JP2002292871A - 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 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 集積回路と圧電素子とを確実に接続すると共
に基板の変形及び割れを防止した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提供する。 【解決手段】 ノズル開口２１に連通する圧力発生室１
２が画成される単結晶シリコンからなる流路形成基板１
０と、該流路形成基板１０の一方面側に振動板を介して
設けられる下電極６０、圧電体層７０及び上電極８０か
らなる圧電素子３００とを具備するインクジェット式記
録ヘッドにおいて、前記流路形成基板１０の前記圧電素
子３００側に接合されて当該圧電素子３００を封止する
封止空間４３を形成する接合基板４０を具備し、この接
合基板４０と前記流路形成基板１０とを接合すると共に
前記封止空間４３を封止する接着剤として、導電フィラ
３１を含有する導電性接着剤３０を用いると共に、当該
導電性接着剤３０を介して前記圧電素子３００の個別電
極９０と前記接合基板４０の接合面側に設けられた集積
回路４１の各端子に接続された駆動系配線４２とを電気
的に接続する。

Description

【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、この振動板を介して圧電素子を設けて、圧電素子
の変位により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、特開平５−２８６１３１号公報に見られるよう
に、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。

【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】

【発明が解決しようとする課題】このようなインクジェ
ット式記録ヘッドには、圧電素子を駆動する集積回路が
一体的に設けられている。この集積回路と圧電素子の個
別電極から引き出された引き出し配線とは、ワイヤーボ
ンディング等により接続されており、接続時の加熱、あ
るいはその際に生じる振動によって基板に変形や割れが
発生してしまうという問題がある。

【０００８】また、ワイヤーボンディングによって接続
する場合、組立工程が比較的煩雑であり製造効率が低い
という問題がある。

【０００９】本発明は、このような事情に鑑み、集積回
路と圧電素子とを確実に接続すると共に基板の変形及び
割れを防止した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提供することを課題とする。

【００１０】

【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、ノズル開口に連通する圧力発生室が
画成される単結晶シリコンからなる流路形成基板と、該
流路形成基板の一方面側に振動板を介して設けられる下
電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを具備す
るインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記流路形成
基板の前記圧電素子側に接合されて当該圧電素子を封止
する封止空間を形成する接合基板を具備し、この接合基
板と前記流路形成基板とを接合すると共に前記封止空間
を封止する接着剤として、導電フィラを含有する導電性
接着剤を用いると共に、当該導電性接着剤を介して前記
圧電素子の個別電極と前記接合基板の接合面側に設けら
れた集積回路の各端子に接続された駆動系配線とが電気
的に接続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。

【００１１】かかる第１の態様では、圧電素子と集積回
路とを導電性接着剤を介して電気的に接続し、接合基板
と流路形成基板との間に導電性接着剤によって圧電素子
を封止する封止空間を形成することで、圧電素子と集積
回路とを確実に接続することができると共に圧電素子の
外部環境による劣化を防止することができる。

【００１２】本発明の第２の態様は、第１の態様におい
て、前記個別電極が、前記圧電素子の上電極から前記流
路形成基板上に引き出された引き出し電極であることを
特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。

【００１３】かかる第２の態様では、引き出し電極によ
って集積回路と圧電素子とを導電性接着剤によって確実
に接続することができる。

【００１４】本発明の第３の態様は、第１又は２の態様
において、前記封止空間を封止する領域に設けられる前
記導電性接着剤によって、前記引き出し配線と前記駆動
系配線とが電気的に接続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。

【００１５】かかる第３の態様では、引き出し配線と駆
動系配線との電気的な接続を行う導電性接着剤によって
封止空間を封止することによって、製造工程を簡略化し
て製造コストを低減することができる。

【００１６】本発明の第４の態様は、第１〜３の何れか
の態様において、前記流路形成基板上には、一端が前記
封止空間外に延設されて外部配線に接続され、他端が前
記集積回路の入力端子に接続された入力配線と前記導電
性接着剤を介して電気的に接続された信号系配線が設け
ら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。

【００１７】かかる第４の態様では、流路形成基板上に
設けられた信号系配線と入力配線とを導電性接着剤を介
して確実に接続することができる。

【００１８】本発明の第５の態様は、第４の態様におい
て、前記封止空間を封止する領域に設けられる前記導電
性接着剤によって、前記信号系配線と前記入力配線とが
電気的に接続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。

【００１９】かかる第５の態様では、信号配線と入力配
線との電気的な接続を行う導電性接着剤によって封止空
間を封止することによって、製造工程を簡略化して製造
コストを低減することができる。

【００２０】本発明の第６の態様は、第１〜５の何れか
の態様において、前記導電フィラの直径が、隣り合う前
記引き出し配線の間隔よりも小さく、且つ前記集積回路
の厚さと前記圧電素子の厚さの和よりも大きいことを特
徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。

【００２１】かかる第６の態様では、導電性接着剤によ
る引き出し配線同士の短絡を防止できると共に封止空間
内で集積回路と圧電素子との短絡を確実に防止すること
ができる。

【００２２】本発明の第７の態様は、第１〜６の何れか
の態様において、前記導電性接着剤のベース接着剤がエ
ポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリイ
ミド樹脂及びポリサルホン樹脂からなる群から選択され
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。

【００２３】かかる第７の態様では、導電性接着剤のベ
ース接着剤に所定の材料を用いることにより、流路形成
基板と接合基板とを確実に接合して、封止空間を封止す
ることができる。

【００２４】本発明の第８の態様は、第１〜７の何れか
の態様において、前記導電フィラが金、銅、銀、鉛、銀
と鉛の合金、炭素及びニッケルからなる群から選択され
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。

【００２５】かかる第８の態様では、導電フィラに所定
の材料を用いることにより、駆動系配線と引き出し配線
との電気的な導通を確実に図れる。

【００２６】本発明の第９の態様は、第１〜８の何れか
の態様において、前記圧力発生室が異方性エッチングに
より形成され、前記振動板及び前記圧電素子の各層が成
膜及びリソグラフィ法により形成されたものであること
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９の態様では、高密度のノズル開
口を有するインクジェット式記録ヘッドを大量に且つ比
較的容易に製造することができる。

【００２８】本発明の第１０の態様は、第１〜９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。

【００２９】かかる第１０の態様では、ヘッドのインク
吐出特性を向上したインクジェット式記録装置を実現で
きる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下に本発明を実施形態に基づい
て詳細に説明する。

【００３１】（実施形態１）図１は、本発明の実施形態
１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、接合基板の上面図及び流路形成基板の
上面図であり、図３は、インクジェット式記録ヘッドの
１つの圧力発生室の長手方向及び並設方向における断面
構造を示す図である。

【００３２】図示するように、流路形成基板１０は、例
えば、５０〜１５０μｍの厚さの単結晶シリコン基板か
らなり、その一方面は開口面となり、他方面には予め熱
酸化により形成した二酸化シリコンからなる、厚さ０．
１〜２μｍの弾性膜５０が形成されている。

【００３３】流路形成基板１０の開口面には、異方性エ
ッチングにより複数の隔壁１１によって区画された圧力
発生室１２が形成されている。また、各圧力発生室１２
の長手方向一端部には、後述するリザーバ形成基板のリ
ザーバ部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１００の一部を構成する連通部１３が形
成され、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。

【００３４】なお、これら連通部１３及びインク供給路
１４は、圧力発生室１２と共に異方性エッチングによっ
て形成されている。また、インク供給路１４は、圧力発
生室１２のインクの流出入を制御するためのものであ
り、圧力発生室１２及び連通部１３よりも浅く形成され
ている。

【００３５】ここで、異方性エッチングは、単結晶シリ
コン基板を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（１
１１）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１／１
８０であるという性質を利用して行われるものである。
かかる異方性エッチングにより、二つの第１の（１１
１）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。

【００３６】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１
０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。なお、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。

【００３７】この流路形成基板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、０．１〜１
ｍｍ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。

【００３８】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。

【００３９】一方、流路形成基板１０の弾性膜５０上に
は、厚さが例えば、約０．２〜０．５μｍの下電極膜６
０と、厚さが例えば、約１μｍ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を圧電素子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弾性膜とを
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。

【００４０】また、圧電素子３００の個別電極である上
電極膜８０から弾性膜５０上まで引き出し電極であるリ
ード電極９０が延設されており、このリード電極９０
は、後述する集積回路４１の各端子と電気的に接続され
ている。

【００４１】さらに、流路形成基板１０の圧電素子３０
０側、本実施形態では、弾性膜５０上には、例えば、略
球形の導電フィラ３１を含有する異方性導電接着剤から
なる異方性導電接着層３０を介して接合基板４０が接合
されている。

【００４２】この接合基板４０は、シリコン単結晶基板
からなり、圧電素子３００に対向する領域に所定の集積
回路（ＩＣ）、例えば、本実施形態では、圧電素子３０
０を駆動するための駆動回路４１が一体的に形成されて
いる。なお、この駆動回路４１は、本実施形態では、シ
リコン単結晶基板からなる接合基板４０に半導体プロセ
スによって一体的に形成された半導体集積回路である。

【００４３】この駆動回路４１と各圧電素子３００と
は、流路形成基板１０と接合基板４０とを接合する異方
性導電接着層３０を介して電気接続されている。

【００４４】具体的には、異方性導電接着層３０に含有
される導電フィラ３１が、各圧電素子３００から引き出
されたリード電極９０と駆動回路４１の各端子から接合
基板４０上に延設された駆動系配線４２との間に挟持さ
れることによって、駆動回路４１と各圧電素子３００と
が電気的に接続される。すなわち、圧電素子３００と駆
動回路４１とは、圧力発生室１２に対向する領域外で電
気的に接続されている。

【００４５】このため、導電フィラ３１の直径は、隣接
するリード電極９０同士が短絡しないように、隣り合う
リード電極９０の隙間よりも小さいことが好ましい。

【００４６】また、このような異方性導電接着層３０を
介して流路形成基板１０と接合基板４０と接合すること
により、両者の間には、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この空間を密封可能な
封止空間である圧電素子保持部４３が画成されている。
すなわち、異方性導電接着層３０に含有される導電フィ
ラ３１が流路形成基板１０と接合基板４０との間に挟持
されることにより、両者の間に所定の間隔が確保され、
圧電素子保持部４３が画成される。

【００４７】このため、導電フィラ３１の直径は、圧電
素子３００の膜厚と集積回路４１の膜厚との和よりも大
きいことが好ましい。

【００４８】すなわち、導電フィラ３１の直径ｒは、集
積回路４１の膜厚ｔ１と圧電素子３００の膜厚ｔ２との
和よりも大きく、且つ隣接するリード電極９０の間隔ｗ
よりも小さいことが好ましい。具体的には、導電フィラ
３１の直径ｒが下記式（１）の関係を満たしていること
が好ましい。

【００４９】

【数１】 （ｔ１＋ｔ２＋２［μｍ］）＜ｒ＜（ｗ−２［μｍ］） （１）

【００５０】本実施形態では、駆動回路４１の膜厚ｔ１
が１．５μｍであり、圧電素子３００の膜厚ｔ２が１．
５μｍであり、隣り合うリード電極９０の隙間ｗが１５
μｍであるため、導電フィラ３１の直径ｒは５μｍより
も大きく、１３μｍよりも小さいことが好ましい。

【００５１】また、このような導電フィラ３１は、導電
性の高い材料であれば特に限定されず、例えば、金、
銅、銀、鉛、銀と鉛の合金、炭素及びニッケル等を挙げ
ることができる。

【００５２】さらに、異方性導電接着層３０のベース接
着剤は、特に限定されず、例えば、エポキシ樹脂、ポリ
エステル樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂及びポリ
サルホン樹脂等の接着剤を挙げることができる。

【００５３】また、流路形成基板１０の圧電素子３００
の並設方向の一端部近傍には、圧電素子保持部４３の内
側に形成された下電極膜６０から所定幅で延設され、Ｆ
ＰＣ等の外部配線１１０と接続される接続部６１が設け
られている。

【００５４】さらに、この下電極膜６０の接続部６１に
近接して、外部配線１１０と接続される複数の信号系配
線９１が設けられている。具体的には、この信号系配線
９１の一端部は、圧電素子保持部４３内側に位置し、他
端部が流路成基板１０の端部近傍まで延設され、この他
端部近傍で異方性導電材（ＡＦＣ）等からなる接続層９
２を介して外部配線１１０が接続されている。また、信
号系配線９１の一端部近傍には、駆動回路４１の入力端
子から接合基板４０上に延設される外部入力配線４４が
電気的に接続されている。すなわち、この信号系配線９
１の一端部近傍と外部入力配線４４とは、駆動系配線４
２とリード電極９０との電気的な接続と同様に、信号系
配線９１上に設けられた導電フィラ３１を含有する異方
性導電接着層３０によって電気的に接続されている。そ
して、これら信号系配線９１、異方性導電接着層３０及
び外部入力配線４４を介して外部配線１１０から駆動回
路４１に圧電素子３００を駆動するための駆動信号等が
供給される。

【００５５】以上説明したように、本実施形態では、圧
電素子３００の上電極膜６０からの引き出し配線である
リード電極９０と駆動回路４１の各端子と接続された駆
動系配線４２とを、接合基板４０と流路形成基板１０と
を接合する接着剤である異方性導電接着層３０によって
電気的に接続するようにしたので、配線を簡略化できる
と共に確実に接続することができる。また、各配線を異
方性導電接着層３０によって接続することにより、圧電
素子３００の繰り返し駆動に対する耐久性を向上するこ
とができる。

【００５６】また、流路形成基板１０と接合基板４０の
圧電素子保持部４３を設けて圧電素子３００を外部環境
と遮断しているため、大気中の水分等の外部環境による
圧電素子３００の破壊を防止することができ、耐環境性
を向上することができる。さらに、圧電素子３００と同
様に、駆動回路４１もこの圧電素子保持部４３に封止さ
れるため、駆動回路４１を遮光することができる。

【００５７】さらに、本実施形態では、圧電素子３００
から弾性膜５０上までリード電極９０を延設し、インク
供給路１４に対応する領域で、リード電極９０と駆動系
配線４２とを接続するようにしたので、接合基板４０を
接合する際、この接合基板４０の荷重が、直接圧電素子
３００や振動板腕部にかかることがなく、圧電素子３０
０及び振動板の破損を確実に防止することができる。

【００５８】また、流路形成基板１０の連通部１３に対
向する領域には、リザーバ１００の少なくとも一部を構
成するリザーバ部１３１を有するリザーバ形成基板１３
０が接合されている。このリザーバ部１３１は、本実施
形態では、リザーバ形成基板１３０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いる。そ
して、このリザーバ部１３１が、弾性膜５０及び下電極
膜６０を貫通して設けられる貫通孔５１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
の共通のインク室となるリザーバ１００が構成されてい
る。

【００５９】このようなリザーバ形成基板１３０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。これにより、熱硬
化性の接着剤を用いた高温での接着であっても両者を確
実に接着することができる。したがって、製造工程を簡
略化することができる。

【００６０】また、リザーバ形成基板１３０には、封止
膜１４１及び固定板１４２とからなるコンプライアンス
基板１４０が接合されている。ここで、封止膜１４１
は、剛性が低く可撓性を有する材料（例えば、厚さが６
μｍのポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）フィルム）
からなり、この封止膜１４１によってリザーバ部１３１
の一方面が封止されている。また、固定板１４２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１４２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１４３となっているため、リザーバ１０
０の一方面は可撓性を有する封止膜１４１のみで封止さ
れ、内部圧力の変化によって変形可能な可撓部１４５と
なっている。

【００６１】また、このリザーバ１００の長手方向略中
央部外側のコンプライアンス基板１４０上には、リザー
バ１００にインクを供給するためのインク導入口１４４
が形成されている。さらに、リザーバ形成基板１３０に
は、インク導入口１４４とリザーバ１００の側壁とを連
通するインク導入路１３６が設けられている。

【００６２】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、図示しない外部インク供給手段と接続し
たインク導入口１４４からインクを取り込み、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、駆動回路４１からの記録信号に従い、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との間に電圧を印加し、弾性膜５０、下電極膜６０
及び圧電体層７０をたわみ変形させることにより、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。

【００６３】ここで、本実施形態のインクジェット式記
録ヘッドの製造工程について説明する。なお、図４〜図
６は、圧力発生室１２の長手方向の断面図である。

【００６４】まず、図４（ａ）に示すように、流路形成
基板１０となる単結晶シリコン基板のウェハを約１１０
０℃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。

【００６５】次に、図４（ｂ）に示すように、弾性膜５
０上の全面にスパッタリングで下電極膜６０を形成する
と共に、所定形状にパターニングする。すなわち、パタ
ーニングにより、下電極膜６０を基本的には圧電素子保
持部４３が画成される領域内に形成すると共に所定の幅
で接続部６１（図示なし）を形成する。

【００６６】この下電極膜６０の材料としては、白金等
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層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
層７０としてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いた
場合には、酸化鉛の拡散による導電性の変化が少ないこ
とが望ましく、これらの理由から白金、イリジウム又は
それらの複層膜が好適である。

【００６７】次に、図４（ｃ）に示すように、下電極膜
６０上に圧電体層７０を成膜する。例えば、本実施形態
では、金属有機物を触媒に溶解・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層７０を得る、いわゆるゾル
−ゲル法を用いて形成した。圧電体層７０の材料として
は、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。なお、この圧電体層７０の
成膜方法は、特に限定されず、例えば、スパッタリング
法又はＭＯＤ法（有機金属熱塗布分解法）等のスピンコ
ート法により成膜してもよい。

【００６８】さらに、ゾル−ゲル法又はスパッタリング
法もしくはＭＯＤ法等によりチタン酸ジルコン酸鉛の前
駆体膜を形成後、アルカリ水溶液中での高圧処理法にて
低温で結晶化させる方法を用いてもよい。

【００６９】何れにしても、このように成膜された圧電
体層７０は、バルクの圧電体とは異なり結晶が優先配向
しており、且つ本実施形態では、圧電体層７０は、結晶
が柱状に形成されている。なお、優先配向とは、結晶の
配向方向が無秩序ではなく、特定の結晶面がほぼ一定の
方向に向いている状態をいう。また、結晶が柱状の薄膜
とは、略円柱体の結晶が中心軸を厚さ方向に略一致させ
た状態で面方向に亘って集合して薄膜を形成している状
態をいう。勿論、優先配向した粒状の結晶で形成された
薄膜であってもよい。なお、このように薄膜工程で製造
された圧電体層の厚さは、一般的に０．２〜５μｍであ
る。

【００７０】次に、図４（ｄ）に示すように、圧電体層
７０上に上電極膜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、アルミニウム、金、ニッ
ケル、白金、イリジウム等の多くの金属や、導電性酸化
物等を使用できる。本実施形態では、白金をスパッタリ
ングにより成膜している。

【００７１】次に、図５（ａ）に示すように、圧電体層
７０及び上電極膜８０のみをエッチングして圧電素子３
００のパターニングを行う。また、本実施形態では、同
時に弾性膜５０の連通部１３に対向する領域をエッチン
グすることにより連通孔５１を形成した。

【００７２】次に、図５（ｂ）に示すように、リード電
極９０となる材料を、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毎にリード電極９０
と、信号系配線９１をパターニングにより形成する。

【００７３】次に、図５（ｃ）に示すように、流路形成
基板１０を異方性エッチングすることにより、圧力発生
室１２、インク供給路１４、連通部１３を形成する。

【００７４】次に、図５（ｄ）に示すように、弾性膜５
０上のリード電極９０及び信号系配線９１上となる位置
に、導電フィラ３１を有する異方性導電接着層３０の材
料である異方性導電接着剤３０Ａを所定量塗布する。

【００７５】次に、図６に示すように、流路形成基板１
０上に異方性導電接着剤３０Ａで形成された異方性導電
接着層３０を介して駆動回路４１及び各配線が形成され
た接合基板４０を接合する。すなわち、接合基板４０に
流路形成基板１０側に向かって所定の荷重をかけること
で、異方性導電接着剤３０Ａに含有される導電フィラ３
１をリード電極９０と駆動回路４１の各駆動系配線４２
との間に挟持させ、異方性導電接着剤３０Ａを硬化させ
ることで異方性導電接着層３０を形成すると共に両者を
電気的に接続する。また、同様に、流路形成基板１０上
に設けられた信号系配線９１と駆動回路４１の外部入力
配線４４とが異方性導電接着層３０を介して電気的に接
合される。また同時に、圧電素子３００に対向する領域
に圧電素子保持部４３が画成される。

【００７６】また、接合基板４０の接合を、窒素ガス、
アルゴンガス等の不活性ガス中で行うことにより、圧電
素子保持部４３内が２５℃で湿度５％ＲＨ以下（好まし
くは１％ＲＨ以下）となり、圧電素子３００の水分によ
る駆動耐久性の劣化を防止することができる。

【００７７】このように、異方性導電接着層３０を介し
て流路形成基板１０と接合基板４０とを接着することに
より、両者の間に圧電素子を封止する圧電素子保持部４
３を形成すると共に、この異方性導電接着層３０によっ
て駆動回路４１と各圧電素子３００又は外部配線１１０
とを電気的に接続したため、圧電素子３００を封止する
封止板と駆動回路を有する回路基板とを別々に設ける必
要が無く、部品点数を減らして製造工程を簡略化すると
共に製造コストを低減することができる。

【００７８】また、異方性導電接着層３０によって各配
線を接続することにより、配線の接続時に加熱の必要が
なく、また振動が生じることがないため、基板に変形や
割れ等が発生するのを防止することができる。

【００７９】その後、流路形成基板１０の開口面側にノ
ズル開口２１が穿設されたノズルプレート、リザーバ形
成基板１３０及びコンプライアンス基板１４０を接合す
る。

【００８０】なお、以上説明した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毎に分割し、流路
形成基板１０上の下電極膜６０の接続部６１及び信号系
配線９１に異方性導電材（ＡＣＦ）等からなる接続層９
２を介してＦＰＣ等の外部配線１１０を接続することで
インクジェット式記録ヘッドとする。

【００８１】（他の実施形態）以上、本発明の各実施形
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。

【００８２】例えば、上述した実施形態１では、圧電素
子保持部４３を封止する異方性導電接着層３０によっ
て、同時にリード電極９０と駆動系配線４１又は信号系
配線９１と外部入力配線４４とを電気的に接続するよう
にしたが、圧電素子保持部４３の封止と各配線の接続と
を、それぞれ別々に設けた異方性導電接着層によって行
うようにしてもよい。

【００８３】また、例えば、上述の実施形態１では、異
方性導電接着層３０を介して接合基板４０を接合するこ
とにより、圧電素子保持部４３の封止を行ったが、接合
基板４０に圧電素子保持部４３とヘッド外部空間をつな
ぐ様な貫通孔を設け、接合基板４０を接着後、ヘッド外
部空間及び圧電素子保持部４３を真空排気し、水分を２
５℃で１％ＲＨ以下にした後、窒素又はアルゴンガス等
の不活性ガスを導入し、その状態で上述の貫通孔を接着
剤等で塞ぐことによって封止を行うようにしてもよい。

【００８４】また、例えば、上述の実施形態１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。

【００８５】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７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。

【００８６】図７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１
Ｂ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。

【００８７】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に巻き掛けられて搬送されるように
なっている。

【００８８】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、導電性
接着剤を介して圧電素子が形成された流路形成基板と、
圧電素子に対向する領域に集積回路を一体的に形成した
接合基板とを接合すると共に圧電素子の引き出し配線と
集積回路の各端子とを電気的に接続するようにしたた
め、接続の耐久性が向上すると共に接続時の加熱の必要
がないため基板の変形による破損を防止することができ
る。

【００８９】また、接合基板は、圧電素子の封止板と集
積回路基板とを兼用するため、配線及び封止工程が簡略
化されて、製造コストを低減することができる。

【００９０】さらに、インクジェット式記録ヘッドを小
型化できると共に高密度化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの概略を示す分解斜視図である。

【図２】本発明の実施形態１に係る接合基板の上面図及
び流路形成基板の上面図である。

【図３】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの圧力発生室の長手方向及び並設方向の断面図
である。

【図４】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの製造工程を示す断面図である。

【図５】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの製造工程を示す断面図である。

【図６】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの製造工程を示す断面図である。

【図７】本発明の一実施形態に係るインクジェット式記
録装置の概略図である。

【符号の説明】

１０ 流路形成基板 １１ 隔壁 １２ 圧力発生室 １３ リザーバ １４ インク供給路 ２０ ノズルプレート ２１ ノズル開口 ３０ 異方性導電接着層 ３０Ａ 異方性導電接着剤 ３１ 導電フィラ ４０ 接合基板 ４１ 駆動回路 ４２ 駆動系配線 ４３ 圧電素子保持部 ４４ 外部入力配線 ５０ 弾性膜 ６０ 下電極膜 ７０ 圧電体層 ８０ 上電極膜 ９０ リード電極 ９１ 信号系配線 ９２ 接続層 １００ リザーバ １１０ 外部配線 １３０ リザーバ形成基板 １４０ コンプライアンス基板 ３００ 圧電素子

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ノズル開口に連通する圧力発生室が画成
   される単結晶シリコンからなる流路形成基板と、該流路
   形成基板の一方面側に振動板を介して設けられる下電
   極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを具備する
   インクジェット式記録ヘッドにおいて、 前記流路形成基板の前記圧電素子側に接合されて当該圧
   電素子を封止する封止空間を形成する接合基板を具備
   し、この接合基板と前記流路形成基板とを接合すると共
   に前記封止空間を封止する接着剤として、導電フィラを
   含有する導電性接着剤を用いると共に、当該導電性接着
   剤を介して前記圧電素子の個別電極と前記接合基板の接
   合面側に設けられた集積回路の各端子に接続された駆動
   系配線とが電気的に接続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。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記個別電極が、前
   記圧電素子の上電極から前記流路形成基板上に引き出さ
   れた引き出し電極であることを特徴とするインクジェッ
   ト式記録ヘッド。
3. 【請求項３】 請求項１又は２において、前記封止空間
   を封止する領域に設けられる前記導電性接着剤によっ
   て、前記引き出し配線と前記駆動系配線とが電気的に接
   続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。
4. 【請求項４】 請求項１〜３の何れかにおいて、前記流
   路形成基板上には、一端が前記封止空間外に延設されて
   外部配線に接続され、他端が前記集積回路の入力端子に
   接続された入力配線と前記導電性接着剤を介して電気的
   に接続された信号系配線が設けら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。
5. 【請求項５】 請求項４において、前記封止空間を封止
   する領域に設けられる前記導電性接着剤によって、前記
   信号系配線と前記入力配線とが電気的に接続されている
   ことを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
6. 【請求項６】 請求項１〜５の何れかにおいて、前記導
   電フィラの直径が、隣り合う前記引き出し配線の間隔よ
   りも小さく、且つ前記集積回路の厚さと前記圧電素子の
   厚さの和よりも大きいことを特徴とするインクジェット
   式記録ヘッド。
7. 【請求項７】 請求項１〜６の何れかにおいて、前記導
   電性接着剤のベース接着剤がエポキシ樹脂、ポリエステ
   ル樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂及びポリサルホ
   ン樹脂からなる群から選択されることを特徴とするイン
   クジェット式記録ヘッド。
8. 【請求項８】 請求項１〜７の何れかにおいて、前記導
   電フィラが金、銅、銀、鉛、銀と鉛の合金、炭素及びニ
   ッケルからなる群から選択されることを特徴とするイン
   クジェット式記録ヘッド。
9. 【請求項９】 請求項１〜８の何れかにおいて、前記圧
   力発生室が異方性エッチングにより形成され、前記振動
   板及び前記圧電素子の各層が成膜及びリソグラフィ法に
   より形成されたものであることを特徴とするインクジェ
   ット式記録ヘッド。
10. 【請求項１０】 請求項１〜９の何れかのインクジェッ
    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。