JP6394903B2 - ヘッド及び液体噴射装置 - Google Patents

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Description

本発明は、液体を噴射するヘッドと、ヘッドを具備する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。
ピエゾインクジェット方式（ｐｉｅｚｏ ｉｎｋ ｊｅｔ ｓｙｓｔｅｍ）は、ピエゾ素子に電圧を加えて変形させることでインクの液滴を吐出させる、オンデマンド形のインクジェット印刷システムである（ＪＩＳ Ｚ８１２３−１：２０１３）。
パーマネントヘッド（ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｈｅａｄ）とは、インクの液滴を連続的又は断続的に生成する、プリンター本体の機械部又は電気部である（ＪＩＳ Ｚ８１２３−１：２０１３）。
ピエゾインクジェット方式に用いるパーマネントヘッド（以下、「ヘッド」（ｈｅａｄ）という）は、液滴を噴射するノズル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ピエゾ素子と、流路形成基板のピエゾ素子側に接合されて、ピエゾ素子を駆動する駆動回路が設けられた駆動回路基板と、を具備し、ピエゾ素子を駆動回路によって駆動することによって圧力発生室内の液体に圧力変化を生じさせることで、ノズルから液滴を噴射する。
このようなヘッドとしては、駆動回路基板の流路形成基板に相対向する面に駆動回路と、バンプとを設け、駆動回路とピエゾ素子とをバンプを介して電気的に接続したものが提案されている（例えば、特許文献１等参照）。駆動回路基板と流路形成基板とは、バンプの周囲に設けられた接着剤で接着されている。バンプ及び接着剤は、一定の高さを有しており、駆動回路基板と流路形成基板との間に駆動回路及びピエゾ素子が収容される程度の隙間である保持部を形成するためにも用いられている。
駆動回路は保持部内に収容されてピエゾ素子に対向した、いわゆるフェイスダウン配置となっている。駆動回路が保持部内に収容されているため、外部の制御回路等からの信号を駆動回路に入力するための入力部を駆動回路基板の保持部外に設けている。このような入力部を駆動回路基板に設けることで、保持部内の駆動回路に信号を伝達することが可能となっている。
特開２０１４−５１００８号公報
しかしながら、駆動回路基板には、駆動回路を設ける領域の他に、入力部を設ける領域も確保しなければならず、駆動回路基板が大型化してしまう。また、駆動回路基板が大型化すると取り数が減少し、コストが増加してしまう。
なお、このような問題は、インクを噴射するヘッドだけではなく、インク以外の液滴を噴射するヘッド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、保持部を構成する駆動回路基板を小型化し、コストの低減を図ることができるヘッド及び液体噴射装置を提供することを目的とする。
［態様１］上記課題を解決する本発明の態様は、液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室に圧力変化を生じさせるピエゾ素子が第１の方向に並設されたピエゾ素子列を第１の方向とは交差する第２の方向に２列有するアクチュエーター基板と、前記アクチュエーター基板に対向する第１主面とは反対側の第２主面に前記ピエゾ素子を駆動する駆動回路が設けられた駆動回路基板と、前記アクチュエーター基板又は前記駆動回路基板の何れか一方に設けられた第１バンプ及び第２バンプとを備え、前記第１バンプは、第２の方向において前記ピエゾ素子列の外側に設けられ、前記アクチュエーター基板と前記駆動回路基板とを接着する接着層は、少なくとも、前記第２の方向において前記第１バンプの両側に設けられており、前記ピエゾ素子は、前記圧力発生室に対応して独立して設けられる個別電極と、前記ピエゾ素子列に共通する共通電極と、前記共通電極及び前記個別電極間に設けられた圧電体層とを有し、前記駆動回路基板には、前記第１主面と前記第２主面とを連通して前記個別電極ごとに設けられた複数の第１貫通孔と、前記第１主面と前記第２主面とを連通して前記共通電極に対応して設けられた少なくとも一つの第２貫通孔とが設けられ、前記第１貫通孔内及び前記第２貫通孔内には、前記駆動回路と前記ピエゾ素子とを電気的に接続する第１接続配線及び第２接続配線が設けられ、前記個別電極と前記第１接続配線とは前記第１バンプにより、前記共通電極と前記第２接続配線とは前記第２バンプにより電気的に接続されていることを特徴とするヘッドにある。
かかる態様では、第１接続配線及び第２接続配線が駆動回路基板を貫通するように延設されているため、第１の方向及び第２の方向で小型化が可能である。また、２列のピエゾ素子列の間には、共通電極が設けられている。このため、共通電極に接続される第２バンプも一列ですむ。結局、第１バンプ及び第２バンプと合わせて合計３本のバンプですむので、駆動回路基板の第２の方向における幅を小型化することができる。このように、本発明のヘッドは、駆動回路基板を小型化し、すなわち、ヘッドの小型化が可能となるので、ノズル開口の高密度にも対応することができ、高密度にインクを吐出することができる。
［態様２］ここで、態様１に記載するヘッドにおいて、前記第２バンプは、前記ピエゾ素子列の間に設けられていることが好ましい。これによれば、駆動回路基板の第１の方向の大きさを小型化し、ヘッドの小型化が可能となる。
［態様３］また、態様１又は態様２に記載するヘッドにおいて、前記接着層は、前記第２の方向において前記第２バンプの両側に設けられていることが好ましい。これによれば、第１バンプ及び第２バンプの電気的接続をより確実に維持することができる。
［態様４］また、態様１〜態様３に記載するヘッドにおいて、前記駆動回路基板の前記アクチュエーター基板側の面に、前記ピエゾ素子列に対向して第２の方向の延設された凹状の収容部が設けられ、前記収容部内に配線が形成されていることが好ましい。これによれば、例えば、駆動回路に含まれる電流容量が少ない配線に、収容部内に設けた配線を接続することで電気抵抗値を下げるなど、種々の用途の配線を収容部に設けることができる。また、配線を収容部に配置することで、配線をピエゾ素子から離すことができる。これにより、ピエゾ素子の変位が駆動回路基板で阻害されるおそれを低減できる。さらに、配線とピエゾ素子間に放電が生じることが抑制され、ピエゾ素子を保護して信頼性のあるヘッドとすることができる。
［態様５］また、態様１〜態様４に記載するヘッドにおいて、前記第２バンプは、第１の方向に延設され、前記第２貫通孔は、第１の方向において前記第２バンプの両端よりも外側に少なくとも２つ形成されていることが好ましい。これによれば、２つの第２貫通孔及び第２接続配線により共通電極の電圧降下のばらつきを抑えるとともに、駆動回路基板を第２の方向Ｙにおいて小型化することができる。
［態様６］また、上記課題を解決する本発明の態様は、態様１〜態様５に記載する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、保持部を構成する駆動回路基板を小型化し、コストの低減を図ることができるヘッド及び液体噴射装置が提供される。
ヘッドの分解斜視図である。 ヘッドの平面図である。 図２のＡ−Ａ′線断面図である。 図３の要部を拡大した断面図である。 流路形成基板の要部の平面図である。 駆動回路基板を流路形成基板側から平面視した際の平面図である。 図６のＢ−Ｂ′線断面図である。 駆動回路基板の第１主面側における第１貫通孔近傍の断面図である。 ヘッドの製造方法を示す断面図である。 ヘッドの製造方法を示す断面図である。 ヘッドの製造方法を示す断面図である。 ヘッドの製造方法を示す断面図である。 ヘッドの製造方法を示す断面図である。 ヘッドの製造方法を示す断面図である。 ヘッドの製造方法を示す断面図である。 ヘッドの製造方法を示す断面図である。 インクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。
〈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。本実施形態では、ヘッドの一例として、インクジェット式記録ヘッドについて説明する。
図１は本実施形態に係るヘッドの分解斜視図であり、図２はヘッドの平面図（液体噴射面２０ａ側の平面図）であり、図３は図２のＡ−Ａ′線断面図であり、図４は図３の要部を拡大した断面図であり、図５は流路形成基板の要部の平面図である。
本実施形態に係るヘッド１は、流路形成基板１０、連通板１５、ノズルプレート２０、駆動回路基板３０、コンプライアンス基板４５等の複数の部材を備える。
流路形成基板１０は、ステンレス鋼やＮｉなどの金属、ＺｒＯ２あるいはＡｌ２Ｏ３を代表とするセラミック材料、ガラスセラミック材料、ＭｇＯ、ＬａＡｌＯ３のような酸化物などを用いることができる。本実施形態では、流路形成基板１０は、シリコン単結晶基板からなる。この流路形成基板１０には、一方面側から異方性エッチングすることにより、複数の隔壁によって区画された圧力発生室１２がインクを吐出する複数のノズル開口２１が並設される方向に沿って並設されている。以降、この方向を圧力発生室１２の並設方向、又は第１の方向Ｘと称する。また、流路形成基板１０には、圧力発生室１２が第１の方向Ｘに並設された列が複数列、本実施形態では、２列設けられている。この圧力発生室１２が第１の方向Ｘに沿って形成された圧力発生室１２の列が複数列設された列設方向を、以降、第２の方向Ｙと称する。さらに、第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙの双方に交差する方向を本実施形態では、第３の方向Ｚと称する。各図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。なお、本実施形態では、各方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の関係を直交とするが、各構成の配置関係が必ずしも直交するものに限定されるものではない。
流路形成基板１０には、圧力発生室１２の第２の方向Ｙの一端部側に、当該圧力発生室１２よりも開口面積が狭く、圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を付与する供給路等が設けられていてもよい。
流路形成基板１０の一方面側（駆動回路基板３０とは反対側であって−Ｚ方向）には、連通板１５とノズルプレート２０とが順次積層されている。すなわち、流路形成基板１０の一方面に設けられた連通板１５と、連通板１５の流路形成基板１０とは反対面側に設けられたノズル開口２１を有するノズルプレート２０と、を具備する。
連通板１５には、圧力発生室１２とノズル開口２１とを連通するノズル連通路１６が設けられている。連通板１５は、流路形成基板１０よりも大きな面積を有し、ノズルプレート２０は流路形成基板１０よりも小さい面積を有する。このように連通板１５を設けることによってノズルプレート２０のノズル開口２１と圧力発生室１２とを離せるため、圧力発生室１２の中にあるインクは、ノズル開口２１付近のインクで生じるインク中の水分の蒸発による増粘の影響を受け難くなる。また、ノズルプレート２０は圧力発生室１２とノズル開口２１とを連通するノズル連通路１６の開口を覆うだけでよいので、ノズルプレート２０の面積を比較的小さくすることができ、コストの削減を図ることができる。なお、本実施形態では、ノズルプレート２０のノズル開口２１が開口されて、インク滴が吐出される面を液体噴射面２０ａと称する。
また、連通板１５には、マニホールド１００の一部を構成する第１マニホールド部１７と、第２マニホールド部１８とが設けられている。
第１マニホールド部１７は、連通板１５を厚さ方向（連通板１５と流路形成基板１０との積層方向）に貫通して設けられている。第２マニホールド部１８は、連通板１５を厚さ方向に貫通することなく、連通板１５のノズルプレート２０側に開口して設けられている。
さらに、連通板１５には、圧力発生室１２の第２の方向Ｙの一端部に連通する供給連通路１９が、圧力発生室１２毎に独立して設けられている。この供給連通路１９は、第２マニホールド部１８と圧力発生室１２とを連通する。
このような連通板１５としては、ステンレスやＮｉなどの金属、またはジルコニウムなどのセラミックなどを用いることができる。なお、連通板１５は、流路形成基板１０と線膨張係数が同等の材料が好ましい。すなわち、連通板１５として流路形成基板１０と線膨張係数が大きく異なる材料を用いた場合、加熱や冷却されることで、流路形成基板１０と連通板１５との線膨張係数の違いにより反りが生じてしまう。本実施形態では、連通板１５として流路形成基板１０と同じ材料、すなわち、シリコン単結晶基板を用いることで、熱による反りや熱によるクラック、剥離等の発生を抑制することができる。
ノズルプレート２０には、各圧力発生室１２とノズル連通路１６を介して連通するノズル開口２１が形成されている。このようなノズル開口２１は、第１の方向Ｘに並設され、この第１の方向Ｘに並設されたノズル開口２１の列が第２の方向Ｙに２列形成されている。
このようなノズルプレート２０としては、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等の金属、ポリイミド樹脂のような有機物、又はシリコン単結晶基板等を用いることができる。なお、ノズルプレート２０としてシリコン単結晶基板を用いることで、ノズルプレート２０と連通板１５との線膨張係数を同等として、加熱や冷却されることによる反りや熱によるクラック、剥離等の発生を抑制することができる。
一方、流路形成基板１０の連通板１５とは反対面側（駆動回路基板３０側であって＋Ｚ方向）には、振動板５０が形成されている。本実施形態では、振動板５０として、流路形成基板１０側に設けられた酸化シリコンからなる弾性膜５１と、弾性膜５１上に設けられた酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５２と、を設けるようにした。なお、圧力発生室１２等の液体流路は、流路形成基板１０を一方面側（ノズルプレート２０が接合された面側）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、弾性膜５１によって画成されている。もちろん、振動板５０は、特にこれに限定されるものではなく、弾性膜５１と絶縁体膜５２との何れか一方を設けるようにしてもよく、その他の膜が設けられていてもよい。
流路形成基板１０の振動板５０上には、本実施形態のピエゾ素子である圧電アクチュエーター３００が設けられている。
上述したように、流路形成基板１０には、圧力発生室１２が第１の方向Ｘに沿って複数並設され、圧力発生室１２の列が第２の方向Ｙに沿って２列並設されている。圧電アクチュエーター３００は、第１の方向Ｘに並設されて圧電アクチュエーター列３１０を構成し、この圧電アクチュエーター列３１０が第２の方向Ｙに２列並設されている。なお、圧電アクチュエーター列３１０は、請求項のピエゾ素子列の一例である。
圧電アクチュエーター３００は、振動板５０側から順次積層された第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０を有する。圧電アクチュエーター３００を構成する第１電極６０は、圧力発生室１２毎に切り分けられて、圧電アクチュエーター３００毎に独立する個別電極を構成する。第１電極６０は、圧力発生室１２毎に切り分けられており、圧電アクチュエーター３００の実質的な駆動部である能動部毎に独立する個別電極を構成する。この第１電極６０は、圧力発生室１２の第１の方向Ｘにおいては、圧力発生室１２の幅よりも狭い幅で形成されている。すなわち圧力発生室１２の第１の方向Ｘにおいて、第１電極６０の端部は、圧力発生室１２に対向する領域の内側に位置している。また、圧力発生室１２の第２の方向Ｙにおいては、第１電極６０の両端部は、それぞれ圧力発生室１２の外側まで延設されている。このような第１電極６０の材料は、金属材料であれば特に限定されず、例えば、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）等が好適に用いられる。
圧電体層７０は、第２の方向Ｙが所定の幅となるように第１の方向Ｘに亘って連続して設けられている。圧電体層７０の第２の方向Ｙの幅は、圧力発生室１２の第２の方向Ｙの幅よりも広い。このため、圧力発生室１２の第２の方向Ｙでは、圧電体層７０は圧力発生室１２の外側まで設けられている。
圧力発生室１２の第２の方向Ｙの一端部側（マニホールド１００とは反対側）における圧電体層７０の端部は、第１電極６０の端部よりも外側に位置している。すなわち、第１電極６０の端部は圧電体層７０によって覆われている。また、圧力発生室１２の第２の方向Ｙのマニホールド１００側である他端側における圧電体層７０の端部は、第１電極６０の端部よりも内側（圧力発生室１２側）に位置しており、第１電極６０のマニホールド１００側の端部は、圧電体層７０に覆われていない。
圧電体層７０は、第１電極６０上に形成される分極構造を有する酸化物の圧電材料からなり、例えば、一般式ＡＢＯ３で示されるペロブスカイト形酸化物からなることができる。圧電体層７０に用いられるペロブスカイト形酸化物としては、例えば、鉛を含む鉛系圧電材料や鉛を含まない非鉛系圧電材料などを用いることができる。
このような圧電体層７０には、圧力発生室１２間の各隔壁に対応する凹部７１が形成されている。この凹部７１の第１の方向Ｘの幅は、各隔壁の第１の方向の幅と略同一、もしくはそれよりも広くなっている。これにより、振動板５０の圧力発生室１２の第２の方向Ｙの端部に対抗する部分（いわゆる振動板５０の腕部）の剛性が押さえられるため、圧電アクチュエーター３００を良好に変位させることができる。
第２電極８０は、圧電体層７０の第１電極６０とは反対面側に設けられており、複数の能動部に共通する共通電極を構成する。また、第２電極８０は、凹部７１の内面、すなわち、圧電体層７０の凹部７１の側面内に設けるようにしても良く、設けないようにしてもよい。
このような第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０で構成される圧電アクチュエーター３００は、第１電極６０と第２電極８０との間に電圧を印加することで変位が生じる。すなわち両電極の間に電圧を印加することで、第１電極６０と第２電極８０とで挟まれている圧電体層７０に圧電歪みが生じる。そして、両電極に電圧を印加した際に、圧電体層７０に圧電歪みが生じる部分を能動部と称する。これに対して、圧電体層７０に圧電歪みが生じない部分を非能動部と称する。
上述したように、圧電アクチュエーター３００は、第１電極６０を複数の圧電アクチュエーター３００毎に独立して設けることで個別電極とし、第２電極８０を圧電アクチュエーター３００に亘って連続して設けることで共通電極とした。もちろん、このような態様に限定されず、第１電極６０を複数の圧電アクチュエーター３００に亘って連続して設けることで共通電極とし、第２電極を圧電アクチュエーター３００毎に独立して設けることで個別電極としてもよい。また、振動板５０としては、弾性膜５１及び絶縁体膜５２を設けずに、第１電極６０のみが振動板として作用す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。
請求項に記載するアクチュエーター基板は、本実施形態では、上述した流路形成基板１０と、振動板５０と、２列の圧電アクチュエーター列３１０とを備えて構成されている。
図３、図４及び図５に示すように、圧電アクチュエーター３００の第１電極６０からは、引き出し配線である個別配線９１が引き出されている。本実施形態では、第１の方向Ｘに並設された圧電アクチュエーター３００（能動部）の列が第２の方向Ｙに２列設けられている。個別配線９１は、各列の圧電アクチュエーター３００から第２の方向Ｙにおいて列の外側に引き出されている。
また、圧電アクチュエーター３００の第２電極８０からは、引き出し配線である共通配線９２が引き出されている。本実施形態では、共通配線９２は、２列の圧電アクチュエーター３００のそれぞれの第２電極８０に導通している。また、共通配線９２は、複数の能動部に対して１本の割合で設けられている。
流路形成基板１０の圧電アクチュエーター３００側の面には、流路形成基板１０と略同じ大きさを有する駆動回路基板３０が接合されている。駆動回路基板３０について、図３〜図７を参照して説明する。図６は駆動回路基板を流路形成基板側から平面視した際の平面図であり、図７は図６のＢ−Ｂ′線断面図である。
駆動回路基板３０は、流路形成基板１０とは反対側の面に圧電アクチュエーター３００を駆動する駆動回路１２０が設けられた半導体基板である。駆動回路基板３０の流路形成基板１０に対向する面を第１主面３０１とし、流路形成基板１０とは反対側の面を第２主面３０２とする。
本実施形態では、半導体基板の第２主面３０２に、集積回路である駆動回路１２０を半導体製造プロセスによって作り込んで駆動回路基板３０としてある。もちろん、このような態様に限定されず、例えば、別途形成した駆動回路を半導体基板に設けて駆動回路基板としてもよい。
また、本実施形態に係る駆動回路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１２０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、駆動回路基板３０の第１主面３０１及び第２主面３０２には、絶縁膜３７が設けられている。本実施形態では、駆動回路基板３０の第１主面３０１には、第３の方向Ｚに窪んだ収容部３３０が設けられている。詳細は後述するが、この収容部３３０には、駆動回路１２０に接続される補助配線１２１が設けられている。絶縁膜３７はこの収容部３３０を除いた第２主面３０２を覆っている。
また、第２主面３０２には、駆動回路１２０の端子が露出し、後述する第１接続配線３１１及び第２接続配線３１２が設けられるコンタクトホール３７ａが設けられている。絶縁膜３７は、このコンタクトホール３７ａを除いて、第２主面３０２を覆っている。また、後述するように駆動回路基板３０には、第１貫通孔３５及び第２貫通孔３６が設けられているが、絶縁膜３７は第２主面３０２から連続してそれらの第１貫通孔３５及び第２貫通孔３６の内面も覆っている。
絶縁膜３７は、絶縁性を有する材料から形成されていれば特に限定はないが、例えば、二酸化シリコン、窒化シリコンなどを用いることができる。
このような駆動回路基板３０の第１主面３０１には、第１バンプ３１及び第２バンプ３２が設けられている。本実施形態では第１主面３０１を覆う絶縁膜３７上に第１バンプ３１及び第２バンプ３２が設けられている。第１バンプ３１及び第２バンプ３２は、流路形成基板１０の個別配線９１及び共通配線９２との接点となる。
第１バンプ３１及び第２バンプ３２は、例えば、弾性を有する樹脂材料で形成されたコア部３３と、コア部３３の表面に形成された金属膜３４とを備える。
コア部３３は、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、シリコーン変性ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂などの感光性絶縁樹脂や熱硬化性絶縁樹脂で形成されている。
また、コア部３３は、駆動回路基板３０と流路形成基板１０とを接合する前において、ほぼ蒲鉾状に形成されている。ここで、蒲鉾状とは、駆動回路基板３０に接する内面（底面）が平面であると共に、非接触面である外面側が湾曲面となっている柱状形状をいう。具体的に、ほぼ蒲鉾状とは、横断面がほぼ半円状、ほぼ半楕円状、ほぼ台形状であるものなどが挙げられる。
そしてコア部３３は、駆動回路基板３０と流路形成基板１０とが相対的に近接するように押圧されることで、その先端形状が個別配線９１及び共通配線９２の表面形状に倣うように弾性変形している。
これにより、駆動回路基板３０や流路形成基板１０に反りやうねりがあっても、コア部３３がこれに追従して変形することにより、第１バンプ３１及び第２バンプ３２と個別配線９１及び共通配線９２とを確実に接続することができる。
コア部３３は、本実施形態では、第１の方向Ｘに直線状に連続して配置されている。また、コア部３３は、第２の方向Ｙにおいて、２列の圧電アクチュエーター列３１０の外側に２本と、２列の圧電アクチュエーター列３１０の間に１本と、の合計３本が設けられている。そして、２列の圧電アクチュエーター列３１０の外側に設けられた各コア部３３が、圧電アクチュエーター列３１０の個別配線９１と接続される第１バンプ３１を構成し、２列の圧電アクチュエーター列３１０の間に設けられたコア部３３が、２列の圧電アクチュエーター列３１０の共通配線９２に接続される第２バンプ３２を構成する。
このようなコア部３３は、フォトリソグラフィー技術やエッチング技術によって形成することができる。
金属膜３４は、コア部３３の表面を被覆している。金属膜３４は、例えばＡｕ、ＴｉＷ、Ｃｕ、Ｃｒ（クロム）、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｗ、ＮｉＶ、Ａｌ、Ｐｄ（パラジウム）、鉛フリーハンダなどの金属や合金で形成されており、これらの単層であっても、複数種を積層したものであってもよい。そして、金属膜３４は、コア部３３の弾性変形によって個別配線９１及び共通配線９２の表面形状に倣って変形しており、個別配線９１及び共通配線９２と金属接合している。
個別配線９１に接続される金属膜３４は、コア部３３の表面に個別配線９１と同じピッチで第１の方向Ｘに配設されている。また、共通配線９２に接続される金属膜３４は、コア部３３の表面全体を覆うように第１の方向Ｘに沿って延設されている。本実施形態では共通配線９２は複数個形成されているが、これら全てに共通して接触するように金属膜３４が形成されている。
このような第１バンプ３１及び第２バンプ３２を構成するコア部３３の表面に設けられた金属膜３４と個別配線９１及び共通配線９２とは、常温接合されている。具体的には、本実施形態の駆動回路基板３０と流路形成基板１０とは、接着層３９によって接合されることで、第１バンプ３１及び第２バンプ３２と個別配線９１及び共通配線９２とは互いに当接した状態で固定されている。
ここで接着層３９は、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂等の接着剤で形成されている。特に、フォトレジストなどに用いられる感光性樹脂を用いることで、接着層を容易に且つ高精度に形成することができる。
接着層３９は、本実施形態では、第１バンプ３１の両側及び第２バンプ３２の両側、すなわち、第１バンプ３１及び第２バンプ３２のそれぞれを挟んだ第２の方向Ｙの両側に設けられている。第１の方向Ｘに延設された第１バンプ３１及び第２バンプ３２は、第２の方向Ｙに３本設けられているため、第１の方向Ｘに延設された接着層３９は、第２の方向Ｙに６本設けられている。また、第２の方向Ｙで並設された接着層３９は、第１の方向Ｘの両端部において端部同士が連続するように設けられている。すなわち、接着層３９は、圧電アクチュエーター列３１０の各列を囲むように、平面視した際に矩形の額縁状となるように形成されている。
このように流路形成基板１０と駆動回路基板３０とを接合する接着層３９によって、流路形成基板１０と駆動回路基板３０との間には、内部に圧電アクチュエーター３００が配置された空間である保持部３２０が形成されている。本実施形態では、接着層３９は、圧電アクチュエーター列３１０の各列の周囲に亘って連続して設けるようにしたため、流路形成基板１０と駆動回路基板３０との間には、圧電アクチュエーター列３１０毎に対応して保持部３２０が独立して設けられている。
なお、この保持部３２０は、外部とは遮断された密封の空間でもよいし、一部が外部と連通した非密封の空間でもよい。
駆動回路基板３０には、第１主面３０１と第２主面とを連通する第１貫通孔３５及び第２貫通孔３６が設けられている。本実施形態では、第１貫通孔３５及び第２貫通孔３６は、駆動回路基板３０を第３の方向Ｚに沿った直線状の貫通孔である。もちろんこれに限定されず、例えば、第１貫通孔３５及び第２貫通孔３６を第３の方向Ｚに対して傾斜して設けるようにしてもよい。
第１貫通孔３５は、個別電極である第１電極６０ごとに複数設けられている。上述したように、第１電極６０は、第１の方向Ｘに沿った複数の第１電極６０からなる列が第２の方向Ｙに２列設けられている。第１貫通孔３５は、第１電極６０に対応して、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。
第２貫通孔３６は、共通電極である第２電極８０に対応して設けられた少なくとも一つ設けられている。本実施形態では、駆動回路基板３０の平面視において、第１の方向Ｘにおいて第２バンプ３２よりも外側に２つの第２貫通孔３６が設けられている。
第１貫通孔３５及び第２貫通孔３６内には、第１接続配線３１１及び第２接続配線３１２が形成されている。第１接続配線３１１及び第２接続配線３１２は、第１貫通孔３５及び第２貫通孔３６の内部に亘って充填されている。また、第１接続配線３１１及び第２接続配線３１２の一端は、駆動回路基板３０の第２主面３０２側において、駆動回路１２０の端子に接続している。すなわち、第１接続配線３１１及び第２接続配線３１２は、第１貫通孔３５及び第２貫通孔３６から第２主面３０２（絶縁膜３７）上にまで連続して延設され、さらにコンタクトホール３７ａ内まで延設されて駆動回路１２０の端子に接続されている。
また、駆動回路基板３０の第１主面３０１では、第１バンプ３１及び第２バンプ３２の金属膜３４が第２の方向Ｙの中央側に延設されている。第１接続配線３１１及び第２接続配線３１２の他端は、駆動回路基板３０の第１主面３０１側において、第１バンプ３１及び第２バンプ３２の金属膜３４が延設された部分に接続している。すなわち、第１接続配線３１１及び第２接続配線３１２により、第１バンプ３１及び第２バンプ３２が駆動回路１２０に電気的に接続されている。
第１接続配線３１１、第２接続配線３１２、及び駆動回路１２０には、これらを保護する保護膜３４０が設けられている。本実施形態では、保護膜３４０は、駆動回路１２０を水分から保護するために設けられたものであり、湿気（水分）に対して変質し難い性質であるとともに、湿気（水分）を透過（透湿）させ難い性質を有する。
保護膜３４０は、耐湿性を有する材料であれば特に限定はない。例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）、酸化タンタル（ＴａＯｘ）、酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）等の無機絶縁材料、ポリイミド（ＰＩ）やポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、フッ素系樹脂等の材料を用いることができる。また、保護膜３４０は一層である場合に限定されず、複数層であってもよい。この場合、同一の材料で複数の保護膜３４０を形成してもよいし、異なる材料で複数の保護膜３４０を形成してもよい。
詳細は後述するが、第１接続配線３１１及び第２接続配線３１２は、めっきにより形成することができる。第１接続配線３１１及び第２接続配線３１２をめっきによって形成することで、微細な開口である第１貫通孔３５及び第２貫通孔３６内に第１接続配線３１１及び第２接続配線３１２を充填するように形成することが可能となる。
なお、第１接続配線３１１及び第２接続配線３１２は、第１貫通孔３５及び第２貫通孔３６内を充填する態様に限定されない。例えば、第１貫通孔３５及び第２貫通孔３６の内面のみに、スパッタリング法等の気相法によって形成した金属膜を第１接続配線３１１及び第２接続配線３１２としてもよい。
このような第１接続配線３１１及び第２接続配線３１２は、第１バンプ３１及び第２バンプ３２を介して第１電極６０及び第２電極８０に接続されている。具体的には、各第１電極６０に接続された個別配線９１と第１接続配線３１１とが第１バンプ３１により電気的に接続されている。また、第２電極８０に接続された共通配線９２と第２接続配線３１２とが第２バンプ３２により電気的に接続されている。
なお、個別配線９１及び共通配線９２を介さず、第１電極６０及び第２電極８０に第１接続配線３１１及び第２接続配線３１２を直接的に接続してもよい。
以上に説明したように、本実施形態に係るヘッド１は、保持部３２０内に圧電アクチュエーター３００が収容され、駆動回路基板３０の第２主面３０２側に駆動回路１２０が設けられている。駆動回路１２０は、圧電アクチュエーター３００とは反対側に面した、いわゆるフェイスアップ配置である。そして、これらの圧電アクチュエーター３００と駆動回路１２０とは、駆動回路基板３０を貫通して第３の方向Ｚに延びる第１接続配線３１１及び第２接続配線３１２により電気的に接続されている。
仮に、駆動回路１２０がフェイスダウン配置であると、従来技術で述べたように、駆動回路基板３０の第１主面３０１側に、保持部３２０よりも外側に、外部の制御回路等からの配線が接続される入力部を設けなければならない。すなわち、水平面（第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙで規定される面）で駆動回路基板３０が大型化してしまう。
しかしながら、本実施形態のヘッド１は、駆動回路１２０をフェイスアップ配置としたことで、外部の制御回路等からの外部配線が接続される入力部を駆動回路１２０に設けるための領域を必要としない。したがって、そのような入力部を形成するための領域は駆動回路基板３０に不要となり、駆動回路基板３０を小型化することができる。
また、本実施形態に係るヘッド１は、第１接続配線３１１及び第２接続配線３１２が駆動回路基板３０を貫通する第３の方向Ｚに延設されている。これにより、駆動回路１２０をフェイスアップ配置とすることで圧電アクチュエーター３００と駆動回路１２０とが保持部３２０の内外で離隔されても、これらを電気的に接続することができる。
ここで、仮に、圧電アクチュエーター３００と駆動回路１２０とを接続する接続配線を、駆動回路基板３０を貫通せずに設ける場合では次のような態様となる。まず、個別配線９１、共通配線９２を第１の方向Ｘ又は第２の方向Ｙに保持部３２０の外側まで引き延ばす。そして、その引き延ばした個別配線９１と共通配線９２とをボンディングワイヤー等の配線によって駆動回路１２０に接続する。このような態様では、個別配線９１及び共通配線９２を保持部３２０の外側まで引き出す領域が必要となり、水平面（第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙで規定される面）でヘッド１が大型化してしまう。
しかしながら、本実施形態に係るヘッド１では、第１接続配線３１１及び第２接続配線３１２が駆動回路基板３０を貫通する第３の方向Ｚに延設されているため、水平面で大型化することを回避することができる。
以上に述べたように、本実施形態に係るヘッド１は、水平面で小型化することができる。そして、ヘッド１は小型化が可能であるので、ノズル開口２１の高密度にも対応することができ、高密度にインクを吐出することができる。
また、本実施形態に係るヘッド１は、流路形成基板１０と駆動回路基板３０との間に保持部３２０が形成されているが、その高さは、第１バンプ３１及び第２バンプ３２により規定されている。このように第１バンプ３１及び第２バンプ３２は、上述したように、圧電アクチュエーター３００と駆動回路１２０とを電気的に導通させる機能とともに、保持部３２０を構成する機能を兼ねている。したがって、保持部３２０の高さを規定するための部品や部位を設けるためのコストを削減することができる。
また、２列の圧電アクチュエーター列３１０の間には、共通電極である第２電極８０から引き出された共通配線９２が設けられている。つまり、２列の圧電アクチュエーター列３１０の第２電極８０が一体化されている。このため、これに接続される第２バンプ３２も一列ですむ。結局、第１バンプ３１及び第２バンプ３２と合わせて合計３本のバンプですみ、駆動回路基板３０の第２の方向Ｙにおける幅を小型化することができる。
仮に、２列の圧電アクチュエーター列３１０の間に、個別電極である第１電極６０から引き出された個別配線９１を設けた場合、各個別配線９１を一体化することはできない。したがって、２列の圧電アクチュエーター列３１０の間には、各圧電アクチュエーター列３１０に対応した２列の第１バンプ３１を配置しなければならない。そして、２列の圧電アクチュエーター列３１０の外側には、それぞれの第２電極８０に対応して２列の第２バンプ３２を配置しなければならない。結局、４本の第１バンプ３１及び第２バンプ３２が必要となり、駆動回路基板３０の第２の方向Ｙにおける幅が大型化してしまう。
さらに、第２バンプ３２は、２列の圧電アクチュエーター列３１０の間に設けられている。すなわち、第２バンプ３２は、圧電アクチュエーター列３１０の第１の方向Ｘの長さと同じ又はそれ以下の長さで形成されている。これにより、第２バンプ３２の第１の方向Ｘの長さを、圧電アクチュエーター列３１０の間以外の領域に第２バンプ３２を設ける場合に比べて短くすることができ、第２バンプ３２が設けられる駆動回路基板３０についても第１の方向Ｘに小型化することができる。
また、本実施形態に係るヘッド１は、第１バンプ３１及び第２バンプ３２のそれぞれの第２の方向Ｙにおける両側に接着層３９が設けられている。このような構成とすることで、第１バンプ３１及び第２バンプ３２と個別配線９１及び共通配線９２との電気的接続をより確実に維持することができる。
さらに、上述したように、第２バンプ３２を構成する金属膜３４は、複数個の共通配線９２の全てに共通して接触するように形成されている。このような金属膜３４を備える第２バンプ３２としたことで、当該金属膜３４を駆動回路１２０に接続するための第２貫通孔３６及びこれに形成される第２接続配線３１２は少なくとも一つ形成すればよい。これにより、駆動回路基板３０に第２貫通孔３６を設ける領域を必要最小限とすることができ、駆動回路基板３０の小型化を図ることができる。
また、駆動回路基板３０には、第２貫通孔３６及び第２接続配線３１２を第１の方向Ｘにおいて第２バンプ３２の両側に設けた。これにより、各共通配線９２から駆動回路１２０までの距離の差が小さくなり、電圧降下のばらつきを抑えることができる。これにより、圧電アクチュエーター３００におけるインクの吐出特性にばらつきが生じることを抑制することができる。
このように、電圧降下のばらつきを抑えるためには、複数の第２貫通孔３６及び第２接続配線３１２を設ければよいことになるが、上述したように、駆動回路基板３０にそれらを形成するための領域を要してしまう。本実施形態では、２つの第２貫通孔３６及び第２接続配線３１２を第１の方向Ｘにおいて第２バンプ３２の両側に配置した。すなわち、第２貫通孔３６及び第２接続配線３１２を設ける領域を、第１の方向Ｘにおいて第２バンプ３２よりも外側に限定している。これにより、２つの第２貫通孔３６及び第２接続配線３１２により電圧降下のばらつきを抑えるとともに、駆動回路基板３０を第２の方向Ｙにおいて小型化することができる。
また、図４に示すように、流路形成基板１０と駆動回路基板３０とを接合する接着層３９は、第１バンプ３１の接続方向、すなわち、第３の方向Ｚにおいて、第１バンプ３１の一部とオーバーラップしている。具体的には、接着層３９は、第２の方向Ｙの幅が、流路形成基板１０側で第１バンプ３１と個別配線９１との接続を阻害しない範囲に広がっている。すなわち、本実施形態では、接着層３９は、横断面、つまり第２の方向Ｙの断面形状が、流路形成基板１０側が幅広で、駆動回路基板３０側が幅狭となる台形状となっている。このように接着層３９と第１バンプ３１とを第３の方向Ｚでオーバーラップさせることにより、接着層３９の接着領域を増加させて、流路形成基板１０と駆動回路基板３０との接合強度を向上することができる。また、本実施形態では、接着層３９の接着面積を第１バンプ３１と個別配線９１との接続を阻害しない程度に第１バンプ３１側に広げるようにしたため、接着層３９を第１バンプ３１とは反対側に広げる場合に比べて小型化を図ることができる。なお、特に図示していないが、共通配線９２における接着層３９においても同様の構成とすることにより、流路形成基板１０と駆動回路基板３０との接合強度をさらに向上することができる。
また、図４、図６に示すように、本実施形態に係るヘッド１は、駆動回路基板３０の第１主面３０１に収容部３３０が設けられている。収容部３３０は、駆動回路基板３０の第１主面３０１に第３の方向Ｚに窪んだ凹状の部位である。本実施形態では、駆動回路基板３０の第１主面３０１には、第２の方向Ｙにおいて第２バンプ３２の両側に、第１の方向Ｘに沿って２つの収容部３３０が延設されている。これらの収容部３３０は、各圧電アクチュエーター列３１０に対向している。
各収容部３３０には、駆動回路１２０に接続される補助配線１２１が設けられている。補助配線は請求項に記載の収容部に形成された配線の一例である。特に図示しないが、駆動回路基板３０には、第３の方向Ｚに貫通する貫通孔が設けられ、第１接続配線３１１と同様に当該貫通孔内に金属などの導電性部材が充填されている。これにより、補助配線１２１は、当該貫通孔内の導電性部材を経由して駆動回路１２０に電気的に接続されている。
補助配線１２１は、駆動回路１２０に含まれる電流容量が少ない配線に接続することで、当該配線の電気抵抗値を下げることができる。補助配線１２１は、駆動回路基板３０の第１主面３０１のうち、保持部３２０内の領域に設けられている。当該領域は、駆動回路１２０をフェイスアップ配置としたことで、特に電子部品等が形成されていない領域となっている。補助配線１２１は、このような保持部内の空いた領域を利用して設けられている。このように、駆動回路基板３０には、補助配線１２１を設けるための領域を保持部３２０の外側に別途設ける必要がなく、ヘッド１の小型化を図ることができる。
また、収容部３３０を設けたことで、圧電アクチュエーター列３１０の上面部分から駆動回路基板３０の第１主面３０１までの第３の方向Ｚにおける距離を広げることができる。すなわち、補助配線１２１を収容部３３０に配置することで、補助配線１２１を第１主面３０１に配置する場合よりも圧電アクチュエーター３００から離すことができる。これにより、圧電アクチュエーター３００の変位が第１主面３０１で阻害されるおそれを低減できる。
また、補助配線１２１と圧電アクチュエーター３００との電位差により放電する恐れがあるが、収容部３３０に補助配線１２１を配して圧電アクチュエーター３００との距離を広げたため、放電による破壊から圧電アクチュエーター３００を保護して信頼性のあるヘッド１とすることができる。
なお、補助配線１２１は必ずしも駆動回路１２０に接続されて電気抵抗値を下げるために設ける必要はなく、様々な用途に用いてもよい。例えば、補助配線１２１を第２バンプ３２に接続してもよい。これにより、補助配線１２１が共通電極である第２電極８０に接続されることになり、電圧を印加する際の配線抵抗差による能動部に印加する電圧のばらつきを抑制することができる。
また、収容部３３０に補助配線１２１を設けなくてもよい。この場合においては、収容部３３０を設けることで、圧電アクチュエーター３００の変位が駆動回路基板３０の第１主面３０１に阻害されることを抑制できる。また、補助配線１２１は第１主面３０１に設けてもよい。
ここで、図８を用いて第１貫通孔３５近傍に設けたガードリングについて説明する。図８は、駆動回路基板３０の第１主面３０１側における第１貫通孔３５近傍の断面図である。
駆動回路基板３０に第１貫通孔３５及び第２貫通孔３６を設けた場合、第１貫通孔３５及び第２貫通孔３６を介して環境雰囲気に含まれる水分が駆動回路１２０側に侵入し、駆動回路１２０の故障や破壊が発生する虞がある。
そこで、図３及び図８に示すように、駆動回路基板３０の第１主面３０１及び第２主面３０２に、第１貫通孔３５及び第２貫通孔３６の周囲に亘って金属配線３８、いわゆるガードリングを設けるようにした。駆動回路基板３０に金属配線３８を設けることによって、第１貫通孔３５及び第２貫通孔３６を介して環境雰囲気に含まれる水分が駆動回路１２０側に侵入するのを抑制して駆動回路１２０の故障及び破壊を抑制することができる。
なお、金属配線３８は、駆動回路基板３０を厚さ方向である第３の方向Ｚに亘って連続して設けるようにしてもよい。また、第１主面３０１又は第２主面３０２の何れか一方にのみ金属配線３８を設けてもよい。
図１〜図３に示すように、このような流路形成基板１０、駆動回路基板３０、連通板１５及びノズルプレート２０の接合体には、複数の圧力発生室１２に連通するマニホールド１００を形成するケース部材４０が固定されている。ケース部材４０は、平面視において上述した連通板１５と略同一形状を有し、駆動回路基板３０に接合されると共に、上述した連通板１５にも接合されている。具体的には、ケース部材４０は、駆動回路基板３０側に流路形成基板１０及び駆動回路基板３０が収容される深さの凹部４１を有する。この凹部４１は、駆動回路基板３０の流路形成基板１０に接合された面よりも広い開口面積を有する。そして、凹部４１に流路形成基板１０等が収容された状態で凹部４１のノズルプレート２０側の開口面が連通板１５によって封止されている。また、ケース部材４０には、凹部４１の第２の方向Ｙの両側に凹形状を有する第３マニホールド部４２が形成されている。この第３マニホールド部４２と、連通板１５に設けられた第１マニホールド部１７及び第２マニホールド部１８とによって本実施形態のマニホールド１００が構成されている。
ケース部材４０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。ちなみに、ケース部材４０として、樹脂材料を成形することにより、低コストで量産することができる。
連通板１５のノズルプレート２０側の面には、コンプライアンス基板４５が設けられている。このコンプライアンス基板４５が、第１マニホールド部１７と第２マニホールド部１８のノズルプレート２０側の開口を封止している。このようなコンプライアンス基板４５は、本実施形態では、封止膜４６と、固定基板４７と、を具備する。封止膜４６は、可撓性を有する薄膜（例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）やステンレス鋼（ＳＵＳ）等により形成された厚さが２０μｍ以下の薄膜）からなり、固定基板４７は、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等の金属等の硬質の材料で形成される。この固定基板４７のマニホールド１００に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部４８となっているため、マニホールド１００の一方面は可撓性を有する封止膜４６のみで封止された可撓部であるコンプライアンス部４９となっている。
ケース部材４０には、マニホールド１００に連通して各マニホールド１００にインクを供給するための導入路４４が設けられている。また、ケース部材４０には、駆動回路基板３０が露出し、外部配線（図示せず）が挿通される接続口４３が設けられており、接続口４３に挿入された外部配線が駆動回路１２０と接続されている。
このような構成のヘッド１では、インクを噴射する際に、インクが貯留された液体貯留手段から導入路４４を介してインクを取り込み、マニホールド１００からノズル開口２１に至るまで流路内部をインクで満たす。その後、駆動回路１２０からの信号に従い、圧力発生室１２に対応する各圧電アクチュエーター３００に電圧を印加することにより、圧電アクチュエーター３００と共に振動板５０をたわみ変形させる。これにより、圧力発生室１２内の圧力が高まり所定のノズル開口２１からインク滴が噴射される。
ここで、本実施形態に係るヘッド１の製造方法について図９〜図１６を参照して説明する。図９〜図１６は、本実施形態に係るヘッドの製造方法を示す断面図である。
図９（ａ）に示すように、シリコンウェハーであり複数の流路形成基板１０が一体的に形成される流路形成基板用ウェハー１１０の表面に振動板５０を形成する。本実施形態では、流路形成基板用ウェハー１１０を熱酸化することによって形成した二酸化シリコン（弾性膜５１）と、スパッタリング法で成膜後、熱酸化することによって形成した酸化ジルコニウム（絶縁体膜５２）との積層からなる振動板５０を形成した。
次に、図９（ｂ）に示すように、振動板５０上の全面に第１電極６０を形成すると共に所定形状にパターニングする。なお、第１電極６０に圧電体層７０の結晶成長を制御するための制御層を形成してもよい。本実施形態では、特に図示していないが、圧電体層７０（ＰＺＴ）の結晶制御としてチタンを使用している。チタンは、圧電体層７０の成膜時に圧電体層７０内に取り込まれるため、圧電体層７０形成後には膜として存在していない。
次に、図９（ｃ）に示すように、第１電極６０上に圧電体層７０及び第２電極８０を順次積層形成する。ここで、本実施形態では、金属錯体を溶媒に溶解・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層７０を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて圧電体層７０を形成している。なお、圧電体層７０の製造方法は、ゾル−ゲル法に限定されず、例えば、ＭＯＤ（Metal-Organic Decomposition）法やスパッタリング法又はレーザーアブレーション法等のＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法等を用いてもよい。すなわち、圧電体層７０は液相法、気相法の何れで形成してもよい。
次に、図９（ｄ）に示すように、圧電体層７０及び第２電極８０を同時にパターニングすることで、圧電アクチュエーター３００を形成する。なお、圧電体層７０及び第２電極８０のパターニングは、例えば、反応性イオンエッチングやイオンミリング等のドライエッチングが挙げられる。
次に、図９（ｅ）に示すように、金（Ａｕ）からなる個別配線９１及び共通配線９２を形成すると共に所定形状にパターニングする。
次に、シリコンウェハーであり駆動回路基板用ウェハー１３０に複数の駆動回路基板３０を一体的に形成する。
具体的には、図１０（ａ）に示すように、駆動回路基板用ウェハー１３０を熱酸化することによって二酸化シリコンからなる第１絶縁膜４０１を形成し、一方面（第２主面３０２）に駆動回路１２０を一体的に形成する。
次に、図１０（ｂ）に示すように、第１絶縁膜４０１のうち第１貫通孔３５となる部分を除去する。具体的には、駆動回路基板用ウェハー１３０の第２主面３０２上に、レジスト層４１０を設け、第１貫通孔３５となる部分を除去するよう、所定形状に露光する。特に図示しないが、第２貫通孔３６についても同様に形成する。そして、ドライエッチングにより第１絶縁膜４０１のうち、第１貫通孔３５及び第２貫通孔３６となる部分を除去する。その後、残ったレジスト層４１０を除去する。
次に、図１０（ｃ）に示すように、駆動回路基板用ウェハー１３０の第２主面３０２上にレジスト層４１１を設け、第１貫通孔３５及び第２貫通孔３６となる部分が露出するように所定形状に露光する。そして、ドライエッチングによりシリコンを除去して駆動回路基板用ウェハー１３０に第１貫通孔３５及び第２貫通孔３６を形成する。その後、残ったレジスト層４１１を除去する。
次に、図１１（ａ）に示すように、駆動回路基板用ウェハー１３０に第２絶縁膜４０２を形成する。具体的には、ＣＶＤ法により、駆動回路基板用ウェハー１３０の全面に例えば、二酸化シリコンからなる第２絶縁膜４０２を形成する。これにより、シリコン基板である駆動回路基板用ウェハー１３０の第１貫通孔３５の内面は、第２絶縁膜４０２により絶縁される。特に図示しないが、第２貫通孔３６の内面も第２絶縁膜４０２により絶縁される。
次に、図１１（ｂ）に示すように、第１貫通孔３５内に、第１接続配線３１１の一部を構成する第１接続配線３１１ａを形成する。ここでは銅からなる第１接続配線３１１を形成する。
具体的には、ＣＶＤ法やスパッタ法により、第１貫通孔３５内に銅からなるシード層を形成する。このシード層は、後の無電界めっきの触媒（アクチベーター）として機能するものである。次に、シード層に無電界めっきによって銅からなる第１接続配線３１１を形成する。これにより、第１貫通孔３５内に充填された銅からなる第１接続配線３１１ａが形成される。また、特に図示しないが、同様にして第２貫通孔３６内にも銅からなる第２接続配線３１２の一部を形成しておく。その後、駆動回路基板用ウェハー１３０の両面をＣＭＰ処理しておくことが好ましい。
次に図１１（ｃ）に示すように、駆動回路１２０の端子部分を露出させる。具体的には、駆動回路基板用ウェハー１３０の第２主面３０２側にレジスト層４１２を形成し、駆動回路１２０の端子が露出するように所定形状に露光する。そして、ドライエッチングをすることで、第２主面３０２上の第２絶縁膜４０２の一部を除去してコンタクトホール３７ａを形成し、駆動回路１２０の端子を露出させる。その後、レジスト層４１２を除去する。
次に、図１２（ａ）に示すように、駆動回路基板用ウェハー１３０の第２主面３０２側に第１接続配線３１１の一部を構成する第１接続配線３１１ｂを形成する。具体的には、駆動回路基板用ウェハー１３０の第２主面３０２の全面に密着層（特に図示せず）を形成し、当該密着層上に金からなる配線層４１３を形成する。密着層としては、配線層４１３に金や銅を用いる場合、ニッケルやニッケル・クロムの合金（ニクロム）、チタンタングステンなどを用いることができる。
次に、図１２（ｂ）に示すように、配線層４１３をパターニングすることで、第１接続配線３１１ａ及び第１接続配線３１１ｂからなる第１接続配線３１１を形成する。なお、配線層４１３のパターニングは、例えば、配線層４１３上に所定形状のレジストを形成した後、レジストを介してエッチングすることによって行うことができる。第１接続配線３１１の他の製法としては、レーザー光を用いたレーザーパターニングを行うようにしてもよい。レーザーパターニングによれば、高精度なパターニングが可能になる。また、特に図示しないが、第２接続配線３１２についても同様に形成する。
次に、図１２（ｃ）に示すように、駆動回路基板用ウェハー１３０の第２主面３０２側、すなわち、第２絶縁膜４０２及び第１接続配線３１１を覆うように、保護膜３４０を形成する。ここでは、保護膜３４０として、ポリイミドを用いる。保護膜３４０の製法に特に限定はなく、例えば、ＣＶＤ法、スピンコート法、スパッタ法などが挙げられる。
次に、図１３（ａ）に示すように、駆動回路基板用ウェハー１３０の第１主面３０１側に、補助配線１２１を形成する収容部３３０を形成する。具体的には、第１主面３０１の全面にレジスト層（特に図示せず）を形成し、収容部３３０が形成されるように所定形状に露光し、アルカリ性水溶液を用いた異方性エッチング（ウェットエッチング）により一部を除去して収容部３３０を形成する。その後レジスト層を除去する。
次に、図１３（ｂ）に示すように、第１主面３０１に形成した収容部３３０に補助配線１２１を形成する。具体的には、第１主面３０１側にレジスト層（特に図示せず）を形成し、補助配線１２１が形成される領域を除いてレジスト層が残存するように、レジスト層を所定形状に露光する。そして、その後、補助配線１２１を形成する。補助配線１２１の形成方法に特に限定はないが、図１２に示した第１接続配線３１１と同様に形成することができる。
次に、図１３（ｃ）に示すように、第１バンプ３１及び第２バンプ３２を形成する。具体的には第１主面３０１側に、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、シリコーン変性ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂などの感光性絶縁樹脂や熱硬化性絶縁樹脂などの樹脂を塗布し、所定形状にパターニングすることで、コア部３３を形成する。次に、コア部３３上に、金属膜３４を形成する。具体的には、スパッタ法により密着層（図示せず）を形成し、当該密着層上に及び金からなる配線層（特に図示せず）を形成する。そして、密着層及び配線層をフォトリソグラフィー法により所定形状にパターニングして第１バンプ３１及び第２バンプ３２を形成する。
流路形成基板１０における第２バンプ３２の配置に特に限定はないが、２列の圧電アクチュエーター列３１０の間、すなわち、圧電アクチュエーター列３１０の第１の方向Ｘの長さと同じ又はそれ以下の長さで第２バンプ３２を形成することが好ましい。これにより、第２バンプ３２の第１の方向Ｘの長さを、圧電アクチュエーター列３１０の間以外の領域に第２バンプ３２を設ける場合に比べて短くすることができ、第２バンプ３２が設けられる駆動回路基板３０についても第１の方向Ｘに小型化することができる。
なお、第２バンプ３２を、圧電アクチュエーター列３１０の延長線上の領域に形成してもよい。すなわち、第１の方向Ｘにおいて、圧電アクチュエーター列３１０よりも外側の領域に第２バンプ３２を設け、共通電極である第２電極８０から、その第２バンプ３２に対向する位置まで共通配線９２を設けてもよい。
ここで、図１３に示した工程は、順序を入れ替えることもできる。図１４（ａ）に示すように、まず、第１バンプ３１及び第２バンプ３２を形成する（図１３（ｃ）に対応）。次に、図１４（ｂ）に示すように、収容部３３０を形成する（図１３（ａ）に対応）。そして、図１４（ｃ）に示すように、収容部３３０内に補助配線１２１を形成する（図１３（ｂ）に対応）。
図１５（ａ）に示すように、上述した工程によって製造した駆動回路基板用ウェハー１３０を、流路形成基板用ウェハー１１０の圧電アクチュエーター３００側に接着層３９を介して接合する。これにより、個別配線９１及び共通配線９２が、第１バンプ３１及び第２バンプ３２を介して、第１接続配線３１１及び第２接続配線３１２に接続される。なお、上述した第１絶縁膜４０１及び第２絶縁膜４０２は、絶縁膜３７として一体的に図示している。
次に、図１５（ｂ）に示すように、駆動回路基板用ウェハー１３０が接合された流路形成基板用ウェハー１１０を所定の厚みに薄くする。
次に、図１６（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０にマスク膜５３を新たに形成し、所定形状にパターニングする。
次に、図１６（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０をマスク膜５３を介してアルカリ性水溶液を用いた異方性エッチング（ウェットエッチング）することにより、圧電アクチュエーター３００に対応する圧力発生室１２、インク供給路１３、連通路１４等を形成する。
その後は、流路形成基板用ウェハー１１０の駆動回路基板用ウェハー１３０とは反対側の面にノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０を接合すると共に、駆動回路基板用ウェハー１３０にコンプライアンス基板４５を接合し、流路形成基板用ウェハー１１０等を図１に示すような一つのチップサイズの流路形成基板１０等に分割することによって、本実施形態のヘッド１とする。
以上に説明した本実施形態に係るヘッド１の製造方法は、駆動回路１２０をフェイスアップ配置としたことで、外部の制御回路等からの外部配線が接続される入力部を駆動回路１２０に設けるための領域を必要としない。したがって、そのような入力部を形成するための領域は駆動回路基板３０に不要となり、駆動回路基板３０を小型化することができる。また、第１接続配線３１１及び第２接続配線３１２を、駆動回路基板３０を貫通する第３の方向Ｚに延設するので、駆動回路基板３０を水平面で大型化することを回避することができる。
このように本実施形態に係るヘッド１の製造方法によれば、駆動回路基板３０を小型化し、ヘッド１の小型化が可能となる。そして、ヘッド１は小型化が可能であるので、ノズル開口２１の高密度にも対応することができ、高密度にインクを吐出することができるヘッド１を製造することができる。
また、本実施形態では、予め第１バンプ３１及び第２バンプ３２並びに第１接続配線３１１及び第２接続配線３１２が形成された駆動回路基板３０を流路形成基板１０に接合するだけで、第１接続配線３１１及び第２接続配線３１２と、個別配線９１及び共通配線９２との電気的接合を行うことができる。これにより、流路形成基板１０と駆動回路基板３０とを接合した後、保持部３２０の外部に引き出されたリード電極に、成膜及びリソグラフィー法によって接続配線を接続する場合に比べて製造工程を簡略化することができる。
〈実施形態２〉
実施形態のヘッド１は、液体噴射装置の一例であるインクジェット式記録装置に搭載される。図１７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。
インクジェット式記録装置Ｉにおいて、ヘッド１は、インク供給手段を構成するカートリッジ２が着脱可能に設けられ、ヘッド１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。
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、紙等の記録媒体である記録シート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、記録シート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。
なお、上述したインクジェット式記録装置Ｉでは、ヘッド１がキャリッジ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ず、例えば、ヘッド１が固定されて、紙等の記録シート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。
また、上述した例では、インクジェット式記録装置Ｉは、液体貯留手段であるカートリッジ２がキャリッジ３に搭載された構成であるが、特にこれに限定されず、例えば、インクタンク等の液体貯留手段を装置本体４に固定して、貯留手段とヘッド１とをチューブ等の供給管を介して接続してもよい。また、液体貯留手段がインクジェット式記録装置に搭載されていなくてもよい。
〈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。
上述した実施形態１では、第１バンプ３１及び第２バンプ３２は、駆動回路基板３０に設けられていたが、必ずしもこのような態様に限定されない。第１バンプ３１及び第２バンプ３２は、流路形成基板１０側に設けられていてもよい。この場合、第１バンプ及び第２バンプが、流路形成基板上、流路形成基板上の振動板、圧電アクチュエーターを構成する個別電極、圧電体層又は共通電極上の何れに設けられた場合でも、請求項に記載のアクチュエーター基板に設けられた第１バンプ及び第２バンプに該当する。
実施形態１では、第２バンプ３２は、２列の圧電アクチュエーター列３１０の間に設けられていたが、このような態様に限定されず、駆動回路基板３０又は流路形成基板１０の任意の位置に設けることができる。例えば、圧電アクチュエーター列３１０の延長線上の領域に第２バンプ３２を設けてもよい。すなわち、第１の方向Ｘにおいて、圧電アクチュエーター列３１０よりも外側の領域に第２バンプ３２を設け、その第２バンプ３２に対向する位置まで共通配線９２を設けた態様でもよい。
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１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、１列の圧電アクチュエーター３００の列毎に駆動回路１２０を設けてもよい。
接着層３９は、３列の第１バンプ３１及び第２バンプ３２のそれぞれについて第２の方向Ｙの両側に設けられていたが、特にこれに限定されない。少なくとも、第１バンプ３１の両側に設けられていればよい。
また、上述した実施形態１では、１つの流路形成基板１０に対して１つの駆動回路基板３０を設けるようにしたが、特にこれに限定されない。例えば、圧電アクチュエーター列３１０毎に駆動回路基板３０を設けるようにしてもよい。すなわち、１つの流路形成基板１０に対して２つの駆動回路基板３０を設けるようにしてもよい。
実施形態１では、共通配線９２は、２列の圧電アクチュエーター列３１０の共通電極である第２電極８０から引き出されていた。すなわち、共通配線９２は、２列の圧電アクチュエーター列３１０に共通の配線であったが、このような態様に限定されない。例えば、圧電アクチュエーター列３１０の第２電極８０からそれぞれ共通配線９２を設けてもよい。つまり、共通配線９２は、一方の圧電アクチュエーター列３１０と、他方の圧電アクチュエーター列３１０からそれぞれ個別に引き出され、それぞれの共通配線９２が第２バンプ３２に接触するような構成であってもよい。なお、共通配線９２は、２列の圧電アクチュエーター列３１０に共通であることが好ましい。２列の圧電アクチュエーター列３１０に共通の共通配線９２とすることで、個別の共通配線９２とするよりも、第２バンプ３２を介して接続される第２接続配線３１２や第２貫通孔３６の個数を削減し、小型化を図ることができる。
実施形態１では、第２バンプ３２は、第１の方向Ｘに沿って延設されたコア部３３上に、コア部３３を覆うように第１の方向Ｘに長尺な金属膜３４が形成された構成であったが、このような態様に限定されない。例えば、共通配線９２毎に第２バンプ３２を設けてもよい。つまり、第１バンプ３１が複数の個別配線９１ごとに設けられていたのと同様に、複数の共通配線９２ごとに第２バンプを設けてもよい。この場合、第２バンプ３２毎に第２貫通孔３６を形成し、第２接続配線３１２を設けて駆動回路１２０に接続する。
実施形態１では、第２貫通孔３６は、第１の方向Ｘにおいて第２バンプ３２の両側に２つ設けたがこのような態様に限定されず、位置、個数は任意である。
また、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駆動素子として、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、駆動素子として、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。
本発明は、広く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、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。
Ｉ インクジェット式記録装置、 １ ヘッド、 １０ 流路形成基板、 １２ 圧力発生室、 ２０ ノズルプレート、 ３０ 駆動回路基板、 ３１ 第１バンプ、 ３２ 第２バンプ、 ３５ 第１貫通孔、 ３６ 第２貫通孔、 ９１ 個別配線、 ９２ 共通配線、 １００ マニホールド、 １２０ 駆動回路、 １２１ 補助配線（配線）、 ３００ 圧電アクチュエーター、 ３１０ 圧電アクチュエーター列、 ３１１ 第１接続配線、 ３１２ 第２接続配線、 ３２０ 保持部、 ３３０ 収容部

Claims (6)

  1. 液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室に圧力変化を生じさせるピエゾ素子が第１の方向に並設されたピエゾ素子列を第１の方向とは交差する第２の方向に２列有するアクチュエーター基板と、
    前記アクチュエーター基板に対向する第１主面とは反対側の第２主面に前記ピエゾ素子を駆動する駆動回路が設けられた駆動回路基板と、
    前記アクチュエーター基板又は前記駆動回路基板の何れか一方に設けられた第１バンプ及び第２バンプとを備え、
    前記第１バンプは、第２の方向において前記ピエゾ素子列の外側に設けられ、
    前記アクチュエーター基板と前記駆動回路基板とを接着する接着層は、少なくとも、前記第２の方向において前記第１バンプの両側に設けられており、
    前記ピエゾ素子は、前記圧力発生室に対応して独立して設けられる個別電極と、前記ピエゾ素子列に共通する共通電極と、前記共通電極及び前記個別電極間に設けられた圧電体層とを有し、
    前記駆動回路基板には、前記第１主面と前記第２主面とを連通して前記個別電極ごとに設けられた複数の第１貫通孔と、前記第１主面と前記第２主面とを連通して前記共通電極に対応して設けられた少なくとも一つの第２貫通孔とが設けられ、
    前記第１貫通孔内及び前記第２貫通孔内には、前記駆動回路と前記ピエゾ素子とを電気的に接続する第１接続配線及び第２接続配線が設けられ、
    前記個別電極と前記第１接続配線とは前記第１バンプにより、前記共通電極と前記第２接続配線とは前記第２バンプにより電気的に接続されている
    ことを特徴とするヘッド。
  2. 請求項１に記載するヘッドにおいて、
    前記第２バンプは、前記ピエゾ素子列の間に設けられている
    ことを特徴とするヘッド。
  3. 請求項１又は請求項２に記載するヘッドにおいて、
    前記接着層は、前記第２の方向において前記第２バンプの両側に設けられている
    ことを特徴とするヘッド。
  4. 請求項１〜請求項３の何れか一項に記載するヘッドにおいて、
    前記駆動回路基板の前記アクチュエーター基板側の面に、前記ピエゾ素子列に対向して第２の方向の延設された凹状の収容部が設けられ、
    前記収容部内に配線が形成されている
    ことを特徴とするヘッド。
  5. 請求項１〜請求項４の何れか一項に記載するヘッドにおいて、
    前記第２バンプは、第１の方向に延設され、
    前記第２貫通孔は、第１の方向において前記第２バンプの両端よりも外側に少なくとも２つ形成されている
    ことを特徴とするヘッド。
  6. 請求項１〜請求項５の何れか一項に記載する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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