(57)【要約】      （修正有）【課題】高速描画可能でありかつ耐久性の悪化や破損の生じにくい素子基板を提供する。【解決手段】素子基板１は、液体を吐出する吐出口２と、吐出口２から液体を吐出させるための振動板４と、振動板４を変形させる圧電素子８と、振動板の変形による圧力を液体に作用させるための圧力室３と、圧力室３と連通し圧力室３より幅の小さい絞り部６と、を備える。圧力室２と絞り部６とを連結する連結部１４が設けられており、連結部１４と圧力室２とは幅方向に関して段差なく繋がっており、連結部１４の深さは圧力室２の深さより浅い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出する吐出口と、前記吐出口から液体を吐出させるための振動板と、前記振動板を変形させる圧電素子と、前記振動板の変形による圧力を液体に作用させるための圧力室と、前記圧力室と連通し前記圧力室より幅の小さい絞り部と、を備える素子基板であって、
前記圧力室と前記絞り部とを連結する連結部が設けられており、前記連結部と前記圧力室とは幅方向に関して段差なく繋がっており、前記連結部の深さは前記圧力室の深さより浅い、素子基板。
【請求項２】
液体を吐出する吐出口と、前記吐出口から液体を吐出させるための振動板と、前記振動板を変形させる圧電素子と、前記振動板の変形による圧力を液体に作用させるための圧力室と、前記圧力室と連通し前記圧力室より幅の小さい絞り部と、を備える素子基板であって、
前記圧力室と前記絞り部とを連結する連結部が設けられており、前記連結部と前記圧力室とは幅方向に関して段差なく繋がっており、前記振動板に対して垂直な方向からみて前記連結部と前記圧力室との間の境界は、直線状または円弧状に延びている、素子基板。
【請求項３】
液体を吐出する吐出口が形成された吐出口形成部材と、
前記吐出口から液体を吐出するための圧力を発生する振動板と、
前記振動板の圧力を液体に作用させるための圧力室を前記吐出口形成部材と前記振動板とともに形成する流路形成部材と、
前記圧力室に連通し、前記吐出口形成部材と前記流路形成部材とにより流路壁が形成される絞り部と、
前記圧力室と前記絞り部との間に設けられ前記圧力室と前記絞り部とを連通する連結部と、を備え、
前記圧力室の幅が前記絞り部の幅よりも広く、
前記連結部は、前記流路形成部材からなり、幅方向に関して前記圧力室と段差なく繋がっている、素子基板。
【請求項４】
前記振動板を変形させる圧電素子をさらに備える、請求項３に記載の素子基板。
【請求項５】
前記振動板に対して垂直な方向からみて前記連結部と前記圧力室との間の境界は、直線状または円弧状に延びている、請求項１，３および４のいずれか１項に記載の素子基板。
【請求項６】
前記振動板の、前記連結部に隣接する部分が、前記振動板に対して垂直な方向からみて台形形状を有する、請求項１，３および４のいずれか１項に記載の素子基板。
【請求項７】
前記圧力室、前記絞り部、前記振動板および前記圧電素子がシリコン単結晶基板からなる、請求項１，２および４のいずれか１項に記載の素子基板。
【請求項８】
前記圧力室の１つに対して前記絞り部が複数設けられており、前記複数の絞り部のうちの一部の絞り部を液体供給用絞り部とし他の絞り部を液体回収用絞り部として、前記圧力室を含む循環経路が形成されている、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の素子基板。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の素子基板と、
前記素子基板と電気的に接続された配線基板と、を備える液体吐出ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を吐出する素子基板、および当該素子基板を備える液体吐出ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
インクなどの液体を吐出して記録媒体に画像を記録する液体吐出装置には、一般に、素子基板を備える液体吐出ヘッドが搭載されている。
素子基板から液体を吐出させる機構として、圧電素子によって収縮する圧力室を利用したものが知られている。このような機構を備える素子基板では、圧力室の壁が振動板からなる。圧電素子に電圧を印加して圧電素子を変形させることにより当該振動板が撓み、圧力室が収縮および膨張する。圧力室の収縮により圧力室内の液体に圧力が作用し、圧力室に連通する吐出口から当該液体が吐出される。
素子基板には供給路が形成されており、液体は供給路から圧力室に供給される。供給路は、液体の流れ方向と交わる断面（以下「流路断面」という）が圧力室の流路断面よりも小さく形成されており、絞り部として機能する。供給路を絞り部として利用することで、圧力室に流入する液体の流路抵抗が一定に保たれ、素子基板の吐出特性が安定することが知られている。
近年、高速描画可能な液体吐出装置が求められている。高速描画を行うためには、各圧力室の吐出周期を短くする必要がある。吐出周期の短縮化に対応して、吐出に関わる液体の体積すなわち圧力室の容積を小さくして液体のコンプライアンスを低減させることが提案されている。コンプライアンスの低減により圧力室の固有周波数が上昇し、吐出周期が短縮化されても効率よく液体を吐出することが可能になる。
また、圧力室の小型化に対応して絞り部の流路断面をより小さくした構成が提案されている（特許文献１）。特許文献１に開示される素子基板では、振動板と吐出口形成部材との間に絞り部と圧力室とが形成されている。振動板と吐出口形成部材との間の距離を短くすることで絞り部の流路断面および圧力室の容積が小さくなる。したがって、素子基板の吐出特性の安定性を低下させることなく圧力室の周波数応答を速めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１２−５３２７７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示される技術では、圧力室と、絞り部として機能する流入口および流出口は、振動板上のシリコン層に形成された穴の開口の一方を吐出口形成部材で塞ぐことによって形成されている。圧力室および絞り部の深さ（前述の穴の深さ方向の寸法をいう。以下、同じ）は同じである。絞り部に対応する穴の幅（液体の流れ方向および深さ方向と交わる方向の寸法を言う。以下、同じ）を圧力室に対応する貫通穴の幅よりも狭くすることで、絞り部の流路抵抗を確保している。
振動板は、前述の穴の底に位置し、圧力室の壁および絞り部の壁を形成している。液体の吐出時には、振動板上に設けられた圧電素子に電圧が印加され、圧電素子が変形する。圧電素子の変形に伴って振動板が撓み、圧力室が収縮および膨張する。その結果、圧力室の収縮により圧力室内の液体に圧力が作用し、吐出口から当該液体が吐出される。
しかしながら、特許文献１に開示される素子基板では、平面視における振動板の撓む領域が圧力室側から絞り部側に突出した形状となっている。そのため、圧電素子に電圧を印加したときに突出部近傍の振動板に歪応力が発生する。その結果、振動板の耐久性の悪化や破損が生じるおそれがある。
本発明の目的は、高速描画可能でありかつ耐久性の悪化や破損の生じにくい素子基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために本発明に係る素子基板の一態様は、液体を吐出する吐出口と、吐出口から液体を吐出させるための振動板と、振動板を変形させる圧電素子と、振動板の変形による圧力を液体に作用させるための圧力室と、圧力室と連通し圧力室より幅の小さい絞り部と、を備え、圧力室と絞り部とを連結する連結部が設けられており、連結部と圧力室とは幅方向に関して段差なく繋がっており、連結部の深さは圧力室の深さより浅い。
また、素子基板の他の態様は、液体を吐出する吐出口と、吐出口から液体を吐出させるための振動板と、振動板を変形させる圧電素子と、振動板の変形による圧力を液体に作用させるための圧力室と、圧力室と連通し圧力室より幅の小さい絞り部と、を備える素子基板であって、圧力室と絞り部とを連結する連結部が設けられており、連結部と圧力室とは幅方向に関して段差なく繋がっており、振動板に対して垂直な方向からみて連結部と圧力室との間の境界は、直線状または円弧状に延びている。
さらに、素子基板の他の態様は、液体を吐出する吐出口が形成された吐出口形成部材と、吐出口から液体を吐出するための圧力を発生する振動板と、振動板の圧力を液体に作用させるための圧力室を吐出口形成部材と振動板とともに形成する流路形成部材と、圧力室に連通し、吐出口形成部材と流路形成部材とにより流路壁が形成される絞り部と、圧力室と絞り部との間に設けられ圧力室と絞り部とを連通する連結部と、を備え、圧力室の幅が絞り部の幅よりも広く、連結部は、流路形成部材からなり幅方向に関して圧力室と段差なく繋がっている。
本発明によれば、連結部と圧力室とは幅方向に関して段差なく繋がっているので、振動板の撓む領域の突出部や角部を無くすことができる。そのため、振動板に局部的な歪応力が発生するのを抑えることが可能になる。その結果、振動板の耐久性が向上し振動板が破損しにくくなる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、高速描画可能でありかつ耐久性の悪化や破損の生じにくい素子基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態に係る素子基板の断面図、および部分拡大斜視図。
【図２】図１に示される素子基板の製造方法を説明するための図。
【図３】図２（ａ）に示される基板および駆動層の断面図および平面図。
【図４】図２で説明される製造方法の第１および第２のレジストを説明するための図。
【図５】図１に示される素子基板の製造方法を説明するための図。
【図６】図１に示される素子基板の製造方法を説明するための図。
【図７】図１に示される素子基板の製造方法を説明するための図。
【図８】図１に示される素子基板の製造方法を説明するための図。
【図９】比較例に係る第１および第２のレジストを説明するための図。
【図１０】比較例に係る素子基板の製造方法を説明するための図。
【図１１】比較例に係る素子基板の製造方法を説明するための図。
【図１２】比較例に係る素子基板の製造方法を説明するための図。
【図１３】比較例に係る素子基板の製造方法を説明するための図。
【図１４】第２の実施形態に係る第１および第２のレジストを説明するための図。
【図１５】第２の実施形態に係る素子基板の製造方法を説明するための図。
【図１６】第３の実施形態に係る素子基板の断面図。
【図１７】図１６に示される素子基板の製造方法を説明するための図。
【図１８】図１６に示される素子基板の製造方法を説明するための図。
【図１９】図１６に示される素子基板の製造方法を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１（ａ）ないし（ｄ）は本発明に係る素子基板を示す概略図である。図１（ａ）は側断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のｘ１−ｘ１’面で切断し矢印Ｆ１の方向から見た断面図であり、図１（ｃ）は図１（ａ）のｘ２−ｘ２’面で切断し矢印Ｆ２の方向から見た断面図である。図１（ｄ）は、図１（ｂ）に示される領域Ｅの拡大斜視図である。
図１（ａ）ないし（ｄ）に示されるように、素子基板１は、液体を吐出する吐出口２と、吐出口２から吐出される液体を貯留し該液体に吐出圧力を作用させる圧力室３と、を含む。圧力室３の壁の１つは振動板４からなる。振動板４には作動部５が接合されており、作動部５が作動することで振動板４が変形し、圧力室３内の液体に圧力が作用する。作動部５は圧力室３の外側に配されていることが好ましい。
また、素子基板１は、圧力室３と連通する絞り部６と、絞り部６から不図示の共通液室まで延びる連通孔７と、を含む。液体は、共通液室から連通孔７および絞り部６を経て圧力室３に供給される。
絞り部６は圧力室３よりも浅く（絞り部６の深さＡは圧力室３の深さＢよりも小さく）、圧力室３よりも幅が狭い（絞り部６の流路幅Ｃは圧力室３の流路幅Ｄよりも小さい）。したがって、絞り部６の流路断面は圧力室３の流路断面よりも小さく、絞り部６は、絞り部６から圧力室３に流入する液体の流路抵抗を一定に保つように機能する。絞り部６内の液体は比較的大きな慣性を持つので、圧力室３内の液体に圧力が加えられた際に当該液体の多くが吐出口２へ向かう。
なお、絞り部６の深さＢおよび流路幅Ｃは、圧力室３の流路断面の面積、圧力室３の体積、アクチュエータ部の特性、吐出口２の仕様、吐出する液体の粘度、吐出周波数、および加工精度などにより適宜設定される。
【０００９】
作動部５は、圧電素子８と、圧電素子８を挟んで向かい合う第１および第２の電極９，１０と、を含み、第１の電極９が振動板４に接合されている。第１の電極９および第２の電極１０は不図示の配線と接続されており、当該配線は素子基板１の外部の制御回路へ引き出されている。第１の電極９は例えば共通電極であり、第２の電極１０は例えば個別電極である。
素子基板１の作動時には、電気信号が制御回路から不図示の配線を通って第１の電極９および第２の電極１０に伝わる。これにより圧電素子８に電圧印加され、圧電素子８が変形する。圧電素子８の変形に応じて振動板４が撓み、圧力室３が収縮および膨張する。圧力室３の収縮に伴って圧力室３内の液体に圧力が作用し、当該液体が吐出口２から吐出される。
吐出口２は、吐出口形成部材１１に形成された貫通穴からなる。吐出口形成部材１１は振動板４と間隔をおいて対向して配されている。吐出口形成部材１１と振動板４との間には流路形成部材１２が配されている。圧力室３は、振動板４と吐出口形成部材１１と流路形成部材１２とで形成されている。絞り部６は、吐出口形成部材１１と流路形成部材１２とからなる。流路形成部材１２、振動板４、第１の電極９、圧電素子８および第２の電極１０からなる部材はアクチュエータ基板１３とも呼ばれる。吐出口形成部材１１およびアクチュエータ基板１３は、吐出口２と作動部５とが対向するように積層されていることが好ましい。
なお、図１に示される例では、圧力室３の平面形状は略長方形であるが、圧力室３の平面形状はこの限りでなく、略平行四辺形や略台形あるいは略楕円形、略長円形など、様々な形状であってもよい。
【００１０】
絞り部６と圧力室３の間には、絞り部６と圧力室３とを連通する連結部１４が設けられている。連結部１４の深さは圧力室３の深さＢよりも浅く、絞り部６の深さＡと略同じに形成されている。連結部１４の幅は、絞り部６側では絞り部６の流路幅Ｃと略同じに形成されており、圧力室３側では圧力室３の幅Ｄと略同じに形成されている。言い換えれば、連結部１４は、幅方向に関して圧力室３と段差なく繋がっている。
本実施形態によれば、絞り部６の流路壁は吐出口形成部材１１と流路形成部材１２とにより形成されるので、振動板４が撓んでも絞り部６の流路壁に撓みが発生しない。したがって、絞り部６の流路抵抗が変動しにくく、素子基板１の吐出特性が安定する。
また、連結部１４が設けられていることにより圧力室３の壁を形成する振動板４の端部は、図１（ｂ）にＰ−Ｐ’で示すように、ほぼ直線形状に形成されている。このため振動板４の撓む領域に突出部や角部が無く、駆動時の振動板４への歪応力の発生を抑えることが可能になる。その結果、振動板４の耐久性を向上し、信頼性の高い素子基板１を低コストで提供することが出来る。
【００１１】
次に、素子基板１の製造方法を図２（ａ）ないし（ｇ）を参照して説明する。図２（ａ）ないし（ｇ）では、わかりやすくするために、圧力室３、絞り部６、連通孔７および連結部１４となる領域が破線で示されている。
まず、図２（ａ）に示すように、シリコン単結晶基板からなる基板１５の一方の面に、駆動層となる振動板４、第１の電極９、圧電素子８および第２の電極１０を形成する。第１の基板１５は、流路形成部材１２（図２参照）となる部材である。このとき、振動板４および第１の電極９を、後の工程で形成される連通孔７に対向する領域Ｇにおいて開口しておくことが好ましい。
次に、図２（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて第１のレジスト１６を基板１５に形成する。このとき、基板１５のうち圧力室３、絞り部６および連通孔７に対応する部分が露出するように第１のレジスト１６が形成される。
第１のレジスト１６としては、第１の基板１５にエッチングを施す際にマスクとして機能すればよく、一般的なフォトレジストや感光性ドライフィルム、あるいはＣｒ、Ａｌ等の金属膜やＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＴａＮ等の無機系の酸化膜および窒化膜等が挙げられる。本実施形態では、後に形成される第２のレジスト１７（図２（ｃ）参照）を考慮して、第１のレジスト１６としてＳｉＯ２を使用する。
次に、図２（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて第２のレジスト１７を形成する。このとき、基板１５のうち圧力室３および連通孔７に対応する部分が露出するように第２のレジスト１７が形成される。言い換えれば、第２のレジスト１７は、基板１５のうち絞り部６に対応する部分を覆う。
第２のレジスト１７としては、第１のレジスト１６と同様、一般的なフォトレジストや感光性ドライフィルム、あるいはＣｒ、Ａｌ等の金属膜やＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＴａＮ等の無機系の酸化膜および窒化膜等が挙げられる。本実施形態では、形成済の第１のレジスト１６を考慮して、第２のレジスト１７としてポジタイプのフォトレジストを使用する。
【００１２】
次に、図２（ｄ）に示すように、第１のレジスト１６および第２のレジスト１７をマスクとして、基板１５にエッチングを施し、第１の凹部１８を形成する（第１のエッチング工程）。第１の凹部１８は基板１５を貫通しないように基板１５の途中まで形成される。基板１５への凹部の形成は、深掘加工（Ｄｅｅｐ−ＲＩＥ）とも呼ばれる。
次に、図２（ｅ）に示すように、第２のレジスト１７を剥離液等で除去し、基板１５の、第１の凹部１８とは異なる部分を露出させる。
次に、図２（ｆ）に示すように、残された第１のレジスト１６をマスクとして基板１５にエッチングを施し、第１の凹部１８を深くするとともに第２の凹部１８を基板１５に形成する（第２のエッチング工程）。第１の凹部１８は振動板４に達しており、基板１５からなる流路形成部材１２（図１参照）が完成する。
本実施形態では、第１および第２のエッチング工程において、基板１５にドライエッチングを施す。ドライエッチングは、プラズマ反応性イオンエッチング装置を使用して、ＳＦ６ガスによるＳｉのエッチング処理とＣ４Ｆ８ガスによる側壁保護の形成と、を繰り返し行う処理である。ドライエッチングにより、第１の凹部１８および第２の凹部１８をより高い精度で形成することができる。
次に、図２（ｇ）に示すように、第１のレジスト１６を除去したのち、吐出口２が形成された吐出口形成部材１１を、第１の凹部１８および第２の凹部１９の開口を覆うように基板１５（流路形成部材１２）に取り付ける。圧力室３および連通孔７が第１の凹部１８と吐出口形成部材１１とで形成され、絞り部６および連結部１４が第２の凹部１９と吐出口形成部材１１とで形成される。吐出口形成部材１１は、吐出口２と作動部５とが対向するように配置されることが好ましい。
なお、本実施形態においては、吐出口形成部材１１は、第１のレジスト１６が除去されたのちに流路形成部材１２に取り付けられているが、第１のレジスト１６を除去しなくても構わない。
【００１３】
図２を用いて説明された製造方法では、第１のレジスト１６および第２のレジスト１７をマスクとして基板１５にエッチングを施し、第２のレジスト１７の除去後に第１のレジスト１６をマスクとして基板１５にエッチングを施している。これにより、圧力室３の深さＢに対して絞り部６の深さＡを小さくすることができる（図１（ａ）参照）ので、絞り部６の流路幅Ｃ（図１（ｂ）参照）を広くすることが可能になる。
また、絞り部６の形成と同時に連結部１４を形成するので、連結部１４の深さを絞り部６の深さとほぼ等しくすることができる。
基板１５に第１および第２の凹部１８，１９を形成する際、基板１５にウェットエッチング（異方性エッチング）を施してもよいが、ドライエッチングを施すことがより好ましい。ドライエッチングによる深掘加工を用いることで、第１および第２の凹部１８，１９の側壁を振動板４に対してほぼ垂直に形成することができる。これにより、ウェットエッチングのように凹部の側壁が振動板４に対して傾斜することが無くなり、吐出口２をより高い面積効率で配置することが可能になる。
【００１４】
次に、素子基板１の製造方法を、連結部１４の幅方向に着目して図３ないし図８を用いて詳細に説明する。図３は、素子基板１の製造方法において使用される基板１５および駆動層の概略図である。図３（ａ）は基板１５および駆動層の断面図であり、図３（ｂ）は基板１５を図３（ａ）に示される矢印Ｈの方向から見た平面図である。なお、わかりやすくするために、図３には、素子基板１の圧力室３、絞り部６、連通孔７および連結部１４となる領域が破線で示されている。
図３に示されるように、シリコン単結晶基板からなる基板１５の一方の面に駆動層となる振動板４、第１の電極９、圧電素子８および第２の電極１０が形成されている。振動板４および第１の電極９を、後の工程で連通孔７に対向する領域Ｇにおいて開口している。
図４は、基板１５に形成される第１および第２のレジスト１６，１７を説明するための図であり、連結部１４の周辺の領域Ｋを図３に示される矢印Ｈの方向から見た平面図である。なお、第１のレジスト１６および第２のレジスト１７を示す部分にはハッチングが施されている。図４（ａ）では第１のレジスト１６が示されており、図４（ｂ）では第１のレジスト１６および第２のレジスト１７が示されている。図４（ｂ）において、第１のレジスト１６の一部は第２のレジスト１７により覆われている。図４（ｂ）には、第１のレジスト１６および第２のレジスト１７の位置関係をわかりやすくするために、第１のレジスト１６の縁が破線でされている。
図４（ａ）に示すように、第１のレジスト１６には開口部が設けられており、露出幅変化部ｗ１−ｗ１’を境に開口幅が変化している。より具体的には、開口部は露出幅変化部ｗ１−ｗ１’を境に第１の開口部分と第２の開口部分とに分けられ、第１の開口部分は幅Ｄ１を有し、第２の開口部分は幅Ｄ１よりも狭い幅Ｃ１を有する。
図４（ｂ）に示すように、第２のレジスト１７には開口部が設けられており、基板１５の、圧力室３に対応する部分が当該開口部から露出している。第２のレジスト１７は露出幅変化部ｗ１−ｗ１’を覆っており、第２のレジスト１７の開口縁ｗ２−ｗ２’は、露出幅変化部ｗ１−ｗ１’から距離Ｋだけ離れた位置にある。
なお、圧力室３の流路幅Ｄ１を精度良く形成するために、第２のレジスト１７の開口幅Ｄ２を第１のレジスト１６の開口幅Ｄ１よりも大きく設定している。
【００１５】
図５ないし図８は、素子基板１の製造方法、特に第１および第２のレジスト１６，１７を形成する工程よりも後の工程を説明するための平面図および斜視図である。なお、図５ないし図８では、領域Ｋ（図３参照）のみが示されている。
図５（ａ）および（ｂ）に示すように、基板１５の、駆動層と反対側の面には、フォトリソグラフィ技術を用いて第１のレジスト１６および第２のレジスト１７が形成されている。先述のとおり、第２のレジスト１７は露出幅変化部ｗ１−ｗ１’を覆い、第２のレジスト１７の開口縁ｗ２−ｗ２’は露出幅変化部ｗ１−ｗ１’よりも距離Ｋだけ離れたところに位置している。
次に、図６（ａ）および（ｂ）に示すように、第１のレジスト１６および第２のレジスト１７をマスクとして、基板１５にドライエッチングを施し、第１の凹部１８を形成する（第１のエッチング工程）。基板１５への凹部の形成は、深掘加工（Ｄｅｅｐ−ＲＩＥ）とも呼ばれる。第１の凹部１８は基板１５を貫通しないように基板１５の途中まで形成される。このとき、エッチングは、第２のレジスト１７の開口端ｗ２−ｗ２’に沿って進行し、第１の凹部１８の、絞り部６側の壁は開口端ｗ２−ｗ２’に沿って形成される。
【００１６】
次に、図７（ａ）および（ｂ）に示すように、第２のレジスト１７を剥離液等で除去し、基板１５の、第１の凹部１８とは異なる部分を露出させる。
次に、図８（ａ）および（ｂ）に示すように、残された第１のレジスト１６をマスクとして基板１５にドライエッチングを施し、第１の凹部１８を深くするとともに第２の凹部１９を基板１５に形成する（第２のエッチング工程）。基板１５のうち圧力室３に対応する部分では、第１のレジスト１６の開口部に対応してエッチングが進行し、第１の凹部１８は幅Ｄ１のまま深くなる。
基板１５のうち絞り部６および連結部１４に対応する部分では、第１のレジスト１６の開口部に対応してエッチングが進行し、第２の凹部１９は幅Ｃ１を有する部分と幅Ｄ１を有する部分とを含むことになる。連結部１４の幅は、絞り部６側では絞り部６と同等で、圧力室３側では圧力室３と同等に形成され、連結部１４の深さは、絞り部６の深さと同等に形成される。第１の凹部１８は振動板４に達しており、基板１５からなる流路形成部材１２（図１参照）が完成する。
最後に、吐出口２が形成された吐出口形成部材１１（図１参照）を、第１の凹部１８の開口および第２の凹部１９の開口を覆うように基板１５（流路形成部材１２）に取り付ける。圧力室３が第１の凹部１８と吐出口形成部材１１とで形成され、絞り部６および連結部１４が第２の凹部１９と吐出口形成部材１１とで形成される。吐出口形成部材１１は、吐出口２と作動部５とが対向するように配置されることが好ましい。
【００１７】
本実施形態によれば、連結部１４と圧力室３との間の境界は、第２のレジスト１７の開口端ｗ２−ｗ２’によってほぼ直線状に形成される。したがって、振動板４の振動端がほぼ直線状に形成される。このため、駆動時の振動板４の振動による振動板４の端部にかかる応力を均一化することができ、応力による振動板４の亀裂の発生を防止できる。したがって、振動板４の耐久性が向上し、高周波吐出においても安定で長寿命な吐出が可能になる。
なお、第１のレジスト１６の開口幅変化部ｗ１−ｗ１’と第２のレジスト１７の開口端ｗ２−ｗ２’の距離Ｋは、第１および第２のレジスト１６，１７を形成する際のアライメント精度やエッチングの加工精度等を考慮して適宜、設定できる。
【００１８】
（比較例）
ここで、第１の実施形態に対する比較例を、図９ないし図１３を用いて説明する。図９は、比較例に係る素子基板の製造において基板１５に形成される第１および第２のレジスト１６，１７を説明するための図であり、領域Ｋ（図３（ｂ）参照）に対応する部分を図３に示される矢印Ｈの方向から見たときの平面図である。
なお、第１のレジスト１６および第２のレジスト１７を示す部分にはハッチングが施されている。図４に示される拡大図と同様に、図９（ａ）では第１のレジスト１６が示されており、図９（ｂ）では第１のレジスト１６および第２のレジスト１７が示されている。図９（ｂ）において、第１のレジスト１６の一部は第２のレジスト１７により覆われている。第１のレジスト１６および第２のレジスト１７の位置関係をわかりやすくするために、図９（ｂ）には第１のレジスト１６の縁が破線でされている。
図９（ａ）および（ｂ）に示すように、比較例では、第１の実施形態とは逆に、第２のレジスト１７は露出幅変化部ｗ１−ｗ１’を覆っていない。そして、第２のレジスト１７の開口縁ｗ２−ｗ２’は第１のレジスト１６の露出幅変化部ｗ１−ｗ１’より距離Ｍだけ離れたところに位置している。したがって、圧力室３は、幅Ｄ１を有する部分と、幅Ｃ１を有する部分と、を含むことになる。
図１０ないし図１３は、比較例に係る素子基板の製造方法、特に第１および第２のレジスト１６，１７を形成する工程よりも後の工程を説明するための平面図および斜視図である。なお、図１０ないし図１３では、領域Ｋ（図３参照）に対応する部分のみが示されている。
図１０（ａ）および（ｂ）に示すように、基板１５の、駆動層と反対側の面には、フォトリソグラフィ技術を用いて第１のレジスト１６および第２のレジスト１７が形成されている。先述のとおり、第２のレジスト１７は露出幅変化部ｗ１−ｗ１’を覆っておらず、第２のレジスト１７の開口縁ｗ２−ｗ２’は、第１のレジスト１６の露出幅変化部ｗ１−ｗ１’よりも距離Ｍだけ離れたところに位置している。
まず、図１１（ａ）および（ｂ）に示すように、第１のレジスト１６および第２のレジスト１７をマスクとして基板１５にドライエッチングを施し、第１の凹部１８を基板１５に形成する（第１のエッチング工程）。第１の凹部１８は基板１５を貫通せず第１の基板１５の途中まで形成される。
このとき、エッチングは、第２のレジスト１７の開口端ｗ２−ｗ２’に沿って進行し、第１の凹部１８の、絞り部６側の壁は開口端ｗ２−ｗ２’に沿って形成される。したがって、第１の凹部１８は、幅Ｄ１を有する部分と、幅Ｃ１を有する部分Ｎと、を含むことになる。
【００１９】
次に、図１２（ａ）および（ｂ）に示すように、第２のレジスト１７を剥離液等で除去し、基板１５の、第１の凹部１８とは異なる部分を露出させる。
次に、図１３（ａ）および（ｂ）に示すように、残された第１のレジスト１６をマスクとして基板１５にエッチングを施し、第１の凹部１８を深くするとともに第２の凹部１９を形成する（第２のエッチング工程）。基板１５のうち圧力室３に対応する部分では、第１のレジスト１６の開口部に対応してエッチングが進行する。したがって、第１の凹部１８は、幅Ｄ１を有する部分と幅Ｃ１を有する部分Ｎを含んだ形状となる。基板１５のうち絞り部６に対応する部分は、第１のレジスト１６の開口部に対応してエッチングが進行し、第２の凹部１９は幅Ｃ１を有する形状となる。第１の凹部１８は振動板４に達しており、基板１５からなる流路形成部材１２（図２参照）が完成する。
最後に、吐出口２が形成された吐出口形成部材１１（図１参照）を、第１の凹部１８の開口および第２の凹部１９の開口を覆うように基板１５（流路形成部材１２）に取り付ける。圧力室３が第１の凹部１８と吐出口形成部材１１とで形成され、絞り部６が第２の凹部１９と吐出口形成部材１１とで形成される。
比較例においては、圧力室３が幅Ｃ１を有する部分Ｎを含み、振動板４の振動端が角部を含む凸部を有する形状となる。このような凸部を振動板４が有する場合、振動板４の振動により当該凸部に歪が発生し、応力により振動板４に亀裂が発生する虞がある。特に、高吐出力、高周波吐出を行う素子基板においては振動板４の凸部に亀裂がより発生しやすくなり、耐久性が低下する可能性がある。
【００２０】
（第２の実施形態）
次に、本発明に係る第２の実施形態について、図１４および図１５を用いて説明する。図１４は、本実施形態に係る素子基板の製造において基板１５に形成される第１および第２のレジスト１６，１７を説明するための図であり、領域Ｋ（図３（ｂ）参照）に対応する部分を図３に示される矢印Ｈの方向から見たときの平面図である。
なお、第１のレジスト１６および第２のレジスト１７を示す部分にはハッチングが施されている。図１４（ａ）では第１のレジスト１６が示されており、図１４（ｂ）では第１のレジスト１６および第２のレジスト１７が示されている。図１４（ｂ）において、第１のレジスト１６の一部は第２のレジスト１７により覆われている。図１４（ｂ）には、第１のレジスト１６および第２のレジスト１７の位置関係をわかりやすくするために、第１のレジスト１６の縁が破線でされている。
第２の実施形態においては、図１４（ｂ）に示すように、第２のレジスト１７の開口の端部形状が円弧状に形成されている。図１４（ｂ）に示される第１および第２のレジスト１６，１７をマスクとして、第１の実施形態と同様の方法で第１および第２のエッチング工程を実施する。
図１５（ａ）および（ｂ）は、第１および第２のエッチング工程後における基板１５の領域Ｋ（図３参照）の平面図および斜視図である。図１５に示されるように、第２のレジスト１７（図１４参照）の開口縁が円弧状に形成されていることにより、振動板４の振動端を円弧状に形成することができる。このため、駆動時の振動板４の振動による振動板４の端部にかかる応力を、より均一化することができ、応力による振動板４の亀裂の発生を防止できる。したがって、振動板４の耐久性が向上し、高周波吐出においても安定でさらに長寿命な吐出が可能になる。
なお、本実施形態では振動板４の縁を円弧状に形成したが、振動板４の、連結部に隣接する部分が台形形状であっても応力緩和に効果がある。また、本実施形態の連結部１４は、絞り部６側から圧力室３側まで絞り部６と同じ深さで平坦に形成されているが、圧力室３側の深さが圧力室３よりも浅いことで振動板４の振動端の形状を応力の少ない形状に規定出来ればよい。例えば、絞り部６側から徐々に深くなるテーパ形状等でも構わない。
【００２１】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について、図１６ないし図１９を用いて説明する。図１６は、本実施形態に係る素子基板１を含む液体吐出ヘッドの断面図である。
図１６に示されるように、素子基板１は、圧力室３と、各圧力室３に対応して設けられた吐出口２と、圧力室３の壁をなす振動板４と、１つの圧力室３に対して複数設けられた絞り部６，２０と、を備える。圧力室３と絞り部６との間には連結部１４が設けられており、圧力室３と絞り部２０との間には連結部２１が設けられている。
振動板４には作動部５が接合されており、作動部５が作動することで振動板４が変形し、圧力室３内の液体に圧力が作用する。液体は、絞り部６から圧力室３に供給され、圧力室３から絞り部２０を経て回収される。なお、絞り部６は液体供給用絞り部とも称され、絞り部２０は液体回収用絞り部とも称される。
作動部５は、圧電素子８と、圧電素子８を挟んで向かい合う第１の電極９および第２の電極１０と、を含み、第１の電極９が振動板４に接合されている。第１の電極９および第２の電極１０は、バンプ２２を介して配線基板２３の配線２４と電気的に接続され、配線２４により素子基板１の外部の制御回路へ引き出されている。
より具体的には、第２の電極１０は引き出し配線２５で電気的に引き出され、バンプパッド２６を介してバンプ２２と接続される。第１の電極９は各圧力室３に対応した圧電素子８の下に延在しており、素子基板１の端部でまとめてバンプ２２により接続されている。バンプ２２には例えばＡｕバンプなどを使用することができる。配線２４は保護膜２７により保護されていてもよい。作動部５は保護膜２８により保護されていてもよい。素子基板１と配線基板２３との間に構造体２９が配されていてもよい。
【００２２】
制御回路からの電気信号が配線基板２３を通って圧電素子８に印加されると、振動板４が変形し、圧力室３が収縮および膨張する。圧力室３の収縮により圧力室３の内部の液体に圧力が作用し、その圧力により吐出口２から液体を吐出させることができる。絞り部６および絞り部２０は、圧力室３で発生した圧力が吐出口２へ向かうよう、吐出口２よりも大きな慣性を持っている。
配線基板２３は、二次元に配置された複数の素子基板１と接合されており、複数の素子基板１の剛性を保つ機能も有している。また、配線基板２３は、絞り部６に連通した供給側の連通孔７および絞り部２０に連通した回収側の連通孔３０が形成されている。液体は絞り部６から供給されて、圧力室３を通り絞り部２０から回収される。このように、素子基板１は、循環経路の一部を形成している。言い換えれば、配線基板２３は、液体吐出部へ液体を供給および回収する機能と、液体吐出部を配列支持する機能と、液体吐出部へ電気制御信号を印加する機能とを有している。
【００２３】
図１６に示される素子基板１の製造方法を、図１７ないし図１９を用いて説明する。図１７は、振動板４、作動部５、保護膜２８および構造体２９を形成する方法を説明するための図である。
まず、シリコン製の基板１５を用意する（図１７（ａ））。基板１５に振動板４となるシリコン酸化膜を形成し（図１７（ｂ））、第１の電極９、圧電素子８および第２の電極１０を形成する（図１７（ｃ））。続いてエッチングにより、第２の電極１０のパターニング（図１７（ｄ））、圧電素子８のパターニング（図１７（ｅ））、第１の電極９のパターニング（図１７（ｆ））を行い、保護膜２８を形成する（図１７（ｇ））。
その後、保護膜２８のパターニングを行い（図１７（ｈ））、振動板４をなすシリコン窒化膜のパターニングを行う（図１７（ｉ））。引き出し配線２５およびバンプパッド２６を形成し（図１７（ｊ））、感光性樹脂のパターニングを行い構造体２９を形成する（図１７（ｋ））。
【００２４】
図１８は、配線２４、保護膜２８、連通孔７および３０並びにバンプ２２を配線基板２３に形成する方法を説明するための図である。まず、シリコン製の配線基板２３を用意する（図１８（ａ））。配線基板２３にシリコン酸化膜３１を形成し（図１８（ｂ））、配線２４のパターニングを行い（図１８（ｃ））、保護膜２７を形成する（図１８（ｄ））。
供給側の連通孔７と回収側の連通孔３０を配線基板２３の途中まで深掘エッチングを行い（図１８（ｆ））、保護膜２７のパターニングを行う（図１８（ｇ））。保護膜２７が形成された側から配線基板２３にエッチングを施し（図１８（ｈ））、連通孔７を貫通させるとともに連通孔３０を貫通させる（図１８（ｉ））。その後、バンプ２２を配置する（図１８（ｊ））。
配線基板２３の、配線２４が形成された面と反対側の面上のシリコン酸化膜３１のパターニングを行う（図１８（ｅ））。シリコン酸化膜３１をマスクとして供給側の連通孔７と回収側の連通孔３０を途中の深さまで深掘エッチングを行い（図１８（ｆ））、保護膜２７のパターニングを行う（図１８（ｇ））。保護膜２７が形成された側から配線基板２３にエッチングを施し（図１８（ｈ））、連通孔７を貫通させるとともに連通孔３０を貫通させる（図１８（ｉ））。その後、バンプ２２を配置する（図１８（ｊ））。
【００２５】
図１９は、振動板４、作動部５、保護膜２８および構造体２９が形成された基板１５と、配線２４、保護膜２７、連通孔７および３０並びにバンプ２２が形成された配線基板２３と、を接合し、圧力室３を形成する方法を説明するための図である。まず、図１７および図１８で説明した工程を経た基板１５と配線基板２３とを用意する（図１９（ａ））。基板１５と配線基板２３とを、バンプ２２を介して電気的に接続するとともに、感光性フィルム接合を行う（図１９（ｂ））。
次に、基板１５の、配線基板２３の側とは反対側の面を所望の厚さにまで研磨する（図１９（ｃ））。その後、第１のレジスト１６を形成し（図１９（ｄ））、第２のレジスト１７を形成する（図１９（ｅ））。ここで、第１の実施形態と同様に、第２のレジスト１７の開口端が第１のレジスト１６の開口幅変化部よりも圧力室３の側に位置するように第１のレジスト１６および第２のレジスト１７の開口部を形成する。
次に、第１および第２のレジスト１６，１７をマスクとして基板１５にエッチングを施す（図１９（ｆ））。その後、第２のレジスト１７を除去し、残った第１のレジスト１６をマスクとして基板１５にエッチングを施す（図１９（ｇ））。振動板４まで達する穴が基板１５に形成され、基板１５からなる流路形成部材１２（図２参照）が完成する。
最後に、吐出口２が形成された吐出口形成部材１１を流路形成部材１２に取り付ける（図１９（ｈ））。圧力室３、絞り部６，１９、および連結部１４，２１が流路形成部材１２と吐出口形成部材１１とで形成され、素子基板１が完成する。
【００２６】
第３の実施形態においては、素子基板１が液体の循環経路を形成しているため、より安定に吐出を継続可能な素子基板が提供できる。また、圧力室３と供給側の絞り部６、および圧力室３と回収側の絞り部２０の間に連結部１４，２１が設けられていることで、振動板４の端部の応力集中を防止し、振動板の耐久性を向上し、長寿命で安定な吐出が可能になる。
また、絞り部６および絞り部２０の振動板４側には、流路形成部材１２の一部（以下、「構造体３２」という）が配置されているので、構造体２９をなす感光性樹脂が液体に接して膨潤することによる振動板４の変形を抑制する効果もある。さらに構造体３２を配置することにより、振動板４が変形して供給側の絞り部６および回収側の絞り部２０の断面積が変化したり、振動板４が破損したりしてしまうのを防止するという効果もある。
【００２７】
以上、実施形態および実施例を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記の実施形態および実施例に限定されるものではない。本願発明は、当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【符号の説明】
【００２８】
１      素子基板
２      吐出口
３      圧力室
４      振動板
６      絞り部
１１      吐出口形成部材
１２      流路形成部材
１４      連結部
【図１】
2016049680.tif 000003
【図２】
2016049680.tif 000004
【図３】
2016049680.tif 000005
【図４】
2016049680.tif 000006
【図５】
2016049680.tif 000007
【図６】
2016049680.tif 000008
【図７】
2016049680.tif 000009
【図８】
2016049680.tif 000010
【図９】
2016049680.tif 000011
【図１０】
2016049680.tif 000012
【図１１】
2016049680.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2016049680.tif 000018
【図１７】
2016049680.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
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