(57)【要約】【課題】振動板の剛性を高め、破壊を防ぎつつ、振動板の軽量化を実現し、製造歩留まりを向上し、併せて圧電素子の駆動効率を上げ、圧電素子の消費電力を低下させる。【解決手段】内部に中空の圧力発生室２０２を有する単結晶シリコンからなる流路形成基板２０１に、圧力発生室２０２の一面側を構成する振動板２１４を介して圧電素子１０３を配置した流体移送装置において、振動板２１４が、圧力発生室２０２の内面から順に低密度構造体２１４ｂと高密度構造体２１４ａの層を有する。振動板２１４は、平面方向全体に低密度構造体２１４ｂと高密度構造体２１４ａを有するか、流路形成基板２０１の本体に対して支持される端部の圧力発生室２０２の内側に低密度構造体２１４ｂを欠いた厚さが薄い溝部分を有するとしてもよい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に中空の圧力発生室を有する単結晶シリコンからなる流路形成基板に、前記圧力発生室の一面側を構成する振動板を介して圧電素子を配置した流体移送装置において、
前記振動板が、前記圧力発生室の内面から順に低密度構造体と低密度構造体の層を有することを特徴とする流体移送装置。
【請求項２】
前記振動板は、平面方向全体に低密度構造体と高密度構造体の層を有することを特徴とする請求項１に記載の流体移送装置。
【請求項３】
前記振動板は、前記流路形成基板の本体に対して支持される端部の前記圧力発生室の内側に前記低密度構造体を欠いた厚さが薄い溝部分を有することを特徴とする請求項１に記載の流体移送装置。
【請求項４】
前記圧電素子は、上部電極、圧電体層、下部電極からなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の流体移送装置。
【請求項５】
前記低密度構造体は、球状の複数の空孔を含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の流体移送装置。
【請求項６】
前記振動板は、前記低密度構造体の前記圧力発生室側には高密度の界面壁を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の流体移送装置。
【請求項７】
請求項２に記載の流体移送装置を製造する方法であって、
単結晶シリコンからなる基板における圧力発生室となる領域の外側に多孔質化されない領域を設ける工程と、
前記基板の前記領域内に、深さ方向に多孔度を大きくした複数の多孔質層となるように多孔質化する工程と、
前記基板に単結晶シリコンのエピ層を形成する工程と、
前記基板を還元雰囲気中で熱処理することにより、前記多孔質層の多孔度の大きい領域を単結晶シリコンで囲まれた中空構造の圧力発生室とし、多孔度の小さい領域を低密度構造体とし、前記エピ層を高密度構造体として振動板を形成する工程と、
前記基板の一面側に前記振動板を介して圧電素子を形成する工程と、
を有することを特徴とする流体移送装置の製造方法。
【請求項８】
請求項３に記載の流体移送装置を製造する方法であって、
単結晶シリコンからなる基板における圧力発生室となる領域に、深さ方向と幅方向に多孔度を大きくした複数の多孔質層となるように多孔質化する工程と、
前記基板に単結晶シリコンのエピ層を形成する工程と、
前記基板を還元雰囲気中で熱処理することにより、前記多孔質層の多孔度の大きい領域を、単結晶シリコンで囲まれ端部に溝が形成された中空構造の圧力発生室とし、多孔度の小さい領域を低密度構造体とし、前記エピ層を高密度構造体として振動板を形成する工程と、
前記基板の一面側に前記振動板を介して圧電素子を形成する工程と、
を有することを特徴とする流体移送装置の製造方法。
【請求項９】
請求項１ないし６のいずれかに記載の流体移送装置をインクジェットヘッドとして用いたインクジェットプリンタ。
【請求項１０】
請求項１ないし６のいずれかに記載の流体移送装置を用いた化学分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェットプリンタのインクジェットヘッドとして、また、化学分析装置、医療機器におけるマイクロポンプとして用いられる、流体に圧力を付与して移送する流体移送装置とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドや、液体や気体などの流体を移送するためのマイクロポンプには、流路が形成された流路ユニットと、流路ユニット内の流体に移送エネルギーを付与する圧電素子とを備えているものがある。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載されているインクジェットヘッドにおいて、流路ユニット（流路基板）には、それぞれがノズル及びインクリザーバ（共通通路）に連通した複数の圧力発生室が形成されている。圧電素子は、圧力発生室を覆うように配置された振動板と、この振動板の表面に形成された下部電極と、下部電極の表面に形成したチタン酸ジルコン鉛（ＰＺＴ）からなる圧電層と、この圧電層の表面に形成した上部電極とを含むものである。この圧電素子の上部電極に駆動電圧が供給されると、上部電極と振動板との間に挟まれた圧電層の部分（駆動部）に対して、その厚み方向に電界が作用して駆動部が伸縮する。そして、この駆動部の伸縮変形に伴って圧力発生室と対向する振動板が撓んで、圧力発生室内のインクに圧力が付与される。
【０００４】
特に、圧力発生室に対向する領域（特に駆動部の周囲の領域）における振動板の剛性が高い場合は、圧力発生室に対向する領域全体で振動板が変形しにくくなる。その場合、圧力発生室内のインクに所定の圧力を付与するために上部電極に高い電圧を印加する必要があり、圧電素子の消費電力が大きくなる。また、駆動部の周囲における振動板の剛性が高いと、隣接する別の圧力発生室に対向する圧電層および振動板の部分まで、変形が伝播する現象、いわゆるクロストークが生じる。
【０００５】
また、特許文献１には、圧電層の形成における５００〜７００℃の熱処理によって、圧電素子の構成材料の熱膨張係数の差に基づく応力に起因した圧電層の圧電性の低下やクラックが発生することが記載されている。そして、圧電性の低下やクラックの発生を低減するために、振動板を基体と、基体上に形成された多孔質層と、多孔質層上に形成された単結晶または単一配向性の薄膜とで構成したものが開示されている。
【０００６】
一方、ノズルに連通する圧力発生室と振動板が形成された流路ユニットが、単結晶シリコンで構成されたインクジェットヘッドが特許文献２に開示されている。
【０００７】
図８は、特許文献２に開示されたインクジェットヘッドを示す断面図である。
【０００８】
図８において、単結晶シリコンの流路形成基板１０を中空構造とし、圧力発生室１１、リザーバ１２及びインク供給路１３が形成されている。流路形成基板１０の圧力発生室１１の圧電素子１４側の内面は、単結晶シリコン層１０ａであり、その上に弾性膜１５が形成される。圧電素子１４は、下電極膜１６、圧電体層１７、上電極膜１８からなる。上電極膜１８には、弾性膜１５上に亘ってリード電極１９が延設される。流路形成基板１０には、ノズル開口２０が穿設されたノズル形成基板２１が固着される。単結晶シリコン層１０ａ、弾性膜１５及び下電極膜１６が振動板として作用し、圧電素子１４の駆動により変形可能である。
【０００９】
これによれば、圧力発生室の圧電素子側の内面が成膜または接合で形成されていないため、インクによる振動板の剥離不良などが防止され、耐久性が向上する。
【特許文献１】特開２００５−２０３７６１号公報
【特許文献２】特開２００２−０３６５４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に記載されるインクジェットヘッドによれば、流路基板上に振動板を接合しており、圧力発生室や振動板が、積層構造の複数枚のプレートあるいは基体で構成されている。このため、インクによる振動板の剥離不良などが発生し、製造歩留まりの低下ならびに長期信頼性の低下を避けることは困難である。
【００１１】
また、特許文献２に記載されるインクジェットヘッドによれば、振動板の変形を可能としている。このため振動板の一部を構成する単結晶シリコン層を薄くすると、圧電素子の変形や、製造工程の取り扱いによって、振動板が破壊され、製造歩留まりの低下、長期信頼性の低下につながる。さらには、振動板の一部を構成する単結晶シリコン層を厚くすると、振動板の剛性は高まり、製造歩留まりは向上するが、振動板が変形しにくくなり、圧電素子の駆動効率が低下する。また、振動板が重くなるため、圧電素子の消費電力が増大する。
【００１２】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みて、振動板の剛性を高め、破壊を防ぎつつ、振動板の軽量化を実現し、製造歩留まりを向上し、併せて圧電素子の駆動効率を上げ、圧電素子の消費電力を低下させる流体移送装置とそ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】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明の流体移送装置は、内部に中空の圧力発生室を有する単結晶シリコンからなる流路形成基板に、前記圧力発生室の一面側を構成する振動板を介して圧電素子を配置した流体移送装置において、前記振動板が、前記圧力発生室の内面から順に低密度構造体と低密度構造体の層を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、振動板が、高密度構造体と低密度構造体とで構成されているために、振動板を厚くすることで振動板の剛性が高まり、破壊を防ぎつつ、振動板の軽量化を実現でき、製造歩留まりが向上する。圧電素子の駆動効率が上がり、圧電素子の低消費電力化が実現できる。長期信頼性が高い流体移送装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００１６】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１及び２に係るインクジェットヘッドを示す上面図である。図２は、本発明の実施形態２に係るインクジェットヘッドを示す断面図であり、図２（ａ）は、本発明の実施形態１に係る圧力発生室の長手方向の断面図であり、（ｂ）は圧力発生室の幅方向の断面図である。
【００１７】
流路形成基板１０１，２０１は単層の単結晶シリコンからなり、複数の隔壁１０６により区画された中空の圧力発生室１０２，２０２が幅方向に配置される。各圧力発生室の長手方向外側には、共通のインク室であるリザーバ１０４，２０４が配置され、各圧力発生室の端部とインク供給路１０５，２０５を介して連通される。なお、このインク供給路１０５，２０５は、圧力発生室１０２よりも狭い幅で形成され、圧力発生室１０２，２０２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持する。圧力発生室１０２，２０２の内面は、全て流路形成基板１０１，２０１を構成する単結晶シリコンによって形成されている。
【００１８】
すなわち、流路形成基板１０１，２０１に中空構造を設けることにより、全面が単結晶シリコンからなる圧力発生室１０２，２０２が形成されている。また、同様に、リザーバ１０４，２０４及びインク供給路１０５，２０５の内面も、全て流路形成基板１０１，２０１を構成する単結晶シリコンによって形成されている。また、圧力発生室１０２，２０２の一面側を構成する振動板２１４は、例えば、１〜５μｍ程度の比較的薄い単結晶シリコンの高密度構造体２１４ａと、０．１〜２μｍ程度の低密度構造体２１４ｂとで構成されている。これにより、圧電素子１０３の駆動で変形可能な振動板となる。このように振動板２１４は、圧力発生室１０２，２０２の内面から順に低密度構造体２１４ｂと高密度構造体２１４ａの層を有し、平面方向全体に形成されている。
【００１９】
なお、低密度構造体２１４ｂは振動板の一部を構成するため、ある程度の剛性が必要となる。例えば、微小な柱状の細い孔が多数形成された、いわゆる多孔質シリコンで低密度構造体２１４ｂを構成してもよいが、例えば、微小な略球状の空孔が多数形成された低密度構造体が、剛性を保つためにはより望ましい。微小な略球状の空孔が多数形成された低密度構造体は、例えば、多孔質シリコンを還元性雰囲気で熱処理し、マイグレーションさせることで形成される。低密度構造体２１４ｂに、圧力発生室１０２，２０２の流体が浸入すると、圧電素子で発生した圧力が吸収され、振動板の駆動効率が低下する。そのため、低密度構造体２１４ｂの周囲を取り巻く外壁（低密度構造体２１４ｂの圧力発生室２０２側の面）は、低密度構造体より高密度であることが望ましい。例えば、多孔質シリコンを還元性雰囲気で熱処理し、マイグレーションすることで、このような外壁をもった低密度構造体を形成することが可能である。
【００２０】
また、低密度構造体２１４ｂの密度が低い、あるいは膜厚が薄いと、振動板の剛性が維持できない。また、それとは逆に、低密度構造体２１４ｂの密度が高い、あるいは膜厚が厚いと、振動板の軽量化の効果が得られない。低密度構造体２１４ｂの密度と膜厚は密接な関係がある。例えば、低密度構造体２１４ｂの厚さが振動板２１４全体の厚さに対して１／２の場合、低密度構造体２１４ｂの密度は、高密度構造体２１４ａに対して、４０〜９５％の範囲が望ましい。また、例えば、低密度構造体２１４ｂの密度が高密度構造体２１４ａに対して４０％の場合、低密度構造体２１４ｂの厚さは、振動板２１４全体に対して、５〜６５％の範囲が望ましい。なお、ここで密度は、断面積に占める空孔の占有面積を用いてもよい。
【００２１】
なお、リザーバ１０４，２０４の一端部側には、外部に連通するインク導入口１１０が形成されており、図示しないインクカートリッジ等のインク供給手段からこのインク導入口１１０を介してリザーバ１０４にインクが供給される。このような流路形成基板１０１，２０１には、例えば、酸化シリコン等からなる、厚さ０．５〜２μｍの緩衝層２０９が形成されている。さらに、この緩衝層２０９の上には、下部電極２１０の膜と、厚さが、例えば約３μｍのチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電体層２０３と、上部電極２１１の膜とが積層形成されて、圧電素子を構成している。ここで、圧電素子１０３は、下部極膜２１０、圧電体層２０３、及び上部電極２１１を含む部分をいう。
【００２２】
一般的には、圧電素子１０３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を各圧力発生室毎にパターニングして構成する。また、流路形成基板１０１，２０１の圧電素子側には、さらに、各圧力発生室と連通するノズル開口１０７，２０７が設けられたノズル形成基板２１２が、接着剤などを介して貼り合わされる。このノズル形成基板２１２の圧電素子１０３に対向する領域には、圧電素子１０３の運動を阻害しない程度の空間を確保して、その空間を密封可能な圧電素子保持部が設けられ、圧電素子１０３は、この圧電素子保持部内に密封されている。ノズル形成基板２１２はノズル開口１０７，２０７を有すると共に、圧電素子１０３を外部環境と遮断するための封止部材を兼ねており、大気中の水分等の外部環境に起因する圧電素子１０３の劣化及び破壊を防止している。
【００２３】
以下、本実施形態のインクジェットヘッドの製造工程について説明する。
【００２４】
図３は、流路形成基板の製造工程の概略を示す圧力発生室の幅方向の断面図である。
【００２５】
まず、図３（ａ）に示す工程では、ｐ＋型（１００）の比抵抗０．０１Ωｃｍである単結晶シリコンからなる基板３０１を準備する。そして、基板３０１の所定領域、すなわち、各圧力発生室、リザーバ及びインク供給路が形成される領域の外周部に、イオン打ち込み装置などによってｎ＋型領域３０２を設ける。その後、各圧力発生室、リザーバおよびインク供給路が形成される領域（開口領域３０３）以外の全部分を覆うマスク３０４を、フォトリソグラフィにより設ける。マスク材としては、フッ酸に対して耐性の強いポリイミド膜、アピエゾンワックス、窒化膜などが好適である。
【００２６】
次いで、図３（ｂ）に示す工程では、前記所定領域内である単結晶シリコンが露出した部分に、第１多孔質領域３０５と深さ方向に第２多孔質領域３０６を形成する。ｎ＋型領域３０２は、多孔質化されない領域である。第１多孔質領域３０５及び第２多孔質領域３０６は、例えば、電解液（化成液）中で陽極化成処理（陽極化成）を施すことによって形成することができる。電解液としては、例えば、フッ化水素を含む溶液、フッ化水素及びエタノールを含む溶液、フッ化水素及びイソプロピルアルコールを含む溶液等が好適である。本実施形態では、４９％フッ化水素酸溶液とアルコール溶液を１：１の割合で混合した溶液を用いた。第１多孔質領域と第２多孔質領域は、互いに多孔度の異なる２層以上の層からなる積層構造となっている。積層構造の多孔質領域は、表面側に第１の多孔度を有する第１多孔質領域３０５、その下に、第１の多孔度より大きい第２の多孔度を有する第２多孔質領域３０６となっていることが好ましい。
【００２７】
ここで、第１の多孔度としては、後述のエピ層を成長させるために、１０％〜３０％が好ましく、更には１５％〜２５％が好ましい。また、第２の多孔度としては、後述の中空構造を形成するためには、３０％〜７０％が好ましい。多孔質領域の多孔度は、陽極化成時の電流密度で制御し、膜厚は化成時間で制御した。なお、本発明に用いられる多孔質シリコンは、陽極化成時の電流の流れに沿って形成されるため、マスクや不純物濃度分布を設けることなどにより、電流の流れを制御することができる。したがって、ほぼ任意の形状、多孔度に単結晶シリコンを加工することが可能となる。ここでは、ｎ＋型領域３０２では多孔質シリコンが形成されず、マスク３０４の形状を維持した多孔質領域が形成される。
【００２８】
次いで、図３（ｃ）に示す工程では、マスク３０４を剥離した後に、単結晶シリコンをエピタキシャル成長させて、高密度構造体としてのエピ層３０７を成膜する。このとき、第１多孔質領域３０５を溶融させない条件でエピタキシャル成長させることが重要であるため、エピタキシャル成長時の基板温度が９００℃以上１０００℃以下であることが望ましい。次に、図３（ｄ）に示す工程では、この基板３０１を還元雰囲気中のような所定の条件下で熱処理、例えば、１１００℃、３時間の条件下で水素アニールする。熱処理によって、第１多孔質領域３０５及び第２多孔質領域３０６を構成するシリコンがマイグレーションを起こし、特に多孔度が大きい第２多孔質領域３０６は、中空構造３０８となる。多孔度が小さい第１多孔質領域３０５は中空構造とはならず、微小な略球状の孔が多数形成された低密度構造体が構成される。
【００２９】
また、第１多孔質領域３０５と中空構造３０８の境界部分である第１多孔質領域３０５の中空構造３０８側の面には、第２多孔質領域３０６のシリコンがマイグレーションし、高密度に凝集した界面壁３１０が形成される。すなわち、低密度構造体の圧力発生室側に界面壁３１０が形成される。中空構造３０８の内壁は、曲面形状に形成される。このようにして、圧力発生室、リザーバ及びインク供給路が形成された、流路形成基板が得られる。
【００３０】
次に、流路形成基板の表面に、例えば、酸化シリコン等からなる緩衝層を形成する。本実施形態では、流路形成基板の表面を、約１１００℃の拡散炉で熱酸化することにより、酸化シリコンからなる緩衝層を形成した。次に、緩衝層上に、スパッタリングで下部電極を形成すると共に、所定形状にパターニングする。この下部電極の材料としては、白金、イリジウム、酸化イリジウム又はこれらの合金等が好適である。ゾル−ゲル法やスパッタリング法で成膜する後述の圧電体層は、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ため、下部電極の材料は、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ない。特に、圧電体層として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い。これらの理由から白金、イリジウム、酸化イリジウム又はこれらの合金等が好適である。
【００３１】
次に、下部電極に圧電体層を成膜する。本実施形態では、スパッタリング法を用いた。なお、この圧電体層の成膜方法は、特に限定されず、金属有機物を溶媒に溶解・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を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて形成してもよい。圧電体層の材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛系の材料がインクジェットヘッドに使用する場合には好適である。次に、圧電体層上に上部電極を成膜する。上部電極は、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、イリジウム等の多くの金属や、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。次に、圧電体層及び上部電極をエッチングによりパターニングして、各圧力発生室に対応する領域に圧電素子を形成する。これと共に、圧力発生室の長手方向一端部に対向する領域の下部電極、緩衝層及び単結晶シリコン層を除去して、ノズル連通孔及びインク導入口を形成する。
【００３２】
このようなインクジェットヘッドは、まず、外部インク供給手段と接続したインク導入口からインクを取り込み、リザーバからノズル開口に至るまで内部がインクで満たされる。その後、外部の駆動回路からの記録信号に従い、圧力発生室に対応するそれぞれの下部電極と上部電極との間に電圧を印加し、単結晶シリコン層で形成した振動板、緩衝層、下部電極及び圧電体層を撓み変形させる。それにより、各圧力発生室内の圧力を高めて、ノズル開口からインク滴が吐出する。
【００３３】
本実施形態の構成では、圧力発生室の内面が、流路形成基板によって形成されている。すなわち、圧力発生室や振動板が、一つの単結晶シリコンで構成されているために、インクに接触する振動板に対応する部分が成膜や接合で形成されていないので、圧力発生室内にインクを入れたときに剥離不良が発生することがない。したがって、圧電素子の繰り返し駆動に対する耐久性が向上すると共に、印字などの耐久信頼性が向上する。また、本実施形態の構成では、振動板の一部が低密度な材質で構成されているため、振動板の剛性や強度を保ち、製造歩留まりの向上、振動板の軽量化が可能となる。さらに、高速で駆動する場合においても、圧電素子の駆動効率が低下しないため、圧電素子の低消費電力化が実現できる。
【００３４】
（実施形態２）
図４は、本発明の実施形態２に係るインクジェットヘッドを示す断面図であり、図４（ａ）は圧力発生室の長手方向の断面図であり、（ｂ）は圧力発生室の幅方向の断面図である。
【００３５】
単層の単結晶シリコンからなる流路形成基板４０１に、圧力発生室４０２が形成されており、振動板４１４の一部に溝４１６が形成されている以外は、実施形態１と同様である。実施形態１と共通の部分について、図２で２００番台の符号が、図４では４００番台となっている。
【００３６】
図５は、流路形成基板の製造工程の概略を示す圧力発生室の幅方向の断面図である。
【００３７】
まず、図５（ａ）に示す工程では、ｐ＋型（１００）の比抵抗０．０１Ωｃｍである単結晶シリコンからなる基板５０１の所定領域、すなわち、各圧力発生室、リザーバ及びインク供給路が形成される領域の外周部に、ｎ＋型領域を設けない。各圧力発生室、リザーバ及びインク供給路が形成される領域（開口領域５０３）以外の全部分を覆うマスク５０４をフォトリソグラフィにより設ける。マスク材は、実施形態１と同様である。次に、図５（ｂ）に示す工程では、実施形態１と同様に陽極化成処理を実施し、第１多孔質領域５０５と深さ方向と幅方向に広がる第２多孔質領域５０６を形成する。
【００３８】
本実施形態では、陽極化成処理中に、マスク５０４の下も電流が流れるため、多孔質シリコンが形成され、幅方向においてマスク５０４の形状より大きめの多孔質領域が形成される。ただし、第１多孔質領域５０５と比較して、第２多孔質領域５０６は、幅方向に大きめの多孔質領域が形成される。
【００３９】
次に、図５（ｃ）、図５（ｄ）に示す工程では、実施形態１と同様に、高密度構造体としてのエピ層５０７を形成した後、熱処理することにより、多孔度が大きい第２多孔質領域５０６が中空構造５０８となる。このとき、多孔度が小さい第１多孔質領域５０５は中空構造とはならず、微小な略球状の孔が多数形成され、低密度な低密度構造体５０９となる。また、第１多孔質領域５０５と中空構造５０８の境界部分である第１多孔質領域５０５の中空構造５０８側の面には、第２多孔質領域５０６のシリコンがマイグレーションし、シリコンが高密度に凝集した界面壁５１０が形成される。なお、溝５１１の部分には、第１多孔質領域が形成されないため、低密度構造体５０９が存在しない。溝５１１は、図４の溝４１６に対応する。このように振動板４１４は、流路形成基板４０１の本体に対して支持される端部の圧力発生室４０２の内側に低密度構造体を欠いた厚さが薄い溝部分が形成される。
【００４０】
以上のようにして、圧力発生室、リザーバ及びインク供給路が形成された、振動板の一部が薄い流路形成基板が得られる。振動板の厚さが他の部分に比べて薄くなると、板材の曲げ剛性は、板厚の３乗に比例するため、溝が形成された部分の振動板の剛性は、溝が形成されていない部分と比べて、低下することになる。したがって、圧電素子に駆動電圧が印加されて振動板が変形したときに、より変形し易くなるために、駆動電圧を低くすることができ、圧電素子の駆動効率を高くすることが可能になる。
【００４１】
本実施形態の構成でも、圧力発生室の内面が、流路形成基板によって形成されており、すなわち、圧力発生室や振動板が、一つの単結晶シリコンで構成されているために、インクに接触する振動板に対応する部分が成膜や接合で形成されていない。よって、圧力発生室内にインクを入れたときに剥離不良が発生することがない。したがって、圧電素子の繰り返し駆動に対する耐久性が向上すると共に、印字などの耐久信頼性が向上する。また、本実施形態の構成でも、振動板の一部が低密度な材質で構成されているため、振動板の剛性や強度を保ち、製造歩留まりの向上、振動板の軽量化が可能となる。さらに、高速で駆動する場合においても、圧電素子の駆動効率が低下せず、圧電素子の低消費電力化が実現できる。また、本実施形態の構成では、振動板が支持される側の振動板両端部である振動板の圧力発生室の縁より内側に沿った領域に、厚さが薄い溝部分が形成されている。このような構造により、振動板の剛性を保ち、且つ、振動板の変形がし易いという特性を有するために、圧電素子の駆動効率が向上する。また、駆動部の変形が周囲の圧力発生室へ伝播しにくくなり、クロストークも抑制される。
【００４２】
（実施形態３）
図６は、本発明の実施形態３に係るマイクロポンプを示す上面図である。図７は、本発明の実施形態３に係るマイクロポンプを示す断面図であり、図７（ａ）は圧力発生室の長手方向の断面図であり、（ｂ）は圧力発生室の幅方向の断面図である。
【００４３】
実施形態１，２と共通の部分について、図６，７では、それぞれ６００番台、７００番台の符号となっている。以下、実施形態１，２と相違する点を主に説明する。
【００４４】
実施形態１，２と同様に、流路形成基板６０１，７０１は単層の単結晶シリコンからなり、複数の隔壁６０６により区画された圧力発生室６０２，７０２が幅方向に配置される。各圧力発生室の長手方向外側には、共通の流体導入路６０４及び流体排出路６０５が配置され、各圧力発生室の端部と第１デヒューザ６１１、第２デヒューザ６１２を介して連通される。
【００４５】
なお、この第１デヒューザ６１１、第２デヒューザ６１２は、圧力発生室６０２内の流体が一方向に流れる働きをする。すなわち、第１デヒューザ６１１は、流体導入路６０４側の流路が狭く、圧力発生室６０２側の流路が広い構造のため、流体導入路６０４側から圧力発生室６０２側へは流体が流れ易い。しかし、圧力発生室６０２側から流体導入路６０４側へは流路抵抗が大きくなる方向のため、流体が流れない。同様に、第２デヒューザにおいても、圧力発生室６０２側から流体排出路６０５側へは流体が流れ易いが、流体排出路６０５側から圧力発生室６０２側へは流路抵抗が大きくなる方向のため、流体が流れない。
【００４６】
これら第１デヒューザ６１１、第２デヒューザ６１２により、圧力発生室６０２で圧力を加えられた流体が、流体導入路６０４から流体排出路６０５へと排出される。圧力発生室６０２，７０２の内面は、全て流路形成基板６０１，７０１を構成する単結晶シリコンによって形成されている。すなわち、流路形成基板６０１、７０１に中空構造を設けることにより、全面が単結晶シリコンからなる圧力発生室６０２，７０２が形成されている。
【００４７】
また、同様に、流体導入路６０４、流体排出路６０５及び第１デヒューザ６１１、第２デヒューザ６１２の内面も、全て流路形成基板６０１，７０１を構成する単結晶シリコンによって形成されている。更に、実施形態１及び２と同様に、圧力発生室６０２，７０２の一面を構成する振動板７１４（高密度構造体７１４ａと低密度構造体７１４ｂ）、緩衝層７０９、が形成される。この緩衝層７０９の上には、下部電極７１０の膜と、圧電体層７０３と、上部電極７１１の膜とが積層形成されて、圧電素子を構成している。また、大気中の水分等の外部環境に起因する圧電素子の劣化及び破壊を防止するため、流路形成基板６０１，７０１の圧電素子側に、圧電素子を外部環境と遮断するための封止基板７１３を貼り合わせている。
【００４８】
以下、本実施形態のマイクロポンプの製造工程、実施形態２で説明した流路形成基板の製造工程と同様である。本実施形態の構成でも、圧力発生室の内面が、流路形成基板によって形成されている。すなわち、圧力発生室や振動板が、一つの単結晶シリコンで構成されているために、マイクロポンプ内の流体に接触する振動板に対応する部分が成膜や接合で形成されていないので、圧力発生室内に流体を入れたときに剥離不良が発生することがない。したがって、圧電素子の繰り返し駆動に対する耐久性が向上すると共に、信頼性が向上する。また、後述する高速駆動により、高い圧力を流体に印加することが可能となる。
【００４９】
また、本実施形態の構成でも、振動板の一部が低密度な材質で構成されているため、振動板の剛性や強度を保ち、製造歩留まりの向上、振動板の軽量化が可能となる。そのため、高速で駆動する場合においても、圧電素子の駆動効率が低下せず、圧電素子の低消費電力化が実現できるため、長時間、振動板を高速駆動し、高圧を流体に印加し続けることが容易になる。また、本実施形態の構成では、振動板が支持される側の振動板両端部である振動板の圧力発生室の縁より内側に沿った領域に、厚さが薄い溝部分が形成されている。このような構造により、振動板の剛性を保ち、且つ、振動板の変形がし易いという特性を有するために、圧電素子の駆動効率が向上する。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の流体移送装置は、インクジェットプリンタのインクジェットヘッドとして、また、化学分析装置、医療機器におけるマイクロポンプとして利用される。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施形態１及び２に係るインクジェットヘッドを示す上面図
【図２】本発明の実施形態１に係るインクジェットヘッドの（ａ）は圧力発生室の長手方向の断面図、（ｂ）は圧力発生室の幅方向の断面図
【図３】本発明の実施形態１に係る流路形成基板の製造工程の概略を示す圧力発生室の幅方向の断面図
【図４】本発明の実施形態２に係るインクジェットヘッドの（ａ）は圧力発生室の長手方向の断面図、（ｂ）は圧力発生室の幅方向の断面図
【図５】本発明の実施形態２に係る流路形成基板の製造工程の概略を示す圧力発生室の幅方向の断面図
【図６】本発明の実施形態３に係るマイクロポンプを示す上面図
【図７】本発明の実施形態３に係るマイクロポンプの（ａ）は圧力発生室の長手方向の断面図、（ｂ）は圧力発生室の幅方向の断面図
【図８】特許文献２に開示されたインクジェットヘッドを示す断面図
【符号の説明】
【００５２】
１０１，２０１，４０１，６０１，７０１…流路形成基板
１０２，２０２，４０２，６０２，７０２…圧力発生室
１０３，６０３…圧電素子
１０４，２０４，４０４…リザーバ
１０７，２０７，４０７…ノズル開口
２０３，４０３，７０３…圧電体層
２１４，４１４，７１４…振動板
２１０，４１０，７１０…下部電極
２１１，４１１，７１１…上部電極
２１４ａ，４１４ａ，７１４ａ…高密度構造体
２１４ｂ，４１４ｂ，７１４ｂ…低密度構造体
３０１，５０１…基板
３０７，５０７…エピ層
３０８，５０８…中空構造
３０９，５０９…低密度構造体
３１０，５１０…界面壁
４１６，７１６…溝
５１１…溝
６０４，７０４…流体導入路
６０５，７０５…流体排出路
６１１，７０６…第１デヒューザ
６１２，７０７…第２デヒューザ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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