JP2016179571A - ヘッドユニットおよび液体吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アクチュエーター基板４０に駆動ＩＣ５０を実装した場合の誤動作を防止する。
【解決手段】圧電素子を封止するようにアクチュエーター基板４０に実装された駆動ＩＣは、当該圧電素子への駆動信号を当該圧電素子の一端に伝達するための配線が形成された駆動信号配線部と、当該圧電素子の他端を一定の状態に保持するための電圧Ｖ_ＢＳで一定の保持信号を、当該他端に伝達するため配線パターン５５０と、平面視したときに、配線パターン５５０を、駆動信号配線部との間に位置する配線パターン５５２とを有する。
【選択図】図７

Description

本発明は、ヘッドユニットおよび液体吐出装置に関する。

インクなどの液体を吐出することによって、画像や文書などを印刷する液体吐出装置が知られている。液体を吐出する吐出部は、典型的には、ピエゾ素子のような圧電素子を複数含み、それぞれが駆動信号にしたがって駆動されることにより、ノズルから所定のタイミングで所定量のインク等の液体を吐出させる。

このような液体吐出装置において高品質かつ高繊細の生成物を得るためには、生成物の解像度を上げる必要がある。解像度を上げるためには、吐出部の高集積化が必要となる。吐出部の高集積化を実現することで、吐出部の距離に依存する解像度を高くすることが可能となる。
このような高集積化の技術として、吐出部の流路および圧電素子を含むアクチュエーター基板（構造体）に、当該圧電素子を駆動する駆動ＩＣを直接実装して、一体化する技術が知られている（特許文献１参照）。

特開２０１４−５１００８号公報

ところで、駆動ＩＣをアクチュエーター基板に実装すると、当該アクチュエーター基板と駆動ＩＣとの相互干渉により、吐出部の誤動作（インクの誤吐出等）を招いて、生成物の品質を低下させる、という問題が指摘されている。
そこで、本発明のいくつかの態様の目的の一つは、アクチュエーター基板に駆動ＩＣを実装した場合であっても、誤動作を防止する技術を提供することにある。

上記目的の一つを達成するために、本発明の一態様に係るヘッドユニットは、内部に液体が充填され、該内部の圧力が増減されるキャビティと、前記キャビティに連通し、当該キャビティ内における圧力の増減により前記液体を吐出するノズルと、が形成された構造体と、 前記構造体上に形成され、前記キャビティの内部の圧力を増減させる圧電素子と、前記圧電素子を封止するように前記構造体に実装された駆動ＩＣと、を具備し、前記駆動ＩＣは、前記圧電素子を駆動するための駆動信号を当該圧電素子の一端に伝達するための配線が形成された駆動信号配線部と、前記圧電素子の一端とは異なる他端を一定の状態に保持するための保持信号を、前記他端に伝達するため配線が形成された保持信号配線部と、前記駆動ＩＣを前記構造体との実装面から平面視したときに、前記保持信号配線部と、前記駆動信号配線部との間に位置するガード配線部と、を含むことを特徴とする。

この一態様に係るヘッドユニットによれば、ガード配線部が、前記保持信号配線部と、前記駆動信号配線部との間に位置するので、当該保持信号配線部を介して圧電素子の他端に流れる電流が大きくなっても、当該電流によるノイズが、駆動ＩＣの内部素子、例えばトランジスターに与える影響を小さく抑えることができる。これにより、生成物の品質低下を防止することができる。

上記一態様に係るヘッドユニットにおいて、前記保持信号配線部は、複数の圧電素子と電気的に接続されている構成が好ましい。この構成によれば、アクチュエーター基板における複数の圧電素子への影響が低減される。
また、この構成において、前記保持信号配線部には、前記圧電素子を一定に保持するための電流が流れ、前記ガード配線部は、金属配線層であることが好ましい。金属配線層によりガード配線部の低抵抗化を図ることができる。
なお、低抵抗化を図る観点からいえば、ガード配線部、保持信号配線部については、駆動ＩＣにおいて複数の配線層を用いた並列接続構造としても良い。

また、上記一態様に係るヘッドユニットにおいて、前記駆動ＩＣを前記構造体との実装面から平面視したときに、前記ガード配線部は、前記保持信号配線部を、前記駆動信号配線部との間で囲む構成が好ましい。この構成により、圧電素子の他端に流れる電流によるノイズが、駆動ＩＣの内部素子に与える影響をより小さく抑えることができる。
なお、前記ガード配線部は、断面視したときに、前記保持信号配線部を、内部素子にシールドするように構成しても良い。
なお、本発明は、ヘッドユニット単体に限られず、種々の態様で実現することが可能であり、例えば当該ヘッドユニットを含む液体吐出装置として概念することが可能である。ここでいう液体吐出装置とは、液体を吐出するものであれば良く、後述するように、印刷装置のほかに、立体造形装置（いわゆる３Ｄプリンター）、捺染装置なども含まれる。

実施形態に係る印刷装置の概略構成を示す図である。 ヘッドユニットの構成を示す平面図である。 印刷装置の電気的な構成を示す図である。 アクチュエーター基板における電極の配置を示す図である。 ヘッドユニットの構成を示す分解図である。 ヘッドユニットの構成を示す要部断面図である。 駆動ＩＣの実装面を示す図である。 駆動ＩＣの構成を示す部分断面図である。 駆動ＩＣの別の構成を示す部分断面図である。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について、液体吐出装置としての印刷装置を例にとって説明する。

図１は、印刷装置の概略構成を示す斜視図である。
この印刷装置１は、液体としてのインクを吐出することによって、紙などの媒体Ｐにインクドット群を形成し、これにより、画像（文字、図形等を含む）を印刷する液体吐出装置の一種である。

図１に示されるように、印刷装置１は、キャリッジ２０を、主走査方向（Ｘ方向）に移動（往復動）させる移動機構６（相対移動部）を備える。
移動機構６は、キャリッジ２０を移動させるキャリッジモーター６１と、両端が固定されたキャリッジガイド軸６２と、キャリッジガイド軸６２とほぼ平行に延在し、キャリッジモーター６１により駆動されるタイミングベルト６３と、を有している。
キャリッジ２０は、キャリッジガイド軸６２に往復動自在に支持されるとともに、タイミングベルト６３の一部に固定されている。そのため、キャリッジモーター６１によりタイミングベルト６３を正逆走行させると、キャリッジ２０がキャリッジガイド軸６２に案内されて往復動する。

キャリッジ２０には、吐出部２２が搭載されている。この吐出部２２は、媒体Ｐと対向する部分に、インクを個別にＺ方向に吐出する複数のノズルを有する。なお、吐出部２２は、カラー印刷のために、概略的に４個のブロックに分かれている。個々のブロックは、ブラック（Ｂｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）のインクをそれぞれ吐出する。
なお、キャリッジ２０には、フレキシブルケーブル１９０を介してメイン基板（この図では省略）から各種の制御信号等が供給される構成となっている。

印刷装置１は、媒体Ｐを、プラテン８０上で搬送させる搬送機構８を備える。搬送機構８は、駆動源である搬送モーター８１と、搬送モーター８１により回転し、媒体Ｐを副走査方向（Ｙ方向）に搬送する搬送ローラー８２と、を備える。

このような構成において、キャリッジ２０の主走査に合わせて吐出部２２のノズルから印刷データに応じてインクを吐出させるとともに、媒体Ｐを搬送機構８によって搬送する動作を繰り返すことで、媒体Ｐの表面に画像が形成される。
なお、本実施形態において主走査は、キャリッジ２０を移動させることで実行されるが、媒体Ｐを移動させることで実行しても良く、キャリッジ２０と媒体Ｐとの双方を移動させても良い。要は、媒体Ｐとキャリッジ２０（吐出部２２）とが相対的に移動する構成であれば良い。

図２は、吐出部２２におけるインクの吐出面を媒体Ｐからみた場合の図である。
この図に示されるように、吐出部２２は、４個のヘッドユニット３を有する。４個のヘッドユニット３の各々は、それぞれブラック（Ｂｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）に対応し、主走査方向であるＸ方向に配列し、１つのヘッドユニット３（アクチュエーター基板）には、複数のノズルＮが２列で配列している。
ヘッドユニット３は、詳細には後述するようにアクチュエーター基板における圧電素子を駆動ＩＣで封止した構造である。

ここで、説明の便宜上、印刷装置１の電気的な構成について説明する。

図３は、印刷装置１の電気的な構成を示すブロック図である。
この図に示されるように、印刷装置１は、メイン基板１００にヘッドユニット３が接続された構成となっている。ヘッドユニット３は、アクチュエーター基板４０と駆動ＩＣ５０とに大別される。
メイン基板１００は、制御信号Ｃtrや、駆動信号ＣＯＭ−Ａ、ＣＯＭ−Ｂ、電圧Ｖ_ＢＳの保持信号を駆動ＩＣ５０に供給し、駆動ＩＣ５０は、アクチュエーター基板４０における複数の圧電素子Ｐztの一端にそれぞれ駆動信号を供給するとともに、電圧Ｖ_ＢＳを複数の圧電素子Ｐztの他端に中継する。
なお、印刷装置１では、４個のヘッドユニット３が設けられるが、４個のヘッドユニット３では、吐出するインクの色以外において異なることがないので、ここでは、ある１つの色に対応するヘッドユニット３を対象として説明する。すなわち、メイン基板１００では、４個のヘッドユニット３をそれぞれ独立に制御するが、ここでは便宜的に１個のヘッドユニット３について代表して説明することにする。

図３に示されるように、メイン基板１００は、制御部１１０と、駆動回路１２０ａ、１２０ｂと、電圧生成回路１３０とを含む。
このうち、制御部１１０は、ＣＰＵやＲＡＭ、ＲＯＭなどを有する一種のマイクロコンピューターであり、所定のプログラムを実行することによって、ホストコンピューター等から、印刷対象となる画像データが供給されたときに、各部を制御するための各種の制御信号等を出力する。

具体的には、第１に、制御部１１０は、駆動回路１２０ａにデジタルのデータｄＡを繰り返して供給し、駆動回路１２０ｂにデジタルのデータｄＢを同じく繰り返して供給する。ここで、データｄＡは、ヘッドユニット３に供給する駆動信号ＣＯＭ−Ａの波形を規定し、データｄＢは、駆動信号ＣＯＭ−Ｂの波形を規定する。
駆動回路１２０ａは、データｄＡをアナログ変換した後に、例えばＤ級増幅して、当該増幅した信号を駆動信号ＣＯＭ−Ａとして出力する。同様に、駆動回路１２０ｂは、データｄＢをアナログ変換した後に、Ｄ級増幅して、当該増幅した信号を駆動信号ＣＯＭ−Ｂとして出力する。
なお、駆動回路１２０ａ、１２０ｂについては、入力するデータ、および、出力する駆動信号の波形が異なるのみであり、回路的な構成は同一である。

第２に、制御部１１０は、移動機構６および搬送機構８に対する制御に同期して、ヘッドユニット３に各種の制御信号Ｃtrを供給する。なお、ヘッドユニット３に供給される制御信号Ｃtrには、ノズルＮから吐出させるインクの量を規定する印刷データ、当該印刷データの転送に用いるクロック信号、印刷周期等を規定するタイミング信号等が含まれる。
また、制御部１１０は、移動機構６および搬送機構８を制御するが、このための構成については既知であるので省略する。

メイン基板１００における電圧生成回路１３０は、時間的に一定の電圧Ｖ_ＢＳの保持信号を生成して出力する。なお、電圧Ｖ_ＢＳは、アクチュエーター基板４０における複数の圧電素子の他端を、それぞれにわたって一定の状態に保持するためのものである。

本実施形態では、１つのドットについて、印刷周期に１つのノズルＮからインクを最多で２回吐出させることで、大ドット、中ドット、小ドットおよび非記録の４階調を表現する。この４階調を表現するために、本実施形態では、２種類の駆動信号ＣＯＭ−Ａ、ＣＯＭ−Ｂを用意するとともに、それぞれに印刷周期を前半期間と後半期間とに分けている。そして、駆動信号ＣＯＭ−Ａ、ＣＯＭ−Ｂを、印刷周期のうち、前半・後半において表現すべき階調に応じた選択して（または選択しないで）、圧電素子Ｐztの一端に供給する構成となっている。
まず、駆動信号ＣＯＭ−Ａ、ＣＯＭ−Ｂについて説明する。

図３に示されるように、駆動信号ＣＯＭ−Ａは、印刷周期のうち、前半期間に配置された台形波形Ａｄｐ１と、後半期間に配置された台形波形Ａｄｐ２とを連続させた波形となっている。台形波形Ａｄｐ１、Ａｄｐ２とは、互いにほぼ同一の波形であり、仮にそれぞれが圧電素子Ｐztの一端に供給されたとしたならば、当該圧電素子Ｐztに対応するノズルＮから所定量、具体的には中程度の量のインクをそれぞれ吐出させる波形である。

駆動信号ＣＯＭ−Ｂは、前半期間に配置された台形波形Ｂｄｐ１と、後半期間に配置された台形波形Ｂｄｐ２とを連続させた波形となっている。台形波形Ｂｄｐ１、Ｂｄｐ２とは、互いに異なる波形であり、このうち、台形波形Ｂｄｐ１は、ノズルＮの付近におけるインクを微振動させてインクの粘度の増大を防止するための波形である。このため、仮に台形波形Ｂｄｐ１が圧電素子Ｐztの一端に供給されたとしても、当該圧電素子Ｐztに対応するノズルＮからインク滴が吐出されない。また、台形波形Ｂｄｐ２は、仮に圧電素子Ｐztの一端に供給されたとしたならば、当該圧電素子Ｐztに対応するノズルＮから上記所定量よりも少ない量のインクを吐出させる波形である。

したがって、大ドットを形成すべき場合には、当該大ドットを形成するノズルＮの圧電素子Ｐztの一端に、印刷周期の前半期間および後半期間にわたって駆動信号ＣＯＭ−Ａ（Ａｄｐ１、Ａｄｐ２）を選択して供給すれば、中程度の量のインクが２回にわけて吐出されるので、媒体Ｐにはそれぞれのインクが着弾し合体して、結果的に、目標通りの大ドットが形成されることになる。
また、中ドットを形成すべき場合には、当該中ドットを形成するノズルＮの圧電素子Ｐztの一端に、印刷周期の前半期間に駆動信号ＣＯＭ−Ａ（Ａｄｐ１）を選択し、後半期間に駆動信号ＣＯＭ−Ｂ（Ｂｄｐ２）を選択して供給すれば、中程度および小程度のインクが２回にわけて吐出されるので、媒体Ｐにはそれぞれのインクが着弾し合体して、結果的に、目標通りの中ドットが形成されることになる。
一方、小ドットを形成すべき場合には、当該小ドットを形成するノズルＮの圧電素子Ｐztの一端に、印刷周期の前半期間では駆動信号ＣＯＭ−Ａ、ＣＯＭ−Ｂのいずれも選択せず、後半期間に駆動信号ＣＯＭ−Ｂ（Ｂｄｐ２）を選択して供給すれば、小程度のインクが１回のみ吐出されるので、媒体Ｐには目標通りの小ドットが形成されることになる。
そして、非記録とする場合には、対応するノズルＮの圧電素子Ｐztの一端に、印刷周期の前半期間では駆動信号ＣＯＭ−Ｂ（Ｂｄｐ１）を選択し、後半期間に駆動信号ＣＯＭ−−Ａ、ＣＯＭ−Ｂのいずれも選択しなければ、前半期間において当該ノズルＮの付近のインクが微振動するのみであり、インクが吐出されないので、結果的に、目標通り非記録になる。

ヘッドユニット３のうち、駆動ＩＣ５０は、選択制御部５１０と、圧電素子Ｐztに一対一に対応した選択部５２０と、を有する。このうち、選択制御部５１０は、各選択部５２０における選択をそれぞれ制御する。詳細には、選択制御部５１０は、制御部１１０からクロック信号に同期して供給される印刷データを、ヘッドユニット３のノズル（圧電素子Ｐzt）の数個分、一旦蓄積するとともに、各選択部５２０に対し、印刷データにしたがって駆動信号ＣＯＭ−Ａ、ＣＯＭ−Ｂの選択を、タイミング信号で規定される印刷周期（前半期間、後半期間）の開始タイミングで指示する。
各選択部５２０は、選択制御部５１０による指示にしたがって、駆動信号ＣＯＭ−Ａ、ＣＯＭ−Ｂのいずれかを選択し（または、いずれも選択せずに）、電圧Ｖoutの駆動信号として、対応する圧電素子Ｐztの一端に印加する。

アクチュエーター基板４０には、ノズルＮ毎に圧電素子Ｐztが１個ずつ設けられる。圧電素子Ｐztの各々における他端は、共通接続されて、電圧生成回路１３０による電圧Ｖ_ＢＳが印加される。
詳細には、電圧生成回路１３０による電圧Ｖ_ＢＳは、駆動ＩＣ５０における配線パターン５５０を介して、圧電素子Ｐztの他端である駆動電極７２に印加される。なお、実際には
後述するように、配線パターン５５０と駆動電極７２とは並列に接続されるので、配線パターン５５０と駆動電極７２とを電気的に区別する意義はない。
また、複数の圧電素子Ｐztの一端は、形成するドットの大きさに応じて電圧Ｖoutが変化するのに対して、複数の圧電素子Ｐztの他端（駆動電極７２）は、電圧Ｖ_ＢＳで一定であって共通であるので、電圧Ｖ_ＢＳの経路（配線パターン５５０、駆動電極７２）には、比較的大電流が流れることになる。

図４は、アクチュエーター基板４０の単体における圧電素子Ｐztの駆動電極およびノズルＮの配列を示す図である。なお、図４は、図２とは異なり、媒体Ｐの反対側からインクの吐出方向に向かって透視した場合の図である。また、アクチュエーター基板４０の単体とは、ヘッドユニット３のうち、駆動ＩＣ５０を実装する前の状態、という意味である。
上述したように、アクチュエーター基板４０（ヘッドユニット３）では、複数のノズルＮが、２列で配列する。ここで、説明の便宜上、この２列をそれぞれノズル列Ｎａ、Ｎｂとする。
ノズル列Ｎａ、Ｎｂでは、それぞれ複数のノズルＮが、それぞれＹ方向に沿ってピッチＰ１で配列する。また、ノズル列Ｎａ、Ｎｂ同士は、Ｙ方向にピッチＰ２だけ離間する。ノズル列Ｎａに属するノズルＮとノズル列Ｎｂに属するノズルＮとは、Ｙ方向に、ピッチＰ１の半分だけシフトした関係となっている。

図５は、アクチュエーター基板４０の構造を示す断面図である。詳細には図４におけるｇ−ｇ線で破断した場合の断面を示す図である。なお、図５は、当該アクチュエーター基板４０に実装される駆動ＩＣ５０についても図示されている。また、図６は、アクチュエーター基板４０に駆動ＩＣ５０が実装された状態を示す図である。

まず、図５に示されるように、アクチュエーター基板４０は、流路基板４２のうち、Ｚ方向の負側の面上に圧力室基板４４と振動板４６とが設けられる一方、Ｚ方向の正側の面上にノズル板４１が設置された構造体である。
アクチュエーター基板４０の各要素は、概略的にはＹ方向に長尺な略平板状の部材であり、例えば接着剤を利用して互いに固定される。また、流路基板４２および圧力室基板４４は、例えばシリコンの単結晶基板で形成される。

ノズルＮは、ノズル板４１に形成される。図４で概略説明したように、アクチュエーター基板４０では、ノズル列Ｎａに属するノズルに対応する構造と、ノズル列Ｎｂに属するノズルに対応する構造とは、Ｙ方向にピッチＰ１の半分だけシフトした関係にあるが、それ以外では、略対称に形成されるので、以下においてはノズル列Ｎａに着目してアクチュエーター基板４０の構造を説明することにする。

流路基板４２は、インクの流路を形成する平板材であり、開口部４２２と供給流路４２４と連通流路４２６とが形成される。供給流路４２４および連通流路４２６は、ノズル毎に形成され、開口部４２２は、複数のノズルにわたって連続するように形成されるとともに、対応する色のインクが供給される構造となっている。この開口部４２２は、液体貯留室Ｓｒとして機能し、当該液体貯留室Ｓｒの底面は、例えばノズル板４１によって構成される。具体的には、流路基板４２における開口部４２２と各供給流路４２４と連通流路４２６とを閉塞するように流路基板４２の底面に固定される。

圧力室基板４４のうち流路基板４２とは反対側の表面に振動板４６が設置される。振動板４６は、弾性的に振動可能な平板状の部材であり、例えば酸化シリコン等の弾性材料で形成された弾性膜と、酸化ジルコニウム等の絶縁材料で形成された絶縁膜との積層で構成される。振動板４６と流路基板４２とは、圧力室基板４４の各開口部４２２の内側で互い間隔をあけて対向する。各開口部４２２の内側で流路基板４２と振動板４６とに挟まれた空間は、インクに圧力を付与するキャビティ４４２として機能する。各キャビティ４４２は、流路基板４２の連通流路４２６を介してノズルＮに連通する。
振動板４６のうち圧力室基板４４とは反対側の表面には、ノズルＮ（キャビティ４４２）毎に圧電素子Ｐztが形成される。

圧電素子Ｐztは、振動板４６の面上に形成された複数の圧電素子Ｐztにわたって共通の駆動電極７２と、当該駆動電極７２の面上に形成された圧電体７４と、当該圧電体７４の面上に圧電素子Ｐzt毎に形成された個別の駆動電極７６ａとを包含する。このような構成において、駆動電極７２、７６ａによって圧電体７４を挟んで対向する領域が圧電素子Ｐztとして機能する。

圧電体７４は、例えば加熱処理（焼成）を含む工程で形成される。具体的には、複数の駆動電極７２が形成された振動板４６の表面に塗布された圧電材料を、焼成炉内での加熱処理により焼成してから圧電素子Ｐzt毎に成形（例えばプラズマを利用したミーリング）することで圧電体７４が形成される。

なお、ノズル列Ｎｂに対応する圧電素子Ｐztも同様に、駆動電極７２と、圧電体７４と、駆動電極７６ｂとを包含する。ここでは、ノズル列Ｎａ、Ｎｂにおいて、個別の駆動電極を区別するために符号７６ａ、７６ｂを付している。
また、この例では、圧電体７４に対し、共通の駆動電極７２を下層とし、個別の駆動電極７６ａ（７６ｂ）を上層としたが、逆に駆動電極７２を上層とし、駆動電極７６ａ（７６ｂ）を下層とする構成としても良い。

上述したように、圧電素子Ｐztの一端である駆動電極７６ａ（７６ｂ）には、吐出すべきインク量に応じた駆動信号の電圧Ｖoutが印加される一方、圧電素子Ｐztの他端である駆動電極７２には、時間的に一定の電圧Ｖ_ＢＳが印加される。
このため、圧電素子Ｐztは、駆動電極７２、７６ａ（７６ｂ）に印加された電圧に応じて、上または下方向に変位する。詳細には、駆動電極７６ａ（７６ｂ）を介して印加される駆動信号の電圧Ｖoutが低くなると、圧電素子Ｐztにおける中央部分が両端部分に対して上方向に撓む一方、当該電圧Ｖoutが高くなると、下方向に撓む構成となっている。
ここで、上方向に撓めば、キャビティ４４２の内部容積が拡大（圧力が減少）するので、インクが液体貯留室Ｓｒから引き込まれる一方、下方向に撓めば、圧力室Ｓｃの内部容積が縮小（圧力が増加）するので、縮小の程度によっては、インク滴がノズルＮから吐出される。このように、圧電素子Ｐztに適切な駆動信号が印加されると、当該圧電素子Ｐztの変位によって、インクがノズルＮから吐出される構成となっている。

さて、このような構造の圧電素子Ｐztにおける駆動電極７２、７６ａ（７６ｂ）の配置について、再び図４を参照して説明する。なお、この図では、圧電体７４については図示省略している。
この図に示されるように、平面視でＹ方向に長手の矩形形状にパターニングされた駆動電極７２に対し、ノズル列Ｎａに属するノズルＮの駆動電極７６ａは、図において右側に張り出している。駆動電極７６ａのうち、この張り出した領域において黒丸印で示される地点が、駆動ＩＣ５０におけるバンプ（突起電極）５４ａとの接続点となっている。
同様に、ノズル列ＮｂのノズルＮの駆動電極７６ｂは、図において左側に張り出している。駆動電極７６ｂのうち、この張り出した領域において黒丸印で示される地点が、駆動ＩＣ５０のバンプ５４ｂとの接続点となっている。
また、平面視したときに、駆動電極７２では、ノズル列Ｎａ、Ｎｂに沿って、駆動電極７６ａ、７６ｂが設けられていない領域が存在する。この領域が、駆動ＩＣ５０における複数のバンプ５４ｃとの接続点となっている。

図７は、駆動ＩＣ５０の実装面（接続面）を示す平面図である。
この図において、Ｘ方向の正側端部における縁端領域５６０には、バンプ５４ａが、Ｙ方向に沿って一列に駆動電極７６ａに一対一に対応して設けられる。同様に、Ｘ方向の負側端部における縁端領域５７０には、バンプ５４ｂが、Ｙ方向に沿って一列に駆動電極７６ｂに一対一に対応して設けられる。
駆動ＩＣ５０の実装面には、配線パターン５５０が、駆動電極７２と対向し、駆動電極７６ａ、７６ｂとは対向しない位置に、Ｙ方向に沿った長手の形状で設けられる。配線パターン５５２（ガード配線部）は、実装面を平面視したときに、配線パターン５５０を囲むように、かつ、当該配線パターン５５０とは電気的に絶縁した状態で設けられている。配線パターン５５２は、縁端領域５６０、５７０からも隔絶している。

駆動ＩＣ５０において、例えば、Ｙ方向の一端側の領域５９０において、選択制御部５１０の構成素子が形成されるとともに、特に図示しないがフレキシブルケーブル１９０の一部が接続されて、メイン基板１００からの制御信号Ｃtrや、駆動信号ＣＯＭ−Ａ、ＣＯＭ−Ｂ、電圧Ｖ_ＢＳの保持信号の供給を受けるとともに、グランド電位に接地される構成となっている。
この構成において、電圧Ｖ_ＢＳの保持信号は、例えば領域５９０から直接または間接的に配線パターン５５０に印加される。このため、領域５９０から配線パターン５５０、バンプ５４ｃに至るまでの経路が、保持信号配線部となる。
なお、配線パターン５５２は、グランド電位に接地される。

駆動ＩＣ５０の実装面（図７参照）が、アクチュエーター基板４０の電極形成面（図４参照）に、図６に示されるように実装（フェイスダウンボンディング）される。これにより、駆動ＩＣ５０の実装面に設けられたバンプ５４ａが駆動電極７６ａに、バンプ５４ｂが駆動電極７６ｂに、バンプ５４ｃが駆動電極７２に、それぞれ接続される。
したがって、駆動電極７２は、バンプ５４ｃを介して配線パターン５５０と並列接続されるので、ヘッドユニット３において、電圧Ｖ_ＢＳを印加する経路が低抵抗化される。この低抵抗化によって、電圧Ｖ_ＢＳの経路に比較的大電流が流れても、電圧Ｖ_ＢＳの安定化が図られるので、インクの吐出精度が高められて、高品質の印刷が可能となる。なお、駆動ＩＣ５０がアクチュエーター基板４０に実装後、接続部分の周囲を封止材で封止されて、圧電素子Ｐzt（圧電体７４）の劣化が防止される。

図８は、駆動ＩＣ５０の構造を示す要部断面図であり、詳細には、図７におけるｈ−ｈ線で破断した場合の断面を示す図である。なお、この説明において、上とは半導体プロセスにおいて時間的に後に形成される方向であって、重力方向の反対方向とは無関係である。
この図に示されるように、駆動ＩＣ５０にあっては、Ｓｉ基板５１に、酸化膜５８１がＬＯＣＯＳ（local oxidation of silicon）法によって局所的に形成されて、素子分離領域を構成している。酸化膜５８１が形成されなかった部分では、当該酸化膜５８１をマスクとしたイオンの打ち込み（ドーパントの注入）により、Ｐ型ドープ領域５６３やＮ型ドープ領域５７３が形成される。また、これらの酸化膜５８１、Ｐ型ドープ領域５６３、Ｎ型ドープ領域５７３を覆うように第１層間絶縁膜５９１が形成されている。
そして、縁端領域５６０では、ノズル列Ｎａに対応する選択部５２０の構成素子（トランジスター）が形成される。また、縁端領域５７０では、ノズル列Ｎｂに対応する選択部５２０の構成素子が形成される。

第１層間絶縁膜５９１上には、第１配線層をパターニングすることにより配線Ｍ１、Ｎ１が形成される。第２層間絶縁膜５９２は、配線Ｍ１、Ｎ１および第１層間絶縁膜５９１を覆うように設けられる。
第２層間絶縁膜５９２には、複数のコンタクトホール（ビア）が設けられる一方、第２配線層をパターニングすることにより形成された配線Ｍ２が配線Ｍ１にコンタクトホールを介して接続され、同様に、第２配線層をパターニングすることにより形成された配線Ｎ２が配線Ｎ１にコンタクトホールを介して接続される。第３層間絶縁膜５９３は、配線Ｍ２、Ｎ２および第２層間絶縁膜５９２を覆うように設けられる。

第３層間絶縁膜５９３には、複数のコンタクトホールが設けられる一方、第３配線層をパターニングすることにより形成された配線Ｍ３が配線Ｍ２にコンタクトホールを介して接続され、同様に、第３配線層をパターニングすることにより形成された配線Ｎ３が配線Ｎ２にコンタクトホールを介して接続される。絶縁膜５９４は、配線Ｍ３、Ｎ３および第３層間絶縁膜５９３を覆うように設けられる。
このように、配線パターン５５０は、配線Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３の三層からなる並列接続構造となり、同様に、配線パターン５５２についても、配線Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３の三層からなる並列接続構造となる。このため、配線パターン５５０、５５２は、単層の場合と比較して、それぞれ低抵抗化が図られる。

なお、図において、縁端領域５６０では、Ｐ型ドープ領域５６３のみが示されているが、Ｎ型ドープ領域も形成される場合もある。同様に、縁端領域５７０では、Ｎ型ドープ領域５７３のみが示されているが、Ｐ型ドープ領域も形成される場合もある。
縁端領域５６０にあっては、バンプ５４ａ（図８では省略）が、絶縁膜５９４上に形成される。ノズル列Ｎａの選択部５２０における構成素子の出力点は、バンプ５４ａに、第１層間絶縁膜５９１から絶縁膜５９４まで段階的に貫通するコンタクトホールを介して電気的に接続される。同様に、縁端領域５７０にあっては、バンプ５４ｂ（図８では省略）が、絶縁膜５９４上に形成される。ノズル列Ｎｂの選択部５２０における構成素子の出力点は、バンプ５４ｂに、第１層間絶縁膜５９１から絶縁膜５９４まで段階的に貫通するコンタクトホールを介して電気的に接続される。
このため、選択部５２０の出力点からバンプ５４ａ（５４ｂ）に至るまでの経路が、駆動信号配線部となる。

一方、配線パターン５５０、５２０は、縁端領域５６０、５７０の間にあって、Ｐ型ドープ領域５６３およびＮ型ドープ領域５７３でないノンドープ領域上に設けられる。詳細には、配線パターン５５０、５５２は、Ｓｉ基板５１においてイオンが打ち込まれていない（または、実際には、微量のイオンが打ち込まれているが、打ち込まれていない状態と同視てきる）ノンドープ領域に対し、酸化膜５８１および第１層間絶縁膜５９１の上に、銅やアルミなどの金属配線層を、それぞれ上述した第１配線層、第２配線層、第３配線層として成膜し、これををパターニングすることで形成される。
また、バンプ５４ｃ（図８では省略）が、絶縁膜５９４上に形成されるとともに、当該絶縁膜５９４を貫通するコンタクトホールを介して配線Ｍ３に電気的に接続される。

上述したように、ヘッドユニット３では、駆動電極７２と配線パターン５５０との並列接続によって電圧Ｖ_ＢＳの経路は低抵抗化されるが、当該経路に比較的大電流が流れることには変わりはない。このため、当該経路に流れる大電流に起因するノイズによって、駆動ＩＣ５０が誤動作してしまうことが懸念される。
これに対し、本実施形態では、配線パターン５５０付近は、トランジスターなどの能動素子が形成されないノンドープ領域であり、さらに駆動ＩＣ５０の実装面を平面視したときに、配線パターン５５０は、グランド電位に接地された配線パターン５５２に囲まれているので、このようなノイズに起因する誤動作の可能性を小さくすることができる。

また、ここでは、電圧Ｖ_ＢＳの経路に大電流が流れることによって発生するノイズが、他の部分に影響を及ぼす点について説明したが、逆に、他の部分が電圧Ｖ_ＢＳの経路に影響を及ぼすことも考えられる。例えば、ある圧電素子Ｐztへの電圧Ｖoutの変化が、電圧Ｖ_ＢＳの経路に影響を及ぼすことが考えられる。特に電圧Ｖ_ＢＳの経路は、複数の圧電素子Ｐztにわたるので、その影響は全ての圧電素子Ｐztに及ぶことになる。本実施形態では、電圧Ｖ_ＢＳの経路の低抵抗化等が図られているので、他の部分が電圧Ｖ_ＢＳの経路に及ぼす影響が抑えられる。
なお、ある圧電素子Ｐztへの電圧Ｖoutの変化は、別の圧電素子Ｐztへの電圧Ｖoutに影響を及ぼすことも考えられる。

実施形態では、配線層を三層としたが、これに限られない。また、図９に示されるように配線パターン５５０を、平面視だけでなく、断面視したときでも配線パターン５５２によってシールドする構成としても良い。
実施形態では、メイン基板１００からの電圧Ｖ_ＢＳの保持信号を、駆動ＩＣ５０を経由させてアクチュエーター基板４０に印加する構成としたが、アクチュエーター基板４０に直接供給する構成としても良い。いずれの構成であっても、駆動電極７２と配線パターン５５０とはバンプ５４ｃを介して並列接続されるので、電圧Ｖ_ＢＳの経路が低抵抗されることに変わりはない。

また、実施形態では液体吐出装置を印刷装置として説明したが、液体を吐出して立体を造形する立体造形装置や、液体を吐出して布地を染める捺染装置などであっても良い。

１…印刷装置（液体吐出装置）、３…ヘッドユニット、５０…駆動ＩＣ、５４ａ、５４ｂ、５４ｃ…バンプ、４０…アクチュエーター基板（構造体）、４４２…キャビティ、１００…メイン基板、５５０…配線パターン（保持信号配線部）、５５２…配線パターン（ガード配線部）、Ｐzt…圧電素子、Ｎ…ノズル。

Claims (5)

1. 内部に液体が充填され、該内部の圧力が増減されるキャビティと、前記キャビティに連通し、当該キャビティ内における圧力の増減により前記液体を吐出するノズルと、が形成された構造体と、
   前記構造体上に形成され、前記キャビティの内部の圧力を増減させる圧電素子と、
   前記圧電素子を封止するように前記構造体に実装された駆動ＩＣと、
   を具備し、
   前記駆動ＩＣは、
   前記圧電素子を駆動するための駆動信号を当該圧電素子の一端に伝達するための配線が形成された駆動信号配線部と、
   前記圧電素子の一端とは異なる他端を一定の状態に保持するための保持信号を、前記他端に伝達するため配線が形成された保持信号配線部と、
   前記駆動ＩＣを前記構造体との実装面から平面視したときに、前記保持信号配線部と、前記駆動信号配線部との間に位置するガード配線部と、
   を含むことを特徴とするヘッドユニット。
2. 前記保持信号配線部は、複数の圧電素子と電気的に接続されている
   ことを特徴とする請求項１記載のヘッドユニット。
3. 前記保持信号配線部には、前記圧電素子を一定に保持するための電流が流れ、
   前記ガード配線部は、金属配線層である
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のヘッドユニット。
4. 前記駆動ＩＣを前記構造体との実装面から平面視したときに、前記ガード配線部は、前記保持信号配線部を、前記駆動信号配線部との間で囲む
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のヘッドユニット。
5. ヘッドユニットと、
   前記ヘッドユニットを媒体に対し相対移動させる相対移動部と、
   を具備し、
   前記ヘッドユニットは、
   内部に液体が充填され、該内部の圧力が増減されるキャビティと、前記キャビティに連通し、当該キャビティ内における圧力の増減により前記液体を吐出するノズルと、が形成された構造体と、
   前記構造体上に形成され、前記キャビティの内部の圧力を増減させる圧電素子と、
   前記圧電素子を封止するように前記構造体に実装された駆動ＩＣと、
   を具備し、
   前記駆動ＩＣは、
   前記圧電素子を駆動するための駆動信号を当該圧電素子の一端に伝達するための配線が形成された駆動信号配線部と、
   前記圧電素子の一端とは異なる他端を一定の状態に保持するための保持信号を、前記他端に伝達するため配線が形成された保持信号配線部と、
   前記駆動ＩＣを前記構造体との実装面から平面視したときに、前記保持信号配線部と、前記駆動信号配線部との間に位置するガード配線部と、
   を含むことを特徴とする液体吐出装置。
   

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