(57)【要約】【課題】保持基板と圧電素子基板とを接合するための接着剤が振動板の上へ流れ出すことを防止する。【解決手段】液滴吐出ヘッドは、ノズル孔３１を有するノズル基板３０と、ノズル孔３１に通じる液室２１ａ及び液室２１ａの隔壁を有する流路形成層２１、液室２１ａの壁面の一部を構成する振動板２２、並びに振動板２２の液室２１ａとは反対面に配置された圧電素子２３を有する圧電素子基板２０と、圧電素子２３に対向する部分に空隙１２が形成され、圧電素子基板２０に接着剤によって接合された保持基板１０と、を備えている。圧電素子基板２０は、保持基板１０が接合される箇所に、側面に複数の段差を有する凸形状の接合部２５を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル孔を有するノズル基板と、
前記ノズル孔に通じる液室及び前記液室の隔壁を有する流路形成層、前記液室の壁面の一部を構成する振動板、並びに前記振動板の前記液室とは反対面に配置された圧電素子を有する圧電素子基板と、
前記圧電素子に対向する部分に空隙が形成され、前記圧電素子基板に接着剤によって接合された保持基板と、を備え、
前記圧電素子基板は、前記保持基板が接合される箇所に、側面に複数の段差を有する凸形状の接合部を備えていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
前記接着剤は、前記接合部の表面に対する接触角が３０度以上のものである請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
前記接着剤は、損失弾性率が１.２×１０8Ｐａ以下（４０℃時）かつ２.０×１０8Ｐａ以下（６０℃時）のものである請求項１又は２に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
前記接合部の前記凸形状は、前記圧電素子を構成する材料の一部もしくは全部、層間絶縁膜、配線材料、配線保護膜及び前記振動板の一部又は全部の組合せによって形成されている請求項１から３のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
液滴を吐出する液滴吐出ヘッドと該液滴吐出ヘッドに液体を供給する液体タンクを一体化した液体カートリッジにおいて、
前記液滴吐出ヘッドが請求項１から４のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とする液体カートリッジ。
【請求項６】
液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドを備えた画像形成装置において、
前記液滴吐出ヘッドが請求項１から４のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴吐出ヘッド、液体カートリッジ及び画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プリンタや複写装置などの画像形成装置において、インクジェット方式が多く取り入れられている。インクジェットヘッドでは各ノズル間を狭ピッチ化していくことにより画像解像度が上げられている。そこで、半導体プロセスを応用したＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を取り入れるなどして液滴吐出ヘッドの開発が行われている。
【０００３】
インクジェット方式での駆動方法としては圧電素子による電気機械変換方式が用いられていることがよくある。これは圧電素子の変位を振動板に伝えることで液室内の圧力を変化させてインク滴を吐出させるものである。
【０００４】
この方式では、圧電素子、振動板及び液室をＭＥＭＳ技術により一体形成したアクチュエータ基板（圧電素子基板）と、これらを補強するサブフレーム基板（保持基板）、ノズル孔が形成されたノズル基板などを貼り合わせる方法が一般的となっている。アクチュエータ基板とサブフレーム基板、又はアクチュエータ基板とノズル基板を貼り合わせる際には接着剤などの樹脂による接合を行うのが良く使われる技術である。
【０００５】
図９は、従来の液滴吐出ヘッドを説明するための概略的な断面図である。
液滴吐出ヘッドは、サブフレーム基板１０、アクチュエータ基板２０、ノズル基板３０を備えている。
サブフレーム基板１０は、隔壁部１１と凹部１２を備えている。隔壁部１１はアクチュエータ基板２０との接合部となる部分である。凹部１２はアクチュエータ基板２０の振動板の上に空隙を設けるためのものである。
【０００６】
アクチュエータ基板２０は、流路形成層２１と、振動板２２と、圧電素子２３と、接合部２６を備えている。流路形成層２１は液室２１ａと隔壁２１ｂを備えている。振動板２２は液室２１ａの一壁面を構成している。
【０００７】
圧電素子２３は、振動板２２上に、下部電極層２３ａ、圧電体層２３ｂ、上部電極層２３ｃがその順に積層されて形成されている。圧電素子２３は層間絶縁膜２４で覆われている。
【０００８】
接合部２６はサブフレーム基板１０の隔壁部１１が接合される部位である。接合部２６は凸形状を有している。接合部２６は、金属配線２６ａと、金属配線２６ａを覆う保護膜２６ｂで形成されている。
【０００９】
ノズル基板３０はノズル孔３１を備えている。ノズル孔３１は、液室２１ａ内の液体を吐出するためのものであり、液室２１ａに対応する位置に配置されている。
【００１０】
サブフレーム基板１０の隔壁部１１は、アクチュエータ基板２０の接合部２６に接着剤４０によって接合されている。ノズル基板３０は、アクチュエータ基板２０の隔壁２１ａに接着剤（図示は省略）によって接合されている。
【００１１】
圧電素子２３の下部電極２３ａ及び上部電極２３ｃに所定の電圧が印加されることで、圧電体層２３ｂが伸び縮みし、振動板２２が変位する。これにより、液室２１ａの体積が変位し、液室２１ａからノズル孔３１を介してインクが吐出される。
【００１２】
サブフレーム基板１０の隔壁部１１とアクチュエータ基板２０の接合部２６が接合される際、接着剤４０は、例えばサブフレーム基板１０の隔壁部１１に塗布される。サブフレーム基板１０とアクチュエータ基板２０が位置合せされた後、隔壁部１１と接合部２６が接触及び加圧され、接着剤４０の架橋温度である約６０℃に加熱されて硬化される。この際、加熱から硬化までの間に接着剤４０は一旦軟化し、余剰な接着剤４０がアクチュエータ基板２０の接合部２６側面から流れ出し始め、場合によっては振動板２２上や圧電素子２３上まで流れた後に硬化することがあった。
【００１３】
流れ出した接着剤４０が振動板２２上や圧電素子２３上で硬化すると、硬化した接着剤４０によって振動板２２や圧電素子２３の変位が阻害され、インク液滴の吐出のばらつきの要因となるという問題があった。
【００１４】
接着剤４０は、接着強度の確保することや異物混入の影響を低減することの観点から、例えば１μｍ（マイクロメートル）以上の厚さを要求される。また、前述のように、ノズル孔３１のビット間が狭ピッチ化されているため、振動板２２とサブフレーム基板１０の接合面との間の距離は数μｍ程度となることが多い。したがって、余剰の接着剤４０の流れ出しが数μｍ以下となることが求められている。
【００１５】
図１０は、従来の液滴吐出ヘッドの他の例を説明するための概略的な断面図である。
図１０に示された液滴吐出ヘッドは、接合部２６を挟んで凸構造部２７を備えている。凸構造部２７は金属配線２７ａと、金属配線２７ａを覆う保護膜２７ｂで形成されている。このような構造は例えば特許文献１に開示されている。
【００１６】
接合部２６の近傍に接合部２６とは間隔をもって配置された凸構造部２７により、流れ出した接着剤４０をせき止める効果が期待できる。凸構造部２７は、振動板２２上に形成されると振動板２２の変位の阻害要因となるので、隔壁２１ｂ上に配置される必要がある。この場合、凸構造部２７がプロセスの最小寸法で形成されるとしても、接合部２６と凸構造部２７との間のスペースなどを加味すると、隔壁２１ｂの幅寸法を広く取る必要がある。隔壁２１ｂの幅寸法が大きくなると、液室２１ａのピッチが大きくなる。
【００１７】
一般に、液滴吐出ヘッドの場合、解像度の上昇に応じてノズルの個数すなわち液室の個数は多くなる。現在では、１５０チャンネル以上の液室が並列に形成された液滴吐出ヘッドもある。そのため、隔壁を広げるということは、チップサイズに大きく影響するため、好ましくないのが実情である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は、保持基板と圧電素子基板とを接合するための接着剤が振動板の上へ流れ出すことを防止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】
【００１９】
本発明にかかる液滴吐出ヘッドは、ノズル孔を有するノズル基板と、上記ノズル孔に通じる液室及び上記液室の隔壁を有する流路形成層、上記液室の壁面の一部を構成する振動板、並びに上記振動板の上記液室とは反対面に配置された圧電素子を有する圧電素子基板と、上記圧電素子に対向する部分に空隙が形成され、上記圧電素子基板に接着剤によって接合された保持基板と、を備え、上記圧電素子基板は、上記保持基板が接合される部分に、側面に複数の段差を有する凸形状の接合部を備えていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明にかかる液滴吐出ヘッドは、圧電素子基板において保持基板が接合される部分に、側面に複数の段差を有する凸形状の接合部を備えているので、保持基板と圧電素子基板とを接合するための接着剤が振動板の上へ流れ出すことを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】液滴吐出ヘッドの一実施例を説明するための概略的な断面図である。
【図２】同実施例の概略的な分解斜視図である。
【図３】図１及び図２に示された液体吐出ヘッドの形成工程例を説明するための概略的な断面図である。
【図４】図１及び図２に示された液体吐出ヘッドの形成工程例を説明するための概略的な断面図であって、図３の続きの工程を説明するための図である。
【図５】図１及び図２に示された液体吐出ヘッドの形成工程例を説明するための概略的な断面図であって、図４の続きの工程を説明するための図である。
【図６】液体カートリッジの一実施例を説明するための概略的な斜視図である。
【図７】画像形成装置の一実施例を説明するための概略的な斜視図である。
【図８】同実施例の機構部を説明するための側面図である。
【図９】従来の液滴吐出ヘッドを説明するための概略的な断面図である。
【図１０】従来の液滴吐出ヘッドの他の例を説明するための概略的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の液滴吐出ヘッドにおいて、上記接着剤の一例は、上記接合部の表面に対する接触角が３０度以上のものである。また、上記接着剤の他の例は、損失弾性率が１.２×１０8Ｐａ以下（４０℃時）かつ２.０×１０8Ｐａ以下（６０℃時）のものである。また、上記接着剤は、これらの両方の特性を有するものであってもよい。このような接着剤を用いれば、保持基板と接合部との接合面から流れ出した接着剤が接合部の段差に留まりやすくなり、接着剤が振動板の上へ流れ出すことをさらに防止できる。ただし、本発明の液滴吐出ヘッドにおいて、接着剤は上記特性を有するものに限定されない。
なお、損失弾性率とは、物体にひずみが生じた際の損失エネルギー(物体外に熱などとして拡散する)成分であり、この値が小さいほど弾性体に近い材料として扱うことができる。
【００２３】
また、本発明の液滴吐出ヘッドにおいて、上記接合部の上記凸形状は、上記圧電素子を構成する材料の一部もしくは全部、層間絶縁膜、配線材料、配線保護膜及び上記振動板の一部又は全部の組合せによって形成されている例を挙げることができる。この態様によれば、圧電素子基板の各構成部の形成と同時に接合部の凸形状を形成することができるので、製造工程の増加を防止できる。
【００２４】
本発明にかかる液体カートリッジは、液滴を吐出する液滴吐出ヘッドと該液滴吐出ヘッドに液体を供給する液体タンクを一体化した液体カートリッジであって、上記液滴吐出ヘッドが本発明の液滴吐出ヘッドであるものである。本発明の液体カートリッジは、本発明の液滴吐出ヘッドを備えているので、接着剤が振動板に流れ出すことが防止され、液滴吐出ヘッドに関する信頼性が向上し、ひいては液体カートリッジ全体の信頼性を向上させることができる。
【００２５】
本発明にかかる画像形成装置は、液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドを備えた画像形成装置であって、上記液滴吐出ヘッドが本発明の液滴吐出ヘッドであるものである。本発明の画像形成装置は、本発明の液滴吐出ヘッドを備えているので、接着剤が振動板に流れ出すことが防止され、液滴吐出ヘッドに関する信頼性が向上し、ひいては画像形成装置全体の信頼性を向上させることができる。
【００２６】
本発明の実施の形態を説明する。本発明は、液滴吐出ヘッドのアクチュエータ基板（圧電素子基板）とサブフレーム基板（保持基板）との接合に関して、以下の特徴を有する。
【００２７】
本発明の実施形態を説明するにあたり、ＭＥＭＳ技術を用いて作製されるインクジェットヘッドの構造について簡単に説明する。液滴吐出ヘッドの一例であるインクジェットヘッドは、アクチュエータ基板、サブフレーム基板、ノズル基板を備えている。アクチュエータ基板とサブフレーム基板、及びアクチュエータ基板とノズル基板は、それぞれを接着剤によって貼り付けされている。
【００２８】
アクチュエータ基板にはインクを溜め込む液室、その一壁が可動可能にする薄い振動板、振動板を駆動させるための圧電素子が一体で形成されている。圧電素子の駆動が振動板に伝達され、液室体積が変化されることで、液室からインク液滴が吐出される。
【００２９】
アクチュエータ基板の厚さは液室の体積に大きく関与するため、例えば数十μｍ厚程度まで薄化される。そこで、アクチュエータ基板には、補強用にサブフレーム基板が貼り付けられる。サブフレーム基板には、圧電素子及び圧電素子によって変位される振動板部分がサブフレーム基板と接着されないように、圧電素子に対向する位置に凹部が形成されている。
【００３０】
アクチュエータ基板の液室は、ノズル孔のビット数分だけ並列に形成されており、隣り合う振動板は密に存在している。振動板の変位を阻害しないように、その振動板間の隔壁部分に、接着剤によってサブフレーム基板が接合される。この接着剤が振動板上まで流れ出すと、振動板の変位を妨げ、インク吐出のばらつきの要因となる。
【００３１】
本発明の液滴吐出ヘッドでは、アクチュエータ基板は、サブフレーム基板が接合される箇所に、側面に複数の段差を有する凸形状の接合部を備えているようにしたので、本発明の液滴吐出ヘッドは、接合部の側面の段差部分で接着剤の流れ出しを留めることができる。
【００３２】
例えば、この凸形状の接合部は、例えば、アクチュエータ基板の形成工程において、液室や、圧電素子、電極などが形成される際に、同じ材料によって同時にパターン形成されるようにしてもよい。これにより、追加工程を必要としないため、製造コストの上昇が防止される。なお、該接合部は、専用の材料及び工程を含んで形成されたものであってもよい。
【００３３】
また、接合部の側方に別途堤防状の凸壁を形成した場合（例えば特許文献１を参照。）、プロセスの最小寸法でしか該凸壁を形成することができないので、チップ全体の寸法への影響が大きい。これに対し、本発明では、例えば、接合部に最小寸法＋１μｍ、＋２μｍ、・・・、とわずかな寸法増加で、接合部の側面に多段の段差を形成することが可能である。したがって、本発明は、チップデザイン全体への影響を少なく済ませることが可能である。
【００３４】
以下に、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
図１は、液滴吐出ヘッドの一実施例を説明するための概略的な断面図である。図２は、この実施例の概略的な分解斜視図である。
【００３５】
液滴吐出ヘッドは、サブフレーム基板（保持基板）１０、アクチュエータ基板（圧電素子基板）２０、ノズル基板３０を備えている。
サブフレーム基板１０は、隔壁部１１と凹部１２を備えている。隔壁部１１はアクチュエータ基板２０との接合部となる部分である。凹部１２は、サブフレーム基板１０がアクチュエータ基板２０の圧電素子２３に接触しないように、圧電素子２３の上に空隙を設けるためのものである。
【００３６】
アクチュエータ基板２０は、流路形成層２１と、振動板２２と、圧電素子２３と、層間絶縁膜２４と、接合部２５を備えている。
【００３７】
流路形成層２１は、液室２１ａと隔壁２１ｂを備えている。液室２１ａは、吐出される液体が貯留される空間である。隔壁２１ｂは、液室２１ａの側面を構成し、液室２１ａの形成位置を画定している。
【００３８】
振動板２２は、流路形成層２１の液室２１ａ上及び隔壁２１ｂ上に配置されている。振動板２２は、例えば、シリコン酸化物層、シリコン窒化物層、ポリシリコン層など複数層の膜で形成されている。振動板２２は、液室２１ａの一壁面を構成している。
【００３９】
圧電素子２３は、振動板２２上に、下部電極層２３ａ、圧電体層２３ｂ、上部電極層２３ｃがその順に積層されて形成されている。圧電体層２３ｂは例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）膜で形成されている。
【００４０】
層間絶縁膜２４は、圧電素子２３を覆って振動板２２上に形成されている。また、層間絶縁膜２４は、圧電素子２３の保護膜として機能する。
【００４１】
接合部２５は、サブフレーム基板１０の隔壁部１１が接合される箇所の層間絶縁膜２４上に配置されている。接合部２５は、側面に複数の段差を有する凸形状をもつ。接合部２５は、下部電極層２５ａと、圧電体層２５ｂと、上部電極層２５ｃと、層間絶縁膜２５ｄと、金属配線２５ｅと、保護膜２５ｆを備えている。接合部２５は、圧電素子２３の駆動による振動板２２の変位を阻害しないように、流路形成層２１の隔壁２１ｂの上方に配置されている。
【００４２】
下部電極層２５ａは、圧電素子２３の下部電極層２３ａと同じ材料で同時に形成されたものである。
【００４３】
圧電体層２５ｂは、圧電素子２３の圧電体層２３ｂと同じ材料で同時に形成されたものである。圧電体層２５ｂは、下部電極層２５ａの幅寸法よりも小さい幅寸法で、下部電極層２５ａ上に形成されている。これにより、下部電極層２５ａと圧電体層２５ｂの積層体の側面に、段差が形成されている。
【００４４】
上部電極層２５ｃは、圧電素子２３の上部電極層２３ｃと同じ材料で同時に形成されたものである。上部電極層２５ｃは、圧電体層２５ｂの幅寸法よりも小さい幅寸法で、圧電体層２５ｂ上に形成されている。これにより、圧電体層２５ｂと上部電極層２５ｃの積層体の側面に、段差が形成されている。
【００４５】
層間絶縁膜２５ｄは、圧電素子２３を覆う層間絶縁膜２４と同じ材料で同時に形成されたものである。層間絶縁膜２５ｄは、下部電極層２５ａ、圧電体層２５ｂ及び上部電極層２５ｃの積層体を覆っている。該積層体の側面に存在する段差に起因して、層間絶縁膜２５ｄの側面に３段の段差が形成されている。
【００４６】
金属配線２５ｅは、圧電素子２３の下部電極層２３ａ及び上部電極層２３ｃの電位をとるための金属配線（図示は省略）と同じ材料で同時に形成されたものである。金属配線２５ｅは、層間絶縁膜２５ｄの上端面の幅寸法よりも小さい幅寸法で、層間絶縁膜２５ｄ上に形成されている。
【００４７】
保護膜２５ｆは、圧電素子２３の下部電極層２３ａ及び上部電極層２３ｃの電位をとるための金属配線（図示は省略）を保護するために該金属配線を覆って形成された保護膜（図示は省略）と同じ材料で同時に形成されたものである。保護膜２５ｆは金属配線２５ｅを覆っている。
【００４８】
層間絶縁膜２５ｄの基端部（層間絶縁膜２５ｄの上端面に配置された部分）の側面は、保護膜２５ｆの上端面に対して、層間絶縁膜２５ｄの側面側に配置されている。これにより、層間絶縁膜２５ｄの側面に段差が形成されている。
【００４９】
また、保護膜２５ｆの基端部は、層間絶縁膜２５ｄの側面とは間隔をもつ位置に配置されている。これにより、保護膜２５ｆの側面と層間絶縁膜２５ｄの側面との間に段差が形成されている。
このように、接合部２５の側面には合計５段の段差が形成されている。
【００５０】
ノズル基板３０はノズル孔３１を備えている。ノズル孔３１は、液室２１ａ内の液体を吐出するためのものであり、液室２１ａに対応する位置に配置されている。
【００５１】
サブフレーム基板１０の隔壁部１１は、アクチュエータ基板２０の接合部２５に接着剤４０によって接合されている。ノズル基板３０は、アクチュエータ基板２０の隔壁２１ａに接着剤（図示は省略）によって接合されている。
【００５２】
圧電素子２３の下部電極２３ａ及び上部電極２３ｃに所定の電圧が印加されることで、圧電体層２３ｂが伸び縮みし、振動板２２が変位する。これにより、液室２１ａの体積が変位し、液室２１ａからノズル孔３１を介してインクが吐出される。接合部２５は、流路形成層２１の隔壁２１ｂに対向する領域、すなわち振動板２２が変位しない領域に形成されているので、圧電素子２３の駆動に起因する振動板２２が変位を阻害することはない。
【００５３】
この実施例では、接合部２５の側面に複数の段差が形成されている。サブフレーム基板１０とアクチュエータ基板２０との接合の際に、余剰な接着剤４０が接合部２５の側面に流れ出しても、流れ出した接着剤４０は、接合部２５の側面の段差の変曲点部分で留まろうとする。仮に余剰な接着剤４０が最初の段差を超えて流れ出したとしても、次段の段差で留まろうとする。これにより、この実施例は、余剰な接着剤４０が振動板２２上まで流れ出すことを防止できる。したがって、この実施例は、液滴吐出ヘッドの信頼性を向上させることができる。
【００５４】
この実施例では、接合部２５を構成する各部材は、アクチュエータ基板２０の形成時の振動板２２や層間絶縁膜２４、金属配線（図示は省略）、圧電素子２３の各部材のパターニング時に同時に形成される。したがって、デザインの変更のみで追加プロセスを必要とはしない。
【００５５】
また、デザインについては、サブフレーム基板１０の隔壁部１１の寸法よりも一回り大きく接合部２５の凸形状を作製することになるので、プロセスの最小ルールに制限されることなく、接合部２５を形成することができる。したがって、液室２１ａのピッチの大幅な増大を抑えることができる。
【００５６】
なお、インク供給孔部（図示は省略）など、液滴吐出ヘッドに設けられる貫通した部位の接合面にも、接合部２５と同様のパターンを形成しておくようにしてもよい。この場合、接合部２５の上端面からどの段まで接着剤４０が流れ出したかを確認することで、余剰接着剤の量を定量的に判断することができる。これにより、接着剤接合工程の工程管理の検査簡略化にも期待ができる。
【００５７】
図３、図４及び図５は、図１及び図２に示された液体吐出ヘッドの形成工程例を説明するための概略的な断面図である。図３、図４及び図５を参照して、この形成工程例を説明する。以下に説明する各工程のかっこ数字は図３、図４及び図５の中のかっこ数字に対応している。
【００５８】
（１）アクチュエータ基板２０を形成するために、流路形成層２１上に振動板２２を成膜する。流路形成層２１は、例えば、厚みが６２５μｍ、面方位が＜１００＞のシリコン基板である。流路形成層２１の上に熱酸化法及びＣＶＤ（化学気相成長）法により、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びポリシリコン膜をそれぞれ所望の膜厚で形成して振動板２２を形成する。
【００５９】
（２）振動板２２上に、圧電素子２３及び接合部２５を形成するための下部電極層５１ａ、圧電体層５１ｂ、上部電極層５１ｃをその順に成膜する。下部電極層５１ａは、例えば、スパッタ法によって順次成膜されたＳｒＲｕＯ3（ＳＲＯ）膜／Ｐｔ膜／Ｔｉ膜の積層膜である。圧電体層５１ｂは、例えば、ゾルゲル法によって成膜されたＰＺＴ膜である。上部電極層５１ｃは、例えば、スパッタ法によって順次成膜されたＳＲＯ膜／Ｐｔ膜の積層膜である。
【００６０】
（３）写真製版技術及びエッチング技術により、上部電極層５１ｃをパターニングして、圧電素子２３の上部電極層２３ｃ及び接合部２５の上部電極層２５ｃを形成する。上部電極層２３ｃと上部電極層２５ｃは互いに電気的に分離されたパターンである。
【００６１】
（４）写真製版技術及びエッチング技術により、圧電体層５１ｂをパターニングして、圧電素子２３の圧電体層２３ｂ及び接合部２５の圧電体層２５ｂを形成する。圧電体層２３ｂと圧電体層２５ｂは互いに電気的に分離されたパターンである。圧電体層２５ｂは、上部電極層２５ａの幅寸法よりも大きい幅寸法で、上部電極層２５ａの下に形成される。上部電極層２５ｃの側面は、圧電体層２５ｂの側面とは間隔をもった位置に配置される。
【００６２】
（５）写真製版技術及びエッチング技術により、下部電極層５１ａをパターニングして、圧電素子２３の下部電極層２３ａ及び接合部２５の下部電極層２５ａを形成する。これにより、下部電極層２３ａ、圧電体層２３ｂ、上部電極層２３ｃが積層されてなる圧電素子２３が形成される。
【００６３】
下部電極層２３ａと下部電極層２５ａは互いに電気的に分離されたパターンである。下部電極層２５ａは、圧電体層２５ｂの幅寸法よりも大きい幅寸法で、圧電体層２５ｂの下に形成される。下部電極層２５ａの側面は、圧電体層２５ｂの側面とは間隔をもった位置に配置される。
【００６４】
このように、下部電極層２５ａ、圧電体層２５ｂ、上部電極層２５ｃの積層体については、各層のパターンが下層側ほど順に大きくなっていることで、積層体の側面に多段の段差が形成されるように設計されている。
【００６５】
この形成工程例では、上部電極層５１ｃ、圧電体層５１ｂ、下部電極層５１ａを別々にパターニングしている。ただし、例えば、上部電極層５１ｃと圧電体層５１ｂ、もしくは圧電体層５１ｂと下部電極層５１ａを、同一マスクパターンを用いて一括でパターニングしてもよい。
【００６６】
（６）層間絶縁膜２４を形成する。層間絶縁膜２４は、圧電素子２３と、下部電極層２５ａ、圧電体層２５ｂ、上部電極層２５ｃの積層体を覆っている。層間絶縁膜２４は、例えば、ＡＬＤ（アトミックレイヤーデポジション）法によって形成されたＡｌ2Ｏ3膜と、ＣＶＤ法によって形成されたシリコン酸化膜の積層体からなる２層構造で形成される。下部電極層２５ａ、圧電体層２５ｂ、上部電極層２５ｃの積層体を覆っている層間絶縁膜２４の部分は、接合部２５の層間絶縁膜２５ｄを構成する。
【００６７】
（７）圧電素子２３に外部信号を伝達するための金属配線（図示は省略）及び接合部２５の金属配線２５ｅを同一材料で同時に形成する。外部信号用の金属配線と金属配線２５ｅは、例えば、スパッタ法によってＡｌ膜／ＴｉＮ膜の積層膜が成膜された後に、写真製版技術及びエッチング技術によってパターニングされたものである。
【００６８】
パッシベーション膜を成膜し、該パッシベーション膜をパターニングして、外部信号用の金属配線を覆う保護膜と、金属配線２５ｅを覆う保護膜２５ｆを同時に形成する。保護膜２５ｆは、層間絶縁膜２５ｄ上に配置されている。保護膜２５ｆの側面に段差が形成されている。
【００６９】
これにより、下層側から順に、下部電極層２５ａ、圧電体層２５ｂ、上部電極層２５ｃ、層間絶縁膜２５ｄ、金属配線２５ｅ、保護膜２５ｆが積層されてなる接合部２５が形成される。
【００７０】
図１、図２、図４及び図５では、圧電素子２３の上部電極層２３ｃに接続される外部信号用の金属配線、及び下部電極層２３ａに接続される外部信号用の金属配線の図示は省略されている。実際には、金属配線２５ｅと、これらの外部信号用の金属配線が部分的に接続され、電気信号が上部電極層２３ｃと下部電極層２３ａにそれぞれ伝達されるように設計されている。なお、上部電極層２３ｃと電気的に接続される金属配線２５ｅと、下部電極層２３ａに電気的に接続される金属配線２５ｅは、互いに絶縁される。
【００７１】
（８）アクチュエータ基板２０とサブフレーム基板１０を貼り合わせる。サブフレーム基板１０は、写真製版技術及びエッチング技術によって形成された、接合部２５に接合される隔壁部１１と、圧電素子２３上の空隙となる凹部１２を備えている。また、図１、図２及び図５には示していないが、サブフレーム基板１０に、インク供給孔や外部信号を発信するＩＣなどを実装する貫通孔が形成されている場合もある。
【００７２】
例えば印刷技術によって、サブフレーム基板１０の隔壁部１１の裏面（アクチュエータ基板２０に対向する面）のみに接着剤４０を塗布する。ボンディング装置によって、アクチュエータ基板２０とサブフレーム基板１０を位置合せして接触及び加圧した状態で、昇温して接着剤４０を硬化させる。接着剤４０は、例えば６０〜１００℃程度で数分間で硬化されるものを用いた。加圧及び昇温により、余剰な接着剤４０が接合部２５の側面に流れ出す。
【００７３】
この形成工程例では、接着剤４０として、粘度が４０ｃｐ（センチポアズ）程度と比較的高く、接合部２５の側面の段差の変曲点で接着剤４０の流れ出しが留まりやすい材料を選択した。これにより、接合部２５の側面に流れ出した余剰な接着剤４０は接合部２５の側面に形成された多段の段差で留まり、余剰な接着剤４０の振動板２２への流れ出しが防止される。
【００７４】
接合部２５の側面の段差の変曲点で流れ出しが留まりやすい接着剤４０は、例えば、接合部２５の表面に対する接触角が３０度以上のものであることが好ましい。また、接着剤４０は、損失弾性率が１.２×１０8Ｐａ以下（４０℃時）かつ２.０×１０8Ｐａ以下（６０℃時）のものであることが好ましい。また、接着剤４０は、これらの両方の特性を有するものが好ましい。
【００７５】
（９）アクチュエータ基板２０の流路形成層２１を研磨処理によって薄化する。写真製版技術及びエッチング技術により、流路形成層２１をパターニングして、液室２１ａと隔壁２１ｂを形成する。研磨後の流路形成層２１の厚さは、液室２１ａの体積に合わせて所望の値に調整する。
【００７６】
最後に、図示していないが、ノズル基板３０を隔壁２１ｂに接着剤によって貼り合わせることにより、液滴吐出ヘッドの形成工程が完了する。
【００７７】
なお、この実施例では、接合部２５の側面の段差を、下部電極層２５ａ、圧電体層２５ｂ、上部電極層２５ｃ、層間絶縁膜２５ｄ、金属配線２５ｅ及び保護膜２５ｆによって形成している。ただし、接着剤４０の特性や塗布膜厚などにより、接合部２５を構成するこれらの部材の一部のみを用いて、接合部２５の側面に段差を形成してもよい。
【００７８】
また、上述のように、例えばインク供給孔部などのサブフレーム基板１０の貫通した部位での接合部に、接合部２５の側面と同様に多段の段差を形成してもよい。この場合、上面から観察しどの段まで接着剤の流れ出しが起きているかを確認することで、余剰接着剤の量を簡易に検査することが可能である。
【００７９】
図６は、液体カートリッジの一実施例を説明するための概略的な斜視図である。
液体カートリッジ２０１は、ノズル孔２０２等を有する上記実施例の液滴吐出ヘッド２０３と、液滴吐出ヘッド２０３に対して液体を供給する液体タンク２０４とを一体化したものである。
【００８０】
このように液体タンク一体型のヘッドの場合、液滴吐出ヘッド２０３の性能はただちに液体カートリッジ２０１全体の性能につながるので、信頼性の高い液滴吐出ヘッド２０３を使用することにより、信頼性の高い液体カートリッジ２０１を得ることができる。
【００８１】
図７は、画像形成装置の一実施例を説明するための概略的な斜視図である。図８はこの実施例の機構部を説明するための側面図である。
【００８２】
画像形成装置３０１は、記録装置本体３０２の内部に印字機構部３０３等を収納している。印字機構部３０３は、主走査方向に移動可能なキャリッジ３１０、キャリッジ３１０に搭載した本発明を実施した液滴吐出ヘッドからなる記録ヘッド３１１、記録ヘッド３１１へインクを供給するインクカートリッジ３１２等で構成されている。画像形成装置３０１は、記録装置本体３０２の下方部には前方側から多数枚の用紙３０４を積載可能な給紙カセット（又は給紙トレイでもよい。）３０５を抜き差し自在に装着することができる。また、画像形成装置３０１は、用紙３０４を手差しで給紙するための手差しトレイ３０６を開倒することができる。画像形成装置３０１は、給紙カセット３０５又は手差しトレイ３０６から給送される用紙３０４を取り込み、印字機構部３０３によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ３０７に排紙する。
【００８３】
印字機構部３０３は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド３０８と従ガイドロッド３０９とでキャリッジ３１０を主走査方向（図８で紙面垂直方向）に摺動自在に保持している。キャリッジ３１０にはイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出する本発明に係る液滴吐出ヘッドからなる記録ヘッドが複数のインク吐出口（ノズル）を主走査方向と交差する方向に配列されている。記録ヘッドはインク滴吐出方向を下方に向けて装着されている。また、キャリッジ３１０には記録ヘッドに各色のインクを供給するための各インクカートリッジ３１２が交換可能に装着されている。
【００８４】
インクカートリッジ３１２は、上方に大気と通じる大気口を有し、下方にはインクジェットヘッドへインクを供給する供給口を有している。また、インクカートリッジ３１２は、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッドへ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。また、記録ヘッドとしてここでは各色の記録ヘッドを用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドでもよい。
【００８５】
ここで、キャリッジ３１０は、後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド３０８に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド３０９に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ３１０を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ３１３で回転駆動される駆動プーリ３１４と従動プーリ３１５との間にタイミングベルト３１６が張装されている。キャリッジ３１０はタイミングベルト３１６に固定されており、主走査モータ３１３の正逆回転によりキャリッジ３１０が往復駆動される。
【００８６】
給紙カセット３０５にセットした用紙３０４を記録ヘッドの下方側に搬送するために、給紙ローラ３１７、フリクションパッド３１８、ガイド部材３１９、搬送ローラ３２０、搬送コロ３２１及び先端コロ３２２が設けられている。給紙ローラ３１７及びフリクションパッド３１８は給紙カセット３０５から用紙３０４を分離給装する。ガイド部材３１９は用紙３０４を案内する。搬送ローラ３２０は給紙された用紙３０４を反転させて搬送する。搬送コロ３２１は搬送ローラ３２０の周面に押し付けられる。先端コロ３２２は搬送ローラ３２０からの用紙３０４の送り出し角度を規定する。搬送ローラ３２０は副走査モータ３２３によってギヤ列を介して回転駆動される。
【００８７】
キャリッジ３１０の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ３２０から送り出された用紙３０４を記録ヘッド３１１の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材３２４が設けられている。印写受け部材３２４の用紙搬送方向下流側には、用紙３０４を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ３２５、拍車３２６が設けられている。さらに用紙３０４を排紙トレイ３０７に送り出す排紙ローラ３２７及び拍車３２８と、排紙経路を形成するガイド部材３２９，３３０が配設されている。
【００８８】
記録時には、キャリッジ３１０を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド３１１を駆動することにより、停止している用紙３０４にインクを吐出して１行分を記録し、用紙３０４を所定量搬送後次の行の記録を行なう。記録終了信号又は用紙３０４の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙３０４を排紙する。
【００８９】
また、キャリッジ３１０の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、記録ヘッドの吐出不良を回復するための回復装置３３１が配置されている。回復装置３３１はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ３１０は印字待機中にはこの回復装置３３１側に移動されてキャッピング手段で記録ヘッドをキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。  
【００９０】
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段で記録ヘッドの吐出口（ノズル）を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（不図示）に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。
【００９１】
このように、画像形成装置３０１においては本発明を実施した液滴吐出ヘッドからなる記録ヘッド３１１が搭載されている。記録ヘッド３１１の性能はただちに画像形成装置３０１全体の性能につながるので、本発明を実施した液滴吐出ヘッドからなる信頼性の高い記録ヘッド３１１を使用することにより、信頼性の高い画像形成装置３０１を得ることができる。
【００９２】
なお、本発明にかかる画像形成装置は、プリンタ、ファクシミリ装置、複写装置、これらの複合機などにも適用することができる。また、本発明にかかる画像形成装置は、インク以外の液体、例えばＤＮＡ試料やレジスト、パターン材料などを吐出する液滴吐出ヘッドや液滴吐出装置、又はこれらを備えた画像形成装置にも適用することができる。
【００９３】
以上、本発明の実施例を説明したが、上記実施例での数値、材料、配置、個数等は一例であり、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変更が可能である。
【００９４】
例えば、上記実施例では、接合部２５の側面に５段の段差が形成されているが、本発明の液滴吐出ヘッドにおいて、接合部の側面の段差は２段以上であれば特に限定されない。
【００９５】
また、本発明の液滴吐出ヘッドは、上記実施例の液滴吐出ヘッドの構成に限定されない。本発明の液滴吐出ヘッドは、圧電素子基板と保持基板が接着剤によって接合された液滴吐出ヘッドであれば、どのような構成の液滴吐出ヘッドに対しても適用できる。
【００９６】
また、本発明の液滴吐出ヘッドにおいて、１つ液室に複数のノズル孔が配置されていてもよい。
【符号の説明】
【００９７】
３１  ノズル孔
３０ノズル基板
２１ａ  液室
２１ｂ  隔壁
２１  流路形成層
２２  振動板
２３  圧電素子
２０  アクチュエータ基板（圧電素子基板）
１０  サブフレーム基板
１２  凹部（空隙）
２５  接合部
２０１  液体カートリッジ
２０３  液滴吐出ヘッド
３０１  画像形成装置
【先行技術文献】
【特許文献】
【００９８】
【特許文献１】特開２００９−７８５３４号公報
【図１】
2014172328.tif 000003
【図２】
2014172328.tif 000004
【図３】
2014172328.tif 000005
【図４】
2014172328.tif 000006
【図５】
2014172328.tif 000007
【図６】
2014172328.tif 000008
【図７】
2014172328.tif 000009
【図８】
2014172328.tif 000010
【図９】
2014172328.tif 000011
【図１０】
2014172328.tif 000012