JP2014079931A

JP2014079931A - 液体噴射ヘッド、液体噴射装置、及び、液体噴射ヘッドの製造方法

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Publication number: JP2014079931A
Application number: JP2012228636A
Authority: JP
Inventors: 本規 ▲高▼部; Honki Takabe
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2012-10-16
Filing date: 2012-10-16
Publication date: 2014-05-08
Anticipated expiration: 2032-10-16
Also published as: JP6083188B2

Abstract

【課題】アクチュエーターユニットと封止部材との接合力を高め、圧電素子の損傷を防止する液体噴射ヘッド、液体噴射装置、及び、液体噴射ヘッドの製造方法を提供する。
【解決手段】封止板２０がアクチュエーターユニット１４に接合された状態で、貫通部３５内に、アクチュエーターユニット１４側からアクチュエーターユニット１４とは反対側の少なくとも途中まで接着剤４６を充填し、当該接着剤４６によってフレキシブルケーブル４３とリード電極部４１ｂとの接続部分、露出部２８ａ、および少なくとも前記封止部材の一部を被覆した。
【選択図】図４

Description

本発明は、圧電素子の駆動により液体を噴射する液体噴射ヘッド、これを備えた液体噴射装置、及び、液体噴射ヘッドの製造方法に関するものである。

液体噴射装置は液体噴射ヘッドを備え、この噴射ヘッドから各種の液体を噴射する装置である。この液体噴射装置としては、例えば、インクジェット式プリンターやインクジェット式プロッター等の画像記録装置があるが、最近ではごく少量の液体を所定位置に正確に着弾させることができるという特長を生かして各種の製造装置にも応用されている。例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターを製造するディスプレイ製造装置，有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイやＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極を形成する電極形成装置，バイオチップ（生物化学素子）を製造するチップ製造装置に応用されている。そして、画像記録装置用の記録ヘッドでは液状のインクを噴射し、ディスプレイ製造装置用の色材噴射ヘッドではＲ（Red）・Ｇ（Green）・Ｂ（Blue）の各色材の溶液を噴射する。また、電極形成装置用の電極材噴射ヘッドでは液状の電極材料を噴射し、チップ製造装置用の生体有機物噴射ヘッドでは生体有機物の溶液を噴射する。

上記の液体噴射ヘッドは、圧力室に液体を導入し、当該圧力室の液体に圧力変動を生じさせて、この圧力室に通じるノズルから液体を噴射するように構成されている。上記圧力室は、シリコン等の結晶性基板に対して異方性エッチングによって寸法精度良く形成されている。また、圧力室内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生手段としては、圧電素子が好適に用いられる。この圧電素子としては種々の構成があるが、例えば、圧力室に近い側の下部電極と、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電材料からなる圧電体層と、上部電極とが、成膜技術によりそれぞれ積層形成されて構成される（例えば、特許文献１参照）。そして、上下の電極のうちの一方が圧力室毎に設けられる個別電極として機能し、他方が複数の圧力室に共通な共通電極として機能する。圧電体膜において上下の電極によって挟まれた部分が、電極への電圧の印加によって変形する能動部であり、上下の何れか一方或いは両方から外れた部分が、電極への電圧の印加によっても変形しない非能動部である。また、圧力室の一方（ノズル面側とは反対側）の開口部分は、例えばＳｉＯ_２からなる可撓性を有する弾性膜で塞がれ、この上に絶縁膜（例えばＺｒＯ_２）を介して圧電素子が形成される。これらの弾性膜および絶縁膜が振動板として機能する。

特許文献１の構成では、上部電極の一方の端部の近傍には、下部電極（第１の導電層）と導通するリード電極部（第４の導電層）が上部電極と僅かな間隔を隔てて設けられており、両者の間に圧電体層が露出している。また、圧電素子は、封止板と呼ばれる保護部材によって封止されている。この封止板には、圧力室の開口部に対応する位置における圧電素子を内部に収容する封止空間が設けられると共に、この封止空間から外れた位置に板厚方向に貫通した開口部が形成されている。そして、封止板は、上記したリード電極部および圧電体層の露出部を開口部内に露出させた状態で、振動板と圧電素子とが積層してなるアクチュエーターユニットに接着剤によって接合されている。また、封止板の上方には、インクの流路に対してコンプライアンスを付与するコンプライアンス基板や、その上方に接合されるヘッドケース（ケース部材）等が接合されている。

従来、圧電素子を駆動させたときに圧力室長手方向の両端部において圧電素子および振動板がうねる等の不規則・複雑な変形が生じることがあり、これにより液体の噴射安定性に悪影響を及ぼすという問題があった。また、このような不規則な振動によって圧電素子の能動部と非能動部との境界部分に応力が集中して、圧電素子、特に上記の露出部にクラック等の損傷が生じる場合があった。このため、例えば、圧電素子を封止した封止空間と開口部とを区画する封止板の壁部の下端部を、上記の露出部に接着剤によって接着させることで、当該接着剤によって露出部を被覆して保護する構成も提案されている。

特開２０１０−２０８０７１号公報（図２（Ｃ））

ところで、上記の複数の部材が積層された液体噴射ヘッドには、熱が加えられる工程がある。例えば、液体噴射ヘッドの周囲に接合される種々の部材の接合に熱硬化性の接着剤が用いられた場合、これを固化させるために熱が加えられる。この加熱工程の際に、封止板とこの上方に接合された複数の部材との線膨張率（熱膨張率）の差によって応力が生じる。この応力によって封止板が歪むと、接着剤が剥がれてアクチュエーターユニットと封止板とが離間する虞があった。特に、圧電素子を封止した封止空間と開口部とを区画する封止板の壁部の下端は、応力が集中し易く、剥がれやすい。万が一、この部分が剥がれた場合、これに伴って圧電体層の露出部が損傷する可能性も考えられる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、アクチュエーターユニットと封止部材との接合力を高め、圧電素子の損傷を防止する液体噴射ヘッド、液体噴射装置、及び、液体噴射ヘッドの製造方法を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために提案されたものであり、ノズルに連通する圧力室が形成された圧力室形成部材と、
第１の電極、圧電体層、および第２の電極がこの順に積層され、前記圧力室に圧力変動を生じさせる圧電素子を有するアクチュエーターユニットと、
該アクチュエーターユニットに接合され、前記圧電素子を封止する封止部材と、
前記圧電素子に電気的に接続される配線部材と、
を備え、
前記圧電素子は、前記圧力室に対応する位置から外れた位置で前記アクチュエーターユニットの前記第１の電極に接続されたリード電極、および、該リード電極と前記第２の電極との間に前記圧電体層が露出した露出部を有し、
前記封止部材は、少なくとも前記圧電素子の前記圧力室の開口部に対応する部分を収容する収容空部、並びに、該収容空部から外れた位置に設けられて前記リード電極および前記露出部を露出させる貫通部が形成され、
前記配線部材は、前記封止部材の貫通部に挿入されて前記リード電極に接続され、
前記封止部材が前記アクチュエーターユニットに接合され、前記貫通部内に接着剤が充填され、当該接着剤によって前記配線部材と前記リード電極との接続部分、前記露出部、及び少なくとも前記封止部材の一部が被覆されていることを特徴とする。

この構成によれば、配線部材とリード電極の接続部、ならびに圧電素子の露出部を保護すると共にアクチュエーターユニットと封止部材との接着力を高めることができる。これにより、アクチュエーターユニットと封止板とが離間することを防止でき、また、圧電素子の露出部をより確実に保護することが可能となる。

上記構成において、前記接着剤が絶縁性を有することが望ましい。

この構成によれば、圧力室形成部材に対して異方性エッチングによって圧力室を形成する際に発生する水素ガスが圧電素子側に回り込んで、露出部が溶融したとしても、絶縁性の接着剤によって圧電体層の露出部が被覆されるので、当該露出部の近傍に設けられた電極間において電流のリークが抑制される。その結果、電流のリークによる露出部の焼損が防止される。

また、上記各構成において、前記接着剤の絶縁性が、前記アクチュエーターユニットと前記封止部材とを接合する封止部材接合用接着剤の絶縁性よりも高いことが望ましい。

この構成によれば、接着剤によるエレクトロマイグレーションを抑制することができる。

さらに、本発明の液体噴射装置は、上記各構成の液体噴射ヘッドを備えたことを特徴とする。

この構成によれば、アクチュエーターユニットと封止板とが離間することを防止でき、圧電素子の損傷が抑制されるので、装置の信頼性が向上する。

また、本発明の液体噴射ヘッドの製造方法は、ノズルに連通する圧力室が形成された圧力室形成部材と、
第１の電極、圧電体層、および第２の電極がこの順に積層され、前記圧力室に圧力変動を生じさせる圧電素子を有するアクチュエーターユニットと、
該アクチュエーターユニットに接合され、前記圧電素子を封止する封止部材と、
前記圧電素子に電気的に接続される配線部材と、
を備え、
前記圧電素子は、前記圧力室のアクチュエーターユニット側の開口部に対応する位置から外れた位置で前記第１の電極に接続されたリード電極、および、該リード電極と前記第２の電極との間に前記圧電体層が露出した露出部を有し、
前記封止部材は、少なくとも前記圧電素子の前記圧力室の開口部に対応する部分を収容する収容空部、並びに、該収容空部から外れた位置に設けられて前記リード電極および前記露出部を露出させる貫通部が形成され、
前記配線部材が、前記封止部材の貫通部に挿入されて前記リード電極に接続された液体噴射ヘッドの製造方法であって、
前記アクチュエーターユニットと前記封止部材とを接合する接合工程と、
該接合工程の後、前記貫通部に前記配線部材を挿入する挿入工程と、
前記貫通部内に、接着剤を充填し、当該接着剤によって前記配線部材と前記リード電極との接続部分、前記露出部、及び少なくとも前記封止部材の一部を被覆する接着剤充填工程と、
を含むことを特徴とする。

この製造方法によれば、接着剤によって配線部材とリード電極の接続部、並びに圧電素子の露出部を保護すると共にアクチュエーターユニットと封止部材との接着力を高めることができる。これにより、アクチュエーターユニットと封止板とが離間することを防止できる。

プリンターの構成を説明する斜視図である。記録ヘッドの分解斜視図である。記録ヘッドの断面図である。図３における領域Ａの拡大図である。記録ヘッドの製造工程を示す要部断面図である。記録ヘッドの製造工程を示す要部断面図である。記録ヘッドの製造工程を示す要部断面図である。記録ヘッドの製造工程を示す要部断面図である。

以下、本発明を実施するための形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、以下の説明では、本発明の液体噴射装置として、液体噴射ヘッドの一種であるインクジェット式記録ヘッド（以下、記録ヘッド）を搭載したインクジェット式プリンター（以下、プリンター）を例に挙げる。

プリンター１の構成について、図１を参照して説明する。プリンター１は、記録紙等の記録媒体２（着弾対象の一種）の表面に対して液体状のインクを噴射して画像等の記録を行う装置である。このプリンター１は、記録ヘッド３、この記録ヘッド３が取り付けられるキャリッジ４、キャリッジ４を主走査方向に移動させるキャリッジ移動機構５、記録媒体２を副走査方向に移送する搬送機構６等を備えている。ここで、上記のインクは、本発明の液体の一種であり、液体供給源としてのインクカートリッジ７に貯留されている。このインクカートリッジ７は、記録ヘッド３に対して着脱可能に装着される。なお、インクカートリッジ７がプリンター１の本体側に配置され、当該インクカートリッジ７からインク供給チューブを通じて記録ヘッド３に供給される構成を採用することもできる。

上記のキャリッジ移動機構５はタイミングベルト８を備えている。そして、このタイミングベルト８はＤＣモーター等のパルスモーター９により駆動される。従ってパルスモーター９が作動すると、キャリッジ４は、プリンター１に架設されたガイドロッド１０に案内されて、主走査方向（記録媒体２の幅方向）に往復移動する。

図２は、本実施形態の記録ヘッド３の構成を示す分解斜視図である。また、図３は、記録ヘッド３の断面図、図４は、図３における領域Ａの拡大図である。なお、図２では、後述するヘッドケース１３が省略されている。

本実施形態における記録ヘッド３は、流路形成基板１５（本発明における圧力室形成部材の一種）、ノズルプレート１６、アクチュエーターユニット１４、封止板２０（本発明における封止部材の一種）、及び、ヘッドケース１３等を積層して構成されている。

流路形成基板１５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板材である。この流路形成基板１５には、複数の圧力室２２が異方性エッチングによってノズル列方向に並べて形成されている。本実施形態における圧力室２２は、ノズル列方向に直交する方向に長尺な平行四辺形の開口を有する空部である。各圧力室２２は、ノズルプレート１６の各ノズル２５に一対一に対応して設けられている。すなわち、各圧力室２２の形成ピッチは、ノズル２５の形成ピッチに対応している。また、本実施形態における各圧力室２２は、２列に形成されたノズル列に対応して２列設けられている。さらに、図２および図３に示すように、流路形成基板１５において、圧力室２２に対して当該圧力室長手方向の側方（ノズル連通側とは反対側）に外れた領域には、流路形成基板１５を貫通する連通部２３が、圧力室２２の並設方向に沿って形成されている。この連通部２３は、各圧力室２２に共通な空部である。この連通部２３と各圧力室２２とは、インク供給路２４を介してそれぞれ連通されている。なお、連通部２３は、後述する振動板２１の連通開口部２６および封止板２０の液室空部３３と連通して、各圧力室２２に共通なインク室であるリザーバー（共通液室）を構成する。インク供給路２４は、圧力室２２よりも狭い幅で形成されており、連通部２３から圧力室２２に流入するインクに対して流路抵抗となる部分である。

流路形成基板１５の下面（アクチュエーターユニット１４との接合面とは反対側の面）には、ノズルプレート１６が、接着剤４６や熱溶着フィルム等を介して接合されている。ノズルプレート１６は、所定のピッチで複数のノズル２５が列状に開設された板材である。本実施形態では、３６０ｄｐｉに対応するピッチで３６０個のノズル２５を列設することでノズル列（ノズル群の一種）が構成されている。また、本実施形態のノズル列は、２列に形成されている。各ノズル２５は、圧力室２２に対してインク供給路２４とは反対側の端部で連通する。なお、ノズルプレート１６は、例えば、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板、又はステンレス鋼などからなる。

本実施形態におけるアクチュエーターユニット１４は、振動板２１、圧電素子１９、および金属層４１から構成される。振動板２１は、流路形成基板１５の上面に形成された二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）からなる弾性膜１７と、この弾性膜１７上に形成された酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）からなる絶縁体膜１８と、から成る。この振動板２１における圧力室２２に対応する部分、即ち、圧力室２２の上部開口を塞ぐ部分は、圧電素子１９の撓み変形に伴ってノズル２５から遠ざかる方向あるいは近接する方向に変位する。すなわち、圧電素子１９の撓み変形に伴って振動板２１が撓み変形し、圧力室２２に圧力変動を生じさせる。また、振動板２１における流路形成基板１５の連通部２３に対応する部分には、当該連通部２３と連通する連通開口部２６が開設されている。

振動板２１の絶縁体膜１８における圧力室２２に対応する部分には、圧電素子１９が形成されている。本実施形態における圧電素子１９は、振動板２１側から順に下部電極２７（本発明における第１の電極に相当）、圧電体層２８、および上部電極２９（本発明における第２の電極に相当）が積層されて構成されている。また、圧電素子１９は、絶縁体膜１８上において、圧力室２２の上部開口の縁（ノズル２５と連通する側の開口縁）を越えて当該圧力室２２の長手方向の外側に外れた位置（２列に形成された圧力室２２の列の間の位置）まで延設されている。そして、下部電極２７および圧電体層２８は、上部電極２９の本体部２９ａの圧力室長手方向の端部よりも同方向の外側の位置までさらに延設されている。なお、圧電素子１９における圧力室２２の長手方向の他端部に対応する部分（インク供給路２４側の端部）は、例えば圧力室２２とインク供給路２４との境界に位置し、収容空部３２内に収容されている。

本実施形態においては、下部電極２７および圧電体層２８が圧力室２２毎にパターニングされており、下部電極２７は、圧電素子１９毎の個別電極となっている。また、上部電極２９は、各圧電素子１９に共通な電極となっている。そして、積層方向において、上部電極２９、圧電体層２８、および下部電極２７がオーバーラップする部分が、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる圧電体能動部である。すなわち、上部電極２９は圧電素子１９の共通電極となっており、下部電極２７は圧電素子１９の個別電極となっている。なお、駆動回路や配線の都合によってこれらを逆にする構成とすることもできる。

上部電極２９は、図４に示すように、圧電体能動部を規定する本体部２９ａと、この本体部２９ａから独立した導電部２９ｂとから構成されている。導電部２９ｂは、圧力室２２の上部開口縁（アクチュエーターユニット１４側の開口）よりも圧力室長手方向の外側に外れた領域（２列に形成された圧力室２２の列の間の領域）における圧電体層２８上であって、本体部２９ａに対して所定の間隔を隔てた位置に形成されている。そして、図４に示すように、導電部２９ｂおよび圧電体層２８を貫通する状態で、導電部２９ｂの上面から下部電極２７に至るスルーホール４２が形成されている。

上部電極２９の上には、図示しない密着層（例えば、ＮｉＣｒ）を介して金（Ａｕ）からなる金属層４１が形成されている。この金属層４１は、錘部４１ａとリード電極部４１ｂ（本発明におけるリード電極に相当）とから構成される。錘部４１ａは、上部電極２９の本体部２９ａ上であって、圧力室２２の上部開口縁よりも圧力室長手方向の外側（導電部２９ｂ側）の領域に形成されている。この錘部４１ａは、圧電素子１９の長手方向端部の変位を規制することで、駆動時における当該圧電素子１９および振動板２１の不規則な変位を抑制する。なお、錘部４１ａが無い構成を採用することもできる。リード電極部４１ｂは、個別電極である下部電極２７に対応してパターニングされており、少なくとも一部が導電部２９ｂの上部に重なるように形成されている。すなわち、このリード電極部４１ｂは、圧力室２２の上部開口縁（アクチュエーターユニット１４側の開口）に対応する位置から外れた位置で、上記のスルーホール４２を通じて下部電極２７に導通されている。そして、このリード電極部４１ｂを介して各圧電素子１９に選択的に駆動電圧（駆動パルス）が印加される。錘部４１ａおよびリード電極部４１ｂは、同一の工程で形成され、それぞれの上面（表面）は略同一面上に揃っている。

このような構成の記録ヘッド３では、上部電極２９の本体部２９ａと導電部２９ｂ（リード電極部４１ｂ）との間の領域、或いは、錘部４１ａと導電部２９ｂ（リード電極部４１ｂ）との間の領域に、上部電極２９が除かれて圧電体層２８の一部が露出している。以下、上部電極２９および金属層４１が形成されていない圧電体層２８の露出部分を露出部２８ａと称する。なお、錘部４１ａが無い構成では、上部電極２９の本体部２９ａとリード電極部４１ｂの間の領域に、上部電極２９が除かれた露出部２８ａが形成されている。

アクチュエーターユニット１４における流路形成基板１５との接合面である下面とは反対側の上面には、圧電素子を封止する封止板２０が封止板接合用接着剤４５（本発明における封止部材接合用接着剤に相当）によって接合される。この封止板２０には、少なくとも圧電素子１９の圧力室２２の上部開口縁（開口部）に対応する部分を収容する収容空部３２、および、収容空部３２から外れた位置に設けられた貫通部３５が形成されている。収容空部３２は、封止板２０の下面側から上面側に向けて封止板２０の高さ方向途中まで形成された窪みである。この収容空部３２のノズル列方向の寸法（内法）は、同一列の全ての圧電素子１９を収容可能な大きさに設定されている。また、収納空部３２のノズル列に直交する方向の寸法は、圧力室２２の同方向（長手方向）の寸法よりも大きく、且つ、圧電体層２８の同方向の寸法よりも小さく設定されている。本実施形態の収容空部３２は、２列の圧力室に対応して２つ設けられている。なお、封止板２０には、収容空部３２内を大気圧に調整する目的で、収容空部３２と封止板２０の外部とを連通する大気連通口（図示せず）が設けられている。

貫通部３５は、２つ設けられた収容空部３２の間の領域に、封止板２０を厚さ方向に貫通して形成されている。封止板２０がアクチュエーターユニット１４に位置決めされて接合された状態では、この貫通部３５の開口内にリード電極部４１ｂおよび露出部２８ａが臨むように配置されて露出する。本実施形態では、図３に示すように、両側の収容空部３２から内側に向けて延在したリード電極部４１ｂおよび露出部２８ａをそれぞれ露出させるように、貫通部３５が２つ設けられている。この貫通部３５内には、フレキシブルケーブル４３（本発明における配線部材に相当）が挿入される。フレキシブルケーブル４３は、一端側が貫通部３５内で露出されたリード電極部４１ｂと電気的に接続され、他端側が図示しない制御部と電気的に接続されている。そして、貫通部３５内には、フレキシブルケーブル４３とリード電極部４１ｂとが接続された状態で、接着剤４６が充填されている。本実施形態では、貫通部３５内において接着剤４６が充填されている。この接着剤４６によってフレキシブルケーブル４３とリード電極部４１ｂとの接続部分、露出部２８ａ、及び少なくとも前記封止部材の一部が被覆されている。これにより、フレキシブルケーブル４３の下端側の接続位置が固定され、また、アクチュエーターユニット１４と封止板２０との接合が補強される。

上記した貫通部３５と収容空部３２とは、仕切壁３４によって隔てられている。この仕切壁３４の下端面を含む封止板２０の下面は、封止板接合用接着剤４５によってアクチュエーターユニット１４の上面に接合される。具体的には、図４に示すように、仕切壁３４の下端面が錘部４１ａと重なる状態で配置されてアクチュエーターユニット１４に接合される。なお、封止板接合用接着剤４５は、封止板２０の下面に転写により予め塗布される。

ここで、封止板接合用接着剤４５および貫通部３５内に充填される接着剤４６は、絶縁性を有するものが望ましい。また、接着剤４６の絶縁性は、封止板接合用接着剤４５の絶縁性よりも高いことが望ましい。例えば、接着剤４６および封止板接合用接着剤４５としては、エポキシ系やシリコン系のものを用いることができるが、接着剤４６の方が封止板接合用接着剤４５よりも、主成分に含まれる不純物の濃度が低いものが使用される。これにより、封止板接合用接着剤４５に安価で接着力の高いものを使用できる一方、接着剤４６に不純物の濃度を低くしたもの（言い換えると、絶縁性が高いもの）を用いて、エレクトロマイグレーションを低減できる。

また、図２および図３に示すように、封止板２０には、収容空部３２よりもノズル列に直交する方向の外側（貫通部３５とは反対側）に外れた位置であって、振動板２１の連通開口部２６および流路形成基板１５の連通部２３に対応する領域に、液室空部３３が設けられている。この液室空部３３は、封止板２０を厚さ方向に貫通して圧力室２２の並設方向に沿って設けられており、上述したように連通開口部２６および連通部２３と一連に連通して各圧力室２２の共通のインク室となるリザーバーを画成する。

封止板２０上には、封止膜３６及び固定板３７とからなるコンプライアンス基板３８が接合されている。封止膜３６は、剛性が低く可撓性を有する材料（例えば、ポリフェニレンサルファイドフィルム）で形成される。固定板３７は、金属等の硬質の材料（例えば、ステンレス鋼等）で形成される。このコンプライアンス基板３８には、リザーバー（液室空部３３）にインクを導入するインク導入口（図示せず）が厚さ方向に貫通して形成されている。また、コンプライアンス基板３８のリザーバーに対向する領域のうちインク導入口以外の領域は、固定板３７が厚さ方向に完全に除去された封止部４９となっている。このため、リザーバーの一方面が可撓性を有する封止膜３６のみによって封止される。

ヘッドケース１３は、コンプライアンス基板３８の上側（封止板２０とは反対側）に接合された樹脂等からなる中空箱体状の部材である。ヘッドケース１３の内部には、封止板２０の貫通部３５と連通する挿通空間４７、およびケース流路４８がその高さ方向に貫通して形成されている。この挿通空間４７内は、２つの貫通部３５と連通しており、それぞれの貫通部３５へ挿入されるフレキシブルケーブル４３が挿通されている。ケース流路４８は、インクカートリッジ７からのインクをリザーバーに供給するための流路であり、下端がインク導入口を介して液室空部３３と連通されている。また、ヘッドケース１３の下面のうち封止部４９に対向する部分には、封止膜３６の可撓変形を阻害しない程度の空間５０が備えられている。

このように構成された記録ヘッド２は、インクカートリッジ３からのインクをケース流路４８、リザーバー、インク供給路２４を介して圧力室２２内に取り込んでいる。そして、記録ヘッド２は、圧電素子１９を駆動させることで圧力室２２内のインクに圧力変動を生じさせ、この圧力変動を利用することでノズル２５からインクを噴射している。

次に、上記の記録ヘッド３の製造方法について説明する。
まず、図５（ａ）に示すように、流路形成基板１５となるシリコン単結晶基板が約１１００℃の拡散炉で熱酸化され、その表面に弾性膜１７を構成する二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜が形成される。次いで、図５（ｂ）に示すように、弾性膜１７上に、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）からなる絶縁体膜１８が形成される。具体的には、まず、弾性膜１７上に、例えば、ＤＣスパッタ法によりジルコニウム層が形成され、このジルコニウム層が熱酸化されることにより酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜１８が形成される。次いで、図５（ｃ）に示すように、例えば、白金（Ｐｔ）とイリジウム（Ｉｒ）とを絶縁体膜１８上に積層することにより下部電極２７が形成され、圧力室２２の幅よりも小さい幅となるようにパターニングされる。

次に、図５（ｄ）に示すように、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電体層２８が下部電極２７の表面に積層される。圧電体層２８の形成方法は、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、いわゆるゾル−ゲル法を用いて圧電体層２８が形成される。なお、圧電体層２８の形成方法は、特に限定されず、例えば、ＭＯＤ法やスパッタ法等を用いることも可能である。圧電体層２８も下部電極２７と同様に、圧力室２２の幅よりも小さい幅となるようにパターニングされる。続いて、図５（ｅ）に示すように、当該圧電体層２８の上面に、例えばイリジウムからなる上部電極２９が圧電体層２８の上面にスパッタリング等により形成される。この上部電極２９は、本体部２９ａと導電部２９ｂにパターニングされる。

次に、図６（ａ）に示すように、導電部２９ｂおよび圧電体層２８に、スルーホール４２が開設される。続いて、図６（ｂ）に示すように、上部電極２９の上に、図示しない密着層を介してスパッタ法、真空蒸着法、或いはＣＶＤ法等により金属層４１が形成される。金属層４１は、エッチング等によって錘部４１ａとリード電極部４１ｂとにパターニングされる。続いて、図６（ｃ）に示すように、封止板２０が、封止板接合用接着剤４５によってアクチュエーターユニット１４に接合される（接合工程）。本実施形態では、封止板２０の仕切壁３４の下端面を錘部４１ａと重なる位置に配置し、リード電極部４１ｂと露出部２８ａとを貫通部３５内に露出させた状態でアクチュエーターユニット１４に接合される。その後、アクチュエーターユニット１４および封止板２０が図示しない保護シートで覆われた状態で、圧力室２２が形成される前の状態の記録ヘッド３がエッチング用液に浸漬されて、図７（ａ）に示すように、流路形成基板１５に圧力室２２やインク供給路２４等の流路がエッチングにより形成される。ところで、従来の構成では、この際にエッチング反応によって発生する水素ガスが、保護シートを通過する虞がある。保護シートを通過した水素ガスが収容空部３２の貫通部３５内に侵入すると、この水素ガスによって圧電体層２８の露出部２８ａが溶融され、上部電極２９の本体部２９ａ（或いは錘部４１ａ）と下部電極２７との間でリーク電流が生じ易くなって焼損が発生する虞があった。しかしながら、本実施形態では、後述するように、貫通部３５内に絶縁性の接着剤４６を充填し、この接着剤４６で露出部２８ａを被覆したので、当該部分が絶縁性の接着剤４６によって保護され、電流のリークが生じることを抑制できる。その結果、電流のリークによる露出部の焼損が防止される。

圧力室２２等の流路が形成されたならば、図７（ｂ）に示すように、ノズルプレート１６を流路形成基板１５に接合する。次に、図８（ａ）に示すように、封止板２０の貫通部３５内にフレキシブルケーブル４３の一端側が挿入される（挿入工程）。本実施形態では、フレキシブルケーブル４３の一端部が圧力室２２とは反対側に折り曲げられた状態で、貫通部３５内に挿入される。そして、折り曲げられた部分を、例えば導電性接着剤等を用いて、リード電極部４１ｂに電気的に接続する。その後、図８（ｂ）に示すように、貫通部３５内に接着剤４６を充填し、フレキシブルケーブル４３とリード電極部４１ｂ、露出部２８ａ、及び少なくとも前記封止部材の一部を被覆する（接着剤充填工程）。これにより、フレキシブルケーブル４３のリード電極部４１ｂとの接続部分が固定される。

このように作成された記録ヘッド３は、接着剤４６によってアクチュエーターユニット１４と封止板２０とが接着されるので、アクチュエーターユニット１４と封止板２０とが離間することを防止できる。より詳しく説明すると、上記したように、封止板２０の上方に位置する固定板３７はステンレス鋼等、さらにその上方に位置するヘッドケース１３は樹脂等で形成されるのに対し、封止板２０は例えばシリコン等で形成されている。このため、これらの部材の線膨張率（熱膨張率）がそれぞれ異なっていた。この線膨張率の違いによって、記録ヘッド３を作成した後において熱をかける工程（例えば、キャリッジ４と記録ヘッド３とを熱硬化性の接着剤を用いて接続する工程や、記録ヘッド３のノズルプレート１６に接合される固定板を、熱硬化性の接着剤を用いて接合する工程等）で封止板２０を歪ませる応力が発生する虞があった。この応力は、封止板２０の仕切壁３４に集中し易く、従来では、仕切壁３４の下端面とアクチュエーターユニット１４とを接着する封止板接合用接着剤４５が剥がれて離間し易くなっていた。しかしながら、本実施形態では、封止板２０の貫通部３５内に接着剤４６を充填したので、当該接着剤４６によって圧電素子１９の露出部２８ａが保護されると共にアクチュエーターユニット１４と封止板２０とが強固に接合される。これにより、圧電素子の露出部２８ａをより確実に保護することが可能となる。また、アクチュエーターユニット１４と封止板２０とが離間すること、特に仕切壁３４の下端面とアクチュエーターユニット１４とが離間することを防止できる。加えて、フレキシブルケーブル４３を固定する接着剤４６を用いてアクチュエーターユニット１４と封止板２０との接合を強化したので、部品等の追加あるいは工程の追加を招くことなく、コストアップを抑えることができる。

さらに、本実施形態では、接着剤４６の絶縁性を封止板接合用接着剤４５の絶縁性よりも高くしたので、接着剤４６によるエレクトロマイグレーションを抑制することができる。その一方、封止板接合用接着剤４５としては、接着剤４６よりも安価な接着剤を用いてコストを抑えることができる。そして、当該記録ヘッド３を搭載したプリンター１は、アクチュエーターユニット１４と封止板２０とが離間することを防止できるので、装置の耐久性・信頼性が向上する。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、貫通部内を少なくとも封止部材の一部が被覆されるように接着剤を充填したが、貫通部内の全体に接着剤を充填してもよい。また、上述した実施形態では、インクジェットプリンターに搭載されるインクジェット式記録ヘッドを例示したが、上記構成の圧電素子を用いるものであれば、インク以外の液体を噴射するものにも適用することができる。例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材噴射ヘッド、バイオチップ（生物化学素子）の製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等にも本発明を適用することができる。

１…プリンター，３…記録ヘッド，１３…ヘッドケース，１４…アクチュエーターユニット，１５…流路形成部材，１６…ノズルプレート，１７…弾性膜，１８…絶縁体膜，１９…圧電素子，２０…封止板，２１…振動板，２２…圧力室，２５…ノズル，２７…下部電極，２８…圧電体層，２９…上部電極，３２…収容空部，３４…仕切壁，３５…貫通部，４１…金属膜，４１ａ…錘部，４１ｂ…リード電極部，４２…スルーホール，４３…フレキシブルケーブル，４５…封止板接合用接着剤，４６…接着剤

Claims

ノズルに連通する圧力室が形成された圧力室形成部材と、
第１の電極、圧電体層、および第２の電極がこの順に積層され、前記圧力室に圧力変動を生じさせる圧電素子を有するアクチュエーターユニットと、
該アクチュエーターユニットに接合され、前記圧電素子を封止する封止部材と、
前記圧電素子に電気的に接続される配線部材と、
を備え、
前記圧電素子は、前記圧力室に対応する位置から外れた位置で前記アクチュエーターユニットの前記第１の電極に接続されたリード電極、および、該リード電極と前記第２の電極との間に前記圧電体層が露出した露出部を有し、
前記封止部材は、少なくとも前記圧電素子の前記圧力室の開口部に対応する部分を収容する収容空部、並びに、該収容空部から外れた位置に設けられて前記リード電極および前記露出部を露出させる貫通部が形成され、
前記配線部材は、前記封止部材の貫通部に挿入されて前記リード電極に接続され、
前記封止部材が前記アクチュエーターユニットに接合され、前記貫通部内に接着剤が充填され、当該接着剤によって前記配線部材と前記リード電極との接続部分、前記露出部、及び少なくとも前記封止部材の一部が被覆されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
前記接着剤が絶縁性を有することを特徴とする請求項1に記載の液体噴射ヘッド。
前記接着剤の絶縁性が、前記アクチュエーターユニットと前記封止部材とを接合する封止部材接合用接着剤の絶縁性よりも高いことを特徴とする請求項1または請求項２に記載の液体噴射ヘッド。
請求項１から請求項３の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドを備えたことを特徴とする液体噴射装置。
ノズルに連通する圧力室が形成された圧力室形成部材と、
第１の電極、圧電体層、および第２の電極がこの順に積層され、前記圧力室に圧力変動を生じさせる圧電素子を有するアクチュエーターユニットと、
該アクチュエーターユニットに接合され、前記圧電素子を封止する封止部材と、
前記圧電素子に電気的に接続される配線部材と、
を備え、
前記圧電素子は、前記圧力室のアクチュエーターユニット側の開口部に対応する位置から外れた位置で前記第１の電極に接続されたリード電極、および、該リード電極と前記第２の電極との間に前記圧電体層が露出した露出部を有し、
前記封止部材は、少なくとも前記圧電素子の前記圧力室の開口部に対応する部分を収容する収容空部、並びに、該収容空部から外れた位置に設けられて前記リード電極および前記露出部を露出させる貫通部が形成され、
前記配線部材が、前記封止部材の貫通部に挿入されて前記リード電極に接続された液体噴射ヘッドの製造方法であって、
前記アクチュエーターユニットと前記封止部材とを接合する接合工程と、
該接合工程の後、前記貫通部に前記配線部材を挿入する挿入工程と、
前記貫通部内に、接着剤を充填し、当該接着剤によって前記配線部材と前記リード電極との接続部分、前記露出部、及び少なくとも前記封止部材の一部を被覆する接着剤充填工程と、
を含むことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。