(57)【要約】【課題】振動板と隔壁との密着力を確保して、駆動耐久性を向上することができ、信頼性を向上した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】液体を噴射するノズル開口２１に連通すると共に複数の隔壁１１で区画されて短手方向に並設された複数の圧力発生室１２を有する流路形成基板１０と、該流路形成基板１０の一方面側に振動板５０を介して設けられて前記圧力発生室１２に圧力変化を付与する圧力発生素子３００とを具備し、前記振動板５０の前記圧力発生室１２に相対向する領域には、当該圧力発生室１２側に開口する凹部５１を設けると共に、該凹部５１の開口縁部を、前記隔壁１１の前記圧力発生室１２の側面を画成する内面と前記振動板５０と接合された面とで画成された角部と同一位置に設け、且つ前記凹部５１の側面を、前記凹部５１の開口縁部側よりも当該凹部５１の底面側が幅狭となるように傾斜した傾斜面５２で構成する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を噴射するノズル開口に連通すると共に複数の隔壁で区画されて短手方向に並設された複数の圧力発生室を有する流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に振動板を介して設けられて前記圧力発生室に圧力変化を付与する圧力発生素子とを具備し、
前記振動板の前記圧力発生室に相対向する領域には、当該圧力発生室側に開口する凹部が設けられていると共に、該凹部の開口縁部が、前記隔壁の前記圧力発生室の側面を画成する内面と前記振動板と接合された面とで画成された角部と同一位置に設けられ、且つ前記凹部の側面が、前記凹部の開口縁部側よりも当該凹部の底面側が幅狭となるように傾斜した傾斜面となっていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
前記凹部の前記傾斜面が、互いに傾斜角度の異なる複数のテーパ部で構成されていることを特徴とする請求項１記載の液体噴射ヘッド。
【請求項３】
複数の前記テーパ部が、前記圧力発生素子側ほど前記振動板の厚さ方向に対して傾斜角度が小さくなっていることを特徴とする請求項２記載の液体噴射ヘッド。
【請求項４】
前記圧力発生室の内面には、耐液体性を有する保護膜が設けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の液体噴射ヘッド。
【請求項５】
前記流路形成基板がシリコン単結晶基板からなると共に、前記振動板の前記流路形成基板側の最下層が二酸化シリコンからなる弾性膜で構成されており、前記凹部が前記弾性膜に設けられていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の液体噴射ヘッド。
【請求項６】
請求項１〜５の何れかに記載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７】
液体を噴射するノズル開口に連通すると共に複数の隔壁で区画されて短手方向に並設された複数の圧力発生室を有する流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に振動板を介して設けられて前記圧力発生室に圧力変化を付与する圧力発生素子とを具備すると共に、前記振動板の前記圧力発生室に相対向する領域には、当該圧力発生室側に開口する凹部が設けられ、且つ該凹部の開口縁部が、前記隔壁の前記圧力発生室の側面を画成する内面と前記振動板と接合された面とで画成された角部と同一位置に設けられていると共に、前記凹部の側面が、前記凹部の開口縁部側よりも当該凹部の底面側が幅狭となるように傾斜した傾斜面となっている液体噴射ヘッドの製造方法であって、
前記流路形成基板の一方面に前記振動板と前記圧力発生素子とを形成する工程と、前記流路形成基板を他方面側から異方性エッチングすることにより、前記隔壁で短手方向が画成された前記圧力発生室を形成すると共に、当該異方性エッチングによって、前記隔壁を前記短手方向にエッチングすると共に前記振動板の前記圧力発生室に相対向する領域をエッチングして、前記隔壁のエッチングレートと前記振動板のエッチングレートとの違いを利用して前記傾斜面を有する前記凹部を形成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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズル開口から液体を噴射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、液体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】
一般的に、プリンタ、ファクシミリ、複写装置等に用いられる液体噴射ヘッドであるインクジェット式記録ヘッドとしては、インク滴を吐出させるためのメカニズムに応じて各種方式のものが知られている。例えば、ノズル開口に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の変位により変形させて圧力発生室内の容積を膨張又は収縮させることでノズル開口から液滴を吐出させるものや、静電気力を利用して振動板を変形させて圧力発生室の容積を変化させることで、ノズル開口から液滴を吐出させるようにしたものもある。
【０００３】
このようなインクジェット式記録ヘッドの製造方法としては、例えば、シリコン単結晶基板からなる流路形成基板の一方面側に振動板を介して圧電素子等の圧力発生素子を形成し、流路形成基板の他方面側から振動板に達するまで異方性エッチングすることにより圧力発生室等を形成する方法が用いられてきた。
【０００４】
また、インクジェット式記録ヘッド及びその製造方法としては、例えば、振動板の圧力発生室に相対向する領域に圧力発生室の幅よりも幅広の凹部を異方性エッチングすることにより形成した構成（例えば、特許文献１参照）、振動板に角部がＲ形状で形成された圧力発生室よりも幅広又は幅狭の凹部を形成した構成（例えば、特許文献２参照）及び圧力発生室を画成する隔壁の振動板側に凹部又は凸部を設けた構成（例えば、特許文献３参照）が提案されている。
【０００５】
しかしながら、このような振動板に圧力発生室よりも幅広の凹部を形成した構成では、隔壁と振動板とが接する面積が減少し、密着領域が減少してしまいインク吐出時のインクの反力に対する隔壁と振動板との密着力が減少してしまうという問題がある。また、圧電素子の駆動を繰り返し行うことで、振動板が隔壁から剥がれてしまう虞があったり、振動板の隔壁と圧力発生室との境界部分に亀裂が生じるなどの破壊が発生してしまうという問題がある。
【０００６】
また、振動板に圧力発生室よりも幅狭の凹部を形成した場合には、振動板の厚さにより変位特性を向上することができないという問題や、凹部の幅のばらつきによって、振動板の変位特性を均一化することができないという問題がある。
【０００７】
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はなく、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにおいても同様に存在する。
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−２２７１９０号公報（第５頁、第５図）
【特許文献２】特開２００４−２０９８７４号公報（第５〜７頁、第２〜５図）
【特許文献３】特許第３７１３９２１号公報（第７〜１０頁、第１及び３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑み、振動板と隔壁との密着力を確保して、駆動耐久性を向上することができ、信頼性を向上した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】
【００１０】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、液体を噴射するノズル開口に連通すると共に複数の隔壁で区画されて短手方向に並設された複数の圧力発生室を有する流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に振動板を介して設けられて前記圧力発生室に圧力変化を付与する圧力発生素子とを具備し、前記振動板の前記圧力発生室に相対向する領域には、当該圧力発生室側に開口する凹部が設けられていると共に、該凹部の開口縁部が、前記隔壁の前記圧力発生室の側面を画成する内面と前記振動板と接合された面とで画成された角部と同一位置に設けられ、且つ前記凹部の側面が、前記凹部の開口縁部側よりも当該凹部の底面側が幅狭となるように傾斜した傾斜面となっていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００１１】
かかる第１の態様では、凹部によって振動板の厚さを薄くして、振動板の変位特性を向上して液体噴射特性を向上することができると共に、隔壁と振動板とが接する面積を減少させることがなく、振動板の隔壁とが剥離するのを防止することができ、また、振動板の隔壁と圧力発生室との境界部分の剛性を向上して、この境界部分に亀裂等が発生するのを防止することができ、駆動耐久性を向上することができると共に信頼性を向上することができる。
【００１２】
本発明の第２の態様は、前記凹部の前記傾斜面が、互いに傾斜角度の異なる複数のテーパ部で構成されていることを特徴とする第１の態様の液体噴射ヘッドにある。
【００１３】
かかる第２の態様では、傾斜面を複数のテーパ部で構成することで、液体噴射特性を向上することができると共に、振動板と隔壁との剥離を確実に防止でき、振動板の隔壁と圧力発生室との境界部分の剛性を向上して、この境界部分に亀裂等が発生するのを確実に防止することができる。
【００１４】
本発明の第３の態様は、複数の前記テーパ部が、前記圧力発生素子側ほど前記振動板の厚さ方向に対して傾斜角度が小さくなっていることを特徴とする第２の態様の液体噴射ヘッドにある。
【００１５】
かかる第３の態様では、振動板の隔壁と圧力発生室との境界部分の剛性をさらに向上することができ、境界部分に亀裂等が発生するのを確実に防止することができる。
【００１６】
本発明の第４の態様は、前記圧力発生室の内面には、耐液体性を有する保護膜が設けられていることを特徴とする第１〜３の何れかの態様の液体噴射ヘッドにある。
【００１７】
かかる第４の態様では、凹部の開口縁部と隔壁の角部とを同一位置とし、且つ凹部の側面を傾斜面とすることで、保護膜の付きまわりを向上することができ、液体の侵食による流路形成基板及び振動板等の破壊を確実に防止できる。
【００１８】
本発明の第５の態様は、前記流路形成基板がシリコン単結晶基板からなると共に、前記振動板の前記流路形成基板側の最下層が二酸化シリコンからなる弾性膜で構成されており、前記凹部が前記弾性膜に設けられていることを特徴とする第１〜４の何れかの態様の液体噴射ヘッドにある。
【００１９】
かかる第５の態様では、凹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６の態様は、第１〜５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６の態様では、信頼性を向上した液体噴射装置を実現できる。
【００２２】
本発明の第７の態様は、液体を噴射するノズル開口に連通すると共に複数の隔壁で区画されて短手方向に並設された複数の圧力発生室を有する流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に振動板を介して設けられて前記圧力発生室に圧力変化を付与する圧力発生素子とを具備すると共に、前記振動板の前記圧力発生室に相対向する領域には、当該圧力発生室側に開口する凹部が設けられ、且つ該凹部の開口縁部が、前記隔壁の前記圧力発生室の側面を画成する内面と前記振動板と接合された面とで画成された角部と同一位置に設けられていると共に、前記凹部の側面が、前記凹部の開口縁部側よりも当該凹部の底面側が幅狭となるように傾斜した傾斜面となっている液体噴射ヘッドの製造方法であって、前記流路形成基板の一方面に前記振動板と前記圧力発生素子とを形成する工程と、前記流路形成基板を他方面側から異方性エッチングすることにより、前記隔壁で短手方向が画成された前記圧力発生室を形成すると共に、当該異方性エッチングによって、前記隔壁を前記短手方向にエッチングすると共に前記振動板の前記圧力発生室に相対向する領域をエッチングして、前記隔壁のエッチングレートと前記振動板のエッチングレートとの違いを利用して前記傾斜面を有する前記凹部を形成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７の態様では、異方性エッチングにより所望の形状の凹部を容易に且つ高精度に形成することができると共に、凹部を圧力発生室と同時に形成することができるため、製造工程を簡略化して製造コストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００２５】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る液体噴射ヘッドの一例であ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の平面図及びそのＡ−Ａ′断面図であり、図３は、図２（ａ）のＢ−Ｂ′断面図及びその要部断面図である。図示するように、流路形成基板１０は、本実施形態では結晶面方位が（１１０）面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って二酸化シリコンからなる厚さ０．５〜２μｍの弾性膜５０が形成されている。
【００２６】
流路形成基板１０には、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１１により区画された複数の圧力発生室１２がその幅方向（短手方向）に並設されている。また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向外側の領域には連通部１３が形成され、連通部１３と各圧力発生室１２とが、圧力発生室１２毎に設けられたインク供給路１４を介して連通されている。連通部１３は、後述する保護基板３０のリザーバ部３１と連通して各圧力発生室１２の共通の液体室となるリザーバ１００の一部を構成する。インク供給路１４は、圧力発生室１２よりも狭い幅で形成されており、連通部１３から圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。なお、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。また、流路の幅を絞るのではなく、厚さ方向から絞ることでインク供給路を形成してもよい。
【００２７】
このような圧力発生室１２、インク供給路１４及び連通部１３は、弾性膜５０とは反対側の面から流路形成基板１０を異方性エッチングすることによって形成されている。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。本実施形態では、流路形成基板１０として、面方位（１１０）のシリコン単結晶基板を用いたため、シリコン単結晶基板の（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。すなわち、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）面とが出現する。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。
【００２８】
このように流路形成基板１０を異方性エッチングすることにより形成された隔壁１１は、本実施形態では、圧力発生室１２の短手方向の側面を画成する内面が流路形成基板１０の表面の（１１０）面に垂直な第１の（１１１）面で形成されている。すなわち、隔壁１１は、圧力発生室１２の短手方向の幅が流路形成基板１０の厚さ方向に亘って同一幅となるように形成されている。
【００２９】
また、詳しくは後述するが、図３に示すように、本実施形態の振動板を構成する弾性膜５０の圧力発生室１２に相対向する領域には、圧力発生室１２側に開口する凹部５１が設けられている。この凹部５１は、流路形成基板１０を異方性エッチングすることにより隔壁１１及び圧力発生室１２を形成した際に、同時に振動板である弾性膜５０を異方性エッチングすることによって形成することができる。
【００３０】
また、流路形成基板１０の圧力発生室１２、凹部５１、インク供給路１４及び連通部１３の内面には、耐液体性（耐インク性）を有する材料からなる保護膜２００が設けられている。本実施形態では、保護膜２００として、例えば、厚さが約５０ｎｍの五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）等の酸化タンタルを設けた。なお、ここで言う耐インク性とは、アルカリ性のインクに対する耐エッチング性のことである。また、本実施形態では、流路形成基板１０の圧力発生室１２等が開口する側の表面、すなわち、ノズルプレート２０が接合される接合面側には保護膜２００を設けないようにしたが、勿論、このような領域にも保護膜２００を設けるようにしてもよい。
【００３１】
なお、このような保護膜２００の材料は、酸化タンタルに限定されず、使用するインクのｐＨ値によっては、例えば、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）等を用いてもよい。
【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とは反対側の端部近傍に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によって固着されている。なお、ノズルプレート２０は、例えば、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板、ステンレス鋼等からなる。
【００３３】
一方、このような流路形成基板１０のノズルプレート２０とは反対側の面には、上述したように、厚さが例えば約１．０μｍの弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、厚さが例えば、約０．４μｍの絶縁体膜５５が形成されている。さらに、この絶縁体膜５５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１２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５５及び下電極膜６０が振動板として作用するが、弾性膜５０、絶縁体膜５５を設けずに、下電極膜６０のみを残して下電極膜６０を振動板としてもよい。
【００３４】
また、図３に示すように、本実施形態の振動板の最下層である弾性膜５０には、圧力発生室１２に相対向する領域に、圧力発生室１２側に開口する凹部５１が設けられている。凹部５１は、開口縁部が、隔壁１１の圧力発生室１２の側面を画成する内面と、弾性膜５０が接合された面とで画成された角部と同一位置となるように設けられている。また、凹部５１の側面は、圧電素子３００側の内面が内側となるよう傾斜した傾斜面５２となっている。すなわち、凹部５１は、開口縁部側よりも底面側（凹部５１の圧電素子３００側）が幅狭となるように設けられている。このような傾斜面５２は、本実施形態では、凹部５１の開口縁部側（圧力発生室１２側）に設けられて弾性膜５０の厚さ方向に対して傾斜角度の大きな第１テーパ部５３と、圧電素子３００側に設けられて傾斜角度の小さな第２テーパ部５４とで構成されている。
【００３５】
なお、このような凹部５１は、上述のように、流路形成基板１０を異方性エッチングすることにより圧力発生室１２を形成する際に、振動板の最下層である弾性膜５０の厚さ方向の一部及び隔壁１１の幅方向の一部を同時に除去することで形成することができる。すなわち、詳しくは後述するが、流路形成基板１０を異方性エッチングすることにより圧力発生室１２等を形成する際に、二酸化シリコン及び隔壁１１がシリコン単結晶基板の（１１０）面よりも、エッチングレートが遅くエッチングされることを利用して、流路形成基板１０を異方性エッチングする際のエッチング時間を調整して弾性膜５０及び隔壁１１の一部をエッチングにより除去することにより、凹部５１を形成することができる。
【００３６】
このように、振動板の最下層である弾性膜５０に、圧力発生室１２側に開口すると共に、圧力発生室１２の幅と同じ幅で開口する凹部５１を設けることで、弾性膜５０の圧力発生室１２に相対向する領域の厚さを薄くして、圧電素子３００の変位特性を向上し、インク吐出特性を向上することができる。また、凹部５１の開口縁部を、隔壁１１の圧力発生室１２の短手方向の側面を画成する内面と弾性膜５０が接合された面との角部と同一位置とすることで、凹部５１の開口を圧力発生室１２の幅と同一幅で開口するようにしたため、凹部５１によって隔壁１１と弾性膜５０との密着面の面積が減少されることなく、隔壁１１と弾性膜５０との密着性を向上することができる。これにより、圧電素子３００の駆動により振動板を変位させても、隔壁１１と弾性膜５０とが剥がれるのを防止することができ、駆動耐久性を向上して信頼性を向上することができる。
【００３７】
さらに、凹部５１の側面を傾斜面５２とすることで、弾性膜５０の隔壁１１と圧力発生室１２との境界部分の厚さを確保して、剛性を向上することができ、振動板の隔壁１１と圧力発生室１２との境界部分に亀裂等の破壊が発生するのを防止することができる。
【００３８】
また、圧力発生室１２、凹部５１、連通部１３及びインク供給路１４の内面に保護膜２００を設ける際に、凹部５１の開口縁部が隔壁１１の角部と同一位置となっているため、保護膜２００の付きまわりを向上して、インクの侵食による流路形成基板１０の破壊を防止することができる。すなわち、例えば、隔壁の弾性膜５０側の内面に凹みが設けられている場合や、凹部の幅が圧力発生室１２の幅よりも幅広に設けられている場合には、この隔壁の凹みや凹部の角部などに保護膜２００を均等な厚さで、連続的に膜として形成するのが困難であり、保護膜２００が不連続に形成された界面領域からインクが侵食し、流路形成基板１０が破壊されてしまうからである。
【００３９】
また、各圧電素子３００の上電極膜８０には、流路形成基板１０のインク供給路１４側に延設された金（Ａｕ）等のリード電極９０がそれぞれ接続されている。このリード電極９０を介して各圧電素子３００に選択的に電圧が印加される。
【００４０】
さらに、圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上には、連通部１３に対向する領域にリザーバ部３１が設けられた保護基板３０が接着剤３５を介して接合されている。このリザーバ部３１は、上述したように、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１００を構成している。
【００４１】
また、保護基板３０には、圧電素子３００に対向する領域に、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有する圧電素子保持部３２が設けられている。なお、圧電素子保持部３２は、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有していればよく、当該空間は密封されていても、密封されていなくてもよい。
【００４２】
さらに、保護基板３０の圧電素子保持部３２とリザーバ部３１との間の領域には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられ、この貫通孔３３内に下電極膜６０の一部及びリード電極９０の先端部が露出されている。
【００４３】
また、保護基板３０上には、圧電素子３００を駆動するための駆動回路１２０が実装されている。この駆動回路１２０としては、例えば、回路基板や半導体集積回路（ＩＣ）等を用いることができる。そして、駆動回路１２０とリード電極９０とはボンディングワイヤ等の導電性ワイヤからなる接続配線１２１を介して電気的に接続されている。
【００４４】
保護基板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と同一材料の面方位（１１０）のシリコン単結晶基板を用いて形成した。
【００４５】
また、保護基板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。
【００４６】
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１２０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、絶縁体膜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。
【００４７】
以下、このようなインクジェット式記録ヘッドの製造方法について、図４〜図８を参照して説明する。なお、図４〜図８は、インクジェット式記録ヘッドの製造工程を示す圧力発生室の並設方向の断面図である。
【００４８】
まず、図４（ａ）に示すように、シリコン単結晶基板からなるシリコンウェハである流路形成基板用ウェハ１１０を約１１００℃の拡散炉で熱酸化し、その表面に弾性膜５０を構成する二酸化シリコン膜１５０を形成する。なお、本実施形態では、流路形成基板用ウェハ１１０として、優先面方位が（１１０）面の厚さが約６２５μｍと比較的厚く剛性の高いシリコンウェハを用いている。
【００４９】
次に、図４（ｂ）に示すように、弾性膜５０（二酸化シリコン膜１５０）上に、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５５を形成する。具体的には、弾性膜５０（二酸化シリコン膜１５０）上に、例えば、スパッタ法等によりジルコニウム（Ｚｒ）層を形成後、このジルコニウム層を、例えば、５００〜１２００℃の拡散炉で熱酸化することにより酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）からなる絶縁体膜５５を形成する。
【００５０】
次いで、図４（ｃ）に示すように、例えば、白金（Ｐｔ）とイリジウム（Ｉｒ）とを絶縁体膜５５上に積層することにより下電極膜６０を形成した後、この下電極膜６０を所定形状にパターニングする。次に、図５（ａ）に示すように、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなる圧電体層７０と、例えば、イリジウムからなる上電極膜８０とを流路形成基板用ウェハ１１０の全面に形成し、図５（ｂ）に示すように、これら圧電体層７０及び上電極膜８０を、各圧力発生室１２に対向する領域にパターニングして圧電素子３００を形成する。
【００５１】
なお、圧電素子３００を構成する圧電体層７０の材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電性圧電性材料や、これにニオブ、ニッケル、マグネシウム、ビスマス又はイットリウム等の金属を添加したリラクサ強誘電体等が用いられる。その組成は、圧電素子３００の特性、用途等を考慮して適宜選択すればよい。また、圧電体層７０の形成方法は、特に限定されないが、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−ゲル法を用いて圧電体層７０を形成した。なお、圧電体層７０を形成する方法としては、ゾル−ゲル法に限定されず、例えば、ＭＯＤ法やスパッタ法等を用いてもよい。
【００５２】
次に、図６（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の全面に亘って金（Ａｕ）からなるリード電極９０を形成後、各圧電素子３００毎にパターニングする。
【００５３】
次に、図６（ｂ）に示すように、保護基板用ウェハ１３０を、流路形成基板用ウェハ１１０上に接着剤３５を介して接着する。ここで、この保護基板用ウェハ１３０には、リザーバ部３１及び圧電素子保持部３２が予め形成されている。なお、この保護基板用ウェハ１３０は、例えば、４００μｍ程度の厚さを有するため、保護基板用ウェハ１３０を接合することによって流路形成基板用ウェハ１１０の剛性は著しく向上することになる。
【００５４】
次いで、図７（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０をある程度の厚さとなるまで研磨した後、さらにフッ硝酸によってウェットエッチングすることにより流路形成基板用ウェハ１１０を所定の厚みにする。例えば、本実施形態では、研磨及びウェットエッチングによって、流路形成基板用ウェハ１１０を、約７０μｍの厚さとなるように加工した。
【００５５】
次に、図７（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０上に、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）からなるマスク膜１５１を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、流路形成基板用ウェハ１１０をマスク膜１５１を介して異方性エッチング（ウェットエッチング）することにより、圧力発生室１２、連通部１３及びインク供給路１４を形成する。具体的には、流路形成基板用ウェハ１１０を水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液等のアルカリ溶液に浸漬すると、図８（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０が厚さ方向に異方性エッチングされて、第１の（１１１）面と第２の（１１１）面とで画成された圧力発生室１２及びインク供給路１４と連通部１３とが形成される。このとき、圧力発生室１２の短手方向の側面を画成する隔壁１１の内面は、第１の（１１１）面で形成される。また、圧力発生室１２等が形成された後は、図８（ｂ）に示すように、弾性膜５０の厚さ方向の一部及び隔壁１１の圧力発生室１２の短手方向の幅の一部、すなわち、第１の（１１１）面を異方性エッチングすることにより、弾性膜５０に凹部５１を形成する。また、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）のエッチングレートは、シリコン単結晶基板の第１の（１１１）面とのエッチングレートに比べて低く、両者のエッチングレートの違いを利用して、凹部５１の側面に第１テーパ部５３及び第２テーパ部５４からなる傾斜面５２を形成する。また、このような傾斜面５２を有する凹部５１は、その開口縁部が隔壁１１の圧力発生室１２の短手方向の側面を画成する内面と弾性膜５０が接合された面との角部と同一位置となるように形成することができる。
【００５６】
なお、シリコン単結晶基板の（１１０）面、第１の（１１１）面及び二酸化シリコン（ＳｉＯ２）のエッチングレートは、エッチング液（ＫＯＨ）の濃度及び温度によって変化することが知られている。
【００５７】
例えば、４０℃、ＫＯＨの濃度が４０％のエッチング液を用いた場合には、シリコン単結晶基板の（１１０）面のエッチングレートは８．０μｍ／ｈ、第１の（１１１）面のエッチングレートは４０ｎｍ／ｈ、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）のエッチングレートは１１ｎｍ／ｈとなる。
【００５８】
また、８０℃、ＫＯＨの濃度が４０％のエッチング液を用いた場合には、シリコン単結晶基板の（１１０）面のエッチングレートは９９μｍ／ｈ、第１の（１１１）面のエッチングレートは１１μｍ／ｈ、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）のエッチングレートは４００ｎｍ／ｈとなる。
【００５９】
このように、エッチング液の温度及び濃度によって、（１１０）面、第１の（１１１）面及び二酸化シリコン（ＳｉＯ２）のエッチングレートが違うため、このようなエッチングレートの違いを用いて、凹部５１を形成することにより、凹部５１の側面を第１テーパ部５３及び第２テーパ部５４で構成される傾斜面５２で形成することができる。
【００６０】
このように、流路形成基板用ウェハ１１０を異方性エッチングすることにより、圧力発生室１２等を形成する際に同時に凹部５１を形成することで、凹部５１を容易に且つ高精度に所望の形状で形成することができる。
【００６１】
その後は、流路形成基板用ウェハ１１０の圧力発生室１２が開口する面側のマスク膜１５１を除去すると共に、流路形成基板用ウェハ１１０の圧力発生室１２等の内面に耐インク性（耐液体性）を有する保護膜２００を形成し、流路形成基板用ウェハ１１０及び保護基板用ウェハ１３０の外周縁部の不要部分を、例えば、ダイシング等により切断することによって除去する。そして、流路形成基板用ウェハ１１０の保護基板用ウェハ１３０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、保護基板用ウェハ１３０にコンプライアンス基板４０を接合し、これら流路形成基板用ウェハ１１０等を、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等に分割することによって上述した構造のインクジェット式記録ヘッドが製造される。
【００６２】
（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態１について説明したが、本発明の基本的構成は、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では、凹部５１の側面を第１テーパ部５３及び第２テーパ部５４で構成される傾斜面５２としたが、凹部５１の側面の形状は、特にこれに限定されず、例えば、エッチング液の温度及び濃度を調整することで、第１テーパ部の傾斜角度を弾性膜５０の厚さ方向に対して小さくし、第２テーパ部の傾斜角度を厚さ方向に対して大きくするようにしてもよい。すなわち、上述した実施形態１では、第１テーパ部５３と第２テーパ部５４とで、凸状の傾斜面５２を形成したが、第１テーパ部と第２テーパ部とで凹状の傾斜面を形成するようにしてもよい。また、上述した実施形態１では、凹部５１の傾斜面５２を第１テーパ部５３と第２テーパ部５４とで構成したが、特にこれに限定されず、例えば、角度の異なる３つ以上のテーパ部で凹部を構成するようにしてもよい。
【００６３】
さらに、図９に示すように、弾性膜５０Ａの凹部５１Ａの傾斜面５２Ａを平面状に形成するようにしてもよい。なお、図９は、インクジェット式記録ヘッドの他の例を示す圧力発生室の並設方向の断面図である。このような凹部５１Ａは、例えば、上述した実施形態１と同様に、流路形成基板用ウェハ１１０を異方性エッチングすることにより圧力発生室１２等を形成した際に、同時に弾性膜５０及び隔壁１１を異方性エッチングすることにより、第１テーパ部５３及び第２テーパ部５４からなる傾斜面５２を形成した後、弾性膜５０の凹部５１の傾斜面５２をドライエッチングすることにより形成することができる。また、エッチング液の温度や濃度を調整することにより、異方性エッチングするだけでも図９に示すような形状に近い形状を形成することが可能である。
【００６４】
また、上述した実施形態１では、結晶面方位が（１１０）のシリコン単結晶基板からなる流路形成基板１０を用いるようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、流路形成基板１０として、結晶面方位が（１００）のシリコン単結晶基板を用いるようにしても、異方性エッチングすることにより、上述した凹部５１、５１Ａを形成することができる。
【００６５】
さらに、上述した実施形態１では、振動板を構成する弾性膜５０に凹部５１を、弾性膜５０Ａに凹部５１Ａを設けるようにしたが、振動板として弾性膜５０や絶縁体膜５５を設けずに、下電極膜６０を圧力発生室１２に露出するようにして振動板を構成した場合には、下電極膜６０の圧力発生室１２側の面に、凹部５１又は５１Ａに相当する形状の凹部を形成し、実施形態１に示す傾斜面５２又は５２Ａを形成しても、上述した実施形態１の構成から得られる効果を享受できる。
【００６６】
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１０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。
【００６７】
図１０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。
【００６８】
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に巻き掛けられて搬送されるようになっている。
【００６９】
上述した実施形態においては、圧力発生素子とし圧電素子を用いて説明したが、振動板と電極を所定の隙間を開けて配置し、静電気力で振動板の振動を制御する、いわゆる静電アクチュエータを圧力発生素子として用いても良い。また、液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを挙げて説明したが、本発明は、広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドの製造方法にも勿論適用することができる。その他の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各種の記録ヘッド、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（電界放出ディスプレー）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が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】実施形態１に係る記録ヘッドの分解斜視図である。
【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断面図及び要部拡大断面図である。
【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１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図７】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８】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す要部拡大断面図である。
【図９】他の実施形態に係る記録ヘッドの断面図である。
【図１０】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】
【００７１】
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  保護基板、  ３１  リザーバ部、  ４０  コンプライアンス基板、  ５０、５０Ａ  弾性膜、  ５１、５１Ａ  凹部、  ５２、５２Ａ  傾斜面、  ５３  第１テーパ部、  ５４  第２テーパ部、  ５５  絶縁体膜、  ６０  下電極膜、  ７０  圧電体層、  ８０  上電極膜、  ９０  リード電極、  １００  リザーバ、  １１０  流路形成基板用ウェハ、  １２０  駆動回路、  １２１  駆動配線、  １３０  保護基板用ウェハ、  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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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