(57)【要約】      （修正有）【課題】配線基板の配線幅を細くすることなく、連通流路の開口面積を増やしてイナータンスを下げることで射出特性の向上が図られたインクジェットヘッドを提供する。また、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。【解決手段】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、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、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、及び、圧力室と共通インク室とを連通する連通流路を有する配線基板３０とを備え、隣り合う２つの個別配線３９間に設けられる連通流路４３は、第１の方向における流路幅が、第１の方向に直交する第２の方向における流路幅よりも大きく形成されている。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項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、
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、及び、前記圧力室と前記共通インク室とを連通する連通流路を有する配線基板とを備え、
隣り合う２つの個別配線間に設けられる連通流路は、第１の方向における流路幅が、前記第１の方向に直交する第２の方向における流路幅よりも大きく形成されている
インクジェットヘッド。
【請求項２】
前記配線基板の連通流路の面方向における開口形状は、楕円形状である
請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
前記連通流路の第１の方向は、前記連通流路に隣り合う個別配線のうち、前記連通流路に最も接近する領域における配線方向に沿う方向である
請求項１又は２に記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記圧力室及び前記アクチュエータは前記ノズル基板と前記配線基板との間に設けられた圧力室基板に設けられており、
さらに、前記圧力室基板と前記配線基板との間には、前記アクチュエータを収容する空間部及び前記配線基板の連通流路と前記圧力室とを連通する流路基板側連通流路を有する流路基板が設けられており、
前記配線基板は、前記流路基板上部に前記配線層側の面を貼り合わせ面として貼り合わされている
請求項１〜３のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
前記圧力室及び前記アクチュエータは前記配線基板に形成されており、
前記共通インク室と前記配線基板との間には、前記アクチュエータを収容する空間部及び前記配線基板の連通流路と前記共通インク室とを連通する流路基板側連通流路を有する流路基板が設けられており、
前記配線基板は、前記配線層側の面を貼り合わせ面として前記流路基板と貼り合わされている
請求項１〜３のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
【請求項６】
前記配線基板の配線層面側、又は、前記流路基板の前記配線基板との貼り合わせ面側には、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が形成されている
請求項４又は５に記載のインクジェットヘッド。
【請求項７】
前記封止部は、前記配線基板に形成される配線層に形成されている
請求項６記載のインクジェットヘッド。
【請求項８】
前記配線基板に形成される配線層は、前記連通流路の周囲に設けられたダミー配線を有する
請求項１〜７のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
【請求項９】
前記圧力室及び前記アクチュエータは前記ノズル基板と前記配線基板との間に設けられた圧力室基板に設けられており、
前記配線基板は、アクチュエータを収容する空間部を有し、前記圧力室基板上部に前記配線層側の面を貼り合わせ面として貼り合わされている
請求項１〜３のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
【請求項１０】
前記配線基板の配線層面側、又は、前記圧力室基板の前記配線基板との貼り合わせ面側には、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が形成されている
請求項９に記載のインクジェットヘッド。
【請求項１１】
前記封止部は、前記配線基板に形成される配線層に形成されている
請求項１０に記載のインクジェットヘッド。
【請求項１２】
前記配線基板に形成される配線層は、前記連通流路の周囲に設けられたダミー配線を有する
請求項９〜１１のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
【請求項１３】
上記請求項１〜１２のいずれか一項に記載のインクジェットヘッドを備える
画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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インクジェットヘッドを備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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、圧力室、及び、圧力室に吐出圧力を付与するアクチュエータを有するノズル基板と、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連通流路を流れて各圧力室に供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−８３７０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来の配線基板に設けられる連通流路は真円状に形成されている。射出特性の改善を目的として、配線基板に設けられる連通流路の開口面積を大きくしイナータンスを下げることが望ましいが、インクジェットヘッドの印字方向に対しては、ドットピッチの制約があり、連通流路の開口面積を大きくできない。さらに、ヘッドの高密度化が進むと、配線基板における連通流路の開口面積や、配線の幅を細くするなどの対応が必要となってしまう。この場合、配線抵抗の増大に伴い、応答特性の悪化や、発熱などの課題が出てくる。
【０００６】
そこで、本発明は、配線基板の配線幅を細くすることなく、連通流路の開口面積を増やしてイナータンスを下げることで射出特性の向上が図られた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を備える画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、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、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、及び、圧力室と共通インク室とを連通する連通流路を有する配線基板とを備え、隣り合う２つの個別配線間に設けられる連通流路は、第１の方向における流路幅が、第１の方向に直交する第２の方向における流路幅よりも大きく形成されている。
【０００８】
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。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、インクジェットヘッドにおいて、配線基板に設けられる連通流路の開口面積を大きくすることができ、射出特性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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４】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り、図４Ｂは、図４Ａの領域ａ１の拡大図である。
【図５】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側から見た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。
【図６】配線基板と流路基板との接合面における、第４連通流路と、それに隣り合って配置される個別配線とを拡大して示した図である。
【図７】図７Ａは、比較例に係る配線基板の個別配線と第４連通流路のレイアウト例（その１）であり、図７Ｂは、比較例に係る配線基板の個別配線と第４連通流路のレイアウト例（その２）である。
【図８】変形例に係る配線基板の個別配線と、第４連通流路の形状を示す図（その１）である。
【図９】変形例に係る配線基板の個別配線と、第４連通流路の形状を示す図（その２）である。
【図１０】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基板における第４連通流路と個別配線とを示した図である。
【図１１】図１１Ａは、比較例に係る配線基板の個別配線、封止部、第４連通流路のレイアウト例（その１）であり、図１１Ｂは、比較例に係る配線基板の個別配線、封止部、第４連通流路のレイアウト例（その２）である。
【図１２】変形例１に係る配線基板の個別配線と、封止部と、第４連通流路の形状を示す図である。
【図１３】変形例２に係る配線基板の個別配線と、ダミー配線と、第４連通流路の形状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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（ノズル基板と、流路基板と、配線基板と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
１−３．比較例（配線基板の連通流路の開口形状が真円である例）
１−４．変形例（配線基板の連通流路の開口形状が異なる例）
２．第２の実施形態（配線層の凹凸面を緩和する例）
２−１．配線基板の構成
２−２．比較例（第４連通流路の開口形状が真円である例）
２−３．変形例１（配線基板の連通流路の開口形状が異なる例）
２−４．変形例２（ダミー配線を有する例）
【００１２】
１．第１の実施形態（ノズル基板と、流路基板と、配線基板と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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
［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。
【００１７】
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。
【００１８】
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が接続され、他方の面にはヘッドチップ１０が接続される。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。
【００１９】
保持板３の外周部には、ヘッドチップ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。
【００２０】
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。
【００２１】
［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。
【００２２】
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、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側から見た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。なお、図５Ａ及び図５Ｂでは、配線層３１と下層の流路基板２９及びアクチュエータ５０の配置関係を明確にするため、流路基板２９の構成及びアクチュエータ５０の構成を一部図示している。
【００２３】
ノズル基板２１は、例えば１０〜２０μｍ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。
【００２４】
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。
【００２５】
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の経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。
【００２６】
圧力室基板２６は、Ｓｉからなる支持基板２３、ＳｉＯ２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、１５０μｍ程度、ＢＯＸ層２４の厚さは０．１μｍ程度、活性層２５の厚さは２μｍ程度である。
【００２７】
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、圧力室２７と第３連通流路４２とを連通する第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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。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。
【００３０】
圧電体層５２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。
【００３１】
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５６が接続される。
【００３２】
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。
【００３３】
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及びＢＯＸ層２４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。
【００３４】
一方、圧電体層５２は、圧電体材料層をブラスト加工により所定形状に加工して形成し、この圧電体層５２に上部電極５３を形成した積層体を形成する。そして、この積層体は、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、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。
【００３５】
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において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。
【００３６】
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とを連通する第３連通流路４２（本発明の流路基板側連通流路に相当）とを有する。図４Ａの実線で示すように、流路基板２９にもうけられる空間部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。
【００３７】
また、流路基板２９に設けられる第３連通流路４２は、圧力室２７毎に設けられており、図４Ａに示すように開口形状が楕円形状に形成されている。第３連通流路４２の形状は、後述する第４連通流路４３とほぼ同形状に形成される。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。
【００３８】
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（本発明の連通流路に相当）とを有する。
【００３９】
配線層３１は、シリコン層３２の流路基板２９側に形成され、例えば図に示すように、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とを有する。個別配線３９、グランド配線６４は、例えば、アルミニウムで形成されている。
【００４０】
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。
【００４１】
また、それぞれの個別配線３９には、図３に示すように、上部電極５３に接続されるスタッドバンプ５４及びはんだバンプ５６が形成されている。スタッドバンプ５４は、例えば金（Ａｕ）で構成される。このスタッドバンプ５４及びはんだバンプ５６により、個別配線３９は上部電極５３と接続される。
【００４２】
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。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。
【００４３】
第４連通流路４３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。図６に、配線基板３０と流路基板２９との接合面における第４連通流路４３と、それに隣り合って配置される個別配線３９とを拡大して示す。ここで、第４連通流路４３と隣り合って配置される個別配線３９とは、複数の個別配線３９のうち、第４連通流路４３の一番近くに配接される個別配線３９のことをいう。
【００４４】
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、隣り合う個別配線３９の延在方向に沿う第１の方向における流路幅Ｗ１が、第１の方向に直交する第２の方向における流路幅Ｗ２よりも大きく構成された楕円形状に形成されている。
【００４５】
個別配線３９は、図５Ａ，Ｂに示すように、通常、配線可能なスペースに形成されるため、屈折しながら配線される。本実施形態では、第４連通流路４３は、その第１の方向が、第４連通流路４３を挟んで隣り合う位置に配置される２つの個別配線３９において、第４連通流路４３に最も接近する領域におけるそれぞれの個別配線３９の延在方向に沿う方向となるように配置されている。このとき、第４連通流路４３の第２の方向は、第４連通流路４３を挟んで配置される２つの個別配線３９の、第４連通流路４３に近接する位置における距離方向となる。
【００４６】
本実施形態では、第４連通流路４３を楕円形状とすることで、個別配線３９間の空いているスペースに合わせて第４連通流路４３の開口形状を広げて配置することができるため、個別配線３９間の距離に制約を受けること無く、第４連通流路４３の開口面積を大きく採ることができる。これにより、インクの射出特性を向上させることができる。
【００４７】
なお、本実施形態では、隣り合う２つの個別配線３９の間に配置される第４連通流路４３の形状をその２つの個別配線３９の第４連通流路４３に最も近接する領域における配線方向に沿うように細長く形成した。しかしながら、第４連通流路４３に隣り合う個別配線３９が一方の方向にしか存在しない場合（すなわち、第４連通流路４３が２つの個別配線３９に挟まれない場合）には、第４連通流路４３の形成可能なスペースに余裕がある可能性がある。その場合には、その部分においてのみ第４連通流路４３の形状を真円としてもよく、他の領域と形状を合わせるため細長い楕円形状にしてもよい。
【００４８】
絶縁層４５は、例えばＳｉＯ２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。
【００４９】
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。
【００５０】
以上のような構成のノズル基板２１、中間基板２２、圧力室基板２６、流路基板２９、配線基板３０は、順次貼り合わされ、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。
【００５１】
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４７を介して圧力室２７に体積変化を与える。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。
【００５２】
ノズル４０の高密度化により必要な個別配線３９の数が増えると、図５Ａに示すように、特にフレキシブル回路基板５に接続される接続部６３側の端部では隣り合う個別配線３９の間隔が狭くなる。イナータンスを下げ、インクの射出特性を向上させるためには、第４連通流路４３の開口面積を大きくすることが望まれているが、個別配線３９の間隔が狭くなるため、第４連通流路４３の形成スペースにも制約が出てくる。
【００５３】
本実施形態では、図６に示すように、第４連通流路４３を、隣り合う個別配線３９の延在方向に沿う方向に細長い形状にすることで、その開口面積を大きくすることができる。これにより、ノズル４０の高密度化によって個別配線３９の間隔が狭まった場合にも、射出特性の向上を図ることができる。
【００５４】
なお、本実施形態では、図４Ａ、図４Ｂに示すように、流路基板２９に形成される第３連通流路４２も、第４連通流路４３と同形状とする例としたが、これに限られるものではない。第３連通流路４２は、一般的なインクジェットヘッドと同様に、真円で形成してもよく、第４連通流路４３と連通する形状であればよい。
【００５５】
１−３．比較例（配線基板の連通流路が真円である例）
図７Ａは、比較例に係る配線基板３００の個別配線３０２と第４連通流路３０３のレイアウト例（その１）であり、図７Ｂは、比較例に係る配線基板３０７の個別配線３０４と第４連通流路３０６のレイアウト例（その２）である。図７Ａ及び図７Ｂに示す比較例は、どちらも第４連通流路３０３、３０６の開口形状が真円である例である。図７Ａに示す配線基板３００は、個別配線３０２の幅、及び、第４連通流路３０３を挟んで隣り合う個別配線３０２間の距離が、本実施形態の配線基板３０と同じ場合を示している。また、図７Ｂに示す配線基板３０７は、隣り合う個別配線３０４間の距離、及び、第４連通流路３０６の開口面積が、本実施形態の配線基板３０と同じ場合を示している。
【００５６】
図７Ａに示すように、個別配線３０２の線幅と、第４連通流路３０３を挟んで隣り合う個別配線３０２の距離が本実施形態と同じである場合に、第４連通流路３０３の開口形状を真円とすると、形成可能な真円の外径は、隣り合う個別配線３０２の距離に制約を受ける。したがって、図７Ａに示す第４連通流路３０３は、本実施形態のように開口形状を楕円形状とした第４連通流路４３に比較して開口面積が小さくなってしまう。
【００５７】
一方、図７Ｂに示すように、第４連通流路３０６を挟んで隣り合う個別配線３０４の距離を本実施形態よりも大きくした場合、第４連通流路３０６をより大きな径の真円とすることができ、図７Ａに比較して開口面積を大きくすることができる。しかしながら、必要な個別配線３０４の本数が変わらない場合、図７Ｂに示すように、各個別配線３０４が細くなる。これにより、配線抵抗が増大し、応答特性の悪化や、発熱などの問題が懸念される。
【００５８】
これに対し、本実施形態では、第４連通流路４３の開口形状を隣り合う個別配線３９の延在方向に長い楕円形状とすることで、個別配線３９の線幅や、第４連通流路４３を挟んで隣り合う個別配線３９の距離を変えることなく、第４連通流路４３の開口面積を大きくすることができる。このため、配線抵抗が増大、応答特性の悪化、発熱などの問題を回避することができる。
【００５９】
１−４．変形例（配線基板の連通流路の形状が異なる例）
次に、変形例として、配線基板３０に形成される第４連通流路の開口形状の他の例を説明する。図８は、変形例に係る配線基板８０の個別配線３９と、第４連通流路８１の形状を示す図（その１）であり、図９は、変形例に係る配線基板８２の個別配線３９と、第４連通流路８３の形状を示す図（その２）である。
【００６０】
図８では、第４連通流路８１を、真円で構成される連通流路を個別配線３９の延在方向に沿う方向につなげて形成した場合を示している。このように、真円で構成される連通流路をつなげて形成した場合にも、第４連通流路８１を挟んで隣り合う個別配線３９の延在方向に沿う第１の方向における流路幅Ｗ３が、第１の方向に直交する第２の方向における流路幅Ｗ４よりも大きい開口形状となり、本実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６１】
また、図９では、第４連通流路８３を、真円で構成される２つの連通流路で構成し、この２つの連通流路を、第４連通流路８３を挟んで隣り合う個別配線３９の延在方向に並べた例を示している。このような場合も、隣り合う個別配線３９の延在方向に沿う第１の方向における流路幅の合計Ｗ５＋Ｗ５が、第１の方向に直交する第２の方向における流路幅Ｗ５よりも大きい開口形状となる。このため、２つの連通流路で構成される第４連通流路８３の開口面積の合計を増やすことができるため、本実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６２】
図８及び図９に示した第４連通流路８１、８３の開口形状は、それぞれ、配線基板８０、８２の製造工程におけるシリコン層３２のエッチング処理時に用いられるマスクの形状を適宜変更することで変更することができ、種々の変更が可能である。
【００６３】
ところで、図３に示すように、配線基板３０では、アクチュエータ５０の上部電極５３に電力を供給する配線層３１が、配線基板３０と流路基板２９との貼り合わせ面に形成されており、配線層３１は、所定の厚みを有する。配線層３１上面には、絶縁層４５が形成されているが、この絶縁層４５の厚さは、実際には、配線層３１の厚さよりも薄く、配線層３１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３０の配線領域と非配線領域とでは、その厚さが異なり、配線基板３０の配線層３１面には、配線層３１の厚みに起因する凹凸がある。
【００６４】
そして、配線基板３０は、配線層３１に起因する凹凸面を有した状態で流路基板２９と貼り合わされるため、配線基板３０と流路基板２９との密着性が低下する問題が出てくる場合がある。特に、第４連通流路４３の長軸方向に隣接する領域は非配線領域となり、配線層３１の面内では凹部となる。このため、第４連通流路４３の周囲の凹部が深い場合、第４連通流路４３付近で配線基板３０と流路基板２９との密着性が低下し、第４連通流路４３から第３連通流路４２に流れるインクが配線基板３０と流路基板２９との間にリークするおそれがある。
【００６５】
以下に説明する第２の実施形態では、配線基板３０に設けられる第４連通流路４３の開口面積を確保しつつ、配線基板３０と流路基板２９との密着性を向上させる例について説明する。
【００６６】
２．第２の実施形態（配線層の凹凸面を緩和する構成例）
２−１．配線基板の構成
図１０は、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要部の概略構成図である。また、図１０は、本実施形態に係るインクジェットヘッドの配線基板９２における第４連通流路４３と個別配線３９とを示した図である。本実施形態のインクジェットヘッドは、配線基板９２の構成のみが第１の実施形態と異なる。図１０において、図６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。
【００６７】
本実施形態のインクジェットヘッドは、配線層３１に、封止部４６を有する。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、外径が矩形状に形成されている。また、封止部４６は、隣り合う個別配線３９と緩衝しない程度の大きに形成されている。この封止部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るための接着代として設けられるものである。したがって、封止部４６は、配線としては用いられないため、配線層３１の他の配線とは接続されておらず、また電気的にも接続されていない。封止部４６は、個別配線３９及びグランド配線６４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。
【００６８】
本実施形態では、封止部４６は、配線層３１の他の配線と同じ高さに形成されており、配線層３１の凹凸面の凸面を有する。このため、流路基板２９と配線基板３０との貼り合わせ時に、封止部４６が流路基板２９に密着して貼り合わされる。これにより、第４連通流路４３及び第３連通流路４２の周囲における流路基板２９と配線基板３０との密着性を向上させることができる。さらに、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。
【００６９】
本実施形態では、接着代となる封止部４６を、配線層３１の配線で構成する例としたが、配線層３１の配線とは別部材で封止部４６を形成してもよい。また、本実施形態では、封止部４６を配線基板９２側に設ける例としたが、流路基板２９側に設けてもよい。この場合には、流路基板２９の第３連通流路４２の周囲に、封止部４６を設ける。このとき、封止部４６の高さを、配線層３１の高さ程度かそれよりも高く形成することで、本実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７０】
２−２．比較例（第４連通流路の開口形状が真円である例）
図１１Ａは、比較例に係る配線基板３１０の個別配線３０２、封止部３１１、第４連通流路３０３のレイアウト例（その１）であり、図１１Ｂは、比較例に係る配線基板３２０の個別配線３０２、封止部３１１、第４連通流路３０６のレイアウト例（その２）である。図１１Ａ及び図１１Ｂに示す比較例で、どちらも第４連通流路３０３、３０６の開口形状が真円である例である。図１１Ａに示す配線基板３１０は、個別配線３０２の幅、及び、第４連通流路３０３を挟んで隣り合う個別配線３０２間の距離が、本実施形態の配線基板９２（図１１）と同じ場合を示している。また、図１１Ｂに示す配線基板３２０は、個別配線３０２の幅、第４連通流路３０６を挟んで隣り合う個別配線３０２間の距離、及び、第４連通流路３０６の開口面積が、本実施形態の配線基板９２と同じ場合を示している。
【００７１】
図１１Ａに示すように、個別配線３０２の線幅と、第４連通流路３０３を挟んで隣り合う個別配線３０２の距離とが本実施形態と同じである場合に、第４連通流路３０３の開口形状を真円とすると、その外径は隣り合う個別配線３０２の距離に制約を受ける。したがって、本実施形態のように第４連通流路４３の開口形状を楕円形状とした場合に比較して開口面積が小さくなってしまう。
【００７２】
一方、図１１Ｂに示すように、第４連通流路３０６の開口面積を大きくした場合、図１１Ａと比較して第４連通流路３０６を挟んで隣り合う個別配線３０２間の距離が変わらないため、封止部３１１を形成できる領域が変わらない。そうすると、図１１Ｂに示す例では、第４連通流路３０６の開口面積を大きくした場合、個別配線３０２の延在方向に直交する方向における封止部３１１の幅Ｗａが、図１１Ａのその幅Ｗｂに比べて短くなってしまう。このため、接着代が第４連通流路３０６の周囲で十分に確保できず、配線基板３２０と流路基板２９との間で十分な密着性が得られない可能性がある。
【００７３】
このように、第４連通流路３０６の開口面積が大きいと、配線基板３２０と流路基板２９との接着面において、実際に接着される面となる接着代が十分に確保できないため、インクが配線基板３２０と流路基板２９との間にリークしてしまうという問題がある。
【００７４】
これに対し、本実施形態では、第４連通流路４３の開口形状を隣り合う個別配線３９の延在方向に長い楕円形状とすることで、個別配線３９の線幅や、隣り合う個別配線３９の距離を変えることなく、第４連通流路４３の開口面積を大きくすることができる。さらに、個別配線３９の延在方向に直交する方向における封止部４６の幅を十分に保つことができるため、配線基板９２と流路基板２９との密着性を向上させると共に、第４連通流路４３及び第３連通流路４２から配線基板９２と流路基板２９との間にインクがリークするのを防ぐことができる。
【００７５】
２−３．変形例１（配線基板の連通流路の形状が異なる例）
次に、変形例１として、第４連通流路の開口形状及び配線層の他のレイアウト例を説明する。図１２は、変形例１に係る配線基板９４の個別配線３９と、封止部４６と、第４連通流路８１の形状を示す図である。図１２において、図１０に対応する部分には同一符号を付している。
【００７６】
図１２では、真円で構成される連通流路を個別配線３９の延在方向に沿う方向につなげて形成され第４連通流路８１を有し、第４連通流路８１の周囲に、接着代となる封止部４６を形成した場合を示している。このように、真円で構成される連通流路をつなげた場合にも、第４連通流路８１を挟んで隣り合う個別配線３９の延在方向に沿う第１の方向における流路幅Ｗ３が、第１の方向に直交する第２の方向における流路幅Ｗ４よりも大きい開口形状となり、本実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７７】
さらに、変形例１に係る第４連通流路８１の形状であっても、封止部４６の幅を十部に確保することができる。これにより、配線基板９４と流路基板２９との密着性を向上させることができ、本実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、図示を省略するが、前述した図９に示した例においても同様に封止部４６を形成することができ、同様の効果を得ることができる。
【００７８】
２−４．変形例２（配線基板にダミー配線を有する例）
次に、変形例２として、配線基板にダミー配線を有する構成について説明する。図１３は、変形例２に係る配線基板９０の個別配線３９と、ダミー配線９１と、第４連通流路４３の形状を示す図である。図１３において、図６に対応する部分には同一符号を付す。
【００７９】
図１３に示すように、変形例２に係る配線基板９０では、第４連通流路４３に隣り合ってダミー配線９１が設けられている。ダミー配線９１は、個別配線３９の延在方向における第４連通流路４３近傍に配置されており、図６において配線が配置されていない非配線領域に設けられている。変形例２では、ダミー配線９１は、第４連通流路４３に対して対称的に設けられている。また、ダミー配線９１は、その配線密度が、隣り合う個別配線３９による配線密度と同程度になるように設けられている。このダミー配線９１は、配線層３１の形成工程において、個別配線３９と同時に形成されるものであり、電気的には接続されていない配線である。
【００８０】
ところで、図１３に示した配線基板９０では、個別配線３９は、接続部６３（図５Ａ参照）に向けて延在するように設けられるため、一方向に並行して設けられ、第４連通流路４３を跨いで形成することができないため、第４連通流路４３の個別配線３９の延在方向に隣接するスペースでは配線が疎になる。したがって、配線層３１の面には、個別配線３９が密に形成される部分と疎に形成される部分がある。
【００８１】
これに対し、変形例２に係る配線基板９０では、ダミー配線９１を設けることにより、配線基板９０の配線層３１における平坦性を向上させることができる。これにより、流路基板２９と配線基板９０との密着性を向上させることができる。
【００８２】
なお、ダミー配線９１の形状は、図１３に示したものに限られるものではなく、第４連通流路４３に沿う形状であってもよい。また、変形例２に係る配線基板９０では、ダミー配線９１を配線層３１に設ける例としたが、例えば、配線層３１に配線を形成した後、配線層３１とは別部材で構成してもよい。また、変形例２では、第４連通流路４３の周囲にダミー配線９１を設けたが、流路基板２９側に凸部材を設けてもよく、この場合には、第３連通流路４２の周囲に、図１３と同じようなパターンの部材を形成することで、変形例２と同様の効果を得ることができる。
【００８３】
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、配線基板とノズル基板との間に、流路基板を設ける例としたが、流路基板に配線層を設け、流路基板が配線基板を兼ねる構成としてもよい。配線層とインクの流路とが同一面内にあるインクジェットヘッドの構成であれば、本発明の構成を採用し、本発明の効果を得ることができる。
【００８４】
また、上述の実施形態では、ノズル基板と圧力室基板と配線基板と流路基板とを設ける構成としたが、圧力室基板のアクチュエータを薄膜圧電体層で形成し、アクチュエータ上に個別配線を形成する構成としてもよい。すなわち、圧力室基板上に直接配線層を設けることで、圧力室基板が配線基板を兼ねる構成としてもよい。この場合には、配線層が設けられた圧力室基板の配線層側に、流路基板を貼り合わせることで、ヘッドチップが構成される。このような構成のインクジェットヘッドにおいても、上述した実施形態の構成を適用することで、同様の効果を得ることができる。
【００８５】
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。
【符号の説明】
【００８６】
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、２０…ノズル基板、２１…ノズル層、２２…中間層、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
【図１】
2018108708.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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