JP2016168792A - Ｍｅｍｓデバイス、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動回路と配線パターンとをより確実に接続して圧力発生手段を駆動させることができるＭＥＭＳデバイス、及び信頼性のある液体の吐出を行う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】圧電アクチュエーター３００を駆動する駆動回路１２０を実装し、駆動回路１２０と電気的に接続する配線パターン１１０が形成された保護基板３０と、第１開口４５を有し、配線パターン１１０の一部を挟んで保護基板３０と接着剤４６で接着された封止基板４０と、を備え、配線パターン１１０は、保護基板３０と封止基板４０とが接着剤４６で接着された接着領域１３０から第１開口４５へ延び、駆動回路１２０と電気的に接続する接続領域１１５を有する接続部１１２を有し、接続部１１２は、接着領域１３０と接続部１１２との境界１４０と、接続領域１１５と、の間に溝１１４が形成されている。【選択図】図８

Description

本発明は、ＭＥＭＳデバイス、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関し、特に液体としてインクを噴射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に関する。

ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイスを備えた装置の一例である液体噴射ヘッドは、液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が形成された流路形成基板と、流路形成基板の一方面側に設けられた圧電アクチュエーターと、流路形成基板の圧電アクチュエーター側に接合された保護基板と、圧電アクチュエーターを駆動する駆動回路と、各圧力発生室に共通の液体室となるマニホールドとを具備したものがある。

駆動回路は、保護基板の一方面（以下、設置面と称する）に配置されており、駆動回路の端子部は、ボンディングワイヤーを介して電気的に圧電アクチュエーターに接続されている。また、保護基板の設置面には、ＦＰＣ等の外部配線に接続される配線パターンが形成され、配線パターンと駆動回路とはボンディングワイヤーを介して電気的に接続されている。

また、保護基板の設置面側にはマニホールドが開口し、当該開口は、封止基板の可撓性のあるコンプライアンス部により封止されている。このような封止基板は、設置面の配線パターンが設けられていない領域に接着されている（例えば、特許文献１参照）。

このような液体噴射ヘッドでは、外部の液体供給源から液体がマニホールドに供給され、該マニホールドから各圧力発生室に液体が供給される。そして、駆動回路から所定の駆動波形が圧電アクチュエーターに印加され、圧力発生室内の液体が加圧されてノズル開口から吐出される。また、コンプライアンス部がマニホールド内の液体の圧力変動を吸収するように変形するので、マニホールド内の液体の圧力を一定にすることができる。

ここで、封止基板を、配線パターンを避けて保護基板に接着すると、保護基板に封止基板を接着する領域を確保しなければならず、液体噴射ヘッドの平面方向の大きさが大きくなってしまう。そこで、平面視において、外部配線やボンディングワイヤーが接続される配線パターンの両端が露出し、それ以外の領域に封止基板が重なるように、封止基板を保護基板に接着する態様が考えられる。このような態様によれば、配線パターンの一部を、封止基板を接着する領域と兼用できるので、保護基板の接着領域を小さくして平面方向の大きさを小型化できる。

特開２００４−１７６００号公報

しかしながら、封止基板と保護基板の間から配線パターン上やその周囲に接着剤が進入し、配線パターンのボンディングワイヤーが接続される領域まで達するおそれがある。当該領域が接着剤で覆われるとボンディングワイヤーを電気的に接続することができなくなり、圧電アクチュエーターの駆動を適切に行えなくなるおそれがある。

なお、このような問題は、液体を噴射する液体噴射ヘッドだけではなく、液体噴射ヘッド以外のＭＥＭＳデバイスにおいても同様に存在する。

本発明はこのような事情に鑑み、駆動回路と配線パターンとをより確実に接続して圧力発生手段を駆動させることができるＭＥＭＳデバイス、及び信頼性のある液体の吐出を行う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。

上記課題を解決する本発明の態様は、圧力発生手段を駆動する駆動回路を実装し、前記駆動回路と電気的に接続する配線パターンが形成された保護基板と、開口を有し、前記配線パターンの一部を挟んで前記保護基板と接着剤で接着された封止基板と、を備え、前記配線パターンは、前記保護基板と前記封止基板とが前記接着剤で接着された領域から前記開口へ延び、前記駆動回路と電気的に接続する接続領域を有する接続部を有し、前記接続部は、前記領域と前記接続部との境界と、前記接続領域と、の間に溝が形成されていることを特徴とするＭＥＭＳデバイスにある。
かかる態様では、封止基板を接着する接着剤が接続領域に進入することを抑制することができる。したがって、配線パターンと駆動回路との電気的な接続が接着剤により阻害されることを抑制することができる。これにより、配線パターンと駆動回路とをより確実に電気的に接続して駆動回路に駆動信号を供給し、圧力発生手段を駆動することができる。また、配線パターンの一部を封止基板が接着される接着領域としても兼用されるため、保護基板の接着領域を小さくして平面方向の大きさを小型化し、ＭＥＭＳデバイスとしても小型化を図ることができる。

ここで、前記溝は、前記接続領域を囲うように形成され、前記接続領域の前記境界とは反対側で前記接続部と導通していることが好ましい。これによれば、溝は接着剤が接続領域に到達する可能性が最も低い配置となっているので、より確実に、接着剤が接続領域に進入することを抑制することができる。

また、前記接続部は、前記境界と前記接続領域との間に設けられた直線部と、該直線部から分岐した分岐部とを有することが好ましい。これによれば、接着剤が、接続部の周縁全体を囲む可能性が低くなり、接着剤が接続部に乗り上げて接続領域に到達することを抑制することができる。

また、隣り合う前記接続部における一方の前記接続部の前記分岐部と、他方の前記接続部の前記分岐部とが前記境界から前記接続領域に向かう方向においてオーバーラップしていることが好ましい。これによれば、隣接する接続部が占める幅を狭くすることができるので、これらが設けられる保護基板の平面方向の大きさを小型化することができ、さらにはＭＥＭＳデバイスの小型化を図ることができる。

上記課題を解決する本発明の態様は、圧力発生手段を駆動する駆動回路を実装し、前記駆動回路と電気的に接続する配線パターンが形成された保護基板と、開口を有し、前記配線パターンの一部を挟んで前記保護基板と接着剤で接着された封止基板と、を備え、前記配線パターンは、前記保護基板と前記封止基板とが前記接着剤で接着された領域から前記開口へ延び、前記駆動回路と電気的に接続する接続領域を有する接続部を有し、前記接続部は、前記境界と前記接続領域との間に設けられた直線部と、該直線部から分岐した分岐部とを有することを特徴とするＭＥＭＳデバイスにある。
かかる態様では、接着剤が接続部の周縁全体を囲む可能性が低くなり、接着剤が接続部に乗り上げて接続領域に到達することを抑制することができる。これにより、駆動回路と配線パターンとをより確実に電気的に接続して駆動回路に駆動信号を供給し、圧力発生手段を駆動することができる。また、配線パターンの一部を封止基板が接着される接着領域としても兼用されるため、保護基板の接着領域を小さくして平面方向の大きさを小型化し、ＭＥＭＳデバイスとしても小型化を図ることができる。

また、上記課題を解決する本発明の態様は、上記ＭＥＭＳデバイスと、液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板とを備え、前記圧力発生手段は、前記流路形成基板の一方面に設けられて、前記圧力発生室の液体に圧力変化を生じさせることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。これによれば、封止基板を接着する接着剤が接続領域に進入することを抑制することができる。したがって、配線パターンと駆動回路との電気的な接続が接着剤により阻害されることを抑制することができる。これにより、配線パターンと駆動回路とをより確実に電気的に接続して駆動回路に駆動信号を供給することができ、圧力発生手段を駆動させて信頼性のある液体の吐出を行うことができる液体噴射ヘッドが提供される。また、配線パターンの一部を封止基板が接着される接着領域としても兼用されるため、保護基板の接着領域を小さくして平面方向の大きさを小型化し、液体噴射ヘッドとしても小型化を図ることができる。

ここで、前記保護基板は、前記流路形成基板の前記一方面に設けられて、前記圧電アクチュエーターの撓みを許容する空間が形成されていることが好ましい。これによれば、駆動回路に接続される配線パターンが設けられる保護基板を、流路形成基板に設けられた圧力発生手段を保護する部材として兼用することができ、部品に掛かるコストを低減することができる。

また、上記課題を解決する本発明の態様は、上記液体噴射ヘッドを備えることを特徴とする液体噴射装置にある。これによれば、駆動回路と配線パターンとをより確実に接続して信頼性のある液体の吐出を行うことができる液体噴射装置が提供される。

インクジェット式記録装置の概略図である。 ヘッドユニットの分解斜視図である。 ヘッドユニットの斜視図である。 ヘッドユニットの断面図である。 記録ヘッドの分解斜視図である。 記録ヘッドの平面図である。 図６のＡ−Ａ′線断面図である。 配線パターンの接続部近傍を拡大した平面図である。 図８のＢ−Ｂ′線断面図である。 配線パターンの接続部近傍を拡大した平面図である。

〈実施形態１〉
本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。インクジェット式記録ヘッドは液体噴射ヘッドの一例であり、単に記録ヘッドともいう。インクジェット式記録装置は、液体噴射装置の一例である。

図１は、本発明のインクジェット式記録装置の概略図である。インクジェット式記録装置Ｉは、インクジェット式記録ヘッドユニット１（以下、ヘッドユニット１とも言う）がキャリッジ３に搭載されている。そして、ヘッドユニット１が搭載されたキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動可能に設けられている。

また、装置本体４には、インクが貯留されたインクタンク等の液体貯留手段２が設けられており、液体貯留手段２からのインクは、キャリッジ３に搭載されたヘッドユニット１にチューブ等の供給管２ａを介して供給される。なお、本実施形態では、液体貯留手段２には、５つの異なるインクが貯留されている。

そして、駆動モーター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、ヘッドユニット１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には搬送手段としての搬送ローラー８が設けられており、紙等の被噴射媒体Ｓが搬送ローラー８により搬送されるようになっている。なお、被噴射媒体Ｓを搬送する搬送手段は、搬送ローラーに限られずベルトやドラム等であってもよい。

また、インクジェット式記録装置Ｉには、当該インクジェット式記録装置Ｉの動作を制御する制御手段である制御装置９が設けられている。制御装置９は、ＦＰＣ等の外部配線９ａを介して、後述する記録ヘッド２２０の駆動回路１２０に接続されている。制御装置９は、外部配線９ａを介して駆動信号及び駆動電圧は駆動回路１２０に供給する様になっている。

本実施形態では、被噴射媒体Ｓの搬送方向を第１の方向Ｘと称し、キャリッジ３の移動方向を第２の方向Ｙと称する。また、ヘッドユニット１のインク滴の噴射方向を第３の方向Ｚと称する。なお、本実施形態では、第１の方向Ｘ、第２の方向Ｙ及び第３の方向Ｚは、互いに直交するとなるようにしたが、特にこれに限定されず、直交以外に交差する方向であってもよい。また、図１に示した座標軸は第１の方向Ｘ、第２の方向Ｙ、第３の方向Ｚを表しており、矢印の向かう方向を正（＋）方向、反対方向が負（−）方向ともいう。図２以降の矢印についても同様である。

ヘッドユニット１の一例について図２〜図４を参照して説明する。図２はヘッドユニットの分解斜視図であり、図３はヘッドユニットの斜視図であり、図４はヘッドユニットの断面図である。

ヘッドユニット１は、流路部材２１０と、流路部材２１０に保持された複数の記録ヘッド２２０と、ヘッドケース２３０と、カバーヘッド２４０と、を具備する。

流路部材２１０は、液体貯留手段２の供給管２ａが直接又は圧力調整手段等を介して接続される接続部２１１を有する。また、流路部材２１０には、一端が接続部２１１に開口し、他端が接続部２１１とは反対面側に開口する複数の第１インク連通路２１２が設けられている。さらに、接続部２１１の第１インク連通路２１２の開口部分には、供給管２ａが直接又は圧力調整手段等を介して接続されるインク供給針２１３が、インク内の気泡やゴミなどの異物を除去するフィルター２１４を介して固定されている。

また、第３の方向Ｚにおいて、流路部材２１０の接続部２１１とは反対面側（＋Ｚ側の面）には、複数の記録ヘッド２２０、本実施形態では、５つの記録ヘッド２２０が固定されており、インク供給針２１３から第１インク連通路２１２を介して供給されたインクは、記録ヘッド２２０に供給される。ここで、記録ヘッド２２０の並設方向は、上述したインクジェット式記録装置Ｉにヘッドユニット１が搭載された際に第２の方向Ｙと一致するように配置される。したがって、以降、記録ヘッド２２０及びヘッドユニット１において、第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙは、インクジェット式記録装置Ｉに搭載された際の方向を基準として示す。

このような記録ヘッド２２０は、第３の方向Ｚにおいて、液体噴射面２０ａとは反対面側（−Ｚ側の面）がヘッドケース２３０を介して流路部材２１０に固定されている。また、記録ヘッド２２０の液体噴射面２０ａ側は、ノズル開口２１を露出するカバーヘッド２４０によって覆われており、カバーヘッド２４０が流路部材２１０に固定されている。

ヘッドケース２３０には、後述する記録ヘッド２２０に液体を供給するための第２インク連通路２３１が設けられている。第２インク連通路２３１は、流路部材２１０の第１インク連通路２１２に連通している。なお、ヘッドケース２３０の材料としては、例えば、樹脂や金属等を用いることができる。

図５〜図９を用いて、本実施形態に係る記録ヘッド２２０について説明する。図５は記録ヘッドの分解斜視図であり、図６は記録ヘッドの平面図であり、図７は図６のＡ−Ａ′線断面図であり、図８は配線パターンの接続部近傍を拡大した平面図であり、図９は図８のＢ−Ｂ′線断面図である。

図５〜図７に示すように、本実施形態に係る記録ヘッド２２０は、流路形成基板１０、圧電アクチュエーター３００、保護基板３０、封止基板４０等の複数の部材を備える。なお、本実施形態では、圧電アクチュエーター３００を駆動する駆動回路１２０を実装し、配線パターン１１０が形成された保護基板３０と、接着剤４６で保護基板３０に接着された封止基板４０とを備えた構成が請求項のＭＥＭＳデバイスに相当する。

記録ヘッド２２０を構成する流路形成基板１０には、複数の隔壁１１によって区画された圧力発生室１２が第１の方向Ｘに沿って並設されている。また、本実施形態では、圧力発生室１２が第１の方向Ｘに並設された列が第２の方向Ｙに２列設けられている。

流路形成基板１０の圧力発生室１２の第２の方向Ｙの一端部側には、連通部１３が形成され、連通部１３と各圧力発生室１２とが、各圧力発生室１２毎に設けられたインク供給路１４及び連通路１５を介して連通されている。連通部１３は、後述する保護基板３０のマニホールド部３１と連通して圧力発生室１２の列毎に共通のインク室となるマニホールドの一部を構成する。インク供給路１４は、第１の方向Ｘにおいて圧力発生室１２よりも狭い幅で形成されており、連通部１３から圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。なお、本実施形態では、流路の幅を第１の方向Ｘの片側から絞ることでインク供給路１４を形成したが、流路の幅を両側から絞ることでインク供給路を形成してもよい。また、流路の幅を絞るのではなく、厚さ方向から絞ることでインク供給路を形成してもよい。さらに、各連通路１５は、圧力発生室１２の第１の方向Ｘの両側の隔壁を連通部１３側に延設してインク供給路１４と連通部１３との間の空間を区画することで形成されている。すなわち、流路形成基板１０には、圧力発生室１２の幅方向の断面積より小さい断面積を有するインク供給路１４と、このインク供給路１４に連通すると共にインク供給路１４の幅方向の断面積よりも大きい断面積を有する連通路１５とが複数の隔壁１１により区画されて設けられている。

流路形成基板１０の一方面側（＋Ｚ側の面）、すなわち圧力発生室１２等の液体流路が開口する面には、各圧力発生室１２に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２２によって接合されている。すなわち、ノズルプレート２０には、第１の方向Ｘにノズル開口２１が並設された列が、第２の方向Ｙに２列設けられている。なお、ノズルプレート２０としては、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等の金属材料などを用いることができる。

流路形成基板１０の他方面側（−Ｚ側の面）には、振動板５０が形成されている。本実施形態に係る振動板５０は、流路形成基板１０上に形成された弾性膜５１と、弾性膜５１上に形成された絶縁体膜５２とで構成されている。なお、圧力発生室１２等の液体流路は、流路形成基板１０を一方面から異方性エッチングすることにより形成されており、圧力発生室１２等の液体流路の他方面は、振動板５０（弾性膜５１）で構成されている。

また、振動板５０上には、圧力発生手段の一例である圧電アクチュエーター３００が設けられている。本実施形態では、第１電極６０と、圧電体層７０と、第２電極８０と、が成膜及びリソグラフィー法によって形成されて、圧電アクチュエーター３００を構成している。ここで、圧電アクチュエーター３００は、第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０を含む部分を言う。一般的には、圧電アクチュエーター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、第１電極６０を圧電アクチュエーター３００の共通電極とし、第２電極８０を圧電アクチュエーター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。なお、上述した例では、弾性膜５１、絶縁体膜５２及び第１電極６０が振動板として作用するが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、振動板５０として、弾性膜５１及び絶縁体膜５２の何れか一方のみを設けるようにしてもよく、また、弾性膜５１及び絶縁体膜５２を設けずに、第１電極６０のみを振動板として設けるようにしてもよい。また、圧電アクチュエーター３００自体が実質的に振動板を兼ねるようにしてもよい。

圧電体層７０は、第１電極６０上に形成される電気機械変換作用を示す強誘電性セラミックス材料からなるペロブスカイト構造の結晶膜（ペロブスカイト型結晶）である。圧電体層７０の材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電性圧電材料や、これに酸化ニオブ、酸化ニッケル又は酸化マグネシウム等の金属酸化物を添加したもの等を用いることができる。また、圧電体層７０の材料としては、鉛を含む鉛系の圧電材料に限定されず、鉛を含まない非鉛系の圧電材料を用いることもできる。

また、圧電アクチュエーター３００の個別電極である各第２電極８０には、インク供給路１４側の端部近傍から引き出され、絶縁体膜５２上にまで延設される、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０が接続されている。

このような圧電アクチュエーター３００が形成された流路形成基板１０上、すなわち、第１電極６０、振動板５０及びリード電極９０上には、保護基板３０が接着剤３５で接合されている。

保護基板３０は、圧電アクチュエーター３００に対向する領域に、圧電アクチュエーター３００の撓みを許容する空間を有する保持部３２が設けられている。保持部３２は、圧電アクチュエーター３００の撓みを許容する空間を有していればよく、当該空間は密封されていても、密封されていなくてもよい。

このような保護基板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。

また、保護基板３０は、マニホールド１００の少なくとも一部を構成するマニホールド部３１を有する。このマニホールド部３１は、本実施形態では、保護基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２の幅方向（第１の方向Ｘ）に亘って形成されている。マニホールド部３１は、上述した流路形成基板１０の連通部１３に連通しており、各圧力発生室１２の共通のインク室となるマニホールド１００を構成している。

なお、流路形成基板１０の連通部１３を圧力発生室１２毎に複数に分割して、マニホールド部３１のみをマニホールドとしてもよい。さらに、例えば、流路形成基板１０に圧力発生室１２のみを設け、流路形成基板１０と保護基板３０との間に介在する部材（例えば、弾性膜５１、絶縁体膜５２等）にマニホールドと各圧力発生室１２とを連通するインク供給路１４を設けるようにしてもよい。

また、保護基板３０には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられている。そして、各圧電アクチュエーター３００から引き出されたリード電極９０の端部近傍は、貫通孔３３内に露出するように設けられている。

保護基板３０の圧電アクチュエーター３００とは反対面を設置面３０１と称する。この設置面３０１上には、圧電アクチュエーター３００を駆動するための駆動回路１２０が固定されている。駆動回路１２０は、圧電アクチュエーター３００を駆動するための駆動信号を形成し、駆動信号を圧電アクチュエーター３００に伝達することが可能な回路であるが、このような態様に限定されない。駆動回路はこのような駆動信号を形成する能動的な回路であってもよいし、外部の制御装置などから伝達される駆動信号を圧電アクチュエーター３００に伝達する配線のみからなる回路であってもよい。

駆動回路１２０は、ボンディングワイヤー等の導電性ワイヤーからなる第１接続配線１２１を介してリード電極９０に電気的に接続されている。

また、保護基板３０の設置面３０１には、複数の配線パターン１１０が形成されている。各配線パターン１１０は、ＦＰＣ等の外部配線９ａと、駆動回路１２０又は圧電アクチュエーター３００とを接続するための配線である。

このような配線パターン１１０は、外部配線９ａにより制御装置９に接続されている。制御装置９から外部配線９ａ、配線パターン１１０を介して駆動回路１２０又は圧電アクチュエーター３００に駆動信号又は電力が供給されるようになっている。配線パターン１１０は、例えば、保護基板３０の設置面３０１の全面に金属等の導電性の膜を形成後、パターニングすることによって形成することができる。具体的な配線パターン１１０の配置や形状については後述する。

保護基板３０の設置面３０１上には、封止膜４１及び固定板４２とからなる封止基板４０が接合されている。

固定板４２は、本実施形態では保護基板３０と略同一の外形を有しており、中央に第１開口４５が設けられた枠状に形成されている。また、固定板４２には、第２の方向Ｙの両側に、第１の方向Ｘに長尺な第２開口４３が二つ設けられている。固定板４２は、例えば、金属等の硬質の材料（例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等）で形成される。なお、第１開口４５は、請求項の「開口」の一例である。

第１開口４５は、第１開口４５内に保護基板３０に設けられた駆動回路１２０や配線パターン１１０の一部、及び貫通孔３３が露出するように形成されている。第２開口４３は、保護基板３０のマニホールド部３１に対向する位置に設けられている。すなわち、固定板４２のマニホールド１００に対向する領域には、厚さ方向に完全に除去された第２開口４３が形成されている。

固定板４２の保護基板３０側の面には、固定板４２の全面及びマニホールド部３１を覆うように封止膜４１が設けられている。封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料（例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルム）からなる。

このような封止基板４０は、配線パターン１１０の一部を挟んで保護基板３０の設置面３０１と接着剤４６で接着されている。すなわち、封止基板４０は、接着剤４６で保護基板３０の設置面３０１と、配線パターン１１０の一部とに接着されている。保護基板３０と封止基板４０とが接着剤４６で接着された領域は、請求項の「領域」に該当し、以後、接着領域と称する。接着領域には、保護基板３０に形成された配線パターン１１０の一部と封止基板４０とが接着剤４６で接着された領域も含む。

本実施形態では、封止膜４１の保護基板３０側の表面には、固定板４２の第１開口４５及び第２開口４３に対向する部分を除いて接着剤４６が設けられ、保護基板３０の設置面３０１及び配線パターン１１０の一部に接着されている。すなわち、接着領域は、固定板４２の平面形状と同一形状となっている。

封止膜４１のうちマニホールド部３１を覆う部分をコンプライアンス部４４と称する。コンプライアンス部４４は、マニホールド１００の開口（マニホールド部３１の設置面３０１側の開口）を封止している。コンプライアンス部４４がマニホールド１００内の液体の圧力変動に応じて撓むため、マニホールド１００内の液体の圧力が一定に保たれるようになっている。

また、封止基板４０には、厚さ方向（第３の方向Ｚ）に貫通した第３インク連通路４７が設けられている。第３インク連通路４７は、マニホールド１００、及びヘッドケース２３０に設けられた第２インク連通路２３１に連通している。第３インク連通路４７を介して、第２インク連通路２３１からマニホールド１００にインクが供給される。

このような本実施形態の記録ヘッド２２０では、上述した液体貯留手段２からマニホールド１００内にインクを取り込み、マニホールド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、駆動回路１２０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第１電極６０と第２電極８０との間に電圧を印加し、振動板５０及び圧電アクチュエーター３００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。

ここで、図６〜図９を用いて、配線パターン１１０について詳細に説明する。配線パターン１１０は、接着領域１３０（図８の斜線部分）から第１開口４５へ延び、駆動回路１２０と電気的に接続する接続領域１１５を有する接続部１１２を有する。

配線パターン１１０が接着領域１３０から第１開口４５へ延びるとは、平面視（図６、図８参照）で、配線パターン１１０の一部が保護基板３０及び封止基板４０により接着剤４６を介して挟まれ、かつ、配線パターン１１０の一部が第１開口４５内に露出するように形成されていることをいう。

接続部１１２は、配線パターン１１０のうち、第１開口４５内に露出した部分であって駆動回路１２０と電気的に接続される接続領域１１５を有する部分をいう。接続領域１１５は、接続部１１２のうち駆動回路１２０と電気的に接続される部分である。例えば、ボンディングワイヤー等の導電性ワイヤーからなる第２接続配線１２２が接続される部分が接続領域１１５である。また、配線パターン１１０のうち、保護基板３０及び封止基板４０により接着剤４６を介して挟まれた部分を被覆部１１３と称する。さらに、配線パターン１１０のうち、保護基板３０及び封止基板４０により接着剤４６で覆われておらず、外部配線９ａが接続される部分を外部配線接続部１１１と称する。

本実施形態では、複数の配線パターン１１０は、形状、配置により、３種類の配線パターン１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃが保護基板３０に設けられている。各配線パターン１１０の両端は保護基板３０及び封止基板４０に覆われておらず、それぞれの端部が外部配線接続部１１１及び接続部１１２となっている。なお、これらの配線パターン１１０Ａ〜配線パターン１１０Ｃについて、個別に言及するときは符号１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃを用い、総称するときは符号１１０を用いる。

配線パターン１１０Ａは、制御装置９から外部配線９ａ（図示せず）を介して伝達された駆動信号を、第２接続配線１２２を介して駆動回路１２０に伝達するための配線である。具体的には、配線パターン１１０Ａの外部配線接続部１１１には外部配線９ａが接続され、接続部１１２には第２接続配線１２２が接続されている。

配線パターン１１０Ｂは、圧電アクチュエーター３００の共通電極である第１電極６０に印加される電圧（バイアス電圧）を供給するための配線である。具体的には、配線パターン１１０Ｂの外部配線接続部１１１には外部配線９ａが接続され、接続部１１２にはボンディングワイヤー等の導電性ワイヤーからなる第３接続配線１２３が接続されている。配線パターン１１０Ｂは、第３接続配線１２３を介して第１電極６０に接続されている。

配線パターン１１０Ｃは、配線パターン１１０Ａと同様に駆動信号を駆動回路１２０に伝達するための配線である。配線パターン１１０Ｃは、保護基板３０及び封止基板４０には挟まれておらず、駆動回路１２０に覆われ、外部配線接続部１１１及び接続部１１２が外部配線９ａ及び駆動回路１２０に接続されている。

配線パターン１１０Ａの接続部１１２には、接着領域１３０と接続部１１２との境界１４０と、接続領域１１５との間に溝１１４が形成されている。境界１４０とは、封止基板４０への平面視において（図６、図８参照）、接着領域１３０と接続部１１２との境界線部分をいう。換言すれば、平面視において、封止基板４０の第１開口４５の開口縁部と配線パターン１１０とが重なった部分である。

本実施形態では、溝１１４は、接続領域１１５を囲うように略矩形状に形成され、接続領域１１５の境界１４０とは反対側で接続部１１２と導通している。換言すると、溝１１４は、接続領域１１５の溝１１４に囲まれていない領域Ｒが、境界１４０とは反対側に配置されるように形成されている。

なお、溝１１４が接続領域１１５を囲うように形成されているとは、接続領域１１５が溝１１４により接続部１１２から完全に切り離されずに形成されていることをいう。また、接続領域１１５と接続部１１２とを導通させる領域Ｒの位置は、接続領域１１５の境界１４０とは反対側に限定されない。

上述したように、封止基板４０は、保護基板３０の設置面３０１及び配線パターン１１０Ａの一部である被覆部１１３に対して接着剤４６で接着されている。このため、図８の矢印Ｐに示すように、接着剤４６は、被覆部１１３と封止基板４０との間から漏れ出し、接続部１１２上を境界１４０から接続領域１１５に向けて進入する可能性がある。特に、封止基板４０を保護基板３０に接着する工程において、常温よりも高い温度にて接着剤４６で接着する場合、接着剤４６の粘性が低下するので、接続領域１１５に達しやすくなる。

また、図８の矢印Ｑに示すように、保護基板３０の設置面３０１及び封止基板４０の間から、接続部１１２の周縁を伝うように接着剤４６が漏れ出し、接続部１１２の周縁全体に進入した後、接続部１１２の上面に乗り上げる可能性がある。

しかしながら、本実施形態に係る配線パターン１１０Ａは、接続部１１２に溝１１４が形成されているため、この溝１１４内に接着剤４６を一定量保留することができる。これにより、接着剤４６が接続部１１２上に進入したとしても、溝１１４で接着剤４６を止めることができ、接続領域１１５に接着剤４６が達してしまうことを抑制することができる。また、接続部１１２の周縁を伝う接着剤４６が接続部１１２の上面に乗り上げた場合であっても、溝１１４内に流れ込むため、接続領域１１５に接着剤４６が達してしまうことを抑制することができる。

上述したように、接続領域１１５と接続部１１２との導通を取るために、接続領域１１５は、溝１１４で囲まれていない領域Ｒを有している。したがって、領域Ｒから接続領域１１５に接着剤４６が浸入するおそれがある。

しかしながら、領域Ｒは、接続領域１１５の境界１４０とは反対側に設けられているため、接着剤４６が到達する可能性が最も低い配置となっている。すなわち、接着剤４６は、矢印Ｑで示したように、接続部１１２の周縁を伝い、境界１４０とは反対側まで達し、接続部１１２の上面に乗り上げて、領域Ｒに至る経路が考えられるが、この境界１４０から領域Ｒに至る経路を最も長くすることができる。

以上に説明したように、本発明によれば、配線パターン１１０Ａの接続部１１２に溝１１４が設けられていることで、封止基板４０を接着する接着剤４６が接続領域１１５に進入することを抑制することができる。したがって、第２接続配線１２２と接続領域１１５との接合が接着剤４６により阻害されることを抑制することができる。これにより、第２接続配線１２２を接続領域１１５により確実に接続して駆動回路１２０に駆動信号を供給することができ、信頼性のあるインクの吐出を行うことができる記録ヘッド２２０が提供される。

また、本発明の記録ヘッド２２０では、封止基板４０は、保護基板３０の設置面３０１及び配線パターン１１０の一部に接着剤４６で接着されている。すなわち、封止基板４０が接着される接着領域として、配線パターン１１０の一部（本実施形態では、配線パターン１１０Ａ、配線パターン１１０Ｂ）が利用されている。

例えば、本実施形態では、図６に示すように、配線パターン１１０Ａ及び配線パターン１１０Ｂの被覆部１１３が接着領域となっている。

配線パターン１１０の一部を接着領域としても兼用するため、設置面３０１の接着領域全体を、配線パターン１１０の一部を接着領域として兼用しない場合に比べて狭くすることができる。このように、本実施形態に係る記録ヘッド２２０では、保護基板３０の接着領域を小さくして平面方向（ＸＹ平面）の大きさを小型化することができる。仮に、配線パターン１１０を接着領域として兼用しない場合では、例えば、第１開口４５と第２開口４３との間に、配線パターン１１０が設けられていない領域を広く確保する必要がある。このように設置面３０１において、配線パターン１１０が設けられていない接着領域を広く確保しなければならず、保護基板３０が大型化してしまう。

なお、本実施形態に係る記録ヘッド２２０では、溝１１４は、接続部１１２の接続領域１１５を囲うように設けられていたがこのような態様に限定されない。溝１１４は、少なくとも、境界１４０と接続領域１１５との間に設けられていればよい。例えば、接続部１１２の境界１４０と接続領域１１５との間に、接続部１１２を完全には分断しない程度に溝１１４を設けてもよい。このような態様であっても、境界１４０から接続領域１１５に進入する接着剤４６を溝１１４で止めることができる。また、溝１１４の本数や形状、配置には特に限定はなく、任意の本数、形状、配置とすることができる。さらに、溝１１４は、接続部１１２を厚さ方向に貫通して設けられていてもよいし、貫通していなくてもよい。

〈実施形態２〉
実施形態１に係る記録ヘッド２２０は、接続部１１２に溝１１４を設けて接着剤４６が接続領域１１５に進入することを抑制したが、このような態様に限定されない。図１０は、本実施形態に係る配線パターンの接続部近傍の平面図である。なお、実施形態１と同一のものには同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図１０（ａ）に示すように、本実施形態に係る配線パターン１１０Ａの接続部１１２Ａは、境界１４０と接続領域１１５との間に設けられた直線部１１６と、直線部１１６から分岐した分岐部１１７と、溝１１４で囲まれた接続領域１１５とを有している。溝１１４及び接続領域１１５を構成する部分を接続本体部１１８と称する。本実施形態の接続本体部１１８は、配線パターン１１０Ａのうち、直線部１１６の境界１４０とは反対側に連続した矩形状の部分である。

分岐部１１７は、直線部１１６に連続し、平面方向（ＸＹ平面方向）に突出している。本実施形態では、直線部１１６が延設された第１の方向Ｘに対して直交する第２の方向Ｙに沿って、直線部１１６の左右両側に３つずつ、合計６つの分岐部１１７が設けられている。

ここで、境界１４０側から漏れ出した接着剤４６の進入経路は、接続部１１２Ａの周縁である直線部１１６と分岐部１１７の周縁を伝い、接続本体部１１８まで達し、これらの直線部１１６、分岐部１１７及び接続本体部１１８の周縁全体を囲んだ後、接続本体部１１８の上面に乗り上げて、接続領域１１５に至る経路となる。

分岐部１１７を設けることにより、分岐部１１７の周縁の長さ分、接着剤４６の進入経路を延長することができる。このように進入経路を延長することができるので、接着剤４６が、直線部１１６、分岐部１１７及び接続本体部１１８の周縁全体を囲む可能性が低くなり、接着剤４６が接続領域１１５に到達することを抑制することができる。

このように分岐部１１７が設けることで、接着剤４６が接続領域１１５に到達して第２接続配線１２２の接続を阻害することを、より確実に回避することができる。

また、図１０（ｂ）には、隣り合う接続部１１２Ｂ及び接続部１１２Ｃが示されている。一方の接続部１１２Ｂは、直線部１１６の左右両側に１つずつ、合計２つの分岐部１１７が設けられている。また、他方の接続部１１２Ｃは、直線部１１６の左右両側に２つずつ、合計４つの分岐部１１７が設けられている。

隣り合う接続部１１２Ｂ及び接続部１１２Ｃにおける、一方の接続部１１２Ｂの分岐部１１７と、他方の接続部１１２Ｃの分岐部１１７とが境界１４０から接続領域１１５に向かう第１の方向Ｘにおいてオーバーラップしている。すなわち、第２の方向Ｙにおける範囲Ｌｙの間に、隣り合う接続部１１２Ｂ及び接続部１１２Ｃの分岐部１１７が配置されている。範囲Ｌｙ内には、分岐部１１７の少なくとも一部が含まれていればよく、もちろん、分岐部１１７の全体が含まれていてもよい。

このような形状の分岐部１１７を設けた構成の接続部１１２Ｂ及び接続部１１２Ｃにおいては、図１０（ａ）で説明した接続部１１２Ａと同様に、接着剤４６が接続領域１１５に到達して第２接続配線１２２の接続を阻害することをより確実に回避することができる。

さらに、一方の接続部１１２Ｂの分岐部１１７と、他方の接続部１１２Ｃの分岐部１１７とが第１の方向Ｘにおいてオーバーラップしている。つまり、分岐部１１７が第２の方向Ｙに占める幅を、分岐部１１７が重なった範囲Ｌｙの分だけ狭くすることができる。このように、接続部１１２Ｂ及び接続部１１２Ｃが第２の方向Ｙで占める幅を狭くすることができるので、これらが設けられる保護基板３０の平面方向の大きさを小型化することができ、さらには記録ヘッド２２０の小型化を図ることができる。

なお、分岐部１１７は、第２の方向Ｙに沿って直線状に延設されていたがこのような態様に限定されない。分岐部１１７は、直線部１１６から分岐した形状であればよく、方向や形状については特に限定はない。

また、実施形態１に係る記録ヘッド２２０は、保護基板３０に設けられた保持部３２内に、流路形成基板１０に設けられた圧電アクチュエーター３００が収容されている。すなわち、配線パターン１１０が設けられた保護基板３０を、圧電アクチュエーター３００を保護する部材として兼用している。これにより、圧電アクチュエーター３００を保護するための別部材が不要となり、部品に係るコストを削減することができる。なお、本発明は、配線パターン１１０が設けられた保護基板３０を圧電アクチュエーター３００の保護のために兼用する態様に限定されない。例えば、流路形成基板１０に、圧電アクチュエーター３００を保護する別の部材を設け、当該部材に保護基板３０を設けてもよい。

〈他の実施形態〉
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の基本的な構成は上述したものに限定されるものではない。

例えば、実施形態２では、接続部１１２に溝１１４及び分岐部１１７が設けられていたが、このような態様に限定されない。例えば、溝１１４を設けず、分岐部１１７を有する配線パターン１１０としてもよい。このような態様であっても、接着剤４６が接続部１１２の周縁を伝って接続領域１１５に到達することを抑制することができる。

実施形態１では、配線パターン１１０は、用途や配置に応じて、配線パターン１１０Ａ〜配線パターン１１０Ｃの３種が例示されていたが、このような用途や配置に限定されない。

実施形態１では、２列の圧電アクチュエーター３００に対して２つの駆動回路１２０を設けたが、特にこれに限定されない。例えば、２列の圧電アクチュエーター３００に共通して一つの駆動回路１２０を設けてもよい。

上述した実施形態１〜２では、圧電アクチュエーター３００の列が第２の方向Ｙに２列設けられた構成を例示したが、圧電アクチュエーター３００の列の数は特にこれに限定されず、３列以上であってもよい。

上述した実施形態１〜２では、圧力発生室１２に圧力変化を生じさせる圧力発生手段として、薄膜型の圧電アクチュエーター３００を用いて説明したが、特にこれに限定されず、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圧電アクチュエーターや、圧電材料と電極形成材料とを交互に積層させて軸方向に伸縮させる縦振動型の圧電アクチュエーターなどを使用することができる。また、圧力発生手段として、圧力発生室内に発熱素子を配置して、発熱素子の発熱で発生するバブルによってノズル開口から液滴を吐出するものや、振動板と電極との間に静電気を発生させて、静電気力によって振動板を変形させてノズル開口から液滴を吐出させるいわゆる静電式アクチュエーターなどを使用することができる。

実施形態１に係る封止基板４０は、第２開口４３を有していたが、このような態様に限定されず、少なくとも第１開口４５が設けられたものであればよい。また、封止基板４０の第１開口４５は、枠状の固定板４２により形成されたものに限定されない。請求項に記載する封止基板の開口とは、保護基板に形成した配線パターンや駆動回路が封止基板によって覆われない部分をいう。例えば、封止基板は板状であってもよい。このような板状の封止基板を保護基板の設置面に接着剤で固定し、保護基板の封止基板で接着されない部分に駆動回路や配線パターンの接続部が露出するような態様も本発明に含まれる。

実施形態１に係るインクジェット式記録装置Ｉでは、記録ヘッド２２０がヘッドユニット１としてキャリッジ３に搭載されて主走査方向に移動するものを例示したが、特にこれに限定されない。例えば、ヘッドユニット１が固定されて、紙等の被噴射媒体Ｓを副走査方向に移動させるだけで印刷を行う、所謂ライン式記録装置にも本発明を適用することができる。

実施形態１に係るインクジェット式記録装置Ｉは、複数の記録ヘッド２２０が搭載されたヘッドユニット１を備えていたが、このような態様に限定されない。一つの記録ヘッド２２０をキャリッジ３に搭載した態様であってもよい。

また、上述した例では、インクジェット式記録装置Ｉは、インクタンク等の液体貯留手段２を装置本体４に固定して、貯留手段とヘッドユニット１とをチューブ等の供給管を介して接続した構成であったが、このような構成に限定されない。例えば、液体貯留手段２をキャリッジ３に搭載した構成であってもよい。

本発明は、広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものであり、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種のインクジェット式記録ヘッド等の記録ヘッド、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ディスプレイ、ＦＥＤ（電界放出ディスプレイ）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にも適用することができる。

また、本発明は、広くＭＥＭＳデバイスを対象としたものであり、液体噴射ヘッド以外のＭＥＭＳデバイスにも適用することができる。ＭＥＭＳデバイスの一例としては、超音波デバイス、モーター、圧力センサー、焦電素子、強誘電体素子などが挙げられる。また、これらのＭＥＭＳデバイスを利用した完成体、たとえば、上記ヘッドを利用した液体等噴射装置、上記超音波デバイスを利用した超音波センサー、上記モーターを駆動源として利用したロボット、上記焦電素子を利用したＩＲセンサー、強誘電体素子を利用した強誘電体メモリーなども、ＭＥＭＳデバイスに含まれる。

Ｉ インクジェット式記録装置、 １ インクジェット式記録ヘッドユニット（ヘッドユニット）、 ９ａ 外部配線、 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 保護基板、 ４０ 封止基板、 ４６ 接着剤、 １００ マニホールド、 １１０ 配線パターン、 １１２ 接続部、 １１４ 溝、 １１５ 接続領域、 １１６ 直線部、 １１７ 分岐部、 １２０ 駆動回路、 １３０ 接着領域（領域）、 １４０ 境界、 ２２０ 記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、 ３００ 圧電アクチュエーター

Claims (8)

1. 圧力発生手段を駆動する駆動回路を実装し、前記駆動回路と電気的に接続する配線パターンが形成された保護基板と、
   開口を有し、前記配線パターンの一部を挟んで前記保護基板と接着剤で接着された封止基板と、を備え、
   前記配線パターンは、前記保護基板と前記封止基板とが前記接着剤で接着された領域から前記開口へ延び、前記駆動回路と電気的に接続する接続領域を有する接続部を有し、
   前記接続部は、前記領域と前記接続部との境界と、前記接続領域と、の間に溝が形成されている
   ことを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
2. 請求項１に記載するＭＥＭＳデバイスであって、
   前記溝は、前記接続領域を囲うように形成され、前記接続領域の前記境界とは反対側で前記接続部と導通している
   ことを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
3. 請求項１又は請求項２に記載するＭＥＭＳデバイスであって、
   前記接続部は、前記境界と前記接続領域との間に設けられた直線部と、該直線部から分岐した分岐部とを有する
   ことを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
4. 請求項３に記載するＭＥＭＳデバイスであって、
   隣り合う前記接続部における一方の前記接続部の前記分岐部と、他方の前記接続部の前記分岐部とが前記境界から前記接続領域に向かう方向においてオーバーラップしている
   ことを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
5. 圧力発生手段を駆動する駆動回路を実装し、前記駆動回路と電気的に接続する配線パターンが形成された保護基板と、
   開口を有し、前記配線パターンの一部を挟んで前記保護基板と接着剤で接着された封止基板と、を備え、
   前記配線パターンは、前記保護基板と前記封止基板とが前記接着剤で接着された領域から前記開口へ延び、前記駆動回路と電気的に接続する接続領域を有する接続部を有し、
   前記接続部は、前記境界と前記接続領域との間に設けられた直線部と、該直線部から分岐した分岐部とを有する
   ことを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
6. 請求項１〜請求項５の何れか一項に記載するＭＥＭＳデバイスと、
   液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板とを備え、
   前記圧力発生手段は、前記流路形成基板の一方面に設けられて、前記圧力発生室の液体に圧力変化を生じさせる
   ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
7. 請求項６に記載する液体噴射ヘッドであって、
   前記保護基板は、前記流路形成基板の前記一方面に設けられて、前記圧電アクチュエーターの撓みを許容する空間が形成されている
   ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
8. 請求項６又は請求項７に記載する液体噴射ヘッドを備えることを特徴とする液体噴射装置。

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