JP5900516B2 - インクジェットヘッドの製造方法及びインクジェットヘッド - Google Patents
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Description
本発明はインクジェットヘッドの製造方法及びインクジェットヘッドに関し、詳しくは、圧力発生手段の機能低下を防止して吐出性能を安定化させることができるインクジェットヘッドの製造方法及びインクジェットヘッドに関する。
記録紙等の被記録媒体上に微小なインク滴を吐出して画像等を記録するインクジェット記録装置に用いられるインクジェットヘッドは、PZT等の圧電素子からなる圧力発生手段の駆動によって圧力室内のインクに圧力変化を発生させ、該圧力室内のインクをノズルから吐出させる。近年、インクジェット記録装置による高精度、高精細な画像形成を実現するために、インクジェットヘッドにおけるノズルの高精細化が求められている。
従来、インクジェットヘッドの圧力発生手段への給電方法として、圧力発生手段の上方に駆動ICを実装した基板を積層させ、この駆動ICと圧力発生手段から引き出されたリード電極との間をボンディングワイヤによって電気的に接続するようにしたものが知られている(特許文献1)。
特許文献1記載の方法では、圧力発生手段からリード電極を引き出す必要があるため、リード電極の作製に当たって絶縁層の付与やエッチングによる電極のパターニング等の製造プロセスが複雑であり、時間がかかるだけでなく製造コストも高くなってしまう問題がある。
このため本発明者は、圧力発生手段からリード電極を引き出すことなく該圧力発生手段に対して給電する方法として、圧力発生手段上にボールボンドによるワイヤボンドを直接行うことにより電気的接続を取る方法を検討した。
しかし、圧力発生手段上にボールボンドによるワイヤボンドを行うことにより電気的接続を行うようにすると、得られるインクジェットヘッドに吐出性能のばらつきが発生する問題があることが判明した。本発明者はその原因について鋭意検討したところ、以下のような知見を得た。
圧力発生手段が設置されている面は圧力室の振動板の面であり、この面は振動によるポンプ機能が容易に発揮されるように薄膜状に形成され、圧力発生手段の機械的変位に合わせて容易に振動できるようになっている。このため、振動板には荷重に対して機械的に弱い部分が存在し、この振動板の上面に密着した圧力発生手段上にそのままワイヤボンドを行うと、ワイヤボンド時に掛かる荷重によって振動板が撓み、これに伴って圧力発生手段に対して変形させようとする力が作用する。この変形力が圧力発生手段に作用すると、圧力発生手段が圧電効果によって自己発電を起こし、圧力発生手段に電気的な破損が発生して圧力発生手段の機能低下(変位量の低下)を招くことになる。このような圧力発生手段の機能低下はインク滴の吐出性能を低下させ、画像品質の低下につながる重大な問題である。
そこで、本発明は、圧力発生手段上にボールボンドによるワイヤボンドを行っても圧力発生手段の機能低下を招くことなく、圧力発生手段の品質維持を図ることができ、吐出性能を安定化させることができるインクジェットヘッドの製造方法及びインクジェットヘッドを提供することを課題とする。
本発明の他の課題は、以下の記載により明らかとなる。
上記課題は、以下の各発明によって解決される。
1.インクを吐出させる複数のノズルと、
前記ノズルにそれぞれ対応して配設され、内部にインクを収容する複数の圧力室と、
前記圧力室にそれぞれ対応して配置され、前記圧力室との間の壁面を振動板として振動させて該圧力室内のインクを吐出させるための圧力を付与する複数の圧力発生手段と、 前記圧力発生手段に対して給電を行うための配線が形成された外部配線部材とを有し、
前記外部配線部材の前記配線と前記圧力発生手段との間を、ボールボンドによるワイヤボンドによって形成されるボンディングワイヤで電気的に接続するようにしたインクジェットヘッドの製造方法であって、
前記ワイヤボンドのファーストボンドを前記圧力発生手段側として前記ボンディングワイヤを形成することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
前記ノズルにそれぞれ対応して配設され、内部にインクを収容する複数の圧力室と、
前記圧力室にそれぞれ対応して配置され、前記圧力室との間の壁面を振動板として振動させて該圧力室内のインクを吐出させるための圧力を付与する複数の圧力発生手段と、 前記圧力発生手段に対して給電を行うための配線が形成された外部配線部材とを有し、
前記外部配線部材の前記配線と前記圧力発生手段との間を、ボールボンドによるワイヤボンドによって形成されるボンディングワイヤで電気的に接続するようにしたインクジェットヘッドの製造方法であって、
前記ワイヤボンドのファーストボンドを前記圧力発生手段側として前記ボンディングワイヤを形成することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
2.前記圧力室及び前記圧力発生手段の平面形状はそれぞれ略円形状であり、前記圧力発生手段の平面形状は前記圧力室の平面形状よりも小さく、且つ、前記圧力発生手段は平面視で前記圧力室に重なるように配置されており、
前記ファーストボンドの打点を、平面視で前記圧力発生手段上における前記圧力室の中心から離れた位置に配置させてバンプを形成することを特徴とする前記1記載のインクジェットヘッドの製造方法。
前記ファーストボンドの打点を、平面視で前記圧力発生手段上における前記圧力室の中心から離れた位置に配置させてバンプを形成することを特徴とする前記1記載のインクジェットヘッドの製造方法。
但し、ra:圧力発生手段の半径
rb:ボールボンド後のバンプの半径
rc:圧力室の半径
xb,yb:圧力発生手段の中心を原点とするバンプの座標
Xb,Yb:圧力室の中心を原点とするバンプの座標
rb:ボールボンド後のバンプの半径
rc:圧力室の半径
xb,yb:圧力発生手段の中心を原点とするバンプの座標
Xb,Yb:圧力室の中心を原点とするバンプの座標
4.前記ファーストボンドの打点の荷重を0.3〜1.0Nとすることを特徴とする前記1、2又は3記載のインクジェットヘッドの製造方法。
5.インクを吐出させる複数のノズルと、
前記ノズルにそれぞれ対応して配設され、内部にインクを収容する複数の圧力室と、
前記圧力室にそれぞれ対応して平面視で該圧力室に重なるように配置され、前記圧力室との間の壁面を振動板として振動させて該圧力室内のインクを吐出させるための圧力を付与する複数の圧力発生手段と、
前記圧力発生手段に対してそれぞれ給電を行うための配線が形成された外部配線部材とを有し、
前記圧力室及び前記圧力発生手段の平面形状がそれぞれ略円形状であり、前記圧力発生手段の平面形状は前記圧力室の平面形状よりも小さく、前記外部配線部材の前記配線と前記圧力発生手段との間を、ボールボンドによるワイヤボンドによって形成されるボンディングワイヤで電気的に接続するようにしたインクジェットヘッドの製造方法であって、
平面視で前記圧力発生手段上における前記圧力室の中心から離れた位置に前記ボンディングワイヤの一端の打点を配置させてボールボンドによるバンプを形成することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
前記ノズルにそれぞれ対応して配設され、内部にインクを収容する複数の圧力室と、
前記圧力室にそれぞれ対応して平面視で該圧力室に重なるように配置され、前記圧力室との間の壁面を振動板として振動させて該圧力室内のインクを吐出させるための圧力を付与する複数の圧力発生手段と、
前記圧力発生手段に対してそれぞれ給電を行うための配線が形成された外部配線部材とを有し、
前記圧力室及び前記圧力発生手段の平面形状がそれぞれ略円形状であり、前記圧力発生手段の平面形状は前記圧力室の平面形状よりも小さく、前記外部配線部材の前記配線と前記圧力発生手段との間を、ボールボンドによるワイヤボンドによって形成されるボンディングワイヤで電気的に接続するようにしたインクジェットヘッドの製造方法であって、
平面視で前記圧力発生手段上における前記圧力室の中心から離れた位置に前記ボンディングワイヤの一端の打点を配置させてボールボンドによるバンプを形成することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
但し、ra:圧力発生手段の半径
rb:ボールボンド後のバンプの半径
rc:圧力室の半径
xb,yb:圧力発生手段の中心を原点とするバンプの座標
Xb,Yb:圧力室の中心を原点とするバンプの座標
rb:ボールボンド後のバンプの半径
rc:圧力室の半径
xb,yb:圧力発生手段の中心を原点とするバンプの座標
Xb,Yb:圧力室の中心を原点とするバンプの座標
7.前記圧力発生手段上への前記ボンディングワイヤの一端の打点の荷重を0.3〜1.0Nとすることを特徴とする前記5又は6記載のインクジェットヘッドの製造方法。
8.インクを吐出させる複数のノズルと、
前記ノズルにそれぞれ対応して配設され、内部にインクを収容する複数の圧力室と、
前記圧力室にそれぞれ対応して平面視で該圧力室に重なるように配置され、前記圧力室との間の壁面を振動板として振動させて該圧力室内のインクを吐出させるための圧力を付与する複数の圧力発生手段と、
前記圧力発生手段に対してそれぞれ給電を行うための配線が形成された外部配線部材とを有し、
前記圧力室及び前記圧力発生手段の平面形状がそれぞれ略円形状であり、前記圧力発生手段の平面形状は前記圧力室の平面形状よりも小さく、前記外部配線部材の前記配線と前記圧力発生手段との間を、ボールボンドによるワイヤボンドによって形成されるボンディングワイヤで電気的に接続するようにしたインクジェットヘッドであって、
前記ボンディングワイヤの一端の前記圧力発生手段上の打点によって形成されるボールボンドによるバンプが、平面視で前記圧力室の中心から離れた位置に形成されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
前記ノズルにそれぞれ対応して配設され、内部にインクを収容する複数の圧力室と、
前記圧力室にそれぞれ対応して平面視で該圧力室に重なるように配置され、前記圧力室との間の壁面を振動板として振動させて該圧力室内のインクを吐出させるための圧力を付与する複数の圧力発生手段と、
前記圧力発生手段に対してそれぞれ給電を行うための配線が形成された外部配線部材とを有し、
前記圧力室及び前記圧力発生手段の平面形状がそれぞれ略円形状であり、前記圧力発生手段の平面形状は前記圧力室の平面形状よりも小さく、前記外部配線部材の前記配線と前記圧力発生手段との間を、ボールボンドによるワイヤボンドによって形成されるボンディングワイヤで電気的に接続するようにしたインクジェットヘッドであって、
前記ボンディングワイヤの一端の前記圧力発生手段上の打点によって形成されるボールボンドによるバンプが、平面視で前記圧力室の中心から離れた位置に形成されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
但し、ra:圧力発生手段の半径
rb:ボールボンド後のバンプの半径
rc:圧力室の半径
xb,yb:圧力発生手段の中心を原点とするバンプの座標
Xb,Yb:圧力室の中心を原点とするバンプの座標
rb:ボールボンド後のバンプの半径
rc:圧力室の半径
xb,yb:圧力発生手段の中心を原点とするバンプの座標
Xb,Yb:圧力室の中心を原点とするバンプの座標
本発明によれば、圧力発生手段上にボールボンドによるワイヤボンドを行っても圧力発生手段の機能低下を招くことなく、圧力発生手段の品質維持を図ることができ、吐出性能を安定化させることができるインクジェットヘッドの製造方法及びインクジェットヘッドを提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
図1は、インクジェットヘッドの一例を示す分解斜視図、図2は、図1中の(ii)-(ii)線に沿う部分で切断した断面図、図3は、図1に示すインクジェットヘッドにおけるヘッド基板の層構成を示す部分断面図、図4は、図1に示すインクジェットヘッドにおける電気的接続部分を示す部分平面図である。
図1において、1はインクジェットヘッドであり、インクジェットヘッド1は、ヘッド基板2と保持基板3と外部配線部材4とインク室部材5とを有している。
ヘッド基板2は、ボディプレート21、中間プレート22、ノズルプレート23の3枚の基板が積層一体化されることによって構成されている。
ボディプレート21は、図1中のA方向に沿って長さが長く、厚みが100〜300μm程度のSi基板からなり、一方の面(図1における下面)をエッチングすることによって、平面形状が略円形状となる複数の圧力室211と、複数の圧力室211に対して共通にインクを供給するための凹溝からなる共通流路212と、共通流路212と各圧力室211とを個別に連通し、共通流路212内のインクを圧力室211に供給するための細溝からなるインク供給路213とが凹設された流路形成基板である。
各圧力室211は、後述する中間プレート22に形成された連通孔221との連通部となるための、一部が外側に膨出する形状となる膨出部211aを有している。図1では、16個の圧力室211をA方向に沿って配列したボディプレート21を示しており、一つおきの8個ずつの圧力室211に対してそれぞれインクを供給するための2本の共通流路212が、間に圧力室211の列を挟むように配置されている。
ボディプレート21の他方の面(図1における上面)には、各圧力室211の位置に対応するように圧力発生手段として機能するPZT等からなる圧電素子214が積層されており、この圧電素子214の駆動時に、該圧電素子214と圧力室211との間の壁面を振動板215として振動させることで、圧力室211内のインクに吐出のための圧力を付与するようになっている。
各圧電素子214の平面形状は、圧力室211と同様の略円形状となるように形成されているが、圧力室211の平面形状よりも面積が小さい。各圧電素子214は、各圧力室211にそれぞれ対応して、平面視で該圧力室211からはみ出すことなく、互いに重なるように配置されている。なお、各圧電素子214は、上下両面に電極(図示せず)を有しており、上面電極は個別電極となり、下面電極はボディプレート21上面に設けられた共通電極と接している。
各共通流路212は、ボディプレート21の長手方向であるA方向に沿って延びており、その端部は、ボディプレート21のA方向の両端部近傍においてボディプレート21を表裏に貫通するように形成されている貫通口216にそれぞれ連通している。貫通口216は、ボディプレート21の各端部において、2つずつがA方向と直交するボディプレート21の短手方向であるB方向に沿うように並んで配置されており、各々共通流路212の端部と連通している。
中間プレート22は、ボディプレート21と平面視形状が同一形状で、厚みが100〜300μm程度のガラス基板からなり、ボディプレート21と積層された際に、ボディプレート21の圧力室211に形成された膨出部211aに対応する位置に、それぞれ中間プレート22を表裏に貫通し、吐出時のインク流路となる連通孔221が個別に形成されている。この中間プレート22には、ほうケイ酸ガラス(例えばテンパックスガラス(商品名))が好ましく用いられる。
ノズルプレート23は、厚みが100〜300μm程度のSi基板からなり、中間プレート22と積層された際に、中間プレート22の連通孔221に対応する位置に、それぞれインク滴を吐出するノズル231が形成されている。各ノズル231はノズルプレート23における中間プレート22とは反対面に開口しており、中間プレート22側の面からは、ノズル231と連通し、該ノズル231よりも大径な凹部からなる大径部232が凹設されている。
なお、ノズルプレート23においてノズル231が開口するノズルの形成面(ノズル面)230には、不図示の撥インク膜が形成されている。
ヘッド基板2は、圧力室211の膨出部211a、連通孔221、大径部232(ノズル231)がそれぞれ連通するように、ボディプレート21、中間プレート22及びノズルプレート23が位置合わせされて積層され、一体に接合されることによって構成される。ボディプレート21、中間プレート22及びノズルプレート23の接合方法としては、一般に陽極接合が用いられる。
これらボディプレート21、中間プレート22及びノズルプレート23の接合により、ボディプレート21の圧力室211、共通流路212、インク供給路213の下面は閉塞されると共に、各共通流路212の両端部にそれぞれ連通する貫通口216は、ヘッド基板2の図1中の上面のみに開口し、各共通流路212へのインクの供給又は各共通流路212からのインクの排出のための開口部となる。
このヘッド基板2において、ノズル231は、A方向に沿って1列になるように配列されている。
保持基板3は、ヘッド基板2の強度保持のために該ヘッド基板2に対して接着剤を用いて接合され、ヘッド基板2を保持固定する基板であり、厚みが0.5mm〜3mm程度のSi基板又はガラス基板からなる。ガラス基板としては、ヘッド基板2の中間プレート22と同様、ほうケイ酸ガラス(例えばテンパックスガラス(商品名))が好ましく用いられる。
保持基板3の平面視形状は、A方向及びB方向のいずれにおいてもヘッド基板2よりも大きく形成されている。特に保持基板3のA方向に沿う両端部はヘッド基板2のA方向の両端からそれぞれ大きく張り出している。
保持基板3の中央部には、ヘッド基板2と接合された際に、該ヘッド基板2のボディプレート21上に配列されている全ての圧電素子214を取り囲むことができる大きさの一つの開口部31が貫通形成されている。開口部31は図1中のA方向に沿って延びる矩形状に形成され、その内部にヘッド基板2上の全ての圧電素子214を取り囲み得るが、ヘッド基板2の両端部にそれぞれ開口する2つずつの貫通口216の位置までには至らない大きさに形成されている。
保持基板3のA方向の両端部近傍には、それぞれヘッド基板2の上面に開口する2つずつの貫通口216を取り囲み得る大きさのインク流路となる貫通孔32が1つずつ形成されている。従って、1つの貫通孔32は、ヘッド基板2上に並列する2つの貫通口216、216と連通する。
この保持基板3は、開口部31内にヘッド基板2上の全ての圧電素子214が位置すると共に、各貫通口216が貫通孔32内に位置して連通するようにヘッド基板2と位置合わせされ、接着剤によって一体に接合される。保持基板3はガラス基板からなるが、ヘッド基板2を構成するSi基板やガラス基板と線膨張係数が近いため、接着剤として熱硬化性接着剤等の加熱を伴う接合方法を用いた場合でも、この保持基板3とヘッド基板2との間の反りは抑制される。
また、保持基板3がガラス基板からなる場合は、紫外線透過性を有するため、接着剤としてUV硬化性接着剤又はUV熱硬化性接着剤を用いて、初期硬化において加熱を伴わない接合方法を用いてもよい。
なお、保持基板3の下面(ヘッド基板2との接合面)は、A方向が開口部31と同一で、B方向が開口部31よりも大きな領域に亘る凹部33が形成されている。この凹部33は、図2に示すように、保持基板3とヘッド基板2とが接合された際、ヘッド基板2の2本の共通流路212を含み得る大きさに形成されている。これにより、ヘッド基板2における全ての圧電素子214はもちろんのこと、各圧力室211、両端部を除く共通流路212、インク供給路213は保持基板3の凹部33内に配置され、該保持基板3と直に接合されないようになっている。
外部配線部材4は、不図示の駆動回路からの駆動信号を各圧電素子214に印加するために、該駆動回路との間を電気的に接続する配線41(図4参照)が設けられた配線部材であり、例えばFPC等からなる。外部配線部材4の一端は、保持基板3上のA方向に沿う開口部31の一方側部に接着剤によって接合されている。外部配線部材4の各配線41と各圧電素子214との間は、図2〜図4に示すように、保持基板3の開口部31を利用して、ボンディングワイヤ42によってそれぞれ個別に電気的に接続されている。
このボンディングワイヤ42の形成方法の詳細については後述する。
インク室部材5は、例えばPPS(ポリフェニレンサルファイド樹脂)等の合成樹脂材料によって一面(図示下面)が開口する箱型形状に形成されてなり、保持基板3のA方向の両端部にそれぞれ1つずつ配置されている。
各インク室部材5は、不図示のインクタンク等から供給されるインクを一旦貯留し、保持基板3の貫通孔32、ボディプレート21の貫通口216、共通流路212及びインク供給路213を介して、各圧力室211内にインクを供給し、又は、その逆に各圧力室211内のインクをインク供給路213、共通流路212、ボディプレート21の貫通口216及び保持基板3の貫通孔32を介して受け入れ、不図示の廃インクタンク等に排出するためのものである。インク室部材5の上面には、インク供給又はインク排出のための流路口51が設けられている。
2つのインク室部材5のうちの一方をインク供給用、他方をインク排出用として機能させてもよいが、両インク室部材5をインク供給用として機能させてもよい。
インク室部材5の内部には、貫通孔32及び貫通口216を介して共通流路212に供給されるインクが通過し得るように、インク中のゴミや気泡等の不純物を取り除くためのフィルタ52が設けられている。このフィルタ52は、例えばSUS等の金属製メッシュが用いられ、インク室部材5内の樹脂に対して溶着されている。
これらインク室部材5は、保持基板3のA方向の両端部であって、該保持基板3の開口部31の外側に配置されている。保持基板3の貫通孔32はインク室部材5の内部とそれぞれ連通している。
このインクジェットヘッド1において、インク室部材5は2つ配置されるため、両インク室部材5、5によって多量のインクを貯留でき、貯留可能なインク量については、従来の1つだけのインク室部材と比べて何ら遜色はない。
各インク室部材5は同一形状(同一容積)とするものに限らず、必要に応じて形状(容積)を異ならせるようにしてもよい。また、保持基板3の各端部に接合されるインク室部材5はそれぞれ2つ以上あってもよい。
次に、外部配線部材4の各配線41とヘッド基板2上の各圧電素子214との電気的接続のためのボンディングワイヤ42の形成方法について説明する。
外部配線部材4の配線41と電気的に接続されて各圧電素子214に対して不図示の駆動回路からの給電(駆動信号の印加)を行うためのボンディングワイヤ42は、保持基板3の上面に接合された状態の外部配線部材4の各配線41の端部と、この保持基板3に接合されたヘッド基板2上の各圧電素子214の上面(圧電素子214の上面電極の上面)との間に、それぞれボールボンドによるワイヤボンドを行い、それぞれバンプ43、44を形成することによって、配線41と圧電素子214との間を電気的に接続する。
一般に、ボールボンドによるワイヤボンドによってボンディングワイヤを形成する際、先端にボール(FAB:Free Air Ball)が形成された状態のワイヤをキャピラリの先端に捕捉してキャピラリを最初のターゲットの位置まで移動させた後、キャピラリを下降させてボールを第1のターゲットと接触させると共に、熱、荷重及び超音波を掛けてワイヤボンドの最初の打点となるファーストボンド(以下、1stボンドという。)を形成する。このとき、ボールが潰されることによって所定の径のバンプが形成される。次いで、キャピラリを一定の高さまで上昇させ、第2のターゲットの位置までキャピラリを移動させ、ワイヤのループを形成すると共に、キャピラリを下降させてワイヤを第2のターゲット上に押し付けることで、ワイヤボンドの2回目の打点となるセカンドボンド(以下、2ndボンドという。)を形成する。この際、熱、荷重及び超音波を掛けてワイヤを変形させ、ワイヤを第2のターゲット上に接合させるためのステッチボンドと、次のステップでテイルを確保するためのテイルボンドを形成する。その後、キャピラリを上昇させると共にキャピラリのワイヤクランプを閉じてテイルボンドの部分からワイヤを引きちぎることで、2つのターゲットの間を電気的に接続するボンディングワイヤが形成される。
このように、1stボンドはワイヤの先端に形成されたボールを第1のターゲット上に接触させ、所定の熱、荷重及び超音波を掛けることで形成するのに対し、2ndボンドはループを形成したワイヤをキャピラリで第2のターゲット上に押し付けることによって形成するため、1stボンドに比べて大きな荷重を掛ける必要がある。この2ndボンド時の荷重は、2ndボンドを確実に第2のターゲット上に接合させ得るようにするため、一般に1.0〜2.0Nとされる。
一方、圧力室211と圧電素子214との間の壁面は振動板215であり、振動によるポンプ機能が容易に発揮されるように一般に薄膜状に形成されている。このため、この振動板215に大きな荷重が掛かると、振動板215に撓みが発生し、圧電素子214の自己発電によって電気的損傷が発生して機能低下(変位量の低下)を招く問題がある。これは打点による荷重によって振動板215が過度に撓んでしまうためであるから、この打点時の振動板215の撓みを抑制することで、圧電素子214の機能低下を抑制することができる。
そこで、第1の実施形態では、このようなワイヤボンドによって外部配線部材4の配線41と圧電素子214上との間を電気的に接続するためのボンディングワイヤ42を形成する際、1stボンドを圧電素子214側としてワイヤボンドを行うことを特徴とする。これにより、外部配線部材4の配線41と圧電素子214上との間をボンディングワイヤ42によって電気的に接続する場合でも、打点時の荷重によって振動板215に与える撓みを少なくできる。その結果、圧電素子214に作用する変形力を低減でき、圧電素子214の機能低下を抑制できる。
この1stボンドの打点による荷重は、0.3〜1.0Nとすることが好ましい。荷重をこの範囲とすることにより、圧電素子214上にワイヤのボールが押し潰されることによる適正形状のバンプ43を形成することができる。この荷重はキャピラリの打点時の押圧力を調整することによって設定される。
荷重が上記範囲の下限よりも小さくなると、バンプ43が圧電素子214上に密着できなくなるおそれがあり、バンプ43の不着が発生し易くなる。また、上記範囲の上限を超えると、バンプ形成に必要以上の荷重を掛ける結果となり、バンプ43に潰れが発生するようになる。より好ましくは0.4〜0.8Nとすることである。
このボンディンクワイヤ42を形成する際の1stボンドとなる圧電素子214上の打点は、平面視で圧力室211の中心から離れた位置に配置させて圧電素子214上にバンプ43を形成することが好ましい。
薄膜状の振動板215は、中心部分が最も機械的に弱いため、1stボンドの打点により形成されるバンプ43を、平面視で圧力室211の機械的に弱い中心から離れた位置に形成することで、同じ荷重が掛かった場合、中心に比べて振動板215の撓み量は低減される。その結果、圧電素子214に作用する変形力も更に低減できる。
ボンディングワイヤ42の一端に形成される圧電素子214上のバンプ43は、平面形状が略円形状となるため、バンプ43の位置はその中心位置で規定される。
圧電素子214上のバンプ43は、圧力室211の中心に近づく程、打点時の振動板215の撓みの影響が大きくなるため、圧力室211の中心からは可及的に離れていることが好ましい。その一方で、バンプ43は、一部が圧電素子214の上面からはみ出すだけでも剥離のおそれがあるため、全体が圧電素子214の上面内に収まっている必要がある。このため、ボンディングワイヤ42の一端の圧電素子214上のバンプ43の位置は、以下の条件式を満たすことが好ましい。
但し、ra:圧電素子の半径
rb:ボールボンド後のバンプの半径
rc:圧力室の半径
xb,yb:圧電素子の中心を原点とするバンプの座標
Xb,Yb:圧力室の中心を原点とするバンプの座標
rb:ボールボンド後のバンプの半径
rc:圧力室の半径
xb,yb:圧電素子の中心を原点とするバンプの座標
Xb,Yb:圧力室の中心を原点とするバンプの座標
図5は、圧力室211と圧電素子214とバンプ43との平面視での位置関係を示している。圧力室211の中心と圧電素子214の中心とは必ずしも完全に一致するとは限らないが、ここでは説明の便宜のため、両者の中心が平面視で一致しているものとして説明する。
上記式1を満たすことにより、図5に示すように、バンプ43は全体が圧電素子214の半径raよりも中心O側に収まるため、圧電素子214の上面からはみ出すことはなく、該上面内に収まる位置に配置される。従って、バンプ43の剥離のおそれはない。
一方、上記式2を満たすことにより、バンプ43の中心位置は、圧力室211の中心Oから離れた位置となる。この式2中の0.2という値は、図6に示すように、実際にバンプ43の位置を圧力室211の中心から離していったときに、圧電素子214に対して給電を行ってそれぞれ駆動させた際の圧電素子214の変位量を測定した結果によって得られた値である。同図から明らかなように、バンプ43の中心の圧力室211の中心からの離間距離が圧力室211の半径rc×0.2を超える範囲では、ほぼ一定の変位量を示すが、rc×0.2を下回る範囲では、圧電素子214の変位量は落ち込むようになり、機能低下を起こしていることがわかる。従って、上記式2を満たすことにより、圧電素子214の機能低下を回避することができる。
以上説明した第1の実施形態では、圧電素子214上に形成されるバンプ43を1stボンドによって形成するようにしたが、第2の実施形態では、圧電素子214上のバンプ43を1stボンドとするか2ndボンドとするかを特に問わない。
第2実施形態では、このボンディンクワイヤ42を形成する際の圧電素子214上への打点によって形成されるボールボンドによるバンプ43を、上記の通り、平面視で圧力室211の機械的に弱い中心から離れた位置に形成することにより、同じ荷重が掛かった場合、中心に比べて振動板215の撓み量は低減される。その結果、圧電素子214に作用する変形力も低減し、圧電素子214の機能低下を抑制できる効果が得られる。
以上説明したインクジェットヘッド1では、上面に圧電素子214が配列されたヘッド基板2を保持基板3と接合し、この保持基板3に接合される外部配線部材4の配線41と各圧電素子214との間をボンディングワイヤ42によって電気的に接続したが、例えば外部配線部材4をヘッド基板2に直接接合する態様であってもよく、本発明は、外部配線部材4の各配線41と各圧電素子214の上面とをボールボンドによるワイヤボンドによってボンディングワイヤ42を形成し、両者を電気的に接続するものであればよい。
1:インクジェットヘッド
2:ヘッド基板
21:ボディプレート
211:圧力室
211a:膨出部
212:共通流路
213:インク供給路
214:圧電素子(圧力発生手段)
215:振動板
216:貫通口
22:中間プレート
221:連通孔
23:ノズルプレート
230:ノズルの形成面(ノズル面)
231:ノズル
232:大径部
3:保持基板
31:開口部
32:貫通孔
33:凹部
4:外部配線部材
41:配線
42:ボンディングワイヤ
43、44:バンプ
5:インク室部材
51:流路口
52:フィルタ
2:ヘッド基板
21:ボディプレート
211:圧力室
211a:膨出部
212:共通流路
213:インク供給路
214:圧電素子(圧力発生手段)
215:振動板
216:貫通口
22:中間プレート
221:連通孔
23:ノズルプレート
230:ノズルの形成面(ノズル面)
231:ノズル
232:大径部
3:保持基板
31:開口部
32:貫通孔
33:凹部
4:外部配線部材
41:配線
42:ボンディングワイヤ
43、44:バンプ
5:インク室部材
51:流路口
52:フィルタ
Claims (9)
- インクを吐出させる複数のノズルと、
前記ノズルにそれぞれ対応して配設され、内部にインクを収容する複数の圧力室と、
前記圧力室にそれぞれ対応して配置され、前記圧力室との間の壁面を振動板として振動させて該圧力室内のインクを吐出させるための圧力を付与する複数の圧力発生手段と、
前記圧力発生手段に対して給電を行うための配線が形成された外部配線部材とを有し、
前記外部配線部材の前記配線と前記圧力発生手段との間を、ボールボンドによるワイヤボンドによって形成されるボンディングワイヤで電気的に接続するようにしたインクジェットヘッドの製造方法であって、
前記ワイヤボンドのファーストボンドを前記圧力発生手段側として前記ボンディングワイヤを形成することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。 - 前記圧力室及び前記圧力発生手段の平面形状はそれぞれ略円形状であり、前記圧力発生手段の平面形状は前記圧力室の平面形状よりも小さく、且つ、前記圧力発生手段は平面視で前記圧力室に重なるように配置されており、
前記ファーストボンドの打点を、平面視で前記圧力発生手段上における前記圧力室の中心から離れた位置に配置させてバンプを形成することを特徴とする請求項1記載のインクジェットヘッドの製造方法。 - 前記ファーストボンドの打点の荷重を0.3〜1.0Nとすることを特徴とする請求項1、2又は3記載のインクジェットヘッドの製造方法。
- インクを吐出させる複数のノズルと、
前記ノズルにそれぞれ対応して配設され、内部にインクを収容する複数の圧力室と、
前記圧力室にそれぞれ対応して平面視で該圧力室に重なるように配置され、前記圧力室との間の壁面を振動板として振動させて該圧力室内のインクを吐出させるための圧力を付与する複数の圧力発生手段と、
前記圧力発生手段に対してそれぞれ給電を行うための配線が形成された外部配線部材とを有し、
前記圧力室及び前記圧力発生手段の平面形状がそれぞれ略円形状であり、前記圧力発生手段の平面形状は前記圧力室の平面形状よりも小さく、前記外部配線部材の前記配線と前記圧力発生手段との間を、ボールボンドによるワイヤボンドによって形成されるボンディングワイヤで電気的に接続するようにしたインクジェットヘッドの製造方法であって、
平面視で前記圧力発生手段上における前記圧力室の中心から離れた位置に前記ボンディングワイヤの一端の打点を配置させてボールボンドによるバンプを形成することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。 - 前記圧力発生手段上への前記ボンディングワイヤの一端の打点の荷重を0.3〜1.0Nとすることを特徴とする請求項5又は6記載のインクジェットヘッドの製造方法。
- インクを吐出させる複数のノズルと、
前記ノズルにそれぞれ対応して配設され、内部にインクを収容する複数の圧力室と、
前記圧力室にそれぞれ対応して平面視で該圧力室に重なるように配置され、前記圧力室との間の壁面を振動板として振動させて該圧力室内のインクを吐出させるための圧力を付与する複数の圧力発生手段と、
前記圧力発生手段に対してそれぞれ給電を行うための配線が形成された外部配線部材とを有し、
前記圧力室及び前記圧力発生手段の平面形状がそれぞれ略円形状であり、前記圧力発生手段の平面形状は前記圧力室の平面形状よりも小さく、前記外部配線部材の前記配線と前記圧力発生手段との間を、ボールボンドによるワイヤボンドによって形成されるボンディングワイヤで電気的に接続するようにしたインクジェットヘッドであって、
前記ボンディングワイヤの一端の前記圧力発生手段上の打点によって形成されるボールボンドによるバンプが、平面視で前記圧力室の中心から離れた位置に形成されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
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