流路構造体及びその製造方法並びに液体吐出ヘッド
【課題】耐久性が高く、長期間液漏れ等のない安定した流路構造体を提供する。
【解決手段】第１流路部(28)が形成された第１基板(20)に、第１密着層（22）を介してＡｕを含む第１貴金属層(26)が形成されており、第1貴金属層(26)上に筒状構造からなるＡｕ構造体（40）が接合されている。また、第２流路部(38)が形成された第２基板(30)に、第２密着層(32)を介してＡｕを含む第２貴金属層（36）が形成されており、第２貴金属層（36）とＡｕ構造体（40）が接合されている。この流路構造体(50)により、第１流路部（28）とＡｕ構造体（40）の中空部(42)と第２流路部（38）とがつながった流路が形成される。Ａｕ構造体(40)の組成はＡｕが９０％以上である。Ａｕ粒子を用いて成形後、加熱・加圧することでＡｕ構造体（40）を得ることができる。密着層（22,32）と貴金属層（26,36）の間に、Ａｕの拡散を抑止する拡散ブロック層（24,34）を設ける態様が好ましい。
【解決手段】第１流路部(28)が形成された第１基板(20)に、第１密着層（22）を介してＡｕを含む第１貴金属層(26)が形成されており、第1貴金属層(26)上に筒状構造からなるＡｕ構造体（40）が接合されている。また、第２流路部(38)が形成された第２基板(30)に、第２密着層(32)を介してＡｕを含む第２貴金属層（36）が形成されており、第２貴金属層（36）とＡｕ構造体（40）が接合されている。この流路構造体(50)により、第１流路部（28）とＡｕ構造体（40）の中空部(42)と第２流路部（38）とがつながった流路が形成される。Ａｕ構造体(40)の組成はＡｕが９０％以上である。Ａｕ粒子を用いて成形後、加熱・加圧することでＡｕ構造体（40）を得ることができる。密着層（22,32）と貴金属層（26,36）の間に、Ａｕの拡散を抑止する拡散ブロック層（24,34）を設ける態様が好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は流路構造体及びその製造方法並びに液体吐出ヘッドに係り、特にインクなどの液体通過流路として好適な構造体及びその製造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、Ａｕ-Ｓｎ合金を用いて金属部材同士を接合する技術が開示され、当該接合技術を用いてインクジェットプリントヘッドを製造する技術が開示されている。同文献１に示されているように、Ａｕ−Ｓｎ合金による接合技術を用いて部材同士を積層接合して製造される構造体はＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System；微小電気機械システム）分野で知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３５７８２８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の接合技術を適用して得られる構造体を用いて、例えばインクジェット用のインク流路を作製した場合、当該流路に通過させる溶液の種類によっては、Ｓｎ等の成分がインク中に溶け出し、流路構造体が劣化してインクが漏れ出すなどの課題がある。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、耐久性が高く、長期間にわたって液漏れ等のない安定した流路構造体を提供することを目的とする。また、このような流路構造体の製造方法、並びに流路構造体を用いた液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は前記目的を達成するために、第１流路部が形成された第１基板と、前記第１基板に積層された第１密着層と、前記第１密着層を介して前記第１基板に積層されたＡｕを含む第１貴金属層と、第２流路部が形成された第２基板と、前記第２基板に積層された第２密着層と、前記第２密着層を介して前記第２基板に積層されたＡｕを含む第２貴金属層と、前記第１貴金属層と前記第２貴金属層との間に配置され、前記第１流路部と前記第２流路部とを連通させる連結流路部となる中空部を有する筒状構造からなる構造体であって、当該構造体の組成としてＡｕが９０％以上であるＡｕ構造体と、を備えたことを特徴とする流路構造体を提供する。
【０００７】
本発明の他の態様については、本明細書及び図面の記載により明らかにする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、Ａｕの構造体を用いた構成により、耐久性が高く、長期間にわたって液漏れ等のない安定した流路を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第1実施形態に係る流路構造体の構成を示す断面図
【図２】第２実施形態に係る流路構造体の構成を示す断面図
【図３】実施例１によって得られた流路構造体における接合部の断面を観察したときの例を示す図
【図４】比較例に係る流路構造体における接合部の断面を観察したときの例を示す図
【図５】本発明の実施形態に係るインクジェットヘッドの構成を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面に従って本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１１】
＜第１実施形態＞
図１は第1実施形態に係る流路構造体の構成を示す断面図である。この流路構造体１０は、第１基板２０と第２基板３０との間に、中空の筒状構造を有するＡｕ（金）構造体４０が挟み込まれた構成からなる。第１基板２０には第１密着層２２と第１Ａｕ層２６が積層されており、第１Ａｕ層２６を介してＡｕ構造体４０が第１基板２０に接合されている。第２基板３０についても同様に、第２密着層３２と第２Ａｕ層３６が積層されており、Ａｕ構造体４０の上端は第２Ａｕ層３６に接合されている。
【００１２】
第１基板２０並びに第１密着層２２及び第１Ａｕ層２６には、Ａｕ構造体４０の中空部４２に連通する貫通孔２８（「第１貫通孔」という。）が形成されている。また、第２基板３０並びに第２密着層３２及び第２Ａｕ層３６には、Ａｕ構造体４０の中空部４２に連通する貫通孔３８（「第２貫通孔」という。）が形成されている。図１では、図示の便宜上、孔の空間部の記載を省略し、破線によって貫通孔２８、３８の側壁面を示した。
【００１３】
第１貫通孔２８が「第１流路部」に相当し、第２貫通孔３８が「第２流路部」に相当する。第１Ａｕ層２６が「第１貴金属層」に相当し、第２Ａｕ層３６が「第２貴金属層」に相当する。これらＡｕ層（２６、３６）は、Ａｕ構造体４０との馴染み（材料の接合性）を良くする効果がある。Ａｕを主たる組成とする貴金属層であれば同様の効果がある。貴金属層としてＰｔ、Ｉｒ、Ｒｕなどがある。Ａｕの含有量は高い方が好ましく、５０％以上がより好ましい。
【００１４】
第１基板２０及び第２基板３０としては、Ｓｉ（シリコン）基板が好適である。Ａｕ層（２６，３６）とＳｉ基板（２０、３０）の密着層（２２、３２）として、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｚｒのいずれかを含む層が形成される構成が好ましい。
【００１５】
Ａｕ構造体４０は、その組成としてＡｕが９０％以上であり、好ましくは９５％以上、さらに好ましくは９９％以上である。このようなＡｕ構造体４０は、Ａｕの微粒子（例えば、平均粒径がサブミクロンオーダーのＡｕ粒子）を原材料とし、目的の形状に成形した後に加熱及び加圧を行い、その成形物（構造物）を圧縮することによって得られる。
【００１６】
Ａｕ構造体４０は、円筒形状に限らず、多角筒形状であってもよい。また、液体が通過する中空部４２の流路断面の形状についても特に限定はなく、円形、楕円形、四角形、六角形その他の多角形など、様々な形状が可能である。Ａｕ構造体４０は、第１貫通孔２８と第２貫通孔３８とをつなぐ連結流路としての役割を果たす。
【００１７】
図１に示した構造により、第１貫通孔２８、Ａｕ構造体４０の中空部４２、第２貫通孔３８が直線的につながった液体通過流路が構成され、この流路の中をインク等の液体が流れる。ここでは、１つの流路のみを示したが、基板（２０、３０）間に、同様の流体通過流路が多数形成される。
【００１８】
液体が流れる方向について、特に限定はない。図１の上から下に（第２貫通孔３８から第１貫通孔２８に）向かって液体を流しても良いし、その逆でもよい。また、図示されていないが、図１の第１基板２０の下面側に、さらに第１貫通孔２８と連通する流路を形成した別の基板（不図示）が積層されていてもよい。同様に、図１の第２基板３０の上に、さらに第２貫通孔３８と連通する流路を形成した別の基板（不図示）が積層されていてもよい。
【００１９】
＜第２実施形態＞
図２は第２実施形態に係る流路構造体の構成を示す断面図である。図２中、図１と同一又は類似する要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００２０】
図２に示した流路構造体５０では、第１密着層２２と第１Ａｕ層２６の間に第１拡散ブロック層２４が設けられ、第２密着層３２と第２Ａｕ層３６の間に第２拡散ブロック層３４が設けられている。これら拡散ブロック層（２４、３４）は、Ａｕ構造体４０の加熱・加圧プロセスにおいてＡｕ層（２６，３６）から密着層（２２，３２）へのＡｕの拡散（移動）を抑止する機能を果たし、Ａｕ層（２６，３６）と密着層（２２，３２）との間の密着性を向上させ、剥がれを防止する効果がある。
【００２１】
拡散ブロック層（２４、３４）は、貴金属であることが反応性の点から好ましい。特に、拡散ブロック層（２４、３４）として、ＰｔあるいはＩｒあるいはＲｕあるいはそれらの酸化物の層が形成されることが好ましい。
【００２２】
第２実施形態に係る流路構造体５０は、第１実施形態に係る流路構造体１０と比較して、更なる耐久性の向上が実現されている。
【００２３】
＜流路構造体の製造方法；実施例１＞
ここでは図２で説明した流路構造体５０の製造方法を具体的な実施例によって説明する。
【００２４】
以下の手順によって流路構造体５０を製造した。
【００２５】
（工程１）：予め内部に流路が形成され、貼り合わされているウエハ基板（Ｓｉウエハを積層接合したもの）を準備した。このウエハ基板が「第１基板２０」に相当するものである。
【００２６】
（工程２）：ウエハ基板の表面に、基板面から順に、Ｔｉ層、Ｐｔ層、Ａｕ層を積層したものをスパッタ法にて形成した。Ｔｉ層は第１密着層２２に相当し、Ｐｔ層は第１拡散ブロック層２４に相当し、Ａｕ層は第１Ａｕ層２６に相当する。各層の膜厚は、Ｔｉ（２０ｎｍ）、Ｐｔ（１００ｎｍ）、Ａｕ（２０ｎｍ）とした。膜厚は一例であり、他の膜厚による実施も可能である。これらＴｉ、Ｐｔ、Ａｕの薄膜積層部が全体として、Ａｕ構造体４０をウエハ基板上に貼り合わせるための密着層として機能する。この３層薄膜積層部からなる密着層は、後の工程でＡｕの構造体を形成する部位のみパターン化して形成してもよいし、Ｓｉ基板の全面に形成してもよい。
【００２７】
（工程３）：次に、ウエハ基板上にレジストでパターンを形成し、このパターン形成されたレジストに平均粒径０．３ミクロンサイズのＡｕ粒子を埋め込み、１００度にて仮焼成した後にレジストを剥離して、Ａｕの構造体（外径180μｍ、内径120μｍ、高さ20μｍの円筒状のもの）を形成した。ここで形成されるＡｕの構造体は、後の工程で最終的にＡｕ構造体４０となる前段階の構造体である。便宜上、「前駆Ａｕ構造体」と呼ぶことにする。なお、レジストのパターンは、Ａｕ粒子によって前駆Ａｕ構造体の立体形状を作るための「型」となるものであり、作製目標とする構造体の形態に合わせてパターニングされる。
【００２８】
（工程４）：その後、前駆Ａｕ構造体の中心部をドライエッチングにて穴あけして貫通流路の片側を作製した。この工程によって、ウエハ基板に、第１貫通孔２８に相当する孔が形成される。なお、この段階で前駆Ａｕ構造体のＡｕの純度は９９％以上であった。
【００２９】
（工程５）：工程４で得られたウエハ基板に貼り合わせる別のＳｉウエハ（第２基板３０に相当するもの）を用意し、このウエハの表面に、Ｔｉ層、Ｐｔ層、Ａｕ層を順に、積層したものをスパッタ法にて形成した。Ｔｉ層は第２密着層３２に相当し、Ｐｔ層は第２拡散ブロック層３４に相当し、Ａｕ層は第２Ａｕ層３６に相当する。各層の膜厚は、Ｔｉ（２０ｎｍ）、Ｐｔ（１００ｎｍ）、Ａｕ（２０ｎｍ）とした。各層の膜厚は、工程２と同等に設計してもよいし、適宜異ならせてもよい。また、これら各層の膜に関しても、工程２と同様に、Ａｕの構造体と対応する部位のみパターン化してもよいし、パターン化せずにＳｉウエハの全面に形成してもよい。
【００３０】
（工程６）：工程５で得られたウエハにドライエッチングにて穴あけし、「第２貫通孔３８」に相当する開口を形成する。
【００３１】
（工程７）：その後、上記２枚のウエハをアライメントして重ね合わせ、押し付け圧力５０ＭＰａ、加熱温度３００℃にて１時間貼り合わせを行い、貫通流路ウエハを完成させた。この加熱、加圧の工程によって、前駆Ａｕ構造体は圧縮され、図２で説明した「Ａｕ構造体４０」となる。一例として、高さ２０μｍで作った前駆Ａｕ構造体が、加熱、加圧で圧縮され、高さ１０〜１５μｍ程度になる。
【００３２】
本実施例１では、圧力５０ＭＰａ、温度３００℃としたが、加圧条件としては２０ＭＰａ〜５０ＭＰａの範囲が好ましい。加熱条件としては２００℃〜３００℃の範囲が好ましい。このような条件のもとで、前駆Ａｕ構造体を加熱・加圧すると、元原料であるＡｕ粒子の粒の集まりという粒状態がなくなり、Ａｕのバルク体となる。
【００３３】
なお、上記の実施例では、２枚のウエハを貼り合わせる前に、第２貫通孔３８に相当する開口を形成したが、貫通孔を形成する順序は、特にこだわらず、予め穴あけしたウエハを用いて、Ａｕ粒子の形成を行ってもよいし、穴あけ工程は２枚のウエハを貼り合わせた後に行ってもよい。
【００３４】
上記製造方法（工程１〜７）によって、図２で説明した構造の流路構造体を得ることができる。また、工程２、４で拡散ブロック層（Ｐｔ層）の形成を省略することによって、図１で説明した構造の流路構造体を得ることができる。
【００３５】
＜耐久性の確認実験＞
上記の製造方法（工程１〜７）によって得られた貫通流路ウエハ（「流路構造体」に相当）をｐＨ３の塩酸溶液に浸して２４時間経過した後に観察したところ、変化なく良好な耐久性であった。
【００３６】
また、このサンプルにおけるＡｕ層（貴金属層）とＡｕ構造体との接合部の断面をＳＥＭ（scanning electron microscope；走査型電子顕微鏡）観察した例を図３に示す。Ａｕ層とＡｕ構造体の界面における接着部の比率は６０％となっており、良好な接合が観測された。
【００３７】
＜接着部の比率の定義＞
Ａｕ層とＡｕ構造体の界面における接着部の比率は以下のように定義した。
【００３８】
Ａｕ構造体とＡｕ層の接合部を当該Ａｕ構造体の筒状構造の軸に沿った切断面で観察し、Ａｕ構造体による流路部の液体が通過する側から、液体が通過しない面の断面を見て、当該断面内の任意の視野（ここでは、約１０μｍの長さを例示）を観察したときに、当該視野の全体の長さをＬ、接着している部分の長さをＬ１としたときに、接着部の比率Ｒは、Ｒ＝（Ｌ１／Ｌ）×１００［％］と定義される。
【００３９】
全体の長さＬは、視野内における界面に沿った方向の長さである。Ｌ１は、当該視野内の界面においてＡｕ構造体とＡｕ層とが接着している部分の界面に沿った方向の長さの総和である。
【００４０】
液体通過流路として用いる流路構造体の場合、液漏れ防止の観点から、Ａｕ構造体とＡｕ層との接合領域における任意の視野内について（どの部分の視野を観察しても）、接着部の比率Ｒが５０％以上であることが好ましい。より好ましくは６０％以上、さらに好ましくは８０％以上とする。
【００４１】
＜比較例１＞
実施例１の工程４で得られるものと、同じような構造体を、Ｓｉウエハ上にＡｕ-20％Ｓｎの共晶メッキにて作製した。この構造体上に実施例１と同様に、密着層を有したＳｉウエハを約２８０℃、２０ＭＰａにて貼り合わせた。こうして得られたウエハ積層体（貫通流路ウエハ）をｐＨ３の塩酸溶液に２４時間浸したところ、腐食が確認された。
【００４２】
＜比較例２＞
実施例1と同様に、Ａｕ粒子を用いて貼り合わせ基板を作製した。ただし、密着層として、Ｔｉ／Ｐｔの積層物とした（Ａｕ層を設けない構成とした）。それ以外は、実施例１とまったく同じ条件にて貼り合わせをした。このときの貼り合せ断面をＳＥＭで調べたところ、接着部の比率が５０％未満であった。図４に当該サンプルのＳＥＭ観察の例を示した。図示のとおり、接合部の界面付近に空隙が多く、この流路に液体を通過させたところ、微小な漏れが観測され、流路としては不適なものであった。
【００４３】
＜比較例３＞
実施例1と同様にＡｕ粒子を用いて貼り合わせ基板を作製した。ただし、密着層として、Ｔｉ(20nm)／Pt(20nm)とした。それ以外はまったく同じ条件にて貼り合わせをした。この貼り合せ材料はハンドリング途中に剥離してしまった。この理由としては、バリア性能のある貴金属がＡｕと密着層の間にないため、ＡｕがＴｉ層やＳｉ層へ拡散して反応してしまい、界面での密着性が悪くなったと考えられる。
【００４４】
＜液体吐出ヘッドの構成例＞
図５は本発明の実施形態に係るインクジェットヘッドの構成を示した断面図である。図５において、図１及び図２で説明した構成と同一又は類似する要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００４５】
図５に示したインクジェットヘッド１００は、インク吐出口としてのノズル１０２と、ノズル１０２から押し出すインクが充填される圧力室（インクキャビティ）１０４と、圧力室１０４に対応して設けられた圧電素子１０６（「吐出エネルギー発生素子」に相当）とを備える。圧電素子１０６の詳細な構成は図示しないが、振動板１０８上に下部電極が形成され、下部電極の上に圧電体が形成され、その上に上部電極が形成されている。ここでは、１つのノズル１０２に対応した吐出機構のみを示したが、インクジェットヘッド１００は、複数のノズル１０２を有し、同様の吐出機構が複数設けられている。
【００４６】
また、インクジェットヘッド１００には、各圧力室１０４にインクを供給するための内部流路１１０が形成されている。この内部流路１１０は、圧力室１０４にインクを導く個別供給路の絞り部（最狭窄部）として機能する。内部流路１１０とこれにつながる第１貫通孔２８及び圧力室１０４等が形成されたＳｉ構造体１２０（以下、「下部Ｓｉ構造体」という。）は、１枚のＳｉ基板又は複数枚のＳｉ基板を積層して貼り合わせた積層構造によって構成される。
【００４７】
この下部Ｓｉ構造体１２０の上にＡｕ構造体４０を介して接合されるＳｉ構造体１３０（以下、「上部Ｓｉ構造体」という。）も、１枚のＳｉ基板又は複数枚のＳｉ基板を積層して貼り合わせた積層構造によって構成される。
【００４８】
下部Ｓｉ構造体１２０は、図１及び図２で説明した第１基板２０に相当する部材を含んでおり、第１貫通孔２８に相当する孔が形成されている。上部Ｓｉ構造体１３０は、図１及び図２で説明した第２基板３０に相当する部材を含んでおり、第２貫通孔３８に相当する孔が形成されている。
【００４９】
図５では、図示を省略したが、Ａｕ構造体４０と下部Ｓｉ構造体１２０との基板界面には、図１で説明した第１密着層２２及び第１Ａｕ層２６、あるいは図２で説明した第１密着層２２、第１拡散ブロック層２４、及び第１Ａｕ層２６が形成されている。また、Ａｕ構造体４０と上部Ｓｉ構造体１３０との基板界面には、図１で説明した第２密着層３２及び第２Ａｕ層３６、あるいは図２で説明した第２密着層３２、第２拡散ブロック層３４、及び第２Ａｕ層３６が形成されている。
【００５０】
このように、本例のインクジェットヘッド１００は、ノズル１０２が形成されたノズルプレート１５０と、下部Ｓｉ構造体１２０と、Ａｕ構造体４０と、上部Ｓｉ構造体１３０とが積層された構造からなる。
【００５１】
図５において、上部Ｓｉ構造体１３０の上面に開口する孔部（符号１３２）は、インクを供給するためのインク入り口である。図示のように、インク入り口１３２から第２貫通孔３８、Ａｕ構造体４０の中空部４２、第１貫通孔２８へとつながる液体通過流路は、真下に向かって（基板に対して垂直な方向に）直線的に形成される。
【００５２】
インク入り口１３２から入ったインクは、内部流路１１０を介して圧力室１０４にインクが供給される。振動板１０８は圧力室１０４の一部の面（図５において天面）を構成しており、当該振動板１０８に接合された圧電素子１０６の上部電極（個別電極）に駆動電圧を印加することによって圧電素子１０６が変形して圧力室１０４の容積が変化し、これに伴う圧力変化によりノズル１０２からインクが吐出される。
【００５３】
なお、図５では、インクの供給用流路のみを示したが、インクはヘッド内を循環する構成となっており、上部Ｓｉ構造体１３０の上面には図示を省略したインク出口となる孔部が設けられており、供給系と同様のＡｕ構造体を利用した循環（回収）流路が形成されている。すなわち、下部Ｓｉ構造体１２０の各圧力室１０４にはインク回収（循環）用の回収流路が設けられており、上述したインク供給系と同様に、Ａｕ構造体を利用した液体通過流路を介して上部Ｓｉ構造体１３０のインク出口にインクを循環させることができる。
【００５４】
＜本実施形態の利点＞
本実施形態によれば、耐久性のよいマイクロ流路を得ることができる。
【００５５】
本実施形態によれば、強アルカリ性、あるいは、強酸性のインクを流すことも可能であり、インクの種類によらず、耐久性が高い。
【００５６】
本実施形態によれば、長時間にわたって液漏れのない、安定した流路を形成できる。
【００５７】
＜変形例１＞
図５では、吐出エネルギー発生素子として圧電素子を用いた例を説明したが、これに代えて、発熱素子や静電アクチュエータなど、他の手段を用いることも可能である。
【００５８】
＜変形例２＞
本発明による流路構造体は、インクジェット用インク以外の液体についても、同様に、耐久性よく流すことができる。また、液体に限らず、気体（ガス）等の流体の流路としても利用することが可能である。
【００５９】
＜変形例３＞
上述の実施形態では、Ｓｉ基板を用いたが、Ｓｉ以外の材料の基板についても本発明を適用することができる。
【００６０】
例えば、ステンレスやＴｉ、アルミニウムなどの金属材料や、ガラス材料などを用いることが可能である。また、ポリイミドやポリフェニレンサルファイド樹脂（PPS）、ポリエーテル・エーテル・ケトン樹脂(PEEK)などの耐熱性樹脂、さらにはこれらの樹脂にフィラーを入れたものなどを用いることができる。
【００６１】
＜本発明の他の応用例について＞
上記の実施形態では、インクジェットヘッドへの適用を例に説明したが、本発明の適用範囲はこの例に限定されない。例えば、ＣＰＵ（中央演算処理装置）のヒートシンク用流路やマイクロタスなどの流路など、様々な用途における微小な流路構造体に広く適用できる。
【００６２】
＜付記＞
上記に詳述した発明の実施形態についての記載から把握されるとおり、本明細書は以下に示す発明を含む多様な技術思想の開示を含んでいる。
【００６３】
（発明１）：第１流路部が形成された第１基板と、前記第１基板に積層された第１密着層と、前記第１密着層を介して前記第１基板に積層されたＡｕを含む第１貴金属層と、第２流路部が形成された第２基板と、前記第２基板に積層された第２密着層と、前記第２密着層を介して前記第２基板に積層されたＡｕを含む第２貴金属層と、前記第１貴金属層と前記第２貴金属層との間に配置され、前記第１流路部と前記第２流路部とを連通させる連結流路部となる中空部を有する筒状構造からなる構造体であって、当該構造体の組成としてＡｕが９０％以上であるＡｕ構造体と、を備えたことを特徴とする流路構造体。
【００６４】
発明１によれば、第１流路部とＡｕ構造体の中空部（連結流路部）と第２流路部とがつながった流路が形成される。この発明によれば、Ａｕ構造体と各基板との密着性が高く、耐久性のよい流路構造を提供できる。
【００６５】
（発明２）：発明１に記載の流路構造体において、前記第１流路部、前記Ａｕ構造体の前記中空部及び前記第２流路部からなる液体通過流路が構成されることを特徴とする。
【００６６】
この流路構造体によれば、アルカリ性液や酸性液など、液種を問わず、様々な液体の通過流路として利用することができる。
【００６７】
（発明３）：発明１又は２に記載の流路構造体において、前記Ａｕ構造体の組成としてＡｕが９９％以上であることを特徴とする。
【００６８】
耐液性等の観点から、Ａｕの組成比率が高いほど、より好ましい態様である。
【００６９】
（発明４）：発明１から３のいずれか１項に記載の流路構造体において、前記Ａｕ構造体は、Ａｕ粒子を用いて成形した後、加熱及び加圧することによって得られたものであることを特徴とする。
【００７０】
Ａｕの微粒子を所定の型に入れて成形後、その構造物を加熱、加圧して圧縮することによってＡｕ構造体を得ることができる。
【００７１】
（発明５）：発明１から４のいずれか１項に記載の流路構造体において、前記第１基板及び前記第２基板は、Ｓｉ基板であることを特徴とする。
【００７２】
かかる態様によれば、半導体製造技術を活用した微細加工が可能である。
【００７３】
（発明６）：発明１から５のいずれか１項に記載の流路構造体において、前記第１密着層及び前記第２密着層は、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｚｒのいずれかを含む層であることを特徴とする。
【００７４】
これらの材料は、密着層として好適なものである。
【００７５】
（発明７）：発明１から６のいずれか１項に記載の流路構造体において、前記第１貴金属層と前記第１密着層の間に、前記第１貴金属層から前記第１密着層へのＡｕの拡散を抑止するための第１拡散ブロック層が設けられ、前記第２貴金属層と前記第２密着層の間に、前記第２貴金属層から前記第２密着層へのＡｕの拡散を抑止するための第２拡散ブロック層が設けられていることを特徴とする。
【００７６】
貴金属層と密着層の間に拡散ブロック層を設けることにより、一層の耐久性向上を達成できる。
【００７７】
（発明８）：発明７に記載の流路構造体において、前記第１拡散ブロック層及び前記第２拡散ブロック層は、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｕのいずれか、あるいは、これらいずれかの酸化物を含む層であることを特徴とする。
【００７８】
これらの材料は、拡散ブロック層として好適なものである。
【００７９】
（発明９）：発明１から８のいずれか１項に記載の流路構造体において、前記筒状構造の軸に沿って前記Ａｕ構造体を切断した断面で前記第１貴金属層又は前記第２貴金属層と前記Ａｕ構造体との界面を観察したときに、当該断面の視野内における前記界面の全体の長さをＬ、当該視野内で前記Ａｕ構造体が前記第１貴金属層又は前記第２貴金属層と接着している分の長さをＬ１としたときに、接着部分の比率ＲをＲ＝（Ｌ１／Ｌ）×１００［％］と定義すると、前記第１貴金属層と前記Ａｕ構造体の界面における接着部分の比率、並びに、前記第２貴金属層と前記Ａｕ構造体の界面における接着部分の比率が、ともに５０％以上であることを特徴とする。
【００８０】
かかる態様によれば、漏れのない安定した流路を形成できる。
【００８１】
接着部分の比率は、より好ましくは６０％以上であり、高いほど好ましい。
【００８２】
（発明１０）：発明１から９のいずれか１項に記載の流路構造体と、前記流路構造体によって構成される流路に接続された圧力室と、前記圧力室内の液を吐出するための吐出口としてのノズルと、前記圧力室に対応して設けられ、前記ノズルから液滴を吐出させるエネルギーを発生させる吐出エネルギー発生素子と、を備えたことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【００８３】
（発明１１）：第１基板に第１密着層を形成する第１密着層形成工程と、前記第１基板に前記第１密着層を介して、Ａｕを含む第１貴金属層を積層形成する第１貴金属層形成工程と、前記第１貴金属層の上に、Ａｕ粒子を用いて筒状構造体を形成する筒状構造体形成工程と、前記第１基板に前記筒状構造体の中空部とつながる第１貫通孔を形成する第１貫通孔形成工程と、第２基板に第２密着層を形成する第２密着層形成工程と、前記第２基板に前記第２密着層を介して、Ａｕを含む第２貴金属層を積層形成する第２貴金属層形成工程と、前記第２基板に前記筒状構造体の中空部とつながる第２貫通孔を形成する第２貫通孔形成工程と、前記第１密着層及び前記第１貴金属層を介して前記筒状構造体が積層された前記第１基板と、前記第２密着層を介して前記第２貴金属層が積層された前記第２基板とを重ね合わせて、前記第２貴金属層と前記筒状構造体とを接触させ、加熱及び加圧によって前記第１基板と前記第２基板とを接合する接合工程と、を含み、前記接合工程により前記筒状構造体が圧縮されてなるＡｕ構造体の中空部を通して前記第１基板の前記第１貫通孔と前記第２基板の前記第２貫通孔とがつながった流路が形成されてなる流路構造体を得ることを特徴とする流路構造体の製造方法。
【００８４】
この製造方法によれば、耐久性が高い良好な流路構造体を得ることができる。
【００８５】
（発明１２）：発明１１に記載の流路構造体の製造方法において、前記第１密着層と前記第１貴金属層の間に前記第１貴金属層から前記第１密着層へのＡｕの拡散を抑止するための第１拡散ブロック層を、前記第１密着層の形成後、前記第１貴金属層の形成前に、形成する第１拡散ブロック層形成工程と、前記第２密着層と前記第２貴金属層の間に前記第２貴金属層から前記第２密着層へのＡｕの拡散を抑止するための第２拡散ブロック層を、前記第２密着層の形成後、前記第２貴金属層の形成前に、形成する第２拡散ブロック層形成工程と、を有することを特徴とする。
【００８６】
かかる態様によれば、一層の耐久性向上を達成できる。
【符号の説明】
【００８７】
１０…流路構造体、２０…第１基板、２２…第１密着層、２４…第１拡散ブロック層、２６…第１Ａｕ層、２８…第１貫通孔、３０…第２基板、３２…第２密着層、３４…第２拡散ブロック層、３６…第２Ａｕ層、３８…第２貫通孔、４０…Ａｕ構造体、４２…中空部、５０…流路構造体、１００…インクジェット、１０２…ノズル、１０４…圧力室、１０６…圧電素子、１０８…振動板、１１０…内部流路、１２０…Ｓｉ構造体、１３０…Ｓｉ構造体、１５０…ノズルプレート
【技術分野】
【０００１】
本発明は流路構造体及びその製造方法並びに液体吐出ヘッドに係り、特にインクなどの液体通過流路として好適な構造体及びその製造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、Ａｕ-Ｓｎ合金を用いて金属部材同士を接合する技術が開示され、当該接合技術を用いてインクジェットプリントヘッドを製造する技術が開示されている。同文献１に示されているように、Ａｕ−Ｓｎ合金による接合技術を用いて部材同士を積層接合して製造される構造体はＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System；微小電気機械システム）分野で知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３５７８２８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の接合技術を適用して得られる構造体を用いて、例えばインクジェット用のインク流路を作製した場合、当該流路に通過させる溶液の種類によっては、Ｓｎ等の成分がインク中に溶け出し、流路構造体が劣化してインクが漏れ出すなどの課題がある。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、耐久性が高く、長期間にわたって液漏れ等のない安定した流路構造体を提供することを目的とする。また、このような流路構造体の製造方法、並びに流路構造体を用いた液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は前記目的を達成するために、第１流路部が形成された第１基板と、前記第１基板に積層された第１密着層と、前記第１密着層を介して前記第１基板に積層されたＡｕを含む第１貴金属層と、第２流路部が形成された第２基板と、前記第２基板に積層された第２密着層と、前記第２密着層を介して前記第２基板に積層されたＡｕを含む第２貴金属層と、前記第１貴金属層と前記第２貴金属層との間に配置され、前記第１流路部と前記第２流路部とを連通させる連結流路部となる中空部を有する筒状構造からなる構造体であって、当該構造体の組成としてＡｕが９０％以上であるＡｕ構造体と、を備えたことを特徴とする流路構造体を提供する。
【０００７】
本発明の他の態様については、本明細書及び図面の記載により明らかにする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、Ａｕの構造体を用いた構成により、耐久性が高く、長期間にわたって液漏れ等のない安定した流路を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第1実施形態に係る流路構造体の構成を示す断面図
【図２】第２実施形態に係る流路構造体の構成を示す断面図
【図３】実施例１によって得られた流路構造体における接合部の断面を観察したときの例を示す図
【図４】比較例に係る流路構造体における接合部の断面を観察したときの例を示す図
【図５】本発明の実施形態に係るインクジェットヘッドの構成を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面に従って本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１１】
＜第１実施形態＞
図１は第1実施形態に係る流路構造体の構成を示す断面図である。この流路構造体１０は、第１基板２０と第２基板３０との間に、中空の筒状構造を有するＡｕ（金）構造体４０が挟み込まれた構成からなる。第１基板２０には第１密着層２２と第１Ａｕ層２６が積層されており、第１Ａｕ層２６を介してＡｕ構造体４０が第１基板２０に接合されている。第２基板３０についても同様に、第２密着層３２と第２Ａｕ層３６が積層されており、Ａｕ構造体４０の上端は第２Ａｕ層３６に接合されている。
【００１２】
第１基板２０並びに第１密着層２２及び第１Ａｕ層２６には、Ａｕ構造体４０の中空部４２に連通する貫通孔２８（「第１貫通孔」という。）が形成されている。また、第２基板３０並びに第２密着層３２及び第２Ａｕ層３６には、Ａｕ構造体４０の中空部４２に連通する貫通孔３８（「第２貫通孔」という。）が形成されている。図１では、図示の便宜上、孔の空間部の記載を省略し、破線によって貫通孔２８、３８の側壁面を示した。
【００１３】
第１貫通孔２８が「第１流路部」に相当し、第２貫通孔３８が「第２流路部」に相当する。第１Ａｕ層２６が「第１貴金属層」に相当し、第２Ａｕ層３６が「第２貴金属層」に相当する。これらＡｕ層（２６、３６）は、Ａｕ構造体４０との馴染み（材料の接合性）を良くする効果がある。Ａｕを主たる組成とする貴金属層であれば同様の効果がある。貴金属層としてＰｔ、Ｉｒ、Ｒｕなどがある。Ａｕの含有量は高い方が好ましく、５０％以上がより好ましい。
【００１４】
第１基板２０及び第２基板３０としては、Ｓｉ（シリコン）基板が好適である。Ａｕ層（２６，３６）とＳｉ基板（２０、３０）の密着層（２２、３２）として、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｚｒのいずれかを含む層が形成される構成が好ましい。
【００１５】
Ａｕ構造体４０は、その組成としてＡｕが９０％以上であり、好ましくは９５％以上、さらに好ましくは９９％以上である。このようなＡｕ構造体４０は、Ａｕの微粒子（例えば、平均粒径がサブミクロンオーダーのＡｕ粒子）を原材料とし、目的の形状に成形した後に加熱及び加圧を行い、その成形物（構造物）を圧縮することによって得られる。
【００１６】
Ａｕ構造体４０は、円筒形状に限らず、多角筒形状であってもよい。また、液体が通過する中空部４２の流路断面の形状についても特に限定はなく、円形、楕円形、四角形、六角形その他の多角形など、様々な形状が可能である。Ａｕ構造体４０は、第１貫通孔２８と第２貫通孔３８とをつなぐ連結流路としての役割を果たす。
【００１７】
図１に示した構造により、第１貫通孔２８、Ａｕ構造体４０の中空部４２、第２貫通孔３８が直線的につながった液体通過流路が構成され、この流路の中をインク等の液体が流れる。ここでは、１つの流路のみを示したが、基板（２０、３０）間に、同様の流体通過流路が多数形成される。
【００１８】
液体が流れる方向について、特に限定はない。図１の上から下に（第２貫通孔３８から第１貫通孔２８に）向かって液体を流しても良いし、その逆でもよい。また、図示されていないが、図１の第１基板２０の下面側に、さらに第１貫通孔２８と連通する流路を形成した別の基板（不図示）が積層されていてもよい。同様に、図１の第２基板３０の上に、さらに第２貫通孔３８と連通する流路を形成した別の基板（不図示）が積層されていてもよい。
【００１９】
＜第２実施形態＞
図２は第２実施形態に係る流路構造体の構成を示す断面図である。図２中、図１と同一又は類似する要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００２０】
図２に示した流路構造体５０では、第１密着層２２と第１Ａｕ層２６の間に第１拡散ブロック層２４が設けられ、第２密着層３２と第２Ａｕ層３６の間に第２拡散ブロック層３４が設けられている。これら拡散ブロック層（２４、３４）は、Ａｕ構造体４０の加熱・加圧プロセスにおいてＡｕ層（２６，３６）から密着層（２２，３２）へのＡｕの拡散（移動）を抑止する機能を果たし、Ａｕ層（２６，３６）と密着層（２２，３２）との間の密着性を向上させ、剥がれを防止する効果がある。
【００２１】
拡散ブロック層（２４、３４）は、貴金属であることが反応性の点から好ましい。特に、拡散ブロック層（２４、３４）として、ＰｔあるいはＩｒあるいはＲｕあるいはそれらの酸化物の層が形成されることが好ましい。
【００２２】
第２実施形態に係る流路構造体５０は、第１実施形態に係る流路構造体１０と比較して、更なる耐久性の向上が実現されている。
【００２３】
＜流路構造体の製造方法；実施例１＞
ここでは図２で説明した流路構造体５０の製造方法を具体的な実施例によって説明する。
【００２４】
以下の手順によって流路構造体５０を製造した。
【００２５】
（工程１）：予め内部に流路が形成され、貼り合わされているウエハ基板（Ｓｉウエハを積層接合したもの）を準備した。このウエハ基板が「第１基板２０」に相当するものである。
【００２６】
（工程２）：ウエハ基板の表面に、基板面から順に、Ｔｉ層、Ｐｔ層、Ａｕ層を積層したものをスパッタ法にて形成した。Ｔｉ層は第１密着層２２に相当し、Ｐｔ層は第１拡散ブロック層２４に相当し、Ａｕ層は第１Ａｕ層２６に相当する。各層の膜厚は、Ｔｉ（２０ｎｍ）、Ｐｔ（１００ｎｍ）、Ａｕ（２０ｎｍ）とした。膜厚は一例であり、他の膜厚による実施も可能である。これらＴｉ、Ｐｔ、Ａｕの薄膜積層部が全体として、Ａｕ構造体４０をウエハ基板上に貼り合わせるための密着層として機能する。この３層薄膜積層部からなる密着層は、後の工程でＡｕの構造体を形成する部位のみパターン化して形成してもよいし、Ｓｉ基板の全面に形成してもよい。
【００２７】
（工程３）：次に、ウエハ基板上にレジストでパターンを形成し、このパターン形成されたレジストに平均粒径０．３ミクロンサイズのＡｕ粒子を埋め込み、１００度にて仮焼成した後にレジストを剥離して、Ａｕの構造体（外径180μｍ、内径120μｍ、高さ20μｍの円筒状のもの）を形成した。ここで形成されるＡｕの構造体は、後の工程で最終的にＡｕ構造体４０となる前段階の構造体である。便宜上、「前駆Ａｕ構造体」と呼ぶことにする。なお、レジストのパターンは、Ａｕ粒子によって前駆Ａｕ構造体の立体形状を作るための「型」となるものであり、作製目標とする構造体の形態に合わせてパターニングされる。
【００２８】
（工程４）：その後、前駆Ａｕ構造体の中心部をドライエッチングにて穴あけして貫通流路の片側を作製した。この工程によって、ウエハ基板に、第１貫通孔２８に相当する孔が形成される。なお、この段階で前駆Ａｕ構造体のＡｕの純度は９９％以上であった。
【００２９】
（工程５）：工程４で得られたウエハ基板に貼り合わせる別のＳｉウエハ（第２基板３０に相当するもの）を用意し、このウエハの表面に、Ｔｉ層、Ｐｔ層、Ａｕ層を順に、積層したものをスパッタ法にて形成した。Ｔｉ層は第２密着層３２に相当し、Ｐｔ層は第２拡散ブロック層３４に相当し、Ａｕ層は第２Ａｕ層３６に相当する。各層の膜厚は、Ｔｉ（２０ｎｍ）、Ｐｔ（１００ｎｍ）、Ａｕ（２０ｎｍ）とした。各層の膜厚は、工程２と同等に設計してもよいし、適宜異ならせてもよい。また、これら各層の膜に関しても、工程２と同様に、Ａｕの構造体と対応する部位のみパターン化してもよいし、パターン化せずにＳｉウエハの全面に形成してもよい。
【００３０】
（工程６）：工程５で得られたウエハにドライエッチングにて穴あけし、「第２貫通孔３８」に相当する開口を形成する。
【００３１】
（工程７）：その後、上記２枚のウエハをアライメントして重ね合わせ、押し付け圧力５０ＭＰａ、加熱温度３００℃にて１時間貼り合わせを行い、貫通流路ウエハを完成させた。この加熱、加圧の工程によって、前駆Ａｕ構造体は圧縮され、図２で説明した「Ａｕ構造体４０」となる。一例として、高さ２０μｍで作った前駆Ａｕ構造体が、加熱、加圧で圧縮され、高さ１０〜１５μｍ程度になる。
【００３２】
本実施例１では、圧力５０ＭＰａ、温度３００℃としたが、加圧条件としては２０ＭＰａ〜５０ＭＰａの範囲が好ましい。加熱条件としては２００℃〜３００℃の範囲が好ましい。このような条件のもとで、前駆Ａｕ構造体を加熱・加圧すると、元原料であるＡｕ粒子の粒の集まりという粒状態がなくなり、Ａｕのバルク体となる。
【００３３】
なお、上記の実施例では、２枚のウエハを貼り合わせる前に、第２貫通孔３８に相当する開口を形成したが、貫通孔を形成する順序は、特にこだわらず、予め穴あけしたウエハを用いて、Ａｕ粒子の形成を行ってもよいし、穴あけ工程は２枚のウエハを貼り合わせた後に行ってもよい。
【００３４】
上記製造方法（工程１〜７）によって、図２で説明した構造の流路構造体を得ることができる。また、工程２、４で拡散ブロック層（Ｐｔ層）の形成を省略することによって、図１で説明した構造の流路構造体を得ることができる。
【００３５】
＜耐久性の確認実験＞
上記の製造方法（工程１〜７）によって得られた貫通流路ウエハ（「流路構造体」に相当）をｐＨ３の塩酸溶液に浸して２４時間経過した後に観察したところ、変化なく良好な耐久性であった。
【００３６】
また、このサンプルにおけるＡｕ層（貴金属層）とＡｕ構造体との接合部の断面をＳＥＭ（scanning electron microscope；走査型電子顕微鏡）観察した例を図３に示す。Ａｕ層とＡｕ構造体の界面における接着部の比率は６０％となっており、良好な接合が観測された。
【００３７】
＜接着部の比率の定義＞
Ａｕ層とＡｕ構造体の界面における接着部の比率は以下のように定義した。
【００３８】
Ａｕ構造体とＡｕ層の接合部を当該Ａｕ構造体の筒状構造の軸に沿った切断面で観察し、Ａｕ構造体による流路部の液体が通過する側から、液体が通過しない面の断面を見て、当該断面内の任意の視野（ここでは、約１０μｍの長さを例示）を観察したときに、当該視野の全体の長さをＬ、接着している部分の長さをＬ１としたときに、接着部の比率Ｒは、Ｒ＝（Ｌ１／Ｌ）×１００［％］と定義される。
【００３９】
全体の長さＬは、視野内における界面に沿った方向の長さである。Ｌ１は、当該視野内の界面においてＡｕ構造体とＡｕ層とが接着している部分の界面に沿った方向の長さの総和である。
【００４０】
液体通過流路として用いる流路構造体の場合、液漏れ防止の観点から、Ａｕ構造体とＡｕ層との接合領域における任意の視野内について（どの部分の視野を観察しても）、接着部の比率Ｒが５０％以上であることが好ましい。より好ましくは６０％以上、さらに好ましくは８０％以上とする。
【００４１】
＜比較例１＞
実施例１の工程４で得られるものと、同じような構造体を、Ｓｉウエハ上にＡｕ-20％Ｓｎの共晶メッキにて作製した。この構造体上に実施例１と同様に、密着層を有したＳｉウエハを約２８０℃、２０ＭＰａにて貼り合わせた。こうして得られたウエハ積層体（貫通流路ウエハ）をｐＨ３の塩酸溶液に２４時間浸したところ、腐食が確認された。
【００４２】
＜比較例２＞
実施例1と同様に、Ａｕ粒子を用いて貼り合わせ基板を作製した。ただし、密着層として、Ｔｉ／Ｐｔの積層物とした（Ａｕ層を設けない構成とした）。それ以外は、実施例１とまったく同じ条件にて貼り合わせをした。このときの貼り合せ断面をＳＥＭで調べたところ、接着部の比率が５０％未満であった。図４に当該サンプルのＳＥＭ観察の例を示した。図示のとおり、接合部の界面付近に空隙が多く、この流路に液体を通過させたところ、微小な漏れが観測され、流路としては不適なものであった。
【００４３】
＜比較例３＞
実施例1と同様にＡｕ粒子を用いて貼り合わせ基板を作製した。ただし、密着層として、Ｔｉ(20nm)／Pt(20nm)とした。それ以外はまったく同じ条件にて貼り合わせをした。この貼り合せ材料はハンドリング途中に剥離してしまった。この理由としては、バリア性能のある貴金属がＡｕと密着層の間にないため、ＡｕがＴｉ層やＳｉ層へ拡散して反応してしまい、界面での密着性が悪くなったと考えられる。
【００４４】
＜液体吐出ヘッドの構成例＞
図５は本発明の実施形態に係るインクジェットヘッドの構成を示した断面図である。図５において、図１及び図２で説明した構成と同一又は類似する要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００４５】
図５に示したインクジェットヘッド１００は、インク吐出口としてのノズル１０２と、ノズル１０２から押し出すインクが充填される圧力室（インクキャビティ）１０４と、圧力室１０４に対応して設けられた圧電素子１０６（「吐出エネルギー発生素子」に相当）とを備える。圧電素子１０６の詳細な構成は図示しないが、振動板１０８上に下部電極が形成され、下部電極の上に圧電体が形成され、その上に上部電極が形成されている。ここでは、１つのノズル１０２に対応した吐出機構のみを示したが、インクジェットヘッド１００は、複数のノズル１０２を有し、同様の吐出機構が複数設けられている。
【００４６】
また、インクジェットヘッド１００には、各圧力室１０４にインクを供給するための内部流路１１０が形成されている。この内部流路１１０は、圧力室１０４にインクを導く個別供給路の絞り部（最狭窄部）として機能する。内部流路１１０とこれにつながる第１貫通孔２８及び圧力室１０４等が形成されたＳｉ構造体１２０（以下、「下部Ｓｉ構造体」という。）は、１枚のＳｉ基板又は複数枚のＳｉ基板を積層して貼り合わせた積層構造によって構成される。
【００４７】
この下部Ｓｉ構造体１２０の上にＡｕ構造体４０を介して接合されるＳｉ構造体１３０（以下、「上部Ｓｉ構造体」という。）も、１枚のＳｉ基板又は複数枚のＳｉ基板を積層して貼り合わせた積層構造によって構成される。
【００４８】
下部Ｓｉ構造体１２０は、図１及び図２で説明した第１基板２０に相当する部材を含んでおり、第１貫通孔２８に相当する孔が形成されている。上部Ｓｉ構造体１３０は、図１及び図２で説明した第２基板３０に相当する部材を含んでおり、第２貫通孔３８に相当する孔が形成されている。
【００４９】
図５では、図示を省略したが、Ａｕ構造体４０と下部Ｓｉ構造体１２０との基板界面には、図１で説明した第１密着層２２及び第１Ａｕ層２６、あるいは図２で説明した第１密着層２２、第１拡散ブロック層２４、及び第１Ａｕ層２６が形成されている。また、Ａｕ構造体４０と上部Ｓｉ構造体１３０との基板界面には、図１で説明した第２密着層３２及び第２Ａｕ層３６、あるいは図２で説明した第２密着層３２、第２拡散ブロック層３４、及び第２Ａｕ層３６が形成されている。
【００５０】
このように、本例のインクジェットヘッド１００は、ノズル１０２が形成されたノズルプレート１５０と、下部Ｓｉ構造体１２０と、Ａｕ構造体４０と、上部Ｓｉ構造体１３０とが積層された構造からなる。
【００５１】
図５において、上部Ｓｉ構造体１３０の上面に開口する孔部（符号１３２）は、インクを供給するためのインク入り口である。図示のように、インク入り口１３２から第２貫通孔３８、Ａｕ構造体４０の中空部４２、第１貫通孔２８へとつながる液体通過流路は、真下に向かって（基板に対して垂直な方向に）直線的に形成される。
【００５２】
インク入り口１３２から入ったインクは、内部流路１１０を介して圧力室１０４にインクが供給される。振動板１０８は圧力室１０４の一部の面（図５において天面）を構成しており、当該振動板１０８に接合された圧電素子１０６の上部電極（個別電極）に駆動電圧を印加することによって圧電素子１０６が変形して圧力室１０４の容積が変化し、これに伴う圧力変化によりノズル１０２からインクが吐出される。
【００５３】
なお、図５では、インクの供給用流路のみを示したが、インクはヘッド内を循環する構成となっており、上部Ｓｉ構造体１３０の上面には図示を省略したインク出口となる孔部が設けられており、供給系と同様のＡｕ構造体を利用した循環（回収）流路が形成されている。すなわち、下部Ｓｉ構造体１２０の各圧力室１０４にはインク回収（循環）用の回収流路が設けられており、上述したインク供給系と同様に、Ａｕ構造体を利用した液体通過流路を介して上部Ｓｉ構造体１３０のインク出口にインクを循環させることができる。
【００５４】
＜本実施形態の利点＞
本実施形態によれば、耐久性のよいマイクロ流路を得ることができる。
【００５５】
本実施形態によれば、強アルカリ性、あるいは、強酸性のインクを流すことも可能であり、インクの種類によらず、耐久性が高い。
【００５６】
本実施形態によれば、長時間にわたって液漏れのない、安定した流路を形成できる。
【００５７】
＜変形例１＞
図５では、吐出エネルギー発生素子として圧電素子を用いた例を説明したが、これに代えて、発熱素子や静電アクチュエータなど、他の手段を用いることも可能である。
【００５８】
＜変形例２＞
本発明による流路構造体は、インクジェット用インク以外の液体についても、同様に、耐久性よく流すことができる。また、液体に限らず、気体（ガス）等の流体の流路としても利用することが可能である。
【００５９】
＜変形例３＞
上述の実施形態では、Ｓｉ基板を用いたが、Ｓｉ以外の材料の基板についても本発明を適用することができる。
【００６０】
例えば、ステンレスやＴｉ、アルミニウムなどの金属材料や、ガラス材料などを用いることが可能である。また、ポリイミドやポリフェニレンサルファイド樹脂（PPS）、ポリエーテル・エーテル・ケトン樹脂(PEEK)などの耐熱性樹脂、さらにはこれらの樹脂にフィラーを入れたものなどを用いることができる。
【００６１】
＜本発明の他の応用例について＞
上記の実施形態では、インクジェットヘッドへの適用を例に説明したが、本発明の適用範囲はこの例に限定されない。例えば、ＣＰＵ（中央演算処理装置）のヒートシンク用流路やマイクロタスなどの流路など、様々な用途における微小な流路構造体に広く適用できる。
【００６２】
＜付記＞
上記に詳述した発明の実施形態についての記載から把握されるとおり、本明細書は以下に示す発明を含む多様な技術思想の開示を含んでいる。
【００６３】
（発明１）：第１流路部が形成された第１基板と、前記第１基板に積層された第１密着層と、前記第１密着層を介して前記第１基板に積層されたＡｕを含む第１貴金属層と、第２流路部が形成された第２基板と、前記第２基板に積層された第２密着層と、前記第２密着層を介して前記第２基板に積層されたＡｕを含む第２貴金属層と、前記第１貴金属層と前記第２貴金属層との間に配置され、前記第１流路部と前記第２流路部とを連通させる連結流路部となる中空部を有する筒状構造からなる構造体であって、当該構造体の組成としてＡｕが９０％以上であるＡｕ構造体と、を備えたことを特徴とする流路構造体。
【００６４】
発明１によれば、第１流路部とＡｕ構造体の中空部（連結流路部）と第２流路部とがつながった流路が形成される。この発明によれば、Ａｕ構造体と各基板との密着性が高く、耐久性のよい流路構造を提供できる。
【００６５】
（発明２）：発明１に記載の流路構造体において、前記第１流路部、前記Ａｕ構造体の前記中空部及び前記第２流路部からなる液体通過流路が構成されることを特徴とする。
【００６６】
この流路構造体によれば、アルカリ性液や酸性液など、液種を問わず、様々な液体の通過流路として利用することができる。
【００６７】
（発明３）：発明１又は２に記載の流路構造体において、前記Ａｕ構造体の組成としてＡｕが９９％以上であることを特徴とする。
【００６８】
耐液性等の観点から、Ａｕの組成比率が高いほど、より好ましい態様である。
【００６９】
（発明４）：発明１から３のいずれか１項に記載の流路構造体において、前記Ａｕ構造体は、Ａｕ粒子を用いて成形した後、加熱及び加圧することによって得られたものであることを特徴とする。
【００７０】
Ａｕの微粒子を所定の型に入れて成形後、その構造物を加熱、加圧して圧縮することによってＡｕ構造体を得ることができる。
【００７１】
（発明５）：発明１から４のいずれか１項に記載の流路構造体において、前記第１基板及び前記第２基板は、Ｓｉ基板であることを特徴とする。
【００７２】
かかる態様によれば、半導体製造技術を活用した微細加工が可能である。
【００７３】
（発明６）：発明１から５のいずれか１項に記載の流路構造体において、前記第１密着層及び前記第２密着層は、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｚｒのいずれかを含む層であることを特徴とする。
【００７４】
これらの材料は、密着層として好適なものである。
【００７５】
（発明７）：発明１から６のいずれか１項に記載の流路構造体において、前記第１貴金属層と前記第１密着層の間に、前記第１貴金属層から前記第１密着層へのＡｕの拡散を抑止するための第１拡散ブロック層が設けられ、前記第２貴金属層と前記第２密着層の間に、前記第２貴金属層から前記第２密着層へのＡｕの拡散を抑止するための第２拡散ブロック層が設けられていることを特徴とする。
【００７６】
貴金属層と密着層の間に拡散ブロック層を設けることにより、一層の耐久性向上を達成できる。
【００７７】
（発明８）：発明７に記載の流路構造体において、前記第１拡散ブロック層及び前記第２拡散ブロック層は、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｕのいずれか、あるいは、これらいずれかの酸化物を含む層であることを特徴とする。
【００７８】
これらの材料は、拡散ブロック層として好適なものである。
【００７９】
（発明９）：発明１から８のいずれか１項に記載の流路構造体において、前記筒状構造の軸に沿って前記Ａｕ構造体を切断した断面で前記第１貴金属層又は前記第２貴金属層と前記Ａｕ構造体との界面を観察したときに、当該断面の視野内における前記界面の全体の長さをＬ、当該視野内で前記Ａｕ構造体が前記第１貴金属層又は前記第２貴金属層と接着している分の長さをＬ１としたときに、接着部分の比率ＲをＲ＝（Ｌ１／Ｌ）×１００［％］と定義すると、前記第１貴金属層と前記Ａｕ構造体の界面における接着部分の比率、並びに、前記第２貴金属層と前記Ａｕ構造体の界面における接着部分の比率が、ともに５０％以上であることを特徴とする。
【００８０】
かかる態様によれば、漏れのない安定した流路を形成できる。
【００８１】
接着部分の比率は、より好ましくは６０％以上であり、高いほど好ましい。
【００８２】
（発明１０）：発明１から９のいずれか１項に記載の流路構造体と、前記流路構造体によって構成される流路に接続された圧力室と、前記圧力室内の液を吐出するための吐出口としてのノズルと、前記圧力室に対応して設けられ、前記ノズルから液滴を吐出させるエネルギーを発生させる吐出エネルギー発生素子と、を備えたことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【００８３】
（発明１１）：第１基板に第１密着層を形成する第１密着層形成工程と、前記第１基板に前記第１密着層を介して、Ａｕを含む第１貴金属層を積層形成する第１貴金属層形成工程と、前記第１貴金属層の上に、Ａｕ粒子を用いて筒状構造体を形成する筒状構造体形成工程と、前記第１基板に前記筒状構造体の中空部とつながる第１貫通孔を形成する第１貫通孔形成工程と、第２基板に第２密着層を形成する第２密着層形成工程と、前記第２基板に前記第２密着層を介して、Ａｕを含む第２貴金属層を積層形成する第２貴金属層形成工程と、前記第２基板に前記筒状構造体の中空部とつながる第２貫通孔を形成する第２貫通孔形成工程と、前記第１密着層及び前記第１貴金属層を介して前記筒状構造体が積層された前記第１基板と、前記第２密着層を介して前記第２貴金属層が積層された前記第２基板とを重ね合わせて、前記第２貴金属層と前記筒状構造体とを接触させ、加熱及び加圧によって前記第１基板と前記第２基板とを接合する接合工程と、を含み、前記接合工程により前記筒状構造体が圧縮されてなるＡｕ構造体の中空部を通して前記第１基板の前記第１貫通孔と前記第２基板の前記第２貫通孔とがつながった流路が形成されてなる流路構造体を得ることを特徴とする流路構造体の製造方法。
【００８４】
この製造方法によれば、耐久性が高い良好な流路構造体を得ることができる。
【００８５】
（発明１２）：発明１１に記載の流路構造体の製造方法において、前記第１密着層と前記第１貴金属層の間に前記第１貴金属層から前記第１密着層へのＡｕの拡散を抑止するための第１拡散ブロック層を、前記第１密着層の形成後、前記第１貴金属層の形成前に、形成する第１拡散ブロック層形成工程と、前記第２密着層と前記第２貴金属層の間に前記第２貴金属層から前記第２密着層へのＡｕの拡散を抑止するための第２拡散ブロック層を、前記第２密着層の形成後、前記第２貴金属層の形成前に、形成する第２拡散ブロック層形成工程と、を有することを特徴とする。
【００８６】
かかる態様によれば、一層の耐久性向上を達成できる。
【符号の説明】
【００８７】
１０…流路構造体、２０…第１基板、２２…第１密着層、２４…第１拡散ブロック層、２６…第１Ａｕ層、２８…第１貫通孔、３０…第２基板、３２…第２密着層、３４…第２拡散ブロック層、３６…第２Ａｕ層、３８…第２貫通孔、４０…Ａｕ構造体、４２…中空部、５０…流路構造体、１００…インクジェット、１０２…ノズル、１０４…圧力室、１０６…圧電素子、１０８…振動板、１１０…内部流路、１２０…Ｓｉ構造体、１３０…Ｓｉ構造体、１５０…ノズルプレート
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１流路部が形成された第１基板と、
前記第１基板に積層された第１密着層と、
前記第１密着層を介して前記第１基板に積層されたＡｕを含む第１貴金属層と、
第２流路部が形成された第２基板と、
前記第２基板に積層された第２密着層と、
前記第２密着層を介して前記第２基板に積層されたＡｕを含む第２貴金属層と、
前記第１貴金属層と前記第２貴金属層との間に配置され、前記第１流路部と前記第２流路部とを連通させる連結流路部となる中空部を有する筒状構造からなる構造体であって、当該構造体の組成としてＡｕが９０％以上であるＡｕ構造体と、
を備えたことを特徴とする流路構造体。
【請求項２】
前記第１流路部、前記Ａｕ構造体の前記中空部及び前記第２流路部からなる液体通過流路が構成されることを特徴とする請求項１に記載の流路構造体。
【請求項３】
前記Ａｕ構造体の組成としてＡｕが９９％以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の流路構造体。
【請求項４】
前記Ａｕ構造体は、Ａｕ粒子を用いて成形した後、加熱及び加圧することによって得られたものであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の流路構造体。
【請求項５】
前記第１基板及び前記第２基板は、Ｓｉ基板であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の流路構造体。
【請求項６】
前記第１密着層及び前記第２密着層は、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｚｒのいずれかを含む層であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の流路構造体。
【請求項７】
前記第１貴金属層と前記第１密着層の間に、前記第１貴金属層から前記第１密着層へのＡｕの拡散を抑止するための第１拡散ブロック層が設けられ、
前記第２貴金属層と前記第２密着層の間に、前記第２貴金属層から前記第２密着層へのＡｕの拡散を抑止するための第２拡散ブロック層が設けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の流路構造体。
【請求項８】
前記第１拡散ブロック層及び前記第２拡散ブロック層は、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｕのいずれか、あるいは、これらいずれかの酸化物を含む層であることを特徴とする請求項７に記載の流路構造体。
【請求項９】
前記筒状構造の軸に沿って前記Ａｕ構造体を切断した断面で前記第１貴金属層又は前記第２貴金属層と前記Ａｕ構造体との界面を観察したときに、当該断面の視野内における前記界面の全体の長さをＬ、当該視野内で前記Ａｕ構造体が前記第１貴金属層又は前記第２貴金属層と接着している分の長さをＬ１としたときに、接着部分の比率ＲをＲ＝（Ｌ１／Ｌ）×１００［％］と定義すると、
前記第１貴金属層と前記Ａｕ構造体の界面における接着部分の比率、並びに、前記第２貴金属層と前記Ａｕ構造体の界面における接着部分の比率が、ともに５０％以上であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の流路構造体。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載の流路構造体と、
前記流路構造体によって構成される流路に接続された圧力室と、
前記圧力室内の液を吐出するための吐出口としてのノズルと、
前記圧力室に対応して設けられ、前記ノズルから液滴を吐出させるエネルギーを発生させる吐出エネルギー発生素子と、
を備えたことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項１１】
第１基板に第１密着層を形成する第１密着層形成工程と、
前記第１基板に前記第１密着層を介して、Ａｕを含む第１貴金属層を積層形成する第１貴金属層形成工程と、
前記第１貴金属層の上に、Ａｕ粒子を用いて筒状構造体を形成する筒状構造体形成工程と、
前記第１基板に前記筒状構造体の中空部とつながる第１貫通孔を形成する第１貫通孔形成工程と、
第２基板に第２密着層を形成する第２密着層形成工程と、
前記第２基板に前記第２密着層を介して、Ａｕを含む第２貴金属層を積層形成する第２貴金属層形成工程と、
前記第２基板に前記筒状構造体の中空部とつながる第２貫通孔を形成する第２貫通孔形成工程と、
前記第１密着層及び前記第１貴金属層を介して前記筒状構造体が積層された前記第１基板と、前記第２密着層を介して前記第２貴金属層が積層された前記第２基板とを重ね合わせて、前記第２貴金属層と前記筒状構造体とを接触させ、加熱及び加圧によって前記第１基板と前記第２基板とを接合する接合工程と、
を含み、
前記接合工程により前記筒状構造体が圧縮されてなるＡｕ構造体の中空部を通して前記第１基板の前記第１貫通孔と前記第２基板の前記第２貫通孔とがつながった流路が形成されてなる流路構造体を得ることを特徴とする流路構造体の製造方法。
【請求項１２】
前記第１密着層と前記第１貴金属層の間に前記第１貴金属層から前記第１密着層へのＡｕの拡散を抑止するための第１拡散ブロック層を、前記第１密着層の形成後、前記第１貴金属層の形成前に、形成する第１拡散ブロック層形成工程と、
前記第２密着層と前記第２貴金属層の間に前記第２貴金属層から前記第２密着層へのＡｕの拡散を抑止するための第２拡散ブロック層を、前記第２密着層の形成後、前記第２貴金属層の形成前に、形成する第２拡散ブロック層形成工程と、
を有することを特徴とする請求項１１に記載の流路構造体の製造方法。
【請求項１】
第１流路部が形成された第１基板と、
前記第１基板に積層された第１密着層と、
前記第１密着層を介して前記第１基板に積層されたＡｕを含む第１貴金属層と、
第２流路部が形成された第２基板と、
前記第２基板に積層された第２密着層と、
前記第２密着層を介して前記第２基板に積層されたＡｕを含む第２貴金属層と、
前記第１貴金属層と前記第２貴金属層との間に配置され、前記第１流路部と前記第２流路部とを連通させる連結流路部となる中空部を有する筒状構造からなる構造体であって、当該構造体の組成としてＡｕが９０％以上であるＡｕ構造体と、
を備えたことを特徴とする流路構造体。
【請求項２】
前記第１流路部、前記Ａｕ構造体の前記中空部及び前記第２流路部からなる液体通過流路が構成されることを特徴とする請求項１に記載の流路構造体。
【請求項３】
前記Ａｕ構造体の組成としてＡｕが９９％以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の流路構造体。
【請求項４】
前記Ａｕ構造体は、Ａｕ粒子を用いて成形した後、加熱及び加圧することによって得られたものであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の流路構造体。
【請求項５】
前記第１基板及び前記第２基板は、Ｓｉ基板であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の流路構造体。
【請求項６】
前記第１密着層及び前記第２密着層は、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｚｒのいずれかを含む層であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の流路構造体。
【請求項７】
前記第１貴金属層と前記第１密着層の間に、前記第１貴金属層から前記第１密着層へのＡｕの拡散を抑止するための第１拡散ブロック層が設けられ、
前記第２貴金属層と前記第２密着層の間に、前記第２貴金属層から前記第２密着層へのＡｕの拡散を抑止するための第２拡散ブロック層が設けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の流路構造体。
【請求項８】
前記第１拡散ブロック層及び前記第２拡散ブロック層は、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｕのいずれか、あるいは、これらいずれかの酸化物を含む層であることを特徴とする請求項７に記載の流路構造体。
【請求項９】
前記筒状構造の軸に沿って前記Ａｕ構造体を切断した断面で前記第１貴金属層又は前記第２貴金属層と前記Ａｕ構造体との界面を観察したときに、当該断面の視野内における前記界面の全体の長さをＬ、当該視野内で前記Ａｕ構造体が前記第１貴金属層又は前記第２貴金属層と接着している分の長さをＬ１としたときに、接着部分の比率ＲをＲ＝（Ｌ１／Ｌ）×１００［％］と定義すると、
前記第１貴金属層と前記Ａｕ構造体の界面における接着部分の比率、並びに、前記第２貴金属層と前記Ａｕ構造体の界面における接着部分の比率が、ともに５０％以上であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の流路構造体。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載の流路構造体と、
前記流路構造体によって構成される流路に接続された圧力室と、
前記圧力室内の液を吐出するための吐出口としてのノズルと、
前記圧力室に対応して設けられ、前記ノズルから液滴を吐出させるエネルギーを発生させる吐出エネルギー発生素子と、
を備えたことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項１１】
第１基板に第１密着層を形成する第１密着層形成工程と、
前記第１基板に前記第１密着層を介して、Ａｕを含む第１貴金属層を積層形成する第１貴金属層形成工程と、
前記第１貴金属層の上に、Ａｕ粒子を用いて筒状構造体を形成する筒状構造体形成工程と、
前記第１基板に前記筒状構造体の中空部とつながる第１貫通孔を形成する第１貫通孔形成工程と、
第２基板に第２密着層を形成する第２密着層形成工程と、
前記第２基板に前記第２密着層を介して、Ａｕを含む第２貴金属層を積層形成する第２貴金属層形成工程と、
前記第２基板に前記筒状構造体の中空部とつながる第２貫通孔を形成する第２貫通孔形成工程と、
前記第１密着層及び前記第１貴金属層を介して前記筒状構造体が積層された前記第１基板と、前記第２密着層を介して前記第２貴金属層が積層された前記第２基板とを重ね合わせて、前記第２貴金属層と前記筒状構造体とを接触させ、加熱及び加圧によって前記第１基板と前記第２基板とを接合する接合工程と、
を含み、
前記接合工程により前記筒状構造体が圧縮されてなるＡｕ構造体の中空部を通して前記第１基板の前記第１貫通孔と前記第２基板の前記第２貫通孔とがつながった流路が形成されてなる流路構造体を得ることを特徴とする流路構造体の製造方法。
【請求項１２】
前記第１密着層と前記第１貴金属層の間に前記第１貴金属層から前記第１密着層へのＡｕの拡散を抑止するための第１拡散ブロック層を、前記第１密着層の形成後、前記第１貴金属層の形成前に、形成する第１拡散ブロック層形成工程と、
前記第２密着層と前記第２貴金属層の間に前記第２貴金属層から前記第２密着層へのＡｕの拡散を抑止するための第２拡散ブロック層を、前記第２密着層の形成後、前記第２貴金属層の形成前に、形成する第２拡散ブロック層形成工程と、
を有することを特徴とする請求項１１に記載の流路構造体の製造方法。
【図１】
【図２】
【図５】
【図３】
【図４】
【図２】
【図５】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１７９７３５（Ｐ２０１２−１７９７３５Ａ）
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４２５１２（Ｐ２０１１−４２５１２）
【出願日】平成２３年２月２８日（２０１１．２．２８）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２８日（２０１１．２．２８）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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