JP2003127366A

JP2003127366A - インクジェット式記録ヘッド及びその製造方法並びにインクジェット式記録装置

Info

Publication number: JP2003127366A
Application number: JP2001329609A
Authority: JP
Inventors: Soichi Moriya; 壮一守谷
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

Abstract

(57)【要約】【課題】インク吐出特性を常に良好に保持でき且つ小
型化を図ることのできるインクジェット式記録ヘッド及
びその製造方法並びにインクジェット式記録装置を提供
する。【解決手段】ノズル開口に連通する圧力発生室１２が
形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て圧力発生室１２内に
圧力変化を生じさせる圧電素子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側に接合され圧電素子３００に対向する
領域にその運動を阻害しない程度の空間を確保した状態
でその空間を封止する圧電素子保持部３２を有する封止
基板３０を有し、封止基板３０に複数の圧電素子３００
に共通する共通電極６０と電気的に接続される電極配線
１１０を設けると共に、この電極配線１１０と圧電素子
を駆動するための駆動回路とが接続される接続部１２０
を封止基板３０上に設けることにより、共通電極６０の
抵抗値を実質的に低下させる。

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
記録ヘッド及びその製造方法並びに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高密度に作り付けることがで
きるばかりでなく、圧電素子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】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、圧電素
子を高密度に配列したインクジェット式記録ヘッドで
は、多数の圧電素子を同時に駆動して多数のインク滴を
一度に吐出させると、電圧降下が発生して圧電素子の変
位量が不安定となり、インク吐出特性が低下するという
問題がある。

【０００８】このような問題は、共通電極の厚さを厚く
して共通電極の抵抗値を低くすることによって解消する
ことができるが、圧電素子の駆動による振動板の変位が
妨げられ、インク滴の吐出量が低下するという問題があ
る。

【０００９】また、共通電極の面積を広げて共通電極の
抵抗値を低くすることによっても解消することができる
が、共通電極の面積を広げるにはヘッド自体の面積を広
げる必要があり、ヘッドが大型化してしまうという問題
がある。

【００１０】本発明はこのような事情に鑑み、インク吐
出特性を常に良好に保持でき且つ小型化を図ることので
きるインクジェット式記録ヘッド及びその製造方法並び
に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。

【００１１】

【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、ノズル開口に連通する圧力発生室が
形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て前記圧力発生室内に圧力変
化を生じさせ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
側に接合され前記圧電素子に対向する領域にその運動を
阻害しない程度の空間を確保した状態で当該空間を封止
する圧電素子保持部を有する封止基板を有し、該封止基
板に複数の圧電素子に共通する共通電極と電気的に接続
される電極配線を有すると共に、該電極配線と前記圧電
素子を駆動するための駆動回路とが接続される接続部が
前記封止基板上に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。

【００１２】かかる第１の態様では、電極配線を共通電
極に電気的に接続することによって共通電極の抵抗値が
実質的に低下するため、多数の圧電素子を同時に駆動す
ることによる電圧降下の発生が防止される。また、電極
配線を封止基板に設けているため、ヘッドを大型化する
ことがない。

【００１３】本発明の第２の態様は、第１の態様におい
て、前記電極配線と前記共通電極とが、導電性の接着剤
によって接着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。

【００１４】かかる第２の態様では、導電性の接着剤に
よって共通電極と電極配線とが良好に電気的に接続され
る。

【００１５】本発明の第３の態様は、第１の態様におい
て、前記共通電極と前記電極配線とが、金属粒子を含有
する接着剤によって接着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。

【００１６】かかる第３の態様では、金属材料を含有す
る接着剤によって共通電極と電極配線とが良好に電気的
に接続される。

【００１７】本発明の第４の態様は、第１〜３の何れか
の態様において、前記電極配線の少なくとも一部が、前
記封止基板を貫通して設けられる貫通孔を介して延設さ
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。

【００１８】かかる第４の態様では、封止基板上の接続
部と共通電極とを電極配線によって比較的容易に接続す
ることができる。

【００１９】本発明の第５の態様は、第１〜４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。

【００２０】かかる第５の態様では、接合基板がリザー
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、ヘッドを小型化することができる。

【００２１】本発明の第６の態様は、第１〜５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
に異方性エッチングにより形成され、前記圧電素子の各
層が成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。

【００２２】かかる第６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。

【００２３】本発明の第７の態様は、第１〜６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インク
ジェット式記録装置にある。

【００２４】かかる第７の態様では、インク吐出特性を
安定させ、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。

【００２５】本発明の第８の態様は、ノズル開口に連通
する圧力発生室が形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て前記圧力
発生室内に圧力変化を生じさせる圧電素子と、前記流路
形成基板の前記圧電素子側に接合され前記圧電素子に対
向する領域にその運動を阻害しない程度の空間を確保し
た状態で当該空間を封止する圧電素子保持部を有する封
止基板とを具備するインクジェット式記録ヘッドの製造
方法において、前記流路形成基板上に前記振動板及び前
記圧電素子を形成する工程と、前記接合基板の前記圧電
素子保持部内から当該圧電素子保持部とは反対側の面ま
で導電材料からなる電極配線を延設すると共に該電極配
線と前記圧電素子を駆動するための駆動回路とが接続さ
れる接続部を前記封止基板上に形成する工程と、前記流
路形成基板と前記封止基板とを接合すると共に前記流路
形成基板上に設けられた複数の圧電素子に共通する共通
電極と前記電極配線とを電気的に接続する工程とを有す
ることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造
方法にある。

【００２６】かかる第８の態様では、ヘッドを大型化す
ることなく、共通電極と外部配線とを接続する電極配線
を比較的容易に形成することができる。

【００２７】本発明の第９の態様は、第８の態様におい
て、前記共通電極と前記電極配線とを導電性の接着剤に
よって電気的に接続することを特徴とするインクジェッ
ト式記録ヘッドの製造方法にある。

【００２８】かかる第９の態様では、導電性の接着剤に
よって電極配線と共通電極とを容易且つ確実に電気的に
接続することができる。

【００２９】本発明の第１０の態様は、第８の態様にお
いて、前記共通電極と前記電極配線とを金属粒子を含有
する接着剤によって電気的に接続するインクジェット式
記録ヘッドの製造方法にある。

【００３０】かかる第１０の態様では、金属粒子を含有
する接着剤によって配線電極と共通電極とを容易且つ確
実に電気的に接続することができる。

【００３１】

【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。

【００３２】（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の平面図及び断面図である。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】ここで、圧電素子３００の個別電極である
各上電極膜８０には、インク供給路１４とは反対側の端
部近傍に、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９
０が接続され、このリード電極９０は、流路形成基板１
０の端部近傍まで延設されている。

【００４２】また、圧電素子３００の共通電極である下
電極膜６０は、圧力発生室１２の並設方向に亘って連続
的に延設され、且つ圧電素子３００の一端部近傍でパタ
ーニングされている。すなわち、下電極膜６０は、リー
ド電極９０が延設される領域を除く他の領域に連続的に
設けられている。

【００４３】また、流路形成基板１０の圧電素子３００
側には、各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザ
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。

【００４４】このリザーバ形成基板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。

【００４５】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。

【００４６】また、リザーバ形成基板３０には、導電材
料からなる電極配線１１０が、流路形成基板との接合領
域から圧電素子保持部３２の内面まで延設されている。
例えば、本実施形態では、電極配線１１０は、圧力発生
室１２の並設方向に亘って連続的に設けられ、且つイン
ク供給路１４に対向する領域から圧電素子保持部３２の
中央部近傍まで延設されている。そして、インク供給路
１４に対向する領域で圧電素子３００の下電極膜６０と
電極配線１１０とが、例えば、導電性の接着剤、あるい
は、金属を含有した接着剤等を介して電気的に接続され
ている。

【００４７】また、リザーバ形成基板３０には、圧電素
子保持部３２内の電極配線１１０が形成された領域に、
リザーバ形成基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３
が設けられ、電極配線１１０はこの貫通孔３３を介して
リザーバ形成基板３０上まで延設されている。すなわ
ち、電極配線１１０は、いわゆるスルーホールを介して
リザーバ形成基板３０上まで延設されている。

【００４８】そして、リザーバ形成基板３０上まで延設
された電極配線１１０の端部近傍は、圧電素子３００を
駆動するための図示しない駆動回路が、例えば、外部配
線（図示なし）を介して接続される接続部１２０となっ
ている。すなわち、下電極膜６０は、電極配線１１０を
介してリザーバ形成基板３０上で駆動回路と接続される
ようになっている。

【００４９】なお、図示しないが、この貫通孔は接着剤
等によって塞がれており、圧電素子保持部３２は外気と
完全に遮断されている。

【００５０】このような構成では、圧電素子３００の共
通電極である下電極膜６０に電極配線１１０が接続され
ているため、下電極膜６０の抵抗値が実質的に低下す
る。このため、多数の圧電素子を同時に駆動しても電圧
降下が生じることがない。したがって、ノズル開口２１
から吐出するインク滴の大きさを安定させることがで
き、インク吐出特性を常に良好に保持することができ
る。また、下電極膜６０の面積を大きくする必要がない
ため、ヘッドを大型化することなくインク吐出特性を安
定させることができる。

【００５１】さらに、下電極膜６０の抵抗値が実質的に
低下するため、下電極膜６０の厚さを比較的薄くするこ
とができ、圧電素子３００の駆動による振動板の変位量
を向上することもできる。

【００５２】なお、このような電極配線１１０の材料と
しては、導電性を有する材料であれば特に限定されない
が、アルミニウム（Ａｌ）あるいは金（Ａｕ）等の比較
的導電性の高い金属材料を用いることが好ましい。ま
た、電極配線１１０の厚さ及び形成範囲は、特に限定さ
れず、下電極膜６０の面積及び厚さ、すなわち、下電極
膜６０の抵抗値に応じて適宜決定されればよい。

【００５３】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からなるコンプライア
ンス基板４０が接合されている。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
フェニレンスルフィド（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４
３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。

【００５４】また、リザーバ１００の長手方向略中央部
外側のコンプライアンス基板４０上には、リザーバ１０
０にインクを供給するためのインク導入口３５が形成さ
れている。さらに、リザーバ形成基板３０には、インク
導入口３５とリザーバ１００の側壁とを連通するインク
導入路３６が設けられている。

【００５５】このような本実施形態のインクジェット式
記録ヘッドは、図示しない外部インク供給手段と接続し
たインク導入口３５からインクを取り込み、リザーバ１
００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、図示しない駆動回路からの記録信号に従い、外
部配線を介して圧力発生室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。

【００５６】ここで、このような本実施形態のインクジ
ェット式記録ヘッドの製造方法について、図３〜図５を
参照して説明する。なお、図３〜図５は、圧力発生室１
２の長手方向の一部を示す断面図である。

【００５７】まず、図３（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。

【００５８】次に、図３（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をパターニングして全体パターンを形成す
る。この下電極膜６０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。

【００５９】次に、図３（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。

【００６０】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。

【００６１】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。

【００６２】次に、図３（ｄ）に示すように、上電極膜
８０を成膜する。上電極膜８０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。

【００６３】次に、図４（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のパターニングを行う。

【００６４】次に、図４（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。

【００６５】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４
（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。

【００６６】その後、図５に示すように、流路形成基板
１０にリザーバ形成基板３０を接合する。すなわち、ス
パッタリング等によって電極配線１１０が形成されたリ
ザーバ形成基板３０と流路形成基板１０とを接着剤によ
って接合する。このとき、少なくとも電極配線１１０と
下電極膜６０とは、異方性導電剤（ＡＣＦ）等の導電性
の接着剤、あるいは、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）等
の金属粒子を含有した接着剤によって接着して両者を電
気的に接続する。

【００６７】これにより、流路形成基板１０とリザーバ
形成基板３０とが固着されると共に、電極配線１１０と
下電極膜６０とが接着剤を介して電気的に接続され、電
極配線１１０は、実質的に下電極膜６０の一部を構成す
ることになるため、下電極膜６０の抵抗値が実質的に低
下する。したがって、多数の圧電素子を同時に駆動して
も電圧降下が生じることがなく、ノズル開口から吐出す
るインク滴の大きさを安定させることができる。

【００６８】なお、その後は、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２０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
ることにより、本実施形態のインクジェット式記録ヘッ
ドが形成される。

【００６９】また、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
て一体化することによってインクジェット式記録ヘッド
を形成する。

【００７０】（実施形態２）図６は、実施形態２に係る
インクジェット式記録ヘッドの平面図及び断面図であ
る。

【００７１】本実施形態は、電極配線１１０をリード電
極９０が延設されている側に設けた例である。すなわ
ち、本実施形態では、図６に示すように、各リード電極
９０の間には、下電極膜６０が流路形成基板１０の端部
近傍まで延設された下電極膜延設部６１が設けられてい
る。そして、リザーバ形成基板３０には、各下電極膜延
設部６１の端部近傍に対向する領域から圧電素子保持部
３２の中央部近傍まで電極配線１１０をそれぞれ延設
し、各電極配線１１０をその端部でそれぞれ接続するよ
うにした以外は、実施形態１と同様である。

【００７２】このような構成としても、この電極配線に
よって下電極膜の抵抗値が実質的に低下する。したがっ
て、ノズル開口から吐出するインク滴の大きさを安定さ
せることができ、印刷品質を常に良好に保持することが
できる。

【００７３】（実施形態３）図７は、実施形態３に係る
インクジェット式記録ヘッドの平面図及び断面図であ
る。

【００７４】本実施形態は、リザーバ形成基板３０上に
圧電素子３００を駆動するための駆動回路１３０を実装
し、駆動回路１３０と電極配線１１０とを直接接続する
ようにした例である。

【００７５】すなわち、本実施形態では、図７に示すよ
うに、流路形成基板１０には、複数の圧力発生室が並設
された列が２列設けられている。一方、リザーバ形成基
板３０には、各圧力発生室１２の列毎に圧電素子保持部
３２が設けら、各圧電素子保持部３２を区画する区画壁
にはリザーバ形成基板３０を厚さ方向に貫通する複数の
貫通孔３３Ａが所定間隔で設けられている。また、これ
ら各貫通孔３３Ａ内には、上述の実施形態と同様に、電
極配線１１０が設けられ、その一端部が下電極膜６０に
接続されている。また、各貫通孔３３Ａ内に設けられた
電極配線１１０はリザーバ形成基板３０上でそれぞれ接
続されて駆動回路１３０と接続される接続部１２０Ａと
なっている。

【００７６】なお、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との間には、各圧電素子３０
０から延設されたリード電極９０の端部を露出する露出
孔３７が設けられており、各リード電極９０と駆動回路
１３０とは、ワイヤボンディング等により延設された駆
動配線１４０によって電気的に接続されている。

【００７７】このような構成においても、勿論、上述の
実施形態と同様の効果が得られる。また、本実施形態で
は、リザーバ形成基板３０上に駆動回路１３０を実装す
るようにしたので、配線構造を簡略化でき、ヘッドをさ
らに小型化することができる。

【００７８】（他の実施形態）以上、本発明の各実施形
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。

【００７９】例えば、上述の各実施形態では、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。

【００８０】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８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。

【００８１】図８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。

【００８２】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。

【００８３】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、封止基
板に複数の圧電素子に共通する共通電極に接続される電
極配線を設けるようにしたので、ヘッドを大型化するこ
となく電極配線によって共通電極の抵抗値を実質的に低
下させることができる。したがって、多数の圧電素子を
同時に駆動しても電圧降下が発生することがなく、常に
安定したインク吐出特性を得ることができる。

【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
録ヘッドの分解斜視図である。

【図２】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの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
録ヘッドの製造工程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２に係るインクジェット式記
録ヘッドの平面図及び断面図である。

【図７】本発明の実施形態３に係るインクジェット式記
録ヘッドの平面図及び断面図である。

【図８】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３３、３３Ａ貫通孔４０コンプライアンス基板６０下電極膜７０圧電体層８０上電極膜１００リザーバ１１０電極配線１２０接続部１３０駆動回路１４０駆動配線３００圧電素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ノズル開口に連通する圧力発生室が形成
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て前記圧力発生室内に圧力変化を
生じさせ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に接合され前記圧電
素子に対向する領域にその運動を阻害しない程度の空間
を確保した状態で当該空間を封止する圧電素子保持部を
有する封止基板を有し、該封止基板に複数の圧電素子に
共通する共通電極と電気的に接続される電極配線を有す
ると共に、該電極配線と前記圧電素子を駆動するための
駆動回路とが接続される接続部が前記封止基板上に設け
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２】請求項１において、前記共通電極と前記
電極配線とが、導電性の接着剤によって接着されている
ことを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
【請求項３】請求項１において、前記共通電極と前記
電極配線とが、金属粒子を含有する接着剤によって接着
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１〜３の何れかにおいて、前記電
極配線の少なくとも一部が、前記封止基板を貫通して設
けられる貫通孔を介して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１〜４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６】請求項１〜５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に異方性エッチングによ
り形成され、前記圧電素子の各層が成膜及びリソグラフ
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７】請求項１〜６の何れかのインクジェット
式記録ヘッドを具備するインクジェット式記録装置。
【請求項８】ノズル開口に連通する圧力発生室が形成
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て前記圧力発生室内に圧力変化を
生じさせる圧電素子と、前記流路形成基板の前記圧電素
子側に接合され前記圧電素子に対向する領域にその運動
を阻害しない程度の空間を確保した状態で当該空間を封
止する圧電素子保持部を有する封止基板とを具備するイ
ンクジェット式記録ヘッドの製造方法において、前記流路形成基板上に前記振動板及び前記圧電素子を形
成する工程と、前記接合基板の前記圧電素子保持部内か
ら当該圧電素子保持部とは反対側の面まで導電材料から
なる電極配線を延設すると共に該電極配線と前記圧電素
子を駆動するための駆動回路とが接続される接続部を前
記封止基板上に形成する工程と、前記流路形成基板と前
記封止基板とを接合すると共に前記流路形成基板上に設
けられた複数の圧電素子に共通する共通電極と前記電極
配線とを電気的に接続する工程と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の製造方法。
【請求項９】請求項８において、前記共通電極と前記
電極配線とを導電性の接着剤によって電気的に接続する
ことを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造方
法。
【請求項１０】請求項８において、前記共通電極と前
記電極配線とを金属粒子を含有する接着剤によって電気
的に接続するインクジェット式記録ヘッドの製造方法。