(57)【要約】【課題】液体流路内に付着している異物を確実に液体流路外に排出することができると共に、液体流路内への異物の再付着を抑制することができる液体噴射ヘッドの製造方法を提供する。【解決手段】基板１１０に圧力発生室１２を少なくとも含む液体流路１６を形成した後に、形状を維持可能な程度の柔軟性を有し得る充填物２００を液体流路１６内に充填すると共に充填物２００がその形状を維持可能な柔軟性を有する状態で充填物２００と基板１１０とを引き離すことで液体流路１６内の異物Ａを充填物２００と共に排出させる異物排出工程を実施する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を噴射するノズルに連通する圧力発生室内に圧力発生手段によって圧力を付与することで前記ノズルから液滴を噴射する液体噴射ヘッドの製造方法であって、
基板に前記圧力発生室を少なくとも含む液体流路を形成した後に、
形状を維持可能な程度の柔軟性を有し得る充填物を前記液体流路内に充填すると共に前記充填物がその形状を維持可能な柔軟性を有する状態で当該充填物と前記基板とを引き離すことで前記液体流路内の異物を前記充填物と共に排出させる異物排出工程を有することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記充填物を前記液体流路内に充填する際に、前記液体流路内を減圧する減圧工程を実施することを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記充填物と前記基板とを引き離す際に、前記液体流路内を加圧する加圧工程を実施することを特徴とする請求項１又は２に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記充填物と前記基板とを引き離す際に、前記基板を鉛直方向上側に向かって前記充填物から引き離すことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項５】
前記異物排出工程では、流動性を有する状態で前記充填物を前記液体流路内に充填し、当該液体流路内に充填された充填物を硬化させることで、その形状を維持可能な柔軟性を有する状態とすることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項６】
前記充填物が寒天を主成分とすることを特徴とする請求項５に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力発生室に連通するノズルから液滴を噴射する液体噴射ヘッドの製造方法に関し、特に、ノズルからインク滴を噴射するインクジェット式記録ヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体噴射ヘッドの代表的な例としては、ノズルからインク滴を噴射するインクジェット式記録ヘッドが挙げられる。インクジェット式記録ヘッドとしては、例えば、流路形成基板にインク滴を噴射するノズルと連通する圧力発生室を含む液体流路を形成すると共に、この圧力発生室の一部を流路形成基板の表面に形成した振動板で構成し、振動板を圧電素子により変形させることで、圧力発生室のインクを加圧してノズルからインク滴を噴射させるものがある。
【０００３】
このようなインクジェット式記録ヘッドにおいては、圧力発生室等の液体流路内に付着した異物によってノズル詰まり等の問題が生じる虞がある。このため、製造過程において液体流路内に付着した異物を確実に取り除いておく必要がある。
【０００４】
一般的には、ヘッドを組み立てた後、液体流路内に所定の洗浄液、例えば、純水等を供給して液体流路内を洗浄することで異物を外部に排出している（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１６０８８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このようにヘッドを組み立てた後に液体流路内を洗浄する場合、例えば、ノズル等から洗浄液を排出することになり、液体流路内に比較的大きな異物が付着していると、異物を外部に排出することができない虞がある。液体流路内の異物をより確実に除去するために、ヘッド組立中に液体流路内を洗浄液によって洗浄することも考えられる。例えば、特許文献１の構成では、第１の基板と第３の基板とを接合する前に、第１の基板に形成されたインク流路部（液体流路）内を洗浄液によって洗浄することも考えられる。
【０００７】
このように洗浄液で液体流路内を洗浄することによって液体流路内に付着している異物をより確実に除去することはできる。しかしながら、例えば、液体流路が形成された基板の外周部等に付着していた異物や液体流路内から排出された異物が、洗浄液中を浮遊して洗浄中に液体流路内に再付着してしまう虞がある。
【０００８】
なお、このような問題は、インク滴を噴射するインクジェット式記録ヘッドだけではなく、インク以外の液滴を噴射する他の液体噴射ヘッドにおいても同様に存在する。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、液体流路内に付着している異物を確実に液体流路外に排出することができると共に、液体流路内への異物の再付着を抑制することができる液体噴射ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決する本発明は、液滴を噴射するノズルに連通する圧力発生室内に圧力発生手段によって圧力を付与することで前記ノズルから液滴を噴射する液体噴射ヘッドの製造方法であって、基板に前記圧力発生室を少なくとも含む液体流路を形成した後に、形状を維持可能な程度の柔軟性を有し得る充填物を前記液体流路内に充填すると共に前記充填物がその形状を維持可能な柔軟性を有する状態で当該充填物と前記基板とを引き離すことで前記液体流路内の異物を前記充填物と共に排出させる異物排出工程を有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。
かかる本発明では、液体流路内に付着している異物を充填物と共に液体流路外に確実に排出させることができる。また、異物は充填物に付着した状態で排出されるため、液体流路内への異物の再付着を実質的に防止することができる。
【００１１】
ここで、前記充填物を前記液体流路内に充填する際に、前記液体流路内を減圧する減圧工程を実施することが好ましい。これにより、液体流路内の隅々まで充填物を行き渡らせることができ、異物をより確実に外部に排出させることができる。
【００１２】
また、前記充填物と前記基板とを引き離す際に、前記液体流路内を加圧する加圧工程を実施することが好ましい。これにより、異物が付着した状態の充填物と基板とを比較的容易に引き離すことができる。
【００１３】
また、前記充填物と前記基板とを引き離す際に、前記基板を鉛直方向上側に向かって前記充填物から引き離すことが好ましい。これにより、液体流路内に異物が残ってしまうのをより確実に抑えることができる。
【００１４】
また、前記異物排出工程では、流動性を有する状態で前記充填物を前記液体流路内に充填し、当該液体流路内に充填された充填物を硬化させることで、その形状を維持可能な柔軟性を有する状態とすることが好ましい。特に、前記充填物が寒天を主成分とすることが好ましい。このように流動性を有する状態で充填物を液体流路内に充填することで、液体流路内の隅々まで、より確実に充填物を行き渡らせることができる。さらに充填物として寒天を用いることで、外部環境への悪影響もほとんどないため、自然環境の保護にも役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】記録ヘッドの一例を示す分解斜視図である。
【図２】記録ヘッドの一例を示す平面図及び断面図である。
【図３】実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図４】実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図５】実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図６】記録ヘッドの製造方法の他の例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る製造方法によって製造され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であり、図２（ａ）は、インクジェット式記録ヘッドの要部平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ′断面図である。
【００１７】
図示するように、流路形成基板１０は、結晶面方位が（１１０）のシリコン単結晶基板からなり、その一方の面には酸化膜からなる弾性膜５０が形成されている。この流路形成基板１０には、複数の隔壁１１によって区画された複数の圧力発生室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１３と連通路１４とが隔壁１１によって区画されている。また、連通路１４の一端には、各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバー１００の一部を構成する連通部１５が形成されている。すなわち、本実施形態に係る流路形成基板１０には、圧力発生室１２、インク供給路１３、連通路１４及び連通部１５で構成される液体流路１６が形成されている。
【００１８】
また、流路形成基板１０の開口面側には、各圧力発生室１２に連通するノズル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。
【００１９】
一方、流路形成基板１０の開口面とは反対側の面には、上述したように酸化膜からなる弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、弾性膜５０とは異なる材料の酸化膜からなる絶縁体膜５５が積層形成されている。この絶縁体膜５５上には、下電極膜６０と、圧電体層７０と、上電極膜８０とで構成される圧力発生手段としての圧電素子３００が形成されている。また圧電素子３００の個別電極である各上電極膜８０には、インク供給路１３側の端部近傍から引き出され、絶縁体膜５５上にまで延設される、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０が接続されている。
【００２０】
圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上には、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３１を有する保護基板３０が、接着剤３５によって接合されている。また保護基板３０には、連通部１５に対向する領域にリザーバー部３２が設けられており、このリザーバー部３２は、上述したように流路形成基板１０の連通部１５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ー１００を構成している。また保護基板３０の圧電素子保持部３１とリザーバー部３２との間の領域には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられ、この貫通孔３３内に下電極膜６０の一部及びリード電極９０の先端部が露出されている。
【００２１】
このような保護基板３０の材料としては、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、例えば、流路形成基板１０と同一材料のシリコン単結晶基板が好適に用いられる。
【００２２】
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。封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料からなり、この封止膜４１によってリザーバー部３２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。この固定板４２のリザーバー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、リザーバー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。
【００２３】
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、リザーバー１００からノズル２１に至るまでの液体流路の内部をインクで満たした後、駆動ＩＣ等からの記録信号に従い、圧力発生室１２に対応する圧電素子３００に上電極膜８０側から駆動信号を入力し、圧電素子３００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２１からインク滴が噴射する。
【００２４】
以下、このようなインクジェット式記録ヘッドの製造方法について説明する。なお、図３及び図４は、圧力発生室の長手方向の断面図である。まず、図３（ａ）に示すように、シリコンウエハーである流路形成基板用ウエハー１１０の表面に弾性膜５０を構成する二酸化シリコン膜５１を形成し、この弾性膜５０（二酸化シリコン膜５１）上に、例えば、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５５を形成する。
【００２５】
次に、図３（ｂ）に示すように、絶縁体膜５５上に圧電素子３００を形成する。具体的には、まず、例えば、白金、イリジウム等からなる下電極膜６０を絶縁体膜５５の全面に形成後、所定形状にパターニングした後、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、白金等の金属からなる上電極膜８０とを順次積層する。そして、これら上電極膜８０及び圧電体層７０をパターニングすることによって圧電素子３００を形成する。
【００２６】
次いで、図３（ｃ）に示すように、例えば、金（Ａｕ）等の金属層９１で構成されるリード電極９０を形成する。すなわち、流路形成基板用ウエハー１１０の全面に亘って金属層９１を形成すると共に、この金属層９１を各圧電素子３００毎にパターニングすることによってリード電極９０を形成する。
【００２７】
次いで、図４（ａ）に示すように、流路形成基板用ウエハー１１０の圧電素子３００側に、シリコンウエハーである保護基板用ウエハー１３０を接着剤３５によって接合する。なお、この保護基板用ウエハー１３０には、圧電素子保持部３１、リザーバー部３２及び貫通孔３３が予め形成されている。
【００２８】
次に、図４（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウエハー１１０の保護基板用ウエハー１３０とは反対面側を加工して、流路形成基板用ウエハー１１０を所定の厚みとする。次いで、図４（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウエハー１１０の表面に、圧力発生室１２等のインク流路を形成する際のマスクとなる所定パターンの保護膜５２を形成し、この保護膜５２をマスクとして流路形成基板用ウエハー１１０を異方性エッチング（ウェットエッチング）することにより、流路形成基板用ウエハー１１０に、圧力発生室１２、インク供給路１３、連通路１４及び連通部１５で構成される液体流路１６を形成する。また、弾性膜５０及び絶縁体膜５５を除去して連通部１５とリザーバー部３２とを連通させる。
【００２９】
このように流路形成基板用ウエハー１１０に液体流路１６を形成した状態では、液体流路１６内に異物Ａが付着してしまっている場合がある。このため、本発明では、流路形成基板用ウエハー１１０に液体流路１６を形成後、液体流路１６内に、形状を維持可能な程度の柔軟性を有し得る充填物２００を充填し、この充填物２００が形状を維持可能な柔軟性を有する状態で充填物２００と流路形成基板用ウエハー１１０とを引き離すことで液体流路１６内の異物Ａを充填物２００と共に排出させる異物排出工程を実施するようにした。
【００３０】
ここで、形状を維持可能な柔軟性を有し得る充填物２００とは、例えば、加圧等により変形可能であり、変形した後の形状を維持可能な柔軟性を有する粘土状の物質だけでなく、通常は液状或いはゲル状であり流動性を有するが加熱等により硬化させることで形状を維持可能な程度の柔軟性を有する物質、或いは通常は加圧等によって変形しない固形物であるが、加熱等により変形可能な状態となる物質等も含まれる。例えば、充填物２００としては、シリコーン樹脂等を主成分とし、一般的に「型取材料」又は「造型材料」と呼ばれる材料、或いは「印象材」と呼ばれる材料を用いることができる。なお充填物２００として使用する材料は、液体流路１６内に付着して残ってしまうことのない材料である必要がある。また粘土状の物質を充填物２００として用いる場合には、形状を維持可能な程度に柔らかい材料を用いることが好ましい。
【００３１】
例えば、本実施形態では、充填物２００として、シリコーン樹脂を主成分とする粘土状の材料を用いた。そして、図５（ａ）に示すように、流路形成基板用ウエハー１１０を充填物２００に押しつけることで、液体流路１６内に充填物２００を充填する（図５（ｂ））。つまり、流路形成基板用ウエハー１１０を粘土状の充填物２００に押しつけることで、充填物２００が変形して液体流路１６内に充填される。このように流路形成基板用ウエハー１１０を充填物２００に対して加圧することのみによって液体流路１６内に充填物２００を良好に充填することができる。
【００３２】
また加圧の際には、例えば、リザーバー部３２側から液体流路１６内を吸引すること等によって、液体流路１６内を減圧する減圧工程を実施するのが好ましい。なお、減圧工程を実施して液体流路１６内が減圧された状態で液体流路１６内に充填物２００を充填してもよいし、充填中に減圧工程を実施するようにしてもよい。何れにしても、このような減圧工程を実施することで、より確実に液体流路１６内の隅々まで充填物２００を行き渡らせることができる。
【００３３】
その後、図５（ｃ）に示すように、この充填物２００と流路形成基板用ウエハー１１０とを引き離すことで液体流路１６内の異物を充填物２００と共に排出させる。充填物２００の表面は、流路形成基板用ウエハー１１０よりも高い粘着性を有しているため、液体流路１６内の異物は、充填物２００に張り付いた状態で液体流路１６の外部に排出される。また充填物２００と流路形成基板用ウエハー１１０とを引き離す際には、流路形成基板用ウエハー１１０を鉛直方向上側に向かって充填物２００から引き離すようにするのが好ましい。これにより、液体流路１６内の異物をより確実に充填物２００と共に外部に排出することができる。
【００３４】
さらに、充填物２００と流路形成基板用ウエハー１１０とを引き離す際には、例えば、インク導入口から空気を送り込むこと等によって、液体流路１６内を加圧する加圧工程を実施することが好ましい。この加圧工程は、充填物２００と流路形成基板用ウエハー１１０とを引き離す前に実施してもよいし、引き離し中に実施してもよい。何れにしても、液体流路１６内を加圧することで、充填物２００と流路形成基板用ウエハー１１０を比較的容易且つ良好に引き離すことができる。また液体流路１６内に充填物が付着して残ってしまうことも抑えることができる。
【００３５】
このように流路形成基板用ウエハー１１０に液体流路１６を形成後に、上述した異物排出工程を実施することで、液体流路１６内の異物を良好に除去することができる。また、このような異物排出工程では、洗浄液によって液体流路１６内を洗浄した場合に生じる異物の再付着といった問題が生じることもない。したがって、異物によるノズル詰まりといった問題の発生を抑えることができる。
【００３６】
また異物排出工程を実施した後は、流路形成基板用ウエハー１１０及び保護基板用ウエハー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、流路形成基板用ウエハー１１０の保護基板用ウエハー１３０とは反対側の面にノズル２１が穿設されたノズルプレート２０を接合すると共に、保護基板用ウエハー１３０にコンプライアンス基板４０を接合し、流路形成基板用ウエハー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等に分割することで、インクジェット式記録ヘッドが製造される。
【００３７】
なお本実施形態では、粘土状の充填物２００に流路形成基板用ウエハー１１０を押しつけることで液体流路１６内に充填物２００を充填するようにしたが、これに限定されず、例えば、液状、或いはゲル状等であり流動性を有する状態の充填物２００を液体流路１６内に充填した後、充填した充填物２００を硬化させることで、形状を維持可能な程度の柔軟性を有する状態としてもよい。このように流動性を有する状態で充填物２００を液体流路１６内に充填することで、液体流路１６内の隅々まで、より確実に充填物２００を行き渡らせることができる。
【００３８】
なお、このように充填物２００を液体流路１６内に充填した後に硬化させる場合、充填物２００は、流路形成基板用ウエハー１１０から引き離される際に、液体流路１６の形状が完全に維持される硬さを有している必要はなく、自重等によって多少変形する程度の柔軟性を有していてもよい。
【００３９】
さらに、このような充填物としては、例えば、寒天を主成分とする材料を用いることが好ましい。これにより、外部環境への悪影響が抑えられ、自然環境の保護にも役立つ。
【００４０】
（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、勿論、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。
【００４１】
例えば、上述の実施形態では、液体流路１６内に充填物２００を満たすようにしたが、充填物２００は、必ずしも液体流路１６内に満たされている必要はない。例えば、図６に示すように、液体流路１６内に挿入される凸部２１１を有する型部材２１０を用い、凸部２１１が挿入された液体流路１６の隙間に充填物２００が充填されていてもよい。何れにしても、液体流路１６の内面は充填物２００によって覆われているため、液体流路１６の内面に付着している異物は、上述したように充填物２００と共に液体流路１６の外部に排出されることになる。
【００４２】
また、上述の実施形態では、流路形成基板１０に形成される液体流路１６として、圧力発生室１２、インク供給路１３、連通路１４及び連通部１５で構成されたものを例示したが、勿論、液体流路１６の構成は特に限定されるものではない。また、圧力発生手段として薄膜型の圧電素子３００を例示したが、圧力発生手段の構成は特に限定されず、例えば、厚膜型の圧電素子や発熱素子等であってもよい。
【００４３】
さらに、上述の実施形態では、液体噴射ヘッドの製造方法の一例として、インクを吐出するインクジェット式記録ヘッドの製造方法について説明したが、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る。液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる記録ヘッド、液晶ディスプレー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を挙げることができる。
【符号の説明】
【００４４】
１０  流路形成基板、  １２  圧力発生室、  １３  インク供給路、  １４  連通路、  １５  連通部、  １６  液体流路、  ２０  ノズルプレート、  ２１  ノズル、  ３０  保護基板、  ３１  圧電素子保持部、  ３２  リザーバー部、  ４０  コンプライアンス基板、  ５０  弾性膜、  ６０  下電極膜、  ７０  圧電体層、  ８０  上電極膜、  １００  リザーバー、  ３００  圧電素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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