(57)【要約】      （修正有）【課題】各チャネル部内の駆動電極と駆動回路からの配線との電気的接続が簡単に行え、インク供給室の形成を容易に行える、生産性の高いインクジェットヘッドを提供する。【解決手段】ヘッドチップ１の上面及び下面の少なくともいずれかの面に、各チャネル部１５に対応する第１の接続配線１７が形成され、ヘッドチップの前面及び後面の少なくともいずれかの面に、各駆動電極１６と各第１の接続配線１７を電気的に接続する第２の接続配線１８が形成され、ヘッドチップに、表面に駆動配線３１を有しチャネル部１５の長さよりも長尺な配線基板３が、駆動配線３１と第１の接続配線１７とが電気的に接続するように固着されると共に、ヘッドチップ１における配線基板３との固着面と反対面に、チャネル部１５の長さよりも長尺な流路基板４が固着され、流路基板４、配線基板３及び囲い壁部５によって囲まれる空間によってインク供給室５１が形成される。【選択図】          図２
2004209796.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子からなる駆動壁とチャネル部とが交互に並設されると共に前面及び後面にそれぞれチャネル部の出口と入口とが対向状に配置されてなるヘッドチップの上面及び下面の少なくともいずれかの面に、各チャネル部に対応する第１の接続配線が形成されると共に、前記ヘッドチップの前面及び後面の少なくともいずれかの面に、前記駆動壁に形成された各駆動電極と前記各第１の接続配線とを電気的に接続する第２の接続配線が形成され、
前記ヘッドチップに、表面に前記各駆動電極に電圧印加するための駆動配線を有すると共に前記チャネル部の長さよりも長尺に形成された配線基板が、前記駆動配線と前記第１の接続配線とが電気的に接続するように固着されると共に、
前記ヘッドチップにおける前記配線基板との固着面と反対面に、前記チャネル部の長さよりも長尺な流路基板が固着され、
前記流路基板と前記配線基板との間に亘って前記ヘッドチップの後面を包囲するように囲い壁部が設られ、前記流路基板、前記配線基板及び前記囲い壁部によって囲まれる空間によって、前記ヘッドチップの後面側に各チャネル部にインクを供給するためのインク供給室が形成されてなることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
圧電素子からなる駆動壁とチャネル部とが交互に並設されると共に前面及び後面にそれぞれチャネル部の出口と入口とが対向状に配置されてなるヘッドチップの上面又は下面のいずれかの面に、各チャネル部内の駆動電極に対応する第１の接続配線が形成されると共に、前記ヘッドチップの前面及び後面の少なくともいずれかの面に、前記駆動壁に形成された各駆動電極と前記各第１の接続配線とを電気的に接続する第２の接続配線が形成され、
前記ヘッドチップの２つが、前記第１の接続配線が形成された面と反対面同士を重ね合わせて固着されており、
且つ、各ヘッドチップの前記第１の接続配線が形成された面に、表面に前記各駆動電極に電圧印加するための駆動配線を有すると共に前記チャネル部の長さよりも長尺に形成された配線基板が、前記駆動配線と前記第１の接続配線とが電気的に接続するようにそれぞれ固着されており、
前記配線基板同士の間に亘って前記２つのヘッドチップの後面を包囲するように囲い壁部が設られ、前記２つの配線基板間及び前記囲い壁部によって囲まれる空間によって、前記ヘッドチップの後面側に各チャネル部にインクを供給するためのインク供給室が形成されてなることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項３】
圧電素子からなる駆動壁とチャネル部とが交互に並設されると共に前面及び後面にそれぞれチャネル部の出口と入口とが対向状に配置されてなるヘッドチップの上面又は下面のいずれかの面に、前記チャネル部の長さよりも長尺に形成され、表面に前記各駆動電極に電圧印加するための駆動配線を有する配線基板が、前記駆動配線が前記ヘッドチップと反対側の面となるように固着され、
前記ヘッドチップの前面と前記配線基板の前端面とに亘って、前記各駆動電極と前記配線基板表面の各駆動配線とを電気的に接続する前面配線が形成されると共に、
前記ヘッドチップにおける前記配線基板との固着面と反対面に、前記チャネル部の長さよりも長尺な流路基板が固着され、
前記流路基板と前記配線基板との間に亘って前記ヘッドチップの後面を包囲するように囲い壁部が設けられ、前記流路基板、前記配線基板及び前記囲い壁部によって囲まれる空間によって、前記ヘッドチップの後面側に各チャネル部にインクを供給するためのインク供給室が形成されてなることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項４】
圧電素子からなる駆動壁とチャネル部とが交互に並設されると共に前面及び後面にそれぞれチャネル部の出口と入口とが対向状に配置されてなるヘッドチップの２つが、上下に重ね合わせて固着されており、
且つ、各ヘッドチップの重合面と反対側の面に、前記チャネル部の長さよりも長尺に形成され、表面に前記各駆動電極に電圧印加するための駆動配線を有する配線基板が、前記駆動配線が前記ヘッドチップと反対側の面となるようにそれぞれ固着されると共に、
前記各ヘッドチップの前面と前記各配線基板の前端面とに亘って、前記各駆動電極と前記配線基板表面の各駆動配線とを電気的に接続する前面配線がそれぞれ形成され、
前記配線基板同士の間に亘って前記２つのヘッドチップの後面を包囲するように囲い壁部が設られ、前記２つの配線基板間及び前記囲い壁部によって囲まれる空間によって、前記ヘッドチップの後面側に各チャネル部にインクを供給するためのインク供給室が形成されてなることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項５】
前記駆動電極、第２の接続電極及び駆動配線の表面に電極保護膜が形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のインクジェットヘッド。
【請求項６】
前記配線基板に、駆動ＩＣが実装されたフレキシブル基板が電気的に接続されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
【請求項７】
前記配線基板に、駆動ＩＣが実装されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
【請求項８】
前記ヘッドチップにおける駆動壁以外の基板、前記配線基板及び前記流路基板のうちの少なくとも一つが、窒化アルミを成分に含むセラミックス、圧電材料及び液晶ポリマーのうちから選ばれるいずれかの材料からなることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
【請求項９】
前記ヘッドチップにおける駆動壁以外の基板、前記配線基板及び前記流路基板のうちの少なくとも一つの熱膨張係数が、前記圧電素子の熱膨張係数の±２ｐｐｍ／℃であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はインクジェットヘッドに関し、詳しくは、圧電素子からなる駆動壁とチャネル部とが交互に並設されると共に前面及び後面にそれぞれチャネル部の出口と入口とが対向状に配置され、前記駆動壁に電圧を印加することにより該駆動壁をせん断変形させてチャネル部内のインクを吐出させるようにしたヘッドチップを有するインクジェットヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、チャネル部を区画する駆動壁に電圧を印加することにより該駆動壁をせん断変形させてチャネル部内のインクを吐出させるようにしたシェアモード型のインクジェットヘッドとして、インクを吐出させるためのアクチュエータを、圧電素子からなる駆動壁とチャネル部とが交互に並設されると共に前面及び後面にそれぞれチャネル部の出口と入口とが対向状に配置される所謂ハーモニカ型のヘッドチップにより構成することで、１枚のウェハーからの取り数が多く、極めて生産性を向上させたインクジェットヘッドが公知である（特許文献１〜３）。
【０００３】
このようなインクジェットヘッドのチャネル部は、その入口から出口に亘る長さ方向で大きさと形状がほぼ変わらないストレートタイプとなるため、各駆動壁に形成された駆動電極に電圧を印加するための配線を形成することが困難である。
【０００４】
例えば上記特許文献１〜３に記載の技術では、駆動壁を上下から挟むように対向している上部又は下部の基板に貫通孔を形成し、この貫通孔を利用して各駆動電極と電気的に接続される配線をヘッドチップの外面に引き出すようにしているが、チャネル部毎にこのような貫通孔を形成する作業は煩雑であり、しかも、この貫通孔に形成された配線に更に駆動回路からの配線を接続するための作業を要するため、駆動回路からの配線との電気的接続がより簡単に行える構造が望まれている。
【０００５】
また、ヘッドチップの後面には、各チャネル部にその入口側（ノズルプレートと反対側）からインクを供給するためのインク供給室を構成するインクマニホールドが接着剤を用いて固着されるが、上記従来技術では、ヘッドチップの後面とインクマニホールドとを、固着面が各チャネル部にかからないように、その周囲のスペースを利用して接着剤を塗布して固着する必要がある。しかし、ヘッドチップの厚みは数ｍｍ程度しかなく、そのようなヘッドチップの後面において接着剤のはみ出しが生じない程度に塗布可能な糊代はせいぜい０．５ｍｍ程度のスペースしかない。従って、インクマニホールドを接着剤を用いてヘッドチップの後面に固着する際は、微小なスペースに接着剤をはみ出さないように慎重に塗布して行う必要があり、生産性に問題を残している。この場合、チャネル部の上部及び下部の基板を大きく（厚く）形成することで接着剤の塗布スペースを広く確保することも考えられるが、無駄にヘッドの大型化を招くこととなる。このため、ヘッドチップを無駄に大きくすることなく、更なる生産性の向上を図ることのできるインクジェットヘッド構造が望まれている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１０３６１２号公報
【特許文献２】特開２００２−１０３６１４号公報
【特許文献３】特開２００２−２１０９５５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の課題は、各チャネル部内の駆動電極と駆動回路からの配線との電気的接続を簡単に行うことができると共に、各チャネル部内へのインク供給を行うインク供給室の形成を容易に行うことのできる、生産性の高いインクジェットヘッドを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、以下の各発明によって解決される。
【０００９】
請求項１記載の発明は、圧電素子からなる駆動壁とチャネル部とが交互に並設されると共に前面及び後面にそれぞれチャネル部の出口と入口とが対向状に配置されてなるヘッドチップの上面及び下面の少なくともいずれかの面に、各チャネル部に対応する第１の接続配線が形成されると共に、前記ヘッドチップの前面及び後面の少なくともいずれかの面に、前記駆動壁に形成された各駆動電極と前記各第１の接続配線とを電気的に接続する第２の接続配線が形成され、前記ヘッドチップに、表面に前記各駆動電極に電圧印加するための駆動配線を有すると共に前記チャネル部の長さよりも長尺に形成された配線基板が、前記駆動配線と前記第１の接続配線とが電気的に接続するように固着されると共に、前記ヘッドチップにおける前記配線基板との固着面と反対面に、前記チャネル部の長さよりも長尺な流路基板が固着され、前記流路基板と前記配線基板との間に亘って前記ヘッドチップの後面を包囲するように囲い壁部が設られ、前記流路基板、前記配線基板及び前記囲い壁部によって囲まれる空間によって、前記ヘッドチップの後面側に各チャネル部にインクを供給するためのインク供給室が形成されてなることを特徴とするインクジェットヘッドである。
【００１０】
請求項２記載の発明は、圧電素子からなる駆動壁とチャネル部とが交互に並設されると共に前面及び後面にそれぞれチャネル部の出口と入口とが対向状に配置されてなるヘッドチップの上面又は下面のいずれかの面に、各チャネル部内の駆動電極に対応する第１の接続配線が形成されると共に、前記ヘッドチップの前面及び後面の少なくともいずれかの面に、前記駆動壁に形成された各駆動電極と前記各第１の接続配線とを電気的に接続する第２の接続配線が形成され、前記ヘッドチップの２つが、前記第１の接続配線が形成された面と反対面同士を重ね合わせて固着されており、且つ、各ヘッドチップの前記第１の接続配線が形成された面に、表面に前記各駆動電極に電圧印加するための駆動配線を有すると共に前記チャネル部の長さよりも長尺に形成された配線基板が、前記駆動配線と前記第１の接続配線とが電気的に接続するようにそれぞれ固着されており、前記配線基板同士の間に亘って前記２つのヘッドチップの後面を包囲するように囲い壁部が設られ、前記２つの配線基板間及び前記囲い壁部によって囲まれる空間によって、前記ヘッドチップの後面側に各チャネル部にインクを供給するためのインク供給室が形成されてなることを特徴とするインクジェットヘッドである。
【００１１】
請求項３記載の発明は、圧電素子からなる駆動壁とチャネル部とが交互に並設されると共に前面及び後面にそれぞれチャネル部の出口と入口とが対向状に配置されてなるヘッドチップの上面又は下面のいずれかの面に、前記チャネル部の長さよりも長尺に形成され、表面に前記各駆動電極に電圧印加するための駆動配線を有する配線基板が、前記駆動配線が前記ヘッドチップと反対側の面となるように固着され、前記ヘッドチップの前面と前記配線基板の前端面とに亘って、前記各駆動電極と前記配線基板表面の各駆動配線とを電気的に接続する前面配線が形成されると共に、前記ヘッドチップにおける前記配線基板との固着面と反対面に、前記チャネル部の長さよりも長尺な流路基板が固着され、前記流路基板と前記配線基板との間に亘って前記ヘッドチップの後面を包囲するように囲い壁部が設けられ、前記流路基板、前記配線基板及び前記囲い壁部によって囲まれる空間によって、前記ヘッドチップの後面側に各チャネル部にインクを供給するためのインク供給室が形成されてなることを特徴とするインクジェットヘッドである。
【００１２】
請求項４記載の発明は、圧電素子からなる駆動壁とチャネル部とが交互に並設されると共に前面及び後面にそれぞれチャネル部の出口と入口とが対向状に配置されてなるヘッドチップの２つが、上下に重ね合わせて固着されており、且つ、各ヘッドチップの重合面と反対側の面に、前記チャネル部の長さよりも長尺に形成され、表面に前記各駆動電極に電圧印加するための駆動配線を有する配線基板が、前記駆動配線が前記ヘッドチップと反対側の面となるようにそれぞれ固着されると共に、前記各ヘッドチップの前面と前記各配線基板の前端面とに亘って、前記各駆動電極と前記配線基板表面の各駆動配線とを電気的に接続する前面配線がそれぞれ形成され、前記配線基板同士の間に亘って前記２つのヘッドチップの後面を包囲するように囲い壁部が設られ、前記２つの配線基板間及び前記囲い壁部によって囲まれる空間によって、前記ヘッドチップの後面側に各チャネル部にインクを供給するためのインク供給室が形成されてなることを特徴とするインクジェットヘッドである。
【００１３】
請求項５記載の発明は、前記駆動電極、第２の接続電極及び駆動配線の表面に電極保護膜が形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のインクジェットヘッドである。
【００１４】
請求項６記載の発明は、前記配線基板に、駆動ＩＣが実装されたフレキシブル基板が電気的に接続されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のインクジェットヘッドである。
【００１５】
請求項７記載の発明は、前記配線基板に、駆動ＩＣが実装されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のインクジェットヘッドである。
【００１６】
請求項８記載の発明は、前記ヘッドチップにおける駆動壁以外の基板、前記配線基板及び前記流路基板のうちの少なくとも一つが、窒化アルミを成分に含むセラミックス、圧電材料及び液晶ポリマーのうちから選ばれるいずれかの材料からなることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のインクジェットヘッドである。
【００１７】
請求項９記載の発明は、前記ヘッドチップにおける駆動壁以外の基板、前記配線基板及び前記流路基板のうちの少なくとも一つの熱膨張係数が、前記圧電素子の熱膨張係数の±２ｐｐｍ／℃であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のインクジェットヘッドである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１は、本発明に係るインクジェットヘッドの第１の実施形態を示す全体斜視図、図２はその縦断面図である。
【００２０】
図中、Ａはインクジェットヘッド、１はヘッドチップ、２はヘッドチップの前面に貼着されたノズルプレート、３はヘッドチップ１の下面に貼着された配線基板、４はヘッドチップの上面に貼着された流路基板、５は配線基板３と流路基板４の間に亘って設けられた囲い壁部である。
【００２１】
なお、本明細書においては、ヘッドチップ１からインクが吐出される側の面を「前面」といい、その反対側の面を「後面」という。また、ヘッドチップ１において並設されるチャネル部を挟んで上下に位置する外側面をそれぞれ「上面」及び「下面」という。
【００２２】
ヘッドチップ１は、上部基板１３と下部基板１１との間に、圧電素子１２からなる駆動壁１４とチャネル部１５とが交互に並設されている。図示例では４つのチャネル部１５と５つの駆動壁１４とが形成されるものを例示している。上記チャネル部１５の形状は、両側壁が垂直方向に向いており、そして互いに平行である。また、その入口から出口に亘る長さ方向で大きさと形状がほぼ変わらないストレートタイプである。このようにチャネル部１５がストレートタイプであることにより、泡抜けが良く、電力効率が高く、発熱が少なく、高速応答性が良いインクジェットヘッドとすることができる。
【００２３】
圧電素子１２に用いられる圧電材料としては、電圧を加えることにより変形を生じる公知の圧電材料を用いることができ、有機材料からなる基板、非金属製の基板等がある。特に、非金属製の圧電材料基板が好ましく、成形、焼成等の工程を経て形成される圧電セラミックス基板、又は成形、焼成を必要としないで形成される基板等がある。
【００２４】
非金属製の圧電材料基板において、成形、焼成等の工程を経て形成される圧電セラミックス基板としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）が好ましい。さらにＢａＴｉＯ３、ＺｎＯ、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３等を用いてもよい。
【００２５】
ＰＺＴとしては、ＰＺＴ（ＰｂＺｒＯ３−ＰｂＴｉＯ３）と、第三成分添加ＰＺＴがある。添加する第三成分としてはＰｂ（Ｍｇ１／２Ｎｂ２／３）Ｏ３、Ｐｂ（Ｍｎ１／３Ｓｂ２／３）Ｏ３、Ｐｂ（Ｃｏ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３等がある。
【００２６】
また、非金属製の圧電材料基板において、成形、焼成を必要としないで形成される基板としては、例えば、ゾル−ゲル法、積層基板コーティング法等で形成することができる。
【００２７】
圧電素子１２は、２枚の圧電材料基板１２ａ、１２ｂを分極方向を互いに反対に向けて接合してなる。これにより圧電素子１２に複数列の溝を並設することで、分極方向が互いに反対方向となる駆動壁１４が形成される。
【００２８】
圧電材料基板１２ａと１２ｂを接合する手段としては、接着剤を用いた接合を採用できるが、接合可能であれば、特にこれに限定されない。接着剤を用いて接合する場合、その接着剤層の硬化後の厚みは、１〜１０μｍの範囲が好ましい。
【００２９】
なお、図示していないが、下部基板１１の代わりに圧電材料基板１２ｂを厚手のものとし、上側の圧電材料基板１２ａ側から圧電材料基板１２ｂの中途部までに亘って平行な複数列の溝を形成することで、上記同様の駆動壁１４を形成するようにしてもよい。
【００３０】
各駆動壁１４には、チャネル部１５内に臨んで駆動電極１６が形成されている。駆動電極１６を形成する金属は、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｏ（コバルト）、Ｃｕ（銅）、Ａｌ（アルミニウム）等があるが、ＮｉやＣｕが好ましく、特に好ましくはＮｉである。
【００３１】
駆動電極１６の形成は、蒸着法、スパッタリング法、めっき法、ＣＶＤ（化学気相反応法）等の真空装置を用いた方法等が挙げられるが、めっき法によるものが好ましく、特に無電解めっきにより形成されることが好ましい。無電解めっきによれば、均一且つピンホールフリーの金属被膜を形成することができる。
【００３２】
無電解めっきによる電極形成においては、Ｎｉ−Ｐめっき又はＮｉ−Ｂめっきを単独で使用してもよいし、あるいはＮｉ−ＰとＮｉ−Ｂを重層してもよい。Ｎｉ−ＰめっきはＰ含量が高くなると電気抵抗が増大するので、Ｐ含量が１〜数％程度がよい。Ｎｉ−ＢめっきのＢ含量は、普通１％以下なので、Ｎｉ−ＰよりＮｉ含量が多く、電気抵抗が低く、且つ、外部の配線との接続性が良いため、Ｎｉ−ＰよりＮｉ−Ｂの方が好ましいが、Ｎｉ−Ｂは高価なので、Ｎｉ−ＰとＮｉ−Ｂを組み合わせることも好ましい。更に、Ｎｉ−Ｐめっき又はＮｉ−Ｐめっきを下層として、その上層にＡｕ（金）を電解めっき又は蒸着により形成してもよい。めっき膜の厚みは０．５〜５μｍの範囲が好ましい。
【００３３】
ヘッドチップ１の上面及び下面の少なくともいずれかの面には、各チャネル部１５と同じピッチで第１の接続配線１７が、各チャネル部１５と同数、平行に形成されており、ヘッドチップ１の前面から後面に亘って延びている（図９、図１０参照）。ここでは、ヘッドチップ１の下面にのみ形成しているが、上面でもよく、また上下両面にあってもよい。この第１の接続配線１７は、詳細には後述するが、駆動回路からの電圧を各駆動電極１６に印加するための配線基板３の駆動配線３１と電気的に接続するため、ヘッドチップ１の上下両面に形成されていれば、この駆動配線３１との接続をヘッドチップ１の上下両面のいずれからもとることができる。すなわち配線基板３をヘッドチップ１の上下いずれの面に固着することもできるので、ヘッドチップ１の向きを選ばず、インクジェットヘッドの作成上有利である。
【００３４】
また、ヘッドチップ１の前面及び後面の少なくともいずれかの面には、一端が各チャネル部１５内の駆動壁１４に形成された駆動電極１６とそれぞれ電気的に接続する第２の接続配線１８が形成されており、その他端はそれぞれ対応する第１の接続配線１７と電気的に接続されている。従って、各チャネル部１５内の駆動壁１４に形成された各駆動電極１６への配線が、第２の接続配線１８を介してヘッドチップ１の後面からヘッドチップ１の下面に亘って引き出されている。図示例では、ヘッドチップ１の後面にのみ形成しているが、前面のみであってもよく、また前後両面に形成されていてもよい。
【００３５】
配線基板３は、ヘッドチップ１の幅（チャネル部１５の並設方向の長さ）とほぼ同幅で、且つヘッドチップ１の長さ（ヘッドチップ１の前面から後面に亘る長さ）よりも十分に長尺な基板からなり、その表面に、ヘッドチップ１のチャネル部１５と同じピッチで、図示しない駆動回路から供給される電圧を各チャネル部１５の駆動壁１４に形成された駆動電極１６に印加するための駆動配線３１が形成されている。
【００３６】
この配線基板３は、その前端面がヘッドチップ１の前面と面一となるように、且つ、その表面の駆動配線３１形成面をヘッドチップ１の第１の接続配線１７と対向させ、各第１の接続配線１７と各駆動配線３１とが電気的に接続するようにヘッドチップ１、ここではヘッドチップ１の下面に固着されている。
【００３７】
流路基板４は、ヘッドチップ１の幅とほぼ同幅で、且つ、上記配線基板３よりも若干短尺であるが、ヘッドチップ１の長さよりも十分に長尺な基板により形成されており、その前端面がヘッドチップ１の前面と面一となるように、ヘッドチップ１における上記配線基板３の接合面と反対面、すなわち、ここでは上部基板１３の上面に固着されている。これによりヘッドチップ１の後面は、該ヘッドチップ１の後面側にはみ出した配線基板３及び流路基板４によって上下が覆われる状態とされている。
【００３８】
囲い壁部５は、この配線基板３と流路基板４との間に亘って前記ヘッドチップ１の後面を包囲するように設けられる平面視略コ字型を呈する側壁形成部材であり、ポリイミド、ポリカーボネート等のエンジニアリングプラスチックと呼ばれる高機能樹脂により形成されている。これによりヘッドチップ１の後面側には、上下が流路基板４と配線基板３とによって覆われると共に側面が囲い壁部５によって閉鎖された空間が形成され、この空間によって各チャネル部１５にインクを供給するためのインク供給室５１を構成している。５２はインク供給室５１内にインクを流入させるための流入口であり、これによりインク供給室５１はインクマニホールドとして機能する。このインク供給室５１は、図示しないが、ゴミの流入を防ぐためにフィルターを内蔵している。
【００３９】
ノズルプレート２は、上面及び下面に流路基板４及び配線基板３がそれぞれ固着されたヘッドチップ１の前面側に、上記流路基板４及び配線基板３のそれぞれ前端面に亘る大きさを有して固着されている。ノズルプレート２には、各チャネル部１５に対応するノズル孔２１が開設されている。
【００４０】
このインクジェットヘッドＡには、駆動ＩＣ６１が実装されたフレキシブル基板６が、その各配線が配線基板３表面の駆動配線３１とそれぞれ電気的に接続するように異方性導電フィルム７により接合されている。６２は外部配線との電気的接続を行うためのコネクタである。図示しない駆動回路からの駆動電圧は、コネクタ６２を介して駆動ＩＣ６１に入力され、該駆動ＩＣ６１から各駆動配線３１、第１の接続配線１７及び第２の接続配線１８を介して各駆動電極１６に印加される。
【００４１】
かかるインクジェットヘッドＡでは、各駆動電極１６に電圧印加するための配線を、第１の接続配線１７及び第２の接続配線１８によってヘッドチップ１の外面に引き出すようにしており、配線基板３に形成された駆動配線３１と単に接合するだけで、駆動回路からの配線との電気的接続が極めて簡易に行うことが可能であり、従来のように各チャネル部１５に対応して貫通孔を形成するといった複雑な配線形成は不要となる。
【００４２】
また、各チャネル部１５にインク供給を行うインク供給室５１は、流路基板４と配線基板３との間に亘ってヘッドチップ１の後面を包囲するように固着される囲い壁部５によって形成されるため、ヘッドチップ１との固着部位は、該ヘッドチップ１の両側端部に位置する壁部分の後面側及びそれに隣接する上部基板１３及び下部基板１１の極く一部の領域のみで済む。従って、従来のようにチャネル部１５を囲むように上部基板１３や下部基板１１の全域に対してもインクマニホールドを固着する必要がないため、上部基板１３や下部基板１１の全域にインクマニホールドを固着するための糊代を確保する必要も、該上部基板１３や下部基板１１全域に接着剤を塗布する必要もない。このため、従来のようにインク供給室５１を形成するためにヘッドチップ１を無駄に大きく形成する必要も、微小スペースへの接着剤の塗布作業も不要となり、生産性の向上を図ることが可能である。
【００４３】
本発明において、ヘッドチップ１における駆動壁１４以外の基板、すなわち本実施形態では上部基板１３及び下部基板１１の両基板、配線基板３及び流路基板４のうちの少なくとも一つが、窒化アルミを成分に含むセラミックス、圧電材料及び液晶ポリマーのうちから選ばれるいずれかの材料からなることが好ましい。これにより放熱特性が優れ、また、温度変化に対して安定なインクジェットヘッドを得ることができる効果がある。
【００４４】
また、上記ヘッドチップ１における駆動壁１４以外の基板、配線基板３及び流路基板４のうちの少なくとも一つの熱膨張係数が、駆動壁１４を構成する圧電素子１２の熱膨張係数の±２ｐｐｍ／℃であることが更に好ましい。熱膨張係数をこの範囲とすることで、各基板間に熱膨張係数の差による剥離等が起こらない。
【００４５】
この第１の実施形態に示すインクジェットヘッドＡでは、インク供給室５１に第２の接続配線１８及び駆動配線３１の一部が臨むため、これらは各チャネル部１５内の駆動電極１６同様、インクと直に接触する。従って、インクとして水系インクを使用する場合には、各チャネル部１５内の駆動電極１６、第２の接続配線１８及び駆動配線３１の表面に電極保護膜が形成される。電極保護膜としては、柔軟性を有すると共に剥離しにくく、駆動壁１４のせん断変形に追従し易く、また、駆動電極１６の耐久性をより向上させることができることから、パリレン膜等の有機絶縁膜が好ましい。
【００４６】
次に、かかるインクジェットヘッドＡの製造方法の一例について図３〜図１０に基づいて説明する。なお、以下に記載する数値は一例であり、本発明は以下の数値に限定されるものではない。
【００４７】
まず、図３に示すように、分極方向（矢印で示す）を互いに反対方向に向けた各厚さ０．１ｍｍの２枚の圧電材料基板（ＰＺＴ）１２ａ、１２ｂを積層した圧電素子１２を、厚さ０．６ｍｍのセラミック基板からなる下部基板１１（大きさ５０ｍｍ角）に貼り付けた積層体を準備する。なお、下部基板１１と圧電材料基板１２ｂは同一であってもよく、この場合は分極方向を異ならせた２枚の圧電材料基板により積層体が構成される。
【００４８】
次に、図４に示すように、この積層体の上下両面にスピンコート法によりポジレジスト１００、１０１（光が照射された部分が現像で溶解される）をコーティングし、その後、圧電素子１２と反対側にある下部基板１１の下面のポジレジスト１０１をストライプ状のマスク（マスク幅０．０７ｍｍ、ピッチ０．１４１ｍｍ）を用いて露光し、現像することにより、該下面に幅０．７１ｍｍのストライプパターンを得る。
【００４９】
次いで、図５に示すように、上記圧電素子１２の側から０．０８ｍｍ厚の円盤状の砥石（ダイシングブレード）を用いて０．１４１ｍｍピッチで互いに平行な溝１５１、１５１・・・を研削加工する。この溝１５１は、その長さ方向に亘って略均一な深さ（０．２０ｍｍ）であり、長さ方向に亘って溝１５１の断面形状がほぼ変わらないストレートな溝である。加工する溝１５１の数は、例えば２５８本の加工を行うと、２５７本の駆動壁１４と２５６本のチャネル部用の溝１５１及び両側に１本ずつの余りの溝１５１が形成される。
【００５０】
その後、無電解めっき法により各溝１５１内及び上記ストライプパターンが形成された下部基板１１の下面に０．５〜５μｍの膜厚となるように金属層を形成させる。金属層は下層がＮｉ−Ｂめっき層、上層がＡｕめっき層となる積層構造とする。このとき、無電解めっき処理の前処理を適切に行うことにより、レジスト上にはめっきが析出しない、いわゆる選択めっきを行うようにする。
【００５１】
次いで、リムーバーでレジストを溶解除去することにより、各溝１５１の内面にはめっき層が形成されて駆動電極１６が形成され、各駆動壁１４の上部には電極が形成されず、また、下部基板１１の下面には、各ストライプパターンの間にめっき層が形成されて第１の接続配線１７が形成された図６の状態となる。
【００５２】
以上のめっき法による駆動電極１６及び第１の接続配線１７の形成方法としてレジストを用いた選択めっき法を行う例を示したが、これに限定されるものではなく、他の方法として、レジストの代わりにドライフィルムレジストを用い、真空蒸着によりアルミニウムを全面に形成した後、溶剤でドライフィルムレジストと共に、ドライフィルムレジスト上のアルミニウムを除去するリフトオフ法でも同様な駆動電極１６及び第１の接続配線１７をパターン形成することができる。このとき、望ましくはアルミニウムの上に連続して金を蒸着するとよい。
【００５３】
駆動電極１６及び第１の接続配線１７を形成した後、別途用意した上部基板１３をエポキシ系接着剤を用いて圧電素子１２からなる駆動壁１４の上面に固着する。図７は上部基板１３を固着した後の状態を示す。これにより、上部基板１３と下部基板１１との間に駆動壁１４と溝１５１によって形成されたチャネル部１５とが交互に並設されたヘッド基板ａを形成する。
【００５４】
次に、かかるヘッド基板ａを、図７に示すように、チャネル部１５の長さ方向と略直交するカットラインＣ１、Ｃ２、Ｃ３・・・に沿って切断し、１枚のヘッド基板ａから複数のヘッドチップ１、１、１・・・を作成する。
【００５５】
作成されたヘッドチップ１の切断面に、図８に示すように、各チャネル部１５に対応する第２の接続配線形成用の開口２０１を有するドライフィルム２００でパターニングを行い、その後アルミニウムを蒸着することで第２の接続配線１８を形成する。蒸着は駆動電極１６及び第１の接続配線１７との電気的接続を確実にするため、方向を変えて２回行った。また、ここでの第２の接続配線１８の形成方法としては、蒸着に限らず、スパッタリング法でもよい。その後、溶剤でドライフィルムとその上に形成されたアルミニウムを除去すると、各駆動電極１６と各第１の接続配線１７とが第２の接続配線１８によって電気的に接続された図９の状態となる。
【００５６】
なお、ここではヘッドチップ１の一方の切断面（後にヘッドチップ１の後面となる面）にアルミニウムを蒸着しているが、反対側の面であってもよく、また、前面及び後面の両面にあってもよい。
【００５７】
別途、ヘッドチップ１のチャネル部１５と同じピッチで表面に駆動配線３１が形成された配線基板３を用意する。配線基板３の形成法としては、厚さ０．６ｍｍの基板（大きさ約５０ｍｍ角）に、配線材料としてＣｕ、Ｎｉ、Ａｕをめっきによりこの順で形成した。配線基板３としては約５０ｍｍ角の基板を半分に切断し、幅２５ｍｍ、長さ５０ｍｍとした。
【００５８】
次いで、ヘッドチップ１と配線基板３とを、図１０（ａ）（ｂ）に示すように、第１の接続配線１７と駆動配線３１とを対向させてエポキシ接着剤で接合し固着した。ヘッドチップ１の第１の接続配線１７と配線基板３の駆動配線３１とは、接着剤の引っ張り応力で引きつけられており、良好な電気的接続をとることができる。なお、配線基板３の接合方法としては、接着剤による他、異方性導電フィルムを用いる方法、半田を用いる方法、導電性接着剤を用いる方法等が適用できる。
【００５９】
その後、ヘッドチップ１の配線基板３の反対面に流路基板４を固着する。インクとして水系インクを使用する場合には、このようにヘッドチップ１に配線基板３及び流路基板４が固着された状態で、電極保護膜として、例えばＣＶＤ法により５μｍの膜厚でパリレン膜を形成する。
【００６０】
次いで、ヘッドチップ１の前面及び配線基板３と流路基板４の各前端面に亘って、各チャネル部１５に対応する位置にノズル孔２１が形成されたノズルプレート２を接合し、ヘッドチップ１の後面には、配線基板３と流路基板４との間に亘って該ヘッドチップ１の後面を包囲するように囲い壁部５を設け、インク供給室５１を形成する。その後、配線基板３には、駆動ＩＣ６１が実装されたフレキシブル基板６を異方性導電フィルム７により接合する（図１、図２参照）。
【００６１】
以上の説明では、配線基板３に駆動ＩＣ６１が実装されたフレキシブル基板６を接合する態様を例示したが、第１の実施形態の別の態様として、図１１に示すように、配線基板３の表面に駆動ＩＣ３２を実装するようにしてもよい。３３は外部機器との接続を行うためのコネクタ、３４は該コネクタ３３と駆動ＩＣ３２とを電気的に接続する配線である。駆動ＩＣ３２の実装方法としては、ワイヤボンディング、バンプを用いたフリップチップ実装等、通常の実装工程で用いられる方法が適用できる。
【００６２】
この場合は、上述したように駆動ＩＣを実装した基板を別途接合する手間が省ける上に、構成も簡素化でき、極めてコンパクトなインクジェットヘッドを構成することができる。また、射出するインクの種類によっては、インクを加熱する必要があるが、これには配線基板３上若しくは配線基板３に隣接してヒーターを設ける必要がある。しかし、このように配線基板３に駆動ＩＣ３２を実装すれば、発熱した駆動ＩＣ３２をインクの加熱手段として用いることもできる。
【００６３】
次に、本発明に係るインクジェットヘッドの第２の実施形態について説明する。図１２は第２の実施形態に係るインクジェットヘッドＢを示す縦断面図である。第１の実施形態と同一符号は同一構成を示し、特に相違がない限り詳しい説明は省略する。
【００６４】
第２の実施形態に係るインクジェットヘッドＢは、上記第１の実施形態において説明したものと同様の構成からなるヘッドチップ１を２つ重ね合わせている。但し、ここでは、各チャネル部１５内の駆動電極１６に対応する第１の接続配線１７が、各ヘッドチップ１の上面又は下面のいずれかの面、ここでは各ヘッドチップ１の下部基板１１側に形成されている。この第１の接続配線１７とを電気的に接続する第２の接続配線１８は、ヘッドチップ１、１の前面及び後面の少なくともいずれかの面に形成されていればよい。
【００６５】
各ヘッドチップ１、１は、それぞれ第１の接続配線１７が形成された面に、表面にヘッドチップ１の各駆動電極１６に電圧印加するための駆動配線３１が形成された配線基板３が、その駆動配線３１が第１の接続配線１７のそれぞれと電気的に接続するように固着されており、更に、それぞれ配線基板３、３が固着された２つのヘッドチップ１、１が、該ヘッドチップ１、１における配線基板３との固着面と反対面同士、ここでは上部基板１３同士を重ね合わせて固着されている。このインクジェットヘッドＢでは、重ね合わされたヘッドチップ１、１の上下両面に配線基板３、３が配置されるため、流路基板４の必要はない。
【００６６】
また、２つの配線基板３、３同士の間に亘って２つのヘッドチップ１、１の後面を共通に包囲するように囲い壁部５を設けることによって、２つのヘッドチップ１、１の各チャネル部１５にインクを供給するためのインク供給室５１を形成している。
【００６７】
ノズルプレート２は、２つのヘッドチップ１、１の前面及び２つの配線基板３、３の前端面に亘る大きさを有すると共に、２つのヘッドチップ１、１の各チャネル部１５に対応するように、ノズル孔２１が上下２列に形成されている。
【００６８】
ここでは各配線基板３の駆動配線３１形成側の面に、それぞれ駆動ＩＣ３２、３２を実装し、これをそれぞれ配線３４、３４によって一つのコネクタ３３と電気的に接続している態様を示しているが、図１、図２と同様に、それぞれ駆動ＩＣ６１を実装したフレキシブル基板６と別途接合する態様としてもよい。
【００６９】
この第２の実施形態に係るインクジェットヘッドＢによれば、配線基板３をそれそれ固着したヘッドチップ１、１同士を重ね合わせるだけで容易に積層構造化することができ、ノズル数が２倍のインクジェットヘッドを簡単に構成することができる。しかも、各ヘッドチップ１、１の各駆動電極１６と駆動配線３１との電気的接続も第１の実施形態の場合と同様に極めて簡易に行うことができる。
【００７０】
なお、このインクジェットヘッドＢでは、重ね合わされたヘッドチップ１、１の重合面に位置する基板（ここでは上部基板１３、１３）を１枚として、上下のヘッドチップ１、１で共用させることもでき、部品点数の削減を図ることも可能である。
【００７１】
また、２枚のヘッド基板ａ、ａを張り合わせた後に、図７に示すのと同様に、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３でカットして、ヘッドチップとして、それに配線基板３、３を固着させる順番で作成してもよい。
【００７２】
次に、本発明に係るインクジェットヘッドの第３の実施形態について説明する。図１３は第３の実施形態に係るインクジェットヘッドＣを示す縦断面図である。第１の実施形態と同一符号は同一構成を示し、特に相違がない限り詳しい説明は省略する。
【００７３】
この第３の実施形態に係るインクジェットヘッドＣには、第１の実施形態に係るインクジェットヘッドＡにおける第１の接続配線１７及び第２の接続配線１８は形成されていない。ヘッドチップ１には、表面にヘッドチップ１の各駆動電極１６に電圧印加するための駆動配線３１が形成された配線基板３が、該駆動配線３１がヘッドチップ１と反対側の面となるように固着されており、そのヘッドチップ１の前面と配線基板３の前端面とに亘って、各駆動電極１６と配線基板３表面の駆動電極３１とを電気的に接続する前面配線１９を形成した構成としている。
【００７４】
このインクジェットヘッドＣでは、ヘッドチップ１と配線基板３とを固着した後に、例えば図８に示したようにヘッドチップ１の前面及び配線基板３の表面（ヘッドチップ１の固着面と反対側面）にドライフィルムを用いてパターニングを行い、その後アルミニウムを蒸着することで、駆動配線３１と電気的に接続された前面配線１９とを一挙に形成することができる。このため製造工程を簡略化でき、コスト削減を図ることができる。しかも、インク供給室５１内にチャネル部１５内の駆動電極１６以外の配線が存在しないため、水系インクを使用する場合には、インクと直に接触する駆動電極１６にのみ電極保護膜を形成すればよい。従って、電極保護膜の欠陥により電極が腐食して断線する確率が低くなり、信頼性を更に向上させることができる。
【００７５】
なお、図１３においては図示していないが、配線基板３には、図１、図２と同様に、駆動ＩＣ６１を実装したフレキシブル基板６を接合してもよいし、図１１と同様に、駆動ＩＣ３２を直に実装し、コネクタ３３により外部機器との電気的接続を行うことができるようにしてもよい。
【００７６】
次に、本発明に係るインクジェットヘッドの第４の実施形態について説明する。図１４は第４の実施形態に係るインクジェットヘッドＤを示す縦断面図である。第１、第２及び第３の実施形態と同一符号は同一構成を示し、特に相違がない限り詳しい説明は省略する。
【００７７】
第４の実施形態に係るインクジェットヘッドＤは、上記第３の実施形態において説明したものと同様の構成からなるヘッドチップ１及び配線基板３を２つ用いて重ね合わせている。
【００７８】
すなわち、各ヘッドチップ１、１には、表面にヘッドチップ１の各駆動電極１６に電圧印加するための駆動配線３１が形成された配線基板３、３が、該駆動配線３１がヘッドチップ１と反対側の面となるようにそれぞれ固着されており、その各ヘッドチップ１、１の前面と配線基板３、３の前端面とに亘って、各駆動電極１６と配線基板３、３表面の駆動電極３１とを電気的に接続する前面配線１９を形成した構成としている。
【００７９】
また、２つの配線基板３、３同士の間に亘って２つのヘッドチップ１、１の後面を共通に包囲する囲い壁部５を設けることによって、２つのヘッドチップ１、１の各チャネル部１５にインクを供給するためのインク供給室５１を形成している。
【００８０】
ノズルプレート２は、２つのヘッドチップ１、１の前面及び２つの配線基板３、３の前端面に亘る大きさを有すると共に、２つのヘッドチップ１、１の各チャネル部１５に対応するように、ノズル孔２１が上下２列に形成されている。
【００８１】
この第４の実施形態に係るインクジェットヘッドＤによれば、配線基板３をそれそれ固着したヘッドチップ１、１同士を重ね合わせ、前面配線１９を形成すれば、各ヘッドチップ１、１の各駆動電極１６と駆動配線３１との電気的接続を極めて簡易に行うことができる積層構造のインクジェットヘッドを構成することができる。しかも、重ね合わされたヘッドチップ１、１の上下両面に配線基板３、３が配置されるため、流路基板４の必要はなく、部品点数を削減することができる。また、重ね合わされたヘッドチップ１、１の重合面に位置する基板（ここでは上部基板１３、１３）を１枚として、上下のヘッドチップ１、１で共用させることもでき、更に部品点数の削減化を図ることも可能である。
【００８２】
更に、第３の実施形態と同様、インク供給室５１内には配線が形成されないため、水系インクを使用する場合には、インクと直に接触する駆動電極１６にのみ電極保護膜を形成すればよく、電極保護膜の欠陥により電極が腐食して断線する確率が低くなり、信頼性を更に向上させることができる。
【００８３】
なお、ここでは各配線基板３の駆動配線３１形成側の面に、それぞれ駆動ＩＣ３２、３２を実装し、これをそれぞれ配線３４、３４によって各コネクタ３３、３３と電気的に接続している態様を示している。この態様では、駆動ＩＣ３２、３２はそれぞれ反対側に向くため、駆動ＩＣ３２、３２の発熱を効果的に外部に逃がすことができる。もちろん、図１、図２と同様に、各配線基板３、３に駆動ＩＣ６１を実装したフレキシブル基板６をそれぞれ接合してもよい。
【００８４】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、各チャネル部内の駆動電極と駆動回路からの配線との電気的接続を簡単に行うことができると共に、各チャネル部内へのインク供給を行うインク供給室の形成を容易に行うことのできる、生産性の高いインクジェットヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】インクジェットヘッドの第１の実施形態を示す全体斜視図
【図２】図１に示すインクジェットヘッド縦断面図
【図３】インクジェットヘッドの製造方法の一工程を示す図
【図４】インクジェットヘッドの製造方法の一工程を示す図
【図５】インクジェットヘッドの製造方法の一工程を示す図
【図６】インクジェットヘッドの製造方法の一工程を示す図
【図７】インクジェットヘッドの製造方法の一工程を示す図
【図８】インクジェットヘッドの製造方法の一工程を示す図
【図９】インクジェットヘッドの製造方法の一工程を示す図
【図１０】インクジェットヘッドの製造方法の一工程を示す図
【図１１】第１の実施形態に係るインクジェットヘッドの別の態様を示す全体斜視図
【図１２】インクジェットヘッドの第２の実施形態を示す全体斜視図
【図１３】インクジェットヘッドの第３の実施形態を示す全体斜視図
【図１４】インクジェットヘッドの第４の実施形態を示す全体斜視図
【符号の説明】
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ：インクジェットヘッド
１：ヘッドチップ
１１：下部基板
１２：圧電素子
１３：上部基板
１４：駆動壁
１５：チャネル部
１６：駆動電極
１７：第１の接続配線
１８：第２の接続配線
１９：前面配線
２：ノズルプレート
２１：ノズル孔
３：配線基板
３１：駆動配線
３２：駆動ＩＣ
３３：コネクタ
３４：配線
４：流路基板
５：囲い壁部
５１：インク供給室
５２：流入口
６：フレキシブル基板
６１：駆動ＩＣ
６２：コネクタ
【図１】
2004209796.tif 000003
【図２】
2004209796.tif 000004
【図３】
2004209796.tif 000005
【図４】
2004209796.tif 000006
【図５】
2004209796.tif 000007
【図６】
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【図７】
2004209796.tif 000009
【図８】
2004209796.tif 000010
【図９】
2004209796.tif 000011
【図１０】
2004209796.tif 000012
【図１１】
2004209796.tif 000013
【図１２】
2004209796.tif 000014
【図１３】
2004209796.tif 000015
【図１４】
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