(57)【要約】【課題】アクチュエーター基板４０に駆動ＩＣ５０を実装する場合の問題を解決する。【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ＶＢＳ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、を含む。駆動ＩＣ５０は、樹脂５４０上に金属薄膜が電極５４２ａ（５４２ｂ）としてパターニングされたバンプ５４ａ（５４ｂ）を介してアクチュエーター基板４０に電気的に接続される。【選択図】図５
2019073033.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造体と、
前記構造体に実装された駆動ＩＣと、
を有するヘッドユニットであって、
前記構造体は、
駆動信号の印加により駆動される複数の圧電素子と、
対応する前記圧電素子の駆動により液体を吐出する複数のノズルと、
を含み、
前記駆動ＩＣと複数の前記圧電素子の一端とは、樹脂上に金属薄膜が形成された第１バンプを介して電気的に接続され、
複数の前記圧電素子の一端には、前記駆動信号がそれぞれ印加され、
複数の前記圧電素子の一端と異なる他端は、前記複数の圧電素子に電気的に接続された共通電極であり、
前記駆動ＩＣは、前記共通電極に対して電気的に並列の配線を有する
ことを特徴とするヘッドユニット。
【請求項２】
前記駆動ＩＣと前記共通電極とは、樹脂上に金属薄膜が形成された第２バンプを介して電気的に接続される
ことを特徴とする請求項１に記載のヘッドユニット。
【請求項３】
前記共通電極には、当該他端を一定の状態に保持するための保持信号が伝達される
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。
【請求項４】
複数の前記ノズルのノズル間距離は５０μｍ未満である
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のヘッドユニット。
【請求項５】
前記駆動ＩＣは、
前記圧電素子の一端に、前記駆動信号を伝達するための駆動信号配線部を含む
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のヘッドユニット。
【請求項６】
ヘッドユニットと、
駆動信号を出力する駆動回路と、
を具備し、
前記ヘッドユニットは、
構造体と、
前記構造体に実装された駆動ＩＣと、
を有し、
前記構造体は、
駆動信号の印加により駆動される複数の圧電素子と、
対応する前記圧電素子の駆動により液体を吐出する複数のノズルと、
を含み、
前記駆動ＩＣと複数の前記圧電素子の一端とは、樹脂上に金属薄膜が形成された第１バンプを介して電気的に接続され、
複数の前記圧電素子の一端には、前記駆動信号がそれぞれ印加され、
複数の前記圧電素子の一端と異なる他端は、前記複数の圧電素子に電気的に接続された共通電極であり、
前記駆動ＩＣは、前記共通電極に対して電気的に並列の配線を有する
ことを特徴とする液体吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヘッドユニットおよび液体吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクなどの液体を吐出して、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が吐出される。
【０００３】
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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−５１００８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、解像度を上げるに際して、ノズルが配列するピッチを狭くする必要があるが、ピッチを狭くすると、駆動ＩＣとの接続ピッチも狭くする必要がある。また、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、という問題も指摘されている。
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を実装する場合の諸問題を解決するための技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、構造体と、前記構造体に実装された駆動ＩＣと、を有するヘッドユニットであって、前記構造体は、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、前記駆動ＩＣとの対向面側に形成され、前記圧電素子の変位により、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、を含み、前記駆動ＩＣは、樹脂上に金属薄膜がパターニングされたバンプを介して前記構造体に電気的に接続されることを特徴とする。
【０００７】
上記一態様に係るヘッドユニットによれば、駆動ＩＣが、樹脂上に金属薄膜がパターニングされたバンプを介して構造体に電気的に接続されるので、駆動ＩＣと構造体との接続のピッチを狭小化（または高密度化）することができる。
なお、この説明において、上とは製造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。
【０００８】
上記一態様に係るヘッドユニットにおいて、前記ノズルは、複数のノズルからなるノズル群を形成し、前記ノズル群に含まれるノズルのノズル間距離は５０μｍ未満である構成が好ましい。ノズル間の距離が５０μｍであることは、インチ当たりに換算すると、ほぼ５００ノズル／インチであり、ノズル間の距離が４２．３μｍであれば、インチ当たりに換算して、ほぼ６００ノズル／インチとなる。
【０００９】
上記一態様に係るヘッドユニットにおいて、前記ノイズおよび前記圧電素子は、複数であり、前記複数の圧電素子の一端には、各圧電素子を駆動させるための駆動信号がそれぞれ伝達され、前記複数の圧電素子の一端とは異なる他端は、前記複数の圧電素子の一部または全部にわたった共通電極であり、当該共通電極には、当該他端を一定の状態に保持するための保持信号が伝達され、前記駆動ＩＣは、前記共通電極に対して電気的に並列の第１配線部を有する構成としても良い。この構成によれば、駆動ＩＣに設けられた第１配線部は、構造体側の共通電極に対して電気的に並列接続されるので、共通電極単体の場合と比較し低抵抗化を図ることができる。
なお、上記構成において、前記第１配線部は、複数の異なる配線層からなるのが好ましい。これにより、共通電極をさらに低抵抗化することができる。
【００１０】
また、上記構成において、前記駆動ＩＣは、前記圧電素子の一端に、前記駆動信号を伝達するための駆動信号配線部を有しても良い。これによれば、駆動信号配線部を介して、駆動ＩＣから構造体の圧電素子の一端に駆動信号が伝達される。
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、これには後述する印刷装置のほかに、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。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態に係る印刷装置の概略構成を示す図である。
【図２】ヘッドユニットの構成を示す平面図である。
【図３】印刷装置の電気的な構成を示す図である。
【図４】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。
【図５】ヘッドユニットの構成を示す分解図である。
【図６】ヘッドユニットの構成を示す要部断面図である。
【図７】駆動ＩＣの実装面を示す図である。
【図８】駆動ＩＣのバンプを示す斜視図である。
【図９】駆動ＩＣの構成を示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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、印刷装置を例にとって説明する。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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ＶＢＳ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ＶＢＳを複数の圧電素子Ｐztの他端に中継する。
印刷装置１では、４個のヘッドユニット３が設けられ、メイン基板１００が、４個のヘッドユニット３をそれぞれ独立に制御する。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、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。
【００２１】
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、印刷対象となる画像データがホストコンピューター等から供給されたときに、所定のプログラムを実行することによって、各部を制御するための各種の制御信号等を出力する。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
なお、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。
【００２４】
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ＶＢＳの保持信号を生成して出力する。なお、電圧ＶＢＳ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。
【００２５】
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。
ここで、説明の便宜上、駆動信号ＣＯＭ−Ａ、ＣＯＭ−Ｂの波形について説明する。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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、当該他端には電圧生成回路１３０による電圧ＶＢＳが印加される。
詳細には、電圧生成回路１３０による電圧ＶＢＳ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ＶＢＳで一定であって共通であるので、電圧ＶＢＳ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。
【００３１】
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。なお、ノズル列Ｎａに属する複数のノズルＮでノズル群が構成され、ノズル列Ｎｂに属する複数のノズルＮで別のノズル群が構成されることになる。
【００３２】
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。ピッチＰ１は５０μｍ未満、好ましくは４２．３μｍ程度であることが好ましい。ピッチＰ１の４２．３μｍは、インチに換算すれば、１．６６×１０−３ｉｎｃｈであって、６００ｄｐｉ（dots per inch）の解像度を１列で実現できるからである。
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。
このようにノズルＮを、ノズル列Ｎａ、Ｎｂの２列で、Ｙ方向にピッチＰ１の半分だけシフトして配置させることにより、Ｙ方向の解像度を、１列の場合と比較して実質的に倍に高めることができる。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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に属する圧電素子Ｐztを電気的に区別するために、ノズル列Ｎａに属する圧電素子Ｐztの駆動電極を符号７６ａとし、ノズル列Ｎｂに属する圧電素子Ｐztの駆動電極を符号７６ｂとしている。
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。
【００４１】
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ＶＢＳの保持信号が印加される。
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。
【００４２】
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、図では省略されているが圧電体７４を介して、ノズル列Ｎａに属するノズルＮの駆動電極７６ａが、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。
なお、駆動電極７２については、ノズル列Ｎａ、Ｎｂの双方のノズルＮに対応する圧電素子Ｐztにわたって共通としたが、例えばノズル列Ｎａの圧電素子Ｐztとノズル列Ｎｂの圧電素子Ｐztとに分割して良い。
【００４３】
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。図においてこの領域の上下端の２点が駆動ＩＣ５０におけるバンプ５４ｃとの接続点となっている。バンプ５４ｃの接続点については、上下端の２点のみならず、３点以上であっても良いのはもちろんである。
【００４４】
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、ノズル列ＮａのノズルＮに対応する選択部５２０の構成素子（トランジスター）が内部に形成されるとともに、当該選択部５２０の出力となるバンプ５４ａが、Ｙ方向に沿って一列に、アクチュエーター基板４０の駆動電極７６ａに対向するよう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、ノズル列ＮｂのノズルＮに対応する選択部５２０の構成素子が内部に形成されるとともに、当該選択部５２０の出力となるバンプ５４ｂが、Ｙ方向に沿って一列に、アクチュエーター基板４０の駆動電極７６ｂに対向するように一対一に対応して設けられる。
【００４５】
図８は、バンプ５４ａの構造を示す図である。バンプ５４ａについては、図５および図８に示されるように、断面がおおよそ半円形状であって長手形状に延在した絶縁性の樹脂５４０の上に、例えばＡｕ（金）などの金属薄膜を電極５４２ａとしてパターニングした構造となっている。
詳細には、樹脂５４０については例えばネガ型の感光性樹脂を、直方体形状にパターニングした後、高温（２００℃程度）でキュアして、表面張力の働きにより断面が半円形となるようにし、この後、Ａｕなどの金属薄膜をスパッタリングで成膜し、フォトレジストを塗布、露光、エッチングにより電極５４２ａを形成する。
なお、この説明において、上とは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。
【００４６】
電極５４２ａについては、図示省略したコンタクトホール（ビア）を介して、駆動ＩＣ５０の内部に形成された選択部５２０の構成素子と導通が図られている。また、バンプ５４ｂについてもバンプ５４ａと同様に、絶縁性の樹脂５４０の上に金属薄膜を電極５４２ｂとしてパターニングした構造である。
ここで、選択部５２０の出力からバンプ５４ａ（５４ｂ）に至るまでの経路が、駆動信号配線部となる。バンプ５４ｃについては後述するが、バンプ５４ｂ、５４ｃについては、バンプ５４ａと同じプロセスによってバンプ５４ａとともに同時に形成される。
なお、隣り合うバンプ５４ａ（５４ｂ）の間における樹脂５４０は不要であるので、例えば電極５４２ａ（５４２ｂ）をマスクとしたエッチングなどにより除去しても良い。
【００４７】
説明を図７に戻すと、駆動ＩＣ５０の実装面には、Ｙ方向に沿った長手の形状の配線パターン５５０が、縁端領域５６０、５７０から隔てて、アクチュエーター基板４０の駆動電極７２と対向するように設けられる。
【００４８】
駆動ＩＣ５０において、例えば、Ｙ方向の一端側の領域５９１、または、他端側の領域５９２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ＶＢＳの保持信号の供給を受ける構成となっている。
この構成において、電圧ＶＢＳの保持信号は、例えば領域５９１（または領域５９２）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５９１（または領域５９２）から配線パターン５５０、バンプ５４ｃに至るまでの経路が、圧電素子Ｐztの他端に電圧ＶＢＳの保持信号を伝達する保持信号配線部となる。
【００４９】
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。詳細には、駆動ＩＣ５０の実装面に設けられたバンプ５４ａの電極５４２ａが駆動電極７６ａに、バンプ５４ｂの電極５４２ｂが駆動電極７６ｂに、バンプ５４ｃの電極５４２ｃが駆動電極７２に、それぞれ当接するように位置合わせされた後に、接着材等によって接続される。
【００５０】
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ＶＢＳ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ＶＢＳの経路に比較的大電流が流れても、電圧ＶＢＳ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。
【００５１】
ノズルＮのピッチＰ１は、上述したように、好ましくは４２．３μｍであるが、この構成では、アクチュエーター基板４０側の駆動電極７６ａ（７６ｂ）や、駆動ＩＣ５０側のバンプ５４ａ（５４ｂ）も同じピッチで配列させるだけでなく、両者を隣り合う電極同士でショートさせることなく、電気的に接続する必要がある。
従来、駆動ＩＣとアクチュエーター基板との接続は、駆動ＩＣ側の電極として金を厚付けした突起電極を用いるとともに、当該突起電極と、アクチュエーター基板側の駆動電極とを、金属粒子を接着材に分散させた異方性導電接着材によって接続する技術が用いられる。ただし、この技術では、電極同士のピッチが狭くなると、隣り合う電極同士が金属粒子でショートする可能性が高くなり、ピッチ５０μｍ未満では採用できない。
これに対して本実施形態では、駆動ＩＣ５０において、アクチュエーター基板４０の駆動電極７６ａ（７６ｂ）への接続のためのバンプ５４ａ（５４ｂ）では、電極５４２ａ（５４２ｂ）が絶縁性の樹脂５４０の上に形成されているため、異方性導電接着材のように金属粒子によるショートが発生しない。このため、駆動電極７６ａ、７６ｂのピッチが４２．３μｍであっても問題なく、駆動ＩＣ５０を実装することができる。
【００５２】
図９は、駆動ＩＣ５０の構造を簡略的に示す断面図であり、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、この図では、縁端領域５９１、５９２における構成素子を簡略化のため省略している。
【００５３】
図に示されるように、駆動ＩＣ５０の配線パターン５５０は、配線５５１、５５２、５５３、５５４、電極５４２ｃおよび配線５５６による多層並列構造（第１配線部）となっている。詳細には、シリコン基板５１において第１層の金属配線層が成膜、パターニングされて配線５５１として形成された後、層間絶縁膜５８１が設けられる。層間絶縁膜５８１にコンタクトホールが開孔された後、第２層の金属配線層が成膜、パターニングされて配線５５２として形成されて、層間絶縁膜５８２が設けられる。以下同様に、第３層の配線５５３、層間絶縁膜５８３、第４層の配線５５４、層間絶縁膜５８４が順に設けられ、当該層間絶縁膜５８４にコンタクトホール、樹脂５４０が順に形成された後、当該樹脂５４０の上に、電極５４２ｃがパターニングされる。電極５４２ｃの上には、Ｃｕ（銅）などの金属配線層をパターニングした電極５５６が積層される。
なお、図の例において、配線５５６を平面視したときの形状が、図７における配線パターン５５０の形状となっている。配線５５１、５５２、５５３、５５４を平面視したときの形状については配線５５６と同一であっても良し、異なっていても良い。
【００５４】
ここで、配線パターン５５０の多層並列構造のうち、第１層の配線５５１から第４層の配線５５４までの４層をそれぞれＡｌ（アルミニウム）で厚さ１μｍとし、電極５４２ｃをＡｕで厚さ１μｍとし、配線５５６をＣｕで厚さ５μｍとして、バンプ５４ｃを介して駆動電極７２と並列接続した場合、配線パターン５５０が設けられない構成と比較して、電圧ＶＢＳを印加する経路が約１／１２に低抵抗化される。このため、本実施形態では、電圧ＶＢＳの経路に大電流が流れるときの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。
【００５５】
また、この説明では、電圧ＶＢＳ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ＶＢＳ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ＶＢＳの経路に影響を及ぼすことが考えられる。特に電圧ＶＢＳ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ＶＢＳの経路の低抵抗化等が図られるので、他の部分が電圧ＶＢＳ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。
【００５６】
実施形態では、メイン基板１００からの電圧ＶＢＳ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ＶＢＳの経路が低抵抗されることに変わりはない。
【００５７】
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。
【符号の説明】
【００５８】
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、Ｐzt…圧電素子、Ｎ…ノズル。
【図１】
2019073033.tif 000003
【図２】
2019073033.tif 000004
【図３】
2019073033.tif 000005
【図４】
2019073033.tif 000006
【図５】
2019073033.tif 000007
【図６】
2019073033.tif 000008
【図７】
2019073033.tif 000009
【図８】
2019073033.tif 000010
【図９】
2019073033.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成31年3月25日(2019.3.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造体と、
前記構造体に実装された駆動ＩＣと、
を備え、
前記構造体は、
駆動信号の印加により駆動される第１圧電素子と、
駆動信号の印加により駆動される第２圧電素子と、
前記第１圧電素子の一端と接続する第１個別電極と、
前記第２圧電素子の一端と接続する第２個別電極と、
前記第１圧電素子の他端と前記第２圧電素子の他端とを接続する共通電極と、
を含み、
前記駆動ＩＣは、
第１樹脂上に金属薄膜がパターニングされた第１バンプを介して前記第１個別電極と電気的に接続され、
第２樹脂上に金属薄膜がパターニングされた第２バンプを介して前記第２個別電極と電気的に接続され、
前記共通電極は、前記第１バンプと前記第２バンプとの間に形成される
ことを特徴とするヘッドユニット。
【請求項２】
前記駆動ＩＣの前記構造体への実装面の平面視において、前記第１個別電極と前記第２個別電極とは、前記共通電極と一部が重なり、
前記第１個別電極は前記共通電極から第１方向に張り出した領域において前記第１バンプを介して電気的に接続され、
前記第２個別電極は前記共通電極から第２方向に張り出した領域において前記第２バンプを介して電気的に接続される
ことを特徴とする請求項１に記載のヘッドユニット。
【請求項３】
前記構造体は、
駆動信号の印加により駆動される第３圧電素子と、
駆動信号の印加により駆動される第４圧電素子と、
前記第１圧電素子の駆動により液体を吐出する第１ノズルと、
前記第２圧電素子の駆動により液体を吐出する第２ノズルと、
前記第３圧電素子の駆動により液体を吐出する第３ノズルと、
前記第４圧電素子の駆動により液体を吐出する第４ノズルと、
をさらに備え
前記共通電極は、
第３バンプを介して前記駆動ＩＣと電気的に接続され、
前記第３バンプは、
前記第１ノズルと前記第３ノズルとを結ぶ第１仮想線と、前記第２ノズルと前記第４ノズルとを結ぶ第２仮想線と、によって挟まれる領域に位置する
ことを特徴とする請求項１に記載のヘッドユニット。
【請求項４】
前記第１樹脂および前記第２樹脂は、
断面が半円形であって、前記第１バンプと前記第２バンプとが並ぶ方向と交差する第３方向に延在する
ことを特定する請求項１に記載のヘッドユニット。
【請求項５】
前記構造体の前記駆動ＩＣの実装面の平面視において、
前記第１個別電極は、
前記共通電極と一部が重なる第１領域と、
前記共通電極と重ならず、前記第１バンプまたは前記第２バンプを介して電気的に接続される第２領域と
を含み、
前記第１バンプと前記第２バンプとが並ぶ方向と交差する第３方向の幅は、
前記第１領域において前記第２領域よりも大きい
ことを特徴とする請求項１に記載のヘッドユニット。
【請求項６】
ヘッドユニットと、
駆動信号を出力する駆動回路と、
を具備し、
前記ヘッドユニットは、
構造体と、
前記構造体に実装された駆動ＩＣと、
を有し、
前記構造体は、
駆動信号の印加により駆動される第１圧電素子と、
駆動信号の印加により駆動される第２圧電素子と、
前記第１圧電素子の駆動により液体を吐出する第１ノズルと、
前記第２圧電素子の駆動により液体を吐出する第２ノズルと、
前記第１圧電素子の一端と接続する第１個別電極と、
前記第２圧電素子の一端と接続する第２個別電極と、
前記第１圧電素子の他端と前記第２圧電素子の他端とを接続する共通電極と、
を含み、
前記駆動ＩＣは、
第１樹脂上に金属薄膜がパターニングされた第１バンプを介して前記第１個別電極と電気的に接続され、
第２樹脂上に金属薄膜がパターニングされた第２バンプを介して前記第２個別電極と電気的に接続され、
前記共通電極は、前記第１バンプと前記第２バンプとの間に形成される
ことを特徴とする液体吐出装置。