液体噴射ヘッドの製造方法及び液体噴射ヘッド並びに液体噴射装置
【課題】製造工程を簡略化してコストを低減した液体噴射ヘッドの製造方法及び液体噴射ヘッド並びに液体噴射装置を提供する。
【解決手段】液体を噴射するノズル開口２１に連通する圧力発生室１２が形成される金属からなる流路形成基板１０を屈曲する工程と、該流路形成基板１０を酸化することにより、その表面に前記屈曲により形成された屈曲部５１を有する振動板５０を形成する工程と、該振動板５０上に圧力発生素子３００を形成する工程と、前記流路形成基板１０をエッチングすることにより、前記圧力発生室１２を形成する工程とを具備する。
【解決手段】液体を噴射するノズル開口２１に連通する圧力発生室１２が形成される金属からなる流路形成基板１０を屈曲する工程と、該流路形成基板１０を酸化することにより、その表面に前記屈曲により形成された屈曲部５１を有する振動板５０を形成する工程と、該振動板５０上に圧力発生素子３００を形成する工程と、前記流路形成基板１０をエッチングすることにより、前記圧力発生室１２を形成する工程とを具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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及び液体噴射ヘッド並びに液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体噴射ヘッドであるインクジェット式記録ヘッドとしては、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撓み振動モードの圧電素子を有するアクチュエータ装置を使用したものが知られている。
【０００３】
このようなインクジェット式記録ヘッドとしては、ノズル開口に連通する圧力発生室が形成された流路形成基板と、流路形成基板の圧力発生室に相対向する領域に振動板となる絶縁膜を介して下電極膜、圧電体層及び上電極膜を積層形成した圧電素子とで構成されている。
【０００４】
また、振動板の圧力発生室に相対向する領域に屈曲部を設け、この屈曲部によって圧電素子の撓み変形量を向上したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１４４５９４号公報（第９〜１０頁、第１１〜１５図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のように、屈曲された振動板を形成するのは困難であると共に、屈曲された振動板を作成するには、製造工程が増えてしまいコストが増大してしまうという問題がある。
【０００７】
なお、このような問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、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにおいても同様に存在する。
【０００８】
また、このような問題は、振動板を振動させる駆動部として撓み振動モードの圧電素子を用いたものに限定されるものではなく、撓み振動モードの圧電素子以外の圧力発生素子によって振動板を振動させる液体噴射ヘッドであっても同様に存在する。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑み、製造工程を簡略化してコストを低減した液体噴射ヘッドの製造方法及び液体噴射ヘッド並びに液体噴射装置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】
【００１０】
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圧力発生室が形成される金属からなる流路形成基板を屈曲する工程と、該流路形成基板を酸化することにより、その表面に前記屈曲により形成された屈曲部を有する振動板を形成する工程と、該振動板上に圧力発生素子を形成する工程と、前記流路形成基板をエッチングすることにより、前記圧力発生室を形成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。
かかる態様では、金属からなる流路形成基板を屈曲し、これを酸化して振動板を形成することで、屈曲された振動板を容易に且つ低コストで形成することができる。また、振動板に屈曲部を形成することで、振動板及び圧力発生素子の変位特性を向上することができる。
【００１１】
ここで、前記振動板の前記屈曲部が、前記圧力発生素子の幅方向両側に設けられていることが好ましい。これによれば、振動板の変位特性を向上して液体噴射特性を向上することができる。
【００１２】
また、前記振動板が、前記流路形成基板の表面に沿って設けられた平坦部と、前記圧力発生室に相対向する領域に該平坦部に対して前記流路形成基板とは反対側に向かって傾斜して設けられた傾斜部と、前記平坦部と同一方向に設けられると共に前記圧力発生素子が設けられた圧力発生素子戴置部とが連続して設けられたものであると共に、前記屈曲部が、前記平坦部と前記傾斜部との間に設けられた第１の屈曲部と、前記傾斜部と圧力発生素子戴置部との間に設けられた第２の屈曲部とで構成されていることが好ましい。これによれば、圧力発生室の容積を向上して、且つ振動板の変位特性を向上して液体噴射特性を向上することができる。
【００１３】
また、前記流路形成基板の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工程をさらに具備することが好ましい。これによれば、液体に応じて保護膜を設けることによって、金属からなる流路形成基板が、液体により侵食されるのを確実に防止することができる。
【００１４】
また、前記流路形成基板を屈曲する工程では、プレス加工により行うことが好ましい。これによれば、屈曲された流路形成基板を容易に且つ低コストで形成することができる。
【００１５】
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圧力発生室が設けられた金属からなる流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に設けられた振動板と、該振動板上に設けられた圧力発生素子とを具備し、前記振動板が、前記流路形成基板の一部を酸化することで形成されていると共に、当該振動板には、前記流路形成基板を屈曲することにより形成された屈曲部が、前記圧力発生素子の幅方向両側に設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる態様では、振動板及び圧力発生素子の変位特性を向上して液体噴射特性を向上すると共に、コストを低減した液体噴射ヘッドを実現できる。
【００１６】
また、本発明の他の態様では、上記態様の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。
かかる態様では、コストを低減した液体噴射装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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平面図及びそのＡ−Ａ′断面図であり、図２は、図１（ｂ）のＢ−Ｂ′断面図である。
【００１８】
図示するように、流路形成基板１０は、酸化可能な金属材料からなる。ここで、流路形成基板１０の材料としては、例えば、ジルコニウム（Ｚｒ）、タンタル（Ｔａ）、アルミニウム（Ａｌ）等が挙げられる。本実施形態では、ジルコニウム（Ｚｒ）を用いた。
【００１９】
また、流路形成基板１０の一方の面には、流路形成基板１０を酸化することにより形成された金属酸化物からなる振動板５０が設けられている。すなわち、流路形成基板１０は、振動板５０を酸化して形成するために酸化可能な金属材料である必要がある。本実施形態では、流路形成基板１０としてジルコニウムを用いたため、振動板５０は、酸化ジルコニウム（ＺｒＯｘ）からなる。なお、例えば、流路形成基板１０としてタンタルを用いた場合には、振動板５０は酸化タンタル（ＴａＯｘ）で形成され、アルミニウムを用いた場合には酸化アルミニウム（ＡｌｘＯｙ）で形成される。
【００２０】
流路形成基板１０には、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１１によって区画された圧力発生室１２がその幅方向（短手方向）に並設されている。また、各列の圧力発生室１２の長手方向外側の領域には連通部１３が形成され、連通部１３と各圧力発生室１２とが、各圧力発生室１２毎に設けられたインク供給路１４及び連通路１５を介して連通されている。すなわち、本実施形態では、流路形成基板１０に液体流路として、圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５が形成されている。
【００２１】
連通部１３は、後述する保護基板３０のリザーバ部３１と連通して圧力発生室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。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。本実施形態では、インク供給路１４は、圧力発生室１２及び連通路１５の一方の幅を狭めることで形成されているが、特にこれに限定されず、例えば圧力発生室１２及び連通路１５の両側の幅を狭めることでインク供給路１４を形成するようにしてもよく、厚さ方向に絞ることでインク供給路１４を形成してもよい。
【００２２】
また、このような流路形成基板１０の液体流路の内面には、耐インク性を有する材料、例えば、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、酸化チタン、酸化タンタル、酸化アルミニウム等の酸化膜や窒化膜からなる保護膜１６が設けられている。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、保護膜１６の材料は、上述したものに限定されず、使用するインク（液体）のｐＨ値によっては、他の材料を用いてもよい。ただし、酸性の液体を用いる場合には、もちろん耐酸性の保護膜を用いることになる。
【００２３】
また、流路形成基板１０の圧力発生室１２が開口する面側には、各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側の端部近傍に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によって固着されている。なお、ノズルプレート２０は、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板又はステンレス鋼などからなる。
【００２４】
一方、このような流路形成基板１０の開口面とは反対側の面には、上述したように、振動板５０が形成され、この振動板５０上には、下電極膜６０と圧電体層７０と上電極膜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３２０という。本実施形態では、下電極膜６０を複数の圧電素子３００の共通電極とし、上電極膜８０を各圧電素子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３２０が形成されていることになる。また、ここでは、圧電素子３００を所定の基板上（流路形成基板１０上）に設け、当該圧電素子３００を駆動させた装置をアクチュエータ装置と称する。
【００２５】
また、本実施形態では、下電極膜６０は、複数の圧電素子３００に亘って設けられているが、当該下電極膜６０の圧力発生室１２の長手方向に相当する方向を長手方向とし、圧力発生室１２の幅方向に相当する方向を下電極膜６０の短手方向（幅方向）とする。そして、下電極膜６０の長手方向の端部を圧力発生室１２に相対向する領域に設けることで、圧電素子３００の実質的な駆動部となる圧電体能動部３２０の長手方向の端部（長さ）を規定している。また、圧電素子３００の短手方向である上電極膜８０の短手方向の端部を圧力発生室１２に相対向する領域内に設けることで、圧電体能動部３２０の短手方向の端部（幅）を規定している。すなわち、圧電体能動部３２０は、パターニングされた下電極膜６０及び上電極膜８０によって、圧力発生室１２に相対向する領域にのみ設けられていることになる。さらに、圧電体層７０及び上電極膜８０は、圧電素子３００の長手方向で、下電極膜６０の両端部の外側まで延設されている。このような圧電素子３００は、幅方向に撓み変形することによって圧力発生室１２の容積を変化させて圧力発生室１２内に圧力変化を生じさせてノズル開口２１からインクを吐出させる。
【００２６】
なお、本実施形態では、圧電体層７０及び上電極膜８０は、図２に示すように、上電極膜８０側の幅が狭くなるようにパターニングされ、その側面は傾斜面となっている。
【００２７】
また、上述した例では、振動板５０のみを設けるようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、流路形成基板１０の一部を酸化することにより形成した振動板５０上に、他の膜を形成するようにしてもよい。すなわち、所望の弾性率や耐久性に応じて、振動板５０の厚さや、その構成を適宜変更してもよい。
【００２８】
ここで、振動板５０は、図２に示すように、圧力発生室１２の幅方向両側に屈曲部５１を有する。なお、上述のように圧力発生室１２の幅方向とは、複数の圧力発生室１２が並設された方向（短手方向）のことを言う。また、本実施形態では、屈曲部５１は、圧電素子３００の幅方向両側の圧力発生室１２に相対向する領域に設けられている。もちろん、圧電素子３００の実質的な駆動部である圧電体能動部３２０の一部が、屈曲部５１上に形成されていてもよく、また、圧電素子３００の一部（例えば、下電極膜６０や圧電体層７０の一部）が、屈曲部５１上に形成されていてもよい。
【００２９】
具体的には、振動板５０は、圧電素子３００の幅方向両側のそれぞれに、流路形成基板１０の表面に設けられた平坦部５２と、平坦部５２から連続して圧力発生室１２に相対向する領域に流路形成基板１０とは反対側に向かって傾斜して設けられた傾斜部５３と、傾斜部５３に連続して平坦部５２の面方向と同じ方向に設けられた圧電素子戴置部（圧力発生素子載置部）５４とを具備し、平坦部５２と傾斜部５３との間に屈曲された第１の屈曲部５５が設けられ、傾斜部５３と圧電素子戴置部５４との間に屈曲された第２の屈曲部５６が設けられている。すなわち、本実施形態では、屈曲部５１として、第１の屈曲部５５と第２の屈曲部５６との２つが設けられ、これにより、振動板５０は、流路形成基板１０の圧力発生室１２とは反対側に向かって凸形状となっている。
【００３０】
このように、振動板５０の圧力発生室１２に相対向する領域の圧電素子３００の幅方向両側に屈曲部５１を設けることで、圧電素子３００を駆動して撓み変形させた際に、振動板５０の傾斜部５３を傾斜させるように変形させて振動板５０の変位量を向上することができる。
【００３１】
すなわち、例えば、振動板を平板状に形成した場合、圧電素子３００の変位に対して振動板が抗する力が強く、圧電素子３００の変位量が小さくなってしまうが、振動板５０に屈曲部５１を設けることで、圧電素子３００の変位に対して振動板５０が抗する力を小さくして圧電素子３００の変位量を大きくすることができる。
【００３２】
なお、本実施形態では、振動板５０の圧電素子３００の長手方向両側の圧力発生室１２に相対向する領域にも屈曲部が設けられていることになる。
【００３３】
また、圧電素子３００の個別電極である各上電極膜８０には、インク供給路１４側の端部近傍から引き出され、振動板５０上にまで延設される、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０が接続されている。
【００３４】
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、振動板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を有する保護基板３０が接着剤３５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、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。
【００３５】
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。圧電素子保持部３２は、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有していればよく、当該空間は密封されていても、密封されていなくてもよい。
【００３６】
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。
【００３７】
また、保護基板３０上には、並設された圧電素子３００を駆動するための駆動回路１２０が固定されている。駆動回路１２０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１２０とリード電極９０とは、貫通孔３３を挿通させた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１２１を介して電気的に接続されている。
【００３８】
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を用いることが好ましいが、保護基板３０は、リード電極９０上に接着剤３５を介して接着されると共にその表面に駆動回路１２０に接続される配線（図示なし）が形成されるため、絶縁材料又は表面に絶縁膜を設けたものを用いるのが好ましい。
【００３９】
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有機絶縁材料からなり、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で形成されている。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。
【００４０】
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドＩ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、振動板５０、下電極膜６０、圧電体層７０及び上電極膜８０を撓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。
【００４１】
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３〜図５を参照して説明する。なお、図３〜図５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圧力発生室の短手方向の断面図である。
【００４２】
まず、図３（ａ）に示すように、複数の流路形成基板１０が一体的に形成される平板状の金属板１１０を屈曲することにより、屈曲部１５１を形成する。ここで、金属板１１０は、上述のように酸化可能な金属材料からなる。また、金属板１１０の屈曲は、例えば、プレス加工により行うことができる。そして、金属板１１０を屈曲することにより形成した屈曲部１５１は、後の工程で、金属板１１０を酸化して振動板５０を形成した際に、振動板５０の屈曲部５１となる。したがって、金属板１１０は、振動板５０の屈曲部５１の屈曲量に応じて適宜屈曲すればよい。
【００４３】
次に、図３（ｂ）に示すように、金属板１１０の表面に、金属板１１０の一部を酸化することにより金属酸化物からなる金属酸化膜１５０を形成する。金属板１１０の一方面に設けられた金属酸化膜１５０が本実施形態の振動板５０となる。ここで、金属板１１０の酸化は、例えば、熱酸化であってもよく、また、陽極酸化であってもよい。このように、振動板５０を流路形成基板１０（金属板１１０）の一部を酸化することにより形成することで、流路形成基板１０と振動板５０との剥離を確実に防止することができると共に、後の工程で、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した際に、振動板５０をエッチングストップ層として機能させることができる。
【００４４】
また、本実施形態では、流路形成基板１０となる金属板１１０を屈曲し、この屈曲された金属板１１０（流路形成基板１０）の一部を酸化することにより振動板５０を形成したため、振動板５０に屈曲部５１（第１の屈曲部５５、第２の屈曲部５６）、すなわち、平坦部５２、傾斜部５３及び圧電素子戴置部５４を有する振動板５０を容易に形成することができる。すなわち、流路形成基板１０として、屈曲することができない材料を用いた場合、流路形成基板１０の表面に凹凸をエッチングにより形成して、この凹凸に沿って振動板を形成するしかなく、製造工程が増えてコストが増大してしまうが、本実施形態のように流路形成基板１０を屈曲して屈曲された振動板５０を形成することで、製造工程を簡略化してコストを低減することができると共に、所望の形状の振動板５０を容易に形成することができる。
【００４５】
次に、図３（ｃ）に示すように、例えば、白金とイリジウムとを振動板５０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。なお、下電極膜６０は、白金（Ｐｔ）とイリジウム（Ｉｒ）とを積層したものに限定されず、これらを合金化させたものを用いるようにしてもよい。また、下電極膜６０として、白金（Ｐｔ）とイリジウム（Ｉｒ）の何れか一方の単層として用いるようにしてもよく、さらに、これらの材料以外の金属又は金属酸化物等を用いるようにしてもよい。
【００４６】
次に、図３（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、本実施形態では、金属有機物を溶媒に溶解・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。なお、圧電体層７０の形成方法は、特に限定されず、例えば、ＭＯＤ法やスパッタリング法等を用いるようにしてもよい。また、圧電体層７０の厚さについては、製造工程でクラックが発生しない程度に厚さを抑え、且つ十分な変位特性を呈する程度に厚く形成する。例えば、本実施形態では、圧電体層７０を１〜２μｍ前後の厚さで形成した。さらに、圧電体層７０及び上電極膜８０のパターニングは、特に限定されないが、例えば、本実施形態では、ドライエッチングにより、その側面を傾斜させて形成できる。
【００４７】
次に、図４（ａ）に示すように、金属板１１０の一方面の全面に亘って金（Ａｕ）からなるリード電極９０を形成後、各圧電素子３００毎にパターニングする。
【００４８】
次に、図４（ｂ）に示すように、保護基板３０が複数一体的に形成された保護基板形成部材１３０を、金属板１１０上に接着剤３５を介して接着する。ここで、保護基板形成部材１３０の保護基板３０となる領域には、リザーバ部３１及び圧電素子保持部３２等が予め形成されたものである。
【００４９】
次いで、図４（ｃ）に示すように、金属板１１０の圧電素子３００とは反対側の金属酸化膜１５０を所定形状にパターニングすることで開口部１５２を形成する。そして、図５（ａ）に示すように、金属板１１０を金属酸化膜１５０をマスクとしてエッチングすることにより、圧電素子３００に対応する圧力発生室１２を形成する。このとき、金属板１１０を屈曲することにより形成された凹部は除去されて、振動板５０は、圧力発生室１２の圧電素子３００側の開口を塞ぐように設けられる。
【００５０】
なお、金属板１１０のエッチングは、ドライエッチングであってもウェットエッチングであってもよい。本実施形態では、金属酸化膜１５０のパターニングと金属板１１０のエッチングの両方を異なるガスを用いたドライエッチングにより行った。また、金属板１１０をドライエッチングすると、振動板５０がエッチングストップ層として機能する。
【００５１】
また、本実施形態では、金属板１１０（流路形成基板１０）を酸化して形成した金属酸化膜１５０を、流路形成基板１０をエッチングする際のマスクとして利用したが、特にこれに限定されず、新たにマスクを形成するようにしてもよい。
【００５２】
次に、金属板１１０表面のマスクとして利用した金属酸化膜１５０を除去し、図５（ｂ）に示すように、液体流路の内面、すなわち、圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５の内面に保護膜１６を形成する。
【００５３】
なお、保護膜１６は、上述したように、例えば、酸化物又は窒化物等の耐液体性（耐インク性）を有する材料からなる。保護膜１６として、酸化ジルコニウムを用いる場合には、スパッタリング法やＣＶＤ法により形成することができる。また、流路形成基板１０（金属板１１０）として、アルミニウム、マンガン、チタン等を用いた場合には、流路形成基板１０を陽極酸化することにより酸化アルミニウム、酸化マンガン、酸化チタンからなる保護膜１６を形成することができる。ちなみに、流路形成基板１０を加熱して熱酸化させることにより保護膜１６を形成することも考えられるが、この加熱により圧電素子３００（特に圧電体層７０）に悪影響を及ぼすため好ましくない。
【００５４】
その後は、金属板１１０及び保護基板形成部材１３０の外周縁部の不要部分を、例えば、ダイシング等により切断することによって除去する。そして、金属板１１０の保護基板形成部材１３０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、保護基板形成部材１３０にコンプライアンス基板４０を接合し、金属板１１０等を図１に示すような一つのチップサイズの流路形成基板１０等に分割することによって、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドＩとする。
【００５５】
（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、振動板５０を流路形成基板１０とは反対側に凸となるように形成したが、本発明の振動板５０の形状は、特にこれに限定されるものではない。ここで、振動板５０の他の例を図６に示す。
【００５６】
図６（ａ）に示すように、振動板５０Ａには、圧電素子３００の幅方向両側の圧力発生室１２に相対向する領域に屈曲部５１Ａが設けられている。具体的には、振動板５０Ａは、流路形成基板１０の表面に設けられた平坦部５２と、平坦部５２から連続すると共に圧力発生室１２に相対向する領域に流路形成基板１０側に向かって傾斜した傾斜部５３Ａと、傾斜部５３Ａに連続して平坦部５２の面方向と同じ方向に設けられた圧電素子戴置部５４とを具備し、平坦部５２と傾斜部５３Ａとの間に屈曲された第１の屈曲部５５Ａが設けられ、傾斜部５３Ａと圧電素子戴置部５４との間に屈曲された第２の屈曲部５６Ａが設けられている。すなわち、本実施形態では、振動板５０が屈曲部５１Ａによって圧力発生室１２側に凸となるように、第１の屈曲部５５Ａと第２の屈曲部５６Ａとからなる屈曲部５１Ａが設けられている。
【００５７】
このような構成としても、振動板５０Ａの屈曲部５１Ａに応力が集中して振動板５０Ａにクラック等の破壊が発生するのを防止することができる。
【００５８】
また、図６（ｂ）に示すように、振動板５０Ｂには、圧電素子３００の幅方向両側の圧力発生室１２に相対向する領域に屈曲部５１Ｂが設けられている。具体的には、振動板５０Ｂは、流路形成基板１０の表面に設けられた平坦部５２と、平坦部５２から連続すると共に圧力発生室１２に相対向する領域に流路形成基板１０側に向かって傾斜した第１の傾斜部５７と、第１の傾斜部５７から連続して第１の傾斜部５７に対して流路形成基板１０とは反対側に向かって傾斜して設けられた第２の傾斜部５８と、第２の傾斜部５８に連続すると共に平坦部５２の面方向と同じ方向に設けられた圧電素子戴置部５４とを具備する。そして、平坦部５２と第１の傾斜部５７との間に屈曲された第１の屈曲部５５Ｂが設けられ、第１の傾斜部５７と第２の傾斜部５８との間に屈曲された第２の屈曲部５６Ｂが設けられ、第２の傾斜部５８と圧電素子戴置部５４との間に屈曲された第３の屈曲部５９が設けられている。すなわち、本実施形態では、屈曲部５１Ｂとして、第１の屈曲部５５Ｂと第２の屈曲部５６Ｂと第３の屈曲部５９との３つが設けられていることになる。
【００５９】
このような構成としても、振動板５０Ｂの屈曲部５１Ｂに応力が集中して振動板５０Ｂにクラック等の破壊が発生するのを防止することができる。
【００６０】
そして、何れの振動板５０、５０Ａ、５０Ｂであっても、金属からなる流路形成基板１０を例えば、プレス加工等により屈曲し、その表面を酸化させることで容易に形成することができる。
【００６１】
さらに、上述した例では、振動板５０〜５０Ｂを振動させる圧力発生素子として、薄膜型（撓み振動型）の圧電素子３００（圧電体能動部３２０）を例示したが、振動板５０〜５０Ｂを振動させる圧力発生素子としては、特にこれに限定されるものではない。圧力発生素子の他の例としては、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圧電素子（圧電体能動部）や、圧電材料と電極形成材料とを交互に積層させて軸方向に伸縮させる縦振動型の圧電素子や、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振動させるいわゆる静電式アクチュエータなどが挙げられる。
【００６２】
なお、このようなインクジェット式記録ヘッドＩ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IIに搭載される。図７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７に示すように、インクジェット式記録ヘッドＩ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。
【００６３】
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。
【００６４】
なお、上述した実施形態１〜３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（電界放出ディスプレー）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。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの平面図及び断面図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの要部断面図である。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】本発明の他の実施形態に係る記録ヘッドを示す断面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る記録装置の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００６６】
Ｉ インクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、 II インクジェット式記録装置（液体噴射装置）、 １０ 流路形成基板、 １２ 圧力発生室、 １３ 連通部、 １４ インク供給路、 １５ 連通路、 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、 ３３ 貫通孔、 ４０ コンプライアンス基板、 ５０、５０Ａ、５０Ｂ 振動板、 ５１、５１Ａ、５１Ｂ 屈曲部、 ６０ 下電極膜、 ７０ 圧電体層、 ８０ 上電極膜、 ９０ リード電極、 １００ リザーバ、 １２０ 駆動回路、 １２１ 接続配線、 ３００ 圧電素子（圧力発生素子）、 ３２０ 圧電体能動部
【技術分野】
【０００１】
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及び液体噴射ヘッド並びに液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体噴射ヘッドであるインクジェット式記録ヘッドとしては、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撓み振動モードの圧電素子を有するアクチュエータ装置を使用したものが知られている。
【０００３】
このようなインクジェット式記録ヘッドとしては、ノズル開口に連通する圧力発生室が形成された流路形成基板と、流路形成基板の圧力発生室に相対向する領域に振動板となる絶縁膜を介して下電極膜、圧電体層及び上電極膜を積層形成した圧電素子とで構成されている。
【０００４】
また、振動板の圧力発生室に相対向する領域に屈曲部を設け、この屈曲部によって圧電素子の撓み変形量を向上したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１４４５９４号公報（第９〜１０頁、第１１〜１５図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のように、屈曲された振動板を形成するのは困難であると共に、屈曲された振動板を作成するには、製造工程が増えてしまいコストが増大してしまうという問題がある。
【０００７】
なお、このような問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、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにおいても同様に存在する。
【０００８】
また、このような問題は、振動板を振動させる駆動部として撓み振動モードの圧電素子を用いたものに限定されるものではなく、撓み振動モードの圧電素子以外の圧力発生素子によって振動板を振動させる液体噴射ヘッドであっても同様に存在する。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑み、製造工程を簡略化してコストを低減した液体噴射ヘッドの製造方法及び液体噴射ヘッド並びに液体噴射装置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】
【００１０】
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圧力発生室が形成される金属からなる流路形成基板を屈曲する工程と、該流路形成基板を酸化することにより、その表面に前記屈曲により形成された屈曲部を有する振動板を形成する工程と、該振動板上に圧力発生素子を形成する工程と、前記流路形成基板をエッチングすることにより、前記圧力発生室を形成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。
かかる態様では、金属からなる流路形成基板を屈曲し、これを酸化して振動板を形成することで、屈曲された振動板を容易に且つ低コストで形成することができる。また、振動板に屈曲部を形成することで、振動板及び圧力発生素子の変位特性を向上することができる。
【００１１】
ここで、前記振動板の前記屈曲部が、前記圧力発生素子の幅方向両側に設けられていることが好ましい。これによれば、振動板の変位特性を向上して液体噴射特性を向上することができる。
【００１２】
また、前記振動板が、前記流路形成基板の表面に沿って設けられた平坦部と、前記圧力発生室に相対向する領域に該平坦部に対して前記流路形成基板とは反対側に向かって傾斜して設けられた傾斜部と、前記平坦部と同一方向に設けられると共に前記圧力発生素子が設けられた圧力発生素子戴置部とが連続して設けられたものであると共に、前記屈曲部が、前記平坦部と前記傾斜部との間に設けられた第１の屈曲部と、前記傾斜部と圧力発生素子戴置部との間に設けられた第２の屈曲部とで構成されていることが好ましい。これによれば、圧力発生室の容積を向上して、且つ振動板の変位特性を向上して液体噴射特性を向上することができる。
【００１３】
また、前記流路形成基板の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工程をさらに具備することが好ましい。これによれば、液体に応じて保護膜を設けることによって、金属からなる流路形成基板が、液体により侵食されるのを確実に防止することができる。
【００１４】
また、前記流路形成基板を屈曲する工程では、プレス加工により行うことが好ましい。これによれば、屈曲された流路形成基板を容易に且つ低コストで形成することができる。
【００１５】
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圧力発生室が設けられた金属からなる流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に設けられた振動板と、該振動板上に設けられた圧力発生素子とを具備し、前記振動板が、前記流路形成基板の一部を酸化することで形成されていると共に、当該振動板には、前記流路形成基板を屈曲することにより形成された屈曲部が、前記圧力発生素子の幅方向両側に設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる態様では、振動板及び圧力発生素子の変位特性を向上して液体噴射特性を向上すると共に、コストを低減した液体噴射ヘッドを実現できる。
【００１６】
また、本発明の他の態様では、上記態様の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。
かかる態様では、コストを低減した液体噴射装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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平面図及びそのＡ−Ａ′断面図であり、図２は、図１（ｂ）のＢ−Ｂ′断面図である。
【００１８】
図示するように、流路形成基板１０は、酸化可能な金属材料からなる。ここで、流路形成基板１０の材料としては、例えば、ジルコニウム（Ｚｒ）、タンタル（Ｔａ）、アルミニウム（Ａｌ）等が挙げられる。本実施形態では、ジルコニウム（Ｚｒ）を用いた。
【００１９】
また、流路形成基板１０の一方の面には、流路形成基板１０を酸化することにより形成された金属酸化物からなる振動板５０が設けられている。すなわち、流路形成基板１０は、振動板５０を酸化して形成するために酸化可能な金属材料である必要がある。本実施形態では、流路形成基板１０としてジルコニウムを用いたため、振動板５０は、酸化ジルコニウム（ＺｒＯｘ）からなる。なお、例えば、流路形成基板１０としてタンタルを用いた場合には、振動板５０は酸化タンタル（ＴａＯｘ）で形成され、アルミニウムを用いた場合には酸化アルミニウム（ＡｌｘＯｙ）で形成される。
【００２０】
流路形成基板１０には、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１１によって区画された圧力発生室１２がその幅方向（短手方向）に並設されている。また、各列の圧力発生室１２の長手方向外側の領域には連通部１３が形成され、連通部１３と各圧力発生室１２とが、各圧力発生室１２毎に設けられたインク供給路１４及び連通路１５を介して連通されている。すなわち、本実施形態では、流路形成基板１０に液体流路として、圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５が形成されている。
【００２１】
連通部１３は、後述する保護基板３０のリザーバ部３１と連通して圧力発生室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。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。本実施形態では、インク供給路１４は、圧力発生室１２及び連通路１５の一方の幅を狭めることで形成されているが、特にこれに限定されず、例えば圧力発生室１２及び連通路１５の両側の幅を狭めることでインク供給路１４を形成するようにしてもよく、厚さ方向に絞ることでインク供給路１４を形成してもよい。
【００２２】
また、このような流路形成基板１０の液体流路の内面には、耐インク性を有する材料、例えば、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、酸化チタン、酸化タンタル、酸化アルミニウム等の酸化膜や窒化膜からなる保護膜１６が設けられている。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、保護膜１６の材料は、上述したものに限定されず、使用するインク（液体）のｐＨ値によっては、他の材料を用いてもよい。ただし、酸性の液体を用いる場合には、もちろん耐酸性の保護膜を用いることになる。
【００２３】
また、流路形成基板１０の圧力発生室１２が開口する面側には、各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側の端部近傍に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によって固着されている。なお、ノズルプレート２０は、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板又はステンレス鋼などからなる。
【００２４】
一方、このような流路形成基板１０の開口面とは反対側の面には、上述したように、振動板５０が形成され、この振動板５０上には、下電極膜６０と圧電体層７０と上電極膜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３２０という。本実施形態では、下電極膜６０を複数の圧電素子３００の共通電極とし、上電極膜８０を各圧電素子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３２０が形成されていることになる。また、ここでは、圧電素子３００を所定の基板上（流路形成基板１０上）に設け、当該圧電素子３００を駆動させた装置をアクチュエータ装置と称する。
【００２５】
また、本実施形態では、下電極膜６０は、複数の圧電素子３００に亘って設けられているが、当該下電極膜６０の圧力発生室１２の長手方向に相当する方向を長手方向とし、圧力発生室１２の幅方向に相当する方向を下電極膜６０の短手方向（幅方向）とする。そして、下電極膜６０の長手方向の端部を圧力発生室１２に相対向する領域に設けることで、圧電素子３００の実質的な駆動部となる圧電体能動部３２０の長手方向の端部（長さ）を規定している。また、圧電素子３００の短手方向である上電極膜８０の短手方向の端部を圧力発生室１２に相対向する領域内に設けることで、圧電体能動部３２０の短手方向の端部（幅）を規定している。すなわち、圧電体能動部３２０は、パターニングされた下電極膜６０及び上電極膜８０によって、圧力発生室１２に相対向する領域にのみ設けられていることになる。さらに、圧電体層７０及び上電極膜８０は、圧電素子３００の長手方向で、下電極膜６０の両端部の外側まで延設されている。このような圧電素子３００は、幅方向に撓み変形することによって圧力発生室１２の容積を変化させて圧力発生室１２内に圧力変化を生じさせてノズル開口２１からインクを吐出させる。
【００２６】
なお、本実施形態では、圧電体層７０及び上電極膜８０は、図２に示すように、上電極膜８０側の幅が狭くなるようにパターニングされ、その側面は傾斜面となっている。
【００２７】
また、上述した例では、振動板５０のみを設けるようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、流路形成基板１０の一部を酸化することにより形成した振動板５０上に、他の膜を形成するようにしてもよい。すなわち、所望の弾性率や耐久性に応じて、振動板５０の厚さや、その構成を適宜変更してもよい。
【００２８】
ここで、振動板５０は、図２に示すように、圧力発生室１２の幅方向両側に屈曲部５１を有する。なお、上述のように圧力発生室１２の幅方向とは、複数の圧力発生室１２が並設された方向（短手方向）のことを言う。また、本実施形態では、屈曲部５１は、圧電素子３００の幅方向両側の圧力発生室１２に相対向する領域に設けられている。もちろん、圧電素子３００の実質的な駆動部である圧電体能動部３２０の一部が、屈曲部５１上に形成されていてもよく、また、圧電素子３００の一部（例えば、下電極膜６０や圧電体層７０の一部）が、屈曲部５１上に形成されていてもよい。
【００２９】
具体的には、振動板５０は、圧電素子３００の幅方向両側のそれぞれに、流路形成基板１０の表面に設けられた平坦部５２と、平坦部５２から連続して圧力発生室１２に相対向する領域に流路形成基板１０とは反対側に向かって傾斜して設けられた傾斜部５３と、傾斜部５３に連続して平坦部５２の面方向と同じ方向に設けられた圧電素子戴置部（圧力発生素子載置部）５４とを具備し、平坦部５２と傾斜部５３との間に屈曲された第１の屈曲部５５が設けられ、傾斜部５３と圧電素子戴置部５４との間に屈曲された第２の屈曲部５６が設けられている。すなわち、本実施形態では、屈曲部５１として、第１の屈曲部５５と第２の屈曲部５６との２つが設けられ、これにより、振動板５０は、流路形成基板１０の圧力発生室１２とは反対側に向かって凸形状となっている。
【００３０】
このように、振動板５０の圧力発生室１２に相対向する領域の圧電素子３００の幅方向両側に屈曲部５１を設けることで、圧電素子３００を駆動して撓み変形させた際に、振動板５０の傾斜部５３を傾斜させるように変形させて振動板５０の変位量を向上することができる。
【００３１】
すなわち、例えば、振動板を平板状に形成した場合、圧電素子３００の変位に対して振動板が抗する力が強く、圧電素子３００の変位量が小さくなってしまうが、振動板５０に屈曲部５１を設けることで、圧電素子３００の変位に対して振動板５０が抗する力を小さくして圧電素子３００の変位量を大きくすることができる。
【００３２】
なお、本実施形態では、振動板５０の圧電素子３００の長手方向両側の圧力発生室１２に相対向する領域にも屈曲部が設けられていることになる。
【００３３】
また、圧電素子３００の個別電極である各上電極膜８０には、インク供給路１４側の端部近傍から引き出され、振動板５０上にまで延設される、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０が接続されている。
【００３４】
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、振動板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を有する保護基板３０が接着剤３５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、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。
【００３５】
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。圧電素子保持部３２は、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有していればよく、当該空間は密封されていても、密封されていなくてもよい。
【００３６】
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。
【００３７】
また、保護基板３０上には、並設された圧電素子３００を駆動するための駆動回路１２０が固定されている。駆動回路１２０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１２０とリード電極９０とは、貫通孔３３を挿通させた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１２１を介して電気的に接続されている。
【００３８】
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を用いることが好ましいが、保護基板３０は、リード電極９０上に接着剤３５を介して接着されると共にその表面に駆動回路１２０に接続される配線（図示なし）が形成されるため、絶縁材料又は表面に絶縁膜を設けたものを用いるのが好ましい。
【００３９】
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有機絶縁材料からなり、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で形成されている。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。
【００４０】
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドＩ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、振動板５０、下電極膜６０、圧電体層７０及び上電極膜８０を撓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。
【００４１】
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３〜図５を参照して説明する。なお、図３〜図５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圧力発生室の短手方向の断面図である。
【００４２】
まず、図３（ａ）に示すように、複数の流路形成基板１０が一体的に形成される平板状の金属板１１０を屈曲することにより、屈曲部１５１を形成する。ここで、金属板１１０は、上述のように酸化可能な金属材料からなる。また、金属板１１０の屈曲は、例えば、プレス加工により行うことができる。そして、金属板１１０を屈曲することにより形成した屈曲部１５１は、後の工程で、金属板１１０を酸化して振動板５０を形成した際に、振動板５０の屈曲部５１となる。したがって、金属板１１０は、振動板５０の屈曲部５１の屈曲量に応じて適宜屈曲すればよい。
【００４３】
次に、図３（ｂ）に示すように、金属板１１０の表面に、金属板１１０の一部を酸化することにより金属酸化物からなる金属酸化膜１５０を形成する。金属板１１０の一方面に設けられた金属酸化膜１５０が本実施形態の振動板５０となる。ここで、金属板１１０の酸化は、例えば、熱酸化であってもよく、また、陽極酸化であってもよい。このように、振動板５０を流路形成基板１０（金属板１１０）の一部を酸化することにより形成することで、流路形成基板１０と振動板５０との剥離を確実に防止することができると共に、後の工程で、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した際に、振動板５０をエッチングストップ層として機能させることができる。
【００４４】
また、本実施形態では、流路形成基板１０となる金属板１１０を屈曲し、この屈曲された金属板１１０（流路形成基板１０）の一部を酸化することにより振動板５０を形成したため、振動板５０に屈曲部５１（第１の屈曲部５５、第２の屈曲部５６）、すなわち、平坦部５２、傾斜部５３及び圧電素子戴置部５４を有する振動板５０を容易に形成することができる。すなわち、流路形成基板１０として、屈曲することができない材料を用いた場合、流路形成基板１０の表面に凹凸をエッチングにより形成して、この凹凸に沿って振動板を形成するしかなく、製造工程が増えてコストが増大してしまうが、本実施形態のように流路形成基板１０を屈曲して屈曲された振動板５０を形成することで、製造工程を簡略化してコストを低減することができると共に、所望の形状の振動板５０を容易に形成することができる。
【００４５】
次に、図３（ｃ）に示すように、例えば、白金とイリジウムとを振動板５０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。なお、下電極膜６０は、白金（Ｐｔ）とイリジウム（Ｉｒ）とを積層したものに限定されず、これらを合金化させたものを用いるようにしてもよい。また、下電極膜６０として、白金（Ｐｔ）とイリジウム（Ｉｒ）の何れか一方の単層として用いるようにしてもよく、さらに、これらの材料以外の金属又は金属酸化物等を用いるようにしてもよい。
【００４６】
次に、図３（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、本実施形態では、金属有機物を溶媒に溶解・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。なお、圧電体層７０の形成方法は、特に限定されず、例えば、ＭＯＤ法やスパッタリング法等を用いるようにしてもよい。また、圧電体層７０の厚さについては、製造工程でクラックが発生しない程度に厚さを抑え、且つ十分な変位特性を呈する程度に厚く形成する。例えば、本実施形態では、圧電体層７０を１〜２μｍ前後の厚さで形成した。さらに、圧電体層７０及び上電極膜８０のパターニングは、特に限定されないが、例えば、本実施形態では、ドライエッチングにより、その側面を傾斜させて形成できる。
【００４７】
次に、図４（ａ）に示すように、金属板１１０の一方面の全面に亘って金（Ａｕ）からなるリード電極９０を形成後、各圧電素子３００毎にパターニングする。
【００４８】
次に、図４（ｂ）に示すように、保護基板３０が複数一体的に形成された保護基板形成部材１３０を、金属板１１０上に接着剤３５を介して接着する。ここで、保護基板形成部材１３０の保護基板３０となる領域には、リザーバ部３１及び圧電素子保持部３２等が予め形成されたものである。
【００４９】
次いで、図４（ｃ）に示すように、金属板１１０の圧電素子３００とは反対側の金属酸化膜１５０を所定形状にパターニングすることで開口部１５２を形成する。そして、図５（ａ）に示すように、金属板１１０を金属酸化膜１５０をマスクとしてエッチングすることにより、圧電素子３００に対応する圧力発生室１２を形成する。このとき、金属板１１０を屈曲することにより形成された凹部は除去されて、振動板５０は、圧力発生室１２の圧電素子３００側の開口を塞ぐように設けられる。
【００５０】
なお、金属板１１０のエッチングは、ドライエッチングであってもウェットエッチングであってもよい。本実施形態では、金属酸化膜１５０のパターニングと金属板１１０のエッチングの両方を異なるガスを用いたドライエッチングにより行った。また、金属板１１０をドライエッチングすると、振動板５０がエッチングストップ層として機能する。
【００５１】
また、本実施形態では、金属板１１０（流路形成基板１０）を酸化して形成した金属酸化膜１５０を、流路形成基板１０をエッチングする際のマスクとして利用したが、特にこれに限定されず、新たにマスクを形成するようにしてもよい。
【００５２】
次に、金属板１１０表面のマスクとして利用した金属酸化膜１５０を除去し、図５（ｂ）に示すように、液体流路の内面、すなわち、圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５の内面に保護膜１６を形成する。
【００５３】
なお、保護膜１６は、上述したように、例えば、酸化物又は窒化物等の耐液体性（耐インク性）を有する材料からなる。保護膜１６として、酸化ジルコニウムを用いる場合には、スパッタリング法やＣＶＤ法により形成することができる。また、流路形成基板１０（金属板１１０）として、アルミニウム、マンガン、チタン等を用いた場合には、流路形成基板１０を陽極酸化することにより酸化アルミニウム、酸化マンガン、酸化チタンからなる保護膜１６を形成することができる。ちなみに、流路形成基板１０を加熱して熱酸化させることにより保護膜１６を形成することも考えられるが、この加熱により圧電素子３００（特に圧電体層７０）に悪影響を及ぼすため好ましくない。
【００５４】
その後は、金属板１１０及び保護基板形成部材１３０の外周縁部の不要部分を、例えば、ダイシング等により切断することによって除去する。そして、金属板１１０の保護基板形成部材１３０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、保護基板形成部材１３０にコンプライアンス基板４０を接合し、金属板１１０等を図１に示すような一つのチップサイズの流路形成基板１０等に分割することによって、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドＩとする。
【００５５】
（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、振動板５０を流路形成基板１０とは反対側に凸となるように形成したが、本発明の振動板５０の形状は、特にこれに限定されるものではない。ここで、振動板５０の他の例を図６に示す。
【００５６】
図６（ａ）に示すように、振動板５０Ａには、圧電素子３００の幅方向両側の圧力発生室１２に相対向する領域に屈曲部５１Ａが設けられている。具体的には、振動板５０Ａは、流路形成基板１０の表面に設けられた平坦部５２と、平坦部５２から連続すると共に圧力発生室１２に相対向する領域に流路形成基板１０側に向かって傾斜した傾斜部５３Ａと、傾斜部５３Ａに連続して平坦部５２の面方向と同じ方向に設けられた圧電素子戴置部５４とを具備し、平坦部５２と傾斜部５３Ａとの間に屈曲された第１の屈曲部５５Ａが設けられ、傾斜部５３Ａと圧電素子戴置部５４との間に屈曲された第２の屈曲部５６Ａが設けられている。すなわち、本実施形態では、振動板５０が屈曲部５１Ａによって圧力発生室１２側に凸となるように、第１の屈曲部５５Ａと第２の屈曲部５６Ａとからなる屈曲部５１Ａが設けられている。
【００５７】
このような構成としても、振動板５０Ａの屈曲部５１Ａに応力が集中して振動板５０Ａにクラック等の破壊が発生するのを防止することができる。
【００５８】
また、図６（ｂ）に示すように、振動板５０Ｂには、圧電素子３００の幅方向両側の圧力発生室１２に相対向する領域に屈曲部５１Ｂが設けられている。具体的には、振動板５０Ｂは、流路形成基板１０の表面に設けられた平坦部５２と、平坦部５２から連続すると共に圧力発生室１２に相対向する領域に流路形成基板１０側に向かって傾斜した第１の傾斜部５７と、第１の傾斜部５７から連続して第１の傾斜部５７に対して流路形成基板１０とは反対側に向かって傾斜して設けられた第２の傾斜部５８と、第２の傾斜部５８に連続すると共に平坦部５２の面方向と同じ方向に設けられた圧電素子戴置部５４とを具備する。そして、平坦部５２と第１の傾斜部５７との間に屈曲された第１の屈曲部５５Ｂが設けられ、第１の傾斜部５７と第２の傾斜部５８との間に屈曲された第２の屈曲部５６Ｂが設けられ、第２の傾斜部５８と圧電素子戴置部５４との間に屈曲された第３の屈曲部５９が設けられている。すなわち、本実施形態では、屈曲部５１Ｂとして、第１の屈曲部５５Ｂと第２の屈曲部５６Ｂと第３の屈曲部５９との３つが設けられていることになる。
【００５９】
このような構成としても、振動板５０Ｂの屈曲部５１Ｂに応力が集中して振動板５０Ｂにクラック等の破壊が発生するのを防止することができる。
【００６０】
そして、何れの振動板５０、５０Ａ、５０Ｂであっても、金属からなる流路形成基板１０を例えば、プレス加工等により屈曲し、その表面を酸化させることで容易に形成することができる。
【００６１】
さらに、上述した例では、振動板５０〜５０Ｂを振動させる圧力発生素子として、薄膜型（撓み振動型）の圧電素子３００（圧電体能動部３２０）を例示したが、振動板５０〜５０Ｂを振動させる圧力発生素子としては、特にこれに限定されるものではない。圧力発生素子の他の例としては、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圧電素子（圧電体能動部）や、圧電材料と電極形成材料とを交互に積層させて軸方向に伸縮させる縦振動型の圧電素子や、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振動させるいわゆる静電式アクチュエータなどが挙げられる。
【００６２】
なお、このようなインクジェット式記録ヘッドＩ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IIに搭載される。図７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７に示すように、インクジェット式記録ヘッドＩ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。
【００６３】
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。
【００６４】
なお、上述した実施形態１〜３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（電界放出ディスプレー）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。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの平面図及び断面図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの要部断面図である。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】本発明の他の実施形態に係る記録ヘッドを示す断面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る記録装置の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００６６】
Ｉ インクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、 II インクジェット式記録装置（液体噴射装置）、 １０ 流路形成基板、 １２ 圧力発生室、 １３ 連通部、 １４ インク供給路、 １５ 連通路、 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、 ３３ 貫通孔、 ４０ コンプライアンス基板、 ５０、５０Ａ、５０Ｂ 振動板、 ５１、５１Ａ、５１Ｂ 屈曲部、 ６０ 下電極膜、 ７０ 圧電体層、 ８０ 上電極膜、 ９０ リード電極、 １００ リザーバ、 １２０ 駆動回路、 １２１ 接続配線、 ３００ 圧電素子（圧力発生素子）、 ３２０ 圧電体能動部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が形成される金属からなる流路形成基板を屈曲する工程と、
該流路形成基板を酸化することにより、その表面に前記屈曲により形成された屈曲部を有する振動板を形成する工程と、
該振動板上に圧力発生素子を形成する工程と、
前記流路形成基板をエッチングすることにより、前記圧力発生室を形成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。
【請求項２】
前記振動板の前記屈曲部が、前記圧力発生素子の幅方向両側に設けられてい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。
【請求項３】
前記振動板が、前記流路形成基板の表面に沿って設けられた平坦部と、前記圧力発生室に相対向する領域に該平坦部に対して前記流路形成基板とは反対側に向かって傾斜して設けられた傾斜部と、前記平坦部と同一方向に設けられると共に前記圧力発生素子が設けられた圧力発生素子戴置部とが連続して設けられたものであると共に、前記屈曲部が、前記平坦部と前記傾斜部との間に設けられた第１の屈曲部と、前記傾斜部と圧力発生素子戴置部との間に設けられた第２の屈曲部とで構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記流路形成基板の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工程をさらに具備することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項５】
前記流路形成基板を屈曲する工程では、プレス加工により行うことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項６】
液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた金属からなる流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に設けられた振動板と、該振動板上に設けられた圧力発生素子とを具備し、
前記振動板が、前記流路形成基板の一部を酸化することで形成されていると共に、当該振動板には、前記流路形成基板を屈曲することにより形成された屈曲部が、前記圧力発生素子の幅方向両側に設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項７】
請求項６に記載の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置。
【請求項１】
液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が形成される金属からなる流路形成基板を屈曲する工程と、
該流路形成基板を酸化することにより、その表面に前記屈曲により形成された屈曲部を有する振動板を形成する工程と、
該振動板上に圧力発生素子を形成する工程と、
前記流路形成基板をエッチングすることにより、前記圧力発生室を形成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。
【請求項２】
前記振動板の前記屈曲部が、前記圧力発生素子の幅方向両側に設けられてい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。
【請求項３】
前記振動板が、前記流路形成基板の表面に沿って設けられた平坦部と、前記圧力発生室に相対向する領域に該平坦部に対して前記流路形成基板とは反対側に向かって傾斜して設けられた傾斜部と、前記平坦部と同一方向に設けられると共に前記圧力発生素子が設けられた圧力発生素子戴置部とが連続して設けられたものであると共に、前記屈曲部が、前記平坦部と前記傾斜部との間に設けられた第１の屈曲部と、前記傾斜部と圧力発生素子戴置部との間に設けられた第２の屈曲部とで構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記流路形成基板の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工程をさらに具備することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項５】
前記流路形成基板を屈曲する工程では、プレス加工により行うことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項６】
液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた金属からなる流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に設けられた振動板と、該振動板上に設けられた圧力発生素子とを具備し、
前記振動板が、前記流路形成基板の一部を酸化することで形成されていると共に、当該振動板には、前記流路形成基板を屈曲することにより形成された屈曲部が、前記圧力発生素子の幅方向両側に設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項７】
請求項６に記載の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−１６０８４１（Ｐ２００９−１６０８４１Ａ）
【公開日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１２６９（Ｐ２００８−１２６９）
【出願日】平成２０年１月８日（２００８．１．８）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月８日（２００８．１．８）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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