(57)【要約】【課題】平滑性の良好な振動板を形成する。【解決手段】第１充填材７８及び第２充填材７９を溝部７２及び貫通孔７６に充填して、溝部７２及び貫通孔７６に最上部層の緻密性が下層よりも高くされた複数層構造の充填層８５を形成する。これにより、振動板４８が形成される充填層８５の最上部層は、熱処理した後の緻密性が高く、空洞が少ないため、表面処理をした後の表面に凹凸ができにくく、充填層８５の表面の平滑性が向上する。このため、充填層８５上に形成される振動板４８も平滑性が向上し、平滑性の良好な振動板４８を形成できる。【選択図】図６
2007301740.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面に圧力室を形成する第１工程と、
前記圧力室に充填材を充填して、最上部層の緻密性が下層よりも高くされた複数層構造の充填層を形成する第２工程と、
前記充填層上に振動板を形成する第３工程と、
前記圧力室に充填された充填材を前記基板の裏面側から除去する第４工程と、
を備えたことを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記充填層の下層の熱膨張係数は、前記基板と略同一であることを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記充填層の下層は、前記充填層の最上部層よりもエッチング性が高いことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記充填層は、上層から下層に向けて徐々に熱膨張係数が小さくなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項５】
前記第２工程は、前記充填材を複数回に分けて充填して、前記充填層の下層上に前記充填層の最上部層を堆積形成することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴を吐出する液滴吐出ヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクを記録媒体へ吐出して画像を記録するインクジェット記録ヘッド（液滴吐出ヘッド）を製造する製造方法としては、チャンバ（圧力室）、振動板、アクチュエータ、ノズルなど構成要素を個々に形成してから、個々の構成要素を接合してインクジェット記録ヘッドを製造する製造方法がある。この方法では、インクジェット記録ヘッドの低コスト化及び高集積化に限界がある。
【０００３】
そこで、シリコン（Ｓｉ）などから選ばれる基板を用いると共に、スパッタやＣＶＤ等の成膜法、ドライエッチングやウェットエッチング等のフォトリソプロセスを利用して、インクジェット記録ヘッドを一体製造し、低コスト化及び高集積化を図る製造方法が提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２）。
【特許文献１】特開２００２−４６２８３号公報
【特許文献２】特開平１０−１８１０３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、次世代のインクジェット記録ヘッドとしては、１２００ｄｐｉ、さらには２４００ｄｐｉの高解像度の実現が望まれている。高解像度印字は、更なる高画質を得るために必要な条件であるが、並んで液滴吐出方向の安定性、液体積の均一性なども、高画質印字を行うためには欠かせない要素である。
【０００５】
液体積のばらつきを抑制するための重要なパラメータとして、振動板の厚さの均一性及び平滑性が挙げられる。振動板の厚さのばらつきが大きいと、与えた圧力に対する振動板変位のばらつきが生じ、圧力室内のインクの排除体積が異なり、液体積のばらつきが生じる。
【０００６】
本発明は、上記事実を考慮し、平滑性の良好な振動板を形成できる液滴吐出ヘッドの製造方法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】
【０００７】
本発明の請求項１に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、基板の表面に圧力室を形成する第１工程と、前記圧力室に充填材を充填して、最上部層の緻密性が下層よりも高くされた複数層構造の充填層を形成する第２工程と、前記充填層上に振動板を形成する第３工程と、前記圧力室に充填された充填材を前記基板の裏面側から除去する第４工程と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、基板の表面に圧力室を形成し、その圧力室に充填材を充填して、最上部層の緻密性が下層よりも高くされた複数層構造の充填層を形成する。その充填層上に振動板を形成し、圧力室に充填された充填材を基板の裏面側から除去する。
【０００９】
振動板が形成される充填層の最上部層は、緻密性が高いため、表面に凹凸ができにくく、充填層の表面の平滑性が向上する。このため、充填層上に形成される振動板も平滑性が向上し、平滑性の良好な振動板を形成できる。
【００１０】
本発明の請求項２に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、請求項１の構成において、前記充填層の下層の熱膨張係数は、前記基板と略同一であることを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、充填層の下層の熱膨張係数は、基板と略同一である。このため、後工程において熱処理が行われた場合であっても、充填層の下層と基板とは、同程度に熱膨張するため、基板に発生する反りや歪みを抑制できる。
【００１２】
本発明の請求項３に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、請求項１又は請求項２の構成において、前記充填層の下層は、前記充填層の最上部層よりもエッチング性が高いことを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、充填層の下層は、充填層の最上部層よりもエッチング性が高いため、圧力室に充填された充填材を基板の裏面側から、エッチングにより除去する際、小さな開口からでも除去しやすい。最上層部の充填材を除去する際には、エッチング液が浸入する空間が設けられるため、最上層部の充填材を除去しやすい。
【００１４】
本発明の請求項４に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、請求項１〜３のいずれか１項の構成において、前記充填層は、上層から下層に向けて徐々に熱膨張係数が小さくなることを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、充填層は、上層から下層に向けて徐々に熱膨張係数が小さくなる。このため、後工程において熱処理が行われた場合であっても、充填層の最上部層と下層とで熱膨張する度合いが急激に変化しないため、基板に発生する反りや歪みを抑制できる。
【００１６】
本発明の請求項５に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、請求項１〜４のいずれか１項の構成において、前記第２工程は、前記充填材を複数回に分けて充填して、前記充填層の下層上に前記充填層の最上部層を堆積形成することを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、第２工程は、充填材を複数回に分けて充填して、充填層の下層上に充填層の最上部層を堆積形成する。このため、充填層の最上部層を薄膜に形成できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、上記構成としたので、平滑性の良好な振動板を形成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法に係る実施形態の一例を図面に基づき説明する。本実施形態では、液滴を吐出する液滴吐出ヘッドの製造方法として、インクを吐出して記録媒体に画像を記録するインクジェット記録ヘッドの製造方法について説明する。
【００２０】
まず、本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法によって製造されるインクジェット記録ヘッドを備えたインクジェット記録装置について説明する。
【００２１】
なお、記録媒体は記録紙Ｐとして説明をする。また、記録紙Ｐのインクジェット記録装置１０における搬送方向を副走査方向として矢印Ｓで表し、その搬送方向と直交する方向を主走査方向として矢印Ｍで表す。また、図において、矢印ＵＰ、矢印ＬＯが示されている場合は、それぞれ上方向、下方向を示すものとし、上下の表現をした場合は、上記各矢印に対応しているものとする。
【００２２】
図１で示すように、インクジェット記録装置１０は、ブラック、イエロー、マゼンタ、シアンの各インクジェット記録ユニット３０（インクジェット記録ヘッド３２）を搭載するキャリッジ１２を備えている。このキャリッジ１２の記録紙Ｐの搬送方向上流側には一対のブラケット１４が突設されており、そのブラケット１４には円形状の開孔１４Ａ（図２参照）が穿設されている。そして、その開孔１４Ａに、主走査方向に架設されたシャフト２０が挿通されている。
【００２３】
また、主走査方向の両端側には、主走査機構１６を構成する駆動プーリー（図示省略）と従動プーリー（図示省略）が配設されており、その駆動プーリーと従動プーリーに巻回されて、主走査方向に走行するタイミングベルト２２の一部がキャリッジ１２に固定されている。したがって、キャリッジ１２は主走査方向に往復移動可能に支持される構成である。
【００２４】
また、このインクジェット記録装置１０には、画像印刷前の記録紙Ｐを束にして入れておく給紙トレイ２６が設けられており、その給紙トレイ２６の上方には、インクジェット記録ヘッド３２によって画像が印刷された記録紙Ｐが排出される排紙トレイ２８が設けられている。そして、給紙トレイ２６から１枚ずつ給紙された記録紙Ｐを所定のピッチで副走査方向へ搬送する搬送ローラー及び排出ローラーからなる副走査機構１８が設けられている。
【００２５】
その他、このインクジェット記録装置１０には、印刷時において各種設定を行うコントロールパネル２４と、メンテナンスステーション（図示省略）等が設けられている。メンテナンスステーションは、キャップ部材、吸引ポンプ、ダミージェット受け、クリーニング機構等を含んで構成されており、吸引回復動作、ダミージェット動作、クリーニング動作等のメンテナンス動作を行うようになっている。
【００２６】
また、各色のインクジェット記録ユニット３０は、図２で示すように、インクジェット記録ヘッド３２と、それにインクを供給するインクタンク３４とが一体に構成されたものであり、インクジェット記録ヘッド３２の下面中央のインク吐出面３２Ａに形成された複数のノズル５６（図３参照）が、記録紙Ｐと対向するようにキャリッジ１２上に搭載されている。したがって、インクジェット記録ヘッド３２が主走査機構１６によって主走査方向に移動しながら、記録紙Ｐに対してノズル５６から選択的にインク滴を吐出することにより、所定のバンド領域に対して画像データに基づく画像の一部が記録される。
【００２７】
そして、主走査方向への１回の移動が終了すると、記録紙Ｐは、副走査機構１８によって副走査方向に所定ピッチ搬送され、再びインクジェット記録ヘッド３２（インクジェット記録ユニット３０）が主走査方向（前述とは反対方向）に移動しながら、次のバンド領域に対して画像データに基づく画像の一部が記録されるようになっており、このような動作を複数回繰り返すことによって、記録紙Ｐに画像データに基づく全体画像がフルカラーで記録される。
【００２８】
次に、インクジェット記録ヘッド３２の構成について説明する。図３はインクジェット記録ヘッド３２の構成を示す概略平面図であり、図４は図３のＸ−Ｘ線概略断面図である。この図３、図４で示すように、インクジェット記録ヘッド３２には、インクタンク３４と連通するインク供給ポート３６が設けられており、そのインク供給ポート３６から注入されたインク１１０は、インクプール室３８に貯留される。
【００２９】
インクプール室３８は天板４０と隔壁４２とによって、その容積が規定されており、インク供給ポート３６は、天板４０の所定箇所に複数、列状に穿設されている。また、列をなすインク供給ポート３６の間で、天板４０よりも内側のインクプール室３８内には、圧力波を緩和する樹脂膜製エアダンパー４４（後述する感光性ドライフィルム９６）が設けられている。
【００３０】
天板４０の材質は、例えばガラス、セラミックス、シリコン、樹脂等、インクジェット記録ヘッド３２の支持体になり得る強度を有する絶縁体であれば何でもよい。また、天板４０には、後述する駆動ＩＣ６０へ通電するための金属配線９０が設けられている。この金属配線９０は、樹脂膜９２で被覆保護されており、インク１１０による侵食が防止されるようになっている。
【００３１】
隔壁４２は樹脂（後述する感光性ドライフィルム９８）で成形され、インクプール室３８を矩形状に仕切っている。また、インクプール室３８は、圧電素子４６と、その圧電素子４６によって上下方向に撓み変形させられる振動板４８を介して、圧力室５０と上下に分離されている。つまり、圧電素子４６及び振動板４８が、インクプール室３８と圧力室５０との間に配置される構成とされ、インクプール室３８と圧力室５０とが同一水平面上に存在しないように構成されている。
【００３２】
したがって、圧力室５０を互いに接近させた状態に配置することが可能であり、ノズル５６をマトリックス状に高密度に配設することが可能となっている。また、このような構成にしたことにより、キャリッジ１２の主走査方向への１回の移動で、広いバンド領域に画像を形成することができるので、その走査時間が短くて済む。すなわち、少ないキャリッジ１２の移動回数及び時間で記録紙Ｐの全面に亘って画像形成を行う高速印刷が実現可能となっている。
【００３３】
圧電素子４６は、圧力室５０毎に振動板４８の上面に接着されている。振動板４８は、少なくとも上下方向に弾性変形する弾性素材で形成され、圧電素子４６に通電されると（電圧が印加されると）、上下方向に撓み変形する（変位する）構成になっている。
【００３４】
圧電素子４６の下面には一方の極性となる下部電極５２が配置され、圧電素子４６の上面には他方の極性となる上部電極５４が配置されている。そして、この上部電極５４に駆動ＩＣ６０が金属配線８６により電気的に接続されている。このように、圧力室５０に充填されたインク１１０へ圧力を付与する駆動部（アクチュエータ）５３は、圧電素子４６、下部電極５２、上部電極５４、駆動ＩＣ６０などから構成されている。
【００３５】
また、圧電素子４６は、低透水性絶縁膜（ＳｉＯｘ膜）８０で被覆保護されている。圧電素子４６を被覆保護している低透水性絶縁膜（ＳｉＯｘ膜）８０は、水分透過性が低くなる条件で着膜するため、水分が圧電素子４６の内部に侵入して信頼性不良となること（ＰＺＴ膜内の酸素を還元することにより生ずる圧電特性の劣化）を防止できる。なお、下部電極５２と接触する金属（ＳＵＳ等）製の振動板４８は、低抵抗なＧＮＤ配線としても機能するようになっている。
【００３６】
更に、圧電素子４６は、その低透水性絶縁膜（ＳｉＯｘ膜）８０の上面が、樹脂膜８２で被覆保護されている。これにより、圧電素子４６において、インク１１０による侵食の耐性が確保されるようになっている。また、金属配線８６も、樹脂保護膜８８で被覆保護され、インク１１０による侵食が防止されるようになっている。
【００３７】
また、圧電素子４６の上方は、樹脂膜８２で被覆保護され、樹脂保護膜８８が被覆されない構成になっている。樹脂膜８２は、柔軟性がある樹脂層であるため、このような構成により、圧電素子４６（振動板４８）の変位阻害が防止されるようになっている（上下方向に好適に撓み変形可能とされている）。つまり、圧電素子４６上方の樹脂層は、薄い方がより変位阻害の抑制効果が高くなるので、樹脂保護膜８８を被覆しないようにしている。
【００３８】
駆動ＩＣ６０は、隔壁４２で規定されたインクプール室３８の外側で、かつ天板４０と振動板４８との間に配置されており、振動板４８や天板４０から露出しない（突出しない）構成とされている。したがって、インクジェット記録ヘッド３２の小型化が実現可能となっている。
【００３９】
また、その駆動ＩＣ６０の周囲は樹脂材５８で封止され、駆動ＩＣ６０の下面には、複数のバンプ６２がマトリックス状に所定高さ突設されており、振動板４８上に圧電素子４６が形成された駆動部５３の金属配線８６にフリップチップ実装されるようになっている。したがって、圧電素子４６に対する高密度接続が容易に実現可能であり、駆動ＩＣ６０の高さの低減を図ることができる（薄くすることができる）。これによっても、インクジェット記録ヘッド３２の小型化が実現可能となっている。
【００４０】
また、図３において、駆動ＩＣ６０の外側には、バンプ６４が設けられている。このバンプ６４は、天板４０に設けられる金属配線９０と、駆動部５３に設けられる金属配線８６とを接続しており、当然ながら、駆動部５３に実装された駆動ＩＣ６０の高さよりも高くなるように設けられている。
【００４１】
したがって、図４、図５で示すように、インクジェット記録装置１０の本体側に設けられて、インクの吐出を制御するボード７４から天板４０の金属配線９０に通電され、その天板４０の金属配線９０からバンプ６４を経て金属配線８６に通電され、そこから駆動ＩＣ６０に通電される構成である。そして、その駆動ＩＣ６０により、所定のタイミングで圧電素子４６に電圧が印加され、振動板４８が上下方向に撓み変形することにより、圧力室５０内に充填されたインク１１０が加圧されて、ノズル５６からインク滴が吐出する構成である。
【００４２】
インク滴を吐出するノズル５６は、圧力室５０毎に１つずつ設けられ、圧力室５０に接続された連通路５５を介して、圧力室５０と連通している。圧力室５０とインクプール室３８とは、圧電素子４６を回避するとともに、振動板４８に穿設された貫通孔４８Ａを通るインク流路６６と、圧力室５０から図４において水平方向へ向かって延設されたインク流路６８とが連通することによって接続されている。このインク流路６８は、インクジェット記録ヘッド３２の製造時に、インク流路６６とのアライメントが可能なように（確実に連通するように）、予め実際のインク流路６６との接続部分よりも少し長めに設けられている。
【００４３】
次に、上記のインクジェット記録ヘッド３２の製造方法について説明する。本実施形態に係るインクジェット記録ヘッド３２は、総じていえば、シリコン基板７０に圧力室５０及び連通路５５を形成すると共に、圧力室５０及び連通路５５に充填材７８、７９を充填してその充填材上に振動板４８を積層し（図６、図７に示す第１製造過程）、さらに、圧電素子４６などからなる駆動部５３を振動板４８上に形成すると共に、この駆動部５３上にガラス基板（ガラス製の天板４０）を積層する（図８−１、図８−２、図９−１、図９−２、図１０に示す第２製造過程）ことで製造される。
図６及び図７には、圧力室５０、連通路５５及び振動板４８をシリコン基板７０に形成する第１製造過程について、概略的に示されている。
【００４４】
まず、図６（Ａ）に示すように、所定の厚さ（例えば、３００μｍ）のシリコン基板７０を用意する。次に、図６（Ｂ）に示すように、シリコン基板７０に圧力室５０となる溝部７２及び圧力室５０と連通する連通路５５となる貫通孔７６を形成する（第１工程）。これらの溝部７２及び貫通孔７６は、ドライエッチング及びウェットエッチングなどにより、所定の深さ、所定の幅に形成される。
【００４５】
次に、図６（Ｃ）に示すように、スクリーン印刷法などにより、溝部７２及び貫通孔７６に第１充填材７８を充填する（第２工程）。
【００４６】
本実施形態では、第１充填材７８として、シリコン基板７０と熱膨張係数が概ね同一であると共に、後述の第２充填材７９よりもエッチング性が高いガラス粉末を練りこんだペーストガラスを用いている。すなわち、シリコン基板７０の熱膨張係数と第１充填材７８の熱膨張係数との値が、シリコン基板７０の熱膨張係数と後述の第２充填材７９の熱膨張係数との値よりも、近似するように、第１充填材７８が選択される。本実施形態では、旭硝子（株）製のＡＰ誘電体ペーストＡＰ５７１７を使用した。
【００４７】
次に、図６（Ｄ）に示すように、第１充填材７８が充填されたシリコン基板７０を加熱処理することにより、第１充填材７８を焼成して硬化させる。これにより、第１充填材７８中の溶剤揮発による「肉痩せ」が生じる。この肉痩せにより、第１充填材７８の表面（上面）が、シリコン基板７０の表面（上面）より、所定量（例えば、１０μｍ）下がって、凹部７７が形成されるように、第１充填材７８の量が調整される。
【００４８】
なお、焼成後に肉痩せが生じてもシリコン基板７０に凹部７７が形成されない程度、十分な量の第１充填材７８を充填し、焼成後に第１充填材７８の表面を研磨することにより、凹部７７を形成してもよい。
【００４９】
この凹部７７に、図６（Ｅ）に示すように、スクリーン印刷法などにより、第２充填材７９を充填する（第２工程）。第２充填材７９が充填されたシリコン基板７０を加熱処理することにより、第２充填材７９を焼成して硬化させる。このときも、第２充填材７９中の溶剤揮発により「肉痩せ」が生じる。第２充填材７９の焼成後に、圧力室５０及び連通路５５（溝部７２及び貫通孔７６）が完全に埋め込まれ、シリコン基板７０の表面（上面）よりも上方に盛り上がるように、前述の凹部７７に充填される第２充填材７９の量が調整される。
【００５０】
第２充填材７９は、第１充填材７８よりも焼成後の緻密性が高く、空洞が生じにくいペーストガラスを用いている。具体的には、旭硝子（株）製のＡＰ誘電体ペーストＡＰ５７１０を使用した。
【００５１】
また、第２充填材７９としては、ＣＶＤ法による酸化膜を用いてもよい。この構成では、ＣＶＤ法により、第１充填材７８上に酸化膜を成膜することにより、凹部７７に第２充填材７９としての酸化膜を充填する。
【００５２】
このように、第１充填材７８及び第２充填材７９を溝部７２及び貫通孔７６に充填して、溝部７２及び貫通孔７６に最上部層の緻密性が下層よりも高くされた複数層構造の充填層８５を形成する。
【００５３】
第１充填材７８は、シリコン基板７０と熱膨張係数が概ね同一であると共に第２充填材７９よりもエッチング性が高いガラス粉末を練りこんだペーストガラスであるので、充填層８５の下層の熱膨張係数は、シリコン基板７０と略同一となり、また、充填層８５の下層は、充填層８５の最上部層よりもエッチング性が高くなる。また、充填層８５は、上層から下層に向けて徐々に熱膨張係数が小さくなる。
【００５４】
また、本実施形態のように、充填材を複数回に分けて充填して（埋め込んで）、充填層８５の下層上に充填層８５の最上部層を堆積形成することにより、充填層８５の最上部層を薄膜に形成でき、充填層８５の最上部層は、充填層８５の下層よりも薄く形成される。
【００５５】
次に、図６（Ｆ）に示すように、シリコン基板７０の表面（上面）から上方にはみ出している第１充填材７８及び第２充填材７９を研磨などの表面処理することにより、第２充填材７９の表面（上面）を平滑にする。
【００５６】
次に、図６（Ｇ）に示すように、平滑にされた第２充填材７９の表面に、薄膜でなる振動板４８を堆積形成する（第３工程）。振動板４８の材質は、第１充填材７８及び第２充填材７９とのエッチング選択性が得られるものであればよく、例えば、所定の厚さ（例えば、５μｍ）のポリシリコンを用いる。なお、後述するように、振動板を成膜する前に、第１充填材７８及び第２充填材７９とのエッチング選択性が得られる材質の薄膜を成膜すれば、振動板の材質は問わない。
【００５７】
次に、図６（Ｈ）に示すように、シリコン基板７０の裏面（下面）側から第１充填材７８及び第２充填材７９を除去する（第４工程）。
【００５８】
次に、図６（Ｉ）に示すように、シリコン基板７０の裏面（下面）にノズル５６が形成されたノズルプレート７５を接合する。
【００５９】
なお、図７に示すように、振動板を成膜する前に、第１充填材７８及び第２充填材７９とのエッチング選択性が得られる材質の薄膜を成膜してもよい。
【００６０】
図７（Ａ）に示すように、シリコン基板７０の表面（上面）から上方にはみ出している第１充填材７８及び第２充填材７９を研磨などすることにより、第１充填材７８及び第２充填材７９の表面（上面）を平滑にした後（図６（Ｆ）に相当）、図７（Ｂ）に示すように、平滑にされた第２充填材７９の表面に、第１充填材７８及び第２充填材７９とのエッチング選択性が得られる材質の薄膜７３を形成する。薄膜７３としては、例えば、ゲルマニウム薄膜が用いられる。
【００６１】
次に、図７（Ｃ）に示すように、薄膜７３の表面に、薄膜でなる振動板４８を堆積形成する。振動板４８の材質は、第１充填材７８及び第２充填材７９とのエッチング選択性が得られなくてもよく、所定の厚さ（例えば、５μｍ）のＳｉＯ２などが用いられる。
【００６２】
次に、図７（Ｄ）に示すように、シリコン基板７０の裏面（下面）側から第１充填材７８及び第２充填材７９を除去する。
【００６３】
次に、図７（Ｅ）に示すように、シリコン基板７０の裏面（下面）にノズル５６が形成されたノズルプレート７５を接合する。
【００６４】
以上のような第１製造過程によれば、振動板４８が形成される充填層８５の最上部層は、熱処理した後の緻密性が高く、空洞が少ないため、表面処理をした後の表面に凹凸ができにくく、充填層８５の表面の平滑性が向上する。例えば、熱処理した後の緻密性が低い充填材８１のみを溝部７２及び貫通孔７６に充填した場合は、図１１に示すように、表面処理をした後の表面に凹凸ができ、この上に振動板を形成すると、振動板も凹凸となり、振動板の平滑性が確保できない。
【００６５】
これに対して、本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法によれば、充填層８５の表面の平滑性が向上するため、充填層８５上に形成される振動板４８も平滑性が向上し、平滑性の良好な振動板４８を形成できる。
【００６６】
また、充填層８５の下層の熱膨張係数は、シリコン基板７０と略同一であるため、後工程において熱処理が行われた場合であっても、充填層８５の下層とシリコン基板７０とは、同程度に熱膨張するため、シリコン基板７０に発生する反りや歪みを抑制できる。
【００６７】
また、充填層８５の下層は、充填層８５の最上部層よりもエッチング性が高いため、溝部７２及び貫通孔７６に充填された第１充填材７８及び第２充填材７９をシリコン基板７０の裏面側から、エッチングにより除去する際に、除去しやすい。
【００６８】
また、充填層８５は、上層から下層に向けて徐々に熱膨張係数が小さくなるため、後工程において熱処理が行われた場合であっても、充填層８５の最上部層と下層とで熱膨張する度合いが急激に変化しないため、シリコン基板７０に発生する反りや歪みを抑制できる。
【００６９】
続いて、圧電素子４６などからなる駆動部５３を振動板４８上に形成すると共に、この駆動部５３上にガラス基板（ガラス製の天板４０）を積層して形成する第２製造過程について説明する。
【００７０】
なお、この第２製造過程は、例えば、平滑にされた第２充填材７９の表面に、振動板４８が形成される工程（図６（Ｇ）参照）と、シリコン基板７０の裏面（下面）側から第１充填材７８及び第２充填材７９を除去する工程（図６（Ｈ）参照）との間に行われる。
【００７１】
図８−１（Ａ）に示すように、振動板４８に、インク流路６６の形成用の貫通孔４８Ａを形成する。
【００７２】
次に、図８−１（Ｂ）に示すように、例えば、スパッタ法により、振動板４８の上面に下部電極５２を積層し、振動板４８の上面に積層された下部電極５２をパターニングする。具体的には、ホトリソグラフィー法によるレジスト形成、パターニング、ＲＩＥ法によるエッチング、酸素プラズマによるレジスト剥離である。この下部電極５２が接地電位となる。
【００７３】
次に、図８−１（Ｃ）で示すように、下部電極５２の上面に、圧電素子４６の材料であるＰＺＴ膜と上部電極５４を順にスパッタ法で積層し、図８−１（Ｄ）で示すように、圧電素子４６（ＰＺＴ膜）及び上部電極５４をパターニングする。
【００７４】
具体的には、ＰＺＴ膜スパッタ（膜厚３μｍ〜１５μｍ）、金属膜スパッタ（膜厚５００Å〜３０００Å）、ホトリソグラフィー法によるレジスト形成、パターニング（エッチング）、酸素プラズマによるレジスト剥離である。下部及び上部の電極材料としては、例えば圧電素子であるＰＺＴ材料との親和性が高く、耐熱性がある、Ａｕ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｐｔ等が挙げられる。
【００７５】
次に、図８−２（Ｅ）で示すように、上面に露出している下部電極５２と上部電極５４の上面に低透水性絶縁膜（ＳｉＯｘ膜）８０を積層し、更に、その低透水性絶縁膜（ＳｉＯｘ膜）８０の上面に、耐インク性と柔軟性を有する樹脂膜８２、例えばポリイミド系、ポリアミド系、エポキシ系、ポリウレタン系、シリコン系等の樹脂膜を積層して、それらをパターニングすることで、圧電素子４６と金属配線８６を接続するための開口８４（コンタクト孔）を形成する。
【００７６】
具体的には、Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＣＶＤ）法にてダングリングボンド密度が高い低透水性絶縁膜（ＳｉＯｘ膜）８０を着膜する、感光性ポリイミド（例えば、富士フイルムアーチ社製の感光性ポリイミド  Ｄｕｒｉｍｉｄｅ７５２０）を塗布・露光・現像することでパターニングを行う、ＣＦ4系ガスを用いたＲｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ（ＲＩＥ）法で上記感光性ポリイミドをマスクとしてＳｉＯｘ膜をエッチングする、という加工を行う。なお、ここでは低透水性絶縁膜としてＳｉＯｘ膜を用いたが、ＳｉＮｘ膜、ＳｉＯｘＮｙ膜等であってもよい。
【００７７】
次に、図８−２（Ｆ）で示すように、開口８４内の上部電極５４と樹脂膜８２の上面に金属膜を積層し、金属配線８６をパターニングする。具体的には、スパッタ法にてＡｌ膜（厚さ１μｍ）を着膜する、ホトリソグラフィー法でレジストを形成する、塩素系のガスを用いたＲＩＥ法にてＡｌ膜をエッチングする、酸素プラズマにてレジスト膜を剥離する、という加工を行い、上部電極５４と金属配線８６（Ａｌ膜）とを接合する。なお、図示しないが、下部電極５２の上にも開口８４が設けられ、上部電極５４と同様に金属配線８６と接続されている。
【００７８】
次に、図８−２（Ｇ）で示すように、金属配線８６及び樹脂膜８２の上面に樹脂保護膜８８（例えば、富士フイルムアーチ社製の感光性ポリイミド  Ｄｕｒｉｍｉｄｅ７３２０）を積層してパターニングする。この樹脂保護膜８８は、樹脂膜８２と同種の樹脂材料で構成される。また、このとき、圧電素子４６の上方で、金属配線８６がパターニングされていない部位には、樹脂保護膜８８を積層しないようにする（樹脂膜８２のみが積層されるようにする）。
【００７９】
ここで、圧電素子４６の上方（樹脂膜８２の上面）に樹脂保護膜８８を積層しないのは、振動板４８（圧電素子４６）の変位（上下方向の撓み変形）が阻害されるのを防止するためである。また、圧電素子４６の上部電極５４から引き出す（上部電極５４に接続される）金属配線８６が樹脂製の保護膜８８で被覆されると、その樹脂保護膜８８は、金属配線８６が積層される樹脂膜８２と同種の樹脂材料で構成されているため、金属配線８６を被覆するそれらの接合力が強固になり、界面からのインク１１０の侵入による金属配線８６の腐食を防止することができる。
【００８０】
なお、この樹脂保護膜８８は、隔壁４２（感光性ドライフィルム９８）とも同種の樹脂材料となっているため、この隔壁４２（感光性ドライフィルム９８）に対する接合力も強固になっている。したがって、その界面からのインク１１０の侵入がより一層防止される構成である。また、このように、同種の樹脂材料で構成されると、それらの熱膨張率が略等しくなるので、熱応力の発生が少なくて済む利点もある。
【００８１】
次に、図８−２（Ｈ）で示すように、金属配線８６にバンプ６２を介して駆動ＩＣ６０をフリップチップ実装する。このとき、駆動ＩＣ６０は、予め半導体ウエハプロセスの終りに実施されるグラインド工程にて、所定の厚さ（７０μｍ〜３００μｍ）に加工されている。駆動ＩＣ６０が厚すぎると、隔壁４２のパターニングやバンプ６４の形成が困難になったりする。
【００８２】
駆動ＩＣ６０を金属配線８６にフリップチップ実装するためのバンプ６２の形成方法には、電界メッキ、無電界メッキ、ボールバンプ、スクリーン印刷等が適用できる。
こうして、シリコン基板７０上に駆動部５３が製造され、この駆動部５３に、例えばガラス製の天板４０が結合（接合）される。なお、以下の図９−１、図９−２では、説明の便宜上、配線形成面を下面として説明するが、実際の工程では上面になる。
【００８３】
ガラス製天板４０の製造においては、図９−１（Ａ）で示すように、天板４０自体が支持体となる程度の強度を確保できる厚み（０．３ｍｍ〜１．５ｍｍ）を持っているので、別途支持体を設ける必要がない。まず、図９−１（Ｂ）で示すように、天板４０の下面に金属配線９０を積層してパターニングする。具体的には、スパッタ法にてＡｌ膜（厚さ１μｍ）を着膜する、ホトリソグラフィー法でレジストを形成する、塩素系のガスを用いたＲＩＥ法にてＡｌ膜をエッチングする、酸素プラズマにてレジスト膜を剥離する、という加工である。
【００８４】
そして、図９−１（Ｃ）で示すように、金属配線９０が形成された面に樹脂膜９２（例えば、富士フイルムアーチ社製の感光性ポリイミド  Ｄｕｒｉｍｉｄｅ７３２０）を積層してパターニングする。なお、このとき、一部の金属配線９０には、バンプ６４を接合するため、樹脂膜９２を積層しないようにする。
【００８５】
次に、図９−１（Ｄ）で示すように、天板４０の金属配線９０が形成された面に、ホトリソグラフィー法でレジストをパターニングする。金属配線９０が形成されていない面は、保護用レジスト９４で全面を覆う。ここで、保護用レジスト９４を塗布するのは、次のウエット（ＳｉＯ2）エッチング工程で、天板４０が金属配線９０を形成した面の裏面からエッチングされるのを防止するためである。なお、天板４０に感光性ガラスを用いた場合には、この保護用レジスト９４の塗布工程を省略することができる。
【００８６】
次いで、図９−２（Ｅ）で示すように、天板４０にＨＦ溶液によるウエット（ＳｉＯ2）エッチングを行い、その後、保護用レジスト９４を酸素プラズマにて剥離する。そして、図９−２（Ｆ）で示すように、天板４０に形成された開口４０Ａ部分に感光性ドライフィルム９６（例えば、日立化成工業株式会社製Ｒａｙｔｅｃ  ＦＲ−５０２５：２５μｍ厚）を露光・現像によりパターニングする（架設する）。この感光性ドライフィルム９６が圧力波を緩和するエアダンパー４４となる。
【００８７】
そして次に、図９−２（Ｇ）で示すように、樹脂膜９２に感光性ドライフィルム９８（１００μｍ厚）を積層して露光・現像によりパターニングする。この感光性ドライフィルム９８がインクプール室３８を規定する隔壁４２となる。なお、隔壁４２は、感光性ドライフィルム９８に限定されるものではなく、樹脂塗布膜（例えば、化薬マイクロケム社のＳＵ−８レジスト）としてもよい。このときには、スプレー塗布装置にて塗布し、露光・現像をすればよい。
【００８８】
そして最後に、図９−２（Ｈ）で示すように、樹脂膜９２が積層されていない金属配線９０にバンプ６４をメッキ法等で形成する。このバンプ６４が駆動ＩＣ６０側の金属配線８６と電気的に接続するため、図示するように、感光性ドライフィルム９８（隔壁４２）よりもその高さが高くなるように形成されている。
【００８９】
こうして、天板４０の製造が終了したら、図１０（Ａ）で示すように、この天板４０を駆動部５３に被せて、両者を熱圧着により結合（接合）する。すなわち、感光性ドライフィルム９８（隔壁４２）を感光性樹脂層である樹脂保護膜８８に接合し、バンプ６４を金属配線８６に接合する。
【００９０】
このとき、感光性ドライフィルム９８（隔壁４２）の高さよりもバンプ６４の高さの方が高いので、感光性ドライフィルム９８（隔壁４２）を樹脂保護膜８８に接合することにより、バンプ６４が金属配線８６に自動的に接合される。つまり、半田バンプ６４は高さ調整が容易なので（潰れやすいので）、感光性ドライフィルム９８（隔壁４２）によるインクプール室３８の封止とバンプ６４の接続が容易にできる。
【００９１】
隔壁４２とバンプ６４の接合が終了したら、図１０（Ｂ）で示すように、駆動ＩＣ６０に封止用樹脂材５８（例えば、エポキシ樹脂）を注入する。このように樹脂材５８を注入して駆動ＩＣ６０を封止すると、駆動ＩＣ６０を水分等の外部環境から保護できる。
【００９２】
以上のようにして製造されるインクジェット記録ヘッド３２を備えたインクジェット記録装置１０において、次に、その作用を説明する。まず、インクジェット記録装置１０に印刷を指令する電気信号が送られると、給紙トレイ２６から記録紙Ｐが１枚ピックアップされ、副走査機構１８により、所定の位置へ搬送される。
【００９３】
一方、インクジェット記録ユニット３０では、すでにインクタンク３４からインク供給ポート３６を介してインクジェット記録ヘッド３２のインクプール室３８にインク１１０が注入（充填）され、インクプール室３８に充填されたインク１１０は、インク流路６６、６８を経て圧力室５０へ供給（充填）されている。そして、このとき、ノズル５６の先端（吐出口）では、インク１１０の表面が圧力室５０側に僅かに凹んだメニスカスが形成されている。
【００９４】
そして、キャリッジ１２に搭載されたインクジェット記録ヘッド３２が主走査方向に移動しながら、複数のノズル５６から選択的にインク滴を吐出することにより、記録紙Ｐの所定のバンド領域に、画像データに基づく画像の一部を記録する。すなわち、ボード７４からのインク吐出指令が、金属配線９０、バンプ６４、金属配線８６を経て駆動ＩＣ６０に伝達される。そして、その駆動ＩＣ６０により、所定のタイミングで、所定の圧電素子４６に電圧を印加し、振動板４８を上下方向に撓み変形させて（面外振動させて）、圧力室５０内のインク１１０を加圧し、所定のノズル５６からインク滴として吐出させる。
【００９５】
こうして、記録紙Ｐに画像データに基づく画像の一部が記録されたら、副走査機構１８により、記録紙Ｐを所定ピッチ搬送させ、上記と同様に、インクジェット記録ヘッド３２を主走査方向に移動しながら、再度複数のノズル５６から選択的にインク滴を吐出することにより、記録紙Ｐの次のバンド領域に、画像データに基づく画像の一部を記録する。そして、このような動作を繰り返し行い、記録紙Ｐに画像データに基づく画像が完全に記録されたら、副走査機構１８により、記録紙Ｐを最後まで搬送し、排紙トレイ２８上に記録紙Ｐを排出する。これにより、記録紙Ｐへの印刷処理（画像記録）が完了する。
【００９６】
ここで、このインクジェット記録ヘッド３２は、インクプール室３８が、振動板４８（圧電素子４６）を間に置いて圧力室５０の反対側（上側）に設けられている。換言すれば、インクプール室３８と圧力室５０の間に振動板４８（圧電素子４６）が配置され、インクプール室３８と圧力室５０が同一水平面上に存在しないように構成されている。したがって、圧力室５０が互いに近接配置され、ノズル５６が高密度なマトリックス状に配設されている。
【００９７】
また、圧電素子４６に電圧を印加する駆動ＩＣ６０は、振動板４８と天板４０との間に配設され、振動板４８や天板４０より外部へ露出しない（突出しない）構成とされている（インクジェット記録ヘッド３２内に内蔵されている）。したがって、インクジェット記録ヘッド３２の外部に駆動ＩＣ６０を実装する場合に比べて、圧電素子４６と駆動ＩＣ６０の間を接続する金属配線８６の長さが短くて済み、これによって、金属配線８６の低抵抗化と高密度接続が実現されている。つまり、実用的な配線抵抗値で、ノズル５６の高密度化を実現することができ、高解像度化を実現することができる。
【００９８】
また、上記したように、インクの吐出を制御するボード７４（図５参照）と接続される金属配線９０が、インクプール室３８の天板４０に形成され、更に、その金属配線９０と、駆動ＩＣ６０が接続されている金属配線８６とが、振動板４８と天板４０との間に配置されたバンプ６４で接続されるように構成されているので、その電気接続が容易にでき、かつ、従来、駆動ＩＣ６０とボード７４とを接続していたＦＰＣ等を省略することができる。つまり、このような構成を採用することにより、部品点数を削減することができるので、インクジェット記録ヘッド３２の小型化を実現することができる。
【００９９】
具体的には、従来のＦＰＣ方式による電気接続では、ノズル解像度は６００ｎｐｉ（ｎｏｚｚｌｅ  ｐｅｒ  ｐｉｔｃｈ）が限界であったが、本発明の方式では、容易に１２００ｎｐｉ配列が可能となった。また、サイズについては、６００ｎｐｉのノズル配列を例にとって比較した場合、ＦＰＣを用いなくて済むため、１／２以下にすることが可能となった。
【０１００】
また、その金属配線９０は樹脂膜９２で被覆されているので、インクによる金属配線９０の腐食は防止されている。また、上記したように、天板４０にエアダンパー４４を設けるようにしたので、エアダンパー４４の大きさや位置等の変更を自由に行うことができる。つまり、エアダンパー４４の最適化が容易にできる。そして、これにより、天板４０に形成する金属配線９０の引き回しの自由度も向上させることができる。
【０１０１】
その他、上記実施例のインクジェット記録装置１０では、ブラック、イエロー、マゼンタ、シアンの各色のインクジェット記録ユニット３０がそれぞれキャリッジ１２に搭載され、それら各色のインクジェット記録ヘッド３２から画像データに基づいて選択的にインク滴が吐出されてフルカラーの画像が記録紙Ｐに記録されるようになっているが、本発明におけるインクジェット記録は、記録紙Ｐ上への文字や画像の記録に限定されるものではない。
【０１０２】
すなわち、記録媒体は紙に限定されるものでなく、また、吐出する液体もインクに限定されるものではない。例えば、高分子フィルムやガラス上にインクを吐出してディスプレイ用カラーフィルターを作成したり、溶接状態の半田を基板上に吐出して部品実装用のバンプを形成するなど、工業的に用いられる液滴噴射装置全般に対して、本発明に係るインクジェット記録ヘッド３２を適用することができる。
【０１０３】
また、上記実施例のインクジェット記録装置１０では、主走査機構１６と副走査機構１８を有するＰａｒｔｉａｌ  Ｗｉｄｔｈ  Ａｒｒａｙ（ＰＷＡ）の例で説明したが、本発明におけるインクジェット記録は、これに限定されず、紙幅対応のいわゆるＦｕｌｌ  Ｗｉｄｔｈ  Ａｒｒａｙ（ＦＷＡ）であってもよい。むしろ、本発明は、高密度ノズル配列を実現するのに有効なものであるため、１パス印字を必要とするＦＷＡには好適である。
【０１０４】
本発明は、本実施形態に限るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変形、変更、改良が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】図１は、本実施形態に係るインクジェット記録装置を示す概略斜視図である。
【図２】図２は、本実施形態に係るインクジェット記録装置のキャリッジに搭載されたインクジェット記録ユニットを示す概略斜視図である。
【図３】図３は、本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの構成を示す概略平面図である。
【図４】図４は、本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの構成を示す図３のＸ−Ｘ線概略断面図である。
【図５】図５は、本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの構成とボードを示す概略斜視図である。
【図６】図６は、本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法において、圧力室、連通路及び振動板をシリコン基板に形成する第１製造過程について、概略的に説明する図である。
【図７】図７は、本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法において、図６に示す第１製造過程の変形例を示す図である。
【図８−１】図８−１は、本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法において、圧電素子などからなる駆動部を振動板上に形成する製造工程（Ａ）〜（Ｄ）を示す説明図である。
【図８−２】図８−２は、本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法において、圧電素子などからなる駆動部を振動板上に形成する製造工程（Ｅ）〜（Ｈ）を示す説明図である。
【図９−１】図９−１は、本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法において、天板を製造する工程（Ａ）〜（Ｄ）を示す説明図である。
【図９−２】図９−２は、本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法において、天板を製造する工程（Ｅ）〜（Ｈ）を示す説明図である。
【図１０】図１０は、本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法において、駆動部上に天板を接合する工程（Ａ）〜（Ｂ）を示す説明図である。
【図１１】図１１は、熱処理した後の緻密性が低い充填材を充填した場合の表面状態を示す図である。
【符号の説明】
【０１０６】
４８   振動板
５０   圧力室
７０   シリコン基板
７８   第１充填材
７９   第２充填材
８５   充填層
【図１】
2007301740.tif 000003
【図２】
2007301740.tif 000004
【図３】
2007301740.tif 000005
【図４】
2007301740.tif 000006
【図５】
2007301740.tif 000007
【図６】
2007301740.tif 000008
【図７】
2007301740.tif 000009
【図８−１】
2007301740.tif 000010
【図８−２】
2007301740.tif 000011
【図９−１】
2007301740.tif 000012
【図９−２】
2007301740.tif 000013
【図１０】
2007301740.tif 000014
【図１１】
2007301740.tif 000015