JP2007185899A

JP2007185899A - 液滴噴射装置

Info

Publication number: JP2007185899A
Application number: JP2006007085A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Tsunoda; 剛角田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-01-16
Filing date: 2006-01-16
Publication date: 2007-07-26

Abstract

【課題】可撓性印刷回路基板等が接続された圧電振動子を密閉空間に封止することができる液滴噴射装置を得ること。
【解決手段】液滴を吐出するノズル開口に連通する圧力発生室と、該圧力発生室の壁の一部を構成する振動板と、該振動板の外側面に形成されたチタン酸ジルコン酸鉛を含んで成る圧電振動子と、該圧電振動子に接続された可撓性印刷回路基板とを備え、前記圧電振動子により前記振動板を振動させて前記圧力発生室内に圧力を発生させ、該圧力により前記ノズル開口から液滴を吐出させる液滴噴射装置において、前記圧電振動子を複数層の封止カバー１３、１６、１７で封止した。
【選択図】図５

Description

本発明は、ノズル開口に連通する圧力発生室の壁の一部を構成する振動板を、撓み振動する圧電振動子により膨張、収縮させて圧力発生室内に圧力を発生させ、ノズル開口からインク液滴を吐出させて記録媒体に付着させて記録するインクジェット式記録ヘッド等の液滴噴射装置に関するものである。

インクジェット記録法は、記録媒体に直接接触しないで記録することができ、デ−タさえあれば低コストで多品種少量印刷が可能な極めて有効な記録方法である。また、非接触式であるため、記録面に凹凸のある記録媒体にも記録を行うことが可能である。また、広い幅の記録媒体へ一度に記録ができるように、長尺記録ヘッドが開発されつつあるが、複数の短尺記録ヘッドをフレーム上に高精度にアライメントして長尺記録ヘッドとしたものも提案されている。

上記のインクジェット式記録ヘッド（以下、単に「記録ヘッド」という。）として、ノズル開口に連通する圧力発生室の壁の一部を構成する振動板を、撓み振動する圧電振動子により膨張、収縮させて圧力発生室内に圧力を発生させ、ノズル開口からインク液滴を吐出させる記録ヘッドがある。

この記録ヘッドは、リソグラフィ法により、振動板の表面全体に成膜技術により均一な圧電材料層を形成して製作するものであるが、圧電振動子を圧電材料のスパッタリングにより形成する場合には、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ材料）で製作された圧電振動子中の鉛（Ｐｂ）が経年変化で腐食し、絶縁破壊に至るという問題がある。

この問題に対して、ＰＺＴ材料で製作された圧電振動子中の鉛腐食の問題のある部分をカバーで完全に覆い、樹脂材料で密閉することにより、圧電振動子を密閉空間内に封止して大気と遮断するとともに、カバー内部に吸湿剤を封入することにより、腐食を防止する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−３００９５７号公報

しかしながら、上記の圧電振動子に、圧電振動子を制御する電気信号を送信するために可撓性印刷回路基板（ＦＰＣ）等が接続されているときは、単体の封止カバーでは、密閉空間を封止することができないという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、可撓性印刷回路基板（ＦＰＣ）等が接続された圧電振動子を密閉空間に封止することができる液滴噴射装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の液滴噴射装置は、液滴を吐出するノズル開口に連通する圧力発生室と、該圧力発生室の壁の一部を構成する振動板と、該振動板の外側面に形成されたチタン酸ジルコン酸鉛を含んで成る圧電振動子と、該圧電振動子に接続された可撓性印刷回路基板とを備え、前記圧電振動子により前記振動板を振動させて前記圧力発生室内に圧力を発生させ、該圧力により前記ノズル開口から液滴を吐出させる液滴噴射装置において、前記圧電振動子を複数層の封止カバーで封止したことを特徴とする。

可撓性印刷回路基板が接続された圧電振動子を複数層の封止カバーで封止するので、可撓性印刷回路基板が接続されていても容易に圧電振動子を封止することができ、大気中の水分が浸入することもなく、大気中の水分による圧電振動子の破壊を防止し、耐久性、信頼性の高い液滴噴射装置が得られる。

請求項１記載の発明は、液滴を吐出するノズル開口に連通する圧力発生室と、該圧力発生室の壁の一部を構成する振動板と、該振動板の外側面に形成されたチタン酸ジルコン酸鉛を含んで成る圧電振動子と、該圧電振動子に接続された可撓性印刷回路基板とを備え、圧電振動子により振動板を振動させて圧力発生室内に圧力を発生させ、該圧力によりノズル開口から液滴を吐出させる液滴噴射装置において、圧電振動子を複数層の封止カバーで封止したことを特徴とする液滴噴射装置であり、チタン酸ジルコン酸鉛を含んで製作された圧電振動子中の鉛（Ｐｂ）と大気中に含まれる水分との接触を防止するという作用を有する。

請求項２記載の発明は、圧電振動子に複数枚の可撓性印刷回路基板が接続され、各可撓性印刷回路基板が各層の封止カバー間に形成した各スリット孔から別々に外部に引き出され、各スリット孔の隙間が樹脂材料により封止されていることを特徴とする請求項１に記載の液滴噴射装置であり、スリット孔と可撓性印刷回路基板との間の隙間から大気中に含まれる水分の侵入を防止するという作用を有する。

請求項３記載の発明は、封止カバーは、樹脂材料製であることを特徴とする請求項１又は２記載の液滴噴射装置であり、液滴噴射装置を軽量化するという作用を有する。

請求項４記載の発明は、封止カバーは、圧電振動子の動作により発生する熱を放熱させるために、金属材料製であることを特徴とする請求項１又は２記載の液滴噴射装置であり、圧電振動子とその周辺部に滞留する熱を放熱することにより、圧電振動子の誤動作、破壊を防止するという作用を有する。

請求項５記載の発明は、封止カバーは、可撓性印刷回路基板上に実装された発熱性電気部品と接触して放熱するように取付けられていることを特徴とする請求項４記載の液滴噴射装置であり、液滴噴射装置が稼動中に、可撓性印刷回路基板上に実装されたＩＣなどの発熱性電気部品から発生する熱を放熱させ、発熱性電気部品の熱による誤動作、破壊を防止するという作用を有する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における液滴噴射装置の外観斜視図であり、図２は、ヘッドプレートとＦＰＣの接続状態と吸湿剤を示す斜視図であり、図３は、ヘッドプレートに固定された底面部封止カバーと吸湿剤を示す斜視図であり、図４は、底面部封止カバーと中間部封止カバーの係合と吸湿剤を示す斜視図であり、図５は、中間部封止カバーと上面部封止カバーの係合を示す斜視図であり、図６は、複数の封止カバーを取付けたヘッドプレートにヘッドベースを取付けた状態を示す斜視図であり、図７は、ヘッドベースが取付けられたヘッドプレートにヘッドベースカバーを取付けた状態を示す斜視図であり、図８は、複数の記録ヘッドをヘッドベース取付プレートに取付けた状態を示す斜視図であり、図９は、底面部封止カバーに設けられたスリット孔から２枚のＦＰＣを引出した状態を示す斜視図であり、図１０は、底面部封止カバーの斜視図であり、図１１は、ＦＰＣを底面部封止カバーと中間部封止カバーで挟み込んだ状態を示す斜視図であり、図１２は、ＦＰＣを上面部封止カバーと中間部封止カバーで挟み込んだ状態を示す斜視図である。以下、各図を参照しながら記録ヘッド１の構成部品について説明する。

図１に示すように、９は記録ヘッド１にインクを供給するインクチューブであり、１０はインクチューブ９と記録ヘッド１とを接続するヘッドジョイントである。

１１はヘッドプレートであり、図示しないが、ノズル開口（インク吐出孔）が設けられたノズルプレート、ノズルプレートに固着されてノズル開口に連通する圧力発生室を形成する流路形成基板、圧力発生室の壁（流路形成基板）の一部を構成する振動板、振動板の外側面にチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を含む薄膜で形成された圧電振動子等で構成されている。

液滴としてのインクは、インクチューブ９、ヘッドジョイント１０及びヘッドプレート１１内に設けられたインク流路を通って圧力発生室に供給され、圧電振動子の振動により圧力発生室内に発生した圧力により飛翔力を与えられてノズル開口から吐出され、紙等の記録媒体に印字、描画する。

１２ａ、１２ｂは、ヘッドプレート１１の圧電振動子に接続された可撓性印刷回路基板（ＦＰＣ）であり、図示しない印字制御部より発信される電気信号によりヘッドプレート１１の圧電振動子を振動させ、圧力発生室内に圧力を発生させてインクをノズル開口から飛翔させる駆動力を発生させる。１３は、一層目の封止カバーとしての底面部封止カバーであり、圧電振動子及び後述の吸湿剤１４を封止するように、ヘッドプレート１１に樹脂材料等で固着される。

図２に示すように、１４は、空気中に含まれる水分を吸収する吸湿剤であり、底面部封止カバー１３内部に収納する。また、図３に示すように、１５も、空気中に含まれる水分を吸収する吸湿剤であり、底面部封止カバー１３の上面部に配置する。吸湿剤１４、１５は、同種のものとしてもよいが、吸湿性能の異なるものとしてもよい。

図４に示すように、１６は、二層目の封止カバーとしての中間部封止カバーであり、底面部封止カバー１３にネジ等の締結手段により固定される。図５に示すように、１７は、三層目の封止カバーとしての上面部封止カバーであり、底面部封止カバー１３にネジ等の締結手段により固定される。図６に示すように、１８はヘッドベースであり、ヘッドプレート１１に接着剤等で固着される。

図７に示すように、１９は、四層目の封止カバーとしてのヘッドベースカバーであり、ヘッドベース１８にネジ等の締結手段により固定され、最後にヘッドベースカバー１９を組付けて記録ヘッド１の組立てが完成する。図８に示すように、複数の記録ヘッド１をヘッドベース取付プレート２０にネジ等の締結手段により一列に並べて取付けると、高速印字が可能な長尺記録ヘッド（ラインプリンタ）となる。

次に、以上で説明したヘッドプレート１１〜ヘッドベース取付プレート２０の組立方法について説明する。

図９に示すように、ヘッドプレート１１に接続されたＦＰＣ１２ａ、１２ｂの先端部を、一層目の封止カバーとしての底面部封止カバー１３に設けられたスリット状の孔に通す。図２に示すように、底面部封止カバー１３内の空気の水分を吸収する吸湿剤１４を底面部封止カバー１３内に入れる。

ヘッドプレート１１に設けられた嵌合部を利用して、底面部封止カバー１３をヘッドプレート１１に取付け、両者間の隙間を埋めるように接着剤等で両者を固着する。次に、図３に示すように、底面部封止カバー１３に設けられた凹部に、底面部封止カバー１３内の水分を吸収する吸湿剤１５を入れる。

次に、図４に示すように、二層目の封止カバーとしての中間部封止カバー１６を底面部封止カバー１３に組付け、ネジ等の締結手段により固定する。図１０に示すように、吸湿剤１５が底面部封止カバー１３内の水分を吸収するように、底面部封止カバー１３には複数の吸湿孔１３ａが設けられている。

中間部封止カバー１６により、ヘッドプレート１１に接続された２枚のＦＰＣ１２ａ、１２ｂを分離し、図１１に示すように、ＦＰＣ１２ａを底面部封止カバー１３と中間部封止カバー１６の間のスリット孔に挟み込み、ＦＰＣ１２ａと底面部封止カバー１３との間、及び、ＦＰＣ１２ａと中間部封止カバー１６との間に生じる微小な隙間が無くなるように、樹脂材料等で固着する。

次に、図１２に示すように、ＦＰＣ１２ｂを上面部封止カバー１７と中間部封止カバー１６の間のスリット孔に挟み込み、上面部封止カバー１７を中間部封止カバー１６にネジ等の締結手段により固定し、ＦＰＣ１２ｂと中間部封止カバー１６間に生じる微小な隙間が無くなるように樹脂材料等で固着し、底面部封止カバー１３内を密閉空間とする。

底面部封止カバー１３、中間部封止カバー１６及び上面部封止カバー１７の組立時に発生した各カバー間の隙間を、全て、樹脂材料等で密封する。さらに、図７に示すように、上記のように組み立てられた記録ヘッド１に、ヘッドベース１８を接着等により固着させた後、ネジ等の締結手段により固定すれば記録ヘッド１が完成する。

複数の記録ヘッド１をヘッドベース取付プレート２０に取付けるときは、各々の記録ヘッド１のノズル開口をアライメントし、ネジ等の締結手段により固定する。

（実施の形態２）
図５に示すように、底面部封止カバー１３、中間部封止カバー１６及び上面部封止カバー１７は透水率の低い金属材料で製作することが望ましいが、この３つのカバー内に収納される吸湿材１４、１５の吸湿性能が高く、圧電振動子のＰＺＴ材料が比較的、湿気に対する耐候性が高いときは、この３つのカバーを、耐透水性の高い樹脂等の材料で製作してもよい。樹脂等で製作することにより、記録ヘッド１を軽量化することができる。

（実施の形態３）
ヘッドプレート１１内の圧電素子を駆動し、インク等の液滴を長時間飛翔させていると圧電振動子が発熱し、底面部封止カバー１３、中間部封止カバー１６及び上面部封止カバー１７で構成された封止カバー内に熱が滞留し、圧電素子の動作に悪影響を及ぼすことがある。底面部封止カバー１３、中間部封止カバー１６及び上面部封止カバー１７を、金属、特にアルミ材料等の伝熱性の高い材料で製作すれば、封止カバー内に滞留する熱を外に放熱させることができ、ヘッドプレート１１内の圧電作動子を安定動作させることができる。

（実施の形態４）
図１１、図１２に示すように、２１はヘッドプレート１１内の圧電振動子を駆動するＩＣ等の電気部品であり、ＦＰＣ１２ａ、１２ｂ上に実装することにより、圧電振動子と電気部品２１間の距離を短くして、圧電振動子の制御を安定的に行うことができる。

電気部品２１は、非常に高速な制御を行うために発熱量が多いが、電気部品２１の放熱が悪く熱を滞留させると、圧電振動子の誤動作の原因となる。電気部品２１を、アルミ等の高伝熱性の材料で製作された底面部封止カバー１３、中間部封止カバー１６及び上面部封止カバー１７と接触するようにすることにより、３つのカバーが電気部品２１のヒートシンクとなり、電気部品２１が発生する熱を放熱し、電気部品２１を安定的に動作させるとともに、圧電素子の制御を安定的に行うことができる。

従来、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）技術などに使用される封止技術は、封止対象物をカバーで完全に覆い、カバーを接着などの手段で密封し、外部環境との連絡を絶つことにより、カバー内に大気中の湿気が侵入するのを防止し、湿気に起因する圧電振動子の破壊を防止している。

しかし、記録ヘッド１においては、封止対象物にＦＰＣ等が接続されており、ＦＰＣは、電気制御部品に接続されるため封止対象物を単純に覆うことができない。そこで、封止対象物を覆うカバーを複数にし、ＦＰＣ等とカバー間に存在する各々の隙間を樹脂材料等で埋めることにより、封止対象物を密封することができるとともに、封止対象物に接続されたＦＰＣを、カバー外部にある電気制御部品と接続することができる。

以上のように、本発明にかかる液滴噴射装置は、ＦＰＣ等が接続された液滴噴射装置に有用である。

本発明の実施の形態１における液滴噴射装置の外観斜視図ヘッドプレートとＦＰＣの接続状態と吸湿剤を示す斜視図ヘッドプレートに固定された底面部封止カバーと吸湿剤を示す斜視図底面部封止カバーと中間部封止カバーの係合と吸湿剤を示す斜視図中間部封止カバーと上面部封止カバーの係合を示す斜視図複数の封止カバーを取付けたヘッドプレートにヘッドベースを取付けた状態を示す斜視図ヘッドベースが取付けられたヘッドプレートにヘッドベースカバーを取付けた状態を示す斜視図複数の記録ヘッドをヘッドベース取付プレートに取付けた状態を示す斜視図底面部封止カバーに設けられたスリット孔から２枚のＦＰＣを引出した状態を示す斜視図底面部封止カバーの斜視図ＦＰＣを底面部封止カバーと中間部封止カバーで挟み込んだ状態を示す斜視図ＦＰＣを上面部封止カバーと中間部封止カバーで挟み込んだ状態を示す斜視図

符号の説明

１記録ヘッド（液滴噴射装置）
９インクチューブ
１０ヘッドジョイント
１１ヘッドプレート
１２ａＦＰＣ（可撓性印刷回路基板）
１２ｂＦＰＣ（可撓性印刷回路基板）
１３底面部封止カバー（一層目の封止カバー）
１４吸湿剤
１５吸湿剤
１６中間部封止カバー（二層目の封止カバー）
１７上面部封止カバー（三層目の封止カバー）
１８ヘッドベース
１９ヘッドベースカバー
２０ヘッドベース取付プレート
２１電気部品（ＩＣ）

Claims

液滴を吐出するノズル開口に連通する圧力発生室と、該圧力発生室の壁の一部を構成する振動板と、該振動板の外側面に形成されたチタン酸ジルコン酸鉛を含んで成る圧電振動子と、該圧電振動子に接続された可撓性印刷回路基板とを備え、前記圧電振動子により前記振動板を振動させて前記圧力発生室内に圧力を発生させ、該圧力により前記ノズル開口から液滴を吐出させる液滴噴射装置において、
前記圧電振動子を複数層の封止カバーで封止したことを特徴とする液滴噴射装置。
前記圧電振動子に複数枚の可撓性印刷回路基板が接続され、各可撓性印刷回路基板が前記各層の封止カバー間に形成した各スリット孔から別々に外部に引き出され、前記各スリット孔の隙間が樹脂材料により封止されていることを特徴とする請求項１に記載の液滴噴射装置。
前記封止カバーは、樹脂材料製であることを特徴とする請求項１又は２記載の液滴噴射装置。
前記封止カバーは、前記圧電振動子の動作により発生する熱を放熱させるために、金属材料製であることを特徴とする請求項１又は２記載の液滴噴射装置。
前記封止カバーは、前記可撓性印刷回路基板上に実装された発熱性電気部品と接触して放熱するように取付けられていることを特徴とする請求項４記載の液滴噴射装置。