(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力発生室の列を２列有すると共に当該圧力発生室の一方面側に振動板を介して圧電素子を有する流路形成基板を具備するアクチュエータ装置において、
前記流路形成基板の前記圧電素子側に接合される接合部材を有し、該接合部材は、前記圧電素子に対向する領域にその運動を阻害しない程度の空間を有すると共に、前記流路形成基板に設けられ前記圧力発生室と連通するリザーバに接続される供給路を有し、
当該接合部材には、外部配線が接続される実装部が前記圧電素子とは反対側の領域に設けられていると共に、一端が前記接合部材の前記実装部に接続され他端が前記圧電素子に接続される駆動用配線が設けられ、
前記駆動用配線は、前記接合部材の前記圧電素子側の面に前記圧電素子に対向して前記圧力発生室の列間まで延設されて前記圧電素子に接続されていることを特徴とするアクチュエータ装置。
【請求項２】
前記流路形成基板の前記接合部材側の表面には前記圧電素子の駆動用電極に接続する接点部が配される一方、前記接合部材の前記流路形成基板側の表面には前記駆動用配線の前記他端の接続部が前記接点部に対応して配されており、前記接点部と前記接続部とが圧着接合されていることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ装置。
【請求項３】
前記駆動用配線が、前記接合部材内に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のアクチュエータ装置。
【請求項４】
前記接合部材には、前記圧電素子に対応する領域に、当該接合部材を貫通して外部と連通する連通孔が設けられ、前記駆動用配線が当該連通孔を介して設けられていることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ装置。
【請求項５】
前記駆動用配線が、ワイヤボンディングによって形成されていることを特徴とする請求項４に記載のアクチュエータ装置。
【請求項６】
前記駆動用配線が、薄膜によって形成されていることを特徴とする請求項４に記載のアクチュエータ装置。
【請求項７】
前記接合部材の前記圧電素子と反対側の領域には、前記圧電素子を駆動するための半導体集積回路である駆動回路が搭載され、該駆動回路が前記駆動用配線を介して前記実装部と前記圧電素子とにそれぞれ接続されていることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載のアクチュエータ装置。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか一項に記載のアクチュエータ装置の前記流路形成基板の他方面側に、前記圧力発生室に連通するノズル開口を有するノズル形成部材が接合されていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
【請求項９】
前記流路形成基板と前記ノズル形成部材とがセラミックスで形成され、前記圧電素子の各層がグリーンシート貼付又は印刷により形成されていることを特徴とする請求項８に記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項１０】
前記流路形成基板には前記圧力発生室に連通されるリザーバが画成され、前記ノズル形成部材は前記ノズル開口を有するノズルプレートであることを特徴とする請求項８又は９に記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項１１】
前記ノズル形成部材は、前記圧力発生室にインクを供給する共通インク室と、前記圧力発生室と前記ノズル開口とを連通する流路とを形成する流路ユニットであることを特徴とする請求項８又は９に記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項１２】
前記流路形成基板の前記圧電素子側には前記圧力発生室に連通するインク供給口が開口し、一方、前記接合部材には、前記インク供給口に対向して相互に連通するインク供給流路が設けられていることを特徴とする請求項８又は９に記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項１３】
請求項８〜１２の何れか一項に記載のインクジェット式記録ヘッドを具備することを特徴とするインクジェット式記録装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電素子を具えた流路形成基板に駆動用ＩＣを実装したアクチュエータ及びこれにノズル形成部材を積層したインクジェット式記録ヘッド並びにインクジェット式記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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】
前者は圧電素子の端面を振動板に当接させることにより圧力発生室の容積を変化させることができて、高密度印刷に適したヘッドの製作が可能である反面、圧電素子をノズル開口の配列ピッチに一致させて櫛歯状に切り分けるという困難な工程や、切り分けられた圧電素子を圧力発生室に位置決めして固定する作業が必要となり、製造工程が複雑であるという問題がある。
【０００４】
これに対して後者は、圧電材料のグリーンシートを圧力発生室の形状に合わせて貼付し、これを焼成するという比較的簡単な工程で振動板に圧電素子を作り付けることができるものの、たわみ振動を利用する関係上、ある程度の面積が必要となり、高密度配列が困難であるという問題がある。
【０００５】
一方、後者の記録ヘッドの不都合を解消すべく、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提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
これによれば圧電素子を振動板に貼付ける作業が不要となって、リソグラフィ法という精密で、かつ簡便な手法で圧電素子を作り付けることができるばかりでなく、圧電素子の厚みを薄くできて高速駆動が可能になるという利点がある。
【０００７】
また、この場合、基板として、例えばシリコン単結晶基板を用い、圧力発生室やリザーバ等の流路を異方性エッチングにより形成し、圧力発生室の開口面積を可及的に小さくして記録密度の向上を図ることが可能である。
【０００８】
【特許文献１】
特開平５−２８６１３１号公報（第３欄、第１図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述したインクジェット式記録ヘッドでは、何れにしても圧電素子を駆動するための半導体集積回路（ＩＣ）等が必要であり、インクジェット式記録ヘッド近傍に搭載されている。すなわち、従来においては、圧電素子の近傍にＩＣを配置してワイヤボンディング等により配線する手法がとられている。
【００１０】
しかしながら、特に、記録密度の向上に伴って、ＩＣ等の搭載スペース及び各圧電素子とＩＣ等との配線のスペースが、記録ヘッドを小型化する上での課題となる。また、このような課題は、同様な圧電素子を具備するアクチュエータを搭載したあらゆる装置において存在する。
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑み、構造を簡略化し小型化を図ったアクチュエータ装置及びインクジェット式記録ヘッド並びにインクジェット式記録装置を提供することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、圧力発生室の列を２列有すると共に当該圧力発生室の一方面側に振動板を介して圧電素子を有する流路形成基板を具備するアクチュエータ装置において、前記流路形成基板の前記圧電素子側に接合される接合部材を有し、該接合部材は、前記圧電素子に対向する領域にその運動を阻害しない程度の空間を有すると共に、前記流路形成基板に設けられ前記圧力発生室と連通するリザーバに接続される供給路を有し、当該接合部材には、外部配線が接続される実装部が前記圧電素子とは反対側の領域に設けられていると共に、一端が前記接合部材の前記実装部に接続され他端が前記圧電素子に接続される駆動用配線が設けられ、前記駆動用配線は、前記接合部材の前記圧電素子側の面に前記圧電素子に対向して前記圧力発生室の列間まで延設されて前記圧電素子に接続されていることを特徴とするアクチュエータ装置にある。
【００１３】
かかる第１の態様では、流路形成基板の圧電素子側に接合される接合部材上に実装部が設けられているため、外部配線との接続構造を省スペース化でき、小型化、高密度化を実現することができる。
【００１４】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記流路形成基板の前記接合部材側の表面には前記圧電素子の駆動用電極に接続する接点部が配される一方、前記接合部材の前記流路形成基板側の表面には前記駆動用配線の前記他端の接続部が前記接点部に対応して配されており、前記接点部と前記接続部とが圧着接合されていることを特徴とするアクチュエータ装置にある。
【００１５】
かかる第２の態様では、流路形成基板と接合部材とを接合することにより、各圧電素子との配線接続が行われ、組立が容易となる。
【００１６】
本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記駆動用配線が、前記接合部材内に設けられていることを特徴とするアクチュエータ装置にある。
【００１７】
かかる第３の態様では、駆動用配線を設けるスペースを確保する必要がなく、確実に小型化、高密度化を実現することができる。
【００１８】
本発明の第４の態様は、第１〜３の何れかの態様において、前記接合部材には、前記圧電素子に対応する領域に、当該接合部材を貫通して外部と連通する連通孔が設けられ、前記駆動用配線が当該連通孔を介して設けられていることを特徴とするアクチュエータ装置にある。
【００１９】
かかる第４の態様では、駆動用配線が連通孔を介して、容易に外部配線との接続が行われる。
【００２０】
本発明の第５の態様は、第４の態様において、前記駆動用配線が、ワイヤボンディングによって形成されていることを特徴とするアクチュエータ装置にある。
【００２１】
かかる第５の態様では、駆動用配線を容易に形成することができる。
【００２２】
本発明の第６の態様は、第４の態様において、前記駆動用配線が、薄膜によって形成されていることを特徴とするアクチュエータ装置にある。
【００２３】
かかる第６の態様では、駆動用配線を容易に接続することができる。
【００２４】
本発明の第７の態様は、前記接合部材の前記圧電素子と反対側の領域には、前記圧電素子を駆動するための半導体集積回路である駆動回路が搭載され、該駆動回路が前記駆動用配線を介して前記実装部と前記圧電素子とにそれぞれ接続されていることを特徴とする第１〜６の何れか一つの態様のアクチュエータ装置にある。
【００２５】
かかる第７の態様では、流路形成基板と接合部材とを接合するだけで、アクチュエータ装置を構成することができ、省スペース化を図ることができる。また、駆動回路として半導体集積回路を用いれば、接合部材に容易に搭載できる。
【００２６】
本発明の第８の態様は、第１〜７の何れかのアクチュエータ装置の前記流路形成基板の他方面側に、前記圧力発生室に連通するノズル開口を有するノズル形成部材が接合されていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００２７】
かかる第８の態様では、接合部材上に実装部が設けられているため、インクジェット式記録ヘッドの小型化、高密度化を実現できる。
【００３４】
本発明の第９の態様は、前記流路形成基板と前記ノズル形成部材とがセラミックスで形成され、前記圧電素子の各層がグリーンシート貼付又は印刷により形成されていることを特徴とする第８の態様のインクジェット式記録ヘッドにある。
【００３５】
かかる第９の態様では、ヘッドチップを容易に製造することができる。
【００３６】
本発明の第１０の態様は、前記流路形成基板には前記圧力発生室に連通されるリザーバが画成され、前記ノズル形成部材は前記ノズル開口を有するノズルプレートであることを特徴とする第８又は９の態様のインクジェット式記録ヘッドにある。
【００３７】
かかる第１０の態様では、ノズル開口からインクを吐出するインクジェット式記録ヘッドを容易に実現できる。
【００３８】
本発明の第１１の態様は、前記ノズル形成部材は、前記圧力発生室にインクを供給する共通インク室と、前記圧力発生室と前記ノズル開口とを連通する流路とを形成する流路ユニットであることを特徴とする第８又は９の態様のインクジェット式記録ヘッドにある。
【００３９】
かかる第１１の態様では、流路ユニットを介してノズル開口からインクが吐出される。
【００４０】
本発明の第１２の態様は、前記流路形成基板の前記圧電素子側には前記圧力発生室に連通するインク供給口が開口し、一方、前記接合部材には、前記インク供給口に対向して相互に連通するインク供給流路が設けられていることを特徴とする第８又は９の態様のインクジェット式記録ヘッドにある。
【００４１】
かかる第１２の態様では、接合部材がインク供給用の部材を兼ね、さらに小型化を図ることができる。
【００４２】
本発明の第１３の態様は、第８〜１２の何れかの態様のインクジェット式記録ヘッドを具備することを特徴とするインクジェット式記録装置にある。
【００４３】
かかる第１３の態様では、ヘッドの構造を簡略化して、製造コストを低減したインクジェット式記録装置を実現することができる。
【００４４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を一実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の一実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドを示す分解斜視図であり、図２は、その１つの圧力発生室の長手方向におけるそれぞれの断面構造を示す図である。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る。流路形成基板１０としては、通常、１５０〜３００μｍ程度の厚さのものが用いられ、望ましくは１８０〜２８０μｍ程度、より望ましくは２２０μｍ程度の厚さのものが好適である。これは、隣接する圧力発生室間の隔壁の剛性を保ちつつ、配列密度を高くできるからである。
【００４５】
流路形成基板１０の一方の面は開口面となり、他方の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０．１〜２μｍの弾性膜５０が形成されている。一方、流路形成基板１０の開口面には、シリコン単結晶基板を異方性エッチングすることにより、複数の隔壁１１により区画された圧力発生室１２の列１３が２列と、各圧力発生室１２に対応するリザーバ１４と、各圧力発生室１２と各リザーバ１４とを一定の流体抵抗で連通するインク供給口１５がそれぞれ形成されている。なお、各リザーバ１４に対応する弾性膜５０には、外部から当該リザーバ１４にインクを供給するためのインク導入口１６が形成されている。
【００４６】
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。
【００４７】
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口１５は、圧力発生室１２より浅く形成されている。すなわち、インク供給口１５は、シリコン単結晶基板を厚さ方向に途中までエッチング（ハーフエッチング）することにより形成されている。なお、ハーフエッチングは、エッチング時間の調整により行われる。
【００４８】
また、流路形成基板１０の開口面側には、各圧力発生室１２のインク供給口１５とは反対側に連通するノズル開口１７が穿設されたノズルプレート１８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１８は、厚さが例えば、０．１〜１ｍｍ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１８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１８は、流路形成基板１０と略同一材料、言換えれば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１８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ることができ、両者を容易に接合することができる。
【００４９】
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１７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１７は数十μｍの径で精度よく形成する必要がある。
【００５０】
一方、流路形成基板１０の開口面とは反対側の弾性膜５０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１μｍの圧電体膜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、圧電体膜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膜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膜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３２０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、各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、圧電素子３００と該圧電素子３００の駆動により変位を生じさせ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が、下電極膜が弾性膜を兼ねるようにしてもよい。
【００５１】
ここで、シリコン単結晶基板からなる流路形成基板１０上に、圧電体膜７０等を形成するプロセスを図３を参照しながら説明する。図３（ａ）に示すように、まず、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二酸化シリコンからなる弾性膜５０を形成する。次に、図３（ｂ）に示すように、スパッタリングで下電極膜６０を形成する。下電極膜６０の材料としては、Ｐｔ等が好適である。これは、スパッタリング法やゾル−ゲル法で成膜する後述の圧電体膜７０は、成膜後に大気雰囲気下又は酸素雰囲気下で６００〜１０００℃程度の温度で焼成して結晶化させる必要があるからである。すなわち、下電極膜６０の材料は、このような高温、酸化雰囲気下で導電性を保持できなければならず、殊に、圧電体膜７０としてＰＺＴを用いた場合には、ＰｂＯの拡散による導電性の変化が少ないことが望ましく、これらの理由からＰｔが好適である。
【００５２】
次に、図３（ｃ）に示すように、圧電体膜７０を成膜する。この圧電体膜７０の成膜にはスパッタリング法を用いることもできるが、本実施形態では、金属有機物を溶媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥してゲル化し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電体膜７０を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いている。圧電体膜７０の材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系の材料がインクジェット式記録ヘッドに使用する場合には好適である。次に、図３（ｄ）に示すように、上電極膜８０を成膜する。上電極膜８０は、導電性の高い材料であればよく、Ａｌ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｔ等の多くの金属や、導電性酸化物等を使用できる。本実施形態では、Ｐｔをスパッタリングにより成膜している。
【００５３】
次に、図３（ｅ）に示すように、各圧力発生室１２それぞれに対して圧電素子を配設するように、上電極膜８０及び圧電体膜７０のパターニングを行う。図３（ｅ）では圧電体膜７０を上電極膜８０と同一のパターンでパターニングを行った場合を示しているが、上述したように、圧電体膜７０は必ずしもパターニングを行う必要はない。これは、上電極膜８０のパターンを個別電極として電圧を印加した場合、電界はそれぞれの上電極膜８０と、共通電極である下電極膜６０との間にかかるのみで、その他の部位には何ら影響を与えないためである。しかしながら、この場合には、同一の排除体積を得るためには大きな電圧印加が必要となるため、圧電体膜７０もパターニングするのが好ましい。また、この後、下電極膜６０をパターニングして、例えば、圧力発生室１２の両側境界部近傍の腕部を除去するようにしてもよく、これにより、変位量を向上することができる。
【００５４】
ここで、パターニングは、レジストパターンを形成した後、エッチング等を行うことにより実施する。レジストパターンは、例えば、ネガレジストをスピンコートなどにより塗布し、所定形状のマスクを用いて露光・現像・ベークを行うことにより形成する。なお、勿論、ネガレジストの代わりにポジレジストを用いてもよい。また、エッチングは、ドライエッチング装置、例えば、イオンミリング装置を用いて二酸化シリコン膜からなる弾性膜５０が露出するまで行う。なお、エッチング後には、レジストパターンをアッシング装置等により除去する。また、ドライエッチング法としては、イオンミリング法以外に、反応性エッチング法等を用いてもよい。また、ドライエッチングの代わりにウェットエッチングを用いることも可能であるが、ドライエッチング法と比較してパターニング精度が多少劣り、上電極膜８０の材料も制限されるので、ドライエッチングを用いるのが好ましい。
【００５５】
以上が膜形成プロセスである。このようにして膜形成を行った後、図３（ｆ）に示すように、前述したアルカリ溶液によるシリコン単結晶基板の異方性エッチングを行い、圧力発生室１２等を形成する。なお、以上説明した一連の膜形成及び異方性エッチングは、一枚のウェハ上に多数のチップを同時に形成し、プロセス終了後、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。そして、このような流路形成基板１０及びノズルプレート１８からなるヘッドチップは、本実施形態では、図４及び図５に示すように、流路形成基板に接合される接合部材であり、ヘッドチップを構造的に保持固定する固定部材１２０に固定される。なお、図４は、分解斜視図、図５は、平面図及び断面図である。
【００５６】
固定部材１２０は、流路形成基板１０の線膨張係数に近い線膨張係数を有するガラスセラミックス、窒化アルミニウムなどの材質からなり、一方面に流路形成基板１０を保持するための凹部１２１を有する。凹部１２１は、ヘッドチップを保持する大きさを有すればよいが、ヘッドチップの周囲に嵌合して周囲からも保持するような大きさとしてもよい。凹部１２１内の流路形成基板１０の接合位置には、各圧力発生室１２に対向する上電極膜８０のパターンに対向する配線パターン１３０が形成され、この配線パターン１３０の一端部１３１には、異方性導電接着剤１３５を介して、それぞれ上電極膜８０の端部８０ａが接合されている。一方、配線パターン１３０は、固定部材１２０を貫通して反対面まで延設されており、他端部がＩＣ配線部１３２となっている。
【００５７】
また、固定部材１２０の他端面には、凹部１２２が形成され、凹部１２２内には、駆動用ＩＣ１４０が実装されている。そして、駆動用ＩＣ１４０の各端子１４１とこれらに対応するＩＣ配線部１３２とはワイヤボンディング１４５により接続されている。なお、駆動用ＩＣ１４０及びワイヤボンディング１４５は、モールド１５０により覆われている。
【００５８】
また、固定部材１２０の凹部１２２の両側、流路形成基板１０のインク導入口１６に対向する位置には、貫通溝であるインク供給路１２５が形成されており、各インク導入口１６に対応する貫通孔１６１を有し、各インク導入口１６とインク供給路１２５とを連通する流路シール材１６０が、固定部材１２０と流路形成基板１０との間に設けられている。なお、インク供給路１２５の他端側には、図示しないインク供給手段が設けられるようになっている。さらに、固定部材１２０には、駆動用ＩＣ１４０に信号を供給するための配線が施されており、当該配線の一端部が駆動用端子１７０となっている。そして、駆動用端子１７０には、外部装置との接続のためのフレキシブルプリント回路１８０が接続されるようになっている。
【００５９】
このように構成したインクジェット式記録ヘッドは、図示しない外部インク供給手段とインク供給路１２５を介して接続されたインク導入口１６からインクを取り込み、リザーバ１４からノズル開口１７に至るまで内部をインクで満たした後、図示しない外部装置からの信号により駆動用ＩＣ１４０が出力した記録信号に従い、下電極膜６０と上電極膜８０との間に電圧を印加し、弾性膜５０と圧電体膜７０とをたわみ変形させることにより、圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口１７からインク滴が吐出する。
【００６０】
以上説明した本実施形態では、ヘッドチップを保持固定する固定部材１２０で外部配線との接続を行うようにしたので、比較的容易にインクジェット式記録ヘッドを製造することができる。また、駆動用ＩＣ１４０を実装することにより、容易にインクジェット式記録ヘッドを製造することができ、また、実装の省スペース化を図ることができる。さらに、固定部材１２０を流路形成基板１０の線膨張係数と近似する線膨張係数を有する材質で形成したことにより、環境温度が変化しても圧電素子に余計な応力を発生させることがない。
【００６１】
（実施形態２）
図６に、実施形態２に係るインクジェット式記録ヘッドの断面を示す。本実施形態は、駆動用ＩＣ１４０の固定部材１２０の配線パターンとの接続をワイヤボンディングではなく、バンプを介して行うようにした以外は、上述した実施形態と同様である。すなわち、本実施形態では、図６に示すように、駆動用ＩＣ１４０Ａは配線用のバンプ１４１を有し、固定部材１２０の配線パターン１３０のＩＣ配線部１３２に直接、熱圧着、超音波圧着等により接合することにより実装することができる。なお、配線部１３２側にバンプを設けてもよく、勿論、駆動用ＩＣの実装方法は、これらに限定されないことは言うまでもない。
【００６２】
（実施形態３）
図７は、実施形態３に係るインクジェット式記録ヘッドの断面図である。本実施形態では、図７に示すように、圧電素子３００は、基本的には圧力発生室１２に対向する領域に設けられ、ノズル開口１７とは反対側の端部からインク供給口１５に対向する領域まで延設されている。また、固定部材１２０Ａの圧電素子３００の端部近傍に対応する領域には、幅方向に並設された複数の圧力発生室１２に亘って、貫通溝１２６が形成されている。そして、上電極膜８０のノズル開口１７とは反対側の端部近傍と、固定部材１２０Ａの上面に設けられたＩＣ配線部１３２とをこの貫通溝１２６を介してワイヤボンディングによって形成された連結配線１４６で接続して、圧電素子３００と駆動用ＩＣ１４０とを接続するようにした以外、実施形態１と同様である。
【００６３】
このような構成では、固定部材１２０Ａに貫通溝１２６を設けるようにしたので、上電極膜８０とＩＣ配線部１３２とを接続する連結配線１４６をワイヤボンディングで形成することができ、圧電素子３００と駆動用ＩＣ１４０とを比較的容易に接続することができる。また、勿論、上述の実施形態と同様に、駆動用ＩＣの実装の省スペース化を図ることができる。
【００６４】
なお、本実施形態では、連結配線１４６を設けるために、固定部材１２０Ａに複数の圧力発生室１２に亘って貫通溝１２６を設けるようにしたが、これに限定されず、例えば、各圧力発生室１２毎に独立した貫通孔としてもよい。また、その大きさも、特に限定されず、少なくともワイヤボンディング１４６を形成可能な大きさであればよい。
【００６５】
（実施形態４）
図８は、実施形態４に係るインクジェット式記録ヘッドの断面図である。本実施形態では、図８に示すように、固定部材１２０Ｂの圧電素子３００側の開口部分に、各圧電素子３００に対応して配線パターン１３０Ａが形成され、この配線パターン１３０Ａと上電極膜８０とが異方性導電接着剤１３５を介して接合されている。そして、配線パターン１３０ＡとＩＣ配線部１３２とを接続する連結配線１４６Ａを固定部材１２０Ｂの圧電素子３００とは反対側の表面及び貫通溝１２６Ａの内面とに設けられた薄膜で形成するようにした以外は、実施形態３と同様である。この連結配線１４６Ａの材質は、特に限定されず、導電性を有する材料であればよいが、例えば、本実施形態では、Ａｕ及びＴｉを用いて、二層構造の配線とした。
【００６６】
また、このような貫通溝１２６Ａ及び連結配線１４６Ａの形成方法としては、特に限定されないが、本実施形態では、以下の方法で形成した。なお、図９は、貫通溝及び駆動用配線の製造工程を示す圧力発生室１２の長手方向の要部断面図であり、図１０は、図９のＡ−Ａ’断面図である。まず、図９（ａ）に示すように、固定部材１２０Ｂの圧電素子３００側に配線パターン１３０Ａを設ける。そして、この配線パターン１３０Ａに対応する領域の固定部材１２０Ｂを、上述した圧力発生室１２の形成と同様に、圧電素子３００とは反対側の面から異方性エッチングによって貫通溝１２６Ａを形成する。このとき、貫通溝１２６Ａの連結配線１４６Ａが形成される面が傾斜面１２７となるようにエッチングする。
【００６７】
次いで、図９（ｂ）に示すように、固定部材１２０Ｂの表面及び貫通溝１２６Ａの傾斜面１２７に、例えば、スパッタリングにより、連結配線１４６Ａを構成する配線膜１４７を略一様の厚さで成膜する。次いで、図９（ｃ）及び図１０に示すように、配線膜１４７をパターニングして、各圧電素子３００毎に独立して配線パターン１３０ＡとＩＣ配線部１３２とを接続する連結配線１４６Ａを形成する。
【００６８】
このように、貫通溝１２６Ａに傾斜面１２７を設けて、連結配線１４６Ａとなる配線膜１４７を成膜してパターニングすることにより、貫通溝１２６Ａの内面にも容易に連結配線１４６Ａを形成することができる。したがって、記録ヘッドの製造工程を簡略化することができ、製造効率を向上することができる。なお、本実施形態では、この連結配線１４６ＡとＩＣ配線部１３２とを別部材として形成したが、これに限定されず、例えば、連結配線１４６Ａの端部がＩＣ配線部１３２を兼ねるようにしてもよい。
【００６９】
（実施形態５）
図１１は、実施形態５に係るインクジェット式記録ヘッドの要部断面図である。本実施形態は、流路形成基板１０の圧電素子３００側に接合される接合部材として、固定部材１２０ではなく、リザーバの少なくとも一部を構成する空間を有するリザーバ形成基板１９０が接合され、このリザーバ形成基板１９０の圧電素子３００とは反対側の領域に駆動用集積回路１４０を設けた例である。詳しくは、図１１に示すように、本実施形態の流路形成基板１０には、圧力発生室１２と、リザーバ形成基板１９０のリザーバ部１９１に連通して各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１９５の一部を構成する連通部１９とが形成され、この連通部１９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口１５Ａを介して一定の流路抵抗となるように連通されている。
【００７０】
この流路形成基板１０の圧電素子３００側には、リザーバ形成基板１９０と封止板２００とが接合されている。リザーバ形成基板１９０は、リザーバ１９５の少なくとも一部を構成するリザーバ部１９１を有し、流路形成基板１０の連通部１９と連通されてリザーバ１９５を構成し、一方面を封止板２００によって封止されている。なお、リザーバ１９５に対向する領域の封止板２００は他の部分の厚さよりも薄く形成されて可撓性を有する可撓部１９５ａとなっており、この可撓部１９５ａが変形することにより、リザーバ１９５の内部圧力の変化を吸収する。また、本実施形態では、この封止板２００は、リザーバ形成基板１９０のリザーバ１９５に対応する領域近傍のみに形成されており、他の部分はリザーバ形成基板１９０の表面が露出されている。また、リザーバ１９５には、封止板２００及びリザーバ形成基板１９０を貫通して形成されたインク導入口２０１及びインク導入路１９２によって外部と連通されており、これらインク導入口２０１及びインク導入路１９２を介して外部からインクが供給される。
【００７１】
一方、リザーバ形成基板１９０の圧電素子３００に対向する領域には、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を確保した状態で、その空間を密封可能な圧電素子保持部１９３が設けられ、圧電素子３００の少なくとも圧電体能動部３２０は、この圧電素子保持部１９３内に密封されている。また、リザーバ形成基板１９０には、上述した固定部材１２０の場合と同様に、圧電素子３００の上電極膜８０に対向する領域に、圧力発生室１２の列に亘って延びる貫通溝１９４が形成されている。そして、各圧電素子３００の上電極膜８０からリザーバ形成基板１９０上に設けられたＩＣ配線部１３２に、貫通溝１９４を介してワイヤボンディングによって連結配線１４６が延設されている。
【００７２】
このように、流路形成基板１０に接合されたリザーバ形成基板１９０上に、駆動用集積回路１４０を実装して、圧電素子３００と接続すると共に外部配線との接続を行うことにより、上述の実施形態と同様に、容易にインクジェット式記録ヘッドを構成することができ、また、実装の省スペース化を図ることができる。なお、本実施形態では、連結配線１４６をワイヤボンディングによって形成するようにしたが、これに限定されず、例えば、実施形態４と同様に、ＩＣ配線部と配線パターンとの間に薄膜からなる連結配線を形成するようにしてもよい。また、このような薄膜からなる連結配線を用いる場合には、例えば、図１２に示すように、配線パターンを設けずに、連結配線１４６Ａを上電極膜８０に直接接合するようにしてもよい。
【００７３】
（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態を説明したが、インクジェット式記録ヘッドの基本的構成は上述したものに限定されるものではない。例えば、上述の実施形態では、流路形成基板１０に接合される接合部材である固定部材又はリザーバ形成基板上に駆動用集積回路を搭載するようにしたが、これに限定されず、例えば、これらの接合部材上に直接駆動回路を形成するようにしてもよい。これにより、駆動用集積回路を別に実装する必要がなくなり、製造コストをさらに低減することができる。
【００７４】
また、例えば、上述の実施形態では、接合部材内に駆動用配線を設けるようにしたが、これに限定されず、例えば、接合部材の外面に駆動用配線を延設するようにしてもよい。何れにしても、接合部材上に駆動用集積回路を実装することにより、あるいは駆動回路を形成することにより、ヘッドの小型化、高密度化を実現することができる。また、例えば、上述の各実施形態では、接合部材上に、駆動用集積回路を実装するようにしたが、これに限定されず、例えば、駆動用集積回路を実装せずに、フレキシブルケーブル等の外部配線等と接続するようにしてもよい。このような構成によっても、流路形成基板等の寸法を小さくすることができ、記録ヘッドを小型化することができる。さらに、例えば、上述した実施形態１〜４では、流路形成基板１０に圧力発生室１２と共にリザーバ１４を形成したタイプのヘッドチップを固定部材に接合するようにしたが、これに限定されず、共通インク室を別部材で形成する流路ユニットを流路形成基板１０に重ねて設けたタイプのヘッドチップを固定部材に接合するようにしてもよい。
【００７５】
このように構成した実施形態に係るヘッドチップの分解斜視図を図１３に、そのヘッドチップを用いたヘッドの断面図を図１４に示す。この実施形態では、ノズル開口１７Ａが穿設されたノズルプレート１８Ａと流路形成基板１０Ａとの間に、封止板２００、共通インク室形成板２１０、薄肉板２２０及びインク室側板２３０が挟持され、これらを貫通するように、圧力発生室１２Ａとノズル開口１７Ａとを連通するノズル連通口３１が配されている。すなわち、封止板２００、共通インク室形成板２１０および薄肉板２２０とで共通インク室３２が画成され、各圧力発生室１２Ａと共通インク室３２とは、封止板２００に穿設されたインク連通孔３３を介して連通されている。また、封止板２００には供給インク室３２に外部からインクを導入するためのインク導入孔１６Ａも穿設されている。また、薄肉板２２０とノズルプレート１８Ａとの間に位置するインク室側板２３０には各供給インク室３２に対向する位置に貫通部３５が形成されており、インク滴吐出の際に発生するノズル開口１７Ａと反対側へ向かう圧力を、薄肉板２２０が吸収するのを許容するようになっており、これにより、他の圧力発生室１２Ａに、共通インク室３２を経由して不要な正又は負の圧力が加わるのを防止することができる。なお、薄肉板２２０とインク室側板２３０とは一体に形成されてもよい。このように形成されたヘッドチップは、図８に示すように、上述した実施形態と同様に固定部材１２０に固定される。
【００７６】
以上説明した各実施形態は、成膜及びリソグラフィプロセスを応用することにより製造でき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、結晶成長により圧電体膜を形成するもの等としてもよい。また、例えば、基板をセラミックシートを積層して圧力発生室を形成するものとし、グリーンシートを貼付もしくはスクリーン印刷等により圧電体膜を形成するものとしてもよい。さらに、各種の構造のインクジェット式記録ヘッドに本発明を採用することができる。さらに、上述した各実施形態では、上電極膜を固定部材の配線パターンに直接接続したが、上電極膜に接続するリード電極を介して接続するようにしてもよい。このように、本発明は、その趣旨に反しない限り、種々の構造のインクジェット式記録ヘッドに応用することができる。
【００７７】
また、これら各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１５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１５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上を搬送されるようになっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施形態１に係るヘッドチップの分解斜視図である。
【図２】  実施形態１に係るヘッドチップの断面図である。
【図３】  実施形態１の薄膜製造工程を示す断面図である。
【図４】  実施形態１に係る記録ヘッドの分解斜視図である。
【図５】  実施形態１に係る記録ヘッドの平面図及び断面図である。
【図６】  実施形態２に係る記録ヘッドの断面図である。
【図７】  実施形態３に係る記録ヘッドの断面図である。
【図８】  実施形態４に係る記録ヘッドの断面図である。
【図９】  実施形態４に係る連結配線の製造工程を示す断面図である。
【図１０】  実施形態４に係る連結配線の製造工程を示す断面図である。
【図１１】  実施形態５に係る記録ヘッドの断面図である。
【図１２】  実施形態５に係る記録ヘッドの変形例を示す断面図である。
【図１３】  他の実施形態に係るヘッドチップの分解斜視図である。
【図１４】  他の実施形態に係る記録ヘッドの断面図である。
【図１５】  一実施形態に係る記録装置の概略図である。
【符号の説明】
１０  流路形成基板、  １２  圧力発生室、  １４  リザーバ、  １５  インク供給口、  １６  インク導入口、  １７  ノズル開口、  １８  ノズルプレート、  ５０  弾性膜、  ６０  下電極膜、  ７０  圧電体膜、  ８０  上電極膜１２０  固定部材、  １３０  配線パターン、  １４０，１４０Ａ  駆動用ＩＣ、  １６０  流路シール材、  １７０  駆動用端子、  １８０  フレキシブルプリント回路、  １９０  リザーバ形成基板、  ２００  封止板
【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】
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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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【図１４】
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【図１５】
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