| 【発明の名称】 |
液体噴射ヘッドの製造方法及び液体噴射ヘッド並びに液体噴射装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】藤田 誓一
【氏名】宮田 佳直
|
| 【要約】 |
【課題】基板の破壊を防止すると共に、ヘッド情報を容易に且つ確実に参照することができ、限定されない種々のヘッド情報を記録することができる液体噴射ヘッドの製造方法及び液体噴射ヘッド並びに液体噴射装置を提供する。
【構成】ノズル開口２１に連通する圧力発生室１２を具備する液体流路と、前記圧力発生室１２内の液体に圧力変化を生じさせる圧力発生手段３００とを流路形成基板１０に形成すると共に、前記流路形成基板１０の前記ノズル開口２１が設けられたノズルプレート２０が接合される一方面側に、前記液体流路とは不連続で独立した凹部１６を形成する工程と、前記流路形成基板１０の前記一方面側に前記ノズルプレート２０を接合する工程と、前記ノズルプレート２０の前記液体が噴射される液体噴射面側の前記凹部１６に相対向する領域の当該凹部１６の開口面積よりも狭い領域にヘッド情報が記録された記録部２２を形成する工程とを具備する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室を具備する液体流路と、前記圧力発生室内の液体に圧力変化を生じさせる圧力発生手段とを流路形成基板に形成すると共に、前記流路形成基板の前記ノズル開口が設けられたノズルプレートが接合される一方面側に、前記液体流路とは不連続で独立した凹部を形成する工程と、前記流路形成基板の前記一方面側に前記ノズルプレートを接合する工程と、前記ノズルプレートの前記液体が噴射される液体噴射面側の前記凹部に相対向する領域の当該凹部の開口面積よりも狭い領域にヘッド情報が記録された記録部を形成する工程とを具備することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記流路形成基板に前記液体流路と前記圧力発生手段とを形成する工程では、前記流路形成基板の他方面側に前記圧力発生手段として下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子を形成する工程と、前記流路形成基板の前記一方面側から異方性エッチングすることにより、前記圧力発生室を形成する工程とを具備することを特徴とする請求項１記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記流路形成基板に前記凹部を形成する工程では、前記流路形成基板を前記一方面側から異方性エッチングすることにより、前記圧力発生室を具備する前記液体流路と前記凹部とを同時に形成することを特徴とする請求項２記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記記録部がバーコード又は２次元コードであることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項５】
前記記録部には、前記ヘッド情報として、ロット番号、液体噴射特性、故障履歴及び修理履歴から選択される少なくとも１つを記録することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項６】
液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室を有する液体流路が設けられると共に前記圧力発生室内の液体に圧力変化を生じさせる圧力発生手段が設けられた流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に接合されて前記ノズル開口が設けられたノズルプレートとを具備し、
前記流路形成基板の前記ノズルプレートが接合される一方面側に、前記液体流路とは不連続で独立した凹部が設けられていると共に、前記ノズルプレートの前記液体が噴射される液体噴射面側の前記凹部に相対向する領域には、前記凹部の開口面積よりも狭い領域にヘッド情報が記録された記録部が設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項７】
前記圧力発生手段が、前記流路形成基板の前記ノズルプレートとは反対側の他方面側に設けられた圧電素子からなることを特徴とする請求項６記載の液体噴射ヘッド。
【請求項８】
前記液体流路が、前記圧力発生室と、該圧力発生室の共通の液体室の一部を構成する連通部と、該連通部と前記圧力発生室とを連通する液体供給路とで構成されていることを特徴とする請求項６又は７記載の液体噴射ヘッド。
【請求項９】
前記圧力発生室が前記流路形成基板を厚さ方向に貫通して設けられていることを特徴とする請求項６〜８の何れかに記載の液体噴射ヘッド。
【請求項１０】
前記凹部の深さが、１０〜２０μｍであることを特徴とする請求項６〜９の何れかに記載の液体噴射ヘッド。
【請求項１１】
請求項６〜９の何れかに記載の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置。
|
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を噴射する液体噴射ヘッドの製造方法及び液体噴射ヘッド並びに液体噴射装置に関し、特に、液体としてインクを吐出するインクジェット式記録ヘッドの製造方法及びインクジェット式記録ヘッド並びにインクジェット式記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、プリンタ、ファクシミリ、複写装置等に用いられる液体噴射ヘッドであるインクジェット式記録ヘッドとしては、インク滴を吐出させるためのメカニズムに応じて各種方式のものが知られている。例えば、ノズル開口に連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電素子の変位により変形させて圧力発生室内の容積を膨張又は収縮させることでノズル開口からインク滴を吐出させるものや、静電気力を利用して振動板を変形させて圧力発生室の容積を変化させることで、ノズル開口からインク滴を吐出させるようにしたものもある。
【０００３】
このようなインクジェット式記録ヘッドの製造方法としては、例えば、シリコン単結晶基板からなる流路形成基板の一方面側に振動板を介して圧電素子等の圧力発生手段を形成し、流路形成基板の他方面側から振動板に達するまで異方性エッチングすることにより圧力発生室等を形成する方法が用いられてきた。
【０００４】
また、このようなインクジェット式記録ヘッドでは、バーコードが記録されたバーコードラベル等を貼付し、このバーコードを読み取ることで記録ヘッドの固有情報を得ていた。
【０００５】
さらに、流路形成基板のノズルプレート側に接合されるスペーサにレーザ加工によりＱＲコードなどの２次元コードやバーコード等の情報記録部を形成し、スペーサ上に透明なノズルプレートを接合することで、情報記録部のインクによる汚れを防止して、情報記録部を外部から読み取り可能としたインクジェット記録ヘッドが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
しかしながら、特許文献１では、スペーサに２次元コード等の情報記録部を設けているため、記録ヘッドを製造した後のヘッド情報である液体噴射特性、故障履歴及び修理履歴等を記録することができず、情報記録部に記録できるヘッド情報が限定されてしまうという問題がある。
【０００７】
また、情報記録部に記録ヘッドの識別コードを記録し、この識別コードに関連付けて各種ヘッド情報をデータベース化することで、識別コードからヘッド情報を参照することができるが、このような構成では、データベースを一元管理しなくてはならず煩雑であると共に、情報記録部をスキャナで読み取っただけでは、ヘッド情報を参照することができないという問題がある。
【０００８】
さらに、特許文献１の情報記録部は、スペーサのインク供給路に相対向する領域に設けられているものの、インク供給路が開口する開口面積よりも小さい領域に形成する等の記載はなく、流路形成基板のスペーサを接合後、情報記録部がインク供給路の開口面積よりも大きな面積でレーザ加工により形成された場合、レーザ加工によりスペーサが凸形状に変形し、これにより流路形成基板にクラック等の破壊が生じてしまう虞がある。また、スペーサと流路形成基板とがレーザ加工により加熱されることによって、流路形成基板とノズルプレートとが線膨張係数の違いにより変形し、流路形成基板等の基板が破壊されてしまう虞があるという問題がある。
【０００９】
なお、このような問題は、インクを吐出するインクジェット式記録ヘッドの製造方法だけではなく、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドの製造方法においても同様に存在する。
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−３１９６４５号公報（第８頁、第２図及び第６図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑み、基板の破壊を防止すると共に、ヘッド情報を容易に且つ確実に参照することができ、限定されない種々のヘッド情報を記録することができる液体噴射ヘッドの製造方法及び液体噴射ヘッド並びに液体噴射装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室を具備する液体流路と、前記圧力発生室内の液体に圧力変化を生じさせる圧力発生手段とを流路形成基板に形成すると共に、前記流路形成基板の前記ノズル開口が設けられたノズルプレートが接合される一方面側に、前記液体流路とは不連続で独立した凹部を形成する工程と、前記流路形成基板の前記一方面側に前記ノズルプレートを接合する工程と、前記ノズルプレートの前記液体が噴射される液体噴射面側の前記凹部に相対向する領域の当該凹部の開口面積よりも狭い領域にヘッド情報が記録された記録部を形成する工程とを具備することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第１の態様では、ヘッド情報を容易に読み取ることができると共に、記録部が記録ヘッドの外周面側にあるため、記録部に記録するヘッド情報が限定されることがなく、所望のヘッド情報をヘッド製造後に記録部として記録することができる。また、凹部の開口面積よりも狭い領域に記録部を設けるようにしたため、ノズルプレートの流路形成基板との接合面側が記録部を形成する際に凸状に変形した際に、流路形成基板の破壊を防止することができる。さらに、流路形成基板を厚さ方向に貫通しない凹部を設けたため、記録部を形成する際に、流路形成基板とノズルプレートとの線膨張係数の違いにより変形した際に、凹部により剛性が低下した領域のクラック等の破壊を防止することができる。
【００１３】
本発明の第２の態様は、前記流路形成基板に前記液体流路と前記圧力発生手段とを形成する工程では、前記流路形成基板の他方面側に前記圧力発生手段として下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子を形成する工程と、前記流路形成基板の前記一方面側から異方性エッチングすることにより、前記圧力発生室を形成する工程とを具備することを特徴とする第１の態様の液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第２の態様では、圧電素子を高密度に配設することができると共に、圧力発生室を高精度に形成することができる。
【００１４】
本発明の第３の態様は、前記流路形成基板に前記凹部を形成する工程では、前記流路形成基板を前記一方面側から異方性エッチングすることにより、前記圧力発生室を具備する前記液体流路と前記凹部とを同時に形成することを特徴とする第２の態様の液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第３の態様では、製造工程を簡略化してコストを低減することができる。
【００１５】
本発明の第４の態様は、前記記録部がバーコード又は２次元コードであることを特徴とする第１〜３の何れかの態様の液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第４の態様では、記録部をスキャナ等で読み取ることで、ヘッド情報を容易に参照することができる。
【００１６】
本発明の第５の態様は、前記記録部には、前記ヘッド情報として、ロット番号、液体噴射特性、故障履歴及び修理履歴から選択される少なくとも１つを記録することを特徴とする第１〜４の何れかの態様の液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第５の態様では、記録部をスキャナで読み取るだけで、ヘッド情報が参照できるため、記録部に関連付けたデータベース等が不要となり、コストを低減することができる。
【００１７】
本発明の第６の態様は、液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室を有する液体流路が設けられると共に前記圧力発生室内の液体に圧力変化を生じさせる圧力発生手段が設けられた流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に接合されて前記ノズル開口が設けられたノズルプレートとを具備し、前記流路形成基板の前記ノズルプレートが接合される一方面側に、前記液体流路とは不連続で独立した凹部が設けられていると共に、前記ノズルプレートの前記液体が噴射される液体噴射面側の前記凹部に相対向する領域には、前記凹部の開口面積よりも狭い領域にヘッド情報が記録された記録部が設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第６の態様では、ヘッド情報を容易に読み取ることができると共に、記録部が記録ヘッドの外周面側にあるため、記録部に記録するヘッド情報が限定されることがなく、所望のヘッド情報をヘッド製造後に記録部として記録することができる。
【００１８】
本発明の第７の態様は、前記圧力発生手段が、前記流路形成基板の前記ノズルプレートとは反対側の他方面側に設けられた圧電素子からなることを特徴とする第６の態様の液体噴射ヘッドにある。
かかる第７の態様では、液滴噴射特性に優れた液体噴射ヘッドとすることができる。
【００１９】
本発明の第８の態様は、前記液体流路が、前記圧力発生室と、該圧力発生室の共通の液体室の一部を構成する連通部と、該連通部と前記圧力発生室とを連通する液体供給路とで構成されていることを特徴とする第６又は７の態様の液体噴射ヘッドにある。
かかる第８の態様では、液体を噴射時のクロストークを防止して、液体噴射特性を向上することができる。
【００２０】
本発明の第９の態様は、前記圧力発生室が前記流路形成基板を厚さ方向に貫通して設けられていることを特徴とする第６〜８の何れかの態様の液体噴射ヘッドにある。
かかる第９の態様では、圧力発生室の容積を確保することができ、液体噴射特性を向上することができる。
【００２１】
本発明の第１０の態様は、前記凹部の深さが、１０〜２０μｍであることを特徴とする第６〜９の何れかの態様の液体噴射ヘッドにある。
かかる第１０の態様では、流路形成基板の凹部による剛性の低下を防止して、流路形成基板等の基板にクラック等の破壊が発生するのを防止することができる。
【００２２】
本発明の第１１の態様は、第６〜９の何れかの態様の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。
かかる第１１の態様では、ヘッド情報を参照して適した駆動条件で記録ヘッドを駆動することができ、液体噴射特性に優れた液体噴射装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図であり、図２は、図１の平面図であり、図３は、図２のＡ−Ａ′断面図及びＢ−Ｂ′断面図である。図示するように、流路形成基板１０は、本実施形態では結晶面方位が（１１０）面のシリコン単結晶基板からなり、その一方の面には予め熱酸化によって二酸化シリコンからなる厚さ０．５〜２μｍの弾性膜５０が形成されている。
【００２４】
図１及び図３（ａ）に示すように、流路形成基板１０には、他方面側から異方性エッチングすることにより、複数の隔壁１１により区画された複数の圧力発生室１２がその幅方向（短手方向）に並設されている。
【００２５】
また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向一端部側には、インク供給路１４と連通路１５とが隔壁１１によって区画されている。また、連通路１５の一端には、後述する保護基板３０のリザーバ部３１と連通して、各圧力発生室１２の共通のインク室（液体室）となるリザーバ１００の一部を構成する連通部１３が形成されている。すなわち、本実施形態では、流路形成基板１０には、圧力発生室１２を有する液体流路として、圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５が設けられている。
【００２６】
インク供給路１４は、圧力発生室１２の長手方向一端部側に連通し且つ圧力発生室１２より小さい断面積を有する。例えば、本実施形態では、インク供給路１４は、リザーバ１００と各圧力発生室１２との間の圧力発生室１２側の流路を幅方向に絞ることで、圧力発生室１２の幅より小さい幅で形成されている。なお、このように、本実施形態では、流路の幅を片側から絞ることでインク供給路１４を形成したが、流路の幅を両側から絞ることでインク供給路を形成してもよい。また、流路の幅を絞るのではなく、厚さ方向から絞ることでインク供給路を形成してもよい。さらに、各連通路１５は、圧力発生室１２の幅方向両側の隔壁１１を連通部１３側に延設してインク供給路１４と連通部１３との間の空間を区画することで形成されている。すなわち、流路形成基板１０には、圧力発生室１２の幅方向の断面積より小さい断面積を有するインク供給路１４と、このインク供給路１４に連通すると共にインク供給路１４の幅方向の断面積よりも大きい断面積を有する連通路１５とが複数の隔壁１１により区画されて設けられている。
【００２７】
また、流路形成基板１０の開口面側には、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が穿設されたノズルプレート２０が、接着剤や熱溶着フィルム等によって固着されている。なお、ノズルプレート２０は、例えば、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等からなる。
【００２８】
さらに、図１及び図３（ｂ）に示すように、流路形成基板１０のノズルプレート２０が接合される面側には、圧力発生室１２を有する液体流路とは不連続で且つ独立した凹部１６が設けられている。
【００２９】
凹部１６は、本実施形態では、圧力発生室１２の長手方向外側で、且つ並設された複数の圧力発生室１２の並設方向の外側に設けられている。
【００３０】
本実施形態では、凹部１６として、矩形状に開口すると共に、側面を流路形成基板１０に開口する面に対して垂直な面で形成した。このような凹部１６は、例えば、流路形成基板１０を異方性エッチングすることで所望の深さで高精度に形成することができる。
【００３１】
本実施形態では、凹部１６を、一辺が約０．９ｍｍで矩形状に開口するように設けた。また、流路形成基板１０の厚さが７０μｍ程度の場合には、凹部１６の深さは、例えば、１０〜２０μｍとするのが好ましい。これは、詳しくは後述するが、ノズルプレート２０にレーザ加工によってヘッド情報が記録された記録部２２を形成した際に、流路形成基板１０及びノズルプレート２０が加熱され、ノズルプレート２０と流路形成基板１０との線膨張係数の違いにより変形し、この変形によって流路形成基板１０の凹部１６による剛性が低下した領域が破壊されるのを確実に防止するためである。すなわち、凹部１６を深く形成した場合、レーザ加工によりノズルプレート２０と流路形成基板１０とが加熱され、加熱による変形によって凹部１６の底面側の流路形成基板１０の剛性が低い領域に亀裂等の破壊が生じてしまう虞があるからである。
【００３２】
また、図２に示すように、ノズルプレート２０のインクが吐出されるインク滴吐出面側（液体噴射面側）には、凹部１６に相対向する領域の当該凹部１６の開口面積よりも狭い領域にヘッド情報が記録された記録部２２が形成されている。すなわち、凹部１６は、記録部２２の形成された面積よりも広い開口面積となるように設けられている。
【００３３】
このような記録部２２は、例えば、ノズルプレート２０のインク滴吐出面側の表面をレーザ加工等により削ることで形成することができる。このとき、レーザ加工は、ノズルプレート２０を厚さ方向に貫通することなく行われる。また、例えば、ノズルプレート２０のインク滴吐出面側に撥水膜が設けられている場合であっても、レーザ加工により記録部２２を形成することができる。
【００３４】
なお、記録部２２としては、例えば、ＱＲコード等の２次元コードや、バーコード等が挙げられる。また、記録部２２として、文字や記号等を設けるようにしてもよい。このような記録部２２に記録されるヘッド情報は、例えば、ロット番号、インク吐出特性（液体噴射特性）、故障履歴及び修理履歴などの少なくとも１つを含むものである。
【００３５】
また、このような記録部２２は、インクジェット式記録ヘッドの外側から、図示しないスキャナによって読み取り可能となっている。
【００３６】
このように、流路形成基板１０に液体流路とは不連続で独立した凹部１６を設け、ノズルプレート２０のインク滴吐出面側の凹部１６に相対向する領域の当該凹部１６の開口面積よりも狭い領域に記録部２２を設けることによって、ヘッド情報を記録部２２から容易に読み取ることができる。また、記録部２２がインクジェット式記録ヘッドの外周面にあるため、記録部２２に記録されるインクジェット式記録ヘッドのヘッド情報が限定されることがない。すなわち、記録部２２にインクジェット式記録ヘッドのインク吐出特性の測定や、故障履歴及び修理履歴等のヘッド情報を記録することができる。また、記録部２２がインクジェット式記録ヘッドの外周面にあるため、記録部２２を追加することもできる。
【００３７】
さらに、ノズルプレート２０にヘッド情報を記録部２２として直接記録することができるため、例えば、記録ヘッドのロット番号などの識別番号のみを記録部２２に記録する場合と異なり、識別番号に関連付けたデータベース等が不要となる。これにより、データベースの一元管理や工場やその他の場所などで、同一のデータベースが用いることができない状況であっても、ヘッド情報の参照を容易に行うことができる。
【００３８】
さらに、記録部２２を凹部１６の開口面積よりも狭い領域にレーザ加工で形成するようにすると共に、凹部１６を所定の深さとしたため、レーザ加工により加熱された際に、流路形成基板１０とノズルプレート２０との線膨張係数の違いによる変形時に凹部１６により剛性が低下した領域が破壊されるのを防止することができる。また、凹部１６は、圧力発生室１２などの流路とは連通していないため、万が一、流路形成基板１０とノズルプレート２０との線膨張係数の違いによる変形時に凹部１６内に異物片が発生しても、その異物が液体流路に流れ出すことがない。
【００３９】
一方、このような流路形成基板１０のノズルプレート２０とは反対側の面には、上述したように、厚さが例えば約１．０μｍの弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、厚さが例えば、約０．４μｍの絶縁体膜５５が形成されている。さらに、この絶縁体膜５５上には、厚さが例えば、約０．２μｍの下電極膜６０と、厚さが例えば、約１．０μｍの圧電体層７０と、厚さが例えば、約０．０５μｍの上電極膜８０とが、後述するプロセスで積層形成されて、圧電素子３００を構成している。ここで、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を各圧力発生室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。本実施形態では、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支障はない。何れの場合においても、各圧力発生室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アクチュエータ装置と称する。すなわち、本実施形態では、圧力発生室１２内のインクに圧力変化を生じさせる圧力発生手段として、圧電素子３００を有するアクチュエータ装置を設けるようにした。なお、上述した例では、弾性膜５０、絶縁体膜５５及び下電極膜６０が振動板として作用するが、弾性膜５０、絶縁体膜５５を設けずに、下電極膜６０のみを残して下電極膜６０を振動板としてもよい。
【００４０】
また、各圧電素子３００の上電極膜８０には、流路形成基板１０のインク供給路１４側に延設された金（Ａｕ）等のリード電極９０がそれぞれ接続されている。このリード電極９０を介して各圧電素子３００に選択的に電圧が印加される。
【００４１】
さらに、圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上には、連通部１３に対向する領域にリザーバ部３１が設けられた保護基板３０が接着剤３５を介して接合されている。このリザーバ部３１は、上述したように、流路形成基板１０の連通部１３と連通されて各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１００を構成している。
【００４２】
また、保護基板３０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有する圧電素子保持部３２が設けられている。なお、圧電素子保持部３２は、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有していればよく、当該空間は密封されていても、密封されていなくてもよい。
【００４３】
さらに、保護基板３０の圧電素子保持部３２とリザーバ部３１との間の領域には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられ、この貫通孔３３内に下電極膜６０の一部及びリード電極９０の先端部が露出されている。
【００４４】
また、保護基板３０上には、圧電素子３００を駆動するための駆動回路２００が実装されている。この駆動回路２００としては、例えば、回路基板や半導体集積回路（ＩＣ）等を用いることができる。そして、駆動回路２００とリード電極９０とはボンディングワイヤ等の導電性ワイヤからなる接続配線２１０を介して電気的に接続されている。
【００４５】
保護基板３０としては、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラス、セラミック材料等を用いることが好ましく、本実施形態では、流路形成基板１０と同一材料の面方位（１１０）のシリコン単結晶基板を用いて形成した。
【００４６】
また、保護基板３０上には、封止膜４１及び固定板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。ここで、封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料（例えば、厚さが６μｍのポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルム）からなり、この封止膜４１によってリザーバ部３１の一方面が封止されている。また、固定板４２は、金属等の硬質の材料（例えば、厚さが３０μｍのステンレス鋼（ＳＵＳ）等）で形成される。この固定板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となっているため、リザーバ１００の一方面は可撓性を有する封止膜４１のみで封止されている。
【００４７】
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、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、駆動回路２００からの記録信号に従い、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内の圧力が高まりノズル開口２１からインク滴が吐出する。
【００４８】
以下、このようなインクジェット式記録ヘッドの製造方法について、図４〜図８を参照して説明する。なお、図４〜図６は、液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す図２のＡ−Ａ′断面図であり、図７及び図８は、図２のＢ−Ｂ′断面図である。
【００４９】
まず、図４（ａ）に示すように、シリコン単結晶基板からなるシリコンウェハである流路形成基板用ウェハ１１０を約１１００℃の拡散炉で熱酸化し、その表面に弾性膜５０を構成する二酸化シリコン膜５１を形成する。なお、本実施形態では、流路形成基板用ウェハ１１０として、結晶面方位が（１１０）面の厚さが約６２５μｍと比較的厚く剛性の高いシリコンウェハを用いている。
【００５０】
次に、図４（ｂ）に示すように、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５１）上に、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５５を形成する。具体的には、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５１）上に、例えば、スパッタ法等によりジルコニウム（Ｚｒ）層を形成後、このジルコニウム層を、例えば、５００〜１２００℃の拡散炉で熱酸化することにより酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）からなる絶縁体膜５５を形成する。
【００５１】
次いで、図４（ｃ）に示すように、例えば、白金（Ｐｔ）とイリジウム（Ｉｒ）とを絶縁体膜５５上に積層することにより下電極膜６０を形成した後、この下電極膜６０を所定形状にパターニングする。次に、図５（ａ）に示すように、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなる圧電体層７０と、例えば、イリジウムからなる上電極膜８０とを流路形成基板用ウェハ１１０の全面に形成し、図５（ｂ）に示すように、これら圧電体層７０及び上電極膜８０を、各圧力発生室１２に対向する領域にパターニングして圧電素子３００を形成する。
【００５２】
なお、圧電素子３００を構成する圧電体層７０の材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電性圧電性材料や、これにニオブ、ニッケル、マグネシウム、ビスマス又はイットリウム等の金属を添加したリラクサ強誘電体等が用いられる。その組成は、圧電素子３００の特性、用途等を考慮して適宜選択すればよい。また、圧電体層７０の形成方法は、特に限定されないが、例えば、本実施形態では、金属有機物を触媒に溶解・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７０を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて圧電体層７０を形成した。なお、圧電体層７０を形成する方法としては、ゾル−ゲル法に限定されず、例えば、ＭＯＤ法やスパッタ法等を用いてもよい。
【００５３】
次に、図５（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の全面に亘って金（Ａｕ）からなるリード電極９０を形成後、各圧電素子３００毎にパターニングする。
【００５４】
次に、図５（ｄ）に示すように、保護基板用ウェハ１３０を、流路形成基板用ウェハ１１０上に接着剤３５を介して接着する。ここで、この保護基板用ウェハ１３０には、リザーバ部３１及び圧電素子保持部３２が予め形成されている。なお、この保護基板用ウェハ１３０は、例えば、４００μｍ程度の厚さを有するため、保護基板用ウェハ１３０を接合することによって流路形成基板用ウェハ１１０の剛性は著しく向上することになる。
【００５５】
次いで、図６（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０をある程度の厚さとなるまで研磨した後、さらにフッ硝酸によってウェットエッチングすることにより流路形成基板用ウェハ１１０を所定の厚みにする。例えば、本実施形態では、研磨及びウェットエッチングによって、流路形成基板用ウェハ１１０を、約７０μｍの厚さとなるように加工した。
【００５６】
次に、図６（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０上に、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）からなるマスク膜５２を新たに形成し、所定形状にパターニングする。詳しくは、マスク膜５２をパターニングすることにより、圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５が形成される領域に開口する第１の開口部５２ａを形成する。
【００５７】
次に、図６（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０をマスク膜５２を介して水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチング（ウェットエッチング）することにより、圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５の深さ方向（流路形成基板用ウェハ１１０の厚さ方向）の一部を形成する。すなわち、本実施形態では、流路形成基板用ウェハ１１０をマスク膜５２を介してハーフエッチングすることにより、流路形成基板用ウェハ１１０の第１の開口部５２ａにより露出された領域を徐々に除去し、圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５の深さ方向の開口側を形成する。なお、ハーフエッチングでは、エッチング時間を調整することにより行うことができる。
【００５８】
次に、図７（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０のマスク膜５２の凹部１６が形成される領域に第２の開口部５２ｂを形成する。本実施形態では、第２の開口部５２ｂは、例えば、レーザ加工により形成することができる。
【００５９】
次に、図７（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０をマスク膜５２を介して異方性エッチングすることにより、圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５を形成すると共に、凹部１６を形成する。すなわち、流路形成基板用ウェハ１１０をアルカリ溶液に浸漬すると、第１の開口部５２ａによって露出された領域は、弾性膜５０に達するまで異方性エッチングされて、流路形成基板用ウェハ１１０の厚さ方向に貫通した圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５が形成される。また、同時に、流路形成基板用ウェハ１１０の第２の開口部５２ｂによって露出された領域も除去されて所定の深さの凹部１６が形成される。すなわち、この異方性エッチングでは、第１の開口部５２ａにより露出された領域が弾性膜５０に達するまでの時間しか行われないため、第２の開口部５２ｂに対向する領域は、弾性膜５０に達する前に異方性エッチングが終了される。このため、凹部１６は、弾性膜５０に達することなく、凹形状で所定の深さで形成することができる。
【００６０】
なお、このように、圧力発生室１２等の液体流路の弾性膜５０側の形成と、凹部１６の形成とを異方性エッチングにより同時に行う場合には、上述した図６（ｃ）に示す工程で、流路形成基板用ウェハ１１０の液体流路の底面側の残りの厚さが、凹部１６が形成される深さと同等か、もしくは、凹部１６の深さよりも薄くなるように形成する必要がある。これにより、図７（ｂ）に示す工程で、圧力発生室１２等の液体流路の弾性膜５０側の形成と同時に所望の深さで凹部１６を形成することができる。このように、凹部１６と圧力発生室１２等を有する液体流路とを同時に形成することで、製造工程を簡略化してコストを低減することができる。
【００６１】
その後は、図８（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の圧力発生室１２が開口する面側のマスク膜５２を除去し、流路形成基板用ウェハ１１０及び保護基板用ウェハ１３０の外周縁部の不要部分を、例えば、ダイシング等により切断することによって除去する。そして、流路形成基板用ウェハ１１０の保護基板用ウェハ１３０とは反対側の面にノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０を接合すると共に、保護基板用ウェハ１３０にコンプライアンス基板４０を接合し、これら流路形成基板用ウェハ１１０等を、図１に示すような一つのチップサイズの流路形成基板１０等に分割することによって上述した構造のインクジェット式記録ヘッドが製造される。
【００６２】
そして、このようにインクジェット式記録ヘッドが製造された後は、図８（ｂ）に示すように、ノズルプレート２０のインク滴吐出面側の凹部１６に相対向する領域の凹部１６の開口よりも狭い領域にヘッド情報が記録された記録部２２をレーザ光を出力するレーザ加工装置４００を用いたレーザ加工により形成する。すなわち、ノズルプレート２０のインク滴吐出面側をレーザ加工により削ることで、ＱＲコード等の二次元コードやバーコード等のヘッド情報が記録された記録部２２を形成する。
【００６３】
この記録部２２を形成するタイミングは、インクジェット式記録ヘッドを製造した後であれば、特に限定されず、例えば、インクジェット式記録ヘッドのインク吐出特性を測定した後、このインク吐出特性からなるヘッド情報を記録部２２として形成するようにしてもよい。また、インクジェット式記録ヘッドを使用した後で故障した場合などに、故障情報からなるヘッド情報を記録部２２として形成するようにしてもよい。さらに、故障を修理した場合などに修理情報からなるヘッド情報を記録部２２として形成するようにしてもよい。
【００６４】
さらに、記録部２２に記録するヘッド情報としては、例えば、流路形成基板用ウェハ１１０のロット番号や、ウェハ内での位置情報などが挙げられる。すなわち、記録部２２のヘッド情報を読み取ることで、インクジェット式記録ヘッドが同一ウェハから製造されたものかを識別することができると共に、ウェハ内の位置によるインク吐出特性のばらつきなども記録部２２から判別することができる。
【００６５】
なお、上述したマスク膜５２に第２の開口部５２ｂを形成する際に、この記録部２２を形成する際に使用するレーザ加工装置４００を用いることで、製造コストを低減することができる。
【００６６】
このように、流路形成基板用ウェハ１１０（流路形成基板１０）に凹部１６を形成した後、ノズルプレート２０のインク滴吐出面側に凹部１６の開口面積よりも狭い領域に記録部２２をレーザ加工により形成することで、ノズルプレート２０の流路形成基板１０との接合面側が、レーザ加工により凸形状に突出したとしても、凹部１６によって、突出した領域が流路形成基板１０に直接当接することがなく、流路形成基板１０のクラック等の破壊を防止することができる。
【００６７】
また、凹部１６を所定の深さとすることで、記録部２２を形成する際のレーザ加工による加熱によって、流路形成基板１０とノズルプレート２０との線膨張係数の違いにより両者が変形したとしても、凹部１６によって剛性が低下した領域の流路形成基板１０の破壊を防止することができる。
【００６８】
（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態１について説明したが、本発明の基本的構成は、上述したものに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態１では、流路形成基板１０に１つの凹部１６を設け、ノズルプレート２０に１つの記録部２２を設けるようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、１つの凹部１６に対して複数の記録部２２を設けるようにしてもよい。また、複数の凹部を設け、各凹部に対して１つ以上の記録部を設けるようにしてもよい。さらに、予め複数の凹部を設けておき、インク吐出特性の測定後、故障後、修理後などにノズルプレート２０に適宜ヘッド情報が記録された記録部を設けるようにしてもよい。
【００６９】
また、本発明の実施形態１では、狭い領域に精度の高い加工ができることから、記録部２２の加工にレーザを用いて説明したが、記録部２２の形成方法は、レーザ加工に限定されず、記録部２２を形成する際の加工による加熱によって、流路形成基板１０とノズルプレート２０との線膨張係数の違いにより両者が変形してしまう加熱加工であれば本発明を適用することができる。
【００７０】
さらに、上述した実施形態１では、凹部１６として、矩形状に開口する凹形状のものを例示したが、凹部１６の形状は特にこれに限定されるものではなく、例えば、菱形状、円形状、楕円形状等に開口するものであってもよく、また、開口面積と底面積とが異なるように側面を傾斜させるようにしてもよい。
【００７１】
また、上述した実施形態１では、流路形成基板１０として、結晶面方位が（１１０）面のシリコン単結晶基板を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、結晶面方位が（１００）面のシリコン単結晶基板を用いるようにしてもよく、また、ＳＯＩ基板、ガラス等の材料を用いるようにしてもよい。何れの材料の流路形成基板１０を用いた場合であっても、凹部１６は、流路形成基板１０を異方性エッチングすることにより所望の深さで高精度に形成することができる。勿論、凹部１６は、ドライエッチング等により形成するようにしてもよい。
【００７２】
また、実施形態１のインクジェット式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図９は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。
【００７３】
図９に示すように、インクジェット式記録ヘッドを有する記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａ及び２Ｂが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。
【００７４】
そして、駆動モータ６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ローラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８に巻き掛けられて搬送されるようになっている。
【００７５】
上述した実施形態においては、圧力発生素子とし圧電素子を用いて説明したが、振動板と電極を所定の隙間を開けて配置し、静電気力で振動板の振動を制御する、いわゆる静電アクチュエータを圧力発生素子として用いても良い。また、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の製造方法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】
【００７６】
【図１】実施形態１に係る記録ヘッドの分解斜視図である。
【図２】実施形態１に係る記録ヘッドの平面図である。
【図３】実施形態１に係る記録ヘッドの断面図である。
【図４】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図５】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図６】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図７】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図８】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図９】一実施形態に係るインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００７７】
１０ 流路形成基板、 １２ 圧力発生室、 １３ 連通部、 １４ インク供給路、 １５ 連通部、 １６ 凹部、 ２０ ノズルプレート、 ２１ ノズル開口、 ２２ 記録部、 ３０ 保護基板、 ３１ リザーバ部、 ３２ 圧電素子保持部、 ４０ コンプライアンス基板、 ５０ 弾性膜、 ５５ 絶縁体膜、 ６０ 下電極膜、 ７０ 圧電体層、 ８０ 上電極膜、 ９０ リード電極、 １００ リザーバ、 １１０ 流路形成基板用ウェハ、 ２００ 駆動回路、 ２１０ 駆動配線、 １３０ 保護基板用ウェハ、 ３００ 圧電素子、４００ レーザ加工装置
|
| 【出願人】 |
【識別番号】０００００２３６９
【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社
|
| 【出願日】 |
平成１８年７月１３日（２００６．７．１３） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１００１０１２３６
【弁理士】
【氏名又は名称】栗原 浩之
【識別番号】１００１２８５３２
【弁理士】
【氏名又は名称】村中 克年
|
| 【公開番号】 |
特開２００８−１８６４２（Ｐ２００８−１８６４２Ａ） |
| 【公開日】 |
平成２０年１月３１日（２００８．１．３１） |
| 【出願番号】 |
特願２００６−１９３３５０（Ｐ２００６−１９３３５０） |
|