(57)【要約】【課題】小型化及び低コスト化を実現しつつ、信頼性の向上を図るようにした液滴吐出ヘッドを提供する。【解決手段】液滴吐出ヘッド１００は、液滴を吐出するノズル孔４１が形成されたノズル基板４０と、ノズル孔４１と連通し、底壁が振動板２２となる吐出室２１が形成されたキャビティ基板２０と、振動板２２にギャップ１５をもって対向し、振動板２２を駆動する個別電極１２及び個別電極１２を設ける凹部１１が形成された電極基板１０とを備え、電極基板１０の凹部１１の一方の端部側に、電極基板１０を貫通させた封止溝穴１３を形成し、個別電極１２に接続するように金属材料を封止溝穴１３に成膜することで、この金属材料をギャップ１５の封止部とするとともに、個別電極１２に電圧を印加する際の入力配線としている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を吐出するノズル孔が形成されたノズル基板と、
前記ノズル孔と連通し、底壁が振動板となる吐出室が形成されたキャビティ基板と、
前記振動板を駆動する個別電極が凹部内に形成された電極基板と、を備え、
前記振動板と前記個別電極とが前記凹部に起因するギャップを介して対向しており、
前記電極基板の前記凹部の一部に、前記電極基板を貫通させた封止溝穴を形成し、
金属材料を前記個別電極に接続させるように前記封止溝穴の内壁に成膜することで金属膜を形成し、
前記金属膜により前記ギャップの封止部を形成するとともに、前記金属膜を介して前記個別電極への電圧の印加を可能にする
ことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
前記電極基板に前記凹部が複数形成され、
前記封止溝穴を、
前記凹部の一方の端部側であって、前記凹部のそれぞれに形成している  
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】
前記金属膜の先端部を前記電極基板の前記個別電極形成面と反対側の面に引き回して入力配線としている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
前記個別電極に電圧を印加するドライバＩＣを、
前記電極基板の前記個別電極形成面と反対側の面に実装して前記入力配線と導通させている
ことを特徴とする請求項３に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
前記請求項１〜４のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを搭載した
ことを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項６】
ガラス基板に、個別電極及び前記個別電極を設けるための凹部を形成し、
前記ガラス基板の前記凹部の一方の端部側に、前記ガラス基板を貫通させるように封止溝穴を形成し、
前記ガラス基板にシリコン基板を接合し、
前記ガラス基板の前記シリコン基板との接合面とは反対側の面から前記個別電極に接続するように金属材料を前記封止溝穴の内壁に成膜して堆積させて金属膜を形成し、
前記金属膜により前記ギャップを封止するとともに、前記金属膜の先端部を前記ガラス基板の裏面側に引き回して入力配線とし、
前記入力配線を介して前記個別電極への電圧の印加を可能にする  
ことを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクやその他の液体を吐出する液滴吐出ヘッド、その液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置、及び、その液滴吐出ヘッドの製造方法に関し、特に小型化及び低コスト化を実現した液滴吐出ヘッド、その液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置、及び、その液滴吐出ヘッドの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液滴を吐出するための液滴吐出ヘッドとして、たとえばインクジェット記録装置に搭載されるインクジェットヘッドが知られている。一般的に、このインクジェットヘッドには、半導体の微細加工技術を用いて加工形成された微小構造のアクチュエータが用いられている。この微小構造のアクチュエータを駆動させる方式としては、静電気力を駆動源として利用した静電駆動方式や、圧電素子による圧電方式、発熱素子を利用するバブルジェット（登録商標）方式等が知られている。
【０００３】
このうち、静電駆動方式のアクチュエータ（以下、単に静電アクチュエータと称する）を用いたインクジェットヘッドにおいては、インク滴を吐出するための複数のノズル孔に連通している吐出室の底面が、弾性変形可能な振動板として形成されている。この振動板は、静電アクチュエータを構成する一対の電極の一方（可動電極）を構成しており、この振動板に、静電アクチュエータを構成する一対の電極の他方（固定電極）を構成する個別電極が対向配置されている。そして、対向する電極間に電圧を印加すると、これらの間に静電気力が発生し、吐出室の底面が基板の側に静電吸引あるいは静電反発されて振動し、その振動に伴って吐出室の内圧変動が生じ、ノズルからインク液滴が吐出される。
【０００４】
このようなインクジェットヘッドにおいては、更なる小型化及び低コスト化が求められている。特に、小型化を実現する手段の１つとして、無機材料を用いてアクチュエータ毎に振動板と個別電極との間の隙間（ギャップ）を気密封止するようにしたものが従来から提案されている。それは、樹脂等の有機材料を用いてギャップの気密封止を行なう場合、その有機材料が毛細管現象によって延びていくため、有機材料の注入経路及び封止代を確保する必要があるが、無機材料を用いてギャップの気密封止を行なう場合、そのような必要がなく、小型化に寄与できるからである。
【０００５】
また、電極配線の引き回し構造を工夫することによって、インクジェットヘッドの小型化を実現するとともに、製造工程数を低減させて低コスト化を実現する手段が提案されている。そのようなものとして、「薄層の振動板を構成する振動板基板と、振動板基板に微小間隔離れて配置され該振動板の対向電極を表面側に有する電極基板間に電圧を印加し、振動板と対向電極との間の静電力による振動板の機械的運動でインクを吐出させるインクジェットヘッドにおいて、前記電極基板の前記表面側の対向電極を該電極基板の裏面側に取り出したインクジェットヘッド」が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００６】
また、「ノズルと、該ノズルに連通するインク液室と、該インク液室の一部を構成する振動板と、電極基板上に前記振動板と対向して配置された個別電極を有し、前記振動板と前記個別電極間に電圧を印加し、静電気力で前記振動板を変形させることにより前記インク液室よりインク滴を吐出するインクジェットヘッドにおいて、前記電極基板の前記個別電極が形成されている面と反対側の面から前記個別電極に達するスルーホールを開口し、前記電極基板の個別電極が形成されている面と反対側の面から電極を取り出すインクジェットヘッド」が開示されている（たとえば、特許文献２参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−３２０８７３号公報（第７頁及び第３図）
【特許文献２】特開２００２−２８３５６３号公報（第３頁及び第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１及び特許文献２に記載のインクジェットヘッドでは、電極基板とキャビティ基板とを接合する時に発生するガスがギャップ内に閉じ込められてしまうことになる。ギャップ内にガスが閉じ込められると、電極の表面、すなわち対向している吐出室底面及び個別電極の表面にガスが付着し、静電吸引特性あるいは静電反発特性が低下することになり、静電アクチュエータの信頼性が低下してしまう可能性が大きくなる。つまり、特許文献１及び特許文献２に記載のインクジェットヘッドでは、小型化及び低コスト化の実現と、信頼性の向上の両立を図ることができないという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、小型化及び低コスト化を実現しつつ、信頼性の向上を図るようにした液滴吐出ヘッド、その液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置、及び、その液滴吐出ヘッドの製造方法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】
【００１０】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、液滴を吐出するノズル孔が形成されたノズル基板と、ノズル孔と連通し、底壁が振動板となる吐出室が形成されたキャビティ基板と、振動板を駆動する個別電極が凹部内に形成された電極基板と、を備え、振動板と個別電極とが凹部に起因するギャップを介して対向しており、電極基板の凹部の一部に、電極基板を貫通させた封止溝穴を形成し、金属材料を個別電極に接続させるように封止溝穴の内壁に成膜することで金属膜を形成し、金属膜によりギャップの封止部を形成するとともに、金属膜を介して個別電極への電圧の印加を可能にすることを特徴とする。したがって、金属材料でギャップを封止しつつ、個別電極への入力配線を形成することができるので、封止部材及び入力配線を同一材料で構成でき、部品点数の削減を実現できる。すなわち、低コスト化を実現した液滴吐出ヘッドの提供が可能となる。
【００１１】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、電極基板に凹部が複数形成され、封止溝穴を、凹部の一方の端部側であって、凹部のそれぞれに形成していることを特徴とする。したがって、構造を複雑にすることなく、低コスト化を実現することができる。
【００１２】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、金属膜の先端部を電極基板の個別電極形成面と反対側の面に引き回して入力配線としていることを特徴とする。したがって、電極基板の裏面側からギャップを封止でき、かつ、電極基板の裏面側に入力配線を形成できるので、上記の効果に加えて、製造工数の削減を実現できる。すなわち、低コスト化を更に実現した液滴吐出ヘッドの提供が可能となる。
【００１３】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、個別電極に電圧を印加するドライバＩＣを、電極基板の個別電極形成面と反対側の面に実装して入力配線と導通させていることを特徴とする。したがって、ドライバＩＣを液滴吐出ヘッド内部に閉じ込める必要がなく、部品点数及び製造工数の削減を実現できる。すなわち、上記の効果に加えて、小型化を実現した液滴吐出ヘッドの提供が可能となる。
【００１４】
また、本発明に係る液滴吐出装置は、上記の液滴吐出ヘッドを搭載したことを特徴とする。したがって、上述の液滴吐出ヘッドの効果をすべて有している。
【００１５】
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、ガラス基板に、個別電極及び個別電極を設けるための凹部を形成し、ガラス基板の凹部の一方の端部側に、ガラス基板を貫通させるように封止溝穴を形成し、ガラス基板にシリコン基板を接合し、ガラス基板のシリコン基板との接合面とは反対側の面から個別電極に接続するように金属材料を封止溝穴の内壁に成膜して堆積させて金属膜を形成し、金属膜によりギャップを封止するとともに、金属膜の先端部をガラス基板の裏面側に引き回して入力配線とし、入力配線を介して個別電極への電圧の印加を可能にすることを特徴とする。したがって、ギャップの封止と、入力配線の形成とを、１つの工程で実行できるので、部品点数及び製造工程の削減が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
実施の形態１.
図１は、本発明の実施の形態１に係る液滴吐出ヘッド１００を分解した状態を示す分解斜視図である。図２は、液滴吐出ヘッド１００が組み立てられた状態の縦断面図であり、図１におけるＡ−Ａ断面を示している。図１及び図２に基づいて、液滴吐出ヘッド１００の構成及び動作について説明する。なお、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、図の上側を上とし、下側を下として説明するものとする。
【００１７】
この液滴吐出ヘッド１００は、静電気力により駆動される複数の静電アクチュエータが集約されたデバイスである。実施の形態１では、液滴吐出ヘッド１００がノズル基板４０の表面側に設けられたノズル孔４１から液滴を吐出するフェイスイジェクトタイプである場合を例に示している。また、図１には、後述する個別電極１２に駆動信号を供給するためのドライバＩＣ６０と、このドライバＩＣ６０に入力信号を供給するためのＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｐｒｉｎｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）５０の一部を含めて示している。なお、以下の説明において、ノズル孔４１が並んでいる方向を液滴吐出ヘッドの長手方向、各ノズル孔４１への液体の流路が形成されている方向を液滴吐出ヘッドの短手方向とする。
【００１８】
図１及び図２に示すように、この液滴吐出ヘッド１００は、電極基板１０、シリコン製のキャビティ基板２０及びノズル基板４０が下から順に積層されて構成されている。つまり、キャビティ基板２０を電極基板１０とノズル基板４０とで上下から挟む構造となっている。このように、液滴吐出ヘッド１００が３層構造である場合を例に説明するが、これに限定するものではない。たとえば、液滴吐出ヘッド１００を、電極基板、キャビティ基板、リザーバ基板及びノズル基板からなる４層構造としてもよい。なお、電極基板１０とキャビティ基板２０とは陽極接合で、キャビティ基板２０とノズル基板４０とはエポキシ樹脂等の接着剤で接合する。
【００１９】
［電極基板１０］
電極基板１０は、たとえば厚さ２００μｍ（マイクロメートル）のホウ珪酸系の耐熱硬質ガラス等を主要な材料として形成するとよい。ここでは、電極基板１０がホウ珪酸ガラスで形成されている場合を例に示すが、たとえば、電極基板１０を単結晶シリコンで形成してもよい。図１及び図２に示すように、電極基板１０は、キャビティ基板２０の下面に接合される。この電極基板１０の表面には、キャビティ基板２０に形成される各吐出室２１に合わせ、エッチング等により深さ約０．２μｍの凹部（ガラス溝）１１が設けられる。この凹部１１のパターン形状は、その内部に個別電極１２を設けるため、その個別電極１２よりも少し大きめに作製する。
【００２０】
また、各凹部１１の内部（特に底部）には、キャビティ基板２０の振動板２２と対向するように、固定電極部となる矩形状の個別電極１２が形成されている。さらに、各凹部１１の一方の端部（液滴吐出ヘッド１００の中央側端部）側には、電極基板１０を貫通させて形成した封止溝穴１３が、複数形成されている凹部１１のそれぞれに形成されている。この封止溝穴１３は、電極基板１０の下面にかけて拡開した形状となっている。そして、図２に示すように、この封止溝穴１３の内壁に金属材料を成膜することで、個別電極１２に電圧を印加するための入力配線としての機能と、ギャップ１５を封止するための封止部としての機能とを併せ持つ金属配線１６（金属膜）を形成している。
【００２１】
すなわち、個別電極１２は、一定の間隔をもって振動板２２に対向しており、吐出室２１の下側に沿って延設され、その一端が封止溝穴１３で金属配線１６に接続されている。また、金属配線１６は、封止溝穴１３の壁面に接合するように形成されており、ギャップ１５を封止するとともに、電極基板１０の裏面側に引き回されるように形成されている。そして、金属配線１６は、ヘッドチップの中央部へ延設され、その先端部がドライバＩＣ６０の出力側の端子部となり、ドライバＩＣ６０に実装される。一方、ドライバＩＣ６０への入力側の金属配線１６ａも電極基板１０の裏面に形成され、ＦＰＣ５０に実装される。なお、この金属配線１６ａは、電極基板１０の短手方向略中央部に形成されている。
【００２２】
ギャップ１５は、電極基板１０とキャビティ基板２０とを接合して積層体を形成した際に、振動板２２と個別電極１２との間に振動板２２を撓ませる（変位させる）ことができるように形成される。このギャップ１５の深さは、凹部１１の深さ、個別電極１２の厚みにより決まることになる。このギャップ１５は、液滴吐出ヘッド１００の吐出特性に大きく影響する。そのため、厳格な精度管理が要求される。このギャップ１５は、各振動板２２に対向する位置に細長い一定の深さを有するように形成されている。なお、ギャップ１５は、電極基板１０に凹部１１を形成する他に、キャビティ基板２０となるシリコン基板に凹部を形成したり、スペーサを挟むことによって設けたりすることも可能である。
【００２３】
ドライバＩＣ６０は、電極基板１０の裏面側であって、個別電極１２の２つの電極列の間（個別電極１２を作製するために電極基板１０の左右に形成した凹部１１の中間部、つまり短手方向略中央部）に実装され、両方の電極列に金属配線１６の先端部が接続されるようになっている。そして、ドライバＩＣ６０からの駆動信号が金属配線１６を介して個別電極１２に供給されるようになっている。また、ＦＰＣ５０も、電極基板１０の裏面側であって、短手方向略中央部に実装されるようになっている。そして、金属配線１６ａを介してＦＰＣ５０とドライバＩＣ６０とを接続し、ＦＰＣ５０からの入力信号をドライバＩＣ６０に供給するようになっている。
【００２４】
個別電極１２は、たとえばスパッタリング等により、酸化錫を不純物としてドープした、可視光領域で透明のＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ：インジウム錫酸化物）を約０．１μｍの厚さで凹部１１の内側に成膜することで形成される。ここで、個別電極１２の材料は、ＩＴＯに限定するものではなく、クロム等の金属等を材料に用いてもよいが、本実施の形態では、ギャップ１５内の観察がし易い、透明であるので放電したかどうかの確認が行い易い等の理由でＩＴＯを用いることとする。
【００２５】
金属配線１６及び金属配線１６ａは、電極基板１０に成膜し易い、つまりガラス材料に密着し易く、ガラス材料に被覆し易い材料であればよく、特に構成材料を限定するものではない。たとえば、金属配線１６及び金属配線１６ａは、Ｃｒ（クロム）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｒ／Ａｕ（クロム／金）、Ｔｉ／Ｐｔ（チタン／白金）、ＩＴＯ等の金属材料で形成するとよい。なお、金属配線１６と、金属配線１６ａとを、同じ材料で形成してもよく、異なる材料で形成してもよい。
【００２６】
さらに、電極基板１０には、深さ約１００μｍのリザーバ３１となる凹部３１ａが形成されている。この凹部３１ａは、キャビティ基板２０に形成されたリザーバ用貫通穴３１ｂと連通することで、リザーバ３１を形成するようになっている。このリザーバ３１は、各吐出室２１にインク等の液体を供給する共通液体室としての機能を有する。また、リザーバ３１（凹部３１ａ）の底面には、液体供給口１７を形成している。この液体供給口１７は、外部のタンク（図示省略）から供給された液体をリザーバ３１に取り入れる際の流路となるものである。
【００２７】
この液滴吐出ヘッド１００は、複数の個別電極１２が長辺及び短辺を有する長方形状に形成されており、この個別電極１２が、互いの長辺が平行になるように配置されている。そして、図１では、個別電極１２の短辺方向に伸びる２つの電極列を示している。なお、個別電極１２の短辺が長辺に対して斜めに形成されており、個別電極１２が細長い平行四辺形状になっている場合には、長辺方向に直角方向に伸びる電極列を形成するようにすればよい。また、ここで示した凹部１１の深さやギャップ１５の深さ、個別電極１２の厚み等は一例であり、ここで示す値に限定するものではない。
【００２８】
［キャビティ基板２０］
キャビティ基板２０は、たとえば厚さ約５０μｍの（１１０）面方位のシリコン単結晶基板（以下、単にシリコン基板という）を主要な材料として構成されている。このシリコン基板にドライエッチングまたは異方性ウエットエッチングのいずれかあるいは双方を行い、底壁が可撓性を有する振動板２２となる吐出室（または、インク圧力室）２１を複数形成する。この吐出室２１は、個別電極１２の電極列に対応して形成されており、インク等の液体が一時的に保持されて吐出圧が加えられるようになっている。また、吐出室２１は、紙面手前側から奥側にかけて平行に並んで形成されているものとする。
【００２９】
また、キャビティ基板２０の下面（電極基板１０と対向する面）には、振動板２２と個別電極１２との間を電気的に絶縁するためのＴＥＯＳ膜（ここでは、Ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ  ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｔｅｔｒａｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ：テトラエトキシシラン（珪酸エチル）を用いてできるＳｉＯ2 膜をいう）である絶縁膜（図示省略）をプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＴＥＯＳ−ｐＣＶＤともいう）法を用いて、０．１μｍ程度成膜している。これは、振動板２２の駆動時における絶縁破壊及び短絡を防止するためと、インク等の液体によるエッチングを防止するためのものである。
【００３０】
ここでは、絶縁膜がＴＥＯＳ膜である場合を示しているが、これに限定するものではなく、絶縁性能が向上する物質であればよい。たとえば、Ａｌ2Ｏ3（酸化アルミニウム（アルミナ））を用いてもよい。また、キャビティ基板２０の上面にも、図示省略の液体保護膜となるＳｉＯ2 膜（ＴＥＯＳ膜を含む）を、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法により成膜するとよい。液体保護膜を成膜することによって、インク等の液体で流路が腐食されるのを防止できるからである。この液体保護膜の応力と絶縁膜の応力とを相殺させ、振動板２２の反りを小さくできるという効果もある。
【００３１】
なお、振動板２２は、高濃度のボロンドープ層で形成するようにしてもよい。水酸化カリウム水溶液等のアルカリ溶液による単結晶シリコンのエッチングにおけるエッチングレートは、ドーパントがボロンの場合、約５×１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以上の高濃度の領域において、非常に小さくなる。このため、振動板２２の部分を高濃度のボロンドープ層とし、アルカリ溶液による異方性エッチングによって吐出室２１を形成する際に、ボロンドープ層が露出してエッチングレートが極端に小さくなる、いわゆるエッチングストップ技術を用いることにより、振動板２２を所望の厚さに形成することができる。
【００３２】
キャビティ基板２０には、電極基板１０に形成された凹部３１ａと連通するリザーバ用貫通穴３１ｂが形成されている。つまり、リザーバ用貫通穴３１ｂを凹部３１ａと連通させることでリザーバ３１の容積を確保するようにしている。また、キャビティ基板２０には、外部電極端子としての共通電極端子２７が形成されている。この共通電極端子２７は、ＦＰＣ５０と接続され、図示省略の外部の発振回路等から振動板２２に個別電極１２と反対の極性の電荷を供給する際の端子となるものである。
【００３３】
［ノズル基板４０］  
ノズル基板４０は、たとえば厚さ５０μｍのシリコン基板を主要な材料としており、各吐出室２１と連通するノズル孔４１が形成されている。そして、各ノズル孔４１からは、振動板２２の変位により加圧された吐出室２１内の液体が液滴として外部に吐出されるようになっている。なお、図２に示すように、ノズル孔４１を複数段（たとえば、２段）で形成すると、液滴を吐出する際の直進性の向上が期待できる。また、ノズル基板４０には、リザーバ３１と吐出室２１とを連通させるための連通溝４５、及び振動板２２の変位によりリザーバ３１側の液体に加わる圧力変動を吸収し、ノズル間のクロストークを抑制するリザーバダイアフラム４６がキャビティ基板２０との接合面側に形成されている。
【００３４】
連通溝４５は、キャビティ基板２０のリザーバ用貫通穴３１ｂと吐出室２１との間に対向する位置に形成され、リザーバダイアフラム４６は、キャビティ基板２０のリザーバ用貫通穴３１ｂに対向する位置に形成されている。そして、ノズル基板４０は、連通溝４５及びリザーバダイアフラム４６が形成されている面で、キャビティ基板２０の吐出室２１が形成される面と接合される。なお、ここでは、ノズル孔４１を有するノズル基板４０を上面とし、電極基板１０を下面として説明するが、実際に用いられる場合には、ノズル基板４０の方が電極基板１０よりも下面となることが多い。
【００３５】
図２に示すように、この実施の形態１に係る液滴吐出ヘッド１００では、吐出室２１にノズル孔４１から吐出させる液体を貯めておき、吐出室２１の底壁である振動板２２を撓ませることにより、吐出室２１内の圧力を高め、ノズル孔４１から液滴を吐出させるようになっている。なお、図２では液滴吐出ヘッド１００の一部を短手方向から見ている状態を図示している。また、金属配線１６を構成する金属材料を封止溝穴１３に成膜、堆積させることによって、ギャップ１５を封止するようになっている。こうすることによって、金属配線１６の形成と同時に、ギャップ１５の封止部を形成することができる。そして、ギャップ１５内への水分等の混入を防止でき、振動板２２が個別電極１２に貼りつくことを防ぐことができる。
【００３６】
本実施の形態１では、金属配線１６を構成する金属材料を成膜、堆積させているので、従来の封止用接着剤の注入経路及び封止代（封止用接着剤が毛細管現象により延びていく長さ）を確保する必要がなく、液滴吐出ヘッド１００の小型化を実現することができる。また、金属配線１６を電極基板１０の裏面側に引き回して入力配線とし、電極基板１０の裏面側にドライバＩＣ６０を実装するようになっているので、ドライバＩＣ６０を液滴吐出ヘッド１００の内部に収容しなくて済み、液滴吐出ヘッド１００の更なる小型化を実現することができる。
【００３７】
ここで、液滴吐出ヘッド１００の動作について説明する。ドライバＩＣ６０は、電極基板１０の裏面側に実装され、ギャップ１５を封止し、かつ電極基板１０の裏面に引き回された金属配線１６の先端部（出力側）及びＦＰＣ５０との端子部（入力側）に接続され、個別電極１２に電荷の供給及び停止を制御する。つまり、ドライバＩＣ６０には、ＦＰＣ５０及び金属配線１６ａを介して図示省略の制御部から駆動信号（パルス電圧）が供給されており、その駆動信号に基づいて個別電極１２への電荷の供給及び停止が制御されている。また、リザーバ３１には、液体供給口１７を介して外部からインク等の液体が供給されている。さらに、吐出室２１には、連通溝４５を介してリザーバ３１から液体が供給されている。
【００３８】
そして、ドライバＩＣ６０は、たとえば２４ｋＨｚで発振し、選択された個別電極１２に０Ｖ〜３０Ｖ程度のパルス電圧を印加して電荷供給を行ない、この個別電極１２を正に帯電させる。このとき、対応するキャビティ基板２０の振動板２２には共通電極端子２７を介して負の極性を有する電荷が供給され、この振動板２２を相対的に負に帯電させる。そのため、選択された個別電極１２とそれに対応する振動板２２との間では静電気力が発生することになる。個別電極１２と振動板２２との間に静電気力が発生すると、振動板２２は、その静電気力によって個別電極１２側に引き寄せられて撓むことになる。これにより吐出室２１の容積は広がる。
【００３９】
次に、個別電極１２へのパルス電圧の供給を止めると、振動板２２と個別電極１２との間の静電気力がなくなり、振動板２２は元の状態に復元する。このとき、吐出室２１の内部の圧力が急激に上昇し、その圧力により差分の液滴がノズル孔４１から吐出されることになる。この液滴が、たとえば記録紙に着弾することによって印刷等が行われるようになっている。その後、液体がリザーバ３１から連通溝４５を通じて吐出室２１内に補給され、初期状態に戻る。このような方法は、引き打ちと呼ばれるものであるが、バネ等を用いて液滴を吐出する押し打ちと呼ばれる方法もある。
【００４０】
なお、液滴吐出ヘッド１００のリザーバ３１への液滴の供給は、たとえば液体供給口１７に接続された図示省略の液滴供給管により行われている。また、ＦＰＣ５０は、ＦＰＣ５０の長手方向が電極列を形成する個別電極１２の短辺方向と平行となるようにドライバＩＣ６０と接続されている。たとえば、個別電極１２の短辺が長辺に対して斜めになっており、個別電極１２が細長い平行四辺形状になっている場合には、個別電極１２の長辺と直角方向にＦＰＣ５０を接続すればよい。これにより、複数の電極列を有する液滴吐出ヘッド１００とＦＰＣ５０とをコンパクトに接続することができる。
【００４１】
次に、液滴吐出ヘッド１００の製造工程について説明する。図３及び図４は、電極基板１０の製造工程の一例を示した縦断面図である。図５及び図６は、液滴吐出ヘッド１００の製造工程の一例を示した縦断面図である。まず、図３及び図４に基づいて、電極基板１０の製造工程について説明し、次に、図５及び図６に基づいて、作製した電極基板１０を用いて液滴吐出ヘッド１００を製造する製造工程について説明する。なお、実際には、シリコンウエハから複数個分の液滴吐出ヘッドの部材を同時形成するのが一般的であるが、図３〜図６ではその一部分だけを簡略化して示している。
【００４２】
最初に、電極基板１０の製造工程について説明する。まず、厚さ約２００μｍの両面鏡面のホウ珪酸系の耐熱硬質ガラス１０’を用意し、片面にエッチングマスクとなるＣｒ膜８０をスパッタリング法等を用いて約０．１μｍ形成する（図３（ａ））。次に、耐熱硬質ガラス１０’のＣｒ膜８０を形成した面の表面にレジスト８１を塗布し、凹部１１を作りこむためのレジストパターニングを施し、Ｃｒ膜８０を硝酸セリウムアンモニウム水溶液等を用いてエッチングする（図３（ｂ））。そして、耐熱硬質ガラス１０’を、フッ化アンモニウム水溶液等を用いて０．２μｍエッチングし、凹部１１を形成し、レジスト８１を剥離する（図３（ｃ））。このとき、残ったＣｒ膜８０も除去する。なお、Ｃｒ膜８０だけではなく、Ｃｒ膜８０の表面にＡｕ膜を形成してもよい。
【００４３】
耐熱硬質ガラス１０’の凹部１１を形成した面に、スパッタリング法等を用いてＩＴＯ膜１２’を０．１μｍ形成する（図３（ｄ））。このＩＴＯ膜１２’の上面にレジスト（図示省略）を塗布し、個別電極１２にのみＩＴＯ膜１２’が残るようにレジストパターニングを施す。そして、硝酸と塩酸の混合液等を用いてＩＴＯ膜１２’をエッチングし、個別電極１２となるＩＴＯパターンを形成して、レジストを剥離する（図４（ｅ））。その後、耐熱硬質ガラス１０’のリザーバ３１となる凹部３１ａとする部分をサンドブラスト法等により約１００μｍ削り、凹部３１ａを形成する（図４（ｆ））。
【００４４】
それから、耐熱硬質ガラス１０’の凹部１１を形成した面（個別電極１２の形成面）の反対側の面（裏面）から封止溝穴１３及び液体供給口１７となる部分をドライエッチング、サンドブラスト法または切削加工等によって掘る（図４（ｇ））。この封止溝穴１３は、凹部１１の端部（液滴吐出ヘッド１００の中央側端部）側に形成され、耐熱硬質ガラス１０’の裏面側と凹部１１とを連通するようになっている。また、液体供給口１７は、凹部３１ａが形成されている部分に形成され、耐熱硬質ガラス１０’の裏面側と凹部３１ａとを連通するようになっている。このような製造工程で電極基板１０を作製する。
【００４５】
続いて、液滴吐出ヘッド１００の製造工程について説明する。上記工程で作製した電極基板１０を用意する（図５（ａ））。それから、（１１０）を面方位とする酸素濃度の低いＳｉキャビティ基板（以下、シリコン基板２０’と称する）を用意する。このシリコン基板２０’の下面（電極基板１０との接合面）を鏡面研磨して２２０μｍ程度の厚みにする。なお、図示していないが、シリコン基板２０’の下面には、振動板２２の厚みと同等の厚みの高濃度ボロンドープ層が熱拡散法により形成されており、また、ボロンドープ層の下面には、絶縁膜が形成されているものとする。
【００４６】
そして、このシリコン基板２０’と電極基板１０とを３６０℃に加熱した後、電極基板１０に負極、シリコン基板２０’に正極を接続して、８００Ｖの電圧を印加して陽極接合する（図５（ｂ））。陽極接合時に酸素等のガスが発生するが、電極基板１０に形成した封止溝穴１３によってギャップ１５が大気開放されており、発生ガスがギャップ１５内に閉じ込められることはない。陽極接合後、シリコン基板２０’の上面（電極基板１０との接合面の反対側の面）を研削加工し、シリコン基板２０’の厚みを約６０μｍにする。
【００４７】
その後、加工変質層を除去する為に、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈ）加工を施し、シリコン基板２０’の上面を約１０μｍ研磨する。これによりシリコン基板２０’の厚みが約５０μｍとなる（図５（ｃ））。次に、電極基板１０とシリコン基板２０’との接合済み基板の上面にＴＥＯＳ膜（図示省略）を形成し、シリコン基板２０’の上面に、吐出室２１及び凹部３１ａを作りこむためのパターニングをＴＥＯＳ膜に施す。そして、水酸化カリウム水溶液等を用いてエッチングし、吐出室２１及び凹部３１ａを形成する（図６（ｄ））。
【００４８】
シリコン基板２０’のエッチング工程では、ボロンドープ層で極端にエッチングレートが小さくなることを利用した、いわゆるエッチングストップ技術を用いて、振動板２２の厚さ、吐出室２１の容積を高精度で形成している。たとえば、初めに３５重量％の水酸化カリウム水溶液を使用し、その後、３重量％の水酸化カリウム水溶液を使用する２段階のエッチングを実施すれば、３重量％の水酸化カリウム水溶液を使用するエッチング処理において、先に形成していたボロンドープ層がエッチングストップ層として作用し、このボロンドープ層が振動板２２として形成されることになる。これにより、振動板２２の面荒れを抑制し、厚み精度を０．８０±０．０５μｍ以下にすることができ、液滴吐出ヘッド１００の吐出性能の安定化を図ることができる。
【００４９】
その後、シリコン基板２０’の上面に残ったＴＥＯＳ膜を除去する。このとき、凹部３１ａにはシリコン薄膜が残る。これを除去するために、シリコンマスクをシリコン基板２０’の表面に取り付け、ＲＩＥドライエッチングを行い、凹部３１ａのみにプラズマを当て、開口してキャビティ基板２０が完成する。それから、接合済み基板を乾燥し、ギャップ１５内部の水分を除去する。そして、金属材料（たとえば、Ｃｒや、Ｎｉ、Ｃｒ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｔなど）をシリコンマスク等を用いて、スパッタリング法により封止溝穴１３やドライバＩＣ６０への入力配線部に部分的に成膜する（図６（ｅ））。
【００５０】
これによって、ギャップ１５が封止され、ギャップ１５内が密閉状態になる。同時に、成膜された金属材料は、個別電極１２であるＩＴＯ膜１２’と接続され、ドライバＩＣ６０への引き回し配線となる。すなわち、封止溝穴１３に成膜された金属材料は、ギャップ１５の封止部材となるとともに、個別電極１２に電荷を供給する金属配線１６になるのである。また、ドライバＩＣ６０への入力配線部に成膜された金属材料は、ＦＰＣ５０とドライバＩＣ６０とを接続するための金属配線１６ａとなるのである。最後に、ノズル基板４０をエポキシ系接着剤によりキャビティ基板２０に接着し、ドライバＩＣ６０を電極基板１０の裏面に実装する（図６（ｆ））。そして、ダイシングを行い、個々の液滴吐出ヘッド１００に切断することで、液滴吐出ヘッド１００が完成する。
【００５１】
このように構成された液滴吐出ヘッド１００においては、電極基板１０の裏面側から金属材料でギャップ１５を封止しつつ、金属配線１６を裏面に引き回すことができる。これにより、ギャップ１５内に水分等が混入せず、振動板２２が個別電極１２に貼りつくことを防ぐことができ、かつ、ドライバＩＣ６０を電極基板１０の裏面に実装できる。したがって、従来のもの（電極基板の表面側に実装するもの）と比較し、リザーバ基板等でドライバＩＣ６０を閉じ込める必要がなく、部品点数や製造工数の削減を実現できる。すなわち、液滴吐出ヘッド１００は、小型化及び低コスト化を実現したものとなる。
【００５２】
この実施の形態１では、液滴吐出ヘッド１００が電極基板１０、キャビティ基板２０及びノズル基板４０を積層させた３層構造である場合を例に説明したが、これに限定するものではない。たとえば、リザーバを独立して形成したリザーバ基板を追加して、電極基板、キャビティ基板、リザーバ基板及びノズル基板を積層させた４層構造の液滴吐出ヘッドについても適用することができる。また、液滴吐出ヘッド１００は、ノズル基板４０の上面に設けたノズル孔４１から液滴を吐出させるフェイスエジェクトタイプである場合を例に説明したが、液滴を基板の端部に設けたノズル孔から吐出させるエッジエジェクトタイプとしてもよい。
【００５３】
実施の形態２．
図７は、実施の形態１に係る液滴吐出ヘッド１００を搭載した液滴吐出装置２００の一例を示した斜視図である。また、図８は、液滴吐出装置２００の主要な構成手段の一例を表す図である。図７及び図８に基づいて、実施の形態２に係る液滴吐出装置２００について説明する。この液滴吐出装置２００は、液滴吐出方式（インクジェット方式）による印刷を目的とする、いわゆる一般的なシリアル型のインクジェットプリンタである。また、搭載される液滴吐出ヘッド１００は、上述したように小型化及び低コスト化を実現したものであるので、液滴吐出装置２００も小型化及び低コスト化に優れたものとなる。
【００５４】
液滴吐出装置２００は、被印刷物であるプリント紙２１０が支持されるドラム２０１と、プリント紙２１０にインクを吐出し、記録を行う液滴吐出ヘッド１００とで主に構成される。また、液滴吐出ヘッド１００にインクを供給するための図示省略のインク供給手段がある。プリント紙２１０は、ドラム２０１の軸方向に平行に設けられた紙圧着ローラ２０３により、ドラム２０１に圧着して保持されるようになっている。このドラム２０１の軸方向に平行に設けられている送りネジ２０４によって液滴吐出ヘッド１００が保持されるようになっている。
【００５５】
そして、この送りネジ２０４が回転することによって液滴吐出ヘッド１００がドラム２０１の軸方向に移動する。一方、ドラム２０１は、ベルト２０５等を介してモータ２０６により回転駆動されるようになっている。また、プリント制御手段２０７は、印画データ及び制御信号に基づいて送りネジ２０４及びモータ２０６を駆動させるようになっている。さらに、プリント制御手段２０７は、図示省略の発振駆動回路を駆動させて振動板２２を制御しながらプリント紙２１０に印刷を行わせるようになっている。
【００５６】
ここでは、液体をインクとしてプリント紙２１０に吐出するようにしている場合を例に説明したが、これに限定するものではない。たとえば、カラーフィルタとなる基板に吐出させる用途においては、カラーフィルタ用の顔料を含む液体であってもよい。また、有機化合物等の電界発光素子を用いた表示パネル（ＯＬＥＤ等）の基板に吐出させる用途においては、発光素子となる化合物を含む液体であってもよい。さらに、基板上に配線する用途においては、導電性金属を含む液体であってもよい。
【００５７】
一方、液滴吐出ヘッド１００をディスペンサとし、生体分子のマイクロアレイとなる基板に吐出する用途に用いる場合では、ＤＮＡ（Ｄｅｏｘｙｒｉｂｏ  Ｎｕｃｌｅｉｃ  Ａｃｉｄｓ：デオキシリボ核酸）や、ＲＮＡ（Ｒｉｂｏ  Ｎｕｃｌｅｉｃ  Ａｃｉｄ：リボ核酸）、ＰＮＡ（Ｐｅｐｔｉｄｅ  Ｎｕｃｌｅｉｃ  Ａｃｉｄｓ：ペプチド核酸）等のタンパク質プローブを含む液体を吐出させるようにしてもよい。その他、布等の染料の吐出等にも利用することができる。
【００５８】
本発明の実施の形態に係る液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置及び液滴吐出ヘッドの製造方法は、上述の実施の形態で説明した内容に限定されるものではなく、本発明の思想の範囲内において変更することができる。たとえば、液滴吐出ヘッド１００の構成基板の積層数を上述した３層や４層に限定するものではなく、金属材料も上述した具体的な材料に限定するものではない。また、液滴吐出ヘッド１００の製造工程においても、上述した製造工程に限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドを分解した状態を示す分解斜視図である。
【図２】液滴吐出ヘッドが組み立てられた状態の縦断面図である。
【図３】電極基板の製造工程の一例を示した縦断面図である。
【図４】電極基板の製造工程の一例を示した縦断面図である。
【図５】液滴吐出ヘッドの製造工程の一例を示した縦断面図である。
【図６】液滴吐出ヘッドの製造工程の一例を示した縦断面図である。
【図７】液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置の一例を示した斜視図である。
【図８】液滴吐出装置の主要な構成手段の一例を表す図である。
【符号の説明】
【００６０】
１０  電極基板、１０’  耐熱硬質ガラス、１１  凹部、１２  個別電極、１２’  ＩＴＯ膜、１３  封止溝穴、１５  ギャップ、１６  金属配線、１６ａ  金属配線、１７  液体供給口、２０  キャビティ基板、２０’  シリコン基板、２１  吐出室、２２  振動板、２７  共通電極端子、３１  リザーバ、３１ａ  凹部、３１ｂ  リザーバ用貫通穴、４０  ノズル基板、４１  ノズル孔、４５  連通溝、４６  リザーバダイアフラム、８０  Ｃｒ膜、８１  レジスト、１００  液滴吐出ヘッド、２００  液滴吐出装置、２０１  ドラム、２０３  紙圧着ローラ、２０４  ネジ、２０５  ベルト、２０６  モータ、２０７  プリント制御手段、２１０  プリント紙。
【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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