JP2005349712A - インクジェット記録ヘッド - Google Patents

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Abstract

【課題】 ノズルの高密度化と、それに伴う微細ピッチ配線の形成を実現可能にして高解像度化が図れるようにするとともに、小型化も図れるようにしたインクジェット記録ヘッドの提供を課題とする。
【解決手段】 インク滴を吐出するノズル５６と、ノズル５６と連通し、インク１１０が充填される圧力室５０と、圧力室５０の一部を構成する振動板４８と、圧力室５０へインク流路６６、６８を介して供給するインク１１０をプールするインクプール室３８と、振動板４８を変位させる圧電素子４６と、を有するインクジェット記録ヘッド３２において、振動板４８を間に置いて圧力室５０と反対側にインクプール室３８を設けるとともに、振動板４８を含んで形成された圧電素子基板７０に、圧電素子４６に電圧を印加する駆動ＩＣ６０を実装する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、インク滴を吐出するノズルと、ノズルと連通するとともにインクが充填される圧力室と、圧力室の一部を構成する振動板と、圧力室へインク流路を介して供給するインクをプールするインクプール室と、振動板を変位させる圧電素子と、を有するインクジェット記録ヘッドに関する。
従来から、主走査方向に往復移動するインクジェット記録ヘッド（以下、単に「記録ヘッド」という場合がある）の複数のノズルから選択的にインク滴を吐出し、副走査方向に搬送されて来る記録紙等の記録媒体に文字や画像等を印刷するインクジェット記録装置は知られている。
このようなインクジェット記録装置において、その記録ヘッドには圧電方式やサーマル方式等がある。例えば圧電方式の場合には、図１４、図１５で示すように、インクタンクからインクプール室２０２を経てインク２００が供給される圧力室２０４に、圧電素子（電気エネルギーを機械エネルギーに変換するアクチュエーター）２０６が設けられ、その圧電素子２０６が圧力室２０４の体積を減少させるように凹状に撓み変形して中のインク２００を加圧し、圧力室２０４に連通するノズル２０８からインク滴２００Ａとして吐出させるように構成されている。
このような構成のインクジェット記録ヘッドにおいて、近年では、低コストで小型でありながら、高解像度な印刷が可能とされることが求められている。この要求に応えるためには、ノズルを高密度に配設することが必要となるが、現状の記録ヘッドでは、図示するように、ノズル２０８の隣に（ノズル２０８とノズル２０８の間に）インクプール室２０２が設けられているため、ノズル２０８を高密度に配設することにも限界があった。
また、インクジェット記録ヘッドには、所定の圧電素子に電圧を印加する駆動ＩＣを設けるが、従来は、図１６で示すように、ＦＰＣ（フレキシブルプリント配線基板）２１０で実装していた。つまり、振動板２１４上に設けられた圧電素子２０６上面の金属電極表面に、ＦＰＣ２１０に形成したバンプ２１２を接合することによって接続していた。このＦＰＣ２１０には駆動ＩＣ（図示省略）が実装されているため、この段階で圧電素子２０６と駆動ＩＣが電気的に接続されることになる。
また、記録ヘッドの外部表面に設けられた電極端子と、駆動ＩＣが実装された実装基板上の電極端子をワイヤーボンディング法で接続するという方法がある（例えば、特許文献１参照）。更に、記録ヘッドの外部表面に設けられた電極端子に駆動ＩＣを接合して接続した後、その記録ヘッドに設けられた引き出し配線の電極端子にＦＰＣを接合して接続するという方式がある（例えば、特許文献２参照）。
しかしながら、何れの場合も、ピッチが微細（例えば、１０μｍピッチ以下）な配線を形成することができないため、ノズル密度が高くなると、実装基板やＦＰＣのサイズが大きくなり、小型化を阻害したり、コストをアップさせたりする問題がある。また更に、ノズル密度が高くなった場合には、所望の抵抗値を有する配線を引き回せないという問題がある。つまり、配線密度の制限によるノズル高密度化の限界がある。
特開平２−３０１４４５号公報 特開平９−３２３４１４号公報
そこで、本発明は、このような問題点に鑑み、ノズルの高密度化と、それに伴う微細ピッチ配線の形成を実現可能にして高解像度化が図れるようにするとともに、小型化も図れるようにしたインクジェット記録ヘッドを得ることを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載のインクジェット記録ヘッドは、インク滴を吐出するノズルと、前記ノズルと連通し、インクが充填される圧力室と、前記圧力室の一部を構成する振動板と、前記圧力室へインク流路を介して供給するインクをプールするインクプール室と、前記振動板を変位させる圧電素子と、を有するインクジェット記録ヘッドにおいて、前記振動板を間に置いて前記圧力室と反対側に前記インクプール室を設けるとともに、前記振動板を含んで形成された圧電素子基板に、前記圧電素子に電圧を印加する駆動ＩＣを実装したことを特徴としている。
請求項１に記載の発明では、圧力室を互いに近接して配設することができるので、圧力室毎に設けられるノズルを高密度に配設することができる。また、圧電素子から引き出す金属配線の形成に、半導体プロセスのホトリソグラフィー技術を用いることで、１０μｍピッチ以下の微細配線を形成することができ、更に、圧電素子の近傍で駆動ＩＣと接続することで、配線長を短くすることができる（配線の低抵抗化に寄与できる）。つまり、これらの構成により、実用的な配線抵抗値で、ノズルの高密度化に対応できる。したがって、高解像度化を実現することができる。
また、請求項２に記載のインクジェット記録ヘッドは、請求項１に記載のインクジェット記録ヘッドにおいて、前記ノズルが、マトリックス状に配設されていることを特徴としている。
請求項２に記載の発明では、ノズルがマトリックス状に配設されている。つまり、上記請求項１に記載の発明により、ノズルは高密度なマトリックス状に配設可能となっている。したがって、高解像度化を実現することができる。
また、請求項３に記載のインクジェット記録ヘッドは、請求項１又は請求項２に記載のインクジェット記録ヘッドにおいて、前記駆動ＩＣが、前記圧電素子基板に表面実装されることを特徴としている。
請求項３に記載の発明では、駆動ＩＣが、圧電素子基板に表面実装されるので、高密度の電気接続が容易にでき、それによって、記録ヘッドの小型化を実現することができる。なお、駆動ＩＣは高密度の電気接続に対応できるように、２次元に配置された接続端子を有する。例えば、Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ（ＢＧＡ）実装やフリップチップ実装である。要求される接続端子ピッチにより、これら方式を選択すればよい。但し、本発明の場合には、駆動ＩＣを薄くできる点と、より高密度ピッチの接続端子を形成できるという点から、フリップチップ実装が最も好適である。
また、請求項４に記載のインクジェット記録ヘッドは、請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載のインクジェット記録ヘッドにおいて、前記駆動ＩＣが、前記振動板と前記インクプール室の天板との間に配設されることを特徴としている。
請求項４に記載の発明では、駆動ＩＣが、振動板とインクプール室の天板との間に配設される。これにより、記録ヘッドの外部に駆動ＩＣを実装する場合に比べて、圧電素子と駆動ＩＣとの間の配線の長さを短くすることができ、ひいては配線抵抗を低くすることができる。したがって、ノズルの高密度化に適した構成であると言える。また、駆動ＩＣが記録ヘッド内に内蔵されるため、記録ヘッドの小型化を実現することができる。
そして、請求項５に記載のインクジェット記録ヘッドは、請求項４に記載のインクジェット記録ヘッドにおいて、前記振動板と前記天板との間で、かつ前記駆動ＩＣが配置されている空間の隙間が、樹脂材で埋められていることを特徴としている。
請求項５に記載の発明では、振動板と天板との間で、かつ駆動ＩＣが配置されている空間の隙間が、樹脂材で埋められているので、天板と圧電素子基板の接合強度が増す。また、駆動ＩＣが樹脂材で封止されることになるので、水分等の外部環境から、駆動ＩＣを保護することができる。
また、請求項６に記載のインクジェット記録ヘッドは、請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載のインクジェット記録ヘッドにおいて、前記圧電素子基板に設けられ、前記圧電素子と前記駆動ＩＣとを接続する配線が、樹脂材で被覆されていることを特徴としている。
請求項６に記載の発明では、圧電素子と駆動ＩＣとを接続する配線が、樹脂材で被覆されているので、インクによる配線の腐食を防止することができる。
更に、請求項７に記載のインクジェット記録ヘッドは、請求項６に記載のインクジェット記録ヘッドにおいて、前記配線が、熱膨張率の略等しい２つの樹脂層で挟まれることによって被覆されていることを特徴としている。
請求項７に記載の発明では、圧電素子と駆動ＩＣとを接続する配線が、熱膨張率の略等しい２つの樹脂層で挟まれることによって被覆されているので、熱応力の発生が少ない。
以上、何れにしても本発明によれば、ノズルの高密度化と、それに伴う微細ピッチ配線の形成が実現可能となって高解像度化が図れ、かつ小型化も図れるインクジェット記録ヘッドを提供することができる。
以下、本発明の実施の形態を図面に示す実施例を基に詳細に説明する。なお、記録媒体は記録紙Ｐとして説明をする。また、記録紙Ｐのインクジェット記録装置１０における搬送方向を副走査方向として矢印Ｓで表し、その搬送方向と直交する方向を主走査方向として矢印Ｍで表す。また、図において、矢印ＵＰ、矢印ＬＯが示されている場合は、それぞれ上方向、下方向を示すものとし、上下の表現をした場合は、上記各矢印に対応しているものとする。
まず、最初にインクジェット記録装置１０の概要を説明する。図１で示すように、インクジェット記録装置１０は、ブラック、イエロー、マゼンタ、シアンの各インクジェット記録ユニット３０（インクジェット記録ヘッド３２）を搭載するキャリッジ１２を備えている。このキャリッジ１２の記録紙Ｐの搬送方向上流側には一対のブラケット１４が突設されており、そのブラケット１４には円形状の開孔１４Ａ（図２参照）が穿設されている。そして、その開孔１４Ａに、主走査方向に架設されたシャフト２０が挿通されている。
また、主走査方向の両端側には、主走査機構１６を構成する駆動プーリー（図示省略）と従動プーリー（図示省略）が配設されており、その駆動プーリーと従動プーリーに巻回されて、主走査方向に走行するタイミングベルト２２の一部がキャリッジ１２に固定されている。したがって、キャリッジ１２は主走査方向に往復移動可能に支持される構成である。
また、このインクジェット記録装置１０には、画像印刷前の記録紙Ｐを束にして入れておく給紙トレイ２６が設けられており、その給紙トレイ２６の上方には、インクジェット記録ヘッド３２によって画像が印刷された記録紙Ｐが排出される排紙トレイ２８が設けられている。そして、給紙トレイ２６から１枚ずつ給紙された記録紙Ｐを所定のピッチで副走査方向へ搬送する搬送ローラー及び排出ローラーからなる副走査機構１８が設けられている。
その他、このインクジェット記録装置１０には、印刷時において各種設定を行うコントロールパネル２４と、メンテナンスステーション（図示省略）等が設けられている。メンテナンスステーションは、キャップ部材、吸引ポンプ、ダミージェット受け、クリーニング機構等を含んで構成されており、吸引回復動作、ダミージェット動作、クリーニング動作等のメンテナンス動作を行うようになっている。
また、各色のインクジェット記録ユニット３０は、図２で示すように、インクジェット記録ヘッド３２と、それにインクを供給するインクタンク３４とが一体に構成されたものであり、インクジェット記録ヘッド３２の下面中央のインク吐出面３２Ａに形成された複数のノズル５６（図３参照）が、記録紙Ｐと対向するようにキャリッジ１２上に搭載されている。したがって、インクジェット記録ヘッド３２が主走査機構１６によって主走査方向に移動しながら、記録紙Ｐに対してノズル５６から選択的にインク滴を吐出することにより、所定のバンド領域に対して画像データに基づく画像の一部が記録される。
そして、主走査方向への１回の移動が終了すると、記録紙Ｐは、副走査機構１８によって副走査方向に所定ピッチ搬送され、再びインクジェット記録ヘッド３２（インクジェット記録ユニット３０）が主走査方向（前述とは反対方向）に移動しながら、次のバンド領域に対して画像データに基づく画像の一部が記録されるようになっており、このような動作を複数回繰り返すことによって、記録紙Ｐに画像データに基づく全体画像がフルカラーで記録される。
以上のような構成のインクジェット記録装置１０において、次にインクジェット記録ヘッド３２について詳細に説明する。図３はインクジェット記録ヘッド３２の構成を示す概略平面図であり、図４は図３のＸ−Ｘ線概略断面図である。この図３、図４で示すように、インクジェット記録ヘッド３２には、インクタンク３４と連通するインク供給ポート３６が設けられており、そのインク供給ポート３６から注入されたインク１１０は、インクプール室３８に貯留される。
インクプール室３８は天板４０と隔壁４２とによって、その容積が規定されており、インク供給ポート３６は、天板４０の所定箇所に複数、列状に穿設されている。また、列をなすインク供給ポート３６の間で、天板４０よりも内側のインクプール室３８内には、圧力波を緩和する樹脂膜製エアダンパー４４（後述する感光性ドライフィルム９６）が設けられている。
天板４０の材質は、例えばガラス、セラミックス、シリコン、樹脂等、インクジェット記録ヘッド３２の支持体になり得る強度を有する絶縁体であれば何でもよい。また、天板４０には、後述する駆動ＩＣ６０へ通電するための金属配線９０が設けられている。この金属配線９０は、樹脂膜９２で被覆保護されており、インク１１０による侵食が防止されるようになっている。
隔壁４２は樹脂（後述する感光性ドライフィルム９８）で成形され、インクプール室３８を矩形状に仕切っている。また、インクプール室３８は、圧電素子４６と、その圧電素子４６によって上下方向に撓み変形させられる振動板４８を介して、圧力室５０と上下に分離されている。つまり、圧電素子４６及び振動板４８が、インクプール室３８と圧力室５０との間に配置される構成とされ、インクプール室３８と圧力室５０とが同一水平面上に存在しないように構成されている。
したがって、圧力室５０を互いに接近させた状態に配置することが可能であり、ノズル５６をマトリックス状に高密度に配設することが可能となっている。また、このような構成にしたことにより、キャリッジ１２の主走査方向への１回の移動で、広いバンド領域に画像を形成することができるので、その走査時間が短くて済む。すなわち、少ないキャリッジ１２の移動回数及び時間で記録紙Ｐの全面に亘って画像形成を行う高速印刷が実現可能となっている。
圧電素子４６は、圧力室５０毎に振動板４８の上面に接着されている。振動板４８は、ＳＵＳ等の金属で成形され、少なくとも上下方向に弾性を有し、圧電素子４６に通電されると（電圧が印加されると）、上下方向に撓み変形する（変位する）構成になっている。なお、振動板４８は、ガラス等の絶縁性材料であっても差し支えはない。圧電素子４６の下面には一方の極性となる下部電極５２が配置され、圧電素子４６の上面には他方の極性となる上部電極５４が配置されている。そして、この上部電極５４に駆動ＩＣ６０が金属配線８６により電気的に接続されている。
また、圧電素子４６は、低透水性絶縁膜（ＳｉＯｘ膜）８０で被覆保護されている。圧電素子４６を被覆保護している低透水性絶縁膜（ＳｉＯｘ膜）８０は、水分透過性が低くなる条件で着膜するため、水分が圧電素子４６の内部に侵入して信頼性不良となること（ＰＺＴ膜内の酸素を還元することにより生ずる圧電特性の劣化）を防止できる。なお、下部電極５２と接触する金属（ＳＵＳ等）製の振動板４８は、低抵抗なＧＮＤ配線としても機能するようになっている。
更に、圧電素子４６は、その低透水性絶縁膜（ＳｉＯｘ膜）８０の上面が、樹脂膜８２で被覆保護されている。これにより、圧電素子４６において、インク１１０による侵食の耐性が確保されるようになっている。また、金属配線８６も、樹脂保護膜８８で被覆保護され、インク１１０による侵食が防止されるようになっている。
また、圧電素子４６の上方は、樹脂膜８２で被覆保護され、樹脂保護膜８８が被覆されない構成になっている。樹脂膜８２は、柔軟性がある樹脂層であるため、このような構成により、圧電素子４６（振動板４８）の変位阻害が防止されるようになっている（上下方向に好適に撓み変形可能とされている）。つまり、圧電素子４６上方の樹脂層は、薄い方がより変位阻害の抑制効果が高くなるので、樹脂保護膜８８を被覆しないようにしている。
駆動ＩＣ６０は、隔壁４２で規定されたインクプール室３８の外側で、かつ天板４０と振動板４８との間に配置されており、振動板４８や天板４０から露出しない（突出しない）構成とされている。したがって、インクジェット記録ヘッド３２の小型化が実現可能となっている。
また、その駆動ＩＣ６０の周囲は樹脂材５８で封止されている。この駆動ＩＣ６０を封止する樹脂材５８の注入口４０Ｂは、図５で示すように、製造段階における天板４０において、各インクジェット記録ヘッド３２を仕切るように格子状に複数個穿設されており、後述する圧電素子基板７０と流路基板７２とを結合（接合）後、樹脂材５８によって封止された（閉塞された）注入口４０Ｂに沿って天板４０を切断することにより、マトリックス状のノズル５６（図３参照）を有するインクジェット記録ヘッド３２が１度に複数個製造される構成になっている。
また、この駆動ＩＣ６０の下面には、図４、図６で示すように、複数のバンプ６２がマトリックス状に所定高さ突設されており、振動板４８上に圧電素子４６が形成された圧電素子基板７０の金属配線８６にフリップチップ実装されるようになっている。したがって、圧電素子４６に対する高密度接続が容易に実現可能であり、駆動ＩＣ６０の高さの低減を図ることができる（薄くすることができる）。これによっても、インクジェット記録ヘッド３２の小型化が実現可能となっている。
また、図３において、駆動ＩＣ６０の外側には、バンプ６４が設けられている。このバンプ６４は、天板４０に設けられる金属配線９０と、圧電素子基板７０に設けられる金属配線８６とを接続しており、当然ながら、圧電素子基板７０に実装された駆動ＩＣ６０の高さよりも高くなるように設けられている。
したがって、インクジェット記録装置１０の本体側から天板４０の金属配線９０に通電され、その天板４０の金属配線９０からバンプ６４を経て金属配線８６に通電され、そこから駆動ＩＣ６０に通電される構成である。そして、その駆動ＩＣ６０により、所定のタイミングで圧電素子４６に電圧が印加され、振動板４８が上下方向に撓み変形することにより、圧力室５０内に充填されたインク１１０が加圧されて、ノズル５６からインク滴が吐出する構成である。
インク滴を吐出するノズル５６は、圧力室５０毎に１つずつ、その所定位置に設けられている。圧力室５０とインクプール室３８とは、圧電素子４６を回避するとともに、振動板４８に穿設された貫通孔４８Ａを通るインク流路６６と、圧力室５０から図４において水平方向へ向かって延設されたインク流路６８とが連通することによって接続されている。このインク流路６８は、インクジェット記録ヘッド３２の製造時に、インク流路６６とのアライメントが可能なように（確実に連通するように）、予め実際のインク流路６６との接続部分よりも少し長めに設けられている。
以上のような構成のインクジェット記録ヘッド３２において、次に、その製造工程について、図７乃至図１３を基に詳細に説明する。図７で示すように、このインクジェット記録ヘッド３２は、圧電素子基板７０と流路基板７２とを別々に作成し、両者を結合（接合）することによって製造される。そこで、まず、圧電素子基板７０の製造工程について説明するが、圧電素子基板７０には、流路基板７２よりも先に天板４０が結合（接合）される。
図８（Ａ）で示すように、まず、貫通孔７６Ａが複数穿設されたガラス製の第１支持基板７６を用意する。第１支持基板７６は撓まないものであれば何でもよく、ガラス製に限定されるものではないが、ガラスは硬い上に安価なので好ましい。この第１支持基板７６の作製方法としては、ガラス基板のフェムト秒レーザー加工や、感光性ガラス基板（例えば、ＨＯＹＡ株式会社製ＰＥＧ３Ｃ）を露光・現像する等が知られている。
そして、図８（Ｂ）で示すように、その第１支持基板７６の上面（表面）に接着剤７８を塗布し、図８（Ｃ）で示すように、その上面に金属（ＳＵＳ等）製の振動板４８を接着する。このとき、振動板４８の貫通孔４８Ａと第１支持基板７６の貫通孔７６Ａとは重ねない（オーバーラップさせない）ようにする。なお、振動板４８の材料として、ガラス等の絶縁性基板を用いても差し支えない。
ここで、振動板４８の貫通孔４８Ａは、インク流路６６の形成用とされる。また、第１支持基板７６に貫通孔７６Ａを設けるのは、後工程で薬液（溶剤）を第１支持基板７６と振動板４８との界面に流し込むためで、接着剤７８を溶解して、その第１支持基板７６を振動板４８から剥離するためである。更に、第１支持基板７６の貫通孔７６Ａと振動板４８の貫通孔４８Ａとを重ねないようにするのは、製造中に使用される各種材料が第１支持基板７６の下面（裏面）から漏出しないようにするためである。
次に、図８（Ｄ）で示すように、振動板４８の上面に積層された下部電極５２をパターニングする。具体的には、金属膜スパッタ（膜厚５００Å〜３０００Å）、ホトリソグラフィー法によるレジスト形成、パターニング（エッチング）、酸素プラズマによるレジスト剥離である。この下部電極５２が接地電位となる。次に、図８（Ｅ）で示すように、下部電極５２の上面に、圧電素子４６の材料であるＰＺＴ膜と上部電極５４を順にスパッタ法で積層し、図８（Ｆ）で示すように、圧電素子４６（ＰＺＴ膜）及び上部電極５４をパターニングする。
具体的には、ＰＺＴ膜スパッタ（膜厚３μｍ〜１５μｍ）、金属膜スパッタ（膜厚５００Å〜３０００Å）、ホトリソグラフィー法によるレジスト形成、パターニング（エッチング）、酸素プラズマによるレジスト剥離である。下部及び上部の電極材料としては、例えば圧電素子であるＰＺＴ材料との親和性が高く、耐熱性がある、Ａｕ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｐｔ等が挙げられる。
その後、図８（Ｇ）で示すように、上面に露出している下部電極５２と上部電極５４の上面に低透水性絶縁膜（ＳｉＯｘ膜）８０を積層し、更に、その低透水性絶縁膜（ＳｉＯｘ膜）８０の上面に、耐インク性と柔軟性を有する樹脂膜８２、例えばポリイミド系、ポリアミド系、エポキシ系、ポリウレタン系、シリコン系等の樹脂膜を積層して、それらをパターニングすることで、圧電素子４６と金属配線８６を接続するための開口８４（コンタクト孔）を形成する。
具体的には、Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＣＶＤ）法にてダングリングボンド密度が高い低透水性絶縁膜（ＳｉＯｘ膜）８０を着膜する、感光性ポリイミド（例えば、富士フイルムアーチ社製の感光性ポリイミド Ｄｕｒｉｍｉｄｅ７５２０）を塗布・露光・現像することでパターニングを行う、ＣＦ4系ガスを用いたＲｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ（ＲＩＥ）法で上記感光性ポリイミドをマスクとしてＳｉＯｘ膜をエッチングする、という加工を行う。なお、ここでは低透水性絶縁膜としてＳｉＯｘ膜を用いたが、ＳｉＮｘ膜、ＳｉＯｘＮｙ膜等であってもよい。
次いで、図８（Ｈ）で示すように、開口８４内の上部電極５４と樹脂膜８２の上面に金属膜を積層し、金属配線８６をパターニングする。具体的には、スパッタ法にてＡｌ膜（厚さ１μｍ）を着膜する、ホトリソグラフィー法でレジストを形成する、塩素系のガスを用いたＲＩＥ法にてＡｌ膜をエッチングする、酸素プラズマにてレジスト膜を剥離する、という加工を行い、上部電極５４と金属配線８６（Ａｌ膜）とを接合する。なお、図示しないが、下部電極５２の上にも開口８４が設けられ、上部電極５２と同様に金属配線８６と接続されている。
そして更に、図８（Ｉ）で示すように、金属配線８６及び樹脂膜８２の上面に樹脂保護膜８８（例えば、富士フイルムアーチ社製の感光性ポリイミド Ｄｕｒｉｍｉｄｅ７３２０）を積層してパターニングする。この樹脂保護膜８８は、樹脂膜８２と同種の樹脂材料で構成される。また、このとき、圧電素子４６の上方で、金属配線８６がパターニングされていない部位には、樹脂保護膜８８を積層しないようにする（樹脂膜８２のみが積層されるようにする）。
ここで、圧電素子４６の上方（樹脂膜８２の上面）に樹脂保護膜８８を積層しないのは、振動板４８（圧電素子４６）の変位（上下方向の撓み変形）が阻害されるのを防止するためである。また、圧電素子４６の上部電極５４から引き出す（上部電極５４に接続される）金属配線８６が樹脂製の保護膜８８で被覆されると、その樹脂保護膜８８は、金属配線８６が積層される樹脂膜８２と同種の樹脂材料で構成されているため、金属配線８６を被覆するそれらの接合力が強固になり、界面からのインク１１０の侵入による金属配線８６の腐食を防止することができる。
なお、この樹脂保護膜８８は、隔壁４２（感光性ドライフィルム９８）とも同種の樹脂材料となっているため、この隔壁４２（感光性ドライフィルム９８）に対する接合力も強固になっている。したがって、その界面からのインク１１０の侵入がより一層防止される構成である。また、このように、同種の樹脂材料で構成されると、それらの熱膨張率が略等しくなるので、熱応力の発生が少なくて済む利点もある。
次に、図８（Ｊ）で示すように、金属配線８６にバンプ６２を介して駆動ＩＣ６０をフリップチップ実装する。このとき、駆動ＩＣ６０は、予め半導体ウエハプロセスの終りに実施されるグラインド工程にて、所定の厚さ（７０μｍ〜３００μｍ）に加工されている。駆動ＩＣ６０が厚すぎると、隔壁４２のパターニングやバンプ６４の形成が困難になったりする。
駆動ＩＣ６０を金属配線８６にフリップチップ実装するためのバンプ６２の形成方法には、電界メッキ、無電界メッキ、ボールバンプ、スクリーン印刷等が適用できる。こうして、圧電素子基板７０が製造され、この圧電素子基板７０に、例えばガラス製の天板４０が結合（接合）される。なお、以下の図９では、説明の便宜上、配線形成面を下面として説明するが、実際の工程では上面になる。
ガラス製天板４０の製造においては、図９（Ａ）で示すように、天板４０自体が支持体となる程度の強度を確保できる厚み（０．３ｍｍ〜１．５ｍｍ）を持っているので、別途支持体を設ける必要がない。まず、図９（Ｂ）で示すように、天板４０の下面に金属配線９０を積層してパターニングする。具体的には、スパッタ法にてＡｌ膜（厚さ１μｍ）を着膜する、ホトリソグラフィー法でレジストを形成する、塩素系のガスを用いたＲＩＥ法にてＡｌ膜をエッチングする、酸素プラズマにてレジスト膜を剥離する、という加工である。
そして、図９（Ｃ）で示すように、金属配線９０が形成された面に樹脂膜９２（例えば、富士フイルムアーチ社製の感光性ポリイミド Ｄｕｒｉｍｉｄｅ７３２０）を積層してパターニングする。なお、このとき、一部の金属配線９０には、バンプ６４を接合するため、樹脂膜９２を積層しないようにする。
次に、図９（Ｄ）で示すように、天板４０の金属配線９０が形成された面に、ホトリソグラフィー法でレジストをパターニングする。金属配線９０が形成されていない面は、保護用レジスト９４で全面を覆う。ここで、保護用レジスト９４を塗布するのは、次のウエット（ＳｉＯ2）エッチング工程で、天板４０が金属配線９０を形成した面の裏面からエッチングされるのを防止するためである。なお、天板４０に感光性ガラスを用いた場合には、この保護用レジスト９４の塗布工程を省略することができる。
次いで、図９（Ｅ）で示すように、天板４０にＨＦ溶液によるウエット（ＳｉＯ2）エッチングを行い、その後、保護用レジスト９４を酸素プラズマにて剥離する。そして、図９（Ｆ）で示すように、天板４０に形成された開口４０Ａ部分に感光性ドライフィルム９６（例えば、日立化成工業株式会社製Ｒａｙｔｅｃ ＦＲ−５０２５：２５μｍ厚）を露光・現像によりパターニングする（架設する）。この感光性ドライフィルム９６が圧力波を緩和するエアダンパー４４となる。
そして次に、図９（Ｇ）で示すように、樹脂膜９２に感光性ドライフィルム９８（１００μｍ厚）を積層して露光・現像によりパターニングする。この感光性ドライフィルム９８がインクプール室３８を規定する隔壁４２となる。なお、隔壁４２は、感光性ドライフィルム９８に限定されるものではなく、樹脂塗布膜（例えば、化薬マイクロケム社のＳＵ−８レジスト）としてもよい。このときには、スプレー塗布装置にて塗布し、露光・現像をすればよい。
そして最後に、図９（Ｈ）で示すように、樹脂膜９２が積層されていない金属配線９０にバンプ６４をメッキ法等で形成する。このバンプ６４が駆動ＩＣ６０側の金属配線８６と電気的に接続するため、図示するように、感光性ドライフィルム９８（隔壁４２）よりもその高さが高くなるように形成されている。
こうして、天板４０の製造が終了したら、図１０（Ａ）で示すように、この天板４０を圧電素子基板７０に被せて、両者を熱圧着により結合（接合）する。すなわち、感光性ドライフィルム９８（隔壁４２）を感光性樹脂層である樹脂保護膜８８に接合し、バンプ６４を金属配線８６に接合する。
このとき、感光性ドライフィルム９８（隔壁４２）の高さよりもバンプ６４の高さの方が高いので、感光性ドライフィルム９８（隔壁４２）を樹脂保護膜８８に接合することにより、バンプ６４が金属配線８６に自動的に接合される。つまり、半田バンプ６４は高さ調整が容易なので（潰れやすいので）、感光性ドライフィルム９８（隔壁４２）によるインクプール室３８の封止とバンプ６４の接続が容易にできる。
隔壁４２とバンプ６４の接合が終了したら、図１０（Ｂ）で示すように、駆動ＩＣ６０に封止用樹脂材５８（例えば、エポキシ樹脂）を注入する。すなわち、天板４０に穿設されている注入口４０Ｂ（図５参照）から樹脂材５８を流し込む。このように樹脂材５８を注入して駆動ＩＣ６０を封止すると、駆動ＩＣ６０を水分等の外部環境から保護できるとともに、圧電素子基板７０と天板４０との接着強度を向上させることができ、更には、後工程でのダメージ、例えば、できあがった圧電素子基板７０をダイシングによってインクジェット記録ヘッド３２に分割する際の水や研削片によるダメージを回避することができる。
次に、図１０（Ｃ）で示すように、第１支持基板７６の貫通孔７６Ａから接着剤剥離溶液を注入して接着剤７８を選択的に溶解させることで、その第１支持基板７６を圧電素子基板７０から剥離処理する。これにより、図１０（Ｄ）で示すように、天板４０が結合（接合）された圧電素子基板７０が完成する。そして、この状態から、天板４０が圧電素子基板７０の支持体となる。
一方、流路基板７２は、図１１（Ａ）で示すように、まず、貫通孔１００Ａが複数穿設されたガラス製の第２支持基板１００を用意する。第２支持基板１００は第１支持基板７６と同様、撓まないものであれば何でもよく、ガラス製に限定されるものではないが、ガラスは硬い上に安価なので好ましい。この第２支持基板１００の作製方法としては、ガラス基板のフェムト秒レーザー加工や、感光性ガラス基板（例えば、ＨＯＹＡ株式会社製ＰＥＧ３Ｃ）を露光・現像する等が知られている。
そして、図１１（Ｂ）で示すように、その第２支持基板１００の上面（表面）に接着剤１０４を塗布し、図１１（Ｃ）で示すように、その上面（表面）に樹脂基板１０２（例えば、厚さ０．１ｍｍ〜０．５ｍｍのアミドイミド基板）を接着する。そして次に、図１１（Ｄ）で示すように、その樹脂基板１０２の上面を金型１０６に押し付け、加熱・加圧処理する。その後、図１１（Ｅ）で示すように、金型１０６を樹脂基板１０２から離型処理することにより、圧力室５０やノズル５６等が形成される流路基板７２が完成する。
こうして、流路基板７２が完成したら、図１２（Ａ）で示すように、圧電素子基板７０と流路基板７２とを熱圧着により結合（接合）する。そして次に、図１２（Ｂ）で示すように、第２支持基板１００の貫通孔１００Ａから接着剤剥離溶液を注入して接着剤１０４を選択的に溶解させることで、その第２支持基板１００を流路基板７２から剥離処理する。
その後、図１２（Ｃ）で示すように、第２支持基板１００が剥離された面を、アルミナを主成分とする研磨材を使用した研磨処理又は酸素プラズマを用いたＲＩＥ処理することにより、表面層が取り除かれ、ノズル５６が開口される。そして、図１２（Ｄ）で示すように、そのノズル５６が開口された下面に撥水剤としてのフッ素材１０８（例えば、旭ガラス社製のＣｙｔｏｐ）を塗布することにより、インクジェット記録ヘッド３２が完成し、図１２（Ｅ）で示すように、インクプール室３８や圧力室５０内にインク１１０が充填可能とされる。
なお、感光性ドライフィルム９６（エアダンパー４４）は、天板４０の内側のインクプール室３８内に設けられるものに限定されるものではなく、例えば図１３で示すように、天板４０の外側に設けられる構成としてもよい。すなわち、インク１１０の充填工程の直前に、インクプール室３８の外側から天板４０に感光性ドライフィルム９６（エアダンパー４４）を貼り付ける構成としてもよい。
以上のようにして製造されるインクジェット記録ヘッド３２を備えたインクジェット記録装置１０において、次に、その作用を説明する。まず、インクジェット記録装置１０に印刷を指令する電気信号が送られると、給紙トレイ２６から記録紙Ｐが１枚ピックアップされ、副走査機構１８により、所定の位置へ搬送される。
一方、インクジェット記録ユニット３０では、すでにインクタンク３４からインク供給ポート３６を介してインクジェット記録ヘッド３２のインクプール室３８にインク１１０が注入（充填）され、インクプール室３８に充填されたインク１１０は、インク流路６６、６８を経て圧力室５０へ供給（充填）されている。そして、このとき、ノズル５６の先端（吐出口）では、インク１１０の表面が圧力室５０側に僅かに凹んだメニスカスが形成されている。
そして、キャリッジ１２に搭載されたインクジェット記録ヘッド３２が主走査方向に移動しながら、複数のノズル５６から選択的にインク滴を吐出することにより、記録紙Ｐの所定のバンド領域に、画像データに基づく画像の一部を記録する。すなわち、駆動ＩＣ６０により、所定のタイミングで、所定の圧電素子４６に電圧を印加し、振動板４８を上下方向に撓み変形させて（面外振動させて）、圧力室５０内のインク１１０を加圧し、所定のノズル５６からインク滴として吐出させる。
こうして、記録紙Ｐに画像データに基づく画像の一部が記録されたら、副走査機構１８により、記録紙Ｐを所定ピッチ搬送させ、上記と同様に、インクジェット記録ヘッド３２を主走査方向に移動しながら、再度複数のノズル５６から選択的にインク滴を吐出することにより、記録紙Ｐの次のバンド領域に、画像データに基づく画像の一部を記録する。そして、このような動作を繰り返し行い、記録紙Ｐに画像データに基づく画像が完全に記録されたら、副走査機構１８により、記録紙Ｐを最後まで搬送し、排紙トレイ２８上に記録紙Ｐを排出する。これにより、記録紙Ｐへの印刷処理（画像記録）が完了する。
ここで、このインクジェット記録ヘッド３２は、インクプール室３８が、振動板４８（圧電素子４６）を間に置いて圧力室５０の反対側（上側）に設けられている。換言すれば、インクプール室３８と圧力室５０の間に振動板４８（圧電素子４６）が配置され、インクプール室３８と圧力室５０が同一水平面上に存在しないように構成されている。したがって、圧力室５０が互いに近接配置され、ノズル５６が高密度に配設されている。
また、圧電素子４６に電圧を印加する駆動ＩＣ６０は、振動板４８と天板４０との間に配設され、振動板４８や天板４０より外部へ露出しない（突出しない）構成とされている（インクジェット記録ヘッド３２内に内蔵されている）。したがって、インクジェット記録ヘッド３２の外部に駆動ＩＣ６０を実装する場合に比べて、圧電素子４６と駆動ＩＣ６０の間を接続する金属配線８６の長さが短くて済み、これによって、金属配線８６の低抵抗化が実現されている。
つまり、実用的な配線抵抗値で、ノズル５６の高密度化、即ちノズル５６の高密度なマトリックス状配設が実現されており、これによって、高解像度化が実現可能になっている。しかも、その駆動ＩＣ６０は、振動板４８に圧電素子４６等が形成されてなる圧電素子基板７０上にフリップチップ実装されているので、高密度の配線接続が容易にでき、更には駆動ＩＣ６０の高さの低減も図れる（薄くできる）。したがって、インクジェット記録ヘッド３２の小型化も実現される。
具体的には、従来のＦＰＣ方式による電気接続では、ノズル解像度は６００ｎｐｉ（ｎｏｚｚｌｅ ｐｅｒ ｐｉｔｃｈ）が限界であったが、本発明の方式では、容易に１２００ｎｐｉ配列が可能となった。また、サイズについては、６００ｎｐｉのノズル配列を例にとって比較した場合、ＦＰＣを用いなくて済むため、１／２以下にすることが可能となった。
また、この駆動ＩＣ６０の周囲の隙間は、樹脂材５８で埋められているため、天板４０と圧電素子基板７０の接合強度が増し、更には、その樹脂材５８によって駆動ＩＣ６０が封止されているので、水分等の外部環境から駆動ＩＣ６０を保護することができる。また、圧電素子４６と駆動ＩＣ６０とを接続する圧電素子基板７０上の金属配線８６が、樹脂保護膜８８によって被覆されているので、インク１１０による金属配線８６の腐食を防止することができる。しかも、その金属配線８６を挟むようにして被覆する樹脂保護膜８８と樹脂膜８２とが同種の樹脂材料とされているので、熱膨張率が略等しく、これによって、熱応力の発生も少ない。
以上、何れにしても、このインクジェット記録ヘッド３２を構成する圧電素子基板７０及び流路基板７２は、常に硬い支持基板７６、１００上でそれぞれ製造され、かつ、それらの製造工程において、支持基板７６、１００がそれぞれ不要となった時点で、各支持基板７６、１００が取り除かれるという製造方法が採用されているので、極めて製造しやすい構成となっている。なお、製造された（完成した）インクジェット記録ヘッド３２は、天板４０によって支持されるので（天板４０が支持体とされるので）、その剛性は確保される。
その他、上記実施例のインクジェット記録装置１０では、ブラック、イエロー、マゼンタ、シアンの各色のインクジェット記録ユニット３０がそれぞれキャリッジ１２に搭載され、それら各色のインクジェット記録ヘッド３２から画像データに基づいて選択的にインク滴が吐出されてフルカラーの画像が記録紙Ｐに記録されるようになっているが、本発明におけるインクジェット記録は、記録紙Ｐ上への文字や画像の記録に限定されるものではない。
すなわち、記録媒体は紙に限定されるものでなく、また、吐出する液体もインクに限定されるものではない。例えば、高分子フィルムやガラス上にインクを吐出してディスプレイ用カラーフィルターを作成したり、溶接状態の半田を基板上に吐出して部品実装用のバンプを形成するなど、工業的に用いられる液滴噴射装置全般に対して、本発明に係るインクジェット記録ヘッド３２を適用することができる。
また、上記実施例のインクジェット記録装置１０では、主走査機構１６と副走査機構１８を有するＰａｒｔｉａｌ Ｗｉｄｔｈ Ａｒｒａｙ（ＰＷＡ）の例で説明したが、本発明におけるインクジェット記録は、これに限定されず、紙幅対応のいわゆるＦｕｌｌ Ｗｉｄｔｈ Ａｒｒａｙ（ＦＷＡ）であってもよい。むしろ、本発明は、高密度ノズル配列を実現するのに有効なものであるため、１パス印字を必要とするＦＷＡには好適である。
インクジェット記録装置を示す概略斜視図 キャリッジに搭載されたインクジェット記録ユニットを示す概略斜視図 インクジェット記録ヘッドの構成を示す概略平面図 図３のＸ−Ｘ線概略断面図 インクジェット記録ヘッドとして切断される前の天板を示す概略平面図 駆動ＩＣのバンプを示す概略平面図 インクジェット記録ヘッドを製造する全体工程の説明図 圧電素子基板を製造する工程（Ａ）〜（Ｆ）を示す説明図 圧電素子基板を製造する工程（Ｇ）〜（Ｊ）を示す説明図 天板を製造する工程（Ａ）〜（Ｄ）を示す説明図 天板を製造する工程（Ｅ）〜（Ｈ）を示す説明図 圧電素子基板に天板を接合する工程（Ａ）〜（Ｂ）を示す説明図 圧電素子基板に天板を接合する工程（Ｃ）〜（Ｄ）を示す説明図 流路基板を製造する工程を示す説明図 圧電素子基板に流路基板を接合する工程（Ａ）〜（Ｂ）を示す説明図 圧電素子基板に流路基板を接合する工程（Ｃ）〜（Ｅ）を示す説明図 エアダンパーの配置が異なるインクジェット記録ヘッドを示す説明図 従来のインクジェット記録ヘッドの構造を示す概略断面図 従来のインクジェット記録ヘッドの構造を示す概略平面図 従来のインクジェット記録ヘッドの構造を示す概略斜視図
符号の説明
１０ インクジェット記録装置
３０ インクジェット記録ユニット
３２ インクジェット記録ヘッド
３６ インク供給ポート
３８ インクプール室
４０ 天板
４２ 隔壁
４４ エアダンパー
４６ 圧電素子
４８ 振動板
５０ 圧力室
５６ ノズル
６０ 駆動ＩＣ
６６ インク流路
６８ インク流路
７０ 圧電素子基板
７２ 流路基板
７６ 第１支持基板
８６ 金属配線
９０ 金属配線
１００ 第２支持基板
１１０ インク

Claims (7)

  1. インク滴を吐出するノズルと、
    前記ノズルと連通し、インクが充填される圧力室と、
    前記圧力室の一部を構成する振動板と、
    前記圧力室へインク流路を介して供給するインクをプールするインクプール室と、
    前記振動板を変位させる圧電素子と、
    を有するインクジェット記録ヘッドにおいて、
    前記振動板を間に置いて前記圧力室と反対側に前記インクプール室を設けるとともに、前記振動板を含んで形成された圧電素子基板に、前記圧電素子に電圧を印加する駆動ＩＣを実装したことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
  2. 前記ノズルは、マトリックス状に配設されていることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
  3. 前記駆動ＩＣは、前記圧電素子基板に表面実装されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインクジェット記録ヘッド。
  4. 前記駆動ＩＣは、前記振動板と前記インクプール室の天板との間に配設されることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
  5. 前記振動板と前記天板との間で、かつ前記駆動ＩＣが配置されている空間の隙間は、樹脂材で埋められていることを特徴とする請求項４に記載のインクジェット記録ヘッド。
  6. 前記圧電素子基板に設けられ、前記圧電素子と前記駆動ＩＣとを接続する配線は、樹脂材で被覆されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
  7. 前記配線は、熱膨張率が略等しい２つの樹脂層で挟まれることによって被覆されていることを特徴とする請求項６に記載のインクジェット記録ヘッド。
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