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TWI595689B - 壓電裝置、液體噴射頭、及壓電裝置之製造方法 - Google Patents

壓電裝置、液體噴射頭、及壓電裝置之製造方法 Download PDF

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TWI595689B
TWI595689B TW105120612A TW105120612A TWI595689B TW I595689 B TWI595689 B TW I595689B TW 105120612 A TW105120612 A TW 105120612A TW 105120612 A TW105120612 A TW 105120612A TW I595689 B TWI595689 B TW I595689B
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pressure chamber
piezoelectric element
region
piezoelectric
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TW105120612A
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高部本規
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精工愛普生股份有限公司
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Description

壓電裝置、液體噴射頭、及壓電裝置之製造方法
本發明係關於一種具備形成有空室之第1基板、及積層於區劃空室之振動板上之壓電元件之壓電裝置、液體噴射頭、及壓電裝置之製造方法者。
壓電裝置係具備壓電元件，且應用於各種液體噴射裝置或振動感測器等。例如，於液體噴射裝置中，利用壓電裝置自液體噴射頭噴射(噴出)各種液體。作為該液體噴射裝置，有噴墨式印表機或噴墨式繪圖機等圖像記錄裝置，但最近活用可使極少量之液體準確地噴附至特定位置之特點而亦應用於各種製造裝置。例如，應用於製造液晶顯示器等之彩色濾光片之顯示器製造裝置、形成有機EL(Electro Luminescence：電致發光)顯示器或FED(面發光顯示器)等之電極之電極形成裝置、製造生物晶片(生物化學元件)之晶片製造裝置。且，於圖像記錄裝置用之記錄頭中噴射液狀之墨水，於顯示器製造裝置用之色材噴射頭中噴射R(Red：紅)、G(Green：綠)、B(Blue：藍)之各色材之溶液。又，於電極形成裝置用之電極材料噴射頭中噴射液狀之電極材料，於晶片製造裝置用之生物體有機物噴射頭中噴射生物體有機物之溶液。
利用上述壓電裝置之液體噴射頭具備複數個噴嘴、與其對應之壓力室及壓電元件。壓力室係藉由蝕刻壓力室形成基板(致動器基板)而形成，其一部分係藉由具有可撓性之振動板而區劃。於該振動板 上，形成有下電極層、包含鋯鈦酸鉛(PZT)等之壓電材料之壓電體層、及上電極層等積層而成之壓電元件。又，於與壓力室形成基板相反之側接合有連通基板，經由形成於該連通基板之噴嘴連通路而連通有壓力室與噴嘴。且，如此般構成之液體噴射頭係藉由電壓之施加而使與各噴嘴對應之壓電元件變形，於對應之壓力室內之液體產生壓力變動而自各噴嘴噴射液體(例如，參照專利文獻1)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2015-089614號公報
然而，伴隨液體噴射頭之小型化，壓力室形成基板之板厚有變薄之傾向。因此，壓力室形成基板因剛性變低而容易變形。尤其，壓力室形成基板中區劃相鄰之壓力室之隔板因近年之伴隨噴嘴之高密度化之壓力室之窄間距化而有壓力室之排列設置方向之尺寸變小之傾向。因此，區劃壓力室之隔板之剛性有進一步變低之傾向。其結果，有壓力室形成基板易變形，且壓力室形成基板與接合於其之連通基板背離之虞。例如，如圖12所例示之記錄頭100，複數層積層而成之壓電元件90有因構成該壓電元件90之層(膜)所產生之拉伸力等，而於初始狀態(未施加電壓之狀態)下朝與壓力室91相反之側彎曲之虞。若該彎曲經由振動板92傳遞至區劃壓力室91之周圍之壓力室形成基板93之一部分，則尤其壓力室91之周邊部之壓力室形成基板93(即，區劃壓力室91之隔板部)以朝壓電元件90側翹曲之方式變形。其結果，有接合壓力室形成基板93與連通基板94之接著劑等剝落，壓力室形成基板93之一部分自連通基板94剝離之虞。此種問題亦同樣存在於具備有於空室上積層壓電元件之第1基板及與其接合之第2基板之壓電裝置中。
本發明係鑑於此種情況而完成者，其目的在於提供一種可抑制形成空室之第1基板與積層於第1基板之第2基板之剝離之壓電裝置、液體噴射頭、及壓電裝置之製造方法。
本發明之壓電裝置係為了達成上述目的而提出者，其特徵在於具備：第1基板，其形成有空室；振動板，其區劃上述空室之一側之面；壓電元件，其係於上述振動板之與上述空室相反之側，自振動板側起依序積層第1電極層、壓電體層、及第2電極層而成；及第2基板，其積層於上述第1基板之與振動板側相反之側；且上述第1基板之上述空室之開口周緣區域之至少一部分較該開口周緣區域更外側之區域之板厚更厚。
根據該構成，即便壓電元件朝與振動板相反之側變形，亦可抑制第1基板與第2基板之剝離。其結果，可提高壓電裝置之可靠性。
又，於上述構成中，較理想為上述開口周緣區域之整周較該開口周緣區域更外側之區域之板厚更厚。
根據該構成，可進一步抑制第1基板與第2基板之剝離。其結果，可進一步提高壓電裝置之可靠性。
再者，本發明之壓電裝置之特徵在於具備：第1基板，其形成有空室；振動板，其區劃上述空室之一側之面；壓電元件，其係於上述振動板之與上述空室相反之側，自振動板側起依序積層第1電極層、壓電體層、及第2電極層而成；及第2基板，其積層於上述第1基板之與振動板側相反之側；且上述第1基板之至少一部分朝上述空室板厚逐漸變厚。
根據該構成，可抑制第1基板與第2基板之剝離。其結果，可提高壓電裝置之可靠性。
且，本發明之液體噴射頭之特徵在於具備：上述各構成之壓電裝置；及噴嘴，其連通於上述空室。
又，本發明之壓電裝置之製造方法係為了達成上述目的而提出者，該壓電裝置具備：第1基板，其形成有空室；振動板，其區劃上述空室之一側之面；壓電元件，其係於上述振動板之與上述空室相反之側，自振動板側起依序積層第1電極層、壓電體層、及第2電極層而成；及第2基板，其積層於上述第1基板之與振動板側相反之側；且壓電裝置之製造方法之特徵在於包含：壓電元件形成步驟，其於成為上述第1基板及上述振動板之基板原片之成為上述振動板之側之面，形成上述壓電元件；研磨步驟，其以將上述基板原片之自上述壓電元件遠離之區域自壓電元件側於板厚方向按壓之狀態，自與壓電元件側相反之側研磨上述基板原片，使未被按壓之區域之上述基板原片之板厚較被按壓之區域之上述基板原片之板厚更厚；空室形成步驟，其於被研磨之上述基板原片之板厚較厚之區域、即與上述壓電元件對應之區域形成上述空室，且將上述基板原片設為上述第1基板及上述振動板；及基板接合步驟，其於上述第1基板之與壓電元件側相反之側接合上述第2基板。
又，於上述方法之上述研磨步驟中，較理想為上述基板原片之未被按壓之區域較被按壓之區域更朝與壓電元件側相反之側隆起。
根據該等方法，可抑制第1基板與第2基板之剝離，且可製作可靠性較高之壓電裝置。
1‧‧‧印表機
2‧‧‧記錄媒體
3‧‧‧記錄頭
4‧‧‧托架
5‧‧‧托架移動機構
6‧‧‧搬送機構
7‧‧‧墨水匣
8‧‧‧正時皮帶
9‧‧‧脈衝馬達
10‧‧‧導桿
17‧‧‧壓力產生單元
18‧‧‧流道單元
19‧‧‧頭殼
20‧‧‧液體導入路
21‧‧‧噴嘴板
22‧‧‧噴嘴
23‧‧‧相容性基板
24‧‧‧連通基板
25‧‧‧共通液室
27‧‧‧收納空部
28‧‧‧供給口
29‧‧‧壓力室形成基板
29'‧‧‧壓力室形成基板
30‧‧‧壓力室
30'‧‧‧壓力室
31‧‧‧振動板
32‧‧‧壓電元件
33‧‧‧密封板
33a‧‧‧頂板部
33b‧‧‧側壁部
35‧‧‧噴嘴連通路
36‧‧‧下電極層
37‧‧‧壓電體層
38‧‧‧上電極層
39‧‧‧金屬層
40‧‧‧引線電極
41‧‧‧壓電元件收納空部
43‧‧‧基板原片
43'‧‧‧基板原片
44‧‧‧按壓用基板
44a‧‧‧空部
44b‧‧‧按壓部
90‧‧‧壓電元件
91‧‧‧壓力室
92‧‧‧振動板
93‧‧‧壓力室形成基板
94‧‧‧連通基板
100‧‧‧記錄頭
Ae‧‧‧開口周緣區域
ta‧‧‧距離
ta'‧‧‧板厚
tb‧‧‧板厚
圖1係說明印表機之構成之立體圖。
圖2係將說明記錄頭之構成之要部加以放大之剖視圖。
圖3係自振動板側觀察壓力室形成基板之俯視圖。
圖4係圖3之A-A剖視圖。
圖5係圖3之B-B剖視圖。
圖6(a)、(b)係說明記錄頭之製造步驟之概略圖。
圖7(a)、(b)係說明記錄頭之製造步驟之概略圖。
圖8(a)~(c)係說明記錄頭之製造步驟之概略圖。
圖9係自振動板側觀察第2實施形態之記錄頭之壓力室形成基板之俯視圖。
圖10(a)、(b)係說明第2實施形態之記錄頭之製造步驟之概略圖。
圖11(a)~(c)係說明第2實施形態之記錄頭之製造步驟之概略圖。
圖12係放大了說明先前之記錄頭之構成之要部之剖視圖。
以下，參照附加圖式，說明用以實施本發明之形態。另，於以下所述之實施形態中，雖作為本發明較佳之具體例而加以多種限定，但本發明之範圍係只要於以下之說明中不存在特別限定本發明之意旨之記載，則並非限於該等態樣。又，於以下，列舉搭載有具備本發明之壓電裝置之液體噴射頭之一種即噴墨式記錄頭(以下為記錄頭)之液體噴射裝置之一種即噴墨式印表機(以下為印表機)為例進行說明。
關於印表機1之構成，參照圖1進行說明。印表機1係對記錄紙等記錄媒體2(噴附對象之一種)之表面噴射墨水(液體之一種)而進行圖像等之記錄之裝置。該印表機1具備記錄頭3、安裝有該記錄頭3之托架 4、使托架4於主掃描方向移動之托架移動機構5、於副掃描方向移送記錄媒體2之搬送機構6等。此處，上述墨水儲存於作為液體供給源之墨水匣7。該墨水匣7係相對於托架4、即記錄頭3可裝卸地安裝。另，亦可採用墨水匣配置於印表機之本體側，自該墨水匣通過墨水供給管供給至記錄頭之構成。
上述托架移動機構5具備正時皮帶8。且，該正時皮帶8係由DC馬達等脈衝馬達9驅動。因此，若脈衝馬達9作動，則托架4受架設於印表機1之導桿10引導，於主掃描方向(記錄媒體2之寬度方向)往復移動。托架4之主掃描方向之位置係由位置資訊檢測機構之一種即線性編碼器(未圖示)檢測。線性編碼器係將其檢測信號、即編碼器脈衝(位置資訊之一種)發送至印表機1之控制部。
圖2係說明上述記錄頭3之主要部分之構成之剖視圖。圖3係自振動板31側(密封板33側)俯視構成記錄頭3之壓力室形成基板29之概略圖。另，於圖3中透過密封板33而表示。又，圖4係圖3之A-A剖面之放大圖，圖5係圖3之B-B剖面之放大圖。本實施形態之記錄頭3係如圖2所示，具備壓力產生單元17及流道單元18，且以積層有該等構件之狀態安裝於頭殼19而構成。流道單元18具有噴嘴板21、相容性基板23、及連通基板24(相當於本發明之第2基板)。又，壓力產生單元17係將形成有壓力室30之壓力室形成基板29(相當於本發明之第1基板)、振動板31、壓電元件32、及密封板33積層並單元化。另，各單元間係藉由接著劑而接合。
頭殼19係例如由合成樹脂製作之箱體狀之構件，接合有壓力產生單元17之連通基板24固定於底面側。於該頭殼19之下表面側，形成有自該下表面至頭殼19之高度方向之中途以長方體狀凹陷之收納空部27。若流道單元18以定位於頭殼19之下表面之狀態接合，則積層於連通基板24上之壓力產生單元17被收納於收納空部27。又，於頭殼19形 成有液體導入路20。液體導入路20係供導入來自墨水匣7側之墨水之空部。流入至該液體導入路20之墨水被導入至連通基板24之共通液室25(後述)。
接合於頭殼19之下表面側之連通基板24係例如由單晶矽基板(以下亦簡稱為矽基板)製作之板材。於該連通基板24，成為噴嘴連通路35及共通液室25之空部係藉由各向異性蝕刻等形成。噴嘴連通路35係連通後述之噴嘴22與壓力室30之流道，形成於每個噴嘴22。各噴嘴連通路35與各自對應之壓力室30之長邊方向之一端部連通。又，共通液室25係沿噴嘴列方向(換言之，為壓力室30之排列設置方向)延伸，且對各壓力室30導入共通之墨水之空部。該共通液室25與液體導入路20連通，導入來自液體導入路20之墨水。共通液室25與各壓力室30係經由個別地設置於每個壓力室30之供給口28而連通。各供給口28與各自對應之壓力室30之長邊方向之另一端部連通。因此，共通液室25內之墨水係通過供給口28而被分配、供給至各壓力室30。
於連通基板24之下表面(與頭殼19相反側之面)，接合有噴嘴板21及相容性基板23。噴嘴板21係開設有複數個噴嘴22之板材，例如由矽基板製作。噴嘴22係沿副掃描方向形成為列狀而構成噴嘴列。該噴嘴列係自一端側之噴嘴22至另一端側之噴嘴22為止以與點形成密度對應之間距排列設置。尤其，於本實施形態中，以可形成高畫質圖像之方式，形成為窄間距(例如，42.4μm間距(即600dpi))。該噴嘴板21係以各噴嘴22與連通基板24之噴嘴連通路35分別連通之狀態接合於連通基板24之下表面之中央部分。相容性基板23係於連通基板24之下表面，以封塞共通液室25之開口之狀態接合之具有可撓性之構件。該相容性基板23發揮吸收共通液室25內之墨水之壓力變化之功能。
連接(積層)於連通基板24之上表面(與噴嘴板21相反側之面)之壓力室形成基板29例如由矽基板製作。尤其，於本實施形態中，藉由如 後述般研磨矽基板，而將壓力室形成基板29之板厚形成為例如約40~50μm。於該壓力室形成基板29，於板厚方向貫通該壓力室形成基板29之壓力室30(相當於本發明之空室)以與噴嘴22之間距相同之間距形成有複數個。於本實施形態中，如圖3所示，於俯視(自壓力室形成基板29之表面觀察之狀態、或自構成構件之積層方向觀察之狀態)下，形成為於正交於噴嘴列方向之方向上長條之大致平行四邊形狀。又，如圖2及圖4所示，於壓力室30之長邊方向，區劃該壓力室30之內壁係以自上表面側朝下表面側向外側擴展之方式，相對於壓力室形成基板29之表面傾斜。且，區劃壓力室形成基板29之各壓力室30之隔板與其他部分相比形成為較厚。關於該點，詳情將予以後述。
振動板31係積層於壓力室形成基板29之上表面，且區劃壓力室30之一側之面(上表面)之可撓膜。該振動板31例如包含含有二氧化矽(SiO2)之彈性膜、及形成於該彈性膜上之含有氧化鋯(ZrOx)之絕緣體膜。該振動板31之區劃壓力室30之部分、即封塞成為壓力室30之空間之上部開口之部分係容許伴隨壓電元件32之彎曲變形而於自噴嘴22遠離之方向或接近之方向彎曲變形之區域。另，於本實施形態中，振動板31與壓力室形成基板29以不同之構件單獨形成，但並未限於此，亦可使振動板與壓力室形成基板一體地形成。例如，亦可自相當於壓力室形成基板之基板之下表面側，以於上表面側殘留板厚較薄之薄壁部之狀態蝕刻至該基板之厚度方向之中途為止而形成壓力室。該情形時，殘留之薄壁部相當於振動板。
於振動板31之與壓力室30對應之部分之與壓力室30相反之側，形成有壓電元件32。本實施形態之壓電元件32係所謂之彎曲模式之壓電元件。該壓電元件32係如圖2所示，自振動板31側起依序藉由成膜技術而積層有金屬製之下電極層36(相當於本發明之第1電極)、包含鋯鈦酸鉛(PZT)等之壓電體層37及金屬製之上電極層38(相當於本發明 之第2電極)。即，壓電元件32係藉由對下電極層36及上電極層38之電壓之施加而於壓電體層37產生壓電應變之部分。本實施形態之壓電元件32係如圖3所示，長邊方向之兩端部超過壓力室30之長邊方向之端而延設至較該壓力室30遠離至更外側之位置為止。另一方面，短邊方向之兩端部較壓力室30之短邊方向之端形成於更內側。
於本實施形態中，將下電極層36及壓電體層37於每個壓力室30圖案化，將上電極層38跨越複數個壓力室30而圖案化。即，下電極層36成為於每個壓力室30個別之個別電極。上電極層38成為於複數個壓電元件32共通之共通電極。又，於本實施形態中，如圖2所示，於上電極層38上介隔包含鈦(Ti)或鎳(Ni)之密接層(未圖示)而積層有包含金(Au)等之金屬層39。該金屬層39係壓電元件32之長邊方向之兩端部，跨越壓力室30之長邊方向之內側與外側之邊界而積層。藉由該金屬層39，抑制壓力室30之內側與外側之邊界中之壓電元件32之變形(變位)，且抑制應力集中引起之壓電元件32之破損。且，於壓電元件32之一側(記錄頭3之中央部側)之端部，連接有引線電極40。該引線電極40延設至密封板33之外側為止，與未圖示之可撓性電纜連接。另，亦可採用將下電極層36設為於複數個壓電元件32共通之共通電極，將上電極層38設為於每個壓電元件32個別之個別電極之構成。
於形成有壓電元件32之壓力室形成基板29之上表面配置有密封板33。該密封板33例如由玻璃、陶瓷材料、單晶矽基板、金屬、合成樹脂等製作。於該密封板33之內部，於與各壓電元件32對向之區域形成有不阻礙該壓電元件32之驅動之程度大小之壓電元件收納空部41。即，密封板33之壓電元件收納空部41係藉由與壓電元件32對向之頂板部33a、與自該頂板部33a之外周延伸至壓電元件32側之側壁部33b而區劃。該側壁部33b以可全部收納排列設置於壓電元件收納空部41內之壓電元件32之方式，沿壓電元件32之排列設置方向(噴嘴列方向)， 延設至該壓電元件32之列之外側為止。且，以於壓電元件收納空部41內收納有壓電元件32之列之狀態，將側壁部33b之下端面接合於壓力室形成基板29之上表面。
於如此般構成之記錄頭3中，將來自墨水匣7之墨水經由液體導入路20、共通液室25及供給口28而導入至壓力室30。以該狀態，將來自控制部之驅動信號經由可撓性電纜及引線電極40等供給至壓電元件32，驅動壓電元件32。藉此，壓力室30之容積變動，於壓力室30內產生壓力變動。藉由利用該壓力變動，而經由噴嘴連通路35自噴嘴22噴射墨水滴。另，於本實施形態中，於構成記錄頭3之各層中，連通基板24、壓力室形成基板29、振動板31、及壓電元件32之組合相當於本發明之壓電裝置。
其次，對本實施形態之壓力室形成基板29進行詳細說明。如圖4及圖5所示，壓力室形成基板29之各壓力室30之開口周緣區域Ae(圖3之標註陰影線之區域、各壓力室30之開口周緣之整周)較該開口周緣區域Ae更外側之區域之板厚形成為更厚。尤其，於本實施形態中，以朝壓力室30板厚逐漸變厚之方式構成。若更詳細說明，則如圖4及圖5所示，因構成壓電元件32之層(例如金屬層39等)所產生之拉伸力，壓電元件32於初始狀態(未對上電極層38及下電極層36施加電壓之狀態)下朝與壓力室30相反之側彎曲，因而壓力室30之大致中央部之頂板面(封塞壓力室30之上部開口之振動板31)朝上方(密封板33側)隆起。即，壓力室30之大致中央部之振動板31之下表面與連通基板24之上表面之距離(即，壓力室30之大致中央部之高度)ta與壓力室形成基板29之較開口周緣區域Ae更外側之區域之板厚tb(例如，密封板33之側壁部33b所配置之位置的板厚)相比更大(厚)。
又，壓力室30之開口緣之壓力室形成基板29之上表面朝上方隆起。即，壓力室30之開口緣之壓力室形成基板29之板厚(換言之，為 區劃壓力室30之側壁之高度、或壓力室30之端之高度)ta'較開口周緣區域Ae更外側之區域之板厚tb厚3μm左右。於本實施形態中，壓力室30之開口緣之壓力室形成基板29之板厚ta'係與壓力室30之大致中央部之振動板31之下表面與連通基板24之上表面之距離ta大致相同，或稍小(低)而形成。另，如圖4所示，壓力室30之長邊方向之側壁以自上表面側向下表面側朝外側擴展之方式傾斜，所謂此處所言之壓力室30之開口緣之壓力室形成基板29之板厚ta'係自上表面側之開口緣(內側之開口緣)垂直向下直至與自壓力室形成基板29之下表面延長之假想面正交之位置為止之距離。即，於此處所言之壓力室形成基板29之板厚，亦包含壓力室形成基板29被切削而於一部分包含有空間之部分。
且，壓力室30之開口緣之壓力室形成基板29之上表面係朝外側(壓力室形成基板29之外周側)向下傾斜。即，壓力室形成基板29之板厚係自板厚最厚之壓力室30之開口緣朝外側逐漸變薄。該壓力室形成基板29之板厚較其他區域更厚之區域，相當於開口周緣區域Ae。另，本實施形態之壓力室30之開口周緣區域Ae以外之區域係直至壓力室形成基板29之端部(外周)為止皆設定成大致相同之板厚tb。又，於本實施形態中，壓力室30之長邊方向之開口緣與壓力室30之短邊方向之開口緣成為相同之板厚tb，但亦可成為不同之板厚。
如此，因將壓力室30之開口周緣區域Ae之壓力室形成基板29之板厚設為較該開口周緣區域Ae更外側之區域之壓力室形成基板29之板厚更厚，故即便初始狀態之壓電元件32朝與振動板31相反之側變形，亦抑制開口周緣區域Ae追隨於壓電元件32之變形而變形。因此，於開口周緣區域Ae中，可抑制接合壓力室形成基板29與連通基板24之接著劑剝落致使兩基板剝離。藉此，可抑制自壓力室形成基板29與連通基板24剝離之部分浸入墨水、壓力室形成基板29與連通基板24之接著力降低之不佳狀況。又，可抑制剝離之接著劑變為異物而成 為噴嘴22堵塞或墨水滴偏飛之原因。其結果，可提高壓電裝置之可靠性。又，即便重複驅動壓電元件32，亦可抑制壓力室形成基板29與連通基板24剝離。再者，因壓力室形成基板29之板厚係以朝壓力室30逐漸變厚之方式構成，故可抑制於壓力室形成基板29形成階差所致之振動板31或連通基板24之接合不良。
其次，對上述之記錄頭3中相當於壓電裝置之部分、即積層有連通基板24、壓力室形成基板29、振動板31、及壓電元件32等之部分之製造方法進行說明。首先，於成為壓力室形成基板29之基板(例如矽基板)上，形成於成為振動板31之層(例如於二氧化矽(SiO2)上積層有氧化鋯(ZrOx)之膜)，且形成成為壓力室形成基板29及振動板31之基板原片43。若形成基板原片43，則移至壓電元件形成步驟。於壓電元件形成步驟中，如圖6(a)所示，於基板原片43之成為振動板31之側之面形成壓電元件32。具體而言，於基板原片43之成為振動板31之側之面製作成為下電極層36之金屬膜，藉由光微影步驟及蝕刻步驟，將下電極層36圖案化。同樣地，藉由依序形成壓電體層37、上電極層38、及金屬層39，而於基板原片43上製作壓電元件32(參照圖6(a))。另，於壓電元件32，因構成該壓電元件32之層所產生之拉伸力，使得欲朝與基板原片43相反之側彎曲之力起作用，但因基板原片43之剛性較高，故未變形。
若於基板原片43上形成壓電元件32，則移至研磨步驟。於研磨步驟中，將成為壓力室形成基板29之基板研磨至壓力室形成基板29之厚度(例如，約40~50μm)。此時，以將基板原片43之自壓電元件32遠離之區域(較開口周緣區域Ae更外側之區域)自壓電元件32側於板厚方向按壓之狀態，自與壓電元件32側相反之側研磨(切削)基板原片43，使未被按壓之區域(開口周緣區域Ae)之基板原片43之板厚較被按壓之區域之基板原片43之板厚更厚。於本實施形態中，如圖6(b)所 示，藉由於基板原片43之與研磨面相反側之面(壓電元件32側之面)壓抵按壓用基板44，而按壓基板原片43。該按壓用基板44係於與相當於基板原片43之開口周緣區域Ae之區域對向之部分設置有凹陷至板厚方向之中途為止之空部44a，以被壓抵至基板原片43之狀態於空部44a內收納壓電元件32。按壓用基板44之空部44a之外側成為按壓基板原片43之較相當於開口周緣區域Ae之區域更外側之區域之按壓部44b。且，如圖7(a)所示，若以將按壓用基板44壓抵至基板原片43進行按壓之狀態，自相反側藉由CMP(化學機械研磨)法等研磨基板原片43，則與未被按壓之部分對應之區域之研磨(切削)率下降，該區域之板厚與藉由按壓部44b按壓之區域之板厚相比更厚。其後，若卸除按壓用基板44，則如圖7(b)所示，作成未被按壓之區域較被按壓之區域更朝與壓電元件32側相反之側隆起之基板原片43。即，基板原片43之板厚自與自壓電元件32遠離之位置對應之區域向與壓電元件32對應之區域逐漸變厚。
以該狀態，如圖8(a)所示，於基板原片43之壓電元件32側之面，以於壓電元件收納空部41內收納有壓電元件32之狀態安裝密封板33。若已於基板原片43安裝密封板33，則移至壓力室形成步驟(相當於本發明之空室形成步驟)。於壓力室形成步驟中，於被研磨之基板原片43之板厚較厚之區域、即與壓電元件32對應之區域形成壓力室30。具體而言，於基板原片43之與壓電元件32側相反側之面藉由光微影步驟而將光阻劑圖案化。其次，藉由蝕刻步驟使基板原片43之成為壓力室形成基板29之基板於板厚方向貫通而形成壓力室30。其後，若去除光阻劑，則如圖8(b)所示，形成壓力室30，基板原片43成為壓力室形成基板29及振動板31。即，形成壓力室30，且作成朝該壓力室30板厚逐漸變厚之壓力室形成基板29。此處，因藉由壓力室30之形成而使壓力室形成基板29之剛性變弱，故藉由欲朝壓電元件32之與壓力室形成基 板29相反之側彎曲之力，將壓力室30之開口周緣區域Ae之壓力室形成基板29及振動板31朝壓電元件32側拉伸。即，壓力室形成基板29之板厚較厚之部分、即形成壓力室30之前之狀態下朝與壓電元件32側相反之側隆起之部分朝壓電元件32側隆起。藉此，壓力室形成基板29之與壓電元件32側相反側之面(與連通基板24之接合面)變得大致平坦。
最後，於基板接合步驟中，如圖8(c)所示，藉由於壓力室形成基板29之與壓電元件32側相反之側接合連通基板24，而作成相當於壓電裝置之部分。另，於本實施形態中，於壓力室形成步驟中，壓力室形成基板29之與壓電元件32側相反側之面變得大致平坦，但因壓電元件32之初始形狀或壓力室形成基板29之厚度等，有即便形成壓力室30，壓力室形成基板29之與壓電元件32側相反側之面亦未變得大致平坦之情形。於該情形時，亦可藉由將連通基板24按壓至壓力室形成基板29側且接合，而使壓力室形成基板29之與壓電元件32側相反側之面大致平坦，且使壓力室30之開口周緣區域Ae朝壓電元件32側隆起。該情形時，因殘留有開口周緣區域Ae欲返回至原形狀(即，朝連通基板24側隆起之狀態)之應力，故即便於壓電元件32朝與振動板相反之側變形之情形時，開口周緣區域Ae亦不易變形。因此，更確實地抑制壓力室形成基板29與連通基板24剝離之情況。
另外，於上述之第1實施形態之壓力室形成基板29中，壓力室30之開口周緣區域Ae之整體、即壓力室30之開口周緣之整周較開口周緣區域Ae之外側之區域之板厚形成為更厚，但並未限於此。只要壓力室形成基板之壓力室之開口周緣區域之至少一部分較該開口周緣區域更外側之區域之板厚形成為更厚即可。又，於上述之第1實施形態之壓力室形成基板29中，於壓力室30之開口周緣區域Ae之整體，板厚朝壓力室30逐漸變厚，但並未限於此。只要壓力室形成基板之壓力室之開口周緣區域之至少一部分朝壓力室板厚逐漸變厚即可。再者， 於上述之第1實施形態之壓力室形成基板29中，壓力室30之開口周緣區域Ae以外之區域係設定成大致相同之板厚，但並未限於此。例如，亦可使壓力室之開口周緣區域以外之區域之壓力室形成基板之一部分之板厚變厚。總而言之，只要壓力室形成基板之壓力室之開口周緣區域之板厚較開口周緣區域更外側之區域之至少一部分之板厚更厚即可。
例如，於圖9所示之第2實施形態之壓力室形成基板29'(壓電裝置)中，壓力室30'之開口周緣區域、及其等之間之區域之板厚變厚。另，於圖9中，以陰影線表示板厚變厚之區域。若具體說明，則於第2實施形態之壓力室形成基板29'中，自壓力室30'之長邊方向之兩端部之外側向壓力室30'之列，板厚逐漸變厚。即，較壓力室30'之長邊方向之寬度更寬幅，即沿壓電元件32之排列設置方向延伸之帶狀之區域(除壓力室30'外)之板厚較該區域更外側之區域之板厚更厚。另，於該帶狀之區域，包含有壓力室30'之開口周緣區域。於本實施形態中，壓力室形成基板29'之板厚於沿噴嘴列方向(即，壓力室30'之排列設置方向)之方向上大致一定而對齊。另，壓力室30'之排列設置間距如本實施形態般為窄間距(例如600dpi)之情形時，夾於相鄰之壓力室30'之間之區域亦可視為各壓力室30'之開口周緣區域。即，上述之帶狀之區域亦可視為各壓力室30'之開口周緣區域相連者。又，其他構成因與上述之第1實施形態相同，故省略說明。
其次，對第2實施形態之壓電裝置之製造方法進行說明。另，即便為第2實施形態之壓電裝置，亦可以與第1實施形態之製造方法相同之方法作成，此處說明更簡便之製造方法。首先，與第1實施形態之製造方法同樣，於成為壓力室形成基板29'之基板(例如矽基板)上形成成為振動板31之層，且形成成為壓力室形成基板29'及振動板31之基板原片43'。若已形成基板原片43'，則與第1實施形態之製造方法同 樣，於壓電元件形成步驟中，於基板原片43'之成為振動板31之側之面形成壓電元件32(參照圖10(a))。若已於基板原片43'上形成壓電元件32，則如圖10(b)所示，於基板原片43'之壓電元件32側之面安裝密封板33。於本實施形態之製造方法中，以該狀態移至研磨步驟。
於研磨步驟中，自頂板部33a側按壓密封板33，且研磨成為壓力室形成基板29'之基板。密封板33之側壁部33b因於基板原片43'之較壓電元件32之長邊方向之兩端部更外側，抵接於沿壓電元件32之排列設置方向(噴嘴列方向)之區域，故該區域被按壓。且，以自壓電元件32側按壓密封板33之狀態，與第1實施形態之製造方法同樣，自與壓電元件32側相反之側研磨(切削)基板原片43'，使未被按壓之區域之基板原片43'之板厚較被按壓之區域之基板原片43'之板厚更厚。藉此，如圖10(a)所示，作成未被按壓之區域(與壓電元件收納空部41對應之區域)較被按壓之區域更朝與壓電元件32側相反之側隆起之基板原片43'。即，基板原片43'之板厚自與自壓電元件32之列遠離之位置對應之區域向與壓電元件32對應之區域逐漸變厚。
若已研磨基板原片43'，則與第1實施形態之製造方法同樣，於壓力室形成步驟中，於被研磨之基板原片43'之板厚較厚之區域、即與壓電元件32對應之區域形成壓力室30'。藉此，如圖10(b)所示，形成壓力室30'且基板原片43'成為壓力室形成基板29'及振動板31。即，形成壓力室30'，且作成自壓力室30'之列之外側朝該壓力室30'之列板厚逐漸變厚之壓力室形成基板29'。此處，於本實施形態中，亦因藉由壓力室30'之形成而使壓力室形成基板29'之剛性變弱，故藉由欲朝壓電元件32之與壓力室形成基板29'相反之側彎曲之力，將壓力室30'之列之外側之壓力室形成基板29'及振動板31朝壓電元件32側拉伸。即，壓力室形成基板29'之板厚較厚之部分、即形成壓力室30'之前之狀態下朝與壓電元件32側相反之側隆起之部分朝壓電元件32側隆起。 因此，於本實施形態中，壓力室形成基板29'之與壓電元件32側相反側之面亦變得大致平坦。且，最後，於基板接合步驟中，如圖10(c)所示，藉由於壓力室形成基板29'之與壓電元件32側相反之側接合連通基板24，而作成相當於壓電裝置之部分。
如此，於本實施形態之製造方法中，因藉由密封板33按壓基板原片43'，故與第1實施形態之製造方法不同，無須另外使用按壓用基板44按壓基板原片43'，可減少製造步驟。其結果，可進而容易地製作抑制壓力室形成基板29'與連通基板24之剝離而提高可靠性之壓電裝置。
另外，於上述之各實施形態中，壓力室30、30'於俯視時形成為大致平行四邊形狀，但並未限於此。例如，可於俯視時採取矩形狀、梯形狀、圓形狀、橢圓形狀等多種形狀。總而言之，無論壓力室為何種形狀，只要壓力室形成基板之壓力室之開口周緣區域之至少一部分較該開口周緣區域更外側之區域之板厚形成為更厚即可。又，只要壓力室形成基板之壓力室之開口周緣區域之至少一部分朝壓力室板厚逐漸變厚即可。
且，於以上，作為壓電裝置列舉包含記錄頭3之連通基板24、壓力室形成基板29、振動板31、及壓電元件32之構成為例進行說明，但本發明亦可應用於具備形成有空室之第1基板、介隔振動板形成於空室上之壓電元件、及積層於第1基板之與壓電元件側相反之側之第2基板之其他壓電裝置。又，作為液體噴射頭，例如，亦可於使用於液晶顯示器等之彩色濾光片之製造之色材噴出頭、使用於有機EL(Electro Luminescence)顯示器、FED(面發光顯示器)等之電極形成之電極材料噴出頭、使用於生物晶片(生物化學元件)之製造之生物體有機物噴出頭等應用本發明。
24‧‧‧連通基板
29‧‧‧壓力室形成基板
30‧‧‧壓力室
31‧‧‧振動板
32‧‧‧壓電元件
33‧‧‧密封板
33a‧‧‧頂板部
33b‧‧‧側壁部
41‧‧‧壓電元件收納空部
Ae‧‧‧開口周緣區域
ta‧‧‧距離
ta'‧‧‧板厚
tb‧‧‧板厚

Claims (6)

  1. 一種壓電裝置，其特徵在於包含：第1基板，其形成有空室；振動板，其區劃上述空室之一側之面；壓電元件，其係於上述振動板之與上述空室相反之側，自振動板側起依序積層第1電極層、壓電體層、及第2電極層而成；及第2基板，其積層於上述第1基板之與振動板側相反之側；且上述第1基板之上述空室之開口周緣區域之至少一部分較該開口周緣區域更外側之區域之板厚更厚。
  2. 如請求項1之壓電裝置，其中上述開口周緣區域之整周較該開口周緣區域更外側之區域之板厚更厚。
  3. 一種壓電裝置，其特徵在於包含：第1基板，其形成有空室；振動板，其區劃上述空室之一側之面；壓電元件，其係於上述振動板之與上述空室相反之側，自振動板側起依序積層第1電極層、壓電體層、及第2電極層而成；及第2基板，其積層於上述第1基板之與振動板側相反之側；且上述第1基板之至少一部分朝上述空室板厚逐漸變厚。
  4. 一種液體噴射頭，其特徵在於包含：如請求項1至3中任一項之壓電裝置；及噴嘴，其連通於上述空室。
  5. 一種壓電裝置之製造方法，該壓電裝置包含：第1基板，其形成有空室； 振動板，其區劃上述空室之一側之面；壓電元件，其係於上述振動板之與上述空室相反之側，自振動板側起依序積層第1電極層、壓電體層、及第2電極層而成；及第2基板，其積層於上述第1基板之與振動板側相反之側；且該壓電裝置之製造方法之特徵在於包含：壓電元件形成步驟，其於成為上述第1基板及上述振動板之基板原片之成為上述振動板之側之面，形成上述壓電元件；研磨步驟，其以將上述基板原片之自上述壓電元件遠離之區域自壓電元件側朝板厚方向按壓之狀態，自與壓電元件側相反之側研磨上述基板原片，使未被按壓之區域之上述基板原片之板厚較被按壓之區域之上述基板原片之板厚更厚；空室形成步驟，其於經研磨之上述基板原片之板厚較厚之區域、即與上述壓電元件對應之區域形成上述空室，且將上述基板原片設為上述第1基板及上述振動板；及基板接合步驟，其於上述第1基板之與壓電元件側相反之側接合上述第2基板。
  6. 如請求項5之壓電裝置之製造方法，其中於上述研磨步驟中，上述基板原片之未被按壓之區域較被按壓之區域更朝與壓電元件側相反之側隆起。
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