JP4645220B2

JP4645220B2 - 液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置

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Publication number: JP4645220B2
Application number: JP2005037287A
Authority: JP
Inventors: 英一佐藤; 明間ヶ部
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2005-02-15
Filing date: 2005-02-15
Publication date: 2011-03-09
Anticipated expiration: 2025-02-15
Also published as: JP2006224310A

Description

本発明は、液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置に関するものである。

従来から、静電アクチュエータを液滴吐出のための圧力発生手段として用いたインクジェットヘッド（液滴吐出ヘッド）が知られている。この種のインクジェットヘッドは、ノズルと、ノズルに連通するインク流路と、インク流路の一部に形成された振動板と、振動板に対向して設けられた電極とを有しており、前記振動板と電極とが圧力発生手段たる静電アクチュエータを形成している。そして、前記インク流路や電極、配線等を半導体技術を用いてシリコン基板上に形成するならば、ノズルや静電アクチュエータを高密度に配列することが可能になる。
しかし、上記の如く静電アクチュエータを高密度に配置すると、それに伴い各静電アクチュエータから引き出される端子も高密度に配置する必要が生じるため、下記特許文献１では、高密度に配列された静電アクチュエータから引き出された外部接続端子と、外部駆動回路とを、フレキシブル基板（ＦＰＣ;Flexible Print Circuit）を介して電気的に接続することとしている。
特開平１１−３４８２８３号公報

しかしながら、上記フレキシブル基板を介して静電アクチュエータと外部駆動回路とを接続する構成では、多数の静電アクチュエータから導出した端子を、フレキシブル基板が接続されるインクジェットヘッドの一辺端に集合させる必要があるため、結果として前記端子と外部駆動回路とを接続している配線長が静電アクチュエータ間で異なってしまう。そうすると、静電アクチュエータごとに時定数が異なってしまうので、設計値に対しあらかじめ設定された駆動パルスを端子に入力しても液滴が吐出されないノズルが発生するおそれがあり、それを解消するための駆動条件の設定が複雑になるという問題点がある。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、駆動条件の設定が容易であるとともに信頼性に優れ、かつ省スペースでハンドリング性にも優れた液滴吐出ヘッドを提供することを目的としている。
また本発明は、上記液滴吐出ヘッドを備え、高精細の描画処理を行うことができる液滴吐出装置を提供することを目的としている。

本発明は、上記課題を解決するために、平面的に配列された複数の電極を有する回路基板と、前記複数の電極のそれぞれに対応する複数の圧力発生室を有する流路形成基板と、前記圧力発生室のそれぞれに対応するノズルを有するノズル基板とを積層してなる液滴吐出ヘッドであって、前記回路基板とノズル基板との間に、前記電極を駆動するための駆動回路部が設けられており、前記回路基板の電極形成面に、少なくとも前記駆動回路部と電気的に接続された接続配線を含む外部接続部が設けられ、当該外部接続部には、配線パターンを有する配線基板が電気的に接続されており、前記ノズル基板と前記回路基板との間の領域の外周部に封止部材が設けられ、前記外部接続部が、前記封止部材により前記ノズル基板と回路基板とに挟まれた領域内に封止されていることを特徴とする液滴吐出ヘッドを提供する。
この構成によれば、前記回路基板とノズル基板との間に、前記電極に電子黄信号を供給して液滴吐出動作を行う駆動回路部が設けられているので、外部機器と接続するための配線基板には配線パターンのみを形成すればよいものとなる。したがって、省スペース性に優れ、かつ外部機器への実装に際してのハンドリング性に優れた液滴吐出ヘッドとなる。また、前記封止部材によって、前記配線基板と回路基板との導電接続構造を成す外部接続部をノズル基板と配線基板との間の領域内に封止した構成となっているので、前記外部接続部における物理的、電気的信頼性を大きく向上させることができ、信頼性に優れる液滴吐出ヘッドを提供することができる。

本発明の液滴吐出ヘッドでは、前記回路基板上に、各々の前記電極から延出された複数の接続端子が形成されており、前記複数の接続端子が、前記電極を覆って前記回路基板上に配置された流路形成基板の外側まで延びて当該延出位置にて前記各電極に駆動信号を供給する駆動回路部と電気的に接続されていることが好ましい。
この構成によれば、前記回路基板上に配置された流路形成基板の近接位置に前記駆動回路部を配置でき、液滴吐出ヘッドの省スペース化を実現できる。また、ノズル基板と回路基板との距離が流路形成基板の厚さ相当になるので、液滴吐出ヘッドの薄型化を実現できる。

本発明の液滴吐出ヘッドでは、前記回路基板上に複数の前記流路形成基板が配置され、当該複数の流路形成基板の間の前記回路基板上に、前記駆動回路部が実装されていることが好ましい。この構成によれば、前記複数の流路形成基板に対応する電極に対して前記駆動回路部を接続する場合に、前記駆動回路部の周囲に前記流路形成基板が配置されているので、前記接続端子の長さを容易に同一の長さとすることができる。また、複数の流路形成基板に対応して一の駆動回路部を設けた構成が採用できるので、部品点数の削減による製造コストの低減とヘッドのコンパクト化を実現することができる。

本発明の液滴吐出ヘッドでは、前記封止部材が、前記ノズル基板と前記回路基板との間の領域の周縁部に樹脂材料を充填してなる樹脂部材であることが好ましい。これにより、前記外部接続部を容易かつ効果的に封止することができ、優れた信頼性を具備し、製造の容易性にも優れた液滴吐出ヘッドを実現できる。

本発明の液滴吐出ヘッドでは、前記ノズル基板と前記回路基板との間に、少なくとも前記駆動回路部の実装部を封止する他の封止部材が設けられている構成とすることもできる。この構成によれば、前記駆動回路部の実装部が封止された構成となるので、特に駆動回路部の実装部における信頼性の向上に大きく寄与する。

本発明の液滴吐出ヘッドでは、前記駆動回路部が、前記回路基板上の接続端子に対してフリップチップ実装されていることが好ましい。この構成によれば、駆動回路部の実装高さを薄くできるので、液滴吐出ヘッドの薄型化が容易になる。

本発明の液滴吐出ヘッドでは、前記回路基板上に複数の前記電極が略直線状を成して配列され、該複数の電極から前記配列方向と交差する向きに前記接続端子が延出されており、前記駆動回路部が、前記配列方向に沿って配置され、前記複数の接続端子に対し実装されている構成とすることができる。
この構成によれば、所定の方向に配列した前記電極と、これらの電極に沿って配置した駆動回路部とを前記接続端子によって電気的に接続するので、前記各接続端子の長さを互いに略同一の長さとすることができる。したがって、前記駆動回路部と各電極との接続に係る電気的経路の長さを揃えることができ、時定数の不均一を解消することができる。これにより、駆動回路部における電気信号の出力タイミングの調整がほぼ不要になるので、駆動条件の設定が極めて容易になり、また吐出不良等も生じ難い信頼性に優れた液滴吐出ヘッドとなる。

本発明の液滴吐出ヘッドでは、前記駆動回路部を挟んで反対側に、他の複数の前記電極が略直線状に配列されており、当該他の複数の電極から延出された前記接続端子が、前記駆動回路部と電気的に接続されている構成とすることもできる。この構成によれば、複数の流路形成基板に対応する複数群の電極に対して、一の駆動回路部を電気的に接続することができるので部品点数を少なくでき、また、当該駆動回路部の両側に配置された前記電極に対して、略同一長さの接続端子を介して駆動回路部を接続できるので、電気的経路における時定数の不均一を解消し、駆動条件の設定が容易になる。

次に、本発明の液滴吐出装置は、先に記載の本発明の液滴吐出ヘッドを備えたことを特徴とする。この構成によれば、動作条件の設定が容易で動作信頼性に優れ、コンパクト化を実現した液滴吐出ヘッドを具備し、信頼性の向上と小型化を実現した液滴吐出装置を提供することができる。

（インクジェットヘッド）
図１は、本発明に係る液滴吐出ヘッドの一実施の形態であるインクジェットヘッドの斜視構成図である。図２は、図１に示すノズル基板を取り除いて示すインクジェットヘッドの斜視構成図である。図３（ａ）は、図２のＡ−Ａ’線に沿う分断面構成図であり、図３（ｂ）は、（ａ）図のＢ−Ｂ’矢視図である。
なお、本明細書で参照する各図では、図面を見やすくするために各部の大きさや厚さ等を適宜変更して表示したり、配列された構成要素（ノズル、圧力発生室、電極等）の数を減じて表示している。

本実施形態のインクジェットヘッド１０は、図１に示すように、ヘッドの一主面に配列形成された複数のノズル１５から液滴を吐出するフェイスイジェクトタイプのインクジェットヘッドである。前記複数のノズル１５は、図１に示すノズル基板１６に貫設されており、このノズル基板１６は、例えばガラス基板を基体としてなる回路基板２０上に固定されている。ノズル基板１６と回路基板２０との間の領域の少なくとも周縁部は、樹脂材料等からなる封止部材４０により封止されている。そして、２枚のフレキシブル基板（配線基板）５１，５２が、前記封止部材４０と回路基板２０との間に一部を挿入するようにして配設されている。

前記ノズル１５は、図示の如くノズル基板１６上で４列に配列されており、各列を構成する一群のノズル１５を、図示Ｙ軸方向手前側から順に第１ノズル群１５１、第２ノズル群１５２、第３ノズル群１５３、及び第４ノズル群１５４と称している。各ノズル群１５１〜１５４は、Ｘ軸方向に沿って延びて互いに略平行に配置されるとともに、Ｙ軸方向に関して互いに対向する位置に配置されている。
なお、図１では各ノズル群１５１〜１５４が、２１個のノズル１５により構成されているように表示しているが、実際のインクジェットヘッドでは、各ノズル群は７２０個程度の多数のノズル１５を配列してなるものとされる。

図２に示すように、ノズル基板１６及び封止部材４０を取り除いた状態においてインクジェットヘッド１０の回路基板２０上には、第１流路形成基板１１１、第２流路形成基板１１２、第３流路形成基板１１３、及び第４流路形成基板１１４が、Ｙ軸方向に沿って配列されている。

回路基板２０の図示手前側（−Ｘ側）の辺端部に、図１に示したフレキシブル基板５１，５２が接続されている。フレキシブル基板５１は、その一面側（＋Ｚ側）に形成された複数の配線パターン５１１を有しており、これらの配線パターン５１１が、回路基板２０の上記辺端部に形成された外部接続部２１ａに電気的に接続されている。フレキシブル基板５２は、その一面側（＋Ｚ側）に形成された複数の配線パターン５２１を有しており、これらの配線パターン５２１が、上記外部接続部２１ａと隣接して形成された外部接続部２１ｂに電気的に接続されている。

各流路形成基板１１１〜１１４は、その図示上面（−Ｚ側面）に刻設された所定形状の溝部を有している。流路形成基板１１１を挙げて説明すると、その上面に形成された溝部のうち、Ｙ軸方向に長手の長方形状を成してＸ軸方向に配列された複数の溝部１２ａは、先のノズル基板１６とともに、液滴として吐出する液体材料を一時貯留する空間である圧力発生室１２を形成するものである。また、前記溝部のうち、Ｘ軸方向に長手の長方形状を成して延在する溝部２４ａは、ノズル基板１６とともに、前記各圧力発生室１２に供給する液体材料を一時貯留する空間であるリザーバ２４を形成するものである。そして、Ｘ軸方向に配列された溝部１２ａ（圧力発生室１２）のそれぞれと溝部２４ａ（リザーバ２４）とを結ぶ複数の溝部２２ａは、ノズル基板１６とともに、リザーバ２４と各圧力発生室１２とを連通する空間であるインク流路２２を形成するものである。

上記流路形成基板１１２〜１１４のうち、第３流路形成基板１１３は、上記第１流路形成基板１１１と同一の構成を具備している。一方、第２流路形成基板１１２及び第４流路形成基板１１４は、第１流路形成基板１１１と同様、複数の圧力発生室１２と、リザーバ２４と、これらを連通する複数のインク流路２２とを具備している点で共通するが、溝部１２ａ…、溝部２２ａ…、及びリザーバ２４の形成位置が、第１流路形成基板１１１に対してＸ軸対称となっている。すなわち、Ｙ軸方向に関して互いに対向して配置された第１流路形成基板１１１と第２流路形成基板１１２とにおいて、互いの対向する辺端側に溝部１２ａ（圧力発生室１２）が配列されており、それらの溝部１２ａ…の外側にリザーバ２４が延在している。第３流路形成基板１１３と第４流路形成基板１１４についても、溝部１２ａ…、２２ａ…、及び２４ａの位置関係が、上記第１、第２流路形成基板と同様となっている。

第１流路形成基板１１１〜第４流路形成基板１１４は、いずれも導電性を付与された単結晶シリコン基板を基体としてなるものであり、前記溝部１２ａ…、２２ａ…、及び２４ａは、前記単結晶シリコン基板に対して異方性エッチング処理を施すことで形成されたものとなっている。
異方性エッチングとは、エッチング速度がエッチング方向により異なることを利用してなされるエッチングであり、単結晶シリコンをエッチングする場合、Ｓｉ（１００）面のエッチング速度がＳｉ（１１１）面に比較して約４０倍以上速いことを利用したエッチング方法である。各溝部の深さは、エッチング時間により容易に調整することができる。

圧力発生室１２、リザーバ２４、及びこれらを連通するインク流路２２を形成する溝部１２ａ、２４ａ、及び２２ａは、インクジェットヘッド１０内のインク供給路中、吐出される液滴の量や速度等の特性に対して敏感な部位であり、最も高い加工精度が要求される。本実施の形態では、これらの高い加工精度が要求される部位を異方性エッチングにより加工しているので、一度に異なる寸法の溝部を高精度に形成できるものとなっている。したがって、流路形成基板１１１〜１１４の基体として単結晶基板、特に単結晶シリコン基板を適用することで、高い寸法精度を有する流路形成基板１１１〜１１４を容易に得ることができる。

また基板材料としてシリコンを用いることには、上記の他にも様々な利点がある。まず、シリコンは集積回路作製用に常用される材料であり、材料が入手し易い。また、シリコンはゲルマニウムを用いた素子よりも高温に耐える。さらに、電気的な整流性において、逆方向電流即ち飽和電流が極めて少ない為、本発明にとっては好都合である。この様に、基板材料にシリコンを用いる利点は大きい。

本実施形態では、第１流路形成基板１１１上に配列形成された一群の溝部１２ａとノズル基板１６とにより形成される一群の圧力発生室１２を第１圧力発生室群１２１と称し、第２流路形成基板１１２上に形成された一群の溝部１２ａとノズル基板１６とにより形成される一群の圧力発生室１２を第２圧力発生室群１２２と称し、第３流路形成基板１１３上に形成された一群の溝部１２ａとノズル基板１６とにより形成される一群の圧力発生室１２を第３圧力発生室群１２３と称し、第４流路形成基板１１４上に形成された一群の溝部１２ａとノズル基板１６とにより形成される一群の圧力発生室１２を第４圧力発生室群１２４と称する。

上記第１流路形成基板１１１〜第４流路形成基板１１４に形成された溝部１２ａ（圧力発生室１２）は、図１に示したノズル基板１６を被着した状態で、ノズル基板１６上に配列形成された各ノズル１５に連通する。すなわち、ノズル基板１６の第１ノズル群１５１と第１圧力発生室群１２１とが、各々のノズル１５と圧力発生室１２とを連通させるように配置されている。第２ノズル群１５２と第２圧力発生室群１２２、第３ノズル群１５３と第３圧力発生室群１２３、及び第４ノズル群１５４と第４圧力発生室群１２４も同様の位置関係を有して配置されている。

第１流路形成基板１１１と第２流路形成基板１１２との間に、Ｙ軸方向に長手の駆動回路部２００Ａが流路形成基板１１１，１１２の長手方向に沿って配置されており、第３流路形成基板１１３と第４流路形成基板１１４との間には、Ｙ軸方向に長手の駆動回路部２００Ｂが前記両流路形成基板１１３，１１４の長手方向に沿って配置されている。
詳細は後述するが、前記駆動回路部２００Ａは、第１流路形成基板１１１の平面領域内に設けられた第１ノズル群１５１、及び第２流路形成基板１１２の平面領域内に設けられた第２ノズル群１５２から液滴を吐出させるための電気信号の供給動作を行うものである。また前記駆動回路部２００Ｂは、第３流路形成基板１１３の平面領域内に設けられた第３ノズル群１５３、及び第４流路形成基板１１４の平面領域内に設けられた第４ノズル群１５４から液滴を吐出させるための電気信号の供給動作を行うものである。

図２に示した駆動回路部２００Ａ、２００Ｂは、樹脂材料等を用いて回路基板２０との隙間や、流路形成基板１１１〜１１４との隙間を封止されていてもよい。このような構成とすれば、ノズル基板１６及び回路基板２０の周縁部に設けられる封止部材４０と相まってさらに良好に駆動回路部２００Ａ、２００Ｂを保護でき、インクジェットヘッドの信頼性を高めることができる。

次に、図３（ａ）に示すＡ−Ａ’断面図、及び（ｂ）に示すＢ−Ｂ’矢視図をみると、インクジェットヘッド１０は、回路基板２０と、第１流路形成基板１１１及び第２流路形成基板１１２と、ノズル基板１６とを積層した構成を具備している。インクジェットヘッドの側端部には、回路基板２０及びノズル基板１６と、第１流路形成基板１１１との間で段差が形成されており、かかる段差を埋めるように封止部材４０が設けられている。そして、駆動回路部２００Ａには、流路形成基板１１１，１１２より薄いものが用いられており、流路形成基板１１１，１１２、ノズル基板１６、及び回路基板２０に囲まれた空間に収容されている。

回路基板２０は、例えばガラス基板を基体としてなり、その表面（−Ｚ側面）には、電極３６と、この電極３６から＋Ｙ側に向かって接続端子（配線パターン）３４が延出されている。第１流路形成基板１１１は、前記電極３６を覆うようにして回路基板２０上に配置されており、前記電極３６から延出された接続端子３４は、第１流路形成基板１１１の外側まで延びている。そして、この第１流路形成基板１１１の外側に露出された接続端子３４に対して、前記駆動回路部２００Ａが、その下面（＋Ｚ側面）に設けられたバンプ（電極端子）２００ａを介してフリップチップ実装されている。

回路基板２０には、ガラス基板やシリコン基板をその基体として用いることができ、本実施形態の場合、ガラス基板の表面にＡｌ等の金属膜をパターン形成することで電極３６や接続端子３４等を形成したものである。第１流路形成基板１１１は、不純物としてリン（Ｐ）をドープされた導電性を有する単結晶シリコン基板を基体としてなるものである。第１流路形成基板１１１の上面側（−Ｚ側）に、溝部１２ａ、２２ａ、及び２４ａが形成されており、それらを覆うようにシリコン基板を基体としてなるノズル基板１６が接合されている。ノズル基板１６のノズル１５は、マイクロマシニング技術を用いた微細加工により形成された貫通孔である。

なお、図２や図３では、溝部１２ａ、２２ａ、２４ａ等の側壁部がＸＹ面に対してほぼ垂直であるように示されているが、単結晶シリコンを異方性エッチングにより形成した溝部では、被エッチング面の結晶方位によっては側壁が基板面に対して傾斜したものとなる。例えば、Ｓｉ（１００）基板に対しＫＯＨ溶液を用いた異方性エッチング処理を行うと、形成される溝部の側壁は基板面に対して５５°程度の角度を成す傾斜面となる。

前記ノズル基板１６と第１流路形成基板１１１との間に形成された空間が、圧力発生室１２、リザーバ２４、及びインク流路２２を形成している。前記圧力発生室１２は、ノズル基板１６に形成されたノズル１５と連通している。第１流路形成基板１１１の下面側（＋Ｚ側）に溝部２６ａが形成されており、第１流路形成基板１１１と回路基板２０とを接合したときに溝部２６ａと回路基板２０との間に形成される空間に前記電極３６が収容されるようになっている。溝部２６ａは、その内側に収容する電極３６の厚さより大きい深さに形成されており、溝部２６ａの底壁部と電極３６とは、所定の間隔をもって離間されている。

第１流路形成基板１１１の両面には、溝部１２ａ及び溝部２６ａが形成されているので、それらの底壁部は薄層化されており、この薄層化された部位がインクジェットヘッド１０の動作時に撓曲する振動板１４となっている。振動板１４と電極３６とは、所定間隔に離間されて配置されており、溝部２６ａは、インクジェットヘッド１０の動作時に撓曲する振動板１４の動作空間となる。このような構成のもと、上記振動板１４と電極３６とが、圧力発生室１２内に圧力変化を生じさせる圧力発生手段３２を形成している。

図３（ｂ）に示す平面構造をみると、溝部２６ａ内に収容される電極３６はＹ軸方向に延在する短冊状の導電膜であり、第１流路形成基板１１１に形成された溝部１２ａ（圧力発生室１２）と平面的に重なって配置されている。またノズル基板１６のノズル１５も、前記溝部１２ａの平面領域内に配置されている。

このように本実施形態のインクジェットヘッド１０では、１つの圧力発生室１２に対して１つノズル１５と、１つの圧力発生手段３２（振動板１４、電極３６）とが設けられており、これらの構成要素が、インクジェットヘッド１０の動作時に駆動回路部２００Ａから入力される電気信号に基づき液滴吐出動作を行う液滴吐出部３１を構成している。

図４は、上記液滴吐出部３１を一構成単位としてみたときのインクジェットヘッド１０の平面構成を概念的に示す図である。同図に示すように、インクジェットヘッド１０全体で見ると、第１流路形成基板１１１〜第４流路形成基板１１４の各平面領域に、Ｘ軸方向に沿って複数の液滴吐出部３１が配列されている。符号３１１は、第１流路形成基板１１１に対応して配列された一群の液滴吐出部３１からなる第１液滴吐出部群を示している。符号３１２は、第２流路形成基板１１２に対応して配列された一群の液滴吐出部３１からなる第２液滴吐出部群を示している。符号３１３は、第３流路形成基板１１３に対応して配列された一群の液滴吐出部３１からなる第３液滴吐出部群を示している。符号３１４は、第４流路形成基板１１４に対応して配列された一群の液滴吐出部３１からなる第４液滴吐出部群を示している。各液滴吐出部群３１１〜３１３を構成する液滴吐出部３１は、図３を参照して説明したものと同等である。

前記第１液滴吐出部群３１１及び第２液滴吐出部群３１２は、それらを構成する圧力発生手段３２から延出された接続端子３４を介して、両者間に配置された駆動回路部２００Ａに対し電気的に接続されており、駆動回路部２００Ａから入力される電気信号により液滴吐出動作を行うようになっている。また、第３液滴吐出部群３１３及び第４液滴吐出部群３１４も、それらを構成する圧力発生手段３２から延出された接続端子３４を介して、両者間に配置された駆動回路部２００Ｂに対し電気的に接続されており、駆動回路部２００Ｂから入力される電気信号により液滴吐出動作を行うようになっている。

回路基板２０の−Ｘ側の辺端部に接続されたフレキシブル基板５１，５２は、回路基板２０上の配線パターンを介して駆動回路部２００Ａ、２００Ｂにそれぞれ接続されており、フレキシブル基板５１，５２は、インクジェットヘッド１０を駆動制御する制御装置５００に接続されている。また制御装置５００は、フレキシブル基板及び回路基板２０上の配線パターンを介して第１流路形成基板１１１〜第４流路形成基板１１４に電気的に接続されている。

次に、インクジェットヘッド１０の動作を、図３（ａ）を参照して説明する。図３（ａ）において、インク供給路を構成するリザーバ２４、インク流路２２、及び圧力発生室１２には、吐出に供される液体材料が満たされているものとする。制御装置５００は、駆動回路部２００Ａ、及び導電性を有する流路形成基板１１１と電気的に接続されている。

そして、駆動回路部２００Ａに対して制御装置５００から命令情報（電気信号）が入力されると、駆動回路部２００Ａは、前記命令情報に基づき動作して、選択した電極３６に対し、吐出する液滴の大きさに応じた電圧（駆動パルス）を印加する。
すると、第１流路形成基板１１１は制御装置５００と電気的に接続されて一定の電圧に保持されているから、電極３６と振動板１４（第１流路形成基板１１１）との間に電位差を生じ、この電位差に起因する静電気力によって可撓性の振動板１４が電極３６に引き寄せられる。これにより、圧力発生室１２の容積が拡大され、リザーバ２４から圧力発生室１２へ液体材料が流入する。その後、液体材料が十分供給されたタイミングで駆動回路部２００Ａによる電圧の印加を止めると、振動板１４が静電気力から解放され、その復元力により圧力発生室１２に対し圧力が付与される。この圧力によってノズル１５から液滴が吐出される。
その後圧力発生室１２及びインク流路２２内の液体材料の振動が流路抵抗により減衰して収束すると、液滴吐出部３１が吐出動作前の状態に戻るので、次の液滴の吐出を行えるようになる。

以上の構成を具備した本実施形態のインクジェットヘッド１０は、略直線状に配列するように形成された液滴吐出部群３１１の配列方向（Ｘ軸方向）に沿うように駆動回路部２００Ａを配置し、各液滴吐出部３１と前記駆動回路部２００Ａとを、前記各液滴吐出部３１から延出された接続端子３４を介して電気的に接続している。これにより、駆動回路部２００Ａから各液滴吐出部３１（圧力発生手段３２）への配線経路の長さが、各液滴吐出部３１で相等しくなるので、駆動回路部２００Ａから出力された電気信号に遅延が生じるのを防止でき、電気的接続における時定数の不均一を解消することができる。その結果、本実施形態のインクジェットヘッド１０は、駆動条件の設定が容易であり、かつ動作信頼性にも優れたものとなっている。本実施形態は、特に、極めて多数の液滴吐出部３１が配列された高精細対応のインクジェットヘッドに好適なものである。

また、前記駆動回路部２００Ａは、その幅方向（Ｙ軸方向）両側に配された第１液滴吐出部群３１１と第２液滴吐出部群３１２の双方に電気的に接続され、これらの液滴吐出部群を構成する液滴吐出部３１を駆動できるようになっている。この構成により、インクジェットヘッド１０における駆動回路部と、当該駆動回路部への配線経路の省スペース化を実現でき、コンパクトなインクジェットヘッドを実現できる。

また、前記駆動回路部２００Ａ、２００Ｂは、流路形成基板１１１〜１１４を挟持して対向するノズル基板１６と回路基板２０との間に内蔵されている。これにより、駆動回路部２００Ａ、２００Ｂがフレキシブル基板上やフレキシブル基板を介した外部回路に設けられている場合に比して、省スペース化を実現でき、またハンドリング性にも優れたインクジェットヘッドとなる。

そして、本実施形態のインクジェットヘッド１０では、回路基板２０とフレキシブル基板５１，５２との導電接続部を成す外部接続部２１ａ、２１ｂが、ノズル基板１６により平面的に覆われるとともに、封止部材４０によって封止されているので、前記外部接続部２１ａ、２１ｂにおける導電接続構造を良好に保護することができ、例えばインクジェットヘッド１０をプリンタ等の外部機器に接続する際のフレキシブル基板５１，５２の撓曲によって外部接続部２１ａ、２１ｂからフレキシブル基板５１，５２が剥離したり、電気的接続が損なわれたりするのを効果的に防止することができる。また、導電接続部が密閉されるので、当該部位が外気の影響を受けにくくなり、優れた電気的信頼性を得ることができる。

また、駆動回路部２００Ａ、２００Ｂを内蔵しているので、フレキシブル基板５１，５２を介して接続される制御装置５００との配線が、制御信号や電源のための配線に限定され、外部接続部２１ａ、２１ｂ（フレキシブル基板５１，５２との接続部）に引き出す配線の本数を減らすことができ、フレキシブル基板５１，５２との電気的接続を容易かつ正確に行えるという利点も得られる。

さらに、前記回路基板２０上に実装された駆動回路部２００Ａ、２００Ｂはノズル基板１６の周縁部に設けられた封止部材４０、及び必要に応じて設けられる駆動回路部２００Ａ、２００Ｂ周辺の封止部材によってインクジェットヘッド１０の内部に封止されているので、その半導体素子等が外気に含まれる酸素や水分の影響を受けにくく、したがって信頼性にも優れたものとなっている。

（インクジェットヘッドの製造方法）
次に、上記実施形態のインクジェットヘッド１０の製造方法について、図５から図９を参照して説明する。なお、図５から図９では、図１から図４に示したインクジェットヘッド１０のうち、フレキシブル基板５１との接続端周辺の部分のみを示すが、フレキシブル基板５２との接続端周縁の部分も同様の構成である。

インクジェットヘッド１０を製造するには、まず、図５に示すように、回路基板２０と、第１流路形成基板１１１及び第２流路形成基板１１２を用意する。
回路基板２０は、ホウ珪酸ガラス等からなるガラス基板上に、フォトリソグラフィ技術を用いて、Ａｌ等の配線材料からなる各種配線パターンを形成することで作製することができる。本実施形態に係る回路基板２０の表面（図示上面）には、平面視略矩形状の複数の電極３６と、各電極３６から延出された接続端子３４と、平面視略矩形状の電極３７１，３７２と、フレキシブル基板５１との電気的接続を成す外部接続部２１ａを構成する複数の接続配線２７ａ〜２７ｃが形成されている。前記接続配線２７ａ〜２７ｃのうち、図示両端（Ｙ軸方向両端）に形成された接続配線２７ａ、２７ｂは、それぞれ電極３７１，３７２に接続された共通電極配線である。複数（図示では５本）の配線パターンを含む接続配線２７ｃは、回路基板２０の中央部側に向かって延在する駆動回路配線である。

上記駆動回路配線２７ｃは、回路基板２０の中央部側から辺端部に向かって線幅が太くなるように形成され、それに伴って配線ピッチも大きくなるように形成されており、フレキシブル基板５１との導電接続を容易に行えるように構成されている。

第１流路形成基板１１１，１１２は、先の実施形態で説明したように、導電性を付与した単結晶シリコン基板を基体としてなるものであり、単結晶シリコン基板の上面側に複数の溝部１２ａと、各溝部１２ａから延びる溝部２２ａと、複数の溝部２２ａに跨って延在する溝部２４ａとを備えており、図には表れていないが、図示下面側に、回路基板２０上の電極３６を収容する溝部２６ａを備えたものとなっている。
第１流路形成基板１１１，１１２の一の角部には、当該角部を切り欠いてなる切欠部１１１ａ、１１２ａがそれぞれ形成されており、回路基板２０と接合した際に、回路基板２０上の接続配線２７ｃが流路形成基板１１１，１１２と接触しないようになっている。

次いで、回路基板２０上の所定位置に、前記第１流路形成基板１１１、第２流路形成基板１１２を位置合わせして接合する（図６参照。）。具体的には、回路基板２０上の各電極３６に対して、流路形成基板１１１，１１２の各溝部１２ａ（圧力発生室１２）が平面的に重なる位置となるように前記各基板を位置合わせして接合する。この接合により、流路形成基板１１１，１１２の下面側（＋Ｚ側）に形成された溝部２６ａ内に電極３６が収容され、溝部２６ａ（及び溝部１２ａ）の底壁部に形成された振動板１４と電極３６とが対向配置されて圧力発生手段が形成される。

本実施形態の場合、回路基板２０の基体がガラス基板であり、流路形成基板１１１，１１２の基体がシリコン基板であるから、両者の接合に陽極接合を用いることができる。「陽極接合」は、両者を当接させた状態で３００〜４００℃に加熱するとともに５００Ｖ〜１ｋＶ程度の電圧を印加することで、ガラスとシリコンとの間に大きな静電引力を発生させ、界面で化学結合させることで基板を接合する技術である。

図６に示すように、前記接合工程により、回路基板２０上の電極３７１，３７２が、それぞれ流路形成基板１１１，１１２と接触する状態となり、これらの電極を介して第１流路形成基板１１１と共通電極配線２７ａとが電気的に接続され、第２流路形成基板１１２と共通電極配線２７ｂとが電気的に接続される。これにより、第１流路形成基板１１１及び第２流路形成基板１１２への接続端子が外部接続部２１ａに引き出されたものとなる。

次に、第１流路形成基板１１１と第２流路形成基板１１２との間の回路基板２０上に露出している接続端子３４、及び外部接続部２１ａから延びる駆動回路配線２７ｃに対して、駆動回路部２００Ａをフリップチップ実装する。なお、図示ではＸ軸方向に長手の駆動回路部２００Ａの−Ｘ側の一部のみが示されている。
フリップチップ実装の形態としては、Ａｕ−Ａｕ接合や、ＡＣＰ（異方性導電ペースト）、ＡＣＦ（異方性導電フィルム）等の異方性導電材料による接合、ＮＣＰ（被導電性ペースト）、ＮＣＦ（被導電性フィルム）等の非導電性材料を用いた接着等、種々の形態が採用できる。上記に例示した各実装方法を採用することで、実装厚さを抑制しつつ信頼性に優れた電気的接合が得られ、インクジェットヘッドのコンパクト化と信頼性の向上を実現できる。

次に、図７に示すように、回路基板２０辺端部の外部接続部２１ａに対して、フレキシブル基板５１を接続する。図７に示すようにフレキシブル基板５１の図示下面側（＋Ｚ側）であって、＋Ｘ側の辺端部には複数の接続端子５１２が配列形成されており、これらの接続端子５１２は、回路基板２０の外部接続部２１ａに形成された接続配線２７ａ〜２７ｃに対応した幅及びピッチに形成されている。そして、このような接続端子５１２と外部接続部２１ａの接続配線２７ａ〜２７ｃとを位置合わせして配置し、ＡＣＰやＡＣＦ等の異方性導電材料、あるいはＮＣＦやＮＣＰを用いた非導電性材料を用いて接着することで、フレキシブル基板５１と回路基板２０とを接続することができる。

フレキシブル基板５１の図示手前側（−Ｘ側）の辺端部には、複数の接続端子５１３が配列形成されており、前記各接続端子５１２は、配線パターン５１１を介して対応する接続端子５１３と電気的に接続されている。前記接続端子５１３は、接続端子５１２よりも大きい線幅及びピッチで形成されている。このような構成のフレキシブル基板５１を用いることで、インクジェットヘッド１０を外部機器に接続する際のハンドリング性を高め、また接続の信頼性を高めることができる。

次に、図８に示すように、別途作製したノズル基板１６を用意し、回路基板２０上に配された第１流路形成基板１１１及び第２流路形成基板１１２に対し位置決めして接合する。このとき、ノズル基板１６の各ノズル１５が、それらに対応する流路形成基板１１１，１１２の溝部１２ａの平面領域内に配置されるように、ノズル基板１６と流路形成基板１１１，１１２とが位置合わせされる。そして、この接合工程により、流路形成基板１１１，１１２に形成された溝部１２ａとノズル基板１６とに囲まれる空間に圧力発生室１２が形成され、溝部２２ａとノズル基板１６とに囲まれる空間にインク流路２２が形成され、溝部２４ａとノズル基板１６とに囲まれる空間にリザーバ２４が形成される。

ノズル基板１６と流路形成基板１１１，１１２はいずれもシリコン基板を基体としてなるものであるから、上記接合に際しては、共晶接合を用いた方法のほか、シリコン基板の表面に形成した絶縁膜同士を接合する方法や接着剤で接合する方法を採用することができる。共晶接合では、流路形成基板１１１，１１２とノズル基板１６との接合界面に金等のバインダーを介在させて接合することで、４００℃程度の低温で強固な接合を得ることができる。

図９に示すようにノズル基板１６と流路形成基板１１１，１１２と、回路基板２０とを積層接続したならば、これらの積層体の側端部に形成されている溝部５５０に、樹脂材料等からなる封止部材４０を充填する。封止部材４０は、フレキシブル基板５１のうち回路基板２０と平面的に重なる部分にも設けられており、これによりフレキシブル基板５１と外部接続部２１ａとの接続部分が封止される。
なお、上記溝部５５０は、ノズル基板１６と回路基板２０とが平面視略同一の形状であり、それらに挟持される流路形成基板１１１，１１２の縁端が、ノズル基板１６及び回路基板２０の縁端より基板中央部側へ若干後退した位置に配されるために形成されるものである。

上記工程により、図１に示したように、ヘッド周縁部のノズル基板１６と回路基板２０との隙間に、樹脂材料等からなる封止部材４０が充填されたインクジェットヘッド１０が得られる。
なお、上記実施の形態では、１個のインクジェットヘッド１０を製造する場合について説明したが、インクジェットヘッド１０は、大型の基板を用いて複数個を一括に製造することが可能である。すなわち、複数個分の回路基板２０が作り込まれた大型回路基板と、複数個分の流路形成基板１１１〜１１４が作り込まれた大型流路形成基板と、複数個分のノズル基板１６が作り込まれた大型ノズル基板とを用意し、それらを上記各工程に供して複数個のインクジェットヘッド１０を一括に作製した後、インクジェットヘッド１０の外周端に相当する位置でダイシングして切り離せば、複数個のインクジェットヘッド１０を得ることができる。

以上、詳細に説明したように、本実施形態のインクジェットヘッド１０の製造方法によれば、回路基板２０と第１流路形成基板１１１及び第２流路形成基板１１２とを接合した後、第１流路形成基板１１１と第２流路形成基板１１２との間の回路基板２０上の領域に駆動回路部２００Ａを実装し、実装された駆動回路部２００Ａを覆ってノズル基板１６を流路形成基板１１１，１１２に接合するので、インクジェットヘッド１０全体での薄型化、コンパクト化を実現できる。
また、当該インクジェットヘッド１０を外部機器に接続するフレキシブル基板５１，５２を回路基板２０の外部接続部２１ａ、２１ｂに接続した後、当該外部接続部２１ａ、２１ｂを覆うようにノズル基板１６を接合し、さらにノズル基板１６と回路基板２０との間に設けた封止部材４０によって前記フレキシブル基板５１，５２と回路基板２０との接続部分を封止するようにしているので、フレキシブル基板５１，５２の接続部分において、物理的、電気的に極めて優れたインクジェットヘッドを製造することができる。
また、駆動回路部２００Ａがインクジェットヘッド１０の内部に封止されるので、駆動回路部２００Ａ自体や駆動回路部２００Ａの実装部が外気やインクの影響を受けにくく、信頼性に優れたインクジェットヘッドを実現できる。

（液滴吐出装置）
次に、上述したインクジェットヘッド１０を備えた液滴吐出装置の一例について図１０を参照しながら説明する。本例では、その一例として、前述のインクジェットヘッドを備えたインクジェット式記録装置について説明する。

インクジェットヘッドは、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ている。図１０に示すように、インクジェットヘッドを有する記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂには、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ており、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が、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取り付けられている。

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がキャリッジ軸５に沿って移動するようになっている。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上に搬送されるようになっている。上記構成を具備したインクジェット式記録装置は、前述の液滴吐出ヘッドを備えているので、小型で信頼性が高く、更に低コストなインクジェット式記録装置となっている。

なお、図１０では、本発明の液滴吐出装置の一例としてプリンタ単体としてのインクジェット式記録装置を示したが、本発明はこれに限らず、係る液滴吐出ヘッドを組み込むことによって実現されるプリンタユニットに適用することも可能である。このようなプリンタユニットは、例えば、テレビ等の表示デバイスやホワイトボード等の入力デバイスに装着され、該表示デバイス又は入力デバイスによって表示若しくは入力された画像を印刷するために使用される。

また上記液滴吐出ヘッドは、液相法により各種デバイスを形成するための液滴吐出装置にも適用することができる。この形態においては、液滴吐出ヘッドより吐出される機能液として、液晶表示デバイスを形成するための液晶表示デバイス形成用材料、有機ＥＬ表示デバイスを形成するための有機ＥＬ形成用材料、電子回路の配線パターンを形成するための配線パターン形成用材料などを含むものが用いられる。これらの機能液を液滴吐出装置により基体上に選択配置する製造プロセスによれば、フォトリソグラフィ工程を経ることなく機能材料のパターン配置が可能であるため、液晶表示装置や有機ＥＬ装置、回路基板等を安価に製造することができる。

実施形態に係るインクジェットヘッドの斜視構成図。同、ノズル基板を取り除いた状態を示す斜視構成図。同ヘッドの要部を拡大して部分断面構成図、及び平面構成図。同、液滴吐出部の配列を概念的に示す平面構成図。実施形態に係るインクジェットヘッドの製造工程図。実施形態に係るインクジェットヘッドの製造工程図。実施形態に係るインクジェットヘッドの製造工程図。実施形態に係るインクジェットヘッドの製造工程図。実施形態に係るインクジェットヘッドの製造工程図。液滴吐出装置の一例を示す斜視構成図。

符号の説明

１０インクジェットヘッド（液滴吐出ヘッド）、１２圧力発生室、１４振動板、１５ノズル、１６ノズル基板、２０回路基板、２１ａ、２１ｂ外部接続部、２２インク流路、２４リザーバ、３１液滴吐出部、３２圧力発生手段、３４接続端子、３６電極、５１，５２フレキシブル基板（配線基板）、１１１〜１１４流路形成基板、１５１〜１５４ノズル群、２００Ａ，２００Ｂ駆動回路部、２００ａバンプ（電極端子）、３１１〜３１４液滴吐出部群、３７１，３７２電極

Claims

平面的に配列された複数の電極を有する回路基板と、前記複数の電極のそれぞれに対応する複数の圧力発生室を有する流路形成基板と、前記圧力発生室のそれぞれに対応するノズルを有するノズル基板とを積層してなる液滴吐出ヘッドであって、
前記回路基板とノズル基板との間に、前記電極を駆動するための駆動回路部が設けられており、
前記回路基板の電極形成面に、少なくとも前記駆動回路部と電気的に接続された接続配線を含む外部接続部が設けられ、当該外部接続部には、配線パターンを有する配線基板が電気的に接続されており、
前記ノズル基板と前記回路基板との間の領域の外周部に封止部材が設けられ、
前記外部接続部が、前記封止部材により前記ノズル基板と回路基板とに挟まれた領域内に封止されており、
前記回路基板上に、各々の前記電極から延出された複数の接続端子が形成されており、前記複数の接続端子が、前記電極を覆って前記回路基板上に配置された流路形成基板の外側まで延びて当該延出位置にて前記各電極に駆動信号を供給する駆動回路部と電気的に接続されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
前記回路基板上に複数の前記流路形成基板が配置され、当該複数の流路形成基板の間の前記回路基板上に、前記駆動回路部が実装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。
平面的に配列された複数の電極を有する回路基板と、前記複数の電極のそれぞれに対応する複数の圧力発生室を有する流路形成基板と、前記圧力発生室のそれぞれに対応するノズルを有するノズル基板とを積層してなる液滴吐出ヘッドであって、
前記回路基板とノズル基板との間に、前記電極を駆動するための駆動回路部が設けられており、
前記回路基板の電極形成面に、少なくとも前記駆動回路部と電気的に接続された接続配線を含む外部接続部が設けられ、当該外部接続部には、配線パターンを有する配線基板が電気的に接続されており、
前記ノズル基板と前記回路基板との間の領域の外周部に封止部材が設けられ、
前記外部接続部が、前記封止部材により前記ノズル基板と回路基板とに挟まれた領域内に封止されており、
前記回路基板上に複数の前記流路形成基板が配置され、当該複数の流路形成基板の間の前記回路基板上に、前記駆動回路部が実装されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
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を備えたことを特徴とする液滴吐出装置。