JP3522163B2

JP3522163B2 - 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

Info

Publication number: JP3522163B2
Application number: JP23456999A
Authority: JP
Inventors: 佳直宮田; 真理酒井
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1998-08-26
Filing date: 1999-08-20
Publication date: 2004-04-26
Anticipated expiration: 2019-08-20
Also published as: JP2000135790A

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、特開平５−２８６１３１号公報に見られるよう
に、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。

【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】

【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。

【０００９】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。

【００１０】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。

【００１１】

【００１２】

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【００２２】

【００２３】

【００２４】

【００２５】

【００２６】

【００２７】

【００２８】

【００２９】

【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し、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、且つ一端が前記実装部を構成する配線
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た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、前記接合部材
は、少なくとも前記圧力発生室に連通されるリザーバの
一部を構成するリザーバ部を有するリザーバ形成基板で
あり、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。

【００３０】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、
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。さらに、流路形成基板にリザーバ形成基板を接
合するようにすれば、比較的容易に大きいリザーバを容
易に形成することができ、構造の簡略化を図ることがで
きる。

【００３１】

【００３２】

【００３３】本発明の第２の態様は、第１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。

【００３４】かかる第２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。

【００３５】本発明の第３の態様は、第１又は２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。

【００３６】かかる第３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。

【００３７】本発明の第４の態様は、第１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。

【００３８】かかる第４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。

【００３９】

【００４０】

【００４１】

【００４２】

【００４３】本発明の第５の態様は、第１〜４の何れか
の態様において、前記リザーバ形成基板は、前記圧電素
子に対向する領域に、その運動を阻害しない程度の空間
を有す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。

【００４４】かかる第５の態様では、圧電素子の駆動を
妨げることなく、流路形成基板上に実装部を設けること
ができる。

【００４５】本発明の第６の態様は、第５の態様におい
て、前記圧電素子は、前記リザーバ形成基板の前記空間
内に密封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。

【００４６】かかる第６の態様では、圧電素子が外部と
遮断され、外部環境に起因する圧電素子の破壊が防止さ
れる。

【００４７】

【００４８】

【００４９】

【００５０】

【００５１】本発明の第７の態様は、第１〜６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。

【００５２】かかる第７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。

【００５３】

【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。

【００５４】（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。

【００５５】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、１５０〜３
００μｍ程度の厚さのものが用いられ、望ましくは１８
０〜２８０μｍ程度、より望ましくは２２０μｍ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。

【００５６】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。

【００５７】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。

【００５８】ここで、異方性エッチングは、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）と約３５度の角度をなす第２の（１１
１）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１／１８
０であるという性質を利用して行われるものである。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。

【００５９】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。

【００６０】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１６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。

【００６１】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。

【００６２】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、圧電振素子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
６０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。

【００６３】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。

【００６４】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１１０
０℃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。

【００６５】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６００〜１０
００℃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。

【００６６】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。

【００６７】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、Ａｕ、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、Ｐ
ｔをスパッタリングにより成膜している。

【００６８】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。

【００６９】ここで、パターニングには、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。

【００７０】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。

【００７１】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
を用いて除去する。

【００７２】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８
０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。

【００７３】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。

【００７４】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。

【００７５】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。

【００７６】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１３０が形成され、この
配線パターン１３０の一端部１３１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８０
ａ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。

【００７７】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。

【００７８】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に他端側には、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。

【００７９】さらに、固定部材１２０には、駆動用ＩＣ
１４０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。

【００８０】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。

【００８１】以上説明した本実施形態では、ノズルチッ
プを保持固定する固定部材１２０に、駆動用ＩＣ１４０
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。

【００８２】また、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。

【００８３】（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。

【００８４】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。

【００８５】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。

【００８６】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。

【００８７】（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。

【００８８】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１２６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ＩＣ１４０とを接続するようにした
以外、実施形態１と同様である。

【００８９】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。

【００９０】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。

【００９１】（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。

【００９２】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１３０Ａと上電極膜８０とが異方
性導電接着剤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。

【００９３】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。

【００９４】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。

【００９５】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１３０Ａ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。

【００９６】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。

【００９７】次いで、図９（ｃ）及び図１０に示すよう
に、配線膜１４７をパターニングして、各圧電素子３０
０毎に独立して配線パターン１３０ＡとＩＣ配線部１３
２とを接続する連結配線１４６Ａを形成する。

【００９８】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１４７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。

【００９９】なお、本実施形態では、この連結配線１４
６ＡとＩＣ配線部１３２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。

【０１００】（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。

【０１０１】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１２
０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１５０が接合され、このリザ
ーバ形成基板１５０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。

【０１０２】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１７０のリザーバ部１７１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１７５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。

【０１０３】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１７０と封止板１８０とが接合
されている。リザーバ形成基板１７０は、リザーバ１７
５の少なくとも一部を構成するリザーバ部１７１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１７５を構成し、一方面を封止板１８０によって封止
されている。なお、リザーバ１７５に対向する領域の封
止板１８０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１７５ａとなっており、この可撓部１
７５ａが変形することにより、リザーバ１７５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１８０は、リザーバ形成基板１７０のリザーバ１７５
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１７０の表面が露出されている。

【０１０４】また、リザーバ１７５には、封止板１８０
及びリザーバ形成基板１７０を貫通して形成されたイン
ク導入口１８１及びインク導入路１７２によって外部と
連通されており、これらインク導入口１８１及びインク
導入路１７２を介して外部からインクが供給される。

【０１０５】一方、リザーバ形成基板２０の圧電素子３
００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１７３が設けられ、圧電素子３００
の少なくとも圧電体能動部３２０は、この圧電素子保持
部１７３内に密封されている。

【０１０６】また、リザーバ形成基板１７０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１７４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
１７０上に設けられたＩＣ配線部１３２Ａに、貫通溝１
７４を介してワイヤボンディングによって連結配線１４
６が延設されている。

【０１０７】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１６０上に駆動用集積回路１４０と
を実装して、圧電素子３００と接続することにより、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。

【０１０８】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。

【０１０９】（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。

【０１１０】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。

【０１１１】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。

【０１１２】さらに、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。

【０１１３】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。

【０１１４】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。

【０１１５】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１
２０に固定される。

【０１１６】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。

【０１１７】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。

【０１１８】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。

【０１１９】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。

【０１２０】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。

【０１２１】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に巻き掛けられて搬送されるように
なっている。

【０１２２】

【発明の効果】以上説明したように本発明においては、
流路形成基板の圧電素子側に接合される、例えば、ヘッ
ドチップを保持固定する固定部材、あるいはリザーバの
一部を構成するリザーバ形成基板上で、外部配線との接
続を行うようにしたので、容易にアクチュエータ及びイ
ンクジェット式記録ヘッドを構成することができ、ま
た、特に、これらの基板上に駆動用集積回路を搭載すれ
ば、実装の省スペース化を図ることができる。また、固
定部材を流路形成基板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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るインクジェット式記
録ヘッドのヘッドチップの分解斜視図である。

【図２】本発明の実施形態１に係るヘッドチップの断面
図である。

【図３】本発明の実施形態１の薄膜製造工程を示す断面
図である。

【図４】本発明の実施形態１のインクジェット式記録ヘ
ッドの分解斜視図である。

【図５】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの平面図及び断面図である。

【図６】本発明の実施形態２に係るインクジェット式記
録ヘッドの断面図である。

【図７】本発明の実施形態３に係るインクジェット式記
録ヘッドの断面図である。

【図８】本発明の実施形態４に係るインクジェット式記
録ヘッドの断面図である。

【図９】本発明の実施形態４の連結配線の製造工程を示
す断面図である。

【図１０】本発明の実施形態４の連結配線の製造工程を
示す断面図である。

【図１１】本発明の実施形態５に係るインクジェット式
記録ヘッドの断面図である。

【図１２】本発明の実施形態５に係るインクジェット式
記録ヘッドの変形例を示す断面図である。

【図１３】本発明の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】本発明の他の実施形態に係るインクジェット
式記録ヘッドの断面図である。

【図１５】本発明の一実施形態に係るインクジェット式
記録装置の概略図。

【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１４０，１４０Ａ駆動用ＩＣ１６０流路シール材１７０駆動用端子１８０フレキシブルプリント基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/045 B41J 2/055 H01L 41/08

Claims

(57)【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
路形成基板を具備し、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、且つ一端が前記実装部を構成する配線に
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
用配線が設けられた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、前記接合部材
は、少なくとも前記圧力発生室に連通されるリザーバの
一部を構成するリザーバ部を有するリザーバ形成基板で
あり、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２】請求項１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３】請求項１又は２において、前記ノズル形
成部材が前記流路形成基板と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４】請求項１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５】請求項１〜４の何れかにおいて、前記リ
ザーバ形成基板は、前記圧電素子に対向する領域に、そ
の運動を阻害しない程度の空間を有することを特徴とす
るインクジェット式記録ヘッド。
【請求項６】請求項５において、前記圧電素子は、前
記リザーバ形成基板の前記空間内に密封されていること
を特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
【請求項７】請求項１〜６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。