(57)【要約】【課題】優れたインク吐出性能および信頼性を有するインクジェット記録ヘッドを提供することである。【解決手段】圧電セラミック層２２の表面に複数の個別電極２３を配列した圧電アクチュエータ２１が、インク吐出口３２を有する複数のインク流路３３が配列された流路部材３１上に、インク流路３３と個別電極２３のランド部２３ｂとの位置を揃えて取り付けられ、セラミック回路基板４１が圧電アクチュエータ２１上に実装され、フレキシブル回路基板６１が、接続用配線基板６２を介して流路部材３１上で回路基板４１と電気的に接続されているインクジェットヘッドである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電セラミック層の表面に複数の個別電極を配列した圧電アクチュエータが、インク吐出口を有する複数のインク流路を配列した流路部材上に、前記インク流路と前記個別電極との位置を揃えて取り付けられ、回路基板が前記圧電アクチュエータ上に実装されたインクジェット記録ヘッドであって、
前記回路基板に電気信号を伝えるためのフレキシブル回路基板が、前記流路部材上で前記回路基板と電気的に接続されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記回路基板が、内部に駆動用ＩＣを封止した半導体装置である請求項１記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項３】
前記半導体装置が、ボール・グリッド・アレイ型半導体パッケージまたはランド・グリッド・アレイ型半導体パッケージを用いている請求項２記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項４】
前記流路部材上には、前記圧電アクチュエータに隣接して接続用配線基板が設けられ、この接続用配線基板を介して前記回路基板と前記フレキシブル回路基板とが電気的に接続されている請求項１〜３のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項５】
前記接続用配線基板の表面が、前記圧電アクチュエータにおける個別電極の表面と略同一の高さである請求項４記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項６】
前記圧電セラミック層の表面には、前記回路基板を実装する際の位置合わせ用マーカーが形成されている請求項１〜５のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット方式の記録装置に用いられるインクジェット記録ヘッドに関し、より詳しくは優れたインク吐出性能および信頼性を有するインクジェット記録ヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、パーソナルコンピュータの普及やマルチメディアの発達に伴って、情報を記録媒体に出力する記録装置として、多階調化やカラー化が容易で、ランニングコストを低く抑えることのできる圧電アクチュエータを備えたインクジェット方式の記録装置の利用が急速に拡大している。
【０００３】
かかる記録装置には、インクジェット記録ヘッドが搭載されている。このインクジェット記録ヘッドとしては、例えば図４に示すように、インク吐出口８２を有する複数のインク流路８３が配列された流路部材８１上に、圧電アクチュエータ９１を積層接着したものが挙げられる。圧電アクチュエータ９１は、例えば積層された圧電セラミック層９２，９２と、これらの圧電セラミック層９２の間に配置された共通電極９４と、圧電セラミック層９２の最表面に複数配列された個別電極９３とにより構成されており、個別電極９３と、該個別電極９３直下の圧電セラミック層９２と、共通電極９４とにより複数の圧電素子が形成されたものである。
【０００４】
そして、圧電アクチュエータ９１の上部には、各個別電極９３に対応する配線パターン（図示せず）を有するフレキシブル回路基板（ＦＰＣ）９５が配設され、このＦＰＣ９５を介して、駆動用ＩＣを搭載した回路基板９６の各端子と各個別電極９３とがそれぞれ接続されている。ＦＰＣ９５の配線と各個別電極９３とははんだ９７等により接続されている。このような構成のインクジェット記録ヘッドにおいて、所望の個別電極９３と共通電極９４間に電圧を印加すると、電圧が印加された個別電極９３直下の圧電セラミック層９２が所定の変位量で変位し、インク吐出口８２から所定量のインクが吐出される。
【０００５】
しかしながら、インクジェット記録ヘッドに用いる圧電アクチュエータには、通常、圧電セラミック層の表面に複数の個別電極が配列されているため、ＦＰＣの配線パターンを各個別電極に対して個別に接合する際に、ＦＰＣの配線を圧電アクチュエータ上に高密度に配設しなければならない。特に、個別電極の集積度が高くなるにつれて、個別電極の面積も小さくしなくてはならないため、ＦＰＣの配線を各個別電極に対して個別に接合するのが困難になるので、圧電アクチュエータを高集積化できないという問題がある。
【０００６】
特許文献１，２には、駆動用ＩＣを搭載した回路基板が圧電アクチュエータ上に実装されたインクジェット記録ヘッドが提案されている。このインクジェット記録ヘッドでは、回路基板が圧電アクチュエータ上に実装されることにより、駆動用ＩＣがＦＰＣを介することなく各個別電極に接合されている。これにより、ＦＰＣの配線が圧電アクチュエータ上に高密度で配設されることがなく、個別電極が高集積化された圧電アクチュエータにも容易に対応することができるので、上記問題の対策となりうる。
【０００７】
しかしながら、上記のような従来のインクジェット記録ヘッドでは、通常、図５に示すように、駆動用ＩＣを搭載した回路基板９５に電気信号を伝えるＦＰＣ９６が、回路基板９５の上部に配設されているので、インクジェット記録ヘッドを製造する際に以下のような問題が生じる。
【０００８】
すなわち、樹脂などの柔軟性のある材料で導線を被覆した構造のＦＰＣ９６を、回路基板９５の上部にはんだ等により接合する際には、ＦＰＣ９６が接合位置から浮き上がったり、左右にずれたりしないように、ＦＰＣ９６を回路基板９５側に加圧しながら接合する必要がある。しかしながら、回路基板９５の下部に配置された圧電アクチュエータ９１を構成する圧電セラミック層９２や、回路基板９５を構成するセラミックスは、厚みが薄いため、ＦＰＣ９６接合時の加圧によってクラックが生じることがあった。このようなクラックが生じると、圧電アクチュエータ９１の圧電特性が低下したり、回路基板９５とＦＰＣ９６との接合信頼性が低下することになる。したがって、これにより得られるインクジェット記録ヘッドは、インク吐出性能および信頼性の低いものとなる。
【特許文献１】特開２００２−１０３６０２号公報
【特許文献２】特開２００２−１０３６０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、優れたインク吐出性能および信頼性を有するインクジェット記録ヘッドを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するための本発明のインクジェット記録ヘッドは、以下の構成からなる。
(1)  圧電セラミック層の表面に複数の個別電極を配列した圧電アクチュエータが、インク吐出口を有する複数のインク流路を配列した流路部材上に、前記インク流路と前記個別電極との位置を揃えて取り付けられ、回路基板が前記圧電アクチュエータ上に実装されたインクジェット記録ヘッドであって、前記回路基板に電気信号を伝えるためのフレキシブル回路基板が、前記流路部材上で前記回路基板と電気的に接続されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
(2)  前記回路基板が、内部に駆動用ＩＣを封止した半導体装置である(1)記載のインクジェット記録ヘッド。
(3)  前記半導体装置が、ボール・グリッド・アレイ型半導体パッケージまたはランド・グリッド・アレイ型半導体パッケージを用いている(2)記載のインクジェット記録ヘッド。
(4)  前記流路部材上には、前記圧電アクチュエータに隣接して接続用配線基板が設けられ、この接続用配線基板を介して前記回路基板と前記フレキシブル回路基板とが電気的に接続されている(1)〜(3)のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
(5)  前記接続用配線基板の表面が、前記圧電アクチュエータにおける個別電極の表面と略同一の高さである(4)記載のインクジェット記録ヘッド。
(6)  前記圧電セラミック層の表面には、前記回路基板を実装する際の位置合わせ用マーカーが形成されている(1)〜(5)のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
【発明の効果】
【００１１】
前記(1)記載のインクジェット記録ヘッドによれば、ＦＰＣが回路基板の上部ではなく流路部材上に配設されているため、ＦＰＣを回路基板と接合する際に、圧電アクチュエータや回路基板に対して大きな圧力が加わることがないので、圧電アクチュエータの圧電セラミック層や回路基板を構成するセラミックスにクラックが生じるのを防止することができる。これにより、圧電アクチュエータの圧電特性の低下および回路基板とＦＰＣとの接合信頼性の低下を防止することができるので、優れたインク吐出性能および信頼性を有したインクジェット記録ヘッドを得ることができる。
【００１２】
前記(2)記載のように、回路基板が、内部に駆動用ＩＣを搭載しかつ該駆動用ＩＣを封止した半導体装置である場合には、別途、駆動用ＩＣを搭載するための基板が必要でないため、小型化でき、低コストにも寄与でき、しかも信頼性を向上させることができる。
【００１３】
前記(3)記載のように半導体装置がボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）型半導体パッケージまたはランド・グリッド・アレイ（ＬＧＡ）型半導体パッケージを用いたものであるときは、駆動用ＩＣを回路基板と一体化した構造が容易に実現でき、インクジェット記録ヘッドの小型化に寄与することができる。
【００１４】
前記(4)記載のインクジェット記録ヘッドによれば、回路基板とＦＰＣとを接続するための回路基板の入力端子を、圧電セラミック層の表面には設けず、流路部材上に設けられた接続用配線基板上に設けているので、ＦＰＣを加圧しても圧電セラミック層に圧力が加わらず、しかもＦＰＣと回路基板との接続が容易になる。
【００１５】
前記(5)記載のインクジェット記録ヘッドによれば、接続用配線基板の表面が、圧電アクチュエータにおける個別電極の表面と略同一の高さであるので、回路基板の各端子を、個別電極および接続用配線基板の入力端子に同時に接続することができるとともに、接続の信頼性を向上させることができる。
【００１６】
前記(6)記載のインクジェット記録ヘッドによれば、回路基板の位置合わせ用マーカーが圧電セラミック層の表面に形成されているので、回路基板の位置ずれを確実に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明のインクジェット記録ヘッドについて、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態にかかるインクジェット記録ヘッド１１を示す概略断面図であり、図２は、インクジェット記録ヘッド１１における流路部材３１上の圧電アクチュエータ２１および接続用配線基板６２を示す平面図である。
【００１８】
図１および図２に示すように、このインクジェット記録ヘッド１１では、圧電セラミック層２２の表面に複数の個別電極２３を配列した圧電アクチュエータ２１が、インク吐出口３２を有する複数のインク流路３３を配列した流路部材３１上に、インク流路３３と個別電極２３との位置を揃えて取り付けられ、セラミック回路基板４１が圧電アクチュエータ２１上にはんだ実装されている。
【００１９】
圧電アクチュエータ２１は、積層された圧電セラミック層２２，２２と、これらの圧電セラミック層２２，２２の間に配置された共通電極２４と、圧電セラミック層２２の表面に複数配列された個別電極２３とにより構成されている。個別電極２３は、圧電駆動に寄与する駆動部２３ａとこの駆動部２３ａの一端から延設された駆動電圧印加用のランド部２３ｂとを備えている。これにより、圧電アクチュエータ２１には、個別電極２３の駆動部２３ａと、該駆動部２３ａ直下の圧電セラミック層２２と、共通電極２４とにより複数の圧電素子２７が形成されている。
【００２０】
個別電極２３のランド部２３ｂは、はんだ５１によりセラミック回路基板４１の各端子（図示せず）とそれぞれ接続されている。共通電極２４は、圧電セラミック層２２内の厚み方向に形成されたビア電極２６および圧電セラミック層２２の表面に形成された引出電極２５に電気的に接続されている。この引出電極２５は、はんだ５４によりセラミック回路基板４１に接続され、グランド電位に接続されている。
【００２１】
セラミック回路基板４１は、内部に駆動用ＩＣ（図示せず）を搭載しかつ該駆動用ＩＣをセラミックスや樹脂により封止した半導体装置である。この半導体装置としては、ＢＧＡ型半導体パッケージまたはＬＧＡ型半導体パッケージを用いるのが好ましい。
【００２２】
流路部材３１上には、セラミック回路基板４１とフレキシブル回路基板（ＦＰＣ）６１とを電気的に接続するための接続用配線基板６２が、圧電アクチュエータ２１に隣接して設けられている。これにより、ＦＰＣ６１は、従来のようにセラミック回路基板の上部ではなく、接続用配線基板６２を介して流路部材３１上に配設されている。接続用配線基板６２の表面には、複数のリード電極６３が形成されており、これらのリード電極６３にＦＰＣ６１の各配線とセラミック回路基板４１の各端子が接続される。これにより、ＦＰＣ６１を通じてセラミック回路基板４１の駆動用ＩＣに電気信号を伝えることが可能になる。また、接続用配線基板６２は、その表面が圧電アクチュエータ２１における個別電極２３の表面と略同一の高さになるように作製されている。
【００２３】
また、圧電アクチュエータ２１の圧電セラミック層２２の表面には、後述するインクジェット記録ヘッドの製造方法に示すように、セラミック回路基板４１を実装する際の位置合わせ用マーカー２８が形成されている。これにより、セラミック回路基板４１を圧電アクチュエータ２１上に実装する際に、セラミック回路基板４１の位置ずれを確実に防止することができる。
【００２４】
圧電アクチュエータ２１を構成する圧電セラミック層２２としては、圧電性セラミックスを用いることができ、具体的には、例えばＢｉ層状化合物（層状ペロブスカイト型化合物）、タングステンブロンズ型化合物、Ｎｂ系ペロブスカイト型化合物（Ｎｂ酸ナトリウムなどのＮｂ酸アルカリ化合物（ＮＡＣ）、Ｎｂ酸バリウムなどのＮｂ酸アルカリ土類化合物（ＮＡＥＣ））、マグネシウムニオブ酸鉛（ＰＭＮ系）、ニッケルニオブ酸鉛（ＰＮＮ系）、Ｐｂを含有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸鉛等のペロブスカイト型化合物を含有する物質を例示できる。
【００２５】
上記のうち、特に、少なくともＰｂを含むペロブスカイト型化合物であるのがよい。例えば、マグネシウムニオブ酸鉛（ＰＭＮ系）、ニッケルニオブ酸鉛（ＰＮＮ系）、Ｐｂを含有するジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）やチタン酸鉛等を含有する物質が好ましい。特に、Ａサイト構成元素としてＰｂを含有し、かつＢサイト構成元素としてＺｒおよびＴｉを含有する結晶であるのがよい。このような組成にすることで、高い圧電定数を有する圧電セラミック層が得られる。これら中でもチタン酸ジルコン酸鉛やチタン酸鉛が、大きな変位を付加する上で好適である。ペロブスカイト型結晶の一例として、ＰｂＺｒＴｉＯ3を好適に使用できる。
【００２６】
また、圧電性セラミックスには、他の酸化物を混合してもよく、さらに、特性に悪影響がない範囲であれば、副成分としてＡサイトおよび／またはＢサイトに他元素が置換していてもよい。例えば、副成分としてＺｎ、Ｓｂ、ＮｉおよびＴｅを添加したＰｂ（Ｚｎ1/3Ｓｂ2/3）Ｏ3およびＰｂ（Ｎｉ1/2Ｔｅ1/2）Ｏ3の固溶体であってもよい。
【００２７】
共通電極２４としては、導電性を有するものならばいずれでもよく、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｌやそれらの合金などを用いることができ、具体的には、例えばＡｇ−Ｐｄ合金を例示できる。共通電極２４の厚みは、導電性を有しかつ変位を妨げない程度である必要があり、一般に、０．５〜５μｍ程度、好ましくは１〜４μｍであるのがよい。
【００２８】
個別電極２３としては、導電性を有するものならば何れでもよく、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｌやそれらの合金などを用いることができる。個別電極２３の厚みは、導電性を有しかつ変位を妨げない程度である必要があり、一般に、０．１〜２μｍ程度、好ましくは０．１〜０．５μｍであるのがよい。
【００２９】
次に、インクジェット記録ヘッド１１の製造方法について説明する。まず、前記した圧電性セラミックスの原料粉末を主成分とするグリーンシートを必要枚数作製する。ついで、これらのグリーンシートのうち、一部のグリーンシートに貫通孔を形成する。貫通孔が形成されたグリーンシートにスクリーン印刷によりビア電極２６となる導体を充填する。また、共通電極２４を形成するグリーンシートの略全面にはスクリーン印刷により共通電極パターンを形成する。ついで、各グリーンシートを、図１に示す構成となるように積層して積層体を形成する。
【００３０】
ついで、この積層体を所定の形状に切断した後、９００〜１１００℃程度で焼成して圧電アクチュエータ本体を形成する。この圧電アクチュエータ本体の表面に導電ペーストを印刷して所定の位置に、駆動部２３ａおよびランド部２３ｂとなる個別電極パターンを形成し、６００〜８５０℃程度で熱処理する。これにより圧電アクチュエータ２１を得ることができる。
【００３１】
また、圧電アクチュエータ本体の表面、すなわち圧電セラミック層２２の表面には、セラミック回路基板４１を実装する際の位置合わせ用マーカー２８をスクリーン印刷などにより形成する。このマーカー２８の材料としては、上記した個別電極２３と同様のものを用いることができる。このマーカー２８は、上記した個別電極２３と同時に形成するようにしてもよい。これにより、マーカーを形成するために新たに工程を増やす必要がない。
【００３２】
流路部材３１は圧延法等によって得られ、インク吐出孔３２およびインク流路３３はエッチングにより所定の形状に加工されて設けられる。この流路部材３１は、Ｆｅ−Ｃｒ系またはＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ系のステンレス鋼、Ｆｅ−Ｎｉ系、ＷＣ−ＴｉＣ系などにより形成されており、特にインクに対する耐食性の優れたＦｅ−Ｃｒ系が好ましい。
【００３３】
圧電アクチュエータ２１と流路部材３１とは、例えば接着層を介して積層接着することができる。接着層としては、周知のものを使用することができるが、圧電アクチュエータ２１や流路部材３１への影響を及ぼさないために、熱硬化温度が１００〜２５０℃のエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂の群から選ばれる少なくとも１種の熱硬化性樹脂系の接着剤を用いるのがよい。このような接着層を用いて熱硬化温度にまで加熱することによって、圧電アクチュエータ２１と流路部材３１とを加熱接合することができる。
【００３４】
また、流路部材３１の表面には、セラミック回路基板４１とＦＰＣ６１とを接続するための接続用配線基板６２を、圧電アクチュエータ２１に隣接して形成する。この接続用配線基板６２を構成する材料としては、ポリイミドなどを用いることができる。接続用配線基板６２の表面には、個別電極２３と同様の電極材料を用いてスクリーン印刷などによりリード電極６２が形成される。
【００３５】
次に、ランド部２３ｂとセラミック回路基板４１の端子との接合方法について説明する。半導体装置がＢＧＡ型半導体パッケージの場合には、予めランド部２３ｂの表面に所定量のはんだ材料を塗布しておき、一方、セラミック回路基板４１の端子には、はんだボールを形成する。ついで、これらのはんだ材料が接触するようにセラミック回路基板４１を圧電アクチュエータ２１上に配置し、１９０〜２４０℃程度で加熱する。これにより、ランド部２３ｂとセラミック回路基板４１の端子とを接合することができる。
【００３６】
また、半導体装置がＬＧＡ型半導体パッケージの場合には、予めランド部２３ｂの表面およびセラミック回路基板４１の端子表面に所定量のはんだ材料を塗布する。ついで、これらのはんだ材料が接触するように回路基板４１を圧電アクチュエータ２１上に配置し、１９０〜２４０℃程度で加熱する。これにより、ランド部２３ｂとセラミック回路基板４１の端子とを接合することができる。
【００３７】
接続用配線基板６２のリード電極６３とセラミック回路基板４１の端子との接合は、はんだ５２によりなされるのであるが、上記したセラミック回路基板４１の端子とランド部２３ｂとの接合と同時に行うのが好ましい。
【００３８】
最後に、接続用配線基板６２のリード電極６３に、ＦＰＣ６１をはんだ５３により接続することにより、優れたインク吐出性能および信頼性を有したインクジェット記録ヘッド１１を得ることができる。
【００３９】
このような構成のインクジェット記録ヘッド１１では、共通電極２４と所望の個別電極２３との間に電圧が印加されると、電圧が印加された個別電極２３の駆動部２３ａ直下の圧電セラミック層２２が変位してインク流路３３内のインクが加圧され、インク吐出孔３２からインク滴が吐出される。
【００４０】
＜他の実施形態＞
図３は、本発明の他の実施形態にかかるインクジェット記録ヘッド１２を示す概略断面図である。図３に示すインクジェット記録ヘッド１２のように、本発明では、セラミック回路基板４１に電気信号を伝えるためのＦＰＣ６１は、接続用配線基板を介さずに流路部材３１上に配置し、はんだ５５によりセラミック回路基板４１と直接接続するようにしてもよい。その他は、図１，図２に示すインクジェット記録ヘッドと同じであるので、同一符号を付して説明を省略する。
【００４１】
以上のような本発明のインクジェット記録ヘッドによれば、回路基板が圧電アクチュエータ上に実装されているので、ＦＰＣの配線パターンを各個別電極に接合する必要がなく、ＦＰＣの配線が圧電アクチュエータ上に高密度で配設されるようなことがない。これにより、高集積化された圧電アクチュエータを搭載したインクジェット記録ヘッドを容易に得ることができる。また、回路基板と個別電極との接続にＦＰＣを用いずに回路基板を直接個別電極に接合するので、駆動の信頼性を高めることができる。
【００４２】
しかも、ＦＰＣが回路基板の上部ではなく流路部材上に配設されているため、ＦＰＣを回路基板と接合する際に、圧電アクチュエータや回路基板に対してクラックが生じる程の圧力が加わることがないので、圧電アクチュエータの圧電セラミック層や回路基板を構成するセラミックスにクラックが生じるのを防止することができる。これにより、圧電アクチュエータの圧電特性の低下および回路基板とＦＰＣとの接合信頼性の低下を防止することができるので、優れたインク吐出性能および信頼性を有したインクジェット記録ヘッドを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施形態にかかるインクジェット記録ヘッドを示す概略断面図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかるインクジェット記録ヘッドにおける流路部材上の圧電アクチュエータおよび接続用配線基板を示す平面図である。
【図３】本発明の他の実施形態にかかるインクジェット記録ヘッドを示す概略断面図である。
【図４】従来のインクジェット記録ヘッドを示す概略断面図である。
【図５】従来のインクジェット記録ヘッドを示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１１，１２  インクジェット記録ヘッド
２１  圧電アクチュエータ
２２  圧電セラミック層
２３  個別電極
２３ａ  駆動部
２３ｂ  ランド部
２４  共通電極
３１  流路部材
３２  インク吐出口
３３  インク流路
４１  セラミック回路基板
５１〜５５  はんだ
６１  フレキシブル回路基板
６２  接続用配線基板
６３  リード電極
【図１】
2005074723.tif 000003
【図２】
2005074723.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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