(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル開口に連通する圧力発生室が画成される流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に振動板を介して成膜及びリソグラフィ法により形成された薄膜からなる下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを有するインクジェット式記録ヘッドの製造方法において、
一方面に前記振動板の少なくとも最下層となる接合層を有すると共に、該接合層の内側に多孔質シリコン層又は水素イオンを含有する水素イオン層を有する振動板母材の該接合層上に前記振動板を形成すると共に当該振動板上に前記下電極、圧電体層及び上電極を順次積層及びパターニングすることにより前記圧電素子を形成する工程と、前記振動板母材の前記振動板側に前記圧電素子の運動を阻害しない程度の空間を確保する圧電素子保持部を有する封止板を接合する工程と、前記振動板母材の前記多孔質シリコン層又は前記水素イオン層を除去して前記接合層と当該接合層以外の領域とを剥離して前記振動板、前記圧電素子及び前記封止板からなる接合体を形成する工程と、前記接合体を前記圧力発生室の形成された前記流路形成基板に接合する工程とを有することを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記振動板母材が単結晶シリコンからなり、前記接合層が酸化シリコンからなることを特徴とする請求項１記載のインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記接合体と前記流路形成基板とを接合する工程では、両者を直接接合又は常温接合により接合することを特徴とする請求項１又は２記載のインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記接合体と前記流路形成基板とを接合する工程では、両者を陽極接合により接合することを特徴とする請求項２記載のインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
【請求項５】
前記接合体と前記流路形成基板とを接合する工程では、両者を接着剤を介して接合することを特徴とする請求項１又は２記載のインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
【請求項６】
前記流路形成基板は前記圧力発生室が形成された単結晶シリコンからなる流路形成層を有し、該流路形成層に前記接合体を接合することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
【請求項７】
前記流路形成基板が絶縁体層の両側に単結晶シリコンからなるシリコン層を有するＳＯＩ基板からなると共に前記流路形成層が一方のシリコン層であることを特徴とする請求項６記載のインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
【請求項８】
前記流路形成層と前記接合体とを接合する工程の後に、前記流路形成基板の他方のシリコン層を除去する工程を有することを特徴とする請求項７記載のインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
【請求項９】
前記流路形成基板の他方のシリコン層を除去する工程の後に、前記絶縁体層に前記ノズル開口を形成する工程を有することを特徴とする請求項８記載のインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
【請求項１０】
前記振動板母材に前記封止板を接合する工程では、前記封止板に前記ノズル開口及び前記圧力発生室にインクを供給するインク供給孔の何れか一方又はその両方を形成した後に接合することを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載のインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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、この振動板を介して圧電素子を設けて、圧電素子の変位によりインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドの製造方法に関する。
【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、圧電素子が軸方向に伸長、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】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
一方、後者の記録ヘッドの不都合を解消すべく、特開平５−２８６１３１号公報に見られるように、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提案されている。
【０００６】
これによれば圧電素子を振動板に貼付ける作業が不要となって、リソグラフィ法という精密で、かつ簡便な手法で圧電素子を作り付けることができるばかりでなく、圧電素子の厚みを薄くできて高速駆動が可能になるという利点がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなインクジェット式記録ヘッドでは、圧力発生室を高密度で配列した場合、各圧力発生室間の隔壁の厚さが薄くなることによって隔壁の剛性が不足し、各圧力発生室間のクロストークが発生するという問題がある。
【０００８】
一方、縦振動モードの圧電アクチュエータでは、圧力発生室の振動板側に幅広部を設け、それ以外の部分の圧力発生室の幅を低くして隔壁の厚さを大きくする構造が考えられているが、この場合には、圧力発生室の幅広部の加工や貼り合わせ等の作業が必要で作業性及び精度が低いという問題がある。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑み、高密度且つ各圧力発生室間のクロストークを低減すると共に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インクジェット式記録ヘッドの製造方法を提供することを課題とする。
【００１０】
【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、ノズル開口に連通する圧力発生室が画成される流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に振動板を介して成膜及びリソグラフィ法により形成された薄膜からなる下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを有するインクジェット式記録ヘッドの製造方法において、一方面に前記振動板の少なくとも最下層となる接合層を有すると共に、該接合層の内側に多孔質シリコン層又は水素イオンを含有する水素イオン層を有する振動板母材の該接合層上に前記振動板を形成すると共に当該振動板上に前記下電極、圧電体層及び上電極を順次積層及びパターニングすることにより前記圧電素子を形成する工程と、前記振動板母材の前記振動板側に前記圧電素子の運動を阻害しない程度の空間を確保する圧電素子保持部を有する封止板を接合する工程と、前記振動板母材の前記多孔質シリコン層又は前記水素イオン層を除去して前記接合層と当該接合層以外の領域とを剥離して前記振動板、前記圧電素子及び前記封止板からなる接合体を形成する工程と、前記接合体を前記圧力発生室の形成された前記流路形成基板に接合する工程とを有することを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造方法にある。
かかる第１の態様では、流路形成基板上に振動板を接合により容易に形成でき、製造コストを低減できる。
【００１１】
本発明の第２の態様は、前記振動板母材が単結晶シリコンからなり、前記接合層が酸化シリコンからなることを特徴とする第１の態様のインクジェット式記録ヘッドの製造方法にある。
かかる第２の態様では、酸化シリコンからなる接合層を用いることで、振動板母材の接合層以外の領域を容易に除去することができる。
【００１２】
本発明の第３の態様は、前記接合体と前記流路形成基板とを接合する工程では、両者を直接接合又は常温接合により接合することを特徴とする第１又は２の態様のインクジェット式記録ヘッドの製造方法にある。
かかる第３の態様では、振動板母材と流路形成基板とを直接接合又は常温接合により、容易に且つ確実に両者を接合することができる。
【００１３】
本発明の第４の態様は、前記接合体と前記流路形成基板とを接合する工程では、両者を陽極接合により接合することを特徴とする第２の態様のインクジェット式記録ヘッドの製造方法にある。
かかる第４の態様では、振動板母材と流路形成基板とを陽極接合により、容易に且つ確実に両者を接合することができる。
【００１４】
本発明の第５の態様は、前記接合体と前記流路形成基板とを接合する工程では、両者を接着剤を介して接合することを特徴とする第１又は２の態様のインクジェット式記録ヘッドの製造方法にある。
かかる第５の態様では、振動板母材と流路形成基板とを接着剤により、容易に且つ確実に両者を接合することができる。
【００１５】
本発明の第６の態様は、前記流路形成基板は前記圧力発生室が形成された単結晶シリコンからなる流路形成層を有し、該流路形成層に前記接合体を接合することを特徴とする第１〜５の何れかの態様のインクジェット式記録ヘッドの製造方法にある。
かかる第６の態様では、圧力発生室を容易に且つ高精度に形成することができると共に流路形成基板と振動板母材とを容易に且つ確実に接合できる。
【００１６】
本発明の第７の態様は、前記流路形成基板が絶縁体層の両側に単結晶シリコンからなるシリコン層を有するＳＯＩ基板からなると共に前記流路形成層が一方のシリコン層であることを特徴とする第６の態様のインクジェット式記録ヘッドの製造方法にある。
かかる第７の態様では、圧力発生室の深さを容易に且つ確実に制御することができる。
【００１７】
本発明の第８の態様は、前記流路形成層と前記接合体とを接合する工程の後に、前記流路形成基板の他方のシリコン層を除去する工程を有することを特徴とする第７の態様のインクジェット式記録ヘッドの製造方法にある。
かかる第８の態様では、シリコン層を除去することにより、容易に小型化できる。
【００１８】
本発明の第９の態様は、前記流路形成基板の他方のシリコン層を除去する工程の後に、前記絶縁体層に前記ノズル開口を形成する工程を有することを特徴とする第８の態様のインクジェット式記録ヘッドの製造方法にある。
かかる第９の態様では、製造工程を簡略化することができ、製造コストを低減できる。
【００１９】
本発明の第１０の態様は、前記振動板母材に前記封止板を接合する工程では、前記封止板に前記ノズル開口及び前記圧力発生室にインクを供給するインク供給孔の何れか一方又はその両方を形成した後に接合することを特徴とする第１〜８の何れかの態様のインクジェット式記録ヘッドの製造方法にある。
かかる第１０の態様では、ノズル開口及びインク供給孔を容易に且つ高精度に形成できる。
【００２０】
【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。
【００２１】
（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１つの圧力発生室の長手方向における断面構造を示す図である。
【００２２】
図示するように、圧力発生室１２が形成される流路形成基板１０は、例えば、１５０μｍ〜１ｍｍの厚さのシリコン単結晶基板からなり、その一方面側の表層部分には、異方性エッチングにより複数の隔壁１１によって区画された圧力発生室１２が形成されている。
【００２３】
また、各圧力発生室１２の長手方向一端部には、後述するリザーバ１５と圧力発生室１２とを接続するための中継室であるインク連通部１３が圧力発生室１２よりも幅の狭い狭隘部１４を介して連通されている。また、これらインク連通部１３及び狭隘部１４は、圧力発生室１２と共に異方性エッチングによって形成されている。なお、狭隘部１４は、圧力発生室１２のインクの流出入を制御するためのものである。
【００２４】
この異方性エッチングは、ウェットエッチング又はドライエッチングの何れの方法を用いてもよいが、シリコン単結晶板を厚さ方向に途中までエッチング（ハーフエッチング）することにより圧力発生室１２は浅く形成されており、その深さは、ハーフエッチングのエッチング時間によって調整することができる。
【００２５】
なお、本実施形態では、インク連通部１３を各圧力発生室１２毎に設けるようにしたが、これに限定されず、例えば、インク連通部１３を各圧力発生室１２に共通するようにしてもよく、この場合、このインク連通部１３が後述するリザーバ１５の一部を構成するようにしてもよい。
【００２６】
一方、流路形成基板１０の他方面側には、各インク連通部１３に連通し、各圧力発生室１２にインクを供給するリザーバ１５が形成されている。このリザーバ１５は、例えば、流路形成基板１０の他方面側から、保護膜５５ｂをマスクとして異方性エッチングすることによって形成されている。
【００２７】
このような流路形成基板１０の圧力発生室１２側には、厚さが略１μｍ以下の弾性膜５０が接着剤からなる接着層５９を介して接合されている。この弾性膜５０は、その一方の面で圧力発生室１２の一壁面を構成している。なお、本実施形態では、弾性膜５０は酸化シリコン（ＳｉＯ2）からなる。また、流路形成基板１０の弾性膜５０との接合面には、酸化シリコンからなる保護膜５５ａが形成されている。この保護膜５５ａは流路形成基板１０に圧力発生室１２を形成する際のマスクとして使用されたものである。
【００２８】
このような弾性膜５０上の各圧力発生室１２に相対向する領域には、厚さが例えば、約０．５μｍ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、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弾性膜とを合わせて圧電アクチュエータと称する。なお、本実施形態では、弾性膜５０及び下電極膜６０を振動板とした。
【００２９】
また、圧電素子３００の個別電極である上電極膜８０は、圧電素子３００の長手方向一端部近傍から弾性膜５０上に延設されたリード電極９０を介して図示しない外部配線と接合されている。
【００３０】
また、流路形成基板１０の圧電素子３００側、本実施形態では、弾性膜５０及び下電極膜６０上には、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した状態でこの空間を密封可能な圧電素子保持部２２を有する封止板２０が接合されている。
【００３１】
この封止板２０には、本実施形態では、各圧力発生室１２と連通するノズル開口２１が穿設されており、ノズルプレートの役割も兼ねている。また、ノズル開口２１と圧力発生室１２とは、弾性膜５０及び下電極膜６０を除去することにより設けられたノズル連通孔５１を介して連通されている。
【００３２】
なお、このような封止板２０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されている。また、この封止板２０の接合方法も特に限定されず、例えば、接着剤による接着又は陽極接合等を挙げることができる。本実施形態では、接着剤により接合した。
【００３３】
ここで、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドの製造工程、特に、流路形成基板１０に圧力発生室１２を形成する工程及びこの圧力発生室１２に対応する領域に圧電素子３００を形成する工程について説明する。なお、図３〜図５は、圧力発生室１２の長手方向の断面図である。
【００３４】
まず、図３（ａ）に示すように、単結晶シリコンからなる弾性膜母材１５０を約１１００℃の拡散炉で熱酸化して、酸化シリコンからなる弾性膜５０を形成する。この弾性膜母材１５０の厚さは、例えば、２２０μｍであり、弾性膜５０は略１μｍ以下の厚さで形成した。
【００３５】
次に、図３（ｂ）に示すように、スパッタリングで下電極膜６０を弾性膜母材１５０の弾性膜５０上の全面に亘って形成すると共に所定形状にパターニングし、下電極膜６０を形成する。この下電極膜６０の材料としては、白金、イリジウム等が好適である。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、イリジウムが好適である。
【００３６】
次に、図３（ｃ）に示すように、圧電体層７０を成膜する。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した。圧電体層７０の材料としては、ＰＺＴ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、スパッタリング法又はＭＯＤ法（有機金属熱塗布分解法）等のスピンコート法により成膜してもよい。
【００３７】
さらに、ゾル−ゲル法又はスパッタリング法もしくはＭＯＤ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。
【００３８】
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。
【００３９】
次に、図３（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。
【００４０】
次に、図４（ａ）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。また、本実施形態では、同時に、弾性膜５０及び下電極膜６０をパターニングしてノズル開口２１に連通するノズル連通孔５１を形成する。
【００４１】
次に、図４（ｂ）に示すように、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毎にパターニングして、各圧電素子３００の上電極膜８０から弾性膜５０上に延びるリード電極９０を形成する。
【００４２】
次に、図４（ｃ）に示すように、弾性膜母材１５０の弾性膜５０上及び下電極膜６０上にノズル開口２１が設けられた封止板２０を接合する。本実施形態では、弾性膜母材１５０と封止板２０とを、接着剤、例えば、熱硬化型接着剤を介して接合した。
【００４３】
次に、図４（ｄ）に示すように、弾性膜母材１５０の弾性膜５０以外の領域を除去する。本実施形態では、弾性膜５０以外の領域、すなわち、単結晶シリコンのみを除去した。
【００４４】
この単結晶シリコンの除去は、本実施形態では、例えば、ＫＯＨ等のアルカリ水溶液を用いたウェットエッチングにより行った。
【００４５】
このように弾性膜母材１５０の弾性膜５０以外の領域を除去することにより、弾性膜５０、圧電素子３００及び封止板２０からなる接合体１００が形成される。
【００４６】
なお、単結晶シリコンの除去方法は、エッチングや研磨など、弾性膜５０のみを残留できる方法であれば、特に限定されず、単結晶シリコンを剥離するようにしてもよい。
【００４７】
例えば、弾性膜母材１５０の弾性膜５０と単結晶シリコンとの境界部分に多孔質シリコン層を設けておき、流路形成基板と弾性膜母材とを接合後、この多孔質シリコン層をエッチング等によって除去することにより、弾性膜５０から単結晶シリコンを容易に剥離することができる。なお、このような弾性膜母材は、単結晶シリコンからなる弾性膜母材１５０の表面に陽極化成処理によって多孔質シリコン層を形成し、この上にエピタキシャル成長法により薄いシリコン層を形成して表面を酸化処理することによって形成できる。
【００４８】
また、例えば、弾性膜母材の単結晶シリコンと弾性膜５０との間に水素イオンを注入した水素イオン層を設けておき、封止板２０と弾性膜母材１５０とを接合後に５００℃〜６００℃に加熱することによっても、弾性膜５０から単結晶シリコンを容易に剥離することができる。
【００４９】
このように、弾性膜母材１５０の単結晶シリコンを剥離することによって除去すれば、剥離した単結晶シリコンを再使用することができ、製造コストを削減することができる。
【００５０】
次に、接合体１００を圧力発生室１２及びリザーバ１５等が形成された流路形成基板１０に接合する。
【００５１】
ここで、流路形成基板１０の形成方法について詳細に説明する。
【００５２】
まず、図５（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、酸化シリコンからなる保護膜５５ａ及び５５ｂを形成すると共に一方面の保護膜５５ａの圧力発生室１２を形成する領域に開口１２ａを形成する。
【００５３】
次に、図５（ｂ）に示すように、保護膜５５ａをマスクとして流路形成基板１０を異方性エッチングすることにより圧力発生室１２，インク連通部１３及び狭隘部１４を形成する。
【００５４】
次に、図５（ｃ）に示すように、流路形成基板１０の圧力発生室１２とは反対側の面に設けられた保護膜５５ｂのリザーバ１５となる領域をパターニングにより除去して開口部５６を形成すると共に、この開口部５６からインク連通部１３に達するまで流路形成基板１０を異方性エッチング、例えば、ウェットエッチングすることにより、リザーバ１５を形成する。
【００５５】
以上のような工程で、圧力発生室１２及びリザーバ１５等を有する流路形成基板１０が形成される。
【００５６】
そしてこのような流路形成基板１０と接合体１００とを、接着剤からなる接着層５９を介して接合することで、図２に示すようなインクジェット式記録ヘッドとなる。
【００５７】
このように製造された本実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、図示しない外部インク供給手段からリザーバ１５にインクを取り込み、リザーバ１５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、図示しない外部配線から出力された記録信号に従い、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、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。
【００５８】
このように圧力発生室１２を流路形成基板１０を貫通することなく形成することで隔壁１１の剛性を向上でき、圧力発生室１２を高密度に配設しても圧力発生室１２間のクロストークを防止することができる。
【００５９】
なお、本実施形態では、インク連通部１３及び狭隘部１４を介して各圧力発生室１２とリザーバ１５とを連通するようにしたが、これに限定されず、例えば、図６（ａ）に示すように、各圧力発生室１２とリザーバ１５とを直接連通するようにしてもよい。
【００６０】
また、本実施形態では、狭隘部１４を圧力発生室１２よりも細い幅で形成して、圧力発生室１２のインクの流出入を制御するようにしたが、これに限定されず、例えば、図６（ｂ）に示すように、圧力発生室１２と同一幅として、深さを調整した狭隘部１４Ａとしてもよい。
【００６１】
（実施形態２）
図７は、実施形態２に係るインクジェット式記録ヘッドの圧力発生室の長手方向の断面図である。
【００６２】
図７に示すように、本実施形態では、圧力発生室１２Ａが流路形成基板１０Ａを貫通して設けらており、流路形成基板１０Ａの圧電素子３００とは反対側の面には、ノズル開口２１Ａを有するノズルプレート２０Ａが接合されている。
【００６３】
ノズルプレート２０Ａ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２０Ａは、一方の面で流路形成基板１０Ａ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。
【００６４】
また、ノズルプレート２０Ａと流路形成基板１０Ａとの接合方法は、特に限定されず、例えば、接着剤や熱用着フィルムを介して両者を固着することができる。
【００６５】
このような流路形成基板１０Ａは、上述した実施形態１と同様に接合体１００に接合する前に別途形成する。そして、流路形成基板１０Ａの一方面にノズル開口２１及びノズル連通孔５１の設けられていない接合体１００を接合し、他方面にノズルプレート２０Ａを接合することでインクジェット式記録ヘッドが形成される。
【００６６】
このような構成のインクジェット式記録ヘッドとしても、上述した実施形態１と同様の工程で弾性膜５０を設けることで、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。
【００６７】
（実施形態３）
図８は、実施形態３に係るインクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す圧力発生室の長手方向の断面図である。
【００６８】
本実施形態では、酸化シリコンからなる絶縁体層１６の両側に単結晶シリコンからなるシリコン層１７、１８を有するＳＯＩ基板１１０のシリコン層１７を流路形成基板１０Ｂとした例である。
【００６９】
ここで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説明する。なお、上述した実施形態１と同様の工程については、重複する説明を省略する。
【００７０】
まず、図８（ａ）に示すように、ＳＯＩ基板１１０に圧力発生室１２を形成する。本実施形態では、ＳＯＩ基板１１０のシリコン層１７を貫通して圧力発生室１２を形成した。なお、圧力発生室１２はウェットエッチング等で形成することができる。
【００７１】
次に、図８（ｂ）に示すように、ＳＯＩ基板１１０の圧力発生室１２側に上述した実施形態１と同様の工程で形成した接合体１００を接合する。本実施形態では、上述した実施形態１と同様に接着剤からなる接着層５９を介して接合した。なお、本実施形態では、封止板２０にノズル開口が設けられていないものを用いた。
【００７２】
次に、図８（ｃ）に示すように、ＳＯＩ基板１１０の接合体１００とは反対側のシリコン層１８を除去する。本実施形態では、ＫＯＨ等のアルカリ溶液によるウェットエッチングにより除去し、さらに表面を電解研磨により平滑にした。
【００７３】
なお、このウェットエッチングでは単結晶シリコンからなるシリコン層１７がエッチングにより溶解しないようにシリコン層１７の接合面とは反対側の面等に保護膜を形成するのが好ましい。この保護膜としては、例えば、パリレン（商品名；ポリパラキシリレン）が挙げられる。このパリレンからなる保護膜はＣＶＤ法によって均一な厚さで容易に成膜することができる。
【００７４】
次に、図８（ｄ）に示すように、絶縁体層１６の各圧力発生室１２に対向する位置にノズル開口２１Ｂを形成する。すなわち、絶縁体層１６は、ノズルプレート２０Ｂとして用いられ、シリコン層１７が流路形成基板１０Ｂとなる。なお、ノズル開口２１Ｂは、ＳＯＩ基板１１０を形成する際に予め絶縁体層１６に設けておくようにしてもよい。
【００７５】
このような製造方法でインクジェット式記録ヘッドを形成することで、シリコン層１７からなる流路形成基板１０と絶縁体層１６からなるノズルプレート２０Ｂとを形成することができる。
【００７６】
また、圧力発生室１２をＳＯＩ基板１１０に形成することで、圧力発生室１２のエッチング深さの制御を容易に行うことができ、圧力発生室１２を高精度に形成することができる。
【００７７】
（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。
【００７８】
例えば、上述した実施形態１では、流路形成基板１０にシリコン単結晶基板を用いて、圧力発生室１２をハーフエッチングにより浅く形成したが、これに限定されず、例えば、流路形成基板に、ＳＯＩ基板を用いて、ＳＯＩ基板の一方面側の単結晶シリコンからなるシリコン層に、このシリコン層を貫通する圧力発生室を形成するようにしてもよい。これにより、圧力発生室の深さを容易に制御することができ、高精度の圧力発生室を形成することができる。
【００７９】
また、上述した実施形態１〜３の接合体１００の形成では、弾性膜母材１５０の弾性膜５０以外の領域の除去をエッチングにより行ったが、これに限定されず、例えば、途中まで機械研磨により除去し、その後エッチングを行うようにすれば、製造時間を短縮して製造コストを低減することができる。
【００８０】
さらに、上述した実施形態１では、接合体１００と流路形成基板１０とを接着剤からなる接着層５９を介して接合するようにしたが、これに限定されず、例えば、接合体１００と流路形成基板１０との相対向する面を鏡面状に研磨して当接させ、全体に加熱すると共に両方の基板に電圧を印加することで接合する陽極接合によって接合するようにしてもよい。
【００８１】
また、上述した実施形態１では、流路形成基板１０の圧電素子３００側にノズル開口２１を有するインクジェット式記録ヘッドとしたが、これに限定されず、例えば、流路形成基板の圧電素子とは反対側にノズル開口を有するインクジェット式記録ヘッドとしてもよい。このような例を図９に示す。なお、図９は、圧力発生室の長手方向の断面図である。
【００８２】
図示するように、流路形成基板１０Ｃには、圧力発生室１２の両端のそれぞれに連通して、圧電素子３００とは反対側まで貫通するノズル連通孔５１Ｃとインク供給路１３Ｃとが設けられている。このノズル連通孔５１Ｃ及びインク供給路１３Ｃは、例えば、圧電素子３００とは反対側からウェットエッチングすることにより形成されている。
【００８３】
一方、流路形成基板１０Ｃのノズル連通孔５１Ｃ及びインク供給路１３Ｃの開口する面側には、ノズル連通孔５１Ｃに連通するノズル開口２１Ｃと、インク供給路１３Ｃに連通するインク供給孔２３とを有するノズルプレート２０Ｃが接合されている。
【００８４】
また、ノズルプレート２０Ｃのインク供給孔２３に対向する領域には、リザーバ１５Ａを画成するリザーバ形成基板３０及びコンプライアンス基板４０が順次接合されており、圧力発生室１２とリザーバ１５Ａとはノズルプレート２０Ｃに設けられたインク供給孔２３を介して連通されている。
【００８５】
さらに、リザーバ１５Ａに供給されるインクは、ノズルプレート２０Ｃのリザーバ１５Ａに対向する領域に形成されたインク導入口２４により供給される。
【００８６】
リザーバ形成基板３０は、リザーバ１５Ａの周壁を形成するものであり、ノズル開口数、インク滴吐出周波数に応じた適正な厚みのステンレス板を打ち抜いて作製されたものである。
【００８７】
インク室側板４０は、ステンレス基板からなり、一方の面でリザーバ１５Ａの一壁面を構成するものである。また、インク室側板４０には、他方の面の一部にハーフエッチングにより凹部４０ａを形成することにより薄肉壁４１が形成されている。なお、薄肉壁４１は、インク滴吐出の際に発生するノズル開口２１と反対側へ向かう圧力を吸収するためのもので、他の圧力発生室１２に、リザーバ１５Ａを経由して不要な正又は負の圧力が加わるのを防止する。
【００８８】
このような構成のインクジェット式記録ヘッドとしても、上述した実施形態と１と同様の効果を得ることができる。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、振動板を流路形成基板に接合して形成するため、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。また、振動板を接合することから、流路形成基板に圧力発生室を予め浅く形成しておくことができるため、圧力発生室を高密度で配設しても隔壁の剛性を高めてインク吐出特性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】  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斜視図である。
【図２】  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圧力発生室の長手方向の断面図である。
【図３】  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製造工程を示す断面図である。
【図４】  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製造工程を示す断面図である。
【図５】  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製造工程を示す断面図である。
【図６】  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変形例を示す圧力発生室の長手方向の断面図である。
【図７】  本発明の実施形態２に係るインクジェット式記録ヘッドを示す断面図である。
【図８】  本発明の実施形態３に係る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る。
【図９】  本発明の他の実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの変形例を示す圧力発生室の長手方向の断面図である。
【図１０】  本発明の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】
【００９４】
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ  流路形成基板
１１  隔壁
１２、１２Ａ  圧力発生室
１３  インク連通部
１３Ｃ  インク供給路
１４  狭隘部
１５、１５Ａ  リザーバ
２０  封止板
２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ  ノズルプレート
２１、２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ  ノズル開口
２２  圧電素子保持部
２３  インク供給孔
２４  インク導入口
３０  リザーバ形成基板
４０  コンプライアンス基板
５０  弾性膜
５１、５１Ｃ  ノズル連通孔
６０  下電極膜
７０  圧電体層
８０  上電極膜
９０  リード電極
１５０  弾性膜母材
３００  圧電素子
【図１】
0003888421.tif 000002
【図２】
0003888421.tif 000003
【図３】
0003888421.tif 000004
【図４】
0003888421.tif 000005
【図５】
0003888421.tif 000006
【図６】
0003888421.tif 000007
【図７】
0003888421.tif 000008
【図８】
0003888421.tif 000009
【図９】
0003888421.tif 000010
【図１０】
0003888421.tif 000011