液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置
【課題】液体を高密度に噴射し得る液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置を提供する。
【解決手段】ノズル開口２１に連通する圧力発生室１２が形成された流路形成基板１０と、圧力発生室１２に圧力変化を生じさせることによりノズル開口２１を介してインクを吐出させるよう流路形成基板１０の一方面側に配設された圧電素子３００と、一方面側に設けられてリード電極９０を介して圧電素子３００を駆動する駆動回路１２０とを具備し、駆動回路１２０には、その上面１２２に圧電素子３００に対応して端子部１２５を設けると共に上面１２２から前記一方面に至る傾斜面１２３を設け、リード電極９０を、端子部１２５から傾斜面１２３を通って圧電素子３００に至るように形成した。
【解決手段】ノズル開口２１に連通する圧力発生室１２が形成された流路形成基板１０と、圧力発生室１２に圧力変化を生じさせることによりノズル開口２１を介してインクを吐出させるよう流路形成基板１０の一方面側に配設された圧電素子３００と、一方面側に設けられてリード電極９０を介して圧電素子３００を駆動する駆動回路１２０とを具備し、駆動回路１２０には、その上面１２２に圧電素子３００に対応して端子部１２５を設けると共に上面１２２から前記一方面に至る傾斜面１２３を設け、リード電極９０を、端子部１２５から傾斜面１２３を通って圧電素子３００に至るように形成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置に関し、特に液体噴射ヘッドの高密度化を達成する場合に適用して有用なものである。
【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、例えば、ノズル開口に連通すると共に隔壁により区画された圧力発生室と、延設された隔壁により区画された圧力発生室に連通するインク供給路及びインク供給路に連通する連通路と、連通路に連通すると共に複数の圧力発生室に連通する連通部とが形成された流路形成基板と、この流路形成基板の一方面側に形成される圧電素子と、流路形成基板の圧電素子側の面に接着剤を介して接合されると共に、連通部と共にリザーバの一部を構成するリザーバ部を有する保護基板とを具備するものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
かかるリザーバ形成基板を有するインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記圧電素子を駆動する駆動回路は、通常保護基板上に固着してあり、圧電素子との間はワイヤボンディング法により接続配線で接続されている。
【０００４】
ところが、ワイヤボディング法による接続では、段差部が大きいこととも相俟って厚さ方向の小型化が難しい。このため、吐出するインク滴の高密度化にも限度がある。さらに、前記駆動回路はインク室等が形成された脆弱な基板上への実装であるため、構造破壊が起こりやすい。
【０００５】
そこで、ワイヤボンディング法によらずに駆動回路と圧電素子との間の配線を形成すべく、半導体基板である流路形成基板に半導体プロセスにより直接駆動回路を作り込む方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２７２９１３号公報（図１〜図５、第４〜１０頁）
【特許文献２】特開２００１−２８７３６２号公報（図３、段落〔００３９〕参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述の如く半導体プロセスで直接駆動回路を作り込む方法では、工程が長く、圧電素子の形成時の条件（例えば焼成温度等）と駆動回路の形成時の条件が異なるので、何れを先に形成しても後工程で形成する圧電素子乃至駆動回路との間での形成条件の調整が難しいという問題を有している。
【０００８】
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。
【０００９】
本発明は、上記従来技術に鑑み、液体を高密度に噴射し得る液体噴射ヘッド及びその製造方法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】
上記目的を達成する本発明の態様は、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、該流路形成基板の前記圧力発生室に相対向する領域に設けられた下電極、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が設けられた面に配設されると共に金属薄膜形成工程及びフォトリソグラフィ工程により形成された接続配線を介して前記圧電素子を駆動する駆動回路とを具備し、前記駆動回路には、その上面に前記圧電素子に対応して端子部が設けられると共に該上面から前記流路形成基板の圧電素子が設けられた面に至る傾斜面が設けられ、前記接続配線は、前記端子部から前記傾斜面を通って前記圧電素子の前記上電極に至るように形成さ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、流路形成基板上に駆動回路を設けることで、液体噴射ヘッドを厚さ方向に小型化することができる。更に、ワイヤボンディング法を用いずに、接続配線を介して圧電素子と駆動回路とを接続したので、各接続配線の間隔を可及的に狭めることができる。これにより、液体噴射ヘッドの高集積化を図ることができ、吐出するインク滴の高密度化を容易に図ることができる。また、圧電素子と駆動回路の端子部とを接続する接続配線は、傾斜面を通って形成されている。これにより接続配線は、傾斜面と駆動回路の上面との境界近傍、又は傾斜面と流路形成基板の表面との境界近傍で、緩やかな角度で折れ曲がることになるので、接続配線の切断を防止することができる。
【００１１】
ここで、前記駆動回路と前記流路形成基板とは接着剤を介して接合され、前記駆動回路及び前記流路形成基板の少なくとも何れか一方には、他方との接着面に凹部が設けられていることが好ましい。これにより、凹部に余分な接着剤が入り込むため、駆動回路を流路形成基板に密着させることができる。これにより、駆動回路は、流路形成基板から段差無くの連続する傾斜面を有することになるので、段差による接続配線の切断を生じ難くすることができる。
【００１２】
さらに、本発明の他の態様は、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、該流路形成基板の前記圧力発生室に相対向する領域に設けられた下電極、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が設けられた面に配設されると共に接続配線を介して前記圧電素子を駆動する駆動回路とを具備する液体噴射ヘッドの製造方法であって、上面に前記圧電素子との接点となる端子部を有する複数の駆動回路となる駆動回路用ウェハの一方面側に、開口から底部に向けて幅が漸減する分割溝を各駆動回路の境界となるようにエッチングにより形成すると共に、前記駆動回路用ウェハを前記分割溝を境界として分割することにより、該分割溝の表面を傾斜面として有する前記複数の駆動回路を形成する工程と、前記流路形成基板の前記圧電素子が設けられた面に前記駆動回路を配設すると共に、前記駆動回路の前記端子部から前記傾斜面を通って前記圧電素子の前記上電極に至る接続配線を金属薄膜形成工程及びフォトリソグラフィ工程により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、傾斜面を有する駆動回路が形成され、圧電素子と駆動回路とを接続する接続配線は、該傾斜面を通るように形成される。これにより、傾斜面には、接続配線を構成する金属が付き易くなるので、十分な厚さの接続配線を形成することができ、傾斜面近傍での接続配線の剥離や切断を防止することができる。さらに、駆動回路は部品としての完成品を流路形成基板に固着されるだけであるので、工程が複雑になることもない。
【００１３】
ここで、前記駆動回路用ウェハは、面方位が（１００）であるシリコンウェハであり、前記複数の駆動回路を形成する工程では、異方性ウェットエッチングにより前記分割溝を形成することが好ましい。これにより、断面形状がＶ字状の分割溝が形成される。該分割溝で駆動回路用ウェハを分割すると、凹凸の無い平面状の分割溝の表面が駆動回路用ウェハの傾斜面となる。これにより、接続配線が傾斜面に一層付き易くなる。
【００１４】
また、前記複数の駆動回路を形成する工程では、前記分割溝を形成後、前記駆動回路用ウェハの他方面側を前記分割溝に達するまで研削して該分割溝を境界として分割することにより、該分割溝の表面を前記傾斜面として有する前記複数の駆動回路を形成することが好ましい。これにより、駆動回路用ウェハを厚くして剛性を高めた上で、所定のパターンや端子部を形成することができると共に、他方面から研削することにより、所望の厚さの駆動回路を形成することができる。
【００１５】
さらに、本発明の他の態様は、上記に記載する液体噴射ヘッドを備え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、上述のごとき液体噴射ヘッドが有する効果を液体噴射ヘッドとしても具備させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
図１は、本実施形態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概略構成を示す分解斜視図、図２（ａ）は図１の平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ´線断面図及び図３は図２（ｂ）の一部を抽出して示す拡大断面図である。
【００１７】
これらの図に示すように、流路形成基板１０は、本実施形態では板厚方向の結晶面方位が（１１０）面のシリコン単結晶基板からなり、その一方の面には予め熱酸化によって二酸化シリコンからなる厚さ０．５〜２μｍの弾性膜５０が形成されている。
【００１８】
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、流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向一端部側には、インク供給路１４と連通路１５とが隔壁１１によって区画されている。また、連通路１５の一端には、各圧力発生室１２の共通のインク室（液体室）となるリザーバ１００の一部を構成する連通部１３が形成されている。すなわち、流路形成基板１０には、圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５からなる液体流路が設けられている。
【００１９】
インク供給路１４は、圧力発生室１２の長手方向一端部側に連通し且つ圧力発生室１２より小さい断面積を有する。
【００２０】
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。
【００２１】
一方、流路形成基板１０の開口面とは反対側には、上述したように、二酸化シリコンからなる弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）等からなる絶縁体膜５５が積層形成されている。また、この絶縁体膜５５上には、下電極膜６０と、圧電体膜の一例であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなる圧電体層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。本実施形態では、下電極膜６０を圧電素子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。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アクチュエータ装置と称する。なお、上述した例では、弾性膜５０及び絶縁体膜５５が振動板として作用するが、弾性膜５０又は絶縁体膜５５の何れか一方のみを振動板として設けるようにしてもよい。
【００２２】
圧電体層７０は、下電極膜６０上に形成される電気機械変換作用を示す圧電材料、特に圧電材料の中でもペロブスカイト構造の強誘電体材料からなる。圧電体層７０は、ペロブスカイト構造の結晶膜を用いるのが好ましく、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電体材料や、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が好適である。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。
【００２３】
流路形成基板１０の圧電素子３００が設けられた面には、圧電素子３００を駆動する駆動回路１２０が配設されている。駆動回路１２０の上面１２２には、各圧電素子３００に対応して端子部１２５がそれぞれ設けられている。また、駆動回路１２０は、上面１２２から流路形成基板１０の圧電素子３００が設けられた面に至る傾斜面１２３が設けられている。そして、端子部１２５から傾斜面１２３を通って圧電素子３００の個別電極である上電極膜８０に至る接続配線であるリード電極９０が設けられている。リード電極９０は、例えば、金（Ａｕ）等からなり、金属薄膜形成工程及びフォトリソグラフィ工程により形成され、各圧電素子３００に対応させて駆動回路１２０に設けた各端子部１２５と各上電極膜８０との間及び下電極膜６０との間を電気的に接続している。また、外部入力端子１２６は外部からの信号等を取り込むように駆動回路１２０に設けてある。
【００２４】
なお、駆動回路１２０は回路基板や半導体集積回路（ＩＣ）等で好適に形成することができ、傾斜面１２３の流路形成基板１０に対する角度は、５度〜８５度であることが好ましい。
【００２５】
また、流路形成基板１０の駆動回路１２０との接着面となる領域は絶縁体膜５５が除去されている。更に、該領域には、弾性膜５０を貫通する貫通部１２７ａが形成され、流路形成基板１０の貫通部１２７ａに対向する領域には、該貫通部１２７ａに対応して凹部１２７ｂが設けられている。これらの貫通部１２７ａ及び凹部１２７ｂとから複数の基板側凹部１２７が構成されている。さらに、本実施形態では、駆動回路１２０の流路形成基板１０側の面にも、複数の回路側凹部１２８が設けられている。
【００２６】
このような圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上、すなわち、下電極膜６０、弾性膜５０及びリード電極９０上には、リザーバ１００の少なくとも一部を構成するリザーバ部３１を有する保護基板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。また、流路形成基板１０の連通部１３を圧力発生室１２毎に複数に分割して、リザーバ部３１のみをリザーバとしてもよい。さらに、例えば、流路形成基板１０に圧力発生室１２のみを設け、流路形成基板１０と保護基板３０との間に介在する部材（例えば、弾性膜５０、絶縁体膜５５等）にリザーバと各圧力発生室１２とを連通するインク供給路１４を設けるようにしてもよい。
【００２７】
保護基板３０には、圧電素子３００に対向する領域に、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。なお、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。
【００２８】
保護基板３０としては、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラス、セラミック材料等を用いることが好ましく、本実施形態では、流路形成基板１０と同一材料の面方位（１１０）のシリコン単結晶基板を用いて形成した。
【００２９】
また、保護基板３０上には、封止膜４１及び固定板４２とからなるコンプライアンス基板４０が接合されている。ここで、封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料、例えば、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、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。
【００３０】
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、弾性膜５０、絶縁体膜５５、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される。
【００３１】
上記構成のインクジェット式記録ヘッドでは、駆動回路１２０が圧電素子３００と同じ側の流路形成基板１０に配設されているので、保護基板３０上に駆動回路１２０を設ける場合よりも、インクジェット式記録ヘッドを厚さ方向に小型化することができる。
【００３２】
更に、ワイヤボンディング法を用いずに、リード電極９０を介して圧電素子３００と駆動回路１２０とを接続したので、各リード電極９０の間隔を可及的に狭めることができる。これにより、インクジェット式記録ヘッドの高集積化を図ることができ、吐出するインク滴の高密度化を容易に図ることができる。
【００３３】
また、圧電素子３００と駆動回路１２０の端子部１２５とを接続するリード電極９０は、傾斜面１２３を通って形成されている。これによりリード電極９０は、傾斜面１２３と駆動回路１２０の上面１２２との境界近傍、又は傾斜面１２３と流路形成基板１０の表面との境界近傍で、緩やかな角度で折れ曲がることになるので、リード電極９０の切断を防止することができる。
【００３４】
また、本実施形態では、駆動回路１２０に回路側凹部１２８を設け、弾性膜５０及び流路形成基板１０に基板側凹部１２７を設けたことにより、駆動回路１２０を流路形成基板１０に固着する際に用いられた接着剤１２１が、回路側凹部１２８及び基板側凹部１２７に入り込むことになる。すなわち、駆動回路１２０と流路形成基板１０との間の接着剤１２１の厚さを薄くすることができる。これにより、駆動回路１２０は、流路形成基板１０から段差無く連続する傾斜面１２３を有することになるため、段差によるリード電極９０の切断を防止することができる。
【００３５】
ここで、インクジェット式記録ヘッドの製造方法について、図４〜図７を参照して説明する。なお、図４〜図７は、インクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す圧力発生室の長手方向の断面図である。
【００３６】
まず、図４（ａ）に示すように、流路形成基板１０が複数個一体的に形成されるシリコンウェハである流路形成基板用ウェハ１１０を約１１００℃の拡散炉で熱酸化し、その表面に弾性膜５０を構成する二酸化シリコン膜５１を形成する。
【００３７】
次いで、図４（ｂ）に示すように、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５１）上に、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５５を形成する。具体的には、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５１）上に、例えば、スパッタ法等によりジルコニウム（Ｚｒ）層を形成後、このジルコニウム層を、例えば、５００〜１２００℃の拡散炉で熱酸化することにより酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）からなる絶縁体膜５５を形成する。
【００３８】
次いで、図４（ｃ）に示すように、例えば、白金とイリジウムとを絶縁体膜５５上に積層することにより下電極膜６０を形成した後、この下電極膜６０を所定形状にパターニングする。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。
【００３９】
次に、図５（ａ）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を構成する。圧電体層７０は、下電極膜６０上に形成される電気機械変換作用を示す圧電材料、特に圧電材料の中でもペロブスカイト構造の強誘電体材料からなる。圧電体層７０は、ペロブスカイト構造の結晶膜を用いるのが好ましく、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電体材料や、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が好適である。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。
【００４０】
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。
【００４１】
次に、図５（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の圧電素子３００と同じ面の絶縁体膜５５のうち、駆動回路１２０を接着する領域をドライエッチングして凹部１２９を形成する。そして、凹部１２９に、ウェットエッチングにより基板側凹部１２７を設ける。本実施形態では、基板側凹部１２７は、弾性膜５０を貫通し、流路形成基板用ウェハ１１０の一部にまで達している。なお、凹部１２９の形成は圧電素子３００の形成前に形成しておいても良い。ただ、凹部１２９が機械的な脆弱部となることを考慮すれば圧電素子３００を形成した後の方が好適である。
【００４２】
次に、図５（ｃ）に示すように、傾斜面１２３が設けられた駆動回路１２０を接着剤１２１を介して凹部１２９に固定する。このとき、傾斜面１２３が圧電素子３００側となるように駆動回路１２０を配設する。なお、駆動回路１２０に傾斜面１２３を設けることについての詳細は後述する。
【００４３】
次に、図６（ａ）に示すように、例えばスパッタリング法などの金属薄膜形成工程により、流路形成基板用ウェハ１１０の全面に亘って金（Ａｕ）からなる薄膜を形成し、その後、フォトリソグラフィ工程により各圧電素子３００毎にパターニングして、各圧電素子３００から傾斜面１２３を通って各端子部１２５との間を電気的に接続するリード電極９０を形成する。このように、傾斜面１２３を通るようにリード電極９０を形成したので、傾斜面１２３上にも、リード電極９０を構成する金属が付き易くなるので、十分な厚さのリード電極９０を形成することができ、傾斜面１２３近傍でのリード電極９０の剥離や切断を防止することができる。
【００４４】
次に、図６（ｂ）に示すように、保護基板用ウェハ１３０を、流路形成基板用ウェハ１１０上に接着剤３５を介して接着する。ここで、この保護基板用ウェハ１３０は、保護基板３０が複数一体的に形成されたものであり、保護基板用ウェハ１３０には、リザーバ部３１及び圧電素子保持部３２が予め形成されている。
【００４５】
次に、図６（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０を所定の厚みに薄くする。
【００４６】
次いで、図７（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０上にマスク膜５２を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、図７（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０をマスク膜５２を介してＫＯＨ等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチング（ウェットエッチング）を行なうことにより、圧電素子３００に対応する圧力発生室１２を形成する。
【００４７】
その後は、流路形成基板用ウェハ１１０表面のマスク膜５２を除去し、流路形成基板用ウェハ１１０及び保護基板用ウェハ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、流路形成基板用ウェハ１１０の保護基板用ウェハ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、保護基板用ウェハ１３０にコンプライアンス基板４０を接合し、流路形成基板用ウェハ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とする。
【００４８】
なお、以上に説明した駆動回路１２０に傾斜面１２３を設ける方法は特に限定されないが、例えば次のような工程で駆動回路１２０に傾斜面１２３を設けることができる。
【００４９】
ここで、インクジェット式記録ヘッドの駆動回路の形成について、図８を参照して説明する。なお、図８は、複数の駆動回路となる駆動回路用ウェハの断面図である。
【００５０】
図８（ａ）に示すように、駆動回路用ウェハ２００に、圧電素子３００を駆動するための所定の回路を形成すると共に、該回路とリード電極９０との接点となる端子部１２５を形成する。また、各駆動回路に外部入力端子１２６を形成する。なお、駆動回路用ウェハ２００は、面方位が（１００）のシリコン単結晶基板である。
【００５１】
そして、各駆動回路の境界となるように分割溝２０１を設ける。このとき、分割溝２０１の開口から底部に向けて幅Ｌが漸減するように分割溝２０１を設ける。面方位が（１００）のシリコン単結晶基板である駆動回路用ウェハ２００を、異方性ウェットエッチングにより分割溝２０１を形成したため（１１１）面が露出された分割溝２０１が形成され、その断面はＶ字状となる。
【００５２】
次に、図８（ｂ）に示すように、駆動回路用ウェハ２００の分割溝２０１とは反対側の面を、分割溝２０１に達するまで研削する。そして、エッチングにより、研削した面に回路側凹部１２８を形成する。
【００５３】
次に、図８（ｃ）に示すように、分割溝２０１を境界として、駆動回路用ウェハ２００を分割して複数の駆動回路１２０を形成する。この分割により、分割溝２０１の表面は、各駆動回路１２０の傾斜面１２３となる。
【００５４】
このように、本実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの製造方法では、駆動回路１２０が圧電素子３００と同じ側の流路形成基板１０に配設されているので、インクジェット式記録ヘッドを厚さ方向に小型化することができる。これにより、インクジェット式記録ヘッドの高集積化を図ることができ、吐出するインク滴の高密度化を容易に図ることができる。
【００５５】
また、上述したように、傾斜面１２３を通るようにリード電極９０を形成したので、傾斜面１２３上にも、十分な厚さのリード電極９０を形成することができ、傾斜面１２３近傍でのリード電極９０の剥離や切断を防止することができる。
【００５６】
仮に、駆動回路１２０の傾斜面が流路形成基板用ウェハ１１０に対して直角であると、該傾斜面に金属が付着し難く、駆動回路１２０と圧電素子３００とがリード電極９０により電気的に接続されない。
【００５７】
しかしながら、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドの製造方法では、このようなことは無いので、圧電素子３００と駆動回路１２０とを確実に接続するリード電極９０を形成することができる。
【００５８】
また、駆動回路１２０は部品としての完成品を凹部１２９に固着するだけであるので、工程が複雑になることもない。
【００５９】
上述の如き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９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。同図に示すように、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。
【００６０】
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。
【００６１】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、流路形成基板１０に基板側凹部１２７を設け、且つ駆動回路１２０に回路側凹部１２８を設けたが、何れか一方のみに凹部を設けてもよい。また、基板側凹部１２７及び回路側凹部１２８の形状・個数も特に限定されない。要するに、接着剤１２１が入り込み得る凹部が設けられていればよい。
【００６２】
また、異方性ウェットエッチングにより分割溝２０１を設けた後に、駆動回路用ウェハ２００の分割溝２０１とは反対側の面を研削し、各駆動回路１２０に分割したが、必ずしも研削して分割する必要はない。例えば、分割溝２０１の底部が他方面側に達するまで、異方性ウェットエッチングで分割溝２０１を形成すれば、分割溝２０１の形成と分割とを同時に行うことができる。
【００６３】
また、駆動回路用ウェハ２００に分割溝２０１を形成する方法としては、異方性ウェットエッチングに限定されない。例えば、等方性ウェットエッチング、ドライエッチング、又は研削により分割溝２０１を設けてもよい。
【００６４】
さらに、上述した実施形態では、流路形成基板１０としてシリコン単結晶基板を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、ＳＯＩ基板、ガラス基板、ＭｇＯ基板等においても本発明は有効である。同様に、駆動回路用ウェハ２００としてシリコン単結晶基板を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、ＳＯＩ基板、ガラス基板、ＭｇＯ基板等であってもよい。
【００６５】
なお、上述した実施形態では、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】
【００６６】
【図１】実施形態に係る記録ヘッドの概略構成を示す分解斜視図である。
【図２】実施形態に係る記録ヘッドの平面図及び断面図である。
【図３】図２（ｂ）の一部を抽出して示す拡大図である。
【図４】実施形態に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図５】実施形態に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図６】実施形態に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図７】実施形態に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図８】実施形態に係る駆動回路の形成を示す断面図である。
【図９】実施形態に係るインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００６７】
１０ 流路形成基板、 １２ 圧力発生室、 ２１ ノズル開口、 ３０ 保護基板、 ６０ 下電極膜、 ７０ 圧電体層、 ８０ 上電極膜、 ９０ リード電極、 １２０ 駆動回路、 １２１ 接着剤、 １２３ 傾斜面、 １２５ 端子部、 ３００ 圧電素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置に関し、特に液体噴射ヘッドの高密度化を達成する場合に適用して有用なものである。
【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、例えば、ノズル開口に連通すると共に隔壁により区画された圧力発生室と、延設された隔壁により区画された圧力発生室に連通するインク供給路及びインク供給路に連通する連通路と、連通路に連通すると共に複数の圧力発生室に連通する連通部とが形成された流路形成基板と、この流路形成基板の一方面側に形成される圧電素子と、流路形成基板の圧電素子側の面に接着剤を介して接合されると共に、連通部と共にリザーバの一部を構成するリザーバ部を有する保護基板とを具備するものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
かかるリザーバ形成基板を有するインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記圧電素子を駆動する駆動回路は、通常保護基板上に固着してあり、圧電素子との間はワイヤボンディング法により接続配線で接続されている。
【０００４】
ところが、ワイヤボディング法による接続では、段差部が大きいこととも相俟って厚さ方向の小型化が難しい。このため、吐出するインク滴の高密度化にも限度がある。さらに、前記駆動回路はインク室等が形成された脆弱な基板上への実装であるため、構造破壊が起こりやすい。
【０００５】
そこで、ワイヤボンディング法によらずに駆動回路と圧電素子との間の配線を形成すべく、半導体基板である流路形成基板に半導体プロセスにより直接駆動回路を作り込む方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２７２９１３号公報（図１〜図５、第４〜１０頁）
【特許文献２】特開２００１−２８７３６２号公報（図３、段落〔００３９〕参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述の如く半導体プロセスで直接駆動回路を作り込む方法では、工程が長く、圧電素子の形成時の条件（例えば焼成温度等）と駆動回路の形成時の条件が異なるので、何れを先に形成しても後工程で形成する圧電素子乃至駆動回路との間での形成条件の調整が難しいという問題を有している。
【０００８】
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。
【０００９】
本発明は、上記従来技術に鑑み、液体を高密度に噴射し得る液体噴射ヘッド及びその製造方法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】
上記目的を達成する本発明の態様は、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、該流路形成基板の前記圧力発生室に相対向する領域に設けられた下電極、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が設けられた面に配設されると共に金属薄膜形成工程及びフォトリソグラフィ工程により形成された接続配線を介して前記圧電素子を駆動する駆動回路とを具備し、前記駆動回路には、その上面に前記圧電素子に対応して端子部が設けられると共に該上面から前記流路形成基板の圧電素子が設けられた面に至る傾斜面が設けられ、前記接続配線は、前記端子部から前記傾斜面を通って前記圧電素子の前記上電極に至るように形成さ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、流路形成基板上に駆動回路を設けることで、液体噴射ヘッドを厚さ方向に小型化することができる。更に、ワイヤボンディング法を用いずに、接続配線を介して圧電素子と駆動回路とを接続したので、各接続配線の間隔を可及的に狭めることができる。これにより、液体噴射ヘッドの高集積化を図ることができ、吐出するインク滴の高密度化を容易に図ることができる。また、圧電素子と駆動回路の端子部とを接続する接続配線は、傾斜面を通って形成されている。これにより接続配線は、傾斜面と駆動回路の上面との境界近傍、又は傾斜面と流路形成基板の表面との境界近傍で、緩やかな角度で折れ曲がることになるので、接続配線の切断を防止することができる。
【００１１】
ここで、前記駆動回路と前記流路形成基板とは接着剤を介して接合され、前記駆動回路及び前記流路形成基板の少なくとも何れか一方には、他方との接着面に凹部が設けられていることが好ましい。これにより、凹部に余分な接着剤が入り込むため、駆動回路を流路形成基板に密着させることができる。これにより、駆動回路は、流路形成基板から段差無くの連続する傾斜面を有することになるので、段差による接続配線の切断を生じ難くすることができる。
【００１２】
さらに、本発明の他の態様は、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、該流路形成基板の前記圧力発生室に相対向する領域に設けられた下電極、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が設けられた面に配設されると共に接続配線を介して前記圧電素子を駆動する駆動回路とを具備する液体噴射ヘッドの製造方法であって、上面に前記圧電素子との接点となる端子部を有する複数の駆動回路となる駆動回路用ウェハの一方面側に、開口から底部に向けて幅が漸減する分割溝を各駆動回路の境界となるようにエッチングにより形成すると共に、前記駆動回路用ウェハを前記分割溝を境界として分割することにより、該分割溝の表面を傾斜面として有する前記複数の駆動回路を形成する工程と、前記流路形成基板の前記圧電素子が設けられた面に前記駆動回路を配設すると共に、前記駆動回路の前記端子部から前記傾斜面を通って前記圧電素子の前記上電極に至る接続配線を金属薄膜形成工程及びフォトリソグラフィ工程により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、傾斜面を有する駆動回路が形成され、圧電素子と駆動回路とを接続する接続配線は、該傾斜面を通るように形成される。これにより、傾斜面には、接続配線を構成する金属が付き易くなるので、十分な厚さの接続配線を形成することができ、傾斜面近傍での接続配線の剥離や切断を防止することができる。さらに、駆動回路は部品としての完成品を流路形成基板に固着されるだけであるので、工程が複雑になることもない。
【００１３】
ここで、前記駆動回路用ウェハは、面方位が（１００）であるシリコンウェハであり、前記複数の駆動回路を形成する工程では、異方性ウェットエッチングにより前記分割溝を形成することが好ましい。これにより、断面形状がＶ字状の分割溝が形成される。該分割溝で駆動回路用ウェハを分割すると、凹凸の無い平面状の分割溝の表面が駆動回路用ウェハの傾斜面となる。これにより、接続配線が傾斜面に一層付き易くなる。
【００１４】
また、前記複数の駆動回路を形成する工程では、前記分割溝を形成後、前記駆動回路用ウェハの他方面側を前記分割溝に達するまで研削して該分割溝を境界として分割することにより、該分割溝の表面を前記傾斜面として有する前記複数の駆動回路を形成することが好ましい。これにより、駆動回路用ウェハを厚くして剛性を高めた上で、所定のパターンや端子部を形成することができると共に、他方面から研削することにより、所望の厚さの駆動回路を形成することができる。
【００１５】
さらに、本発明の他の態様は、上記に記載する液体噴射ヘッドを備え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、上述のごとき液体噴射ヘッドが有する効果を液体噴射ヘッドとしても具備させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
図１は、本実施形態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概略構成を示す分解斜視図、図２（ａ）は図１の平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ´線断面図及び図３は図２（ｂ）の一部を抽出して示す拡大断面図である。
【００１７】
これらの図に示すように、流路形成基板１０は、本実施形態では板厚方向の結晶面方位が（１１０）面のシリコン単結晶基板からなり、その一方の面には予め熱酸化によって二酸化シリコンからなる厚さ０．５〜２μｍの弾性膜５０が形成されている。
【００１８】
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、流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向一端部側には、インク供給路１４と連通路１５とが隔壁１１によって区画されている。また、連通路１５の一端には、各圧力発生室１２の共通のインク室（液体室）となるリザーバ１００の一部を構成する連通部１３が形成されている。すなわち、流路形成基板１０には、圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５からなる液体流路が設けられている。
【００１９】
インク供給路１４は、圧力発生室１２の長手方向一端部側に連通し且つ圧力発生室１２より小さい断面積を有する。
【００２０】
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。
【００２１】
一方、流路形成基板１０の開口面とは反対側には、上述したように、二酸化シリコンからなる弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）等からなる絶縁体膜５５が積層形成されている。また、この絶縁体膜５５上には、下電極膜６０と、圧電体膜の一例であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなる圧電体層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。本実施形態では、下電極膜６０を圧電素子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。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アクチュエータ装置と称する。なお、上述した例では、弾性膜５０及び絶縁体膜５５が振動板として作用するが、弾性膜５０又は絶縁体膜５５の何れか一方のみを振動板として設けるようにしてもよい。
【００２２】
圧電体層７０は、下電極膜６０上に形成される電気機械変換作用を示す圧電材料、特に圧電材料の中でもペロブスカイト構造の強誘電体材料からなる。圧電体層７０は、ペロブスカイト構造の結晶膜を用いるのが好ましく、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電体材料や、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が好適である。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。
【００２３】
流路形成基板１０の圧電素子３００が設けられた面には、圧電素子３００を駆動する駆動回路１２０が配設されている。駆動回路１２０の上面１２２には、各圧電素子３００に対応して端子部１２５がそれぞれ設けられている。また、駆動回路１２０は、上面１２２から流路形成基板１０の圧電素子３００が設けられた面に至る傾斜面１２３が設けられている。そして、端子部１２５から傾斜面１２３を通って圧電素子３００の個別電極である上電極膜８０に至る接続配線であるリード電極９０が設けられている。リード電極９０は、例えば、金（Ａｕ）等からなり、金属薄膜形成工程及びフォトリソグラフィ工程により形成され、各圧電素子３００に対応させて駆動回路１２０に設けた各端子部１２５と各上電極膜８０との間及び下電極膜６０との間を電気的に接続している。また、外部入力端子１２６は外部からの信号等を取り込むように駆動回路１２０に設けてある。
【００２４】
なお、駆動回路１２０は回路基板や半導体集積回路（ＩＣ）等で好適に形成することができ、傾斜面１２３の流路形成基板１０に対する角度は、５度〜８５度であることが好ましい。
【００２５】
また、流路形成基板１０の駆動回路１２０との接着面となる領域は絶縁体膜５５が除去されている。更に、該領域には、弾性膜５０を貫通する貫通部１２７ａが形成され、流路形成基板１０の貫通部１２７ａに対向する領域には、該貫通部１２７ａに対応して凹部１２７ｂが設けられている。これらの貫通部１２７ａ及び凹部１２７ｂとから複数の基板側凹部１２７が構成されている。さらに、本実施形態では、駆動回路１２０の流路形成基板１０側の面にも、複数の回路側凹部１２８が設けられている。
【００２６】
このような圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上、すなわち、下電極膜６０、弾性膜５０及びリード電極９０上には、リザーバ１００の少なくとも一部を構成するリザーバ部３１を有する保護基板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。また、流路形成基板１０の連通部１３を圧力発生室１２毎に複数に分割して、リザーバ部３１のみをリザーバとしてもよい。さらに、例えば、流路形成基板１０に圧力発生室１２のみを設け、流路形成基板１０と保護基板３０との間に介在する部材（例えば、弾性膜５０、絶縁体膜５５等）にリザーバと各圧力発生室１２とを連通するインク供給路１４を設けるようにしてもよい。
【００２７】
保護基板３０には、圧電素子３００に対向する領域に、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。なお、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。
【００２８】
保護基板３０としては、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラス、セラミック材料等を用いることが好ましく、本実施形態では、流路形成基板１０と同一材料の面方位（１１０）のシリコン単結晶基板を用いて形成した。
【００２９】
また、保護基板３０上には、封止膜４１及び固定板４２とからなるコンプライアンス基板４０が接合されている。ここで、封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料、例えば、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、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。
【００３０】
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、弾性膜５０、絶縁体膜５５、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される。
【００３１】
上記構成のインクジェット式記録ヘッドでは、駆動回路１２０が圧電素子３００と同じ側の流路形成基板１０に配設されているので、保護基板３０上に駆動回路１２０を設ける場合よりも、インクジェット式記録ヘッドを厚さ方向に小型化することができる。
【００３２】
更に、ワイヤボンディング法を用いずに、リード電極９０を介して圧電素子３００と駆動回路１２０とを接続したので、各リード電極９０の間隔を可及的に狭めることができる。これにより、インクジェット式記録ヘッドの高集積化を図ることができ、吐出するインク滴の高密度化を容易に図ることができる。
【００３３】
また、圧電素子３００と駆動回路１２０の端子部１２５とを接続するリード電極９０は、傾斜面１２３を通って形成されている。これによりリード電極９０は、傾斜面１２３と駆動回路１２０の上面１２２との境界近傍、又は傾斜面１２３と流路形成基板１０の表面との境界近傍で、緩やかな角度で折れ曲がることになるので、リード電極９０の切断を防止することができる。
【００３４】
また、本実施形態では、駆動回路１２０に回路側凹部１２８を設け、弾性膜５０及び流路形成基板１０に基板側凹部１２７を設けたことにより、駆動回路１２０を流路形成基板１０に固着する際に用いられた接着剤１２１が、回路側凹部１２８及び基板側凹部１２７に入り込むことになる。すなわち、駆動回路１２０と流路形成基板１０との間の接着剤１２１の厚さを薄くすることができる。これにより、駆動回路１２０は、流路形成基板１０から段差無く連続する傾斜面１２３を有することになるため、段差によるリード電極９０の切断を防止することができる。
【００３５】
ここで、インクジェット式記録ヘッドの製造方法について、図４〜図７を参照して説明する。なお、図４〜図７は、インクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す圧力発生室の長手方向の断面図である。
【００３６】
まず、図４（ａ）に示すように、流路形成基板１０が複数個一体的に形成されるシリコンウェハである流路形成基板用ウェハ１１０を約１１００℃の拡散炉で熱酸化し、その表面に弾性膜５０を構成する二酸化シリコン膜５１を形成する。
【００３７】
次いで、図４（ｂ）に示すように、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５１）上に、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５５を形成する。具体的には、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５１）上に、例えば、スパッタ法等によりジルコニウム（Ｚｒ）層を形成後、このジルコニウム層を、例えば、５００〜１２００℃の拡散炉で熱酸化することにより酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）からなる絶縁体膜５５を形成する。
【００３８】
次いで、図４（ｃ）に示すように、例えば、白金とイリジウムとを絶縁体膜５５上に積層することにより下電極膜６０を形成した後、この下電極膜６０を所定形状にパターニングする。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。
【００３９】
次に、図５（ａ）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を構成する。圧電体層７０は、下電極膜６０上に形成される電気機械変換作用を示す圧電材料、特に圧電材料の中でもペロブスカイト構造の強誘電体材料からなる。圧電体層７０は、ペロブスカイト構造の結晶膜を用いるのが好ましく、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電体材料や、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が好適である。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。
【００４０】
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。
【００４１】
次に、図５（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の圧電素子３００と同じ面の絶縁体膜５５のうち、駆動回路１２０を接着する領域をドライエッチングして凹部１２９を形成する。そして、凹部１２９に、ウェットエッチングにより基板側凹部１２７を設ける。本実施形態では、基板側凹部１２７は、弾性膜５０を貫通し、流路形成基板用ウェハ１１０の一部にまで達している。なお、凹部１２９の形成は圧電素子３００の形成前に形成しておいても良い。ただ、凹部１２９が機械的な脆弱部となることを考慮すれば圧電素子３００を形成した後の方が好適である。
【００４２】
次に、図５（ｃ）に示すように、傾斜面１２３が設けられた駆動回路１２０を接着剤１２１を介して凹部１２９に固定する。このとき、傾斜面１２３が圧電素子３００側となるように駆動回路１２０を配設する。なお、駆動回路１２０に傾斜面１２３を設けることについての詳細は後述する。
【００４３】
次に、図６（ａ）に示すように、例えばスパッタリング法などの金属薄膜形成工程により、流路形成基板用ウェハ１１０の全面に亘って金（Ａｕ）からなる薄膜を形成し、その後、フォトリソグラフィ工程により各圧電素子３００毎にパターニングして、各圧電素子３００から傾斜面１２３を通って各端子部１２５との間を電気的に接続するリード電極９０を形成する。このように、傾斜面１２３を通るようにリード電極９０を形成したので、傾斜面１２３上にも、リード電極９０を構成する金属が付き易くなるので、十分な厚さのリード電極９０を形成することができ、傾斜面１２３近傍でのリード電極９０の剥離や切断を防止することができる。
【００４４】
次に、図６（ｂ）に示すように、保護基板用ウェハ１３０を、流路形成基板用ウェハ１１０上に接着剤３５を介して接着する。ここで、この保護基板用ウェハ１３０は、保護基板３０が複数一体的に形成されたものであり、保護基板用ウェハ１３０には、リザーバ部３１及び圧電素子保持部３２が予め形成されている。
【００４５】
次に、図６（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０を所定の厚みに薄くする。
【００４６】
次いで、図７（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０上にマスク膜５２を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、図７（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０をマスク膜５２を介してＫＯＨ等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチング（ウェットエッチング）を行なうことにより、圧電素子３００に対応する圧力発生室１２を形成する。
【００４７】
その後は、流路形成基板用ウェハ１１０表面のマスク膜５２を除去し、流路形成基板用ウェハ１１０及び保護基板用ウェハ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、流路形成基板用ウェハ１１０の保護基板用ウェハ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、保護基板用ウェハ１３０にコンプライアンス基板４０を接合し、流路形成基板用ウェハ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とする。
【００４８】
なお、以上に説明した駆動回路１２０に傾斜面１２３を設ける方法は特に限定されないが、例えば次のような工程で駆動回路１２０に傾斜面１２３を設けることができる。
【００４９】
ここで、インクジェット式記録ヘッドの駆動回路の形成について、図８を参照して説明する。なお、図８は、複数の駆動回路となる駆動回路用ウェハの断面図である。
【００５０】
図８（ａ）に示すように、駆動回路用ウェハ２００に、圧電素子３００を駆動するための所定の回路を形成すると共に、該回路とリード電極９０との接点となる端子部１２５を形成する。また、各駆動回路に外部入力端子１２６を形成する。なお、駆動回路用ウェハ２００は、面方位が（１００）のシリコン単結晶基板である。
【００５１】
そして、各駆動回路の境界となるように分割溝２０１を設ける。このとき、分割溝２０１の開口から底部に向けて幅Ｌが漸減するように分割溝２０１を設ける。面方位が（１００）のシリコン単結晶基板である駆動回路用ウェハ２００を、異方性ウェットエッチングにより分割溝２０１を形成したため（１１１）面が露出された分割溝２０１が形成され、その断面はＶ字状となる。
【００５２】
次に、図８（ｂ）に示すように、駆動回路用ウェハ２００の分割溝２０１とは反対側の面を、分割溝２０１に達するまで研削する。そして、エッチングにより、研削した面に回路側凹部１２８を形成する。
【００５３】
次に、図８（ｃ）に示すように、分割溝２０１を境界として、駆動回路用ウェハ２００を分割して複数の駆動回路１２０を形成する。この分割により、分割溝２０１の表面は、各駆動回路１２０の傾斜面１２３となる。
【００５４】
このように、本実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの製造方法では、駆動回路１２０が圧電素子３００と同じ側の流路形成基板１０に配設されているので、インクジェット式記録ヘッドを厚さ方向に小型化することができる。これにより、インクジェット式記録ヘッドの高集積化を図ることができ、吐出するインク滴の高密度化を容易に図ることができる。
【００５５】
また、上述したように、傾斜面１２３を通るようにリード電極９０を形成したので、傾斜面１２３上にも、十分な厚さのリード電極９０を形成することができ、傾斜面１２３近傍でのリード電極９０の剥離や切断を防止することができる。
【００５６】
仮に、駆動回路１２０の傾斜面が流路形成基板用ウェハ１１０に対して直角であると、該傾斜面に金属が付着し難く、駆動回路１２０と圧電素子３００とがリード電極９０により電気的に接続されない。
【００５７】
しかしながら、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドの製造方法では、このようなことは無いので、圧電素子３００と駆動回路１２０とを確実に接続するリード電極９０を形成することができる。
【００５８】
また、駆動回路１２０は部品としての完成品を凹部１２９に固着するだけであるので、工程が複雑になることもない。
【００５９】
上述の如き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９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。同図に示すように、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。
【００６０】
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。
【００６１】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、流路形成基板１０に基板側凹部１２７を設け、且つ駆動回路１２０に回路側凹部１２８を設けたが、何れか一方のみに凹部を設けてもよい。また、基板側凹部１２７及び回路側凹部１２８の形状・個数も特に限定されない。要するに、接着剤１２１が入り込み得る凹部が設けられていればよい。
【００６２】
また、異方性ウェットエッチングにより分割溝２０１を設けた後に、駆動回路用ウェハ２００の分割溝２０１とは反対側の面を研削し、各駆動回路１２０に分割したが、必ずしも研削して分割する必要はない。例えば、分割溝２０１の底部が他方面側に達するまで、異方性ウェットエッチングで分割溝２０１を形成すれば、分割溝２０１の形成と分割とを同時に行うことができる。
【００６３】
また、駆動回路用ウェハ２００に分割溝２０１を形成する方法としては、異方性ウェットエッチングに限定されない。例えば、等方性ウェットエッチング、ドライエッチング、又は研削により分割溝２０１を設けてもよい。
【００６４】
さらに、上述した実施形態では、流路形成基板１０としてシリコン単結晶基板を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、ＳＯＩ基板、ガラス基板、ＭｇＯ基板等においても本発明は有効である。同様に、駆動回路用ウェハ２００としてシリコン単結晶基板を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、ＳＯＩ基板、ガラス基板、ＭｇＯ基板等であってもよい。
【００６５】
なお、上述した実施形態では、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】
【００６６】
【図１】実施形態に係る記録ヘッドの概略構成を示す分解斜視図である。
【図２】実施形態に係る記録ヘッドの平面図及び断面図である。
【図３】図２（ｂ）の一部を抽出して示す拡大図である。
【図４】実施形態に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図５】実施形態に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図６】実施形態に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図７】実施形態に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図８】実施形態に係る駆動回路の形成を示す断面図である。
【図９】実施形態に係るインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００６７】
１０ 流路形成基板、 １２ 圧力発生室、 ２１ ノズル開口、 ３０ 保護基板、 ６０ 下電極膜、 ７０ 圧電体層、 ８０ 上電極膜、 ９０ リード電極、 １２０ 駆動回路、 １２１ 接着剤、 １２３ 傾斜面、 １２５ 端子部、 ３００ 圧電素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
該流路形成基板の前記圧力発生室に相対向する領域に設けられた下電極、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が設けられた面に配設されると共に金属薄膜形成工程及びフォトリソグラフィ工程により形成された接続配線を介して前記圧電素子を駆動する駆動回路とを具備し、
前記駆動回路には、その上面に前記圧電素子に対応して端子部が設けられると共に該上面から前記流路形成基板の圧電素子が設けられた面に至る傾斜面が設けられ、
前記接続配線は、前記端子部から前記傾斜面を通って前記圧電素子の前記上電極に至るように形成されている
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載する液体噴射ヘッドにおいて、
前記駆動回路と前記流路形成基板とは接着剤を介して接合され、
前記駆動回路及び前記流路形成基板の少なくとも何れか一方には、他方との接着面に凹部が設けられている
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項３】
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、該流路形成基板の前記圧力発生室に相対向する領域に設けられた下電極、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が設けられた面に配設されると共に接続配線を介して前記圧電素子を駆動する駆動回路とを具備する液体噴射ヘッドの製造方法であって、
上面に前記圧電素子との接点となる端子部を有する複数の駆動回路となる駆動回路用ウェハの一方面側に、開口から底部に向けて幅が漸減する分割溝を各駆動回路の境界となるようにエッチングにより形成すると共に、
前記駆動回路用ウェハを前記分割溝を境界として分割することにより、該分割溝の表面を傾斜面として有する前記複数の駆動回路を形成する工程と、
前記流路形成基板の前記圧電素子が設けられた面に前記駆動回路を配設すると共に、前記駆動回路の前記端子部から前記傾斜面を通って前記圧電素子の前記上電極に至る接続配線を金属薄膜形成工程及びフォトリソグラフィ工程により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４】
請求項３に記載する液体噴射ヘッドの製造方法において、
前記駆動回路用ウェハは、面方位が（１００）であるシリコンウェハであり、
前記複数の駆動回路を形成する工程では、異方性ウェットエッチングにより前記分割溝を形成する
ことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項５】
請求項３又は請求項４に記載する液体噴射ヘッドの製造方法において、
前記複数の駆動回路を形成する工程では、前記分割溝を形成後、前記駆動回路用ウェハの他方面側を前記分割溝に達するまで研削して該分割溝を境界として分割することにより、該分割溝の表面を前記傾斜面として有する前記複数の駆動回路を形成する
ことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項６】
請求項１又は請求項２に記載する液体噴射ヘッドを備えることを特徴とする液体噴射装置。
【請求項１】
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、
該流路形成基板の前記圧力発生室に相対向する領域に設けられた下電極、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が設けられた面に配設されると共に金属薄膜形成工程及びフォトリソグラフィ工程により形成された接続配線を介して前記圧電素子を駆動する駆動回路とを具備し、
前記駆動回路には、その上面に前記圧電素子に対応して端子部が設けられると共に該上面から前記流路形成基板の圧電素子が設けられた面に至る傾斜面が設けられ、
前記接続配線は、前記端子部から前記傾斜面を通って前記圧電素子の前記上電極に至るように形成されている
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載する液体噴射ヘッドにおいて、
前記駆動回路と前記流路形成基板とは接着剤を介して接合され、
前記駆動回路及び前記流路形成基板の少なくとも何れか一方には、他方との接着面に凹部が設けられている
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項３】
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、該流路形成基板の前記圧力発生室に相対向する領域に設けられた下電極、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が設けられた面に配設されると共に接続配線を介して前記圧電素子を駆動する駆動回路とを具備する液体噴射ヘッドの製造方法であって、
上面に前記圧電素子との接点となる端子部を有する複数の駆動回路となる駆動回路用ウェハの一方面側に、開口から底部に向けて幅が漸減する分割溝を各駆動回路の境界となるようにエッチングにより形成すると共に、
前記駆動回路用ウェハを前記分割溝を境界として分割することにより、該分割溝の表面を傾斜面として有する前記複数の駆動回路を形成する工程と、
前記流路形成基板の前記圧電素子が設けられた面に前記駆動回路を配設すると共に、前記駆動回路の前記端子部から前記傾斜面を通って前記圧電素子の前記上電極に至る接続配線を金属薄膜形成工程及びフォトリソグラフィ工程により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４】
請求項３に記載する液体噴射ヘッドの製造方法において、
前記駆動回路用ウェハは、面方位が（１００）であるシリコンウェハであり、
前記複数の駆動回路を形成する工程では、異方性ウェットエッチングにより前記分割溝を形成する
ことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項５】
請求項３又は請求項４に記載する液体噴射ヘッドの製造方法において、
前記複数の駆動回路を形成する工程では、前記分割溝を形成後、前記駆動回路用ウェハの他方面側を前記分割溝に達するまで研削して該分割溝を境界として分割することにより、該分割溝の表面を前記傾斜面として有する前記複数の駆動回路を形成する
ことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項６】
請求項１又は請求項２に記載する液体噴射ヘッドを備え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８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−１６６４１０（Ｐ２００９−１６６４１０Ａ）
【公開日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−８８１１（Ｐ２００８−８８１１）
【出願日】平成２０年１月１８日（２００８．１．１８）
【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３０日（２００９．７．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月１８日（２００８．１．１８）
【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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