JP2006256152A - 圧電素子基板、液滴吐出ヘッド、及び、液滴吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の圧電素子と駆動ＩＣとの接続配線の抵抗値のバラツキを軽減可能な圧電素子基板を得る。
【解決手段】 個別配線６８−１が長手方向Ｌにおいても短手方向Ｄにおいても、最も長い配線とされ、中央ラインＭから遠くなる圧電素子５４と接続される個別配線６８ほど、長手方向Ｌ、短手方向Ｄの両方向における配線長が短い配線とされている。そして、短手方向Ｄの配線の幅Ｗについて、個別配線６８−１〜個別配線６８−８の幅を幅Ｗ１〜幅Ｗ８とすると、Ｗ１＞Ｗ２＞Ｗ３＞Ｗ４＞Ｗ５＞Ｗ６＞Ｗ７＞Ｗ８、とされている。
【選択図】 図１１

Description

本発明は、基板上に複数の圧電素子及び配線が配置された圧電素子基板、この圧電素子基板を有する液滴吐出ヘッド、及び、前記液滴吐出ヘッドを有する液滴吐出装置に関する。

従来から、液滴吐出ヘッドとしてのインクジェット記録ヘッドとして、圧電方式のものが知られている。圧電方式のインクジェット記録ヘッドの場合、インクが供給される圧力室に、圧電素子（電気エネルギーを機械エネルギーに変換するアクチュエーター）が設けられ、その圧電素子が圧力室の体積を減少させるように凹状に撓み変形して圧力室中のインクを加圧し、圧力室に連通するノズルからインク滴を吐出させるように構成されている。

ところで、圧電素子の各々は、所定のタイミングで駆動電圧を印加する駆動ＩＣと接続される必要があるが、複数の圧電素子と駆動ＩＣとを接続する配線を、圧電素子が配置されているのと同一面に形成する場合がある。例えば、特許文献１には、千鳥状に圧電素子の上部電極を複数配置し、この上部電極の各々から、圧電素子と同一面上で配線が引き出されている構成が開示されている。このように、複数の圧電素子について配線を行なう場合、駆動ＩＣとの接点までの距離にバラツキがあるため、配線による抵抗値にバラツキが生じてしまい、インク滴の吐出特性にもバラツキが発生してしまう。
特開２００３−１５４６４６号公報

本発明は、このような問題点に鑑み、複数の圧電素子と駆動ＩＣとの接続配線の抵抗値のバラツキを軽減可能な圧電素子基板、この圧電素子基板を有する液滴吐出ヘッド、及び、この液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置を得ることを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載の圧電素子基板は、基板本体と、前記基板本体上の圧電素子領域にマトリクス状に配置された複数の圧電素子と、前記複数の圧電素子へ駆動信号を送信する駆動ＩＣと、前記基板上に配線され、前記複数の圧電素子と前記駆動ＩＣとを接続する個別配線と、前記基板本体上の前記圧電素子領域と前記駆動ＩＣとの間に配置され、前記複数の圧電素子からの前記個別配線が引き出される引出領域と、を備え、前記圧電素子領域及び前記引出領域の少なくとも一方において、前記引出領域までの距離が遠い遠距離圧電素子の個別配線が、この圧電素子よりも前記引出領域までの距離が近い近距離圧電素子の個別配線よりも幅広に構成されていること、を特徴としている。

本発明の圧電素子基板では、基板本体上の圧電素子領域に複数の圧電素子がマトリクス状に配置されている。複数の圧電素子は、個別配線によって引出領域に引き出され、駆動ＩＣと接続される。ところで、複数の圧電素子の各々は、配置されている位置によって引出領域との距離が異なり、この距離の違いにより配線の抵抗値にバラツキが生じてしまう。

そこで、本発明では、圧電素子領域及び引出領域の少なくとも一方において、引出領域までの距離が遠い遠距離圧電素子の個別配線を、この圧電素子よりも引出領域までの距離が近い近距離圧電素子の個別配線よりも幅広に構成する。距離の長い配線は、抵抗値が大きくなるので、距離の長い（引出領域までの距離が遠い）配線の幅を広く、距離の短い（引出領域までの距離が近い）配線の幅を狭くすることにより、各配線の抵抗値のバラツキが小さくなるように調整することができる。

なお、配線の幅は、圧電素子領域内、引出領域内の全長において幅広（幅狭）である必要はなく、所定の長さ分のみの幅が幅広（幅狭）となる構成であってもよい。

請求項２に記載の圧電素子基板は、請求項１に記載の圧電素子基板において、前記基板本体には、前記引出領域の外側に、前記駆動ＩＣと前記圧電素子の各々とを接続する接続端子が複数並べられた駆動ＩＣ接続領域が配置され、前記遠距離圧電素子の個別配線が、前記近距離圧電素子の個別配線よりも、前記駆動ＩＣ領域の中で前記引出領域から近い接続端子に接続されていること、を特徴としている。

駆動ＩＣ接続領域においても、複数の接続端子が配置されている場合には、接続端子と引出領域との距離は接続端子毎に異なる。そこで、本発明では、遠距離圧電素子の個別配線を、近距離圧電素子の個別配線よりも、駆動ＩＣ領域の中で引出領域から近い接続端子と接続させる。

上記構成によれば、遠距離圧電素子の個別配線の長さと、近距離圧電素子の個別配線の長さの差を小さくして抵抗値のバラツキが小さくなるように調整することができる。

請求項３に記載の圧電素子基板は、請求項１または請求項２に記載の圧電素子基板において、前記引出領域は前記圧電素子領域の短手方向の両外側に配置され、前記各々の圧電素子の個別配線は、前記両外側の引出領域のうちの近い側へ配線されていることを特徴としている。

上記構成によれば、引出領域が圧電素子領域の短手方向の両外側に配置されているので、長手方向の両外側に配置されている場合と比較して、この短手方向中央部の圧電素子から引出領域までの個別配線の距離を短くすることができる。

請求項４に記載の圧電素子基板は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の圧電素子基板において、前記個別配線が、少なくとも前記圧電素子領域において多層配線とされていることを特徴としている。

このように、個別配線を多層配線とすることにより、各個別配線の幅、個別配線間の距離などの設定の自由度が向上し、また、より多くの個別配線を形成することができる。

請求項５に記載の圧電素子基板は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の圧電素子基板において、前記圧電素子の上面と前記基板本体との段差を小さくする段差緩和層、をさらに備えたことを特徴としている。

圧電素子の配置された基板本体上に圧電素子と駆動ＩＣとを接続する配線を形成する場合には、個別配線の接点は圧電素子の上面に設けられる。したがって、図２９に示すように、基板本体と圧電素子との間に段差が構成されていたのでは、この段差部分を乗り越えて配線しなければならず、段差により構成される角部Ｋ１、Ｋ２において、断線が生じやすくなるなどの問題が生じる。

そこで、本発明では、圧電素子の上面と基板本体との段差を小さくする段差緩和層を備える。これにより、段差に起因した配線の断線などの不都合を軽減することができる。

請求項６に記載の圧電素子基板は、請求項５に記載の圧電素子基板において、前記段差緩和層が、前記圧電素子周りの前記個別配線の引出部分にのみ形成されていることを特徴としている。

段差緩和層を個別配線の引出部分のみに形成することにより、段差緩和層による圧電素子の拘束を軽減することができる。

請求項７に記載の圧電素子基板は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の圧電素子基板において、前記圧電素子の側面の傾斜を小さくする傾斜緩和層、をさらに備えたことを特徴としている。

前述のように、圧電素子の配置された基板本体上に圧電素子と駆動ＩＣとを接続する配線を形成する場合には、基板本体と圧電素子との間の段差により断線が生じやすくなるなどの問題が生じる。

そこで、本発明では、圧電素子の側面の傾斜を小さくする傾斜緩和層を備える。これにより、段差部分の角部の角度が鈍角になり、配線の断線などの不都合を軽減することができる。

請求項８に記載の圧電素子基板は、請求項７に記載の圧電素子基板において、前記傾斜緩和層は、前記圧電素子周りの前記個別配線の引出部分にのみ形成されていることを特徴としている。

傾斜緩和層を個別配線の引出部分のみに形成することにより、傾斜緩和層による圧電素子の拘束を軽減することができる。

請求項９に記載の液滴吐出ヘッドは、請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の圧電素子基板を備えている。

本発明の液滴吐出ヘッドによれば、各々の圧電素子と駆動ＩＣとを接続する配線の抵抗値のバラツキが小さくなるように調整することができるので、液滴の吐出特性も均一化され、良好な液滴の吐出を得ることができる。

請求項１０に記載の液滴吐出装置は、請求項９に記載の液滴吐出ヘッドを備えたものである。

本発明の液滴吐出装置によれば、液滴の吐出特性が均一化された液滴吐出ヘッドを備えているので、良好な画像を形成することができる。

以上、本発明によれば、簡単に各々圧電素子と駆動ＩＣとを接続する個別配線の抵抗値のバラツキが小さくなるように調整できる。ノズルの高密度化と小型化が図れ、かつ、製造工程において適切な接合が可能とされる。

［第１実施形態］
インクジェット記録装置１０は、図１に示すように、用紙を送り出す用紙供給部１２と、用紙の姿勢を制御するレジ調整部１４と、インク滴を吐出して用紙に画像形成する記録ヘッド部１６と、記録ヘッド部１６のメンテナンスを行なうメンテナンス部１８とを備える記録部２０と、記録部２０で画像形成された用紙を排出する排出部２２とから基本的に構成される。

用紙供給部１２は、用紙が積層されてストックされているストッカ２４と、ストッカ２４から１枚ずつ枚葉してレジ調整部１４に搬送する搬送装置２６とから構成されている。

レジ調整部１４は、ループ形成部２８と用紙の姿勢を制御するガイド部材２９が備えられており、この部分を通過することによって用紙のコシを利用してスキューが矯正されると共に搬送タイミングが制御されて記録部２０に進入する。

排出部２２は、記録部２０で画像が形成された用紙を排紙ベルト２３を介してトレイ２５に収納するものである。

記録ヘッド部１６とメンテナンス部１８の間には、記録紙Ｐが搬送される用紙搬送路が構成されている。スターホイール１７と搬送ロール１９とで記録紙Ｐを挟持しつつ連続的に（停止することなく）搬送する。そして、この用紙に対して、記録ヘッド部１６からインク滴が吐出され当該記録紙Ｐに画像が形成される。

メンテナンス部１８は、インクジェット記録ヘッド３２に対して対向配置されるメンテナンス装置２１で構成されており、インクジェット記録ヘッド３２に対するキャッピングや、ワイピング、さらにダミージェットやバキューム等の処理を行うことができる。

図２に示すように、インクジェット記録ユニット３０のそれぞれは、用紙搬送方向と直交する方向に配置された、複数のインクジェット記録ヘッド３２を備えている。インクジェット記録ヘッド３２には、マトリックス状に複数のノズル８４が形成されている。用紙搬送路１０４を連続的に搬送される記録紙Ｐに対し、ノズル８４からインク滴を吐出することで、記録紙Ｐ上に画像が記録される。なお、インクジェット記録ユニット３０は、たとえば、いわゆるフルカラーの画像を記録するために、ＹＭＣＫの各色に対応して、少なくとも４つ配置されている。

図３に示すように、それぞれのインクジェット記録ユニット３０のノズル８４による印字領域幅は、このインクジェット記録装置１０での画像記録が想定される記録紙Ｐの用紙最大幅ＰＷよりも長くされており、インクジェット記録ユニット３０を紙幅方向に移動させることなく記録紙Ｐの全幅にわたる画像記録が可能とされている（いわゆるＦｕｌｌ Ｗｉｄｔｈ Ａｒｒａｙ（ＦＷＡ））。ここで、印字領域とは、用紙の両端から印字しないマージンを引いた記録領域のうち最大のものが基本となるが、一般的には印字対象となる用紙最大幅ＰＷよりも大きくとっている。これは、用紙が搬送方向に対して所定角度傾斜して（スキューして）搬送されるおそれがあること、また縁無し印字の要請が高いためである。

以上のような構成のインクジェット記録装置１０において、次にインクジェット記録ヘッド３２について詳細に説明する。図４はインクジェット記録ヘッド３２の断面構成を示す概略図である。

本実施形態のインクジェット記録ヘッド３２は、図５に示すように、流路基板８０、圧電素子基板５０、及び、天板７０を、この順に下側から積層配置して構成されている。

図４及び図５に示すように、流路基板８０には、インク滴を吐出するノズル８４がマトリクス状（図２参照）に形成され、ノズル８４毎にノズル８４と連通した圧力室８６が形成されている。圧力室８６には、インクが充填されている。各圧力室８６は、圧力室隔壁８２で区画されている。

天板７０は、支持体となり得る強度を有する絶縁体であるガラス基板７２を含んで構成されている。本実施形態ではガラスを用いるが、他に例えば、セラミックス、シリコン、樹脂等、でも構成することができる。

天板７０は、圧電素子基板５０との間にインクプール室３８を構成している。インクプール室３８は、ガラス基板７２、圧電素子基板５０、及び、ガラス基板７２と圧電素子基板５０との間に設けられる隔壁４２により、その容積が規定される。

ガラス基板７２には、インクプール室３８へインクを供給するインク供給ポート３６が形成されている。インク供給ポート３６は、ガラス基板７２の所定箇所に複数、列状に穿設されており、図示しないインクタンクと連通されている。インク供給ポート３６から注入されたインクは、インクプール室３８に貯留される。

列をなすインク供給ポート３６の間で、ガラス基板７２のインクプール室３８側には、圧力波を緩和する樹脂膜製エアダンパー４４が設けられている。

ガラス基板７２の下側面には、後述する駆動ＩＣ７７へ通電するための金属配線７４Ａが形成されている。この金属配線７４は、樹脂膜７６で被覆保護されており、インクによる侵食が防止されるようになっている。金属配線７４Ａには、バンプ７８が設けられており、バンプ７８は、圧電素子基板５０上の金属配線７４Ｂと電気接続される。

圧電素子基板５０は、振動板５２、及び、圧電素子５４、を含んで構成されている。

振動板５２は、流路基板８０の上側に配置され、各圧力室８６の上部を構成している。振動板５２は、ＳＵＳ等の金属で成形され、少なくとも上下方向に弾性を有し、圧電素子５４に通電されると（電圧が印加されると）、上下方向に撓み変形する（変位する）構成になっている。なお、振動板５２は、ガラス等の絶縁性材料であっても差し支えはない。

圧電素子５４は、図６に示すように、マトリクス状に配置され、平面視した場合に圧力室８６をカバーするように、各圧力室８６毎に設けられている。

図４に示すように、圧電素子５４の下面には一方の極性となる下部電極５６が配置され、圧電素子５４の上面には他方の極性となる上部電極５８が配置されている。下部電極５６は振動板５２と接着され、上部電極５８は天板７０と対向されている。なお、下部電極５６と接触する金属（ＳＵＳ等）製の振動板５２は、低抵抗なＧＮＤ配線としても機能するようになっている。

以下では、圧電素子基板５０上の圧電素子５４が配置されている領域を「圧電素子領域９０」という。

各圧電素子５４の上部電極５８には、図７及び図８に示すように、個別配線６８が接続されている。個別配線６８は、インクジェット記録ヘッド３２の短手方向Ｄの両外側の近い側に引き出されている。すなわち、図６においては、圧電素子領域９０の短手方向Ｄの中央ラインＭを挟んで、上側の圧電素子５４は個別配線６８が上側に引き出され、下側の圧電素子５４は個別配線６８が下側に引き出されている。この個別配線６８が引き出される領域を、以下「引出領域９２」という。引出領域９２は、圧電素子領域９０と後述する駆動ＩＣ領域９４との間に配置されている。

圧電素子５４は、低透水性絶縁膜（ＳｉＯｘ膜）６０で被覆保護されている。圧電素子５４を被覆保護している低透水性絶縁膜（ＳｉＯｘ膜）６０は、水分透過性が低くなる条件で圧電素子５４に着膜するため、水分が圧電素子５４の内部に侵入して信頼性不良となること（いわゆるＰＺＴ膜内の酸素を還元することにより生ずる圧電特性の劣化）を防止することができる。

更に、低透水性絶縁膜（ＳｉＯｘ膜）６０の上面は、樹脂膜６２で被覆保護されている。これにより、インクによる侵食の耐性が確保されるようになっている。また、樹脂膜６２の上面には、個別配線６８、及び、金属配線７４Ｂが配線されている。個別配線６８の詳細については後述する。

図４に示すように、樹脂膜６２の上面は、樹脂部材６３で被覆されている。個別配線６８、及び、金属配線７４Ｂも、樹脂部材６３で被覆保護され、インクによる侵食が防止されるようになっている。ただし、圧電素子５４の上方は、樹脂膜６２で被覆保護され、樹脂部材６３が被覆されない構成になっている。樹脂膜６２は、柔軟性がある樹脂層であるため、このような構成とすることにより、圧電素子５４（振動板５２）の変位阻害が防止されるようになっている（上下方向に好適に撓み変形可能とされている）。つまり、圧電素子５４上方の樹脂層は、薄い方がより変位阻害の抑制効果が高くなるので、樹脂部材６３を被覆しないようにしている。

圧電素子基板５０には、駆動ＩＣ７７が実装されている。駆動ＩＣ７７は、隔壁４２の外側で、かつ天板７０と振動板５２との間に配置されており、振動板５２や天板７０から露出しない（突出しない）構成とされている。したがって、インクジェット記録ヘッド３２の小型化が実現可能となっている。駆動ＩＣ７７の周囲は樹脂材７９で封止されている。また、駆動ＩＣ７７は、平面視した場合には、図６に示すように、インクジェット記録ヘッド３２の短手方向Ｄの両端部に配置されている（以下この駆動ＩＣ７７が配置されている領域を「駆動ＩＣ領域９４」という）。

駆動ＩＣ７７の下面には、図４、図９で示すように、複数のバンプ６６がマトリックス状に所定高さ突設されており、圧電素子基板５０の個別配線６８及び金属配線７４Ｂにフリップチップ実装されている。したがって、圧電素子５４に対する高密度接続が容易に実現可能であり、駆動ＩＣ７７の高さの低減を図ることができる（薄くすることができる）。これによっても、インクジェット記録ヘッド３２の小型化が実現可能となっている。

次に、圧電素子基板５０上の配線について説明する。

図１０に示すように、圧電素子基板５０上は、圧電素子領域９０、引出領域９２、駆動ＩＣ領域９４に区分される。ここでは、圧電素子５４が、短手方向Ｄに１６列並べられている例について説明する。

図１１（Ａ）に示すように、各圧電素子５４からの個別配線６８は、圧電素子領域９０においては、長手方向Ｌに隣り合う圧電素子５４との間Ｐに配線されて、引出領域９２まで引き出される。図１１（Ａ）の中央ラインＭよりも下側の圧電素子５４について、最も中央ラインＭに近い側から順に圧電素子５４―１、５４−２、５４−３、５４―４、５４−５、５４−６、５４−７、５４−８、とし、各圧電素子５４と接続される個別配線６８を個別配線６８−１、６８−２、６８−３、６８−４、６８−５、６８−６、６８−７、６８−８とすると、図１１（Ｂ）に示すように、個別配線６８−１が長手方向Ｌにおいても短手方向Ｄにおいても、最も長い配線とされ、中央ラインＭから遠くなる圧電素子５４と接続される個別配線６８ほど、長手方向Ｌ、短手方向Ｄの両方向における配線長が短い配線とされている。そして、短手方向Ｄの配線の幅Ｗについて、個別配線６８−１〜個別配線６８−８の幅を幅Ｗ１〜幅Ｗ８とすると、Ｗ１＞Ｗ２＞Ｗ３＞Ｗ４＞Ｗ５＞Ｗ６＞Ｗ７＞Ｗ８、とされている。このように、相対的に配線長の長い個別配線６８の幅Ｗが、これよりも配線長の短い個別配線６８の幅Ｗよりも幅広にされているので、各個別配線６８間における配線の抵抗値（以下単に「配線抵抗」という）の差を小さくすることができる。例えば、配線長の最も長い個別配線６８−１の配線抵抗は大きいが、幅Ｗ１が幅広とされているので、Ｗ１よりも幅狭とされている他の個別配線６８−２〜個別配線６８−８との配線抵抗の差を小さくすることができる。

図１２（Ａ）に示すように、引出領域９２においては、各個別配線６８は、圧電素子領域９０から駆動ＩＣ領域９４へ向かって直線状に配線されている。そして、各個別配線６８の幅Ｗ１〜幅Ｗ８は、図１２（Ｂ）に示すように、Ｗ１＞Ｗ２＞Ｗ３＞Ｗ４＞Ｗ５＞Ｗ６＞Ｗ７＞Ｗ８、とされている。この引出領域９２においては、各個別配線６８の配線長は同じであるが、圧電素子領域９０での配線抵抗の調整のみでは、各個別配線６８の配線抵抗に差が生じているため、引出領域９２においても、幅Ｗ１〜幅Ｗ８の広さで、配点抵抗の調整を行なっている。このように引出領域９２においても、幅Ｗによって、各個別配線６８間における配線抵抗の差を小さくすることができる。

図１３（Ａ）に示すように、駆動ＩＣ領域９４においては、駆動ＩＣ７７との接続用のバンプ６６が、マトリクス状に配置されている。前述の個別配線６８−１〜個別配線６８−８は、駆動ＩＣ領域９４では、短手方向Ｄに並ぶ８個のバンプ６６に接続される。この配線は、長手方向Ｌに隣り合うバンプ６６との間Ｑに行なわれている。前記８個のバンプ６６を引出領域９２から近い順にバンプ６６−１、６６−２、６６−３、６６−４、６６−５、６６−６、６６−７、６６−８、とすると、個別配線６８−１がバンプ６６−１に、個別配線６８−２がバンプ６６−２に、個別配線６８−３がバンプ６６−２に、個別配線６８−４がバンプ６６−４に、個別配線６８−５がバンプ６６−５に、個別配線６８−６がバンプ６６−６に、個別配線６８−７がバンプ６６−７に、個別配線６８−８がバンプ６６−８に、各々接続されている。上記のように接続することにより、圧電素子領域９０において相対的に配線抵抗の大きかった個別配線６８の配線長を短く、圧電素子領域９０において相対的に配線抵抗の小さかった個別配線６８の配線長を長くすることができる。このように、駆動ＩＣ領域９４においては、配線長の長さにより、配線抵抗の差を小さくすることができる。

なお、駆動ＩＣ領域９４においては、個別配線６８の幅Ｗは、Ｗ１＜Ｗ２＜Ｗ３＜Ｗ４＜Ｗ５＜Ｗ６＜Ｗ７＜Ｗ８とされているが、幅Ｗは、必ずしもこのような関係になる必要はなく、個別配線６８の配線抵抗のバラツキを調整するための適当な幅とすることができる。例えば、圧電素子領域９０、引出領域９２における配線抵抗の調整にもかかわらず、個別配線６８−１の配線抵抗が大きくて駆動ＩＣ領域９４での配線長による調整だけでは配線抵抗の差が大きいままである場合には、駆動ＩＣ領域９４における短手方向Ｄの個別配線６８の幅ＷをＷ１＞Ｗ２＞Ｗ３＞Ｗ４＞Ｗ５＞Ｗ６＞Ｗ７＞Ｗ８としてもよい。

上記のように、圧電素子領域９０、引出領域９２、及び、駆動ＩＣ領域９４において、各個別配線６８の幅、長さを変えることにより、圧電素子５４からバンプ６６に至るまでの配線抵抗を均一化することができる。

図１４には、上記の構成とした場合の、各個別配線６８の各領域における配線抵抗の一例が示されている。圧電素子領域９０では、個別配線６８−１と個別配線６８−８との配線抵抗の差は２５．９Ωであるが、圧電素子領域９０、引出領域９２、及び、駆動ＩＣ領域９４のトータルでは、最も配線抵抗の大きい個別配線６８−６と、最も配線抵抗の小さい個別配線６８−８との差は、１．０４Ωとなっており、配線抵抗の差が問題にならない程度に調整されている。

インクジェット記録装置１０では、その本体側から天板７０の金属配線７４Ａに通電され、金属配線７４Ａからバンプ７８を経て、圧電素子基板５０側の金属配線７４Ｂに通電され、そこから駆動ＩＣ７７に通電される。そして、駆動ＩＣ７７により、所定のタイミングで個別配線６８を介して圧電素子５４に電圧が印加され、振動板５２が上下方向に撓み変形することにより、圧力室８６内に充填されたインクが加圧されて、ノズル８４からインク滴が吐出される。

以上説明したように、本実施形態によれば、圧電素子５４と駆動ＩＣ７７とを接続する個別配線６８の幅、長さを調整することによって、配線抵抗の差が小さくなるようにされているので、インクジェット記録ヘッド３２のインク吐出特性のバラツキが抑制され、良好な画像を記録することができる。

なお、本実施形態では、すべての個別配線６８を同一平面上（樹脂膜６２の上面）に配置した例について説明したが、個別配線６８は、図１５及び図１６に示すように、異なる層に配置し（上側に配置ものを個別配線６８Ａ、下側に配置したものを個別配線６８Ｂとしている）、多層配線の構造としてもよい。特に、圧電素子領域９０においては、隣り合う圧電素子５４との間が狭いため、配線が難しいが、このように多層配線構造とすることにより、個別配線６８の配線の自由度を高めることができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態では、第１実施形態と同様の部分については同一の符号を付して、詳細な説明については省略する。

本実施形態の、インクジェット記録装置１００の全体構成、画像記録の動作については、第１実施形態と同様である。インクジェット記録ヘッド１０２の全体構成についても、第１実施形態とほぼ同様であるが、図１７に示すように、圧電素子基板５０の下部電極５６と低透水性絶縁膜６０との間に、段差緩和層１０４が設けられ、振動板５２と下部電極５６との間には、絶縁層１０６が設けられている。

段差緩和層１０４は、圧電素子５４を取り囲むように設けられ、圧電素子５４の上部には設けられていない。段差緩和層１０４の厚みは、圧電素子５４の厚みとほぼ同様とされ、これにより圧電素子基板５０の圧電素子５４の周囲の段差がなくなり、平坦化されている。

段差緩和層１０４の上面、及び、圧電素子５４は、低透水性絶縁膜６０で被覆保護され、低透水性絶縁膜６０の上面は、樹脂膜６２で被覆保護されている。

樹脂膜６２の上面には、個別配線６８及び金属配線７４Ｂが配線されている。個別配線６８は、低透水性絶縁膜６０及び樹脂膜６２に形成されたコンタクト孔から上部電極５８への接続が確保されている。本実施形態では、段差緩和層１０４により、圧電素子５４周囲の段差が埋められて平坦化されている。図２９のように圧電素子の周りに段差がある場合では、段差により形成される角部Ｋにより断線が生じやすいが、本実施形態のように、段差緩和層１０４を設けることにより、配線を容易に行えると共に、断線が生じにくくなり、圧電素子基板５０の信頼性が向上する。

次に、本実施形態の段差緩和層１０４の形成方法について、図１８（Ａ）〜（Ｇ）を参照して説明する。

まず、図１８（Ａ）で示すように、振動板５２の上に絶縁膜１０６、下部電極５６を形成し、圧電素子膜５４Ａ、上部電極膜５８Ａを積層する。

次に、図１８（Ｂ）で示すように、圧電素子５４及び上部電極５８をパタニングするためのレジストＲを形成する。そして、図１８（Ｃ）に示すように、圧電素子５４、上部電極５８をエッチングによりパタニングし、レジストＲを剥離する。

次に、図１８（Ｄ）に示すように、段差緩和層１０４Ａを成膜する。段差緩和層１０４Ａは、厚膜ＳｉＯｘや、厚膜樹脂などで構成することができる。その後、図１８（Ｅ）に示すように、圧電素子５４、上部電極５８が露出するまで研磨（ＣＭＰ）して段差緩和層１０４を平坦化し、図１８（Ｆ）に示すように、低透水性絶縁膜６０、樹脂膜６２を形成する。このとき、低透水性絶縁膜６０、樹脂膜６２には、個別配線６８と上部電極５８との接続用のコンタクトホールＨを形成する。そして、図１８（Ｇ）に示すように、樹脂膜６２の上に、個別配線６８をパタニングする。

上記のように、段差緩和層１０４を形成した後に個別配線６８をパタニングすることにより、個別配線６８を平坦な面に形成できるので、段差を乗り越えて個別配線６８を形成した場合（図２９参照）と比較して、断線などのトラブルが抑制され、信頼性の高い圧電素子基板５０を得ることができる。

なお、本実施形態では、個別配線６８を上部電極５８と直接接触させて接続したが、図１９に示すように、個別配線６８と上部電極５８との間に、バッファー層５９を設け、このバッファー層５９を介して個別配線６８と上部電極５８とを接続してもよい。バッファー層５９は、オーミックコンタクトとして機能する。

また、上記では、段差緩和層１０４が圧電素子５４の周りに配置された例について説明したが、段差緩和層１０４は、必ずしも圧電素子５４の周囲全体に配置されている必要はなく、少なくとも、個別配線６８が引き出される部分にのみ配置されていればよい。

例えば、図２０（Ｅ）に示すように、個別配線６８の配線部分以外の部分では、圧電素子５４の側壁を被覆する程度に残して、段差緩和層１１０を剥離してもよい。この場合には、図２０（Ｅ）〜（Ｉ）に示す手順で形成することができる。すなわち、図１８（Ａ）〜（Ｅ）と同様の工程の後、図２０（Ｆ）に示すように、圧電素子５４の上部、個別配線６８を配置する部分、及び圧電素子５４の周囲の被覆用に残す部分にレジストを形成し、図２０（Ｇ）に示すように、不要部分の段差緩和層１１０をエッチングにより剥離する。そして、前述の実施形態の図１８（Ｆ）（Ｇ）に示す工程と同様の工程、図２０（Ｈ）（Ｉ）を経て、圧電素子基板を製造することができる。

また、図２１（Ｆ）に示すように、個別配線６８の配線部分以外の部分では、段差緩和層をすべて除去し、圧電素子５４の側壁を低透水性絶縁膜６０、樹脂膜６２で被覆してもよい。この場合には、図２１（Ｅ）〜（Ｉ）に示す手順で形成することができる。すなわち、図１８（Ａ）〜（Ｅ）と同様の工程の後、図２１（Ｆ）に示すように、圧電素子５４の上部、及び、個別配線６８を配置する部分にレジストを形成し、図２１（Ｇ）に示すように、不要部分の段差緩和層１１２をエッチングにより剥離する。そして、前述の実施形態の図１８（Ｆ）（Ｇ）に示す工程と同様の工程、図２１（Ｈ）（Ｉ）を経て、圧電素子基板を製造することができる。

上記のように、個別配線６８の配線部分以外の圧電素子５４周りの段差緩和層を除去することにより、段差緩和層による圧電素子５４に対する拘束が軽減される。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態では、第１、第２実施形態と同様の部分については同一の符号を付して、詳細な説明については省略する。

本実施形態の、インクジェット記録装置１００の全体構成、画像記録の動作については、第１実施形態と同様である。インクジェット記録ヘッド１０２の全体構成についても、第１実施形態とほぼ同様であるが、図２２に示すように、圧電素子基板５０の下部電極５６と低透水性絶縁膜６０との間に、傾斜緩和層１２０が設けられ、振動板５２と下部電極５６との間には、絶縁層１０６が設けられている。

傾斜緩和層１２０は、図２３にも示すように、圧電素子５４を取り囲むように設けられ、圧電素子５４の上部には設けられていない。傾斜緩和層１２０は、圧電素子５４の上面から振動板５２に向かって、徐々に傾斜角度が大きくなる傾斜面１２０Ａを有している。傾斜面１２０Ａの斜度は圧電素子５４の側壁よりも緩いものとなっている。

傾斜緩和層１２０の上面、及び、圧電素子５４は、低透水性絶縁膜６０で被覆保護され、低透水性絶縁膜６０の上面は、樹脂膜６２で被覆保護されている。

樹脂膜６２の上面には、個別配線６８及び金属配線７４Ｂが配線されている。個別配線６８は、低透水性絶縁膜６０及び樹脂膜６２に形成されたコンタクト孔から上部電極５８への接続が確保されている。本実施形態では、傾斜緩和層１２０により、圧電素子５４周囲の段差の傾斜が緩和されている。図２９のように圧電素子５４の周りに段差がある場合では、段差により形成される角部Ｋにおい断線が生じやすいが、本実施形態のように、傾斜緩和層１２０を設けることにより、圧電素子５４の上部から振動板５２までの傾斜が緩くなっており、角部Ｋ１、Ｋ２が鈍角になって断線が生じにくくなり、圧電素子基板５０の信頼性が向上する。

次に、本実施形態の傾斜緩和層１２０の形成方法について、図２４（Ｄ）〜（Ｇ）を参照して説明する。

圧電素子５４を形成するまでの工程については、第２実施形態の図１８（Ａ）〜（Ｃ）の工程と同様である。次に、図２４（Ｄ）に示すように、傾斜緩和層１２０ＡをＣＶＤにより堆積させる。傾斜緩和層１２０Ａとしては、ＳｉＯｘ膜を堆積させる。なお、ＳｉＯｘ膜の他にも、ＰＩなどの樹脂膜、エラストマー（ゴム）などを用いることができる。ＳｉＯｘ膜は、材料の安定性、圧電素子の保護膜としての機能を有する点で優れている。一方、樹脂膜、エラストマーは等は、拘束力が弱く圧電素子５４の周囲に形成しても圧電素子５４の変位に対する拘束が抑制される。

次に、図２４（Ｅ）に示すように、エッチバックして傾斜緩和層１２０を形成する。このとき、上部電極５８がエッチストッパーとして機能し、オーバーエッチングとなるのを防止することができる。

次に、図２４（Ｆ）に示すように、低透水性絶縁膜６０、樹脂膜６２を形成する。このとき、低透水性絶縁膜６０、樹脂膜６２には、個別配線６８と上部電極５８との接続用のコンタクトホールＨを形成する。そして、図２４（Ｇ）に示すように、樹脂膜６２の上に、個別配線６８をパタニングする。

上記のように、傾斜緩和層１２０を形成した後に個別配線６８をパタニングすることにより、角部Ｋ１、Ｋ２が鈍角になると共に、個別配線６８を緩やかな傾斜な面に形成できるので、個別配線６８の断線が生じにくくなり、信頼性の高い圧電素子基板５０を得ることができる。

なお、上記では、傾斜緩和層１２０が圧電素子５４の周りに配置された例について説明したが、傾斜緩和層１２０は、必ずしも圧電素子５４の周囲全体に配置されている必要はなく、少なくとも、個別配線６８が引き出される部分にのみ配置されていればよい。

すなわち、図２５及び図２６に示すように、個別配線６８の配線部分以外の部分では、段差緩和層１２０を除去してもよい。この場合には、図２４（Ｅ）の工程の後、図２５（Ｆ）に示すように、不要部分の傾斜緩和層１２０をエッチングにより剥離する。そして、前述の実施形態の図２４（Ｆ）（Ｇ）に示す行程と同様の、図２５（Ｇ）（Ｈ）を経て、圧電素子基板を製造することができる。

上記のように、個別配線６８の配線部分以外の圧電素子５４周りの傾斜緩和層を除去することにより、傾斜緩和層による圧電素子５４に対する拘束が軽減される。また、図２６に示すように、隣り合う圧電素子５４間のスペースが傾斜緩和層１２０により狭められることがなく、広い配線スペースを確保することができる。

また、本実施形態では、傾斜緩和層１２０を圧電素子５４の周囲のみに形成したが、図２７に示すように、傾斜緩和層１２０を圧電素子基板５０全体を被覆するように形成することもできる。この場合には、図２４（Ｄ）に示す工程の後に、図２７（Ｅ）に示すように、ハーフエッチバックを行ない、圧電素子５４の上部の傾斜緩和層１２０のみをすべて除去し、振動板５２の上部の傾斜緩和層１２０は、ある程度の厚み分を残す。そして、前述の実施形態と同様の工程、図２７（Ｆ）（Ｇ）を経て、圧電素子基板を製造することができる。

上記のように、傾斜緩和層１２０を振動板５２上にも残すことにより、圧電素子５４と振動板５２との間の段差を小さくすることができ、個別配線６８を容易に形成することができる。

また、本実施形態では、傾斜緩和層１２０を一層のみ形成したが、図２８に示すように、段差緩和層１２０を２層とすることもできる。この場合には、前述した図２４（Ｅ）の工程の後に、図２８（Ｆ）に示すように、再度、傾斜緩和層１２０ＢをＣＶＤにより堆積させる。そして、図２８（Ｇ）に示すように、エッチバックして傾斜緩和層１２０−２を形成する。そして、前述の実施形態と同様の工程、図２８（Ｈ）（Ｉ）を経て、圧電素子基板を製造することができる。

上記のように、傾斜緩和層１２０を２層とすることにより、傾斜面の傾斜をより緩やかにすることができ、個別配線６８を容易に形成でき、断線の抑制もできる。

以上第１〜第３実施形態においては、紙幅対応のＦＷＡの例について説明したが、本発明のインクジェット記録ヘッドは、これに限定されず、主走査機構と副走査機構を有するＰａｒｔｉａｌ Ｗｉｄｔｈ Ａｒｒａｙ（ＰＷＡ）の装置にも適用することができる。特に、本発明は、高密度ノズル配列を実現するのに有効なものであるため、１パス印字を必要とするＦＷＡには好適である。

その他、上記実施例のインクジェット記録装置１０では、ブラック、イエロー、マゼンタ、シアンの各色のインクジェット記録ユニット３０がそれぞれキャリッジ１２に搭載され、それら各色のインクジェット記録ヘッド３２から画像データに基づいて選択的にインク滴が吐出されてフルカラーの画像が記録紙Ｐに記録されるようになっているが、本発明におけるインクジェット記録は、記録紙Ｐ上への文字や画像の記録に限定されるものではない。

すなわち、記録媒体は紙に限定されるものでなく、また、吐出する液体もインクに限定されるものではない。例えば、高分子フィルムやガラス上にインクを吐出してディスプレイ用カラーフィルターを作成したり、溶接状態の半田を基板上に吐出して部品実装用のバンプを形成するなど、工業的に用いられる液滴吐出（噴射）装置全般に対して、本発明に係るインクジェット記録ヘッド３２を適用することができる。

本実施形態でも、紙幅対応のＦＷＡの例について説明したが、本発明のインクジェット記録ヘッドは、これに限定されず、ＰＷＡの装置にも適用することができる。

また、記録媒体は紙に限定されるものでなく、また、吐出する液体もインクに限定されるものではない。例えば、高分子フィルムやガラス上にインクを吐出してディスプレイ用カラーフィルターを作成したり、溶接状態の半田を基板上に吐出して部品実装用のバンプを形成するなど、工業的に用いられる液滴吐出（噴射）装置全般に対して、本発明に係るインクジェット記録ヘッドを適用することができる。

第１実施形態のインクジェット記録装置の全体構成を示す概略図である。 第１実施形態のインクジェット記録ユニットの配置を示す概略図である。 第１実施形態のインクジェット記録ユニットによる印字領域を示す図である。 第１実施形態のインクジェット記録ヘッドの構成を示す断面図である。 第１実施形態のインクジェット記録ヘッドを主要部毎に分解して示す断面図である。 第１実施形態のインクジェット記録ヘッドの圧電素子基板の平面図である。 第１実施形態の圧電素子基板の圧電素子と駆動ＩＣとの配線の概略図である。 第１実施形態の圧電素子基板の圧電素子と駆動ＩＣとの配線を拡大した概略図である。 第１実施形態の駆動ＩＣのバンプを示す概略平面図である。 第１実施形態のインクジェット記録ヘッドにおける、圧電素子領域、引出領域、駆動ＩＣ領域の配置図である。 第１実施形態の圧電素子領域における個別配線を示す図である。 第１実施形態の引出領域における個別配線を示す図である。 第１実施形態の駆動ＩＣ領域における個別配線を示す図である。 各個別配線の配線抵抗の値の例を示す表である。 第１実施形態の個別配線が多層構造となっている例の断面図である。 第１実施形態の個別配線が多層構造となっている例の平面図である。 第２実施形態の圧電素子基板の（Ａ）は断面図であり（Ｂ）は平面図である。 第２実施形態の圧電素子基板を製造する工程（Ａ）〜（Ｃ）を示す説明図である。 第２実施形態の圧電素子基板を製造する工程（Ｄ）〜（Ｇ）を示す説明図である。 第２実施形態の圧電素子基板の個別配線がバッファー層を介して上部電極に接続されている例を示す断面図である。 第２実施形態の変形例の圧電素子基板を製造する工程（Ｅ）〜（Ｉ）を示す説明図である。 第２実施形態の他の変形例の圧電素子基板を製造する工程（Ｅ）〜（Ｉ）を示す説明図である。 第３実施形態の圧電素子基板の断面図である。 第３実施形態の圧電素子基板の上面図である。 第３実施形態の圧電素子基板を製造する工程（Ｄ）〜（Ｇ）を示す説明図である。 第３実施形態の変形例の圧電素子基板を製造する工程（Ｅ）〜（Ｈ）を示す説明図である。 第３実施形態の変形例の圧電素子基板の上面図である。 第３実施形態の変形例の圧電素子基板を製造する工程（Ｄ）〜（Ｇ）を示す説明図である。 第３実施形態の他の変形例の圧電素子基板を製造する工程（Ｆ）〜（Ｉ）を示す説明図である。 従来の圧電素子素子基板の配線を示す断面図である。

符号の説明

１０ インクジェット記録装置
３２ インクジェット記録ヘッド
５０ 圧電素子基板
５４ 圧電素子
６８ 個別配線
９０ 圧電素子領域
９２ 引出領域
９４ 駆動ＩＣ領域
１００ インクジェット記録装置
１０２ インクジェット記録ヘッド
１０４ 段差緩和層
１１０ 段差緩和層
１１２ 段差緩和層
１２０ 傾斜緩和層

Claims (10)

1. 基板本体と、
   前記基板本体上の圧電素子領域にマトリクス状に配置された複数の圧電素子と、
   前記複数の圧電素子へ駆動信号を送信する駆動ＩＣと、
   前記基板上に配線され、前記複数の圧電素子と前記駆動ＩＣとを接続する個別配線と、
   前記基板本体上の前記圧電素子領域と前記駆動ＩＣとの間に配置され、前記複数の圧電素子からの前記個別配線が引き出される引出領域と、
   を備え、
   前記圧電素子領域及び前記引出領域の少なくとも一方において、前記引出領域までの距離が遠い遠距離圧電素子の個別配線が、この圧電素子よりも前記引出領域までの距離が近い近距離圧電素子の個別配線よりも幅広に構成されていること、を特徴とする圧電素子基板。
2. 前記基板本体には、前記引出領域の外側に、前記駆動ＩＣと前記圧電素子の各々とを接続する接続端子が複数並べられた駆動ＩＣ接続領域が配置され、
   前記遠距離圧電素子の個別配線が、前記近距離圧電素子の個別配線よりも、前記駆動ＩＣ領域の中で前記引出領域から近い接続端子に接続されていること、を特徴とする請求項１に記載の圧電素子基板。
3. 前記引出領域は前記圧電素子領域の短手方向の両外側に配置され、前記各々の圧電素子の個別配線は、前記両外側の引出領域のうちの近い側へ配線されていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の圧電素子基板。
4. 前記個別配線が、少なくとも前記圧電素子領域において多層配線とされていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の圧電素子基板。
5. 前記圧電素子の上面と前記基板本体との段差を小さくする段差緩和層、をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の圧電素子基板。
6. 前記段差緩和層は、前記圧電素子周りの前記個別配線の引出部分にのみ形成されていることを特徴とする請求項５に記載の圧電素子基板。
7. 前記圧電素子の側面の傾斜を小さくする傾斜緩和層、をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の圧電素子基板。
8. 前記傾斜緩和層は、前記圧電素子周りの前記個別配線の引出部分にのみ形成されていることを特徴とする請求項７に記載の圧電素子基板。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の圧電素子基板を備えた液滴吐出ヘッド。
10. 請求項９に記載の液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置。

Images