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 - Google Patents

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

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JP3522163B2
JP3522163B2 JP23456999A JP23456999A JP3522163B2 JP 3522163 B2 JP3522163 B2 JP 3522163B2 JP 23456999 A JP23456999 A JP 23456999A JP 23456999 A JP23456999 A JP 23456999A JP 3522163 B2 JP3522163 B2 JP 3522163B2
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    • B41J2202/18Electrical connection established using vias

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】本発明の第の態様は、第の態様におい
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】本発明の第の態様は、第の態様におい
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】本発明の第の態様は、第の態様におい
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IC 160 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 (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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。
  3. 【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。
  4. 【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。
  5. 【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。
  6. 【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。
  7. 【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。
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