流体噴射ヘッド、流体噴射ヘッドの製造方法、及び流体噴射装置
【課題】小型化、高精細化を容易に実現でき、安価に製造できる流体噴射ヘッドを提供する。
【解決手段】ノズル開口１５に連通する圧力発生室１２が形成された流路形成基板１０と、流路形成基板１０の一方の面に振動板４００を介して設けられた圧電素子（駆動素子）１３０と、圧電素子１３０に電力を供給する駆動ＩＣ１５０とを備え、前記流路形成基板１０が半導体基板を基体としてなり、前記半導体基板に駆動ＩＣ１５０が形成されていることを特徴とする。
【解決手段】ノズル開口１５に連通する圧力発生室１２が形成された流路形成基板１０と、流路形成基板１０の一方の面に振動板４００を介して設けられた圧電素子（駆動素子）１３０と、圧電素子１３０に電力を供給する駆動ＩＣ１５０とを備え、前記流路形成基板１０が半導体基板を基体としてなり、前記半導体基板に駆動ＩＣ１５０が形成されていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体噴射ヘッド、流体噴射ヘッドの製造方法、及び流体噴射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットプリンタの心臓部品である流体噴射ヘッドの構成は、大きく分けて２種類ある。一つはサーマルジェット方式であり、他の一つはピエゾ方式である。ピエゾ方式では、ピエゾ素子という電圧印加によって変形する圧電素子を利用してキャビティに溜めたインクを吐出する機構を有する（例えば特許文献１，２参照）。そして、印字品質の高精細化、低コスト化、小型化を目指して開発が進められている。
【特許文献１】特開２００３−２０５６１８号公報
【特許文献２】特開２００３−２００５７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
流体噴射ヘッドでは、通常、ヘッド上に駆動ＩＣが実装されており、かかる駆動ＩＣから圧電素子に電力を供給することでキャビティを変形させてインク吐出動作を行うようになっている。この駆動ＩＣは比較的大きな面積を有しているため、圧電素子を覆うようにして封止基板を配設し、この封止基板上に駆動ＩＣを実装した上で駆動ＩＣと圧電素子とをワイヤボンディングにより接続している。しかし、このような特許文献１，２記載の流体噴射ヘッドにおいて採用されている構造には、以下のような問題がある。
【０００４】
まず、特許文献１記載の流体噴射ヘッドでは、比較的厚みのある封止基板上に、駆動ＩＣをフェースアップ実装しているため、封止基板と駆動ＩＣの厚さ分の段差を乗り越えるようにワイヤボンディングする必要があり、技術的に難易度が高く、製造歩留まりを向上させるのが困難である。
【０００５】
次に、特許文献２記載の流体噴射ヘッドでは、配線が形成された対向基板上に駆動ＩＣをフリップチップ実装し、対向基板上の配線と圧電素子とをワイヤボンディングしているため、ワイヤボンディングは比較的容易になるものの、対向基板のコストが上昇する。
【０００６】
また、駆動ＩＣをヘッドに実装しているためにヘッドの小型化が容易ではなく、さらには、圧電素子の実装密度がワイヤボンディング可能な範囲に制限されるため高精細化が困難であるという問題もある。
【０００７】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、小型化、高精細化を容易に実現でき、安価に製造できる流体噴射ヘッドとその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するために、ノズル開口に連通する圧力発生室が形成された流路形成基板と、前記流路形成基板の一方の面に振動板を介して設けられた駆動素子と、前記駆動素子に電力を供給する駆動回路とを備えた流体噴射ヘッドであって、前記流路形成基板が半導体基板を基体としてなり、前記半導体基板に、前記駆動回路が形成されていることを特徴とする。
この構成によれば、流体噴射ヘッドの要部を成す流路形成基板の基体となる半導体基板に、直接駆動回路が形成されているので、従来の半導体チップを用いる構成のようにワイヤボンディングを用いる必要が無くなる。したがって、ワイヤボンディングのために確保する空間が不要となって流体噴射ヘッドを小型化することができる。また、ワイヤボンディングの加工精度に起因する制限が無くなるため、狭ピッチで駆動素子及びノズル開口を形成して高精細化することもできる。さらに、ワイヤボンディングの加工難易性に起因する高コスト化も防ぐことができる。
【０００９】
前記流路形成基板に、複数の前記圧力発生室を配列してなる圧力発生室群が形成されており、前記駆動回路が、前記圧力発生室群の側方に、前記圧力発生室群の延在方向に沿って形成されていることが好ましい。
このような構成とすることで、圧力発生室に対応して設けられる複数の駆動素子の間で駆動回路まで引き回される配線の長さが均等になるので、駆動回路による制御を簡素化することができ、これにより駆動回路を小型化して流体噴射ヘッドを小型化することができる。
【００１０】
前記流路形成基板に、複数の前記圧力発生室を配列してなる圧力発生室群が複数形成されており、前記駆動回路が、複数の前記圧力発生室群の間の領域に形成されていることが好ましい。
この構成によれば、複数の圧力発生室群に対応する駆動素子の駆動制御を１つの駆動回路により行うことができるので、流体噴射ヘッドの小型化に有利な構成となる。また、複数の圧力発生室群に対して均等な距離に駆動回路を配置できるため制御の簡素化にも有利である。
【００１１】
前記流路形成基板に、複数の前記圧力発生室を配列してなる圧力発生室群と、前記圧力発生室群の前記各圧力発生室に連通するリザーバと、が形成されており、前記駆動回路が、前記圧力発生室群と前記リザーバとの間の領域に形成されている構成としてもよい。
通常、圧力発生室とリザーバとの間には両者を連通する供給路が形成されるが、このように供給路が形成されている領域と平面的に重なる位置に駆動回路を形成してもよい。これにより、流路形成基板上の領域を有効に利用して駆動回路を形成することができ、流体噴射ヘッドの小型化に有利な構成となる。
【００１２】
前記流路形成基板に、複数の前記圧力発生室を配列してなる圧力発生室群と、前記圧力発生室群の前記各圧力発生室に連通するリザーバと、が形成されており、前記駆動回路が、前記リザーバの少なくとも一部と平面的に重なる領域に形成されている構成としてもよい。
このようにリザーバと平面的に重なる領域に駆動回路を形成すれば、比較的大きな平面領域を確保できるので、比較的大規模な駆動回路であっても形成可能になり、流体噴射ヘッドの多機能化が容易になる。
【００１３】
本発明の流体噴射ヘッドは、ノズル開口に連通する圧力発生室が形成された流路形成基板と、前記流路形成基板の一方の面に振動板を介して設けられた駆動素子と、前記駆動素子に電力を供給する駆動回路とを備えた流体噴射ヘッドであって、前記流路形成基板の前記駆動素子側に、半導体基板を基体としてなる対向基板を有しており、前記半導体基板に前記駆動回路が形成されていることを特徴とする。
すなわち本発明では、このように流路形成基板とともに流体噴射ヘッドの要部を成す対向基板に駆動回路が形成されていてもよい。このような構成とした場合にも、流路形成基板に駆動回路を形成したのと同様の作用効果を得ることができる。
またこの構成では、前記対向基板が、流路形成基板とともに駆動素子を封止する構成とすることもできるので、駆動素子の保護が良好になされ、信頼性に優れた流体噴射ヘッドが得られる。
【００１４】
前記対向基板の前記駆動素子側の面に前記駆動回路が形成されている構成としてもよい。
このような構成とすれば、対向基板を流路形成基板と接着する際に、駆動回路と駆動素子とを電気的に接続することができるので、導電接続の容易性が向上し、製造性に優れる流体噴射ヘッドとすることができる。
【００１５】
前記対向基板の前記駆動素子と反対側の面に前記駆動回路が形成されており、前記対向基板に、前記対向基板を厚さ方向に貫通する貫通電極が形成され、前記貫通電極を介して前記駆動回路と前記駆動素子とが電気的に接続されている構成としてもよい。
駆動回路を駆動素子と反対側の面に形成している場合には、このように対向基板を貫通する貫通電極を設け、かかる貫通電極を介して駆動回路と駆動素子とを電気的に接続する構成としてもよい。この構成によれば、対向基板における駆動回路の形成面が他の構成部材や製造工程上の都合で限定されてしまう場合にも駆動回路と駆動素子との導電接続の容易性を損なうことがない。
【００１６】
前記対向基板の前記駆動素子側の面に、前記対向基板を前記流路形成基板と接合したときに前記駆動素子を収容する凹部が形成されており、前記駆動回路が、前記凹部と平面的に重なる領域に形成されている構成としてもよい。
対向基板に駆動回路を形成する場合にも、他の構成要素と平面的に重なる位置に駆動回路を形成することができる。これにより、駆動回路を形成するための領域を効率よく確保できるため、流体噴射ヘッドの小型化を図れる。あるいは、駆動回路の形成領域を比較的大きく確保できるため、駆動回路の多機能化が容易になる。
【００１７】
前記対向基板の前記駆動素子と反対側の面に前記駆動回路が形成されるとともに、前記対向基板を厚さ方向に貫通して前記駆動素子に達する開口部が形成されており、前記駆動回路と前記駆動素子とが、前記開口部を経由する接続配線を介して電気的に接続されている構成とすることができる。
このような構成とした場合にも、対向基板に駆動回路を形成するので、ＩＣチップを実装する工程が不要となり、工数を削減できる。また、接着に伴う工程（プライマー工程や洗浄工程）を省略できるため、接着工程に起因する不良の発生を抑え、歩留まりを向上も期待できる。
【００１８】
前記駆動回路と前記駆動素子とがワイヤボンディングされている構成とすることもできる。
従来、半導体チップの形態で駆動回路が実装されていた流体噴射ヘッドでは、駆動回路を含めたヘッド全体を小型化するために、半導体チップを流体噴射ヘッドの本体（封止基板、対向基板）に接着することが必要であった。しかし、このような半導体チップの接着を行うと、接着剤に起因する不良の発生を防止するための洗浄工程が必要になり、そうすると、洗浄工程に起因するワイヤボンディングの不良が発生しやすくなるという問題があった。
これに対して本発明では、対向基板の流路形成基板と反対側の面に駆動回路を直接形成しているので、半導体チップの接着工程とそれに伴う洗浄工程はいずれも不要になる。したがって、駆動素子の端子が接着剤や洗浄剤により汚染されることがなく、ワイヤボンディングの接続不良を低減できる。
よって本発明の構成によれば、従来よりも簡便な工程で駆動回路と駆動素子とを接続することができ、歩留まりよく製造できる流体噴射ヘッドを提供することができる。
【００１９】
前記接続配線が可撓性基板上に形成されており、前記開口部の段差に沿って前記可撓性基板が配置されている構成とすることもできる。このような構成とした場合にも、従来より簡便な工程で駆動回路と駆動素子とを容易に接続することができる。
【００２０】
前記接続配線が前記対向基板の表面に形成されている構成とすることもできる。
このような構成とすれば、ワイヤボンディングや可撓性基板も不要になり、極めて容易に駆動回路と駆動素子とを電気的に接続することができる。
【００２１】
前記開口部の内壁面が前記駆動回路から前記駆動素子に向かう傾斜面であることが好ましい。
このような構成とすることで、開口部が駆動回路の形成された面に向かって広口になるので、ワイヤボンディング、可撓性基板、成膜のいずれにより接続配線を構成した場合にも、駆動回路から駆動素子に至る接続配線の引き回しが容易になる。特に、接続配線を対向基板表面に直接形成する場合に、接続配線の断線を防止する点で有用な構成となる。
【００２２】
次に本発明の流体噴射ヘッドの製造方法は、ノズル開口に連通する圧力発生室が形成された流路形成基板と、前記流路形成基板の一方の面に振動板を介して設けられた駆動素子と、前記駆動素子に電力を供給する駆動回路とを備えた流体噴射ヘッドの製造方法であって、前記流路形成基板の基体となる半導体基板の一面側に前記駆動回路を形成する工程と、前記半導体基板の前記駆動回路側の面に、前記駆動回路と電気的に接続される駆動素子を形成する工程と、前記駆動素子及び前記駆動回路を覆う保護膜を形成する工程と、前記保護膜と反対側の前記半導体基板の面を部分的に除去して前記圧力発生室を形成する工程と、を有することを特徴とする。
この製造方法によれば、駆動回路が形成された半導体基板に対して、駆動回路に悪影響を与えることなく圧力発生室を形成することができる。したがって本製造方法によれば、製造歩留まりを低下させることなく、本発明の流体噴射ヘッドを製造することができる。
【００２３】
前記保護膜を形成した後、前記圧力発生室を形成する前に、前記半導体基板を、前記保護膜と反対側の面から薄くする工程を有していてもよい。
この製造方法によれば、駆動回路に悪影響を与えることなく半導体基板を薄板化して流路形成基板を製造できるので、薄型の流路形成基板を備えた薄型の流体噴射ヘッドを歩留まりよく製造することができる。
【００２４】
本発明の流体噴射ヘッドの製造方法は、ノズル開口に連通する圧力発生室が形成された流路形成基板と、前記流路形成基板に対向配置された対向基板と、前記流路形成基板の一方の面に振動板を介して設けられた駆動素子と、前記駆動素子に電力を供給する駆動回路とを備えた流体噴射ヘッドの製造方法であって、半導体基板の一面側に前記駆動回路を形成して前記対向基板を作製する工程と、前記流路形成基板の一方の面に前記駆動素子を形成する工程と、前記対向基板の前記駆動回路が形成された面と、前記流路形成基板の前記駆動素子側の面とを接合することで、前記駆動回路の端子と前記駆動素子とを電気的に接続する工程と、を有することを特徴とする。
この製造方法によれば、駆動回路が形成された半導体基板に対して、駆動回路に悪影響を与えることなく圧力発生室を形成することができる。したがって本製造方法によれば、対向基板に駆動回路を備える場合であっても、製造歩留まりを低下させることなく、本発明の流体噴射ヘッドを製造することができる。
【００２５】
本発明の流体噴射ヘッドの製造方法は、ノズル開口に連通する圧力発生室が形成された流路形成基板と、前記流路形成基板に対向配置された対向基板と、前記流路形成基板の一方の面に振動板を介して設けられた駆動素子と、前記駆動素子に電力を供給する駆動回路とを備えた流体噴射ヘッドの製造方法であって、半導体基板の一面側に前記駆動回路を形成し、前記駆動回路と電気的に接続されるとともに前記半導体基板を厚さ方向に貫通する貫通電極を形成して前記対向基板を作製する工程と、前記流路形成基板の一方の面に前記駆動素子を形成する工程と、前記対向基板の前記駆動回路と反対側の面と、前記流路形成基板の前記駆動素子側の面とを接合することで、前記貫通電極と前記駆動素子とを電気的に接続する工程と、を有することを特徴とする。
この製造方法によれば、対向基板の駆動素子と反対側の面に駆動回路が形成されている流体噴射ヘッドにおいて、駆動回路と駆動素子とを容易かつ確実に導電接続することができる。したがって、本発明の流体噴射ヘッドを歩留まりよく製造することができる。
【００２６】
本発明の流体噴射装置は、先に記載の本発明の流体噴射ヘッドを備えたことを特徴とする。
この構成によれば、小型化あるいは多機能化された流体噴射ヘッドを備える構成となるので、小型あるいは高性能の流体噴射装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の流体噴射ヘッド及び流体噴射装置の実施の形態を、図１ないし図６を参照して説明する。
なお、以降の説明では図面を用いて各種の構造を例示するが、これらの図面に示される構造は特徴的な部分を分かりやすく示すために実際の構造に対して、寸法・縮尺を異ならせて示す場合がある。
【００２８】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る流体噴射ヘッドの要部を分解して示す斜視図である。図２は、図１に対応する素子基板の平面図である。図３は、図２のＡ−Ａ’線に沿う位置における流体噴射ヘッドの断面図である。
なお、以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。水平面内における所定方向をＸ軸方向、水平面内においてＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれに直交する方向（すなわち鉛直方向）をＺ軸方向とする。
【００２９】
本実施形態の流体噴射ヘッド１１０は、インク（流体）を液滴状にしてノズルから吐出するものである。
図１から図３に示すように、流体噴射ヘッド１１０は、液滴が吐出されるノズル開口１５を備えたノズル基板１６と、ノズル基板１６の上面（＋Ｚ側）に接続されてインク流路を形成する流路形成基板１０と、流路形成基板１０の上面に接続されて圧電素子（駆動素子）１３０の駆動によって変位する振動板４００と、振動板４００の上面に接続されてリザーバ１００を形成する対向基板２０と、対向基板２０の上面（流路形成基板１０と反対側面）に接合されたコンプライアンス基板３０と、を備えている。
【００３０】
本実施形態の流体噴射ヘッド１１０では、図１及び図３に示すように、流路形成基板１０の圧電素子１３０側の面に、半導体プロセスを用いて、駆動ＩＣ１５０が形成されている。また、流路形成基板１０上の一辺端に沿った位置に、外部回路と駆動ＩＣ１５０とを電気的に接続する外部接続端子１２０が形成されている。流体噴射ヘッド１１０の動作は、外部接続端子１２０を介して駆動ＩＣ１５０に接続された図示略の制御装置によって制御される。
【００３１】
流路形成基板１０には、複数の平面視略櫛歯状の開口領域が区画形成されており、これらの開口領域のうち、Ｘ軸方向に延びて形成された部分が、ノズル基板１６と振動板４００とにより囲まれて圧力発生室１２を形成している。また、上記平面視略櫛歯状の開口領域のうち、図示Ｙ軸方向に延びて形成された部分が、対向基板２０と流路形成基板１０とにより囲まれてリザーバ１００を形成している。
【００３２】
流路形成基板１０の図示下面側（−Ｚ側）の開口領域を覆うようにノズル基板１６が流路形成基板１０の下面に、接着剤や熱溶着フィルムを介して接合されている。ノズル基板１６には、液滴を吐出する複数のノズル開口１５が設けられており、複数のノズル開口１５は図示Ｙ軸方向に配列されている。本実施形態の場合、Ｙ軸方向に配列された一群のノズル開口１５からなる２組のノズル開口群が、Ｘ軸方向に関して互いに対向するように配置されている。
【００３３】
図１に示すように、流路形成基板１０の内側には、その中央部からＸ方向に延びる複数の隔壁１１が形成されている。本実施形態の場合、流路形成基板１０はシリコンによって形成されており、複数の隔壁１１は、流路形成基板１０の母材である単結晶シリコン基板を異方性エッチングにより加工して形成されたものである。複数の隔壁１１を有する流路形成基板１０と、ノズル基板１６と、振動板４００とにより区画された複数の空間が圧力発生室１２である。
【００３４】
圧力発生室１２とノズル開口１５とは、各々対応して設けられている。すなわち、圧力発生室１２は、複数のノズル開口１５に対応するようにＹ軸方向に複数並んで設けられており、図示Ｙ軸方向に配列された一群の圧力発生室１２からなる２組の圧力発生室群がＸ軸方向に並んで配置されている。
【００３５】
複数の圧力発生室１２のＸ軸方向基板中央部側の端部は隔壁１０Ｋによって閉塞されている。一方、圧力発生室１２のＸ軸方向基板外縁部側の端部は互いに接続するように集合され、リザーバ１００と接続されている。リザーバ１００は、図２及び図３に示すインク導入口２５と、ノズル開口１５に連通する圧力発生室１２との間でインクを一時的に保持するものである。リザーバ１００は、対向基板２０にＹ軸方向に延びる平面視矩形状に形成されたリザーバ部２１と、流路形成基板１０にＹ軸方向に延びる平面視矩形状に形成された連通部１３とから構成されている。
【００３６】
リザーバ１００の連通部１３は、各々の圧力発生室１２と供給路１４を介して接続されており、一群の圧力発生室１２を構成する複数の圧力発生室１２の共通のインク室を形成している。図３に示すインクの経路をみると、ヘッド外端上面に開口するインク導入口２５から導入されたインクは、導入路２６を経てリザーバ１００に流れ込み、さらに供給路１４を通じて複数の圧力発生室１２のそれぞれに供給されるようになっている。
【００３７】
流路形成基板１０のうち、基板中央部の隔壁１０Ｋの上面（＋Ｚ側面）には、駆動ＩＣ１５０が形成されている。先に記載のように、流路形成基板１０は半導体基板である単結晶シリコン基板を基体としているので、通常の半導体プロセスを用いてダイオードやトランジスタ、インバータ、キャパシタ等を形成することができ、これらの半導体素子によりシフトレジスタやラッチ回路、スイッチ回路、メモリ回路等を構成することで、圧電素子１３０を駆動する駆動ＩＣ１５０を構成できる。
【００３８】
流路形成基板１０と対向基板２０との間に配置された振動板４００は、流路形成基板１０側から順に弾性膜５０と下電極膜６０とを積層した構造を備えている。流路形成基板１０側に配される弾性膜５０は、例えば酸化シリコン膜からなるものであり、弾性膜５０上に形成される下電極膜６０は、例えば金属膜からなるものである。本実施形態において、下電極膜６０は、流路形成基板１０と対向基板２０との間に配される複数の圧電素子１３０の共通電極として機能するようになっている。
【００３９】
液滴吐出動作に際して振動板４００を変形させる圧電素子１３０は、図１及び図３に示すように、下電極膜６０側から順に圧電体膜７０と、上電極膜８０とを積層した構造を備えている。圧電体膜７０の厚さは例えば１μｍ程度、上電極膜８０の厚さは例えば０．１μｍ程度である。
なお、圧電素子１３０の概念としては、圧電体膜７０及び上電極膜８０に加えて、下電極膜６０を含むものであってもよい。下電極膜６０は圧電素子１３０として機能する一方、振動板４００としても機能するからである。本実施形態では、弾性膜５０及び下電極膜６０が振動板４００として機能する構成を採用しているが、弾性膜５０を省略して下電極膜６０が弾性膜としても機能する構成とすることもできる。
【００４０】
圧電素子１３０（圧電体膜７０及び上電極膜８０）は、複数のノズル開口１５及び圧力発生室１２のそれぞれに対応するように複数設けられている。すなわち図２に示すように、Ｙ軸方向に複数並んで設けられた一群の圧力発生室１２に各々対応するようにして一群の圧電素子１３０が形成されている。
【００４１】
図２に示すように、流路形成基板１０の駆動ＩＣ１５０は、基板中央部のＹ軸方向に延びる矩形状の領域に位置しており、駆動ＩＣ１５０のＹ軸方向の辺縁に沿って圧電素子１３０が配列されている。そして、駆動ＩＣ１５０の辺縁部からそれぞれの圧電素子１３０の上電極膜８０上に延びるようにして形成されたリード電極９０によって、駆動ＩＣ１５０と各々の圧電素子１３０とが電気的に接続されている。具体的には、図３に示すように、駆動ＩＣ１５０を覆って形成された弾性膜５０に開口された貫通孔５０ａを介して、駆動ＩＣ１５０に形成された図示略のパッドとリード電極９０とが電気的に接続され、圧電素子１３０側に延びたリード電極９０は圧電素子１３０の側壁を経由して乗り上げた上電極膜８０の上面で圧電素子１３０と電気的に接続されている。
【００４２】
また、駆動ＩＣ１５０は、図２に示すように、外部接続端子１２０側の端部において下電極膜６０と平面的に重なって配置されている。そして、これらが重なる領域の弾性膜５０に開口された貫通孔５０ｂを介して、駆動ＩＣ１５０に形成された図示略のパッドと下電極膜６０とが電気的に接続されている。したがって、駆動ＩＣ１５０は、圧電素子１３０の共通電極である下電極膜６０の電位も制御するようになっている。
なお、下電極膜６０は駆動ＩＣ１５０ではなく外部接続端子１２０と電気的に接続されていてもよい。この場合、下電極膜６０の電位は、外部接続端子１２０を介して接続される制御装置によって制御されることになる。
【００４３】
図１及び図３に示すように、圧電素子１３０を含む振動板４００上の領域を覆って、対向基板２０が設けられている。対向基板２０の圧電素子１３０側には、流路形成基板１０と接合したときに圧電素子１３０を収容する凹部２４が形成されている。凹部２４は、圧電素子１３０の運動を阻害しない程度の空間を確保でき、その空間を密封できるように形成されている。また、凹部２４の外側に、Ｙ軸方向（圧電素子１３０の配列方向）に沿って延びるリザーバ部２１が形成されている。
【００４４】
対向基板２０は、流路形成基板１０とともに流体噴射ヘッド１１０の基体を成す部材であるから剛体とすることが好ましく、対向基板２０を形成する材料として流路形成基板１０と略同一の熱膨張率を有する材料を用いることがより好ましい。本実施形態の場合、流路形成基板１０が単結晶シリコン基板からなるものであるから、それと同一材料の単結晶シリコン基板が好適である。単結晶シリコン基板を用いた場合、異方性エッチングにより容易に高精度の加工を施すことが可能であるため、凹部２４やリザーバ部２１を容易に形成できるという利点が得られる。その他、ガラス、セラミック材料等を用いて対向基板２０を作製することもできる。
【００４５】
対向基板２０の上面（流路形成基板１０と反対側面）には、封止膜３１と固定板３２とを積層した構造のコンプライアンス基板３０が接合されている。コンプライアンス基板３０において、内側（対向基板２０側）に配される封止膜３１は、剛性が低く可撓性を有する材料（例えば、厚さ６μｍ程度のポリフェニレンスルフィドフィルム）からなり、封止膜３１によってリザーバ部２１（リザーバ１００）の上部が封止されている。他方、外側に配される固定板３２は、金属等の硬質の材料（例えば、厚さ３０μｍ程度のステンレス鋼）からなる板状部材である。
【００４６】
固定板３２には、リザーバ１００に対応する平面領域を切り欠いてなる開口部３３が形成されており、この構成によりリザーバ１００の上部は、可撓性を有する封止膜３１のみで封止され、内部圧力の変化によって変形可能な可撓部２２となっている。可撓部２２はリザーバ１００内を一定圧力に保持するために設けられたものである。つまり、圧電素子１３０の駆動時のインクの流れや周囲の熱などによってリザーバ１００内に生じる圧力変化を、可撓性の封止膜３１のみよって封止された可撓部２２を撓み変形させて吸収するようになっている。可撓部２２以外の部分は固定板３２によって十分な強度に保持されている。
【００４７】
対向基板２０及び固定板３２の＋Ｙ側の端部には、対向基板２０及び固定板３２を一部矩形状に切り欠いた凹状部からなる接続端子部４４が形成されている。この接続端子部４４により、流路形成基板１０上の外部接続端子１２０が露出されて外部の制御装置と接続可能になっている。
【００４８】
そして、リザーバ１００の外側のコンプライアンス基板３０上には、リザーバ１００に機能液を供給するためのインク導入口２５が形成されており、対向基板２０には、インク導入口２５とリザーバ１００の側壁とを連通する導入路２６が設けられている。
【００４９】
上述した構成を有する流体噴射ヘッド１１０により機能液の液滴を吐出するには、流体噴射ヘッド１１０に接続された外部コントローラ（図示略）によってインク導入口２５に接続された不図示のインク供給装置を駆動してリザーバ１００にインクを供給する。リザーバ１００に供給されたインクは、ノズル開口１５に至るまでの流体噴射ヘッド１１０の内部流路を満たす。
また、前記外部コントローラは、外部接続端子１２０を介して接続された駆動ＩＣ１５０に、駆動電力や指令信号を送信する。指令信号等を受信した駆動ＩＣ１５０は、外部コントローラからの指令に基づく駆動信号を、リード電極９０を介して導電接続された各々の圧電素子１３０に送信する。
すると、圧力発生室１２に対応するそれぞれの下電極膜６０と上電極膜８０との間に電圧が印加される結果、弾性膜５０、下電極膜６０及び圧電体膜７０に変位が生じ、この変位によって対応する圧力発生室１２の容積が変化して内部圧力が高まり、ノズル開口１５より液滴が吐出される。
【００５０】
以上の構成を備えた本実施形態の流体噴射ヘッド１１０は、基材として用いられている流路形成基板１０に半導体プロセスを用いて形成された駆動ＩＣ１５０を備えており、この駆動ＩＣに設けられた端子と圧電素子１３０とをリード電極９０を介して接続している。したがって本実施形態では、従来の駆動ＩＣチップを実装する構成で必須とされていたワイヤボンディングが不要であり、ワイヤボンディングの実装可能範囲を超える集積度で圧電素子１３０を配置しても、フォトリソグラフィ工程とエッチング工程とによってリード電極９０を正確な位置に正確な寸法で形成することが可能であるため、問題なく配線を引き回すことができ、流体噴射ヘッド１１０の解像度を高めることができる。したがって本実施形態によれば、高精細の画像形成や機能膜のパターン形成が可能な流体噴射ヘッド１１０を得ることができる。
【００５１】
また、狭ピッチのワイヤボンディングは困難性が高く、高コストであるが、本発明では、成膜プロセス等を用いて一括にリード電極９０を形成できるため、圧電素子１３０を高集積化しても製造コストの上昇を抑えることができる。
【００５２】
また本実施形態では、流路形成基板１０と振動板４００とに、駆動ＩＣ１５０及び圧電素子１３０が実装されており、さらに駆動ＩＣ１５０と外部コントローラとを接続する外部接続端子１２０も流路形成基板１０に形成されているので、対向基板２０には実装端子や配線が不要である。そのため、従来に比して対向基板２０の構成を簡略化することができ、対向基板２０の製造性や製造コストの点で有利な構成である。
【００５３】
なお、対向基板２０は、凹部２４によって圧電素子１３０を外部環境と遮断しているので、圧電素子１３０を封止する封止部材としても機能するものである。対向基板２０によって圧電素子１３０を封止することで、水分等の外部環境による圧電素子１３０の特性劣化等を防止することができる。本実施形態では、凹部２４の内部を密封状態にしただけであるが、例えば、凹部２４内の空間を真空にしたり、あるいは窒素又はアルゴン雰囲気等とすることにより、凹部２４内を低湿度に保持する構成も採用でき、これらの構成により圧電素子１３０の劣化をさらに効果的に防止することができる。
【００５４】
また本実施形態では、駆動ＩＣ１５０を流路形成基板１０に直接形成しているので、駆動ＩＣチップのようなパッケージが不要であることから、流路形成基板１０上の極めて狭小な領域であっても容易に形成することができ、圧電素子１３０の集積度を高めて多数の圧電素子１３０を形成する場合にも容易に対応可能である。あるいは、従来駆動ＩＣチップを実装するために確保されていた領域が不要になることから、流体噴射ヘッドを小型化することもできる。
【００５５】
また本実施形態では、一方向に配列されて圧力発生室群を構成する圧力発生室１２の配列方向に沿って、駆動ＩＣ１５０が設けられている。この構成により、圧力発生室１２に対応して設けられる圧電素子１３０と駆動ＩＣ１５０とを接続するリード電極９０をほぼ同じ長さの配線とすることができる。これにより、信号伝達特性に起因する誤差を解消するための制御が不要になり、駆動ＩＣ１５０による制御を簡素化することができる。したがって、駆動ＩＣ１５０を小型化することもでき、流体噴射ヘッド１１０の小型化を図ることができる。
【００５６】
なお、本実施形態では隔壁１０Ｋの振動板４００側の面に駆動ＩＣ１５０を形成しているが、上述したように、駆動ＩＣ１５０は単結晶シリコン基板上に直接形成されているためパッケージが不要で、狭小な領域でも形成することが可能である。したがって例えば、図２に示した圧力発生室１２を区画している隔壁１１上に半導体素子を形成して駆動ＩＣを構成してもよい。また、駆動ＩＣ１５０を複数の領域に分割して形成することもできる。例えば、圧電素子１３０を駆動するスイッチング素子を圧電素子１３０に隣接する隔壁１１上にそれぞれ形成し、その他のラッチ回路やメモリ回路等の機能素子を外部接続端子１２０の近傍に集合させた構成とすることができる。
【００５７】
さらに他の形態としては、図４に示すような駆動ＩＣの配置が採用できる。図４は、本実施形態の変形例としての流体噴射ヘッドに備えられる流路形成基板１０Ａ、１０Ｂの概略平面図である。
図４（ａ）に示す流路形成基板１０Ａは、基板長手方向に配列形成された複数の圧力発生室１２と、圧力発生室１２と連通する連通部１３（リザーバ）と、駆動ＩＣ１５０Ａとを備えており、駆動ＩＣ１５０Ａが、圧力発生室１２と、連通部１３との間の基板上に、圧力発生室１２の配列方向（Ｙ軸方向）に沿って延在している。
【００５８】
図２に示したように、圧力発生室１２と連通部１３との間には供給路１４が形成されているが、供給路１４は、図示された基板面と反対側の面に形成されており、駆動ＩＣ１５０Ａは表面から１μｍ程度の深さまでしか使用しない。そのため、このように駆動ＩＣ１５０Ａを供給路１４と平面的に重なる領域に形成することもできる。このような構成とすることで、駆動ＩＣ１５０Ａの形成領域を比較的大きく確保することができるため、駆動ＩＣ１５０Ａを大規模化することも容易になる。したがって、本例によれば流体噴射ヘッドを多機能化することも容易になる。
【００５９】
次に、図４（ｂ）に示す流路形成基板１０Ｂは、基本構成は図４（ａ）に示す流路形成基板１０Ａと共通であるが、駆動ＩＣ１５０Ｂが、連通部１３と平面的に重なる領域の流路形成基板１０上に形成されている。この場合、連通部１３は駆動ＩＣ１５０Ｂが形成された領域では流路形成基板１０Ｂを貫通しておらず、図示とは反対側の基板面に形成された凹部からなり、駆動ＩＣ１５０Ｂはこの凹部の底壁部を含む部分の流路形成基板１０上に形成されている。
【００６０】
先の実施形態では、リザーバ１００を連通部１３とリザーバ部２１とにより構成してリザーバ部容量を確保していたが、リザーバ容量を十分に確保できるならば、連通部１３は流路形成基板１０Ｂを貫通していなくてもよい。そこで本実施形態では、対向基板２０側との接続部となる連通孔１３ａのみが基板を貫通する構成とし、対向基板２０側（＋Ｚ側）となる流路形成基板１０の表面を駆動ＩＣ１５０Ｂの形成領域として利用可能にしているのである。そして、このように駆動ＩＣ１５０Ｂを連通部１３と一部平面的に重なるように形成することで、流体噴射ヘッドの小型化を図ることができる。また、駆動ＩＣ１５０Ｂの形成領域を大きく確保できるので、駆動ＩＣの大規模化が容易であり、流体噴射ヘッドの多機能化も容易である。
【００６１】
［流体噴射ヘッドの製造方法］
次に、図５及び図６を参照して第１実施形態の流体噴射ヘッドの製造方法について説明する。
図５及び図６は、第１実施形態の流体噴射ヘッドの製造工程の一部を示す断面工程図である。
【００６２】
流体噴射ヘッド１１０を製造するには、まず、図５（ａ）に示すように、単結晶シリコン基板（シリコンウェハ）１０ｓを用意し、単結晶シリコン基板１０ｓの一面側に、半導体プロセスを用いてトランジスタやダイオード、キャパシタを作製することで、圧電素子１３０を駆動する駆動ＩＣ１５０を形成する。
【００６３】
次に、図５（ｂ）に示すように、単結晶シリコン基板１０ｓの駆動ＩＣ１５０が形成された側の面に、シリコン酸化物からなる弾性膜５０を形成し、さらに弾性膜５０上に金属材料からなる下電極膜６０をパターン形成する。
【００６４】
次に、下電極膜６０上に、ＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、等からなる圧電体膜７０と、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｕ、Ａｇ等の金属材料からなる上電極膜８０とを形成し、これらをパターニングすることで、図５（ｃ）に示すように、複数の圧電素子１３０を形成する。
【００６５】
次に、図５（ｄ）に示すように、駆動ＩＣ１５０上の弾性膜５０に、駆動ＩＣ１５０の端子（図示略）に通じる貫通孔５０ａ（及び貫通孔５０ｂ）を開口する。またこのとき、リザーバ１００が形成される領域の下電極膜６０の開口部内に位置する弾性膜５０も除去しておく。
【００６６】
次に、図５（ｅ）に示すように、圧電素子１３０の上電極膜８０から駆動ＩＣ１５０上の貫通孔５０ａに至るリード電極９０を、ＡｌやＡｇなどの金属材料を用いて形成する。これにより、駆動ＩＣ１５０の端子とリード電極９０とが接続されて駆動ＩＣ１５０と圧電素子１３０の上電極膜８０とが電気的に接続される。
【００６７】
次に、図６（ａ）に示すように、単結晶シリコン基板１０ｓの圧電素子１３０側の全面に、レジスト等の樹脂材料を用いて保護膜１３１を形成する。
次いで、図６（ｂ）に示すように、単結晶シリコン基板１０ｓの圧電素子１３０が形成されたのとは反対側の面からエッチング処理を施す。これにより、単結晶シリコン基板１０ｓが初期板厚５００μｍ程度から１００〜２００μｍ程度に薄板化される。
【００６８】
次に、図６（ｃ）に示すように、薄板化した単結晶シリコン基板１０ｓに、ＫＯＨ溶液を用いた異方性エッチング処理を施すことで、単結晶シリコン基板１０ｓを所定形状にパターニングする。これにより、圧力発生室１２や連通部１３、これらを接続する供給路１４が形成され、流路形成基板１０となる。
なお、異方性エッチング処理とは、エッチング速度がエッチング方向により異なることを利用してなされるエッチングであり、単結晶シリコンをエッチングする場合、Ｓｉ（１００）面のエッチング速度がＳｉ（１１１）面に比較して約４０倍以上速いことを利用したエッチング方法である。各溝部の深さは、エッチング時間により容易に調整することができる。
【００６９】
そして、図６（ｄ）に示すように、保護膜１３１を除去した後、流路形成基板１０のノズル基板１６を接着し、ノズル基板１６と反対側の面に、別途作製した対向基板２０を接着する。その後、対向基板２０の流路形成基板１０と反対側の面に、コンプライアンス基板３０を接着することで、本実施形態の流体噴射ヘッドを製造することができる。
【００７０】
以上に説明した流体噴射ヘッド１１０の製造方法では、当初は標準的な厚さの単結晶シリコン基板１０ｓを用いて、半導体プロセスによって駆動ＩＣ１５０を形成しており、圧電素子１３０等を形成した後に、単結晶シリコン基板１０ｓを薄板化してヘッドを構成する流路形成基板１０としての厚さを得ている。したがって、本実施形態によれば、半導体プロセスによる駆動ＩＣ１５０の形成工程や、圧電素子１３０の形成工程を、厚い単結晶シリコン基板に対して実施することができるので、基板の取り回しが容易であり、また高い製造歩留まりも期待できる製造方法となる。
【００７１】
また、図５（ｃ）〜図５（ｅ）に示した工程において、駆動ＩＣ１５０と圧電素子１３０との導電接続を、圧電素子１３０から引き回したリード電極９０により実現しているので、ワイヤボンディング工程が不要であるばかりでなく、圧電素子１３０が高密度に配置されている場合であっても、簡便な工程で正確に駆動ＩＣ１５０に接続することができるようになっている。
【００７２】
また、図６（ｄ）において流路形成基板１０と接着される対向基板２０には、配線や電極が不要であるため、単結晶シリコン基板のエッチング加工により容易に製造することができ、低コストに対向基板２０を製造することができる。
【００７３】
（第２の実施形態）
次に、本発明の流体噴射ヘッドの第２の実施形態について、図７から図９を参照して説明する。
先の第１実施形態では流路形成基板１０に駆動ＩＣが形成されていたのに対して、本実施形態の流体噴射ヘッド２１０では、対向基板に駆動ＩＣが形成されている。
【００７４】
図７は、本発明の第２の実施形態である流体噴射ヘッドを構成する対向基板を流路形成基板側から見た部分平面図であり、図８は、図７のＢ−Ｂ’線に沿う位置における流体噴射ヘッドの断面図である。
なお、以下で参照する図面において、図１から図３と共通の構成要素には同一の符号を付し、それらの詳細な説明は省略する。
【００７５】
図７及び図８に示すように、本実施形態の流体噴射ヘッド２１０は、液滴が吐出されるノズル開口１５を備えたノズル基板１６と、ノズル基板１６の上面（＋Ｚ側）に接続されてインク流路を形成する流路形成基板２０１と、流路形成基板２０１の上面に接続されて圧電素子（駆動素子）１３０の駆動によって変位する振動板４００と、振動板４００の上面に接続されてリザーバ１００を形成する対向基板２０２と、対向基板２０２の上面（流路形成基板２０１と反対側面）に接合されたコンプライアンス基板３０と、を備えている。
【００７６】
流路形成基板２０１は、第１実施形態に係る流路形成基板１０から駆動ＩＣ１５０を省略したものである。
一方、対向基板２０２は、その基本構成は第１実施形態に係る対向基板２０と共通であるが、図７に示すように、対向基板２０２の長手方向（Ｙ軸方向）に延びて形成された２つの凹部２４の間に、圧電素子１３０を駆動する駆動ＩＣ（駆動回路）１５０Ｃが形成されている。すなわち、単結晶シリコン基板（半導体基板）を基体としてなる対向基板２０２の流路形成基板２０１側となる面に、半導体プロセスを用いて駆動ＩＣ１５０Ｃが形成されている。
【００７７】
駆動ＩＣ１５０Ｃは、第１実施形態に係る駆動ＩＣ１５０と同様、シフトレジスタやラッチ回路、スイッチ回路、メモリ回路等を備えている。また駆動ＩＣ１５０Ｃの周縁部には、圧電素子１３０から延びるリード電極９０と電気的に接続するパッド１５０ａが駆動ＩＣ１５０Ｃの長辺（Ｙ軸方向に延びる辺）に沿って複数形成されており、さらに、下電極膜６０や外部接続端子１２０に通じる配線と電気的に接続するパッド１５０ｂが駆動ＩＣ１５０Ｃの短辺（Ｘ軸方向に延びる辺）に沿って複数形成されている。
【００７８】
具体的には、図８に示すように、対向基板２０２の駆動ＩＣ１５０Ｃのパッド１５０ａと、弾性膜５０上に形成されたリード電極９０の一端とが、平面的に重なるように配置されている。そして、これらパッド１５０ａとリード電極９０とは、対向基板２０２と圧電素子１３０が設けられた流路形成基板２０１とを貼り合わせる際に、基板厚さ方向（Ｚ軸方向）で対向し、両者が直接又は導電材料を介して接続されるようになっている。パッド１５０ａとリード電極９０との導電接続に用いる導電材料としては、異方性導電フィルム（ＡＣＰ）や異方性導電ペースト（ＡＣＰ）等を例示することができる。
【００７９】
なお、対向基板２０２が圧電素子１３０を封止する封止部材としても機能するのは先の第１実施形態と同様であり、これにより水分等の外部環境による圧電素子１３０の特性劣化等を防止することができる。また、凹部２４内の空間を真空にしたり、あるいは窒素又はアルゴン雰囲気等とすることができるのも第１実施形態と同様である。
【００８０】
以上の構成を備えた本実施形態の流体噴射ヘッド２１０においても、流体噴射ヘッド２１０の要部を構成する対向基板２０２に、駆動ＩＣ１５０Ｃが直接形成されているので、従来の駆動ＩＣチップを実装する構成で必須とされていたワイヤボンディングが不要であり、ワイヤボンディングの実装可能範囲を超える集積度で圧電素子１３０を配置しても、リード電極９０と確実に接続することができ、高解像度の流体噴射ヘッドを実現することができる。したがって本実施形態によれば、高精細の画像形成や機能膜のパターン形成が可能な流体噴射ヘッド２１０を得ることができる。また、ワイヤボンディングを不要としたことで、高精細化したときのコスト上昇を抑えることができる。
【００８１】
また本実施形態では、駆動ＩＣ１５０Ｃを対向基板２０２に直接形成しているので、駆動ＩＣチップのようなパッケージが不要であることから、対向基板２０２上の極めて狭小な領域であっても容易に形成することができ、圧電素子１３０の集積度を高めて多数の圧電素子１３０を形成する場合にも容易に対応可能である。あるいは、従来駆動ＩＣチップを実装するために確保されていた領域が不要になることから、流体噴射ヘッドを小型化することができる。
【００８２】
なお、本実施形態では、外部接続端子１２０が流路形成基板２０１に形成されており、パッド１５０ｂを介して駆動ＩＣ１５０Ｃと外部接続端子１２０とが電気的に接続されている構成としたが、外部接続端子１２０は対向基板２０２に設けてもよい。この場合に外部接続端子の形成位置は、外部接続端子への外部回路の接続が妨げられない範囲で任意の位置に設けることができ、流路形成基板２０１側の面であっても、その反対側の面であっても構わない。
【００８３】
また、本実施形態の流体噴射ヘッドにおける対向基板２０２の製造方法は、先の第１実施形態における流路形成基板１０の製造工程と同様に、駆動ＩＣを形成する工程と、凹部やリザーバ部を形成するための加工を施す工程と、半導体基板を薄板化する工程と、により実施できる。
具体的には、半導体基板の一面側に駆動ＩＣ１５０Ｃを形成した後、駆動ＩＣの両側に凹部２４及びリザーバ部２１を異方性エッチング処理により形成した後、駆動ＩＣ１５０Ｃとは反対側の面から半導体基板を薄板化することで対向基板２０２を製造することができる。
【００８４】
また、本実施形態の流体噴射ヘッドについても、その構成に種々の変更を加えることができる。
図９（ａ）及び図９（ｂ）は、第２実施形態に係る流体噴射ヘッドの第１及び第２の変形例をそれぞれ示す部分断面図である。なお、図９に示す各図では、弾性膜５０と接着されている流路形成基板２０１及びノズル基板１６は図示を省略している。
【００８５】
まず、図９（ａ）に示す第１の変形例に係る流体噴射ヘッド２１０Ａは、対向基板２０２Ａとして、弾性膜５０とは反対側の面（図示上面）に、駆動ＩＣ１５０Ｄが形成されたものを備えている。駆動ＩＣ１５０Ｄの具体的構成は、先の駆動ＩＣ１５０（１５０Ａ〜Ｃ）と同様である。
【００８６】
第１の変形例に係る対向基板２０２Ａでは、圧電素子１３０とは反対側の面に駆動ＩＣ１５０Ｄが形成されているため、駆動ＩＣ１５０Ｄと圧電素子１３０との導電接続構造を形成するための貫通電極１６０と、電極配線１６１とが形成されている。貫通電極１６０は、例えばめっき法により形成されたＣｕ電極であり、シリコン基板に貫通電極を形成する公知の方法を用いて形成することができる。電極配線１６１は、ＡｌやＡｇなどからなり、駆動ＩＣ１５０Ｄの図示略の端子と、貫通電極１６０の一端とを電気的に接続する。そして、対向基板２０２Ａを貫通して弾性膜５０側に露出する貫通電極１６０の他端は、対向基板２０２Ａを流路形成基板２０１と接着する際に、貫通電極１６０と平面的に重なる位置に設けられているリード電極９０と直接又は他の導電材料を介して電気的に接続されるようになっている。
【００８７】
このように、本実施形態では、駆動ＩＣ１５０Ｄを圧電素子１３０とは反対側の面に備えた対向基板２０２Ａを用いることもでき、かかる対向基板２０２Ａを備えた流体噴射ヘッド２１０Ａにおいても、先の実施形態の流体噴射ヘッド２１０と同様の作用効果を得ることができる。
【００８８】
また、本例の流体噴射ヘッド２１０Ａは、第２実施形態に係る流体噴射ヘッド２１０とは逆に、凹部２４と反対側の面に駆動ＩＣ１５０Ｄが形成されているため、凹部２４やリザーバ部２１を形成する工程で駆動ＩＣ１５０Ｄ側の面に加工を施す必要がない。そのため、エッチング液等が駆動ＩＣ１５０Ｄに悪影響を与えるのを避けることができ、製造性の点で有利な構成となっている。
【００８９】
次に、図９（ｂ）に示す第２の変形例である流体噴射ヘッド２１０Ｂは、第１の変形例である流体噴射ヘッド２１０Ａとほぼ同様の構成を備えているが、２つの駆動ＩＣ１５０Ｅが設けられている構成である。それぞれの駆動ＩＣ１５０Ｅは、電極配線１６１を介して貫通電極１６０と電気的に接続されており、貫通電極１６０はリード電極９０と電気的に接続されている。このような構造により、圧電素子１３０と駆動ＩＣ１５０Ｅとが電気的に接続されている。
【００９０】
そして、本例の場合、駆動ＩＣ１５０Ｅが凹部２４と一部平面的に重なる領域に形成されている。半導体プロセスを用いて形成される駆動ＩＣ１５０Ｅは、単結晶シリコン基板の表層から１μｍ程度の深さまでしか使用しないため、このように凹部２４が形成されている領域であっても、問題なく配置することができる。したがって、図９（ａ）、（ｂ）を比較すれば明らかなように、対向基板２０２Ｂでは基板中央部における貫通電極１６０，１６０間の距離を狭くすることができ、流体噴射ヘッドを小型化できるようになっている。
【００９１】
（第３の実施形態）
次に、図１０及び図１１を参照して本発明の第３の実施形態について説明する。
図１０は、本実施形態の流体噴射ヘッドの分解斜視図である。図１１（ａ）は、本実施形態の流体噴射ヘッドの部分断面図である。図１１（ｂ）は、本実施形態の流体噴射ヘッドの部分平面図である。なお、図１１（ａ）は（ｂ）のＣ−Ｃ’線に沿う位置に対応し、図１１（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ’矢視に対応する図である。また図１０及び図１１において、先の実施形態と共通の構成要素には同一の符号を付し、それらの詳細な説明は省略する。
【００９２】
本実施形態の流体噴射ヘッド３１０は、複数のノズル開口１５が配列形成されたノズル基板１６と、流路形成基板３０１と、対向基板３０２とを互いの対向面で接着した構成を備えている。ノズル基板１６には、ノズル開口１５が２列に並んで配列されている。各列のノズル開口１５の配列方向が本実施形態ではＸ軸方向に一致し、ノズル開口１５の列がＸ軸方向と直交するＹ軸方向に関して並んでいる。
【００９３】
流路形成基板３０１は、ノズル基板１６側の面に形成された複数の溝部を有している。具体的には、ノズル開口１５に対応してＸ軸方向に配列された複数の圧力発生室３１２と、圧力発生室３１２の外側に圧力発生室３１２の配列方向（Ｘ軸方向）に沿って延在するリザーバ３２１と、圧力発生室３１２とリザーバ３２１とを接続する供給路３１４とからなる溝部が、ノズル開口１５の各列に対応してＸ軸対称に２つ形成されている。
流路形成基板３０１は導電性を付与された単結晶シリコン基板を基体としてなるものであり、圧力発生室１２、リザーバ３２１、及び供給路３１４は、前記単結晶シリコン基板に対して異方性エッチング処理を施すことで形成されたものとなっている。
【００９４】
対向基板３０２は、単結晶シリコン基板を基体としてなり、その流路形成基板３０１側となる面には、流路形成基板３０１の圧力発生室３１２にそれぞれ対応して設けられた複数の電極３３６と、複数の電極３３６と配線３３４を介して電気的に接続された駆動ＩＣ１５０Ｆと、を備えている。また対向基板３０２の図示手前側（−Ｘ側）の辺端部には、外部接続端子３２７が設けられており、外部接続端子３２７と駆動ＩＣ１５０Ｆとは配線３３７を介して電気的に接続されている。また駆動ＩＣ１５０Ｆから延びる配線３３８の端部には、流路形成基板３０１と電気的に接続される電極端子３３９が形成されている。
【００９５】
駆動ＩＣ１５０Ｆは、図１１（ａ）に示すように、対向基板３０２の流路形成基板３０１側の表層部に形成されており、先の実施形態の駆動ＩＣ１５０（１５０Ａ〜Ｆ）と同様に、半導体プロセスを用いて形成されたスイッチ回路やラッチ回路、メモリ回路等を備えている。駆動ＩＣ１５０Ｆは、配線３３４を介して電極３３６に電気信号を供給し、流体噴射ヘッド３１０のノズル開口１５から液滴を吐出させるための電気信号の供給動作を行うものである。
【００９６】
流路形成基板３０１の圧力発生室３１２側の面にノズル基板１６が接着されており、流路形成基板３０１の圧力発生室３１２、リザーバ３２１、及び供給路３１４は、それぞれノズル基板１６との間に空間を形成している。圧力発生室３１２は、ノズル基板１６に形成されたノズル開口１５と連通している。また、流路形成基板３０１の図示下面側には、溝部３２６が形成されており、流路形成基板３０１と対向基板３０２とを接合したときに溝部３２６と対向基板３０２との間に形成される空間に、対向基板３０２上に形成された電極３３６が収容されている。溝部３２６は、その内側に収容する電極３３６の厚さより大きい深さに形成されており、溝部３２６の底壁部と電極３３６とは、所定の間隔をもって離間されている。
【００９７】
流路形成基板３０１の両面には、圧力発生室３１２と溝部３２６とが形成されているので、それらに挟まれる底壁部は薄層化されており、この薄層化された部位が流体噴射ヘッド３１０の動作時に撓曲する振動板３３５となっている。振動板３３５と電極３３６とは、所定間隔に離間されて配置されており、溝部３２６は、流体噴射ヘッド３１０の動作時に撓曲する振動板３３５の動作空間となる。このような構成のもと、振動板３３５と電極３３６とが、圧力発生室３１２内に圧力変化を生じさせる駆動素子３３２を形成している。
【００９８】
図１１（ｂ）に示す平面構造をみると、電極３３６は図示左右方向（Ｙ軸方向）に延在する短冊状の導電膜であり、流路形成基板３０１に形成された圧力発生室３１２と平面的に重なって配置されている。またノズル基板１６のノズル開口１５も、圧力発生室３１２の平面領域内に配置されている。
【００９９】
このように本実施形態の流体噴射ヘッド３１０では、１つの圧力発生室３１２に対して１つのノズル開口１５と、１つの駆動素子３３２（振動板３３５及び電極３３６）とが設けられており、これらの構成要素が、流体噴射ヘッド３１０の動作時に駆動ＩＣ１５０Ｆから入力される電気信号に基づき流体噴射動作を行う流体噴射部３３１を構成している。
【０１００】
より詳細には、外部回路から入力された命令情報に基づいて、駆動ＩＣ１５０Ｆが選択した電極３３６に対して吐出する液滴の大きさに応じた電圧（駆動パルス）を印加する。すると、流路形成基板３０１は駆動ＩＣ１５０Ｆと電気的に接続されて一定の電圧に保持されているから、電極３３６と振動板３３５との間に電位差を生じ、この電位差に起因する静電気力によって可撓性の振動板３３５が電極３３６に引き寄せられる。これにより、圧力発生室３１２の容積が拡大され、リザーバ３２１から圧力発生室３１２へインクが流入する。その後、インクが十分供給されたタイミングで駆動ＩＣ１５０Ｆからの電圧印加を止めると、振動板３３５が静電気力から解放されて復元し、圧力発生室３１２に対して圧力が付与される。この圧力によってノズル開口１５から液滴が吐出される。その後、圧力発生室３１２及び供給路３１４内のインクの振動が収束すると流体噴射部３３１が吐出動作前の状態に戻るので、次の液滴の吐出を行えるようになる。
【０１０１】
以上の構成を具備した本実施形態の流体噴射ヘッド３１０は、先の実施形態と同様に、単結晶シリコン基板を基体とする対向基板３０２に、駆動ＩＣ１５０Ｆが直接形成されている。これにより、薄膜プロセスを用いて配線３３４等を形成することで容易に駆動ＩＣ１５０Ｆとの導電接続構造を形成できるので、電極３３６を高密度に配置しても容易に配線接続を行うことができる。また、駆動ＩＣ１５０Ｆにはパッケージが不要であることから、駆動ＩＣ１５０Ｆの占有面積を小さくすることができ、流体噴射ヘッド３１０の小型化を図ることができる。
【０１０２】
さらに本実施形態の場合、駆動ＩＣ１５０Ｆを内蔵しているので、外部接続端子３２７に引き出される配線が制御信号や電源のための配線に限定され、外部接続端子３２７の個数も少なくなるため、フレキシブル基板等の接続が容易になり、流体噴射ヘッド３１０と上位装置との接続構造についても簡素化できるという利点がある。
【０１０３】
また本実施形態においても、駆動ＩＣ１５０Ｆは、Ｘ軸方向に配列された一群の圧力発生室３１２からなる圧力発生室群の延在方向（Ｘ軸方向）に沿って配置されている。そして、この構成により、駆動ＩＣ１５０Ｆと電極３３６とを接続する配線３３４の長さがほぼ均等になっている。そのため、配線３３４の信号伝達特性に起因する誤差を解消するための制御を行う必要が無く、したがって駆動ＩＣ１５０Ｆにおける回路を簡素化し、駆動ＩＣ１５０Ｆを小型化できるものとなっている。
【０１０４】
なお、本実施形態においても、駆動ＩＣ１５０Ｆの形成位置を変更できるのはもちろんである。例えば、供給路３１４やリザーバ３２１と平面的に重なる領域に駆動ＩＣ１５０Ｆを形成することができる。
【０１０５】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について、図１２から図１４を参照して説明する。
図１２は本実施形態の流体噴射ヘッドの平面図であり、図１３は比較のために示す駆動ＩＣチップを備えた流体噴射ヘッドを対向基板側から見た平面図である。図１４（ａ）は図１２のＥ−Ｅ’線に沿う位置における流体噴射ヘッドを対向基板側から見た断面図であり、図１４（ｂ）は図１３のＦ−Ｆ’線に沿う位置における流体噴射ヘッドの断面図である。
なお、図１２から図１４において、先の実施形態と共通の構成要素には同一の符号を付し、それらの詳細な説明は省略する。
【０１０６】
図１２及び図１４（ａ）に示すように、本実施形態の流体噴射ヘッド２１０Ｃは、液滴が吐出されるノズル開口１５を備えたノズル基板１６と、ノズル基板１６の上面（＋Ｚ側）に接続されてインク流路を形成する流路形成基板２０１と、流路形成基板２０１の上面に接続されて圧電素子（駆動素子）１３０の駆動によって変位する振動板４００（弾性膜５０及び下電極膜６０）と、振動板４００の上面に接続されてリザーバ１００を形成する対向基板２０２Ｃと、対向基板２０２Ｃの上面（流路形成基板２０１と反対側面）に接合されたコンプライアンス基板３０と、を備えている。
【０１０７】
対向基板２０２Ｃは、単結晶シリコン基板（半導体基板）を基体としてなり、その流路形成基板２０１と反対側の面には半導体プロセスを用いて駆動ＩＣ１５０Ｇが形成されている。駆動ＩＣ１５０Ｇは、対向基板２０２Ｃの長手方向（Ｙ軸方向）に沿う矩形状の領域に形成されている。２つの駆動ＩＣ１５０Ｇに挟まれた領域に、対向基板２０２を貫通して弾性膜５０（振動板４００）に達する開口部２０ａが複数形成されている。本実施形態の場合、駆動ＩＣ１５０Ｇの長手方向に沿って配列された２つの開口部２０ａが、２つの駆動ＩＣ１５０Ｇのそれぞれに対応して形成されている。これら４つの開口部２０ａの底部には駆動ＩＣ１５０Ｇと接続される複数のリード電極９０がそれぞれ露出している。そして、これらの開口部２０ａを介したワイヤボンディングにより、対向基板２０２上の駆動ＩＣ１５０と、リード電極９０とが電気的に接続されている。
【０１０８】
図１２に示すように、対向基板２０２Ｃの駆動ＩＣ１５０Ｇが形成された面には、駆動ＩＣ１５０Ｇを外部機器と接続するための外部接続端子１２０が形成されている。複数の外部接続端子１２０は、対向基板２０２Ｃの長手方向の端部（短辺端）に配列されている。各々の外部接続端子１２０は、配線１２０ａを介して、対応する駆動ＩＣ１５０Ｇとそれぞれ電気的に接続されている。
【０１０９】
このように本実施形態の流体噴射ヘッド２１０Ｃは、第２実施形態の第２変形例に係る流体噴射ヘッド２１０Ｂの貫通電極１６０に代えて、ボンディングワイヤ２５１を用いて駆動ＩＣ１５０Ｇと圧電素子１３０（リード電極９０）とを電気的に接続した構成である。
【０１１０】
一方、図１３及び図１４（ｂ）に示す流体噴射ヘッド５１０は、駆動ＩＣチップ５５０を備えた従来構成の流体噴射ヘッドである。流体噴射ヘッド５１０は、液滴が吐出されるノズル開口１５を備えたノズル基板１６と、ノズル基板１６の上面（＋Ｚ側）に接続されてインク流路を形成する流路形成基板１０と、流路形成基板１０の上面に接続されて圧電素子（駆動素子）１３０の駆動によって変位する振動板４００（弾性膜５０及び下電極膜６０）と、振動板４００の上面に接続されてリザーバ１００を形成する対向基板５０２と、対向基板５０２の上面（流路形成基板１０と反対側面）に接合されたコンプライアンス基板３０と、を備えている。
【０１１１】
対向基板５０２には駆動ＩＣは形成されておらず、別途半導体チップとして用意された４つの駆動ＩＣチップ５５０が、対向基板５０２の図示上面（流路形成基板１０と反対側面）にフェースアップ方向に接着されている。そして、対向基板５０２を貫通して弾性膜５０に達する開口部５２０を介して引き回されたボンディングワイヤ５５１によって駆動ＩＣチップ５５０と開口部５２０ａ内のリード電極９０とが電気的に接続されている。また、対向基板５０２の長手方向に隣接する２つの駆動ＩＣチップ５５０同士もボンディングワイヤ５５２を介して電気的に接続されている。さらに、対向基板５０２の短辺端に形成された複数の外部接続端子１２０と駆動ＩＣチップ５５０とはボンディングワイヤ５５３を介して電気的に接続されている。
【０１１２】
以上の構成を備えた本実施形態の流体噴射ヘッド２１０Ｃの作用効果ついて、図１３に示す従来構成の流体噴射ヘッド５１０と比較しつつ以下に説明する。
【０１１３】
本実施形態の場合、駆動ＩＣ１５０Ｇとリード電極９０との接続に、従来と同様のワイヤボンディングを用いているが、駆動ＩＣ１５０Ｇが対向基板２０２Ｃに直接形成されていることで、従来よりも優れた効果を得られるものとなっている。
まず、本実施形態では、図１３及び図１４（ｂ）に示すような駆動ＩＣチップ５５０と対向基板５０２との接着が不要になる。駆動ＩＣチップ５５０の接着は、対向基板５０２に開口部５２０ａを形成した後に行われるため、開口部５２０ａ内に露出しているリード電極９０や対向基板５０２上の外部接続端子１２０にプライマー層の組成物や接着剤が付着し、これらを除去するための洗浄工程が必要になる。しかし洗浄を行うと、リード電極９０や外部接続端子１２０が洗浄剤に曝されるため、洗浄剤がリード電極９０や外部接続端子１２０に残ってしまう可能性がある。そして、これらのプライマー組成物や接着剤、洗浄剤の残渣があると、ワイヤボンディング時に接続不良を生じて歩留まりが低下するおそれがある。
【０１１４】
一方、駆動ＩＣチップ５５０をフェースアップ実装ではなくフリップチップ実装すれば、駆動ＩＣチップ５５０に対するワイヤボンディングは不要であるが、フリップチップ実装の工程が増えるために製造コストの点で不利になる。またいずれの実装方法でも実装に伴うプライマー工程や洗浄工程が必要であり、ワイヤボンディングされる端子上に残渣があれば、ワイヤボンディング工程の歩留まりを低下させる要因になる。
【０１１５】
これに対して、本実施形態の流体噴射ヘッド２１０Ｃでは、上述した接着工程が不要であることから接着工程に伴うプライマー工程や洗浄工程も不要になり、接続不良を生じることなくワイヤボンディングを確実に行うことができ、歩留まりよく製造することができる。
さらに本実施形態では、対向基板２０２Ｃの表面とリード電極９０との間でワイヤボンディングすればよいため、流体噴射ヘッド５１０に比してボンディングワイヤを引き回す高さが低くなり、ワイヤボンディングを容易に行えるようになる。
【０１１６】
また、図１２と図１３とを比較すれば明らかなように、本実施形態の流体噴射ヘッド２１０Ｃでは、駆動ＩＣ１５０Ｇが対向基板２０２上に直接形成されているため、対向基板２０２上に形成された配線１２０ａと駆動ＩＣ１５０Ｇとの接続にワイヤボンディングを用いる必要がない。また、駆動ＩＣチップ５５０間を接続するボンディングワイヤ５５２も不要である。したがって、本実施形態では、ワイヤボンディングを用いるにしても、ボンディングワイヤの本数を従来に比して減らすことができ、安価に製造できる流体噴射ヘッドを実現できる。
【０１１７】
また図１３に示す流体噴射ヘッド５１０では、ヘッド本体を構成する対向基板５０２上に駆動ＩＣチップ５５０を実装しているので、駆動ＩＣチップを外部に設ける場合に比して流体噴射ヘッド全体を小型化でき、外部機器と接続するための配線の本数を減らせるため取り扱いが容易になるという利点がある。これに対して本実施形態では、このような流体噴射ヘッド５１０と同様の利点が得られるのに加え、駆動ＩＣ１５０Ｇを駆動ＩＣチップ５５０に比較して小さく薄くすることができるので、流体噴射ヘッドのさらなる小型化、薄型化を実現することができる。
【０１１８】
次に、図１５を参照して第４の実施形態の変形例について説明する。図１５（ａ）は第１変形例に係る流体噴射ヘッド２１０Ｄの部分断面図である。図１５（ｂ）は第２変形例に係る流体噴射ヘッド２１０Ｅの部分断面図である。図１５（ｃ）は第３変形例に係る流体噴射ヘッド２１０Ｆの部分断面図である。
なお、図１５において、弾性膜５０と接着されている流路形成基板２０１及びノズル基板１６は図示を省略している。
【０１１９】
まず、図１５（ａ）に示す第１変形例に係る流体噴射ヘッド２１０Ｄは、図１２及び図１４（ａ）に示した流体噴射ヘッド２１０Ｃにおいて、対向基板２０２Ｃに形成された開口部２０ａの断面形状を変更したものである。すなわち、流体噴射ヘッド２１０Ｄでは、ボンディングワイヤ２５１が引き回される領域として、開口端側が広口の形状を有する開口部２０ｂが形成されている。このような形状の開口部２０ｂを備えた構成とすることで、リード電極９０へのキャピラリのアクセスが容易になるとともに、ボンディングワイヤ２５１と開口部２０ｂの開口端との干渉も生じにくくなるので、ボンディングの容易性が向上し、製造性に優れた流体噴射ヘッドとなる。
【０１２０】
次に、図１５（ｂ）に示す第２変形例に係る流体噴射ヘッド２１０Ｅは、図１５（ａ）に示した流体噴射ヘッド２１０Ｄのボンディングワイヤ２５１に代えて、フレキシブル回路基板２５５を用いて駆動ＩＣ１５０Ｇとリード電極９０（圧電素子１３０）とを接続している。フレキシブル回路基板２５５は、例えば、ポリイミドやポリエチレン等の樹脂材料からなる可撓性基板２５６と、可撓性基板２５６の一面又は両面に形成された接続配線２５７とを備えた構成である。
【０１２１】
このようにフレキシブル回路基板２５５を用いる場合には、圧着や異方性導電ペースト等の接着剤を用いた接着によりリード電極９０と駆動ＩＣ１５０Ｇとを接続することができる。この接着に先立ってプライマー工程を行ってもよい。本例の場合には、接着によってフレキシブル回路基板２５５が駆動ＩＣ１５０Ｇの端子及びリード電極９０と接続されるので、チップ実装とワイヤボンディングとを行う場合のような問題は生じない。したがって本例の流体噴射ヘッド２１０Ｅも歩留まりよく低コストに製造できるものとなる。
【０１２２】
なお、本例においても、対向基板２０２Ｃには開口端側が広口の開口部２０ｂが形成されており、このような形状の開口部２０ｂを備えていることで、フレキシブル回路基板２５５の屈曲角度を比較的小さくしてもリード電極９０と接続配線２５７とを接続することができる。したがって、フレキシブル回路基板２５５の実装が容易になるとともに接続不良の発生を効果的に抑えることができる。ただし、本例の流体噴射ヘッド２１０Ｅにおいて、断面略矩形状の開口部２０ａが形成されていてもよいのはもちろんである。
また、本例では、開口部２０ｂの両側にそれぞれフレキシブル回路基板２５５を配置した場合について説明したが、１枚のフレキシブル回路基板を用いてリード電極９０と駆動ＩＣ１５０Ｇとの接続構造を形成してもよいのはもちろんである。
【０１２３】
次に、図１５（ｃ）に示す第３変形例に係る流体噴射ヘッド２１０Ｆは、図１５（ａ）に示した流体噴射ヘッド２１０Ｄのボンディングワイヤ２５１に代えて、対向基板２０２Ｃの表面に形成された配線パターンからなる接続配線２５９を備えている。接続配線２５９は、例えばＣｕなどの金属配線パターンであり、例えばスパッタ法やＣＶＤ法を用いた成膜工程と、フォトリソグラフィ法とエッチング法によるパターニング工程とによって形成することができる。さらに、上記方法によってシード層をパターン形成し、このシード層上にめっき層を形成して接続配線２５９としてもよい。めっき法により接続配線２５９を形成することで、接続配線２５９の膜厚を増加させて配線抵抗を減少させることができるとともに、開口部２０ｂの内壁面とリード電極９０との境界部において断線が生じるのを効果的に防止することができる。また、接続配線２５９の形成に液滴吐出法（インクジェット法）を用いることもでき、液滴吐出法を用いれば接続配線２５９のパターンを直接描画することができるため製造工程の簡略化、及び製造コストの低減を図ることができる。
【０１２４】
本例において、対向基板２０２Ｃには開口端側が広口の開口部２０ｂが形成されており、このような形状の開口部２０ｂを備えていることで、接続配線２５９が傾斜面上に形成されることとなるので、段差による接続配線２５９の断線を防止することができ、リード電極９０と接続配線２５７とを確実に接続することができる。
【０１２５】
（流体噴射装置及び駆動ＩＣ１５０の具体例）
次に、先の実施形態の流体噴射ヘッド１１０を備えた流体噴射装置の一例であるインクジェットプリンタについて説明する。また、先の実施形態の駆動ＩＣ１５０の具体例として、流体噴射ヘッドの駆動ＩＣを含むインクジェットプリンタの制御装置についても説明する。なお、本実施形態で説明する駆動ＩＣの具体的構成は、他の実施形態の駆動ＩＣ１５０Ａ〜１５０Ｇにも適用することができる。
【０１２６】
図１６は、流体噴射ヘッド１１０を備えた流体噴射装置の一実施形態であるインクジェットプリンタ６００を示す図であり、図１７は、図１６に示した流体噴射ヘッド１１０と制御装置６６０との構成を示すブロック図である。
【０１２７】
図１６に示すように、インクジェットプリンタ６００は、装置本体６２０と、記録用紙Ｐを設置するトレイ６２１と、記録用紙Ｐを排出する排出口６２２とを有し、装置本体６２０の上部面に操作パネル６７０を有している。操作パネル６７０は、例えば液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＬＥＤランプ等で構成されたもので、エラーメッセージ等を表示する表示部（図示せず）と、各種スイッチ等で構成される操作部（図示せず）とを備えたものである。装置本体６２０の内部には、主に、往復動するヘッドユニット６３０を備えた印刷装置６４０と、記録用紙Ｐを１枚ずつ印刷装置６４０に送り込む給紙装置６５０と、印刷装置６４０および給紙装置６５０を制御する制御装置６６０とが設けられている。
【０１２８】
制御装置６６０の制御により、給紙装置６５０は、記録用紙Ｐを一枚ずつ間欠送りするようになっている。間欠送りされる記録用紙Ｐは、ヘッドユニット６３０の下部近傍を通過する。このとき、ヘッドユニット６３０が記録用紙Ｐの送り方向とほぼ直交する方向に往復移動し、記録用紙Ｐへの印刷を行うようになっている。すなわち、ヘッドユニット６３０の往復動と、記録用紙Ｐの間欠送りとが、印刷における主走査および副走査となり、インクジェット方式の印刷が行なわれるようになっている。
【０１２９】
印刷装置６４０は、ヘッドユニット６３０と、ヘッドユニット６３０の駆動源となるキャリッジモータ６４１と、キャリッジモータ６４１の回転を受けて、ヘッドユニット６３０を往復動させる往復動機構６４２とを備えたものである。ヘッドユニット６３０は、その下部に、多数のノズル開口１５を備える先の流体噴射ヘッド１１０と、この流体噴射ヘッド１１０にインクを供給するインクカートリッジ６３１と、流体噴射ヘッド１１０およびインクカートリッジ６３１を搭載したキャリッジ６３２とを有したものである。インクカートリッジ６３１として、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラック（黒）の４色のインクを充填したものを用いることにより、フルカラー印刷が可能となる。この場合、ヘッドユニット６３０には、各色にそれぞれ対応した流体噴射ヘッド１１０が設けられることになる。
【０１３０】
往復動機構６４２は、その両端がフレーム（図示せず）に支持されたキャリッジガイド軸６４３と、キャリッジガイド軸６４３と平行に延在するタイミングベルト６４４とを有したものである。キャリッジ６３２は、キャリッジガイド軸６４３に往復動自在に支持されるとともに、タイミングベルト６４４の一部に固定されたものである。キャリッジモータ６４１の作動により、プーリを介してタイミングベルト６４４を正逆走行させると、キャリッジガイド軸６４３に案内されて、ヘッドユニット６３０が往復動する。そして、この往復動の際に、流体噴射ヘッド１１０から適宜インクが吐出され、記録用紙Ｐへの印刷が行われるようになっている。
【０１３１】
給紙装置６５０は、その駆動源となる給紙モータ６５１と、給紙モータ６５１の作動により回転する給紙ローラ６５２とを有したものである。給紙ローラ６５２は、記録用紙Ｐの送り経路（記録用紙Ｐ）を挟んで上下に対向する従動ローラ６５２ａと、駆動ローラ６５２ｂとで構成されたものであり、駆動ローラ６５２ｂは、給紙モータ６５１に連結されたものである。このような構成によって給紙ローラ６５２は、トレイ６２１に設置した多数枚の記録用紙Ｐを、印刷装置６４０に向かって１枚ずつ送り込めるようになっている。なお、トレイ６２１に代えて、記録用紙Ｐを収容する給紙カセットを着脱自在に装着し得るような構成としてもよい。
【０１３２】
制御装置６６０は、例えばパーソナルコンピュータやディジタルカメラ等のホストコンピュータから入力された印刷データに基づいて、印刷装置６４０や給紙装置６５０等を制御することにより印刷を行うものである。
図１７に示すように、制御装置６６０は、コンピュータ等の上位装置から吐出条件等を受信するインターフェイス６６１と、ＤＲＡＭ（Dynamic ＲＡＭ）及びＳＲＡＭ（Static ＲＡＭ）からなり、各種データの記録を行うＲＡＭ６６２と、各種データ処理を行うためのルーチン等を記録したＲＯＭ６６３と、ＣＰＵ等からなる制御部６６４と、発振回路６６５と、流体噴射ヘッド１１０に供給する駆動波形としての駆動信号ＣＯＭを発生させる駆動信号生成部６６６と、インターフェイス６６７とを備えている。インタ−フェイス６６７は、ドットパターンデータに展開された記録データとしての吐出データを流体噴射ヘッド１１０に転送するとともに、キャリッジモータ６４１及び給紙モータ６５１を駆動するための駆動信号を往復動機構６４２及び給紙装置６５０のそれぞれに出力する。
【０１３３】
以上の構成の制御装置６６０において、コンピュータ等の上位装置から送られた吐出条件等はインターフェイス６６１を介してＲＡＭ６６２の一部として設けられた受信バッファに保持される。受信バッファに保持されたデータは、コマンド解析が行われてからＲＡＭ６６２の一部として設けられた中間バッファへ送られる。中間バッファ内では制御部６６４によって中間コードに変換された中間形式としてのデータが保持され、液滴の吐出位置等の情報を付加する処理が制御部６６４によって実行される。次に、制御部６６４は、中間バッファ内のデータを解析してデコード化した後、ドットパターンデータを出力バッファに展開し、記録させる。
【０１３４】
流体噴射ヘッド１１０の１スキャン分に相当するドットパターンデータが得られると、このドットパターンデータは、インターフェイス６６７を介して流体噴射ヘッド１１０にシリアル転送される。出力バッファから１スキャン分に相当するドットパターンデータが出力されると、中間バッファの内容が消去されて、次の中間コード変換が行われる。
【０１３５】
また、流体噴射ヘッド１１０に設けられた圧電素子１３０を駆動するための駆動信号ＣＯＭが駆動信号生成部６６６で生成され、インターフェイス６６７を介して流体噴射ヘッド１１０に転送される。さらに、ドットパターンデータに展開された吐出データＳＩが、発振回路６６５からのクロック信号ＣＬＫに同期してインターフェイス６６７を介して流体噴射ヘッド１１０に設けられた駆動ＩＣ１５０にシリアル出力される。以上の吐出データＳＩ、駆動信号ＣＯＭ、及びクロック信号ＣＬＫ以外に、後述するラッチ信号ＬＡＴ及びメモリ制御信号ＣＭがインターフェイス６６７から流体噴射ヘッド１１０に設けられた駆動ＩＣ１５０に出力される。
【０１３６】
駆動ＩＣ１５０は、シフトレジスタ１５６、ラッチ回路１５１、レベルシフタ１５２、スイッチ回路１５３、メモリ制御回路１５４、及びメモリ１５５を含んで構成されている。シフトレジスタ１５６は、制御装置６６０から転送されてきた吐出データＳＩをシリアル／パラレル変換するものである。ラッチ回路１５１は、制御装置６６０からラッチ信号ＬＡＴが出力された時に、シフトレジスタ１５６によってパラレル変換された吐出データＳＩをラッチする。レベルシフタ１５２は、ラッチ回路１５１から出力される吐出データＳＩをスイッチ回路１５３を駆動することができる電圧、例えば数十ボルト程度の所定の電圧まで昇圧する。
【０１３７】
スイッチ回路１５３は、レベルシフタ１５２から出力される吐出データＳＩに応じて、駆動信号ＣＯＭを圧電素子１３０に供給するか否かを制御する。つまり、スイッチ回路１５３内に設けられる各スイッチ素子に加わる吐出データＳＩの電圧レベルが「１」である期間中は、対応する圧電素子１３０に駆動信号ＣＯＭを印加し、吐出データＳＩの電圧レベルが「０」である期間中は、対応する圧電素子１３０への駆動信号ＣＯＭの印加を遮断する。
【０１３８】
メモリ制御回路１５４は、制御装置６６０から駆動ＩＣ１５０へ転送されてきてシフトレジスタ１５６から出力される吐出データＳＩを記憶部としてのメモリ１５５に記憶させる。吐出データＳＩをメモリ１５５に記憶させるか否かは、メモリ制御信号ＣＭによって制御される。なお、吐出データＳＩをメモリ１５５に記憶させる場合には、インターフェイス６６７からラッチ回路１５１へのラッチ信号ＬＡＴの出力は行われない。
また、メモリ制御回路１５４はメモリ制御信号ＣＭに基づいてメモリ１５５に記憶された吐出データＳＩを読み出して出力する。
【０１３９】
ここで、駆動ＩＣ１５０にメモリ１５５を設けて吐出データＳＩを記憶させるのは、液滴吐出時における制御装置６６０から駆動ＩＣ１５０へのデータ転送量を低減するとともに、データ転送速度を低下させるためである。つまり、液滴吐出時に吐出データＳＩの転送時間が液滴吐出に要する時間よりも長くなると、ノズル開口１５から液滴が吐出されず流体噴射ヘッドが停止している時間が生じて稼働率が低下する。これを防止するために、データ転送速度を速くするとノイズ等によりデータ化けが生じたり、輻射ノイズが増大するといった不具合も生ずる。これらの不具合を防止するため、本実施形態においては液滴吐出前に吐出データＳＩをあらかじめ流体噴射ヘッド１１０の駆動ＩＣ１５０に転送してメモリ１５５に記憶させておき、液滴吐出時にはメモリ１５５から吐出データＳＩを読み出して圧電素子１３０の動作を制御している。
【０１４０】
以上に、駆動ＩＣ１５０の具体的構成を説明したが、本発明に係る流体噴射ヘッドに内蔵される駆動ＩＣ１５０は、図１７に示した構成に限定されるものではない。例えば、駆動ＩＣ１５０に、上位装置である制御装置６６０に含まれる駆動信号生成部６６６の機能を備えた構成としてもよい。
また駆動ＩＣ１５０に代えて、図１７に示した複数の回路のうち一部のみを備えた駆動回路を設けてもよい。例えば、圧電素子１３０に電圧を印加するスイッチ回路のみを備えた駆動回路として構成してもよく、スイッチ回路とレベルシフタを備えたものとして構成してもよい。あるいはまた、図１７に示す構成からメモリ１５５とメモリ制御回路１５４とを省略した構成としてもよい。
【０１４１】
なお、図１６及び図１７では、流体噴射装置の一例として、インクジェットプリンタを示したが、本発明はこれに限らず、流体噴射ヘッドを組み込むことによって実現されるプリンタユニットに適用することも可能である。このようなプリンタユニットは、例えば、テレビ等の表示デバイスやホワイトボード等の入力デバイスに装着され、該表示デバイス又は入力デバイスによって表示若しくは入力された画像を印刷するために使用される。
【図面の簡単な説明】
【０１４２】
【図１】第１実施形態に係る流体噴射ヘッドの分解斜視図。
【図２】第１実施形態に係る流体噴射ヘッドの部分平面図。
【図３】図２のＡ−Ａ’断面図。
【図４】第１実施形態の変形例を示す平面図。
【図５】第１実施形態に係る流体噴射ヘッドの製造工程を示す図。
【図６】第１実施形態に係る流体噴射ヘッドの製造工程を示す図。
【図７】第２実施形態に係る流体噴射ヘッドの部分平面図。
【図８】図７のＢ−Ｂ’断面図。
【図９】第２実施形態の変形例を示す部分断面図。
【図１０】第３実施形態に係る流体噴射ヘッドの分解斜視図。
【図１１】第３実施形態に係る流体噴射ヘッドの部分断面図及び部分平面図。
【図１２】第４実施形態に係る流体噴射ヘッドの平面図。
【図１３】従来構成の流体噴射ヘッドの平面図。
【図１４】図１２及び図１３に対応する断面図。
【図１５】第４実施形態の第１から第３変形例を示す部分断面図。
【図１６】流体噴射装置の一例を示す斜視図。
【図１７】流体噴射装置及び流体噴射ヘッドの制御部を示す構成図。
【符号の説明】
【０１４３】
１０，１０Ａ，１０Ｂ，２０１，３０１ 流路形成基板、１０Ｋ，１１ 隔壁、１０ｓ シリコン基板、１２ 圧力発生室、１５ ノズル開口、１６ ノズル基板、２０ａ，２０ｂ 開口部、２０，２０２，２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃ，３０２ 対向基板、２４ 凹部、６０ 下電極膜、７０ 圧電体膜、８０ 上電極膜、９０ リード電極、１００ リザーバ、１１０，２１０，２１０Ａ，２１０Ｂ，２１０Ｃ，２１０Ｄ，２１０Ｅ，２１０Ｆ，３１０ 流体噴射ヘッド、１２０，３２７ 外部接続端子、１３０ 圧電素子、１３１ 保護膜、１５０，１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃ，１５０Ｄ，１５０Ｅ，１５０Ｆ，１５０Ｇ 駆動ＩＣ（駆動回路）、１６０ 貫通電極、２５１ ボンディングワイヤ（接続配線）、２５５ フレキシブル回路基板、２５６ 可撓性基板、２５７，２５９ 接続配線、３１２ 圧力発生室、３２１ リザーバ、３３５，４００ 振動板、６００ インクジェットプリンタ、６６０ 制御装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体噴射ヘッド、流体噴射ヘッドの製造方法、及び流体噴射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットプリンタの心臓部品である流体噴射ヘッドの構成は、大きく分けて２種類ある。一つはサーマルジェット方式であり、他の一つはピエゾ方式である。ピエゾ方式では、ピエゾ素子という電圧印加によって変形する圧電素子を利用してキャビティに溜めたインクを吐出する機構を有する（例えば特許文献１，２参照）。そして、印字品質の高精細化、低コスト化、小型化を目指して開発が進められている。
【特許文献１】特開２００３−２０５６１８号公報
【特許文献２】特開２００３−２００５７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
流体噴射ヘッドでは、通常、ヘッド上に駆動ＩＣが実装されており、かかる駆動ＩＣから圧電素子に電力を供給することでキャビティを変形させてインク吐出動作を行うようになっている。この駆動ＩＣは比較的大きな面積を有しているため、圧電素子を覆うようにして封止基板を配設し、この封止基板上に駆動ＩＣを実装した上で駆動ＩＣと圧電素子とをワイヤボンディングにより接続している。しかし、このような特許文献１，２記載の流体噴射ヘッドにおいて採用されている構造には、以下のような問題がある。
【０００４】
まず、特許文献１記載の流体噴射ヘッドでは、比較的厚みのある封止基板上に、駆動ＩＣをフェースアップ実装しているため、封止基板と駆動ＩＣの厚さ分の段差を乗り越えるようにワイヤボンディングする必要があり、技術的に難易度が高く、製造歩留まりを向上させるのが困難である。
【０００５】
次に、特許文献２記載の流体噴射ヘッドでは、配線が形成された対向基板上に駆動ＩＣをフリップチップ実装し、対向基板上の配線と圧電素子とをワイヤボンディングしているため、ワイヤボンディングは比較的容易になるものの、対向基板のコストが上昇する。
【０００６】
また、駆動ＩＣをヘッドに実装しているためにヘッドの小型化が容易ではなく、さらには、圧電素子の実装密度がワイヤボンディング可能な範囲に制限されるため高精細化が困難であるという問題もある。
【０００７】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、小型化、高精細化を容易に実現でき、安価に製造できる流体噴射ヘッドとその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するために、ノズル開口に連通する圧力発生室が形成された流路形成基板と、前記流路形成基板の一方の面に振動板を介して設けられた駆動素子と、前記駆動素子に電力を供給する駆動回路とを備えた流体噴射ヘッドであって、前記流路形成基板が半導体基板を基体としてなり、前記半導体基板に、前記駆動回路が形成されていることを特徴とする。
この構成によれば、流体噴射ヘッドの要部を成す流路形成基板の基体となる半導体基板に、直接駆動回路が形成されているので、従来の半導体チップを用いる構成のようにワイヤボンディングを用いる必要が無くなる。したがって、ワイヤボンディングのために確保する空間が不要となって流体噴射ヘッドを小型化することができる。また、ワイヤボンディングの加工精度に起因する制限が無くなるため、狭ピッチで駆動素子及びノズル開口を形成して高精細化することもできる。さらに、ワイヤボンディングの加工難易性に起因する高コスト化も防ぐことができる。
【０００９】
前記流路形成基板に、複数の前記圧力発生室を配列してなる圧力発生室群が形成されており、前記駆動回路が、前記圧力発生室群の側方に、前記圧力発生室群の延在方向に沿って形成されていることが好ましい。
このような構成とすることで、圧力発生室に対応して設けられる複数の駆動素子の間で駆動回路まで引き回される配線の長さが均等になるので、駆動回路による制御を簡素化することができ、これにより駆動回路を小型化して流体噴射ヘッドを小型化することができる。
【００１０】
前記流路形成基板に、複数の前記圧力発生室を配列してなる圧力発生室群が複数形成されており、前記駆動回路が、複数の前記圧力発生室群の間の領域に形成されていることが好ましい。
この構成によれば、複数の圧力発生室群に対応する駆動素子の駆動制御を１つの駆動回路により行うことができるので、流体噴射ヘッドの小型化に有利な構成となる。また、複数の圧力発生室群に対して均等な距離に駆動回路を配置できるため制御の簡素化にも有利である。
【００１１】
前記流路形成基板に、複数の前記圧力発生室を配列してなる圧力発生室群と、前記圧力発生室群の前記各圧力発生室に連通するリザーバと、が形成されており、前記駆動回路が、前記圧力発生室群と前記リザーバとの間の領域に形成されている構成としてもよい。
通常、圧力発生室とリザーバとの間には両者を連通する供給路が形成されるが、このように供給路が形成されている領域と平面的に重なる位置に駆動回路を形成してもよい。これにより、流路形成基板上の領域を有効に利用して駆動回路を形成することができ、流体噴射ヘッドの小型化に有利な構成となる。
【００１２】
前記流路形成基板に、複数の前記圧力発生室を配列してなる圧力発生室群と、前記圧力発生室群の前記各圧力発生室に連通するリザーバと、が形成されており、前記駆動回路が、前記リザーバの少なくとも一部と平面的に重なる領域に形成されている構成としてもよい。
このようにリザーバと平面的に重なる領域に駆動回路を形成すれば、比較的大きな平面領域を確保できるので、比較的大規模な駆動回路であっても形成可能になり、流体噴射ヘッドの多機能化が容易になる。
【００１３】
本発明の流体噴射ヘッドは、ノズル開口に連通する圧力発生室が形成された流路形成基板と、前記流路形成基板の一方の面に振動板を介して設けられた駆動素子と、前記駆動素子に電力を供給する駆動回路とを備えた流体噴射ヘッドであって、前記流路形成基板の前記駆動素子側に、半導体基板を基体としてなる対向基板を有しており、前記半導体基板に前記駆動回路が形成されていることを特徴とする。
すなわち本発明では、このように流路形成基板とともに流体噴射ヘッドの要部を成す対向基板に駆動回路が形成されていてもよい。このような構成とした場合にも、流路形成基板に駆動回路を形成したのと同様の作用効果を得ることができる。
またこの構成では、前記対向基板が、流路形成基板とともに駆動素子を封止する構成とすることもできるので、駆動素子の保護が良好になされ、信頼性に優れた流体噴射ヘッドが得られる。
【００１４】
前記対向基板の前記駆動素子側の面に前記駆動回路が形成されている構成としてもよい。
このような構成とすれば、対向基板を流路形成基板と接着する際に、駆動回路と駆動素子とを電気的に接続することができるので、導電接続の容易性が向上し、製造性に優れる流体噴射ヘッドとすることができる。
【００１５】
前記対向基板の前記駆動素子と反対側の面に前記駆動回路が形成されており、前記対向基板に、前記対向基板を厚さ方向に貫通する貫通電極が形成され、前記貫通電極を介して前記駆動回路と前記駆動素子とが電気的に接続されている構成としてもよい。
駆動回路を駆動素子と反対側の面に形成している場合には、このように対向基板を貫通する貫通電極を設け、かかる貫通電極を介して駆動回路と駆動素子とを電気的に接続する構成としてもよい。この構成によれば、対向基板における駆動回路の形成面が他の構成部材や製造工程上の都合で限定されてしまう場合にも駆動回路と駆動素子との導電接続の容易性を損なうことがない。
【００１６】
前記対向基板の前記駆動素子側の面に、前記対向基板を前記流路形成基板と接合したときに前記駆動素子を収容する凹部が形成されており、前記駆動回路が、前記凹部と平面的に重なる領域に形成されている構成としてもよい。
対向基板に駆動回路を形成する場合にも、他の構成要素と平面的に重なる位置に駆動回路を形成することができる。これにより、駆動回路を形成するための領域を効率よく確保できるため、流体噴射ヘッドの小型化を図れる。あるいは、駆動回路の形成領域を比較的大きく確保できるため、駆動回路の多機能化が容易になる。
【００１７】
前記対向基板の前記駆動素子と反対側の面に前記駆動回路が形成されるとともに、前記対向基板を厚さ方向に貫通して前記駆動素子に達する開口部が形成されており、前記駆動回路と前記駆動素子とが、前記開口部を経由する接続配線を介して電気的に接続されている構成とすることができる。
このような構成とした場合にも、対向基板に駆動回路を形成するので、ＩＣチップを実装する工程が不要となり、工数を削減できる。また、接着に伴う工程（プライマー工程や洗浄工程）を省略できるため、接着工程に起因する不良の発生を抑え、歩留まりを向上も期待できる。
【００１８】
前記駆動回路と前記駆動素子とがワイヤボンディングされている構成とすることもできる。
従来、半導体チップの形態で駆動回路が実装されていた流体噴射ヘッドでは、駆動回路を含めたヘッド全体を小型化するために、半導体チップを流体噴射ヘッドの本体（封止基板、対向基板）に接着することが必要であった。しかし、このような半導体チップの接着を行うと、接着剤に起因する不良の発生を防止するための洗浄工程が必要になり、そうすると、洗浄工程に起因するワイヤボンディングの不良が発生しやすくなるという問題があった。
これに対して本発明では、対向基板の流路形成基板と反対側の面に駆動回路を直接形成しているので、半導体チップの接着工程とそれに伴う洗浄工程はいずれも不要になる。したがって、駆動素子の端子が接着剤や洗浄剤により汚染されることがなく、ワイヤボンディングの接続不良を低減できる。
よって本発明の構成によれば、従来よりも簡便な工程で駆動回路と駆動素子とを接続することができ、歩留まりよく製造できる流体噴射ヘッドを提供することができる。
【００１９】
前記接続配線が可撓性基板上に形成されており、前記開口部の段差に沿って前記可撓性基板が配置されている構成とすることもできる。このような構成とした場合にも、従来より簡便な工程で駆動回路と駆動素子とを容易に接続することができる。
【００２０】
前記接続配線が前記対向基板の表面に形成されている構成とすることもできる。
このような構成とすれば、ワイヤボンディングや可撓性基板も不要になり、極めて容易に駆動回路と駆動素子とを電気的に接続することができる。
【００２１】
前記開口部の内壁面が前記駆動回路から前記駆動素子に向かう傾斜面であることが好ましい。
このような構成とすることで、開口部が駆動回路の形成された面に向かって広口になるので、ワイヤボンディング、可撓性基板、成膜のいずれにより接続配線を構成した場合にも、駆動回路から駆動素子に至る接続配線の引き回しが容易になる。特に、接続配線を対向基板表面に直接形成する場合に、接続配線の断線を防止する点で有用な構成となる。
【００２２】
次に本発明の流体噴射ヘッドの製造方法は、ノズル開口に連通する圧力発生室が形成された流路形成基板と、前記流路形成基板の一方の面に振動板を介して設けられた駆動素子と、前記駆動素子に電力を供給する駆動回路とを備えた流体噴射ヘッドの製造方法であって、前記流路形成基板の基体となる半導体基板の一面側に前記駆動回路を形成する工程と、前記半導体基板の前記駆動回路側の面に、前記駆動回路と電気的に接続される駆動素子を形成する工程と、前記駆動素子及び前記駆動回路を覆う保護膜を形成する工程と、前記保護膜と反対側の前記半導体基板の面を部分的に除去して前記圧力発生室を形成する工程と、を有することを特徴とする。
この製造方法によれば、駆動回路が形成された半導体基板に対して、駆動回路に悪影響を与えることなく圧力発生室を形成することができる。したがって本製造方法によれば、製造歩留まりを低下させることなく、本発明の流体噴射ヘッドを製造することができる。
【００２３】
前記保護膜を形成した後、前記圧力発生室を形成する前に、前記半導体基板を、前記保護膜と反対側の面から薄くする工程を有していてもよい。
この製造方法によれば、駆動回路に悪影響を与えることなく半導体基板を薄板化して流路形成基板を製造できるので、薄型の流路形成基板を備えた薄型の流体噴射ヘッドを歩留まりよく製造することができる。
【００２４】
本発明の流体噴射ヘッドの製造方法は、ノズル開口に連通する圧力発生室が形成された流路形成基板と、前記流路形成基板に対向配置された対向基板と、前記流路形成基板の一方の面に振動板を介して設けられた駆動素子と、前記駆動素子に電力を供給する駆動回路とを備えた流体噴射ヘッドの製造方法であって、半導体基板の一面側に前記駆動回路を形成して前記対向基板を作製する工程と、前記流路形成基板の一方の面に前記駆動素子を形成する工程と、前記対向基板の前記駆動回路が形成された面と、前記流路形成基板の前記駆動素子側の面とを接合することで、前記駆動回路の端子と前記駆動素子とを電気的に接続する工程と、を有することを特徴とする。
この製造方法によれば、駆動回路が形成された半導体基板に対して、駆動回路に悪影響を与えることなく圧力発生室を形成することができる。したがって本製造方法によれば、対向基板に駆動回路を備える場合であっても、製造歩留まりを低下させることなく、本発明の流体噴射ヘッドを製造することができる。
【００２５】
本発明の流体噴射ヘッドの製造方法は、ノズル開口に連通する圧力発生室が形成された流路形成基板と、前記流路形成基板に対向配置された対向基板と、前記流路形成基板の一方の面に振動板を介して設けられた駆動素子と、前記駆動素子に電力を供給する駆動回路とを備えた流体噴射ヘッドの製造方法であって、半導体基板の一面側に前記駆動回路を形成し、前記駆動回路と電気的に接続されるとともに前記半導体基板を厚さ方向に貫通する貫通電極を形成して前記対向基板を作製する工程と、前記流路形成基板の一方の面に前記駆動素子を形成する工程と、前記対向基板の前記駆動回路と反対側の面と、前記流路形成基板の前記駆動素子側の面とを接合することで、前記貫通電極と前記駆動素子とを電気的に接続する工程と、を有することを特徴とする。
この製造方法によれば、対向基板の駆動素子と反対側の面に駆動回路が形成されている流体噴射ヘッドにおいて、駆動回路と駆動素子とを容易かつ確実に導電接続することができる。したがって、本発明の流体噴射ヘッドを歩留まりよく製造することができる。
【００２６】
本発明の流体噴射装置は、先に記載の本発明の流体噴射ヘッドを備えたことを特徴とする。
この構成によれば、小型化あるいは多機能化された流体噴射ヘッドを備える構成となるので、小型あるいは高性能の流体噴射装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の流体噴射ヘッド及び流体噴射装置の実施の形態を、図１ないし図６を参照して説明する。
なお、以降の説明では図面を用いて各種の構造を例示するが、これらの図面に示される構造は特徴的な部分を分かりやすく示すために実際の構造に対して、寸法・縮尺を異ならせて示す場合がある。
【００２８】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る流体噴射ヘッドの要部を分解して示す斜視図である。図２は、図１に対応する素子基板の平面図である。図３は、図２のＡ−Ａ’線に沿う位置における流体噴射ヘッドの断面図である。
なお、以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。水平面内における所定方向をＸ軸方向、水平面内においてＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれに直交する方向（すなわち鉛直方向）をＺ軸方向とする。
【００２９】
本実施形態の流体噴射ヘッド１１０は、インク（流体）を液滴状にしてノズルから吐出するものである。
図１から図３に示すように、流体噴射ヘッド１１０は、液滴が吐出されるノズル開口１５を備えたノズル基板１６と、ノズル基板１６の上面（＋Ｚ側）に接続されてインク流路を形成する流路形成基板１０と、流路形成基板１０の上面に接続されて圧電素子（駆動素子）１３０の駆動によって変位する振動板４００と、振動板４００の上面に接続されてリザーバ１００を形成する対向基板２０と、対向基板２０の上面（流路形成基板１０と反対側面）に接合されたコンプライアンス基板３０と、を備えている。
【００３０】
本実施形態の流体噴射ヘッド１１０では、図１及び図３に示すように、流路形成基板１０の圧電素子１３０側の面に、半導体プロセスを用いて、駆動ＩＣ１５０が形成されている。また、流路形成基板１０上の一辺端に沿った位置に、外部回路と駆動ＩＣ１５０とを電気的に接続する外部接続端子１２０が形成されている。流体噴射ヘッド１１０の動作は、外部接続端子１２０を介して駆動ＩＣ１５０に接続された図示略の制御装置によって制御される。
【００３１】
流路形成基板１０には、複数の平面視略櫛歯状の開口領域が区画形成されており、これらの開口領域のうち、Ｘ軸方向に延びて形成された部分が、ノズル基板１６と振動板４００とにより囲まれて圧力発生室１２を形成している。また、上記平面視略櫛歯状の開口領域のうち、図示Ｙ軸方向に延びて形成された部分が、対向基板２０と流路形成基板１０とにより囲まれてリザーバ１００を形成している。
【００３２】
流路形成基板１０の図示下面側（−Ｚ側）の開口領域を覆うようにノズル基板１６が流路形成基板１０の下面に、接着剤や熱溶着フィルムを介して接合されている。ノズル基板１６には、液滴を吐出する複数のノズル開口１５が設けられており、複数のノズル開口１５は図示Ｙ軸方向に配列されている。本実施形態の場合、Ｙ軸方向に配列された一群のノズル開口１５からなる２組のノズル開口群が、Ｘ軸方向に関して互いに対向するように配置されている。
【００３３】
図１に示すように、流路形成基板１０の内側には、その中央部からＸ方向に延びる複数の隔壁１１が形成されている。本実施形態の場合、流路形成基板１０はシリコンによって形成されており、複数の隔壁１１は、流路形成基板１０の母材である単結晶シリコン基板を異方性エッチングにより加工して形成されたものである。複数の隔壁１１を有する流路形成基板１０と、ノズル基板１６と、振動板４００とにより区画された複数の空間が圧力発生室１２である。
【００３４】
圧力発生室１２とノズル開口１５とは、各々対応して設けられている。すなわち、圧力発生室１２は、複数のノズル開口１５に対応するようにＹ軸方向に複数並んで設けられており、図示Ｙ軸方向に配列された一群の圧力発生室１２からなる２組の圧力発生室群がＸ軸方向に並んで配置されている。
【００３５】
複数の圧力発生室１２のＸ軸方向基板中央部側の端部は隔壁１０Ｋによって閉塞されている。一方、圧力発生室１２のＸ軸方向基板外縁部側の端部は互いに接続するように集合され、リザーバ１００と接続されている。リザーバ１００は、図２及び図３に示すインク導入口２５と、ノズル開口１５に連通する圧力発生室１２との間でインクを一時的に保持するものである。リザーバ１００は、対向基板２０にＹ軸方向に延びる平面視矩形状に形成されたリザーバ部２１と、流路形成基板１０にＹ軸方向に延びる平面視矩形状に形成された連通部１３とから構成されている。
【００３６】
リザーバ１００の連通部１３は、各々の圧力発生室１２と供給路１４を介して接続されており、一群の圧力発生室１２を構成する複数の圧力発生室１２の共通のインク室を形成している。図３に示すインクの経路をみると、ヘッド外端上面に開口するインク導入口２５から導入されたインクは、導入路２６を経てリザーバ１００に流れ込み、さらに供給路１４を通じて複数の圧力発生室１２のそれぞれに供給されるようになっている。
【００３７】
流路形成基板１０のうち、基板中央部の隔壁１０Ｋの上面（＋Ｚ側面）には、駆動ＩＣ１５０が形成されている。先に記載のように、流路形成基板１０は半導体基板である単結晶シリコン基板を基体としているので、通常の半導体プロセスを用いてダイオードやトランジスタ、インバータ、キャパシタ等を形成することができ、これらの半導体素子によりシフトレジスタやラッチ回路、スイッチ回路、メモリ回路等を構成することで、圧電素子１３０を駆動する駆動ＩＣ１５０を構成できる。
【００３８】
流路形成基板１０と対向基板２０との間に配置された振動板４００は、流路形成基板１０側から順に弾性膜５０と下電極膜６０とを積層した構造を備えている。流路形成基板１０側に配される弾性膜５０は、例えば酸化シリコン膜からなるものであり、弾性膜５０上に形成される下電極膜６０は、例えば金属膜からなるものである。本実施形態において、下電極膜６０は、流路形成基板１０と対向基板２０との間に配される複数の圧電素子１３０の共通電極として機能するようになっている。
【００３９】
液滴吐出動作に際して振動板４００を変形させる圧電素子１３０は、図１及び図３に示すように、下電極膜６０側から順に圧電体膜７０と、上電極膜８０とを積層した構造を備えている。圧電体膜７０の厚さは例えば１μｍ程度、上電極膜８０の厚さは例えば０．１μｍ程度である。
なお、圧電素子１３０の概念としては、圧電体膜７０及び上電極膜８０に加えて、下電極膜６０を含むものであってもよい。下電極膜６０は圧電素子１３０として機能する一方、振動板４００としても機能するからである。本実施形態では、弾性膜５０及び下電極膜６０が振動板４００として機能する構成を採用しているが、弾性膜５０を省略して下電極膜６０が弾性膜としても機能する構成とすることもできる。
【００４０】
圧電素子１３０（圧電体膜７０及び上電極膜８０）は、複数のノズル開口１５及び圧力発生室１２のそれぞれに対応するように複数設けられている。すなわち図２に示すように、Ｙ軸方向に複数並んで設けられた一群の圧力発生室１２に各々対応するようにして一群の圧電素子１３０が形成されている。
【００４１】
図２に示すように、流路形成基板１０の駆動ＩＣ１５０は、基板中央部のＹ軸方向に延びる矩形状の領域に位置しており、駆動ＩＣ１５０のＹ軸方向の辺縁に沿って圧電素子１３０が配列されている。そして、駆動ＩＣ１５０の辺縁部からそれぞれの圧電素子１３０の上電極膜８０上に延びるようにして形成されたリード電極９０によって、駆動ＩＣ１５０と各々の圧電素子１３０とが電気的に接続されている。具体的には、図３に示すように、駆動ＩＣ１５０を覆って形成された弾性膜５０に開口された貫通孔５０ａを介して、駆動ＩＣ１５０に形成された図示略のパッドとリード電極９０とが電気的に接続され、圧電素子１３０側に延びたリード電極９０は圧電素子１３０の側壁を経由して乗り上げた上電極膜８０の上面で圧電素子１３０と電気的に接続されている。
【００４２】
また、駆動ＩＣ１５０は、図２に示すように、外部接続端子１２０側の端部において下電極膜６０と平面的に重なって配置されている。そして、これらが重なる領域の弾性膜５０に開口された貫通孔５０ｂを介して、駆動ＩＣ１５０に形成された図示略のパッドと下電極膜６０とが電気的に接続されている。したがって、駆動ＩＣ１５０は、圧電素子１３０の共通電極である下電極膜６０の電位も制御するようになっている。
なお、下電極膜６０は駆動ＩＣ１５０ではなく外部接続端子１２０と電気的に接続されていてもよい。この場合、下電極膜６０の電位は、外部接続端子１２０を介して接続される制御装置によって制御されることになる。
【００４３】
図１及び図３に示すように、圧電素子１３０を含む振動板４００上の領域を覆って、対向基板２０が設けられている。対向基板２０の圧電素子１３０側には、流路形成基板１０と接合したときに圧電素子１３０を収容する凹部２４が形成されている。凹部２４は、圧電素子１３０の運動を阻害しない程度の空間を確保でき、その空間を密封できるように形成されている。また、凹部２４の外側に、Ｙ軸方向（圧電素子１３０の配列方向）に沿って延びるリザーバ部２１が形成されている。
【００４４】
対向基板２０は、流路形成基板１０とともに流体噴射ヘッド１１０の基体を成す部材であるから剛体とすることが好ましく、対向基板２０を形成する材料として流路形成基板１０と略同一の熱膨張率を有する材料を用いることがより好ましい。本実施形態の場合、流路形成基板１０が単結晶シリコン基板からなるものであるから、それと同一材料の単結晶シリコン基板が好適である。単結晶シリコン基板を用いた場合、異方性エッチングにより容易に高精度の加工を施すことが可能であるため、凹部２４やリザーバ部２１を容易に形成できるという利点が得られる。その他、ガラス、セラミック材料等を用いて対向基板２０を作製することもできる。
【００４５】
対向基板２０の上面（流路形成基板１０と反対側面）には、封止膜３１と固定板３２とを積層した構造のコンプライアンス基板３０が接合されている。コンプライアンス基板３０において、内側（対向基板２０側）に配される封止膜３１は、剛性が低く可撓性を有する材料（例えば、厚さ６μｍ程度のポリフェニレンスルフィドフィルム）からなり、封止膜３１によってリザーバ部２１（リザーバ１００）の上部が封止されている。他方、外側に配される固定板３２は、金属等の硬質の材料（例えば、厚さ３０μｍ程度のステンレス鋼）からなる板状部材である。
【００４６】
固定板３２には、リザーバ１００に対応する平面領域を切り欠いてなる開口部３３が形成されており、この構成によりリザーバ１００の上部は、可撓性を有する封止膜３１のみで封止され、内部圧力の変化によって変形可能な可撓部２２となっている。可撓部２２はリザーバ１００内を一定圧力に保持するために設けられたものである。つまり、圧電素子１３０の駆動時のインクの流れや周囲の熱などによってリザーバ１００内に生じる圧力変化を、可撓性の封止膜３１のみよって封止された可撓部２２を撓み変形させて吸収するようになっている。可撓部２２以外の部分は固定板３２によって十分な強度に保持されている。
【００４７】
対向基板２０及び固定板３２の＋Ｙ側の端部には、対向基板２０及び固定板３２を一部矩形状に切り欠いた凹状部からなる接続端子部４４が形成されている。この接続端子部４４により、流路形成基板１０上の外部接続端子１２０が露出されて外部の制御装置と接続可能になっている。
【００４８】
そして、リザーバ１００の外側のコンプライアンス基板３０上には、リザーバ１００に機能液を供給するためのインク導入口２５が形成されており、対向基板２０には、インク導入口２５とリザーバ１００の側壁とを連通する導入路２６が設けられている。
【００４９】
上述した構成を有する流体噴射ヘッド１１０により機能液の液滴を吐出するには、流体噴射ヘッド１１０に接続された外部コントローラ（図示略）によってインク導入口２５に接続された不図示のインク供給装置を駆動してリザーバ１００にインクを供給する。リザーバ１００に供給されたインクは、ノズル開口１５に至るまでの流体噴射ヘッド１１０の内部流路を満たす。
また、前記外部コントローラは、外部接続端子１２０を介して接続された駆動ＩＣ１５０に、駆動電力や指令信号を送信する。指令信号等を受信した駆動ＩＣ１５０は、外部コントローラからの指令に基づく駆動信号を、リード電極９０を介して導電接続された各々の圧電素子１３０に送信する。
すると、圧力発生室１２に対応するそれぞれの下電極膜６０と上電極膜８０との間に電圧が印加される結果、弾性膜５０、下電極膜６０及び圧電体膜７０に変位が生じ、この変位によって対応する圧力発生室１２の容積が変化して内部圧力が高まり、ノズル開口１５より液滴が吐出される。
【００５０】
以上の構成を備えた本実施形態の流体噴射ヘッド１１０は、基材として用いられている流路形成基板１０に半導体プロセスを用いて形成された駆動ＩＣ１５０を備えており、この駆動ＩＣに設けられた端子と圧電素子１３０とをリード電極９０を介して接続している。したがって本実施形態では、従来の駆動ＩＣチップを実装する構成で必須とされていたワイヤボンディングが不要であり、ワイヤボンディングの実装可能範囲を超える集積度で圧電素子１３０を配置しても、フォトリソグラフィ工程とエッチング工程とによってリード電極９０を正確な位置に正確な寸法で形成することが可能であるため、問題なく配線を引き回すことができ、流体噴射ヘッド１１０の解像度を高めることができる。したがって本実施形態によれば、高精細の画像形成や機能膜のパターン形成が可能な流体噴射ヘッド１１０を得ることができる。
【００５１】
また、狭ピッチのワイヤボンディングは困難性が高く、高コストであるが、本発明では、成膜プロセス等を用いて一括にリード電極９０を形成できるため、圧電素子１３０を高集積化しても製造コストの上昇を抑えることができる。
【００５２】
また本実施形態では、流路形成基板１０と振動板４００とに、駆動ＩＣ１５０及び圧電素子１３０が実装されており、さらに駆動ＩＣ１５０と外部コントローラとを接続する外部接続端子１２０も流路形成基板１０に形成されているので、対向基板２０には実装端子や配線が不要である。そのため、従来に比して対向基板２０の構成を簡略化することができ、対向基板２０の製造性や製造コストの点で有利な構成である。
【００５３】
なお、対向基板２０は、凹部２４によって圧電素子１３０を外部環境と遮断しているので、圧電素子１３０を封止する封止部材としても機能するものである。対向基板２０によって圧電素子１３０を封止することで、水分等の外部環境による圧電素子１３０の特性劣化等を防止することができる。本実施形態では、凹部２４の内部を密封状態にしただけであるが、例えば、凹部２４内の空間を真空にしたり、あるいは窒素又はアルゴン雰囲気等とすることにより、凹部２４内を低湿度に保持する構成も採用でき、これらの構成により圧電素子１３０の劣化をさらに効果的に防止することができる。
【００５４】
また本実施形態では、駆動ＩＣ１５０を流路形成基板１０に直接形成しているので、駆動ＩＣチップのようなパッケージが不要であることから、流路形成基板１０上の極めて狭小な領域であっても容易に形成することができ、圧電素子１３０の集積度を高めて多数の圧電素子１３０を形成する場合にも容易に対応可能である。あるいは、従来駆動ＩＣチップを実装するために確保されていた領域が不要になることから、流体噴射ヘッドを小型化することもできる。
【００５５】
また本実施形態では、一方向に配列されて圧力発生室群を構成する圧力発生室１２の配列方向に沿って、駆動ＩＣ１５０が設けられている。この構成により、圧力発生室１２に対応して設けられる圧電素子１３０と駆動ＩＣ１５０とを接続するリード電極９０をほぼ同じ長さの配線とすることができる。これにより、信号伝達特性に起因する誤差を解消するための制御が不要になり、駆動ＩＣ１５０による制御を簡素化することができる。したがって、駆動ＩＣ１５０を小型化することもでき、流体噴射ヘッド１１０の小型化を図ることができる。
【００５６】
なお、本実施形態では隔壁１０Ｋの振動板４００側の面に駆動ＩＣ１５０を形成しているが、上述したように、駆動ＩＣ１５０は単結晶シリコン基板上に直接形成されているためパッケージが不要で、狭小な領域でも形成することが可能である。したがって例えば、図２に示した圧力発生室１２を区画している隔壁１１上に半導体素子を形成して駆動ＩＣを構成してもよい。また、駆動ＩＣ１５０を複数の領域に分割して形成することもできる。例えば、圧電素子１３０を駆動するスイッチング素子を圧電素子１３０に隣接する隔壁１１上にそれぞれ形成し、その他のラッチ回路やメモリ回路等の機能素子を外部接続端子１２０の近傍に集合させた構成とすることができる。
【００５７】
さらに他の形態としては、図４に示すような駆動ＩＣの配置が採用できる。図４は、本実施形態の変形例としての流体噴射ヘッドに備えられる流路形成基板１０Ａ、１０Ｂの概略平面図である。
図４（ａ）に示す流路形成基板１０Ａは、基板長手方向に配列形成された複数の圧力発生室１２と、圧力発生室１２と連通する連通部１３（リザーバ）と、駆動ＩＣ１５０Ａとを備えており、駆動ＩＣ１５０Ａが、圧力発生室１２と、連通部１３との間の基板上に、圧力発生室１２の配列方向（Ｙ軸方向）に沿って延在している。
【００５８】
図２に示したように、圧力発生室１２と連通部１３との間には供給路１４が形成されているが、供給路１４は、図示された基板面と反対側の面に形成されており、駆動ＩＣ１５０Ａは表面から１μｍ程度の深さまでしか使用しない。そのため、このように駆動ＩＣ１５０Ａを供給路１４と平面的に重なる領域に形成することもできる。このような構成とすることで、駆動ＩＣ１５０Ａの形成領域を比較的大きく確保することができるため、駆動ＩＣ１５０Ａを大規模化することも容易になる。したがって、本例によれば流体噴射ヘッドを多機能化することも容易になる。
【００５９】
次に、図４（ｂ）に示す流路形成基板１０Ｂは、基本構成は図４（ａ）に示す流路形成基板１０Ａと共通であるが、駆動ＩＣ１５０Ｂが、連通部１３と平面的に重なる領域の流路形成基板１０上に形成されている。この場合、連通部１３は駆動ＩＣ１５０Ｂが形成された領域では流路形成基板１０Ｂを貫通しておらず、図示とは反対側の基板面に形成された凹部からなり、駆動ＩＣ１５０Ｂはこの凹部の底壁部を含む部分の流路形成基板１０上に形成されている。
【００６０】
先の実施形態では、リザーバ１００を連通部１３とリザーバ部２１とにより構成してリザーバ部容量を確保していたが、リザーバ容量を十分に確保できるならば、連通部１３は流路形成基板１０Ｂを貫通していなくてもよい。そこで本実施形態では、対向基板２０側との接続部となる連通孔１３ａのみが基板を貫通する構成とし、対向基板２０側（＋Ｚ側）となる流路形成基板１０の表面を駆動ＩＣ１５０Ｂの形成領域として利用可能にしているのである。そして、このように駆動ＩＣ１５０Ｂを連通部１３と一部平面的に重なるように形成することで、流体噴射ヘッドの小型化を図ることができる。また、駆動ＩＣ１５０Ｂの形成領域を大きく確保できるので、駆動ＩＣの大規模化が容易であり、流体噴射ヘッドの多機能化も容易である。
【００６１】
［流体噴射ヘッドの製造方法］
次に、図５及び図６を参照して第１実施形態の流体噴射ヘッドの製造方法について説明する。
図５及び図６は、第１実施形態の流体噴射ヘッドの製造工程の一部を示す断面工程図である。
【００６２】
流体噴射ヘッド１１０を製造するには、まず、図５（ａ）に示すように、単結晶シリコン基板（シリコンウェハ）１０ｓを用意し、単結晶シリコン基板１０ｓの一面側に、半導体プロセスを用いてトランジスタやダイオード、キャパシタを作製することで、圧電素子１３０を駆動する駆動ＩＣ１５０を形成する。
【００６３】
次に、図５（ｂ）に示すように、単結晶シリコン基板１０ｓの駆動ＩＣ１５０が形成された側の面に、シリコン酸化物からなる弾性膜５０を形成し、さらに弾性膜５０上に金属材料からなる下電極膜６０をパターン形成する。
【００６４】
次に、下電極膜６０上に、ＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、等からなる圧電体膜７０と、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｕ、Ａｇ等の金属材料からなる上電極膜８０とを形成し、これらをパターニングすることで、図５（ｃ）に示すように、複数の圧電素子１３０を形成する。
【００６５】
次に、図５（ｄ）に示すように、駆動ＩＣ１５０上の弾性膜５０に、駆動ＩＣ１５０の端子（図示略）に通じる貫通孔５０ａ（及び貫通孔５０ｂ）を開口する。またこのとき、リザーバ１００が形成される領域の下電極膜６０の開口部内に位置する弾性膜５０も除去しておく。
【００６６】
次に、図５（ｅ）に示すように、圧電素子１３０の上電極膜８０から駆動ＩＣ１５０上の貫通孔５０ａに至るリード電極９０を、ＡｌやＡｇなどの金属材料を用いて形成する。これにより、駆動ＩＣ１５０の端子とリード電極９０とが接続されて駆動ＩＣ１５０と圧電素子１３０の上電極膜８０とが電気的に接続される。
【００６７】
次に、図６（ａ）に示すように、単結晶シリコン基板１０ｓの圧電素子１３０側の全面に、レジスト等の樹脂材料を用いて保護膜１３１を形成する。
次いで、図６（ｂ）に示すように、単結晶シリコン基板１０ｓの圧電素子１３０が形成されたのとは反対側の面からエッチング処理を施す。これにより、単結晶シリコン基板１０ｓが初期板厚５００μｍ程度から１００〜２００μｍ程度に薄板化される。
【００６８】
次に、図６（ｃ）に示すように、薄板化した単結晶シリコン基板１０ｓに、ＫＯＨ溶液を用いた異方性エッチング処理を施すことで、単結晶シリコン基板１０ｓを所定形状にパターニングする。これにより、圧力発生室１２や連通部１３、これらを接続する供給路１４が形成され、流路形成基板１０となる。
なお、異方性エッチング処理とは、エッチング速度がエッチング方向により異なることを利用してなされるエッチングであり、単結晶シリコンをエッチングする場合、Ｓｉ（１００）面のエッチング速度がＳｉ（１１１）面に比較して約４０倍以上速いことを利用したエッチング方法である。各溝部の深さは、エッチング時間により容易に調整することができる。
【００６９】
そして、図６（ｄ）に示すように、保護膜１３１を除去した後、流路形成基板１０のノズル基板１６を接着し、ノズル基板１６と反対側の面に、別途作製した対向基板２０を接着する。その後、対向基板２０の流路形成基板１０と反対側の面に、コンプライアンス基板３０を接着することで、本実施形態の流体噴射ヘッドを製造することができる。
【００７０】
以上に説明した流体噴射ヘッド１１０の製造方法では、当初は標準的な厚さの単結晶シリコン基板１０ｓを用いて、半導体プロセスによって駆動ＩＣ１５０を形成しており、圧電素子１３０等を形成した後に、単結晶シリコン基板１０ｓを薄板化してヘッドを構成する流路形成基板１０としての厚さを得ている。したがって、本実施形態によれば、半導体プロセスによる駆動ＩＣ１５０の形成工程や、圧電素子１３０の形成工程を、厚い単結晶シリコン基板に対して実施することができるので、基板の取り回しが容易であり、また高い製造歩留まりも期待できる製造方法となる。
【００７１】
また、図５（ｃ）〜図５（ｅ）に示した工程において、駆動ＩＣ１５０と圧電素子１３０との導電接続を、圧電素子１３０から引き回したリード電極９０により実現しているので、ワイヤボンディング工程が不要であるばかりでなく、圧電素子１３０が高密度に配置されている場合であっても、簡便な工程で正確に駆動ＩＣ１５０に接続することができるようになっている。
【００７２】
また、図６（ｄ）において流路形成基板１０と接着される対向基板２０には、配線や電極が不要であるため、単結晶シリコン基板のエッチング加工により容易に製造することができ、低コストに対向基板２０を製造することができる。
【００７３】
（第２の実施形態）
次に、本発明の流体噴射ヘッドの第２の実施形態について、図７から図９を参照して説明する。
先の第１実施形態では流路形成基板１０に駆動ＩＣが形成されていたのに対して、本実施形態の流体噴射ヘッド２１０では、対向基板に駆動ＩＣが形成されている。
【００７４】
図７は、本発明の第２の実施形態である流体噴射ヘッドを構成する対向基板を流路形成基板側から見た部分平面図であり、図８は、図７のＢ−Ｂ’線に沿う位置における流体噴射ヘッドの断面図である。
なお、以下で参照する図面において、図１から図３と共通の構成要素には同一の符号を付し、それらの詳細な説明は省略する。
【００７５】
図７及び図８に示すように、本実施形態の流体噴射ヘッド２１０は、液滴が吐出されるノズル開口１５を備えたノズル基板１６と、ノズル基板１６の上面（＋Ｚ側）に接続されてインク流路を形成する流路形成基板２０１と、流路形成基板２０１の上面に接続されて圧電素子（駆動素子）１３０の駆動によって変位する振動板４００と、振動板４００の上面に接続されてリザーバ１００を形成する対向基板２０２と、対向基板２０２の上面（流路形成基板２０１と反対側面）に接合されたコンプライアンス基板３０と、を備えている。
【００７６】
流路形成基板２０１は、第１実施形態に係る流路形成基板１０から駆動ＩＣ１５０を省略したものである。
一方、対向基板２０２は、その基本構成は第１実施形態に係る対向基板２０と共通であるが、図７に示すように、対向基板２０２の長手方向（Ｙ軸方向）に延びて形成された２つの凹部２４の間に、圧電素子１３０を駆動する駆動ＩＣ（駆動回路）１５０Ｃが形成されている。すなわち、単結晶シリコン基板（半導体基板）を基体としてなる対向基板２０２の流路形成基板２０１側となる面に、半導体プロセスを用いて駆動ＩＣ１５０Ｃが形成されている。
【００７７】
駆動ＩＣ１５０Ｃは、第１実施形態に係る駆動ＩＣ１５０と同様、シフトレジスタやラッチ回路、スイッチ回路、メモリ回路等を備えている。また駆動ＩＣ１５０Ｃの周縁部には、圧電素子１３０から延びるリード電極９０と電気的に接続するパッド１５０ａが駆動ＩＣ１５０Ｃの長辺（Ｙ軸方向に延びる辺）に沿って複数形成されており、さらに、下電極膜６０や外部接続端子１２０に通じる配線と電気的に接続するパッド１５０ｂが駆動ＩＣ１５０Ｃの短辺（Ｘ軸方向に延びる辺）に沿って複数形成されている。
【００７８】
具体的には、図８に示すように、対向基板２０２の駆動ＩＣ１５０Ｃのパッド１５０ａと、弾性膜５０上に形成されたリード電極９０の一端とが、平面的に重なるように配置されている。そして、これらパッド１５０ａとリード電極９０とは、対向基板２０２と圧電素子１３０が設けられた流路形成基板２０１とを貼り合わせる際に、基板厚さ方向（Ｚ軸方向）で対向し、両者が直接又は導電材料を介して接続されるようになっている。パッド１５０ａとリード電極９０との導電接続に用いる導電材料としては、異方性導電フィルム（ＡＣＰ）や異方性導電ペースト（ＡＣＰ）等を例示することができる。
【００７９】
なお、対向基板２０２が圧電素子１３０を封止する封止部材としても機能するのは先の第１実施形態と同様であり、これにより水分等の外部環境による圧電素子１３０の特性劣化等を防止することができる。また、凹部２４内の空間を真空にしたり、あるいは窒素又はアルゴン雰囲気等とすることができるのも第１実施形態と同様である。
【００８０】
以上の構成を備えた本実施形態の流体噴射ヘッド２１０においても、流体噴射ヘッド２１０の要部を構成する対向基板２０２に、駆動ＩＣ１５０Ｃが直接形成されているので、従来の駆動ＩＣチップを実装する構成で必須とされていたワイヤボンディングが不要であり、ワイヤボンディングの実装可能範囲を超える集積度で圧電素子１３０を配置しても、リード電極９０と確実に接続することができ、高解像度の流体噴射ヘッドを実現することができる。したがって本実施形態によれば、高精細の画像形成や機能膜のパターン形成が可能な流体噴射ヘッド２１０を得ることができる。また、ワイヤボンディングを不要としたことで、高精細化したときのコスト上昇を抑えることができる。
【００８１】
また本実施形態では、駆動ＩＣ１５０Ｃを対向基板２０２に直接形成しているので、駆動ＩＣチップのようなパッケージが不要であることから、対向基板２０２上の極めて狭小な領域であっても容易に形成することができ、圧電素子１３０の集積度を高めて多数の圧電素子１３０を形成する場合にも容易に対応可能である。あるいは、従来駆動ＩＣチップを実装するために確保されていた領域が不要になることから、流体噴射ヘッドを小型化することができる。
【００８２】
なお、本実施形態では、外部接続端子１２０が流路形成基板２０１に形成されており、パッド１５０ｂを介して駆動ＩＣ１５０Ｃと外部接続端子１２０とが電気的に接続されている構成としたが、外部接続端子１２０は対向基板２０２に設けてもよい。この場合に外部接続端子の形成位置は、外部接続端子への外部回路の接続が妨げられない範囲で任意の位置に設けることができ、流路形成基板２０１側の面であっても、その反対側の面であっても構わない。
【００８３】
また、本実施形態の流体噴射ヘッドにおける対向基板２０２の製造方法は、先の第１実施形態における流路形成基板１０の製造工程と同様に、駆動ＩＣを形成する工程と、凹部やリザーバ部を形成するための加工を施す工程と、半導体基板を薄板化する工程と、により実施できる。
具体的には、半導体基板の一面側に駆動ＩＣ１５０Ｃを形成した後、駆動ＩＣの両側に凹部２４及びリザーバ部２１を異方性エッチング処理により形成した後、駆動ＩＣ１５０Ｃとは反対側の面から半導体基板を薄板化することで対向基板２０２を製造することができる。
【００８４】
また、本実施形態の流体噴射ヘッドについても、その構成に種々の変更を加えることができる。
図９（ａ）及び図９（ｂ）は、第２実施形態に係る流体噴射ヘッドの第１及び第２の変形例をそれぞれ示す部分断面図である。なお、図９に示す各図では、弾性膜５０と接着されている流路形成基板２０１及びノズル基板１６は図示を省略している。
【００８５】
まず、図９（ａ）に示す第１の変形例に係る流体噴射ヘッド２１０Ａは、対向基板２０２Ａとして、弾性膜５０とは反対側の面（図示上面）に、駆動ＩＣ１５０Ｄが形成されたものを備えている。駆動ＩＣ１５０Ｄの具体的構成は、先の駆動ＩＣ１５０（１５０Ａ〜Ｃ）と同様である。
【００８６】
第１の変形例に係る対向基板２０２Ａでは、圧電素子１３０とは反対側の面に駆動ＩＣ１５０Ｄが形成されているため、駆動ＩＣ１５０Ｄと圧電素子１３０との導電接続構造を形成するための貫通電極１６０と、電極配線１６１とが形成されている。貫通電極１６０は、例えばめっき法により形成されたＣｕ電極であり、シリコン基板に貫通電極を形成する公知の方法を用いて形成することができる。電極配線１６１は、ＡｌやＡｇなどからなり、駆動ＩＣ１５０Ｄの図示略の端子と、貫通電極１６０の一端とを電気的に接続する。そして、対向基板２０２Ａを貫通して弾性膜５０側に露出する貫通電極１６０の他端は、対向基板２０２Ａを流路形成基板２０１と接着する際に、貫通電極１６０と平面的に重なる位置に設けられているリード電極９０と直接又は他の導電材料を介して電気的に接続されるようになっている。
【００８７】
このように、本実施形態では、駆動ＩＣ１５０Ｄを圧電素子１３０とは反対側の面に備えた対向基板２０２Ａを用いることもでき、かかる対向基板２０２Ａを備えた流体噴射ヘッド２１０Ａにおいても、先の実施形態の流体噴射ヘッド２１０と同様の作用効果を得ることができる。
【００８８】
また、本例の流体噴射ヘッド２１０Ａは、第２実施形態に係る流体噴射ヘッド２１０とは逆に、凹部２４と反対側の面に駆動ＩＣ１５０Ｄが形成されているため、凹部２４やリザーバ部２１を形成する工程で駆動ＩＣ１５０Ｄ側の面に加工を施す必要がない。そのため、エッチング液等が駆動ＩＣ１５０Ｄに悪影響を与えるのを避けることができ、製造性の点で有利な構成となっている。
【００８９】
次に、図９（ｂ）に示す第２の変形例である流体噴射ヘッド２１０Ｂは、第１の変形例である流体噴射ヘッド２１０Ａとほぼ同様の構成を備えているが、２つの駆動ＩＣ１５０Ｅが設けられている構成である。それぞれの駆動ＩＣ１５０Ｅは、電極配線１６１を介して貫通電極１６０と電気的に接続されており、貫通電極１６０はリード電極９０と電気的に接続されている。このような構造により、圧電素子１３０と駆動ＩＣ１５０Ｅとが電気的に接続されている。
【００９０】
そして、本例の場合、駆動ＩＣ１５０Ｅが凹部２４と一部平面的に重なる領域に形成されている。半導体プロセスを用いて形成される駆動ＩＣ１５０Ｅは、単結晶シリコン基板の表層から１μｍ程度の深さまでしか使用しないため、このように凹部２４が形成されている領域であっても、問題なく配置することができる。したがって、図９（ａ）、（ｂ）を比較すれば明らかなように、対向基板２０２Ｂでは基板中央部における貫通電極１６０，１６０間の距離を狭くすることができ、流体噴射ヘッドを小型化できるようになっている。
【００９１】
（第３の実施形態）
次に、図１０及び図１１を参照して本発明の第３の実施形態について説明する。
図１０は、本実施形態の流体噴射ヘッドの分解斜視図である。図１１（ａ）は、本実施形態の流体噴射ヘッドの部分断面図である。図１１（ｂ）は、本実施形態の流体噴射ヘッドの部分平面図である。なお、図１１（ａ）は（ｂ）のＣ−Ｃ’線に沿う位置に対応し、図１１（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ’矢視に対応する図である。また図１０及び図１１において、先の実施形態と共通の構成要素には同一の符号を付し、それらの詳細な説明は省略する。
【００９２】
本実施形態の流体噴射ヘッド３１０は、複数のノズル開口１５が配列形成されたノズル基板１６と、流路形成基板３０１と、対向基板３０２とを互いの対向面で接着した構成を備えている。ノズル基板１６には、ノズル開口１５が２列に並んで配列されている。各列のノズル開口１５の配列方向が本実施形態ではＸ軸方向に一致し、ノズル開口１５の列がＸ軸方向と直交するＹ軸方向に関して並んでいる。
【００９３】
流路形成基板３０１は、ノズル基板１６側の面に形成された複数の溝部を有している。具体的には、ノズル開口１５に対応してＸ軸方向に配列された複数の圧力発生室３１２と、圧力発生室３１２の外側に圧力発生室３１２の配列方向（Ｘ軸方向）に沿って延在するリザーバ３２１と、圧力発生室３１２とリザーバ３２１とを接続する供給路３１４とからなる溝部が、ノズル開口１５の各列に対応してＸ軸対称に２つ形成されている。
流路形成基板３０１は導電性を付与された単結晶シリコン基板を基体としてなるものであり、圧力発生室１２、リザーバ３２１、及び供給路３１４は、前記単結晶シリコン基板に対して異方性エッチング処理を施すことで形成されたものとなっている。
【００９４】
対向基板３０２は、単結晶シリコン基板を基体としてなり、その流路形成基板３０１側となる面には、流路形成基板３０１の圧力発生室３１２にそれぞれ対応して設けられた複数の電極３３６と、複数の電極３３６と配線３３４を介して電気的に接続された駆動ＩＣ１５０Ｆと、を備えている。また対向基板３０２の図示手前側（−Ｘ側）の辺端部には、外部接続端子３２７が設けられており、外部接続端子３２７と駆動ＩＣ１５０Ｆとは配線３３７を介して電気的に接続されている。また駆動ＩＣ１５０Ｆから延びる配線３３８の端部には、流路形成基板３０１と電気的に接続される電極端子３３９が形成されている。
【００９５】
駆動ＩＣ１５０Ｆは、図１１（ａ）に示すように、対向基板３０２の流路形成基板３０１側の表層部に形成されており、先の実施形態の駆動ＩＣ１５０（１５０Ａ〜Ｆ）と同様に、半導体プロセスを用いて形成されたスイッチ回路やラッチ回路、メモリ回路等を備えている。駆動ＩＣ１５０Ｆは、配線３３４を介して電極３３６に電気信号を供給し、流体噴射ヘッド３１０のノズル開口１５から液滴を吐出させるための電気信号の供給動作を行うものである。
【００９６】
流路形成基板３０１の圧力発生室３１２側の面にノズル基板１６が接着されており、流路形成基板３０１の圧力発生室３１２、リザーバ３２１、及び供給路３１４は、それぞれノズル基板１６との間に空間を形成している。圧力発生室３１２は、ノズル基板１６に形成されたノズル開口１５と連通している。また、流路形成基板３０１の図示下面側には、溝部３２６が形成されており、流路形成基板３０１と対向基板３０２とを接合したときに溝部３２６と対向基板３０２との間に形成される空間に、対向基板３０２上に形成された電極３３６が収容されている。溝部３２６は、その内側に収容する電極３３６の厚さより大きい深さに形成されており、溝部３２６の底壁部と電極３３６とは、所定の間隔をもって離間されている。
【００９７】
流路形成基板３０１の両面には、圧力発生室３１２と溝部３２６とが形成されているので、それらに挟まれる底壁部は薄層化されており、この薄層化された部位が流体噴射ヘッド３１０の動作時に撓曲する振動板３３５となっている。振動板３３５と電極３３６とは、所定間隔に離間されて配置されており、溝部３２６は、流体噴射ヘッド３１０の動作時に撓曲する振動板３３５の動作空間となる。このような構成のもと、振動板３３５と電極３３６とが、圧力発生室３１２内に圧力変化を生じさせる駆動素子３３２を形成している。
【００９８】
図１１（ｂ）に示す平面構造をみると、電極３３６は図示左右方向（Ｙ軸方向）に延在する短冊状の導電膜であり、流路形成基板３０１に形成された圧力発生室３１２と平面的に重なって配置されている。またノズル基板１６のノズル開口１５も、圧力発生室３１２の平面領域内に配置されている。
【００９９】
このように本実施形態の流体噴射ヘッド３１０では、１つの圧力発生室３１２に対して１つのノズル開口１５と、１つの駆動素子３３２（振動板３３５及び電極３３６）とが設けられており、これらの構成要素が、流体噴射ヘッド３１０の動作時に駆動ＩＣ１５０Ｆから入力される電気信号に基づき流体噴射動作を行う流体噴射部３３１を構成している。
【０１００】
より詳細には、外部回路から入力された命令情報に基づいて、駆動ＩＣ１５０Ｆが選択した電極３３６に対して吐出する液滴の大きさに応じた電圧（駆動パルス）を印加する。すると、流路形成基板３０１は駆動ＩＣ１５０Ｆと電気的に接続されて一定の電圧に保持されているから、電極３３６と振動板３３５との間に電位差を生じ、この電位差に起因する静電気力によって可撓性の振動板３３５が電極３３６に引き寄せられる。これにより、圧力発生室３１２の容積が拡大され、リザーバ３２１から圧力発生室３１２へインクが流入する。その後、インクが十分供給されたタイミングで駆動ＩＣ１５０Ｆからの電圧印加を止めると、振動板３３５が静電気力から解放されて復元し、圧力発生室３１２に対して圧力が付与される。この圧力によってノズル開口１５から液滴が吐出される。その後、圧力発生室３１２及び供給路３１４内のインクの振動が収束すると流体噴射部３３１が吐出動作前の状態に戻るので、次の液滴の吐出を行えるようになる。
【０１０１】
以上の構成を具備した本実施形態の流体噴射ヘッド３１０は、先の実施形態と同様に、単結晶シリコン基板を基体とする対向基板３０２に、駆動ＩＣ１５０Ｆが直接形成されている。これにより、薄膜プロセスを用いて配線３３４等を形成することで容易に駆動ＩＣ１５０Ｆとの導電接続構造を形成できるので、電極３３６を高密度に配置しても容易に配線接続を行うことができる。また、駆動ＩＣ１５０Ｆにはパッケージが不要であることから、駆動ＩＣ１５０Ｆの占有面積を小さくすることができ、流体噴射ヘッド３１０の小型化を図ることができる。
【０１０２】
さらに本実施形態の場合、駆動ＩＣ１５０Ｆを内蔵しているので、外部接続端子３２７に引き出される配線が制御信号や電源のための配線に限定され、外部接続端子３２７の個数も少なくなるため、フレキシブル基板等の接続が容易になり、流体噴射ヘッド３１０と上位装置との接続構造についても簡素化できるという利点がある。
【０１０３】
また本実施形態においても、駆動ＩＣ１５０Ｆは、Ｘ軸方向に配列された一群の圧力発生室３１２からなる圧力発生室群の延在方向（Ｘ軸方向）に沿って配置されている。そして、この構成により、駆動ＩＣ１５０Ｆと電極３３６とを接続する配線３３４の長さがほぼ均等になっている。そのため、配線３３４の信号伝達特性に起因する誤差を解消するための制御を行う必要が無く、したがって駆動ＩＣ１５０Ｆにおける回路を簡素化し、駆動ＩＣ１５０Ｆを小型化できるものとなっている。
【０１０４】
なお、本実施形態においても、駆動ＩＣ１５０Ｆの形成位置を変更できるのはもちろんである。例えば、供給路３１４やリザーバ３２１と平面的に重なる領域に駆動ＩＣ１５０Ｆを形成することができる。
【０１０５】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について、図１２から図１４を参照して説明する。
図１２は本実施形態の流体噴射ヘッドの平面図であり、図１３は比較のために示す駆動ＩＣチップを備えた流体噴射ヘッドを対向基板側から見た平面図である。図１４（ａ）は図１２のＥ−Ｅ’線に沿う位置における流体噴射ヘッドを対向基板側から見た断面図であり、図１４（ｂ）は図１３のＦ−Ｆ’線に沿う位置における流体噴射ヘッドの断面図である。
なお、図１２から図１４において、先の実施形態と共通の構成要素には同一の符号を付し、それらの詳細な説明は省略する。
【０１０６】
図１２及び図１４（ａ）に示すように、本実施形態の流体噴射ヘッド２１０Ｃは、液滴が吐出されるノズル開口１５を備えたノズル基板１６と、ノズル基板１６の上面（＋Ｚ側）に接続されてインク流路を形成する流路形成基板２０１と、流路形成基板２０１の上面に接続されて圧電素子（駆動素子）１３０の駆動によって変位する振動板４００（弾性膜５０及び下電極膜６０）と、振動板４００の上面に接続されてリザーバ１００を形成する対向基板２０２Ｃと、対向基板２０２Ｃの上面（流路形成基板２０１と反対側面）に接合されたコンプライアンス基板３０と、を備えている。
【０１０７】
対向基板２０２Ｃは、単結晶シリコン基板（半導体基板）を基体としてなり、その流路形成基板２０１と反対側の面には半導体プロセスを用いて駆動ＩＣ１５０Ｇが形成されている。駆動ＩＣ１５０Ｇは、対向基板２０２Ｃの長手方向（Ｙ軸方向）に沿う矩形状の領域に形成されている。２つの駆動ＩＣ１５０Ｇに挟まれた領域に、対向基板２０２を貫通して弾性膜５０（振動板４００）に達する開口部２０ａが複数形成されている。本実施形態の場合、駆動ＩＣ１５０Ｇの長手方向に沿って配列された２つの開口部２０ａが、２つの駆動ＩＣ１５０Ｇのそれぞれに対応して形成されている。これら４つの開口部２０ａの底部には駆動ＩＣ１５０Ｇと接続される複数のリード電極９０がそれぞれ露出している。そして、これらの開口部２０ａを介したワイヤボンディングにより、対向基板２０２上の駆動ＩＣ１５０と、リード電極９０とが電気的に接続されている。
【０１０８】
図１２に示すように、対向基板２０２Ｃの駆動ＩＣ１５０Ｇが形成された面には、駆動ＩＣ１５０Ｇを外部機器と接続するための外部接続端子１２０が形成されている。複数の外部接続端子１２０は、対向基板２０２Ｃの長手方向の端部（短辺端）に配列されている。各々の外部接続端子１２０は、配線１２０ａを介して、対応する駆動ＩＣ１５０Ｇとそれぞれ電気的に接続されている。
【０１０９】
このように本実施形態の流体噴射ヘッド２１０Ｃは、第２実施形態の第２変形例に係る流体噴射ヘッド２１０Ｂの貫通電極１６０に代えて、ボンディングワイヤ２５１を用いて駆動ＩＣ１５０Ｇと圧電素子１３０（リード電極９０）とを電気的に接続した構成である。
【０１１０】
一方、図１３及び図１４（ｂ）に示す流体噴射ヘッド５１０は、駆動ＩＣチップ５５０を備えた従来構成の流体噴射ヘッドである。流体噴射ヘッド５１０は、液滴が吐出されるノズル開口１５を備えたノズル基板１６と、ノズル基板１６の上面（＋Ｚ側）に接続されてインク流路を形成する流路形成基板１０と、流路形成基板１０の上面に接続されて圧電素子（駆動素子）１３０の駆動によって変位する振動板４００（弾性膜５０及び下電極膜６０）と、振動板４００の上面に接続されてリザーバ１００を形成する対向基板５０２と、対向基板５０２の上面（流路形成基板１０と反対側面）に接合されたコンプライアンス基板３０と、を備えている。
【０１１１】
対向基板５０２には駆動ＩＣは形成されておらず、別途半導体チップとして用意された４つの駆動ＩＣチップ５５０が、対向基板５０２の図示上面（流路形成基板１０と反対側面）にフェースアップ方向に接着されている。そして、対向基板５０２を貫通して弾性膜５０に達する開口部５２０を介して引き回されたボンディングワイヤ５５１によって駆動ＩＣチップ５５０と開口部５２０ａ内のリード電極９０とが電気的に接続されている。また、対向基板５０２の長手方向に隣接する２つの駆動ＩＣチップ５５０同士もボンディングワイヤ５５２を介して電気的に接続されている。さらに、対向基板５０２の短辺端に形成された複数の外部接続端子１２０と駆動ＩＣチップ５５０とはボンディングワイヤ５５３を介して電気的に接続されている。
【０１１２】
以上の構成を備えた本実施形態の流体噴射ヘッド２１０Ｃの作用効果ついて、図１３に示す従来構成の流体噴射ヘッド５１０と比較しつつ以下に説明する。
【０１１３】
本実施形態の場合、駆動ＩＣ１５０Ｇとリード電極９０との接続に、従来と同様のワイヤボンディングを用いているが、駆動ＩＣ１５０Ｇが対向基板２０２Ｃに直接形成されていることで、従来よりも優れた効果を得られるものとなっている。
まず、本実施形態では、図１３及び図１４（ｂ）に示すような駆動ＩＣチップ５５０と対向基板５０２との接着が不要になる。駆動ＩＣチップ５５０の接着は、対向基板５０２に開口部５２０ａを形成した後に行われるため、開口部５２０ａ内に露出しているリード電極９０や対向基板５０２上の外部接続端子１２０にプライマー層の組成物や接着剤が付着し、これらを除去するための洗浄工程が必要になる。しかし洗浄を行うと、リード電極９０や外部接続端子１２０が洗浄剤に曝されるため、洗浄剤がリード電極９０や外部接続端子１２０に残ってしまう可能性がある。そして、これらのプライマー組成物や接着剤、洗浄剤の残渣があると、ワイヤボンディング時に接続不良を生じて歩留まりが低下するおそれがある。
【０１１４】
一方、駆動ＩＣチップ５５０をフェースアップ実装ではなくフリップチップ実装すれば、駆動ＩＣチップ５５０に対するワイヤボンディングは不要であるが、フリップチップ実装の工程が増えるために製造コストの点で不利になる。またいずれの実装方法でも実装に伴うプライマー工程や洗浄工程が必要であり、ワイヤボンディングされる端子上に残渣があれば、ワイヤボンディング工程の歩留まりを低下させる要因になる。
【０１１５】
これに対して、本実施形態の流体噴射ヘッド２１０Ｃでは、上述した接着工程が不要であることから接着工程に伴うプライマー工程や洗浄工程も不要になり、接続不良を生じることなくワイヤボンディングを確実に行うことができ、歩留まりよく製造することができる。
さらに本実施形態では、対向基板２０２Ｃの表面とリード電極９０との間でワイヤボンディングすればよいため、流体噴射ヘッド５１０に比してボンディングワイヤを引き回す高さが低くなり、ワイヤボンディングを容易に行えるようになる。
【０１１６】
また、図１２と図１３とを比較すれば明らかなように、本実施形態の流体噴射ヘッド２１０Ｃでは、駆動ＩＣ１５０Ｇが対向基板２０２上に直接形成されているため、対向基板２０２上に形成された配線１２０ａと駆動ＩＣ１５０Ｇとの接続にワイヤボンディングを用いる必要がない。また、駆動ＩＣチップ５５０間を接続するボンディングワイヤ５５２も不要である。したがって、本実施形態では、ワイヤボンディングを用いるにしても、ボンディングワイヤの本数を従来に比して減らすことができ、安価に製造できる流体噴射ヘッドを実現できる。
【０１１７】
また図１３に示す流体噴射ヘッド５１０では、ヘッド本体を構成する対向基板５０２上に駆動ＩＣチップ５５０を実装しているので、駆動ＩＣチップを外部に設ける場合に比して流体噴射ヘッド全体を小型化でき、外部機器と接続するための配線の本数を減らせるため取り扱いが容易になるという利点がある。これに対して本実施形態では、このような流体噴射ヘッド５１０と同様の利点が得られるのに加え、駆動ＩＣ１５０Ｇを駆動ＩＣチップ５５０に比較して小さく薄くすることができるので、流体噴射ヘッドのさらなる小型化、薄型化を実現することができる。
【０１１８】
次に、図１５を参照して第４の実施形態の変形例について説明する。図１５（ａ）は第１変形例に係る流体噴射ヘッド２１０Ｄの部分断面図である。図１５（ｂ）は第２変形例に係る流体噴射ヘッド２１０Ｅの部分断面図である。図１５（ｃ）は第３変形例に係る流体噴射ヘッド２１０Ｆの部分断面図である。
なお、図１５において、弾性膜５０と接着されている流路形成基板２０１及びノズル基板１６は図示を省略している。
【０１１９】
まず、図１５（ａ）に示す第１変形例に係る流体噴射ヘッド２１０Ｄは、図１２及び図１４（ａ）に示した流体噴射ヘッド２１０Ｃにおいて、対向基板２０２Ｃに形成された開口部２０ａの断面形状を変更したものである。すなわち、流体噴射ヘッド２１０Ｄでは、ボンディングワイヤ２５１が引き回される領域として、開口端側が広口の形状を有する開口部２０ｂが形成されている。このような形状の開口部２０ｂを備えた構成とすることで、リード電極９０へのキャピラリのアクセスが容易になるとともに、ボンディングワイヤ２５１と開口部２０ｂの開口端との干渉も生じにくくなるので、ボンディングの容易性が向上し、製造性に優れた流体噴射ヘッドとなる。
【０１２０】
次に、図１５（ｂ）に示す第２変形例に係る流体噴射ヘッド２１０Ｅは、図１５（ａ）に示した流体噴射ヘッド２１０Ｄのボンディングワイヤ２５１に代えて、フレキシブル回路基板２５５を用いて駆動ＩＣ１５０Ｇとリード電極９０（圧電素子１３０）とを接続している。フレキシブル回路基板２５５は、例えば、ポリイミドやポリエチレン等の樹脂材料からなる可撓性基板２５６と、可撓性基板２５６の一面又は両面に形成された接続配線２５７とを備えた構成である。
【０１２１】
このようにフレキシブル回路基板２５５を用いる場合には、圧着や異方性導電ペースト等の接着剤を用いた接着によりリード電極９０と駆動ＩＣ１５０Ｇとを接続することができる。この接着に先立ってプライマー工程を行ってもよい。本例の場合には、接着によってフレキシブル回路基板２５５が駆動ＩＣ１５０Ｇの端子及びリード電極９０と接続されるので、チップ実装とワイヤボンディングとを行う場合のような問題は生じない。したがって本例の流体噴射ヘッド２１０Ｅも歩留まりよく低コストに製造できるものとなる。
【０１２２】
なお、本例においても、対向基板２０２Ｃには開口端側が広口の開口部２０ｂが形成されており、このような形状の開口部２０ｂを備えていることで、フレキシブル回路基板２５５の屈曲角度を比較的小さくしてもリード電極９０と接続配線２５７とを接続することができる。したがって、フレキシブル回路基板２５５の実装が容易になるとともに接続不良の発生を効果的に抑えることができる。ただし、本例の流体噴射ヘッド２１０Ｅにおいて、断面略矩形状の開口部２０ａが形成されていてもよいのはもちろんである。
また、本例では、開口部２０ｂの両側にそれぞれフレキシブル回路基板２５５を配置した場合について説明したが、１枚のフレキシブル回路基板を用いてリード電極９０と駆動ＩＣ１５０Ｇとの接続構造を形成してもよいのはもちろんである。
【０１２３】
次に、図１５（ｃ）に示す第３変形例に係る流体噴射ヘッド２１０Ｆは、図１５（ａ）に示した流体噴射ヘッド２１０Ｄのボンディングワイヤ２５１に代えて、対向基板２０２Ｃの表面に形成された配線パターンからなる接続配線２５９を備えている。接続配線２５９は、例えばＣｕなどの金属配線パターンであり、例えばスパッタ法やＣＶＤ法を用いた成膜工程と、フォトリソグラフィ法とエッチング法によるパターニング工程とによって形成することができる。さらに、上記方法によってシード層をパターン形成し、このシード層上にめっき層を形成して接続配線２５９としてもよい。めっき法により接続配線２５９を形成することで、接続配線２５９の膜厚を増加させて配線抵抗を減少させることができるとともに、開口部２０ｂの内壁面とリード電極９０との境界部において断線が生じるのを効果的に防止することができる。また、接続配線２５９の形成に液滴吐出法（インクジェット法）を用いることもでき、液滴吐出法を用いれば接続配線２５９のパターンを直接描画することができるため製造工程の簡略化、及び製造コストの低減を図ることができる。
【０１２４】
本例において、対向基板２０２Ｃには開口端側が広口の開口部２０ｂが形成されており、このような形状の開口部２０ｂを備えていることで、接続配線２５９が傾斜面上に形成されることとなるので、段差による接続配線２５９の断線を防止することができ、リード電極９０と接続配線２５７とを確実に接続することができる。
【０１２５】
（流体噴射装置及び駆動ＩＣ１５０の具体例）
次に、先の実施形態の流体噴射ヘッド１１０を備えた流体噴射装置の一例であるインクジェットプリンタについて説明する。また、先の実施形態の駆動ＩＣ１５０の具体例として、流体噴射ヘッドの駆動ＩＣを含むインクジェットプリンタの制御装置についても説明する。なお、本実施形態で説明する駆動ＩＣの具体的構成は、他の実施形態の駆動ＩＣ１５０Ａ〜１５０Ｇにも適用することができる。
【０１２６】
図１６は、流体噴射ヘッド１１０を備えた流体噴射装置の一実施形態であるインクジェットプリンタ６００を示す図であり、図１７は、図１６に示した流体噴射ヘッド１１０と制御装置６６０との構成を示すブロック図である。
【０１２７】
図１６に示すように、インクジェットプリンタ６００は、装置本体６２０と、記録用紙Ｐを設置するトレイ６２１と、記録用紙Ｐを排出する排出口６２２とを有し、装置本体６２０の上部面に操作パネル６７０を有している。操作パネル６７０は、例えば液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＬＥＤランプ等で構成されたもので、エラーメッセージ等を表示する表示部（図示せず）と、各種スイッチ等で構成される操作部（図示せず）とを備えたものである。装置本体６２０の内部には、主に、往復動するヘッドユニット６３０を備えた印刷装置６４０と、記録用紙Ｐを１枚ずつ印刷装置６４０に送り込む給紙装置６５０と、印刷装置６４０および給紙装置６５０を制御する制御装置６６０とが設けられている。
【０１２８】
制御装置６６０の制御により、給紙装置６５０は、記録用紙Ｐを一枚ずつ間欠送りするようになっている。間欠送りされる記録用紙Ｐは、ヘッドユニット６３０の下部近傍を通過する。このとき、ヘッドユニット６３０が記録用紙Ｐの送り方向とほぼ直交する方向に往復移動し、記録用紙Ｐへの印刷を行うようになっている。すなわち、ヘッドユニット６３０の往復動と、記録用紙Ｐの間欠送りとが、印刷における主走査および副走査となり、インクジェット方式の印刷が行なわれるようになっている。
【０１２９】
印刷装置６４０は、ヘッドユニット６３０と、ヘッドユニット６３０の駆動源となるキャリッジモータ６４１と、キャリッジモータ６４１の回転を受けて、ヘッドユニット６３０を往復動させる往復動機構６４２とを備えたものである。ヘッドユニット６３０は、その下部に、多数のノズル開口１５を備える先の流体噴射ヘッド１１０と、この流体噴射ヘッド１１０にインクを供給するインクカートリッジ６３１と、流体噴射ヘッド１１０およびインクカートリッジ６３１を搭載したキャリッジ６３２とを有したものである。インクカートリッジ６３１として、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラック（黒）の４色のインクを充填したものを用いることにより、フルカラー印刷が可能となる。この場合、ヘッドユニット６３０には、各色にそれぞれ対応した流体噴射ヘッド１１０が設けられることになる。
【０１３０】
往復動機構６４２は、その両端がフレーム（図示せず）に支持されたキャリッジガイド軸６４３と、キャリッジガイド軸６４３と平行に延在するタイミングベルト６４４とを有したものである。キャリッジ６３２は、キャリッジガイド軸６４３に往復動自在に支持されるとともに、タイミングベルト６４４の一部に固定されたものである。キャリッジモータ６４１の作動により、プーリを介してタイミングベルト６４４を正逆走行させると、キャリッジガイド軸６４３に案内されて、ヘッドユニット６３０が往復動する。そして、この往復動の際に、流体噴射ヘッド１１０から適宜インクが吐出され、記録用紙Ｐへの印刷が行われるようになっている。
【０１３１】
給紙装置６５０は、その駆動源となる給紙モータ６５１と、給紙モータ６５１の作動により回転する給紙ローラ６５２とを有したものである。給紙ローラ６５２は、記録用紙Ｐの送り経路（記録用紙Ｐ）を挟んで上下に対向する従動ローラ６５２ａと、駆動ローラ６５２ｂとで構成されたものであり、駆動ローラ６５２ｂは、給紙モータ６５１に連結されたものである。このような構成によって給紙ローラ６５２は、トレイ６２１に設置した多数枚の記録用紙Ｐを、印刷装置６４０に向かって１枚ずつ送り込めるようになっている。なお、トレイ６２１に代えて、記録用紙Ｐを収容する給紙カセットを着脱自在に装着し得るような構成としてもよい。
【０１３２】
制御装置６６０は、例えばパーソナルコンピュータやディジタルカメラ等のホストコンピュータから入力された印刷データに基づいて、印刷装置６４０や給紙装置６５０等を制御することにより印刷を行うものである。
図１７に示すように、制御装置６６０は、コンピュータ等の上位装置から吐出条件等を受信するインターフェイス６６１と、ＤＲＡＭ（Dynamic ＲＡＭ）及びＳＲＡＭ（Static ＲＡＭ）からなり、各種データの記録を行うＲＡＭ６６２と、各種データ処理を行うためのルーチン等を記録したＲＯＭ６６３と、ＣＰＵ等からなる制御部６６４と、発振回路６６５と、流体噴射ヘッド１１０に供給する駆動波形としての駆動信号ＣＯＭを発生させる駆動信号生成部６６６と、インターフェイス６６７とを備えている。インタ−フェイス６６７は、ドットパターンデータに展開された記録データとしての吐出データを流体噴射ヘッド１１０に転送するとともに、キャリッジモータ６４１及び給紙モータ６５１を駆動するための駆動信号を往復動機構６４２及び給紙装置６５０のそれぞれに出力する。
【０１３３】
以上の構成の制御装置６６０において、コンピュータ等の上位装置から送られた吐出条件等はインターフェイス６６１を介してＲＡＭ６６２の一部として設けられた受信バッファに保持される。受信バッファに保持されたデータは、コマンド解析が行われてからＲＡＭ６６２の一部として設けられた中間バッファへ送られる。中間バッファ内では制御部６６４によって中間コードに変換された中間形式としてのデータが保持され、液滴の吐出位置等の情報を付加する処理が制御部６６４によって実行される。次に、制御部６６４は、中間バッファ内のデータを解析してデコード化した後、ドットパターンデータを出力バッファに展開し、記録させる。
【０１３４】
流体噴射ヘッド１１０の１スキャン分に相当するドットパターンデータが得られると、このドットパターンデータは、インターフェイス６６７を介して流体噴射ヘッド１１０にシリアル転送される。出力バッファから１スキャン分に相当するドットパターンデータが出力されると、中間バッファの内容が消去されて、次の中間コード変換が行われる。
【０１３５】
また、流体噴射ヘッド１１０に設けられた圧電素子１３０を駆動するための駆動信号ＣＯＭが駆動信号生成部６６６で生成され、インターフェイス６６７を介して流体噴射ヘッド１１０に転送される。さらに、ドットパターンデータに展開された吐出データＳＩが、発振回路６６５からのクロック信号ＣＬＫに同期してインターフェイス６６７を介して流体噴射ヘッド１１０に設けられた駆動ＩＣ１５０にシリアル出力される。以上の吐出データＳＩ、駆動信号ＣＯＭ、及びクロック信号ＣＬＫ以外に、後述するラッチ信号ＬＡＴ及びメモリ制御信号ＣＭがインターフェイス６６７から流体噴射ヘッド１１０に設けられた駆動ＩＣ１５０に出力される。
【０１３６】
駆動ＩＣ１５０は、シフトレジスタ１５６、ラッチ回路１５１、レベルシフタ１５２、スイッチ回路１５３、メモリ制御回路１５４、及びメモリ１５５を含んで構成されている。シフトレジスタ１５６は、制御装置６６０から転送されてきた吐出データＳＩをシリアル／パラレル変換するものである。ラッチ回路１５１は、制御装置６６０からラッチ信号ＬＡＴが出力された時に、シフトレジスタ１５６によってパラレル変換された吐出データＳＩをラッチする。レベルシフタ１５２は、ラッチ回路１５１から出力される吐出データＳＩをスイッチ回路１５３を駆動することができる電圧、例えば数十ボルト程度の所定の電圧まで昇圧する。
【０１３７】
スイッチ回路１５３は、レベルシフタ１５２から出力される吐出データＳＩに応じて、駆動信号ＣＯＭを圧電素子１３０に供給するか否かを制御する。つまり、スイッチ回路１５３内に設けられる各スイッチ素子に加わる吐出データＳＩの電圧レベルが「１」である期間中は、対応する圧電素子１３０に駆動信号ＣＯＭを印加し、吐出データＳＩの電圧レベルが「０」である期間中は、対応する圧電素子１３０への駆動信号ＣＯＭの印加を遮断する。
【０１３８】
メモリ制御回路１５４は、制御装置６６０から駆動ＩＣ１５０へ転送されてきてシフトレジスタ１５６から出力される吐出データＳＩを記憶部としてのメモリ１５５に記憶させる。吐出データＳＩをメモリ１５５に記憶させるか否かは、メモリ制御信号ＣＭによって制御される。なお、吐出データＳＩをメモリ１５５に記憶させる場合には、インターフェイス６６７からラッチ回路１５１へのラッチ信号ＬＡＴの出力は行われない。
また、メモリ制御回路１５４はメモリ制御信号ＣＭに基づいてメモリ１５５に記憶された吐出データＳＩを読み出して出力する。
【０１３９】
ここで、駆動ＩＣ１５０にメモリ１５５を設けて吐出データＳＩを記憶させるのは、液滴吐出時における制御装置６６０から駆動ＩＣ１５０へのデータ転送量を低減するとともに、データ転送速度を低下させるためである。つまり、液滴吐出時に吐出データＳＩの転送時間が液滴吐出に要する時間よりも長くなると、ノズル開口１５から液滴が吐出されず流体噴射ヘッドが停止している時間が生じて稼働率が低下する。これを防止するために、データ転送速度を速くするとノイズ等によりデータ化けが生じたり、輻射ノイズが増大するといった不具合も生ずる。これらの不具合を防止するため、本実施形態においては液滴吐出前に吐出データＳＩをあらかじめ流体噴射ヘッド１１０の駆動ＩＣ１５０に転送してメモリ１５５に記憶させておき、液滴吐出時にはメモリ１５５から吐出データＳＩを読み出して圧電素子１３０の動作を制御している。
【０１４０】
以上に、駆動ＩＣ１５０の具体的構成を説明したが、本発明に係る流体噴射ヘッドに内蔵される駆動ＩＣ１５０は、図１７に示した構成に限定されるものではない。例えば、駆動ＩＣ１５０に、上位装置である制御装置６６０に含まれる駆動信号生成部６６６の機能を備えた構成としてもよい。
また駆動ＩＣ１５０に代えて、図１７に示した複数の回路のうち一部のみを備えた駆動回路を設けてもよい。例えば、圧電素子１３０に電圧を印加するスイッチ回路のみを備えた駆動回路として構成してもよく、スイッチ回路とレベルシフタを備えたものとして構成してもよい。あるいはまた、図１７に示す構成からメモリ１５５とメモリ制御回路１５４とを省略した構成としてもよい。
【０１４１】
なお、図１６及び図１７では、流体噴射装置の一例として、インクジェットプリンタを示したが、本発明はこれに限らず、流体噴射ヘッドを組み込むことによって実現されるプリンタユニットに適用することも可能である。このようなプリンタユニットは、例えば、テレビ等の表示デバイスやホワイトボード等の入力デバイスに装着され、該表示デバイス又は入力デバイスによって表示若しくは入力された画像を印刷するために使用される。
【図面の簡単な説明】
【０１４２】
【図１】第１実施形態に係る流体噴射ヘッドの分解斜視図。
【図２】第１実施形態に係る流体噴射ヘッドの部分平面図。
【図３】図２のＡ−Ａ’断面図。
【図４】第１実施形態の変形例を示す平面図。
【図５】第１実施形態に係る流体噴射ヘッドの製造工程を示す図。
【図６】第１実施形態に係る流体噴射ヘッドの製造工程を示す図。
【図７】第２実施形態に係る流体噴射ヘッドの部分平面図。
【図８】図７のＢ−Ｂ’断面図。
【図９】第２実施形態の変形例を示す部分断面図。
【図１０】第３実施形態に係る流体噴射ヘッドの分解斜視図。
【図１１】第３実施形態に係る流体噴射ヘッドの部分断面図及び部分平面図。
【図１２】第４実施形態に係る流体噴射ヘッドの平面図。
【図１３】従来構成の流体噴射ヘッドの平面図。
【図１４】図１２及び図１３に対応する断面図。
【図１５】第４実施形態の第１から第３変形例を示す部分断面図。
【図１６】流体噴射装置の一例を示す斜視図。
【図１７】流体噴射装置及び流体噴射ヘッドの制御部を示す構成図。
【符号の説明】
【０１４３】
１０，１０Ａ，１０Ｂ，２０１，３０１ 流路形成基板、１０Ｋ，１１ 隔壁、１０ｓ シリコン基板、１２ 圧力発生室、１５ ノズル開口、１６ ノズル基板、２０ａ，２０ｂ 開口部、２０，２０２，２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃ，３０２ 対向基板、２４ 凹部、６０ 下電極膜、７０ 圧電体膜、８０ 上電極膜、９０ リード電極、１００ リザーバ、１１０，２１０，２１０Ａ，２１０Ｂ，２１０Ｃ，２１０Ｄ，２１０Ｅ，２１０Ｆ，３１０ 流体噴射ヘッド、１２０，３２７ 外部接続端子、１３０ 圧電素子、１３１ 保護膜、１５０，１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃ，１５０Ｄ，１５０Ｅ，１５０Ｆ，１５０Ｇ 駆動ＩＣ（駆動回路）、１６０ 貫通電極、２５１ ボンディングワイヤ（接続配線）、２５５ フレキシブル回路基板、２５６ 可撓性基板、２５７，２５９ 接続配線、３１２ 圧力発生室、３２１ リザーバ、３３５，４００ 振動板、６００ インクジェットプリンタ、６６０ 制御装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル開口に連通する圧力発生室が形成された流路形成基板と、前記流路形成基板の一方の面に振動板を介して設けられた駆動素子と、前記駆動素子に電力を供給する駆動回路とを備えた流体噴射ヘッドであって、
前記流路形成基板が半導体基板を基体としてなり、
前記半導体基板に、前記駆動回路が形成されていることを特徴とする流体噴射ヘッド。
【請求項２】
前記流路形成基板に、複数の前記圧力発生室を配列してなる圧力発生室群が形成されており、
前記駆動回路が、前記圧力発生室群の側方に、前記圧力発生室群の延在方向に沿って形成されていることを特徴とする請求項１に記載の流体噴射ヘッド。
【請求項３】
前記流路形成基板に、複数の前記圧力発生室を配列してなる圧力発生室群が複数形成されており、
前記駆動回路が、複数の前記圧力発生室群の間の領域に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の流体噴射ヘッド。
【請求項４】
前記流路形成基板に、複数の前記圧力発生室を配列してなる圧力発生室群と、前記圧力発生室群の前記各圧力発生室に連通するリザーバと、が形成されており、
前記駆動回路が、前記圧力発生室群と前記リザーバとの間の領域に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の流体噴射ヘッド。
【請求項５】
前記流路形成基板に、複数の前記圧力発生室を配列してなる圧力発生室群と、前記圧力発生室群の前記各圧力発生室に連通するリザーバと、が形成されており、
前記駆動回路が、前記リザーバの少なくとも一部と平面的に重なる領域に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の流体噴射ヘッド。
【請求項６】
ノズル開口に連通する圧力発生室が形成された流路形成基板と、前記流路形成基板の一方の面に振動板を介して設けられた駆動素子と、前記駆動素子に電力を供給する駆動回路とを備えた流体噴射ヘッドであって、
前記流路形成基板の前記駆動素子側に、半導体基板を基体としてなる対向基板を有しており、
前記半導体基板に前記駆動回路が形成されていることを特徴とする流体噴射ヘッド。
【請求項７】
前記対向基板の前記駆動素子側の面に前記駆動回路が形成されていることを特徴とする請求項６に記載の流体噴射ヘッド。
【請求項８】
前記対向基板の前記駆動素子と反対側の面に前記駆動回路が形成されており、
前記対向基板に、前記対向基板を厚さ方向に貫通する貫通電極が形成され、前記貫通電極を介して前記駆動回路と前記駆動素子とが電気的に接続されていることを特徴とする請求項６に記載の流体噴射ヘッド。
【請求項９】
前記対向基板の前記駆動素子側の面に、前記対向基板を前記流路形成基板と接合したときに前記駆動素子を収容する凹部が形成されており、
前記駆動回路が、前記凹部と平面的に重なる領域に形成されていることを特徴とする請求項８に記載の流体噴射ヘッド。
【請求項１０】
前記対向基板の前記駆動素子と反対側の面に前記駆動回路が形成されるとともに、前記対向基板を厚さ方向に貫通して前記駆動素子に達する開口部が形成されており、
前記駆動回路と前記駆動素子とが、前記開口部を経由する接続配線を介して電気的に接続されていることを特徴とする請求項６に記載の流体噴射ヘッド。
【請求項１１】
前記駆動回路と前記駆動素子とがワイヤボンディングされていることを特徴とする請求項１０に記載の流体噴射ヘッド。
【請求項１２】
前記接続配線が可撓性基板上に形成されており、前記開口部の段差に沿って前記可撓性基板が配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の流体噴射ヘッド。
【請求項１３】
前記接続配線が前記対向基板の表面に形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の流体噴射ヘッド。
【請求項１４】
前記開口部の内壁面が前記駆動回路から前記駆動素子に向かう傾斜面であることを特徴とする請求項１０から１３のいずれか１項に記載の流体噴射ヘッド。
【請求項１５】
ノズル開口に連通する圧力発生室が形成された流路形成基板と、前記流路形成基板の一方の面に振動板を介して設けられた駆動素子と、前記駆動素子に電力を供給する駆動回路とを備えた流体噴射ヘッドの製造方法であって、
前記流路形成基板の基体となる半導体基板の一面側に前記駆動回路を形成する工程と、
前記半導体基板の前記駆動回路側の面に、前記駆動回路と電気的に接続される駆動素子を形成する工程と、
前記駆動素子及び前記駆動回路を覆う保護膜を形成する工程と、
前記保護膜と反対側の前記半導体基板の面を部分的に除去して前記圧力発生室を形成する工程と、
を有することを特徴とする流体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項１６】
前記保護膜を形成した後、前記圧力発生室を形成する前に、
前記半導体基板を、前記保護膜と反対側の面から薄くする工程を有することを特徴とする請求項１５に記載の流体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項１７】
ノズル開口に連通する圧力発生室が形成された流路形成基板と、前記流路形成基板に対向配置された対向基板と、前記流路形成基板の一方の面に振動板を介して設けられた駆動素子と、前記駆動素子に電力を供給する駆動回路とを備えた流体噴射ヘッドの製造方法であって、
半導体基板の一面側に前記駆動回路を形成して前記対向基板を作製する工程と、
前記流路形成基板の一方の面に前記駆動素子を形成する工程と、
前記対向基板の前記駆動回路が形成された面と、前記流路形成基板の前記駆動素子側の面とを接合することで、前記駆動回路の端子と前記駆動素子とを電気的に接続する工程と、
を有することを特徴とする流体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項１８】
ノズル開口に連通する圧力発生室が形成された流路形成基板と、前記流路形成基板に対向配置された対向基板と、前記流路形成基板の一方の面に振動板を介して設けられた駆動素子と、前記駆動素子に電力を供給する駆動回路とを備えた流体噴射ヘッドの製造方法であって、
半導体基板の一面側に前記駆動回路を形成し、前記駆動回路と電気的に接続されるとともに前記半導体基板を厚さ方向に貫通する貫通電極を形成して前記対向基板を作製する工程と、
前記流路形成基板の一方の面に前記駆動素子を形成する工程と、
前記対向基板の前記駆動回路と反対側の面と、前記流路形成基板の前記駆動素子側の面とを接合することで、前記貫通電極と前記駆動素子とを電気的に接続する工程と、
を有することを特徴とする流体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項１９】
請求項１から１４のいずれか１項に記載の流体噴射ヘッドを備えたことを特徴とする流体噴射装置。
【請求項１】
ノズル開口に連通する圧力発生室が形成された流路形成基板と、前記流路形成基板の一方の面に振動板を介して設けられた駆動素子と、前記駆動素子に電力を供給する駆動回路とを備えた流体噴射ヘッドであって、
前記流路形成基板が半導体基板を基体としてなり、
前記半導体基板に、前記駆動回路が形成されていることを特徴とする流体噴射ヘッド。
【請求項２】
前記流路形成基板に、複数の前記圧力発生室を配列してなる圧力発生室群が形成されており、
前記駆動回路が、前記圧力発生室群の側方に、前記圧力発生室群の延在方向に沿って形成されていることを特徴とする請求項１に記載の流体噴射ヘッド。
【請求項３】
前記流路形成基板に、複数の前記圧力発生室を配列してなる圧力発生室群が複数形成されており、
前記駆動回路が、複数の前記圧力発生室群の間の領域に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の流体噴射ヘッド。
【請求項４】
前記流路形成基板に、複数の前記圧力発生室を配列してなる圧力発生室群と、前記圧力発生室群の前記各圧力発生室に連通するリザーバと、が形成されており、
前記駆動回路が、前記圧力発生室群と前記リザーバとの間の領域に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の流体噴射ヘッド。
【請求項５】
前記流路形成基板に、複数の前記圧力発生室を配列してなる圧力発生室群と、前記圧力発生室群の前記各圧力発生室に連通するリザーバと、が形成されており、
前記駆動回路が、前記リザーバの少なくとも一部と平面的に重なる領域に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の流体噴射ヘッド。
【請求項６】
ノズル開口に連通する圧力発生室が形成された流路形成基板と、前記流路形成基板の一方の面に振動板を介して設けられた駆動素子と、前記駆動素子に電力を供給する駆動回路とを備えた流体噴射ヘッドであって、
前記流路形成基板の前記駆動素子側に、半導体基板を基体としてなる対向基板を有しており、
前記半導体基板に前記駆動回路が形成されていることを特徴とする流体噴射ヘッド。
【請求項７】
前記対向基板の前記駆動素子側の面に前記駆動回路が形成されていることを特徴とする請求項６に記載の流体噴射ヘッド。
【請求項８】
前記対向基板の前記駆動素子と反対側の面に前記駆動回路が形成されており、
前記対向基板に、前記対向基板を厚さ方向に貫通する貫通電極が形成され、前記貫通電極を介して前記駆動回路と前記駆動素子とが電気的に接続されていることを特徴とする請求項６に記載の流体噴射ヘッド。
【請求項９】
前記対向基板の前記駆動素子側の面に、前記対向基板を前記流路形成基板と接合したときに前記駆動素子を収容する凹部が形成されており、
前記駆動回路が、前記凹部と平面的に重なる領域に形成されていることを特徴とする請求項８に記載の流体噴射ヘッド。
【請求項１０】
前記対向基板の前記駆動素子と反対側の面に前記駆動回路が形成されるとともに、前記対向基板を厚さ方向に貫通して前記駆動素子に達する開口部が形成されており、
前記駆動回路と前記駆動素子とが、前記開口部を経由する接続配線を介して電気的に接続されていることを特徴とする請求項６に記載の流体噴射ヘッド。
【請求項１１】
前記駆動回路と前記駆動素子とがワイヤボンディングされていることを特徴とする請求項１０に記載の流体噴射ヘッド。
【請求項１２】
前記接続配線が可撓性基板上に形成されており、前記開口部の段差に沿って前記可撓性基板が配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の流体噴射ヘッド。
【請求項１３】
前記接続配線が前記対向基板の表面に形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の流体噴射ヘッド。
【請求項１４】
前記開口部の内壁面が前記駆動回路から前記駆動素子に向かう傾斜面であることを特徴とする請求項１０から１３のいずれか１項に記載の流体噴射ヘッド。
【請求項１５】
ノズル開口に連通する圧力発生室が形成された流路形成基板と、前記流路形成基板の一方の面に振動板を介して設けられた駆動素子と、前記駆動素子に電力を供給する駆動回路とを備えた流体噴射ヘッドの製造方法であって、
前記流路形成基板の基体となる半導体基板の一面側に前記駆動回路を形成する工程と、
前記半導体基板の前記駆動回路側の面に、前記駆動回路と電気的に接続される駆動素子を形成する工程と、
前記駆動素子及び前記駆動回路を覆う保護膜を形成する工程と、
前記保護膜と反対側の前記半導体基板の面を部分的に除去して前記圧力発生室を形成する工程と、
を有することを特徴とする流体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項１６】
前記保護膜を形成した後、前記圧力発生室を形成する前に、
前記半導体基板を、前記保護膜と反対側の面から薄くする工程を有することを特徴とする請求項１５に記載の流体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項１７】
ノズル開口に連通する圧力発生室が形成された流路形成基板と、前記流路形成基板に対向配置された対向基板と、前記流路形成基板の一方の面に振動板を介して設けられた駆動素子と、前記駆動素子に電力を供給する駆動回路とを備えた流体噴射ヘッドの製造方法であって、
半導体基板の一面側に前記駆動回路を形成して前記対向基板を作製する工程と、
前記流路形成基板の一方の面に前記駆動素子を形成する工程と、
前記対向基板の前記駆動回路が形成された面と、前記流路形成基板の前記駆動素子側の面とを接合することで、前記駆動回路の端子と前記駆動素子とを電気的に接続する工程と、
を有することを特徴とする流体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項１８】
ノズル開口に連通する圧力発生室が形成された流路形成基板と、前記流路形成基板に対向配置された対向基板と、前記流路形成基板の一方の面に振動板を介して設けられた駆動素子と、前記駆動素子に電力を供給する駆動回路とを備えた流体噴射ヘッドの製造方法であって、
半導体基板の一面側に前記駆動回路を形成し、前記駆動回路と電気的に接続されるとともに前記半導体基板を厚さ方向に貫通する貫通電極を形成して前記対向基板を作製する工程と、
前記流路形成基板の一方の面に前記駆動素子を形成する工程と、
前記対向基板の前記駆動回路と反対側の面と、前記流路形成基板の前記駆動素子側の面とを接合することで、前記貫通電極と前記駆動素子とを電気的に接続する工程と、
を有することを特徴とする流体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項１９】
請求項１から１４のいずれか１項に記載の流体噴射ヘッドを備えたことを特徴とする流体噴射装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２００８−３０２６８５（Ｐ２００８−３０２６８５Ａ）
【公開日】平成２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１８８０６８（Ｐ２００７−１８８０６８）
【出願日】平成１９年７月１９日（２００７．７．１９）
【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２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月１９日（２００７．７．１９）
【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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