JP3667553B2 - インクジェットプリンタヘッド - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微小な液滴を紙面等の記録媒体に飛翔させて、文字や画像を記録するインクジェットプリンタヘッドの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１１は圧電素子を用いてインク滴を吐出させる従来のインクジェットプリンタヘッドの構成の概略について一例を挙げて模式的に示す断面図、また、図１２はインク滴の吐出動作に関わる機能の概略について示す機能ブロック図である。
【０００３】
従来のインクジェットプリンタヘッド１００は、図１1に示されるように、ノズルを形成する小孔１０１を穿設した板状体１０２、および、その上に重合して固設された枠体状の圧力室構成部材１０３と、更に、圧力室構成部材１０３の上に重合して固設された振動板１０４によって構成される。圧力室構成部材１０３を形成する枠体の内側部分には所定の間隙を空けて複数の障壁１０５が設けられ、隣接する二つの障壁１０５と前述した板状体１０２および振動板１０４で区画して形成される各々の空間によって複数の圧力室１０６が構成される。
【０００４】
また、圧力室構成部材１０３の内側には、全ての障壁１０５の先端部を突き切るようにしてインクプール１０７が形成され、振動板１０４のインクタンク口１１１を介して導入されたインクが、インクプール１０７、および、障壁１０５，１０５間の間隙で形成されるインク供給口１１２を通って各々の圧力室１０６に導かれるようになっている。
【０００５】
圧電素子１０８は、各々の圧力室１０６と対応して振動板１０４上に複数配備され、また、ノズルを構成する小孔１０１も、各々の圧力室１０６と対応して板状体１０２上の複数箇所に穿設されている。
【０００６】
図１２に示されるように、インクタンク１０９内のインクは、チューブ１１０およびインクタンク口１１１を介してインクプール１０７に供給される。また、インクジェットプリンタヘッド１００を駆動する駆動信号は、プリンタ本体１１３で生成され、フレキシブル・プリンティング・ケーブル（以下、単にＦＰＣという）１１４を通って駆動回路用の回路基板１１５に到達し、更に、ＦＰＣ１１６を通って圧電素子１０８に印加され、この信号を受けた圧電素子１０８が振動して圧力室１０６の振動板１０４を変形させる。この結果、圧力室１０６の容積が減少して圧力波が発生し、この圧力波により、ノズルとなる小孔１０１からインク滴が吐出されて紙面等に飛翔する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
近年、インクジェットプリンタの分野においても印刷速度の高速化や高画質印刷という技術課題が問題となってきた。まず、高速化を実現するための手段としては、インクジェットプリンタヘッドのノズル数を増加することが挙げられる。また、高画質化を実現するためには、圧電素子に供給する電気信号を変化させて吐出されるインク滴の大きさを変え、紙面に付着するドットの大きさを変化させることが望まれる。この両者を満たすものとして高密度のインクジェットプリンタヘッドが必要となる。
【０００８】
ところが、ノズルの数を増加させたり圧電素子に供給する電気信号を変化させる機能を持たせたりすると、必要とされる駆動回路の数も同様に冗長し、配線容量が増加する。例えば、図１２に示されるように、圧電素子１０８が載った基板と駆動回路用の回路基板１１５とが異なる場合、ＦＰＣ１１６等を介して接続を行うことになるが、ＦＰＣ等の配線ピッチの高密度化にも限度があるので、インクジェットプリンタヘッド１００に実装できるノズルや回路の数にも自ずと限界が生じ、必ずしも、高速化や高画質化に必要とされる十分な数のノズルや回路を実装できるとは限らない。
【０００９】
また、ＦＰＣを用いず、相異なる基板、例えば、駆動回路用の回路基板１１５と圧電素子１０８が載った基板の夫々に接続用の端子を配備し、各々の端子を相互に接触させる手段も考えられるが、やはり端子間の配線ピッチの高密度化の限界に関する問題はついてまわる。
【００１０】
プリンタ本体１１３から回路基板１１５に送る駆動用の信号に関しても同様の問題があり、ノズル数の増大に伴ってプリンタ本体１１３側のアンプ回路の数も増大するので、プリンタ本体１１３側に冷却用のヒートシンクフィン等の冷却装置が必要となり、小型インクジェットプリンタの実現が困難となる問題がある。
【００１１】
【発明の目的】
そこで、本発明の目的は、配線や回路構成を高密度化し、印刷速度の高速化や高画質印刷に適したインクジェットプリンタヘッドを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、インクを貯溜する圧力室にノズルと振動板を設け、電気信号で駆動される圧電素子によって前記振動板を振動させて前記ノズルからインク滴を吐出するように構成したインクジェットプリンタヘッドであって、複数のノズルがマトリクス状に配置されたノズルプレートと、前記複数のノズルに対応して圧力室を構成する圧力室構成部材と振動板とからなるプリントヘッド本体と、前記圧電素子に電気信号を供給するための薄膜トランジスタ回路を形成すると共に前記圧電素子を実装した絶縁基板とが、前記振動板を介し前記圧電素子上に前記圧力室が対応するよう前記ノズルにおけるインクの吐出方向に重合して一体に配備されていることを特徴とする構成により前記目的を達成した。
圧電素子に電気信号を供給するためのトランジスタ回路を薄膜トランジスタ回路によって形成することにより回路構成の高密度化が達成される。また、この薄膜トランジスタ回路を圧電素子と共に絶縁基板上に一体に配備することによってトランジスタ回路専用の基板が不要となり、同時に、圧電素子とトランジスタ回路との間の配線容量も軽減される。
この結果、多数のノズルを高密度で配備することが容易となり、印刷速度の高速化や高画質印刷が実現される。
【００１３】
また、電気信号を増幅して圧電素子に伝達するアンプ回路が必要な場合には、このアンプ回路も、前記薄膜トランジスタ回路と共に絶縁基板上に一体的に配備するようにする。
アンプ回路を圧電素子の側に配備する結果、プリンタ本体側に多数のアンプ回路を設ける必要がなくなり、プリンタ本体側の冷却用のヒートシンクフィン等も不要となり、インクジェットプリンタ全体の小型化が達成される。
【００１４】
薄膜トランジスタ回路およびアンプ回路は、例えば、多結晶シリコンによって形成することができる。
【００１５】
振動板を介して圧電素子上に圧力室を一体的に配備する構成において、小孔を穿設した板状体を圧力室における振動板と反対側の面に設け、前記小孔によりノズルを形成することで、ノズルの高密度配備を実現する。
【００１６】
更に、絶縁基板において圧電素子を実装する側の面と同じ面に薄膜トランジスタ回路を形成する場合には、圧力室と絶縁基板との間、即ち、圧力室と薄膜トランジスタ回路との間に熱伝導率の高い充填材を介装し、この充填材に絶縁基板とプリントヘッド本体との間のスペーサを兼ねさせると共に、この充填材を介して薄膜トランジスタ回路から発生する熱を強制的に排除することにより、回路構成の高密度化に伴う発熱問題が解消される。しかも、充填材がスペーサとして作用する結果、絶縁基板とプリンタヘッド本体との間の離間距離も一定に保持されるようになる。
【００１７】
また、絶縁基板において圧電素子を実装する側の面と反対側の面に圧電素子と重合するようにして薄膜トランジスタ回路を形成する場合には、絶縁基板の表裏に位置する圧電素子と薄膜トランジスタ回路とを導体金属によって接続するようにする。 圧電素子を実装する側の面と反対側の面、つまり、圧電素子の実装されていない絶縁基板の裏側面を利用して薄膜トランジスタ回路を配備することにより、絶縁基板の面積の一層の狭小化、更には、ノズルの高密度の配備が可能となる。
【００１８】
圧電素子を実装する側の面と反対側の面に薄膜トランジスタ回路を配備した場合には、圧電素子を実装する側の面と反対側の面、つまり、薄膜トランジスタ回路を形成した側の面に放熱板を設置し、薄膜トランジスタ回路から発生する熱を強制的に排除することによって回路構成の高密度化に伴う発熱問題が解消される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態の幾つかについて説明する。図１（ａ）は本発明を適用した第１の実施形態のインクジェットプリンタヘッド１の構成を示す斜視図、図１（ｂ）は同実施形態のインクジェットプリンタヘッド１要部を簡略化して示す断面図である。
【００２０】
この実施形態のインクジェットプリンタヘッド１は、概略において、プリンタヘッド本体６と圧電素子７および絶縁基板８によって構成される。更に、プリンタヘッド本体６は、ノズル穴となる小孔２を穿設した板状体３（以下、ノズルプレートという）と圧力室構成部材４および振動板５によって構成され、振動板５を振動させる圧電素子７を実装した絶縁基板８の表面には、圧電素子７に駆動用の電気信号を伝えるための薄膜トランジスタ回路９が一体的に形成されている。
【００２１】
圧力室構成部材４の構造に関しては図１１に示した従来例の圧力室構成部材１０３と実質的に同様である。
即ち、図１（ｂ）に示される本実施形態の圧力室構成部材４においては、圧力室構成部材４を形成する枠体の内側部分に紙面厚み方向に所定の間隙を空けて図１１の従来例と同様にして複数の障壁１０５が一体に設けられ、紙面厚み方向に隣接する二つの障壁１０５とノズルプレート３および振動板５で区画して形成される各々の空間によって複数の圧力室１０６が構成されている。インクプール１０７の形状も図１１の従来例と同様であり、図１（ｂ）に示される本実施形態の圧力室構成部材４においては、全ての障壁１０５の右端部を突き切るようにして紙面厚み方向に伸びるインクプール１０７が形成され、インクプール１０７内のインクは、紙面厚み方向に隣接する障壁１０５，１０５間の間隙で形成されるインク供給口１１２を通って各々の圧力室１０６に導かれる。
【００２２】
図１（ａ）および図１（ｂ）では、一つの圧力室１０６を形成するために必要とされる最小構成単位の部分に関してプリンタヘッド本体６の構成を記載しているが、実際には、この構成単位が図１（ａ）の前後左右方向、また、図１（ｂ）においては紙面厚み方向と左右方向に多数重合してマトリクス状に一体成形されて一つのプリンタヘッド本体６を構成しており、一枚のノズルプレート３には多数の小孔２がマトリクス状に穿設されている（図２（ｃ）参照）。
【００２３】
プリンタヘッド本体６は、図１（ａ）および図１（ｂ）に示されるように、ノズルプレート３や圧力室構成部材４および振動板５を形成する数枚（実施形態では３枚）の剛性板を重合して貼り合わせた積層構造を有し、ノズルプレート３における小孔２や圧力室構成部材４における障壁１０５，１０５間の間隙（圧力室１０６）およびインクプール１０７等はプレスによる打ち抜き加工等によって実現される。
【００２４】
薄膜トランジスタ回路９は安価な絶縁基板を用いることのできる低温プロセスの多結晶シリコンで作成してもよいし、高温プロセスの多結晶シリコンまたはその他の薄膜トランジスタを用いてもよい。振動板５は、圧電素子７の共通電極も兼ねており、Ｎｉ板、あるいはその他の導電性を有する金属板を用いる。圧電素子７の材料にはチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスからなる材料、あるいは一般的な強誘電体が用いられる。
【００２５】
次に、第１の実施形態のインクジェットプリンタヘッド１の製造方法について簡単に説明する。図２は本発明の第１の実施形態の製造工程を説明する図である。まず、図２（ａ）に示すように、減圧ＣＶＤ法等により絶縁基板８上に薄膜トランジスタ回路９を形成する。
【００２６】
次に、図２（ｂ）に示すように、圧電素子７を絶縁基板８上の薄膜トランジスタ回路８に隣接する位置に実装する。この際、圧電素子７と絶縁基板８との間に球状のハンダを並べ、リフローにより、既に形成された薄膜トランジスタ回路９と圧電素子７とを電気的に接続する。接続後、圧電素子７の端面を研磨することにより、アライメントを行う。そして、研磨された圧電素子７の端面をダイシングすることにより前述した最小構成単位の各圧力室１０６に対応する各々の圧電素子７を個別化する。
【００２７】
その後、図２（ｃ）に示すように、振動板５，圧力室構成部材４およびノズルプレート３からなるプリンタヘッド本体６を圧電素子７上に実装する。
【００２８】
次に、この製造方法により形成されたインクジェットプリンタヘッド１の動作について図１（ｂ）を参照して説明する。インクはプリンタ本体からチューブを介して供給され、インクプール１０７およびインク供給口１１２を介して圧力室１０６に導かれる。また、電気信号はプリンタ本体から図示省略のＦＰＣを介して絶縁基板８上の薄膜トランジスタ回路９に供給され、圧電素子７に印加される。なお、ダイシングにより最小構成単位に対応して個別化された各々の圧電素子７は各々に独立して機能する。そして、この信号に応じて圧電素子７が振動し、振動板５を変形させて、圧力室１０６内に圧力波を発生させる。この圧力波によってノズル穴となる小孔２からインク滴が吐出される。
【００２９】
図３（ａ）は本発明の第２の実施形態のインクジェットプリンタヘッド１１の構成を示す斜視図、図３（ｂ）は同実施形態のインクジェットプリンタヘッド１１の要部を簡略化して示す断面図である。
【００３０】
この実施形態のインクジェットプリンタヘッド１１は、薄膜トランジスタ回路９から発生する熱を伝導して排除する目的で設置された充填材１０を備える点で前述した第１の実施形態と相違するが、他の部分の構成に関しては第１の実施形態と同様であるので、重複する構成部分に関しては図１（ａ）および図１（ｂ）の説明で用いたものと同一の符号を付すにとどめ、説明は省略する。なお、この実施形態の充填材１０は絶縁基板８とプリンタヘッド本体６の振動板５との間の離間距離を一定に保持するためのスペーサとしての機能を兼ね備える。
【００３１】
次に、本発明の第２の実施形態のインクジェットプリンタヘッド１１の製造方法について簡単に説明する。図４は本発明の第２の実施形態の製造方法を説明する図である。まず、図４（ａ）に示すように、減圧ＣＶＤ法等により絶縁基板８上に薄膜トランジスタ回路９を形成する。次に、図４（ｂ）に示すように、圧電素子７を絶縁基板８上の薄膜トランジスタ回路９に隣接する位置に実装する。前記と同様、圧電素子７と絶縁基板８との間に球状のハンダを並べ、リフローにより、既に形成された薄膜トランジスタ回路９と圧電素子７とを電気的に接続する。接続後、圧電素子７の端面を研磨することにより、アライメントを行う。そして、研磨された圧電素子７の端面をダイシングすることにより、前記と同様、最小構成単位となる各々の圧電素子７を個別化する。
【００３２】
その後、図４（ｃ）に示すように薄膜トランジスタ回路９を覆う部分に充填材１０を実装する。この充填材１０の材質に関してはアルミ等、熱伝導性のよい金属が用いられる。そして、最終的に、振動板５，圧力室構成部材４およびノズルプレート３からなるプリンタヘッド本体６を圧電素子７上に実装する。
【００３３】
この製造方法により製造されたインクジェットプリンタヘッド１１の動作に関しては、前述した第１の実施形態と同様である。従って、本実施形態で用いる薄膜トランジスタ回路９は前述した第１の実施形態の場合と同様、安価な絶縁基板を用いた低温プロセスの多結晶シリコンで作成してもよいし、また、高温プロセスの多結晶シリコンやその他の薄膜トランジスタを用いてもよい。
【００３４】
この実施形態によれば、インクジェットプリンタヘッド１１の動作中に薄膜トランジスタ回路９で発生する熱は充填材１０によって吸収され、大気中に放出されるので、高密度化によって生じる回路の温度上昇を抑制することができる。
【００３５】
図５（ａ）は本発明の第３の実施形態のインクジェットプリンタヘッド１２の構成を示す斜視図、図５（ｂ）は同実施形態のインクジェットプリンタヘッド１２の要部を簡略化して示す断面図である。
【００３６】
この実施形態のインクジェットプリンタヘッド１２は、薄膜トランジスタ回路９と共にアンプ回路１３を一体に形成した点で前述した第１の実施形態と相違するが、他の部分の構成に関しては前述した第１の実施形態と同様であるので、重複する構成部分に関しては図１（ａ）および図１（ｂ）の説明で用いたものと同一の符号を付すにとどめ、説明は省略する。
【００３７】
アンプ回路１３は薄膜トランジスタ９と同様、安価な絶縁基板を用いることのできる低温プロセスの多結晶シリコンで作成してもよいし、高温プロセスの多結晶シリコンまたはその他の薄膜トランジスタを用いてもよい。
【００３８】
薄膜トランジスタ９と共にアンプ回路１３が形成されているので、前述した第１の実施形態以上に回路構成の高密度化が達成される。
【００３９】
次に、本発明の第３の実施形態のインクジェットプリンタヘッド１２の製造方法について簡単に説明する。図６は本発明の第３の実施例の製造工程を説明する図である。まず、図６（ａ）に示すように絶縁基板８上に薄膜トランジスタ回路９およびアンプ回路１３を形成する。
【００４０】
次に、図６（ｂ）に示すように、圧電素子７を絶縁基板８上の薄膜トランジスタ回路９およびアンプ回路１３に隣接する位置に実装する。この際、圧電素子７と絶縁基板８上との間に球状のハンダを並べ、リフローにより、既に形成された薄膜トランジスタ回路９およびアンプ回路１３とを電気的に接続する。接続後、圧電素子７の端面を研磨することにより、アライメントを行う。そして、研磨された圧電素子７の端面をダイシングすることにより前述した最小構成単位となる各々の圧電素子７を個別化する。
【００４１】
そして、図６（ｃ）のように、振動板５，圧力室構成部材４およびノズルプレート３からなるプリンタヘッド本体６を圧電素子７上に実装する。
【００４２】
次に、この製造方法により形成されたインクジェットプリンタヘッド１２の動作について図５（ｂ）を参照して説明する。インクはプリンタ本体からチューブを介して供給され、インクプール１０７に充填され、インク供給口１１２を介して圧力室１０６に導かれる。また、電気信号はプリンタ本体から図示省略のＦＰＣを介して絶縁基板８上の薄膜トランジスタ回路９に供給され、アンプ回路１３によって増幅されて圧電素子７に印加される。そして、この信号に応じて圧電素子７が振動し、振動板５を変形させて、圧力室１０６内に圧力波を発生させる。この圧力波によってノズル穴となる小孔２からインク滴が吐出される。
【００４３】
図７（ａ）は本発明の第４の実施形態のインクジェットプリンタヘッド１４の構成を示す斜視図、図７（ｂ）は同実施形態のインクジェットプリンタヘッド１４の要部を簡略化して示す断面図である。
【００４４】
この実施形態のインクジェットプリンタヘッド１４は、薄膜トランジスタ回路９およびアンプ回路１３から発生する熱を伝導し排除する充填材１０が設置されている点で前述した第３の実施形態と相違するが、他の部分の構成に関しては前述した第３の実施形態と同様であるので、重複する構成部分に関しては図５（ａ）および図５（ｂ）の説明で用いたものと同一の符号を付すにとどめ、説明は省略する。
【００４５】
次に、本発明の第４の実施形態の製造方法について簡単に説明する。図８は本発明の第４の実施形態の製造工程を簡単に説明する図である。まず、図８（ａ）に示すように、絶縁基板８上に薄膜トランジスタ回路９およびアンプ回路１３を形成する。
【００４６】
次に、図８（ｂ）に示すように、圧電素子７を絶縁基板８上の薄膜トランジスタ回路９およびアンプ回路１３に隣接する位置に実装する。この際、圧電素子７と絶縁基板８との間に球状のハンダを並べ、リフローにより、既に形成された薄膜トランジスタ回路９およびアンプ回路１３と圧電素子７とを電気的に接続する。接続後、圧電素子７の端面を研磨することにより、アライメントを行う。そして、研磨された圧電素子７の端面をダイシングすることにより前述した最小構成単位に対応する各々の圧電素子７を個別化する。
【００４７】
その後、図８（ｃ）に示すように薄膜トランジスタ回路９およびアンプ１３を覆う部分に充填材１０を実装する。この充填材１０の材質に関しては、前述した第２の実施形態の場合と同様、アルミ等、熱伝導性の良い金属が用いられる。そして、最終的に、振動板５，圧力室構成部材４およびノズルプレート３からなるプリンタヘッド本体６を圧電素子７上に実装する。
【００４８】
この製造方法により形成されたインクジェットプリンタヘッド１４の動作は前述した第３の実施形態のものと同様であり、また、回路の温度上昇の抑制効果に関しては前述した第２の実施形態のものと同様である。本実施形態で用いる薄膜トランジスタ回路９およびアンプ回路１３は、前述した各実施形態と同様、安価な絶縁基板を用いた低温プロセスの多結晶シリコンで作成してもよいし、また、高温プロセスの多結晶シリコンやその他の薄膜トランジスタを用いてもよい。
【００４９】
図９は本発明の第５の実施形態のインクジェットプリンタヘッド１５の構成の要部を簡略化して示す断面図である。本実施形態のインクジェットプリンタヘッド１５においては、絶縁基板８において圧電素子７と反対側の面に薄膜トランジスタ回路９とアンプおよびバッファ回路１７を形成し、絶縁基板８の端面に導体金属からなる電気接続１６を設けて薄膜トランジスタ回路９とアンプおよびバッファ回路１７を圧電素子７に電気的に接続し、更に、薄膜トランジスタ回路９とアンプおよびバッファ回路１７の上に放熱板１８を設置するようにしている。
【００５０】
電気接続１６の部分の材質は銀ペースト、銀パラジウムペースト、あるいはその他の導体金属を用い、また、放熱板１８の材質については、アルミ等、熱伝導性のよい金属を用いる。薄膜トランジスタ回路９とアンプおよびバッファ回路１７を絶縁基板８の裏面に形成するようにしているので、これらのものを絶縁基板８の表面に形成する場合のように圧電素子７の設置面を避けて同一平面上に配備する必要はなく、絶縁基板８自体の実装面積を小さくできる。また、薄膜トランジスタ回路９とアンプおよびバッファ回路１７から発生する熱を放熱板１８によって強制的に排除することができるので、より安定した動作を達成することができる。
【００５１】
次に、本発明の第５の実施形態の製造方法について説明する。まず、絶縁基板８の裏面に薄膜トランジスタ回路９とアンプおよびバッファ回路１７を形成する。次に絶縁基板８の薄膜トランジスタ回路９とアンプおよびバッファ回路１７を覆う部分に放熱板１８を実装する。そして、絶縁基板８における薄膜トランジスタ回路９とアンプおよびバッファ回路１７と反対の面、つまり、絶縁基板８の表側の面に圧電素子７を実装する。その後、圧電素子７の端面を研磨することにより、アライメントを行う。そして、研磨された圧電素子７の端面をダイシングすることにより前述した最小構成単位に対応する各々の圧電素子７を個別化する。
【００５２】
裏面側の薄膜トランジスタ回路９とアンプおよびバッファ回路１７と表側の圧電素子７との電気的接続については、例えば、絶縁基板８の側面に銀ペーストを吹き付ける等の手段により達成する。そして、最終的に、振動板５，圧力室構成部材４およびノズルプレート３からなるプリンタヘッド本体６を圧電素子７上に実装する。
【００５３】
次に、この製造方法により形成されたインクジェットプリンタヘッド１５の動作について図９を参照して説明する。インクはプリンタ本体からチューブを介して供給され、インクプール１０７に充填される。また、電気信号はプリンタ本体から図示省略のＦＰＣを介して絶縁基板８上の薄膜トランジスタ回路９に供給され、アンプおよびバッファ回路１３のアンプにより増幅される。そして、電気接続１６を通って、上面側の圧電素子７に印加される。そして、この信号に応じて圧電素子７が振動し、振動板５を変形させて、圧力室１２内に圧力波を発生させる。この圧力波によってノズル穴となる小孔２からインク滴が吐出される。
【００５４】
本発明の第５の実施形態で用いる薄膜トランジスタ回路９とアンプおよびバッファ回路１７は、これまでに述べてきた各実施形態と同様、安価な絶縁基板を用いた低温プロセスの多結晶シリコンで作成してもよいし、また、高温プロセスの多結晶シリコンやその他の薄膜トランジスタを用いてもよい。
【００５５】
そして、インクジェットプリンタヘッド１５の動作中に薄膜トランジスタ回路９やアンプおよびバッファ回路１７で発生する熱は放熱板１８によって吸収され、大気中に放出されるので、高密度化によって生じる回路の温度上昇を抑制することができる。
【００５６】
図１０は本発明の第６の実施形態のインクジェットプリンタヘッド１９の要部を簡略化して示す断面図である。
【００５７】
この実施形態のインクジェットプリンタヘッド１９では、絶縁基板８の表面に一体に形成した薄膜トランジスタ回路９およびアンプ回路１３の上に更に保護膜２０が形成され、圧電素子７は保護膜２０の上に実装されている。薄膜トランジスタ回路９およびアンプ回路１３と圧電素７との間の電気的な接続は、例えば、スパッタ法等により保護膜２０を貫通してアルミあるいは導電性の金属でコンタクト２０を形成させることにより達成される。保護膜２０の材質としては有機系の薄膜が用いられる。
【００５８】
次に、本発明の第６の実施形態の製造方法について簡単に説明する。まず、絶縁基板８上に薄膜トランジスタ回路９とアンプ回路１３および保護膜２０を形成する。そして、保護膜２０にコンタクトホールを開け、アルミ、あるいは導電性の金属を利用したスパッタ法によりコンタクト２１を形成する。次に、保護膜２０上のコンタクト２１に合わせて、圧電素子７を実装する。この際、圧電素子７とコンタクト２１の接触面に球状のハンダを並べ、リフローにより、既に形成された薄膜トランジスタ回路９およびアンプ回路１３と圧電素子７とを電気的に接続する。その後、圧電素子７の端面を研磨することにより、アライメントを行い、更に、研磨された圧電素子７の端面をダイシングすることにより圧電素子７を個別化し、最後に、振動板５，圧力室構成部材４およびノズルプレート３からなるプリンタヘッド本体６を圧電素子７上に実装する。
【００５９】
次に、この製造方法により形成されたインクジェットプリンタヘッド１９の動作について図１０を参照して説明する。インクはプリンタ本体からチューブを介して供給され、インクプール１０７に充填される。また、電気信号はプリンタ本体から図示省略のＦＰＣを介して絶縁基板８上の薄膜トランジスタ回路９に供給され、アンプ回路１３で増幅された後、コンタクト２１を経て圧電素子７に印加される。そして、この信号に応じて圧電素子７が振動し、振動板５を変形させて、圧力室１２内に圧力波を発生させる。この圧力波によってノズル穴となる小孔２からインク滴が吐出される。
【００６０】
本発明の第６の実施形態で用いる薄膜トランジスタ回路９およびアンプ回路１３は、前述した各実施形態と同様、安価な絶縁基板を用いた低温プロセスの多結晶シリコンで作成してもよいし、また、高温プロセスの多結晶シリコンやその他の薄膜トランジスタを用いてもよい。
【００６１】
【発明の効果】
本発明のインクジェットプリンタヘッドは、同一絶縁基板上に圧電素子やトランジスタ等の駆動回路を形成し、かつ、ノズルにおけるインクの吐出方向に重合して一体化することによってノズルや回路の高密度実装を実現したので、多数のノズルをマトリクス状に高密度で配備することが容易となり、印刷速度の高速化や高画質印刷が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は本発明を適用した第１の実施形態の構成を示す斜視図、図１（ｂ）は同実施形態の要部を簡略化して示す断面図である。
【図２】同実施形態の製造工程を図２（ａ），図２（ｂ），図２（ｃ）の順で説明する図である。
【図３】図３（ａ）は本発明を適用した第２の実施形態の構成を示す斜視図、図３（ｂ）は同実施形態の要部を簡略化して示す断面図である。
【図４】同実施形態の製造工程を図４（ａ），図４（ｂ），図４（ｃ）の順で説明する図である。
【図５】図５（ａ）は本発明を適用した第３の実施形態の構成を示す斜視図、図５（ｂ）は同実施形態の要部を簡略化して示す断面図である。
【図６】同実施形態の製造工程を図６（ａ），図６（ｂ），図６（ｃ）の順で説明する図である。
【図７】図７（ａ）は本発明を適用した第４の実施形態の構成を示す斜視図、図７（ｂ）は同実施形態の要部を簡略化して示す断面図である。
【図８】同実施形態の製造工程を図８（ａ），図８（ｂ），図８（ｃ）の順で説明する図である。
【図９】本発明を適用した第５の実施形態の要部を簡略化して示す断面図である。
【図１０】本発明を適用した第６の実施形態の要部を簡略化して示す断面図である。
【図１１】圧電素子を用いてインク滴を吐出させる従来のインクジェットプリンタヘッドの構成の概略について一例を挙げて模式的に示す断面図である。
【図１２】従来のインクジェットプリンタヘッドのインク滴吐出動作に関わる機能の概略について示す機能ブロック図である。
【符号の説明】
１ インクジェットプリンタヘッド
２ 小孔（ノズル穴）
３ 板状体（ノズルプレート）
４ 圧力室構成部材
５ 振動板
６ プリンタヘッド本体
７ 圧電素子
８ 絶縁基板
９ 薄膜トランジスタ回路
１０ 充填材
１１ インクジェットプリンタヘッド
１２ インクジェットプリンタヘッド
１３ アンプ回路
１４ インクジェットプリンタヘッド
１５ インクジェットプリンタヘッド
１６ 電気接続
１７ アンプおよびバッファ回路
１８ 放熱板
１９ インクジェットプリンタヘッド
２０ 保護膜
２１ コンタクト
１０５ 障壁
１０６ 圧力室
１０７ インクプール
１１２ インク供給口
【発明の属する技術分野】
本発明は、微小な液滴を紙面等の記録媒体に飛翔させて、文字や画像を記録するインクジェットプリンタヘッドの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１１は圧電素子を用いてインク滴を吐出させる従来のインクジェットプリンタヘッドの構成の概略について一例を挙げて模式的に示す断面図、また、図１２はインク滴の吐出動作に関わる機能の概略について示す機能ブロック図である。
【０００３】
従来のインクジェットプリンタヘッド１００は、図１1に示されるように、ノズルを形成する小孔１０１を穿設した板状体１０２、および、その上に重合して固設された枠体状の圧力室構成部材１０３と、更に、圧力室構成部材１０３の上に重合して固設された振動板１０４によって構成される。圧力室構成部材１０３を形成する枠体の内側部分には所定の間隙を空けて複数の障壁１０５が設けられ、隣接する二つの障壁１０５と前述した板状体１０２および振動板１０４で区画して形成される各々の空間によって複数の圧力室１０６が構成される。
【０００４】
また、圧力室構成部材１０３の内側には、全ての障壁１０５の先端部を突き切るようにしてインクプール１０７が形成され、振動板１０４のインクタンク口１１１を介して導入されたインクが、インクプール１０７、および、障壁１０５，１０５間の間隙で形成されるインク供給口１１２を通って各々の圧力室１０６に導かれるようになっている。
【０００５】
圧電素子１０８は、各々の圧力室１０６と対応して振動板１０４上に複数配備され、また、ノズルを構成する小孔１０１も、各々の圧力室１０６と対応して板状体１０２上の複数箇所に穿設されている。
【０００６】
図１２に示されるように、インクタンク１０９内のインクは、チューブ１１０およびインクタンク口１１１を介してインクプール１０７に供給される。また、インクジェットプリンタヘッド１００を駆動する駆動信号は、プリンタ本体１１３で生成され、フレキシブル・プリンティング・ケーブル（以下、単にＦＰＣという）１１４を通って駆動回路用の回路基板１１５に到達し、更に、ＦＰＣ１１６を通って圧電素子１０８に印加され、この信号を受けた圧電素子１０８が振動して圧力室１０６の振動板１０４を変形させる。この結果、圧力室１０６の容積が減少して圧力波が発生し、この圧力波により、ノズルとなる小孔１０１からインク滴が吐出されて紙面等に飛翔する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
近年、インクジェットプリンタの分野においても印刷速度の高速化や高画質印刷という技術課題が問題となってきた。まず、高速化を実現するための手段としては、インクジェットプリンタヘッドのノズル数を増加することが挙げられる。また、高画質化を実現するためには、圧電素子に供給する電気信号を変化させて吐出されるインク滴の大きさを変え、紙面に付着するドットの大きさを変化させることが望まれる。この両者を満たすものとして高密度のインクジェットプリンタヘッドが必要となる。
【０００８】
ところが、ノズルの数を増加させたり圧電素子に供給する電気信号を変化させる機能を持たせたりすると、必要とされる駆動回路の数も同様に冗長し、配線容量が増加する。例えば、図１２に示されるように、圧電素子１０８が載った基板と駆動回路用の回路基板１１５とが異なる場合、ＦＰＣ１１６等を介して接続を行うことになるが、ＦＰＣ等の配線ピッチの高密度化にも限度があるので、インクジェットプリンタヘッド１００に実装できるノズルや回路の数にも自ずと限界が生じ、必ずしも、高速化や高画質化に必要とされる十分な数のノズルや回路を実装できるとは限らない。
【０００９】
また、ＦＰＣを用いず、相異なる基板、例えば、駆動回路用の回路基板１１５と圧電素子１０８が載った基板の夫々に接続用の端子を配備し、各々の端子を相互に接触させる手段も考えられるが、やはり端子間の配線ピッチの高密度化の限界に関する問題はついてまわる。
【００１０】
プリンタ本体１１３から回路基板１１５に送る駆動用の信号に関しても同様の問題があり、ノズル数の増大に伴ってプリンタ本体１１３側のアンプ回路の数も増大するので、プリンタ本体１１３側に冷却用のヒートシンクフィン等の冷却装置が必要となり、小型インクジェットプリンタの実現が困難となる問題がある。
【００１１】
【発明の目的】
そこで、本発明の目的は、配線や回路構成を高密度化し、印刷速度の高速化や高画質印刷に適したインクジェットプリンタヘッドを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、インクを貯溜する圧力室にノズルと振動板を設け、電気信号で駆動される圧電素子によって前記振動板を振動させて前記ノズルからインク滴を吐出するように構成したインクジェットプリンタヘッドであって、複数のノズルがマトリクス状に配置されたノズルプレートと、前記複数のノズルに対応して圧力室を構成する圧力室構成部材と振動板とからなるプリントヘッド本体と、前記圧電素子に電気信号を供給するための薄膜トランジスタ回路を形成すると共に前記圧電素子を実装した絶縁基板とが、前記振動板を介し前記圧電素子上に前記圧力室が対応するよう前記ノズルにおけるインクの吐出方向に重合して一体に配備されていることを特徴とする構成により前記目的を達成した。
圧電素子に電気信号を供給するためのトランジスタ回路を薄膜トランジスタ回路によって形成することにより回路構成の高密度化が達成される。また、この薄膜トランジスタ回路を圧電素子と共に絶縁基板上に一体に配備することによってトランジスタ回路専用の基板が不要となり、同時に、圧電素子とトランジスタ回路との間の配線容量も軽減される。
この結果、多数のノズルを高密度で配備することが容易となり、印刷速度の高速化や高画質印刷が実現される。
【００１３】
また、電気信号を増幅して圧電素子に伝達するアンプ回路が必要な場合には、このアンプ回路も、前記薄膜トランジスタ回路と共に絶縁基板上に一体的に配備するようにする。
アンプ回路を圧電素子の側に配備する結果、プリンタ本体側に多数のアンプ回路を設ける必要がなくなり、プリンタ本体側の冷却用のヒートシンクフィン等も不要となり、インクジェットプリンタ全体の小型化が達成される。
【００１４】
薄膜トランジスタ回路およびアンプ回路は、例えば、多結晶シリコンによって形成することができる。
【００１５】
振動板を介して圧電素子上に圧力室を一体的に配備する構成において、小孔を穿設した板状体を圧力室における振動板と反対側の面に設け、前記小孔によりノズルを形成することで、ノズルの高密度配備を実現する。
【００１６】
更に、絶縁基板において圧電素子を実装する側の面と同じ面に薄膜トランジスタ回路を形成する場合には、圧力室と絶縁基板との間、即ち、圧力室と薄膜トランジスタ回路との間に熱伝導率の高い充填材を介装し、この充填材に絶縁基板とプリントヘッド本体との間のスペーサを兼ねさせると共に、この充填材を介して薄膜トランジスタ回路から発生する熱を強制的に排除することにより、回路構成の高密度化に伴う発熱問題が解消される。しかも、充填材がスペーサとして作用する結果、絶縁基板とプリンタヘッド本体との間の離間距離も一定に保持されるようになる。
【００１７】
また、絶縁基板において圧電素子を実装する側の面と反対側の面に圧電素子と重合するようにして薄膜トランジスタ回路を形成する場合には、絶縁基板の表裏に位置する圧電素子と薄膜トランジスタ回路とを導体金属によって接続するようにする。 圧電素子を実装する側の面と反対側の面、つまり、圧電素子の実装されていない絶縁基板の裏側面を利用して薄膜トランジスタ回路を配備することにより、絶縁基板の面積の一層の狭小化、更には、ノズルの高密度の配備が可能となる。
【００１８】
圧電素子を実装する側の面と反対側の面に薄膜トランジスタ回路を配備した場合には、圧電素子を実装する側の面と反対側の面、つまり、薄膜トランジスタ回路を形成した側の面に放熱板を設置し、薄膜トランジスタ回路から発生する熱を強制的に排除することによって回路構成の高密度化に伴う発熱問題が解消される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態の幾つかについて説明する。図１（ａ）は本発明を適用した第１の実施形態のインクジェットプリンタヘッド１の構成を示す斜視図、図１（ｂ）は同実施形態のインクジェットプリンタヘッド１要部を簡略化して示す断面図である。
【００２０】
この実施形態のインクジェットプリンタヘッド１は、概略において、プリンタヘッド本体６と圧電素子７および絶縁基板８によって構成される。更に、プリンタヘッド本体６は、ノズル穴となる小孔２を穿設した板状体３（以下、ノズルプレートという）と圧力室構成部材４および振動板５によって構成され、振動板５を振動させる圧電素子７を実装した絶縁基板８の表面には、圧電素子７に駆動用の電気信号を伝えるための薄膜トランジスタ回路９が一体的に形成されている。
【００２１】
圧力室構成部材４の構造に関しては図１１に示した従来例の圧力室構成部材１０３と実質的に同様である。
即ち、図１（ｂ）に示される本実施形態の圧力室構成部材４においては、圧力室構成部材４を形成する枠体の内側部分に紙面厚み方向に所定の間隙を空けて図１１の従来例と同様にして複数の障壁１０５が一体に設けられ、紙面厚み方向に隣接する二つの障壁１０５とノズルプレート３および振動板５で区画して形成される各々の空間によって複数の圧力室１０６が構成されている。インクプール１０７の形状も図１１の従来例と同様であり、図１（ｂ）に示される本実施形態の圧力室構成部材４においては、全ての障壁１０５の右端部を突き切るようにして紙面厚み方向に伸びるインクプール１０７が形成され、インクプール１０７内のインクは、紙面厚み方向に隣接する障壁１０５，１０５間の間隙で形成されるインク供給口１１２を通って各々の圧力室１０６に導かれる。
【００２２】
図１（ａ）および図１（ｂ）では、一つの圧力室１０６を形成するために必要とされる最小構成単位の部分に関してプリンタヘッド本体６の構成を記載しているが、実際には、この構成単位が図１（ａ）の前後左右方向、また、図１（ｂ）においては紙面厚み方向と左右方向に多数重合してマトリクス状に一体成形されて一つのプリンタヘッド本体６を構成しており、一枚のノズルプレート３には多数の小孔２がマトリクス状に穿設されている（図２（ｃ）参照）。
【００２３】
プリンタヘッド本体６は、図１（ａ）および図１（ｂ）に示されるように、ノズルプレート３や圧力室構成部材４および振動板５を形成する数枚（実施形態では３枚）の剛性板を重合して貼り合わせた積層構造を有し、ノズルプレート３における小孔２や圧力室構成部材４における障壁１０５，１０５間の間隙（圧力室１０６）およびインクプール１０７等はプレスによる打ち抜き加工等によって実現される。
【００２４】
薄膜トランジスタ回路９は安価な絶縁基板を用いることのできる低温プロセスの多結晶シリコンで作成してもよいし、高温プロセスの多結晶シリコンまたはその他の薄膜トランジスタを用いてもよい。振動板５は、圧電素子７の共通電極も兼ねており、Ｎｉ板、あるいはその他の導電性を有する金属板を用いる。圧電素子７の材料にはチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスからなる材料、あるいは一般的な強誘電体が用いられる。
【００２５】
次に、第１の実施形態のインクジェットプリンタヘッド１の製造方法について簡単に説明する。図２は本発明の第１の実施形態の製造工程を説明する図である。まず、図２（ａ）に示すように、減圧ＣＶＤ法等により絶縁基板８上に薄膜トランジスタ回路９を形成する。
【００２６】
次に、図２（ｂ）に示すように、圧電素子７を絶縁基板８上の薄膜トランジスタ回路８に隣接する位置に実装する。この際、圧電素子７と絶縁基板８との間に球状のハンダを並べ、リフローにより、既に形成された薄膜トランジスタ回路９と圧電素子７とを電気的に接続する。接続後、圧電素子７の端面を研磨することにより、アライメントを行う。そして、研磨された圧電素子７の端面をダイシングすることにより前述した最小構成単位の各圧力室１０６に対応する各々の圧電素子７を個別化する。
【００２７】
その後、図２（ｃ）に示すように、振動板５，圧力室構成部材４およびノズルプレート３からなるプリンタヘッド本体６を圧電素子７上に実装する。
【００２８】
次に、この製造方法により形成されたインクジェットプリンタヘッド１の動作について図１（ｂ）を参照して説明する。インクはプリンタ本体からチューブを介して供給され、インクプール１０７およびインク供給口１１２を介して圧力室１０６に導かれる。また、電気信号はプリンタ本体から図示省略のＦＰＣを介して絶縁基板８上の薄膜トランジスタ回路９に供給され、圧電素子７に印加される。なお、ダイシングにより最小構成単位に対応して個別化された各々の圧電素子７は各々に独立して機能する。そして、この信号に応じて圧電素子７が振動し、振動板５を変形させて、圧力室１０６内に圧力波を発生させる。この圧力波によってノズル穴となる小孔２からインク滴が吐出される。
【００２９】
図３（ａ）は本発明の第２の実施形態のインクジェットプリンタヘッド１１の構成を示す斜視図、図３（ｂ）は同実施形態のインクジェットプリンタヘッド１１の要部を簡略化して示す断面図である。
【００３０】
この実施形態のインクジェットプリンタヘッド１１は、薄膜トランジスタ回路９から発生する熱を伝導して排除する目的で設置された充填材１０を備える点で前述した第１の実施形態と相違するが、他の部分の構成に関しては第１の実施形態と同様であるので、重複する構成部分に関しては図１（ａ）および図１（ｂ）の説明で用いたものと同一の符号を付すにとどめ、説明は省略する。なお、この実施形態の充填材１０は絶縁基板８とプリンタヘッド本体６の振動板５との間の離間距離を一定に保持するためのスペーサとしての機能を兼ね備える。
【００３１】
次に、本発明の第２の実施形態のインクジェットプリンタヘッド１１の製造方法について簡単に説明する。図４は本発明の第２の実施形態の製造方法を説明する図である。まず、図４（ａ）に示すように、減圧ＣＶＤ法等により絶縁基板８上に薄膜トランジスタ回路９を形成する。次に、図４（ｂ）に示すように、圧電素子７を絶縁基板８上の薄膜トランジスタ回路９に隣接する位置に実装する。前記と同様、圧電素子７と絶縁基板８との間に球状のハンダを並べ、リフローにより、既に形成された薄膜トランジスタ回路９と圧電素子７とを電気的に接続する。接続後、圧電素子７の端面を研磨することにより、アライメントを行う。そして、研磨された圧電素子７の端面をダイシングすることにより、前記と同様、最小構成単位となる各々の圧電素子７を個別化する。
【００３２】
その後、図４（ｃ）に示すように薄膜トランジスタ回路９を覆う部分に充填材１０を実装する。この充填材１０の材質に関してはアルミ等、熱伝導性のよい金属が用いられる。そして、最終的に、振動板５，圧力室構成部材４およびノズルプレート３からなるプリンタヘッド本体６を圧電素子７上に実装する。
【００３３】
この製造方法により製造されたインクジェットプリンタヘッド１１の動作に関しては、前述した第１の実施形態と同様である。従って、本実施形態で用いる薄膜トランジスタ回路９は前述した第１の実施形態の場合と同様、安価な絶縁基板を用いた低温プロセスの多結晶シリコンで作成してもよいし、また、高温プロセスの多結晶シリコンやその他の薄膜トランジスタを用いてもよい。
【００３４】
この実施形態によれば、インクジェットプリンタヘッド１１の動作中に薄膜トランジスタ回路９で発生する熱は充填材１０によって吸収され、大気中に放出されるので、高密度化によって生じる回路の温度上昇を抑制することができる。
【００３５】
図５（ａ）は本発明の第３の実施形態のインクジェットプリンタヘッド１２の構成を示す斜視図、図５（ｂ）は同実施形態のインクジェットプリンタヘッド１２の要部を簡略化して示す断面図である。
【００３６】
この実施形態のインクジェットプリンタヘッド１２は、薄膜トランジスタ回路９と共にアンプ回路１３を一体に形成した点で前述した第１の実施形態と相違するが、他の部分の構成に関しては前述した第１の実施形態と同様であるので、重複する構成部分に関しては図１（ａ）および図１（ｂ）の説明で用いたものと同一の符号を付すにとどめ、説明は省略する。
【００３７】
アンプ回路１３は薄膜トランジスタ９と同様、安価な絶縁基板を用いることのできる低温プロセスの多結晶シリコンで作成してもよいし、高温プロセスの多結晶シリコンまたはその他の薄膜トランジスタを用いてもよい。
【００３８】
薄膜トランジスタ９と共にアンプ回路１３が形成されているので、前述した第１の実施形態以上に回路構成の高密度化が達成される。
【００３９】
次に、本発明の第３の実施形態のインクジェットプリンタヘッド１２の製造方法について簡単に説明する。図６は本発明の第３の実施例の製造工程を説明する図である。まず、図６（ａ）に示すように絶縁基板８上に薄膜トランジスタ回路９およびアンプ回路１３を形成する。
【００４０】
次に、図６（ｂ）に示すように、圧電素子７を絶縁基板８上の薄膜トランジスタ回路９およびアンプ回路１３に隣接する位置に実装する。この際、圧電素子７と絶縁基板８上との間に球状のハンダを並べ、リフローにより、既に形成された薄膜トランジスタ回路９およびアンプ回路１３とを電気的に接続する。接続後、圧電素子７の端面を研磨することにより、アライメントを行う。そして、研磨された圧電素子７の端面をダイシングすることにより前述した最小構成単位となる各々の圧電素子７を個別化する。
【００４１】
そして、図６（ｃ）のように、振動板５，圧力室構成部材４およびノズルプレート３からなるプリンタヘッド本体６を圧電素子７上に実装する。
【００４２】
次に、この製造方法により形成されたインクジェットプリンタヘッド１２の動作について図５（ｂ）を参照して説明する。インクはプリンタ本体からチューブを介して供給され、インクプール１０７に充填され、インク供給口１１２を介して圧力室１０６に導かれる。また、電気信号はプリンタ本体から図示省略のＦＰＣを介して絶縁基板８上の薄膜トランジスタ回路９に供給され、アンプ回路１３によって増幅されて圧電素子７に印加される。そして、この信号に応じて圧電素子７が振動し、振動板５を変形させて、圧力室１０６内に圧力波を発生させる。この圧力波によってノズル穴となる小孔２からインク滴が吐出される。
【００４３】
図７（ａ）は本発明の第４の実施形態のインクジェットプリンタヘッド１４の構成を示す斜視図、図７（ｂ）は同実施形態のインクジェットプリンタヘッド１４の要部を簡略化して示す断面図である。
【００４４】
この実施形態のインクジェットプリンタヘッド１４は、薄膜トランジスタ回路９およびアンプ回路１３から発生する熱を伝導し排除する充填材１０が設置されている点で前述した第３の実施形態と相違するが、他の部分の構成に関しては前述した第３の実施形態と同様であるので、重複する構成部分に関しては図５（ａ）および図５（ｂ）の説明で用いたものと同一の符号を付すにとどめ、説明は省略する。
【００４５】
次に、本発明の第４の実施形態の製造方法について簡単に説明する。図８は本発明の第４の実施形態の製造工程を簡単に説明する図である。まず、図８（ａ）に示すように、絶縁基板８上に薄膜トランジスタ回路９およびアンプ回路１３を形成する。
【００４６】
次に、図８（ｂ）に示すように、圧電素子７を絶縁基板８上の薄膜トランジスタ回路９およびアンプ回路１３に隣接する位置に実装する。この際、圧電素子７と絶縁基板８との間に球状のハンダを並べ、リフローにより、既に形成された薄膜トランジスタ回路９およびアンプ回路１３と圧電素子７とを電気的に接続する。接続後、圧電素子７の端面を研磨することにより、アライメントを行う。そして、研磨された圧電素子７の端面をダイシングすることにより前述した最小構成単位に対応する各々の圧電素子７を個別化する。
【００４７】
その後、図８（ｃ）に示すように薄膜トランジスタ回路９およびアンプ１３を覆う部分に充填材１０を実装する。この充填材１０の材質に関しては、前述した第２の実施形態の場合と同様、アルミ等、熱伝導性の良い金属が用いられる。そして、最終的に、振動板５，圧力室構成部材４およびノズルプレート３からなるプリンタヘッド本体６を圧電素子７上に実装する。
【００４８】
この製造方法により形成されたインクジェットプリンタヘッド１４の動作は前述した第３の実施形態のものと同様であり、また、回路の温度上昇の抑制効果に関しては前述した第２の実施形態のものと同様である。本実施形態で用いる薄膜トランジスタ回路９およびアンプ回路１３は、前述した各実施形態と同様、安価な絶縁基板を用いた低温プロセスの多結晶シリコンで作成してもよいし、また、高温プロセスの多結晶シリコンやその他の薄膜トランジスタを用いてもよい。
【００４９】
図９は本発明の第５の実施形態のインクジェットプリンタヘッド１５の構成の要部を簡略化して示す断面図である。本実施形態のインクジェットプリンタヘッド１５においては、絶縁基板８において圧電素子７と反対側の面に薄膜トランジスタ回路９とアンプおよびバッファ回路１７を形成し、絶縁基板８の端面に導体金属からなる電気接続１６を設けて薄膜トランジスタ回路９とアンプおよびバッファ回路１７を圧電素子７に電気的に接続し、更に、薄膜トランジスタ回路９とアンプおよびバッファ回路１７の上に放熱板１８を設置するようにしている。
【００５０】
電気接続１６の部分の材質は銀ペースト、銀パラジウムペースト、あるいはその他の導体金属を用い、また、放熱板１８の材質については、アルミ等、熱伝導性のよい金属を用いる。薄膜トランジスタ回路９とアンプおよびバッファ回路１７を絶縁基板８の裏面に形成するようにしているので、これらのものを絶縁基板８の表面に形成する場合のように圧電素子７の設置面を避けて同一平面上に配備する必要はなく、絶縁基板８自体の実装面積を小さくできる。また、薄膜トランジスタ回路９とアンプおよびバッファ回路１７から発生する熱を放熱板１８によって強制的に排除することができるので、より安定した動作を達成することができる。
【００５１】
次に、本発明の第５の実施形態の製造方法について説明する。まず、絶縁基板８の裏面に薄膜トランジスタ回路９とアンプおよびバッファ回路１７を形成する。次に絶縁基板８の薄膜トランジスタ回路９とアンプおよびバッファ回路１７を覆う部分に放熱板１８を実装する。そして、絶縁基板８における薄膜トランジスタ回路９とアンプおよびバッファ回路１７と反対の面、つまり、絶縁基板８の表側の面に圧電素子７を実装する。その後、圧電素子７の端面を研磨することにより、アライメントを行う。そして、研磨された圧電素子７の端面をダイシングすることにより前述した最小構成単位に対応する各々の圧電素子７を個別化する。
【００５２】
裏面側の薄膜トランジスタ回路９とアンプおよびバッファ回路１７と表側の圧電素子７との電気的接続については、例えば、絶縁基板８の側面に銀ペーストを吹き付ける等の手段により達成する。そして、最終的に、振動板５，圧力室構成部材４およびノズルプレート３からなるプリンタヘッド本体６を圧電素子７上に実装する。
【００５３】
次に、この製造方法により形成されたインクジェットプリンタヘッド１５の動作について図９を参照して説明する。インクはプリンタ本体からチューブを介して供給され、インクプール１０７に充填される。また、電気信号はプリンタ本体から図示省略のＦＰＣを介して絶縁基板８上の薄膜トランジスタ回路９に供給され、アンプおよびバッファ回路１３のアンプにより増幅される。そして、電気接続１６を通って、上面側の圧電素子７に印加される。そして、この信号に応じて圧電素子７が振動し、振動板５を変形させて、圧力室１２内に圧力波を発生させる。この圧力波によってノズル穴となる小孔２からインク滴が吐出される。
【００５４】
本発明の第５の実施形態で用いる薄膜トランジスタ回路９とアンプおよびバッファ回路１７は、これまでに述べてきた各実施形態と同様、安価な絶縁基板を用いた低温プロセスの多結晶シリコンで作成してもよいし、また、高温プロセスの多結晶シリコンやその他の薄膜トランジスタを用いてもよい。
【００５５】
そして、インクジェットプリンタヘッド１５の動作中に薄膜トランジスタ回路９やアンプおよびバッファ回路１７で発生する熱は放熱板１８によって吸収され、大気中に放出されるので、高密度化によって生じる回路の温度上昇を抑制することができる。
【００５６】
図１０は本発明の第６の実施形態のインクジェットプリンタヘッド１９の要部を簡略化して示す断面図である。
【００５７】
この実施形態のインクジェットプリンタヘッド１９では、絶縁基板８の表面に一体に形成した薄膜トランジスタ回路９およびアンプ回路１３の上に更に保護膜２０が形成され、圧電素子７は保護膜２０の上に実装されている。薄膜トランジスタ回路９およびアンプ回路１３と圧電素７との間の電気的な接続は、例えば、スパッタ法等により保護膜２０を貫通してアルミあるいは導電性の金属でコンタクト２０を形成させることにより達成される。保護膜２０の材質としては有機系の薄膜が用いられる。
【００５８】
次に、本発明の第６の実施形態の製造方法について簡単に説明する。まず、絶縁基板８上に薄膜トランジスタ回路９とアンプ回路１３および保護膜２０を形成する。そして、保護膜２０にコンタクトホールを開け、アルミ、あるいは導電性の金属を利用したスパッタ法によりコンタクト２１を形成する。次に、保護膜２０上のコンタクト２１に合わせて、圧電素子７を実装する。この際、圧電素子７とコンタクト２１の接触面に球状のハンダを並べ、リフローにより、既に形成された薄膜トランジスタ回路９およびアンプ回路１３と圧電素子７とを電気的に接続する。その後、圧電素子７の端面を研磨することにより、アライメントを行い、更に、研磨された圧電素子７の端面をダイシングすることにより圧電素子７を個別化し、最後に、振動板５，圧力室構成部材４およびノズルプレート３からなるプリンタヘッド本体６を圧電素子７上に実装する。
【００５９】
次に、この製造方法により形成されたインクジェットプリンタヘッド１９の動作について図１０を参照して説明する。インクはプリンタ本体からチューブを介して供給され、インクプール１０７に充填される。また、電気信号はプリンタ本体から図示省略のＦＰＣを介して絶縁基板８上の薄膜トランジスタ回路９に供給され、アンプ回路１３で増幅された後、コンタクト２１を経て圧電素子７に印加される。そして、この信号に応じて圧電素子７が振動し、振動板５を変形させて、圧力室１２内に圧力波を発生させる。この圧力波によってノズル穴となる小孔２からインク滴が吐出される。
【００６０】
本発明の第６の実施形態で用いる薄膜トランジスタ回路９およびアンプ回路１３は、前述した各実施形態と同様、安価な絶縁基板を用いた低温プロセスの多結晶シリコンで作成してもよいし、また、高温プロセスの多結晶シリコンやその他の薄膜トランジスタを用いてもよい。
【００６１】
【発明の効果】
本発明のインクジェットプリンタヘッドは、同一絶縁基板上に圧電素子やトランジスタ等の駆動回路を形成し、かつ、ノズルにおけるインクの吐出方向に重合して一体化することによってノズルや回路の高密度実装を実現したので、多数のノズルをマトリクス状に高密度で配備することが容易となり、印刷速度の高速化や高画質印刷が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は本発明を適用した第１の実施形態の構成を示す斜視図、図１（ｂ）は同実施形態の要部を簡略化して示す断面図である。
【図２】同実施形態の製造工程を図２（ａ），図２（ｂ），図２（ｃ）の順で説明する図である。
【図３】図３（ａ）は本発明を適用した第２の実施形態の構成を示す斜視図、図３（ｂ）は同実施形態の要部を簡略化して示す断面図である。
【図４】同実施形態の製造工程を図４（ａ），図４（ｂ），図４（ｃ）の順で説明する図である。
【図５】図５（ａ）は本発明を適用した第３の実施形態の構成を示す斜視図、図５（ｂ）は同実施形態の要部を簡略化して示す断面図である。
【図６】同実施形態の製造工程を図６（ａ），図６（ｂ），図６（ｃ）の順で説明する図である。
【図７】図７（ａ）は本発明を適用した第４の実施形態の構成を示す斜視図、図７（ｂ）は同実施形態の要部を簡略化して示す断面図である。
【図８】同実施形態の製造工程を図８（ａ），図８（ｂ），図８（ｃ）の順で説明する図である。
【図９】本発明を適用した第５の実施形態の要部を簡略化して示す断面図である。
【図１０】本発明を適用した第６の実施形態の要部を簡略化して示す断面図である。
【図１１】圧電素子を用いてインク滴を吐出させる従来のインクジェットプリンタヘッドの構成の概略について一例を挙げて模式的に示す断面図である。
【図１２】従来のインクジェットプリンタヘッドのインク滴吐出動作に関わる機能の概略について示す機能ブロック図である。
【符号の説明】
１ インクジェットプリンタヘッド
２ 小孔（ノズル穴）
３ 板状体（ノズルプレート）
４ 圧力室構成部材
５ 振動板
６ プリンタヘッド本体
７ 圧電素子
８ 絶縁基板
９ 薄膜トランジスタ回路
１０ 充填材
１１ インクジェットプリンタヘッド
１２ インクジェットプリンタヘッド
１３ アンプ回路
１４ インクジェットプリンタヘッド
１５ インクジェットプリンタヘッド
１６ 電気接続
１７ アンプおよびバッファ回路
１８ 放熱板
１９ インクジェットプリンタヘッド
２０ 保護膜
２１ コンタクト
１０５ 障壁
１０６ 圧力室
１０７ インクプール
１１２ インク供給口
Claims (7)
- インクを貯溜する圧力室にノズルと振動板を設け、電気信号で駆動される圧電素子によって前記振動板を振動させて前記ノズルからインク滴を吐出するように構成したインクジェットプリンタヘッドであって、
複数のノズルがマトリクス状に配置されたノズルプレートと、前記複数のノズルに対応して圧力室を構成する圧力室構成部材と振動板とからなるプリントヘッド本体と、前記圧電素子に電気信号を供給するための薄膜トランジスタ回路を形成すると共に前記圧電素子を実装した絶縁基板とが、前記振動板を介し前記圧電素子上に前記圧力室が対応するよう前記ノズルにおけるインクの吐出方向に重合して一体に配備されていることを特徴とするインクジェットプリンタヘッド。 - 前記薄膜トランジスタ回路が多結晶シリコンにより形成されていることを特徴とする請求項１記載のインクジェットプリンタヘッド。
- 前記電気信号を増幅して前記圧電素子に伝達するアンプ回路を備え、このアンプ回路が前記薄膜トランジスタ回路と共に前記絶縁基板上に一体的に形成されていることを特徴とする請求項１または２記載のインクジェットプリンタヘッド。
- 前記アンプ回路が多結晶シリコンにより形成されていることを特徴とする請求項３記載のインクジェットプリンタヘッド。
- 前記絶縁基板において前記圧電素子を実装する側の面と同じ面に前記薄膜トランジスタ回路を形成して、前記圧力室と前記絶縁基板との間の空間に熱伝導率の高い充填材を介装し、この充填材に絶縁基板とプリントヘッド本体との間のスペーサを兼ねさせると共に、この充填材を介して前記薄膜トランジスタ回路から発生する熱を強制的に排除するようにしたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のインクジェットプリンタヘッド。
- 前記絶縁基板において前記圧電素子を実装する側の面と反対側の面に前記圧電素子と重合するようにして前記薄膜トランジスタ回路を形成し、前記薄膜トランジスタ回路と前記圧電素子とを導体金属によって電気的に接続したことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載のインクジェットプリンタヘッド。
- 前記薄膜トランジスタ回路上に放熱板を設置して前記薄膜トランジスタから発生する熱を強制的に排除するようにしたことを特徴とする請求項６記載のインクジェットプリンタヘッド。
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