JP5691328B2 - インクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録装置 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録装置の改良に関し、パーソナル印刷、オフィス印刷、ＰＯＤ（プリントオンデマンド）、ショートラン（多種少量印刷）等のデジタル印刷やインクジェットプリンタ、ＭＦＰ（多機能周辺装置）を使用するデジタル印刷装置、インクジェット技術を利用する三次元造型技術等に利用可能である。

従来から、インクジェット記録ヘッドとして、シリコン単結晶基板に異方性エッチングを行って、圧力発生室（液室）、インク導入路、連通部を形成したものが知られている（例えば、特許文献１参照、特許文献２参照。）。

近年、プリンタ又はその複合機として、画質のきれいさ、値段の安さ、速度対応性（ノズルの数を増減することにより、プリント速度の速いものからプリント速度は遅いが価格が安いものまで対応ができること）が評価され、インクジェット記録ヘッドを搭載したものの普及が進んでいる。
そのような状況のなかで、より一層の画質向上、コストダウン、小型、軽量化が要求されている。

インクジェット記録ヘッドには、複数のノズルが形成されたノズル基板と、このノズル基板と接合されかつ側壁と振動板とにより区切られた複数の液室とこの液室にインクを導入するインク導入路とが形成された液室基板と、その振動板と一体的に形成されてこの振動板を振動させることにより液室に発生した圧力によりノズルからインクを吐出させる電気機械変換素子と、その振動板を介してその液室基板に接合されかつインク導入路にインクを供給するインク供給溝を有する液体供給基板と、その電気機械変換素子に配線部材を介して接合されかつその電気機械変換素子を駆動する駆動回路部材とを備えたものが知られている。

そのインクジェット記録ヘッドの加工方法には、ＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems）技術が取り入れられている。このＭＥＭＳ技術は半導体プロセスを利用した微細加工技術である。たとえば、シリコン基板にインクジェット記録ヘッドとして必要な液室、振動板、電気機械変換素子、電極等の構成要素がエッチング、スパッタ等の加工方法により形成される。

これらの構成要素（部品）を小さく形成したり、各構成要素の配置に工夫を凝らすことにより、インクジェット記録ヘッドとして小型、軽量化を図ることができる。これらにより、１枚のシリコン基板から多くのインクジェット記録ヘッドを作製でき、小型化すればするほどコストダウンを図ることができる。

すなわち、シリコン基板１枚あたりの取り数を多くすることにより、大幅なコストダウンが可能となり、このインクジェット記録ヘッドを搭載したプリンタの場合、シリアルプリンタの場合にはキャリッジに搭載するインクジェット記録ヘッドが小型化・軽量化されるため、シリアルプリンタの大きさ、特に、幅方向が小さくなり、また、キャリッジを駆動走査する駆動走査機構、モータ等を小型化できるため、大幅なコストダウンを図ることができることになる。

インクジェット記録ヘッドの小型、軽量化の技術的課題としては、液室、振動板、電気機械変換素子等の大きさに起因するものが多い。インクジェット記録ヘッドは、通常各機能を有する基板を複数枚貼り合わせて構成される。たとえば、インクジェット記録ヘッドは、図１に模式的に示すように、ノズル基板１、液室基板２、液体供給基板４、フレーム基板５、フレキシブルプリント基板９、駆動ＩＣ１０等により概略構成される。

各基板は、適宜、接着剤、陽極接合等の手段により接合されている。各基板には、たとえば、液室基板２には液室と流体抵抗及びインク導入路が形成される。これらは、通常、単結晶シリコン基板にエッチングを施すことにより形成される。

また、加工方法としては、エッチングの代わりに、たとえば、ガラスを用いた廉価なサンドブラスト等の加工方法が用いられることがある。このようなエッチング、サンドブラスト等の加工方法により液室基板にインク導入路、各液室を形成する際、液体供給基板にインク供給溝を形成する際にテーパ状開口壁が形成される。

特に、ウェットエッチングにより、液室基板にインク導入路や各液室を形成する際、液体供給基板にインク供給溝を形成する際、液室基板のインク導入路や各液室を構成する構成壁、液体供給基板のインク供給溝を構成する構成壁がテーパ状に加工され、各基板の表面と裏面とでテーパ状開口の開口面積が異なることになり、テーパ状開口の開口面積の小さな方の開口面積を一定の大きさに確保しようとすると、シリコン基板が厚いほどテーパ状開口の開口面積の表裏の大きさの差が大きくなり、テーパ状開口の開口面積が大きな方の面の面積が大きくなるため、シリコン基板１枚当たりの取り数が大きく減少し、コストアップになるという不具合がある。

これに対して、ドライエッチングによる加工方法を採用すると、加工精度がウエットエッチングより劣るものの、液室基板のインク導入路、液室を構成する構成壁、液体供給基板のインク供給溝を構成する構成壁がテーパ状となることを回避できるが、加工コストが高いという不都合がある。
但し、１００μｍ程度の薄板を加工する場合のように、加工時間が短く設定できれば、コスト高はある程度回避できる。

ガラスの加工方法では、一般に、ウェットエッチング法よりもサンドブラスト法が安価であるが、サンドブラスト法による場合、通常、各構成壁が７０度程度のテーパ状となる。

液室基板、液体供給基板の全体の大きさは同じであり、シリコン基板１枚当たりの取り数を従来通りとして、液室基板のインク導入路のテーパ状開口の開口面積の小さい方の面を液体供給基板のインク供給溝のテーパ状開口の開口面積の大きな方の面に接合するために、液室基板のインク導入路のテーパ状開口の開口面積の小さな方の寸法を液体供給基板のインク供給溝のテーパ状開口の開口面積の大きな方の寸法に合わせる構成とすると、液室基板と液体供給基板との接合面の接合部分の面積が少なくなり、液室のシール性等の信頼性が低下したり、インクジェット記録ヘッドの機能が低下するおそれがある。

一方、液室基板、液体供給基板の全体の大きさは同じであり、シリコン基板１枚当たりの取り数を従来通りとして、液室基板のインク導入路のテーパ状開口の開口面積の小さい方の面を液体供給基板のインク供給溝のテーパ状開口の開口面積の大きな方の面に接合するために、液体供給基板のインク供給溝のテーパ状開口の開口面積の大きな方の寸法を液室基板のインク導入路のテーパ状開口の開口面積の小さな方の寸法に合わせる構成とすると、液体供給基板のインク供給溝（液体供給通路）が小さくなり、インクが液室に供給される供給量が少なくなったり、フレーム基板に形成されて液体供給基板のインク供給溝に連通する共通液室が小さくなり、クロストーク、応答周波数等のインクジェット記録ヘッドの機能の低下が生じる。

図２はこれらの不具合を説明するための模式図である。その図２において、図１と同一構成要素には同一符号が付されている。その図２において、符号３は振動板である。ノズル基板１には、ノズル１ａが形成されている。

液室基板２には、液室２ａ、インク導入路２ｂ、流体抵抗部２ｃ、側壁部２ｄが形成されている。液体供給基板４にはインク供給溝４ａが形成されている。フレーム基板（フレームともいう）５には共通液室５ａが形成されている。

図２（ａ）に示すように、シリコン基板に異方性エッチング処理を施すことによってインク導入路２ｂ、液室２ａを有する液室基板２を形成すると、インク導入路２ａを構成する構成壁の断面が一方の面から他方の面に向かってテーパ状となる。

液室２ａにインクを供給するインク導入路２ｂの一方の面のテーパ状開口の最小必要幅を符号Ｌで表現することにすると、他方の面のインク導入路２ｂのテーパ状開口は、一方の面のインク導入路２ｂのテーパ状開口よりも大きな幅Ｃを有するテーパ状開口となり、ノズル基板１の接合部分の幅Ｂを考慮すると、シリコン基板からなるウエハの大きさは符号Ａで示す寸法となる。

図２（ｂ）に示すように、その液室基板２に接合される液体供給基板４としてのシリコン基板に異方性エッチング処理を施すことによってインク供給溝４ａを形成する場合、液体供給基板４に接合されるフレーム基板５としてのシリコン基板に異方性エッチング処理を施すことによって共通液室５ａを形成する場合についても、インク供給溝４ａを構成する構成壁、共通液室５ａを構成する構成壁の断面が一方の面から他方の面に向かってテーパ状開口となる。

そこで、例えば、図２（ｂ）に示すように、液体供給基板４のインク供給溝４ａの一方の面のテーパ状開口の最小必要幅をＬに設定することにすると、インク供給溝４ａの他方の面のテーパ状開口が大きくなり、液室基板２のインク導入路２ｂの一方の面のテーパ状開口を液体供給基板４のインク供給溝４ａの他方の面のテーパ状開口と同じ大きさに合わせることにすると、液室基板２のインク導入路２ｂの他方の面のテーパ状開口がインク導入路２ｂの一方の面のテーパ状開口よりも大きくなる。

このインク導入路２ｂの他方の面のテーパ状開口の幅を符号Ｄで表現すると、図２（ｂ）に示すインク導入路２ｂの他方の面のテーパ状開口の幅Ｄは図２（ａ）に示すインク導入路２ｂの他方の面のテーパ状開口の幅Ｃよりも必然的に大きくなる。

従って、図２（ｂ）に示すような液室基板２と液体供給基板４とフレーム基板５とを順次接合する場合、ノズル基板１の接合部分の幅Ｂを考慮すると、シリコン基板からなるウエハの大きさは、図２（ａ）に符号Ａで示す寸法よりも大きな寸法となることは明白である。

そこで、図２（ｃ）に示すように、液室基板２のインク導入路２ｂの一方の面のテーパ状開口を必要最小幅Ｌに設計することにすると、シリコン基板からなるウエハの大きさは、図２（ａ）と同じ大きさに維持することができるが、このインク導入路２ｂの一方の面のテーパ状開口の開口面積が液体供給基板４の液体供給溝４ａの他方の面のテーパ状開口の開口面積に対して小さいために、液室基板２とインク供給基板４との接合面に隅部４ｂが形成され、液室２ａにインクを充填する場合、気泡が隅部４ｂに残留する確率が高くなり、インクジェット記録ヘッドの信頼性が損なわれるおそれが高くなる。

本発明は、上記の事情に鑑み、本来的な機能である高応答性を損なうことなく、シリコン基板１枚あたりの取り数を多くするとともに、クロストークの防止、小型化、軽量化を達成するとともにコストダウンを図ることのできるインクジェット記録ヘッド及びこのインクジェット記録ヘッドを備えたインクジェット記録装置を提供することにある。

請求項１に記載のインクジェット記録ヘッドは、複数のノズルが形成されたノズル基板と、該ノズル基板と接合されかつ側壁と振動板とにより区切られた複数の液室と該液室にインクを導入するインク導入路とが形成された液室基板と、前記振動板と一体的に形成されて該振動板を振動させることにより前記液室に発生した圧力により前記ノズルからインクを吐出させる電気機械変換素子と、前記振動板を介して前記液室基板に接合されかつ前記インク導入路にインクを供給するインク供給溝を有する液体供給基板と、前記電気機械変換素子に配線部材を介して接合されかつ前記電気機械変換素子を駆動する駆動回路部材とを備え、
前記液体供給基板に前記インク供給溝を加工形成する際に生じたテーパ状開口の開口面積又は開口幅が小さい面が、前記液室基板に前記インク導入路を加工形成する際に生じたテーパ状開口の開口面積又は開口幅の小さい面に対向して接合され、前記液体供給基板には前記液室基板の配設側の面と反対側の面に前記インク供給溝に連通する共通液室を有するフレームが設けられ、前記共通液室を加工形成する際に生じたテーパ状開口の開口面積が大きい側の面が、前記インク供給溝を加工形成する際に生じたテーパ状開口の開口面積が大きい側の面に接合されていることを特徴とする。

請求項２に記載のインクジェット記録ヘッドは、前記駆動回路部材が、前記フレームに、ＦＰＣを介して接合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記録ヘッドは、前記液体供給基板が、ガラス又はシリコン基板から構成されていることを特徴とする。

請求項４に記載のインクジェット記録ヘッドは、前記フレームが、ガラス又は樹脂により構成され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記録ヘッドは、前記配線部材が、ワイヤーボンディング手段により接合され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記録ヘッドは、前記配線部材が、フリップチップ手段により接合されていることを特徴とする。

請求項７に記載のインクジェット記録ヘッドは、前記フレームの前記液体供給基板の配設側の面とは反対側の面に、薄板を介して緩衝用基板を接合し、前記フレーム基板の開口面積が小さいテーパ状開口と対向する前記緩衝用基板の箇所に前記共通液室に充填されるインクの圧力変動を前記薄板の変形により緩和する凹部が形成されていることを特徴とする。
請求項８に記載のインクジェット記録装置は、請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッドが搭載され、記録メディアに画像を記録することを特徴とする。

本発明によれば、特に液体供給基板にインク供給溝を加工形成する際に生じたテーパ状開口の小さい面を、液室を有する液室基板に接合することによりインクジェット記録ヘッドの応答周波数を損なうことなく、シリコン基板１枚あたりの取り数を多くするとともに、クロストークの防止、小型化、軽量化を達成するとともにコストダウンを図ることのできるインクジェット記録ヘッドを提供できる。
さらには、液室を有する液室基板にインク導入路を加工形成する際に生じたテーパ状開口と液体供給基板にインク供給溝を加工形成する際に生じたテーパ状開口との開口面積が小さい側の面同士を対向させて液室基板と液体供給基板とを振動板を介して接合することにより、より小型化、軽量化、コストダウンを図ることのできるインクジェット記録ヘッドを提供できる。

図３は本発明の発明概念を説明するための模式図である。
その模式図３（a）に示すように、請求項１に係る発明では、複数のノズルが形成されたノズル基板１と、ノズル基板１と接合されかつ側壁２ｄと振動板３とにより区切られた複数の液室２ａと液室２ａにインクを導入するインク導入路２ｂとが形成された液室基板２と、振動板３と一体的に形成されて振動板３を振動させることにより液室２ａに発生した圧力によりノズルからインクを吐出させる電気機械変換素子（図示を略す）と、振動板３を介して液室基板２に接合されかつインク導入路２ｂにインクを供給するインク供給溝４ａを有する液体供給基板４と、電気機械変換素子に配線部材を介して接合されかつ電気機械変換素子を駆動する駆動回路部材とを備えたインクジェット記録ヘッドにおいて、液体供給基板４にインク供給溝４ａを加工形成する際に生じたテーパ状開口の開口面積又は開口幅が小さい面が液室基板２のインク導入路２ｂに対向させて接合されている。
その模式図３（a）では、液室基板２のインク導入路２ｂは、ドライエッチングにより加工形成され、インク導入路２ｂの構成壁は直状開口となっている。
インク導入路２ｂやインク供給溝４ａを加工形成するのに、ドライエッチング法を用いるとエッチングに時間を要するため、厚さの厚い部材を加工するのに時間をかなり要することになるが、液室基板２の厚さは通常１００μｍ以下であるので、ドライエッチング法を用いて加工したとしても、コストアップとならないのが現状であるので、ウエハの大きさＡを小さくしつつ応答周波数の低下要因となるインク供給量を十分に確保するための必要最小幅Ｌを確保できる。
その模式図３（b）では、液室基板２にインク導入路２ｂを加工形成する際に生じたテーパ状開口の開口面又は開口幅の小さい面がインク供給溝４ａを加工形成する際に生じたテーパ状開口の開口面積又は開口幅が小さい面に接合されている。
すなわち、液室基板２にインク導入路２ｂを加工形成する際に生じたテーパ状開口と液体供給基板４にインク供給溝４ａを加工形成する際に生じたテーパ状開口との開口面積が小さい側の面同士を対向させて液室基板２と液体供給基板４とが振動板３を介して接合されているので、ウエハの大きさＡを小さくしつつ応答周波数の低下要因となるインク供給量を十分に確保するための必要最小幅Ｌを確保できる。

また、図３に示すように、ノズル基板１と液室基板２との接合部分の幅Ｂ、液室基板２と液体供給基板４との接合部分の幅Ｅを、ウエハの大きさＡを大きくしなくとも確保することができ、従って、シリコン基板１枚あたりの取り数を多くするとともに、クロストークの防止、小型化、軽量化を達成するとともにコストダウンを図ることができる。

液体供給基板４には液室基板２の配設側の面と反対側の面に、インク供給溝４ａに連通する共通液室５ａを有するフレーム基板５を設け、フレーム基板５は共通液室５ａを加工形成する際に生じたテーパ状開口の開口面積が大きい側の面と液体供給基板４にインク供給溝４ａを加工形成する際に生じたテーパ状開口の開口面積が大きい側の面とを対向させて液体供給基板４とフレーム基板５とを接合する構成とすれば、フレーム基板５を液体供給基板４に接合するに際しても、図２（b）、図２（c）を参照しつつ説明した不具合を解消できる。すなわち、インクジェット記録ヘッドの性能を維持するための必要最小幅Ｌを確保しつつ、全体寸法Ａを小さくできると共に、共通液室５ａの大きさ、液室基板２とフレーム基板５との接合部分Ｅ、液体供給基板４とフレーム基板５との接合部分の幅Ｆを維持できるため、クロストークの増大を防止でき、噴射安定性をも確保できる。

フレーム基板５に直接駆動回路部材（駆動ＩＣ）を接合する構造とすると、フレーム基板５に電極やこの電極と接合するためのバンプ等を形成しなければならず、更には、フレーム基板５から外部に電極を引き出すためにフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）等が必要となるので、コストアップとなるが、請求項２に係る発明によれば、フレーム基板５に駆動回路部材（駆動ＩＣ）を直接接合するのではなく、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）に駆動回路部材（駆動ＩＣ）を搭載することにしたので、コストダウンを図ることができる。

請求項３に係る発明によれば、液体供給基板４が通常シリコン基板を用いて構成される液室基板２と同材質のガラス基板又はシリコン基板から構成されているので、液室基板２と液体供給基板４との熱膨張率をほぼ同じにすることができ、ウエハ接合後のダイシングの容易化を図ることができる。

請求項４に係る発明によれば、フレーム基板５をガラス又は樹脂で構成したので、コストダウンを図ることができる。
なお、フレーム基板５をガラスで構成した場合、たとえば、サンドブラスト工法で加工することにより、より一層のコストダウンが可能となる。
また、なお、フレーム基板５を樹脂で構成する場合、液晶ポリマー等の耐熱樹脂を用いれば、駆動回路部材（駆動ＩＣ）の接合時に高温となったとしても、接合不良を解消できる。

請求項５に係る発明によれば、ワイヤーボンディング手段により配線部材を接合しているので、接合温度を比較できて好ましい。また、接合長さを短くできる。更に、高低差がある場合の接合に最適である。なお、配線部材の接合には、ＡＣＦ（Anisotropic Conductive Film）接合手段を用いることもできる。
請求項６に係る発明によれば、配線部材にフリップチップ手段を用いることにしたので、より一層小型化、軽量化を図ることができる。

ＡＣＦ接合、ワイヤーボンディングの場合、ノズル基板１、液室基板２、液体供給基板４等の組み付け後に接合を行うことになるので、ごみ対策が難しいという問題があるが、請求項６に係る発明によれば、組立工程順を考えると、液室基板２に直接駆動回路部材を接合するため、組立初期の段階で駆動回路部材の接合が行われる。

すなわち、液室基板２に下電極、電気機械変換素子、上電極、絶縁層、引き出し線、パッドを形成した後、駆動回路部材をフリップチップ接合するという組立順序になり、インクジェット記録ヘッドにおいて重要な信頼性確保に必要なごみ対策がＡＣＦ接合やワイヤーボンディングに較べて比較的に容易な環境で行うことができる。

クロストーク低減方法として、共通液室５ａの容積を大きくする手段があり、インク供給量確保のためにも共通液室５ａの容積を大きくする必要があるが、請求項７に記載の発明によれば、緩衝基板と薄板（ダイアフラム）と緩衝基板に形成した凹処とにより緩衝部材を構成したので、共通液室５ａの容積を必要以上に大きくしなくとも、伝播する圧力変動を緩和し、クロストークを低減でき、その結果、インクジェット記録ヘッドの極小化を図ることができる。

いわゆるシリアルプリンタの横寸法は、少なくとも紙幅とヘッドユニットの幅の２倍が必要になり、インクジェット記録ヘッドの横幅寸法がシリアルプリンタの小型化の重要な要因となるが、請求項８に記載の発明によれば、より小型のシリアルプリンタを作ることができ、同時にコストダウンも可能となる。

また、インクジェット記録ヘッドを紙幅方向に１列に配設することにより、ラインヘッドを構成できる。ラインヘッドを構成した場合、紙幅方向に対して垂直方向に非常に幅が狭いラインヘッドを構成できるため、４色のラインヘッドを構成した場合、紙送り方向のインクジェット記録ヘッドの幅が非常に小さくなり、ラインプリンタそのものも小型化ができ、同時にコストダウンが可能となる。

図１はいわゆるインクジェット記録ヘッドの一般的な構造を説明するための模式図である。 図２は従来のインクジェット記録ヘッドの不具合を説明するための図であって、（ａ）はノズル基板と液室基板と振動板とを接合した状態を模式的に示す断面図であり、（ｂ）は液室基板の開口面積が小さい面の側と液体供給基板の開口面積の大きい側とを対向させて接合した状態を模式的に示す断面図であり、（ｃ）は液室基板の開口面積の小さい側の面と液体供給基板の開口面積の大きい側の面とを対向させると共にその開口面積を異ならせて接合した状態を模式的に示す断面図である。 図３（a）、図３（b）は本発明のインクジェット記録ヘッドの原理を模式的に示す断面図である。 図４は本発明の実施例１に係るインクジェット記録ヘッドの詳細構成を模式的に示す断面図である。 図５は図４に示すインクジェット記録ヘッドの配線を模式的に示す図であって、天板を取り除いた状態を示す平面図である。 図６は本発明の実施例２に係るインクジェット記録ヘッドの詳細構成を模式的に示す断面図である。 図７は図６に示すインクジェット記録ヘッドの詳細構成を模式的に示す平面図であって、天板と緩衝部材とフレーム基板とを取り除いた状態を示す平面図である。 図８は図７のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図９は本発明に係るインクジェット記録ヘッドをシリアルプリンタに適用する場合の一例を示す説明図である。 図１０は本発明に係るインクジェット記録ヘッドをラインプリンタに適用する場合の一例を示す説明図である。

以下、図４ないし図８を参照しつつ本発明に係るインクジェット記録ヘッドの実施例を説明する。
（実施例１）
図４は本発明の実施例１に係るインクジェット記録ヘッドの断面図を示し、図５は図４に示すインクジェット記録ヘッドの天板配設前の平面図である。
ノズル基板１には、図４に示すように、複数のノズル１ａが形成されている。液室基板２には、複数の液室２ａと複数のインク導入路２ｂと複数の流体抵抗部２ｃと複数の側壁２ｄが形成されている。

液室２ａは振動板３と側壁２ｄとにより区切られている。流体抵抗部２ｃはインク導入路２ｂと液室２ａとの間に配置されている。液室２ａにはインク導入路２ｂから流体抵抗部２ｃを経由してインクが供給される。

振動板３には電気機械変換素子としての圧電素子６が一体的に形成されている。その振動板３は液室基板２の一方の面にSiO₂等を成膜することにより形成される。圧電素子６は板状のものを接着剤で振動板３に接合しても良いが、スパッタ、Solgel等の薄膜形成方法により圧電素子６を形成するのが好ましい。

液室２ａ、インク導入路２ｂはシリコン基板からなる液室基板２に異方性のエッチング加工を行うことにより形成され、液室基板２に液室２ａ、インク導入路２ｂを加工形成する際に、その構成壁の断面がテーパ状となり、テーパ状開口として開口面積が小さい一方の面の側に振動板３が形成され、テーパ状開口として開口面積が大きい他方の面の側にノズル基板１が接合される。

インク導入路２ｂの開口面積が小さいテーパ状開口の必要最小幅は、インクジェット記録ヘッドの性能の低下を防止するため、既述したように、Ｌである。振動板３は、その必要最小幅Ｌと同程度の大きさを有する貫通穴３ａを有する。

液体供給基板４には貫通穴３ａに対応するインク供給溝４ａと圧電素子６の配設空間４ｂと開口４ｃとが形成される。この液体供給基板４は、シリコン基板に異方性エッチング処理を行うことにより形成しても良いが、コストダウンを図るためガラスにサンドブラスト加工処理を施すことにより形成するのが好ましい。

この液体供給基板４にインク供給溝４ａを異方性のエッチング加工又はサンドブラスト加工により形成する際に、その構成壁の断面がテーパ状となる。この液体供給基板４のインク供給溝４ａの開口面積が小さい一方の面を液室基板２のインク導入路２ｂの開口面積が小さい一方の面に対向させて、液体供給基板４は振動板３を介して液室基板２に接合される。

フレーム基板５にはインク供給溝４ａに連通する共通液室５ａと開口４ｃに対向する開口５ｂとが形成されている。このフレーム基板５も、シリコン基板に異方性エッチング処理を行うことにより共通液室５ａ、開口５ｂが形成され、このフレーム基板５に共通液室５ａ、開口５ｂを形成する際に、その構成壁の断面がテーパ状となる。このフレーム基板５の開口面積が大きい他方の面を開口面積の大きい液体供給基板４の他方の面に対向させて、液体供給基板４とフレーム基板５とが接合される。

フレーム基板５の一方の面には、緩衝基板７と薄板８とが接合されている。緩衝基板７には薄板８が貼り付けられている。薄板８には開口５ｂに対向する開口８ａが形成されている。
緩衝基板７には薄板８の変位を許容する変位許容空間７ａと開口８ａに対向する開口７ｂとが形成されている。

緩衝基板７と薄板８とは協働して緩衝部材を構成しており、薄板８の変位によりダンピング機能が生じ、共通液室５ａの圧力変動が緩和される。その緩衝基板７にはたとえば、ステンレス製でその厚さが５０μｍ程度のもの、薄板８はポリイミドフィルム製でその厚さが３０μｍ程度のものが望ましい。

緩衝基板７には、ＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）９が接合され、このＦＰＣ９には開口７ｂに対応する開口９ａが形成されている。そのＦＰＣ９には駆動回路部材としての駆動ＩＣ１０が接合されている。

圧電素子６には、図５に示すように、スパッタリング等の手段により上部電極３ｂが形成されている。この上部電極３ｂは開口４ｃに露呈するパッド１１に接続されている。駆動ＩＣ１０には上部電極１０ａが形成され、この上部電極１０ａとパッド１１とは開口４ｃ、５ｂ、８ａ、７ｂ、９ａを通じて引き出されたワイヤーボンディング１２により接合されている。ワイヤーボンディング１２の周囲は封止材１３が充填され、緩衝基板７に接着固定された天板１４により囲われている。その天板１４には樹脂成型品が好ましい。

ＦＰＣ９には、図５に示すように、外部入力端子としての引き出し配線９ｂが形成され、駆動ＩＣ１０と引き出し配線９ｂとはワイヤーボンディング１５により接続されている。
この実施例１によれば、ＦＰＣ９から駆動ＩＣ１０に画像信号が入力されると、駆動ＩＣ１０が画像信号に基づく電圧を各圧電素子６に印加し、これにより、振動板３が変形し、この振動板３の変形により、液室２ａ内のインクに圧力が加えられ、ノズル１ａから液室２ａ内のインクが吐出され、記録紙（記録メディア）に画像が記録される。

応答周波数を損わないためには十分なインクの流量を確保し、必要最小幅Ｌを確保する必要があり、また、クロストークを低減するためには十分な大きさの共通液室５ａが必要となる一方、インクジェット記録ヘッドの大きさは、決められた大きさのシリコン基板からの取り数を多くし、コストダウンを図るため、全体の大きさをより小さくすることが求められているが、この実施例によれば、液室基板２にインク導入路２ｂを加工形成する際に生じたテーパ状開口と液体供給基板４にインク供給溝４ａを加工形成する際に生じたテーパ状開口との開口面積が小さい側の面同士を対向させて液室基板２と液体供給基板４とが振動板３を介して接合されているので、かつ、液体供給基板４には液室基板２の配設側の面と反対側の面にインク供給溝４ａに連通する共通液室５ａを有するフレーム基板５が設けられ、フレーム基板５は共通液室５ａを加工形成する際に生じたテーパ状開口の開口面積が大きい側の面と液体供給基板４にインク供給溝４ａを加工形成する際に生じたテーパ状開口の開口面積が大きい側の面とを対向させて液体供給基板４とフレーム基板５とが接合されているので、しかも、緩衝基板と薄板（ダイアフラム）と緩衝基板に形成した凹処とにより緩衝部材を構成したので、インクジェット記録ヘッドの小型、軽量化はプリンタの小型化、軽量化、コストダウンを図ることができる。
なお、図３（a）の原理図に模式的に示したように、液室基板２のインク導入路２ｂを、ドライエッチングにより加工形成し、インク導入路２ｂの構成壁を直状開口としても良い。
インク導入路２ｂやインク供給溝４ａを加工形成するのに、ドライエッチング法を用いるとエッチングに時間を要するため、厚さの厚い部材を加工するのに時間をかなり要することになるが、液室基板２の厚さは通常１００μｍ以下であるので、ドライエッチング法を用いて加工したとしても、コストアップとならないのが現状であるからである。
一方、液室供給基板４、フレーム基板５はインクジェットヘッド全体の強度を得るために、通常、数百μｍ〜数ミリの厚みがあり、コスト低減のため、ウエットエッチング等の工法を取っているため、テーパ形状が形成されている。

（実施例２）
図６は本発明の実施例２に係るインクジェット記録ヘッドの断面図を示し、図７は図６に示す天板と緩衝部材とフレーム基板とを取り除いて液室基板と振動板と液体供給基板と圧電素子と駆動回路部材との関係を説明するための平面図である。
この実施例２において、実施例１と同一構成要素には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。

ここでは、駆動ＩＣ１０は液体供給基板４の開口４ｃに配設されている。振動板３には金等からなるパッド１１が形成されている。振動板３には下電極３ｅが形成され、下電極３ｅの上に圧電素子６が液室２ａの大きさに対応して若干小さめの面積にて形成されている。

圧電素子６の上部には、図８に示すように、上電極３ｂがスパッタ等の手段により形成されている。下電極３ｅ、上電極３ｂはアルミニウム、白金、ニッケル、Ｔｉ、その他導電性酸化物等で形成される。

圧電素子６と下電極３ｅ、上電極３ｂの上には、SiO₂、ポリシリコン等で成膜された絶縁層３ｃが形成され、上電極３ｂの上部にコンタクトホールが形成されて、上電極３ｂは引き出し線１６によりパッド１１と接続されている。これにより、駆動ＩＣ１０は振動板３上に設けたパッド１１にフリップチップ接合される。
このように駆動ＩＣ１０をフリップチップ実装することにより、より一層小型化、軽量化を図ることができる。

このインクジェット記録ヘッドをシリアルプリンタ（図示を略す）に搭載する場合、たとえば、Ｃ、Ｍ、Ｙ、Ｂｋインクが供給される４個のインクジェット記録ヘッド１７を図９に示すようにインクジェット記録ヘッド１７の横幅方向に並べて主走査方向に走査するキャリッジに搭載し、副走査方向に紙送りを行いつつインクジェット記録ヘッド１７を搭載したキャリッジ（図示を略す）により主走査をすると同時に、送られてくる画像信号により各インクジェット記録ヘッド１７からインクを吐出させることによりカラー画像を記録紙等に記録することができる。

また、このものは、シリアルプリンタではなく、このインクジェット記録ヘッド１７を図１０に示すように紙幅方向に並べて、紙送りのみで記録するいわゆるライン型ヘッドのプリンタにも適用できる。

１…ノズル基板
２…液室基板
３…振動板
４…液体供給基板
１ａ…ノズル
２ａ…液室
２ｂ…インク導入路
４ａ…インク供給溝

特許第3988042号 特開2005-53144号公報

Claims (8)

1. 複数のノズルが形成されたノズル基板と、該ノズル基板と接合されかつ側壁と振動板とにより区切られた複数の液室と該液室にインクを導入するインク導入路とが形成された液室基板と、前記振動板と一体的に形成されて該振動板を振動させることにより前記液室に発生した圧力により前記ノズルからインクを吐出させる電気機械変換素子と、前記振動板を介して前記液室基板に接合されかつ前記インク導入路にインクを供給するインク供給溝を有する液体供給基板と、前記電気機械変換素子に配線部材を介して接合されかつ前記電気機械変換素子を駆動する駆動回路部材とを備えたインクジェット記録ヘッドにおいて、
   前記液体供給基板に前記インク供給溝を加工形成する際に生じたテーパ状開口の開口面積又は開口幅が小さい面が、前記液室基板に前記インク導入路を加工形成する際に生じたテーパ状開口の開口面積又は開口幅の小さい面に対向して接合され、前記液体供給基板には前記液室基板の配設側の面と反対側の面に前記インク供給溝に連通する共通液室を有するフレームが設けられ、前記共通液室を加工形成する際に生じたテーパ状開口の開口面積が大きい側の面が、前記インク供給溝を加工形成する際に生じたテーパ状開口の開口面積が大きい側の面に接合されていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
2. 前記駆動回路部材は、前記フレームに、ＦＰＣを介して接合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記録ヘッド。
3. 前記液体供給基板は、ガラス又はシリコン基板から構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインクジェット記録ヘッド。
4. 前記フレームは、ガラス又は樹脂により構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
5. 前記配線部材は、ワイヤーボンディング手段により接合されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
6. 前記配線部材は、フリップチップ手段により接合されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
7. 前記フレームの前記液体供給基板の配設側の面とは反対側の面に、薄板を介して緩衝用基板を接合し、前記フレーム基板の開口面積が小さいテーパ状開口と対向する前記緩衝用基板の箇所に前記共通液室に充填されるインクの圧力変動を前記薄板の変形により緩和する凹部が形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッドが搭載され、記録メディアに画像を記録することを特徴とするインクジェット記録装置。