JP2005322783A - プリント基板とそのプリント基板を用いたインクジェットヘッド及びインクジェットプリンタ - Google Patents

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Abstract

【課題】
接続部を切り離すことなく端子配列の寸法狂いを緩和することのできるプリント基板を提供する。
【解決手段】
ドライバIC4の搭載領域と出力端子6aとの間に複数の開口部10が等間隔Pで設けられている。開口部10は、平面形状が角部を持たない長穴であり、長手方向が接続部9bに配列されている出力端子6aの配列方向に対して直交する向きに配置されている。ドライバIC4実装時に生じるドライバIC4搭載領域周辺の収縮は、開口部10の開口の形状が広がるなどの変形を起こすことにより開口部10の接続部9b側における寸法変化が緩和され、接続部9bに配列した出力端子6aの配列ピッチPの寸法狂いは防止される。
【選択図】図1

Description

本発明は、可撓性基板上に外部の電極と接続するための端子が複数配列されている接続部をもつ可撓性のプリント基板とそのプリント基板を用いたインクジェットヘッド及びインクジェットプリンタに関するものである。
普通紙等の記録媒体にインクを付着させて情報を記録するインクジェット方式のプリンタでは、インクジェットヘッドのノズル配列が高集積・高密度化され、高精度な記録を実現している。このようなプリンタでは、インクを吐出するノズルのインク吐出手段としては圧電素子を用いるのが一般的であり、この圧電素子は駆動信号を発生させるドライバICに接続され、インク吐出量が制御される。ドライバICと圧電素子を接続させる手段として可撓性のプリント基板(以下、FPC(フレキシブルプリントケーブル)という。)が用いられている。
近年のインクジェットプリンタにおいて、高速印刷を達成するためのインクジェットヘッドは、ヘッド1往復での印刷幅を大きく取るためにノズル列やそれに伴なう電極基板及びFPCの長さが長尺化されている。例えば、長さが約30cmのA4用紙を縦送りする場合、印字有効長さが2cmのヘッドであるとすると、ヘッドが用紙上を7.5往復しなければならない。それに対し、印字有効長さが5cmのヘッドを用いた場合にはヘッドは用紙上を3往復するだけでA4全面に印字ができ、容易に印刷の高速化を実現することができる。
しかしながら、ヘッドの長尺化に伴なってノズル数やドライバICの出力数が増加するため、接続電極の本数が増加する。接続電極の本数が増加すると、1つのFCPに複数個のドライバICを搭載する必要性も増加する。一方、ヘッドの小型軽量化のためにFCP自体のサイズを小さくする必要があり、FCP上の接続電極とドライバICやその他の部品、入力側端子部などとの距離は短くなる。このような場合、FPC上のドライバICなどの搭載部品の搭載時、入力端子部の電極接合時などにおける加熱や保護樹脂の硬化収縮の影響によって、寸法に高精度を要する出力側の長尺かつ微細ピッチの電極接合部の寸法精度が均一でなくなり、局部的な狂いを発生させる。
図6にドライバICを搭載した従来のFPCの一例を示す。
樹脂等の可撓性材料からなる基板2の表面に、例えば金などの導電性材料からなる複数の入力電極8、出力電極6が配列されている。FPC11の両端部(図で上端部と下端部)には、入力電極8及び出力電極6と外部の電極とを接続するための接続部9a、9bが設けられており、入力電極8の接続部9a側端部には入力端子8aが形成され、出力端子6の接続部9b側端部には出力端子6aが形成されている。出力端子6aは配列ピッチPで等間隔に配置されている。
接続部9a及び9bとは異なる領域、例えばFPC1の中央部にドライバIC4が実装されており、ドライバIC4は入力電極8及び出力電極6と半田接合により接合されている。また、ドライバIC4の周囲の基板1上に保護樹脂(図示は省略)が形成されている。
特開2001−096805号公報
ドライバIC4を入力電極8及び出力電極6に接合する方法としては、例えば半田接合などの方法を用いることができるが、ドライバIC4を搭載する際の加熱や保護樹脂の硬化によってドライバIC4周辺のFPC11も収縮してしまい、その影響により出力端子6aの配列ピッチPの寸法に狂いが生じる。
配列ピッチPの寸法に狂いが生じると、出力端子6aに接続されるインクジェットヘッド側の電極配列との間にずれが生じ、正確な接続を行なうことができない。
電極の配列ピッチの累積誤差を補正するための手段として、例えば図7に示すように、FPC101において電極102の一端の複数の端子104が配列されている領域にスリットスペース106を設け、スリットスペース106を切断することによりFPC101の熱膨張及び熱収縮による寸法のずれを吸収して、全体的な寸法誤差を緩和するものがある(例えば、特許文献1参照。)。
しかし、接続部にスリットスペースを設けるなど接続部を一定の間隔で切り離す方法では、接続部の分割された部分を保持して外部の電極と接合するのは困難であり、長尺にわたって配列された外部の電極との接合に不向きである。
特許文献1のように、FPCの接続部を切り離してしまうと、外部の電極と接合する際に分割された部分を保持することが難しく、正確な位置合わせと接合が却って困難である。
そこで本発明は、接続部を切り離すことなく端子配列の寸法狂いを緩和させることのできるプリント基板及びそれを用いたインクジェットヘッド、インクジェットプリンタを提供することを目的とする。
本発明のプリント基板は、可撓性基板上に外部の電極と接続するための端子が複数配列されている接続部をもつ可撓性のプリント基板であって、上記接続部における端子の配列の寸法狂いを緩和するための開口部を可撓性基板に備えているものである。
「開口部」とは、可撓性基板の縁部とは離間して形成された貫通穴を意味する。
本発明のプリント基板では、接続部における端子の配列の寸法狂いを緩和するための開口部を可撓性基板に備えているので、接続部を切り離すことなく端子を配列することが可能であり、そのためFPC全長にわたって一括して電極の接合を行なうことができる。また、可撓性基板の接続部以外の領域に歪みが生じても、その歪みは開口部で吸収され、その歪みによる接続部での寸法誤差は緩和されるようになる。
また、例えば特許文献1に示されるように、接続部104を一定間隔で切り離してスリットスペース106を設けた場合、FPC101で切り離した箇所の相手側電極(対向する位置)も対応する部分の隣接電極間隔が大きく取られている。したがって、例えばインクジェットヘッドの圧電素子のように電極を端から端まで完全に等間隔で並べる必要のある用途には適用することができない。
そこで、本発明のプリント基板において、接続部における端子の配列の寸法狂いを緩和させる開口部は、接続部とは異なる領域に設けられているのが好ましい。
これにより、接続部における端子を等間隔に並べることができ、かつ高密度に配列することができる。但し、本発明のプリント基板は接続部の端子が等間隔に並べられているものに限定されるものではない。
また、接続部とは異なる領域に搭載部品を搭載するための部品搭載領域が設けられ、接続部における端子の配列の寸法狂いを緩和させるための開口部は部品搭載領域と接続部との間に配置されているようにしてもよい。
FPCにドライバICなどの搭載部品を搭載して用いる場合には、搭載部品を搭載する際のFPCの加熱や保護樹脂の硬化によりFPCの可撓性基板に歪みが生じる。そこで、部品搭載領域と接続部との間に開口部を設けることにより、搭載部品を搭載する際に生じた部品搭載領域周辺の歪みを開口部によって吸収することができ、接続部に配列された端子の配列の寸法狂いを防止することができる。
開口部は角部を持たない形状とすることが好ましい。
設置した開口部に角部が存在しないようにすれば、FPCの膨張収縮によってFPC内部に応力が発生しても開口部に応力の集中が起きない。
さらに、上記開口部は、平面形状が楕円又は長穴となっており、長手方向が前記接続部における端子の配列方向に対して略直交して配置されているのが好ましい。これにより、接続部に配列されている複数の端子から同じ方向に電極パターンを配置する場合に、開口部を配置するための電極パターン間スペースを大きく取る必要がない。但し、本発明のプリント基板において、基板上に配列される電極パターンは同方向のみならず異方向であってもよい。
本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と、上記ノズルに連通する液室と、上記液室内の容積を変化させてノズルからインクを吐出させるための圧力発生手段と、圧力発生手段に電圧を印加するための電極が形成された電極基板と、上記圧力発生手段に駆動電圧を印加するための可撓性のプリント基板と、プリント基板上搭載されて上記圧力発生手段の駆動電圧を制御するドライバICとを備えたものであって、プリント基板として本発明のプリント基板を用いたものである。
本発明のインクジェットプリンタは、インクを吐出するインクジェットヘッドを搭載し、インクジェットヘッドが移動しながらインクを吐出することにより情報を記録するものであって、インクジェットヘッドとして本発明のインクジェットヘッドを用いたものである。
本発明のプリント基板では、接続部における端子配列の寸法狂いを緩和するための開口部を可撓性基板に備えているようにしたので、FPCに収縮や膨張などに起因して歪みが生じても、その歪みは開口部で吸収されて端子配列の寸法誤差は緩和される。これにより、FPCの接続部と外部の電極とのピッチずれを緩和して接続の信頼性を高めることができる。また、FPCの接続部を切り離さなくてよいので、接続部全長にわたって一括してFPCの端子と外部の電極の接続を行なうことができ、その接続作業が容易になる。
さらに、上記開口部は接続部とは異なる領域に配置されているようにすれば、外部の電極との接続部を端から端まで等間隔に並べることができるので、相手側電極も等間隔に並べることができ、例えばインクジェットヘッドなど電極を端から端まで等間隔に並べる必要のある用途に好適である。また、接続部における端子を高密度に配列することが可能となる。
さらに、上記可撓性基板の接続部とは異なる領域に搭載部品を搭載するための部品搭載領域が設けられており、上記開口部は部品搭載領域と接続部との間に配置されているようにすれば、搭載部品の搭載により生じた部品搭載領域周辺の歪みによる接続部での歪みを緩和することができるので、例えばドライバICなどの搭載部品を搭載しても、外部電極との接続の信頼性を高めることができる。
さらに、上記開口部に角部が存在しないようにすれば、開口部の端部が応力集中点にならないので、開口部がプリント基板の裂損の起点になることを防止することができる。
さらに、上記開口部の平面形状が楕円又は長穴となっており、長手方向が接続部における端子の配列方向に対して略直交して配置されているようにすれば、接続部に配列されている複数の端子から同じ方向に電極パターンを配置する場合に、開口部を配置するための電極パターン間スペースを大きく取る必要がないので、高集積な配列を要する用途に対しても有用である。
インクジェットヘッドでは、本発明のプリント基板を用いるようにしたので、高集積のノズル配列を持つインクジェットヘッドをさらに高精度化させるとともに、長尺化してインクジェットプリンタの高速記録化に対応させることができる。
本発明のインクジェットプリンタでは、本発明のプリント基板を備えた本発明のインクジェットヘッドを備えているようにしたので、インクジェットヘッドの長尺化に伴なった記録の高速化を実現することができる。
以下、本発明の好適な形態を図面を参照して説明する。なお、以下に説明する形態は本発明の実施形態の一例であって、本発明を限定するものではない。
図1は本発明におけるFPCの一実施例を示す図であり、(A)は平面図、(B)はドライバIC実装時のイメージ図である。
(A)に示すように、本実施例におけるFPC1は、樹脂等の可撓性材料からなる基板2の表面に、例えば金などの導電性材料からなる複数の入力電極8、出力電極6が配列されている。入力電極8は全ての電極が等間隔で平行に配列されている。また、出力電極6は、FPC1の中央側から外側に向けて広がるように配置されており、FPC1の端部近傍において平行に配列するように屈折している。FPC1の両端部(図で上端部と下端部)には、外部の電極と入力電極8、出力電極6とをそれぞれ接続するための接続部9a、9bが形成されている。そして、接続部9aの領域における入力電極8の端部にはそれぞれ入力端子8aが形成されている。また、接続部9bの領域における出力端子6の端部にはそれぞれ出力端子6aが形成されており、出力端子6aは配列ピッチPで等間隔に配置されている。
接続部9a及び9bとは異なる領域(例えば、FPC1の中央部)に、例えばドライバIC等の電子部品を搭載するための部品搭載領域が形成されており、この実施例においてはこの部品搭載領域に駆動電圧を制御するドライバIC4が搭載されている。ドライバIC4は、例えば半田接合などの方法により部品搭載領域に配設された入力電極8及び出力電極6と接合されている。
ドライバIC4は少なくともFPC1との設置面が例えば樹脂などの非導電性素材(図示は省略)で被覆されている。
ドライバIC4が搭載されている部品搭載領域と接続部9bとの間には、複数の開口部10が間隔Wで等間隔に配置されている。開口部10は、平面形状が長穴で角部を持たない貫通孔であり、長手方向が出力端子6aの配列方向に対して略直交となるように配置されている。
なお、開口部10の長手方向はFPC1の膨張や収縮が起きる方向に対して直角方向に配置されるのが好ましく、変位方向に対して90°に配置されるのが好ましいが、90°±45°以内であればよい。
また、開口部10は可能な限り短い間隔で複数設けるのが好ましい。
ドライバIC4実装時はその搭載領域周辺の基板2が収縮する。(B)に示すように、ドライバIC4搭載領域周辺の基板2の収縮に伴ないドライバIC4搭載領域と出力端子6aの間に設けられた開口部10の開口が広がるなどの変形を生じ、ドライバIC4搭載領域周辺の収縮に伴なう寸法変化を吸収する。
図6に示した従来例では、ドライバIC4搭載領域と出力端子6aの間に開口部10を設けていないので、FPC11の収縮に伴ない出力端子6aの配列ピッチPが寸法変化していた。これに対し、本実施例のように開口部10をドライバIC4搭載領域と出力端子6aの間に設けることで、ドライバIC4搭載領域周辺において基板2が収縮しても開口部10がその変形を吸収して緩和するので、開口部10の出力端子6a側(図で下側)において寸法Wに変化が生じない。
この実施例のように、FPC1に歪みを生じる位置と出力端子6aとの間に開口部10を設けることにより、出力端子6aでの配列ピッチのずれを防止することができ、FPC1の外部の電極との接続の信頼性を高めることができる。
本実施例では開口部10の平面形状を長穴としたが、本発明はこれに限定されるものではない。ただし、FPCの収縮により発生する応力に対応させるためには、開口部の平面形状が角を持たない楕円形又は長穴とするのが好ましい。
また、本実施例においては出力電極6側にのみ開口部10を設けたが、入力電極8側に設けてもよい。そうすることで、入力端子8aの寸法狂いを緩和させることができる。
次に、インクを吐出して記録を行なうインクジェットヘッドの実施例を説明する。
図2、図3は本発明を適用したインクジェットヘッドの一実施例の構造を示す図であり、図2は分解斜視図、図3は組立後の断面図である。なお、この実施例において用いられるFPCは上記で説明したFPCと同じであるので、FPCに関する詳細な説明は省略する。
インクジェットヘッド20は、インク供給タンク又はインクカートリッジからインクを供給するためのジョイント部22上に、フィルタ24が熱溶着されたフレーム26が接着されている。また、フレーム26上には、静電アクチュエータ28(圧力発生手段)上にノズルプレート34が接着されたアクチュエータユニット25が接着されている。
静電アクチュエータ28は、シリコンをエッチング処理することで形成されており、その上面に複数の個別電極38が形成されている。また、個別電極38上の対向する位置に加圧液室30が形成されており、その底面に振動板44が形成されている。静電アクチュエータ28とノズルプレート34との間には、共通液室流路32と各加圧液室を連通する流体抵抗31が形成されており、流体抵抗31は共通液室流路32内のインクを各加圧液室30に供給する。
ノズルプレート34には各加圧液室30に通連するノズル孔36が形成されている。加圧液室30内のインクは、加圧液室30内の容積が変化して圧縮されることによりノズル孔36から吐出され、用紙等の記録媒体に付着される。
フレーム26には共通液室流路32と連通するインク流路40が形成されている。
インク供給タンクまたはインクカートリッジからジョイント部22を介してインクがインク流路40に供給される。インク流路40に供給されたインクはインク流路40を通って静電アクチュエータ28の共通液室流路32に供給される。
フレーム26には挿入溝48が設けられている。挿入溝48には、ドライバIC4が例えば半田接合などの方法により搭載されたFPC1が挿入され、FPC1は異方性導電膜42によって静電アクチュエータ28の個別電極38に電気的に接続されている。
このインクジェットヘッドは、個別電極38にパルス電圧が印加されると、振動板44が静電気力によって個別電極38側に変形して体積が増加した加圧液室30内に、共通液室流路32から流体抵抗31を通ってインクが流入する。ここで、個別電極38に印加されていたパルス電圧が解除されると、振動板44に作用していた静電気力が無くなり、振動板44が元の状態に戻る。この振動板44の弾性力によって加圧液室30内の圧力が上昇し、ノズル孔36からインクが噴射される。
この実施例において用いられているFPC1は、ドライバIC4を搭載する際の加熱などによってFPC1に収縮等の変形が生じても、図1に示すように、ドライバIC4の搭載領域と接続部9bの間に開口部10が設けられているので、出力端子6aの配列ピッチPが変化せず、個別電極38との精密な接続を実現することができる。したがって、インクジェットヘッドの長尺化に伴なって接続電極が増加しても、接触不良等の不具合を起こすことなく正確な接続が行なわれるので、結果として、インクジェットヘッドを長尺化させることが容易となりインクジェットプリンタの記録速度を高速化させることができる。
次に、上述したインクジェットヘッドを搭載して普通紙等の記録媒体に印字するインクジェットプリンタの一例を説明する。図4、図5はインクジェットプリンタの一実施例の構造を示す図であり、図4は斜視図であり、図5は断面図である。なお、インクジェットヘッドの構成は上述の通りであるので、詳細な説明は省略する。
このインクジェットプリンタは、主な構成要素としてプリンタ本体50の内部に、主走査方向に移動可能なキャリッジ51と、キャリッジ51に搭載されて移動しながらインクを吐出するインクジェットヘッドからなる記録ヘッド52と、記録ヘッド52へインクを供給するインクカートリッジ53等で構成される印字機構部92とを備えている。装置本体50の下方部には、前方側から多数枚の用紙70を積載可能な給紙トレイ64が抜差し自在に装着されており、また、開倒して用紙70を手差しで給紙するための手差しトレイ66を備えている。
このインクジェットプリンタは、用紙を給紙トレイ64又は手差しトレイ66から給送し、印字機構部92によって印字・印画した後、後面側に装着された排紙トレイ80に排紙する。
印字機構部92は、図示していない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド60と従ガイドロッド61とでキャリッジ51を主走査方向に摺動自在に保持し、このキャリッジ51にインクジェットヘッドからなる記録ヘッド52を複数のインク吐出部(ノズル)を主走査方向と交叉する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。
また、キャリッジ51には記録ヘッド52に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ53を交換可能に装着している。インクカートリッジ53は上方に大気と連通する大気口を備え、下方にはインクジェットヘッドへインクを供給する供給口を備えている。また、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッドへ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。
ここで、キャリッジ51は後方側(用紙搬送方向下流側)を主ガイドロッド60に摺動自在に装着し、前方側(用紙搬送方向上流側)を従ガイドロッド61に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ51を主従走査方向に移動走査するため、主走査モータ56で回転駆動される駆動プーリ54と従動プーリ55との間にタイミングベルト58を張装し、このタイミングベルト58をキャリッジ51に固定して主走査モータ56を正逆回転させることにより、キャリッジ51が往復駆動される。
一方、給紙トレイ64にセットした用紙をヘッド52の下方側に搬送するために、給紙トレイ64から用紙を分離給装する給紙ローラ72及びフリクションパッド76と、用紙を案内するガイド部材78と、給紙された用紙70を反転させて搬送する搬送ローラ74と、この搬送ローラ74の周面に押し付けられる搬送コロ82及び搬送ローラ74からの用紙70の送り出し角度を規定する先端コロ84とを備えている。搬送ローラ74は副走査モータ62によってギヤ列を介して回転駆動される。
そして、キャリッジ51の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ74から送り出された用紙70を記録ヘッド52の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材88を設けている。印写受け部材88の用紙搬送方向下流側には、用紙70を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ81と拍車90を設け、さらに用紙70を排紙トレイ80に送り出す排紙ローラ86及び拍車91と、排紙経路を形成するガイド部材とを配設している。
記録時には、キャリッジ51を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド52を駆動することにより、停止している用紙70にインクを吐出して1行分を記録し、用紙70を所定量スライドさせて次の行の記録を行なう。記録終了信号または、用紙70の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させて用紙70を排紙する。
以上に説明した実施例のように、開口部を設けてFPC膨張又は収縮による接続部における端子配列の寸法狂いを防止することで、FPCによる電極接続の信頼性を向上させることができ、例えば高密度で長尺なノズル配列を有したインクジェットヘッドなどFPCを高密度化・長尺化させても、安定した接続の信頼性を確保することができる。
また、本発明のFPCをインクジェットヘッドの接続手段として適用することで、インクジェットヘッドをより高密度化・長尺化させることができ、そのインクジェットヘッドを搭載したインクジェット方式のプリンタは高速で高画質の印字・印画を実現することが可能となる。
また、上記の実施例では本発明のプリント基板をインクジェットヘッドに適用しているが、本発明のプリント基板はインクジェットヘッドに限定されるものではなく、例えばLED(light emitting diode)アレイヘッドに配列された複数の電極の電気的な接続をとるための可撓性のプリント基板など、他の用途にも使用することができる。
FPCの一実施例を示す図であり、(A)は平面図、(B)は開口部による応力の緩和を説明するための図である。 インクジェットヘッドの一実施例を示す分解斜視図である。 同実施例の組立後の断面図である。 インクジェットプリンタの一実施例を示す斜視図である。 同実施例を示す断面図である。 従来のFPCを示す平面図である。 FPCの他の従来例を示す平面図である。
符号の説明
2 可撓性基板
4 ドライバIC
6 出力電極
6a 出力端子
8 入力電極
8a 入力端子
9a,9b 接続部
10 開口部
20 インクジェットヘッド
22 ジョイント部
24 フィルタ
25 アクチュエータユニット
26 フレーム
28 静電アクチュエータ
30 加圧液室
32 共通液室流路
34 ノズルプレート
36 ノズル孔
38 個別電極
40 インク流路
50 プリンタ本体
52 記録ヘッド
53 インクカートリッジ
56,62 モータ
64 給紙トレイ
66 手差しトレイ
70 用紙
80 排紙トレイ
92 印字機構部

Claims (7)

  1. 可撓性基板上に外部の電極と接続するための端子が複数配列されている接続部をもつ可撓性のプリント基板において、
    前記接続部における前記端子の配列の寸法狂いを緩和するための開口部を前記可撓性基板に備えていることを特徴とするプリント基板。
  2. 前記開口部は前記接続部とは異なる領域に配置されている請求項1に記載のプリント基板。
  3. 前記可撓性基板の前記接続部とは異なる領域に搭載部品を搭載するための部品搭載領域が設けられており、前記開口部は前記部品搭載領域と前記接続部との間に配置されている請求項1又は2に記載のプリント基板。
  4. 前記開口部は角部を持たない平面形状となっている請求項1、2又は3に記載のプリント基板。
  5. 前記開口部は、平面形状が楕円又は長穴となっており、長手方向が前記接続部における端子の配列方向に対して略直交して配置されている請求項1から4のいずれかに記載のプリント基板。
  6. インクを吐出するノズルと、前記ノズルに連通する液室と、前記液室内の容積を変化させて前記ノズルからインクを吐出させるための圧力発生手段と、前記圧力発生手段に駆動電圧を印加するための可撓性のプリント基板と、前記プリント基板上に搭載され前記圧力発生手段の駆動電圧を制御するドライバICとを備えたインクジェットヘッドにおいて、
    前記プリント基板は請求項1から5のいずれかに記載のプリント基板であることを特徴とするインクジェットヘッド。
  7. インクを吐出するインクジェットヘッドを搭載し、前記インクジェットヘッドが移動しながらインクを吐出することにより記録媒体に情報を記録するインクジェットプリンタにおいて、
    前記インクジェットヘッドは請求項6に記載のインクジェットヘッドであることを特徴とするインクジェットプリンタ。
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