JP6627544B2 - Ｍｅｍｓデバイス、圧電デバイス、液体噴射ヘッド、および、液体噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＭＥＭＳデバイス、圧電デバイス、液体噴射ヘッド、および、液体噴射装置に関するものであり、特に、駆動素子の駆動に係る駆動信号等を伝送するフレキシブル基板を備えたＭＥＭＳデバイス、圧電デバイス、液体噴射ヘッド、および、液体噴射装置に関する。

ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイスは、シリコン基板上に圧電素子等の駆動素子（駆動素子）や電子回路等を備え、各種の液体噴射装置、表示装置、若しくは振動センサー等に応用されている。例えば、液体噴射装置では、ＭＥＭＳデバイスの一形態である液体噴射ヘッドから各種の液体を噴射する。この液体噴射装置としては、例えば、インクジェット式プリンターやインクジェット式プロッター等の画像記録装置があるが、最近ではごく少量の液体を所定位置に正確に着弾させることができるという特長を生かして各種の製造装置にも応用されている。例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターを製造するディスプレイ製造装置，有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイやＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極を形成する電極形成装置，バイオチップ（生物化学素子）を製造するチップ製造装置に応用されている。そして、画像記録装置用の記録ヘッドでは液状のインクを噴射し、ディスプレイ製造装置用の色材噴射ヘッドではＲ（Red）・Ｇ（Green）・Ｂ（Blue）の各色材の溶液を噴射する。また、電極形成装置用の電極材噴射ヘッドでは液状の電極材料を噴射し、チップ製造装置用の生体有機物噴射ヘッドでは生体有機物の溶液を噴射する。

この種の液体噴射ヘッドは、液体が噴射されるノズル、このノズルに連通する液体流路、液体流路内の液体に対して圧力変動を生じさせる圧電素子や発熱素子等の駆動素子等を備えた駆動素子ユニット、当該駆動素子ユニットを収容するホルダー（ケース）、駆動素子ユニットに供給する液体が流通する流路部材、駆動素子の駆動に係る駆動信号等を中継する回路基板（プリント基板）、流路の接続部分をシールする保護部材等、複数の部材が積層されて備えている（例えば、特許文献１参照）。

このような液体噴射ヘッドにおいては、駆動素子ユニットの流路から当該流路を形成している壁面の一部（例えば、流路内の急激な圧力変化を緩和するコンプライアンス部と呼ばれる可撓性を有する部分）を通して水分が蒸発するため、水分の過剰な蒸発を抑制して流路内の液体の増粘を防ぐべく、液体噴射ヘッドの内部をある程度密閉された空間とする必要がある。例えば、上記特許文献１の構成では、一端側の端子が駆動素子と接続されたフレキシブル基板（駆動ＩＣが搭載されたＣＯＦ）が、駆動素子ユニットの上方に配置された回路基板の貫通孔を通して回路基板の上面側に引き出され、当該回路基板の上面に設けられた基板端子にフレキシブル基板の他端側の端子が接続されている。また、回路基板と流路部材との間には、当該流路部材の流路と駆動素子ユニット側の流路との液密性を確保するためのエラストマー等の弾性材からなるシール部材が配置されている。このシール部材によって、液体噴射ヘッド内の空間がある程度密閉されている。この構成では、駆動素子ユニットから回路基板の貫通孔を通りシール部材と流路部材とで区画された空間に至る領域が、水分蒸発を管理する領域（以下、水分蒸発管理領域と呼ぶ）となる。この水分蒸発管理領域は、完全な密閉ではなく、環境温度変化等による内圧の変化に対応するために、シール部材等に設けられた大気開放路を通じて大気開放されている。この大気開放路の通路抵抗によって大気開放しつつも駆動素子ユニットからの水分蒸発が抑制される。

特開２０１５−０５１６２３号公報

上記液体噴射ヘッドでは、回路基板の上面においてフレキシブル基板の端子と基板端子との接続作業（圧着等）が行われる関係で、駆動素子ユニット側からのフレキシブル基板の他端側を回路基板の上面側に引き回す必要がある。ところが、ＣＯＦ等のフレキシブル基板には駆動ＩＣが搭載されているため、フレキシブル基板を任意の部分で屈曲して配線することが難しく、また、駆動ＩＣに対応させてフレキシブル基板の幅もその分だけ大きくなっていた。このような事情によりフレキシブル基板の配線レイアウトが制限される中で回路基板の上面側にフレキシブル基板の他端側を引き回すため、回路基板にフレキシブル基板を挿通させるための上記の貫通孔が設けられていた。これにより、水分蒸発管理領域が、回路基板を含む複数の部材にわたって比較的広い領域となっていた。また、当該水分蒸発管理領域を封止する部材の一つとしてシール部材が用いられているため、シール部材の素材自体からの水分透過や平坦度のばらつき等によりシール性を確保することが困難であるという問題があった。さらに、回路基板が水分蒸発管理領域内に配置されて高湿度下に晒されているため、マイグレーション（イオンマイグレーション）等の不具合が生じるおそれがある等、液体噴射ヘッドの信頼性の低下を招いていた。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、水分蒸発管理領域をより小さくすることが可能なＭＥＭＳデバイス、圧電デバイス、液体噴射ヘッド、および、液体噴射装置を提供することにある。

本発明のＭＥＭＳデバイスは、上記目的を達成するために提案されたものであり、駆動素子を備える駆動素子ユニットと、
前記駆動素子ユニットを収容する第１部材と、
前記第１部材と接合される第２部材と、
一端側に設けられた一端側端子、他端側に設けられた他端側端子、および、前記一端側端子から前記他端側端子までの間に駆動ＩＣを介することなく形成された配線を有するフレキシブル基板と、
を備え、
前記駆動素子ユニットは、前記駆動素子の駆動に係る駆動ＩＣが設けられた長手方向と短手方向を有する基板を含み、
前記基板の前記駆動ＩＣが設けられた面の前記長手方向の端部には、前記フレキシブル基板の前記一端側端子と接続する端子列が前記短手方向に沿って形成され、
前記第１部材と前記第２部材とは、前記フレキシブル基板を間に挟んだ状態で互いに接合されて前記駆動素子ユニットを収容する空間を画成し、
前記フレキシブル基板の他端側は、前記空間の外側に引き出されたことを特徴とする。

上記構成によれば、第１部材と第２部材とにより、駆動素子ユニットで液体を扱う構成において水分蒸発管理領域となる空間の大きさ（容積）が規定され、従来の構成のように駆動素子ユニットよりも上部（液体が噴射される側とは反対側）に配置されている回路基板等の他の部材にフレキシブル基板を回路基板の上面側に通すための挿通孔が不要となり、その分だけ水分蒸発管理領域を小さくすることが可能となる。これにより、駆動素子ユニット内の液体の蒸発をより確実に抑制することが可能となる。また、フレキシブル基板が駆動ＩＣを有していないことから、フレキシブル基板の幅をその分小さくすることができる。このため、基板の短辺（短手方向）に沿って並設された端子列にフレキシブル基板の一端側端子が接続される構成を採用することができ、第１部材と第２部材とでフレキシブル基板が挟まれている領域（挟持領域）をより小さくすることができる。これにより、水分蒸発管理領域における水分が挟持領域を通じてリークするリスクをより低減することが可能となる。

上記構成において、前記フレキシブル基板の前記他端側端子と電気的に接続されるプリント基板をさらに備え、
前記プリント基板は、前記空間の外側に配置されている構成を採用することが望ましい。

この構成によれば、プリント基板が水分蒸発管理領域となる空間の外部に配置されているため、当該プリント基板が高湿度環境に晒されない。これにより、高湿度下におけるイオンマイグレーションが生じることが抑制される。

上記構成において、前記第１部材と前記第２部材とは、前記フレキシブル基板を間に挟んだ状態で接着剤により接合されて前記空間を封止している構成を採用することが望ましい。

この構成によれば、第１部材と前記第２部材とがフレキシブル基板を間に挟むことにより、互いにがたつき（傾き）が生じたとしても接着剤の厚みで吸収することができる。このため、水分蒸発管理領域となる空間の密閉性をより確実に確保することができる。

上記構成において、前記第１部材に接合された第３部材をさらに備え、
前記第１部材と前記第２部材と前記第３部材とにより前記空間が画成された構成とすることもできる。

この構成によれば、例えば、第１部材の一方の面とこれとは反対側の他方の面とが開口した構成においても、第２部材および第３部材でこれらの開口を塞ぐことで水分蒸発管理領域となる空間を画成することができる。

また、上記何れかの構成のＭＥＭＳデバイスは、圧電デバイスであって、
前記駆動素子として圧電素子を備えたことを特徴とする。

上記構成によれば、より信頼性の高い圧電デバイスを提供することが可能となる。

さらに、上記何れかの構成のＭＥＭＳデバイスは、液体噴射ヘッドであって、
液体流路および当該液体流路に連通するノズルを有し、前記駆動素子の駆動により前記液体流路内の液体を前記ノズルから噴射することを特徴とする。

上記構成によれば、より信頼性の高い液体噴射ヘッドを提供することが可能となる。

そして、本発明の液体噴射装置は、上記液体噴射ヘッドを備えることを特徴とする。

上記構成によれば、より信頼性の高い液体噴射装置を提供することが可能となる。

液体噴射装置の内部構成を説明する斜視図である。 ヘッドユニットの構成を説明する分解斜視図である。 ＭＥＭＳデバイス（圧電デバイス、液体噴射ヘッド）の断面図である。 第２の実施形態における液体噴射ヘッドの断面図である。 第３の実施形態における液体噴射ヘッドの断面図である。

以下、本発明を実施するための形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、以下においては、本発明に係るＭＥＭＳデバイスの一形態であり、圧電デバイスもしくは液体噴射ヘッドの一形態でもあるインクジェット式記録ヘッド（以下、記録ヘッド）、および、この記録ヘッドを搭載した液体噴射装置の一形態であるインクジェット式プリンター（以下、プリンター）を例に挙げて説明する。

プリンター１の構成について、図１を参照して説明する。プリンター１は、記録紙等の記録媒体２（液体の被着弾物（液体の着弾対象）の一種）の表面に液体の一種であるインクを噴射して画像等の記録を行う装置である。このプリンター１は、複数の記録ヘッド３を有するヘッドユニット４と、記録媒体２を搬送する搬送機構５と、ヘッドユニット４における各記録ヘッド３の底面（ノズル面）に記録媒体２を相対させた状態で支持する媒体支持部材６と、を装置本体７の内部に備えている。

本実施形態におけるヘッドユニット４は、複数の記録ヘッド３をホルダー８に取り付けてユニット化されたものであり、各記録ヘッド３のノズル面を媒体支持部材６（プラテン）に向けた姿勢で装置本体７に固定されている。本実施形態においては、３つの記録ヘッド３が、隣り合う記録ヘッド３の記録媒体搬送方向（以下、第１の方向）における位置が互い違いとなるように、第１の方向に交差する方向（以下、第２の方向）に配置されている。そして、第２の方向で見て各記録ヘッド３のノズル列を連ねた全長が、プリンター１において印刷可能な記録媒体２の最大サイズに対応可能な長さとなっている。すなわち、本実施形態におけるプリンター１は、記録ヘッド３（ヘッドユニット４）と記録媒体２との第２の方向における相対移動を行うことなく記録が行われる所謂ライン型プリンターである。ヘッドユニット４の各記録ヘッド３には、本発明における液体の一種であるインクを貯留した図示しないインクカートリッジ（液体貯留手段）からのインクが供給されるように構成されている。このインクカートリッジは、ヘッドユニット４上に装着される構成であってもよいし、装置本体７においてヘッドユニット４とは異なる位置に配置されて供給チューブ等を介して各記録ヘッド３にインクが供給される構成であってもよい。また、ヘッドユニット４に搭載される記録ヘッド３は３つに限られず、１つ以上であればよい。したがって、本発明は、単一の液体噴射ヘッドを搭載し、当該液体噴射ヘッドと記録媒体等の液体の被着弾物とを第２の方向に相対移動させつつ液体を噴射させる構成の液体噴射装置にも採用することができる。

搬送機構５は、媒体支持部材６よりも記録媒体２の搬送方向における上流側に上下一対に配置された第１の搬送ローラー１０ａと、媒体支持部材６よりも搬送方向における下流側に上下一対に配置された第２の搬送ローラー１０ｂと、を備えており、これらの搬送ローラー１０ａ，１０ｂを駆動させることにより、供給側からの記録媒体２を、上下のローラーで挟んだ状態で媒体支持部材６上を通過させて排出側に向けて搬送する。本実施形態における媒体支持部材６は、記録ヘッド３の並設方向に沿って長手な板状の支持台であり、画像等の記録が行われる対象である記録媒体２を支持する。なお、搬送機構５が、無端ベルトやドラムにより構成されるものもあり、このような構成では、ベルトやドラムが媒体支持部材として機能する。また、媒体支持部材６としては、記録媒体２を静電気力により吸着させる構成のものや、負圧を発生させることで記録媒体２を吸着させる構成のものを採用することもできる。

次にヘッドユニット４および記録ヘッド３について説明する。図２は、ヘッドユニット４の構成の一例を説明する分解斜視図である。また、図３は、本実施形態における記録ヘッド３の要部断面図である。なお、図２においては、流路構造体１３および保護部材２７の図示が省略されている。また、図３においては、流路接続部５３を除き流路構造体１３の図示が省略されている。本実施形態におけるヘッドユニット４は、各記録ヘッド３に共通なホルダー８に、各記録ヘッド３の個別部材や各記録ヘッド３に共通な部材等を取り付けて構成されている。各記録ヘッド３は、駆動素子ユニット１２と、固定板１４と、共通部材１５と、回路基板９と、流路構造体１３と、を有している。これらの構成部材のうち、本実施形態においては、ホルダー８、共通部材１５、回路基板９、および流路構造体１３が、各記録ヘッド３に共通な部材となっている。なお、これらの部材についても、記録ヘッド３毎に個別の部材とすることもできる。

本実施形態におけるホルダー８は、記録ヘッド３のノズル面（ノズルプレート１７）に交差（直交）する複数の壁１１により、記録ヘッド３の駆動素子ユニット１２を収容する収容空間２０の一部（側面）を区画する枠状の合成樹脂部材である。ホルダー８の下面（媒体支持部材６と対向する面）には固定板１４が接着剤２５により接合され、同じく上面には共通部材１５が接着剤２４により接合されることにより、密閉された空間である収容空間２０（本発明における空間の一種）が画成されている。また、ホルダー８の上面に接合された共通部材１５の上には、回路基板９が配置され、さらにこの回路基板９の上には、回路基板９を保護するとともに流路の接続部分をシールする機能を有するエラストマー等の弾性材からなる保護部材２７（図３参照）を介して流路構造体１３（図１参照）が配置されている。

固定板１４は、収容空間２０の底面をなす底板１４ａと、ホルダー８の壁１１に沿うように当該ホルダー８の上面側に向けて屈曲された側壁１４ｂ（図２参照）とを有している。底板１４ａは、収容空間２０の下面側の開口を塞ぎ得る形状・大きさに設定されている。この底板１４ａには、ノズルプレート１７に形成されたノズル１８を露出させるため、ノズル列方向に長手な開口１６が形成されている。各駆動素子ユニット１２は、それぞれ対応する開口１６にノズル１８を露出させた状態で接着剤２５により、固定板１４における底板１４ａの上面（媒体支持部材６側とは反対側の面）に接合される。この底板１４ａに駆動素子ユニット１２が接合されることにより駆動素子ユニット１２の高さ、すなわち、ノズル面に垂直な方向の位置がそれぞれ規定される。また、固定板１４の底板１４ａは、ホルダー８の壁１１の下端面に接着剤２５により接合されている。

共通部材１５は、他の部材の厚みよりも厚く剛性が比較的高い金属製の板材であり、収容空間２０の上面側の開口を塞ぎ得る形状・大きさに設定されている。本実施形態における共通部材１５は、ヘッドユニット４全体を補強する機能と、流路構造体１３からのインクを各駆動素子ユニット１２側に供給する流路としての機能とを奏する。すなわち、この共通部材１５がホルダー８に接合されることにより、ヘッドユニット４全体の歪み等の変形が抑制される。本実施形態における共通部材１５には、厚さ方向を貫通して連通流路２２が形成されている。この連通流路２２は、流路構造体１３の導出口５４と駆動素子ユニット１２の流路（導入口３６）とを連通する流路である。この共通部材１５は、駆動素子ユニット１２に一端側が接続されたフレキシブル基板２３をホルダー８における壁１１の上端面との間に挟んだ状態で収容空間２０の上面側の開口を塞ぐように壁１１の上端面に接着剤２４により接合されている。そして、上記のようにホルダー８の下面に固定板１４が接合されるとともにホルダー８の上面に共通部材１５が接合されることで収容空間２０が画成される。この収容空間２０は、駆動素子ユニット１２の流路から当該流路を形成する壁面の一部（例えば、後述するコンプライアンスシート３４ａ）を透過した水分の過剰な蒸発を抑制する水分蒸発管理領域となる。この収容空間２０は、完全に密閉された空間ではなく、図示しない大気開放路を通じて大気開放されている。また、共通部材１５には、フレキシブル基板２３において共通部材１５とホルダー８との間に挟まれた部分よりも先の部分（駆動素子ユニット１２と接続された一端側とは反対側の他端側）が挿通される貫通口２１が、収容空間２０から外れた位置に開設されている。この貫通口２１は、回路基板９に開設された挿通口４９と連通する。

本実施形態における駆動素子ユニット１２は、ノズルプレート１７、流路形成基板２６、振動板２８、圧電素子２９（駆動素子若しくはアクチュエーターの一種）、保護基板３０（本発明における基板の一種）、駆動ＩＣ３１がこの順に積層されてヘッドケース３２に取り付けられている。ヘッドケース３２は、合成樹脂製の箱体状部材であり、その内部には、下面側に開口したユニット収容空部３２ａが形成されている。このユニット収容空部３２ａの下面側の開口から駆動素子ユニット１２の構成部材が収容されている。より具体的には、圧電素子２９、保護基板３０、および駆動ＩＣ３１がユニット収容空部３２ａに収容された状態で、振動板２８が積層された流路形成基板２６にヘッドケース３２が接合されている。また、ヘッドケース３２において、ユニット収容空部３２ａよりも上面側には、当該上面に開口する状態でインク導入路３３（平面流路）が形成されている。このインク導入路３３は、ユニット収容空部３２ａから外れた位置にヘッドケース３２の高さ方向を貫通して形成された図示しない供給流路を通じて流路形成基板２６のインク流路と連通されて本発明における液体流路を構成している。さらに、このヘッドケース３２の上面には、インク導入路３３の開口を塞ぐ状態でコンプライアンス部材３４が接合されている。このコンプライアンス部材３４は、例えば、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）等の可撓性を有するコンプライアンスシート３４ａと、このコンプライアンスシート３４ａを支持する金属製のシート支持板３４ｂとが積層されて構成されている部材である。なお、コンプライアンスシート３４ａとしては、インク流路（インク導入路３３）内の圧力変化に応じて撓むことが可能な可撓部材であれば、例えば、ごく薄いステンレス鋼等の金属板を用いることもできる。

シート支持板３４ｂにおいてインク導入路３３に対応する位置には、当該インク導入路３３の上面側の開口形状に倣った形状のコンプライアンス開口３５が板厚方向を貫通する状態で形成されている。ヘッドケース３２の上面にコンプライアンス部材３４が位置決めされた状態で接合されると、インク導入路３３の開口部が、コンプライアンス部材３４のコンプライアンスシート３４ａによって封止される。これにより、インク導入路３３における圧力変動に応じて当該部分のコンプライアンスシート３４ａが変位する（撓む）ことができる。また、シート支持板３４ｂには、インク導入路３３と連通する導入口３６が開設されている。この導入口３６には、上記共通部材１５の連通流路２２の導出口が液密状態で接続される。連通流路２２側から導入口３６を通じてインク導入路３３に導入されたインクは、上記供給流路を通じて流路形成基板２６内のインク流路に供給される。

また、ヘッドケース３２には、ユニット収容空部３２ａに連通する配線挿通口３８が形成されている。この配線挿通口３８には、プリンター１の制御回路側からの駆動信号等を駆動ＩＣ３１に伝送するフレキシブル基板２３の一端側が挿通されて、ユニット収容空部３２ａ内における保護基板３０の上面（実装面）に形成された基板電極端子３９に接続されている。

ノズルプレート１７は、シリコン製あるいはステンレス鋼等の金属製の板材である。本実施形態では、このノズルプレート１７には、複数のノズル１８が列状に並設されている。この並設された複数のノズル１８は、ドット形成密度に対応したピッチで、記録媒体２の幅方向に対応する第２の方向に沿って等間隔に設けられてノズル列を構成している。本実施形態における流路形成基板２６は、シリコン製の板材である。この流路形成基板２６には、ノズル１８毎に対応した複数の圧力室４０となる空部と、圧力室４０とノズル１８とを連通させるノズル連通口４１等のインク流路が形成されている。

振動板２８は、弾性を有する薄膜状の部材であり、流路形成基板２６の上面（ノズルプレート１７側とは反対側の面）に設けられている。この振動板２８によって、圧力室４０となるべき空間の上部開口が封止されている。換言すると、当該振動板２８によって、圧力室４０の上面（天井面）が区画されている。この振動板２８における圧力室４０の上部開口に対応する部分は、圧電素子２９の撓み変形に伴ってノズル１８から遠ざかる方向あるいは近接する方向に変位する変位部として機能する。すなわち、振動板２８における圧力室４０の上部開口に対応する領域が、撓み変形が許容される駆動領域となる。この駆動領域の変形により、圧力室の容積が変化する。

振動板２８の上（流路形成基板２６とは反対側の面）における各圧力室４０に対応する駆動領域には、圧電素子２９がそれぞれ積層されている。本実施形態の圧電素子２９は、所謂撓みモードの圧電素子である。この圧電素子２９は、例えば、振動板２８上に、下電極層、圧電体層及び上電極層が順次積層されてなる。このように構成された圧電素子２９は、保護基板３０の上部に配置された駆動ＩＣ３１から出力された駆動信号が印加されて下電極層と上電極層との間に両電極の電位差に応じた電界が付与されると、ノズル１８から遠ざかる方向あるいは近接する方向に撓み変形する。

本実施形態における保護基板３０は、圧電素子２９を保護する保護基板として機能するとともに所謂インターポーザーとしても機能する板材である。この保護基板３０は、ノズル列方向（第２の方向）に長尺であって、ノズル列方向に交差する方向（第１の方向）に短尺なシリコン製の基板からなり、長手方向と短手方向を有している。そして、この保護基板３０は、振動板２８との間に圧電素子２９を収容する空間４３を形成する状態で配置されている。この保護基板３０の上面側には、圧電素子２９の駆動に係る駆動信号を出力する駆動ＩＣ３１が配置されている。この保護基板３０には、厚さ方向を貫通する図示しない貫通電極を有しており、この貫通電極を介して駆動ＩＣ３１の出力端子４５と各圧電素子２９の素子電極端子とが導通されている。駆動ＩＣ３１は、フレキシブル基板２３を通じて制御回路からの駆動信号や噴射データ（ラスターデータ）等が入力され、当該噴射データに基づいて駆動信号の中から各圧電素子２９にそれぞれ出力する駆動パルスの選択制御を行う。この駆動ＩＣ３１の下面（保護基板３０側の面）には、フレキシブル基板２３からの駆動信号等が入力される入力端子４４と、各圧電素子２９に対応して設けられた出力端子４５と、が設けられている。

また、保護基板３０の上面（実装面）には、上記駆動ＩＣ３１の入力端子４４に接続されると共にフレキシブル基板２３の一端側端子４６に接続される基板電極端子３９が形成されている。本実施形態においては、保護基板３０の上面において当該保護基板３０の長手方向（第２の方向）の一側（図３においては左側）の端部に、駆動ＩＣ３１の入力端子４４にそれぞれ対応して当該保護基板３０の短辺（短手方向）に沿って複数並設されている。この基板電極端子３９の列が、本発明における端子列に相当する。それぞれの基板電極端子３９は、保護基板３０の上面における駆動ＩＣ３１の入力端子４４に対向する位置からフレキシブル基板２３の一端側端子４６が接続される領域に至るまで保護基板３０の長手方向に延在している。

フレキシブル基板２３は、ポリイミド等からなる可撓性を有する基材フィルムの一方の面に配線のパターンが形成されている配線基板である。また、フレキシブル基板２３の一端側には一端側端子４６が、基板電極端子３９に対応して複数並設され、また、他端側には、回路基板９の回路基板端子４８と接続される他端側端子４７が複数並設さている。他端側端子４７には、回路基板９を介して制御回路からの駆動信号等が入力される。そして、フレキシブル基板２３において配線端子以外の配線パターンの表面は、ソルダーレジストで覆われている。本実施形態におけるフレキシブル基板２３は、例えばＣＯＦのような駆動ＩＣを備えているフレキシブル基板とは異なり、駆動ＩＣ３１を有していない。すなわち、本実施形態において、ＣＯＦの駆動ＩＣに相当する駆動ＩＣ３１は、保護基板３０の上面に配置されているので、フレキシブル基板２３は、駆動ＩＣ３１とは別個独立した基板となっており、一端側端子４６から他端側端子４７まで途中に駆動ＩＣを介することなく配線が形成されている。このため、本実施形態におけるフレキシブル基板２３は、寸法や屈曲位置等について少なくとも駆動ＩＣ３１を有することによる制約が無い。これにより、フレキシブル基板２３の寸法（全長および幅）をＣＯＦ等の駆動ＩＣを備えるものよりも小さくすることができ、また、記録ヘッド３におけるフレキシブル基板２３の引き回し（配線レイアウト）の自由度が向上している。

本実施形態においては、水分蒸発管理領域となる収容空間２０をできるだけ小さくするべく、従来の駆動ＩＣを備えているフレキシブル基板を採用する構成では困難であった配線レイアウトが採用されている。具体的には、フレキシブル基板２３は、当該フレキシブル基板２３の配線延在方向に交差する幅方向が保護基板３０の短辺に沿った姿勢で保護基板３０と接続され、配線挿通口３８からヘッドケース３２の外側に引き出され、ホルダー８（本発明における第１部材の一種）と共通部材１５（本発明における第２部材の一種）との間に挟まれた状態で、その表裏が接着剤２４によりホルダー８と共通部材１５とのそれぞれに接着されている。そして、水分蒸発管理領域である収容空間２０の外側に引き出されたフレキシブル基板２３の他端側（ホルダー８と共通部材１５との間に挟まれた部分よりも先の部分）は、共通部材１５の貫通口２１および回路基板９の挿通口４９に挿通されて回路基板９の上面側に引き出され、その他端側端子４７が回路基板９の上面に設けられた回路基板端子４８と電気的に接続されている。

これにより、本実施形態においては、ホルダー８と、これに接合される共通部材１５および固定板１４（本発明における第３部材の一種）とにより、水分蒸発管理領域（収容空間２０）の大きさ（容積）が規定され、従来の構成のように駆動素子ユニット１２よりも上部（ノズル面側とは反対側）に配置されている回路基板等の部材にフレキシブル基板２３を回路基板の上面側に通すための挿通孔が不要となり、その分だけ水分蒸発管理領域となる収容空間２０を小さくすることが可能となる。これにより、駆動素子ユニット１２内のインクの蒸発をより確実に抑制することが可能となる。また、上記のようにフレキシブル基板２３が駆動ＩＣを有していない（駆動ＩＣ３１が保護基板３０上に配置されている）ことから、フレキシブル基板２３の寸法、特に幅をその分小さくすることができる。このため、ノズル列方向に長い保護基板３０の短辺（短手方向）に沿って並設された基板電極端子３９にフレキシブル基板２３の一端側端子４６が接続される構成を採用することができ、ホルダー８と共通部材１５とでフレキシブル基板２３が挟まれている領域（挟持領域）をより小さくすることができる。ここで、ホルダー８と共通部材１５との間において、接着剤２４のみで封止されている領域と、フレキシブル基板２３を挟んでいる領域（挟持領域）とを比較した場合、後者の方で水分がリークするリスクが高いので、このフレキシブル基板２３を挟んでいる領域を小さくすることにより、水分がリークするリスクをより低減することが可能となる。そして、このような構成を採用することにより、回路基板９が水分蒸発管理領域（収容空間２０）の外部に配置されているため、当該回路基板９が高湿度環境に晒されない。これにより、高湿度下におけるイオンマイグレーションが生じることが抑制されるので、ＭＥＭＳデバイス、圧電デバイス、もしくは液体噴射ヘッドの一形態である記録ヘッド３およびこれを備えるプリンター１の信頼性が向上する。

また、本実施形態においては、ホルダー８と共通部材１５とは、フレキシブル基板２３を間に挟んだ状態で接着剤２４により接合されて収容空間２０を封止しているので、フレキシブル基板２３を間に挟むことにより、互いにがたつき（傾き）が生じたとしてもこれを接着剤２４の厚みで吸収することができる。このため、両者をねじ止め等の他の接合方法で接合する構成と比較して水分蒸発管理領域の密閉性をより確実に確保することができる。さらに、本実施形態においては、ホルダー８と共通部材１５と固定板１４とにより、水分蒸発管理領域（収容空間２０）が画成されているので、本実施形態におけるホルダー８のように第１部材の一方の面（上面）と他方の面（下面）が開口した構成においても第２部材（共通部材１５）および第３部材（固定板１４）でこれらの開口を塞ぐことで水分蒸発管理領域となる空間を画成することができる。そして、第１部材と第２部材との少なくとも一方に、フレキシブル基板２３の幅に対応する幅およびフレキシブル基板２３の厚み分の深さを有する溝が形成され、当該溝にフレキシブル基板２３が嵌め込まれた状態で第１部材と第２部材とが接着されることで上記がたつきが生じない構成とすることがより望ましい。当該構成によれば、水分蒸発管理領域の密閉性を一層向上することができる。なお、この溝は第１部材側の溝の一部と第２部材側の溝の一部とが組み合わされて形成されるものであってもよい。

共通部材１５の上面に配置された回路基板９（本発明におけるプリント基板の一種）は、プリンター本体側からの駆動信号や吐出データ等を駆動素子ユニット１２側の圧電素子２９へ供給するための配線パターン等が形成されたリジッド基板である。この回路基板９の上面には、複数の回路基板端子４８（本発明におけるプリント基板端子）が記録ヘッド３毎に第１の方向に沿って並設されており、また、プリンター本体側からのＦＦＣ５が接続されるコネクター５０（図２参照）やその他の電子部品等が実装されている。回路基板９は、コネクター５０に接続された図示しないＦＦＣ等を介してプリンター本体側から駆動信号等を受ける。また、回路基板９には、厚さ方向を貫通する挿通口４９が回路基板端子４８に隣接させて開設されている。上記のように、挿通口４９は、共通部材１５の貫通口２１と連通している。さらに、回路基板９において、共通部材１５の連通流路２２に対応する位置には、厚さ方向を貫通する逃げ穴５１が開設されている。この逃げ穴５１には、流路構造体１３の導出口５４と共通部材１５の連通流路２２との連通部分である保護部材２７のシール部２７ａが配置される。

流路構造体１３は、インクカートリッジ等のインク供給源（インク貯留部材）から送られてきたインクを受けて各記録ヘッド３に分配する部材である。この流路構造体１３の内部には、インクの種類毎（色毎）の導入流路と、導入流路を流通するインクを濾過するフィルターと、導入流路からそれぞれ分岐され記録ヘッド３に応じた数の分岐流路群等が設けられている。また、流路構造体１３の下面側（インク導入部１９が開設された上面側とは反対側）には、インクの種類に応じた数の分岐流路群の導出口５４が、記録ヘッド３毎に対応してそれぞれ開設されている。導出口５４の開口周縁部は、駆動素子ユニット１２側に向けて突出した流路接続部５３となっている。共通部材１５の上面に流路構造体１３の下面が位置決めされた状態で接合されると、当該共通部材１５の逃げ穴５１を通して各分岐流路の導出口５４と共通部材１５の連通流路２２とがシール部２７ａを介して相互に連通される。

そして、上記のように形成された記録ヘッド３は、インク流路内がインクで満たされた状態で、フレキシブル基板２３を通じて駆動ＩＣ３１に入力された駆動信号や噴射データに応じて当該駆動ＩＣ３１から圧電素子２９に選択的に駆動信号が印加される。これにより、圧電素子２９が駆動されて圧力室４０に圧力変動が生じ、この圧力変動が制御されることにより、ノズル１８からインク滴が噴射される。

図４は、本発明の第２の実施形態における記録ヘッド３の断面図である。上記第１の実施形態では、ホルダー８の上面（ノズル面側とは反対側の面）に収容空間２０が開口した構成を例示したが、これには限られない。本実施形態においては、収容空間２０は、ホルダー８の下面から高さ方向の途中まで形成されており、ホルダー８において収容空間２０よりも上部には平面流路５６が形成されている。この平面流路５６は、共通部材１５の連通流路２２と駆動素子ユニット１２のインク導入路３３とを連通する流路である。また、ホルダー８において平面流路５６から外れた位置には上面から収容空間２０まで貫通する状態で配線開口５８が開設されている。配線開口５８はヘッドケース３２の配線挿通口３８と連通する。そして、基板電極端子３９に一端側端子４６が接続されたフレキシブル基板２３は、配線挿通口３８および配線開口５８に通されてホルダー８（第１部材の一種）と共通部材１５（第２部材の一種）との間に挟まれた状態で、その表裏が接着剤２４によりホルダー８と共通部材１５とのそれぞれに接着されている。そして、水分蒸発管理領域である収容空間２０の外側に引き出されたフレキシブル基板２３の他端側は、上記第１の実施形態と同様に、共通部材１５の貫通口２１および回路基板９の挿通口４９に挿通されて回路基板９の上面側に引き出され、その他端側端子４７が回路基板９の上面に設けられた回路基板端子４８と電気的に接続されている。本実施形態においても、ホルダー８と、これに接合される共通部材１５および固定板１４（第３部材の一種）とにより、水分蒸発管理領域としての収容空間２０の大きさが規定され、水分蒸発管理領域を小さく抑えることが可能となる。なお、他の構成については第１の実施形態と同様である。

図５は、本発明の第３の実施形態における記録ヘッド３の断面図である。上記第１の実施形態および第２の実施形態では、フレキシブル基板２３がホルダー８と共通部材１５とにより挟まれた構成を例示したが、これには限られない。本実施形態においては、ホルダー８の下面、すなわち、壁１１の下端面と固定板１４とによりフレキシブル基板２３が挟まれ、当該フレキシブル基板２３の他端側が収容空間２０の外側に引き出されている。すなわち、本実施形態において、ホルダー８が本発明における第１部材に相当し、固定板１４が本発明における第２部材に相当する。本実施形態におけるホルダー８は、一方の面である下面側（固定板１４側）が開口している一方、他方の面である上面側（回路基板９側）が開口していない（流路の開口は除く）。そして、フレキシブル基板２３は、ヘッドケース３２の側壁に形成された配線引出開口６０を通じて収容空間２０に引き出され、ホルダー８の下面側の開口を通じ、収容空間２０の外に引き出されている。そして、引き出されたフレキシブル基板２３は、ホルダー８と固定板１４との間に挟まれた状態で、その表裏が接着剤２５によりホルダー８と固定板１４とのそれぞれに接着されている。なお、他の構成については第１の実施形態と同様である。本実施形態においても、ホルダー８と、これに接合される固定板１４とにより、水分蒸発管理領域の大きさが規定され、水分蒸発管理領域となる収容空間２０をより小さく抑えることが可能となる。

また、上記各実施形態では、ホルダー８と、これに接合される共通部材１５あるいは固定板１４とにより水分蒸発管理領域である収容空間２０が画成される構成を例示したが、これには限られない。例えば、上記共通部材１５に相当する構成を有さない構成であって、回路基板や他の流路部材等の第２部材あるいは第３部材により第１部材としてのホルダーの開口面（固定板側とは反対側の面）が塞がれて水分蒸発管理領域となる収容空間が画成される構成を採用することもできる。この場合、第１部材との間にフレキシブル基板を挟み込む状態で第１部材に接合されて水分蒸発管理領域となる空間を画成するものが第２部材であり、これ以外で第１部材に接合されて水分蒸発管理領域となる空間を画成するものが第３部材である。

そして、本発明は、駆動素子の駆動に係るフレキシブル基板を備え、駆動素子ユニットにおいて液体を取り扱うＭＥＭＳデバイスであれば適用することが可能である。同様に、駆動素子としての圧電素子の駆動に係るフレキシブル基板を備え、駆動領域の振動あるいは変位等を検出するセンサー等の圧電デバイスにも本発明を適用することができる。この場合、駆動素子から出力される信号が配線基板としても機能する保護基板を介して駆動ＩＣに出力され、さらにこの駆動ＩＣおよびフレキシブル基板を通じて回路基板（プリント基板）側に出力される。

また、駆動素子としては、圧電素子に限られず、発熱素子や静電アクチュエーター等の種々の駆動素子を採用することができる。

そして、上記実施形態においては、液体噴射ヘッドとしてインクジェット式記録ヘッド３を例に挙げて説明したが、本発明は、他の液体噴射ヘッドにも適用することができる。例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材噴射ヘッド、バイオチップ（生物化学素子）の製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等にも本発明を適用することができる。ディスプレイ製造装置用の色材噴射ヘッドでは液体の一種としてＲ（Red）・Ｇ（Green）・Ｂ（Blue）の各色材の溶液を噴射する。また、電極形成装置用の電極材噴射ヘッドでは液体の一種として液状の電極材料を噴射し、チップ製造装置用の生体有機物噴射ヘッドでは液体の一種として生体有機物の溶液を噴射する。

１…プリンター，２…記録媒体，３…記録ヘッド，４…ヘッドユニット，５…搬送機構，６…媒体支持部材，７…装置本体，８…ホルダー，９…回路基板，１０…搬送ローラー，１１…壁，１２…駆動素子ユニット，１３…流路構造体，１４…固定板，１５…共通部材，１６…開口，１７…ノズルプレート，１８…ノズル，１９…インク導入口，２０…収容空間，２１…貫通口，２２…連通流路，２３…フレキシブル基板，２４…接着剤，２５…接着剤，２６…流路形成基板，２７…保護部材，２８…振動板，２９…圧電素子，３０…保護基板，３１…駆動ＩＣ，３２…ヘッドケース，３３…インク導入路，３４…コンプライアンス部材，３５…コンプライアンス開口，３６…導入口，３８…配線挿通口，３９…基板電極端子，４０…圧力室，４１…ノズル連通口，４３…空間，４４…入力端子，４５…出力端子，４６…一端側端子，４７…他端側端子，４８…回路基板端子，４９…挿通口，５０…コネクター，５１…逃げ穴，５３…流路接続部，５４…導出口，５６…平面流路，５８…配線開口

Claims (7)

1. 駆動素子を備える駆動素子ユニットと、
   前記駆動素子ユニットを収容する第１部材と、
   前記第１部材と接合される第２部材と、
   一端側に設けられた一端側端子、他端側に設けられた他端側端子、および、前記一端側端子から前記他端側端子までの間に駆動ＩＣを介することなく形成された配線を有するフレキシブル基板と、
   を備え、
   前記駆動素子ユニットは、前記駆動素子の駆動に係る駆動ＩＣが設けられた長手方向と短手方向を有する基板を含み、
   前記基板の前記駆動ＩＣが設けられた面の前記長手方向の端部には、前記フレキシブル基板の前記一端側端子と接続する端子列が前記短手方向に沿って形成され、
   前記第１部材と前記第２部材とは、前記フレキシブル基板を間に挟んだ状態で互いに接合されて前記駆動素子ユニットを収容する空間を画成し、
   前記フレキシブル基板の他端側は、前記空間の外側に引き出されたことを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
2. 前記フレキシブル基板の前記他端側端子と電気的に接続されるプリント基板をさらに備え、
   前記プリント基板は、前記空間の外側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳデバイス。
3. 前記第１部材と前記第２部材とは、前記フレキシブル基板を間に挟んだ状態で接着剤により接合されて前記空間を封止していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＭＥＭＳデバイス。
4. 前記第１部材に接合された第３部材をさらに備え、
   前記第１部材と前記第２部材と前記第３部材とにより前記空間が画成されたことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載のＭＥＭＳデバイス。
5. 請求項１から請求項４の何れか一項に記載のＭＥＭＳデバイスは、圧電デバイスであって、
   前記駆動素子として圧電素子を備えたことを特徴とする圧電デバイス。
6. 請求項１から請求項４の何れか一項に記載のＭＥＭＳデバイスは、液体噴射ヘッドであって、
   液体流路および当該液体流路に連通するノズルを有し、前記駆動素子の駆動により前記液体流路内の液体を前記ノズルから噴射することを特徴とする液体噴射ヘッド。
7. 請求項６に記載の液体噴射ヘッドを備えることを特徴とする液体噴射装置。

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