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、インクジェット式記録ヘッドの製造方法
【課題】記録ヘッドの小面積化を可能としたインクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置、インクジェット式記録ヘッドの製造方法を提供する。
【解決手段】インク液の供給を受ける圧力発生室１０と、圧力発生室１０に連通するノズル開口部６２と、圧力発生室１０に面する振動膜２０と、を備え、圧力発生室１０内の圧力変化によりインク液をノズル開口部６２から吐出するインクジェット式記録ヘッド１００であって、ノズルプレート６０の圧力発生室１０を挟んで振動膜２０と対向する領域に形成されたドライバ回路６４、を備える。このような構成であれば、圧力発生室１０とドライバ回路６４とが断面視で縦方向（即ち、厚さ方向）に重なるように配置されているので、記録ヘッド１００の面積を小さくすることができ、その小型化が可能となる。また、ドライバ回路６４で生じた熱が流動するインク液によって奪われ易いので、放熱が容易である。
【解決手段】インク液の供給を受ける圧力発生室１０と、圧力発生室１０に連通するノズル開口部６２と、圧力発生室１０に面する振動膜２０と、を備え、圧力発生室１０内の圧力変化によりインク液をノズル開口部６２から吐出するインクジェット式記録ヘッド１００であって、ノズルプレート６０の圧力発生室１０を挟んで振動膜２０と対向する領域に形成されたドライバ回路６４、を備える。このような構成であれば、圧力発生室１０とドライバ回路６４とが断面視で縦方向（即ち、厚さ方向）に重なるように配置されているので、記録ヘッド１００の面積を小さくすることができ、その小型化が可能となる。また、ドライバ回路６４で生じた熱が流動するインク液によって奪われ易いので、放熱が容易である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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、インクジェット式記録ヘッドの製造方法に関し、特に、記録ヘッドの小面積化を可能とした技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、インクジェット式記録ヘッドにおいて、圧電素子を駆動するための回路（以下、ドライバ回路という。）はＩＣ素子として別基板に製造されたものが記録ヘッドに装着され、各圧電素子とＩＣ素子との接続はワイヤーボンディングで行われている。しかしながら、インク液を吐出するノズル開口部は高密度化が進んでおり、ワイヤーボンディングによる上記の接続は限界に近づきつつある。このような問題に対し、ドライバ回路を別基板に形成するのではなく、例えば特許文献１に開示されているように、記録ヘッドを構成する流路形成基板に直接形成することを行えば、ワイヤーボンディングに依らずにドライバ回路と圧電素子とを電気的に接続することが可能となるので、ノズル開口部の高密度化に対応することが可能となる。
【特許文献１】特開２００１−２０５８１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、特許文献１に開示されたインクジェット式記録ヘッドによれば、ドライバ回路と圧電素子とが断面視で横方向に並んだ配置となっているため、記録ヘッドの面積が大きく、小型化の妨げとなる可能性があった。
そこで、本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、集積回路の配置位置を工夫して記録ヘッドの小面積化を可能としたインクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置、インクジェット式記録ヘッドの製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
〔発明１〜６〕 発明１のインクジェット式記録ヘッドは、インク液の供給を受ける圧力発生室と、前記圧力発生室に連通するノズル開口部と、前記圧力発生室に面する振動膜と、前記圧力発生室に面する基板の該圧力発生室を挟んで前記振動膜と対向する領域に形成された集積回路と、を備えることを特徴とするものである。ここで、本発明の「集積回路」は、例えば、インクジェット式記録ヘッドを駆動するためのドライバ回路である。
発明２のインクジェット式記録ヘッドは、発明１のインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記基板は、前記圧力発生室が形成された第１基板と、前記第１基板の一方の面に接合された第２基板と、を有し、前記振動膜は前記第１基板の他方の面に形成されており、前記集積回路は、前記第２基板の前記圧力発生室を挟んで前記振動膜と対向する領域に形成されていることを特徴とするものである。
【０００５】
発明３のインクジェット式記録ヘッドは、発明２のインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記ノズル開口部は、前記第２基板に形成されており、前記集積回路は前記ノズル開口部を避けて形成されていることを特徴とするものである。
発明４のインクジェット式記録ヘッドは、発明２又は発明３のインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記振動膜を介して前記第１基板の他方の面に形成された圧電素子と、前記圧電素子と前記集積回路とを接続する配線と、をさらに備え、前記配線は、前記第１基板を貫いて形成されていることを特徴とするものである。
【０００６】
発明５のインクジェット式記録ヘッドは、発明２から発明４の何れか一のインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記第１基板の他方の面に接合された第３基板、をさらに備え、前記第３基板には凹部が形成されており、前記凹部内に前記圧電素子が封止されていることを特徴とするものである。
発明６のインクジェット式記録ヘッドは、発明５のインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記圧力発生室に連通するリザーバ、をさらに備え、前記リザーバは前記第３基板に形成されていることを特徴とするものである。
【０００７】
発明１〜６のインクジェット式記録ヘッドによれば、圧力発生室と集積回路とが断面視で縦方向（即ち、厚さ方向）に重なるように配置されているので、記録ヘッドの面積を小さくすることができ、その小型化が可能となる。また、インクジェット式記録ヘッドの動作時は、インク液が圧力発生室内を流れ、当該圧力発生室に面する基板（例えば、第２基板）に形成された集積回路では、その回路動作により生じた熱が流動するインク液によって奪われ易い。このため、集積回路からの放熱が容易であり、熱に起因する不具合を低減することができる。よって、記録ヘッドの信頼性を向上させることができる。
【０００８】
〔発明７〕 発明７のインクジェット式記録装置は、発明１から発明６の何れか一のインクジェット式記録ヘッドを具備したことを特徴とするものである。
このような構成であれば、発明１から発明６のインクジェット式記録ヘッドが応用されるので、インクジェット式記録装置の小型化と、信頼性の向上が可能である。
〔発明８〕 発明８のインクジェット式記録ヘッドの製造方法は、インク液の供給を受ける圧力発生室と、前記圧力発生室に連通するノズル開口部と、前記圧力発生室に面する振動膜と、を備えるインクジェット式記録ヘッドの製造方法であって、前記圧力発生室に面する基板の該圧力発生室を挟んで前記振動膜と対向する領域に集積回路を形成することを特徴とするものである。
このような方法によれば、記録ヘッドの面積を小さくすることができ、その小型化が可能となる。また、集積回路からの放熱が容易であるため、熱に起因する不具合を低減することができ、記録ヘッドの信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する各図において、同一の構成を有する部分には同一の符号を付し、その重複する説明は省略する。
図１は、本発明の実施形態に係るインクジェット式記録ヘッド１００の構成例を示す断面図である。図１に示すように、このインクジェット式記録ヘッド１００は、例えば、流路形成基板１と、この流路形成基板１の表面上に形成された振動膜２０と、振動膜２０上に形成された圧電素子（即ち、ピエゾ素子）３０と、流路形成基板１の表面側に接合された封止板４０と、流路形成基板１の裏面側に接合されたノズルプレート６０と、を備える。
これらの中で、流路形成基板１は、例えば面方位（１００）のバルクシリコン基板である。この流路形成基板１は、例えば、５０μｍ〜５００μｍの厚さを有し、個々に区画された複数のインク流路が形成されている。ここで、インク流路とは、インク液が流れる経路のことであり、圧力発生室１０が含まれる。
【００１０】
振動膜２０は弾性膜であり、流路形成基板１の表面上に形成されて圧力発生室１０を覆っている。また、圧電素子３０は、振動膜２０を介して圧力発生室１０の真上に形成されている。この圧電素子３０は、下部電極３１と、下部電極３１上に形成された圧電体３２と、圧電体３２上に形成された上部電極３３とを有する。ここで、下部電極３１は、例えば複数の圧電素子３０にわたる共通の電極である。また、圧電体３２は、電圧を加えると伸長、収縮する、又は、歪みが生じるような誘電体であり、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）である。さらに、上部電極３３は、下部電極３１とは異なり共通の電極ではなく、個々の圧電体と１：１で対応した個別の電極である。このような構成の圧電素子３０は、個々の圧力発生室１０の真上にそれぞれ設けられている。また、圧電素子３０に繋がる配線３５等が流路形成基板１の表面上に形成されている。図１に示す配線３５は上部電極３３を引き出すための配線であるが、下部電極３１を引き出すための配線（図示せず）も流路形成基板１の表面上に形成されている。
【００１１】
封止板４０は、例えば面方位（１１０）のバルクシリコン基板からなる（但し、図３（ａ）に示す、貫通穴からなるリザーバ４５をウェットエッチングで形成する場合は、面方位（１１０）のバルクシリコン基板が封止板４０に適している。また、リザーバ４５の形成をドライエッチングで行う場合は、面方位（１００）のバルクシリコン基板が封止板４０に適している。）。この封止板４０の表面であって圧電素子３０と対向する領域には、圧電素子３０を封止するための凹部４２が設けられている。図１に示すように、封止板４０の表面は流路形成基板１の表面に図示しない接着剤等を介して接合されており、圧電素子３０は、その運動を阻害しない程度の空間が確保された状態で凹部４２内に封止（即ち、密封）されている。
【００１２】
また、この封止板４０には、その表面から裏面にかけて形成された貫通穴が形成されている。この貫通穴が、外部からインク液の供給を受けるリザーバ４５である。リザーバ４５は、前述の全ての圧力発生室１０の容積よりも十分に大きい容積を持つように、大きく形成されている。
一方、流路形成基板１の裏面には、図示しない接着剤等を介してノズルプレート６０の表面が接合されている。このノズルプレート６０は、例えば面方位（１００）のバルクシリコン基板からなる。ノズルプレート６０には、その表面から裏面にかけて貫通孔が設けられている。この貫通孔がノズル開口部６２である。ノズル開口部６２は圧力発生室１０に連通している。なお、インク液に圧力を与える圧力発生室１０の容積と、ノズル開口部６２の大きさは、インク液の吐出量とその吐出スピード、吐出周波数などに応じて最適化されている。
【００１３】
また、ノズルプレート６０の表面であって、圧力発生室１０を挟んで振動膜２０と対向する領域には、圧電素子３０を駆動するためのドライバ回路６４が一体に形成されている。ドライバ回路６４の能動面（即ち、回路形成面）には複数個のパッド電極（図示せず）が形成されている。そして、これらパッド電極上には、流路形成基板１を貫通するコンタクトホールがそれぞれ配置されており、該コンタクトホール内を埋め込むように貫通電極３７が設けられている。この貫通電極３７が、上部電極３３を引き出すための配線３５とドライバ回路６４とを繋いでおり、これにより、上部電極３３とドライバ回路６４とが電気的に接続されている。同様に、図示しない他の貫通電極３７が、下部電極３１を引き出すための配線（図示せず）とドライバ回路６４とを繋いでおり、これにより、下部電極３１とドライバ回路６４とが電気的に接続されている。
【００１４】
このような構成のインクジェット式記録ヘッド１００は、図示しない外部インク供給手段からリザーバ４５にインク液を取り込み、図中の矢印で示すように、リザーバ４５からノズル開口部６２に至るまでの間をインク液で満たしておく。そして、ドライバ回路６４からの記録信号に従い、圧電素子３０の上部電極３３と下部電極３１との間に電圧を印加して圧電体３２を伸長、収縮させ、又は、歪みを生じさせる。これにより、振動膜２０が変形して圧力発生室１０内の圧力が高まり、ノズル開口部６２からインク液が吐出される。
【００１５】
ところで、このインクジェット式記録ヘッド１００では、圧力発生室１０とドライバ回路６４とが断面視で縦方向（即ち、厚さ方向）に重なるように配置されている。これにより、記録ヘッド１００の面積を小さくすることができる。また、インクジェット式記録ヘッド１００の動作時は、インク液が圧力発生室１０内を流れる。このため、ノズルプレート６０に形成されたドライバ回路６４では、その回路動作により生じた熱が流動するインク液によって奪われ易い。
【００１６】
次に、上記のインクジェット式記録ヘッド１００の製造方法について説明する。図２〜図７は、本発明の実施形態に係るインクジェット式記録ヘッド１００の製造方法を示す断面図である。この製造方法は、封止板４０の形成工程と、流路形成基板１側の形成工程と、ノズルプレート６０の形成工程と、流路形成基板１に対して封止板４０とノズルプレート６０とをそれぞれ接合する工程（以下、単に接合工程ともいう。）と、に大別されるが、ここでは、封止板４０の形成工程と、流路形成基板１側の形成工程と、ノズルプレート６０の形成工程とについて順に説明し、最後に、接合工程について説明する。
【００１７】
まず、封止板４０の形成工程では、図２（ａ）に示すように、封止板４０として例えばバルクシリコンからなる基板を用意する。なお、この基板はシリコン基板に限定されるものではなく、シリコン以外の他の材料からなる基板であっても良い。次に、図３（ａ）に示すように、フォトリソグラフィー及びエッチング技術により、封止板４０の表面を部分的にエッチングして、圧電素子を封止するための凹部４２を形成する。ここでは、例えば、凹部４２の平面視による形状が圧電素子と相似形で且つその面積が大きく、しかも、凹部４２の深さが圧電素子の厚さよりも大きくなるように、凹部４２を形成する。これにより、圧電素子の運動を阻害しない程度の空間を確保した状態で、圧電素子を封止可能な凹部４２を形成することができる。なお、本発明では、圧電素子を個別に封止するのではなく、複数個の圧電素子を１つの凹部４２内に配置し、これにより、複数個の圧電素子を１つの凹部４２でまとめて封止するようにしても良い。この場合は、複数の圧電素子をまとめて封止できるように、凹部４２を広く形成すれば良い。
【００１８】
次に、フォトリソグラフィー及びエッチング技術により、封止板４０を部分的にエッチングして貫通させ、貫通穴からなるリザーバ４５を形成する。ここでは、例えば、水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液を用いたウェットエッチング、又は、ドライエッチングにより、リザーバ４５を形成する。なお、ここでは、凹部４２を形成した後でリザーバ４５を形成する場合について説明したが、形成の順番はこれに限定されるものではない。例えば、凹部４２を形成する前にリザーバ４５を形成しても良く、また、凹部４２とリザーバ４５とを同時に形成しても良い。このようにして、封止板４０が完成する。
次に、流路形成基板１側の形成工程では、図２（ｂ）に示すように、流路形成基板１として例えばバルクシリコンからなる基板を用意する。なお、この基板はシリコン基板に限定されるものではなく、シリコン以外の他の材料からなる基板であっても良い。
【００１９】
次に、図３（ｂ）に示すように、流路形成基板１の表面上に振動膜２０を形成する。振動膜２０は上述したように弾性膜であり、例えばＳｉＯ2膜又は酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、若しくはこれらを積層した膜からなり、その厚さは例えば１〜２μｍである。振動膜２０にＺｒＯ2を用いる場合は、例えば、Ｏ2を含んだプラズマでジルコニウム（Ｚｒ）をスパッタ成膜（反応性スパッタ成膜）することにより、ＺｒＯ2を形成する。あるいは、流路形成基板１の表面上にＺｒを形成し、その後、Ｚｒを５００〜１２００℃の拡散炉で熱酸化することにより、ＺｒＯ2を形成すれば良い。なお、振動膜２０の材料は上記の種類に限定されないが、流路形成基板１をエッチングして圧力発生室を形成する工程で、エッチングされない若しくはエッチングされにくい材料を用いることが好ましい。
【００２０】
次に、図４（ｂ）に示すように、個々の圧力発生室１０に対応して振動膜２０上に圧電素子３０を形成する。ここでは、例えば、スパッタリング法により振動膜２０上に下部電極膜を形成する。この下部電極膜の材料としては、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）等が好適である。その理由は、スパッタリング法やゾル−ゲル法で成膜する後述の圧電体膜は、成膜後に大気雰囲気下又は酸素雰囲気下で６００〜１０００℃程度の温度で焼成して結晶化させる必要があるからである。下部電極膜の材料には、このような高温、酸化雰囲気下で導電性を保持することができるような材料を選択して用いる必要がある。特に、圧電体膜としてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いる場合には、酸化鉛の拡散による導電性の変化が少ないような材料を選択して用いることが望ましい。このような条件を満たす材料として、Ｐｔ、Ｉｒ等が好適である。次に、フォトリソグラフィー及びエッチング技術により、下部電極膜を部分的にエッチングして、共通電極としての形状を有した下部電極３１を形成する。
【００２１】
そして、圧電体膜を成膜する。ここでは、例えば、金属有機物を触媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布し乾燥してゲル化し、さらに高温で焼結すること（即ち、ゾルーゲル法）で圧電体膜を形成する。圧電体膜の材料としては、ＰＺＴ系の材料が好適であり、その場合の焼結温度は例えば７００℃程度である。なお、この圧電体膜の成膜方法は、ゾルーゲル法に限定されず、例えば、スパッタリング法、又は、ＭＯＤ法（有機金属熱塗布分解法）などのスピンコート法により成膜しても良い。或いは、ゾルーゲル法又はスパッタリング法若しくはＭＯＤ法等によりＰＺＴの前駆体膜を形成後、アルカリ水溶液中での高圧処理法にて低温で結晶成長させる方法により成膜しても良い。このような方法により形成される圧電体膜の厚さは、例えば０．２〜５μｍである。
【００２２】
次に、上部電極膜を成膜する。上部電極膜は、導電性の高い材料であれば良く、Ａｌ、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、Ｐｔ等の金属膜や、導電性酸化物等を使用することができる。次に、フォトリソグラフィー及びエッチング技術により、上部電極膜及び圧電体膜を順次、部分的にエッチングして、所定形状の上部電極３３と圧電体３２とを形成する。これにより、振動膜２０上に、下部電極３１と圧電体３２と上部電極３３とからなる圧電素子３０が完成する。
【００２３】
なお、本実施形態では、下部電極３１を圧電素子３０の共通電極とし、上部電極３３を圧電素子３０の個別電極としているが、ドライバ回路６４や配線の都合でこれを逆にしても良い。つまり、下部電極３１を個別電極とし、上部電極３３を共通電極としても良い。
次に、フォトリソグラフィー及びエッチング技術により、振動膜２０を部分的にエッチングし、さらに、振動膜２０下から露出した流路形成基板１をエッチングして、コンタクトホールを形成する。続いて、このコンタクトホールを埋め込むように流路形成基板１上に導電膜を形成する。そして、フォトリソグラフィー及びエッチング技術により、この導電膜を部分的にエッチングして、コンタクトホール以外の領域から導電膜を取り除く。これにより、貫通電極３７を形成する。
【００２４】
次に、流路形成基板１の表面全体に導電膜を形成する。この導電膜には、例えば、Ａｌ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｔ等の金属膜を使用することができる。次に、フォトリソグラフィー及びエッチング技術により、導電膜を部分的にエッチングする。これにより、共通の電極である下部電極３１を流路形成基板１の表面に引き出す配線（図示せず）と、個々の圧電素子３０の上部電極３３を流路形成基板１の表面に引き出す配線３５とを形成する。図１に示すように、配線３５は、貫通電極３７と繋がるように形成される。また、下部電極３１を引き出す配線は、図示しない他の貫通電極３７と繋がるように形成される。
【００２５】
なお、本実施形態では、図示しないが、配線３５等を形成する前に、圧電素子３０を覆うように保護膜を形成しても良い。保護膜は例えばアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）であり、その形成は例えばスパッタリング法、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、又は、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ ＣＶＤ）で行うことができる。このように、圧電素子３０を覆う保護膜を形成する場合は、フォトリソグラフィー及びエッチング技術により、保護膜を部分的にエッチングして下部電極３１上及び上部電極３３上にそれぞれコンタクトホールを形成し、このコンタクトホールを埋め込むように配線３５等を形成すれば良い。
【００２６】
次に、図４（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィー及びエッチング技術により、振動膜２０を部分的にエッチングして、リザーバ４５と対向する領域に流路形成基板１の表面を底面とする開口部１１を形成する。そして、これ以降の工程（即ち、圧力発生室１０を形成する工程）は、流路形成基板１に封止板４０を接合した後で行う。よって、その説明は、接合工程と共に行う。
【００２７】
次に、ノズルプレート６０の形成工程では、図２（ｃ）に示すように、ノズルプレート６０として例えばバルクシリコンからなる基板を用意する。なお、この基板はシリコン基板に限定されるものではなく、シリコン以外の他の材料からなる基板であっても良い。次に、図３（ｃ）に示すように、ノズルプレート６０の表面に圧電素子を駆動するためのドライバ回路６４を形成する。このドライバ回路６４の形成は半導体プロセス（即ち、成膜工程、フォトリソグラフィー工程及びエッチング工程など）で行う。そして、図４（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィー及びエッチング技術により、ノズルプレート６０の表面を部分的にエッチングして、ノズル開口部となる領域に溝部６１を形成する。溝部６１はドライバ回路６４を避けて形成される。次に、ノズルプレート６０の裏面全体を例えば数百μｍ研削して溝部６１の底面を開口させる。図５（ｂ）に示すように、この研削によりノズル開口部６２が形成され、ノズルプレート６０が完成する。
【００２８】
次に、流路形成基板１に封止板４０とノズルプレート６０とを接合する工程（即ち、接合工程）では、図５（ａ）に示すように、リザーバ４５が形成された封止板４０を図示しない接着剤等を介して流路形成基板１の表面に接合する。ここでは、凹部４２が圧電素子３０と正しく重なり、且つ、リザーバ４５が開口部１１と正しく重なるように、封止板４０と流路形成基板１とを位置合わせする。そして、このように位置合わせした状態で、封止板４０の表面を流路形成基板１の表面に接合する。これにより、圧電素子３０は凹部４２内に配置されて封止される共に、リザーバ４５が開口部１１と対向して配置される。
なお、封止板４０と流路形成基板１との接合は、上述したように接着剤を用いて行うことができるが、接合の方法はこれに限定されるものではなく、接着剤以外の他の方法により接合を行っても良い。
【００２９】
例えば、封止板４０がガラス（ＳｉＯ2）からなり、流路形成基板１がシリコンからなる場合は、上記の接合を陽極接合で行っても良い。ここで、陽極接合とは、シリコンとガラスとを接合する方法の一つであり、具体的には、ガラスとシリコンとを接触させ、この状態で両者（即ち、ガラスとシリコン）を加熱してガラス側を軟化させると同時に、シリコン側を陽極として両者間に高電圧を印加し、これにより、両者を接合する方法のことである。陽極接合における加熱温度は例えば３００〜５００℃である。また、両者間に印加する電圧は例えば５００ｖ〜１ｋｖである。
【００３０】
次に、図６（ａ）に示すように、流路形成基板１の裏面全体を例えば数百μｍ研削して貫通電極３７の一端を露出させる。そして、図７（ａ）に示すように、フォトリソグラフィー及びエッチング技術により、流路形成基板１の裏面を部分的にエッチングして、圧力発生室１０を形成する。ここでは、例えば振動膜２０をエッチングストッパとして用いることができ、その場合は、圧電素子３０にエッチングダメージが及ばないようにすることができる。
【００３１】
次に、図７（ａ）及び（ｂ）において、ノズル開口部６２が形成されたノズルプレート６０を、接着剤等を介して流路形成基板１の裏面に接合する。ここでは、ノズル開口部６２が圧力発生室１０の端部と正しく重なり、且つ、ドライバ回路６４に形成されたパッド電極が貫通電極３７と正しく重なるように、ノズルプレート６０と流路形成基板１とを位置合わせする。そして、このように位置合わせした状態で、ノズルプレート６０の表面を流路形成基板１の裏面に接合する。これにより、圧力発生室１０にノズル開口部６２が連通すると共に、上部電極３３を引き出すための配線３５や、下部電極３１を引き出すための配線（図示せず）が、ドライバ回路６４と電気的に接続される。以上のような工程を経て、図１に示したインクジェット式記録ヘッド１００が完成する。
【００３２】
このように、本発明の実施形態によれば、圧力発生室１０とドライバ回路６４とが断面視で縦方向（即ち、厚さ方向）に重なるように配置されているので、記録ヘッド１００の面積を小さくすることができ、その小型化が可能となる。また、インクジェット式記録ヘッド１００の動作時は、インク液が圧力発生室１０内を流れ、ノズルプレート６０に形成されたドライバ回路６４では、その回路動作により生じた熱が流動するインク液によって奪われ易い。このため、ドライバ回路６４からの放熱が容易であり、熱に起因する不具合を低減することができる。よって、インクジェット式記録ヘッド１００の信頼性を向上させることができる。
【００３３】
また、このようなインクジェット式記録ヘッド１００を具備したインクジェット式記録装置によれば、その小型化と信頼性の向上が可能である。
この実施形態では、流路形成基板１が本発明の「第１基板」に対応し、流路形成基板１の裏面が本発明の「第１基板の一方の面」に対応し、流路形成基板１の表面が本発明の「第１基板の他方の面」に対応している。また、ノズルプレート６０が本発明の「第２基板」に対応し、封止板４０が本発明の「第３基板」に対応している。そして、配線３５と貫通電極３７の組み合わせが本発明の「配線」に対応し、ドライバ回路６４が本発明の集積回路に対応している。
【００３４】
なお、上述の実施形態では、ノズルプレート６０の表面にドライバ回路６４を形成する場合について説明したが、本発明のドライバ回路６４の形成位置はこれに限定されない。例えば図８に示すように、圧力発生室１０の端部の真下からその外側にかけてドライバ回路６４を形成しても良い。このような構成であっても、ドライバ回路６４は、ノズルプレート６０の表面であって振動膜２０と対向する領域にあり、圧力発生室１０とドライバ回路６４とが断面視で縦方向に重なるように配置されているので、記録ヘッド１００の小面積化、小型化が可能である。
【００３５】
或いは、例えば図９に示すように、ノズルプレート６０の裏面であって、圧力発生室１０を挟んで振動膜２０と対向する領域にドライバ回路６４を形成しても良い。この場合は、配線３５等と、貫通電極３７と、ノズルプレート６０を貫通する貫通電極３８と、ノズルプレート６０の裏面に形成された配線３９とを介して、圧電素子３０とドライバ回路６４とが電気的に接続される。このような構成であっても、圧力発生室１０とドライバ回路６４とが断面視で縦方向に重なるように配置されているので、記録ヘッド１００の小面積化、小型化が可能である。また、インク液の流動によってドライバ回路６４が裏側（即ち、能動面とは反対側の面）から冷却されるので、上記の実施形態と同様、放熱が容易であり、熱に起因する不具合を低減することができる。
なお、図９では、配線３５、３９と貫通電極３７、３８の組み合わせが本発明の「配線」に対応している。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】実施形態に係るインクジェット式記録ヘッド１００の構成例を示す図。
【図２】インクジェット式記録ヘッド１００の製造方法を示す図（その１）。
【図３】インクジェット式記録ヘッド１００の製造方法を示す図（その２）。
【図４】インクジェット式記録ヘッド１００の製造方法を示す図（その３）。
【図５】インクジェット式記録ヘッド１００の製造方法を示す図（その４）。
【図６】インクジェット式記録ヘッド１００の製造方法を示す図（その５）。
【図７】インクジェット式記録ヘッド１００の製造方法を示す図（その６）。
【図８】インクジェット式記録ヘッド１００の他の構成例を示す図（その１）。
【図９】インクジェット式記録ヘッド１００の他の構成例を示す図（その２）。
【符号の説明】
【００３７】
１ 基板、１０ 圧力発生室、１１ 開口部、２０ 振動膜、３０ 圧電素子、３１ 下部電極、３２ 圧電体、３３ 上部電極、３５、３９ 配線、３７、３８ 貫通電極、４０ 封止板、４２ ドライバ回路、４５ リザーバ、４２ 凹部、６０ ノズルプレート、６２ ノズル開口部、１００ インクジェット式記録ヘッド
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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、インクジェット式記録ヘッドの製造方法に関し、特に、記録ヘッドの小面積化を可能とした技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、インクジェット式記録ヘッドにおいて、圧電素子を駆動するための回路（以下、ドライバ回路という。）はＩＣ素子として別基板に製造されたものが記録ヘッドに装着され、各圧電素子とＩＣ素子との接続はワイヤーボンディングで行われている。しかしながら、インク液を吐出するノズル開口部は高密度化が進んでおり、ワイヤーボンディングによる上記の接続は限界に近づきつつある。このような問題に対し、ドライバ回路を別基板に形成するのではなく、例えば特許文献１に開示されているように、記録ヘッドを構成する流路形成基板に直接形成することを行えば、ワイヤーボンディングに依らずにドライバ回路と圧電素子とを電気的に接続することが可能となるので、ノズル開口部の高密度化に対応することが可能となる。
【特許文献１】特開２００１−２０５８１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、特許文献１に開示されたインクジェット式記録ヘッドによれば、ドライバ回路と圧電素子とが断面視で横方向に並んだ配置となっているため、記録ヘッドの面積が大きく、小型化の妨げとなる可能性があった。
そこで、本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、集積回路の配置位置を工夫して記録ヘッドの小面積化を可能としたインクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置、インクジェット式記録ヘッドの製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
〔発明１〜６〕 発明１のインクジェット式記録ヘッドは、インク液の供給を受ける圧力発生室と、前記圧力発生室に連通するノズル開口部と、前記圧力発生室に面する振動膜と、前記圧力発生室に面する基板の該圧力発生室を挟んで前記振動膜と対向する領域に形成された集積回路と、を備えることを特徴とするものである。ここで、本発明の「集積回路」は、例えば、インクジェット式記録ヘッドを駆動するためのドライバ回路である。
発明２のインクジェット式記録ヘッドは、発明１のインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記基板は、前記圧力発生室が形成された第１基板と、前記第１基板の一方の面に接合された第２基板と、を有し、前記振動膜は前記第１基板の他方の面に形成されており、前記集積回路は、前記第２基板の前記圧力発生室を挟んで前記振動膜と対向する領域に形成されていることを特徴とするものである。
【０００５】
発明３のインクジェット式記録ヘッドは、発明２のインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記ノズル開口部は、前記第２基板に形成されており、前記集積回路は前記ノズル開口部を避けて形成されていることを特徴とするものである。
発明４のインクジェット式記録ヘッドは、発明２又は発明３のインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記振動膜を介して前記第１基板の他方の面に形成された圧電素子と、前記圧電素子と前記集積回路とを接続する配線と、をさらに備え、前記配線は、前記第１基板を貫いて形成されていることを特徴とするものである。
【０００６】
発明５のインクジェット式記録ヘッドは、発明２から発明４の何れか一のインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記第１基板の他方の面に接合された第３基板、をさらに備え、前記第３基板には凹部が形成されており、前記凹部内に前記圧電素子が封止されていることを特徴とするものである。
発明６のインクジェット式記録ヘッドは、発明５のインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記圧力発生室に連通するリザーバ、をさらに備え、前記リザーバは前記第３基板に形成されていることを特徴とするものである。
【０００７】
発明１〜６のインクジェット式記録ヘッドによれば、圧力発生室と集積回路とが断面視で縦方向（即ち、厚さ方向）に重なるように配置されているので、記録ヘッドの面積を小さくすることができ、その小型化が可能となる。また、インクジェット式記録ヘッドの動作時は、インク液が圧力発生室内を流れ、当該圧力発生室に面する基板（例えば、第２基板）に形成された集積回路では、その回路動作により生じた熱が流動するインク液によって奪われ易い。このため、集積回路からの放熱が容易であり、熱に起因する不具合を低減することができる。よって、記録ヘッドの信頼性を向上させることができる。
【０００８】
〔発明７〕 発明７のインクジェット式記録装置は、発明１から発明６の何れか一のインクジェット式記録ヘッドを具備したことを特徴とするものである。
このような構成であれば、発明１から発明６のインクジェット式記録ヘッドが応用されるので、インクジェット式記録装置の小型化と、信頼性の向上が可能である。
〔発明８〕 発明８のインクジェット式記録ヘッドの製造方法は、インク液の供給を受ける圧力発生室と、前記圧力発生室に連通するノズル開口部と、前記圧力発生室に面する振動膜と、を備えるインクジェット式記録ヘッドの製造方法であって、前記圧力発生室に面する基板の該圧力発生室を挟んで前記振動膜と対向する領域に集積回路を形成することを特徴とするものである。
このような方法によれば、記録ヘッドの面積を小さくすることができ、その小型化が可能となる。また、集積回路からの放熱が容易であるため、熱に起因する不具合を低減することができ、記録ヘッドの信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する各図において、同一の構成を有する部分には同一の符号を付し、その重複する説明は省略する。
図１は、本発明の実施形態に係るインクジェット式記録ヘッド１００の構成例を示す断面図である。図１に示すように、このインクジェット式記録ヘッド１００は、例えば、流路形成基板１と、この流路形成基板１の表面上に形成された振動膜２０と、振動膜２０上に形成された圧電素子（即ち、ピエゾ素子）３０と、流路形成基板１の表面側に接合された封止板４０と、流路形成基板１の裏面側に接合されたノズルプレート６０と、を備える。
これらの中で、流路形成基板１は、例えば面方位（１００）のバルクシリコン基板である。この流路形成基板１は、例えば、５０μｍ〜５００μｍの厚さを有し、個々に区画された複数のインク流路が形成されている。ここで、インク流路とは、インク液が流れる経路のことであり、圧力発生室１０が含まれる。
【００１０】
振動膜２０は弾性膜であり、流路形成基板１の表面上に形成されて圧力発生室１０を覆っている。また、圧電素子３０は、振動膜２０を介して圧力発生室１０の真上に形成されている。この圧電素子３０は、下部電極３１と、下部電極３１上に形成された圧電体３２と、圧電体３２上に形成された上部電極３３とを有する。ここで、下部電極３１は、例えば複数の圧電素子３０にわたる共通の電極である。また、圧電体３２は、電圧を加えると伸長、収縮する、又は、歪みが生じるような誘電体であり、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）である。さらに、上部電極３３は、下部電極３１とは異なり共通の電極ではなく、個々の圧電体と１：１で対応した個別の電極である。このような構成の圧電素子３０は、個々の圧力発生室１０の真上にそれぞれ設けられている。また、圧電素子３０に繋がる配線３５等が流路形成基板１の表面上に形成されている。図１に示す配線３５は上部電極３３を引き出すための配線であるが、下部電極３１を引き出すための配線（図示せず）も流路形成基板１の表面上に形成されている。
【００１１】
封止板４０は、例えば面方位（１１０）のバルクシリコン基板からなる（但し、図３（ａ）に示す、貫通穴からなるリザーバ４５をウェットエッチングで形成する場合は、面方位（１１０）のバルクシリコン基板が封止板４０に適している。また、リザーバ４５の形成をドライエッチングで行う場合は、面方位（１００）のバルクシリコン基板が封止板４０に適している。）。この封止板４０の表面であって圧電素子３０と対向する領域には、圧電素子３０を封止するための凹部４２が設けられている。図１に示すように、封止板４０の表面は流路形成基板１の表面に図示しない接着剤等を介して接合されており、圧電素子３０は、その運動を阻害しない程度の空間が確保された状態で凹部４２内に封止（即ち、密封）されている。
【００１２】
また、この封止板４０には、その表面から裏面にかけて形成された貫通穴が形成されている。この貫通穴が、外部からインク液の供給を受けるリザーバ４５である。リザーバ４５は、前述の全ての圧力発生室１０の容積よりも十分に大きい容積を持つように、大きく形成されている。
一方、流路形成基板１の裏面には、図示しない接着剤等を介してノズルプレート６０の表面が接合されている。このノズルプレート６０は、例えば面方位（１００）のバルクシリコン基板からなる。ノズルプレート６０には、その表面から裏面にかけて貫通孔が設けられている。この貫通孔がノズル開口部６２である。ノズル開口部６２は圧力発生室１０に連通している。なお、インク液に圧力を与える圧力発生室１０の容積と、ノズル開口部６２の大きさは、インク液の吐出量とその吐出スピード、吐出周波数などに応じて最適化されている。
【００１３】
また、ノズルプレート６０の表面であって、圧力発生室１０を挟んで振動膜２０と対向する領域には、圧電素子３０を駆動するためのドライバ回路６４が一体に形成されている。ドライバ回路６４の能動面（即ち、回路形成面）には複数個のパッド電極（図示せず）が形成されている。そして、これらパッド電極上には、流路形成基板１を貫通するコンタクトホールがそれぞれ配置されており、該コンタクトホール内を埋め込むように貫通電極３７が設けられている。この貫通電極３７が、上部電極３３を引き出すための配線３５とドライバ回路６４とを繋いでおり、これにより、上部電極３３とドライバ回路６４とが電気的に接続されている。同様に、図示しない他の貫通電極３７が、下部電極３１を引き出すための配線（図示せず）とドライバ回路６４とを繋いでおり、これにより、下部電極３１とドライバ回路６４とが電気的に接続されている。
【００１４】
このような構成のインクジェット式記録ヘッド１００は、図示しない外部インク供給手段からリザーバ４５にインク液を取り込み、図中の矢印で示すように、リザーバ４５からノズル開口部６２に至るまでの間をインク液で満たしておく。そして、ドライバ回路６４からの記録信号に従い、圧電素子３０の上部電極３３と下部電極３１との間に電圧を印加して圧電体３２を伸長、収縮させ、又は、歪みを生じさせる。これにより、振動膜２０が変形して圧力発生室１０内の圧力が高まり、ノズル開口部６２からインク液が吐出される。
【００１５】
ところで、このインクジェット式記録ヘッド１００では、圧力発生室１０とドライバ回路６４とが断面視で縦方向（即ち、厚さ方向）に重なるように配置されている。これにより、記録ヘッド１００の面積を小さくすることができる。また、インクジェット式記録ヘッド１００の動作時は、インク液が圧力発生室１０内を流れる。このため、ノズルプレート６０に形成されたドライバ回路６４では、その回路動作により生じた熱が流動するインク液によって奪われ易い。
【００１６】
次に、上記のインクジェット式記録ヘッド１００の製造方法について説明する。図２〜図７は、本発明の実施形態に係るインクジェット式記録ヘッド１００の製造方法を示す断面図である。この製造方法は、封止板４０の形成工程と、流路形成基板１側の形成工程と、ノズルプレート６０の形成工程と、流路形成基板１に対して封止板４０とノズルプレート６０とをそれぞれ接合する工程（以下、単に接合工程ともいう。）と、に大別されるが、ここでは、封止板４０の形成工程と、流路形成基板１側の形成工程と、ノズルプレート６０の形成工程とについて順に説明し、最後に、接合工程について説明する。
【００１７】
まず、封止板４０の形成工程では、図２（ａ）に示すように、封止板４０として例えばバルクシリコンからなる基板を用意する。なお、この基板はシリコン基板に限定されるものではなく、シリコン以外の他の材料からなる基板であっても良い。次に、図３（ａ）に示すように、フォトリソグラフィー及びエッチング技術により、封止板４０の表面を部分的にエッチングして、圧電素子を封止するための凹部４２を形成する。ここでは、例えば、凹部４２の平面視による形状が圧電素子と相似形で且つその面積が大きく、しかも、凹部４２の深さが圧電素子の厚さよりも大きくなるように、凹部４２を形成する。これにより、圧電素子の運動を阻害しない程度の空間を確保した状態で、圧電素子を封止可能な凹部４２を形成することができる。なお、本発明では、圧電素子を個別に封止するのではなく、複数個の圧電素子を１つの凹部４２内に配置し、これにより、複数個の圧電素子を１つの凹部４２でまとめて封止するようにしても良い。この場合は、複数の圧電素子をまとめて封止できるように、凹部４２を広く形成すれば良い。
【００１８】
次に、フォトリソグラフィー及びエッチング技術により、封止板４０を部分的にエッチングして貫通させ、貫通穴からなるリザーバ４５を形成する。ここでは、例えば、水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液を用いたウェットエッチング、又は、ドライエッチングにより、リザーバ４５を形成する。なお、ここでは、凹部４２を形成した後でリザーバ４５を形成する場合について説明したが、形成の順番はこれに限定されるものではない。例えば、凹部４２を形成する前にリザーバ４５を形成しても良く、また、凹部４２とリザーバ４５とを同時に形成しても良い。このようにして、封止板４０が完成する。
次に、流路形成基板１側の形成工程では、図２（ｂ）に示すように、流路形成基板１として例えばバルクシリコンからなる基板を用意する。なお、この基板はシリコン基板に限定されるものではなく、シリコン以外の他の材料からなる基板であっても良い。
【００１９】
次に、図３（ｂ）に示すように、流路形成基板１の表面上に振動膜２０を形成する。振動膜２０は上述したように弾性膜であり、例えばＳｉＯ2膜又は酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、若しくはこれらを積層した膜からなり、その厚さは例えば１〜２μｍである。振動膜２０にＺｒＯ2を用いる場合は、例えば、Ｏ2を含んだプラズマでジルコニウム（Ｚｒ）をスパッタ成膜（反応性スパッタ成膜）することにより、ＺｒＯ2を形成する。あるいは、流路形成基板１の表面上にＺｒを形成し、その後、Ｚｒを５００〜１２００℃の拡散炉で熱酸化することにより、ＺｒＯ2を形成すれば良い。なお、振動膜２０の材料は上記の種類に限定されないが、流路形成基板１をエッチングして圧力発生室を形成する工程で、エッチングされない若しくはエッチングされにくい材料を用いることが好ましい。
【００２０】
次に、図４（ｂ）に示すように、個々の圧力発生室１０に対応して振動膜２０上に圧電素子３０を形成する。ここでは、例えば、スパッタリング法により振動膜２０上に下部電極膜を形成する。この下部電極膜の材料としては、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）等が好適である。その理由は、スパッタリング法やゾル−ゲル法で成膜する後述の圧電体膜は、成膜後に大気雰囲気下又は酸素雰囲気下で６００〜１０００℃程度の温度で焼成して結晶化させる必要があるからである。下部電極膜の材料には、このような高温、酸化雰囲気下で導電性を保持することができるような材料を選択して用いる必要がある。特に、圧電体膜としてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いる場合には、酸化鉛の拡散による導電性の変化が少ないような材料を選択して用いることが望ましい。このような条件を満たす材料として、Ｐｔ、Ｉｒ等が好適である。次に、フォトリソグラフィー及びエッチング技術により、下部電極膜を部分的にエッチングして、共通電極としての形状を有した下部電極３１を形成する。
【００２１】
そして、圧電体膜を成膜する。ここでは、例えば、金属有機物を触媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布し乾燥してゲル化し、さらに高温で焼結すること（即ち、ゾルーゲル法）で圧電体膜を形成する。圧電体膜の材料としては、ＰＺＴ系の材料が好適であり、その場合の焼結温度は例えば７００℃程度である。なお、この圧電体膜の成膜方法は、ゾルーゲル法に限定されず、例えば、スパッタリング法、又は、ＭＯＤ法（有機金属熱塗布分解法）などのスピンコート法により成膜しても良い。或いは、ゾルーゲル法又はスパッタリング法若しくはＭＯＤ法等によりＰＺＴの前駆体膜を形成後、アルカリ水溶液中での高圧処理法にて低温で結晶成長させる方法により成膜しても良い。このような方法により形成される圧電体膜の厚さは、例えば０．２〜５μｍである。
【００２２】
次に、上部電極膜を成膜する。上部電極膜は、導電性の高い材料であれば良く、Ａｌ、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、Ｐｔ等の金属膜や、導電性酸化物等を使用することができる。次に、フォトリソグラフィー及びエッチング技術により、上部電極膜及び圧電体膜を順次、部分的にエッチングして、所定形状の上部電極３３と圧電体３２とを形成する。これにより、振動膜２０上に、下部電極３１と圧電体３２と上部電極３３とからなる圧電素子３０が完成する。
【００２３】
なお、本実施形態では、下部電極３１を圧電素子３０の共通電極とし、上部電極３３を圧電素子３０の個別電極としているが、ドライバ回路６４や配線の都合でこれを逆にしても良い。つまり、下部電極３１を個別電極とし、上部電極３３を共通電極としても良い。
次に、フォトリソグラフィー及びエッチング技術により、振動膜２０を部分的にエッチングし、さらに、振動膜２０下から露出した流路形成基板１をエッチングして、コンタクトホールを形成する。続いて、このコンタクトホールを埋め込むように流路形成基板１上に導電膜を形成する。そして、フォトリソグラフィー及びエッチング技術により、この導電膜を部分的にエッチングして、コンタクトホール以外の領域から導電膜を取り除く。これにより、貫通電極３７を形成する。
【００２４】
次に、流路形成基板１の表面全体に導電膜を形成する。この導電膜には、例えば、Ａｌ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｔ等の金属膜を使用することができる。次に、フォトリソグラフィー及びエッチング技術により、導電膜を部分的にエッチングする。これにより、共通の電極である下部電極３１を流路形成基板１の表面に引き出す配線（図示せず）と、個々の圧電素子３０の上部電極３３を流路形成基板１の表面に引き出す配線３５とを形成する。図１に示すように、配線３５は、貫通電極３７と繋がるように形成される。また、下部電極３１を引き出す配線は、図示しない他の貫通電極３７と繋がるように形成される。
【００２５】
なお、本実施形態では、図示しないが、配線３５等を形成する前に、圧電素子３０を覆うように保護膜を形成しても良い。保護膜は例えばアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）であり、その形成は例えばスパッタリング法、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、又は、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ ＣＶＤ）で行うことができる。このように、圧電素子３０を覆う保護膜を形成する場合は、フォトリソグラフィー及びエッチング技術により、保護膜を部分的にエッチングして下部電極３１上及び上部電極３３上にそれぞれコンタクトホールを形成し、このコンタクトホールを埋め込むように配線３５等を形成すれば良い。
【００２６】
次に、図４（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィー及びエッチング技術により、振動膜２０を部分的にエッチングして、リザーバ４５と対向する領域に流路形成基板１の表面を底面とする開口部１１を形成する。そして、これ以降の工程（即ち、圧力発生室１０を形成する工程）は、流路形成基板１に封止板４０を接合した後で行う。よって、その説明は、接合工程と共に行う。
【００２７】
次に、ノズルプレート６０の形成工程では、図２（ｃ）に示すように、ノズルプレート６０として例えばバルクシリコンからなる基板を用意する。なお、この基板はシリコン基板に限定されるものではなく、シリコン以外の他の材料からなる基板であっても良い。次に、図３（ｃ）に示すように、ノズルプレート６０の表面に圧電素子を駆動するためのドライバ回路６４を形成する。このドライバ回路６４の形成は半導体プロセス（即ち、成膜工程、フォトリソグラフィー工程及びエッチング工程など）で行う。そして、図４（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィー及びエッチング技術により、ノズルプレート６０の表面を部分的にエッチングして、ノズル開口部となる領域に溝部６１を形成する。溝部６１はドライバ回路６４を避けて形成される。次に、ノズルプレート６０の裏面全体を例えば数百μｍ研削して溝部６１の底面を開口させる。図５（ｂ）に示すように、この研削によりノズル開口部６２が形成され、ノズルプレート６０が完成する。
【００２８】
次に、流路形成基板１に封止板４０とノズルプレート６０とを接合する工程（即ち、接合工程）では、図５（ａ）に示すように、リザーバ４５が形成された封止板４０を図示しない接着剤等を介して流路形成基板１の表面に接合する。ここでは、凹部４２が圧電素子３０と正しく重なり、且つ、リザーバ４５が開口部１１と正しく重なるように、封止板４０と流路形成基板１とを位置合わせする。そして、このように位置合わせした状態で、封止板４０の表面を流路形成基板１の表面に接合する。これにより、圧電素子３０は凹部４２内に配置されて封止される共に、リザーバ４５が開口部１１と対向して配置される。
なお、封止板４０と流路形成基板１との接合は、上述したように接着剤を用いて行うことができるが、接合の方法はこれに限定されるものではなく、接着剤以外の他の方法により接合を行っても良い。
【００２９】
例えば、封止板４０がガラス（ＳｉＯ2）からなり、流路形成基板１がシリコンからなる場合は、上記の接合を陽極接合で行っても良い。ここで、陽極接合とは、シリコンとガラスとを接合する方法の一つであり、具体的には、ガラスとシリコンとを接触させ、この状態で両者（即ち、ガラスとシリコン）を加熱してガラス側を軟化させると同時に、シリコン側を陽極として両者間に高電圧を印加し、これにより、両者を接合する方法のことである。陽極接合における加熱温度は例えば３００〜５００℃である。また、両者間に印加する電圧は例えば５００ｖ〜１ｋｖである。
【００３０】
次に、図６（ａ）に示すように、流路形成基板１の裏面全体を例えば数百μｍ研削して貫通電極３７の一端を露出させる。そして、図７（ａ）に示すように、フォトリソグラフィー及びエッチング技術により、流路形成基板１の裏面を部分的にエッチングして、圧力発生室１０を形成する。ここでは、例えば振動膜２０をエッチングストッパとして用いることができ、その場合は、圧電素子３０にエッチングダメージが及ばないようにすることができる。
【００３１】
次に、図７（ａ）及び（ｂ）において、ノズル開口部６２が形成されたノズルプレート６０を、接着剤等を介して流路形成基板１の裏面に接合する。ここでは、ノズル開口部６２が圧力発生室１０の端部と正しく重なり、且つ、ドライバ回路６４に形成されたパッド電極が貫通電極３７と正しく重なるように、ノズルプレート６０と流路形成基板１とを位置合わせする。そして、このように位置合わせした状態で、ノズルプレート６０の表面を流路形成基板１の裏面に接合する。これにより、圧力発生室１０にノズル開口部６２が連通すると共に、上部電極３３を引き出すための配線３５や、下部電極３１を引き出すための配線（図示せず）が、ドライバ回路６４と電気的に接続される。以上のような工程を経て、図１に示したインクジェット式記録ヘッド１００が完成する。
【００３２】
このように、本発明の実施形態によれば、圧力発生室１０とドライバ回路６４とが断面視で縦方向（即ち、厚さ方向）に重なるように配置されているので、記録ヘッド１００の面積を小さくすることができ、その小型化が可能となる。また、インクジェット式記録ヘッド１００の動作時は、インク液が圧力発生室１０内を流れ、ノズルプレート６０に形成されたドライバ回路６４では、その回路動作により生じた熱が流動するインク液によって奪われ易い。このため、ドライバ回路６４からの放熱が容易であり、熱に起因する不具合を低減することができる。よって、インクジェット式記録ヘッド１００の信頼性を向上させることができる。
【００３３】
また、このようなインクジェット式記録ヘッド１００を具備したインクジェット式記録装置によれば、その小型化と信頼性の向上が可能である。
この実施形態では、流路形成基板１が本発明の「第１基板」に対応し、流路形成基板１の裏面が本発明の「第１基板の一方の面」に対応し、流路形成基板１の表面が本発明の「第１基板の他方の面」に対応している。また、ノズルプレート６０が本発明の「第２基板」に対応し、封止板４０が本発明の「第３基板」に対応している。そして、配線３５と貫通電極３７の組み合わせが本発明の「配線」に対応し、ドライバ回路６４が本発明の集積回路に対応している。
【００３４】
なお、上述の実施形態では、ノズルプレート６０の表面にドライバ回路６４を形成する場合について説明したが、本発明のドライバ回路６４の形成位置はこれに限定されない。例えば図８に示すように、圧力発生室１０の端部の真下からその外側にかけてドライバ回路６４を形成しても良い。このような構成であっても、ドライバ回路６４は、ノズルプレート６０の表面であって振動膜２０と対向する領域にあり、圧力発生室１０とドライバ回路６４とが断面視で縦方向に重なるように配置されているので、記録ヘッド１００の小面積化、小型化が可能である。
【００３５】
或いは、例えば図９に示すように、ノズルプレート６０の裏面であって、圧力発生室１０を挟んで振動膜２０と対向する領域にドライバ回路６４を形成しても良い。この場合は、配線３５等と、貫通電極３７と、ノズルプレート６０を貫通する貫通電極３８と、ノズルプレート６０の裏面に形成された配線３９とを介して、圧電素子３０とドライバ回路６４とが電気的に接続される。このような構成であっても、圧力発生室１０とドライバ回路６４とが断面視で縦方向に重なるように配置されているので、記録ヘッド１００の小面積化、小型化が可能である。また、インク液の流動によってドライバ回路６４が裏側（即ち、能動面とは反対側の面）から冷却されるので、上記の実施形態と同様、放熱が容易であり、熱に起因する不具合を低減することができる。
なお、図９では、配線３５、３９と貫通電極３７、３８の組み合わせが本発明の「配線」に対応している。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】実施形態に係るインクジェット式記録ヘッド１００の構成例を示す図。
【図２】インクジェット式記録ヘッド１００の製造方法を示す図（その１）。
【図３】インクジェット式記録ヘッド１００の製造方法を示す図（その２）。
【図４】インクジェット式記録ヘッド１００の製造方法を示す図（その３）。
【図５】インクジェット式記録ヘッド１００の製造方法を示す図（その４）。
【図６】インクジェット式記録ヘッド１００の製造方法を示す図（その５）。
【図７】インクジェット式記録ヘッド１００の製造方法を示す図（その６）。
【図８】インクジェット式記録ヘッド１００の他の構成例を示す図（その１）。
【図９】インクジェット式記録ヘッド１００の他の構成例を示す図（その２）。
【符号の説明】
【００３７】
１ 基板、１０ 圧力発生室、１１ 開口部、２０ 振動膜、３０ 圧電素子、３１ 下部電極、３２ 圧電体、３３ 上部電極、３５、３９ 配線、３７、３８ 貫通電極、４０ 封止板、４２ ドライバ回路、４５ リザーバ、４２ 凹部、６０ ノズルプレート、６２ ノズル開口部、１００ インクジェット式記録ヘッド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インク液の供給を受ける圧力発生室と、前記圧力発生室に連通するノズル開口部と、前記圧力発生室に面する振動膜と、
前記圧力発生室に面する基板の該圧力発生室を挟んで前記振動膜と対向する領域に形成された集積回路と、を備えることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
【請求項２】
前記基板は、
前記圧力発生室が形成された第１基板と、
前記第１基板の一方の面に接合された第２基板と、を有し、
前記振動膜は前記第１基板の他方の面に形成されており、
前記集積回路は、前記第２基板の前記圧力発生室を挟んで前記振動膜と対向する領域に形成さ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式記録ヘッド。
【請求項３】
前記ノズル開口部は、前記第２基板に形成されており、
前記集積回路は前記ノズル開口部を避けて形成され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式記録ヘッド。
【請求項４】
前記振動膜を介して前記第１基板の他方の面に形成された圧電素子と、
前記圧電素子と前記集積回路とを接続する配線と、をさらに備え、
前記配線は、前記第１基板を貫いて形成されていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項５】
前記第１基板の他方の面に接合された第３基板、をさらに備え、
前記第３基板には凹部が形成されており、前記凹部内に前記圧電素子が封止されていることを特徴とする請求項２から請求項４の何れか一項に記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項６】
前記圧力発生室に連通するリザーバ、をさらに備え、
前記リザーバは前記第３基板に形成されていることを特徴とする請求項５に記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項７】
請求項１から請求項６の何れか一項に記載のインクジェット式記録ヘッドを具備したことを特徴とするインクジェット式記録装置。
【請求項８】
インク液の供給を受ける圧力発生室と、前記圧力発生室に連通するノズル開口部と、前記圧力発生室に面する振動膜と、を備えるインクジェット式記録ヘッドの製造方法であって、
前記圧力発生室に面する基板の該圧力発生室を挟んで前記振動膜と対向する領域に集積回路を形成することを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
【請求項１】
インク液の供給を受ける圧力発生室と、前記圧力発生室に連通するノズル開口部と、前記圧力発生室に面する振動膜と、
前記圧力発生室に面する基板の該圧力発生室を挟んで前記振動膜と対向する領域に形成された集積回路と、を備えることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
【請求項２】
前記基板は、
前記圧力発生室が形成された第１基板と、
前記第１基板の一方の面に接合された第２基板と、を有し、
前記振動膜は前記第１基板の他方の面に形成されており、
前記集積回路は、前記第２基板の前記圧力発生室を挟んで前記振動膜と対向する領域に形成さ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式記録ヘッド。
【請求項３】
前記ノズル開口部は、前記第２基板に形成されており、
前記集積回路は前記ノズル開口部を避けて形成され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式記録ヘッド。
【請求項４】
前記振動膜を介して前記第１基板の他方の面に形成された圧電素子と、
前記圧電素子と前記集積回路とを接続する配線と、をさらに備え、
前記配線は、前記第１基板を貫いて形成されていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項５】
前記第１基板の他方の面に接合された第３基板、をさらに備え、
前記第３基板には凹部が形成されており、前記凹部内に前記圧電素子が封止されていることを特徴とする請求項２から請求項４の何れか一項に記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項６】
前記圧力発生室に連通するリザーバ、をさらに備え、
前記リザーバは前記第３基板に形成されていることを特徴とする請求項５に記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項７】
請求項１から請求項６の何れか一項に記載のインクジェット式記録ヘッドを具備したことを特徴とするインクジェット式記録装置。
【請求項８】
インク液の供給を受ける圧力発生室と、前記圧力発生室に連通するノズル開口部と、前記圧力発生室に面する振動膜と、を備えるインクジェット式記録ヘッドの製造方法であって、
前記圧力発生室に面する基板の該圧力発生室を挟んで前記振動膜と対向する領域に集積回路を形成することを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−２４８３５５（Ｐ２００９−２４８３５５Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−９５７６７（Ｐ２００８−９５７６７）
【出願日】平成２０年４月２日（２００８．４．２）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月２日（２００８．４．２）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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