(57)【要約】【課題】アクチュエータ基板と保持基板とを接着剤により接合する場合に、接着剤が振動板の上へ流れ出すのを防止するとともに、接合部位における幅方向の接合バランスを均等化することにより信頼性の高い接合を実現可能な液滴吐出ヘッドを提供する。【解決手段】ノズル孔３１を有するノズル基板３０と、ノズル孔３１に連通する液室２１ａ及び液室の隔壁２１ｂを有する流路形成層２１、振動板２２、並びに圧電素子２３を有するアクチュエータ基板２０と、空隙部１２及びアクチュエータ基板２０に接着剤４０によって接合される隔壁状の接合部１１を有する保持基板１０と、を備え、アクチュエータ基板２０は、保持基板１０が接合される箇所に凸状部２５を備え、保持基板１０の接合部１１は、少なくとも凸状部２５との接合面における水平断面形状が、前記接合面の幅方向の中心線に対して左右交互に突出する突出部１１ａ、１１ｂを有する液滴吐出ヘッド。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出するノズル孔を有するノズル基板と、
前記ノズル孔に連通する液室及び前記液室の隔壁を有する流路形成層、前記液室の壁面の少なくとも一部を構成する振動板、並びに前記振動板の前記液室とは反対面に配置された圧電素子を有するアクチュエータ基板と、
前記圧電素子に対向する部分に形成された空隙部、及び前記アクチュエータ基板に接着剤によって接合される隔壁状の接合部を有する保持基板と、を備え、
前記アクチュエータ基板は、前記保持基板が接合される箇所に凸状部を備え、
前記保持基板の接合部は、少なくとも前記凸状部との接合面における水平断面形状が、前記接合面の幅方向の中心線に対して左右交互に突出する突出部を有することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
前記保持基板の接合部は、少なくとも前記凸状部との接合面に、前記接合面の幅方向の中心線に対して左右交互に凹部を設けることにより、前記突出部が形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
前記保持基板の接合部の前記突出部の水平断面形状が台形であることを特徴とする請求項１または２に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
前記保持基板の接合部は、水平断面形状が、いずれの高さにおいても前記凸状部との接合面の幅方向の中心線に対して左右交互に突出する突出部を有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
前記アクチュエータ基板の前記凸状部は、前記圧電素子を構成する材料の少なくとも一部、層間絶縁膜、配線材料、配線保護膜及び前記振動板のいずれかまたは全部の組合せにより形成されてなることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項６】
前記アクチュエータ基板の前記凸状部は、前記圧電素子、層間絶縁膜、配線材料及び配線保護膜を形成する工程において、前記圧電素子を構成する材料の少なくとも一部、層間絶縁膜、配線材料及び配線保護膜のいずれかまたは全部の組合せを積層して形成されることを特徴とする請求項５に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項７】
液滴を吐出する液滴吐出ヘッドと該液滴吐出ヘッドに液体を供給する液体タンクとを一体化した液体カートリッジにおいて、前記液滴吐出ヘッドが請求項１から６のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とする液体カートリッジ。
【請求項８】
液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドを備えた画像形成装置において、前記液滴吐出ヘッドが請求項１から６のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴吐出ヘッド、液体カートリッジ及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ、ファクシミリ、複写装置、及びこれらの複合機等の画像形成装置として、例えば、液滴吐出ヘッドで構成した記録ヘッド（以下、ヘッドともいう）を含む装置を用いて、記録媒体（以下、用紙ともいうが材質を限定するものではなく、印刷媒体、被記録媒体、記録用紙、転写材、記録紙なども同義で使用する）を搬送しながら、液体としてのインク（記録液）を用紙に付着させて画像形成（記録、印刷、印写、印字も同義語で用いる）を行なう、いわゆるインクジェット方式の画像形成装置（インクジェット記録装置ともいう）が知られている。
【０００３】
インクジェット記録装置は、印刷速度の高速化、高画質化、低価格化、小型化が進んで広く普及している。このようなインクジェット記録装置に用いられる液滴吐出ヘッドは、一般に、複数のノズル列を有し、ノズル列に連通した複数の個別液室（圧力室）を有し、該複数の個別液室には比較的容積の大きな共通の共通液室が連通されている構成が一般的である。個別液室に選択的にエネルギーを印加することにより個別液室を変形させ、液滴を吐出させて任意の画像をオンデマンドで形成することができる。エネルギーの印加媒体（駆動手段、アクチュエータともいう）としては、例えば、圧電素子やヒーターチップなどが知られている。
【０００４】
近年、インクジェット記録装置は、より高品位な画像をより速い印刷速度で出力できること（印刷速度の高速化および高画質化）が求められている。画像の高画質化の要求に対しては、ノズルの数を増加して高密度化する傾向にある。それに伴い、各個別液室の間隔は狭まり、エネルギー印加の周波数も高くなる傾向にある。また、印刷速度の高速化の要求に対しては、記録ヘッドの長尺化が試みられており、例えば、記録媒体の幅全領域を覆うことのできる記録ヘッドを備えたいわゆるライン型プリンタも提案されている。
【０００５】
ところで、個別液室に印加されるエネルギーによって個別液室内の液滴は圧力変動を生じるが、この圧力変動は、連通している共通液室にも伝播し、隣接する別の個別液室内の液滴にも影響を及ぼす（相互干渉と呼ぶ）。相互干渉は、意図しない液滴の吐出や吐出状態の不安定化を誘発し、その結果、高品位な画像出力が得られなくなることにも繋がる。
【０００６】
高画質化を図るためには、ビット間の相互干渉の小さいヘッド設計とすることが挙げられる。相互干渉には、共通液室経由で発生する流体的な干渉と、隣接したビット間で発生する構造的な干渉があり、流体的な相互干渉は共通液室のコンプライアンスを十分に確保することで解消を図ることができるが、構造的な相互干渉は、近年の高密度化・高速化に伴う構造物の剛性低下、共振現象発生により増加する傾向にある。
【０００７】
構造的な相互干渉が少ないヘッド設計とするには、ノズル基板と、各ビットを隔てる隔壁と、隔壁の接着固定部が十分な剛性を有している必要がある。特に、接着固定部の剛性は、構造的な相互干渉に対する影響が大きい。接着固定部は接着剤により固定された部位であり、剛性低下を防止するためには均等に十分な強度で接着されている必要がある。
接着固定部は接合工程において押圧されるが、接着剤量が多い場合、硬化前の流動性がある状態では接合部位から流れ出してしまうことがある。ここで、流れ出して硬化した接着剤によって圧電素子の変形が拘束されると、印加した電圧値に対して所望の変形が得られないために液滴吐出量が低下し、ヘッドとして有効に動作しなくなるという問題がある。
一方、接着剤の塗布量を少なくすると、接着強度と封止性が十分に確保できない。また、接着剤の膜厚を薄くすることには限界があるため、接着剤塗布量多くせざるを得ないという問題がある。
【０００８】
このような問題に対し、接着剤の流れ出しを制御する技術が提案されている（例えば、特許文献１〜５参照）。
特許文献１には、保護基板の流路形成基板との接合面に、接着剤の逃げとなる複数の凹部が圧電素子保持部の周囲に設けられていると共に、凹部の少なくとも一部が、圧電素子保持部から連続して設けられているヘッドが開示されている。同様に、凹部を設けることによって接着剤の流れ出しを抑制する技術は、特許文献４及び５にも開示されている。
【０００９】
特許文献２及び３には、液室基板の接合面の一部に液室基板の側面と接合する接着剤を溜める接着剤溜まりを形成した液滴吐出ヘッドが開示されている。すなわち、接合部の周囲に凸部を設けることにより、流れ出した接着剤を堰き止める方法である。接着剤溜まりを設けることにより、接着剤の流れ出しを防止し、アクチュエータの変位を阻害することがなく、効率の良い設計が可能となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
一方、接合工程において接着固定部が押圧されることにより、接合面の位置ズレが発生するという問題がある。接合工程において十分な位置精度を確保して実施したとしても、接着剤が流動性を有するため、接着面の位置ズレが生じてしまう場合がある。
【００１１】
接合面の位置ズレが生じた例を図２（Ｂ）に示す。
図２（Ｂ）の例では、対向する接合面の上側が右方向にズレており、その下方に接着剤のたまりが生じている。このように、片側（図２（Ｂ）では右側）に接着剤の溜りが生じて片側のみが強固に接着された状態が長手方向に連続した場合、反対側（図２（Ｂ）では左側）の固着は弱くなる。また、位置ズレによって接着面積が小さくなり、接着剤部分にかかる単位面積当たりの押圧が高くなるため、接着剤厚み（接合ギャップ）が薄くなったり不均一になったりするという問題がある。
【００１２】
上述の特許文献１〜５の技術や接着剤塗布量の適正化により、接着剤の流れ出しを制御出来た場合であっても、接合時の押圧による接合面の位置ズレに起因した接合バランスの崩れ、接合強度の低下が生じるおそれがある。
【００１３】
そこで本発明は、アクチュエータ基板と保持基板とを接着剤により接合する場合に、接着剤が振動板の上へ流れ出すのを防止するとともに、接合部位における幅方向の接合バランスを均等化することにより信頼性の高い接合を実現可能な液滴吐出ヘッドを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
かかる目的を達成するため、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、液体を吐出するノズル孔を有するノズル基板と、前記ノズル孔に連通する液室及び前記液室の隔壁を有する流路形成層、前記液室の壁面の少なくとも一部を構成する振動板、並びに前記振動板の前記液室とは反対面に配置された圧電素子を有するアクチュエータ基板と、前記圧電素子に対向する部分に形成された空隙部、及び前記アクチュエータ基板に接着剤によって接合される隔壁状の接合部を有する保持基板と、を備え、前記アクチュエータ基板は、前記保持基板が接合される箇所に凸状部を備え、前記保持基板の接合部は、少なくとも前記凸状部との接合面における水平断面形状が、前記接合面の幅方向の中心線に対して左右交互に突出する突出部を有することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、アクチュエータ基板と保持基板とを接着剤により接合する場合に、接着剤が振動板の上へ流れ出すのを防止するとともに、接合部位における幅方向の接合バランスを均等化することにより信頼性の高い接合を実現可能な液滴吐出ヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態にかかる液滴吐出ヘッドの模式図であって（Ａ）は保持基板の平面図、（Ｂ）は液滴吐出ヘッドの断面図である。
【図２】保持基板接合部とアクチュエータ基板凸状部との接着剤による接合の様子を示す電子顕微鏡写真であって、（Ａ）は正常、（Ｂ）は位置ズレが生じている状態である。
【図３】保持基板接合部とアクチュエータ基板凸状部との接着剤による接合の様子を示す模式図である。
【図４】液滴吐出ヘッドの形成工程の例を説明する断面図である。
【図５】液滴吐出ヘッドの形成工程の例を説明する断面図である。
【図６】保持基板の形成工程の例を説明する模式図である。
【図７】保持基板の例を示す斜視図である。
【図８】液体カートリッジの一例を示す斜視図である。
【図９】画像形成装置の構成の一例を示す概略斜視図である。
【図１０】画像形成装置の機構部を説明するための側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る液滴吐出ヘッド、液体カートリッジ及び画像形成装置について、図面を参照して説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、修正、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。
【００１８】
本実施形態の液滴吐出ヘッドを説明するにあたり、ＭＥＭＳ（Micro  Electro  Mechanical  Systems）技術を用いて作製されるインクジェットヘッドの構造について図１（Ｂ）を参照して簡単に説明する。
【００１９】
液滴吐出ヘッドの一例であるインクジェットヘッドは、圧電体材料を駆動源として上下に電極を設けたアクチュエータ基板（「圧電素子基板」ともいう）２０、アクチュエータ基板２０を強度的に保護し、さらに圧電素子の対環境性を保つための保持基板（「サブフレーム基板」とも言う）１０、液滴を吐出するノズル孔３１を形成したノズル基板３０を備えている。
多くの場合、アクチュエータ基板２０と保持基板１０、及びアクチュエータ基板２０とノズル基板３０は、それぞれ接着剤によって貼り合わされている。
【００２０】
アクチュエータ基板２０には、インクを溜め込む液室２１ａ、液室２１ａの壁面の一部を構成する薄い振動板２２、振動板２２を駆動させるための圧電素子２３が一体で形成されている。
圧電素子２３の駆動が振動板２２に伝達され、液室２１ａの体積が変化することで、液室２１ａからインク液滴が吐出される。
【００２１】
アクチュエータ基板２０の厚さは液室２１ａの体積に大きく関与するため、例えば数十μｍ厚程度まで薄化される。そこで、アクチュエータ基板２０には、補強用に保持基板１０が接合される。保持基板１０には、圧電素子２３及び振動板２２の圧電素子２３によって変位される部分が保持基板１０と接着されないように、圧電素子２３に対向する位置に空隙部（凹部）１２が形成されている。
【００２２】
アクチュエータ基板２０の液室２１ａは、ノズル孔３１のビット数分だけ並列に形成されており、隣り合う振動板２２は密に存在している。振動板２２の変位が阻害されないように、保持基板１０は、振動板間の隔壁部分に接着剤４０によって接合される。この接着剤４０が振動板２２の上にまで流れ出すと、振動板２２の変位を妨げ、インク吐出のバラツキの要因となる。接着剤４０が振動板２２の上まで流れ出さない範囲においてはそのビットの単体の圧電素子２３による変位特性には影響を与える事は少ない。
【００２３】
アクチュエータ基板２０には、保持基板１０が接合される箇所に凸状部２５が形成されている。この凸状部２５は、例えば、アクチュエータ基板２０の形成工程において、液室２１ａや、圧電素子２３、電極などが形成される際に、同じ材料によって同時にパターン形成されてもよい。これにより、追加工程を要しないため、製造コストの上昇を抑えることができる。なお、凸状部２５は、専用の材料及び工程により形成されてもよい。凸状部２５の高さは、圧電素子２３の膜厚よりも厚いことが好ましい。
【００２４】
保持基板１０とアクチュエータ基板２０との接合においては、圧電素子２３に接着剤が付着するのを防止するために、アクチュエータ基板２０ではなく、保持基板１０側の隔壁状の接合部１１に接着剤４０が均一に塗布される。
【００２５】
接合に用いられる接着剤としては、例えば、接合面に対する接触角が３０度以上のもの、損失弾性率が１.２×１０８Ｐａ以下（４０℃時）かつ２.０×１０８Ｐａ以下（６０℃時）のもの、及びこれら両方の特性を有するものが挙げられる。このような接着剤を用いることにより、保持基板の接合部１１とアクチュエータ基板の凸状部２５との接合面から流れ出した接着剤４０が、絶縁保護層（保護膜）のパターンの切れ目で止まり、接合部近傍に留まりやすくなり、振動板２２の上へ流れ出すことを防止できる。ただし、本発明の液滴吐出ヘッドにおいて用いられる接着剤は、必要量を均一に塗布する限りにおいて、上記の特性を有するものに限定されない。なお、損失弾性率とは、物体にひずみが生じた際の損失エネルギー（物体外に熱などとして拡散する）成分であり、この値が小さいほど弾性体に近い材料として扱うことができる。
接着剤の塗布膜厚としては、接合部位における接着剤溜まり量を考慮して予め決定することができる。
【００２６】
アクチュエータ基板２０の凸状部２５と保持基板１０の隔壁状の接合部１１との接合部位（以下、単に「接合部位」という）を観察した断面のＳＥＭ（Scanning  Electron  Microscope）画像を図２に示す。なお、図２においてアクチュエータ基板の空隙部は観察用の樹脂で埋められている。
図２（Ａ）は、正常に接合された状態の画像である。一方図２（Ｂ）は、接着剤の流れ出しは発生していないが、凸状部２５の保護膜端部付近まで接着剤の溜まりが進行した状態の画像である。接着剤４０及び接着剤の溜まり４１の界面を破線で示している。
【００２７】
図２（Ｂ）の画像に示すとおり、凸状部２５の接着位置（接合中心線Ｃ１）に対し、接合部１１の接着位置（接合中心線Ｃ２）が右側にずれている。凸状部２５及び接合部１１の幅はいずれも約８μｍであるため、ずれは約５μｍである。先端部では、接合部１１の凸部が圧電素子側へ１．７μｍ寄っている。
この断面画像から求めた接着剤の面積は、図２（Ａ）及び（Ｂ）ともに２３μｍ２であり、接着剤量としては同等であると言える。図２（Ｂ）の画像からは、位置ズレが発生しているが接着剤流れ出しは生じていないことがわかる。
【００２８】
しかしながら、図２（Ｂ）のように、片側に接着剤の溜り４１が生じ、片側のみ強固に接着された状態が長手方向に連続した場合、反対側の固着は弱くなる。また、ズレによって接着面積が小さくなり、接着剤部分にかかる単位面積当たりの押圧が高くなるため、接着剤厚みが薄くなったり不均一になったりする。さらに、位置ズレはヘッドの長手方向全体に続いているため、接着剤の流れ出しが発生している箇所が存在する可能性は否定できない。
【００２９】
そこで、本発明の液滴吐出ヘッドは、接着剤の溜まり４１の発生する方向を片側のみに集中させないために、保持基板１０の接合部１１は、少なくとも接合面における水平断面形状が、接合面の幅方向の中心線に対して左右交互に突出する突出部を有する。
【００３０】
〔実施例１〕
本実施形態の液滴吐出ヘッドを図１に基づき説明する。
図１（Ｂ）に示すように、本実施形態の液滴吐出ヘッドは、液体を吐出するノズル孔３１を有するノズル基板３０と、ノズル孔３１に連通する液室２１及び液室の隔壁２１ｂを有する流路形成層２１、液室２１ａの壁面の少なくとも一部を構成する振動板２２、並びに振動板２２の液室２１ａとは反対面に配置された圧電素子２３を有するアクチュエータ基板２０と、圧電素子２３に対向する部分に形成された空隙部１２、及びアクチュエータ基板２０に接着剤４０によって接合される隔壁状の接合部１１を有する保持基板１０と、を備え、アクチュエータ基板２０は、保持基板１０が接合される箇所に凸状部２５を備え、保持基板１０の接合部１１は、少なくとも凸状部２５との接合面における水平断面形状が、前記接合面の幅方向の中心線Ｃ−Ｃに対して左右交互に突出する突出部１１ａ、１１ｂを有する。
【００３１】
保持基板１０の空隙部１２は、保持基板１０がアクチュエータ基板２０の圧電素子２３と接触しないように設けられている。
【００３２】
流路形成層２１の液室２１ａは、吐出される液体が貯留される空間であり、隔壁２１ｂは、液室２１ａの側面を構成し、液室２１ａの形成位置を画定している。
【００３３】
振動板２２は、流路形成層２１の液室２１ａ上及び隔壁２１ｂ上に配置されている。振動板２２は、例えば、シリコン酸化物層、シリコン窒化物層、ポリシリコン層など複数層の膜で形成されている。
【００３４】
圧電素子２３は、振動板２２上に下部電極層２３ａ、圧電体層２３ｂ、上部電極層２３ｃがこの順に積層されて形成されている。圧電体層２３ｂは、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）膜で形成されている。
【００３５】
層間絶縁膜２４ａは、振動板２２上に圧電素子２３を覆うように形成され、圧電素子２３の保護膜として機能する。
層間絶縁膜２４ｂは層間絶縁膜２４ａの上に形成され、圧電素子２３の配線接合部の層間絶縁膜として機能する。
【００３６】
凸状部２５は、保持基板１０の隔壁状の接合部１１が接合される箇所で、アクチュエータ基板２０上の隔壁部２１ｂ上部に配置され、下部電極層２３ａと層間絶縁膜２４ａと金属配線２６と保護膜（絶縁保護層）２４ｃを備えている。
凸状部２５を構成する金属配線２６は配線材料と同じ材質で同時に形成されるが、電気的には圧電素子２３を駆動する電極とは電気的に分離されており、圧電素子２３の駆動に関わる配線とは接続されていない。
金属配線２６、層間絶縁膜２４ｂ及び配線保護膜２４ｃは、アクチュエータ基板２０の隔壁２１ｂより小さい幅寸法で層間絶縁膜２４ａの上に形成されている。
【００３７】
ノズル基板３０のノズル孔３１は、液室２１ａ内の液体を吐出するためのものであり、液室２１ａに対応する位置に配置されている。
ノズル基板３０は、アクチュエータ基板２０の隔壁２１ａに接着剤によって接合されている。
【００３８】
保持基板１０の隔壁状の接合部１１は、アクチュエータ基板２０の凸状部２５に接着剤４０によって接合されている。
保持基板の隔壁状の接合部１１は、図１（Ａ）に示すように、凸状部２５との接合面における水平断面形状が、前記接合面の幅方向の中心線Ｃ−Ｃに対して左右交互に突出する突出部１１ａ、１１ｂを有する。
【００３９】
図１（Ａ）中のＡ−Ａの断面図を図３（Ａ）に、Ｂ−Ｂ断面図を図３（Ｂ）にそれぞれ示す。
図３（Ａ）の態様における接着剤４０ａと、図３（Ｂ）の態様における接着剤４０ｂによって示されるように、接着剤４０は凸状部２５の配線保護膜２４ｃ部分から流れ出すことなく、接着剤４０の溜まりは凸状部２５の左右に振り分けられ、幅方向の接合バランスが均等化される。
【００４０】
突出部１１ａ、１１ｂの水平断面形状は、例えば、台形（等脚台形）とすることができる。また、突出部１１ａ、１１ｂの寸法は、使用する接着剤、素子の配列密度、アクチュエータ基板の凸状部２５の幅、接着剤の塗布量などに応じて適宜設計することができる。
【００４１】
本実施形態における寸法は、素子の配列密度３００ｄｐｉ(ｄｏｔ  ｐｅｒ  ｉｎｃｈ)となる約８６μｍピッチ、アクチュエータ基板２０の隔壁２１ｂの幅（図１におけるＸ方向の長さ。以下同じ。）２９μｍ、アクチュエータ基板の凸状部２５の幅８μｍ、保持基板の接合部１１の幅８μｍ、突出部１１ａ、１１ｂの突出幅２μｍ、凸状部２５に対する層間絶縁膜の延出幅４μｍ(両側とも)、凸状部の高さ（図１におけるＹ方向の長さ）４μｍとした。
【００４２】
接着剤は、粘度が４０ｃｐ（センチポアズ）程度で、凸状部２５の表面に対する接触角が３０度以上、損失弾性率が１.２×１０８Ｐａ以下（４０℃時）かつ２.０×１０８Ｐａ以下（６０℃時）の熱硬化型接着剤を使用し、塗布量は１．５μｍ±０．５μｍとした。
【００４３】
圧電素子２３の下部電極２３ａ及び上部電極２３ｃに所定の電圧が印加されることで、圧電体層２３ｂが伸び縮みし、振動板２２が変位する。これにより、液室２１ａの体積が変位し、液室２１ａからノズル孔３１を介して液滴（例えば、インク）が吐出される。
凸状部２５は、流路形成層２１の隔壁２１ｂに対向する領域、すなわち振動板２２が変位しない領域に形成されている。
【００４４】
本実施形態において、凸状部２５を構成する各部材は、アクチュエータ基板２０の形成時の各部材のパターニングと同時に形成される。したがって、凸状部２５はデザインの変更のみで形成することができ、追加のプロセスが不要である。
すなわち、凸状部２５は、圧電素子２３を構成する材料の少なくとも一部、層間絶縁膜２４ａ、２４ｂ、配線材料、配線保護膜２４ｃ及び振動板２２のいずれかまたは全部の組合せにより形成されてなる。
また、凸状部２５は、圧電素子２３、層間絶縁膜２４ａ、２４ｂ、配線材料及び配線保護膜２４ｃを形成する工程において、圧電素子２３を構成する材料の少なくとも一部、層間絶縁膜２４ａ、２４ｂ、配線材料及び配線保護膜２４ｃのいずれかまたは全部の組合せを積層して形成される。
【００４５】
本実施形態の液滴吐出ヘッドの形成工程を図４〜図６に基づき説明する。
図４及び図５はアクチュエータ基板２０の形成工程（工程１〜８）、図６は保持基板の形成工程を示している。
【００４６】
図４（Ａ）に示す工程１は、アクチュエータ基板２０を形成するために流路形成層２１上に振動板２２を成膜する工程である。
流路形成層２１は、例えば、厚みが６２５μｍ、面方位が＜１００＞のシリコン基板である。流路形成層２１の上に熱酸化法及びＣＶＤ（化学気相成長）法により、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びポリシリコン膜をそれぞれ所望の膜厚で形成して振動板２２を形成する。
【００４７】
図４（Ｂ）に示す工程２は、振動板２２上に、圧電素子２３を構成する各層を積層形成する工程であり、下部電極層２３ａ、圧電体層２３ｂ、上部電極層２３ｃをこの順に成膜する。下部電極層２３ａは、例えば、スパッタ法によって順次成膜されたＰｔ膜である。Ｐｔ単体では振動板に対する密着性が不十分な場合が有るので中間層としてＴｉＯ２膜を形成し、その上にＰｔを積層させる。ここで、ＴｉＯ２はＰｔ膜のための密着層として機能する。圧電体層２３ｂは、例えば、ゾルゲル法によって成膜されたＰＺＴ膜である。上部電極層２３ｃは、例えば、スパッタ法によって順次成膜されたＳＲＯ膜／Ｐｔ膜の積層膜である。
【００４８】
図４（Ｃ）に示す工程３では、写真製版技術及びエッチング技術により、上部電極層２３ｃをパターニングして、圧電素子２３の上部電極層２３ｃを形成する。同様に、写真製版技術及びエッチング技術により、圧電体層２３ｂをパターニングして、圧電素子２３の圧電体層２３ｂを形成する。圧電体層２３ｂは、上部電極層２３ｃの幅寸法よりも大きい幅寸法形成される。上部電極層２３ｃより大きな幅寸法とする理由はエッチングの際、部分的に導電性を示す物質が堆積し電気的に上下電極がショートとするのを防止する為である。図示されていないが、下部電極２３ａの部分も素子形成に必要な形状に写真製版技術及びエッチング技術によりパターニング実施する。
【００４９】
図４（Ｄ）に示す工程４は、圧電素子２３上に、素子耐湿性保護のための層間絶縁膜２４ａを形成する工程である。層間絶縁膜２４ａは、例えば、ＡＬＤ（アトミックレイヤーデポジション）法によって形成されたＡｌ２Ｏ３膜である。この層は、さらに積層する層間絶縁膜２４ｂおよび２４ｃのエッチングストッパー層としても用いる。
【００５０】
図５（Ａ）に示す工程５は、層間絶縁膜２４ｂを成膜する工程である。層間絶縁膜２４ｂとしては、ＳｉＯ２膜を用いる。
【００５１】
図５（Ｂ）に示す工程６は、配線部および凸状部２５となるＡｌ膜（配線材料と同じ材料。金属配線ともいう。）２６を形成する工程である。凸状部２５となるＡｌ膜２６は、スパッタ法により４μｍの厚みで形成する。厚みを４μｍとすることで、圧電素子２３に接着剤が付着しない距離を確保することができる。
次いで、写真製版技術及びエッチング技術により、Ａｌ膜２６のパターニングを行い、続いて層間絶縁膜２４ｂのパターニングを行う。このとき層間絶縁膜２４ａをストッパー層として利用する。
さらに、配線部のスルーホール部分を写真製版技術及びエッチング技術により形成する。Ａｌ配線としては、同様に密着層を設け、例えば、スパッタ法によってＡｌ膜／ＴｉＮ膜の積層膜としても良い。
【００５２】
図５（Ｃ）に示す工程７は、配線部および凸状部２５となるＡｌ膜２６の絶縁保護層として、配線保護膜２４ｃを形成する工程である。配線保護膜２４ｃとしてはＳｉＮを用いることができる。なお、使用する接着剤の流れ出しが発生し難い特性を示す材料であれば、その他の材料を用いることもできる。
配線保護膜２４ｃを形成した後、写真製版技術及びエッチング技術により圧電素子２３の周辺および層間絶縁が不要である領域を除去する。
【００５３】
図５（Ｄ）に示す工程８では、圧電素子部をカバーガラスで仮接着し、液室２１ａを形成し、アクチュエータ基板２０を完成させる工程である。
流路形成層２１をカバーガラスで仮接着後、研磨処理によって薄化する。写真製版技術及びエッチング技術により、流路形成層２１をパターニングして、液室２１ａと隔壁２１ｂを形成する。研磨後の流路形成層２１の厚さは、液室２１ａの体積に合わせて所望の値に調整する。
【００５４】
保持基板１０は、図６（Ａ）に示すシリコン基板１０ａに対してパターニングを行い、図６（Ｂ）に示す空隙部１２及び隔壁状の接合部１１を形成する。
接合部１１は、少なくとも凸状部２５との接合面における水平断面形状が、前記接合面の幅方向の中心線に対して左右交互に突出する突出部を有する。
【００５５】
本実施形態における保持基板の斜視図を図７（Ａ）に示す。
図７（Ａ）中、破線Ｃ−Ｃは、アクチュエータ基板２０の凸状部２５との接合面の幅方向の中心線である。本実施形態における接合部１１は、水平断面形状が、いずれの高さにおいても接合面の幅方向の中心線（破線Ｃ−Ｃ）に対して左右交互に突出する突出部１１ａ、１１ｂを有する。
【００５６】
上述の工程により得られたアクチュエータ基板２０と保持基板１０とを接着剤により接合する。図１及び図４〜図６には図示していないが、保持基板１０には、インク供給孔や外部信号を発信するＩＣなどを実装する貫通孔が形成されていてもよい。
【００５７】
接着剤４０は、例えば、印刷技術によって、保持基板１０の接合部１１の接合面（アクチュエータ基板２０と対向する面）のみに塗布される。
ボンディング装置によって、アクチュエータ基板２０と保持基板１０とを位置合せして接触させ、加圧した状態で昇温して接着剤４０を硬化させる。
接着剤４０は、例えば、６０〜１００℃程度で数分間加温することにより硬化するものを用いることができる。
【００５８】
加圧及び昇温を行うことにより余剰の接着剤４０が接合部位から流れ出す。しかし、接着剤４０として粘度が４０ｃｐ程度と比較的高く、かつ凸状部２５の表面の配線保護膜２４ｃと濡れ性が良い材料を選択することにより、流れ出した接着剤４０は配線保護膜２４ｃで留まり、接着剤溜まりとなって固定されるため、振動板２２への流れ出しが防止される。
左右交互に突出した突出部１１ａ、１１ｂにより、接着剤溜まりは長手方向の左右で均等に形成されるため、均一で強固な接合が実現可能となる。
【００５９】
さらに、接着面の面積が位置ズレを生じても一定となるため、単位面積当たりの荷重も一定となり、接合ギャップの均一化を実現することができる。
本実施形態における接合では、押圧が均等化されたため、接着剤の１．５±０．５μｍの塗布量に対して、６インチ基板内９ポイントを５枚測定し、トータル４５ポイントで１．０〜１．２μｍと均一であった。±１０％のバラツキであり、接合部に突出部を形成しない場合と比較して均一化されていることがわかった。
【００６０】
最後に、ノズル基板３０をアクチュエータ基板２０の隔壁２１ｂに接着剤によって接合することにより、液滴吐出ヘッドの形成工程が完了する。
【００６１】
〔実施例２〕
保持基板１０を、図７（Ｂ）に示す態様の保持基板とした以外は実施例１と同様にして液滴吐出ヘッドを構成した。
図７（Ｂ）中の破線Ｃ−Ｃは、アクチュエータ基板２０の凸状部２５との接合面の幅方向の中心線である。本実施形態における接合部１１は、少なくとも接合面（接合面を含む接合面近傍）に、接合面の幅方向の中心線（破線Ｃ−Ｃ）に対して左右交互に凹部を設けることにより、突出部１１ａ、１１ｂが形成される。
具体的には、突出部１１ａ、１１ｂの形成を１回のフォトリソグラフィーとエッチングで行うのではなく、突出部が設けられていない隔壁状の部材を形成した後、切り欠き加工を行い、凹部の形成をする。切り欠き加工は、例えば、エッチングにより行うことができる。
得られた保持基板１０のアクチュエータ基板２０との接合状態は、実施例１と同様に良好であった。
【００６２】
〔比較例１〕
保持基板１０の接合部１１を、突出部１１ａ、１１ｂが形成されていない態様とした以外は実施例１と同様にして、液滴吐出ヘッドを構成した。
実施例１と同一の条件で保持基板の接合部１１に接着剤を塗布し、接合を行った結果、図２（Ｂ）の画像に示す例のような接合部位における接合部１１と凸状部２５との接合位置ズレが高頻度（６０〜８０％）で発生した。また、振動板２２上にまで及ぶ接合部位からの接着剤の流れ出しもみられた。
さらに、圧電素子２３まで接着剤が流れ出し、圧電体膜の変異に影響がみられた例が１０〜２０％存在した。
【００６３】
〔比較例２〕
接合部位における接合部１１と凸状部２５との位置ズレが生じた場合（図２（Ｂ）の例）における接合ギャップの測定を行った。あわせて、位置ズレが生じていない正常な接合（図２（Ａ）の例）における接合ギャップの測定も行い、これらの値を比較した。
接合ギャップは、断面画像における接合部１１表面と凸状部２５表面との間隔を測定することにより求めた。また、接着剤塗布量を断面画像の接着剤部分の面積を計算することにより求めた。
【００６４】
接着剤塗布量は、正常な接合では２３．３μｍ２、位置ズレを生じている接合では２２．６μｍ２とほぼ同等であり、いずれも接着剤の流れ出しは生じていないと判断された。
しかしながら、接合ギャップの値は、正常な接合では１．６μｍ、位置ズレを生じている接合では０．８μｍであった。
このように、正常な接合と位置ズレを生じている接合とでは、接合ギャップに大きな差異（本比較例では２倍の違い）があり、位置ズレが接合ばらつきの原因となっていることがわかった。
【００６５】
〔液体カートリッジ〕
本実施形態の液体カートリッジの斜視図を図８に示す。
図８に示す本実施形態の液体カートリッジ２０１は、ノズル孔３１等を有する本発明の液滴吐出ヘッド２０３と、液滴吐出ヘッド２０３に液体を供給する液体タンク２０４とを一体化したものである。
このように液体タンク２０４と一体型の態様では、液滴吐出ヘッド２０３の性能はただちに液体カートリッジ２０１全体の性能につながるため、信頼性の高い液滴吐出ヘッド２０３を使用することにより、信頼性の高い液体カートリッジ２０１を得ることができる。
【００６６】
〔画像形成装置〕
本実施形態の画像形成装置を図９及び図１０に示す。
図９は、画像形成装置の構成を説明するための概略的な斜視図であり、図１０は機構部を説明するための側面図である。
【００６７】
画像形成装置３０１は、記録装置本体３０２の内部に印字機構部３０３等を収納している。印字機構部３０３は、主走査方向に移動可能なキャリッジ３１０、キャリッジ３１０に搭載した本発明の液滴吐出ヘッドからなる記録ヘッド３１１、記録ヘッド３１１へインクを供給するインクカートリッジ３１２等で構成されている。
【００６８】
画像形成装置３０１は、記録装置本体３０２の下方部には前方側から多数枚の用紙３０４を積載可能な給紙カセット（又は給紙トレイでもよい。）３０５を抜き差し自在に装着することができる。
【００６９】
また、画像形成装置３０１は、用紙３０４を手差しで給紙するための手差しトレイ３０６を開倒することができる。画像形成装置３０１は、給紙カセット３０５又は手差しトレイ３０６から給送される用紙３０４を取り込み、印字機構部３０３によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ３０７に排紙する。
【００７０】
印字機構部３０３は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド３０８と従ガイドロッド３０９とでキャリッジ３１０を主走査方向（図９で紙面垂直方向）に摺動自在に保持している。キャリッジ３１０にはイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出する本発明に係る液滴吐出ヘッドからなる記録ヘッドが複数のインク吐出口（ノズル）を主走査方向と交差する方向に配列されている。記録ヘッドはインク滴吐出方向を下方に向けて装着されている。また、キャリッジ３１０には記録ヘッドに各色のインクを供給するための各インクカートリッジ３１２が交換可能に装着されている。
【００７１】
インクカートリッジ３１２は、上方に大気と通じる大気口を有し、下方にはインクジェットヘッドへインクを供給する供給口を有している。また、インクカートリッジ３１２は、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッドへ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。また、記録ヘッドとしてここでは各色の記録ヘッドを用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドでもよい。
【００７２】
ここで、キャリッジ３１０は、後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド３０８に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド３０９に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ３１０を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ３１３で回転駆動される駆動プーリ３１４と従動プーリ３１５との間にタイミングベルト３１６が張装されている。キャリッジ３１０はタイミングベルト３１６に固定されており、主走査モータ３１３の正逆回転によりキャリッジ３１０が往復駆動される。
【００７３】
給紙カセット３０５にセットした用紙３０４を記録ヘッドの下方側に搬送するために、給紙ローラ３１７、フリクションパッド３１８、ガイド部材３１９、搬送ローラ３２０、搬送コロ３２１及び先端コロ３２２が設けられている。給紙ローラ３１７及びフリクションパッド３１８は給紙カセット３０５から用紙３０４を分離給装する。ガイド部材３１９は用紙３０４を案内する。搬送ローラ３２０は給紙された用紙３０４を反転させて搬送する。搬送コロ３２１は搬送ローラ３２０の周面に押し付けられる。先端コロ３２２は搬送ローラ３２０からの用紙３０４の送り出し角度を規定する。搬送ローラ３２０は副走査モータ３２３によってギヤ列を介して回転駆動される。
【００７４】
キャリッジ３１０の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ３２０から送り出された用紙３０４を記録ヘッド３１１の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材３２４が設けられている。印写受け部材３２４の用紙搬送方向下流側には、用紙３０４を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ３２５、拍車３２６が設けられている。さらに用紙３０４を排紙トレイ３０７に送り出す排紙ローラ３２７及び拍車３２８と、排紙経路を形成するガイド部材３２９，３３０が配設されている。
【００７５】
記録時には、キャリッジ３１０を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド３１１を駆動することにより、停止している用紙３０４にインクを吐出して１行分を記録し、用紙３０４を所定量搬送後次の行の記録を行なう。記録終了信号又は用紙３０４の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙３０４を排紙する。
【００７６】
また、キャリッジ３１０の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、記録ヘッドの吐出不良を回復するための回復装置３３１が配置されている。回復装置３３１はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ３１０は印字待機中にはこの回復装置３３１側に移動されてキャッピング手段で記録ヘッドをキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。
【００７７】
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段で記録ヘッドの吐出口（ノズル）を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（不図示）に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。
【００７８】
このように、画像形成装置３０１においては本発明を実施した液滴吐出ヘッドからなる記録ヘッド３１１が搭載されている。記録ヘッド３１１の性能はただちに画像形成装置３０１全体の性能につながるので、本発明を実施した液滴吐出ヘッドからなる信頼性の高い記録ヘッド３１１を使用することにより、信頼性の高い画像形成装置３０１を得ることができる。
【００７９】
本実施形態の液滴吐出ヘッド、液体カートリッジ及び画像形成装置は、プリンタ、ファクシミリ装置、複写装置、これらの複合機などにも適用することができ、さらにインク以外の液体、例えばＤＮＡ試料やレジスト、パターン材料などを吐出する液滴吐出ヘッドや液滴吐出装置、又はこれらを備えた画像形成装置にも適用することができる。
【符号の説明】
【００８０】
１０            保持基板（サブフレーム基板）
１１            接合部
１１ａ、１１ｂ  突出部
１２            空隙部
２０            アクチュエータ基板（圧電素子基板）
２１            流路形成層
２１ａ          液室
２１ｂ          隔壁
２２            振動板
２３            圧電素子
２３ａ          下部電極
２３ｂ          圧電体層
２３ｃ          上部電極
２４ａ、２４ｂ  層間絶縁膜
２４ｃ          配線保護膜（絶縁保護層）
２５            凸状部（アクチュエータ基板の接合部）
２６            配線材料（Ａｌ膜）
３０            ノズル基板
３１            ノズル孔
４０            接着剤
２０１          液体カートリッジ
２０３          液滴吐出ヘッド
３０１          画像形成装置
３１１          記録ヘッド
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８１】
【特許文献１】特開２００７−５０５５２号公報
【特許文献２】特開２０１４−１７２３２８号公報
【特許文献３】特開２０１４−１５１５３７号公報
【特許文献４】特開２０１３−１６３３４１号公報
【特許文献５】特開２０１４−１７２３５２号公報
【図７】
2016168734.tif 000003
【図８】
2016168734.tif 000004
【図９】
2016168734.tif 000005
【図１０】
2016168734.tif 000006
【図１】
2016168734.tif 000007
【図２】
2016168734.tif 000008
【図３】
2016168734.tif 000009
【図４】
2016168734.tif 000010
【図５】
2016168734.tif 000011
【図６】
2016168734.tif 000012