JP2002103609A - インクジェット式プリントヘッド及びインクジェット式プリンタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧電素子とその駆動回路との電気的な接続を
行っている接続部材同士の接触を防止することができる
インクジェット式プリントヘッド及びインクジェット式
プリンタを提供すること。 【解決手段】 並設される圧電素子２０とその駆動回路
６０との間に配置される基板４０に、前記圧電素子の配
置面側から前記駆動回路の配置面側に貫通しており、前
記圧電素子と前記駆動回路とを電気的に接続する複数の
接続部材６２をそれぞれ隔離収納する複数の貫通穴４４
を形成する。これにより、駆動回路部分の樹脂封止工程
において接続部材が樹脂に押されても変形したり撓むよ
うなことはなくなるので、接続部材同士の接触を防止す
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電素子の駆動変
位によりインク滴を吐出させるインクジェット式プリン
トヘッド及びそのヘッドを用いて情報を記録媒体に印刷
するインクジェット式プリンタに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、インクジェット式プリントヘッ
ドは、ノズル開口と、このノズル開口に連通されてお
り、一部が振動板で構成されている圧力発生室と、この
圧力発生室の振動板に連接されている圧電素子を備えて
いる。このような構成において、圧電素子を駆動，変位
させて振動板を変形させ、圧力発生室内のインクを加圧
してノズル開口からインク滴を吐出させることにより、
情報を記録媒体に印刷するようになっている。

【０００３】上記インクジェット式プリントヘッドとし
ては、軸方向に伸長・収縮する縦振動モードの圧電素子
を使用した方式のものが実用化されている。この方式の
インクジェット式プリントヘッドによれば、圧電素子の
端面を振動板に接触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るので、高密度印刷に適したも
のとすることができる。ところが、圧電素子を振動板に
配設する製造工程において、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、切り分けた圧
電素子を圧力発生室に位置決めして固定するという複雑
かつ困難な作業が必要になるという問題がある。

【０００４】一方、他の方式のインクジェット式プリン
トヘッドとしては、たわみ振動モードの圧電素子を使用
した方式のものが実用化されている。この方式のインク
ジェット式プリントヘッドによれば、圧電材料でなるグ
リーンシートを圧力発生室の形状に合わせて貼付し焼成
するのみという比較的簡単な作業で圧電素子を振動板に
配設することができるので、上記問題を解消することが
できる。ところが、たわみ振動を利用しているため、圧
電素子の面積がある程度必要であり、高密度配列が困難
であるという問題がある。

【０００５】そこで、この問題を解消すべく成膜技術を
利用したインクジェット式プリントヘッドが提案されて
いる。すなわち、振動板の表面全面にわたって圧電材料
層を均一に成膜し、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圧電素子を
各圧力発生室毎に独立するように形成する。これによれ
ば、リソグラフィ法という精密で簡便な手法により圧電
素子を振動板に配設することができるので、圧電素子を
振動板に貼付する作業が不要となり、さらに圧電素子の
厚みが薄くなって高速駆動が可能になるという利点があ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した成
膜技術を利用したインクジェット式プリントヘッドで
は、圧電素子とその駆動回路との電気的な接続はフェー
スダウン実装されるバンプ（金またははんだボール）あ
るいはワイヤボンディングされるワイヤにより行われて
いる。ところが、この接続工程の後で行われる樹脂封止
工程において、バンプあるいはワイヤが樹脂に押されて
変形したり撓んだりし、バンプ同士あるいはワイヤ同士
が接触するおそれがあった。そして、このバンプ同士あ
るいはワイヤ同士の接触が発生した場合には、樹脂が硬
化する前に針等を用いてバンプあるいはワイヤの変形や
撓みを修正しなければならず、非常に手間が掛かるとい
う問題があった。

【０００７】本発明は、上記のような種々の課題に鑑み
なされたものであり、その目的は、圧電素子とその駆動
回路との電気的な接続を行っている接続部材同士の接触
を防止することができるインクジェット式プリントヘッ
ド及びインクジェット式プリンタを提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的達成のため、本
発明の請求項１に係るインクジェット式プリントヘッド
では、並設される圧電素子とその駆動回路との間に配置
される基板であって、前記圧電素子の配置面側から前記
駆動回路の配置面側に貫通しており、前記圧電素子と前
記駆動回路とを電気的に接続する複数の接続部材をそれ
ぞれ隔離収納する複数の貫通穴が形成されている基板を
備えるようにしている。そして、請求項２に係る発明で
は、前記接続部材が、バンプであることを特徴としてい
る。請求項３に係る発明では、前記接続部材が、ワイヤ
であることを特徴としている。請求項４に係る発明で
は、前記接続部材が、前記貫通穴に充填される導電粒子
であることを特徴としている。

【０００９】これにより、例えばフェースダウン実装工
程において各バンプが各貫通穴内にそれぞれ隔離収納さ
れ、あるいはワイヤボンディング工程において各配線が
各貫通穴内にそれぞれ隔離収納されるようになるので、
樹脂封止工程においてフェースダウン実装されたバンプ
あるいはワイヤボンディングされた配線が樹脂に押され
ても変形したり撓むようなことはなく、バンプ同士ある
いは配線同士の接触を防止することができ、従来のよう
な樹脂硬化前のバンプの変形修正工程あるいは配線の撓
み修正工程を省略することができる。従って、配線同士
の接触を完全に無くすことができると共に、製造コスト
を低減させることができる。

【００１０】請求項５に係る発明では、前記貫通穴は、
その形成ピッチが前記接続部材の配置ピッチとほぼ同一
となるように形成されていることを特徴としている。こ
れにより、貫通穴の形成ピッチと接続部材の配置ピッチ
がほぼ一致しているので、例えばフェースダウン実装時
に各バンプを各貫通穴内にそれぞれ確実に隔離収納する
ことができ、あるいはワイヤボンディング時に各配線を
各貫通穴内にそれぞれ確実に隔離収納することができ
る。

【００１１】請求項６に係る発明では、前記基板が、シ
リコン単結晶基板で成ることを特徴としている。シリコ
ン単結晶基板を用いることにより、貫通穴をエッチング
により容易に形成することができる。

【００１２】請求項７に係る発明では、請求項１〜６の
何れか一項に記載のインクジェット式プリントヘッドを
備え、そのヘッドを用いて情報を記録媒体に印刷するこ
とを特徴としている。上述した各作用により、導通不良
の無い良好なプリンタを提供することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態について詳細に説明する。

【００１４】図１は、本発明の実施の形態に係るインク
ジェット式プリンタの構成例を示す斜視図である。この
インクジェット式プリンタは、本体１０１内にインクジ
ェット式プリントヘッド１００、ヘッド駆動機構１０
２、オートシートフィーダ（自動連続給紙機構）１０３
が配設され、本体１０１上部後方にトレイ１０４が配設
されている。

【００１５】インクジェット式プリントヘッド１００
は、例えばイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの計
４色のインクカートリッジ１０５を備えており、フルカ
ラー印刷が可能なように構成されている。そして、イン
クジェット式プリントヘッド１００のインク吐出タイミ
ング及びヘッド駆動機構１０２の走査が、本体１０１に
内蔵されている専用コントローラボード等により制御さ
れ、高精度なインクドット制御、ハーフトーン処理等が
実行されるようになっている。

【００１６】また、トレイ１０４に給紙されている記録
用紙１０６は、オートシートフィーダ１０３により自動
的に送り出され、本体１０１正面に設けられている排紙
口１０７から排出されるようになっている。この記録用
紙１０６としては、普通紙、専用紙、推奨ＯＨＰシー
ト、光沢紙、光沢フィルム、ラベルシート、官製葉書等
が利用できる。

【００１７】図２は、図１のインクジェット式プリント
へッド１００の概略構成例を示す分解斜視図である。な
お、この図では便宜上、１色分のヘッドのみを示してい
る。このインクジェット式プリントへッド１００は、ノ
ズルプレート１０の上に圧電素子２０が形成された流路
形成基板３０が接合され、流路形成基板３０の上にリザ
ーバ形成基板４０が接合され、リザーバ形成基板４０の
上に封止板５０及び圧電素子２０の駆動回路（ドライバ
ＩＣ）６０が接合され、これらがケースヘッド７０で覆
われた構成となっている。

【００１８】図３は、図２のインクジェット式プリント
へッド１００を組み立てたときの詳細を示す断面図であ
る。なお、この図でも便宜上、１色分のヘッドのみを示
している。ノズルプレート１０は、厚さが例えば０．１
ｍｍ〜１ｍｍ、線膨張係数が例えば３００゜Ｃ以下で
２．５〜４．５（×１０^-6／゜Ｃ）であるガラスセラミ
ックスや不錆鋼等で作製されている。このノズルプレー
ト１０には、図３に示すように、２列に並んだ複数のノ
ズル開口１１が穿孔されている。

【００１９】流路形成基板３０は、厚さが例えば１５０
μｍ〜３００μｍ、面方位が（１１０）のシリコン単結
晶基板で作製されている。図３に示すように、この流路
形成基板３０の一方の面は開口面として形成され、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
成る厚さ１μｍ〜２μｍの図示しない弾性膜が形成さ
れ、図２にも示すように、さらに圧電素子２０が形成さ
れている。

【００２０】流路形成基板３０の開口面には、図３に示
すように、複数の隔壁で区画された圧力発生室３１が異
方性エッチングにより幅方向に並設され、その長手方向
外側には、図２及び図３に示すように、後述するリザー
バ形成基板４０のリザーバ部４１に連通して各圧力発生
室３１の共通のインク室となるリザーバ８０の一部を構
成する連通部３２が異方性エッチングにより形成され、
各圧力発生室３１の長手方向一端部とそれぞれインク供
給路３３を介して連通されている。なお、このインク供
給路３３も圧力発生室３１と同様に隔壁によって区画さ
れている。

【００２１】そして、この流路形成基板３０の開口面側
には、図３に示すように、各圧力発生室３１のインク供
給路３３とは反対側で連通するノズル開口１１が穿設さ
れたノズルプレート１０が接着剤や熱溶着フイルム等を
介して固着されている。このため、ノズルプレート１０
は、一方の面で流路形成基板３０の一面を全面的に覆っ
て衝撃や外力から保護する補強板の役目も果たすことに
なる。なお、ノズルプレート１０を流路形成基板３０と
熱膨張係数が略同一の材料で形成してもよく、この場合
はノズルプレート１０と流路形成基板３０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
容易かつ確実に接合することが可能となる。

【００２２】一方、流路形成基板３０の開口面とは反対
側の弾性膜の上には、図２及び図３に示すように、厚さ
が例えば約０．２μｍの下電極膜と、厚さが例えば約１
μｍの圧電体層と、厚さが例えば約０．１μｍの上電極
膜とで成る圧電素子２０が、薄膜形成プロセスで積層形
成されている。一般的には、圧電素子２０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を各圧
力発生室３１毎にパターニングして構成する。そして、
圧電素子２０の上電極膜の長手方向一端部近傍からリー
ド電極２１が圧力発生室３１の周壁に対向する領域に延
設されている。

【００２３】リザーバ形成基板４０は、厚さが例えば１
５０μｍ〜３００μｍ、面方位が（１１０）のシリコン
単結晶基板で作製されている。これにより、上述のノズ
ルプレート１０の場合と同様に、流路形成基板３０とリ
ザーバ形成基板４０とを熱硬化性の接着剤等を用いて容
易かつ確実に接着することが可能となる。

【００２４】このリザーバ形成基板４０には、図２及び
図３に示すように、上述した流路形成基板３０の各圧力
発生室３１の共通のインク室となるリザーバ８０の一部
を構成する連通部３２に連通したリザーバ部４１が異方
性エッチングにより幅方向に並設され、図３に示すよう
に、さらに後述する封止板５０のインク導入ロ５１に連
通するインク導入路４２が異方性エッチングにより形成
されている。

【００２５】また、リザーバ形成基板４０の圧電素子２
０に対応する領域には、図３に示すように、圧電素子２
０の運動を阻害しない程度の密封可能な空間４３が異方
性エッチングにより形成され、さらにこの空間４３と外
部とを連通する図示しない連通孔が異方性エッチングに
より設けられている。また、この空間４３の形成面とは
反対側の面には、図２及び図３に示すように、圧電素子
２０の駆動回路６０、すなわちバンプ（金またははんだ
ボール）６２を有する例えばＢＧＡ（ＢａｌｌＧｒｉｄ
Ａｒｒａｙ）及び配線パターン６１が配設されてい
る。

【００２６】上記空間４３内には例えば不活性ガス等の
乾燥流体が連通孔を介して充填され封止されている。こ
の空間４３内は大気よりも低い気圧で密封されており、
これにより圧電素子２０は乾燥流体雰囲気中に確実に密
封されて外部環境と遮断される。なお、乾燥流体として
は、不活性ガスの他、還元性ガスを用いることもできる
が、逆に、酸化性ガスを含有させることにより、圧電体
層の劣化を防止する環境を形成することができる。ま
た、このような不活性ガスを用いる場合には、その中の
水の蒸気圧（分圧）をできるだけ低くするのが望まし
い。

【００２７】そして、リザーバ形成基板４０のリザーバ
部４１と空間４３の形成部との間には、図２及び図３に
示すように、圧電素子２０の配置面側から駆動回路６０
の配置面側に貫通しており、圧電素子２０のリード電極
２１と駆動回路６０とを電気的に接続する複数のバンプ
６２をそれぞれ隔離収納する複数の貫通穴４４が異方性
エッチングにより形成されている。

【００２８】封止板５０は、例えばＰＰＳフィルムとス
テンレス鋼板の積層板で作製されている。この封止板５
０はリザーバ８０を封止する役目を有している。また、
図３に示すように、封止板５０には上述したようにリザ
ーバ形成基板４０のインク導入路４２に連通するインク
導入ロ５１が形成されている。ケースヘッド７０は、上
記各部を覆って保護し、また図３に示すように、駆動回
路６０とバンプ６２の封止樹脂７１の注入空間部を形成
する役目を有している。

【００２９】図４は、リザーバ形成基板４０の外形を示
す斜視図であり、図５（Ａ）は、図４のＡ部、すなわち
貫通穴４４の平面形状を示す拡大図である。この例での
貫通穴４４ａは、その平面形状がバンプ６２の略半径を
一辺とする正六角形状となるように形成され、さらに図
５（Ｂ）に示すように、貫通穴４４ａの形成ピッチＰ１
がバンプ６２の配置ピッチＰ１１とほぼ同一となるよう
に形成されている。

【００３０】図６（Ａ）は、図４のＡ部、すなわち貫通
穴４４の別の平面形状を示す拡大図である。この例での
貫通穴４４ｂは、その平面形状がバンプ６２の略直径を
一辺とする平行四辺形状となるように形成され、さらに
図６（Ｂ）に示すように、貫通穴４４ｂの形成ピッチＰ
２がバンプ６２の配置ピッチＰ１２とほぼ同一となるよ
うに形成されている。

【００３１】上記貫通穴４４ａ、４４ｂは、リザーバ形
成基板４０をマスキングして異方性エッチングすること
により形成されている。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゜の
角度をなし、かつ上記（１１０）面と約３５゜の角度を
なす第２の（１１１）面とが出現するが、このときの
（１１０）面のエッチングレートは（１１１）面のエッ
チングレートと比較して約１／１８０となるという性質
を利用して行われるものである。

【００３２】かかる異方性エッチングにより、２つの第
ｌの（１１１）面と斜めの２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る。なお、貫通していない溝等を
形成するときは、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）すればよく、この
制御はエッチング時間の調整により行われる。

【００３３】このような貫通穴４４ａ、４４ｂを形成す
ることにより、図５（Ｂ）、図６（Ｂ）に示すように、
フェースダウン実装工程において各バンプ６２ａを各貫
通穴４４ａ、４４ｂ内にそれぞれ隔離収納することがで
きるので、樹脂封止工程においてフェースダウン実装さ
れたバンプ６２が樹脂７１に押されても変形するような
ことはなく、バンプ６２同士の接触を防止することがで
きる。したがって、従来のような樹脂硬化前のバンプの
変形修正工程を省略することができ、配線同士の接触を
完全に無くすことができると共に、製造コストを低減さ
せることができる。

【００３４】なお、上記実施の形態では、圧電素子２０
と駆動回路６０との電気的な接続部材としてバンプ６２
を例に説明したが、これに限定されるものではなく、例
えばワイヤボンディングされるワイヤや、貫通穴４４内
に充填可能な単数または複数で形成された金属等の導電
粒子等でも同様の効果を奏する。また、貫通穴４４の形
状は正六角形状や平行四辺形状に限定されるものではな
く、例えば任意の多角形状や円形状、楕円形状等でよ
い。さらに、貫通口４４の加工方法として、本実施例で
は、シリコンの異方性エッチングを用いたが、これに限
定されず、レーザー加工または機械的加工方法を用いて
も良い。

【００３５】以上、本発明を種々の実施形態に関して述
べたが、本発明は以上の実施形態に限られるものではな
く、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、他の
実施形態についても適用されるのは勿論である。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るイン
クジェット式プリントヘッド及びインクジェット式プリ
ンタによれば、プリントヘッドの駆動回路部分の樹脂封
止工程において接続部材が樹脂に押されても変形したり
撓むようなことはなくなるので、接続部材同士の接触を
防止することができる。このため、従来のような樹脂硬
化前の接続部材の変形・撓み修正工程を省略することが
できる。従って、導通不良を完全に無くすことができる
と共に、製造コストを低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るインクジェット式プ
リンタの構成例を示す斜視図である。

【図２】図１のインクジェット式プリントへッドの概略
構成例を示す分解斜視図である。

【図３】図２のインクジェット式プリントへッドを組み
立てたときの詳細を示す断面図である。

【図４】図２のインクジェット式プリントへッドのリザ
ーバ形成基板の外形を示す斜視図である。

【図５】図４のリザーバ形成基板のＡ部、すなわち貫通
穴の平面形状を示す拡大図である。

【図６】図４のリザーバ形成基板のＡ部、すなわち貫通
穴の別の平面形状を示す拡大図である。

【符号の説明】

１０ ノズルプレート １１ ノズル開口 ２０ 圧電素子 ３０ 流路形成基板 ３１ 圧力発生室 ３２ 連通部 ３３ インク供給路 ４０ リザーバ形成基板 ４１ リザーバ部 ４２ インク導入路 ４３ 空間 ４４ 貫通穴 ５０ 封止板 ５１ インク導入ロ ６０ 駆動回路（ドライバＩＣ） ６２ バンプ ７０ ケースヘッド ７１ 封止樹脂 ８０ リザーバ １００ インクジェット式プリントヘッド １０１ 本体 １０２ ヘッド駆動機構 １０３ オートシートフィーダ（自動連続給紙機
構） １０４ トレイ １０５ インクカートリッジ １０６ 記録用紙 １０７ 排紙口

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電素子の駆動変位によりインク滴を吐
   出させるインクジェット式プリントヘッドにおいて、 並設される前記圧電素子とその駆動回路との間に配置さ
   れる基板であって、前記圧電素子の配置面側から前記駆
   動回路の配置面側に貫通しており、前記圧電素子と前記
   駆動回路とを電気的に接続する複数の接続部材をそれぞ
   れ隔離収納する複数の貫通穴が形成されている基板を備
   えていることを特徴とするインクジェット式プリントヘ
   ッド。
2. 【請求項２】 前記接続部材が、バンプであることを特
   徴とする請求項１に記載のインクジェット式プリントヘ
   ッド。
3. 【請求項３】 前記接続部材が、ワイヤであることを特
   徴とする請求項１に記載のインクジェット式プリントヘ
   ッド。
4. 【請求項４】 前記接続部材が、前記貫通穴に充填され
   る導電粒子であることを特徴とする請求項１に記載のイ
   ンクジェット式プリントヘッド。
5. 【請求項５】 前記貫通穴は、その形成ピッチが前記接
   続部材の配置ピッチとほぼ同一となるように形成されて
   いることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載
   のインクジェット式プリントヘッド。
6. 【請求項６】 前記基板が、シリコン単結晶基板で成る
   ことを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載のイ
   ンクジェット式プリントヘッド。
7. 【請求項７】 請求項１〜６の何れか一項に記載のイン
   クジェット式プリントヘッドを備え、そのヘッドを用い
   て情報を記録媒体に印刷することを特徴とするインクジ
   ェット式プリンタ。