JP2003127365A

JP2003127365A - 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装置

Info

Publication number: JP2003127365A
Application number: JP2001329607A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kamei; 宏行亀井; Manabu Nishiwaki; 学西脇; Katsuto Shimada; 勝人島田; Tetsuji Takahashi; 哲司高橋; Takeshi Yasojima; 健八十島; Yutaka Furuhata; 豊古畑; Soichi Moriya; 壮一守谷; Shiro Yazaki; 士郎矢崎
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2001-10-26
Filing date: 2001-10-26
Publication date: 2003-05-08
Anticipated expiration: 2021-10-26
Also published as: JP4120761B2

Abstract

(57)【要約】【課題】流路形成基板と封止基板とを良好に接合する
ことのできるインクジェット式記録ヘッド及びインクジ
ェット式記録装置を提供する。【解決手段】インクを吐出するノズル開口に連通する
圧力発生室１２が画成される流路形成基板１０と、流路
形成基板１０の一方面側に振動板を介して設けられる下
電極６０、圧電体層７０及び上電極８０からなる圧電素
子３００とを具備するインクジェット式記録ヘッドにお
いて、流路形成基板１０の圧電素子３００側の面に、圧
電素子３００に対向する領域に空間を確保した状態でこ
の空間を密封する封止部３２を有する封止基板３０を具
備し、且つこの封止基板３０を圧電素子３００の上電極
８０を構成する上電極膜に接合することにより、流路形
成基板１０と封止基板３０とを強固に接合する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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、この振動板の表面に圧電素子を形成して、圧電素
子の変位により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装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】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
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】前者は圧電素子の端面を振動板に当接させ
ることにより圧力発生室の容積を変化させることができ
て、高密度印刷に適したヘッドの製作が可能である反
面、圧電素子をノズル開口の配列ピッチに一致させて櫛
歯状に切り分けるという困難な工程や、切り分けられた
圧電素子を圧力発生室に位置決めして固定する作業が必
要となり、製造工程が複雑であるという問題がある。

【０００４】これに対して後者は、圧電材料のグリーン
シートを圧力発生室の形状に合わせて貼付し、これを焼
成するという比較的簡単な工程で振動板に圧電素子を作
り付けることができるものの、たわみ振動を利用する関
係上、ある程度の面積が必要となり、高密度配列が困難
であるという問題がある。

【０００５】一方、後者の記録ヘッドの不都合を解消す
べく、特開平５−２８６１３１号公報に見られるよう
に、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各圧力発生
室毎に独立するように圧電素子を形成したものが提案さ
れている。

【０００６】これによれば圧電素子を振動板に貼付ける
作業が不要となって、リソグラフィ法という精密で、か
つ簡便な手法で圧電素子を作り付けることができるばか
りでなく、圧電アクチュエータの厚みを薄くできて高速
駆動が可能になるという利点がある。

【０００７】一方、このように圧電素子を圧電材料のス
パッタリングにより構成した場合、グリーンシートを焼
成して構成されたものと略同一電圧で駆動すると、圧電
素子が薄い分だけ高い電界が印加され、大気中の湿気を
吸収した場合には駆動電極間のリーク電流が増加しやす
く、ついには絶縁破壊に至るという問題がある。

【０００８】このような問題を解決するために、圧電素
子を封止するための封止部を有する封止基板を圧力発生
室が形成される流路形成基板に接着した構造が提案され
ている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなインクジェット式記録ヘッドでは、圧電素子がパタ
ーニングされた流路形成基板上に封止基板が接着される
ため、接着強度が低くなってしまうという問題がある。
すなわち、圧電素子をパターニングすることによって、
流路形成基板の封止基板との接合部分に段差が形成され
てしまうため、封止基板を良好に接着できないという問
題がある。

【００１０】さらに、封止基板が圧電素子から延設され
たリード電極上に接着する場合、流路形成基板と封止基
板とを接着するための接着剤が、リード電極上に流れ出
してしまう虞があり、この接着剤によってリード電極と
圧電素子を駆動するための外部配線あるいは駆動回路と
接続する接続配線の実装強度が低下してしまうという問
題がある。

【００１１】本発明は、このような事情に鑑み、流路形
成基板と封止基板とを良好に接合することのできるイン
クジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置
を提供することを課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の第１の態様は、インクを吐出するノズル開口に連通
する圧力発生室が画成される流路形成基板と、該流路形
成基板の一方面側に振動板を介して設けられる下電極、
圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを具備するイン
クジェット式記録ヘッドにおいて、前記流路形成基板の
前記圧電素子側の面に、前記圧電素子に対向する領域に
空間を確保した状態で当該空間を密封する封止部を有す
る封止基板を具備し、且つ該封止基板が前記圧電素子の
上電極を構成する上電極膜に接合されていることを特徴
とするインクジェット式記録ヘッドにある。

【００１３】かかる第１の態様では、封止基板が上電極
膜に接合されているため、接合強度が向上すると共に封
止部を確実に封止することができる。

【００１４】本発明の第２の態様は、第１の態様におい
て、前記流路形成基板の前記封止基板が接合される領域
には、少なくとも最上層に前記上電極とは不連続の不連
続上電極膜を有する接合層が設けられていることを特徴
とするインクジェット式記録ヘッドにある。

【００１５】かかる第２の態様では、封止基板は、接合
層に介して流路形成基板と接合される。

【００１６】本発明の第３の態様は、第１又は２の態様
において、前記圧電素子が前記封止部の外側まで連続的
に延設されていることを特徴とするインクジェット式記
録ヘッドにある。

【００１７】かかる第３の態様では、封止基板の一部が
圧電素子を介して流路形成基板と接合される。

【００１８】本発明の第４の態様は、第３の態様におい
て、前記圧電素子が実質的な駆動部である圧電体能動部
と該圧電体能動部から連続する圧電体層を少なくとも有
するが実質的に駆動されない圧電体非能動部とを有し、
且つこの圧電体非能動部が前記封止部内から当該封止部
の外側まで延設されていることを特徴とするインクジェ
ット式記録ヘッドにある。

【００１９】かかる第４の態様では、封止基板が接合さ
れる領域の圧電素子が駆動されることがないため、封止
基板の接合状態を良好に保持できる。

【００２０】本発明の第５の態様は、第４の態様におい
て、前記圧電体非能動部の前記封止基板が接合される領
域には、前記圧電体能動部の下電極を構成する下電極膜
からなり且つこの下電極とは不連続の不連続下電極膜が
設けられていることを特徴とするインクジェット式記録
ヘッドにある。

【００２１】かかる第５の態様では、封止基板が接合さ
れる領域の上電極膜の高さ合わせが容易となる。

【００２２】本発明の第６の態様は、第３〜５の何れか
の態様において、一端が外部配線に接続されるリード電
極が、前記封止部の外側で前記圧電素子に電気的に接続
されていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッ
ドにある。

【００２３】かかる第６の態様では、封止基板が接合さ
れる領域にリード電極が形成されていないため接合基板
の接合強度が向上する。また、封止基板を接着剤によっ
て接合する場合、この接着剤がリード電極上にはみ出す
ことがなく、リード電極にワイヤボンディングによって
配線を強固に接続することができる。

【００２４】本発明の第７の態様は、第３〜６の何れか
の態様において、前記接合層が、各圧電素子の間にそれ
ぞれ独立して設けられていることを特徴とするインクジ
ェット式記録ヘッドにある。

【００２５】かかる第７の態様では、封止基板が接合さ
れる面の段差が実質的になくなって略平坦となるため、
封止基板を良好に接合することができる。

【００２６】本発明の第８の態様は、第２〜７の何れか
の態様において、前記接合層が、前記圧電素子を構成す
る層であり且つ当該圧電素子とは不連続の層からなるこ
とを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。

【００２７】かかる第８の態様では、接合層を容易に形
成できると共に、接合層の高さ合わせが容易となる。

【００２８】本発明の第９の態様は、第１〜８の何れか
の態様において、前記上電極膜が、ルテニウム、酸化ル
テニウム、イリジウム及び白金からなる群から選択され
る材料で形成されていることを特徴とするインクジェッ
ト式記録ヘッドにある。

【００２９】かかる第９の態様では、上電極膜を所定の
材料で形成することにより、封止基板の接合強度が確実
に向上する。

【００３０】本発明の第１０の態様では、第１〜９の何
れかの態様において、前記接合基板が、シリコン単結晶
基板からなることを特徴とするインクジェット式記録ヘ
ッドにある。

【００３１】かかる第１０の態様では、封止部を高精度
に形成できると共に、封止基板を接合する際に流路形成
基板等に割れが発生するのを防止できる。

【００３２】本発明の第１１の態様は、第１〜１０の何
れかの態様において、前記封止基板が各圧力発生室の共
通インク室の少なくとも一部を構成するリザーバ部を有
することを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにあ
る。

【００３３】かかる第１１の態様では、封止基板がリザ
ーバ形成基板を兼ねるため、別途リザーバ形成基板を設
ける必要がなく、製造コストを低減することができる。

【００３４】本発明の第１２の態様は、第１〜１１の何
れかの態様において、前記圧力発生室がシリコン単結晶
基板を異方性エッチングすることによって形成され、前
記圧電素子の各層が薄膜及びリソグラフィ法により形成
されたものであることを特徴とするインクジェット式記
録ヘッドにある。

【００３５】かかる第１２の態様では、高密度のノズル
開口を有するインクジェット式記録ヘッドを大量に且つ
比較的容易に製造することができる。

【００３６】本発明の第１３の態様は、第１〜１２の何
れかの態様のインクジェット式記録ヘッドを具備するこ
とを特徴とするインクジェット式記録装置にある。

【００３７】かかる第１３の態様では、ヘッドの破壊を
防止して、耐久性及び信頼性を向上したインクジェット
式記録装置を実現することができる。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下に本発明を実施形態に基づい
て詳細に説明する。

【００３９】（実施形態１）図１は、本発明の実施形態
１に係るインクジェット式記録ヘッドを示す分解斜視図
であり、図２は、図１の平面図及びそのＡ−Ａ’断面図
である。また、図３は、図２の平面図のＢ−Ｂ’断面図
及びＣ−Ｃ’断面図である。

【００４０】図示するように、流路形成基板１０は、本
実施形態では面方位（１１０）のシリコン単結晶基板か
らなる。流路形成基板１０としては、通常、１５０〜３
００μｍ程度の厚さのものが用いられ、望ましくは１８
０〜２８０μｍ程度、より望ましくは２２０μｍ程度の
厚さのものが好適である。これは、隣接する圧力発生室
間の隔壁の剛性を保ちつつ、配列密度を高くできるから
である。

【００４１】流路形成基板１０の一方の面は開口面とな
り、他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、厚さ１〜２μｍの弾性膜５０が形成され
ている。

【００４２】一方、流路形成基板１０の開口面には、シ
リコン単結晶基板を異方性エッチングすることにより、
複数の隔壁１１により区画された圧力発生室１２が幅方
向に並設され、その長手方向外側には、後述するリザー
バ形成基板３０のリザーバ部３１に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
構成する連通部１３が形成され、各圧力発生室１２の長
手方向一端部とそれぞれインク供給路１４を介して連通
されている。

【００４３】ここで、異方性エッチングは、シリコン単
結晶基板のエッチングレートの違いを利用して行われ
る。例えば、本実施形態では、シリコン単結晶基板をＫ
ＯＨ等のアルカリ溶液に浸漬すると、徐々に侵食されて
（１１０）面に垂直な第１の（１１１）面と、この第１
の（１１１）面と約７０度の角度をなし且つ上記（１１
０）面と約３５度の角度をなす第２の（１１１）面とが
出現し、（１１０）面のエッチングレートと比較して
（１１１）面のエッチングレートが約１／１８０である
という性質を利用して行われる。かかる異方性エッチン
グにより、二つの第１の（１１１）面と斜めの二つの第
２の（１１１）面とで形成される平行四辺形状の深さ加
工を基本として精密加工を行うことができ、圧力発生室
１２を高密度に配列することができる。

【００４４】本実施形態では、各圧力発生室１２の長辺
を第１の（１１１）面で、短辺を第２の（１１１）面で
形成している。この圧力発生室１２は、流路形成基板１
０をほぼ貫通して弾性膜５０に達するまでエッチングす
ることにより形成されている。ここで、弾性膜５０は、
シリコン単結晶基板をエッチングするアルカリ溶液に侵
される量がきわめて小さい。また各圧力発生室１２の一
端に連通する各インク供給路１４は、圧力発生室１２よ
り浅く形成されており、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。すなわち、インク
供給路１４は、シリコン単結晶基板を厚さ方向に途中ま
でエッチング（ハーフエッチング）することにより形成
されている。なお、ハーフエッチングは、エッチング時
間の調整により行われる。

【００４５】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とは反対側で連通
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を介して固着されている。な
お、ノズルプレート２０は、厚さが例えば、０．１〜１
ｍｍで、線膨張係数が３００℃以下で、例えば２．５〜
４．５［×１０^-6／℃］であるガラスセラミックス、又
は不錆鋼などからなる。ノズルプレート２０は、一方の
面で流路形成基板１０の一面を全面的に覆い、シリコン
単結晶基板を衝撃や外力から保護する補強板の役目も果
たす。また、ノズルプレート２０は、流路形成基板１０
と熱膨張係数が略同一の材料で形成するようにしてもよ
い。この場合には、流路形成基板１０とノズルプレート
２０との熱による変形が略同一となるため、熱硬化性の
接着剤等を用いて容易に接合することができる。

【００４６】ここで、インク滴吐出圧力をインクに与え
る圧力発生室１２の大きさと、インク滴を吐出するノズ
ル開口２１の大きさとは、吐出するインク滴の量、吐出
スピード、吐出周波数に応じて最適化される。例えば、
１インチ当たり３６０個のインク滴を記録する場合、ノ
ズル開口２１は数十μｍの直径で精度よく形成する必要
がある。

【００４７】一方、流路形成基板１０の開口面とは反対
側の弾性膜５０の上には、厚さが例えば、約０．２μｍ
の下電極膜６０と、厚さが例えば、約１μｍの圧電体層
７０と、厚さが例えば、約０．１μｍ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３０
０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３２０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。

【００４８】また、圧電素子３００の長手方向一端部近
傍には、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０
が上電極膜８０から弾性膜５０上まで延設されており、
このリード電極９０は、接続配線を介して後述する駆動
回路１１０に電気的に接続されている。

【００４９】この圧電素子３００が形成された流路形成
基板１０上には、リザーバ１００の少なくとも一部を構
成するリザーバ部３１を有するリザーバ形成基板３０が
接合されている。このリザーバ部３１は、本実施形態で
は、リザーバ形成基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発
生室１２の幅方向に亘って形成されており、上述のよう
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。

【００５０】また、リザーバ形成基板３０の圧電素子３
００に対向する領域には、圧電素子３００の運動を阻害
しない程度の空間を確保した状態で、その空間を密封可
能な圧電素子保持部３２が設けられ、圧電素子３００は
この圧電素子保持部３２内に密封されている。なお、本
実施形態では、圧電素子保持部３２が圧電素子３００の
列毎に設けられているが、勿論、この圧電素子保持部３
２は、複数の圧電素子３００の列に亘って一体的に設け
るようにしてもよい。

【００５１】なお、このようなリザーバ形成基板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
シリコン単結晶基板を用いて形成した。これにより、熱
硬化性の接着剤を用いた高温での接着であっても両者を
確実に接着することができる。

【００５２】また、このリザーバ形成基板３０の圧電素
子保持部３２に対応する領域上には、各圧電素子３００
を駆動するための、例えば、半導体集積回路（ＩＣ）等
の駆動回路１１０が搭載されている。そして、この駆動
回路１１０は、リザーバ形成基板３０の圧電素子保持部
３２とリザーバ部３１との間の領域に設けられた貫通部
３３を介して延設されたボンディングワイヤ等からなる
接続配線１２０によって、各リード電極９０とそれぞれ
電気的に接続されている。

【００５３】ここで、各圧電素子３００は、リザーバ形
成基板３０の圧電素子保持部３２の内側から貫通部３３
に対向する領域まで連続的に延設されており、リード電
極９０は、この貫通部３３内で延設されている。

【００５４】また、本実施形態では、圧電素子３００
は、圧力発生室１２に対応する領域に設けられて実質的
な駆動部となる圧電体能動部３２０と、圧電体能動部３
２０から連続する圧電体層を少なくとも有するが実質的
に駆動されない圧電体非能動部３３０とを有し、この圧
電体非能動部３３０が圧電素子保持部３２内から貫通部
３３内まで延設されている。

【００５５】この圧電体非能動部３３０は、本実施形態
では、圧電体層７０と上電極膜８０とが圧電体能動部３
２０から連続的に延設され、リザーバ形成基板３０が接
合される領域の圧電体層７０の下側には、圧電体能動部
３２０を構成する下電極膜６０と同一の層からなり且つ
下電極膜６０とは不連続の不連続下電極膜６１が設けら
れている。

【００５６】また、流路形成基板１０の圧電素子３００
が形成される領域以外の領域、すなわち、流路形成基板
１０のリザーバ形成基板３０が接合される領域には、圧
電素子３００の上電極膜８０と同一層からなり且つこの
上電極膜８０とは不連続の不連続上電極膜８１を有する
接合層１３０が設けられている。

【００５７】また、この接合層１３０は、本実施形態で
は、圧電素子３００を構成し且つ圧電素子３００とは不
連続の層で形成されている。すなわち、本実施形態の接
合層１３０は、不連続下電極膜６１と、圧電素子３００
の圧電体層７０と同一層からなり且つこの圧電体層７０
とは不連続の不連続圧電体層７１と、不連続上電極膜８
１とからなり、圧電素子３００と略同一の高さで形成さ
れている。

【００５８】そして、リザーバ形成基板３０は、このよ
うな圧電体非能動部３３０を構成する上電極膜８０と、
接合層１３０の不連続上電極膜８１とに、接着剤等によ
って接着されることになる。上述したように、この上電
極膜８０と不連続上電極膜８１とは略同一の高さであ
り、リザーバ形成基板３０が接合される面に実質的に段
差がないため、リザーバ形成基板３０を良好に接合する
ことができる。

【００５９】さらに、本実施形態では、このような接合
層１３０が、各圧電体非能動部３３０の間にもそれぞれ
独立して設けられている（図３（ｂ）参照）。これによ
り、圧電素子３００が形成されている領域でも、リザー
バ形成基板３０が接合される領域は、実質的に段差がな
くなり略平坦となっている。

【００６０】したがって、リザーバ形成基板３０を流路
形成基板１０にさらに良好に接合することができ、圧電
素子保持部３２も確実に封止することができる。すなわ
ち、圧電素子３００と接合層１３０とが略同一の高さで
あり、流路形成基板１０のリザーバ形成基板３０が接合
される全ての領域が実質的に略平坦となっているため、
接着時の荷重を面内方向で容易に均一化することがで
き、両者を良好に接着することができる。

【００６１】そして、これにより圧電素子保持部３２内
に大気中の水分が侵入するのを確実に防止することがで
き、水分に起因する圧電素子３００の破壊を防止するこ
とができる。

【００６２】さらに、本実施形態では、圧電素子保持部
３２の外側の貫通部３３内にリード電極９０を延設する
ようにしたので、流路形成基板１０とリザーバ形成基板
３０とを接着するための接着剤が、リード電極９０上ま
ではみ出すことがないため、ワイヤボンディングによっ
て接続配線１２０をリード電極９０に良好に接続するこ
とができる。

【００６３】なお、本実施形態では、接合層１３０が圧
電素子３００を構成する層で形成されているが、接合層
１３０は、最上層に圧電素子３００の上電極膜８０とは
不連続の不連続上電極膜８１を有していればよく、その
他の層は、勿論、圧電素子３００を構成する層とは別の
層で形成するようにしてもよい。

【００６４】また、このようなリザーバ形成基板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６
μｍ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、内部
圧力の変化によって変形可能な可撓部３４となってい
る。

【００６５】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１１０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、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。

【００６６】以上説明した本実施形態のインクジェット
式記録ヘッドの製造方法は、特に限定されないが、その
一例を図４〜図６を参照して説明する。図４〜図６は、
圧力発生室１２の長手方向の一部を示す断面図である。

【００６７】まず、図４（ａ）に示すように、流路形成
基板１０となるシリコン単結晶基板のウェハを約１１０
０℃の拡散炉で熱酸化して二酸化シリコンからなる弾性
膜５０を形成する。

【００６８】次に、図４（ｂ）に示すように、スパッタ
リングで下電極膜６０を弾性膜５０の全面に形成後、下
電極膜６０を圧電素子３００に対応する領域にパターニ
ングすると共に、リザーバ形成基板３０が接合される領
域に圧電素子３００を構成する下電極膜６０とは不連続
の不連続下電極膜６１を形成する。この下電極膜６０
（不連続下電極膜６１）の材料としては、白金（Ｐｔ）
等が好適である。これは、スパッタリング法やゾル−ゲ
ル法で成膜する後述の圧電体層７０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必要があるからである。すな
わち、下電極膜６０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ず、殊に、圧電
体層７０としてチタン酸ジルコン酸鉛（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
ことが望ましく、これらの理由から白金が好適である。

【００６９】次に、図４（ｃ）に示すように、圧電体層
７０を成膜する。この圧電体層７０は、結晶が配向して
いることが好ましい。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
いて形成することにより、結晶が配向している圧電体層
７０とした。圧電体層７０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式記録ヘッドに使
用する場合には好適である。なお、この圧電体層７０の
成膜方法は、特に限定されず、例えば、スパッタリング
法で形成してもよい。

【００７０】さらに、ゾル−ゲル法又はスパッタリング
法等によりチタン酸ジルコン酸鉛の前駆体膜を形成後、
アルカリ水溶液中での高圧処理法にて低温で結晶成長さ
せる方法を用いてもよい。

【００７１】何れにしても、このように成膜された圧電
体層７０は、バルクの圧電体とは異なり結晶が優先配向
しており、且つ本実施形態では、圧電体層７０は、結晶
が柱状に形成されている。なお、優先配向とは、結晶の
配向方向が無秩序ではなく、特定の結晶面がほぼ一定の
方向に向いている状態をいう。また、結晶が柱状の薄膜
とは、略円柱体の結晶が中心軸を厚さ方向に略一致させ
た状態で面方向に亘って集合して薄膜を形成している状
態をいう。勿論、優先配向した粒状の結晶で形成された
薄膜であってもよい。なお、このように薄膜工程で製造
された圧電体層の厚さは、一般的に０．２〜５μｍであ
る。

【００７２】次に、図４（ｄ）に示すように、上電極膜
８０をスパッタリング等によって成膜する。この上電極
膜８０は、導電性の高い材料であり且つシリコン単結晶
基板からなるリザーバ形成基板３０との接着性が良好な
材料を用いることが好ましい。このため、上電極膜８０
の材料としては、例えば、ルテニウム、酸化ルテニウ
ム、白金、イリジウム等を用いることが好ましく、本実
施形態では、酸化ルテニウムを用いた。

【００７３】次に、図５（ａ）に示すように、圧電体層
７０及び上電極膜８０のみをエッチングして圧電素子３
００を形成すると共に、不連続下電極膜６１上に不連続
圧電体層７１及び不連続上電極膜８１をパターニングし
て接合層１３０を形成する。

【００７４】次に、図５（ｂ）に示すように、リード電
極９０を形成する。具体的には、例えば、金（Ａｕ）等
からなるリード電極９０を流路形成基板１０の全面に亘
って形成すると共に、各圧電素子３００毎にパターニン
グする。

【００７５】以上が膜形成プロセスである。このように
して膜形成を行った後、前述したアルカリ溶液によるシ
リコン単結晶基板の異方性エッチングを行い、図５
（ｃ）に示すように、圧力発生室１２、連通部１３及び
インク供給路１４等を形成する。

【００７６】その後、図６（ａ）に示すように、流路形
成基板１０上に設けられた接合層１３０及び圧電素子３
００（圧電体非能動部３３０）上に接着剤によってリザ
ーバ形成基板３０を接着する。

【００７７】このように、リザーバ形成基板３０を接合
層１３０及び圧電素子３００上に接合することにより、
すなわち、上電極膜８０及び不連続上電極膜８１に接合
することにより、リザーバ形成基板３０と流路形成基板
１０とを良好に接合することができる。特に、本実施形
態では、圧電素子３００と接合層１３０との高さを略同
一としているため、リザーバ形成基板３０が接合される
面が実質的に平坦となり、リザーバ形成基板３０をさら
に良好に接合することができる。

【００７８】なお、その後は、図６（ｂ）に示すよう
に、流路形成基板１０のリザーバ形成基板３０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２
０を接合すると共に、リザーバ形成基板３０上にコンプ
ライアンス基板４０を接合する。そして、図示しない
が、リザーバ形成基板３０上に駆動回路１１０を搭載す
ると共に、この駆動回路１１０とリード電極９０とを接
続する接続配線１２０をワイヤボンディングによって形
成して、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドとす
る（図２（ｂ）参照）。

【００７９】上述したように、リード電極９０が圧電素
子保持部３２の外側の貫通部３３内に形成されているた
め、流路形成基板１０とリザーバ形成基板３０とを接着
するための接着剤はリード電極９０上まではみ出してい
ることはない。したがって、接続配線１２０とリード電
極９０との接合強度が向上し、耐久性及び信頼性を向上
したインクジェット式記録ヘッドを実現することができ
る。

【００８０】なお、実際には、上述した一連の膜形成及
び異方性エッチングによって一枚のウェハ上に多数のチ
ップを同時に形成し、プロセス終了後、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毎に分割す
る。そして、分割した流路形成基板１０に、リザーバ形
成基板３０及びコンプライアンス基板４０を順次接着し
て一体化し、インクジェット式記録ヘッドとする。

【００８１】（他の実施形態）以上、本発明の一実施形
態を説明したが、インクジェット式記録ヘッドの基本的
構成は上述したものに限定されるものではない。

【００８２】例えば、上述の実施形態では、成膜及びリ
ソグラフィプロセスを応用して製造される薄膜型のイン
クジェット式記録ヘッドを例にしたが、勿論これに限定
されるものではなく、例えば、グリーンシートを貼付す
る等の方法により形成される厚膜型のインクジェット式
記録ヘッドにも本発明を採用することができる。

【００８３】また、これら各実施形態のインクジェット
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７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。

【００８４】図７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１
Ｂ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。

【００８５】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上を搬送されるようになっている。

【００８６】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、封止基
板を圧電素子の上電極を構成する上電極膜に接合するよ
うにしたので、封止基板と流路形成基板との接合強度が
向上すると共に封止部を確実に密封することができる。
したがって、大気中の水分が封止部に侵入することがな
く、大気中の水分による圧電素子の破壊を確実に防止す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの概略を示す斜視図である。

【図２】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドを示す平面図及び断面図である。

【図３】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドを示す断面図である。

【図４】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの製造工程を示す断面図である。

【図５】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの製造工程を示す断面図である。

【図６】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの製造工程を示す断面図である。

【図７】本発明の一実施形態に係るインクジェット式記
録装置の概略図である。

【符号の説明】

１０流路形成基板１２圧力発生室２０ノズルプレート２１ノズル開口３０リザーバ形成基板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６０下電極膜６１不連続下電極膜７０圧電体層７１不連続圧電体層８０上電極膜８１不連続上電極膜１００リザーバ１１０駆動回路１２０接続配線１３０接合層３００圧電素子３２０圧電体能動部３３０圧電体非能動部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者島田勝人長野県諏訪市大和３丁目３番５号セイコーエプソン株式会社内 (72)発明者高橋哲司長野県諏訪市大和３丁目３番５号セイコーエプソン株式会社内 (72)発明者八十島健長野県諏訪市大和３丁目３番５号セイコーエプソン株式会社内 (72)発明者古畑豊長野県諏訪市大和３丁目３番５号セイコーエプソン株式会社内 (72)発明者守谷壮一長野県諏訪市大和３丁目３番５号セイコーエプソン株式会社内 (72)発明者矢崎士郎長野県諏訪市大和３丁目３番５号セイコーエプソン株式会社内Ｆターム(参考） 2C057 AF65 AG42 AG44 AG85 AG91 AK07 AP25 AP31 AP34 AP56 AQ02 BA03 BA14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インクを吐出するノズル開口に連通する
圧力発生室が画成される流路形成基板と、該流路形成基
板の一方面側に振動板を介して設けられる下電極、圧電
体層及び上電極からなる圧電素子とを具備するインクジ
ェット式記録ヘッドにおいて、前記流路形成基板の前記圧電素子側の面に、前記圧電素
子に対向する領域に空間を確保した状態で当該空間を密
封する封止部を有する封止基板を具備し、且つ該封止基
板が前記圧電素子の上電極を構成する上電極膜に接合さ
れていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッ
ド。
【請求項２】請求項１において、前記流路形成基板の
前記封止基板が接合される領域には、少なくとも最上層
に前記上電極とは不連続の不連続上電極膜を有する接合
層が設けられていることを特徴とするインクジェット式
記録ヘッド。
【請求項３】請求項１又は２において、前記圧電素子
が前記封止部の外側まで連続的に延設されていることを
特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
【請求項４】請求項３において、前記圧電素子が実質
的な駆動部である圧電体能動部と該圧電体能動部から連
続する圧電体層を少なくとも有するが実質的に駆動され
ない圧電体非能動部とを有し、且つこの圧電体非能動部
が前記封止部内から当該封止部の外側まで延設されてい
ることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
【請求項５】請求項４において、前記圧電体非能動部
の前記封止基板が接合される領域には、前記圧電体能動
部の下電極を構成する下電極膜からなり且つこの下電極
とは不連続の不連続下電極膜が設けられていることを特
徴とするインクジェット式記録ヘッド。
【請求項６】請求項３〜５の何れかにおいて、一端が
外部配線に接続されるリード電極が、前記封止部の外側
で前記圧電素子に電気的に接続されていることを特徴と
するインクジェット式記録ヘッド。
【請求項７】請求項３〜６の何れかにおいて、前記接
合層が、各圧電素子の間にそれぞれ独立して設けられて
いることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
【請求項８】請求項２〜７の何れかにおいて、前記接
合層が、前記圧電素子を構成する層であり且つ当該圧電
素子とは不連続の層からなることを特徴とするインクジ
ェット式記録ヘッド。
【請求項９】請求項１〜８の何れかにおいて、前記上
電極膜が、ルテニウム、酸化ルテニウム、イリジウム及
び白金からなる群から選択される材料で形成されている
ことを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
【請求項１０】請求項１〜９の何れかにおいて、前記
接合基板が、シリコン単結晶基板からなることを特徴と
するインクジェット式記録ヘッド。
【請求項１１】請求項１〜１０の何れかにおいて、前
記封止基板が各圧力発生室の共通インク室の少なくとも
一部を構成するリザーバ部を有することを特徴とするイ
ンクジェット式記録ヘッド。
【請求項１２】請求項１〜１１の何れかにおいて、前
記圧力発生室がシリコン単結晶基板を異方性エッチング
することによって形成され、前記圧電素子の各層が薄膜
及びリソグラフィ法により形成されたものであることを
特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
【請求項１３】請求項１〜１２の何れかのインクジェ
ット式記録ヘッドを具備することを特徴とするインクジ
ェット式記録装置。