JP3637633B2 - インクジェット式印字ヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、多数のノズル穴からインクを印字用紙に吐出して印字するインクジェット式印字ヘッド及びその製造方法に関し、更に詳細には、各ノズル穴に対応するアクチュエータの駆動電極と基板上に形成されたドライバ回路の配線とを直接接続したインクジェット式印字ヘッド及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェットプリンタに使用されるオンデマンド方式のインクジェット式印字ヘッドとして、圧電素子をアクチュエータに用いるピエゾ方式のものが実用化されている。この印字ヘッドは、発熱素子をアクチュエータに用いたバブルジェット方式の印字ヘッドと比較して、熱の発生を伴わないことから使用するインクの制限が少なく、また耐久性に優れる等の利点を有している。そして、従前ピエゾ式の短所とされていた集積度・小型化の面においても、例えば特開平２−１５０３５５号公報で開示されているように、圧電素子のせん断モードの変形を利用することにより改善され、かなりの高集積化及び小型化を達成したものが提案されるに至っている。
【０００３】
このような従来のインクジェット式印字ヘッドの概略構成を、その製造方法にも言及しつつ図面を参照して説明する。図１０に分解斜視図で示すように、この印字ヘッドは、圧電素子で形成されたセラミックスプレート１０２と、その上部を覆うカバープレート１０３と、インクを吐出するノズル１３２が形成されたノズルプレート１３１と、セラミックスプレート１０２の下面に接着される基板１４１とを有している。
【０００４】
セラミックスプレート１０２は、強誘電性のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の板に、多数の溝１０８を平行に形成したものである。各溝１０８には、チャンネル部１１７と浅溝部１１６とが設けられており、その間にＲ部１１９が存在する。この溝１０８の形成は、ダイヤモンドカッターブレードにより行われる。かかるセラミックスプレート１０２には、矢印Ｐの方向に分極処理が施されている。溝１０８間の側壁１１１をその方向に分極させるためである。そして各溝１０８の側面の深さ方向上半分には金属蒸着膜である電極１１３が形成されている。この電極１１３は浅溝部１１６の底面をも覆っている。かかる電極１１３の形成は、セラミックスプレート１０２を蒸着源に対し適切な角度に傾けて両側から計２回蒸着することにより行われる。
【０００５】
カバープレート１０３は、セラミックス系または樹脂系の材料を素材として用い、これにインク導入口１２１及びマニホールド１２２を形成したものである。これらは、研削または切削加工によって形成される。このカバープレート１０３は、マニホールド１２２を形成した面をセラミックスプレート１０２の溝１０８を形成した面に接着剤で接着して用いられる。
【０００６】
ノズルプレート１３１は、セラミックスプレート１０２及びカバープレート１０３の端面に接着して用いられるプラスチック板であり、セラミックスプレート１０２の各溝１０８に対応する位置にノズル１３２が設けられている。基板１４１には、セラミックスプレート１０２の各溝１０８に対応する位置に導電パターン１４２が形成されており、この導電パターン１４２は対応する溝１０８の電極１１３（浅溝部１１６の底面部分）と導線１４３で接続されている。この接続はワイヤボンディングによりなされる。或はワイヤボンディングに替えてフレキシブル基板（ＦＰＣ基板）を用いて接続することもある。その場合には電極１１３を浅溝部１１６から平面部にまで引き出して形成し、これとＦＰＣ基板の電極パターンとを位置合わせして半田接合する。
【０００７】
組み立てた状態での印字ヘッドは、図１１の断面図で示すように各溝１０８の上面がカバープレート１０３で塞がれることにより、複数のインク室１１２を有している。そして、各インク室１１２にカバープレート１０３のインク導入口１２１及びマニホールド１２２を経由してインクが供給され充填された状態で使用される。
【０００８】
かかる構成の印字ヘッドにおいて、外部に設けたドライバ回路により、ある特定のインク室１１２ｂの電極１１３ｂに正の駆動電圧を印加し、その両隣のインク室１１２ａ、ｃの電極１１３ａ、ｃを接地電位にすると、図１２に示すように側壁１１１ａ、ｂに互いに逆向きの電場が発生してインク室１１２ｂの容積を減少させるように変形する。このためノズルプレート１３１のインク室１１２ｂに連通するノズル１３２からインクが噴射され印字がなされる。駆動電圧の印加を停止すると、側壁１１１ａ、ｂが図１１の状態に戻り、インク室１１２ｂにはインク導入口１２１及びマニホールド１２２を経由してインクが補充される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる従来のインクジェット式印字ヘッド及びその製造方法には、以下に説明する問題点があった。即ち、各溝１０８の電極１１３とドライバ回路とのコンタクトを基板１４１の導電パターン１４２を介してワイヤボンディングでとっているので、溝１０８の数だけボンディングが必要となる。また、各溝１０８はインクを密封しつつ導線１４３を通すために浅溝部１１６を有する複雑な形状としなければならない。従って、ワイヤボンディングの工作工程や溝形成の加工工程が煩雑であるばかりか、高集積化が進めば進むほど飛躍的にこれらのコストが上昇した。
【００１０】
更に、各電極１１３の制御はワイヤボンディングされた導線１４３を経由せざるを得ないので、ドライバ回路をマトリックス化してもその効果が発揮できなかった。このため、個別ダイオードを多数用いてドライバ回路を組んでおり部品点数が非常に多く、このことも高集積化を妨げる要因となっていた。
【００１１】
そして、ワイヤボンディングに替えてＦＰＣ基板を用いた場合でも、高集積化するためにはセラミックスプレート１０２の各溝１０８に併せてＦＰＣ基板の電極パターンも狭ピッチ化しなければならず、同様にコスト要因となっていた。このようにワイヤボンディング、ＦＰＣ基板のいずれを用いた場合でも、高集積化に要するコストが大きく、印字ヘッドの解像度向上に対する障壁となっていた。
【００１２】
本発明は、このような従来技術の問題点を解決し、アクチュエータの電極とドライバ回路の配線とをワイヤボンディング等を介さず直接コンタクトさせることにより、簡易な製造工程で高集積化を達成できるインクジェット式印字ヘッド及びその製造方法を提供することを目的としてなされたものである。また、そのためにドライバ回路を形成した半導体基板とアクチュエータとに一体に電極形成するインクジェット式印字ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。また、ドライバ回路に導かれる配線パターンを形成した基板とアクチュエータとに一体に電極形成するインクジェット式印字ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明のインクジェット式印字ヘッドは、インクを充填する多数のインク室と、このインク室に各々設けられインク室内のインクを吐出するノズル穴と、前記インク室を各別に加圧するアクチュエータと、このアクチュエータに付設されアクチュエータに電場を印加する駆動電極と、この駆動電極に駆動電圧を印加するドライバ回路とを有するインクジェット式印字ヘッドにおいて、前記駆動電極を前記ドライバ回路へ接続する引出し配線が形成された基板が、前記アクチュエータに接合され、前記駆動電極が前記アクチュエータ上から前記基板上に一体に延設して形成されるとともに前記引出し配線に接続されていることをその要旨とする。
【００１４】
ここで、前記基板として半導体基板を用い、その半導体基板上に前記ドライバ回路が形成されている構成とすることが好ましい。また前記駆動電極が、前記アクチュエータから前記基板に連続した面上に形成されていることが好ましく、さらに、前記アクチュエータから前記基板に連続した溝が形成され、前記駆動電極がその溝の内面に形成されていることが好ましい。
【００１５】
また、本発明のインクジェット式印字ヘッドは、インクを充填する多数のインク室と、このインク室内のインクにノズル穴から吐出させるための圧力を与える多数のアクチュエータと、この各アクチュエータに付設されアクチュエータに電場を印加する駆動電極とを有するアクチュエータプレート、前記各アクチュエータの駆動電極にドライバ回路からの駆動電圧を印加する引出し配線が形成された基板を有するインクジェット式印字ヘッドにおいて、複数個の前記アクチュエータプレートが、１つの前記基板上に配列され、前記各アクチュエータプレートの各ノズル穴が、前記アクチュエータプレートの前記基板とは反対側に開口し、前記多数のインク室へインクを供給するインクタンクが前記各アクチュエータプレートの前記基板側の面に接続しており、前記基板上の引出し配線が前記各アクチュエータプレートの駆動電極にそれぞれ接続していることを要旨とする。
【００１６】
ここで、前記インクタンクが前記基板を挟んで前記各アクチュエータプレートのノズル穴とは反対側に位置していることが好ましく、また、前記インクタンクは、前記基板を貫通して前記各アクチュエータプレートのインク室に連通していることが好ましい。
【００１７】
また、本発明のインクジェット式印字ヘッドの製造方法は、駆動電極によりアクチュエータに電場を印加してインク室を加圧しノズル穴からインクを吐出するインクジェット式印字ヘッドを製造する方法であって、前記アクチュエータを駆動するドライバ回路用の引出し配線が形成された基板とアクチュエータプレートとを貼り合わせる貼着工程と、前記基板及びアクチュエータプレートにわたって前記駆動電極となる導電膜を前記引出し配線と電気接続させて形成する電極形成工程とを含むことをその要旨とする。
【００１８】
ここで、前記貼り合わせられた基板及びアクチュエータプレートにわたって前記インク室となる多数の溝を形成する溝形成工程をさらに備え、前記電極形成工程は、前記溝の側壁の一部に前記導電膜を形成することが好ましい。
【００１９】
【作用】
かかる構成を有する本発明のインクジェット式印字ヘッドでは、ドライバ回路が発生する駆動電圧は、基板に形成された引出し配線から駆動電極に直接印加される。すると、駆動電圧が印加された駆動電極に対応するアクチュエータがインク室に加圧して、そのインク室に設けられた吐出口からインクが吐出され印字がなされる。このように引出し配線と駆動電極とが直接接続されているので、高集積化及び小型化がしやすい。また、半導体基板上にドライバ回路を形成すれば、ドライバ回路から駆動電極に直接駆動電圧を印加できる。また、ドライバ回路を集積回路として形成すれば、部品点数の大幅な減少が図られる。
【００２０】
また、本発明のインクジェット式印字ヘッドの製造方法では、まず貼着工程において、基板とアクチュエータプレートとを貼り合わせる。この基板は、圧電アクチュエータの駆動電極とドライバ回路とを連絡する引出し配線を提供するものであり、その配線パターンは予め基板上に形成しておく。基板として半導体基板を用いることができ、その場合には引出し配線だけでなくドライバ回路をも基板上に形成しておくのがよい。そしてアクチュエータプレートとして圧電材料板は、強誘電性を有し、インクジェット式印字ヘッドのアクチュエータとなるものである。かかる材料としては、チタン酸塩、ジルコン酸塩、もしくはこれらの混合体等があり、代表的なものはＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）である。
【００２１】
そして電極形成工程においては、基板及びアクチュエータプレートにわたって導電膜を形成する。この導電膜は、アクチュエータの駆動電極となるものである。また導電膜は、基板上の引出し配線と電気接続されるように形成しなければならない。ドライバ回路から引出し配線に印加された駆動電圧を直接に駆動電極に伝達し、アクチュエータにインク室の加圧作用を行わせるためである。
【００２２】
溝形成工程において、貼り合わせられた基板及び圧電材料板にわたって多数の溝を形成する。この溝はインクを充填するインク室となるものである。そして、インク室はインクジェット式印字ヘッドの吐出口の数だけ必要なので、それに合わせて多数の溝を形成しなければならない。前記電極形成工程は、前記溝の側壁の一部に前記導電膜を形成することになる。
【００２３】
なお、電極形成工程は、下地膜を形成する第１工程と主膜を形成する第２工程とに大別して実施するのがよい。第１工程では、斜め蒸着法により溝の側壁のうち上端から所定の深さまでの部分に導電性の下地膜を形成する。蒸着を斜めに行う理由は、溝間の突起部分によるシャドウイングを利用して溝の側壁のうち所定の深さより深い部分に下地膜を形成させないためと、基板上の引出し配線との電気コンタクトをとるためである。この下地膜の材質は、導電性のあるものであれば特に制限はないが、通常はニッケル等の金属が用いられる。この薄膜は、駆動電極形成のための下地膜となるものである。
【００２４】
そして第２工程では、下地膜をカソードとして電解メッキ法により主膜を形成する。このとき、導電性のある下地膜上にのみメッキ層が形成され、駆動電極となる。メッキ層の材質は、電解メッキ可能なものであれば特に制限はないが、なるべく電気抵抗の低いものがよく、例えば金が良好である。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明をインクジェットプリンタに搭載するインクジェット式印字ヘッドとして具体化した実施例について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２６】
まず、第１の実施例に係るインクジェット式印字ヘッド１とその製造方法について説明する。図１に分解斜視図で示すこのインクジェット式印字ヘッド１は、基本的に、アクチュエータプレート３とシリコン基板２とを接合し、これに更にノズルプレート８０、目止めプレート８１、及びカバープレート８２を接合してなるものである。
【００２７】
アクチュエータプレート３は、強誘電性のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の板であり、そのサイズは５ｍｍ＊１０ｍｍ＊２ｍｍである。このアクチュエータプレート３は、矢印Ｐで示す方向に分極処理が施されている。
【００２８】
このアクチュエータプレート３の５ｍｍ＊１０ｍｍの面１１には、多数の溝４０が５ｍｍの辺と平行に形成されている。溝４０は、図では４本しか描かれていないが実際には、インク室となるチャンネル溝４１が１２８本、そしてこれらと交互にインク室として用いないダミー溝４２が１２９本設けられる。溝４０のサイズはチャンネル溝４１、ダミー溝４２共に、深さ４００μｍ、幅７５μｍ、間隔７５μｍである。ダミー溝４２を設ける理由は、隣接チャンネル間のいわゆるクロストーク現象を避けるためである。そして、各溝４０の側壁のうち深さ２００μｍ以内の部分には、駆動電極３０が形成されている。アクチュエータプレート３の１０ｍｍ＊２ｍｍの面の一方にはシリコン基板２が接着される。
【００２９】
シリコン基板２はＬＳＩ製造に使用されるものと同じシリコンウェハである。このシリコン基板２の上端面２５は、アクチュエータプレート３の溝４０と同様の形状にカットされ、また駆動電極３０はシリコン基板２の断面上にも延設されている。そしてシリコン基板２は、非鏡面研磨面２１がアクチュエータプレート３に接着され、鏡面研磨面２２にはドライバ回路２３及び引出しパターン２４が形成されている。
【００３０】
ドライバ回路２３はダイオード、トランジスタ等をマトリックスとして組み込んだ回路であり、各駆動電極３０に引出しパターン２４を介して電圧ラインの電圧を印加し、または接地電位に落とすものである。また各引出しパターン２４は、対応する駆動電極３０と電気的にコンタクトされている。尚、ドライバ回路２３とインクジェットプリンタ本体側の制御回路との接続は、ワイヤボンディングによりなされる。
【００３１】
カバープレート８２はアクチュエータプレート３の溝４０を形成した面１１に接着される板であり、溝４０を塞いでインク室を画成するものである。カバープレート８２はシリコン基板２の上端面２５をも覆うようになっており、その材質としてはアルミナが好適である。
【００３２】
ノズルプレート８０は、アクチュエータプレート３のシリコン基板２と反対側の１０ｍｍ＊２ｍｍの面に接着されるものであり、インクを吐出するノズル穴７９が多数設けられている。ノズル穴７９はアクチュエータプレート３のチャンネル溝４１に対応する位置に設けられ、従ってその実際の個数は１２８個であり、穴径は約３５μｍである。このノズルプレート８０のインクに接する面には親水化処理が、反対側には撥水処理が施されている。その素材は厚み１００μｍのポリイミドシートである。ポリイミド以外の使用可能な材料としては、ポリアルキレン（例えばエチレン）、テレフタレート、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネイト、酢酸セルロース等が挙げられる。
【００３３】
目止めプレート８１は、シリコン基板２の引出しパターン２４等が形成された面に接着されるものであり、チャンネル溝４１に対応する位置にはインク供給穴７８が形成されている。そして、目止めプレート８１には更に、インクを内蔵したインクタンク２６が接合される。このインクタンク２６から、目止めプレート８１の各インク供給穴７８を経由してインクが供給され、各インク室がインクで充填されるようになっている。
【００３４】
この構成を有するインクジェット式印字ヘッド１の印字動作を説明する。インクジェットプリンタに印字指令が入力されると、インクジェットプリンタ本体側の制御回路からドライバ回路２３にその指令に基づく印字データが入力される。このためドライバ回路２３は、印字データに対応するチャンネルのインク室の駆動電極３０に正の駆動電圧を印加し、その両隣のダミー室の駆動電極３０を接地電位にする。このためインク室を挟む両側の圧電アクチュエータには駆動電極により分極方向Ｐと直交する電場が印加され、かつ、その電場の向きは両圧電アクチュエータで逆である。従って両圧電アクチュエータが電歪効果により当該チャンネルのインク室の容積を減少させるように変形してそのインク室が加圧され、そのインク室に対応するノズル穴７９からインクが吐出して印字がなされる。
【００３５】
そしてドライバ回路２３による駆動電圧の印加が停止されると、圧電アクチュエータが元の状態に戻り、当該インク室は目止めプレート８１の各インク供給穴７８を介してインクタンク２６からインクの補充を受けて次回の印字に備える。この戻り動作の際に、インク吐出をしたチャンネルの隣のチャンネルからインクが漏れる、いわゆるクロストーク現象が、各インク室と交互に設けられたダミー室の存在により排除されている。
【００３６】
尚、ドライバ回路２３を介して上記駆動制御を行うインクジェットプリンタ本体側の制御回路では、入力された印字データに応じて所定のクロックパルスに基づき電圧ラインの電圧またはアースラインの電圧をドライバ回路２３に送る。この電圧が所定の駆動電極３０に印加される。
【００３７】
この印字動作自体は、インク吐出後のクロストーク防止以外は先に説明した従来技術のものとほぼ同じであるが、ドライバ回路２３が出力する駆動電圧や接地電位が、ワイヤボンディング等を介さず、直接に駆動電極３０に印加される点で異なる。
【００３８】
次にこのインクジェット式印字ヘッド１の製造方法を説明する。まず、５ｍｍ＊１０ｍｍ＊２ｍｍのアクチュエータプレート３と、シリコン基板２と、カバープレート８２と、ノズルプレート８０と、目止めプレート８１と、インクタンク２６と、を用意する。
【００３９】
アクチュエータプレート３には矢印Ｐ方向の分極処理を施し、そして５ｍｍ＊１０ｍｍの面１１にはフィルムレジストをラミネータを用いて熱圧着しておく。後の電極形成で余分な蒸着膜を剥離するためである。一方シリコン基板２には、鏡面研磨面２２にドライバ回路２３及び引出しパターン２４を公知の半導体集積回路製造技術、即ち成膜、フォトリソグラフィ、エッチング等により作製する。
【００４０】
そして、アクチュエータプレート３とシリコン基板２とをエポキシ系接着剤を用いて強固に接着する。この接着は、アクチュエータプレート３の１０ｍｍ＊２ｍｍの面とシリコン基板２の非鏡面研磨面２１とが貼り合わせられるようにし、アクチュエータプレート３のフィルムレジストを圧着した面１１とシリコン基板２の上端面２５とが同一面になるようにする。
【００４１】
次に、このアクチュエータプレート３とシリコン基板２との接合体１０に、インク室及びダミーチャンネルとなる溝４０を形成する。この溝４０は、ダイヤモンドカッターブレードを用いて、シリコン基板２とアクチュエータプレート３とを貫通して形成する。溝４０は、幅、間隔を共に７５μｍとし、深さ４００μｍで２５７本形成する。これらは交互に１２８個のインク室と１２９個のダミーチャンネルとなる。
【００４２】
続いて、駆動電極３０の形成を行う。この形成は、まず斜め蒸着法で溝４０の側壁の一部の部分のみに下地膜を形成し、次いで電解メッキ法で下地膜上にのみ主膜を形成するようにする。
【００４３】
シリコン基板２の鏡面研磨面２２と上端面２５にレジストを塗布してから、接合体１０を図２に示すように斜めに配置し、この斜め下方に置いたニッケル蒸着源５０、５０から蒸着を行う。ここでニッケル蒸着源５０、５０から接合体１０への入射角５３、５３を２０゜とし、接合体１０の配置の水平角５４を３０゜とする。水平角５４を３０゜とするのは、蒸着膜とシリコン基板２の引出しパターン２４とのコンタクトをとるためである。
【００４４】
入射角５３、５３を２０゜とするのは、溝４０の側壁の一部分にのみ蒸着膜を形成するためである。即ち、溝４０の側壁のうち深い部分にはシャドウイング効果により蒸着膜が形成されない。溝幅が７５μｍであるため、７５／tan２０゜≒ ２１０（μｍ）より深さ２１０μｍ以内の部分にのみ蒸着がなされることになる。ただしこれにはレジスト上に蒸着される部分も含まれるので、レジスト厚が３０μｍ程度であることを考慮すると実際には約１８０μｍとなる。これは溝４０の深さの約半分である。
【００４５】
蒸着膜は、溝４０の側壁の上に約０．２μｍの膜厚が得られれば十分である。そして蒸着後に、アクチュエータプレート３上のフィルムレジストとシリコン基板２上のレジストとを有機溶剤で除去すると、溝４０の側壁のうち深さ１８０μｍ以内の部分にのみ、下地膜３１が得られる。このニッケル蒸着により得られた下地膜３１は、アクチュエータプレート３、シリコン基板２、及びその間の接着剤層のいずれに対してもよく密着している。
【００４６】
次に主膜の形成を行う。下地膜３１の形成がなされた接合体１０を金メッキ浴に浸漬し、下地膜３１をカソードとして電解メッキすると、下地膜３１の上にのみ金メッキ膜が形成される。金メッキ浴としてはシアン浴が一般的で、メッキ厚は０．２μｍ程度あれば十分である。このメッキの際、接合体１０の下地膜３１に対し、シリコン基板２の側とその反対側との両方から通電をとると、より均一な膜厚を得ることができる。メッキ金属としては、メッキ可能なものであれば金以外のものを用いても良いが、電気抵抗の低さと付回り性の良さで金が優れている。付回り性の良さはメッキ膜とシリコン基板２の引出しパターン２４とのコンタクトを確実にとる上で重要である。また、メッキ方法としては電解メッキ法に代えて置換メッキ法又は無電解メッキ法を用いてもよい。
【００４７】
かくして駆動電極３０を形成したら、アクチュエータプレート３の面１１にカバープレート８２をエポキシ系の接着剤で接着する。これにより各溝４０が塞がれ、インク室及びダミーチャンネルが画成される。カバープレート８２はアクチュエータプレート３の面１１のみならずシリコン基板２の上端面２５をも覆うサイズとする。その材質は何でもよいが、例えばアルミナ等のセラミックスが好適である。
【００４８】
そして、アクチュエータプレート３のシリコン基板２と反対側の面にノズルプレート８０をエポキシ系の接着剤により接着する。ノズルプレート８０には予め、アクチュエータプレート３のチャンネル溝４１に対応する位置にノズル穴７９を設けておく。この形成加工はエキシマレーザにより行い、穴径は約３５μｍである。またこのノズルプレート８０には予め、インクに接する面に親水化処理を、反対側には撥水処理を施しておくのがよい。親水化処理としてはオゾン雰囲気内での紫外線照射があり、撥水処理としては疎水性基を持つ化合物をスプレー、または塗布し、あるいはその後加温することが挙げられる。疎水性基としては、フッ化メチル基等が挙げられる。ノズルプレート８０の素材は厚み１００μｍのポリイミドシートである。
【００４９】
そして、シリコン基板２の面２２の上端面２５側に目止めプレート８１をエポキシ系の接着剤により接着する。目止めプレート８１には予め、アクチュエータプレート３のチャンネル溝４１に対応する位置にインク供給穴７８をエキシマレーザ加工により形成しておく。そして更にインクタンク２６を接合すると、インクジェット式印字ヘッド１は完成し、インクジェットプリンタの本体に搭載可能な状態となる。
【００５０】
このインクジェット式印字ヘッドは多色ヘッドユニットに応用することができる。即ち図３の正面（ノズル側の面）図に示すように、４個のアクチュエータプレート３をひし形に配置してこれに１枚のシリコン基板２を接合し、所定の溝形成や電極形成をして４個の印字ヘッドを備えたユニットとなしたものである。この４個の印字ヘッドにそれぞれ異なる色のインクを供給すれば４色ヘッドユニットとして使用することができ、矢印Ｄに示す方向を印字方向とする。
【００５１】
この場合のシリコン基板２の表面２２上の回路パターンは、図４の背面（基板側の面）図に示すように、ひし形のシリコン基板２の中央部に４個の圧電アクチュエータを駆動するドライバ回路２３を設け、これと各ヘッドの駆動電極とを結ぶ引出しパターン２４を各々設けることとなる。そしてひし形の形状は、印字方向Ｄに対するノズルピッチが所定の標準値（例えば１インチ当り３６０ドット）になるようにする。尚、各ヘッド毎にマトリックス回路を設け、そしてこれらヘッド間にもマトリックス回路を設けることによりドライバ回路２３に替えてもよい。
【００５２】
４色ヘッドユニットは、図５、６に示すような長方形としてもよい。あるいは図７、８に示すように２色ずつをそれぞれ１枚のシリコン基板２に組み付け、シリコン基板２同士はドライバ回路２３間をワイヤボンディング６０で接続することとしてもよい。図７、８のようにすると図５、６のものと比較して印字方向６の全長が短くて済む。
【００５３】
以上説明した第１実施例に係るインクジェット式印字ヘッド及びその製造方法によれば、ドライバ回路２３から直接に駆動電極３０に電圧を印加して駆動できる印字ヘッド１を簡易な方法で製造でき、また多色ヘッドユニットへの応用も容易になしうるものである。尚、ドライバ回路２３とインクジェットプリンタ本体側の制御回路との接続にはワイヤボンディングを要するが、その数（電圧端子用及びグランド端子用の２つを除く）はヘッド１個当りのチャンネル数（ここでは１２８）と同数をユニット全体について必要とするにすぎず、ユニット全体のチャンネル数（４色ユニットでは５１２）を要していた従来技術と比較し、特に多色ユニットの場合に著しく少なくて済む。
【００５４】
次に、本発明の第２の実施例について説明する。第２実施例に係る印字ヘッドは図９に示すように、第１実施例の印字ヘッド１におけるシリコン基板２をリジッド基板４で置き換え、ドライバ回路２３を基板上に設ける代わりにＩＣチップ２７中に組み込んだものである。リジッド基板４とは、エポキシプリプレグに金属箔を貼着したものであり、このリジッド基板４には引出しパターン２４が形成されている。そして、ドライバ回路２３を内蔵したＩＣチップ２７と引出しパターン２４との接続はワイヤボンディングによりなされる。この印字ヘッドの印字動作は第１実施例のものと同様である。
【００５５】
この場合の製造方法は、まずリジッド基板４にエッチングにより引出しパターン２４を形成する。そして、予め用意したＩＣチップ２７をリジッド基板４に載置してワイヤボンディングにより引出しパターン２４と接続する。この後のアクチュエータプレート３との接着や溝形成、電極形成等は第１実施例の場合と同様である。
【００５６】
かかる第２実施例によれば、第１実施例の場合と同様にドライバ回路２３から直接に駆動電極３０に電圧を印加して駆動できる印字ヘッド１を簡易な方法で製造できる。また多色ヘッドユニットへの応用も第１実施例と同様に容易である。
【００５７】
以上詳細に説明したように、前記第１実施例によれば、アクチュエータプレート３とシリコン基板２とを接着し、この接合体に溝形成、電極形成を行うようにしたので、圧電アクチュエータの駆動電極３０に駆動電圧が直接印加される構成のインクジェット式印字ヘッドが実現されている。このため、各チャンネルごとのワイヤボンディングやあるいはＦＰＣ基板による電気コンタクトを要さず、またシリコン基板２にドライバ回路２３及び引出しパターン２４を予め形成しておくことができ、少ない部品点数及び簡易な製造工程で高集積度のインクジェット式印字ヘッドを製造できるものである。
【００５８】
更に、斜め蒸着法と電解金メッキ法とにより２層構造の駆動電極３０を形成することとしたので、引出しパターン２４との電気コンタクトが確実でかつ電気抵抗の小さい駆動電極３０が得らる。そして、複数のアクチュエータプレート３を１枚のシリコン基板２に組み付けることにより多色印字ヘッドユニットにも応用でき、その場合にはドライバ回路２３とインクジェットプリンタ本体側の制御回路との接続点数も少なくて済む。
【００５９】
また第２実施例によれば、アクチュエータプレート３とリジッド基板４とを接着し、この接合体に溝形成、電極形成を行うようにしたので、第１実施例と同様に圧電アクチュエータの駆動電極３０に駆動電圧が直接印加される構成のインクジェット式印字ヘッドが実現され、少ない部品点数及び簡易な製造工程で高集積度のインクジェット式印字ヘッドを製造でき、多色印字ヘッドユニットへの応用にも適している。特にシリコン基板の使用量がＩＣチップ２７の分だけで済む点で優れている。
【００６０】
尚、前記各実施例は本発明を何ら限定するものでなく、特にその中の種々の数値や使用材料は単なる例示にすぎない。従って本発明は、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変形または改良が可能であることはもちろんである。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したことから明かなように本発明によれば、アクチュエータに付設する基板にドライバ回路への引出し配線を形成し、この引出し配線に接続された駆動電極でアクチュエータを駆動するようにしたので、駆動電極に直接に駆動電圧が印加される高集積度のインクジェット式印字ヘッドを提供できるものである。また、その基板を半導体基板とし、ドライバ回路をも基板上に形成することとしたので、接続点数を大幅に減少した安価なインクジェット式印字ヘッドを提供できるものである。また、複数個のアクチュエータプレートを１つの基板上に配列することとしたので、部品点数を大幅に減少した安価な多色ヘッドユニットを提供できるものである。
【００６２】
また本発明によれば、アクチュエータプレートと基板とを貼り合わせて一体に溝形成や電極形成を行うこととしたので、駆動電極と引出し配線とが直接接続された高集積インクジェット式印字ヘッドを簡易に製造できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施例のインクジェット式印字ヘッドの分解斜視図である。
【図２】 斜め蒸着法による駆動電極の形成を説明する図である。
【図３】 ４色ヘッドユニットの正面図である。
【図４】 図３の４色ヘッドユニットの背面図である。
【図５】 別の４色ヘッドユニットの正面図である。
【図６】 図５の４色ヘッドユニットの背面図である。
【図７】 別の４色ヘッドユニットの正面図である。
【図８】 図７の４色ヘッドユニットの背面図である。
【図９】 第２実施例のインクジェット式印字ヘッドの主要部を示す斜視図である。
【図１０】 従来のインクジェットプリンタヘッドを示す分解斜視図である。
【図１１】 従来のインクジェットプリンタヘッドの断面図である。
【図１２】 従来のインクジェットプリンタヘッドの作動状態を示す説明図である。
【符号の説明】
２ シリコン基板
３ アクチュエータープレート
２４ 引出しパターン
２３ ドライバ回路
２７ ＩＣチップ
３０ 駆動電極
４０ 溝
４１ インク室
７９ ノズル

Claims (9)

1. インクを充填する多数のインク室と、このインク室に各々設けられインク室内のインクを吐出するノズル穴と、前記インク室を各別に加圧するアクチュエータと、このアクチュエータに付設されアクチュエータに電場を印加する駆動電極と、この駆動電極に駆動電圧を印加するドライバ回路とを有するインクジェット式印字ヘッドにおいて、
   前記駆動電極を前記ドライバ回路へ接続する引出し配線が形成された基板が、前記アクチュエータに接合され、前記駆動電極が前記アクチュエータ上から前記基板上に一体に延設して形成されるとともに前記引出し配線に接続されていることを特徴とするインクジェット式印字ヘッド。
2. 前記基板が半導体基板であり、その半導体基板上に前記ドライバ回路が形成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式印字ヘッド。
3. 前記駆動電極が、前記アクチュエータから前記基板に連続した面上に形成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式印字ヘッド。
4. 前記アクチュエータから前記基板に連続した溝が形成され、前記駆動電極がその溝の内面に形成されていることを特徴とする請求項３に記載のインクジェット式印字ヘッド。
5. インクを充填する多数のインク室と、このインク室内のインクにノズル穴から吐出させるための圧力を与える多数のアクチュエータと、この各アクチュエータに付設されアクチュエータに電場を印加する駆動電極とを有するアクチュエータプレート、
   前記各アクチュエータの駆動電極にドライバ回路からの駆動電圧を印加する引出し配線が形成された基板
   を有するインクジェット式印字ヘッドにおいて、
   複数個の前記アクチュエータプレートが、１つの前記基板上に配列され、前記各アクチュエータプレートの各ノズル穴が、前記アクチュエータプレートの前記基板とは反対側に開口し、前記多数のインク室へインクを供給するインクタンクが前記各アクチュエータプレートの前記基板側の面に接続しており、前記基板上の引出し配線が前記各アクチュエータプレートの駆動電極にそれぞれ接続していることを特徴とするインクジェット式印字ヘッド。
6. 前記インクタンクが前記基板を挟んで前記各アクチュエータプレートのノズル穴とは反対側に位置していることを特徴とする請求項５に記載のインクジェット式印字ヘッド。
7. 前記インクタンクは、前記基板を貫通して前記各アクチュエータプレートのインク室に連通し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式印字ヘッド。
8. 駆動電極によりアクチュエータに電場を印加してインク室を加圧しノズル穴からインクを吐出するインクジェット式印字ヘッドを製造する方法であって、
   前記アクチュエータを駆動するドライバ回路用の引出し配線が形成された基板とアクチュエータプレートとを貼り合わせる貼着工程と、
   前記基板及びアクチュエータプレートにわたって前記駆動電極となる導電膜を前記引出し配線と電気接続させて形成する電極形成工程とを含むことを特徴とするインクジェット式印字ヘッドの製造方法。
9. 請求項８に記載するインクジェット式印字ヘッドの製造方法であって、
   前記貼り合わせられた基板及びアクチュエータプレートにわたって前記インク室となる多数の溝を形成する溝形成工程をさらに備え、前記電極形成工程は、前記溝の側壁の一部に前記導電膜を形成することを特徴とするインクジェット式印字ヘッドの製造方法。

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