液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置
【課題】フォトリソプロセスにおいて、配線パターンが正確に形成でき、配線切れ等の配線パターン異常が少なく、信頼性の高い液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置を得ること。
【解決手段】熱が加わることによって、圧電素子保持部３１の空間の気体は連通孔３８を通じて逃げるが、連通孔３８は、接合基板３０に形成され、貫通孔３３Ｂの内面に開口部３８１があるので、貫通孔３３Ｂ内部のレジストＲ４を押し上げる可能性が少ない。また、開口部３８１が、配線パターン３５の形成面３０１にないので、開口部３８１からの気体の放出による配線パターン３５の形成面３０１のレジストＲへの影響が少ない。したがって、塗布したレジストＲの膜厚が均一に保て、その後の工程で、配線パターン３５，３７が正確に形成され、配線切れ等の配線パターン異常を少なくでき、インクジェット式記録ヘッド１およびインクジェット式記録装置１０００の信頼性を向上できる。
【解決手段】熱が加わることによって、圧電素子保持部３１の空間の気体は連通孔３８を通じて逃げるが、連通孔３８は、接合基板３０に形成され、貫通孔３３Ｂの内面に開口部３８１があるので、貫通孔３３Ｂ内部のレジストＲ４を押し上げる可能性が少ない。また、開口部３８１が、配線パターン３５の形成面３０１にないので、開口部３８１からの気体の放出による配線パターン３５の形成面３０１のレジストＲへの影響が少ない。したがって、塗布したレジストＲの膜厚が均一に保て、その後の工程で、配線パターン３５，３７が正確に形成され、配線切れ等の配線パターン異常を少なくでき、インクジェット式記録ヘッド１およびインクジェット式記録装置１０００の信頼性を向上できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置に関し、特に、インク滴を噴射するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板の表面に圧電素子を形成して、圧電素子の変位によりインク滴を噴射させるインクジェット式記録ヘッドおよびインクジェット式記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット式記録ヘッドとして、ノズル開口に連通する圧力発生室の列を複数備えた流路形成板と、この流路形成板に設けられた圧力素子側に接合され、かつ圧電素子を駆動させる駆動ＩＣが実装される接合基板とを有する構造が知られている。
また、これらのインクジェット式記録ヘッドで、接合基板には、圧力発生室の列間に対応する領域に、圧電素子から引き出される引き出し電極が露出される貫通孔が圧力発生室の各列に対応して少なくとも１つずつ設けられているものが知られている。
さらに、接合基板に、圧電素子の運動を阻害しない程度の空間を備えた圧電素子保持部
が形成され、駆動ＩＣが実装される配線パターンが形成されているものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−５３０７９号公報（４頁〜５頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
圧電素子保持部は、その空間が密封されていると、空間内の気体によって圧電素子の性能が低下する。例えば、流路形成基板と接合基板とを接着する際の接着剤に含まれる水分が入り込むと、水分が圧電素子を構成する薄膜間に侵入し、薄膜の剥がれが生じる。
そこで、圧電素子保持部の空間と外部とを連通する連通孔を設ける必要がある。また、駆動ＩＣが実装される配線パターンは、フォトリソプロセスによって、接合基板および梁部上に形成される。
フォトリソプロセス中のレジスト塗布工程および仮焼成工程において、連通孔の位置によっては、塗布したレジストによって連通孔が塞がれる。また、仮焼成時の熱によって膨張した圧電素子保持部の空間内の気体が連通孔等から流出すことによってレジストが破裂、飛散し、レジスト膜厚が不均一になる。
連通孔が塞がれると、圧電素子保持部の空間に閉じ込められた気体によって圧電素子を構成する薄膜に剥がれが生じる。また、レジスト膜厚が不均一になると、レジスト膜厚に応じて決められたその後の露光、現像工程の条件では、配線パターンが正確に形成できず、配線切れ等の配線パターン異常が発生する。したがって、液体噴射ヘッドおよびそれを備えた液体噴射装置の信頼性が低下する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００６】
［適用例１］
ノズル開口にそれぞれ連通する圧力発生室の列を複数備えた流路形成基板と、前記流路形成基板の一方面側に、振動板を介して前記圧力発生室に対応して設けられた圧電素子と、前記流路形成基板の前記圧力素子側に接合される接合基板と、前記接合基板上に配設され、前記圧電素子を駆動させる駆動ＩＣと、前記接合基板の前記圧力発生室の列間に対応する領域に、前記圧力発生室の各列間に対応して１つまたは複数設けられ、前記圧電素子から引き出される引き出し電極が露出される貫通孔と、前記接合基板の前記圧電素子に対向する領域に形成された、前記圧電素子の運動を阻害しない程度の空間を備えた圧電素子保持部と、前記接合基板に、前記駆動ＩＣが実装される配線パターンとを備え、前記圧電素子保持部の空間と前記貫通孔との間に連通孔が形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【０００７】
この適用例によれば、フォトリソプロセスの仮焼成工程で、熱が加わることによって、圧電素子保持部の空間の気体は膨張し、連通孔を通じて流出するが、連通孔の開口部が、配線パターンの形成面にないので、レジストによって塞がれることがなく、開口部からの気体の放出による配線パターンの形成面のレジストへの影響も少ない。したがって、塗布したレジストの膜厚が均一に保て、その後の工程で、配線パターンが正確に形成され、配線切れ等の配線パターン異常が少なく、インクジェット式記録ヘッドおよびインクジェット式記録装置の信頼性が向上する。
【０００８】
［適用例２］
上記液体噴射ヘッドであって、前記連通孔は、前記接合基板に形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
この適用例では、連通孔は、接合基板に形成され、貫通孔の内面に連通孔の開口部があるので、貫通孔内部のレジストを押し上げる可能性が少ない。
【０００９】
［適用例３］
上記に記載の液体噴射ヘッドを備えたことを特徴とする液体噴射装置。
【００１０】
この適用例によれば、前述の効果を達成できる液体噴射装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１は、液体噴射装置としてのインクジェット式記録装置１０００の一例を示す概略斜視図である。
図１において、インクジェット式記録装置１０００は、記録ヘッドユニット１Ａおよび１Ｂを備えている。記録ヘッドユニット１Ａおよび１Ｂには、インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａおよび２Ｂが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａおよび１Ｂを搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。
【００１２】
記録ヘッドユニット１Ａおよび１Ｂは、例えば、それぞれブラックインク組成物およびカラーインク組成物を噴射する。そして、駆動モータ６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、記録ヘッドユニット１Ａおよび１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動する。一方、装置本体４にはキャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ローラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８上を搬送されるようになっている。
【００１３】
記録ヘッドユニット１Ａおよび１Ｂは、液体噴射ヘッドとしてのインクジェット式記録ヘッド１を記録シートＳに対向する位置に備えている。図では、記録ヘッドユニット１Ａおよび１Ｂの記録シートＳ側に位置しており、図示していない。
【００１４】
図２に、実施形態にかかるインクジェット式記録ヘッド１を示す分解部分斜視図を示した。インクジェット式記録ヘッド１の形状は略直方体であり、図２は、インクジェット式記録ヘッド１の長手方向（図中の白抜き矢印方向）に直交する面で切断した分解部分斜視図である。
また、図３（ａ）には、インクジェット式記録ヘッド１の部分平面図を、（ｂ）には、（ａ）におけるＡ−Ａ断面図を示した。
【００１５】
図２および図３において、インクジェット式記録ヘッド１は、流路形成基板１０とノズルプレート２０と接合基板３０とコンプライアンス基板４０と２つの駆動ＩＣ１１０Ａ，１１０Ｂとを備えている。
流路形成基板１０とノズルプレート２０と接合基板３０とは、流路形成基板１０をノズルプレート２０と接合基板３０とで挟むように積み重ねられ、接合基板３０上には、コンプライアンス基板４０が形成されている。また、コンプライアンス基板４０上には、駆動ＩＣ１１０Ａ，１１０Ｂが実装されている。
【００１６】
流路形成基板１０は、面方位（１１０）のシリコン単結晶板からなる。流路形成基板１０には、異方性エッチングによって、複数の圧力発生室１２が２つの列１３をなすように形成されている。ここで、列１３は、インクジェット式記録ヘッド１の幅方向（長手方向に直交する方向）に並設されている。圧力発生室１２のインクジェット式記録ヘッド１の幅方向の断面形状は台形状で、圧力発生室１２は、インクジェット式記録ヘッド１の幅方向に長く形成されている。
【００１７】
また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向外側の領域には連通部１４が形成され、さらに、連通部１４と各圧力発生室１２とが、各圧力発生室１２に設けられたインク供給路１５を介して連通されている。インク供給路１５は、圧力発生室１２よりも狭い幅で形成されており、連通部１４から圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。
【００１８】
ノズルプレート２０には、各圧力発生室１２のインク供給路１５とは反対側の端部近傍に、外部と連通するノズル開口２１が穿設されている。
なお、ノズルプレート２０は、厚さが例えば、０．０１〜１ｍｍで、線膨張係数が３００℃以下で、例えば２．５〜４．５［×１０-6／℃］であるガラスセラミックス、シリコン単結晶基板又は不錆鋼などからなる。
流路形成基板１０とノズルプレート２０とは、圧力発生室１２を異方性エッチングで形成する際のマスクとして用いられた絶縁膜５１を介して、接着剤や熱溶着フィルム等によって固着されている。
【００１９】
流路形成基板１０のノズルプレート２０が固着された面と対向する面には、振動板としての弾性膜５０が形成されている。弾性膜５０は、熱酸化により形成された酸化膜からなる。
流路形成基板１０の弾性膜５０上には、酸化膜からなる絶縁体膜５５が形成されている。さらに、この絶縁体膜５５上には、白金（Ｐｔ）などの金属やルテニウム酸ストロンチウム（ＳｒＲｕＯ）などの金属酸化物からなる下電極膜６０と、ペロブスカイト構造の圧電体層７０と、Ａｕ、Ｉｒなどの金属からなるの上電極膜８０とが形成され、圧電素子３００を構成している。ここで、圧電素子３００は、下電極膜６０、圧電体層７０および上電極膜８０を含む部分をいう。
【００２０】
一般的には、圧電素子３００のいずれか一方の電極を共通電極とし、他方の電極および圧電体層７０を各圧力発生室１２にパターニングして構成する。そして、ここではパターニングされたいずれか一方の電極および圧電体層７０から構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部という。
なお、実施形態では、下電極膜６０は圧電素子３００の共通電極とし、上電極膜８０を圧電素子３００の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。いずれの場合においても、各圧力発生室１２に圧電体能動部が形成されていることになる。また、ここでは、圧電素子３００と当該圧電素子３００の駆動により変位が生じる弾性膜５０および絶縁体膜５５（振動板）とを合わせて圧電アクチュエータと称する。
【００２１】
また、このような各圧電素子３００を構成する上電極膜８０には、例えば、金（Ａｕ）等からなる引き出し電極としてのリード電極９０が接続されており、このリード電極９０は、圧力発生室１２の列１３の間の領域まで延設されている。
【００２２】
圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上には、圧電素子３００を駆動するための駆動ＩＣ１１０Ａ，１１０Ｂが実装される接合基板３０が接合されている。
接合基板３０は、圧電素子３００に対向する領域に、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を確保した状態で、圧電素子保持部３１を有する。圧電素子保持部３１は、各圧力発生室１２の列１３に対応してそれぞれ設けられている。
なお、実施形態では、各圧電素子保持部３１は、各圧力発生室１２の列１３に対応する領域に一体的に設けられているが、圧電素子３００毎に独立して設けられていてもよい。
接合基板３０の材料としては、例えば、ガラス、セラミックス材料、金属、樹脂等が挙げられるが、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料で形成されていることがより好ましく、実施形態では、流路形成基板１０と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成する。
【００２３】
また、接合基板３０には、流路形成基板１０の連通部１４に対応する領域にリザーバ部３２が設けられている。このリザーバ部３２は、実施形態では、接合基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２の列１３に沿って設けられており、流路形成基板１０の連通部１４と連通されて各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１００を構成している。
【００２４】
さらに、接合基板３０の略中央部、すなわち、圧力発生室１２の列１３間に対向する領域には、各圧力発生室１２の列１３に対応して接合基板３０を厚さ方向に貫通する２つの貫通孔３３Ａ，３３Ｂが設けられている。２つの貫通孔３３Ａの間および２つの貫通孔３３Ｂの間には、梁部３４が形成されている。また、貫通孔３３Ａと３３Ｂとの間にも梁部３４Ａが形成されている。
延設されたリード電極９０は、その先端部が貫通孔３３Ａ，３３Ｂの底部に露出している。
なお、梁部３４，３４Ａは、接合基板３０と一体的に形成されていることが好ましいが、接合基板３０とは別体であってもよい。また、梁部３４Ａが形成されず、貫通孔３３Ａと３３Ｂとが一体となって１つの貫通孔を形成していてもよい。
【００２５】
接合基板３０上には、図示しない外部配線が接続されて駆動信号が供給される配線パターン３５が絶縁膜３６を介して設けられている。そして、接合基板３０の貫通孔３３Ａ，３３Ｂの両側、すなわち、圧力発生室１２の各列１３に対応する領域の配線パターン３５上に、各圧電素子３００を駆動するための半導体集積回路（ＩＣ）である駆動ＩＣ１１０Ａ，１１０Ｂがそれぞれ実装され、合計４つの駆動ＩＣ１１０が実装されている。
延設されたリード電極９０は、その先端部が貫通孔３３Ａ，３３Ｂ内に露出している。
なお、この梁部３４は、接合基板３０と一体的に形成されていることが好ましいが、勿論、接合基板３０とは別体であってもよい。
【００２６】
駆動信号は、例えば、駆動電源信号等の駆動ＩＣを駆動させるための駆動系信号のほか、シリアル信号（ＳＩ）等の各種制御系信号を含み、配線パターン３５は、それぞれの信号が供給される複数の配線で構成される。そして、実施形態では、この配線パターン３５を構成する配線のうちの圧電素子３００の共通電極である下電極膜６０に接続されて駆動用信号（ＣＯＭ）が供給される共通電極配線としての配線パターン３７が、駆動ＩＣ１１０が実装される領域と共に梁部３４上に、圧力発生室１２の列１３に沿って延設されている。この梁部３４上に設けられる配線は、配線パターン３７に限定されず、シリアル等の信号を供給するための配線を配置してもよい。
【００２７】
そして、配線パターン３５上に実装された各駆動ＩＣ１１０と各圧電素子３００から延設されたリード電極９０とは、接合基板３０の貫通孔３３Ａ，３３Ｂ内に延設された、例えば、ボンディングワイヤ等の導電性ワイヤからなる接続配線１２０によってそれぞれ電気的に接続されている。また、同様に、配線パターン３７と下電極膜６０とは、貫通孔３３Ａ，３３Ｂの両端部近傍で接続配線１２０によって電気的に接続されている。
【００２８】
接合基板３０上には、封止膜４１および固定板４２とからなるコンプライアンス基板４０が接合されている。ここで、封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料（例えば、厚さが６μｍのポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルム）からなり、この封止膜４１によってリザーバ部３２の一方面が封止されている。また、固定板４２は、金属等の硬質の材料（例えば、厚さが３０μｍのステンレス鋼（ＳＵＳ）等）で形成されている。この固定板４２のリザーバ１００に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部４３となっているため、リザーバ１００の一方面は可撓性を有する封止膜４１のみで封止されている。
【００２９】
図４（ａ）に接合基板３０の平面図を、（ｂ）に（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図を示した。
図４において、圧電素子保持部３１の空間と貫通孔３３Ａ，３３Ｂとの間に連通孔３８が４ヶ所形成されている。連通孔３８は、接合基板３０に形成され、その断面形状は円形である。
連通孔３８は、圧電素子保持部３１の空間１つに対して１ヶ所形成されて、貫通孔３３Ａ，３３Ｂと連通していればよいが、複数形成されてバランス配置されているのが好ましい。
【００３０】
このような実施形態によれば、以下の効果がある。
（１）以下に、連通孔３８の形成位置が異なる場合を比較して効果を述べる。
図５に、連通孔３９が圧電素子保持部３１から接合基板の配線パターン３５形成面に設けられた接合基板３０を用いて、フォトリソプロセスによって、配線パターン３５を形成する際の様子を表した図を示した。
図５（ａ）は、接合基板３０の平面図を、（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図を示している。Ｃ−Ｃ断面図には、連通孔３９の位置を破線で示した。
【００３１】
図５において、連通孔３９は、圧電素子保持部３１から配線パターンの形成面３０１に向かって屈曲して設けられている。
図５（ａ）において、連通孔３９の配線パターン形成面での開口部３９１は、接合基板３０の外周付近に設けられている。
【００３２】
図５（ｂ）において、接合基板３０の配線パターン３５を形成する面には、配線パターン３５に用いる金属の薄膜Ｆが形成されている。また、配線パターン３５の形成面３０１に対向する面には、保護用のテープＴが貼られている。
フォトリソプロセスのレジスト塗布工程において、レジストＲを薄膜Ｆ上に塗布する。このとき、連通孔３９の開口部３９１は、薄膜Ｆ、レジストＲによって塞がれる。また、リザーバ部３２および貫通孔３３Ａ，３３Ｂの内部にもレジストＲは侵入する。
【００３３】
フォトリソプロセスの仮焼成工程において、連通孔３９の開口部３９１が塞がれていると、熱が加わることによって、圧電素子保持部３１の空間の気体がテープＴと接合基板３０との界面を通して貫通孔３３Ｂに侵入し、気泡Ｂを生じる。気泡Ｂは、レジストＲ１を持ち上げながら膨張し、破裂する（図中実線矢印で飛散の方向を示した）。このとき、レジストＲ１は噴出、飛散し、厚いレジストＲ２部分や、レジストＲ１の膨張の際に貫通孔３３Ｂの開口付近のレジストＲが引きずられ、薄いレジストＲ３部分を生じる。
レジスト膜厚のばらつきの様子は、図に示した様子に限らない。例えば、仮焼成の状態や、貫通孔３３Ｂへのレジストの侵入具合によっても異なる。
また、連通孔３９の開口部３９１から圧電素子保持部３１の空間の気体が噴出することで、その周辺のレジストＲの膜厚も変化する。
【００３４】
図６に、実施形態の接合基板３０を用いて、フォトリソプロセスによって、配線パターン３５を形成する際の様子を表した図４におけるＢ−Ｂ断面図を示した。
フォトリソプロセスの仮焼成工程で、熱が加わることによって、圧電素子保持部３１の空間の気体は連通孔３８を通じて流出するが、連通孔３８の開口部３８１は、接合基板３０に形成され、貫通孔３３Ｂの内面に開口部３８１があるので、貫通孔３３Ｂ内部のレジストＲ４を押し上げる可能性が少ない。また、開口部３８１が、配線パターン３５の形成面３０１にないので、開口部からの気体の放出による配線パターンの形成面３０１のレジストＲへの影響が少ない。したがって、塗布したレジストＲの膜厚が均一に保て、その後の工程で、配線パターンが正確に形成され、配線切れ等の配線パターン異常を少なくでき、インクジェット式記録ヘッド１およびインクジェット式記録装置１０００の信頼性を向上できる。
【００３５】
（変形例）
図７は、変形例にかかるインクジェット式記録ヘッドの断面図で、フォトリソプロセスによって、配線パターン３５を形成する際の様子を表した図である。
図７において、連通孔３８Ａは、接合基板３０に形成された連通孔ではなく、接合基板３０に形成された溝であり、図２および図３に示した流路形成基板１０と接着されることにより連通孔３８Ａが形成される。
連通孔３８Ａを構成する溝の深さは、貫通孔３３Ｂに侵入し、底部に溜まるレジストＲの高さより深いと、図中実線矢印で示したように圧電素子保持部３１の気体は、レジストＲを押し上げることなく貫通孔３３Ｂに流出する。
【００３６】
以上、実施形態および変形例を説明したが、インクジェット式記録ヘッドおよびインクジェット式記録装置の基本的構成は上述したものに限定されるものではない。
【００３７】
変形例以外にも、種々の変更を行うことが可能である。
例えば、連通孔の断面形状は、円に限らず楕円、多角形等でもよい。また、連通孔は、屈曲していてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】実施形態にかかるインクジェット式記録装置を示す概略斜視図。
【図２】インクジェット式記録ヘッドを示す分解部分斜視図。
【図３】（ａ）は、インクジェット式記録ヘッドの部分平面図、（ｂ）は、（ａ）におけるＡ−Ａ断面図。
【図４】（ａ）は接合基板の平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図。
【図５】（ａ）は接合基板の平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図。
【図６】配線パターンを形成する際の様子を表した図４におけるＢ−Ｂ断面図。
【図７】変形例にかかるインクジェット式記録ヘッドの断面図。
【符号の説明】
【００３９】
１…液体噴射ヘッドとしてのインクジェット式記録ヘッド、１０…流路形成基板、１２…圧力発生室、１３…列、２１…ノズル開口、３０…接合基板、３３Ａ，３３Ｂ…貫通孔、３４，３４Ａ…梁部、３５，３７…配線パターン、３８，３９…連通孔、５０…振動板としての弾性膜、９０…引き出し電極としてのリード電極、１１０，１１０Ａ，１１０Ｂ…駆動ＩＣ、３００…圧電素子、１０００…液体噴射装置としてのインクジェット式記録装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置に関し、特に、インク滴を噴射するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板の表面に圧電素子を形成して、圧電素子の変位によりインク滴を噴射させるインクジェット式記録ヘッドおよびインクジェット式記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット式記録ヘッドとして、ノズル開口に連通する圧力発生室の列を複数備えた流路形成板と、この流路形成板に設けられた圧力素子側に接合され、かつ圧電素子を駆動させる駆動ＩＣが実装される接合基板とを有する構造が知られている。
また、これらのインクジェット式記録ヘッドで、接合基板には、圧力発生室の列間に対応する領域に、圧電素子から引き出される引き出し電極が露出される貫通孔が圧力発生室の各列に対応して少なくとも１つずつ設けられているものが知られている。
さらに、接合基板に、圧電素子の運動を阻害しない程度の空間を備えた圧電素子保持部
が形成され、駆動ＩＣが実装される配線パターンが形成されているものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−５３０７９号公報（４頁〜５頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
圧電素子保持部は、その空間が密封されていると、空間内の気体によって圧電素子の性能が低下する。例えば、流路形成基板と接合基板とを接着する際の接着剤に含まれる水分が入り込むと、水分が圧電素子を構成する薄膜間に侵入し、薄膜の剥がれが生じる。
そこで、圧電素子保持部の空間と外部とを連通する連通孔を設ける必要がある。また、駆動ＩＣが実装される配線パターンは、フォトリソプロセスによって、接合基板および梁部上に形成される。
フォトリソプロセス中のレジスト塗布工程および仮焼成工程において、連通孔の位置によっては、塗布したレジストによって連通孔が塞がれる。また、仮焼成時の熱によって膨張した圧電素子保持部の空間内の気体が連通孔等から流出すことによってレジストが破裂、飛散し、レジスト膜厚が不均一になる。
連通孔が塞がれると、圧電素子保持部の空間に閉じ込められた気体によって圧電素子を構成する薄膜に剥がれが生じる。また、レジスト膜厚が不均一になると、レジスト膜厚に応じて決められたその後の露光、現像工程の条件では、配線パターンが正確に形成できず、配線切れ等の配線パターン異常が発生する。したがって、液体噴射ヘッドおよびそれを備えた液体噴射装置の信頼性が低下する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００６】
［適用例１］
ノズル開口にそれぞれ連通する圧力発生室の列を複数備えた流路形成基板と、前記流路形成基板の一方面側に、振動板を介して前記圧力発生室に対応して設けられた圧電素子と、前記流路形成基板の前記圧力素子側に接合される接合基板と、前記接合基板上に配設され、前記圧電素子を駆動させる駆動ＩＣと、前記接合基板の前記圧力発生室の列間に対応する領域に、前記圧力発生室の各列間に対応して１つまたは複数設けられ、前記圧電素子から引き出される引き出し電極が露出される貫通孔と、前記接合基板の前記圧電素子に対向する領域に形成された、前記圧電素子の運動を阻害しない程度の空間を備えた圧電素子保持部と、前記接合基板に、前記駆動ＩＣが実装される配線パターンとを備え、前記圧電素子保持部の空間と前記貫通孔との間に連通孔が形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【０００７】
この適用例によれば、フォトリソプロセスの仮焼成工程で、熱が加わることによって、圧電素子保持部の空間の気体は膨張し、連通孔を通じて流出するが、連通孔の開口部が、配線パターンの形成面にないので、レジストによって塞がれることがなく、開口部からの気体の放出による配線パターンの形成面のレジストへの影響も少ない。したがって、塗布したレジストの膜厚が均一に保て、その後の工程で、配線パターンが正確に形成され、配線切れ等の配線パターン異常が少なく、インクジェット式記録ヘッドおよびインクジェット式記録装置の信頼性が向上する。
【０００８】
［適用例２］
上記液体噴射ヘッドであって、前記連通孔は、前記接合基板に形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
この適用例では、連通孔は、接合基板に形成され、貫通孔の内面に連通孔の開口部があるので、貫通孔内部のレジストを押し上げる可能性が少ない。
【０００９】
［適用例３］
上記に記載の液体噴射ヘッドを備えたことを特徴とする液体噴射装置。
【００１０】
この適用例によれば、前述の効果を達成できる液体噴射装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１は、液体噴射装置としてのインクジェット式記録装置１０００の一例を示す概略斜視図である。
図１において、インクジェット式記録装置１０００は、記録ヘッドユニット１Ａおよび１Ｂを備えている。記録ヘッドユニット１Ａおよび１Ｂには、インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａおよび２Ｂが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａおよび１Ｂを搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。
【００１２】
記録ヘッドユニット１Ａおよび１Ｂは、例えば、それぞれブラックインク組成物およびカラーインク組成物を噴射する。そして、駆動モータ６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、記録ヘッドユニット１Ａおよび１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動する。一方、装置本体４にはキャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ローラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８上を搬送されるようになっている。
【００１３】
記録ヘッドユニット１Ａおよび１Ｂは、液体噴射ヘッドとしてのインクジェット式記録ヘッド１を記録シートＳに対向する位置に備えている。図では、記録ヘッドユニット１Ａおよび１Ｂの記録シートＳ側に位置しており、図示していない。
【００１４】
図２に、実施形態にかかるインクジェット式記録ヘッド１を示す分解部分斜視図を示した。インクジェット式記録ヘッド１の形状は略直方体であり、図２は、インクジェット式記録ヘッド１の長手方向（図中の白抜き矢印方向）に直交する面で切断した分解部分斜視図である。
また、図３（ａ）には、インクジェット式記録ヘッド１の部分平面図を、（ｂ）には、（ａ）におけるＡ−Ａ断面図を示した。
【００１５】
図２および図３において、インクジェット式記録ヘッド１は、流路形成基板１０とノズルプレート２０と接合基板３０とコンプライアンス基板４０と２つの駆動ＩＣ１１０Ａ，１１０Ｂとを備えている。
流路形成基板１０とノズルプレート２０と接合基板３０とは、流路形成基板１０をノズルプレート２０と接合基板３０とで挟むように積み重ねられ、接合基板３０上には、コンプライアンス基板４０が形成されている。また、コンプライアンス基板４０上には、駆動ＩＣ１１０Ａ，１１０Ｂが実装されている。
【００１６】
流路形成基板１０は、面方位（１１０）のシリコン単結晶板からなる。流路形成基板１０には、異方性エッチングによって、複数の圧力発生室１２が２つの列１３をなすように形成されている。ここで、列１３は、インクジェット式記録ヘッド１の幅方向（長手方向に直交する方向）に並設されている。圧力発生室１２のインクジェット式記録ヘッド１の幅方向の断面形状は台形状で、圧力発生室１２は、インクジェット式記録ヘッド１の幅方向に長く形成されている。
【００１７】
また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向外側の領域には連通部１４が形成され、さらに、連通部１４と各圧力発生室１２とが、各圧力発生室１２に設けられたインク供給路１５を介して連通されている。インク供給路１５は、圧力発生室１２よりも狭い幅で形成されており、連通部１４から圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。
【００１８】
ノズルプレート２０には、各圧力発生室１２のインク供給路１５とは反対側の端部近傍に、外部と連通するノズル開口２１が穿設されている。
なお、ノズルプレート２０は、厚さが例えば、０．０１〜１ｍｍで、線膨張係数が３００℃以下で、例えば２．５〜４．５［×１０-6／℃］であるガラスセラミックス、シリコン単結晶基板又は不錆鋼などからなる。
流路形成基板１０とノズルプレート２０とは、圧力発生室１２を異方性エッチングで形成する際のマスクとして用いられた絶縁膜５１を介して、接着剤や熱溶着フィルム等によって固着されている。
【００１９】
流路形成基板１０のノズルプレート２０が固着された面と対向する面には、振動板としての弾性膜５０が形成されている。弾性膜５０は、熱酸化により形成された酸化膜からなる。
流路形成基板１０の弾性膜５０上には、酸化膜からなる絶縁体膜５５が形成されている。さらに、この絶縁体膜５５上には、白金（Ｐｔ）などの金属やルテニウム酸ストロンチウム（ＳｒＲｕＯ）などの金属酸化物からなる下電極膜６０と、ペロブスカイト構造の圧電体層７０と、Ａｕ、Ｉｒなどの金属からなるの上電極膜８０とが形成され、圧電素子３００を構成している。ここで、圧電素子３００は、下電極膜６０、圧電体層７０および上電極膜８０を含む部分をいう。
【００２０】
一般的には、圧電素子３００のいずれか一方の電極を共通電極とし、他方の電極および圧電体層７０を各圧力発生室１２にパターニングして構成する。そして、ここではパターニングされたいずれか一方の電極および圧電体層７０から構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部という。
なお、実施形態では、下電極膜６０は圧電素子３００の共通電極とし、上電極膜８０を圧電素子３００の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。いずれの場合においても、各圧力発生室１２に圧電体能動部が形成されていることになる。また、ここでは、圧電素子３００と当該圧電素子３００の駆動により変位が生じる弾性膜５０および絶縁体膜５５（振動板）とを合わせて圧電アクチュエータと称する。
【００２１】
また、このような各圧電素子３００を構成する上電極膜８０には、例えば、金（Ａｕ）等からなる引き出し電極としてのリード電極９０が接続されており、このリード電極９０は、圧力発生室１２の列１３の間の領域まで延設されている。
【００２２】
圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上には、圧電素子３００を駆動するための駆動ＩＣ１１０Ａ，１１０Ｂが実装される接合基板３０が接合されている。
接合基板３０は、圧電素子３００に対向する領域に、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を確保した状態で、圧電素子保持部３１を有する。圧電素子保持部３１は、各圧力発生室１２の列１３に対応してそれぞれ設けられている。
なお、実施形態では、各圧電素子保持部３１は、各圧力発生室１２の列１３に対応する領域に一体的に設けられているが、圧電素子３００毎に独立して設けられていてもよい。
接合基板３０の材料としては、例えば、ガラス、セラミックス材料、金属、樹脂等が挙げられるが、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料で形成されていることがより好ましく、実施形態では、流路形成基板１０と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成する。
【００２３】
また、接合基板３０には、流路形成基板１０の連通部１４に対応する領域にリザーバ部３２が設けられている。このリザーバ部３２は、実施形態では、接合基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２の列１３に沿って設けられており、流路形成基板１０の連通部１４と連通されて各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１００を構成している。
【００２４】
さらに、接合基板３０の略中央部、すなわち、圧力発生室１２の列１３間に対向する領域には、各圧力発生室１２の列１３に対応して接合基板３０を厚さ方向に貫通する２つの貫通孔３３Ａ，３３Ｂが設けられている。２つの貫通孔３３Ａの間および２つの貫通孔３３Ｂの間には、梁部３４が形成されている。また、貫通孔３３Ａと３３Ｂとの間にも梁部３４Ａが形成されている。
延設されたリード電極９０は、その先端部が貫通孔３３Ａ，３３Ｂの底部に露出している。
なお、梁部３４，３４Ａは、接合基板３０と一体的に形成されていることが好ましいが、接合基板３０とは別体であってもよい。また、梁部３４Ａが形成されず、貫通孔３３Ａと３３Ｂとが一体となって１つの貫通孔を形成していてもよい。
【００２５】
接合基板３０上には、図示しない外部配線が接続されて駆動信号が供給される配線パターン３５が絶縁膜３６を介して設けられている。そして、接合基板３０の貫通孔３３Ａ，３３Ｂの両側、すなわち、圧力発生室１２の各列１３に対応する領域の配線パターン３５上に、各圧電素子３００を駆動するための半導体集積回路（ＩＣ）である駆動ＩＣ１１０Ａ，１１０Ｂがそれぞれ実装され、合計４つの駆動ＩＣ１１０が実装されている。
延設されたリード電極９０は、その先端部が貫通孔３３Ａ，３３Ｂ内に露出している。
なお、この梁部３４は、接合基板３０と一体的に形成されていることが好ましいが、勿論、接合基板３０とは別体であってもよい。
【００２６】
駆動信号は、例えば、駆動電源信号等の駆動ＩＣを駆動させるための駆動系信号のほか、シリアル信号（ＳＩ）等の各種制御系信号を含み、配線パターン３５は、それぞれの信号が供給される複数の配線で構成される。そして、実施形態では、この配線パターン３５を構成する配線のうちの圧電素子３００の共通電極である下電極膜６０に接続されて駆動用信号（ＣＯＭ）が供給される共通電極配線としての配線パターン３７が、駆動ＩＣ１１０が実装される領域と共に梁部３４上に、圧力発生室１２の列１３に沿って延設されている。この梁部３４上に設けられる配線は、配線パターン３７に限定されず、シリアル等の信号を供給するための配線を配置してもよい。
【００２７】
そして、配線パターン３５上に実装された各駆動ＩＣ１１０と各圧電素子３００から延設されたリード電極９０とは、接合基板３０の貫通孔３３Ａ，３３Ｂ内に延設された、例えば、ボンディングワイヤ等の導電性ワイヤからなる接続配線１２０によってそれぞれ電気的に接続されている。また、同様に、配線パターン３７と下電極膜６０とは、貫通孔３３Ａ，３３Ｂの両端部近傍で接続配線１２０によって電気的に接続されている。
【００２８】
接合基板３０上には、封止膜４１および固定板４２とからなるコンプライアンス基板４０が接合されている。ここで、封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料（例えば、厚さが６μｍのポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルム）からなり、この封止膜４１によってリザーバ部３２の一方面が封止されている。また、固定板４２は、金属等の硬質の材料（例えば、厚さが３０μｍのステンレス鋼（ＳＵＳ）等）で形成されている。この固定板４２のリザーバ１００に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部４３となっているため、リザーバ１００の一方面は可撓性を有する封止膜４１のみで封止されている。
【００２９】
図４（ａ）に接合基板３０の平面図を、（ｂ）に（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図を示した。
図４において、圧電素子保持部３１の空間と貫通孔３３Ａ，３３Ｂとの間に連通孔３８が４ヶ所形成されている。連通孔３８は、接合基板３０に形成され、その断面形状は円形である。
連通孔３８は、圧電素子保持部３１の空間１つに対して１ヶ所形成されて、貫通孔３３Ａ，３３Ｂと連通していればよいが、複数形成されてバランス配置されているのが好ましい。
【００３０】
このような実施形態によれば、以下の効果がある。
（１）以下に、連通孔３８の形成位置が異なる場合を比較して効果を述べる。
図５に、連通孔３９が圧電素子保持部３１から接合基板の配線パターン３５形成面に設けられた接合基板３０を用いて、フォトリソプロセスによって、配線パターン３５を形成する際の様子を表した図を示した。
図５（ａ）は、接合基板３０の平面図を、（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図を示している。Ｃ−Ｃ断面図には、連通孔３９の位置を破線で示した。
【００３１】
図５において、連通孔３９は、圧電素子保持部３１から配線パターンの形成面３０１に向かって屈曲して設けられている。
図５（ａ）において、連通孔３９の配線パターン形成面での開口部３９１は、接合基板３０の外周付近に設けられている。
【００３２】
図５（ｂ）において、接合基板３０の配線パターン３５を形成する面には、配線パターン３５に用いる金属の薄膜Ｆが形成されている。また、配線パターン３５の形成面３０１に対向する面には、保護用のテープＴが貼られている。
フォトリソプロセスのレジスト塗布工程において、レジストＲを薄膜Ｆ上に塗布する。このとき、連通孔３９の開口部３９１は、薄膜Ｆ、レジストＲによって塞がれる。また、リザーバ部３２および貫通孔３３Ａ，３３Ｂの内部にもレジストＲは侵入する。
【００３３】
フォトリソプロセスの仮焼成工程において、連通孔３９の開口部３９１が塞がれていると、熱が加わることによって、圧電素子保持部３１の空間の気体がテープＴと接合基板３０との界面を通して貫通孔３３Ｂに侵入し、気泡Ｂを生じる。気泡Ｂは、レジストＲ１を持ち上げながら膨張し、破裂する（図中実線矢印で飛散の方向を示した）。このとき、レジストＲ１は噴出、飛散し、厚いレジストＲ２部分や、レジストＲ１の膨張の際に貫通孔３３Ｂの開口付近のレジストＲが引きずられ、薄いレジストＲ３部分を生じる。
レジスト膜厚のばらつきの様子は、図に示した様子に限らない。例えば、仮焼成の状態や、貫通孔３３Ｂへのレジストの侵入具合によっても異なる。
また、連通孔３９の開口部３９１から圧電素子保持部３１の空間の気体が噴出することで、その周辺のレジストＲの膜厚も変化する。
【００３４】
図６に、実施形態の接合基板３０を用いて、フォトリソプロセスによって、配線パターン３５を形成する際の様子を表した図４におけるＢ−Ｂ断面図を示した。
フォトリソプロセスの仮焼成工程で、熱が加わることによって、圧電素子保持部３１の空間の気体は連通孔３８を通じて流出するが、連通孔３８の開口部３８１は、接合基板３０に形成され、貫通孔３３Ｂの内面に開口部３８１があるので、貫通孔３３Ｂ内部のレジストＲ４を押し上げる可能性が少ない。また、開口部３８１が、配線パターン３５の形成面３０１にないので、開口部からの気体の放出による配線パターンの形成面３０１のレジストＲへの影響が少ない。したがって、塗布したレジストＲの膜厚が均一に保て、その後の工程で、配線パターンが正確に形成され、配線切れ等の配線パターン異常を少なくでき、インクジェット式記録ヘッド１およびインクジェット式記録装置１０００の信頼性を向上できる。
【００３５】
（変形例）
図７は、変形例にかかるインクジェット式記録ヘッドの断面図で、フォトリソプロセスによって、配線パターン３５を形成する際の様子を表した図である。
図７において、連通孔３８Ａは、接合基板３０に形成された連通孔ではなく、接合基板３０に形成された溝であり、図２および図３に示した流路形成基板１０と接着されることにより連通孔３８Ａが形成される。
連通孔３８Ａを構成する溝の深さは、貫通孔３３Ｂに侵入し、底部に溜まるレジストＲの高さより深いと、図中実線矢印で示したように圧電素子保持部３１の気体は、レジストＲを押し上げることなく貫通孔３３Ｂに流出する。
【００３６】
以上、実施形態および変形例を説明したが、インクジェット式記録ヘッドおよびインクジェット式記録装置の基本的構成は上述したものに限定されるものではない。
【００３７】
変形例以外にも、種々の変更を行うことが可能である。
例えば、連通孔の断面形状は、円に限らず楕円、多角形等でもよい。また、連通孔は、屈曲していてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】実施形態にかかるインクジェット式記録装置を示す概略斜視図。
【図２】インクジェット式記録ヘッドを示す分解部分斜視図。
【図３】（ａ）は、インクジェット式記録ヘッドの部分平面図、（ｂ）は、（ａ）におけるＡ−Ａ断面図。
【図４】（ａ）は接合基板の平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図。
【図５】（ａ）は接合基板の平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図。
【図６】配線パターンを形成する際の様子を表した図４におけるＢ−Ｂ断面図。
【図７】変形例にかかるインクジェット式記録ヘッドの断面図。
【符号の説明】
【００３９】
１…液体噴射ヘッドとしてのインクジェット式記録ヘッド、１０…流路形成基板、１２…圧力発生室、１３…列、２１…ノズル開口、３０…接合基板、３３Ａ，３３Ｂ…貫通孔、３４，３４Ａ…梁部、３５，３７…配線パターン、３８，３９…連通孔、５０…振動板としての弾性膜、９０…引き出し電極としてのリード電極、１１０，１１０Ａ，１１０Ｂ…駆動ＩＣ、３００…圧電素子、１０００…液体噴射装置としてのインクジェット式記録装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル開口にそれぞれ連通する圧力発生室の列を複数備えた流路形成基板と、
前記流路形成基板の一方面側に、振動板を介して前記圧力発生室に対応して設けられた圧電素子と、
前記流路形成基板の前記圧力素子側に接合される接合基板と、
前記接合基板上に配設され、前記圧電素子を駆動させる駆動ＩＣと、
前記接合基板の前記圧力発生室の列間に対応する領域に、前記圧力発生室の各列間に対応して１つまたは複数設けられ、前記圧電素子から引き出される引き出し電極が露出される貫通孔と、
前記接合基板の前記圧電素子に対向する領域に形成された、前記圧電素子の運動を阻害しない程度の空間を備えた圧電素子保持部と、
前記接合基板に、前記駆動ＩＣが実装される配線パターンとを備え、
前記圧電素子保持部の空間と前記貫通孔との間に連通孔が形成されている
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載の液体噴射ヘッドにおいて、
前記連通孔は、前記接合基板に形成されている
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の液体噴射ヘッドを備えた
ことを特徴とする液体噴射装置。
【請求項１】
ノズル開口にそれぞれ連通する圧力発生室の列を複数備えた流路形成基板と、
前記流路形成基板の一方面側に、振動板を介して前記圧力発生室に対応して設けられた圧電素子と、
前記流路形成基板の前記圧力素子側に接合される接合基板と、
前記接合基板上に配設され、前記圧電素子を駆動させる駆動ＩＣと、
前記接合基板の前記圧力発生室の列間に対応する領域に、前記圧力発生室の各列間に対応して１つまたは複数設けられ、前記圧電素子から引き出される引き出し電極が露出される貫通孔と、
前記接合基板の前記圧電素子に対向する領域に形成された、前記圧電素子の運動を阻害しない程度の空間を備えた圧電素子保持部と、
前記接合基板に、前記駆動ＩＣが実装される配線パターンとを備え、
前記圧電素子保持部の空間と前記貫通孔との間に連通孔が形成されている
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載の液体噴射ヘッドにおいて、
前記連通孔は、前記接合基板に形成されている
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の液体噴射ヘッドを備えた
ことを特徴とする液体噴射装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−１７２９３９（Ｐ２００９−１７２９３９Ａ）
【公開日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１５８９２（Ｐ２００８−１５８９２）
【出願日】平成２０年１月２８日（２００８．１．２８）
【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８月６日（２００９．８．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月２８日（２００８．１．２８）
【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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