(57)【要約】【課題】  液体の供給不良や吐出不良を防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】  連通部１３と流路形成基板１０との間に、圧力発生室１２の幅方向両側から延設された隔壁１１により圧力発生室１２毎に区画され且つ圧力発生室１２に連通して当該圧力発生室１２の横断面積よりも小さい断面積を有する液体供給路１４と、液体供給路１４と連通部１３との間に、連通部と連通すると共に液体供給路１４の横断面積よりも大きい断面積を有する連通路１００とを具備し、連通路１００の振動板５０、５６側の面に、流路形成基板１０の一部で構成され且つ隔壁１１ａ同士を連結する薄肉部１０１を設ける。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル開口に連通すると共に隔壁で区画された複数の圧力発生室が並設された流路形成基板と、該流路形成基板に振動板を介して設けられた下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子と、前記流路形成基板の前記圧電素子側の面に接合されて各圧力発生室の共通の液体室であるリザーバの一部を構成するリザーバ部が設けられたリザーバ形成基板とを具備し、前記リザーバ部の前記流路形成基板に設けられて、前記リザーバ部と連通して前記リザーバの一部を構成する連通部とを有する液体噴射ヘッドであって、
前記連通部と前記圧力発生室との間に設けられ当該圧力発生室の幅方向両側から延設された隔壁により前記圧力発生室毎に区画され且つ前記圧力発生室に連通して当該圧力発生室の横断面積よりも小さい断面積を有する液体供給路と、当該液体供給路と前記連通部との間に設けられ当該連通部と連通すると共に前記液体供給路の横断面積よりも大きい断面積を有する連通路とを具備し、前記連通路の前記振動板側の面に、前記流路形成基板の一部で構成され且つ前記隔壁同士を連結する薄肉部を設けた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、前記リザーバ形成基板には、前記圧電素子に対向する領域に当該圧電素子の運動を阻害しない程度の空間を確保可能な圧電素子保持部が設けられ、当該リザーバ形成基板の前記圧電素子保持部と前記リザーバ部との間の領域が前記流路形成基板との接合部分であると共に、前記薄肉部が前記接合部分に相対向する位置に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３】
請求項１又は２において、前記連通路を形成する壁部の前記リザーバ側の端部は、前記流路形成基板と前記リザーバ形成基板とが接合される接合部分に対向する領域内に位置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１〜３の何れかにおいて、前記リザーバ形成基板と前記流路形成基板とが接着剤を介して接合されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかにおいて、前記流路形成基板の厚さが１００μｍ以下であると共に、前記薄肉部の厚さが１０μｍ以下であることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項６】
請求項１〜５の何れかにおいて、前記流路形成基板がシリコン単結晶基板であると共に、前記圧力発生室、前記連通部及び前記連通路が前記シリコン単結晶基板を異方性エッチングすることにより形成されたものであ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の何れかの液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置。
【請求項８】
ノズル開口に連通すると共に隔壁で区画された複数の圧力発生室が並設された流路形成基板と、該流路形成基板に振動板を介して設けられた下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子と、前記流路形成基板の前記圧電素子側の面に接合されて各圧力発生室の共通の液体室であるリザーバの一部を構成するリザーバ部が設けられたリザーバ形成基板とを具備し、前記リザーバ部の前記流路形成基板に設けられて、前記リザーバ部と連通して前記リザーバの一部を構成する連通部とを有する液体噴射ヘッドの製造方法であって、
前記リザーバ形成基板が接合された前記流路形成基板の前記圧電素子とは反対側の面に、前記圧力発生室と、前記連通部と前記圧力発生室との間に設けられ当該圧力発生室を区画する隔壁を延設することにより画成され且つ前記圧力発生室に連通して当該圧力発生室の横断面積よりも小さい断面積を有する液体供給路と、前記液体供給路と前記連通部との間に設けられ当該連通部と連通すると共に前記液体供給路の横断面積よりも大きい断面積を有する連通路と、前記連通部と、が形成される領域に対向する位置に開口部を有し且つ、該開口部の前記連通路が形成される領域の一部に、前記隔壁となる位置に形成された隔壁パターンを相互に連結する残留パターンを有するマスク膜を形成する工程と、前記残留パターンを有する前記マスク膜を介して前記流路形成基板をウェットエッチングして、当該流路形成基板を厚さ方向に除去する工程と、前記マスク膜の前記残留パターンを除去する工程と、前記残留パターンの除去された前記マスク膜を介して前記流路形成基板をウェットエッチングして、当該流路形成基板に前記圧力発生室、前記連通部及び前記液体供給路を形成すると共に、前記振動板側に前記隔壁同士を連結する薄肉部を有する前記連通路を形成する工程と、前記リザーバ部と前記連通部との間の前記振動板を押圧して当該振動板を貫通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９】
請求項８において、前記残留パターンを有する前記マスク膜を介して前記流路形成基板をウェットエッチングする工程では、前記流路形成基板を前記圧力発生室の深さまでウェットエッチングして、前記圧力発生室、前記連通部及び前記液体供給路を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１０】
請求項８において、前記残留パターンを有する前記マスク膜を介して前記流路形成基板をウェットエッチングする工程では、前記流路形成基板の厚さ方向の一部を除去し、前記連通路を形成する工程では、前記流路形成基板を前記圧力発生室の深さまでウェットエッチング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、前記薄肉部の厚さの制御が、前記流路形成基板の厚さ方向の一部を除去する工程でのウェットエッチングの時間の制御により行われてい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８〜１１の何れかにおいて、前記リザーバ部と前記連通部との間の前記振動板を貫通する工程では、当該振動板に前記リザーバ部側から押圧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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴を吐出す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し、特に、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及びその製造方法並びにインクジェット式記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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が実用化されている。例えば、このようなインクジェット式記録ヘッドとしては、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したものがある。
【０００３】
また、流路形成基板の圧電素子が設けられた面に、圧力発生室内にインクを供給するリザーバの少なくとも一部を構成するリザーバ部を有するリザーバ形成部材を接合し、リザーバ部と圧力発生室とを流路形成基板に設けられた連通部及びインク供給路を介して連通させたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このようなインクジェット式記録ヘッドは、圧電素子が形成された流路形成基板にリザーバ部が形成されたリザーバ形成基板を接合し、リザーバ部と連通部との間に設けられた振動板をレーザ光の照射により貫通させる方法や、振動板を押圧することで貫通させる方法などがある。
【０００５】
リザーバ部と連通部との間に設けられた振動板を押圧して貫通させて、リザーバ部と連通部とを連通する場合、圧力発生室側から振動板を押圧すると、振動板を貫通させた際に発生した振動板の破片等の異物が圧力発生室等に残留し、残留した異物によってノズル開口の目詰まり等が発生してしまう。このため、リザーバ部と連通部との間に設けられた振動板を、リザーバ部側から押圧することで貫通させている。
【０００６】
しかしながら、リザーバ部側から振動板を押圧して貫通させた場合、リザーバ部の開口縁部の圧力発生室側の振動板が剥離してしまうという問題がある。また、振動板がリザーバ形成基板から剥離されないように貫通させる場合、振動板をリザーバ部の形状に合わせて貫通させることができず、振動板がリザーバ内に突出するように残留してしまう。このように剥離や残留した振動板によってリザーバ内に気泡が溜まってしまい、気泡によってリザーバの体積が減少してインクの供給不良が生じたり、溜まった気泡が大きな気泡となってノズル開口から吐出されるなどの吐出不良が発生してしまうという問題がある。なお、このような各問題は、インクを吐出するインクジェット式記録ヘッドだけでなく、勿論、インク以外の液体を噴射する他の液体噴射ヘッドにおいても、同様に存在する。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−２９６６１６号公報（第７〜１０頁、第１図及び第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑み、液体の供給不良や吐出不良を防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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、ノズル開口に連通すると共に隔壁で区画された複数の圧力発生室が並設された流路形成基板と、該流路形成基板に振動板を介して設けられた下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子と、前記流路形成基板の前記圧電素子側の面に接合されて各圧力発生室の共通の液体室であるリザーバの一部を構成するリザーバ部が設けられたリザーバ形成基板とを具備し、前記リザーバ部の前記流路形成基板に設けられて、前記リザーバ部と連通して前記リザーバの一部を構成する連通部とを有する液体噴射ヘッドであって、前記連通部と前記圧力発生室との間に設けられ当該圧力発生室の幅方向両側から延設された隔壁により前記圧力発生室毎に区画され且つ前記圧力発生室に連通して当該圧力発生室の横断面積よりも小さい断面積を有する液体供給路と、当該液体供給路と前記連通部との間に設けられ当該連通部と連通すると共に前記液体供給路の横断面積よりも大きい断面積を有する連通路とを具備し、前記連通路の前記振動板側の面に、前記流路形成基板の一部で構成され且つ前記隔壁同士を連結する薄肉部を設けたことを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第１の態様は、連通路に薄肉部を設けることにより、連通部とリザーバ部とを隔てる振動板を押圧して貫通させた際に、リザーバ部の開口縁部の圧力発生室側に設けられた振動板が薄肉部により支持されて、この振動板がリザーバ形成基板から剥離するのを防止することができる。このため、リザーバ部と連通部とを隔てる振動板をリザーバ部の開口縁部で貫通させることができ、振動板がリザーバ内に突出するのを防止して、リザーバ内に気泡が溜まるのを防ぎ、液体の供給不良や吐出不良を防止できる。
【００１０】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記リザーバ形成基板には、前記圧電素子に対向する領域に当該圧電素子の運動を阻害しない程度の空間を確保可能な圧電素子保持部が設けられ、当該リザーバ形成基板の前記圧電素子保持部と前記リザーバ部との間の領域が前記流路形成基板との接合部分であると共に、前記薄肉部が前記接合部分に相対向する位置に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。
かかる第２の態様は、リザーバ部と圧電素子保持部との間の接合領域では、振動板が薄肉部によって支持されるため、リザーバ部と連通部とを隔てる振動板を押圧して貫通させた際に、接合領域の振動板がリザーバ形成基板から剥離するのを確実に防止することができる。
【００１１】
本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記連通路を形成する壁部の前記リザーバ側の端部は、前記流路形成基板と前記リザーバ形成基板とが接合される接合部分に対向する領域内に位置していることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第３の態様は、隔壁の端部を連通部内に突出させないことで、リザーバ部と連通部とを隔てる振動板を貫通させる際に隔壁が障害となるのを防止できる。
【００１２】
本発明の第４の態様は、第１〜３の何れかの態様において、前記リザーバ形成基板と前記流路形成基板とが接着剤を介して接合されていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第４の態様は、リザーバ形成基板と前記流路形成基板とが接着剤を介して接合されていても、薄肉部によって振動板の剥離が防止できる。
【００１３】
本発明の第５の態様は、第１〜４の何れかの態様において、前記流路形成基板の厚さが１００μｍ以下であると共に、前記薄肉部の厚さが１０μｍ以下であることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第５の態様は、所定の厚さの薄肉部を設けることで、連通路内に気泡が生じるのを防止することができる。
【００１４】
本発明の第６の態様は、第１〜５の何れかの態様において、前記流路形成基板がシリコン単結晶基板であると共に、前記圧力発生室、前記連通部及び前記連通路が前記シリコン単結晶基板を異方性エッチングすることにより形成されたものであることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第６の態様は、高密度のノズル開口を有する液体噴射ヘッドを比較的容易に製造することができると共に、薄肉部を容易に且つ高精度に形成することができる。
【００１５】
本発明の第７の態様は、第１〜６の何れかの態様の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。
かかる第７の態様は、液滴の供給特性及び吐出特性を安定させた液体噴射ヘッドを実現することができる。
【００１６】
本発明の第８の態様は、ノズル開口に連通すると共に隔壁で区画された複数の圧力発生室が並設された流路形成基板と、該流路形成基板に振動板を介して設けられた下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子と、前記流路形成基板の前記圧電素子側の面に接合されて各圧力発生室の共通の液体室であるリザーバの一部を構成するリザーバ部が設けられたリザーバ形成基板とを具備し、前記リザーバ部の前記流路形成基板に設けられて、前記リザーバ部と連通して前記リザーバの一部を構成する連通部とを有する液体噴射ヘッドの製造方法であって、前記リザーバ形成基板が接合された前記流路形成基板の前記圧電素子とは反対側の面に、前記圧力発生室と、前記連通部と前記圧力発生室との間に設けられ当該圧力発生室を区画する隔壁を延設することにより画成され且つ前記圧力発生室に連通して当該圧力発生室の横断面積よりも小さい断面積を有する液体供給路と、前記液体供給路と前記連通部との間に設けられ当該連通部と連通すると共に前記液体供給路の横断面積よりも大きい断面積を有する連通路と、前記連通部と、が形成される領域に対向する位置に開口部を有し且つ、該開口部の前記連通路が形成される領域の一部に、前記隔壁となる位置に形成された隔壁パターンを相互に連結する残留パターンを有するマスク膜を形成する工程と、前記残留パターンを有する前記マスク膜を介して前記流路形成基板をウェットエッチングして、当該流路形成基板を厚さ方向に除去する工程と、前記マスク膜の前記残留パターンを除去する工程と、前記残留パターンの除去された前記マスク膜を介して前記流路形成基板をウェットエッチングして、当該流路形成基板に前記圧力発生室、前記連通部及び前記液体供給路を形成すると共に、前記振動板側に前記隔壁同士を連結する薄肉部を有する前記連通路を形成する工程と、前記リザーバ部と前記連通部との間の前記振動板を押圧して当該振動板を貫通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。
かかる第８の態様は、連通路に薄肉部を容易に且つ高精度に形成することができると共に、連通部とリザーバ部とを隔てる振動板を押圧して貫通させた際に、リザーバ部の開口縁部の圧力発生室側に設けられた振動板が薄肉部により支持されて、この振動板がリザーバ形成基板から剥離するのを防止することができる。このため、リザーバ部と連通部とを隔てる振動板をリザーバ部の開口縁部で貫通させることができ、振動板がリザーバ内に突出するのを防止して、リザーバ内に気泡が溜まるのを防ぎ、液体の供給不良や吐出不良を防止できる。
【００１７】
本発明の第９の態様は、第８の態様において、前記残留パターンを有する前記マスク膜を介して前記流路形成基板をウェットエッチングする工程では、前記流路形成基板を前記圧力発生室の深さまでウェットエッチングして、前記圧力発生室、前記連通部及び前記液体供給路を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。
かかる第９の態様では、流路形成基板に圧力発生室等を形成した後、残留パターンを除去して薄肉部を有する連通部を形成するため、薄肉部の厚さの制御を容易に且つ高精度に行うことができると共に、製造工程を簡略化することができる。
【００１８】
本発明の第１０の態様は、第８の態様において、前記残留パターンを有する前記マスク膜を介して前記流路形成基板をウェットエッチングする工程では、前記流路形成基板の厚さ方向の一部を除去し、前記連通路を形成する工程では、前記流路形成基板を前記圧力発生室の深さまでウェットエッチング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。
かかる第１０の態様では、流路形成基板の厚さの一部をウェットエッチングにより除去することで、残留パターンを除去する際に流路形成基板の剛性を向上して取り扱いを容易にすることができる。
【００１９】
本発明の第１１の態様は、第１０の態様において、前記薄肉部の厚さの制御が、前記流路形成基板の厚さ方向の一部を除去する工程でのウェットエッチングの時間の制御により行われていることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第１１の態様は、所望の厚さの薄肉部を容易に且つ高精度に形成することができる。
【００２０】
本発明の第１２の態様は、第８〜１１の何れかの態様において、前記リザーバ部と前記連通部との間の前記振動板を貫通する工程では、当該振動板に前記リザーバ部側から押圧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。
かかる第１２の態様は、振動板を貫通させた際に発生した振動板の破片等の異物が圧力発生室等に残留するのを防止して、異物によるノズル開口の目詰まり等の吐出不良を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、一実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図であり、図２は、図１の概略平面図及びそのＡ−Ａ’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。流路形成基板１０には、その他方面側からマスク膜５１を介して異方性エッチングすることにより、複数の隔壁１１により区画された圧力発生室１２が幅方向に並設され、且つその長手方向一端部側には、圧力発生室１２と共に、インク供給路１４と、連通路１００と、各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１１０の一部を構成する連通部１３とが形成されている。
【００２２】
インク供給路１４は、圧力発生室１２の長手方向一端部側に連通し且つ圧力発生室１２の横断面積よりも小さい断面積を有する。例えば、本実施形態では、インク供給路１４は、リザーバ１１０と各圧力発生室１２との間の圧力発生室１２側の流路を幅方向に絞ることで、圧力発生室１２の幅より小さい幅で形成されている。なお、このように、本実施形態では、流路の幅を片側から絞ることでインク供給路１４を形成したが、流路の幅を両側から絞ることでインク供給路を形成してもよい。
【００２３】
また、各連通路１００は、圧力発生室１２の幅方向両側の隔壁１１を連通部１３側に延設してインク供給路１４と連通部１３との間の空間を区画することで形成されている。また、連通路１００の弾性膜５０及び絶縁体膜５６からなる振動板側には、流路形成基板１０の一部で構成されて互いに隣接する隔壁１１を連結する薄肉部１０１が形成されている。すなわち、連通路１００は、薄肉部１０１によって深さを絞ることで形成されている。なお、このような連通路１００及び薄肉部１０１については、詳しく後述する。
【００２４】
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。
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。
【００２５】
このような流路形成基板１０の厚さは、圧力発生室１２の配列密度に合わせて最適な厚さを選択すればよく、圧力発生室１２の配列密度が、例えば、１インチ当たり１８０個（１８０ｄｐｉ）程度であれば、流路形成基板１０の厚さは、２２０μｍ程度であればよいが、例えば、２００ｄｐｉ以上と比較的高密度に配列する場合には、流路形成基板１０の厚さは１００μｍ以下、特に７０μｍと比較的薄くするのが好ましい。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。
【００２６】
また、流路形成基板１０の開口面側には、マスク膜５１を介してノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が接合されている。このようなノズルプレート２０は、厚さが例えば、０．０５〜１ｍｍで、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板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、流路形成基板１０を衝撃や外力から保護する補強板の役目も果たす。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。
【００２７】
一方、流路形成基板１０の開口面とは反対側には、厚さが例えば、約１．０μｍの弾性膜５０の上に、厚さが例えば、０．４μｍの絶縁体膜５６を介して、厚さが例えば、約０．２μｍの下電極膜６０と、厚さが例えば、約１．０μｍの圧電体層７０と、厚さが例えば、約０．０５μｍ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を圧電素子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、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、絶縁体膜５６及び下電極膜６０が振動板として作用する。また、圧電素子３００の個別電極である各上電極膜８０の一端部には、例えば、金（Ａｕ）等からなり一端が流路形成基板１０の端部近傍まで延設されて詳しくは後述する外部配線１２１と接続されるリード電極９０が接続されている。
【００２８】
また、圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上には、リザーバ形成基板３０が接着剤３５を介して接合されている。そして、このリザーバ形成基板３０には、リザーバ１１０の一部を構成するリザーバ部３２が、各圧力発生室１２の長手方向外側に設けられている。このリザーバ部３２は、本実施形態では、リザーバ形成基板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及び絶縁体膜５６に設けられた貫通部５７を介して流路形成基板１０の連通部１３と連通され、各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１１０をそれぞれ構成している。なお、このようなリザーバ形成基板３０の厚さは、例えば、２００〜４００μｍである。
【００２９】
また、このようなリザーバ形成基板３０には、本実施形態では、圧電素子３００に対向する領域にその運動を阻害しない程度の空間を確保可能な圧電素子保持部３１が設けられている。すなわち、圧電素子３００は、圧電素子保持部３１内に形成されている。このようなリザーバ形成基板３０としては、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラス、セラミック材料等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。
【００３０】
また、上記リザーバ１１０と各圧力発生室１２とは、インク供給路１４及び連通路１００を介してそれぞれ連通している。連通路１００は、各インク供給路１４と連通部１３との間に各圧力発生室１２毎にそれぞれ独立して設けられ、インク供給路１４と共に各圧力発生室１２とリザーバ１１０との間の個別の流路を構成している。
具体的には、リザーバ部３２の圧力発生室１２側の端部近傍まで、圧力発生室１２の幅方向両側の隔壁１１が延設されている。すなわち、本実施形態では、圧力発生室１２の幅方向両側の隔壁１１が、流路形成基板１０とリザーバ形成基板３０との接合部分のリザーバ部３２側の端部近傍まで延設されている。そして、このように各隔壁１１を延設することにより、各インク供給路１４と連通部１３とのそれぞれの間に壁部１１ａが形成され、この壁部１１ａによりインク供給路１４と連通部１３との間の空間が区画されることにより各連通路１００が形成されている。
【００３１】
また、連通路１００の振動板側、すなわち、弾性膜５０及び絶縁体膜５６側には、流路形成基板１０の一部で形成された薄肉部１０１が設けられている。この薄肉部１０１は、隣接する壁部１１ａを連結するように設けられている。すなわち、薄肉部１０１は、リザーバ形成基板３０の圧電素子保持部３１とリザーバ部３２との間の接合領域に相対向する領域に設けられている。そして、このような薄肉部１０１と壁部１１ａとによって、連通路１００が画成されている。なお、薄肉部１０１の厚さは、流路形成基板１０の厚さを７０μｍとした場合には、１０μｍ以下とするのが好ましい。これは、薄肉部１０１を厚く形成すると、リザーバ１１０から流入したインク内に気泡が発生してしまう虞があるからである。
【００３２】
このように連通路１００の弾性膜５０側に薄肉部１０１を設けることにより、連通部１３とリザーバ部３２とを隔てる弾性膜５０及び絶縁体膜５６をリザーバ部３２側から押圧して貫通させて貫通部５７を形成した際に、リザーバ部３２と圧電素子保持部３１との間の接合領域の絶縁体膜５６及び弾性膜５０が薄肉部１０１に支持されるため、接合領域の絶縁体膜５６及び弾性膜５０がリザーバ形成基板３０から剥離するのを防止することができる。
【００３３】
また、このように薄肉部１０１によって、弾性膜５０及び絶縁体膜５６を貫通させた際に、接合領域の弾性膜５０及び絶縁体膜５６がリザーバ形成基板３０から剥離するのを防止することができるため、連通部１３とリザーバ部３２とを隔てる弾性膜５０及び絶縁体膜５６をリザーバ部３２の開口縁部で貫通させることができる。すなわち、リザーバ部３２と連通部１３とを連通する貫通部５７の開口形状をリザーバ部３２の開口形状に合わせて形成することができる。これにより、弾性膜５０及び絶縁体膜５６がリザーバ１１０内に突出するのを防止して、突出した弾性膜５０及び絶縁体膜５６によってリザーバ１１０内に気泡が溜まるのを防ぎ、インク供給不良及びインク吐出不良を防止することができる。
【００３４】
また、本実施形態では、流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向一端部にあるリザーバ形成基板３０との接合部分に対向する領域、具体的には、各インク供給路１４とリザーバ１１０との間に、壁部１１ａによって圧力発生室１２毎に独立して連通路１００を所定幅で設けるようにしたので、インク吐出の際、隣接するインク供給路１４からリザーバ１１０側へ流出するインク同士が干渉することがなく、クロストークの発生を防止できる。したがって、隣接するノズル開口２１からインク滴を吐出させるか否かに関係なく、安定したインク吐出特性を得ることができる。
【００３５】
なお、連通路１００を形成する壁部１１ａのリザーバ部３２側の端部は、流路形成基板１０とリザーバ形成基板３０とが接合される接合部分に対向する領域内に位置していることが好ましい。壁部１１ａの端部が連通部１３内に突出していると、後述する製造プロセスにおいて、連通部１３とリザーバ部３２とを隔てる弾性膜５０及び絶縁体膜５６を破ってリザーバ１１０を形成する際の障害となるからである。
【００３６】
また、リザーバ形成基板３０のリザーバ部３２に対応する領域には、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３２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１１０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１１０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。また、リザーバ形成基板３０上には、圧電素子３００を駆動する駆動信号を発生する駆動ＩＣ１２０が設けられており、この駆動ＩＣ１２０とリード電極９０とがボンディングワイヤからなる外部配線１２１を介して電気的に接続されている。
【００３７】
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は、図示しないインク供給手段からインクを取り込み、リザーバ１１０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、駆動ＩＣ１２０からの駆動信号に従い、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との間に駆動電圧を印加し、弾性膜５０、絶縁体膜５６及び圧電素子３００を変位させることにより、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。
【００３８】
ここで、上述したインクジェット式記録ヘッドの製造方法について詳細に説明する。なお、図３〜図６は、インクジェット式記録ヘッドの製造工程を示す断面図であり、図７は、インクジェット式記録ヘッドの製造工程を示す平面図である。
まず、図３（ａ）に示すように、流路形成基板１０となるシリコン単結晶基板のウェハを約１１００℃の拡散炉で熱酸化して、流路形成基板１０の表面に弾性膜５０及びマスク膜５１を構成する二酸化シリコン膜５２を形成する。次に、図３（ｂ）に示すように、この弾性膜５０上に酸化ジルコニア等からなる絶縁体膜５６を形成する。次に、図３（ｃ）に示すように、例えば、白金とイリジウムとからなる下電極膜６０を絶縁体膜５６の全面に形成後、所定形状にパターニングする。次に、図３（ｄ）に示すように、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電体層７０と、例えば、イリジウムからなる上電極膜８０とを順次積層する。次に、図４（ａ）に示すように、積層した圧電体層７０及び上電極膜８０のみを同時にパターニングして圧電素子３００を形成する。
【００３９】
次いで、図４（ｂ）に示すように、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０を流路形成基板１０の全面に亘って形成すると共に、各圧電素子３００毎にパターニングする。以上が膜形成プロセスである。次に、図４（ｃ）に示すように、流路形成基板１０の圧電素子３００側に接着剤３５を介して予め圧電素子保持部３１、リザーバ部３２等が形成されたリザーバ形成基板３０を接合する。なお、このようなリザーバ形成基板３０には、後述するプロセスにて、流路形成基板１０を異方性エッチングして圧力発生室１２等を形成する際に、各圧電素子３００をアルカリ溶液から保護するという役割もある。
【００４０】
次に、図４（ｄ）に示すように、流路形成基板１０の圧電素子３００とは反対側の面に設けられた二酸化シリコン膜５２をパターニングすることにより、圧力発生室１２から連通部１３に対応する領域に開口部５３を有するマスク膜５１を形成する。具体的には、図７（ａ）に示すように、マスク膜５１には、圧力発生室１２、インク供給路１４及び連通路１００が形成される領域に開口する第１の開口部５４と、連通部１３が形成される領域に開口する第２の開口部５５とを、後の工程で薄肉部１０１を形成するために用いられる残留パターン５１ｂが境界となるように形成する。すなわち、マスク膜５１に第１の開口部５４と第２の開口部５５とからなる開口部５３を設けることにより、マスク膜５１に、隔壁１１及び壁部１１ａが形成される領域に対向する位置に隔壁パターン５１ａと、連通路１００が形成される領域に対向する一部に側壁パターン５１ａを相互に連結する残留パターン５１ｂとを形成する。
【００４１】
次に、図５（ａ）に示すように、隔壁パターン５１ａ及び残留パターン５１ｂを含むマスク膜５１を介してアルカリ溶液によるシリコン単結晶基板（流路形成基板１０）の異方性エッチングを厚さ方向に行い、第１の開口部５４及び第２の開口部５５に対向する領域の流路形成基板１０を圧力発生室１２の深さとなるまで除去する。これにより、圧力発生室１２、連通部１３及びインク供給路１４が形成される。また、このとき、残留パターン５１ｂに対向する領域の流路形成基板１０は、残留パターン５１ｂによってエッチングされず、流路形成基板１０が残留することで残留壁１０１ａが形成される。なお、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く、弾性膜５０がエッチングにより除去されることはない。
【００４２】
次に、図５（ｂ）及び図７（ｂ）に示すように、残留パターン５１ｂの少なくとも一部を除去して第１の開口部５４と第２の開口部５５とを連通させた開口部５３Ａを形成する。この開口部５３Ａは、後の工程で、残留壁１０１ａの厚さ方向の一部をエッチングにより除去して、薄肉部１０１及び薄肉部１０１に対向した連通路１００の一部を形成するためのものである。このため、残留パターン５１ｂを除去する幅によって、薄肉壁１０１に対向した領域の連通部１００の幅が決定される。したがって、マスク膜５１の開口部５３Ａは、例えば、残留パターン５１ｂ全てを除去して形成してもよく、また、残留パターン５１ｂの一部のみを除去して形成するようにしてもよい。残留パターン５１ｂの一部のみを除去した場合には、後の工程で残留壁１０１ａがエッチングされる幅が狭くなり、連通路１００が薄肉部１０１に対向する領域で幅方向に絞られた形状で形成される。このため、薄肉部１０１に対向する領域の連通路１００がインク供給路１４の横断面積よりも大きな断面積で形成されるように残留パターン５１ｂを除去する幅を決定すればよい。なお、本実施形態では、残留パターン５１ｂの全てを除去して、マスク膜５１に開口部５３Ａを形成した。
【００４３】
次に、図５（ｃ）に示すように、残留パターン５１ｂの除去されたマスク膜５１を介してアルカリ溶液によるシリコン単結晶基板（流路形成基板１０）の異方性エッチングを行い、残留壁１０１ａの厚さ方向の開口部５３Ａ側の一部を除去して薄肉部１０１及び連通路１００を形成する。すなわち、流路形成基板１０は、マスク膜５１の残留パターン５１ｂが除去された開口部５３Ａによって、圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び残留壁１０１ａが露出されるが、圧力発生室１２、連通部１３及びインク供給路１４は、前述した工程で、残留パターン５１ｂを有するマスク膜５１を介して流路形成基板１０を貫通するように形成されているため、露出した残留壁１０１ａのみがエッチングされる。この残留壁１０１ａの厚さ方向のエッチングは、エッチング時間を調整することで高精度に行うことができる。また、残留壁１０１ａのエッチングにより除去された領域が連通部１００の薄肉部１０１に対向する領域となる。
【００４４】
このように薄肉部１０１が形成された後に、図６に示すように、リザーバ形成基板３０のリザーバ部３２側から治具１３０を挿入し、治具の先端面をリザーバ部３２と連通部１３とを隔てる弾性膜５０及び絶縁体膜５６に当接させて押圧することにより、リザーバ部３２と連通部１３とを隔てる弾性膜５０及び絶縁体膜５６を貫通させて貫通部５７を形成する。
このときリザーバ部３２と圧電素子保持部３１との間の接合領域に設けられた弾性膜５０及び絶縁体膜５６は薄肉部１０１に支持されるため、リザーバ部３２と連通部１３とを隔てる弾性膜５０及び絶縁体膜５６を貫通させても、接合領域の絶縁体膜５６及び弾性膜５０がリザーバ形成基板３０から剥離するのを防止することができる。
【００４５】
また、このように薄肉部１０１によって、弾性膜５０及び絶縁体膜５６を貫通させた際に弾性膜５０及び絶縁体膜５６がリザーバ形成基板３０から剥離されないため、弾性膜５０及び絶縁体膜５６をリザーバ部３２の開口縁部で貫通させることができる。すなわち、リザーバ部３２と連通部１３とを連通する貫通部５７の開口形状をリザーバ部３２の開口形状に合わせて形成することができる。これにより、弾性膜５０及び絶縁体膜５６がリザーバ１１０内に突出するのを防止して、突出した弾性膜５０及び絶縁体膜５６によってリザーバ１１０内に気泡が溜まるのを防ぎ、インク供給不良及びインク吐出不良を防止することができる。
【００４６】
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。その後は、流路形成基板１０にマスク膜５１を介してノズルプレート２０を接合し、リザーバ形成基板３０に駆動ＩＣ１２０を実装すると共にワイヤボンディングすることによって、駆動ＩＣ１２０とリード電極９０とを外部配線１２１によって電気的に接続することにより本実施形態のインクジェット式記録ヘッドとなる。
【００４７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、勿論、本発明は上述したものに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、流路形成基板１０を残留パターン５１ｂを有するマスク膜５１を介してエッチングした際に、流路形成基板１０を厚さ方向に圧力発生室１２の深さまで除去し、圧力発生室１２、連通部１３及びインク供給路１４を形成するようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、流路形成基板１０を残留パターン５１ｂを有するマスク膜５１を介してエッチングした際に、流路形成基板１０の開口部５３側の一部を除去し、圧力発生室１２、連通部１３及びインク供給路１４の深さ方向の一部のみを形成するようにしてもよい。このような場合でも、マスク膜５１の残留パターン５１ｂを除去した後に、流路形成基板１０を厚さ方向にエッチングすることで、圧力発生室１２、連通部１３及びインク供給路１４を流路形成基板１０を貫通するまで形成することができると共に、同時に残留壁１０１ａの開口部５３Ａ側の一部を除去し、薄肉部１０１及び連通路１００を形成することができる。なお、このような工程で薄肉部１０１を形成した場合、残留パターン５１ｂを有するマスク膜５１を介して流路形成基板１０をエッチングした際の圧力発生室１２の深さが薄肉部１０１の厚さとなる。これは、薄肉部１０１を形成する流路形成基板１０のエッチングでは、圧力発生室１２等が流路形成基板１０を貫通した時点でエッチングを終了するため、エッチングにより深さ方向の一部を形成した際に圧力発生室１２の底面側に残った流路形成基板１０の厚さ分だけ、残留壁１０１ａの開口部５３Ａ側がエッチングされるためである。このため、エッチングにより圧力発生室１２等の深さ方向の一部を形成する際の深さをエッチング時間の調整により制御することにより、薄肉部１０１の厚さの制御を行うことができ、薄肉部１０１の厚さの制御を高精度に行うことができる。
【００４８】
また、例えば、上述した実施形態では、流路を幅方向に絞ることでインク供給路１４を形成したが、これに限定されず、流路形成基板の厚さ方向に流路を絞ることでインク供給路を形成してもよい。なお、この場合には、インク供給路は、例えば、流路形成基板を厚さ方向に異方性エッチング（ハーフエッチング）することにより形成される。
さらに、上述した実施形態では、リザーバ形成基板３０に圧電素子保持部３１を設け、この圧電素子保持部３１内に圧電素子３００を形成するようにしたが、これに限定されず、リザーバ形成基板３０に圧電素子保持部３１を設けなくてもよい。この場合には、圧電素子３００及びリード電極９０の表面を無機絶縁材料からなる絶縁膜によって覆い、水分（湿気）に起因する圧電体層７０の破壊を防止するようにすればよい。
また、上述の実施形態では、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。
【００４９】
さらに、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８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８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。
【００５０】
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。
【００５１】
なお、上述した実施形態では、液体噴射ヘッドとしてインクを吐出するインクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置を一例として説明したが、本発明は、広く液体噴射ヘッド及び液体噴射装置全般を対象としたものである。液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる記録ヘッド、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料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等を挙げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の一実施形態に係るヘッドの分解斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るヘッドの平面図及び断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係るヘッドの製造工程を示す平面図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る記録装置の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０  流路形成基板、１１，１１ａ  壁部、１２  圧力発生室、１３  連通部、１４  インク供給路、２０  ノズルプレート、２１  ノズル開口、３０  リザーバ形成基板、３１  圧電素子保持部、３２  リザーバ部、４０  コンプライアンス基板、５０  弾性膜、５１  マスク膜、５６  絶縁体膜、５７  貫通部、６０  下電極膜、７０  圧電体層、８０  上電極膜、１００  連通路、１０１  薄肉部、１１０  リザーバ、１２０  駆動ＩＣ、１３０  治具、３００  圧電素子
【図１】
2005153243.tif 000003
【図２】
2005153243.tif 000004
【図３】
2005153243.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005153243.tif 000007
【図６】
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【図７】
2005153243.tif 000009
【図８】
2005153243.tif 000010