(57)【要約】【課題】  圧力発生室１２に保護膜５１が形成されている場合であっても、流路形成基板１０とノズルプレート２０との接着強度を十分に確保する。【解決手段】  エッチング面（粗面）とされた接着面５３に接着剤５２を直接介在させて壁部１１の接着面５３にノズルプレート２０を接合し、接着力を向上させて接着強度を十分に確保した状態で流路形成基板１０とノズルプレート２０を接着する。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル開口が穿設されたノズル形成部材と、
前記ノズル開口に連通する圧力発生室が形成された流路形成部材と、を備え、
前記流路形成部材は、液体から前記流路形成部材を保護する保護膜が形成される保護膜形成領域および前記保護膜が形成されない保護膜非形成領域が設けられ、
該保護膜非形成領域と前記ノズル形成部材とが接着剤を介して接合されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載の液体噴射ヘッドにおいて、
前記保護膜非形成領域は前記保護膜形成領域に対して粗面であることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項３】
請求項２に記載の液体噴射ヘッドにおいて、
前記保護膜非形成領域がエッチング面であることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項４】
請求項２に記載の液体噴射ヘッドにおいて、
前記流路形成部材はシリコン基板から作製され、
前記保護膜非形成領域がシリコン露出面であることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項５】
ノズル開口が穿設されたノズル形成部材と、圧力発生室を有する流路形成基板の接着面とを接着剤で接合して液体噴射ヘッドを製造する液体噴射ヘッドの製造方法において、
前記流路形成基板の前記ノズル形成部材との対向面に液体から前記流路形成部材を保護する保護膜を形成し、前記保護膜が形成された前記流路形成基板の面をドライエッチングすることで、エッチング速度差により前記接着面のエッチングを優先させて前記接着面をエッチング面とし、接着剤を介して前記エッチング面と前記ノズル形成部材とを接着した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、液滴を吐出する液体噴射ヘッド及び液体噴射ヘッドの製造方法に関し、特に、インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室に供給されたインクを圧力発生素子によって加圧することにより、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及びインクジェット式記録ヘッドの製造方法として好適である。
【背景技術】
【０００２】
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、この振動板を圧力発生素子の一種である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、圧電素子の軸方向に伸長、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】
そして、たわみ振動モードのアクチュエータを使用したものとしては、例えば、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知られている。
【０００４】
このようなインクジェット式記録ヘッドは、一般的に、圧力発生室（インクキャビティ）がシリコンからなる流路形成部材である流路形成基板（シリコン基板）に形成され、圧力発生室の一方面を構成する振動板はシリコン酸化膜で形成されている。このため、アルカリ性のインクを用いると、インクによって流路形成基板あるいは振動板が徐々に溶解されて圧力発生室の幅が経時的に変化してしまう。このため、圧力発生室内に親水性及び耐アルカリ性を備えた保護膜を設け、インクによる流路形成基板等の溶解を防止した技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。また上記の課題は、インク以外の液体（電極材料、生体有機物等）を吐出する場合や、流路形成基板にＳＵＳ、酸化マグネシウム、アルミナ等を用いた場合であっても同様に存在する。
【０００５】
保護膜は、例えば、化学蒸着法等により形成され、圧力発生室内に保護膜を設けた場合、圧力発生室の内壁及び振動板の面の他に、圧力発生室間の隔壁のノズル形成部材であるノズルプレートとの接合面にも保護膜が形成されることになる。接合面に保護膜が存在する状態で接着剤を介してノズルプレートを接合した場合、接着剤と接着面との間に保護膜が介在し、流路形成基板とノズルプレートとの接着強度が低下する虞があった。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２６４３８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、圧力発生室に保護膜が形成されている場合であっても流路形成部材とノズル形成部材との接着強度を十分に確保することができる液体噴射ヘッドを提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、ノズル形成部材との接合面の保護膜を容易且つ短時間に除去して接着強度が十分に確保された状態で流路形成部材とノズル形成部材とが接着される液体噴射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】
【０００９】
上記目的を達成するための本発明の液体噴射ヘッドは、ノズル開口が穿設されたノズル形成部材と、前記ノズル開口に連通する圧力発生室が形成された流路形成部材と、を備え、前記流路形成部材は、液体から前記流路形成部材を保護する保護膜が形成される保護膜形成領域および前記保護膜が形成されない保護膜非形成領域が設けられ、該保護膜非形成領域と前記ノズル形成部材とが接着剤を介して接合されていることを特徴とする。
このため、保護膜が形成されない保護膜非形成領域に接着剤を直接介在させているので、流路形成部材とノズル形成部材との接着強度を十分に確保することが可能になる。
【００１０】
そして、前記保護膜非形成領域は前記保護膜形成領域に対して粗面であることを特徴とする。また、前記保護膜非形成領域がエッチング面であることを特徴とする。また、前記流路形成部材はシリコン基板から作製され、前記保護膜非形成領域がシリコン露出面であることを特徴とする。
このため、接着剤による接着強度をより高めることができる。
【００１１】
上記目的を達成するための本発明の液体噴射ヘッドの製造方法は、ノズル開口が穿設されたノズル形成部材と、圧力発生室を有する流路形成基板の接着面とを接着剤で接合して液体噴射ヘッドを製造する液体噴射ヘッドの製造方法において、前記流路形成基板の前記ノズル形成部材との対向面に液体から前記流路形成部材を保護する保護膜を形成し、前記保護膜が形成された前記流路形成基板の面をドライエッチングすることで、エッチング速度差により前記接着面のエッチングを優先させて前記接着面をエッチング面とし、接着剤を介して前記エッチング面と前記ノズル形成部材とを接着したことを特徴とする。
このため、ノズル形成部材との接着面の保護膜を容易且つ短時間に除去して接着強度が十分に確保された状態で流路形成部材とノズル形成部材とを接着することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に本発明を図面に基づいて詳細に説明する。
図１には本発明の一実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの概略を示す分解斜視、図２には図１の平面視、図３には図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視、図４には流路形成基板とノズルプレートの接合部の概略断面を示してある。
【００１３】
図に示すように、流路形成部材である流路形成基板１０はシリコン単結晶基板からなり、流路形成基板１０の一方の面には予め熱酸化により形成した二酸化シリコンからなる弾性膜５０が形成されている。流路形成基板１０には、壁部１１に仕切られた複数の圧力発生室１２がその幅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。流路形成基板１０は好適な例としてシリコン単結晶基板を用いたが、これに限られたものではなく、ＳＵＳ基板、酸化マグネシウム基板、アルミナ基板等でもよい。これらの基板を用いても、本願の課題は解決される。
【００１４】
尚、連通部１３は、後述する接合基板３０のリザーバ部３２と連通して各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ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、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。
【００１５】
流路形成基板１０の開口面側にはノズル形成部材である、例えば、ＳＵＳ製のノズルプレート２０が接着剤を介して固着され、ノズルプレート２０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が穿設されている。一方、流路形成基板１０の開口面とは反対側には弾性膜５０が形成され、弾性膜５０上には絶縁体膜５５が形成されている。
【００１６】
絶縁体膜５５上には、下電極膜６０（例えば、Ｔｉ／Ｉｒ／Ｐｔ）と、圧電体層７０と、上電極膜８０とが、所定のプロセスで積層形成されて圧電素子３００を構成している。例えば、下電極膜６０はスパッタにより形成され、圧電体層７０が多数層形成される。１層目の圧電体層７０が形成された後、電極がイオンミーリングによりパターニングされ、その後レジストが除去される。
【００１７】
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。
【００１８】
本実施形態例では、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よい。何れの場合においても、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。
【００１９】
圧電素子３００を構成する下電極膜６０は圧力発生室１２の両端部近傍でそれぞれパターニングされ、圧力発生室１２の並設方向に沿って連続的に設けられている。また、本実施形態例では、各圧力発生室１２に対向する領域の下電極膜６０の端面は、絶縁体膜５５に対して所定角度で傾斜する傾斜面となっている。
【００２０】
また、圧電体層７０は、圧力発生室１２毎に独立して設けられ、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の強誘電体材料からなっている。強誘電体材料はこれに限られたものではなく、チタン酸鉛ランタン、ジルコニウム酸鉛ランタン、マグネシウムニオブ酸ジルコニウム酸チタン酸鉛等でもよい。上電極膜８０は、圧電体層７０と同様に圧力発生室１２毎に独立して設けられ、各上電極膜８０には、例えば、金（Ａｕ）等からなる絶縁体膜５５上まで延設されるリード電極９０がそれぞれ接続されている。
【００２１】
圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上には、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確保した圧電素子保持部３１を有する接合基板３０が接合されている。接合基板３０には、各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１００の少なくとも一部を構成するリザーバ部３２が設けられている。接合基板３０上には、剛性が低く可撓性を有する材料で形成される封止膜４１と金属等の硬質の材料で形成される固定板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。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となり、リザーバ１００の一方面は封止膜４１のみで封止されている。
【００２２】
このような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、図示しない駆動回路からの記録信号に従い、外部配線を介して圧力発生室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内の圧力を高めてノズル開口２１からインク滴を吐出させる。
【００２３】
図４に示すように、上述したインクジェット式記録ヘッドでは、流路形成基板１０に流入する液体（例えばインク等）によって流路形成基板１０あるいは振動板である弾性膜５０が徐々に溶解されないように保護するための保護膜５１が設けられている。例えば、酸化タンタルが保護膜５１として用いられるが、その他に酸化シリコン膜、窒化シリコン膜などさまざまな材料の膜が用いられる。この壁部１１のノズルプレート２０との対向面（図中上側の面：接着面）５３にはエポキシ系の接着剤５２が直接塗布されてノズルプレート２０が接合される。即ち流路形成基板１０は、保護膜が形成されている保護膜形成領域と、保護膜が形成されていない保護膜非形成領域を有しており、保護膜非形成領域である壁部１１の接着面５３とノズルプレート２０とが接着剤を介して接合される。後述するように、上記液体はこれに限られるものではなく、該液体に応じて保護膜５１も適宜設定可能である。また、その場合であっても本願の課題は解決される。
【００２４】
保護膜５１は、例えば、化学蒸着法等により形成され、圧力発生室１２内に保護膜５１を設けた場合、圧力発生室１２の内壁及び弾性膜５０の面の他に、圧力発生室１２間の壁部１１の接着面５３にも保護膜５１が形成されることになる。接着面５３に接着剤５２を直接介在させるため、流路形成基板１０に対してマスクを用いることなくドライエッチングを施し、エッチング速度差により接着面５３のエッチングを優先させて接着面５３の保護膜５１を除去してエッチング面（粗面）としている。このため、接着面５３はシリコンが露出したシリコン露出面とされている。尚、保護膜５１を僅かに残して接着面５３を粗面とすることも可能である。
【００２５】
エッチング面（粗面）とされた接着面５３に接着剤５２を直接介在させて壁部１１の接着面５３にノズルプレート２０が接合されるので、接着力を向上させて接着強度を十分に確保した状態で流路形成基板１０とノズルプレート２０を接着することが可能になる。また、マスクを用いることなくドライエッチングを施し、エッチング速度差により接着面５３のエッチングを優先させて接着面５３の保護膜５１を除去しているので、接着面５３の保護膜５１を容易且つ短時間に除去することが可能になる。
【００２６】
従って、上述したインクジェット式記録ヘッドは、圧力発生室１２に保護膜５１が形成されている場合であっても、流路形成基板１０とノズルプレート２０との接着強度を十分に確保することが可能になる。
【００２７】
尚、上述した実施形態例では、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】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態例に係る液体噴射ヘッドの分解斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態例に係る液体噴射ヘッドの平面図である。
【図３】図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視図である。
【図４】流路形成基板とノズルプレートの接合部の概略断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０  流路形成基板、  １１  壁部、  １２  圧力発生室、  ２０  ノズルプレート、  ２１  ノズル開口、  ５０  弾性膜、  ５１  保護膜、  ５２  接着剤、  ５３  接着面、  ６０  下電極膜、  ７０  圧電体層、  ８０  上電極膜、  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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