液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置及び液滴吐出ヘッドの製造方法
【課題】複雑な構造にすることなく、チップサイズの小型化及びノズル孔の多列化を容易に両立させることができる液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置及び液滴吐出ヘッドの製造方法を提供する。
【解決手段】液滴吐出ヘッド１００は、振動板３２と個別電極４２とをガラス溝４５に起因するエアギャップ４１を介して対向させるとともに、キャビティ基板３の電極基板４との接合面の一部を貫通穴４４を介して露出させ、キャビティ基板３の電極基板との接合面に、一端を個別電極４２の表面に接続し、他端をガラス溝４５の開放端部から貫通穴４４形成部分にまで延設した個別電極リード３６を形成し、貫通穴４４を介してキャビティ基板３の露出面側から個別電極リード部３６に駆動信号を印加可能にした。
【解決手段】液滴吐出ヘッド１００は、振動板３２と個別電極４２とをガラス溝４５に起因するエアギャップ４１を介して対向させるとともに、キャビティ基板３の電極基板４との接合面の一部を貫通穴４４を介して露出させ、キャビティ基板３の電極基板との接合面に、一端を個別電極４２の表面に接続し、他端をガラス溝４５の開放端部から貫通穴４４形成部分にまで延設した個別電極リード３６を形成し、貫通穴４４を介してキャビティ基板３の露出面側から個別電極リード部３６に駆動信号を印加可能にした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクやその他の液体を吐出する液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置及び液滴吐出ヘッドの製造方法に関し、特にチップサイズの小型化及びノズル孔の多列化を容易に実現可能にした液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置及び液滴吐出ヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液滴を吐出するための装置として、たとえばインクジェット記録装置に搭載されるインクジェットヘッドが知られている。一般に、このインクジェットヘッドは、インク滴を吐出するための複数のノズル孔が形成されたノズル基板と、このノズル基板に接合されノズル孔に連通する吐出室や、リザーバ等のインク流路が形成されたキャビティ基板とを備え、吐出室に圧力を加えることによりインク滴を選択されたノズル孔より吐出するように構成されている。このようにインク滴を吐出させる方式としては、静電気力を利用する静電駆動方式や、圧電素子による圧電（ＰＺＴ）方式、発熱素子を利用するバブルジェット（登録商標）方式等がある。
【０００３】
このうち、静電駆動方式のインクジェットヘッドにおいては、吐出室の底部を振動板としたキャビティ基板と、この振動板に所定のギャップ（空隙）を介して対向する個別電極を形成した電極ガラス基板とを接合させた構成となっている。インク滴を吐出する際には、個別電極に駆動電圧を印加してプラスに帯電させ、対応する振動板に駆動電圧を印加してマイナスに帯電させる。そうすると、この時に生じる静電引力により振動板が個別電極側に弾性変形する。そして、この駆動電圧をオフにすると、振動板が復元する。このとき、吐出室の内部の圧力が急激に上昇し、吐出室内のインクの一部をインク滴としてノズル孔から吐出されることになる。
【０００４】
このようなインクジェットヘッドでは、高解像度画像の高速印刷及び多色印刷（カラー化）を目的として、ノズル密度の高密度化及び多列化が進んでおり、それに伴って１列当たりのノズルの数及び吐出室の数が一段と増加している。それに加えて、インクジェットヘッドには、チップサイズの小型化（コンパクト化）も要求されている。そこで、ノズル密度の高密度化及び多列化を実現しつつ、チップサイズの小型化を図るようにした構造のインクジェットヘッドが種々提案されている。
【０００５】
そのようなものとして、外部電源（駆動回路）から発信される駆動信号をＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）を介して共通電極端子及び個別電極とに供給するようにしたインクジェット記録装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。このインクジェット記録装置では、外部電源の駆動信号を共通電極端子及び個別電極に供給するためのＦＰＣとヘッドとを接続する面は、電極ガラス基板の個別電極が形成された面となっている。
【０００６】
また、個別電極に駆動信号を供給するアクチュエータ制御用のドライバＩＣをインクジェットヘッド内に埋め込むようにした構造のインクジェットヘッドが提案されている（たとえば、特許文献２参照）。このインクジェットヘッドは、ドライバＩＣをインクジェットヘッド内に形成した収容部に設けることで、チップサイズの小型化を図るようにしている。また、このように構造のインクジェットヘッドにおいては、チップサイズの小型化に加え、ノズル等の多列化が可能となっている。
【０００７】
さらに、個別電極を第１導電型の半導体基板からなる電極基板に形成して、基板サイズの小型化及び個別電極の高密度化を図るようにしたインクジェットヘッドが提案されている（たとえば、特許文献３参照）。このインクジェットヘッドでは、電極基板に形成した個別電極に外部から電位を与えるための電極取り出しパッドが電極基板の振動板側と反対の面に設けられ、個別電極と個別電極取り出しパッドとを電極基板中に形成された第２導電型の不純物拡散層で電気的に接続するようになっている。つまり、電極取り出しパッドによって、電極基板の裏面側に電極を取り出すことで、チップサイズの小型化を図るようにしている。
【０００８】
【特許文献１】特開平８−１９５２号公報（第５頁及び第１−３図）
【特許文献２】特開２００６−２２４５６４号公報（第８頁及び第２図）
【特許文献３】特開２０００−１７７１２２号公報（第４頁及び第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に記載のインクジェット記録装置は、外部電源の駆動信号を共通電極端子及び個別電極に供給するためのＦＰＣとヘッドとを接続する面は、電極ガラス基板の個別電極が形成された面となっているため、ノズル等を多列化する場合には、ヘッドを複数列に積層させる等の工夫が必要となり、構造が複雑化してしまうという課題があった。また、構造が複雑化すると、ヘッドの製造に要する手間や、費用、工程数等が増加してしまうことにもなってしまう。
【００１０】
特許文献２に記載のインクジェットヘッドは、ドライバＩＣをインクジェットヘッド内に埋め込むようにしたものであり、ドライバＩＣがキャビティ基板に形成する圧力室と平面的な位置関係に配置されることになる。そのため、ヘッドの更なる小型化を実現するためには、ドライバＩＣ自体の小型化も必要になるという課題があった。つまり、インクジェットヘッドの構造を工夫するだけでは、チップサイズの小型化を実現できず、ドライバＩＣ自体の構造も工夫することが必要になってくるのである。
【００１１】
特許文献３に記載のインクジェットヘッドは、電極取り出しパッドを設けることによって、チップサイズの小型化を図るようにしたものであるが、第１導電型の半導体基板からなる電極基板に不純物拡散層を形成する工程が複雑であるという課題があった。また、特許文献３に記載の技術を、個別電極をガラス基板に形成するものにそのまま適用することができず、個別電極をガラス基板に形成するようなインクジェットヘッドの小型化を実現するためには、更なる工夫が必要になる。
【００１２】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、複雑な構造にすることなく、チップサイズの小型化及びノズル孔の多列化を容易に両立させることができる液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置及び液滴吐出ヘッドの製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、底壁が振動板となる圧力室が形成される第１の基板と、振動板を駆動する個別電極、個別電極を内部に具備する凹部、及び、凹部の一端を開放する貫通穴が形成された第２の基板と、を少なくとも備え、振動板と個別電極とを凹部に起因するギャップを介して対向させるとともに、第１の基板の第２の基板との対向面の一部を貫通穴を介して露出させ、一端を個別電極の表面に接続し、他端を凹部の開放端部から貫通穴形成部分にまで延設した個別電極リード部を第１の基板の第２の基板との対向面に形成し、第１の基板の露出面側から個別電極リード部を介して個別電極に対する駆動信号を印加可能にしたことを特徴とする。
【００１４】
したがって、個別電極に駆動信号を印加する駆動回路を、第２の基板に形成した貫通穴を介して第１の基板の裏面側（第１の基板の第２の基板との接合面側）であってヘッドの外部に実装することができ、チップサイズの小型化を実現することができる。また、駆動回路をヘッドの外部に実装するので、チップサイズを小型化しても、ノズル孔の多列化が損なわれることがない。つまり、複雑な構造にすることなく、チップサイズの小型化及びノズル孔の多列化を容易に両立させることができる。さらに、第１の基板と第２の基板とを接合するだけで、個別電極と個別電極リード部とを接続でき、製造工程の簡素化を図ることもできる。
【００１５】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、第１の基板の露出面に第１の基板に対する駆動信号を印加するための共通電極端子を形成したことを特徴とする。したがって、個別電極リード部だけでなく、共通電極端子も第１の基板の裏面側に形成することができ、個別電極リード部と共通電極端子とを同一面に形成しないものに比べてチップサイズを更に小型化することができる。また、共通電極端子も第１の基板の裏面側に形成するので、製造工程を複雑にすることがなく、製造に要する手間、コスト及び工程数を低減することができる。
【００１６】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、貫通穴に、個別電極リード部及び共通電極端子に対する駆動信号を印加する駆動回路を実装したことを特徴とする。したがって、ヘッド内に駆動回路を実装しなくて済み、駆動回路の大きさに無関係で、チップサイズの小型を実現できる。つまり、どのような大きさの駆動回路を実装することになったとしても、その駆動回路の大きさを考慮することなく液滴吐出ヘッドを作製することができるので、チップサイズの小型化を効果的に実現できる。また、実装する駆動回路の選択の幅（たとえば駆動回路の大きさ等）を広くすることもできる。
【００１７】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、個別電極の厚みと個別電極リード部の厚みとの和を、第２の基板の凹部の深さよりも厚くしたことを特徴とする。したがって、第１の基板と第２の基板とを接合させた状態において、個別電極と個別電極リード部とを確実に接続させることができることになり、接合不良を防止することができる。また、個別電極と個別電極リード部との接合工程を別個に設けなくて済み、製造に要する工程数を軽減することが可能になる。
【００１８】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、第２の基板の凹部に複数個の個別電極を配置し、凹部を、凹部内において隣接する個別電極の両脇に、第１の基板が接合可能なスペースを有するように形成したことを特徴とする。したがって、第１の基板と第２の基板とを接合させた状態において、個別電極と個別電極リード部とを確実に接続させることができることになり、接合不良を防止することができる。また、個別電極の厚みと個別電極リード部の厚みとの和を、第２の基板の凹部の深さよりも厚くしたものと組み合わせれば、接続不良を更に防止できる。さらに、第２の基板に形成する凹部の個数を減少させることができ、製造に要する手間を低減することが可能となる。
【００１９】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、個別電極及び個別電極リード部の接続表面を金属材料で構成したことを特徴とする。したがって、金属材料の特性を利用することができるので、個別電極及び個別電極リード部の接続部での共晶や拡散が促進され、接続信頼性が向上する。
【００２０】
また、本発明に係る液滴吐出装置は、上記の液滴吐出ヘッドを搭載したことを特徴とする。したがって、上述の液滴吐出ヘッドの効果をすべて有している。
【００２１】
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、個別電極及び個別電極を作製するための凹部を形成したガラス基板に凹部の一端を開放する貫通穴を形成し、ガラス基板に、一端を個別電極の表面に接続し、他端を凹部の開放端部から貫通穴形成部分にまで延設した個別電極リードが一方の面に設けられたシリコン基板を陽極接合して、振動板と個別電極との間に凹部に起因するギャップを形成するとともに、個別電極と個別電極リード部とを接続させ、貫通穴部分に延設された個別電極リード部の他端に、個別電極に対する駆動信号を印加する駆動回路を接続させたことを特徴とする。
【００２２】
したがって、複雑な製造工程を経ることなく、個別電極に駆動信号を印加する駆動回路を第２の基板に形成した貫通穴を介して第１の基板の裏面側からヘッドの外部に実装することができ、チップサイズの小型化を実現することができる。また、陽極接合したときに、個別電極と個別電極リード部との接続を確保でき、製造工程数を軽減することができる。
【００２３】
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、シリコン基板のガラス基板との接合面に絶縁膜を形成し、貫通穴に対応する位置における絶縁膜の一部を除去し、その部分にシリコン基板に対する駆動信号を印加するための共通電極端子を形成したことを特徴とする。したがって、共通電極端子も第１の基板の裏面側に形成するので、製造工程を複雑にすることがなく、製造に要する手間、コスト及び工程数を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
実施の形態１.
図１は、本発明の実施の形態１に係る液滴吐出ヘッド１００を分解した状態を示す分解斜視図である。図２は、液滴吐出ヘッド１００が組み立てられた状態の縦断面図であり、図１におけるＡ−Ａ断面を示している。図１及び図２に基づいて、液滴吐出ヘッド１００の構成及び動作について説明する。なお、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、図の上側を上とし、下側を下として説明する。ここで、ノズル孔１１が並んでいる方向を長手方向とし、液体の流路が形成されている方向を短手方向として説明する。
【００２５】
この液滴吐出ヘッド１００は、静電駆動方式の静電アクチュエータの代表として、ノズル基板１の表面側に設けられたノズル孔１１からインク等の液体を液滴として吐出するフェイスイジェクトタイプの液滴吐出ヘッドを表している。図１に示すように、この液滴吐出ヘッド１００は、複数のノズル孔１１が所定のピッチで形成されているノズル基板１と、各ノズル孔１１から吐出する液滴を貯留するリザーバ（共通液体室）２１が設けられたリザーバ基板２と、リザーバ２１に連通し、各ノズル孔１１に対して独立にインク供給路（供給口２２及び圧力室（キャビティ）３１）が設けられたキャビティ基板３と、キャビティ基板３の圧力室３１の底壁を形成する振動板３２に対向して個別電極４２が配設された電極基板４とが順に積層されて構成されている。
【００２６】
つまり、液滴吐出ヘッド１００は、リザーバ基板２の一方の面にはノズル基板１が、リザーバ基板２の他方の面にはキャビティ基板３が接合されており、キャビティ基板３のリザーバ基板２が接合された面の反対面には、電極基板４が接合されて構成されている。なお、この実施の形態１では、液滴吐出ヘッド１００が４層構造となっている場合を一例として説明するが、これに限定するものではない。たとえば、キャビティ基板３や電極基板４にリザーバ２１を形成して、リザーバ基板２を省略した３層構造にしてもよい。なお、ノズル基板１を上面、電極基板４を下面としている場合を図示しているが、実際に用いられる場合には、ノズル基板１の方が電極基板４よりも下面となることが多い。
【００２７】
［ノズル基板１］
ノズル基板１は、たとえば厚さ５０μｍ（マイクロメートル）のシリコン単結晶基板（以下、単にシリコン基板という）を主要な材料として構成されている。ノズル基板１には、所定のピッチでノズル孔１１が複数形成されている。各ノズル孔１１は、リザーバ基板２に形成された各ノズル連通穴２４から移送されたインク等の液体を液滴５として外部に吐出する機能を有している。なお、ノズル孔１１を複数段（たとえば、図２に示すような２段）で形成したり、テーパ形状で形成したりすると、液滴５を吐出する際の直進性の向上が期待できる。
【００２８】
［リザーバ基板２］
リザーバ基板２は、たとえば厚さ１８０μｍのシリコン基板を主要な材料として構成されている。このリザーバ基板２には、リザーバ基板２に垂直に貫通し、各ノズル孔１１に独立して連通するノズル連通穴２４が複数形成されている。このノズル連通穴２４は、ノズル孔１１の径よりも少し大きい径で形成するとよい。また、リザーバ基板２には、各圧力室３１に液体を供給するためのリザーバ２１が形成されている。
【００２９】
また、リザーバ基板２の底面（キャビティ基板３との接合面）には、リザーバ２１から圧力室３１へ液体を移送するための供給口２２が各圧力室３１の位置に合わせて形成されている。すなわち、リザーバ２１は、各供給口２２を介して各圧力室３１、各ノズル連通穴２４及び各ノズル孔１１と連通するようになっている。この供給口２２は、圧力室３１の個数と同数形成されている。また、各リザーバ２１の底部には、キャビティ基板３に形成するインク取入孔３３ａと連通するインク取入孔３３ｃが形成されている。
【００３０】
［キャビティ基板３］
キャビティ基板３（第１の基板）は、たとえば厚さ約５０μｍのシリコン基板を主要な材料として構成されている。このシリコン基板にドライエッチングまたは異方性ウエットエッチングのいずれかあるいは双方を行い、底壁が可撓性を有する振動板３２となる圧力室（液体圧力室や吐出室、キャビティ等とも称される）３１が複数形成されている。この圧力室３１は、個別電極４２の電極列に対応して形成されており、液体が保持されて吐出圧が加えられるようになっている。また、圧力室３１は、紙面手前側から奥側にかけて平行に並んで形成されているものとする。
【００３１】
この振動板３２は、高濃度のボロンドープ層で形成するようにしてもよい。ＫＯＨ等のアルカリ溶液による単結晶シリコンのエッチングにおけるエッチングレートは、ドーパントがボロンの場合、約５×１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以上の高濃度の領域において、非常に小さくなる。このため、振動板３２の部分を高濃度のボロンドープ層とし、アルカリ溶液による異方性エッチングによって圧力室３１を形成する際に、ボロンドープ層が露出してエッチングレートが極端に小さくなる、いわゆるエッチングストップ技術を用いることにより、振動板３２を所望の厚さに形成することができる。
【００３２】
各圧力室３１は、リザーバ基板２のノズル連通穴２４それぞれに独立して連通するように形成されている。また、キャビティ基板３には、キャビティ基板３を垂直に貫通し、リザーバ基板２のリザーバ２１（インク取入孔３３ｃ）と連通するインク取入孔３３ａが形成されている。さらに、キャビティ基板３の下面（電極基板４と対向する面）には、振動板３２と個別電極４２との間を電気的に絶縁するためのＴＥＯＳ膜（ここでは、Ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ Ｔｅｔｒａｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ：テトラエトキシシラン（珪酸エチル）を用いてできるＳｉＯ2 膜をいう）である絶縁膜３５をプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＴＥＯＳ−ｐＣＶＤともいう）法を用いて、０．１μｍ形成するとよい。
【００３３】
このような絶縁膜３５を形成することで、振動板３２の駆動時における絶縁破壊及びショートを防止できるとともに、液体によるキャビティ基板３のエッチングを防止できる。なお、絶縁膜３５をＴＥＯＳ膜に限定するものではなく、絶縁性能が向上する物質、たとえばＡｌ2Ｏ3（酸化アルミニウム（アルミナ））等を用いてもよい。また、キャビティ基板３の上面には、図示省略の液体保護膜となるＳｉＯ2 膜（ＴＥＯＳ膜を含む）を、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法により成膜するとよい。この液体保護膜を成膜することで、インク滴で流路が腐食されるのを防止できる。また、この液体保護膜の応力と絶縁膜３５の応力とを相殺させ、振動板３２の反りを小さくできるという効果もある。
【００３４】
また、キャビティ基板３の下面（裏面）には、キャビティ基板３を構成するシリコン基板に電荷を供給するための共通電極端子２７が、絶縁膜３５を貫通するように形成されている。この共通電極端子２７は、電力供給手段であるドライバＩＣ５０等の駆動制御回路からキャビティ基板３に電荷を供給する際の端子となるものである。つまり、キャビティ基板３には、共通電極端子２７を介してドライバＩＣ５０から個別電極４２に供給される電荷と反対の極性の電荷が振動板３２に供給されるようになっているのである。なお、後に詳述するが、図２では、２つの共通電極端子２７が、キャビティ基板３の長手方向における中心線を軸として対称位置に形成されている場合を例に示している。
【００３５】
さらに、キャビティ基板３の下面には、電極基板４に形成する個別電極４２の端子部と接続させるための個別電極リード部３６が絶縁膜３５上に形成されている。つまり、個別電極リード部３６は、共通電極端子２７とは別個に形成されており、ドライバＩＣ５０から個別電極４２に電荷を供給する際の端子となるものである。なお、後に詳述するが、個別電極リード部３６は、個別電極４２の長手方向延長線上であって、キャビティ基板３の長手方向における中心線を軸として対称位置に形成されている場合を例に示している。つまり、個別電極リード部３６は、貫通穴４４に対応する位置における個別電極４２の長手方向延長線上であって、個別電極４２の個数に応じて形成されている。
【００３６】
すなわち、個別電極リード部３６及び共通電極端子２７は、キャビティ基板３の下面であって電極基板４に形成される貫通穴４４に対応した位置に形成するようになっている。したがって、ドライバＩＣ５０及びＦＰＣ５１も含めた駆動制御回路（個別電極用信号及び共通電極用信号を供給する回路）をキャビティ基板３の裏面側よりフェイスダウン実装することができ、キャビティ基板３の裏面側から駆動制御回路から発信される各信号を各端子に印加することができる。
【００３７】
［電極基板４］
電極基板４（第２の基板）は、たとえば、厚さ１［ｍｍ］のガラス材を主要な材料として形成するとよい。中でも、キャビティ基板３を構成するシリコン材と熱膨張係数の近い硼珪酸系の耐熱硬質ガラスで形成するのが好ましい。この硼珪酸系の耐熱硬質ガラスで電極基板４を形成すれば、電極基板４とキャビティ基板３とを陽極接合する際、両基板の熱膨張係数が近いため、電極基板４とキャビティ基板３との間に生じる応力を低減することができ、その結果、剥離等の問題を生じることなく、電極基板４とキャビティ基板３とを強固に接合することができる。
【００３８】
図１に示すように、電極基板４の短手方向中間部には、電極基板４を上下に貫通する貫通穴４４が形成されている。この貫通穴４４は、ドライバＩＣ５０及びＦＰＣ５１を含めた駆動制御回路の実装用穴として機能する。つまり、電極基板４とキャビティ基板３とが陽極接合された状態において、キャビティ基板３の短手方向中央部における下面側が貫通穴４４を介して露出するようになっているのである。なお、図１では、１つの貫通穴４４を電極基板４に形成している場合を例に示しているが、これに限定するものではない。たとえば、各圧力室３１に応じた貫通穴を電極基板４に形成するようにしてもよい。また、所定個数の圧力室３１を１組とするような貫通穴を電極基板４に形成するようにしてもよい。
【００３９】
また、電極基板４の上面（キャビティ基板３との接合面）には、キャビティ基板３の各圧力室３１の形状に応じたガラス溝（凹部）４５が形成されている。このガラス溝４５は、たとえばエッチングにより深さ０．３μｍ程度で形成するとよい。また、ガラス溝４５は、貫通穴４４に連通するように形成されている。つまり、電極基板４とキャビティ基板３とが陽極接合された状態において、ガラス溝４５の一端（短手方向中央部側の一端）は、貫通穴４４により開放されるようになっている。
【００４０】
このガラス溝４５の内部（特に底部）には、固定電極となる個別電極４２が、一定の間隔を有してキャビティ基板３の各圧力室３１の底面を形成する振動板３２と対向するように作製されている。つまり、ガラス溝４５は、その一部に個別電極４２を装着できるように、これらの形状に類似したやや大きめの形状にパターン形成されている。個別電極４２は、たとえばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：インジウム錫酸化物）を０．１μｍの厚さでスパッタして作製することができる。このようにＩＴＯで個別電極４２を作製すると、透明なので放電したかどうかの確認が行いやすいという利点がある。なお、個別電極４２をＩＴＯで作製した場合を例に示したが、これに限定するものではない。
【００４１】
また、個別電極４２は、端子部（短手方向中央部側の一端）がガラス溝４５から貫通穴４４側に突出しないように作製されている。そして、個別電極４２の端子部上面には、キャビティ基板３の下面に形成した個別電極リード部３６が接続されるようになっている。個別電極リード部３６には、ＦＰＣ５１（詳しくはＦＰＣ５１と一体に設けられているリード部５２）を介してドライバＩＣ５０が接続されており、この個別電極リード部３６を介してドライバＩＣ５０から個別電極４２に駆動信号（パルス電圧）が供給されるようになっている。
【００４２】
以上のように構成された電極基板４とキャビティ基板３とを陽極接合により接合して積層体を形成すると、振動板３２と個別電極４２との間には、振動板３２を撓ませる（変位させる）ことができる一定のエアギャップ（空隙）４１が、電極基板４のガラス溝４５により形成されるようになっている。ここでは、エアギャップ４１が０．２μｍとなっている。このエアギャップ４１は、ガラス溝４５の深さ、個別電極４２及び振動板３２の厚さにより決まることになる。このエアギャップ４１は、液滴吐出ヘッド１００の吐出特性に大きく影響するため、厳格な精度管理が要求される。
【００４３】
また、このエアギャップ４１の開放端部に、たとえばエポキシ接着剤等からなる封止部４３を形成し、エアギャップ４１内に異物や湿気等が侵入するのを防止するとよい。なお、封止部４３に使用する材料を特に限定するものではなく、エアギャップ４１を気密に封止できるものであればよい。たとえば、水分透過性の低い酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）や、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、ポリパラキシリレン等で封止部４３を形成するとよい。
【００４４】
なお、電極基板４には、図示省略の外部のインクタンクから供給される液体を取り入れ、この液体をリザーバ基板２に形成されているリザーバ２１に供給する流路となるインク取入孔３３ｂ（キャビティ基板３に形成されているインク取入孔３３ａ及びリザーバ基板２に形成されているインク取入孔３３ｃと連通する）が電極基板４を貫通するように形成されている。つまり、キャビティ基板３のインク取入孔３３ａ、電極基板４のインク取入孔３３ｂ及びリザーバ基板２のインク取入孔３３ｃが連通することでインク取入孔３３を構成し、リザーバ２１に液体を供給可能になっているのである。
【００４５】
そして、キャビティ基板３の電極基板４の接合面とは反対側の面にリザーバ基板２を接着剤を用いて直接接合し、リザーバ基板２のキャビティ基板３の接合面とは反対側の面にノズル基板１を接着剤を用いて直接接合することによって、液滴吐出ヘッド１００が作製される。また、図２に示すように、個別電極４２及び共通電極端子２７にパルス電圧を供給するドライバＩＣ５０は、電極基板４の裏面側、すなわち電極基板４の貫通穴４４からＦＰＣ５１を介して液滴吐出ヘッド１００とは別個独立にフェイスダウン実装することができる。したがって、液滴吐出ヘッド１００は、ドライバＩＣ５０の設置スペースを確保しなくて済み、その分小型化を実現できる。
【００４６】
なお、ここで示したガラス溝４５の深さやエアギャップ４１の長さ、個別電極４２の厚さは一例であり、ここで示す値に限定するものではない。また、液滴吐出ヘッド１００の短手方向の中心線を軸として左右対称位置に静電アクチュエータが形成されている場合を例に示しているが、これに限定するものではなく、たとえば静電アクチュエータを一方側のみに形成するようにしてもよい。さらに、個別電極４２及び個別電極リード部３６の接続表面は、ドライバＩＣ５０から個別電極４２に電荷を導通できる金属材料で構成されていればよく、たとえば金や銅等を用いて構成するとよい。
【００４７】
ここで、液滴吐出ヘッド１００の動作について説明する。リザーバ基板２のリザーバ２１には、インク取入孔３３を介して外部から液体が供給されている。また、圧力室３１には、供給口２２を介してリザーバ２１から液体が供給されている。圧力室３１内の液体は、ノズル連通穴２４を介してノズル孔１１の先端まで満たされている。そして、各個別電極４２と共通電極端子２７との間にＦＰＣ５１を介して接続されているドライバＩＣ５０によって選択された個別電極４２には０［Ｖ］〜４０［Ｖ］程度のパルス電圧が印加され、その個別電極４２を正に帯電させる。
【００４８】
このとき、対応するキャビティ基板３の振動板３２には共通電極端子２７を介して負の極性を有する駆動信号が印加され、正に帯電された個別電極４２に対応する振動板３２を相対的に負に帯電させる。そのため、選択された個別電極４２と振動板３２との間では静電気力（クーロン力）が発生することになる。そうすると、振動板３２は、静電気力によって個別電極４２側に引き寄せられて撓み、個別電極４２に当接することになる。これによって圧力室３１の容積が増大し、リザーバ２１の内部に溜まっていた液体が圧力室３１に流れ込む。
【００４９】
その後、個別電極４２への電荷の供給を止めると、振動板３２と個別電極４２との間の静電気力がなくなり、振動板３２はその弾性力により元の状態に復元する。このとき、圧力室３１の容積が急激に減少するため、圧力室３１内部の圧力が急激に上昇する。これにより、圧力室３１内の液体の一部が液滴５としてノズル孔１１より吐出されることになる。この液滴５が、たとえば記録紙等のワークに着弾することによって印刷等が行われるようになっている。その後、液体がリザーバ２１から供給口２２を通じて圧力室３１内に補給され、初期状態に戻る。このような方法は、引き打ちと呼ばれるものであるが、バネ等を用いて液滴を吐出する押し打ちと呼ばれる方法もある。
【００５０】
図３は、個別電極４２及び個別電極リード部３６の接続部分の一例を説明するための説明図である。この図３では、図２におけるＢ−Ｂ断面の一部を拡大して示している。図３に基づいて、液滴吐出ヘッド１００の特徴部分、つまり個別電極４２及び個別電極リード部３６の接続部分の一例について説明する。図３に示すように、キャビティ基板３の裏面に形成する個別電極リード部３６の短手方向の幅は、電極基板４のガラス溝４５の短手方向の幅よりも狭く、つまり個別電極４２の短手方向の幅と同程度になっている。なお、個別電極４２及び個別電極リード部３６が積層された状態において、ガラス溝４５の貫通穴４４に開放される端部に封止部４３を設け、エアギャップ４１を封止するようになっている。
【００５１】
そして、個別電極４２と個別電極リード部３６とが積層された状態において、個別電極４２の厚みと個別電極リード部３６の厚みとの和を、電極基板４のガラス溝４５の深さよりも厚くしている。それは、個別電極４２と個別電極リード部３６とを確実に接続するためである。このように個別電極４２の厚みと個別電極リード部３６の厚みとの和が、電極基板４のガラス溝４５の深さよりも厚くなったとしても、キャビティ基板３と電極基板４との陽極接合時に発生する静電吸引力（図３に示す矢印）により、キャビティ基板３と電極基板４（ガラス溝４５の間のガラス隔壁を含む）とを接合することができる。
【００５２】
したがって、個別電極４２と個別電極リード部３６との接続は、キャビティ基板３と電極基板４とを接合させる陽極接合で確保することができ、これらを接続するための工程が不要となり、製造に要する工程数及びコストを低減することができる。また、上述したように、個別電極４２及び個別電極リード部３６の接続表面は、金属材料で構成されているので、個別電極４２及び個別電極リード部３６の接続部での共晶や拡散が促進され、接続信頼性が向上する。
【００５３】
図４は、個別電極４２及び個別電極リード部３６の接続部分の別の一例を説明するための説明図である。この図４では、図２におけるＢ−Ｂ断面の一部を拡大して示している。図４に基づいて、液滴吐出ヘッド１００の特徴部分、つまり個別電極４２及び個別電極リード部３６の接続部分の別の一例について説明する。図４に示すように、電極基板４に形成するガラス溝４５ａには、２つの個別電極４２が作製されている。そして、各個別電極４２に、短手方向の幅を同程度とした個別電極リード部３６が積層されている。
【００５４】
また、ガラス溝４５ａは、その内部に作製されている隣接する個別電極４２の両脇（隣接する個別電極４２の間ではなく、隣接する個別電極４２のそれぞれの外側）に、キャビティ基板３が接合可能な所定の大きさのスペース部分を含めて形成されている。このようにガラス溝４５ａ内に複数の個別電極４２を作製したとしても、キャビティ基板３と電極基板４との陽極接合時に発生する静電吸引力（図４に示す矢印）により、キャビティ基板３の一部がガラス溝４５ａ内部に接合することなり、キャビティ基板３と電極基板４とを接合することができる。
【００５５】
したがって、個別電極４２と個別電極リード部３６との接続は、キャビティ基板３と電極基板４とを接続させる陽極接合で確保することができ、これらを接続するための工程が不要となり、製造に要する工程数及びコストを低減することができる。また、個別電極４２のそれぞれにガラス溝４５ａを形成しなくて済むために、製造に要する手間を更に軽減できる。また、図３で説明したものと同様に、個別電極４２及び個別電極リード部３６の接続部での共晶や拡散が促進され、接続信頼性が向上する。なお、ガラス溝４５ａに２つの個別電極４２を作製した場合を例に説明したが、個別電極４２の作製個数を限定するものではない。
【００５６】
次に、液滴吐出ヘッド１００の製造工程について説明する。
図５及び図６は、液滴吐出ヘッド１００の製造工程の一例を示す縦断面図である。図５及び図６に基づいて、液滴吐出ヘッド１００の製造工程についてその特徴事項を中心に説明する。なお、以下に示す基板の厚さやエッチング深さ、温度、圧力等の値はあくまでも一例であり、本発明はこれらの値によって限定されるものではない。なお、実際には、シリコンウエハから複数個分の液滴吐出ヘッドの部材を同時形成するのが一般的であるが、図５及び図６ではその一部分だけを簡略化して示している。
【００５７】
まず、たとえば厚さが約１ｍｍの両面鏡面のホウ珪酸系の耐熱硬質ガラスからなるガラス基板４’を用意し、上面に個別電極４２を作製するためのガラス溝４５をフッ化アンモニウム水溶液等を用いたエッチングで形成する。そして、ガラス基板４’の上面にＩＴＯ膜を０．１μｍ程度形成し、ガラス溝４５内部のみにＩＴＯ膜が残るようにパターニングを施し、個別電極４２を形成する（図５（ａ））。それから、ガラス基板４’にブラスト加工を施し、インク取入孔３３ｂ及び貫通穴４４を形成する（図５（ｂ））。このようにして電極基板４が作製される。
【００５８】
次に、たとえば厚さが２２０μｍである（１１０）を面方位とする酸素濃度の低いシリコン基板３’を用意し、下面に振動板３２の厚みと同程度の高濃度ボロンドープ層（図示せず）を形成する。このボロンドープ層の表面には絶縁膜３５を０．１μｍ程度形成する。それから、共通電極端子２７を形成するために、絶縁膜３５の所定の位置（たとえば、図２で示したようにキャビティ基板３となるシリコン基板３’の長手方向における中心線を軸として対称となる２つの位置）を除去する。そして、その部分にシリコン基板３’と接続するように共通電極端子２７を形成する。
【００５９】
また、絶縁膜３５の所定の位置（たとえば、図２で示したように貫通穴４４に対応した位置における個別電極４２の長手方向延長線上にある位置）に個別電極リード部３６を形成する（図５（ｃ））。この個別電極リード部３６は、たとえばスパッタリング法により、金属材料を成膜することで形成するとよい。このシリコン基板３’と電極基板４とを３６０℃に加熱した後、電極基板４に負極、シリコン基板３’に正極を接続して、８００Ｖの電圧を印加して陽極接合する（図５（ｄ））。この陽極接合過程において、個別電極４２と個別電極リード部３６との接続を確保することができるようになっている（図３及び図４参照）。
【００６０】
陽極接合後、電極基板４に保護基板６５を貼り付け、シリコン基板３’の厚みが約６０μｍになるまで研削加工を行ない、シリコン基板３’を薄板化する（図６（ｅ））。保護基板６５を貼り付けることで、電極基板４に形成した貫通穴４４を介してエアギャップ４１内に異物や湿気等が浸入するのを防止することができる。次に、シリコン基板３’の上面にパターニングを施し、たとえば水酸化カリウム水溶液等を用いてボロンドープ層までエッチングし、圧力室３１及びインク取入孔３３ａを形成する（図６（ｆ））。このようにすれば、ボロンドープ層で極端にエッチングレートが小さくなることを利用した、いわゆるエッチングストップ技術を用いて、振動板３２の厚さ、圧力室３１の容積を高精度で形成する。このようにしてキャビティ基板３が作製される。
【００６１】
そして、保護基板６５を取り外し、エアギャップ４１を封止する（図６（ｇ））。この工程は、電極基板４の貫通穴４４を利用して、エアギャップ４１の開放端部に封止部４３を形成することで行なう。その後、キャビティ基板３の上面に、リザーバ２１、供給口２２、ノズル連通穴２４及びインク取入孔３３ｃが形成されたリザーバ基板２をエポキシ樹脂等の接着剤を用いて接合する。そして、このリザーバ基板２の上面に、ノズル孔１１が形成されたノズル基板１をエポキシ樹脂等の接着剤を用いて接合する（図６（ｈ））。最後に、電極基板４の貫通穴４４にＦＰＣ５１をフェイスダウン実装し、個別電極リード部３６及び共通電極端子２７にリード部５２を接続させて、液滴吐出ヘッド１００が完成する。
【００６２】
したがって、ドライバＩＣ５０を液滴吐出ヘッド１００の外部に実装することができるので、液滴吐出ヘッド１００の小型化を実現できる。また、陽極接合工程で、個別電極４２と個別電極リード部３６との接続を確保できるので、接続させる工程を省略でき、製造工程を複雑にすることなく、製造に要する手間、コスト及び工程数を軽減できる。さらに、個別電極４２及び個別電極リード部３６の接続表面を金属材料で構成するので、個別電極４２及び個別電極リード部３６の接続部での共晶や拡散が促進され、接続信頼性が向上する。
【００６３】
実施の形態２．
図７は、実施の形態１に係る液滴吐出ヘッド１００を搭載した液滴吐出装置１５０の一例を示した斜視図である。また、図８は、液滴吐出装置１５０の主要な構成手段の一例を表す図である。図７及び図８に基づいて、実施の形態２に係る液滴吐出装置１５０について説明する。この液滴吐出装置１５０は、液滴吐出方式（インクジェット方式）による印刷を目的とする、いわゆる一般的なシリアル型のインクジェットプリンタである。搭載される液滴吐出ヘッド１００は、上述したように小型化及び低コスト化を実現したものであるので、液滴吐出装置１５０も小型化及び低コスト化に優れたものとなる。
【００６４】
液滴吐出装置１５０は、被印刷物であるプリント紙２１０が支持されるドラム２０１と、プリント紙２１０にインクを吐出し、記録を行う液滴吐出ヘッド１００とで主に構成される。また、液滴吐出ヘッド１００にインクを供給するための図示省略のインク供給手段がある。プリント紙２１０は、ドラム２０１の軸方向に平行に設けられた紙圧着ローラ２０３により、ドラム２０１に圧着して保持されるようになっている。このドラム２０１の軸方向に平行に設けられている送りネジ２０４によって液滴吐出ヘッド１００が保持されるようになっている。
【００６５】
そして、この送りネジ２０４が回転することによって液滴吐出ヘッド１００がドラム２０１の軸方向に移動する。一方、ドラム２０１は、ベルト２０５等を介してモータ２０６により回転駆動されるようになっている。また、プリント制御手段２０７は、印画データ及び制御信号に基づいて送りネジ２０４及びモータ２０６を駆動させるようになっている。さらに、プリント制御手段２０７は、図示省略の発振駆動回路を駆動させて振動板３２を制御しながらプリント紙２１０に印刷を行わせるようになっている。
【００６６】
ここでは、液体をインクとしてプリント紙２１０に吐出するようにしている場合を例に説明したが、これに限定するものではなく、インク以外の液体を吐出する工業用途での液体吐出装置にも応用が可能である。たとえば、カラーフィルタとなる基板に吐出させる用途においては、カラーフィルタ用の顔料を含む液体であってもよい。また、有機化合物等の電界発光素子を用いた表示パネル（ＯＬＥＤ等）の基板に吐出させる用途においては、発光素子となる化合物を含む液体であってもよい。さらに、基板上に配線する用途においては、導電性金属を含む液体であってもよい。
【００６７】
一方、液滴吐出ヘッド１００をディスペンサとし、生体分子のマイクロアレイとなる基板に吐出する用途に用いる場合では、ＤＮＡ（Ｄｅｏｘｙｒｉｂｏ Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄｓ：デオキシリボ核酸）や、ＲＮＡ（Ｒｉｂｏ Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄ：リボ核酸）、ＰＮＡ（Ｐｅｐｔｉｄｅ Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄｓ：ペプチド核酸）等のタンパク質プローブを含む液体を吐出させるようにしてもよい。その他、布等の染料の吐出等にも利用することができる。また、液滴受容物としては、プリント紙２１０等の記録用紙の他、フィルムや織布、不織物等の他のメディア、ガラス基板、シリコン基板等の各種基板のようなワークであってもよい。
【００６８】
本発明の実施の形態に係る液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置及び液滴吐出ヘッドの製造方法は、上述の実施の形態で説明した内容に限定されるものではなく、本発明の思想の範囲内において変更することができる。液滴吐出ヘッド１００構成基板の積層数を３層や４層に限定するものではない。また、液滴吐出ヘッド１００の製造工程においても、上述した製造工程に限定するものではない。さらに、個別電極４２及び個別電極リード部３６の接続表面を構成する金属材料を特に限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドを分解した状態を示す分解斜視図である。
【図２】液滴吐出ヘッドが組み立てられた状態の縦断面図である。
【図３】個別電極及び個別電極リード部の接続部分の一例を説明するための説明図である。
【図４】個別電極及び個別電極リード部の接続部分の別の一例を説明するための説明図である。
【図５】液滴吐出ヘッドの製造工程の一例を示す縦断面図である。
【図６】液滴吐出ヘッドの製造工程の一例を示す縦断面図である。
【図７】液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置の一例を示した斜視図である。
【図８】液滴吐出装置の主要な構成手段の一例を表す図である。
【符号の説明】
【００７０】
１ ノズル基板、２ リザーバ基板、３ キャビティ基板、３’ シリコン基板、４ 電極基板、４’ ガラス基板、５ 液滴、１１ ノズル孔、２１ リザーバ、２２ 供給口、２４ ノズル連通穴、２７ 共通電極端子、３１ 圧力室、３２ 振動板、３３ インク取入孔、３３ａ インク取入孔、３３ｂ インク取入孔、３３ｃ インク取入孔、３５ 絶縁膜、３６ 個別電極リード部、４１ エアギャップ、４２ 個別電極、４３ 封止部、４４ 貫通穴、４５ ガラス溝、４５ａ ガラス溝、５０ ドライバＩＣ、５１ ＦＰＣ、５２ リード部、６５ 保護基板、１００ 液滴吐出ヘッド、１５０ 液滴吐出装置、２０１ ドラム、２０３ 紙圧着ローラ、２０４ ネジ、２０５ ベルト、２０６ モータ、２０７ プリント制御手段、２１０ プリント紙。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクやその他の液体を吐出する液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置及び液滴吐出ヘッドの製造方法に関し、特にチップサイズの小型化及びノズル孔の多列化を容易に実現可能にした液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置及び液滴吐出ヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液滴を吐出するための装置として、たとえばインクジェット記録装置に搭載されるインクジェットヘッドが知られている。一般に、このインクジェットヘッドは、インク滴を吐出するための複数のノズル孔が形成されたノズル基板と、このノズル基板に接合されノズル孔に連通する吐出室や、リザーバ等のインク流路が形成されたキャビティ基板とを備え、吐出室に圧力を加えることによりインク滴を選択されたノズル孔より吐出するように構成されている。このようにインク滴を吐出させる方式としては、静電気力を利用する静電駆動方式や、圧電素子による圧電（ＰＺＴ）方式、発熱素子を利用するバブルジェット（登録商標）方式等がある。
【０００３】
このうち、静電駆動方式のインクジェットヘッドにおいては、吐出室の底部を振動板としたキャビティ基板と、この振動板に所定のギャップ（空隙）を介して対向する個別電極を形成した電極ガラス基板とを接合させた構成となっている。インク滴を吐出する際には、個別電極に駆動電圧を印加してプラスに帯電させ、対応する振動板に駆動電圧を印加してマイナスに帯電させる。そうすると、この時に生じる静電引力により振動板が個別電極側に弾性変形する。そして、この駆動電圧をオフにすると、振動板が復元する。このとき、吐出室の内部の圧力が急激に上昇し、吐出室内のインクの一部をインク滴としてノズル孔から吐出されることになる。
【０００４】
このようなインクジェットヘッドでは、高解像度画像の高速印刷及び多色印刷（カラー化）を目的として、ノズル密度の高密度化及び多列化が進んでおり、それに伴って１列当たりのノズルの数及び吐出室の数が一段と増加している。それに加えて、インクジェットヘッドには、チップサイズの小型化（コンパクト化）も要求されている。そこで、ノズル密度の高密度化及び多列化を実現しつつ、チップサイズの小型化を図るようにした構造のインクジェットヘッドが種々提案されている。
【０００５】
そのようなものとして、外部電源（駆動回路）から発信される駆動信号をＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）を介して共通電極端子及び個別電極とに供給するようにしたインクジェット記録装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。このインクジェット記録装置では、外部電源の駆動信号を共通電極端子及び個別電極に供給するためのＦＰＣとヘッドとを接続する面は、電極ガラス基板の個別電極が形成された面となっている。
【０００６】
また、個別電極に駆動信号を供給するアクチュエータ制御用のドライバＩＣをインクジェットヘッド内に埋め込むようにした構造のインクジェットヘッドが提案されている（たとえば、特許文献２参照）。このインクジェットヘッドは、ドライバＩＣをインクジェットヘッド内に形成した収容部に設けることで、チップサイズの小型化を図るようにしている。また、このように構造のインクジェットヘッドにおいては、チップサイズの小型化に加え、ノズル等の多列化が可能となっている。
【０００７】
さらに、個別電極を第１導電型の半導体基板からなる電極基板に形成して、基板サイズの小型化及び個別電極の高密度化を図るようにしたインクジェットヘッドが提案されている（たとえば、特許文献３参照）。このインクジェットヘッドでは、電極基板に形成した個別電極に外部から電位を与えるための電極取り出しパッドが電極基板の振動板側と反対の面に設けられ、個別電極と個別電極取り出しパッドとを電極基板中に形成された第２導電型の不純物拡散層で電気的に接続するようになっている。つまり、電極取り出しパッドによって、電極基板の裏面側に電極を取り出すことで、チップサイズの小型化を図るようにしている。
【０００８】
【特許文献１】特開平８−１９５２号公報（第５頁及び第１−３図）
【特許文献２】特開２００６−２２４５６４号公報（第８頁及び第２図）
【特許文献３】特開２０００−１７７１２２号公報（第４頁及び第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に記載のインクジェット記録装置は、外部電源の駆動信号を共通電極端子及び個別電極に供給するためのＦＰＣとヘッドとを接続する面は、電極ガラス基板の個別電極が形成された面となっているため、ノズル等を多列化する場合には、ヘッドを複数列に積層させる等の工夫が必要となり、構造が複雑化してしまうという課題があった。また、構造が複雑化すると、ヘッドの製造に要する手間や、費用、工程数等が増加してしまうことにもなってしまう。
【００１０】
特許文献２に記載のインクジェットヘッドは、ドライバＩＣをインクジェットヘッド内に埋め込むようにしたものであり、ドライバＩＣがキャビティ基板に形成する圧力室と平面的な位置関係に配置されることになる。そのため、ヘッドの更なる小型化を実現するためには、ドライバＩＣ自体の小型化も必要になるという課題があった。つまり、インクジェットヘッドの構造を工夫するだけでは、チップサイズの小型化を実現できず、ドライバＩＣ自体の構造も工夫することが必要になってくるのである。
【００１１】
特許文献３に記載のインクジェットヘッドは、電極取り出しパッドを設けることによって、チップサイズの小型化を図るようにしたものであるが、第１導電型の半導体基板からなる電極基板に不純物拡散層を形成する工程が複雑であるという課題があった。また、特許文献３に記載の技術を、個別電極をガラス基板に形成するものにそのまま適用することができず、個別電極をガラス基板に形成するようなインクジェットヘッドの小型化を実現するためには、更なる工夫が必要になる。
【００１２】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、複雑な構造にすることなく、チップサイズの小型化及びノズル孔の多列化を容易に両立させることができる液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置及び液滴吐出ヘッドの製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、底壁が振動板となる圧力室が形成される第１の基板と、振動板を駆動する個別電極、個別電極を内部に具備する凹部、及び、凹部の一端を開放する貫通穴が形成された第２の基板と、を少なくとも備え、振動板と個別電極とを凹部に起因するギャップを介して対向させるとともに、第１の基板の第２の基板との対向面の一部を貫通穴を介して露出させ、一端を個別電極の表面に接続し、他端を凹部の開放端部から貫通穴形成部分にまで延設した個別電極リード部を第１の基板の第２の基板との対向面に形成し、第１の基板の露出面側から個別電極リード部を介して個別電極に対する駆動信号を印加可能にしたことを特徴とする。
【００１４】
したがって、個別電極に駆動信号を印加する駆動回路を、第２の基板に形成した貫通穴を介して第１の基板の裏面側（第１の基板の第２の基板との接合面側）であってヘッドの外部に実装することができ、チップサイズの小型化を実現することができる。また、駆動回路をヘッドの外部に実装するので、チップサイズを小型化しても、ノズル孔の多列化が損なわれることがない。つまり、複雑な構造にすることなく、チップサイズの小型化及びノズル孔の多列化を容易に両立させることができる。さらに、第１の基板と第２の基板とを接合するだけで、個別電極と個別電極リード部とを接続でき、製造工程の簡素化を図ることもできる。
【００１５】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、第１の基板の露出面に第１の基板に対する駆動信号を印加するための共通電極端子を形成したことを特徴とする。したがって、個別電極リード部だけでなく、共通電極端子も第１の基板の裏面側に形成することができ、個別電極リード部と共通電極端子とを同一面に形成しないものに比べてチップサイズを更に小型化することができる。また、共通電極端子も第１の基板の裏面側に形成するので、製造工程を複雑にすることがなく、製造に要する手間、コスト及び工程数を低減することができる。
【００１６】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、貫通穴に、個別電極リード部及び共通電極端子に対する駆動信号を印加する駆動回路を実装したことを特徴とする。したがって、ヘッド内に駆動回路を実装しなくて済み、駆動回路の大きさに無関係で、チップサイズの小型を実現できる。つまり、どのような大きさの駆動回路を実装することになったとしても、その駆動回路の大きさを考慮することなく液滴吐出ヘッドを作製することができるので、チップサイズの小型化を効果的に実現できる。また、実装する駆動回路の選択の幅（たとえば駆動回路の大きさ等）を広くすることもできる。
【００１７】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、個別電極の厚みと個別電極リード部の厚みとの和を、第２の基板の凹部の深さよりも厚くしたことを特徴とする。したがって、第１の基板と第２の基板とを接合させた状態において、個別電極と個別電極リード部とを確実に接続させることができることになり、接合不良を防止することができる。また、個別電極と個別電極リード部との接合工程を別個に設けなくて済み、製造に要する工程数を軽減することが可能になる。
【００１８】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、第２の基板の凹部に複数個の個別電極を配置し、凹部を、凹部内において隣接する個別電極の両脇に、第１の基板が接合可能なスペースを有するように形成したことを特徴とする。したがって、第１の基板と第２の基板とを接合させた状態において、個別電極と個別電極リード部とを確実に接続させることができることになり、接合不良を防止することができる。また、個別電極の厚みと個別電極リード部の厚みとの和を、第２の基板の凹部の深さよりも厚くしたものと組み合わせれば、接続不良を更に防止できる。さらに、第２の基板に形成する凹部の個数を減少させることができ、製造に要する手間を低減することが可能となる。
【００１９】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、個別電極及び個別電極リード部の接続表面を金属材料で構成したことを特徴とする。したがって、金属材料の特性を利用することができるので、個別電極及び個別電極リード部の接続部での共晶や拡散が促進され、接続信頼性が向上する。
【００２０】
また、本発明に係る液滴吐出装置は、上記の液滴吐出ヘッドを搭載したことを特徴とする。したがって、上述の液滴吐出ヘッドの効果をすべて有している。
【００２１】
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、個別電極及び個別電極を作製するための凹部を形成したガラス基板に凹部の一端を開放する貫通穴を形成し、ガラス基板に、一端を個別電極の表面に接続し、他端を凹部の開放端部から貫通穴形成部分にまで延設した個別電極リードが一方の面に設けられたシリコン基板を陽極接合して、振動板と個別電極との間に凹部に起因するギャップを形成するとともに、個別電極と個別電極リード部とを接続させ、貫通穴部分に延設された個別電極リード部の他端に、個別電極に対する駆動信号を印加する駆動回路を接続させたことを特徴とする。
【００２２】
したがって、複雑な製造工程を経ることなく、個別電極に駆動信号を印加する駆動回路を第２の基板に形成した貫通穴を介して第１の基板の裏面側からヘッドの外部に実装することができ、チップサイズの小型化を実現することができる。また、陽極接合したときに、個別電極と個別電極リード部との接続を確保でき、製造工程数を軽減することができる。
【００２３】
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、シリコン基板のガラス基板との接合面に絶縁膜を形成し、貫通穴に対応する位置における絶縁膜の一部を除去し、その部分にシリコン基板に対する駆動信号を印加するための共通電極端子を形成したことを特徴とする。したがって、共通電極端子も第１の基板の裏面側に形成するので、製造工程を複雑にすることがなく、製造に要する手間、コスト及び工程数を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
実施の形態１.
図１は、本発明の実施の形態１に係る液滴吐出ヘッド１００を分解した状態を示す分解斜視図である。図２は、液滴吐出ヘッド１００が組み立てられた状態の縦断面図であり、図１におけるＡ−Ａ断面を示している。図１及び図２に基づいて、液滴吐出ヘッド１００の構成及び動作について説明する。なお、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、図の上側を上とし、下側を下として説明する。ここで、ノズル孔１１が並んでいる方向を長手方向とし、液体の流路が形成されている方向を短手方向として説明する。
【００２５】
この液滴吐出ヘッド１００は、静電駆動方式の静電アクチュエータの代表として、ノズル基板１の表面側に設けられたノズル孔１１からインク等の液体を液滴として吐出するフェイスイジェクトタイプの液滴吐出ヘッドを表している。図１に示すように、この液滴吐出ヘッド１００は、複数のノズル孔１１が所定のピッチで形成されているノズル基板１と、各ノズル孔１１から吐出する液滴を貯留するリザーバ（共通液体室）２１が設けられたリザーバ基板２と、リザーバ２１に連通し、各ノズル孔１１に対して独立にインク供給路（供給口２２及び圧力室（キャビティ）３１）が設けられたキャビティ基板３と、キャビティ基板３の圧力室３１の底壁を形成する振動板３２に対向して個別電極４２が配設された電極基板４とが順に積層されて構成されている。
【００２６】
つまり、液滴吐出ヘッド１００は、リザーバ基板２の一方の面にはノズル基板１が、リザーバ基板２の他方の面にはキャビティ基板３が接合されており、キャビティ基板３のリザーバ基板２が接合された面の反対面には、電極基板４が接合されて構成されている。なお、この実施の形態１では、液滴吐出ヘッド１００が４層構造となっている場合を一例として説明するが、これに限定するものではない。たとえば、キャビティ基板３や電極基板４にリザーバ２１を形成して、リザーバ基板２を省略した３層構造にしてもよい。なお、ノズル基板１を上面、電極基板４を下面としている場合を図示しているが、実際に用いられる場合には、ノズル基板１の方が電極基板４よりも下面となることが多い。
【００２７】
［ノズル基板１］
ノズル基板１は、たとえば厚さ５０μｍ（マイクロメートル）のシリコン単結晶基板（以下、単にシリコン基板という）を主要な材料として構成されている。ノズル基板１には、所定のピッチでノズル孔１１が複数形成されている。各ノズル孔１１は、リザーバ基板２に形成された各ノズル連通穴２４から移送されたインク等の液体を液滴５として外部に吐出する機能を有している。なお、ノズル孔１１を複数段（たとえば、図２に示すような２段）で形成したり、テーパ形状で形成したりすると、液滴５を吐出する際の直進性の向上が期待できる。
【００２８】
［リザーバ基板２］
リザーバ基板２は、たとえば厚さ１８０μｍのシリコン基板を主要な材料として構成されている。このリザーバ基板２には、リザーバ基板２に垂直に貫通し、各ノズル孔１１に独立して連通するノズル連通穴２４が複数形成されている。このノズル連通穴２４は、ノズル孔１１の径よりも少し大きい径で形成するとよい。また、リザーバ基板２には、各圧力室３１に液体を供給するためのリザーバ２１が形成されている。
【００２９】
また、リザーバ基板２の底面（キャビティ基板３との接合面）には、リザーバ２１から圧力室３１へ液体を移送するための供給口２２が各圧力室３１の位置に合わせて形成されている。すなわち、リザーバ２１は、各供給口２２を介して各圧力室３１、各ノズル連通穴２４及び各ノズル孔１１と連通するようになっている。この供給口２２は、圧力室３１の個数と同数形成されている。また、各リザーバ２１の底部には、キャビティ基板３に形成するインク取入孔３３ａと連通するインク取入孔３３ｃが形成されている。
【００３０】
［キャビティ基板３］
キャビティ基板３（第１の基板）は、たとえば厚さ約５０μｍのシリコン基板を主要な材料として構成されている。このシリコン基板にドライエッチングまたは異方性ウエットエッチングのいずれかあるいは双方を行い、底壁が可撓性を有する振動板３２となる圧力室（液体圧力室や吐出室、キャビティ等とも称される）３１が複数形成されている。この圧力室３１は、個別電極４２の電極列に対応して形成されており、液体が保持されて吐出圧が加えられるようになっている。また、圧力室３１は、紙面手前側から奥側にかけて平行に並んで形成されているものとする。
【００３１】
この振動板３２は、高濃度のボロンドープ層で形成するようにしてもよい。ＫＯＨ等のアルカリ溶液による単結晶シリコンのエッチングにおけるエッチングレートは、ドーパントがボロンの場合、約５×１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以上の高濃度の領域において、非常に小さくなる。このため、振動板３２の部分を高濃度のボロンドープ層とし、アルカリ溶液による異方性エッチングによって圧力室３１を形成する際に、ボロンドープ層が露出してエッチングレートが極端に小さくなる、いわゆるエッチングストップ技術を用いることにより、振動板３２を所望の厚さに形成することができる。
【００３２】
各圧力室３１は、リザーバ基板２のノズル連通穴２４それぞれに独立して連通するように形成されている。また、キャビティ基板３には、キャビティ基板３を垂直に貫通し、リザーバ基板２のリザーバ２１（インク取入孔３３ｃ）と連通するインク取入孔３３ａが形成されている。さらに、キャビティ基板３の下面（電極基板４と対向する面）には、振動板３２と個別電極４２との間を電気的に絶縁するためのＴＥＯＳ膜（ここでは、Ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ Ｔｅｔｒａｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ：テトラエトキシシラン（珪酸エチル）を用いてできるＳｉＯ2 膜をいう）である絶縁膜３５をプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＴＥＯＳ−ｐＣＶＤともいう）法を用いて、０．１μｍ形成するとよい。
【００３３】
このような絶縁膜３５を形成することで、振動板３２の駆動時における絶縁破壊及びショートを防止できるとともに、液体によるキャビティ基板３のエッチングを防止できる。なお、絶縁膜３５をＴＥＯＳ膜に限定するものではなく、絶縁性能が向上する物質、たとえばＡｌ2Ｏ3（酸化アルミニウム（アルミナ））等を用いてもよい。また、キャビティ基板３の上面には、図示省略の液体保護膜となるＳｉＯ2 膜（ＴＥＯＳ膜を含む）を、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法により成膜するとよい。この液体保護膜を成膜することで、インク滴で流路が腐食されるのを防止できる。また、この液体保護膜の応力と絶縁膜３５の応力とを相殺させ、振動板３２の反りを小さくできるという効果もある。
【００３４】
また、キャビティ基板３の下面（裏面）には、キャビティ基板３を構成するシリコン基板に電荷を供給するための共通電極端子２７が、絶縁膜３５を貫通するように形成されている。この共通電極端子２７は、電力供給手段であるドライバＩＣ５０等の駆動制御回路からキャビティ基板３に電荷を供給する際の端子となるものである。つまり、キャビティ基板３には、共通電極端子２７を介してドライバＩＣ５０から個別電極４２に供給される電荷と反対の極性の電荷が振動板３２に供給されるようになっているのである。なお、後に詳述するが、図２では、２つの共通電極端子２７が、キャビティ基板３の長手方向における中心線を軸として対称位置に形成されている場合を例に示している。
【００３５】
さらに、キャビティ基板３の下面には、電極基板４に形成する個別電極４２の端子部と接続させるための個別電極リード部３６が絶縁膜３５上に形成されている。つまり、個別電極リード部３６は、共通電極端子２７とは別個に形成されており、ドライバＩＣ５０から個別電極４２に電荷を供給する際の端子となるものである。なお、後に詳述するが、個別電極リード部３６は、個別電極４２の長手方向延長線上であって、キャビティ基板３の長手方向における中心線を軸として対称位置に形成されている場合を例に示している。つまり、個別電極リード部３６は、貫通穴４４に対応する位置における個別電極４２の長手方向延長線上であって、個別電極４２の個数に応じて形成されている。
【００３６】
すなわち、個別電極リード部３６及び共通電極端子２７は、キャビティ基板３の下面であって電極基板４に形成される貫通穴４４に対応した位置に形成するようになっている。したがって、ドライバＩＣ５０及びＦＰＣ５１も含めた駆動制御回路（個別電極用信号及び共通電極用信号を供給する回路）をキャビティ基板３の裏面側よりフェイスダウン実装することができ、キャビティ基板３の裏面側から駆動制御回路から発信される各信号を各端子に印加することができる。
【００３７】
［電極基板４］
電極基板４（第２の基板）は、たとえば、厚さ１［ｍｍ］のガラス材を主要な材料として形成するとよい。中でも、キャビティ基板３を構成するシリコン材と熱膨張係数の近い硼珪酸系の耐熱硬質ガラスで形成するのが好ましい。この硼珪酸系の耐熱硬質ガラスで電極基板４を形成すれば、電極基板４とキャビティ基板３とを陽極接合する際、両基板の熱膨張係数が近いため、電極基板４とキャビティ基板３との間に生じる応力を低減することができ、その結果、剥離等の問題を生じることなく、電極基板４とキャビティ基板３とを強固に接合することができる。
【００３８】
図１に示すように、電極基板４の短手方向中間部には、電極基板４を上下に貫通する貫通穴４４が形成されている。この貫通穴４４は、ドライバＩＣ５０及びＦＰＣ５１を含めた駆動制御回路の実装用穴として機能する。つまり、電極基板４とキャビティ基板３とが陽極接合された状態において、キャビティ基板３の短手方向中央部における下面側が貫通穴４４を介して露出するようになっているのである。なお、図１では、１つの貫通穴４４を電極基板４に形成している場合を例に示しているが、これに限定するものではない。たとえば、各圧力室３１に応じた貫通穴を電極基板４に形成するようにしてもよい。また、所定個数の圧力室３１を１組とするような貫通穴を電極基板４に形成するようにしてもよい。
【００３９】
また、電極基板４の上面（キャビティ基板３との接合面）には、キャビティ基板３の各圧力室３１の形状に応じたガラス溝（凹部）４５が形成されている。このガラス溝４５は、たとえばエッチングにより深さ０．３μｍ程度で形成するとよい。また、ガラス溝４５は、貫通穴４４に連通するように形成されている。つまり、電極基板４とキャビティ基板３とが陽極接合された状態において、ガラス溝４５の一端（短手方向中央部側の一端）は、貫通穴４４により開放されるようになっている。
【００４０】
このガラス溝４５の内部（特に底部）には、固定電極となる個別電極４２が、一定の間隔を有してキャビティ基板３の各圧力室３１の底面を形成する振動板３２と対向するように作製されている。つまり、ガラス溝４５は、その一部に個別電極４２を装着できるように、これらの形状に類似したやや大きめの形状にパターン形成されている。個別電極４２は、たとえばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：インジウム錫酸化物）を０．１μｍの厚さでスパッタして作製することができる。このようにＩＴＯで個別電極４２を作製すると、透明なので放電したかどうかの確認が行いやすいという利点がある。なお、個別電極４２をＩＴＯで作製した場合を例に示したが、これに限定するものではない。
【００４１】
また、個別電極４２は、端子部（短手方向中央部側の一端）がガラス溝４５から貫通穴４４側に突出しないように作製されている。そして、個別電極４２の端子部上面には、キャビティ基板３の下面に形成した個別電極リード部３６が接続されるようになっている。個別電極リード部３６には、ＦＰＣ５１（詳しくはＦＰＣ５１と一体に設けられているリード部５２）を介してドライバＩＣ５０が接続されており、この個別電極リード部３６を介してドライバＩＣ５０から個別電極４２に駆動信号（パルス電圧）が供給されるようになっている。
【００４２】
以上のように構成された電極基板４とキャビティ基板３とを陽極接合により接合して積層体を形成すると、振動板３２と個別電極４２との間には、振動板３２を撓ませる（変位させる）ことができる一定のエアギャップ（空隙）４１が、電極基板４のガラス溝４５により形成されるようになっている。ここでは、エアギャップ４１が０．２μｍとなっている。このエアギャップ４１は、ガラス溝４５の深さ、個別電極４２及び振動板３２の厚さにより決まることになる。このエアギャップ４１は、液滴吐出ヘッド１００の吐出特性に大きく影響するため、厳格な精度管理が要求される。
【００４３】
また、このエアギャップ４１の開放端部に、たとえばエポキシ接着剤等からなる封止部４３を形成し、エアギャップ４１内に異物や湿気等が侵入するのを防止するとよい。なお、封止部４３に使用する材料を特に限定するものではなく、エアギャップ４１を気密に封止できるものであればよい。たとえば、水分透過性の低い酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）や、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、ポリパラキシリレン等で封止部４３を形成するとよい。
【００４４】
なお、電極基板４には、図示省略の外部のインクタンクから供給される液体を取り入れ、この液体をリザーバ基板２に形成されているリザーバ２１に供給する流路となるインク取入孔３３ｂ（キャビティ基板３に形成されているインク取入孔３３ａ及びリザーバ基板２に形成されているインク取入孔３３ｃと連通する）が電極基板４を貫通するように形成されている。つまり、キャビティ基板３のインク取入孔３３ａ、電極基板４のインク取入孔３３ｂ及びリザーバ基板２のインク取入孔３３ｃが連通することでインク取入孔３３を構成し、リザーバ２１に液体を供給可能になっているのである。
【００４５】
そして、キャビティ基板３の電極基板４の接合面とは反対側の面にリザーバ基板２を接着剤を用いて直接接合し、リザーバ基板２のキャビティ基板３の接合面とは反対側の面にノズル基板１を接着剤を用いて直接接合することによって、液滴吐出ヘッド１００が作製される。また、図２に示すように、個別電極４２及び共通電極端子２７にパルス電圧を供給するドライバＩＣ５０は、電極基板４の裏面側、すなわち電極基板４の貫通穴４４からＦＰＣ５１を介して液滴吐出ヘッド１００とは別個独立にフェイスダウン実装することができる。したがって、液滴吐出ヘッド１００は、ドライバＩＣ５０の設置スペースを確保しなくて済み、その分小型化を実現できる。
【００４６】
なお、ここで示したガラス溝４５の深さやエアギャップ４１の長さ、個別電極４２の厚さは一例であり、ここで示す値に限定するものではない。また、液滴吐出ヘッド１００の短手方向の中心線を軸として左右対称位置に静電アクチュエータが形成されている場合を例に示しているが、これに限定するものではなく、たとえば静電アクチュエータを一方側のみに形成するようにしてもよい。さらに、個別電極４２及び個別電極リード部３６の接続表面は、ドライバＩＣ５０から個別電極４２に電荷を導通できる金属材料で構成されていればよく、たとえば金や銅等を用いて構成するとよい。
【００４７】
ここで、液滴吐出ヘッド１００の動作について説明する。リザーバ基板２のリザーバ２１には、インク取入孔３３を介して外部から液体が供給されている。また、圧力室３１には、供給口２２を介してリザーバ２１から液体が供給されている。圧力室３１内の液体は、ノズル連通穴２４を介してノズル孔１１の先端まで満たされている。そして、各個別電極４２と共通電極端子２７との間にＦＰＣ５１を介して接続されているドライバＩＣ５０によって選択された個別電極４２には０［Ｖ］〜４０［Ｖ］程度のパルス電圧が印加され、その個別電極４２を正に帯電させる。
【００４８】
このとき、対応するキャビティ基板３の振動板３２には共通電極端子２７を介して負の極性を有する駆動信号が印加され、正に帯電された個別電極４２に対応する振動板３２を相対的に負に帯電させる。そのため、選択された個別電極４２と振動板３２との間では静電気力（クーロン力）が発生することになる。そうすると、振動板３２は、静電気力によって個別電極４２側に引き寄せられて撓み、個別電極４２に当接することになる。これによって圧力室３１の容積が増大し、リザーバ２１の内部に溜まっていた液体が圧力室３１に流れ込む。
【００４９】
その後、個別電極４２への電荷の供給を止めると、振動板３２と個別電極４２との間の静電気力がなくなり、振動板３２はその弾性力により元の状態に復元する。このとき、圧力室３１の容積が急激に減少するため、圧力室３１内部の圧力が急激に上昇する。これにより、圧力室３１内の液体の一部が液滴５としてノズル孔１１より吐出されることになる。この液滴５が、たとえば記録紙等のワークに着弾することによって印刷等が行われるようになっている。その後、液体がリザーバ２１から供給口２２を通じて圧力室３１内に補給され、初期状態に戻る。このような方法は、引き打ちと呼ばれるものであるが、バネ等を用いて液滴を吐出する押し打ちと呼ばれる方法もある。
【００５０】
図３は、個別電極４２及び個別電極リード部３６の接続部分の一例を説明するための説明図である。この図３では、図２におけるＢ−Ｂ断面の一部を拡大して示している。図３に基づいて、液滴吐出ヘッド１００の特徴部分、つまり個別電極４２及び個別電極リード部３６の接続部分の一例について説明する。図３に示すように、キャビティ基板３の裏面に形成する個別電極リード部３６の短手方向の幅は、電極基板４のガラス溝４５の短手方向の幅よりも狭く、つまり個別電極４２の短手方向の幅と同程度になっている。なお、個別電極４２及び個別電極リード部３６が積層された状態において、ガラス溝４５の貫通穴４４に開放される端部に封止部４３を設け、エアギャップ４１を封止するようになっている。
【００５１】
そして、個別電極４２と個別電極リード部３６とが積層された状態において、個別電極４２の厚みと個別電極リード部３６の厚みとの和を、電極基板４のガラス溝４５の深さよりも厚くしている。それは、個別電極４２と個別電極リード部３６とを確実に接続するためである。このように個別電極４２の厚みと個別電極リード部３６の厚みとの和が、電極基板４のガラス溝４５の深さよりも厚くなったとしても、キャビティ基板３と電極基板４との陽極接合時に発生する静電吸引力（図３に示す矢印）により、キャビティ基板３と電極基板４（ガラス溝４５の間のガラス隔壁を含む）とを接合することができる。
【００５２】
したがって、個別電極４２と個別電極リード部３６との接続は、キャビティ基板３と電極基板４とを接合させる陽極接合で確保することができ、これらを接続するための工程が不要となり、製造に要する工程数及びコストを低減することができる。また、上述したように、個別電極４２及び個別電極リード部３６の接続表面は、金属材料で構成されているので、個別電極４２及び個別電極リード部３６の接続部での共晶や拡散が促進され、接続信頼性が向上する。
【００５３】
図４は、個別電極４２及び個別電極リード部３６の接続部分の別の一例を説明するための説明図である。この図４では、図２におけるＢ−Ｂ断面の一部を拡大して示している。図４に基づいて、液滴吐出ヘッド１００の特徴部分、つまり個別電極４２及び個別電極リード部３６の接続部分の別の一例について説明する。図４に示すように、電極基板４に形成するガラス溝４５ａには、２つの個別電極４２が作製されている。そして、各個別電極４２に、短手方向の幅を同程度とした個別電極リード部３６が積層されている。
【００５４】
また、ガラス溝４５ａは、その内部に作製されている隣接する個別電極４２の両脇（隣接する個別電極４２の間ではなく、隣接する個別電極４２のそれぞれの外側）に、キャビティ基板３が接合可能な所定の大きさのスペース部分を含めて形成されている。このようにガラス溝４５ａ内に複数の個別電極４２を作製したとしても、キャビティ基板３と電極基板４との陽極接合時に発生する静電吸引力（図４に示す矢印）により、キャビティ基板３の一部がガラス溝４５ａ内部に接合することなり、キャビティ基板３と電極基板４とを接合することができる。
【００５５】
したがって、個別電極４２と個別電極リード部３６との接続は、キャビティ基板３と電極基板４とを接続させる陽極接合で確保することができ、これらを接続するための工程が不要となり、製造に要する工程数及びコストを低減することができる。また、個別電極４２のそれぞれにガラス溝４５ａを形成しなくて済むために、製造に要する手間を更に軽減できる。また、図３で説明したものと同様に、個別電極４２及び個別電極リード部３６の接続部での共晶や拡散が促進され、接続信頼性が向上する。なお、ガラス溝４５ａに２つの個別電極４２を作製した場合を例に説明したが、個別電極４２の作製個数を限定するものではない。
【００５６】
次に、液滴吐出ヘッド１００の製造工程について説明する。
図５及び図６は、液滴吐出ヘッド１００の製造工程の一例を示す縦断面図である。図５及び図６に基づいて、液滴吐出ヘッド１００の製造工程についてその特徴事項を中心に説明する。なお、以下に示す基板の厚さやエッチング深さ、温度、圧力等の値はあくまでも一例であり、本発明はこれらの値によって限定されるものではない。なお、実際には、シリコンウエハから複数個分の液滴吐出ヘッドの部材を同時形成するのが一般的であるが、図５及び図６ではその一部分だけを簡略化して示している。
【００５７】
まず、たとえば厚さが約１ｍｍの両面鏡面のホウ珪酸系の耐熱硬質ガラスからなるガラス基板４’を用意し、上面に個別電極４２を作製するためのガラス溝４５をフッ化アンモニウム水溶液等を用いたエッチングで形成する。そして、ガラス基板４’の上面にＩＴＯ膜を０．１μｍ程度形成し、ガラス溝４５内部のみにＩＴＯ膜が残るようにパターニングを施し、個別電極４２を形成する（図５（ａ））。それから、ガラス基板４’にブラスト加工を施し、インク取入孔３３ｂ及び貫通穴４４を形成する（図５（ｂ））。このようにして電極基板４が作製される。
【００５８】
次に、たとえば厚さが２２０μｍである（１１０）を面方位とする酸素濃度の低いシリコン基板３’を用意し、下面に振動板３２の厚みと同程度の高濃度ボロンドープ層（図示せず）を形成する。このボロンドープ層の表面には絶縁膜３５を０．１μｍ程度形成する。それから、共通電極端子２７を形成するために、絶縁膜３５の所定の位置（たとえば、図２で示したようにキャビティ基板３となるシリコン基板３’の長手方向における中心線を軸として対称となる２つの位置）を除去する。そして、その部分にシリコン基板３’と接続するように共通電極端子２７を形成する。
【００５９】
また、絶縁膜３５の所定の位置（たとえば、図２で示したように貫通穴４４に対応した位置における個別電極４２の長手方向延長線上にある位置）に個別電極リード部３６を形成する（図５（ｃ））。この個別電極リード部３６は、たとえばスパッタリング法により、金属材料を成膜することで形成するとよい。このシリコン基板３’と電極基板４とを３６０℃に加熱した後、電極基板４に負極、シリコン基板３’に正極を接続して、８００Ｖの電圧を印加して陽極接合する（図５（ｄ））。この陽極接合過程において、個別電極４２と個別電極リード部３６との接続を確保することができるようになっている（図３及び図４参照）。
【００６０】
陽極接合後、電極基板４に保護基板６５を貼り付け、シリコン基板３’の厚みが約６０μｍになるまで研削加工を行ない、シリコン基板３’を薄板化する（図６（ｅ））。保護基板６５を貼り付けることで、電極基板４に形成した貫通穴４４を介してエアギャップ４１内に異物や湿気等が浸入するのを防止することができる。次に、シリコン基板３’の上面にパターニングを施し、たとえば水酸化カリウム水溶液等を用いてボロンドープ層までエッチングし、圧力室３１及びインク取入孔３３ａを形成する（図６（ｆ））。このようにすれば、ボロンドープ層で極端にエッチングレートが小さくなることを利用した、いわゆるエッチングストップ技術を用いて、振動板３２の厚さ、圧力室３１の容積を高精度で形成する。このようにしてキャビティ基板３が作製される。
【００６１】
そして、保護基板６５を取り外し、エアギャップ４１を封止する（図６（ｇ））。この工程は、電極基板４の貫通穴４４を利用して、エアギャップ４１の開放端部に封止部４３を形成することで行なう。その後、キャビティ基板３の上面に、リザーバ２１、供給口２２、ノズル連通穴２４及びインク取入孔３３ｃが形成されたリザーバ基板２をエポキシ樹脂等の接着剤を用いて接合する。そして、このリザーバ基板２の上面に、ノズル孔１１が形成されたノズル基板１をエポキシ樹脂等の接着剤を用いて接合する（図６（ｈ））。最後に、電極基板４の貫通穴４４にＦＰＣ５１をフェイスダウン実装し、個別電極リード部３６及び共通電極端子２７にリード部５２を接続させて、液滴吐出ヘッド１００が完成する。
【００６２】
したがって、ドライバＩＣ５０を液滴吐出ヘッド１００の外部に実装することができるので、液滴吐出ヘッド１００の小型化を実現できる。また、陽極接合工程で、個別電極４２と個別電極リード部３６との接続を確保できるので、接続させる工程を省略でき、製造工程を複雑にすることなく、製造に要する手間、コスト及び工程数を軽減できる。さらに、個別電極４２及び個別電極リード部３６の接続表面を金属材料で構成するので、個別電極４２及び個別電極リード部３６の接続部での共晶や拡散が促進され、接続信頼性が向上する。
【００６３】
実施の形態２．
図７は、実施の形態１に係る液滴吐出ヘッド１００を搭載した液滴吐出装置１５０の一例を示した斜視図である。また、図８は、液滴吐出装置１５０の主要な構成手段の一例を表す図である。図７及び図８に基づいて、実施の形態２に係る液滴吐出装置１５０について説明する。この液滴吐出装置１５０は、液滴吐出方式（インクジェット方式）による印刷を目的とする、いわゆる一般的なシリアル型のインクジェットプリンタである。搭載される液滴吐出ヘッド１００は、上述したように小型化及び低コスト化を実現したものであるので、液滴吐出装置１５０も小型化及び低コスト化に優れたものとなる。
【００６４】
液滴吐出装置１５０は、被印刷物であるプリント紙２１０が支持されるドラム２０１と、プリント紙２１０にインクを吐出し、記録を行う液滴吐出ヘッド１００とで主に構成される。また、液滴吐出ヘッド１００にインクを供給するための図示省略のインク供給手段がある。プリント紙２１０は、ドラム２０１の軸方向に平行に設けられた紙圧着ローラ２０３により、ドラム２０１に圧着して保持されるようになっている。このドラム２０１の軸方向に平行に設けられている送りネジ２０４によって液滴吐出ヘッド１００が保持されるようになっている。
【００６５】
そして、この送りネジ２０４が回転することによって液滴吐出ヘッド１００がドラム２０１の軸方向に移動する。一方、ドラム２０１は、ベルト２０５等を介してモータ２０６により回転駆動されるようになっている。また、プリント制御手段２０７は、印画データ及び制御信号に基づいて送りネジ２０４及びモータ２０６を駆動させるようになっている。さらに、プリント制御手段２０７は、図示省略の発振駆動回路を駆動させて振動板３２を制御しながらプリント紙２１０に印刷を行わせるようになっている。
【００６６】
ここでは、液体をインクとしてプリント紙２１０に吐出するようにしている場合を例に説明したが、これに限定するものではなく、インク以外の液体を吐出する工業用途での液体吐出装置にも応用が可能である。たとえば、カラーフィルタとなる基板に吐出させる用途においては、カラーフィルタ用の顔料を含む液体であってもよい。また、有機化合物等の電界発光素子を用いた表示パネル（ＯＬＥＤ等）の基板に吐出させる用途においては、発光素子となる化合物を含む液体であってもよい。さらに、基板上に配線する用途においては、導電性金属を含む液体であってもよい。
【００６７】
一方、液滴吐出ヘッド１００をディスペンサとし、生体分子のマイクロアレイとなる基板に吐出する用途に用いる場合では、ＤＮＡ（Ｄｅｏｘｙｒｉｂｏ Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄｓ：デオキシリボ核酸）や、ＲＮＡ（Ｒｉｂｏ Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄ：リボ核酸）、ＰＮＡ（Ｐｅｐｔｉｄｅ Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄｓ：ペプチド核酸）等のタンパク質プローブを含む液体を吐出させるようにしてもよい。その他、布等の染料の吐出等にも利用することができる。また、液滴受容物としては、プリント紙２１０等の記録用紙の他、フィルムや織布、不織物等の他のメディア、ガラス基板、シリコン基板等の各種基板のようなワークであってもよい。
【００６８】
本発明の実施の形態に係る液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置及び液滴吐出ヘッドの製造方法は、上述の実施の形態で説明した内容に限定されるものではなく、本発明の思想の範囲内において変更することができる。液滴吐出ヘッド１００構成基板の積層数を３層や４層に限定するものではない。また、液滴吐出ヘッド１００の製造工程においても、上述した製造工程に限定するものではない。さらに、個別電極４２及び個別電極リード部３６の接続表面を構成する金属材料を特に限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドを分解した状態を示す分解斜視図である。
【図２】液滴吐出ヘッドが組み立てられた状態の縦断面図である。
【図３】個別電極及び個別電極リード部の接続部分の一例を説明するための説明図である。
【図４】個別電極及び個別電極リード部の接続部分の別の一例を説明するための説明図である。
【図５】液滴吐出ヘッドの製造工程の一例を示す縦断面図である。
【図６】液滴吐出ヘッドの製造工程の一例を示す縦断面図である。
【図７】液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置の一例を示した斜視図である。
【図８】液滴吐出装置の主要な構成手段の一例を表す図である。
【符号の説明】
【００７０】
１ ノズル基板、２ リザーバ基板、３ キャビティ基板、３’ シリコン基板、４ 電極基板、４’ ガラス基板、５ 液滴、１１ ノズル孔、２１ リザーバ、２２ 供給口、２４ ノズル連通穴、２７ 共通電極端子、３１ 圧力室、３２ 振動板、３３ インク取入孔、３３ａ インク取入孔、３３ｂ インク取入孔、３３ｃ インク取入孔、３５ 絶縁膜、３６ 個別電極リード部、４１ エアギャップ、４２ 個別電極、４３ 封止部、４４ 貫通穴、４５ ガラス溝、４５ａ ガラス溝、５０ ドライバＩＣ、５１ ＦＰＣ、５２ リード部、６５ 保護基板、１００ 液滴吐出ヘッド、１５０ 液滴吐出装置、２０１ ドラム、２０３ 紙圧着ローラ、２０４ ネジ、２０５ ベルト、２０６ モータ、２０７ プリント制御手段、２１０ プリント紙。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
底壁が振動板となる圧力室が形成される第１の基板と、
前記振動板を駆動する個別電極、前記個別電極を内部に具備する凹部、及び、前記凹部の一端を開放する貫通穴が形成された第２の基板と、を少なくとも備え、
前記振動板と前記個別電極とを前記凹部に起因するギャップを介して対向させるとともに、前記第１の基板の前記第２の基板との対向面の一部を前記貫通穴を介して露出させ、
一端を前記個別電極の表面に接続し、他端を前記凹部の開放端部から前記貫通穴形成部分にまで延設した個別電極リード部を前記第１の基板の前記第２の基板との対向面に形成し、
前記第１の基板の露出面側から前記個別電極リード部を介して前記個別電極に対する駆動信号を印加可能にした
ことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
前記第１の基板の露出面に前記第１の基板に対する駆動信号を印加するための共通電極端子を形成した
ことを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
前記貫通穴に、前記個別電極リード部及び前記共通電極端子に対する駆動信号を印加する駆動回路を実装した
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
前記個別電極の厚みと前記個別電極リード部の厚みとの和を、前記第２の基板の前記凹部の深さよりも厚くした
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
前記第２の基板の前記凹部に複数個の前記個別電極を配置し、
前記凹部を、
前記凹部内において隣接する前記個別電極の両脇に、前記第１の基板が接合可能なスペースを有するように形成した
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項６】
前記個別電極及び前記個別電極リード部の接続表面を金属材料で構成した
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項７】
前記請求項１〜６のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを搭載した
ことを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項８】
個別電極及び前記個別電極を作製するための凹部を形成したガラス基板に前記凹部の一端を開放する貫通穴を形成し、
前記ガラス基板に、一端を前記個別電極の表面に接続し、他端を前記凹部の開放端部から前記貫通穴形成部分にまで延設した個別電極リード部が一方の面に設けられたシリコン基板を陽極接合して、前記振動板と前記個別電極との間に前記凹部に起因するギャップを形成するとともに、前記個別電極と前記個別電極リード部とを接続させ、
前記貫通穴部分に延設された前記個別電極リード部の他端に、前記個別電極に対する駆動信号を印加する駆動回路を接続させた
ことを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項９】
前記シリコン基板の前記ガラス基板との接合面に絶縁膜を形成し、
前記貫通穴に対応する位置における前記絶縁膜の一部を除去し、その部分に前記シリコン基板に対する駆動信号を印加するための共通電極端子を形成してから、前記シリコン基板と前記ガラス基板とを陽極接合させる
ことを特徴とする請求項８に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１】
底壁が振動板となる圧力室が形成される第１の基板と、
前記振動板を駆動する個別電極、前記個別電極を内部に具備する凹部、及び、前記凹部の一端を開放する貫通穴が形成された第２の基板と、を少なくとも備え、
前記振動板と前記個別電極とを前記凹部に起因するギャップを介して対向させるとともに、前記第１の基板の前記第２の基板との対向面の一部を前記貫通穴を介して露出させ、
一端を前記個別電極の表面に接続し、他端を前記凹部の開放端部から前記貫通穴形成部分にまで延設した個別電極リード部を前記第１の基板の前記第２の基板との対向面に形成し、
前記第１の基板の露出面側から前記個別電極リード部を介して前記個別電極に対する駆動信号を印加可能にした
ことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
前記第１の基板の露出面に前記第１の基板に対する駆動信号を印加するための共通電極端子を形成した
ことを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
前記貫通穴に、前記個別電極リード部及び前記共通電極端子に対する駆動信号を印加する駆動回路を実装した
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
前記個別電極の厚みと前記個別電極リード部の厚みとの和を、前記第２の基板の前記凹部の深さよりも厚くした
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
前記第２の基板の前記凹部に複数個の前記個別電極を配置し、
前記凹部を、
前記凹部内において隣接する前記個別電極の両脇に、前記第１の基板が接合可能なスペースを有するように形成した
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項６】
前記個別電極及び前記個別電極リード部の接続表面を金属材料で構成した
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項７】
前記請求項１〜６のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを搭載した
ことを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項８】
個別電極及び前記個別電極を作製するための凹部を形成したガラス基板に前記凹部の一端を開放する貫通穴を形成し、
前記ガラス基板に、一端を前記個別電極の表面に接続し、他端を前記凹部の開放端部から前記貫通穴形成部分にまで延設した個別電極リード部が一方の面に設けられたシリコン基板を陽極接合して、前記振動板と前記個別電極との間に前記凹部に起因するギャップを形成するとともに、前記個別電極と前記個別電極リード部とを接続させ、
前記貫通穴部分に延設された前記個別電極リード部の他端に、前記個別電極に対する駆動信号を印加する駆動回路を接続させた
ことを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項９】
前記シリコン基板の前記ガラス基板との接合面に絶縁膜を形成し、
前記貫通穴に対応する位置における前記絶縁膜の一部を除去し、その部分に前記シリコン基板に対する駆動信号を印加するための共通電極端子を形成してから、前記シリコン基板と前記ガラス基板とを陽極接合させる
ことを特徴とする請求項８に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−２８５９８４（Ｐ２００９−２８５９８４Ａ）
【公開日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１４０７９４（Ｐ２００８−１４０７９４）
【出願日】平成２０年５月２９日（２００８．５．２９）
【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１２月１０日（２００９．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月２９日（２００８．５．２９）
【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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