JP2009269315A - 液滴吐出ヘッドおよび液滴吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】印刷効率の向上を図るとともに印字性能を長期的に維持することを可能とし、製品性能の高い液滴吐出ヘッドおよび液滴吐出装置を提供することを目的としている。
【解決手段】本発明の液滴吐出ヘッドは、流路形成基板２２と、流路形成基板２２上に設けられた複数の圧電素子２３と、流路形成基板２２の複数の圧電素子２３側に設けられたリザーバ形成基板２５と、リザーバ形成基板２５上に設けられた複数のドライバＩＣ２６と、リザーバ形成基板２５の開口部６０に露出している圧電素子２３のリード電極４７の各々に対して、少なくとも２つのドライバＩＣ２６を接続するフレキシブル基板２７とを備えている。
【選択図】図４

Description

本発明は、液滴吐出ヘッドおよび液滴吐出装置に関するものである。

マイクロデバイスを製造する方法の一つとして液滴吐出法（インクジェット法）が提案されている。この液滴吐出法は、デバイスを形成するための材料を含む機能液を液滴状にして、液滴吐出ヘッドより吐出する方法である。下記特許文献１には、液滴吐出ヘッド（インクジェット式記録ヘッド）に関する技術の一例が開示されている。この特許文献１に開示されている液滴吐出ヘッドでは、駆動素子（圧電素子）が、駆動デバイス（ドライバＩＣ）にワイヤボンディングで接続された構造となっている（例えば、特許文献１）。

ところで、液滴吐出法に基づいてマイクロデバイスを製造する際、マイクロデバイスの更なる微細化の要求に応えるために、液滴吐出ヘッドに設けられたノズル開口部同士の間の距離（ノズルピッチ）をできるだけ小さく（狭く）することが望まれている。駆動素子はノズル開口部に対応して複数設けられるため、ノズルピッチを小さくすると、そのノズルピッチに対応して駆動素子同士の間の距離も小さく（短く）する必要がある。
特開２００６−２９６６１６号公報 特開２００６−６８９８９号公報

ところが、駆動素子同士の間隔を狭くすると、これら複数の駆動素子のそれぞれとドライバＩＣとをワイヤボンディングによって接続する際に、ワイヤの本数が大量であるため、隣接するワイヤ（配線）間で短絡が生じ易くなることからワイヤボンディングを行うためには配線（実装）が非常に難しくなり、作業性が著しく低下してしまう。また、このようなワイヤボンディング実装では接続部の強度が弱く、歩留まりが向上しないという問題がある。また、ワイヤの本数が大量であるため、ワイヤボンディング実装に長時間を要することになる。

そこで、このようなワイヤボンディングによる接続に起因する問題を解消するため、アウターリードとして機能する配線パターンを予め形成したフレキシブル基板（可撓性基板）を用いて、アウターリードボンディング（ＯＬＢ：Outer Lead Bonding）接続を行うことでワイヤ同士の短絡等の不都合を生じさせることなく、駆動素子（圧電素子）と駆動デバイス（ドライバＩＣ）との間の電気的接続を行うことが考えられている（例えば、特許文献２）。
ＯＬＢ接続を用いることによって大量のワイヤを一括接続することができるので作業時間を大幅に減少する。

ところで、印刷物が大きい等の場合には各フレキシブル基板に各々実装されたドライバＩＣが連続して駆動することになる。ドライバＩＣは、ノズルピッチを小さくするとともにノズル本数を増やすことで高解像度化と印字速度向上を図るに際し、熱損失による発熱も大きくなってくる。このドライバＩＣの発熱は、液滴吐出ヘッドの温度上昇を招き、インク吐出特性の変動要因となる問題が考えられる。

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、連続動作時にも良好な液滴吐出性能を維持することが可能な液滴吐出ヘッドおよび長時間の連続稼動が可能な製品性能の高い液滴吐出装置を提供することを目的としている。

本発明の液滴吐出ヘッドは、上記課題を解決するために、第１基板と、該第１基板上に設けられた複数の駆動素子と、前記第１基板の前記複数の駆動素子側に設けられた第２基板と、該第２基板上に設けられた複数の駆動回路部と、前記第２基板の開口部に露出している前記駆動素子の端子部の各々に対して、少なくとも第１の前記駆動回路部及び第２の前記駆動回路部を接続するフレキシブル基板と、を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、１つの駆動素子に対して少なくとも２つの駆動回路部（第１の駆動回路部および第２の駆動回路部）が接続されているので、例えば第１の駆動回路部と第２の駆動回路部の駆動を交互に切り換えて動作させることが可能となる。第１および第２の駆動回路部の駆動を切り換えることで、駆動素子の駆動、すなわち液滴の吐出動作を停止させることなく各駆動回路部の発熱量を抑えることができる。これにより、安定的な吐出動作が行えて、良好なインク吐出特性を長期的に維持することが可能になる。

また、前記第１駆動回路部と前記第２駆動回路部は排他的に動作し、一方の前記駆動回路が所定の温度になったとき、他方の前記駆動回路に駆動が切り換えられることが好ましい。
本発明によれば、各駆動回路部の温度が所定温度以上に上昇するのを抑えることができる。これによって良好なインク吐出特性を長期的に維持することが可能となる。

また、前記フレキシブル基板に前記第１駆動回路部及び前記第２駆動回路部が設けられ、前記第１駆動回路部および前記第２駆動回路部が、能動面とは反対側の面を互いに対向させて配置されるよう、前記フレキシブル基板が湾曲していることが好ましい。
本発明によれば、フレキシブル基板を湾曲させることで、第２基板上に第１駆動回路部と第２駆動回路部とを積層することが可能になる。また、第２基板に対して複数の駆動回路部を搭載する際の領域を最小限に抑えることができる。

また、前記フレキシブル基板は、前記第１駆動回路部と前記駆動素子の前記端子部とを接続する複数の第１配線パターンと、前記第２駆動回路部から延在する第２配線パターンと、を有し、前記第２配線パターンは、前記第１配線パターンを介して前記駆動素子と電気的に接続されていることが好ましい。
本発明によれば、第１駆動回路部あるいは第２駆動回路部のいずれにおいても駆動素子を駆動させることができる。そのため、駆動素子を停止させることなく、第１駆動回路部と第２駆動回路部との駆動の切り替えを行うことが可能となり、液滴吐出ヘッドの印刷効率が低下するのを防ぐことができる。

また、前記第１駆動回路部を備えた第１の前記フレキシブル基板と、前記第２駆動回路部を備えた第２の前記フレキシブル基板とが積層されていることが好ましい。
本発明によれば、フレキシブル基板を湾曲させる必要がないので、従来どおりの製法で各フレキシブル基板をそれぞれ実装することができ、優れた製造性を有する液滴吐出ヘッドとなる。

また、前記第１駆動回路部と第２駆動回路部との間に冷却材が配置されていることが好ましい。
本発明によれば、積層された第１駆動回路部と第２駆動回路部との間に冷却材を配置しておくことで、各駆動回路部の熱を効率よく放散させ冷却することができる。これにより、駆動回路部の温度上昇を抑制することができる。

また、前記第２基板と、前記第１駆動回路部または前記第２駆動回路部との間に冷却材が配置されていることが好ましい。
本発明によれば、第２基板と駆動回路部との間に冷却材を配置しておくことにより、駆動回路部の熱を第２基板に逃がし、駆動回路部の温度上昇を抑制することができる。

また、冷却材が、伝熱部材を含む接着剤であることが好ましい。
本発明によれば、駆動回路部の冷却と同時に駆動回路部の接着固定を行なうことができる。

また、第１駆動回路部および前記第２駆動回路部の各々の出力端子にダイオードが設けられていることが好ましい。
本発明によれば、各駆動回路部の出力端子にダイオードを設けておくことにより、動作していない回路に駆動信号が流れ込むのを防止できるので、各駆動回路部の故障が防止される。

本発明の液滴吐出装置は、先に記載の液滴吐出ヘッドを備えたことを特徴とする。
本発明によれば、上述したように、吐出性能を長期的に維持可能な構成とされた液滴吐出ヘッドを備えているので、この液滴吐出装置自体も、液滴の吐出性能に優れた信頼性の高いものとなる。また、印刷効率も向上した製品性能の高い液滴吐出装置とすることができる。

＜第１実施形態＞
本発明の液滴吐出ヘッドの第１実施形態について、図１〜図５を参照しながら説明する。図１は液滴吐出ヘッドの第１実施形態を示す外観斜視図、図２は液滴吐出ヘッドをノズル開口側から見た斜視図の一部破断図、図３は図１のＡ−Ａ線矢視断面図、図４（ａ）は図３の要部を拡大して示す断面図、（ｂ）はフレキシブル基板の配線パターン同士の接続状態を示す斜視図、図５はフレキシブル基板の平面図である。

液滴吐出ヘッド１は、図１〜３に示すようにドライバＩＣ２６（駆動回路部）と、該ドライバＩＣ２６により駆動される圧電素子２３（駆動素子）とを形成してなる基体とを備え、機能液の液滴を吐出するよう構成されたものである。

液滴吐出ヘッド１は、ノズル基板２１と、ノズル基板２１の上面に設けられた流路形成基板２２（第１基板）と、流路形成基板２２の上面に設けられて圧電素子２３の駆動により変位する振動板２４と、振動板２４の上面に設けられたリザーバ形成基板２５（第２基板）と、リザーバ形成基板２５の上面側に設けられて圧電素子２３とドライバＩＣ２６とを電気的に接続するフレキシブル基板２７とを備えている。

ノズル基板２１は、例えばステンレスやガラスセラミックスによって構成されており、ノズル基板２１を貫通する貫通孔であって機能液の液滴を吐出するノズル開口３１が複数形成されている。そして、Ｙ軸方向に複数並んで形成されたノズル開口３１によって、ノズル開口群３１Ａ〜３１Ｄが構成されている。

ここで、ノズル開口群３１Ａとノズル開口群３１ＢとはＸ軸方向に関して対向配置され、ノズル開口群３１Ｃとノズル開口群３１ＤとはＸ軸方向に関して対向配置されている。また、ノズル開口群３１Ｃはノズル開口群３１Ａに対してＹ軸方向で隣り合うように形成され、ノズル開口群３１Ｄはノズル開口群３１Ｂに対してＹ軸方向で隣り合うように形成されている。

なお、図２では、ノズル開口群３１Ａ〜３１Ｄがそれぞれ６個のノズル開口３１によって構成されているように示されているが、実際には、例えば７２０個程度のノズル開口３１が形成されている。

流路形成基板２２は、例えば剛体であるシリコン単結晶によって形成されており、複数の隔壁３５は、流路形成基板２２の母材であるシリコン単結晶基板を異方性エッチングすることで形成されている。
また、流路形成基板２２の下面には例えば接着剤や熱溶着フィルムなどを介してノズル基板２１が固定されている一方、流路形成基板２２の上面には振動板２４が設けられている。

そして、複数の隔壁３５を有する流路形成基板２２と、ノズル基板２１と、振動板２４とで囲まれた空間によって、ノズル開口３１より吐出される機能液が配置される圧力発生室３６が形成されている。この圧力発生室３６は、開口群３１Ａ〜３１Ｄのそれぞれを構成する複数のノズル開口３１に対応するようにして、Ｙ軸方向に複数並んで形成されている。

そして、ノズル開口群３１Ａに対応して形成された複数の圧力発生室３６によって圧力発生室群３６Ａが構成される。同様に、ノズル開口群３１Ｂに対応する複数の圧力発生室３６によって圧力発生室群３６Ｂが構成され、ノズル開口群３１Ｃに対応する複数の圧力発生室３６によって圧力発生室群３６Ｃが構成され、ノズル開口群３１Ｄに対応する複数の圧力発生室３６によって圧力発生室群３６Ｄが構成されている。圧力発生室群３６Ａと圧力発生室群３６ＢとはＸ軸方向に関して互いに対向するように配置され、圧力発生室群３６Ｃと圧力発生室群３６ＤとはＸ軸方向に関して互いに対向するように配置されている。

圧力発生室群３６Ａを構成する複数の圧力発生室３６の一方の端部は、リザーバ３７の一部を構成する供給路３８を介して連通部３９により互いに連通されている。連通部３９は、流路形成基板２２に形成された貫通孔であって、後述するリザーバ部５１に接続されている。
同様に、圧力発生室群３６Ｂ〜３６Ｄを構成する圧力発生室３６の端部も、それぞれ供給路３８を介して連通部３９によって互いに連通されている。

流路形成基板２２とリザーバ形成基板２５との間に配置された振動板２４は、流路形成基板２２の上面を覆うように設けられた弾性膜４１と、弾性膜４１の上面に設けられた下電極膜４２とを備えている。弾性膜４１は、例えば厚さ１〜２μｍ程度の二酸化シリコンによって形成されており、下電極膜４２は、例えば厚さ０．２μｍ程度の白金などによって形成されている。なお、本実施形態において、下電極膜４２は、複数の圧電素子２３に共通する電極となっている。

振動板２４を変位させるための圧電素子２３、すなわち駆動素子は、下電極膜４２の上面に設けられた圧電体膜４５と、圧電体膜４５の上面に設けられた上電極膜４６と、上電極膜４６の引出配線であるリード電極４７（端子部）とを備えている。

圧電体膜４５は、例えば厚さ１μｍ程度の金属酸化物によって構成されている。また、上電極膜４６は、例えば厚さ０．１μｍ程度の白金などによって構成され、リード電極４７は、例えば厚さ０．１μｍ程度の金などによって構成されている。なお、リード電極４７と下電極膜４２との間には、絶縁膜（図示略）が設けられている。

圧電素子２３は、複数のノズル開口３１及び圧力発生室３６のそれぞれに対応するように複数設けられている。すなわち、圧電素子２３は、ノズル開口３１ごと（圧力発生室３６ごと）に設けられている。そして、上述のように、下電極膜４２が複数の圧電素子２３の共通電極として機能し、上電極膜４６及びリード電極４７が複数の圧電素子２３の個別電極として機能する。

また、ノズル開口群３１Ａを構成する各ノズル開口３１と対応するようにＹ軸方向に複数並んで設けられた圧電素子２３により、圧電素子群２３Ａが形成される。同様に、ノズル開口群３１Ｂと対応する圧電素子群２３Ｂが形成され、ノズル開口群３１Ｃと対応する圧電素子群（図示略）が形成され、ノズル開口群３１Ｄと対応する圧電素子群（図示略）が形成されている。これら圧電素子群２３Ａと圧電素子群２３Ｂとは、Ｘ軸方向において互いに対向するように配置されている。また、ノズル開口群３１Ｃ，３１Ｄにそれぞれ対応する圧電素子群同士は、Ｘ軸方向において互いに対向するように配置されている。

なお、圧電素子２３は、圧電体膜４５、上電極膜４６及びリード電極４７に加えて下電極膜４２を含むものであってもよい。すなわち、本実施形態における下電極膜４２は、圧電素子２３としての機能と振動板２４としての機能とを兼ね備える構成としてもよい。また、本実施形態では、弾性膜４１及び下電極膜４２によって振動板２４が構成されているが、弾性膜４１を省略して下電極膜４２が弾性膜４１の機能を兼ね備える構成としてもよい。

リザーバ形成基板２５は、例えば流路形成基板２２と同一材料であるシリコン単結晶によって形成されている。なお、リザーバ形成基板２５としては、流路形成基板２２の熱膨張率とほぼ同一の熱膨張率を有する材料によって形成されていることが好ましく、例えばガラスやセラミックス材料などを用いてもよい。

リザーバ形成基板２５には、連通部３９のそれぞれと対応するリザーバ部５１がＹ軸方向に延びるように形成されている。このリザーバ部５１と上述した連通部３９とによってリザーバ３７が構成される。
また、リザーバ形成基板２５には、各連通部３９の側壁に接続されて各連通部３９に機能液を導入する導入路５２が形成されている。

また、リザーバ形成基板２５の上面には、コンプライアンス基板５３が接合されている。このコンプライアンス基板５３は、封止膜５４及び固定板５５を有する。
封止膜５４は、例えば厚さ６μｍ程度のポリフェニレンスルフィドフィルムのような剛性が低く可撓性を有する材料によって形成されている。そして、封止膜５４によってリザーバ部５１の上部が封止されている。

また、固定板５５は、例えば厚さ３０μｍ程度のステンレス鋼のような金属などの硬質の材料によって形成されている。この固定板５５のうち、リザーバ部５１に対応する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部５６となっている。したがって、リザーバ部５１の上部は、可撓性を有する封止膜５４のみによって封止されたものとなっており、この構成により、内部圧力の変化によって変形可能な可撓部５７となっている。

リザーバ部５１の外側のコンプライアンス基板５３上には、導入路５２に連通してリザーバ部５１に機能液を供給するための機能液導入口５８が形成されている。通常、機能液導入口５８からリザーバ部５１に機能液が供給されると、例えば圧電素子２３の駆動時の機能液の流れや周囲の熱などによってリザーバ部５１内に圧力変化が生じる。

しかしながら、上述のように、リザーバ部５１の上部が封止膜５４のみによって封止された可撓部５７となっているので、この可撓部５７が撓み変形してその圧力変化を吸収する。したがって、リザーバ部５１内は一定の圧力に保持される。なお、他の部分は固定板５５によって十分な強度に保持されている。

また、リザーバ形成基板２５のＸ軸方向における中央部には、Ｙ軸方向に延びる４本の溝状の開口部６０が形成されている。これらの開口部６０は、Ｘ軸方向に並んだ２つずつの開口部６０がＹ軸方向に延びる壁部２５Ａにより仕切られており、それぞれの開口部６０からＸ軸方向外側の領域に、圧電素子群２３Ａ，２３Ｂを振動板２４との間で封止する封止部６１Ａ，６１Ｂと、圧電素子群２３Ｃ，２３Ｄを振動板２４との間で封止する封止部（不図示）とが形成されている。より詳しくは、封止部６１Ａは、圧力発生室群３６Ａに対応する圧電素子群２３Ａを振動板２４との間で封止し、封止部６１Ｂは圧電素子群２３Ｂを封止している。

リザーバ形成基板２５のうち、圧電素子２３と対向する領域には、圧電素子２３の運動を阻害しない程度の空間が確保されており、この空間を密封可能な圧電素子保持部６２が形成されている。圧電素子保持部６２は、各封止部（６１Ａ，６１Ｂ，…）のそれぞれに形成されており、圧電素子群２３Ａ〜２３Ｄを覆う大きさで形成されている。また、圧電素子２３のうち、少なくとも圧電体膜４５は、この圧電素子保持部６２内に密封されている。なお、圧電素子群２３Ｃ，２３Ｄを覆う封止部の図示は省略しているが、封止部６１Ａ，６１Ｂと同様の構成となっている。

このように、リザーバ形成基板２５は、圧電素子２３を外部環境から遮断し、圧電素子２３を封止するための封止部材としての機能を有している。リザーバ形成基板２５で圧電素子２３を封止することにより、水分などの外部環境による圧電素子２３の破壊を防止することができる。

なお、本実施形態では、圧電素子保持部６２の内部を密封した状態としただけであるが、例えば圧電素子保持部６２内の空間を真空や、窒素またはアルゴン雰囲気などとすることで圧電素子保持部６２内を低湿度に保持することができ、圧電素子２３の破壊をより確実に防止することができる。

また、各封止部（６１Ａ，６１Ｂ，…）の圧電素子保持部６２によって封止されている圧電素子２３のうち、リード電極４７の一方の端部は、各封止部（６１Ａ，６１Ｂ，…）の外側まで延びており、開口部６０において露出した流路形成基板２２上に配置されている。

ドライバＩＣ２６は、例えば回路基板や駆動回路を含む半導体集積回路（ＩＣ）を有するドライバＩＣであり、各ノズル開口群３１Ａ〜３１Ｄに対して２つずつ計８個設けられている。各ドライバＩＣ２６は、フレキシブル基板２７の一方の面の所定領域（実装領域）にフリップチップ実装されている。さらに、樹脂７８によって各フレキシブル基板２７上にモールドされている。

（フレキシブル基板）
本実施形態では、フレキシブル基板に特徴を有していることから、以下フレキシブル基板の構成について図１〜図５を適宜参照して詳述する。なお、図４および図５には、フレキシブル基板２７Ａを例に挙げて示しているが、他のフレキシブル基板２７Ｂ〜２７Ｄについても同様の構成をなすものである。以下、フレキシブル基板２７Ａを中心に説明する。

図１に示すように、フレキシブル基板２７は、可撓性を有したフレキシブル回路基板からなるもので、４つの開口部６０のそれぞれに対応して４つ設けられている。図５に示すように、フレキシブル基板２７Ａは、フィルム基材７１と、フィルム基材７１の一面に形成された配線パターン７２ａ，７２ｂ、配線パターン７４ａ，７４ｂ、グランド配線パターン７６ａ，７６ｂ、圧電素子２３と接触して接続される端子部７３を備えている。

フィルム基材７１は、例えば厚さ２５μｍ程度のポリイミドからなる絶縁性のフィルムであって、その下面２７ａ（図５では手前側の面）に、銅などの導電性材料からなる配線パターン７２ａ，７２ｂ、配線パターン７４ａ，７４ｂ、およびグランド配線パターン７６ａ，７６ｂが、プリント方式により電解メッキやエッチングなどの手法によって形成されている。

さらに、配線パターン７２ａ（第１配線パターン）の一端（ドライバＩＣ２６Ａ１側とは反対側の端部）には端子部７３が形成され、配線パターン７２ｂ（第２配線パターン）の一端（ドライバＩＣ２６Ａ２側とは反対側の端部）には配線接続用端子７５が形成されている。配線パターン７２ｂに設けられた配線接続用端子７５は、配線パターン７２ａと接続される端子である。そして、フレキシブル基板２７Ａの端子部７３側が、図４に示す開口部６０内に存在する圧電素子２３のリード電極４７と接続する接続部２７ｂとなっている。

また、フレキシブル基板２７Ａの下面２７ａの所定領域には、圧電素子２３の下電極膜４２に接続される配線パターン８０ａ，８０ｂが形成されている。

フレキシブル基板２７Ａの下面２７ａの所定領域には、圧電素子２３を駆動するための２つのドライバＩＣ２６（ドライバＩＣ２６Ａ１（第１駆動回路部）、ドライバＩＣ２６Ａ２（第２駆動回路部））が設けられており、これらドライバＩＣ２６Ａ１，２６Ａ２が互いの長手方向を平行にして並列に配置されている。そして、フレキシブル基板２７Ａの下面２７ａにそれぞれフリップチップ実装されることにより、ドライバＩＣ２６Ａ１は配線パターン７２ａの他端に接続され、ドライバＩＣ２６Ａ２は配線パターン７２ｂの他端に接続されている。本実施形態におけるドライバＩＣ２６Ａ１，２６Ａ２は、それぞれの出力端子２６ｇにダイオード（不図示）を内蔵している。

フレキシブル基板２７Ａとリザーバ形成基板２５との間には、熱伝導性接着剤６５（冷却材：図４（ａ））が配置されており、これによってドライバＩＣ２６Ａ１，２６Ａ２を備えるフレキシブル基板２７Ａがリザーバ形成基板２５上に固定されている。熱伝導性接着剤６５は、伝導率の高い伝熱部材としてＡｇ系フィラーを多く含む、エポキシ樹脂等の有機樹脂を主成分とする高熱伝導性接着剤である。この熱伝導性接着剤６５は、フレキシブル基板２７Ａをリザーバ形成基板２５上に接着して固定するためだけでなく、本発明に係る冷却材としても機能する。

また、フレキシブル基板２７Ａには、外部コントローラＣＴ（図１）と電気的に接続される外部信号入力部７７ａ，７７ｂが形成されており、ドライバＩＣ２６Ａ１，２６Ａ２に接続する配線パターン７４ａ，７４ｂによって構成されている。外部信号入力部７７ａ，７７ｂから入力された外部信号は、配線パターン７４ａ，７４ｂを介してドライバＩＣ２６Ａ１，２６Ａ２へとそれぞれ入力される。

上記したフレキシブル基板２７Ａは、ドライバＩＣ２６Ａ１，２６Ａ２の配置方向（Ｘ軸方向）においてその下面２７ａ側を内側にして筒状に湾曲されて用いられる。実装されたドライバＩＣ２６Ａ１，２６Ａ２を巻き込むようにしてフレキシブル基板２７を湾曲させることにより、ドライバＩＣ２６Ａ１とドライバＩＣ２６Ａ２が、能動面２６ｂとは反対側の面２６ｃを互いに対向させて積層された構成となっている。

このようにして、リザーバ形成基板２５上に２つのドライバＩＣ２６Ａ１，２６Ａ２を積層して配置することにより、リザーバ形成基板２５に対して複数のドライバＩＣ２６を搭載する際の領域が最小限に抑えられている。

本実施形態では、各ドライバＩＣ２６Ａ１，２６Ａ２の間に冷却材８１が配置され、この冷却材８１を介してドライバＩＣ２６Ａ２上にドライバＩＣ２６Ａ１が積層されている。冷却材８１は、上記熱伝導性接着剤６５と同様の材料を用いて形成されたもので、高熱伝導性を有している。

そして、図４（ａ）および図５に示すように、フレキシブル基板２７Ａのうち、ドライバＩＣ２６Ａ１の実装領域と端子部７３との間を折り曲げて、端子部７３側の端部すなわち接続部２７ｂを開口部６０内に挿入させることで、接続部２７ｂの下面側に設けられている端子部７３と、開口部６０に配置されているリード電極４７とが接続されている。

このとき、フレキシブル基板２７Ａの配線接続用端子７５側の端部２７ｅを開口部６０側へ折り曲げておくことで、立ち上がり部２７ｆの内側（下面２７ａ側）に位置する配線パターン７２ａと配線接続用端子７５とが面することになり（図４（ａ），（ｂ））、相互間を異方性導電材料７９で接着して導通を得る構成とされている。つまり、ドライバＩＣ２６Ａ２に接続する配線パターン７２ｂは、ドライバＩＣ２６Ａ１に接続する配線パターン７２ａを介して、圧電素子２３のリード電極４７と電気的に接続されている。

端子部７３とリード電極４７とは、例えば異方性導電フィルム（ACF:Anisotropic Conductive Film）や異方性導電ペースト（ACP:Anisotropic Conductive Paste）のような異方性導電材料７９によって接続されている。なお、異方性導電材料７９に替えて非導電性フィルム（NCF:Non Conductive Film）や非導電性ペースト（NCP:Non Conductive Paste）、ロウ材を用いてもよい。

また、配線パターン７２ｂの配線接続用端子７５と配線パターン７２ａとを接続する接着材として、異方性導電材料を用いるようにしても良い。

同様にして、他のフレキシブル基板２７Ｂ〜２７Ｄについても圧電素子２３のリード電極４７にＯＬＢ実装されている。

上述した構成の液滴吐出ヘッド１は、各フレキシブル基板２７Ａ〜２７Ｄのそれぞれに２つのドライバＩＣ２６（ドライバＩＣ２６Ａ１〜２６Ｄ１およびドライバＩＣ２６Ａ２〜２６Ｄ２）が積層された状態で実装されており、圧電素子２３のリード電極４７の各々に対して接続されている。本実施形態では、圧電素子２３の駆動を停止させることなく、各圧電素子２３に接続された２つのドライバＩＣ２６（ドライバＩＣ２６Ａ１〜２６Ｄ１およびドライバＩＣ２６Ａ２〜２６Ｄ２）を交互に駆動させることで印字を行う。

本実施形態では、各ドライバＩＣ２６に温度検出センサ（不図示）が設けられており、例えば、駆動中の一方のドライバＩＣ２６Ａ１（２６Ｂ１〜２６Ｄ１）の温度が予め設定された温度（例えば６０℃）に達したことが検知されると、外部コントローラＣＴによって他方のドライバＩＣ２６Ａ２（２６Ｂ２〜２６Ｄ２）に駆動が切り換えられるようになっている。また、各ドライバＩＣ２６にはそれぞれ出力端子２６ｇ側にダイオードが設けられている。このダイオードは出力端子２６ｇの信号出力方向が順方向となるように形成されており、動作していないときに他の回路の信号が流入して内部回路に不具合が生じるのを防ぐようになっている。

このように、各フレキシブル基板２７に設けられた一対のドライバＩＣ２６，２６を排他的に動作させる構成としたことにより、各ドライバＩＣ２６，２６が高温になる前に動作を停止させることができ、ドライバＩＣ２６，２６の過熱を防ぐことができる。

また、本実施形態では、積層されたドライバＩＣ２６Ａ１〜２６Ｄ１とドライバＩＣ２６Ａ２〜２６Ｄ２との間に設けられ、Ａｇ系フィラーを多く含む冷却材８１や熱伝導性接着剤６５によって、積層されたドライバＩＣ２６，２６の熱を放散させることができる。なお、冷却材８１をドライバＩＣ２６Ａ１〜２６Ｄ１とドライバＩＣ２６Ａ２〜２６Ｄ２の間だけでなく、下段に位置するドライバＩＣ２６Ａ２〜２６Ｄ２の側面を覆うようにして設けてもよい。これにより、ドライバＩＣ２６Ａ２〜２６Ｄ２における放熱効率が高まるため、結果的に上段のドライバＩＣ２６Ａ１〜２６Ｄ１の発熱温度の上昇が抑えられて冷却するまでの時間が短縮される。

なお、上記においては、２つのドライバＩＣ２６の駆動を切り替えるための設定温度を６０度としたが、冷却効率やドライバＩＣ２６の故障をより防止するために、一方のドライバＩＣ２６の温度が４０度程度に達した時点で他方のドライバＩＣ２６に駆動を切り替えるように設定しても良い。このように、設定温度については、ドライバＩＣ２６の種類などに応じて適宜変更が可能である。

従来は、ドライバＩＣ２６はフレキシブル基板２７に対して１つのみ設けられていたため、連続稼働によってドライバＩＣ２６の温度が過度に上昇すると、ドライバＩＣ２６の熱がリザーバ形成基板２５を介して液滴吐出ヘッド１全体に伝わりインク吐出特性の変動要因となることが考えられた。

これに対して本実施形態の液滴吐出ヘッド１では、例えばドライバＩＣ２６Ａ１（２６Ｂ１〜２６Ｄ１）の稼働中に回路が所定温度に達すると、停止中のドライバＩＣ２６Ａ２（２６Ｂ２〜２６Ｄ２）に動作が切り替わり、その後、ドライバＩＣ２６Ａ２（２６Ｂ２〜２６Ｄ２）が所定温度に達した場合にはドライバＩＣ２６Ａ１（２６Ｂ１〜２６Ｄ１）に動作が切り替わるため、ドライバＩＣ２６Ａ１（２６Ｂ１〜２６Ｄ１）及びドライバＩＣ２６Ａ２（２６Ｂ２〜２６Ｄ２）の温度が過度に上昇してしまうのを防止できる。したがって、フレキシブル基板２７Ａ（２７Ｂ〜２７Ｄ）に実装されたドライバＩＣ２６の温度が過度に上昇するのを防止することができ、これによってインク吐出特性の変動要因を効果的に抑制することができる。
また、ドライバＩＣ２６Ａ１（２６Ｂ１〜２６Ｄ１）及びドライバＩＣ２６Ａ２（２６Ｂ２〜２６Ｄ２）が過熱されるのを防止できるため、ドライバＩＣ２６の故障も発生しにくくなる。

以上のように、駆動切り換え対象となる２つのドライバＩＣ２６，２６は圧電素子２３のリード電極４７にそれぞれ接続されているので、圧電素子２３の駆動を停止させることなく、各ドライバＩＣ２６の温度の上昇を抑えることが可能である。そのため、本実施形態の液滴吐出ヘッド１を後述の液滴吐出装置ＩＪに搭載した場合に、圧電素子２３を駆動するドライバＩＣ２６を冷却するために必要であった待機時間（印刷停止時間）をなくすことができるので、印刷効率を向上させることが可能となる。

＜第２実施形態＞
図６は、第２実施形態の液滴吐出ヘッドの要部を拡大して示す部分拡大図である。図７（ａ）は第１フレキシブル基板の平面図、（ｂ）は第２フレキシブル基板の平面図である。なお、図６および図７においては、圧電素子群２３Ａに対応するドライバＩＣ２６Ａ１，２６Ａ２の接続構成を例に挙げて説明するが、圧電素子群２３Ｂ〜２３Ｄに対応するドライバＩＣ２６Ｂ１、２６Ｂ２、ドライバＩＣ２６Ｃ１、２６Ｃ２、ドライバＩＣ２６Ｄ１、２６Ｄ２についても同様の構成である。

図６に示すように、本実施形態の液滴吐出ヘッド９０では、各開口部６０に対応して第１フレキシブル基板２８と第２フレキシブル基板２９とが接続されている。各フレキシブル基板２８，２９にはそれぞれドライバＩＣ２６が一つずつ実装されており、リザーバ形成基板２５上にドライバＩＣ２６Ａ１，２６Ａ２を積み上げるべく、第２フレキシブル基板２９の上に第１フレキシブル基板２８が積層されている。そして、各フレキシブル基板２８，２９の接続部２８ｂ，２９ｂ側が開口部６０内に挿入されて、各々の端子部７３，７３が、開口部６０内で露出する圧電素子２３のリード電極４７に接続されている。

図７（ａ），（ｂ）に示すように、第１フレキシブル基板２８には、その下面２８ａ側に、配線パターン７２ｃ、配線パターン７４、グランド配線パターン７６、端子部７３が設けられている一方、第２フレキシブル基板２９には、下面２９ａ側に、配線パターン７２ｄ、配線パターン７４、グランド配線パターン７６、端子部７３が設けられている。

そして、第２フレキシブル基板２９上に積層される第１フレキシブル基板２８の接続配線部２８ｃの長さＬ１は、第２フレキシブル基板２９の接続配線部２９ｃの長さＬ２よりも長くなるよう設計されており、これによってフレキシブル基板２８，２９の積層構造を実現している。

本実施形態では、リザーバ形成基板２５と第２フレキシブル基板２９との間に、伝導率の高いＡｇ系フィラーを多く含む、エポキシ樹脂等の有機樹脂を主成分とする高熱伝導性接着剤からなる熱伝導性接着剤６５が配置され、熱伝導性接着剤６５を介してリザーバ形成基板２５上に第２フレキシブル基板２９（ドライバＩＣ２６Ａ２）が接着固定されている。さらに、第１フレキシブル基板２８と第２フレキシブル基板２９との間にも同じ材料からなる冷却材８１が配置され、第１フレキシブル基板２８が第２フレキシブル基板２９上に接着固定されている。この冷却材８１を介して各ドライバＩＣ２６の熱を放熱させて冷却している。

同様にして、圧電素子群２３Ｂ〜２３Ｄに対応する他の開口部６０にも第１および第２フレキシブル基板２８，２９が接続されている。

本実施形態の液滴吐出ヘッド９０によれば、先に記載の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また、フレキシブル基板を湾曲させたりする必要がないので、従来通りの製法で各フレキシブル基板２８，２９をそれぞれ実装することができ、製造が簡単である。

＜第３実施形態＞
図８は、第３実施形態の液滴吐出ヘッドの要部を拡大して示す部分拡大図である。なお、図８においては、圧電素子群２３Ａに対応するドライバＩＣ２６Ａ１，２６Ａ２の接続構成を例に挙げて説明する。
先に記載の第２実施形態では２つのドライバＩＣ２６，２６を横置きにした構成となっていたが、本実施形態ではドライバＩＣ２６，２６を縦置きにした点において先の実施形態と異なっている。第２フレキシブル基板２９に設けられたドライバＩＣ２６Ａ２は、その端面２６ａを封止膜５４に対向させた状態で、リザーバ形成基板２５上に熱伝導性接着剤６５を介して固定されている。第１フレキシブル基板２８に設けられたドライバＩＣ２６Ａ１は、その端面２６ａを開口部６０内で露出するリード電極４７と対向させた状態で、能動面２６ｂとは反対側の面２６ｃに設けられた冷却材８１を介して第２フレキシブル基板２９に接着固定されている。

同様にして、圧電素子群２３Ｂ〜２３Ｄに対応する他の開口部６０にも第１および第２フレキシブル基板２８，２９が接続され、各々に設けられたドライバＩＣ２６Ｂ１〜２６Ｄ１，２６Ｂ２〜２６Ｄ２等はいずれも縦位置に配置されている。

本実施形態の液滴吐出ヘッド９１では、先に記載の第２実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また、縦置き構造にしたことで、リザーバ形成基板２５に対するドライバＩＣ２６，２６の接続領域が大幅に削減され、ドライバＩＣ２６，２６の熱がリザーバ形成基板２５に伝熱することをより抑制することが可能になる。また、ドライバＩＣ２６，２６はリザーバ形成基板２５の開口部６０の内側およびその近傍に設けられ、圧力発生室３６上に位置するのを避けた構成とされている。そのため、圧力発生室３６内に充填されるインクに対して、過熱したドライバＩＣ２６の熱の影響が及ぶことを防止することができる。また、積層した２つのドライバＩＣ２６，２６を縦置きにすることで、各ドライバＩＣ２６，２６が外気に触れる面積を増加させて放熱性を向上させている。これにより、冷却効率が格段に向上する。
このようなことから、液滴吐出ヘッドの温度上昇を確実に抑えてインク吐出特性の変動要因を効果的に抑制することができことから、液滴吐出ヘッド９１によるインク吐出性能を長期的に維持することが可能となる。

また、図９に示すように、リザーバ形成基板２５上にスペーサ８２を配置して、圧電素子２３からドライバＩＣ２６までの距離を調整するようにしても良い。このようなスペーサ８２を設けることで、インクに熱が伝わりにくくなる。

＜液滴吐出装置＞
次に、前述した液滴吐出ヘッド１を備えた本発明の液滴吐出装置ＩＪの一例について、図１０を参照しながら説明する。図１０は液滴吐出装置ＩＪの概略構成を示す斜視図である。

図１０において液滴吐出装置ＩＪは、液滴吐出ヘッド１と、駆動軸４と、ガイド軸５と、外部コントローラＣＴと、ステージ７と、クリーニング機構８と、基台９と、ヒータ６とを備えている。ステージ７は、液滴吐出ヘッド１によって機能液が吐出される基板Ｐを支持するもので、基板Ｐを基準位置に固定する不図示の固定機構を備えたものである。液滴吐出ヘッド１のノズル開口部からは、ステージ７に支持されている基板Ｐに対し、機能液が吐出されるようになっている。

駆動軸４には駆動モータ２が接続されている。駆動モータ２はステッピングモータ等からなるもので、外部コントローラＣＴからＹ軸方向の駆動信号が供給されると、駆動軸４を回転させるようになっている。駆動軸４が回転すると、液滴吐出ヘッド１はＹ軸方向に移動する。ガイド軸５は基台９に対して動かないように固定されている。ステージ７は、駆動モータ３を備えている。駆動モータ３はステッピングモータ等からなるもので、外部コントローラＣＴからＸ軸方向の駆動信号が供給されると、ステージ７をＸ軸方向に移動するようになっている。

外部コントローラＣＴは、液滴吐出ヘッド１に対して液滴吐出を制御するための電圧を供給する。さらに、外部コントローラＣＴは、駆動モータ２に対して液滴吐出ヘッド１のＹ軸方向への移動を制御する駆動パルス信号を供給するとともに、駆動モータ３に対してステージ７のＸ軸方向への移動を制御する駆動パルス信号を供給する。

クリーニング機構８は液滴吐出ヘッド１をクリーニングするものであって、図示しない駆動モータを備えている。この駆動モータの駆動により、クリーニング機構８はガイド軸５に沿ってＸ軸方向に移動する。クリーニング機構８の移動も外部コントローラＣＴにより制御される。ヒータ６は、ここではランプアニールにより基板Ｐを熱処理する手段であり、基板Ｐ上に塗布された機能液に含まれる溶媒の蒸発及び乾燥を行うようになっている。このヒータ６の電源の投入及び遮断も、外部コントローラＣＴによって制御されるようになっている。
そして、液滴吐出装置ＩＪは、液滴吐出ヘッド１と基板Ｐを支持するステージ７とを相対的に走査しつつ基板Ｐに対して液滴を吐出する。

このような液滴吐出装置ＩＪにあっては、前述したように、液滴の吐出特性の変動要因を効果的に抑制して、良好な吐出性能を長期的に確保することのできる液滴吐出ヘッド１を備えているので、液滴吐出装置自体も液滴の吐出性能に優れた信頼性の高いものとなる。また、印刷効率が向上した製品性能の高い液滴吐出装置ＩＪが得られる。

なお、前述した実施形態において、液滴吐出ヘッド１より吐出される機能液液滴としては、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とする。これにより、液滴吐出装置ＩＪは、液滴吐出法に基づいて吐出した機能液液滴によって、前記各デバイスを製造することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもなく、上記各実施形態を組み合わせても良い。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

先の実施形態においては、圧電素子２３のリード電極４７の各々に対して少なくとも２つのドライバＩＣ２６を備えるようにしたが、ドライバＩＣ２６の数はこれに限ったものではない。例えば、ドライバＩＣ２６を３つ以上備える構成とし、各ドライバＩＣ２６を順に切り替えながら駆動するようにしてもよい。

また、開口部６０内に樹脂を配置して、接続部２７ｂの端子部７３と圧電素子２３のリード電極４７との間をモールドしてもよい。

本発明の一実施形態に係る液滴吐出ヘッドの外観斜視図。 液滴吐出ヘッドをノズル開口側から見た斜視図の一部破断図。 図１のＡ―Ａ線矢視断面図。 （ａ）は図３の要部を拡大して示す断面図、（ｂ）はフレキシブル基板の配線パターン接続同士の接続状態を示す斜視図。 フレキシブル基板の平面図。 第２実施形態の液滴吐出ヘッドの要部を拡大して示す部分拡大図。 （ａ）は第１フレキシブル基板の平面図、（ｂ）は第２フレキシブル基板の平面図。 第３実施形態の液滴吐出ヘッドの要部を拡大して示す部分拡大図。 他の実施形態の液滴吐出ヘッドの要部を拡大して示す部分拡大図。 液滴吐出装置の一例を示す外観斜視図。

符号の説明

１…液滴吐出ヘッド、２２…流路形成基板（第１基板）、２３…圧電素子（駆動素子）、２５…リザーバ形成基板（第２基板）、２６Ａ１〜２６Ｄ１…ドライバＩＣ（第１駆動回路部）、２６Ａ２〜２６Ｄ２…ドライバＩＣ（第２駆動回路部）、２６ｂ…能動面、２６ｃ…能動面とは反対側の面、２６ｇ…出力端子、２７…フレキシブル基板、２７ｂ…接続部、２８…第１フレキシブル基板、２９…第２フレキシブル基板、４７…リード電極（端子部）、６０…開口部、７２ａ…配線パターン（第１配線パターン）、７２ｂ…配線パターン（第２配線パターン）、６５…熱伝導性接着剤（冷却材）、８１…冷却材、ＩＪ…液滴吐出装置

Claims (10)

1. 第１基板と、
   該第１基板上に設けられた複数の駆動素子と、
   前記第１基板の前記複数の駆動素子側に設けられた第２基板と、
   該第２基板上に設けられた複数の駆動回路部と、
   前記第２基板の開口部に露出している前記駆動素子の端子部の各々に対して、少なくとも第１の前記駆動回路部及び第２の前記駆動回路部を接続するフレキシブル基板と、
   を備えていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
2. 前記第１駆動回路部と前記第２駆動回路部は排他的に動作し、
   一方の前記駆動回路が所定の温度になったとき、他方の前記駆動回路に駆動が切り換えられることを特徴とする請求項１記載の液滴吐出ヘッド。
3. 前記フレキシブル基板に前記第１駆動回路部及び前記第２駆動回路部が設けられ、
   前記第１駆動回路部および前記第２駆動回路部が、能動面とは反対側の面を互いに対向させて配置されるよう、前記フレキシブル基板が湾曲していることを特徴とする請求項１または２記載の液滴吐出ヘッド。
4. 前記フレキシブル基板は、前記第１駆動回路部と前記駆動素子の前記端子部とを接続する複数の第１配線パターンと、前記第２駆動回路部から延在する第２配線パターンと、を有し、
   前記第２配線パターンは、前記第１配線パターンを介して前記駆動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ないし３のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッド。
5. 前記第１駆動回路部を備えた第１の前記フレキシブル基板と、前記第２駆動回路部を備えた第２の前記フレキシブル基板とが積層されていることを特徴とする請求項１または２記載の液滴吐出ヘッド。
6. 前記第１駆動回路部と前記第２駆動回路部との間に冷却材が配置されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッド。
7. 前記第２基板と、前記第１駆動回路部または前記第２駆動回路部との間に冷却材が配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッド。
8. 前記冷却材が、伝熱部材を含む接着剤であることを特徴とする請求項６または７記載の液滴吐出ヘッド。
9. 前記第１駆動回路部および前記第２駆動回路部の各々の出力端子にダイオードが設けられていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッド。
10. 請求項１から９のいずれか一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。

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