インクジェットヘッドおよびその製造方法と、インクジェット描画装置
【課題】圧電特性の大幅な低下を回避しながら、圧電体１５ａを連続動作させた場合でも、圧電体１５ａの膜剥がれや絶縁破壊を抑え、高歩留り、低コスト化を図る。
【解決手段】インクジェットヘッド１のヘッド基板１０と配線基板２０とは、接着樹脂層３０を介して接着される。ヘッド基板１０は、インクを収容する圧力室１３ａと、振動板１４と、圧電素子１５とを備えている。振動板１４は、圧力室１３ａを配線基板２０側から覆うように設けられて、振動によって圧力室１３ａ内のインクを外部に吐出させる。圧電素子１５は、振動板１４に対して配線基板２０側に設けられ、振動板１４を振動させるものであり、少なくとも圧力室１３ａの上方に位置する圧電体１５ａを有している。接着樹脂層３０は、圧電体１５ａの少なくともエッジを覆い、かつ、圧電素子１５の一部が圧力室１３ａの上方で配線基板２０側に露出する開口部３０ａを有して形成されている。
【解決手段】インクジェットヘッド１のヘッド基板１０と配線基板２０とは、接着樹脂層３０を介して接着される。ヘッド基板１０は、インクを収容する圧力室１３ａと、振動板１４と、圧電素子１５とを備えている。振動板１４は、圧力室１３ａを配線基板２０側から覆うように設けられて、振動によって圧力室１３ａ内のインクを外部に吐出させる。圧電素子１５は、振動板１４に対して配線基板２０側に設けられ、振動板１４を振動させるものであり、少なくとも圧力室１３ａの上方に位置する圧電体１５ａを有している。接着樹脂層３０は、圧電体１５ａの少なくともエッジを覆い、かつ、圧電素子１５の一部が圧力室１３ａの上方で配線基板２０側に露出する開口部３０ａを有して形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力室からインクを吐出させるインクジェットヘッドおよびその製造方法と、上記のインクジェットヘッドによって被記録材に対して描画を行うインクジェット描画装置とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数の微細なノズルからインクを吐出して各種記録媒体に画像を形成するインクジェットヘッドにおいては、より高精度、高精細な画像形成を実現するために、ノズルのより一層の高密度配置が求められている。
【０００３】
インクジェットヘッドには、インクの共通流路がノズル列ごとに設けられているほか、インクに吐出圧力を付与するための圧力室や、共通流路から圧力室へインクを供給するための個別流路が、複数のノズルに対して個別に設けられている。そのため、これら共通流路、圧力室および個別流路を、ノズルの配列方向（例えば水平方向）に並設してしまうと、複数のノズルを高密度に配置することが困難となる。
【０００４】
そこで、従来から、インクジェットヘッド本体を積層体とする、つまり、ノズルの上方に圧力室を設け、その圧力室の上方に、共通流路に代わる共通インク室を設ける積層構造とすることにより、ノズルの間隔が配列方向に広がるのを抑えてノズルの高密度配置を可能にしたインクジェットヘッドが提案されている（例えば特許文献１参照）。このインクジェットヘッドでは、積層体中の各圧力室の上壁を薄板状に形成して振動板とし、この振動板の上面に各圧力室に対応するように圧電素子を積層している。
【０００５】
このように積層体を有するインクジェットヘッドでは、各圧電素子に給電するための各配線も高密度に形成する必要がある。しかし、各圧電素子が設置されている基板（ヘッド基板）上には、圧電素子そのもののほかに、各圧力室にインク供給を行うための流路がすでに配置されているため、配線を引きまわすだけの面積的な余裕はない。
【０００６】
このため、特許文献１では、各圧電素子に給電するための各配線が形成された配線基板（インターポーザ）を別途形成し、これをヘッド基板に対して各圧電素子の上方から積層して、各圧電素子に形成されている電極（上部電極）と各配線とを電気的に接続することにより、配線の高密度化を図っている。しかも、配線基板とヘッド基板との間に、感光性樹脂からなるリブ隔壁を圧電素子の周囲を取り囲むように立設することで、配線基板と圧電素子との間に所定の空間を形成して、配線基板が圧電素子の機械的変位を阻害しないようにしている。また、配線基板側の配線にヘッド基板側に向けて突出するバンプを形成することで、バンプを介して、配線基板側の配線とヘッド基板側の圧電素子の電極との間の電気的接続を図っている。
【０００７】
また、圧電素子は、大気中の湿気に弱く、水分によって劣化しやすい。このため、連続駆動時に、圧電体の膜剥がれや絶縁破壊などが発生しやすい。この点、特許文献１では、圧電素子の表面に低透水性絶縁膜（ＳｉＯｘ）を保護膜として形成することにより、水分が圧電素子の内部に侵入して信頼性不良（圧電体としてのＰＺＴ膜内の酸素の還元による圧電特性の劣化）が生じるのを防止している。なお、ＳｉＯｘは、ＣＶＤ法（Chemical Vapor Deposition）による成膜、レジストのフッ酸エッチングによるパターニング、酸素プラズマによるレジスト剥離等の処理を経て形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−２６４３２２号公報（請求項１、段落〔００４３〕、〔００６０〕、図４−１等参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところが、特許文献１の構成では、圧電素子の表面全体を保護膜で覆っているため、圧力室上方に位置する圧電体の駆動が大きく阻害され、圧電体の圧電特性が大幅に低下する。また、ＣＶＤ法による保護膜の成膜や、酸素プラズマによるレジスト剥離においては、真空プロセスが必要となるが、このような真空プロセスでは、電圧印加時にチャンバ内の電子やイオンが圧電素子の表面に衝突したり、圧電素子の表面に電荷がチャージされることによって、繊細な圧電素子にダメージが付与されるため、歩留りが低下する。さらに、保護膜の形成は、上述したように、成膜、レジストパターニング、レジスト剥離の複数の工程を経て行われるため、インクジェットヘッド全体の製造コストが増大する。
【００１０】
なお、上記の問題は、圧電素子が形成された基板（第１の基板とする）に対して、その上方に別の基板（第２の基板とする）を配置して、これらの基板を接着樹脂層を介して接着する構成であれば同様に起こり得る。つまり、第２の基板が、圧電素子に給電するための配線を有する配線基板ではなく、例えば第２の基板側に設けられたインク室から第１の基板の圧力室にインクを供給するためのインク供給路が形成された基板であったり、配線やインク供給路を有さない単なる基板（この場合、配線やインク供給路は第１の基板側に形成されている）であっても、上記の問題は起こり得る。
【００１１】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、圧電素子の一部を保護することで、圧電特性の大幅な低下を回避しながら、圧電体を連続動作させた場合でも、圧電体の膜剥がれや絶縁破壊を抑えることができ、しかも、高歩留り、低コスト化を図ることができるインクジェットヘッドと、上記インクジェットヘッドを備えたインクジェット描画装置と、上記インクジェットヘッドの製造方法とを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のインクジェットヘッドは、第１の基板と、該第１の基板を保護するための第２の基板とが、接着樹脂層を介して接着されてなり、前記第１の基板が、インクを収容する圧力室と、前記圧力室を前記第２の基板側から覆うように設けられ、振動によって前記圧力室内のインクを外部に吐出させるための振動板と、前記振動板に対して前記第２の基板側に設けられ、前記振動板を振動させる圧電素子とを備えたインクジェットヘッドであって、前記圧電素子は、少なくとも前記圧力室の上方に位置する圧電体を有しており、前記接着樹脂層は、前記圧電体の少なくともエッジを覆い、かつ、前記圧電素子の一部が前記圧力室の上方で前記第２の基板側に露出する開口部を有して形成されていることを特徴としている。
【００１３】
上記の構成によれば、第１の基板と第２の基板とを接着する接着樹脂層が圧電体のエッジを少なくとも覆っていることにより、圧電体のエッジが大気中の水分と反応して劣化するのを抑えることができる。これにより、圧力室内のインクを振動板によって外部に吐出させるべく、圧電素子を連続駆動させた場合でも、圧電体の膜剥がれや絶縁破壊を抑えることができる。
【００１４】
また、接着樹脂層は、圧電素子の一部が圧力室の上方で第２の基板側に露出する開口部を有しているので、圧電素子において、開口部で露出している部分については、接着樹脂層によってその駆動が阻害されることはない。これにより、圧電体の圧電特性が大幅に低下するのを抑えることができる。
【００１５】
さらに、接着樹脂層を用いて圧電素子を保護する構成とすることにより、例えば接着樹脂層の加熱、硬化によって、圧電素子を保護することが可能となり、従来のような圧電素子を保護するための薄膜を形成する真空プロセスは不要となる。したがって、圧電素子形成後に、真空プロセスによって繊細な圧電素子にダメージが付与されるという事態はなくなり、製造工程も簡略化される。その結果、インクジェットヘッドを製造するにあたり、高歩留り、低コストを実現することができる。
【００１６】
本発明のインクジェットヘッドにおいて、前記第１の基板は、前記圧力室からのインクの吐出口となるノズルをさらに備えているとともに、前記圧力室を複数備えており、前記圧電体および前記ノズルは、各圧力室のそれぞれに対応して設けられていてもよい。
【００１７】
この場合、各圧力室および各ノズルを１次元的または２次元的に配置したインクジェットヘッドにおいて、各圧力室ごとに、対応する圧電体によってインクの吐出を制御することができる。
【００１８】
本発明のインクジェットヘッドにおいて、前記第２の基板は、前記圧電素子に給電するための配線を有していてもよい。
【００１９】
この場合、圧電素子に給電するための配線を第１の基板に設けなくても済むため、第１の基板にて、複数の圧力室を高密度で配置するとともに、各圧力室に対応して、圧電体およびノズルを高密度で配置することが可能となる。その結果、高精細な画像形成を行うインクジェットヘッドを実現することができる。
【００２０】
本発明のインクジェットヘッドにおいて、前記第２の基板は、（インクを貯留する）インク室から前記圧力室に供給されるインクの流路となるインク供給路を有していてもよい。
【００２１】
この場合、インク供給路を第１の基板に設けなくても済むため、第１の基板にて、複数の圧力室を高密度で配置するとともに、各圧力室に対応して、圧電体およびノズルを高密度で配置することが可能となる。その結果、高精細な画像形成を行うインクジェットヘッドを実現することができる。
【００２２】
本発明のインクジェットヘッドにおいて、前記圧電素子は、前記圧電体に対して前記第２の基板とは反対側に位置する下部電極と、前記圧電体に対して前記第２の基板側に位置し、かつ、前記圧電体の形成領域よりも内側に形成される上部電極とを有しており、前記接着樹脂層は、前記圧電体のエッジと前記上部電極のエッジとを両方とも覆うように設けられていることが望ましい。
【００２３】
この構成では、圧電体における上部電極が存在しない領域において、周囲の湿気との反応による圧電体の劣化を確実に抑えることができ、圧電体の絶縁破壊による上部電極と下部電極との間でのリーク電流の発生を確実に抑えることができる。
【００２４】
本発明のインクジェットヘッドにおいて、前記開口部の内部の空間は、前記第１の基板と前記第２の基板との間で、周囲の前記接着樹脂層によって密閉されていることが望ましい。
【００２５】
この場合、上記の密閉空間に、水分を含まない気体（例えば不活性ガス）を封入して閉じ込めることができる。これにより、接着樹脂層による圧電体のエッジの保護とも相まって、圧電体のエッジの水分による劣化を確実に抑えることができる。
【００２６】
本発明のインクジェットヘッドにおいて、前記空間内に、不活性ガスまたは乾燥空気が充填されていることが望ましい。
【００２７】
不活性ガスは、水分（水蒸気）を含んでいないため、圧電体が上記水分との反応によって劣化するということはない。また、乾燥空気は、空気中の水蒸気量（水蒸気圧）を著しく低下させたものであるため、圧電体が周囲の水分との反応によって劣化するのを抑えることができる。
【００２８】
本発明のインクジェットヘッドにおいて、前記圧電素子は、前記圧電体に対して前記第２の基板とは反対側に位置する下部電極と、前記圧電体に対して前記第２の基板側に位置する上部電極とを有しており、前記第１の基板は、前記圧電素子の前記上部電極と電気的に接続されて前記第２の基板側に突出する第１のバンプをさらに有しており、前記第２の基板は、前記配線と電気的に接続されて前記第１の基板側に突出するとともに、前記第１のバンプと電気的に接続される第２のバンプをさらに有しており、前記第１のバンプおよび前記第２のバンプは、前記第１の基板と前記第２の基板との間で、前記接着樹脂層によって囲まれて密閉された空間内に位置していることが望ましい。
【００２９】
この場合、第１のバンプおよび第２のバンプが密閉される空間に、水分を含まない気体（例えば不活性ガス）を封入して閉じ込めることができる。これにより、第１のバンプ、第２のバンプおよびこれらの接続部の水分との反応による劣化を抑えることができ、第２の基板から第１の基板への給電によって圧電体を連続動作させても、第１のバンプと第２のバンプとの接続部で接点不良が発生するのを抑えて、電気的接続の信頼性を向上させることができる。
【００３０】
本発明のインクジェットヘッドにおいて、前記空間内に、不活性ガスまたは乾燥空気が充填されていることが望ましい。
【００３１】
不活性ガスは、水分（水蒸気）を含んでいないため、第１のバンプ、第２のバンプおよびこれらの接続部が上記水分との反応によって劣化するということはない。また、乾燥空気は、空気中の水蒸気量（水蒸気圧）を著しく低下させたものであるため、上記の接続部が周囲の水分との反応によって劣化するのを抑えることができる。
【００３２】
本発明のインクジェット描画装置は、上述した本発明のインクジェットヘッドと、被記録材が載置されるステージとを備え、前記インクジェットヘッドから吐出されるインクにより、前記ステージ上の前記被記録材に対して描画を行うことを特徴としている。
【００３３】
この場合、被記録材に対して描画を行うインクジェット描画装置として、信頼性の高い（圧電体の膜剥がれや絶縁破壊が生じにくい）装置を実現することができる。
【００３４】
本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、インクを収容する圧力室と、振動によって前記圧力室内のインクを外部に吐出させるための振動板と、少なくとも前記圧力室の上方に位置する圧電体を含み、前記振動板を振動させる圧電素子とを備えた第１の基板と、前記第１の基板を保護するための第２の基板とを、接着樹脂層を介して接着する接着工程を有し、前記接着工程では、前記接着樹脂層が、前記圧電体の少なくともエッジを覆い、かつ、前記圧電素子の一部が前記圧力室の上方で前記第２の基板側に露出する開口部を有するように、前記接着樹脂層をパターニング形成した後、前記第１の基板と前記第２の基板とを前記接着樹脂層を介して接着することを特徴としている。
【００３５】
この場合、上述した本発明のインクジェットヘッドの構成による効果と同様の効果を得ることができる。
【００３６】
本発明のインクジェットヘッドの製造方法において、前記接着工程では、前記第２の基板側に前記接着樹脂層をパターニング形成した後、前記第１の基板と前記第２の基板とを前記接着樹脂層を介して接着することが望ましい。
【００３７】
例えば、第１の基板側に接着樹脂層をパターニング形成する手法では、そのパターニング形成の際に、第１の基板の圧電素子を損傷させて圧電特性を低下させる可能性が高くなる。しかし、第２の基板側に接着樹脂層をパターニング形成して、第１の基板と第２の基板とを接着樹脂層を介して接着することにより、接着樹脂層の形成による圧電素子の損傷を回避することができ、これによる圧電特性の低下を回避することができる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、第１の基板と第２の基板とを接着する接着樹脂層を圧電素子の保護に利用することにより、真空プロセスを用いずに（省プロセスで）圧電素子を保護する構成を実現することができ、高歩留り、低コストを実現できるとともに、信頼性の高い（連続駆動時に圧電体の膜剥がれや絶縁破壊が生じにくく）、圧電体の圧電特性に優れたインクジェットヘッドを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の一形態に係るインクジェットヘッドの概略の構成を示す断面図である。
【図２】上記インクジェットヘッドの主要部を拡大して示す断面図である。
【図３】上記インクジェットヘッドの接着樹脂層がない状態での圧電体および上部電極の平面図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）は、上記インクジェットヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図５】上記接着樹脂層のパターニング形状の一例を示す平面図である。
【図６】上記接着樹脂層のパターニング形状の他の例を示す平面図である。
【図７】上記インクジェットヘッドを搭載したインクジェット描画装置の概略の構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００４１】
（インクジェットヘッドについて）
図１は、本実施形態のインクジェットヘッド１の概略の構成を示す断面図であり、図２は、インクジェットヘッド１の主要部を拡大して示す断面図である。インクジェットヘッド１は、ヘッド基板１０（第１の基板）と配線基板２０（第２の基板）とを接着樹脂層３０を介して接着し、これらを一体化して形成されている。配線基板２０の上面には、インクが貯留される共通インク室４１を構成する箱型形状のマニホールド４０が設けられている。
【００４２】
（ヘッド基板について）
ヘッド基板１０は、下層側から、Ｓｉ（シリコン）基板によって形成されたノズルプレート１１と、ガラス基板によって形成された中間プレート１２と、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板の支持層のＳｉによって形成された圧力室プレート１３と、ＳＯＩ基板の活性層のＳｉおよびＳｉＯ２によって形成された振動板１４と、圧電素子１５と有している。ノズルプレート１１の下面には、後述する圧力室１３ａ内のインクの吐出孔となるノズル１１ａが開口している。
【００４３】
圧力室プレート１３には、吐出のためのインクを収容する圧力室１３ａが複数形成されている。上記したノズル１１ａおよび圧電素子１５（特に後述する圧電体１５ａ）は、複数の圧力室１３ａのそれぞれに対応して設けられている。圧力室プレート１３の上壁は、振動板１４によって構成されており、下壁は中間プレート１２によって構成されている。中間プレート１２には、圧力室１３ａの内部とノズル１１ａとを連通する連通路１２ａが貫通形成されている。振動板１４は、圧力室１３ａを配線基板２０側から覆うように設けられ、振動によって圧力室１３ａ内のインクをノズル１１ａを介して外部に吐出させる。
【００４４】
圧電素子１５は、振動板１４に対して配線基板２０側に設けられて振動板１４を振動させるアクチュエータである。この圧電素子１５は、アクチュエータ本体としての薄膜ＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）からなる圧電体１５ａを上部電極１５ｂと下部電極１５ｃとで挟持して構成されている。つまり、圧電素子１５は、圧電体１５ａと、圧電体１５ａに対して配線基板２０とは反対側に位置する下部電極１５ｃと、圧電体１５ａに対して配線基板２０側に位置する上部電極１５ｂとをこの順で積層して構成されている。
【００４５】
下部電極１５ｃは、振動板１４の表面に形成されており、この下部電極１５ｃ上に、圧力室１３ａと１対１に対応するように個別に圧電体１５ａとその上面の上部電極１５ｂとが積層されている。圧電体１５ａは、少なくとも圧力室１３ａの上方（配線基板２０側）に位置しており、本実施形態では、圧力室１３ａの上方から圧力室１３ａの側壁上方にわたって（圧力室１３ａとその側壁との境界をまたぐように）下部電極１５ｃ上に設けられている。上部電極１５ｂ上には、融点が１０６３℃の金スタッドバンプ１６（第１のバンプ）が、配線基板２０に向けて突出形成されている。金スタッドバンプ１６は、上部電極１５ｂと電気的に接続されている。
【００４６】
図３は、接着樹脂層３０がない状態での圧電体１５ａおよび上部電極１５ｂの配線基板２０側からの平面図である。このように、上部電極１５ｂは、圧電体１５ａ上で、圧電体１５ａの形成領域の内側に形成されている。この結果、圧電体１５ａは、上部電極１５ｂから周囲（エッジ）がはみ出る形状となっている。また、同図における領域Ｄは、圧電素子１５が主に駆動される領域を示しており、圧力室１３ａは、ノズル１１ａの形成領域を含んで領域Ｄよりも一回り大きい形状で形成されている。
【００４７】
（配線基板について）
配線基板２０は、Ｓｉ基板からなる基板本体２１の上面に、ＳｉＯ２からなる配線保護層２２を介して形成される上部配線２３を有している。この上部配線２３は、配線基板２０の端部において、駆動ＩＣ２４が実装されたＦＰＣ（フレキシブルプリント回路基板）２５とＡＣＦ（異方性導電フィルム）によって電気的に接続されている。上部配線２３は、ＳｉＯ２からなる配線保護層２６で覆われている。
【００４８】
また、上部配線２３の一部は、基板本体２１に形成された貫通孔２１ａを介して基板本体２１の下面に臨んでおり、該基板本体２１の下面にＳｉＯ２からなる配線保護層２２を介して形成された下部配線２７と導通している。下部配線２７上には、ＳｉＯ２からなる配線保護層２８が形成されているが、圧電素子１５と面する位置に形成された開口部２８ａを介して、下部配線２７の一部が露出している。開口部２８ａの位置で露出した下部配線２７には、該下部配線２７と電気的に接続されるはんだバンプ２９（第２のバンプ）が、ヘッド基板１０に向けて突出形成されている。はんだバンプ２９と上記した金スタッドバンプ１６とは、ヘッド基板１０と配線基板２０との間で電気的に接続されている。
【００４９】
はんだバンプ２９は、例えばＳｎ−Ｂｉ系共晶はんだ（融点１３９℃）で構成されており、下部配線２７の表面から圧電素子１５に向けて半球状に盛り上がり、その先端面（下端面）は球面状となっている。
【００５０】
また、配線基板２０には、インク供給路２１ｂが形成されている。インク供給路２１ｂは、配線基板２０の上面に開口しており、その開口部２６ａから共通インク室４１内のインクを流入させて圧力室１３ａに供給することが可能となっている。
【００５１】
（接着樹脂層について）
接着樹脂層３０は、ヘッド基板１０と配線基板２０とを接着するための接着層である。本実施形態の接着樹脂層３０は、接着前の状態では所定の弾性率（例えば０．１〜２．５ＧＰａ）を有し、接着時に所定の硬化温度（例えば２００℃）に加熱されることによって硬化して接着機能を発揮する熱硬化性接着樹脂層であり、例えば熱硬化性の感光性接着樹脂シートで構成されている。このような接着樹脂層３０としては、例えば東レ社製感光性ポリイミド接着シート、デュポン社製ＰｅｒＭＸシリーズ（商品名）等を用いることができる。
【００５２】
接着樹脂層３０は、ヘッド基板１０と配線基板２０との間に、接着樹脂層３０の厚み分の間隔を確保すべく、配線基板２０の配線保護層２８の表面（下面）に予め貼着され、その後、ヘッド基板１０と接着される。接着樹脂層３０は、配線基板２０への貼着後でヘッド基板１０との積層前に、露光、現像によって所望の形状にパターニングされる。なお、接着樹脂層３０のパターニング形状の詳細については後述する。接着樹脂層３０として、上述した感光性接着樹脂シートを用いることにより、接着樹脂層３０の不要部分を露光、現像処理によって容易に除去することができ、所望パターンの層形成が容易となる。
【００５３】
また、接着樹脂層３０には、予め上下に貫通する貫通孔３２が同じく露光、現像によって形成されている。貫通孔３２の一端（上端）は、上記した配線基板２０のインク供給路２１ｂと連通している。一方、貫通孔３２の他端（下端）は、ヘッド基板１０の振動板１４に形成された開口１４ａと、圧力室プレート１３に形成された貫通孔１３ｂと、中間プレート１２に形成された連通路１２ｂとを介して圧力室１３ａと連通している。
【００５４】
なお、接着樹脂層３０としては、圧電体１５ａを湿気から保護する防湿性、およびヘッド基板１０と配線基板２０とを確実に接着する接着性が求められる。防湿性があり、接着性のある樹脂としては、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ノボラック樹脂、などを用いることができる。また、高密度に配列された圧電素子１５をカバーすべく、接着樹脂層３０をパターニング形成する場合の方法としては、スクリーン印刷、凸版印刷、ディスペンサー塗布、ＩＪ（インクジェット）塗布、フォトリソ法、などを用いることができる。
【００５５】
（動作について）
ヘッド基板１０側の金スタッドバンプ１６と、配線基板２０側のはんだバンプ２９とが電気的に接続されているので、配線基板２０の駆動ＩＣ２４からの駆動電圧（駆動信号）は、上部配線２３、下部配線２７、はんだバンプ２９および金スタッドバンプ１６を順に介して、圧電素子１５の上部電極１５ｂに供給される。このように、圧電素子１５の下部電極１５ｃに対して上部電極１５ｂに駆動電圧が供給されると、圧電体１５ａが圧電効果によって変形して振動板１４を振動させる。これにより、圧力室１３ａ内のインクに対して吐出のための圧力が付与される。そして、圧力室１３ａ内のインクが連通路１２ａを通ってノズル１１ａから微小液滴として吐出される。
【００５６】
本実施形態では、ヘッド基板１０が、圧力室１３ａを複数備え、圧電体１５ａおよびノズル１１ａが各圧力室１３ａのそれぞれに対応して設けられている。これにより、各圧力室１３ａおよび各ノズル１１ａを１次元的または２次元的に配置したインクジェットヘッド１において、各圧力室１３ａごとに、対応する圧電体１５ａによってインクの吐出を制御することができる。
【００５７】
また、本実施形態では、配線基板２０が、圧電素子１５に給電するための配線（上部配線２３、下部配線２７）、およびインク供給路２１ｂを有しており、これらをヘッド基板１０に設けなくても済むため、ヘッド基板１０にて、複数の圧力室１３ａを高密度で配置するとともに、各圧力室１３ａに対応して、圧電体１５ａおよびノズル１１ａを高密度で配置することが可能となる。その結果、高精細な画像形成を行うインクジェットヘッド１を実現することができる。なお、給電のための配線およびインク供給路２１ｂのうちの少なくとも一方が、ヘッド基板１０と対向する基板側に設けられていれば、上記の効果を得ることができる。
【００５８】
（インクジェットヘッドの製造方法について）
次に、上記したインクジェットヘッド１の製造方法について説明する。図４（ａ）（ｂ）は、本実施形態のインクジェットヘッド１の製造工程を示す断面図である。まず、図４（ａ）に示すように、ヘッド基板１０と配線基板２０とを各々別々に作製した後、配線基板２０側に接着樹脂層３０を所定の形状でパターニング形成する。なお、接着樹脂層３０のパターニング形状については後述する。その後、図４（ｂ）に示すように、接着樹脂層３０の貼着面がヘッド基板１０側を向くようにして、ヘッド基板１０と配線基板２０とを対向配置し、接着樹脂層３０を所定の硬化温度に加熱して両基板を圧着する。これにより、ヘッド基板１０、配線基板２０および接着樹脂層３０が積層、一体化されたインクジェットヘッド１が完成する。
【００５９】
このように、ヘッド基板１０と配線基板２０との接着工程では、接着樹脂層３０を所定の形状にパターニング形成した後、ヘッド基板１０と配線基板２０とを接着樹脂層３０を介して接着する。このとき、ヘッド基板１０側に接着樹脂層３０をパターニング形成して配線基板２０と貼り合せると、そのパターニング形成の際に、ヘッド基板１０の圧電素子１５を損傷させる可能性が高くなり、これが圧電特性を低下させる要因となる。しかし、本実施形態のように、配線基板２０側に接着樹脂層３０をパターニング形成した後、ヘッド基板１０と配線基板２０とを接着樹脂層３０を介して接着することで、接着樹脂層３０の形成時に圧電素子１５を損傷させることがなくなり、圧電素子１５の損傷による圧電特性の低下を回避することができる。
【００６０】
（接着樹脂層のパターニング形状について）
図５は、接着樹脂層３０がある状態での圧電体１５ａおよび上部電極１５ｂの配線基板２０側からの平面図であって、接着樹脂層３０のパターニング形状の一例を示す平面図である。なお、図５において、便宜上、接着樹脂層３０が覆っている部分をハッチングで示す。このように、本実施形態では、接着樹脂層３０は、圧電体１５ａの少なくともエッジを覆い、かつ、開口部３０ａおよび開口部３０ｂを有する形状となるように、パターニングされている。
【００６１】
ここで、開口部３０ａは、圧電素子１５（例えば上部電極１５ｂ）の一部を圧力室１３ａの上方で配線基板２０側に露出させるための開口である。この開口部３０ａの開口領域は、図３で示した領域Ｄ（圧電素子１５の主たる駆動領域）に対応している。また、開口部３０ｂは、金スタッドバンプ１６およびはんだバンプ２９の収容空間を形成するための開口である。特に、本実施形態では、接着樹脂層３０は、圧電体１５ａのエッジと上部電極１５ｂのエッジとを両方とも覆うように設けられている。なお、接着樹脂層３０は、ノズル１１ａを覆うように設けられていてもよいし、ノズル１１ａの上方を外れるように設けられていてもよい。
【００６２】
ここで、圧電素子１５の一部が露出する開口部３０ａの内部の空間Ｓ１（図２参照）は、ヘッド基板１０と配線基板２０との間で、周囲の接着樹脂層３０によって密閉されている。そして、この密閉された空間Ｓ１内に、乾燥窒素が充填されている。また、開口部３０ｂの内部の空間Ｓ２（図２参照）についても、ヘッド基板１０と配線基板２０との間で、周囲の接着樹脂層３０によって密閉されており、この密閉された空間Ｓ２内に、乾燥窒素が充填されている。したがって、上記した金スタッドバンプ１６およびはんだバンプ２９は、接着樹脂層３０によって囲まれて密閉された空間Ｓ２内に位置していることになる。なお、上記したインクジェットヘッド１の製造において、接着樹脂層３０をパターニング形成した配線基板２０と、ヘッド基板１０との貼り付け工程を乾燥窒素雰囲気中で行うことにより、開口部３０ａ・３０ｂの内部の密閉された空間Ｓ１・Ｓ２に乾燥窒素をそれぞれ充填させることができる。
【００６３】
本実施形態のように、接着樹脂層３０が圧電体１５ａのエッジを覆っていることにより、圧電体１５ａのエッジが大気中の水分と反応して劣化するのを抑えることができる。これにより、圧力室１３ａ内のインクを振動板１４によって外部に吐出させるべく、圧電素子１５を連続駆動させた場合でも、圧電体１５ａの膜剥がれや絶縁破壊を抑えることができる。
【００６４】
また、接着樹脂層３０は、圧電素子１５の一部が圧力室１３ａの上方で配線基板２０側に露出する開口部３０ａを有しているので、圧電素子１５の開口部３０ａで露出している部分については、接着樹脂層３０によってその駆動が阻害されることはない。これにより、圧電素子の全面を保護層で覆う従来のように圧電特性が大幅に低下するのを抑えることができる。
【００６５】
さらに、接着樹脂層３０の加熱、硬化により、ヘッド基板１０と配線基板２０との接着と同時に圧電素子１５を保護することが可能となるため、従来のような圧電素子を保護する薄膜を形成するための別途の真空プロセスは不要となる。したがって、圧電素子１５の形成後に、真空プロセスによって繊細な圧電素子１５にダメージが付与されるという事態はなくなり、製造工程も簡略化される。その結果、インクジェットヘッド１を製造するにあたり、高歩留り、低コストを実現することができる。
【００６６】
つまり、接着樹脂層３０を圧電素子１５の保護に利用することにより、真空プロセスを用いない省プロセスで、圧電素子１５を保護する構成を実現することができ、高歩留り、低コストを実現できるとともに、連続駆動時に圧電体１５ａの膜剥がれや絶縁破壊が生じにくく、信頼性の高い、圧電特性に優れたインクジェットヘッド１を実現することができる。
【００６７】
また、接着樹脂層３０は、圧電体１５ａのエッジと上部電極１５ｂのエッジとを両方とも覆うように設けられているので、圧電体１５ａにおける上部電極１５ｂが存在しない領域において、周囲の湿気との反応による圧電体１５ａの劣化を確実に抑えることができる。その結果、圧電体１５ａの絶縁破壊による上部電極１５ｂと下部電極１５ｃとの間でのリーク電流の発生を確実に抑えることができる。
【００６８】
また、開口部３０ａの内部の空間Ｓ１は、周囲の接着樹脂層３０によって密閉されているので、本実施形態のように、乾燥窒素を空間Ｓ１内に充填して閉じ込めることができる。乾燥窒素は、水分を含まない不活性ガスであるため、この乾燥窒素が圧電体１５ａに水分を供給して圧電体１５ａを劣化させるということはない。したがって、接着樹脂層３０による圧電体１５ａのエッジの保護とも相まって、圧電体１５ａのエッジの水分による劣化を確実に抑えることができる。
【００６９】
また、金スタッドバンプ１６およびはんだバンプ２９は、周囲の接着樹脂層３０によって囲まれて密閉された空間Ｓ２内に位置しているので、本実施形態のように、乾燥窒素を空間Ｓ２内に充填して閉じ込めることができる。これにより、金スタッドバンプ１６、はんだバンプ２９およびこれらの接続部の水分との反応による劣化を抑えることができ、配線基板２０からヘッド基板１０への給電によって圧電体１５ａを連続動作させても、金スタッドバンプ１６とはんだバンプ２９との接続部で接点不良が発生するのを抑えて、電気的接続の信頼性を向上させることができる。
【００７０】
なお、本実施形態では、開口部３０ａ・３０ｂの空間Ｓ１・Ｓ２内に充填する不活性ガスとして、乾燥窒素を用いているが、例えば、アルゴン、ヘリウム、クリプトンなどの希ガスを不活性ガスとして用いてもよい。窒素や希ガスは、他の物質と反応を起こさない化学的に安定したガスであるため、圧電体１５ａ、および金スタッドバンプ１６とはんだバンプ２９との接続部分が充填ガスと何らかの化学反応を起こして劣化するということがない。
【００７１】
また、空間Ｓ１・Ｓ２には、不活性ガスの代わりに、乾燥空気を充填してもよい。乾燥空気とは、空気中の水蒸気量（水蒸気圧）を著しく低下させて、湿度を１０％以下、望ましくは１％以下まで低下させたものである。このように、空間Ｓ１・Ｓ２に乾燥空気を充填することによっても、圧電体１５ａが周囲の水分との反応によって劣化するのを抑えることができ、また、金スタッドバンプ１６とはんだバンプ２９との接続部が周囲の水分との反応によって劣化するのを抑えることができる。
【００７２】
なお、上記の乾燥空気は、例えば以下の手法（１）〜（３）によって得ることができる。
（１）湿潤空気を冷却して一旦結露させ、その後必要に応じて加熱することにより、乾燥空気を得る。
（２）湿潤空気を吸湿剤に接触させて水蒸気を吸収させることにより、乾燥空気を得る。
（３）湿潤空気を中空糸膜に通して水蒸気を分離することで、乾燥空気を得る。
【００７３】
ところで、図６は、接着樹脂層３０のパターニング形状の他の例を示す平面図である。同図のように、接着樹脂層３０は、圧電体１５ａのエッジを覆い、かつ、開口部３０ａ・３０ｂが圧電体１５ａの形成領域の内側で開口部３０ｃを介して連通するように、パターニング形成されていてもよい。この場合でも、圧電素子１５（例えば上部電極１５ｂ）の一部が圧力室１３ａの上方で開口部３０ａを介して配線基板２０側に露出することに変わりはなく、圧電素子１５の露出部分の駆動が接着樹脂層３０によって阻害されることはない。したがって、この場合でも、圧電素子の全面を保護層で覆う従来と比べて、圧電特性が大幅に低下するのを抑えることができる。
【００７４】
（ヘッド基板と対向させる基板について）
本実施形態では、ヘッド基板１０と配線基板２０とを接着樹脂層３０で接着した構成について説明したが、ヘッド基板１０と接着される基板は、配線を有する基板でなくてもよい。つまり、ヘッド基板１０を保護するための基板であれば、例えば配線を有さず、圧力室１３ａへのインク供給路２１ｂを有する基板であってもよく（この場合はヘッド基板１０側に配線が形成される）、配線もインク供給路も有さない単なる保護基板であってもよい（この場合はヘッド基板１０側に配線およびインク供給路が形成される）。これらの基板を第２の基板として用い、第１の基板としてのヘッド基板１０と接着樹脂層３０を介して接着する構成であっても、接着樹脂層３０を用いる限り、接着樹脂層３０に対して上述した本実施形態のパターニング形状を適用することができ、これによって、ヘッド基板１０側の圧電体１５ａの水分による劣化を抑えるなどの効果を得ることができる。
【００７５】
（ヘッド基板についての補足）
次に、本実施形態で用いたヘッド基板１０を構成する各材料の一例について説明する。なお、構成材料は、以下の材料に限定されるわけではない。
【００７６】
圧電素子１５は、圧電体１５ａ（スパッタ成膜した薄膜ＰＺＴ）を挟持する形で、Ｔｉ／Ａｕをこの順で積層した上部電極１５ｂと、酸化チタン（以下、酸化Ｔｉと記載）／Ｐｔをこの順で積層した下部電極１５ｃとがスパッタ成膜され、それぞれをフォトリソ法でパターニング加工することによって形成されている。各層の膜厚は、下から（圧力室１３ａ側から）、酸化Ｔｉ：２０ｎｍ、Ｐｔ：１００ｎｍ、ＰＺＴ：５μｍ、Ｔｉ：２０ｎｍ、Ａｕ：３００ｎｍである。
【００７７】
酸化Ｔｉは、その下地のＳｉＯ２と上層のＰｔとの密着性を向上させるための膜である。酸化Ｔｉの厚みは、５ｎｍ〜４０ｎｍ程度が好ましく、薄すぎると密着性が悪くなり、また、厚すぎると、その上層のＰｔの結晶性が悪くなってしまう。なお、ここでは、酸化Ｔｉを用いているが、酸化Ｔｉの代わりにＴｉを用いてもよい。
【００７８】
Ｐｔは、圧電体１５ａに電圧を印加するための電極としての役割と、圧電体１５ａを構成するＰＺＴの結晶性を向上させるための配向制御膜としての役割とを有する。電極（Ｐｔ）を厚くすると、抵抗面では好ましいが、厚くしすぎると表面の平滑性が悪くなり、その上に形成されるＰＺＴの結晶状態が悪くなる。基板面に対してＰｔが＜１１１＞配向となる場合が好適であり、このとき、ＰＺＴは＜１００＞配向となりやすい。
【００７９】
ＰＺＴの厚みは、２μｍ〜１０μｍ程度が好ましく、薄すぎると十分な変位量が得られず、厚すぎると膜が破損しやすくなる。ＰＺＴが＜１００＞配向となる場合が好適であり、この場合は良好な圧電特性を示す。
【００８０】
上部電極１５ｂは、Ｔｉ／Ａｕの層構成であり、ＴｉはＡｕとＰＺＴとの密着性を上げるための接着層としての役割がある。上部電極１５ｂの一部に形成されるＡｕバンプ（金スタッドバンプ１６）は、回路基板（配線基板２０）との導通をとる役割がある。
【００８１】
本実施形態では、ＳＯＩ基板を用いて、圧電素子１５の成膜およびフォトリソ法による加工を行っているが、シリコンウェハを加工してボディープレートを作成してもよい。また、圧力室プレート１３と中間プレート１２、中間プレート１２とノズルプレート１１との接合は、シリコンとガラスとの接合になるため、陽極接合によって行われる。
【００８２】
（インクジェット描画装置について）
次に、上述した構成のインクジェットヘッド１を搭載したインクジェット描画装置５０について説明する。
【００８３】
図７は、インクジェット描画装置５０の概略の構成を示す斜視図である。インクジェット描画装置５０は、インクジェット描画を行うためのインクジェットヘッド１と、基台５１とを備えている。基台５１上には、ステージ５２と、θ回転機構５３と、Ｙ移動機構５４と、Ｘ移動機構５５とがそれぞれ設けられている。なお、Ｘ方向とＹ方向とは、水平面上で互いに直交する方向とし、ＸＹ面内での回転方向をθ方向とする。また、Ｘ方向およびＹ方向と直交する方向をＺ方向とする。
【００８４】
ステージ５２は、Ｘ方向に延びるＸ移動機構５５上に、θ回転機構５３を介して設けられた平面視矩形状の定盤であり、その上面は被記録材Ｗを載置するための水平な載置面とされ、該載置面がインクジェットヘッド１のノズル面に対して所定の高さ位置となるように配設されている。θ回転機構５３は、インクジェットヘッド１のノズル面に対して平行を維持したまま、ステージ５２をθ方向に回転移動させる。Ｙ移動機構５４は、ステージ５２、θ回転機構５３およびＸ移動機構５５をともにＹ方向に直線移動させる。Ｘ移動機構５５は、ステージ５２およびθ回転機構５３をともにＸ方向に直線移動させる。
【００８５】
インクジェットヘッド１は、基台５１上の端部近傍において、Ｘ方向に架設されたガントリ５６に、スライダ５７、Ｚ移動機構５８およびθ回転機構５９を介して、そのノズル面が下面となるように取り付けられ、その下方に配置されるステージ５２上の被記録材Ｗの表面と対向するように配置されている。
【００８６】
上記の構成において、インクジェットヘッド１は、スライダ５７がガントリ５６に沿ってスライド移動することにより、Ｘ方向に往復移動し、また、Ｚ移動機構５８によって、θ回転機構５９とともにＺ方向に昇降移動し、さらに、θ回転機構５９によって、Ｚ方向を軸としてθ方向に回転移動する。
【００８７】
一方、被記録材Ｗが載置されたステージ５２は、Ｘ移動機構５５により、θ回転機構５３とともにＸ方向に直線移動する。また、Ｘ移動機構５５は、Ｙ移動機構５４によって、θ回転機構５３とともにＹ方向に直線移動する。さらに、ステージ５２は、θ回転機構５３によって、Ｚ方向を軸としてθ方向に回転移動する。これにより、ステージ５２上の被記録材Ｗは、Ｘ方向およびＹ方向に移動するとともにθ方向に回転移動する。
【００８８】
このように、インクジェットヘッド１とステージ５２とを相対的に移動させ、そのときの各位置情報に応じて、所定の吐出パターンデータに基づいてインクジェットヘッド１からの液滴（インク）の吐出を制御し、ステージ５２上の被記録材Ｗの表面に着弾させることにより、被記録材Ｗに対して所望の描画を行うことができる。
【００８９】
このように上述したインクジェットヘッド１を用いることにより、圧電体の膜剥がれや絶縁破壊が生じにくく、信頼性の高いインクジェット描画装置５０を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明のインクジェットヘッドは、インクジェット描画装置に利用可能である。
【符号の説明】
【００９１】
１ インクジェットヘッド
１０ ヘッド基板（第１の基板）
１１ａ ノズル
１３ａ 圧力室
１４ 振動板
１５ 圧電素子
１５ａ 圧電体
１５ｂ 上部電極
１５ｃ 下部電極
１６ 金スタッドバンプ（第１のバンプ）
２０ 配線基板（第２の基板）
２１ｂ インク供給路
２３ 上部配線（配線）
２７ 下部配線（配線）
２９ はんだバンプ（第２のバンプ）
３０ 接着樹脂層
３０ａ 開口部
３０ｂ 開口部
４１ 共通インク室（インク室）
５０ インクジェット描画装置
５２ ステージ
Ｓ１ 空間
Ｓ２ 空間
Ｗ 被記録材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力室からインクを吐出させるインクジェットヘッドおよびその製造方法と、上記のインクジェットヘッドによって被記録材に対して描画を行うインクジェット描画装置とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数の微細なノズルからインクを吐出して各種記録媒体に画像を形成するインクジェットヘッドにおいては、より高精度、高精細な画像形成を実現するために、ノズルのより一層の高密度配置が求められている。
【０００３】
インクジェットヘッドには、インクの共通流路がノズル列ごとに設けられているほか、インクに吐出圧力を付与するための圧力室や、共通流路から圧力室へインクを供給するための個別流路が、複数のノズルに対して個別に設けられている。そのため、これら共通流路、圧力室および個別流路を、ノズルの配列方向（例えば水平方向）に並設してしまうと、複数のノズルを高密度に配置することが困難となる。
【０００４】
そこで、従来から、インクジェットヘッド本体を積層体とする、つまり、ノズルの上方に圧力室を設け、その圧力室の上方に、共通流路に代わる共通インク室を設ける積層構造とすることにより、ノズルの間隔が配列方向に広がるのを抑えてノズルの高密度配置を可能にしたインクジェットヘッドが提案されている（例えば特許文献１参照）。このインクジェットヘッドでは、積層体中の各圧力室の上壁を薄板状に形成して振動板とし、この振動板の上面に各圧力室に対応するように圧電素子を積層している。
【０００５】
このように積層体を有するインクジェットヘッドでは、各圧電素子に給電するための各配線も高密度に形成する必要がある。しかし、各圧電素子が設置されている基板（ヘッド基板）上には、圧電素子そのもののほかに、各圧力室にインク供給を行うための流路がすでに配置されているため、配線を引きまわすだけの面積的な余裕はない。
【０００６】
このため、特許文献１では、各圧電素子に給電するための各配線が形成された配線基板（インターポーザ）を別途形成し、これをヘッド基板に対して各圧電素子の上方から積層して、各圧電素子に形成されている電極（上部電極）と各配線とを電気的に接続することにより、配線の高密度化を図っている。しかも、配線基板とヘッド基板との間に、感光性樹脂からなるリブ隔壁を圧電素子の周囲を取り囲むように立設することで、配線基板と圧電素子との間に所定の空間を形成して、配線基板が圧電素子の機械的変位を阻害しないようにしている。また、配線基板側の配線にヘッド基板側に向けて突出するバンプを形成することで、バンプを介して、配線基板側の配線とヘッド基板側の圧電素子の電極との間の電気的接続を図っている。
【０００７】
また、圧電素子は、大気中の湿気に弱く、水分によって劣化しやすい。このため、連続駆動時に、圧電体の膜剥がれや絶縁破壊などが発生しやすい。この点、特許文献１では、圧電素子の表面に低透水性絶縁膜（ＳｉＯｘ）を保護膜として形成することにより、水分が圧電素子の内部に侵入して信頼性不良（圧電体としてのＰＺＴ膜内の酸素の還元による圧電特性の劣化）が生じるのを防止している。なお、ＳｉＯｘは、ＣＶＤ法（Chemical Vapor Deposition）による成膜、レジストのフッ酸エッチングによるパターニング、酸素プラズマによるレジスト剥離等の処理を経て形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−２６４３２２号公報（請求項１、段落〔００４３〕、〔００６０〕、図４−１等参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところが、特許文献１の構成では、圧電素子の表面全体を保護膜で覆っているため、圧力室上方に位置する圧電体の駆動が大きく阻害され、圧電体の圧電特性が大幅に低下する。また、ＣＶＤ法による保護膜の成膜や、酸素プラズマによるレジスト剥離においては、真空プロセスが必要となるが、このような真空プロセスでは、電圧印加時にチャンバ内の電子やイオンが圧電素子の表面に衝突したり、圧電素子の表面に電荷がチャージされることによって、繊細な圧電素子にダメージが付与されるため、歩留りが低下する。さらに、保護膜の形成は、上述したように、成膜、レジストパターニング、レジスト剥離の複数の工程を経て行われるため、インクジェットヘッド全体の製造コストが増大する。
【００１０】
なお、上記の問題は、圧電素子が形成された基板（第１の基板とする）に対して、その上方に別の基板（第２の基板とする）を配置して、これらの基板を接着樹脂層を介して接着する構成であれば同様に起こり得る。つまり、第２の基板が、圧電素子に給電するための配線を有する配線基板ではなく、例えば第２の基板側に設けられたインク室から第１の基板の圧力室にインクを供給するためのインク供給路が形成された基板であったり、配線やインク供給路を有さない単なる基板（この場合、配線やインク供給路は第１の基板側に形成されている）であっても、上記の問題は起こり得る。
【００１１】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、圧電素子の一部を保護することで、圧電特性の大幅な低下を回避しながら、圧電体を連続動作させた場合でも、圧電体の膜剥がれや絶縁破壊を抑えることができ、しかも、高歩留り、低コスト化を図ることができるインクジェットヘッドと、上記インクジェットヘッドを備えたインクジェット描画装置と、上記インクジェットヘッドの製造方法とを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のインクジェットヘッドは、第１の基板と、該第１の基板を保護するための第２の基板とが、接着樹脂層を介して接着されてなり、前記第１の基板が、インクを収容する圧力室と、前記圧力室を前記第２の基板側から覆うように設けられ、振動によって前記圧力室内のインクを外部に吐出させるための振動板と、前記振動板に対して前記第２の基板側に設けられ、前記振動板を振動させる圧電素子とを備えたインクジェットヘッドであって、前記圧電素子は、少なくとも前記圧力室の上方に位置する圧電体を有しており、前記接着樹脂層は、前記圧電体の少なくともエッジを覆い、かつ、前記圧電素子の一部が前記圧力室の上方で前記第２の基板側に露出する開口部を有して形成されていることを特徴としている。
【００１３】
上記の構成によれば、第１の基板と第２の基板とを接着する接着樹脂層が圧電体のエッジを少なくとも覆っていることにより、圧電体のエッジが大気中の水分と反応して劣化するのを抑えることができる。これにより、圧力室内のインクを振動板によって外部に吐出させるべく、圧電素子を連続駆動させた場合でも、圧電体の膜剥がれや絶縁破壊を抑えることができる。
【００１４】
また、接着樹脂層は、圧電素子の一部が圧力室の上方で第２の基板側に露出する開口部を有しているので、圧電素子において、開口部で露出している部分については、接着樹脂層によってその駆動が阻害されることはない。これにより、圧電体の圧電特性が大幅に低下するのを抑えることができる。
【００１５】
さらに、接着樹脂層を用いて圧電素子を保護する構成とすることにより、例えば接着樹脂層の加熱、硬化によって、圧電素子を保護することが可能となり、従来のような圧電素子を保護するための薄膜を形成する真空プロセスは不要となる。したがって、圧電素子形成後に、真空プロセスによって繊細な圧電素子にダメージが付与されるという事態はなくなり、製造工程も簡略化される。その結果、インクジェットヘッドを製造するにあたり、高歩留り、低コストを実現することができる。
【００１６】
本発明のインクジェットヘッドにおいて、前記第１の基板は、前記圧力室からのインクの吐出口となるノズルをさらに備えているとともに、前記圧力室を複数備えており、前記圧電体および前記ノズルは、各圧力室のそれぞれに対応して設けられていてもよい。
【００１７】
この場合、各圧力室および各ノズルを１次元的または２次元的に配置したインクジェットヘッドにおいて、各圧力室ごとに、対応する圧電体によってインクの吐出を制御することができる。
【００１８】
本発明のインクジェットヘッドにおいて、前記第２の基板は、前記圧電素子に給電するための配線を有していてもよい。
【００１９】
この場合、圧電素子に給電するための配線を第１の基板に設けなくても済むため、第１の基板にて、複数の圧力室を高密度で配置するとともに、各圧力室に対応して、圧電体およびノズルを高密度で配置することが可能となる。その結果、高精細な画像形成を行うインクジェットヘッドを実現することができる。
【００２０】
本発明のインクジェットヘッドにおいて、前記第２の基板は、（インクを貯留する）インク室から前記圧力室に供給されるインクの流路となるインク供給路を有していてもよい。
【００２１】
この場合、インク供給路を第１の基板に設けなくても済むため、第１の基板にて、複数の圧力室を高密度で配置するとともに、各圧力室に対応して、圧電体およびノズルを高密度で配置することが可能となる。その結果、高精細な画像形成を行うインクジェットヘッドを実現することができる。
【００２２】
本発明のインクジェットヘッドにおいて、前記圧電素子は、前記圧電体に対して前記第２の基板とは反対側に位置する下部電極と、前記圧電体に対して前記第２の基板側に位置し、かつ、前記圧電体の形成領域よりも内側に形成される上部電極とを有しており、前記接着樹脂層は、前記圧電体のエッジと前記上部電極のエッジとを両方とも覆うように設けられていることが望ましい。
【００２３】
この構成では、圧電体における上部電極が存在しない領域において、周囲の湿気との反応による圧電体の劣化を確実に抑えることができ、圧電体の絶縁破壊による上部電極と下部電極との間でのリーク電流の発生を確実に抑えることができる。
【００２４】
本発明のインクジェットヘッドにおいて、前記開口部の内部の空間は、前記第１の基板と前記第２の基板との間で、周囲の前記接着樹脂層によって密閉されていることが望ましい。
【００２５】
この場合、上記の密閉空間に、水分を含まない気体（例えば不活性ガス）を封入して閉じ込めることができる。これにより、接着樹脂層による圧電体のエッジの保護とも相まって、圧電体のエッジの水分による劣化を確実に抑えることができる。
【００２６】
本発明のインクジェットヘッドにおいて、前記空間内に、不活性ガスまたは乾燥空気が充填されていることが望ましい。
【００２７】
不活性ガスは、水分（水蒸気）を含んでいないため、圧電体が上記水分との反応によって劣化するということはない。また、乾燥空気は、空気中の水蒸気量（水蒸気圧）を著しく低下させたものであるため、圧電体が周囲の水分との反応によって劣化するのを抑えることができる。
【００２８】
本発明のインクジェットヘッドにおいて、前記圧電素子は、前記圧電体に対して前記第２の基板とは反対側に位置する下部電極と、前記圧電体に対して前記第２の基板側に位置する上部電極とを有しており、前記第１の基板は、前記圧電素子の前記上部電極と電気的に接続されて前記第２の基板側に突出する第１のバンプをさらに有しており、前記第２の基板は、前記配線と電気的に接続されて前記第１の基板側に突出するとともに、前記第１のバンプと電気的に接続される第２のバンプをさらに有しており、前記第１のバンプおよび前記第２のバンプは、前記第１の基板と前記第２の基板との間で、前記接着樹脂層によって囲まれて密閉された空間内に位置していることが望ましい。
【００２９】
この場合、第１のバンプおよび第２のバンプが密閉される空間に、水分を含まない気体（例えば不活性ガス）を封入して閉じ込めることができる。これにより、第１のバンプ、第２のバンプおよびこれらの接続部の水分との反応による劣化を抑えることができ、第２の基板から第１の基板への給電によって圧電体を連続動作させても、第１のバンプと第２のバンプとの接続部で接点不良が発生するのを抑えて、電気的接続の信頼性を向上させることができる。
【００３０】
本発明のインクジェットヘッドにおいて、前記空間内に、不活性ガスまたは乾燥空気が充填されていることが望ましい。
【００３１】
不活性ガスは、水分（水蒸気）を含んでいないため、第１のバンプ、第２のバンプおよびこれらの接続部が上記水分との反応によって劣化するということはない。また、乾燥空気は、空気中の水蒸気量（水蒸気圧）を著しく低下させたものであるため、上記の接続部が周囲の水分との反応によって劣化するのを抑えることができる。
【００３２】
本発明のインクジェット描画装置は、上述した本発明のインクジェットヘッドと、被記録材が載置されるステージとを備え、前記インクジェットヘッドから吐出されるインクにより、前記ステージ上の前記被記録材に対して描画を行うことを特徴としている。
【００３３】
この場合、被記録材に対して描画を行うインクジェット描画装置として、信頼性の高い（圧電体の膜剥がれや絶縁破壊が生じにくい）装置を実現することができる。
【００３４】
本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、インクを収容する圧力室と、振動によって前記圧力室内のインクを外部に吐出させるための振動板と、少なくとも前記圧力室の上方に位置する圧電体を含み、前記振動板を振動させる圧電素子とを備えた第１の基板と、前記第１の基板を保護するための第２の基板とを、接着樹脂層を介して接着する接着工程を有し、前記接着工程では、前記接着樹脂層が、前記圧電体の少なくともエッジを覆い、かつ、前記圧電素子の一部が前記圧力室の上方で前記第２の基板側に露出する開口部を有するように、前記接着樹脂層をパターニング形成した後、前記第１の基板と前記第２の基板とを前記接着樹脂層を介して接着することを特徴としている。
【００３５】
この場合、上述した本発明のインクジェットヘッドの構成による効果と同様の効果を得ることができる。
【００３６】
本発明のインクジェットヘッドの製造方法において、前記接着工程では、前記第２の基板側に前記接着樹脂層をパターニング形成した後、前記第１の基板と前記第２の基板とを前記接着樹脂層を介して接着することが望ましい。
【００３７】
例えば、第１の基板側に接着樹脂層をパターニング形成する手法では、そのパターニング形成の際に、第１の基板の圧電素子を損傷させて圧電特性を低下させる可能性が高くなる。しかし、第２の基板側に接着樹脂層をパターニング形成して、第１の基板と第２の基板とを接着樹脂層を介して接着することにより、接着樹脂層の形成による圧電素子の損傷を回避することができ、これによる圧電特性の低下を回避することができる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、第１の基板と第２の基板とを接着する接着樹脂層を圧電素子の保護に利用することにより、真空プロセスを用いずに（省プロセスで）圧電素子を保護する構成を実現することができ、高歩留り、低コストを実現できるとともに、信頼性の高い（連続駆動時に圧電体の膜剥がれや絶縁破壊が生じにくく）、圧電体の圧電特性に優れたインクジェットヘッドを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の一形態に係るインクジェットヘッドの概略の構成を示す断面図である。
【図２】上記インクジェットヘッドの主要部を拡大して示す断面図である。
【図３】上記インクジェットヘッドの接着樹脂層がない状態での圧電体および上部電極の平面図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）は、上記インクジェットヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図５】上記接着樹脂層のパターニング形状の一例を示す平面図である。
【図６】上記接着樹脂層のパターニング形状の他の例を示す平面図である。
【図７】上記インクジェットヘッドを搭載したインクジェット描画装置の概略の構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００４１】
（インクジェットヘッドについて）
図１は、本実施形態のインクジェットヘッド１の概略の構成を示す断面図であり、図２は、インクジェットヘッド１の主要部を拡大して示す断面図である。インクジェットヘッド１は、ヘッド基板１０（第１の基板）と配線基板２０（第２の基板）とを接着樹脂層３０を介して接着し、これらを一体化して形成されている。配線基板２０の上面には、インクが貯留される共通インク室４１を構成する箱型形状のマニホールド４０が設けられている。
【００４２】
（ヘッド基板について）
ヘッド基板１０は、下層側から、Ｓｉ（シリコン）基板によって形成されたノズルプレート１１と、ガラス基板によって形成された中間プレート１２と、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板の支持層のＳｉによって形成された圧力室プレート１３と、ＳＯＩ基板の活性層のＳｉおよびＳｉＯ２によって形成された振動板１４と、圧電素子１５と有している。ノズルプレート１１の下面には、後述する圧力室１３ａ内のインクの吐出孔となるノズル１１ａが開口している。
【００４３】
圧力室プレート１３には、吐出のためのインクを収容する圧力室１３ａが複数形成されている。上記したノズル１１ａおよび圧電素子１５（特に後述する圧電体１５ａ）は、複数の圧力室１３ａのそれぞれに対応して設けられている。圧力室プレート１３の上壁は、振動板１４によって構成されており、下壁は中間プレート１２によって構成されている。中間プレート１２には、圧力室１３ａの内部とノズル１１ａとを連通する連通路１２ａが貫通形成されている。振動板１４は、圧力室１３ａを配線基板２０側から覆うように設けられ、振動によって圧力室１３ａ内のインクをノズル１１ａを介して外部に吐出させる。
【００４４】
圧電素子１５は、振動板１４に対して配線基板２０側に設けられて振動板１４を振動させるアクチュエータである。この圧電素子１５は、アクチュエータ本体としての薄膜ＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）からなる圧電体１５ａを上部電極１５ｂと下部電極１５ｃとで挟持して構成されている。つまり、圧電素子１５は、圧電体１５ａと、圧電体１５ａに対して配線基板２０とは反対側に位置する下部電極１５ｃと、圧電体１５ａに対して配線基板２０側に位置する上部電極１５ｂとをこの順で積層して構成されている。
【００４５】
下部電極１５ｃは、振動板１４の表面に形成されており、この下部電極１５ｃ上に、圧力室１３ａと１対１に対応するように個別に圧電体１５ａとその上面の上部電極１５ｂとが積層されている。圧電体１５ａは、少なくとも圧力室１３ａの上方（配線基板２０側）に位置しており、本実施形態では、圧力室１３ａの上方から圧力室１３ａの側壁上方にわたって（圧力室１３ａとその側壁との境界をまたぐように）下部電極１５ｃ上に設けられている。上部電極１５ｂ上には、融点が１０６３℃の金スタッドバンプ１６（第１のバンプ）が、配線基板２０に向けて突出形成されている。金スタッドバンプ１６は、上部電極１５ｂと電気的に接続されている。
【００４６】
図３は、接着樹脂層３０がない状態での圧電体１５ａおよび上部電極１５ｂの配線基板２０側からの平面図である。このように、上部電極１５ｂは、圧電体１５ａ上で、圧電体１５ａの形成領域の内側に形成されている。この結果、圧電体１５ａは、上部電極１５ｂから周囲（エッジ）がはみ出る形状となっている。また、同図における領域Ｄは、圧電素子１５が主に駆動される領域を示しており、圧力室１３ａは、ノズル１１ａの形成領域を含んで領域Ｄよりも一回り大きい形状で形成されている。
【００４７】
（配線基板について）
配線基板２０は、Ｓｉ基板からなる基板本体２１の上面に、ＳｉＯ２からなる配線保護層２２を介して形成される上部配線２３を有している。この上部配線２３は、配線基板２０の端部において、駆動ＩＣ２４が実装されたＦＰＣ（フレキシブルプリント回路基板）２５とＡＣＦ（異方性導電フィルム）によって電気的に接続されている。上部配線２３は、ＳｉＯ２からなる配線保護層２６で覆われている。
【００４８】
また、上部配線２３の一部は、基板本体２１に形成された貫通孔２１ａを介して基板本体２１の下面に臨んでおり、該基板本体２１の下面にＳｉＯ２からなる配線保護層２２を介して形成された下部配線２７と導通している。下部配線２７上には、ＳｉＯ２からなる配線保護層２８が形成されているが、圧電素子１５と面する位置に形成された開口部２８ａを介して、下部配線２７の一部が露出している。開口部２８ａの位置で露出した下部配線２７には、該下部配線２７と電気的に接続されるはんだバンプ２９（第２のバンプ）が、ヘッド基板１０に向けて突出形成されている。はんだバンプ２９と上記した金スタッドバンプ１６とは、ヘッド基板１０と配線基板２０との間で電気的に接続されている。
【００４９】
はんだバンプ２９は、例えばＳｎ−Ｂｉ系共晶はんだ（融点１３９℃）で構成されており、下部配線２７の表面から圧電素子１５に向けて半球状に盛り上がり、その先端面（下端面）は球面状となっている。
【００５０】
また、配線基板２０には、インク供給路２１ｂが形成されている。インク供給路２１ｂは、配線基板２０の上面に開口しており、その開口部２６ａから共通インク室４１内のインクを流入させて圧力室１３ａに供給することが可能となっている。
【００５１】
（接着樹脂層について）
接着樹脂層３０は、ヘッド基板１０と配線基板２０とを接着するための接着層である。本実施形態の接着樹脂層３０は、接着前の状態では所定の弾性率（例えば０．１〜２．５ＧＰａ）を有し、接着時に所定の硬化温度（例えば２００℃）に加熱されることによって硬化して接着機能を発揮する熱硬化性接着樹脂層であり、例えば熱硬化性の感光性接着樹脂シートで構成されている。このような接着樹脂層３０としては、例えば東レ社製感光性ポリイミド接着シート、デュポン社製ＰｅｒＭＸシリーズ（商品名）等を用いることができる。
【００５２】
接着樹脂層３０は、ヘッド基板１０と配線基板２０との間に、接着樹脂層３０の厚み分の間隔を確保すべく、配線基板２０の配線保護層２８の表面（下面）に予め貼着され、その後、ヘッド基板１０と接着される。接着樹脂層３０は、配線基板２０への貼着後でヘッド基板１０との積層前に、露光、現像によって所望の形状にパターニングされる。なお、接着樹脂層３０のパターニング形状の詳細については後述する。接着樹脂層３０として、上述した感光性接着樹脂シートを用いることにより、接着樹脂層３０の不要部分を露光、現像処理によって容易に除去することができ、所望パターンの層形成が容易となる。
【００５３】
また、接着樹脂層３０には、予め上下に貫通する貫通孔３２が同じく露光、現像によって形成されている。貫通孔３２の一端（上端）は、上記した配線基板２０のインク供給路２１ｂと連通している。一方、貫通孔３２の他端（下端）は、ヘッド基板１０の振動板１４に形成された開口１４ａと、圧力室プレート１３に形成された貫通孔１３ｂと、中間プレート１２に形成された連通路１２ｂとを介して圧力室１３ａと連通している。
【００５４】
なお、接着樹脂層３０としては、圧電体１５ａを湿気から保護する防湿性、およびヘッド基板１０と配線基板２０とを確実に接着する接着性が求められる。防湿性があり、接着性のある樹脂としては、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ノボラック樹脂、などを用いることができる。また、高密度に配列された圧電素子１５をカバーすべく、接着樹脂層３０をパターニング形成する場合の方法としては、スクリーン印刷、凸版印刷、ディスペンサー塗布、ＩＪ（インクジェット）塗布、フォトリソ法、などを用いることができる。
【００５５】
（動作について）
ヘッド基板１０側の金スタッドバンプ１６と、配線基板２０側のはんだバンプ２９とが電気的に接続されているので、配線基板２０の駆動ＩＣ２４からの駆動電圧（駆動信号）は、上部配線２３、下部配線２７、はんだバンプ２９および金スタッドバンプ１６を順に介して、圧電素子１５の上部電極１５ｂに供給される。このように、圧電素子１５の下部電極１５ｃに対して上部電極１５ｂに駆動電圧が供給されると、圧電体１５ａが圧電効果によって変形して振動板１４を振動させる。これにより、圧力室１３ａ内のインクに対して吐出のための圧力が付与される。そして、圧力室１３ａ内のインクが連通路１２ａを通ってノズル１１ａから微小液滴として吐出される。
【００５６】
本実施形態では、ヘッド基板１０が、圧力室１３ａを複数備え、圧電体１５ａおよびノズル１１ａが各圧力室１３ａのそれぞれに対応して設けられている。これにより、各圧力室１３ａおよび各ノズル１１ａを１次元的または２次元的に配置したインクジェットヘッド１において、各圧力室１３ａごとに、対応する圧電体１５ａによってインクの吐出を制御することができる。
【００５７】
また、本実施形態では、配線基板２０が、圧電素子１５に給電するための配線（上部配線２３、下部配線２７）、およびインク供給路２１ｂを有しており、これらをヘッド基板１０に設けなくても済むため、ヘッド基板１０にて、複数の圧力室１３ａを高密度で配置するとともに、各圧力室１３ａに対応して、圧電体１５ａおよびノズル１１ａを高密度で配置することが可能となる。その結果、高精細な画像形成を行うインクジェットヘッド１を実現することができる。なお、給電のための配線およびインク供給路２１ｂのうちの少なくとも一方が、ヘッド基板１０と対向する基板側に設けられていれば、上記の効果を得ることができる。
【００５８】
（インクジェットヘッドの製造方法について）
次に、上記したインクジェットヘッド１の製造方法について説明する。図４（ａ）（ｂ）は、本実施形態のインクジェットヘッド１の製造工程を示す断面図である。まず、図４（ａ）に示すように、ヘッド基板１０と配線基板２０とを各々別々に作製した後、配線基板２０側に接着樹脂層３０を所定の形状でパターニング形成する。なお、接着樹脂層３０のパターニング形状については後述する。その後、図４（ｂ）に示すように、接着樹脂層３０の貼着面がヘッド基板１０側を向くようにして、ヘッド基板１０と配線基板２０とを対向配置し、接着樹脂層３０を所定の硬化温度に加熱して両基板を圧着する。これにより、ヘッド基板１０、配線基板２０および接着樹脂層３０が積層、一体化されたインクジェットヘッド１が完成する。
【００５９】
このように、ヘッド基板１０と配線基板２０との接着工程では、接着樹脂層３０を所定の形状にパターニング形成した後、ヘッド基板１０と配線基板２０とを接着樹脂層３０を介して接着する。このとき、ヘッド基板１０側に接着樹脂層３０をパターニング形成して配線基板２０と貼り合せると、そのパターニング形成の際に、ヘッド基板１０の圧電素子１５を損傷させる可能性が高くなり、これが圧電特性を低下させる要因となる。しかし、本実施形態のように、配線基板２０側に接着樹脂層３０をパターニング形成した後、ヘッド基板１０と配線基板２０とを接着樹脂層３０を介して接着することで、接着樹脂層３０の形成時に圧電素子１５を損傷させることがなくなり、圧電素子１５の損傷による圧電特性の低下を回避することができる。
【００６０】
（接着樹脂層のパターニング形状について）
図５は、接着樹脂層３０がある状態での圧電体１５ａおよび上部電極１５ｂの配線基板２０側からの平面図であって、接着樹脂層３０のパターニング形状の一例を示す平面図である。なお、図５において、便宜上、接着樹脂層３０が覆っている部分をハッチングで示す。このように、本実施形態では、接着樹脂層３０は、圧電体１５ａの少なくともエッジを覆い、かつ、開口部３０ａおよび開口部３０ｂを有する形状となるように、パターニングされている。
【００６１】
ここで、開口部３０ａは、圧電素子１５（例えば上部電極１５ｂ）の一部を圧力室１３ａの上方で配線基板２０側に露出させるための開口である。この開口部３０ａの開口領域は、図３で示した領域Ｄ（圧電素子１５の主たる駆動領域）に対応している。また、開口部３０ｂは、金スタッドバンプ１６およびはんだバンプ２９の収容空間を形成するための開口である。特に、本実施形態では、接着樹脂層３０は、圧電体１５ａのエッジと上部電極１５ｂのエッジとを両方とも覆うように設けられている。なお、接着樹脂層３０は、ノズル１１ａを覆うように設けられていてもよいし、ノズル１１ａの上方を外れるように設けられていてもよい。
【００６２】
ここで、圧電素子１５の一部が露出する開口部３０ａの内部の空間Ｓ１（図２参照）は、ヘッド基板１０と配線基板２０との間で、周囲の接着樹脂層３０によって密閉されている。そして、この密閉された空間Ｓ１内に、乾燥窒素が充填されている。また、開口部３０ｂの内部の空間Ｓ２（図２参照）についても、ヘッド基板１０と配線基板２０との間で、周囲の接着樹脂層３０によって密閉されており、この密閉された空間Ｓ２内に、乾燥窒素が充填されている。したがって、上記した金スタッドバンプ１６およびはんだバンプ２９は、接着樹脂層３０によって囲まれて密閉された空間Ｓ２内に位置していることになる。なお、上記したインクジェットヘッド１の製造において、接着樹脂層３０をパターニング形成した配線基板２０と、ヘッド基板１０との貼り付け工程を乾燥窒素雰囲気中で行うことにより、開口部３０ａ・３０ｂの内部の密閉された空間Ｓ１・Ｓ２に乾燥窒素をそれぞれ充填させることができる。
【００６３】
本実施形態のように、接着樹脂層３０が圧電体１５ａのエッジを覆っていることにより、圧電体１５ａのエッジが大気中の水分と反応して劣化するのを抑えることができる。これにより、圧力室１３ａ内のインクを振動板１４によって外部に吐出させるべく、圧電素子１５を連続駆動させた場合でも、圧電体１５ａの膜剥がれや絶縁破壊を抑えることができる。
【００６４】
また、接着樹脂層３０は、圧電素子１５の一部が圧力室１３ａの上方で配線基板２０側に露出する開口部３０ａを有しているので、圧電素子１５の開口部３０ａで露出している部分については、接着樹脂層３０によってその駆動が阻害されることはない。これにより、圧電素子の全面を保護層で覆う従来のように圧電特性が大幅に低下するのを抑えることができる。
【００６５】
さらに、接着樹脂層３０の加熱、硬化により、ヘッド基板１０と配線基板２０との接着と同時に圧電素子１５を保護することが可能となるため、従来のような圧電素子を保護する薄膜を形成するための別途の真空プロセスは不要となる。したがって、圧電素子１５の形成後に、真空プロセスによって繊細な圧電素子１５にダメージが付与されるという事態はなくなり、製造工程も簡略化される。その結果、インクジェットヘッド１を製造するにあたり、高歩留り、低コストを実現することができる。
【００６６】
つまり、接着樹脂層３０を圧電素子１５の保護に利用することにより、真空プロセスを用いない省プロセスで、圧電素子１５を保護する構成を実現することができ、高歩留り、低コストを実現できるとともに、連続駆動時に圧電体１５ａの膜剥がれや絶縁破壊が生じにくく、信頼性の高い、圧電特性に優れたインクジェットヘッド１を実現することができる。
【００６７】
また、接着樹脂層３０は、圧電体１５ａのエッジと上部電極１５ｂのエッジとを両方とも覆うように設けられているので、圧電体１５ａにおける上部電極１５ｂが存在しない領域において、周囲の湿気との反応による圧電体１５ａの劣化を確実に抑えることができる。その結果、圧電体１５ａの絶縁破壊による上部電極１５ｂと下部電極１５ｃとの間でのリーク電流の発生を確実に抑えることができる。
【００６８】
また、開口部３０ａの内部の空間Ｓ１は、周囲の接着樹脂層３０によって密閉されているので、本実施形態のように、乾燥窒素を空間Ｓ１内に充填して閉じ込めることができる。乾燥窒素は、水分を含まない不活性ガスであるため、この乾燥窒素が圧電体１５ａに水分を供給して圧電体１５ａを劣化させるということはない。したがって、接着樹脂層３０による圧電体１５ａのエッジの保護とも相まって、圧電体１５ａのエッジの水分による劣化を確実に抑えることができる。
【００６９】
また、金スタッドバンプ１６およびはんだバンプ２９は、周囲の接着樹脂層３０によって囲まれて密閉された空間Ｓ２内に位置しているので、本実施形態のように、乾燥窒素を空間Ｓ２内に充填して閉じ込めることができる。これにより、金スタッドバンプ１６、はんだバンプ２９およびこれらの接続部の水分との反応による劣化を抑えることができ、配線基板２０からヘッド基板１０への給電によって圧電体１５ａを連続動作させても、金スタッドバンプ１６とはんだバンプ２９との接続部で接点不良が発生するのを抑えて、電気的接続の信頼性を向上させることができる。
【００７０】
なお、本実施形態では、開口部３０ａ・３０ｂの空間Ｓ１・Ｓ２内に充填する不活性ガスとして、乾燥窒素を用いているが、例えば、アルゴン、ヘリウム、クリプトンなどの希ガスを不活性ガスとして用いてもよい。窒素や希ガスは、他の物質と反応を起こさない化学的に安定したガスであるため、圧電体１５ａ、および金スタッドバンプ１６とはんだバンプ２９との接続部分が充填ガスと何らかの化学反応を起こして劣化するということがない。
【００７１】
また、空間Ｓ１・Ｓ２には、不活性ガスの代わりに、乾燥空気を充填してもよい。乾燥空気とは、空気中の水蒸気量（水蒸気圧）を著しく低下させて、湿度を１０％以下、望ましくは１％以下まで低下させたものである。このように、空間Ｓ１・Ｓ２に乾燥空気を充填することによっても、圧電体１５ａが周囲の水分との反応によって劣化するのを抑えることができ、また、金スタッドバンプ１６とはんだバンプ２９との接続部が周囲の水分との反応によって劣化するのを抑えることができる。
【００７２】
なお、上記の乾燥空気は、例えば以下の手法（１）〜（３）によって得ることができる。
（１）湿潤空気を冷却して一旦結露させ、その後必要に応じて加熱することにより、乾燥空気を得る。
（２）湿潤空気を吸湿剤に接触させて水蒸気を吸収させることにより、乾燥空気を得る。
（３）湿潤空気を中空糸膜に通して水蒸気を分離することで、乾燥空気を得る。
【００７３】
ところで、図６は、接着樹脂層３０のパターニング形状の他の例を示す平面図である。同図のように、接着樹脂層３０は、圧電体１５ａのエッジを覆い、かつ、開口部３０ａ・３０ｂが圧電体１５ａの形成領域の内側で開口部３０ｃを介して連通するように、パターニング形成されていてもよい。この場合でも、圧電素子１５（例えば上部電極１５ｂ）の一部が圧力室１３ａの上方で開口部３０ａを介して配線基板２０側に露出することに変わりはなく、圧電素子１５の露出部分の駆動が接着樹脂層３０によって阻害されることはない。したがって、この場合でも、圧電素子の全面を保護層で覆う従来と比べて、圧電特性が大幅に低下するのを抑えることができる。
【００７４】
（ヘッド基板と対向させる基板について）
本実施形態では、ヘッド基板１０と配線基板２０とを接着樹脂層３０で接着した構成について説明したが、ヘッド基板１０と接着される基板は、配線を有する基板でなくてもよい。つまり、ヘッド基板１０を保護するための基板であれば、例えば配線を有さず、圧力室１３ａへのインク供給路２１ｂを有する基板であってもよく（この場合はヘッド基板１０側に配線が形成される）、配線もインク供給路も有さない単なる保護基板であってもよい（この場合はヘッド基板１０側に配線およびインク供給路が形成される）。これらの基板を第２の基板として用い、第１の基板としてのヘッド基板１０と接着樹脂層３０を介して接着する構成であっても、接着樹脂層３０を用いる限り、接着樹脂層３０に対して上述した本実施形態のパターニング形状を適用することができ、これによって、ヘッド基板１０側の圧電体１５ａの水分による劣化を抑えるなどの効果を得ることができる。
【００７５】
（ヘッド基板についての補足）
次に、本実施形態で用いたヘッド基板１０を構成する各材料の一例について説明する。なお、構成材料は、以下の材料に限定されるわけではない。
【００７６】
圧電素子１５は、圧電体１５ａ（スパッタ成膜した薄膜ＰＺＴ）を挟持する形で、Ｔｉ／Ａｕをこの順で積層した上部電極１５ｂと、酸化チタン（以下、酸化Ｔｉと記載）／Ｐｔをこの順で積層した下部電極１５ｃとがスパッタ成膜され、それぞれをフォトリソ法でパターニング加工することによって形成されている。各層の膜厚は、下から（圧力室１３ａ側から）、酸化Ｔｉ：２０ｎｍ、Ｐｔ：１００ｎｍ、ＰＺＴ：５μｍ、Ｔｉ：２０ｎｍ、Ａｕ：３００ｎｍである。
【００７７】
酸化Ｔｉは、その下地のＳｉＯ２と上層のＰｔとの密着性を向上させるための膜である。酸化Ｔｉの厚みは、５ｎｍ〜４０ｎｍ程度が好ましく、薄すぎると密着性が悪くなり、また、厚すぎると、その上層のＰｔの結晶性が悪くなってしまう。なお、ここでは、酸化Ｔｉを用いているが、酸化Ｔｉの代わりにＴｉを用いてもよい。
【００７８】
Ｐｔは、圧電体１５ａに電圧を印加するための電極としての役割と、圧電体１５ａを構成するＰＺＴの結晶性を向上させるための配向制御膜としての役割とを有する。電極（Ｐｔ）を厚くすると、抵抗面では好ましいが、厚くしすぎると表面の平滑性が悪くなり、その上に形成されるＰＺＴの結晶状態が悪くなる。基板面に対してＰｔが＜１１１＞配向となる場合が好適であり、このとき、ＰＺＴは＜１００＞配向となりやすい。
【００７９】
ＰＺＴの厚みは、２μｍ〜１０μｍ程度が好ましく、薄すぎると十分な変位量が得られず、厚すぎると膜が破損しやすくなる。ＰＺＴが＜１００＞配向となる場合が好適であり、この場合は良好な圧電特性を示す。
【００８０】
上部電極１５ｂは、Ｔｉ／Ａｕの層構成であり、ＴｉはＡｕとＰＺＴとの密着性を上げるための接着層としての役割がある。上部電極１５ｂの一部に形成されるＡｕバンプ（金スタッドバンプ１６）は、回路基板（配線基板２０）との導通をとる役割がある。
【００８１】
本実施形態では、ＳＯＩ基板を用いて、圧電素子１５の成膜およびフォトリソ法による加工を行っているが、シリコンウェハを加工してボディープレートを作成してもよい。また、圧力室プレート１３と中間プレート１２、中間プレート１２とノズルプレート１１との接合は、シリコンとガラスとの接合になるため、陽極接合によって行われる。
【００８２】
（インクジェット描画装置について）
次に、上述した構成のインクジェットヘッド１を搭載したインクジェット描画装置５０について説明する。
【００８３】
図７は、インクジェット描画装置５０の概略の構成を示す斜視図である。インクジェット描画装置５０は、インクジェット描画を行うためのインクジェットヘッド１と、基台５１とを備えている。基台５１上には、ステージ５２と、θ回転機構５３と、Ｙ移動機構５４と、Ｘ移動機構５５とがそれぞれ設けられている。なお、Ｘ方向とＹ方向とは、水平面上で互いに直交する方向とし、ＸＹ面内での回転方向をθ方向とする。また、Ｘ方向およびＹ方向と直交する方向をＺ方向とする。
【００８４】
ステージ５２は、Ｘ方向に延びるＸ移動機構５５上に、θ回転機構５３を介して設けられた平面視矩形状の定盤であり、その上面は被記録材Ｗを載置するための水平な載置面とされ、該載置面がインクジェットヘッド１のノズル面に対して所定の高さ位置となるように配設されている。θ回転機構５３は、インクジェットヘッド１のノズル面に対して平行を維持したまま、ステージ５２をθ方向に回転移動させる。Ｙ移動機構５４は、ステージ５２、θ回転機構５３およびＸ移動機構５５をともにＹ方向に直線移動させる。Ｘ移動機構５５は、ステージ５２およびθ回転機構５３をともにＸ方向に直線移動させる。
【００８５】
インクジェットヘッド１は、基台５１上の端部近傍において、Ｘ方向に架設されたガントリ５６に、スライダ５７、Ｚ移動機構５８およびθ回転機構５９を介して、そのノズル面が下面となるように取り付けられ、その下方に配置されるステージ５２上の被記録材Ｗの表面と対向するように配置されている。
【００８６】
上記の構成において、インクジェットヘッド１は、スライダ５７がガントリ５６に沿ってスライド移動することにより、Ｘ方向に往復移動し、また、Ｚ移動機構５８によって、θ回転機構５９とともにＺ方向に昇降移動し、さらに、θ回転機構５９によって、Ｚ方向を軸としてθ方向に回転移動する。
【００８７】
一方、被記録材Ｗが載置されたステージ５２は、Ｘ移動機構５５により、θ回転機構５３とともにＸ方向に直線移動する。また、Ｘ移動機構５５は、Ｙ移動機構５４によって、θ回転機構５３とともにＹ方向に直線移動する。さらに、ステージ５２は、θ回転機構５３によって、Ｚ方向を軸としてθ方向に回転移動する。これにより、ステージ５２上の被記録材Ｗは、Ｘ方向およびＹ方向に移動するとともにθ方向に回転移動する。
【００８８】
このように、インクジェットヘッド１とステージ５２とを相対的に移動させ、そのときの各位置情報に応じて、所定の吐出パターンデータに基づいてインクジェットヘッド１からの液滴（インク）の吐出を制御し、ステージ５２上の被記録材Ｗの表面に着弾させることにより、被記録材Ｗに対して所望の描画を行うことができる。
【００８９】
このように上述したインクジェットヘッド１を用いることにより、圧電体の膜剥がれや絶縁破壊が生じにくく、信頼性の高いインクジェット描画装置５０を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明のインクジェットヘッドは、インクジェット描画装置に利用可能である。
【符号の説明】
【００９１】
１ インクジェットヘッド
１０ ヘッド基板（第１の基板）
１１ａ ノズル
１３ａ 圧力室
１４ 振動板
１５ 圧電素子
１５ａ 圧電体
１５ｂ 上部電極
１５ｃ 下部電極
１６ 金スタッドバンプ（第１のバンプ）
２０ 配線基板（第２の基板）
２１ｂ インク供給路
２３ 上部配線（配線）
２７ 下部配線（配線）
２９ はんだバンプ（第２のバンプ）
３０ 接着樹脂層
３０ａ 開口部
３０ｂ 開口部
４１ 共通インク室（インク室）
５０ インクジェット描画装置
５２ ステージ
Ｓ１ 空間
Ｓ２ 空間
Ｗ 被記録材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板と、該第１の基板を保護するための第２の基板とが、接着樹脂層を介して接着されてなり、
前記第１の基板が、
インクを収容する圧力室と、
前記圧力室を前記第２の基板側から覆うように設けられ、振動によって前記圧力室内のインクを外部に吐出させるための振動板と、
前記振動板に対して前記第２の基板側に設けられ、前記振動板を振動させる圧電素子とを備えたインクジェットヘッドであって、
前記圧電素子は、少なくとも前記圧力室の上方に位置する圧電体を有しており、
前記接着樹脂層は、前記圧電体の少なくともエッジを覆い、かつ、前記圧電素子の一部が前記圧力室の上方で前記第２の基板側に露出する開口部を有して形成されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記第１の基板は、前記圧力室からのインクの吐出口となるノズルをさらに備えているとともに、前記圧力室を複数備えており、
前記圧電体および前記ノズルは、各圧力室のそれぞれに対応して設けられていることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
前記第２の基板は、前記圧電素子に給電するための配線を有していることを特徴とする請求項２に記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記第２の基板は、インク室から前記圧力室に供給されるインクの流路となるインク供給路を有していることを特徴とする請求項２または３に記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
前記圧電素子は、前記圧電体に対して前記第２の基板とは反対側に位置する下部電極と、前記圧電体に対して前記第２の基板側に位置し、かつ、前記圧電体の形成領域よりも内側に形成される上部電極とを有しており、
前記接着樹脂層は、前記圧電体のエッジと前記上部電極のエッジとを両方とも覆うように設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
【請求項６】
前記開口部の内部の空間は、前記第１の基板と前記第２の基板との間で、周囲の前記接着樹脂層によって密閉されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
【請求項７】
前記空間内に、不活性ガスまたは乾燥空気が充填されていることを特徴とする請求項６に記載のインクジェットヘッド。
【請求項８】
前記圧電素子は、前記圧電体に対して前記第２の基板とは反対側に位置する下部電極と、前記圧電体に対して前記第２の基板側に位置する上部電極とを有しており、
前記第１の基板は、前記圧電素子の前記上部電極と電気的に接続されて前記第２の基板側に突出する第１のバンプをさらに有しており、
前記第２の基板は、前記配線と電気的に接続されて前記第１の基板側に突出するとともに、前記第１のバンプと電気的に接続される第２のバンプをさらに有しており、
前記第１のバンプおよび前記第２のバンプは、前記第１の基板と前記第２の基板との間で、前記接着樹脂層によって囲まれて密閉された空間内に位置していることを特徴とする請求項３に記載のインクジェットヘッド。
【請求項９】
前記空間内に、不活性ガスまたは乾燥空気が充填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ヘッド。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれかに記載のインクジェットヘッドと、
被記録材が載置されるステージとを備え、
前記インクジェットヘッドから吐出されるインクにより、前記ステージ上の前記被記録材に対して描画を行うことを特徴とするインクジェット描画装置。
【請求項１１】
インクを収容する圧力室と、振動によって前記圧力室内のインクを外部に吐出させるための振動板と、少なくとも前記圧力室の上方に位置する圧電体を含み、前記振動板を振動させる圧電素子とを備えた第１の基板と、
前記第１の基板を保護するための第２の基板とを、接着樹脂層を介して接着する接着工程を有し、
前記接着工程では、前記接着樹脂層が、前記圧電体の少なくともエッジを覆い、かつ、前記圧電素子の一部が前記圧力室の上方で前記第２の基板側に露出する開口部を有するように、前記接着樹脂層をパターニング形成した後、前記第１の基板と前記第２の基板とを前記接着樹脂層を介して接着することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１２】
前記接着工程では、前記第２の基板側に前記接着樹脂層をパターニング形成した後、前記第１の基板と前記第２の基板とを前記接着樹脂層を介して接着することを特徴とする請求項１１に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１】
第１の基板と、該第１の基板を保護するための第２の基板とが、接着樹脂層を介して接着されてなり、
前記第１の基板が、
インクを収容する圧力室と、
前記圧力室を前記第２の基板側から覆うように設けられ、振動によって前記圧力室内のインクを外部に吐出させるための振動板と、
前記振動板に対して前記第２の基板側に設けられ、前記振動板を振動させる圧電素子とを備えたインクジェットヘッドであって、
前記圧電素子は、少なくとも前記圧力室の上方に位置する圧電体を有しており、
前記接着樹脂層は、前記圧電体の少なくともエッジを覆い、かつ、前記圧電素子の一部が前記圧力室の上方で前記第２の基板側に露出する開口部を有して形成されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記第１の基板は、前記圧力室からのインクの吐出口となるノズルをさらに備えているとともに、前記圧力室を複数備えており、
前記圧電体および前記ノズルは、各圧力室のそれぞれに対応して設けられていることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
前記第２の基板は、前記圧電素子に給電するための配線を有していることを特徴とする請求項２に記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記第２の基板は、インク室から前記圧力室に供給されるインクの流路となるインク供給路を有していることを特徴とする請求項２または３に記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
前記圧電素子は、前記圧電体に対して前記第２の基板とは反対側に位置する下部電極と、前記圧電体に対して前記第２の基板側に位置し、かつ、前記圧電体の形成領域よりも内側に形成される上部電極とを有しており、
前記接着樹脂層は、前記圧電体のエッジと前記上部電極のエッジとを両方とも覆うように設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
【請求項６】
前記開口部の内部の空間は、前記第１の基板と前記第２の基板との間で、周囲の前記接着樹脂層によって密閉されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
【請求項７】
前記空間内に、不活性ガスまたは乾燥空気が充填されていることを特徴とする請求項６に記載のインクジェットヘッド。
【請求項８】
前記圧電素子は、前記圧電体に対して前記第２の基板とは反対側に位置する下部電極と、前記圧電体に対して前記第２の基板側に位置する上部電極とを有しており、
前記第１の基板は、前記圧電素子の前記上部電極と電気的に接続されて前記第２の基板側に突出する第１のバンプをさらに有しており、
前記第２の基板は、前記配線と電気的に接続されて前記第１の基板側に突出するとともに、前記第１のバンプと電気的に接続される第２のバンプをさらに有しており、
前記第１のバンプおよび前記第２のバンプは、前記第１の基板と前記第２の基板との間で、前記接着樹脂層によって囲まれて密閉された空間内に位置していることを特徴とする請求項３に記載のインクジェットヘッド。
【請求項９】
前記空間内に、不活性ガスまたは乾燥空気が充填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ヘッド。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれかに記載のインクジェットヘッドと、
被記録材が載置されるステージとを備え、
前記インクジェットヘッドから吐出されるインクにより、前記ステージ上の前記被記録材に対して描画を行うことを特徴とするインクジェット描画装置。
【請求項１１】
インクを収容する圧力室と、振動によって前記圧力室内のインクを外部に吐出させるための振動板と、少なくとも前記圧力室の上方に位置する圧電体を含み、前記振動板を振動させる圧電素子とを備えた第１の基板と、
前記第１の基板を保護するための第２の基板とを、接着樹脂層を介して接着する接着工程を有し、
前記接着工程では、前記接着樹脂層が、前記圧電体の少なくともエッジを覆い、かつ、前記圧電素子の一部が前記圧力室の上方で前記第２の基板側に露出する開口部を有するように、前記接着樹脂層をパターニング形成した後、前記第１の基板と前記第２の基板とを前記接着樹脂層を介して接着することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１２】
前記接着工程では、前記第２の基板側に前記接着樹脂層をパターニング形成した後、前記第１の基板と前記第２の基板とを前記接着樹脂層を介して接着することを特徴とする請求項１１に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−９５０８８（Ｐ２０１３−９５０８８Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４１０４９（Ｐ２０１１−２４１０４９）
【出願日】平成２３年１１月２日（２０１１．１１．２）
【出願人】（０００００１２７０）コニカミノルタホールディングス株式会社 (4,463)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２日（２０１１．１１．２）
【出願人】（０００００１２７０）コニカミノルタホールディングス株式会社 (4,463)
【Ｆターム（参考）】
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