JP2004268507A - Inkjet printer head - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットプリンタヘッドに係り、より詳しくは、これを駆動するための圧電アクチュエータの構成に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
先行技術のオンディマンド型のインクジェットプリンタヘッドにおいては、特許文献1や特許文献2等に開示されているように、複数枚のプレートを積層して、インク流路を有するキャビティユニットが構成され、これらのプレートは複数個のノズルを備えたノズルプレートと、この各ノズルごとの圧力室を備えたベースプレートと、インク供給源に接続され、且つ前記各圧力室に接続する共通インク室とのしてのマニホールド室を有するマニホールドプレート等とから構成されている。圧電アクチュエータは、圧電セラミックス板(圧電シート)を挟んでコモン電極と個別電極とを交互に積層して構成され、積層方向に対向する前記個別電極とコモン電極との間の圧電シートの部分である活性部が前記圧力室の上方にて平面視で重なるように、圧電アクチュエータとキャビティユニットとが接合されている。
【0003】
そして、圧電アクチュエータの各活性部に電圧印加するために、外部からの制御信号を伝達するためのフラットケーブル等のケーブル部材における接合端子部と圧電アクチュエータの最上層シートの表面電極とを接合させる一方、前記表面電極と個別電極またはコモン電極とを圧電アクチュエータの積層方向に延びる導通部にて接続させる必要がある。
【0004】
また、特許文献2等に示すように、コモン電極が形成された一方の圧電シートに、積層方向に隣接する他方の圧電シートにおける各個別電極の延長端部に対応した個別ダミー電極を形成する一方、前記他方の圧電シートには、前記一方の圧電シートにおけるコモン電極の延長端部に対応したダミーコモン電極を形成し、各圧電シートにはその板厚さ方向に貫通するスルーホール内に充填した内部導通電極にて、コモン電極とダミーコモン電極とを接続し、また各個別電極とダミー個別電極とを接続することが開示されている。
【0005】
そして、前記特許文献2では、ダミー個別電極の平面視でのパターン形状は、隣接する圧電シートにおける個別電極の延長端部の形状と同じく矩形状であって、圧電シートの長辺と直交する方向に延び、且つその長辺の側縁にまで達するように形成されており、この各ダミー個別電極の平面視パターン内の中途部に、前記スルーホールが穿設されている。
【0006】
このスルーホールの平面視の直径は、各ダミー個別電極の平面視パターンの面積と比較してかなり小さくて良い。
【0007】
【特許文献1】
特開2001−246744公報
【特許文献2】
特開2002−19102号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、圧電アクチュエータの平面視において、個別電極を圧力室の列と平行状であって、各圧力室の上方にほぼ重なるように配置する一方、圧電アクチュエータの最上層のシートの表面には、前記各個別電極と電気的に導通した個別用表面電極部を形成する必要がある。そして、その個別用表面電極部は、平面視において、活性部ひいては圧力室から外れた位置であって、当該活性部の列と平行な一対の圧電アクチュエータの長辺の側縁部近傍に形成されており、その下方の個別電極と接続するために、個別電極の一端を圧力室から外れた位置へ延長し、ダミー個別電極もその延長部と対応した位置に同形状に形成すると、圧電シートの長辺と直交する方向に延びる長さが長くなる。そのため、当該圧電シートの短辺の長さが長くなってしまい、圧電アクチュエータの平面視形状が大きくなり、コンパクトにできないという問題があった。
【0009】
ところで、前記個別電極、コモン上下、ダミー個別電極等の各電極をスクリーン印刷形成する場合に、そのスクリーンを取り外す時等に、パターンの輪郭がにじむ等して、パターンの領域(面積)に若干の大小の誤差ができる。その結果、隣接するパターンの間隔が所定距離以下になると、その各電極に電圧を印加したときに、隣接する電極間に電流がもれてしまい、所定の圧力室に対応する活性部のみを作動させることができなくなり、印字品質が悪化するという問題があった。
【0010】
本発明は、前記従来の問題に鑑みて、インクジェットプリンタヘッドをコンパクトに形成することを技術的課題とするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、請求項1に記載の発明のインクジェットプリンタヘッドは、平板上にその第1の方向に沿って列状に配置された複数個のノズルの列と前記各ノズル毎に対応する圧力室の列とが形成されたキャビティユニットに、前記圧力室毎に選択的に駆動可能な活性部を有してインクを噴射させるための積層型の圧電アクチュエータを接合してなるインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記圧電アクチュエータは圧電シートを含む複数枚のシートを積層して形成されており、圧電シートを積層方向に挟んで形成されている個別電極とコモン電極の積層方向に対向する前記両電極間の前記圧電シートが前記各圧力室に対応する前記活性部となるように構成する一方、前記一つの圧電シートの片方の平板面には、前記コモン電極のパターンを前記第1の方向に沿って長く形成する一方、前記と同一の平板面には、前記積層方向に隣接するシートにおける前記各個別電極と圧電シートの板厚さ方向に貫通する内部導通電極を介して電気的に導通するための第1の島状個別導通部を、前記コモン電極のパターンにおける前記第1の方向に沿って延びる縁から一定距離だけ隔てて形成し、且つ各第1の島状個別導通部の延びる方向を前記第1の方向に沿って延びる縁と直交する線に対して適宜角度傾斜させたものである。
【0012】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記活性部を構成する圧電シートの上方に積層されるシートの片方の平板面には、前記コモン電極のパターンと略同じ形状であって、当該コモン電極に電気的に接続されるコモン導通部を形成すると共に、前記各第1の島状個別導通部とシートの板厚さ方向に貫通する内部導通電極を介して電気的に導通するための第2の島状個別導通部を、前記コモン導通部のパターンにおける前記第1の方向に沿って延びる縁から一定距離だけ隔てて形成し、且つ各第2の島状個別導通部の延びる方向を前記第1の方向に沿って延びる縁と直交する線に対して適宜角度傾斜させたものである。
【0013】
そして、請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記第1の島状個別導通部同士及び第2の島状個別導通部同士の配置間隔を、前記一定距離だけ隔てて配置したものである。
【0014】
さらに、請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3のいずれかに記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記ノズルの列とこれに対応する圧力室の列とを前記第1の方向と交差する第2の方向に適宜間隔隔てて複数列状に配置し、前記圧電シートまたはシートの片方の平板面には、前記コモン電極及びコモン導通部の各パターンにおける前記第1の方向に沿って延びる縁同士を前記第2の方向に適宜間隔隔てて形成すると共に、前記第1の島状個別導通部及び第2の島状個別導通部は、前記両縁の間の領域に形成されているものである。
【0015】
また、請求項5に記載の発明は、請求項1乃至4のいずれかに記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記複数のノズルからなる列を4列とし、前記各ノズルの列に対応させて配置する前記圧電アクチュエータには、前記各ノズルの列に対応するように4列の活性部が形成されているものである。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面について説明する。図1は本発明の実施の形態による圧電式のインクジェットプリンタヘッド10におけるキャビティユニット11と圧電アクチュエータ12との斜視図、図2はキャビティプレートとその下面側に隣接する第3スペーサプレート21、第2スペーサプレート20の一部切欠き拡大斜視図、図3は図1の III−III 線矢視拡大断面図、図4は図1のIV−IV線矢視拡大断面図、図6〜図12は圧電アクチュエータ12における各層の電極パターンを示す図、図13〜図15は電極パターンの重なり状態を示す平面図、図16(a)は図7又は図10における一部を拡大して示す説明図、図16(b)は対比する従来技術についての説明図である。
【0017】
図1において、金属板製のキャビティユニット11の上面に対して接合されるプレート積層型の圧電アクチュエータ12の上面には、外部機器との接続のために、ケーブル部材の一例としての可撓性を有するフラットケーブル13(個別には符号13a,13bで示す、図1、図3及び図4(a)参照)が接着剤にて重ね接合されている。
【0018】
前記キャビティユニット11は図2〜図4に示すように構成されている。すなわち、下層から順にノズルプレート14、カバープレート15、ダンパープレート16、二枚のマニホールドプレート17,18、3枚のスペーサプレート19,20,21及び圧力室23が形成されているベースプレート22の合計9枚の薄い板をそれぞれ接着剤にて重ね接合して積層した構成であり、実施形態では、合成樹脂製のノズルプレート14を除き、各プレート15〜22は、42%ニッケル合金鋼板製で、50μm〜150μm程度の厚さを有する。
【0019】
前記ノズルプレート14には、微小径(実施形態では25μm程度)の多数のインク噴出用のノズル24が、当該ノズルプレート14における第1の方向(キャビティユニット11の長辺方向であり、図1及び図3において、X軸方向)に沿ってなした列が4列千鳥配列状に設けられている。
【0020】
即ち、キャビティユニット11を図1のY軸方向(短辺方向)に沿って切断し、且つ前記短辺の中央線Cより右側のみ示す図4(a)において、右側位置の第1列のノズル24−1と、前記中央線Cに近い側の第2列のノズル24−2とは、ノズルプレート14の前記第1の方向に延びる2つの平行状の近接した基準線(図示せず)に沿って各々微小ピッチPの間隔で千鳥状配列にて多数個穿設されており、同様に、前記中央線Cより左側においても、第3列のノズル24−3と第4列のノズル24−4(但し、図3及び図4(a)には図示せず)とは、同じく前記第1の方向に延びる2つの平行状の近接した基準線に沿って、各々微小ピッチPの間隔で千鳥状配列にて多数個穿設されている。また、第1列のノズル24−1と第2列のノズル24−2との組と、第3列のノズル24−3と第4列のノズル24−4との組は、キャビティユニット11の短辺方向(第2の方向、図1において、Y軸方向)に間隔をおいて平行に配置されている。実施例では、第1列〜第4列の各々のノズル列の長さは2インチ、各々のノズル24の数は150個で、つまり配列密度は75(dpi[ドット・パー・インチ])である。
【0021】
図2に示すキャビティユニット11の最上層であるベースプレート22には、圧力室23が、前記各ノズル24に対応して同じピッチPだけ隔てて板厚さ方向に貫通するように設けられ、且つキャビティユニット11の短辺と略平行状に細長く形成され、圧力室23の列はキャビティユニット11の長辺方向(X軸方向)に列状に配置されている。従って、隣接する圧力室23の間は、キャビティユニット11の短辺と略平行状の細長い隔壁70にて隔絶されている(図2、図3、図13等を参照)。該各隔壁70の幅寸法W2は、圧力室23の幅寸法1よりも若干小さく設定されている(図2及び図13を参照)。
【0022】
そして、第1列の圧力室23−1は前記第1列のノズル24−1と対応する。同様にして、第2列の圧力室23−2は第2列のノズル24−2と、第3列の圧力室23−3は第3列のノズル24−3と、第4列の圧力室23−4は第4列のノズル24−4と、各々対応関係にある。
【0023】
次に、キャビティユニット11の最上層であるベースプレート22における圧力室23の配置関係を、その上に前記ノズル24の列方向(第1の方向、X軸方向)に縦列させて配置する2つの圧電アクチュエータ12(個別には符号12a、12bを付する)における活性部の配置との関係から説明する。
【0024】
1つの圧電アクチュエータ12a(または12b)が、前記4列のノズル24の個数のうちの列方向の半数(1列につき75個)の圧力室23を作動させるように75個の活性部を有して配置される。従って、図1及び図3に示すように、キャビティユニット11の上面のうち長手方向(前記第1の方向)の前半部に一方の圧電アクチュエータ12aが配置され、後半部に他方の圧電アクチュエータ12bが配置される。
【0025】
そして、各圧電アクチュエータ12a(または12b)は、後に図5、図7及び図13等を参照して詳述するように、コモン電極37と、前記各圧力室23の位置毎に対応させて配置された個別電極36とが圧電シートを挟んで交互に積層された場合、圧電シートを積層方向に挟んで形成されている個別電極36とコモン電極37の積層方向に対向する前記両電極間の前記圧電シートが各圧力室23に対応する活性部となる。そして、任意の個別電極36とコモン電極37との間に電圧を印加することにより、その印加された個別電極36に対応した圧電シートの活性部に、当該積層方向に圧電縦効果による歪みが発生するものである。該活性部は、圧力室23の数と同一の数で同一の列にてその対応する位置に形成されている。
【0026】
即ち、前記活性部は、ノズル24(圧力室23)の列方向(第1の方向)に沿って並べられ、且つ前記ノズルの列の数(4つ)と同じ数だけ、第2の方向に並べられている。また、各活性部は、前記第2の方向(キャビティユニット11の幅方向、Y軸方向)に圧力室23の長手方向に長く形成され、且つ隣接する活性部の配置間隔(ピッチP)も後述する圧力室23の配置と同様であって、千鳥状配列されることになる(図3参照)。
【0027】
前記圧力室23は、2つの圧電アクチュエータ12a、12bと対応してベースプレート22の長手方向に2グループに分けて配置される。つまり、一方のアクチュエータ12aに対応するグループの圧力室23は、ノズル24の列方向(第1の方向)の前半部のものに対応し、他方のアクチュエータ12bに対応するグループの圧力室23は、ノズル24の列方向(第1の方向)の後半部のものに対応して、それぞれノズル24の配置間隔(ピッチP)と同じ間隔で、且つ2列の千鳥状配列を2組、計4列をなして配置されている(図1参照)。
【0028】
前記各圧力室23は、ベースプレート22の幅方向(第2の方向)に長く、且つベースプレート22を厚さ方向に貫通して形成されている。その各圧力室23の入口端23bは、スペーサプレート19、20、21に形成された第2インク通路30、絞り部28、第1インク通路29を介して後述するマニホールド室26に連通する(図2及び図4参照)。
【0029】
また、各圧力室23の流出端23aは、ベースプレート22とノズルプレート14との間に位置するスペーサプレート19、20、21、マニホールドプレート17、18、ダンパープレート16及び中間プレート15に形成されたインク流通路としての各連通路25を介して各ノズル24に連通するが、この連通路25の一部は、ベースプレート22とノズルプレート14との間の積層されるプレート15〜21のうち少なくとも1枚(1層)のプレートにはその平板面(表面または裏面)と略平行状の凹溝状流通路50を備えることにより、前記各圧力室23に対応するノズル24の位置を、前記各圧力室23の流出端23a(インク流出部)から、ベースプレート24の表面と直交する直線(垂線)がノズルプレート14に至る個所より、横方向(プレートの第1方向に沿った方向、X軸方向)に距離L3だけずれた位置に設定することができるものである(図2及び図3参照)。
【0030】
つまり、図1及び図3に示すごとく、2つのグループの圧力室23の間は、ベースプレート22の長手方向に圧力室23の配置間隔(ピッチP)よりも広い間隔L2に設定されている。これは、各圧電アクチュエータ12a,12bの製作上、最列端の個別電極36、36とそれに近接する圧電アクチュエータ12aの一端部44(他方の圧電アクチュエータ12bの一端部45)との距離L1を、個別電極36のピッチPの1/2以下に製作することが困難なため、距離L1を圧電アクチュエータ12a,12bの製作しやすい大きさとして、それよりも大きい間隔L2を設定したのである。
【0031】
そして、一方の圧電アクチュエータ12aの一端部44と、これに隣接する他方の圧電アクチュエータ12bの一端部45とを相対向させて、且つ該対向する両端部44、45の間隔を距離L4だけ隔てて、両圧電アクチュエータ12a,12bを直列状に配置することになる(図1及び図3参照)。
【0032】
これにより、ノズル24のピッチPは、その列方向に一定に設定されているが、対応する圧力室23の位置とはプレートの板厚に垂直な線(垂線)に対して横方向に距離L3だけずれているから、対応する各圧力室23の流出端23aからノズル24に接続する連通路25のうち少なくとも一部を、上記したように、プレートの平板面と平行な凹溝状連通路50にて構成することにより、その他のプレートにおける連通路25は各プレートの板厚方向に垂直に貫通させて、この凹溝状連通路50の一端部及び他端部に連通させるだけで、前記横ずれに対応させることができる。なお、前記凹溝状連通路50は前記横ずれとともに圧力室23の延長方向にも延び、2グループの圧力室23の間隔L2の中央を境にして対称に傾斜している。
【0033】
本実施形態では、圧力室23が設けられたベースプレート22の下面側に隣接する第3スペーサプレート21に凹溝状連通路50が設けられるものであって、この凹溝状連通路50の構成をさらに詳述すると、図5及び図6に示すように、第3スペーサプレート21の表面(上面)側に開放された第1の凹溝状連通路50aと、第3スペーサプレート21の裏面(下面)側に開放された第2の凹溝状連通路50bとの2種類が交互に設けられている。
【0034】
前記第1凹溝状連通路50aは、第3スペーサプレート21の上面に開放され、当該第3スペーサプレート21の板厚のうち下半部を残してエッチングにより凹み形成された凹溝状で、その上方開放面は、一端51aを、対応する圧力室23の流出端23aに連通させて、上面に隣接するベースプレート22にて密閉されている。この凹溝状連通路50aの他端開口部52aは、第3スペーサプレート21の下面側に貫通して、下側に隣接する第2スペーサプレート20に貫通穿設された連通路25に対して連通している。
【0035】
前記一方の圧力室23に隣接する他方の圧力室23の流出端23aに連通する第2凹溝状連通路50bは、第3スペーサプレート21の下面に開放され、当該第3スペーサプレート21の板厚のうち上半部を残してエッチングにより凹み形成された凹溝状で、その下方開放面は、その端部52bを下側に隣接する第2スペーサプレート20に貫通穿設された連通路25に連通させて、その第2スペーサプレート20にて密閉されている。この第2凹溝状連通路50bの一端51bは第3スペーサプレート21の上面側に貫通し、対応する圧力室23の流出端23aに連通している。
【0036】
実施形態では圧力室23の流出端23aに連通する第1開口部51a(51b)の平面積が、連通路25に連通する第2開口部52a(52b)の平面積よりも大きく設定されている。
【0037】
このように、第3スペーサプレート21に形成する複数の凹溝状連通路50を、当該第3スペーサプレート21の表面側に開放される第1凹溝状連通路50aと裏面側に開放される第2凹溝状連通路50bとが交互に形成されるように構成すれば、第1凹溝状連通路50aと、第2凹溝状連通路50bに対応するものとが、キャビティユニット11の平面視において、近接して配置されるように設計していても、第3スペーサプレート21の表裏にて隔絶されて互いに連通することがないから、インク流通路としての連通路25の設計の自由度が大幅に向上できる。
【0038】
特に、キャビティユニット11において、積層すべきプレートの枚数が多い場合には、圧力室23から対応するノズル24までのインク流通路としての連通路25のうちの一部をプレートの平面と平行状に延びる凹溝状連通路50bに形成し、その他の連通路25をプレートの平面と垂直な方向に貫通させる形状を採用することにより、圧力室23と対応するノズル24の位置が平面視で大きくずれていても、その両者を簡単に連通させるようなインク流通路の設計ができる。また、各圧力室23から対応するノズル24までのインク流通路としての連通路25の全長(凹溝状連通路50aまたは凹溝状連通路50bを含む距離)を等しくするように制御することも至極簡単となる。
【0039】
前記二枚のマニホールドプレート17、18には、マニホールド室26が、前記ノズル24の列に沿って延びるように穿設されている。さらに詳述すると、各マニホールド室26の長さは、前記各ノズル列方向に並ぶ圧力室23を適宜数毎に分割した長さであり、実施例では、圧力室23の1グループ(1グループの1列の圧力室23の数が75)の長さにわたった長さを有し、且つキャビティユニット11には、圧力室23の列が4列あるので、その1つの列毎に配置する。従って、実施例では、8本のマニホールド室26が形成されている。各マニホールド室26の長手方向一端部は、その上方の積層されたスペーサプレート19〜21及びベースプレート22の端部に穿設されたインク供給孔31に連通する。図示しないインクタンク等のインク供給源から供給されるインク中の塵を除去するためのフィルタ32が、最上のベースプレート22の端部に穿設されたインク供給孔31の上面に張設されている。
【0040】
また、各マニホールド室26の深さはマニホールドプレート17、18の板厚さ全体にわたるようエッチング加工等にて穿設形成され、この二枚を合わせたマニホールドプレート17、18の上層の第一スペーサプレート19と、下層のダンパープレート16とにより積層されることにより密閉される構造となっている。なお、ダンパープレート16には、前記マニホールド室26と平面視形状が同じで下面側をエッチング加工により板厚を薄くしたダンパー室27を形成する。
【0041】
圧電アクチュエータ12の駆動により圧力室23に作用する圧力波のうち、マニホールド室26の方向に向かう後退成分を、板厚の薄いダンパープレート16の振動により吸収し、いわゆるクロストークが発生することを防止するのである。
【0042】
また、第2スペーサプレート20には、インク流の絞り部28を、前記各圧力室23毎に対応させて形成する。この絞り部28の平面視形状は、図4(b)に示すように、長手方向の両端部28a,28bの面積が大きく、その中間の面積が小さく形成されている。また、各絞り部28の長手方向を前記圧力室23の長手方向と平行状になるように形成されている。そして、第2スペーサプレート20の下面側に前記第1スペーサプレート19を、上面側に第3スペーサプレート21をそれぞれ積層することにより、前記絞り部28が密閉されている。第1スペーサプレート19に穿設された第1インク通路29は、前記マニホールド室26を前記絞り部28における一端部28aに連通させている。他方、第3スペーサプレート21に穿設された第2インク通路30は、前記絞り部28における他端部28bを圧力室23の入口端23bに連通させている(図2及び図4(a)参照)。
【0043】
一方、前記各圧電アクチュエータ12は、図5に示すように、1枚の厚さが30μm程度の圧電セラミックス板からなる複数枚(実施形態では7枚)の圧電シート33、34とが交互に積層された群と、該群の上面に2枚のシート46、47からなる拘束層を積層し、さらにその上面にトップシート35を積層した構造である。拘束層のシ−ト及びトップシ−トは圧電セラミックス板でも良いし、他の材料でも良く、電気的絶縁性を有すれば良い。
【0044】
コモン電極37を有する最下層の圧電シート34から上方へ数えて偶数番目の圧電シート33の上面(平板面)には、図8に示すように、前記キャビティユニット11における各圧力室23(点線で示す)に対応した箇所ごとに細幅の個別電極36−1,36−2,36−3,36−4のパターンが、第1の方向(圧電シート33の長辺方向、図3のX軸方向、各ノズル24の列方向)に沿って列状に形成される。
【0045】
そして、第1列目の個別電極36−1と第4列目の個別電極36−4とは、各圧電シート33のー対の長辺の側縁に近い側に各々配置されている。また、第2列目の個別電極36−2と第3列目の個別電極36−3とは、各圧電シート33の短辺方向の中央寄り部位に配置されている。
【0046】
各個別電極36−1,36−2,36−3,36−4のパターンは、前記第1の方向と直交する第2の方向(Y軸方向)に沿って各圧電シート33の短辺と平行状に延びる。その場合、各個別電極36−1,36−2,36−3,36−4における直線部36bは、前記各圧力室23−1,23−2,23−3,23−4(図8の点線参照)とほぼ同じ長さで平面視で重複しており、且つ各圧力室よりもやや狭い幅の直線状に形成されている。第1列目の個別電極36−1と第2列目の個別電極36−2とが対向する端部36a及び第3列目の個別電極36−3と第4列目の個別電極36−4とが対向する端部36aは、それぞれ平面視で直線部36bに対して角度α(60度程度の鋭角)にて傾斜状に屈曲形成されて、圧力室外に延びている。その屈曲方向は、平面視で前記2つの圧電アクチュエータ12a,12bの相対向する一端部44(45)から離れる方向であり、且つ両端部36a,36a同士が互いに近づく方向に延びている(図8参照)。
【0047】
また、この各端部36aは、上下に隣接する圧電シート34における第1の島状個別導通部としてのダミー個別電極38及び後述する下層シート46における第1接続パターン53(図9参照)と少なくとも一部が平面視で重なり、当該圧電シート34及び下層シート46を貫通する内部導通電極42a,42b,60とそれぞれ電気的に接続可能な位置に配置される(図13参照)。
【0048】
さらに、圧電シート33には、後述する圧電シート34におけるコモン電極37と平面視で一部重複する個所であって、前記個別電極36−1と36−2との列を囲み、且つ個別電極36−3及び36−4の列を囲むようにダミーコモン電極43が形成されている。
【0049】
前記コモン電極37は、最下層の圧電シート34とそれから上方へ数えて奇数番目の圧電シート34の各表面に印刷形成されるものである(図7参照)。コモン電極37は、各圧電シート34の第1の方向(X軸方向、圧電シート34の長辺に沿う方向)に長い3本の幹部37a,37b,37cと、これらに接続し、且つ圧電シート34の短辺縁に沿って伸びる連接部37e等とからなる。3本の幹部37a,37b,37cは、圧電シート34の相対峙する一対の長辺縁に接近した位置と、圧電シート34の短辺方向(Y軸方向)の中途部とに形成される。そして、前記幹部37aは、前記第1列目の個別電極36−1における直線部36bの大部分に平面視で重複する位置に配置されている。幹部37cは、前記第4列目の個別電極36−4における直線部36bの大部分に平面視で重複する位置に配置されている。他方、中央側の幹部37bは、第2列目の個別電極36−2及び第3列目の個別電極36−3の各直線部36bの大部分に平面視で重複する位置に配置されている。
【0050】
さらに、各幹部37a,37b,37cには、Y軸方向に延びる複数の櫛歯部37dを接続させている。櫛歯部37dの配置間隔Pは各個別電極36−1,36−2,36−3,36−4の配置間隔Pひいては圧力室23の配置間隔Pと等しく設定され、且つ各個別電極の直線部36bの残りの部分と平面視で重複するように配置されている(図7参照)。
【0051】
前記櫛歯部37dの列が相対向する間の部位には、平面視で略小判型のダミー個別電極38(個別には符号38−1,38−2,38−3,38−4で示す)が前記各個別電極36−1,36−2,36−3,36−4における各端部36aの少なくとも一部と平面視で重複するように一定間隔で配置形成されている。この小判型の各ダミー個別電極38も、平面視において、前記各個別電極36における端部36aが延びる方向と同じ方向にのびている。換言すると、それぞれ平面視で圧電アクチュエータ12a(12b)の一端部44(45)の直線が延びる方向に対して角度α(60度程度の鋭角)にて傾斜状に延びている。
【0052】
この各ダミー個別電極38を第1の島状個別導通部と称する。そして、各ダミー個別電極38のパターン領域の輪郭縁と、前記櫛歯部37dのパターン領域の輪郭縁との最接近した位置での間隔、並びに隣接するダミー個別電極38、38のパターン領域の輪郭縁同士の間隔を一定距離e2に設定する(図17の二点鎖線参照)。
【0053】
このように、第1の島状個別導通部としての各ダミー個別電極38を傾斜状に形成すると、各ダミー個別電極38の長さ寸法m1を長く形成できるものでありながら、隣接するパターン領域の輪郭縁同士の間隔を一定距離e2に保持しながら、前記対向する一対の櫛歯部37d,37dの先端縁37d1,37d1に沿って通る直線間の距離n1を短く設定できる(図7及び図17参照)。その結果、前記各パターンの印刷形成時に、パターンの輪郭がにじむ等して、パターンの領域(面積)に若干の大小の誤差ができても、隣接するパターンの間隔を所定距離e2以上に保持できるから、その各電極に電圧を印加したときに、隣接する電極間に電流が漏れることがなく、所定の圧力室に対応する活性部のみを確実に作動させることがでて、印字品質を良好に保持できるという効果を奏する。その結果、各圧電アクチュエータ12a(12b)の短辺(Y軸方向)の寸法を短く形成でき、インクジェットプリンタヘッドをコンパクトに形成できるという効果を奏する。
【0054】
そして、最下層の圧電シート34を除き、それより上層の圧電シート34、33には、幹部37a,37b,37c等のコモン電極37とダミーコモン電極43との複数箇所を上下方向に電気的に接続するために、電極37、43の位置において、各圧電シート34、33の板厚さを貫通するように穿設された複数のスルーホール内にそれぞれ充填した導電部材(導電性ペースト)にて内部導通電極41を形成する。同様に、複数枚の圧電シート33における各個別電極36−1,36−2,36−3,36−4の端部36aと、圧電シート34における各ダミー個別電極38−1,38−2,38−3,38−4とには、それぞれを上下方向に電気的に接続するために、端部36aと電極38の位置において、各圧電シート33、34の板厚さを貫通するように穿設された複数のスルーホール内にそれぞれ充填した導電部材(導電性ペースト)にて内部導通電極42a,42bが形成されている。その場合、圧電シート33における内部導通電極42aと圧電シート34における内部導通電極42bとは、平面視で上下に重複しない位置に適宜距離e1だけ隔てて形成されている(図6参照)。
【0055】
前記拘束層としての2枚のシート46、47のうちの下層シート46の上面には、図9に示すように、平面視で略小判型の第1接続用パターン53(個別には符号53−1,53−2,53−3,53−4で示す)が前記圧電シート34における各ダミー個別電極38−1,38−2,38−3,38−4の少なくとも一部と平面視で重複するように一定間隔で配置形成されている。この各第1接続用パターン53もそれぞれ平面視で圧電アクチュエータ12a(12b)の一側端44(45)が延びる方向に対して角度α(60度程度の鋭角)にて傾斜状に延びている。また、前記下層シ−ト46の上面の4隅等には、前記圧電シ−ト34におけるコモン電極37の一部にそれぞれ平面視で重複する位置に連絡用パターン54が形成されている。
【0056】
他方、図10に示すように、上層シ−ト47の上面には、前記圧電シ−ト34におけるコモン電極37と平面視でほぼ同じ大きさで重複するような連絡用パターン55と、前記下層シ−ト46における第1接続用パターン53(個別には符号53−1,53−2,53−3,53−4で示す)の少なくとも一部と平面視で重複するように、第2接続用パターン56(個別には符号56−1,56−2,56−3,56−4で示す)が一定間隔で配置形成されている。
【0057】
この第2接続用パターン56を第2の島状個別導通部と称する。実施形態では、第1の島状個別導通部であるダミー個別電極38とは、第1接続用パターン53を介し、且つ各圧電シートの層厚さ方向に貫通するような後述する内部導通電極60,62を介して電気的に導通している。
【0058】
そして、この各第2接続用パターン56もそれぞれ平面視で圧電アクチュエータ12a(12b)の一側端44(45)が延びる方向に対して角度α(60度程度の鋭角)にて傾斜状に延びている(図10及び図16参照)。さらに、各第2接続用パターン56のパターン領域の輪郭縁と、前記連絡用パターン55のパターン領域の直線状の輪郭縁55aとの最接近した位置での間隔、並びに隣接する第2接続用パターン56、56のパターン領域の輪郭縁同士の間隔を一定距離e2に設定する(図16の二点鎖線参照)。
【0059】
このように、第2の島状個別導通部としての各第2接続用パターン56を傾斜状に形成すると、各第2接続用パターン56の長さ寸法m2を長く形成できるものでありながら、隣接するパターン領域の輪郭縁同士の間隔を一定距離e2に保持しながら、前記対向する一対の輪郭縁55a,55a間の距離n2を短く設定できる(図10及び図16参照)。その結果、前記各パターンの印刷形成時に、パターンの輪郭がにじむ等して、パターンの領域(面積)に若干の大小の誤差ができても、隣接するパターンの間隔を所定距離e2以上に保持できるから、その各電極に電圧を印加したときに、隣接する電極間に電流が漏れることがなく、所定の圧力室に対応する活性部のみを確実に作動させることができて、印字品質を良好に保持できるという効果を奏する。
【0060】
その結果、各圧電アクチュエータ12a(12b)の短辺(Y軸方向)の寸法を短く形成でき、インクジェットプリンタヘッドをコンパクトに形成できるという効果を奏する。
【0061】
図11に示すように、トップシ−ト35の上面には、前記上層シ−ト47における連絡用パターン55の一部に平面視で重複するようにコモン用導電層57が複数形成されている。また、トップシ−ト35の上面には、前記上層シ−ト47における各第2接続用パターン56−1,56−2,56−3,56−4にそれぞれ平面視で重複するように、個別用導電層58(個別には符号58−1,58−2,58−3,58−4で示す)が一定間隔で配置形成されている(図14参照)。この各個別用導電層58−1,58−2,58−3,58−4は、図11に示すように、トップシ−ト35の短辺縁(Y軸方向)ひいては各個別電極36−1,36−2,36−3,36−4と略平行であって、その各個別電極の直線部36bの部位方向に伸びる直線状に形成されるが、各個別電極の直線部36bよりは短い(図8と図11とを比較参照)。さらに、このトップシート235の上面に形成される各個別用導電層58−1,58−2,58−3,58−4は、図14及び図15に示すように、その各下方に並列状に位置する相隣接する圧力室23、23の間の隔壁70の上方に位置させる。図14では、隔壁70の中心からわずかずれているが、その中心に一致させても良い。
【0062】
さらに、図11に示すように、前記トップシート35の上面には、前記フラットケーブル13a,13bの接続電極71に接続するための後付け電極として、平面視矩形状等の個別用表面電極66とコモン用表面電極67とダミー部68とが形成されている(図12参照)。その場合、図15に示すように、個別用表面電極66は、トップシート35における各個別用導電層58−1,58−2,58−3,58−4の長さ方向の適宜部分に平面視で一部だけ重複して電気的に接続するように島状に形成し、且つ各個別用導電層58−1,58−2,58−3,58−4の列方向(X軸方向)に隣接する箇所では、Y軸方向にずれるように千鳥状に配置形成する。
【0063】
換言すると、図示実施形態では、各個別用表面電極66は、対応する圧力室23ひいては活性部に対して平面視で、それらの配置間隔(ピッチ)Pの略半分だけずれた位置に配置され、且つ隣接する圧力室23,23の間の隔壁70の上方に配置されることになる(図15参照)。
【0064】
なお、この実施形態の変形例として、隣接する圧力室23の間の隔壁70の上方に配置する前記各個別用表面電極66は、対応する圧力室23(活性部)に対して、前記配置間隔(ピッチP)の1.5倍の距離ずつX軸方向にずらして配置しても良い。
【0065】
さらに、図3及び図15に示すように、直列状に配置される圧電アクチュエータ12a,12bの相対向する一端部44、45に最接近する位置の前記個別用表面電極66は、前記一端部44、45からの距離L5は、対応する活性部ひいては圧力室23の前記一端部44、45からの距離L1より大きくなるように偏倚させて配置するものである。
【0066】
また、コモン用表面電極67は、トップシート35の上面に形成されたコモン用導電層57の一部に平面視で重複するように、島状に後付けされるものである。ダミー部68は、コモン用導電層57のX軸方向の延長上に島状に後付けされる。その電極67及びダミー部68も図12に示すように隔壁70の上方に位置される。
【0067】
そして、前記下層シ−ト46の各第1接続用パターン53−1,53−2,53−3,53−4の箇所には、下側にて隣接する圧電シ−ト34の各ダミー個別電極38−1,38−2,38−3,38−4とそれぞれを上下方向に電気的に接続するために、下層シ−ト46の板厚さを貫通するように穿設された複数のスルーホール内にそれぞれ充填した導電部材(導電性ペースト)にて内部導通電極60が形成されている(図9参照)。
【0068】
また、下層シート46における連絡用パターン54の箇所には、前記下側にて隣接する圧電シート34のコモン電極37と上下方向に電気的に接続するために、前記と同様の複数のスルーホール内にそれぞれ充填した導電部材からなる内部導通電極61が形成されている(図9参照)。
【0069】
同様に、上層シート47には、その第2接続用パターン56−1,56−2,56−3,56−4の箇所と下層シート46の第1接続用パターン53−1,53−2,53−3,53−4の箇所とを個別的に電気的に接続するためにスルーホール内に内部導通電極62、及び連絡用パターン55と連絡用パターン54とを電気的に接続するためにスルーホール内に内部導通電極63がそれぞれ形成されている(図10参照)。
【0070】
トップシート35にも、前記と同様にして、個別用導電層58−1,58−2,58−3,58−4の箇所と、下に隣接する上層シート47における第2接続用パターン56−1,56−2,56−3,56−4の箇所とを個別的に電気的に接続するためにスルーホール内に内部導通電極64が設けられ、また、トップシート35には、そのコモン用導電層57と下に隣接する上層シート47における連絡用パターン55とを電気的に接続するためにスルーホール内に内部導通電極65がそれぞれ形成されている(図11参照)。
【0071】
数枚のシートを積層した場合、その上下に隣接するシートにおける個別電極36及びそれに対応するダミー個別電極38、第1接続用パターン53、第2接続用パターン56の間を上下に接続するための内部導通電極42a,42b,60,62,64同士を平面視で重複しない位置に配置させることが好ましい。
【0072】
本発明では、各圧電アクチュエータ12a,12bにおける個別電極36から各個別用表面電極66やコモン用表面電極67にそれぞれ電気的に接続するための内部接続電極は、拘束層としての下層シート46及び上層シート47、並びにトップシート35の各平面に沿って形成される第1接続用パターン53、第2接続パターン56、個別用導電層58と、各シート46,47,35を上下方向(板厚さ)方向に貫通する内部導通電極60,62,64を含む概念とする。
【0073】
圧電アクチュエータ12の製造方法の一例として、圧電シート33,34と拘束層シート46、47及びトップシート35のすべてをセラミックス板にて構成する。セラミックス板からなる大判のグリーンシートの表面に、前記圧電アクチュエータ12の動作単位の複数個分をマトリクス状にて一体で形成されるように、各動作単位を構成する領域毎に、圧電シート33、34では、前記個別電極36、コモン電極37、ダミー個別電極38,ダミーコモン電極43の電極パターンを銀−パラジゥム系ペースト等の導電性ペーストにてスクリーン印刷形成する(図7、図8参照)。上下2枚の拘束層のシート46、47では、第1、第2接続用パターン53,56及び連絡用パターン54,55を、同じく前記導電性ペーストにてスクリーン印刷形成する(図9、図10参照)。そして、トップシート35に対しては個別用導電層58、コモン用導電層57の各電極パターンを前記導電性ペーストにてスクリーン印刷形成する(図11参照)。
【0074】
なお、最下層の圧電シート34を除く圧電シート34、33及び上下層シート46、47、トップシート35における内部導通電極41,42,60〜65は板厚さ方向のスルーホールを穿設した後に前記ペーストを流し込む。次いで、各動作単位を構成する領域の位置を上下で一致させた状態で複数枚の素材シートを積層し、次いで積層方向に押圧した後、焼成する。
【0075】
次いで、前記トップシート35の上面には、前記フラットケーブル13a,13bの接続電極71に接続するための後付け電極として、平面視矩形状等の個別用表面電極66とコモン用表面電極67とダミー部68とをそれぞれ厚膜にてスクリーン印刷した後乾燥させる(図12参照)。この電極66、67は焼成されていないから、後にフラットケーブル13a,13bの接続電極71との半田付け性が良いものにすることができる。
【0076】
そして、このような構成のプレート型の圧電アクチュエータ12における下面(圧力室23と対面する平板面)全体に、接着剤層としてのインク非浸透性の合成樹脂材からなる接着剤シート(図示せず)を予め貼着または熱硬化性接着剤を塗布し、次いで、前記キャビティユニット11に対して、圧電アクチュエータ12a,12bが、その各個別電極36を前記キャビティユニット11における各圧力室23の各々に対応させて、一端部44,45の間を距離L4だけ隔てて接着・固定される(図4(a)及び図3参照)。このとき、平面状の治具を圧電アクチュエータ12a,12bの上面に当てて、その圧電アクチュエータ12a,12bをキャビティユニット11に向けて押すことになるが、圧電アクチュエータ12a,12bの上面に突出している電極66、67及びダミー部68が図12に示すように、圧力室23間の隔壁70に対応しているため、その電極66を介して作用した押圧力によって、隔壁70上の接着剤が圧電アクチュエータ12a,12bを隔壁70に確実に接着させる。従って、接着不良によりインクが漏れたり、空洞である圧力室上に直接押圧力が作用しないから、圧力室が変形したり、圧電アクチュエータがひび割れすることを防ぐことができる。
【0077】
また、この各圧電アクチュエータ12a,12bにおける上側の表面に、前記各フラットケーブル13a,13bを重ね押圧して接着させて、このフラットケーブル13a,13bにおける各種の接続電極71が、前記各個別用表面電極66及びコモン用表面電極67にそれぞれ電気的に接合させる。
【0078】
その場合、上記圧電アクチュエータとキャビティユニットを接着する場合と同様に、前記各個別用表面電極66が隣接する圧力室23,23の間の隔壁70の上方に位置するので、フレキシブルフラットケーブル13a,13bを各圧電アクチュエータ12a,12b上面に押圧する力を大きくできて、前記接続電極71と各個別用表面電極66及びコモン用表面電極67と電気的導通を完全にできる。
【0079】
前記実施形態では、個別電極36の端部36aを傾斜させることで、各圧電アクチュエータにおける最上層のシートの上面の個別用表面電極66と前記各個別電極36とを接続するための第1接続パターン53、第2接続パターン56、及び個別用導電層58とそれらを上下に接続するための内部導通電極60,62,64を、それぞれ個別的に前記一端部44(45)からX軸方向に離れるように横にずらせる設計が簡単にできるから、前記個別用表面電極66の位置も前記一端部44(45)からX軸方向に大きく離れるように偏倚でき、配列するフラットケーブル13a,13bの隣接箇所の間隔も簡単に離すことで互いに干渉させない設計が容易にできる。
【0080】
また、図15に示すように、トップシート35の上面に形成した島状の個別用導電層58に対して個別用表面電極66を後付け形成することにより、前記X軸方向(ノズル24の列方向)で、前記一端部44(45)から離れるように配置する個別用表面電極66の配置位置をさらに所定範囲でずらせるように設計できる。従って、X軸方向に直列状に配置した圧電アクチュエータ12a,12bの上面にそれぞれ形成された導電層上の個別用表面電極66、66の前記相対向する一端部44(45)からの距離L5を、同じく一端部44(45)から活性部(圧力室23)までの距離L1より大きく隔てるように偏倚させて形成しておけば、各フラットケーブルにおける側縁から、接続電極71までの距離が従来通りの大きいものであっても、当該両フラットケーブル13a,13bを、前記相対向する一端部44,45で互いに重複しない状態(互いに干渉しない状態)で、圧電アクチュエータ12a,12bと接合させるように配置することができる。
【0081】
前記個別用表面電極66及びコモン用表面電極67を省略して、前記トップシート35の上面に露出している個別用導電層58及びコモン用導電層57に直接フラットケーブル13a,13bの接続電極71を接合させても良い。
【0082】
この構成において、各圧電アクチュエータ12a,12bにおける前記各個別用表面電極66及びコモン用表面電極67を介して全個別電極36とコモン電極37との間に分極用の高電圧を印加することで、各個別電極36とコモン電極37との間に挟まれた圧電シート33、34の部分を分極処理する。これにより、各個別電極36とコモン電極37との間に挟まれた圧電シート33、34の部分を活性部とする。そして、任意の個別用表面電極66とコモン用表面電極67とを介して個別電極36とコモン電極37との間に駆動電圧を印加して、対応する活性部に分極方向と平行な電界を発生させると、その活性部が積層方向に伸長し、対応する圧力室23の内容積が縮小され、この圧力室23内のインクが、対応するノズル24から液滴状に噴出して、所定の印字が行われる。
【0083】
カラー印刷する場合に、4色のインク(ブラック、シアン、イエロー、マゼンタ)を使用する時には、例えば、前記第1列のノズル24−1をブラックインクの吐出用とし、第2列のノズル24−2をシアンインク、第3列のノズル24−3をイエローインク、第4列のノズル24−4をマゼンタインクの吐出用にそれぞれ設定すると、対応するマニホールドプレート17(18)に形成された第1列目のマニホールド室26にはブラックインクが充填され、第2列目のマニホールド室26にはシアンインクが充填され、第3列目のマニホールド室26にはイエローインクが充填され、第4列目のマニホールド室26にはマゼンタインクが充填されるのである。
【0084】
上記のように本実施の形態においては、圧力室23をノズル24の列方向に沿って2つのグル−プに分け、そのグル−プの間隔をL2と広くする一方、圧力室23からノズル24まで連通する連通路25のうち少なくとも一部には、一枚のプレートの平板面と略平行状の凹溝状流通路50にて構成したものであるから、ノズル24の配置間隔(ピッチ)を従前のものと同一にしたままノズル数の多いヘッドを製作する場合、圧電アクチュエータ12a、12bはノズル24の列方向の長さの短いものをその列方向に並べて使用できる。
【0085】
従って、圧電アクチュエータを製造したときの各アクチュエータの焼成時の収縮量が少なくなるから、活性部の間隔のバラツキも少なくでき、寸法精度の良い圧電アクチュエータを効率良く製造できる。
【0086】
また、前記実施形態では、ノズルの列は4列であったが、本発明では1列以上のノズル列に対して適用できる。また、単一の圧電アクチュエータと単一のケーブル部材との接合に対して適用できることはいうまでもない。
【0087】
【発明の作用・効果】
以上に説明したように、請求項1に記載の発明のインクジェットプリンタヘッドは、平板上にその第1の方向に沿って列状に配置された複数個のノズルの列と前記各ノズル毎に対応する圧力室の列とが形成されたキャビティユニットに、前記圧力室毎に選択的に駆動可能な活性部を有してインクを噴射させるための積層型の圧電アクチュエータを接合してなるインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記圧電アクチュエータは圧電シートを含む複数枚のシートを積層して形成されており、圧電シートを積層方向に挟んで形成されている個別電極とコモン電極の積層方向に対向する前記両電極間の前記圧電シートが前記各圧力室に対応する前記活性部となるように構成する一方、前記一つの圧電シートの片方の平板面には、前記コモン電極のパターンを前記第1の方向に沿って長く形成する一方、前記と同一の平板面には、前記積層方向に隣接するシートにおける前記各個別電極と圧電シートの板厚さ方向に貫通する内部導通電極を介して電気的に導通するための第1の島状個別導通部を、前記コモン電極のパターンにおける前記第1の方向に沿って延びる縁から一定距離だけ隔てて形成し、且つ各第1の島状個別導通部の延びる方向を前記第1の方向に沿って延びる縁と直交する線に対して適宜角度傾斜させたものである。
【0088】
従って、第1の島状個別導通部を傾斜状に形成すると、各第1の島状個別導通部の長さ寸法を長く形成できるものでありながら、隣接するパターン領域の輪郭縁同士の間隔、つまり、第1の島状個別導通部とコモン電極のパターンにおける前記第1の方向に沿って延びる縁との間隔を一定距離に保持しながら、前記対向する一対の縁である直線間の距離を短く設定できる。その結果、前記各パターンの印刷形成時に、パターンの輪郭がにじむ等して、パターンの領域(面積)に若干の大小の誤差ができても、隣接するパターンの間隔を所定距離以上に保持できるから、その各電極に電圧を印加したときに、隣接する電極間に電流が漏れることがなく、所定の圧力室に対応する活性部のみを確実に作動させることがでて、印字品質を良好に保持できるという効果を奏する。その結果、各圧電アクチュエータの短辺(Y軸方向)の寸法を短く形成でき、インクジェットプリンタヘッドをコンパクトに形成できるという効果を奏する。
【0089】
そして、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記活性部を構成する圧電シートの上方に積層されるシートの片方の平板面には、前記コモン電極のパターンと略同じ形状であって、当該コモン電極に電気的に接続されるコモン導通部を形成すると共に、前記各第1の島状個別導通部とシートの板厚さ方向に貫通する内部導通電極を介して電気的に導通するための第2の島状個別導通部を、前記コモン導通部のパターンにおける前記第1の方向に沿って延びる縁から一定距離だけ隔てて形成し、且つ各第2の島状個別導通部の延びる方向を前記第1の方向に沿って延びる縁と直交する線に対して適宜角度傾斜させたものである。
【0090】
この構成でも、第2の島状個別導通部を傾斜状に形成すると、各第2の島状個別導通部の長さ寸法を長く形成できるものでありながら、各第2の島状個別導通部からコモン導通部のパターンにおける前記第1の方向に沿って延びる縁までの距離を一定距離に保持しながら、前記対向する一対の縁間の距離を短く設定できる。その結果、前記各パターンの印刷形成時に、パターンの輪郭がにじむ等して、パターンの領域(面積)に若干の大小の誤差ができても、第2の島状個別導通部と、コモン導通部のパターンにおける前記第1の方向に沿って延びる縁との間隔を所定距離以上に保持できるから、その各電極に電圧を印加したときに、隣接する電極間に電流が漏れることがなく、所定の圧力室に対応する活性部のみを確実に作動させることがでて、印字品質を良好に保持できるという効果を奏する。
【0091】
そして、請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記第1の島状個別導通部同士及び第2の島状個別導通部同士の配置間隔を、前記一定距離だけ隔てて配置したものであるから、これによっても、その各電極に電圧を印加したときに、隣接する電極間に電流が漏れることがなく、所定の圧力室に対応する活性部のみを確実に作動させることがでて、印字品質を良好に保持できるという効果及びインクジェットプリンタヘッドをコンパクトにできるという効果を奏する。
【0092】
さらに、請求項4に記載の発明は、請求項3に記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記ノズルの列とこれに対応する圧力室の列とを前記第1の方向と交差する第2の方向に適宜間隔隔てて複数列状に配置し、前記圧電シートまたはシートの片方の平板面には、前記コモン電極及びコモン導通部の各パターンにおける前記第1の方向に沿って延びる縁同士を前記第2の方向に適宜間隔隔てて形成すると共に、前記第1の島状個別導通部及び第2の島状個別導通部は、前記両縁の間の領域に形成されているものである。これにより、圧電アクチュエータの第2の方向(短辺方向)の寸法を短くできるという効果を奏する。
【0093】
請求項5に記載の発明は、請求項1乃至4のいずれかに記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記複数のノズルからなる列を4列とし、前記各ノズルの列に対応させて配置する前記圧電アクチュエータには、前記各ノズルの列に対応するように4列の活性部が形成されているものであるから、請求項1乃至5のいずれかに記載の発明による効果に加えて、カラー用のインクジェットプリンタをコンパクトに製造できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態による圧電式インクジェットプリンタヘッドのキャビティユニットと圧電アクチュエータと、フラットケーブルとを分離して示す斜視図である。
【図2】キャビティユニットの一部分解斜視図である。
【図3】図1の III−III 線矢視拡大断面図である。
【図4】(a)は図1のIV−IV線矢視拡大断面図、(b)は絞り部の拡大平面図である。
【図5】圧電アクチュエータの部分拡大断面図である。
【図6】圧電シートにおける個別電極とダミー電極とそれらの内部導通電極の位置を示す部分拡大斜視図である。
【図7】コモン電極等のパターンを示す圧電シートの一部切欠き拡大平面図である。
【図8】個別電極等のパターンを示す圧電シートの一部切欠き拡大平面図である。
【図9】下層シートにおけるパターンを示す一部切欠き拡大平面図である。
【図10】上層シートにおけるパターンを示す一部切欠き拡大平面図である。
【図11】トップシートにおける個別用導電層等のパターンを示す一部切欠き拡大平面図である。
【図12】トップシートにおける個別用表面電極等のパターンを示す一部切欠き拡大平面図である。
【図13】活性部における圧力室に対する個別電極とダミー電極との重なり関係を示す一部切欠き拡大平面図である。
【図14】トップシートの平面視における圧力室に対する個別電極と第1及び第2接続用パターンと個別用導電層との重なり関係を示す一部切欠き拡大平面図である。
【図15】トップシートの平面視における圧力室に対する個別電極と個別用導電層と個別用表面電極との重なり関係を示す一部切欠き拡大平面図である。
【図16】図10の一部拡大平面図で示す説明図である。
【図17】図7の一部拡大平面図で示す説明図である。
【符号の説明】
10 インクジェットプリンタヘッド
11 キャビティユニット
12 圧電アクチュエータ
13 フラットケーブル
22 ベースプレート
23 圧力室
24 ノズル
33,34 圧電シート
36 個別電極
37 コモン電極
38 第1の島状個別導通部としてのダミー個別電極
41,42,60〜65 内部導通電極
43 ダミーコモン電極
53 第1接続用パターン
54 連絡用パターン
55 連絡用パターン
56 第2の島状個別導通部としての第2接続用パターン
57 コモン用導電層
58 個別用導電層
66 個別用表面電極
67 コモン用表面電極[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an inkjet printer head, and more particularly, to a configuration of a piezoelectric actuator for driving the same.
[0002]
[Prior art]
In a prior art on-demand type ink jet printer head, as disclosed in
[0003]
Then, in order to apply a voltage to each active portion of the piezoelectric actuator, a joining terminal portion of a cable member such as a flat cable for transmitting a control signal from the outside and a surface electrode of an uppermost sheet of the piezoelectric actuator are joined. In addition, it is necessary to connect the surface electrode and the individual electrode or the common electrode by a conductive portion extending in the stacking direction of the piezoelectric actuator.
[0004]
Further, as shown in
[0005]
In
[0006]
The diameter of the through hole in plan view may be considerably smaller than the area of the dummy individual electrode in plan view.
[0007]
[Patent Document 1]
JP 2001-246744 A
[Patent Document 2]
JP-A-2002-19102
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in a plan view of the piezoelectric actuator, the individual electrodes are arranged in parallel with the rows of the pressure chambers so as to substantially overlap above the respective pressure chambers, while the surface of the uppermost sheet of the piezoelectric actuator has It is necessary to form an individual surface electrode portion electrically connected to each individual electrode. Then, the individual surface electrode portion is formed at a position deviated from the active portion and thus the pressure chamber in a plan view, and near a long side edge of a pair of piezoelectric actuators parallel to the row of the active portions. If one end of the individual electrode is extended to a position outside the pressure chamber to connect with the individual electrode below the dummy electrode, and the dummy individual electrode is formed in the same shape at a position corresponding to the extended portion, the piezoelectric sheet becomes The length extending in the direction orthogonal to the long sides becomes longer. Therefore, the length of the short side of the piezoelectric sheet becomes long, and the shape of the piezoelectric actuator in plan view becomes large, and there is a problem that the piezoelectric actuator cannot be made compact.
[0009]
By the way, when the individual electrodes, the common upper and lower electrodes, the dummy individual electrodes, and the like are formed by screen printing, when the screen is removed, the contour of the pattern is blurred. Large and small errors can occur. As a result, when the distance between adjacent patterns is less than a predetermined distance, when a voltage is applied to each electrode, current leaks between the adjacent electrodes, and only the active portion corresponding to the predetermined pressure chamber operates. And printing quality deteriorates.
[0010]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and has as its technical object to form an ink jet printer head compact.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an ink jet printer head according to the invention of
[0012]
According to a second aspect of the present invention, in the ink jet printer head according to the first aspect, one of the flat surfaces of the sheets stacked above the piezoelectric sheet constituting the active portion is substantially the same as the pattern of the common electrode. It has the same shape, forms a common conductive portion electrically connected to the common electrode, and through the first conductive islands and the internal conductive electrode penetrating in the thickness direction of the sheet. A second island-shaped individual conductive portion for electrically conducting is formed at a predetermined distance from an edge of the pattern of the common conductive portion extending along the first direction, and each of the second island-shaped individual conductive portions is formed. The direction in which the individual conductive portions extend is inclined at an appropriate angle with respect to a line perpendicular to the edge extending along the first direction.
[0013]
According to a third aspect of the present invention, in the ink jet printer head according to the first or second aspect, an arrangement interval between the first island-shaped individual conductive portions and between the second island-shaped individual conductive portions is set to be the same. They are arranged at a fixed distance.
[0014]
Further, according to a fourth aspect of the present invention, in the ink jet printer head according to any one of the first to third aspects, the rows of the nozzles and the rows of the corresponding pressure chambers intersect with the first direction. An edge extending along the first direction in each pattern of the common electrode and the common conducting portion is disposed on the flat surface of one of the piezoelectric sheets or the sheets at appropriate intervals in the second direction. Are formed at appropriate intervals in the second direction, and the first island-shaped individual conductive portions and the second island-shaped individual conductive portions are formed in a region between the two edges. is there.
[0015]
According to a fifth aspect of the present invention, in the ink jet printer head according to any one of the first to fourth aspects, four rows of the plurality of nozzles are arranged corresponding to the rows of the nozzles. In the piezoelectric actuator, four rows of active portions are formed so as to correspond to the rows of the nozzles.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of a
[0017]
In FIG. 1, the upper surface of a plate-stacked
[0018]
The
[0019]
In the
[0020]
That is, in FIG. 4A showing the
[0021]
In the
[0022]
The first row of pressure chambers 23-1 corresponds to the first row of nozzles 24-1. Similarly, the second row of pressure chambers 23-2 is the second row of nozzles 24-2, the third row of pressure chambers 23-3 is the third row of nozzles 24-3, and the fourth row of pressure chambers. 23-4 is in correspondence with the fourth row of nozzles 24-4.
[0023]
Next, the arrangement relationship of the
[0024]
One
[0025]
The
[0026]
That is, the active portions are arranged along the row direction (first direction) of the nozzles 24 (pressure chambers 23), and are arranged in the second direction by the same number as the number of the nozzle rows (four). Are lined up. Each active portion is formed to be long in the longitudinal direction of the
[0027]
The
[0028]
Each of the
[0029]
Further, the
[0030]
That is, as shown in FIGS. 1 and 3, the interval L2 between the two groups of
[0031]
One
[0032]
As a result, the pitch P of the
[0033]
In the present embodiment, the grooved
[0034]
The first groove-shaped
[0035]
The second concave groove-shaped
[0036]
In the embodiment, the plane area of the
[0037]
In this manner, the plurality of
[0038]
In particular, when the number of plates to be stacked is large in the
[0039]
[0040]
The depth of each
[0041]
Of the pressure waves acting on the
[0042]
Further, on the
[0043]
On the other hand, as shown in FIG. 5, each of the
[0044]
As shown in FIG. 8, on the upper surface (flat surface) of the even-numbered
[0045]
The individual electrodes 36-1 in the first row and the individual electrodes 36-4 in the fourth row are arranged on the sides closer to the long side of each pair of the
[0046]
The pattern of each of the individual electrodes 36-1, 36-2, 36-3, 36-4 corresponds to the short side of each
[0047]
Each of the
[0048]
Further, the
[0049]
The
[0050]
Further, a plurality of
[0051]
A substantially individual oval dummy individual electrode 38 (indicated by reference numerals 38-1, 38-2, 38-3, 38-4 in plan view) is provided between the rows of the
[0052]
Each of the dummy
[0053]
As described above, when each dummy
[0054]
Except for the lowermost
[0055]
As shown in FIG. 9, on the upper surface of the
[0056]
On the other hand, as shown in FIG. 10, on the upper surface of the
[0057]
This
[0058]
Each of the
[0059]
As described above, when the
[0060]
As a result, the size of the short side (Y-axis direction) of each of the
[0061]
As shown in FIG. 11, a plurality of common
[0062]
Further, as shown in FIG. 11, on the upper surface of the
[0063]
In other words, in the illustrated embodiment, each
[0064]
As a modified example of this embodiment, each of the
[0065]
Further, as shown in FIGS. 3 and 15, the
[0066]
The
[0067]
Each of the first connection patterns 53-1, 53-2, 53-3, 53-4 of the
[0068]
In order to electrically connect with the
[0069]
Similarly, the
[0070]
In the same manner as described above, the
[0071]
When several sheets are stacked, the
[0072]
In the present invention, the internal connection electrodes for electrically connecting the
[0073]
As an example of a method of manufacturing the
[0074]
The internal
[0075]
Then, on the upper surface of the
[0076]
An adhesive sheet (not shown) made of an ink-impermeable synthetic resin material as an adhesive layer is formed on the entire lower surface (the flat surface facing the pressure chamber 23) of the plate-
[0077]
Further, the
[0078]
In this case, as in the case where the piezoelectric actuator and the cavity unit are bonded, the
[0079]
In the embodiment, the first connection pattern for connecting the
[0080]
Further, as shown in FIG. 15, the
[0081]
The
[0082]
In this configuration, by applying a high voltage for polarization between all the
[0083]
When four colors of ink (black, cyan, yellow, magenta) are used for color printing, for example, the first row of nozzles 24-1 is used for discharging black ink, and the second row of nozzles 24- 2 is set for cyan ink, the third row of nozzles 24-3 is set for yellow ink, and the fourth row of nozzles 24-4 is set for magenta ink, respectively. The
[0084]
As described above, in the present embodiment, the
[0085]
Accordingly, since the amount of shrinkage of each actuator during firing when the piezoelectric actuator is manufactured is reduced, the variation in the interval between the active portions can be reduced, and a piezoelectric actuator with good dimensional accuracy can be manufactured efficiently.
[0086]
In the above embodiment, the number of nozzle rows is four, but the present invention can be applied to one or more nozzle rows. It goes without saying that the present invention can be applied to the joining of a single piezoelectric actuator and a single cable member.
[0087]
[Action and Effect of the Invention]
As described above, the ink jet printer head according to the first aspect of the present invention has a plurality of nozzles arranged in a row along the first direction on a flat plate and corresponds to each of the nozzles. Ink jet printer head in which a stacked piezoelectric actuator for ejecting ink by having an active portion selectively drivable for each pressure chamber is joined to a cavity unit in which rows of pressure chambers are formed. In the above, the piezoelectric actuator is formed by laminating a plurality of sheets including a piezoelectric sheet, and between the two electrodes facing each other in the laminating direction of an individual electrode and a common electrode formed by sandwiching the piezoelectric sheet in the laminating direction. While the piezoelectric sheet is configured to be the active portion corresponding to each of the pressure chambers, while one flat plate surface of the one piezoelectric sheet has the common electrode. While the turns are formed long along the first direction, the individual flat electrodes and the internal conductive electrodes penetrating in the sheet thickness direction of the piezoelectric sheet are formed on the same flat plate surface as the above. A first island-shaped individual conductive portion for electrically conducting via the first electrode is formed at a fixed distance from an edge of the common electrode pattern extending along the first direction, and The direction in which the island-shaped individual conductive portions extend is inclined at an appropriate angle with respect to a line perpendicular to the edge extending along the first direction.
[0088]
Therefore, when the first island-shaped individual conductive portions are formed in an inclined shape, the length dimension of each first island-shaped individual conductive portion can be increased, but the distance between the contour edges of the adjacent pattern regions, That is, while maintaining a constant distance between the first island-shaped individual conductive portion and the edge extending along the first direction in the pattern of the common electrode, the distance between the straight lines, which are the pair of opposed edges, is reduced. Can be set shorter. As a result, at the time of printing each of the patterns, even if a small or large error occurs in the pattern area (area) due to blurring of the contour of the pattern or the like, the interval between adjacent patterns can be maintained at a predetermined distance or more. When a voltage is applied to each of the electrodes, current does not leak between adjacent electrodes, and only the active portion corresponding to a predetermined pressure chamber can be reliably operated, thereby maintaining good printing quality. It has the effect of being able to. As a result, the size of the short side (Y-axis direction) of each piezoelectric actuator can be reduced, and the effect that the ink jet printer head can be formed compactly can be obtained.
[0089]
According to a second aspect of the present invention, in the ink jet printer head according to the first aspect, a pattern of the common electrode is provided on one flat surface of a sheet laminated above the piezoelectric sheet constituting the active portion. And a common conducting portion electrically connected to the common electrode, and an internal conducting electrode penetrating in the plate thickness direction of each of the first island-shaped individual conducting portions and the sheet. A second island-shaped individual conductive portion for electrical conduction through the second conductive member is formed at a predetermined distance from an edge of the pattern of the common conductive portion extending along the first direction, and The direction in which the island-shaped individual conductive portions extend is inclined at an appropriate angle with respect to a line perpendicular to the edge extending along the first direction.
[0090]
Also in this configuration, when the second island-shaped individual conductive portions are formed in an inclined shape, the length dimension of each second island-shaped individual conductive portion can be increased, but each of the second island-shaped individual conductive portions can be formed. The distance between the pair of opposed edges can be set short while maintaining a constant distance from the edge of the pattern of the common conducting portion to the edge extending along the first direction. As a result, even when a small or large error occurs in the pattern area (area) due to blurring of the contour of the pattern at the time of printing and forming each pattern, the second island-shaped individual conductive section and the common conductive section Since the distance between the pattern and the edge extending along the first direction in the pattern can be maintained at a predetermined distance or more, when a voltage is applied to each electrode, no current leaks between adjacent electrodes, and a predetermined Since only the active portion corresponding to the pressure chamber can be reliably operated, the effect of maintaining good printing quality can be obtained.
[0091]
According to a third aspect of the present invention, in the ink jet printer head according to the first or second aspect, an arrangement interval between the first island-shaped individual conductive portions and between the second island-shaped individual conductive portions is set to be the same. Since they are arranged at a fixed distance, even when a voltage is applied to each electrode, current does not leak between adjacent electrodes, and only the active portion corresponding to a predetermined pressure chamber is provided. Since the ink jet printer head can be reliably operated, the print quality can be maintained well and the ink jet printer head can be made compact.
[0092]
Further, the invention according to claim 4 is the ink jet printer head according to claim 3, wherein the row of the nozzles and the row of the corresponding pressure chambers are arranged in a second direction crossing the first direction. Arranged in a plurality of rows at appropriate intervals, and one flat plate surface of the piezoelectric sheet or the sheet is provided with edges extending along the first direction in each pattern of the common electrode and the common conducting portion in the second direction. And the first island-shaped individual conductive portions and the second island-shaped individual conductive portions are formed in a region between the two edges. Thereby, there is an effect that the dimension of the piezoelectric actuator in the second direction (short side direction) can be reduced.
[0093]
According to a fifth aspect of the present invention, in the ink jet printer head according to any one of the first to fourth aspects, the rows of the plurality of nozzles are four rows, and the plurality of piezoelectric nozzles are arranged corresponding to the rows of the nozzles. Since four rows of active portions are formed in the actuator so as to correspond to the rows of the respective nozzles, in addition to the effects of the invention according to any one of
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a cavity unit, a piezoelectric actuator, and a flat cable of a piezoelectric ink jet printer head according to a first embodiment of the present invention, separately from each other.
FIG. 2 is a partially exploded perspective view of a cavity unit.
FIG. 3 is an enlarged sectional view taken along line III-III of FIG. 1;
4A is an enlarged cross-sectional view taken along line IV-IV of FIG. 1, and FIG. 4B is an enlarged plan view of a diaphragm.
FIG. 5 is a partially enlarged sectional view of a piezoelectric actuator.
FIG. 6 is a partially enlarged perspective view showing positions of an individual electrode, a dummy electrode, and their internal conducting electrodes in a piezoelectric sheet.
FIG. 7 is a partially cutaway enlarged plan view of a piezoelectric sheet showing a pattern of a common electrode and the like.
FIG. 8 is a partially cutaway enlarged plan view of a piezoelectric sheet showing patterns of individual electrodes and the like.
FIG. 9 is a partially cutaway enlarged plan view showing a pattern on a lower sheet.
FIG. 10 is an enlarged plan view, partly cut away, showing a pattern in an upper layer sheet.
FIG. 11 is a partially cutaway enlarged plan view showing patterns of individual conductive layers and the like on the top sheet.
FIG. 12 is a partially cutaway enlarged plan view showing a pattern of an individual surface electrode and the like on the top sheet.
FIG. 13 is a partially cutaway enlarged plan view showing an overlapping relationship between an individual electrode and a dummy electrode with respect to a pressure chamber in an active portion.
FIG. 14 is a partially cutaway enlarged plan view showing the overlapping relationship among the individual electrodes, the first and second connection patterns, and the individual conductive layers with respect to the pressure chambers in plan view of the top sheet.
FIG. 15 is a partially cutaway enlarged plan view showing an overlapping relationship among an individual electrode, an individual conductive layer, and an individual surface electrode with respect to a pressure chamber in a plan view of a top sheet.
FIG. 16 is an explanatory diagram shown in a partially enlarged plan view of FIG. 10;
FIG. 17 is an explanatory diagram shown in a partially enlarged plan view of FIG. 7;
[Explanation of symbols]
10 Inkjet printer head
11 Cavity unit
12 Piezoelectric actuator
13 Flat cable
22 Base plate
23 pressure chamber
24 nozzles
33, 34 Piezoelectric sheet
36 individual electrodes
37 Common electrode
38 Dummy individual electrode as first island-shaped individual conductive portion
41, 42, 60-65 Internal conducting electrode
43 Dummy common electrode
53 First connection pattern
54 Contact Pattern
55 Contact Pattern
56 Second Connection Pattern as Second Island-shaped Individual Conducting Part
57 Conductive layer for common
58 Individual conductive layer
66 Individual surface electrode
67 Common surface electrode
Claims (5)
前記圧電アクチュエータは圧電シートを含む複数枚のシートを積層して形成されており、
圧電シートを積層方向に挟んで形成されている個別電極とコモン電極の積層方向に対向する前記両電極間の前記圧電シートが前記各圧力室に対応する前記活性部となるように構成する一方、
前記一つの圧電シートの片方の平板面には、前記コモン電極のパターンを前記第1の方向に沿って長く形成する一方、
前記と同一の平板面には、前記積層方向に隣接するシートにおける前記各個別電極と圧電シートの板厚さ方向に貫通する内部導通電極を介して電気的に導通するための第1の島状個別導通部を、前記コモン電極のパターンにおける前記第1の方向に沿って延びる縁から一定距離だけ隔てて形成し、
且つ各第1の島状個別導通部の延びる方向を前記第1の方向に沿って延びる縁と直交する線に対して適宜角度傾斜させたことを特徴とするインクジェットプリンタヘッド。A cavity unit in which a plurality of rows of nozzles arranged in a row along the first direction on a flat plate and a row of pressure chambers corresponding to each of the nozzles is selected for each of the pressure chambers. In an ink jet printer head having a laminated piezoelectric actuator for ejecting ink with an active portion which can be driven,
The piezoelectric actuator is formed by laminating a plurality of sheets including a piezoelectric sheet,
While the piezoelectric sheet between the two electrodes facing each other in the stacking direction of the common electrode and the individual electrodes formed sandwiching the piezoelectric sheet in the stacking direction is configured to be the active portion corresponding to each pressure chamber,
On one flat surface of the one piezoelectric sheet, the pattern of the common electrode is formed long along the first direction,
On the same flat plate surface as above, a first island shape for electrically conducting each individual electrode in a sheet adjacent in the laminating direction and an internal conducting electrode penetrating in the thickness direction of the piezoelectric sheet. Forming an individual conductive portion at a fixed distance from an edge of the pattern of the common electrode extending along the first direction;
An ink jet printer head, wherein a direction in which each of the first island-shaped individual conductive portions extends is inclined at an appropriate angle with respect to a line orthogonal to an edge extending along the first direction.
前記各第1の島状個別導通部とシートの板厚さ方向に貫通する内部導通電極を介して電気的に導通するための第2の島状個別導通部を、前記コモン導通部のパターンにおける前記第1の方向に沿って延びる縁から一定距離だけ隔てて形成し、
且つ各第2の島状個別導通部の延びる方向を前記第1の方向に沿って延びる縁と直交する線に対して適宜角度傾斜させたことを特徴とする請求項1に記載のインクジェットプリンタヘッド。On one flat surface of the sheet laminated above the piezoelectric sheet constituting the active portion, a common conducting portion having substantially the same shape as the pattern of the common electrode and electrically connected to the common electrode is provided. While forming
A second island-shaped individual conductive portion for electrically connecting each of the first island-shaped individual conductive portions and an internal conductive electrode penetrating in the thickness direction of the sheet is formed in the pattern of the common conductive portion. Formed at a fixed distance from an edge extending along the first direction,
2. The ink jet printer head according to claim 1, wherein a direction in which each of the second island-shaped individual conductive portions extends is inclined at an appropriate angle with respect to a line perpendicular to an edge extending along the first direction. .
前記圧電シートまたはシートの片方の平板面には、前記コモン電極及びコモン導通部の各パターンにおける前記第1の方向に沿って延びる縁同士を前記第2の方向に適宜間隔隔てて形成すると共に、前記第1の島状個別導通部及び第2の島状個別導通部は、前記両縁の間の領域に形成されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のインクジェットプリンタヘッド。The nozzle row and the corresponding pressure chamber row are arranged in a plurality of rows at appropriate intervals in a second direction crossing the first direction,
On one of the flat surfaces of the piezoelectric sheet or the sheet, edges extending along the first direction in each pattern of the common electrode and the common conducting portion are formed at appropriate intervals in the second direction, The inkjet printer according to claim 1, wherein the first island-shaped individual conductive portion and the second island-shaped individual conductive portion are formed in a region between the two edges. head.
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