(57)【要約】【課題】  駆動ＩＣを比較的容易且つ確実に保護することができる液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置を提供する。【解決手段】  保護基板３０上に駆動ＩＣ１２０を囲む空間であるＩＣ保持部１５１が厚さ方向に貫通して設けられた保持基板１５０を接合し、駆動ＩＣ１２０及び接続配線１４１，１４２をＩＣ保持部１５１に充填されたポッティング剤１６０によって覆う。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が形成される流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に振動板を介して設けられて前記圧力発生室内に圧力変化を生じさせる圧電素子と、前記流路形成基板の前記圧電素子側の面に接合されて当該圧電素子を保護する圧電素子保持部を有する保護基板とを具備する液体噴射ヘッドにおいて、
前記圧電素子とボンディングワイヤからなる接続配線によって接続され当該圧電素子を駆動するための駆動ＩＣを有すると共に、前記保護基板上に接合され前記駆動ＩＣを囲む空間であるＩＣ保持部が厚さ方向に貫通して設けられた保持基板を有し、前記駆動ＩＣ及び前記接続配線が前記ＩＣ保持部に充填されたポッティング剤によって覆われていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
請求項１において、前記ＩＣ保持部の長手方向両側面が、少なくとも前記保護基板側の開口部が外側に向かって拡開するように傾斜する第１の傾斜面を有することを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項３】
請求項２において、前記ＩＣ保持部の長手方向両側面が、前記第１の傾斜面と当該第１の傾斜面から連続して設けられて前記保護基板とは反対側の開口部が外側に向かって拡開するように傾斜する第２の傾斜面とを有することを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかにおいて、前記ＩＣ保持部の前記保護基板とは反対側の開口部が梁部で区切られて複数の開口で構成されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかにおいて、前記保持基板の側壁には前記ＩＣ保持部内に張り出すように形成された庇部を有することを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項６】
請求項５において、前記庇部が、前記ＩＣ保持部の前記保護基板とは反対側の開口部周縁の少なくとも一部に形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項７】
請求項６において、前記庇部が、前記開口縁部の全周に亘って設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項８】
請求項７において、外部配線が引き出される領域の前記庇部の張り出し量が、他の領域よりも少ないことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項９】
請求項１〜８の何れかの液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置。
【請求項１０】
液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が形成される流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に振動板を介して設けられて前記圧力発生室内に圧力変化を生じさせる圧電素子と、前記流路形成基板の前記圧電素子側の面に接合されて当該圧電素子を保護する圧電素子保持部を有する保護基板とを具備し、前記圧電素子とボンディングワイヤからなる接続配線によって接続され当該圧電素子を駆動するための駆動ＩＣを有すると共に、前記保護基板上に接合され前記駆動ＩＣを囲む空間であるＩＣ保持部が厚さ方向に貫通して設けられた保持基板を有し、前記駆動ＩＣ及び前記接続配線が前記ＩＣ保持部に充填されたポッティング剤によって覆われている液体噴射ヘッドの製造方法であって、
前記保護基板上に前記保持基板を接合後、当該保持基板の前記ＩＣ保持部内に前記保護基板とは反対側の面の開口部から前記ポッティング剤を充填する工程と、前記ポッティング剤内に溜まった気泡を真空脱泡する工程と、前記ポッティング剤を硬化する工程とを有することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項１１】
請求項１０において、前記ポッティング剤が、低応力性樹脂材料からなることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項１２】
請求項１１において、前記低応力性樹脂材料が、シリコーン樹脂又はウレタン樹脂であることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項１３】
請求項１２において、前記ポッティング剤が、２液性の反応性ウレタン樹脂からなり、当該ポッティング剤となる２液を混合した後に、前記ＩＣ保持部内に充填することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項１４】
請求項１０〜１３の何れかにおいて、前記ポッティング剤を充填する工程では、前記保護基板とは反対側の面の開口部の長手方向両端部近傍から、それぞれ前記ＩＣ保持部内に前記ポッティング剤を充填することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項１５】
請求項１４において、前記ＩＣ保持部の長手方向両側面が、少なくとも前記保護基板側の開口部が外側に向かって拡開するように傾斜する傾斜面を有することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被噴射液を吐出する液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置に関し、特に、インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室に供給されたインクを圧電素子によって加圧することにより、ノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッド及びその製造方法並びにインクジェット式記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧してノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドには、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦振動モードの圧電アクチュエータを使用したものと、たわみ振動モードの圧電アクチュエータを使用したものの２種類が実用化されている。
【０００３】
そして、たわみ振動モードのアクチュエータを使用したものとしては、例えば、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧電材料層を形成し、この圧電材料層をリソグラフィ法により圧力発生室に対応する形状に切り分けて各圧力発生室毎に独立するように圧電素子を形成したものが知られている。
【０００４】
また、このようなインクジェット式記録ヘッドは、圧電素子を駆動するための駆動ＩＣ（半導体集積回路）等が必要である。この駆動ＩＣは、圧力発生室が形成された流路形成基板に接合される接合基板、例えば、ヘッドチップを構造的に保持固定する固定部材上に搭載され、ワイヤボンディングによって各圧電素子と接続する構造が採用されている。そして、この駆動ＩＣ及びボンディングワイヤは、モールドによって覆うことにより保護されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
このような駆動ＩＣ等を覆うモールドの材料としては、一般的に樹脂材料等が用いられる。そして、未硬化状態の樹脂を駆動ＩＣ上に滴下し、それを硬化させることでモールドとしている。このようなモールドとして、未硬化状態で比較的粘度の低い材料を用いた場合、ボンディングワイヤ間等の細い隙間も確実に流れ込み、駆動ＩＣ及びボンディングワイヤを確実に覆うことができるが、不要な領域にまで流れ出してしまうという問題がある。一方、流れ出しを防止するために未硬化状態で比較的粘度の高い樹脂材料を用いた場合、モールド内に気泡が溜まり易いという問題や、取り扱いに手間がかかり製造効率が低下するという問題がある。なお、このような問題は、インクを吐出するインクジェット式記録ヘッドだけでなく、勿論、インク以外の液体を噴射する他の液体噴射ヘッドにおいても同様に存在する。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１３５７９０号公報（第５−８，１１，１２，１４図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑み、駆動ＩＣ等が設けられた所定領域を比較的容易且つ確実に保護することができる液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が形成される流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に振動板を介して設けられて前記圧力発生室内に圧力変化を生じさせる圧電素子と、前記流路形成基板の前記圧電素子側の面に接合されて当該圧電素子を保護する圧電素子保持部を有する保護基板とを具備する液体噴射ヘッドにおいて、前記圧電素子とボンディングワイヤからなる接続配線によって接続され当該圧電素子を駆動するための駆動ＩＣを有すると共に、前記保護基板上に接合され前記駆動ＩＣを囲む空間であるＩＣ保持部が厚さ方向に貫通して設けられた保持基板を有し、前記駆動ＩＣ及び前記接続配線が前記ＩＣ保持部に充填されたポッティング剤によって覆われていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第１の態様では、保持基板及びポッティング剤によって保護基板上に搭載された駆動ＩＣ等を確実に保護することができる。
【０００９】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記ＩＣ保持部の長手方向両側面が、少なくとも前記保護基板側の開口部が外側に向かって拡開するように傾斜する第１の傾斜面を有することを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第２の態様では、保持基板の強度が向上し、ヘッドの寸法精度が向上する。
【００１０】
本発明の第３の態様は、第２の態様において、前記ＩＣ保持部の長手方向両側面が、前記第１の傾斜面と当該第１の傾斜面から連続して設けられて前記保護基板とは反対側の開口部が外側に向かって拡開するように傾斜する第２の傾斜面とを有することを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第３の態様では、保持基板の強度が向上し、ヘッドの寸法精度が向上する。また、ＩＣ保持部へのポッティング剤の充填が容易となり製造効率が向上する。
【００１１】
本発明の第４の態様は、第１〜３の何れかの態様において、前記ＩＣ保持部の前記保護基板とは反対側の開口部が梁部で区切られて複数の開口で構成されていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第４の態様では、梁部によって保持基板の強度が確実に向上し、ヘッドの寸法精度をさらに向上することができる。
【００１２】
本発明の第５の態様は、第１〜４の何れかの態様において、前記保持基板の側壁には前記ＩＣ保持部内に張り出すように形成された庇部を有することを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第５の態様では、ＩＣ保持部に庇部があるので、ポッティング剤を充填する際に、ポッティング剤がしみ上がり外部にはみ出すのを防止することができる。
【００１３】
本発明の第６の態様は、第５の態様において、前記庇部が、前記ＩＣ保持部の前記保護基板とは反対側の開口部周縁の少なくとも一部に形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第６の態様では、ポッティング剤を充填する際に、ポッティング剤がしみ上がり外部にはみ出すのを保持基板の開口部で確実に防止することができる。
【００１４】
本発明の第７の態様は、第６の態様において、前記庇部が、前記開口縁部の全周に亘って設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第７の態様では、ポッティング剤のしみ上がりを確実に防止することができる。
【００１５】
本発明の第８の態様は、第７の態様において、外部配線が引き出される領域の前記庇部の張り出し量が、他の領域よりも少ないことを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第８の態様では、ポッティング剤のしみ上がりを防止し、且つ外部配線を良好に引き出すことができる。
【００１６】
本発明の第９の態様は、第１〜８の何れかの態様の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。
かかる第９の態様では、耐久性及び信頼性を向上した液体噴射装置を実現することができる。
【００１７】
本発明の第１０の態様は、液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が形成される流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に振動板を介して設けられて前記圧力発生室内に圧力変化を生じさせる圧電素子と、前記流路形成基板の前記圧電素子側の面に接合されて当該圧電素子を保護する圧電素子保持部を有する保護基板とを具備し、前記圧電素子とボンディングワイヤからなる接続配線によって接続され当該圧電素子を駆動するための駆動ＩＣを有すると共に、前記保護基板上に接合され前記駆動ＩＣを囲む空間であるＩＣ保持部が厚さ方向に貫通して設けられた保持基板を有し、前記駆動ＩＣ及び前記接続配線が前記ＩＣ保持部に充填されたポッティング剤によって覆われている液体噴射ヘッドの製造方法であって、前記保護基板上に前記保持基板を接合後、当該保持基板の前記ＩＣ保持部内に前記保護基板とは反対側の面の開口部から前記ポッティング剤を充填する工程と、前記ポッティング剤内に溜まった気泡を真空脱泡する工程と、前記ポッティング剤を硬化する工程とを有することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第１０の態様では、気泡のないポッティング剤で駆動ＩＣ等を確実に保護できると共に、製造効率が著しく向上する。
【００１８】
本発明の第１１の態様は、第１０の態様において、前記ポッティング剤が、低応力性樹脂材料からなることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第１１の態様では、ヘッドの温度変化によるポッティング剤の応力変化によって駆動ＩＣ等に悪影響を及ぼすことがない。
【００１９】
本発明の第１２の態様は、第１１の態様において、前記低応力性樹脂材料が、シリコーン樹脂又はウレタン樹脂であることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第１２の態様では、ポッティング剤として所定材料を用いることで、ヘッドの温度変化によるポッティング剤の応力変化による駆動ＩＣ等への悪影響を確実に防止できる。
【００２０】
本発明の第１３の態様は、第１２の態様において、前記ポッティング剤が、２液性の反応性ウレタン樹脂からなり、当該ポッティング剤となる２液を混合した後に、前記ＩＣ保持部内に充填することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第１３の態様では、ＩＣ保持部内にポッティング剤を充填する際に、気泡の残留を少なくできると共に、硬化時間を短縮することができる。
【００２１】
本発明の第１４の態様は、第１０〜１３の何れかの態様において、前記ポッティング剤を充填する工程では、前記保護基板とは反対側の面の開口部の長手方向両端部近傍から、それぞれ前記ＩＣ保持部内に前記ポッティング剤を充填することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第１４の態様では、保護基板と保持基板との境界部分等の比較的気泡が溜まりやすい部分に確実にポッティング剤を充填することができる。
【００２２】
本発明の第１５の態様は、第１４の態様において、前記ＩＣ保持部の長手方向両側面が、少なくとも前記保護基板側の開口部が外側に向かって拡開するように傾斜する傾斜面を有することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第１５の態様では、保護基板と保持基板との境界部分等の比較的気泡が溜まりやすい部分に確実にポッティング剤を充填することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図であり、図２は、実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの平面図及びそのＡ−Ａ’断面図であり、図３は、図２のＢ−Ｂ’断面図である。図示するように、流路形成基板１０は、本実施形態では面方位（１１０）のシリコン単結晶基板からなり、その一方面には予め熱酸化により形成した二酸化シリコンからなる、厚さ１〜２μｍの弾性膜５０が設けられている。
【００２４】
この流路形成基板１０には、その他方面側から異方性エッチングすることにより、複数の隔壁１１によって区画されて幅方向に並設された圧力発生室１２の列が２列設けられ、各列の圧力発生室１２の長手方向外側には、各列の圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１００の一部を構成する連通部１３がそれぞれ形成され、この連通部１３は各圧力発生室１２の長手方向一端部とそれぞれインク供給路１４を介して連通されている。
【００２５】
ここで、異方性エッチングは、シリコン単結晶基板のエッチングレートの違いを利用して行われる。例えば、本実施形態では、シリコン単結晶基板をＫＯＨ等のアルカリ溶液に浸漬すると、徐々に侵食されて（１１０）面に垂直な第１の（１１１）面と、この第１の（１１１）面と約７０度の角度をなし且つ上記（１１０）面と約３５度の角度をなす第２の（１１１）面とが出現し、（１１０）面のエッチングレートと比較して（１１１）面のエッチングレートが約１／１８０であるという性質を利用して行われる。かかる異方性エッチングにより、二つの第１の（１１１）面と斜めの二つの第２の（１１１）面とで形成される平行四辺形状の深さ加工を基本として精密加工を行うことができ、圧力発生室１２を高密度に配列することができる。
【００２６】
本実施形態では、各圧力発生室１２の長辺を第１の（１１１）面で、短辺を第２の（１１１）面で形成している。この圧力発生室１２は、流路形成基板１０をほぼ貫通して弾性膜５０に達するまでエッチングすることにより形成されている。ここで、弾性膜５０は、シリコン単結晶基板をエッチングするアルカリ溶液に侵される量がきわめて小さい。また各圧力発生室１２の一端に連通する各インク供給路１４の断面積は、圧力発生室１２のそれより小さく形成されており、圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。
【００２７】
このような流路形成基板１０の厚さは、圧力発生室１２を配列密度に合わせて最適な厚さを選択すればよく、圧力発生室１２の配列密度が、例えば、１インチ当たり１８０個（１８０ｄｐｉ）程度であれば、流路形成基板１０の厚さは、２２０μｍ程度であればよいが、例えば、２００ｄｐｉ以上と比較的高密度に配列する場合には、流路形成基板１０の厚さは１００μｍ以下と比較的薄くするのが好ましい。これは、隣接する圧力発生室１２間の隔壁１１の剛性を保ちつつ、配列密度を高くできるからである。
【００２８】
また、流路形成基板１０の開口面側には、各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側で連通するノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が接着剤や熱溶着フィルム等を介して固着されている。なお、ノズルプレート２０は、厚さが例えば、０．０１〜１ｍｍで、線膨張係数が３００℃以下で、例えば２．５〜４．５［×１０-6／℃］であるガラスセラミックス、又は不錆鋼などからなる。ノズルプレート２０は、一方の面で流路形成基板１０の一面を全面的に覆い、シリコン単結晶基板を衝撃や外力から保護する補強板の役目も果たす。また、ノズルプレート２０は、流路形成基板１０と熱膨張係数が略同一の材料で形成するようにしてもよい。この場合には、流路形成基板１０とノズルプレート２０との熱による変形が略同一となるため、熱硬化性の接着剤等を用いて容易に接合することができる。ここで、インク滴吐出圧力をインクに与える圧力発生室１２の大きさと、インク滴を吐出するノズル開口２１の大きさとは、吐出するインク滴の量、吐出スピード、吐出周波数に応じて最適化される。例えば、１インチ当たり３６０個のインク滴を記録する場合、ノズル開口２１は数十μｍの直径で精度よく形成する必要がある。
【００２９】
一方、流路形成基板１０の開口面とは反対側の弾性膜５０の上には、厚さが例えば、約０．２μｍの下電極膜６０と、厚さが例えば、約０．５〜５μｍの圧電体層７０と、厚さが例えば、約０．１μｍの上電極膜８０とが、後述するプロセスで積層形成されて、圧電素子３００を構成している。ここで、圧電素子３００は、下電極膜６０、圧電体層７０、及び上電極膜８０を含む部分をいう。一般的には、圧電素子３００の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層７０を各圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。そして、ここではパターニングされた何れか一方の電極及び圧電体層７０から構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部という。本実施形態では、下電極膜６０は圧電素子３００の共通電極とし、上電極膜８０を圧電素子３００の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。何れの場合においても、圧力発生室毎に圧電体能動部が形成されていることになる。また、ここでは、圧電素子３００と当該圧電素子３００の駆動により変位が生じる振動板とを合わせて圧電アクチュエータと称する。なお、上述した例では、弾性膜５０及び下電極膜６０が振動板として作用する。また、圧電素子３００の個別電極である各上電極膜８０には、例えば、金（Ａｕ）等からなり一端がインク供給路１４に対向する領域まで延設されるリード電極９０が接続されている。
【００３０】
このような圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上には、圧電素子３００に対向する領域にその運動を阻害しない程度の空間を確保可能な圧電素子保持部３１を有する保護基板３０が接合され、圧電素子３００はこの圧電素子保持部３１内に形成されている。本実施形態では、圧電素子保持部３１内は完全に密封されてはいないが、圧電素子３００は、圧電素子保持部３１によって外部環境の影響を殆ど受けない状態で保護されている。勿論、圧電素子保持部３１内は、密封状態となっていてもよい。なお、この圧電素子保持部３１は、並設された圧電素子３００の列毎に設けられている。また、この保護基板３０には、リザーバ１００の少なくとも一部を構成するリザーバ部３２が、各圧力発生室１２の列毎に設けられている。これらのリザーバ部３２は、本実施形態では、保護基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２の幅方向に亘って形成されており、弾性膜５０に設けられた連通孔を介して流路形成基板１０の連通部１３と連通され、各圧力発生室１２の列毎の共通のインク室となるリザーバ１００をそれぞれ構成している。また、保護基板３０の圧電素子保持部３１とリザーバ部３２との間の領域には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられている。そして、各圧電素子３００から引き出されたリード電極９０は、その端部近傍が貫通孔３３内で露出されている。このような保護基板３０としては、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラス、セラミック材料等を用いることが好ましく、本実施形態では、流路形成基板１０と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成した。
【００３１】
また、この保護基板３０の表面、すなわち、流路形成基板１０との接合面とは反対側の面には、圧電素子３００を駆動するための駆動ＩＣ（半導体集積回路）１２０が実装されている。具体的には、保護基板３０上には、駆動ＩＣ１２０と図示しない外部配線との接続のための接続配線１３０が所定パターンで形成され、この接続配線１３０上に駆動ＩＣ１２０が搭載されている。例えば、本実施形態では、この駆動ＩＣ１２０は、ワイヤボンディングにより形成される第１の接続配線１４１によって接続配線１３０と接続されている。また、各圧電素子３００から引き出されたリード電極９０は、保護基板３０の貫通孔３３内にワイヤボンディングにより形成される第２の接続配線１４２によって駆動ＩＣ１２０と接続されている。なお、駆動ＩＣ１２０は保護基板３０上に搭載することに限定されず、保持基板であるケースヘッド１５０（詳細は後述する）の内壁等に形成されていても良い。
【００３２】
また、このような保護基板３０上には、リザーバ部３２に対応する領域を含む周縁部を囲むように、封止膜４１及び固定板４２とからなるコンプライアンス基板４０が接合されている。ここで、封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料（例えば、厚さが６μｍのポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルム）からなり、この封止膜４１によってリザーバ部３２の一方面が封止されている。また、固定板４２は、金属等の硬質の材料（例えば、厚さが３０μｍのステンレス鋼（ＳＵＳ）等）で形成される。この固定板４２のリザーバ１００に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部４３となっているため、リザーバ１００の一方面は可撓性を有する封止膜４１のみで封止されている。
【００３３】
さらに、本実施形態では、保護基板３０上に駆動ＩＣ１２０を囲む空間であるＩＣ保持部１５１を有する保持基板であるケースヘッド１５０が接合されている。本実施形態では、ケースヘッド１５０は、保護基板３０上に設けられたコンプライアンス基板４０に接合されている。このケースヘッド１５０は、例えば、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂を射出成形することにより形成され、ＩＣ保持部１５１はケースヘッド１５０を厚さ方向に貫通して設けられている。なお、ケースヘッド１５０の材料は、樹脂材料に限定されず、例えば、ニッケル、アルミニウム等の金属材料を用いてもよい。このような金属材料を用いることにより、寸法精度を向上でき、また、その応力による部材の剥離を防止することができる。
そして、このＩＣ保持部１５１内には、例えば、シリコーン樹脂又はウレタン樹脂等の低応力性樹脂材料からなるポッティング剤１６０が充填され、保護基板３０上に設けられた駆動ＩＣ１２０及び第１、第２の接続配線１４１，１４２等が、ケースヘッド１５０によって囲まれると共にＩＣ保持部１５１に充填されたポッティング剤１６０で完全に覆われている。
【００３４】
このように、本実施形態では、保護基板３０上にＩＣ保持部１５１を有するケースヘッド１５０を設け、ＩＣ保持部１５１内に充填したポッティング剤１６０によって駆動ＩＣ１２０等を覆うようにしたので、駆動ＩＣ１２０等をポッティング剤１６０によって確実に覆って保護することができ、駆動ＩＣ１２０及び第１、第２の接続配線１４１，１４２の耐環境性や、耐振動性を向上することができる。また、駆動ＩＣ１２０等は、ケースヘッド１５０によって囲まれているため、外的衝撃等による破壊も防止することができる。また、ポッティング剤１６０として低応力性樹脂材料を用いることにより、印刷によるヘッドの温度変化等によってポッティング剤１６０の応力変化が生じたとしても、駆動ＩＣ１２０及び第１、第２の接続配線１４１，１４２に悪影響を及ぼすことがない。
【００３５】
ここで、本実施形態では、ＩＣ保持部１５１の長手方向両側面１５２は、保護基板３０側の開口部１５３が外側に向かって拡開するように傾斜する傾斜面となっている。すなわち、ＩＣ保持部１５１は、保護基板３０側の開口部の面積が、保護基板３０とは反対側の開口部１５４の面積よりも大きくなるように形成されている。さらに、本実施形態では、ＩＣ保持部１５１の保護基板３０とは反対側の開口部１５４は、梁部１５５によって区切られて二つの開口１５４ａ，１５４ｂで構成されている。なお、この梁部１５５の側面は、本実施形態では、長手方向の側面と同様に、外側に向かって拡開するように傾斜する傾斜面で構成され、略三角形の断面形状を有する。
このように、ＩＣ保持部１５１の側面１５２を傾斜面とすることで、ケースヘッド１５０自体の強度が増加するため、ヘッドの寸法精度を向上することができる。また、梁部１５５を設けることにより、ケースヘッド１５０の強度が確実に増加するため、ヘッドの寸法精度をさらに向上することができる。
【００３６】
なお、このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、インクカートリッジ等の外部インク供給手段が、ケースヘッド１５０、コンプライアンス基板４０及び保護基板３０に設けられたインク導入口（図示なし）に接続され、インク供給手段からインク導入口を介してインクを取り込む。そして、リザーバ１００からノズル開口２１に至るまで内部をインクで満たした後、駆動ＩＣ１２０からの駆動信号に従い、圧力発生室１２に対応するそれぞれの下電極膜６０と上電極膜８０との間に駆動電圧を印加し、弾性膜５０、下電極膜６０及び圧電体層７０とにより、各圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口２１からインク滴が吐出する。
【００３７】
図４〜図６は圧力発生室１２の幅方向の断面図であり、以下、これら図４〜図６を参照して、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドの製造方法について説明する。まず、図４（ａ）に示すように、流路形成基板１０となるシリコン単結晶基板のウェハを約１１００℃の拡散炉で熱酸化して弾性膜５０を形成する。次いで、図４（ｂ）に示すように、例えば、白金等からなる下電極膜６０を弾性膜５０上に形成後、所定形状にパターニングする。次いで、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなる圧電体層７０と、例えば、アルミニウム、金、ニッケル、白金等の多くの金属、あるいは導電性酸化物等からなる上電極膜８０とを順次積層し、これらを同時にパターニングして圧電素子３００を形成する。次に、図４（ｃ）に示すように、リード電極９０を形成する。具体的には、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０を流路形成基板１０の全面に亘って形成すると共に、各圧電素子３００毎にパターニングする。以上が膜形成プロセスである。
【００３８】
このようにして膜形成を行った後、前述したアルカリ溶液によるシリコン単結晶基板（流路形成基板１０）の異方性エッチングを行い、圧力発生室１２、連通部１３及びインク供給路１４を形成する。具体的には、まず、図４（ｄ）に示すように、流路形成基板１０の圧電素子３００側に保護基板３０を接合する。なお、この保護基板３０には、予め圧電素子保持部３１、リザーバ部３２等が設けられていると共に、その表面には接続配線１３０が形成されている。次に、図５（ａ）に示すように、前述したアルカリ溶液による異方性エッチングを行うことにより、流路形成基板１０に圧力発生室１２、連通部１３及びインク供給路１４等を形成する。なお、このように異方性エッチングを行う際には、保護基板３０の表面を樹脂材料等からなる保護膜（図示なし）で覆った状態で行う。
次いで、図５（ｂ）に示すように、流路形成基板１０の圧電素子３００とは反対側の面にノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０を接着剤等によって接合する。また、保護基板３０上に封止膜４１と固定板４２とからなるコンプライアンス基板４０を接合してリザーバ部３２を封止する。
【００３９】
なお、上述した圧電素子３００、圧力発生室１２等は、一連の膜形成及び異方性エッチングによって一枚のウェハ上に形成され、多数のチップを同時に形成する。すなわち、圧電素子３００等の膜形成プロセス終了後、上述したように保護基板３０を接合して圧力発生室１２等を形成し、ノズルプレート２０及びコンプライアンス基板４０を接合後、図１に示すような一つのチップサイズの流路形成基板１０毎に分割する。
【００４０】
次いで、図５（ｃ）に示すように、保護基板３０上に駆動ＩＣ１２０を実装する。すなわち、接続配線１３０に駆動ＩＣ１２０を実装して両者を接続する第１の接続配線１４１をワイヤボンディングにより形成する。さらに、各圧電素子３００から引き出されたリード電極９０と駆動ＩＣ１２０とを接続する第２の接続配線１４２をワイヤボンディングにより形成する（図３参照）。
【００４１】
次に、図６（ａ）に示すように、保護基板３０上に固定されているコンプライアンス基板４０上にケースヘッド１５０を接合する。例えば、本実施形態では、ケースヘッド１５０を接着剤によってコンプライアンス基板４０に接着した。次いで、図６（ｂ）に示すように、ＩＣ保持部１５１の保護基板３０とは反対側の開口部１５４から、例えば、ノズルニードル１７０によってポッティング剤１６０を充填する。
【００４２】
ここで、ポッティング剤１６０として用いられる材料としては、低応力性樹脂、例えば、シリコーン樹脂又はウレタン樹脂等を用いることが好ましく、特に、未硬化状態での粘度が０．５〜５（Ｐａ・ｓ）程度と比較的低いものであることが好ましい。これにより、ポッティング剤１６０の充填が比較的容易となると共に、充填時にポッティング剤１６０内に溜まる気泡の量を抑えることができる。例えば、本実施形態では、ポッティング剤１６０として、２液性の反応性ウレタン樹脂を用いた。なお、ポッティング剤１６０として２液性のウレタン樹脂を用いる場合、予め２液を混合・脱泡してポッティング剤とした後、ＩＣ保持部１５１に充填するのが好ましい。これにより、ＩＣ保持部１５１にポッティング剤１６０を充填する際に、ポッティング剤１６０内に溜まる気泡の量をさらに抑えることができ、後述する脱泡工程の時間を短縮することができる。
【００４３】
また、本実施形態では、ＩＣ保持部１５１の長手方向両側面１５２が傾斜面で構成されているため、ポッティング剤１６０は、ＩＣ保持部１５１の開口部１５４の長手方向両端部近傍のそれぞれから充填するのが好ましい。すなわち、ＩＣ保持部１５１の傾斜面と保護基板３０との境界部分は、比較的気泡が溜まり易いが、開口部１５４の長手方向両端部から充填することで、ポッティング剤１６０を確実に充填でき、気泡が溜まる量を著しく減少させることができる。また、ポッティング剤１６０の充填時間を短縮することもできる。
【００４４】
その後は、ポッティング剤１６０内に溜まった気泡を真空脱泡する。すなわち、組み立てられたヘッド全体を所定の密封空間内に配置してこの空間を減圧することで、ポッティング剤１６０内に混入している気泡を除去する。そして、気泡を除去したポッティング剤１６０を硬化させることでインクジェット式記録ヘッドとする。なお、本実施形態では、ポッティング剤１６０として２液性の反応性ウレタン樹脂を用いているため、５０〜８０（℃）で、２〜３（ｈ）保持することで、比較的短時間でポッティング剤１６０を硬化させることができる。
【００４５】
以上説明したように、本実施形態では、保護基板３０上にＩＣ保持部１５１を有するケースヘッド１５０を接合し、ＩＣ保持部１５１内にポッティング剤１６０を充填するようにしたので、比較的粘度の低いポッティング剤を用いることができ、ポッティング剤によって駆動ＩＣ１２０等を確実に覆うことができる。また、比較的粘度の低いポッティング剤を用いることで、ポッティング剤内に気泡が溜まりにくくなるため、脱泡工程によって、ポッティング剤内に溜まっている気泡を比較的容易に除去することができる。
【００４６】
（実施形態２）
図７は、実施形態２に係るインクジェット式記録ヘッドの断面図である。本実施形態は、ケースヘッド１５０のＩＣ保持部１５１の変形例であり、図７に示すように、ＩＣ保持部１５１の長手方向両側面１５２が、保護基板３０側の開口部１５３が外側に向かって拡開するように傾斜する第１の傾斜面１５２ａと、この第１の傾斜面１５２ａから連続して設けられて保護基板３０とは反対側の開口部１５４が外側に向かって拡開するように傾斜する第２の傾斜面１５２ｂとを有する。すなわち、本実施形態のＩＣ保持部１５１は、ケースヘッド１５０の両面の開口部１５３，１５４の面積がそれぞれ略同一の大きさとなるように形成され、且つ両開口部１５３，１５４からケースヘッド１５０の厚さ方向中央部に向かって開口面積が徐々に小さくなるように形成されている。そして、梁部１５５の側面の一部を、保護基板３０の表面に対して略垂直な垂直面１５６で構成するようにした以外は実施形態１と同様である。
【００４７】
このような構成では、ポッティング剤１６０を充填する側の開口部１５４の面積を比較的大きくでき、ＩＣ保持部１５１内にポッティング剤１６０を充填し易くなり、製造効率を向上することができる。なお、勿論、本実施形態の構成においても、実施形態１と同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００４８】
（実施形態３）
図８は、実施形態３に係るインクジェット式記録ヘッドの平面図及び断面図である。本実施形態は、ケースヘッド１５０のＩＣ保持部１５１の変形例であり、ＩＣ保持部１５１の保護基板３０とは反対側の開口部１５４に梁部は設けられておらず、図８に示すように、ケースヘッド１５０の側壁に、ＩＣ保持部１５１内に張り出すように形成された庇部１５７を有する以外は、実施形態１と同様である。
【００４９】
庇部１５７は、本実施形態では、ケースヘッド１５０の開口縁部に全周に亘って設けられている。また、この庇部１５７は、その底面１５８が、例えば、ケースヘッド１５０の表面と平行、若しくは庇部１５７の先端側が下側（駆動ＩＣ１２０側）となるように傾斜するように形成されて、庇部１５７の底面１５８とＩＣ保持部１５１の内面１５２との境界に角部が形成されているのが好ましい。また、庇部１５７の長さ（張り出し量）は、特に限定されないが、ポッティング剤１６０を容易に充填可能な大きさで開口部１５４が残る程度に比較的長く形成することが好ましい。
【００５０】
このような構成では、開口部１５４からＩＣ保持部１５１内にポッティング剤１６０を充填する際、ケースヘッド１５０の表面へのポッティング剤１６０のはみ出しを防止することができる。詳しくは、ＩＣ保持部１５１内にポッティング剤１６０を充填して上述した脱泡工程を行うと、ポッティング剤１６０から気泡が抜けるときの勢いによって、ポッティング剤１６０がＩＣ保持部１５１の内面１５２を伝わってしみ上がり、開口部１５１からケースヘッド１５０の外表面にまではみ出してしまう虞がある。しかしながら、本実施形態の構成では、庇部１５７によってポッティング剤１６０のしみ上がりを抑制して、ポッティング剤１６０がケースヘッド１５０の外表面まではみ出すのを防止することができる。これにより、ヘッドケース１５０を、例えば、インクカートリッジが装着されるカートリッジケース等に接着固定する際の歩留まりが向上し、製造コストの削減を図ることができる。
なお、本実施形態では、庇部１５７をＩＣ保持部１５１の開口縁部に設けるようにしたが、これに限定されず、梁部１５７は、駆動ＩＣ１２０、第１及び第２の接続配線１４１，１４２等に接触しない位置であれば、ケースヘッド１５０の側壁、すなわち、ＩＣ保持部１５１の内面の何れの位置に設けるようにしてもよい。
【００５１】
また、本実施形態では、同一長さの庇部１５７を、ケースヘッド１５０の開口部１５４の縁部、全周に亘って設けるようにしたが、これに限定されず、例えば、図９に示すように、ケースヘッド１５０の開口部１５４から、駆動ＩＣ１２０に電気的に接続される、例えば、フレキシブルケーブル等の外部配線１７０が引き出される場合には、開口部１５４の縁部の一部に梁部１５７を設けるようにしてもよい。すなわち、図１０（ａ）に示すように、外部配線１７０が引き出される領域を除く部分のみに庇部１５７を設けるようにしてもよいし、あるいは図１０（ｂ）に示すように、この外部配線１７０が引き出される領域の庇部１５７ａの長さを、他の領域の庇部１５７ｂの長さよりも短くするようにしてもよい。
【００５２】
なお、本実施形態のように庇部１５７を設ける場合には、ＩＣ保持部１５１の全ての内面１５２は、保護基板３０側の開口部１５４が外側に向かって拡開するように傾斜する傾斜面となっていることが好ましい。このような形状とすることで、ケースヘッド１５０を成型によって大量に容易に形成することができ、製造コストを削減することができる。
また、本実施形態の庇部１５７の形成される場所は、開口部１５４の近傍であることを述べたが、ケースヘッド１５０の内壁面であれば、開口部１５４の近傍に限定する必要は無い。
【００５３】
（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、勿論、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、ケースヘッド１５０に設けられたＩＣ保持部１５１の長手方向両側面１５２が傾斜面のみで構成されているが、これに限定されず、例えば、ＩＣ保持部１５１の長手方向両側面１５２は、一部に保護基板３０の表面に対して略垂直な垂直面を有していてもよいし、勿論、垂直面のみで構成されていてもよい。また、上述した実施形態１では、保護基板３０とは反対側の開口部１５４を梁部１５５によって２つに区切るようにしたが、これに限定されず、例えば、複数の梁部を設け、開口部を３つ以上に区切るようにしてもよい。
【００５４】
また、勿論、梁部は設けなくてもよい。また、例えば、上述の実施形態では、成膜及びリソグラフィプロセスを応用して製造される薄膜型のインクジェット式記録ヘッドを例にしたが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、グリーンシートを貼付する等の方法により形成される厚膜型のインクジェット式記録ヘッドにも本発明を採用することができる。
【００５５】
なお、このようなインクジェット式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図１１は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。図１１に示すように、インクジェット式記録ヘッドを有する記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａ及び２Ｂが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。そして、駆動モータ６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ローラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８上に搬送されるようになっている。
【００５６】
また、液体噴射ヘッドとしてインクを吐出するインクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置を一例として説明したが、本発明は、広く液体噴射ヘッド及び液体噴射装置全般を対象としたものである。液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（面発光ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等を挙げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】実施形態１に係る記録ヘッドの分解斜視図。
【図２】実施形態１に係る記録ヘッドの平面図及び断面図。
【図３】実施形態１に係る記録ヘッドの断面図。
【図４】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程の断面図。
【図５】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程の断面図。
【図６】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程の断面図。
【図７】実施形態２に係る記録ヘッドの断面図。
【図８】実施形態３に係る記録ヘッドの平面図及び断面図。
【図９】実施形態３に係る記録ヘッドの変形例の分解斜視図。
【図１０】実施形態３に係る記録ヘッドの変形例の平面図及び断面図。
【図１１】一実施形態に係る記録装置の概略図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０  流路形成基板、  １２  圧力発生室、  １３  連通部、  １４  インク供給路、  ２０  ノズルプレート、  ２１  ノズル開口、  ３０  保護基板、  ３１  圧電素子保持部、  ３２  リザーバ部、  ３３  貫通孔、  ４０  コンプライアンス基板、  ５０  弾性膜、  ６０  下電極膜、  ７０  圧電体層、  ８０  上電極膜、  １００  リザーバ、  １２０  駆動ＩＣ、  １３０  接続配線、  １４１  第１の接続配線、  １４２  第２の接続配線、  １５０  ケースヘッド、  １５１  ＩＣ保持部、  １５５  梁部、  １５７  庇部、  １６０  ポッティング剤、  １７０  外部配線、  ３００  圧電素子
【図１】
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【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】
2004168038.tif 000010
【図９】
2004168038.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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