JP2007098659A - 貫通方法及び液体噴射ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】気体の噴射圧力を上げることなく隔離層を容易に且つ確実に貫通することができる貫通方法及び液体噴射ヘッドの製造方法を提供する。
【解決手段】厚さ方向に貫通した第１基準孔１６が設けられたベース基板１０と、前記ベース基板１０の一方面側に接合されて前記第１基準孔１６に相対向する領域に厚さ方向に貫通した第２基準孔３５が設けられた接合基板３０との間に設けられて、前記第１基準孔１６と第２基準孔３５とを隔離する隔離層９３を噴射ノズル２００から噴射された気体を当接させて貫通する際に、前記噴射ノズル２００の気体が噴射される噴射領域の少なくとも一部を前記第１基準孔１６又は第２基準孔３５に相対向させて、当該噴射ノズル２００の内径の中心を前記第１基準孔１６又は第２基準孔３５の内径の中心から前記ベース基板１０の面方向にずらして当該隔離層９３を貫通する。
【選択図】図７

Description

本発明は、ベース基板に設けられた第１基準孔と、ベース基板に接合されて第２基準孔が設けられた接合基板との間の隔離層を貫通する貫通方法及び液体を噴射する液体噴射ヘッドの製造方法に関し、特に、インクを吐出するインクジェット式記録ヘッドの製造方法に関する。

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。そして、たわみ振動モードのアクチュエータを使用したものとしては、例えば、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知られている。

このようなインクジェット式記録ヘッドでは、流路形成基板の圧電素子側の面に圧電素子を保護する圧電素子保持部が設けられた保護基板が接合された構成が開示されている。また、インクジェット式記録ヘッドの各部材には、流路形成基板及び保護基板とヘッドケースなどの他部材との相対的な位置決めを行うための基準ピンが挿入される基準孔が設けられている（例えば、特許文献１参照）。

そして、流路形成基板に設けられた基準孔は、流路形成基板の一方面に圧電素子等の薄膜を形成した後、流路形成基板をウェットエッチングすることにより圧力発生室と共に形成されるが、この流路形成基板の一方面に設けられた薄膜が流路形成基板の基準孔と保護基板の基準孔とを隔離した隔離層として残留する。この隔離層を貫通するには、噴射ノズルから噴射させた気体を隔離層に当接させることで行っていた。

しかしながら、噴射ノズルの中心を基準孔の中心に合わせた位置で、噴射ノズルから気体を噴射させても、隔離層を貫通することができないという問題がある。

また、隔離層を貫通させるために、噴射ノズルから噴射される気体の圧力を上げると、流路形成基板や保護基板等が破壊されてしまう虞があるという問題がある。

さらに、流路形成基板に隔離層を形成することなく、流路形成基板に圧力発生室と基準孔とを形成すると、ウェットエッチングの際のエッチング液が保護基板側に回りこみ、保護基板をエッチングしてしまうと共に保護基板上の配線膜等を破損してしまうという問題があるため、隔離層は必要となる。

なお、このような問題はインク滴を吐出するインクジェット式記録ヘッドの製造方法だけでなく、他の液体を吐出する液体噴射ヘッドの製造方法においても同様に存在する。また、このような問題は、液体噴射ヘッドの製造方法だけでなく、広く基準孔が設けられたベース基板と、ベース基板に接合されて基準孔が設けられた接合基板との間で、それぞれの基準孔を隔離する隔離層を貫通する貫通方法においても同様に存在する。

特開２００５−０６７１３０号公報（第６〜１２頁、第４図）

本発明はこのような事情に鑑み、気体の噴射圧力を上げることなく隔離層を容易に且つ確実に貫通することができる貫通方法及び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、厚さ方向に貫通した第１基準孔が設けられたベース基板と、前記ベース基板の一方面側に接合されて前記第１基準孔に相対向する領域に厚さ方向に貫通した第２基準孔が設けられた接合基板との間に設けられて、前記第１基準孔と第２基準孔とを隔離する隔離層を噴射ノズルから噴射された気体を当接させて貫通する際に、前記噴射ノズルの気体が噴射される噴射領域の少なくとも一部を前記第１基準孔又は第２基準孔に相対向させて、当該噴射ノズルの内径の中心を前記第１基準孔又は第２基準孔の内径の中心から前記ベース基板の面方向にずらして当該隔離層を貫通することを特徴とする貫通方法にある。
かかる第１の態様では、気体の圧力を上げることなく、隔離層を容易に且つ確実に貫通することができる。

本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記噴射ノズルの内径が、前記第１基準孔及び前記第２基準孔の内径よりも大きいことを特徴とする貫通方法にある。
かかる第２の態様では、隔離層が貫通した際に、バリが生じるのを防止することができる。

本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記噴射ノズルの内面の端部と、前記第１基準孔又は前記第２基準孔の内面の端部との前記ベース基板の面方向の距離を、前記噴射ノズルの内径の０〜１１０％とすることを特徴とする貫通方法にある。
かかる第３の態様では、噴射ノズルの位置を規定することで、隔離層を容易に且つ確実に貫通することができる。

本発明の第４の態様は、第３の態様において、前記噴射ノズルの内面の端部と、前記第１基準孔又は前記第２基準孔の内面の端部とを面一とすることを特徴とする貫通方法にある。
かかる第４の態様では、噴射ノズルの位置を規定することで、隔離層を容易に且つ確実に貫通することができる。

本発明の第５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と厚さ方向に貫通して他部材との位置決めに用いられる基準ピンが挿入される第１基準孔とが形成されると共に前記圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧力発生手段を有する流路形成基板の一方面の少なくとも前記第１基準孔が形成される領域に隔離層を形成する工程と、前記圧力発生室の前記一方面に厚さ方向に貫通した第２基準孔が形成された保護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前記圧力発生室及び前記第１基準孔を形成する工程と、気体が噴射される噴射ノズルの気体が噴射される噴射領域の少なくとも一部を前記第１基準孔又は第２基準孔に相対向させて、当該噴射ノズルの内径の中心を前記第１基準孔又は第２基準孔の内径の中心から前記流路形成基板の面方向にずらして前記気体を前記隔離層に当接させて前記隔離層を貫通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５の態様では、気体の圧力を上げることなく、隔離層を容易に且つ確実に貫通することができ、流路形成基板及び保護基板等の破壊を防止することができる。また、隔離層によって、流路形成基板に圧力発生室等を形成する際にエッチング液が保護基板側に流出するのを防止することができ、保護基板や保護基板上の配線等がエッチングされるのを防止することができる。

本発明の第６の態様は、第５の態様において、前記隔離層が、前記圧力発生手段から前記流路形成基板の表面に引き出された引き出し配線を含む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６の態様では、引き出し配線を含む隔離層によって、確実にエッチング液が保護基板側に流出するのを防止できると共に、引き出し配線を含む隔離層を容易に且つ確実に貫通することができる。

本発明の第７の態様は、第５又は６の態様において、前記隔離層を貫通する工程の前に、前記圧力発生室の内面に耐液体性を有する保護膜を形成すると共に、前記隔離層が前記保護膜を含む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、保護膜を含む隔離層によって、確実にエッチング液が保護基板側に流出するのを防止できると共に、保護膜を含む隔離層を容易に且つ確実に貫通することができる。

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及びヘッドケースの分解斜視図であり、図２は、インクジェット式記録ヘッドの平面図であり、図３は、図２のＡ−Ａ′断面図及びＢ−Ｂ′断面図である。

図１に示すように、本実施形態のインクジェット式記録ヘッド１は、ヘッドケース２に接着剤等を介して固定されている。このインクジェット式記録ヘッド１とヘッドケース２とは、詳しくは後述するが、ヘッドケース２に設けられた基準孔３と、インクジェット式記録ヘッド１を構成する各部材に設けられた第１基準孔１６、第２基準孔３５、第３基準孔２２及び第４基準孔４５とに基準ピン４を挿入することで位置決めされて固定されている。

ここで、インクジェット式記録ヘッド１について図２及び図３を参照して説明する。図示するように、ベース基板となる流路形成基板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、その両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０．５〜２μｍの弾性膜５０が形成されている。

この流路形成基板１０には、その他方面側から異方性エッチングすることにより、複数の隔壁によって区画された圧力発生室１２が２列並設され、その長手方向外側には、各圧力発生室１２の列毎に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。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には、圧力発生室１２の並設方向の両端部側の角部に厚さ方向に貫通した第１基準孔１６が形成されている。本実施形態では、第１基準孔を流路形成基板１０の圧力発生室１２の並設方向の両端部にそれぞれ１つずつ、合計２つ設けた。

この第１基準孔１６は、本実施形態では、流路形成基板１０の他方面側から異方性エッチングすることにより形成されている。このため、本実施形態の第１基準孔１６は、開口が菱形状で形成されている。なお、第１基準孔１６の形状は、特にこれに限定されず、例えば、開口が円又は楕円などであってもよい。

ここで、流路形成基板１０の圧力発生室１２、連通部１３及びインク供給路１４の内壁表面には、耐インク性を有する材料、例えば、五酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）等の酸化タンタルからなる保護膜１５が、約５０ｎｍの厚さで設けられている。なお、ここで言う耐インク性とは、アルカリ性のインクに対する耐エッチング性のことである。また、本実施形態では、流路形成基板１０の圧力発生室１２等が開口する側の表面、すなわち、ノズルプレート２０が接合される接合面にも保護膜１５が設けられている。勿論、このような領域には、インクが実質的に接触しないため、保護膜１５は設けられていなくてもよい。

なお、このような保護膜１５の材料は、酸化タンタルに限定されず、使用するインクのｐＨ値によっては、例えば、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、ニッケル（Ｎｉ）及びクロム（Ｃｒ）等を用いてもよい。

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保護膜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が常温下で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又はステンレス鋼（ＳＵＳ）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。

さらに、ノズルプレート２０には、流路形成基板１０の第１基準孔１６に連通する第３基準孔２２が設けられている。この第３基準孔２２は、例えば、ノズルプレート２０が金属からなる場合には、ノズル開口２１と共に、ポンチ等により機械的に打ち抜くことで形成されている。

一方、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、二酸化シリコンからなり厚さが例えば、約１．０μｍの弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、酸化ジルコニウム等からなり厚さが例えば、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、白金及びイリジウム等からなり厚さが例えば、約０．２μｍの下電極膜６０と、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなり厚さが例えば、約１．０μｍの圧電体層７０と、イリジウム等からなり厚さが例えば、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１２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。なお、上述した例では、弾性膜５０、絶縁体膜５５及び下電極膜６０が振動板として作用するが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、弾性膜５０及び絶縁体膜５５を設けずに、下電極膜６０のみが振動板として作用するようにしてもよい。

また、このような各圧電素子３００の上電極膜８０には、チタンタングステン（ＴｉＷ）からなる密着層９１と、金（Ａｕ）からなる金属層９２とで構成された引き出し配線であるリード電極９０がそれぞれ接続され、このリード電極９０を介して各圧電素子３００に選択的に電圧が印加されるようになっている。また、流路形成基板１０に設けられた第１基準孔１６の開口周縁部の絶縁体膜５５上にも、このリード電極９０と同一層で且つリード電極９０と連続しない密着層９１及び金属層９２からなる隔離層９３の一部が設けられている。

このような圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上、すなわち、下電極膜６０、弾性膜５０及びリード電極９０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を有して接合基板となる保護基板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、保護基板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。

また、保護基板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有する圧電素子保持部３２が設けられている。

このような保護基板３０としては、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラス、セラミック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。

また、保護基板３０には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられている。そして、各圧電素子３００から引き出されたリード電極９０の端部近傍は、貫通孔３３内に露出するように設けられている。

さらに、保護基板３０の流路形成基板１０の第１基準孔１６に相対向する領域には、厚さ方向に貫通した第２基準孔３５が設けられている。この第２基準孔３５は、流路形成基板１０に設けられた第１基準孔１６と同じ内径で形成されている。本実施形態では、保護基板３０として、シリコン単結晶基板を用いたため、保護基板３０を異方性エッチングすることにより、第２基準孔３５を形成することができる。このような第２基準孔３５は、第１基準孔と同様に開口が菱形状に形成されている。

また、保護基板３０上の貫通孔３３の両側、すなわち、圧力発生室１２の各列に対応する領域のそれぞれには、圧電素子３００を駆動するための駆動回路１１０が固定されている。この駆動回路１１０としては、例えば、回路基板や半導体集積回路（ＩＣ）等を用いることができる。そして、駆動回路１１０とリード電極９０とはボンディングワイヤ等の導電性ワイヤからなる接続配線（図示なし）を介して電気的に接続されている。また、図１に示すように、駆動回路１１０には、外部からの印刷信号が入力される外部配線１１１が電気的に接続されている。

また、このような保護基板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。

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４４が形成されている。

さらに、コンプライアンス基板４０には、保護基板３０の第２基準孔３５に連通する第４基準孔４５が設けられている。

そして、図１に示すように、流路形成基板１０、保護基板３０、コンプライアンス基板４０及びノズルプレート２０からなるインクジェット式記録ヘッド１は、コンプライアンス基板４０側に接合されたヘッドケース２に保持される。このとき、インクジェット式記録ヘッド１の第１基準孔２２、第２基準孔３５、第３基準孔２２及び第４基準孔４５と、ヘッドケース２の基準孔３とに基準ピン４を挿入することで両者は位置決めされて固定されている。

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と接続したインク導入口４４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１１０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。

以下、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４〜図７を参照して詳細に説明する。なお、図４〜図７は、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。

まず、図４（ａ）に示すように、シリコン単結晶基板からなる流路形成基板１０を約１１００℃の拡散炉で熱酸化し、その表面に弾性膜５０及び保護膜５１となる二酸化シリコン膜５２を形成する。

次に、図４（ｂ）に示すように、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５２）上に、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５５を形成する。具体的には、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５２）上に、例えば、スパッタ法等によりジルコニウム（Ｚｒ）層を形成後、このジルコニウム層を、例えば、５００〜１２００℃の拡散炉で熱酸化することにより酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）からなる絶縁体膜５５を形成する。

次いで、図４（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を形成した後、この下電極膜６０を所定形状にパターニングする。

次に、図４（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の全面に形成後、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。圧電素子３００を構成する圧電体層７０の材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電性圧電性材料や、これにニオブ、ニッケル、マグネシウム、ビスマス又はイットリウム等の金属を添加したリラクサ強誘電体等が用いられる。また、圧電体層７０の形成方法は、特に限定されないが、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−ゲル法を用いて圧電体層７０を形成した。

次に、図６（ａ）に示すように、絶縁体膜５５及び弾性膜５０をパターニングして、流路形成基板１０の第１基準孔１６が形成される領域に、弾性膜５０及び絶縁体膜５５を貫通して流路形成基板１０の表面を露出させた露出孔５３を形成する。

次に、図４（ｅ）に示すように、リード電極９０を形成する。具体的には、ベース基板となる流路形成基板１０の全面に亘って密着性を確保するための密着層９１を介して金属層９２を形成する。そして、金属層９２上に例えば、レジスト等からなるマスクパターン（図示なし）を形成し、このマスクパターンを介して金属層９２及び密着層９１を圧電素子３００毎にパターニングすることによりリード電極９０を形成する。また、このとき図６（ｂ）に示すように、密着層９１及び金属層９２を第１基準孔１６が設けられる領域、すなわち露出孔５３内に残留させることにより、第１基準孔１６が形成される領域に密着層９１及び金属層９２と同一層で且つリード電極９０と不連続な隔離層９３を形成する。本実施形態では、第１基準孔１６が形成される領域及びその周囲に亘って密着層９１及び金属層９２からなる隔離層９３を形成した。

なお、リード電極９０を構成する金属層９２の主材料としては、比較的導電性の高い材料であれば特に限定されず、例えば、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）が挙げられ、本実施形態では金（Ａｕ）を用いた。また、密着層９１の材料としては、金属層９２の密着性を確保できる材料であればよく、具体的には、チタン（Ｔｉ）、チタンタングステン化合物（ＴｉＷ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）又はニッケルクロム化合物（ＮｉＣｒ）等が挙げられ、本実施形態ではチタンタングステン化合物（ＴｉＷ）を用いた。また、本実施形態では、密着層９１を約５００ｎｍの厚さで形成し、金属層９２を約１．２μｍで形成した。

次に、図５（ａ）及び図６（ｃ）に示すように、接合基板となる保護基板３０を、流路形成基板１０上に接着剤３６によって接着する。ここで、この保護基板３０には、リザーバ部３１、圧電素子保持部３２、貫通孔３３及び第２基準孔３５が予め形成されている。なお、保護基板３０は、例えば、４００μｍ程度の厚さを有するシリコン単結晶基板であり、リザーバ部３１、圧電素子保持部３２、貫通孔３３及び第２基準孔３５は、保護基板３０をウェットエッチングすることにより形成されている。また、流路形成基板１０に保護基板３０を接合することで流路形成基板１０の剛性は著しく向上することになる。

次に、図５（ｂ）及び図６（ｄ）に示すように、流路形成基板１０の圧電素子３００が形成された面とは反対側の二酸化シリコン膜５２を所定形状にパターニングすることで保護膜５１を形成し、保護膜５１をマスクとして流路形成基板１０をＫＯＨ等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチング（ウェットエッチング）することにより、流路形成基板１０に圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び第１基準孔１６を形成する。

このとき、図６（ｄ）に示すように、第１基準孔１６は密着層９１及び金属層９２によって封止されているため、第１基準孔１６を介して保護基板３０側にエッチング液が流出することがない。また、同様に、リザーバ部３１と連通部１３との間には、弾性膜５０及び絶縁体膜５５が存在するため、保護基板３０側にエッチング液が流出することがない。これにより、保護基板３０がエッチング液により侵食されるのを防止することができると共に、保護基板３０の表面に設けられている駆動回路１１０が実装される電気配線等にエッチング液が付着することがなく、断線等の不良の発生を防止することができる。

なお、このような圧力発生室１２等を形成する際、保護基板３０の流路形成基板１０側とは反対側の表面を、耐アルカリ性を有する材料、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＰＴＡ（ポリパラフェニレンテレフタルアミド）等からなる封止フィルムでさらに封止するようにしてもよい。これにより、保護基板３０の表面に設けられた電気配線の断線等の不良をより確実に防止することができる。

次に、図５（ｃ）及び図７（ａ）に示すように、流路形成基板１０の圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び第１基準孔１６等の内面に耐液体性（耐インク性）を有する材料、例えば、五酸化タンタルからなる保護膜１５を、例えば、ＣＶＤ法によって形成する。このとき、第１基準孔１６内には、密着層９１が露出されているため、密着層９１にも保護膜１５が形成される。すなわち、本実施形態では、隔離層９３は、金属層９２、密着層９１及び保護膜１５で構成されている。なお、本実施形態では、保護膜１５を１００ｎｍの厚さで形成した。このため、隔離層９３は、１．８μｍの厚さを有する。

次に、図７（ｂ）に示すように、隔離層９３を貫通することにより、第１基準孔１６と第２基準孔３５とを連通する。具体的には、噴射ノズル２００から窒素ガス（Ｎ_２）等の気体を噴射させ、噴射された気体を隔離層９３に当接させることで隔離層９３を貫通する。本実施形態では、噴射ノズル２００から噴射される気体を保護基板３０側から隔離層９３に当接するようにした。このとき、噴射ノズル２００の気体が噴射される領域の少なくとも一部が、第２基準孔３５に相対向する範囲内で、噴射ノズル２００の中心を第２基準孔３５の中心から流路形成基板１０の面方向にずらして行う。噴射ノズル２００から噴射される気体の量は、噴射ノズル２００の中心部付近とその周辺領域とにおいて実質的に同じである。これにより、噴射ノズル２００からの気体の噴射圧力を大きくすることなく、隔離層９３を貫通することができる。

なお、噴射ノズル２００の内径は、第１基準孔１６及び第２基準孔３５よりも大きくすることで、隔離層９３を貫通した際に、バリが生じるのを防止することができる。

ここで、噴射ノズル２００の中心を第２基準孔３５の中心から図２に示すように、圧力発生室１２の長手方向をＸ方向、圧力発生室１２の並設方向をＹ方向として、Ｘ、Ｙ方向に０．１ｍｍずつ移動した際の貫通状況を観察した。この結果を図８に示す。なお、噴射ノズル２００の内径は、φ１．１２ｍｍであり、第１基準孔１６及び第２基準孔３５の内径はφ０．８ｍｍである。また、噴射ノズル２００から噴射させる気体としては、窒素ガス（Ｎ_２）とし、噴射ノズル２００から噴射される気体の噴射圧力を０．３２〜０．２２ＭＰａとした。さらに、噴射ノズル２００から噴射される気体を隔離層９３に３秒間当接させた。なお、気体の噴射圧力について「０．３２〜０．２２ＭＰａ」の記載は、噴射ノズル２００の中心部付近とその周辺領域とで実質的な噴射圧力の差を設けたということではなく、「０．３２〜０．２２ＭＰａ」の間の何れかの噴射圧力においても貫通可能であることを示しているに過ぎず、また、流路形成基板１０や保護基板３０等が破壊されなければ、この噴射圧力に限定されるものではない。

図８に示すように、噴射ノズル２００の中心を第２基準孔３５の中心に合わせた場合、隔離層９３を貫通することができなかった。これに対し、噴射ノズル２００の中心を第２基準孔３５の中心からずらした場合、隔離層９３を貫通することができた。特に、図８の領域Ａで隔離層９３を良好に貫通させることができた。このように隔離層９３を貫通させることができる噴射ノズル２００の内径の端部と、第２基準孔３５の内径の端部との流路形成基板１０の面方向の距離は、第２基準孔３５の内径の０〜１１０％とするのが好ましい。

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毎に分割することでインクジェット式記録ヘッド１が形成される。このように、ウェハには、分割する際に用いられるミシン目やリザーバ部３１と連通部１３との間に弾性膜５０及び絶縁体膜５５があるため、隔離層９３を貫通する際に、噴射ノズル２００の気体がミシン目や弾性膜５０及び絶縁体膜５５に当接して、これらが貫通されないようにするのが好ましい。すなわち、図２に示すように、第２基準孔３５の＋Ｘ方向及び＋Ｙ方向にはミシン目があり、−Ｙ方向にはリザーバ部３１があるため、噴射ノズル２００の移動方向は−Ｘ方向が好ましく、図８に示すように、Ｘ方向に−０．７ｍｍ移動するのが好適である。

このように隔離層９３を貫通した後は、図３（ａ）に示すように、リザーバ部３１と連通部１３との間の弾性膜５０及び絶縁体膜５５を貫通して両者を連通させる。その後は、流路形成基板１０の保護基板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、保護基板３０にコンプライアンス基板４０を接合することで、図１に示すようなインクジェット式記録ヘッドが形成される。

このとき、流路形成基板１０と保護基板３０とが接合された接合体に、ノズルプレート２０及びコンプライアンス基板４０を位置決めして接合する際に、流路形成基板１０の第１基準孔１６及び保護基板３０の第２基準孔３５と、ノズルプレート２０の第３基準孔２２やコンプライアンス基板４０の第４の基準孔４５とに基準ピン４を挿入することで、各部材の位置決めを良好に行って固定することができる。

また、このように形成されたインクジェット式記録ヘッドは、保護基板３０側に接合されるヘッドケース２に設けられた基準孔３と、インクジェット式記録ヘッド１に設けられた基準孔とに基準ピンを挿入することで位置決めされて固定される。

以上説明したように、本発明は、第１基準孔１６が設けられた流路形成基板１０と、第２基準孔が設けられた保護基板３０との間に設けられた隔離層９３を気体を当接させて貫通する際に、気体が噴射される噴射ノズル２００の内径の中心と、第１基準孔１６の内径の中心とをずらすことにより、隔離層９３を容易に且つ確実に貫通することができる。これにより、気体の噴射圧力を上げる必要がなく、高圧の気体噴射によって流路形成基板１０及び保護基板３０等が破壊されるのを防止することができる。また、隔離層９３を設けることで、流路形成基板１０に圧力発生室１２等をエッチングにより形成する際に、エッチング液が保護基板３０側に流出するのを防止することができ、保護基板３０や保護基板３０上に設けられた図示しない配線等が破壊されるのを防止することができる。

（他の実施形態）
以上、本発明の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。例えば、上述した実施形態１では、流路形成基板１０に圧力発生室１２が２列並設されたインクジェット式記録ヘッド１を例示したが、圧力発生室１２は１列でもよく、また、複数列であってもよい。

また、例えば、上述した実施形態１では、成膜及びリソグラフィ法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。

なお、ノズル開口からインク滴を吐出する圧力発生手段として圧電素子を用いて説明したが、圧力発生手段としては圧電素子に限定されず、例えば、圧力発生室内に発熱素子を配置して、発熱素子の発熱で発生するバブルによってノズル開口から液滴を吐出するものや、振動板と電極との間に静電気を発生させて、静電気力によって振動板を変形させてノズル開口から液滴を吐出させるいわゆる静電式アクチュエータなどを使用することができる。

また、上述した実施形態１では、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挙げて説明したが、本発明は広く液体噴射ヘッドの製造方法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液体噴射ヘッドの製造方法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。また、本発明は液体噴射ヘッドの製造方法に限定されず、第１基準孔が設けられたベース基板と、第２基準孔が設けられた接合基板との間に存在する隔離層を貫通する貫通方法に広く適用することができるものである。

本発明の実施形態１に係る記録ヘッド及びヘッドケースの分解斜視図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの平面図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの断面図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す平面図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す平面図である。 本発明の他の実施形態に係る隔離層の貫通状況を示す表である。

符号の説明

１ インクジェット式記録ヘッド、 ２ ヘッドケース、 ３ 基準孔、 ４ 基準ピン、 １０ 流路形成基板、 １２ 圧力発生室、 １６ 第１基準孔、 ２０ ノズルプレート、 ２１ ノズル開口、 ３０ 保護基板、 ３１ リザーバ部、 ３２ 圧電素子保持部、 ３５ 第２基準孔、 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、 ９０ リード電極、 ９３ 隔離層、 １００ リザーバ、 １１０ 駆動回路、 １１１ 外部配線、 ２００ 噴射ノズル、 ３００ 圧電素子

Claims (7)

1. 厚さ方向に貫通した第１基準孔が設けられたベース基板と、前記ベース基板の一方面側に接合されて前記第１基準孔に相対向する領域に厚さ方向に貫通した第２基準孔が設けられた接合基板との間に設けられて、前記第１基準孔と第２基準孔とを隔離する隔離層を噴射ノズルから噴射された気体を当接させて貫通する際に、前記噴射ノズルの気体が噴射される噴射領域の少なくとも一部を前記第１基準孔又は第２基準孔に相対向させて、当該噴射ノズルの内径の中心を前記第１基準孔又は第２基準孔の内径の中心から前記ベース基板の面方向にずらして当該隔離層を貫通することを特徴とする貫通方法。
2. 請求項１において、前記噴射ノズルの内径が、前記第１基準孔及び前記第２基準孔の内径よりも大きいことを特徴とする貫通方法。
3. 請求項１又は２において、前記噴射ノズルの内面の端部と、前記第１基準孔又は前記第２基準孔の内面の端部との前記ベース基板の面方向の距離を、前記噴射ノズルの内径の０〜１１０％とすることを特徴とする貫通方法。
4. 請求項３において、前記噴射ノズルの内面の端部と、前記第１基準孔又は前記第２基準孔の内面の端部とを面一とすることを特徴とする貫通方法。
5. 液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室と厚さ方向に貫通して他部材との位置決めに用いられる基準ピンが挿入される第１基準孔とが形成されると共に前記圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧力発生手段を有する流路形成基板の一方面の少なくとも前記第１基準孔が形成される領域に隔離層を形成する工程と、前記圧力発生室の前記一方面に厚さ方向に貫通した第２基準孔が形成された保護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前記圧力発生室及び前記第１基準孔を形成する工程と、気体が噴射される噴射ノズルの気体が噴射される噴射領域の少なくとも一部を前記第１基準孔又は第２基準孔に相対向させて、当該噴射ノズルの内径の中心を前記第１基準孔又は第２基準孔の内径の中心から前記流路形成基板の面方向にずらして前記気体を前記隔離層に当接させて前記隔離層を貫通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。
6. 請求項５において、前記隔離層が、前記圧力発生手段から前記流路形成基板の表面に引き出された引き出し配線を含むことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
7. 請求項５又は６において、前記隔離層を貫通する工程の前に、前記圧力発生室の内面に耐液体性を有する保護膜を形成すると共に、前記隔離層が前記保護膜を含むことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
   

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