JP2000052554A

JP2000052554A - 素子構造及びインクジェット式記録ヘッド並びにインクジェット式記録装置

Info

Publication number: JP2000052554A
Application number: JP22594298A
Authority: JP
Inventors: Mari Sakai; 真理酒井
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1998-08-10
Filing date: 1998-08-10
Publication date: 2000-02-22

Abstract

(57)【要約】【課題】基板上に設けた素子とこの素子に電力を供給
する配線とを容易に接続でき、且つ小型化が可能な素子
構造及びインクジェット式記録ヘッド並びにインクジェ
ット式記録装置を提供する。【解決手段】流路形成基板１０の一方面側に設けられ
た圧電素子とこの圧電素子と電気的に接続されるリード
電極１１０とを具備する素子構造において、流路形成基
板１０の圧電素子に対向する領域に設けられ且つ圧電素
子の厚さ方向に所定弾性変形可能な梁部１１１を具備
し、この梁部１１１上に圧電素子とリード電極１１０と
の電気的な接点部１１２を設けることにより、圧電素子
とリード電極とを容易に接続できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板の一方面に設
けられた素子とこの素子に電気的に接続される配線とを
接続する素子構造に関し、特に、圧力発生室の一部を弾
性膜で構成してこの弾性膜の表面に圧電素子を有し、こ
の素子構造を具備するインクジェット式記録ヘッド並び
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】また、このようなたわみモードの圧電アク
チュエータを使用した記録ヘッドでは、一般には、各圧
力発生室に対応する圧電素子は絶縁体層で覆われ、この
絶縁体層には各圧電アクチュエータを駆動するための電
圧を供給するリード電極との接続部を形成するための窓
（以下、コンタクトホールという）が各圧力発生室に対
応して設けられており、各圧電素子とリード電極との接
続部がコンタクトホール内に形成される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たインクジェット式記録ヘッドでは、圧電素子上に形成
された絶縁体層が振動板の変位を抑制してしまい、変位
量が小さくなってしまうという問題がある。また、振動
板を形成した基板上で電力供給のための配線を引き回す
ため、圧電素子のレイアウトに制限がでてしまう。さら
に、基板の面積が大きくなってしまい、コストがかかる
という問題もある。

【０００９】また、このような問題はインクジェット式
記録ヘッドだけではなく、基板の一方側に素子を具備す
る装置についても同様に存在する。

【００１０】本発明は、このような事情に鑑み、基板上
に設けた素子とこの素子に電力を供給する配線とを容易
に接続でき、且つ小型化が可能な素子構造及びインクジ
ェット式記録ヘッド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。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の態様は、
基板の一方面側に設けられた素子とこの素子と電気的に
接続される配線とを具備する素子構造において、前記基
板の前記素子に対向する領域に設けられ且つ前記素子の
厚さ方向に所定弾性変形可能な梁部を具備し、この梁部
上に前記素子と前記配線との電気的な接点部を設けたこ
とを特徴とする素子構造にある。

【００１２】かかる第１の態様では、基板に設けられた
素子と配線とを容易に且つ確実に接続することができ
る。

【００１３】本発明の第２の態様は、第１の態様におい
て、前記梁部が、前記基板の前記素子側に対向して設け
られた第２の基板から前記素子に向かって突出するよう
に設けられていることを特徴とする素子構造にある。

【００１４】かかる第２の態様では、素子を具備する基
板と配線を具備する第２の基板とを接合することによ
り、素子と配線とを容易に接続することができ、基板上
に配線領域を確保する必要がない。

【００１５】本発明の第３の態様は、第１又は２の態様
において、前記梁部は、前記素子と前記接点部との接続
前に、予め前記素子側に変形している片持ち梁であるこ
とを特徴とする素子構造にある。

【００１６】かかる第３の態様では、素子に余分な負荷
を与えることなく、素子と配線とを接続することがで
き、素子の変位を許容することができる。

【００１７】本発明の第４の態様は、第３の態様におい
て、前記梁部は、当該梁部の厚さ方向の内部応力の違い
によって前記素子側に変形している片持ち梁であること
を特徴とする素子構造にある。

【００１８】かかる第４の態様では、梁部の内部応力の
違いを利用して、梁部の先端を素子側に容易に変形させ
ることができる。

【００１９】本発明の第５の態様は、第３又は４の態様
において、前記梁部上に設けられた前記接点部が、前記
素子の表面と略平行に形成されていることを特徴とする
素子構造にある。

【００２０】かかる第５の態様では、接点部の面積を増
加することができ、素子と配線とをより確実に接続でき
る。

【００２１】本発明の第６の態様は、第５の態様におい
て、前記梁部の基端部側が、前記素子側とは反対側に凸
に且つ先端側で前記素子側に凸に湾曲していることを特
徴とする素子構造にある。

【００２２】かかる第６の態様では、梁部が確実に素子
側に突出し、且つ比較的広い面積で素子と配線とを接続
することができる。

【００２３】本発明の第７の態様は、第５又は６の態様
において、前記梁部の基端部側は前記素子側が相対的に
引張りが強く、前記接点部は前記素子側が相対的に引張
りが弱くなるように、異なる残留歪みを持つ膜をパター
ニングして前記梁部を形成することを特徴とする素子構
造にある。

【００２４】かかる第７の態様では、梁部の内部応力を
利用して、梁部を所定形状に容易に変形させることがで
きる。

【００２５】本発明の第８の態様は、第３又は４の態様
において、前記梁部が前記素子側を内側にして巻回され
ていることを特徴とする素子構造にある。

【００２６】かかる第８の態様では、梁部を巻回させる
ことにより、より容易に厚さ方向に弾性変形可能な梁部
を形成することができる。

【００２７】本発明の第９の態様は、第１〜７の何れか
の態様において、前記梁部が延性を有する材料で形成さ
れ、且つ塑性変形により前記素子側に変形されているこ
とを特徴とする素子構造にある。

【００２８】かかる第９の態様では、梁部を機械的に塑
性変形させることにより、容易に所定形状の梁部とする
ことができる。

【００２９】本発明の第１０の態様は、第２〜９の何れ
かの態様において、前記第２の基板は、前記素子に対向
する領域に貫通孔を有し、前記梁部の少なくとも前記接
点部が前記貫通孔に対向する領域に形成されていること
を特徴とする素子構造にある。

【００３０】かかる第１０の態様では、貫通孔から接点
部の状態を容易に認識可能であり、また、調整等を行う
ことができる。

【００３１】本発明の第１１の態様は、第１０の態様に
おいて、前記素子と前記接点部とは、前記素子と前記接
点部とを接着する接着部材を介して接続されていること
を特徴とする素子構造にある。

【００３２】かかる第１１の態様では、接着部材によっ
て、素子と配線とがより確実に接続される。

【００３３】本発明の第１２の態様は、第１１の態様に
おいて、前記接着部材がはんだであり、前記素子と前記
接点部とは、前記第２の基板の外側から前記貫通孔を介
してはんだを加熱することにより接着されていることを
特徴とする素子構造にある。

【００３４】かかる第１２の態様では、素子と配線とを
はんだによって確実に接続することができる。

【００３５】本発明の第１３の態様は、第１又は２の態
様において、前記梁部が両持ち梁形状に形成され、前記
梁部の基端部が前記基板の面内方向に変形可能に支持さ
れていることを特徴とする素子構造にある。

【００３６】かかる第１３の態様では、梁部の剛性を高
めることができ、耐久性が向上する。

【００３７】本発明の第１４の態様は、第２〜１３の何
れかの態様において、前記接点部は、前記第２の基板の
表面に設けられた配線パターンに接続され、この配線パ
ターンが他の素子と接続されていることを特徴とする素
子構造にある。

【００３８】かかる第１４の態様では、梁部上に設けら
れた接点部と接続される素子の電極が、第２の基板上に
設けられた配線パターンによって、複数の素子に容易に
接続できる。

【００３９】本発明の第１５の態様は、第２〜１４の何
れかの態様において、前記第２の基板が、シリコン基板
であることを特徴とする素子構造にある。

【００４０】かかる第１５の態様では、第２の基板をシ
リコン基板で容易に形成することができる。

【００４１】本発明の第１６の態様は、第１〜１５の何
れかの態様において、前記素子が振動板上に形成されて
いることを特徴とする素子構造にある。

【００４２】かかる第１６の態様では、振動板を無駄に
変形させることなく、素子と配線とを容易に接続するこ
とができる。

【００４３】本発明の第１７の態様は、第１６の態様に
おいて、前記梁部のコンプライアンスが前記振動板のコ
ンプライアンスよりも大きいことを特徴とする素子構造
にある。

【００４４】かかる第１７の態様では、振動板よりも梁
部の方が柔らかいため、素子と配線とを接続しても、素
子の変位の際に振動板に無駄な応力を付与することがな
い。

【００４５】本発明の第１８の態様は、第１６又は１７
の態様において、前記素子が圧電素子であることを特徴
とする素子構造にある。

【００４６】かかる第１８の態様では、圧電素子に容易
に配線を接続することができる。

【００４７】本発明の第１９の態様は、第１６〜１８の
何れかの態様において、前記振動板の前記素子とは反対
側にインク供給口に連通する圧力発生室を有することを
特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。

【００４８】かかる第１９の態様では、振動板の変形量
を向上し、且つ小型化が可能なインクジェット式記録ヘ
ッドを実現することができる。

【００４９】本発明の第２０の態様は、第１９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。

【００５０】かかる第２０の態様では、ヘッドの特性を
向上したインクジェット式記録装置を実現することがで
きる。

【００５１】

【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。

【００５２】（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、平面図及びその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。

【００５３】図示するように、流路形成基板１０は、本
実施形態では面方位（１１０）のシリコン単結晶基板か
らなる。流路形成基板１０としては、通常、１５０〜３
００μｍ程度の厚さのものが用いられ、望ましくは１８
０〜２８０μｍ程度、より望ましくは２２０μｍ程度の
厚さのものが好適である。これは、隣接する圧力発生室
間の隔壁の剛性を保ちつつ、配列密度を高くできるから
である。

【００５４】流路形成基板１０の一方の面は開口面とな
り、他方の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１〜２μｍの弾性膜５０が形成され
ている。

【００５５】一方、流路形成基板１０の開口面には、シ
リコン単結晶基板を異方性エッチングすることにより、
ノズル開口１１、圧力発生室１２が形成されている。

【００５６】ここで、異方性エッチングは、シリコン単
結晶基板を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。

【００５７】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。

【００５８】一方、各圧力発生室１２の一端に連通する
各ノズル開口１１は、圧力発生室１２より幅狭で且つ浅
く形成されている。すなわち、ノズル開口１１は、シリ
コン単結晶基板を厚さ方向に途中までエッチング（ハー
フエッチング）することにより形成されている。なお、
ハーフエッチングは、エッチング時間の調整により行わ
れる。

【００５９】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１１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１１は数十μｍの溝幅で精度よく形成する必要
がある。

【００６０】また、各圧力発生室１２と後述する共通イ
ンク室３１とは、後述する封止板２０の各圧力発生室１
２の一端部に対応する位置にそれぞれ形成されたインク
供給連通口２１を介して連通されており、インクはこの
インク供給連通口２１を介して共通インク室３１から供
給され、各圧力発生室１２に分配される。

【００６１】封止板２０は、前述の各圧力発生室１２に
対応したインク供給連通口２１が穿設された、厚さが例
えば、０．１〜１ｍｍ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
スセラミックスからなる。なお、インク供給連通口２１
は、図３（ａ），（ｂ）に示すように、各圧力発生室１
２のインク供給側端部の近傍を横断する一つのスリット
孔２１Ａでも、あるいは複数のスリット孔２１Ｂであっ
てもよい。封止板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、封止板２
０は、他面で共通インク室３１の一壁面を構成する。

【００６２】共通インク室形成基板３０は、共通インク
室３１の周壁を形成するものであり、ノズル開口数、イ
ンク滴吐出周波数に応じた適正な厚みのステンレス板を
打ち抜いて作製されたものである。本実施形態では、共
通インク室形成基板３０の厚さは、０．２ｍｍとしてい
る。

【００６３】インク室側板４０は、ステンレス基板から
なり、一方の面で共通インク室３１の一壁面を構成する
ものである。また、インク室側板４０には、他方の面の
一部にハーフエッチングにより凹部４０ａを形成するこ
とにより薄肉壁４１が形成され、さらに、外部からのイ
ンク供給を受けるインク導入口４２が打抜き形成されて
いる。なお、薄肉壁４１は、インク滴吐出の際に発生す
るノズル開口１１と反対側へ向かう圧力を吸収するため
のもので、他の圧力発生室１２に、共通インク室３１を
経由して不要な正又は負の圧力が加わるのを防止する。
本実施形態では、インク導入口４２と外部のインク供給
手段との接続時等に必要な剛性を考慮して、インク室側
板４０を０．２ｍｍとし、その一部を厚さ０．０２ｍｍ
の薄肉壁４１としているが、ハーフエッチングによる薄
肉壁４１の形成を省略するために、インク室側板４０の
厚さを初めから０．０２ｍｍとしてもよい。

【００６４】一方、流路形成基板１０の開口面とは反対
側の弾性膜５０上には、厚さが例えば、約０．２μｍの
下電極膜６０と、厚さが例えば、約１μｍの圧電体膜７
０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３０
０を構成している。また、本実施形態では、圧電素子３
００を構成する圧電体層７０は、圧力発生室１２内にパ
ターニングされている。ここで、圧電素子３００は、下
電極膜６０、圧電体膜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膜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
圧電体膜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３２０という。
本実施形態では、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。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。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。

【００６５】ここで、シリコン単結晶基板からなる流路
形成基板１０上に、圧電素子３００を形成するプロセス
を図４及び図５を参照しながら説明する。

【００６６】図４（ａ）に示すように、まず、流路形成
基板１０となるシリコン単結晶基板のウェハを約１１０
０℃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。

【００６７】次に、図４（ｂ）に示すように、スパッタ
リングで下電極膜６０を形成する。下電極膜６０の材料
としては、Ｐｔ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膜７０は、
成膜後に大気雰囲気下又は酸素雰囲気下で６００〜１０
００℃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、圧電体膜７０としてＰＺＴを用いた場合に
は、ＰｂＯ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Ｐｔが好適である。

【００６８】次に、図４（ｃ）に示すように、圧電体膜
７０を成膜する。本実施形態では、金属有機物を溶媒に
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
膜７０を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて形成し
た。圧電体膜７０の材料としては、チタン酸ジルコン酸
鉛（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、この圧電体膜７０
の成膜方法は、特に限定されず、例えば、スパッタリン
グ法で形成してもよい。

【００６９】さらに、ゾル−ゲル法又はスパッタリング
法等によりＰＺＴの前駆体膜を形成後、アルカリ水溶液
中での高圧処理法にて低温で結晶成長させる方法を用い
てもよい。

【００７０】次に、図４（ｄ）に示すように、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、Ａｌ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｔ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、Ｐ
ｔをスパッタリングにより成膜している。

【００７１】次に、図５に示すように、下電極膜６０、
圧電体膜７０及び上電極膜８０をパターニングする。

【００７２】まず、図５（ａ）に示すように、下電極膜
６０、圧電体膜７０及び上電極膜８０を一緒にエッチン
グして下電極膜６０の全体パターンをパターニングす
る。次いで、図５（ｂ）に示すように、上電極膜８０と
圧電体膜７０とをエッチングして圧電体能動部３２０の
パターニングを行う。次いで、図５（ｃ）に示すよう
に、流路形成基板１０をエッチングすることにより、各
圧電体能動部３２０に対向する領域に圧力発生室１２を
形成する。

【００７３】その後、本実施形態では、流路形成基板１
０の圧力発生室１２の逆側に、幅方向に並設された圧電
体能動部３２０の両側に設けられたスペーサ９０を介し
て第２の基板１００が設けられ、この第２の基板１００
の圧電体能動部３２０側の面に設けられたリード電極１
１０によって、圧電体能動部３２０と外部端子とが接続
される。

【００７４】図６は、このような本実施形態のインクジ
ェット式記録ヘッドの要部を示す断面図である。

【００７５】図６に示すように、本実施形態では、圧電
体膜７０及び上電極膜８０からなる圧電体能動部３２０
は、各圧力発生室１２に対向する領域内設けられ、複数
の圧電体能動部３２０が幅方向に並設されている。

【００７６】一方、流路形成基板１０に対向して配置さ
れる第２の基板１００の圧電体能動部３２０に対向する
領域には、圧電体能動部３２０の幅方向に亘って貫通孔
１０１が設けられている。この第２の基板１００は、電
気的絶縁性を有する材料であり、一定形状に保持できる
程度の強度を有することが好ましく、本実施形態では、
シリコン基板を用いた。なお、本実施形態では、貫通孔
１０１を圧電体能動部３２０の幅方向に亘って形成して
いるが、これに限定されず、例えば、各圧電体能動部３
２０毎に独立して形成するようにしてもよい。

【００７７】また、第２の基板１００の圧電体能動部３
２０側の表面には、圧電体能動部３２０の上電極膜８０
と外部端子とを接続するリード電極１１０が各圧電体能
動部３２０毎に形成されており、リード電極１１０の第
２の基板１００の貫通孔１０１に対向する領域では、こ
の貫通孔１０１上に張り出した梁部１１１となってい
る。本実施形態では、第２の基板１００の貫通孔１０１
に対向する領域で切断されて片持ち梁形状に形成され、
梁部１１１の先端が少なくとも上電極膜８０に接触する
ように、圧電体能動部３２０側に湾曲変形されている。
すなわち、梁部１１１の先端近傍は、上電極膜８０に接
触する接点部１１２となっている。

【００７８】なお、本実施形態では、梁部１１１は、詳
細は後述するように、リード電極１１０自体で構成され
ている。しかしながら、これに限定されず、例えば、他
の部材で梁部を形成し、その上にリード電極１１０を形
成するようにしてもよいことは言うまでもない。

【００７９】また、圧電体能動部３２０と梁部１１１の
接点部１１２との電気的な接続は、梁部１１１を第２の
基板１００と上電極膜８０との間隔よりも大きく変形さ
せることで、確実に行うことができるが、本実施形態で
は、さらに確実に接続するために、接点部１１２と上電
極膜８０との間をはんだで固着するようにした。この固
着方法としては、特に限定されないが、例えば、第２の
基板１００の貫通孔１０１の外側から加熱することによ
り、はんだを溶融させて両者を容易に固着することがで
きる。

【００８０】また、圧電体能動部３２０側に変形された
梁部１１１の形状は、例えば、図７に示すように、梁部
１１１を圧電体能動部３２０側に湾曲させ、線接触で上
電極膜と接触するようにしても、接点部１１２と上電極
膜８０とを電気的に接続することはできるが、本実施形
態のように、梁部１１１の先端部近傍の接点部１１２部
分を上電極膜８０の面と略平行になるように湾曲させ、
接点部１１２と上電極膜８０との接触面積を大きくする
ことが好ましい。これにより、電気的により確実な接続
を行うことができる。

【００８１】このような第２の基板１００及びリード電
極１１０等の形成方法としては、特に限定されないが、
以下の方法により形成することができる。なお、図８及
び図９は、リード電極１１０の製造工程を示す図であ
り、図８は、圧力発生室の幅方向における断面図、図９
は、圧力発生室の長手方向における断面図である。

【００８２】例えば、図８（ａ）に示すように、第２の
基板１００の圧電体能動部３２０に対向する面にリード
電極１１０を一様に成膜する。このリード電極１１０
は、高い導電性を有する材料で形成されればよく、例え
ば、Ａｌ、Ａｕ等が挙げられる。

【００８３】そして、図８（ｂ）に示すように、各圧電
体能動部３２０に対向する領域毎に、リード電極１１０
を、例えば、上電極膜８０と略同一幅でパターニング
し、次いで、図８（ｃ）に示すように、第２の基板１０
０の圧電体能動部３２０に対向する領域に圧電体能動部
３２０の幅方向に亘って、貫通孔１０１を形成する。な
お、この貫通孔１０１の形成方法としては、例えば、シ
リコン基板である第２の基板１００をエッチング等によ
り除去することにより形成すればよい。

【００８４】その後、圧電体能動部３２０に対向する領
域に梁部１１１を形成するが、この形成方法も、特に限
定されず、例えば、本実施形態では、リード電極１１０
を機械的に変形させることにより形成した。

【００８５】上述のように、リード電極１１０を形成及
びパターニングして、第２の基板１００に貫通孔１０１
を形成すると、貫通孔１０１に対向する領域には、図９
（ａ）に示すように、平坦な複数の梁部１１１が形成さ
れる。この平坦な複数の梁部１１１を、図９（ｂ）に示
すように、貫通孔１１１のリード電極１１０の形成面と
は逆側から、例えば、先端が球面の工具１２０等で押し
込む。次いで、図９（ｃ）に示すように、梁部１１１
を、所定の位置、例えば、本実施形態では、略中央部の
上電極膜８０の面方向と同方向に湾曲した位置から切断
除去して、片持ち梁形状の梁部１１１とする。

【００８６】このように、本実施形態では、接点部１１
２が上電極膜８０と略平行な面となるように梁部１１１
を湾曲させて形成しているため、接点部１１２と上電極
膜８０との接触面積が大きくなり、電気的な接続を確実
に行うことができる。すなわち、リード電極１１０から
の電力を圧電体能動部３２０に確実に供給することがで
きる。

【００８７】なお、この方法により梁部１１１を形成す
る場合には、図１０に示すように、予め、梁部１１１を
切断する位置から異なる幅でパターニングしておくこと
が好ましく、これにより、さらに容易に切断して梁部１
１１を形成することができる。

【００８８】上述のような本実施形態の構成により、圧
電体能動部３２０に余分な細工をすることなく、圧電体
能動部３２０に電力を供給することができる。また、梁
部１１１を片持ち梁形状として圧電体能動部３２０の厚
さ方向への変形を可能としているため、圧電体能動部３
２０に無駄な負荷を与えることがない。さらに、圧電体
能動部３２０の表面に絶縁膜を設ける必要がなく、変位
の低下を招くことがない。またさらに、圧電体能動部３
２０の配列とは独立して、リード電極を形成することが
できるため、配線の自由度が高く、圧電体能動部３２０
を形成する流路形成基板１０上にリード電極を形成する
必要がないため、基板をコンパクトにすることができ、
コストの削減を図ることができる。

【００８９】また、以上説明した一連の膜形成及び異方
性エッチングは、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毎に分割する。また、分
割した流路形成基板１０を、封止板２０、共通インク室
形成基板３０、及びインク室側板４０と順次接着して一
体化し、さらに第２の基板１００を接合してインクジェ
ット式記録ヘッドとする。また、このように構成したイ
ンクジェットヘッドは、図示しない外部インク供給手段
と接続したインク導入口４２からインクを取り込み、共
通インク室３１からノズル開口１１に至るまで内部をイ
ンクで満たした後、図示しない外部の駆動回路からの記
録信号に従い、リード電極１１０を介して上電極膜８０
と下電極膜６０との間に電圧を印加し、弾性膜５０、下
電極膜６０及び圧電体膜７０をたわみ変形させることに
より、圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口１１
からインク滴が吐出する。

【００９０】なお、本実施形態では、梁部１１１を機械
的に変形させることにより所定形状に湾曲させている
が、これに限定されず、何れの方法を用いてもよい。以
下に、他の梁部の形成方法について説明する。

【００９１】（実施形態２）図１１は、実施形態２にか
かるインクジェット式記録ヘッドの要部断面図である。

【００９２】本実施形態は、梁部を複数層で構成し、そ
の内部応力を利用して梁部を変形させた例である。

【００９３】詳しくは、図１１に示すように、本実施形
態では、リード電極１１０Ａを、例えば、ＳｉＯ₂等の
圧縮応力を有する圧縮層１１３と、この圧縮層１１３上
に形成され、例えば、Ｐｔ等を熱処理することにより引
張り応力とした引張り層１１４との二層で構成するよう
にした。これにより、リード電極１１０Ａの各層の内部
応力が開放される力によって、すなわち、下層側には引
張り方向の力、上層側には圧縮方向の力が作用すること
によって、図中点線で示すように、梁部１１１Ａは圧電
体能動部３２０側に湾曲される。

【００９４】また、本実施形態では、梁部１１１Ａを以
下の工程で形成した。上述のように第２の基板９０の表
面全体にリード電極１１０Ａを形成した後、図１２
（ａ）に示すように、リード電極１１０Ａの一端部が第
２の基板１００の貫通孔１０１に対向する領域に位置す
るようにパターニングし、次いで、図１２（ｂ）に示す
ように、第２の基板１００のリード電極１１０Ａとは逆
側の面からエッチング等にって貫通孔１０１を形成す
る。これにより、貫通孔１０１に対向する領域のリード
電極１１０Ａ、すなわち梁部１１１Ａの内部応力が開放
されて、図中点線で示すように、圧電体能動部３２０側
に湾曲した梁部１１１Ａとなる。

【００９５】このように、梁部１１１Ａを所定の応力を
有する複数の層で形成することにより、その内部応力が
開放される力によって、圧電体能動部３２０側に湾曲し
た梁部１１１Ａを形成することができる。また、勿論、
この実施形態においても、実施形態１と同様の効果を得
ることができる。

【００９６】なお、本実施形態では、梁部１１１Ａを構
成するリード電極１１０Ａを全て複数層で構成するよう
にしたが、これに限定されず、例えば、梁部１１１Ａと
なる部分のリード電極のみを複数層で構成するようにし
てもよい。

【００９７】（実施形態３）図１３は、実施形態３に係
るインクジェット式記録ヘッドの要部断面図である。

【００９８】本実施形態は、図１３に示すように、梁部
１１１Ｂの接点部１１２となる部分の引張り層１１４上
に、例えば、Ｉｒ等の強い圧縮応力を有する第２の圧縮
層１１５を設けた以外、実施形態２と同様である。

【００９９】このような構成により、第２の圧縮層１１
５が形成された部分の梁部１１１Ｂは、第２の圧縮層１
１５の圧縮応力が開放されて引張り方向の力が作用し、
図中点線で示すように、圧電体能動部３２０側に凸に変
形される。すなわち、上電極膜８０の面と同方向に湾曲
して、上電極膜８０と略平行面の接点部１１２とするこ
とができ、上電極膜８０と接点部１１２との接触面積が
大きくなり、電気的により確実に接続することができ
る。

【０１００】なお、本実施形態の梁部も、上述の実施形
態２と同様に形成することができるが、これに限定され
ず、例えば、以下の方法によっても形成することができ
る。

【０１０１】まず、図１４（ａ）に示すように、梁部１
１１Ｂを形成する領域の第２の基板１００上に、比較的
容易に除去可能な材料、例えば、ポリシリコンからなる
犠牲層１３０を形成する。次いで、図１４（ｂ）に示す
ように、リード電極１１０Ｂの各層を順次積層し、図１
４（ｃ）に示すように、所定形状にパターニングする。
そして、図１４（ｄ）に示すように、第２の基板１００
上に形成されている犠牲層１３０を除去する。

【０１０２】これにより、犠牲層１３０上に形成されて
いた圧縮層１１３、引っ張り層１１４及び第２の圧縮層
１１５の内部応力が開放され、圧電体能動部３２０側に
湾曲された梁部１１１Ｂを形成することができる。

【０１０３】このような方法により、第２の基板１００
に貫通孔１０１を形成することなく、梁部を容易に形成
することができる。

【０１０４】また、このような形成方法においては、梁
部１１１Ｃの厚さ、すなわち、圧縮層１１２と引っ張り
層１１３との全厚さｔを、約１μｍ以下にすると、図１
５に示すように、圧電体能動部３２０側を内側にして巻
回された梁部１１１Ｃとなる。この場合には、下層側の
圧縮層１１２を、例えば、金属等の導電材料で形成して
おくことにより、上述の実施形態同様、梁部１１１Ｃ上
に接点部を設けることができる。

【０１０５】（実施形態４）図１６は、実施形態４に係
るインクジェット式記録ヘッドのリード電極の平面図と
断面図である。

【０１０６】本実施形態は、図１６に示すように、第２
の基板１００に各圧電体能動部３２０毎に独立した貫通
孔１０１Ａを設け、この貫通孔１０１Ａに対向する領域
に両持ち梁形状の梁部１１１Ｄを設けるようにした。ま
た、この梁部１１１Ｄの長手方向両端部には、それぞれ
幅方向に延びる張り出し部１１６を設けられ、梁部１１
１Ｄは、張り出し部１１６の第２の基板１００に対向す
る部分で固定されている。これにより、貫通孔１０１Ａ
に対向する領域の張り出し部１１６は面内方向に変形す
ることができる。したがって、梁部１１１Ｄに負荷が加
えられた場合、張り出し部１１６が変形することによ
り、梁部１１１Ｄは、厚さ方向に変形することができ
る。これにより、接点部１１２と上電極膜８０とを接触
させた場合にも、圧電体能動部３２０に余分な負荷を加
えることなく、確実に接続することができる。

【０１０７】なお、上述の実施形態で説明したように、
梁部を複数層で構成してそれぞれの層の異なる内部応力
を利用することにより、梁部を圧電体能動部３２０側に
湾曲させることができるが、例えば、梁部を一層で構成
した場合でも、その材料の厚さ方向の応力分布が異なれ
ば、その内部応力によって圧電体能動部３２０側に湾曲
させることができる。

【０１０８】（他の実施形態）以上、本発明の実施形態
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。

【０１０９】例えば、上述の各実施形態では、接点部を
圧電体能動部の長手方向一端部側に設けるようにした
が、これに限定されず、例えば、中央部等何れの場所に
設けてもよい。

【０１１０】また、上述の実施形態では、スペーサ９０
を介して流路形成基板１０と第２の基板１００とを接合
するようにしたが、これに限定されず、例えば、スペー
サと第２の基板とを一体的に形成するようにしてもよ
い。

【０１１１】また、例えば、上述した実施形態では、流
路形成基板１０に圧力発生室１２と共にリザーバ１４を
形成しているが、共通インク室を別部材で形成する流路
ユニットを流路形成基板１０に重ねて設けてもよい。

【０１１２】このように構成した実施形態の分解斜視図
を図１７、その流路の断面を図１８にぞれぞれ示す。こ
の実施形態では、ノズル開口１１が圧電素子とは反対の
ノズル基板１２０に穿設され、これらノズル開口１１と
圧力発生室１２とを連通するノズル連通口２２が、封止
板２０，共通インク室形成板３０及び薄肉板４１Ａ及び
インク室側板４０Ａを貫通するように配されている。

【０１１３】なお、本実施形態は、その他、薄肉板４１
Ａとインク室側板４０Ａとを別部材とし、インク室側板
４０に開口４０ｂを形成した以外は、基本的に上述した
実施形態と同様であり、同一部材には同一符号を付して
重複する説明は省略する。

【０１１４】また、勿論、共通インク室を流路形成基板
内に形成したタイプのインクジェット式記録ヘッドにも
同様に応用できる。

【０１１５】また、以上説明した各実施形態は、成膜及
びリソグラフィプロセスを応用することにより製造でき
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、基板を積
層して圧力発生室を形成するもの、あるいはグリーンシ
ートを貼付もしくはスクリーン印刷等により圧電体膜を
形成するもの、又は結晶成長により圧電体膜を形成する
もの等、各種の構造のインクジェット式記録ヘッドに本
発明を採用することができる。

【０１１６】このように、本発明は、その趣旨に反しな
い限り、種々の構造のインクジェット式記録ヘッドに応
用することができる。

【０１１７】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１９
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。

【０１１８】図１９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
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。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。

【０１１９】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。

【０１２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
流路形成基板の圧力発生室側に、圧電体能動部側に変形
された梁部を介して圧電体能動部と外部配線とを接続す
るようにしたので、圧電体能動部の表面に絶縁体膜等を
形成する必要がなく、振動板の変形量を向上することが
できる。また、流路形成基板上に配線パターンを設ける
必要がなく、容易且つ省スペースで配線パターンを設け
ることができるという効果を奏する。

【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
録ヘッドを示す図であり、図１の平面図及び断面図であ
る。

【図３】図１の封止板の変形例を示す図である。

【図４】本発明の実施形態１の薄膜製造工程を示す図で
ある。

【図５】本発明の実施形態１の薄膜製造工程を示す図で
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
録ヘッドの要部断面図である。

【図７】本発明の実施形態１に係るインクジェット式録
ヘッドの他の例を示す要部断面図である。

【図８】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの配線部分の製造工程を示す図である。

【図９】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの梁部の製造工程を示す図である。

【図１０】本発明の実施形態１に係るインクジェット式
記録ヘッドの梁部の製造工程を示す図である。

【図１１】本発明の実施形態２に係るインクジェット式
記録ヘッドを示す要部断面図である。

【図１２】本発明の実施形態２に係るインクジェット式
記録ヘッドの梁部の製造工程を示す図である。

【図１３】本発明の実施形態３に係るインクジェット式
記録ヘッドを示す要部断面図である。

【図１４】本発明の実施形態３に係るインクジェット式
記録ヘッドの梁部の製造工程を示す要部断面図である。

【図１５】本発明の実施形態３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１６】本発明の実施形態４に係るインクジェット式
記録ヘッドの梁部を示す要部平面図及び断面図である。

【図１７】本発明の他の実施形態に係るインクジェット
式記録ヘッドの分解斜視図である。

【図１８】本発明の他の実施形態に係るインクジェット
式記録ヘッドの断面図である。

【図１９】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１２圧力発生室５０弾性膜６０下電極膜７０圧電体膜８０上電極膜９０スペーサ１００第２の基板１１０リード電極１１１，１１１Ａ〜１１１Ｄ梁部１１２接点部１１３圧縮層１１４引張り層１１５第２の圧縮層１１６張り出し部３００圧電素子３２０圧電体能動部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板の一方面側に設けられた素子とこの
素子と電気的に接続される配線とを具備する素子構造に
おいて、前記基板の前記素子に対向する領域に設けられ且つ前記
素子の厚さ方向に所定弾性変形可能な梁部を具備し、こ
の梁部上に前記素子と前記配線との電気的な接点部を設
けたことを特徴とする素子構造。
【請求項２】請求項１において、前記梁部が、前記基
板の前記素子側に対向して設けられた第２の基板から前
記素子に向かって突出するように設けられていることを
特徴とする素子構造。
【請求項３】請求項１又は２において、前記梁部は、
前記素子と前記接点部との接続前に、予め前記素子側に
変形している片持ち梁であることを特徴とする素子構
造。
【請求項４】請求項３において、前記梁部は、当該梁
部の厚さ方向の内部応力の違いによって前記素子側に変
形している片持ち梁であることを特徴とする素子構造。
【請求項５】請求項３又は４において、前記梁部上に
設けられた前記接点部が、前記素子の表面と略平行に形
成されていることを特徴とする素子構造。
【請求項６】請求項５において、前記梁部の基端部側
が、前記素子側とは反対側に凸に且つ先端側で前記素子
側に凸に湾曲していることを特徴とする素子構造。
【請求項７】請求項５又は６において、前記梁部の基
端部側は前記素子側が相対的に引張りが強く、前記接点
部は前記素子側が相対的に引張りが弱くなるように、異
なる残留歪みを持つ膜をパターニングして前記梁部を形
成することを特徴とする素子構造。
【請求項８】請求項３又は４において、前記梁部が前
記素子側を内側にして巻回されていることを特徴とする
素子構造。
【請求項９】請求項１〜７の何れかにおいて、前記梁
部が延性を有する材料で形成され、且つ塑性変形により
前記素子側に変形されていることを特徴とする素子構
造。
【請求項１０】請求項２〜９の何れかにおいて、前記
第２の基板は、前記素子に対向する領域に貫通孔を有
し、前記梁部の少なくとも前記接点部が前記貫通孔に対
向する領域に形成されていることを特徴とする素子構
造。
【請求項１１】請求項１０において、前記素子と前記
接点部とは、前記素子と前記接点部とを接着する接着部
材を介して接続されていることを特徴とする素子構造。
【請求項１２】請求項１１において、前記接着部材が
はんだであり、前記素子と前記接点部とは、前記第２の
基板の外側から前記貫通孔を介してはんだを加熱するこ
とにより接着されていることを特徴とする素子構造。
【請求項１３】請求項１又は２において、前記梁部が
両持ち梁形状に形成され、前記梁部の基端部が前記基板
の面内方向に変形可能に支持されていることを特徴とす
る素子構造。
【請求項１４】請求項２〜１３の何れかにおいて、前
記接点部は、前記第２の基板の表面に設けられた配線パ
ターンに接続され、この配線パターンが他の素子と接続
されていることを特徴とする素子構造。
【請求項１５】請求項２〜１４の何れかにおいて、前
記第２の基板が、シリコン基板であることを特徴とする
素子構造。
【請求項１６】請求項１〜１５の何れかにおいて、前
記素子が振動板上に形成されていることを特徴とする素
子構造。
【請求項１７】請求項１６において、前記梁部のコン
プライアンスが前記振動板のコンプライアンスよりも大
きいことを特徴とする素子構造。
【請求項１８】請求項１６又は１７において、前記素
子が圧電素子であることを特徴とする素子構造。
【請求項１９】請求項１６〜１８の何れかにおいて、
前記振動板の前記素子とは反対側にインク供給口に連通
する圧力発生室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。
【請求項２０】請求項１９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。