JP2016168817A - ヘッド及び液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ピエゾ素子の変位を阻害せず、電気的な破壊からピエゾ素子を保護して信頼性が向上したヘッド及び液体噴射装置を提供する。【解決手段】液体を噴射するノズル２１に連通する圧力発生室１２が設けられた流路形成基板１０と、該流路形成基板１０の一方面側に設けられた第１電極６０、該第１電極６０上に設けられた圧電体層７０及び該圧電体層７０上に設けられた第２電極８０を有するピエゾ素子３００と、前記流路形成基板１０の前記一方面側に接着層３５によって接合されて、前記ピエゾ素子３００を駆動する駆動回路３１が設けられた駆動回路基板３０と、を備え、前記ピエゾ素子３００と前記駆動回路３１とは、前記流路形成基板１０及び前記駆動回路基板３０の何れか一方に設けられたバンプ３２によって電気的に接続されており、前記バンプ３２及び前記接着層３５は、前記ピエゾ素子３００の前記圧電体層７０の上方に設けられている。【選択図】 図５

Description

本発明は、液体を噴射するヘッドと、ヘッドを具備する液体噴射装置に関し、特に液体としてインクを噴射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に関する。

ピエゾインクジェット方式（ｐｉｅｚｏ ｉｎｋ ｊｅｔ ｓｙｓｔｅｍ）は、ピエゾ素子に電圧を加えて変形させることでインクの液滴を吐出させる、オンデマンド形のインクジェット印刷システム、である（ＪＩＳ Ｚ８１２３−１：２０１３）。

パーマネントヘッド（ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｈｅａｄ）とは、インクの液滴を連続的又は断続的に生成する、プリンター本体の機械部又は電気部、である（ＪＩＳ Ｚ８１２３−１：２０１３）。

ピエゾインクジェット方式に用いるパーマネントヘッド（以下、「ヘッド」（ｈｅａｄ）という）は、液滴を噴射するノズルに連通する圧力発生室が形成された流路形成基板と、流路形成基板の一方面側に設けられたピエゾ素子と、流路形成基板のピエゾ素子側に接合されて、ピエゾ素子を駆動する駆動回路が設けられた駆動回路基板と、を具備し、ピエゾ素子を駆動回路によって駆動することによって圧力発生室内の液体に圧力変化を生じさせることで、ノズルから液滴を噴射する。

このようなピエゾ素子としては、流路形成基板上に成膜及びリソグラフィー法によって形成した薄膜形のものが提案されている。このように薄膜形のピエゾ素子を用いることで、ピエゾ素子を高密度に配置することが可能となる反面、高密度に配置したピエゾ素子と駆動回路との電気的な接続が困難になる。

このため、駆動回路基板にバンプを設け、駆動回路とピエゾ素子とをバンプを介して電気的に接続したものが提案されている（例えば、特許文献１等参照）。

このように駆動回路とピエゾ素子との接続にバンプを用いることで、高密度に配置したピエゾ素子と駆動回路とを確実に且つ低コストで接続することができる。

なお、駆動回路基板と流路形成基板とは、バンプの周囲に設けられた接着層で接合されている。バンプ及び接着層は、一定の高さを有しており、駆動回路基板と流路形成基板との間にピエゾ素子が収容される程度の空間である保持部を形成している。

特開２０１４−５１００８号公報

しかしながら、保持部に十分な高さがないと、ピエゾ素子が変位して駆動回路基板に接触し、ピエゾ素子の変位が阻害される虞がある。また、保持部の高さを充分に確保するために、バンプや接着層をより高く形成することも考えられるが、強度を保持するのが困難でありバンプや接着層の高さには限界がある。

さらに、保持部の高さを確保するために、バンプや接着層をより高く形成するためには、バンプ及び接着層の幅も広げる必要があり、バンプ及び接着層を配置するスペースが必要となって大型化してしまうという問題がある。

また、保持部に十分な高さがないと、駆動回路基板及び流路形成基板のそれぞれに設けられた配線間に生じた電位差で放電が生じ、駆動回路やピエゾ素子が破壊される虞がある。

なお、このような問題はインクジェット式記録ヘッドだけではなく、インク以外の液体を噴射するヘッドにおいても同様に存在する。

本発明はこのような事情に鑑み、ピエゾ素子の変位を阻害せず、電気的な破壊からピエゾ素子を保護して信頼性が向上したヘッド及び液体噴射装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の態様は、液体を噴射するノズルに連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に設けられた第１電極、該第１電極上に設けられた圧電体層及び該圧電体層上に設けられた第２電極を有するピエゾ素子と、前記流路形成基板の前記一方面側に接着層によって接合されて、前記ピエゾ素子を駆動する駆動回路が設けられた駆動回路基板と、を備え、前記ピエゾ素子と前記駆動回路とは、前記流路形成基板及び前記駆動回路基板の何れか一方に設けられたバンプによって電気的に接続されており、前記バンプ及び前記接着層は、前記ピエゾ素子の前記圧電体層の上方に設けられていることを特徴とするヘッドにある。
かかる態様では、バンプ及び接着層を圧電体層の上方に設けることで、流路形成基板と駆動回路基板との間隔を広げることができる。これにより、ピエゾ素子が変位した際に駆動回路基板に接触するのを抑制することができる。また、バンプ及び接着層を高くすることなく、流路形成基板と駆動回路基板との間隔を広げることができるため、バンプ及び接着層を高くするために幅を広げる必要が無く、小型化を図ることができる。さらに、流路形成基板と駆動回路基板との間隔を広げることができるため、駆動回路基板及び流路形成基板のそれぞれに設けられた配線間に生じた電位差で放電が生じるのを抑制して、駆動回路やピエゾ素子が破壊されるのを抑制することができる。

ここで、前記バンプが設けられる前記圧電体層上には、前記第１電極、前記第２電極、及び、前記第１電極又は前記第２電極から引き出された引き出し配線が設けられており、前記バンプと前記第１電極、前記第２電極、及び、前記第１電極又は前記第２電極から引き出された引き出し配線とが電気的に接続されていることが好ましい。これにより、駆動回路とピエゾ素子とをバンプによって確実に接続することができる。

また、前記接着層が感光性樹脂で形成されていることが好ましい。これによれば、接着層を所定形状に容易に且つ高精度に形成することができる。

また、前記バンプは、弾性を有するコア部と、該コア部の表面に設けられた金属膜とを有することが好ましい。これによれば、流路形成基板や駆動回路基板に反りやうねりがあっても、バンプのコア部が変形することによってバンプとピエゾ素子とを確実に接続することができる。

また、本発明の他の態様は、液体を噴射するノズルに連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に設けられた第１電極、該第１電極上に設けられた圧電体層及び該圧電体層上に設けられた第２電極を有するピエゾ素子と、前記流路形成基板の前記一方面側に接着層によって接合されて、前記ピエゾ素子を駆動する駆動回路が設けられた駆動回路基板と、を備え、前記ピエゾ素子と前記駆動回路とは、前記流路形成基板及び前記駆動回路基板の何れか一方に設けられたバンプによって電気的に接続されており、前記バンプ及び前記接着層は、前記流路形成基板の前記一方面側の同一平面上に設けられていることを特徴とするヘッドにある。
かかる態様では、流路形成基板の一方面側において、バンプと接着剤とを同一平面上に設けることで、比較的小さな荷重で確実に電気的に接続することができ、流路形成基板の荷重による変形、破損を抑制することができる。また、電気的な接続の長期信頼性を向上することができる。

さらに、本発明の他の態様は、上記態様の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。
かかる態様では、ピエゾ素子の変位が妨げられるのを抑制して、破壊を抑制した液体噴射装置を実現できる。

実施形態１に係るヘッドの分解斜視図である。 実施形態１に係るヘッドの平面図である。 実施形態１に係る流路形成基板の要部平面図である。 実施形態１に係るヘッドの断面図である。 実施形態１に係るヘッドの要部を拡大した断面図である。 実施形態１に係る駆動回路基板の平面図である。 実施形態１に係るヘッドの比較例を示す断面図である。 他の実施形態に係るヘッドの要部を拡大した断面図である。 一実施形態に係る記録装置の概略図である。

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、本発明の実施形態１に係るヘッドの一例であ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、インクジェット式記録ヘッドの平面図である。また、図３は、流路形成基板の平面図であり、図４は、図２のＡ−Ａ′線断面図であり、図５は、図３の要部を拡大した断面図である。

図示するように、本実施形態のヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッド１は、流路形成基板１０、連通板１５、ノズルプレート２０、駆動回路基板３０、コンプライアンス基板４５等の複数の部材を備える。

流路形成基板１０は、ステンレス鋼やＮｉなどの金属、ＺｒＯ_２あるいはＡｌ_２Ｏ_３を代表とするセラミック材料、ガラスセラミック材料、ＭｇＯ、ＬａＡｌＯ_３のような酸化物などを用いることができる。本実施形態では、流路形成基板１０は、シリコン単結晶基板からなる。この流路形成基板１０には、図４及び図５に示すように、一方面側から異方性エッチングすることにより、複数の隔壁によって区画された圧力発生室１２がインクを吐出する複数のノズル２１が並設される方向に沿って並設されている。以降、この方向を圧力発生室１２の並設方向、又は第１の方向Ｘと称する。また、流路形成基板１０には、圧力発生室１２が第１の方向Ｘに並設された列が複数列、本実施形態では、２列設けられている。この圧力発生室１２が第１の方向Ｘに沿って形成された圧力発生室１２の列が複数列設された列設方向を、以降、第２の方向Ｙと称する。さらに、第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙの双方に交差する方向を本実施形態では、第３の方向Ｚと称する。なお、本実施形態では、各方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の関係を直交とするが、各構成の配置関係が必ずしも直交するものに限定されるものではない。

また、流路形成基板１０には、圧力発生室１２の第２の方向Ｙの一端部側に、当該圧力発生室１２よりも開口面積が狭く、圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を付与する供給路等が設けられていてもよい。

また、流路形成基板１０の一方面側（積層方向であって−Ｚ方向）には、連通板１５とノズルプレート２０とが順次積層されている。すなわち、流路形成基板１０の一方面に設けられた連通板１５と、連通板１５の流路形成基板１０とは反対面側に設けられたノズル２１を有するノズルプレート２０と、を具備する。

連通板１５には、圧力発生室１２とノズル２１とを連通するノズル連通路１６が設けられている。連通板１５は、流路形成基板１０よりも大きな面積を有し、ノズルプレート２０は流路形成基板１０よりも小さい面積を有する。このように連通板１５を設けることによってノズルプレート２０のノズル２１と圧力発生室１２とを離せるため、圧力発生室１２の中にあるインクは、ノズル２１付近のインクで生じるインク中の水分の蒸発による増粘の影響を受け難くなる。また、ノズルプレート２０は圧力発生室１２とノズル２１とを連通するノズル連通路１６の開口を覆うだけで良いので、ノズルプレート２０の面積を比較的小さくすることができ、コストの削減を図ることができる。なお、本実施形態では、ノズルプレート２０のノズル２１が開口されて、インク滴が吐出される面を液体噴射面２０ａと称する。

また、連通板１５には、マニホールド１００の一部を構成する第１マニホールド部１７と、第２マニホールド部１８とが設けられている。

第１マニホールド部１７は、連通板１５を厚さ方向（連通板１５と流路形成基板１０との積層方向）に貫通して設けられている。

また、第２マニホールド部１８は、連通板１５を厚さ方向に貫通することなく、連通板１５のノズルプレート２０側に開口して設けられている。

さらに、連通板１５には、圧力発生室１２の第２の方向Ｙの一端部に連通する供給連通路１９が、圧力発生室１２毎に独立して設けられている。この供給連通路１９は、第２マニホールド部１８と圧力発生室１２とを連通する。

このような連通板１５としては、ステンレスやＮｉなどの金属、またはジルコニウムなどのセラミックなどを用いることができる。なお、連通板１５は、流路形成基板１０と線膨張係数が同等の材料が好ましい。すなわち、連通板１５として流路形成基板１０と線膨張係数が大きく異なる材料を用いた場合、加熱や冷却されることで、流路形成基板１０と連通板１５との線膨張係数の違いにより反りが生じてしまう。本実施形態では、連通板１５として流路形成基板１０と同じ材料、すなわち、シリコン単結晶基板を用いることで、熱による反りや熱によるクラック、剥離等の発生を抑制するようにした。

ノズルプレート２０には、各圧力発生室１２とノズル連通路１６を介して連通するノズル２１が形成されている。このようなノズル２１は、第１の方向Ｘに並設され、この第１の方向Ｘに並設されたノズル２１の列が第２の方向Ｙに２列形成されている。

このようなノズルプレート２０としては、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等の金属、ポリイミド樹脂のような有機物、又はシリコン単結晶基板等を用いることができる。なお、ノズルプレート２０としてシリコン単結晶基板を用いることで、ノズルプレート２０と連通板１５との線膨張係数を同等として、加熱や冷却されることによる反りや熱によるクラック、剥離等の発生を抑制することができる。

一方、流路形成基板１０の連通板１５とは反対面側には、振動板５０が形成されている。本実施形態では、振動板５０として、流路形成基板１０側に設けられた酸化シリコンからなる弾性膜５１と、弾性膜５１上に設けられた酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５２と、を設けるようにした。なお、圧力発生室１２等の液体流路は、流路形成基板１０を一方面側（ノズルプレート２０が接合された面側）から異方性エッチングすることにより形成されており、圧力発生室１２等の液体流路の他方面は、弾性膜５１によって画成されている。

また、流路形成基板１０の振動板５０上には、本実施形態のピエゾ素子である圧電アクチュエーター３００が設けられている。圧電アクチュエーター３００は、振動板５０側から順次積層された第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０を有する。圧電アクチュエーター３００を構成する第１電極６０は、図３に示すように、圧力発生室１２毎に切り分けられて、圧電アクチュエーター３００毎に独立する個別電極を構成する。ここで、第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０で構成される圧電アクチュエーター３００は、第１電極６０と第２電極８０との間に電圧を印加することで変位が生じる。すなわち両電極の間に電圧を印加することで、第１電極６０と第２電極８０とで挟まれている圧電体層７０に圧電歪みが生じる。そして、両電極に電圧を印加した際に、圧電体層７０に圧電歪みが生じる部分を能動部７１と称する。これに対して、圧電体層７０に圧電歪みが生じない部分を非能動部と称する。すなわち、本実施形態では、圧力発生室１２毎に能動部７１が設けられているため、流路形成基板１０上には、第１の方向Ｘに並設された能動部７１の列が第２の方向Ｙに２列設けられている。

本実施形態では、第１電極６０は、圧力発生室１２毎に切り分けられており、能動部７１毎に独立する個別電極を構成する。

この第１電極６０は、圧力発生室１２の第１の方向Ｘにおいては、圧力発生室１２の幅よりも狭い幅で形成されている。すなわち圧力発生室１２の第１の方向Ｘにおいて、第１電極６０の端部は、圧力発生室１２に対向する領域の内側に位置している。また、第２の方向Ｙにおいては、第１電極６０のノズル２１側の一端側が圧力発生室１２に対向する領域の内側に設けられており、マニホールド１００側の他端側が圧力発生室１２の外側まで延設されている。また、第１電極６０のマニホールド１００側の他端側は、本実施形態では、流路形成基板１０の第２の方向Ｙの端部近傍まで延設されている。すなわち、第２の方向Ｙの一方側に設けられた各能動部の第１電極６０は、流路形成基板１０の第２の方向Ｙの一方側の端部近傍まで延設されている。これに対して、第２の方向Ｙの他方側に設けられた各能動部の第１電極６０は、流路形成基板１０の第２の方向Ｙの他方側の端部近傍まで延設されている。

圧電体層７０は、第２の方向Ｙが所定の幅となるように第１の方向Ｘに亘って連続して設けられている。圧電体層７０の第２の方向Ｙの幅は、圧力発生室１２の第２の方向Ｙの幅よりも広い。このため、圧力発生室１２の第２の方向Ｙでは、圧電体層７０は圧力発生室１２の外側まで設けられている。本実施形態では、圧電体層７０は、２列の能動部に亘って連続して設けられている。すなわち、本実施形態の圧電体層７０は、第１の方向Ｘに並設された能動部の列に亘って連続して設けられていると共に、第２の方向Ｙに並設された２列の能動部の列に亘って連続して設けられている。なお、本実施形態では、第２の方向Ｙにおいて、２列の能動部の間の非能動部を第１非能動部７２と称する。また、圧電体層７０は、第１電極６０と同様に、流路形成基板１０の第２の方向Ｙの端部近傍まで延設されている。本実施形態では、圧電体層７０の能動部７１よりもマニホールド１００側の非能動部を第２非能動部７３と称する。また、圧電体層７０の第２非能動部７３には、圧電体層７０を第３の方向Ｚに貫通して第１電極６０を露出するコンタクトホール７４が設けられている。本実施形態では、コンタクトホール７４は、第１電極６０毎に独立して設けられている。

圧電体層７０は、第１電極６０上に形成される分極構造を有する酸化物の圧電材料からなり、例えば、一般式ＡＢＯ_３で示されるペロブスカイト形酸化物からなることができる。圧電体層７０に用いられるペロブスカイト形酸化物としては、例えば、鉛を含む鉛系圧電材料や鉛を含まない非鉛系圧電材料などを用いることができる。

また、圧電体層７０には、各隔壁に対応する凹部７５が形成されている。この凹部７５の第１の方向Ｘの幅は、各隔壁の第１の方向Ｘの幅と略同一、もしくはそれよりも広くなっている。これにより、振動板５０の圧力発生室１２の第２の方向Ｙの端部に対抗する部分（いわゆる振動板５０の腕部）の剛性が押さえられるため、圧電アクチュエーター３００を良好に変位させることができる。

第２電極８０は、圧電体層７０の第１電極６０とは反対面側に設けられており、複数の能動部７１に共通する共通電極を構成する。また、第２電極８０は、凹部７５の内面、すなわち、圧電体層７０の凹部７５の側面内に設けるようにしても良く、設けないようにしてもよい。本実施形態では、第１の方向Ｘに並設された能動部７１の列毎に設けられた第２電極８０を第１非能動部７２上で連続するようにした。具体的には、第２電極８０は、本実施形態では、圧電体層７０の第１電極６０とは反対面上において、圧電体層７０の第２非能動部７３以外の領域、すなわち、圧電体層７０の能動部７１上及び第１非能動部７２上と、コンタクトホール７４の内面の能動部７１側の側面上と、コンタクトホール７４によって露出された第１電極６０上とに亘って設けられている。そして、第１電極６０上の第２電極８０と、圧電体層７０の主要部、つまり能動部７１上の第２電極８０とは、第１電極６０が厚さ方向に完全に除去された除去部８１によって電気的に切断されている。すなわち、コンタクトホール７４内に設けられた第２電極８０と、圧電体層７０の主要部に設けられた第２電極８０とは、同一層からなるが電気的に不連続となるように形成されている。このような除去部８１は、本実施形態では、図３に示すように、圧電体層７０上のマニホールド１００側に第１の方向Ｘに亘って連続して設けられている。

このような構成によって、本実施形態では、能動部７１の第１の方向Ｘの端部は、第１電極６０によって規定されている。そして、第１電極６０の第１の方向Ｘの端部は、圧力発生室１２に相対向する領域内に設けられている。また、能動部７１の第２の方向Ｙにおけるノズル２１側の端部は、第１電極６０によって規定されている。さらに、能動部７１の第２の方向Ｙにおけるマニホールド１００側の端部は、第２電極８０によって規定されている。

また、圧電アクチュエーター３００の第１電極６０からは、引き出し配線である個別配線９１が引き出されている。本実施形態では、個別配線９１は、圧電体層７０の第２非能動部７３上に設けられており、コンタクトホール７４内で第１電極６０と電気的に接続されている。

また、圧電アクチュエーター３００の第２電極８０からは、引き出し配線である共通配線９２が引き出されている。本実施形態では、共通配線９２は、第１非能動部７２上の第２電極８０上に形成されている。また、共通配線９２は、第１の方向Ｘにおいて、複数の能動部７１に対して１本の割合で並設されている。

このような流路形成基板１０の圧電アクチュエーター３００側の面には、流路形成基板１０と略同じ大きさを有する駆動回路基板３０が接合されている。

ここで、駆動回路基板３０について、図４、図５及び図６を参照して説明する。なお、図６は、駆動回路基板を流路形成基板側から平面視した際の平面図である。

図示するように、本実施形態の駆動回路基板３０は、半導体基板に集積回路である駆動回路３１を半導体製造プロセスによって作り込んだものであり、例えば、別途形成した半導体集積回路を基板に設けられた配線に実装したものではない。

このような駆動回路基板３０は、駆動回路３１が流路形成基板１０に相対向する面側に一体的に形成されている。そして、駆動回路基板３０と流路形成基板１０とは、接着層３５を介して接合されている。

ここで、駆動回路基板３０の駆動回路３１と流路形成基板１０の個別配線９１及び共通配線９２とは、バンプ３２を介して接続されている。本実施形態では、駆動回路基板３０の流路形成基板１０に相対向する面に駆動回路３１の各端子３１ａと電気的に接続されたバンプ３２を設け、バンプ３２と個別配線９１及び共通配線９２とを電気的に接続することで、駆動回路３１と圧電アクチュエーター３００の第１電極６０及び第２電極８０とが電気的に接続されている。

このようなバンプ３２は、例えば、弾性を有する樹脂材料で形成されたコア部３３と、コア部３３の表面に形成された金属膜３４とを備える。

コア部３３は、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、シリコーン変性ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂などの感光性絶縁樹脂や熱硬化性絶縁樹脂で形成されている。

また、コア部３３は、駆動回路基板３０と流路形成基板１０とを接合する前において、ほぼ蒲鉾状に形成されている。ここで、蒲鉾状とは、駆動回路基板３０に接する内面（底面）が平面であると共に、非接触面である外面側が湾曲面となっている柱状形状をいう。具体的に、ほぼ蒲鉾状とは、横断面がほぼ半円状、ほぼ半楕円状、ほぼ台形状であるものなどが挙げられる。

そしてコア部３３は、駆動回路基板３０と流路形成基板１０とが相対的に近接するように押圧されることで、その先端形状が個別配線９１及び共通配線９２の表面形状に倣うように弾性変形している。

これにより、駆動回路基板３０や流路形成基板１０に反りやうねりがあっても、コア部３３がこれに追従して変形することにより、バンプ３２と個別配線９１及び共通配線９２とを確実に接続することができる。

なお、コア部３３は、本実施形態では、第１の方向Ｘに直線上に連続して配置されている。すなわち、コア部３３は、第２の方向Ｙにおいて、２列の圧電アクチュエーター３００の外側に２本と、２列の圧電アクチュエーター３００の間に１本と、の合計３本が設けられている。そして、２列の圧電アクチュエーター３００の外側に設けられた各コア部３３が、圧電アクチュエーター３００の各列の個別配線９１と接続されるバンプ３２を構成し、２列の圧電アクチュエーター３００の間に設けられたコア部３３が、２列の圧電アクチュエーター３００の共通配線９２に接続されるバンプ３２を構成する。

このようなコア部３３は、フォトリソグラフィー技術やエッチング技術によって形成することができる。

金属膜３４は、コア部３３の表面を被覆している。金属膜３４は、例えばＡｕ、ＴｉＷ、Ｃｕ、Ｃｒ（クロム）、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｗ、ＮｉＶ、Ａｌ、Ｐｄ（パラジウム）、鉛フリーハンダなどの金属や合金で形成されており、これらの単層であっても、複数種を積層したものであってもよい。そして、金属膜３４は、コア部３３の弾性変形によって個別配線９１及び共通配線９２の表面形状に倣って変形しており、個別配線９１及び共通配線９２と金属接合している。なお、個別配線９１に接続される金属膜３４は、コア部３３の表面に個別配線９１と同じピッチで第１の方向Ｘに配設されている。また、共通配線９２に接続される金属膜３４は、コア部３３の表面に共通配線９２と同じピッチで第１の方向Ｘに配設されている。

このようなバンプ３２、本実施形態では、コア部３３の表面に設けられた金属膜３４と個別配線９１及び共通配線９２とは常温接合されている。具体的には、本実施形態の駆動回路基板３０と流路形成基板１０とは、接着層３５によって接合されることで、バンプ３２と個別配線９１及び共通配線９２とは互いに当接した状態で固定されている。ここで接着層３５は、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂等の接着剤やレジスト材料などを用いることができる。特に、フォトレジストなどに用いられる感光性樹脂を用いることで、接着層３５を容易に且つ高精度に形成することができる。

本実施形態では、各バンプ３２の両側、すなわち、バンプ３２を挟んだ第２の方向Ｙの両側に接着層３５を設けるようにした。すなわち、第１の方向Ｘに延設されたバンプ３２は、第２の方向Ｙに３本設けられているため、接着層３５は、各バンプ３２の第２の方向Ｙの両側に第１の方向Ｘに沿って延設されている。つまり、第１の方向Ｘに延設された接着層３５は、第２の方向Ｙに６本設けられている。また、第２の方向Ｙで並設された接着層３５は、第１の方向Ｘの両端部において端部同士が連続するように設けられている。すなわち、接着層３５は、圧電アクチュエーター３００の各列の周囲に亘って、当該圧電アクチュエーター３００の各列を囲むように平面視した際に矩形の額縁状となるように形成されている。

このように流路形成基板１０と駆動回路基板３０とを接合する接着層３５によって、流路形成基板１０と駆動回路基板３０との間には、内部に圧電アクチュエーター３００が配置された空間である保持部３６が形成されている。本実施形態では、接着層３５は、圧電アクチュエーター３００の各列の周囲に亘って連続して設けるようにしたため、流路形成基板１０と駆動回路基板３０との間には、圧電アクチュエーター３００の列毎に対応して保持部３６が独立して設けられている。

このように、圧電アクチュエーター３００の各電極と駆動回路３１とを電気的に接続するバンプ３２と、流路形成基板１０及び駆動回路基板３０を接合する接着層３５とは、本実施形態では、圧電体層７０の上方に設けられている。

具体的には、個別配線９１に接続されるバンプ３２及びこのバンプ３２に対応して設けられた接着層３５は、圧電体層７０の第２非能動部７３上に個別配線９１を介して設けられている。すなわち、圧電体層７０の第２非能動部７３上において、個別配線９１と、バンプ３２及び接着層３５とが接合されている。

また、共通配線９２に接続されるバンプ３２及びこのバンプ３２に対応して設けられた接着層３５は、圧電体層７０の第１非能動部７２上に設けられた第２電極８０及び第２電極８０上に設けられた共通配線９２を介して設けられている。すなわち、圧電体層７０の第１非能動部７２上において、共通配線９２とバンプ３２及び接着層３５とが接合されている。

すなわち、バンプ３２及び接着層３５が圧電体層７０の上方に設けられているとは、バンプ３２及び接着層３５が、流路形成基板１０と駆動回路基板３０との積層方向である第３の方向Ｚにおいて、圧電体層７０の流路形成基板１０とは反対面の上方に設けられたことである。また、圧電体層７０の上方とは、圧電体層７０の直上も、間に第２電極８０等の電極や、個別配線９１及び共通配線９２等の引き出し配線などの他の部材が介在した状態も含むものである。もちろん、圧電体層７０上には、電極や引き出し配線以外の他の部材が介在してもよい。

このように、本実施形態では、駆動回路３１が形成された駆動回路基板３０を直接流路形成基板１０に接合することで、駆動回路３１と圧電アクチュエーター３００とを電気的に接続することができるため、高密度に配置された圧電アクチュエーター３００と駆動回路３１とを確実に且つ低コストで接続することができる。

また、圧電アクチュエーター３００の第１電極６０及び第２電極８０と、駆動回路３１とを接続するバンプ３２、及び、駆動回路基板３０と流路形成基板１０とを接合する接着層３５を、圧電体層７０の上方に設けるようにしたため、保持部３６の第３の方向Ｚにおける高さ、例えば、図４に示す圧電アクチュエーター３００の第２電極８０と駆動回路基板３０との間隔ｈ１を高くすることができる。これに対して、図７に示すように、バンプ３２及び接着層３５を圧電体層７０上に形成せずに、流路形成基板１０上、具体的には、振動板５０上に引き出された個別配線９１及び共通配線９２上に設けた場合、圧電アクチュエーター３００の第２電極８０と駆動回路基板３０との間隔ｈ２が低くなってしまう。すなわち、本実施形態では、間隔ｈ２に比べて、圧電体層７０の厚さの分だけｈ１を高くすることができる。したがって、圧電アクチュエーター３００を十分な高さを有する保持部３６内に収容することができ、圧電アクチュエーター３００が変位しても対向する駆動回路基板３０に接触して、圧電アクチュエーター３００の変位が阻害されるのを抑制することができる。また、本実施形態では、保持部３６の高さを確保するために、バンプ３２や接着層３５を高く形成する必要がないため、バンプ３２及び接着層３５を高く形成するためのスペースが不要となって、小型化を図ることができる。また、保持部３６の高さを充分に確保することができるため、圧電アクチュエーター３００と駆動回路基板３０に設けられた金属膜３４等の配線との距離を十分に保つことができる。したがって、金属膜３４等と圧電アクチュエーター３００の各電極や引き出し配線との間に生じた電位差によって放電が生じ難くなっている。このように放電が抑制されるので、駆動回路３１や圧電アクチュエーター３００が放電により破壊されることを抑制することができる。

また、本実施形態では、バンプ３２及び接着層３５は、流路形成基板１０の圧電アクチュエーター３００が設けられた一方面側において、個別配線９１上及び共通配線９２の表面である同一面上に設けられている。つまり、バンプ３２及び接着層３５は、流路形成基板１０の一方面側において、同一平面上に設けられている。ここで、バンプ３２及び接着層３５が同一平面上に設けられているとは、流路形成基板１０側でバンプ３２及び接着層３５が接する第３の方向Ｚの高さが同じ高さであることを言う。このようにバンプ３２及び接着層３５が流路形成基板１０の一方面側で同一平面上に設けられることで、駆動回路基板３０を流路形成基板１０側に向かって押圧する荷重をできる限り小さくすることができる。したがって、駆動回路基板３０の荷重による流路形成基板１０の変形、破損を抑制することができる。また、電気的な接続の長期信頼性を向上することができる。

このような流路形成基板１０、駆動回路基板３０、連通板１５及びノズルプレート２０の接合体には、複数の圧力発生室１２に連通するマニホールド１００を形成するケース部材４０が固定されている。ケース部材４０は、平面視において上述した連通板１５と略同一形状を有し、駆動回路基板３０に接合されると共に、上述した連通板１５にも接合されている。具体的には、ケース部材４０は、駆動回路基板３０側に流路形成基板１０及び駆動回路基板３０が収容される深さの凹部４１を有する。この凹部４１は、駆動回路基板３０の流路形成基板１０に接合された面よりも広い開口面積を有する。そして、凹部４１に流路形成基板１０等が収容された状態で凹部４１のノズルプレート２０側の開口面が連通板１５によって封止されている。また、ケース部材４０には、凹部４１の第２の方向Ｙの両側に凹形状を有する第３マニホールド部４２が形成されている。この第３マニホールド部４２と、連通板１５に設けられた第１マニホールド部１７及び第２マニホールド部１８とによって本実施形態のマニホールド１００が構成されている。

なお、ケース部材４０の材料としては、例えば、樹脂や金属等を用いることができる。ちなみに、ケース部材４０として、樹脂材料を成形することにより、低コストで量産することができる。

また、連通板１５の第１マニホールド部１７及び第２マニホールド部１８が開口する面には、コンプライアンス基板４５が設けられている。このコンプライアンス基板４５が、第１マニホールド部１７と第２マニホールド部１８の液体噴射面２０ａ側の開口を封止している。このようなコンプライアンス基板４５は、本実施形態では、封止膜４６と、固定基板４７と、を具備する。封止膜４６は、可撓性を有する薄膜（例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）やステンレス鋼（ＳＵＳ）等により形成された厚さが２０μｍ以下の薄膜）からなり、固定基板４７は、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等の金属等の硬質の材料で形成される。この固定基板４７のマニホールド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４８となっているため、マニホールド１００の一方面は可撓性を有する封止膜４６のみで封止された可撓部であるコンプライアンス部４９となっている。

なお、ケース部材４０には、マニホールド１００に連通して各マニホールド１００にインクを供給するための導入路４４が設けられている。また、ケース部材４０には、駆動回路基板３０の流路形成基板１０とは反対側の面を露出して図示しない外部配線が挿通される接続口４３が設けられており、接続口４３に挿入された外部配線が駆動回路基板３０と電気的に接続されている。

このような構成のインクジェット式記録ヘッド１では、インクを噴射する際に、インクが貯留された液体貯留手段から導入路４４を介してインクを取り込み、マニホールド１００からノズル２１に至るまで流路内部をインクで満たす。その後、駆動回路３１からの信号に従い、圧力発生室１２に対応する各圧電アクチュエーター３００に電圧を印加することにより、圧電アクチュエーター３００と共に振動板５０をたわみ変形させる。これにより、圧力発生室１２内の圧力が高まり所定のノズル２１からインク滴が噴射される。

（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の基本的な構成は上述したものに限定されるものではない。

上述した実施形態１では、バンプ３２を駆動回路基板３０に設けるようにしたが、特にこれに限定されず、バンプ３２を流路形成基板１０に設けるようにしてもよい。すなわち、バンプ３２を圧電体層７０の上方に設けるようにしてもよい。

また、上述した実施形態１では、圧電体層７０の上方に個別配線９１及び共通配線９２を設け、バンプ３２を個別配線９１及び共通配線９２と接続するようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、共通配線９２を設けずに、バンプ３２を直接第２電極８０に接続するようにしてもよい。ただし、上述のように、複数のバンプ３２を、圧電体層７０の上方に設けられた個別配線９１及び共通配線９２に接続することで、バンプ３２が接続される高さのばらつきを抑制して、確実に接続することができる。

また、上述した実施形態１では、バンプ３２として、弾性可能な樹脂材料のコア部３３と、コア部３３の表面に設けられた金属膜３４とを用いるようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、バンプ３２として、ハンダや金（Ａｕ）等の金属バンプ、すなわち、内部のコア部も金属で形成されたバンプを用いるようにしてもよい。このようにバンプ３２として金属バンプを用いた場合、金属バンプを弾性変形させることは困難であることから、金属バンプと個別配線９１及び共通配線９２との接続は、例えば、ハンダ付けやろう付けなどのろう接や、共晶接合、溶接、導電性粒子を含む導電性接着剤（ＡＣＰ、ＡＣＦ）、非導電性接着剤（ＮＣＰ、ＮＣＦ）等を用いた接合などを用いることができる。ちなみに、圧電アクチュエーター３００の高密度化に伴い個別配線９１が高密度に配置されている場合には、個別配線９１とバンプ３２とのろう接による接合は困難であるため、直接接合、導電性接着剤、非導電性接着剤等によって接合するのが好ましい。ただし、流路形成基板１０や駆動回路基板３０に反りやうねりがあった場合、金属バンプはこれに倣って変形するのが困難であるため、上述した実施形態１のように弾性可能な樹脂からなるコア部３３を用いたバンプ３２に比べて接続不良が発生する虞がある。

また、上述した実施形態１では、バンプ３２及び接着層３５は、圧電体層７０の上方であって、個別配線９１及び共通配線９２の表面である同一平面上に設けるようにしたが、バンプ３２及び接着層３５は、圧電体層７０の上方に設けられた構成に限定されず、流路形成基板１０の圧電体層７０が設けられていない領域において同一平面上に設けられていてもよい。なお、バンプ３２及び接着層３５を圧電体層７０以外の他の膜上の同一平面上に設けることで、保持部３６の第３の方向Ｚの高さを確保することができる。このように、バンプ３２及び接着層３５は、圧電体層７０が設けられていない領域であっても同一平面上に設けられることで、駆動回路基板３０を流路形成基板１０側に向かって押圧する荷重をできる限り小さくすることができ、駆動回路基板３０の荷重による流路形成基板１０の変形、破損を抑制することができる。また、電気的な接続の長期信頼性を向上することができる。

さらに、上述した実施形態１では、第１電極６０を各能動部７１の個別電極とし、第２電極８０を複数の能動部７１の共通電極としたが、特にこれに限定されず、例えば、第１電極を複数の能動部の共通電極とし、第２電極を各能動部の個別電極としてもよい。さらに、上述した実施形態１では、振動板５０が弾性膜５１及び絶縁体膜５２で構成されたものを例示したが、特にこれに限定されるものではなく、例えば、振動板５０として弾性膜５１及び絶縁体膜５２の何れか一方を設けたものであってもよく、また、振動板５０として、その他の膜を有するものであってもよい。さらに、振動板５０として弾性膜５１及び絶縁体膜５２を設けずに、第１電極６０のみが振動板として作用するようにしてもよい。また、圧電アクチュエーター３００自体が実質的に振動板を兼ねるようにしてもよい。

また、上述した実施形態１では、駆動回路基板３０の流路形成基板１０に相対向する面側に駆動回路３１を設けるようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、駆動回路基板３０の流路形成基板１０とは反対側の面に駆動回路を設けるようにしてもよい。この場合、バンプと駆動回路とは、駆動回路基板３０を厚さ方向である第３の方向Ｚに貫通して設けられた貫通電極、例えば、シリコン貫通電極（ＴＳＶ）を設け、貫通電極を介して駆動回路とバンプとを接続するようにしてもよい。

さらに、上述した実施形態１では、駆動回路３１が半導体プロセスによって形成された駆動回路基板３０を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、駆動回路基板３０には、トランスミッションゲート等のスイッチング素子が設けられていなくてもよい。すなわち、駆動回路基板３０は、スイッチング素子が設けられておらず、駆動回路（ＩＣ）が接続される配線が設けられたものであってもよい。すなわち、駆動回路基板３０とは、必ずしも駆動回路３１が半導体プロセスによって一体的に形成されたものに限定されるものではない。

さらに、上述した実施形態１では、接着層３５として、第３の方向Ｚに同じ幅となるように設けるようにしたが、特にこれに限定されない。ここで、接着層の他の例を図８に示す。なお、図８は、他の実施形態に係る接着層の変形例を示す要部を拡大した断面図である。

図８に示すように、流路形成基板１０と駆動回路基板３０とを接合する接着層３５は、バンプ３２の接続方向、すなわち、第３の方向Ｚにおいて、バンプ３２の一部とオーバーラップしている。具体的には、接着層３５は、第２の方向Ｙの幅が、流路形成基板１０側でバンプ３２と個別配線９１との接続を阻害しない範囲に広がっている。すなわち、本実施形態では、接着層３５は、横断面、つまり第２の方向Ｙの断面形状が、流路形成基板１０側が幅広で、駆動回路基板３０側が幅狭となる台形状となっている。このように接着層３５とバンプ３２とを第３の方向Ｚでオーバーラップさせることにより、接着層３５の接着領域を増加させて、流路形成基板１０と駆動回路基板３０との接合強度を向上することができる。また、本実施形態では、接着層３５の接着面積をバンプ３２と個別配線９１との接続を阻害しない程度にバンプ３２側に広げるようにしたため、接着層３５をバンプ３２とは反対側に広げる場合に比べて小型化を図ることができる。なお、特に図示していないが、共通配線９２における接着層３５においても同様の構成とすることにより、流路形成基板１０と駆動回路基板３０との接合強度をさらに向上することができる。

また、上述した実施形態１では、駆動回路３１と共通配線９２とを接続するバンプ３２の第２の方向Ｙの両側にも接着層３５を設けるようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、共通配線９２と接続されるバンプ３２の両側には、接着層３５を設けないようにしてもよい。このような場合であっても、上述した実施形態１では、共通配線９２と接続されるバンプ３２の第２の方向Ｙの両側には、個別配線９１と接続されるバンプ３２の両側に接着層３５が設けられているため、バンプ３２と共通配線９２とは接着層３５がなくても確実に接続することができる。

また、上述した実施形態１では、１つの流路形成基板１０に対して１つの駆動回路基板３０を設けるようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、圧電アクチュエーター３００の列毎に独立して駆動回路基板３０を設けるようにしてもよい。ただし、上述した実施形態１のように、１つの流路形成基板１０に対して１つの駆動回路基板３０を設けた方が、部品点数を減少させることができると共に、共通配線９２と駆動回路基板３０との接続を２列の圧電アクチュエーター３００に共通して行うことができ、接続箇所を減少させることができる。したがって、上述した実施形態１のように１つの流路形成基板１０に対して１つの駆動回路基板３０を設けた方がコストを低減することができる。

さらに、上述した実施形態１では、圧電アクチュエーター３００の列が第２の方向Ｙに２列設けられた構成を例示したが、圧電アクチュエーター３００の列の数は特にこれに限定されず、１列であっても、また、３列以上であってもよい。

また、これら実施形態のインクジェット式記録ヘッド１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インクジェット式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９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９に示すインクジェット式記録装置Ｉにおいて、インクジェット式記録ヘッド１は、インク供給手段を構成するカートリッジ２が着脱可能に設けられ、インクジェット式記録ヘッド１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。

そして、駆動モーター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、インクジェット式記録ヘッド１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には搬送手段としての搬送ローラー８が設けられており、紙等の記録媒体である記録シートＳが搬送ローラー８により搬送されるようになっている。なお、記録シートＳを搬送する搬送手段は、搬送ローラーに限られずベルトやドラム等であってもよい。

なお、上述したインクジェット式記録装置Ｉでは、インクジェット式記録ヘッド１がキャリッジ３に搭載されて主走査方向に移動するものを例示したが、特にこれに限定されず、例えば、インクジェット式記録ヘッド１が固定されて、紙等の記録シートＳを副走査方向に移動させるだけで印刷を行う、所謂ライン式記録装置にも本発明を適用することができる。

また、上述した例では、インクジェット式記録装置Ｉは、液体貯留手段であるカートリッジ２がキャリッジ３に搭載された構成であるが、特にこれに限定されず、例えば、インクタンク等の液体貯留手段を装置本体４に固定して、貯留手段とインクジェット式記録ヘッド１とをチューブ等の供給管を介して接続してもよい。また、液体貯留手段がインクジェット式記録装置に搭載されていなくてもよい。

さらに、本発明は、広くヘッド全般を対象としたものであり、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種のインクジェット式記録ヘッド等の記録ヘッド、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（電界放出ディスプレイ）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にも適用することができる。

Ｉ インクジェット式記録装置（液体噴射装置）、 １ インクジェット式記録ヘッド（ヘッド）、 １０ 流路形成基板、 １５ 連通板、 ２０ ノズルプレート、 ２０ａ 液体噴射面、 ２１ ノズル、 ３０ 駆動回路基板、 ３１ 駆動回路、 ３１ａ 端子、 ３２ バンプ、 ３３ コア部、 ３４ 金属膜、 ３５ 接着層、 ３６ 保持部、 ４０ ケース部材、 ４５ コンプライアンス基板、 ５０ 振動板、 ６０ 第１電極、 ７０ 圧電体層、 ７１ 能動部、 ７２ 第１非能動部、 ７３ 第２非能動部、 ７４ コンタクトホール、 ７５ 凹部、 ８０ 第２電極、 ８１ 除去部、 ９１ 個別配線、 ９２ 共通配線、 １００ マニホールド、 ３００ 圧電アクチュエーター（ピエゾ素子）

Claims (6)

1. 液体を噴射するノズルに連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板と、
   該流路形成基板の一方面側に設けられた第１電極、該第１電極上に設けられた圧電体層及び該圧電体層上に設けられた第２電極を有するピエゾ素子と、
   前記流路形成基板の前記一方面側に接着層によって接合されて、前記ピエゾ素子を駆動する駆動回路が設けられた駆動回路基板と、を備え、
   前記ピエゾ素子と前記駆動回路とは、前記流路形成基板及び前記駆動回路基板の何れか一方に設けられたバンプによって電気的に接続されており、
   前記バンプ及び前記接着層は、前記ピエゾ素子の前記圧電体層の上方に設けられていることを特徴とするヘッド。
2. 前記バンプが設けられる前記圧電体層上には、前記第１電極、前記第２電極、及び、前記第１電極又は前記第２電極から引き出された引き出し配線が設けられており、前記バンプと前記第１電極、前記第２電極、及び、前記第１電極又は前記第２電極から引き出された引き出し配線とが電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のヘッド。
3. 前記接着層が感光性樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のヘッド。
4. 前記バンプは、弾性を有するコア部と、該コア部の表面に設けられた金属膜とを有することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のヘッド。
5. 液体を噴射するノズルに連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板と、
   該流路形成基板の一方面側に設けられた第１電極、該第１電極上に設けられた圧電体層及び該圧電体層上に設けられた第２電極を有するピエゾ素子と、
   前記流路形成基板の前記一方面側に接着層によって接合されて、前記ピエゾ素子を駆動する駆動回路が設けられた駆動回路基板と、を備え、
   前記ピエゾ素子と前記駆動回路とは、前記流路形成基板及び前記駆動回路基板の何れか一方に設けられたバンプによって電気的に接続されており、
   前記バンプ及び前記接着層は、前記流路形成基板の前記一方面側の同一平面上に設けられていることを特徴とするヘッド。
6. 請求項１〜５の何れか一項に記載のヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置。

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