JP6446798B2 - 液滴吐出ヘッド及び画像形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、液滴吐出ヘッド及び画像形成装置に関する。
近年、インクジェットプリンタの高速化および高画質化の印字性能に対する要求と小型化・省スペース化・低コスト化とが望まれており、そのために、主要部品である液滴吐出ヘッドの高集積化および小型化が必要である。このため、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）工法を液滴吐出ヘッドに応用する技術が開発されている。
液滴吐出ヘッドの方式の一つである、圧電アクチュエータを用いた液滴吐出ヘッドとして、特にユニモルフ型は薄膜の圧電材料と単純な電極、振動板構造で高い駆動力を得られることからＭＥＭＳ工法を用いた液滴吐出ヘッドに採用されている(例えば、特許文献１〜４参照)。
ユニモルフ型の圧電アクチュエータを用いた液滴吐出ヘッドの断面構造例を図１に示す。液滴吐出ヘッドはノズルプレート１０、流路基板１１、強度を付与し、圧電アクチュエータを保護するための保持基板１２を貼り合わせた構造となっている。
図１に示した液滴吐出ヘッドにおいては、圧電アクチュエータ１７と図示しない駆動回路とを接続するための引出し配線１９が設けられている。引出し配線１９は、圧電アクチュエータ１７の電極と、保持基板１２の開口部に設けられた駆動回路接続部１８との間を接続するように形成されている。このため、上記の様に保持基板１２を貼り合わせる場合、流路基板１１上の保持基板１２との接着領域である保持基板接着領域に引き出し配線１９を横断して引き出すこととなる。
ここで、図２（Ａ）に図１のＡ−Ａ´線での断面図を、図２（Ｂ）に図１のＢ−Ｂ´線での断面図を示す。図２（Ｂ）に示すとおり、液滴吐出ヘッドには上部電極１７３、圧電体１７２、下部電極１７１からなる圧電アクチュエータ１７が複数個配列されており、各圧電アクチュエータ１７から駆動回路接続部１８に引き出し配線（個別電極配線）１９が引き出されている。
この際、図２（Ａ）に示すように、隣接する引き出し配線１９を互いに絶縁するため、引き出し配線１９は間隔をあけて設けられ、その上下の面には層間絶縁膜２２、２３が設けられている。係る引き出し配線１９の上面に保持基板１２を貼り合わせているため、配線の形状や、接着剤の量によっては、接着面に含まれる引き出し配線１９に起因する段差により、例えば図３に示すように隙間３０が生じ易くなるという問題がある。
特に近年では印刷速度の向上が求められており、そのためには、液滴吐出ヘッドの吐出周波数の向上が必要であるため、高周波駆動に対応できる高剛性の液滴吐出ヘッドが求められている。このため、剛性の弱い接着剤の厚さを薄くすることが求められており、配線段差が接着面に反映され易いため特に隙間が発生しやすくなっている。
そして、液滴吐出ヘッドに駆動回路４１を実装する場合には、図４（Ａ）に示すようにワイヤボンディング実装されるか、図４（Ｂ）に示すようにフリップチップ実装されることとなる。いずれの場合でも、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように駆動回路接続部１８を保護するため、封止材４３を塗布または充填することとなる。この際に、上記のように保持基板１２と流路基板１１との接着部に隙間があると、毛管力で振動室２１内に封止材４３が流入してしまう。流入した封止材４３は振動室２１内の圧電アクチュエータ１７上に堆積し圧電アクチュエータ１７の性能を低下させてしまうという問題があった。
また、ユニモルフ型の圧電アクチュエータでは、薄膜の圧電体を用いるため、圧電体に印可される電界は高くなるため、圧電体に要求される絶縁耐圧を高くする必要がある。そのため、上記の様に保持基板と流路基板との間に隙間が形成され、該隙間部分から空気や水分等が流入し、圧電体が空気中の水分やインクの揮発成分により還元等の損傷が生じると絶縁耐圧不良となり、不吐出のノズルが発生するという問題があった。
ここで、特許文献２においては、保護基板のリード電極上に接合される接合部には、リード電極間に対向する領域に接着剤を収容する凹状の収容部を形成する技術が開示されている。
また、特許文献３では、粒状の絶縁物が混練された接着剤によって流路形成基板と封止基板とを接着する方法が開示されており、接着剤の流れ出し量が絶縁物により規制することができるとされている。
しかしながら、特許文献２に開示された方法は、個別リード電極の凹部内に接着剤を流し込もうとするものに過ぎず、上述のような隙間の発生を十分に抑制できていなかった。さらに、配線段差による空間（隙間）が発生した場合に、駆動回路実装部の封止材や、空気中の水分等が圧電アクチュエータ部分に流入を防止することができていなかった。
また、特許文献３においては、流路形成基板と封止基板との間に隙間が生じることについて認識されておらず、配線（段差）による隙間の低減や封止材の流入の抑制を行うことができていなかった。さらに、接着剤の制約が大きくなるため、接着剤の厚さを薄くすることが困難であり、液滴吐出ヘッドの高速駆動に必要な剛性の向上が困難となるという問題があった。
そこで、本発明は、接着剤の量が少ない場合でも、配線段差による保持基板と流路基板との間に隙間の発生することを抑制でき、配線段差による隙間が発生した場合でも駆動回路実装部の封止材の振動室内への流入を抑制できる液滴吐出ヘッドを提供することを目的とする。
上記課題を解決するため本発明は、個別液室が形成された流路基板上に、
複数の圧電素子と、
前記圧電素子の電極と、駆動回路に接続するための駆動回路接続部との間を接続する複数の配線と、
前記流路基板と対向する側の面に前記複数の圧電素子を収容する凹部を有し、前記駆動回路接続部上面に開口部が設けられた保持基板と、を有し、
前記開口部と前記凹部とを隔てる前記保持基板の壁部と、前記流路基板とが接着される接着領域内において、前記配線間の形状が屈曲部を有する形状であり、
前記接着領域と前記駆動回路接続部との間の領域における前記配線の配線間隔は、前記駆動回路接続部間の間隔よりも広い部分を含むことを特徴とする液滴吐出ヘッドを提供する。
本発明によれば、接着剤量が少ない場合でも、配線段差による保持基板と流路基板との間に隙間の発生を抑制するこができ、配線段差による隙間が発生した場合でも駆動回路実装部の封止材の振動室内への流入を抑制することが可能な液滴吐出ヘッドを提供できる。
ユニモルフ型の圧電アクチュエータを用いた液滴吐出ヘッドの断面構造例の説明図 図１のＡ−Ａ´線、Ｂ−Ｂ´線における断面図 従来の保持基板接着領域における引き出し配線の構成例の説明図 駆動回路接続部周辺に封止材を配置した場合の構成例の説明図 本発明の第１の実施形態に係る保持基板接着領域における引き出し配線の構成の説明図 本発明の第１の実施形態に係る保持基板接着領域における引き出し配線の構成の説明図 本発明の第１の実施形態に係る保持基板接着領域における引き出し配線の構成の説明図 本発明の第１の実施形態に係る保持基板接着領域における引き出し配線の拡大図 本発明の第１の実施形態に係る保持基板接着領域における引き出し配線の拡大図 本発明の第１の実施形態に係る保持基板接着領域における引き出し配線の拡大図 本発明の第２の実施形態に係る液滴吐出ヘッドにおける引き出し配線の構成の説明図 本発明の第２の実施形態に係る液滴吐出ヘッドにおける引き出し配線の拡大図 本発明の第２の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの断面構造例の説明図 本発明の第２の実施形態に係る液滴吐出ヘッドにおける引き出し配線の他の構成例の説明図 本発明の第３の実施形態に係る画像形成装置の概要を示す斜視図。 本発明の第３の実施形態に係る画像形成装置の断面図。
以下に、発明を実施するための形態について図面を用いて説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。
［第１の実施形態］
本実施形態では、本発明の液滴吐出ヘッドについて説明する。
本実施形態の液滴吐出ヘッドは、個別液室が形成された流路基板上に、複数の圧電素子と、前記圧電素子の電極と、駆動回路に接続するための駆動回路接続部との間を接続する複数の配線とを有している。さらに、流路基板と対向する側の面に前記複数の圧電素子を収容する凹部を有し、前記駆動回路接続部上面に開口部が設けられた保持基板を有している。そして、前記保持基板は、前記流路基板上の前記配線を横切る領域を含む保持基板接着領域において前記流路基板と接着され、前記保持基板接着領域において、前記配線の配線間の形状がクランク部を有する形状であることを特徴とする。
本実施形態の液滴吐出ヘッドの構成について、図１を用いて説明する。図１は、上述の様に、ユニモルフ型の圧電アクチュエータを用いた液滴吐出ヘッドの断面構造例を示したものである。
本実施形態の液滴吐出ヘッドとしては、例えば図１に示すようにノズルプレート１０、流路基板１１、保持基板１２を積層した構成とすることができる。なお、以下の説明では液体としてインクを用いた場合を例に説明しているが、本実施形態の液滴吐出ヘッドに適用できる液体はインクに限定されるものではなく、その用途等に応じて任意の各種液体を用いることができる。
各部材について以下に説明する。
（ノズルプレート）
ノズルプレート１０はノズル１５を形成した板状の部材である。ノズル１５は流路基板１１に形成される個別液室１４ごとに配置され、個別液室１４と連通する。
ノズルプレート１０の材質は特に限定されるものではなく、例えば金属・合金、誘電体、半導体、樹脂等の各種材料を用いることができ、加工法に応じて選択することができる。
金属・合金を用いる場合、例えば電鋳法によりノズル等の所望の形状とする場合はＮｉ、Ｃｕなどを好ましく用いることができる。また、機械加工およびレーザー加工により所望の形状に加工する場合にはステンレス鋼（以下、「ＳＵＳ」とも記載する）などを好ましく用いることができる。金属・合金を用いる場合は中でもインクに対する耐腐食性の高いものを用いることが好ましく、具体的には例えばＳＵＳを好ましく用いることができる。
誘電体を用いる場合はガラスや任意のセラミックス材料を用いることができる。加工方法はエッチング、レーザーアブレーションなどの方式から選定することが可能である。
半導体を用いる場合はＳｉウェハを好ましく用いることができ、ノズル等の形状加工方法としては半導体プロセス技術であるフォトリソグラフィを用いることができる。
樹脂を用いる場合、材料は特に限定されるものではなく、加工法としてはドライフィルムレジストなどの感光性材料を用いる方法やレーザー加工する方式などを選定することができる。
ノズルプレートの厚さおよびノズルの形状は所望の特性に合わせて任意の形状とすることができるが、ノズルプレートの厚さとしては１０〜１００μｍの範囲が加工性（生産性）、および形成したノズルの吐出性能の観点から好ましい。薄すぎる場合は剛性が不足するため、生産性が低下すると同時に吐出時の圧力に対して強度が不足するため吐出効率が低下する。一方、厚すぎる場合はプレス加工、レーザー加工などのノズルの加工における生産性が著しく低下するため好ましくない。
ノズル径は所望の吐出滴の速度、吐出滴の体積から選定することができ、特に限定されないが、１０〜４０μｍの範囲が好ましく、１５〜２５μｍの範囲であることがより好ましい。
ノズルの断面形状は加工方式により任意の形状を取ることができるが、テーパー形状、ラウンド形状、ストレート形状などが例として挙げられる。ノズルの吐出面は撥インク処理をすることができ、一般的な撥水、撥油材料を塗布または成膜することで吐出性能および吐出安定性を向上することができる。ノズルプレート１０と流路基板１１とを貼りあわせる方法は特に限定されるものではないが、例えば接着剤により両者を接着することが好ましく、接着剤としては特に限定されるものではなく、必要とされる耐久性等を鑑みて選択することができる。
（流路基板）
流路基板１１にはノズル１５およびインク供給路１３に連通する個別液室１４が形成される。また、個別液室１４上に形成される圧電アクチュエータ１７および圧電アクチュエータ１７に駆動信号を供給する引き出し配線１９（個別電極配線および／または共通電極配線）を形成することができる。
上記のような構成により、圧電アクチュエータ１７を駆動することで振動板１６を変位させ、これにより個別液室１４内のインクに圧力変動を発生させ、ノズル１５からインクを吐出することができる。
流路基板１１の材料は特に限定されるものではないが、ユニモルフ型の圧電アクチュエータを高密度で形成するためにはシリコン（Ｓｉ）ウェハを用いることが好ましい。
流路基板１１に個別液室１４を形成するための加工方法は任意の手法を用いることができるが、前述のように、流路基板としてシリコン（Ｓｉ）ウェハを用いた場合、半導体デバイスで用いられるフォトリソグラフィで加工することができる。
個別液室１４を掘加工する手法はエッチング法を用いることができ、ＫＯＨやＴＭＡＨの薬液を用いるウェットエッチング法やプラズマを用いるドライエッチング法などを用いることができる。ウェットエッチング法ではバッチ処理による高い生産性と結晶方位によるエッチング速度の差を利用した異方性エッチングによる高精度の加工ができる反面、形状が結晶面に制約されるデメリットがある。ドライエッチングを用いる場合は、枚葉式の加工方法のため、生産性が低いが、結晶方位によるレイアウトの制約がないため任意の形状の液室とすることができる。このため、加工精度や生産性等を考慮して、加工方法を選択することができる。
個別液室の高さに相当する流路基板の厚さは４０〜１００μｍの範囲とすることが好ましい。流路基板の厚さが１００μｍより厚い場合はインクのコンプライアンスによる圧力損失やエッチング加工時間の増大による生産性の低下が顕著となる場合があり、４０μｍよりも薄い場合は強度不足による流路基板の損傷等が発生する場合があるため好ましくない。
流路基板上には上記の様に圧電アクチュエータ（圧電素子）１７を形成することができ、流路基板上に、振動板１６、下部電極１７１、圧電体１７２、上部電極１７３を含む構成とすることができる。
振動板１６は流路基板１１の少なくとも個別液室１４上に形成され、インク供給路１３と個別液室１４とをつなぐ部分以外の全面に成膜されることが好ましい。これは、後述する保持基板１２の接合高さを容易に揃えることが可能となるためである。
振動板１６の材質は特に限定されるものではなく、流路基板上に形成できるものであればよく、流路基板としてＳｉウェハを用いている場合には、Ｓｉウェハ上に形成できる材料とすることが好ましい。具体的には、振動板の材質としては、多結晶Ｓｉ、アモルファスＳｉおよびＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＣなどのＳｉ化合物、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＺｎＯ、Ｙ２Ｏ３などの酸化物、ＡｌＮ、ＴｉＮなどの窒化物およびこれらの複合化合物を用いても良い。
振動板１６の成膜方法としては、Ｓｉウェハ上の薄膜形成技術を応用でき、ＣＶＤ法、ＡＬＤ法、スパッタリング法などを用いることができる。
振動板１６の厚さは材料の物性(ヤング率，ポアソン比など)と所望の振動特性から決定できるが、１〜５μｍの範囲であることが好ましく、１〜３μｍの範囲であることが更に好ましい。振動板の厚さが上記範囲よりも薄い場合は振動板のクラックなどによる破損が発生する場合があり、上記範囲よりも厚い場合は振動変位が低下するため吐出効率（電圧に対する吐出エネルギー) が低下する場合がある。
上記の様に振動板上に下部電極１７１、圧電体１７２、上部電極１７３を形成することができる。
下部電極１７１、上部電極１７３は導電性材料であればよく、例えば任意の金属、合金、導電性化合物を用いることができる。後述の圧電体は成膜後に焼成等により５００〜８００℃の加熱工程を経るため下部電極１７１、上部電極１７３についても高融点、高安定性の材料を用いることが好ましい。これらの材料としては、Ａｕ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｐｄ等の貴金属、これらの合金または酸化物等の化合物を好ましく用いることができる。また、上記材料の中から選択される複数の材料の積層構成としても良い。
上部電極１７３、下部電極１７１の厚さは任意に設定できるが、圧電体１７２の変形を拘束しない膜厚であることが好ましく、２０〜５００ｎｍの範囲であることが好ましい。
下部電極１７１は個別液室１４ごとに個別化してもよく振動板１６上の広い範囲に形成しても良い。下部電極１７１は共通電極配線２５を介して駆動回路に接続することができる。上部電極１７３は個別液室１４ごとに個別化し、個別電極配線を介して駆動回路に接続することができる。
上記のような電極パターンの形成方法としては特に限定されるものではないが、例えばフォトリソグラフィを用いて行うことが好ましい。
圧電体１７２は上部電極１７３と下部電極１７１間に形成され、個別液室１４ごとに個別化されることが好ましい。圧電体材料は圧電性を示す任意の材料を用いることができるが、チタン酸ジルコン酸鉛(ＰＺＴ)が工業用途として広く使用されており、材料・加工方法が豊富であることと温度特性，圧電性能が高いことから好ましく用いられる。
圧電性能は要求される吐出性能に合わせて任意のものを用いることができるが、圧電定数ｄ３１が−１００〜−１５０ｐｍ／Vであることが好ましい。これは、圧電性能が低い場合は吐出効率が低下するためである。
圧電体１７２の厚さは任意に設定できるが、０．５〜５μｍの範囲であることが好ましい。上記範囲よりも薄い場合は駆動電圧に対する絶縁破壊が発生しやすく、上記範囲よりも厚い場合は生産性が低下すると同時に変位時にクラックが発生する場合があり、圧電アクチュエータの故障につながるためである。
圧電体の成膜方法／パターニング方法は公知の技術を用いることができ、フォトリソグラフィに代表されるサブトラクティブ法、印刷法に代表されるアディティブ法を用いることができる。
サブトラクティブ法の場合の成膜法としてはスパッタリング法によるドライ成膜と有機金属化合物の溶液をスピンコート等で塗布し焼成するウェット法があるが、生産性の高さからウェット法を用いることが好ましい。パターニング法は既存のフォトリソグラフィで行うことができる。サブトラクティブ法では膜厚均一性とパターン加工精度の高さから圧電アクチュエータ性能の均一性を高くすることができる。
アディティブ法はウェット法となるが、印刷法を用いて必要な領域のみ圧電体を成膜することができる。適用する印刷法としては、インクジェット法，スクリーン印刷法，グラビア印刷法，フレキソ印刷法，マイクロコンタクトパターニング法など任意の手法を用いることができる。厚膜形成するためにはスクリーン印刷法が適しており、版を不要とできることからインクジェット法を好ましく用いることができる。
成膜・パターニング方式によらず、圧電体は結晶化するために焼成工程を行うが、その際の温度条件としては５００〜８００℃で加熱処理することが好ましい。結晶化することにより、圧電性能が向上し、吐出効率を高めることができる。
また、圧電アクチュエータの耐環境性能(信頼性)を高めるために、保護膜を形成することもできる。保護膜材料としては特に限定されるものではないが、ガスバリア性の高い絶縁体材料を用いることが好ましい。
上記に形成された圧電体１７２に駆動電圧を外部から印可するために引き出し配線１９を形成する。図１に示すように、上部電極１７３からは個別電極配線により駆動回路接続部１８に引き出し、下部電極１７１からは共通電極配線２５を駆動回路接続部１８に引き出している。このため、引き出し配線１９には、個別電極配線および／または共通電極配線が接続されている。
配線材料は任意の導電性材料を用いることができるが、配線部の発熱および配線抵抗による電圧降下を防止するために抵抗の低い材料とすることが好ましい。係る配線材料として具体的には、金属または合金を好ましく用いることができる。より具体的には例えば、Ａｌ、 Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、またはこれらを主成分とする合金材料を用いることが好ましい。また、エレクトロマイグレーション、イオンマイグレーションなどの信頼性や材料の価格等を考慮すると半導体で一般的に用いられるＡｌまたはＡｌを主成分とする合金を配線材料として用いることがより好ましい。
引き出し配線１９の厚さは必要な配線抵抗から設定することができるが、配線厚を厚くすることで狭い配線領域で抵抗を低減することができる。配線厚は０．２μm〜５．０μmの範囲とすることが好ましく、１．０μm〜４．０μmの範囲であることが更に好ましい。
引き出し配線の成膜方法は特に限定されず、任意の薄膜形成方法を用いることができるが、半導体デバイスで用いられる方法が好ましく、例えばスパッタリング法、蒸着法、ＣＶＤ法などにより形成することができる。
引き出し配線１９のパターニング方法は任意の方法を用いることができるが、フォトリソグラフィを用いることが好ましい。例としては、エッチング法やリフトオフ法によりパターニングすることができる。なお、ここまで説明してきた引き出し配線の上層および／または下層に別の金属・合金・導電性化合物を成膜することで引き出し配線の信頼性を高めることもできる。
また、図１に示すように引き出し配線１９（配線層）の下層に層間絶縁膜２２を配置し、下部電極１７１との層間絶縁膜としても良い。その場合は、上部電極１７３および／または下部電極１７１と配線との接続は層間絶縁膜に形成したコンタクトホールを介して接続する構成をとることになる。
さらに引き出し配線１９上に図１で示すような層間絶縁膜２３を配置しても良い。層間絶縁膜２３は引き出し配線１９を腐食等の化学的なダメージから保護するパシベーションの機能を持たせても良い。
これら層間絶縁膜２２、２３の材料としては任意の絶縁材料を用いることができるが、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＴｉＮなどの金属酸化物または窒化物を好ましく用いることができる。
なお、駆動回路接続部においては引き出し配線を露出するため、該駆動回路接続部の層間絶縁膜２３はエッチング等の手法で除去しておくこととなる。
流路基板１１上には後述の保持基板１２を接着するが、保持基板１２と流路基板１１の保持基板接着領域の高さを概ね揃えることが好ましい。図１の断面構造では引き出し配線１９、インク供給路１３の周囲が保持基板接着領域となるが、この部分の積層構成は、下から流路基板１１、振動板１６、層間絶縁膜２２、引き出し配線１９（共通電極配線２５）、層間絶縁膜２３と、同一の構成としている。このため、係る構成とすることにより接着領域の流路基板の高さは同一となり接着力の向上および接着ボイドの低減ができる。
（保持基板）
流路基板１１として４０〜１００μｍのシリコンウェハを用いることが好ましいと説明したが、この場合、厚さが薄く強度が不足するため、保持基板１２を接着する必要がある。
また、圧電アクチュエータ部分は振動板、圧電体、上部・下部電極などの薄膜構成のみとなるため、物理的および化学的損傷から圧電アクチュエータを保護することが好ましい。流路基板下面はノズルプレートで保護されているため、流路基板上面側は保持基板を設けることにより保護する構造とすることができる。
保持基板の材質は特に限定されるものではなく、要求される強度、加工性等から任意の材料を選定することができ、例えば、ガラス、セラミックスなどの材料を好ましく用いることができる。
また、流路基板にＳｉウェハを用いる場合には、保持基板についても同様にＳｉウェハを用いるのが好ましい。保持基板としてＳｉウェハを用い、流路基板と同一材料とすることで熱膨張係数を揃えることができ、加工中の加熱処理や、プリンタへの実装後の温度変動要因で反りが生じることを抑えることができるためである。また、保持基板としてＳｉウェハを用いることで、既存の半導体デバイスで確立されている豊富な加工技術を用いることができるので、高い生産性を期待できる。
保持基板の厚さは特に限定されるものではなく、要求される強度および加工性から任意に設定できる。但し、駆動回路接続部１８やインク供給路１３の部分に貫通穴を加工するため、厚さが厚すぎる場合は加工に時間がかかるため生産性が低下する。一方、薄すぎる場合は強度が不足するため、液滴吐出ヘッド製造過程または製造後のプリンタ実装段階等で、流路基板と保持基板の双方の機械的損傷等が発生する場合がある。
このため、例えば保持基板にＳｉウェハを用いる場合、その厚さは３００μｍ〜７００μｍとすることが強度および加工性の観点から好ましく、３００μｍ〜５００μｍとすることがさらに好ましい。
一般的なφ１００〜２００ｍｍのＳｉウェハの場合、上記厚さの範囲にすることにより、十分な強度を有しており、上記厚さのＳｉウェハに貫通穴を形成するエッチング技術も実用化されているため、生産性も高くすることができる。
本実施形態の保持基板には、少なくとも駆動回路接続部１８とインク供給路１３の２箇所に対応した部分、すなわち、液滴吐出ヘッドとした場合に、これらの部材に対応する（重複する）部分に貫通穴を形成することができる。
駆動回路接続部１８は圧電アクチュエータ１７に駆動信号を入力する部分となっており、図４（Ａ）、（Ｂ）に例示するように、駆動回路等の外部（たとえばプリンタ制御回路）からの電気信号を入力する部分である。このように該駆動回路接続部と外部とを物理的に接続するため、保持基板１２に開口部を設けることとなる。
インク供給路１３はノズル１５に連通する個別液室１４にインクを供給する流路として設けられるものであり、図１に示すように、保持基板１２に開口部を設けることにより形成することができる。インク供給路１３は図示しないインクタンクなどのインク供給元に任意の方法で接続することができる。
さらに保持基板１２の流路基板１１との接着面側の圧電アクチュエータ１７領域には図１に示すように凹状の振動室２１が設けられており、該振動室２１は圧電アクチュエータ１７の変位を阻害しないようなサイズ、形状に形成される。
上記振動室２１のサイズとしては特に限定されないが、ユニモルフ型の圧電アクチュエータの変位量が０．０５〜１μｍ程度であるため、１μｍ以上の深さであることが好ましく、１０μｍ以上であることがより好ましい。上記範囲よりも振動室の深さが浅い場合は接着時の干渉や、毛管力による接着剤の圧電アクチュエータ部への浸入などが発生する場合があるため好ましくない。
さらに保持基板側に接着剤を塗布して流路基板に接着する場合は、振動室２１が接着剤で埋まらない程度の深さが必要である。このため、上記のように振動室の深さを１０μｍ以上とすることがより好ましい。
一方、振動室２１深さを深くする場合は、加工時間が長大となり生産性が低下する。また、保持基板としての強度も不足する。このため、この点も考慮すると保持基板厚さの５０%以下とすることが好ましい。
次に、流路基板１１と保持基板１２との接着接合について説明する。
両基板を接着接合する手段は特に限定されるものではないが、接着剤により接着することができる。この際用いる接着剤は特に限定されるものではなく、接着面の材料、接着強度、塗布性などから任意の材料を用いることができる。
例えば、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、シリコーン系樹脂、アクリル系樹脂など半導体工程で一般的に使用される接着剤の中から上記基板の接着に任意のものを選定できる。
また、接着剤の硬化方式についても特に限定されるものではなく、熱硬化、紫外線、赤外線などの光硬化、電子線硬化など材料や構造から適切なものを選ぶことができる。
また、接着剤の塗布についても任意の塗布方式を材料特性から選定でき、スピンコート法、印刷法、ディスペンス法など各種方法を用いることができる。
接着・加圧は任意の接着装置を利用できるが、流路基板と保持基板をＳｉウェハで形成した場合は、ウェハレベルパッケージング用の接合装置を利用することもできる。
接着する際、保持基板接着領域において流路基板と保持基板との間に隙間が生じないように、保持基板接着領域において、配線上面（引き出し配線上面）の接着層の厚さが、配線間（配線間隔）の上面の接着層の厚さよりも薄いことが好ましい。
次に、本実施形態の液滴吐出ヘッドにおける、引き出し配線の構造について説明する。
本実施形態の液滴吐出ヘッドにおいては上述のように、保持基板１２が流路基板１１上に接着される領域であり、引き出し配線を横切る領域を含む保持基板接着領域において、引き出し配線１９の配線間の形状がクランク部を有する形状であることを特徴とする。
具体的な構成例を、図５、図６を用いて説明する。
図５、図６に示すように、保持基板接着領域２０において、互いに隣接する引き出し配線１９である個別電極配線および／または共通電極配線の配線間の形状がクランク部５１、６１を有する形状となっている。なお、図面の記載の都合上、図５、図６においてクランク部として１箇所ずつを示しているのみだが、クランク部とは後述の様に折れ曲がった部分を意味しており、各配線間に図５では２箇所、図６では４箇所クランク部を含んでいる。このように、配線間の形状をクランク部を有する形状とすることにより、接着剤の流動がトラップされるため駆動回路実装部および振動室側へ接着剤の流出を防止することができる。その結果、少なくともクランク部を形成した領域の接着剤は流出しないため、クランク部を形成した領域の接着剤により駆動回路接続領域と振動室を封止することが可能となる。
本実施形態で規定する配線の配線間の形状がクランク部を有する形状とは、折れ曲がった部分（屈曲部）を有する形状を意味している。このため、配線間の形状がクランク部を有する形状とする方法は、上記図５、６のような配線形状とする場合に限定されるものではない。例えば、図７に示すように、引き出し配線間に島状部７１を引き出し配線と略同一の厚さで形成することにより、引き出し配線間にクランク部７２を形成しても良い。
クランク部の曲がる角度は特に限定されるものではなく、接着剤の材料物性や基板・配線材料との濡れ性等の物性、引き出し配線のパターニング手法(工法)を考慮して選択することができる。
ここで、図８に、本実施形態の引き出し配線の保持基板領域における拡大図を示す。
図８において、クランク部の曲がる角度、すなわち、クランク角度とは、図８におけるクランク部８１についての場合、図中ｘで表わされる角度となり、上記のように任意に選択することができる。
例えば、引き出し配線を形成する際に、上記の様にフォトリソグラフィ(半導体の配線パターニング手法)を用いる場合は、クランク角度は９０度に近い方が適している。具体的には、クランク角度としては、例えば８０°〜１３５°とすることが好ましい。これは、クランク角度ｘを１３５°よりも鈍角となるようにした場合は、鋭角部の配線材料の形状が不安定になると同時に、個別電極間に電位差が生じた場合に電界集中により放電等の絶縁破壊が発生する場合があるためである。一方、８０°よりも鋭角とした場合、接着剤の流出を防止する効果が低減される場合があるためである。
また、クランク部９１の形状を図９に示すとおり、Ｒ（曲率）を付ける（曲線状にする）またはＣ（面取）しても良い。このように、クランク部の形状に、ＲまたはＣをつけることで、引き出し配線の角の部分の形状を均一化することができるため、接着剤の流動状態を均一にすることができる。また、隣接する電極間に電位差が生じた場合でも電界集中による絶縁破壊を低減することが可能である。
本実施形態の液滴吐出ヘッドにおいては、保持基板接着領域２０の（引き出し）配線の間隔は狭いほうがよく、少なくとも引き出し配線の配線幅よりも狭いことが好ましい。
この点について、保持基板接着領域の配線部分を拡大して示した図１０を用いて説明する。図１０に示すように保持基板接着領域に形成される（引き出し）配線の配線幅Ｗ１が、該配線に隣接する（引き出し）配線との配線間隔Ｗ２よりも広いことが好ましい。
なお、配線に隣接する配線との配線間隔は２箇所あることになるが、少なくともいずれか一方が上記規定を満たしていることが好ましく、隣接する２つの配線間隔が上記規定を満たしていることがより好ましい。また、この際、配線幅、配線間隔とは、保持基板接着領域における配線幅、配線間隔のうちの最大値を意味している。
そして、配線間隔Ｗ２は配線パターン形成の精度や電極間の耐電圧、リーク電流量から選択されるものであり、特に限定されるものではないが、例えば２μｍ以上であることが好ましく、５μｍ以上であることがより好ましい。
クランク部の数は多いほうが配線間隔部の封止性能は向上するが、クランク数を多くすると配線長さや配線幅等が制約されるため圧電アクチュエータの高密度化、ヘッドの小型化が困難となる。このため、保持基板接着領域２０に形成される、配線間の形状がクランク部を２箇所以上有する形状であることが好ましい。さらに、保持基板接着領域２０に形成される配線間の形状が、クランク部を２箇所から４箇所有する形状であることがより好ましい。なお、クランク部の数が２箇所の場合とは、配線の形状が図５の場合が挙げられ、４箇所の場合としては、図６、図７の例が挙げられる。
また、保持基板接着領域２０における（引き出し）配線の配線幅Ｗ１と該配線に隣接する（引き出し）配線との配線間隔Ｗ２の比率Ｗ２／Ｗ１が、（１つの）液滴吐出ヘッド内において略同一であることが好ましい。
特に上記Ｗ２／Ｗ１が液滴吐出ヘッド内において０．０５〜０．３の範囲にあることが好ましく、０．１〜０．２の範囲にあることがより好ましい。
なお、配線に隣接する配線との配線間隔は２箇所あることになるが、この場合は、それぞれの配線間隔に対して算出したＷ２／Ｗ１が上記規定を満たしていることが好ましい。
さらに、（引き出し）配線が不要である保持基板接着領域２０にも、概ね配線幅と間隔が同等のダミーパターンを配置することが好ましい。
上記構成とすることによって保持基板接着領域の全域に渡ってその保持基板接着領域の下地部分（流路基板）の表面形状が均一化されるため局所的な接着剤の流動が変化を防止でき、配線段差による空間を接着領域全面に渡って低減することが可能になるためである。
尚、図４に示すように駆動回路を流路基板上または保持基板上に実装する場合にも本願発明の配線構造は効果がある。図４（Ｂ）に示すようなフリップチップによる駆動回路実装方式を採用する場合について説明する。
駆動回路接続部の流路基板側および駆動回路側にメッキバンプまたはスタッドバンプを形成し、バンプ４２ｂ、４２ｃ同士を接合することで駆動回路４１と個別電極配線１９（または共通電極配線）を接続する。バンプは前述の通りメッキまたはスタッドバンプで形成されるが、任意の金属・合金材料を用いることができる。特に、Ａｕバンプまたは表面をＡｕでメッキしたバンプを用いることで接続信頼性を高め、低温・低負荷で接合できるため好ましい。
そして、既述の様に駆動回路４１を実装した後に駆動回路４１下面と流路基板上面の空間およびバンプ部分を封止材４３で充填し保護することになる。これは、接合部分を物理的損傷(応力)や化学的損傷(腐食やマイグレーション)から保護することで、実装信頼性を高めるためである。
通常、駆動回路と流路基板の空間部は数μｍ〜数十μｍの狭い間隔のため、浸透性の高い封止材を用いる必要があり、すなわち低粘度の封止材（いわゆるアンダーフィル材）を用いる必要がある。
本実施形態の液滴吐出ヘッドの配線構造の場合、上記の様に、保持基板と流路基板との間に隙間が発生することを抑制することができるため、封止材が振動室２１内に侵入することを抑制することができる。また、仮に封止材４３が保持基板接着領域に侵入してきた場合でも、配線間隔がクランク形状を有しているため、接着剤の流出を防止できる原理と同様に封止材の振動室領域への侵入を防止または低減することができる。
以上説明してきた本実施形態の液滴吐出ヘッドによれば、接着剤量が少ない場合でも、配線段差による保持基板と流路基板との間に隙間の発生を抑制することができる。また、配線段差による隙間が発生した場合でも駆動回路実装部の封止材の振動室内への流入を抑制することが可能となる。
［第２の実施形態］
本実施形態では、本発明の液滴吐出ヘッドの他の構成例について説明する。
第１の実施形態で既述のように、保持基板接着領域２０において、引き出し配線１９の配線間の形状がクランク形状であるため、駆動回路接続部１８および振動室２１側への接着剤の流出を防止することができる。そして、保持基板１２と流路基板１１との間に配線段差による隙間の発生を抑制することができ、封止材が振動室２１内に侵入することも抑制できる。
しかし、保持基板１２を流路基板１１に接着する際に流動性が非常に高い接着剤、例えば熱硬化性の接着剤を用いた場合に、接着剤の量等によっては接着剤が振動室２１側とは反対側の駆動回路接続部１８側の保持基板が接着されない領域に流動する場合がある。そして、駆動回路接続部１８側の保持基板が接着されない領域に接着剤が流動し、駆動回路接続部１８に絶縁体である接着剤が付着した場合、駆動回路と断線（接続不良）または高抵抗接続が発生する恐れがある。断線の場合は初期の駆動検査にて不良を除去することができるが、高抵抗の接続状態では初期の検査で除去することが困難であり、駆動中の温度上昇による特性悪化などが発生する場合がある。従って、封止材または接着剤の振動室２１への流れ込みと同様に駆動回路接続部１８への接着剤流れ込みをより確実に防止することで、液滴吐出ヘッドの信頼性をさらに高めることができる。
そこで、本実施形態の液滴吐出ヘッドは、第１の実施形態の液滴吐出ヘッドにおいて、保持基板接着領域と駆動回路接続部との間の領域における配線の配線間隔は、保持基板接着領域における配線の配線間隔よりも広い部分を含むことができる。なお、保持基板接着領域における配線の配線間隔とは、保持基板接着領域における配線の配線間隔の最大値を意味している。
図１１を用いて本実施形態の液滴吐出ヘッドの構成について説明する。
図１１は、本実施形態に係る液滴吐出ヘッドにおける引き出し配線の構成の説明図であり、図１のＢ−Ｂ´線での断面図に対応する図である。
図１１中の保持基板接着領域と駆動回路接続部との間に保持基板１２が接着されない領域があることは前述のとおりである。これは、駆動回路を実装する部分は保持基板１２に開口部が設けられており、該開口部に駆動回路を実装し封止材を注入するためである。
駆動回路を流路基板１１上に実装する前に保持基板１２を流路基板１１に接合する際、接着剤は引き出し配線１９の段差部分を毛管力で流動する。このため、保持基板接着領域２０と駆動回路接続部１８との間の領域１１０において、配線間隔を広げた部分を設けることにより駆動回路接続部１８への接着剤の流動を防止することができる。例えば、図１１に示すように保持基板接着領域２０と駆動回路接続部との間の領域１１０において、保持基板接着領域２０での配線間隔Ｗ２よりも配線間隔Ｗ３が広い部分を設けることで、接着剤の駆動回路接続部１８への流動をより確実に防止することができる。
本実施形態の液滴吐出ヘッドにおいて、保持基板接着領域２０と駆動回路接続部１８との間の領域１１０における配線の配線間隔を、保持基板接着領域２０における配線の配線間隔よりも広い部分を含む構成とする方法は特に限定されるものではない。例えば、図１１に示したように、保持基板接着領域と駆動回路接続部との間の領域１１０において、引き出し配線１９の配線幅を狭めて配線間隔Ｗ３を広くすることもできる。
また、引き出し配線１９を、保持基板接着領域と、保持基板接着領域と駆動回路接続部との間の領域と、の境界部において屈曲させることにより、配線間隔を広くすることもできる。具体的な構成例を図１２を用いて説明する。
図１２は、本実施形態の液滴吐出ヘッドにおける引き出し配線１９の構成の説明図であり、図１のＢ−Ｂ´線での断面図に対応する図を拡大して示したものである。
図１２では、例えば引き出し配線１９を保持基板接着領域２０において、配線間隔幅Ｗ２で斜めに配置し、保持基板接着領域と駆動回路接続部との間の領域１１０では水平方向に配線角度を変えることで、引き出し配線１９の配線間隔をＷ３に変更している。つまり、保持基板接着領域２０と、保持基板接着領域２０と駆動回路接続部１８との間の領域と、の境界部に屈曲部を設けることにより引き出し配線の配線間隔を変更することができる。すなわち、圧電アクチュエータ１７の配列ピッチが一定の場合でも、上記のように配線間隔幅を変えることが可能となる。
なお、ここでいう保持基板接着領域２０と、保持基板接着領域２０と駆動回路接続部１８との間の領域と、の境界部とは、両領域の厳密な境界線部分のみではなく、該境界線の近傍の範囲まで含む。これは、上述のように、保持基板接着領域２０と駆動回路接続部１８との間の領域１１０において引き出し配線１９の配線間隔が、保持基板接着領域における引き出し配線１９の配線間隔よりも広い部分を含んでいれば良いためである。
ただし、保持基板接着領域２０と駆動回路接続部１８との間の領域１１０においては、全体に渡って引き出し配線１９の配線間隔が、保持基板接着領域２０における引き出し配線１９の配線間隔よりも広いことがより好ましい。このため、保持基板接着領域２０と、保持基板接着領域２０と駆動回路接続部１８との間の領域１１０と、の境界線において、引き出し配線１９は屈曲することがより好ましい。
上述の構成とすることにより、接着剤の流動を抑制すると同時に、保持基板接着領域の配線を長くとることができるため、封止材の振動室２１内への流入をより抑制することが可能となる。
前述の図４（Ｂ）で示すフリップチップによる駆動回路実装方式を採用した場合、さらに駆動回路と重なる領域において配線の配線間隔を変更することで、駆動回路の実装信頼性をさらに向上することができる。この点について以下に説明する。
図１３に駆動回路４１をフリップチップ実装した場合の液滴吐出ヘッドの断面構造例を示す。図１３に示すフリップチップ実装方式では、駆動回路接続部１８に駆動回路４１がフリップチップで実装される。なお、駆動回路接続部１８は保持基板１２の開口部（保持基板開口部）内に包含されている。
図１３に示すように駆動回路接続部１８と、圧電素子１７の電極とは配線１９により接続される。なお、配線１９が形成される領域には、保持基板接着領域２０と駆動回路接続部１８との間の領域が含まれる。
そして、保持基板１２の開口部内で配線１９は、駆動回路４１と重なる領域１３１と、駆動回路４１と重ならない領域１３２と、を含んでいる。なお、駆動回路４１と重ならない領域１３２は保持基板１２が接着されていない。
ここで、駆動回路４１の下部である駆動回路実装領域において、流路基板１１の上面と駆動回路４１との間は封止材（アンダーフィル材）４３で隙間なく充填させることが好ましい。これはアンダーフィル材４３の充填が不十分で、ボイド（空隙）が発生した場合、空隙部分から駆動回路接続部に水分等が侵入し、電極を損傷するため信頼性が低下するためである。なお、駆動回路実装領域とは、駆動回路４１下部の領域、すなわち、駆動回路４１により覆われている領域を指す。
封止材（アンダーフィル材）を効率よく駆動回路接続部１８を含む駆動回路実装領域に充填するためには、駆動回路実装領域内の配線１９の間隔を狭くすることが好ましい。すなわち、保持基板１２の開口部内で駆動回路４１と重なる領域１３１の配線１９の配線間隔を、保持基板１２の開口部内で駆動回路４１と重ならない領域１３２の配線１９の配線間隔より狭くすることが好ましい。
具体的には図１４に示すように、駆動回路実装領域内の配線、すなわち駆動回路４１と重なる領域１３１の配線の配線間隔Ｗ４を、駆動回路４１と重ならない領域１３２の配線間隔Ｗ３より狭くすることが好ましい。Ｗ４をＷ３より狭くすることで、アンダーフィル材が配線間隔Ｗ４の段差による毛管力で駆動回路実装領域に効率よく流動するため充填性が向上する。また、駆動回路実装領域の中央側から充填した場合も、配線間隔Ｗ４からＷ３に拡大する部分でアンダーフィル材の浸透性が低下し、駆動回路実装領域から領域１３２にアンダーフィル材が逃げることで、ボイドが発生することを防ぐことができる。
配線間隔Ｗ４の幅は任意に設定でき、特に限定されないが、例えば配線１９の厚さ、すなわち段差の２倍から５倍であることが好ましい。これは、配線間隔Ｗ４の幅が狭すぎる場合は、配線１９の表面をアンダーフィル材が浸透するため、配線間がボイドになる恐れがあるためである。また、配線間隔Ｗ４が広すぎる場合は、浸透性が低下して充填性向上の効果が低減する恐れがあるためである。
以上、本実施形態の液滴吐出ヘッドについて説明したが、本実施形態の液滴吐出ヘッドにおいて、本実施形態で説明した点以外の構成は第１の実施形態と同様の構成とすることができる。
［第３の実施形態］
本実施形態では、第１、２の実施形態で説明した液滴吐出ヘッドを備えた画像形成装置について説明する。
図１５は、本実施形態の画像形成装置の概要を示す斜視図であり、図１６は本実施形態の画像形成装置の断面図である。
本実施形態の画像形成装置２００は、液滴吐出ヘッドを搭載した画像形成装置である。
本実施形態の画像形成装置２００は、内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ２１０、キャリッジ２１０に搭載された液滴吐出ヘッド３００、液滴吐出ヘッド３００へ液体（インク）を供給するインクカートリッジ２２０等で構成される印字機構部２３０等を有す
る。また画像形成装置２００の下方部には前方側から多数枚の用紙２４０を積載可能な給紙カセット（給紙トレイ）２５０を抜き差し自在に装着される。
また画像形成装置２００では、用紙２４０を手差しで給紙するための手差しトレイ２５５を開倒することができる。このため、給紙カセット２５０或いは手差しトレイ２５５から給送される用紙２４０を取り込み、印字機構部２３０によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ２６０に排紙する。
印字機構部２３０は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド２６１と従ガイドロッド２６２とでキャリッジ２１０を主走査方向に摺動自在に保持する。キャリッジ２１０は、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出する液滴吐出ヘッド３００を複数のインク吐出口（ノズル）を主走査方向と交差する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。
キャリッジ２１０には液滴吐出ヘッド３００に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ２２０を交換可能に装着している。
インクカートリッジ２２０は上方に大気と連通する大気口、下方には液滴吐出ヘッド３００へインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有している。そして、多孔質体の毛管力により液滴吐出ヘッド３００へ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。尚本実施形態では、各色の液滴吐出ヘッド３００を用いるが、液滴吐出ヘッド３００は各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドでもよい。
キャリッジ２１０は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド２６１に摺動自在に嵌めて装着され、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド２６２に摺動自在に載置されている。
キャリッジ２１０を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ２６７で回転駆動される駆動プーリ２６８と従動プーリ２６９との間にタイミングベルト２７０を掛け回し、タイミングベルト２７０をキャリッジ２１０に固定している。主走査モータ２６７の正逆回転によりキャリッジ２１０が往復駆動される。
また画像形成装置２００は、給紙カセット２５０にセットした用紙２４０を液滴吐出ヘッド３００の下方側に搬送するために、給紙カセット２５０から用紙２４０を分離給紙する給紙ローラ２７１及びフリクションパッド２７２を有している。さらに、用紙２４０を案内するガイド部材２７３と、給紙された用紙２４０を反転させて搬送する搬送ローラ２７４と、を有する。また画像形成装置２００は、搬送ローラ２７４の周面に押し付けられる搬送コロ２７５及び搬送ローラ２７４からの用紙２４０の送り出し角度を規定する先端コロ２７６を有する。搬送ローラ２７４は副走査モータ２７７によってギヤ列を介して回転駆動される。
また画像形成装置２００はキャリッジ２１０の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ２７４から送り出された用紙２４０を液滴吐出ヘッド３００の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材２７９を有する。画像形成装置２００において、印写受け部材２７９の用紙搬送方向下流側には、用紙２４０を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ２８１、拍車２８２が設けられている。画像形成装置２００には、さらに用紙２４０を排紙トレイ２６０に送り出す排紙ローラ２８３及び拍車２８４と、排紙経路を形成するガイド部材２８５、２８６とが配設されている。
画像形成装置２００は、記録時には、キャリッジ２１０を移動させながら画像信号に応じて液滴吐出ヘッド３００を駆動することにより、停止している用紙２４０にインクを吐出して１行分を記録し、用紙２４０を所定量搬送後次の行の記録を行う。
記録終了信号または、用紙２４０の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙２４０を排紙する。
キャリッジ２１０の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、液滴吐出ヘッド３００の吐出不良を回復するための回復装置２８７を配置している。回復装置２８７はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ２１０は印字待機中にはこの回復装置２８７側に移動されてキャッピング手段で液滴吐出ヘッド３００をキャッピングし、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。
また画像形成装置２００は、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。
また画像形成装置２００において、吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段で液滴吐出ヘッド３００の吐出口（ノズル）を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクと共に気泡等を吸い出すことができる。これにより吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去されて吐出不良が回復される。
また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（不図示）に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。
以上説明した本実施形態の画像形成装置においては、第１、２の実施形態で説明した液滴吐出ヘッド３００を備えている。係る液滴吐出ヘッドにおいては、接着剤の量が少ない場合でも、配線段差による保持基板と流路基板との間に隙間の発生することを抑制でき、配線段差による隙間が発生した場合でも駆動回路実装部の封止材の振動室内への流入を抑制できる。このため、本実施形態の画像形成装置においては、安定して画像形成を行うことができる
以下に具体的な実施例を挙げて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
［実施例1］
本実施例では、図１に示す断面構造を有する液滴吐出ヘッドを下記の手順により作成した。
（シリコン（Ｓｉ）ウェハ上に圧電アクチュエータを作成）
流路基板１１となる直径１５０ｍｍ、厚さ６２５μｍのシリコン（Ｓｉ）ウェハ上に、熱酸化膜を１μｍ、Ｓｉ３Ｎ４ ０．５μｍ、及び、ＳｉＯ２ ０．５μｍをＣＶＤ法により順次成膜し、総厚が２μｍ振動板を形成した。
振動板上にＰｔの下部電極１７１を１００ｎｍ、圧電体１７２となるチタン酸ジルコン酸鉛を２μｍ、Ｐｔの上部電極１７３を１００ｎｍ、それぞれスパッタリング法で順次形成した後に、約７００℃の焼成を行い結晶化させて圧電体膜を得た。
その後、フォトリソグラフィ、ドライエッチングを用いて上部電極１７３、圧電体１７２、下部電極１７１を個別化し、圧電アクチュエータを形成した。圧電アクチュエータの配列ピッチは８５μｍとし、圧電体の幅を５０μｍ、上部電極幅を４０μｍとし、圧電体、上部電極長さをそれぞれ１mm、０．９９mmとした。
圧電アクチュエータに駆動信号を伝えるための配線層（引き出し配線）を形成する前に、前記圧電アクチュエータ上に層間絶縁膜２２として０．５μｍのＳｉＯ２をＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法で成膜した後、上部電極１７３上および下部電極１７１上にコンタクトホールを形成した。
層間絶縁膜２２上にＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金をスパッタリング法にて３μｍ成膜したのち、フォトリソグラフィを用いてパターニングし、引き出し配線１９、２５（個別電極配線および共通電極配線）を形成した。
引き出し配線１９として、その配線間が図５に示すようなクランク構造を有するパターンを形成し配線幅Ｗ１を７５μｍ，配線間隔Ｗ２を１０μｍとした。
配線形成後に層間絶縁膜２３としてＳｉ３Ｎ４をＣＶＤ法で成膜した後に駆動回路接続部のＳｉ３Ｎ４をエッチング法で除去し接続部を開口させ、圧電アクチュエータ形成済みのＳｉウェハを得た。
（保持基板の作成）
直径 １５０ｍｍ、厚さ４００μｍのＳｉウェハにフォトリソグラフィおよびドライエッチングを用いて保持基板１２を作成した。保持基板には、図１に示すとおり、駆動回路接続部１８とインク供給路１３に対応する部分を貫通穴加工し、振動室２１部分を深さ２０μｍに加工した。ドライエッチングには、酸化膜マスクを用いたＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）エッチング法（ＲＩＥ法）を用いて加工した。
（圧電アクチュエータを有するシリコン（Ｓｉ）ウェハに保持基板を貼り合わせる工程）
保持基板１２と圧電アクチュエータ形成済みの流路基板１１を、接着剤を用いて接合した。接着剤としては２液性のエポキシ接着剤を用いるが、常温での粘度を１０Ｐａ・ｓとなる高粘度のものを用いた。接着剤塗布は保持基板側にフレキソ印刷法によりおこなった。
そして、保持基板と圧電アクチュエータ形成済み流路基板とを貼り合せ、加圧しながら加熱硬化させることで接着した。塗布後の接着剤厚は約２μｍであり、接着後の配線上の接着剤厚は約１μｍであった。
接着した基板の個別液室側基板厚を６２５μｍから８０μｍまで機械研摩することで個別液室の高さを調整し、個別液室１４をドライエッチング法で形成した後に、ヘッドのサイズにダイシングして個別化した。
流路基板１１に厚さ３０μｍのＳＵＳ基板にノズル１５をプレス加工したノズルプレート１０を貼り合せた。ノズルプレートには、個別液室１４の配置に一致するノズル１５が形成されており、貼り合せることで液滴吐出ヘッドとすることができる。
形成した液滴吐出ヘッドの図５に示す保持基板接着領域２０の引き出し配線が横断する部分をＳｉを透過する赤外線波長を用いた顕微鏡で観察したところ、駆動回路接続部と振動室を連通するような不良がないことを確認した。
次に、まず、図４（Ｂ）に示すように駆動回路として、ドライバＩＣ４１をＡｕスタッドバンプ(φ２０μｍ)を介してフリップチップ実装し、アンダーフィル材（封止材）を充填した。その後、振動室内について、Ｓｉを透過する赤外線波長を用いた顕微鏡で観察したところ、封止材の浸入は見られなかった。
また、共通流路部材４４を保持基板上に接着して吐出させ、滴速度が８ｍ／ｓとなる駆動電圧を計測したところ、１５Ｖとなった。
［比較例］
実施例1と同様の手法で液滴吐出ヘッドを作成した。
但し、引き出し配線の構造を図２に示すような保持基板接着領域においてクランク部がない構成とした。但し、配線幅と配線間隔は実施例と同じく、７５μｍと１０μｍとした。
実施例1と同様の保持基板を同一の工程で接着し液滴吐出ヘッドとした後に、赤外線顕微鏡を用いて図２（Ｂ）の保持基板接着領域２０を観察すると、配線間に接着剤が抜けている領域があることを確認した。すなわち駆動回路接続部と振動室が連通する構成となっていることを確認した。
また、駆動回路接続部１８の周辺に接着剤の薄膜が付着していることが観察された。これは、接着領域の接着剤が加熱工程で低粘度化し毛管現象により配線間を流動したためと考えられる。
そして、実施例１と同様に、まず、駆動回路として、ドライバＩＣをＡｕスタッドバンプ(φ２０μｍ)を介してフリップチップ実装し、アンダーフィル材（封止材）を充填した。その後、振動室内について、Ｓｉを透過する赤外線波長を用いた顕微鏡で観察したところ、封止材の浸入が確認できた。
駆動回路および共通流路を接続し、吐出性能評価をおこなったところ、滴速度が同一となる駆動電圧が実施例１の場合よりも約２０%高く１８Ｖとなることが確認できた。これは、振動室内へ接着剤が流入し、圧電アクチュエータの性能が低下し、吐出効率が低下したと考えられる。
［実施例２〜４］
表１に示すように、クランク部の数および／または接着剤の厚さを変更した以外は実施例１と同様に液滴吐出ヘッドを作成し評価を行った。
クランク数は図５に示す２箇所の場合と、図６に示す４箇所の場合について検討を行っている。表１中クランクの数が２となっているものは図５に示す引き出し配線の構成を採用し、クランクの数が４となっているものは、図６に示す引き出し配線の構成を採用している。また、表１に示すように、接着剤塗布厚さを実施例1と同じく２μｍとしたものと、１／２の１μｍとしたものを作成した。
Figure 0006446798
 実施例１と同様の評価を行ったところ、表１に示すように、実施例１〜４いずれの場合も駆動回路実装後、振動室に封止材が侵入していないことが確認できた。
また、封止材のクランク数を４箇所とすることで接着剤量が１／２の場合（実施例２）でも保持基板接着後の振動室の連通を封止できた。また、クランク部を設けることによりアンダーフィル材の浸入(封止材の浸入)を防止できることを確認できた。
さらに、吐出効率(電圧)評価では実施例１〜４いずれについても十分な性能を有していることが確認できた。
１１ 流路基板
１２ 保持基板
１７ 圧電素子
１８ 駆動回路接続部
１９ 配線
２０ 保持基板接着領域
５１、６１、７２、９１ クランク部
２００ 画像形成装置
特開２０１２−０６１７５０号公報 特開２００８−２２９９８５号公報 特開２００４−１６０９４７号公報 特開２００３−１２７３６５号公報

Claims (9)

  1. 個別液室が形成された流路基板上に、
    複数の圧電素子と、
    前記圧電素子の電極と、駆動回路に接続するための駆動回路接続部との間を接続する複数の配線と、
    前記流路基板と対向する側の面に前記複数の圧電素子を収容する凹部を有し、前記駆動回路接続部上面に開口部が設けられた保持基板と、を有し、
    前記開口部と前記凹部とを隔てる前記保持基板の壁部と、前記流路基板とが接着される接着領域内において、前記配線間の形状が屈曲部を有する形状であり、
    前記接着領域と前記駆動回路接続部との間の領域における前記配線の配線間隔は、前記駆動回路接続部間の間隔よりも広い部分を含むことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
  2. 前記接着領域に形成される前記配線の配線幅が、前記配線の配線間隔よりも広いことを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
  3. 前記接着領域に形成される、前記配線間の形状が前記屈曲部を２箇所以上有する形状であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液滴吐出ヘッド。
  4. 前記接着領域における前記配線の配線幅Ｗ１と前記配線の配線間隔Ｗ２の比率Ｗ２／Ｗ１が、液滴吐出ヘッド内において略同一であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッド。
  5. 前記接着領域において、前記配線上面の接着層の厚さが、前記配線間の上面の接着層の厚さよりも薄いことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッド。
  6. 前記接着領域と前記駆動回路接続部との間の領域における前記配線の配線間隔は、
    前記接着領域における前記配線の配線間隔よりも広い部分を含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッド。
  7. 前記配線は、前記接着領域と、前記接着領域と前記駆動回路接続部との間の領域と、の境界部において屈曲していることを特徴とする請求項６に記載の液滴吐出ヘッド。
  8. 前記駆動回路接続部に駆動回路がフリップチップで接合される構成において、
    前記開口部内で前記駆動回路と重なる領域の前記配線の配線間隔を、前記開口部内で前記駆動回路と重ならない領域の前記配線の配線間隔より狭くしたことを特徴とする請求項６または７に記載の液滴吐出ヘッド。
  9. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッドを備えた画像形成装置。
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