JP2009072959A - 液滴噴射装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の駆動部と熱伝導板（均熱板）との間の熱の移動がスムーズに行われ、複数の駆動部やそれに対応する液体の温度分布の偏り抑えることができる液滴噴射装置を提供する。
【解決手段】熱伝導板６１に複数の貫通穴６１ａを形成する、複数の駆動部を含む圧電アクチュエータ１９に下面側が電気的に接続されたフレキシブル配線板２０Ａの上面側に熱伝導板６１が直接に接触した状態で、貫通穴６１ａに充填された接着剤Ｓによって熱伝導板６１がフレキシブル配線板２０Ａに固定される。
【選択図】 図６

Description

本発明は、インクジェットプリンタなどの液滴噴射装置及びその製造方法に関するものである。

従来、液滴噴射装置の一つとして、インクジェットプリンタは知られている。このようなプリンタは、複数の駆動部を平面状に配しその駆動部を選択的に駆動して、その駆動部に対応するノズルからインク（液体）を噴射する記録ヘッドを有する。前記記録ヘッドの複数の駆動部に、駆動信号を送るべく、前記複数の駆動部にフレキシブル配線板が重ねて接続されている。

そのようなプリンタでは、インクの噴射時において複数の駆動部のうち偏った一部の駆動部の使用頻度が高いと、それによって生じた熱により複数の駆動部において温度分布に偏りができる。また、複数の駆動部に近接するフレキシブル配線板上に、駆動部のためのＩＣチップ化された駆動回路が設けられている場合、その駆動回路の発する熱により、複数の駆動部のうち駆動回路に近い側と遠い側とで温度分布に偏りができる。このような温度分布の偏りよって、各駆動部の動作特性にばらつきが生じるだけでなく、その駆動部によって噴射される液体も特性にばらつきが生じ、複数のノズルから液滴の噴射を均一に行えなくなる。

プリンタでは、これらの熱を、前記複数の駆動部に対してほぼ均等に分散させるために、熱伝導板（均熱板）が設けられている。この熱伝導板は、前記複数の駆動部にわたる大きさを有し、前記フレキシブル配線を介して前記複数の駆動部に重ねて配置されている。そして、この均熱板として機能する熱伝導板は、従来、接着剤を用いてフレキシブル配線板に固定している（例えば特許文献１参照）。

しかしながら、熱伝導板を接着剤を用いてフレキシブル配線板に固定する構造であると、その固定の際に接着剤層に空気を巻き込み、局所的に熱抵抗の大きな部分が形成され、前記熱を、均等に十分に分散させることができない場合がある。

そこで、前記特許文献２記載の技術では、放熱板となる基板をプレキシブルプリント基板に両面テープや接着剤で固定する場合に、フレキシブルプリント基板と基板（放熱板）との間の接着剤の層中に空気の溜まりをなくすために、フレキシブルプリント基板に空気抜き用の貫通孔を設けている。
特開２００６−３３４７９７号公報（段落００４１、００６５および図８） 特開平１０−２２９２５５号公報（段落０００９、００１０および図１）

前述したように熱伝導板を、両面テープや接着剤を用いてフレキシブル配線板に固定する構造であると、その固定の際における両面テープの粘着層や接着剤層での空気の巻き込みを解消したとしても、熱伝導板とフレキシブル配線板との間に両面テープあるいは接着剤（接着剤層）が介在するため、それらが、複数の駆動部と熱伝導板（放熱板）との間の熱の、スムーズな移動を妨げ、複数の駆動部やそれに対応する液体の温度分布の偏りを良好に解消するには至らなかった。

この発明は、複数の駆動部と熱伝導板（均熱板）との間の熱の移動がスムーズに行われ、複数の駆動部やそれに対応する液体の温度分布の偏り抑えることができる液滴噴射装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、複数の駆動部を平面状に配しその駆動部を選択的に駆動して、その駆動部に対応するノズルから液体を噴射する液滴噴射ヘッドと、前記複数の駆動部に駆動信号を送るべくその複数の駆動部に重ねて接続されたフレキシブル配線板と、前記複数の駆動部にわたる大きさを有し前記フレキシブル配線を介して前記複数の駆動部に重ねて配置された熱伝導板とを有する液滴噴射装置において、前記熱伝導板に複数の貫通穴が形成され、前記複数の駆動部に一面側が電気的に接続された前記フレキシブル配線板の他面側に前記熱伝導板が直接に接触した状態で、前記貫通穴に充填された接着剤によって前記熱伝導板が前記フレキシブル配線板に固定されていることを特徴とする。

このようにすれば、熱伝導板がフレキシブル配線板に直接接触することになるので、複数の駆動部と熱伝導板との間の熱伝導性がよくなり、熱が、複数の駆動部全体にわたって均等に分散される。よって、複数の駆動部やそれに対応する液体の温度による特性のばらつきが抑えられ、複数のノズルから液滴の噴射をほぼ均一に行うことができるようになる。

請求項２に記載のように、請求項１の液滴噴射装置において、前記貫通穴は、前記駆動部と前記フレキシブル配線板との電気的接続部分に対応する部分を除いて形成されていることが望ましい。

このようにすれば、前記駆動部と前記フレキシブル配線板との電気的接続部分は、両者が直接接触し、かつ通常、熱の良導体でもあるから、それに対応する部分に熱伝導板が直接接触し、そこを除いた部分（貫通穴）で、熱伝導板がフレキシブル配線板に接着されるから、複数の駆動部と熱伝導板との間の熱伝導性がきわめてよい。

請求項３に記載のように、請求項１又は２の液滴噴射装置において、前記フレキシブル配線板には、前記駆動信号を送る駆動回路が設けられている構成とすることもできる。

このようにすれば、駆動回路から流入する熱も、熱伝導板によって複数の駆動部にほぼ均等に分散される。

請求項４に記載のように、請求項１〜３のいずれかの液滴噴射装置において、前記液滴噴射ヘッドは、前記ノズルからインクを記録媒体に対し噴射するインクジェット式の記録ヘッドである構成とすることも可能である。

このようにすれば、インクジェット式の記録ヘッドにおいて、前記駆動部または前記駆動回路の発生する熱が、複数のノズルに対して熱がほぼ均等に分散される。よって、熱の影響による噴射ムラが抑制され、各ノズルの噴射特性のばらつきがなくなる。

請求項５の発明は、複数の駆動部を平面状に配しその駆動部を選択的に駆動して、その駆動部に対応するノズルから液体を噴射する液滴噴射ヘッドと、前記複数の駆動部に駆動信号を送るべくその複数の駆動部に重ねて接続されたフレキシブル配線板と、前記複数の駆動部にわたる大きさを有し前記フレキシブル配線板を介して前記複数の駆動部に重ねて配置された熱伝導板とを有する液滴噴射装置の製造方法において、前記熱伝導板に複数の貫通穴を形成し、前記複数の駆動部に一面側が電気的に接続された前記フレキシブル配線板の他面側に前記熱伝導板を直接に接触させ、その後、前記貫通穴に接着剤を充填することによって前記熱伝導板を前記フレキシブル配線板に固定することを特徴とする。

このようにすれば、複数の駆動部に一面側が電気的に接続された前記フレキシブル配線板の他面側に前記熱伝導板を直接に接触させ、その後、前記貫通穴に接着剤を充填することによって前記熱伝導板を前記フレキシブル配線板に固定するので、熱伝導板がフレキシブル配線板に直接接触した状態で確実に固定される。その結果、熱が、複数の駆動部全体にわたって均等に分散され、複数の駆動部やそれに対応する液体の温度による特性のばらつきを抑え、複数のノズルから液滴の噴射をほぼ均一に行うことができる液滴噴射装置を製造方法できる。

以上のように構成したから、本発明は、熱伝導板を、フレキシブル配線板に直接接触するように固定したので、複数の駆動部と熱伝導板との間の熱伝導性がよくなり、熱を複数の駆動部全体にほぼ均等に分散できる。よって、複数の駆動部やそれに対応する液体の温度による特性のばらつきが抑えられ、複数のノズルから液滴の噴射をほぼ均一に行うことができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に沿って説明する。

図１は本発明を具体化したインクジェットプリンタを示す概略構成図、図２は記録ヘッドが装着されたヘッドホルダの底面図、図３は記録ヘッド、フレキシブル配線板（ＣＯＰ）および熱伝導板の関係を示す説明図、図４は図３のIV-IV線における一部拡大断面図である。

図１及び図２に示すように、インクジェットプリンタ１は、ノズルからインクを噴射するインクジェット式でかつ薄板形状である記録ヘッド１１（図２参照）と、この記録ヘッド１１が搭載されるヘッドホルダ１２とを備える。そして、ヘッドホルダ１２は、記録用紙Ｐ（被記録媒体）に対して移動するキャリッジとして機能する。ヘッドホルダ１２にはバッファタンク１４（図５参照）が搭載され、このバッファタンク１４が、インクタンク（図示せず）からインク供給チューブ１３ａ〜１３ｄを介して供給されるインクを一時的に貯留する。なお、前記インクタンクは、装置フレーム（図示せず）に着脱可能に載置され、記録ヘッド１１に供給する大量のインクを貯留するものである。具体的に図示していないが、フルカラー記録のために、複数のインクタンク（個別の色、即ち、ブラック、シアン、マゼンタ、イエロー用のインクタンク）が前記装置フレームに設けられている。

ヘッドホルダ１２は、前記装置フレームの前後において平行に設けられフレーム左右方向に延びるガイド部材２Ａ，２Ｂにスライド移動可能に支持されている。そして、ヘッドホルダ１２に、駆動プーリ３Ａと従動プーリ３Ｂとの間に巻き掛けられたエンドレスのタイミングベルト４の一部が連結されている。これにより、駆動プーリ３Ａを駆動モータ５で回転駆動することで、ヘッドホルダ１２がタイミングベルト４を介してガイド部材２Ａ，２Ｂに沿ってフレーム左右方向に往復移動する構成とされている。ヘッドホルダ１２の上側部分はカバー２４にて覆われている。なお、具体的に図示しないが、周知の用紙搬送機構により、記録用紙Ｐは記録ヘッド１１の下面側でヘッドホルダ１２の移動方向と直交する方向（図１の矢印Ａ方向）に、記録可能な状態で搬送される。

記録ヘッド１１の下面には、図２（記録ヘッド１１を下面からみた図）において左側からブラックインク（ＢＫ）用のノズル１６ａの２列と、シアンインク（Ｃ）用のノズル１６ｂの列と、イエローインク（Ｙ）用のノズル１６ｃの列と、マゼンタインク（Ｍ）用のノズル１６ｄの列とが、ヘッドホルダ１２の移動方向（主走査方向）と直交する方向に長く形成されている。そして、記録用紙Ｐの上面に対向するように各ノズル１６ａ〜１６ｄは下方に向けて開口している。

記録ヘッド１１は、図３及び図４に示すように、キャビティユニット１７に圧電アクチュエータ１９を重ね合わせた構造である。キャビティユニット１７は、複数枚のプレートを積層して形成され、各ノズル１６ａ〜１６ｄに一対一に対応して連通する複数の圧力室５２を平面状にマトリクス配置して有し、その圧力室５２に圧力室５２の列ごとにインクを供給する共通インク室５４を備える。キャビティユニット１７の上面に列状に開口したインク供給口１８ａ〜１８ｄ（図３参照）から各共通インク室５４にインクが導入され、共通インク室５４から圧力室５２にインクが分配され、圧力室５２からノズル１６ａ〜１６ｄに至るようになっている。

圧電アクチュエータ１９は、平板状のセラミックスシートを複数枚積層し、その間に各圧力室５２と対応する個別電極５７Ａを、全ての圧力室５２に共通する共通電極５７Ｂとを交互に挟んで形成されたもので、電極５７Ａ，５７Ｂ間のセラミックスを圧電効果により変形する駆動部としている。これらの駆動部は圧力室５２と対応して平面状に複数配置され、各駆動部を選択的に駆動することによりノズル１６ａ〜１６ｄからインクを噴射させるように構成されている。

圧電アクチュエータ１９の上面には、平面状にマトリクス配置された多数の個別接続端子５８Ａ、その外側に沿って配置された共通接続端子５８Ｂを備える。個別接続端子５８Ａは、積層方向に対応する個別電極５７Ａとスルーホール５９に充填された導電材を介して電気的に接続され、共通接続端子５８Ｂは、同様に共通電極５７Ｂと電気的に接続されている。つまり、個別接続端子５８Ａは駆動部と対応してそれと同数設けられている。

フレキシブル配線板２０Ａは、その接続端子２８Ａ，２８Ｂに接続される配線パターン２０Ａ１を有し、圧電アクチュエータ１９の上面と平行に重ねた状態で固定されている。フレキシブル配線板２０Ａは、図６に示すように電気絶縁性のベース材と被覆材２０Ａ２との間に配線パターン２０Ａ１を有し、接続端子２８Ａ，２８Ｂに対応して形成した開口部から露出した配線パターン２０Ａ１と接続端子２８Ａ，２８Ｂとを導電性ろう材２９または導電性接着剤などによって接続している。このフレキシブル配線板２０Ａの上側には、後述するように接着剤によって熱伝導板６１が重ね合わせて固定されている。

フレキシブル配線板２０Ａは、駆動回路２１（ＩＣチップ化されたドライバＩＣ）を配線パターン２０Ａ１に接続して備え、バッファタンク１４の上側に設けられたプリント基板２２（図５参照）に電気的に接続される。プリント基板２２は、他のフレキシブル配線板２０Ｂ（図１参照）を介してプリンタ本体側のプリント基板（図示せず）に接続される構成となっている。

駆動回路２１（ドライバＩＣ）は、プリンタ本体側からフレキシブル配線板２０Ｂを介してシリアル転送された記録データを、記録ヘッド１１の各ノズルに対応したパラレルデータに変換し、各駆動部を駆動するのに適した電圧信号に変換して各駆動部に出力するものである。このため、フレキシブル配線板２０Ａ上の配線パターンは、フレキシブル配線板２０Ｂと駆動回路２１との間よりも、駆動回路２１と圧電アクチュエータ１９との間の方が細く高密度に構成されている。圧電アクチュエータ１９の複数の駆動部は、駆動回路２１からの駆動信号にもとづき、選択的に駆動されて、その駆動部に対応するノズルからインク液滴を噴射し、記録用紙Ｐにドットマトリクス状に画像形成する。

図５に示すように、記録ヘッド１１は、その背面に枠状の補強フレーム３３を介在させて、ヘッドホルダ１２の下側に接着剤により固定される。補強フレーム３３は、金属製（例えばＳＵＳ４３０）で、キャビティユニット１７よりも厚く、かつ剛性が大きい偏平な薄板形状に形成され、圧電アクチュエータ１９を囲むようにして、キャビティユニット１７の背面に接着剤により固定される。

記録ヘッド１１と補強フレーム３３との間の段差を解消し記録ヘッド１１を保護するために、記録ヘッド１１の周囲に位置する平面視コ字形状の保護カバー５１が、補強フレーム３３に取り付けられている。

バッファタンク１４は、具体的に図示していないが、内部を仕切壁にて区画することで、インク色毎に独立した複数のインク貯留室を備え、キャビティユニット１７のインク供給口１８ａ〜１８ｄにそれぞれインクを供給するように連通している。

また、記録ヘッド１１のノズル１６ａ〜１６ｄからインクを噴射するため、駆動回路２１を駆動すると、駆動回路２１は発熱するので、それを冷却するためにアルミニウム合金製のヒートシンク２３Ａ，２３Ｂが設けられている。そして、両ヒートシンク２３Ａ，２３Ｂで駆動回路２１を挟み込み（図５参照）、駆動回路２１がヒートシンク２３Ａ，２３Ｂを介して自然冷却されるようになっている。なお、この実施の形態では、駆動回路２３を２つのヒートシンク２３Ａ，２３Ｂで冷却するようにしているが、いずれか１つのヒートシンクのみでも冷却することができるのはいうまでもない。

ところで、記録ヘッド１１は、ノズル１６ａ〜１６ｄからのインク噴射によって、圧電アクチュエータ１９自体も発熱する。記録データによってノズル１６ａ〜１６ｄの使用に偏りがあることが避けられないため、圧電アクチュエータ１９の各駆動部の発熱に偏りが生じて、各駆動部の動作特性が変わり、それに伴い記録ヘッド１１内のインクにも、温度差が生じて噴射特性に差が生じ、記録品質が低下する。また、このため、圧電アクチュエータ１９の上面にフレキシブル配線板２０Ａを介して熱伝導板６１が設けられている。

熱伝導板６１は、アルミニウム合金などの熱伝導性の良好な材料により、平面視において圧電アクチュエータ１９に対応する大きさ（つまり複数の駆動部にわたる大きさ）を有する。そして熱伝導板６１は、フレキシブル配線板２０Ａを介して前記複数の駆動部に重ねて配置され、圧電アクチュエータ１９上面全体にわたって接着剤Ｓによって熱伝導可能に固定されている。つまり、図６に示すように、熱伝導板６１には複数の貫通穴６１ａが形成されており、貫通穴６１ａに充填された接着剤Ｓによって熱伝導板６１が貫通穴６１ａの箇所においてフレキシブル配線板２０Ａに固定されている。この固定された状態では、圧電アクチュエータ１９に接続されたフレキシブル配線板２０Ａの上面側に熱伝導板６１がその下面を直接に面接触した状態となっている。

図６に示すように、貫通穴６１ａは、圧電アクチュエータ１９の接続端子５８Ａ、５８Ｂとフレキシブル配線板２０Ａの配線パターン２０Ａ１との電気的接続部分に対応する部分を除いて形成されている。つまり、接続端子５８Ａ、５８Ｂと配線パターン２０Ａ１とは、相互に導電性ろう材２９によって接続され、また駆動部とも電極などの導電材によって接続されているから、これらが、熱伝導板６１において貫通穴６１ａのない下面に接触することで、熱伝導板６１と駆動部との間の熱伝導がきわめて良好になる。平面視において接続端子５８Ａ、５８Ｂと接続端子５８Ａ、５８Ｂとの間の、圧電アクチュエータ１９とフレキシブル配線板２０Ａとの間は、空間か絶縁材が充填されているから、熱伝導が悪い。したがって、これに対向する箇所に、貫通穴６１ａを設けることで、接着剤Ｓによって熱伝導板６１と駆動部との間の熱伝導を阻害しない。

また、熱伝導板６１のフレキシブル配線板２０Ａと接する下面には、貫通穴６１ａからフレキシブル配線板２０Ａに沿って延びる溝６１ｂを設けることで、貫通穴６１ａに充填した接着剤Ｓが溝６１ｂに流れ込み、熱伝導板６１とフレキシブル配線板２０Ａとの接着面積を大きくとることができる。溝６１ｂは、複数の貫通穴６１ａ間を連通させるものであってもよいし、毛細管力が生じる程度の細いものであってもよい。この溝６１ｂは、接続端子５８Ａ、５８Ｂと配線パターン２０Ａ１との接合部と対応する箇所を避けて設けることが好ましい。

よって、熱伝導板６１は、圧電アクチュエータ１９の各駆動部の発熱を圧電アクチュエータ１９全体に伝導し、圧電アクチュエータ１９及びキャビティユニット１７内の温度差をほぼ均一化する均熱板としての機能を発揮する。

このように、フレキシブル配線板２０Ａに熱伝導板６１が直接に接触した状態で接着剤Ｓによって固定するには、まず、熱伝導板６１に複数の貫通穴６１ａを形成する。そして、熱伝導板６１を、圧電アクチュエータ１９（複数の駆動部）に一面側が電気的に接続されたフレキシブル配線板２０Ａの他面側に直接に接触させる。

その後、前記直接に接触した状態を、図示しない治具などを用いて保持し、貫通穴６１ａに接着剤Ｓを充填することによって熱伝導板６１をフレキシブル配線板２０Ａに固定する。これにより、貫通穴６１ａが設けられている部分及びその付近を除き、熱伝導板６１とフレキシブル配線板２０Ａとが、それらの間に接着剤（接着剤層）を介在させることなく、直接接触した状態で固定される。なお、前記のようにヘッドホルダ１２の底壁１２ａ下面に記録ヘッド１１が取り付けられていることで、底壁１２ａ下面に設けられる凹部内に熱伝導板６１が位置することになる。

ところで、フレキシブル配線板２０Ａ上の駆動回路２１は、圧電アクチュエータ１９の各駆動部との間の配線パターンが上記のように細く高密度であることから、配線パターンの電気抵抗による影響を回避するために、圧電アクチュエータ１９とできるだけ接近して配置される。このため、駆動回路２１の発熱は、フレキシブル配線板２０Ａを介して記録ヘッド１１に伝導し、記録ヘッド１１において駆動回路２１に近い側と遠い側とで温度勾配を生じる。しかし、駆動回路２１の発熱も、熱伝導板６１に伝導され、圧電アクチュエータ１９やキャビティユニット１７に生じる温度勾配を抑えることができる。

前記実施の形態は、液滴噴射装置がインクジェットプリンタである場合について説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、着色液を微小液滴として塗布、あるいは導電液を噴射して配線パターンを形成するなどする他の液滴噴射装置などにも適用することができる。

また、前記インク（液体）を噴射させるための駆動部は、圧電方式であるが、圧電方式のもの以外に、静電気あるいは電気発熱素子によって噴射動作をするものも使用することができる。

さらに、記録媒体として記録用紙だけでなく、樹脂、布など各種のものを、また噴射する液体としてインクだけでなく、着色液、機能液など各種のものを適用することができる。

本発明を具体化したインクジェットプリンタを示す概略構成図である。 記録ヘッドが装着されたヘッドホルダの底面図である。 記録ヘッド、フレキシブル配線板（ＣＯＰ）および熱伝導板の関係を示す説明図である。 図３のIV-IV線における一部拡大断面図である。 記録ヘッドが装着されたヘッドホルダの縦断面図である。 熱伝導板とフレキシブル配線板との接着状態の説明図である。

符号の説明

Ｐ 記録用紙
Ｓ 接着剤
１ インクジェットプリンタ（液滴噴射装置）
１１ 記録ヘッド（液滴噴射ヘッド）
１２ ヘッドホルダ
１９ 圧電アクチュエータ
２０Ａ フレキシブル配線板
２１ 駆動回路
６１ 熱伝導板
６１ａ 貫通穴

Claims (5)

1. 複数の駆動部を平面状に配しその駆動部を選択的に駆動して、その駆動部に対応するノズルから液体を噴射する液滴噴射ヘッドと、前記複数の駆動部に駆動信号を送るべくその複数の駆動部に重ねて接続されたフレキシブル配線板と、前記複数の駆動部にわたる大きさを有し前記フレキシブル配線板を介して前記複数の駆動部に重ねて配置された熱伝導板とを有する液滴噴射装置において、
   前記熱伝導板に複数の貫通穴が形成され、
   前記複数の駆動部に一面側が電気的に接続された前記フレキシブル配線板の他面側に前記熱伝導板が直接に接触した状態で、前記貫通穴に充填された接着剤によって前記熱伝導板が前記フレキシブル配線板に固定されていることを特徴とする液滴噴射装置。
2. 前記貫通穴は、前記駆動部と前記フレキシブル配線板との電気的接続部分に対応する部分を除いて形成されていることを特徴とする請求項１記載の液滴噴射装置。
3. 前記フレキシブル配線板には、前記駆動信号を送る駆動回路が設けられてい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。
4. 前記液滴噴射ヘッドは、前記ノズルからインクを記録媒体に対し噴射するインクジェット式の記録ヘッドであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液滴噴射装置。
5. 複数の駆動部を平面状に配しその駆動部を選択的に駆動して、その駆動部に対応するノズルから液体を噴射する液滴噴射ヘッドと、前記複数の駆動部に駆動信号を送るべくその複数の駆動部に重ねて接続されたフレキシブル配線板と、前記複数の駆動部にわたる大きさを有し前記フレキシブル配線板を介して前記複数の駆動部に重ねて配置された熱伝導板とを有する液滴噴射装置の製造方法において、
   前記熱伝導板に複数の貫通穴を形成し、
   前記複数の駆動部に一面側が電気的に接続された前記フレキシブル配線板の他面側に前記熱伝導板を直接に接触させ、
   その後、前記貫通穴に接着剤を充填することによって前記熱伝導板を前記フレキシブル配線板に固定することを特徴とする液滴噴射装置の製造方法。

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