JP2004001366A

JP2004001366A - 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置

Info

Publication number: JP2004001366A
Application number: JP2002321083A
Authority: JP
Inventors: Yoshinao Miyata; 宮田　佳直
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2002-03-25
Filing date: 2002-11-05
Publication date: 2004-01-08
Anticipated expiration: 2022-11-05
Also published as: JP4258605B2; US6820969B2; US20030218657A1

Abstract

【課題】液滴の吐出特性を良好に保持できると共に安定したインク吐出特性を得ることができ、且つ圧電素子を高密度に配列することができる液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供する。
【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、複数の並設された圧電素子３００に共通する共通電極６０の並設方向両端部以外から圧力発生室１２に対向する領域の外側まで引き出される共通リード電極９１と、ボンディングワイヤからなる接続配線１１０とを含む抵抗低減部を設けることにより、圧電素子３００に電圧を印加した際の共通電極６０の抵抗を低減する。
【選択図】　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被噴射液を吐出する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関し、特に、インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室に供給されたインクを圧電素子によって加圧することにより、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。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。
【０００４】
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）。
【０００５】
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。
【０００６】
【特許文献１】
特開平５−２８６１３１号公報（第３欄、第１図）
【特許文献２】
特開２００２−１１８７７号公報（第４−５頁、第１−９図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように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、各圧電素子の一方の電極（共通電極）が複数の圧電素子に共通して設けられているため、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。また、外部配線が接続される端子部から遠い位置に設けられた圧電素子ほど印加される電圧が低くなり易い。このため、一列に並設された圧電素子であっても接続部からの距離によって液滴の吐出特性にばらつきが生じてしまうという問題がある。
【０００８】
このような問題は、圧電素子の共通電極の厚さを厚くすることによって解決することはできるが、一般的に共通電極は振動板の一部を構成しているため、圧電素子の駆動による振動板の変位量が低下してしまうという問題が発生してしまう。また、共通電極の面積を広げることによってもこのような問題を解決することはできるが、ヘッドが大型化してしまうという問題がある。また、薄膜で形成された圧電素子の電極はその膜厚が薄いため抵抗値が比較的高く、このような問題が特に生じやすい。
【０００９】
また、このような問題を解決するために、複数の下部電極膜（下電極）をいくつかのグループに分類して各グループに対応して各コモン端子を設けることで、電圧降下を抑えてアクチュエータ（圧電素子）の特性の均一化を図ったものもある（例えば、特許文献２参照）。
【００１０】
このような構造では、電圧降下の発生を抑えることはできるが、端子数が大幅に増加して配線構造が複雑になるため、製造工程が煩雑化してしまうという問題や、圧電素子を高密度に配列した場合には採用するのが難しいという問題がある。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、勿論、インク以外を吐出する他の液体噴射ヘッドの製造方法においても、同様に存在する。
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑み、液滴の吐出特性を良好に保持できると共に安定した吐出特性を得ることができ、且つ圧電素子を高密度に配列することができる液体噴射ヘッド及び液体噴射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、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液体噴射ヘッドにおいて、複数の並設された圧電素子に共通する共通電極の並設方向両端部以外から前記圧力発生室に対向する領域の外側まで引き出される共通リード電極と、ボンディングワイヤからなる接続配線とを含む抵抗低減部を設けることにより、前記圧電素子に電圧を印加した際の前記共通電極の抵抗を低減することを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００１３】
かかる第１の態様では、抵抗低減部によって圧電素子に電圧を印加した際の共通電極の抵抗値が実質的に低下するため、複数の圧電素子を同時に駆動する際に電圧降下が発生するのを防止できる。したがって、液滴の吐出特性が安定し且つ液滴の吐出特性にばらつきが生じることがない。また、ボンディングワイヤからなる接続配線で各共通リード電極を接続することによりヘッドが大型化することもなく、また圧電素子を比較的容易に高密度に配列することができる。
【００１４】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記共通リード電極が前記共通電極から複数本引き出されると共にこれらの共通リード電極同士が前記接続配線によって接続されていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００１５】
かかる第２の態様では、電圧降下の発生をより確実に防止することができ、各ノズル開口毎の吐出特性のばらつきを確実に防止できる。
【００１６】
本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記流路形成基板の前記圧電素子側に接合され当該圧電素子を封止する圧電素子保持部を有する封止基板をさらに有すると共に該封止基板の一部に前記共通リード電極の表面が露出される露出部を有し、前記接続配線が前記露出部に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。
【００１７】
かかる第３の態様では、露出部の面積が比較的狭くても各共通リード電極を接続でき、ヘッドを確実に小型化できる。
【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、前記接続配線が前記共通リード電極の並設方向とは略直交する方向に延設されていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００１９】
かかる第４の態様では、比較的狭い領域で各共通リード電極を確実に接続でき、ヘッドを確実に小型化できる。
【００２０】
本発明の第５の態様は、第３の態様において、前記封止基板上に導電材料からなる補助配線層を有すると共に、該補助配線層が前記圧力発生室の列の外側に対応する領域の共通電極及び前記共通リード電極と前記露出部を介して延設された前記接続配線によって電気的に接続されて前記抵抗低減部の一部を構成していることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００２１】
かかる第５の態様では、補助配線層を設けることにより、共通電極の抵抗値がさらに低下するため、複数の圧電素子を駆動した際の電圧降下をより確実に防止できる。
【００２２】
本発明の第６の態様は、第３の態様において、前記封止基板の上部に駆動ＩＣが設けられると共に該駆動ＩＣ上には導通部が設けられ、該導通部と前記共通リード電極とが前記接続配線を介して電気的に接続されて前記抵抗低減部の一部を構成していることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００２３】
かかる第６の態様では、共通電極の抵抗値を実質的に低下させることができ、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いため、吐出特性が安定する。また、共通リード電極同士を駆動ＩＣ上の導通部で導通するため、ヘッドが大型化することがない。
【００２４】
本発明の第７の態様は、第６の態様において、前記導通部が、前記駆動ＩＣ上に島状に間欠的に複数設けられた導電層と、ボンディングワイヤからなり各導電層を電気的に接続する連結配線とからなることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００２５】
かかる第７の態様では、複数の共通リード電極同士を容易且つ確実に導通させることができ、共通電極の抵抗値を確実に低下させることができる。
【００２６】
本発明の第８の態様は、第６の態様において、前記導通部が、前記駆動ＩＣ上に前記圧電素子の並設方向に亘って連続して設けられた導通層であることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００２７】
かかる第８の態様では、複数の共通リード電極同士を容易且つ確実に導通することができ、共通電極の抵抗値を確実に低下させることができる。
【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、前記共通リード電極が前記共通電極と同一の層からなることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００２９】
かかる第９の態様では、共通電極を形成する際に共通リード電極を同時に形成でき、製造工程が簡略化される。
【００３０】
本発明の第１０の態様は、第１〜８の何れかの態様において、前記共通リード電極が前記圧電素子の個別電極から引き出される個別リード電極と同一の層からなることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００３１】
かかる第１０の態様では、共通電極の抵抗値をより効果的に低下させることができる。また、個別リード電極を形成する際に共通リード電極を同時に形成できるため、製造工程が簡略化される。
【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、前記共通リード電極が、前記圧電素子の個別電極から引き出される個別リード電極の延設方向と同一方向に延設されていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００３３】
かかる第１１の態様では、ヘッドを大型化することなく複数の共通リード電極を容易に延設することができる。
【００３４】
本発明の第１２の態様は、第１〜１０の何れかの態様において、前記共通リード電極が、前記圧電素子の個別電極から引き出される個別リード電極の延設方向とは反対方向に延設されていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００３５】
かかる第１２の態様では、共通リード電極及び接続配線を形成するための比較的広いスペースを確保することができ、これら共通リード電極及び接続配線を比較的容易に形成できる。
【００３６】
本発明の第１３の態様は、第１〜１２の何れかの態様において、前記共通リード電極が、略一定の間隔で少なくとも３本以上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。
【００３７】
かかる第１３の態様では、多数の圧電素子を同時に駆動して電圧降下が生じた場合でも、各圧電素子に印加される電圧のばらつきが抑えられる。
【００３８】
本発明の第１４の態様は、第１〜１３の何れかの態様において、前記流路形成基板に複数の隔壁によって形成される前記圧力発生室の列が２列設けられ、前記共通リード電極が前記圧力発生室の列間に対応する領域に延設されていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００３９】
かかる第１４の態様では、２列の各圧力発生室に対応する領域の共通電極から効率的に共通リード電極を延設することができるため、ヘッドをより確実に小型化することができる。
【００４０】
本発明の第１５の態様は、第１〜１４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液体噴射ヘッドにある。
【００４１】
かかる第１５の態様では、高密度のノズル開口を有する液体噴射ヘッドを大量且つ比較的容易に製造することができる。
【００４２】
本発明の第１６の態様は、第１〜１５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。
【００４３】
かかる第１６の態様では、液滴の吐出特性を安定させ、信頼性を向上した液体噴射装置を実現できる。
【００４４】
【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。
（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。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。この流路形成基板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。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２列並設され、その長手方向外側には、後述する封止基板３０に設けられるリザーバ部３３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。
【００４５】
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ＫＯＨ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（１１０）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。
【００４６】
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１０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。
【００４７】
なお、このような圧力発生室１２等が形成される流路形成基板１０の厚さは、圧力発生室１２を配設する密度に合わせて最適な厚さを選択することが好ましい。例えば、１インチ当たり１８０個（１８０ｄｐｉ）程度に圧力発生室１２を配置する場合には、流路形成基板１０の厚さは、１８０〜２８０μｍ程度、より望ましくは、２２０μｍ程度とするのが好適である。また、例えば、３６０ｄｐｉ程度と比較的高密度に圧力発生室１２を配置する場合には、流路形成基板１０の厚さは、１００μｍ以下とするのが好ましい。これは、隣接する圧力発生室１２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。
【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、０．１〜１ｍｍ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。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。
【００４９】
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。
【００５０】
ここで、圧電素子３００の個別電極である上電極膜８０には、圧電素子３００の長手方向端部近傍から圧力発生室１２の外側の領域まで引き出される個別リード電極９０がそれぞれ接続されている。この個別リード電極９０は、例えば、金（Ａｕ）等からなり、本実施形態では、圧電素子３００の長手方向端部近傍から圧力発生室１２の列間に対応する領域まで延設されている。また、圧電素子３００の共通電極である下電極膜６０は、本実施形態では、圧力発生室１２の長手方向両端部近傍に対向する領域でそれぞれパターニングされ且つ圧力発生室１２の並設方向に沿って圧力発生室１２の列の外側の領域まで延設されている。そして、各圧力発生室１２の列に対応する領域の下電極膜６０は、圧力発生室１２の列の外側の領域で連続している。
【００５１】
また、各圧力発生室１２の列に対向する領域の下電極膜６０には、圧力発生室１２の並設方向端部を除く部分から圧力発生室１２の外側の領域まで引き出される複数の共通リード電極９１が接続されている。本実施形態では、これらの共通リード電極９１は、圧力発生室１２の列間に対応する領域に延設され、且つ各圧力発生室１２の列に対向する領域の下電極膜６０間に亘って連続的に設けられている。なお、この共通リード電極９１は、勿論、各圧力発生室１２の列に対応する領域の下電極膜６０毎に独立して設けられていてもよい。
【００５２】
これらの共通リード電極９１は、少なくとも１本以上設けられていればよいが、一定の間隔、例えば、ｎ本の個別リード電極９０に対して１本の割合で、少なくとも３本以上設けられていることが好ましい。また、共通リード電極９１は、少なくとも下電極膜６０よりも抵抗値の低い材料を用いることが好ましく、下電極膜６０と同一の材料で形成するようにしてもよいが、本実施形態では、個別リード電極９０と同一の層で形成している。
【００５３】
また、このような共通リード電極９１は、ボンディングワイヤからなる接続配線１１０によって圧力発生室１２の列の外側に対応する領域の下電極膜６０と電気的に接続されている。本実施形態では、この接続配線１１０は、後述する封止基板３０に設けられた貫通部３２内に設けられ、且つ共通リード電極９１の延設方向とは略直交する方向に延設されている。そして、少なくとも何れか１本の共通リード電極９１と下電極膜６０とがこの接続配線１１０によって電気的に接続されると共に隣接する各共通リード電極９１同士が接続配線１１０によって電気的に接続されることにより、各共通リード電極９１と下電極膜６０とが電気的に接続されている。勿論、接続配線１１０は、各共通リード電極９１と下電極膜６０との間にそれぞれ設けられていてもよい。なお、圧力発生室１２の列の外側に対応する領域の下電極膜６０上には、少なくとも下電極膜６０よりも抵抗値の低い材料、本実施形態では、個別リード電極９０と同一の層からなる積層電極層９２がさらに設けられている。
【００５４】
このように本実施形態では、共通リード電極９１を一定の間隔で複数本設けると共に各共通リード電極９１をボンディングワイヤからなる接続配線１１０によって電気的に接続するようにしたので、常に安定したインク吐出特性が得られる。すなわち、共通リード９１と接続配線１１０とからなる抵抗低減部を設け、圧電素子３００に電圧を印加した際の下電極膜６０の抵抗値を実質的に低下させるようにしたので、多数の圧電素子３００を同時に駆動しても、電圧降下が発生するのを防止でき、安定したインク吐出特性が得られる。特に、本実施形態では、下電極膜６０上に積層電極層９２を設けるようにしたので、下電極膜６０の抵抗値をより確実に低下させることができる。
【００５５】
また、各共通リード電極９１のそれぞれを電気的に接続するようにしたので、電圧降下が生じた場合でも、各圧電素子３００に印加される電圧のばらつきが抑えられる。したがって、各圧電素子３００の変位量のばらつきが抑えられ、各ノズル開口２１から吐出されるインクの吐出特性が均一化される。さらに、各共通リード電極９１をボンディングワイヤからなる接続配線１１０によって電気的に接続するようにしたので、比較的狭い領域であっても各共通リード電極９１を確実に接続することができる。したがって、ヘッドを大型化することなく、また圧電素子３００を高密度に配列することができ、且つ良好なインク吐出特性を得ることができる。
【００５６】
なお、流路形成基板１０の圧電素子３００側には、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する圧電素子保持部３１を有する封止基板３０が接合されている。この圧電素子保持部３１は、本実施形態では、各圧電素子３００に対向する領域、すなわち、各圧力発生室１２の列に対向する領域のそれぞれに設けられた圧電素子３００の列をそれぞれ封止している。また、圧電素子保持部３１の間、すなわち、封止基板の中央部に対応する領域には、この封止基板３０を厚さ方向に貫通する貫通部３２が設けられている。そして、下電極膜６０から引き出された共通リード電極９１の一部がこの貫通部３２内に露出され、各共通リード電極９１はこの貫通部３２内に延設された接続配線１１０を介して電気的に接続されている。
【００５７】
上述したように、本実施形態では、ボンディングワイヤからなる接続配線１１０によって各共通リード電極９１を電気的に接続するようにしているため、封止基板３０の貫通部３２の開口面積を比較的小さくしても接続配線１１０を容易に形成することができる。なお、上電極膜８０から引き出された各個別リード電極９０の端部近傍も、共通リード電極９１と同様にこの貫通部３２内に露出されており、図示しないが、この貫通部３２を介して延設される駆動配線を介して圧電素子３００を駆動するための駆動ＩＣ等に接続される。
【００５８】
また、この封止基板３０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３３が設けられている。リザーバ部３３は、本実施形態では、封止基板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、弾性膜５０を貫通して設けられた貫通孔５１を介して流路形成基板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。この封止基板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。
【００５９】
また、封止基板３０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３３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。また、このリザーバ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１００にインクを供給するためのインク導入口４４が形成されている。さらに、封止基板３０には、インク導入口４４とリザーバ１００の側壁とを連通するインク導入路３４が設けられている。
【００６０】
なお、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からインク導入口４４及びインク導入路３４を介してインクを取り込み、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、図示しない駆動回路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。
【００６１】
（実施形態２）
図３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である。
本実施形態は、封止基板３０上に補助配線層１２０を設け、この補助配線層１２０を介して各共通リード電極９１を電気的に接続するようにした例である。すなわち、本実施形態は、共通リード電極９１、接続配線１１０Ａ及び補助配線層１２０からなる抵抗低減部を設けた例であり、図３に示すように、封止基板３０上の各圧力発生室１２の列に対応する領域には、導電材料からなる補助配線層１２０がそれぞれ設けられている。また、これらの補助配線層１２０と各共通リード電極９１とがボンディングワイヤからなる接続配線１１０Ａによって電気的に接続されている以外、実施形態１と同様である。
【００６２】
このような構成では、接続配線１１０Ａ及び補助配線層１２０を介して各共通リード電極９１が電気的に接続され、実施形態１と同様に下電極膜６０の抵抗値が実質的に低下する。特に、本実施形態では、補助配線層１２０によって下電極膜６０の抵抗値がさらに小さく抑えられる。したがって、電圧降下の発生をより確実に防止することができ、常に良好なインク吐出特性を得ることができる。
【００６３】
（実施形態３）
図４は、実施形態３に係るインクジェット式記録ヘッドの配線構造を示す図である。本実施形態は、共通リード電極９１Ａを個別リード電極９０の延設方向とは反対方向に延設するようにした例であり、図４に示すように、本実施形態では、共通リード電極９１Ａが下電極膜６０の圧電素子３００の個別リード電極９０とは反対の端部側から弾性膜５０上まで延設されている。また、封止基板３０の圧電素子保持部３１とリザーバ部３３との間には、第２の貫通部３５が設けられ、共通リード電極９１Ａの端部近傍が露出されている。そして、ボンディングワイヤからなる接続配線１１０Ｂが、第２の貫通部３５内で共通リード電極９１Ａの延設方向とは略直交する方向に延設され、この接続配線１１０Ｂによって各共通リード電極９１Ａと圧力発生室１２の列の外側の領域の下電極膜６０とがそれぞれ電気的に接続されている以外は、実施形態１と同様である。このような構成としても、勿論、下電極膜６０の抵抗値を実質的に低下させることができ、上述の実施形態と同様の効果が得られる。
【００６４】
（実施形態４）
図５は、実施形態４に係るインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図であり、図６は、その平面図であり、図７は、図６のＢ−Ｂ’断面図及びＣ−Ｃ’断面図である。本実施形態では、封止基板３０上に圧電素子３００を駆動するための駆動ＩＣを実装し、この駆動ＩＣ上に設けた導通部と接続配線とで抵抗低減部を構成するようにした例である。詳細には、図５〜図７に示すように、封止基板３０の貫通部３２の両側には、圧電素子３００を列毎に駆動する２つの駆動ＩＣ１３０がそれぞれ固定され、各駆動ＩＣ１３０の端子１３１と、個別リード電極９０の貫通部３２内に露出した端部近傍とが、例えば、ボンディングワイヤ等の導電性ワイヤからなる駆動配線１４０によって電気的に接続されている。さらに、各駆動ＩＣ１３０の上面には、金属等の導電材料からなる導電層１５０が圧電素子３００の並設方向に亘って設けられている。そして、この導電層１５０と共通リード電極９１の貫通部３２内に露出した部分とが、ボンディングワイヤからなる接続配線１１０Ｃによって電気的に接続され、各共通リード電極９１と接続配線１１０Ｃと導電層１５０とで抵抗低減部が構成されている以外、実施形態１と同様である。
【００６５】
このように、共通電極である下電極膜６０から所定の間隔で複数本の共通リード電極９１を延設し、複数本の共通リード電極９１を駆動ＩＣ１３０の上面に設けられた導電層１５０を介して電気的に導通することで、下電極膜６０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３００を同時に駆動した際に、電圧降下の発生を防止することができる。特に、並設された圧電素子３００の両端部側の圧電素子３００と、中央部の圧電素子３００とで電圧のばらつきが抑えられ、常に安定したインク吐出特性が得られる。さらに、共通リード電極９１同士を流路形成基板１０上ではなく、空きスペースである駆動ＩＣ１３０上の導電層１５０で導通させるため、流路形成基板１０の面積を大きくすることなく、ヘッドの小型化を図ることができる。
【００６６】
（実施形態５）
図８は、実施形態５に係るインクジェット式記録ヘッドの平面図である。図８に示すように、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、導電層１５０Ａが、各駆動ＩＣ１３０上に圧電素子３００の並設方向に亘って複数の島状に形成されており、各導電層１５０Ａは、ボンディングワイヤ等の導電性ワイヤからなる連結配線１５５を介して互いに導通している。また、各導電層１５０Ａと共通リード電極９１とは接続配線１１０Ｃを介して接続され、下電極膜６０は共通リード電極９１及び導電層１５０Ａを介して電気的に導通している。さらに、本実施形態では、圧電素子３００の列の外側の領域の封止基板３０上にも導電層１５１が設けられており、これらの導電層１５１及び駆動ＩＣ１３０上の導電層１５０Ａが連結配線１５５によって電気的に接続されている以外、実施形態４と同様である。このような構成としても、上述した実施形態と同様に、下電極膜６０の抵抗値が実質的に低下し、多数の圧電素子３００を同時に駆動した際に電圧降下の発生を防止でき、安定したインク吐出特性を得ることができる。
【００６７】
（他の実施形態）
以上、本発明を各実施形態に基づいて説明したが、本発明の構成は上述したものに限定されるものではない。例えば、上述の各実施形態では、圧力発生室１２の列の外側の下電極膜６０上に積層電極層９２を設けるようにしたが、共通リード電極９１及び接続配線１１０によって下電極膜６０の抵抗値を十分に低下させることができれば、勿論、この積層電極層９２は設けなくてもよい。
【００６８】
また、例えば、上述の各実施形態では、圧力発生室１２の列を２列並設した構造のインクジェット式記録ヘッドを例示して説明したが、勿論、本発明は、圧力発生室の列を１列有するインクジェット式記録ヘッドに適用できることは言うまでもない。また、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。
【００６９】
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。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。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上に搬送されるようになっている。
【００７０】
また、液体噴射ヘッドとしてインクを吐出す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一例として説明したが、本発明は、広く液体噴射ヘッド及び液体噴射装置全般を対象としたものである。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（面発光ディスプレー）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を挙げることができる。
【図面の簡単な説明】
【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及び断面図である。
【図３】実施形態２に係る記録ヘッドの平面図である。
【図４】実施形態３に係る記録ヘッドの平面図である。
【図５】実施形態４に係る記録ヘッドの分解斜視図である。
【図６】実施形態４に係る記録ヘッドの平面図である。
【図７】実施形態４に係る記録ヘッドの断面図である。
【図８】実施形態５に係る記録ヘッドの平面図である。
【図９】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、　２０　ノズルプレート、　２１ノズル開口、　３０　封止基板、　３２　貫通部、　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、　９０　個別リード電極、　９１　共通リード電極、　９２　積層電極層、　１００　リザーバ、　１１０　接続配線、　１２０　補助配線層、　１３０　駆動ＩＣ、　１４０　駆動配線、　１５０　導電層、　３００　圧電素子

Claims

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液体噴射ヘッドにおいて、
複数の並設された圧電素子に共通する共通電極の並設方向両端部以外から前記圧力発生室に対向する領域の外側まで引き出される共通リード電極と、ボンディングワイヤからなる接続配線とを含む抵抗低減部を設けることにより、前記圧電素子に電圧を印加した際の前記共通電極の抵抗を低減することを特徴とする液体噴射ヘッド。
請求項１において、前記共通リード電極が前記共通電極から複数本引き出されると共にこれらの共通リード電極同士が前記接続配線によって接続されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
請求項１又は２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当該圧電素子を封止する圧電素子保持部を有する封止基板をさらに有すると共に該封止基板の一部に前記共通リード電極の表面が露出される露出部を有し、前記接続配線が前記露出部に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１〜３の何れかにおいて、前記接続配線が前記共通リード電極の並設方向とは略直交する方向に延設されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
請求項３において、前記封止基板上に導電材料からなる補助配線層を有すると共に、該補助配線層が前記圧力発生室の列の外側に対応する領域の共通電極及び前記共通リード電極と前記露出部を介して延設された前記接続配線によって電気的に接続されて前記抵抗低減部の一部を構成していることを特徴とする液体噴射ヘッド。
請求項３において、前記封止基板の上部に駆動ＩＣが設けられると共に該駆動ＩＣ上には導通部が設けられ、該導通部と前記共通リード電極とが前記接続配線を介して電気的に接続されて前記抵抗低減部の一部を構成していることを特徴とする液体噴射ヘッド。
請求項６において、前記導通部が、前記駆動ＩＣ上に島状に間欠的に複数設けられた導電層と、ボンディングワイヤからなり各導電層を電気的に接続する連結配線とからなることを特徴とする液体噴射ヘッド。
請求項６において、前記導通部が、前記駆動ＩＣ上に前記圧電素子の並設方向に亘って連続して設けられた導通層であることを特徴とする液体噴射ヘッド。
請求項１〜８の何れかにおいて、前記共通リード電極が前記共通電極と同一の層からなることを特徴とする液体噴射ヘッド。
請求項１〜８の何れかにおいて、前記共通リード電極が前記圧電素子の個別電極から引き出される個別リード電極と同一の層からなることを特徴とする液体噴射ヘッド。
請求項１〜１０の何れかにおいて、前記共通リード電極が、前記圧電素子の個別電極から引き出される個別リード電極の延設方向と同一方向に延設されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
請求項１〜１０の何れかにおいて、前記共通リード電極が、前記圧電素子の個別電極から引き出される個別リード電極の延設方向とは反対方向に延設されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
請求項１〜１２の何れかにおいて、前記共通リード電極が、略一定の間隔で少なくとも３本以上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１〜１３の何れかにおいて、前記流路形成基板に複数の隔壁によって形成される前記圧力発生室の列が２列設けられ、前記共通リード電極が前記圧力発生室の列間に対応する領域に延設されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
請求項１〜１４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液体噴射ヘッド。
請求項１〜１５の何れか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。