(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液室隔壁によって区画されておりインク供給口と連通した個別液室が短手方向に配列された流路基板と、前記個別液室に設けられたノズル開口と対向する面に形成された振動板と、前記振動板上に下部電極、圧電素子、上部電極を積層して形成されたアクチュエータと、前記アクチュエータに駆動信号を供給する個別電極と、を有し、前記個別電極の一部を構成している配線層パターンが前記液室隔壁上に形成されたインクジェットヘッドであって、
前記アクチュエータに対向する位置に、保持基板隔壁により区画された凹状の振動室が形成されており、前記保持基板隔壁が前記配線層パターンを含む積層膜を介して前記液室隔壁に接合される保持基板を有し、
前記短手方向における前記保持基板隔壁の幅は、前記短手方向における液室隔壁の幅より狭く、前記配線層パターンの幅よりも広いインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記積層膜は、前記配線層パターンの下方に形成された第１の絶縁膜と、前記配線層パターンの上方に形成された第２の絶縁膜とを含み、前記配線層パターンを包括するように前記第１の絶縁膜と前記第２の絶縁膜とがパターニングされており、
前記第１の絶縁膜及び前記第２の絶縁膜のパターン幅は、前記配線層パターンの幅より広く且つ前記液室隔壁の幅よりも狭い請求項１記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
前記第１の絶縁膜及び前記第２の絶縁膜のパターン幅は、前記保持基板隔壁の幅よりも広い請求項２記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記インク供給口は、前記振動板上を貫通する貫通口として形成されており、前記インク供給口の周辺部は、前記保持基板が前記配線層パターンを含む積層膜を介して前記流路基板と接合されている請求項１ないし３の何れか一項に記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
液室隔壁によって区画されておりインク供給口と連通した個別液室が短手方向に配列された流路基板と、前記個別液室に設けられたノズル開口と対向する面に形成された振動板と、前記振動板上に下部電極、圧電素子、上部電極を積層して形成されたアクチュエータと、前記アクチュエータに駆動信号を供給する個別電極と、を有し、前記個別電極の一部を構成している配線層パターンが前記液室隔壁上に形成されたインクジェットヘッドを有する記録装置であって、
前記インクジェットヘッドは、
前記アクチュエータに対向する位置に、保持基板隔壁により区画された凹状の振動室が形成されており、前記保持基板隔壁が前記配線層パターンを含む積層膜を介して前記液室隔壁に接合される保持基板を有し、
前記短手方向における前記保持基板隔壁の幅は、前記短手方向における液室隔壁の幅より狭く、前記配線層パターンの幅よりも広い記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、個別液室に圧力変動を発生させ、個別液室に形成された微小ノズルから液体を噴射させるインクジェットヘッド及びインクジェットヘッド及びインクジェットヘッドを有する記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、個別液室に圧力変動を発生させ、個別液室に形成された微小ノズルから液体を噴射させるインクジェットヘッド及びインクジェットヘッドを搭載する記録装置が知られている。またインクジェットヘッドの個別液室に圧力変動を発生する方式は、複数のものが実用化・製品化されている。
【０００３】
例えば個別液室内にヒータを設置することで液体を気化させ、圧力変動を利用するサーマルインクジェット方式や個別液室にアクチュエータを設置する方式が挙げられ、アクチュエータを用いる方式では、さらにアクチュエータの種類により圧電素子方式，静電方式などが知られている。
【０００４】
アクチュエータを用いた方式では幅広い物性のインクに対応可能である反面、液室配列の高密度化・ヘッドの小型化が困難とされているが、いわゆるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）プロセスを用いることで高密度化する技術が確立されつつある。
【０００５】
例えば個別液室に薄膜形成技術を用いて振動板，電極，圧電体等を積層し、半導体デバイス製造プロセス(フォトリソグラフィ)を用いて個別の圧電素子と配線をパターニングすることで高密度化が可能である。例えば特許文献１には、配線層をパターニングする技術が開示されている。
【０００６】
また、薄膜プロセスで形成した圧電素子を用いた場合、振動板が数マイクロメートルの薄膜構成となるため、圧電素子を積層した場合の残留応力により振動板が変形しやすくなる。また流路を形成する基板厚さが薄くなるため強度確保と製造プロセスでの加工精度の向上が望まれる。これらに対する対策として、保持基板を用いる手法が特許文献２及び３に開示されている。各々の圧電素子の間に隔壁を設け、保持基板と接合することで振動板端を補強し、流路基板の剛性を高めている。すなわち高密度化の際に生じるクロストークを低減できると同時に製造プロセスでのハンドリングが向上し量産性を高めている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
保持基板を流路基板に接合する構造の場合、上部電極及び下部電極から配線層のパターニングで引き出される個別電極及び共通電極は、駆動回路と接続するために保持基板と流路基板とが接合されている接合部の外部に引き出すことが必要となる。接合部による保持基板と流路基板との接合信頼性を高めるためには、接合部の高さと層構成を同一とすることが必要となる。
【０００８】
特許文献１では、保持基板の隔壁幅を流路基板上の隔壁幅上に形成される圧電体または上部電極を含む積層膜の幅よりも狭くすることで、保持基板の位置ずれによる吐出性能への影響を緩和している。しかし、保持基板の隔壁部の層構成と接合部の層構成が大きく異なる。
【０００９】
また特許文献２では、層構成のちがいによる接合部の高さの差異に樹脂材料等を充填することで対応しているが、保持基板と流路基板の接合強度及び接合信頼性を考慮した場合は、十分とはいえない。そのため、流路基板全体がたわむような変位が発生した場合に、各個別液室間の相互干渉の影響が大きくなる。また保持基板と流路基板との接合信頼性が十分に確保できない場合は、保持基板と流路基板の接合部の幅を広くとることになり、インクジェットヘッドの小型化が困難となる。
【００１０】
本発明は、上記事情を鑑みてこれを解決すべくなされたものであり、流路基板と保持基板の接合信頼性を高め、且つ小型化に貢献するインクジェットヘッド及び記録装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記目的を達成すべく、以下の如き構成を採用した。
【００１２】
本発明のインクジェットヘッドは、液室隔壁によって区画されておりインク供給口と連通した個別液室が短手方向に配列された流路基板と、前記個別液室に設けられたノズル開口と対向する面に形成された振動板と、前記振動板上に下部電極、圧電素子、上部電極を積層して形成されたアクチュエータと、前記アクチュエータに駆動信号を供給する個別電極と、を有し、前記個別電極の一部を構成している配線層パターンが前記液室隔壁上に形成されたインクジェットヘッドであって、前記アクチュエータに対向する位置に、保持基板隔壁により区画された凹状の振動室が形成されており、前記保持基板隔壁が前記配線層パターンを含む積層膜を介して前記液室隔壁に接合される保持基板を有し、前記短手方向における前記保持基板隔壁の幅は、前記短手方向における液室隔壁の幅より狭く、前記配線層パターンの幅よりも広くした。
【００１３】
本発明の記録装置は、液室隔壁によって区画されておりインク供給口と連通した個別液室が短手方向に配列された流路基板と、前記個別液室に設けられたノズル開口と対向する面に形成された振動板と、前記振動板上に下部電極、圧電素子、上部電極を積層して形成されたアクチュエータと、前記アクチュエータに駆動信号を供給する個別電極と、を有し、前記個別電極の一部を構成している配線層パターンが前記液室隔壁上に形成されたインクジェットヘッドを有する記録装置であって、前記インクジェットヘッドは、前記アクチュエータに対向する位置に、保持基板隔壁により区画された凹状の振動室が形成されており、前記保持基板隔壁が前記配線層パターンを含む積層膜を介して前記液室隔壁に接合される保持基板を有し、前記短手方向における前記保持基板隔壁の幅は、前記短手方向における液室隔壁の幅より狭く、前記配線層パターンの幅よりも広くした。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、流路基板と保持基板の接合信頼性を高め、且つ小型化に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第一の実施形態の記録装置の概要を示す斜視図である。
【図２】第一の実施形態の記録装置の断面図である。
【図３】インクジェットヘッドの上面図である。
【図４】インクジェットヘッドのＡ−Ａ断面図である。
【図５】インクジェットヘッドのＢ−Ｂ断面図である。
【図６】流路基板と保持基板との接合部を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第一の実施形態）
以下に図１、図２を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００１７】
図１は、第一の実施形態の記録装置の概要を示す斜視図であり、図２は第一の実施形態の記録装置の断面図である。本実施形態の記録装置１００は、インクジェットヘッドを搭載したインクジェット式画像形成装置である。
【００１８】
本実施形態の記録装置１００は、内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ１１０、キャリッジ１１０に搭載されたインクジェットヘッド２００、インクジェットヘッド２００へインクを供給するインクカートリッジ１２０等で構成される印字機構部１３０等を有する。また記録装置１００の下方部には前方側から多数枚の用紙１４０を積載可能な給紙カセット（給紙トレイ）１５０を抜き差し自在に装着される。
【００１９】
また記録装置１００では、用紙１４０を手差しで給紙するための手差しトレイ１５５を開倒することができ、給紙カセット１５０或いは手差しトレイ１５５から給送される用紙１４０を取り込み、印字機構部１２０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１６０に排紙する。
【００２０】
印字機構部１２０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１６１と従ガイドロッド１６２とでキャリッジ１１０を主走査方向に摺動自在に保持する。キャリッジ１１０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インクジェットヘッド２００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。
【００２１】
キャリッジ１１０にはインクジェットヘッド２００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１２０を交換可能に装着している。
【００２２】
インクカートリッジ１２０は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッド２００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おり、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッド２００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、各色のインクジェットヘッド２００を用いるが、インクジェットヘッド２００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。
【００２３】
キャリッジ１１０は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド１６１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１６２に摺動自在に載置されている。
【００２４】
キャリッジ１１０を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ１６７で回転駆動される駆動プーリ１６８と従動プーリ１６９との間にタイミングベルト１７０を掛け回し、タイミングベルト１７０をキャリッジ１１０に固定している。主走査モータ１６７の正逆回転によりキャリッジ１１０が往復駆動される。
【００２５】
また記録装置１００は、給紙カセット１５０にセットした用紙１４０をインクジェットヘッド２００の下方側に搬送するために、給紙カセット１５０から用紙１４０を分離給紙する給紙ローラ１７１及びフリクションパッド１７２と、用紙１４０を案内するガイド部材１７３と、給紙された用紙１４０を反転させて搬送する搬送ローラ１７４と、を有する。また記録装置１００は、搬送ローラ１７４の周面に押し付けられる搬送コロ１７５及び搬送ローラ１７４からの用紙１４０の送り出し角度を規定する先端コロ１７６を有する。搬送ローラ１７４は副走査モータ１７７によってギヤ列を介して回転駆動される。
【００２６】
また記録装置１００はキャリッジ１１０の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１７４から送り出された用紙１４０をインクジェットヘッド２００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１７９を有する。記録装置１００において、印写受け部材１７９の用紙搬送方向下流側には、用紙１４０を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ１８１、拍車１８２が設けられている。記録装置１００には、さらに用紙１４０を排紙トレイ１６０に送り出す排紙ローラ１８３及び拍車１８４と、排紙経路を形成するガイド部材１８５，１８６とが配設されている。
【００２７】
記録装置１００は、記録時には、キャリッジ１１０を移動させながら画像信号に応じてインクジェットヘッド２００を駆動することにより、停止している用紙１４０にインクを吐出して１行分を記録し、用紙１４０を所定量搬送後次の行の記録を行う。
【００２８】
記録終了信号または、用紙１４０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１４０を排紙する。
【００２９】
キャリッジ１１０の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、インクジェットヘッド２００の吐出不良を回復するための回復装置１８７を配置している。回復装置１８７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１１０は印字待機中にはこの回復装置１８７側に移動されてキャッピング手段でインクジェットヘッド２００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。
【００３０】
また記録装置１００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。
【００３１】
また記録装置１００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インクジェットヘッド２００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し、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。
【００３２】
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。
【００３３】
このように、本実施形態の記録装置１００では、耐熱性密着層を用いることで、電極層の剥離が生じないため、駆動不良によるインク滴吐出不良がなく、安定したインク滴吐出特性が得られて、画像の抜け等もなく画像品質が向上する。
【００３４】
次に、図３乃至図５を参照して本実施形態のインクジェットヘッド２００について説明する。図３はインクジェットヘッドの上面図であり、図４はインクジェットヘッドのＡ−Ａ断面図である。図５はインクジェットヘッドのＢ−Ｂ断面図である。
【００３５】
本実施形態のインクジェットヘッド２００は、少なくとも流路基板１０、ノズル板１１、保持基板１２を含んで構成される。
【００３６】
保持基板１２には、複数の保持基板隔壁１３により区画された振動室１４がその幅方向に並設されている（図５参照）。流路基板１０は、インク供給口１５から供給されたインク又は液体を、流体抵抗部１６を経由して個別液室１７に接続する流路を形成する。流体抵抗部１６は、振動室１４毎に振動室１４よりも狭い幅で形成されており、インク供給口１５から振動室１４へ流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。
【００３７】
流路基板１０の下方にはノズル１８が形成されたノズル板１１が接合されている。インクジェットヘッド２００では、個別液室１７の上部に形成された振動板２０を変位させて個別液室１７に圧力変動を発生させ、ノズル１８からインク液滴を噴射する。振動板２０上には、振動板２０を変位させるアクチュエータ１９が形成されている。
【００３８】
本実施形態のアクチュエータ１９は、圧電素子２１を用いたものとした。圧電素子２１の振動室１４側には上部電極２２が形成されており、圧電素子２１と振動板２０との間には下部電極２３が形成されている。上部電極２２からは、圧電素子２１毎に個別の信号を供給するための個別電極２４が引き出される。下部電極２３からは、圧電素子２１毎に共通の信号を供給するための共通電極２５が引き出される。個別電極２４及び共通電極２５は、後述する配線層に形成されている。
【００３９】
本実施形態では、個別電極２４及び共通電極２５を介して、上部電極２２及び下部電極２３に駆動信号を入力することでアクチュエータ１９を駆動しインク液滴を吐出することが可能となる。
【００４０】
駆動信号は、個別電極２４と共通電極２５と適切な方法で接続された駆動回路から入力される。個別液室１７は、流路基板１０の短手方向に配列する構造をとり、各個別液室１７は液室隔壁２６によって区画されている。それぞれの個別液室１７毎にインク供給口１５、流体抵抗部１６、ノズル１８が形成されている。
【００４１】
インクはインク供給口１５を介して保持基板１２に形成されたインク供給路２７から供給される。インク供給路２７へは任意の供給経路でインクが供給される。上記の基本的な液室、電極構成は圧電素子を用いたインクジェットヘッドとして公知のものとなっている。
【００４２】
以下に本実施形態のインクジェットヘッド２００について、さらに詳細に説明する。
【００４３】
本実施形態のインクジェットヘッド２００において、ノズル１８はノズルプレート１１上にアレイ状またはマトリクス状に配置されている。図４の例では奥行き方向にノズル１８を列上に配置することでアレイ状とすることができる。またアレイ状としてノズル１８を水平方向に並べることでマトリクス状のノズル配置とすることができる。
【００４４】
ノズルプレート１１の材質は、加工精度及び組立性(量産性)から適切なものを選ぶことができる。ノズルプレート１１の材料の例としては、金属または合金、Ｓｉ，ガラス等の無機材料、樹脂材料等が挙げられる。ノズル１８の加工方法は、材料に適したものを使用することができ、プレス加工等の機械加工、レーザー加工、電鋳加工、エッチング等の既存の加工方法を用いることができる。ノズル径は、吐出するインクの物性や、ノズル配列密度、必要とされる吐出性能に応じて任意に設計することができる。本実施形態ではノズル加工の均一性から、ＳＵＳ基板上のプレス加工を用いることが好ましい。プレス加工を用いる場合、同一の金型で各ノズルを加工するため加工の安定性が高くすることができる。
【００４５】
また本実施形態では、ノズルプレート１１の吐出側に撥水処理等を行い、吐出性能の安定化等を図ってもよい。ノズルプレート１１と流路基板１０との接合は任意の手法を用いることができ、既存の接着技術等を流用することができる。
【００４６】
流路基板１０上にはノズル１８と連通する個別液室１７が形成されている。個別液室１７はノズル１８毎に形成されており、個別液室１７毎にアクチュエータ１９と振動板２０を介して圧力変動させることでノズル１８から液滴を吐出する。個別液室１７は図４に示す流体抵抗部１６を形成する流路を介して、インク供給口１５に接続される。インクは、インク供給口１５の上部のインク供給路２７を介して個別液室１７に供給される。個別液室１７、流体抵抗部１６を含むインク流路はノズル１８と同様に図４の奥行き方向に配列することで、アレイ化することができる。
【００４７】
流路基板１０の材質は、任意の材料を用いることができるが、本実施形態では、高密度化を考慮して微細加工可能な材料を選定することが好ましい。個別液室１７の配列ピッチは１００ｕｍ以下とし、流路の加工ばらつきをマイクロメータの単位とするためには、半導体工法を用いることが好ましい。流路基板１０の材料としては、Ｓｉウェハを用いることが好ましい。
【００４８】
個別液室１７を含むインク流路の加工方法は、Ｓｉウェハを用いる場合は、フォトリソグラフィを用いることが好ましく、エッチング方法としてはアルカリ性のエッチング液を用いたウェットエッチング法や、プラズマプロセスを用いたドライエッチング法を選ぶことができる。流路基板１０の厚さは、吐出性能及び加工性から任意の厚さを選定できるが、３０〜２００μｍの範囲さらに好ましくは３０〜１００μｍの範囲とすることが好ましい。上記の範囲とすることで、１００μｍ以下のノズル配列ピッチにおいても、良好な吐出性能を得ることが可能となる。
【００４９】
本実施形態のインクジェットヘッド２００は、図５に示すように、各個別液室１７は液室隔壁２６により区画されている。液室隔壁２６の幅は、加工精度や剛性を確保できる幅に設定されることが好ましい。本実施形態において、液室隔壁２６の幅は、流路基板１０の厚さに対して１／４以上が好ましく、さらに好ましくは１／３以上である。液室隔壁２６の幅が細すぎる場合、撓みにより隣接する個別液室１７同士の相互干渉が発生する。液室隔壁２６の幅が広すぎる場合、ノズル配列密度が低下する。
【００５０】
個別液室１７の長さ、すなわち図４の個別液室１７のＢ−Ｂ断面幅は、吐出性能に応じて最適な形状を選定できる。個別液室１７の長さを長くした場合、アクチュエータ１９を駆動した際の排除体積を大きくすることができ、大きな液滴を吐出することができる。その反面、個別液室１７のインク及び構造体の共振周波数が低下するため、駆動周波数が低下する。したがって個別液室１７のＢ−Ｂ断面幅の適切な幅は３０〜１５０μｍの範囲が好ましく、長さは６００〜１５００μｍの範囲が好ましい。
【００５１】
図４の個別液室１７において、インク供給口１５側に形成される流体抵抗部１６は、個別液室１７を加圧した際のインク供給口１５側へのインクの逆流を低減する機能と、インク吐出後に減圧状態になった個別液室１７にインクを供給する機能とを有する。形状はノズル１８側の流体抵抗部１６より流体抵抗の値が高いことが必要であり、インク供給量を維持するための流体抵抗の値及びインダクタンス(インクの慣性)を適切な範囲とする必要がある。形状としては、個別液室１７より幅又は深さ（もしくは双方）を狭くし、長さを調整することで所望の特性とすることができる。
【００５２】
また本実施形態のインクジェットヘッド２００では、流路基板１０の上方に振動板２０を形成する。振動板２０は圧電素子２１による応力により撓みを発生し、個別液室１７の体積を変化させることで個別液室１７内のインク圧力を変動させる。このため、弾性変形する薄膜である必要がある。振動板２０の材料としては、圧電素子２１による応力で弾性変形することが必要であり、金属・合金や無機材料、樹脂などの有機材料から選ぶことができる。本実施形態のインクジェットヘッド２００では、ノズルの高密度化、圧電素子２１の高集積化を目的としているため、液室加工方法と整合可能な材料、工法を選定することが好ましい。
【００５３】
振動板２０の材料としては任意の金属，合金，誘電体，半導体を用いることができるが、本実施形態では高い剛性と加工性から誘電体，半導体もしくはこれらの積層構造体とすることが好ましい。誘電体材料としては、Ａｌ２Ｏ３，ＺｒＯ２，ＴｉＯ２，ＳｉＯ２，Ｙ２Ｏ３などの酸化物，ＳｉＮ，ＴｉＮ，ＡｌＮなどの窒化物，ＴｉＣ，ＳｉＣなどの炭化物が例として挙げられ、半導体としてはシリコン，ポリシリコン，アモルファスシリコンが挙げられる。これらの誘電体材料、半導体材料の複合化合物としてもよく、また積層構造体としても良い。
【００５４】
振動板２０の厚さは、吐出特性から最適化する必要があるが、０．５μｍから５μｍの範囲とすることが好ましい。硬すぎる振動板２０は高い駆動電力を必要とし、柔らかい振動板２０はコンプライアンスが高くなり吐出効率の低下や共振等の影響を受けやすくなる。
【００５５】
振動板２０上にはアクチュエータ１９が形成される。アクチュエータ１９は下部電極２３，圧電素子２１，上部電極２２を積層した構成とするのが一般的である。電極材料には任意の金属・導電体を用いることができるが、圧電素子２１に接触する材料には導電性酸化物材料を用いることが好ましい。電極材料は圧電素子２１の物性・構造・構成元素に合わせて最適なものを選定することが好ましい。材料の例としては、酸化イリジウム，酸化パラジウムなどの白金族酸化物及びその複合酸化物やＮｉ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｍｎ，Ｓｂ，Ｂｉ，Ｓｂなどの金属酸化物及び複合酸化物が例として挙げられる。圧電素子２１には任意のものを用いることが可能であるが、圧電性能，温度安定性からチタン酸ジルコン酸鉛を用いることが好ましい。圧電素子２１の成膜には既存の手法を用いることができるが、スパッタリング等の真空成膜法と有機金属化合物の溶液を用いる液相法が例として挙げられる。スパッタリング法では成膜レートが低いことと組成安定性が困難であると同時に量産性が悪化する。それと比較して有機金属化合物をスピンコート等で塗布し熱処理することで所望の材料組成を有する圧電体を得る液相法のほうが量産性及び組成安定性から好ましい。いずれの成膜手法においても、高い圧電性能を発現するためには結晶化させる必要がある。結晶化温度は成膜方法や材料組成に依存するが、５００℃〜１０００℃の範囲となるため、電極材料には耐熱性の高い金属または導電性材料を用いることが好ましい。これらの材料として高融点かつ反応性の低い材料が適しており、Ｐｔ，Ｉｒ，Ｐｄ等の白金族及びその化合物・合金が好ましい。また圧電素子２１の鉛や酸素が熱処理中に電極中に拡散することや、電極材料が圧電材料中に拡散することを防止するために、上部電極２２、下部電極２３の圧電体界面に拡散防止層を入れてもよい。拡散防止層としては、導電性酸化物を用いることが好ましく、前述の金属材料を複合酸化物とするのが良い。
【００５６】
尚図示していないが、アクチュエータ１９の端部及び表面に保護膜を形成してもよい。保護膜を形成することにより、アクチュエータ１９周辺の空気に含まれる酸素や水分が圧電材料と反応することを防止し、耐久性を高めることができる。保護膜としては任意の樹脂・絶縁体を選ぶことができるが、水分や酸素の透過率を考慮すると、無機材料であることが好ましい。無機材料としてはＡｌ，Ｚｒ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｔａ等の酸化物，窒化物，炭化物が好ましい。膜厚としては、水分・酸素透過率を確保できる膜厚が必要であると同時に、振動板の変位を阻害しない厚さとする必要があり、前述の無機材料を用いた場合２０〜１００ｎｍの範囲とすることが好ましい。
【００５７】
アクチュエータ１９の上部電極２２と下部電極２３間に電圧を印可することにより、振動板２０上の圧電素子２１に応力が発生し、振動板２０が撓むことで個別液室１７に圧力変化を発生させる。アクチュエータ１９への電圧印可は、図示しない駆動回路から供給される。本実施形態では、駆動回路との接続のために上部電極２２と接続した個別電極２４と、下部電極２３と接続した共通電極２５に同一の配線層をパターニングし、駆動回路との接続部まで引き出している。本実施形態では、これにより一度のパターニング工程(成膜・フォトリソグラフィ・エッチング)にて、個別電極２４と共通電極２５を形成することが可能となる。
【００５８】
配線層の材料としては、任意の導電性材料を用いることが可能であるが、抵抗値を考慮して金属または合金を用いることが好ましい。金属としては、Ａｌ，Ａｕ，Ｐｔ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｗ，Ｎｉ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｎ等及びこれらの元素または任意の元素との合金や金属化合物を用いることができる。一般的な半導体の電極材料に用いられるＡｌ，Ｃｕ等の合金を用いることが、量産工法が確立されているため好ましい。
【００５９】
本実施形態では、個別電極２４は個別電極-上部電極接続部２８を介して上部電極２２と電気的に接続される。図４の例のように、個別電極２４を下部電極２３の形成領域上を介して引き回すためには、層間絶縁膜として絶縁膜３０を配することが必要である。これにより、下部電極２３と個別電極２４間を絶縁することが可能となる。絶縁膜３０の材料としては、半導体で一般的に用いられる絶縁膜材料を用いることができ、半導体で一般的に用いられる材料としては、ＳｉＯ２，Ｓｉ３Ｎ４等が挙げられる。また絶縁膜３０は、複数の絶縁材料の積層構造とされても良い。
【００６０】
絶縁膜３０を形成した場合、個別電極２４と同様に共通電極２５も層間絶縁膜上に形成される。共通電極２５と下部電極２３は共通接続部を介して接続されている。共通電極２５も個別電極２４と同様に駆動回路の接続部まで引き出される。個別電極接続部及び共通電極接続部は絶縁膜３０に形成されたコンタクトホール４１を介して、電気的に接続される。
【００６１】
配線材料にＡｌやＣuなどの半導体デバイスで用いられる一般的な配線材料を用いた場合、配線材料の腐食等を防止するために、配線保護する絶縁膜３２が必要となる。絶縁膜３２は駆動回路との接続部を除く配線層形成領域を被覆するものである。絶縁膜３２は、任意の材料(有機物・無機物)を用いることができるが、水分、酸素等の透過率が十分に低い材料を選定する必要がある。これらの材料としては無機絶縁材料を用いることが好ましい。例えば金属酸化物，窒化物，炭化物及びこれらの複合化合物を用いることが好ましく、例えばＳｉ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｔａ等の酸化物，窒化物，炭化物が好ましい。特にＡｌ又はＡｌを主成分とする合金材料を用いた場合、Ｓｉ３Ｎ４を用いる一般的な手法を用いることができる。また、圧電素子２１が形成されている領域では絶縁膜３２を除去することで振動板２０の変位阻害を低減できる。
【００６２】
また本実施形態のインクジェットヘッド２００において、流路基板１０は、保持基板１２と接合される。保持基板１２は流路基板１０の強度を保持する機能を有する。図５に示すとおり、個別液室１７を区画する液室隔壁２６と対向する部分を保持基板隔壁３３にて支持することにより、隣接する圧電素子２１を駆動した際に振動板２０を介して発生する隣接相互干渉を低減することができる。
【００６３】
保持基板１２の材質は、強度及び加工性から適した材料を選定することができ、任意の金属、無機材料、有機材料等が利用できる。ただし、高い剛性と微細加工性を考慮すると、Ｓｉ基板を用いることが好ましい。Ｓi基板を用いた場合、半導体製造工程(フォトリソグラフィ、エッチング)を用いて保持基板隔壁３３を高精度かつ微細に形成することができる。
【００６４】
保持基板１２では、振動板２０上のアクチュエータ１９が形成される領域を含むように凹加工されて、振動室１４とされる。振動室１４を設けることにより、圧電素子２１を駆動し振動板２０を変位させた際に、変位を阻害することはない。
【００６５】
保持基板１２と流路基板１０との接合部は任意の手法で接合することが、接着剤を用いた接合方法をとることが好ましい。接着剤を用いた接合工法では、接着剤種を適切なものとすることで、幅広い材料種に対応することができる。接着剤としては樹脂材料を用いることが一般的であり、既存の接着技術を利用することができる。
【００６６】
保持基板１２は少なくとも駆動回路との接続部を開口し、外部の駆動信号源と接続できる形態とする必要がある。そのため、保持基板１２の振動室１４を区画する保持基板隔壁部１３と流路基板１０との接合部も個別電極２４を引き出す必要がある。
【００６７】
従って、保持基板１２と流路基板１０との接合部の層構成は、振動板２０，下部電極２３，絶縁膜３０(層間絶縁膜)，個別電極２４(配線層)，絶縁膜３２（配線保護層)の構成となっている。この構成の中で本実施形態のインクジェットヘッド２００で必要な構成は、配線層で形成された個別電極２４の配線と振動板２０である。その他の層は、各層の材料や電極の配置で省略することも可能であるが、個別電極２４、共通電極２５の配線層は外部への電気接続のため必須の層構成となっている。よって保持基板１２と流路基板１０の接合部には、配線層（個別電極２４と共通電極２５と同一の層）で形成されたパターンが配置される。
【００６８】
本実施形態のインクジェットヘッド２００では、保持基板１２と流路基板１０とを接合する際に、個別液室１７を区画する液室隔壁２６と保持基板隔壁１３とを接合することで、隣接する個別液室１７間の相互干渉を低減する。相互干渉を低減させるためには、保持基板隔壁１３と流路基板１０の接合強度及び接合精度が重要となってくる。
【００６９】
本実施形態では、保持基板１２と流路基板１０との接合部の層構造に含まれる個別電極２４と共通電極２５を形成する配線層を保持基板１２の開口部に引き出す。保持基板隔壁１３と流路基板１０との接合も同様の構成とする。これにより、保持基板１２と流路基板１０との接合部の層構成を同一とすることができ、接合信頼性及び強度を高めることが可能となる。
【００７０】
以下に図６を参照して本実施形態のインクジェットヘッド２００における流路基板１０と保持基板１２との接合部について説明する。図６は、流路基板と保持基板との接合部を説明する図である。
【００７１】
本実施形態では、液室隔壁２６の幅を幅Ｗ０、保持基板隔壁１３の幅を幅Ｗ１、配線層４０のパターン幅を幅Ｗ２としたとき、Ｗ０＞Ｗ１＞Ｗ２とした。本実施形態の流路基板１０の個別液室１７の加工は前述の通り、フォトリソとエッチングで微細加工することで形成されるが、深堀加工となるため加工精度にバラツキが生じる可能性がある。具体的には、振動板２０との界面部にサイドエッチングが入り振動板２０側での液室隔壁２６の幅０がばらつく傾向にある。
【００７２】
保持基板１２と流路基板１０との接合部５０において、接合信頼性が液室隔壁２６の幅Ｗ０に依存しないようにするためには、配線層４０のパターン幅Ｗ２を液室隔壁２６の幅Ｗ０よりも狭くすれば良い。さらに保持基板隔壁１３の幅Ｗ１を配線層４０のパターン幅Ｗ２より広くすることで、保持基板１２と流路基板１０との接合部５０の幅及び接合部５０の位置を配線層４０のパターン精度で決めることができる。
【００７３】
配線層４０のパターニングは、半導体製造構成で一般的に用いられる配線材料(薄膜)のフォトリソグラフィで形成されるため、パターニング精度は非常に高く、１μｍ以下の精度で形成可能である。それに対して、保持基板１０の振動室１４の加工（＝保持基板隔壁１３の加工）や個別液室１７の加工（＝流路隔壁２６の加工）は、深さと幅のアスペクトが近い加工方式となり、エッチング加工精度が薄膜の場合と比較して悪化する傾向にある。
【００７４】
さらに、保持基板１２と流路基板１０の接合精度は機械的に接着させる工程であるため、個々の部品の加工精度と位置あわせ精度、接合時の加圧や加熱による位置ずれ等が生じる。このため保持基板１２と流路基板１０の位置あわせ精度が悪く、既存の接合設備を用いる場合には数μｍの位置ずれが発生していた。
【００７５】
本実施形態では、上記のように位置精度が最も高い配線層４０のパターン幅Ｗ２を最も狭くすることで流路隔壁２６と保持基板隔壁１３との接合部５０における位置ずれを低減させ、接合の精度を向上させる。
【００７６】
例えば本実施形態では、保持基板１２の接合の際に保持基板１２が位置ずれした場合、位置ずれ量が(Ｗ２−Ｗ１)／２の範囲であれば、接合部５０の接合面Ｓの面積の変動及び接合部５０の中心の位置ずれは発生しない。従ってＷ２＜Ｗ１とすることが好ましい。
【００７７】
また本実施形態では、保持基板隔壁１３の幅Ｗ１を液室隔壁２６の幅Ｗ０よりも狭くすることで、保持基板１２が位置ずれした場合でも、位置ずれ量が（Ｗ０−Ｗ１）／２の範囲であれば、保持基板隔壁１３が液室隔壁２６に重なることはなく、有効な振動室１４の幅を確保することができる。
【００７８】
液室隔壁２６の幅Ｗ０を保持基板隔壁１３の幅Ｗ１よりも狭くした場合、接合部５０における保持基板１２の位置ずれが発生したとき、振動室１４の領域が減少することになり、圧電素子との干渉が懸念される。
【００７９】
以上から本実施形態では、幅Ｗ０、幅Ｗ１、幅Ｗ２の関係は、Ｗ０＞Ｗ１＞Ｗ２とすることで、保持基板１２の接合幅、保持基板隔壁１３の接合中心位置、振動室１４の幅を保持基板１２の接合位置の精度によらず確保することが可能となる。さらに、接合部５０の層構成に配線層４０を含むことで接合部５０の層構成をそろえることができるため、接合信頼性を高めることができる。また本実施形態では、液室密度の高密度化と、それに伴う隣接する個別液室間の相互干渉を緩和することができる。
【００８０】
（第二の実施形態）
以下に本発明の第二の実施形態について説明する。本発明の第二の実施形態では、第一の実施形態にさらなる条件を加えたものである。よって以下の本発明の第二の実施形態では、第一の実施形態との相違点についてのみ説明し、第一の実施形態と同様の機能構成を有するものには第一の実施形態の説明で用いた符号を付与し、その説明を省略する。
【００８１】
本実施形態では、配線層４０上の保護膜として形成した絶縁膜３２と、下部電極２３と配線層４０の間に層間絶縁膜として形成した絶縁膜３０について説明する。
【００８２】
本実施形態の絶縁層３０は、下部電極２３を介して個別電極２４を引き回す場合の層間絶縁膜として、配線層４０の下に形成されている。また絶縁膜３２は、配線層４０の保護膜として、駆動回路との接続部以外の領域の配線上に形成されている。
【００８３】
絶縁膜３０の材料としては、前述の通り任意の絶縁材料を使用することができるが、半導体デバイスで一般的に用いられる絶縁材料であるＳｉｏ２を用いることが好ましい。また絶縁膜３０は、複数の絶縁層を積層して密着性向上等を図っても良い。
【００８４】
絶縁膜３２の材料としては、配線層４０に一般的なＡｌまたはＡｌ合金を用いた場合、Ｓｉ３Ｎ４を配することが好ましい。
【００８５】
絶縁膜３０と絶縁膜３２が設けられた場合、図６に示すように、液室隔壁２６と保持基板隔壁１３を接合する層構成は振動板２０、下部電極２３、絶縁膜３０、配線層４０、絶縁膜３２の構成となる。
【００８６】
この構成の場合、配線層４０及び絶縁膜３０、絶縁膜３２が必須の構成となる。それにより、接合部５０が電極を引き出す部分と同一の層構成となり可能となり、接合信頼性を高めることが可能となる。
【００８７】
さらに絶縁膜３０及び絶縁膜３２も、配線層４０と同様にパターニングすることが必要である。本実施形態では、絶縁膜３０及び絶縁膜３２のパターン幅を幅Ｗ３とした場合、幅Ｗ３＞幅Ｗ２とした。上記の構成とすることで配線層４０のパターンの端部を絶縁膜３０及び絶縁膜３２で被覆することができ、下部電極２３との絶縁性と配線保護を確実にすることが可能となる。
【００８８】
さらに本実施形態では、幅Ｗ３＜幅Ｗ０とした。これにより絶縁膜３０及び絶縁膜３２が個別液室１７の形成領域に入ることがなく、振動変位を阻害することはない。また、個別液室１７の加工精度が悪化した場合でも（Ｗ０−Ｗ３）／Ｗ２までの位置ずれ等を許容することができる。
【００８９】
以上から絶縁膜３０及び絶縁膜３２の液室隔壁２６上のパターン幅Ｗ３をＷ２＜Ｗ３＜Ｗ０とすることで、第一の実施形態の効果を奏しつつ、絶縁膜３０、３２により個別電極２４の配置の自由度と、配線保護による配線材料の自由度を広げることができる。よって本実施形態によれば、高集積化によるインクジェットヘッド２００の小型化と量産性を確保することができる。
【００９０】
（第三の実施形態）
以下に本発明の第三の実施形態について説明する。本発明の第三の実施形態では、第一の実施形態及び第二の実施形態にさらなる条件を加えたものである。よって以下の本発明の第三の実施形態では、第一の実施形態との相違点についてのみ説明し、第一の実施形態と同様の機能構成を有するものには第一の実施形態の説明で用いた符号を付与し、その説明を省略する。
【００９１】
本実施形態では、流路基板１０と保持基板１２とを接着剤５１により接合する場合を想定したものである。接着剤接合を行う場合、絶縁膜３０及び絶縁膜３２のパターン幅Ｗ３と保持基板１２の幅Ｗ２の関係をＷ３＞Ｗ１とすることが好ましい。
【００９２】
本実施形態のインクジェットヘッド２００において、もっとも位置精度が悪い（位置ずれが発生し易い）部分は、保持基板１２と流路基板１０の位置決めである。また接着剤５１を用いた場合は、硬化前に流動性のある接着剤を加圧した際に接合部５０から押し出された接着剤が流路基板１０上を流動する。
【００９３】
本実施形態では、絶縁膜３０及び絶縁膜３２をパターニングしたエッジ部の表面張力により、接着剤５１の流動を防止する。しかし、幅Ｗ１＞幅Ｗ３とした場合は、絶縁膜３０と保持基板隔壁１３との隙間が接着剤５１の厚さ＋配線層４０の厚さとなるため、数μｍとなる。この場合、流動性のある接着剤５１は毛管力で拡散するため、保持基板１２が位置ずれした場合に絶縁膜３０及び絶縁層３２のパターンを超えて圧電素子２１側に流動してしまう。圧電素子２１側に接着剤５１が流動した場合は、振動板２０上に変位を阻害する膜が形成されることになり、吐出特性が低下する。
【００９４】
そこで本実施形態では、絶縁層３０及び絶縁膜３２のパターンの幅Ｗ３を保持基板隔壁１３の幅Ｗ１に対して、Ｗ３＞Ｗ１とすることにより、保持基板１２の位置ずれが吐出性能に影響しない構造とすることができる。
【００９５】
（第四の実施形態）
以下に本発明の第四の実施形態について説明する。本発明の第四の実施形態では、インク供給２７を保持基板１２に設けたものである。本発明の第四の実施形態では、第一の実施形態との相違点についてのみ説明し、第一の実施形態と同様の機能構成を有するものには第一の実施形態の説明で用いた符号を付与し、その説明を省略する。
【００９６】
本実施形態では、個別液室１７にインクを供給するインク供給路２７を保持基板１２に設けた。その場合、振動板２０上にインク供給口２７を貫通口として形成することになる。本実施形態の場合、インク供給口２７の周辺の保持基板１２と流路基板１０の接合部５３がインクに接触するため、インク封止できる層構成とする必要がある。
【００９７】
そこで本実施形態では、図４に示すように、インク供給口２７を包含する配線パターン２９をインク供給口２７の周りにパターニングすることで、接合部５３の層構成を他の領域と同一とすることができるため、インク封止性能を高めることが可能となる。この構成により、インク供給路２７を立体的に配置することができるため、インクジェットヘッド２００を小型化することができる。
【００９８】
以上、各実施形態に基づき本発明の説明を行ってきたが、上記実施形態に示した要件に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することができ、その応用形態に応じて適切に定めることができる。
【符号の説明】
【００９９】
１０  流路基板
１１  ノズル板
１２  保持基板
１４  振動室
１３  保持基板隔壁
１７  個別液室
１８  ノズル
２０  振動板
２１  圧電素子
２２  上部電極
２３  下部電極
２６  液室隔壁
１００  記録装置
２００  インクジェットヘッド
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１００】
【特許文献１】特開２００５−１４４８４７号公報
【特許文献２】特開２００４−０８２６２３号公報
【特許文献３】特開平１１−２９１４９７号公報
【図１】
0005862118.tif 000002
【図２】
0005862118.tif 000003
【図３】
0005862118.tif 000004
【図４】
0005862118.tif 000005
【図５】
0005862118.tif 000006
【図６】
0005862118.tif 000007