(57)【要約】【課題】ＦＰＣの膨張収縮による不具合を回避し、電極接続部の信頼性が高く、圧電素子の連結によるヘッドの長尺化が可能であるとともに、圧電素子及び立体配線基板の電極構造が簡単で、安価な液滴吐出ヘッドを提供する。【解決手段】ノズルが連通する加圧液室に対応させて配置した積層型の圧電素子を駆動して加圧液室内の液体を加圧することでノズルから液滴を噴射させる液滴吐出ヘッドにおいて、共通電極及び個別電極として異なる面に形成された圧電素子の外部電極が、成形樹脂上に形成されかつ該樹脂の端部から延長した成形樹脂との非接触領域をもつ立体配線基板の該非接触領域に位置する電極部と接続している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルが連通する加圧液室に対応させて配置した積層型の圧電素子を駆動して前記加圧液室内の液体を加圧することで前記ノズルから液滴を噴射させる液滴吐出ヘッドにおいて、
共通電極及び個別電極として異なる面に形成された前記圧電素子の外部電極が、成形樹脂上に形成されかつ前記樹脂の端部から延長した前記樹脂との非接触領域をもつ立体配線基板の前記非接触領域に位置する電極部と接続していることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
前記圧電素子は、前記立体配線基板の非接触領域の電極部及び前記成形樹脂に囲まれた空間に収容され、前記立体配線基板及び前記成形樹脂と一体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
前記圧電素子は、前記加圧液室への加圧面とは反対の面及び前記電極部との接触面からなる角が面取りされ、個別電極同士が分離されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
前記立体配線基板は線膨張係数が１０Ｅ−６／℃以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
前記立体配線基板は、前記圧電素子の駆動を制御するＩＣを搭載していることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項６】
前記圧電素子は、液滴吐出ヘッドの短手方向に複数配置され、前記外部電極が前記立体配線基板の非接触領域に位置する電極部及び導電部材と接続され、単一の立体配線基板及び成形樹脂と一体に形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項７】
前記圧電素子は、液滴吐出ヘッドの長手方向に複数が連続して配置されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッドを搭載したことを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項９】
成形に用いる型の成形樹脂との接触面に配線を形成する配線形成工程と、
前記配線形成工程で形成した配線の電極部と圧電素子の外部電極とを接続する接続工程と、
前記型を組み合わせて型内部に成形樹脂を注入し、前記成形樹脂が硬化した後に前記成形樹脂及び前記配線を同時に離型し、前記成形樹脂に前記配線及び前記圧電素子を転写する成形転写工程と、
を有することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１０】
前記接続工程は、前記圧電素子の外部電極と導電部材とを接続することを特徴とする請求項９に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１１】
前記成形転写工程後に圧電素子の分極処理を行うことを特徴とする請求項９又は１０に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１２】
前記分極処理後に圧電素子をスリット状に分割して個別電極同士を分離することを特徴とする請求項１１に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴吐出ヘッド、その製造方法、及びインクジェット記録装置に関し、特に、圧電素子の変位によって液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドにおいて、圧電素子と該圧電素子に駆動信号を与える駆動回路との接続構造に好ましく適用される技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ等の画像形成装置として用いるインクジェット装置は、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する液室（インク流路、吐出室、圧力室、加圧液室、流路等とも称される）と、この液室内のインクを加圧するための駆動手段（圧力発生手段）とを備えた液滴吐出ヘッドを搭載している。この駆動手段として圧電体、特に圧電層と内部電極を交互に積層した積層型圧電素子を用いて、積層型圧電素子の変位で液室の壁面を形成する弾性変形可能な振動板を変形させ、液室内容積／圧力を変化させてインク滴を吐出させるいわゆるピエゾ型のものが知られている。
【０００３】
この積層型圧電素子は、ノズルに対応する部位を駆動するため、スリット加工等により櫛歯状の柱に分割される。内部電極は圧電素子の外表面に形成された外部電極に引き出されており、柱に対応して個別電極が設けられ、さらには、個別電極配列の両端に共通電極が設けられている。例えば特許文献１では、圧電素子の外表面にマスク部材を介して蒸着し、圧電素子をスリット加工することにより、個別電極とその両端の共通電極を形成している。そして、駆動ＩＣを搭載したＦＰＣ（フレキシブル回路基板，ＴＡＢともいう）の端子電極とをはんだや異方性導電膜等の接合部材を介して接続している。
【０００４】
ところで、近年において、インクジェット記録装置は、高画質、高速化が要求されており、ノズルを高密度化して配置する方法やインクジェットヘッドを長尺化してノズル数を増加させる方法が行われている。例えば、従来は、２０ｍｍ程度の長さであったが、３００ｄｐｉで約４００ノズル程度を考えた場合、３０〜４０ｍｍ程度の長さとなる。
【０００５】
圧電素子の実装構造としては、前述した圧電素子の電極とＦＰＣの電極を接続する構造が最も一般的であるが、ＦＰＣの吸湿及び熱圧着時の膨張収縮により、圧電素子電極とＦＰＣ電極とのピッチズレが生じ、接続信頼性を大幅に低下させ、さらには、圧電素子の柱倒れが生じるという問題がある。この問題は、ノズルの高密度化やヘッドの長さが長くなると顕著になる。
【０００６】
また、インクジェットヘッドを長尺化してノズル数を増加させる方法として、圧電素子を長尺方向に連結する方法が用いられるが、圧電素子の個別電極の両端に共通電極を配置した端子構造では、共通電極部にノズルを設けることができず、別のヘッドあるいは圧電素子を千鳥に配置する必要があり、複雑な構造となっていた。
【０００７】
これに対して、例えば特許文献２では、駆動回路が実装されたセラミック基板の端面に形成された短面電極と、セラミック基板が載置される積層圧電素子のセラミック基板の端面との対向部分に形成された共通信号用外部電極及び個別信号用外部電極とが、はんだフィレットにより接続されたインクジェット記録ヘッドが開示されている。
【０００８】
また例えば特許文献３では、長尺ヘッドの電極取り出しの品質低下を防ぐことを目的として、圧電素子をベースに結合し、ベースには圧電素子との接合面に対して垂直方向の面にＰＣＢ基板を接着剤で接合し、さらに圧電素子の個別外部電極とＰＣＢ基板とをワイヤーで直接ワイヤーボンディングにより接続した液滴吐出ヘッドが開示されている。
【０００９】
また例えば特許文献４では、圧電素子からの電極取り出しが容易で噴射特性にも優れ、ヘッドの長尺化も可能な液滴吐出ヘッドを目的として、圧電素子が導電部材上に接続され、共通電極が引き出されているとともに、導電部材が回路基板に実装され、回路基板の電極と圧電素子の信号電極とが結線された液滴吐出ヘッドが開示されている。
【００１０】
また例えば特許文献５では、成形体と圧電素子とを一体化した例として、内部電極が積層された積層圧電部材を熱硬化性樹脂材料の基台に積層圧電素子群を櫛歯状に配置して、積層圧電部材の重なっていない基台の平面部を平面電極形成面とし、積層圧電素子に駆動電極を供給するための共通電極、個別電極等を平面電極形成面に集中的に配置したインクジェットヘッド用圧電アクチュエータが開示されている。
【特許文献１】特開２００３−１７７７０号公報
【特許文献２】特開２００１−８８３０２号公報
【特許文献３】特許第３９０９７４６号公報
【特許文献４】特開２００７−５５０２１号公報
【特許文献５】特開平０８−１５６２７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献２の発明では、圧電素子の電極をパターニングで形成しているため、特許文献１のインクジェット式記録ヘッドと比べて高コストとなる。また、ベース基板の側面電極と圧電素子の非スリット部に設けた端子電極とをはんだフィレットで接続しているので、ノズルの高密度化に対応した電極の微細ピッチ化が困難である。また、圧電素子の個別電極の両端に共通電極を配置しているので、圧電素子の連結による長尺化が困難である。さらには、圧電素子の振動がベース基板を共振させるため、噴射特性が低下しやすくなるという問題もある。
【００１２】
また、特許文献３の発明では、ワイヤーボンディングで接続する電極数が増えると接続に時間がかかることから、ノズル数の多い長尺高密度ヘッドへの適用は不適である。なお、ベースとＰＣＢを分けて設けることにより、噴射特性は良好である。
【００１３】
そして、特許文献４の発明では、圧電素子の個別電極と立体配線基板の電極とを導電性ペースト配線により結線しているため、配線抵抗が高く、また圧電素子と立体配線基板の連接部に表面連結部材を形成する必要があり、高コストとなってしまう。
【００１４】
さらに、特許文献５の発明では、圧電素子を成形体にインサート成形後に圧電素子の外部電極及び成形体上の配線を形成するため、成形体上に微細配線を形成することが困難であり、配線と成形体との密着力も不十分であった。
【００１５】
そこで、本発明は、上述した事情に鑑みて、ＦＰＣの膨張収縮による不具合を回避し、電極接続部の信頼性が高く、圧電素子の連結によるヘッドの長尺化が可能であるとともに、圧電素子及び立体配線基板の電極構造が簡単で、安価な液滴吐出ヘッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
かかる目的を達成するために、本発明は、ノズルが連通する加圧液室に対応させて配置した積層型の圧電素子を駆動して加圧液室内の液体を加圧することでノズルから液滴を噴射させる液滴吐出ヘッドにおいて、共通電極及び個別電極として異なる面に形成された圧電素子の外部電極が、成形樹脂上に形成されかつ該樹脂の端部から延長した成形樹脂との非接触領域をもつ立体配線基板の該非接触領域に位置する電極部と接続していることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、上記の液滴吐出ヘッドにおいて、圧電素子は、立体配線基板の非接触領域の電極部及び成形樹脂に囲まれた空間に収容され、立体配線基板及び成形樹脂と一体に形成されていることを特徴とするものであってもよい。
【００１８】
また、本発明は、上記の液滴吐出ヘッドにおいて、圧電素子は、加圧液室への加圧面とは反対の面及び電極部との接触面からなる角が面取りされ、個別電極同士が分離されていることを特徴とするものであってもよい。
【００１９】
また、本発明は、上記の液滴吐出ヘッドにおいて、立体配線基板は線膨張係数が１０Ｅ−６／℃以下であることを特徴とするものであってもよい。
【００２０】
また、本発明は、上記の液滴吐出ヘッドにおいて、立体配線基板は、圧電素子の駆動を制御するＩＣを搭載していることを特徴とするものであってもよい。
【００２１】
また、本発明は、上記の液滴吐出ヘッドにおいて、圧電素子は、液滴吐出ヘッドの短手方向に複数配置され、外部電極が立体配線基板の非接触領域に位置する電極部及び導電部材と接続され、単一の立体配線基板及び成形樹脂と一体に形成されていることを特徴とするものであってもよい。
【００２２】
また、本発明は、上記の液滴吐出ヘッドにおいて、圧電素子は、液滴吐出ヘッドの長手方向に複数が連続して配置されていることを特徴とするものであってもよい。
【００２３】
他の態様として、本発明は、上記の液滴吐出ヘッドを搭載したことを特徴とするインクジェット記録装置である。
【００２４】
他の態様として、本発明は、成形に用いる型の成形樹脂との接触面に配線を形成する配線形成工程と、配線形成工程で形成した配線の電極部と圧電素子の外部電極とを接続する接続工程と、型を組み合わせて型内部に成形樹脂を注入し、成形樹脂が硬化した後に成形樹脂及び配線を同時に離型し、成形樹脂に配線及び圧電素子を転写する成形転写工程と、を有することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法である。
【００２５】
また、本発明は、上記の製造方法において、接続工程は、圧電素子の外部電極と導電部材とを接続することを特徴とするものであってもよい。
【００２６】
また、本発明は、上記の製造方法において、成形転写工程後に圧電素子の分極処理を行うことを特徴とするものであってもよい。
【００２７】
また、本発明は、上記の製造方法において、分極処理後に圧電素子をスリット状に分割して個別電極同士を分離することを特徴とするものであってもよい。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、ＦＰＣの膨張収縮による不具合を回避し、電極接続部の信頼性が高く、圧電素子の連結によるヘッドの長尺化が可能であるとともに、圧電素子及び立体配線基板の電極構造が簡単で、安価な液滴吐出ヘッドが実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
まず、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の述べる実施形態は、本発明の好適な実施の形態であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【００３０】
［実施形態１］
本発明の第１の実施形態の液滴吐出ヘッドは、図１、図２に示すように、単結晶シリコン基板等で形成した流路基板（液室基板）１０１と、流路基板１０１の下面に接合した振動板１０２と、流路基板１０１の上面に接合したノズル板１０３とを有する。そして、これらによってインク滴を吐出するノズル１０４がインク連通路を介して連通する流路（インク液室）である加圧液室１０５、加圧液室１０５に流体抵抗部となるインク供給路１０６を介してインクを供給する共通液室１０７を形成している。また、振動板１０２を駆動する圧電素子１０８を有し、圧電素子１０８は立体配線基板の成形樹脂にインサート成形し、圧電素子１０８の外部電極と立体配線基板の成形樹脂部から突出した配線の電極部とを接続する構造としている。
【００３１】
流路基板１０１は、結晶面方位（１１０）の単結晶シリコン基板を水酸化カリウム水溶液（ＫＯＨ）などのアルカリ性エッチング液を用いて異方性エッチングすることで、各加圧液室となる貫通穴、インク供給路となる溝部、共通液室となる貫通穴をそれぞれ形成している。振動板１０２は、例えばニッケルの金属プレートから形成したものであるが、このほか、樹脂部材あるいは樹脂部材と金属部材の積層部材などで形成することができる。振動板１０２は流路基板１０１に接着剤接合しており、外部のインクタンク（図示なし）とのインク供給路（図示なし）を有するフレーム１０９に接着剤接合している。
【００３２】
ノズル板１０３は、各加圧液室１０５に対応して直径１０〜３０μｍのノズルを形成し、流路基板１０１に接着剤接合している。このノズル板としては、ステンレス、ニッケルなどの金属、金属とポリイミド樹脂フィルムなどの樹脂との組み合わせ、シリコン、及びそれらの組み合わせからなるものを用いることができる。また、ノズル面（吐出方向の表面：吐出面）には、インクとの撥水性を確保するため、めっき、撥水剤コーティングなどの周知の方法で撥水膜を形成している。
【００３３】
圧電素子１０８は、圧電材料層と内部電極とを交互に積層した積層型圧電素子であり、内部電極（共通電極１１０、個別電極１１１）を交互に引き出してそれぞれ個別電極としての外部電極及び共通電極としての外部電極に接続している。圧電素子１０８の外部電極は、長手方向の振動板１０２との垂直な２面に金属材料をスパッタあるいは蒸着により形成している。金属材料としては、クロム、ニッケル、銅、金やこれらの合金等を用いることができ、これらを積層して用いることもできる。
【００３４】
また、圧電素子１０８は、振動板１０２との接触面と反対側の面において個別電極面のコーナーをＣ面取りしている。さらに、振動板１０８の各加圧液室１０５に対応する部位を駆動するため、Ｃ面取りの一部までスリット加工を行うことにより櫛歯状の柱に分割し、柱の上面を振動板に接合している。このように、スリット加工をＣ面取りの一部まで行うことにより、個別電極同士を分離している。
【００３５】
電極を分離して形成する方法としては、電極形成時にマスキングする方法や電極形成後に部分エッチングする方法も用いることができるが、面全体に形成し面取りする本実施形態に比べて高コストとなる。また、Ｃ面取りを行わず、スリット加工を圧電素子全体まで行い、圧電素子を完全に分離してもよいが、圧電素子と立体配線基板との密着強度が低下するため、好ましくない。
【００３６】
このように、圧電素子１０８の振動板１０２との反対面と個別電極面とのコーナーを面取りし、面取り部の一部までスリット加工することにより、個別電極同士を分離しているので、圧電素子の電極構造を簡単にすることができ、マスキングやエッチングにより電極形成する方法に比べて、安価にすることができる。なお、図では簡単のため８本に分割した例を示したが、実際には数１００本に分割している。
【００３７】
また、圧電素子１０８は、立体配線基板の成形樹脂にインサート成形し、圧電素子の外部電極と立体配線基板の成形体から突出した配線の電極部とをはんだ等で接続している。
このように、ＦＰＣを用いないので、圧電素子電極部のＦＰＣの膨張収縮による不具合を回避できる。また、ワイヤーボンディングではなく直接はんだ等で接続しているので、長尺高密度ヘッドでも、接続時間が変わらず、コストを低減できる。また、導電性ペースト配線を使用しないので、接続部抵抗を低減できる。また、圧電素子と立体配線基板の表面連結部材を用いないので、コストを低減できる。
【００３８】
なお、本実施形態では、圧電素子１０８の圧電方向としてｄ３３方向の変位を用いて加圧液室内インクを加圧する構成としているが、圧電方向としてｄ３１方向の変位を用いて加圧液室内インクを加圧する構成とすることもできる。
【００３９】
立体配線基板は、圧電素子１０８と一体に成形法により形成されており、成形体１１２から突出した配線の電極部（共通電極１１３、個別電極１１４）と圧電素子１０８の外部電極とを接続部材１１７により接続した構造としている。このように、配線を成形体から突出した構造とすることにより、成形樹脂の構造を複雑にする必要がなく、使用する型のコストを低減することができる。
【００４０】
また、立体配線基板には、圧電素子１０８の駆動を制御するＩＣ１１５を搭載している。これにより、立体配線基板の外部基板（図示なし）との接続電極数を減らすことができ、また、立体配線基板と外部基板の接続をＦＦＣ（フレキシブルフラットケーブル、図示なし）で行うことができる。立体配線基板の電極（個別電極１１４）とＩＣ１１５の電極は、金やはんだ等からなるバンプ１１６や異方性導電膜などにより接続することができる。また、図示とは異なるが、ワイヤーボンディングによる接続も可能である。また、図示しないが、チップコンデンサなどの素子も同様に搭載してもよい。
【００４１】
以上のように、本実施形態の液滴吐出ヘッドは、圧電素子を立体配線基板の成形樹脂にインサート成形し、圧電素子の外部電極と立体配線基板の成形樹脂部から突出した配線の電極部とを接続する構造としているので、ＦＰＣの膨張収縮による不具合を回避し、電極接続部の信頼性が高い液滴吐出ヘッドを提供できる。また、圧電素子及び立体配線基板の電極構造が簡単なため、安価な液滴吐出ヘッドを提供できる。
【００４２】
続いて、本実施形態の液滴吐出ヘッドの製造方法（立体配線基板の製造方法及び圧電素子の実装方法）について説明する。本実施形態の液滴吐出ヘッドの立体配線基板は、配線を転写により形成している。従来の立体配線基板の製造方法で最も微細な配線を形成できる製造方法として、レーザパターニング工法がある。この工法の概略を以下に示す。
１．成形体表面を活性処理したポリフタルアミドや液晶ポリマー等の樹脂またはセラミック表面に銅を蒸着またはスパッタする。
２．配線の輪郭に沿ってレーザで走査し、銅をエッチングする。
３．配線部分に電解銅めっきを行い、配線を厚膜化する。
４．銅をソフトエッチング（配線以外の薄膜部分を除去）する。
５．配線に電解ニッケル及び金めっきを行う。
【００４３】
この方法では、６０μｍピッチ（約４００ｄｐｉ）まで可能とされている。しかし、配線と成形体の密着力を高めるための活性処理を行う必要があり、本実施形態の低膨張の熱硬化性半導体用エポキシ樹脂には適用できない。例えば、線膨張係数がポリフタルアミドは１０〜２５Ｅ−６／℃，液晶ポリマーは１５〜１５０Ｅ−６／℃である。
【００４４】
また、配線の輪郭をレーザで走査するため、配線数が多く、配線ピッチが小さいと工数が増え、高コストとなる。このため、液滴吐出ヘッドの立体配線基板の製造方法としては不適である。また、この方法では圧電素子と立体配線基板の接続を立体配線基板製作後に行わなければならず、本発明の特徴である圧電素子の実装構造を実現することはできない。
【００４５】
そこで、本発明の特徴である圧電素子の実装構造を実現するための製造方法例を示す。本実施形態では、立体配線基板の成形体を成形する型に配線を形成しておき、型の配線の電極部と圧電素子の電極とを接続し、型に成形樹脂を注入し、型から成形体を離型するときに配線と圧電素子を成形体に転写している。具体的には、本実施形態における製造方法は、型の樹脂との接触面に配線を形成する配線形成工程、型の配線の電極部と圧電素子の電極とを接続する接続工程、型を組み合わせて型内部に成形樹脂を注入し、樹脂を硬化した後に型から成形樹脂と配線を同時に離型し、成形樹脂に配線及び圧電素子を転写する成形転写工程、成形転写後に圧電素子の分極処理を行い、圧電素子をスリット状に分割して個別電極同士を分離するスリット分割工程の４工程を有する。以下、各工程に沿って説明する。
【００４６】
＜配線成形工程＞
まず、立体配線基板の成形体を成形する金型の樹脂との接触面に絶縁膜を形成する。金型としては、ステンレス（ＳＵＳ３０４など）の各種鋼材を用いることができ、表面にニッケル等が形成されていてもよい。また、離型性を向上させるためにステンレスフィルム等を用いることもできる。絶縁膜としては、ポリイミド膜や絶縁性ダイヤモンドライクカーボン膜などの各種絶縁膜を用いることができ、以下の工程に耐えられる材料であればよい。膜厚としては、膜の絶縁性や膜厚ばらつきに応じて０．５〜１０μｍ程度が好ましいが、以下の工程に耐えられれば、厚くても構わない。ここでは、ポリイミド膜を２μm形成した。形成方法としては印刷、浸漬、蒸着、接着などの各種工法を用いることができる。
【００４７】
次に、絶縁膜の配線相当部をエッチングする。具体的には、絶縁膜上にレジストを形成し、フォトリソグラフィでパターニングし、ＲＩＥ法などにより絶縁膜の配線相当部をエッチングし、絶縁膜に開口パターンを形成した。この開口パターンの最も狭いところは、６０μｍピッチとした。
【００４８】
次に、開口部に配線を形成する。具体的には、開口部に電解銅めっきを行い、銅配線を１０μｍ厚で形成した。この電解銅めっきは絶縁膜の膜厚より厚いため、配線断面形状はきのこ形状となる。このように、立体配線基板の配線として銅を用いているので、ワイヤーボンディングや導電性ペースト配線に比べ、配線抵抗を低くできる。
【００４９】
次に、配線の表面改質処理を行う。具体的には、配線部分を薬剤（カッパーボンド（荏原ユージライト製））に浸漬することにより、表面改質処理を行った。この表面処理により、配線と樹脂の密着力を確保できた。なお、配線に表面処理を行わなかった場合は、配線転写工程後に、配線の一部が成形体から浮いた状態となり、配線と樹脂の密着力が弱かった。また、この表面改質処理工程は、接続工程後に行ってもよい。この表面改質により、若干導体配線膜厚は薄くなり約８μｍ程度となった。また、必要に応じてニッケル、金めっきを行うことにより、型の配線の電極部と圧電素子の電極との接続信頼性を向上することができる。図３（ａ）に、配線形成工程後の状態で、短手方向（図１と同じ方向）からみた断面図を示す。
【００５０】
＜接続工程＞
配線形成工程における上記表面改質処理の後、圧電素子の電極と型の配線の電極部とを接続する。接続は接続部材を介して行い、接続部材としては、はんだ、導電性接着剤、異方性導電膜を用いることができ、はんだが接続抵抗が小さく高信頼性のため望ましい。接続部材は、圧電素子の電極あるいは型の配線の電極部に、スクリーン印刷、ノズル印刷、転写法などにより印刷し、圧電素子を型の配線の電極部に位置合わせしながら実装し、接続部を加熱することで、圧電素子の電極と型の配線の電極部とを接続することができる。図３（ｂ）に、接続工程後の状態で、短手方向（図１と同じ方向）からみた断面図を示す。
【００５１】
＜成形転写工程＞
接続工程に続く成形転写工程として、はじめに、圧電素子を接続した金型により樹脂成形を行う。具体的には、圧電素子を接続した金型及びその他の金型を成形機にセットし、熱硬化性半導体封止用エポキシ樹脂を注入し、トランスファー成形した。このときの配線部の幅方向の断面図を図９（ａ）に示す。
【００５２】
離型後、型上に形成した配線と圧電素子は、成形体表面に転写される。成形樹脂に埋め込まれた配線厚は約８μｍであり、配線厚約２μｍが露出する。また、このときの配線部の幅方向の断面図を図９（ｂ）に示す。配線の厚み方向の一部が成形体に埋没している。これにより成形体と配線の密着力を高くでき、配線が成形体から剥離することを防止できる。また、配線を厚くしても成形体と配線の密着力は低くならず、逆に高くなるので、配線を厚くすることができ、配線が微細になっても、配線抵抗を低減できる。なお、配線ピッチが狭く、配線膜厚が薄い場合には、配線の厚み方向が成形体に埋没しない構造とすることもできる。
【００５３】
立体配線基板の成形材料とした熱硬化性半導体用エポキシ樹脂は、具体的には、住友ベークライト株式会社製ＥＭＥ−７６０を用いた。この材料はシリカフィラーが含有されており、線膨張係数は９Ｅ−６／℃である。
【００５４】
このように、配線を転写により形成しているので、立体配線基板の成形体として低線膨張係数のエポキシ樹脂を用いることができる。また、立体配線基板の線膨張係数を１０Ｅ−６／℃以下としているので、圧電素子と立体配線基板の線膨張係数の差が小さく、圧電素子と立体配線基板の電極接続部の剥離や、圧電素子の柱倒れを防止できる。なお、線膨張係数は１０Ｅ−６／℃以下で、吸湿や電極間接続時の膨張収縮が小さい材料であればよい。
【００５５】
次に、必要に応じて、配線にニッケル、金めっきを行う（図示せず）。これは、半導体素子等の電極との接続信頼性向上のために行うのが好ましく、めっきを行わない場合は、銅の酸化防止処理を行うのが好ましい。具体的には、電気ニッケルめっき、無電解金めっきを行い、配線膜厚は約１０μｍとなった。
【００５６】
次に、必要に応じて、ソルダーレジストを形成する。具体的には、スクリーン印刷、ノズル印刷、転写法などにより印刷し、熱硬化することにより形成できる。図４から図６に、成形転写工程における成形時及び成形転写後の状態で、短手方向及び長手方向（短手方向と直交する方向）からみた断面図、側面図を示す。
【００５７】
＜分極処理工程＞（図示なし）
成形転写工程の後、圧電素子の分極処理を行う。圧電素子は、あらかじめ分極処理を行っていても、配線との接続時や成形時に加熱されるため、圧電素子の分極特性が劣化する可能性がある。そこで、圧電素子の電極間に電圧を印加して分極処理を行う。この電圧値は、２〜４ｋＶ／ｍｍが好ましいが、あらかじめ分極処理を行っている場合は１ｋＶ／ｍｍ前後でもよい。このように、圧電素子の分極処理を成形転写工程後に行っているので、圧電素子の分極特性の劣化を防ぎ、良好な駆動特性を得ることができる。
【００５８】
＜スリット分割工程＞
分極処理工程の後、圧電素子のスリット分割加工を行う。スリット分割加工は、ダイシングやワイヤーソーによる加工を用いることができるが、ここでは、高密度の加工が可能なダイヤモンドホイールを用いたダイシング加工によりスリット加工を行い、図７に示すような櫛歯状の柱を形成する。このように、圧電素子のスリット分割加工を分極処理工程後に行っているので、圧電素子の外部電極が分割される前に、分極処理の電圧を印加できるため、分極処理用の電極を別途設ける必要がない。
【００５９】
また、圧電素子のスリット分割加工を成形転写工程後に行っているので、圧電素子の電極に接続した立体配線基板の電極を基準にダイシング加工を行え、櫛歯状の柱を高精度に形成できる。また、接続工程前や成形転写工程前にスリット分割加工を行うと、接続工程や成形転写工程で、柱に外力がかかり、柱倒れが生じたが、本実施形態では柱倒れが生じなかった。なお、図では簡単のため１２本に分割したものを表示したが、実際には数１００本に分割している。図８に、スロット分割工程後の状態で、長手方向からみた側面図を示す。
【００６０】
以上述べたように、本実施形態における液滴吐出ヘッドの製造方法では、型の樹脂との接触面に配線を形成する配線形成工程、型の配線の電極部と圧電素子の電極とを接続する接続工程、型を組み合わせ、型内部に成形樹脂を注入し、樹脂を硬化後に、型から成形樹脂と配線を同時に離型し、成形樹脂に配線及び圧電素子を転写する成形転写工程の少なくとも３工程を用いて、立体配線基板の製造と圧電素子の実装を行っているので、本実施形態の圧電素子の実装構造を実現できる。
【００６１】
また、圧電素子の電極と立体配線基板の電極とを一括で接続でき、全ての配線を一括で立体配線基板の成形樹脂に転写できるので、配線数が多く、配線ピッチが小さくても高コストとならず、液滴吐出ヘッドの立体配線基板の製造方法として、好適である。
【００６２】
［実施形態２］
本発明の第２の実施形態の液滴吐出ヘッドは、図１０から図１２に示すように、流路基板２０１、振動板２０２、ノズル板２０３、立体配線基板は一体で形成し（ノズル２０４は圧電素子ごとに設けている）、実施形態１の圧電素子を短手方向に２個配置し（図１０及び図１１参照）、長手方向に３個連接配置して（図１２参照）、実施形態１と同部材の立体配線基板に実装している。
【００６３】
圧電素子の外部電極は、従来の個別電極の両端に共通電極を形成した構造と異なり、個別電極と共通電極とを異なる面に形成している。具体的には、図１０に示すように、個別電極２１１をフレーム２０９側に形成し、共通電極２１０を個別電極２１１の反対面に形成して、共通電極同士を対向するように圧電素子２０８を配置し、共通電極２１０と導電部材２１８を接続する構造を採用することができる。また、図１１に示すように、共通電極２１０を個別電極２１１と垂直な面に形成し、この共通電極２１０と導電部材２１９を接続する構造としてもよい。
【００６４】
導電部材としては金属が好ましい。導電部材が金属とすることにより、接続抵抗を小さくでき、また、圧電素子の自己発熱による蓄熱を防止することができる。圧電素子は、チャンネル数が増えると自己発熱により１００℃近くまで温度が上昇し、接合信頼性が低下する。また、自己発熱によりヘッド内部の温度上昇が発生し、インク温度が上昇するが、インクの温度が上昇すると、インク粘度が低下し、噴射特性に大きな影響を与える。したがって、導電部材を金属とすることにより、接続抵抗の低下だけでなく、接合信頼性の低下や噴射特性の劣化を防止することができる。
【００６５】
導電部材としては、線膨張係数が１０Ｅ−６／℃以下の部材が望ましい。導電部材の線膨張係数が大きいと、圧電素子と導電部材の接続に接着剤を用いた場合、高温または低温で圧電素子と導電部材の剥離が発生することがある。すなわち、従来は、圧電素子の全長が長くなかったため、環境変動による温度差で圧電素子と導電部材が剥離するという問題はほとんどなかったが、３００ｄｐｉで約４００ノズル程度を有する３０〜４０ｍｍ程度の長さの圧電素子を用いることでこの問題が顕在化された。したがって、導電部材としては線膨張係数が１０Ｅ−６／℃以下の材質を用いることが好ましく、この線膨張係数の範囲にすることにより、環境変動による温度差で、圧電素子との接続界面が剥離することを防止できる。特に、圧電素子に接続される部品の線膨張係数を全て１０Ｅ−６／℃以下にすると、接続界面の剥離に対し、非常に効果的であることを確認した。
【００６６】
導電部材の具体的な材料としては、４２Ｎｉ−Ｆｅ等の合金を用いることができ、導電部材の表面に金を形成してもよい。導電部材は表面が露出した状態で成形体にインサート成形され、表面で配線と接続している。
【００６７】
導電部材と圧電素子の電極または立体配線基板の電極との接続部材としては、実施形態１と同様に、はんだ、導電性接着剤、異方性導電膜を用いることができ、はんだが接続抵抗が小さく高信頼性のため望ましい。
【００６８】
また、圧電素子の外部電極は、従来の個別電極の両端に共通電極を形成した構造と異なり、個別電極をフレーム側に形成し、圧電素子の共通電極を個別電極と異なる面に形成して、導電部材に接続しているので、導電部材との接続面積を大きくでき、接続信頼性を向上できる。また、圧電素子の放熱特性も向上するため、接合信頼性の低下や噴射特性の劣化を防止することができる。
【００６９】
以上のように、本実施形態では、共通電極を個別電極と異なる面に引き出し、導電部材を介して立体配線基板に接続しているので、複数の圧電素子を短手方向に配置でき、しかも、共通電極の接続部の信頼性を高くできる。
【００７０】
また、共通電極を個別電極と異なる面に引き出しているので、圧電素子を長手方向に連接しても電極を取り出すことができ、また、圧電素子端部までを振動板の駆動に用いることができ、圧電素子の連接部でもノズルを等ピッチに配置できる。すなわち、圧電素子を従来のように圧電素子を千鳥に配置する必要がなく、長手方向に隣接して配置することができ、ヘッドを小型化できる。
【００７１】
以上のように、本実施形態の液滴吐出ヘッドは、圧電素子を長手方向に隣接配置し、その他は一体で形成しているので、ＦＰＣを使用せずに、液滴吐出ヘッドの長尺化が可能である。これにより、長尺ヘッドでも、圧電素子電極部のＦＰＣの膨張収縮による不具合を回避し、電極接続部の信頼性が高い液滴吐出ヘッドを提供することができる。
【００７２】
［実施形態３］
続いて、本発明の第３の実施形態として、実施形態１あるいは実施形態２の液滴吐出ヘッドを搭載したインクジェット記録装置について図１３を参照して説明する。図１３は、本実施形態のインクジェット記録装置の概略構成を示した断面図である。当該インクジェット記録装置は、インク液滴をインクヘッドから吐出して記録用紙に着弾させることで画像記録を行う。
【００７３】
インクジェット記録装置１００は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材であるガイドロッド１とガイドレール２とで可動体であるキャリッジ３を主走査方向に摺動自在に保持し、主走査モータ４（図１のヘッド移動モータ１１２に対応）で駆動プーリ（不図示）と従動プーリ（不図示）間に架け渡したタイミングベルト５を介して主走査方向に移動変位させる。キャリッジ３には、例えば、それぞれイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）のインク滴を吐出する液滴吐出ヘッドからなる４個の記録ヘッド７（実施形態１あるいは実施形態２の液滴吐出ヘッドに対応）を、複数のインク吐出口を主走査方向と交叉する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。
【００７４】
キャリッジ３には、記録ヘッド７に各色のインクを供給するための各色のサブタンク８を搭載している。このサブタンク８には、インク供給チューブ９を介して図示しないメインタンク（インクカートリッジ）からインクが補充供給される。なお、インク滴を吐出する記録ヘッド７以外に、記録液（インク）と反応することでインクの定着性を高める定着用処理液（定着用インク）を吐出する記録ヘッドを備えることもできる。さらに、キャリッジ３にはキャリッジ３の加速度を検出する加速度検出手段である加速度センサ（不図示）を備えている。
【００７５】
一方、給紙カセット１０等の記録用紙積載部（圧板）１１上に積載した記録用紙１２を給紙するための給紙部として、記録用紙積載部１１から記録用紙１２を１枚ずつ分離給送する半月コロ１３（以下、給紙ローラ１３という）及び給紙ローラ１３に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド１４を備え、この分離パッド１４は給紙ローラ１３側に付勢されている。
【００７６】
そして、この給紙部から給紙された記録用紙１２を記録ヘッド７の下方側で搬送するための搬送部として、記録用紙１２を静電吸着して搬送するための搬送ベルト２１と、給紙部からガイド１５を介して送られる記録用紙１２を搬送ベルト２１との間で挟んで搬送するためのカウンタローラ２２と、略鉛直上方に送られる記録用紙１２を略９０°方向転換させて搬送ベルト２１上に倣わせるための搬送ガイド２３と、押さえ部材２４で搬送ベルト２１側に付勢された先端加圧コロ２５とを備えている。また、搬送ベルト２１表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ２６を備えている。
【００７７】
搬送ベルト２１は、無端状ベルトであり、搬送ローラ２７とテンションローラ２８との間に掛け渡されて、副走査モータ３１（図１の用紙搬送モータ１１３に対応）からタイミングベルト３２及びタイミングローラ３３を介して搬送ローラ２７が回転されることで、ベルト搬送方向（副走査方向）に周回するように構成している。なお、搬送ベルト２１の裏面側には記録ヘッド７による画像形成領域に対応してガイド部材２９を配置している。また、帯電ローラ２６は、搬送ベルト２１の表層に接触し、搬送ベルト２１の回動に従動して回転するように配置され、軸の両端に加圧力をかけている。
【００７８】
また、搬送ローラ２７の軸には、スリット円板３４を取り付け、このスリット円板３４のスリットを検知するセンサ（不図示）を設けて、これらのスリット円板３４及びセンサによってエンコーダを構成している。また、キャリッジ３の前方側には、スリットを形成したエンコーダスケール４２を設け、キャリッジ３の前面側にはエンコーダスケール４２のスリットを検出する透過型フォトセンサからなるエンコーダセンサ４３を設け、これらによって、キャリッジ３の速度及び主走査方向位置を検知するためのエンコーダ４４を構成している。
【００７９】
さらに、記録ヘッド７で記録された記録用紙１２を排紙するための排紙部として、搬送ベルト２１から記録用紙１２を分離するための分離部と、排紙ローラ５２及び排紙コロ５３と、排紙される記録用紙１２をストックする排紙トレイ５４とを備えている。また、背部には両面給紙ユニット６１が着脱自在に装着されている。この両面給紙ユニット６１は搬送ベルト２１の逆方向回転で戻される記録用紙１２を取り込んで反転させて再度カウンタローラ２２と搬送ベルト２１との間に給紙する。
【００８０】
このように構成したインクジェット記録装置においては、給紙部から記録用紙１２が１枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された記録用紙１２はガイド１５で案内され、搬送ベルト２１とカウンタローラ２２との間に挟まれて搬送され、さらに先端を搬送ガイド２３で案内されて先端加圧コロ２５で搬送ベルト２１に押し付けられ、略９０°搬送方向を転換される。
【００８１】
このとき、図示しない制御回路によって高圧電源から帯電ローラ２６に対してプラス出力とマイナス出力とが交互に繰り返すように、つまり交番する電圧が印加され、搬送ベルト２１が交番する帯電電圧パターン、すなわち、周回方向である副走査方向に、プラスとマイナスが所定の幅で帯状に交互に帯電されたものとなる。このプラス、マイナス交互に帯電した搬送ベルト２１上に記録用紙１２が給送されると、記録用紙１２が搬送ベルト２１に静電力で吸着され、搬送ベルト２１の周回移動によって記録用紙１２が副走査方向に搬送される。
【００８２】
そこで、キャリッジ３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド７を駆動することにより、停止している記録用紙１２にインク滴を吐出して１行分を記録し、記録用紙１２を所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号又は記録用紙１２の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了して、記録用紙１２を排紙トレイ５４に排紙する。なお、インクジェット記録装置１００は、コンパクトで低価格な画像形成装置であり、用紙の引き込み機能を持たない。
【００８３】
なお、上述する実施形態は、本発明の好適な実施形態であり、上記実施形態のみに本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更を施した形態での実施が可能である。
【００８４】
上述してきた実施形態によれば、圧電素子の外部電極と立体配線基板の成形樹脂部から突出した電極とを接続しているので、ＦＰＣを使わずに駆動ＩＣと結線できる。これにより、ＦＰＣの膨張収縮による不具合を回避でき、電極接続部の信頼性を高くできる。
【００８５】
また、上述してきた実施形態によれば、外部電極の個別電極と共通電極とを異なる面に形成した圧電素子を、短手方向に複数配置し、圧電素子の共通電極と導電部材とを接続し、導電部材と立体配線基板の電極とが接続しているので、複数の圧電素子を短手方向に配置でき、しかも、共通電極の接続部の信頼性を高くできる。また、共通電極を個別電極の両端に形成しないので、圧電素子の電極構造を簡単にすることができる。
【００８６】
また、上述してきた実施形態によれば、従来の個別電極の両端に共通電極を形成した圧電素子と異なり、個別電極と共通電極を圧電素子の異なる面に形成した圧電素子を直列的に連接して配置しているので、圧電素子の端部までを振動板の駆動に用いることができ、圧電素子の連接部でもノズルを等ピッチに配置できる。すなわち、単一の圧電素子を長尺で形成する必要がなく、従来の短い圧電素子を用いることができる。また、圧電素子を並べて長尺化する場合でも、従来のように圧電素子を千鳥に配置する必要がなく、直列に隣接して配置することができ、ヘッドを小型化できる。また、圧電素子を長手方向に隣接配置し、振動板や立体配線基板等は一体で形成しているので、ＦＰＣを使用せずに、液滴吐出ヘッドの長尺化が可能である。これにより、長尺ヘッドでも、圧電素子電極部のＦＰＣの膨張収縮による不具合を回避し、電極接続部の信頼性が高くできる。
【００８７】
また、上述してきた実施形態によれば、圧電素子の振動板との反対面の一辺を面取りし、個別電極と共通電極及び個別電極同士を分離しているので、電極形成時にマスキングする方法や電極形成後に部分エッチングする方法を用いる必要がなく、簡単に電極同士を分離することができ、安価にできる。
【００８８】
また、上述してきた実施形態によれば、立体配線基板の線膨張係数を１０Ｅ−６／℃以下としているので、圧電素子と立体配線基板の線膨張係数の差が小さく、圧電素子と立体配線基板の電極接続部の剥離や、圧電素子の柱倒れを防止できる。
【００８９】
また、上述してきた実施形態によれば、立体配線基板に圧電素子の駆動を制御するＩＣを搭載しているので、立体配線基板の外部基板との接続電極数を減らすことができ、また、立体配線基板と外部基板の接続をＦＦＣで行うことができるため、外部基板との接続にＦＰＣを用いる必要がなく、ＦＰＣの膨張収縮による不具合を回避できる。
【００９０】
また、上述してきた実施形態によれば、型の樹脂との接触面に配線を形成する配線形成工程、型の配線の電極部と圧電素子の電極とを接続する接続工程、型を組み合わせ、型内部に成形樹脂を注入し、樹脂を硬化後に、型から成形樹脂と配線を同時に離型し、成形樹脂に配線及び圧電素子を転写する成形転写工程の少なくとも３工程を用いて、立体配線基板の製造と圧電素子の実装を行っているので、本発明の圧電素子の実装構造を実現できる。また、圧電素子の電極と立体配線基板の電極とを一括で接続でき、全ての配線を一括で立体配線基板の成形樹脂に転写できるので、配線数が多く、配線ピッチが小さくても高コストとならず、液滴吐出ヘッドの立体配線基板の製造方法として、好適である。
【００９１】
また、上述してきた実施形態によれば、圧電素子の共通電極と導電部材とを接続しているので、複数の圧電素子を短手方向に配置し、共通電極を立体配線基板に取り出すことができる。
【００９２】
また、上述してきた実施形態によれば、成形転写工程後に、圧電素子の分極処理を行っているので、圧電素子の分極特性の劣化を防ぎ、良好な駆動特性を得ることができる。
【００９３】
また、上述してきた実施形態によれば、圧電素子の分極処理後に、圧電素子をスリット状に分割し、個別電極同士を分離しているので、圧電素子の外部電極が分割される前に分極処理の電圧を印加でき、分極処理用の電極を別途設ける必要がない。また、圧電素子の電極に接続した立体配線基板の電極を基準にダイシング加工を行え、櫛歯状の柱を高精度に形成できる。また、スリット分割後に、接続工程や成形転写工程を行わないので、柱倒れが生じにくい。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの内部構造を示した断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの内部構造を示した断面図である。
【図３】本発明の実施形態における液滴吐出ヘッドの製造方法を説明するための図である。
【図４】本発明の実施形態における液滴吐出ヘッドの製造方法を説明するための図である。
【図５】本発明の実施形態における液滴吐出ヘッドの製造方法を説明するための図である。
【図６】本発明の実施形態における液滴吐出ヘッドの製造方法を説明するための図である。
【図７】本発明の実施形態における液滴吐出ヘッドの製造方法を説明するための図である。
【図８】本発明の実施形態における液滴吐出ヘッドの製造方法を説明するための図である。
【図９】本発明の実施形態における液滴吐出ヘッドの製造方法を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの内部構造を示した断面図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの内部構造を示した断面図である。
【図１２】本発明の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの内部構造を示した断面図である。
【図１３】本発明の実施形態に係るインクジェット記録装置の概略構成を示した断面図である。
【符号の説明】
【００９５】
１０１，２０１    流路基板
１０２，２０２    振動板
１０３，２０３    ノズル板
１０４，２０４    ノズル
１０５，２０５    加圧液室
１０６，２０６    インク供給路
１０７，２０７    共通液室
１０８，２０８    圧電素子
１０９，２０９    フレーム
１１０，２１０    共通電極
１１１，２１１    個別電極
１１２，２１２    成形体
１１３，２１３    配線（共通電極）
１１４，２１４    配線（個別電極）
１１５，２１５    ＩＣ
１１６，２１６    バンプ
１１７，２１７    接続部材
１１８，２１８    ソレダーレジスト
１２１    金型
１２２    配線
１２３    絶縁膜
１２４    成形樹脂
２１９，２２０    導電部材
【図１】
2010000746.tif 000003
【図２】
2010000746.tif 000004
【図３】
2010000746.tif 000005
【図４】
2010000746.tif 000006
【図５】
2010000746.tif 000007
【図６】
2010000746.tif 000008
【図７】
2010000746.tif 000009
【図８】
2010000746.tif 000010
【図９】
2010000746.tif 000011
【図１０】
2010000746.tif 000012
【図１１】
2010000746.tif 000013
【図１２】
2010000746.tif 000014
【図１３】
2010000746.tif 000015