JP2016179575A - ヘッドユニットおよび液体吐出装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】アクチュエーター基板に実装される駆動IC50は、ノズル列の圧電素子の一端、他端に接続するためのバンプ54a、56aと、ノズル列の圧電素子の一端、他端に接続するためのバンプ54b、56bと、を含み、バンプ56aは、駆動IC50の一辺に沿って配置され、バンプ56bは、上記一辺の対向辺に沿って配置され、バンプ54a、54bを含む領域は、バンプ56aの配列する配線パターン550aと、バンプ56bの配列する配線パターン550bと、で挟まれる。
【選択図】図7
Description
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)。
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。
なお、吐出動作とは、インク等の液体が吐出される動作をいう。
この構成によれば、ノンドープ領域上に形成されるので、アクチュエーターの他端に流れる電流が大きくなっても、当該電流によるノイズが、当該駆動ICの内部素子、例えばトランジスターに与える影響を小さく抑えることができる。これにより、生成物の品質低下を防止することができる。なお、ノンドープ領域上とは、ノンドープ領域の形成後であって、例えば実装面から平面視したときにノンドープ領域に含まれる位置、という意味である。また、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。
この構成によれば、アクチュエーターの他端に流れる電流が大きくなっても、当該電流によるノイズが、緩衝領域によって第1電極群および第2電極群の配列領域に流れにくくなる。
この構成によれば、アクチュエーターの他端に流れる電流が大きくなっても、当該電流によるノイズが、ガード配線部によって第1電極群および第2電極群の配列領域に流れにくくなる。
また、液体吐出装置とする場合、前記ヘッドユニットは、液体の吐出面を平面視したときに、複数個並列して配列した構成としても良い。
この印刷装置1は、液体としてのインクを吐出して紙などの媒体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。
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。
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)から駆動信号を含む各種の信号等が供給される構成となっている。
なお、本実施形態において主走査は、印刷ヘッド22を移動させることで実行され、副走査は媒体Pを搬送することで実行されるが、印刷ヘッド22を固定とし、媒体PをX・Y方向に移動させても良く、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(印刷ヘッド22)とが相対的に移動する構成であれば良い。
この図に示されるように、印刷ヘッド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は、主走査方向であるX方向に沿って配列し、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)に対応している。また、1つのヘッドユニット3では、複数のノズルNがY方向に沿って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いてアクチュエーターの一例である圧電素子を駆動ICで封止した構造となっている。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
一方、特に駆動信号COM−Aの最大電圧は40ボルト程度であるので、選択部520の構成素子(トランジスター)については、そのような電圧に耐えられるように、選択制御部510の出力を高振幅信号に変換するレベルシフタを含めて、高耐圧仕様となる。
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の他端は、電圧VBSで一定であって共通であるので、電圧VBSの経路には、比較的大電流が流れることになる。
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列の一方を第1配列のノズル列Naとし、他方を第2配列のノズル列Nbとする。
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。
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。
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。
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72b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72a、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72b、76bとしている。このうち、駆動電極72a、72bは、物理的には分離しているが、いずれにも電圧VBSが共通に印加されるので、電気的には接続された状態となる。
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。
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。したがって、圧電素子Pztとともに、圧力室Sc、ノズルN等を含めた要素によって、インクを吐出する吐出部が構成されることになる。
ここで、ノズル列Naに対応する吐出部のうち、任意の2つを第1吐出部、第2吐出部とした場合、当該第1吐出部に含まれる圧電素子Pztが第1アクチュエーターとなり、当該第2吐出部に含まれる圧電素子Pztが第2アクチュエーターとなる。また、ノズル列Nbに対応する吐出部のうち、任意の2つを第3吐出部、第4吐出部とした場合、当該第3吐出部に含まれる圧電素子Pztが第3アクチュエーターとなり、当該第4吐出部に含まれる圧電素子Pztが第4アクチュエーターとなる。
この図に示されるように、ノズル列Naに対応した駆動電極72aと、ノズル列Nbに対応した駆動電極72bが、それぞれ平面視でY方向に長手の矩形形状にパターニングされている。駆動電極72aの上には、図では省略されている圧電体74を介して、駆動電極76aが、ノズル列NaのノズルNに個別に対応して形成されている。駆動電極76aの一部は、Y方向に沿った中心線Lを跨ぐように図において左側に張り出している。
また、駆動電極72bの上には、(圧電体74を介して)駆動電極76bが、ノズル列NbのノズルNに個別に対応して形成されている。駆動電極76bの一部は、中心線Lを跨ぐように図において右側に張り出している。
なお、駆動電極76a、76bと中心線Lとの交点において黒丸印で示される地点が、駆動IC50との接続点(バンプ54a、54b)となる。
この図に示されるように、駆動IC50のほぼ中央部では、Y方向に沿ってバンプ54a、54bが交互に一列に配列している。このバンプ54a、54bを含む長手の矩形形状の領域580において選択部520の構成素子が形成される。すなわち、領域580には、高耐圧仕様のトランジスターが形成される。
なお、1個の選択部520の出力先がバンプ54aまたはバンプ54bのいずれかとなる。
このため、複数のバンプ54aを総称したものが第1電極群となり、当該複数のバンプ54aのうち、上記第1アクチュエーターとしての圧電素子Pztの一端である駆動電極76aに接続されるものが、第1電極となり、上記第2アクチュエーターとしての圧電素子Pztの一端である駆動電極76aに接続されるものが、第2電極となる。
また、複数のバンプ54bを総称したものが第2電極群となり、当該複数のバンプ54bのうち、上記第3アクチュエーターとしての圧電素子Pztの一端である駆動電極76bに接続されるものが、第3電極となり、上記第4アクチュエーターとしての圧電素子Pztの一端である駆動電極76bに接続されるものが、第4電極となる。
一方、領域580には、駆動信号を、バンプ54a、54bを介して供給するためのトランジスター等を含む回路が形成されるので、当該領域580が第1回路ブロックとなる。
なお、複数のバンプ56aを総称したものが第3電極群となる。また、配線パターン550aは、メイン基板100から複数のバンプ56aの各々に保持信号を中継して供給するので、第2回路ブロックとなる。
一方、駆動IC50において配線パターン550aと領域580との間において、領域560aが設けられる。
なお、複数のバンプ56bを総称したものが第4電極群となる。また、配線パターン550bは、メイン基板100から複数のバンプ56bの各々に保持信号を中継して供給するので、第3回路ブロックとなる。
一方、駆動IC50において配線パターン550bと領域580との間において、領域560bが設けられる。
このように、配線200は、高電圧信号と低電圧信号とを分離して駆動IC50に供給するので、互いの干渉を抑えることができる。
なお、電圧VBSの保持信号については、高電圧信号として(3)の配線群から供給されて、左右に分配される構成としても良い。
なお、駆動IC50がアクチュエーター基板40にフェイスダウンボンディグされた後、接合部分の周囲が封止材で封止される。これにより、圧電素子Pzt(圧電体74)の劣化が防止される。
ここで、駆動電極72aは、バンプ56aを介して配線パターン550aと並列接続され、同様に、駆動電極72bは、バンプ56bを介して配線パターン550b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。
この図に示されるように、駆動IC50にあっては、Si基板51に、酸化膜581がLOCOS(local oxidation of silicon)法によって局所的に形成されて、素子分離領域を構成している。酸化膜581が形成されなかった部分では、当該酸化膜581をマスクとしたイオンの打ち込み(ドーパントの注入)により、P型ドープ領域563やN型ドープ領域565が形成される。また、これらの酸化膜581、P型ドープ領域563、N型ドープ領域565を覆うように層間絶縁膜583が形成されている。
領域580では、高耐圧仕様のトランジスター等が形成されて、選択部520が構成される。また、領域560a、560bでは、低耐圧仕様のトランジスター等が形成されて、選択制御部510が構成される。
なお、配線パターン550a、550bは、図では1層のみとなっているが、配線層の複数を接続した構成が好ましい。
上述したように、印刷ヘッド22においてはヘッドユニット3が、X方向に沿って4個配列する。1個のヘッドユニット3では、高耐圧仕様のトランジスター等が形成される領域Hが、X方向でみたときに、低耐圧仕様のトランジスター等が形成される領域Lで挟まれる。すなわち、領域Hが中央に位置し、領域Lが左右に位置する構成(LHL)になる。
本実施形態では、図に示されるように、隣り合うヘッドユニット3でみたときに領域L同士が近接することになるが、低電圧信号であり、また、領域H同士は離間しているので、隣り合うヘッドユニット3での干渉が抑えられることになる。
これらの図に示されるように、配線パターン552a(ガード配線部)が、配線パターン550aを囲むように、かつ、当該配線パターン550aとは電気的に絶縁した状態で設けられている。配線パターン552aは、ノンドープ領域に形成されて、領域560aからも隔絶している。
同様に、配線パターン552bが、配線パターン550bを囲むように、かつ、当該配線パターン550bとは電気的に絶縁した状態で設けられている。配線パターン552bは、ノンドープ領域に形成されて、領域560bからも隔絶している。
配線パターン552a、552bは、グランドに接地される。
この印刷装置1は、印刷ヘッド600が移動しないラインプリンタであるため、移動機構6を有しない。また、印刷ヘッド600は、搬送方向(Y方向)に直交するX方向に長尺なラインヘッドである。
この図に示されるように、印刷ヘッド22では、基本となるモジュールUが複数、X方向に沿って配列した構成となっている。モジュールUは、さらにX方向に沿って配列された複数(例えば6個)のヘッドユニット3を包含する。ヘッドユニット3は、上述した第1実施形態と同様であるが、2列で配列する複数のノズルNは、媒体Pの搬送方向であるY方向に対して角度θで傾斜したW1方向に沿って配列している(斜めヘッド)。
この印刷装置1では、媒体PのY方向への搬送に同期して各ヘッドユニット3が当該媒体Pにインクを吐出することで、当該媒体Pの表面に画像が形成される。
この図に示されるように、ヘッドユニット3が斜めヘッドとなる場合でも、隣り合うヘッドユニット3でみたときに領域L同士が近接し、領域H同士は離間しているので、隣り合うヘッドユニット3での干渉が抑えられることになる。
Claims (8)
- 第1アクチュエーターに駆動信号が印加されることで吐出動作を行う第1吐出部と、
第2アクチュエーターに駆動信号が印加されることで吐出動作を行う第2吐出部と、
を含む複数の吐出部が配列する第1配列と、
第3アクチュエーターに駆動信号が印加されることで吐出動作を行う第3吐出部と、
第4アクチュエーターに駆動信号が印加されることで吐出動作を行う第4吐出部と、
を含む複数の吐出部が配列する第2配列と、
を含む構造体と、
前記第1アクチュエーターの一端と電気的に接続され、前記第1アクチュエーターに対して前記駆動信号を供給するための第1電極と、
前記第2アクチュエーターの一端と電気的に接続され、前記第2アクチュエーターに対して前記駆動信号を供給するための第2電極と、
を含む複数の電極からなる第1電極群と、
前記第3アクチュエーターの一端と電気的に接続され、前記第3アクチュエーターに対して前記駆動信号を供給するための第3電極と、
前記第4アクチュエーターの一端と電気的に接続され、前記第4アクチュエーターに対して前記駆動信号を供給するための第4電極と、
を含む複数の電極からなる第2電極群と、
前記第1アクチュエーターの他端、および、前記第2アクチュエーターの他端と電気的に接続される複数の電極からなる第3電極群と、
前記第3アクチュエーターの他端、および、前記第4アクチュエーターの他端と電気的に接続される複数の電極からなる第4電極群と、
を含む駆動ICと、
を有するヘッドユニットであって、
前記駆動ICは、
前記構造体への実装面を平面視したときに、
前記第3電極群が、前記駆動ICの一の辺に沿って配置され、
前記第4電極群が、前記一の辺とは異なる辺に沿って配置され、
前記第1電極群および前記第2電極群の配列領域が、前記第3電極群の配列領域と前記第4電極群の配列領域とで挟まれる
ことを特徴とするヘッドユニット。 - 前記第3電極群および前記第4電極群に保持信号が共通に印加される
ことを特徴とする請求項1に記載のヘッドユニット。 - 前記駆動ICにおいて、前記実装面を平面視したとき、
前記第3電極群および前記第4電極群は、当該駆動ICにおけるノンドープ領域上に形成されている
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。 - 前記駆動ICにおいて、前記実装面を平面視したとき、
前記第1電極群および前記第2電極群の配列領域は、
前記第3電極群、および、前記第4電極群のそれぞれに対し、それぞれ緩衝領域を隔てて配置された
ことを特徴とする請求項1乃至3に記載のヘッドユニット。 - 前記駆動ICにおいて、前記実装面を平面視したとき、
前記第1電極群および前記第2電極群の配列領域と、前記第3電極群の配列領域との間、並びに、
前記第1電極群および前記第2電極群の配列領域と、前記第4電極群の配列領域との間に、
それぞれガード配線部が位置する
ことを特徴とする請求項1乃至3に記載のヘッドユニット。 - 第1アクチュエーターに駆動信号が印加されることで吐出動作を行う第1吐出部と、
第2アクチュエーターに駆動信号が印加されることで吐出動作を行う第2吐出部と、
を含む複数の吐出部が配列する第1配列と、
第3アクチュエーターに駆動信号が印加されることで吐出動作を行う第3吐出部と、
第4アクチュエーターに駆動信号が印加されることで吐出動作を行う第4吐出部と、
を含む複数の吐出部が配列する第2配列と、
を含む構造体と、
前記第1アクチュエーターの一端と電気的に接続される第1電極と、
前記第2アクチュエーターの一端と電気的に接続される第2電極と、
を含む複数の電極からなる第1電極群と、
前記第3アクチュエーターの一端と電気的に接続される第3電極と、
前記第4アクチュエーターの一端と電気的に接続される第4電極と、
を含む複数の電極からなる第2電極群と、
を有し、
前記第1電極群および前記第2電極群のそれぞれに、前記駆動信号を供給するための第1回路ブロックと、
前記第1アクチュエーターの他端、および、前記第2アクチュエーターの他端と電気的に接続される複数の電極からなる第3電極群を有し、前記第3電極群のそれぞれに、保持信号を供給するための第2回路ブロックと、
前記第3アクチュエーターの他端、および、前記第4アクチュエーターの他端と電気的に接続される複数の電極からなる第4電極群を有し、前記第4電極群のそれぞれに、前記保持信号を供給するための第3回路ブロックと、
を含む駆動ICと、
を有するヘッドユニットであって、
前記駆動ICは、
前記構造体への実装面を平面視したときに、
前記第2回路ブロックが、前記駆動ICの一の辺に沿って配置され、
前記第3回路ブロックが、前記一の辺とは異なる辺に沿って配置され、
前記第1回路ブロックが、前記第2回路ブロックと前記第3回路ブロックとで挟まれる
ことを特徴とするヘッドユニット。 - 第1アクチュエーターに駆動信号が印加されることで吐出動作を行う第1吐出部と、
第2アクチュエーターに駆動信号が印加されることで吐出動作を行う第2吐出部と、
を含む複数の吐出部が配列する第1配列と、
第3アクチュエーターに駆動信号が印加されることで吐出動作を行う第3吐出部と、
第4アクチュエーターに駆動信号が印加されることで吐出動作を行う第4吐出部と、
を含む複数の吐出部が配列する第2配列と、
を含む構造体と、
前記第1アクチュエーターの一端と電気的に接続され、前記第1アクチュエーターに対して前記駆動信号を供給するための第1電極と、
前記第2アクチュエーターの一端と電気的に接続され、前記第2アクチュエーターに対して前記駆動信号を供給するための第2電極と、
を含む複数の電極からなる第1電極群と、
前記第3アクチュエーターの一端と電気的に接続され、前記第3アクチュエーターに対して前記駆動信号を供給するための第3電極と、
前記第3アクチュエーターの一端と電気的に接続され、前記第4アクチュエーターに対して前記駆動信号を供給するための第4電極と、
を含む複数の電極からなる第2電極群と、
前記第1アクチュエーターの他端、および、前記第2アクチュエーターの他端と電気的に接続される複数の電極からなる第3電極群と、
前記第3アクチュエーターの他端、および、前記第4アクチュエーターの他端と電気的に接続される複数の電極からなる第4電極群と、
を含む駆動ICと、
を有するヘッドユニットと、
前記ヘッドユニットを媒体に対し相対移動させる相対移動部と、
を具備する液体吐出装置であって、
前記駆動ICは、
前記構造体への実装面を平面視したときに、
前記第3電極群が、前記駆動ICの一の辺に沿って配置され、
前記第4電極群が、前記一の辺とは異なる辺に沿って配置され、
前記第1電極群および前記第2電極群の配列領域が、前記第3電極群の配列領域と前記第4電極群の配列領域とで挟まれる
ことを特徴とする液体吐出装置。 - 前記ヘッドユニットは、液体の吐出面を平面視したときに、複数個並列して配列する、
ことを特徴とする請求項7に記載の液体吐出装置。
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