JP3876996B2 - 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、圧力発生室に供給された液体を圧電素子によって加圧することにより、ノズル開口から液滴を噴射させる液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関し、特に、液体としてインクを吐出させるインクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置に関する。
背景技術
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。そして、たわみ振動モードのアクチュエータを使用したものとしては、例えば、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知られている。また、このような圧電素子は、一般的に、駆動ＩＣ（半導体集積回路）等によって駆動され、この駆動ＩＣは、例えば、圧力発生室が形成された流路形成基板の一方面側に接合される接合基板上に実装される。そして、この駆動ＩＣと各圧電素子から引き出される引き出し配線とが、ワイヤボンディングによって形成された接続配線によって電気的に接続される（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、このようなインクジェット式記録ヘッドでは、圧電素子の高密度化に伴い、引き出し配線の幅及びピッチが狭くなるため、引き出し配線と接続配線とを接続する際に、隣接する引き出し配線が短絡してしまうという問題がある。すなわち、引き出し配線の接続配線が接続される領域が狭くなるため、接続配線が引き出し配線の外側にはみ出して隣接する引き出し配線が短絡してしまうという問題がある。また、接続配線と引き出し配線との接続面積が狭くなり過ぎると、両者の接合強度が低下するという問題がある。なお、このような問題は、インクを吐出するインクジェット式記録ヘッドだけでなく、勿論、インク以外の液体を噴射する他の液体噴射ヘッドにおいても、同様に存在する。
【特許文献１】
特開２００２−１６０３６６号公報
発明の開示
本発明はこのような事情に鑑み、引き出し配線と接続配線とを確実に接続できて信頼性を向上することができる液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供することを課題とする。
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、ノズル開口に連通する圧力発生室が画成される流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に振動板を介して設けられる下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを有する液体噴射ヘッドにおいて、前記圧電素子から引き出された引き出し配線の接続部と前記圧電素子を駆動する駆動ＩＣの各パッド部とが、ワイヤボンディングによって形成されると共に前記引き出し配線の前記接続部の引き出し方向に対して交差する方向に延設される接続配線によって接続され、前記接続部が、前記引き出し配線の本体部から前記接続配線の延設方向に沿って傾斜して設けられると共に、当該接続部の幅が前記接続配線のボンディング領域の最大幅よりも狭く且つその１／３以上であり、隣接する前記接続部のピッチが前記接続配線のボンディング領域の最大幅よりも狭いことを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第１の態様では、引き出し配線と接続配線との接触面積が実質的に増加するため、接合強度が向上する。また、接続配線のはみ出しによって短絡が発生することがなく、且つ接合強度も確保することができる。さらに、圧電素子を高密度に配列することができる。
本発明の第２の態様は、前記接続配線の延設方向と前記接続部の延設方向との角度が４５°±１５°の範囲であることを特徴とする第１の態様の液体噴射ヘッドにある。
かかる第２の態様では、接続配線をリード電極の接続部に接続する際のはみ出し量を効果的に抑えることができ、隣接するリード電極の短絡等の接続不良の発生をより確実に防止することができる。
本発明の第３の態様は、前記引き出し配線の幅が、前記駆動ＩＣに設けられる前記パッド部の幅と同一又はそれよりも狭いことを特徴とする第１又は２の態様の液体噴射ヘッドにある。
かかる第３の態様では、圧電素子を高密度に配列することができ、高品質印刷を実現できる。
本発明の第４の態様は、前記引き出し配線のピッチと、前記駆動ＩＣに設けられる前記パッド部のピッチとが同一であることを特徴とする第１〜３の何れかの態様の液体噴射ヘッドにある。
かかる第４の態様では、各圧電素子から引き出される引き出し配線と接続配線とが全て同一条件で接続されるため、接続不良の発生をより確実に防止することができる。
本発明の第５の態様は、前記流路形成基板の前記圧電素子側に、当該圧電素子に対向する領域に圧電素子保持部を有する封止基板が接合され、前記駆動ＩＣが前記封止基板上に搭載されていることを特徴とする第１〜４の何れかの態様の液体噴射ヘッドにある。
かかる第５の態様では、ワイヤボンディングによって形成される接続配線により、引き出し配線と駆動ＩＣのパッド部とを良好に接続できると共に、ヘッドの小型化を図ることができる。
本発明の第６の態様は、前記駆動ＩＣの前記パッド部が、前記接続配線の延設方向に対して傾斜する方向に並設されていることを特徴とする第１〜５の何れかの態様の液体噴射ヘッドにある。
かかる第６の態様では、接続配線が結果的に引き出し配線と交差する方向に延設され、接続配線と引き出し配線との接触面積が増加する。
本発明の第７の態様は、前記流路形成基板の少なくとも端部近傍に設けられる接続配線の長さが、前記流路形成基板の中央部に設けられる接続配線の長さよりも長いことを特徴とする第１〜６の何れかの態様の液体噴射ヘッドにある。
かかる第７の態様では、少なくとも流路形成基板の端部近傍に設けられた接続配線は所定範囲内で変形可能となるため、ヘッドに熱による変形が生じても、接続配線と引き出し配線との接続不良の発生を防止できる。
本発明の第８の態様は、前記流路形成基板の端部近傍に延設される引き出し配線の長さと、前記流路形成基板の中央部に延設される引き出し配線の長さとが異なることを特徴とする第７の態様の液体噴射ヘッドにある。
かかる第８の態様では、比較的容易に接続配線の長さを変化させることができる。
本発明の第９の態様は、前記流路形成基板の少なくとも端部近傍に設けられる接続配線の前記引き出し配線からの高さが、前記流路形成基板の中央部に設けられる接続配線の高さよりも高いことを特徴とする第７又は８の態様の液体噴射ヘッドにある。
かかる第９の態様では、接続配線の変形可能な範囲が比較的大きくなり、接続配線と引き出し配線との接続不良の発生をより確実に防止できる。
本発明の第１０の態様は、前記流路形成基板の端部側に設けられる接続配線ほど、その長さが長くなっていることを特徴とする第７〜９の何れかの態様の液体噴射記録ヘッドにある。
かかる第１０の態様では、接続配線と引き出し配線との接続不良の発生をより効果的に防止できる。
本発明の第１１の態様は、ノズル開口に連通する圧力発生室が画成される流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に振動板を介して設けられる下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを有する液体噴射ヘッドにおいて、前記圧電素子から前記流路形成基板上に引き出された各引き出し配線と前記圧電素子を駆動する駆動ＩＣの各パッド部とがワイヤボンディングによって形成される接続配線によって接続され、且つ該接続配線の延設方向と前記引き出し配線の前記接続配線が接続される接続部の延設方向との角度が４５°±１５°の範囲であることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第１１の態様では、引き出し配線と接続配線との接触面積が実質的に増加するため、接合強度が向上する。また、接続配線をリード電極の接続部に接続する際のはみ出し量を抑えることができ、隣接するリード電極の短絡等の接続不良の発生を防止することができる。
本発明の第１２の態様は、前記引き出し配線の幅が、前記駆動ＩＣに設けられる前記パッド部の幅と同一又はそれよりも狭いことを特徴とする第１１の態様の液体噴射ヘッドにある。
かかる第１２の態様では、圧電素子を高密度に配列することができ、高品質印刷を実現できる。
本発明の第１３の態様は、前記引き出し配線のピッチと、前記駆動ＩＣに設けられる前記パッド部のピッチとが同一であることを特徴とする第１１又は１２の態様の液体噴射ヘッドにある。
かかる第１３の態様では、各圧電素子から引き出される引き出し配線と接続配線とが全て同一条件で接続されるため、接続不良の発生をより確実に防止することができる。
本発明の第１４の態様は、前記流路形成基板の前記圧電素子側に、当該圧電素子に対向する領域に圧電素子保持部を有する封止基板が接合され、前記駆動ＩＣが前記封止基板上に搭載されていることを特徴とする第１１〜１３の何れかの態様の液体噴射ヘッドにある。
かかる第１４の態様では、ワイヤボンディングによって形成される接続配線により、引き出し配線と駆動ＩＣのパッド部とを良好に接続できると共に、ヘッドの小型化を図ることができる。
本発明の第１５の態様は、前記圧力発生室がシリコン単結晶基板に異方性エッチングにより形成され、前記圧電素子の各層が成膜及びリソグラフィ法により形成されたものであることを特徴とする第１〜１４の何れかの態様の液体噴射ヘッドにある。
かかる第１５の態様では、高密度のノズル開口を有する液体噴射ヘッドを大量に且つ比較的容易に製造することができる。
本発明の第１６の態様は、第１〜１５の何れかの態様の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。
かかる第１６の態様では、信頼性及び耐久性を向上した液体噴射装置を実現することができる。
本発明を実施するための最良の形態
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（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、図１の平面図及び断面図である。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り、その一方の面には、異方性エッチングにより形成された複数の圧力発生室１２がその幅方向に並設されている。また、圧力発生室１２の長手方向外側には、後述する封止基板３０のリザーバ部３２と連通して各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１２０の一部を構成する連通部１３が形成され、各圧力発生室１２の長手方向一端部とそれぞれインク供給路１４を介して連通されている。また、この流路形成基板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。
ここで、異方性エッチングは、シリコン単結晶基板のエッチングレートの違いを利用して行われる。例えば、本実施形態では、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（１１１）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１／１８０であるという性質を利用して行われる。かかる異方性エッチングにより、二つの第１の（１１１）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。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１０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。
ここで、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少ない。また各圧力発生室１２の一端に連通する各インク供給路１４は、圧力発生室１２より浅く形成されており、圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。すなわち、インク供給路１４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。
なお、このような圧力発生室１２等が形成される流路形成基板１０の厚さは、圧力発生室１２を配設する密度に合わせて最適な厚さを選択することが好ましい。例えば、１インチ当たり１８０個（１８０ｄｐｉ）程度に圧力発生室１２を配置する場合には、流路形成基板１０の厚さは、１８０〜２８０μｍ程度、より望ましくは、２２０μｍ程度とするのが好適である。また、例えば、３６０ｄｐｉ程度と比較的高密度に圧力発生室１２を配置する場合には、流路形成基板１０の厚さは、１００μｍ以下とするのが好ましい。これは、隣接する圧力発生室１２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。
また、流路形成基板１０の開口面側には、各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側で連通するノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が接着剤や熱溶着フィルム等を介して固着されている。なお、ノズルプレート２０は、厚さが例えば、０．０３〜１ｍｍ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、シリコン単結晶基板又は不錆鋼などからなる。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２１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２１は数十μｍの直径で精度よく形成する必要がある。
一方、流路形成基板１０の開口面とは反対側の弾性膜５０の上には、厚さが例えば、約０．２μｍの下電極膜６０と、厚さが例えば、約０．５〜３μｍの圧電体層７０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３００を構成している。ここで、圧電素子３００は、下電極膜６０、圧電体層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層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層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ＩＣ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、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。また、ここでは、圧電素子３００と当該圧電素子３００の駆動により変位が生じる振動板とを合わせて圧電アクチュエータと称する。
また、圧電素子３００の個別電極である上電極膜８０の長手方向一端部近傍には、引き出し配線であるリード電極９０が接続されている。このリード電極９０は、例えば、金（Ａｕ）等からなり、所定の幅で流路形成基板１０の端部近傍まで引き出されている。例えば、本実施形態では、圧電素子３００が、３６０ｄｐｉの配列密度で形成されており、リード電極９０は、幅４５〜４７μｍ、ピッチ７０μｍ程度で形成されている。なお、詳しくは後述するが、このリード電極９０の先端部近傍は、圧電素子３００を駆動するための駆動ＩＣ１００から延設される接続配線１１０が接続される接続部９１となっている。
このように圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上には、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を確保した状態で、その空間を密封可能な圧電素子保持部３１を有する封止基板３０が接合され、圧電素子３００はこの圧電素子保持部３１内に密封されている。また、封止基板３０は、流路形成基板１０の連通部１３に対向する領域に、リザーバ１２０の少なくとも一部を構成するリザーバ部３２を有する。このリザーバ部３２は、本実施形態では、封止基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２の幅方向に亘って形成されており、上述したように流路形成基板１０の連通部１３と連通されて各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１２０を構成している。なお、このような封止基板３０としては、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラス、セラミック材料等を用いることが好ましく、本実施形態では、流路形成基板１０と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成した。
さらに、この封止基板３０上には、圧電素子３００を駆動するための駆動ＩＣ（半導体集積回路）１００が実装されており、この駆動ＩＣ１００の各パッド部１０１と各圧電素子３００から引き出されたリード電極９０とが、ワイヤボンディングによって形成された接続配線１１０によって電気的に接続されている。また、駆動ＩＣ１００は、圧電素子３００の列に対向する領域から圧電素子３００の並設方向に若干ずれた位置に実装されており、各パッド部１０１とリード電極９０とを接続する接続配線１１０は、リード電極９０の延設方向に対して交差する方向に延設されている。また、本実施形態では、各リード電極９０と各パッド部１０１とを同一ピッチで配列するようにしているため、各接続配線１１０は、同一方向、すなわち、各接続配線１１０のそれぞれが平行となるように延設されている。
そして、本実施形態では、この接続配線１１０が接続されるリード電極９０の接続部９１を、他の部分、すなわち、本体部９２とは異なる形状、例えば、その幅方向の少なくとも一端面がリード電極９０の本体部９２よりも張り出した形状とし、且つ接続配線１１０がこの接続部９１内にボンディング可能な形状を有するようにした。すなわち、リード電極９０の接続部９１は、接続配線１１０のボンディング部１１１がこの接続部９１内に形成可能な形状で形成されている。
また、この接続部９１は、各接続配線１１０の延設方向に応じてそれぞれ異なる形状で形成されていることが好ましく、特に、接続部９１の一端面が接続配線１１０の延設方向に沿って形成されていることが好ましい。例えば、本実施形態では、リード電極９０の接続部９１が、接続配線１１０の延接方向に沿って引き出され、その幅方向両端面が接続配線１１０の延設方向とほぼ一致するようにした。
なお、圧電素子３００を比較的高密度に配列している場合、圧電素子３００から引き出されたリード電極９０の接続部９１の配列ピッチが、駆動ＩＣ１００のパッド部１０１の配列ピッチよりも広くなる場合がある。このような場合には、接続配線１１０の延設方向が圧電素子３００毎に異なるため、接続部９１は、各接続配線１１０の延設方向に応じてそれぞれ異なる形状で形成されていることが好ましい。例えば、各接続部９１の幅方向両端面が、それぞれに対応する各接続配線１１０の延設方向とほぼ一致するように形成されていることが好ましい。
このような構成では、接続配線１１０がリード電極９０の接続部９１の延設方向で接続されるため、接続配線１１０のボンディング部１１１が、リード電極９０の接続部９１の外側にはみ出すことがなく、接続部９１に確実に形成される。したがって、リード電極９０と接続配線１１０とを所定面積で確実に接続することができ、圧電素子３００を高密度に配列した場合であっても、リード電極９０と接続配線１１０とを確実に電気的に接続することができる。また、リード電極９０の配列ピッチと駆動ＩＣ１００の接続配線１１０が接続されるパッド部１０１のピッチとが異なる場合であっても、リード電極９０と接続配線１１０とを良好に接続することができる。
さらに、リード電極９０の接続部９１の形状のみを所定形状とすればよいため、リード電極９０を比較的容易に形成することができる。さらに、リード電極９０の全体の幅を広げる必要がなく、リード電極９０の面積を比較的小さく抑えることができるため、金（Ａｕ）等の比較的高価な材料を用いた場合であっても、コストの増加を抑えることができる。
なお、本実施形態では、リード電極９０の接続部９１が、接続配線１１０の延接方向に沿って形成されているが、これに限定されず、例えば、図３に示すように、接続配線１１０の延設方向に略直交する方向に引き出し、その先端面が各接続配線１１０の延設方向とほぼ一致するようにしてもよい。勿論、このような構成としてもリード電極９０と接続配線１１０とを良好に接続することができる。
また、封止基板３０上には、駆動ＩＣ１００が搭載されると共に、リザーバ部３２に対応する領域に、封止膜４１及び固定板４２からなるコンプライアンス基板４０が接合されている。ここで、封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料（例えば、厚さが６μｍのポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルム）からなり、この封止膜４１によってリザーバ部３２の一方面が封止されている。また、固定板４２は、金属等の硬質の材料（例えば、厚さが３０μｍのステンレス鋼（ＳＵＳ）等）で形成される。この固定板４２のリザーバ１２０に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部４３となっているため、リザーバ１２０の一方面は可撓性を有する封止膜４１のみで封止されている。
このように構成したインクジェット式記録ヘッドは、図示しない外部インク供給手段からインクを取り込み、リザーバ１２０からノズル開口２１に至るまで内部をインクで満たした後、駆動ＩＣ１００からの記録信号に従い、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及び圧電体層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２１からインク滴が吐出する。
なお、本実施形態では、リード電極９０の接続部９１を接続配線１１０の延設方向と略直交する方向に引き出すようにしたが、これに限定されず、例えば、図４に示すように、リード電極９０の幅を他の部分よりも広くすることによって接続部９１を形成するようにしてもよい。何れにしても、リード電極９０の接続部９１が、接続配線１１０のボンディング部１１１をその領域内に形成可能な形状を有していればよい。
（実施形態２）
図５は、実施形態２に係るインクジェット式記録ヘッドの要部を示す平面図である。実施形態１では、リード電極９０の接続部９１は、接続配線１１０が接続部９１の領域内にボンディング可能な形状、すなわちボンディング部１１１がこの接続部９１内に収まる程度の大きさで形成したが、本実施形態では、図５に示すように、接続部９１は、その幅Ｗ１がボンディング部１１１の最大幅Ｗ２よりも狭く且つその１／３以上の幅となるように形成するようにした。また、隣接する接続部９１のピッチをボンディング部１１１の最大幅Ｗ２よりも狭くしている。なお、このような構成とする場合には、接続部９１を本体部９２から接続配線１１０の延設方向に沿って傾斜するように設ける。
これにより、接続配線１１０のボンディング部１１１が接続部９１内に収まるようにした場合と同等のボンディング強度を確保することができる。したがって、このような構成を採用することにより、リード電極９０の間隔をさらに狭くすることができる。すなわち、圧電素子の配列密度をさらに向上することができる。
リード電極９０の接続部９１の間隔を狭く、すなわち、接続部９１のピッチをボンディング部１１１の最大幅Ｗ２よりも狭くすると、接続配線１１０を接続部９１にボンディングする際に、接続配線１１０のボンディング部１１１が、隣接するリード電極９０の接続部９１に接触することがある。しかしながら、ボンディング部１１１が隣接する接続部９１に接触する領域は、接続部９１と接続配線１１０との接続には実質的に影響する部分ではないため、これによって隣接するリード電極９０同士が短絡することはない。ただし、接続配線１１０を形成する際、各接続配線１１０のボンディング部１１１が、接続配線１１０が接続されていないリード電極９０側にはみ出すように形成することが好ましい。
（試験例１）
ここで、接続配線１１０のボンディング部１１１が、リード電極９０の接続部９１内に完全に収まるようにしたもの（比較例）と、接続部９１の幅を狭くしてボンディング部１１１の面積の１／３程度が接続部９１内に収まるようにしたもの（実施例）とで、それぞれボンディング強度を測定した。その結果を下記表１に示す。なお、サンプル数は、各２１個ずつである。
【表１】

この結果からも明らかなように、接続配線１１０のボンディング強度は、ボンディング部１１１が、リード電極９０の接続部９１内に１／３程度が収まるようにすれば、ボンディング部１１１が接続部９１内に完全に収まるようにしたものと、同等のボンディング強度が得られる。すなわち、接続部９１の幅が、ボンディング部１１１の最大幅の１／３以上であれば、この接続部９１と接続配線１１０とを良好に接続することができる。したがって、接続部９１の幅がボンディング部１１１の最大幅よりも狭く且つ１／３以上であるようにすれば、接続部９１と接続配線１１０との接合強度を確保しつつ、圧電素子３００の配列密度をさらに向上することができる。
（実施形態３）
図６は、実施形態３に係るインクジェット式記録ヘッドの配線構造を示す概略図である。本実施形態は、リード電極９０のパターン形状の他の例であり、図６に示すように、本実施形態の各リード電極９０は、隣接するリード電極とは異なる長さで形成され、接続部９１がいわゆる千鳥状に配置されている。なお、接続部９１は、実施形態１と同様に、接続配線１１０の延設方向に略直交する方向に引き出されている。また、各リード電極９０は、接続部９１の張り出し量ｄよりも狭い間隔で配列されており、隣接するリード電極９０の接続部９１に対応する部分には、この接続部９１との電気的接触を防止する凹部９３が設けられている。
このような構成とすることにより、リード電極９０を比較的狭い間隔で配列しても短絡することがない。また、接続部９１の位置を千鳥状に配置することにより各接続部９１の間隔が広がるため、接続配線１１０同士の短絡も防止することができる。したがって、圧電素子３００を高密度に配列しても、各圧電素子３００と駆動ＩＣ１００とを良好に接続することができ、印刷品質及び信頼性の向上を図ることができる。
（実施形態４）
図７は、実施形態４に係るインクジェット式記録ヘッドの平面図及び断面図である。本実施形態は、接続配線１１０がリード電極９０の接続部９１に接続される角度を規定した例である。具体的には、図７に示すように、リード電極９０が、所定の幅で流路形成基板１０の端部近傍まで直線的に引き出され、その先端部近傍は、接続配線１１０が接続される接続部９１となっている。なお、本実施形態では、圧電素子３００が、３６０ｄｐｉの配列密度で形成されており、リード電極９０は、幅４５〜４７μｍ、ピッチ７０μｍ程度で形成されている。
そして、接続配線１１０が、リード電極９０の延設方向に対して交差する方向に延設されて接続部９１に接続され、この接続配線１１０がリード電極９０の接続部９１に接続される角度、すなわち、リード電極９０の接続部９１の延設方向と接続配線１１０の延設方向との角度θが４５°±１５°の範囲となるように規定されている。なお、この角度θは、特に、５５°程度であることが望ましい。
これにより、リード電極９０と接続配線１１０とを良好に接続することができる。すなわち、リード電極９０の接続部９１の引き出し方向に対して所定角度で接続配線１１０を接続することにより、リード電極９０の接続部９１と接続配線１１０との接続面積が実質的に広がり接合強度が向上する。また、接続配線１１０のリード電極９０からのはみ出し量を抑えてリード電極９０の短絡を防止することができる。なお、このような構成は、圧電素子３００を高密度、例えば、２００ｄｐｉ以上で配列したものに採用すると、特に効果的である。圧電素子３００を高密度に配列した場合には、リード電極９０の幅及びピッチが狭くなり、リード電極９０の接続部９１と接続配線１１０との接続面積が小さくなるためである。
また、リード電極９０の幅を比較的狭くしても接続配線１１０を良好に接続できるため、リード電極９０の全体面積を比較的小さく抑えることもできる。これにより、金（Ａｕ）等の比較的高価な材料を用いた場合であっても、コストの増加を抑えることができるという効果もある。
（試験例２）
上述した実施形態４の構成のインクジェット式記録ヘッドを作成し、リード電極９０の引き出し方向との角度θを変化させてリード電極９０と接続配線１１０とを接続したときの両者の接続状態、具体的には、隣接するリード電極９０のショートの発生率と、接続配線１１０のリード電極９０とのボンディング強度を調べた。その結果を下記表２に示す。なお、試験に使用したインクジェット式記録ヘッドは、３６０ｄｐｉの密度で圧電素子を配列したものであり、リード電極の幅は約４６μｍであり、そのピッチは約７０μｍであった。
【表２】

上記表２に示すように、リード電極９０の接続部９１の延設方向と接続配線１１０の延設方向との角度θが大きいほど、リード電極９０のショートによる不良率は低くなる。一方、リード電極９０と接続配線１１０とのボンディング強度は、角度θを４０°前後としたときに最も高く、角度θが大きすぎても小さすぎてもボンディング強度は低下してしまう。そして、これらのデータから総合的に判断した結果、リード電極９０の引き出し方向と接続配線１１０の引き出し方向との角度θを４５°±１５°程度とすれば、リード電極９０の短絡を防止し且つリード電極９０と接続配線１１０とを良好に接続することができることが分かった。
なお、本実施形態では、リード電極９０が、駆動ＩＣ１００のパッド部１０１の並び方向に対して直交する方向に直線的に延設された例を説明したが、リード電極９０の延設方向は、特に限定されない。例えば、図８（ａ）に示すように、リード電極９０の接続部９１を他の部分とは異なる方向に延設するようにしてもよいし、図８（ｂ）に示すように、リード電極９０を駆動ＩＣ１００のパッド部１０１の並び方向に対して所定角度で交差する方向に直線的に延設するようにしてもよい。何れにしても、リード電極９０の接続部９１の延設方向と接続配線１１０の延設方向との角度が４５°±１５°の範囲内となっていれば、リード電極９０と接続配線１１０とを良好に接続することができる。
また、このような構成とした場合でも、実施形態１と同様に、接続部９１の一端面が接続配線１１０の延設方向に沿って形成されているようにすれば、リード電極９０と接続配線１１０とをより良好に接続することができる。
また、本実施形態では、圧電素子３００から引き出されたリード電極９０の配列ピッチが、駆動ＩＣ１００のパッド部１０１の配列ピッチと同一である構成を例示したが、勿論、リード電極９０の接続部９１の延設方向と接続配線１１０の延設方向との角度θが４５°±１５°の範囲であれば、リード電極９０の配列ピッチと駆動ＩＣ１００のパッド部１０１の配列ピッチとは異なっていてもよい。
（実施形態５）
図９は、実施形態５に係るインクジェット式記録ヘッドの配線構造を示す概略図である。本実施形態は、流路形成基板１０の両端部近傍に設けられたリード電極９０と駆動ＩＣ１００とを接続する接続配線１１０の長さを、流路形成基板１０の中央部に設けられたリード電極９０と駆動ＩＣ１００とを接続する接続配線１１０の長さよりも長くなるようにして、ヘッドの熱変形による接続配線１１０とリード電極９０との接続不良の発生を防止するようにした例である。
図９に示すように、本実施形態では、圧電素子３００から引き出されたリード電極９０の接続部９１の配列ピッチが、駆動ＩＣ１００のパッド部１０１の配列ピッチよりも広くなるようにした。このため、接続配線１１０とリード電極９０とが交差する角度は、流路形成基板１０の端部側ほど大きくなっている。そして、流路形成基板１０の端部近傍に設けられるリード電極９０Ａの長さを流路形成基板１０の中央部に設けられるリード電極９０Ｂの長さよりも長くして、流路形成基板１０の端部近傍に設けられる接続配線１１０Ａの長さが、中央部に設けられる接続配線１１０Ｂの長さよりも長くなるようにした。
このような構成では、流路形成基板１０の端部近傍に設けられる接続配線１１０Ａは、中央部の接続配線１１０Ｂよりも変形可能な範囲が広がるため、熱によりヘッドに反りが生じた場合でも、接続配線１１０Ａが引っ張られてボンディング部１１１が外れることがない。すなわち、ヘッドに反りが生じると、流路形成基板１０の端部側ほど変形量が大きく接続配線１１０Ａが外れる可能性も大きいが、本実施形態のように、流路形成基板１０の端部近傍の接続配線１１０Ａの長さを中央部の接続配線１１０Ｂよりも長くしておくことで、各接続配線１１０Ａとリード電極９０Ａとの接続不良を効果的に防止することができる。
なお、本実施形態では、リード電極９０の長さ（接続部９１の位置）を変えることによって接続配線１１０の長さを変化させるようにしたが、これに限定されるものではない。例えば、図１０に示すように、リード電極９０の長さは略同一として、流路形成基板１０の端部近傍に設けられる接続配線１１０Ａの高さｈ１を中央部に設けられる接続配線１１０Ｂの高さｈ２よりも高くするようにしてもよい。何れにしても、流路形成基板１０の端部近傍に設けられる接続配線１１０Ａの長さが長くなるため、熱によりヘッドに反りが生じた場合でも、接続配線１１０Ａとリード電極９０Ａとの接続不良を防止することができる。
また、本実施形態では、流路形成基板１０の端部近傍に設けられる複数の接続配線１１０Ａを略同一の長さで形成するようにしたが、これに限定されず、例えば、図１１に示すように、流路形成基板１０の端部側に設けられる接続配線１１０ほど、その長さが長くなるようにしてもよい。
（他の実施形態）
以上、本発明の各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。
例えば、上述の実施形態では、圧電素子３００から引き出されたリード電極９０の接続部９１の配列ピッチが、駆動ＩＣ１００のパッド部１０１の配列ピッチと同一又はそれよりも広くなっている構成を例示したが、勿論、圧電素子３００から引き出されたリード電極９０の接続部９１の配列ピッチが駆動ＩＣ１００のパッド部１０１の配列ピッチよりも狭くなるようにしても本発明を採用することができる。
また、上述の各実施形態では、圧力発生室１２の列を１列具備するインクジェット式記録ヘッドを例示したが、勿論、本発明は、圧力発生室１２の列を２列具備するインクジェット式記録ヘッドにも適用することができる。その一例について説明する。なお、上述した実施形態の構成と重複する記載は省略し、同一部材には同一符号を付す。
本実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドは、図１２に示すように、流路形成基板１０には、複数の圧力発生室１２が幅方向に並設された列１５が、２列設けられている。そして、流路形成基板１０の一方面側に圧電素子３００が形成されると共に、これらの圧電素子３００を封止する圧電素子保持部３１を有する封止基板３０が接合されている。なお、圧力発生室１２の列１５の外側には、流路形成基板１０及び封止基板３０を貫通して、各列１５毎にリザーバ１２０が設けられている。
また、封止基板３０の圧力発生室１２の列１５間に対応する領域には、各圧電素子３００から引き出されたリード電極９０が露出される２つの貫通部３３が設けられ、各貫通部３３の両側の各列１５に対向する領域には、それぞれ駆動ＩＣ１００が実装されている。すなわち、各圧電素子３００（圧力発生室１２）の列１５毎に２つの駆動ＩＣ１００が実装され、合計４つの駆動ＩＣ１００が実装されている。そして、これらの各駆動ＩＣ１００は、各パッド部１０１が対応する圧電素子３００から引き出されたリード電極９０の接続部９１よりも列１５方向中央側に若干ずれた位置となるように、封止基板３０上に実装されている。そして、各駆動ＩＣ１００のパッド部１０１と、リード電極９０の接続部９１とが、リード電極９０の引き出し方向に対して交差する方向に延設された接続配線１１０によってそれぞれ接続されている。すなわち、駆動ＩＣ１００のパッド部１０１が、接続配線１１０の引き出し方向に対して傾斜する方向に並設され、各パッド部１０１と各リード電極９０の接続部９１とが接続配線１１０によってそれぞれ接続されている。このような構成のインクジェット式記録ヘッドにおいても、勿論、上述した実施形態の構成を適用することができ、また同様の効果を得ることができる。
また、例えば、上述の実施形態では、成膜及びリソグラフィプロセスを応用して製造され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、グリーンシートを貼付する等の方法により形成される厚膜型のインクジェット式記録ヘッドにも本発明を採用することができる。
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１３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。図１３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。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上を搬送されるようになっている。
また、本実施形態では、液体噴射ヘッドとしてインクを吐出するインクジェット式記録ヘッドを一例として説明したが、本発明は、広く液体噴射ヘッドを対象としたものである。液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（面発光ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等を挙げることができる。
以上説明したように本発明では、引き出し配線と接続配線とをボンディングによって確実に接続することができ、圧電素子３００を高密度に配列した場合であっても、リード電極と接続配線とを確実に電気的に接続することができる。また、流路形成基板の端部近傍に設けられる接続配線の長さを、中央部に設けられる接続配線の長さよりも長くしておくことにより、熱によりヘッドの反りが生じた場合でも、接続配線と引き出し配線との接続不良が発生することなく、信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１に係る記録ヘッドの分解斜視図である。
【図２】実施形態１に係る記録ヘッドの平面図及び断面図である。
【図３】実施形態１に係る記録ヘッドの変形例を示す平面図である。
【図４】実施形態１に係る記録ヘッドの変形例を示す平面図である。
【図５】実施形態２に係る記録ヘッドの平面図である。
【図６】実施形態３に係る記録ヘッドの平面図である。
【図７】実施形態４に係る記録ヘッドの平面図及び断面図である。
【図８】実施形態４に係る記録ヘッドの変形例を示す平面図である。
【図９】実施形態５に係る記録ヘッドの平面図である。
【図１０】実施形態５に係る記録ヘッドの変形例を示す側面図である。
【図１１】実施形態５に係る記録ヘッドの変形例を示す側面図である。
【図１２】他の実施形態に係る記録ヘッドの平面図である。
【図１３】一実施形態に係る記録装置の概略図である。

Claims (16)

1. ノズル開口に連通する圧力発生室が画成される流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に振動板を介して設けられる下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを有する液体噴射ヘッドにおいて、
   前記圧電素子から引き出された引き出し配線の接続部と前記圧電素子を駆動する駆動ＩＣの各パッド部とが、ワイヤボンディングによって形成されると共に前記引き出し配線の前記接続部の引き出し方向に対して交差する方向に延設される接続配線によって接続され、前記接続部が、前記引き出し配線の本体部から前記接続配線の延設方向に沿って傾斜して設けられると共に、当該接続部の幅が前記接続配線のボンディング領域の最大幅よりも狭く且つその１／３以上であり、隣接する前記接続部のピッチが前記接続配線のボンディング領域の最大幅よりも狭いことを特徴とする液体噴射ヘッド。
2. 前記接続配線の延設方向と前記接続部の延設方向との角度が４５°±１５°の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
3. 前記引き出し配線の幅が、前記駆動ＩＣに設けられる前記パッド部の幅と同一又はそれよりも狭いことを特徴とする請求項１又は２に記載の液体噴射ヘッド。
4. 前記引き出し配線のピッチと、前記駆動ＩＣに設けられる前記パッド部のピッチとが同一であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の液体噴射ヘッド。
5. 前記流路形成基板の前記圧電素子側に、当該圧電素子に対向する領域に圧電素子保持部を有する封止基板が接合され、前記駆動ＩＣが前記封止基板上に搭載されていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の液体噴射ヘッド。
6. 前記駆動ＩＣの前記パッド部が、前記接続配線の延設方向に対して傾斜する方向に並設されていることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の液体噴射ヘッド。
7. 前記流路形成基板の少なくとも端部近傍に設けられる接続配線の長さが、前記流路形成基板の中央部に設けられる接続配線の長さよりも長いことを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の液体噴射ヘッド。
8. 前記流路形成基板の端部近傍に延設される引き出し配線の長さと、前記流路形成基板の中央部に延設される引き出し配線の長さとが異なることを特徴とする請求項７に記載の液体噴射ヘッド。
9. 前記流路形成基板の少なくとも端部近傍に設けられる接続配線の前記引き出し配線からの高さが、前記流路形成基板の中央部に設けられる接続配線の高さよりも高いことを特徴とする請求項７又は８に記載の液体噴射ヘッド。
10. 前記流路形成基板の端部側に設けられる接続配線ほど、その長さが長くなっていることを特徴とする請求項７〜９の何れかに記載の液体噴射ヘッド。
11. ノズル開口に連通する圧力発生室が画成される流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に振動板を介して設けられる下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを有する液体噴射ヘッドにおいて、
    前記圧電素子から前記流路形成基板上に引き出された各引き出し配線と前記圧電素子を駆動する駆動ＩＣの各パッド部とがワイヤボンディングによって形成される接続配線によって接続され、且つ該接続配線の延設方向と前記引き出し配線の前記接続配線が接続される接続部の延設方向との角度が４５°±１５°の範囲であることを特徴とする液体噴射ヘッド。
12. 前記引き出し配線の幅が、前記駆動ＩＣに設けられる前記パッド部の幅と同一又はそれよりも狭いことを特徴とする請求項１１に記載の液体噴射ヘッド。
13. 前記引き出し配線のピッチと、前記駆動ＩＣに設けられる前記パッド部のピッチとが同一であることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の液体噴射ヘッド。
14. 前記流路形成基板の前記圧電素子側に、当該圧電素子に対向する領域に圧電素子保持部を有する封止基板が接合され、前記駆動ＩＣが前記封止基板上に搭載されていることを特徴とする請求項１１〜１３の何れかに記載の液体噴射ヘッド。
15. 前記圧力発生室がシリコン単結晶基板に異方性エッチングにより形成され、前記圧電素子の各層が成膜及びリソグラフィ法により形成されたものであることを特徴とする請求項１〜１４の何れかに記載の液体噴射ヘッド。
16. 請求項１〜１５の何れかに記載の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置。

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