(57)【要約】【課題】圧電素子が設けられた基板と、該圧電素子を収容する凹部が形成された保持基板との接合部の状態を高い精度で確認することができ、接合部の接着状態が良好で信頼性の高い液体吐出ヘッドを提供する。【解決手段】ノズル孔３１を有するノズル基板３０と、ノズル孔３１に連通する加圧液室１１を形成するための液室基板１０、加圧液室１１の壁面の一部を構成する振動板４０、及び振動板４０の加圧液室１１とは反対面に形成された圧電素子２０を有するアクチュエータ基板と、圧電素子２０に対向する部分に凹部５２を有し、該凹部５２を画成する隔壁５３の一部がアクチュエータ基板に接着剤７０によって接合される保持基板５０と、を備え、振動板４０は赤外線を透過する材料からなり、アクチュエータ基板は、隔壁５３と接合される接合凸部２８を有し、接合凸部２８の周縁部には圧電素子２０が形成されていない領域を有する液体吐出ヘッド。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出するノズル孔を有するノズル基板と、
前記ノズル孔に連通する加圧液室を形成するための液室基板、前記加圧液室の壁面の一部を構成する振動板、及び前記振動板の前記加圧液室とは反対面に形成された圧電素子を有するアクチュエータ基板と、
前記圧電素子に対向する部分に凹部を有し、該凹部を画成する隔壁の一部が前記アクチュエータ基板に接着剤によって接合される保持基板と、を備え、
前記振動板は赤外線を透過する材料からなり、
前記アクチュエータ基板は、前記保持基板の前記隔壁と接合される接合凸部を有し、該接合凸部の周縁部には前記圧電素子が形成されていない領域を有することを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記圧電素子は、前記振動板上に下部電極、圧電体層、及び上部電極がこの順に形成されてなり、前記接合凸部の周縁部には、前記下部電極、前記圧電体層、及び前記上部電極のいずれも形成されていない領域を有することを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記振動板が、Ｓｉ、ＳｉＯ２、及びＳｉ３Ｎ４のいずれかからなることを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記振動板が、ＳｉＯ２の単層からなることを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
前記振動板が、Ｓｉからなる層又はＳｉ３Ｎ４からなる層が、ＳｉＯ２からなる層に挟まれてなる積層構造であることを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】
前記アクチュエータ基板と前記保持基板との接合部の状態が、前記加圧液室側から前記振動板を通して赤外線顕微鏡により観察されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の液体吐出ヘッドを備えていることを特徴とする液体吐出ユニット。
【請求項８】
前記液体吐出ヘッドに供給する液体を貯留するヘッドタンク、前記液体吐出ヘッドを搭載するキャリッジ、前記液体吐出ヘッドに液体を供給する供給機構、前記液体吐出ヘッドの維持回復を行う維持回復機構、前記液体吐出ヘッドを主走査方向に移動させる主走査移動機構の少なくともいずれか一つと前記液体吐出ヘッドとを一体化したことを特徴とする請求項７に記載の液体吐出ユニット。
【請求項９】
請求項１から６のいずれかに記載の液体吐出ヘッドを備えていることを特徴とする液体を吐出する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット及び液体を吐出する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ、ファクシミリ、複写機、あるいはこれらの複数の機能を複合した画像形成装置として、例えば、インク等の液体を吐出する液体吐出ヘッドを備えたインクジェット記録装置がある。
【０００３】
液体吐出ヘッドは、インクなどの液体の液滴を吐出するノズルと、このノズルに連通し液体を収容した加圧液室（圧力室などともいう）と、圧電素子などの電気機械変換素子とを備えた構成が知られている。このような液体吐出ヘッドでは、圧電素子に電圧が印加されることにより圧電素子は液室の壁の一部を形成する振動板を変形させるように振動し、その振動板の変形により液室内の液体が加圧され、ノズルから液滴を吐出させることができる。
【０００４】
液体吐出ヘッドは、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦振動モードの圧電アクチュエータを使用したものと、たわみ振動モードの圧電アクチュエータを使用したものと２種類が実用化されている。
【０００５】
その中でもたわみ振動モードのアクチュエータを使用したものとしては、例えば、振動板の表面全体にわたって成膜技術により均一な圧電体層を形成し、この圧電体層をリソグラフィ法により圧力発生室に対応する形状に切り分けて各液室に独立するように圧電素子を形成したものが知られている。
【０００６】
また、たわみ振動モードのアクチュエータに使用される圧電素子は、例えば、共通電極である下部電極と、下部電極上に形成されたＰＺＴ膜（圧電体層）と、ＰＺＴ膜上に形成された個別電極である上部電極とで構成されることが知られている。さらに、上部電極上には層間絶縁膜が形成されて下部電極と上部電極との絶縁が図られ、この層間絶縁膜に開口されたコンタクトホールを介して上部電極に電気的に接続される配線が設けられた構造が知られている（例えば、特許文献１及び２参照）。
【０００７】
圧電素子が形成されたアクチュエータ基板は、該圧電素子を収容するための凹部が形成された補強用の保持基板と接合される。
接合には接着剤が使用されるが、接合時に接着剤が振動領域等に流れ込むと、変形を阻害して、所望の発生力を得られないという課題がある。また、接着剤が流れ込んだ箇所は局所的に変形が阻害されるため、その部分に応力が集中し、駆動耐久性が低下するおそれがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一般に、圧電素子が設けられた基板上と補強用の保持基板などの接着対象部材は、適量の接着剤でムラ無く接着されていることが重要である。そのため、接合部の接着状態、具体的には接着剤のはみ出し（以下、「フィレット」ともいう）の有無や、接着剤不足箇所の有無などを確認することが求められる。
【０００９】
しかしながら、接合部は外部から視認することができないため、接着状態を高精度に確認することができないという課題がある。観察可能な開口部を有する構造であっても、当該開口部から観察できるパターンは実際のパターンとは構造が異なるため、やはり正確な状態を確認することは困難である。
【００１０】
これに対し、赤外線顕微鏡等を用いて観察する方法が考えられる。しかしながら、構成する部材の赤外線透過性や、接合部からはみ出して接着対象部材へ這い上がった接着剤等が障害となる場合があり、高精度の観察が難しいという課題がある。
【００１１】
そこで本発明は、圧電素子が設けられた基板と、該圧電素子を収容する凹部が形成された保持基板との接合部の状態を高い精度で確認することができ、接合部の接着状態が良好で信頼性の高い液体吐出ヘッド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】
【００１２】
かかる目的を達成するため、本発明に係る液体吐出ヘッドは、液体を吐出するノズル孔を有するノズル基板と、前記ノズル孔に連通する加圧液室を形成するための液室基板、前記加圧液室の壁面の一部を構成する振動板、及び前記振動板の前記加圧液室とは反対面に形成された圧電素子を有するアクチュエータ基板と、前記圧電素子に対向する部分に凹部を有し、該凹部を画成する隔壁の一部が前記アクチュエータ基板に接着剤によって接合される保持基板と、を備え、前記振動板は赤外線を透過する材料からなり、前記アクチュエータ基板は、前記保持基板の前記隔壁と接合される接合凸部を有し、該接合凸部の周縁部には前記圧電素子が形成されていない領域を有することを特徴とする液体吐出ヘッドである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、圧電素子が設けられた基板と、該圧電素子を収容する凹部が形成された保持基板との接合部の状態を高い精度で確認することができ、接合部の接着状態が良好で信頼性の高い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】
【００１４】
【図１】液体吐出部の概略構成を示す断面図の一例である。
【図２】液体吐出ヘッドの一例を示す断面図である。
【図３】保持基板の一例を示す上面図である。
【図４】本発明に係る液体吐出ヘッドの圧電素子配列方向に沿って圧電素子を通るように切断した部分断面図である。
【図５】液体吐出ヘッドを構成する圧電素子の一例を示す上面説明図である。
【図６】液体吐出ヘッドを構成する圧電素子の一例を示す上面説明図である。
【図７】本発明に係る液体吐出ヘッドを構成するアクチュエータ基板の一例を示す上面説明図である。
【図８】本発明に係る液体吐出ヘッドを構成するアクチュエータ基板の断面図である。
【図９】接合部の観察についての説明図である。
【図１０】接合部の観察についての説明図である。
【図１１】基板上に形成された圧電素子部材の一例を示す概念図である。
【図１２】ＳＲＯ膜（１１１）のＸＲＤパターン図の例を示す図である。
【図１３】液体を吐出する装置の一例を示す要部平面説明図である。
【図１４】液体吐出ユニットの一例を示す要部側面説明図である。
【図１５】本発明に係る液体吐出ユニットの他の例を示す要部平面説明図である。
【図１６】本発明に係る液体吐出ユニットの他の例を示す正面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット及び液体を吐出する装置について、図面を参照して説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、修正、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。
【００１６】
本発明の液体吐出ヘッドは、液体を吐出するノズル孔を有するノズル基板と、前記ノズル孔に連通する加圧液室を形成するための液室基板、前記加圧液室の壁面の一部を構成する振動板、及び前記振動板の前記加圧液室とは反対面に形成された圧電素子を有するアクチュエータ基板と、前記圧電素子に対向する部分に凹部を有し、該凹部を画成する隔壁の一部が前記アクチュエータ基板に接着剤によって接合される保持基板と、を備える。
前記振動板は赤外線を透過する材料からなり、前記アクチュエータ基板は、前記保持基板の前記隔壁と接合される接合凸部を有し、該接合凸部の周縁部には前記圧電素子が形成されていない領域を有する。
【００１７】
図１及び図２は、本発明を適用可能な液体吐出ヘッドの一例を示す断面図である。
図１（Ａ）及び図１（Ｂ）は、基本構成部分である液体吐出部の概略構成を示す加圧液室の配列方向の断面図であり、１つのノズル孔及び加圧液室に対応する部分のみ示している。図２は、液体吐出ヘッドの加圧液室の配列方向と直交する方向の断面図である。
図４は、本発明に係る液体吐出ヘッドの圧電素子配列方向に沿って圧電素子を通るように切断した部分断面図である。
【００１８】
液体吐出ヘッドは、主に、インクなどの液体の液滴を吐出するノズル孔３１を有するノズル基板３０と、アクチュエータ基板と、保持基板５０とから構成されている。
アクチュエータ基板は、ノズル孔３１に連通し液体を収容した加圧液室（「圧力室」などともいう）１１が形成された液室基板１０と、加圧液室１１の一壁面となる振動板４０と、振動板４０上に液体吐出エネルギーを発生させる電気機械変換素子としての圧電素子２０とを備えている。
【００１９】
圧電素子２０は、下部電極２３、圧電体（「電気機械変換膜」などともいう）２１、及び上部電極２２からなる。下部電極２３及び上部電極２２の一方を共通電極、他方を個別電極とすることができる。
本実施形態においては、圧電素子２０は、振動板４０上に下部電極２３、圧電体層２１、及び上部電極２２がこの順に形成されてなる。後述する接合凸部の周縁部には、下部電極２３、圧電体層２１、及び上部電極２２のいずれも形成されていない領域を有する。
図１（Ａ）の圧電素子２０は、下部電極２３が共通電極となっており、上部電極２２が個別電極となっている。一方、図１（Ｂ）の圧電素子２０は、下部電極２３が個別電極となっており、上部電極２２が共通電極となっている。
【００２０】
アクチュエータ基板は、振動板４０の圧電素子２０が配置された面とは反対側の面（図中下面）に隔壁部１２を備えている。振動板４０と隔壁部１２とノズル基板３０によって囲まれる空間が加圧液室１１となる。また、液室基板１０により、共通液室１３及び流体抵抗部１４も形成される。
【００２１】
保持基板５０は、例えば、インクカートリッジ等からのインクを供給する液体供給口を備えており、アクチュエータ基板に接合されることにより、共通液体流路５１と、アクチュエータ基板の振動板４０が撓んで変位できる空間を形成する凹部５２とを形成する。
【００２２】
本実施形態の液体吐出ヘッドは、各加圧液室１１内にインクを満たした状態で、制御部（不図示）の制御の下、駆動ＩＣ６０から駆動電圧信号を各個別電極層に印加する。この駆動電圧信号としては、発振回路により生成した２０［Ｖ］のパルス電圧を用いることができる。このような電圧パルスを印加することにより、圧電体２１は、圧電効果により圧電体２１そのものが振動板４０と平行方向に縮む。これにより、振動板４０が加圧液室１１側へ凸になるように撓む結果、加圧液室１１内の圧力が急激に上昇し、加圧液室１１に連通するノズル孔３１からインク液滴が吐出される。
【００２３】
パルス電圧が印加された後は、縮んだ圧電体２１が元に戻り、これに伴って撓んだ振動板４０も元の位置に戻る。このため、加圧液室１１内が共通液室１３内に比べて負圧となり、液体供給口を介して供給されている液体が共通液体流路５１、共通液室１３から流体抵抗部１４を介して加圧液室１１へ供給される。これを繰り返すことにより、液滴を連続的に吐出できる。
以下、詳細を説明する。
【００２４】
［ノズル基板］
ノズル基板３０は、個々の加圧液室１１に対応した位置にノズル孔３１が形成されている。ノズル基板３０は、例えばＳＵＳからなる板に対して、パンチ加工、エッチング、シリコンエッチング、ニッケル電気鋳造、樹脂レーザー加工などを施すことにより形成されたものを用いることができる。
【００２５】
［アクチュエータ基板］
＜液室基板＞
液室基板１０としては、シリコン単結晶基板を用いることが好ましく、通常１００〜６００μｍの厚みを持つことが好ましい。面方位としては、（１００）、（１１０）、（１１１）と３種あるが、半導体産業では一般的に（１００）、（１１１）が広く使用されており、本構成においては、主に（１００）の面方位を持つ単結晶基板を主に使用した。
【００２６】
また、図１に示すような加圧液室１１を作製していく場合、エッチングを利用してシリコン単結晶基板を加工していく。この場合のエッチング方法としては、異方性エッチングを用いることが一般的である。異方性エッチングとは結晶構造の面方位に対してエッチング速度が異なる性質を利用したものである。例えばＫＯＨ等のアルカリ溶液に浸漬させた異方性エッチングでは、（１００）面に比べて（１１１）面は約１／４００程度のエッチング速度となる。従って、面方位（１００）では約５４°の傾斜を持つ構造体が作製できるのに対して、面方位（１１０）では深い溝をほることができるため、より剛性を保ちつつ、配列密度を高くすることができることが分かっている。本構成としては（１１０）の面方位を持った単結晶基板を使用することも可能である。但し、この場合、マスク材であるＳｉＯ２もエッチングされてしまうため、この点も留意して利用することが好ましい。
【００２７】
＜振動板＞
振動板４０は、圧電体２１によって発生した力を受けて変形変位して、加圧液室１１のインク滴を吐出させるため、所定の強度を有したものであることが好ましい。
振動板４０の材料としては、赤外線を透過する材料が挙げられ、例えば、Ｓｉ、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４などを例えばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学気相成長）法により作製したものが挙げられる。
【００２８】
本実施形態においては、図４に示すように振動板４０上の一部（後述するアクチュエータ基板の接合凸部２８の周縁部）には圧電素子２０が形成されない領域を有するが、圧電素子２０が形成される領域には、下部電極２３、圧電体２１の線膨張係数に近い材料を選択することが好ましい。特に、圧電体２１としては、一般的に材料としてＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）が使用されることから線膨張係数８×１０−６（１／Ｋ）に近い線膨張係数として、５×１０−６〜１０×１０−６の線膨張係数を有した材料が好ましく、さらには７×１０−６〜９×１０−６の線膨張係数を有した材料がより好ましい。
【００２９】
具体的な材料としては、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化イリジウム、酸化ルテニウム、酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化オスミウム、酸化レニウム、酸化ロジウム、酸化パラジウム及びそれらの化合物等であり、これらをスパッタ法もしくは、Ｓｏｌ−ｇｅｌ法を用いてスピンコーターにて作製することができる。膜厚としては０．１〜１０μｍが好ましく、０．５〜３μｍがさらに好ましい。この範囲より小さいと図１に示すような加圧液室の加工が難しくなり、この範囲より大きいと下地が変形変位しにくくなり、インク滴の吐出が不安定になる。
【００３０】
なお、後述する接合部の観察において赤外線（ＩＲ）顕微鏡による確認を行う観点から、振動板４０は、単層または、圧縮応力と引張応力との釣り合いが取れている積層構造であることが好ましい。振動板４０に傾斜を有する場合、ＩＲの乱反射により観察が困難となるためである。
単層である場合、ＳｉＯ２からなる層であることが好ましい。
積層構造としては、Ｓｉからなる層又はＳｉ３Ｎ４からなる層が、ＳｉＯ２からなる層に挟まれてなる構造が好ましい。具体的には、ＳｉＯ２−Ｓｉ３Ｎ４−ＳｉＯ２からなる振動板、もしくはＳｉＯ２−Ｓｉ−ＳｉＯ２−Ｓｉ３Ｎ４−ＳｉＯ２−Ｓｉ３Ｎ４―ＳｉＯ２−Ｓｉ−ＳｉＯ２からなる振動板、ＳｉＯ２−Ｓｉ−ＳｉＯ２が挙げられる。
【００３１】
＜下部電極（共通電極または個別電極）＞
下部電極２３としては、金属もしくは金属と酸化物からなっていることが好ましい。ここでどちらも振動板と金属膜の間に密着層を入れて剥がれ等を抑制するように工夫している。以下、密着層、及び金属電極膜、酸化物電極膜の詳細について記載する。
【００３２】
（密着層）
密着層は例えば次のように形成する。Ｔｉをスパッタ成膜後、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）装置を用いて、６５０〜８００℃、１〜３０分、Ｏ２雰囲気でチタン膜を熱酸化して、酸化チタン膜にする。酸化チタン膜を作成するには反応性スパッタでもよいがチタン膜の高温による熱酸化法が望ましい。反応性スパッタによる作製では、シリコン基板を高温で加熱する必要があるため、特別なスパッタチャンバ構成を必要とする。さらに、一般の炉による酸化よりも、ＲＴＡ装置による酸化の方がチタン酸化膜の結晶性が良好になる。なぜなら、通常の加熱炉による酸化によれば、酸化しやすいチタン膜は、低温においてはいくつもの結晶構造を作るため、一旦、それを壊す必要が生じるためである。従って、昇温速度の速いＲＴＡによる酸化の方が良好な結晶を形成するために有利になる。
【００３３】
またＴｉ以外の材料としてはＴａ、Ｉｒ、Ｒｕ等の材料でも好ましい。
膜厚としては、１０ｎｍ〜５０ｎｍが好ましく、１５ｎｍ〜３０ｎｍがさらに好ましい。この範囲未満の場合においては密着性に懸念があり、この範囲よりも大きいと、その上で作製する電極膜の結晶の質に影響が出てくる。
【００３４】
（金属電極膜）
金属電極膜の金属材料としては、従来から高い耐熱性と低い反応性を有する白金が用いられているが、鉛に対しては十分なバリア性を持つとはいえない場合もあり、イリジウムや白金−ロジウムなどの白金族元素や、これらの合金膜も挙げられる。また、白金を使用する場合には下地（特にＳｉＯ２）との密着性が悪いために、前述の密着層を先に積層することが好ましい。
【００３５】
作製方法としては、スパッタ法や真空蒸着等の真空成膜が一般的である。
膜厚としては、８０〜２００ｎｍが好ましく、１００〜１５０ｎｍが好ましい。この範囲より薄い場合においては、共通電極として十分な電流を供給することができなくなり、インク吐出をする際に不具合が発生することがある。さらにこの範囲より厚い場合においては、白金族元素の高価な材料を使用する場合においては、コストアップとなる。また、白金を材料とした場合においては、膜厚を厚くしていたったときに表面粗さが大きくなり、その上に作製する酸化物電極膜やＰＺＴの表面粗さや結晶配向性に影響を及ぼして、インク吐出に十分な変位が得られないような不具合が発生することがある。
【００３６】
（酸化物電極膜）
酸化物電極膜の材料としては、ＳｒＲｕＯ３（以下、適宜「ＳＲＯ」と略す）を用いることが好ましい。左記以外にも、Ｓｒｘ（Ａ）（１−ｘ）Ｒｕｙ（Ｂ）（１−ｙ）、Ａ＝Ｂａ、Ｃａ、Ｂ＝Ｃｏ、Ｎｉ、ｘ、ｙ＝０〜０．５で記述されるような材料についても挙げられる。酸化物電極膜は例えばスパッタ法等の成膜方法により作製することができる。スパッタ条件によって、ＳｒＲｕＯ３薄膜の膜質が変わるが、特に結晶配向性を重視し、例えば金属電極膜のＰｔ（１１１）にならってＳｒＲｕＯ３膜についても（１１１）配向させるためには、成膜温度については５００℃以上での基板加熱を行い、成膜することが好ましい。
【００３７】
ＳＲＯ成膜条件については、例えば室温成膜した後、ＲＴＡ処理にて結晶化温度（６５０℃）で熱酸加している。この場合、ＳＲＯ膜としては、十分結晶化され、電極としての比抵抗としても十分な値が得られるが、膜の結晶配向性としては、（１１０）が優先配向しやすくなり、その上に成膜するＰＺＴについても（１１０）配向しやすくなる。
【００３８】
例えばＰｔ（１１１）上に作製したＳＲＯ結晶性については、ＰｔとＳＲＯで格子定数が近いため、通常のθ−２θ測定では、ＳＲＯ（１１１）とＰｔ（１１１）の２θ位置が重なってしまい判別が難しい。Ｐｔについては消滅則の関係からＰｓｉ＝３５°傾けた２θが約３２°付近の位置には回折線が打ち消し合い、回折強度が見られない。そのため、Ｐｓｉ方向を約３５°傾けて、２θが約３２°付近のピーク強度で判断することでＳＲＯが（１１１）に優先配向しているかを確認することができる。
図１２に、２θ＝３２°に固定し、Ｐｓｉを振ったときのデータを示す。Ｐｓｉ＝０°ではＳＲＯ（１１０）ではほとんど回折強度が見られず、Ｐｓｉ＝３５°付近において、回折強度が見られる。このことから本成膜条件にて作製したものについては、ＳＲＯが（１１１）配向していることが確認できる。また、上述記載の室温成膜とＲＴＡ処理により作製されたＳＲＯについては、Ｐｓｉ＝０°のときにＳＲＯ（１１０）の回折強度が見られる。
【００３９】
圧電アクチュエータとして連続動作したときに、駆動させた後の変位量が、初期変位に比べてどのくらい劣化したかを見積もったところ、ＰＺＴの配向性が非常に影響しており、（１１０）では変位劣化抑制において不十分である。さらにＳＲＯ膜の表面粗さを見たときに、成膜温度に影響し、室温から３００℃では表面粗さが非常に小さく２ｎｍ以下になる。
【００４０】
粗さについてはＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、原子間力顕微鏡）により測定される表面粗さ（平均粗さ）を指標としている。表面粗さとしては、非常にフラットにはなっているが結晶性が十分でなく、その後成膜したＰＺＴの圧電アクチュエータとしての初期変位や連続駆動後の変位劣化については十分な特性が得られない。
表面粗さとしては、４ｎｍ〜１５ｎｍになっていることが好ましく、６ｎｍ〜１０ｎｍがさらに好ましい。この範囲を超えると、その後成膜したＰＺＴの絶縁耐圧が非常に悪く、リークしやすくなる。従って上述に示すような、結晶性や表面粗さを得るためには、成膜温度としては５００℃〜７００℃、好ましくは５２０℃〜６００℃である。
【００４１】
成膜後のＳｒとＲｕの組成比については、Ｓｒ／Ｒｕが０．８２以上１．２２以下であることが好ましい。この範囲から外れると比抵抗が大きくなり、電極として十分な導電性が得られなくなることがある。
【００４２】
さらにＳＲＯ膜の膜厚としては、４０ｎｍ〜１５０ｎｍが好ましく、５０ｎｍ〜８０ｎｍがさらに好ましい。この膜厚範囲よりも薄いと初期変位や連続駆動後の変位劣化については十分な特性が得られないことがあり、ＰＺＴのオーバーエッチングを抑制するためのストップエッチング層としての機能も得られにくくなる。この範囲を超えると、その後成膜したＰＺＴの絶縁耐圧が非常に悪く、リークしやすくなる。
【００４３】
また比抵抗としては、５×１０−３Ω・ｃｍ以下であることが好ましく、１×１０−３Ω・ｃｍ以下であることがさらに好ましい。この範囲よりも大きくなると共通電極として、上部電極２２との界面で接触抵抗が十分得られず、共通電極として十分な電流を供給することができなくなり、インク吐出をする際に不具合が発生することがある。
【００４４】
＜圧電体＞
圧電体２１の材料としては、ＰＺＴを主に使用した。ＰＺＴとはジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ３）とチタン酸（ＰｂＴｉＯ３）の固溶体で、その比率により特性が異なる。一般的に優れた圧電特性を示す組成は、ＰｂＺｒＯ３とＰｂＴｉＯ３の比率が５３：４７の割合で、化学式で示すとＰｂ（Ｚｒ０．５３，Ｔｉ０．４７）Ｏ３、一般ＰＺＴ（５３／４７）と示される。ＰＺＴ以外の複合酸化物としてはチタン酸バリウムなどが挙げられ、この場合はバリウムアルコキシド、チタンアルコキシド化合物を出発材料にし、共通溶媒に溶解させることでチタン酸バリウム前駆体溶液を作製することも可能である。
【００４５】
これら材料は一般式ＡＢＯ３で記述され、
Ａ＝Ｐｂ、Ｂａ、Ｓｒ
Ｂ＝Ｔｉ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｎｂ
を主成分とする複合酸化物が該当する。
その具体的な記述として（Ｐｂ１−ｘ，Ｂａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３、（Ｐｂ１−ｘ，Ｓｒ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３、これはＡサイトのＰｂを一部ＢａやＳｒで置換した場合である。このような置換は２価の元素であれば可能であり、その効果は熱処理中の鉛の蒸発による特性劣化を低減させる作用を示す。
【００４６】
作製方法としては、スパッタ法もしくは、Ｓｏｌ−ｇｅｌ法を用いてスピンコーターにて作製することができる。その場合は、パターニング化が必要となるので、フォトリソエッチング等により所望のパターンを得る。ＰＺＴをＳｏｌ−ｇｅｌ法により作製した場合、出発材料に酢酸鉛、ジルコニウムアルコキシド、チタンアルコキシド化合物を出発材料にし、共通溶媒としてメトキシエタノールに溶解させ均一溶液を得ることで、ＰＺＴ前駆体溶液が作製できる。金属アルコキシド化合物は大気中の水分により容易に加水分解してしまうので、前駆体溶液に安定剤としてアセチルアセトン、酢酸、ジエタノールアミンなどの安定化剤を適量、添加してもよい。
【００４７】
下地となる基板の全面に圧電体の膜（ＰＺＴ膜）を得る場合、スピンコートなどの溶液塗布法により塗膜を形成し、溶媒乾燥、熱分解、結晶化の各々の熱処理を施すことで得られる。塗膜から結晶化膜への変態には体積収縮が伴うので、クラックフリーな膜を得るには一度の工程で１００ｎｍ以下の膜厚が得られるように前駆体濃度の調整が必要になる。
【００４８】
圧電体２１の膜厚としては０．５〜５μｍが好ましく、さらに好ましくは１μｍ〜２μｍである。この範囲より小さいと十分な変位を発生することができなくなり、この範囲より大きいと何層も積層させていくため、工程数が多くなりプロセス時間が長くなる。
【００４９】
また比誘電率としては６００以上２０００以下の範囲になっていることが好ましく、さらに１２００以上１６００以下の範囲になっていることが好ましい。このとき、この値を満たないときには十分な変位特性が得られない、またこの値より大きくなると、分極処理が十分行われず、連続駆動後の変位劣化については十分な特性が得られないといった不具合が発生する。
【００５０】
＜上部電極（共通電極または個別電極）＞
上部電極２２としては、金属もしくは酸化物と金属からなっていることが好ましい。
以下に酸化物電極膜、金属電極膜の詳細について記載する。
【００５１】
（酸化物電極膜）
酸化物電極膜の材料等については、下部電極の酸化物電極膜と同様の構成とすることができる。膜厚としては、２０ｎｍ〜８０ｎｍが好ましく、４０ｎｍ〜６０ｎｍがさらに好ましい。この膜厚範囲よりも薄いと初期変位や変位劣化特性については十分な特性が得られにくくなる。この範囲を超えると、その後成膜したＰＺＴの絶縁耐圧が非常に悪く、リークしやすくなる。
【００５２】
（金属電極膜）
金属電極膜の材料等については、下部電極の金属電極膜と同様の構成とすることができる。膜厚としては３０〜２００ｎｍが好ましく、５０〜１２０ｎｍがさらに好ましい。この範囲より薄い場合においては、個別電極として十分な電流を供給することができなくなり、インク吐出をする際に不具合が発生することがある。さらにこの範囲より厚い場合においては、白金族元素の高価な材料を使用する場合においては、コストアップとなる。また白金を材料とした場合においては、膜厚を厚くしていたったときに表面粗さが大きくなり、絶縁保護膜を介して電極を作製する際に、膜剥がれ等のプロセス不具合が発生しやすくなる。
【００５３】
＜第１の絶縁保護膜（層間絶縁膜）＞
共通電極（上部電極２２または下部電極２３）及び圧電体２１と、後に形成する引き出し配線２６との間を絶縁するために、第１の絶縁保護膜（以下、「層間絶縁膜」という）２４を成膜する。
層間絶縁膜２４は、赤外線透過性を有する材料からなる。
また、成膜、エッチングの工程による圧電素子２０へのダメージを防ぐとともに、大気中の水分が透過しづらい材料を選定する必要があるため、緻密な無機材料とする必要がある。有機材料では、十分な保護性能を得るために膜厚を厚くする必要があるため、適さない。層間絶縁膜２４を厚い膜とした場合、振動板４０の変形を阻害してしまうため、吐出性能の低い液体吐出ヘッドなってしまうからである。
【００５４】
層間絶縁膜２４について、薄膜で高い保護性能を得るには、酸化物、窒化物、炭化物を用いるのが好ましいが、層間絶縁膜２４の下地となる電極材料、圧電体材料、振動板材料との密着性が高い材料を選定することが必要になる。また、成膜法も、圧電素子２０を損傷しない成膜方法を選定する必要がある。すなわち、反応性ガスをプラズマ化して基板上に堆積するプラズマＣＶＤ法や、プラズマをターゲット材に衝突させて飛ばすことで成膜するスパッタリング法は好ましくない。好ましい成膜方法としては、蒸着法、ＡＬＤ法などが例示できるが、使用できる材料の選択肢が広いＡＬＤ法が好ましい。
好ましい材料としては、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ３、ＴｉＯ２などのセラミクス材料に用いられる酸化膜が例として挙げられる。特にＡＬＤ法を用いることで、膜密度の非常に高い薄膜を作製し、プロセス中でのダメージを抑制することができる。
【００５５】
層間絶縁膜２４の膜厚は、圧電素子２０の保護性能を確保できる十分な薄膜とする必要があると同時に、振動板４０の変形を阻害しないように可能な限り薄くする必要がある。そのため、層間絶縁膜２４の膜厚の好ましい範囲は、２０ｎｍ〜１００ｎｍである。１００ｎｍより厚い場合は、振動板４０の変形量が低下するため、吐出効率の低い液体吐出ヘッドとなる。一方、２０ｎｍより薄い場合は、圧電素子２０の保護層としての機能が不足してしまうため、圧電素子２０の性能が低下してしまう。
【００５６】
また、層間絶縁膜２４を２層構成としてもよい。この場合は、２層目２４ｂの絶縁保護膜を厚くするとともに、振動板４０の変形を阻害しないように、圧電素子２０に重なる付近では２層目の絶縁保護膜２４ｂを除去して１層目の絶縁保護膜２４ａのみとする構成としてもよい。このとき、２層目の絶縁保護膜２４ｂとしては、任意の酸化物、窒化物、炭化物またはこれらの複合化合物を用いることができるが、半導体デバイスで一般的に用いられるＳｉＯ２を用いることができる。成膜は、任意の手法を用いることができ、ＣＶＤ法、スパッタリング法が例示でき、段差被覆を考慮すると、等方的に成膜できるＣＶＤ法を用いることが好ましい。
【００５７】
層間絶縁膜２４の膜厚は、共通電極と個別電極（上部電極２２と下部電極２３）の間に印加される電圧で絶縁破壊されない程度の膜厚とする必要がある。すなわち、印加される電界強度を、絶縁破壊しない範囲に設定する必要がある。さらには、層間絶縁膜２４の下地の表面性やピンホール等を考慮すると、層間絶縁膜２４の膜厚は２００ｎｍ以上であるのが好ましく、さらに好ましくは５００ｎｍ以上である。
【００５８】
＜引き出し配線＞
層間絶縁膜２４を成膜した後、個別電極（上部電極２２または下部電極２３）と引き出し配線２６とを接続するための接続孔２７をリソエッチ法で形成する。
また、共通電極（上部電極２２または下部電極２３）を別の引き出し配線と接続する場合には、同様に接続孔を層間絶縁膜２４に形成する。その後引き出し配線２６を形成する。
【００５９】
引き出し配線２６の材料としては、Ａｇ合金、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｉｒのいずれかからなる金属電極材料であることが好ましい。
作製方法としては、スパッタ法、スピンコート法を用いて作製し、その後フォトリソエッチング等により所望のパターンを得る。
引き出し配線２６の膜厚は、０．１〜２０μｍが好ましく、０．２〜１０μｍがさらに好ましい。この範囲より小さいと、抵抗が大きくなって電極（上部電極２２または下部電極２３）に十分な電流を流すことができなくなり、ヘッド吐出が不安定になる。また、この範囲より大きいと、プロセス時間が長くなる。
【００６０】
また、接続孔２７における個別電極（上部電極２２または下部電極２３）との接触抵抗は、１Ω以下が好ましく、さらに好ましくは０．５Ω以下である。また、接続孔２７における共通電極（上部電極２２または下部電極２３）との接触抵抗は、１０Ω以下が好ましく、さらに好ましくは５Ω以下である。これらの範囲を超えると、十分な電流を供給することができなくなり、液滴を吐出する際に不具合が発生する。
【００６１】
また、引き出し配線２６は保持基板５０の接着領域内にも介在することになる。そのため、本実施形態では、保持基板５０との接合部における高さの均一性を確保するために、圧電素子２０を挟んで引き出し配線２６とは反対側（共通液体流路５１側）において保持基板５０が接合される領域において、引き出し配線２６側の接着領域と同一の層構成の接合凸部２８を設け、保持基板５０との接合の信頼性を高めている。
【００６２】
＜第２の絶縁保護膜（パッシベーション膜）＞
引き出し配線２６の保護層として機能する第２の絶縁保護膜（以下、「パッシベーション膜」という）２５を成膜する。このようなパッシベーション膜２５を設けることで、引き出し配線２６の材料として、安価なＡｌもしくはＡｌを主成分とする合金材料を用いることができる。その結果、低コストかつ信頼性の高い液体吐出ヘッドとすることができる。
【００６３】
パッシベーション膜２５の材料としては、任意の無機材料、有機材料を使用することができるが、透湿性の低い材料とする必要がある。無機材料としては、酸化物、窒化物、炭化物等が例示でき、有機材料としては、ポリイミド、アクリル樹脂、ウレタン樹脂等が例示できる。ただし、有機材料の場合には厚膜とすることが必要となるため、後述のパターニングには適さない。そのため、薄膜で配線保護機能を発揮できる点で、無機材料とすることが好ましい。特に、Ａｌの引き出し配線２６に対してＳｉ３Ｎ４のパッシベーション膜２５を用いることが、半導体デバイスで実績のある技術であり、好適である。
【００６４】
また、パッシベーション膜２５の膜厚は２００ｎｍ以上とすることが好ましく、さらに好ましくは５００ｎｍ以上である。膜厚が薄い場合は十分なパッシベーション機能を発揮できないため、引き出し配線２６の腐食による断線が発生し、インクジェットの信頼性を低下させてしまう。
【００６５】
また、パッシベーション膜２５は、振動板４０の変形を阻害しないように、圧電素子２０及びその周囲に重なる部分を除去する（開口部分を形成する）のが好ましい。これにより、高効率かつ高信頼性の液体吐出ヘッドとすることが可能になる。圧電素子２０は絶縁膜で保護されているため、開口部分の形成には、フォトリソグラフィ法とドライエッチング法を用いることができる。
【００６６】
＜駆動ＩＣ接続部（個別電極パッド）＞
引き出し配線２６の端部には、駆動ＩＣ６０を接続するためのバンプ電極からなる接続部（以下、「個別電極パッド」という）６１を形成する。
個別電極パッド６１の形成方法としては、電解めっき法、無電解メッキ法及びスタッドバンプ法などがある。個別電極パッド６１の材料としては、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、はんだなどがある。駆動ＩＣ６０を個別電極パッド６１に接続する方法としては、例えば、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｐｒｉｎｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）を用いたＡＣＦ（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｆｉｌｍ）接合、ハンダ接合、ワイヤボンディング接合、駆動ＩＣ６０の出力端子と直接接合するフリップチップ接合などを選択的に用いることができる。ただし、ＦＰＣを用いると、ＦＰＣの部品コストがかかるため、ワイヤボンディング接合やフリップチップ接合の方がコスト的に有利である。また、ワイヤボンディング接合は、フリップチップ接合と比較してタクトが遅いため、生産性が悪く、狭ピッチ化にも不利である。そのため、本実施形態においては、フリップチップ接合により駆動ＩＣ６０を個別電極パッド６１に接続し、駆動ＩＣ６０をフリップチップ実装している。
【００６７】
［保持基板］
保持基板５０は、圧電素子２０に対向する部分に凹部５２を有し、凹部５２を画成する隔壁（脚部）５３の一部がアクチュエータ基板に接着剤７０によって接合される。
保持基板の上面図を図３に示す。
【００６８】
アクチュエータ基板は、加圧液室１１等の形成のために２０〜１００μｍ程度の厚みにすると十分な剛性を確保することができないので、保持基板５０を接合して剛性を確保している。そのため、保持基板５０は、樹脂などの低剛性材料ではなく、シリコンなどの高剛性材料であるのが好ましい。また、アクチュエータ基板の反りを防止するために、アクチュエータ基板に対して熱膨張係数の近い材料を選定する必要がある。そのため、ガラス、シリコンやＳｉＯ２、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３等のセラミクス材料とすることが好ましい。
【００６９】
保持基板５０の圧電素子２０に対向する振動板４０の変位領域に対応した位置には、凹部５２が形成されている。この凹部５２により、圧電素子２０が変形するための空間が確保される。
保持基板５０の各凹部５２は、１つの圧電素子２０ごとに区画されている。これにより板厚の薄いアクチュエータ基板でも十分な剛性を確保することができるとともに、各圧電素子２０を駆動した際に隣接する加圧液室１１間の相互干渉を低減することが可能となる。
【００７０】
図４に示すように、保持基板５０の凹部５２については、圧電素子２０ごとに区画されるため、圧電素子２０の高密度化のためには高度な加工精度が要求され、例えば３００ｄｐｉの画像記録が可能な液体吐出ヘッドを実現する場合には、保持基板５０の凹部５２を区画する隔壁５３の幅Ｔ１は５〜２０μｍとするのが好ましい。
【００７１】
＜封止材＞
駆動ＩＣ６０と引き出し配線２６の端部に形成されている個別電極パッド６１との接続部は、曲げや衝撃などの外力が加わると、駆動ＩＣ６０と個別電極パッド６１との接続が外れやすい。また、熱応力により、駆動ＩＣ６０と個別電極パッド６１との接続が外れるおそれもある。また、温度や湿度変化により、駆動ＩＣ６０と個別電極パッド６１との接続部に水分が付着して、接続部が腐食するおそれもある。そのため、駆動ＩＣ６０と個別電極パッド６１との接続部は、封止剤７１で封止、補強する必要がある。
【００７２】
本実施形態において、保持基板５０には、図２及び図３に示すように、駆動ＩＣ６０を収容するためのＩＣ収容部５５が形成されている。封止剤７１は、図２に示すように、保持基板５０のＩＣ収容部５５内に入れられる。これにより、駆動ＩＣ６０と個別電極パッド６１との接続部が封止剤７１によって覆われて封止される。
【００７３】
［接合部］
本実施形態においては、アクチュエータ基板と保持基板５０との接合部２９の状態が、加圧液室１１側から振動板４０を通して赤外線顕微鏡により観察される。
本実施形態の液体吐出ヘッドは、振動板４０が赤外線を透過する材料からなり、かつ接合凸部２８の周縁部に圧電素子２０が形成されていない領域を有するため、赤外線顕微鏡を用いた観察が可能である。
【００７４】
保持基板５０に設けられた凹部５２を画成する隔壁５３を、アクチュエータ基板上の接着領域である接合凸部２８に対し接着剤７０を用いて接合する。このとき、適量の接着剤７０でムラ無く接着させることが重要である。そのため、保持基板５０の隔壁５３とアクチュエータ基板の接合凸部２８との接合部２９において、接着剤７０の過剰なはみ出し（以下、「フィレット」ともいう）があるか否か、接着剤７０の不足箇所があるか否か等の接着状態を確認することが求められる。この接着状態の適否は、例えば、接着箇所に介在する接着剤７０のフィレット形状を見ることで判断することができる。
【００７５】
保持基板５０の隔壁５３とアクチュエータ基板上の接着領域である接合凸部２８との接合部２９については、保持基板５０の存在により外部から視認することができない。このため、赤外顕微鏡（ＩＲ顕微鏡）を用いて振動板４０越しに接着箇所である接合部２９を観測するという方法がとられる。
具体的には、振動領域への接着剤７０のはみ出し（フィレット７０ａ）の有無を確認する。
【００７６】
以下、本発明の実施例を説明する。
〔実施例１〕
アクチュエータ基板に関しては、６インチシリコンウェハ上に、振動板４０を形成した後、下部電極（共通電極）２３を形成した。
振動板４０はＳｉ基板の熱酸化によりＳｉＯ２を０．６μｍ、ＣＶＤ法により多結晶Ｓｉを０．２μｍ、Ｓｉ３Ｎ４を０．１μｍ、ＳｉＯ２を０．１μｍ、Ｓｉ３Ｎ４を０．１μｍ、ＳｉＯ２を０．１μｍ、多結晶Ｓｉを０．２μｍ、ＳｉＯ２を０．６μｍの順に成膜し、厚さ２．１μｍの積層構造（ＳｉＯ２−Ｓｉ−ＳｉＯ２−Ｓｉ３Ｎ４−ＳｉＯ２−Ｓｉ３Ｎ４―ＳｉＯ２−Ｓｉ−ＳｉＯ２）の振動板を形成した。このように形成した振動板４０は、十分な赤外線透過性を有する。
下部電極２３の形成では、まず密着層として、チタン膜（膜厚３０ｎｍ）をスパッタ装置にて成膜した後にＲＴＡを用いて７５０℃にて熱酸化し、引き続き、金属膜として白金膜（膜厚１００ｎｍ）、酸化物膜としてＳｒＲｕＯ３膜（膜厚６０ｎｍ）をスパッタ成膜して形成した。スパッタ成膜時の基板加熱温度は５５０℃とした。
【００７７】
次に、圧電体２１として、Ｐｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１１４：５３：４７に調整された溶液（ＰＺＴ前駆体溶液）を準備し、スピンコート法により圧電体膜を成膜して形成した。
具体的なＰＺＴ前駆体溶液は、出発材料に酢酸鉛三水和物、イソプロポキシドチタン、ノルマルプロポキシドジルコニウムを用いた。酢酸鉛の結晶水は、メトキシエタノールに溶解後に脱水した。化学量論組成に対して鉛量は過剰にしてある。これは、熱処理中のいわゆる鉛抜けによる結晶性低下を防ぐためである。イソプロポキシドチタン、ノルマルポキシドジルコニウムをメトキシエタノールに溶解し、アルコール交換反応、エステル化反応を進め、前記酢酸鉛を溶解したメトキシエタノール溶液と混合することで、ＰＺＴ前駆体溶液を合成した。このＰＺＴ前駆体溶液のＰＺＴ濃度は、０．５モル／Ｌとした。このＰＺＴ前駆体溶液を用い、スピンコートにより成膜し、成膜後、１２０℃で乾燥した後、５００℃で熱分解を行った。３層目の熱分解処理後、結晶化熱処理（温度７５０℃）をＲＴＡ（急速熱処理）にて行った。このときの膜厚は２４０ｎｍであった。この工程を計８回（２４層）実施し、約２μｍの膜厚の圧電体２１を得た。
【００７８】
次に、上部電極（個別電極）２２を形成した。
上部電極２２の形成では、まず、酸化物膜としてＳｒＲｕＯ３膜（膜厚４０ｎｍ）、金属膜としてＰｔ膜（膜厚１２５ｎｍ）をスパッタ成膜した。その後、東京応化社製フォトレジスト（ＴＳＭＲ８８００）をスピンコート法で成膜し、通常のフォトリソグラフィ法でレジストパターンを形成した後、ＩＣＰエッチング装置（サムコ社製）を用いてＰｔ膜、酸化物膜をエッチングした後、セミツール社製のレジスト剥離装置にて、アミン系の剥離液を用いて３０分レジスト剥離処理、およびキャノン社製のアッシャーにて３分のアッシング処理を行い、上部電極２２のパターニングを行った。
【００７９】
同様にフォトリソグラフィ法でレジストパターンを形成した後、圧電体２１をエッチングし、レジスト剥離処理、アッシング処理を行い、圧電体２１をパターニングした。
パターニング後の上面模式図を図５（Ａ）に示す。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）中の上部電極２２及び圧電体２１の部分拡大図である。
【００８０】
次に、フォトリソグラフィ法で下部電極２３のパターンを形成した後、レジスト剥離処理、アッシング処理を行い、下部電極２３をパターニングした。
パターニング後の上面模式図を図６（Ａ）に示す。
【００８１】
また、本実施例においては、３００個の圧電素子２０からなる圧電素子列を２列セットで１チップとしており、図１１に示すように、１つのシリコンウェハから６４個のチップが作製される。
なお、本実施例において、下部電極２３を共通電極、上部電極２２を個別電極にしているが、下部電極２３を個別電極、上部電極２２を共通電極とする態様であってもよい。
【００８２】
次に、第１の絶縁保護膜である層間絶縁膜２４を形成した。
層間絶縁膜２４の形成では、まず、ＡＬＤ工法を用いてＡｌ２Ｏ３膜を５０ｎｍ成膜した後、ＣＶＤ法を用いてＳｉＯ２膜を１μｍ成膜した。形成された層間絶縁膜２４は、赤外線を透過する。
層間絶縁膜２４の成膜後、エッチングにより接続孔２７を形成した。
【００８３】
次に、引き出し配線２６と共通電極用の配線並びに保持基板５０の５３が接着される接合凸部２８として、Ａｌをスパッタ成膜し、エッチングにより個別化した。
エッチング後の上面模式図を図７（Ａ）に示す。図７（Ｂ）は、図７（Ａ）の部分拡大図である。
【００８４】
次に、第２の絶縁保護膜であるパッシベーション膜２５を形成した。
パッシベーション膜２５の形成では、Ｓｉ３Ｎ４をプラズマＣＶＤ法により５００ｎｍ成膜し、エッチングによりＩＣ接続部を形成した。
次に、共通液体流路５１となる振動板４０の部分をドライエッチングにより除去した。
そして、各圧電素子２０から引き出された個別電極引き出し配線２６および図示しない共通配線上のＩＣ接続部に、Ａｕからなるスタッドバンプを形成し、図８（Ａ）及び（Ｂ）に示すようなアクチュエータ基板を形成した。
図８（Ａ）は圧電素子２０の配列方向に沿った断面図であり、図８（Ｂ）は圧電素子２０の配列方向に直交する方向の断面図である。
【００８５】
次に、保持基板５０を作成した。
まず、Ｓｉ基板を厚さ４００μｍに研磨し、保持基板５０のアクチュエータ基板側に酸化膜を形成した。次に、凹部５２、ＩＣ収容部５５、共通液体流路５１となる箇所の酸化膜を、フォトリソパターニングにより除去した。
その後、パターニングされた酸化膜上にレジストを形成し、ＩＣ収容部５５、共通液体流路５１などの保持基板５０を貫通する貫通孔を形成するためのレジストをフォトリソパターニングした。
そして、図３に示すように、ＩＣＰエッチングでＩＣ収容部５５、共通液体流路５１等の貫通孔を形成した。
【００８６】
続いて、保持基板５０のアクチュエータ基板側のレジストのみを除去し、はじめにパターニングした酸化膜パターンをマスクとして、アクチュエータ基板側をＩＣＰエッチングでハーフエッチングすることで、凹部５２を形成した。
最後に、全面の酸化膜を除去することで、ＩＣ収容部５５、共通液体流路５１、凹部５２が形成された保持基板５０を形成した。
【００８７】
このようにして形成された保持基板５０の接着面（隔壁５３のアクチュエータ基板と対向する当接面）に、エポキシ系の接着剤７０を、フレキソ印刷機により膜厚が２．０μｍとなるように塗布した。これをアクチュエータ基板の接合領域（接合凸部２８）に当接させた後、接着剤７０を硬化させ、保持基板５０とアクチュエータ基板とを接合した。
【００８８】
次いで、駆動ＩＣ６０をアクチュエータ基板の個別電極パッド６１上にフリップチップ実装し、ＩＣ収容部５５と駆動ＩＣ６０の隙間からＩＣ収容部５５内に封止剤（アンダーフィル）７１を注入し、硬化させた。
【００８９】
このように作成したアクチュエータ基板に対し、保持基板５０が接合された面とは反対面（液室基板１０）を研磨により８０μｍの厚さとした。研磨された面に、フォトリソパターニングにより加圧液室１１を形成した。
作成された基板の断面図を図９（Ａ）に示す。
図９（Ａ）に示すように、アクチュエータ基板は、保持基板５０との接合領域である接合部２９を構成する接合凸部２８の周縁部には、圧電素子２０が形成されていない領域を有している。
【００９０】
〔比較例１〕
アクチュエータ基板に関し、図６（Ｂ）に示すように下部電極２３をパターニングした以外は、実施例１と同様にしてアクチュエータ基板及び保持基板５０を作成し、これらを接合した。
作成された基板の断面図を図９（Ｂ）に示す。
【００９１】
〔接合部の観察〕
実施例１及び比較例１で作成した基板について、アクチュエータ基板と保持基板５０との接合部２９における接着状態の観察を行った。
接着状態としては、図９中符号Ｒで示す振動領域に対応する圧電素子２０が形成されている側への接着剤７０のはみ出しの有無を確認した。
観察は、接合部２９からの接着剤７０のはみ出し（以下、フィレット７０ａという）を検出し、その数を計測することにより行った。
観察対象としては、図１１に示した１つのシリコンウェハ上の６４個のチップに対して実施した。各チップには、３００個の圧電素子２０が形成されている。
【００９２】
実施例１の基板は、図９（Ａ）に示すように加圧液室１１側から赤外線顕微鏡（ＩＲ顕微鏡、株式会社ニコン製）により観察を行った。
比較例１の基板は、振動領域全面に圧電素子２０が形成されており、赤外線透過性が低く、加圧液室１１側からの赤外線顕微鏡による観察はできなかった。そのため、図９（Ｂ）に示すように、保持基板５０側から実施例１と同じ赤外線顕微鏡により観察を行った。
【００９３】
次いで、それぞれの基板を構成する保持基板５０を、図１０（Ａ）及び（Ｂ）に示すように隔壁５３を残して除去し、保持基板５０側から光学顕微鏡(オリンパス株式会社製)を用いて直接観察を行った。図９に示した態様における観察結果との比較を行い、破壊解析を行うことなく接着剤のはみ出しを正確に捉えられているかを比較した。
【００９４】
実施例１の基板を加圧液室１１側から赤外線顕微鏡を用いて観察した結果、鮮明な観察画像が得られ、微小なフィレット７０ａもすべて検出することができた。検出されたフィレット７０ａの総数は、光学顕微鏡の直接観察により検出された総数と同じであった。
一方、比較例１の基板を保持基板５０側から赤外線顕微鏡により観察を行った結果、保持基板５０の透過性や這い上がった接着剤７０が障害となり、鮮明な観察像画像が得られなかった。そのため微小なフィレット７０ａの検出が困難であり、検出されたフィレット７０ａの総数は、光学顕微鏡の直接観察により検出された総数の８０％程度であった。
【００９５】
また、実施例１の基板に別途作成したノズル基板３０を接合して液体吐出ヘッドを形成し、これをインクジェットヘッドとして画像形成装置によるインク吐出を実施した。
その結果、すべてのノズル孔３１から正常にインク滴が吐出されたことが確認された。
【００９６】
上述のように、本実施形態の液体吐出ヘッドによれば、圧電素子２０が設けられたアクチュエータ基板と、該圧電素子２０を収容する凹部５２が形成された保持基板５０との接合部２９の状態を高い精度で確認することができ、接合部２９の接着状態が良好で信頼性の高い液体吐出ヘッドを提供することができる。
【００９７】
次に、本発明に係る液体吐出ユニット、及び液体を吐出する装置について説明する。
本実施形態の液体吐出ユニットは、上述の本実施形態の液体吐出ヘッドを備えている。
また、本実施形態の液体を吐出する装置は、上述の本実施形態の液体吐出ヘッドを備えている。
【００９８】
本発明に係る液体を吐出する装置の一例について図１３及び図１４を参照して説明する。図１３は同装置の要部平面説明図、図１４は同装置の要部側面説明図である。
【００９９】
この装置は、シリアル型装置であり、主走査移動機構４９３によって、キャリッジ４０３は主走査方向に往復移動する。主走査移動機構４９３は、ガイド部材４０１、主走査モータ４０５、タイミングベルト４０８等を含む。ガイド部材４０１は、左右の側板４９１Ａ、４９１Ｂに架け渡されてキャリッジ４０３を移動可能に保持している。そして、主走査モータ４０５によって、駆動プーリ４０６と従動プーリ４０７間に架け渡したタイミングベルト４０８を介して、キャリッジ４０３は主走査方向に往復移動される。
【０１００】
このキャリッジ４０３には、本発明に係る液体吐出ヘッド４０４及びヘッドタンク４４１を一体にした液体吐出ユニット４４０を搭載している。液体吐出ユニット４４０の液体吐出ヘッド４０４は、例えば、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の各色の液体を吐出する。また、液体吐出ヘッド４０４は、複数のノズル孔６からなるノズル列を主走査方向と直交する副走査方向に配置し、吐出方向を下方に向けて装着している。
【０１０１】
液体吐出ヘッド４０４の外部に貯留されている液体を液体吐出ヘッド４０４に供給するための供給機構４９４により、ヘッドタンク４４１には、液体カートリッジ４５０に貯留されている液体が供給される。
【０１０２】
供給機構４９４は、液体カートリッジ４５０を装着する充填部であるカートリッジホルダ４５１、チューブ４５６、送液ポンプを含む送液ユニット４５２等で構成される。液体カートリッジ４５０はカートリッジホルダ４５１に着脱可能に装着される。ヘッドタンク４４１には、チューブ４５６を介して送液ユニット４５２によって、液体カートリッジ４５０から液体が送液される。
【０１０３】
この装置は、用紙４１０を搬送するための搬送機構４９５を備えている。搬送機構４９５は、搬送手段である搬送ベルト４１２、搬送ベルト４１２を駆動するための副走査モータ４１６を含む。
【０１０４】
搬送ベルト４１２は用紙４１０を吸着して液体吐出ヘッド４０４に対向する位置で搬送する。この搬送ベルト４１２は、無端状ベルトであり、搬送ローラ４１３と、テンションローラ４１４との間に掛け渡されている。吸着は静電吸着、あるいは、エアー吸引などで行うことができる。
【０１０５】
そして、搬送ベルト４１２は、副走査モータ４１６によってタイミングベルト４１７及びタイミングプーリ４１８を介して搬送ローラ４１３が回転駆動されることによって、副走査方向に周回移動する。
【０１０６】
さらに、キャリッジ４０３の主走査方向の一方側には搬送ベルト４１２の側方に液体吐出ヘッド４０４の維持回復を行う維持回復機構４２０が配置されている。
維持回復機構４２０は、例えば液体吐出ヘッド４０４のノズル面（ノズル孔６が形成された面）をキャッピングするキャップ部材４２１、ノズル面を払拭するワイパ部材４２２などで構成されている。
【０１０７】
主走査移動機構４９３、供給機構４９４、維持回復機構４２０、搬送機構４９５は、側板４９１Ａ，４９１Ｂ、背板４９１Ｃを含む筐体に取り付けられている。
【０１０８】
このように構成したこの装置においては、用紙４１０が搬送ベルト４１２上に給紙されて吸着され、搬送ベルト４１２の周回移動によって用紙４１０が副走査方向に搬送される。
そこで、キャリッジ４０３を主走査方向に移動させながら画像信号に応じて液体吐出ヘッド４０４を駆動することにより、停止している用紙４１０に液体を吐出して画像を形成する。
【０１０９】
このように、本実施形態にかかる液体を吐出する装置は、上述の本実施形態の液体吐出ヘッドを備えているので、高画質画像を安定して形成することができる。
【０１１０】
次に、本発明に係る液体吐出ユニットについて図１５を参照して説明する。図１５は液体吐出ユニットの一例の要部平面説明図である。
【０１１１】
この液体吐出ユニットは、前記液体を吐出する装置を構成している部材のうち、側板４９１Ａ、４９１Ｂ及び背板４９１Ｃで構成される筐体部分と、主走査移動機構４９３と、キャリッジ４０３と、液体吐出ヘッド４０４で構成されている。
【０１１２】
なお、この液体吐出ユニットの例えば側板４９１Ｂに、前述した維持回復機構４２０、及び供給機構４９４の少なくともいずれかを更に取り付けた液体吐出ユニットを構成することもできる。
【０１１３】
次に、本発明に係る液体吐出ユニットの更に他の例について図１６を参照して説明する。図１６は同ユニットの正面説明図である。
【０１１４】
この液体吐出ユニットは、流路部品４４４が取付けられた液体吐出ヘッド４０４と、流路部品４４４に接続されたチューブ４５６で構成されている。
【０１１５】
なお、流路部品４４４はカバー４４２の内部に配置されている。流路部品４４４に代えてヘッドタンク４４１を含むこともできる。また、流路部品４４４の上部には液体吐出ヘッド４０４と電気的接続を行うコネクタ４４３が設けられている。
【０１１６】
本願において、「液体を吐出する装置」は、液体吐出ヘッド又は液体吐出ユニットを備え、液体吐出ヘッドを駆動させて、液体を吐出させる装置である。液体を吐出する装置には、液体が付着可能なものに対して液体を吐出することが可能な装置だけでなく、液体を気中や液中に向けて吐出する装置も含まれる。
【０１１７】
この「液体を吐出する装置」は、液体が付着可能なものの給送、搬送、排紙に係わる手段、その他、前処理装置、後処理装置なども含むことができる。
【０１１８】
例えば、「液体を吐出する装置」として、インクを吐出させて用紙に画像を形成する装置である画像形成装置、立体造形物（三次元造形物）を造形するために、粉体を層状に形成した粉体層に造形液を吐出させる立体造形装置（三次元造形装置）がある。
【０１１９】
また、「液体を吐出する装置」は、吐出された液体によって文字、図形等の有意な画像が可視化されるものに限定されるものではない。例えば、それ自体意味を持たないパターン等を形成するもの、三次元像を造形するものも含まれる。
【０１２０】
上記「液体が付着可能なもの」とは、液体が少なくとも一時的に付着可能なものであって、付着して固着するもの、付着して浸透するものなどを意味する。具体例としては、用紙、記録紙、記録用紙、フィルム、布などの被記録媒体、電子基板、圧電素子などの電子部品、粉体層（粉末層）、臓器モデル、検査用セルなどの媒体であり、特に限定しない限り、液体が付着するすべてのものが含まれる。
【０１２１】
上記「液体が付着可能なもの」の材質は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス、壁紙や床材などの建材、衣料用のテキスタイルなど液体が一時的でも付着可能であればよい。
【０１２２】
また、「液体」は、インク、処理液、ＤＮＡ試料、レジスト、パターン材料、結着剤、造形液、又は、アミノ酸、たんぱく質、カルシウムを含む溶液及び分散液なども含まれる。
【０１２３】
また、「液体を吐出する装置」は、液体吐出ヘッドと液体が付着可能なものとが相対的に移動する装置があるが、これに限定するものではない。具体例としては、液体吐出ヘッドを移動させるシリアル型装置、液体吐出ヘッドを移動させないライン型装置などが含まれる。
【０１２４】
また、「液体を吐出する装置」としては他にも、用紙の表面を改質するなどの目的で用紙の表面に処理液を塗布するために処理液を用紙に吐出する処理液塗布装置、原材料を溶液中に分散した組成液をノズルを介して噴射させて原材料の微粒子を造粒する噴射造粒装置などがある。
【０１２５】
「液体吐出ユニット」とは、液体吐出ヘッドに機能部品、機構が一体化したものであり、液体の吐出に関連する部品の集合体である。例えば、「液体吐出ユニット」は、ヘッドタンク、キャリッジ、供給機構、維持回復機構、主走査移動機構の構成の少なくとも一つを液体吐出ヘッドと組み合わせたものなどが含まれる。
【０１２６】
ここで、一体化とは、例えば、液体吐出ヘッドと機能部品、機構が、締結、接着、係合などで互いに固定されているもの、一方が他方に対して移動可能に保持されているものを含む。また、液体吐出ヘッドと、機能部品、機構が互いに着脱可能に構成されていても良い。
【０１２７】
例えば、液体吐出ユニットとして、図１４で示した液体吐出ユニット４４０のように、液体吐出ヘッドとヘッドタンクが一体化されているものがある。また、チューブなどで互いに接続されて、液体吐出ヘッドとヘッドタンクが一体化されているものがある。ここで、これらの液体吐出ユニットのヘッドタンクと液体吐出ヘッドとの間にフィルタを含むユニットを追加することもできる。
【０１２８】
また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドとキャリッジが一体化されているものがある。
【０１２９】
また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドを走査移動機構の一部を構成するガイド部材に移動可能に保持させて、液体吐出ヘッドと走査移動機構が一体化されているものがある。また、図１５で示したように、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドとキャリッジと主走査移動機構が一体化されているものがある。
【０１３０】
また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドが取り付けられたキャリッジに、維持回復機構の一部であるキャップ部材を固定させて、液体吐出ヘッドとキャリッジと維持回復機構が一体化されているものがある。
【０１３１】
また、液体吐出ユニットとして、図１６で示したように、ヘッドタンク若しくは流路部品が取付けられた液体吐出ヘッドにチューブが接続されて、液体吐出ヘッドと供給機構が一体化されているものがある。
【０１３２】
主走査移動機構は、ガイド部材単体も含むものとする。また、供給機構は、チューブ単体、装填部単体も含むものする。
【０１３３】
また、「液体吐出ヘッド」は、使用する圧力発生手段が限定されるものではない。例えば、上記実施形態で説明したような圧電アクチュエータ（積層型圧電素子を使用するものでもよい。）以外にも、発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いるサーマルアクチュエータ、振動板と対向電極からなる静電アクチュエータなどを使用するものでもよい。
【０１３４】
また、本願の用語における、画像形成、記録、印字、印写、印刷、造形等はいずれも同義語とする。
【符号の説明】
【０１３５】
１０          液室基板
１１          加圧液室
１２          隔壁部
１３          共通液室
２０          圧電素子
２１          圧電体
２２          上部電極
２３          下部電極
２４          第１の絶縁保護膜（層間絶縁膜）
２５          第２の絶縁保護膜（パッシベーション膜）
２６          引き出し配線
２７          接続孔
２８          接合凸部
２９          接合部
３０          ノズル基板
３１          ノズル孔
４０          振動板
５０          保持基板
５１          共通液体流路
５２          凹部
５３          隔壁（脚部）
５５          ＩＣ収容部
６０          駆動ＩＣ
６１          個別電極パッド（接続部）
７０          接着剤
７１          封止材
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１３６】
【特許文献１】特許第３３６５４８５号公報
【特許文献２】特許第４２１８３０９号公報
【図１】
2019155844.tif 000003
【図２】
2019155844.tif 000004
【図３】
2019155844.tif 000005
【図４】
2019155844.tif 000006
【図５】
2019155844.tif 000007
【図６】
2019155844.tif 000008
【図７】
2019155844.tif 000009
【図８】
2019155844.tif 000010
【図９】
2019155844.tif 000011
【図１０】
2019155844.tif 000012
【図１１】
2019155844.tif 000013
【図１２】
2019155844.tif 000014
【図１３】
2019155844.tif 000015
【図１４】
2019155844.tif 000016
【図１５】
2019155844.tif 000017
【図１６】
2019155844.tif 000018