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。FIG. 4 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the inkjet recording head according to the first embodiment of the invention.
【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。FIG. 5 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the ink jet recording head according to the first embodiment of the invention.
【図６】本発明の実施形態２に係るインクジェット式記
録ヘッドの断面図である。FIG. 6 is a sectional view of an ink jet recording head according to a second embodiment of the invention.
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 ４０ コンプライアンス基板 ６０ 下電極膜 ７０ 圧電体層 ８０ 上電極膜 １００ リザーバ １１０ 接合層 ３００ 圧電素子 10 Flow path forming substrate 12 Pressure generation chamber 20 nozzle plate 21 nozzle opening 30 Reservoir forming substrate 31 Reservoir section 32 Piezoelectric element holder 40 compliance board 60 Lower electrode film 70 Piezoelectric layer 80 Upper electrode film 100 reservoir 110 Bonding layer 300 Piezoelectric element
Claims (10)
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る下電極、圧電
体層及び上電極からなる圧電素子とを具備するインクジ
ェット式記録ヘッドにおいて、 前記流路形成基板の前記圧電素子側の面に接合され、当
該圧電素子に対向する領域に空間を確保した状態で当該
空間を密封する圧電素子保持部を有する封止基板を有
し、該封止基板と前記流路形成基板とを接合する接合層
の少なくとも外気に接触する部分が含フッ素有機基を含
む撥水性エポキシ系接着剤層からなることを特徴とする
インクジェット式記録ヘッド。1. A flow path forming substrate defining a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for ejecting ink, a lower electrode provided on one surface side of the flow path forming substrate via a vibrating plate, and a piezoelectric body. In an ink jet recording head including a piezoelectric element including a layer and an upper electrode, the space is bonded to a surface of the flow path forming substrate on the piezoelectric element side, and the space is secured in a region facing the piezoelectric element. A water-repellent epoxy system having a sealing substrate having a piezoelectric element holding portion for sealing the substrate, and at least a portion of a bonding layer for bonding the sealing substrate and the flow path forming substrate to the outside air contains a fluorine-containing organic group. An ink jet recording head comprising an adhesive layer.
系接着剤層は、エポキシ系樹脂材料からなる主剤を、該
主剤を硬化させる硬化剤と、前記含フッ素有機基を有し
且つ前記主剤又は前記硬化剤と反応する官能基を有する
シラン化合物とで硬化させたものであることを特徴とす
るインクジェット式記録ヘッド。2. The water repellent epoxy adhesive layer according to claim 1, wherein a main agent made of an epoxy resin material, a curing agent for curing the main agent, the fluorine-containing organic group, and the main agent or An ink jet recording head, which is cured with a silane compound having a functional group that reacts with the curing agent.
シラン化合物のケイ素元素に結合するエポキシ基、アミ
ノ基、ヒドロキシ基及びカルボニル基からなる群から選
択される少なくとも一種であることを特徴とするインク
ジェット式記録ヘッド。3. The functional group according to claim 2, wherein the functional group is at least one selected from the group consisting of an epoxy group bonded to a silicon element of the silane compound, an amino group, a hydroxy group and a carbonyl group. Inkjet recording head.
合物の分子鎖の一端部側が前記含フッ素有機基であり、
他端部側が前記官能基であることを特徴とするインクジ
ェット式記録ヘッド。4. The method according to claim 2 or 3, wherein one end side of the molecular chain of the silane compound is the fluorine-containing organic group,
An ink jet recording head, wherein the other end side is the functional group.
合層が前記撥水性エポキシ系接着剤層のみで形成されて
いることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。5. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the bonding layer is formed only by the water repellent epoxy adhesive layer.
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る下電極、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
の前記圧電素子側の面に接合され当該圧電素子に対向す
る領域に空間を確保した状態で当該空間を密封する圧電
素子保持部を有する封止基板とを具備するインクジェッ
ト式記録ヘッドの製造方法において、 前記封止基板と前記流路形成基板とを接合する接合層の
少なくとも外気に接触する部分をエポキシ系樹脂材料か
らなる主剤と、該主剤を硬化させる硬化剤と、前記含フ
ッ素有機基を有し且つ前記主剤又は前記硬化剤と反応す
る官能基を有するシラン化合物とを反応させたエポキシ
系接着剤を硬化させることによって形成することを特徴
とするインクジェット式記録ヘッドの製造方法。6. A flow path forming substrate defining a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for ejecting ink, a lower electrode provided on one surface side of the flow path forming substrate via a vibrating plate, and a piezoelectric body. A piezoelectric element including a layer and an upper electrode, and a piezoelectric element holding portion that is bonded to a surface of the flow path forming substrate on the piezoelectric element side and seals the space in a state where the space is secured in a region facing the piezoelectric element. In a method for manufacturing an inkjet recording head including a sealing substrate, at least a portion of a bonding layer that bonds the sealing substrate and the flow path forming substrate is in contact with the outside air, and a main agent made of an epoxy resin material is used. By curing a curing agent that cures the main agent and a silane compound having the fluorine-containing organic group and a functional group that reacts with the main agent or the curing agent, the epoxy adhesive is cured. Method for manufacturing an ink jet recording head, characterized by forming.
る前記官能基が前記シラン化合物のケイ素元素に結合す
るエポキシ基であることを特徴とするインクジェット式
記録ヘッドの製造方法。7. The method for manufacturing an ink jet recording head according to claim 6, wherein the functional group that reacts with the curing agent is an epoxy group that bonds to the silicon element of the silane compound.
官能基が前記シラン化合物のケイ素元素に結合するアミ
ノ基、ヒドロキシ基及びカルボニル基からなる群から選
択される少なくとも一種であること特徴とするインクジ
ェット式記録ヘッドの製造方法。8. The functional group according to claim 6, wherein the functional group that reacts with the main agent is at least one selected from the group consisting of an amino group, a hydroxy group, and a carbonyl group bonded to the silicon element of the silane compound. Inkjet recording head manufacturing method.
とも一種が前記アミノ基である前記シラン化合物は、前
記主剤と反応する硬化剤として作用することを特徴とす
るインクジェット式記録ヘッドの製造方法。9. The method for manufacturing an ink jet recording head according to claim 8, wherein the silane compound in which at least one of the functional groups is the amino group acts as a curing agent that reacts with the base material.
シラン化合物の分子鎖の一端部が含フッ素有機基であ
り、他端部側が前記官能基であることを特徴とするイン
クジェット式記録ヘッドの製造方法。10. The ink jet recording head according to claim 7, wherein one end of the molecular chain of the silane compound is a fluorine-containing organic group and the other end is the functional group. Manufacturing method.
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