JP3832586B2

JP3832586B2 - 液体噴射ヘッドの製造方法

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Publication number: JP3832586B2
Application number: JP2003072088A
Authority: JP
Inventors: 豊古畑
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2002-03-18
Filing date: 2003-03-17
Publication date: 2006-10-11
Anticipated expiration: 2023-03-17
Also published as: JP2003341056A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被噴射液を吐出する液体噴射ヘッドの製造方法に関し、特に、インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を介して圧電素子を設け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。
【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。
【０００４】
これに対して、後者のインクジェット式記録ヘッドとして、圧電素子を振動板上に接着剤を介して接着したインクジェット式記録ヘッドが提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００５】
特許文献１には、従来例として、圧電素子と振動板とを接着剤を介して接着すると、圧電素子と接着剤との界面結合が不十分であるため、圧電素子の繰り返し変形によって圧電素子が振動板から剥離し易いという問題を解決するため、圧電素子が振動板から剥離し難くするために、圧電素子と振動板との接着に用いる接着剤の量を増やすと共に、接着剤を圧電素子の側面に大きくせり上げるようにした構成が開示されている。
【０００６】
そして、接着剤を圧電素子の側面に大きくせり上げるという従来の構成では、絶縁性接着剤を用いると導電性が悪くなり圧電素子に対する印加電圧を高める必要が生じて圧電素子の耐久性を阻害し、また、導電性の接着剤を用いると、導電性の接着剤は接着強度が弱く圧電素子の接着には不適当であるという問題があり、特許文献１では、この問題を解決するために振動板上にカップリング剤の薄膜を形成し、このカップリング剤と圧電素子との隙間ないしは周囲に絶縁性接着剤を注入して接着するようにしている。
【０００７】
また、特許文献２には、圧力発生室が形成された流路形成基板に高剛性の金属板からなる補強板が接合又は接着され、この補強板上に圧電素子の一方の電極（下電極）が補強板に電気的に導通するように接着剤を介して接着する構成が開示されている。そして、開示された発明は、圧電素子の一方の電極が補強板に直接接触するように接合するために、圧電素子の側面と補強板との境界で画成された角部に接着剤を設けて両者を接着するものである。
【０００８】
さらに、特許文献３には、流路形成基板上に振動板がエポキシ系接着剤を介して接合され、この振動板上に圧電素子がエポキシ系接着剤を介して接合され、圧電素子上にＦＰＣが導電性接着剤で接合されている構成が開示されている。この圧電素子とＦＰＣとを接合する際に用いた導電性接着剤が圧電素子の側面にはみ出して圧電素子の両電極が短絡しない様に、圧電素子及び振動板の側面を、流路形成基板と振動板との接着及び、振動板と圧電素子との接着に用いられたエポキシ系接着剤をはみ出させて、その表面張力により覆うものである。
【０００９】
また、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方法もあるが、圧電素子を振動板上に接着するという構成では、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。
【００１０】
一方、後者の記録ヘッドの不都合を解消すべく、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧電材料層を形成し、この圧電材料層をリソグラフィ法により圧力発生室に対応する形状に切り分けて各圧力発生室毎に独立するように圧電素子を形成したものが提案されている（例えば、特許文献４参照）。
【００１１】
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高密度に作り付けることができるばかりでなく、圧電素子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。
【００１２】
また、一般的に、圧力発生室が形成される流路形成基板の圧電素子側の面には、この圧電素子を封止する圧電素子保持部を有する封止基板が接合されており、この圧電素子保持部を不活性ガス等で密封することによって圧電素子の外部環境に起因する破壊が防止されている。
【００１３】
【特許文献１】
特開平５−４２６７４号公報（第２〜３頁、第２図）
【特許文献２】
特開平９−２３４８６４号公報（第２〜４頁、第１及び第８図）
【特許文献３】
特開平６−１０６７２４号公報（第２〜３頁、第３及び第５図）
【特許文献４】
特開平５−２８６１３１号公報（段落［００１３］、第３図）
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、小型化及び高密度化したインクジェット式記録ヘッドではヘッド面積を広く確保できないため、封止基板に設けられた圧電素子保持部と外部とを連通して圧電素子保持部内に不活性ガス等を充填及び密封するための封止孔が微少となってしまい、完全に密封するのがとても困難であるという問題がある。
【００１５】
また、高密度化したインクジェット式記録ヘッドでは、圧電素子の厚みを薄くするために上電極と下電極との間隔が狭くなり、圧電素子端面の電極露出部分の沿面放電が発生し、圧電素子の耐電圧が低下するという問題もある。
【００１６】
さらに、圧電素子を高密度配設し、ノズル開口の高密度化を図るため、振動板を流路形成基板上に接着剤を用いずに、成膜により形成して薄膜とする構成もあるが、圧電素子の側面と振動板との境界で画成された角部において、振動板にクラックが発生し易く、圧力発生室内のインクが圧電素子側にクラックを介して流出し、圧電素子が破壊されてしまうという問題がある。
【００１７】
なお、このような課題は、インクを吐出するインクジェット式記録ヘッドだけではなく、勿論、インク以外を吐出する他の液体噴射ヘッドにおいても、同様に存在する。
【００１８】
本発明は、このような事情に鑑み、振動板の破壊を防止すると共に、圧電素子の外部環境に起因する破壊を容易に且つ確実に防止し、製造工程を簡略化すると共に圧電素子の耐電圧を向上することができる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。
【００４１】
【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、液滴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設けられた振動板上に接着剤を介さずに成膜及びリソグラフィ法により形成された薄膜である下電極、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た接合基板とを具備する液体噴射ヘッドの製造方法において、前記流路形成基板上及び前記圧電素子から引き出された引き出し配線上に接着剤を介して前記接合基板を当接し、当該接着剤をその表面張力によって前記引き出し配線の側面に伝わらせて前記圧電素子の側面の少なくとも前記圧電体層が露出しないように当該接着剤で覆うと共に前記流路形成基板と前記接合基板とを接合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。
【００４２】
かかる第１の態様では、接合基板の接合に用いられた接着剤によって圧電体層の側面を露出しないように覆うことにより、製造工程を簡略化すると共に確実に圧電素子を覆って圧電素子の沿面放電及び外部環境に起因する破壊を防止することができる。また、圧電素子の側面と振動板との境界により画成された角部に対応する振動板にクラックが生じるのを防止すると共に、クラックが生じても接着層によりクラックを封止するため、圧力発生室からの液体により圧電素子が破壊されるのを確実に防止できる。
【００４３】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記接着剤が熱硬化性の接着剤であることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
【００４４】
かかる第２の態様では、熱硬化性の接着剤で覆うことによって、圧電体層の側面を容易に且つ確実に覆った接着層を形成することができる。
【００４５】
本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記接着剤を加熱して硬化させることにより、当該接着剤を前記引き出し配線の側面に伝わらせて前記圧電体層を覆うことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
【００４６】
かかる第３の態様では、接着剤を加熱することで、接着剤の粘度を一時的に低下させて圧電体層の側面に容易に伝わらせて確実に覆うことができる。
【００４７】
本発明の第４の態様は、第１〜３の何れかの態様において、前記接着剤のガス透過率が、１×１０^−３Ｐａ・ｍ^３／ｓｅｃ以下であることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
【００４８】
かかる第４の態様では、所定のガス透過率の接着剤を用いた接着層を形成することで確実に外部環境に起因する破壊を防止することができる。
【００４９】
本発明の液体噴射ヘッドの製造方法は、接着剤を用いずに、成膜及びリソグラフィ法により設けられた圧電素子を有し、且つその側面を絶縁性接着剤からなる接着層で覆うことにより、圧電素子の外部環境に起因する破壊を容易に且つ確実に防止することができると共に、圧電素子の耐電圧を向上することができる。また、圧電素子の側面を覆う接着層として、流路形成基板と接合基板とを接合する際に用いた接着剤を使用することで製造工程を簡略化することができる。さらに、薄膜の振動板及び薄膜の圧電素子を用いて圧電素子を高密度に配設しても、接着層によって振動板にクラック等の破壊が発生するのを防止すると共に、クラックが発生しても接着層によって圧力発生室内の液体が圧電素子側に流れ出るのを確実に防止して、圧電素子の液体に起因する破壊を防止することができるという特有の効果を有するものである。
【００５０】
一方、特許文献１〜３には、振動板上（補強板上）に圧電素子を接着剤を介して接着し、この接着剤を圧電素子の側面に設ける構成が開示されているが、これらの圧電素子の側面に設けられた接着剤は、圧電素子を振動板上又は補強板上に接合する際に用いた接着剤が側面まではみ出したものであり、また、圧電素子と振動板との接合強度の向上、圧電素子の電極を直接補強板に接触させるため、又はＦＰＣと圧電素子とを確実に絶縁するために設けるものであり、本発明の接着剤とは目的が相違し、構成上において明らかに相違する。また、これらの先行技術からは、圧電素子の外部環境に起因する破壊を防止するために圧電素子を封止するため、又は圧電素子の沿面放電を防止するために接着剤を圧電素子の側面に設けるという構成は示唆されない。
【００５１】
このように、圧電素子を振動板上に接着剤を介さずに形成して高密度配設した構造は開示されず、また、振動板上に成膜及びリソグラフィ法により形成した圧電素子の側面を接着剤で覆う構成も開示されていない。このような構成及び効果は、上述した従来技術の構成を組み合わせても容易に発明することができるものではない。
【００５２】
【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。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドを示す分解斜視図であり、図２（ａ）はインクジェット式記録ヘッドの上面図、図２（ｂ）は流路形成基板の上面図であり、図３（ａ）はインクジェット式記録ヘッドの圧電素子の長手方向の断面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ′断面図である。
【００５３】
図示するように、流路形成基板１０は、本実施形態では面方位（１１０）のシリコン単結晶基板からなり、その一方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の薄膜からなる弾性膜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が形成されている。また、各列の圧力発生室１２の長手方向外側には、後述する接合基板であるリザーバ形成基板３０に設けられるリザーバ部３１と連通孔５１を介して連通し、各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１００を構成する連通部１３が形成されている。また、この連通部１３は、インク供給路１４を介して各圧力発生室１２の長手方向一端部とそれぞれ連通されている。
【００５４】
ここで、異方性エッチングは、シリコン単結晶基板のエッチングレートの違いを利用して行われる。例えば、本実施形態では、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（１１１）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１／１８０であるという性質を利用して行われる。かかる異方性エッチングにより、二つの第１の（１１１）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。
【００５５】
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１０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。
【００５６】
このような流路形成基板１０の厚さは、圧力発生室１２を配列密度に合わせて最適な厚さを選択すればよく、圧力発生室１２の配列密度が、例えば、１インチ当たり１８０個（１８０ｄｐｉ）程度であれば、流路形成基板１０の厚さは、２２０μｍ程度であればよいが、例えば、２００ｄｐｉ以上と比較的高密度に配列する場合には、流路形成基板１０の厚さは１００μｍ以下と比較的薄くするのが好ましい。これは、隣接する圧力発生室１２間の隔壁の剛性を保ちつつ、配列密度を高くできるからである。
【００５７】
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、０．０５〜１ｍｍ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。
【００５８】
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。
【００５９】
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０．５〜５μｍ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、圧電素子３００の下電極膜６０と弾性膜５０とが振動板として作用する。
【００６０】
また、流路形成基板１０の端部近傍には、圧電素子３００を駆動するための外部配線１１０が設けられており、この外部配線１１０と圧電素子３００とは、圧電素子３００から外部配線１１０まで引き出された引き出し配線を介して電気的に接続されている。本実施形態では、引き出し配線として、上電極膜８０の長手方向一端部近傍から流路形成基板１０の一端部近傍まで延設した、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０を設けた。
【００６１】
また、圧電素子３００の側面には、少なくとも圧電体層７０の表面が露出しないように覆う接着層１２１が設けられている。本実施形態では、接着層１２１を上電極８０の側面も覆うように設けた。詳しくは、接着層１２１は、本実施形態では、圧電体層７０及び上電極膜８０の側面と下電極膜８０及び弾性膜５０との境界で画成された角部、及びリード電極９０の側面と弾性膜５０の側面との境界で画成された角部に亘って設けられている。
【００６２】
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上、弾性膜５０上及びリード電極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を有するリザーバ形成基板３０が接着剤によって形成された接合層１２２を介して接合されている。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。
【００６３】
また、リザーバ形成基板３０の圧電素子３００に対向する領域には、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有する圧電素子保持部３２が設けられている。このようなリザーバ形成基板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。
【００６４】
また、このようにリザーバ形成基板３０と流路形成基板１０との接合に用いられる接着剤としては、導電性の接着剤を用いると並設されたリード電極９０同士や、リード電極９０と下電極膜６０とが短絡してしまうため、リード電極９０同士及びリード電極９０と下電極膜６０とが電気的に絶縁されるように絶縁性の接着剤を用いる必要がある。このような絶縁性の接着剤としては、例えば、エポキシ系接着剤等の熱硬化性の接着剤を挙げることができる。
【００６５】
このように、例えば、熱硬化性の接着剤を用いたリザーバ形成基板３０と流路形成基板１０との接合では、流路形成基板１０とリザーバ形成基板３０とを接着剤を塗布した状態で当接させて接着剤を加熱すると、接着剤は粘度が低下し、その表面張力によって流路形成基板１０上のリード電極９０の側面と弾性膜５０との境界で画成された角部を伝って圧電素子３００の側面を覆う。このように接着剤を加熱することで、圧電素子３００の側面に接着層１２１を形成すると共に流路形成基板１０とリザーバ形成基板３０とを接合層１２２を介して接合することができる。
【００６６】
このように、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドの製造方法によれば、流路形成基板１０とリザーバ形成基板３０との接合に用いられる接着剤によって形成された接着層１２１により、圧電素子３００の側面の少なくとも圧電体層７０が露出しないように覆うことにより、圧電素子３００の特に圧電体層７０の端面の沿面放電を防止して圧電素子３００の耐電圧を向上すると共に圧電素子３００の外部環境に起因する破壊を容易且つ確実に防止し、且つ製造工程を簡略化することができる。
【００６７】
また、本実施形態では、圧電素子３００を高密度配設すると共に、ノズル開口２１を高密度とするため、弾性膜５０及び下電極膜６０からなる振動板を薄膜で構成すると共に、圧電素子３００を接着剤を介しての接着ではなく成膜により形成しているので、圧電素子３００の変形によって圧電素子３００の側面と下電極膜６０とで画成される領域の振動板にクラックが発生し易い。このようなクラックが発生しやすい圧電素子３００の側面に対向する振動板上に接着層１２１を設けることによって振動板の剛性を向上してクラックの発生を防止することができると共に、振動板にクラックが生じても、接着層１２１によりクラックを封止して、圧力発生室１２のインクがクラックを介して圧電素子３００側に流れ出るのを防止することができ、圧電素子３００のインクによる破壊を確実に防止することができる。
【００６８】
さらに、接着層１２１を形成する接着剤は、接着層１２１によって圧電素子３００の外部環境に起因する破壊を確実に防止するために、ガス透過率が１×１０^−３Ｐａ・ｍ^３／ｓｅｃ以下の接着剤を用いるのが好ましい。また、接着層１２１は、接着剤の表面張力によって圧電素子３００の側面を覆って形成されるため、接着層１２１の表面の傾斜角度は同一となる。
【００６９】
これにより、各圧電素子３００をパターニングにより形成した際に、各圧電素子３００の並設方向の側面に角度のばらつきが発生したとしても、接着層１２１によって全ての圧電素子３００の外形が実質的に同一となり、各圧力発生室１２から吐出されるインクの吐出量及び吐出速度等のインク吐出特性を安定させることができる。
【００７０】
なお、本実施形態では、リザーバ形成基板３０の圧電素子保持部３２は、圧電体層８０の側面を接着層１２１で覆って圧電素子３００の外部環境に起因する破壊を防止するため、圧電素子保持部３２を封止して密封する必要はないが、圧電素子保持部３２を密封することで圧電素子３００の外部環境に起因する破壊をさらに確実に防止することができる。
【００７１】
また、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４１は、剛性が低く可撓性を有する材料（例えば、厚さが６μｍ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。
【００７２】
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、リザーバ形成基板３０には、インク導入口４４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。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。
【００７３】
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４〜図６を参照して説明する。図４〜図６は、圧力発生室１２の長手方向の一部を示す断面図である。まず、図４（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１１００℃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。
【００７４】
次に、図４（ｂ）に示すように、スパッタリング法で下電極膜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。
【００７５】
次に、図４（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。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。
【００７６】
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。次に、図４（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。
【００７７】
次に、図５（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３００のパターニングを行う。次に、図５（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。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５（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、流路形成基板１０とリザーバ形成基板３０とを接合層１２２によって接合すると共に、圧電体層７０及び上電極膜８０の側面に接着層１２１を形成する。詳しくは、まず、図６（ａ）に示すように、予め圧電素子保持部３２及びリザーバ部３１等が形成されたリザーバ形成基板３０の底面に接着剤１２０を塗布して、流路形成基板１０上に接着剤１２０を介して当接させる。
【００７９】
次いで、図６（ｂ）に示すように、接着剤１２０を加熱することによって圧電素子３００の側面に接着層１２１を形成すると共に流路形成基板１０とリザーバ形成基板３０とを接合層１２２を介して接合する。詳しくは、接着剤１２０を硬化するために加熱すると、接着剤１２０の硬化する温度に達する前に接着剤１２０の粘度が低下し、接着剤１２０の表面張力によって流路形成基板１０上の弾性膜５０とリード電極９０とによって画成された角部に接着剤１２０が流出し、流れ出た接着剤１２０で圧電体層７０及び上電極膜８０の側面と下電極膜６０及び弾性膜５０との境界で画成された角部が覆われる。この後、接着剤１２０が硬化し、流路形成基板１０とリザーバ形成基板３０とを接合する接合層１２２と、圧電素子３００の外部環境に起因する破壊を防止する接着層１２１とが同一の接着剤１２０で同時に形成される。これにより、製造工程を簡略化すると共に製造コストを低減することができる。
【００８０】
また、流路形成基板１０とリザーバ形成基板３０とを接合する接着剤１２０を用いて圧電素子３００の外部環境に起因する破壊を防止すると共に圧電素子３００の耐電圧を向上させる接着層１２１を形成するようにしたため、圧電素子保持部３２を密封する密封工程が不要となり、製造工程を簡略化することができる。なお、その後は、図６（ｃ）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。
【００８１】
また、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。
【００８２】
（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態１を説明したが、勿論、本発明は、これら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、圧電素子３００と外部配線１１０とを電気的に接続する引き出し配線を上電極膜８０の長手方向一端部近傍から流路形成基板１０の一端部近傍まで延設したリード電極９０とし、リザーバ形成基板３０を並設されたリード電極９０上に接合するようにしたが、外部配線１１０と圧電素子３００とを電気的に接続する引き出し配線は特にこれに限定されず、例えば、圧電素子の圧電体層及び上電極膜を流路形成基板の端部近傍まで延設して、延設した圧電素子の一部を引き出し配線としてもよい。ここで、このような例を図７に示す。なお、図７は、インクジェット式記録ヘッドの他の例を示す圧力発生室の長手方向の断面図である。
【００８３】
図７に示すように、流路形成基板１０上の弾性膜５０上には、圧電体層７０Ａ及び上電極膜８０Ａが流路形成基板１０の端部近傍まで延設されて圧電素子３００Ａを構成している。このように延設された上電極膜８０Ａには、外部配線１１０が直接電気的に接続されており、さらに、リザーバ形成基板３０は、圧電素子３００Ａの圧力発生室１２に相対向する領域の圧電体能動部と外部配線１１０に接続された延設された端部との間の並設された上電極膜８０Ａ上に接合されている。すなわち、圧電素子３００の流路形成基板１０の端部近傍まで延設された圧電体層７０Ａ及び上電極膜８０Ａが圧電素子３００の引き出し配線となっている。
【００８４】
また、圧電素子３００の側面には、少なくとも圧電体層７０Ａが露出しないように覆う接着層１２１が形成されている。この接着層１２１は、流路形成基板１０とリザーバ形成基板３０との接合時に、接着剤が流路形成基板１０とリザーバ形成基板３０との間に狭持された、延設された圧電素子３００の側面を伝わらせて形成することができる。このような構成のインクジェット式記録ヘッドの製造方法としても、上述した実施形態１と同様の効果を得ることができる。
【００８５】
さらに、上述した実施形態１では、流路形成基板１０上に接合される接合基板としてリザーバ形成基板３０を例示したが、流路形成基板上の圧電素子の引き出し配線上に接着剤を介して接合される接合基板であれば特にこれに限定されない。また、例えば、上述の実施形態１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。さらに、上述した実施形態１では、流路形成基板１０とリザーバ形成基板３０とを接合する際に、圧電素子保持部３２を同時に密封するようにしたが、後から行ってもよい。このような構成にすることにより、より確実な密封が可能となる。
【００８６】
また、これら各実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図８は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。図８に示すように、インクジェット式記録ヘッドを有する記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａ及び２Ｂが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。
【００８７】
そして、駆動モータ６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ローラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８上を搬送されるようになっている。
【００８８】
また、上述の実施形態１では、液体噴射ヘッドとして、印刷媒体に所定の画像や文字を印刷するインクジェット式記録ヘッドを一例として説明したが、勿論、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、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噴射ヘッド、バイオチップ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等、他の液体噴射ヘッドの製造方法にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１に係る記録ヘッドの分解斜視図である。
【図２】実施形態１に係る記録ヘッド及び流路形成基板の上面図である。
【図３】実施形態１に係る記録ヘッドの断面図である。
【図４】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図５】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図６】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図７】他の実施形態に係る記録ヘッドの断面図である。
【図８】一実施形態に係るインクジェット式記録装置の概略斜視図である。
【符号の説明】
１０流路形成基板、１２圧力発生室、２０ノズルプレート、２１ノズル開口、３０リザーバ形成基板、３１リザーバ部、３２圧電素子保持部、４０コンプライアンス基板、６０下電極膜、７０、７０Ａ圧電体層、８０、８０Ａ上電極膜、９０リード電極、１００リザーバ、１１０外部配線、１２０接着剤、１２１接着層、１２２接合層、３００、３００Ａ圧電素子

Claims

液滴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設けられた振動板上に接着剤を介さずに成膜及びリソグラフィ法により形成された薄膜である下電極、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た接合基板とを具備する液体噴射ヘッドの製造方法において、
前記流路形成基板上及び前記圧電素子から引き出された引き出し配線上に接着剤を介して前記接合基板を当接し、当該接着剤をその表面張力によって前記引き出し配線の側面に伝わらせて前記圧電素子の側面の少なくとも前記圧電体層が露出しないように当該接着剤で覆うと共に前記流路形成基板と前記接合基板とを接合することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
前記接着剤が熱硬化性の接着剤であることを特徴とする請求項１記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
前記接着剤を加熱して硬化させることにより、当該接着剤を前記引き出し配線の側面に伝わらせて前記圧電体層を覆うことを特徴とする請求項１又は２記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
前記接着剤のガス透過率が、１×１０^−３Ｐａ・ｍ^３／ｓｅｃ以下であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の液体噴射ヘッドの製造方法。