JP2003136721A

JP2003136721A - アクチュエータ装置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

Info

Publication number: JP2003136721A
Application number: JP2002306147A
Authority: JP
Inventors: Yoshinao Miyata; 佳直宮田; Mari Sakai; 真理酒井
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1998-08-26
Filing date: 2002-10-21
Publication date: 2003-05-14
Anticipated expiration: 2019-08-20
Also published as: JP3931976B2

Abstract

(57)【要約】【課題】構造を簡略化し小型化を図ったアクチュエー
タ及びインクジェット式記録ヘッド並びにインクジェッ
ト式記録装置を提供する。【解決手段】圧力発生室１２が画成されると共に当該
圧力発生室１２の一方面側に振動板を介して圧電素子を
有する流路形成基板１０を具備するアクチュエータ装置
において、ガラスセラミックス及び窒化アルミニウムか
らなる群から選択される材質からなり流路形成基板１０
の圧電素子側に接合される接合部材１２０を有し、接合
部材１２０に、外部配線が接続される実装部を圧電素子
とは反対側の領域に設け、且つ一端が接合部材１２０の
実装部に接続されると共に他端が圧電素子に接続される
駆動用配線を設けることにより、構造を簡略化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電素子を具えた
流路形成基板に駆動用ＩＣを実装したアクチュエータ及
びこれにノズル形成部材を積層した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。

【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、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（例えば、特許文献１参照）。

【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】また、この場合、基板として、例えばシリ
コン単結晶基板を用い、圧力発生室やリザーバ等の流路
を異方性エッチングにより形成し、圧力発生室の開口面
積を可及的に小さくして記録密度の向上を図ることが可
能である。

【０００８】

【特許文献１】特開平５−２８６１３１号公報（第３
欄、第１図）

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述したインクジェッ
ト式記録ヘッドでは、何れにしても圧電素子を駆動する
ための半導体集積回路（ＩＣ）等が必要であり、インク
ジェット式記録ヘッド近傍に搭載されている。すなわ
ち、従来においては、圧電素子の近傍にＩＣを配置して
ワイヤボンディング等により配線する手法がとられてい
る。

【００１０】しかしながら、特に、記録密度の向上に伴
って、ＩＣ等の搭載スペース及び各圧電素子とＩＣ等と
の配線のスペースが、記録ヘッドを小型化する上での課
題となる。また、このような課題は、同様な圧電素子を
具備するアクチュエータを搭載したあらゆる装置におい
て存在する。

【００１１】本発明はこのような事情に鑑み、構造を簡
略化し小型化を図ったアクチュエータ装置及びインクジ
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、圧力発生室が画成されると共に当該
圧力発生室の一方面側に振動板を介して圧電素子を有す
る流路形成基板を具備するアクチュエータ装置におい
て、前記流路形成基板の前記圧電素子側に接合される接
合部材を有し、該接合部材には、外部配線が接続される
実装部が前記圧電素子とは反対側の領域に設けられ、且
つ一端が前記接合部材の前記実装部に接続されると共に
他端が前記圧電素子に接続される駆動用配線が設けられ
ていることを特徴とするアクチュエータ装置にある。

【００１３】かかる第１の態様では、流路形成基板の圧
電素子側に接合される接合部材上に実装部が設けられて
いるため、外部配線との接続構造を省スペース化でき、
小型化、高密度化を実現することができる。

【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接合部材側の表面には前記
圧電素子の駆動用電極に接続する接点部が配される一
方、前記接合部材の前記流路形成基板側の表面には前記
駆動用配線の前記他端の接続部が前記接点部に対応して
配されており、前記接点部と前記接続部とが圧着接合さ
れていることを特徴とするアクチュエータ装置にある。

【００１５】かかる第２の態様では、流路形成基板と接
合部材とを接合することにより、各圧電素子との配線接
続が行われ、組立が容易となる。

【００１６】本発明の第３の態様は、第１又は２の態様
において、前記駆動用配線が、前記接合部材内に設けら
れていることを特徴とするアクチュエータ装置にある。

【００１７】かかる第３の態様では、駆動用配線を設け
るスペースを確保する必要がなく、確実に小型化、高密
度化を実現することができる。

【００１８】本発明の第４の態様は、第１〜３の何れか
の態様において、前記接合部材には、前記圧電素子に対
応する領域に、当該接合部材を貫通して外部と連通する
連通孔が設けられ、前記駆動用配線が当該連通孔を介し
て設けられていることを特徴とするアクチュエータ装置
にある。

【００１９】かかる第４の態様では、駆動用配線が連通
孔を介して、容易に外部配線との接続が行われる。

【００２０】本発明の第５の態様は、第４の態様におい
て、前記駆動用配線が、ワイヤボンディングによって形
成されていることを特徴とするアクチュエータ装置にあ
る。

【００２１】かかる第５の態様では、駆動用配線を容易
に形成することができる。

【００２２】本発明の第６の態様は、第４の態様におい
て、前記駆動用配線が、薄膜によって形成されているこ
とを特徴とするアクチュエータ装置にある。

【００２３】かかる第６の態様では、駆動用配線を容易
に接続することができる。

【００２４】本発明の第７の態様は、第１〜６の何れか
の態様において、前記接合部材の前記圧電素子と反対側
の領域には、前記圧電素子を駆動するための半導体集積
回路である駆動回路が搭載され、前記駆動用配線と前記
実装部との間に当該駆動回路が接続されていることを特
徴とするアクチュエータ装置にある。

【００２５】かかる第７の態様では、流路形成基板と接
合部材とを接合するだけで、アクチュエータ装置を構成
することができ、省スペース化を図ることができる。ま
た、駆動回路として半導体集積回路を用いれば、接合部
材に容易に搭載できる。

【００２６】本発明の第８の態様は、第１〜７の何れか
のアクチュエータ装置の前記流路形成基板の他方面側
に、前記圧力発生室に連通するノズル開口を有するノズ
ル形成部材が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。

【００２７】かかる第８の態様では、接合部材上に実装
部が設けられているため、インクジェット式記録ヘッド
の小型化、高密度化を実現できる。

【００２８】本発明の第９の態様は、第８の態様におい
て、前記流路形成基板がシリコン単結晶基板からなり、
前記接合部材が前記シリコン単結晶基板の線膨張係数と
近い線膨張係数を有する材質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、環境温度が変化し
ても、圧電素子に余計な応力等が発生することがない。

【００３０】本発明の第１０の態様は、第８又は９の態
様において、前記接合部材が、ガラスセラミックス及び
窒化アルミニウムからなる群から選択される材質からな
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、温度変化に強い
インクジェット式記録ヘッドとなる。

【００３２】本発明の第１１の態様は、第８〜１０の何
れかの態様において、前記ノズル形成部材が前記流路形
成基板と略同一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。

【００３３】かかる第１１の態様では、ノズルプレート
の接合が容易になり、製造工程を簡略化することができ
る。

【００３４】本発明の第１２の態様は、第８の態様にお
いて、前記流路形成基板と前記ノズル形成部材とがセラ
ミックスで形成され、前記圧電素子の各層がグリーンシ
ート貼付又は印刷により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。

【００３５】かかる第１２の態様では、ヘッドチップを
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８〜１２の何
れかの態様において、前記流路形成基板には前記圧力発
生室に連通されるリザーバが画成され、前記ノズル形成
部材は前記ノズル開口を有するノズルプレートであるこ
とを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。

【００３７】かかる第１３の態様では、ノズル開口から
インクを吐出するインクジェット式記録ヘッドを容易に
実現できる。

【００３８】本発明の第１４の態様は、第８〜１２の何
れかの態様において、前記ノズル形成部材は、前記圧力
発生室にインクを供給する共通インク室と、前記圧力発
生室と前記ノズル開口とを連通する流路とを形成する流
路ユニット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。

【００３９】かかる第１４の態様では、流路ユニットを
介してノズル開口からインクが吐出される。

【００４０】本発明の第１５の態様は、第８〜１２の何
れかの態様において、前記流路形成基板の前記圧電素子
側の表面には前記圧力発生室に連通するインク供給口が
開口し、一方、前記接合部材には、前記インク供給口に
対向して相互に連通するインク供給流路が設けられてい
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。

【００４１】かかる第１５の態様では、接合部材がイン
ク供給用の部材を兼ね、さらに小型化を図ることができ
る。

【００４２】本発明の第１６の態様は、第８〜１５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。

【００４３】かかる第１６の態様では、ヘッドの構造を
簡略化して、製造コストを低減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。

【００４４】

【発明の実施の形態】以下に本発明を一実施形態に基づ
いて詳細に説明する。（実施形態１）図１は、本発明の一実施形態に係るイン
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、その１つの圧力発生室の長手方向におけるそれぞれ
の断面構造を示す図である。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、１５０〜３００μｍ程度の厚さのものが用いられ、
望ましくは１８０〜２８０μｍ程度、より望ましくは２
２０μｍ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。

【００４５】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０．１〜２μｍの弾性膜５０が形成
されている。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の列１
３が２列と、各圧力発生室１２に対応するリザーバ１４
と、各圧力発生室１２と各リザーバ１４とを一定の流体
抵抗で連通するインク供給口１５がそれぞれ形成されて
いる。なお、各リザーバ１４に対応する弾性膜５０に
は、外部から当該リザーバ１４にインクを供給するため
のインク導入口１６が形成されている。

【００４６】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。

【００４７】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口１５は、圧力発生室１２よ
り浅く形成されている。すなわち、インク供給口１５
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。

【００４８】また、流路形成基板１０の開口面側には、
各圧力発生室１２のインク供給口１５とは反対側に連通
するノズル開口１７が穿設されたノズルプレート１８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１８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１８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１８は、流路形成基板１
０と略同一材料、言換えれば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１８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ることがで
き、両者を容易に接合することができる。

【００４９】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１７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１７は数十μｍの径で精度よく形成する必要が
ある。

【００５０】一方、流路形成基板１０の開口面とは反対
側の弾性膜５０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の圧電体膜７
０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、圧電体膜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膜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
膜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、圧
電素子３００と該圧電素子３００の駆動により変位を生
じさせる振動板とを合わせて圧電アクチュエータと称す
る。なお、上述した例では、弾性膜５０及び下電極膜６
０が振動板として作用するが、下電極膜が弾性膜を兼ね
るようにしてもよい。

【００５１】ここで、シリコン単結晶基板からなる流路
形成基板１０上に、圧電体膜７０等を形成するプロセス
を図３を参照しながら説明する。図３（ａ）に示すよう
に、まず、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１１００℃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。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
形成する。下電極膜６０の材料としては、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膜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、圧電体膜７０
としてＰＺＴを用いた場合には、ＰｂＯ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
Ｐｔが好適である。

【００５２】次に、図３（ｃ）に示すように、圧電体膜
７０を成膜する。この圧電体膜７０の成膜にはスパッタ
リング法を用いることもできるが、本実施形態では、金
属有機物を溶媒に溶解・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
物からなる圧電体膜７０を得る、いわゆるゾル−ゲル法
を用いている。圧電体膜７０の材料としては、チタン酸
ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）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。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、Ａｌ、Ａ
ｕ、Ｎｉ、Ｐｔ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、Ｐｔをスパッタリングによ
り成膜している。

【００５３】次に、図３（ｅ）に示すように、各圧力発
生室１２それぞれに対して圧電素子を配設するように、
上電極膜８０及び圧電体膜７０のパターニングを行う。
図３（ｅ）では圧電体膜７０を上電極膜８０と同一のパ
ターンでパターニングを行った場合を示しているが、上
述したように、圧電体膜７０は必ずしもパターニングを
行う必要はない。これは、上電極膜８０のパターンを個
別電極として電圧を印加した場合、電界はそれぞれの上
電極膜８０と、共通電極である下電極膜６０との間にか
かるのみで、その他の部位には何ら影響を与えないため
である。しかしながら、この場合には、同一の排除体積
を得るためには大きな電圧印加が必要となるため、圧電
体膜７０もパターニングするのが好ましい。また、この
後、下電極膜６０をパターニングして、例えば、圧力発
生室１２の両側境界部近傍の腕部を除去するようにして
もよく、これにより、変位量を向上することができる。

【００５４】ここで、パターニングは、レジストパター
ンを形成した後、エッチング等を行うことにより実施す
る。レジストパターンは、例えば、ネガレジストをスピ
ンコートなどにより塗布し、所定形状のマスクを用いて
露光・現像・ベークを行うことにより形成する。なお、
勿論、ネガレジストの代わりにポジレジストを用いても
よい。また、エッチングは、ドライエッチング装置、例
えば、イオンミリング装置を用いて二酸化シリコン膜か
らなる弾性膜５０が露出するまで行う。なお、エッチン
グ後には、レジストパターンをアッシング装置等により
除去する。また、ドライエッチング法としては、イオン
ミリング法以外に、反応性エッチング法等を用いてもよ
い。また、ドライエッチングの代わりにウェットエッチ
ングを用いることも可能であるが、ドライエッチング法
と比較してパターニング精度が多少劣り、上電極膜８０
の材料も制限されるので、ドライエッチングを用いるの
が好ましい。

【００５５】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、図３（ｆ）に示すように、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、圧力発生室１２等を形成する。なお、
以上説明した一連の膜形成及び異方性エッチングは、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、このような流路形成
基板１０及びノズルプレート１８からなるヘッドチップ
は、本実施形態では、図４及び図５に示すように、流路
形成基板に接合される接合部材であり、ヘッドチップを
構造的に保持固定する固定部材１２０に固定される。な
お、図４は、分解斜視図、図５は、平面図及び断面図で
ある。

【００５６】固定部材１２０は、流路形成基板１０の線
膨張係数に近い線膨張係数を有するガラスセラミック
ス、窒化アルミニウムなどの材質からなり、一方面に流
路形成基板１０を保持するための凹部１２１を有する。
凹部１２１は、ヘッドチップを保持する大きさを有すれ
ばよいが、ヘッドチップの周囲に嵌合して周囲からも保
持するような大きさとしてもよい。凹部１２１内の流路
形成基板１０の接合位置には、各圧力発生室１２に対向
する上電極膜８０のパターンに対向する配線パターン１
３０が形成され、この配線パターン１３０の一端部１３
１には、異方性導電接着剤１３５を介して、それぞれ上
電極膜８０の端部８０ａが接合されている。一方、配線
パターン１３０は、固定部材１２０を貫通して反対面ま
で延設されており、他端部がＩＣ配線部１３２となって
いる。

【００５７】また、固定部材１２０の他端面には、凹部
１２２が形成され、凹部１２２内には、駆動用ＩＣ１４
０が実装されている。そして、駆動用ＩＣ１４０の各端
子１４１とこれらに対応するＩＣ配線部１３２とはワイ
ヤボンディング１４５により接続されている。なお、駆
動用ＩＣ１４０及びワイヤボンディング１４５は、モー
ルド１５０により覆われている。

【００５８】また、固定部材１２０の凹部１２２の両
側、流路形成基板１０のインク導入口１６に対向する位
置には、貫通溝であるインク供給路１２５が形成されて
おり、各インク導入口１６に対応する貫通孔１６１を有
し、各インク導入口１６とインク供給路１２５とを連通
する流路シール材１６０が、固定部材１２０と流路形成
基板１０との間に設けられている。なお、インク供給路
１２５の他端側には、図示しないインク供給手段が設け
られるようになっている。さらに、固定部材１２０に
は、駆動用ＩＣ１４０に信号を供給するための配線が施
されており、当該配線の一端部が駆動用端子１７０とな
っている。そして、駆動用端子１７０には、外部装置と
の接続のためのフレキシブルプリント回路１８０が接続
されるようになっている。

【００５９】このように構成した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インク供給
路１２５を介して接続されたインク導入口１６からイン
クを取り込み、リザーバ１４からノズル開口１７に至る
まで内部をインクで満たした後、図示しない外部装置か
らの信号により駆動用ＩＣ１４０が出力した記録信号に
従い、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と圧電体膜７０とをたわみ変形させるこ
とにより、圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口
１７からインク滴が吐出する。

【００６０】以上説明した本実施形態では、ヘッドチッ
プを保持固定する固定部材１２０で外部配線との接続を
行うようにしたので、比較的容易にインクジェット式記
録ヘッドを製造することができる。また、駆動用ＩＣ１
４０を実装することにより、容易にインクジェット式記
録ヘッドを製造することができ、また、実装の省スペー
ス化を図ることができる。さらに、固定部材１２０を流
路形成基板１０の線膨張係数と近似する線膨張係数を有
する材質で形成したことにより、環境温度が変化しても
圧電素子に余計な応力を発生させることがない。

【００６１】（実施形態２）図６に、実施形態２に係る
インクジェット式記録ヘッドの断面を示す。本実施形態
は、駆動用ＩＣ１４０の固定部材１２０の配線パターン
との接続をワイヤボンディングではなく、バンプを介し
て行うようにした以外は、上述した実施形態と同様であ
る。すなわち、本実施形態では、図６に示すように、駆
動用ＩＣ１４０Ａは配線用のバンプ１４１を有し、固定
部材１２０の配線パターン１３０のＩＣ配線部１３２に
直接、熱圧着、超音波圧着等により接合することにより
実装することができる。なお、配線部１３２側にバンプ
を設けてもよく、勿論、駆動用ＩＣの実装方法は、これ
らに限定されないことは言うまでもない。

【００６２】（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断面図である。本実施形
態では、図７に示すように、圧電素子３００は、基本的
には圧力発生室１２に対向する領域に設けられ、ノズル
開口１７とは反対側の端部からインク供給口１５に対向
する領域まで延設されている。また、固定部材１２０Ａ
の圧電素子３００の端部近傍に対応する領域には、幅方
向に並設された複数の圧力発生室１２に亘って、貫通溝
１２６が形成されている。そして、上電極膜８０のノズ
ル開口１７とは反対側の端部近傍と、固定部材１２０Ａ
の上面に設けられたＩＣ配線部１３２とをこの貫通溝１
２６を介してワイヤボンディングによって形成された連
結配線１４６で接続して、圧電素子３００と駆動用ＩＣ
１４０とを接続するようにした以外、実施形態１と同様
である。

【００６３】このような構成では、固定部材１２０Ａに
貫通溝１２６を設けるようにしたので、上電極膜８０と
ＩＣ配線部１３２とを接続する連結配線１４６をワイヤ
ボンディングで形成することができ、圧電素子３００と
駆動用ＩＣ１４０とを比較的容易に接続することができ
る。また、勿論、上述の実施形態と同様に、駆動用ＩＣ
の実装の省スペース化を図ることができる。

【００６４】なお、本実施形態では、連結配線１４６を
設けるために、固定部材１２０Ａに複数の圧力発生室１
２に亘って貫通溝１２６を設けるようにしたが、これに
限定されず、例えば、各圧力発生室１２毎に独立した貫
通孔としてもよい。また、その大きさも、特に限定され
ず、少なくともワイヤボンディング１４６を形成可能な
大きさであればよい。

【００６５】（実施形態４）図８は、実施形態４に係る
インクジェット式記録ヘッドの断面図である。本実施形
態では、図８に示すように、固定部材１２０Ｂの圧電素
子３００側の開口部分に、各圧電素子３００に対応して
配線パターン１３０Ａが形成され、この配線パターン１
３０Ａと上電極膜８０とが異方性導電接着剤１３５を介
して接合されている。そして、配線パターン１３０Ａと
ＩＣ配線部１３２とを接続する連結配線１４６Ａを固定
部材１２０Ｂの圧電素子３００とは反対側の表面及び貫
通溝１２６Ａの内面とに設けられた薄膜で形成するよう
にした以外は、実施形態３と同様である。この連結配線
１４６Ａの材質は、特に限定されず、導電性を有する材
料であればよいが、例えば、本実施形態では、Ａｕ及び
Ｔｉを用いて、二層構造の配線とした。

【００６６】また、このような貫通溝１２６Ａ及び連結
配線１４６Ａの形成方法としては、特に限定されない
が、本実施形態では、以下の方法で形成した。なお、図
９は、貫通溝及び駆動用配線の製造工程を示す圧力発生
室１２の長手方向の要部断面図であり、図１０は、図９
のＡ−Ａ’断面図である。まず、図９（ａ）に示すよう
に、固定部材１２０Ｂの圧電素子３００側に配線パター
ン１３０Ａを設ける。そして、この配線パターン１３０
Ａに対応する領域の固定部材１２０Ｂを、上述した圧力
発生室１２の形成と同様に、圧電素子３００とは反対側
の面から異方性エッチングによって貫通溝１２６Ａを形
成する。このとき、貫通溝１２６Ａの連結配線１４６Ａ
が形成される面が傾斜面１２７となるようにエッチング
する。

【００６７】次いで、図９（ｂ）に示すように、固定部
材１２０Ｂの表面及び貫通溝１２６Ａの傾斜面１２７
に、例えば、スパッタリングにより、連結配線１４６Ａ
を構成する配線膜１４７を略一様の厚さで成膜する。次
いで、図９（ｃ）及び図１０に示すように、配線膜１４
７をパターニングして、各圧電素子３００毎に独立して
配線パターン１３０ＡとＩＣ配線部１３２とを接続する
連結配線１４６Ａを形成する。

【００６８】このように、貫通溝１２６Ａに傾斜面１２
７を設けて、連結配線１４６Ａとなる配線膜１４７を成
膜してパターニングすることにより、貫通溝１２６Ａの
内面にも容易に連結配線１４６Ａを形成することができ
る。したがって、記録ヘッドの製造工程を簡略化するこ
とができ、製造効率を向上することができる。なお、本
実施形態では、この連結配線１４６ＡとＩＣ配線部１３
２とを別部材として形成したが、これに限定されず、例
えば、連結配線１４６Ａの端部がＩＣ配線部１３２を兼
ねるようにしてもよい。

【００６９】（実施形態５）図１１は、実施形態５に係
るインクジェット式記録ヘッドの要部断面図である。本
実施形態は、流路形成基板１０の圧電素子３００側に接
合される接合部材として、固定部材１２０ではなく、リ
ザーバの少なくとも一部を構成する空間を有するリザー
バ形成基板１９０が接合され、このリザーバ形成基板１
９０の圧電素子３００とは反対側の領域に駆動用集積回
路１４０を設けた例である。詳しくは、図１１に示すよ
うに、本実施形態の流路形成基板１０には、圧力発生室
１２と、リザーバ形成基板１９０のリザーバ部１９１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１９５の一部を構成する連通部１９とが形成され、
この連通部１９は各圧力発生室１２の長手方向一端部と
それぞれインク供給口１５Ａを介して一定の流路抵抗と
なるように連通されている。

【００７０】この流路形成基板１０の圧電素子３００側
には、リザーバ形成基板１９０と封止板２００とが接合
されている。リザーバ形成基板１９０は、リザーバ１９
５の少なくとも一部を構成するリザーバ部１９１を有
し、流路形成基板１０の連通部１９と連通されてリザー
バ１９５を構成し、一方面を封止板２００によって封止
されている。なお、リザーバ１９５に対向する領域の封
止板２００は他の部分の厚さよりも薄く形成されて可撓
性を有する可撓部１９５ａとなっており、この可撓部１
９５ａが変形することにより、リザーバ１９５の内部圧
力の変化を吸収する。また、本実施形態では、この封止
板２００は、リザーバ形成基板１９０のリザーバ１９５
に対応する領域近傍のみに形成されており、他の部分は
リザーバ形成基板１９０の表面が露出されている。ま
た、リザーバ１９５には、封止板２００及びリザーバ形
成基板１９０を貫通して形成されたインク導入口２０１
及びインク導入路１９２によって外部と連通されてお
り、これらインク導入口２０１及びインク導入路１９２
を介して外部からインクが供給される。

【００７１】一方、リザーバ形成基板１９０の圧電素子
３００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１９３が設けられ、圧電素子３０
０の少なくとも圧電体能動部３２０は、この圧電素子保
持部１９３内に密封されている。また、リザーバ形成基
板１９０には、上述した固定部材１２０の場合と同様
に、圧電素子３００の上電極膜８０に対向する領域に、
圧力発生室１２の列に亘って延びる貫通溝１９４が形成
されている。そして、各圧電素子３００の上電極膜８０
からリザーバ形成基板１９０上に設けられたＩＣ配線部
１３２に、貫通溝１９４を介してワイヤボンディングに
よって連結配線１４６が延設されている。

【００７２】このように、流路形成基板１０に接合され
たリザーバ形成基板１９０上に、駆動用集積回路１４０
を実装して、圧電素子３００と接続すると共に外部配線
との接続を行うことにより、上述の実施形態と同様に、
容易にインクジェット式記録ヘッドを構成することがで
き、また、実装の省スペース化を図ることができる。な
お、本実施形態では、連結配線１４６をワイヤボンディ
ングによって形成するようにしたが、これに限定され
ず、例えば、実施形態４と同様に、ＩＣ配線部と配線パ
ターンとの間に薄膜からなる連結配線を形成するように
してもよい。また、このような薄膜からなる連結配線を
用いる場合には、例えば、図１２に示すように、配線パ
ターンを設けずに、連結配線１４６Ａを上電極膜８０に
直接接合するようにしてもよい。

【００７３】（他の実施形態）以上、本発明の実施形態
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。例えば、
上述の実施形態では、流路形成基板１０に接合される接
合部材である固定部材又はリザーバ形成基板上に駆動用
集積回路を搭載するようにしたが、これに限定されず、
例えば、これらの接合部材上に直接駆動回路を形成する
ようにしてもよい。これにより、駆動用集積回路を別に
実装する必要がなくなり、製造コストをさらに低減する
ことができる。

【００７４】また、例えば、上述の実施形態では、接合
部材内に駆動用配線を設けるようにしたが、これに限定
されず、例えば、接合部材の外面に駆動用配線を延設す
るようにしてもよい。何れにしても、接合部材上に駆動
用集積回路を実装することにより、あるいは駆動回路を
形成することにより、ヘッドの小型化、高密度化を実現
することができる。また、例えば、上述の各実施形態で
は、接合部材上に、駆動用集積回路を実装するようにし
たが、これに限定されず、例えば、駆動用集積回路を実
装せずに、フレキシブルケーブル等の外部配線等と接続
するようにしてもよい。このような構成によっても、流
路形成基板等の寸法を小さくすることができ、記録ヘッ
ドを小型化することができる。さらに、例えば、上述し
た実施形態１〜４では、流路形成基板１０に圧力発生室
１２と共にリザーバ１４を形成したタイプのヘッドチッ
プを固定部材に接合するようにしたが、これに限定され
ず、共通インク室を別部材で形成する流路ユニットを流
路形成基板１０に重ねて設けたタイプのヘッドチップを
固定部材に接合するようにしてもよい。

【００７５】このように構成した実施形態に係るヘッド
チップの分解斜視図を図１３に、そのヘッドチップを用
いたヘッドの断面図を図１４に示す。この実施形態で
は、ノズル開口１７Ａが穿設されたノズルプレート１８
Ａと流路形成基板１０Ａとの間に、封止板２００、共通
インク室形成板２１０、薄肉板２２０及びインク室側板
２３０が挟持され、これらを貫通するように、圧力発生
室１２Ａとノズル開口１７Ａとを連通するノズル連通口
３１が配されている。すなわち、封止板２００、共通イ
ンク室形成板２１０および薄肉板２２０とで共通インク
室３２が画成され、各圧力発生室１２Ａと共通インク室
３２とは、封止板２００に穿設されたインク連通孔３３
を介して連通されている。また、封止板２００には供給
インク室３２に外部からインクを導入するためのインク
導入孔１６Ａも穿設されている。また、薄肉板２２０と
ノズルプレート１８Ａとの間に位置するインク室側板２
３０には各供給インク室３２に対向する位置に貫通部３
５が形成されており、インク滴吐出の際に発生するノズ
ル開口１７Ａと反対側へ向かう圧力を、薄肉板２２０が
吸収するのを許容するようになっており、これにより、
他の圧力発生室１２Ａに、共通インク室３２を経由して
不要な正又は負の圧力が加わるのを防止することができ
る。なお、薄肉板２２０とインク室側板２３０とは一体
に形成されてもよい。このように形成されたヘッドチッ
プは、図８に示すように、上述した実施形態と同様に固
定部材１２０に固定される。

【００７６】以上説明した各実施形態は、成膜及びリソ
グラフィプロセスを応用することにより製造できる薄膜
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、結晶成長により
圧電体膜を形成するもの等としてもよい。また、例え
ば、基板をセラミックシートを積層して圧力発生室を形
成するものとし、グリーンシートを貼付もしくはスクリ
ーン印刷等により圧電体膜を形成するものとしてもよ
い。さらに、各種の構造のインクジェット式記録ヘッド
に本発明を採用することができる。さらに、上述した各
実施形態では、上電極膜を固定部材の配線パターンに直
接接続したが、上電極膜に接続するリード電極を介して
接続するようにしてもよい。このように、本発明は、そ
の趣旨に反しない限り、種々の構造のインクジェット式
記録ヘッドに応用することができる。

【００７７】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１５
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。図１５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。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。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１に係るヘッドチップの分解斜視図
である。

【図２】実施形態１に係るヘッドチップの断面図であ
る。

【図３】実施形態１の薄膜製造工程を示す断面図であ
る。

【図４】実施形態１に係る記録ヘッドの分解斜視図で
ある。

【図５】実施形態１に係る記録ヘッドの平面図及び断
面図である。

【図６】実施形態２に係る記録ヘッドの断面図であ
る。

【図７】実施形態３に係る記録ヘッドの断面図であ
る。

【図８】実施形態４に係る記録ヘッドの断面図であ
る。

【図９】実施形態４に係る連結配線の製造工程を示す
断面図である。

【図１０】実施形態４に係る連結配線の製造工程を示
す断面図である。

【図１１】実施形態５に係る記録ヘッドの断面図であ
る。

【図１２】実施形態５に係る記録ヘッドの変形例を示
す断面図である。

【図１３】他の実施形態に係るヘッドチップの分解斜
視図である。

【図１４】他の実施形態に係る記録ヘッドの断面図で
ある。

【図１５】一実施形態に係る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、１４リ
ザーバ、１５インク供給口、１６インク導入
口、１７ノズル開口、１８ノズルプレート、
５０弾性膜、６０下電極膜、７０圧電体膜、
８０上電極膜１２０固定部材、１３０配線パターン、１４
０，１４０Ａ駆動用ＩＣ、１６０流路シール材、
１７０駆動用端子、１８０フレキシブルプリン
ト回路、１９０リザーバ形成基板、２００封止
板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 41/187 Ｈ０１Ｌ 41/18 １０１Ｚ 41/22 Ｆターム(参考） 2C057 AF34 AF93 AG83 AG85 AG86 AG89 AG91 AK07 AQ02 AR14 BA03 BA14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧力発生室が画成されると共に当該圧力
発生室の一方面側に振動板を介して圧電素子を有する流
路形成基板を具備するアクチュエータ装置において、前記流路形成基板の前記圧電素子側に接合される接合部
材を有し、該接合部材には、外部配線が接続される実装
部が前記圧電素子とは反対側の領域に設けられ、且つ一
端が前記接合部材の前記実装部に接続されると共に他端
が前記圧電素子に接続される駆動用配線が設けられてい
ることを特徴とするアクチュエータ装置。
【請求項２】請求項１において、前記流路形成基板の
前記接合部材側の表面には前記圧電素子の駆動用電極に
接続する接点部が配される一方、前記接合部材の前記流
路形成基板側の表面には前記駆動用配線の前記他端の接
続部が前記接点部に対応して配されており、前記接点部
と前記接続部とが圧着接合されていることを特徴とする
アクチュエータ装置。
【請求項３】請求項１又は２において、前記駆動用配
線が、前記接合部材内に設けられていることを特徴とす
るアクチュエータ装置。
【請求項４】請求項１〜３の何れかにおいて、前記接
合部材には、前記圧電素子に対応する領域に、当該接合
部材を貫通して外部と連通する連通孔が設けられ、前記
駆動用配線が当該連通孔を介して設けられていることを
特徴とするアクチュエータ装置。
【請求項５】請求項４において、前記駆動用配線が、
ワイヤボンディングによって形成されていることを特徴
とするアクチュエータ装置。
【請求項６】請求項４において、前記駆動用配線が、
薄膜によって形成されていることを特徴とするアクチュ
エータ装置。
【請求項７】請求項１〜６の何れかにおいて、前記接
合部材の前記圧電素子と反対側の領域には、前記圧電素
子を駆動するための半導体集積回路である駆動回路が搭
載され、前記駆動用配線と前記実装部との間に当該駆動
回路が接続されていることを特徴とするアクチュエータ
装置。
【請求項８】請求項１〜７の何れかのアクチュエータ
装置の前記流路形成基板の他方面側に、前記圧力発生室
に連通するノズル開口を有するノズル形成部材が接合さ
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９】請求項８において、前記流路形成基板が
シリコン単結晶基板からなり、前記接合部材が前記シリ
コン単結晶基板の線膨張係数と近い線膨張係数を有する
材質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８又は９において、前記接合部
材が、ガラスセラミックス及び窒化アルミニウムからな
る群から選択される材質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８〜１０の何れかにおいて、前
記ノズル形成部材が前記流路形成基板と略同一材料で形
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１２】請求項８において、前記流路形成基板
と前記ノズル形成部材とがセラミックスで形成され、前
記圧電素子の各層がグリーンシート貼付又は印刷により
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１３】請求項８〜１２の何れかにおいて、前
記流路形成基板には前記圧力発生室に連通されるリザー
バが画成され、前記ノズル形成部材は前記ノズル開口を
有するノズルプレート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１４】請求項８〜１２の何れかにおいて、前
記ノズル形成部材は、前記圧力発生室にインクを供給す
る共通インク室と、前記圧力発生室と前記ノズル開口と
を連通する流路とを形成する流路ユニットであることを
特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
【請求項１５】請求項８〜１２の何れかにおいて、前
記流路形成基板の前記圧電素子側には前記圧力発生室に
連通するインク供給口が開口し、一方、前記接合部材に
は、前記インク供給口に対向して相互に連通するインク
供給流路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１６】請求項８〜１５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。