KR20170130585A - 잉크젯 헤드 및 잉크젯 프린터 - Google Patents

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에이주 히라이
도시아키 하마구치
요이치 나가누마
모토키 다카베
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세이코 엡슨 가부시키가이샤
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Abstract

잉크젯 헤드는, 노즐에 각각 연통되는 복수의 압력실이 형성되어 있는 압력실 형성 기판; 각각의 압력실의 일측면을 구획하고, 구획 영역의 변형을 허용하는 진동판; 압력실에 대응하는 영역에서, 진동판의 압력실측과는 반대측의 면으로부터 순서대로 제 1 전극층, 압전체층 및 제 2 전극층을 적층하여 형성되는 압전 소자; 및 진동판과의 사이에 복수의 범프 전극이 개재된 상태에서 진동판에 대해 간격을 두고 배열되며, 압전 소자를 구동하는 신호를 출력하는 회로 기판을 포함하고, 제 1 전극층은 각각의 압전 소자마다 독립하여 형성되고, 제 2 전극층은 복수의 압전 소자에 걸쳐서 연속하여 형성되며, 범프 전극 중 적어도 일부는 구획 영역 외측의 영역에서 제 1 전극층 및 제 2 전극층과 전기적으로 접속되어 있다.

Description

잉크젯 헤드 및 잉크젯 프린터
본 발명은 전압의 인가에 의해 변형되는 압전 소자를 구비한 잉크젯 헤드(inkjet head), 및 이 잉크젯 헤드를 구비한 잉크젯 프린터(inkjet printer)에 관한 것이다.
잉크젯 프린터는 퍼머넌트 헤드(permanent head)를 구비하고, 이 퍼머넌트 헤드로부터 각종의 액체를 분사(토출)하는 장치이다. 잉크젯 프린터란, 비충격식 인쇄 장치로서, 문자가 용지 상에 잉크의 입자 또는 액적의 분사에 의해 형성되는 것이다(JIS X0012-1990). 복수의 점으로 표현되는 문자나 화상을 인자하는 프린터인 도트 프린터의 한 형태이며, 잉크의 입자 또는 액적의 분사에 의해 형성되는 복수의 점으로 표현되는 문자나 화상을 인쇄한다. 또한, 퍼머넌트 헤드(이하, "잉크젯 헤드"라 함)란, 잉크의 액적을 연속적 또는 단속적으로 생성하는, 프린터 본체의 기계부 또는 전기부이다(JIS Z8123-3; 2013). 이 잉크젯 프린터는, 화상 기록 장치로서 사용되는 것 외에, 극히 소량의 액체를 소정 위치에 정확하게 착탄시킬 수 있다는 특징을 살려 각종의 제조 장치에도 응용되고 있다. 예컨대, 액정 디스플레이 등의 칼라 필터를 제조하는 디스플레이 제조 장치, 유기 전계 발광(electro luminescence; EL) 디스플레이나 면 발광 디스플레이(또는 전계 방출 디스플레이(FED))의 전극을 형성하는 전극 형성 장치, 그리고 바이오칩(생물화학 소자)을 제조하는 칩 제조 장치에 잉크젯 프린터가 응용되고 있다.
상기의 잉크젯 헤드는, 압전 소자의 구동에 의해 압력실 내의 액체에 압력 변동을 일으키고, 이 압력 변동을 이용하여 노즐로부터 액체를 분사하도록 구성되어 있다. 이 압전 소자로서는, 예컨대, 압력실에 근접한 측으로부터 순서대로, 복수의 압력실에 공통된 공통 전극으로서 기능하는 하부 전극층과, 티탄산 지르콘산 연(PZT) 등의 압전체층과, 압력실마다 마련된 개별 전극으로서 기능하는 상부 전극층이, 성막 기술에 의해 각각 적층 형성되어 구성된다(예컨대, 특허문헌 1). 이들 하부 전극층 및 상부 전극층은, 기판 상에서, 리드 배선으로서 압전체층보다 외측으로 인출되어, 플렉시블 케이블이나 구동 회로(드라이버 회로라고도 함) 등에 접속되어 있다. 그리고, 이들 플렉시블 케이블 등을 거쳐서 하부 전극층 및 상부 전극층에 전압이 인가되면, 양 전극층에 끼인 압전체층이 변형된다. 즉, 양 전극층 및 이들 사이에 끼인 부분이 압력실에 압력 변동을 일으키는 압전 소자로서 기능한다.
일본 특허 공개 제 2002-292781 호 공보
그렇지만, 상기와 같은 구성에서는, 압전 소자로부터 플렉시블 케이블에 접속되는 단자까지의 거리가 길어져서, 이들 사이의 전기 저항(이하, 간단히 저항이라 함)이 높아질 우려가 있었다. 특히, 공통 전극(즉, 하부 전극층)에 전기적으로 접속되는 리드 배선은, 기판 상에서 복수 나열된 압전 소자들의 병설 방향을 따라서 밀봉판의 외측까지 인출되기 때문에, 배선이 길어져서, 저항이 높아지기 쉽다.
본 발명은 압전 소자에 접속되는 배선의 저항을 억제할 수 있는 잉크젯 헤드, 및 잉크젯 프린터를 제공한다.
본 발명의 잉크젯 헤드는, 노즐에 각각 연통되는 복수의 압력실이 형성되어 있는 압력실 형성 기판; 각각의 압력실의 일측면을 구획하고, 해당 구획 영역의 변형을 허용하는 진동판; 상기 압력실에 대응하는 영역에서, 상기 진동판의 압력실측과는 반대측의 면으로부터 순서대로 제 1 전극층, 압전체층 및 제 2 전극층을 적층하여 형성되는 압전 소자; 및 상기 진동판과의 사이에 복수의 범프 전극이 개재된 상태에서 상기 진동판에 대해 간격을 두고 배열되며, 상기 압전 소자를 구동하는 신호를 출력하는 회로 기판을 포함하고, 상기 제 1 전극층은 각각의 압전 소자마다 독립하여 형성되고, 상기 제 2 전극층은 복수의 압전 소자에 걸쳐서 연속하여 형성되며, 상기 범프 전극 중 적어도 일부는 상기 구획 영역 외측의 영역에서 상기 제 1 전극층 및 상기 제 2 전극층과 전기적으로 접속되어 있다.
이 구성에 의하면, 회로 기판이 진동판에 대해 간격을 두고 배치되었기 때문에, 제 1 전극층 및 제 2 전극층이 예컨대 리드 배선에 의해 접속될 필요가 없으며, 회로 기판과 압전 소자는 범프 전극을 거쳐서 접속될 수 있다. 이에 의해, 회로 기판과 압전 소자 사이의 저항을 줄일 수 있다. 특히, 복수의 압전 소자에 걸쳐서 연속하여 형성된 공통 전극이 되는 제 2 전극층이 제 1 전극층 및 압전체층의 상방에 배치되었으므로, 이들 층과 간섭하는 일 없이, 범프 전극과 제 2 전극층의 접속 개소를 복수 마련할 수 있다. 그 결과, 제 2 전극층에 공급되는 전력이 저하되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 제 1 전극층 및 제 2 전극층이 예컨대 리드 배선에 의해 접속될 필요가 없기 때문에, 구조를 간단하게 할 수 있다.
또한, 상기 구성에 있어서, 상기 범프 전극은 탄성 수지와, 해당 수지의 표면을 덮은 도전막을 포함하는 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 압력실 형성 기판과 회로 기판을 접합할 때에 있어서, 범프 전극과 각 전극층을 확실하게 도통시키기 위해서 압력실 형성 기판과 회로 기판 사이에 인가되는 압력을 억제할 수 있다. 그 결과, 압력실 형성 기판 또는 회로 기판이 파손되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 상기 구성에 있어서, 상기 범프 전극은 상기 압전체층 상에서 상기 제 1 전극층 및 상기 제 2 전극층과 전기적으로 접속되는 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 압전 소자와 회로 기판 사이의 간격을 보다 확실하게 유지할 수 있다. 이에 의해, 압전 소자의 변형이 저해되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 상기 구성에 있어서, 상기 압력실 형성 기판과 상기 회로 기판은 감광성 접착제에 의해 서로 접합되는 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 접착제를 도포한 후에 노광 및 현상함으로써, 소정의 위치에 정확하게 접착제를 배치할 수 있다. 그 결과, 접착제가 그 위치에서 벗어나게 도포되는 것을 억제할 수 있어서, 잉크젯 헤드를 소형화할 수 있다.
그리고, 본 발명의 잉크젯 프린터는 상기 구성에 따른 잉크젯 헤드를 포함한다.
도 1은 프린터의 구성을 설명하는 사시도,
도 2는 기록 헤드의 구성을 설명하는 단면도,
도 3은 액추에이터 유닛의 구성을 설명하는 단면도,
도 4는 액추에이터 유닛의 구성을 설명하는 평면도,
도 5는 본 발명의 제 2 실시형태에 있어서의 액추에이터 유닛의 구성을 설명하는 단면도,
도 6은 본 발명의 제 3 실시형태에 있어서의 액추에이터 유닛의 구성을 설명하는 단면도,
도 7은 본 발명의 제 4 실시형태에 있어서의 액추에이터 유닛의 구성을 설명하는 단면도,
도 8은 본 발명의 제 5 실시형태에 있어서의 액추에이터 유닛의 구성을 설명하는 단면도,
도 9는 본 발명의 제 6 실시형태에 있어서의 액추에이터 유닛의 구성을 설명하는 단면도.
이하, 본 발명의 예시적인 실시형태에 대해서 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 실시형태에서는, 본 발명의 바람직한 예로서 여러 가지의 한정이 되어 있지만, 본 발명의 범위는, 이하의 설명에서 특별히 본 발명을 한정하는 취지의 기재가 없는 한, 이들 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 또한, 이하에서는, 본 발명의 잉크젯 프린터로서, 잉크젯 헤드의 일종인 기록 헤드(3)를 탑재한 프린터(1)를 예로 들어 설명할 것이다.
프린터(1)의 구성에 대해, 도 1을 참조하여 설명한다. 프린터(1)는, 기록지 등의 기록 매체(2)(착탄 대상의 일종)의 표면에 대해 잉크(액체의 일종)를 분사하여 화상 등의 기록을 실행하는 장치이다. 이 프린터(1)는, 기록 헤드(3), 이 기록 헤드(3)가 장착되는 캐리지(4), 캐리지(4)를 주 주사 방향으로 이동시키는 캐리지 이동 기구(5), 기록 매체(2)를 부 주사 방향으로 이송하는 반송 기구(6)를 포함한다. 잉크는 액체 공급원으로서의 잉크 카트리지(7)에 저장되어 있다. 이 잉크 카트리지(7)는 기록 헤드(3)에 착탈 가능하게 장착된다. 선택적으로, 잉크 카트리지가 프린터의 본체에 배치되며, 해당 잉크 카트리지로부터 잉크 공급 튜브를 통해서 기록 헤드에 잉크를 공급할 수도 있다.
캐리지 이동 기구(5)는 타이밍 벨트(8)를 구비하고 있다. 그리고, 이 타이밍 벨트(8)는 DC 모터 등의 펄스 모터(9)에 의해 구동된다. 따라서, 펄스 모터(9)가 작동하면, 캐리지(4)는 프린터(1)에 가설된 가이드 로드(10)에 안내되면서, 주 주사 방향(기록 매체(2)의 폭 방향)으로 왕복 이동한다. 캐리지(4)의 주 주사 방향의 위치는 위치 정보 검출 유닛의 일종인 리니어 인코더(도시 생략)에 의해 검출된다. 리니어 인코더는 그 검출 신호, 즉, 인코더 펄스(위치 정보의 일종)를 프린터(1)의 제어기에 송신한다.
또한, 캐리지(4)의 이동 범위 내에 있어서의 기록 영역보다 외측의 단부 영역에는, 캐리지(4)의 주사의 기점이 되는 홈 포지션(home position)이 설정되어 있다. 이 홈 포지션에는, 단부측으로부터 순서대로, 기록 헤드(3)의 노즐면(노즐 플레이트(21))에 형성된 노즐(22)을 밀봉하는 캡(11), 및 노즐면을 불식하기 위한 와이핑 유닛(12)이 배치되어 있다.
다음에 기록 헤드(3)에 대해 설명한다. 도 2는 기록 헤드(3)의 구성을 설명하는 단면도이다. 도 3은 기록 헤드(3)의 주요부를 확대한 단면도, 즉 액추에이터 유닛(14)의 단면도이다. 도 4는 액추에이터 유닛(14)의 주요부(도 3에 있어서의 좌측의 단부)를 확대한 평면도이다. 본 실시형태에 있어서의 기록 헤드(3)는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 액추에이터 유닛(14) 및 유로 유닛(15)이 적층된 상태에서 헤드 케이스(16)에 장착되어 있다. 또한, 도 4에서는, 압전 소자(32), 압력실(30) 및 접착제(48) 등의 위치 관계를 알기 쉽게 하기 위해서, 그 이외의 구성을 생략하고 나타내었다. 또한, 편의상, 액추에이터 유닛(14)을 구성하는 각 부재의 적층 방향을 상하 방향으로 하고 설명한다.
헤드 케이스(16)는 합성 수지제의 상자체 형상 부재로서, 그 내부에는 각 압력실(30)에 잉크를 공급하는 리저버(18)가 형성되어 있다. 이 리저버(18)는, 복수의 압력실(30)에 공통으로 공급될 잉크를 저장하는 공간이다. 2열로 병설된(줄지어 배열된) 압력실(30)에 대응하여 2개의 리저버(18)가 형성되어 있다. 또한, 헤드 케이스(16)의 상방에는, 잉크 카트리지(7)측으로부터의 잉크를 각각의 리저버(18)에 도입하는 잉크 도입로(도시 생략)가 형성되어 있다. 또한, 헤드 케이스(16)의 하면측에는, 해당 하면으로부터 헤드 케이스(16)의 높이 방향의 도중까지 직방체 형상으로 오목한 수용 공간(17)으로 형성되어 있다. 후술하는 유로 유닛(15)이 헤드 케이스(16)의 하면에 위치 결정된 상태에서 접합되면, 연통 기판(24) 상에 적층된 액추에이터 유닛(14)(압력실 형성 기판(29), 밀봉판(33) 등)이 수용 공간(17) 내에 수용되도록 구성되어 있다.
헤드 케이스(16)의 하면에 접합되는 유로 유닛(15)은 연통 기판(24) 및 노즐 플레이트(21)를 갖고 있다. 연통 기판(24)은 실리콘제의 판재이며, 본 실시형태에서는, 표면(상면 및 하면)을 (110)면으로 한 실리콘 단결정 기판으로 제작되어 있다. 이 연통 기판(24)은, 도 2에 도시하는 바와 같이, 에칭에 의해 형성되는 공통 액실(25) 및 개별 연통로(26)를 포함한다. 공통 액실(25)은 리저버(18)와 연통되며, 각 압력실(30)에 공통으로 공급될 잉크를 저장한다. 개별 연통로(26)는 이 공통 액실(25)을 거쳐서 리저버(18)로부터의 잉크를 압력실(30)에 개별적으로 공급한다. 공통 액실(25)은 압력실(30)의 병설 방향(제 1 방향(x), 도 4 참조)을 따른 장척의 중공부이다. 2개의 리저버(18)에 대응하여 2개의 공통 액실(25)이 형성되어 있다. 공통 액실(25)은, 연통 기판(24)의 판 두께 방향으로 관통한 제 1 액실(25a)과, 연통 기판(24)의 하면측으로부터 상면측을 향하여 해당 연통 기판(24)의 판 두께 방향의 도중까지의 오목부로서, 상면측에 박판부를 남긴 상태로 형성된 제 2 액실(25b)을 포함한다. 개별 연통로(26)는, 제 2 액실(25b)의 박판부에서, 압력실(30)에 대응하여 해당 압력실(30)의 병설 방향을 따라서 복수 형성되어 있다. 이 개별 연통로(26)는, 연통 기판(24)과 압력실 형성 기판(29)이 위치 결정되고 접합된 상태에서, 대응하는 압력실(30)의 길이 방향에 있어서의 일측 단부와 각각 연통된다.
연통 기판(24)의 각 노즐(22)에 대응하는 위치에는, 연통 기판(24)의 판 두께 방향을 관통한 노즐 연통로(27)가 형성되어 있다. 즉, 노즐 연통로(27)는, 노즐열에 대응하는 위치에, 노즐열이 연장되는 노즐열 방향을 따라서 복수 형성되어 있다. 이 노즐 연통로(27)에 의해, 압력실(30)과 노즐(22)이 연통된다. 본 실시형태의 노즐 연통로(27)는, 연통 기판(24)과 압력실 형성 기판(29)이 위치 결정되어 접합된 상태에서, 대응하는 압력실(30)의 길이 방향(제 1 방향(x)에 직교하는 제 2 방향(y), 도 4 참조)에 있어서의 타측(개별 연통로(26)와는 반대측)의 단부와 연통한다.
노즐 플레이트(21)는, 연통 기판(24)의 하면(압력실 형성 기판(29)과는 반대측의 면)에 접합된 실리콘제의 기판(예컨대, 실리콘 단결정 기판)이다. 본 실시형태에서는, 이 노즐 플레이트(21)에 의해, 공통 액실(25)이 되는 공간의 하면측의 개구가 밀봉되어 있다. 노즐 플레이트(21)에는, 복수의 노즐(22)이 직선 형상(열 형상)으로 마련되어 있다. 본 실시형태에서는, 2열로 형성된 압력실(30)에 대응하여, 노즐열이 2열 형성되어 있다. 이 병설된 복수의 노즐(22)(노즐열)은, 일단측의 노즐(22)로부터 타단측의 노즐(22)까지 도트 형성 밀도에 대응하는 피치(예컨대 600dpi)로, 주 주사 방향에 직교하는 부 주사 방향을 따라서 등간격으로 마련되어 있다. 또한, 노즐 플레이트를 연통 기판에 있어서의 공통 액실 바로 아래 영역 이외의 영역에 접합하고, 공통 액실이 되는 공간의 하면측의 개구를 예컨대 가요성 컴플라이언스 시트(compliance sheet) 등의 부재로 밀봉할 수도 있다. 이와 같이 하면, 노즐 플레이트를 가급적 작게 할 수 있다.
액추에이터 유닛(14)은, 도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 압력실 형성 기판(29), 진동판(31), 압전 소자(32) 및 밀봉판(33)이 적층되어 유닛화되어 있다. 액추에이터 유닛(14)은, 수용 공간(17) 내에 수용 가능하도록, 수용 공간(17)보다 작게 형성되어 있다.
압력실 형성 기판(29)은 실리콘제의 경질 판재이며, 본 실시형태에서는, 표면(상면 및 하면)을 (110)면으로 한 실리콘 단결정 기판으로 제작되어 있다. 이 압력실 형성 기판(29)은, 에칭에 의해 일부가 판 두께 방향으로 완전히 제거되어, 압력실(30)이 되어야 할 공간이 제 1 방향(x)을 따라서 복수 형성되어 있다. 각각의 공간은, 하측이 연통 기판(24)에 의해 구획되고, 상측이 진동판(31)에 의해 구획되어, 압력실(30)을 구성한다. 또한, 이들 공간, 즉 압력실(30)은 2열로 형성된 노즐열에 대응하여 2열로 형성되어 있다. 각 압력실(30)은 제 1 방향(x)(즉, 노즐열 방향)에 직교하는 제 2 방향(y)(즉, 압력실(30)의 길이 방향)으로 장척의 중공부이다. 압력실(30)의 제 2 방향(y)의 일측 단부에 개별 연통로(26)가 연통되며, 타측 단부에 노즐 연통로(27)가 연통된다. 또한, 본 실시형태의 압력실(30)의 제 2 방향(y)의 양 측벽은, 실리콘 단결정 기판의 결정성으로 인해, 압력실 형성 기판(29)의 상면 또는 하면에 대해 경사져 있다.
진동판(31)은 탄성을 갖는 박막 형상의 부재이며, 압력실 형성 기판(29)의 상면(연통 기판(24)과는 반대측의 면)에 적층되어 있다. 이 진동판(31)에 의해, 압력실(30)이 되어야 할 공간의 상부 개구가 밀봉되어 있다. 환언하면, 진동판(31)에 의해, 압력실(30)의 상면이 구획된다. 이 진동판(31)에 있어서의 압력실(30)의 상면을 구획하는 구획 영역(35)은, 압전 소자(32)의 휨 변형에 따라서 노즐(22)로부터 멀어지는 방향 또는 근접하는 방향으로 변형(변위)하는 변위부로서 기능한다. 즉, 진동판(31)에 있어서의 구획 영역(35)은 휨 변형이 허용되는 영역이며, 진동판(31)에 있어서의 구획 영역(35) 외측의 영역은 휨 변형이 저해되는 영역이다. 또한, 진동판(31)은, 예컨대, 압력실 형성 기판(29)의 상면에 형성된 이산화 실리콘(SiO2)으로 이루어지는 탄성막과, 이 탄성막 상에 형성된 산화 지르코늄(ZrO2)으로 이루어지는 절연체막을 포함한다. 그리고, 이 절연막 상(진동판(31)의 압력실(30)측과는 반대측의 면)에 있어서의 구획 영역(35)에 대응하는 위치에 압전 소자(32)가 각각 적층되어 있다.
본 실시형태의 압전 소자(32)는, 소위 휨 모드(deflection mode)로 작동하는 압전 소자이다. 이 압전 소자(32)는 2열로 병설된 압력실(30)에 대응하여 2열로 병설되어 있다. 각 압전 소자(32)는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 진동판(31) 상에, 하부 전극층(37)(본 발명에 있어서의 제 1 전극층에 상당함), 압전체층(38), 상부 전극층(39)(본 발명에 있어서의 제 2 전극층에 상당함) 및 금속층(40)이 순차 적층되어 이루어진다. 본 실시형태에서는, 하부 전극층(37)이 각 압전 소자(32)마다 독립하여 형성되는 개별 전극으로 되어 있는 반면에, 상부 전극층(39)은 복수의 압전 소자(32)에 걸쳐서 연속하여 형성되는 공통 전극으로 되어 있다. 즉, 도 4에 도시하는 바와 같이, 하부 전극층(37) 및 압전체층(38)은 각 압력실(30)마다 형성되어 있다. 한편, 상부 전극층(39)은 복수의 압력실(30)에 걸쳐서 형성되어 있다.
구체적으로 설명하면, 본 실시형태에 있어서의 각각의 압전체층(38)은, 도 4에 도시하는 바와 같이, 구획 영역(35)(압력실(30))의 폭(제 1 방향(x)에 있어서의 치수)보다 좁은 폭으로 제 2 방향(y)을 따라서 연장되어 있다. 압전체층(38)은 2열로 병설된 압력실(30)에 대응하여 2열로 병설되어 있다. 각각의 압전체층(38)의 제 2 방향(y)에 있어서의 양단은, 도 3에 도시하는 바와 같이, 압력실(30)과 오버랩되는 위치로부터, 해당 위치에서 벗어난 위치까지 연장되어 있다. 즉, 압전체층(38)의 제 2 방향(y)에 있어서의 일측(액추에이터 유닛(14)에 있어서의 외측)의 단부는 동일한 측에 있어서의 대응하는 구획 영역(35)의 단부보다 외측에 위치 설정된다. 또한, 압전체층(38)의 제 2 방향(y)에 있어서의 타측(액추에이터 유닛(14)에 있어서의 내측)의 단부는 동일한 측에 있어서의 대응하는 구획 영역(35)의 단부보다 외측에 위치 설정된다.
본 실시형태에 있어서의 각각의 하부 전극층(37)은, 압전체층(38)과 마찬가지로, 구획 영역(35)의 폭보다 좁은 폭으로 제 2 방향(y)을 따라서 연장되어 있다. 하부 전극층(37)은 2열로 병설된 압력실(30)에 대응하여 2열로 병설되어 있다. 각각의 하부 전극층(37)의 제 2 방향(y)에 있어서의 일측(액추에이터 유닛(14)에 있어서의 외측)의 단부는, 도 3 및 도 4에 도시하는 바와 같이, 압전체층(38)의 대응 단부보다 외측에 위치 설정된다. 하부 전극층(37)의 이 단부에는 후술하는 개별 금속층(40c)이 적층되어 있다. 또한, 하부 전극층(37)의 제 2 방향(y)에 있어서의 타측(액추에이터 유닛(14)에 있어서의 내측)의 단부는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 압전체층(38)과 오버랩되는 영역으로서, 구획 영역(35)의 대응 단부보다 외측에 위치 설정된다. 즉, 하부 전극층(37)의 제 2 방향(y)에 있어서의 타측 단부는 구획 영역(35)의 대응 단부와 압전체층(38)의 대응 단부 사이의 영역에 위치 설정된다.
본 실시형태에 있어서의 상부 전극층(39)은, 제 1 방향(x)에 있어서의 양단이 병설된 한 그룹의 압력실(30)과 오버랩되는 영역의 외측에 위치 설정된다. 즉, 상부 전극층(39)은, 제 1 방향(x)에서, 병설된 복수의 압전체층(38)에 걸쳐서 형성되어 있다. 또한, 상부 전극층(39)은, 도 3에 도시하는 바와 같이, 제 2 방향(y)에 있어서, 양측의 압전체층(38)에 걸쳐서 형성되어 있다. 구체적으로는, 상부 전극층(39)의 제 2 방향(y)에 있어서의 일측(도 3에 있어서의 좌측)의 단부는 2열로 병설된 압전체층(38) 중 한쪽(도 3에 있어서의 좌측)의 압전체층(38)과 오버랩되며, 대응하는 한쪽의 구획 영역(35)과 오버랩되는 영역보다 외측에 위치 설정된다. 즉, 상부 전극층(39)의 제 2 방향(y)에 있어서의 일측 단부는, 대응하는 한쪽의 구획 영역(35)의 외측 단부와 대응하는 한쪽의 압전체층(38)의 외측 단부와의 사이의 영역에 위치 설정된다. 또한, 상부 전극층(39)의 제 2 방향(y)에 있어서의 타측(도 3에 있어서의 우측)의 단부는 2열로 병설된 압전체층(38) 중 다른쪽(도 3에 있어서의 우측)의 압전체층(38)과 오버랩되며, 대응하는 다른쪽의 구획 영역(35)과 오버랩되는 영역보다 외측에 위치 설정된다. 즉, 상부 전극층(39)의 제 2 방향(y)에 있어서의 타측 단부는 다른쪽의 구획 영역(35)의 외측 단부와 다른쪽의 압전체층(38)의 외측 단부와의 사이의 영역에 위치 설정된다.
그리고, 하부 전극층(37), 압전체층(38) 및 상부 전극층(39)의 전체가 적층된 영역, 환언하면 하부 전극층(37)과 상부 전극층(39)의 사이에 압전체층(38)이 끼인 영역이 압전 소자(32)로서 기능하게 된다. 구체적으로, 하부 전극층(37)과 상부 전극층(39) 사이에 양 전극 간의 전위차에 따른 전계가 부여되면, 압전체층(38)이 노즐(22)로부터 멀어지는 방향 또는 근접하는 방향으로 휨 변형되어, 진동판(31)의 구획 영역(35)이 변형된다. 상기한 바와 같이, 구획 영역(35)이 오버랩되는 위치로부터 제 2 방향(y)의 일측(액추에이터 유닛(14)에 있어서의 외측)에서 구획 영역(35)과 오버랩되지 않는 위치까지의 영역에서, 압전체층(38)이 상부 전극층(39)의 외측까지 연장되고, 하부 전극층(37)이 압전체층(38)보다 더 외측까지 연장되어 있기 때문에, 상부 전극층(39)의 단부의 위치가 압전 소자(32)의 일측의 소자단(34a)의 위치가 된다. 한편, 구획 영역(35)과 오버랩되는 위치로부터 제 2 방향(y)의 타측(액추에이터 유닛(14)에 있어서의 내측)에서 구획 영역(35)과 오버랩되지 않는 위치까지의 영역에서, 압전체층(38)이 하부 전극층(37)의 외측까지 연장되고, 상부 전극층(39)이 압전체층(38)보다 더 외측까지 연장되어 있기 때문에, 하부 전극층(37)의 타측 단부의 위치가 압전 소자(32)의 타측의 소자단(34b)의 위치가 된다. 즉, 본 실시형태에 있어서의 압전 소자(32)의 양측의 소자단(34)은 제 2 방향(y)에 있어서 구획 영역(35)보다 외측에 형성되어 있다. 또한, 압전 소자(32) 중 구획 영역(35)의 외측까지 연장된 부분은 압력실 형성 기판(29)에 의해 변형(변위)이 저해된다.
본 실시형태에 있어서의 압전 소자(32)는, 길이 방향(제 2 방향(y))에 있어서의 양단부에 금속층(40)이 마련되어 있다. 압전 소자(32)의 타측 단부에 형성된 금속층(40)은, 상부 전극층(39) 상에 적층된 공통 전극으로서의 제 1 공통 금속층(40a)이다. 제 1 공통 금속층(40a)은, 제 2 방향(y)에 있어서 구획 영역(35)의 타측 단부와 오버랩되는 영역으로부터 압전체층(38)과 오버랩되는 영역까지 연장되어 있다. 또한, 제 1 공통 금속층(40a)의 제 1 방향(x)에 있어서의 양단은, 상부 전극층(39)과 마찬가지로, 병설된 한 그룹의 압력실(30)과 오버랩되는 영역의 외측에 위치 설정된다. 제 1 공통 금속층(40a)에 의해, 압전 소자(32)의 타측의 소자단(34b)의 변형이 억제된다. 이에 의해, 압전 소자(32)의 변형에 수반하여 발생하는 응력을 억제할 수 있어서, 압전체층(38)에 예컨대 크랙이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 한쪽의 압전 소자(32)에 대응하는 제 1 공통 금속층(40a) 상에는, 후술하는 공통 범프 전극(42a)이 접속된다.
압전 소자(32)의 일측에 형성된 금속층(40)은, 제 1 공통 금속층(40a)과 마찬가지로, 상부 전극층(39) 상에 적층된 공통 전극으로서의 제 2 공통 금속층(40b)이다. 제 2 공통 금속층(40b)은, 제 2 방향(y)에 있어서 구획 영역(35)의 일측 단부와 오버랩되는 영역으로부터 상부 전극층(39)의 대응하는 단부(즉, 소자단(34a))까지 연장되어 있다. 또한, 제 2 공통 금속층(40b)의 제 1 방향(x)에 있어서의 양단은, 제 1 공통 금속층(40a)와 마찬가지로, 병설된 한 그룹의 압력실(30)과 오버랩되는 영역의 외측에 위치 설정된다. 제 2 공통 금속층(40b)에 의해, 압전 소자(32)의 일측의 소자단(34a) 및 구획 영역(35)의 일측 단부의 변형이 억제된다.
압전 소자(32)의 제 2 방향(y)에 있어서의 일측 단부보다 외측에는, 일부가 하부 전극층(37) 상에 적층되어 개별 전극이 되는 개별 금속층(40c)이 형성되어 있다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 개별 금속층(40c)은, 하부 전극층(37)과 마찬가지로, 구획 영역(35)의 폭보다 좁게 형성되고, 제 1 방향(x)을 따라서 복수 형성되어 있다. 본 실시형태에 있어서의 개별 금속층(40c)은, 제 2 방향(y)에서 상부 전극층(39)의 일측 단부 외측의 영역으로서 압전체층(38)의 일측 단부와 오버랩되는 영역으로부터, 해당 영역을 지나 하부 전극층(37)의 일측 단부와 오버랩되는 영역까지 연장되어 있다. 개별 금속층(40c) 상에는, 후술하는 개별 범프 전극(42b)이 접속된다.
상기한 하부 전극층(37) 및 상부 전극층(39)으로서는, 이리듐(Ir), 백금(Pt), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 금(Au) 등의 각종 금속, 및 이들 합금이나 LaNiO3 등의 합금 등이 이용된다. 또한, 압전체층(38)으로서는, 티탄산 지르콘산 연(PZT) 등의 강유전성 압전성 재료나, 이것에 니오브(Nb), 니켈(Ni), 마그네슘(Mg), 비스무트(Bi) 또는 이트륨(Y) 등의 금속을 첨가한 이완 강유전체 등이 이용된다. 선택적으로, 압전체층(38)이 티탄산 바륨 등의 비 납 재료로 제조될 수도 있다. 또한, 금속층(40)으로서는, 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 텅스텐(W), 또는 이들 합금 등으로 이루어지는 밀착층 상에 금(Au), 구리(Cu) 등이 적층된 것이 이용된다.
밀봉판(33)(본 발명에 있어서의 회로 기판에 상당함)은, 진동판(31)(또는 압전 소자(32))에 대해 간격을 두고 배열된 판재이다. 이 간격은 압전 소자(32)의 변형을 저해하지 않을 정도로 설정되어 있다. 본 실시형태의 밀봉판(33)은, 표면(상면 및 하면)이 (110)면인 실리콘 단결정 기판으로 이루어지며, 평면에서 보아, 압력실 형성 기판(29)의 외경과 대략 동일하게 정렬되어 있다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 밀봉판(33)의 압전 소자(32)에 대향하는 영역에는, 압전 소자(32)를 각각 구동하는 신호(구동 신호)를 출력하는 구동 회로(46)(드라이버 회로)가 형성되어 있다. 구동 회로(46)는, 밀봉판(33)이 되는 실리콘 단결정 기판(실리콘 웨이퍼)의 표면에, 반도체 프로세스(즉, 성막 공정, 포토리소그래피 공정 및 에칭 공정 등)를 이용하여 제조된다.
밀봉판(33)에 있어서의 구획 영역(35) 외측의 영역으로서, 압전체층(38) 상에 형성된 제 1 공통 금속층(40a) 및 개별 금속층(40c)에 대향하는 영역에는, 압력실 형성 기판(29) 측으로 돌출된 탄성 범프 전극(42)이 형성되어 있다. 범프 전극(42)은, 탄성을 갖는 내부 수지(43)와, 구동 회로(46) 내의 대응하는 배선과 전기적으로 접속되며, 내부 수지(43)의 표면을 덮는 도전막(44)을 포함한다. 본 실시형태에서는, 2열로 형성된 압전 소자(32) 각각의 개별 금속층(40c)에 접속되는 개별 범프 전극(42b)이 2열로 형성되어 있다. 또한, 2열로 형성된 압전 소자(32)에 공통된 제 1 공통 금속층(40a)에 접속되는 공통 범프 전극(42a)이, 2열로 형성된 개별 범프 전극(42b)의 사이에 1열로 형성되어 있다. 내부 수지(43)로서는, 예컨대, 폴리이미드 수지 등의 수지가 이용된다. 또한, 도전막(44)으로서는, 금(Au), 구리(Cu), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 텅스텐(W) 등의 금속이 이용된다.
보다 상세하게 설명하면, 개별 범프 전극(42b)의 내부 수지(43)는, 밀봉판(33)의 표면에 있어서의 개별 금속층(40c)에 대향하는 영역에, 제 1 방향(x)을 따라서 돌기로서 형성되어 있다. 개별 범프 전극(42b)의 도전막(44)은, 제 1 방향(x)을 따라서 병설된 압전 소자(32)에 대응하여, 해당 제 1 방향(x)을 따라서 복수 형성되어 있다. 즉, 개별 범프 전극(42b)은 제 1 방향(x)을 따라서 복수 형성되어 있다. 그리고, 각각의 개별 범프 전극(42b)은 압전체층(38) 상에서 대응하는 개별 금속층(40c)에 접속되어 있다. 이에 의해, 개별 범프 전극(42b)은 개별 금속층(40c)을 거쳐서 하부 전극층(37)과 전기적으로 접속된다.
공통 범프 전극(42a)의 내부 수지(43)는, 밀봉판(33)의 표면에 있어서의 제 1 공통 금속층(40a)에 대향하는 영역에, 제 1 방향(x)을 따라서 돌기로서 형성되어 있다. 본 실시형태에 있어서의 공통 범프 전극(42a)의 내부 수지(43)는, 2열로 형성된 압전 소자(32) 중 한쪽(도 3에 있어서의 좌측)의 압전 소자(32)에 대응하는 위치에 1열로 형성되어 있다. 공통 범프 전극(42a)의 도전막(44)은, 제 1 방향(x)을 따라서 병설된 압전 소자(32)에 대응하여, 해당 제 1 방향(x)을 따라서 복수 형성되어 있다. 즉, 공통 범프 전극(42a)은 제 1 방향(x)을 따라서 복수 형성되어 있다. 그리고, 각각의 공통 범프 전극(42a)은 압전체층(38) 상의 제 1 방향(x)에 따른 복수 개소에서 제 1 공통 금속층(40a)과 접속되어 있다. 이에 의해, 공통 범프 전극(42a)은 제 1 공통 금속층(40a)을 거쳐서 상부 전극층(39)과 전기적으로 접속된다.
밀봉판(33)과, 진동판(31) 및 압전 소자(32)가 그 위에 적층된 압력실 형성 기판(29)은, 이들 사이에 범프 전극(42)을 개재시킨 상태로 접착제(48)에 의해 접합되어 있다. 접착제(48)는, 각 범프 전극(42)의 양측 및 범프 전극(42)이 접속되지 않은 타측의 제 1 공통 금속층(40a)을 덮는 위치에 제 1 방향(x)을 따라서 연장되는 띠 형상으로 배치되어 있다. 구체적으로는, 개별 범프 전극(42b)보다 외측(공통 범프 전극(42a)측과는 반대측)에 배치된 접착제(48a)는, 제 2 방향(y)에 있어서, 개별 금속층(40c) 위로부터 해당 개별 금속층(40c)의 단부를 지나 진동판(31) 위까지 연장되어 있다. 개별 범프 전극(42b)보다 내측(공통 범프 전극(42a)측)에 배치된 접착제(48b)는, 제 2 방향(y)에 있어서, 제 2 공통 금속층(40b)(압전 소자(32))의 외측으로부터 구획 영역(35)의 일측 단부와 오버랩되는 위치까지 연장되어 있다. 환언하면, 접착제(48b)는, 압전 소자(32)의 제 2 방향(y)에서의 일측의 소자단(34a)을 덮는 위치로부터 구획 영역(35)의 해당 소자단(34a)측의 단부와 오버랩되는 위치까지 형성되어 있다. 즉, 접착제(48b)에 의해, 압전 소자(32)의 제 2 방향(y)에 있어서의 일측의 소자단(34a)이 덮인다. 이에 의해, 소자단(34a)에서의 압전 소자(32)의 변형이 억제된다. 또한, 접착제(48b)에 의해, 구획 영역(35)의 일측 단부도 덮인다. 이에 의해, 구획 영역(35)의 일측 단부에서의 압전 소자(32)의 변형도 억제된다.
공통 범프 전극(42a)보다 외측(한쪽의 개별 금속층(40c)측)에 배치된 접착제(48c)는, 제 2 방향(y)에 있어서, 구획 영역(35)의 타측 단부와 오버랩되는 위치로부터 제 1 공통 금속층(40a)의 단부까지 연장되어 있다. 이 접착제(48c)에 의해, 한쪽의 압전 소자(32)에 대응하는 구획 영역(35)의 타측 단부도 덮이기 때문에, 이 단부에서의 압전 소자(32)의 변형이 억제된다. 공통 범프 전극(42a)보다 내측(다른쪽의 개별 금속층(40c)측)에 배치된 접착제(48d)는, 제 2 방향(y)에 있어서, 제 1 공통 금속층(40a) 상으로부터 해당 제 1 공통 금속층(40a)의 단부를 지나 진동판(31) 상까지 연장되어 있다. 또한, 공통 범프 전극(42a)이 접촉하지 않는, 다른쪽의 압전 소자(32)측에 있어서의 제 1 공통 금속층(40a)의 타측(내측)의 소자단(34b)에는, 접착제(48e)가 배치되어 있다. 접착제(48e)는, 제 2 방향(y)에 있어서, 다른쪽의 압전 소자(32)에 대응하는 구획 영역(35)의 타측 단부와 오버랩되는 위치로부터 제 1 공통 금속층(40a)를 지나 진동판(31) 상까지 연장되어 있다. 이 접착제(48e)에 의해, 다른쪽의 압전 소자(32)에 대응하는 구획 영역(35)의 타측 단부도 덮인다. 이에 의해, 이 구획 영역(35)의 타측 단부에서의 압전 소자(32)의 변형이 억제된다.
접착제(48)는, 예컨대 감광성 및 열경화성의 수지인 것이 바람직하다. 예컨대, 접착제(48)는 에폭시 수지, 아크릴 수지, 페놀 수지, 폴리이미드 수지, 실리콘 수지, 또는 스틸렌 수지를 주성분으로 포함하는 수지가 바람직하다.
상기와 같이 형성된 기록 헤드(3)는, 잉크 카트리지(7)로부터의 잉크를 잉크 도입로, 리저버(18), 공통 액실(25) 및 개별 연통로(26)를 거쳐서 압력실(30)에 도입한다. 잉크가 압력실(30)에 도입된 상태에서, 구동 회로(46)로부터의 신호가 범프 전극(42)을 거쳐서 각각의 압전 소자(32)에 공급되면, 압전 소자(32)가 구동되어, 압력실(30) 내에 압력 변동이 생긴다. 기록 헤드(3)는, 이 압력 변동을 이용하여, 노즐 연통로(27)를 거쳐서 노즐(22)로부터 잉크 액적을 분사한다.
상기한 바와 같이, 본 실시형태에 있어서의 기록 헤드(3)에서는, 밀봉판(33)이 진동판(31)에 대해 간격을 두고 배열되었기 때문에, 하부 전극층(37) 및 상부 전극층(39)이 예컨대 리드 배선에 의해 접속될 필요가 없으며, 밀봉판(33)과 압전 소자(32)는 범프 전극(42)을 거쳐서 접속될 수 있다. 이에 의해, 밀봉판(33)과 압전 소자(32) 사이의 저항을 억제할 수 있어서, 구동 회로(46)로부터의 신호를 압전 소자(32)에 보다 정확하게 공급할 수 있다. 특히, 복수의 압전 소자(32)에 걸쳐서 연속하여 형성된 공통 전극이 되는 상부 전극층(39)이 하부 전극층(37) 및 압전체층(38)보다 상방에 배치되었으므로, 이들 층(37, 38)과 간섭하는 일 없이, 범프 전극(42)과 상부 전극층(39)의 접속 개소를 복수 마련할 수 있다. 그 결과, 상부 전극층(39)에 공급되는 전력이 저하되는 것을 억제할 수 있어서, 구동 회로(46)로부터의 신호를 압전 소자(32)에 한층 정확하게 공급할 수 있다. 또한, 하부 전극층(37) 및 상부 전극층(39)이 예컨대 긴 리드 배선에 의해 접속될 필요가 없기 때문에, 구조를 간단하게 할 수 있다.
범프 전극(42)이 탄성 내부 수지(43)와, 해당 내부 수지(43)의 표면을 덮은 도전막(44)을 구비했으므로, 압력실 형성 기판(29)과 밀봉판(33)을 접합할 때에, 범프 전극(42)과 각 전극층을 확실하게 도통시키기 위해서 압력실 형성 기판(29)과 밀봉판(33) 사이에 인가되는 압력을 억제할 수 있다. 그 결과, 압력실 형성 기판(29) 또는 밀봉판(33)이 파손되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 각 범프 전극(42)은 압전체층(38) 상에서 하부 전극층(37) 및 상부 전극층(39)과 전기적으로 접속되었으므로, 압전 소자(32)와 밀봉판(33) 사이의 간격을 보다 확실하게 유지할 수 있다. 즉, 진동판(31)의 표면으로부터의 치수(높이)가 비교적 큰(높은) 위치에 범프 전극(42)이 배치되기 때문에, 압전 소자(32)와 밀봉판(33) 사이의 간격을 보다 확실하게 유지할 수 있다. 특히, 본 실시형태에서는, 범프 전극(42)이 금속층(40) 상에 배치되었으므로, 압전 소자(32)와 밀봉판(33) 사이의 간격을 한층 확실하게 유지할 수 있다. 이에 의해, 압전 소자(32)의 변형이 밀봉판(33)에 의해 저해되는 것을 억제할 수 있다. 그리고, 접착제(48)가 감광성을 갖는 것이기 때문에, 접착제(48)를 도포한 후에 노광 및 현상하는 것에 의해, 소정의 위치에 정확하게 접착제(48)를 배치할 수 있다. 이에 의해, 접착제(48)가 해당 위치를 벗어나게 도포되는 것을 억제할 수 있으며, 기록 헤드(3)를 소형화할 수 있다. 구체적으로, 접착제(48)가 소정의 위치로부터 벗어나서 도포되는 것에 의해 액추에이터 유닛(14)에 포함된 다른 부분과 간섭하는 것을 억제할 수 있으며, 접착제(48)를 해당 부분에 가급적 접근시킬 수 있다. 그 결과, 액추에이터 유닛(14)을 소형화할 수 있으며, 나아가서는 기록 헤드(3)을 소형화할 수 있다.
다음에, 상기한 기록 헤드(3), 특히 액추에이터 유닛(14)의 제조 방법에 대해 설명한다. 본 실시형태의 액추에이터 유닛(14)은, 밀봉판(33)이 되는 영역이 복수 형성된 실리콘 단결정 기판(실리콘 웨이퍼)와, 진동판(31) 및 압전 소자(32)가 적층되어 압력실 형성 기판(29)이 되는 영역이 복수 형성된 실리콘 단결정 기판(실리콘 웨이퍼)을 접착제(48)에 의해 서로 부착한 상태에서, 절단하여 개편화하는 것에 의해 얻어진다.
상세하게 설명하면, 밀봉판(33)측의 실리콘 단결정 기판에서는, 우선, 반도체 프로세스에 의해, 하면(압력실 형성 기판(29)에 대향하는 측의 표면)에 구동 회로(46) 등을 형성한다. 다음에, 실리콘 단결정 기판의 하면에 수지막을 제막하고, 포토리소그래피 공정 및 에칭 공정에 의해, 내부 수지(43)를 형성한 후, 가열에 의해 해당 내부 수지(43)을 용융하여 그 각을 둥글게 한다. 그 후, 증착이나 스퍼터링 등에 의해 내부 수지(43)의 표면에 금속막을 성막하고, 포토리소그래피 공정 및 에칭 공정에 의해, 도전막(44)을 형성한다. 이에 의해, 실리콘 단결정 기판에, 각각의 기록 헤드(3)에 대응하는 각각의 밀봉판(33)이 되는 영역이 복수 형성된다.
한편, 압력실 형성 기판(29)측의 실리콘 단결정 기판에서는, 우선, 상면(밀봉판(33)에 대향하는 측의 표면)에 진동판(31)이 적층된다. 다음에, 반도체 프로세스에 의해, 하부 전극층(37), 압전체층(38) 및 상부 전극층(39) 등을 순차 패터닝하여, 압전 소자(32) 등을 형성한다. 이에 의해, 실리콘 단결정 기판에, 각각의 기록 헤드(3)에 대응하는 각각의 압력실 형성 기판(29)이 되는 영역이 복수 형성된다. 그 후, 표면에 접착제층을 형성하고, 포토리소그래피 공정에 의해, 소정의 위치에 접착제(48)를 형성한다. 구체적으로는, 감광성 및 열경화성의 액상 접착제를, 스핀 코터 등을 이용하여 진동판(31) 상에 도포하고, 가열함으로써, 탄성을 갖는 접착제층을 형성한다. 그리고, 노광 및 현상에 의해, 소정의 위치에 접착제(48)의 형상을 패터닝한다. 본 실시형태에서는, 접착제(48)가 감광성을 갖기 때문에, 포토리소그래피 공정에 의해, 접착제(48)를 정밀도 양호하게 패터닝할 수 있다.
접착제(48)가 형성되었다면, 양 실리콘 단결정 기판을 접합한다. 구체적으로는, 어느 한쪽의 실리콘 단결정 기판을 다른쪽의 실리콘 단결정 기판측을 향하여 상대적으로 이동시켜, 접착제(48)를 양 실리콘 단결정 기판 사이에 끼우고 함께 접합한다. 이 상태에서, 범프 전극(42)의 탄성 복원력에 저항하여, 양 실리콘 단결정 기판을 상하로부터 가압한다. 이에 의해, 범프 전극(42)이 압궤되어, 확실하게 도통을 얻을 수 있다. 그리고, 가압하면서, 접착제(48)의 경화 온도까지 기판을 가열한다. 그 결과, 범프 전극(42)이 압궤된 상태에서 접착제(48)가 경화되어, 양 실리콘 단결정 기판이 접합된다.
양 실리콘 단결정 기판이 접합되었다면, 압력실 형성 기판(29)을 포함한 실리콘 단결정 기판을 하면측(밀봉판(33)을 포함한 실리콘 단결정 기판과는 반대측)으로부터 연마하여, 해당 압력실 형성 기판(29)을 포함한 실리콘 단결정 기판을 얇게 한다. 그 후, 얇아진 압력실 형성 기판(29)을 포함한 실리콘 단결정 기판에, 포토리소그래피 공정 및 에칭 공정에 의해 압력실(30)을 형성한다. 마지막으로, 접합된 실리콘 단결정 기판을, 소정의 스크라이빙 라인(scribing line)을 따라서 스크라이브하고, 각각의 액추에이터 유닛(14)으로 절단한다.
그리고, 상기의 과정에 의해 제조된 액추에이터 유닛(14)은 접착제 등을 이용하여 유로 유닛(15)(연통 기판(24))에 위치 결정되어 고정된다. 그 후에, 액추에이터 유닛(14)을 헤드 케이스(16)의 수용 공간(17)에 수용한 상태에서, 헤드 케이스(16)와 유로 유닛(15)을 서로 접합하는 것에 의해, 상기의 기록 헤드(3)가 제조된다.
그런데, 상기한 제 1 실시형태에서는, 공통 범프 전극(42a)이 2열로 형성된 제 1 공통 금속층(40a) 중 한쪽의 제 1 공통 금속층(40a)에 접속되었지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예컨대, 도 5에 도시하는 제 2 실시형태에 있어서의 액추에이터 유닛(14')에서는, 2열로 형성된 제 2 공통 금속층(40b) 각각에 공통 범프 전극(42a')이 접속되어 있다.
구체적으로는, 공통 범프 전극(42a')의 내부 수지(43')는, 밀봉판(33)의 표면에 있어서의 제 2 공통 금속층(40b)에 대향하는 영역에, 노즐열 방향(제 1 방향(x))을 따라서 돌기로서 형성되어 있다. 공통 범프 전극(42a')의 도전막(44')은, 제 1 방향(x)을 따라서 병설된 압전 소자(32)에 대응하여, 해당 제 1 방향(x)을 따라서 복수 형성되어 있다. 즉, 공통 범프 전극(42a')은 제 1 방향(x)을 따라서 복수 형성되어 있다. 그리고, 공통 범프 전극(42a')은, 압전체층(38) 상에서 2열로 형성된 제 2 공통 금속층(40b)에 대해 제 1 방향(x)을 따른 복수 개소에서 각각 접속되어 있다. 이에 의해, 각각의 공통 범프 전극(42a')은 제 2 공통 금속층(40b)을 거쳐서 상부 전극층(39)과 전기적으로 접속된다.
본 실시형태에 있어서의 접착제(48')는 각각의 범프 전극(42a', 42b)의 양측 및 제 1 공통 금속층(40a)을 덮는 위치에 배치되어 있다. 구체적으로는, 개별 범프 전극(42b)보다 외측(공통 범프 전극(42a')측과는 반대측)에 배치된 접착제(48a')는, 제 2 방향(y)에 있어서, 개별 금속층(40c) 상으로부터 해당 개별 금속층(40c)의 단부를 지나 진동판(31) 상까지 연장되어 있다. 개별 범프 전극(42b)과 공통 범프 전극(42a') 사이에 배치된 접착제(48b')는, 제 2 방향(y)에 있어서, 제 2 공통 금속층(40b)(압전 소자(32))보다 외측의 압전체층(38) 상으로부터 압전 소자(32)의 일측의 소자단(34a)을 지나 제 2 공통 금속층(40b) 상까지 연장되어 있다. 접착제(48b')에 의해, 압전 소자(32)의 제 2 방향(y)에 있어서의 일측의 소자단(34a)이 덮인다. 이로 인해, 소자단(34a)에서의 압전 소자(32)의 변형이 억제된다. 공통 범프 전극(42a')보다 내측(개별 범프 전극(42b)측과는 반대측)에 배치된 접착제(48c')는, 제 2 방향(y)에 있어서, 제 2 공통 금속층(40b) 상으로부터 해당 제 2 공통 금속층(40b)의 단부를 지나 구획 영역(35)의 일측 단부와 오버랩되는 위치까지 연장되어 있다. 접착제(48c')에 의해, 구획 영역(35)의 일측 단부가 덮인다. 이로 인해, 구획 영역(35)의 일측 단부에서의 압전 소자(32)의 변형이 억제된다. 제 1 공통 금속층(40a)을 덮는 접착제(48d')는, 제 2 방향(y)에 있어서, 구획 영역(35)의 타측 단부와 오버랩되는 위치로부터 제 1 공통 금속층(40a)을 지나 진동판(31) 상까지 연장되어 있다. 이 접착제(48d')에 의해, 구획 영역(35)의 타측 단부가 덮인다. 이로 인해, 구획 영역(35)의 타측 단부에서의 압전 소자(32)의 변형이 억제된다. 그 이외의 구성은 상기한 제 1 실시형태와 동일하기 때문에, 그에 관한 설명을 생략한다.
상기한 실시형태들에서는, 압전체층(38)이 2열로 형성된 압력실(30)에 대응하여 2열로 형성되었지만, 즉, 압전체층(38)이 각 압력실(30)마다 별개로 형성되었지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 도 6 내지 도 9에 도시하는 제 3 실시형태 내지 제 6 실시형태에 있어서의 액추에이터 유닛(14")에서는, 2열로 형성된 압력실(30)에 대해 공통인 압전체층(38")이 1열로 형성되어 있다. 특히, 도 6 및 도 7에 도시하는 제 3 실시형태 및 제 4 실시형태에 있어서의 액추에이터 유닛(14")에서는, 압전체층(38") 및 제 1 공통 금속층(40a")이 각각 1열로 형성되어 있다.
구체적으로는, 도 6에 도시하는 제 3 실시형태에서는, 압전체층(38")이 제 2 방향(y)으로 양측의 압전 소자(32)에 걸쳐서 형성되어 있다. 즉, 압전체층(38")의 제 2 방향(y)에 있어서의 일측(도 6에 있어서의 좌측)의 단부는, 2열로 병설된 개별 금속층(40c) 중 한쪽(도 6에 있어서의 좌측)의 개별 금속층(40c)과 오버랩되는 영역까지 연장되어 있다. 또한, 압전체층(38")의 제 2 방향(y)에 있어서의 타측(도 6에 있어서의 우측)의 단부는, 2열로 병설된 개별 금속층(40c) 중 다른쪽(도 6에 있어서의 우측)의 개별 금속층(40c)과 오버랩되는 영역까지 연장되어 있다. 또한, 제 1 공통 금속층(40a")은, 제 2 방향(y)에 있어서, 한쪽(도 6에 있어서의 좌측)의 구획 영역(35)(압력실(30))의 타측(액추에이터 유닛(14")에 있어서의 내측)의 단부와 오버랩되는 영역으로부터, 다른쪽(도 6에 있어서의 우측)의 구획 영역(35)(압력실(30))의 타측(액추에이터 유닛(14")에 있어서의 내측)의 단부와 오버랩되는 영역까지 연장되어 있다. 공통 범프 전극(42a")은, 2열로 형성된 압력실(30) 사이의 영역에 형성되며, 제 1 공통 금속층(40a")에 접속되어 있다.
본 실시형태에 있어서의 접착제(48")는 범프 전극(42a", 42b)의 양측에 배치되어 있다. 개별 범프 전극(42b)의 외측(공통 범프 전극(42a")측과는 반대측)에 배치된 접착제(48a")는, 제 1 실시형태의 접착제(48a)와 마찬가지로, 개별 금속층(40c) 상으로부터 진동판(31) 상에 걸쳐서 배치되어 있다. 개별 범프 전극(42b)의 내측(공통 범프 전극(42a")측)에 배치된 접착제(48b")는, 제 1 실시형태의 접착제(48b)와 마찬가지로, 제 2 공통 금속층(40b)보다 외측으로부터 구획 영역(35)의 일측 단부와 오버랩되는 위치까지 연장되어 있다. 공통 범프 전극(42a")의 양측에 배치된 접착제(48c")는, 제 2 방향(y)에 있어서, 구획 영역(35)의 타측 단부와 오버랩되는 위치로부터 하부 전극층(37)과 오버랩되는 위치를 지나 제 1 공통 금속층(40a") 상까지 연장되어 있다. 그 이외의 구성은 상기한 제 1 실시형태와 동일하기 때문에, 그에 관한 설명을 생략한다.
도 7에 도시하는 제 4 실시형태에서는, 각 접착제(48")가 압력실(30)과 오버랩되는 영역을 피해서 배치되어 있다. 환언하면, 접착제(48")는 구획 영역(35)과 오버랩되지 않는 위치에 배치되어 있다. 구체적으로는, 개별 범프 전극(42b)의 내측(공통 범프 전극(42a")측)에 배치된 접착제(48b")는, 제 2 방향(y)에 있어서, 개별 금속층(40c)과 제 2 공통 금속층(40b) 사이의 영역으로부터, 구획 영역(35) 외측의 영역에 있어서의 제 2 공통 금속층(40b) 상까지 연장되어 있다. 공통 범프 전극(42a")의 양측에 배치된 접착제(48c")는, 구획 영역(35) 외측의 영역에 있어서의 제 1 공통 금속층(40a") 상에서, 압전 소자(32)의 타측의 소자단(34b)을 넘는 영역에 형성되어 있다. 그 이외의 구성은 상기한 제 3 실시형태와 동일하기 때문에, 그에 관한 설명을 생략한다.
상기한 바와 같이, 접착제(48")를 구획 영역(35) 외측의 영역에 형성하므로, 구획 영역(35)에 있어서의 진동판(31)의 변형이 저해되기 어려워진다. 이에 의해, 압전 소자(32)의 구동에 의한 압력 변동을 압력실(30) 내의 잉크로 효율적으로 전달할 수 있으며, 또한, 접착제(48")에 압전 소자(32)의 진동이 전달되는 것에 의한 접착 능력의 저하를 억제할 수 있다. 그 결과, 기록 헤드(3)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 접착제(48")와 구획 영역(35)이 서로 오버랩되지 않기 때문에, 접착제(48")의 위치가 불균일한 것에 의한 진동판(31)의 변형량의 불균일을 억제할 수 있다. 이에 의해, 접착제(48")로서 감광성을 갖지 않는 접착제, 즉 접착 위치가 불균일해지기 쉬운 접착제를 이용했다고 해도, 잉크의 분사 특성이 바뀌는 것을 억제할 수 있다.
도 8에 도시하는 제 5 실시형태에서는, 2열로 형성된 제 1 공통 금속층(40a") 각각에 접속되는 공통 범프 전극(42a")이 2열로 형성되어 있다. 구체적으로는, 제 1 공통 금속층(40a")은, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 제 2 방향(y)에 있어서, 구획 영역(35)의 타측 단부와 오버랩되는 영역으로부터 하부 전극층(37)과 오버랩되는 영역의 외측까지 연장되어 있다. 공통 범프 전극(42a")의 열은 제 1 방향(x)을 따라서 형성되어 있다. 공통 범프 전극(42a")은 압전체층(38") 상의 제 1 공통 금속층(40a")에 대해 제 1 방향(x)에 따른 복수 개소에서 접속되어 있다. 상기한 제 3 실시형태와 마찬가지로, 압전체층(38")은 제 2 방향(y)에 있어서 양측의 압전 소자(32)에 걸쳐서 형성되어 있다. 즉, 압전체층(38")의 제 2 방향(y)에 있어서의 일측(도 8에 있어서의 좌측)의 단부는 2열로 병설된 개별 금속층(40c) 중 한쪽(도 8에 있어서의 좌측)의 개별 금속층(40c)과 오버랩되는 영역까지 연장되어 있다. 압전체층(38")의 제 2 방향(y)에 있어서의 타측(도 8에 있어서의 우측)의 단부는 2열로 병설된 개별 금속층(40c) 중 다른쪽(도 8에 있어서의 우측)의 개별 금속층(40c)과 오버랩되는 영역까지 연장되어 있다.
본 실시형태에 있어서의 상부 전극층(39")은 2열로 형성된 압력실(30)에 대응하여 2열로 형성되어 있다. 즉, 상부 전극층(39")은 각 압력실(30)마다 별개로 형성되어 있다. 구체적으로는, 제 1 방향(x)으로 병설된 복수의 압전체층(38)에 걸쳐서 각각 형성된 상부 전극층(39")이 2열로 형성되어 있다. 각 상부 전극층(39")의 제 2 방향(y)에 있어서의 일측(액추에이터 유닛(14")에 있어서의 외측)의 단부는, 대응하는 구획 영역(35)의 일측 단부와 오버랩되는 영역의 외측으로서, 구획 영역(35)과 개별 금속층(40c) 사이의 영역에 위치 설정된다. 상부 전극층(39)의 제 2 방향(y)에 있어서의 타측(액추에이터 유닛(14")에 있어서의 내측)의 단부는, 구획 영역(35)의 타측 단부와 오버랩되는 영역의 외측으로서, 하부 전극층(37)의 타측 단부와 제 1 공통 금속층(40a")의 타측 단부 사이의 영역에 위치 설정된다.
본 실시형태에 있어서의 접착제(48")는 각각의 범프 전극(42a", 42b)의 양측에 배치되어 있다. 구체적으로는, 개별 범프 전극(42b)의 외측(공통 범프 전극(42a")측과는 반대측)에 배치된 접착제(48a")는, 제 1 실시형태의 접착제(48a)와 마찬가지로, 개별 금속층(40c) 상으로부터 진동판(31) 상에 걸쳐서 배치되어 있다. 개별 범프 전극(42b)의 내측(공통 범프 전극(42a")측)에 배치된 접착제(48b")는, 제 1 실시형태의 접착제(48b)와 마찬가지로, 제 2 공통 금속층(40b)보다 외측으로부터 구획 영역(35)의 일측 단부와 오버랩되는 위치까지 연장되어 있다. 공통 범프 전극(42a")의 외측(개별 범프 전극(42b)측)에 배치된 접착제(48c")는, 제 2 방향(y)에 있어서, 구획 영역(35)의 타측 단부와 오버랩되는 위치로부터 제 1 공통 금속층(40a")의 단부까지 연장되어 있다. 공통 범프 전극(42a")의 내측에 배치된 접착제(48d")는, 제 2 방향(y)에 있어서, 제 1 공통 금속층(40a") 상으로부터 해당 제 1 공통 금속층(40a")의 단부를 지나 압전체층(38") 상까지 연장되어 있다. 그 이외의 구성은 상기한 제 1 실시형태와 동일하기 때문에, 그에 관한 설명을 생략한다.
도 9에 도시하는 제 6 실시형태에서는, 상기의 제 5 실시형태와 마찬가지로, 2열로 형성된 제 1 공통 금속층(40a") 각각에 접속되는 공통 범프 전극(42a")이 2열로 형성되어 있다. 그러나, 제 6 실시형태는, 접착제(48")가, 압력실(30)(구획 영역(35))과 오버랩되는 영역을 피해서 배치되어 있는 점에서 제 5 실시형태와 상이하다. 구체적으로는, 개별 범프 전극(42b)의 내측(공통 범프 전극(42a")측)에 배치된 접착제(48b")는, 제 2 방향(y)에 있어서, 개별 금속층(40c)과 제 2 공통 금속층(40b) 사이의 영역으로부터, 구획 영역(35) 외측의 영역에 있어서의 제 2 공통 금속층(40b) 상까지 연장되어 있다. 공통 범프 전극(42a")의 외측(개별 범프 전극(42b)측)에 배치된 접착제(48c")는 구획 영역(35) 외측의 영역에 있어서의 제 1 공통 금속층(40a") 상에 형성되어 있다. 그 이외의 구성은 상기한 제 6 실시형태와 동일하기 때문에, 그에 관한 설명을 생략한다.
본 실시형태에서도, 상기한 바와 같이 접착제(48")가 구획 영역(35) 외측의 영역에 형성되어 있기 때문에, 구획 영역(35)에 있어서의 진동판(31)의 변형이 저해되기 어려워진다. 이에 의해, 압전 소자(32)의 구동에 의한 압력 변동을 압력실(30) 내의 잉크에 효율적으로 전달할 수 있으며, 또한, 접착제(48")에 압전 소자(32)의 진동이 전달되는 것에 의한 접착 능력의 저하를 억제할 수 있다. 그 결과, 기록 헤드(3)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 접착제(48")와 구획 영역(35)이 서로 오버랩되지 않기 때문에, 접착제(48")의 위치가 불균일한 것에 의한 진동판(31)의 변형량의 불균일을 억제할 수 있다. 이에 의해, 접착제(48")로서 감광성을 갖지 않는 접착제, 즉 접착 위치가 불균일해지기 쉬운 접착제를 이용했다고 해도, 잉크의 분사 특성이 바뀌는 것을 억제할 수 있다.
그런데, 상기한 실시형태들에서는, 본 발명의 회로 기판으로서 구동 회로(46)를 구비한 밀봉판(33)을 예시했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 구동 회로를 밀봉판과는 상이한 다른 부재(구동 IC 등)에 마련하고, 이 구동 회로로부터의 신호를 중계하는 배선만을 밀봉판(33)에 형성할 수도 있다. 즉, 본 발명에 있어서의 회로 기판에는, 구동 회로를 구비한 밀봉판에 한정되지 않으며, 단순히 배선만 형성된 밀봉판도 포함된다.
상기한 실시형태들에서는, 하부 전극층(37) 및 상부 전극층(39)과 이들 층에 대응하는 범프 전극(42)이 압전체층(38) 상에서 접속되었지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 압전체층 상에서, 범프 전극이 하부 전극층 및 상부 전극층 중 적어도 하나와 전기적으로 접속되어 있으면 좋다. 또한, 상기한 실시형태들에서는, 범프 전극(42)을 밀봉판(33)측에 마련했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 범프 전극을 압력실 기판측에 마련할 수도 있다. 또한, 상기한 제조 방법에서는, 압력실 형성 기판(29)을 포함한 실리콘 단결정 기판에 접착제(48)를 도포했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 접착제를, 밀봉판을 포함한 실리콘 단결정 기판에 도포할 수도 있다.
이상에서 설명한 실시형태들에서는, 잉크젯 헤드로서, 잉크젯 프린터에 탑재되는 잉크젯식 기록 헤드를 예시했지만, 본 발명은 잉크 이외의 액체를 분사하는 장치에도 적용할 수 있다. 예컨대, 본 발명의 잉크젯 헤드는 액정 디스플레이 등의 칼라 필터의 제조에 이용되는 색재 분사 헤드, 유기 전계 발광(EL) 디스플레이 및 전계 방출 디스플레이(FED) 등의 전극 형성에 이용되는 전극재 분사 헤드, 바이오칩(생물화학 소자)의 제조에 이용되는 생체 유기물 분사 헤드 등에도 이용할 수 있다.
1: 프린터, 3: 기록 헤드, 14: 액추에이터 유닛, 15: 유로 유닛, 16: 헤드 케이스, 17: 수용 공간, 18: 리저버, 21: 노즐 플레이트, 22: 노즐, 24: 연통 기판, 25: 공통 액실, 26: 개별 연통로, 29: 압력실 형성 기판, 30: 압력실, 31: 진동판, 32: 압전 소자, 33: 밀봉판, 35: 구획 영역, 37: 하부 전극층, 38: 압전체층, 39: 상부 전극층, 40: 금속층, 42: 범프 전극, 43: 내부 수지, 44: 도전막, 46: 구동 회로, 48: 접착제

Claims (5)

  1. 잉크젯 헤드에 있어서,
    노즐에 각각 연통되는 복수의 압력실이 형성되어 있는 압력실 형성 기판;
    각각의 압력실의 일측면을 구획하고, 구획 영역의 변형을 허용하는 진동판;
    상기 압력실에 대응하는 영역에서, 상기 진동판의 압력실측과는 반대측의 면으로부터 순서대로 제 1 전극층, 압전체층 및 제 2 전극층을 적층하여 형성되는 압전 소자; 및
    상기 진동판과의 사이에 복수의 범프 전극이 개재된 상태에서 상기 진동판에 대해 간격을 두고 배열되며, 상기 압전 소자를 구동하는 신호를 출력하는 회로 기판을 포함하고,
    상기 제 1 전극층은 각각의 압전 소자마다 독립하여 형성되고,
    상기 제 2 전극층은 복수의 압전 소자에 걸쳐서 연속하여 형성되며,
    상기 범프 전극 중 적어도 일부는 상기 구획 영역 외측의 영역에서 상기 제 1 전극층 및 상기 제 2 전극층과 전기적으로 접속되는
    잉크젯 헤드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 범프 전극은 탄성 수지와, 상기 수지의 표면을 덮은 도전막을 포함하는
    잉크젯 헤드.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 범프 전극은 상기 압전체층 상에서 상기 제 1 전극층 및 상기 제 2 전극층과 전기적으로 접속되는
    잉크젯 헤드.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력실 형성 기판과 상기 회로 기판은 감광성 접착제에 의해 서로 접합되는
    잉크젯 헤드.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 잉크젯 헤드를 포함하는
    잉크젯 프린터.
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