JP7483318B2 - プリントヘッド - Google Patents
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Description
特許文献1には、ノズルが1インチ当たり300個以上列状に並べられるとともに、これらのノズルの各々に対応して圧電素子が設けられたプリントヘッドが示されている。
上記一態様に係るプリントヘッドでは、フレキシブル配線基板を折り曲げたときの反力が低減されるとともに、折り曲げたときの形状が保持されるので、高い精度で組み上げることができる。また、圧電素子へ供給される駆動信号の波形精度等を高めることができる。したがって、上記一態様に係るプリントヘッドによれば、配線の高密度化が容易となるので、圧電素子を1インチ当たり300個以上の密度で600個以上並べるような高密度化が容易となる。
この構成によれば、複数回の折り曲げ癖を容易につけることができる。このため、第1基板と第2基板とフレキシブル配線基板を介して立体的に接続することが容易となるのでプリントヘッドの集密度を高めることが可能となる。
一態様に係るプリントヘッドに適用されるフレキシブル配線基板では、従来のポリイミドを用いた配線基板に比較して、薄くすることができるとともに、折り曲げ等における反力が低減されるので、フレキシブル配線基板を折り曲げて用いる高密度のプリントヘッドを、高い精度で組み上げることが可能となる。さらに、フレキシブル配線基板での接合部における配線抵抗のばらつきが低減されるので、個々の圧電素子へ供給される電気信号の精度が高まり、高繊細の印字を行うことが可能となる。加えて、高密度のプリントヘッドにおいては、圧電素子が増加して、電流量も大きくなるが、配線数(導体断面積)を確保することできるので、大電流化の対応が容易となる。
本実施形態に係る液体吐出装置1は、外部のホストコンピューターから供給された画像データに応じてインク(「液体」の一例である)を吐出させることによって、紙や捺染などの印刷媒体を搬送しつつ、インクドット群を形成し、これにより、当該画像データに応じた画像(文字、図形等を含む)を印刷する、いわゆるラインヘッド方式のインクジェットプリンターである。
本実施形態では、X方向、Y方向及びZ方向は、互いに直交するものとするが、各構成の配置が必ずしも直交するものに限定されるものではない。
なお、本実施形態では、インクとして、後述するような反応性インクを用いることもできる。
特に、本実施形態における駆動モジュール20は、1インチ当たり300個以上の密度で並べられたノズル122(圧電素子60)を400個以上、本例では600個以上有している。詳細には、2列のノズル列の各列において1インチあたり300個以上の密度で1インチ以上の長さで設けられ、ノズル列の2列で計600個以上設けられる。
なお、このようにノズル列の各列にそれぞれ300個以上のノズル122(圧電素子60)が設けられてもよいし、駆動モジュール20が600個以上のノズル122(圧電素子60)が設けられた1列のノズルのみを有していてもよい。
第1搬送手段5は、プリントヘッド32のY方向の一方側に設けられている。第1搬送手段5は、第1搬送ローラー42と、第1搬送ローラー42に従動する第1従動ローラー43と、を備えている。第1搬送ローラー42は、媒体Sのインクが着弾する着弾面SP1とは反対側の裏面SP2側に設けられており、第1駆動モーター41によって駆動される。また、第1従動ローラー43は、媒体Sの着弾面SP1側に設けられており、第1搬送ローラー42との間で媒体Sを挟持する。このような第1従動ローラー43は、図示しないばね等の付勢部材によって媒体Sを第1搬送ローラー42側に向かって押圧している。
第2搬送ローラー72は、第2駆動モーター71によって駆動される。搬送ベルト74は無端ベルトであり、第2搬送ローラー72と第2従動ローラー73との外周に掛けられている。このような搬送ベルト74は、媒体Sの裏面SP2側に設けられている。テンションローラー75は、第2搬送ローラー72と第2従動ローラー73との間に設けられて、搬送ベルト74の内周面に当接し、ばね等の付勢部材76の付勢力によって搬送ベルト74に張力を付与している。これにより、搬送ベルト74は、第2搬送ローラー72と第2従動ローラー73との間でプリントヘッド32に対向する面が平坦になっている。
なお、図4に示される液体吐出装置1はN個(Nは2以上の整数)のプリントヘッド32を有し、1個のプリントヘッド32はn個(nは2以上の整数)の駆動モジュール20を有するとして説明する。
具体的には、制御信号生成部11は、ホストコンピューターからの各種の信号に基づき、吐出部600からの液体の吐出を制御する複数種類の原制御信号として、n個の原印刷データ信号sSI1~sSIn、n個の原ラッチ信号sLAT1~sLATn及びn個の原チェンジ信号sCH1~sCHnを生成し、パラレル形式で制御信号変換部12に出力する。なお、複数種類の原制御信号には、これら信号の一部が含まれていなくてもよいし、他の信号が含まれていてもよい。
本実施形態では、駆動データdA1~dAn、dB1~dBnは、駆動信号の振幅を規定するデジタルデータである。ただし、駆動データdA1~dAn、dB1~dBnは、直近の駆動データに対する差分を示すデジタルデータであってもよいし、駆動波形において傾きが一定の各区間の長さとそれぞれの傾きとの対応関係を規定するデジタルデータであってもよい。
駆動信号COM-A1~COM-An、COM-B1~COM-Bn、高電源電圧信号HVDD、低電源電圧信号LVDD、基準電圧信号VBS及びグラウンド電圧信号GNDは、フレキシブルフラットケーブル190を介して、プリントヘッド32に転送される。
なお、制御信号受信部24は、LVDS以外のLVPECLやCML等の各種の高速転送方式の差動信号dS1~dSn及び差動クロック信号dClkを受信してもよい。
圧電素子60は、吐出部600のそれぞれに対応して設けられており、駆動信号Vout(駆動信号COM-Ai、COM-Bi)が印加されることで変位する。そして、圧電素子60は、駆動信号Vout(駆動信号COM-Ai、COM-Bi)と基準電圧信号VBSとの電位差に応じて変位して液体(インク)を吐出させる。このように、駆動モジュール20-iは、圧電素子60の一端に駆動信号COM-Aiと駆動信号COM-Biとが排他的に選択されて印加され、圧電素子60の他端に基準電圧信号VBSが印加されて圧電素子60が駆動することにより、液体を吐出する。すなわち、駆動信号COM-Ai、COM-Biは、複数の圧電素子60のそれぞれを駆動して液体を吐出させるための信号である。
図5に示されるように、プリントヘッド32は、液体としてインクを吐出するヘッド本体310と、ヘッド本体310に固定された流路部材370と、を備える。
第2基板340には、図4における制御信号受信部24および制御信号復元部25を含むIC(不図示)が搭載されており、制御信号コネクター280から入力されたシリアル制御信号S1~Sn及びクロック信号Clkは、第2基板340に設けられた配線を伝搬して当該ICの制御信号受信部24に入力される。また、当該ICの制御信号復元部25が復元した制御信号(クロック信号Sck、印刷データ信号SI1~SIn、ラッチ信号LAT1~LATn及びチェンジ信号CH1~CHn)は、第2基板340に設けられた配線を伝搬し、フレキシブル配線基板400を介して駆動モジュール20における第1基板に出力される。また、駆動信号コネクター290から入力された駆動信号COM-A1~COM-An、COM-B1~COM-Bn、高電源電圧信号HVDD、低電源電圧信号LVDD、基準電圧信号VBS及びグラウンド電圧信号GNDについても、第2基板340に設けられた配線を伝搬し、フレキシブル配線基板400を介して駆動モジュール20における第1基板に出力される。
図6に示されるように、駆動モジュール20は、電子デバイス114及び流路ユニット115が積層された状態でヘッドケース116に取り付けられている。
ヘッドケース116の内部には各圧力室(キャビティー)130にインクを供給するリザーバー118が形成されている。このリザーバー118は、複数並設された圧力室130に共通なインクが貯留される空間であり、2列に並設された圧力室130の列に対応して2つ形成されている。リザーバー118は、図5における連通流路332と連通しており、連通流路332を通ってリザーバー118にインクが供給される。また、ヘッドケース116の下面側には、連通基板124上に積層された電子デバイス114(駆動IC200、圧力室形成基板129、第1基板160等)が収容される収容空間117が形成されている。
なお、シリコン結晶からなるノズルプレート121では、インクの吐出性能を高めるために、ノズルの開口径を段階的に変化させることが容易となる。
なお、図7では省略されているが、フレキシブル配線基板400は、第1面400aと第2面400bとを電気的に接続するスルーホール(ビア)を有しており、第1面400aに設けられた一部の配線と第2面400bに設けられた一部の配線とはスルーホールを介して電気的に接続されている。このように、フレキシブル配線基板400は両面に配線が設けられることにより、片面配線の基板よりも小さなサイズにすることが可能であり、プリントヘッド32の小型化に有利となっている。
同様に、第2面400bに設けられたグラウンド電圧信号転送配線435及び低電源電圧信号転送配線437は、第1面400aに設けられたグラウンド電圧信号転送配線435及び低電源電圧信号転送配線437と、それぞれ、スルーホール445、447を介して接続されている。したがって、第2面400bに設けられたグラウンド電圧信号転送配線435と第1面400aに設けられた入力端子415及び出力端子425とはスルーホール445を介して電気的に接続され、第2面400bに設けられた低電源電圧信号転送配線437と第1面400aに設けられた入力端子417及び出力端子427とはスルーホール447を介して電気的に接続されている。
同様に、スルーホール444aは入力端子414a又は出力端子424aの近傍に設けられ、スルーホール444bは入力端子414b又は出力端子424bの近傍に設けられている。同様に、スルーホール445は入力端子415又は出力端子425の近傍に設けられ、スルーホール447は入力端子417又は出力端子427の近傍に設けられている。すなわち、各スルーホールは、入力端子群410又は出力端子群420の近傍に設けられ、フレキシブル配線基板400の中央付近には設けられていない。これにより、フレキシブル配線基板400の第2面400bに設けられる第1駆動信号転送配線433a、433b、第2駆動信号転送配線434a、434b、グラウンド電圧信号転送配線435及び低電源電圧信号転送配線437のそれぞれの面積が大きくなり、これらの各転送配線の配線インピーダンスが低減される。
特に、本実施形態に適用されるフレキシブル基板400では、図10に示されるように、第1基板160との接続部分付近と、第2基板340との接続部分付近との2箇所で折り曲げられるので、立体的な接続が容易となり、プリントヘッド32の集密度を高めることができる。なお、折り曲げ箇所は、「2」以外であってもよい。
これにより、従来の配線基板480の構造は、図12の(c)に示されるように、基材482と配線474とは、接着層486を介在させて積層された構造となる。
薄型化が図られる、という点は、逆にいえば、配線層の厚みをそれだけ確保することができる、ということに繋がる。ノズル122が高密度で並べられたプリントヘッド32においては、吐出部600の増加に比して圧電素子60も増えるので、プリントヘッド32の第1基板160に供給する駆動信号COM-Ai、COM-Biの電流量(電力)も増加する。配線層に厚みがないと、配線抵抗が大きくなり、損失が発生しまうが、本実施形態に適用されるフレキシブル配線基板400では、配線層の厚み(導体断面積)が確保できるので、配線抵抗を小さく抑えることができる。
また、厚さの均一化が図られる、という点は、第1基板160および第2基板340の配線抵抗、特に接合部での配線抵抗のばらつきを低減することができる。このため、個々の圧電素子60に供給される駆動信号のバラツキが低減される結果、精度が高まるので、高精細な印刷が可能となる。
高周波特性が良好となる、という点について詳述すれば、各圧電素子60に供給される駆動信号の波形精度が高まる結果、高精細の印刷が可能となる。
インクミストの影響を受けにくくなる、という点について詳述すれば、本実施形態では、インクとして、様々な反応性インクを用いることができる。ここで、反応性インクとは、媒体Sが塩化ビニールやポリエチレンなどのようにインク受容層を有さない場合に、インク自体に媒体Sを溶かす成分を混ぜ込んで、媒体Sと反応させることでインクに含まれる色材を定着させるインクをいう。従来の接着層486を有する配線基板480を用いた場合、吐出に伴い生じるインクミストの影響で接着剤が溶解して接着面が剥離してしまう等の弊害があるが、本実施形態に適用されるフレキシブル配線基板400には、接着層(接着剤)が含まれないので、従来の配線基板480を用いた場合と比較して、幅広い反応性インクを用い、幅広い種類の媒体Sに対する印刷が可能となる。
図13においては、フレキシブル配線基板400において、入力端子群410が第2基板340に接続され、出力端子群420が第1基板160と接続された点については、図10と同様であるが、第1基板160に温度センサーTMが実装されている点において図10と異なる。温度センサーTMは、例えば温度変化によって内部抵抗値が変化するサーミスタであり、第1基板160の周辺温度を、具体的には、吐出部600(特に圧電素子60、圧力室130に充填されたインク)近傍の温度を検出する。
温度センサーTMの出力信号は、第1基板160およびフレキシブル配線基板400を介して第2基板340に供給され、さらに第2基板340から例えばフレキシブルフラットケーブル190(または191)を介して制御ユニット10に供給される。
また、上述したように、フレキシブル配線基板400では、良好な周波数特性で配線抵抗や相互インダクタンスの影響を低減することができるので、温度センサーTMの出力信号を、従来の配線基板480と比較して、正確に制御モジュールに供給することができる。
この図に示されるように、液体吐出装置2では、プリントヘッド711を搭載したキャリッジ710が、媒体Sが搬送される副走査方向(Y方向)とほぼ直交する主走査方向(X方向)に往復動するとともに、この主走査に合わせてインクが吐出される。
図16に示されるように、プリントヘッド711は、5個の駆動モジュール20を有する。また、図15および図16に示されるように、プリントヘッド711は、ホルダー部材800と、第2基板900とを備えている。
ホルダー部材800には、5個の駆動モジュール20に対応して10個のインク導入路810が形成されている。また、第2基板900には、インク導入路810を通すための孔910が形成されている。第2基板900は、インク導入路810を孔910に通した状態で、ホルダー部材800の片側から、ホルダー部材800に嵌め込まれている。
プリントヘッド711は、第2基板900の嵌め込まれた側とは反対側から、ホルダー部材800に差し込まれている。ホルダー部材800には、開口部としてのスリット820が、差し込まれるプリントヘッド711に対応して5ヵ所に形成され、第2基板900には、開口部としてのスリット920が5ヵ所に形成されている。
一対のフレキシブル配線基板470は、スリット820およびスリット920に通され、フレキシブル配線基板470における配線470bが、第2基板900の端子930にそれぞれ接合されている。
流路形成基板1100は、ノズルプレート2000と保護基板1200とで挟まれるように積み重ねられ、保護基板1200上には、コンプライアンス基板1400が設けられている。
なお、第2実施形態におけるノズルプレート2000についても、第1実施形態におけるノズルプレート121と同様に、シリコン単結晶、シリコン多結晶等のシリコン結晶を用いることが好ましい。
リード電極Lの一端は上電極139に接続され、リード電極Lの他端は、保護基板1200に形成された開口部Apの底部において露出している。
また、圧電素子60における下電極137は、図18では省略されているが、パターニングによって開口部Apまで延設されて、開口部Apの底部においてリード電極Lとともに露出している。
開口部Apに露出したリード電極Lおよび各圧電素子60における下電極137は、開口部Apに挿入されたフレキシブル配線基板470の配線470c、詳細には、第1の端部475に形成された配線470cと、例えば異方性接着剤(図示省略)によりそれぞれ電気的に接続される。これによってフレキシブル配線基板470に実装されたICチップ470gによって、各圧電素子60が駆動される。
このように、流路形成基板1100には、圧電素子60が形成されるとともに、当該圧電素子60に導かれるリード電極Lと下電極137とに、フレキシブル配線基板470の配線470aがそれぞれ接合される。したがって、第2実施形態では、流路形成基板1100が第1基板として機能することになる。
また、フレキシブル配線基板470についても、フレキシブル配線基板400と同様に、薄型化、厚さの均一化が図られる、高周波特性が良好となる、インクミストの影響を受けにくくなる、という利点がある。
Claims (5)
- 液体を吐出するために1インチ当たり300個以上の密度で並べられた600個以上の複数の圧電素子と、第1基板と、を有する駆動モジュールと、
第1基板と平行に配置された第2基板と、
前記第1基板と前記第2基板とを接続するフレキシブル配線基板と、
を備え、
前記フレキシブル配線基板は、
導電性金属と非導電性樹脂とが積層され、前記非導電性樹脂が一括して圧着された多層基板であり、
前記導電性金属と前記非導電性樹脂とが、接着剤を用いずに積層され、
前記液体は、反応性インクであり、
前記フレキシブル配線基板は、
一方の端部を折り曲げられた状態で前記第1基板と接続し、他方の端部を折り曲げられた状態で前記第2基板と接続し、前記第1基板と前記第2基板とを、前記第2基板に設けられたスルーホールを介して接続するものであって、
前記スルーホールにおいては折り曲げない
ことを特徴とするプリントヘッド。
- 前記フレキシブル配線基板は、
前記非導電性樹脂が熱により圧着された多層基板である
ことを特徴とする請求項1に記載のプリントヘッド。
- 前記フレキシブル配線基板は、複数回折り曲げられている
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のプリントヘッド。
- 前記第1基板は温度センサーを備え、
前記フレキシブル配線基板は、
前記温度センサーの情報を前記第2基板へ伝達する
ことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のプリントヘッド。
- 前記第2基板は前記圧電素子を駆動するための電力を供給し、
前記フレキシブル配線基板は前記電力を伝達する
ことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のプリントヘッド。
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