(57)【要約】【課題】振動板の可動領域が適切な範囲に規制された液体吐出ヘッドを提供する。【解決手段】液体吐出ヘッド７は、貫通孔が形成された第１の基板１１３と、第１の基板１１３に設けられ、貫通孔を閉塞することで、第１の基板１１３と共に、液体を吐出するための吐出口１０１に連通する圧力室１０２と、圧力室１０２に隣接して圧力室１０２に連通する流路１０３とを形成する振動板１０５と、振動板１０５を挟んで圧力室１０２の反対側に設けられ、液体を吐出するための圧力を発生させる圧力発生手段１００と、第１の基板１１３の振動板１１５が設けられた面に対向して設けられた第２の基板１１４と、第１の基板１１３と第２の基板１１４との間に設けられ、圧力発生手段１００よりも厚さが厚く、振動板１０５のうち流路１０３を形成する領域に固定されてこの領域を支持する振動板支持部１２１と、を有している。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通孔または凹部が形成された第１の基板と、
前記第１の基板に設けられ、前記貫通孔または凹部を閉塞することで、前記第１の基板と共に、液体を吐出するための吐出口に連通する圧力室と、前記圧力室に隣接して該圧力室に連通する流路とを形成する振動板と、
前記振動板を挟んで前記圧力室の反対側に設けられ、液体を吐出するための圧力を発生させる圧力発生手段と、
前記第１の基板の前記振動板が設けられた面に対向して設けられた第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に設けられ、前記圧力発生手段よりも厚さが厚く、前記振動板のうち前記流路を形成する領域に固定されて該領域を支持する振動板支持部と、を有する液体吐出ヘッド。
【請求項２】
貫通孔または凹部が形成された第１の基板と、
前記第１の基板に設けられ、前記貫通孔または凹部を閉塞することで、前記第１の基板と共に、液体を吐出するための吐出口に連通する圧力室と、前記圧力室に隣接して該圧力室に連通する流路とを形成する振動板と、
前記振動板を挟んで前記圧力室の反対側に設けられ、液体を吐出するための圧力を発生させる圧力発生手段と、
前記第１の基板の前記振動板が設けられた面に対向して設けられた第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に設けられ、前記第１の基板と前記第２の基板との間に前記圧力発生手段を収容する空間を規定するスペーサとして機能するとともに、前記振動板のうち前記流路を形成する領域に固定されて該領域を支持する振動板支持部と、を有する液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記振動板支持部が金属からなる、請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記振動板支持部が、前記圧力発生手段に電気的に接続されている、請求項３に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
前記圧力室、前記流路、および前記圧力発生手段が、前記圧力室と前記流路とが隣接する第１の方向と交差する第２の方向にそれぞれ複数配列され、
前記振動板支持部が、前記第２の方向に沿って連続的に設けられ、複数の前記圧力発生手段の共通電極として機能する、請求項４に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】
前記圧力室、前記流路、および前記圧力発生手段が、前記圧力室と前記流路とが隣接する第１の方向と交差する第２の方向にそれぞれ複数配列され、
前記振動板支持部が、前記第２の方向に沿って前記圧力発生手段ごとに複数設けられ、それぞれの前記圧力発生手段の個別電極として機能する、請求項４に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項７】
前記複数の圧力発生手段と前記振動板支持部とが設けられた領域を取り囲むように前記第１の基板と前記第２の基板との間に設けられた封止部と、
前記第１の基板の前記振動板が設けられた面の、前記封止部の外側に設けられた接続端子部と、
前記第１の基板に設けられ、前記振動板支持部と前記接続端子部とを電気的に接続し、前記封止部に電気的に絶縁された導体層と、を有する、請求項３から６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項８】
前記第１の基板と前記第２の基板との間に設けられ、前記第１の基板と前記第２の基板とを電気的に接続する電気接続部を有し、
前記電気接続部が、少なくとも表面が第１の金属材料からなる第１の層と、前記第１の層に共晶接合され、第２の金属材料からなる第２の層であって、前記第２の金属材料が前記第１の金属材料との共晶合金の融点よりも低い融点を有する、第２の層とを有する、請求項３から７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項９】
前記第１の金属材料が、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、または、そのいずれかを主成分とする合金であり、前記第２の金属材料が、Ｉｎ、Ｓｎ、または、そのいずれかを主成分とする合金である、請求項８に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１０】
前記電気接続部の前記第１の層が、表面にＡｕがめっきされたＮｉ層を含む、請求項８または９に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１１】
前記振動板支持部が、前記電気接続部の前記第１の層と同じ層構造を有する、請求項８から１０のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１２】
前記第１の基板と前記第２の基板との間に設けられた流路形成部であって、前記第２の基板と前記振動板とを貫通して前記流路に連通する貫通流路の一部を形成する流路形成部を有し、
前記流路形成部が、前記電気接続部の前記第１の層と同じ層構造を有する、請求項８から１１のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１３】
前記圧力発生手段が圧電素子である、請求項１から１２のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１４】
貫通孔または凹部が形成された第１の基板と、第２の基板とを用意する工程と、
前記第１の基板の上に、前記貫通孔または凹部を閉塞するように振動板を設け、液体を吐出するための吐出口に連通する圧力室と、前記圧力室に隣接して該圧力室に連通する流路とを形成する工程と、
前記圧力室に対向する前記振動板の上に、液体を吐出するための圧力を発生させる圧力発生手段を形成する工程と、
前記流路に対向する前記振動板の上に、前記圧力発生手段よりも厚さが厚い振動板支持部を形成する工程と、
前記振動板支持部を介して前記第１の基板と前記第２の基板とを接合し、前記振動板支持部によって前記振動板のうち前記流路を形成する領域を支持する工程と、を含む、液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１５】
貫通孔または凹部が形成された第１の基板と、第２の基板とを用意する工程と、
前記第１の基板の上に、前記貫通孔または凹部を閉塞するように振動板を設け、液体を吐出するための吐出口に連通する圧力室と、前記圧力室に隣接して該圧力室に連通する流路とを形成する工程と、
前記圧力室に対向する前記振動板の上に、液体を吐出するための圧力を発生させる圧力発生手段を形成する工程と、
前記流路に対向する前記振動板の上に、前記第１の基板と前記第２の基板とが接合されたときに前記圧力発生手段を収容する空間を規定するスペーサとして機能する振動板支持部を形成する工程と、
前記振動板支持部を介して前記第１の基板と前記第２の基板とを接合し、前記振動板支持部によって前記振動板のうち前記流路を形成する領域を支持する工程と、を含む、液体吐出ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体吐出ヘッドおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクなどの液体を吐出して記録媒体に画像を記録する液体吐出装置には、多くの場合、液体を貯留する圧力室内に圧力を発生させることで、圧力室の一端に形成された吐出口から液体を吐出する方式の液体吐出ヘッドが用いられている。圧力を発生させる方法として、圧電素子によって圧力室を収縮させる方法が知られている。
近年、画像の高精細化や高速記録の要求から、吐出口が高密度に配置された液体吐出ヘッドが求められている。このような要求に対し、圧電素子を用いた液体吐出ヘッドの中でも、圧電素子を高密度かつ高精度に配列することが比較的容易であることから、いわゆるベンドモード型の液体吐出ヘッドが広く用いられている。ベンドモード型の液体吐出ヘッドは、圧電素子と振動板とからなる積層構造を有し、電圧を印加することで圧電素子を面内方向に収縮させ、それにより、振動板を面外方向に変形（曲げ変形）させることで、圧力室内に圧力を発生させるものである。
【０００３】
上述のような液体吐出ヘッドでは、十分な変位量を得るために、圧電素子および振動板が比較的薄い膜厚を有しているため、ヘッドの剛性や耐久性が問題になる。これに対し、特許文献１には、基板の圧電素子および振動板が設けられた面に、パターン化された接着剤を介して配線基板が接合された液体吐出ヘッドが記載されている。この液体吐出ヘッドでは、配線基板が剛性補助部材として機能するため、ヘッド全体の剛性を向上させることができる。また、特許文献２には、振動板の圧電素子が形成されていない領域に絶縁膜からなる補強膜を形成することで、振動板の破損につながる局所的な変位増加を抑制する液体吐出ヘッドが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２８９１９７号公報
【特許文献２】特開２０１５−５４５０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ベンドモード型の液体吐出ヘッドでは、振動板の可動領域が適切な範囲に規制されていないと、振動板の過剰な変形により振動板が破損したり、圧力室の共振周波数が低下したりする可能性がある。しかしながら、特許文献１に記載の剛性補助部材は、ヘッド全体の剛性を向上させることができるものの、振動板の可動範囲を規制するものではない。また、特許文献２に記載の補強膜は、振動板の変位を規制すべき領域に設けられているが、振動板の厚さを厚くして局所的な変形増加を抑制するものであり、振動板の可動範囲に規制するには十分なものではない。
そこで、本発明の目的は、振動板の可動領域が適切な範囲に規制された液体吐出ヘッドおよびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した目的を達成するために、本発明の液体吐出ヘッドは、貫通孔または凹部が形成された第１の基板と、第１の基板に設けられ、貫通孔または凹部を閉塞することで、第１の基板と共に、液体を吐出するための吐出口に連通する圧力室と、圧力室に隣接して圧力室に連通する流路とを形成する振動板と、振動板を挟んで圧力室の反対側に設けられ、液体を吐出するための圧力を発生させる圧力発生手段と、第１の基板の振動板が設けられた面に対向して設けられた第２の基板と、第１の基板と第２の基板との間に設けられ、振動板のうち流路を形成する領域に固定されてこの領域を支持する振動板支持部と、を有している。振動板支持部は、一態様では、圧力発生手段よりも厚さが厚く、他の態様では、第１の基板と第２の基板との間に圧力発生手段を収容する空間を規定するスペーサとして機能する。
また、本発明の液体吐出ヘッドの製造方法は、貫通孔または凹部が形成された第１の基板と、第２の基板とを用意する工程と、第１の基板の上に、貫通孔または凹部を閉塞するように振動板を設け、液体を吐出するための吐出口に連通する圧力室と、圧力室に隣接して圧力室に連通する流路とを形成する工程と、圧力室に対向する振動板の上に、液体を吐出するための圧力を発生させる圧力発生手段を形成する工程と、流路に対向する振動板の上に、振動板支持部を形成する工程と、振動板支持部を介して第１の基板と第２の基板とを接合し、振動板支持部によって振動板のうち流路を形成する領域を支持する工程と、を含んでいる。振動板支持部を形成する工程は、一態様では、圧力発生手段よりも厚さが厚い振動板支持部を形成し、他の態様では、第１の基板と第２の基板とが接合されたときに圧力発生手段を収容する空間を規定するスペーサとして機能する振動板支持部を形成する。
【０００７】
このような液体吐出ヘッドおよびその製造方法によれば、振動板のうち流路を形成する領域、すなわち、振動板の変位を規制する構造体が設けられていない領域を振動板支持部によって固定して支持することができる。その結果、振動板の可動を適切に規制することができ、振動板の破損や圧力室の共振周波数の低下を抑制することができる。
【発明の効果】
【０００８】
以上、本発明によれば、振動板の可動領域が適切な範囲に規制された液体吐出ヘッドおよびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】液体吐出ヘッドが搭載される液体吐出装置の概略構成図である。
【図２】液体吐出ヘッドを含む液体吐出ヘッドユニットの概略平面図である。
【図３】第１の実施形態に係る液体吐出ヘッドの透視平面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線に沿った概略断面図である。
【図５】図３のＢ−Ｂ線およびＣ−Ｃ線に沿った概略断面図である。
【図６】第１の実施形態に係る製造方法を示す素子基板の概略断面図である。
【図７】第１の実施形態に係る製造方法を示す配線基板の概略断面図である。
【図８】第２の実施形態に係る液体吐出ヘッドの概略断面図である。
【図９】第２の実施形態に係る製造方法を示す素子基板の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
本明細書では、本発明の液体吐出ヘッドについて、液体吐出装置としてのインクジェット記録装置に搭載され、インクを吐出して記録媒体（記録用紙）に画像を記録する液体吐出ヘッドを例に挙げて説明する。ただし、本発明はこれに限定されるものではなく、他の液体を吐出する液体吐出ヘッド、例えば、導電性の液体を吐出して基板表面に導電パターンを形成する液体吐出ヘッドにも適用可能である。
【００１１】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の液体吐出ヘッドが搭載されるインクジェット記録装置の概略構成図である。
インクジェット記録装置１０は、記録用紙１を搬送する搬送ローラ２と、搬送される記録用紙１を支持するプラテン３と、プラテン３に対向するように配置された４組の液体吐出ヘッドユニット４とを有している。４組の液体吐出ヘッドユニット４は、搬送ローラ２により矢印の方向に搬送される記録用紙１に対し、それぞれブラック、シアン、マゼンタ、およびイエローの４色のインクを吐出して画像を記録する。また、インクジェット記録装置１０は、各液体吐出ヘッドユニット４に接続された駆動手段５と、コントローラ６とを有している。駆動手段５は、コントローラ６から送られる画像信号などに基づいて、各液体吐出ヘッドユニット４の後述する圧力発生手段の駆動信号を出力する。
【００１２】
図２は、本発明の液体吐出ヘッドを含む液体吐出ヘッドユニットの概略平面図であり、液体を吐出するための吐出口が形成された吐出口面の側から見た平面図である。
液体吐出ヘッドユニット４は、千鳥状に配置された複数の液体吐出ヘッド７を有している。各液体吐出ヘッド７は、Ｘ方向に配列された６列の吐出口列を有し、各吐出口列は、１７１個の吐出口から構成されている。したがって、各液体吐出ヘッド７は、合計１０２６個の吐出口を有し、１２００ｄｐｉの解像度での画像記録が可能である。
【００１３】
図３から図５を参照して、本発明の第１の実施形態に係る液体吐出ヘッドの構成について説明する。図３は、本実施形態の液体吐出ヘッドの長手方向の端部領域を拡大して示す透視平面図であり、吐出口面の反対側から見た平面図である。図４は、図３のＡ−Ａ線に沿った概略断面図であり、図５（ａ）および図５（ｂ）は、それぞれ図３のＢ−Ｂ線およびＣ−Ｃ線に沿った概略断面図である。
【００１４】
図３を参照すると、液体吐出ヘッド７は、上述したように、Ｘ方向に配列された６列の吐出口列を構成する複数の吐出口１０１と、それぞれが吐出口１０１に連通する複数の圧力室１０２と、それぞれが圧力室１０２に連通する複数の流路１０３とを有している。圧力室１０２および流路１０３は、Ｘ方向と交差するＹ方向（第１の方向）で互いに隣接し、吐出口１０１と同様、Ｘ方向（第２の方向）にそれぞれ複数配列されている。圧力室１０２は、流路１０３を介して、Ｘ方向およびＹ方向に垂直な方向（紙面方向）に延びる貫通流路１０４に連通している。貫通流路１０４は、共通流路１１６（図３には図示せず）に連通し、その一部が流路形成部１２３によって形成されている。
圧力室１０２に対向する位置には、インク（液体）を吐出するための圧力を発生させる圧力発生手段として機能する圧電素子１００が設けられている。圧電素子１００は、圧電素子１００ごとに個別に設けられた個別電極１１７と、吐出口列に対応する複数の圧電素子１００に共通に設けられた共通電極１２１とに電気的に接続されている。個別電極１１７は、Ｘ方向（第２の方向）に沿って圧電素子１００ごとに複数設けられ、共通電極１２１は、Ｘ方向（第２の方向）に沿って複数の圧電素子１００にわたって連続的に設けられている。また、液体吐出ヘッド７は、圧電素子１００が設けられた領域への外部からのインクの侵入を抑制するために、当該領域を取り囲むように液体吐出ヘッド７の周縁部に沿って配置された封止部１１９を有している。
【００１５】
封止部１１９の外側には、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）１２９（図３には図示せず）を介してコントローラ６から送られる駆動信号を受け取るための複数の実装端子１２８が設けられている。複数の実装端子１２８のうち、両端の実装端子１２８は引出電極１３２を介して共通信号接続部１３０に電気的に接続され、残りの実装端子１２８は引出配線１２７を介して駆動信号接続部１２５に電気的に接続されている。共通信号接続部１３０および駆動信号接続部１２５は、後述するように、配線基板１１４（図３には図示せず）の、例えば相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）トランジスタで構成された駆動回路に電気的に接続されている。また、実装端子（接続端子部）１２８は、引出電極１３２の下層を形成して封止部１１９の内側まで延びる導体層１４１を介して、共通電極１２１にも電気的に接続されている。
【００１６】
図４を参照すると、液体吐出ヘッド７は、吐出口１０１が形成された吐出口形成部材１１２と、圧電素子１００が設けられた素子基板（第１の基板）１１３と、振動板１０５と、配線基板（第２の基板）１１４と、流路形成基板１１５とを有している。
吐出口形成部材１１２は、素子基板１１３の一方の面に設けられ、他方の面には振動板１０５が設けられている。素子基板１１３には貫通孔が形成され、これが吐出口形成部材１１２と振動板１０５に閉塞されることで、吐出口１０１に連通する圧力室１０２と、圧力室１０２に隣接して圧力室１０２に連通する流路１０３とが形成されている。なお、吐出口形成部材１１２が素子基板１１３と一体になっていてもよく、その場合、素子基板１１３には凹部が形成され、これが振動板１０５よって閉塞されることで圧力室１０２と流路１０３が形成されることになる。
【００１７】
振動板１０５を挟んで圧力室１０２の反対側には、下電極層１０６、圧電体層１０７、および上電極層１０８から構成された圧電素子１００が設けられている。圧電素子１００の上には、防湿を目的とした保護膜１０９が設けられている。保護膜１０９の上には、下電極層１０６および上電極層１０８をそれぞれ露出させる貫通孔を介して電極を引き出す個別引出電極１１０および共通引出電極１１１がそれぞれ形成されている。
配線基板１１４は、素子基板１１３の振動板１０５が設けられた面に対向して設けられ、後述するスペーサとして機能する部材を介して素子基板１１３に接合されている。これにより、素子基板１１３と配線基板１１４との間に、圧電素子１００を収容するとともに圧電素子１００の駆動により振動板１０５を変位させるための空間が形成されている。素子基板１１３、振動板１０５、保護膜１０９、および配線基板１１４には、これらを貫通して流路１０３に連通する貫通流路１０４が形成されている。流路形成基板１１５には、貫通流路１０４に連通して圧力室１０２にインクを供給する共通流路１１６が形成されている。
【００１８】
素子基板１１３は、いくつかの電気接続部を介して、配線基板１１４に電気的に接続されている。具体的には、まず、図４に示すように、個別引出電極１１０の上には金属からなる個別電極１１７が形成されており、個別電極１１７は、その上に形成された接合金属層１１８を介して、配線基板１１４の接続パッドに接続されている。さらに、共通引出電極１１１の上には金属からなる共通電極１２１が形成されている。共通電極１２１は、接合接着剤層１２２によって配線基板１１４に接合されているが、一方で、図５（ｂ）に示すように導体層１４１にも接続され、図５（ａ）に示すように、この導体層１４１を介して引出電極１３２に接続されている。引出電極１３２の上には金属からなる共通信号接続部１３０が形成されており、共通信号接続部１３０は、その上に形成された接合金属層１３１を介して、配線基板１１４の接続パッドに接続されている。また、図５（ｂ）に示すように、金属からなる駆動信号接続部１２５は、その上に形成された接合金属層１２６を介して、配線基板１１４の接続パッドに接続されている。なお、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、引出電極１２７，１３２に接続された実装端子１２８には、ＦＰＣ１２９が接続されている。
このような電気的接続により、配線基板１１４から出力される駆動電圧をそれぞれの圧電素子１００の下電極層１０６に印加することができる。この電圧印加による圧電体層１０７の変形により、振動板１０５が変位して圧力室１０２が膨張収縮することで、圧力室１０２内のインクを吐出口１０１から吐出させることができる。なお、個別電極１１７、共通電極１２１、駆動信号接続部１２５、および共通信号接続部１３０は、素子基板１１３と配線基板１１４との間に圧電素子１００を収容する空間を規定するスペーサとしても機能する。
【００１９】
素子基板１１３と配線基板１１４との間には、上述した電気接続部の他にも、図４に示すように、貫通流路１０４の一部を形成する流路形成部１２３が設けられ、さらに、図５（ａ）に示すように封止部１１９が設けられている。流路形成部１２３および封止部１１９は共に金属からなり、それぞれ接合接着剤層１２４を介して配線基板１１４に接合され、同じく上述のスペーサとして機能する。なお、封止部１１９は、保護膜１０９によって、その下の導体層１４１と電気的に絶縁されており、インク付着による不要な電気的接続の発生を抑制することができる。
図示した例では、個別電極１１７が素子基板１１３の個別引出電極１１１上に形成され、接合金属層１１８を介して配線基板１１４に接合されているが、その逆であってもよい。すなわち、個別電極１１７が素子基板１１３上に形成され、接合金属層１１８を介して配線基板１１４の個別引出電極１１０に接合されていてもよい。また、流路形成部１２３についても同様に、図示した例とは逆に、配線基板１１４上に形成され、接合接着剤層１２４を介して素子基板１１３に接合されていてもよい。
【００２０】
配線基板１１４には、駆動回路として、ＣＭＯＳトランジスタ、シフトレジスタ、ラッチ回路などから構成されたスイッチング回路が形成されている。配線基板１１４の駆動回路（スイッチング回路）は、上述したように、圧電素子１００に電気的に接続され、実装端子１２８から入力される駆動信号に応じて、任意の吐出口１０１に対応する圧電素子１００を駆動することができる。実装端子１２８からの駆動信号には、インクを吐出する吐出口１０１を選択する吐出口選択信号、圧電素子１００を駆動してインクを吐出させる吐出駆動波形信号、吐出を行なわずにメニスカスを振動させて回復動作を行なう非吐出駆動波形信号などが含まれる。
このように、配線基板１１４に駆動回路を形成することで、実装端子１２８の数を少なくして素子基板１１３上での実装領域を狭くすることができ、その結果、液体吐出ヘッド７の小サイズ化および低コスト化が可能になる。なお、配線基板１１４の駆動回路は、スイッチング回路のみに限定されるものではなく、電力増幅アンプや波形発生手段を備えていてもよい。また、低解像度用など配線数が少ない液体吐出ヘッド７の場合には、駆動回路を備えたチップを別途用意し、実装端子１２８を介して接続するようになっていてもよい。
【００２１】
本実施形態では、図３および図４に示すように、共通電極１２１が、振動板１０５のうち圧電素子１００にＹ方向で隣接する領域であって流路１０３に対向する領域に配置されている。このため、共通電極１２１は、振動板１０５のうち流路１０３を形成する領域、すなわち、振動板１０５の変位を規制する構造体が設けられていない領域に固定されて、この領域を支持することができる。これにより、振動板１０５の可動を適切に規制することができ、振動板１０５の不要かつ過剰な変位を抑制して振動板１０５の破損を抑制することができる。この振動板支持部として機能する共通電極１２１は、剛性が高く、まためっきなどにより厚く形成しやすいという利点がある金属で形成されている。そのため、接着剤によって振動板を支持する場合に比べて、振動板１０５の振動に対する剛性を向上させ、振動板１０５の過剰な変形をより一層抑制することができる。さらに、振動板１０５の変位量およびコンプライアンスを規定することができ、十分な振動板１０５の変位量を確保しながら、圧力室１０２の共振周波数の低下を抑制するとともに、そのばらつきを少なく保つことができる。
さらに、本実施形態では、共通電極１２１が上述のように振動板支持部としての機能も兼ねているため、スペース効率が上がり、液体吐出ヘッド７の小サイズ化および低コスト化を実現することもできる。さらに、共通電極１２１が振動板支持部を兼ねていることは、振動板支持部を作製する工程をわざわざ行う必要がなく、工程数の増加を抑制することができる点でも有利である。
【００２２】
なお、共通電極１２１は、配線基板１１４に接着されていない場合にも、圧電素子１００の共通電極としての機能だけでなく、振動板１０５の変位を規制するという機能も果たすことができる。そのため、共通電極１２１は、必ずしも配線基板１１４に接着されている必要はない。また、個別電極１１７と共通電極１２１の位置を入れ替えることで、圧電素子１００ごとに離散的に設けられることになるが、個別電極１１７を振動板支持部として機能させることもできる。ただし、金属層を厚く形成することで共通電極１２１の電気抵抗を低下させることができるという点で、共通電極１２１を振動板支持部として機能させることが好ましい。
【００２３】
ところで、上述した電気接続部の第１の層、すなわち、個別電極１１７、駆動信号接続部１２５、および共通信号接続部１３０は、例えばＡｕ、Ｃｕ、Ａｇなどの貴金属であるか、あるいは、これらを主成分とする合金である第１の金属材料からなる。それに対し、電気接続部の第２の層である接合金属層１１８，１２６，１３１は、例えばＩｎ、Ｓｎなどの低融点金属であるか、あるいは、これらを主成分とする合金である第２の金属材料からなる。本実施形態では、第１の金属材料と第２の金属材料とは共晶接合されている。これにより、低い温度での接合が可能になり、プロセス温度による圧電素子１００の劣化を抑制することできる。さらに、共晶接合を用いることで、共晶接合後は接合温度よりも高いプロセス温度に耐えることができる。また、接合接着剤層１２０，１２２，１２４として、例えばエポキシ樹脂、アクリル樹脂、ベンゾシクロブタン（ＢＣＢ）樹脂などの熱硬化型の接着剤を用いることで、共晶結合と接着接合を同じプロセスで同時に行うことができる。
配線基板１１４としてＣＭＯＳ基板を用いる場合、プロセス温度を４５０℃程度以下にする必要があるが、上述した材料を用いることで、共晶接合と接着接合の加熱温度を共に４５０℃以下にすることができる。また、熱硬化型接着剤の劣化を考慮すると、プロセス温度は２２０℃以下であることが望ましいが、このような要求に対しては、共晶材料としてＡｕとＩｎの組み合わせを用いることが好ましい。これにより、約１５０℃で共晶接合が可能になり、その結果、接着剤の劣化を抑制することができるだけでなく、接着剤の硬化温度とも近いためにプロセスが容易になり、さらには、ＣＭＯＳ基板を使用することも可能になる。Ａｕ−Ｉｎの平衡相図によれば、Ａｕ−Ｉｎは１５６℃以上で合金化し、ＡｕＩｎまたはＡｕＩｎ２になり、それぞれの共晶合金の融点は約４５０℃と約５００℃である。共晶接合後に２００℃以上に加熱するプロセスがあったとしても、共晶接合による接合部が再溶融することはない。
【００２４】
素子基板１１３に設けられた、個別電極１１７、封止部１１９、共通電極１２１、流路形成部１２３、駆動信号接続部１２５、および共通信号接続部１３０の厚さは、圧電素子１００の厚さよりも厚くなっている。これにより、上述したように、配線基板１１４との間に圧電素子１００を収容する空間が形成され、配線基板１１４が圧電素子１００の駆動（変形）を阻害することが抑制される。一例として、圧電素子１００の厚さが２〜３μｍ程度の場合、これらの部材１１７，１１９，１２１，１２３，１２５，１３０の厚さは、５〜１０μｍであることが好ましい。また、接合接着剤層１２０，１２２，１２４の厚さは、封止部１１９、共通電極１２１、および流路形成部１２３の厚さによりも十分に薄いことが好ましい。これにより、素子基板１１３と配線基板１１４との接合部のほとんどが、ほぼ同じ熱膨張率の材料で形成されることで、熱膨張率の差による接合部の剥がれを生じにくくすることができる。
なお、共通電極１２１は、電気接続部の第１の層である、個別電極１１７、駆動信号接続部１２５、および共通信号接続部１３０と同じ第１の金属材料からなり、実装端子１２８も同じく第１の金属材料からなる。ただし、共通電極１２１は、上述したように、電気抵抗が小さいことが好ましく、このような要件を満たさなくなる場合には、第１の金属材料と異なる金属材料から形成されていてもよい。一方、封止部１１９および流路形成部１２３については、上述の部材と同じプロセスで形成することができるという点で、第１の金属材料から形成されていることが好ましい。ただし、耐インク性に優れた液体吐出ヘッド７を得るという観点からは、封止部１１９および流路形成部１２３は、耐インク性を有する金属材料から形成されていることが好ましく、そのためには、第１の金属材料と異なる金属材料から形成されていてもよい。
【００２５】
次に、図６および図７を参照して、本実施形態の液体吐出ヘッドの製造方法について説明する。ここでは、特に、個別電極、共通電極、および流路形成部の作製工程と、これらに接合される接合金属層および接合接着剤層の作製工程とについて、それぞれ具体例を挙げて説明する。図６は、個別電極、共通電極、および流路形成部の作製工程における素子基板の概略断面図であり、図４の断面図に対応する図である。図７は、接合金属層および接合接着剤層の作製工程における配線基板の概略断面図であり、図４の断面図に対応する図である。なお、図６および図７に示す破線は、その後の工程で形成される貫通流路を表している。
【００２６】
図６に示す作製工程では、素子基板１１３に、個別電極１１７、共通電極１２１、および流路形成部１２３として、第１の金属材料であるＡｕのめっきパターンを形成する。
具体的には、まず、素子基板１１３の圧電素子１００が形成された面の全面に、スパッタ法や真空蒸着法により、めっき成長の起点となるシード電極（図示せず）を形成する。シード電極としては、例えばＣｕ／ＴｉやＡｕ／Ｔｉなどが挙げられる。その後、そのシード電極の上に、図６（ａ）に示すように、フォトレジストを用いて、めっき用のモールドパターン１５０を形成する。使用するフォトレジストは、液状およびドライフィルムのどちらのタイプであってもよいが、めっきにより形成される金属パターンの高さに応じた厚みが必要であり、１０μｍ以上の厚みを必要とする場合にはドライフィルムタイプが好適である。
次に、図６（ｂ）に示すように、電解めっき法または無電解めっき法により、Ａｕのめっきパターン１５１を形成する。そして、図６（ｃ）に示すように、化学機械研磨（ＣＭＰ）法により、Ａｕのめっきパターン１５１を平坦化した後、図６（ｄ）に示すように、モールドパターン１５０を剥離液によって除去し、シード電極をエッチングによって除去する。こうして、個別電極１１７、共通電極１２１、および流路形成部１２３が作製される。
【００２７】
図７に示す作製工程では、配線基板１１４に、接合金属層１１８として、第２の金属材料であるＩｎのパターンをリフトオフで形成した後、接合接着剤層１２０，１２２，１２４として、接着剤のパターンを形成する。
具体的には、まず、図７（ａ）に示すように、配線基板１１４上に、フォトレジストを用いて、マスクパターン１５２を形成する。次に、図７（ｂ）に示すように、真空蒸着法により、金属膜１５３としてＡｕ／Ｉｎ／Ｔｉ／Ａｕ／Ｔｉ（例えば、４０／２０００／２０／２００／２０ｎｍ）を成膜する。Ｉｎは低融点金属であるため、スパッタ法によって２０００ｎｍもの厚さのＩｎ膜を連続的に成膜しようとすると、ターゲット自体が高温になって溶融してしまうおそれがある。その場合には、成膜レートが著しく低下して膜厚を制御できなくなる可能性がある。したがって、Ｉｎ膜の成膜には蒸着法を用いることが好ましい。なお、最表面のＡｕはＩｎの酸化防止膜として機能し、ＡｕとＩｎの間のＴｉはＩｎの下層側のＡｕへの拡散防止層として機能する。その後、図７（ｃ）に示すように、マスクパターン１５２を剥離液によって除去することで、接合金属層１１８が作製される。
【００２８】
次に、図７（ｄ）に示すように、配線基板１１４の接合金属層１１８が形成された面の全面に、スピンコート法などにより、接着剤１５４としてＢＣＢ（例えば、ダウ・ケミカル社製のＣＹＣＬＯＴＥＮＥ（登録商標）シリーズ）を塗布する。接着剤１５４は、配線基板１１４上に選択的に形成される必要があるが、ＢＣＢはそのような接着剤として好適に用いられる。そして、図７（ｅ）に示すように、フォトレジストを用いて、マスクパターン１５５を形成した後、図７（ｆ）に示すように、ＣＦ４／Ｏ２（１：４）ガスを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法により、接着剤１５４をパターニングする。このとき、接着剤１５４としてＢＣＢを用いた場合、フォトレジストとＢＣＢとのエッチング選択比が１：１であるため、マスクパターン１５５は、少なくとも接着剤１５４の膜厚以上の膜厚で形成される必要がある。最後に、図７（ｇ）に示すように、マスクパターン１５５を剥離液によって除去することで、接合接着剤層１２０，１２２，１２４が作製される。
【００２９】
なお、素子基板１１３と配線基板１１４との接合は、ＢＣＢからのデガスやＩｎの酸化を抑制するために、真空下または窒素などの不活性ガス下で行われる。接合条件（温度、荷重、時間）は、Ｉｎの溶融温度、ＢＣＢのキュア温度、Ａｕ−Ｉｎの拡散速度によって決定され、一例として、接合温度が２００℃、接合圧力（荷重）が１０ＭＰａ、接合時間が６０ｍｉｎである。このような接合条件下で、真空チャンバ内で素子基板１１３と配線基板１１４との接合を行ったところ、個別電極１１７と接合金属層１１８との接合界面にＡｕ−Ｉｎの拡散合金層が形成されていることが走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により確認された。このことから、個別電極１１７と接合金属層１１８とは共晶接合されていると考えられる。また、接合シェア強度を測定したところ、個別電極１１７と接合金属層１１８との接合部、および、接合接着剤層１２２，１２４による接合部のいずれも、２０ＭＰａ以上の十分な強度があることが確認された。
【００３０】
（第２の実施形態）
図８を参照して、本発明の第２の実施形態に係る液体吐出ヘッドの構成について説明する。図８は、本実施形態の液体吐出ヘッドの概略断面図であり、図４の断面図に対応する図である。
本実施形態では、個別電極１１７、封止部１１９、共通電極１２１、および流路形成部１２３の構成が第１の実施形態と異なっており、これらの表面のみがＡｕによってめっきされ、コア部分はＮｉ層によって形成されている。具体的には、個別電極１１７は、Ｎｉ層１３３と、その表面に形成され、接合金属層１１８と共晶接合されたＡｕめっき層１３４とから構成されている。封止部１１９は、Ｎｉ層１３５と、その表面に形成され、接合接着剤層１２０に接合されたＡｕめっき層１３６とから構成されている。共通電極１２１は、Ｎｉ層１３７と、その表面に形成され、接合接着剤層１２２に接合されたＡｕめっき層１３８とから構成されている。流路形成部１２３は、Ｎｉ層１３９と、その表面に形成され、接合接着剤層１２４に接合されたＡｕめっき層１４０とから構成されている。
なお、封止部１１９、共通電極１２１、および流路形成部１２３は、接合接着剤層１２０，１２２，１２４を介して配線基板１１４に接合されるため、必ずしも表面にＡｕめっき層が形成されていなくてもよい。また、それぞれのコア部分は、Ａｕよりも安価な材料からなる層であればＮｉ層に限定されるものではなく、Ａｇ層やＣｕ層であってもよい。
【００３１】
次に、図９を参照して、本実施形態の液体吐出ヘッドの製造方法について説明する。ここでは、第１の実施形態と異なる工程、すなわち、個別電極、共通電極、および流路形成部の作製工程のみ説明する。図９は、個別電極、共通電極、および流路形成部の作製工程における素子基板の概略断面図であり、図８の断面図に対応する図である。
まず、図９（ａ）に示すように、図６（ａ）示す工程と同様の手順で、素子基板１１３の圧電素子１００が形成された面に、めっき用のモールドパターン１５０を形成する。次に、これをマスクとして、図９（ｂ）に示すように、電解めっき法または無電解めっき法により、Ｎｉのめっきパターン１５６を形成する。その後、図９（ｃ）に示すように、ＣＭＰ法により、Ｎｉのめっきパターン１５６を平坦化した後、図９（ｄ）に示すように、モールドパターン１５０を剥離液によって除去し、シード電極をエッチングによって除去する。こうして、個別電極１１７、共通電極１２１、および流路形成部１２３のコア部分となるＮｉ層１３３，１３７，１３９が作製される。最後に、図９（ｅ）に示すように、無電解めっき法により、Ｎｉ層１３３，１３７，１３９の表面をＡｕで置換し、Ａｕめっき層１３４，１３８，１３９を形成する。
Ａｕめっき層１３４，１３８，１３９の厚みとしては、接合信頼性に関わるため、１〜３μｍ程度の厚みが必要となる。また、Ａｕめっきは、基板全面に施されるため、Ａｕめっき層１３４，１３８は、露出している個別引出電極１１０および共通引出電極１１１にもそれぞれ形成される。これらは、本実施形態では特に問題にならないが、個別引出電極１１０およびへのめっきを抑制するためには、Ｎｉのめっきパターン１５６以外の部分に保護膜を形成することが必要になる。なお、本実施形態においても、第１の実施形態と同様に素子基板１１３と配線基板１１４との接合を行ったところ、接合部における共晶接合と接合シェア強度が第１の実施形態と同様に確認された。
【符号の説明】
【００３２】
７  液体吐出ヘッド
１００  圧電素子（圧力発生手段）
１０５  振動板
１１３  素子基板（第１の基板）
１１４  配線基板（第２の基板）
１２１  共通電極（振動板支持部）
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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