JP2002046281A - インクジェット式記録ヘッド及びその製造方法並びにインクジェット式記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 隔壁の剛性を向上すると共に圧力発生室を高
密度に配設することのできるインクジェット式記録ヘッ
ド及びその製造方法並びにインクジェット式記録装置を
提供する。 【解決手段】 ノズル開口に連通する圧力発生室１２が
画成される単結晶シリコンからなる流路形成基板１０
と、該流路形成基板１０の一方面側に振動板を介して設
けられる下電極６０、圧電体層７０及び上電極８０から
なる圧電素子３００とを具備するインクジェット式記録
ヘッドにおいて、前記流路形成基板１０の前記圧電素子
３００側に封止部材４０を介して接合される単結晶シリ
コンからなる接合基板３０を設け、該接合基板３０の前
記流路形成基板１０との接合面側の前記圧電素子３００
に対向する領域に、集積回路３１を一体的に形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インク滴を吐出す
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、この振動板を介して圧電素子を設けて、圧電素子
の変位によりインク滴を吐出させるインクジェット式記
録ヘッド及びその製造方法並びにインクジェット式記録
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】インク滴を吐出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、この振動板を圧
電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧して
ノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式
記録ヘッドには、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦
振動モードの圧電アクチュエータを使用したものと、た
わみ振動モードの圧電アクチュエータを使用したものの
２種類が実用化されている。

【０００３】前者は圧電素子の端面を振動板に当接させ
ることにより圧力発生室の容積を変化させることができ
て、高密度印刷に適したヘッドの製作が可能である反
面、圧電素子をノズル開口の配列ピッチに一致させて櫛
歯状に切り分けるという困難な工程や、切り分けられた
圧電素子を圧力発生室に位置決めして固定する作業が必
要となり、製造工程が複雑であるという問題がある。

【０００４】これに対して後者は、圧電材料のグリーン
シートを圧力発生室の形状に合わせて貼付し、これを焼
成するという比較的簡単な工程で振動板に圧電素子を作
り付けることができるものの、たわみ振動を利用する関
係上、ある程度の面積が必要となり、高密度配列が困難
であるという問題がある。

【０００５】一方、後者の記録ヘッドの不都合を解消す
べく、特開平５−２８６１３１号公報に見られるよう
に、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧
電材料層を形成し、この圧電材料層をリソグラフィ法に
より圧力発生室に対応する形状に切り分けて各圧力発生
室毎に独立するように圧電素子を形成したものが提案さ
れている。

【０００６】これによれば圧電素子を振動板に貼付ける
作業が不要となって、リソグラフィ法という精密で、か
つ簡便な手法で圧電素子を作り付けることができるばか
りでなく、圧電素子の厚みを薄くできて高速駆動が可能
になるという利点がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、圧力発
生室を形成する基板として、例えば、直径が６〜１２イ
ンチ程度の比較的大きなものを用いようとする場合、ハ
ンドリング等の問題により基板の厚さを厚くせざるを得
ず、それに伴い圧力発生室の深さも深くなってしまう。
そのため、各圧力発生室を区画する隔壁の厚さを厚くし
ないと十分な剛性が得られず、クロストークが発生し、
所望の吐出特性が得られないという問題がある。

【０００８】本発明は、このような事情に鑑み、隔壁の
剛性を向上すると共に圧力発生室を高密度に配設するこ
とのできるインクジェット式記録ヘッド及びその製造方
法並びにインクジェット式記録装置を提供することを課
題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の第１の態様は、ノズル開口に連通する圧力発生室が
画成される単結晶シリコンからなる流路形成基板と、該
流路形成基板の一方面側に振動板を介して設けられる下
電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを具備す
るインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記流路形成
基板の前記圧電素子側に封止部材を介して接合される単
結晶シリコンからなる接合基板を有し、該接合基板の前
記流路形成基板との接合面側の前記圧電素子に対向する
領域には、集積回路が一体的に形成されていることを特
徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。

【００１０】かかる第１の態様では、圧電素子と集積回
路とを比較的容易に接続でき、且つヘッドを小型化する
ことができる。また、集積回路が一体的に形成された接
合基板が流路形成基板に接合されているため、流路形成
基板の厚さを薄くして圧力発生室の高さを低くすること
ができる。

【００１１】本発明の第２の態様は、第１の態様におい
て、前記圧電素子を構成する前記下電極又は上電極の何
れか一方には導電部材が接続されており、該導電部材が
前記集積回路の接続配線に当接することにより、前記圧
電素子と前記集積回路とが電気的に接続されていること
を特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。

【００１２】かかる第２の態様では、流路形成基板と接
合基板とを接合することで、導電部材と集積回路の接続
配線とが当接させることができるので、圧電素子と集積
回路とを電気的に容易に接続することができる。

【００１３】本発明の第３の態様は、第１又は２の態様
において、前記圧電素子は、前記接合基板と前記封止部
材によって画成される空間内に封止されていることを特
徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。

【００１４】かかる第３の態様では、圧電素子が外部環
境と遮断されるため、大気中の水分等の外部環境に起因
する圧電素子の破壊が防止される。

【００１５】本発明の第４の態様は、第１〜３の何れか
の態様において、前記封止部材が接着剤であることを特
徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。

【００１６】かかる第４の態様では、流路形成基板と接
合基板とを接着剤によって容易に接合することができ
る。

【００１７】本発明の第５の態様は、第１〜３の何れか
の態様において、前記封止部材が酸化シリコン又はガラ
スからなり、前記流路形成基板と前記接合基板とが前記
封止部材を介して陽極接合によって接合されていること
を特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。

【００１８】かかる第５の態様では、流路形成基板と接
合基板とを容易且つ確実に接合することができる。

【００１９】本発明の第６の態様は、第２〜５の何れか
の態様において、前記導電部材が、一端が前記一方の電
極に接続されると共に他端が前記流路形成基板上に固定
されたボンディングワイヤであることを特徴とするイン
クジェット式記録ヘッドにある。

【００２０】かかる第６の態様では、ボンディングワイ
ヤを介して圧電素子と集積回路とが電気的に接続され
る。

【００２１】本発明の第７の態様は、第１〜６の何れか
の態様において、前記圧力発生室が異方性エッチングに
より形成され、前記振動板及び前記圧電素子を構成する
各層が成膜及びリソグラフィ法により形成されたもので
あることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにあ
る。

【００２２】かかる第７の態様では、高密度のノズル開
口を有するインクジェット式記録ヘッドを大量に且つ比
較的容易に製造することができる。

【００２３】本発明の第８の態様は、第１〜７の何れか
の態様のインクジェット式記録ヘッドを具備することを
特徴とするインクジェット式記録装置にある。

【００２４】かかる第８の態様では、ヘッドのインク吐
出特性を向上したインクジェット式記録装置を実現でき
る。

【００２５】本発明の第９の態様は、単結晶シリコンか
らなりノズル開口に連通する圧力発生室が画成される流
路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に振動板を介
して設けられる下電極、圧電体層及び上電極からなる圧
電素子と、前記流路形成基板の前記圧電素子側に接合さ
れる単結晶シリコンからなる接合基板とを具備するイン
クジェット式記録ヘッドの製造方法において、前記流路
形成基板上に前記振動板を介して前記下電極、前記圧電
体層及び前記上電極を積層及びパターニングして前記圧
電素子を形成する工程と、前記接合基板の一方面の前記
圧電素子に対向する領域に集積回路を一体的に形成する
工程と、前記流路形成基板の前記圧電素子側と前記接合
基板の前記集積回路側とを封止部材を介して接合する工
程と、前記流路形成基板及び前記接合基板を所定の厚さ
に加工する工程と、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インクジェット式記録ヘッドの
製造方法にある。

【００２６】かかる第９の態様では、流路形成基板に接
合基板を接合し、その後流路形成基板を所定の厚さに加
工するようにしたので、流路形成基板の厚さを比較的容
易に薄くすることができる。

【００２７】本発明の第１０の態様は、第９の態様にお
いて、前記圧力発生室を形成する工程では、前記流路形
成基板をエッチングすることによって前記圧力発生室を
形成すると共に、前記接合基板をエッチングすることに
より前記圧力発生室にインクを供給する流路を形成する
ことを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造方
法にある。

【００２８】かかる第１０の態様では、圧力発生室とこ
の圧力発生室にインクを供給する流路とを同時に形成す
るため、製造工程が簡略化される。

【００２９】本発明の第１１の態様は、第９又は１０の
態様において、導電性を有しその一端が前記圧電素子を
構成する前記下電極又は上電極の何れか一方に接続され
る導電部材を設け、前記流路形成基板と前記接合基板と
を接合する際に、前記導電部材と前記集積回路の接続配
線とを接触させることにより、前記圧電素子と前記集積
回路とを電気的に接続することを特徴とするインクジェ
ット式記録ヘッドの製造方法にある。

【００３０】かかる第１１の態様では、流路形成基板と
接合基板とを接合することにより、同時に、圧電素子と
駆動回路とが電気的に接続されるため、製造工程を簡略
化することができる。

【００３１】本発明の第１２の態様は、第１１の態様に
おいて、前記圧力発生室を形成する工程では、前記流路
形成基板をエッチングすることによって前記圧力発生室
を形成すると共に、前記接合基板をエッチングすること
により前記圧電素子を構成する他方の電極と外部配線と
を接続する接続口を形成することを特徴とするインクジ
ェット式記録ヘッドの製造方法にある。

【００３２】かかる第１２の態様では、圧力発生室と共
に圧電素子の電極と外部配線とを接続する接続口が同時
に形成されるため、製造工程が簡略化される。

【００３３】本発明の第１３の態様は、第９〜１２の何
れかの態様において、前記封止部材がガラス、又は前記
流路形成基板及び前記接合基板のそれぞれの接合面側に
設けられた酸化シリコン層であり、当該封止部材を介し
て前記流路形成基板と前記接合基板とを陽極接合により
接合することを特徴とするインクジェット式記録ヘッド
の製造方法にある。

【００３４】かかる第１３の態様では、流路形成基板と
接合基板とを容易且つ確実に接合することができる。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下に本発明を実施形態に基づい
て詳細に説明する。

【００３６】（実施形態１）図１は、本発明の実施形態
１に係るインクジェット式記録ヘッドを示す分解斜視図
であり、図２は、インクジェット式記録ヘッドの１つの
圧力発生室の長手方向における断面構造を示す図であ
る。

【００３７】図示するように、流路形成基板１０は、例
えば、５０〜１５０μｍの厚さの単結晶シリコン基板か
らなり、その一方面は開口面となり、他方面には予め熱
酸化により形成した二酸化シリコンからなる、厚さ０．
１〜２μｍの弾性膜５０が形成されている。

【００３８】流路形成基板１０の開口面には、異方性エ
ッチングにより複数の隔壁１１によって区画された圧力
発生室１２が形成されている。また、各圧力発生室１２
の長手方向一端部には、各圧力発生室１２の共通のイン
ク室であるリザーバ１３が形成され、インク供給路１４
を介して各圧力発生室１２と連通されている。

【００３９】なお、これらリザーバ１３及びインク供給
路１４は、圧力発生室１２と共に異方性エッチングによ
って形成されている。また、インク供給路１４は、圧力
発生室１２のインクの流出入を制御するためのものであ
り、圧力発生室１２及びリザーバ１３よりも浅く形成さ
れている。

【００４０】ここで、異方性エッチングは、単結晶シリ
コン基板をＫＯＨ等のアルカリ溶液に浸漬すると、徐々
に侵食されて（１１０）面に垂直な第１の（１１１）面
と、この第１の（１１１）面と約７０度の角度をなし且
つ上記（１１０）面と約３５度の角度をなす第２の（１
１１）面とが出現し、（１１０）面のエッチングレート
と比較して（１１１）面のエッチングレートが約１／１
８０であるという性質を利用して行われるものである。
かかる異方性エッチングにより、二つの第１の（１１
１）面と斜めの二つの第２の（１１１）面とで形成され
る平行四辺形状の深さ加工を基本として精密加工を行う
ことができ、圧力発生室１２を高密度に配列することが
できる。

【００４１】本実施形態では、各圧力発生室１２の長辺
を第１の（１１１）面で、短辺を第２の（１１１）面で
形成している。この圧力発生室１２は、流路形成基板１
０をほぼ貫通して弾性膜５０に達するまでエッチングす
ることにより形成されている。なお、弾性膜５０は、シ
リコン単結晶基板をエッチングするアルカリ溶液に侵さ
れる量がきわめて小さい。

【００４２】この流路形成基板１０の開口面側には、各
圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側で連通す
るノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が接
着剤や熱溶着フィルム等を介して固着されている。な
お、ノズルプレート２０は、厚さが例えば、０．１〜１
ｍｍ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、又
は不錆鋼などからなる。ノズルプレート２０は、一方の
面で流路形成基板１０の一面を全面的に覆い、シリコン
単結晶基板を衝撃や外力から保護する補強板の役目も果
たす。また、ノズルプレート２０は、流路形成基板１０
と熱膨張係数が略同一の材料で形成するようにしてもよ
い。この場合には、流路形成基板１０とノズルプレート
２０との熱による変形が略同一となるため、熱硬化性の
接着剤等を用いて容易に接合することができる。

【００４３】ここで、インク滴吐出圧力をインクに与え
る圧力発生室１２の大きさと、インク滴を吐出するノズ
ル開口２１の大きさとは、吐出するインク滴の量、吐出
スピード、吐出周波数に応じて最適化される。例えば、
１インチ当たり３６０個のインク滴を記録する場合、ノ
ズル開口２１は数十μｍの直径で精度よく形成する必要
がある。

【００４４】一方、流路形成基板１０の弾性膜５０上に
は、厚さが例えば、約０．２〜０．５μｍの下電極膜６
０と、厚さが例えば、約１μｍの圧電体層７０と、厚さ
が例えば、約０．１μｍの上電極膜８０とが、後述する
プロセスで積層形成されて、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及び上電極膜８０を含む部分をいう。一般的に
は、圧電素子３００の何れか一方の電極を共通電極と
し、他方の電極及び圧電体層７０を各圧力発生室１２毎
にパターニングして構成する。そして、ここではパター
ニングされた何れか一方の電極及び圧電体層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。本実施形態では、下電極膜
６０を圧電素子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。何れの場合に
おいても、各圧力発生室毎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とを
合わせて圧電アクチュエータと称する。なお、上述した
例では、弾性膜５０及び下電極膜６０が振動板として作
用するが、下電極膜が弾性膜を兼ねるようにしてもよ
い。

【００４５】また、流路形成基板１０の圧電素子３００
側、本実施形態では、弾性膜５０及び下電極膜６０上に
は、封止部材４０を介して接合基板３０が形成されてい
る。

【００４６】この接合基板３０は、１５０μｍ以上の厚
さを有する単結晶シリコン基板からなり、圧電素子３０
０に対向する領域には、所定の集積回路（ＩＣ）、例え
ば、本実施形態では、圧電素子３００を駆動するための
駆動回路３１が一体的に形成されている。なお、この駆
動回路３１は、本実施形態では、単結晶シリコン基板か
らなる接合基板３０に半導体プロセスによって一体的に
形成された半導体集積回路である。

【００４７】また、この駆動回路３１と圧電素子３００
の上電極膜８０とは、上電極膜８０上に設けられたリー
ド電極９０を介して電気的に接続されている。すなわ
ち、流路形成基板１０と接合基板３０とを封止部材４０
を介して接合する際に、リード電極９０と駆動回路３１
とを接触させることにより、上電極膜８０と駆動回路３
１とがリード電極９０を介して電気的に接続される。

【００４８】また、この接合基板３０及び封止部材４０
によって、圧電素子３００に対向する領域には、その運
動を阻害しない程度の空間を確保した状態でこの空間を
密封可能な圧電素子保持部４１及び圧力発生室１２の共
通のインク室であるリザーバ１３にインクを供給するた
めのインク導入路４２が形成され、さらに、圧電素子３
００の共通電極である下電極膜６０及び駆動回路３１の
駆動用信号線と外部配線とを接続する接続口４３が画成
されている。

【００４９】また、本実施形態では、例えば、図３に示
すように、接合基板３０の流路形成基板１０との接合面
側には、圧電素子３００の並設方向の端部近傍に、駆動
回路３１とＦＰＣ等の外部配線１００とを接続するため
の接続配線３２が形成されており、接続配線３２と外部
配線とは、異方性導電材（ＡＣＦ）等からなる接続層３
３を介して電気的に接続されている。なお、接続配線３
２は接続口４３に配線を延設させて形成してもよい。こ
の場合には、下電極膜６０と駆動回路用の信号線が一括
で実装でき、実装工程の簡略化とヘッドの小型化を図る
ことができる。

【００５０】ここで、本実施形態のインクジェット式記
録ヘッドの製造工程について説明する。なお、図４〜図
６は、圧力発生室１２の長手方向の断面図である。ま
た、図４の（ａ）〜（ｃ）は、流路形成基板１０の断面
図であり、（ｄ）は、接合基板３０の断面図である。

【００５１】まず、図４（ａ）に示すように、所定の厚
さ、本実施形態では、２２０μｍ程度の流路形成基板１
０となる単結晶シリコン基板のウェハを約１１００℃の
拡散炉で熱酸化して二酸化シリコンからなる弾性膜５０
を形成する。

【００５２】次に、図４（ｂ）に示すように、この弾性
膜５０上に下電極膜６０、圧電体層７０及び上電極膜８
０を順次積層し、パターニングすることにより圧電素子
３００を形成する。

【００５３】すなわち、まず、弾性膜５０上にスパッタ
リングで下電極膜６０を形成する。この下電極膜６０の
材料としては、白金等が好適である。これは、スパッタ
リング法やゾル−ゲル法で成膜する後述の圧電体層７０
は、成膜後に大気雰囲気下又は酸素雰囲気下で６００〜
１０００℃程度の温度で焼成して結晶化させる必要があ
るからである。すなわち、下電極膜６０の材料は、この
ような高温、酸化雰囲気下で導電性を保持できなければ
ならず、殊に、圧電体層７０としてチタン酸ジルコン酸
鉛（ＰＺＴ）を用いた場合には、酸化鉛の拡散による導
電性の変化が少ないことが望ましく、これらの理由から
白金が好適である。

【００５４】次に、下電極膜６０上に圧電体層７０を成
膜する。例えば、本実施形態では、金属有機物を触媒に
溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥してゲル化し、
さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電体
層７０を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて形成し
た。圧電体層７０の材料としては、ＰＺＴ系の材料がイ
ンクジェット式記録ヘッドに使用する場合には好適であ
る。なお、この圧電体層７０の成膜方法は、特に限定さ
れず、例えば、スパッタリング法又はＭＯＤ法（有機金
属熱塗布分解法）等のスピンコート法により成膜しても
よい。

【００５５】さらに、ゾル−ゲル法又はスパッタリング
法もしくはＭＯＤ法等によりチタン酸ジルコン酸鉛の前
駆体膜を形成後、アルカリ水溶液中での高圧処理法にて
低温で結晶成長させる方法を用いてもよい。

【００５６】何れにしても、このように成膜された圧電
体層７０は、バルクの圧電体とは異なり結晶が優先配向
しており、且つ本実施形態では、圧電体層７０は、結晶
が柱状に形成されている。なお、優先配向とは、結晶の
配向方向が無秩序ではなく、特定の結晶面がほぼ一定の
方向に向いている状態をいう。また、結晶が柱状の薄膜
とは、略円柱体の結晶が中心軸を厚さ方向に略一致させ
た状態で面方向に亘って集合して薄膜を形成している状
態をいう。勿論、優先配向した粒状の結晶で形成された
薄膜であってもよい。なお、このように薄膜工程で製造
された圧電体層の厚さは、一般的に０．２〜５μｍであ
る。

【００５７】さらに、圧電体層７０上に上電極膜８０を
成膜する。上電極膜８０は、導電性の高い材料であれば
よく、アルミニウム、金、ニッケル、白金等の多くの金
属や、導電性酸化物等を使用できる。本実施形態では、
白金をスパッタリングにより成膜している。

【００５８】次に、圧電体層７０及び上電極膜８０のみ
をエッチングして圧電素子３００のパターニングを行
う。

【００５９】次に、図４（ｃ）に示すように、リード電
極９０を流路形成基板１０の全面に亘って形成すると共
に各圧電素子３００の長手方向一端部側の上電極膜８０
上にパターニングする。

【００６０】次に、図４（ｄ）に示すように、所定の厚
さ、本実施形態では、２２０μｍ程度の接合基板３０と
なる単結晶シリコン基板の前記流路形成基板１０との接
合面側で前記圧電素子３００に対応する領域に、駆動回
路３１を一体的に形成する。この駆動回路３１の形成方
法は、特に限定されず、例えば、駆動回路３１を半導体
プロセスで一体的に形成すればよい。

【００６１】次に、図５（ａ）に示すように、流路形成
基板１０の圧電素子３００側と接合基板３０の駆動回路
３１側とを封止部材４０を介して接合する。このとき、
圧電素子３００に対向する領域に圧電素子保持部４１が
画成されると共に、前記リザーバ１３に対向する領域に
インク導入路４２が画成される。さらに、このインク導
入路４２の外側に接続口４３が画成される。本実施形態
では、封止部材４０は接着剤であり、所定の領域に所定
量の接着剤を塗布して流路形成基板１０と接合基板３０
とを接合することにより、これら圧電素子保持部４１、
インク導入路４２及び接続口４３を画成する。

【００６２】さらに、これら流路形成基板１０と接合基
板３０とを接合する際に、リード電極９０と駆動回路３
１とを接触させることにより、各圧電素子３００の個別
電極である上電極膜８０と駆動回路３１とが電気的に接
続される。このとき、このリード電極９０は、圧力発生
室１２となる領域の外側に設けられていることが好まし
い。これにより、圧電素子３００の駆動による振動板の
変形の阻害を防止することができる。

【００６３】次に、図５（ｂ）に示すように、このよう
に接合した流路形成基板１０及び接合基板３０を所定の
厚さに加工する。具体的には、流路形成基板１０及び接
合基板３０の表面を研磨又はエッチングすることによ
り、所定の厚さに加工する。本実施形態では、上述した
ように、流路形成基板１０を５０μｍ〜１５０μｍと
し、接合基板３０を１５０μｍ程度の厚さとした。

【００６４】次に、図５（ｃ）に示すように、流路形成
基板１０と接合基板３０とのそれぞれの表面に二酸化シ
リコンからなるマスク層５５Ａ，５５Ｂを所定の領域に
スパッタリング又はＣＶＤ法等により成膜する。

【００６５】次いで、図６（ａ）に示すように、マスク
層５５Ａを介して流路形成基板１０をエッチングするこ
とにより、圧力発生室１２、リザーバ１３及びインク供
給路１４を形成する。また、同時に、マスク層５５Ｂを
介して接合基板３０をエッチングすることにより、イン
ク導入路４２を開口させると共に、接続口４３を開口さ
せる。さらに、リザーバ１３に対応する領域の弾性膜５
０及び下電極膜６０を除去してリザーバ１３とインク導
入路４２とを連通するインク連通孔５１を形成する。

【００６６】その後、図６（ｂ）に示すように、流路形
成基板１０の開口面側にノズル開口２１が穿設されたノ
ズルプレートを接合する。

【００６７】なお、以上説明した一連の膜形成及び異方
性エッチングによって、一枚のウェハ上に多数のチップ
を同時に形成し、プロセス終了後、図１に示すような一
つのチップサイズの流路形成基板１０毎に分割し、イン
クジェット式記録ヘッドとする。

【００６８】このように製造された本実施形態のインク
ジェット式記録ヘッドは、図示しない外部インク供給手
段からインク導入路４２を介してリザーバ１３にインク
を取り込み、リザーバ１３からノズル開口２１に至るま
で内部をインクで満たした後、外部配線１００から駆動
回路３１を介して出力された記録信号に従い、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８
０との間に電圧を印加し、弾性膜５０、下電極膜６０及
び圧電体層７０をたわみ変形させることにより、各圧力
発生室１２内の圧力が高まりノズル開口２１からインク
滴が吐出する。

【００６９】このような構成のインクジェット式記録ヘ
ッドでは、圧電素子３００が形成された流路形成基板１
０と、圧電素子３００に対向する領域に駆動回路３１を
一体的に形成した接合基板３０とを接合するようにした
ので、流路形成基板１０及び接合基板３０の厚さを薄く
することができ、ヘッドを小型化することができると共
に複数の圧力発生室１２を高密度に配列することができ
る。また、各圧力発生室１２を区画する隔壁１１の剛性
を高めることができると共に隔壁１１のコンプライアン
スを小さくすることができ、インクの吐出特性が向上す
る。

【００７０】また、流路形成基板１０と接合基板３０と
は、これらを接合後にそれぞれ薄く加工するようにした
ので、大きなサイズのウェハとしても取り扱いが容易と
なる。したがって、ウェハ一枚当たりのチップの取り数
を増加することができ、製造コストを低減することがで
きる。また、チップサイズを大きくできるので、長尺の
ヘッドも製造することができる。

【００７１】なお、本実施形態では、圧電素子３００の
上電極膜８０と駆動回路３１とをリード電極９０を介し
て電気的に接続するようにしたが、これに限定されず、
例えば、図７に示すように、一端が上電極膜８０に接続
されると共に他端が流路形成基板１０上に固定されるボ
ンディングワイヤ等の配線１１０を設け、駆動回路３１
がこの湾曲して設けられた配線１１０の一部を押圧する
ように流路形成基板１０と接合基板３０とを接合するこ
とにより、この配線１１０を介して上電極膜８０と駆動
回路３１とを電気的に接続するようにしてもよい。な
お、配線１１０の他端は下電極膜６０と導通しないよう
に固定する必要があり、本実施形態では、下電極膜６０
の一部を除去し、除去した部分に配線１１０の他端を固
定するようにしたが、下電極膜６０と導通しなければそ
の固定方法は特に限定されない。

【００７２】また、本実施形態では、封止部材４０とし
て接着剤を用いるようにしたが、これに限定されず、例
えば、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）又はガラス等を用いる
ようにしてもよい。この場合には、封止部材を介して陽
極接合することにより流路形成基板と接合基板とを接合
することができる。例えば、図８に示すように、ガラス
からなる封止部材４０Ａを用いた場合には、全体を４５
０℃程度に加熱し、単結晶シリコンからなる流路形成基
板１０及び接合基板３０のそれぞれと封止部材４０とを
間に、２００〜１０００Ｖ程度の電位を印加することに
より、すなわち、陽極接合することにより、流路形成基
板１０及び接合基板３０のそれぞれと封止部材４０とが
化学結合する。なお、この場合、流路形成基板１０の封
止部材４０が接合される領域は、下電極膜６０及び弾性
膜５０を除去しておく必要がある。

【００７３】また、酸化シリコンからなる封止部材を用
いる場合には、流路形成基板１０及び接合基板３０のそ
れぞれの接合面の所定領域に、スパッタリング又はＣＶ
Ｄ法等により封止部材をそれぞれ設ける。そして、これ
らの封止部材同士を当接させて、上述同様、所定条件下
で流路形成基板１０と接合基板３０との間に電位を印加
して陽極接合することにより、流路形成基板１０と接合
基板３０とを封止部材を介して接合することができる。

【００７４】（他の実施形態）以上、本発明の各実施形
態を説明したが、インクジェット式記録ヘッドの基本的
構成は上述したものに限定されるものではない。

【００７５】例えば、封止部材としては、上述した例の
他に、圧電素子３００を構成する各層とは不連続の下電
極膜、圧電体層及び上電極膜で構成するようにしてもよ
い。

【００７６】また、例えば、上述の各実施形態では、成
膜及びリソグラフィプロセスを応用して製造される薄膜
型のインクジェット式記録ヘッドを例にしたが、勿論こ
れに限定されるものではなく、例えば、グリーンシート
を貼付する等の方法により形成される厚膜型のインクジ
ェット式記録ヘッドにも本発明を採用することができ
る。

【００７７】また、これら各実施形態のインクジェット
式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するイン
ク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成し
て、インクジェット式記録装置に搭載される。図９は、
そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図であ
る。

【００７８】図９に示すように、インクジェット式記録
ヘッドを有する記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、イ
ンク供給手段を構成するカートリッジ２Ａ及び２Ｂが着
脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａ及び１
Ｂ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。この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、例えば、
それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物
を吐出するものとしている。

【００７９】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及
び１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿っ
て移動される。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に巻き掛けられて搬送されるように
なっている。

【００８０】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、圧電素
子が形成された流路形成基板と、圧電素子に対向する領
域に集積回路を一体的に形成した接合基板とを接合する
ようにしたので、流路形成基板及び接合基板の厚さを薄
くすることができ、ヘッドを小型化することができると
共に、複数の圧力発生室を高密度に配列することができ
る。また、隔壁の剛性を高めることができると共に隔壁
のコンプライアンスを小さくすることができ、インクの
吐出特性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの概略を示す分解斜視図である。

【図２】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの断面図である。

【図３】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの概略を示す上面図である。

【図４】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの製造工程を示す断面図である。

【図５】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの製造工程を示す断面図である。

【図６】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの製造工程を示す断面図である。

【図７】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの変形例を示す断面図である。

【図８】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの変形例を示す断面図である。

【図９】本発明の一実施形態に係るインクジェット式記
録装置の概略図である。

【符号の説明】

１０ 流路形成基板 １１ 隔壁 １２ 圧力発生室 １３ リザーバ １４ インク供給路 ２０ ノズルプレート ２１ ノズル開口 ３０ 接合基板 ３１ 駆動回路 ４０ 封止部材 ５０ 弾性膜 ６０ 下電極膜 ７０ 圧電体層 ８０ 上電極膜 ３００ 圧電素子

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ノズル開口に連通する圧力発生室が画成
   される単結晶シリコンからなる流路形成基板と、該流路
   形成基板の一方面側に振動板を介して設けられる下電
   極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを具備する
   インクジェット式記録ヘッドにおいて、 前記流路形成基板の前記圧電素子側に封止部材を介して
   接合される単結晶シリコンからなる接合基板を有し、該
   接合基板の前記流路形成基板との接合面側の前記圧電素
   子に対向する領域には、集積回路が一体的に形成されて
   いることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記圧電素子を構成
   する前記下電極又は上電極の何れか一方には導電部材が
   接続されており、該導電部材が前記集積回路の接続配線
   に当接することにより、前記圧電素子と前記集積回路と
   が電気的に接続されていることを特徴とするインクジェ
   ット式記録ヘッド。
3. 【請求項３】 請求項１又は２において、前記圧電素子
   は、前記接合基板と前記封止部材によって画成される空
   間内に封止されていることを特徴とするインクジェット
   式記録ヘッド。
4. 【請求項４】 請求項１〜３の何れかにおいて、前記封
   止部材が接着剤であることを特徴とするインクジェット
   式記録ヘッド。
5. 【請求項５】 請求項１〜３の何れかにおいて、前記封
   止部材が酸化シリコン又はガラスからなり、前記流路形
   成基板と前記接合基板とが前記封止部材を介して陽極接
   合によって接合されていることを特徴とするインクジェ
   ット式記録ヘッド。
6. 【請求項６】 請求項２〜５の何れかにおいて、前記導
   電部材が、一端が前記上電極に接続されると共に他端が
   前記流路形成基板上に固定されたボンディングワイヤで
   あることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
7. 【請求項７】 請求項１〜６の何れかにおいて、前記圧
   力発生室が異方性エッチングにより形成され、前記振動
   板及び前記圧電素子を構成する各層が成膜及びリソグラ
   フィ法により形成されたものであることを特徴とするイ
   ンクジェット式記録ヘッド。
8. 【請求項８】 請求項１〜７の何れかのインクジェット
   式記録ヘッドを具備することを特徴とするインクジェッ
   ト式記録装置。
9. 【請求項９】 単結晶シリコンからなりノズル開口に連
   通する圧力発生室が画成される流路形成基板と、該流路
   形成基板の一方面側に振動板を介して設けられる下電
   極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子と、前記流路
   形成基板の前記圧電素子側に接合される単結晶シリコン
   からなる接合基板とを具備するインクジェット式記録ヘ
   ッドの製造方法において、 前記流路形成基板上に前記振動板を介して前記下電極、
   前記圧電体層及び前記上電極を積層及びパターニングし
   て前記圧電素子を形成する工程と、前記接合基板の一方
   面の前記圧電素子に対向する領域に集積回路を一体的に
   形成する工程と、前記流路形成基板の前記圧電素子側と
   前記接合基板の前記集積回路側とを封止部材を介して接
   合する工程と、前記流路形成基板及び前記接合基板を所
   定の厚さに加工する工程と、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インクジェット式記録
   ヘッドの製造方法。
10. 【請求項１０】 請求項９において、前記圧力発生室を
    形成する工程では、前記流路形成基板をエッチングする
    ことによって前記圧力発生室を形成すると共に、前記接
    合基板をエッチングすることにより前記圧力発生室にイ
    ンクを供給する流路を形成することを特徴とするインク
    ジェット式記録ヘッドの製造方法。
11. 【請求項１１】 請求項９又は１０において、導電性を
    有しその一端が前記圧電素子を構成する前記下電極又は
    上電極の何れか一方に接続される導電部材を設け、前記
    流路形成基板と前記接合基板とを接合する際に、前記導
    電部材と前記集積回路の接続配線とを接触させることに
    より、前記圧電素子と前記集積回路とを電気的に接続す
    ることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造
    方法。
12. 【請求項１２】 請求項１１において、前記圧力発生室
    を形成する工程では、前記流路形成基板をエッチングす
    ることによって前記圧力発生室を形成すると共に、前記
    接合基板をエッチングすることにより前記圧電素子を構
    成する他方の電極と外部配線とを接続する接続口を形成
    することを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製
    造方法。
13. 【請求項１３】 請求項９〜１２の何れかにおいて、前
    記封止部材がガラス、又は前記流路形成基板及び前記接
    合基板のそれぞれの接合面側に設けられた酸化シリコン
    層であり、当該封止部材を介して前記流路形成基板と前
    記接合基板とを陽極接合により接合することを特徴とす
    るインクジェット式記録ヘッドの製造方法。