(57)【要約】【課題】圧電素子保持部内を所定湿度に保ち、圧電素子の破壊を確実に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】液滴を吐出するノズル開口２１に連通する圧力発生室１２が画成された流路形成基板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た下電極６０、圧電体層７０及び上電極８０からなる圧電素子３００と、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３１を有する封止基板３０とを具備する液体噴射ヘッドであって、前記封止基板３０は、当該封止基板３０を貫通して前記圧電素子保持部３１と外部とを連通する封止孔３２と、該封止孔３２の外部に連通する側の端部に断面積が前記圧電素子保持部３１側の断面積よりも相対的に大きい凹部３３とを有し、当該凹部３３内に溶着された金属からなる封止部材３４によって前記圧電素子保持部３１を封止する。【選択図】        図２
2005022190.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴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た流路形成基板と、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する液体噴射ヘッドであって、
前記封止基板は、当該封止基板を貫通して前記圧電素子保持部と外部とを連通する封止孔と、該封止孔の外部に連通する側の端部に断面積が前記圧電素子保持部側の断面積よりも相対的に大きい凹部とを有し、当該凹部内に溶着された金属からなる封止部材によって前記圧電素子保持部が封止さ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、前記封止基板が単結晶シリコンからなると共に、前記封止部材が金−シリコン化合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、前記凹部の内面には、金属からなる接合膜が成膜により形成され、前記封止部材が前記接合膜上に溶着され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、前記接合膜が、金、銅及びアルミニウムからなる群から選択される少なくとも一種からな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、前記圧電素子保持部内には、乾燥流体が充填され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１〜５の何れかにおいて、前記封止部材によって封止された前記圧電素子保持部内の密封時の湿度が２５℃で３％ＲＨ以下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】
液滴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た流路形成基板と、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当該圧電素子を密封する圧電素子保持部が設けられた封止基板とを具備する液体噴射ヘッドの製造方法であって、
前記流路形成基板に前記振動板及び前記圧電素子を形成する工程と、前記流路形成基板の前記圧電素子側の面に、前記圧電素子保持部と外部とを連通するように貫通して設けられると共に外部に連通する側の端部に断面積が前記圧電素子保持部側の断面積よりも相対的に大きい凹部を有する封止孔が設けられた前記封止基板を接合する工程と、前記圧電素子保持部内を低湿度にした状態で、前記凹部内に金属からなる封止部材を溶着することによって前記圧電素子保持部を封止する工程とを具備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、前記圧電素子保持部を封止する工程では、金属からなる固形封止材料を前記凹部内に挿入し、前記固形封止材料を加熱することで当該圧電素子保持部を封止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、被噴射液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、インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室に供給されたインクを圧電素子によって加圧することにより、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。
【０００２】
【従来の技術】
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。
【０００３】
そして、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知られている。
【０００４】
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、封止孔に樹脂接着剤等からなる封止部材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）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１６０３６６号公報（第６頁、図２（ｂ））
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、封止孔を接着剤からなる封止部材により封止して圧電素子保持部を密封する場合、封止部材に用いられる接着剤が数十〜数百ｐｐｍの水分を含むため、接着剤を硬化して圧電素子保持部を密封する際に、接着剤に含まれる水分が圧電素子保持部内に入り湿度が上昇してしまい、圧電素子保持部内を低湿度に維持することができないという問題がある。また、接着前に接着剤の水分を除去すると、接着剤が硬化してしまうため、硬化した接着剤を圧電素子保持部の封止に用いることができないという問題がある。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だけでなく、勿論、インク以外を吐出する他の液体噴射ヘッドにおいても、同様に存在する。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑み、圧電素子保持部内を所定湿度に保ち、圧電素子の破壊を確実に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。
【０００８】
【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、液滴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た流路形成基板と、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する液体噴射ヘッドであって、前記封止基板は、当該封止基板を貫通して前記圧電素子保持部と外部とを連通する封止孔と、該封止孔の外部に連通する側の端部に断面積が前記圧電素子保持部の断面積よりも相対的に大きい凹部とを有し、当該凹部内に溶着された金属からなる封止部材によって前記圧電素子保持部が封止されていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【０００９】
かかる第１の態様では、圧電素子保持部を封止する際に、金属からなる封止部材を用いることで、樹脂に比べ圧電素子保持部内への水分の侵入を防止することができ、圧電素子保持部内を低湿度で確実に密封することができる。
【００１０】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記封止基板が単結晶シリコンからなると共に、前記封止部材が金−シリコン化合物からなることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００１１】
かかる第２の態様では、封止部材に金−シリコン化合物を用いることで、封止基板と封止部材との溶着性を確保することができるため、凹部内に封止部材を直接溶着できる。
【００１２】
本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記凹部の内面には、金属からなる接合膜が成膜により形成され、前記封止部材が前記接合膜上に溶着さ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３の態様では、封止基板の封止部材が溶着される領域に、金属の接合膜を成膜して形成しているため、封止部材を金属からなる接合膜上に溶着することができ、封止部材の材料を、複数の金属材料から選択することができる。
【００１４】
本発明の第４の態様は、第３の態様において、前記接合膜が、金、銅及びアルミニウムからなる群から選択される少なくとも一種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４の態様では、接合膜を凹部の内面に容易に且つ高精度に成膜することができる。
【００１６】
本発明の第５の態様は、第１〜４の何れかの態様において、前記圧電素子保持部内には、乾燥流体が充填され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５の態様では、乾燥流体により圧電素子保持部内を低湿度とすることができる。
【００１８】
本発明の第６の態様は、第１〜５の何れかの態様において、前記封止部材によって封止された前記圧電素子保持部内の密封時の湿度が２５℃で３％ＲＨ以下であることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００１９】
かかる第６の態様では、５年経過後の圧電素子保持部内の湿度が２５℃で４０％ＲＨ以下に維持される。
【００２０】
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。
【００２１】
かかる第７の態様では、液体吐出特性が実質的に安定し且つ信頼性を向上した液体噴射装置を実現することができる。
【００２２】
本発明の第８の態様は、液滴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た流路形成基板と、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当該圧電素子を密封する圧電素子保持部が設けられた封止基板とを具備する液体噴射ヘッドの製造方法であって、前記流路形成基板に前記振動板及び前記圧電素子を形成する工程と、前記流路形成基板の前記圧電素子側の面に、前記圧電素子保持部と外部とを連通するように貫通して設けられると共に外部に連通する側の端部に断面積が前記圧電素子保持部の断面積よりも相対的に大きい凹部を有する封止孔が設けられた前記封止基板を接合する工程と、前記圧電素子保持部内を低湿度にした状態で、前記凹部内に金属からなる封止部材を溶着することによって前記圧電素子保持部を封止する工程とを具備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。
【００２３】
かかる第８の態様では、圧電素子保持部を封止する際に、金属からなる封止部材を用いることで、樹脂に比べ圧電素子保持部内への水分の侵入を防止することができ、圧電素子保持部内を低湿度で確実に密封することができる。
【００２４】
本発明の第９の態様は、第８の態様において、前記圧電素子保持部を封止する工程では、金属からなる固形封止材料を前記凹部内に挿入し、前記固形封止材料を加熱することで当該圧電素子保持部を封止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。
【００２５】
かかる第９の態様では、凹部内に金属からなる封止部材を容易に溶着することができると共に、圧電素子保持部内を確実に密封することができる。
【００２６】
【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の概略を示す分解斜視図であり、図２は、図１の平面図及びその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、その両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の薄膜からなる弾性膜５０、及び後述する圧力発生室を形成する際にマスクとして用いられるマスクパターン５１が形成されている。
【００２７】
この流路形成基板１０には、その他方面側から異方性エッチングすることにより、複数の隔壁によって区画された圧力発生室１２が形成されている。また、各列の圧力発生室１２の長手方向外側には、後述する接合基板である封止基板３０に設けられるリザーバ部３５と連通し、各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１００を構成する連通部１３が形成されている。また、この連通部１３は、インク供給路１４を介して各圧力発生室１２の長手方向一端部とそれぞれ連通されている。
【００２８】
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より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１００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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
このような流路形成基板１０の厚さは、圧力発生室１２を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間の隔壁の剛性を保ちつつ、配列密度を高くできるからである。
【００３２】
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、０．０５〜１ｍｍ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、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である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。
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。
【００３３】
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、約０．４μｍの絶縁膜５５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０．１μｍ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、圧電素子３００の下電極膜６０、弾性膜５０及び絶縁膜５５が振動板として作用する。また、圧電素子３００の上電極膜８０の長手方向一端部近傍から流路形成基板１０の詳しくは後述する封止基板３０の貫通孔３６に対向する領域まで、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０が延設されている。そして、このリード電極９０は、その貫通孔３６で図示しない駆動ＩＣと電気的に接続されている。
【００３４】
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３１を有する封止基板３０が接合されている。この圧電素子保持部３１は、並設された２列の圧電素子３００の全てを覆うように形成され、並設された２列の圧電素子３００を同時に封止している。
【００３５】
また、封止基板３０には、封止基板３０を貫通して設けられると共に圧電素子保持部３１と外部とを連通する封止孔３２が設けられている。また、封止孔３２の外部側に連通する側の端部には、断面積が圧電素子保持部３１側の断面積よりも相対的に大きい凹部３３が設けられている。このような封止孔３２の凹部３３内には、凹部３３を埋めて封止孔３２の開口を塞ぐように金属からなる封止部材３４が溶着されており、この封止部材３４によって封止孔３２は封止され、圧電素子保持部３１が密封されている。
【００３６】
このような封止基板３０としては、例えば、ガラス、セラミック材料等の流路形成基板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。また、封止部材３４としては、シリコン単結晶基板からなる封止基板３０に直接溶着することができる材料、例えば、金−シリコン化合物を挙げることができる。また、封止基板３０と流路形成基板１０との接合は、特に限定されず、例えば、本実施形態では、熱硬化型のエポキシ系の接着剤１１０を用いて行った。なお、封止基板３０と流路形成基板１０とは、接着剤１１０を介した接着に限定されず、例えば、接着面のそれぞれに金（Ａｕ）からなる膜を形成し、両者を金−金接合してもよく、陽極接合により接合するようにしてもよい。
【００３７】
さらに、圧電素子保持部３１内は、詳しくは後述するが、封止部材３４による密封時に所定湿度以下にすることで、長期に亘って低湿度に維持することができる。なお、密封時の圧電素子保持部３１内の湿度は、２５℃で３％以下が好ましく、圧電素子保持部３１を密封時に２５℃で３％ＲＨ以下にすることで、５年経過後に２５℃で４０％ＲＨ以下の低湿度に維持することが可能となる。このように圧電素子保持部３１内を低湿度に維持するために、本実施形態では、圧電素子保持部３１内に不活性ガス等の乾燥流体が充填されている。また、圧電素子保持部３１内は、大気よりも低い気圧で密封されている。これにより、圧電素子３００は圧電素子保持部３１内の乾燥流体雰囲気中に確実に密封されて外部環境と完全に遮断される。乾燥流体としては、不活性ガスの他、還元性ガスを用いることもできるが、逆に、酸化性ガスを含有させることにより、圧電体層の劣化を防止する環境を形成することができる。また、このような不活性ガスを用いる場合には、その中の水の蒸気圧（分圧）をできるだけ低くするのが望ましい。また、圧電素子保持部３１内に不活性ガス等の乾燥流体を充填する他に、圧電素子保持部３１内に吸湿材を充填することで圧電素子保持部３１内を低湿度にすることができる。
【００３８】
さらに、封止基板３０の流路形成基板１０の連通部１３に対応する領域には、複数の圧力発生室１２の共通のインク室であるリザーバ１００の少なくとも一部を構成するリザーバ部３５が形成されている。このリザーバ部３５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いる。そして、リザーバ部３５が、流路形成基板１０の連通部１３と連通されてリザーバ１００を構成している。
【００３９】
また、封止基板３０の圧電素子保持部３１とリザーバ部３５との間には、封止基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３６が設けられており、この貫通孔３６内に圧電素子３００からのリード電極９０が露出するように延設されている。この貫通孔３６内に露出したリード電極９０の一端部には、圧電素子３００を駆動するための図示しない駆動ＩＣ（半導体集積回路）がボンディングワイヤ等を介して電気的に接続されるようになっている。
【００４０】
さらに、この封止基板３０上には、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３５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１００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１００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。
【００４１】
また、このリザーバ１００の長手方向略中央部外側のコンプライアンス基板４０上には、リザーバ１００にインクを供給するためのインク導入口４４が形成されている。さらに、封止基板３０には、インク導入口４４とリザーバ１００の側壁とを連通するインク導入路３７が設けられている。このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、図示しない外部インク供給手段と接続したインク導入口４４からインクを取り込み、リザーバ１００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、駆動回路からの記録信号に従い、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との間に電圧を印加し、弾性膜５０、絶縁膜５５、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。
【００４２】
以上説明したインクジェット式記録ヘッドの製造方法について、図３〜図５を参照して説明する。なお、図３〜図５は、インクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。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全面に二酸化シリコンからなる弾性膜５０を形成した後、図３（ｂ）に示すように、この弾性膜５０上に酸化ジルコニウム等からなる絶縁膜５５を形成する。
【００４３】
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を絶縁膜５５の全面に形成後、所定形状にパターニングする。次に、図４（ａ）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とを順次積層し、これらを同時にパターニングして圧電素子３００を形成する。
【００４４】
次に、図４（ｂ）に示すように、リード電極９０を形成する。具体的には、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。このようにして膜形成を行った後、図４（ｃ）に示すように、流路形成基板１０の圧電素子３００側に圧電素子保持部３１及び封止孔３２が設けられた封止基板３０を接着剤１１０を介して接着する。
【００４５】
このような封止基板３０は、本実施形態では、単結晶シリコンからなるため、圧電素子保持部３１、封止孔３２及び貫通孔３６等は、流路形成基板１０と同様にアルカリ溶液によるウェットエッチング又はドライエッチングにより形成することができる。なお、圧電素子保持部３１は、封止基板３０を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することができる。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。また、封止孔３２の凹部３３は、封止基板３０に圧電素子保持部３１を形成後、封止基板３０を圧電素子保持部３１とは反対側からハーフエッチングすることで形成することができ、封止孔３２は、封止基板３０を圧電素子保持部３１側から凹部３３の底面に貫通するようにエッチングすることで形成することができる。なお、封止孔３２の形成方法は、エッチングに限定されるものではなく、例えば、レーザ加工や機械加工により形成するようにしてもよい。
【００４６】
また、流路形成基板１０と封止基板３０とを接着する接着剤１１０には水分が含まれているが、接着剤１１０を加熱して硬化させることで、接着剤１１０に含まれる水分は除去される。このとき、除去された水分は圧電素子保持部３１側にも入るが、圧電素子保持部３１は、封止孔３２によって外部と連通しているため、圧電素子保持部３１内の水分を封止孔３２を介して容易に除去することができる。
【００４７】
次に、図５（ａ）に示すように、封止基板３０の接合された流路形成基板１０を乾燥流体雰囲気下に載置することで、圧電素子保持部３１内を封止孔３２を介して低湿度にした状態で、封止基板３０の圧電素子３００とは反対側の面に形成された凹部３３に封止部材３４となる固形の封止材料１３４を挿入する。この封止材料１３４は、単結晶シリコンからなる封止基板３０に溶着することができる材料であればよく、例えば、金−シリコン化合物を挙げることができる。金−シリコン化合物は、金のみに比べると単結晶シリコン基板からなる封止基板３０との溶着性に優れている。また、封止材料１３４の形状は、凹部３３が封止基板３０を面方向から見た場合に、円形状であることから、球形状が挙げられる。この理由としては、凹部３３が円形状であるため、封止材料１３４を加熱、溶融して、凹部３３内に対して均一に溶着させるためである。
【００４８】
次に、図５（ｂ）に示すように、封止基板３０の接合された流路形成基板１０を乾燥流体雰囲気下に載置した状態で、封止材料１３４を加熱することで封止材料１３４を溶融し、凹部３３に封止部材３４を溶着する。これにより、凹部３３に溶着された封止部材３４によって、乾燥流体が充填されることで低湿度となった圧電素子保持部３１が密封される。なお、封止材料１３４の加熱は、例えば、レーザ光を用いた加熱装置などによって行うことができる。
【００４９】
圧電素子保持部３１を密封する金属からなる封止部材３４は水分を含有しないため、この封止部材３４を凹部３３に加熱溶着して圧電素子保持部３１を密封することで、密封時に圧電素子保持部３１内の湿度を所定湿度以下、具体的には、２５℃で３％ＲＨ以下とすることができる。これにより、５年経過後の圧電素子保持部３１内の湿度を２５℃で４０％ＲＨ以下に維持することができ、圧電素子３００の湿度による破壊を長期に亘って防止することができる。
【００５０】
次に、図５（ｃ）に示すように、前述した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行い、圧力発生室１２、連通部１３及びインク供給路１４等を形成する。その後は、図２（ｂ）に示すように、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上にコンプライアンス基板４０を接合することにより、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドが形成される。
【００５１】
また、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。そして、分割した流路形成基板１０に、封止基板３０及びコンプライアンス基板４０を順次接着して一体化し、インクジェット式記録ヘッドとする。
【００５２】
（実施形態２）
図６は、実施形態２に係るインクジェット式記録ヘッドの断面図である。本実施形態では、図６に示すように、上述した実施形態１と同様に流路形成基板１０の圧電素子３００側に圧電素子保持部３１を有する封止基板３０Ａが接合されている。この封止基板３０Ａには、圧電素子保持部３１と外部とを連通する貫通した封止孔３２が設けられていると共に、封止孔３２の外部側の端部には凹部３３が設けられている。この凹部３３の内面には、厚さが例えば、０．１〜１０μｍの金属からなる接合膜３８が成膜により形成され、この接合膜３８上に封止部材３４が溶着されて圧電素子保持部３１が密封されている。
【００５３】
このような凹部３３に設けられた接合膜３８は、単結晶シリコンからなる接合基板３０Ａに直接成膜することができれば特に限定されず、例えば、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）や、これらの合金を挙げることができる。また、凹部３３の内面に接合膜３８を形成する方法としては、特に限定されず、スパッタリング法、蒸着法又は無電解メッキ等を挙げることができる。さらに、封止部材３４は、金属からなる接合膜３８上に溶着されるため、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）又はこれらの合金等の金属材料であれば特に限定されない。
【００５４】
このように、凹部３３の内面に金属からなる接合膜３８を成膜し、凹部３３内に金属からなる封止部材３４を溶着するようにしても、金属からなる封止部材３４及び接合膜３８には水分が含有されないため、加熱により水分が圧電素子保持部３１内に侵入するのを防止して圧電素子保持部３１内を確実に密封することができる。これにより、上述した実施形態１と同様に、密封時の圧電素子保持部３１内の湿度を２５℃で３％ＲＨ以下とすることができると共に、５年経過後に２５℃で４０％ＲＨ以下に維持することができる。また、封止孔３２の凹部３３の内面に金属からなる接合膜３８を成膜することで、封止部材３４を接合膜３８上に溶着するため、封止部材３４の材料を特定する必要がない。
【００５５】
（他の実施形態）
以上、本発明の各実施形態を説明したが、インクジェット式記録ヘッドの基本的構成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１及び２では、封止基板３０及び３０Ａの凹部３３に封止部材３４を溶着する際に、凹部３３に固形の封止材料１３４を挿入し、固形の封止材料１３４を加熱することで凹部３３内に封止部材３４を溶着し、圧電素子保持部３１内を密封するようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、凹部３３内に封止部材３４をワイヤーボンディング等で直接溶着して形成するようにしてもよい。
【００５６】
また、例えば、上述の実施形態では、圧電素子保持部３１内に乾燥流体を充填するようにしたが、勿論、乾燥流体を充填させずに空気が存在していてもよいが、空気中の水分を所定の低湿度、上述した実施形態では、２５℃で３％ＲＨ以下とさせることで、５年経過後の圧電素子保持部３１内の湿度を２５℃で４０％ＲＨ以下に維持できる。さらに、例えば、上述の実施形態１及び２では、圧電素子保持部３１と外部とを連通する封止孔３２を１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く、また、圧電素子保持部を、並設された圧電素子３００の各列毎に独立して封止するように２つ設けるようにしてもよい。
【００５７】
また、例えば、上述の実施形態１及び２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。
【００５８】
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７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７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。
【００５９】
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。
【００６０】
なお、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】
【図１】実施形態１に係る記録ヘッドの概略を示す斜視図である。
【図２】実施形態１に係る記録ヘッドの平面図及び断面図である。
【図３】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図４】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図５】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図６】実施形態２に係る記録ヘッドの断面図である。
【図７】一実施形態に係るインクジェット式記録装置の概略図である。
【符号の説明】
１０  流路形成基板、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及び３０Ａ  封止基板、３１圧電素子保持部、３２  封止孔、３３  凹部、３４  封止部材、３５  リザーバ部、３６  貫通孔、３８  接合膜、４０  コンプライアンス基板、５０  弾性膜、６０  下電極膜、７０  圧電体層、８０  上電極膜、１００  リザーバ、１１０  接着剤、１３４  封止材料、３００  圧電素子
【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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