JP6098803B2 - 液体噴射ヘッドの製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、ノズル開口から液体を噴射する液体噴射ヘッドの製造方法に関し、特に液体として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。
液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドとしては、例えば、ノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板と、流路形成基板の一方面側に固定されて圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧電アクチュエーターと、を具備するものがある（例えば、特許文献１参照）。
圧電アクチュエーターは、第１電極、圧電材料からなる圧電体層及び第２電極を具備し、これらを積層した積層体を形成した後、加熱することで圧電体層を焼成すると共に当該積層体を流路形成基板上に接合することで形成される。
特開２００６−１５９４１８号公報
しかしながら、圧電体層の薄膜化に伴い、圧電体層のハンドリング時に割れや欠けが生じ易く歩留まりが低下するという問題がある。
なお、このような問題はインクジェット式記録ヘッドの製造方法だけではなく、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おいても同様に存在する。
本発明はこのような事情に鑑み、ハンドリング性を向上して圧電体層の破壊を抑制した液体噴射ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決する本発明の態様は、液体を噴射するノズル開口に連通する流路が形成された流路基板と、第１電極と、圧電体層と、第２電極と、が積層された液体噴射ヘッドの製造方法であって、第１電極、圧電材料、第２電極及び補強材が積層された積層体を形成する第１工程と、前記積層体を加熱して前記圧電材料からなる圧電体層を形成する第２工程と、前記流路基板に前記積層体の前記第１電極側を接合する第３工程と、前記補強材を除去する第４工程と、を具備し、前記第４工程では、接続領域以外の所定の領域において前記補強材を所定厚さ残して除去し、前記接続領域において、前記補強材と前記第２電極の少なくとも一部を除去して導通口を形成し、該導通口内に導電材料を設けて導通部を形成することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる態様では、補強材を有する積層体を形成することで、積層体の剛性を向上することができる。したがって、積層体のハンドリング時などに積層体に割れや欠けが発生するのを抑制することができ、圧電体層をさらに薄く形成することも可能となる。
また、導通部を設けることで、外部配線等を第２電極に電気的に接続することが可能となる。
ここで、前記補強材は、第２電極と同じ材料であることが好ましい。これによれば、補強材を残留させても、第２電極と外部配線等を補強材を介して電気的に接続することができる。
また、前記補強材は、前記圧電材料と同じ材料であることが好ましい。これによれば、圧電材料と線膨張係数が等しくなり、熱収縮・熱膨張などによって反りが生じるのを抑制することができる。
さらに、本発明の他の態様は、液体を噴射するノズル開口に連通する流路が形成された流路基板と、第１電極と、圧電体層と、第２電極と、が積層された液体噴射ヘッドの製造方法であって、第１電極、圧電材料、第２電極及び補強材が積層された積層体を形成する第１工程と、前記積層体を加熱して前記圧電材料からなる圧電体層を形成する第２工程と、前記流路基板に前記積層体の前記第１電極側を接合する第３工程と、前記補強材を除去する第４工程と、を具備し、前記補強材は、第２電極と同じ材料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。
かかる態様では、補強材を有する積層体を形成することで、積層体の剛性を向上することができる。したがって、積層体のハンドリング時などに積層体に割れや欠けが発生するのを抑制することができ、圧電体層をさらに薄く形成することも可能となる。
また、補強材を第２電極と同じ材料とすることで、補強材を残留させても、第２電極と外部配線等を補強材を介して電気的に接続することができる。
また、本発明の他の態様は、液体を噴射するノズル開口に連通する流路が形成された流路基板と、第１電極と、圧電体層と、第２電極と、が積層された液体噴射ヘッドの製造方法であって、第１電極、圧電材料、第２電極及び補強材が積層された積層体を形成する第１工程と、前記積層体を加熱して前記圧電材料からなる圧電体層を形成する第２工程と、前記流路基板に前記積層体の前記第１電極側を接合する第３工程と、前記補強材を除去する第４工程と、を具備し、前記補強材は、前記圧電材料と同じ材料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。
かかる態様では、補強材を有する積層体を形成することで、積層体の剛性を向上することができる。したがって、積層体のハンドリング時などに積層体に割れや欠けが発生するのを抑制することができ、圧電体層をさらに薄く形成することも可能となる。
また、補強材を圧電材料と同じ材料とすることで、補強材が圧電材料と線膨張係数が等しくなり、熱収縮・熱膨張などによって反りが生じるのを抑制することができる。
また、前記接続領域は、前記第１電極が形成されていない領域であることが好ましい。これによれば、第１電極と導通部との距離が短くなるのを抑制して、電界集中等による破壊を抑制することができる。
また、前記第３工程では、前記流路基板と前記積層体との間に振動板を挟んで両者を接合することが好ましい。これによれば、振動板を介して圧電アクチュエーターを形成することができる。
また、液体を噴射するノズル開口に連通する流路が形成された流路基板と、第１電極と、圧電体層と、第２電極と、が積層された液体噴射ヘッドの製造方法であって、第１電極、圧電材料、第２電極及び補強材が積層された積層体を形成する第１工程と、前記積層体を加熱して前記圧電材料からなる圧電体層を形成する第２工程と、前記流路基板に前記積層体の前記第１電極側を接合する第３工程と、前記補強材を除去する第４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。
かかる態様では、補強材を有する積層体を形成することで、積層体の剛性を向上することができる。したがって、積層体のハンドリング時などに積層体に割れや欠けが発生するのを抑制することができ、圧電体層をさらに薄く形成することも可能となる。
ここで、前記第４工程では、接続領域以外の所定の領域において前記補強材を所定厚さ残して除去し、前記接続領域において、前記補強材と前記第２電極の少なくとも一部を除去して導通口を形成し、該導通口内に導電材料を設けて導通部を形成することが好ましい。これによれば、導通部を設けることで、外部配線等を第２電極に電気的に接続することが可能となる。
また、前記接続領域は、前記第１電極が形成されていない領域であることが好ましい。これによれば、第１電極と導通部との距離が短くなるのを抑制して、電界集中等による破壊を抑制することができる。
また、前記第３工程では、前記流路基板と前記積層体との間に振動板を挟んで両者を接合することが好ましい。これによれば、振動板を介して圧電アクチュエーターを形成することができる。
また、前記補強材は、第２電極と同じ材料であることが好ましい。これによれば、補強材を残留させても、第２電極と外部配線等を補強材を介して電気的に接続することができる。
また、前記補強材は、前記圧電材料と同じ材料であることが好ましい。これによれば、圧電材料と線膨張係数が等しくなり、熱収縮・熱膨張などによって反りが生じるのを抑制することができる。
本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの斜視図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの断面図及び拡大断面図である。 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。
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に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの斜視図であり、図２はインクジェット式記録ヘッドの断面図及び要部を拡大した断面図である。
図示するように、本実施形態のインクジェット式記録ヘッド１０は、アクチュエーターユニット２０と、アクチュエーターユニット２０が固定される１つの流路ユニット３０と、を具備する。
アクチュエーターユニット２０は、圧力発生手段として圧電アクチュエーター４０を具備するアクチュエーター装置であり、圧力発生室２１が形成された流路基板である流路形成基板２２と、流路形成基板２２の一方面側に設けられた振動板２３と、流路形成基板２２の他方面側に設けられた圧力発生室底板２４とを有する。
流路形成基板２２は、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）や、ジルコニア（ＺｒＯ２）などのセラミックス材料、酸化シリコン等の無機膜又はステンレス鋼（ＳＵＳ）等の金属材料などからなり、本実施形態では、複数の圧力発生室２１が同じ色のインクを吐出する複数のノズル開口が並設される方向に沿って並設されている。以降、この方向を圧力発生室２１の第１の方向Ｘと称する。また、流路形成基板２２の振動板２３が設けられた面内でこの第１の方向Ｘに直交する方向を以降、第２の方向Ｙと称する。
そして、この流路形成基板２２の一方面には、振動板２３が固定され、圧力発生室２１の一方面はこの振動板２３により封止されている。振動板２３は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）や、ジルコニア（ＺｒＯ２）、詳しくは後述する圧電体層４２に用いられる圧電材料、シリコン単結晶材料、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等の金属材料、ポリイミド樹脂のような有機物材料などの薄板からなる。特に、詳しくは後述するが、振動板２３として圧電体層４２と同じ圧電材料を用いることで、圧電材料を焼成して圧電体層４２を形成する際に同時に焼成により形成することができると共に、圧電アクチュエーター４０と振動板２３との間に接着剤等を用いることなく、両者を接合することが可能である。本実施形態では、振動板２３として、詳しくは後述する圧電体層４２と同じ圧電材料を用いて、流路形成基板２２の一方面に接着剤７０を介して接合されている。
圧力発生室底板２４は、流路形成基板２２の他方面側に固定されて圧力発生室２１の他方面を封止すると共に、圧力発生室２１の第２の方向Ｙの一方の端部近傍に設けられて圧力発生室２１と後述するマニホールド３２とを連通する供給連通孔２５と、圧力発生室２１の第２の方向Ｙの他方の端部近傍に設けられて後述するノズル開口３４に連通するノズル連通孔２６と、を有する。
そして、圧電アクチュエーター４０は、振動板２３上の各圧力発生室２１に対向する領域のそれぞれに設けられている。
ここで、本実施形態の各圧電アクチュエーター４０は、振動板２３上に設けられた第１電極４１と、複数の圧力発生室２１に亘って連続して設けられた圧電体層４２と、圧電体層４２上に各圧力発生室２１毎に独立して設けられた第２電極４３と、第２電極４３上に設けられた補強材４４と、で構成されている。
第１電極４１は、本実施形態では、第１の方向Ｘに並設された圧力発生室２１に亘って連続して設けられて複数の圧電アクチュエーター４０の共通電極となっている。また、第１電極４１は、振動板の一部としても機能する。勿論、第１電極４１を各圧電体層４２毎に設けるようにしてもよい。
圧電体層４２は、第１電極４１と同様に複数の圧力発生室２１に亘って連続して設けられている。このような圧電体層４２に用いられる圧電材料は、電気機械変換作用を示す強誘電性セラミックス材料が挙げられる。圧電体層４２の材料としては、鉛（Ｐｂ）、チタン（Ｔｉ）及びジルコニウム（Ｚｒ）を含むもの、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電性圧電材料や、これに酸化ニオブ、酸化ニッケル又は酸化マグネシウム等の金属酸化物を添加したもの等を用いることができる。また、圧電体層４２は、鉛を含まない非鉛系圧電材料、例えば、鉄酸ビスマスや鉄酸マンガン酸ビスマスと、チタン酸バリウムやチタン酸ビスマスカリウムとを含む複合酸化物などとしてもよい。
第２電極４３は、各圧力発生室２１毎に独立して設けられて各圧電アクチュエーター４０の個別電極となっている。なお、本実施形態では、第１電極４１を複数の圧電アクチュエーター４０の共通電極とし、第２電極４３を圧電アクチュエーター４０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。
なお、第１電極４１及び第２電極４３は、詳しくは後述するが、圧電体層４２を加熱して形成する際に同時に加熱されるため、圧電体層４２の形成時の温度に耐えられる材料を用いる必要がある。このような材料としては、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）、銅（Ｃｕ）等の金属材料や複合材料等が挙げられる。
補強材４４は、第２電極４３の圧電体層４２とは反対側に設けられている。このような補強材４４は、詳しくは後述するが、インクジェット式記録ヘッドを製造する際に用いたものが残留したものである。補強材４４の材料は、詳しくは後述するが、圧電材料を加熱して圧電体層を形成する際の温度に耐えられる材料である必要があり、金属材料、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）や、ジルコニア（ＺｒＯ２）、圧電体層４２に用いられる圧電材料、シリコン単結晶基板などのセラミックス材料などを用いることができる。
また、補強材４４には、第１電極４１に相対向する領域の外側、すなわち、第１電極４１に相対向しない領域に厚さ方向に貫通する導通口４５が設けられている。
導通口４５は、補強材４４を厚さ方向に貫通すると共に第２電極４３を貫通し、圧電体層４２の第２電極４３側の厚さ方向の一部が除去されて設けられている。導通口４５は、補強材４４を厚さ方向に貫通し、第２電極４３を露出させていれば良い。しかし、導通口４５を形成する際のばらつきを考慮すると、薄い第２電極４３も貫通し圧電体層４２の第２電極４３側の厚さ方向の一部が除去されるようにして、第２電極４３を導通口４５内の側面に露出させることが望ましい。
そして、導通口４５内には、導電性を有する導通部４６が設けられており、導通部４６を介して第２電極４３と外部配線である配線基板６０に設けられた配線層６１とが電気的に接続されている。すなわち、本実施形態では、導通口４５が設けられた領域が、接続領域となっている。なお、特に図示していないが、第１電極４１と配線基板６０に設けられた配線層６１とは、圧電アクチュエーター４０の第１の方向Ｘの両端部側で電気的に接続されている。
本実施形態では、このような配線層６１と第２電極４３とを導通する導通部４６は、第２電極４３と同一の材料が導通口４５内に充填されたものである。ただし、導通部４６の材料は、導電性の高い材料であれば特に限定されず、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、ハンダ等の金属材料などを用いることもできる。
このような導通部４６が設けられた導通口４５は、第１電極４１に相対向しない領域、すなわち、第２電極４３側から平面視した際に第１電極４１に重ならない位置に設けられている。これは、導通口４５が第１電極４１に相対向する位置に設けられていると、導通部４６と第１電極４１との距離が、第２電極４３と第１電極４１との距離よりも短くなり、導通部４６と第１電極４１と間に電界が集中して破壊されてしまう虞があるからである。すなわち、導通口４５を第１電極４１に相対向しない領域に設けることで、第１電極４１と導通部４６との距離が短くなるのを抑制して、破壊を抑制することができる。また、導通口４５は、圧力発生室２１に対向する位置であってもよいし、圧力発生室２１に対向しない位置であってもよい。しかし、導通部４６は、圧電アクチュエーター４０の変形を阻害することにもなるため、導通口４５は圧力発生室２１に対向しない位置にある方が望ましい。
圧電アクチュエーター４０には、このような配線基板６０を介して図示しない駆動回路からの駆動信号が供給される。なお、駆動回路は特に図示していないが、配線基板６０上に実装されていても、また、配線基板６０以外に実装されていてもよい。
このようなアクチュエーターユニット２０の流路形成基板２２及び圧力発生室底板２４は、例えば、セラミックス材料で形成する場合には、粘土状のセラミックス材料、いわゆるグリーンシートを所定の厚さに成形して、例えば、圧力発生室２１等を穿設後、積層して焼成することにより接着剤を必要とすることなく一体化される。そして、その後、振動板２３及び圧電アクチュエーター４０が形成される。また、振動板２３として、流路形成基板２２と同様にセラミックス材料を用いた場合には、流路形成基板２２、振動板２３及び圧力発生室底板２４は、粘土状のセラミックス材料を成形して圧力発生室２１等を形成した後、積層して焼成することで、接着剤を必要とすることなく一体化することもできる。さらに、振動板２３として、セラミックス材料を用いた場合には、詳しくは後述するが、圧電材料を焼成して圧電体層４２を形成する際に同時に焼成により形成することができると共に、圧電アクチュエーター４０と振動板２３との間に接着剤等を用いることなく、両者を接合することが可能である。また、流路形成基板２２及び圧力発生室底板２４等をセラミックス材料以外の材料、例えば、金属材料等で形成する場合には、これらを接着剤や熱溶着フィルムによって接合してもよく、また金属同士の熱圧着等の直接接合により一体化してもよい。
一方、流路ユニット３０は、アクチュエーターユニット２０の圧力発生室底板２４に接合される液体供給口形成基板３１と、複数の圧力発生室２１の共通インク室となるマニホールド３２が形成されるマニホールド形成基板３３と、マニホールド形成基板３３の液体供給口形成基板３１とは反対側に設けられたコンプライアンス基板５０と、ノズル開口３４が形成されたノズルプレート３５とからなる。
液体供給口形成基板３１は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）や、ジルコニア（ＺｒＯ２）などのセラミックス材料、酸化シリコン等の無機膜又はステンレス鋼（ＳＵＳ）等の金属材料などの薄板からなり、ノズル開口３４と圧力発生室２１とを接続するノズル連通孔３６と、前述の供給連通孔２５と共にマニホールド３２と圧力発生室２１とを接続するインク供給口３７を穿設して構成され、また、各マニホールド３２と連通し、外部のインクタンクからのインクを供給するインク導入口３８が設けられている。
マニホールド形成基板３３は、インク流路を構成するに適した、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）や、ジルコニア（ＺｒＯ２）などのセラミックス材料、酸化シリコン等の無機膜又はステンレス鋼（ＳＵＳ）等の金属材料などの耐食性を備えた板材に、外部のインクタンク（図示なし）からインクの供給を受けて圧力発生室２１にインクを供給するマニホールド３２と、圧力発生室２１とノズル開口３４とを連通するノズル連通孔３９とを有する。
コンプライアンス基板５０は、マニホールド形成基板３３の液体供給口形成基板３１とは反対側の面に接合されてマニホールド３２の底面を封止している。また、コンプライアンス基板５０のマニホールド３２に相対向する領域は、他の領域に比べて厚さが薄く形成されることで、マニホールド３２の圧力変化によって変形するコンプライアンス部５１となっている。
また、コンプライアンス基板５０には、厚さ方向に貫通してマニホールド形成基板３３に設けられたノズル連通孔３９とノズル開口３４とを連通するノズル連通孔５２が設けられている。すなわち、圧力発生室２１からのインクは、液体供給口形成基板３１、マニホールド形成基板３３及びコンプライアンス基板５０に設けられたノズル連通孔３６、３９及び５２を介してノズル開口３４から吐出される。
ノズルプレート３５は、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等の金属材料、ポリイミド樹脂のような有機物、又はシリコン単結晶基板等のセラミックス材料などの薄板に、圧力発生室２１と同一の配列ピッチ（第１の方向Ｘ）でノズル開口３４が穿設されて形成されている。また、このノズルプレート３５は、コンプライアンス基板５０の流路形成基板２２の反対面に接合されている。
このような流路ユニット３０は、これら液体供給口形成基板３１、マニホールド形成基板３３、コンプライアンス基板５０及びノズルプレート３５を、接着剤や熱溶着フィルム等によって固定することで形成される。なお、流路ユニット３０を構成する各基板の材料としてセラミックス材料を用いることで、各基板を接着剤を用いずに一体的に形成することもできる。
そして、このような流路ユニット３０とアクチュエーターユニット２０とは、接着剤や熱溶着フィルムを介して接合されて固定されている。
このような構成のインクジェット式記録ヘッド１０では、インクが貯留されたインクカートリッジ等の貯留手段からインク導入口３８を介してマニホールド３２内にインクを取り込み、マニホールド３２からノズル開口３４に至るまでの液体流路内をインクで満たした後、図示しない駆動回路からの記録信号を配線基板６０を介して圧電アクチュエーター４０に供給することで、各圧力発生室２１に対応する各圧電アクチュエーター４０に電圧を印加して圧電アクチュエーター４０と共に振動板２３をたわみ変形させることにより、各圧力発生室２１内の圧力が高まり各ノズル開口３４からインク滴が噴射される。
ここで、このようなインクジェット式記録ヘッド１０の製造方法、特にアクチュエーターユニットの製造方法について図３及び図４を参照して詳細に説明する。なお、図３及び図４は、本発明の実施形態１に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
まず、図３（ａ）に示すように、第１電極４１と、圧電体層４２となる圧電材料層１４２と、第２電極４３と、補強材４４とを積層して積層体１００を形成する（第１工程）。本実施形態では、さらに、振動板２３を第１電極４１の圧電体層４２とは反対面側に設けることで積層体１００を形成した。
ここで、圧電体層４２となる圧電材料層１４２としては、第１電極４１上に形成される電気機械変換作用を示す強誘電性セラミックス材料が挙げられる。圧電体層４２の材料としては、例えば、鉛（Ｐｂ）、チタン（Ｔｉ）及びジルコニウム（Ｚｒ）を含むもの、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電性圧電材料や、これに酸化ニオブ、酸化ニッケル又は酸化マグネシウム等の金属酸化物を添加したもの等を用いることができる。具体的には、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、ジルコニウム酸鉛（ＰｂＺｒＯ３）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ），ＴｉＯ３）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）又は、マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ３）等を用いることができる。
また、圧電体層４２は、鉛を含まない非鉛系圧電材料、例えば、鉄酸ビスマスや鉄酸マンガン酸ビスマスと、チタン酸バリウムやチタン酸ビスマスカリウムとを含むペロブスカイト構造を有する複合酸化物などとしてもよい。
このような圧電材料層１４２は、例えば、セラミックスのナノ粒子粉末同士を直接密着させ、もしくは有機バインダーなどのバインダーを介して密着させて成形することで形成することができる。なお、このような圧電材料層１４２は、本実施形態の圧電体層４２の形状に容易に成形することができる。
また、第１電極４１及び第２電極４３は、例えば、圧電材料にスクリーン印刷等によって形成することができる。なお、第１電極４１及び第２電極４３は、後の工程で、圧電材料層１４２を加熱して圧電体層４２を形成する際の温度に耐え得る材料であること、導電性を有する材料であることが好ましい。
さらに、補強材４４は、圧電材料層１４２を加熱して圧電体層４２を形成する際の温度に耐え得る材料であるのが好ましい。また、補強材４４は、圧電材料層１４２の線膨張係数と同等の材料を用いるのが好ましく、補強材４４を圧電材料層１４２の線膨張係数と同等の材料を用いることで、反りの発生を抑制することができる。つまり、圧電材料層１４２を加熱して焼成して圧電体層４２を形成する際に余分な成分が焼失して収縮する。したがって、補強材４４として圧電材料層１４２と同じように収縮しない材料を用いると、補強材４４側が凹状に反ってしまう虞がある。したがって、補強材４４としては、圧電材料層１４２と同じ線膨張係数を有する材料、つまり、圧電材料層１４２と同じ材料を用いることが好ましく、補強材４４として圧電体層４２を形成する圧電材料と同じ材料を用いることで、圧電アクチュエーター４０の熱による反りや割れ、剥離を抑制することができる。
また、補強材４４として、導電性を有する材料を用いることで、後の補強材４４を除去する工程で補強材４４が第２電極上４３に残留したとしても、補強材４４に配線基板６０と接続するための導通口４５を形成する必要がなくなり、工程を簡略化することができる。ちなみに、補強材４４として第２電極４３と同じ材料を用いるようにしてもよい。なお、補強材４４として第２電極４３と同じ材料を用いる場合には、第２電極４３と補強材４４とを積層形成してもよく、第２電極４３を単層で厚く形成することで、実質的に第２電極４３が補強材４４を兼ねるようにしてもよい。ちなみに、補強材４４は、後の工程で除去されて薄くなるため、第２電極４３に比べて電気抵抗値が高い材料を用いることも可能である。すなわち、第２電極４３として白金や金、銀などの高価な材料を用いるのに比べて、補強材４４として第２電極４３よりも電気抵抗値が低く安価な材料を用いたとしても、第２電極４３上に残留する厚さは薄いことから電気抵抗値が著しく高くなるのを抑制することができ、コストを低減することができる。
そして、このような補強材４４を積層体１００に設けることで、積層体１００の全体の剛性が向上し、積層体１００のハンドリング時や、後の工程で積層体１００を流路形成基板２２に接着する際などに、積層体１００に割れや欠けなどの破壊が生じるのを抑制することができる。また、積層体１００に補強材４４を設けることで、積層体１００の剛性を高めることができるため、圧電体層４２となる圧電材料層１４２の厚さ（積層方向の厚さ）を薄くすることができる。ちなみに、補強材４４を設けない場合には、積層体の剛性が低いことから、積層体に割れや欠けが生じやすく、圧電体層４２となる圧電材料層１４２を薄くすることができない。本実施形態では、積層体１００の剛性を向上して圧電体層４２となる圧電材料層１４２の厚さを薄くすることができるため、圧電体層４２（圧電アクチュエーター４０）を高密度に配置することが可能となる。
また、振動板２３は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）や、ジルコニア（ＺｒＯ２）、圧電材料層１４２に用いられる圧電材料、シリコン単結晶基板などのセラミックス材料、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等の金属材料、ポリイミド樹脂のような有機物などの薄板からなる。ジルコニアやアルミナ、詳しくは後述する圧電体層に用いられる圧電材料と同等のセラミックス、酸化シリコン等の無機膜、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等の金属材料などの薄板からなる。本実施形態では、圧電材料層１４２と同じ材料で振動板２３を形成することで、後の工程で圧電材料層１４２が加熱されて圧電体層４２が形成される際に、同時に加熱されて焼成される。つまり、積層体１００として振動板２３を形成する場合には、後の工程で、圧電材料層１４２を焼成して圧電体層４２を形成する際の温度に耐え得る材料である必要がある。もちろん、振動板２３を積層体１００に設けずに、後の第４工程で、流路形成基板２２と積層体１００とを接合する際に、積層体１００と流路形成基板２２との間に接合してもよく、また、流路形成基板２２を形成する際に一体的に振動板２３が形成されていてもよい。この場合には、振動板２３の材料として、圧電材料層１４２を焼成する際の温度に耐えられない材料を用いることも可能である。
次に、図３（ｂ）に示すように、積層体１００を加熱することで圧電体層４２を形成して圧電アクチュエーター４０を形成する（第２工程）。また、補強材４４として圧電体層４２と同じ圧電材料を用いた場合には、この加熱する工程によって補強材４４も焼成される。
次に、図３（ｃ）に示すように、積層体１００を流路形成基板２２に接合する（第３工程）。本実施形態では、積層体１００と流路形成基板２２とを接着剤７０を介して接着した。なお、流路形成基板２２には、予め圧力発生室２１等が形成されている。また、流路形成基板２２は、単体であってもよく、アクチュエーターユニット２０を構成する他の部材、例えば、圧力発生室底板２４等が接合されていてもよい。さらに、流路形成基板２２には、流路ユニット３０を構成する液体供給口形成基板３１、マニホールド形成基板３３、コンプライアンス基板５０及びノズルプレート３５等が接合されていてもよい。
次に、図４に示すように、補強材４４を除去する（第４工程）。本実施形態では、第２電極４３上に補強材４４の一部が残留するように除去すると共に、接続領域となる補強材４４及び第２電極４３の厚さ方向の一部を除去して導通口４５を形成する。
補強材４４の除去は、例えば、イオンミリングなどのドライエッチング、サンドブラストに代表されるブラスト加工やケミカルメカニカルポリッシング（ＣＭＰ）等の機械加工、ウェットエッチングなどを用いることができる。なお、補強材４４として圧電材料層１４２（圧電体層４２）と同じ材料を用いた場合には、ウェットエッチングを行うと、圧電材料層１４２もエッチングされてしまう。このため、補強材４４として圧電材料層１４２（圧電体層４２）と同じ材料を用いた場合には、ウェットエッチング以外の方法によって除去するか、圧電材料層１４２がウェットエッチングされないように圧電材料層１４２を保護膜等で保護すればよい。
なお、本実施形態では、補強材４４を接続領域以外で第２電極４３上に残留させるようにしたが、補強材４４を完全に除去することも可能である。ただし、補強材４４をドライエッチングや機械加工で完全に除去するためには、第２電極４３の厚さ方向の一部も除去されてしまうため、第２電極４３を予め除去される分を含めて厚く形成する必要がある。ちなみに、第２電極４３を除去される分を含めて厚く形成すると高コストになってしまうが、本実施形態のように補強材４４を第２電極４３上に残留させることで、第２電極４３を予め厚く形成する必要がなく、コストを低減することができる。すなわち、この補強材４４を除去する第４工程は、補強材４４を完全に除去することも、また、補強材４４の一部が残留することも含むものである。
また、上述のように、補強材４４として導電性の材料を用いた場合には、補強材４４に導通口４５を形成しなくても、配線基板６０の配線層６１と第２電極４３とを補強材４４を介して電気的に接続することができる。
その後は、アクチュエーターユニット２０と流路ユニット３０とを接合すると共に、圧電アクチュエーター４０に導通部４６を介して配線基板６０を接続することで、図２に示すインクジェット式記録ヘッド１０が製造される。
このように、積層体１００に補強材４４を設けることで、積層体１００の剛性を高めることができるため、積層体１００のハンドリング時、積層体１００を流路形成基板２２への接合する際の圧力等で積層体１００に割れや欠けが生じるのを抑制することができる。したがって、圧電体層４２となる圧電材料層１４２の厚さを薄くすることができ圧電体層４２、すなわち、圧電アクチュエーター４０の高密度配置も可能となる。
なお、本実施形態では、積層体１００の圧電材料層１４２を加熱して焼成することで圧電体層４２を形成する第２工程を実施した後、積層体１００を流路形成基板２２に接合する第３工程を実施するようにしたが、特にこれに限定されず、積層体１００を流路形成基板２２に接着する第３工程を実施した後、積層体１００を流路形成基板２２と共に加熱して、圧電材料層１４２を焼成することで圧電体層４２を形成する第２工程を実施してもよい。ただし、積層体１００と流路形成基板２２とを接合した後、圧電材料層１４２を加熱する場合には、流路形成基板２２や接着剤７０の材料として、圧電体層４２の形成時の温度に耐え得る材料を用いる必要がある。
（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明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、第１電極４１と圧電体層４２と第２電極４３とが積層された圧電アクチュエーター４０を例示したが、圧電アクチュエーター４０は、特にこれに限定されず、例えば、圧電体層４２が電極を挟んで２層以上設けられていてもよい。
また、上述した実施形態１では、流路形成基板２２と圧力発生室底板２４との積層方向に、第１電極４１、圧電体層４２及び第２電極４３が設けられた圧電アクチュエーター４０を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、第１電極４１、圧電体層４２と第２電極４３との積層方向が、流路形成基板２２と圧力発生室底板２４との積層方向に交差する方向であってもよい。
また、上述した実施形態１では、積層体１００の圧電体層４２となる圧電材料層１４２を形成する際に、セラミックスのナノ粒子粉末同士を直接密着させ、もしくは有機バインダーなどのバインダーを介して密着させて成形するようにしたが、特にこれに限定されず、圧電体層４２は、ゾル−ゲル法、ＭＯＤ(Metal-Organic Decomposition)法などの液相法や、スパッタリング法、レーザーアブレーション法等などのＰＶＤ(Physical Vapor Deposition)法(気相法)などで形成することもできる。
また、上述した実施形態１では、振動板２３を積層体１００の一部として扱っていたが、振動板２３を流路形成基板２２と一体として扱ってもよく、積層体１００と流路形成基板２２とを積層する際に振動板２３も加えて積層してもよい。
なお、上述した実施形態１においては、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の製造方法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、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（電界放出ディスプレイ）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、かかる液体噴射ヘッドの製造方法にも適用できる。
１０ インクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、 ２０ アクチュエーターユニット、 ２１ 圧力発生室、 ２２ 流路形成基板（流路基板）、 ２３ 振動板、 ２４ 圧力発生室底板、 ３０ 流路ユニット、 ３１ 液体供給口形成基板、 ３２ マニホールド、 ３３ マニホールド形成基板、 ３４ ノズル開口、 ３５ ノズルプレート、 ４０ 圧電アクチュエーター（圧力発生手段）、 ４１ 第１電極、 ４２ 圧電体層、 ４３ 第２電極、 ４４ 補強材、 ４５ 導通口、 ４６ 導通部、 ６０ 配線基板、 ６１ 配線層、 ７０ 接着剤、 １００ 積層体、 １４２ 圧電材料層（圧電材料）

Claims (7)

  1. 液体を噴射するノズル開口に連通する流路が形成された流路基板と、第１電極と、圧電体層と、第２電極と、が積層された液体噴射ヘッドの製造方法であって、
    第１電極、圧電材料、第２電極及び補強材が積層された積層体を形成する第１工程と、
    前記積層体を加熱して前記圧電材料からなる圧電体層を形成する第２工程と、
    前記流路基板に前記積層体の前記第１電極側を接合する第３工程と、
    前記補強材を除去する第４工程と、を具備し、
    前記第４工程では、接続領域以外の所定の領域において前記補強材を所定厚さ残して除去し、前記接続領域において、前記補強材と前記第２電極の少なくとも一部を除去して導通口を形成し、該導通口内に導電材料を設けて導通部を形成することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
  2. 前記補強材は、第２電極と同じ材料であることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
  3. 前記補強材は、前記圧電材料と同じ材料であることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
  4. 液体を噴射するノズル開口に連通する流路が形成された流路基板と、第１電極と、圧電体層と、第２電極と、が積層された液体噴射ヘッドの製造方法であって、
    第１電極、圧電材料、第２電極及び補強材が積層された積層体を形成する第１工程と、
    前記積層体を加熱して前記圧電材料からなる圧電体層を形成する第２工程と、
    前記流路基板に前記積層体の前記第１電極側を接合する第３工程と、
    前記補強材を除去する第４工程と、を具備し、
    前記補強材は、第２電極と同じ材料であることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
  5. 液体を噴射するノズル開口に連通する流路が形成された流路基板と、第１電極と、圧電体層と、第２電極と、が積層された液体噴射ヘッドの製造方法であって、
    第１電極、圧電材料、第２電極及び補強材が積層された積層体を形成する第１工程と、
    前記積層体を加熱して前記圧電材料からなる圧電体層を形成する第２工程と、
    前記流路基板に前記積層体の前記第１電極側を接合する第３工程と、
    前記補強材を除去する第４工程と、を具備し、
    前記補強材は、前記圧電材料と同じ材料であることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
  6. 前記接続領域は、前記第１電極が形成されていない領域であることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
  7. 前記第３工程では、前記流路基板と前記積層体との間に振動板を挟んで両者を接合することを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
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