JP2009255444A - インクジェット式記録ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】ボンディングワイヤによるフレキシブル基板と圧電素子との接続を確実にして、圧電素子を安定して駆動することにより良好な画像を安定して形成することができるインクジェット式記録ヘッドを提供する。
【解決手段】インクを吐出するノズル孔と、ノズル孔に連通する圧力発生室が形成されたノズル基板と、ノズル基板の一方の面に設けられ圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧電素子と、を備えたインクジェット式記録ヘッドにおいて、ノズル基板に固定された補強板と、補強板に重ねて配置され、圧電素子に駆動信号を伝送するフレキシブル基板と、圧電素子とフレキシブル基板をワイヤボンディングにより電気的に接続する配線部材と、を備え、フレキシブル基板は、補強板との間に塗布された接着剤と、フレキシブル基板の縁を覆うように塗布された接着剤と、により補強板に固定されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、インクジェット式記録ヘッドに関する。

液滴吐出法（インクジェット法）は、高精細な画像を形成することが可能なことから、その用途は拡大し、画像形成のみならずマイクロデバイスの製造等に用いることが提案されている。例えば、半導体デバイスにおける配線を形成する材料を含んだ機能液（インク）を液滴状にして液滴吐出ヘッド（インクジェット式記録ヘッド）より吐出し、基体上に所望の配線パターンを形成する方法がある。

液滴吐出ヘッドは、機能液を吐出するノズル孔と、該ノズル孔に連通する圧力発生室及び該圧力発生室間を連続させる連通部（インク供給路）とを備えたノズル基板と、このノズル基板の一方の面側に設けられた圧電素子と、該圧電素子を駆動する信号を伝送するフレキシブル基板等から構成され、圧電素子とフレキシブル基板とはボンディングワイヤなどを用いて電気的に接続されたものがある。

圧電素子のような電気素子とフレキシブル基板とをボンディングワイヤで接続されている例として、フレームに固定されたフレキシブル基板と半導体レーザ素子とをワイヤボンディングにより金属細線を介して電気的に接続されている光学デバイスがある（特許文献１参照）。フレキシブル基板は、フレームに接着固定されている。
特開２００７−３１８０７５号公報

インクジェット式記録ヘッドにおいて、ノズル基板に設けられた圧電素子にフレキシブル基板を接続する従来例を図５に示す。図５は、ノズル基板５に設けてある圧力発生室２０１や圧電素子７０を含む位置におけるインクジェット式記録ヘッド１Ａの側断面を模式的に示している。インクジェット式記録ヘッド１Ａは、ノズル基板５、振動板３０、補強板４０、圧電素子７０、フレキシブルプリント配線基板（以下、フレキシブル基板又はＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）と称する。）６０等から構成される。圧電素子７０の上電極膜７０２とＦＰＣ６０の接続端子６０１とは、ボンディングワイヤ７０５で接続されている。圧電素子７０は、ノズル基板５に固定されており、ＦＰＣ６０は、ノズル基板５を補強するために固定されている補強板４０に、特許文献１のフレキシブル基板がフレームに固定されているのと同じく、接着剤５０を介して固定されている。

しかし、図５に示すように、ＦＰＣ６０と補強板４０との接着強度を十分に確保するために接着剤５０の厚みを厚くすると、ＦＰＣ６０の接続端子６０１にボンディングワイヤ７０５が固定できなかったり、接続端子６０１からボンディングワイヤ７０５が容易に剥がれてしまうといった不具合が生じる場合があった。これは、ＦＰＣ６０が柔軟であると共に接着剤５０の厚みが厚くなると接着剤５０の弾力性が増すため、ＦＰＣ６０の接続端子６０１にボンディングワイヤ７０５を十分に押し付けることができず圧着が不十分となるためである。

一方、圧着が十分にできるように、接着剤５０の厚みを薄くして、接着剤５０の下にある補強板４０の剛性がボンディングワイヤ７０５の圧着に対して効くようにすると、ＦＰＣ６０と補強板４０との接着強度が十分に得られない。このため、ＦＰＣ６０が補強板４０から剥がれてしまい、ＦＰＣ６０と圧電素子７０との接続が安定しないで圧電素子を良好に駆動することができなくなり、結果としてインクジェット式記録ヘッドによる画像形成が安定して良好にできないという課題があった。

本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、ボンディングワイヤによるフレキシブル基板と圧電素子との接続を確実にして、圧電素子を安定して駆動することにより良好な画像を安定して形成することができるインクジェット式記録ヘッドを提供することである。

上記の課題は、以下の構成により解決される。

１． インクを吐出するノズル孔と、該ノズル孔に連通する圧力発生室が形成されたノズル基板と、前記ノズル基板の一方の面に設けられ前記圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧電素子と、を備えたインクジェット式記録ヘッドにおいて、
前記ノズル基板に固定された補強板と、
前記補強板に重ねて配置され、前記圧電素子に駆動信号を伝送するフレキシブル基板と、
前記圧電素子と前記フレキシブル基板をワイヤボンディングにより電気的に接続する配線部材と、を備え、
前記フレキシブル基板は、前記補強板との間に塗布された接着剤と、
前記フレキシブル基板の縁を覆うように塗布された接着剤と、により前記補強板に固定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． 前記フレキシブル基板の縁には切り欠き部が設けられ、前記フレキシブル基板の縁を覆うように塗布された接着剤は該切り欠き部に塗布されていることを特徴とする１に記載のインクジェット式記録ヘッド。

３． 前記ノズル基板は、
インクを吐出するノズル孔が形成されたノズルプレートと、
前記圧力発生室と、該圧力発生室にインクを供給するインク供給路と、が形成されたボディプレートと、を有することを特徴とする１又は２に記載のインクジェット式記録ヘッド。

本発明のインクジェット式記録ヘッドによれば、ボンディングワイヤによるフレキシブル基板と圧電素子との接続を確実にして、圧電素子を安定して駆動することにより良好な画像を安定して形成することができる。

以下図面に基づいて、本発明に係るインクジェット式記録ヘッド（以下、記録ヘッドと略称する。）の実施の形態を説明する。尚、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。

記録ヘッドの構成の例を図１、図２を用いて説明する。図１は、記録ヘッド１をインクが吐出される側（下側とする。）から見た斜視図、図２は、図１におけるＡ−Ａ′における側断面を上下反転させて示す図であり、記録ヘッド１の概略構成を示す。

記録ヘッド１の要部は、図１、図２に示すように、ノズル基板５、振動板３０、補強板４０、圧電素子７０、ＦＰＣ（フレキシブル基板）６０等から構成される。

図示しない駆動回路から駆動信号がＦＰＣ６０により伝送され圧電素子７０に印加されると、圧電素子７０は振動し、振動板３０を励振する。振動板３０が励振されると、この振動がノズル基板５を構成する後述のボディプレート２０に形成されインクを収容する圧力発生室２０１の圧力を変化させ、ノズルプレート１０に形成されたノズル孔１０１からインク滴を吐出させる。

ノズル基板５は、ノズルプレート１０、ボディプレート２０等から構成される。ノズルプレート１０には、インクを吐出する複数のノズル孔１０１が形成されている。

図２に示すように、ノズルプレート１０の上面側には、ボディプレート２０が配置されている。ボディプレート２０の下面とノズルプレート１０とは、例えば接着剤や熱溶着フィルム等を介して固定されている。ボディプレート２０は、シリコンやガラス、セラミックス材料等で構成することが可能であり、本実施形態の場合にはシリコンによって形成されている。

ボディプレート２０の内側には、ノズルプレート１０や振動板３０を接合することにより構成される、圧力発生室２０１、インク供給路２０２等が形成されている。圧力発生室２０１は、複数のノズル孔１０１に対応して形成されている。圧力発生室２０１は、インクを収容し、記録ヘッド１の動作時に印加される圧力によってノズルプレート１０に形成された複数のノズル孔１０１からインクを吐出するようになっている。また、インク供給路２０２は、後述のインク供給パイプ９０から供給されたインクを圧力発生室２０１に供給する。

ボディプレート２０の上面側には、振動板３０が配置されている。この振動板３０は、ボディプレート２０側から順に弾性膜３０１と下電極膜３０２とを積層した構造となっている。ボディプレート２０側に配される弾性膜３０１は、例えば厚みが１μｍ〜２μｍ程度の酸化シリコン膜からなるものであり、下電極膜３０２は、例えば厚みが０．２μｍ程度の金属膜からなるものである。本実施形態において、下電極膜３０２は、複数の圧電素子７０の共通電極として機能するものとなっている。

振動板３０の上面側には、振動板３０を変形させるための圧電素子７０が配置されている。圧電素子７０は、下電極膜３０２側から順に圧電体膜７０１と上電極膜７０２とを積層した構造となっている。圧電体膜７０１は、例えば厚みが１μｍ程度のＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）膜等からなるものであり、上電極膜７０２は、例えば厚みが０．１μｍ程度の金属膜からなるものである。また、上電極膜７０２の上面には、ＦＰＣ６０と接続するための、例えばＡｕなどからなるリード電極７０３が形成されている。

尚、圧電素子７０の概念としては、圧電体膜７０１及び上電極膜７０２に加えて、下電極膜３０２を含むものであってもよい。下電極膜３０２は、圧電素子７０として機能する一方、振動板３０としても機能するからである。本実施形態では、弾性膜３０１及び下電極膜３０２が振動板３０として機能する構成を採用しているが、弾性膜３０１を省略して下電極膜３０２が弾性膜３０１を兼ねる構成とすることもできる。また、圧電素子７０は、複数のノズル孔１０１及び圧力発生室２０１に対応するように複数設けられている。

振動板３０の上面側には、ノズル基板５を補強する補強板４０が配置されている。補強板４０の両側周縁には、外部の図示しない駆動回路から駆動信号を伝送するＦＰＣ６０（配線基板）が配置されている。また、ＦＰＣ６０の上面には、圧電素子７０と接続するための、接続端子６０１が形成されている。そして、ＦＰＣ６０の接続端子６０１と、圧電素子７０のリード電極７０３との間は、ボンディングワイヤ７０５（配線部材）によって接続されている。

ＦＰＣ６０は、補強板４０の上に塗布された接着剤５０に重ねて固定し、更にＦＰＣ６０の両縁に設けられている切り欠き部６０３に接着剤を滴下等で塗布し、補強板４０の面上でＦＰＣ６０の縁を覆うに接着剤溜まり５１を形成している（図４（ａ）、（ｂ）参照）。接着剤溜まり５１を形成することに関しては、以降で説明する。

図３、図４を用いて本発明の実施形態に係る記録ヘッド１の製造工程を説明する。図３（ａ）乃至図３（ｄ）及び図４（ａ）乃至図４（ｄ）は、記録ヘッド１の製造工程を示す模式図であり、図３（ａ）乃至図３（ｄ）及び図４（ａ）乃至図４（ｄ）の各図中、紙面上図は平面図、紙面下図は、側断面図を示す。

最初に、ガラスプレート１５を挟んでノズルプレート１０とボディプレート２０を陽極接合し、ノズル基板５を形成する（図３（ａ））。尚、側断面図におけるノズルプレート１０に形成されているノズル孔１０１やボディプレート２０に形成されている圧力発生室２０１等は省略おり、以降も省略する。

次に、ノズル基板５の上面側に、弾性膜３０１と下電極膜３０２とが積層された振動板３０を接合する（図３（ｂ））。

次に、振動板３０の上面側に、圧電体膜７０１と上電極膜７０２とが積層された圧電素子７０を配置する（図３（ｃ））。

次に、振動板３０の上面側に、補強板４０を接合する（図３（ｄ））。

次に、補強板４０の両側周縁に、接着剤５０を介して両縁に切り欠き部６０３が設けてあるＦＰＣ６０を重ねて固定する（図４（ａ））。更にＦＰＣ６０の両縁に設けてある切り欠き部６０３に接着剤を滴下し、滴下した接着剤により補強板４０の面上でＦＰＣ６０の縁を覆うにして接着剤溜まり５１を形成する（図４（ｂ））。このように接着剤溜まり５１を形成することにより、ＦＰＣ６０を補強板４０に固定する必要強度を確保しつつ、ＦＰＣ６０と補強板４０との間に設ける接着剤５０の厚みを薄くすることができる。

ＦＰＣ６０に切り欠き部６０３を設けないで、補強板４０の面上でＦＰＣ６０の縁付近に接着剤を滴下し、その縁を覆うにして接着剤溜まり５１を形成しても良いが、滴下した接着剤が広がり過ぎることなく所望の位置に接着剤溜まりを形成することができることから、切り欠き部６０３を設けることが好ましい。

この後、ＦＰＣ６０の接続端子６０１と、圧電素子７０のリード電極７０３との間を、ボンディングワイヤ７０５によって接続する（図４（ｃ））。ＦＰＣ６０の接続端子６０１にボンディングワイヤ７０５を固定する際、接着剤５０の厚みを薄くしていることにより弾力性が少なくなって、接着剤５０の下にある補強板４０の剛性がボンディングワイヤ７０５の圧着に対して効くようになる。このため、ＦＰＣ６０の接続端子６０１にボンディングワイヤ７０５をより確実に圧着することができる。

最後に、インク供給パイプ９０を結合して、記録ヘッド１を完成する（図４（ｄ））。

このように記録ヘッド１においては、補強板４０にＦＰＣ６０を固定する方法として、補強板４０とＦＰＣ６０との間に接着剤５０を設けると共に、ＦＰＣ６０の両縁に設けてある切り欠き部６０３に接着剤を滴下等により塗布して、補強板４０の面上でＦＰＣ６０の縁を覆うに接着剤溜まり５１を形成して補強板４０にＦＰＣ６０を固定している。このように固定することにより、ＦＰＣ６０を補強板４０に固定する必要強度を確保しつつ、ＦＰＣ６０と補強板４０との間に塗布する接着剤５０の厚みを薄くすることができる。

接着剤５０の厚みを薄くすることにより、ＦＰＣ６０の接続端子６０１にワイヤボンディングする際、接続端子６０１の剛性を高めることができるため、接続端子６０１にボンディングワイヤ７０５をより安定して強固に結合することができる。

また、接着剤５０の厚みを薄くすることができるため、圧電素子７０とＦＰＣ６０とを接続するボンディングワイヤ７０５の引っ張りによる圧電素子７０への応力が抑制され、圧電素子７０を安定に駆動することができる。更に、ＦＰＣ６０の両縁の切り欠き部６０３に接着剤を塗布して形成された接着剤溜まり５１による接着剤質量の増加により、補強板４０の共振周波数を低下させることができるため、圧電素子７０をより高速駆動を行うことができる。

本発明の実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドを下側から見た斜視図である。 インクジェット式記録ヘッドの側断面を示す図である。 インクジェット式記録ヘッドの製造工程を示す図である。 インクジェット式記録ヘッドの製造工程を示す図である。 従来のインクジェット式記録ヘッドの側断面を示す図である。

符号の説明

１、１Ａ インクジェット式記録ヘッド（記録ヘッド）
５ ノズル基板
１０ ノズルプレート
１０１ ノズル孔
１５ ガラスプレート
２０ ボディプレート
２０１ 圧力発生室
２０２ インク供給路
３０ 振動板
３０１ 弾性膜
３０２ 下電極膜
４０ 補強板
５０ 接着剤
５１ 接着剤溜まり
６０ フレキシブルプリント配線基板（ＦＰＣ）
６０１ 接続端子
７０ 圧電素子
７０１ 圧電体膜
７０２ 上電極膜
７０３ リード電極
７０５ ボンディングワイヤ
９０ インク供給パイプ

Claims (3)

1. インクを吐出するノズル孔と、該ノズル孔に連通する圧力発生室が形成されたノズル基板と、前記ノズル基板の一方の面に設けられ前記圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧電素子と、を備えたインクジェット式記録ヘッドにおいて、
   前記ノズル基板に固定された補強板と、
   前記補強板に重ねて配置され、前記圧電素子に駆動信号を伝送するフレキシブル基板と、
   前記圧電素子と前記フレキシブル基板をワイヤボンディングにより電気的に接続する配線部材と、を備え、
   前記フレキシブル基板は、前記補強板との間に塗布された接着剤と、
   前記フレキシブル基板の縁を覆うように塗布された接着剤と、により前記補強板に固定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. 前記フレキシブル基板の縁には切り欠き部が設けられ、前記フレキシブル基板の縁を覆うように塗布された接着剤は該切り欠き部に塗布されていることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット式記録ヘッド。
3. 前記ノズル基板は、
   インクを吐出するノズル孔が形成されたノズルプレートと、
   前記圧力発生室と、該圧力発生室にインクを供給するインク供給路と、が形成されたボディプレートと、を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のインクジェット式記録ヘッド。

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