JP2003136734A - インクジェット式記録ヘッド及びその製造方法 - Google Patents
インクジェット式記録ヘッド及びその製造方法Info
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- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 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。 【解決手段】 インクを吐出するノズル開口２１に連通
する圧力発生室１２が画成される流路形成基板１０と、
該流路形成基板１０の一方面側に振動板を介して設けら
れる下電極６０、圧電体層７０及び上電極８０からなる
圧電素子３００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１０の前記圧電素子３０
０側の面に接合され、当該圧電素子３００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３２を有する封止基板３０を有し、該封止基板３
０と前記流路形成基板１０とを接合する接合層１１０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によって形成することにより、
圧電素子保持部３２内に水分が侵入するのを防止する。
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。 【解決手段】 インクを吐出するノズル開口２１に連通
する圧力発生室１２が画成される流路形成基板１０と、
該流路形成基板１０の一方面側に振動板を介して設けら
れる下電極６０、圧電体層７０及び上電極８０からなる
圧電素子３００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１０の前記圧電素子３０
０側の面に接合され、当該圧電素子３００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３２を有する封止基板３０を有し、該封止基板３
０と前記流路形成基板１０とを接合する接合層１１０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によって形成することにより、
圧電素子保持部３２内に水分が侵入するのを防止する。
Description
【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。
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。
【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。
る圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧
電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧して
ノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式
記録ヘッドには、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦
振動モードの圧電アクチュエータを使用したものと、た
わみ振動モードの圧電アクチュエータを使用したものの
２種類が実用化されている。
【０００３】前者は圧電素子の端面を振動板に当接させ
ることにより圧力発生室の容積を変化させることができ
て、高密度印刷に適したヘッドの製作が可能である反
面、圧電素子をノズル開口の配列ピッチに一致させて櫛
歯状に切り分けるという困難な工程や、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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
への大気中の水分の侵入を確実に防止する。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
て詳細に説明する。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【００５３】
【化１】
【００５４】（式中、ｎは、１〜３０の範囲の整数を表
す。）
す。）
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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）。
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）。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
２に係るインクジェット式記録ヘッドの断面図である。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
録ヘッドの概略を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドを示す平面図及び断面図である。
録ヘッドを示す平面図及び断面図である。
【図３】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図６】本発明の実施形態２に係るインクジェット式記
録ヘッドの断面図である。
録ヘッドの断面図である。
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
Claims (10)
- 【請求項１】 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。 - 【請求項２】 請求項１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。 - 【請求項３】 請求項２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。 - 【請求項４】 請求項２又は３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。 - 【請求項５】 請求項１〜４の何れかにおいて、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。 - 【請求項６】 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。 - 【請求項７】 請求項６において、前記硬化剤と反応す
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。 - 【請求項８】 請求項６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特徴とするインクジ
ェット式記録ヘッドの製造方法。 - 【請求項９】 請求項８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。 - 【請求項１０】 請求項７〜９の何れかにおいて、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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001336233A JP3849767B2 (ja) | 2001-11-01 | 2001-11-01 | インクジェット式記録ヘッド |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001336233A JP3849767B2 (ja) | 2001-11-01 | 2001-11-01 | インクジェット式記録ヘッド |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003136734A true JP2003136734A (ja) | 2003-05-14 |
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ID=19151091
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001336233A Expired - Fee Related JP3849767B2 (ja) | 2001-11-01 | 2001-11-01 | インクジェット式記録ヘッド |
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|---|---|
| JP (1) | JP3849767B2 (ja) |
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- 2001-11-01 JP JP2001336233A patent/JP3849767B2/ja not_active Expired - Fee Related
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