説明

液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置、並びに液滴吐出ヘッドの製造方法

【課題】ノズルピッチを小さくしても、駆動回路部と駆動素子とを接続する際の作業性を低下させることなく接続できる液滴吐出ヘッドを提供する。
【解決手段】液滴吐出ヘッド1は、駆動回路部200と駆動回路部200により駆動される圧電素子300と、可撓性を有するフレキシブル基板500と、フレキシブル基板500上に設けられた導電性を有する端子部512を含む配線パターン510とを備えおり、配線パターン510を介して、駆動回路部200と圧電素子300とが電気的に接続されている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置、並びに液滴吐出ヘッドの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
マイクロデバイスを製造する方法の1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ものである。下記特許文献には、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。この特許文献に開示されている液滴吐出ヘッドにおいては、駆動回路部(ICドライバ)と駆動素子(圧電素子)とがワイヤボンディングの手法によって接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2000−127379号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
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どうしの間の距離(ノズルピッチ)はできるだけ小さい(狭い)ことが好ましい。上記圧電素子はノズル開口部に対応して複数形成されるため、ノズルピッチを小さくすると、そのノズルピッチに応じて圧電素子どうしの間の距離も小さくする必要がある。ところが、圧電素子どうしの間の距離が小さくなると、それら複数の圧電素子のそれぞれとICドライバとをワイヤボンディングの手法によって接続することが困難となる。
【0005】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、ノズルピッチを小さくしても、駆動回路部(ICドライバ)と駆動素子(圧電素子)とを接続する際の作業性を低下させることなく、接続作業を行うことができる液滴吐出ヘッド、及びその液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置、並びに液滴吐出ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決するため、本発明の液滴吐出ヘッドは、駆動回路部と前記駆動回路部により駆動される駆動素子とを備えた液滴吐出ヘッドにおいて、可撓性を有するフレキシブル基板と、前記フレキシブル基板上に設けられた導電性を有する導電部とを備え、前記導電部を介して、前記駆動回路部と前記駆動素子とが電気的に接続されていることを特徴とする。
【0007】
本発明によれば、駆動回路部と駆動素子とはフレキシブル基板上に設けられた導電部を介して電気的に接続されるので、フレキシブル基板上にノズルピッチに応じた導電部を例えばプリント技術によって導電パターンとして精度良く設けておくことで、ノズルピッチを小さくすることによって駆動素子どうしの間の距離が小さく(狭く)なっても、そのノズルピッチに応じて設けられた複数の駆動素子のそれぞれと駆動回路部との電気的な接続を、作業性良く且つ良好に行うことができる。
【0008】
本発明の液滴吐出ヘッドにおいて、前記駆動回路部は、前記フレキシブル基板上の所定領域に設けられており、前記導電部は、前記フレキシブル基板上に設けられた前記駆動回路部と前記駆動素子とを電気的に接続する構成を採用することができる。
【0009】
本発明によれば、導電部を設けられたフレキシブル基板上に駆動回路部を設けることで、液滴吐出ヘッド全体のコンパクト化を図ることができ、また導電部と駆動回路部との位置決めを容易に行うこともできる。
【0010】
本発明の液滴吐出ヘッドにおいて、前記駆動回路部は、前記フレキシブル基板上にフリップチップ実装されて前記導電部と接続している構成を採用することができる。
【0011】
本発明によれば、駆動回路部をフレキシブル基板にフリップチップ実装することで、駆動回路部と導電部との電気的な接続を作業性良く且つ良好に行うことができる。
【0012】
本発明の液滴吐出ヘッドにおいて、液滴を吐出する複数のノズル開口部を備え、前記駆動素子は前記ノズル開口部に応じて複数設けられており、前記導電部は、前記フレキシブル基板上において、前記複数の駆動素子のそれぞれに接続する複数の端子部を有する構成を採用することができる。
【0013】
本発明によれば、フレキシブル基板上に、複数の駆動素子に応じた端子部を例えばプリント技術によって導電パターンとして設けておくことで、ノズルピッチを小さくすることによって、駆動素子どうしの間の距離が小さくなっても、そのノズルピッチに応じて配置された複数の駆動素子と端子部とのそれぞれの電気的な接続を、作業性良く且つ良好に行うことができる。
【0014】
本発明の液滴吐出ヘッドにおいて、前記フレキシブル基板のうち少なくとも前記端子部が設けられた一部の領域が撓まされて前記端子部と前記駆動素子とが接続している構成を採用することができる。
【0015】
本発明によれば、フレキシブル基板を撓ませて端子部と駆動素子とを接続することで、端子部と駆動素子との接続を良好に行うことができ、接続作業後においても、その接続状態を長期間良好に維持することができる。
【0016】
本発明の液滴吐出ヘッドにおいて、前記フレキシブル基板のエッジ領域に前記端子部が設けられている構成を採用することができる。
【0017】
本発明によれば、端子部はフレキシブル基板のエッジ領域に設けられているので、端子部と駆動素子との接続作業を円滑に行うことができる。また、フレキシブル基板のエッジ領域は容易に撓むので、フレキシブル基板を撓ませて端子部と駆動素子とを接続する際の作業性を向上することができる。
【0018】
本発明の液滴吐出ヘッドにおいて、前記フレキシブル基板の一部に開口部が形成されており、前記開口部におけるエッジ領域に前記端子部が設けられている構成を採用することができる。
【0019】
本発明によれば、フレキシブル基板の開口部におけるエッジ領域に端子部を設けることも可能であり、端子部と駆動素子との接続形態の自由度、ひいては液滴吐出ヘッドの設計の自由度を向上することができる。
【0020】
本発明の液滴吐出ヘッドにおいて、前記開口部における前記エッジ領域のうち第1の領域と、前記第1の領域に対向する第2の領域とのそれぞれに前記端子部が設けられている構成を採用することができる。
【0021】
本発明によれば、端子部が対向するように形成されているので、第1の領域の端子部と駆動素子との接続作業、及び第2の領域の端子部と駆動素子との接続作業のそれぞれを円滑にほぼ同時に行うことが可能となり、接続作業性を向上することができる。
【0022】
本発明の液滴吐出ヘッドにおいて、複数並んで設けられた前記ノズル開口部によってノズル開口群が構成されており、そのノズル開口群を構成する前記ノズル開口部のそれぞれに対応するように複数並んで設けられた前記駆動素子によって駆動素子群が構成されており、前記駆動素子群は、前記第1及び第2の領域のそれぞれに対応するように配置されている構成を採用することができる。
【0023】
本発明によれば、第1及び第2の領域のそれぞれに対応するように配置された駆動素子群のそれぞれの駆動素子と、第1及び第2の領域のそれぞれに設けられた複数の端子部とを、ほぼ同時に接続することが可能となるため、端子部と駆動素子との接続作業性を大幅に向上することができる。
【0024】
本発明の液滴吐出ヘッドにおいて、互いに接続される前記端子部及び前記駆動素子と対向する位置に剛体が配置されている構成を採用することができる。
【0025】
本発明によれば、可撓性を有するフレキシブル基板に設けられた端子部と駆動素子とを接続する際、それら端子部及び駆動素子と対向する位置に剛体が配置されているので、互いに接続された端子部と駆動素子とを剛体で良好に支持することができる。
【0026】
本発明の液滴吐出ヘッドにおいて、前記導電部と前記駆動素子との接続部は樹脂モールドされている構成を採用することができる。
【0027】
本発明によれば、導電部と駆動素子との接続部が樹脂モールドされているので、その接続部を保護しつつ固定することができる。
【0028】
本発明の液滴吐出ヘッドにおいて、前記駆動素子は、圧電素子とその圧電素子に接続する電極部とを含み、前記導電部は、前記電極部に接続されている構成を採用することができる。
【0029】
本発明によれば、駆動回路部からの駆動信号は、導電部を介して電極部に良好に伝達され、圧電素子を所望状態で駆動することができる。
【0030】
本発明の液滴吐出ヘッドにおいて、前記圧電素子を封止する封止部材を備え、前記フレキシブル基板と前記封止部材とが樹脂モールドによって固定されている構成を採用することができる。
【0031】
本発明によれば、圧電素子は封止部材で封止されているので、圧電素子の劣化を防止することができる。また、フレキシブル基板は樹脂モールドによって封止部材によって固定されているので、フレキシブル基板の不要な変形を防止することができる。
【0032】
本発明の液滴吐出ヘッドにおいて、前記導電部と前記駆動素子とはろう材によって接続されている構成を採用することができる。
【0033】
本発明によれば、ろう材によって導電部と駆動素子との電気的な接続を得ることができる。
【0034】
本発明の液滴吐出ヘッドにおいて、前記導電部と前記駆動素子とは異方性導電材料によって接続されている構成を採用することができる。
【0035】
本発明によれば、異方性導電膜(ACF:anisotropic conductive film)や異方性導電ペースト(ACP:anisotropic conductive paste)を含む異方性導電性材料によって、導電部と駆動素子との電気的な接続を作業性良く得ることができる。
【0036】
本発明の液滴吐出装置は、機能液の液滴を吐出する液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置において、前記液滴吐出ヘッドに、上記記載の液滴吐出ヘッドが用いられていることを特徴とする。
【0037】
本発明によれば、小さいノズルピッチを有する液滴吐出ヘッドを用いて、微細なマイクロデバイスを液滴吐出法に基づいて良好に製造することができる。
【0038】
本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法は、駆動回路部と前記駆動回路部により駆動される駆動素子とを備えた液滴吐出ヘッドの製造方法において、可撓性を有するフレキシブル基板上に導電性を有する導電部を設ける工程と、前記導電部を設けられたフレキシブル基板上に前記駆動回路部を配置して前記駆動回路部と前記導電部とを電気的に接続する工程と、前記導電部と前記駆動素子とを電気的に接続する工程とを含むことを特徴とする。
【0039】
本発明によれば、駆動回路部と駆動素子とをフレキシブル基板上に設けられた導電部を介して電気的に接続することで、フレキシブル基板上にノズルピッチに応じた導電部を例えばプリント技術によって導電パターンとして予め精度良く設けておくことで、ノズルピッチが小さくても、駆動回路部とノズルピッチに応じて配置された複数の駆動素子とのそれぞれの電気的な接続を、良好に且つ作業性良く行うことができる。
【0040】
本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法において、前記導電部と前記駆動素子とを接続する際、前記導電部と前記駆動素子とを剛体で挟む構成を採用することができる。
【0041】
本発明によれば、フレキシブル基板上に設けられた導電部と駆動素子とを剛体で挟んで接続することで、導電部と駆動素子との接続作業を良好に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0042】
【図1】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である。
【図2】液滴吐出ヘッドを下側から見た斜視図である。
【図3】図1のA−A線断面矢視図である。
【図4】フレキシブル基板を下面側から見た図である。
【図5】液滴吐出ヘッドの製造工程の一例を説明するためのフローチャート図である。
【図6】液滴吐出ヘッドの製造工程を一部を示す模式図である。
【図7】液滴吐出装置の一例を示す外観斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0043】
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。
【0044】
<液滴吐出ヘッド>
液滴吐出ヘッドの一実施形態について図1〜図4を参照しながら説明する。図1は液滴吐出ヘッドの一実施形態を示す外観斜視図、図2は液滴吐出ヘッドを下側から見た斜視図の一部破断図、図3は図1のA−A線断面矢視図、図4はフレキシブル基板を下面側から見た図である。
【0045】
液滴吐出ヘッド1は、機能液の液滴を吐出するものであって、液滴が吐出されるノズル開口部15を備えたノズル基板16と、ノズル基板16の上面に接続され、液滴が流れる流路を形成する流路形成基板10と、流路形成基板10の上面に接続され、圧電素子300の駆動によって変位する振動板400と、振動板400の上面に接続され、リザーバ100を形成するためのリザーバ形成基板20と、リザーバ形成基板20の上面側に設けられた可撓性を有するフレキシブル基板500と、フレキシブル基板500の下面500Aに設けられ、圧電素子300を駆動するための駆動回路部(ICドライバ)200と、フレキシブル基板500の下面500Aに設けられ、駆動回路部200と圧電素子300とを電気的に接続する導電部(導電パターン、配線パターン)510とを備えている。液滴吐出ヘッド1の動作は、外部コントローラCTによって制御される。そして、流路形成基板10と、ノズル基板16と、振動板400とで囲まれた空間によって、ノズル開口部15より吐出される前の機能液が配置される圧力発生室12が形成されている。また、リザーバ形成基板20と流路形成基板10とで囲まれた空間によって、圧力発生室12に供給される前の機能液を予備的に保持するリザーバ100が形成されている。
【0046】
流路形成基板10の下面側は開口しており、その開口を覆うようにノズル基板16が流路形成基板10の下面に接続されている。流路形成基板10の下面とノズル基板16とは、例えば接着剤や熱溶着フィルム等を介して固定されている。そのノズル基板16には、液滴を吐出するノズル開口部15が設けられている。図2に示すように、ノズル開口部15はノズル基板16に複数設けられている。具体的には、ノズル基板16には、Y軸方向に複数並んで設けられたノズル開口部15によって構成された、第1ノズル開口群15A、第2ノズル開口群15B、第3ノズル開口群15C、及び第4ノズル開口群15Dのそれぞれが設けられている。第1ノズル開口群15Aと第2ノズル開口群15B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。第3ノズル開口群15Cは第1ノズル開口群15Aの+Y側に設けられており、第4ノズル開口群15Dは第2ノズル開口群15Bの+Y側に設けられている。これら第3ノズル開口群15Cと第4ノズル開口群15D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。
【0047】
なお図2では、各ノズル開口群15A〜15Dのそれぞれは6個のノズル開口部15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部15によって構成されている。
【0048】
流路形成基板10の内側には複数の隔壁11が形成されている。流路形成基板10はシリコンによって形成されており、複数の隔壁11は、流路形成基板10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により形成される。そして、複数の隔壁11を有する流路形成基板10と、ノズル基板16と、振動板400とで囲まれた空間によって、複数の圧力発生室12が形成される。圧力発生室12は、複数のノズル開口部15に対応するように複数形成されている。すなわち、圧力発生室12は、第1〜第4ノズル開口群15A〜15Dのそれぞれを構成する複数のノズル開口部15に対応するように、Y軸方向に複数並んで設けられている。そして、第1ノズル開口群15Aに対応して複数形成された圧力発生室12によって第1圧力発生室群12Aが構成され、第2ノズル開口群15Bに対応して複数形成された圧力発生室12によって第2圧力発生室群12Bが構成され、第3ノズル開口群15Cに対応して複数形成された圧力発生室12によって第3圧力発生室群12Cが構成され、第4ノズル開口群15Dに対応して複数形成された圧力発生室12によって第4圧力発生室群12Dが構成されている。第1圧力発生室群12Aと第2圧力発生室群12B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おり、それらの間には隔壁10Kが形成されている。同様に、第3圧力発生室群12Cと第4圧力発生室群12Dとの間にも隔壁10Kが形成されており、それらは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。
【0049】
ここで、上述したように、隔壁10Kを含む流路形成基板10はシリコン単結晶によって形成されており、剛体である。
【0050】
第1圧力発生室群12Aを形成する複数の圧力発生室12のうち、−X側の端部は上述した隔壁10Kによって閉塞されているが、+X側の端部は互いに接続するように集合しており、リザーバ100と接続している。リザーバ100は、機能液導入口25より導入され、圧力発生室12に供給される前の機能液を一時的に保持するものであって、リザーバ形成基板20にY軸方向に延びるように形成されたリザーバ部21と、流路形成基板10にY軸方向に延びるように形成され、リザーバ部21と各圧力発生室12のそれぞれとを接続する連通部13とを備えている。すなわち、リザーバ100は、第1圧力発生室群12Aを構成する複数の圧力発生室12の共通の機能液保持室(インク室)となっている。機能液導入口25より導入された機能液は、導入路26を経てリザーバ100に流れ込み、供給路14を経て、第1圧力発生室群12Aを構成する複数の圧力発生室12のそれぞれに供給される。
【0051】
また、第2、第3、第4圧力発生室群12B、12C、12Dのそれぞれを構成する圧力発生室12のそれぞれにも、上述と同様のリザーバ100が接続されている。
【0052】
流路形成基板10とリザーバ形成基板20との間に配置された振動板400は、流路形成基板10の上面を覆うように設けられた弾性膜50と、弾性膜50の上面に設けられた下電極膜60とを備えている。弾性膜50は、例えば厚み1〜2μm程度の二酸化シリコンによって形成されている。下電極膜60は、例えば厚み0.2μm程度の金属によって構成されている。本実施形態において、下電極膜60は、複数の圧電素子300の共通電極となっている。
【0053】
振動板400を変位するための圧電素子300は、下電極膜60の上面に設けられた圧電体膜70と、その圧電体膜70の上面に設けられた上電極膜80とを備えている。圧電体膜70は例えば厚み1μm程度、上電極膜80は例えば厚み0.1μm程度である。なお、圧電素子300の概念としては、圧電体膜70及び上電極膜80に加えて、下電極膜60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60は、圧電素子300としての機能と、振動板400としての機能とを兼ね備えている。また、本実施形態では、弾性膜50及び下電極膜60が振動板400として機能するが、弾性膜50を省略した構造とし、下電極膜60が弾性膜(50)を兼ねるようにしてもよい。
【0054】
圧電体膜70及び上電極膜80、すなわち圧電素子300は、複数のノズル開口部15及び圧力発生室12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、圧電体膜70及び上電極膜80からなる圧電素子300は、各ノズル開口部15毎(圧力発生室12毎)に設けられている。そして、上述したように、下電極膜60は複数の圧電素子300の共通電極として機能し、上電極膜80は複数の圧電素子300の個別電極として機能する。
【0055】
また、第1ノズル開口群15Aを構成するノズル開口部15のそれぞれに対応するようにY軸方向に複数並んで設けられた圧電素子300によって、第1圧電素子群300Aが構成されており、第2ノズル開口群15Bを構成するノズル開口部15のそれぞれに対応するようにY軸方向に複数並んで設けられた圧電素子300によって、第2圧電素子群300Bが構成されている。これら第1圧電素子群300Aと第2圧電素子群300B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。同様に、第3、第4ノズル開口群15C、15Dを構成するノズル開口部15のそれぞれに対応するようにY軸方向に複数並んで設けられた圧電素子300によって、第3、第4圧電素子群300C、300Dが構成されており、それら第3、第4圧電素子群300C、300Dどうしは、X軸方向に関して対向するように配置されている(なお、第3、第4圧電素子群300C、300Dは図3の紙面奥側に形成されているものであって、図示されていない)。
【0056】
リザーバ形成基板20には、封止膜31と固定板32とを有するコンプライアンス基板30が接合されている。封止膜31は、剛性が低く可撓性を有する材料(例えば、厚み6μm程度のポリフェニレンスルフィドフィルム)からなり、この封止膜31によってリザーバ部21の上部が封止されている。また、固定板32は、金属等の硬質の材料(例えば、厚み30μm程度のステンレス鋼)で形成される。この固定板32のうち、リザーバ100に対応する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部33となっているため、リザーバ100の上部は、可撓性を有する封止膜31のみで封止され、内部圧力の変化によって変形可能な可撓部22となっている。
【0057】
通常、機能液導入口25からリザーバ100に機能液が供給されると、例えば、圧電素子300の駆動時の機能液の流れ、あるいは、周囲の熱などによってリザーバ100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100の上部が封止膜31のみよって封止されて可撓部22となっているため、この可撓部22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100内は常に一定の圧力に保持される。なお、その他の部分は固定板32によって十分な強度に保持されている。
【0058】
そして、リザーバ100の外側のコンプライアンス基板30上には、リザーバ100に機能液を供給するための機能液導入口25が形成されており、リザーバ形成基板20には、機能液導入口25とリザーバ100の側壁とを連通する導入路26が設けられている。
【0059】
リザーバ形成基板20のうち、X軸方向に関して中央部には、Y軸方向に延びる溝部700が形成されている。溝部700によって、リザーバ形成基板20は、第1圧力発生室群12Aに対応して設けられた第1圧電素子群300Aを封止する第1封止部20Aと、第2圧力発生室群12Bに対応して設けられた第2圧電素子群300Bを封止する第2封止部20Bとに分けられる(図3参照)。同様に、溝部700によって、第3圧力発生室群12Cに対応して設けられた第3圧電素子群300Cを封止する第3封止部20Cと、第4圧力発生室群12Dに対応して設けられた第4圧電素子群300Dを封止する第4封止部20Dとに分けられる(なお、第3、第4封止部20C、20Dは図3の紙面奥側に形成されているものであって、図示されていない)。そして、溝部700においては、流路形成基板10(隔壁10K)の一部が露出している。
【0060】
つまり、リザーバ形成基板20のうち、圧電素子300に対向する領域には、圧電素子300の運動を阻害しない程度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24が設けられている。圧電素子保持部24は、第1〜第4封止部20A〜20Dのそれぞれに形成されており、第1〜第4圧電素子群300A〜300Dを覆う大きさで形成されている。また、圧電素子300のうち、少なくとも圧電体膜70は、この圧電素子保持部24内に密封されている。
【0061】
このように、リザーバ形成基板20は、圧電素子300を外部環境と遮断して、圧電素子300を封止するための封止部材としての機能を有している。リーザバ形成基板20によって圧電素子300を封止することで、水分等の外部環境による圧電素子300の破壊を防止することができる。また、本実施形態では、圧電素子保持部24の内部を密封状態にしただけであるが、例えば、圧電素子保持部24内の空間を真空にしたり、あるいは窒素又はアルゴン雰囲気等とすることにより、圧電素子保持部24内を低湿度に保持することができ、圧電素子300の破壊をさらに確実に防止することができる。
【0062】
また、リザーバ形成基板20は剛体であって、そのリザーバ形成基板20を形成する材料としては、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が用いられている。
【0063】
図3に示すように、第1封止部20Aの圧電素子保持部24によって封止されている圧電素子300のうち、上電極膜80の−X側の端部は、第1封止部20Aの外側まで延びており、溝部700における流路形成基板10上に配置されている。また図3に示すように、溝部700における流路形成基板10上に下電極膜60の一部が配置されている場合においては、上電極膜80と下電極膜60との間の電気的な接続を防止するための絶縁膜600が、上電極膜80と下電極膜60との間に設けられる。同様に、第2封止部20Bの圧電素子保持部24によって封止されている圧電素子300のうち、上電極膜80の+X側の端部が、第2封止部20Bの外側まで延びて、溝部700における流路形成基板10上に配置されている。同様に、不図示ではあるが、第3、第4封止部20C、20Dで封止されている圧電素子300のうち、上電極膜80の一部が、第3、第4封止部20C、20Dの外側まで延びでおり、第3、第4封止部20C、20Dどうしの間に設けられた溝部700における流路形成基板10上に配置されている。
【0064】
圧電素子300を駆動するための駆動回路部200は、例えば回路基板あるいは駆動回路を含む半導体集積回路(IC)を含んで構成されており、フレキシブル基板500の下面500Aに接続されている。圧電素子300は駆動回路部200により駆動される。フレキシブル基板500は可撓性を有しており、例えばポリイミドからなる絶縁性のフィルム状部材によって構成されている。また、フレキシブル基板500の下面500Aには、銅などの導電性材料からなる導電性の配線パターン(導電部)510が、プリント方式により、メッキやエッチングなどの手法によって設けられている。
【0065】
図4に示すように、フレキシブル基板500の下面500Aの所定領域には駆動回路部200が設けられている。駆動回路部200は、フレキシブル基板500の下面500Aにフリップチップ実装されて前記配線パターン510の一部と接続している。駆動回路部200は、第1〜第4ノズル開口群15A〜15Dに応じて複数(4つ)設けられている。第1〜第4ノズル開口群15A〜15Dに応じて設けられた第1〜第4駆動回路部200A〜200Dのそれぞれは、フレキシブル基板500に対してフリップチップ実装された後、樹脂201によってフレキシブル基板500に対して固定される。
【0066】
フレキシブル基板500の一部には開口部520が形成されている。具体的には、開口部520は、第1駆動回路部200Aと第2駆動回路部200Bとの間の領域、及び第3駆動回路部200Cと第4駆動回路部200Dとの間の領域において、Y軸方向に延びるように形成されている。図4に示すように、開口部520のY軸方向両端部のそれぞれには切欠部521が形成されている。そして、その切欠部521によって、フレキシブル基板500のうち、開口部520に対向する一部の領域(エッジ領域)530が開口部520の内側に曲げる(撓む)ことができるようになっている。エッジ領域530は、各駆動回路部200A〜200Dと開口部520との間の領域であって、開口部520に対向するエッジ領域530のエッジ部530Eは、Y軸方向に沿ってほぼ直線状に形成されている。すなわち、本実施形態においては、エッジ領域530は、Y軸方向を長手方向とする矩形状の領域であって、エッジ部530EがY軸まわり(θY方向)に回転するように曲げられるようになっている。
【0067】
フレキシブル基板500の下面500Aのうち、開口部520におけるエッジ領域530には、配線パターン510の一部を構成する端子部512が形成されている。第1駆動回路部200Aと開口部520との間の第1エッジ領域530Aには、第1駆動回路部200Aに配線パターン510を介して電気的に接続する複数の端子部512が形成されている。第1エッジ領域530Aに設けられた複数の端子部512は、第1圧電素子群300Aを構成する複数の圧電素子300(上電極膜80)のそれぞれに接続するものであって、第1圧電素子群300Aを構成する複数の圧電素子300に対応するように、Y軸方向に複数(例えば720個)並んで設けられており、第1端子群512Aを構成している。したがって、端子部512と圧電素子300とが接続することで、その端子部512を含む配線パターン510を介して、駆動回路部200と圧電素子300とが電気的に接続される。
【0068】
同様に、第2駆動回路部200Bと開口部520との間の第2エッジ領域530Bには、第2圧電素子群300Bを構成する複数の圧電素子300に対応するようにY軸方向に複数(例えば720個)並んで設けられた端子部512からなる第2端子群512Bが設けられている。第1エッジ領域530Aと第2エッジ領域530B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おり、それら第1、第2エッジ領域530A、530Bのそれぞれに形成されている第1端子群512A及び第2端子群512Bも、X軸方向に関して互いに対向するように配置された構成となっている。
【0069】
また同様に、第3駆動回路部200Cと開口部520との間の第3エッジ領域530Cには、第3圧電素子群300Cを構成する複数の圧電素子300に対応するようにY軸方向に複数(例えば720個)並んで設けられた端子部512からなる第3端子群512Cが設けられており、第4駆動回路部200Dと開口部520との間の第4エッジ領域530Dには、第4圧電素子群300Dを構成する複数の圧電素子300に対応するようにY軸方向に複数(例えば720個)並んで設けられた端子部512からなる第4端子群512Dが設けられている。そして、第3エッジ領域530Cと第4エッジ領域530D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。
【0070】
そして、図3に示すように、フレキシブル基板500の下面500Aと、圧電素子300とを対向させ、開口部520と溝部700とを位置決めした状態で、端子部512を設けられたエッジ領域530が下方に撓まされることにより、エッジ領域530における下面500Aに設けられている端子部512と、溝部700に配置されている上電極膜80とが接続される。ここで、第1圧電素子群300Aは、フレキシブル基板500の第1エッジ領域530A及びその第1エッジ領域530Aに設けられた第1端子群512Aに対応するように配置されており、第2圧電素子群300Bは、フレキシブル基板500の第2エッジ領域530B及びその第2エッジ領域530Bに設けられた第2端子群512Bに対応するように配置されている。したがって、第1圧電素子群300Aを構成する複数の圧電素子300(上電極膜80)と、第1端子群512Aを構成する複数の端子部512とのそれぞれが良好に接続されるとともに、第2圧電素子群300Bを構成する複数の圧電素子300(上電極膜80)と、第2端子群512Bを構成する複数の端子部512とのそれぞれが良好に接続される。
【0071】
同様に、第3、第4圧電素子群300C、300Dを構成する複数の圧電素子300と、第3、第4端子群512C、512Dを構成する複数の端子部512とのそれぞれが、第3、第4エッジ領域530C、530Dを撓ませた状態で接続される。
【0072】
ここで、端子部512と圧電素子300(上電極膜80)とは、ろう材、又は異方性導電膜(ACF:anisotropic conductive film)や異方性導電ペースト(ACP:anisotropic conductive paste)を含む異方性導電性材料によって接続されている。
【0073】
図3に示すように、フレキシブル基板500とリザーバ形成基板20との間には、樹脂202が配置されており、フレキシブル基板500とリザーバ形成基板20とは、その樹脂202による樹脂モールドによって固定されている。更に、その樹脂202は、溝部700の内側にも配置されており、端子部512と圧電素子300(上電極膜80)との接続部が樹脂モールドされている。
【0074】
次に、上述した構成を有する液滴吐出ヘッド1の動作について説明する。液滴吐出ヘッド1より機能液の液滴を吐出するために、外部コントローラCTは、機能液導入口25に接続された不図示の外部機能液供給装置を駆動する。外部機能液供給装置から送出された機能液は、機能液導入口25を介してリザーバ100に供給された後、ノズル開口部15に至るまでの液滴吐出ヘッド1の内部流路を満たす。また、外部コントローラCTは、フレキシブル基板500に設けられた外部信号入力部580を介して、駆動回路部200等に駆動電力や指令信号を送る。フレキシブル基板500には配線パターン510が設けられており、外部信号入力部580からの指令信号等は、その配線パターン510を介して駆動回路部200に送られる。駆動回路部200は、外部コントローラCTからの指令に基づいて、端子部512を含む配線パターン510を介して、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、下電極膜60及び圧電体膜70を変位させることにより、各圧力発生室12内の圧力を高めて、ノズル開口部15より液滴を吐出する。
【0075】
<液滴吐出ヘッドの製造方法>
次に、液滴吐出ヘッド1の製造方法について図5のフローチャート図、及び図6の模式図を参照しながら説明する。なお以下では、駆動回路部200と圧電素子300とを接続する手順について主に説明し、液滴吐出ヘッド1のうち、ノズル基板16、流路形成基板10、リザーバ形成基板20、圧電素子300等の製造及び接続・配置作業は既に完了しているものとする。
【0076】
まず、ポリイミド等からなる可撓性を有するフレキシブル基板500の下面500Aに、銅などの導電性材料からなる端子部512を含む配線パターン510を、プリント方式により、メッキやエッチングなどの手法によって設ける(ステップSA1)。端子部512を含む配線パターン510は、ノズル開口部15どうしの間の距離(ノズルピッチ)、すなわち圧電素子300どうしの間の距離に応じて精度良く形成される。
【0077】
次に、フレキシブル基板500の下面500Aの所定領域(実装領域)に対して、駆動回路部200をフリップチップ実装する(ステップSA2)。その後、樹脂201によってフレキシブル基板500と駆動回路部200とを固定する(ステップSA3)。
【0078】
このように、配線パターン510が設けられたフレキシブル基板500上に駆動回路部200を設けることで、液滴吐出ヘッド1全体のコンパクト化を図ることができ、また配線パターン510と駆動回路部200との位置決めを容易に行うこともできる。また、駆動回路部200をフレキシブル基板500にフリップチップ実装することで、駆動回路部200と配線パターン510との電気的な接続を、作業性良く且つ良好に行うことができる。
【0079】
次に、フレキシブル基板500に設けられた端子部512と、圧電素子300の上電極膜80とを接続する(ステップSA4)。
【0080】
端子部512と上電極膜80とを接続する際には、図6に示すように、押圧部材800によって、フレキシブル基板500のエッジ領域530を上方から押圧する。ここで、押圧部材800によるエッジ領域530に対する押圧動作は、フレキシブル基板500の開口部520と、リザーバ形成基板20の溝部700とを位置合わせした状態で行う。この位置合わせした状態においては、第1圧電素子群300Aを構成する複数の圧電素子300と、第1端子部512Aを構成する複数の端子部512とのそれぞれが位置合わせされるとともに、第2圧電素子群300Bを構成する複数の圧電素子300と、第2端子部512Bを構成する複数の端子部512とのそれぞれが位置合わせされる。同様に、第3、第4圧電素子群300C、300Dを構成する複数の圧電素子300と、第3、第4端子部512C、512Dを構成する複数の端子部512とのそれぞれが位置合わせされる。
【0081】
フレキシブル基板500のエッジ領域530は、押圧部材800によって押圧されることにより、下方に向けて撓む(曲がる)ので、フレキシブル基板500のエッジ領域530の下面500Aに設けられている端子部512と、溝部700において露出している圧電素子300の上電極膜80とを接続することができる。ここで、端子部512及び上電極膜80のうち少なくともいずれか一方には、ろう材又は異方性導電性材料900が予め設けられているため、これらろう材又は異方性導電性材料900を介在させた状態で、押圧部材800による押圧動作を行うことで、端子部512と上電極膜80(圧電素子300)との電気的な接続を作業性良く且つ良好に行うことができる。なお、ろう材を予め設けておく場合には、端子部512及び上電極膜80のうち、端子部512上に設けておくことが好ましい。フレキシブル基板500の下面500Aには、上述したように、配線パターン510が、メッキを含むプリント技術によって形成されているが、その配線パターン510の形成手法と同様の手法で、フレキシブル基板500の下面500Aにろう材を円滑に配置することができるからである。
【0082】
そして、フレキシブル基板500に設けられた端子部512と、圧電素子300の上電極膜80とを接続するための押圧部材800による押圧動作においては、図6に示すように、押圧部材800は、互いに対向する第1エッジ領域530Aと第2エッジ領域530Bとのそれぞれを同時に押圧する。本実施形態においては、第1圧電素子群300Aを構成する圧電素子300の上電極膜80の−X側端部、及び第2圧電素子群300Bを構成する圧電素子300の上電極膜80の+X側端部それぞれが同一の溝部700に配置されており、その第1、第2圧電素子群300A、300Bに対応する第1、第2端子群512A、512Bも、開口部520を挟んで互いに対向するように配置されている。そのため、第1エッジ領域530A及び第2エッジ領域530Bのそれぞれを押圧部材800で一括して同時に押圧することで、第1エッジ領域530Aの第1端子群512Aを構成する端子部512のそれぞれと第1圧電素子群300Aを構成する圧電素子300(上電極膜80)のそれぞれとの接続作業、及び、第2エッジ領域530Aの第2端子群512Bを構成する端子部512のそれぞれと第4圧電素子群300Dを構成する圧電素子300(上電極膜80)のそれぞれとの接続作業を、ほぼ同時に円滑に行うことが可能となる。したがって、接続作業性を向上することができる。同様に、第3エッジ領域530Cと第4エッジ領域540Dとのそれぞれを、押圧部材800によってほぼ同時に押圧することで、良好な接続作業性を得ることができる。
【0083】
また、フレキシブル基板500上に、ノズルピッチに応じた端子部512を含む配線パターン510をプリント技術によって精度良く設けておくことで、ノズルピッチを小さくすることによって、圧電素子300どうしの間のY軸方向に関する距離が小さく(狭く)なっても、そのノズルピッチに応じて設けられた複数の圧電素子300(上電極膜80)のそれぞれと端子部512との電気的な接続を作業性良く且つ良好に行うことができる。
【0084】
押圧部材800によって上方より下方に向かって押圧するとき、本実施形態においては、端子部512及び上電極膜80の下側には、剛体である隔壁10K(流路形成基板10)が配置されている。すなわち、端子部512、異方性導電材料900、及び上電極膜80は、剛体である押圧部材800と剛体である隔壁10Kとの間に挟まれた状態となっている。したがって、押圧部材800を隔壁10Kに向けて押圧することで、端子部512と上電極膜80とを良好に接続することができる。また、接続された後のフレキシブル基板500上の端子部512及び上電極膜80を、剛体である隔壁10Kで良好に支持することができる。
【0085】
端子部512と上電極膜80との接続作業が完了した後、樹脂202によって、フレキシブル基板500とリザーバ形成基板20とを固定するとともに、端子部512と上電極膜80との接続部を覆う(ステップSA5)。これにより、フレキシブル基板500の位置が固定されるとともに、フレキシブル基板500自体が樹脂202によって補強される。更には、樹脂202によって、端子部512と上電極膜80との接続部が保護される。
【0086】
なお、本実施形態においては、フレキシブル基板500と駆動回路部200との接続を行った後、端子部512と圧電素子300(上電極膜80)との接続を行っているが、フレキシブル基板500に設けられた端子部512と圧電素子300との接続を行った後、そのフレキシブル基板500と駆動回路部200との接続を行うようにしてもよい。
【0087】
<液滴吐出装置>
【0088】
次に、上述した液滴吐出ヘッド1を備えた液滴吐出装置IJの一例について図7を参照しながら説明する。図7は液滴吐出装置IJの概略構成を示す斜視図である。
【0089】
図7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、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より機能液を吐出される基板Pを支持するものであって、基板Pを基準位置に固定する不図示の固定機構を備えている。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に対して機能液が吐出される。
【0090】
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であり、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。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であり、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。
【0091】
コントローラCTは液滴吐出ヘッド1に液滴の吐出制御用の電圧を供給する。更に、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。
【0092】
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。このヒータ6の電源の投入及び遮断もコントローラCTにより制御される。
【0093】
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。
【0094】
なお、上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によって、上記各デバイスを製造することができる。
【符号の説明】
【0095】
1…液滴吐出ヘッド、15…ノズル開口部、15A〜15D…ノズル開口群、20…リザーバ形成基板(封止部材)、70…圧電体膜(圧電素子)、80…上電極膜(電極部)、200…駆動回路部、201…樹脂、202…樹脂、300…圧電素子(駆動素子)、300A、300B…圧電素子群(駆動素子群)、500…フレキシブル基板、510…配線パターン(導電部)、512…端子部、520…開口部、530(530A〜530D)…エッジ領域、530A…第1エッジ領域(第1の領域)、530B…第2エッジ領域(第2の領域)、900…異方性導電材料、IJ…液滴吐出装置。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
駆動回路部と前記駆動回路部により駆動される駆動素子とを備えた液滴吐出ヘッドにおいて、
可撓性を有するフレキシブル基板と、
前記フレキシブル基板上に設けられた導電性を有する導電部とを備え、
前記導電部を介して、前記駆動回路部と前記駆動素子とが電気的に接続されている液滴吐出ヘッド。
【請求項2】
前記駆動回路部は、前記フレキシブル基板上の所定領域に設けられており、
前記導電部は、前記フレキシブル基板上に設けられた前記駆動回路部と前記駆動素子とを電気的に接続する請求項1記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項3】
前記駆動回路部は、前記フレキシブル基板上にフリップチップ実装されて前記導電部と接続している請求項2記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項4】
液滴を吐出する複数のノズル開口部を備え、
前記駆動素子は前記ノズル開口部に応じて複数設けられており、
前記導電部は、前記フレキシブル基板上において、前記複数の駆動素子のそれぞれに接続する複数の端子部を有する請求項1〜3のいずれか一項記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項5】
前記フレキシブル基板のうち少なくとも前記端子部が設けられた一部の領域が撓まされて前記端子部と前記駆動素子とが接続している請求項4記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項6】
前記フレキシブル基板のエッジ領域に前記端子部が設けられている請求項4又は5記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項7】
前記フレキシブル基板の一部に開口部が形成されており、
前記開口部におけるエッジ領域に前記端子部が設けられている請求項6記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項8】
前記開口部における前記エッジ領域のうち第1の領域と、前記第1の領域に対向する第2の領域とのそれぞれに前記端子部が設けられている請求項7記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項9】
複数並んで設けられた前記ノズル開口部によってノズル開口群が構成されており、
そのノズル開口群を構成する前記ノズル開口部のそれぞれに対応するように複数並んで設けられた前記駆動素子によって駆動素子群が構成されており、
前記駆動素子群は、前記第1及び第2の領域のそれぞれに対応するように配置されている請求項8記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項10】
互いに接続される前記端子部及び前記駆動素子と対向する位置に剛体が配置されている請求項4〜9のいずれか一項記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項11】
前記導電部と前記駆動素子との接続部は樹脂モールドされている請求項1〜10のいずれか一項記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項12】
前記駆動素子は、圧電素子とその圧電素子に接続する電極部とを含み、
前記導電部は、前記電極部に接続されている請求項1〜11のいずれか一項記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項13】
前記圧電素子を封止する封止部材を備え、
前記フレキシブル基板と前記封止部材とが樹脂モールドによって固定されている請求項12記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項14】
前記導電部と前記駆動素子とはろう材によって接続されている請求項1〜13のいずれか一項記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項15】
前記導電部と前記駆動素子とは異方性導電材料によって接続されている請求項1〜14のいずれか一項記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項16】
機能液の液滴を吐出する液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置において、
前記液滴吐出ヘッドに、請求項1〜請求項15のいずれか一項記載の液滴吐出ヘッドが用いられている液滴吐出装置。
【請求項17】
駆動回路部と前記駆動回路部により駆動される駆動素子とを備えた液滴吐出ヘッドの製造方法において、
可撓性を有するフレキシブル基板上に導電性を有する導電部を設ける工程と、
前記導電部を設けられたフレキシブル基板上に前記駆動回路部を配置して前記駆動回路部と前記導電部とを電気的に接続する工程と、
前記導電部と前記駆動素子とを電気的に接続する工程とを含む液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項18】
前記導電部と前記駆動素子とを接続する際、前記導電部と前記駆動素子とを剛体で挟む請求項17記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【公開番号】特開2010−131996(P2010−131996A)
【公開日】平成22年6月17日(2010.6.17)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−286089(P2009−286089)
【出願日】平成21年12月17日(2009.12.17)
【分割の表示】特願2004−253938(P2004−253938)の分割
【原出願日】平成16年9月1日(2004.9.1)
【出願人】(000002369)セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Fターム(参考)】