JP5018351B2 - 液滴吐出ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、液滴を吐出する液滴吐出ヘッドに関する。

従来から液滴吐出ヘッドとして、例えば記録用紙などの被記録媒体に対してインクを吐出するインクジェット記録ヘッドが知られている。このようなインクジェット記録ヘッドとしては、複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室を備えたキャビティユニット（流路ユニット）と、各圧力室内のインクに吐出エネルギーを与える活性部（エネルギー発生部）及びこの活性部に電圧を印加する個別表面電極を有するアクチュエータと、複数の個別表面電極と対向して接合される複数の個別接合電極及びこれら個別接合電極にそれぞれ接続された複数の配線を有する配線基板（配線部材）と、配線基板に設けられ、複数の配線と接続された集積回路（駆動回路）とを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

このようなインクジェット記録ヘッドにおいて、アクチュエータのその表面には、複数の個別表面電極が複数のノズルと対応して所定方向に沿って配置され、所定方向に直交する方向にずれて形成されている。また、配線基板は、その一端部の個別表面電極と対応する個別接合電極が形成された部分をアクチュエータ上に積層し、他端部が所定方向に直交する方向に引き出されて、外部電極に接続されている。配線基板の各配線は、個別接合電極から駆動回路を介して所定方向に直交する方向に延在して引き回されていることで駆動回路を介して外部電極とアクチュエータとが電気的に接続している。

特開２００５−１６１７６０号公報（図１５）

このような特許文献１に記載のインクジェット記録ヘッドにおいては、隣接する各個別接合電極同士で駆動回路までの距離がそれぞれ異なっていることから、個別接合電極から駆動回路まで延在している配線の配線長が異なり、隣接する配線間の寄生容量にばらつきが生じ、駆動回路から複数の個別表面電極への電圧の応答特性がばらついて、各エネルギー発生部における液滴吐出タイミングにばらつきを生じさせている。また、駆動回路の発熱が大きい場合においては、配線を介して駆動回路の発熱が流路ユニットやアクチュエータへ伝熱する。このとき、配線が密なところほど、流路ユニットやアクチュエータへの伝熱が多く生じるなど、流路ユニット内のインクに影響して、各ノズルからの液滴吐出性能に影響を及ぼしてしまうことがあった。

そこで、本発明の目的は、配線の駆動回路からの配線長ばらつきに起因する液滴吐出性能への悪影響を低減する液滴吐出ヘッドを提供することである。

本発明の液滴吐出ヘッドは、液滴を吐出するための複数のエネルギー発生部と、その表面に前記複数のエネルギー発生部へそれぞれ電圧印加するための複数の個別表面電極を有するアクチュエータと、前記アクチュエータの表面に一端部が重ねられ、その表面と平行で且つ一方向に引き出された配線部材とを備え、前記配線部材の一方の面には、前記複数の個別表面電極と対応して複数の個別接合電極が設けられ、前記アクチュエータを駆動するための駆動回路が、前記引き出された側に実装されるとともに、前記複数の個別接合電極にそれぞれ接続された複数の第１の配線パターンが前記一方向に沿って延在しており、前記配線部材の他方の面には、前記複数の第１の配線パターンに一対一に対応した複数の第２の配線パターンが形成されており、互いに対応する前記第１及び第２の配線パターン同士が、前記配線部材を貫通する貫通孔を介して導通しており、前記個別表面電極と前記個別接合電極とを対応させて接合した液滴吐出ヘッドにおいて、前記複数の個別表面電極は、前記表面上において前記一方向にずれた状態で、前記一方向に直交する方向に沿って所定間隔おきに配置されており、互いに対応する前記第１及び第２の配線パターンの配線長の合計が、互いに対応する他のいずれの前記第１及び第２の配線パターンの配線長の合計ともほぼ同じである。

本発明の液滴吐出ヘッドによると、互いに対応する前記第１及び第２の配線パターンの配線長の合計が、互いに対応するいずれの前記第１及び第２の配線パターンに関してもほぼ同じになっているため、隣接する配線パターン間の寄生容量がほぼ同じになる。すると、駆動回路から複数の個別電極への電圧の応答特性が均一になり、各エネルギー発生部における液滴吐出タイミングなどのばらつきを低減することができる。

また、それぞれ液滴を吐出する複数のノズルと、これら複数のノズルにそれぞれ連通する前記複数のエネルギー発生部に対応して液体を収容する複数の圧力室とを含む、流路ユニットを備え、前記アクチュエータは、前記流路ユニットに対して、前記複数の圧力室と前記複数のエネルギー発生部とが対向するように配置されていることが好ましい。これによると、駆動回路から複数の個別電極への電圧の応答特性が均一になり、各ノズルにおける液滴径や液滴吐出速度などの液滴吐出性能のばらつきを低減することができる。

また、本発明においては、前記第２の配線パターンは、前記配線部材の前記一方の面と直交する方向から見て、前記第１の配線パターンと重なるように配置されていてもよい。また、前記貫通孔は、前記個別表面電極よりも前記駆動回路の近くに配置され、前記第２の配線パターンは、前記一方向に関して前記個別表面電極に近づくように延在していてもよい。

また、前記流路ユニットの上面には、前記流路ユニットを固定し、少なくとも一部が導電性部材で形成された保持部材が取り付けられており、前記配線部材における前記駆動回路と反対側の端部は、前記保持部材と絶縁性材料で接続されていることが好ましい。これによると、駆動回路により活性部を駆動したときに発生する熱が、複数の配線パターン及び絶縁性材料を介して保持部材に伝達し、熱による各圧力室内の液体の粘度などの物性に対する熱影響のばらつきを一層低減させることができ、各ノズルにおける液滴吐出性能のばらつきをより一層低減することができる。

さらに、前記アクチュエータは、前記保持部材よりも小さい外形状をしており、前記保持部材には、前記アクチュエータが露出して収容されるように貫通孔が形成されており、前記アクチュエータの各側面と前記貫通孔の内壁との間には、前記絶縁性材料が充填されていることが好ましい。これによると、アクチュエータおよび流路ユニットを保持部材にとりつけられるとともに、アクチュエータの各側面と貫通孔の内壁との間に充填された絶縁性材料を介して、駆動回路により活性部を駆動したときに発生する熱が、保持部材に伝達するので、熱による各圧力室内の液体の粘度などの物性に対する熱影響のばらつきを一層低減させることができ、各ノズルにおける液滴吐出性能のばらつきをより一層低減することができる。

また、前記配線部材の少なくとも前記アクチュエータと重なる表面には、熱伝導性に優れた部材が配置されていることが好ましい。これによると、駆動回路により活性部を駆動したときに発生する熱が、アクチュエータおよび流路ユニットへより均一に伝達し、熱による各圧力室内の液体の粘度などの物性に対する熱影響のばらつきをさらに低減させることができ、各ノズルにおける液滴吐出性能のばらつきを一層低減することができる。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の液滴吐出ヘッドの一例として、インクジェットプリンタ装置のインクジェットヘッドの分解斜視図である。図２は、ヘッドホルダにインクジェットヘッドが搭載された状態を示す分解斜視図である。

本発明のインクジェットヘッド１を備えたインクジェットプリンタ装置は、単独のプリンタ装置としてだけでなく、コピー機能、スキャナ機能、ファクシミリ機能等を備えた多機能装置（ＭＦＤ：Multi Function Device ）のプリンタ機能（記録部）としても適用することができるものである。

図示しないインクジェットプリンタ装置は、その本体に設置されたガイド軸にキャリッジとして機能する略箱状のヘッドホルダ６０（図２参照）がガイド軸に沿って走査可能に取り付けられていて、ヘッドホルダ６０には、その下面に形成されたノズル１１からインクを吐出して記録用紙に記録するインクジェットヘッド１が搭載される。

ヘッドホルダ６０は、記録用紙に沿ってその幅方向（主走査方向：図１のＸ方向）に往復走査しながら、主走査方向と直交する方向（副走査方向：図１のＹ方向）に記録用紙が搬送され、インクジェットヘッド１のノズル１１からインクが吐出されることで印字がなされる。

ヘッドホルダ６０は、略箱状のその底板２０ｃの下面側に、後述する補強フレーム９１を介して、インクジェットヘッド１が、ノズル１１が開口する面を下向きに露出させて底板６０ｃとほぼ平行になるように固着される。ヘッドホルダ６０の底板６０ｃの上面側には、ダンパー装置６１が搭載され、インクジェットプリンタ装置本体内に静置された各色のインク、例えば、ブラック、シアン、マゼンタ、イエローのインクカートリッジ（図示せず）内のインクをインクチューブ６２を介して、その内部に区画された複数のインク室に供給して貯留する。ヘッドホルダ６０の底板６０ｃには開口部６０ｄが貫通形成されており、この開口部６０ｄの内側では、ダンパー装置６１のインク流出口（図示せず）と、インクジェットヘッド１の後述するインク供給口３１ａ〜３１ｄとが、補強フレーム９１のインク供給口９１ａ〜９１ｄ（図１参照）と弾性シール部材（図示せず）とを介して接続され、ダンパー装置６１からインクジェットヘッド１にインクが色毎に独立して供給される。

図１に示すように、本実施形態に係るインクジェットヘッド１は、複数のノズル１１ａ（図1参照）が下面に露出開口して形成されたノズル面を下面に有する流路ユニット１０
の上に、この流路ユニット１０内のインクに選択的に吐出圧力を与える圧電アクチュエータ１２を接着シートを介して接合し、さらにその上面に圧電アクチュエータ１２に駆動信号を出力する可撓性のフレキシブル配線材（配線部材）（ＦＰＣ：Flexible Printed Circuit）４０が、その一端をアクチュエータ１２に積層接合して電気的に接続されている。フレキシブル配線材４０の他端はその表面に平行で且つＸ方向に引き出され、さらにその引き出された途中部に駆動回路を内装するドライバＩＣ１０２を搭載している。ドライバＩＣ１０２は、外部機器、例えばインクジェットヘッド１を含む記録装置本体の制御基板からシリアル転送されてくる記録データを、各ノズル１１ａに対応するパラレルデータに変換し、且つ、記録データに対応した所定電圧の波形信号を生成して後述する各配線パターン７９に出力する。

流路ユニット１０と圧電アクチュエータ１１とは、いずれも平面視略長方形の扁平形状を有しているが、流路ユニット１０の外形状は、圧電アクチュエータ１１の外形状よりもひと回り大きく形成されており、流路ユニット１０の背面の略中央に、圧電アクチュエータ１１が積層されて、流路ユニット１０のＹ軸方向に平行な一方の辺寄りに設けられた４つのインク供給口３７が背面側に露出するようになっている。

また、インクジェットヘッド１は、流路ユニット１０の背面にて圧電アクチュエータ１１を囲むように積層される補強フレーム９１(保持部材)を有している。補強フレーム９１は、剛性を有する素材（例えば、ＳＵＳなどの金属板）からなり、補強フレーム９１の平面視形状の中央付近に、貫通孔９１ａが形成された平面視ロの字状の扁平な板材で、外形が流路ユニット１０よりもひと回り大きく形成されており、貫通孔９１ｅから圧電アクチュエータ１２が露出されるように、圧電アクチュエータ１２の平面形状より略大きい形状に貫通形成されている。枠部９１ｆのうちＹ軸方向に平行な一方の辺寄りには、インク色ごとにインク供給口９１ａ〜９１ｄが４つ並んで穿設されている。インク供給口９１ａ〜９１ｄは、流路ユニット１０のインク供給口３１ａ〜３１ｄに対応して形成されており、補強フレーム９１の短手方向に沿って、互いに離隔するように配置されている。なお、各インク供給口９１ａ〜９１ｄは、流路ユニット１０に形成された各インク供給口３１ａ〜３１ｄと同一な形状を有している。

この補強フレーム１５は、流路ユニット１０の剛性を高めるためのものであり、圧電アクチュエータ１２をその貫通孔９１ａから露出させた状態で、流路ユニット１０の背面（上面）にあらかじめ補強フレーム９１を接着固定してからヘッドホルダ６０の底板６０ｃに接着剤によって固定されることで、薄い扁平形状の流路ユニット１０（ヘッドホルダ６０）の変形や歪みを防止することができる。

また、インクジェットヘッド１は、流路ユニット１０の前面（ノズル面）側に配置されたフロントフレーム９２を有している。フロントフレーム９２は、平面視コの字状の扁平な板材で、流路ユニット１０のノズル面とヘッドホルダ６０の周囲との段差を解消するために、フロントフレーム９２の前面に固着される（図２及び図３参照）。

また、インクジェットヘッド１は、フレキシブル配線材１２の背面（図２では上面）における圧電アクチュエータ１１と対応する位置に積層される、平面視長方形状の剛性部材８１を有している。剛性部材８１は、圧電アクチュエータ１２の上面とほぼ同じ大きさの偏平形状のアルミニウムから形成されており、フレキシブル配線材４０よりも剛性が高く、且つ、熱伝導性の優れた素材からなっていて、例えば、アルミニウムのほかに、銅、ＳＵＳなどの金属板が適用されている。剛性部材８１は、ドライバＩＣ１０２により後述する活性部を駆動したときに発生する熱を均等に圧電アクチュエータ１２及び流路ユニット１０へ均一に伝達することができ、また、剛性があるため、組立て時などのハンドリングを容易にする。

インクジェットヘッド１は、流路ユニット１０、圧電アクチュエータ１２、フレキシブル配線材４０が積層接着されて形成され、さらにその上面に補強フレーム９１を下面にはフロントフレーム９２が貼り合わされている。圧電アクチュエータ１２及びフレキシブル配線材４０の圧電アクチュエータ１２と重なっている領域は、補強フレーム９１に形成された貫通孔９１ｅの内部に収まり、フレキシブル配線材４０は、その重なる領域（一端）から延びる延在部（他端）が貫通孔９１ｅ上に引き出されている。フレキシブル配線材４０の引き出された他端は、ヘッドホルダ６０の底板６０ｃに設けられたスリット６０ｆに挿入され、側壁６０ａに沿って上側に引き出されて回路基板（図示せず）と接合することで、インクジェットプリンタ装置の外部信号源と電気的に接続されている。

流路ユニット１０の上面における圧電アクチュエータ１２の周辺部分と補強フレーム９１の下面とは、接着シート等の接着剤を介して貼り合わされている。これにより、フレキシブル配線材４０の上面が補強フレーム９１の貫通孔９１ｅから上方側に露出する。また、フロントフレーム９２は、流路ユニット１０がフロントフレーム９２のコの字形に取り囲まれた状態で、補強フレーム９１の下面に貼り合わされている。つまり、流路ユニット１０に形成されたノズル１１ａが、コの字形の内側領域から下方側に露出する。

なお、インク供給口３１ａ〜３１ｄは、補強フレーム９１と流路ユニット１０とが貼り合わされた際に、インク供給口９１ａ〜９１ｄとそれぞれ連通するように位置合わせされて、配置されている。また、後述するが、圧電アクチュエータ１２及びフレキシブル配線材４０の側面と補強フレーム９１の貫通孔９１ｅの側面（内壁）との隙間には、インク漏れ防止用のシリコンなどの熱硬化性樹脂で構成された絶縁性を有するポッティング剤９８（絶縁性材料）が充填されている（図６参照）。このように、流路ユニット１０、圧電アクチュエータ１２及びフレキシブル配線材４０は、補強フレーム９１及びフロントフレーム９２によって固定されている。

ここで、図３及び図４を参照しつ、流路ユニット１０の詳細について説明する。図３は、流路ユニットの分解斜視図である。図４は、図３の部分拡大図である。

図３に示すように、流路ユニット１０は、下層から順にノズルプレート１１、カバープレート１５、ダンパープレート１６、２枚のマニホールドプレート１７，１８、２枚のスペーサプレート１９，２０及びベースプレート２１の合計８枚の偏平な板を積層して接着剤で接合したものである。各プレートは、４０〜１５０μｍ程度の厚さを有し、ノズルプレート１１はポリイミドなどの合成樹脂で形成されており、その他のプレート１５〜２１は４２％ニッケル合金鋼板で形成されている。

ノズルプレート１１には、微小径（２０μｍ程度）のノズル１１ａが多数穿設されている。ノズル１１ａはＹ方向に沿って千鳥配列状に配置され、ノズル列はＸ方向に関して所定間隔をなしつつ５列形成されている。図３にはＹ方向に沿った５つのノズル列のうち第１列Ｎ１、第２列Ｎ２、及び、第３列Ｎ３が示されており、第４列及び第５列は図示されていない。ノズル列のうち第１列Ｎ１のノズル１１ａからはシアンインク、第２列Ｎ２のノズル１１ａからはイエローインク、第３列Ｎ３ノズル１１ａからはマゼンタインク、第４列及び第５列（図示せず）のノズル１１ａからはブラックインクがそれぞれ吐出される。ブラックインクは使用頻度が高いために２列のノズルから吐出される。

ベースプレート２１には、各ノズル１１ａに対応する複数の圧力室２３が穿設されている。圧力室２３は、ノズル１１ａと同様Ｙ方向に沿って千鳥配列状に配置されており、圧力室列はＸ方向に関して間隔をなしつつ５列形成されている。図３ではＹ方向に沿った５つの圧力室列にそれぞれ参照番号２３−１，２３−２，２３−３，２３−４，２３−５を付している。図４に示すように、各列に含まれる圧力室２３は、Ｙ方向において隔壁２４を介して配置され、隣接する列に含まれる圧力室２３に対してＹ方向に半ピッチずれて、いわゆる千鳥状に配列されている。各圧力室２３はＸ方向に平面視細長な形状を有し、その長手方向の一端はスペーサプレート２０に穿設された連通孔２９に、他端は、カバープレート１５、ダンパープレート１６、マニホールドプレート１７，１８、スペーサプレート１９，２０にそれぞれ穿設された連通路２５を介して各ノズル１１ａに連通している。

図３に示すように、ベースプレート２１には、そのＹ方向の一端近傍に、４つのインク供給口３１が穿設されている。図３ではＸ方向に適宜間隔で穿設された４つのインク供給口３１にそれぞれ参照番号３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄを付している。スペーサプレート１９，２０には各インク供給口３１と連通するインク供給通路３２が穿設されている。べースプレーと２１のインク供給口３１には、インク中の異物を除去するためのフィルタ体が接着剤等で一括して貼着されている。

マニホールドプレート１７，１８には、圧力室２３の各列の下方においてＹ方向に延在するインク通路が穿設されており、プレート１７，１８が積層されることにより５つの共通インク室２６が形成される。各共通インク室２６の一端は、インク供給通路３２及びインク供給口３１と連通している。図３では５つの共通インク室に参照番号２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ，２６ｅを付している。スペーサプレート１９，２０に穿設された各インク供給通路３２を介して、共通インク室２６ａ、２６ｂ、２６ｃはインク供給口３１ａ、３１ｂ、３１ｃにそれぞれ連通し、共通インク室２６ｄ、２６ｅは共にインク供給口３１ｄに連通している。

ダンパープレート１６の下面には、各共通インク室２６と平面視で一致する形状のダンパー室２７が凹設されており、ダンパープレート１６とカバープレート１５とが積層されることにより密閉状のダンパー室２７が形成される。これにより、圧力室２３に作用する圧力波のうち共通インク室２６に伝播した圧力変動を、ダンパー室２７上部の板厚の薄い壁が弾性変形により自由に振動することにより吸収し、クロストークの発生を抑制することができる。

図４に示すように、スペーサプレート１９の上面には、Ｘ方向に細長な絞り部２８が凹設されている。絞り部２８はそれぞれ圧力室２３に対応するものである。各絞り部２８の一端は対応する共通インク室２６に連通し、他端はスペーサプレート２０に穿設された連通孔２９を介して圧力室２３に連通する。

各インク供給口３１に供給されたインクは、対応する共通インク室２６に流入し、そして絞り部２８、連通孔２９を通って各圧力室２３内に分配された後、各圧力室２３から連通路２５を通って当該圧力室２３に対応するノズル１１ａに至る。インク供給口３１ａにはシアンインク、インク供給口３１ｂにはイエローインク、インク供給口３１ｃにはマゼンタインク、インク供給口３１ｄにはブラックインクがそれぞれ供給される。ブラックインクが供給されるインク供給口３１ｄからは、２列のブラックインクのインク室２７、２７が分岐して流入するようにし、ブラックインクを吐出するノズル列を２列に設定している。他の３つのインク供給口には、各インクがそれぞれ単独に供給される。このように、流路ユニット１０では、インクが、インク供給口３７から接続口３８を経て共通インク室３４に流入し、接続流路３３及び連通孔３２を経由して圧力室３１に至り、さらに貫通路３５を経てノズル４に至るインク流路が形成されている。

次に、図５を参照しつつ、圧電アクチュエータ１２の詳細について説明する。図５は、圧電アクチュエータの分解斜視図である。

図５に示すように、圧電アクチュエータ１２は、特開２００２−２５４６３４号公報などに開示された公知のものと同様に、絶縁シート３３，３４と、複数枚の圧電シート３５，３６とが積層されて形成されている。圧電シートは、セラミック粉末、バインダ、溶剤を混合したものを１枚の厚さが３０μｍ程度になるように扁平に整形した圧電セラミックス素材のシート（グリーンシート）の複数枚のうち適数枚のシート面に導電性ペーストで電極層を印刷法等によって形成し、そのグリーンシートを積層して焼成することで、圧電シートを形成している。これにより各グリーンシートは、焼結体のセラミックスシートとなる。圧電シート３６の上面には、複数の個別電極３７が流路ユニット１０における各圧力室２３の配列に対応して、圧電シート３６のＹ方向に沿って千鳥状に５列に配列されている。各個別電極３７は、全体として圧電シート３６のＸ方向に細長く形成されている。また、各個別電極３７は、いずれか一方の端部から圧電シート３６のＹ方向に延出された引き出し部３７ａを有している。なお、いずれの引き出し部３７ａも、各圧力室２３を区画する隔壁２４と対向する位置まで引き出されている。

圧電シート３５の上面には、複数の圧力室２３に跨った共通電極３８が設けられている。共通電極３８には、圧電シート３５が露出した複数の非形成領域３９が形成されており、各非形成領域３９内に圧電シート３５の厚み方向に貫通した孔４０が形成されている。各非形成領域３９は、対応する個別電極３７の引き出し部３７ａと対向する位置に形成されている。

最上層の絶縁シート３３の上面（圧電アクチュエータ１２の上面）には、複数の個別電極３７にそれぞれ対応する個別表面電極５０と、共通電極３８に対応する共通表面電極５１とが設けられている。個別表面電極５０は、圧力室２３同士を区画する隔壁２４と対向する位置に配置されており、各個別電極３７に対応して圧電アクチュエータ１２のＹ方向に沿って千鳥状の５列に配列されている。共通表面電極５１は、絶縁シート３３の一端部上において、圧電アクチュエータ１２のＸ方向に沿って延在している。各表面電極５０，５１は、フレキシブル配線材４０に形成された後述する個別接合電極７８と位置合わせされて個別に電気的に接続される。

絶縁シート３３，３４には、個別表面電極５０と引き出し部３７ａとに対向する領域であって各孔４０に対向する位置に、絶縁シート３３，３４の厚み方向に貫通した複数の連続孔４１が形成されている。この構成で孔４０と連続孔４１とをそれぞれ位置合わせした状態で、２枚の絶縁シート３３，３４と複数枚の圧電シート３５とを積層することで、圧電アクチュエータ１２には、上方の複数枚のシート３３〜３５を連続して貫通する複数のスルーホールが形成される。これらスルーホールには、圧電アクチュエータ１２を製造するときに、個別表面電極５０と個別電極３７とを電気的に接続するために、導電性部材が充填されている。また、絶縁シート３３，３４には、共通表面電極５１と共通電極３８とが対向する領域に、絶縁シート３３，３４の厚み方向に貫通した３つの連続孔４２が絶縁シート３３，３４のＸ方向に沿って離隔して形成されている。これら連続孔４２にも、圧電アクチュエータ１２を製造するときに、共通表面電極５１と共通電極３８とを電気的に接続するために、導電性部材が充填されている。

このような圧電アクチュエータ１２は、個別電極３７の電極層と、共通電極３８の電極層と圧電シートを挟んで積層方向に交互に設けられ、圧電シート３５，３６における個別電極３７と共通電極３８とで挟まれた部分が個別電極３７と共通電極３８との間に電圧を印加することにより活性部（エネルギー発生部）となる。つまり、活性部は、流路ユニット１０に形成された圧力室２３と対向するように配置されている。これにより、フレキシブル配線材４０から圧電アクチュエータ１２に印加された駆動信号によって印加された個別電極３７に対応した活性部に、積層方向に圧電縦効果による歪みが発生する。そして、歪みにより、この活性部に対応する圧力室２３に圧力波が発生し、この圧力室２３に連通するノズル１１ａからインクが吐出され、用紙への印字が行われる。

個別表面電極５０は、圧力室２３（個別電極３７）に対応して、Ｘ軸方向に沿って延びる列状に配置され、Ｙ軸方向に５列配列され、且つ、圧力室２３（個別電極３７）と同じＹ軸方向に沿って長い細長形状を有しており、その長手方向の一方の端部の上面には、個別表面電極５０よりも長さが短く幅広の接続端子５０ａ（導電材料製）が形成されている。この接続端子５０ａは、フレキシブル配線材４０の後述する個別接合電極７８と対応して電気的に接合される。接続端子５０ａは、フレキシブル配線材４０の個別接合電極７８が、高密度に配置され、配線が引き回されるために、隣接する個別接合電極７８端子電極はその間隔を大きくするためにＸ軸方向に沿って千鳥状に配列されている。そのため、対応する接続端子５０aとの間もできるだけ大きく距離をあけるため、Ｘ軸方向に沿って千
鳥状に、すなわち、個別表面電極５０の長手方向の一端側に設けた接続端子５０ａと、他端側に設けた接続端子５０ａとが、Ｘ軸方向に沿って交互に並ぶように配置されている。また、Ｙ軸方向に隣接する個別表面電極５０ａの間でも、接続端子５０ａ同士がＹ軸方向に隣接しないように配置されている。

コモン表面電極５１は、圧電アクチュエータ１１のＹ軸方向に平行な一方（または両方）の辺に沿って、幅広の帯状にそれぞれ形成されており、その上面に適宜間隔をあけて平面視長方形状の接続端子５１ａが形成されている。接続端子５０ａ，５１ａは、表面電極５０，５１と後述するフレキシブル配線材４０のバンプ５４との接合性を良くするために、表面電極５０、５１の上に導電性材料を印刷またはメッキにより付着させたものである。

次に、図６及び図７を参照しつつ、フレキシブル配線材４０の構成について説明する。なお、図６には、インクジェットヘッドの模式的な概略平面図を示している。また、フレキシブル配線材４０上に配置固着される剛性部材８１は点線で示し、説明上、剛性部材８１、及び、後述する保護層１０１を透過させて、フレキシブル配線材４０上の配線パターン３７を明示した状態を示している。図７は、図６のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。なお、図６におけるフレキシブル配線材４０上に形成された配線パターンの配線間隔及び個別接合電極の位置などに関しては、簡単のため模式的に表している。実際には、個別接合電極の数はより多く、配線パターンの配線間隔はより狭くなっている。

図６及び図７に示すように、フレキシブル配線材４０は、全体として帯状で、Ｘ方向に細長でその長手方向の一端が圧電アクチュエータ１２の上面に配置され固着されている。そのフレキシブル配線材４０の一端の圧電アクチュエータ１２と重なる領域は、補強フレーム９１に形成された貫通孔９１ｅから露出して収まっており、その重なる領域から他端に向かって連続した可撓部分が補強フレーム９１の貫通孔９１ｅの上側（圧電アクチュエータ１２とは反対側）からＸ方向に引き出されている。可撓部分の長手方向の途中部にはドライバＩＣ１０２が搭載され、剛性部材８１に組み合わせた時にできる隙間を埋めるように、Ｙ方向およびＸ方向の両側の辺がポッティング剤９８で充填されることによって、インク漏れ等による影響を防止されている。なお、ポッティング剤９８のドライバIC１０２に近い側のY方向の辺は、フレキシブル配線材の上からポッティング剤９８接着されて
いて、図示されないが、フレキシブル配線材の裏側（アクチュエータと接合している側）においても、剛性部材８１との間に出来要る分もポッティング剤を用いてインク漏れしないように封止しておくとよい。フレキシブル配線材４０の他端は、外部信号源に接続されていて、信号源から送られた駆動信号が、ドライバＩＣ１０２を介して圧電アクチュエータ１２に出力される。ドライバＩＣ１０２は、フレキシブル配線材４０の幅方向（Ｙ方向）に長い矩形状で、その各入力および出力端子に対してフレキシブル配線材４０の各電極からの配線パターン７９ａ、及び、外部信号源からの配線パターン７９ｂとが接続されている。なお、可撓部分に搭載されたドライバＩＣ１０２は、ヘッドホルダ６０の側板６０ａ寄りの部分に設けられたヒートシンク６５に接触させることによって、ドライバＩＣ１０２の発熱をヒートシンク６５によって放熱するようにしている（図２参照）。

フレキシブル配線材４０は、電気絶縁性且つ可撓性を有する合成樹脂材（例えば、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂）からなるベース材１００を有し、ベース材１００の上面である電極形成面１００ａには、導電性材料（銅箔等）をフォトレジストなどにより形成された配線パターン７９（７９ａ，７９ｂ）を備え、さらにこの配線パターン７９を覆う電気絶縁性且つ可撓性を有する合成樹脂材（例えば、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂）からなる保護層１０１が被覆されている。そして、フレキシブル配線材４０の上側において、保護層１０１の上面に上述した剛性部材８１が配置される。なお、配線パターン７９は、共通表面電極５１と接合される共通接合電極（図示せず）と、各個別表面電極５０とそれぞれ接合される複数の個別接合電極７８と、共通接合電極及び各個別接合電極７８をドライバＩＣ１０２と電気的に接続する出力用配線パターン７９ａが形成され、ドライバＩＣ１０２から外部電極と接続する入力用の配線パターン７９ｂが形成されている。なお、図７には、共通接合電極をドライバＩＣ１０２と電気的に接続する配線パターンは、図示していない。

個別接合電極７８は、圧電アクチュエータ１２の上面に形成された個別表面電極５０と対向するように、隣接する個別接合電極７８同士がＸ方向にずれた状態で、Ｙ方向に沿って所定間隔おきに配置されている。図６においては、個別接合電極７８の配置は、模式的に表しているが、実際には、個別表面電極５０と同様にＹ方向に沿って千鳥状に５列に配列されている。

また、図７に示すように、個別接合電極７８は、ベース材１００における、圧電アクチュエータ１２の各個別表面電極５０の接続端子５０ａと重なる位置に、ベース材１００の厚み方向に貫通する複数の貫通穴から配線パターン７９の一部分を露出させて設けられていて、この個別接合電極７８上に、熱溶融可能な導電性材料製（例えば、半田製）のバンプ５４が、個別表面電極５０に向かって突出されるように設けられている。これらのバンプ５４が個別表面電極５０の接続端子５０ａと接合されることで、個別接合電極７８と個別表面電極５０とが電気的に接続される。共通表面電極５１と共通接合電極も同様にしてバンプ５４を介して接続されている。

ベース材１００のＸ方向に延在する各配線パターン７９ａは、圧力室２３及び個別接合電極７８と同じ数だけ設けられており、その一端はドライバＩＣ１０２に接続されており、他端はそれぞれ各個別接合電極７８を介して、ベース材１００のドライバＩＣ１０２が設けられている側と反対側端部まで延在している。つまり、各個別接合電極７８とドライバＩＣ１０２と電気的に接続する各配線パターン７９ａが全てドライバＩＣ１０２からベース材１００のドライバＩＣ１０２が設けられている側と反対側端部まで延在していることから、ドライバＩＣ１０２からの配線長がほぼ同じであることになる。

図７に示すように、各配線パターン７９ａのドライバＩＣ１０２と反対側の端部は、ベース材１００の端面側から外側に露出しており、この露出した箇所を介してポッティング剤９８と接続されている。これにより、ドライバＩＣ１０２により活性部を駆動したときに発生する熱が、複数の配線パターン７９及びポッティング剤９８を介して補強フレーム９１に伝達され、熱による各圧力室２３内のインクの粘度などの物性に対する熱影響のばらつきを低減させることができ、各ノズル１１ａにおける液滴吐出性能のばらつきを低減することができる。なお、補強フレーム９１の内壁と圧電アクチュエータ１２との隙間に充填されたポッティング剤９８が充填されない、つまり、発生する熱を空気層へ放熱させることもできるが、インク漏れ等による影響を考えポッティング剤９８があったほうが望ましい。

以上説明したインクジェットヘッド１によると、ドライバＩＣ１０２から引き出された複数の配線パターン７９ａが全て同じ配線長になっているため、隣接する配線パターン７９間の寄生容量がほぼ同じになる。すると、ドライバＩＣ１０２から複数の個別表面電極５０への電圧の応答特性が均一になり、各活性部における液滴吐出タイミングなどのばらつきを低減することができる。すると、各ノズル１１ａからのインク吐出速度や液滴径などにばらつきがなく、各ノズル１１ａにおける液滴吐出性能のばらつきを低減することができる。

また、複数の配線パターン７９が、ドライバＩＣ１０２からＸ方向に関して最も離れている個別接合電極７８の位置までそれぞれ延在していることにより、複数の配線パターン７９が、フレキシブル配線材４０上において、均一に分布している。そのため、ドライバＩＣ１０２により活性部を駆動したときに発生する熱が、配線パターン７９を介して圧電アクチュエータ１２および流路ユニット１０へ均一に伝達し、熱による各圧力室２３内のインクの粘度などの物性に対する熱影響のばらつきを低減させることができ、各ノズル１１ａにおける液滴吐出性能のばらつきをさらに低減することができる。

さらに、複数の配線パターン７９が、ドライバＩＣ１０２と反対側のフレキシブル配線材４０の端部まで延在していることにより、例えば、製造工程において、配線パターン７９を適当な長さだけベース材１００にパターン印刷し、決められた配線パターン７９の長さでこのベース材１００を切り取るだけで、容易に所望の配線パターン７９を印刷したフレキシブル配線材４０を形成することができる。また、その端部にまで形成された配線パターン７９で容易に製品完成段階や出荷段階における配線パターン７９間のショートによる不良を探す導通検査などを行うことができる。

加えて、フレキシブル配線材４０の表面には、剛性部材８１が配置されていることにより、ドライバＩＣ１０２の駆動による熱が、圧電アクチュエータ１２および流路ユニット１０へより均一に伝達し、熱による各圧力室２３内のインクに対する熱影響のばらつきをさらに低減させることができ、各ノズル１１ａにおける吐出性能のばらつきを一層低減することができる。

次に、フレキシブル配線材４０と圧電アクチュエータ１２との接合方法について説明する。

フレキシブル配線材４０と圧電アクチュエータ１２とを接続するときは、予めベース材１００に形成された貫通穴から露出する配線パターン７９ａ上の端子電極に導電性材料のバンプを印刷などにより形成した状態で、個別接合電極７８が個別表面電極５０と対向するように位置決めして、フレキシブル配線材４０を圧電アクチュエータ１２の流路ユニット１０と反対側の面に配置する。そしてフレキシブル配線材４０及び圧電アクチュエータ１２を配置した状態で、フレキシブル配線材４０の上面からヒータ等により圧電アクチュエータ１２側に押圧しながら加熱すると、バンプ５４が溶融固化し、個別接合電極７８が溶融した導電性部材を介して個別表面電極５０に電気的及び機械的に接合される。これにより、フレキシブル配線材４０と圧電アクチュエータ１２とが電気的かつ機械的に接合される。共通接合電極および共通表面電極も同様にして接続する。

ここで、先に述べたように、フレキシブル配線材４０上に、同じ配線長を有する複数の配線パターン７９がドライバＩＣ１０２から最も離れている個別接合電極７８の位置まで延在しているため、フレキシブル配線材４０を圧電アクチュエータ１２に接合する際に、配線パターン７９を介してフレキシブル配線材４０の面内に熱が均一に伝達されるとともに、フレキシブル配線材４０の全体の剛性が均一になるため、反りが低減し、フレキシブル配線材４０と圧電アクチュエータ１２とが偏りなく均一に接合される。さらに、反りが低減することにより、残留応力による配線パターン７９の剥離が低減する。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。

上述した実施形態においては、複数の配線パターン７９ａは、ドライバＩＣ１０２と反対側のフレキシブル配線材４０の端部まで延在していたが、複数の配線パターン７９ａの配線長がほぼ同じであれば、フレキシブル配線材４０の端部まで延在していなくてもよい。例えば、複数の配線パターン７９ａは、ドライバＩＣ１０２からＸ方向に関して最も離れている個別接合電極７８の位置までそれぞれ延在していてもよい。また、図８（ａ）では、フレキシブル配線材に両面フレキシブル配線材を採用している。こうすることで、ベース材１００の上下両面において、配線パターンを設ける層が配置されることができるため、複数の配線パターン１７９ａは、ドライバＩＣ１０２からそれぞれ対応する個別接合電極７８の位置まで延在しており、最も配線長の長い配線パターン１７９ａとの差の長さだけ、図８（ｂ）に示すように、スルーホール１８０を介してフレキシブル配線材４０の反対側の面に配線パターン２７９を形成してもよい。さらに、配線パターンは直線状に延在しているものに限らず、配線パターンの引き回し方によっては、配線長がほぼ同じであれば、フレキシブル配線材４０のＹ方向の両端部において外側に広がっていてもよい。

また、本実施形態においては、フレキシブル配線材４０の上面に剛性部材８１が配置されていたが、ドライバＩＣ１０２の駆動による熱が微小である場合においては、剛性部材８１を設けなくてもよい。

さらに、本実施形態においては、補強フレーム９１及びフロントフレーム９２によって、流路ユニット１０、圧電アクチュエータ１２及びフレキシブル配線材４０を固定していたが、流路ユニット１０、圧電アクチュエータ１２及びフレキシブル配線材４０が接着のみで十分強固に固定されている場合においては、補強フレーム９１及びフロントフレーム９２を設けてなくてもよい。このとき、補強フレーム９１を設けていないため、圧電アクチュエータ１２及びフレキシブル配線材４０の側面と補強フレーム９１の貫通孔９１ｅの側面との隙間は形成されず、ポッティング剤９８を充填することもない。

加えて、本実施形態においては、圧電アクチュエータ１２を駆動させることにより圧力室２３内のインクに吐出エネルギーとなる圧力波を発生させているが、圧電式のものに限定されず、サーマル式等他の駆動方式を採用してよい。

加えて、本実施形態は、インクジェットヘッドに適用した例を説明したが、インク以外の液体、例えば、液晶表示装置のカラーフィルタを製造するために着色液を塗布するヘッドなど、各種の液体を吐出するヘッドに適用することができる。

本実施形態に係るインクジェットヘッドの分解斜視図である。 ヘッドホルダにインクジェットヘッドが搭載された状態を示す分解斜視図である。 流路ユニットの分解斜視図である。 図３の部分拡大図である。 圧電アクチュエータの分解斜視図である。 剛性部材を除くインクジェットヘッドの模式的な概略平面図である。 図６のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。 フレキシブル配線材に印刷された配線パターンの変形例を示す図である。

１ インクジェットヘッド
１０ 流路ユニット
１１ａ ノズル
１２ 圧電アクチュエータ
２３ 圧力室
５０ 個別表面電極
７８ 個別接合電極
７９ 配線パターン
８１ 剛性部材
９１ 補強フレーム
９１ｅ 貫通孔
９８ ポッティング剤
１０２ ドライバＩＣ

Claims (7)

1. 液滴を吐出するための複数のエネルギー発生部と、その表面に前記複数のエネルギー発生部へそれぞれ電圧印加するための複数の個別表面電極を有するアクチュエータと、
   前記アクチュエータの表面に一端部が重ねられ、その表面と平行で且つ一方向に引き出された配線部材とを備え、
   前記配線部材の一方の面には、前記複数の個別表面電極と対応して複数の個別接合電極が設けられ、前記アクチュエータを駆動するための駆動回路が、前記引き出された側に実装されるとともに、前記複数の個別接合電極にそれぞれ接続された複数の第１の配線パターンが前記一方向に沿って延在しており、
   前記配線部材の他方の面には、前記複数の第１の配線パターンに一対一に対応した複数の第２の配線パターンが形成されており、
   互いに対応する前記第１及び第２の配線パターン同士が、前記配線部材を貫通する貫通孔を介して導通しており、
   前記個別表面電極と前記個別接合電極とを対応させて接合した液滴吐出ヘッドにおいて、
   前記複数の個別表面電極は、前記表面上において前記一方向にずれた状態で、前記一方向に直交する方向に沿って所定間隔おきに配置されており、
   互いに対応する前記第１及び第２の配線パターンの配線長の合計が、互いに対応する他のいずれの前記第１及び第２の配線パターンの配線長の合計ともほぼ同じであることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
2. 前記第２の配線パターンは、前記配線部材の前記一方の面と直交する方向から見て、前記第１の配線パターンと重なるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
3. 前記貫通孔は、前記個別表面電極よりも前記駆動回路の近くに配置され、
   前記第２の配線パターンは、前記一方向に関して前記個別表面電極に近づくように延在していることを特徴とする請求項１又は２に記載の液滴吐出ヘッド。
4. それぞれ液滴を吐出する複数のノズルと、これら複数のノズルにそれぞれ連通し、且つ、前記複数のエネルギー発生部に対応して液体を収容する複数の圧力室とを含む、流路ユニットを備え、
   前記アクチュエータは、前記流路ユニットに対して、前記複数の圧力室と前記複数のエネルギー発生部とが対向するように配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッド。
5. 前記流路ユニットの上面には、前記流路ユニットを固定し、少なくとも一部が導電性部材で形成された保持部材が取り付けられており、
   前記配線部材における前記駆動回路と反対側の端部は、前記保持部材と絶縁性材料で接続されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッド。
6. 前記アクチュエータは、前記保持部材よりも小さい外形状をしており、
   前記保持部材には、前記アクチュエータが露出して収容されるように貫通孔が形成されており、
   前記アクチュエータの各側面と前記貫通孔の内壁との間には、前記絶縁性材料が充填されていることを特徴とする請求項５に記載の液滴吐出ヘッド。
7. 前記配線部材の少なくとも前記アクチュエータと重なる表面には、熱伝導性に優れた部材が配置されていることを特徴とする請求項６に記載の液滴吐出ヘッド。

Images