液体噴射ヘッド及び液体噴射装置
【課題】流路形成基板と封止基板とを貫通し、流路形成基板と封止基板との断面が共通の液体室に露出した接合部において、弾性膜にクラックが発生するという課題がある。
【解決手段】シリコン材料からなる隔壁１１により形成された流路形成基板１０と、流路形成基板１０の一方の面に形成されてシリコン酸化物を含む弾性膜５０と、圧電素子と接続するリード電極を構成する、金属層９２及び下地層９１と同一の材料を含み、弾性膜５０の一方の面に形成された積層体層と、流路形成基板１０の一方の面に接着層３５を介して接合された封止基板３０と、を備え、流路形成基板１０と封止基板３０とを貫通して液体流路に連通する共通の液体室と、弾性膜５０が接着層３５に覆われる第１の断面部Ｒ１とが形成され、第１の断面部Ｒ１は、隔壁１１の共通の液体室側の端部ｔ２よりも圧電素子側に形成されている液体噴射ヘッドを提供する。
【解決手段】シリコン材料からなる隔壁１１により形成された流路形成基板１０と、流路形成基板１０の一方の面に形成されてシリコン酸化物を含む弾性膜５０と、圧電素子と接続するリード電極を構成する、金属層９２及び下地層９１と同一の材料を含み、弾性膜５０の一方の面に形成された積層体層と、流路形成基板１０の一方の面に接着層３５を介して接合された封止基板３０と、を備え、流路形成基板１０と封止基板３０とを貫通して液体流路に連通する共通の液体室と、弾性膜５０が接着層３５に覆われる第１の断面部Ｒ１とが形成され、第１の断面部Ｒ１は、隔壁１１の共通の液体室側の端部ｔ２よりも圧電素子側に形成されている液体噴射ヘッドを提供する。
【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液体噴射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液体噴射ヘッドの代表例としては、例えば、圧電素子の変位による圧力発生室内の圧力変化を利用して、ノズル列を構成する複数のノズル開口から、例えばインクなどの液滴を噴射する液体噴射ヘッドが知られている。具体的には、一つのノズル開口に対応して連通する圧力発生室ごとに圧電素子を設け、圧電素子に電圧を選択的に印加して圧電素子を収縮または膨張させることで圧力発生室内を加圧して、ノズル開口から液滴を噴射する。
複数の圧力発生室及びそれぞれの圧力発生室に連通する複数の液体流路は、隔壁が形成された流路形成基板の一方の面と圧電素子を封止するための封止基板とを接合し、流路形成基板の他方の面とノズル開口が形成されたノズルプレートとを接合することによって形成される。
複数の液体流路に連通する共通の液体室が、封止基板と流路形成基板とを貫通する貫通孔を含んで設けられる。液体噴射ヘッドの外部から共通の液体室に供給された液体は、共通の液体室から液体流路、圧力発生室を介してノズル開口から噴射される。
流路形成基板と封止基板とを貫通する貫通孔は、共通の液体室の一部となる。従って、流路形成基板と封止基板との接合部を貫通することによって、流路形成基板と封止基板との断面が、共通の液体室に露出する。共通の液体室に露出した流路形成基板に形成された弾性膜にクラックが生じる場合がある。
例えば、特許文献１では、弾性膜に熱応力が集中しないようにして、弾性膜にクラックが生じることを抑制する方法が提案されている。一方、特許文献１に記載された貫通孔における流路形成基板と封止基板との接合部には、金属層が形成されている。金属層は、流路形成基板と封止基板とを接合するための接着剤との接合性が低い。また、共通の液体室を流れる液体によって、金属層が劣化する場合がある。
そこで、貫通孔における流路形成基板と封止基板との接合部には金属層を形成しないようにする方法が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２２６７５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、流路形成基板を貫通する貫通孔を、エッチングによって形成するとき、弾性膜にクラックが発生してしまう場合がある。また、エッチングによるクラックの発生がなかった弾性膜を有する液体噴射ヘッドを用いてノズル開口から液体を噴射しているとき、共通の液体室を流れる液体の圧力によって、弾性膜にクラックが生じる場合がある。このように、流路形成基板と封止基板との接合部を貫通し、流路形成基板と封止基板との断面が共通の液体室に露出した接合部において、弾性膜にクラックが発生するという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００６】
［適用例１］液滴を噴射するノズル開口と連通する圧力発生室、前記圧力発生室と連通する液体流路が、シリコン材料からなる隔壁により形成された流路形成基板と、前記流路形成基板の一方の面に形成されてシリコン酸化物を含む弾性膜と、圧電素子と接続するリード電極を構成する層と同一の材料を含み、前記弾性膜の一方の面に形成された積層体層と、前記流路形成基板の一方の面に接着層を介して接合された封止基板と、を備え、前記流路形成基板と前記封止基板とを貫通して前記液体流路に連通する共通の液体室と、前記弾性膜が前記接着層に覆われる第１の断面部とが形成され、前記第１の断面部は、前記隔壁の前記共通の液体室側の端部よりも前記圧電素子側に形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【０００７】
この構成によれば、流路形成基板と封止基板とを貫通して液体流路に連通する共通の液体室と、弾性膜が接着層に覆われる第１の断面部とが形成され、第１の断面部は、隔壁の共通の液体室側の端部よりも圧電素子側に形成されている。これにより、隔壁を弾性膜との境界までエッチングしない。そのため、エッチング時に弾性膜にかかる応力が緩和されるので弾性膜にクラックが発生してしまうことを抑制することができる。また、弾性膜が隔壁に接しているため、弾性膜が隔壁によって支持される。そのため、この構成による液体噴射ヘッドのノズル開口から液体を噴射しているとき、共通の液体室から液体流路に向かって流れる液体の圧力が弾性膜にかかっても、弾性膜にクラックが発生してしまうことを抑制することができる。
【０００８】
［適用例２］前記積層体層が前記接着層に覆われる第２の断面部を有し、前記第２の断面部は、前記隔壁の前記共通の液体室側の端部よりも前記圧電素子側に形成されていることを特徴とする上記液体噴射ヘッド。
【０００９】
この構成によれば、第２の断面部が共通の液体室側に露出することを抑制できる。そのため、この構成による液体噴射ヘッドのノズル開口から液体を噴射しているとき、共通の液体室から液体流路に向かって流れる液体の圧力が、第２の断面部を介して伝わることが抑制されるので、弾性膜にクラックが生じることを抑制できる。
【００１０】
［適用例３］前記第２の断面部は、前記第１の断面部よりも前記圧電素子側に形成されていることを特徴とする上記液体噴射ヘッド。
【００１１】
この構成によれば、弾性膜と接着層との接合面積を広くすることができるので、接着層によって弾性膜を固定することができる。そのため、弾性膜にクラックが生じることを抑制できる。
【００１２】
［適用例４］上記液体噴射ヘッドを備えたことを特徴とする液体噴射装置。
【００１３】
この構成によれば、流路形成基板と封止基板とを貫通して液体流路に連通する共通の液体室と、弾性膜が接着層に覆われる第１の断面部とが形成され、第１の断面部は、隔壁の共通の液体室側の端部よりも圧電素子側に形成されている。これにより、隔壁を弾性膜との境界までエッチングしない。そのため、エッチング時に弾性膜にかかる応力が緩和されるので弾性膜にクラックが発生してしまうことを抑制することができる。また、弾性膜が隔壁に接しているため、弾性膜が隔壁によって支持される。そのため、この構成による液体噴射ヘッドのノズル開口から液体を噴射しているとき、共通の液体室から液体流路に向かって流れる液体の圧力が弾性膜にかかっても、弾性膜にクラックが発生してしまうことを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】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、インクジェット式記録ヘッドの平面図であり、（ｂ）は、インクジェット式記録ヘッドの断面図。
【図３】流路形成基板用ウェハの圧力発生室の長手方向の断面図。
【図４】流路形成基板用ウェハの圧力発生室の長手方向の断面図。
【図５】流路形成基板用ウェハの圧力発生室の長手方向の断面図。
【図６】流路形成基板用ウェハの圧力発生室の長手方向の断面図。
【図７】流路形成基板用ウェハの圧力発生室の長手方向の断面図。
【図８】（ａ）は、接合部を拡大した断面図、（ｂ）は、比較例における接合部を拡大した断面図。
【図９】インクジェット式記録装置の一例を示す外観斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
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Ｈの概略構成を示す分解斜視図である。図２（ａ）は、インクジェット式記録ヘッドＨの平面図であり、（ｂ）は、（ａ）の平面図におけるＡ−Ａ´断面の断面図である。
【００１６】
図示するように、本実施形態では、流路形成基板１０はシリコン単結晶基板からなり、流路形成基板１０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弾性膜５０が形成されている。
【００１７】
流路形成基板１０には、複数の隔壁１１によって区画される、圧力発生室１２、液体供給路１４、連通路１５が、圧力発生室１２の長手方向に形成されている。圧力発生室１２の一端部側は液体供給路１４と連通し、液体供給路１４の一端部側は連通路１５と連通する。複数の圧力発生室１２、複数の液体供給路１４、複数の連通路１５は、それぞれ圧力発生室１２の短手方向に並設される。
【００１８】
連通路１５の液体供給路１４と反対側には、各連通路１５とそれぞれ連通する連通部１３が設けられている。流路形成基板１０の弾性膜５０側の面には、接合基板である封止基板３０が接合されており、連通部１３は、封止基板３０に設けられた貫通孔であるマニホールド部３１と連通して共通の液体室１００の一部を構成する。このように、本実施形態における流路形成基板１０には、圧力発生室１２、液体流路としての液体供給路１４と連通路１５、連通部１３が設けられている。
【００１９】
流路形成基板１０の封止基板３０と反対側には、各圧力発生室１２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。このノズルプレート２０は、例えば、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。
【００２０】
流路形成基板１０の封止基板３０側に形成された弾性膜５０上には絶縁体膜５５が形成されている。絶縁体膜５５上には下電極膜６０と、圧電体層７０と、上電極膜８０とで構成される圧電素子３００が形成されている。弾性膜５０、絶縁体膜５５及び下電極膜６０からなる振動板が構成され、圧電素子３００の駆動により振動板が変形する。
【００２１】
各圧電素子３００の上電極膜８０からはリード電極９０が引き出され、リード電極９０を介して各圧電素子３００に選択的に電圧が印加されるようになっている。リード電極９０は、例えば、ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）からなる下地層９１と、下地層９１上に形成され、例えば、金（Ａｕ）等からなる金属層９２とで構成されている。
【００２２】
下地層９１は、金属層９２と絶縁体膜５５等とを密着させる下地層としての役割と、上電極膜８０と金属層９２とを形成する金属同士が化学的に反応するのを防止するバリア層としての役割がある。
【００２３】
金属層９２の主材料としては、例えば、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）が挙げられる。下地層９１の材料としては、金属層９２との密着性があり、接着層３５との接着性がある材料であればよく、具体的には、チタン（Ｔｉ）、チタンタングステン化合物（ＴｉＷ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）又はニッケルクロム化合物（ＮｉＣｒ）等が挙げられる。
【００２４】
流路形成基板１０の連通部１３の封止基板３０側の開口周縁部には、リード電極９０を構成する下地層９１及び金属層９２と同一部材からなるリード電極９０とは不連続の不連続金属層１９０が設けられている。
【００２５】
圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上には、連通部１３に対向する領域にマニホールド部３１が設けられた封止基板３０が、例えば、エポキシ系の接着剤等からなる接着層３５によって接合されている。
【００２６】
不連続金属層１９０が、流路形成基板１０の開口周縁部に設けられていることにより、流路形成基板１０の開口周縁部の接着領域の接着層の厚みと、リード電極９０側の接着領域の接着層の厚みを略同一にすることができるので、余分な接着剤の流出による不具合等を防止することができる。
【００２７】
図２（ｂ）の共通の液体室１００は、封止基板３０に形成されたマニホールド部３１、流路形成基板１０に形成された連通部１３、封止基板３０と流路形成基板１０との接合部を貫通する貫通孔とから構成される。従って、封止基板３０と流路形成基板１０との接合部における断面が、共通の液体室１００に露出している。
【００２８】
図８（ａ）は、図１の隔壁１１を通る図２（ａ）のＢ−Ｂ´断面において、封止基板３０と流路形成基板１０との接合部におけるＣ部を拡大した断面図である。封止基板３０の端部ｔ１、流路形成基板１０の隔壁１１の端部ｔ２は、共通の液体室１００に露出する。
【００２９】
隔壁１１の封止基板３０側の面には、弾性膜５０によって形成された第１の断面部Ｒ１が構成される。第１の断面部Ｒ１は、接着層３５に覆われる。第１の断面部Ｒ１は、隔壁１１の共通の液体室１００側の端部ｔ２よりも図２（ｂ）の圧電素子３００側に形成されている。
【００３０】
第１の断面部Ｒ１の封止基板３０側の面には、絶縁体膜５５、下地層９１、金属層９２を含んで形成された積層体層の第２の断面部Ｒ２が構成される。第２の断面部Ｒ２は、接着層３５によって覆われる。
【００３１】
第２の断面部Ｒ２は、隔壁１１の共通の液体室１００側の端部ｔ２よりも圧電素子３００側に形成されている。さらに本実施形態では、第２の断面部Ｒ２は、第１の断面部Ｒ１の共通の液体室１００側の端部ｔ３よりも圧電素子３００側に形成されている。
【００３２】
このように、第１の断面部Ｒ１、第２の断面部Ｒ２は、接着層３５によって覆われて、封止基板３０と流路形成基板１０の接合面は、接着層３５によって封止されている。このため、圧電素子３００が駆動した際に、マニホールド部３１及び連通部１３に液体としてのインクが充填されても、不連続金属層１９０の下地層９１及び金属層９２、絶縁体膜５５、弾性膜５０がインクに接触することがなく、下地層９１、金属層９２、絶縁体膜５５、弾性膜５０が剥離する虞がない。
【００３３】
マニホールド部３１は、上述したように、連通部１３と連通されて共通の液体室１００の一部を構成している。なお、連通部１３を図１に示すように一体的に形成するのではなく、各圧力発生室１２にそれぞれ対応する複数の連通部として構成しても良い。この場合は、共通の液体室１００は、封止基板３０に形成されたマニホールド部３１のみで構成されることになる。
【００３４】
封止基板３０には、圧電素子３００に対向する領域に、圧電素子３００の収縮と伸長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の収縮と伸長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。封止基板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い。
【００３５】
封止基板３０上には、圧電素子３００を駆動するための駆動回路１２０が実装されている。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。
【００３６】
封止基板３０のマニホールド部３１に対応する領域には、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。封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料からなり、封止膜４１によってマニホールド部３１の一方面が封止されている。固定板４２は、金属等の硬質の材料で形成される。固定板４２の共通の液体室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、共通の液体室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。
【００３７】
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドＨでは、図示しない外部液体供給手段からインクを取り込み、共通の液体室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する。
【００３８】
以下、インクジェット式記録ヘッドＨの製造方法について、図３〜図７を参照して説明する。なお、図３〜図７は、流路形成基板用ウェハの圧力発生室の長手方向の断面図である。
【００３９】
まず、図３（ａ）に示すように、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。次に、図３（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）層を形成した後、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。
【００４０】
次いで、図３（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。
【００４１】
そして、図４（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とを流路形成基板用ウェハ１１０の全面に形成し、図４（ｂ）に示すように、これら圧電体層７０及び上電極膜８０を、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。なお、圧電体層７０の形成方法は、特に限定されないが、例えば、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を形成する。
【００４２】
次に、図４（ｃ）に示すように、イオンミリングすることによりパターニングして、絶縁体膜５５に開口５６を形成すると共に、弾性膜５０に開口５２を形成する。このとき、絶縁体膜５５及び弾性膜５０のイオンミリングする際には、図示しないが、開口５６及び開口５２以外の領域がイオンミリングによりエッチングされないように、レジスト等のマスクで保護しておく。
【００４３】
図４（ｃ）に示すように、絶縁体膜５５の開口５６が弾性膜５０の開口５２よりも大きくなるように形成する。このようにすることにより、図８（ａ）の絶縁体膜５５の端部ｔ４を、弾性膜５０の端部ｔ３より圧電素子３００側に形成することができる。
【００４４】
図５（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の全面に亘って、ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）からなる下地層９１を形成し、この下地層９１上に、例えば、金（Ａｕ）からなる金属層９２を形成する。
【００４５】
次に、図５（ｂ）に示すように、金属層９２を所定形状にする。具体的には、この金属層９２上に、例えば、レジスト等からなるマスクパターン（図示なし）を形成し、圧電素子３００に対応する領域及び連通部１３に対応する金属層９２の領域を除去することにより金属層９２を所定形状にパターニングする。
【００４６】
そして、図５（ｃ）に示すように、下地層９１を所定形状にすることにより、リード電極９０と、後に形成される連通部１３の周縁部近傍にリード電極９０とは不連続の不連続金属層１９０とを形成する。具体的には、金属層９２を所定形状にする場合と同様に、下地層９１上に、例えば、レジスト等からなるマスクパターン（図示なし）を形成し、圧電素子３００に対応する領域及び連通部１３に対応する下地層９１の領域を除去することにより下地層９１を所定形状にパターニングする。
【００４７】
このとき、不連続金属層１９０の金属層９２の連通部１３が形成される側の端部と、下地層９１の連通部１３が形成される側の端部とは、弾性膜５０の連通部１３が形成される側の端部ｔ３（図８（ａ）参照）より圧電素子３００側にあるように形成する。
【００４８】
次に、図６（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０上に、接着層３５を介して封止基板用ウェハ１３０を接合する。封止基板用ウェハ１３０には、マニホールド部３１、圧電素子保持部３２等が予め形成されている。封止基板用ウェハ１３０は、例えば、４００μｍ程度の厚さを有するシリコンウェハであり、封止基板用ウェハ１３０を接合することで流路形成基板用ウェハ１１０の剛性は著しく向上することになる。
【００４９】
次いで、図６（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０をある程度の厚さとなるまで研削した後、更に弗硝酸によってウェットエッチングすることにより流路形成基板用ウェハ１１０を所定の厚さとする。例えば、研削及びウェットエッチングによって、流路形成基板用ウェハ１１０を、約７０μｍの厚さとなるように加工する。次いで、図６（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０上に、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）からなるマスク膜５３を新たに形成し、所定形状にパターニングする。
【００５０】
そして、図７（ａ）に示すように、封止基板用ウェハ１３０のマニホールド部３１を、例えば、耐アルカリ性を有する封止フィルム３８で封止した後、マスク膜５３を介して流路形成基板用ウェハ１１０を異方性エッチング（ウェットエッチング）して、流路形成基板用ウェハ１１０に圧力発生室１２、液体供給路１４、連通路１５及び連通部１３等を形成する。このとき、図示しないが、封止基板用ウェハ１３０の流路形成基板用ウェハ１１０側とは反対側の表面全体を、例えば、熱融着フィルム等によりさらに覆っておく。
【００５１】
このように、封止基板用ウェハ１３０のマニホールド部３１が封止フィルム３８により封止されているため、エッチング液がマニホールド部３１側から封止基板用ウェハ１３０の表面に設けられている接続配線やリード電極９０に流れ込むことがない。
【００５２】
これにより、封止基板用ウェハ１３０の表面に設けられている接続配線やリード電極９０にエッチング液が付着することがなく、断線等の不良の発生を防止することができる。また、このとき、不連続金属層１９０の連通部１３側の端面が接着層３５により封止されていることにより、ウェットエッチングにより不連続金属層１９０の下地層９１及び金属層９２の端面が剥離する虞がない。
【００５３】
図７（ｂ）に示すように、封止フィルム３８及び図示しない熱融着フィルム等を剥がした後は、封止基板用ウェハ１３０に形成されている接続配線上に駆動回路１２０を実装すると共に、駆動回路１２０とリード電極９０とを接続配線１２１によって接続する（図２参照）。その後、流路形成基板用ウェハ１１０及び封止基板用ウェハ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。
【００５４】
そして、流路形成基板用ウェハ１１０の封止基板用ウェハ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、封止基板用ウェハ１３０にコンプライアンス基板４０を接合し、これら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上述した構造のインクジェット式記録ヘッドＨが製造される。
【００５５】
（比較例）
ここで、本実施形態との比較例について説明する。図８（ｂ）は、本実施形態で説明した図２（ａ）のＢ−Ｂ´断面における図２（ｂ）のＣ部と同じ部分を拡大した比較例の断面図である。
【００５６】
図８（ｂ）の比較例では、弾性膜５０によって構成された第１の断面部Ｒ１の共通の液体室１００側の端部ｔ３は、隔壁１１の共通の液体室１００側の端部ｔ２より、圧電素子３００と反対側、すなわち共通の液体室１００側に形成されている。
【００５７】
そのため、図８（ｂ）に示すように、弾性膜５０が共通の液体室１００に露出する面を形成するため、隔壁１１を弾性膜５０との境界までエッチングすることになる。従って、隔壁１１をエッチングしているとき、弾性膜５０にクラックＤが発生する可能性が高くなる。
【００５８】
また、弾性膜５０の隔壁１１側が共通の液体室１００に露出している。そのため、ノズル開口２１からインクを噴射しているとき、共通の液体室１００から液体流路となる連通路１５に向かって流れるインクの圧力が弾性膜５０にかかると、弾性膜５０にクラックＤが発生する可能性が高くなる。
【００５９】
以上説明したように、本実施形態の液体噴射ヘッドとしてのインクジェット式記録ヘッドＨは、液滴を噴射するノズル開口２１と連通する圧力発生室１２、圧力発生室１２と連通する液体流路としての液体供給路１４と連通路１５とが、シリコン材料からなる隔壁１１により形成された流路形成基板１０と、流路形成基板１０の一方の面に形成されてシリコン酸化物を含む弾性膜５０と、圧電素子３００と接続するリード電極９０を構成する、金属層９２及び下地層９１と同一の材料を含み、弾性膜５０の一方の面に形成された積層体層と、流路形成基板１０の一方の面に接着層３５を介して接合された封止基板３０と、を備え、流路形成基板１０と封止基板３０とを貫通して液体流路に連通する共通の液体室１００と、図８（ａ）の弾性膜５０が接着層３５に覆われる第１の断面部Ｒ１とが形成され、第１の断面部Ｒ１は、隔壁１１の共通の液体室１００側の端部ｔ２よりも圧電素子３００側に形成されている。
【００６０】
この構成によれば、隔壁１１を弾性膜５０との境界までエッチングしない。そのため、エッチング時に弾性膜５０にかかる応力が緩和されるので、弾性膜５０にクラックが発生してしまうことを抑制することができる。また、弾性膜５０が隔壁１１に接しているため、弾性膜５０が隔壁１１によって支持される。そのため、この構成による液体噴射ヘッドＨのノズル開口２１から液体としてのインクを噴射しているとき、共通の液体室１００から液体流路となる連通路１５に向かって流れるインクの圧力が弾性膜５０にかかっても、弾性膜５０にクラックが発生してしまうことを抑制することができる。
【００６１】
また、圧電素子３００と接続する図８（ａ）のリード電極９０を構成する、金属層９２及び下地層９１と同一の材料を含み、弾性膜５０の一方の面に形成された積層体層が接着層３５に覆われる第２の断面部Ｒ２を有し、第２の断面部Ｒ２は、隔壁１１の共通の液体室１００側の端部ｔ２よりも圧電素子３００側に形成されている。
【００６２】
この構成によれば、第２の断面部Ｒ２が共通の液体室１００側に露出することを抑制できる。そのため、この構成による液体噴射ヘッドＨのノズル開口２１からインクを噴射しているとき、共通の液体室１００から液体流路となる連通路１５に向かって流れるインクの圧力が、第２の断面部Ｒ２を介して伝わることが抑制されるので、弾性膜５０にクラックが生じることを抑制できる。
【００６３】
また、第２の断面部Ｒ２は、第１の断面部Ｒ１よりも圧電素子３００側に形成されている。この構成によれば、弾性膜５０と接着層３５との接合面積を広くすることができるので、接着層３５によって弾性膜５０を固定することができる。そのため、弾性膜５０にクラックが生じることを抑制できる。
【００６４】
なお、上述したインクジェット式記録ヘッドＨ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、インクジェット式記録装置の一例を示す外観斜視図である。
【００６５】
図９に示すように、インクジェット式記録装置Ｐは、インクジェット式記録ヘッドＨを有する記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを具備する。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。
【００６６】
そして、駆動モーター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ー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に巻き掛けられて搬送されるようになっている。
【００６７】
本実施形態においては、液体噴射ヘッドの一例として、記録シートＳに画像を形成するインクジェット式液体噴射ヘッドＨについて説明したが、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にも適用する。
【符号の説明】
【００６８】
１０…流路形成基板、１１…隔壁、３０…封止基板、３５…接着層、５０…弾性膜、９１…下地層、９２…金属層、Ｈ…インクジェット式液体噴射ヘッド、Ｐ…インクジェット式記録装置、Ｒ１…第１の断面部、ｔ２…端部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液体噴射ヘッドの代表例としては、例えば、圧電素子の変位による圧力発生室内の圧力変化を利用して、ノズル列を構成する複数のノズル開口から、例えばインクなどの液滴を噴射する液体噴射ヘッドが知られている。具体的には、一つのノズル開口に対応して連通する圧力発生室ごとに圧電素子を設け、圧電素子に電圧を選択的に印加して圧電素子を収縮または膨張させることで圧力発生室内を加圧して、ノズル開口から液滴を噴射する。
複数の圧力発生室及びそれぞれの圧力発生室に連通する複数の液体流路は、隔壁が形成された流路形成基板の一方の面と圧電素子を封止するための封止基板とを接合し、流路形成基板の他方の面とノズル開口が形成されたノズルプレートとを接合することによって形成される。
複数の液体流路に連通する共通の液体室が、封止基板と流路形成基板とを貫通する貫通孔を含んで設けられる。液体噴射ヘッドの外部から共通の液体室に供給された液体は、共通の液体室から液体流路、圧力発生室を介してノズル開口から噴射される。
流路形成基板と封止基板とを貫通する貫通孔は、共通の液体室の一部となる。従って、流路形成基板と封止基板との接合部を貫通することによって、流路形成基板と封止基板との断面が、共通の液体室に露出する。共通の液体室に露出した流路形成基板に形成された弾性膜にクラックが生じる場合がある。
例えば、特許文献１では、弾性膜に熱応力が集中しないようにして、弾性膜にクラックが生じることを抑制する方法が提案されている。一方、特許文献１に記載された貫通孔における流路形成基板と封止基板との接合部には、金属層が形成されている。金属層は、流路形成基板と封止基板とを接合するための接着剤との接合性が低い。また、共通の液体室を流れる液体によって、金属層が劣化する場合がある。
そこで、貫通孔における流路形成基板と封止基板との接合部には金属層を形成しないようにする方法が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２２６７５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、流路形成基板を貫通する貫通孔を、エッチングによって形成するとき、弾性膜にクラックが発生してしまう場合がある。また、エッチングによるクラックの発生がなかった弾性膜を有する液体噴射ヘッドを用いてノズル開口から液体を噴射しているとき、共通の液体室を流れる液体の圧力によって、弾性膜にクラックが生じる場合がある。このように、流路形成基板と封止基板との接合部を貫通し、流路形成基板と封止基板との断面が共通の液体室に露出した接合部において、弾性膜にクラックが発生するという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００６】
［適用例１］液滴を噴射するノズル開口と連通する圧力発生室、前記圧力発生室と連通する液体流路が、シリコン材料からなる隔壁により形成された流路形成基板と、前記流路形成基板の一方の面に形成されてシリコン酸化物を含む弾性膜と、圧電素子と接続するリード電極を構成する層と同一の材料を含み、前記弾性膜の一方の面に形成された積層体層と、前記流路形成基板の一方の面に接着層を介して接合された封止基板と、を備え、前記流路形成基板と前記封止基板とを貫通して前記液体流路に連通する共通の液体室と、前記弾性膜が前記接着層に覆われる第１の断面部とが形成され、前記第１の断面部は、前記隔壁の前記共通の液体室側の端部よりも前記圧電素子側に形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【０００７】
この構成によれば、流路形成基板と封止基板とを貫通して液体流路に連通する共通の液体室と、弾性膜が接着層に覆われる第１の断面部とが形成され、第１の断面部は、隔壁の共通の液体室側の端部よりも圧電素子側に形成されている。これにより、隔壁を弾性膜との境界までエッチングしない。そのため、エッチング時に弾性膜にかかる応力が緩和されるので弾性膜にクラックが発生してしまうことを抑制することができる。また、弾性膜が隔壁に接しているため、弾性膜が隔壁によって支持される。そのため、この構成による液体噴射ヘッドのノズル開口から液体を噴射しているとき、共通の液体室から液体流路に向かって流れる液体の圧力が弾性膜にかかっても、弾性膜にクラックが発生してしまうことを抑制することができる。
【０００８】
［適用例２］前記積層体層が前記接着層に覆われる第２の断面部を有し、前記第２の断面部は、前記隔壁の前記共通の液体室側の端部よりも前記圧電素子側に形成されていることを特徴とする上記液体噴射ヘッド。
【０００９】
この構成によれば、第２の断面部が共通の液体室側に露出することを抑制できる。そのため、この構成による液体噴射ヘッドのノズル開口から液体を噴射しているとき、共通の液体室から液体流路に向かって流れる液体の圧力が、第２の断面部を介して伝わることが抑制されるので、弾性膜にクラックが生じることを抑制できる。
【００１０】
［適用例３］前記第２の断面部は、前記第１の断面部よりも前記圧電素子側に形成されていることを特徴とする上記液体噴射ヘッド。
【００１１】
この構成によれば、弾性膜と接着層との接合面積を広くすることができるので、接着層によって弾性膜を固定することができる。そのため、弾性膜にクラックが生じることを抑制できる。
【００１２】
［適用例４］上記液体噴射ヘッドを備えたことを特徴とする液体噴射装置。
【００１３】
この構成によれば、流路形成基板と封止基板とを貫通して液体流路に連通する共通の液体室と、弾性膜が接着層に覆われる第１の断面部とが形成され、第１の断面部は、隔壁の共通の液体室側の端部よりも圧電素子側に形成されている。これにより、隔壁を弾性膜との境界までエッチングしない。そのため、エッチング時に弾性膜にかかる応力が緩和されるので弾性膜にクラックが発生してしまうことを抑制することができる。また、弾性膜が隔壁に接しているため、弾性膜が隔壁によって支持される。そのため、この構成による液体噴射ヘッドのノズル開口から液体を噴射しているとき、共通の液体室から液体流路に向かって流れる液体の圧力が弾性膜にかかっても、弾性膜にクラックが発生してしまうことを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】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、インクジェット式記録ヘッドの平面図であり、（ｂ）は、インクジェット式記録ヘッドの断面図。
【図３】流路形成基板用ウェハの圧力発生室の長手方向の断面図。
【図４】流路形成基板用ウェハの圧力発生室の長手方向の断面図。
【図５】流路形成基板用ウェハの圧力発生室の長手方向の断面図。
【図６】流路形成基板用ウェハの圧力発生室の長手方向の断面図。
【図７】流路形成基板用ウェハの圧力発生室の長手方向の断面図。
【図８】（ａ）は、接合部を拡大した断面図、（ｂ）は、比較例における接合部を拡大した断面図。
【図９】インクジェット式記録装置の一例を示す外観斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
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Ｈの概略構成を示す分解斜視図である。図２（ａ）は、インクジェット式記録ヘッドＨの平面図であり、（ｂ）は、（ａ）の平面図におけるＡ−Ａ´断面の断面図である。
【００１６】
図示するように、本実施形態では、流路形成基板１０はシリコン単結晶基板からなり、流路形成基板１０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弾性膜５０が形成されている。
【００１７】
流路形成基板１０には、複数の隔壁１１によって区画される、圧力発生室１２、液体供給路１４、連通路１５が、圧力発生室１２の長手方向に形成されている。圧力発生室１２の一端部側は液体供給路１４と連通し、液体供給路１４の一端部側は連通路１５と連通する。複数の圧力発生室１２、複数の液体供給路１４、複数の連通路１５は、それぞれ圧力発生室１２の短手方向に並設される。
【００１８】
連通路１５の液体供給路１４と反対側には、各連通路１５とそれぞれ連通する連通部１３が設けられている。流路形成基板１０の弾性膜５０側の面には、接合基板である封止基板３０が接合されており、連通部１３は、封止基板３０に設けられた貫通孔であるマニホールド部３１と連通して共通の液体室１００の一部を構成する。このように、本実施形態における流路形成基板１０には、圧力発生室１２、液体流路としての液体供給路１４と連通路１５、連通部１３が設けられている。
【００１９】
流路形成基板１０の封止基板３０と反対側には、各圧力発生室１２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。このノズルプレート２０は、例えば、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。
【００２０】
流路形成基板１０の封止基板３０側に形成された弾性膜５０上には絶縁体膜５５が形成されている。絶縁体膜５５上には下電極膜６０と、圧電体層７０と、上電極膜８０とで構成される圧電素子３００が形成されている。弾性膜５０、絶縁体膜５５及び下電極膜６０からなる振動板が構成され、圧電素子３００の駆動により振動板が変形する。
【００２１】
各圧電素子３００の上電極膜８０からはリード電極９０が引き出され、リード電極９０を介して各圧電素子３００に選択的に電圧が印加されるようになっている。リード電極９０は、例えば、ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）からなる下地層９１と、下地層９１上に形成され、例えば、金（Ａｕ）等からなる金属層９２とで構成されている。
【００２２】
下地層９１は、金属層９２と絶縁体膜５５等とを密着させる下地層としての役割と、上電極膜８０と金属層９２とを形成する金属同士が化学的に反応するのを防止するバリア層としての役割がある。
【００２３】
金属層９２の主材料としては、例えば、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）が挙げられる。下地層９１の材料としては、金属層９２との密着性があり、接着層３５との接着性がある材料であればよく、具体的には、チタン（Ｔｉ）、チタンタングステン化合物（ＴｉＷ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）又はニッケルクロム化合物（ＮｉＣｒ）等が挙げられる。
【００２４】
流路形成基板１０の連通部１３の封止基板３０側の開口周縁部には、リード電極９０を構成する下地層９１及び金属層９２と同一部材からなるリード電極９０とは不連続の不連続金属層１９０が設けられている。
【００２５】
圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上には、連通部１３に対向する領域にマニホールド部３１が設けられた封止基板３０が、例えば、エポキシ系の接着剤等からなる接着層３５によって接合されている。
【００２６】
不連続金属層１９０が、流路形成基板１０の開口周縁部に設けられていることにより、流路形成基板１０の開口周縁部の接着領域の接着層の厚みと、リード電極９０側の接着領域の接着層の厚みを略同一にすることができるので、余分な接着剤の流出による不具合等を防止することができる。
【００２７】
図２（ｂ）の共通の液体室１００は、封止基板３０に形成されたマニホールド部３１、流路形成基板１０に形成された連通部１３、封止基板３０と流路形成基板１０との接合部を貫通する貫通孔とから構成される。従って、封止基板３０と流路形成基板１０との接合部における断面が、共通の液体室１００に露出している。
【００２８】
図８（ａ）は、図１の隔壁１１を通る図２（ａ）のＢ−Ｂ´断面において、封止基板３０と流路形成基板１０との接合部におけるＣ部を拡大した断面図である。封止基板３０の端部ｔ１、流路形成基板１０の隔壁１１の端部ｔ２は、共通の液体室１００に露出する。
【００２９】
隔壁１１の封止基板３０側の面には、弾性膜５０によって形成された第１の断面部Ｒ１が構成される。第１の断面部Ｒ１は、接着層３５に覆われる。第１の断面部Ｒ１は、隔壁１１の共通の液体室１００側の端部ｔ２よりも図２（ｂ）の圧電素子３００側に形成されている。
【００３０】
第１の断面部Ｒ１の封止基板３０側の面には、絶縁体膜５５、下地層９１、金属層９２を含んで形成された積層体層の第２の断面部Ｒ２が構成される。第２の断面部Ｒ２は、接着層３５によって覆われる。
【００３１】
第２の断面部Ｒ２は、隔壁１１の共通の液体室１００側の端部ｔ２よりも圧電素子３００側に形成されている。さらに本実施形態では、第２の断面部Ｒ２は、第１の断面部Ｒ１の共通の液体室１００側の端部ｔ３よりも圧電素子３００側に形成されている。
【００３２】
このように、第１の断面部Ｒ１、第２の断面部Ｒ２は、接着層３５によって覆われて、封止基板３０と流路形成基板１０の接合面は、接着層３５によって封止されている。このため、圧電素子３００が駆動した際に、マニホールド部３１及び連通部１３に液体としてのインクが充填されても、不連続金属層１９０の下地層９１及び金属層９２、絶縁体膜５５、弾性膜５０がインクに接触することがなく、下地層９１、金属層９２、絶縁体膜５５、弾性膜５０が剥離する虞がない。
【００３３】
マニホールド部３１は、上述したように、連通部１３と連通されて共通の液体室１００の一部を構成している。なお、連通部１３を図１に示すように一体的に形成するのではなく、各圧力発生室１２にそれぞれ対応する複数の連通部として構成しても良い。この場合は、共通の液体室１００は、封止基板３０に形成されたマニホールド部３１のみで構成されることになる。
【００３４】
封止基板３０には、圧電素子３００に対向する領域に、圧電素子３００の収縮と伸長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の収縮と伸長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。封止基板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い。
【００３５】
封止基板３０上には、圧電素子３００を駆動するための駆動回路１２０が実装されている。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。
【００３６】
封止基板３０のマニホールド部３１に対応する領域には、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。封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料からなり、封止膜４１によってマニホールド部３１の一方面が封止されている。固定板４２は、金属等の硬質の材料で形成される。固定板４２の共通の液体室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、共通の液体室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。
【００３７】
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドＨでは、図示しない外部液体供給手段からインクを取り込み、共通の液体室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する。
【００３８】
以下、インクジェット式記録ヘッドＨの製造方法について、図３〜図７を参照して説明する。なお、図３〜図７は、流路形成基板用ウェハの圧力発生室の長手方向の断面図である。
【００３９】
まず、図３（ａ）に示すように、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。次に、図３（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）層を形成した後、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。
【００４０】
次いで、図３（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。
【００４１】
そして、図４（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とを流路形成基板用ウェハ１１０の全面に形成し、図４（ｂ）に示すように、これら圧電体層７０及び上電極膜８０を、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。なお、圧電体層７０の形成方法は、特に限定されないが、例えば、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を形成する。
【００４２】
次に、図４（ｃ）に示すように、イオンミリングすることによりパターニングして、絶縁体膜５５に開口５６を形成すると共に、弾性膜５０に開口５２を形成する。このとき、絶縁体膜５５及び弾性膜５０のイオンミリングする際には、図示しないが、開口５６及び開口５２以外の領域がイオンミリングによりエッチングされないように、レジスト等のマスクで保護しておく。
【００４３】
図４（ｃ）に示すように、絶縁体膜５５の開口５６が弾性膜５０の開口５２よりも大きくなるように形成する。このようにすることにより、図８（ａ）の絶縁体膜５５の端部ｔ４を、弾性膜５０の端部ｔ３より圧電素子３００側に形成することができる。
【００４４】
図５（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の全面に亘って、ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）からなる下地層９１を形成し、この下地層９１上に、例えば、金（Ａｕ）からなる金属層９２を形成する。
【００４５】
次に、図５（ｂ）に示すように、金属層９２を所定形状にする。具体的には、この金属層９２上に、例えば、レジスト等からなるマスクパターン（図示なし）を形成し、圧電素子３００に対応する領域及び連通部１３に対応する金属層９２の領域を除去することにより金属層９２を所定形状にパターニングする。
【００４６】
そして、図５（ｃ）に示すように、下地層９１を所定形状にすることにより、リード電極９０と、後に形成される連通部１３の周縁部近傍にリード電極９０とは不連続の不連続金属層１９０とを形成する。具体的には、金属層９２を所定形状にする場合と同様に、下地層９１上に、例えば、レジスト等からなるマスクパターン（図示なし）を形成し、圧電素子３００に対応する領域及び連通部１３に対応する下地層９１の領域を除去することにより下地層９１を所定形状にパターニングする。
【００４７】
このとき、不連続金属層１９０の金属層９２の連通部１３が形成される側の端部と、下地層９１の連通部１３が形成される側の端部とは、弾性膜５０の連通部１３が形成される側の端部ｔ３（図８（ａ）参照）より圧電素子３００側にあるように形成する。
【００４８】
次に、図６（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０上に、接着層３５を介して封止基板用ウェハ１３０を接合する。封止基板用ウェハ１３０には、マニホールド部３１、圧電素子保持部３２等が予め形成されている。封止基板用ウェハ１３０は、例えば、４００μｍ程度の厚さを有するシリコンウェハであり、封止基板用ウェハ１３０を接合することで流路形成基板用ウェハ１１０の剛性は著しく向上することになる。
【００４９】
次いで、図６（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０をある程度の厚さとなるまで研削した後、更に弗硝酸によってウェットエッチングすることにより流路形成基板用ウェハ１１０を所定の厚さとする。例えば、研削及びウェットエッチングによって、流路形成基板用ウェハ１１０を、約７０μｍの厚さとなるように加工する。次いで、図６（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０上に、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）からなるマスク膜５３を新たに形成し、所定形状にパターニングする。
【００５０】
そして、図７（ａ）に示すように、封止基板用ウェハ１３０のマニホールド部３１を、例えば、耐アルカリ性を有する封止フィルム３８で封止した後、マスク膜５３を介して流路形成基板用ウェハ１１０を異方性エッチング（ウェットエッチング）して、流路形成基板用ウェハ１１０に圧力発生室１２、液体供給路１４、連通路１５及び連通部１３等を形成する。このとき、図示しないが、封止基板用ウェハ１３０の流路形成基板用ウェハ１１０側とは反対側の表面全体を、例えば、熱融着フィルム等によりさらに覆っておく。
【００５１】
このように、封止基板用ウェハ１３０のマニホールド部３１が封止フィルム３８により封止されているため、エッチング液がマニホールド部３１側から封止基板用ウェハ１３０の表面に設けられている接続配線やリード電極９０に流れ込むことがない。
【００５２】
これにより、封止基板用ウェハ１３０の表面に設けられている接続配線やリード電極９０にエッチング液が付着することがなく、断線等の不良の発生を防止することができる。また、このとき、不連続金属層１９０の連通部１３側の端面が接着層３５により封止されていることにより、ウェットエッチングにより不連続金属層１９０の下地層９１及び金属層９２の端面が剥離する虞がない。
【００５３】
図７（ｂ）に示すように、封止フィルム３８及び図示しない熱融着フィルム等を剥がした後は、封止基板用ウェハ１３０に形成されている接続配線上に駆動回路１２０を実装すると共に、駆動回路１２０とリード電極９０とを接続配線１２１によって接続する（図２参照）。その後、流路形成基板用ウェハ１１０及び封止基板用ウェハ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。
【００５４】
そして、流路形成基板用ウェハ１１０の封止基板用ウェハ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、封止基板用ウェハ１３０にコンプライアンス基板４０を接合し、これら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上述した構造のインクジェット式記録ヘッドＨが製造される。
【００５５】
（比較例）
ここで、本実施形態との比較例について説明する。図８（ｂ）は、本実施形態で説明した図２（ａ）のＢ−Ｂ´断面における図２（ｂ）のＣ部と同じ部分を拡大した比較例の断面図である。
【００５６】
図８（ｂ）の比較例では、弾性膜５０によって構成された第１の断面部Ｒ１の共通の液体室１００側の端部ｔ３は、隔壁１１の共通の液体室１００側の端部ｔ２より、圧電素子３００と反対側、すなわち共通の液体室１００側に形成されている。
【００５７】
そのため、図８（ｂ）に示すように、弾性膜５０が共通の液体室１００に露出する面を形成するため、隔壁１１を弾性膜５０との境界までエッチングすることになる。従って、隔壁１１をエッチングしているとき、弾性膜５０にクラックＤが発生する可能性が高くなる。
【００５８】
また、弾性膜５０の隔壁１１側が共通の液体室１００に露出している。そのため、ノズル開口２１からインクを噴射しているとき、共通の液体室１００から液体流路となる連通路１５に向かって流れるインクの圧力が弾性膜５０にかかると、弾性膜５０にクラックＤが発生する可能性が高くなる。
【００５９】
以上説明したように、本実施形態の液体噴射ヘッドとしてのインクジェット式記録ヘッドＨは、液滴を噴射するノズル開口２１と連通する圧力発生室１２、圧力発生室１２と連通する液体流路としての液体供給路１４と連通路１５とが、シリコン材料からなる隔壁１１により形成された流路形成基板１０と、流路形成基板１０の一方の面に形成されてシリコン酸化物を含む弾性膜５０と、圧電素子３００と接続するリード電極９０を構成する、金属層９２及び下地層９１と同一の材料を含み、弾性膜５０の一方の面に形成された積層体層と、流路形成基板１０の一方の面に接着層３５を介して接合された封止基板３０と、を備え、流路形成基板１０と封止基板３０とを貫通して液体流路に連通する共通の液体室１００と、図８（ａ）の弾性膜５０が接着層３５に覆われる第１の断面部Ｒ１とが形成され、第１の断面部Ｒ１は、隔壁１１の共通の液体室１００側の端部ｔ２よりも圧電素子３００側に形成されている。
【００６０】
この構成によれば、隔壁１１を弾性膜５０との境界までエッチングしない。そのため、エッチング時に弾性膜５０にかかる応力が緩和されるので、弾性膜５０にクラックが発生してしまうことを抑制することができる。また、弾性膜５０が隔壁１１に接しているため、弾性膜５０が隔壁１１によって支持される。そのため、この構成による液体噴射ヘッドＨのノズル開口２１から液体としてのインクを噴射しているとき、共通の液体室１００から液体流路となる連通路１５に向かって流れるインクの圧力が弾性膜５０にかかっても、弾性膜５０にクラックが発生してしまうことを抑制することができる。
【００６１】
また、圧電素子３００と接続する図８（ａ）のリード電極９０を構成する、金属層９２及び下地層９１と同一の材料を含み、弾性膜５０の一方の面に形成された積層体層が接着層３５に覆われる第２の断面部Ｒ２を有し、第２の断面部Ｒ２は、隔壁１１の共通の液体室１００側の端部ｔ２よりも圧電素子３００側に形成されている。
【００６２】
この構成によれば、第２の断面部Ｒ２が共通の液体室１００側に露出することを抑制できる。そのため、この構成による液体噴射ヘッドＨのノズル開口２１からインクを噴射しているとき、共通の液体室１００から液体流路となる連通路１５に向かって流れるインクの圧力が、第２の断面部Ｒ２を介して伝わることが抑制されるので、弾性膜５０にクラックが生じることを抑制できる。
【００６３】
また、第２の断面部Ｒ２は、第１の断面部Ｒ１よりも圧電素子３００側に形成されている。この構成によれば、弾性膜５０と接着層３５との接合面積を広くすることができるので、接着層３５によって弾性膜５０を固定することができる。そのため、弾性膜５０にクラックが生じることを抑制できる。
【００６４】
なお、上述したインクジェット式記録ヘッドＨ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、インクジェット式記録装置の一例を示す外観斜視図である。
【００６５】
図９に示すように、インクジェット式記録装置Ｐは、インクジェット式記録ヘッドＨを有する記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを具備する。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。
【００６６】
そして、駆動モーター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ー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に巻き掛けられて搬送されるようになっている。
【００６７】
本実施形態においては、液体噴射ヘッドの一例として、記録シートＳに画像を形成するインクジェット式液体噴射ヘッドＨについて説明したが、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にも適用する。
【符号の説明】
【００６８】
１０…流路形成基板、１１…隔壁、３０…封止基板、３５…接着層、５０…弾性膜、９１…下地層、９２…金属層、Ｈ…インクジェット式液体噴射ヘッド、Ｐ…インクジェット式記録装置、Ｒ１…第１の断面部、ｔ２…端部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を噴射するノズル開口と連通する圧力発生室、前記圧力発生室と連通する液体流路が、シリコン材料からなる隔壁により形成された流路形成基板と、
前記流路形成基板の一方の面に形成されてシリコン酸化物を含む弾性膜と、
圧電素子と接続するリード電極を構成する層と同一の材料を含み、前記弾性膜の一方の面に形成された積層体層と、
前記流路形成基板の一方の面に接着層を介して接合された封止基板と、を備え、
前記流路形成基板と前記封止基板とを貫通して前記液体流路に連通する共通の液体室と、前記弾性膜が前記接着層に覆われる第１の断面部とが形成され、前記第１の断面部は、前記隔壁の前記共通の液体室側の端部よりも前記圧電素子側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に記載の液体噴射ヘッドであって、
前記積層体層が前記接着層に覆われる第２の断面部を有し、前記第２の断面部は、前記隔壁の前記共通の液体室側の端部よりも前記圧電素子側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３】
請求項１または請求項２に記載の液体噴射ヘッドであって、
前記第２の断面部は、前記第１の断面部よりも前記圧電素子側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４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッドを備えたことを特徴とする液体噴射装置。
【請求項１】
液滴を噴射するノズル開口と連通する圧力発生室、前記圧力発生室と連通する液体流路が、シリコン材料からなる隔壁により形成された流路形成基板と、
前記流路形成基板の一方の面に形成されてシリコン酸化物を含む弾性膜と、
圧電素子と接続するリード電極を構成する層と同一の材料を含み、前記弾性膜の一方の面に形成された積層体層と、
前記流路形成基板の一方の面に接着層を介して接合された封止基板と、を備え、
前記流路形成基板と前記封止基板とを貫通して前記液体流路に連通する共通の液体室と、前記弾性膜が前記接着層に覆われる第１の断面部とが形成され、前記第１の断面部は、前記隔壁の前記共通の液体室側の端部よりも前記圧電素子側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に記載の液体噴射ヘッドであって、
前記積層体層が前記接着層に覆われる第２の断面部を有し、前記第２の断面部は、前記隔壁の前記共通の液体室側の端部よりも前記圧電素子側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３】
請求項１または請求項２に記載の液体噴射ヘッドであって、
前記第２の断面部は、前記第１の断面部よりも前記圧電素子側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４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッドを備えた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２０１１−１８９５９８（Ｐ２０１１−１８９５９８Ａ）
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５７１４０（Ｐ２０１０−５７１４０）
【出願日】平成２２年３月１５日（２０１０．３．１５）
【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２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１５日（２０１０．３．１５）
【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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