JP2011136462A - 液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズルの高密度化及び液滴吐出ヘッドの小型化を達成することのできる液滴吐出ヘッドを提供する。
【解決手段】本発明の液滴吐出ヘッドＩＪ１は、ノズル開口２１に連通する圧力発生室１２が形成された流路形成基板１０と、流路形成基板１０の一面側に弾性膜５０を介して設けられた圧電素子３００と、圧電素子３００の端子９０ａにフリップチップ実装された駆動ＩＣ１５０と、弾性膜５０を挟んで流路形成基板１０と反対側に設けられ、圧電素子３００及び駆動ＩＣ１５０と対向する面に、圧電素子３００の動作を阻害しない大きさの空間を確保して前記空間の内部に圧電素子３００及び駆動ＩＣ１５０を密封する圧電素子保持部３１が形成された封止基板３０と、を有する。
【選択図】図２

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、液滴吐出装置で用いられる液滴吐出ヘッドとして、圧電素子（ピエゾ素子）を用いて弾性膜を変位させ、その弾性膜の変位によってノズルからインク液滴を吐出する液滴吐出ヘッドが知られている。この種の液滴吐出ヘッドでは、弾性膜及び圧電素子が形成された第１基板上に、圧電素子を封止するための第２基板を接着し、第２基板に形成した開口部に圧電素子の端子を露出させ、その端子に駆動ＩＣをワイヤボンディング接続する方法が一般的である。しかしながら、この方法では、ノズルの高密度化、液滴吐出ヘッドの小型化に対応するのが難しいため、特許文献１では、第２基板を省略し、圧電素子の端子上に直接駆動ＩＣをフリップチップ実装する方法が提案されている。

特許第３７１４０７３号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、圧電素子が外部に露出しているため、湿気等の存在によって圧電素子が劣化するという課題がある。特許文献１の液滴吐出ヘッドでは、駆動ＩＣを封止基板として用い、駆動ＩＣの周囲に封止樹脂を塗布して圧電素子を保護しているが、この方法では、弾性膜上に多数形成された圧電素子を駆動ＩＣで覆う必要があるため、圧電素子の大きさや配置等によって駆動ＩＣの大きさや形状が制限を受けるという課題がある。また、封止樹脂を駆動ＩＣの周囲に塗布するため、駆動ＩＣの周囲に濡れ広がった封止樹脂によって駆動ＩＣの実装面積が大きくなり、フリップチップ実装を行って実装面積を小さくした効果が十分に発揮されなくなり、さらに、駆動ＩＣと第１基板との隙間に濡れ広がった封止樹脂によって、駆動ＩＣの直下に配置された圧電素子や弾性膜の動作が阻害される可能性もある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、湿気等の存在によって圧電素子が劣化しにくい液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の液滴吐出ヘッドは、ノズル開口に連通する圧力発生室を有する第１基板と、前記第１基板上に設けられ、前記第１基板と対向する面に凹部を有する第２基板と、前記第１基板と前記凹部とによって形成された空間に設けられた圧電素子と、前記空間に設けられ、前記圧電素子の端子にバンプからなる出力端子を介して電気的に接続された駆動ＩＣと、を含み、前記圧電素子及び前記駆動ＩＣは、前記第２基板に接しない位置に設けられていることを特徴とする。

この構成によれば、圧電素子の端子上に駆動ＩＣのバンプを直接接触させて電気的接続を図るため、圧電素子の端子間の間隔を短くすることができ、ノズルの高密度化が可能となる。また、第２基板の凹部を圧電素子及び駆動ＩＣを収容可能な大きさとし、これにより圧電素子及び駆動ＩＣを凹部内の空間に封止したため、湿気等の存在によって圧電素子や駆動ＩＣが劣化することが抑制される。さらに、圧電素子の封止が第２基板によって行われるため、駆動ＩＣの大きさ、形状、配置、個数等の設計自由度が高く、例えば特許文献１のように駆動ＩＣの大きさや形状が圧電素子の大きさや配置等によって制限されるという問題は生じ難い。

本発明において、前記第２基板は、前記圧力発生室に連通する液室の少なくとも一部を有し、前記凹部と前記液室とは、前記第２基板の一部を介して隣り合うように配置されていることが望ましい。この構成によれば、駆動ＩＣの熱が液室のインクに伝わり易くなり、効果的に放熱することができる。

本発明においては、前記第１基板に、第１方向に配列した複数の前記圧電素子からなる圧電素子列が１列又は複数列設けられ、前記駆動ＩＣの出力端子が前記第１方向に沿って複数設けられ、前記駆動ＩＣの入力端子が前記第１方向と直交する第２方向に沿って複数設けられ、前記第１基板の前記駆動ＩＣの入力端子と対向する位置に当該入力端子と接続する導電部が設けられ、前記導電部は、前記圧電素子列に対して前記第１方向に離間した位置に設けられていることが望ましい。

この構成によれば、駆動ＩＣに信号を入力する導電部を所定の位置に集約することができる。そのため、導電部に接続する部材、例えばフレキシブル基板を小型化することができ、液滴吐出ヘッドの小型化が可能となる。好ましくは、前記駆動ＩＣは、前記第１方向を長辺とし、前記第２方向を短辺とする矩形形状を有し、前記駆動ＩＣの前記出力端子が前記長辺に沿って複数設けられ、前記駆動ＩＣの前記入力端子が前記短辺に沿って複数設けられていることが良い。これにより、駆動ＩＣに信号を入力する導電部を駆動ＩＣの短辺に集約することができ、液滴吐出ヘッドの更なる小型化が可能となる。

例えば、前記導電部は、前記圧電素子列の配列方向両側を挟む位置のうちいずれか一方の位置のみに設けられているものとすることができる。或いは、前記導電部は、前記圧電素子列の配列方向両側を挟む位置に設けられているものとすることができる。

圧電素子列の配列方向一方側のみに前記導電部を設けた場合には、導電部に接続する部材（例えばフレキシブル基板）を１箇所に集約することができるので、部材コストの低減及び液滴吐出ヘッドの小型化に最も適した構成となる。しかし、液滴吐出ヘッドが多数の圧電素子を有し、１つの駆動ＩＣのみでは全ての圧電素子を駆動できない場合には、複数の圧電素子をその配列方向において２分割し、一方を第１の駆動ＩＣで駆動し、他方を第２の駆動ＩＣで駆動することも考えられる。この場合には、導電部を圧電素子列の配列方向両側に設けることで、このような問題が解決される。

本発明においては、前記駆動ＩＣと前記圧電素子との配置を駆動ＩＣの大きさに応じて任意に設計することができる。例えば、駆動ＩＣが大きい場合には、圧電素子を第１基板上に複数列配置し、それを跨いで駆動ＩＣを実装することができる。具体的には、前記第１基板上には、前記圧電素子列が前記第２方向に沿って２列設けられ、前記駆動ＩＣは前記２列の圧電素子列を覆うように配置され、前記２列の圧電素子列を挟んだ両側の位置において、前記駆動ＩＣの出力端子と前記圧電素子の端子とが接続されている構成を採用することができる。

また、駆動ＩＣが小さく、複数列配置した圧電素子を跨いで実装することができない場合には、２列の圧電素子の間に駆動ＩＣを配置することができる。具体的には、前記第１基板上には、前記圧電素子列が前記第２方向に沿って２列設けられ、前記駆動ＩＣは前記２列の圧電素子列の間に配置され、前記２列の圧電素子列の間の領域において、前記駆動ＩＣの出力端子と前記圧電素子の端子とが接続されている構成を採用することができる。

このように、本発明の液滴吐出ヘッドでは、駆動ＩＣと圧電素子とを比較的自由に配置することができるため、それらの配置を適切に設計することで、小型の液滴吐出ヘッドを提供することが可能である。

本発明においては、前記駆動ＩＣは、前記圧電素子にフリップチップ実装されていることが望ましい。

フリップチップ実装とは、ベアチップの表面（駆動ＩＣの回路面）にバンプと呼ばれる突起電極を形成し、該表面を下に向けてベアチップを第１基板に直接電気接続する実装方法である。フリップチップ実装では、駆動ＩＣの回路面が第１基板と対向するように配置されるため、駆動ＩＣで発生する熱が第１基板に形成した流路に伝わり易くなり、流路を流れる液体の増粘が抑えられるという効果がある。

本発明においては、前記導電部にフレキシブル基板が接続されていることが望ましい。

この構成によれば、液滴吐出ヘッドと液滴吐出装置本体部とを可撓性のフレキシブル基板で接続することができるので、液滴吐出ヘッドと液滴吐出装置本体部との配置の自由度が高まる。

本発明の液滴吐出ヘッドは、ノズルと、前記ノズルに連通する圧力発生室を有する第１基板と、前記第１基板上に設けられ、前記第１基板に向かって開口が形成された凹部を有する第２基板と、前記第１基板と前記凹部とによって形成された空間に設けられた圧電素子と、前記空間に設けられ、前記圧電素子の端子にバンプを有する出力端子を介して電気的に接続された駆動ＩＣと、を含み、前記圧電素子及び前記駆動ＩＣは、前記第２基板から離間した位置に設けられていることを特徴とする。

この構成によれば、圧電素子の端子上に駆動ＩＣのバンプを直接接触させて電気的接続を図るため、圧電素子の端子間の間隔を短くすることができ、ノズルの高密度化が可能となる。また、第２基板の凹部を圧電素子及び駆動ＩＣを収容可能な大きさとし、これにより圧電素子及び駆動ＩＣを凹部内の空間に封止したため、湿気等の存在によって圧電素子や駆動ＩＣが劣化することが抑制される。さらに、圧電素子の封止が第２基板によって行われるため、駆動ＩＣの大きさ、形状、配置、個数等の設計自由度が高く、例えば特許文献１のように駆動ＩＣの大きさや形状が圧電素子の大きさや配置等によって制限されるという問題は生じ難い。

本発明の液滴吐出装置は、上述した本発明の液滴吐出ヘッドを有することを特徴とする。

この構成によれば、小さいノズルピッチを有する液滴吐出ヘッドを用いて微細な画像又は微細なマイクロデバイスを形成することが可能であり、且つ、湿気等の存在により性能が劣化し難い液滴吐出装置を提供することができる。

第１実施形態の液滴吐出ヘッドの分解斜視図である。 第１実施形態の液滴吐出ヘッドの平面図及び断面図である。 第２実施形態の液滴吐出ヘッドの分解斜視図である。 第２実施形態の液滴吐出ヘッドの平面図及び断面図である。 液滴吐出ヘッドが備えられた液滴吐出装置の斜視図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。そして、水平面内における所定方向をＸ軸方向、水平面内においてＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれに直交する方向（すなわち鉛直方向）をＺ軸方向とする。

［第１実施形態の液滴吐出ヘッド］
図１は、本発明の第１実施形態に係る液滴吐出ヘッドＩＪ１の分解斜視図であり、図２は、図１の平面図及びそのＡ−Ａ′断面図である。

本実施形態の液滴吐出ヘッドＩＪ１は、流路形成基板１０を含む第１基板と、第１上にフリップチップ実装された駆動ＩＣ１５０と、駆動ＩＣ１５０を封止する封止基板３０を含む第２基板と、を備えている。第１基板は、ノズルプレート２０のノズル開口（ノズル）２１と連通する圧力発生室１２が形成された流路形成基板１０と、流路形成基板１０上に設けられた弾性膜５０と、弾性膜５０上に設けられた絶縁膜５５と、絶縁膜５５上に設けられた圧電素子３００と、を含み、第２基板は、圧電素子３００及び駆動ＩＣ１５０と対向する面に圧電素子保持部３１が形成された封止基板３０と、封止基板３０上に設けられたコンプライアンス基板４０と、を含む。

流路形成基板１０は、本実施形態では面方位（１１０）のシリコン単結晶基板からなり、その両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１〜２μｍの薄膜からなる弾性膜５０及び保護膜５１が形成されている。

流路形成基板１０には、複数の隔壁によって区画された圧力発生室１２が形成されている。圧力発生室１２はＸ方向に長手方向を有する。流路形成基板１０には、Ｙ方向に配列した複数の圧力発生室１２からなる１列分の圧力発生室（圧力発生室列）がＸ方向に２列設けられている。各列の圧力発生室１２の長手方向外側には、封止基板３０に設けられるリザーバ部３５と連通し、各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ（液室）１００を構成する連通部１３が形成されている。連通部１３は、インク供給路１４を介して各圧力発生室１２の長手方向一端部とそれぞれ連通している。

インク供給路１４は、圧力発生室１２の長手方向一端部側に連通し且つ圧力発生室１２より小さい断面積を有する。例えば、本実施形態では、インク供給路１４は、リザーバ１００と各圧力発生室１２との間の圧力発生室１２側の流路を幅方向に絞ることで、圧力発生室１２の幅より小さい幅で形成されている。なお、このように、本実施形態では、流路の幅を片側から絞ることでインク供給路１４を形成したが、流路の幅を両側から絞ることでインク供給路を形成してもよい。

圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４は、シリコン単結晶基板からなる流路形成基板１０を異方性エッチングすることにより形成される。例えば、シリコン単結晶基板をＫＯＨ等のアルカリ溶液に浸漬すると、徐々に侵食されて（１１０）面に垂直な第１の（１１１）面と、この第１の（１１１）面と約７０度の角度をなし且つ上記（１１０）面と約３５度の角度をなす第２の（１１１）面とが出現する。（１１０）面のエッチングレートと比較して（１１１）面のエッチングレートは約１／１８０である。よって、かかる異方性エッチングにより、２つの第１の（１１１）面と斜めの２つの第２の（１１１）面とで形成される平行四辺形状の深さ加工を基本として精密加工を行うことができ、圧力発生室１２を高密度に配列することができる。

本実施形態では、各圧力発生室１２の長辺を第１の（１１１）面で、短辺を第２の（１１１）面で形成している。この圧力発生室１２は、流路形成基板１０をほぼ貫通して弾性膜５０に達するまでエッチングすることにより形成されている。ここで、弾性膜５０は、シリコン単結晶基板をエッチングするアルカリ溶液に侵される量がきわめて小さい。

流路形成基板１０の厚さは、圧力発生室１２を配列密度に合わせて最適な厚さを選択すればよく、圧力発生室１２の配列密度が、例えば、１インチ当たり１８０個（１８０ｄｐｉ）程度であれば、流路形成基板１０の厚さは、２２０μｍ程度であればよいが、例えば、２００ｄｐｉ以上と比較的高密度に配列する場合には、流路形成基板１０の厚さは１００μｍ以下と比較的薄くするのが好ましい。これは、隣接する圧力発生室１２間の隔壁の剛性を保ちつつ、配列密度を高くできるからである。

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とは反対側で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。ノズルプレート２０は、厚さが例えば、０．０５〜１ｍｍで、線膨張係数が３００℃以下で、例えば２．５〜４．５［×１０−６／℃］であるガラスセラミックス、シリコン単結晶基板又は不錆鋼などからなる。ノズルプレート２０は、一方の面で流路形成基板１０の一面を全面的に覆い、流路形成基板１０であるシリコン単結晶基板を衝撃や外力から保護する補強板の役目も果たす。ノズルプレート２０は、流路形成基板１０と熱膨張係数が略同一の材料で形成するようにしてもよい。この場合には、流路形成基板１０とノズルプレート２０との熱による変形が略同一となるため、熱硬化性の接着剤等を用いて容易に接合することができる。

ここで、インク滴吐出圧力をインクに与える圧力発生室１２の大きさと、インク滴を吐出するノズル開口２１の大きさとは、吐出するインク滴の量、吐出スピード、吐出周波数に応じて最適化される。例えば、１インチ当たり３６０個のインク滴を記録する場合、ノズル開口２１は数十μｍの直径で精度よく形成する必要がある。

流路形成基板１０の開口面とは反対側には、厚さが例えば約１．０μｍの弾性膜５０が設けられている。弾性膜５０の上には、厚さが例えば約０．４μｍの絶縁膜５５を介して、圧電素子３００が設けられている。圧電素子３００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０．１μｍの上電極膜８０とが順次積層されてなるものである。

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を圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。本実施形態では、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良い。

圧電素子３００の下電極膜６０、弾性膜５０及び絶縁膜５５は振動板として作用する。圧電素子３００は、圧力発生室１２毎に設けられている。圧電素子３００は、圧力発生室１２と同様にＸ方向に長手方向を有する。弾性膜５０上には、Ｙ方向に配列した複数の圧電素子３００からなる１列分の圧電素子（圧電素子列）がＸ方向に２列設けられている。圧電素子３００は、振動板（直接的には下電極膜６０及び絶縁膜５５を介して弾性膜５０）を変位させ、その振動板の変位によってノズル開口２１からインク液滴を吐出させる。

圧電素子３００の一端部には、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０が形成されている。リード電極９０は上電極膜８０の長手方向（Ｘ方向）において流路形成基板の外周側に位置する端部に形成されている。リード電極９０の上電極膜８０と接続された側とは反対側の端部は、圧電素子３００の端子９０ａとして機能する。この端子９０ａは、圧電素子３００の配列に従ってＹ方向に配列しており、このような一列分の端子９０ａからなる端子列が、圧電素子列毎に１つずつ、合計２列分、弾性膜５０上（より詳しくは絶縁膜５５上）に配置されている。

圧電素子３００の端子９０ａには、圧電素子３００を駆動する駆動ＩＣ１５０の出力端子１５１が接続されている。駆動ＩＣ１５０の各端子９０ａに対向する位置には導電性のバンプからなる出力端子１５１が設けられており、この出力端子１５１を圧電素子３００の端子９０ａに対向させて駆動ＩＣ１５０をフェースダウンボンディングすることにより、駆動ＩＣ１５０が第１基板上にフリップチップ実装されている。フリップチップ実装は、例えば、駆動ＩＣ１５０に出力端子１５１として金属バンプ、好ましくは金バンプを形成し、圧電素子３００の端子９０ａとして金パッドを形成し、両者を加熱加圧、超音波接合、ろう付け、樹脂接合などして行うことができる。

本実施形態の場合、駆動ＩＣ１５０は圧電素子３００の長手方向の幅に比べて十分な大きさがあり、駆動ＩＣ１５０は２列の圧電素子列を跨いで、すなわち２列の圧電素子列の上方を覆うように配置することが可能である。そのため、本実施形態では、２列の圧電素子列を互いの端子９０ａ同士が向かい合わないように配置し、この２列の圧電素子列を挟んだ両側の位置において、駆動ＩＣ１５０の出力端子１５１と圧電素子３００の端子９０ａとを接続している。

駆動ＩＣ１５０はＹ方向を長辺方向、Ｘ方向を短辺方向とする矩形形状を有する。駆動ＩＣ１５０の出力端子１５１は、駆動ＩＣ１５０の外周に沿って、駆動ＩＣ１５０の２つの長辺に１列ずつ設けられている。駆動ＩＣ１５０の短辺には、図示略の外部装置から描画情報に関する信号を入力する入力端子１５２が駆動ＩＣ１５０の外周に沿って複数設けられている。入力端子１５２と対向する弾性膜５０上（より詳しくは絶縁膜５５上）上には、当該入力端子１５２と接続される導電部６１が、圧電素子列に対してＹ方向に離間した位置に設けられている。導電部６１の入力端子１５２と接続される側とは反対側の端部は、フレキシブル基板１６０と接続される外部端子となっている。フレキシブル基板１６０は、柔軟に変形して図示略の外部装置と接続され、描画情報に関する信号を駆動ＩＣ１５０に入力する。

導電部６１は、駆動ＩＣ１５０の入力端子１５２毎に設けられている。導電部６１は、圧電素子３００の端子列の両側（すなわちＹ方向に配列した複数の圧電素子３００からなる圧電素子列の当該配列方向両側）を挟む位置のうち少なくとも一方の側の位置に設けられ、その一方の端部が圧電素子保持部３１に配置されると共に、他方の端部が圧電素子保持部３１の外側に延び出て流路形成基板１０の端部上に露出している。

本実施形態では、導電部６１は、流路形成基板１０の長手方向一方側のみ、すなわち、Ｙ方向に配列した複数の圧電素子３００からなる圧電素子列の当該配列方向両側を挟む位置のうちいずれか一方の位置のみに設けられている。しかし、導電部６１は、流路形成基板１０の長手方向両側、すなわち、Ｙ方向に配列した複数の圧電素子３００からなる圧電素子列の当該配列方向両側を挟む位置に設けられても良い。

圧電素子列の配列方向一方側のみに導電部６１を設けた場合には、導電部６１に接続する部材（例えばフレキシブル基板１６０）を１箇所に集約することができるので、部材コストの低減及び液滴吐出ヘッドＩＪ１の小型化に最も適した構成となる。しかし、液滴吐出ヘッドＩＪ１が多数の圧電素子３００を有し、１つの駆動ＩＣ１５０のみでは全ての圧電素子３００を駆動できない場合には、複数の圧電素子３００をその配列方向（Ｙ方向）において２分割し、一方を第１の駆動ＩＣで駆動し、他方を第２の駆動ＩＣで駆動することも考えられる。この場合には、導電部６１を圧電素子列の配列方向両側に設けることで、このような問題が解決される。

流路形成基板１０の圧電素子３００側（弾性膜５０を挟んで流路形成基板１０とは反対側）には、圧電素子３００及び駆動ＩＣ１５０を封止する封止基板３０が接合されている。封止基板３０の圧電素子３００及び駆動ＩＣ１５０と対向する面には、圧電素子３００及び駆動ＩＣ１５０を収容可能な圧電素子保持部３１が設けられている。圧電素子保持部３１は、封止基板３０の表面を掘り込み加工して形成された凹部である。圧電素子保持部３１は圧電素子３００の動作を阻害しない大きさを有しており、圧電素子３００の駆動によって弾性膜５０が振動しても、圧電素子３００及び駆動ＩＣ１５０は圧電素子保持部３１の側面及び天井面と接触しないようになっている。すなわち、圧電素子３００及び駆動ＩＣ１５０は、封止基板３０に接しない位置に設けられている、もしくは、封止基板３０から離間した位置に設けられている。

圧電素子保持部３１は、並設された２列の圧電素子３００及び駆動ＩＣ１５０の全てを覆うように形成され、並設された２列の圧電素子３００及び駆動ＩＣ１５０を同時に封止している。圧電素子保持部３１の高さ（流路形成基板の厚み方向の深さ）は例えば２００μｍ以上５００μｍであり、具体的には３００μｍとされるが、その高さは駆動ＩＣ１５０の厚みを研磨等により薄くすることにより調節可能である。

封止基板３０の導電部６１と対向する部分には、封止基板３０を厚さ方向に貫通する開口部３０Ｈが設けられており、この開口部３０Ｈに導電部６１の他端部及び圧電素子３００の下電極膜６０の一部６０ａが露出している。この開口部３０Ｈに露出した導電部６１の他端部及び下電極膜の一部６０ａには、フレキシブル基板１６０が電気的に接続されている。フレキシブル基板１６０と導電部６１の他端部及び下電極膜の一部６０ａとの接続は、樹脂接合、異方性導電膜、ろう付けを用いた接合などが用いられる。

封止基板３０としては、例えば、ガラス、セラミック材料等の流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料を用いることが好ましく、本実施形態では、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ている。封止基板３０と流路形成基板１０との接合は、特に限定されず、例えば、本実施形態では、熱硬化型のエポキシ系の接着剤１１０を用いて行っている。封止基板３０と流路形成基板１０とは、接着剤１１０を介した接着に限定されず、例えば、接着面のそれぞれに金（Ａｕ）からなる膜を形成し、両者を金−金接合してもよく、陽極接合により接合するようにしてもよい。

封止基板３０の流路形成基板１０の連通部１３に対応する領域には、複数の圧力発生室１２の共通のインク室であるリザーバ１００の少なくとも一部を構成するリザーバ部３５が形成されている。リザーバ部３５は、本実施形態では、封止基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２の幅方向に亘って形成されている。そして、リザーバ部３５が、流路形成基板１０の連通部１３と連通されてリザーバ１００を構成している。

リザーバ部３５と圧電素子保持部３１とは、封止基板３０の一部である隔壁３９を介して隣り合うように配置されている。これにより、駆動ＩＣ１５０の熱がリザーバ部３５のインクに伝わり易くなり、効果的に放熱することが可能となっている。隔壁３９の厚み（Ｘ方向の幅）は、１００μｍ以上２００μｍ以下であることが、機械的強度の向上と圧電素子保持部３１からの放熱性の観点から好ましい。

封止基板３０上には、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。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、封止膜４１によってリザーバ部３５の一方面が封止されている。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。固定板４２のリザーバ１００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となっており、リザーバ１００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。

リザーバ１００の長手方向略中央部外側のコンプライアンス基板４０上には、リザーバ１００にインクを供給するためのインク導入口４４が形成されている。封止基板３０には、インク導入口４４とリザーバ１００の側壁とを連通するインク導入路３７が設けられている。本実施形態の液滴吐出ヘッドＩＪ１では、図示しない外部インク供給手段と接続したインク導入口４４からインクを取り込み、リザーバ１００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ＩＣ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との間に電圧を印加し、弾性膜５０、絶縁膜５５、下電極膜６０及び圧電体層７０をたわみ変形させることにより、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されるようになっている。

本実施形態の液滴吐出ヘッドＩＪ１によれば、圧電素子３００の端子９０ａに駆動ＩＣ１５０がフリップチップ実装されているため、圧電素子３００の端子９０ａ間の間隔を短くすることができ、ノズル密度の向上が図られる。また、封止基板３０の圧電素子保持部３１を圧電素子３００及び駆動ＩＣ１５０を収容可能な大きさとし、これにより圧電素子３００及び駆動ＩＣ１５０を圧電素子保持部３１内に封止したため、湿気等の存在によって圧電素子３００や駆動ＩＣ１５０が劣化することが抑制され、機械的強度も向上する。さらに、圧電素子３００の封止が封止基板３０によって行われるため、駆動ＩＣ１５０の大きさ、形状、配置、個数等の設計自由度が高く、例えば特許文献１のように駆動ＩＣ１５０の大きさや形状が圧電素子３００の大きさや配置等によって制限されるという問題は生じ難い。

また、本実施形態の液滴吐出ヘッドＩＪ１では、駆動ＩＣ１５０の出力端子１５１が駆動ＩＣ１５０の長辺に設けられ、駆動ＩＣ１５０の入力端子１５２が駆動ＩＣ１５０の短辺に設けられているため、入力端子１５２と接続する導電部６１を駆動ＩＣ１５０の短辺に集約することができる。そのため、導電部６１に接続する部材、例えばフレキシブル基板１６０を小型化することができ、液滴吐出ヘッドＩＪ１の小型化が可能となる。

なお、本実施形態では、Ｙ方向に配列する複数の圧電素子３００からなる圧電素子列を２列設けた構成としたが、圧電素子列の数はこれに限らず、１列又は３列以上とすることもできる。この場合、駆動ＩＣ１５０の出力端子１５１を１列又は３列以上としても良いし、１列又は２列の出力端子を有する駆動ＩＣを複数組み合わせて各圧電素子の端子に実装しても良い。

［第２実施形態の液滴吐出ヘッド］
図３は、本発明の第２実施形態に係る液滴吐出ヘッドＩＪ２の分解斜視図であり、図４は、図３の平面図及びそのＢ−Ｂ′断面図である。本実施形態の液滴吐出ヘッドＩＪ２において、第１実施形態の液滴吐出ヘッドＩＪ１と異なる点は、圧電素子の端子の配置と駆動ＩＣの大きさ及び配置、並びに、それに付随する下電極膜の形状と導電部の配置及び形状である。ノズルプレート、流路形成基板、弾性膜、絶縁膜の構成は第１実施形態の液滴吐出ヘッドＩＪ１と同じである。したがって、本実施形態の液滴吐出ヘッドＩＪ２において第１実施形態の液滴吐出ヘッドＩＪ１と共通する構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

圧電素子３００の一端部には、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０が形成されている。リード電極９０は上電極膜８０の長手方向（Ｘ方向）において流路形成基板の中央側に位置する端部に形成されている。リード電極９０の上電極膜８０と接続された側とは反対側の端部は、圧電素子３００の端子９０ｂとして機能する。この圧電素子３００の端子９０ｂは、圧電素子３００の配列に従ってＹ方向に配列しており、このような一列分の端子９０ｂからなる端子列が、圧電素子列毎に１つずつ、合計２列分、弾性膜５０上（より詳しくは絶縁膜５５上）に配置されている。

圧電素子３００の端子９０ｂには、圧電素子３００を駆動する駆動ＩＣ１７０がフリップチップ実装されている。駆動ＩＣ１７０の各圧電素子３００の端子９０ｂに対向する位置には導電性のバンプからなる出力端子１７１が設けられており、この出力端子１７１を圧電素子３００の端子９０ｂに対向させて駆動ＩＣ１７０をフェースダウンボンディングすることにより、両者の接続が図られている。

本実施形態の場合、駆動ＩＣ１７０は圧電素子３００の長手方向の幅に比べて小さく、複数列配置した圧電素子３００を跨いで実装することができない。そのため、本実施形態では、２列の圧電素子列を互いの端子９０ｂ同士が向かい合うように配置し、この２列の圧電素子列の間の領域において、駆動ＩＣ１７０の出力端子１７１と圧電素子３００の端子９０ｂとを接続している。

駆動ＩＣ１７０はＹ方向を長辺方向、Ｘ方向を短辺方向とする矩形形状を有する。駆動ＩＣ１７０の出力端子１７１は、駆動ＩＣ１７０の外周に沿って、駆動ＩＣ１７０の２つの長辺に１列ずつ設けられている。駆動ＩＣ１７０の短辺には、図示略の外部装置から描画情報に関する信号を入力する入力端子１７２が駆動ＩＣ１７０の外周に沿って複数設けられている。入力端子１７２と対向する弾性膜５０上（より詳しくは絶縁膜５５上）上には、当該入力端子１７２と接続される導電部６２が設けられている。導電部６２の入力端子１７２と接続される側とは反対側の端部は、フレキシブル基板１８０と接続される外部端子となっている。フレキシブル基板１８０は、柔軟に変形して図示略の外部装置と接続され、描画情報に関する信号を駆動ＩＣ１５０に入力する。

導電部６２は、駆動ＩＣ１７０の入力端子１７２毎に設けられている。導電部６２は、圧電素子３００の端子列の両側（すなわちＹ方向に配列した複数の圧電素子３００からなる圧電素子列の当該配列方向両側）を挟む位置のうち一方の側の位置に設けられ、その一方の端部が圧電素子保持部３１に配置されると共に、他方の端部が圧電素子保持部３１の外側に延び出て流路形成基板１０の端部上に露出している。

流路形成基板１０の圧電素子３００側（弾性膜５０を挟んで流路形成基板１０とは反対側）には、圧電素子３００及び駆動ＩＣ１７０を封止する封止基板３０が接合されている。封止基板３０は、圧電素子３００及び駆動ＩＣ１７０と対向する面に、圧電素子３００の運動を阻害しない大きさの空間を確保した状態でその空間を密封可能な圧電素子保持部３１が形成されている。圧電素子保持部３１は、並設された２列の圧電素子３００及び駆動ＩＣ１７０の全てを覆うように形成され、並設された２列の圧電素子３００及び駆動ＩＣ１７０を同時に封止している。

封止基板３０の導電部６２と対向する部分には、封止基板３０を厚さ方向に貫通する開口部３０Ｈが設けられており、この開口部３０Ｈに導電部６２の他端部及び圧電素子３００の下電極膜６０の一部６０ｂが露出している。この開口部３０Ｈに露出した導電部６２の他端部及び下電極膜６０の一部６０ｂには、フレキシブル基板１８０が電気的に接続されている。

本実施形態の液滴吐出ヘッドＩＪ２においても、前述した第１実施形態の液滴吐出ヘッドＩＪ１と同様の作用効果を奏する。本実施形態の液滴吐出ヘッドＩＪ２は、２列設けられた圧電素子３００の端子９０ｂ同士が互いに向かい合うように配置したものであり、小型の駆動ＩＣを用いた場合に好適な構成である。本発明においては、駆動ＩＣと圧電素子とを比較的自由に配置することができるため、それらの配置を適切に設計することで、小型の液滴吐出ヘッドを提供することが可能である。

［液滴吐出装置］
上述した各実施形態の液滴吐出ヘッドは、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ヘッドユニットの一部を構成して、液滴吐出装置に搭載される。図５は、その液滴吐出装置ＩＪＰの一例を示す概略図である。図５に示すように、液滴吐出ヘッドを有するヘッドユニット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、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。

なお、液滴吐出ヘッドとしてインクを吐出する液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置を一例として説明したが、この液滴吐出ヘッドは、プリンタ等の画像記録装置に用いられる記録ヘッドに限らず、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（面発光ディスプレー）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、種々の用とに適用することができる。いずれの場合も、小さいノズルピッチを有する液滴吐出ヘッドを用いて微細な画像又は微細なマイクロデバイスを形成することが可能となる。

１０…流露形成基板、１２…圧力発生室、２１…ノズル開口、３０…封止基板、３１…圧電素子保持部（凹部）、５０…弾性膜、９０ａ，９０ｂ…圧電素子の端子、６１，６２…導電部、１５０，１７０…駆動ＩＣ、１５１，１７１…駆動ＩＣの出力端子、１５２，１７２…駆動ＩＣの入力端子、１６０，１８０…フレキシブル基板、３００…圧電素子、
ＩＪ１，ＩＪ２…液滴吐出ヘッド、ＩＪＰ…液滴吐出装置

Claims (12)

1. ノズル開口に連通する圧力発生室を有する第１基板と、
   前記第１基板上に設けられ、前記第１基板と対向する面に凹部を有する第２基板と、
   前記第１基板と前記凹部とによって形成された空間に設けられた圧電素子と、
   前記空間に設けられ、前記圧電素子の端子にバンプからなる出力端子を介して電気的に接続された駆動ＩＣと、を含み、
   前記圧電素子及び前記駆動ＩＣは、前記第２基板に接しない位置に設けられていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
2. 前記第２基板は、前記圧力発生室に連通する液室の少なくとも一部を有し、
   前記凹部と前記液室とは、前記第２基板の一部を介して隣り合うように配置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。
3. 前記第１基板に、第１方向に配列した複数の前記圧電素子からなる圧電素子列が１列又は複数列設けられ、
   前記駆動ＩＣの出力端子が前記第１方向に沿って複数設けられ、前記駆動ＩＣの入力端子が前記第１方向と直交する第２方向に沿って複数設けられ、
   前記第１基板の前記駆動ＩＣの入力端子と対向する位置に当該入力端子と接続する導電部が設けられ、
   前記導電部は、前記圧電素子列に対して前記第１方向に離間した位置に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の液滴吐出ヘッド。
4. 前記導電部は、前記圧電素子列の配列方向両側を挟む位置のうちいずれか一方の位置のみに設けられていることを特徴とする請求項３に記載の液滴吐出ヘッド。
5. 前記導電部は、前記圧電素子列の配列方向両側を挟む位置に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の液滴吐出ヘッド。
6. 前記駆動ＩＣは、前記第１方向を長辺とし、前記第２方向を短辺とする矩形形状を有し、
   前記駆動ＩＣの前記出力端子が前記長辺に沿って複数設けられ、
   前記駆動ＩＣの前記入力端子が前記短辺に沿って複数設けられていることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッド。
7. 前記第１基板上には、前記圧電素子列が前記第２方向に沿って２列設けられ、
   前記駆動ＩＣは前記２列の圧電素子列を覆うように配置され、
   前記２列の圧電素子列を挟んだ両側の位置において、前記駆動ＩＣの出力端子と前記圧電素子の端子とが接続されていることを特徴とする請求項３〜６のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッド。
8. 前記第１基板上には、前記圧電素子列が前記第２方向に沿って２列設けられ、
   前記駆動ＩＣは前記２列の圧電素子列の間に配置され、前記２列の圧電素子列の間の領域において、前記駆動ＩＣの出力端子と前記圧電素子の端子とが接続されていることを特徴とする請求項３〜６のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッド。
9. 前記駆動ＩＣは、前記圧電素子にフリップチップ実装されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッド。
10. 前記導電部にフレキシブル基板が接続されていることを特徴とする請求項３〜９のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッド。
11. ノズルと、
    前記ノズルに連通する圧力発生室を有する第１基板と、
    前記第１基板上に設けられ、前記第１基板に向かって開口が形成された凹部を有する第２基板と、
    前記第１基板と前記凹部とによって形成された空間に設けられた圧電素子と、
    前記空間に設けられ、前記圧電素子の端子にバンプを有する出力端子を介して電気的に接続された駆動ＩＣと、を含み、
    前記圧電素子及び前記駆動ＩＣは、前記第２基板から離間した位置に設けられていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッドを有することを特徴とする液滴吐出装置。

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