JPH08267748A - インクジェットヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 インクを噴射させるエネルギ発生手段とその
駆動手段を夫々基板に形成して張り合わせたインクジェ
ットヘッド及びその製造方法に関し、マトリックス駆動
に適合するノズルの配置及びコストの改善ができるイン
クジェットヘッド及びその製造方法を提供する。 【構成】 インク６を噴射するノズル部９を形成したノ
ズル板12と、ノズル板12に対向する基板17と、ノズル板
12及び基板17を連結する壁部材14と、ノズル板12及び基
板17の夫々一部、並びに壁部材14で形成される圧力室13
と、圧力室13内に設けられたエネルギ発生手段８とを少
なくとも１組備え、エネルギ発生手段８の駆動で、対応
するノズル部９からインク６を噴射するインクジェット
ヘッドであって、エネルギ発生手段８を駆動させる駆動
手段11をノズル板12及び基板17の対向面のいずれか一方
に設けた構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクジェットプリン
タのインクジェットヘッドに関し、特にインクを噴射さ
せるエネルギ発生手段とその駆動手段を夫々異なる基板
に形成して対向させて基板同士を張り合わせたインクジ
ェットヘッド及びその製造方法に関するものである。

【０００２】近来、印字媒体にインクの微粒子をインク
ジェットヘッドのノズルから直接吹きつけて記録するイ
ンクジェットプリンタが、印字媒体に対する制限がな
く、且つ高速度印刷、低騒音であり、カラー化が容易で
あることから急速に普及しつつある。

【０００３】インクジェットプリンタは、必要最小限の
インクのみを消費するオンデマンド型で、インクの省資
源化を実現している。今後は省資源をその駆動エネル
ギ、機器生成の過程で消費されるエネルギにも及ぶこと
が求められる。

【０００４】現在でもインクジェットヘッドの駆動部分
と共に、駆動回路を集積化することによって、より小型
化が実現され、駆動回路を内部でマトリックス接続とし
て、タイムシヤリング駆動とすることによって外部接続
の引出し線を節約して、コネクタピン数を削減してい
る。その多くは所謂シリアルプリンタ型であって、接続
の引出し線をフレキシブルケーブルで本体に接続する方
法をとっている。

【０００５】これが次の理想形として印刷領域の一辺を
カバーする幅にノズルを展開した所謂ラインヘッドとし
てヘッド全体を移動させないか、或いは僅かの振幅の走
査で済ませる形式が考えられる。

【０００６】シリアル型はインクタンクも移動体に搭載
するものが多いが、ラインヘッドであれば移動しない
か、或いは振幅も僅かなので固定タンクとして柔軟なチ
ューブでインクを供給することが可能である。

【０００７】このようなライン型ヘッドに多くの利点が
あることは自明であるが、その実現のためには、マトリ
ックス駆動に適合するノズルの物理的配置が必要であ
り、また、高純度の高価な半導体基板の消費の削減及び
歩留りを改善させる必要があり、これらを解決する方法
が望まれている。

【０００８】

【従来の技術】図１４にインクジェットプリンタの概要
を示す。図に示すように、インクジェットヘッド（以下
印字ヘッドという)1を搭載したキャリア２にガイドシャ
フト３が嵌合し、また、プーリP1,P2 に掛けられたタイ
ミングベルト（以下ベルトという)4にキャリア２が固定
され、プーリP1はモータM1に連結されている。

【０００９】キャリア２は板状のプラテン５の上方に配
置され、モータM1の正逆方向回転によりベルト４によっ
てプラテン５に平行に矢印Ａ、Ｂ方向に移動する。プラ
テン５の前段にモータM2に連結された送りローラＲが配
置されている。

【００１０】印字ヘッド１は、ヘッド部10及びヘッド駆
動部11ａから成り、ヘッド部10は、プラテン５に所定の
間隙を介して対向し、先端に後述する複数のノズルを有
し、またノズルにインクを供給する図示していないイン
クタンクを備えている。

【００１１】ヘッド駆動部11ａは、印字データに基づい
て図示していない制御部の指令で、選択的に駆動信号を
ヘッド部10に送信する回路で、図示していないフレキシ
ブルケーブルにより制御部に接続されている。

【００１２】従って、キャリア２が移動しながら、印字
ヘッド１のノズルからインクを噴射して印字用紙７にマ
トリックスドットによって印字を形成する。印字用紙７
は送りローラＲの駆動によって矢印Ｃ方向に行送りされ
る。

【００１３】次に図１５及び図１６によりヘッド部10を
説明する。図１５及び図１６に示すように、ヘッド部10
は、発熱体8₁,8₂,…、ノズル9₁,9₂,… (例えば、孔径30
〜50μｍ) が設けられたノズル板12₁,12₂,…、圧力室13
₁,13₂,…、壁部材14₁,14₂,…、加熱板15₁,15₂,…及びイ
ンク供給口16₁,16₂,…で構成されている。

【００１４】発熱体8₁,8₂,…は、加熱板15₁,15₂,…の外
側に密着している。また、ノズル板12₁,12₂,…と加熱板
15₁,15₂,…の間に壁部材14₁,14₂,…が配置されて、これ
らに囲まれた空間部により圧力室13₁,13₂,…が形成され
ている。

【００１５】実際には、ノズル板12₁,12₂,…及び壁部材
14₁,14₂,…が一体に形成されて、加熱板15₁,15₂,…が静
電接合 (或いは拡散接合) 或いは接着剤等によって接合
されている。

【００１６】従って、インク供給口16₁,16₂,…からイン
ク6aを圧力室13₁,13₂,…に供給し、ヘッド駆動部11ａか
ら発熱体8₁,8₂,…に選択的に電流を流して、その電気抵
抗による発熱で加熱板15₁,15₂,…を加熱させて、圧力室
13₁,13₂,…内のインク6aを気化させ、その圧力によって
インク6aが上記のようにノズル9₁,9₂,…から噴射する。
インクジェットプリンタの印字ヘッドにはこの他に、 圧電素子に電圧を印加したときの電気歪みによる変位
で圧力室の背面の振動板に圧力を加えてインクを噴射さ
せる圧電方式 ノズルや圧力室に電極を挿入してパルス電圧の印加に
よりインクに直接電流を流してインクの誘導損失による
発熱で気化させてインクを噴射させる方式 (特開昭６０
−１８３５７号公報、特開平２−１５１４４７号公報） ノズルや圧力室の外部に電極を設置して交流電圧を印
加して、インクの誘導損失により発熱させる方式（特開
平５−１６３６３号公報） がある。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来方法によれ
ば、インクジェットヘッドを搭載したキャリアを移動さ
せながら、複数の発熱体に選択的に通電してノズルから
インクを噴射させて印刷しており、所謂オンデマンド型
で必要最少量のインクのみを消費することで、インクの
省資源化を図っているが、更にその駆動エネルギや機器
生成の過程で消費されるエネルギの省資源化が要請され
ている。

【００１８】即ち、次の理想形として印刷領域の一辺を
カバーする幅にノズルを展開した所謂ライン型ヘッドと
してヘッドを全く移動させないか、或いは僅かの振幅の
移動で済ませる形式が考えられる。

【００１９】また、従来方法のシリアル型は、インクタ
ンクもキャリアに搭載しているものが多いが、ライン型
ヘッドであれば移動しないか、或いは移動が僅かなの
で、固定タンクとして柔軟なチューブでインクを供給す
ることが可能である。

【００２０】このようなライン型ヘッドに多くの利点が
あることは自明であるが、その実現を拒む次のような要
因がある。 １）マトリックス駆動に適合するノズルの物理的配置 カラー印刷では、ＹＭＣ（イエロー、マゼンタ、シア
ン）或いはこれに黒を加えた３〜４色の別々のインク供
給路を必要とし、また、ノズルとその駆動を司る駆動回
路の空間的配置がノズルピッチを狭めて高密度印刷を実
現する上で重要な課題となる。即ち、 駆動回路を構成するシリコン等の半導体基板とインク
にエネルギを供給するエネルギ発生手段とが、その製造
プロセス過程の異なることから、最適な共通材料を見い
出すことが困難である。

【００２１】マトリックスの直交配線の交叉が段差部
分での絶縁耐圧の不足、或いは段差部分の被覆不十分に
よって、インク等の侵入により腐食し易い。 駆動回路とエネルギ発生手段は近接することが望まし
いが、これを平面的に並べて、更にインク供給とマトリ
ックス配線までも積層構成とする輻輳する構成は、製造
ブロセスを積み重ねるものとなり、一か所でも不良とな
れば全てを失うこととなり、歩留りを著しく損なう。

【００２２】２）高純度の高価な半導体基板の消費の削
減及び歩留りの改善 印刷領域は一般に幅広であり、例えば、Ａ４判の印刷
用紙の狭い側でも200ｍｍを要し、これを半導体基板上
に形成するとなると、８インチ基板であっても中心部分
の一部だけしか使えるに過ぎず、利用効率が著しく低
い。

【００２３】半導体デバイスで常に問題となる歩留り
についても、面積が広いことはゴミ付着等による不良箇
所の影響が大きく、また、リソグラフィの露光面積の広
いものは、それだけ大型の露光装置を必要とする等経済
的でなく、チップサイズを極力小さくすることが経済的
である。

【００２４】基板はその経済性からいって極力薄厚と
するが、幅広のチップとしては相当程度の強度を必要と
し、単に強度を得るために高純度の基板をいたずらに消
費することになる。 という要因を解決しなければならないという問題点があ
る。

【００２５】本発明は、マトリックス駆動に適合するノ
ズルの物理的配置の実現や、高純度の高価な半導体基板
の消費の削減及び歩留りを改善させることができるイン
クジェットヘッド及びその製造方法を提供することを目
的としている。

【００２６】

【課題を解決するための手段】図１及び図２は本発明の
原理図で、図１は請求項１に対応する原理図、図２は請
求項２に対応する原理工程図である。

【００２７】１）請求項１に対応する手段 図１において、６はインク、９はノズル部、12はインク
６の粒子を噴射するノズル部９を形成したノズル板、17
はノズル板12に所定距離をおいて対向する基板、14はノ
ズル板12及び基板17を連結する壁部材、13はノズル板12
及び基板17の夫々一部、並びに壁部材14で形成される圧
力室、８は圧力室13内に設けられ、インク６の噴射エネ
ルギを発生するエネルギ発生手段、11はノズル板12及び
基板17の対向面のいずれか一方に設けられ、エネルギ発
生手段８を駆動させる駆動手段である。

【００２８】ノズル板12、基板17、壁部材14、圧力室1
3、駆動手段11及びエネルギ発生手段８を少なくとも１
組備え、駆動手段11によってエネルギ発生手段８が駆動
して、対応する圧力室13内のインク６をノズル部９から
噴射するように構成されている。

【００２９】２）請求項２に対応する手段 図２において、６はインク、９はノズル部、18は第２の
基板、12はインク６の粒子を噴射するノズル部９を形成
したノズル板、17A はノズル板12に所定距離をおいて対
向する第１の基板、14はノズル板12及び第１の基板17A
を連結する壁部材、13はノズル板12及び第１の基板17A
の夫々一部、並びに壁部材14で形成される圧力室、８は
圧力室13内に設けられ、インク６の噴射エネルギを発生
するエネルギ発生手段、11はノズル板12及び基板17の対
向面のいずれか一方に設けられ、エネルギ発生手段８を
駆動させる駆動手段、19は第２の基板18面に形成した酸
化膜である。

【００３０】ノズル板12、第１の基板17A 、壁部材14、
圧力室13、駆動手段11及びエネルギ発生手段８を少なく
とも１組備え、駆動手段11によってエネルギ発生手段８
が駆動して、対応する圧力室13内のインク６をノズル部
９から噴射するインクジェットヘッドの製造方法であっ
て、第１の基板17A 上にエネルギ発生手段８を形成し、
第２の基板18面の被膜19にノズル部９を形成してノズル
板12とし、ノズル板12上に駆動手段11を形成し、第１の
基板17A 及び第２の基板18をエネルギ発生手段８及び駆
動手段11の形成面を対向させて壁部材14を介して張り合
わせて一体とした後、第２の基板18を除去するように構
成されている。

【００３１】以下、請求項３〜請求項１５に対応する手
段を説明する。請求項３では、請求項２において、被膜
19を酸化膜とした。請求項４では、請求項１或いは請求
項２において、駆動手段11を制御する制御手段をノズル
板12及び基板17或いは第１の基板17A の対向面のいずれ
か一方に形成した。

【００３２】請求項５では、請求項１或いは請求項２に
おいて、基板17或いは第１の基板17A を熱伝導率の高い
材料で形成し、エネルギ発生手段８を基板17或いは第１
の基板17A 上にパターン形成した発熱体で構成した。

【００３３】請求項６では、請求項１或いは請求項２に
おいて、壁部材14を断熱性の高い樹脂材料で形成した。
請求項７では、請求項１或いは請求項２において、エネ
ルギ発生手段８と駆動手段11をバンプ接続した。

【００３４】請求項８では、請求項５において、基板17
或いは第１の基板17A に発熱体から発生した熱量を制御
するパターンを形成した。請求項９では、請求項５にお
いて、発熱体及び駆動手段11を夫々マトリックス状に配
置した。

【００３５】請求項１０では、請求項９において、ノズ
ル板12上の配線及び基板17或いは第１の基板17A 上の配
線が同一面上で交叉しないように形成した。請求項１１
では、請求項９において、マトリックス状に配置した駆
動手段11のゲート配線及び発熱体の電流供給配線の双方
から、制御手段によって選択された配線に対応するノズ
ル部９からインク６が噴射するように構成されている。

【００３６】請求項１２では、請求項１１において、制
御手段は、駆動手段11のゲート配線に連結する第１のシ
フトレジスタ或いは第１のデマルチプレクサ、及び発熱
体の電流供給配線に連結する第２のシフトレジスタ或い
は第２のデマルチプレクサで構成され、配線の選択は、
第１のシフトレジスタ或いは第１のデマルチプレクサ及
び第２のシフトレジスタ或いは第２のデマルチプレクサ
による信号切り換えによってなされるように構成されて
いる。

【００３７】請求項１３では、請求項１２において、第
２のシフトレジスタ或いは第２のデマルチプレクサを複
数設けて、複数の発熱体の電流供給配線を分けて接続
し、信号切り換えを複数の第２のシフトレジスタ或いは
第２のデマルチプレクサに並行させるように構成されて
いる。

【００３８】請求項１４では、請求項１或いは請求項２
において、ノズル板12及び基板17或いは第１の基板17A
中の少なくともノズル板12は複数に分割した板を接続し
て構成されている。

【００３９】請求項１５では、請求項１４において、ノ
ズル板12及び基板17或いは第１の基板17A の中の少なく
とも分割されたノズル板12は、バンプ接続されるように
構成されている。

【００４０】

【作用】

１）請求項１に対応する作用 図１に示すように、圧力室13内にエネルギ発生手段８を
設け、駆動手段11をノズル板12及び基板17の対向面のい
ずれか一方に設けることにより、予めエネルギ発生手段
８及び駆動手段11を、ノズル板12及び基板17に別々形成
することも、ノズル板12或いは基板17の一方に形成する
こともできて、組み立てが容易になり、また、エネルギ
発生手段８と駆動手段11を近接して配置することで短い
配線で接続することができ、製造コストが改善される。

【００４１】２）請求項２に対応する作用 図２(a) に示すように、第１の基板17A 上にエネルギ発
生手段８を形成し、第２の基板18面の被膜19にノズル部
９を形成したノズル板12上に駆動手段11を形成して、第
１の基板17A 及び第２の基板18を壁部材14を介して張り
合わせた後に、(b) に示すように、第２の基板18を除去
することにより、エネルギ発生手段８及び駆動手段11を
容易にインクジェットヘッド内に一体化することがで
き、また、エネルギ発生手段８と駆動手段11を近接して
配置することで短い配線で接続することができ、製造コ
ストが改善される。

【００４２】以下、請求項３〜請求項１５に対応する作
用を説明する。請求項３では、被膜19を酸化膜とするこ
とにより、容易に請求項２と同様の効果を得ることがで
きる。

【００４３】請求項４では、駆動手段11を制御する制御
手段をノズル板12及び基板17或いは第１の基板17A の対
向面のいずれか一方に形成することにより、制御手段を
容易にインクジェットヘッド内に一体化することがで
き、請求項１或いは請求項２の効果を一層高めることが
できる。

【００４４】請求項５では、熱伝導率の高い材料の基板
17或いは第１の基板17A に発熱体をパターン形成してエ
ネルギ発生手段８としたことにより、発熱体から発生す
る熱を有効にインク６に伝導させることができ、インク
６の噴射圧力を高めることができる。

【００４５】請求項６では、断熱性の高い樹脂材料で壁
部材14を形成したことにより、発熱体から発生する熱に
よるノズル部９間の熱干渉を避けることができ、圧力室
13の外に熱が逃げるのを防止し、熱を有効にインク６に
伝導させることができてインク６の噴射圧力を高めるこ
とができる。

【００４６】請求項７では、エネルギ発生手段８と駆動
手段11をバンプ接続したことにより、接続が極めて容易
になり、コストの改善を図ることができる。請求項８で
は、基板17或いは第１の基板17A に発熱体から発生した
熱を制御するパターンを形成したことにより、基板17或
いは第１の基板17A に発熱体から発生した熱を所望の温
度分布に制御することができ、インク６への熱の伝導が
効果的に行われ、噴射するインク６の飛翔速度を安定さ
せることができる。

【００４７】請求項９では、発熱体及び駆動手段11を夫
々マトリックス状に配置したので、発熱体を駆動させる
ための選択を容易にすることができ、しかも配線数を著
しく減少させることができる。

【００４８】請求項１０では、ノズル板12上の配線及び
基板17或いは第１の基板17A 上の配線が同一面上で交叉
しないので、配線の交叉の段差部分での絶縁耐圧の低下
や段差部分の被覆不十分で生じるインク６等の侵入によ
る腐食障害を防止することができる。

【００４９】請求項１１では、マトリックス状に配置し
た駆動手段11のゲート配線及び発熱体の電流供給配線の
双方から、制御手段によって選択された配線に対応する
発熱体を駆動させることができるので、発熱体を駆動さ
せるための選択を容易に行うことができる。

【００５０】請求項１２では、制御手段を、第１のシフ
トレジスタ或いは第１のデマルチプレクサ、及び第２の
シフトレジスタ或いは第２のデマルチプレクサで構成
し、配線の選択は、第１のシフトレジスタ或いは第１の
デマルチプレクサと、第２のシフトレジスタ或いは第２
のデマルチプレクサによる信号切り換えによってなされ
るので、簡単な構成でコストの改善を図ることができ
る。

【００５１】請求項１３では、第２のシフトレジスタ或
いは第２のデマルチプレクサを複数設けて、複数の発熱
体の配線を分けて接続し、信号切り換えを複数の第２の
シフトレジスタ或いは第２のデマルチプレクサで並行す
ることにより、複数の発熱体の選択を同時に行うことが
でき、印字速度を高めることができる。

【００５２】請求項１４では、ノズル板12及び基板17或
いは第１の基板17A の中の少なくともノズル板12を複数
に分割した板を接続した構成とすることにより、広い面
積の板材を使用することが避けられ、歩留りを向上させ
ることができ、コストの改善を図ることができる。

【００５３】請求項１５では、ノズル板12及び基板17或
いは第１の基板17A の中の少なくとも分割されたノズル
板12をバンプ接続することにより、接続を容易に行うこ
とができる。

【００５４】

【実施例】以下、本発明の実施例１〜実施例４を図３〜
図１３により説明する。 １）実施例１（請求項１、請求項２、請求項３、請求項
４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項９、請求項
１０、請求項１１、請求項１２及び請求項１３に対応す
る） 図３は本発明の実施例１を示すプリンタの概要を示す斜
視図、図４は印字ヘッドの側断面図、図５は実施例１の
印字ヘッドの斜視図、図６は実施例１の配線レイアウト
を示す平面図、図７は実施例１のマトリックス配線を示
す構成図、図８及び図９は印字ヘッドの製造工程図であ
る。全図を通じて同一符号は同一対象物を示す。

【００５５】図４の発熱体8a₁,8a₂,…、ノズル9a₁,9a₂,
…、ヘッド駆動回路11₁,11₂,…及びインクバリア14a₁,1
4a₂,…は、図１及び図２のエネルギ発生手段８、ノズル
部９、駆動手段11及び壁部材14に夫々対応し、図４の基
板17₁,17₂,…は、図１の基板17及び図２の第１の基板17
A に対応している。また、図８のSi基板18ａ及びSiO₂被
膜19ａは、図２の第２の基板18及び被膜19に夫々対応
し、図７のシフトレジスタ27〜29は、請求項４の制御手
段に対応している。

【００５６】図３に示すように、プリンタは、プラテン
５に対向する印字ヘッド1aが搭載され、印字ヘッド1aは
印字用紙７の印字幅領域に対応する長さにライン化され
ている。

【００５７】印字ヘッド1aは固定のまま、印字用紙７の
送り方向に直交する方向（ライン方向）を一度に印字す
る。また、図示していないが印字ヘッド1aにインク6aを
供給するインクタンクを備えている。

【００５８】図４は印字ヘッド1aの１つのノズルに対応
する部分だけを示しており、実際には同構成のノズルを
48個以上集積している。図に示すように、熱伝導率の高
い材料、例えば、セラミックス或いは金属材で形成され
た基板17₁(17₂,…) 面に絶縁膜20を介して発熱体8a₁(8a
₂,…) がパターン形成されている。発熱体8a₁(8a₂,…)
はタンタルで形成された抵抗膜である。

【００５９】更に、基板17₁(17₂,…) の絶縁膜20上に電
流供給配線21、アース配線22及び配線メタル23のパター
ンが形成されている。また、基板17₁(17₂,…) にノズル
9a₁(9a₂,…) を有するノズル板12a₁(12a₂,…) が対向
し、ノズル板12a₁(12a₂,…) にヘッド駆動回路11₁(11₂,
…) 及びゲート配線24 (信号用) が形成されている。

【００６０】ヘッド駆動回路11₁(11₂,…) は、後述する
製造プロセスによって形成されたトランジスタで構成さ
れており、バンプ（金或いはハンダ)25,26で基板17₁(17
₂,…) の電流供給配線21及び配線メタル23に接続してい
る。更に、基板17₁(17₂,…)には、図示していない複数
のシフトレジスタ (後述する) が形成されている。

【００６１】配線部には導電性のインク6aとの接触を防
止するインクバリア（接着機能及び絶縁性を有する樹脂
材、例えば、ポリイミド樹脂やアクリル樹脂、或いは多
孔性樹脂で形成)14a₁(14a₂, …) が設けられ、圧力室13
a₁(13a₂,…) 及びインク供給路16a₁(16a₂,…) が形成さ
れている。圧力室13a₁(13a₂,…) には、インクタンクに
接続されたインク供給路16a₁(16a₂,…) からインク6aが
供給される。

【００６２】図５は図４で説明した印字ヘッド1aのノズ
ルを２つ並べた部分の斜視図を示したものである。ここ
では、ノズル9a₁(9a₂,…) を高密度に形成するために、
ノズル配列を斜めに配されており、紙送りと同期させて
１ライン上にずらした位置に印字を行う (異なるノズル
から噴射されたドットの位置が僅かずれて重なる印字を
行う) ことによって、ノズル9a₁(9a₂,…) のピッチより
も小さい間隔でドットを印字することができる。

【００６３】図６は図４及び図５で説明した構成を多数
組配列した時の配線レイアウトを例示しており、ノズル
9a₁,9a₂,…側から見たときのヘッド駆動回路11₁,11₂,…
及び発熱体8a₁,8a₂,…の配線を示している。

【００６４】図中、白地の配線は、ノズル板12a₁,12a₂,
…に形成されたゲート配線24を示し、また、ハッチング
で示した配線は、基板17₁,17₂,…に形成された電流供給
配線21及びアース配線22を示す。

【００６５】従って、ノズル板12a₁,12a₂,…にゲート配
線24を、また、基板17₁,17₂,…に電流供給配線21及びア
ース配線22を、夫々別々に設けることによって配線の交
叉を避けることができる。

【００６６】また、ゲート配線24、電流供給配線21及び
アース配線22は、各々バス化しておき、マトリックス駆
動を行うことにより、制御部 (前記シフトレジスタ) か
らの配線数を減少させることができる。

【００６７】即ち、図６における横並びのノズル行に対
して、ゲート配線24を共通にしておき、また、縦並びの
ノズル列に対して、電流供給配線21とアース配線22を夫
々共通化してバス化すると、ゲート配線24と電流供給配
線21及びアース配線22の双方がＯＮになった発熱体だけ
駆動させることができ、すべてのヘッド駆動回路11₁,11
₂,…及び発熱体8a₁,8a₂,…に夫々配線する場合に比べ
て、配線数を激減させることができる。

【００６８】図７は、バス化した配線におけるマトリッ
クス駆動制御を示す構成図で、図において、ゲート配線
24を横方向に、電流供給配線21及びアース配線22を縦方
向に示している。また27〜29はシフトレジスタ、ａ〜ｋ
はバッファを示す。

【００６９】シフトレジスタ27〜29は、基板17₁,17₂,…
上にモノリシックに形成され（図４及び図５では図示し
ていない）、シフトレジスタ27は、ゲート配線24の信号
切り換え（ＯＮ／ＯＦＦ）を行い、シフトレジスタ28,2
9 は、同時に夫々電流供給配線21の信号切り換えを行っ
て、２つのヘッド駆動回路を同時に駆動させる。

【００７０】このような構成を有するので、インク6aを
噴射させたいノズルのゲート配線24と電流供給配線21の
両方をＯＮにする。また、電流供給配線21を２個のシフ
トレジスタ28,29 に分けて分担させることにより、図示
していないプリンタ制御部からの印字データの伝送速度
を低減することができ、プリンタ制御部において、低速
／低コストの中央演算処理装置（ＣＰＵ）を使用するこ
とも可能である。

【００７１】次に、図４で説明したインクヘッドの製造
工程を図８及び図９によって説明する。図８(a) 〜(e)
は、ノズル板12a₁(12a₂,…) 上にヘッド駆動回路11₁(11
₂,…) を作製するための工程を示す。

【００７２】基本的には SOI基板30（Si基板18ａ上にSi
O₂被膜19ａを介して単結晶のSi薄膜31を形成したもの）
を用いた半導体素子の作製プロセス（モノリシック）と
同様であり、 SOI基板30上にトランジスタを形成するプ
ロセス、金属導体配線層を形成するプロセスによって回
路が形成され、張り合わせ基板間の電気的な接続用のバ
ンプ電極も形成される。

【００７３】なお、 SOI基板30上のゲート配線24、及び
基板17₁(17₂,…) 上の電流供給配線21、アース配線22、
配線メタル23のパターン形成、及びシフトレジスタ27〜
29の形成は説明を省略した。

【００７４】まず、(a) に示すように、 SOI基板30上の
所定箇所にSi薄膜31(100Å) の島状パターンを形成（島
状パターン以外の部分を除去）し、次に(b）に示すよう
に、熱酸化等によりゲートSiO₂膜32(400Å) 、続いてLP
-CVD法等によりゲートp-Si膜33を堆積した後、ゲート電
極パターンによりゲートp-Si膜33、ゲートSiO₂膜32の所
定部を残しエッチング除去する。

【００７５】次いで、(c) に示すように、ゲートp-Si膜
33及び島状のSi薄膜31へのイオン注入と活性化の工程
で、ゲートp-Si膜33とソース・ドレイン部34が低抵抗化
（導電性付与）される。

【００７６】次に、(d) に示すように、熱酸化及び CVD
によりSiO₂膜35を形成し、これに孔を明けた後、Siを含
有させたアルミニウム(Al)配線部（ソース電極36ａ、ド
レイン電極36ｂ）を形成する。更に、(e) に示すよう
に、この上に第２層間膜37を堆積し、これにビア(VIA)
ホールの孔明けを行った後、第２層配線38の形成を行
う。このようにして、 SOI基板30上にトランジスタから
成るヘッド駆動回路11₁(11 ₂,…) が作製される。

【００７７】また、ノズル9a₁(9a₂,…) の形成は、トラ
ンジスタや配線層の形成とは独立のプロセスとして、図
示していないが、レジスト塗布、マスクによる露光、エ
ッチング処理によってテーパ孔を明けることができる。
テーパは周知の異方性エッチッグ法によって正確な角度
が得られ、膜厚みの管理とマスクの精度によってノズル
形状寸法が精度良く形成される。バンプ接続用のコンタ
クトホールの形成は対象とする膜の材質が同一であれ
ば、一括したプロセスとすることもできる。

【００７８】図９(a) 〜(c) は、上記作製されたヘッド
駆動回路11₁(11₂,…) 及びノズル9a ₁(9a₂,…) を形成し
た SOI基板30と、別途作製した発熱体8a₁(8a₂,…) をパ
ターン形成した基板17₁(17₂,…)(この場合は一枚の基
板) とを張り合わせる工程を示す。

【００７９】まず、(a) に示すように、 SIO基板30のノ
ズル9a₁(9a₂,…) と基板17₁(17₂,…) の発熱体8a₁(8a₂,
…) を対向させて位置決めし、圧力室13a₁(13a₂,…) 及
びインク供給路16a₁(16a₂,…) を形成し、且つヘッド駆
動回路11₁(11₂,…) 、電流供給配線21等の配線がインク
6aと接触しないように、図中破線で示すように、インク
バリア14a₁(14a₂,…) を形成し、更に、ヘッド駆動回路
11₁(11₂,…) の両端と電流供給配線21及び配線メタル23
間をバンプ25,26 でボンディングにより接合する。

【００８０】次いで、(b) に示す SIO基板30のSi基板18
ａの部分を化学機械研磨法(CMP) によって研磨して削除
する。かくて、(c) に示すように、印字ヘッド1aが作製
される。

【００８１】以上説明したように、発熱体8a₁(8a₂,…)
を基板17₁(17₂,…) に形成し、ヘッド駆動回路11₁(11₂,
…) 及びノズル9a₁(9a₂,…) を SOI基板30に形成して、
互いに張り合わせてから、Si基板18ａの部分を除去する
ことにより、発熱体8a₁(8a₂,…) とヘッド駆動回路11
₁(11₂,…) を印字ヘッド1a内に一体として組み込むこと
ができると共に、ノズル9a₁(9a₂,…) をマトリックス状
に容易に高密度に実装することができる。また、高密度
にした場合に問題になる各ノズル9a₁,9a₂,…間の熱干渉
もヘッド駆動回路11₁(11₂,…) の制約を受けず断熱性の
高いインクバリア14a₁(14a₂,…)によって容易に回避す
ることができる。

【００８２】更に、電流供給配線21及びアース配線22と
ゲート配線24とを交叉しないように配置したので、段差
部分での絶縁耐圧の低下や段差部分の被覆不十分で生じ
るインク6a等の侵入による腐食障害を防止することがで
きる。

【００８３】かくて、ライン化された印字ヘッド1aを低
コストに作製することができる。従って、印字ヘッド1a
がライン化されて固定したまま印字ができるので、従来
例のように、印字ヘッド１を搭載するキャリア２、及び
キャリア２をＡ、Ｂ方向に移動させる駆動機構（モータ
M1、プーリP1,P2 及びベルト４）を省略することがで
き、プリンタのコストを改善することができる。

【００８４】２）実施例２（請求項１４及び請求項１５
に対応する） 図１０に実施例２を示す。図１０が実施例１で説明した
図７と異なるのは、印字ヘッド1bの SOI基板30及び基板
17₁(17₂,…) を夫々複数に分割して形成したことであ
る。

【００８５】ライン化した印字ヘッド1bの場合、例え
ば、標準サイズＡ４判の印字用紙７に印字を行うため
に、少なくとも 200ｍｍ以上の幅に亙ってノズル9a₁,9a
₂,…が必要となり、歩留り、基板の利用効率等の面から
著しく不利となる。

【００８６】そこで、図１０に破線で示すように、印字
ヘッド1bは、シフトレジスタ27〜29を形成する部分を夫
々３個の基板（下側は基板で上側はノズル板と同じ）
に、発熱体8a₁,8a₂,…を形成した基板とヘッド駆動回路
11₁,11₂,…及びノズル9a₁,9a₂,…を形成したノズル板を
夫々２個に分割（但し、上側と下側の分割位置は接続の
ためにずらせている）し、実施例１の図８及び図９と同
様のモノリシック及び張り合わせプロセスと、分割部の
接続によって形成されている。

【００８７】図１１は、分割された電流供給配線21及び
ゲート配線24を夫々接続パターン39を介してバンプ25a,
26a によって接続された例を示している。図示していな
いがアース配線22の接続も同様である。

【００８８】従って、張り合わせコストや接続コストは
掛かるが、作製時の歩留りや基板の利用効率を改善する
ことができ、総合的にはコストの低減が図れる。 ３）実施例３（請求項８に対応する） 図１２に実施例３を示す。図１２が実施例１で説明した
図４と異なるのは、発熱体8a₁(8a₂,…) から発生する熱
の温度分布を制御する制御パターンを設けたことであ
る。

【００８９】即ち、図１２に示すように、発熱体8a₁(8a
₂,…) の周辺の基板17₁(17₂,…) の絶縁膜20上に高い熱
伝導性を有する材料で形成されたパターン、例えば、銅
膜パターン40が形成されている。

【００９０】従って、駆動した発熱体8a₁(8a₂,…) の周
辺部の熱が銅膜パターン40によって吸収されて温度が低
くなり、中心部の温度が高くなるような温度分布に制御
することができ、インク6aへの熱の伝導が効果的に行っ
れ、噴射するインク6aの飛翔速度を安定させることがで
きる。

【００９１】４）実施例４ 図１３に実施例４を示す。図１３が実施例１で説明した
図５と異なるのは、ノズル位置を斜めにずらせた配置に
代えて、ノズル位置を同じ位置に配置したことである。

【００９２】即ち、図１３の印字ヘッド1cにおいて、ノ
ズル9a₁,9a₂,…の位置が用紙送り方向に揃えて形成され
ている。カラー印刷では、各色のインク粒子のドット位
置を同じ位置にする方が色が混ざって綺麗な印刷ができ
る場合があり、そのような場合に適応することができ
る。

【００９３】上記実施例１では、 SOI基板30のSiO₂被膜
19ａにノズル9a₁(9a₂,…) を形成する場合を説明した
が、Si薄膜にノズル9a₁(9a₂,…) を形成する方法として
も良い。

【００９４】上記実施例１及び実施例２では、ゲート配
線24の信号切り換え及び電流供給配線21の信号切り換え
にシフトレジスタ27〜29を使用した場合を説明したが、
デマルチプレクサを使用する方法としても良い。

【００９５】また、上記例では、発熱体に通電してその
発熱でインク6aを気化させて噴射させる印字ヘッドの場
合を説明したが、圧電素子或いは磁歪材料の駆動でイン
ク6aを噴射する印字ヘッドの場合でも適用することがで
き、例えば、圧電素子による場合には、基板を二枚に分
割して圧電素子をヘッド駆動回路の反対側に設けること
により対応することができ、同様の効果が得られる。

【００９６】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
請求項１では、予めエネルギ発生手段及び駆動手段を、
ノズル板及び基板に別々形成することも、ノズル板或い
は基板の一方に形成することもできて、組み立てが容易
になり、また、エネルギ発生手段と駆動手段を近接して
配置することで短い配線で接続することができ、製造コ
ストが改善される。

【００９７】請求項２では、エネルギ発生手段及び駆動
手段を容易にインクジェットヘッド内に一体化すること
ができ、また、エネルギ発生手段と駆動手段を近接して
配置することで短い配線で接続することができ、製造コ
ストが改善される。

【００９８】請求項３では、容易に請求項２と同様の効
果を得ることができる。請求項４では、制御手段を容易
にインクジェットヘッド内に一体化することができ、請
求項１、請求項２或いは請求項３の効果を一層高めるこ
とができる。

【００９９】請求項５では、発熱体から発生する熱を有
効にインクに伝導させることができ、インクの噴射圧力
を高めることができる。請求項６では、発熱体から発生
する熱によるノズル部間の熱干渉を避けることができ、
圧力室の外に熱が逃げるのを防止し、熱を有効にインク
に伝導させることができてインクの噴射圧力を高めるこ
とができる。

【０１００】請求項７では、接続が極めて容易になり、
コストの改善を図ることができる。請求項８では、基板
或いは第１の基板に発熱体から発生した熱を所望の温度
分布に制御することができ、インクへの熱の伝導が効果
的に行われ、噴射するインクの飛翔速度を安定させるこ
とができる。

【０１０１】請求項９では、発熱体を駆動させるための
選択を容易にすることができ、しかも配線数を著しく減
少させることができる。請求項１０では、配線の交叉の
段差部分での絶縁耐圧の低下や段差部分の被覆不十分で
生じるインク等の侵入による腐食障害を防止することが
できる。

【０１０２】請求項１１では、発熱体を駆動させるため
の選択を容易に行うことができる。請求項１２では、簡
単な構成でコストの改善を図ることができる。請求項１
３では、複数の発熱体の選択を同時に行うことができ、
印字速度を高めることができる。

【０１０３】請求項１４では、広い面積の板材を使用す
ることが避けられ、歩留りを向上させることができ、コ
ストの改善を図ることができる。請求項１５では、接続
を容易に行うことができる。という効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の請求項１に対応する原理図

【図２】 本発明の請求項２に対応する原理工程図

【図３】 本発明の実施例１を示すプリンタの概要を示
す斜視図

【図４】 実施例１の印字ヘッドを示す側断面図

【図５】 実施例１の印字ヘッドを示す斜視図

【図６】 実施例１の配線レイアウトを示す平面図

【図７】 実施例１のマトリックス配置を示す構成図

【図８】 印字ヘッドの製造工程図（その１）

【図９】 印字ヘッドの製造工程図（その２）

【図１０】 本発明の実施例２を示す構成図

【図１１】 実施例２の分割部の接続を示す側面図

【図１２】 本発明の実施例３を示す構成図

【図１３】 本発明の実施例４を示す斜視図

【図１４】 インクジェットプリンタの概要を示す斜視
図

【図１５】 従来例のヘッド部の一部を破断して示す斜
視図

【図１６】 従来例のヘッド部の一部を示す側断面図

【符号の説明】

６,6a はインク、 ８はエネルギ発生手段、8₁,8
₂,8a₁,8a₂ は発熱体、９はノズル部、 9₁,9₂,9a
₁,9a₂ はノズル、11は駆動手段、 11ａはヘッ
ド駆動部、11₁,11₂ はヘッド駆動回路、12,12₁,12₂,12a
₁,12a₂はノズル板、13,13₁,13₂,13a₁,13a₂は圧力室、
14,14₁,14₂は壁部材、14a₁,14a₂ はイン
クバリア、 15₁,15₂ は加熱板、1
7,17₁,17₂は基板、 17A は第１の基板、 18ａ
はSi基板、19ａはSiO₂被膜、 21は電流供給配
線、 22はアース配線、23は配線メタル、 24
はゲート配線、 25,25a,26,26a はバンプ、27〜29
はシフトレジスタ、30は SOI基板、 40は銅膜パ
ターン

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インク(6) の粒子を噴射するノズル部
   (9) を形成したノズル板(12)と、 ノズル板(12)に所定距離をおいて対向する基板(17)と、 ノズル板(12)及び基板(17)を連結する壁部材(14)と、 ノズル板(12)及び基板(17)の夫々一部、並びに壁部材(1
   4)で形成される圧力室(13)と、 該圧力室(13)内に設けられ、インク(6) の噴射エネルギ
   を発生するエネルギ発生手段(8) とを少なくとも１組備
   え、 エネルギ発生手段(8) の駆動で、対応する圧力室(13)内
   のインク(6) をノズル部(9) から噴射するインクジェッ
   トヘッドであって、 前記エネルギ発生手段(8) を駆動させる駆動手段(11)を
   前記ノズル板(12)及び前記基板(17)の対向面のいずれか
   一方に設けたことを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 【請求項２】 インク(6) の粒子を噴射するノズル部
   (9) を形成したノズル板(12)と、 ノズル板(12)に所定距離をおいて対向する第１の基板(1
   7A) と、 ノズル板(12)及び第１の基板(17A) を連結する壁部材(1
   4)と、 ノズル板(12)及び第１の基板(17A) の夫々一部、並びに
   壁部材(14)で形成される圧力室(13)と、 該圧力室(13)内に設けられ、インク(6) の噴射エネルギ
   を発生するエネルギ発生手段(8) とを少なくとも１組備
   え、 エネルギ発生手段(8) の駆動で、対応する圧力室(13)内
   のインク(6) をノズル部(9) から噴射するインクジェッ
   トヘッドの製造方法であって、 前記第１の基板(17A) 上に前記エネルギ発生手段(8) を
   形成し、 第２の基板(18)面に形成した被膜(19)に前記ノズル部
   (9) を形成して前記ノズル板(12)とし、該ノズル板(12)
   上に該エネルギ発生手段(8) を駆動させる駆動手段(11)
   を形成し、 第１の基板(17A) 及び第２の基板(18)をエネルギ発生手
   段(8) 及び駆動手段(11)の形成面を対向させて前記壁部
   材(14)を介して張り合わせて一体とした後、第２の基板
   (18)を除去したことを特徴とするインクジェットヘッド
   の製造方法。
3. 【請求項３】 前記被膜(19)は酸化膜であることを特徴
   とする請求項２のインクジェットヘッドの製造方法。
4. 【請求項４】 前記駆動手段(11)を制御する制御手段を
   前記ノズル板(12)と前記基板(17)或いは第１の基板(17
   A) の対向面のいずれか一方に形成したことを特徴とす
   る請求項１のインクジェットヘッド或いは請求項２のイ
   ンクジェットヘッドの製造方法。
5. 【請求項５】 前記基板(17)或いは前記第１の基板(17
   A) を熱伝導率の高い材料で形成し、前記エネルギ発生
   手段(8) を基板(17)或いは第１の基板(17A) 上にパター
   ン形成した発熱体で構成したことを特徴とする請求項１
   のインクジェットヘッド或いは請求項２のインクジェッ
   トヘッドの製造方法。
6. 【請求項６】 前記壁部材(14)は、断熱性の高い樹脂材
   料で形成したことを特徴とする請求項１のインクジェッ
   トヘッド或いは請求項２のインクジェットヘッドの製造
   方法。
7. 【請求項７】 前記エネルギ発生手段(8) と前記駆動手
   段(11)をバンプ接続したことを特徴とする請求項１のイ
   ンクジェットヘッド或いは請求項２のインクジェットヘ
   ッドの製造方法。
8. 【請求項８】 前記基板(17)或いは前記第１の基板(17
   A) に前記発熱体から発生した熱量を制御するパターン
   を形成したことを特徴とする請求項５のインクジェット
   ヘッド或いはインクジェットヘッドの製造方法。
9. 【請求項９】 前記発熱体及び前記駆動手段(11)を夫々
   マトリックス状に配置したことを特徴とする請求項５の
   インクジェットヘッド或いはインクジェットヘッドの製
   造方法。
10. 【請求項１０】 前記ノズル板(12)上の配線及び前記基
    板(17)或いは前記第１の基板(17A) 上の配線が同一面上
    で交叉しないように形成したことを特徴とする請求項９
    のインクジェットヘッド或いはインクジェットヘッドの
    製造方法。
11. 【請求項１１】 前記マトリックス状に配置した前記駆
    動手段(11)のゲート配線及び前記発熱体の電流供給配線
    の双方から、前記制御手段によって選択された配線に対
    応する発熱体が駆動することを特徴とする請求項４及び
    請求項９のインクジェットヘッド。
12. 【請求項１２】 前記制御手段は、前記駆動手段(11)の
    ゲート配線に連結する第１のシフトレジスタ或いは第１
    のデマルチプレクサ、及び前記発熱体の電流供給配線に
    連結する第２のシフトレジスタ或いは第２のデマルチプ
    レクサで構成され、前記配線の選択は、第１のシフトレ
    ジスタ或いは第１のデマルチプレクサ及び第２のシフト
    レジスタ或いは第２のデマルチプレクサによる信号切り
    換えによってなされることを特徴とする請求項１１のイ
    ンクジェットヘッド。
13. 【請求項１３】 前記第２のシフトレジスタ或いは第２
    のデマルチプレクサを複数設けて、複数の発熱体の電流
    供給配線を分けて接続し、前記信号切り換えを複数の第
    ２のシフトレジスタ或いは第２のデマルチプレクサに並
    行させることを特徴とする請求項１２のインクジェット
    ヘッド。
14. 【請求項１４】 前記ノズル板(12)及び前記基板(17)或
    いは前記第１の基板(17A) 中の少なくともノズル板(12)
    は複数に分割された板を接続したものであることを特徴
    とする請求項１のインクジェットヘッド或いは請求項２
    のインクジェットヘッドの製造方法。
15. 【請求項１５】 前記ノズル板(12)及び前記基板(17)或
    いは前記第１の基板(17A) の中の少なくとも分割された
    ノズル板(12)は、バンプ接続されることを特徴とする請
    求項１４のインクジェットヘッド或いはインクジェット
    ヘッドの製造方法。