JPWO2018128030A1 - インクジェットヘッド、インクジェットヘッドの製造方法及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

インクジェットヘッドにおいて、アクチュエータを収容する空間部と、圧力室及び共通インク室を個別に連通する連通流路とを有し、配線層が形成された面に貼り合わされる流路基板を備え、流路基板と配線層が形成された面との貼り合わせ面において連通流路を囲む領域に設けられ、貼り合わせ面を液密に封止する封止部を備える。

Description

本発明は、圧力室のインクを外部に吐出させるインクジェットヘッド及びその製造方法と、そのインクジェットヘッドを備えた画像形成装置に関する。

従来、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いた高解像度のインクジェットヘッドの開発が行われている。従来のインクジェットヘッドは、液体インクを吐出する複数の圧力室を有しており、その圧力室毎に、圧力室に供給されるインクに吐出圧力を付与する為のアクチュエータと、圧力室のインクを吐出させるノズルとが設けられる。そして、上部に配置された共通インク室から全圧力室に対して直接インクが供給され、各圧力室において吐出圧力が付与されることで、ノズルからインクが吐出される（特許文献１）。このようなインクジェットヘッドは、クロストークが小さく、高画質の印刷が可能である。

そして、このようなインクジェットヘッドは、一般的に、ノズル及び圧力室を有するノズル基板と、アクチュエータを収容する流路基板と、アクチュエータに電力を供給するための配線基板とが積層された構造を有する。ノズル基板と流路基板と配線基板とが積層される構造では、各基板は例えば接着剤層を介して貼り合わされ、共通インク室のインクは、配線基板及び流路基板の個別流路を流れて各圧力室に供給される。

特開２０１４−８３７０５号公報

ところで、配線基板では、アクチュエータの上部電極に電力を供給する配線層が、配線基板と流路基板との貼り合わせ面に形成されており、配線層は、所定の厚みを有する。配線層上面には、一般的に絶縁酸化膜が形成されるが、この絶縁酸化膜の厚さは配線層の厚さよりも薄く、配線層の形状を踏襲するように成膜される。したがって、配線基板の配線層面には、配線層の厚みに起因する凹凸がある。そして、配線基板は、配線層に起因する凹凸面を有した状態で流路基板と貼り合わされるため、配線基板と流路基板との間では、配線が設けられていない非配線領域において隙間があいてしまうという問題がある。

このように、流路基板との貼り合わせ面に配線層に起因する凹凸がある場合、共通インク室から配線基板及び流路基板の個別流路を介して圧力室に供給されるインクが、流路基板と配線層との間に漏れ込む恐れがある。

そこで、本発明は、流路基板と配線層との間へのインクの漏れ込みを防止するインクジェットヘッドを提供することを目的とする。また、そのインクジェットヘッドの製造方法、及び、そのインクジェットヘッドを備える画像形成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明のインクジェットヘッドは、複数の圧力室と、圧力室毎に設けられ圧力室の体積を変化させるアクチュエータとを有する圧力室基板と、各圧力室と連通し、圧力室の体積変化により液体を吐出するノズルを有するノズル基板とを備える。また、インクを貯留し、各圧力室にインクを供給する共通インク室と、圧力室毎に設けられた各アクチュエータに個別に電力を供給する個別配線を有する配線層と、配線層との間にアクチュエータを収容する空間部、及び、圧力室及び共通インク室を個別に連通する連通流路を有し、配線層が形成される面に貼り合わされる流路基板とを備える。さらに、流路基板と配線層との貼り合わせ面において連通流路を囲む領域に設けられ、貼り合わせ面を液密に封止する封止部を備える。

また、本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、上記インクジェットヘッドの製造方法において、配線層が形成される面と流路基板とが貼り合わされる前に、流路基板又は配線層の、流路基板と配線層との貼り合わせ面における連通流路を囲む領域に、貼り合わせ面を液密に封止する封止部を形成する工程を有する。

また、本発明の画像形成装置は、上述のインクジェットヘッドを備える。

本発明によれば、流路基板と配線層とが貼り合わされるインクジェットヘッドにおいて、流路基板と配線層との間へのインクの漏れ込みを防止することができる。

本発明の第１の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。 本発明の第１の実施形態に係るインクジェットヘッドの外観を示す概略構成図である。 本発明の第１の実施形態に係るインクジェットヘッドの要部断面を示す概略構成図である。 図４Ａは、本発明の第１の実施形態に係るインクジェットヘッドの流路基板を配線基板側から見たときの概略平面構成図である。図４Ｂは、図４Ａの領域ａ１の拡大図である。 図５Ａは、本発明の第１の実施形態に係るインクジェットヘッドにおける配線層を流路基板上部に配置したときの概略平面構成図である。図５Ｂは、図５Ａの領域ａ２の拡大図である。 図６Ａ〜図６Ｃは、配線基板と、流路基板及びノズル基板の接合体とを貼り合わせ時における製造工程図である 本発明の第２の実施形態に係るインクジェットヘッドの配線層を流路基板上部に配置したときの要部の概略平面構成図である。 本発明の第３の実施形態に係るインクジェットヘッドの配線層が形成される面を平面からみたときの概略構成図である。 本発明の第３の実施形態に係るインクジェットヘッドの要部断面を示す概略構成図である。

以下、本発明の実施形態に係るインクジェットヘッド、インクジェットヘッドの製造方法、及び、そのインクジェットヘッドを備えた画像形成装置の一例を、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下の例に限定されるものではない。以下で説明する各図において、共通の部材には同一の符号を付している。また、説明は、以下の順に行う。
１．第１の実施形態（ノズル基板、圧力室基板、流路基板及び配線基板を備えるインクジェットヘッドの例）
１−１．画像形成装置の構成
１−２．インクジェットヘッドの構成及び製造方法
２．第２の実施形態（封止部を個別配線と接続する例）
３．第３の実施形態（圧電体層に薄膜ＰＺＴを用い、個別配線及び封止部が圧力室基板に直接設けられる例）

１．第１の実施形態（ノズル基板、圧力室基板、流路基板及び配線基板を備えるインクジェットヘッドの例）
１−１．画像形成装置の構成
まず、本発明の第１の実施形態（以下、本実施形態）に係る画像形成装置について説明する。図１は、本実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。なお、以下の説明では、ラインヘッドを用いた記録媒体の搬送のみで描画を行う１パス描画方式での実施形態例を説明するが、適宜の描画方式を採用することができる。また、以下の説明では、記録媒体Ｒの搬送方向を前後方向、記録媒体の搬送面において、当該搬送方向に直交する方向を左右方向とし、前後方向及び左右方向に垂直な方向（インクの射出方向）を上下方向として説明する。

図１に示すように、本実施形態の画像形成装置１００は、プラテン１０１と、搬送ローラ１０２と、複数のラインヘッド１０３、１０４、１０５、１０６とを備える。プラテン１０１は、平板状の部材で構成されており、上面に記録媒体Ｒを支持する。プラテン１０１は、搬送ローラ１０２が駆動されると、記録媒体Ｒを搬送方向（前後方向）に搬送する。ラインヘッド１０３、１０４、１０５、１０６は、記録媒体Ｒの搬送方向（前後方向）の上流側から下流側に架けて、搬送方向に直交する幅方向（左右方向）に並列して設けられている。そして、ラインヘッド１０３、１０４、１０５、１０６、の内部には、後述するインクジェットヘッドが少なくとも一つ設けられており、例えば、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、黒（Ｋ）のインクを記録媒体Ｒに向けて吐出する。

１−２．インクジェットヘッドの構成及び製造方法
次に、上述した画像形成装置１００に適用される本実施形態に係るインクジェットヘッドについて説明する。図２は、本実施形態に係る画像形成装置１００に用いられるインクジェットヘッド１の外観を示す概略構成図である。また、図３は、本実施形態に係るインクジェットヘッド１の要部断面を示す概略構成図である。

図２及び図３に示すように、インクジェットヘッド１は、保持板３と、保持板３の上部に取り付けられたインクマニホールド２と、フレキシブル回路基板５と、保持板３の下部に取り付けられたヘッドチップ１０とを備える。

［インクマニホールド、保持板、フレキシブル回路基板］
インクマニホールド２は、ＬＣＰ（Liquid Crystal Plastic）等の樹脂で形成されており、一方の端部が上面部によって塞がれ、他方の端部は開口された角筒状の部材で構成されている。インクマニホールド２の開口された面には、保持板３が接続されており、インクマニホールド２の内部は、外部から供給されるインクが貯留される共通インク室８となる。また、インクマニホールド２の上面部には、共通インク室８にインクを供給するためのインク供給口６と、共通インク室８からインクを排出するためのインク排出口７が設けられている。

また、共通インク室８の開口部近傍には、共通インク室８をインク供給口６側の領域とヘッドチップ１０側の領域とで区切るように配置されたフィルタ９が設けられている。フィルタ９は、メッシュ状の部材で構成されており、インク供給口６から供給されたインクから異物を取り除き、異物が取り除かれたインクをヘッドチップ１０側に供給するために設けられている。

保持板３は、中央部分に開口部３ｂを有する平板状の部材で構成され、シリコン（Ｓｉ）に線膨張率の近い４２Ｎｉアロイなどで構成される。保持板３の一方の面にはインクマニホールド２が接合され、他方の面にはヘッドチップ１０が接合される。そして、保持板３の開口部３ｂを介して、インクマニホールド２の共通インク室８とヘッドチップ１０とが連通する。

保持板３の外周部には、ヘッドチップ１０に電力を供給するためのフレキシブル回路基板５を挿通させる挿通孔３ａが設けられている。本実施形態では、保持板３を、シリコンの線膨張率と近い線膨張率を有する材料で構成することで、精度が必要なＭＥＭＳ技術を用いた本実施形態のヘッドチップ１０の平面性を確保することができる。

フレキシブル回路基板５は、後述する配線基板３０の接続部６３（図５参照）に、異方性導電フィルムにより接続される。そして、フレキシブル回路基板５は、保持板３にもうけられた挿通孔３ａを挿通してインクマニホールド２側に引き出される。本実施形態のインクジェットヘッド１では、フレキシブル回路基板５によって、配線基板３０を介して後述するアクチュエータ５０の上部電極５３及び下部共通電極５１に電力が供給される。

［ヘッドチップ］
ヘッドチップ１０は、図１では図示されないが、図２に示すように、保持板３のインクマニホールド２が保持される側とは反対側に保持されている。ヘッドチップ１０は、ノズル基板２１と、中間基板２２と、圧力室基板２６と、流路基板２９と、配線基板３０とを有し、インクジェットヘッド１のインク吐出面側から保持板３側にこの順で積層されている。

図４Ａは、本実施形態のインクジェットヘッド１の流路基板２９を配線基板３０側から見たときの概略平面構成図であり、図４Ｂは、図４Ａの領域ａ１の拡大図である。また、図５Ａは、図５Ａは、本実施形態に係るインクジェットヘッド１における配線層３１を流路基板２９上部に配置したときの概略平面構成図であり、図５Ｂは、図５Ａの領域ａ２の拡大図である。

ノズル基板２１は、例えば５０〜２００μｍのシリコン基板で構成され、共通インク室８側から供給されたインクを外部に吐出する開口径１０〜３０μｍ、深さ１０〜４０μｍ程度のノズル４０となる複数の貫通孔を有する。ノズル４０は、フォトリソグラフィーを用いたエッチング処理によって、シリコン基板の不要な部分を除去することによって形成することができる。

ノズル４０は、ノズル基板２１に例えば５００〜２０００個設けられ、マトリクス状に配置されている。このノズル４０は、後述する圧力室基板２６に設けられる圧力室２７に連通するように設けられている。ノズル４０は、必要なノズル解像度を確保するために所定のノズルピッチで配列されており、図４Ａでは、８行構造のノズル４０を有する場合を例に示している。

中間基板２２は、例えばガラス基板で構成され、ノズル４０と後述の圧力室基板２６に設けられる圧力室２７とを連通する第１連通流路４１を有する。第１連通流路４１は、ガラス基板の所定の位置をブラスト加工することで形成することができる。また、第１連通流路４１は、各ノズル４０と対応する位置に設けられ、中間基板２２を貫通するように形成されている。中間基板２２では、第１連通流路４１の径を絞る形状とするなど、ノズル４０に至るインクの流路の形状を任意の形状とすることで、第１連通流路４１を流れる際にインクに加えられる運動エネルギーを調整することができる。この中間基板２２は、ノズル基板２１と接着層（図示を省略する）を介して接合されている。なお、中間基板２２は必ずしも必要ではなく、中間基板２２が設けられない構造であってもよい。

圧力室基板２６は、Ｓｉからなる支持基板２３、ＳｉＯ_２からなるＢＯＸ層２４、及び、Ｓｉからなる活性層２５がこの順に積層されたＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板で構成され、中間基板２２に設けられた第１連通流路４１を介して各ノズル４０と連通する複数の圧力室（チャネル）２７と、第２連通流路２８と、圧力発生部５５とを有する。圧力室基板２６となるＳＯＩ基板の支持基板２３の厚さは、５０〜２００μｍ程度、ＢＯＸ層２４の厚さは０．１μｍ程度、活性層２５の厚さは１０〜５０μｍ程度である。

圧力室２７は、共通インク室８から供給されるインクを個別に貯留する空間である。また、第２連通流路２８は、各圧力室２７と流路基板２９に設けられる後述する第３連通流路４２とを連通する孔である。図４Ａ及び図４Ｂでは、圧力室２７及び第２連通流路２８の形状が破線で示されている。図４Ａに示すように、圧力室２７及び第２連通流路２８は、ＳＯＩ基板の支持基板２３側に２次元マトリクス状に設けられている。また、圧力室２７は、断面がほぼ円形状に形成されており、第２連通流路２８は、圧力室２７から第３連通流路４２が配置される位置に突出するように設けられている。

圧力発生部５５は、振動板４７とアクチュエータ５０とを有する。振動板４７は、図３に示すように、各圧力室２７の流路基板２９側の上面に設けられ、それぞれの圧力室２７毎に設けられている。振動板４７は、圧力室２７の流路基板２９側の上壁部で構成され、圧力室２７が形成される圧力室基板２６に一体に設けられている。本実施形態では、振動板４７は、圧力室基板２６を構成するＳＯＩ基板の活性層２５で構成されている。

アクチュエータ５０は、振動板４７の圧力室２７に面する側とは反対側の面に設けられ、振動板４７側から順に積層された下部共通電極５１、圧電体層５２及び上部電極５３で構成されている。下部共通電極５１は、薄膜状の金属層で構成されており、本実施形態では、Ｔｉ（チタン）層とＰｔ（白金）層とをこの順に積層して構成されている。Ｔｉ層は、例えば０．０２μｍ程度に形成され、Ｐｔ層は、例えば０．１μｍ程度に形成されている。なお、Ｐｔ層の代わりにＡｕ（金）層を形成してもよい。この下部共通電極５１は、全ての圧力室２７に共通に設けられており、下部共通電極５１は、後述する配線基板３０に設けられるグランド配線６４（図５Ａ参照）によってグランド接続される。

圧電体層５２は、厚さが２０〜１００μｍ程度の電界が印加されることによって変形する材料で構成することができ、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの強誘電体材料で構成されている。圧電体層５２は、圧力室２７上部の振動板４７上部に設けられ、圧力室２７毎（チャネル毎）に形成されている。本実施形態では、図４Ｂに示すように、平面視で円形状に形成されている。

上部電極５３は、各圧電体層５２の上部に個別に設けられる電極であり、各圧力室２７に対応して設けられる個別電極である。上部電極５３は、薄膜状の金属層で構成され、本実施形態では、Ｔｉ層と、Ｐｔ層とをこの順に積層して構成されている。Ｔｉ層は、例えば０．０２μｍ程度に形成され、Ｐｔ層は、例えば０．１μｍ程度に形成されている。なお、Ｐｔ層の代わりにＡｕ（金）層を形成してもよい。また、図４Ｂに示すように、上部電極５３は、圧電体層５２と同様、ほぼ円形状に形成されている。上部電極５３は、その端部に突出部を有し、その突出部に後述する個別配線３９のスタッドバンプ５４及びはんだバンプまたは導電ペースト５６が接続される。

圧力室基板２６を形成する場合には、まず、ＳＯＩ基板を準備し、ＳＯＩ基板の活性層２５の表面全面に、スパッタ法を用いて、厚さ０．０２μｍ程度のＴｉ層と厚さ０．１μｍ程度のＰｔ層を順に成膜し、下部共通電極５１となる金属層を形成する。次に、フォトリソグラフィーを用いたエッチングにより金属層の余分な部分を除去し、所望の形状の下部共通電極５１を形成する。

次に、フォトリソグラフィーによるエッチングにより、ＳＯＩ基板の支持基板２３側から、支持基板２３、ＢＯＸ層２４及び活性層２５の不要な部分を除去することで、複数の圧力室２７及び第２連通流路２８を形成する。ここで、圧力室２７の形成のための支持基板２３側のエッチング工程では、ＢＯＸ層２４がエッチングストップ層となり、圧力室２７に対応する部分に残った活性層２５が振動板４７となる。

一方、アクチュエータ５０となる圧電体層５２及び上部電極５３は、ブラスト加工により所定形状に加工して形成する。このとき、図示を省略するが、圧電体層５２の下層には下部共通電極５１と接合される電極層が形成される。すなわち、電極層、圧電体層５２、上部電極５３からなる積層体は一体的に加工形成される。そして、圧力室基板２６をノズル基板２１及び中間基板２２を貼り合わせた接合体に接着した後にアクチュエータ５０となる圧電体層５２と上部電極５３とを含む積層体を、振動板４７上部の下部共通電極５１上部にエポキシ接着剤などにより接合する。これにより、圧力室基板２６では、振動板４７上部に、ユニモルフ構造のアクチュエータ５０が形成される。

本実施形態では、上部電極５３と下部共通電極５１との間に電圧を印加することで圧電体層５２を変形させ、これによって振動板４７を変形させることができる。そして、振動板４７の変形によって各圧力室２７ではインク吐出に係る圧力が発生し、ノズル４０からインクが吐出される。圧力室基板２６は、圧力発生部５５が形成される側と反対側の面が、例えば陽極接合によって中間基板２２のノズル基板２１とは反対側の面に接合されている。

流路基板２９は、ガラス基板又は４２アロイ等で構成され、アクチュエータ５０を収容する空間部４４と、各圧力室２７、及び、後述する配線基板３０に設けられる第４連通流路４３を連通する第３連通流路４２とを有する。図４Ａの実線で示すように、流路基板２９に設けられる空間部４４は、マトリクス状に配置される圧力室２７の行毎に形成され、基板を貫通するように設けられている。すなわち、行方向に隣り合う圧力室２７に対応するそれぞれのアクチュエータ５０は、行方向に繋がった空間部４４に収容される。

また、流路基板２９の第３連通流路４２は、圧力室２７毎に設けられており、図４Ａに示すように断面形状が円形状に形成されている。また、図４Ａに示すように、流路基板２９の行方向の両端部には、下部共通電極５１をグランド接続するための引き出し貫通孔６１が三箇所ずつ設けられており、それぞれの下部共通電極５１はバンプ６２を介して後述する配線基板３０のグランド配線６４に接続される。流路基板２９は、圧力室基板２６の中間基板２２が接合される側とは反対側の面に、接着剤層（図示を省略する）を介して接着されている。

配線基板３０は、シリコン層３２と、配線層３１と、配線層３１を被覆するように設けられる絶縁層４５と、シリコン層３２及び絶縁層４５を貫通する第４連通流路４３とを有する。

第４連通流路４３（本発明の配線基板側連通流路）は、配線基板３０の上部に設けられる共通インク室８と流路基板２９に設けられた第３連通流路４２とを連通するように、シリコン層３２を貫通して設けられている。本実施形態では、第４連通流路４３は、流路基板２９との接合面において、第３連通流路４２の断面とほぼ同じ形状に形成されており、例えば、円形状に形成されている。

配線層３１は、シリコン層３２の流路基板２９側の面に形成され、各圧力発生部５５に設けられた上部電極５３に接続される個別配線３９と、下部共通電極５１に接続されるグランド配線６４と、第４連通流路４３の周囲を囲むように設けられた封止部４６とを有する。個別配線３９、グランド配線６４及び封止部４６は、例えば、アルミニウムで形成されている。

個別配線３９は、図３に示すように、各アクチュエータ５０を構成するそれぞれの上部電極５３にスタッドバンプ５４及びはんだバンプまたは導電ペースト５６を介して接続され、個別配線３９は、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、上部電極５３を配線基板３０の列方向の端部に引き出すように設けられている。配線基板３０の列方向の両端部は、フレキシブル回路基板５が接続される接続部６３となる。それぞれの個別配線３９は、配線基板３０の列方向の両端に設けられる接続部６３のうち近い方に引き出される。本実施形態では、８行分の圧力室２７のうち、中央から一方の側に配列された４行分の圧力室２７に設けられた上部電極５３は、一方の側の接続部６３に引き出され、他方の側に配列された４行分の圧力室２７に設けられた上部電極５３は、他方の側の接続部６３に引き出されている。

また、本実施形態では、配線基板３０の個別配線３９の延在方向と直交する方向における両端部には、下部共通電極５１に接続されるグランド配線６４が設けられている。グランド配線６４にも、下部共通電極５１に接続されるバンプ６２が形成されており、バンプ６２を介してグランド配線６４は下部共通電極５１に電気的に接続されている。さらに、グランド配線６４も、個別配線３９と同方向に延在して設けられており、配線基板３０の接続部６３でフレキシブル回路基板５に接続される。

このような、個別配線３９及びグランド配線６４は、配線抵抗を減らすため、製造可能範囲で極力太く、厚く形成するのが好ましく、本実施形態では、４μｍの厚みに形成されている。

封止部４６は、第４連通流路４３を囲むように第４連通流路４３の際から所定の幅を有して形成され、本実施形態では、円形状（ドーナツ状）に形成されている。また、封止部４６は、隣接する個別配線３９と緩衝しない程度の大きに形成されている。本実施形態では、封止部４６は、配線層３１の面方向において２０μｍ〜２００μｍ程度の幅、好ましくは１００μｍ以下の幅で形成されるのが好ましい。ここで、本実施形態における封止部４６の幅は、ドーナツ状に設けられた封止部４６の外径と内径の差の半分とする。

封止部４６は、流路基板２９と配線基板３０との境界面において、流路基板２９と配線基板３０との密着性を向上させ、インクのリークを防止するための土手として設けられるものである。本実施形態のように、封止部４６の面方向における幅を２０μｍ以上とすることで、インクの流路の周囲を確実に封止することができる。また、チャネルの高密度化により、他の配線への影響もあるため、２００μｍ以下の幅、好ましくは１００μｍ以下の幅で形成されるのが好ましい。このような、封止部４６は、個別配線３９の製造工程と同工程で形成されるものであり、個別配線３９及びグランド配線６４と同様、４μｍの厚みに形成されている。

絶縁層４５は、例えばＳｉＯ_２で構成されており、配線基板３０に設けられた配線層３１上面に成膜され、個別配線３９に設けられるスタッドバンプ５４及びグランド配線６４に設けられるバンプ６２の形成領域を除いた部分に設けられる。この絶縁層４５は、例えば１μｍ程度の厚さに成膜され、配線層３１の形状を踏襲するように配線層３１上面に成膜されている。

なお、配線基板３０では、シリコン層３２の両面全面、すなわち、シリコン層３２と配線層３１との間及びシリコン層３２の配線層３１が形成される面とは反対側の面に、シリコン層３２を保護するための絶縁層が成膜されているが、本実施形態では図示を省略している。そして、このような構成の配線基板３０は、その配線層３１側の面が流路基板２９に接合するように、接着剤層（図示を省略する）を介して貼り合わされる。

ここで、配線基板３０の製造工程の一例について説明する。まず、シリコン層３２となるシリコン基板を準備し、シリコン基板の一方の面の全面にＳｉＯ_２からなる絶縁層（図示を省略する）を成膜し、その上面に、Ａｌ層を形成する。そして、フォトリソグラフィーを用いたエッチングにより、Ａｌ層の不要部分を除去することで、所望の形状の個別配線３９、グランド配線６４、及び、封止部４６を有する配線層３１を形成する。その後、その配線層３１上部に、ＳｉＯ_２からなる絶縁層４５を成膜する。この絶縁層４５のうち、個別配線３９のスタッドバンプ５４とはんだバンプ５６、及び、グランド配線６４のバンプ６２が形成される領域は、エッチングにより除去する。

次に、シリコン基板の配線層３１が形成された側とは反対側の面の全面にＳｉＯ_２からなる絶縁層（図示を省略する）を成膜する。そして、フォトリソグラフィーによるエッチング処理により、絶縁層及びシリコン基板の不要な部分を除去することで、第４連通流路４３を形成する。そして、個別配線３９の所定の位置に、金属細線を用いたワイヤボンディングによりスタッドバンプ５４を形成する。また、配線基板３０と流路基板２９との貼り合わせ時における電気的接合の信頼性を確保するため、スタッドバンプ５４上にははんだバンプ５６を形成する。また、個別配線３９に形成したスタッドバンプ５４及びはんだバンプ５６の形成工程と同じ工程において、グランド配線６４のバンプ６２も形成する。あるいは、はんだバンプの替わりにスタッドバンプ先端に導電ペースト５６を転写などで塗布してもよい。これにより、配線基板３０が形成される。

図６Ａ〜図６Ｃは、配線基板３０と、流路基板２９、圧力室基板２６、中間基板２２及びノズル基板２１の接合体との貼り合わせ時における製造工程図である。まず、配線基板３０（図６Ａ参照）及び、流路基板２９、圧力室基板２６、中間基板２２及びノズル基板２１が接合された接合体（図６Ｂ参照）を準備する。流路基板２９、圧力室基板２６、中間基板２２及びノズル基板２１の接合体は、上述したように、ノズル基板２１、中間基板２２、圧力室基板２６、流路基板２９を順次接合することで形成する。

次に、流路基板２９、圧力室基板２６、中間基板２２及びノズル基板２１の接合体における流路基板２９表面に、接着剤層（図示を省略する）を形成する。接着剤層は、全面に均一に塗布する必要があるため、転写や印刷技術を用いて塗布するのが好ましい。その後、配線基板３０の配線層３１の面側と流路基板２９とを向かい合わせ、図示を省略するアライメントマークを用いて位置あわせする。そして、図６Ｃに示すように、配線基板３０を流路基板２９上に貼り合わせる。配線基板３０と、流路基板２９、圧力室基板２６、中間基板２２及びノズル基板２１の接合体との貼り合わせにより、個別配線３９は、圧力発生部５５の上部電極５３に電気的に接続され、グランド配線６４は下部共通電極５１に電気的に接続される。これにより、ヘッドチップ１０が完成する。

そして、本実施形態では、インクマニホールド２の共通インク室８側に、保持板３を介してヘッドチップ１０の配線基板３０側を接合し、配線基板３０に設けられた接続部６３に異方性導電フィルムを介してフレキシブル回路基板５を接合することでインクジェットヘッド１が完成する。

本実施形態のインクジェットヘッド１では、共通インク室８に供給されたインクは、第４連通流路４３、第３連通流路４２、第２連通流路２８を介して各圧力室２７に供給される。そして、圧力発生部５５において、アクチュエータ５０では、圧電体層５２に電界が印加されることによってたわみ変形が発生し、そのたわみ変形が振動板を介して圧力室２７の体積変化を与える。これにより、圧力室２７内では、体積変化による圧力変化が起こり、内部に供給されたインクは、第１連通流路４１及びノズル４０を通って外部に吐出される。

本実施形態では、配線基板３０において、第４連通流路４３の周囲に、土手状の封止部４６が設けられており、この土手状の封止部４６が他の個別配線３９及びグランド配線６４と同一の高さに形成されているため、配線層３１面の凹凸面における一番高い部分となる。したがって、配線基板３０と流路基板２９との貼り合わせ時において封止部４６は流路基板２９の表面に確実に接着される。

これにより、第４連通流路４３と第３連通流路４２との境界部分において、配線基板３０と流路基板２９との間に隙間が形成されないので、第４連通流路４３及び第３連通流路４２は液密に保持される。このため、第４連通流路４３から第３連通流路４２にインクが流れる際に、配線基板３０と流路基板２９との間にインクが漏れるのを防ぐことができる。

図６Ａに示すように、配線基板３０の配線層３１側の面には、配線層３１に起因する凹凸がある。したがって、従来のインクジェットヘッドのように、封止部がない構造の場合、第４連通流路４３周囲は凹形状となり配線層３１面と流路基板２９との間には隙間があき、インクのリークの可能性が高くなる。一方で、その隙間を埋めるため接着剤の塗布量を増やすと、接着剤がインクの流路に溢れ、流路を塞いでしまう恐れがある。

これに対し、本実施形態では、封止部４６を設けることで、接着剤の塗布量を増やすことなく、第４連通流路４３及び第３連通流路４２の周囲において配線基板３０と流路基板２９と境界の隙間を無くすことができる。

また、本実施形態では、封止部４６は、配線層３１の形成時に個別配線３９やグランド配線６４と同時に形成することができる。したがって、別途、封止部４６を形成するための工程を設ける必要がない。

本実施形態では、配線層３１は、配線基板３０の一方の面にのみ形成する例を用いて説明したが、配線基板３０の両面に配線層３１を有する構成にも本発明を適用することができる。この場合も、配線基板３０の流路基板２９側に配線層３１に封止部４６を形成することで、本実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本実施形態では、封止部４６の外形を円形状の部材で構成したが、これに限られるものではなく、例えば矩形状であってもよい。

２．第２の実施形態（封止部を配線として用いる例）
次に、本発明の第２の実施形態に係るインクジェットヘッドについて説明する。図７は、本実施形態のインクジェットヘッド７０の配線層７２を流路基板２９上に配置したときの概略平面構成図であり、図５Ｂと同様、一部の圧力室２７に対応する部分を拡大して示している。図７において、図５Ｂに対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。

図７に示すように、本実施形態のインクジェットヘッド７０では、配線層７２に形成される封止部４６と個別配線７１とが接続されている。封止部４６の構成は第１の実施形態と同様である。個別配線７１は封止部４６に結合されており、スタッドバンプ５４及びはんだバンプ５６または導電ペーストを介して上部電極５３に接続されると共に、配線基板３０の端部の接続部６３まで延在して配設されている。

ところで、ヘッドの解像度を上げる場合、チャネル（圧力室２７）間のピッチを狭くする、または、列数を増やす、もしくはその両方が必要となる。チャネル間のピッチを狭くする場合には、流路間の間隔が狭くなるが、この間隔を広げるためには、流路を小さくする必要があり、流路の径を小さくすると流路抵抗の増加を招き、射出特性に影響が生じる。一方、配線の列数を増やす場合には、流路間を通す配線の本数が多くなり、配線１本あたりの幅が小さくなり配線抵抗が大きくなる。

これに対し、本実施形態では、封止部４６を個別配線７１の一部として用いることにより、第４連通流路４３を跨ぐように配線することができる。このため、従来は配線を設けることができなかった領域を配線スペースとして用いることができる。これにより、１本の配線の幅を大きくする、もしくは、第３連通流路４２の直径を大きくすることができる。したがって、ヘッドの高解像度においても、配線抵抗の増大もしくは射出特性の悪化を防ぐことができる。

３．第３の実施形態（圧電体層に薄膜ＰＺＴを用い、個別配線が圧力室基板に直接設けられる例）
次に、本発明の第３の実施形態に係るインクジェットヘッドについて説明する。図８は、本実施形態のインクジェットヘッド８０の配線層９２が形成される面を平面からみたときの概略構成図であり、図９は、本実施形態のインクジェットヘッド８０の要部断面を示す概略構成図である。本実施形態のインクジェットヘッド８０は、個別配線９１が圧力室基板２６に直接設けられ、配線基板が無い点で第１の実施形態と異なる。図９において、図３に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。

図９に示すように、本実施形態のインクジェットヘッド８０のヘッドチップ９９は、ノズル基板２１と、中間基板２２と、圧力室基板９７と、流路基板８８と、インクジェットヘッド８０のインク吐出面側から保持板３側にこの順で積層されている。

圧力室基板９７は、Ｓｉからなる支持基板２３、ＳｉＯ_２からなるＢＯＸ層２４、及び、Ｓｉからなる活性層２５がこの順に積層されたＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板で構成され、中間基板２２に設けられた第１連通流路４１を介して各ノズル４０と連通する複数の圧力室（チャネル）２７と、第２連通流路２８と、圧力発生部８１とを有する。圧力発生部８１は、振動板４７と、アクチュエータ８５とを有する。本実施形態において、圧力室２７、第２連通流路２８及び振動板４７の構成は第１の実施形態と同様である。

アクチュエータ８５は、振動板４７の圧力室２７に面する側とは反対側の面に設けられ、振動板４７側から順に積層された下部共通電極８２、圧電体層８３、及び、上部電極８４で構成されている。そして、本実施形態の上部電極８４は、封止部９３及び個別配線９１を構成する配線層９２と同一の層に形成され、封止部９３及び個別配線９１と接続されている。

下部共通電極８２は、薄膜状の金属層で構成されており、本実施形態では、Ｔｉ（チタン）層とＰｔ（白金）層とをこの順に積層して構成されている。この下部共通電極８２は、全ての振動板４７上面に共通に設けられている。Ｔｉ層は、例えば０．０２μｍ程度に形成され、Ｐｔ層は、例えば０．１μｍ程度に形成されている。下部共通電極８２は、圧力室基板２６端部でグランド接続される。

圧電体層８３は、電界が印加されることによって変形する材料で構成することができ、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの強誘電体材料で構成されている。圧電体層８３は、振動板４７上部に設けられ、圧力室２７毎（チャネル毎）に形成されている。また、本実施形態では、圧電体層８３は、スパッタリングやゾルゲル法を用いて形成することができる薄膜ＰＺＴ（本発明の薄膜圧電体層に相当）で構成されている。本実施形態では、図８に示すように、平面視で楕円形状に形成されている。

上部電極８４は、各圧電体層８３の上部に個別に設けられている。上部電極８４は、図８に示すように、圧電体層８３と同形状に形成されている。

配線層９２は、圧電体層８３上部から、フレキシブル回路基板５に接続される端部に延在して設けられており、また、第２連通流路２８の周囲をドーナツ状に取り囲むように形成されている。すなわち、本実施形態の配線層９２のうち、第２連通流路２８の周囲にある配線層９２が封止部９３を構成し、図８に示すように端部に向けて延在する部分が個別配線９１を構成する。また、配線層９２は、一部が上部電極８４上に乗り上げるように構成される。

そして、これらの上部電極８４、封止部９３、及び個別配線９１は、チャネル毎に接続されている。個別配線９１は、図示を省略するが、圧力室基板２６の端部において、フレキシブル回路基板５に接続されており、これにより、アクチュエータ８５に所望の電圧が印加される。すなわち、本実施形態では、圧力室基板２６は、配線基板を兼ねる。

また、圧電体層８３が形成される領域以外の配線層９２と下部共通電極８２との間には、絶縁層８６が形成されており、さらには、配線層９２の流路基板８８側上部には、全面に絶縁層８７が形成されている。

ここで、圧力室基板９７の形成工程について説明する。まず、圧力室基板９７を構成するＳＯＩ基板を準備する。ＳＯＩ基板は、Ｓｉからなる支持基板２３、ＳｉＯ_２からなるＢＯＸ層２４、Ｓｉからなる活性層２５がこの順に積層されており、支持基板２３の厚さは５０〜２００μｍ程度である。まず、活性層２５の表面に、スパッタ法を用いて、厚さ０．２μｍ程度のＴｉ層と厚さ０．１μｍ程度のＰｔ層を順に成膜し、下部共通電極８２となる金属層を形成する。次に、下部共通電極８２となる金属層の表面全面に、例えばスパッタ法を用いて圧電体層８３となるＰＺＴ層を成膜し、さらに、スパッタ法などを用いて、厚さ０．２μｍ程度のＴｉ層と厚さ０．１μｍ程度のＰｔ層を順に成膜し、上部電極８４となる金属層を形成する。その後、フォトリソグラフィーを用いたエッチング加工により、上部電極となる金属層とＰＺＴ層の余分な部分を除去して上部電極８４及び圧電体層８３を形成する。次に、同様にフォトリソグラフィーを用いたエッチング加工により金属層の余分の部分を除去し、下部共通電極８２を形成する。

次に、全面に絶縁材料層を成膜し、フォトリソグラフィーを用いたエッチング加工により、圧電体層８３上部の領域を除去し、絶縁層８６を形成する。その後、Ａｌ（アルミニウム）などの配線層９２となる金属層を形成する。そして、フォトリソグラフィーを用いたエッチング加工により、金属層の余分な部分を除去し、個別配線９１、封止部９３を含む配線層９２を形成する。そして、配線層９２が形成された面全面に絶縁層８７を形成する。

次に、フォトリソグラフィーによるエッチングにより、ＳＯＩ基板の支持基板２３側から、支持基板２３、ＢＯＸ層２４及び活性層２５の不要な部分を除去することで、複数の圧力室２７を及び第２連通流路２８を形成する。ここで、圧力室２７形成のための支持基板２３側のエッチング工程では、ＢＯＸ層２４がエッチングストップ層となり、圧力室２７に対応する部分に残った活性層２５が振動板となる。

本実施形態では、以上のようにして、アクチュエータ８５を構成する上部電極８４の形成後、圧力室基板９７上部に個別配線９１及び封止部９３が形成される。これにより、別途配線基板を形成する必要がない。

流路基板８８は、ガラス基板又は４２アロイ等で構成され、アクチュエータ８５を収容する空間部９０と、各圧力室２７と共通インク室８を連通する第３連通流路８９とを有する。本実施形態では、配線基板が設けられないため、流路基板８８上部には、共通インク室８が配置される。このため、アクチュエータ８５を収容する空間部９０は、流路基板８８を貫通せず、圧力室基板９７側から所定の深さに形成された溝部で構成される。

本実施形態のインクジェットヘッド８０では、圧力室基板９７上部の配線層９２上部に流路基板８８を接着剤を用いて貼り合わせることで、ヘッドチップ９９が完成する。そして、封止部９３が第３連通流路８９及び第２連通流路２８の周囲に形成されているため、流路基板８８とノズル基板９８との貼り合わせ時には、封止部９３上面が流路基板８８の貼り合わせ面に密着するように貼り合わされる。これにより、第３連通流路８９と第２連通流路２８との境界において、配線層９２とノズル基板９８との間にインクが漏れ出すのを防ぐことができる。

本実施形態では、アクチュエータ８５を構成する圧電体層８３として、薄膜ＰＺＴを用いるため、圧電体層８３をスパッタリング法やゾルゲル法などでＳｉ基板上に直接形成することができる。薄膜ＰＺＴは、その膜厚が１〜５μｍ程度と薄く、小さな面積で大きな変位を得られるため、アクチュエータ８５をさらに高密度に配置することができ、ヘッドチップ９９の小型化を図ることができる。また、Ｓｉ基板上に圧電体層８３を直接パターニングすることができるので、上部電極８４に接続される個別配線９１を同一面内に構成することができ、配線基板を無くすことができる。なお、本実施形態では、上部電極８４に乗り上げるように配線層９２を形成したが、上部電極８４のパターンを変更することにより、上部電極８４と配線層９２とを一体的に形成してもよい。この場合には、上部電極８４と配線層９２とを一度に作ることができるので、工程数を減らすことができる。

そして、本実施形態のインクジェットヘッド８０においても、ノズル基板９８の配線層９２が形成される面には、配線層９２に起因する凹凸が形成される。したがって、ノズル基板９８と流路基板８８とを貼り合わせる際には、配線層９２による凹凸面に起因する隙間が発生する。しかし、本実施形態においても、第２連通流路２８の周囲を囲むように封止部９３を形成することによって、第２連通流路２８及び第３連通流路８９の境界部分において、流路基板８８とノズル基板９８とを液密に貼り合わせることができる。これにより、流路基板８８とノズル基板９８との間へのインクのリークを防ぐことができる。

以上、本発明について、実施形態に基づいて説明したが、本発明は上述の実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。上述の実施形態では、封止部を配線層に形成する構成としたが、配線層とは別部材で構成してもよく、例えば、配線と同程度の高さの絶縁層を形成するなどしてもよい。また、封止部を配線層とは別部材で構成する場合には、封止部は、配線層側ではなく、配線層と貼り合わされる面側に設けてもよい。配線層の凹凸形状に起因する貼り合わせ面の隙間を、インクが流れる流路周辺において封止することができる構成であればよい。このため、配線層の高さと同程度がそれよりも高く封止部を形成することで、本発明の効果を得ることができる。

また、上述した実施形態例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。例えば、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成について他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…インクジェットヘッド、２…インクマニホールド、３…保持板、５…フレキシブル回路基板、８…共通インク室、１０…ヘッドチップ、２１…ノズル基板、２２…中間基板、２６…圧力室基板、２７…圧力室、２８…連通孔、２９…流路基板、３０…配線基板、３１…配線層、３９…個別配線、４０…ノズル、４１…第１連通流路、４２…第２連通流路、４３…第３連通流路、４４…空間部、４５…絶縁層、４６…封止部、４７…振動板、５０…アクチュエータ、５１…下部共通電極、５２…圧電体層、５３…上部電極、５４…スタッドバンプ、５５…圧力発生部

Claims (9)

1. 複数の圧力室と、前記圧力室毎に設けられ、前記圧力室の体積を変化させるアクチュエータとを有する圧力室基板と、
   各圧力室と連通し、前記圧力室の体積変化により液体を吐出するノズルを有するノズル基板と、
   インクを貯留し、各圧力室にインクを供給する共通インク室と、
   前記圧力室毎に設けられた各アクチュエータに個別に電力を供給する個別配線を有する配線層と、
   前記配線層との間にアクチュエータを収容する空間部と、前記圧力室及び前記共通インク室を個別に連通する連通流路とを有し、前記配線層が形成された面に貼り合わされる流路基板と、
   前記流路基板と前記配線層が形成された面との貼り合わせ面において前記連通流路を囲む領域に設けられ、前記貼り合わせ面を液密に封止する封止部と
   を備えるインクジェットヘッド。
2. 前記封止部は、配線層の一部で構成されている
   請求項１に記載のインクジェットヘッド。
3. 前記封止部には、個別配線が接続されている
   請求項２に記載のインクジェットヘッド。
4. 前記配線層は、前記流路基板を介して前記圧力室基板上に設けられた配線基板に形成され、
   前記配線基板には、前記連通流路と連通する配線基板側連通流路が設けられている
   請求項３に記載のインクジェットヘッド。
5. 前記アクチュエータは、下部共通電極と下部共通電極上部に成膜された薄膜圧電体層と、前記薄膜圧電体層上に、各圧力室に応じて個別に設けられた上部電極とを備え、
   前記配線層は、前記上部電極に接続されている
   請求項２に記載のインクジェットヘッド。
6. 前記配線層は、前記上部電極と一体に形成されている
   請求項５に記載のインクジェットヘッド。
7. 複数の圧力室と、前記圧力室毎に設けられ、前記圧力室の体積を変化させるアクチュエータとを有する圧力室基板と、
   各圧力室と連通し、前記圧力室の体積変化により液体を吐出するノズルを備えるノズル基板と、
   インクを貯留し、各圧力室にインクを供給する共通インク室と、
   前記圧力室毎に設けられた各アクチュエータに個別に電力を供給する個別配線を有する配線層と、
   前記配線層との間にアクチュエータを収容する空間部と、前記圧力室及び前記共通インク室を個別に連通する連通流路とを有し、前記配線層が形成された面に貼り合わされる流路基板とを備えるインクジェットヘッドの製造方法において、
   前記配線層が形成された面と前記流路基板とが貼り合わされる前に、前記流路基板又は前記配線層の、前記流路基板と前記配線層が形成された面との貼り合わせ面における前記連通流路を囲む領域に、前記貼り合わせ面を液密に封止する封止部を形成する工程を有する
   インクジェットヘッドの製造方法。
8. 前記封止部は前記配線層に形成し、前記配線層に形成される配線の形成と同工程で形成する
   請求項７に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
9. 請求項１〜６のいずれかに記載のインクジェットヘッドを備える
   画像形成装置。

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