JP6149453B2

JP6149453B2 - 液体噴射ヘッド、液体噴射装置、および液体噴射ヘッドの製造方法

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Publication number: JP6149453B2
Application number: JP2013063725A
Authority: JP
Inventors: 本規 ▲高▼部; 祐馬福澤; 峻介渡邉
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2013-03-26
Filing date: 2013-03-26
Publication date: 2017-06-21
Anticipated expiration: 2033-03-26
Also published as: JP2014188716A

Description

本発明は、アクチュエーターの駆動により液体を噴射する液体噴射ヘッド、これを備えた液体噴射装置、および液体噴射ヘッドの製造方法に関するものであり、特に、圧電素子の損傷を抑制可能な液体噴射ヘッド、液体噴射装置、および液体噴射ヘッドの製造方法に関するものである。

液体噴射装置は液体噴射ヘッドを備え、この噴射ヘッドから各種の液体を噴射する装置である。この液体噴射装置としては、例えば、インクジェット式プリンターやインクジェット式プロッター等の画像記録装置があるが、最近ではごく少量の液体を所定位置に正確に着弾させることができるという特長を生かして各種の製造装置にも応用されている。例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターを製造するディスプレイ製造装置，有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイやＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極を形成する電極形成装置，バイオチップ（生物化学素子）を製造するチップ製造装置に応用されている。そして、画像記録装置用の記録ヘッドでは液状のインクを噴射し、ディスプレイ製造装置用の色材噴射ヘッドではＲ（Red）・Ｇ（Green）・Ｂ（Blue）の各色材の溶液を噴射する。また、電極形成装置用の電極材噴射ヘッドでは液状の電極材料を噴射し、チップ製造装置用の生体有機物噴射ヘッドでは生体有機物の溶液を噴射する。

所謂オン・デマンド方式の液体噴射ヘッドは、共通液室から圧力室を経てノズルに至る一連の液体流路をノズルに対応して複数備え、例えば、圧電素子や発熱素子等のアクチュエーターの駆動によって圧力室内の液体に生じた圧力変動を利用してノズルから液滴を噴射（吐出）させるように構成されている。上記圧力室は、シリコン等の結晶性基板（以下、圧力室形成基板）に対して異方性エッチングによって寸法精度良く形成されている。また、圧力室内の液体に圧力変動を生じさせるアクチュエーターとしては、圧電素子が好適に用いられる。この圧電素子としては種々の構成があるが、例えば、圧力室に近い側の下部電極と、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電材料からなる圧電体層と、上部電極とが、成膜技術によりそれぞれ積層およびパターニングされて構成される。

この種の液体噴射ヘッドでは、圧電素子を駆動するための駆動信号を当該圧電素子に供給するための配線基板を備え、例えば、ＣＯＦ（チップ・オン・フィルム）、ＴＣＰ（テープ・キャリア・パッケージ）等の配線部材（以下、適宜フレキシブルケーブルと称する）を通じて配線基板から各アクチュエーターに駆動信号が供給される（例えば、特許文献１参照）。このフレキシブルケーブルは、例えば、ポリイミド等のベースフィルムの表面に銅箔等で導体パターンを形成し、この導体パターンをレジストで被覆した構成とされる。そして、このフレキシブルケーブルの一端側の端子部は圧電素子の端子部（リード電極）に接続され、他端側の端子部は配線基板上の基板端子部に接続される。

特開２０１０−２４０８５６号公報（図３等）

ケーブル側の端子部と圧電素子側の端子部との接合には、接着剤として導電性粒子を含む導電性接着剤が用いられることがある。しかしながら、上記構成の液体噴射ヘッドでは、当該ヘッド自体の小型化やノズル数の増加および高密度化に伴い、端子部を構成する各端子も高密度に配設されており、端子間の間隔が狭くなっている。このため、導電性接着剤が隣接する端子間に渡って付着すると当該端子間でショートが生じる可能性があった。

その一方で、上記の導電性粒子を含まない非導電性接着剤（ＮＣＰ：Non-Conductive Paste）を用いてケーブル側の端子部と圧電素子側の端子部とを接合する場合、導電性の粒子を含まない分、導電性接着剤の場合と比較して導通が取りにくい。このため、両者間の導通を確実にするためには接合部分に対して比較的大きな荷重、例えば、数十ｋｇｆ程度の荷重を掛けて押圧する必要があった。このような大きい荷重をかけたときに、シリコン等の結晶性基板からなる圧力室形成基板にクラック等の損傷が生じるおそれがあった。また、このような圧力室形成基板の損傷を抑制するべく接合時の荷重を抑えた場合、端子部同士の導通不良が発生するおそれがあった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、構成部材の損傷を防止しつつ配線の導通をより確実に確保することが可能な液体噴射ヘッド、これを備えた液体噴射装置、および液体噴射ヘッドの製造方法を提供することである。

本発明は、上記目的を達成するために提案されたものであり、ノズルに連通する液体流路を有する流路基材および前記液体流路内に圧力変動を生じさせるアクチュエーターを有し、当該アクチュエーターの駆動により前記ノズルから液体を噴射するヘッドユニットと、
前記アクチュエーター側の第１端子部に電気的に接続される第２端子部を有し、当該アクチュエーターに駆動信号を供給する配線部材と、
を備えた液体噴射ヘッドであって、
前記第１端子部は、前記流路基材上に積層され、
該第１端子部又は前記第２端子部の何れか一方の接合面に凹凸部が形成され、
両端子部は、非導電性接着剤により接合されたことを特徴とする。
なお、「第１端子部は、流路基材上に積層され」とは、第１端子部が流路基材との間に他の部材を介して間接的に積層される構成を含む意味である。

本発明によれば、アクチュエーター側の第１端子部又は配線部材側の第２端子部の何れか一方の接合面に凹凸部が形成され、両端子部が非導電性接着剤により接合されたので、端子部が凹凸形状に成形されていない従来の構成と比較して、より小さい荷重で両端子部をより確実に接合して両者間の導通性を確保することができる。すなわち、両端子部の間の非導電性接着剤は、接合時に荷重が付与される際に凹凸部の凹部に流入する。そして、この凹部に流入して固化した非導電性接着剤により両端子部の間の接着力が確保される。一方、凹凸部の凸部は、他方の端子部に対して点接触に近い状態で当接するため単位面積あたりの接合力が大きくなり、両端子部間の導通性がより確実に確保される。したがって、従来よりも小さい荷重で両端子部を接合することができるので、接合時の荷重により流路基材等のヘッド構成部材が損傷することが抑制される。その結果、ヘッドユニットの歩留まりを向上させることが可能となる。

また、上記構成において、前記アクチュエーターは、圧電素子であり、
当該圧電素子の圧電体層が、前記第１端子部の形成領域を含んで当該第１端子部と前記流路基材との間に形成され、
前記領域における前記圧電体層に凹凸形状が形成され、
当該領域に導電材料が積層されることにより、前記凹凸形状に倣った凹凸部を備える前記第１端子部が形成された構成を採用することが望ましい。

当該構成によれば、圧電体層に凹凸形状が形成され、当該領域に導電材料が積層されることにより、凹凸形状に倣った凹凸部を備える第１端子部が形成されたので、流路基材に対して強い応力をかけることなく第１端子部に凹凸部を形成することが可能となる。したがって、この点においても液体噴射ヘッドの製造工程において構成部材の損傷を抑制することができ、その結果、ヘッドユニットの歩留まりをさらに向上させることが可能となる。

上記各構成において、前記第１端子部および前記第２端子部のうち前記凹凸部を有する一方の端子部に対し、他方の端子部において前記一方の端子部に接合される部分が平坦形状を呈する構成を採用することができる。

当該構成によれば、凹凸部を有する一方の端子部に対し、他方の端子部において前記一方の端子部に接合される部分が平坦形状とすることで、平坦な他方の端子部に対して一方の端子部の凸部が点接触に近い状態で当接するので導通がとりやすい。
また、上記目的を達成するために提案される本発明の液体噴射ヘッドは、以下の構成を備えたものであってもよい。
すなわち、ノズルに連通する液体流路を有する流路基材および前記液体流路内に圧力変動を生じさせる圧電素子を有し、当該圧電素子の駆動により前記ノズルから液体を噴射するヘッドユニットと、
前記圧電素子側の第１端子部に電気的に接続される第２端子部を有し、当該圧電素子に駆動信号を供給する配線部材と、
を備えた液体噴射ヘッドであって、
前記第１端子部は、前記流路基材上に積層され、
前記圧電素子の圧電体層は、前記第１端子部の形成領域を含んで当該第１端子部と前記流路基材との間に形成され、
前記領域における前記圧電体層に凹凸形状が形成され、
前記第１端子部の接合面に前記凹凸形状に倣った凹凸部が形成され、
前記第１端子部と前記第２端子部とは、前記凹凸部のうちの凸部が前記第２端子部に接触された状態で非導電性接着剤により接合されたことを特徴とする。
また、上記構成において、前記第１端子部と前記第２端子部とは、前記凹凸部のうちの凹部内に非導電性接着剤が流入された状態で接合されたが望ましい。
さらに、本発明の液体噴射ヘッドは、ノズルに連通する液体流路を有する流路基材および前記液体流路内に圧力変動を生じさせる圧電素子を有し、当該圧電素子の駆動により前記ノズルから液体を噴射するヘッドユニットと、
前記圧電素子側の第１端子部に電気的に接続される第２端子部を有し、当該圧電素子に駆動信号を供給する配線部材と、
を備えた液体噴射ヘッドであって、
前記第１端子部は、前記流路基材上に積層され、
前記圧電素子の圧電体層は、前記第１端子部の形成領域を含んで当該第１端子部と前記流路基材との間に形成され、
前記領域における前記圧電体層に凹凸形状が形成され、
前記第１端子部の接合面に前記凹凸形状に倣った凹凸部が形成され、
前記第２端子部において前記第１端子部に接合される部分が平坦形状を呈し、
前記第１端子部と前記第２端子部とは、非導電性接着剤により接合されたことを特徴とする。
これらの構成によれば、第１端子部の接合面に凹凸部が形成され、両端子部が非導電性接着剤により接合されたので、端子部が凹凸形状に成形されていない従来の構成と比較して、より小さい荷重で両端子部をより確実に接合して両者間の導通性を確保することができる。すなわち、両端子部の間の非導電性接着剤は、接合時に荷重が付与される際に凹凸部の凹部に流入する。そして、この凹部に流入して固化した非導電性接着剤により両端子部の間の接着力が確保される。一方、凹凸部の凸部は、他方の端子部に対して点接触に近い状態で当接するため単位面積あたりの接合力が大きくなり、両端子部間の導通性がより確実に確保される。したがって、従来よりも小さい荷重で両端子部を接合することができるので、接合時の荷重により流路基材等のヘッド構成部材が損傷することが抑制される。その結果、ヘッドユニットの歩留まりを向上させることが可能となる。
また、第２端子部において、第１端子部に接合される部分が平坦形状を呈するため、平坦な第２端子部に対して第１端子部の凸部が点接触に近い状態で当接するので導通がとりやすい。

また、本発明の液体噴射装置は、上記何れかの構成の液体噴射ヘッドを備えることを特徴とする。

また、本発明の液体噴射ヘッドの製造方法は、ノズルに連通する液体流路を有する流路基材および前記液体流路内に圧力変動を生じさせる圧電素子を有し、当該圧電素子の駆動により前記ノズルから液体を噴射するヘッドユニットと、前記圧電素子側の第１端子部に電気的に接続される第２端子部を有し、当該圧電素子に駆動信号を供給する配線部材と、を備えた液体噴射ヘッドの製造方法であって、
前記流路基材上に前記圧電素子を形成すると共に前記第１端子部を形成する第１の工程と、
前記第１端子部と前記配線部材の前記第２端子部とを非導電性接着剤を介して互いに接合する第２の工程と、
を含み、
前記第１の工程は、
前記圧電素子の圧電体層を、前記第１端子部の形成領域を含んで前記基材上に形成する工程と、
前記領域における前記圧電体層に凹凸形状を形成する工程と、
当該領域に導電材料を積層して、前記凹凸形状に倣った凹凸部を備える前記第１端子部を形成する工程と、
を含むことを特徴とする。

プリンターの構成を説明する斜視図である。ヘッドユニットの断面図である。ヘッドユニットの分解斜視図である。圧電素子の素子端子部近傍の平面図である。図４におけるＡ−Ａ線断面図である。ヘッドユニットの製造工程を説明する要部断面図である。ヘッドユニットの製造工程を説明する要部断面図である。素子端子部と配線端子部が非導電性接着剤により接合された状態を示す要部断面図である。

以下、本発明を実施するための形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、以下の説明では、本発明の液体噴射装置として、液体噴射ヘッドの一種であるインクジェット式記録ヘッド（以下、記録ヘッド）を搭載したインクジェット式プリンター（以下、プリンター）を例に挙げる。

プリンター１の構成について、図１を参照して説明する。プリンター１は、記録紙等の記録媒体２（着弾対象の一種）の表面に対して液体状のインクを噴射して画像等の記録を行う装置である。このプリンター１は、後述するヘッドユニット１１を有する記録ヘッド３、この記録ヘッド３が取り付けられるキャリッジ４、キャリッジ４を主走査方向に移動させるキャリッジ移動機構５、記録媒体２を副走査方向に移送する搬送機構６等を備えている。ここで、上記のインクは、本発明の液体の一種であり、液体供給源としてのインクカートリッジ７に貯留されている。このインクカートリッジ７は、記録ヘッド３に対して着脱可能に装着される。なお、インクカートリッジ７がプリンター１の本体側に配置され、当該インクカートリッジ７からインク供給チューブを通じて記録ヘッド３に供給される構成を採用することもできる。

上記のキャリッジ移動機構５はタイミングベルト８を備えている。そして、このタイミングベルト８はＤＣモーター等のパルスモーター９により駆動される。従ってパルスモーター９が作動すると、キャリッジ４は、プリンター１に架設されたガイドロッド１０に案内されて、主走査方向（記録媒体２の幅方向）に往復移動する。

図２は本実施形態における記録ヘッド３が有するヘッドユニット１１の内部構成を示す断面図、図３はヘッドユニット１１の分解斜視図である。また、図４は、ヘッドユニット１１における圧電素子１９の素子端子部近傍の平面図、図５は、図４におけるＡ−Ａ線断面図である。
なお、図３は、ヘッドユニット１１に設けられている合計２列のノズル列のうちの一方（図２における右側）に対応する構成を部分的に図示している。また、図４において、細線によるハッチングで示される部分は上部電極２９を示し、太線によるハッチングで示される部分は素子端子部４１を示している（何れも後述）。さらに、図４および図５は、圧力室２２の長手方向（圧力室並設方向（ノズル列方向）に直交する方向）の一端部に対応する部分（インク供給路２４とは反対側の端部）を図示している。

本実施形態における記録ヘッド３は、図３に例示したヘッドユニット１１を図示しないヘッドケースに備えるとともに、当該ヘッドユニット１１に供給するインクが導入される流路や駆動基板等を備えている。そして、本実施形態におけるヘッドユニット１１は、流路形成基板１５（本発明における流路基材の一種）、ノズルプレート１６、アクチュエーターユニット１４、及び、封止板２０等を積層して構成されている。

流路形成基板１５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板材である。この流路形成基板１５には、複数の圧力室２２が異方性エッチングによってノズル列方向に並べて形成されている。本実施形態における圧力室２２は、ノズル列方向に直交する方向に長尺な平行四辺形の開口を有する空部であり、液体流路の一部を構成する。各圧力室２２は、ノズルプレート１６の各ノズル２５に一対一に対応して設けられている。すなわち、各圧力室２２の形成ピッチは、ノズル２５の形成ピッチに対応している。また、図２に示すように、流路形成基板１５において、圧力室２２に対して当該圧力室長手方向（圧力室並設方向に直交する方向）の側方（ノズル２５との連通側とは反対側）に外れた領域には、流路形成基板１５を貫通する連通部２３が、圧力室２２の並設方向に沿って一連に形成されている。この連通部２３は、各圧力室２２に共通な空部である。この連通部２３と各圧力室２２とは、インク供給路２４を介してそれぞれ連通されている。なお、連通部２３は、後述する振動板２１の連通開口部２６および封止板２０の液室空部３３と連通して、各圧力室２２に共通なインク室であるリザーバー３０（共通液室）を構成する。インク供給路２４は、圧力室２２よりも狭い幅で形成されており、連通部２３から圧力室２２に流入するインクに対して流路抵抗となる部分である。

流路形成基板１５の下面（アクチュエーターユニット１４との接合面側とは反対側の面）には、ノズルプレート１６が、接着剤や熱溶着フィルム等を介して接合されている。ノズルプレート１６は、所定のピッチで複数のノズル２５が列状に開設された板材である。本実施形態では、３６０ｄｐｉに対応するピッチで３６０個のノズル２５を列設することでノズル列（ノズル群の一種）が構成されている。各ノズル２５は、圧力室２２に対してインク供給路２４側とは反対側の端部で連通する。なお、ノズルプレート１６は、例えば、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板、又はステンレス鋼などからなる。本実施形態におけるヘッドユニット１１には、ノズル列が合計２列設けられており、各ノズル列に対応する液体流路がノズル２５側を内側にして左右対称に設けられている。

本実施形態におけるアクチュエーターユニット１４は、振動板２１および圧電素子１９（本発明におけるアクチュエーターの一種）を有している。振動板２１は、流路形成基板１５の上面に形成された二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）からなる弾性膜１７と、この弾性膜１７上に形成された酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）からなる絶縁体膜１８と、から成る。この振動板２１における圧力室２２に対応する部分、即ち、圧力室２２の上部開口を塞ぐ部分は、圧電素子１９の撓み変形に伴ってノズル２５から遠ざかる方向あるいは近接する方向に変位する。この振動板２１における流路形成基板１５の連通部２３に対応する部分には、当該連通部２３と連通する連通開口部２６が開設されている。なお、流路形成基板１５の一部を薄く加工することで、振動板２１の弾性膜として機能させる構成を採用することもできる。

振動板２１の絶縁体膜１８における圧力室２２に対応する部分には、圧電素子１９が形成されている。本実施形態における圧電素子１９は、振動板２１側から順に下部電極２７（第１の電極）、圧電体層２８、および上部電極２９（第２の電極）が積層されて構成されている。また、圧電素子１９は、絶縁体膜１８上において、圧力室２２の上部開口の縁（ノズル２５と連通する側の開口縁）を越えて当該圧力室２２の長手方向の外側、すなわち、対をなすノズル列の他方のノズル列側に外れた位置まで延設されている。そして、下部電極２７および圧電体層２８は、上部電極２９の圧力室長手方向の端部よりも同方向の外側の位置までさらに延設されている。したがって、上部電極２９の他方のノズル列側の端部よりも外側（他方のノズル列側）では圧電体層２８が露出している。

本実施形態において下部電極２７は、圧力室２２毎にパターニングされており、下部電極２７は、圧電素子１９の能動部毎に個別な電極となっている。また、上部電極２９は、各圧電素子１９に共通な電極となっている。そして、圧電素子１９の構成部材の積層方向において、上部電極２９、圧電体層２８、および下部電極２７が互いにオーバーラップする部分が、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる能動部である。すなわち、上部電極２９は圧電素子１９の共通電極となっており、下部電極２７は圧電素子１９の個別電極となっている。なお、駆動回路や配線の都合によってこれらを逆にする構成とすることもできる。

圧電体層２８は、下部電極２７を覆うように振動板２１の上に形成されている。この圧電体層２８としては、鉛（Ｐｂ）、チタン（Ｔｉ）及びジルコニウム（Ｚｒ）を含むもの、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電性圧電材料や、これに酸化ニオブ、酸化ニッケル又は酸化マグネシウム等の金属酸化物を添加したもの等を用いることができる。この圧電体層２８において、隣り合う圧力室２２同士の間の領域に対応する部分、すなわち、隣接する圧力室２２同士を区画する隔壁２２ａ（図４参照）に対応する部分には、スリット部３１が形成されている。このスリット部３１は、圧電体層２８が部分的に除去されて形成された凹部或いは貫通穴から構成されている。そして、このスリット部３１の長手方向の寸法は、圧力室２２の長手方向の寸法よりも短く設定され、また、スリット部３１の短尺方向（圧力室並設方向）の寸法は、隔壁２２ａの幅と同程度或いは少し大きく設定されている。このスリット部３１が設けられていることにより、圧電素子１９の能動部を円滑に変位させることができる。

また、圧電体層２８において、上部電極２９から他の方のノズル列側に露出した部分には、各下部電極２７にそれぞれ対応する個別端子４１ａが圧力室並設方向に沿って複数配列されてなる素子端子部４１（本発明における第１端子部に相当）が形成されている。この素子端子部４１は、金属膜等の導電性材料により形成されている。本発明に係るヘッドユニット１１では、この素子端子部４１に凹凸が設けられている点に特徴を有している。本実施形態においては、圧電体層２８における素子端子部４１の形成領域に、圧力室並設方向に沿って延びる複数本の溝部４３が相互に間隔を空けて形成されており、これらの溝部４３により凹凸形状が設けられている。そして、これらの凹凸形状が形成された領域の上に素子端子部４１が成膜されることで、この凹凸形状に倣った素子端子部４１の各個別端子４１ａも凹凸形状となっている。すなわち、個別端子４１ａにおいて、圧電体層２８の溝部４３に入り落ち込んだ部分が凹部４５となり、溝部４３と溝部４３との間の部分に対応する部分に積層された部分が凸部４６となっている。素子端子部４１の凹部４５は、後述するように、フレキシブルケーブル４０の配線端子部４４との接合時に非導電性接着剤４８が流入する逃げ部として機能する。一方、素子端子部４１の凸部４６は、同じく配線端子部４４との接合時に配線端子部４４の構成端子と接触する導通部として機能する。なお、素子端子部４１のうち少なくとも１つの端子は、共通電極である上部電極２９と導通して共通電極端子として機能する。

なお、本実施形態においては、圧電体層２８の溝部４３のうちの１つは、圧電体層２８を貫通して圧電体層２８の下の下部電極２７に至るスルーホール４３′となっている。そして、素子端子部４１を形成する際に、導電材料がスルーホール４３′を通じて下部電極２７に達して接触する状態で固化するので、素子端子部４１と下部電極２７とが導通する。なお、本実施形態においては、１つの溝部４３をスルーホール４３′とする構成を例示したが、これには限られず、全ての溝部４３が圧電体層２８を貫通するスルーホール４３′としてもよい。また、溝部４３以外の部分にスルーホールを別途設ける構成であってもよい。

アクチュエーターユニット１４の上面側には、圧電素子１９を収容可能な収容空部３２を有する封止板２０が接合される。この封止板２０は箱体状の部材である。この封止板２０の中央部分には、フレキシブルケーブル４０が挿通される配線空部２０′が高さ方向を貫通した状態で形成されている。また、封止板２０において、アクチュエーターユニット１４との接合状態で圧電素子１９に対応する位置には、収容空部３２が形成されている。この収容空部３２は、封止板２０の下面側から上面側に向けて封止板２０の高さ方向途中まで形成された窪みである。この収容空部３２のノズル列方向の寸法（内法）は、同一列の全ての圧電素子１９を収容可能な大きさに設定されている。また、収納空部３２のノズル列に直交する方向の寸法は、圧力室２２の同方向（長手方向）の寸法よりも大きく、且つ、下電極部２７の同方向の寸法よりも小さく設定されている。そして、アクチュエーターユニット１４に位置決めされた状態で封止板２０が接合された状態では、収容空部３２内には圧電素子１９のうち能動部に相当する部分が収容され、上記の配線空部２０′には各圧電素子１９の素子端子部４１が臨むように構成されている。

圧電素子１９の素子端子部４１と電気的に接合されるフレキシブルケーブル４０（配線部材の一種）は、例えば、ポリイミド等のベースフィルムの表面に圧電素子１９への駆動電圧の印加を制御する駆動ＩＣ４０′が実装されると共に、この駆動ＩＣ４０′に接続される導体パターンが銅箔等で形成され、この導体パターンと駆動ＩＣ４０′とがレジストで被覆されて構成されている。そして、このフレキシブルケーブル４０の一端部には、圧電素子１９に導通される配線端子部４４（本発明における第２端子部に相当）が形成されている。このフレキシブルケーブル４０は、配線端子部４４が圧電素子１９の素子端子部４１に接続された状態で配線空部２０′内に収容される。このフレキシブルケーブル４０の他端側は、図示しない制御装置と電気的に接続される。そして、制御装置からの駆動信号がフレキシブルケーブル４０を通じて各圧電素子１９に供給されるように構成されている。

ここで、上記のヘッドユニット１１の製造方法について説明する。
まず、図６（ａ）に示すように、流路形成基板１５となるシリコン単結晶基板が約１１００℃の拡散炉で熱酸化され、その表面に弾性膜１７を構成する二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜が形成される。次いで、図６（ｂ）に示すように、弾性膜１７上に、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）からなる絶縁体膜１８が形成される。具体的には、まず、弾性膜１７上に、例えば、ＤＣスパッタ法によりジルコニウム層が形成され、このジルコニウム層が熱酸化されることにより酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜１８が形成される。次いで、図６（ｃ）に示すように、例えば、白金（Ｐｔ）とイリジウム（Ｉｒ）とを絶縁体膜１８上に積層することにより下部電極２７が形成され、当該圧力室２２の幅よりも狭い幅の帯状となるように圧力室２２毎に個別にパターニングされる。

次に、図６（ｄ）に示すように、圧電体層２８が下部電極２７を被覆する状態で絶縁体膜１８上に形成される。圧電体層２８の形成方法は、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、いわゆるゾル−ゲル法を用いて圧電体層２８が形成される。なお、圧電体層２８の形成方法は、特に限定されず、例えば、ＭＯＤ法やスパッタ法等を用いることも可能である。続いて、図７（ａ）に示すように、圧電体層２８のパターニングが行われる。このパターニングでは、例えば、反応性イオンエッチング、イオンミリング等のドライエッチングによって上記のスリット部３１と溝部４３（スルーホール４３′）が形成される。スルーホール４３′となる溝部４３を形成する場合や、スリット部３１を貫通させる場合、これらの部位では複数回に分けてエッチングが行われる。

次に、図７（ｂ）に示すように、当該圧電体層２８の上面に、上部電極２９および素子端子部４１が圧電体層２８の上面にスパッタ法、真空蒸着法、或いはＣＶＤ法等により形成される。このとき、素子端子部４１は、圧電体層２８の溝部４３による凹凸部上に成膜されるので、この凹凸形状に倣って素子端子部４１の各個別端子４１ａには凹部４５および凸部４６が形成される。なお、図７（ａ）および図７（ｂ）に対応する工程が、本発明における第１の工程に相当する。続いて、図７（ｃ）に示すように、封止板２０がアクチュエーターユニット１４に接合される。上述したように、封止板２０がアクチュエーターユニット１４に接合された状態では、収容空部３２内には圧電素子１９のうち能動部に相当する部分が収容され、素子端子部４１が形成された部分は配線空部２０′内に収容される。その後、図７（ｃ）に示すように、配線空部２０′内において、素子端子部４１に対してフレキシブルケーブル４０の配線端子部４４が、非導電性接着剤（ＮＣＰ）４８を用いて電気的に接合される（第２の工程に相当）。

より具体的には、両端子部の間にＮＣＰ４８を介在させた状態で配線端子部４４の上方から素子端子部４１側に向けて治具などにより押圧されて荷重が付与されることで（図７（ｃ）における矢印参照。）、両端子部を密着させて接合させる。ここで、平坦面である配線端子部４４に対し、素子端子部４１は凹凸形状に成形されているので、図８に示すように、両端子部の間のＮＣＰ４８は、荷重が付与されることで素子端子部４１の凹部４５に流入する。そして、この凹部４５に流入して固化したＮＣＰ４８のアンカー効果により両端子部の間の接着力が確保される。一方、素子端子部４１の凸部４６は、配線端子部４４に対して点接触に近い状態で当接するので、両端子部間の導通性がより確実に確保される。このため、本発明に係るヘッドユニット１１では、端子部が凹凸形状に成形されていない従来の構成と比較して、より小さい荷重で配線端子部４４と素子端子部４１とをより確実に接合して両者間の導通性を確保することができる。したがって、配線端子部４４と素子端子部４１との接合時の荷重によって流路形成基板１５等の脆弱な部材が損傷することを抑制することが可能となる。その結果、ヘッドユニット１１の歩留まりを向上させることが可能となる。また、本実施形態においては、凹凸部を有する一方の素子端子部４１に対し、配線端子部４４において素子端子部４１に接合される部分が平坦形状とすることで、平坦な配線端子部４４に対して素子端子部４１の凸部４６がより確実に当接するので導通がとりやすい。

また、本実施形態においては、圧電体層２８のパターニング工程で素子端子部４１の形成領域に凹凸形状が形成され、この凹凸形状の上に素子端子部４１が成膜されることで、圧電体層２８の凹凸形状に倣った凹凸部が素子端子部４１に形成されるので、流路形成基板１５等の脆弱な基材に対して強い応力をかけることなく素子端子部４１に凹凸を形成することが可能となる。したがって、この点においてもヘッドユニット１１の製造工程において構成部材の損傷を抑制することができ、その結果、ヘッドユニット１１の歩留まりをさらに向上させることが可能となる。

なお、本実施形態においては、圧電体層２８に対するパターニングにより凹凸形状を設けることで、素子端子部４１に凹凸部を形成した構成を例示したが、これには限られない。例えば、振動板２０を構成する弾性膜１７（二酸化シリコン膜）或いは絶縁体膜１８（酸化ジルコニウム膜）に凹凸形状を形成することで素子端子部４１に凹凸部を形成する構成を採用することもできる。
また、上記実施形態では、端子並設方向に沿った溝状の凹部４５と、隣り合う溝部４５同士の間に形成されたリブ状の凸部４６とにより凹凸形状とした構成を例示したが、これには限られない。すなわち、凹凸形状であれば、種々の構成を採用することができる。例えば、半球状あるいは立方体状の凸部が端子部上に多数分布し、これらの凸部以外の部分を凹部とするような凹凸形状であってもよい。
さらに、上記実施形態では、素子端子部４１側に凹凸形状を設けた構成を例示したが、当該素子端子部４１は通常の平坦な端子形状にする一方で、フレキシブルケーブル４０の配線端子部４４の形状を凹凸形状とする構成を採用することもできる。この構成においても、上記実施形態と同様な作用効果を奏する。
また、上記実施形態では、本発明に係るアクチュエーターとして、圧電素子１９を例示したがこれには限られない。例えば、発熱素子や静電アクチュエーターなどの他のアクチュエーターの端子部と配線端子部を接合する構成においても本発明は好適である。

そして、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。また、上述した実施形態では、インクジェットプリンターに搭載されるインクジェット式記録ヘッドを例示したが、上記構成の圧電素子を用いるものであれば、インク以外の液体を噴射するものにも適用することができる。例えば、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（Electro Luminescence）ディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材噴射ヘッド、バイオチップ（生物化学素子）の製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等にも本発明を適用することができる。

１…プリンター，３…記録ヘッド，１４…アクチュエーターユニット，１５…流路形成部材，１６…ノズルプレート，１７…弾性膜，１８…絶縁体膜，１９…圧電素子，２０…封止板，２１…振動板，２２…圧力室，２５…ノズル，２７…下部電極，２８…圧電体層，２９…上部電極，４０…フレキシブルケーブル，４１…素子端子部，４２…スルーホール，４３…溝部，４４…配線端子部，４５…凹部，４６…凸部，４８…非導電性接着剤

Claims

ノズルに連通する液体流路を有する流路基材および前記液体流路内に圧力変動を生じさせる圧電素子を有し、当該圧電素子の駆動により前記ノズルから液体を噴射するヘッドユニットと、
前記圧電素子側の第１端子部に電気的に接続される第２端子部を有し、当該圧電素子に駆動信号を供給する配線部材と、
を備えた液体噴射ヘッドであって、
前記第１端子部は、前記流路基材上に積層され、
前記圧電素子の圧電体層は、前記第１端子部の形成領域を含んで当該第１端子部と前記流路基材との間に形成され、
前記領域における前記圧電体層に凹凸形状が形成され、
前記第１端子部の接合面に前記凹凸形状に倣った凹凸部が形成され、
前記第１端子部と前記第２端子部とは、前記凹凸部のうちの凸部が前記第２端子部に接触された状態で非導電性接着剤により接合されたことを特徴とする液体噴射ヘッド。
前記第１端子部と前記第２端子部とは、前記凹凸部のうちの凹部内に非導電性接着剤が流入された状態で接合されたことを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
ノズルに連通する液体流路を有する流路基材および前記液体流路内に圧力変動を生じさせる圧電素子を有し、当該圧電素子の駆動により前記ノズルから液体を噴射するヘッドユニットと、
前記圧電素子側の第１端子部に電気的に接続される第２端子部を有し、当該圧電素子に駆動信号を供給する配線部材と、
を備えた液体噴射ヘッドであって、
前記第１端子部は、前記流路基材上に積層され、
前記圧電素子の圧電体層は、前記第１端子部の形成領域を含んで当該第１端子部と前記流路基材との間に形成され、
前記領域における前記圧電体層に凹凸形状が形成され、
前記第１端子部の接合面に前記凹凸形状に倣った凹凸部が形成され、
前記第２端子部において前記第１端子部に接合される部分が平坦形状を呈し、
前記第１端子部と前記第２端子部とは、非導電性接着剤により接合されたことを特徴とする液体噴射ヘッド。
請求項１から請求項３の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置。
ノズルに連通する液体流路を有する流路基材および前記液体流路内に圧力変動を生じさせる圧電素子を有し、当該圧電素子の駆動により前記ノズルから液体を噴射するヘッドユニットと、前記圧電素子側の第１端子部に電気的に接続される第２端子部を有し、当該圧電素子に駆動信号を供給する配線部材と、を備えた液体噴射ヘッドの製造方法であって、
前記流路基材上に前記圧電素子を形成すると共に前記第１端子部を形成する第１の工程と、
前記第１端子部と前記配線部材の前記第２端子部とを非導電性接着剤を介して互いに接合する第２の工程と、
を含み、
前記第１の工程は、
前記圧電素子の圧電体層を、前記第１端子部の形成領域を含んで前記基材上に形成する工程と、
前記領域における前記圧電体層に凹凸形状を形成する工程と、
当該領域に導電材料を積層して、前記凹凸形状に倣った凹凸部を備える前記第１端子部を形成する工程と、
を含むことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。