(57)【要約】【課題】圧電素子保持部を確実に封止することができる液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置を提供する。【解決手段】液体を吐出するノズル開口２１に連通する圧力発生室１２が画成されるシリコン単結晶基板からなる流路形成基板１０と、該流路形成基板１０の一方面側に振動板を介して設けられる圧電素子３００と、シリコン単結晶基板からなり前記圧電素子３００の設けられた前記流路形成基板１０の前記圧電素子３００側の面に当該圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を確保した状態でその空間を密封可能な圧電素子保持部３２を有する封止基板３０とを具備し、前記封止基板３０に設けられて前記圧電素子保持部３２と外部とを連通する封止孔３３を接着剤３４で封止することにより当該圧電素子保持部３２が密封されている液体噴射ヘッドにおいて、前記封止孔３３の内壁表面の少なくとも前記圧電素子保持部３２とは反対側の開口近傍及び当該開口周縁部に金属酸化膜４００が設けられている液体噴射ヘッドとする。【選択図】        図３
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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開口に連通する圧力発生室が画成されるシリコン単結晶基板からなる流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に振動板を介して設けられる圧電素子と、シリコン単結晶基板からなり前記圧電素子の設けられた前記流路形成基板の前記圧電素子側の面に当該圧電素子の運動を阻害しない程度の空間を確保した状態でその空間を密封可能な圧電素子保持部を有する封止基板とを具備し、前記封止基板に設けられて前記圧電素子保持部と外部とを連通する封止孔を接着剤で封止することにより当該圧電素子保持部が密封されている液体噴射ヘッドにおいて、
前記封止孔の内壁表面の少なくとも前記圧電素子保持部とは反対側の開口近傍及び当該開口周縁部に金属酸化膜が設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
請求項１において、前記金属酸化膜が、ケイ素、タンタル、ニッケル、クロム又は銅の何れかの金属の酸化物からなることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記接着剤と前記金属酸化膜とが化学的に結合していることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項４】
請求項３において、前記接着剤を構成する成分がヒドロキシ基又はアルコキシ基の少なくとも一つを有することを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項５】
請求項３又は４において、前記接着剤と前記金属酸化膜とがカップリング剤を介して結合していることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項６】
請求項５において、前記カップリング剤の分子鎖の一方の端部にヒドロキシ基又はアルコキシ基の少なくとも一つを有し、且つ他の端部にアミノ基、カルボキシ基又はエポキシ基を有することを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項７】
請求項１〜６の何れかにおいて、前記接着剤がエポキシ系接着剤であることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項８】
請求項１〜７の何れかの液体噴射ヘッドを有することを特徴とする液体噴射装置。
【請求項９】
液体を吐出するノズル開口に連通する圧力発生室が画成されるシリコン単結晶基板からなる流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に振動板を介して設けられる圧電素子と、シリコン単結晶基板からなり前記圧電素子の設けられた前記流路形成基板の前記圧電素子側の面に当該圧電素子の運動を阻害しない程度の空間を確保した状態でその空間を密封可能な圧電素子保持部を有する封止基板とを具備し、前記封止基板に設けられて前記圧電素子保持部と外部とを連通する封止孔を接着剤で封止することにより当該圧電素子保持部が密封されている液体噴射ヘッドの製造方法において、
前記封止基板に前記封止孔を形成する工程と、前記封止孔の内壁表面の少なくとも前記圧電素子保持部とは反対側の開口近傍及び当該開口周縁部に金属酸化膜を形成する工程と、この金属酸化膜を形成した封止基板と前記流路形成基板とを接合する工程と、金属酸化膜を形成した封止孔を接着剤で密封する工程と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１０】
請求項９において、前記金属酸化膜を形成する工程の後、当該金属酸化膜表面にカップリング剤層を設ける工程をさらに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１１】
請求項１０において、前記金属酸化膜表面に前記カップリング剤層を設ける際に焼成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１２】
請求項９〜１１の何れかにおいて、前記金属酸化膜を蒸着法、スパッタ法又はＣＶＤ法の何れかにより形成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１３】
請求項１０〜１２の何れかにおいて、前記カップリング剤層を蒸着法又は浸漬処理により形成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１４】
請求項９〜１３の何れかにおいて、前記封止孔を、前記封止基板の表面にマスクパターンを形成した後エッチングすることにより形成することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板の表面に圧電素子を形成して、圧電素子の変位によりノズル開口から液滴を噴射させる液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液体噴射装置としては、例えば、圧電素子や発熱素子によりインク滴吐出のための圧力を発生させる複数の圧力発生室と、各圧力発生室にインクを供給する共通のリザーバと、各圧力発生室に連通するノズル開口とを備えたインクジェット式記録ヘッドを具備するインクジェット式記録装置があり、このインクジェット式記録装置では、印字信号に対応するノズル開口と連通した圧力発生室のインクに吐出エネルギを印加してノズル開口からインク滴を吐出させる。
【０００３】
インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧してノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドには、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の２種類が実用化されている。
【０００４】
前者は圧電素子の端面を振動板に当接させることにより圧力発生室の容積を変化させることができて、高密度印刷に適したヘッドの製作が可能である反面、圧電素子をノズル開口の配列ピッチに一致させて櫛歯状に切り分けるという困難な工程や、切り分けられた圧電素子を圧力発生室に位置決めして固定する作業が必要となり、製造工程が複雑であるという問題がある。
【０００５】
これに対して後者は、圧電材料のグリーンシートを圧力発生室の形状に合わせて貼付し、これを焼成するという比較的簡単な工程で振動板に圧電素子を作り付けることができるものの、たわみ振動を利用する関係上、ある程度の面積が必要となり、高密度配列が困難であるという問題がある。
【０００６】
一方、後者の記録ヘッドの不都合を解消すべく、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧電材料層を形成し、この圧電材料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圧力発生室毎に独立するように圧電素子を形成することで高密度配列を実現したものがある。
【０００７】
また、圧力発生室が形成される流路形成基板の圧電素子側の一方面には、この圧電素子を封止する圧電素子保持部を有する封止基板が接合されることで、圧電素子の外部環境に起因する破壊が防止されている。この圧電素子保持部を封止する方法としては、封止基板に圧電素子保持部と外部とを連通する封止孔を設け、流路形成基板に封止基板を接合後、封止孔に樹脂等からなる封止部材（接着剤）を充填することで封止孔を密封し圧電素子保持部を密封している。（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−１６０３６６号公報（第６頁、図２（ｂ））
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、封止孔を封止部材で密封しても、十分に密封できないためか、外気が封止孔から侵入して圧電素子に悪影響を与えてしまうという問題がある。
【００１０】
なお、このような問題は、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だけではなく、勿論、インク以外を吐出する他の液体噴射ヘッドの製造方法においても、同様に存在する。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑み、圧電素子保持部を確実に封止することができる液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置を提供することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、液体を吐出するノズル開口に連通する圧力発生室が画成されるシリコン単結晶基板からなる流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に振動板を介して設けられる圧電素子と、シリコン単結晶基板からなり前記圧電素子の設けられた前記流路形成基板の前記圧電素子側の面に当該圧電素子の運動を阻害しない程度の空間を確保した状態でその空間を密封可能な圧電素子保持部を有する封止基板とを具備し、前記封止基板に設けられて前記圧電素子保持部と外部とを連通する封止孔を接着剤で封止することにより当該圧電素子保持部が密封されている液体噴射ヘッドにおいて、前記封止孔の内壁表面の少なくとも前記圧電素子保持部とは反対側の開口近傍及び当該開口周縁部に金属酸化膜が設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００１３】
かかる第１の態様では、封止孔の内壁表面の開口近傍及び当該開口周縁部に金属酸化膜が設けられており、接着剤との密着性が良好であるので、圧電素子保持部が確実に封止される。すなわち、大気中の水分が封止孔を通って圧電素子保持部内に侵入することがなく、水分に起因する圧電素子の破壊を防止できる。
【００１４】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記金属酸化膜が、ケイ素、タンタル、ニッケル、クロム又は銅の何れかの金属の酸化物からなることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００１５】
かかる第２の態様では、金属酸化膜をケイ素、タンタル、ニッケル、クロム又は銅の酸化物とすることにより、金属酸化膜と接着剤とが良好に密着する。
【００１６】
本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記接着剤と前記金属酸化膜とが化学的に結合していることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００１７】
かかる第３の態様では、接着剤と金属酸化膜とが化学的に結合することにより、金属酸化膜と接着剤とが強固に密着する。
【００１８】
本発明の第４の態様は、第３の態様において、前記接着剤を構成する成分がヒドロキシ基又はアルコキシ基の少なくとも一つを有することを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００１９】
かかる第４の態様では、接着剤を構成する成分の分子鎖のヒドロキシ基又はアルコキシ基が、金属酸化膜と化学的に結合する。
【００２０】
本発明の第５の態様は、第３又は４の態様において、前記接着剤と前記金属酸化膜とがカップリング剤を介して結合していることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００２１】
かかる第５の態様では、接着剤と金属酸化膜とがカップリング剤を介して化学的に強固に結合する。
【００２２】
本発明の第６の態様は、第５の態様において、前記カップリング剤の分子鎖の一方の端部にヒドロキシ基又はアルコキシ基の少なくとも一つを有し、且つ他の端部にアミノ基、カルボキシ基又はエポキシ基を有することを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００２３】
かかる第６の態様では、カップリング剤のヒドロキシ基又はアルコキシ基が金属酸化膜と化学的に結合し、また、カップリング剤のアミノ基、カルボキシ基又はエポキシ基が接着剤と化学的に結合するため接着剤と金属酸化膜とが相互に結合する。
【００２４】
本発明の第７の態様は、第１〜６の何れかの態様において、前記接着剤がエポキシ系接着剤であることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００２５】
かかる第７の態様では、エポキシ系接着剤の主剤又は硬化剤の官能基を介して金属酸化膜と良好に密着する。
【００２６】
本発明の第８の態様は、第１〜７の何れかの態様の液体噴射ヘッドを有することを特徴とする液体噴射装置にある。
【００２７】
かかる第８の態様では、圧電素子保持部を確実に封止することができ、信頼性及び耐久性を向上した液体噴射装置を提供することができる。
【００２８】
本発明の第９の態様は、液体を吐出するノズル開口に連通する圧力発生室が画成されるシリコン単結晶基板からなる流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に振動板を介して設けられる圧電素子と、シリコン単結晶基板からなり前記圧電素子の設けられた前記流路形成基板の前記圧電素子側の面に当該圧電素子の運動を阻害しない程度の空間を確保した状態でその空間を密封可能な圧電素子保持部を有する封止基板とを具備し、前記封止基板に設けられて前記圧電素子保持部と外部とを連通する封止孔を接着剤で封止することにより当該圧電素子保持部が密封されている液体噴射ヘッドの製造方法において、前記封止基板に前記封止孔を形成する工程と、前記封止孔の内壁表面の少なくとも前記圧電素子保持部とは反対側の開口近傍及び当該開口周縁部に金属酸化膜を形成する工程と、この金属酸化膜を形成した封止基板と前記流路形成基板とを接合する工程と、金属酸化膜を形成した封止孔を接着剤で密封する工程と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。
【００２９】
かかる第９の態様では、封止孔の内壁表面の開口近傍及び当該開口周縁部に金属酸化膜が設けられており、接着剤との密着性が良好であるので、圧電素子保持部を確実に封止することができる。
【００３０】
本発明の第１０の態様は、第９の態様において、前記金属酸化膜を形成する工程の後、当該金属酸化膜表面にカップリング剤層を設ける工程をさらに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。
【００３１】
かかる第１０の態様では、金属酸化膜表面にカップリング剤層を設けることにより、カップリング層を介して金属酸化膜と接着剤とを強固に結合することができる。
【００３２】
本発明の第１１の態様は、第１０の態様において、前記金属酸化膜表面に前記カップリング剤層を設ける際に焼成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。
【００３３】
かかる第１１の態様では、カップリング剤層を焼成することによりカップリング剤層と金属酸化膜との結合を強固にすることができる。
【００３４】
本発明の第１２の態様は、第９〜１１の何れかの態様において、前記金属酸化膜を蒸着法、スパッタ法又はＣＶＤ法の何れかにより形成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。
【００３５】
かかる第１２の態様では、蒸着法、スパッタ法又はＣＶＤ法を用いることにより金属酸化膜を好適に封止孔内壁表面の開口近傍及び当該開口周縁部に設けることができる。
【００３６】
本発明の第１３の態様は、第１０〜１２の何れかの態様において、前記カップリング剤層を蒸着法又は浸漬処理により形成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。
【００３７】
かかる第１３の態様では、蒸着法又は浸漬処理を用いることにより、カップリング剤層を好適に金属酸化膜上に設けることができる。
【００３８】
本発明の第１４の態様は、第９〜１３の何れかの態様において、前記封止孔を、前記封止基板の表面にマスクパターンを形成した後エッチングすることにより形成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。
【００３９】
かかる第１４の態様では、所望の形状の封止孔を形成することができる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
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に係るインクジェット式記録ヘッドを示す分解斜視図であり、図２は、インクジェット式記録ヘッドの平面図であり、図３は、図２の断面図である。図示するように、流路形成基板１０は、本実施形態では面方位（１１０）のシリコン単結晶基板からなり、その一方の面には、異方性エッチングにより形成された複数の圧力発生室１２がその幅方向に並設されている。また、圧力発生室１２の長手方向外側には、後述する封止基板３０のリザーバ部３１と連通して各圧力発生室１２の共通インク室となるリザーバの一部を構成する連通部１３が形成され、各圧力発生室１２の長手方向一端部とそれぞれインク供給路１４を介して連通されている。また、この流路形成基板１０の一方の面は開口面となり、他方の面には予め熱酸化により形成した二酸化シリコンからなる、厚さ１〜２μｍの弾性膜５０が形成されている。
【００４１】
ここで、異方性エッチングは、シリコン単結晶基板のエッチングレートの違いを利用して行われる。例えば、本実施形態では、シリコン単結晶基板をＫＯＨ等のアルカリ溶液に浸漬すると、徐々に侵食されて（１１０）面に垂直な第１の（１１１）面と、この第１の（１１１）面と約７０度の角度をなし且つ上記（１１０）面と約３５度の角度をなす第２の（１１１）面とが出現し、（１１０）面のエッチングレートと比較して（１１１）面のエッチングレートが約１／１８０であるという性質を利用して行われる。かかる異方性エッチングにより、二つの第１の（１１１）面と斜めの二つの第２の（１１１）面とで形成される平行四辺形状の深さ加工を基本として精密加工を行うことができ、圧力発生室１２を高密度に配列することができる。
【００４２】
本実施形態では、各圧力発生室１２の長辺を第１の（１１１）面で、短辺を第２の（１１１）面で形成している。この圧力発生室１２は、流路形成基板１０をほぼ貫通して弾性膜５０に達するまでエッチングすることにより形成されている。ここで、弾性膜５０は、シリコン単結晶基板をエッチングするアルカリ溶液に侵される量がきわめて小さい。また各圧力発生室１２の一端に連通する各インク供給路１４は、圧力発生室１２より浅く形成されており、圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。すなわち、インク供給路１４は、シリコン単結晶基板を厚さ方向に途中までエッチング（ハーフエッチング）することにより形成されている。なお、ハーフエッチングは、エッチング時間の調整により行われる。
【００４３】
なお、このような圧力発生室１２等が形成される流路形成基板１０の厚さは、圧力発生室１２を配設する密度に合わせて最適な厚さを選択することが好ましい。例えば、１インチ当たり１８０個（１８０ｄｐｉ）程度に圧力発生室１２を配置する場合には、流路形成基板１０の厚さは、１８０〜２８０μｍ程度、より望ましくは、２２０μｍ程度とするのが好適である。また、例えば、３６０ｄｐｉ程度と比較的高密度に圧力発生室１２を配置する場合には、流路形成基板１０の厚さは、１００μｍ以下とするのが好ましい。これは、隣接する圧力発生室１２間の隔壁１１の剛性を保ちつつ、配列密度を高くできるからである。
【００４４】
また、流路形成基板１０の開口面側には、各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側で連通するノズル開口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を介して固着されている。なお、ノズルプレート２０は、厚さが例えば、０．１〜１ｍｍで、線膨張係数が３００℃以下で、例えば２．５〜４．５［×１０-6／℃］であるガラスセラミックス、又は不錆鋼などからなる。ノズルプレート２０は、一方の面で流路形成基板１０の一面を全面的に覆い、シリコン単結晶基板を衝撃や外力から保護する補強板の役目も果たす。また、ノズルプレート２０は、流路形成基板１０と熱膨張係数が略同一の材料で形成するようにしてもよい。この場合には、流路形成基板１０とノズルプレート２０との熱による変形が略同一となるため、熱硬化性の接着剤等を用いて容易に接合することができる。
【００４５】
ここで、インク滴吐出圧力をインクに与える圧力発生室１２の大きさと、インク滴を吐出するノズル開口２１の大きさとは、吐出するインク滴の量、吐出スピード、吐出周波数に応じて最適化される。例えば、１インチ当たり３６０個のインク滴を記録する場合、ノズル開口２１は数十μｍの直径で精度よく形成する必要がある。
【００４６】
一方、流路形成基板１０の開口面とは反対側の弾性膜５０の上には、厚さが例えば、約０．２μｍの下電極膜６０と、厚さが例えば、約１μｍの圧電体層７０と、厚さが例えば、約０．１μｍの上電極膜８０とが、後述するプロセスで積層形成されて、圧電素子３００を構成している。ここで、圧電素子３００は、下電極膜６０、圧電体層７０、及び上電極膜８０を含む部分をいう。一般的には、圧電素子３００の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層７０を各圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。そして、ここではパターニングされた何れか一方の電極及び圧電体層７０から構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部という。本実施形態では、下電極膜６０は圧電素子３００の共通電極とし、上電極膜８０を圧電素子３００の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。何れの場合においても、各圧力発生室毎に圧電体能動部が形成されていることになる。また、ここでは、圧電素子３００と当該圧電素子３００の駆動により変位が生じる振動板とを合わせて圧電アクチュエータと称する。なお、上述した例では、弾性膜５０と下電極膜６０とが振動板として作用するが、下電極膜が弾性膜を兼ねるようにしてもよい。また、このような各圧電素子３００の上電極膜８０には、例えば、金（Ａｕ）等からなる引き出し電極９０がそれぞれ接続されている。この引き出し電極９０は、各圧電素子３００の長手方向端部近傍から引き出され、インク供給路１４に対応する領域の弾性膜５０上までそれぞれ延設されている。
【００４７】
また、流路形成基板１０の圧電素子３００側には、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を確保した状態で、その空間を密封可能な圧電素子保持部３２を有する封止基板３０が接着剤１３０を介して接合されている。また、封止基板３０は、各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１０５の少なくとも一部を構成するリザーバ部３１を有する。このリザーバ部３１は、本実施形態では、封止基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２の幅方向に亘って形成されており、弾性膜５０を貫通して設けられた貫通孔５１を介して流路形成基板１０の連通部１３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１０５を構成している。
【００４８】
さらに、封止基板３０の圧電素子保持部３２とリザーバ部３１との間、すなわちインク供給路１４に対応する領域には、この封止基板３０を厚さ方向に貫通する接続孔３５が設けられている。そして各圧電素子３００から引き出された引き出し電極９０は、この接続孔３５まで延設されており、ワイヤボンディング等により図示しない外部配線と接続されている。この封止基板３０としては、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料を用いることが好ましく、本実施形態では、流路形成基板１０と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成した。
【００４９】
さらに、封止基板３０の引き出し電極９０に対向する領域には、圧電素子保持部３２と外部とを連通する封止孔３３が設けられている。この封止孔３３の一部は、図２に示すように、封止基板３０と流路形成基板１０との接合面側に、複数回屈曲して形成することで狭い領域で路長を長くした溝部３３ａで構成されている。なお、本実施形態では上述のように封止孔３３の一部が屈曲するように設けたが、外部と圧電素子保持部とが直線的に連通する封止孔としてもよい。
【００５０】
このような封止孔３３は、充填された未硬化接着剤が硬化してなる接着剤３４によって封止される。この接着剤３４によって水分を除去した状態の圧電素子保持部３２が外部環境と遮断された状態で封止され、圧電素子３００はこの圧電素子保持部３２内に密封されている。なお、封止孔３３を接着剤３４で密封するには、未硬化状態の接着剤を封止孔３３内に充填し、硬化させるようにするが、本実施形態では、未硬化状態の接着剤が圧電素子保持部３２内まで達しないようにするために、上述したように封止孔３３に複数回屈曲した溝部３３ａを設けてある。
【００５１】
また、封止孔３３の圧電素子保持部３２とは反対側の開口近傍の拡大図である図３（ｂ）に示すように、封止孔３３の内壁表面の少なくとも圧電素子保持部３２とは反対側の開口近傍及び当該開口周縁部に金属酸化膜４００が設けられている。この金属酸化膜４００は、例えば、封止基板３０全面に設けられていてもよく（図３（ｃ））、また、封止孔３３の内壁表面全面に設けられていてもよい。また、接着剤３４は金属酸化膜４００が形成されていない領域まで達していてもよい。いずれにしても金属酸化膜４００は、封止孔３３の内壁表面に外気が接着剤３４と金属酸化膜４００との界面を通って侵入しない深さまで設ければよい。なお、金属酸化膜４００の膜厚は特に限定されないが、例えば、０．０５〜５μｍとすることが好ましい。
【００５２】
このように封止孔３３の内壁表面の少なくとも圧電素子保持部３２とは反対側の開口近傍及び当該開口周縁部に金属酸化膜４００を設けたのは、接着剤３４で封止する際に接着剤３４との密着性を向上させるためである。すなわち、金属酸化膜４００を設けないで圧電素子保持部３２を密封しようとすると、圧電素子保持部３２の水分を除去した状態で密封しようとしても、シリコン単結晶基板からなる封止基板３０と接着剤３４との密着性が悪いためか、封止時に圧電素子保持部３２内部に水分が入ってしまうという問題が発生する。これに対し本発明においては、このシリコン単結晶基板からなる封止基板３０の封止孔３３に金属酸化膜４００を設けたので、接着剤３４との密着性が向上し、封止時及び接着剤硬化後に外気が封止孔３３を通って圧電素子保持部３２内に侵入することがなく、圧電素子保持部３２を確実に封止することができる。
【００５３】
なお、この金属酸化膜は、ケイ素（Ｓｉ）、タンタル（Ｔａ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）又は銅（Ｃｕ）等、貴金属以外の金属の酸化物で形成することが好ましい。このような金属酸化膜４００を設けると、シリコン単結晶基板面と比較して接着剤３４との密着性が向上する。したがって、接着剤３４としては、それ自体が水分等の透過性がなく、金属酸化膜４００との密着性が良好なものを用いればよく、好適にはエポキシ系の接着剤を用いることができる。
【００５４】
また、接着剤３４として金属酸化膜４００と化学的に結合するものを用いてもよい。すなわち、金属酸化膜４００の表面にはヒドロキシ基が存在するので、このヒドロキシ基と化学的に結合する官能基、例えば、ヒドロキシ基やアルコキシ基を有する接着剤を用いることにより、金属酸化膜４００と接着剤３４との密着性をさらに向上させることができる。このような接着剤としては、例えば、ヒドロキシ基やアルコキシ基を有するエポキシ系接着剤、シリコーン系接着剤、側鎖にヒドロキシ基やアルコキシ基を有するイミド系又はアミド系の接着剤等を挙げることができる。
【００５５】
金属酸化膜４００と接着剤３４とを化学的に結合して密着性を向上させるには、金属酸化膜４００と接着剤３４との間に、カップリング剤層を設けるのが好ましい。このカップリング剤は、金属酸化膜４００と化学的に結合する官能基と、接着剤３４と化学的に結合する官能基とを有し、金属酸化膜４００と接着剤３４とを化学的に結合するものであれば特に限定されない。
【００５６】
ここで、接着剤３４としてエポキシ系接着剤を用いた場合について説明する。エポキシ系接着剤は一般的にはエポキシ基を有する高分子材料からなる主剤と、アミノ基又はカルボニル基を有する硬化剤とからなり、両者を混合して反応させることにより熱硬化性樹脂を形成するものである。この場合、カップリング剤としては、分子鎖の一方の端部にヒドロキシ基又はアルコキシ基の少なくとも一つを有し、且つ他の端部にアミノ基、カルボキシ基又はエポキシ基を有するものを用いることができる。具体的には下記式（１）で表されるようなシランカップリング剤を挙げることができる。なお、この式（１）は模式的に表したもので、シランカップリング剤はこれに限定されるものではない。
【００５７】
【化１】
2004188941.tif 000003
【００５８】
（式中Ｘはヒドロキシ基又はアルコキシ基を表し、Ｙはアミノ基、カルボキシ基又はエポキシ基を表す。また、ｎは任意の整数を表す。）
【００５９】
例えば、カップリング剤と金属酸化膜４００との結合状態の模式図である図４に示すように、金属酸化膜４００がＳｉＯ２であり、シランカップリング剤がヒドロキシ基及びアミノ基を有する場合は、シランカップリング剤を金属酸化膜４００上に塗布すると、シランカップリング剤のヒドロキシ基が金属酸化膜４００の表面のヒドロキシ基と水素結合により結合する。さらにこれを焼成すると、脱水して共有結合により強固に結合する（図５参照）。これらの状態がカップリング剤層を金属酸化膜４００上に設けた状態であり、図４及び図５に示すように、表面にアミノ基が存在することになる。ここでエポキシ系接着剤が塗布されると、シランカップリング剤のアミノ基がエポキシ系接着剤の主剤中のエポキシ基と反応することになり、金属酸化膜４００と接着剤３４とが化学的に結合して密着する。なお、シランカップリング剤がアミノ基の代わりにエポキシ基を有すると、シランカップリング剤のエポキシ基はエポキシ系接着剤の硬化剤中のアミノ基又はカルボニル基と反応する。また、シランカップリング剤がアルコキシ基を有すると、このアルコキシ基が加水分解してヒドロキシ基となり、上記のようにして金属酸化膜４００と結合する。
【００６０】
カップリング剤の好ましい具体例としては、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−２（アミノエチル）３−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、３−アミノプロピルトリメトキシシランを挙げることができる。
【００６１】
このように封止孔３３の内壁表面の少なくとも圧電素子保持部３２とは反対側の開口近傍及び当該開口周縁部に金属酸化膜４００を設けることにより、金属酸化膜４００と接着剤３４が密着し、圧電素子保持部３２を確実に封止することができる。すなわち、封止孔３３からの外気の侵入による圧電素子３００の破壊を防止することができる。
【００６２】
また、封止基板３０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。ここで、封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料（例えば、厚さが６μｍのポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルム）からなり、この封止膜４１によってリザーバ部３１の一方面が封止されている。また、固定板４２は、金属等の硬質の材料（例えば、厚さが３０μｍのステンレス鋼（ＳＵＳ）等）で形成される。この固定板４２のリザーバ１０５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１０５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。
【００６３】
なお、このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、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１０５からノズル開口２１に至るまで内部をインクで満たした後、図示しない駆動回路からの記録信号に従い、外部配線を介して圧力発生室１２に対応するそれぞれの下電極膜６０と上電極膜８０との間に電圧を印加し、弾性膜５０、下電極膜６０及び圧電体層７０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開口２１からインク滴が吐出する。
【００６４】
以上説明した本実施形態のインクジェット式記録ヘッドの製造方法は、特に限定されないが、以下にその一例を図６〜図１０を参照して説明する。図６〜図１０は、流路形成基板の圧力発生室の長手方向の一部を示す断面図である。まず、図６（ａ）に示すように、流路形成基板１０を約１１００℃の拡散炉で熱酸化して二酸化シリコンからなる弾性膜５０と、二酸化シリコン膜５５とを両側の面にそれぞれ形成する。この二酸化シリコン膜５５は、詳しくは後述するが、流路形成基板１０をエッチングする際のマスクとして用いられるものである。
【００６５】
次に、図６（ｂ）に示すように、スパッタリングで下電極膜６０を形成すると共に所定形状にパターニングする。この下電極膜６０の材料としては、白金（Ｐｔ）等が好適である。これは、スパッタリング法やゾル−ゲル法で成膜する後述の圧電体層７０は、成膜後に大気雰囲気下又は酸素雰囲気下で６００〜１０００℃程度の温度で焼成して結晶化させる必要があるからである。すなわち、下電極膜６０の材料は、このような高温、酸化雰囲気下で導電性を保持できなければならず、殊に、圧電体層７０としてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いた場合には、酸化鉛の拡散による導電性の変化が少ないことが望ましく、これらの理由から白金が好適である。
【００６６】
次に、図６（ｃ）に示すように、圧電体層７０を成膜する。この圧電体層７０は、結晶が配向していることが好ましい。例えば、本実施形態では、金属有機物を触媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥してゲル化し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電体層７０を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて形成することにより、結晶が配向している圧電体層７０とした。圧電体層７０の材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛系の材料がインクジェット式記録ヘッドに使用する場合には好適である。なお、この圧電体層７０の成膜方法は、特に限定されず、例えば、スパッタリング法で形成してもよい。さらに、ゾル−ゲル法又はスパッタリング法等によりチタン酸ジルコン酸鉛の前駆体膜を形成後、アルカリ水溶液中での高圧処理法にて低温で結晶成長させる方法を用いてもよい。
【００６７】
何れにしても、このように成膜された圧電体層７０は、バルクの圧電体とは異なり結晶が優先配向しており、且つ本実施形態では、圧電体層７０は、結晶が柱状に形成されている。なお、優先配向とは、結晶の配向方向が無秩序ではなく、特定の結晶面がほぼ一定の方向に向いている状態をいう。また、結晶が柱状の薄膜とは、略円柱体の結晶が中心軸を厚さ方向に略一致させた状態で面方向に亘って集合して薄膜を形成している状態をいう。勿論、優先配向した粒状の結晶で形成された薄膜であってもよい。なお、このように薄膜工程で製造された圧電体層の厚さは、一般的に０．２〜５μｍである。
【００６８】
次に、図６（ｄ）に示すように、上電極膜８０を成膜する。上電極膜８０は、導電性の高い材料であればよく、アルミニウム、金、ニッケル、白金等の多くの金属や、導電性酸化物等を使用できる。本実施形態では、白金をスパッタリングにより成膜している。次に、図６（ｅ）に示すように、圧電体層７０及び上電極膜８０のみをエッチングして圧電素子３００のパターニングを行う。次に、図７に示すように、引き出し電極９０を形成する。例えば、本実施形態では、金（Ａｕ）等からなる導電層２９０を流路形成基板１０の全面に亘って形成し、その後、この導電層２９０を圧電素子３００毎にパターニングすることによって各引き出し電極９０とする。
【００６９】
次にこの流路形成基板１０上に封止基板３０を接合するが、まず、封止基板３０の製造方法について説明する。図８（ａ）に示すように、封止基板３０の表面にマスクパターン５００を形成する。次に図８（ｂ）に示すように封止基板３０をエッチングすることにより所望の形状のリザーバ部３１、圧電素子保持部３２、封止孔３３、溝部３３ａ、接続孔３５を形成し、その後図８（ｃ）に示すように、マスクパターン５００を除去する。この封止孔３３の大きさは特に限定されず、例えば内径５０μｍ程度とすることができる。なお、本実施形態ではエッチングにより封止孔３３を形成したが、その他の方法により封止孔３３を形成してもよい。
【００７０】
次に、図８（ｄ）に示すように、この封止孔３３の内壁表面の少なくとも圧電素子保持部３２とは反対側の開口近傍及び当該開口周縁部に、蒸着法により金属酸化膜４００としてＳｉＯ２膜を設ける。なお、金属酸化膜４００は上述のような金属の酸化膜としてもよい。この金属酸化膜４００を形成する方法は蒸着法に限定されず、スパッタ法又はＣＶＤ法等を用いてもよい。また、必要に応じて所望形状のマスクを用いることで、封止基板３０の所望の位置に金属酸化膜４００を形成することができる。本実施形態のように蒸着法の場合は、封止基板３０を所定角度傾けて蒸着するいわゆる斜め蒸着により、封止孔３３の内壁表面にも所望の金属酸化膜４００を良好に形成することができる。ここで、本実施形態では封止基板３０に封止孔３３を設ける際、封止基板３０の表面にマスクパターン５００を形成し、このマスクパターン５００を除去した後に金属酸化膜４００を形成するようにしたが、マスクパターン５００を除去することなく、マスクパターン５００上に金属酸化膜４００を設けてもよい。
【００７１】
金属酸化膜４００を形成した後、さらに金属酸化膜４００表面にカップリング剤層を蒸着法により形成する。なお、カップリング剤は特に限定されないが、本実施形態では３−グリシドキシプロピルトリメトキシシランを用いた。このカップリング剤層を形成する方法は蒸着法に限定されず、例えば、浸漬処理によっても設けることができる。本実施形態のように蒸着法でカップリング層を形成する場合は、カップリング剤として分子鎖の一方の端部にヒドロキシ基を有するものを用いることが好ましい。また、浸漬処理のように液体状態で塗布する場合は、カップリング剤として分子鎖の一方の端部にアルコキシ基を有するものを用いることが好ましい。さらにカップリング剤層を形成した後、カップリング剤層を焼成することが好ましい。焼成することにより、カップリング剤と金属酸化膜との結合を更に強固にすることができるためである。焼成条件は特に限定されないが、１３０℃程度で焼成することが好ましい。なお、この後の工程で封止孔３３を封止する接着剤３４となる未硬化接着剤として金属酸化膜４００との密着性が良好なものを用いる場合は、このカップリング剤層を設ける工程を省いてもよい。
【００７２】
この金属酸化膜４００を設けた封止基板３０を、図９（ａ）に示すように、流路形成基板１０上に接合する。本実施形態においては、流路形成基板１０と封止基板３０とを接着剤１３０によって接合した。なお、本実施形態では金属酸化膜４００を設けた後に封止基板３０と流路形成基板１０とを接合したが、封止基板３０と流路形成基板１０とを接合したあとに、金属酸化膜４００やカップリング剤層を上記と同様の方法により設けてもよい。
【００７３】
その後、図９（ｂ）に示すように、金属酸化膜４００を設けた封止孔３３を接着剤３４で封止する。詳しくは、未硬化接着剤を封止孔３３に充填し、硬化させることで接着剤３４を形成して封止する。なお、本実施形態では接着剤３４としてエポキシ系接着剤を用いた。本実施形態においては以下の方法で封止したが、この方法に限定されるものではない。まず、流路形成基板１０と封止基板３０とを接合した接合体を密封空間内に配置し、その密封空間を減圧して減圧状態として、圧電素子保持部３２の内部も減圧する。この状態で封止孔３３に未硬化接着剤、例えば、揮発性溶媒で溶解して粘度を下げた未硬化接着剤を滴下し、次いで、密封空間内を常圧に戻すことにより、未硬化接着剤の一部が封止孔３３内に引き込まれるようにする。そして、この状態で揮発性溶媒を揮発させることにより、未硬化接着剤が硬化して、封止孔３３を密封する。
【００７４】
上述したように封止孔３３の内壁表面の少なくとも圧電素子保持部３２とは反対側の開口近傍及び当該開口周縁部に金属酸化膜４００が設けられているため、金属酸化膜４００と接着剤３４が密着し、圧電素子保持部３２の封止を確実に行うことができ、封止孔３３からの外気の侵入による圧電素子３００の破壊を防止することができる。また、本実施形態では、封止孔３３に複数回屈曲した溝部３３ａを設けたため、圧電素子保持部３２が減圧状態であっても、未硬化状態の接着剤が圧電素子保持部３２内まで充填されず、接着剤３４による圧電素子３００の運動の阻害を防止することができる。
【００７５】
次に、図１０（ａ）に示すように、封止基板３０の流路形成基板１０とは反対側の面に保護膜１４０を接着する。この保護膜１４０は、後の工程で流路形成基板１０をアルカリ溶液によるシリコン単結晶基板の異方性エッチングをする際に、封止基板３０の流路形成基板１０との接合面とは反対側の面を保護するためのものであり、保護膜１４０としては、耐アルカリ性を有する高分子材料を用いることが好ましく、例えば、本実施形態では、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）を用いた。
【００７６】
次に、図１０（ｂ）に示すように、二酸化シリコン膜５５をパターニングすると共に、パターニングされた二酸化シリコン膜５５をマスクとして流路形成基板１０の他方面をエッチングすることにより、圧力発生室１２、インク供給路１４及び連通部１３を形成する。本実施形態では、流路形成基板１０の他方面をＫＯＨ等のアルカリ溶液によって異方性エッチングすることにより、圧力発生室１２、インク供給路１４及び連通部１３を形成した。
【００７７】
その後、流路形成基板１０の封止基板３０とは反対側の面にノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０を接合すると共に封止基板３０上の保護膜１４０を除去すると共にコンプライアンス基板４０を接合することで、インクジェット式記録ヘッドを製造することができる。なお、実際には、上述した一連の膜形成及び異方性エッチングによって一枚のウェハ上に多数のチップを同時に形成し、プロセス終了後、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毎に分割することでインクジェット式記録ヘッドとすることができる。
【００７８】
（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態１を説明したが、勿論、本発明は、これらに限定されるものではない。例えば、上述の実施形態では、圧電素子保持部３２と外部とを連通する封止孔３３を一つ設けるようにしたが、これに限定されず、勿論、複数個設けるようにしてもよい。
【００７９】
また、例えば、上述の実施形態１では、成膜及びリソグラフィプロセスを応用して製造される薄膜型のインクジェット式記録ヘッドを例にしたが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、グリーンシートを貼付する等の方法により形成される厚膜型のインクジェット式記録ヘッドにも本発明を採用することができる。
【００８０】
また、これら各実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図１１は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。図１１に示すように、インクジェット式記録ヘッドを有する記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａ及び２Ｂが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。
【００８１】
そして、駆動モータ６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ローラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８上を搬送されるようになっている。
【００８２】
さらに、上述の実施形態１では、液体噴射ヘッドとして、印刷媒体に所定の画像や文字を印刷するインクジェット式記録ヘッドを一例として説明したが、勿論、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、液晶ディスプレー等のカラーフィルタ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（面発光ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材噴射ヘッド、バイオチップ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等、他の液体噴射ヘッドにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図。
【図２】実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの平面図。
【図３】実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの断面図。
【図４】カップリング剤と金属酸化膜との結合状態を示す模式図。
【図５】カップリング剤と金属酸化膜との結合状態を示す模式図。
【図６】実施形態１に係る製造工程を示す断面図。
【図７】実施形態１に係る製造工程を示す断面図。
【図８】実施形態１に係る製造工程を示す断面図。
【図９】実施形態１に係る製造工程を示す断面図。
【図１０】実施形態１に係る製造工程を示す断面図。
【図１１】一実施形態に係るインクジェット式記録装置の概略図。
【符号の説明】
１０  流路形成基板、１２  圧力発生室、２０  ノズルプレート、２１  ノズル開口、３０  封止基板、３３  封止孔、３３ａ  溝部、３４  接着剤、３５  接続孔、４０  コンプライアンス基板、６０  下電極膜、７０  圧電体層、８０上電極膜、９０  引き出し電極、１０５  リザーバ、１３０  接着剤、１４０保護膜、３００  圧電素子、４００  金属酸化膜、５００  マスクパターン
【図１】
2004188941.tif 000004
【図２】
2004188941.tif 000005
【図３】
2004188941.tif 000006
【図４】
2004188941.tif 000007
【図５】
2004188941.tif 000008
【図６】
2004188941.tif 000009
【図７】
2004188941.tif 000010
【図８】
2004188941.tif 000011
【図９】
2004188941.tif 000012
【図１０】
2004188941.tif 000013
【図１１】
2004188941.tif 000014