(57)【要約】【課題】吐出口と圧力室とキャビティの位置ずれを抑える。【解決手段】液体吐出ヘッドは、第１のシリコン層１１７と、第２のシリコン層１１９と、第１のシリコン層１１７と第２のシリコン層１１９との間に配置された無機材料からなる中間層１１８とを有し、第１のシリコン層１１７は、中間層１１８を部分的に露出させ液体を貯留する圧力室１３０を形成する第１の凹部１５０を備え、第２のシリコン層１１９は、液体が吐出する吐出口１２０と、中間層１１８を部分的に露出させる第２の凹部１２１と、を備え、中間層１１８は吐出口１２０を圧力室１３０と連通させる開口を有するＳＯＩ基板１１６と、第１のシリコン層１１７の第１の凹部１５０を覆い、液体を圧力室１３０に流入させる絞り開口１３２を備えた絞り板１３１と、第２の凹部１２１の、露出した中間層１１８に設けられている圧電素子１２２と、を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のシリコン層と、第２のシリコン層と、前記第１のシリコン層と前記第２のシリコン層との間に配置された無機材料からなる中間層とを有し、前記第１のシリコン層は、前記中間層を部分的に露出させ液体を貯留する圧力室を形成する第１の凹部を備え、前記第２のシリコン層は、液体が吐出する吐出口と、前記中間層を部分的に露出させる第２の凹部と、を備え、前記中間層は前記吐出口を前記圧力室と連通させる開口を有するＳＯＩ基板と、
前記第１のシリコン層の前記第１の凹部を覆い、液体を前記圧力室に流入させる絞り開口を備えた絞り板と、
前記第２の凹部の、露出した前記中間層に設けられている圧電素子と、を有する、液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記圧電素子に接続された引き出し配線と、前記引き出し配線に接続された電極パッドと、を有し、前記引き出し配線と前記電極パッドは前記第２の凹部に設けられている、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記第２の凹部は前記中間層の外周部の一部を露出させており、前記電極パッドは前記中間層の露出された前記外周部に設けられている、請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記圧電素子に接続された引き出し配線と、前記引き出し配線に接続された電極パッドと、を有し、前記電極パッドは前記第１のシリコン層と前記絞り板との境界面の近傍に設けられ、前記引き出し配線は前記第２の凹部を延び、前記第１のシリコン層を貫通し、前記境界面を前記パッドまで延びている、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
前記圧電素子に接続された引き出し配線と、前記引き出し配線に接続されたＣＭＯＳスイッチと、を有し、前記ＣＭＯＳスイッチは前記絞り板の内部に設けられ、前記引き出し配線は前記第２の凹部を延び、前記第１のシリコン層を貫通し、前記絞り板の内部を前記ＣＭＯＳスイッチまで延びている、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】
複数の前記圧電素子と、各圧電素子に接続され同じ方向に引き出された複数の引き出し配線と、前記複数の引き出し配線にそれぞれ接続された複数の電極パッドと、を有し、前記複数の圧電素子と前記複数の引き出し配線と前記複数の電極パッドは一つの前記第２の凹部に設けられている、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項７】
複数の前記圧電素子と、各圧電素子に接続され同じ方向に引き出された複数の引き出し配線と、を有し、前記複数の圧電素子のそれぞれは、個別の前記第２の凹部に設けられている、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項８】
前記複数の引き出し配線は前記個別の第２の凹部を延びるとともに、前記個別の第２の凹部の外では前記第２のシリコン層の表面を延びている、請求項７に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項９】
前記第２の凹部を覆う蓋部材を有する、請求項１から８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１０】
前記蓋部材に前記圧電素子に接続された引き出し配線と、前記引き出し配線に接続された電極パッドの少なくともいずれかが形成されている、請求項９に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１１】
前記圧電素子は、圧電体と、前記圧電体を挟む一対の電極と、前記圧電体と前記一対の電極とを覆う保護膜と、を有する、請求項１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】
第１の層と、第２の層と、前記第１の層と前記第２の層との間に配置された中間層と、を備えた基板の前記第２の層に、前記中間層を部分的に露出させる第２の凹部を形成することと、
圧電素子を前記第２の凹部の、露出した前記中間層に設けることと、
前記第２の層に液体が吐出する吐出口を形成するとともに、前記中間層に前記吐出口と連通する貫通孔を形成することと、
前記第１の層に、前記貫通孔と連通し前記中間層を部分的に露出させる第１の凹部を形成することと、
絞り開口を備えた絞り板を、前記絞り開口が前記第１の凹部と連通するように前記基板に接合することで、前記第１のシリコン層と前記中間層と前記絞り板とによって画定され、液体を貯留する圧力室を形成することと、を有する液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１３】
前記基板は、前記第１及び第２の層がシリコン層で、前記中間層が無機材料層であるＳＯＩ基板である、請求項１２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１４】
前記第２の凹部に、前記圧電素子に接続された引き出し配線と、前記引き出し配線に接続された電極パッドと、を設けることを有する、請求項１２または１３に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１５】
前記第１の層と前記絞り板との境界面の近傍に電極パッドを設けることと、
前記第２の凹部を延び、前記第１の層を貫通し、前記境界面を延び、前記圧電素子を前記電極パッドに接続する引き出し配線を設けることと、を有する、請求項１２または１３に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１６】
前記絞り板の内部にＣＭＯＳスイッチを設けることと、
前記第２の凹部を延び、前記第１の層を貫通し、前記絞り板の内部を延び、前記圧電素子を前記ＣＭＯＳスイッチに接続する引き出し配線を設けることと、を有する、請求項１２または１３に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１７】
一つの前記第２の凹部に、複数の前記圧電素子と、各圧電素子に接続され同じ方向に引き出された複数の引き出し配線と、が設けられる、請求項１２または１３に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１８】
複数の前記第２の凹部のそれぞれに、前記圧電素子と、前記圧電素子に接続され他の引き出し配線と同じ方向に引き出された引き出し配線と、が設けられる、請求項１２または１３に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１９】
各引き出し配線は対応する前記第２の凹部を延びるとともに、前記第２の凹部の外では前記第２の層の表面を延びている、請求項１８に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項２０】
前記第２の凹部を覆う蓋部材が設けられる、請求項１２から１９のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項２１】
前記蓋部材に、前記圧電素子に接続された引き出し配線と、前記引き出し配線に接続された電極パッドの少なくともいずれかが形成される、請求項２０に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項２２】
前記圧電素子の圧電体と前記圧電体を挟む一対の電極とを覆う保護膜が設けられる、請求項１２から２１のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項２３】
第１の層と、第２の層と、前記第１の層と前記第２の層との間に配置され、前記第１の層と前記第２の層とに物理的に接触する中間層と、を有し、前記第１の層は、前記中間層を部分的に露出させ液体を貯留する圧力室を形成する第１の凹部を備え、前記第２の層は、液体が吐出する吐出口と、前記中間層を部分的に露出させる第２の凹部と、を備え、前記中間層は前記吐出口を前記圧力室と連通させる貫通孔を有する基板と、
前記第１のシリコン層の前記第１の凹部を覆い、液体を前記圧力室に流入させる絞り開口を備えた絞り板と、
前記第２の凹部の、露出した前記中間層に設けられている圧電素子と、を有する、液体吐出ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液体吐出ヘッドとその製造方法に関し、特に圧電素子を用いた液体吐出ヘッドとその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
被記録体にインクを吐出して記録を行うインクジェット装置は、高精細な記録を行うため、基板上に多数の吐出口が高密度に配列された液体吐出ヘッドを備えている。圧電素子を用いた液体吐出ヘッドは、圧力室、圧力室の壁面の一部を形成する振動板、振動板の圧力室の反対側に設けられた圧電素子、圧力室に連通する吐出口などにより構成されている。このタイプの液体吐出ヘッドは、吐出口が形成された吐出口形成基板と、圧力室と振動板と圧電素子が形成された圧力室基板と、圧電素子を収納するキャビティが形成されたキャビティ基板とを接着剤などで貼り合せて作製される。
特許文献１には、吐出口とキャビティが一体形成された吐出口形成基板と、圧電素子が一体形成された振動板と、圧力室が形成された圧力室基板とを貼り合せることで作製される液体吐出ヘッドが開示されている。圧電素子は振動板の圧力室の反対側に形成されている。特許文献２には、シリコン層にＳｉＯ２層が挿入されたＳＯＩ（シリコンオンインシュレータ―）基板のシリコン層をエッチングすることで圧力室とキャビティを形成する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２６４３３６号公報
【特許文献２】特開２００４−２３７４４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、２つの部材を接合するときに、２つの部材の相対的な位置を合わせるのは非常に難しく、一定の位置ずれが避けられない。特に、液状の接着剤を使用する場合、アライメント後の滑りにより、位置ずれが拡大する可能性がある。吐出口形成基板を圧力室基板に接合する際に位置ずれが生じると、圧力室に対する吐出口の位置がずれる。キャビティ基板の接合時に位置ずれが生じると、振動板の可動範囲を規定するキャビティの位置がずれる。近年の液体吐出ヘッドでは、吐出口の高密度化により、圧力室の幅は数十μｍまで縮小されている。このような液体吐出ヘッドにおいて、吐出口やキャビティの位置がわずかでもずれると、吐出性能が大きくばらつく可能性がある。
【０００５】
特許文献１に記載された液体吐出ヘッドでは、吐出口とキャビティが吐出口形成基板に形成されており、吐出口形成基板がキャビティ基板を兼ねている。従って、吐出口形成基板とキャビティ基板とを別々に接合する必要がなく、製造工程を簡略化することができる。しかし、吐出口形成基板と圧力室基板の接合時に位置ずれが発生すると、吐出口とキャビティの両者が圧力室に対してずれてしまい、吐出性能が大きく変化する。加えて、振動板に吐出口形成基板と圧力室基板を接着剤で接合するため、インクの影響による吐出口形成基板の剥がれや、圧電素子の故障が発生し得る。
特許文献２に記載された液体吐出ヘッドでは、予め一体形成されたＳＯＩ基板に圧力室とキャビティとを形成するため、圧力室とキャビティとの位置ずれを小さくすることができる。しかし、吐出口形成基板を圧力室基板に接合する工程では、吐出口形成基板の位置合わせが必要であり、吐出口の位置が圧力室に対してずれる可能性がある。
【０００６】
本発明は、吐出口と圧力室とキャビティの位置ずれが抑えられた液体吐出ヘッドと、そ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】
【０００７】
本発明の液体吐出ヘッドは、第１のシリコン層と、第２のシリコン層と、第１のシリコン層と第２のシリコン層との間に配置された無機材料からなる中間層とを有し、第１のシリコン層は、中間層を部分的に露出させ液体を貯留する圧力室を形成する第１の凹部を備え、第２のシリコン層は、液体が吐出する吐出口と、中間層を部分的に露出させる第２の凹部と、を備え、中間層は吐出口を圧力室と連通させる開口を有するＳＯＩ基板と、第１のシリコン層の第１の凹部を覆い、液体を圧力室に流入させる絞り開口を備えた絞り板と、第２の凹部の、露出した中間層に設けられている圧電素子と、を有する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、圧力室と、吐出口と、キャビティとして機能する第２の凹部と、が一つのＳＯＩ基板に形成されるので、複数の基板の接合が不要であり、これらの基板の接合に伴う圧力室と吐出口とキャビティの位置ずれが発生しない。このため、本発明によれば、吐出口と圧力室とキャビティの位置ずれが抑えられ、安定した吐出性能を有する液体吐出ヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の液体吐出ヘッドを用いたインクジェット装置の概略構成図である。
【図２】第１の実施形態に係る液体吐出ヘッドの平面図と断面図である。
【図３】図２に示す液体吐出ヘッドの要部断面図である。
【図４】図３のＡ方向から見た平面図である。
【図５】図３に示す液体吐出ヘッドの変形例の要部断面図である。
【図６】図３に示す液体吐出ヘッドの変形例の要部断面図である。
【図７】図３に示す液体吐出ヘッドの変形例の要部断面図である。
【図８】図３に示す液体吐出ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図９】図３に示す液体吐出ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図１０】図３に示す液体吐出ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図１１】撥水処理の手順を示す断面図である。
【図１２】第２の実施形態に係る液体吐出ヘッドの平面図である。
【図１３】図１２に示す液体吐出ヘッドの要部平面図である。
【図１４】第３の実施形態に係る液体吐出ヘッドの要部断面図である。
【図１５】図１４に示す液体吐出ヘッドの要部平面図である。
【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いくつかの実施形態を説明する。以下の実施形態はインクを紙などの被記録体に吐出して文字や画像を形成するインクジェットヘッドに関するが、本発明はインク以外の液体を吐出する、圧電素子を用いた液体吐出ヘッドに広く適用することができる。
【００１１】
（第１の実施形態）
図１に、本発明の第１の実施形態に係る液体吐出ヘッドを用いたインクジェット装置の概略構成を示す。被記録体である記録紙１０１は紙送りローラー１０２により矢印の方向へ送られ、プラテン１０３上で記録される。インクジェット装置は４組の液体吐出ヘッドユニット１０４を備え、それぞれの液体吐出ヘッドユニット１０４はシアン、マゼンダ、イエロー、ブラックのインクを吐出する。各液体吐出ヘッドユニット１０４には、後述する圧電素子を電気的に駆動する駆動部１０５が接続されている。駆動部１０５はコントローラー１０６から送られる画像信号等に基づいて、圧電素子を駆動するための駆動信号を発生する。
【００１２】
図２（ａ）は、液体吐出ヘッドユニット１０４を吐出口が形成された吐出口面側から見た平面図、図２（ｂ）は、液体吐出ヘッドユニット１０４を図２（ａ）のＡ−Ａ線で切った断面図である。図２（ａ）に示すように、液体吐出ヘッドユニット１０４のチップフレーム１０８上には、複数の液体吐出ヘッド１０７が千鳥状に配置されている。それぞれの液体吐出ヘッド１０７には２列の吐出口列１１０が形成されており、それぞれの吐出口列１１０には３００ｄｐｉの密度で５００個の吐出口が配列されている。１つの液体吐出ヘッド１０７に形成された２列の吐出口列１１０は、互いに３００ｄｐｉの半分のピッチ（約４２．３μｍ）だけずらされている。よって、各液体吐出ヘッド１０７には合計１０００個の吐出口が備えられ、６００ｄｐｉの記録が可能となっている。図２（ｂ）に示すように、液体吐出ヘッド１０７は、チップフレーム１０８に設けられた枠に嵌めこまれて保持されている。液体吐出ヘッド１０７の各圧電素子から引き出された配線は、吐出口列１１０ごとに図２中の＋Ｙ方向または−Ｙ方向に引き出される。そしてこの配線は、液体吐出ヘッド１０７の端部で、チップフレーム１０８に形成されたリード電極１１３と、ワイヤボンディング１１２により電気的に接続される。リード電極１１３は、チップフレーム１０８に形成された貫通電極１１４を介してチップフレーム１０８の裏側（−Ｚ側）に引き出され、フレキシブルケーブル１１５を介してコントローラー１０６に接続される。
【００１３】
貫通電極１１４を用いずに、＋Ｚ側の面で液体吐出ヘッド１０７をフレキシブルケーブル１１５と接続することもできる。あるいは、チップフレーム１０８の−Ｚ側の面及び液体吐出ヘッド１０７を保持する枠にあらかじめリード電極をパターニングしておき、液体吐出ヘッド１０７の電極パッドをリード電極に直接当接させてもよい。この構成によれば、ワイヤボンディングを用いることなく、液体吐出ヘッド１０７をチップフレーム１０８に電気的に接続することができる。
【００１４】
図３に液体吐出ヘッドの主要部の断面を示す。液体吐出ヘッド１０７はＳＯＩ基板１１６と、ＳＯＩ基板１１６の一方の面に設けられた絞り板１３１と、ＳＯＩ基板１１６の他方の面に設けられた圧電素子１２２と、を有している。ＳＯＩ基板１１６は第１のシリコン層１１７と、第２のシリコン層１１９と、第１のシリコン層１１７と第２のシリコン層１１９との間に配置された中間層１１８と、からなる。中間層１１８の第１の面１１８ａは第１のシリコン層１１７に接しており、第１の面１１８ａの裏面である第２の面１１８ｂは第２のシリコン層１１９に接している。第１のシリコン層１１７及び第２のシリコン層１１９は単結晶シリコンで形成されているが、ポリシリコンで形成することもできる。中間層１１８は無機材料層からなり、本実施形態ではＳｉＯ２で形成されている。中間層１１８はＳｉＮで形成することもでき、あるいはＳｉＮ層とＳｉＯ２層の積層構造で形成することもできる。
【００１５】
第１のシリコン層１１７には、絞り板１３１を向いて開口し圧力室１３０の空間を形成する第１の凹部１５０が形成されている。第１の凹部１５０は中間層１１８まで達しており、中間層１１８の第１の面１１８ａの一部を露出させている。第１のシリコン層１１７は、中間層１１８の第１の面１１８ａ及び絞り板１３１とともに、インクを貯留する圧力室１３０を形成する。第２のシリコン層１１９には、圧力室１３０と連通しインクが吐出する吐出口１２０と、吐出口１２０に隣接する第２の凹部１２１と、が形成されている。第２の凹部１２１は中間層１１８まで達しており、中間層１１８の第２の面１１８ｂの一部を露出させている。吐出口１２０と第１及び第２の凹部１５０，１２１は、後述するように中間層１１８をエッチストップ層としたシリコンエッチングにより形成される。
【００１６】
中間層１１８は圧電素子１２２の支持構造であるともに、圧電素子１２２の振動板１２３としても機能する。中間層１１８の圧力室１３０に面する第１の面１１８ａは圧力室１３０の一部を画定する。中間層１１８の吐出口１２０と対向する部分は吐出口１２０を圧力室１３０と連通させる貫通孔１１８ｃとなっており、これによりインクの吐出口１２０からの吐出が可能となっている。
【００１７】
絞り板１３１には、圧力室１３０と連通し、インクを圧力室１３０に流入させる絞り開口１３２が形成されている。圧力室１３０は絞り開口１３２を介して、インクが供給される共通液室（図示せず）と連通している。絞り板１３１は第１のシリコン層１１７の第１の凹部１５０と対向している。
【００１８】
第２の凹部１２１には圧電素子１２２が設けられている。圧電素子１２２は、共通電極である下電極１２４と、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）からなる圧電体１２５と、個別電極である上電極１２６と、圧電体１２５と上下一対の電極１２４，１２６を覆う保護膜１２７と、を有している。保護膜１２７にはコンタクトホール１２８が形成されており、コンタクトホール１２８を介して上電極１２６が個別電極配線１２９に接続されている。下電極１２４と個別電極配線１２９は保護膜１２７により絶縁されている。
【００１９】
図４は、第２の凹部１２１と圧電素子１２２の配線を示す平面図である。図４では保護膜１２７の図示を省略している。第２の凹部１２１は、個々の圧電素子１２２を収容し圧電素子１２２の短辺方向（Ｙ方向）と平行に延びる複数の細長い縦方向溝１５１と、ＳＯＩ基板１１６の長辺に沿ってＸ方向に延び、個々の縦方向溝１５１が合流する横方向凹部１５２と、を有している。
【００２０】
共通電極である下電極１２４には共通電極用の引き出し配線１５３が接続され、共通電極用の引き出し配線１５３には共通電極用の電極パッド１３３が接続されている。下電極１２４と共通電極用の引き出し配線１５３は構造的には同一であり、金属膜をパターニングすることで一括して形成される。ここでは便宜上、圧電体１２５の直下の部分を下電極１２４といい、下電極１２４以外の部分を引き出し配線１５３という。共通電極用の引き出し配線１５３はほぼ第２の凹部１２１の形状に合わせて形成されている。引き出し配線１５３は、縦方向溝１５１をＹ方向に延びる複数の第１の部分１５３ａと、複数の第１の部分１５３ａが合流し横方向凹部１５２をＸ方向に延びる第２の部分１５３ｂと、からなっている。共通電極用の電極パッド１３３は第２の部分１５３ｂのＸ方向端部に設けられている。リード電極１１３との電気的な接続が取れるように、共通電極用の電極パッド１３３の近傍では保護膜１２７が除去され、電極パッド１３３が露出している。
【００２１】
上電極１２６に接続された引き出し配線である個別電極配線１２９は保護膜１２７の上を通り第２の凹部１２１の横方向凹部１５２のＹ方向端部で終端し、そこに個別電極用の電極パッド１３４が形成されている。個別電極配線１２９は保護膜１２７上に形成された金属膜をパターニングすることで形成される。
【００２２】
このように、ＳＯＩ基板１１６の外周部の一部には一つの共通電極用の電極パッド１３３と、複数の個別電極用の電極パッド１３４が配列している。第２の凹部１２１は中間層１１８の外周部の一部を露出させており、電極パッド１３３，１３４は中間層１１８の露出された外周部に設けられている。電極パッド１３３，１３４が設けられる外周部は第２のシリコン層１１９が除去されており、電極パッド１３３，１３４とリード電極１１３との電気的接続（ワイヤボンディング）を容易に行うことができる。
【００２３】
本実施形態の液体吐出ヘッド１０７では、吐出口１２０と圧力室１３０が１つのＳＯＩ基板１１６に形成されているので、基板の接合に伴う吐出口１２０と圧力室１３０の位置ずれが原理的に起こらない。また、振動板１２３の可動範囲を規定する、従来のキャビティに相当する第２の凹部１２１もＳＯＩ基板１１６に形成されるため、基板の接合に伴う振動板１２３の可動範囲と吐出口１２０ないし圧力室１３０との位置ずれも原理的に起こらない。このため、本発明によれば安定した吐出性能を有する液体吐出ヘッド１０７を提供することができる。
【００２４】
上述の実施形態では、下電極１２４を共通電極とし、上電極１２６を個別電極としたが、下電極１２４を個別電極とし、上電極１２６を共通電極としてもかまわない。この場合、第２の凹部１２１の外周部には、複数の下電極１２４に接続された複数の個別電極用の電極パッドと、上電極１２６に接続された一つの共通電極用の電極パッドが設けられる。
【００２５】
図５は、本実施形態の液体吐出ヘッド１０７の変形例を示す図３と同様の図である。本変形例では、第２の凹部１２１を覆う蓋部材１３５が設けられている。蓋部材１３５は第２の凹部１２１を完全に覆っており、第２のシリコン層１１９に接着剤などで封止されている。蓋部材１３５の吐出口１２０に対応する部分は、インクの吐出を妨げないように開口部１３６が形成されている。蓋部材１３５を設けることで、大気中の水蒸気や、吐出口１２０から吐出した際に被記録体に着弾せずに浮遊する微小なインク滴（いわゆるミスト）から圧電素子１２２を保護することができる。開口部１３６の内側の吐出口１２０の周囲は撥水処理されていることが望ましい。
【００２６】
図示は省略するが、蓋部材１３５に、圧電素子１２２に接続された引き出し配線と、引き出し配線に接続された電極パッドの少なくともいずれかを設けることもできる。例えば、個別電極配線１２９を第２の凹部１２１に沿って引き回し、蓋部材１３５の第２の凹部１２１と対向する面に形成された配線と接続することができる。蓋部材１３５の第２の凹部１２１と対向する面に配線と電極パッドを形成し、個別電極配線１２９と電極パッドをバンプで接続することもできる。蓋部材１３５に形成された配線は、蓋部材１３５に沿って蓋部材１３５の外部まで引き出すことができる。同様にして、共通電極用の引き出し配線を蓋部材１３５の第２の凹部１２１と対向する面に形成された電極パッドとバンプで接続し、蓋部材１３５に形成された配線を蓋部材１３５の外部まで引き出すことができる。
【００２７】
図６は、本実施形態の液体吐出ヘッド１０７の他の変形例を示す図３と同様の図である。本変形例では、個別電極用の引き出し配線は第２の凹部１２１を延びるとともに、保護膜１２７と中間層１１８（振動板１２３）と第１のシリコン層１１７を貫通している。個別電極用の引き出し配線の、保護膜１２７と中間層１１８と第１のシリコン層１１７を貫通する部分は、コンタクトホール１３７として形成される。図示は省略するが、引き出し配線はさらに、第１のシリコン層１１７の絞り板１３１と対向する面、すなわち絞り板１３１との境界面を延びている。第１のシリコン層１１７は絞り板１３１よりも突き出しており、第１のシリコン層１１７の突き出した部分に、引き出し配線に接続された電極パッドが形成されている。
【００２８】
同様に、共通電極用の引き出し配線１５３が保護膜１２７と中間層１１８（振動板１２３）と第１のシリコン層１１７を貫通している。引き出し配線１５３も、個別電極用の引き出し配線と同様、第１のシリコン層１１７の絞り板１３１と対向する面、すなわち絞り板１３１との境界面を延びており、同様の構成で電極パッドに接続される。これらの電極パッドはフレキシブルケーブル１１５を介してコントローラー１０６に接続される。本構成によれば、リード電極１１３と貫通電極１１４を介することなく、電極パッドをフレキシブルケーブル１１５に直接接続することができる。このため、圧電素子１２２とフレキシブルケーブル１１５との電気接続部の構成が単純となる。
【００２９】
上述の変形例に代えて、個別電極用及び共通電極用の引き出し配線は、絞り板１３１の第１のシリコン層１１７と対向する面に形成されてもよい。絞り板１３１は第１のシリコン層１１７よりも突き出しており、絞り板１３１の突き出した部分に電極パッドが形成される。
【００３０】
図７は、本実施形態の液体吐出ヘッド１０７の他の変形例を示す図３と同様の図である。本変形例では、圧電素子１２２への通電のオンオフを切り替えるスイッチとして機能するＣＭＯＳスイッチ１３９が絞り板１３１の内部に設けられている。すなわち、本変形例ではＣＭＯＳ基板が絞り板１３１を兼ねている。圧電素子１２２に接続された個別電極用の引き出し配線は第２の凹部１２１を延び、保護膜１２７と中間層１１８（振動板１２３）と第１のシリコン層１１７を貫通し、絞り板１３１の内部をＣＭＯＳスイッチ１３９まで延びている。同様に、圧電素子１２２に接続された共通電極用の引き出し配線１５３は、保護膜１２７と中間層１１８（振動板１２３）と第１のシリコン層１１７を貫通し、絞り板１３１の内部をＣＭＯＳスイッチ１３９まで延びている。本変形例では絞り板１３１にＣＭＯＳスイッチ１３９が形成されているため、液体吐出ヘッド１０７とコントローラー１０６との間の配線数を大幅に削減することができ、インクジェット装置の製造コストを大きく下げることができる。
【００３１】
次に、図３，４に示す液体吐出ヘッド１０７の製造方法について説明する。
図８にＳＯＩ基板１１６に第２の凹部１２１を形成する工程のプロセスフロー図を示す。まず、図８（ａ）に示すように、第１のシリコン層１１７と、第２のシリコン層１１９と、第１のシリコン層１１７と第２のシリコン層１１９との間に配置された無機材料とからなるＳＯＩ基板１１６を用意する。中間層１１８は第１のシリコン層１１７及び第２のシリコン層１１９と物理的に接触しており、中間層１１８と第１のシリコン層１１７との間、及び中間層１１８と第２のシリコン層１１９との間に接着層などの層は介在していない。次に、図８（ｂ）に示すように、ＳＯＩ基板１１６の第２のシリコン層１１９（ＳＯＩ基板１１６のデバイス層）上にレジストマスク１４０を形成し、フォトリソグラフィによりパターニングする。次に、図８（ｃ）に示すように、中間層１１８をエッチストップ層として、ドライエッチングにより第２の凹部１２１を形成する。この結果、第２の凹部１２１では中間層１１８が露出する。図示しないが、第２のシリコン層１１９には吐出口１２０に対応する貫通孔も同時に形成する。さらに、中間層１１８の吐出口１２０に対応する部分もエッチングにより除去する。その後、図８（ｄ）に示すように、レジストマスク１４０を除去する。以上で、ＳＯＩ基板１１６に第２の凹部１２１と吐出口１２０が形成される。
【００３２】
図９にＳＯＩ基板１１６に圧電素子１２２を形成する工程のプロセスフロー図を示す。まず、図９（ａ）に示すように、スパッタリングにより、第２の凹部１２１に下電極１２４の材料となる層１４１を形成する。本実施形態では、ＴｉＯ２層、Ｔｉ層、Ｐｔ層をこの順に製膜している。続いて、図９（ｂ）に示すように、レジストマスク１４２を形成し、図９（ｃ）に示すように、層１４１をドライエッチングして下電極１２４を形成する。次に、図９（ｄ）に示すように、スパッタリングにより、圧電体１２５の材料であるＰＺＴ層１４３と、上電極１２６の材料であるＰｔ層１４４を成膜する。ＰＺＴ層１４３はゾルゲル法やスプレーコートなどによっても成膜することができる。次に、図９（ｅ）に示すように、レジストマスク１４５を形成し、図９（ｆ）に示すように、ＰＺＴ層１４３とＰｔ層１４４をドライエッチングして圧電体１２５と上電極１２６を形成する。レジストマスク１４５を除去した後、図９（ｇ）に示すように、スパッタリングにより、下電極１２４と圧電体１２５と上電極１２６を覆う保護膜１２７となるＳｉＯ２層１４６を成膜する。続いて図９（ｈ）に示すように、レジストマスク１４７を形成する。この際、保護膜１２７に形成するコンタクトホール１２８に対応する部分にはレジストマスク１４７を形成しない。図示は省略するが、吐出口１２０内のＳｉＯ２層１４６もインクに対する保護膜として残しておく。次に、図９（ｉ）に示すようにドライエッチングにより、コンタクトホール１２８が設けられた保護膜１２７を形成する。そして、図９（ｊ）に示すように、スパッタリングにより、個別電極配線１２９を形成する。以上で、第２の凹部１２１の、露出した中間層１１８に圧電素子１２２が形成される。
【００３３】
図１０に圧力室１３０と絞り板１３１を形成する工程のプロセスフロー図を示す。まず、ハンドリング性を高めるために、図１０（ａ）に示すように、第２のシリコン基板１１９にサポート基板１４８を接合する。次に、図１０（ｂ）に示すように、第１の凹部１５０（圧力室１３０）が所望の高さになるように、第１のシリコン層１１７を研磨する。次に、図１０（ｃ）に示すように、研磨された第１のシリコン層１１７にレジストマスクをパターニングし（図示せず）、中間層１１８をエッチングストップ層としたドライエッチングにより、圧力室１３０となる第１の凹部１５０を形成する。その後、レジストマスクを除去する。第１の凹部１５０によって中間層１１８の第２の面１１８ｂの一部が露出する。その後、図１０（ｄ）に示すように、あらかじめ絞り開口１３２が形成された絞り板１３１を、絞り開口１３２が第１の凹部１５０と連通するように第１のシリコン層１１７に接合する。以上の工程により、圧力室１３０と振動板１２３が形成される。図示しないが、続いて絞り板１３１を共通液室などが形成されたマニホールドと接合する。こうして液体吐出ヘッド１０７が完成される。必要に応じ、この後の工程で、第１のシリコン層１１７に蓋部材１３５を接合する。
【００３４】
吐出口面の吐出口１２０の周囲は、インクの濡れにより吐出が不安定になることを防止するために、撥水処理されていることが望ましい。ただし、吐出口１２０の内部が撥水処理されると吐出が安定しなくなるため、吐出口面だけに撥水処理されることが望ましい。図１１に吐出口面を撥水処理する場合のプロセスフロー図を示す。図１１（ａ）は、図９（ｊ）で個別電極配線１２９を形成した状態に対応している。図１１（ｂ）に示すように、第２のシリコン層１１９の表面全体に撥水材１４９を塗布する。撥水材１４９は吐出口１２０内にも入り込む。続いて、図１１（ｃ）に示すように、第２のシリコン層１１９にサポート基板１４８を接合し、図１１（ｄ）に示すように、ドライエッチングにより、第１のシリコン層１１７に第１の凹部１５０を形成する。次に、図１１（ｅ）に示すように、Ｏ２プラズマアッシングにより、吐出口１２０内の撥水材１４９を除去する。次に、図１１（ｆ）に示すように、絞り板１３１を接合し、サポート基板１４８を除去する。このような液体吐出ヘッド１０７の製造方法によると、吐出口面に撥水処理を施しながら、吐出口１２０内に撥水処理がされていない液体吐出ヘッド１０７を製造することができる。
【００３５】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態の液体吐出ヘッド２０７について説明する。第１の実施形態と同様の構成については説明を省略する。
図１２は、液体吐出ヘッド２０７を吐出口が形成された吐出口面側から見た図２（ａ）と同様の図である。本実施形態の液体吐出ヘッド２０７は、４列の吐出口列２１０が設けられている。各吐出口列２１０には３００ｄｐｉの密度で５００個の吐出口が配列されている。４列の吐出口列２１０は、互いに３００ｄｐｉの１／４のピッチ（約２１．２μｍ）だけずらされている。よって、液体吐出ヘッド２０７には合計２０００個の吐出口１２０が備えられ、１２００ｄｐｉの記録が可能となっている。
【００３６】
図１３は、第２の凹部２２１と液体吐出ヘッド２０７の配線を示した図である。図１３では保護膜の図示を省略している。複数の圧電素子２２２と、各圧電素子２２２に接続され同じ方向に引き出された複数の引き出し配線（個別電極配線）２２９と、複数の引き出し配線２２９にそれぞれ接続された複数の電極パッド２３４が一つの凹部２２１に設けられている。共通電極用の引き出し配線２５３は２列の圧電素子２２２に沿って周回するように設けられ、液体吐出ヘッド２０７のＸ方向端部の電極パッド２３３に接続されている。本実施形態においては、第２のシリコン層２１９は吐出口２２０の周囲と液体吐出ヘッド２０７のＸ方向端部を除いて除去されている。すなわち、第１の実施形態のような個別の圧電素子２２２を収容する溝は存在せず、吐出口２２０の周囲と液体吐出ヘッド２０７のＸ方向端部を除いた領域全部が第２の凹部２２１となっている。本実施形態では、第２の凹部２２１の範囲が第１の実施形態よりも拡大しているため、広い配線スペースを確保することができる。このため、１２００ｄｐｉ（３００ｄｐｉ×４列）の高い吐出口密度の場合にも、容易に配線することができる。
【００３７】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態の液体吐出ヘッド３０７について説明する。第１、第２の実施形態と同様の構成については説明を省略する。
図１４は液体吐出ヘッド３０７の主要部を示す図３と同様の図である。図１５は、第２の凹部３２１と液体吐出ヘッド３０７の配線を示した図である。図１５では、保護膜の図示を省略している。本実施形態では、複数の圧電素子３２２のそれぞれは、個別の第２の凹部３２１に設けられている。具体的には、第２のシリコン層３１９の表面である（１００）面からＫＯＨでウェットエッチングを施し、（１１１）面からなる傾斜のついた第２の凹部３２１の側壁３５１が形成される。各圧電素子３２２に接続された引き出し配線（個別電極配線）３２９は、他の引き出し配線３２９と同じ方向に引き出されている。個別電極配線３２９は圧電素子３２２毎に個別に設けられた第２の凹部３２１を延びるとともに、個別に設けられた第２の凹部３２１の外では第２のシリコン層３１９の表面を延びている。すなわち、本実施形態では第２の凹部３２１を形成する側壁３５１に個別電極配線３２９が形成されている。上述のように側壁３５１に傾斜が付けられているため、個別電極配線３２９のエッジでの断線が生じにくくなっている。共通電極用の引き出し配線３５３は２列の圧電素子３２２に沿って周回するように設けられ、液体吐出ヘッド３０７のＸ方向端部の電極パッド３３３に接続されている。
【００３８】
本実施形態においては、圧電素子３２２は第２の凹部３２１の側壁３５１により周囲を完全に囲われている。振動板３２３が、第１のシリコン層３１７に形成された圧力室３３０の側壁と、第２のシリコン層３１９の第２の凹部３２１の側壁３５１とにより、両側から強く拘束されるために、振動板３２３の変位領域が明確に規定され、吐出特性が安定する。共通電極と個別電極の引き出し配線は、第２の凹部３２１の側壁３５１を介して、第２のシリコン層１１９の上面に引き出される。本実施形態でも第２のシリコン層３１９上の広いスペースを配線に利用することができるので、１２００ｄｐｉ以上の高い吐出口密度の場合にも、容易に配線することができる。
【００３９】
図１５ではキャビティ内の下電極３２４と個別電極配線３２９が所定の形状にパターニングされているが、これらは必ずしもパターニングされている必要はない。すなわち、下電極３２４と個別電極配線３２９は第２の凹部３２１の底面及び側壁の全面に形成されていてもよく、このようにしても、下電極３２４と個別電極配線３２９は保護膜により絶縁される。
【００４０】
なお、本発明の液体吐出ヘッドは、ＳＯＩ基板だけでなく、一般に第１の層と、第２の層と、第１の層と第２の層との間に配置され、第１の層と第２の層とに物理的に接触する中間層と、を有する基板から作成できる。第１の層は、中間層を部分的に露出させ液体を貯留する圧力室を形成する第１の凹部を備え、第２の層は、液体が吐出する吐出口と、中間層を部分的に露出させる第２の凹部と、を備え、中間層は吐出口を圧力室と連通させる貫通孔を有する。液体吐出ヘッドはさらに、第１のシリコン層の第１の凹部を覆い、液体を圧力室に流入させる絞り開口を備えた絞り板と、第２の凹部の、露出した中間層に設けられている圧電素子と、を有している。
【符号の説明】
【００４１】
１１６  ＳＯＩ基板
１１７  第１のシリコン層
１１８  中間層
１１９  第２のシリコン層
１２０  吐出口
１２１  第２の凹部
１２２  圧電素子
１３０  圧力室
１３１  絞り板
１５０  第１の凹部
【図１】
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【図２】
2018153970.tif 000004
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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