第1の発明のインクジェットヘッドは、インクを吐出するノズルに連通する複数の圧力室が平面に沿って隣接して配置された流路ユニットと、この流路ユニットの表面に配設され前記ノズルからインクを吐出させるために前記圧力室の容積を変化させるアクチュエータユニットとを備え、前記アクチュエータユニットは、前記複数の圧力室にわたって配設された圧電シートと、前記複数の圧力室に夫々対応して前記圧電シート上に設けられ且つ接点部を有する複数の個別電極と、これら個別電極の接点部に接続されて前記複数の圧力室の容積を変更させる為の駆動信号を供給する複数の信号線を備えた複数枚のフレキシブルプリント配線板とを有し、前記複数枚のフレキシブルプリント配線板は、圧電シート上に部分的に重なり合って配設され、少なくとも、それら複数枚のフレキシブルプリント配線板が重なっている部分と重なっていない部分の境界部に近接する個別電極において、前記接点部が個別電極のうちの前記境界部から離れる側の端部に設けられたことを特徴とするものである。
このインクジェットヘッドは、アクチュエータユニットにより圧力室内の容積を変化させることで圧力室内の圧力を上昇させて、圧力室に連通するノズルからインクを吐出する。ここで、アクチュエータユニットにおいて、圧力室の容積を変化させる為の駆動信号が、フレキシブルプリント配線板(FPC)の信号線から個別電極の接点部に選択的に供給されると、個別電極に電圧が印加されて圧電シートに歪みが生じ、その圧電シートの歪みにより圧力室の容積が変化することになる。
ところで、圧電シート上には複数枚のFPCが部分的に重なり合って配設されている。そのため、これら複数枚のFPCが重なっている部分と重なっていない部分の境界部近傍においては、上側のFPCが剥がれやすくなっている。そのため、境界部に近接した接点部の境界部からの離間距離が短いと、接点部と上側のFPCとの電気的接続が切断されやすくなり、その電気的接続の信頼性が低くなる。そこで、前記境界部に近接する個別電極において、接点部が個別電極のうちの境界部から離れる側の端部に設けることで、境界部に近接する接点部の、境界部からの離間距離を長くすることができる。そして、上側のFPCが剥がれやすい境界部から、可能な限り離れた位置で上側のFPCと接点部とを接続することができるようになり、その接点部における電気的接続の信頼性を向上させることができる。
第2の発明のインクジェットヘッドは、前記第1の発明において、前記圧電シート上に設けられた全ての個別電極において、前記接点部が個別電極のうちの前記境界部から離れる側の端部に設けられたことを特徴とするものである。このように構成することで、境界部を境として分けられた領域において個別電極の接点部のパターンが同一となり、局所的に接点部間の距離が短い箇所がなくなるため、接点部のパターン形成が容易になるし、接点部間の短絡を極力防止できる。
第3の発明のインクジェットヘッドは、前記第1又は第2の発明において、前記圧電シート上において、複数の個別電極の間には、圧電シート上に配設されたフレキシブルプリント配線板を支持する複数のダミー接点部が設けられ、前記ダミー接点部は、前記境界部以外の箇所に比べ前記境界部近傍に密集して設けられていることを特徴とするものである。前記第1又は第2の発明の構成によれば、境界部を挟む2つの接点部の間の距離が大きくなるため、FPCの自重やFPCに作用する外力等により接点部間にFPCが落ち込んで、FPCが圧電シート上に密着することにより、インク吐出時の圧電シートの変形を阻害してしまう虞がある。そこで、FPCを支持するダミー接点部を境界部近傍に密集して設けることにより接点部間でFPCが落ち込むのを確実に防止する。
第4の発明のインクジェットヘッドは、前記第1〜第3の何れかの発明において、前記個別電極は、前記境界部に沿った配列方向と交差する方向に細長い形状に形成されたことを特徴とするものである。従って、境界部に近接する個別電極において、接点部を境界部から離れる側の端部に設けたときに、境界部に近接する接点部の、境界部からの離間距離がさらに長くなり、境界部からより離れた位置でFPCと接点部とを接続することができるようになる。
本発明の実施の形態について説明する。図1、図2に示すように、本実施形態のインクジェットヘッド1は、用紙に対してインクを吐出するための主走査方向に延在した矩形平面形状を有するヘッド本体70と、ヘッド本体70の上方に配置され且つヘッド本体70に供給されるインクの流路である2つのインク溜まり3が形成されたベースブロック71とを備えている。
図1、図2に示すように、ヘッド本体70は、インク流路が形成された流路ユニット4と、流路ユニット4の上面に接着された複数のアクチュエータユニット21とを含んでいる。これら流路ユニット4及びアクチュエータユニット21は共に、複数の薄板を積層して互いに接着させた構成である。また、アクチュエータユニット21は、柔軟性を有するフレキシブルプリント配線板(FPC:Flexible Printed Circuit)50 を備えており、FPC50はアクチュエータユニット21から図2の紙面上左右に引き出されている。ここで、各FPC50は、後述するように、2枚のFPC(図8及び図15(a),(b)参照)が部分的に重なり合った状態で左右に引き出されている。ベースブロック71は、例えばステンレスなどの金属材料からなる。ベースブロック71内のインク溜まり3は、ベースブロック71の長手方向(主走査方向)に沿って形成された略直方体の中空領域である。
ベースブロック71の下面73は、開口3bの近傍において周囲よりも下方に飛び出している。そして、ベースブロック71は、下面73の開口3bの近傍部分73aにおいてのみ流路ユニット4と接触している。そのため、ベースブロック71の下面73の開口3bの近傍部分73a以外の領域は、ヘッド本体70から離隔しており、この離隔部分にアクチュエータユニット21が配されている。
ベースブロック71は、ホルダ72の把持部72aの下面に形成された凹部内に接着固定されている。ホルダ72は、把持部72aと、把持部72aの上面からこれと直交する方向に所定間隔をなして延出された平板状の一対の突出部72bとを含んでいる。各FPC50は、スポンジなどの弾性部材83を介してホルダ72の突出部72b表面に沿うようにそれぞれ配置されている。そして、ホルダ72の突出部72b表面に配置されたFPC50上にドライバIC80が設置されている。後述するように、FPC50は、ドライバIC80から出力された駆動信号をアクチュエータユニット21の電極34,35(図9(a),(b)参照)に伝達するように、両者とハンダ付けによって電気的に接合されている。
ドライバIC80の外側表面には略直方体形状のヒートシンク82が密着配置されているため、ドライバIC80で発生した熱を効率的に散逸させることができる。ドライバIC80及びヒートシンク82の上方であって、FPC50の外側には、基板81が配置されている。ヒートシンク82の上面と基板81との間、および、ヒートシンク82の下面とFPC50との間は、それぞれシール部材84で接着されている。
図3は、図1に示したヘッド本体70の平面図である。図3において、ベースブロック71内に形成されたインク溜まり3が仮想的に破線で描かれている。2つのインク溜まり3は、ヘッド本体70の長手方向(主走査方向)に沿って、互いに所定間隔をなして平行に延在している。2つのインク溜まり3は、それぞれ一端に開口3aを有し、この開口3aを介してインクタンク(図示せず)に連通することによって、常にインクで満たされている。また、開口3bは、ヘッド本体70の長手方向に沿って各インク溜まり3に多数設けられていて、上述したように各インク溜まり3と流路ユニット4とを結んでいる。多数の開口3bは、対となる2つずつがヘッド本体70の長手方向に沿って近接配置されている。一方のインク溜まり3に連通した開口3bの対と、他方のインク溜まり3に連通した開口3bの対とは、千鳥状に配置されている。
開口3bが配置されていない領域には、開口3bの対とは逆のパターンで、台形の平面形状を有する複数のアクチュエータユニット21(以下の流路ユニット4の説明においては、主に、FPC50を除いた部分を指す)が千鳥状に配置されている。各アクチュエータユニット21の平行対向辺(上辺及び下辺)は、ヘッド本体70の長手方向と平行である。また、隣接するアクチュエータユニット21の斜辺の一部同士がヘッド本体70の幅方向にオーバーラップしている。
図4は、図3内の一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。図4に示すように、各インク溜まり3に設けられた開口3bは共通インク室であるマニホールド5に連通し、さらに各マニホールド5の先端部は2つに分岐して副マニホールド5aを形成している。また、平面視において、アクチュエータユニット21における2つの斜辺側それぞれから、隣接する開口3bから分岐した2つの副マニホールド5aが延出している。つまり、アクチュエータユニット21の下方には、アクチュエータユニット21の平行対向辺に沿って互いに離隔した計4つの副マニホールド5aが延在している。
アクチュエータユニット21と対向した流路ユニット4の下面は、インク吐出領域となっている。インク吐出領域の表面には、後述するように、多数のノズル8がマトリクス状に配列されている。ノズル8は、図面を簡単にするために図4では幾つかだけを描いているが、実際にはインク吐出領域全体にわたって配列されている。
図5は、図4に描かれた一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。図4及び図5は、流路ユニット4における多数の圧力室10がマトリクス状に配置された平面を、インク吐出面に対して垂直な方向から見た状態を示している。各圧力室10は、角部にアールが施された略菱形の平面形状を有しており、その長い方の対角線は流路ユニット4の幅方向に平行である。各圧力室10の一端はノズル8に連通しており、他端はアパーチャ12(図6参照)を介して共通インク流路としての副マニホールド5aに連通している。平面視において各圧力室10と重なり合う位置には、圧力室10と相似でこれよりも一回り小さい平面形状を有する個別電極35が、アクチュエータユニット21上に形成されている。図5には、図面を簡略にするために、多数の個別電極35のうちの幾つかだけを描いている。なお、図4及び図5において、図面を分かりやすくするために、アクチュエータユニット21内又は流路ユニット4内にあって破線で描くべき圧力室10及びアパーチャ12等を実線で描いている。
図5において、圧力室10(10a、10b、10c、10d)がそれぞれ収容された仮想的な複数の菱形領域10xは、互いに重なり合うことなく各辺を共有するように、配列方向A(第1の方向)及び配列方向B(第2の方向)の2方向にマトリクス状に隣接配置されている。配列方向Aは、インクジェットヘッド1の長手方向(主走査方向)、すなわち副マニホールド5aの延在方向であって、菱形領域10xの短い方の対角線と平行である。配列方向Bは、配列方向Aと鈍角θをなす菱形領域10xの一斜辺方向である。圧力室10は、対応する菱形領域10xと中心位置が共通であって、両者の輪郭線は平面視において互いに離隔している。
配列方向A及び配列方向Bの2方向にマトリクス状に隣接配置された圧力室10は、配列方向Aに沿って37.5dpiに相当する距離ずつ離隔している。また、圧力室10は、1つのインク吐出領域内において、配列方向Bに16個並べられている。配列方向Bの両端にある圧力室はダミーであって、インク吐出に寄与しない。
マトリクス状に配置された複数の圧力室10は、図5に示す配列方向Aに沿って、複数の圧力室列を形成している。圧力室列は、図5の紙面に対して垂直な方向(第3の方向)から見て、副マニホールド5aとの相対位置に応じて、第1の圧力室列11a、第2の圧力室列11b、第3の圧力室列11c、及び、第4の圧力室列11dに分けられる。これら第1〜第4の圧力室列11a〜11dは、アクチュエータユニット21の上辺から下辺に向けて、11c→11d→11a→11b→11c→11d→…→11bという順番で周期的に4列ずつ配置されている。
第1の圧力室列11aを構成する圧力室10a及び第2の圧力室列11bを構成する圧力室10bにおいては、第3の方向から見て、配列方向Aと直交する方向(第4の方向)に関して、ノズル8が図5の紙面下側に偏在している。そして、ノズル8が、それぞれ対応する菱形領域10xの下端部に位置している。一方、第3の圧力室列11cを構成する圧力室10c及び第4の圧力室列11dを構成する圧力室10dにおいては、第4の方向に関して、ノズル8が図5の紙面上側に偏在している。そして、ノズル8が、それぞれ対応する菱形領域10xの上端部に位置している。第1及び第4の圧力室列11a、11dにおいては、第3の方向から見て、圧力室10a、10dの半分以上の領域が、副マニホールド5aと重なっている。第2及び第3の圧力室列11b、11cにおいては、第3の方向から見て、圧力室10b、10cの全領域が、副マニホールド5aと重なっていない。そのため、いずれの圧力室列に属する圧力室10についてもこれに連通するノズル8が副マニホールド5aと重ならないようにしつつ、副マニホールド5aの幅が可能な限り広く形成されており、各圧力室10にインクを円滑に供給することが可能となっている。
次に、ヘッド本体70の断面構造について、図6、図7を参照してさらに説明する。図6に示すように、各ノズル8は、圧力室10(10a、10b)及びアパーチャ12を介して副マニホールド5aと連通している。このようにして、ヘッド本体70には、副マニホールド5aの出口からアパーチャ12、圧力室10を経てノズル8に至る個別インク流路32が圧力室10ごとに形成されている。尚、この個別インク流路32(以下、チャンネルと表現する場合もある)が1つの記録素子に相当する。
図6に示すように、複数の薄板の積層方向において、圧力室10とアパーチャ12とは異なる深さに設けられている。これにより、図5に示すように、アクチュエータユニット21の下方にあるインク吐出領域に対応した流路ユニット4内において、1つの圧力室10と連通したアパーチャ12を、当該圧力室に隣接する圧力室10と平面視で同じ位置に重ねて配置することが可能となっている。この結果、圧力室10同士が密着して高密度に配列されるため、比較的小さな占有面積のインクジェットヘッド1により高解像度の画像印刷が実現される。
図7に示すように、ヘッド本体70は、上から、アクチュエータユニット21、キャビティプレート22、ベースプレート23、アパーチャプレート24、サプライプレート25、マニホールドプレート26、27、28、カバープレート29及びノズルプレート30の合計10枚のシート材が積層された積層構造を有している。これらのうち、アクチュエータユニット21を除いた9枚のプレートから流路ユニット4が構成されている。
アクチュエータユニット21は、後で詳述するように、5枚の圧電シート41〜45(図9(a)参照)が積層され且つ電極が配されることによってそのうちの3層が電圧印加時に活性層となる部分を有する層(以下、単に、活性層を有する層というように記す)とされ、残り2層が非活性層とされたものである。キャビティプレート22は、圧力室10に対応する略菱形の開口が多数設けられた金属プレートである。ベースプレート23は、キャビティプレート22の1つの圧力室10について、圧力室10とアパーチャ12との連絡孔及び圧力室10からノズル8への連絡孔がそれぞれ設けられた金属プレートである。アパーチャプレート24は、キャビティプレート22の1つの圧力室10について、2つの孔とその間を結ぶハーフエッチング領域で形成されたアパーチャ12のほかに圧力室10からノズル8への連絡孔がそれぞれ設けられた金属プレートである。サプライプレート25は、キャビティプレート22の1つの圧力室10について、アパーチャ12と副マニホールド5aとの連絡孔及び圧力室10からノズル8への連絡孔がそれぞれ設けられた金属プレートである。マニホールドプレート26、27、28は、副マニホールド5aに加えて、キャビティプレート22の1つの圧力室10について、圧力室10からノズル8への連絡孔がそれぞれ設けられた金属プレートである。カバープレート29は、キャビティプレート22の1つの圧力室10について、圧力室10からノズル8への連絡孔がそれぞれ設けられた金属プレートである。ノズルプレート30は、キャビティプレート22の1つの圧力室10について、ノズル8がそれぞれ設けられた金属プレートである。
これら10枚のシート21〜30は、図7に示すような個別インク流路32が形成されるように、互いに位置合わせして積層される。この個別インク流路32は、副マニホールド5aからまず上方へ向かい、アパーチャ12において水平に延在し、それからさらに上方に向かい、圧力室10において再び水平に延在し、それからしばらくアパーチャ12から離れる方向に斜め下方に向かってから垂直下方にノズル8へと向かう。
次に、アクチュエータユニット21及びこのアクチュエータユニット21に電気的に接続されたドライバIC80について、図8〜図16を参照して説明する。
アクチュエータユニット21は、複数の圧力室10にわたって積層状に配設された5枚の圧電シート41〜45と、複数の圧力室10に夫々対応して最上層の圧電シート41上に設けられ且つ接点部91を有する複数の個別電極35を有し、これら複数の個別電極35の接点部91に、複数の圧力室10の容積を変更させる為の駆動信号を供給する複数の信号線を備えた2枚のFPC50(50a,50b)が接続されている。このアクチュエータユニット21は、ドライバIC80(図2参照)からの駆動信号をFPC50を介して圧電シート41上の複数の接点部91に選択的に供給することにより、圧電シート41〜45を変形させて、駆動信号が供給された接点部91に対応する圧力室10の容積を変化させる。
図8、図9(a),(b)に示すように、5枚の圧電シート41、42、43、44、45は、それぞれ厚みが15μm程度で同じになるように形成されている。これら圧電シート41〜45は、インクジェットヘッド1内の1つのインク吐出領域内に形成された多数の圧力室10にわたって積層して配置され、連続した層状の平板(連続平板層)となっている。
そして、図8に示すように、最上層の圧電シート41の上面には、平面形状が略菱形の個別電極35がマトリクス状に規則的に配列されている。さらに、図9(a)に示すように、2枚の圧電シート42,43の間において、各個別電極35と上下に重なる位置には、個別電極35と同形状の個別電極36が配置されている。ここで、前述のように、圧電シート41〜45が連続平板層として多数の圧力室10に跨って配置されているために、例えばスクリーン印刷技術を用いることにより、個別電極35、36を高密度に配置することが可能となっている。そのため、個別電極35、36に対応する位置に形成される圧力室10をも高密度に配置することが可能となって、高解像度画像の印刷ができるようになる。
本実施の形態において、圧電シート41〜45は、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)系のセラミックス材料からなるものである。なお、図9(a)では、FPC50と圧電シート41とが互いの全面において接着されているように描かれているが、実際には、両者は各個別電極35の主電極部90では接着されていない。これは、主電極部90に貼り付けられたFPC50が圧電シート41〜45の変形を阻害するのを防止するためである。
図8、図9(a)及び図10に示すように、個別電極35は、厚み1μm程度のものであり、圧電シート41の上面であって圧力室10に対応する位置に形成されている。この個別電極35は、その平面形状が圧力室10と略相似な形状を有する(図5参照)。
さらに、個別電極35は、平面形状が略菱形形状の主電極部90と、この主電極部90の一端の鋭角部から突出状に形成された接点部91(ランド部)とを有している。この接点部91には、後述のFPC50に配線された信号線を介して駆動信号が供給されるようになっている。図5、図9(a)に示すように、主電極部90は、圧電シート41の表面と垂直な前記第3の方向から見て圧力室10に重なっており、一方、接点部91の大部分は、第3の方向から見て圧力室10に重なっていない。尚、図8において、圧電シート41上の個別電極35のうち、最も外周側に位置する個別電極35は、接点部91が設けられていないダミーの電極である。
ところで、圧電シート41の図8における上半分に配置された複数(8列364個)の個別電極35においては、接点部91は、個別電極35のうちの図8における上側の端部に設けられ、圧電シート41の図8における下半分に配置された複数(8列300個)の個別電極35においては、接点部91は、個別電極35のうちの図8における下側の端部に設けられている。この理由については、後ほど説明する。
図9(a)に示すように、圧電シート42と圧電シート43との間には、個別電極35と同様の形状を有する厚み2μm程度の個別電極36が介在している。一方、圧電シート43の下方に隣接した圧電シート44とその下方に隣接した圧電シート45との間、及び、圧電シート45の下方には、電極が配置されていない。
図9(a)に示すように、圧電シート41、42において、個別電極35と個別電極36の間には、個別電極35の主電極部90の一端部(接点部91と反対側の端部)から下方へ延びるスルーホール41a、42aが形成されている。これらスルーホール41a、42aには、図9(c)に示すように導電材料(銀パラジウムなど)48が充填されており、この導電材料48を介して、個別電極35と個別電極36とが各圧力室10ごとに接続されている。
図8に示すように、本実施の形態では、圧電シート41の上面四隅付近には、接地用電極38が形成されている。そして、圧電シート41上面のうちの個別電極35が形成された領域は、4つの接地用電極38で区画された仮想領域によって包囲されていることになる。
図9(b)に示すように、接地用電極38の下方において、アクチュエータユニット21の最上層の圧電シート41とその下側の圧電シート42との間には、厚み2μm程度の共通電極33が介在している。共通電極33は、圧電シート41〜45のほぼ全域にわたって延在した1枚の導電シートからなる。同様に、上から3番目に位置する圧電シート43とその下側の圧電シート44との間にも、共通電極33と同様の形状を有する厚み2μm程度の共通電極34が介在している。
図9(b)に示すように、接地用電極38の下方には、圧電シート41、42、43を貫通するスルーホール41b、42b、43bが形成されている。スルーホール41b、42b、43bには、図9(d)に示すように導電材料(銀パラジウムなど)49が充填されており、この導電材料49を介して、接地用電極38が共通電極33及び共通電極34に接続されている。
尚、以上説明した個別電極35,36及び共通電極33,34は、Ag−Pd系等の金属材料からなるものである。
ここで、共通電極33、34は、積層方向への射影領域が圧力室領域を含むように圧力室10よりも大きいものが圧力室10ごとに多数形成されてもよいし、あるいは、射影領域が圧力室領域に含まれるように圧力室10よりもやや小さいものが圧力室10ごとに多数形成されてもよく、必ずしも圧電シートの全面に延在する1枚の導電シートである必要はない。但し、このとき、圧力室10に対向する部分がすべて同一電位となるように共通電極同士が電気的に接続されていることが必要である。
尚、図8、図10に示すように、最上層の圧電シート41上には、個別電極35及び接地用電極38の他に、多数のダミー接点部39が設けられている。これらダミー接点部39は、マトリクス状に配列された個別電極35の間に設けられており、圧電シート41上に配設されるFPC50を支持して、個別電極35の接点部91間でFPC50が落ち込むことによりインク吐出時の圧電シート41の変形が阻害されるのを防止する。
次に、ドライバIC80及びFPC50(50a,50b)について説明する。
ドライバIC80(駆動装置)は、基板81(信号供給装置)及び複数の個別電極35と、FPC50を介して電気的に接続されており、基板81から供給されたドライバIC80を駆動する為の信号に基づいて複数の個別電極35に対して選択的に電圧を印加する(駆動信号を供給する)ことにより、電圧が印加された個別電極35に対応する圧力室10の容積を変化させて、その圧力室10に連通するノズル8からインクを吐出させる。
図15に示すように、FPC50(50a,50b)は、基板81とドライバIC80とを電気的に接続するとともに、ドライバIC80と個別電極35、36及び共通電極33、34とを電気的に接続するものであり、図9(a)および図9(b)に示すように、最上層の圧電シート41の上面に配置された個別電極35及び接地用電極38と夫々ハンダ付けにより電気的に接合される接続パッド55、60を有する。FPC50上には夫々ドライバIC80(80a,80b)が搭載されており、個別電極35と接続される端部とは反対側の端部に設けられた接続部100(100a,100b)が基板81のコネクタ部(図示省略)に差し込まれて、FPC50を介してドライバIC80と基板81とが電気的に接続されるようになっている。
ところで、この本実施形態のインクジェットヘッド1においては、複数の圧力室10が高密度でマトリクス状に配置されるため(図5参照)、複数の圧力室10に夫々対応する個別電極35の接点部91も圧電シート41上に高密度に配置される。しかし、幅の限られた1枚のFPC内に、高密度に配置された複数の個別電極35に夫々駆動信号を供給する、複数の信号線(本実施形態では664個の個別電極35に夫々対応する664本の信号線)を配線するには限度がある。
そこで、本実施形態のインクジェットヘッド1においては、複数の個別電極35が、互いに異なる数の個別電極で構成された2つの個別電極の組101,102(具体的には、図8における上側8列の364個の個別電極の組101と、下側8列の300個の個別電極の組102)に分けられており、これら2つの個別電極の組101,102は、2枚のFPC50a,50bにより2つのドライバIC80a,80bに夫々電気的に接続されている。そして、図8、図10及び図15(a)、(b)に示すように、2枚のFPC50a,50bが圧電シート41上に部分的に重なり合うように配設されており、これら2枚のFPC50a,50bにより、ドライバIC80a,80bから複数の個別電極35の接点部91までの配線を行うように構成されている。
ここで、2枚のFPC50a,50bに接続された2つのドライバIC80a,80bは、互いに異なる数の個別電極35で構成された個別電極の組101,102に夫々駆動信号を供給するものであるにもかかわらず、同一の構造及び同一の回路構成を有する。この同一仕様のドライバIC80(80a,80b)の構成について、以下詳細に説明する。
図11に示すように、ドライバIC80には、基板81から複数種類の波形信号(FIRE)が入力され、これら複数種類の波形信号に基づいて各個別電極35に駆動信号を出力するように構成されている。波形信号の一例として、図12に8種類の波形信号FIRE(0)〜FIRE(7)を示す。ここで、FIRE(0)はノズル8からインクを吐出しない非吐出の信号である。また、FIRE(1)〜FIRE(3)の3種類の波形信号は、Hiとなる回数が相互に異なるパルス列信号であり、Hiとなる回数に対応してノズル8からのインク吐出回数を異ならせて階調制御を行うための波形信号であり、FIRE(1)〜FIRE(3)は、夫々小滴、中滴及び大滴のインク玉を吐出する為の波形信号である。即ち、印字周期内に、FIRE(1)の場合は1回、FIRE(2)の場合は2回、そして、FIRE(3)の場合は3回、インク滴が吐出される。また、FIRE(4)〜FIRE(6)は、温度等の外的変動時に小滴、中滴及び大滴のインク玉を吐出する際に選択される波形信号である。尚、FIRE(1)〜FIRE(6)の波形信号において、最後に付加されている比較的幅の狭いパルスは、インク液滴の噴射後に圧力室10に残留するインクの振動を抑制する為のストップパルスである。さらに、FIRE(7)は、ノズル8のフラッシングを行う際に選択される波形信号である。そして、ドライバIC80は、各チャンネルに対して8種類の波形信号FIRE(0)〜FIRE(7)のうちから何れか1つの波形信号を選択し、選択された波形信号に基づいて生成された駆動信号を個別電極35に供給して、ノズル8からインクを吐出させる。
さらに、図11に示すように、ドライバIC80には、各ノズル8(各チャンネル)に対して、前述の8種類の波形信号FIRE(0)〜FIRE(7)から何れか1つを選択する為の3ビットの選択データSIN(x)(xは0,1又は2)がシリアル入力される。そして、図13に示すように、各チャンネルに対して入力された3ビットの選択データSIN(x)により、そのチャンネルに対して8種類の波形信号FIRE(0)〜FIRE(7)のうちから何れか1つの波形信号が選択されるようになっている。
また、ドライバIC80は、シリアル入力された3ビットの選択データSIN(x)をパラレル変換するシリアル−パラレル変換器としてのシフトレジスタ110〜117と、ラッチ回路としてのD−フリップフロップ120〜127と、複数のチャンネルに夫々対応する選択データSIN(x)に基づいて、前述の8種類の波形信号FIRE(0)〜FIRE(7)から何れか1つを選択するマルチプレクサ130〜137と、マルチプレクサ130〜137から出力された波形信号を所定電圧の駆動信号として複数の個別電極35へ出力するドライブバッファ140〜147とを備えている。
ここで、図11に示すように、1つのドライバIC80は、図8に示す個別電極の組101,102を構成する8列の個別電極35の列に夫々対応する、最大49個(0系)〜42個(7系)の出力端子を夫々有する8つのブロック(0系〜7系)に分割されている。そして、1つのドライバIC80(80a)は364個の出力端子(0系から7系の出力端子の総数)を有し、図8の上半分の個別電極の組101を構成する、364個の個別電極35に対して夫々駆動信号を出力することができるようになっているが、いくつかの出力端子を個別電極35に結線されない未結線の状態にし、364個よりも少ない数の個別電極35で構成された個別電極の組(具体的には、図8の下半分の300個の個別電極35で構成された個別電極の組101や、その他にも、304個の個別電極35で構成された個別電極の組)に対しても、同一の構成を有するドライバIC80により駆動信号を出力することもできるようになっている。以下、8つのブロックのうちの、最大49個の個別電極35に対して駆動信号を出力できるブロック(0系)を用いてドライバIC80の内部構成をさらに詳細に説明する。
図14に示すように、ドライバIC80の0系のシフトレジスタ110には、CLKの立ち上がりに従って3ビットの選択データSIN(x)が基板81からシリアル入力され、さらに、ドライバIC80の出力端子に結線される個別電極35の数が364個、304個、あるいは300個の何れであるかを識別するための2つのモード識別データmode(0),mode(1)が入力される。そして、これらモード識別データmode(0),mode(1)によってmode364、mode304及びmode300が決定される。
図14に示すように、モード識別データmode(0),mode(1)が共にLowの場合には、mode364がHi、mode304及びmode300がLowとなり、364個の個別電極35に結線された状態に対応するモードとなる。このとき、選択データSIN(x)は図14におけるa→d→e→fのパスを通り、全てのシフトレジスタにセットされる。
モード識別データmode(0)がLow、mode(1)がHiの場合には、mode304がHi、mode364及びmode300がLowとなり、304個の個別電極35に結線された状態に対応するモードとなる。このとき、選択データSIN(x)は図14におけるb→d→e→gのパスを通ってシフトレジスタにセットされたデータだけが有効となる。つまり、パスa,fを通ってセットされたデータは無効なものとなるため、その出力に対応するOUT001〜005及びOUT044〜049は未結線となる。
さらに、モード識別データmode(0)がHi、mode(1)がLowの場合には、mode300がHi、mode364及びmode304がLowとなり、300個の個別電極35に結線された状態に対応するモードとなる。このとき、選択データSIN(x)は図14におけるc→e→fのパスを通ってシフトレジスタにセットされたデータだけが有効となる。つまり、パスa,dを通ってセットされたデータは無効なものとなるため、その出力に対応するOUT001〜008は未結線となる。
このように、mode364、mode304及びmode300により、ドライバIC80と結線される個別電極35の数が364個、304個、あるいは300個の何れであるかが識別され、ドライバIC80にシリアル入力された選択データSIN(x)のうち、結線されている個別電極35に対する選択データSIN(x)のみが有効となる。そして、他の7つのブロック(1系〜7系)においてもシフトレジスタ121〜127を0系のシフトレジスタ120と同様に構成することにより、結線されている個別電極35の数が異なっていても、同一の仕様のドライバIC80で駆動信号を個別電極35に対して出力できるようになる。また、このようにシフトレジスタ120〜127を構成することにより、未結線の出力端子に対してダミーの選択データをわざわざドライバIC80にシリアル入力する必要もなく、ダミーデータを転送するために転送時間が長くなってしまうのを防止できる。
尚、本実施形態では、図8の上半分の364個の個別電極の組101にドライバIC80が接続される場合にはmode364がHiになり、下半分の300個の個別電極の組102にドライバIC80が接続される場合にはmode300がHiになる。その他、上半分の個別電極の組101、又は、下半分の個別電極の組102が304個の個別電極35で構成されており、その個別電極35の組にドライバIC80が接続される場合にも対応でき、その場合には、mode304をHiにすればよい。
そして、図11、図14に示すように、シリアル入力された3ビットの選択データSIN(x)は、シフトレジスタ110〜117によりパラレル変換されてD−フリップフロップ120〜127に出力される。D−フリップフロップ120〜127は、基板81(図2参照)から転送されてくるストローブ制御信号STRBの立ち上がりに従って、パラレルの選択データをマルチプレクサ130〜137に出力する。
マルチプレクサ130〜137には、複数の個別電極35に夫々対応する選択データと、8種類の波形信号FIRE0〜FIRE7が入力される。そして、8種類の波形信号FIRE0〜FIRE7の中から、選択データに基づいて対応する1つの波形信号を選択し(図13参照)、その波形信号Bxをドライブバッファ140〜147に出力する。
ドライブバッファ140〜147は、マルチプレクサ130〜137から出力された波形信号に基づいて所定電圧の駆動信号OUTn(nは001〜364の整数)を生成し、駆動信号OUTnを個別電極35に供給する。
このように、互いに異なる数(364個と300個)の個別電極35で構成された2つの個別電極の組101,102に夫々接続される2つのドライバIC80(80a,80b)の仕様を全く同一にすることができるため、2つの個別電極の組101,102に対して個々に仕様が異なるドライバICを設ける場合に比べて、コスト面で有利となる。また、2つの個別電極の組101,102の各々と個別電極の組101,102に対応する2つのドライバICの各々とが、1枚のFPC50a(50b)により電気的に接続されているため、個別電極の組101,102とドライバIC80との接続関係が簡単になり、FPC50(50a,50b)へのドライバIC80の接続作業も容易になる。
次に、2枚のFPC50a,50bについて詳細に説明する。
図9(a),(b)に示すように、各FPC50は、ベースフィルム51と、ベースフィルム51の下面に設けられる導体部53、54と、ベースフィルム51の略全面に対して導体部53、54を覆うように設けられるカバーフィルム52とを有している。そして、FPC50は、最上層の圧電シート41の上面にカバーフィルム52が当接するように配置されている。尚、ベースフィルム51およびカバーフィルム52は、いずれも絶縁性を有するシート状の部材である。
また、図15(a),(b)に示すように、2枚のFPC50a,50bの、個別電極35と接続される端部と反対側(図15における右側)の端部には、夫々基板81と接続される接続部100(100a,100b)が設けられている。ここで、FPC50aの接続部の接続幅WaとFPC50bの接続部の接続幅Wbは同一幅となっており、2枚のFPC50a,50bと基板81との接続を同じように行うことができるため、接続作業を迅速に行うことができる。
ここで、図9(a)に示すように、ベースフィルム51の下面において、個別電極35の一端に対応する位置には、導電性を有する接続パッド55が設けられている。つまり、接続パッド55は、個別電極35の接点部91に対応する位置に設けられている。従って、1つの個別電極35に対して、それぞれ1つの接続パッド55が設けられていることになる。また、図9(b)に示すように、ベースフィルム51の下面において、アクチュエータユニット21の上面外縁部近傍に形成された接地用電極38に対応する位置には、導電性を有する接続パッド60が設けられている。
そして、カバーフィルム52のうちの、接続パッド55及び接続パッド60に対応する部分には、図9(a)、(b)に示すように、接続パッド55及び接続パッド60の径よりも若干大きい径を有する貫通孔52a、52bが形成されている。従って、ベースフィルム51の下面において、貫通孔52a、52bに対応する位置にある接続パッド55及び接続パッド60を除くほとんどの部分は、カバーフィルム52によって覆われている。
また、ベースフィルム51とカバーフィルム52との間に配置される導体部53、54は、銅箔により形成されている。この導体部53により、複数の接続パッド55とドライバIC80とを夫々接続する複数の信号線が配線されている。一方、導体部54は、接続パッド60を接地するために設けられる。従って、導体部53、54は、ベースフィルム51の下面において所定のパターンを形成するように設けられている。尚、図15(a)、(b)においては、2枚のFPC50a,50bに、圧電シート41と重なる部分にしか複数の信号線が描かれていないが、実際には、複数の個別電極35に夫々接続される複数の接続パッド55からドライバIC80まで複数の信号線がパラレルに延びている。
このように、個別電極35および接地用電極38が形成された圧電シート41の上面に、接続パッド55、60を有するFPC50が配置されると、接続パッド55と個別電極35とが電気的に接続されると共に、接続パッド60と接地用電極38とが電気的に接続される。従って、個別電極35が、接続パッド55および導体部53を介してドライバIC80に電気的に接続されるとともに、接地用電極38が、接続パッド60および導体部54を介して図示しない領域において接地される。
複数の個別電極35は、それぞれ独立した個別の導体部53を介してドライバIC80に接続されている。また、個別電極35,36は、各圧力室10ごとに、圧電シート41,42に形成されたスルーホール41a,42a内に設けられた導電材料48を介して接続されている。従って、個別電極35,36の電位を各圧力室10ごとに独立して制御することができる。
接地用電極38は、いずれも圧電シート41に形成されたスルーホール41b内に設けられた導電材料49を介して共通電極33に接続されている。また、共通電極33、34は、圧電シート42、43に形成されたスルーホール42b、43b内に設けられた導電材料49を介して接続されている。従って、接続パッド60および導体部54を介して接地された接地用電極38に接続された共通電極33、34は、すべての圧力室10に対応する領域において等しくグランド電位に保たれている。
ところで、図8、図15(a),(b)に示すように、このインクジェットヘッド1においては、最上層の圧電シート41上に、2枚のFPC50a,50bが部分的に重なり合うように配設されている。そして、2枚のFPC50のうち、下側に位置するFPC50aの複数の接続パッド55が、圧電シート41のうちの図8における上側に配置された複数の個別電極35の接点部91に夫々接続され、一方、上側に位置するFPC50bの複数の接続パッド55が、圧電シート41のうちの図8における下側に配置された複数の個別電極35の接点部91に夫々接続される。
しかし、このように、2枚のFPC50a,50bを圧電シート41上で重ね合わせた場合には、2枚のFPC50a,50bが重なっている部分と重なっていない部分の境界部92において、この境界部92を横切る短い距離で、上側のFPC50bは、下側のFPC50aを避けるため、下側のFPC50aの厚さ以上の変形を強いられており、個別電極35の接点部91とこれに対応するFPC50bの接続パッド55との接続は、外力の印加に弱い状態になっている。そのため、上側のFPC50bを上方へ引き剥がす方向の外力が作用したときなどに、その接点部91から上側のFPC50bの接続パッド55が離れて接続不良が生じやすい。
そこで、図8、図10に示すように、圧電シート41上において、全ての個別電極35の接点部91が、個別電極35のうちの境界部92から離れる側の端部に設けられている。即ち、圧電シート41の図8における上半分に配置された個別電極の組101においては、接点部91が、個別電極35のうちの図8における上側の端部に設けられており、一方、圧電シート41の図8における下半分に配置された個別電極の組102においては、接点部91が、個別電極35のうちの図8における下側の端部に設けられている。このように構成することで、図16示すように、境界部92に近接する接点部91の、境界部92からの離間距離Lが大きくなるため、上側のFPC50bが剥がれやすい境界部92から可能な限り離れた位置において、FPC50bと接点部91とを接続することができるようになり、その電気的接続の信頼性を向上させることができる。
また、圧電シート41上の全ての個別電極35において、接点部91が個別電極35のうちの境界部92から離れる側の端部に設けられている。従って、境界部92を境として図8における上下方向に分けられた2つの領域において、個別電極35の接点部91の向きが同じになる。そのため、局所的に接点部91間の距離が短くなる箇所がなく、接点部91のパターン形成が容易になるし、接点部91間の短絡を極力防止することもできる。
尚、図8、図10に示すように、前述のダミー接点部39は、境界部92以外の箇所に比べ前記境界部92の近傍に密集して設けられている。そのため、接点部91間の距離が離れている境界部92の近傍において、密集して設けられたダミー接点部91により、FPC50が落ち込むのを防止できる。
本実施の形態によるインクジェットヘッド1において、圧電シート41〜43はその厚み方向に分極されている。従って、個別電極35,36を共通電極33,34と異なる電位にして圧電シート41〜43中に対してその分極方向に電圧を印加すると、その電圧が印加された部分が活性層として働き、その厚み方向すなわち積層方向に伸長又は収縮し、その結果として、圧電横効果のために積層方向と垂直な方向すなわち面方向に収縮又は伸長しようとする。一方、残り2枚の圧電シート44、45は、個別電極35,36と共通電極33,34とに挟まれた領域をもたない非活性層であるので、自発的に変形することができない。つまり、アクチュエータユニット21は、上側(つまり、圧力室10とは離れた)3枚の圧電シート41〜43を活性層が形成される層とし且つ下側(つまり、圧力室10に近い)2枚の圧電シート44,45を非活性層とした、いわゆるユニモルフタイプの構成となっている。
そのため、電界と分極とが同方向となるようにドライバIC80を制御して個別電極35,36を正又は負の所定電位とすると、圧電シート41〜43の個別電極35,36と共通電極33,34とで挟まれた活性層が面方向に収縮し、その一方で圧電シート44,45は自発的には収縮しない。このとき、図9(a)で示したように、圧電シート41〜45の下面はキャビティプレート22に形成された圧力室10を区画する隔壁の上面に固着されているので、圧電横効果に基づき、結果的に圧電シート41〜45は圧力室10側へ凸になるように変形(ユニモルフ変形)する。すると、圧力室10の容積が低下して、インクの圧力が上昇し、ノズル8からインクが吐出される。その後、個別電極35,36の電位が元に戻れば、圧電シート41〜45は元の平板形状となり、圧力室10の容積が元の容積に戻るので、インクをマニホールド5側から吸い込む。
なお、他の駆動方法として、予め個別電極35,36を共通電極33,34と異なる電位にしておき、吐出要求があるごとに個別電極35,36を共通電極33,34と一旦同じ電位とし、その後所定のタイミングにて再び個別電極35,36を共通電極33,34と異なる電位にすることもできる。この場合は、個別電極35,36と共通電極33,34とが同じ電位になるタイミングで、圧電シート41〜45が元の形状に戻り、圧力室10の容積は初期状態(両電極の電位が異なる状態)と比較して増加し、インクがマニホールド5側から圧力室10内に吸い込まれる。その後再び個別電極35,36を共通電極33,34と異なる電位にしたタイミングで、圧電シート41〜45が圧力室10側へ凸となるように変形し、圧力室10の容積低下によりインクへの圧力が上昇し、インクが吐出される。
圧電シート41〜43に印加される電界方向とその分極方向とが逆であれば、圧電横効果により、個別電極35,36と共通電極33,34とで挟まれた圧電シート41〜43中の活性層が分極方向と直角方向に伸長しようとする。従って、圧電シート41〜45は、圧電横効果に基づき、圧力室10側に凹となるように変形する。このため、圧力室10の容積が増加して、インクをマニホールド5側から吸い込む。その後、個別電極35,36の電位が元に戻れば、圧電シート41〜45は元の平板形状となり、圧力室10の容積が元の容積に戻るので、ノズル8からインクを吐出する。
以上説明したインクジェットヘッド1によれば、次のような効果が得られる。
互いに異なる数の個別電極35で構成された2つの個別電極の組101,102に夫々接続される2つのドライバIC80を同一の仕様にすることができるため、2つの個別電極の組101,102に対して個々に仕様が異なるドライバICを設ける場合に比べて、コスト面で有利となる。
2つの個別電極の組101,102とこれら2つの個別電極の組101,102に対応する2つのドライバIC80とを夫々電気的に接続する配線部材が柔軟性を有するFPC50で構成されているため、2枚のFPC50a,50bをアクチュエータユニット21上に部分的に重ねて配設することができ、FPC50やドライバIC80の配置の自由度が広がる。
圧電シート41上に配置された全ての個別電極35の接点部91が、個別電極35のうちの境界部92から離れる側の端部に設けられているため、境界部92に近接する接点部91の、境界部92からの離間距離が大きくなる。従って、上側のFPC50bが剥がれやすい境界部92から、可能な限り離れた位置においてFPC50bと接点部91とを接続することができるようになり、その電気的接続の信頼性を向上させることができる。また、境界部92を境として図8の上下方向に分けられた2つの領域において個別電極35の接点部91の向きが同じであるため、局所的に接点部91間の距離が短くなる箇所がなり、接点部91のパターン形成が容易になるし、接点部91間の短絡を極力防止することもできる。
個別電極35は、境界部92に沿った配列方向(第1の方向)と交差する方向に細長い形状に形成されているため、境界部92に近接する個別電極35において、接点部91を境界部92から離れる側の端部に設けたときに、境界部92からの離間距離がさらに長くなるため、境界部92からさらに離れた位置でFPC50と接点部91とを接続することができるようになる。
ダミー接点部39が、境界部92以外の箇所に比べ前記境界部92の近傍に密集して設けられているため、接点部91間の距離が離れている境界部92の近傍において、密集して設けられたダミー接点部39によりFPC50が落ち込んで圧電シート41〜45の変形を阻害してしまうのを確実に防止することができる。
次に、前記実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。
1]1つのアクチュエータユニット21の複数の個別電極35とドライバIC80との接続の仕方は、前記実施形態のものに限られるものではなく、例えば、複数の個別電極35が3組以上の複数の個別電極の組に分けられて、これら3組以上の複数の組に対応した3つ以上の同一のドライバIC80が設けられていてもよい。そして、3枚以上の複数枚のFPC50が圧電シート41上に重ねて配設されてもよい。また、1枚のFPC50により、複数の同一のドライバIC80が複数の個別電極35に接続されてもよいし、逆に、複数のFPC50により、1つのドライバIC80が複数の個別電極35に接続されてもよい。
2]複数枚のFPC50が重なっている部分と重なっていない部分の境界部92に近接する個別電極35に関してのみ、接点部91を個別電極35のうちの境界部92から離れる側の端部に設けるように構成してもよい。
3]前記実施の形態では、共通電極33、34が接地されているが、必ずしも共通電極は接地されている必要はなく、アクチュエータユニットについて本実施の形態と同様の動作が可能である範囲において、共通電極に対して、個別電極に供給される駆動信号とは異なる駆動信号が供給されてもよい。
4]圧電シートや電極の材料は、上述したものに限らず、その他の公知の材料に変更してもよい。また、圧力室及び電極の平面形状や断面形状、配置形態などは、適宜変更してよい。また、活性層を含む圧電シートの数及び活性層を含まない圧電シートの数は、適宜変更することができる。また、活性層を含む圧電シート及び活性層を含まない圧電シートのそれぞれの層厚は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。また、非活性層として、圧電シート以外の絶縁シートを用いてもよい。