(57)【要約】【課題】  ボンディングワイヤ部分からのリーク電流の発生を有効に防止し得る液体噴射ヘッドを提供する。【解決手段】  液体を噴射するノズル開口２１に連通する圧力発生室１２に対応して設けられた圧力発生素子３００と、圧力発生素子３００を駆動するための駆動ＩＣ１２０と、圧力発生素子３００から引き出されたリード電極９０及び駆動ＩＣ１２０を電気的に接続するボンディングワイヤ１３０と、を具備する液体噴射ヘッドＩであって、少なくともボンディングワイヤ１３０の表面に無機絶縁材料の絶縁膜４００を形成した。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室に対応して設けられた圧力発生素子と、前記圧力発生素子を駆動するための駆動ＩＣと、前記圧力発生素子から引き出された引き出し配線及び前記駆動ＩＣを電気的に接続するボンディングワイヤと、を具備する液体噴射ヘッドであって、
少なくとも前記ボンディングワイヤの表面に無機絶縁材料の絶縁膜を形成したことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載する液体噴射ヘッドにおいて、
前記駆動ＩＣを囲む空間であるＩＣ保持部が厚さ方向に貫通して設けられて導電材料からなるヘッドケースと、を備え、
前記絶縁膜を、前記ヘッドケースの内周面及び前記駆動ＩＣの表面に形成したことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載する液体噴射ヘッドにおいて、
前記絶縁膜はＣＶＤ法により形成したことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載する液体噴射ヘッドにおいて、
前記ＩＣ保持部には、前記絶縁膜上に有機絶縁材料からポッティング剤を充填して構成したことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れか一つに記載する液体噴射ヘッドを有することを特徴とする液体噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関し、特にインク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室に対応して設けられた圧力発生素子の変位によりインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドに適用して有用なものである。
【背景技術】
【０００２】
液体噴射ヘッドとしては、圧電素子や発熱素子等の圧力発生素子を、インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室に対応して設けたものがある。圧力発生素子として圧電素子を用いた液体噴射ヘッドとしては、例えば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がある。このような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亘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。
【０００３】
また、このようなインクジェット式記録ヘッドは、圧電素子を駆動するための駆動ＩＣ（半導体集積回路）等が必要である。この駆動ＩＣは、圧力発生室が形成された流路形成基板に接合される接合基板、例えばヘッドチップを構造的に保持固定する固定部材上に搭載され、ワイヤボンディングによって各圧電素子と電気的に接続する構造が採用されている。そして、この駆動ＩＣ及びボンディングワイヤは、モールドによって覆うことにより保護されている（特許文献1参照）。すなわち、ヘッドケースの前記駆動ＩＣを囲む空間であるＩＣ保持部にはポッティング剤と呼称される樹脂が充填されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１３５７９０号公報（第５−８，１１，１２，１４図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、有機絶縁材料からなるポッティング剤は少なからず水分を吸収するため、これに起因してボンディングワイヤ部分からの電流のリークを発生する場合がある。隣接するボンディングワイヤ同士をポッティング剤の水分を媒介として短絡されてしまう場合があるからである。
【０００６】
或いはヘッドケースを備えた場合は、ボンディングワイヤとヘッドケースとの間がポッティング剤の水分を媒介として短絡されてしまう場合があるからである。ちなみに、ヘッドケースは、通常導電体であるＳＵＳで形成してある。
【０００７】
本発明は、上記従来技術に鑑み、ボンディングワイヤ部分からのリーク電流の発生を有効に防止し得る液体噴射ヘッド及び液体噴射装置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】
【０００８】
上記目的を達成する本発明の一態様は、
液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室に対応して設けられた圧力発生素子と、前記圧力発生素子を駆動するための駆動ＩＣと、前記圧力発生素子から引き出された引き出し配線及び前記駆動ＩＣを電気的に接続するボンディングワイヤと、を具備する液体噴射ヘッドであって、
少なくとも前記ボンディングワイヤの表面に無機絶縁材料の絶縁膜を形成したことを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
本態様によれば隣接するボンディングワイヤ同士及び各ボンディングワイヤとヘッドケース等の間での電流のリークを良好に防止することができる。したがって、高湿環境で使用しても長期に亘り安定した特性が保証される。
【０００９】
ここで、前記駆動ＩＣを囲む空間であるＩＣ保持部が厚さ方向に貫通して設けられた導電材料からなるヘッドケースと、を備え、前記絶縁膜を、前記ヘッドケースの内周面及び前記駆動ＩＣの表面に形成しても良い。この結果、各ボンディングワイヤとヘッドケース等の間での電流のリークを良好に防止することができる。前記電流のリークをさらに良好に防止することができる。
【００１０】
また、前記絶縁膜はＣＶＤ法により好適に形成することができる。この場合には、所定の絶縁膜を成膜部位に物理的な損傷を与えることなく、また陰の部分にも回り込ませて必要な部分の全体に良好に成膜することができる。
【００１１】
前記ＩＣ保持部には、前記絶縁膜上に有機絶縁膜材料からなるポッティング剤を充填して液体噴射ヘッドを構成することもできる。この場合には、前記絶縁膜の機能と相俟ってボンディングワイヤ部分等の汚染防止及び損傷防止を図り得るばかりでなく、応力の緩和も実現することができる。
【００１２】
本発明の他の態様は、上述の各液体噴射ヘッドを有することを特徴とする液体噴射装置にある。
本態様によれば、ボンディングワイヤ部分からの電流のリークを防止して長期に亘り良好な特性を有する液体噴射装置とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
図１は本形態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、図３はポッティング剤を充填した状態で示す図２のＡ‐Ａ´線断面図である。これらの図に示すように、流路形成基板１０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０．５〜２μｍの弾性膜５０が形成されている。流路形成基板１０には、複数の圧力発生室１２がその幅方向に並設された列が２列設けられている。また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向外側の領域には各圧力発生室１２の列毎に連通部１３が形成され、連通部１３と圧力発生室１２とがインク供給路１４を介して連通されている。なお、連通部１３は、後述する保護基板のリザーバ部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の一部を構成する。インク供給路１４は、圧力発生室１２よりも狭い幅で形成されており、連通部１３から圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。
【００１４】
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とは反対側の端部近傍に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。
【００１５】
一方、このような流路形成基板１０の開口面とは反対側には、上述したように、厚さが例えば約１．０μｍの弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、厚さが例えば、約０．４μｍの絶縁体膜５５が形成されている。さらに、この絶縁体膜５５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１．０μｍの圧電体層７０と、厚さが例えば、約０．０５μｍの上電極膜８０とが積層形成されて、インクを噴射するノズル開口２１に連通する圧力発生室１２に対応して設けられた圧力発生素子としての圧電素子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。本形態では、下電極膜６０を圧電素子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、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。なお、本形態では、弾性膜５０と絶縁体膜５５と下電極膜６０とで振動板を構成している。また、各圧電素子３００の上電極膜８０の一端部近傍にはリード電極９０が接続されている。このリード電極９０は、流路形成基板１０の中央部近傍まで延設され、後述する保護基板３０上に実装された駆動ＩＣ１２０とボンディングワイヤ１３０で電気的に接続されている。
【００１６】
このような圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上には、圧電素子３００に対向する領域にその運動を阻害しない程度の空間を確保可能な圧電素子保持部３１を有し、保護基板３０が接着剤３５を介して接合されている。圧電素子３００は、この圧電素子保持部３１内に形成されているため、外部環境の影響を殆ど受けない状態で保護されている。なお、圧電素子保持部３１は、密封されていてもよいが、外部と連通する微細な連通孔を設けることで密封させていなくてもよい。また、圧電素子保持部３１は、本形態では、並設された圧電素子３００の列毎に設けられている。
【００１７】
保護基板３０の各圧電素子保持部３１の外側には、リザーバ１１０の少なくとも一部を構成するリザーバ部３２が設けられている。これらのリザーバ部３２は、保護基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２の幅方向に亘って設けられており、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の列毎の共通のインク室となるリザーバ１１０をそれぞれ構成している。また、本形態では、保護基板３０の圧電素子保持部３１の間の領域には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が、各圧電素子３００の列に対応して設けられている。そして、各圧電素子３００から引き出されたリード電極９０は、その端部近傍が貫通孔３３内で露出されている。なお、このような保護基板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。
【００１８】
また、この保護基板３０の表面、すなわち、流路形成基板１０との接合面とは反対側の面には、圧電素子３００を駆動するための駆動ＩＣ（半導体集積回路）１２０が各圧電素子３００の列毎に実装されている。そして、各駆動ＩＣ１２０とリード電極９０とは、保護基板３０の貫通孔３３内でボンディングワイヤ１３０によって電気的に接続されている。本形態においてはリード電極９０が各圧電素子３００から引き出された引き出し配線となっている。また、フレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ）１１２と各駆動ＩＣ１２０とはボンディングワイヤ１１４により電気的に接続されている。
【００１９】
さらに、保護基板３０上には、リザーバ部３２に対応する領域を含む周縁部を囲むように、封止膜４１及び固定板４２と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１１０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１１０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。
【００２０】
また、本形態では、保護基板３０上に駆動ＩＣ１２０を囲む空間であるＩＣ保持部１５１を有し、厚さが例えば２〜３ｍｍのヘッドケース２００が、図示しない接着剤を介して接合されている。ここで、ヘッドケース２００は、保護基板３０上に設けられたコンプライアンス基板４０に接合されている。このヘッドケース２００は、通常金属などの導電材料で形成され、ＩＣ保持部１５１はヘッドケース２００を厚さ方向に貫通して設けられている。なお、ヘッドケース２００には、一端側が図示しないインクカートリッジに接続されると共に、他端側が、リザーバ１１０に接続されるインク連通孔２０２が形成されており、このインク連通孔２０２からリザーバ１１０にインクが供給されるようになっている。
【００２１】
さらに、ボンディングワイヤ１１４，１３０の表面、ヘッドケース２００の内周面及び駆動ＩＣ１２０の表面、すなわちＩＣ保持部１５１に臨む部分には無機絶縁材料の絶縁膜４００が形成してある。この絶縁膜４００はＣＶＤ法により好適に成膜させることができる。なお、絶縁膜４００はボンディングワイヤ１１４，１３０部分からの電流のリークを防止するためのものであるため、充電部となるボンディングワイヤ１１４，１３０の表面に少なくとも形成されていれば良い。ただ、本形態のように絶縁膜４００を形成した場合が最も安定した電流リーク防止構造となる。
【００２２】
本形態において、絶縁膜４００を形成した後のＩＣ保持部１５１内には、駆動ＩＣ１２０及びボンディングワイヤ１１４、１３０を覆うように、有機絶縁材料からなるポッティング剤２５０が充填されている。このポッティング剤２５０の種類は特に限定されない。例えば、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂等のものが存在する。このようにポッティング剤２５０を充填した場合には、絶縁膜４００の機能と相俟ってボンディングワイヤ１１４，１３０部分等の汚染防止及び損傷防止を図り得るばかりでなく、当該部分の応力の緩和も実現することができる。ボンディングワイヤ１１４、１３０が動かないように固定し得るからである。
【００２３】
かかる本形態のインクジェット式記録ヘッドＩでは、インクカートリッジ等の外部インク供給手段から、ヘッドケース２００に設けられたインク連通孔２０２を介してインクを取り込む。そして、リザーバ１１０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ＩＣ１２０からの駆動信号に従い、圧力発生室１２に対応するそれぞれの下電極膜６０と上電極膜８０との間に駆動電圧を印加し、弾性膜５０、下電極膜６０及び圧電体層７０とにより、各圧力発生室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。
【００２４】
ここで、上述の如きインクジェット式記録ヘッドＩの製造方法について、図４乃至図７を参照して説明する。なお、図４乃至図７は、圧力発生室１２の長手方向の断面図である。先ず、シリコン単結晶基板からなる流路形成基板１０を約１１００℃の拡散炉で熱酸化し、その表面に弾性膜５０及び保護膜となる二酸化シリコン膜５２を形成する。
【００２５】
次に、図４（ａ）に示すように、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５２）上に、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５５を形成する。次いで、図４（ｂ）に示すように、例えば、白金とイリジウムとを絶縁体膜５５上に積層することにより下電極膜６０を形成した後、この下電極膜６０を所定形状にパターニングする。その後、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電体層７０を例えばゾル−ゲル法を用いて形成する。なお、圧電体層７０の製造方法は、ゾル−ゲル法に限定されず、例えば、ＭＯＤ（Metal-Organic Decomposition）法等を用いてもよい。
【００２６】
次に、例えばイリジウムからなる上電極膜８０を流路形成基板１０の全面に形成する。次いで、図４（ｃ）に示すように、圧電体層７０及び上電極膜８０を、各圧力発生室１２に対向する領域にパターニングして圧電素子３００を形成する。次に、図４（ｄ）に示すように、流路形成基板１０の全面に亘って、例えば金（Ａｕ）等からなるリード電極９０を形成後、例えばレジスト等からなるマスクパターン（図示せず）を介して各圧電素子３００毎にパターニングする。
【００２７】
次に、図５（ａ）に示すように、流路形成基板１０の圧電素子３００側に、シリコン単結晶基板からなり圧電素子保持部３１及びリザーバ部３２が予め形成された保護基板３０を、流路形成基板１０上に接着剤３５を介して接合する。続いて流路形成基板１０の圧電素子３００が形成された面とは反対側の二酸化シリコン膜を所定形状にパターニングすることで保護膜を形成し、この保護膜をマスクとして流路形成基板１０をＫＯＨ等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチング（ウェットエッチング）することにより、流路形成基板１０に圧力発生室１２、連通部１３及びインク供給路１４等を形成する。その後、流路形成基板１０の保護基板３０とは反対側の面にノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０を接合して圧力発生室１２、連通部１３及びインク供給路１４等を閉塞する。
【００２８】
次に、図５（ｂ）に示すように、保護基板３０にコンプライアンス基板４０を接合する。
【００２９】
次いで、図６（ａ）に示すように、保護基板３０上に駆動ＩＣ１２０を実装する。具体的には、保護基板３０上に駆動ＩＣ１２０を接合し、駆動ＩＣ１２０とリード電極９０とを、ワイヤボンディングによりボンディングワイヤ１３０で接続する。
【００３０】
次に、図６（ｂ）に示すように、保護基板３０上に固定されているコンプライアンス基板４０上にＩＣ保持部１５１が設けられたヘッドケース２００を接合する。
【００３１】
その後、図７（ａ）に示すように、ＩＣ保持部１５１に臨む部分にＣＶＤ法により絶縁膜４００を成膜する。
【００３２】
次いで、図７（ｂ）に示すように、ＩＣ保持部１５１の保護基板３０とは反対側の開口部から、例えば、図示しないノズルニードルによって、シリコーン樹脂を主剤とするポッティング剤２５０を充填する。
【００３３】
このようにして液体噴射ヘッドＩを製造することにより、ボンディングワイヤ１１４，１３０相互間及びボンディングワイヤ１１４，１３０とヘッドケース２００間の電流のリークを長期に亘り、有効に防止し得る。
【００３４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。
【００３５】
例えば、上述した実施形態では、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液体噴射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液体噴射ヘッドにも本発明を採用することができる。
【００３６】
また、上述した実施形態では、撓み振動型のインクジェット式記録ヘッドを例示したが、これに限定されず、例えば、圧電材料と電極形成材料とを交互に積層させて軸方向に伸縮させる縦振動型のインクジェット式記録ヘッド等、種々の構造のインクジェット式記録ヘッドに応用することができる。
【００３７】
また、インク滴を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室に対応して設けられた圧力発生素子として圧電素子を用いて説明したが、圧電素子に限らず、発熱素子など他の素子から引き出される引き出し配線に接続するボンディングワイヤと当該引き出し配線との接続部に本発明を適用することもできる。
【００３８】
さらに、上述した実施形態のインクジェット式記録ヘッドＩ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８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８に示すように、ヘッド本体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。
【００３９】
また、上述した実施形態においては、本発明の液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドＩを説明したが、液体噴射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。勿論、本発明は、インク以外の液体を噴射するものにも適用することができる。なお、その他の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各種の記録ヘッド、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（電界放出ディスプレー）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が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】実施形態に係る記録ヘッドの分解斜視図である。
【図２】実施形態に係る記録ヘッドの平面図である。
【図３】実施形態に係る記録ヘッドの断面図である。
【図４】実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図５】実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図６】実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図７】実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る記録装置の概略図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０  流路形成基板、  １２  圧力発生室、  １３  連通部、  １４  インク供給路、  ２０  ノズルプレート、  ２１  ノズル開口、  ３０  保護基板、  ３１  圧電素子保持部、  ３２  リザーバ部、  ３３  貫通孔、  ４０  コンプライアンス基板、  ５０  弾性膜、  ５５  絶縁体膜、  ６０  下電極膜、  ７０  圧電体層、  ８０  上電極膜、  ９０  リード電極、  １１０  リザーバ、  １２０  駆動ＩＣ、  １３０  ボンディングワイヤ、  １５１  ＩＣ保持部、  ２００  ヘッドケース、  ２５０  ポッティング剤、  ３００  圧電素子、  ４００  絶縁膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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