JP2009202508A - 液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置 - Google Patents

液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置 Download PDF

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Abstract

【課題】圧電アクチュエータに具備される電極間での電圧降下の差をより小さくして圧電層の動作を安定化する。
【解決手段】圧電アクチュエータ12は個別電極42、トップ層21、上部定電位電極46、中間層22、下部定電位電極50、及びボトム層24を備える。上部定電位電極46はノズル列方向Xに延在する第一共通伝導部45に接続され、第一共通伝導部45の両端は第二共通伝導部47に接続されて、第一電極結合体55が構成される。ノズル列方向Xに延在する下部定電位電極50の両端は第三共通伝導部51に接続されて、第二電極結合体56が構成される。フレキシブル配線板13の定電位電極接続部は、第一電極結合体55と第二電極結合体56のうち、同一電流を付与したときに電圧降下の小さい方が接続されてノズル列方向Xに延在する第一接続ランド32と、他方が接続されて第一接続ランド32の両側に配置された第二接続ランド34,34とで構成されている。
【選択図】図8

Description

本発明は、液滴吐出ヘッド、及びこれを備えた液滴吐出装置に関するものである。
従来、液滴吐出装置の1つとして、複数の圧力室が規則的に形成された流路ユニットと、この流路ユニットに接合されて前記各圧力室内のインクを選択的に吐出させるための圧電アクチュエータと、前記圧電アクチュエータに電圧を印加する電圧印加手段とを備えたインクジェットヘッド(液滴吐出ヘッド)を装備したインクジェットプリンタが知られている。このようなインクジェットヘッドにおいて、ノズル数を増加させて記録の高画質・高品質化を図るために、圧力室を高密度化する要求がある。圧力室を高密度に配列すると、隣接する圧力室間の距離が短くなるので、圧電アクチュエータを駆動する際の隣接する圧力室への影響、いわゆるクロストークが生じる。
このクロストークを抑制するための構造が、特許文献1で提案されている。特許文献1に記載のインクジェットヘッドは、アクチュエータユニット21中の最も圧力室10から離れた圧電シート41上に、主電極部35aを有する個別電極が形成されている。主電極部35aの両側には、隣接する個別電極の主電極部35aとの間の領域に対応して「くの字」状の溝部61a,61bが形成されている。これによると、アクチュエータユニット21において隣接する圧力室10の間に対応した領域に溝部61a,61bが形成されているので、圧電効果による活性層の変形が隣接する圧力室に影響を及ぼすクロストークを抑制することができる。
特開2003−311954号公報
このように、特許文献1に記載のインクジェットヘッドによれば、溝部61a,61bを形成したことにより、ある圧力室に対応する活性層の変形したときに隣接する圧力室の活性層に伝わる変形量は、溝部61a,61bが形成されない場合よりも小さくなっている。しかしながら、更なる高画質化の要求があり圧力室の配置に関しても一層の高密度が求められているため、より優れたクロスト−クの対策が求められていた。
[発明に至る過程]
発明者らは、上記課題に鑑み、圧力室をさらに高密度化しても、クロストークを抑制することができる液滴吐出装置及び液滴吐出ヘッドを発明した。その構造について、図1〜5を用いて説明する。図1は液滴吐出ヘッドの圧電アクチュエータと流路ユニットの構成を示す一部平面図、図2は圧電アクチュエータと流路ユニットの構成を示すノズル列方向の一部断面図、図3は圧電アクチュエータと流路ユニットの構成を示すノズル行方向の一部断面図、図4は圧電アクチュエータの電極の配置を説明する図、図5は電極へ電圧を付与するタイミングチャート図である。
液滴吐出ヘッドは、インクジェットプリンタ等の液滴吐出装置に装備されるものである。インクジェットプリンタは、例えば、走査方向に移動可能なキャリッジと、記録用紙に対して液滴を噴射する液滴吐出ヘッドと、記録用紙を搬送する搬送ローラと、インクジェットプリンタの制御を司る制御装置とを備えている。このようなインクジェットプリンタにおいて、液滴吐出ヘッドは、キャリッジと一体的に走査方向へ移動して、その下面に配置されたノズルから記録用紙に対して液滴を噴射する。
図1〜4に示すように、液滴吐出ヘッド2では、流路ユニット11と、圧電アクチュエータ12と、駆動信号を供給するフレキシブル配線板13(信号線)とが、下側から順に積層されている。
流路ユニット11は、複数のプレート部材の積層体であって、液体を一時的に貯留する共通貯留室であるマニホールド81と、マニホールド81から各吐出孔85へ液体を供給するチャンネルとが形成されている。各チャンネルは、圧力室83、マニホールド81と圧力室83とを連通する連通孔82、及び吐出孔85と圧力室83とを連通する連通孔84などの各空間で構成されている。吐出孔85は各圧力室83に対応して設けられており、吐出孔85は流路ユニット11の下面に或一方向(以下、「ノズル列方向X」といい、このノズル列方向Xに対するノズル行方向を「ノズル行方向Y」という)に規則的に並んで開口している。このノズル列方向Xは、液滴吐出ヘッド2の往復移動方向と略垂直である。
圧電アクチュエータ12は、基板となるボトム層24上に圧電層23を積層して形成されている。ここで圧電層23は二層であり、上部圧電層であるトップ層21と、その下方に積層された下部圧電層である中間層22との、二層の圧電材料から成る層が上下に積層されている。以下、圧電アクチュエータ12を構成する圧電層の積層方向を、「積層方向Z」という。なお、圧電層23の対向する電極間は電気的には静電容量成分となる。
トップ層21の上部側に各圧力室83に対応して個別電極42が形成され、トップ層21と中間層22との間には各個別電極42(圧力室83)に対応して上部定電位電極46が形成され、中間層22とボトム層24との間に下部定電位電極50が形成されている。
複数の個別電極42は、トップ層21の上にノズル列方向Xに略一定ピッチで並設され、ノズル行方向Yには千鳥状にズレて配置されている。個別電極42の一部はノズル行方向Yに突出して、この突出部が後述するフレキシブル配線板13の接続端子に接続される接続部42aとして機能する。
複数の上部定電位電極46は、中間層22の上にノズル列方向Xに略一定ピッチで並んでいる。この上部定電位電極46の列は、ノズル行方向Yに複数並んでいる。そして、2列の上部定電位電極46の列に対して一筋のノズル列方向Xに延びる第一共通伝導部45が設けられ、この第一共通伝導部45の両側各一列の上部定電位電極46が該第一共通伝導部45に接続されている。上部定電位電極46と個別電極42とは積層方向Zに重複し、同じく第一共通伝導部45と個別電極42の接続部42aとは積層方向Zに重複している。
下部定電位電極50は、ノズル列方向Xの圧力室83に共通の電極となるように、ノズル列方向Xに延びる帯状に形成されている。下部定電位電極50と上部定電位電極46と、個別電極42とは、積層方向Zに重複している。
上記の各電極において、上部定電位電極46のノズル列方向Xの長さは、個別電極42のノズル列方向Xの長さよりも短い。従って、個別電極42のノズル列方向Xの略中央部では、個別電極42、上部定電位電極46、及び下部定電位電極50が積層方向Zに重複している。このように圧電アクチュエータ12において個別電極42と上部定電位電極46との間にトップ層21が挟まれている部分を、以下、「第一活性部36」という。一方、個別電極42のノズル列方向Xの両端部では、個別電極42と下部定電位電極50とが積層方向Zに重複しており、これらの電極の間に上部定電位電極46が存在しない。このように圧電アクチュエータ12において個別電極42と下部定電位電極50との間にトップ層21及び中間層22が挟まれている部分を、以下、「第二活性部37,37」という。
各個別電極42には、フレキシブル配線板13を通じて駆動信号を供給するドライバICが電気的に接続されている。フレキシブル配線板13は、個別電極42に駆動信号を入力する信号線の接続端子が設けられた個別電極接続部と、圧電アクチュエータ12の上部定電位電極46及び下部定電位電極50への接続端子が設けられた定電位電極接続部とを備えており、圧電アクチュエータ12への駆動電圧供給手段として機能する。
図5に示すように、圧力室83の容積を変化させるために、個別電極42にはフレキシブル配線板13を通じて、待機時に第一の電位(グランド電位)が付与され、駆動時にそれと異なる第二の電位(例えば、20V)が選択的に付与される。ここでは、個別電極42に対して、待機時にグランド電位を与え、駆動時に正の電位を与えているが、待機時に正の電位を与え、駆動時にグランド電位を与えるようにしてもよい。また、下部定電位電極50には第一の電位が常時付与され、上部定電位電極46には、第二の電位が常時付与される。
そして、図2及び図3に示すように、第一活性部36は待機時に印加される電圧の方向と同じ方向(分極方向)に分極されて、活性化されている。一方、第二活性部37,37は、駆動時に印加される電圧の方向と同じ方向(分極方向)に分極されて、活性化されている。
上記構成の液滴吐出ヘッド2において、電極と電極との間にある電位差が生じたときには、これらの電極に挟まれた圧電層23に電圧が印加されることとなり、厚み方向の電界が生じる。ここで、圧電層23の分極方向と電界の方向とが同じ場合には逆圧電効果が生じ、圧電層23はその分極方向である厚み方向に伸びて水平方向に収縮する。従って、待機時は、逆圧電効果が生じるために有効な電圧が印加されていない第二活性部37,37の圧電層23は変形せず、有効な電圧が印加されている第一活性部36の圧電層23は圧力室83に向かう積層方向Zに伸張しノズル列方向Xに収縮する。このとき、中間層22はボトム層24に接合されているので、トップ層21と中間層22との間でノズル列方向Xへの歪みに差が生じる。これにより、圧電層23とボトム層24とが、圧力室83に向かう積層方向Zへ突出変形し、圧力室83の容積が低下する。
一方、駆動時は、逆圧電効果が生じるために有効な電圧が印加されていない第一活性部36の圧電層23は変形から回復し、有効な電圧が印加されている第二活性部37,37は、圧力室83に向かう積層方向Zに伸張してノズル列方向Xに収縮しようとするので、第二活性部37,37の圧電層23が圧力室83から離れる方向に反るように変形する。第一活性部36及び第二活性部37,37の圧電層23の変形により圧力室83の容積が増大し、マニホールド81から圧力室83に液体が吸い込まれる。
そして、駆動時の状態から、再び個別電極42と下部定電位電極50とを同じ電位(グランド電位)とすると、待機時と同様に第一活性部36に逆圧電効果が生じるために有効な電圧が印加されて第二活性部37,37に有効な電圧が印加されない状態となって、圧力室83の容積が一気に減少する。これにより、吐出孔85から液体が吐出する。
このように、上記構成の液滴吐出ヘッド2では、第一活性部36に対する電圧の印加と非印加の切り替えにより第一活性部36の圧電層23が変形するが、第二活性部37,37の圧電層23が変形することで第一活性部36の圧電層23の変形が隣接する圧力室83に伝播するのを抑制するように、第二活性部37,37に対する電圧の印加と非印加とが切り替えられるので、クロストークの抑制効果を得られる。
以下に示す本発明は、上記構成の液滴吐出ヘッド2において、圧電アクチュエータ12に駆動電圧を付与するための配線構造に関するものである。
[本発明の構成]
本発明の液滴吐出ヘッドは、第一方向に列を成している複数の圧力室及び前記圧力室に連通された吐出孔を有する流路ユニットと、前記圧力室の各々に対応して設けられて前記第一方向に列を成している複数の個別電極と、前記個別電極の各々に対応して設けられて該個別電極の前記流路ユニット側に第一の圧電層を介して積層された上部定電位電極と、前記個別電極の列に対応して設けられて前記上部定電位電極に第二の圧電層を介して積層された下部定電位電極とを有する圧電アクチュエータと、前記個別電極に電位を与える個別電極接続部と、前記上部定電位電極と前記下部定電位電極とに電位を与える定電位電極接続部とを有する配線板とを、順に積層して成る液滴吐出ヘッドであって、前記圧電アクチュエータには、前記第一方向に延在する第一共通伝導部、前記第一共通伝導部の両端が接続されて前記第一方向と略直交する方向に延在する第二共通伝導部、及び前記第一共通伝導部に接続された前記上部定電位電極を含む第一電極結合体と、前記第一方向と略直交する方向に延在する第三共通伝導部及び該第三共通伝導部に両端が接続された前記下部定電位電極を含む第二電極結合体とが形成され、前記配線板の前記定電位電極接続部には、第一方向に延在する第一接続ランドと、前記第一接続ランドの前記第一方向の両側に配置された第二接続ランドとが形成され、前記圧電アクチュエータの前記第一電極結合体と前記第二電極結合体のうち、同一電流を付与したときに電極結合体中に存在する内部抵抗による電圧降下の大きい方の電極結合体が前記第二接続ランドに電気的に接続され、同じく電圧降下の小さい方の電極結合体が前記第一接続ランドに電気的に接続されているものである。
また、本発明の液滴吐出ヘッドは、第一方向に列を成している複数の圧力室及び前記圧力室に連通された吐出孔を有する流路ユニットと、前記圧力室の各々に対応して設けられて前記第一方向に列を成している複数の個別電極と、前記個別電極の各々に対応して設けられて該個別電極の前記流路ユニット側に第一の圧電層を介して積層された上部定電位電極と、前記個別電極の列に対応して設けられて前記上部定電位電極に第二の圧電層を介して積層された下部定電位電極とを有する圧電アクチュエータと、前記個別電極に電位を与える個別電極接続部と、前記上部定電位電極と前記下部定電位電極とに電位を与える定電位電極接続部とを有する配線板とを、順に積層して成る液滴吐出ヘッドであって、前記圧電アクチュエータには、前記第一方向に延在する第一共通伝導部、前記第一共通伝導部の両端が接続されて前記第一方向と略直交する方向に延在する第二共通伝導部、及び前記第一共通伝導部に接続された前記上部定電位電極を含む第一電極結合体と、前記第一方向と略直交する方向に延在する第三共通伝導部及び該第三共通伝導部に両端が接続された前記下部定電位電極を含む第二電極結合体とが形成され、前記配線板の前記定電位電極接続部は、第一方向に延在する第一接続ランドと、前記第一接続ランドの前記第一方向の両側に配置された第二接続ランドとが形成され、前記圧電アクチュエータの前記第一電極結合体と前記第二電極結合体のうち、静止時と駆動時とに各電極結合体の角部に最も近い部分に発生する電位の差が大きい方の電極結合体が前記第二接続ランドに電気的に接続され、同じく電位の差が小さい方の電極結合体が前記第一接続ランドに電気的に接続されているものである。
上記液滴吐出ヘッドは、第一電極結合体と第二電極結合体のうち、よりインピーダンスの大きい方の電極結合体に有利となるように、つまり、定電位電極に亘って略均一に付与されるべき電位と実際に定電位電極に付与される電位との差異がより小さくなるように構成されていることとなる。これにより、圧電アクチュエータの圧電層の動作を安定化させることができる。
上記液滴吐出ヘッドにおいて、前記配線板の前記定電位電極接続部は、1つの端縁部、又は、対向する2つの端縁部に沿って設けられていることがよい。
また、上記液滴吐出ヘッドにおいて、前記圧電アクチュエータの前記配線板の前記定電位電極接続部と積層方向に重複する位置には、前記定電位電極接続部と、前記第一電極結合体又は前記第二電極結合体とを電気的に接続するスルーホールが設けられていることが望ましい。
また、本発明の液滴吐出ヘッドは、第一方向に列を成している複数の圧力室及び前記圧力室に連通された吐出孔を有する流路ユニットと、前記圧力室の各々に対応して設けられて前記第一方向に列を成している複数の個別電極と、前記個別電極の各々に対応して設けられて該個別電極の前記流路ユニット側に第一の圧電層を介して積層された上部定電位電極と、前記個別電極の列に対応して設けられて前記上部定電位電極に第二の圧電層を介して積層された下部定電位電極とを有する圧電アクチュエータと、前記個別電極に電位を与える個別電極接続部と、前記上部定電位電極と前記下部定電位電極とに電位を与える定電位電極接続部とを有する配線板とを、順に積層して成る液滴吐出ヘッドであって、前記圧電アクチュエータには、前記上部定電位電極、該上部定電位電極が接続されて前記第一方向に延在する第一共通伝導部、及び前記第一共通伝導部の両端が接続されて前記第一方向と略直交する方向に延在する第二共通伝導部を含む第一電極結合体と、前記第二共通伝導部の両端にそれぞれ接続されて圧電アクチュエータの四隅に配置された第一中継電極と、前記下部定電位電極及び該下部定電位電極の両端が接続されて第一方向と略直交する方向に延在する第三共通伝導部を含む第二電極結合体と、前記第三共通伝導部に両端が接続されて前記第一方向に延在する第二中継電極とが形成され、前記配線板の前記定電位電極接続部には、第一方向に延在する第一接続ランドと、前記第一接続ランドの前記第一方向の両側に配置された第二接続ランドとが形成され、前記第二接続ランドに前記第一中継電極が電気的に接続され、前記第一接続ランドに前記第二中継電極が電気的に接続されているものである。
本発明の液滴吐出ヘッドは、第一方向に列を成している複数の圧力室及び前記圧力室に連通された吐出孔を有する流路ユニットと、前記圧力室の各々に対応して設けられて前記第一方向に列を成している複数の個別電極と、前記個別電極の各々に対応して設けられて該個別電極の前記流路ユニット側に第一の圧電層を介して積層された上部定電位電極と、前記個別電極の列に対応して設けられて前記上部定電位電極に第二の圧電層を介して積層された下部定電位電極とを有する圧電アクチュエータと、前記個別電極に電位を与える個別電極接続部と、前記上部定電位電極と前記下部定電位電極とに電位を与える定電位電極接続部とを有する配線板とを、順に積層して成る液滴吐出ヘッドであって、前記圧電アクチュエータには、前記上部定電位電極及び該上部定電位電極が接続されて前記第一方向に延在する第一共通伝導部を含む第一電極結合体と、前記上部定電位電極に接続されて圧電アクチュエータの前記第一方向略中央部に配置された第一中継電極と、前記下部定電位電極及び該下部定電位電極の両端が接続されて第一方向と略直交する方向に延在する第三共通伝導部を含む第二電極結合体と、前記第三共通伝導部に両端が接続されて前記第一方向に延在する第二中継電極とが形成され、前記配線板の前記定電位電極接続部には、第一方向に延在する第一接続ランドと、前記第一接続ランドの前記第一方向の両側に配置された第二接続ランドとが形成され、前記第一接続ランドに前記第一中継電極が電気的に接続され、前記第二接続ランドに前記第二中継電極が電気的に接続されているものである。
さらに、本発明の液滴吐出装置は、前記液滴吐出ヘッドを備えているものである。
本発明は、以下に示すような効果を奏する。
本発明によれば、第一電極結合体と第二電極結合体のうち、よりインピーダンスが大きい方の電極結合体に有利となるように電圧を供給することができる。よって、定電位電極に亘って略均一に付与されるべき電位と実際に定電位電極に付与される電位との差異をより小さくして、圧電層の動作を安定化させることができる。
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複説明を省略する。
<実施の形態1>
本発明の実施の形態1について説明する。なお、液滴吐出装置及び液滴吐出ヘッド2の構造については、[課題を解決するための手段]の[発明に至る過程]において詳述しているので、重複する説明については適宜省略する。
[フレキシブル配線板13]
まず、液滴吐出ヘッド2に備えるフレキシブル配線板13の構造について説明する。図6は液滴吐出ヘッドのフレキシブル配線板の平面図である。
図6に示すように、フレキシブル配線板13は、ノズル列方向Xにやや長尺な略矩形状に形成されている。フレキシブル配線板13は、電気絶縁性を有し可撓性の合成樹脂在から成る帯状の基板の下面(圧電アクチュエータ12との接合面)に、圧電アクチュエータ12の各電極に接続される接続部や配線などがフォトレジスト等により形成されていて、この表面が電気絶縁性を有するカバー層で被覆されている。図6においては、フレキシブル配線板13の構造を理解しやすいように、基板及びカバー層を透過した状態が示されている。
このフレキシブル配線板13の下面のノズル列方向Xの略中央部(図6中の二点鎖線で囲まれた部分29)に圧電アクチュエータ12が接合される。この圧電アクチュエータ12が接合される部分と重複して、フレキシブル配線板13のノズル列方向Xの略中央部には個別電極42の接続部42aと接合される接続端子26が多数設けられている。接続端子26は、配線26aにより後述するドライバIC30の出力側と接続されている。同じくフレキシブル配線板13の下面において、ノズル列方向Xの両端縁には入力電極部35,35が設けられ、さらに、接続端子26群と入力電極部35との間には、圧電アクチュエータ12に駆動電圧を出力するドライバIC30,30が設けられている。入力電極部35には、ドライバIC30と配線で接続された入力電極、駆動グランド電極27、及び駆動電極28などが設けられている。
フレキシブル配線板13のノズル行方向Yの両端縁には、入力電極部35,35に両端が接続されて、ノズル列方向Xに延びる2つの第一接続線31,31が設けられている。この第一接続線31のノズル列方向Xの略中央部は内側へ突出して、この突出部に第一接続ランド32が設けられている。第一接続ランド32のノズル列方向Xの両側には、該第一接続ランド32と電気的に非接続である第二接続ランド34,34が設けられている。この第二接続ランド34と最寄りの入力電極部35とは、ノズル列方向Xに延びる第二接続線33で接続されている。なお、入力電極部35,35の近傍において図示せぬ低インピーダンスの配線板により、駆動グランド電極27と第一接続線31とが接続され、駆動電極28と第二接続線33とが接続されている。
上述の通り、フレキシブル配線板13のノズル行方向Yの端部には、ノズル列方向Xの略中央部に位置する第一接続ランド32と、該第一接続ランド32のノズル列方向Xの両側に位置する第二接続ランド34,34とから成る定電位電極接続部が形成されている。この定電位電極接続部に、圧電アクチュエータ12の下部定電位電極50と上部定電位電極46とが電気的に接続されることとなる。
[圧電アクチュエータ12の電極形状]
次に、液滴吐出ヘッド2に備える圧電アクチュエータ12に設けられた個別電極42、下部定電位電極50、及び上部定電位電極46の各電極の形状とその配線構造について、図7〜9を用いて説明する。図7は実施の形態1に係る圧電アクチュエータの個別電極とトップ層の平面図、図8は実施の形態1に係る圧電アクチュエータの上部定電位電極と中間層の平面図、図9は実施の形態1に係る圧電アクチュエータの下部定電位電極とボトム層の平面図である。
[個別電極42]
図7に示すように、トップ層21の外表面には、各圧力室83(図2,3、参照)に対応する略矩形状の個別電極42と、トップ層21の四隅に配置された第二表面電極44,44,,と、第二表面電極44,44の間に配置された2つの第一表面電極43,43とが設けられている。
個別電極42は、ノズル列方向Xに規則的に並んで列を成している。この個別電極42の列は、ノズル行方向Yに並んでいる。各個別電極42には、2列毎の列と列との間に向けて突出する接続部42aが形成されている。この接続部42aには、トップ層21の外表面に設けられるフレキシブル配線板13の接続端子26が接合される。
第一表面電極43は、トップ層21のノズル行方向Yの両端部に設けられ、フレキシブル配線板13の第一接続ランド32,32と積層方向Zに重複している。また、第二表面電極44はトップ層21のノズル行方向Yの両端部において、2つの第一表面電極43,43の間に設けられて、第二接続ランド34と積層方向Zに重複している。つまり、トップ層21のノズル行方向Yの両端部において、ノズル列方向Xの略中央部に第一表面電極43が設けられ、同じくノズル列方向Xの両端部に第二表面電極44,44が設けられていることとなる。
第一表面電極43と第二表面電極44とは、何れも個別電極42と電気的に非接続である。また、第一接続ランド32又は第二接続ランド34と下層の電極部とを電気的に接続するために、第一表面電極43とトップ層21とを貫通するスルーホール43aと、第二表面電極44とトップ層21とを貫通するスルーホール44aとが形成されている。
[上部定電位電極46]
図8に示すように、中間層22の上面には、上部定電位電極46を含む第一電極結合体55と、中間層22の四隅に配置された第一中継電極48,48,,と、第一中継電極48,48の間に配置された2つの第一接続部49,49とが設けられている。第一中継電極48は、フレキシブル配線板13の第二接続ランド34と積層方向Zに重複する位置に設けられた導電部である。このように、フレキシブル配線板13の第二接続ランド34と、トップ層21の第二表面電極44と、中間層22の第一中継電極48とを積層方向Zに重複して、第二表面電極44から第一中継電極48までの電位変化を低減できるようにしている。また、第一接続部49は、フレキシブル配線板13の第一接続ランド32と積層方向Zに重複する位置に設けられている。この第一接続部49と中間層22とを貫通し且つスルーホール43aと連通しているスルーホール49aが、第一接続ランド32と下層の電極部と電気的に接続するために形成されている。
上部定電位電極46は略矩形状の電極箔であって、各個別電極42に対応してノズル列方向Xに略一定ピッチで並べられて列を成している。この上部定電位電極46の列は、複数がノズル行方向Yに並べられている。そして、2列の上部定電位電極46の列に対して一筋のノズル列方向Xに延びる第一共通伝導部45が設けられている。この第一共通伝導部45の両側各一列の上部定電位電極46が、該第一共通伝導部45に接続されている。さらに、第一共通伝導部45のノズル列方向Xの両端は、ノズル行方向Yに延びる2本の第二共通伝導部47,47にそれぞれ接続され、第二共通伝導部47,47の両端は、4つの第一中継電極48,48,,にそれぞれ接続されている。このようにして、中間層22上に設けられた全ての上部定電位電極46は第一共通伝導部45及び第二共通伝導部47により電気的に1つに接続されて、中間層22上で第一電極結合体55が形成されている。
[下部定電位電極50]
図9に示すように、ボトム層24の上面には、下部定電位電極50を含む第二電極結合体56と、2つの第二中継電極52,52とが設けられている。第二中継電極52,52は、フレキシブル配線板13の第一接続ランド32と積層方向Zに重複する位置に設けられた導電部であって、ボトム層24の両端部においてノズル列方向Xに延びる帯状を成している。このように、フレキシブル配線板13の第一接続ランド32と、トップ層21の第一表面電極43と、中間層22の第一接続部49とを積層方向Zに重複して、第一表面電極43から第二中継電極52までの電位変化を低減できるようにしている。
下部定電位電極50は、ノズル列方向Xに並ぶ圧力室83に共通の電極となるように、ノズル列方向Xに延びる帯状の共通電極として形成されている。本実施の形態において、2列の個別電極42の列に対して一本の下部定電位電極50が設けられて、複数の下部定電位電極50はノズル行方向Yに間をおいて並べられている。下部定電位電極50と下部定電位電極50との間には、積層方向Zにおいて、個別電極42の接続部42aと、上部定電位電極46に接続された第一共通伝導部45とが重複している。このように下部定電位電極50を帯状に形成して、隣接する下部定電位電極50を離間するとともに、第一共通伝導部45と下部定電位電極50とが積層方向Zに重複しないようにすることで、圧電アクチュエータ12に電荷がたまらないようにしている。
下部定電位電極50のノズル列方向Xの両端は、2本の第三共通伝導部51,51にそれぞれ接続されている。この第三共通伝導部51の両端は、それぞれ第二中継電極52,52に接続されている。このようにして、ボトム層24上に設けられた全ての下部定電位電極50は第三共通伝導部51,51により電気的に1つに接続されて、ボトム層24上に第二電極結合体56が形成されている。
[圧電アクチュエータ12の動作]
次に、上記構成の圧電アクチュエータ12の動作について、特に、活性部36,37に印加される電圧の切替について説明する。
フレキシブル配線板13のドライバIC30から、配線26a、及び接続端子26を通じて圧電アクチュエータ12の個別電極42の接続部42aに、第一の電位と第二の電位とが選択的に付与される。フレキシブル配線板13の駆動電極28から、上部定電位電極46に第二の電位が常時付与されている。また、フレキシブル配線板13の駆動グランド電極27から、下部定電位電極50に第一の電位が常時付与されている。
個別電極42に第二の電位が付与されたとき(図5に示す個別電極42の駆動時の電位の上昇部分)、第二活性部37,37の圧電層23の内部静電容量に電圧が印加される。このとき、下部定電位電極50の電位が変化し、下部定電位電極50から入力電極部35の駆動グランド電極27までの電気的経路(下部定電位電極50、第三共通伝導部51、第二中継電極52、スルーホール49a、第一接続部49、スルーホール43a、第一表面電極43、第一接続ランド32、第一接続線31及び入力電極部35の駆動グランド電極27)に電圧が印加される。こうして、個別電極42に第二の電位が付与されたときに、第三共通伝導部51の電位が上昇する。
また、個別電極42に第二の電位が付与されたとき、第一活性部36の圧電層23の内部静電容量に電圧が印加される。このとき、上部定電位電極46の電位が変化し、上部定電位電極46から駆動電極28までの電気的経路(上部定電位電極46、第一共通伝導部45、第二共通伝導部47、スルーホール44a、第二表面電極44、第二接続ランド34、第二接続線33、及び駆動電極28)に電圧が印加される。こうして、個別電極42に第二の電位が付与されたときに、第二共通伝導部47の電位が上昇する。
続いて、個別電極42に第一の電位が付与されたとき(図5に示す個別電極42の駆動時の電位の降下部分)、第一活性部36の圧電層23の内部静電容量に電圧が印加される。このとき、上部定電位電極46の電位が変化し、第二共通伝導部47の電位が低下する。また、第二活性部37,37の圧電層23の内部静電容量に電圧が印加される。このとき、下部定電位電極50の電位が変化し、第三共通伝導部51の電位も低下する。
上述の通り構成された液滴吐出ヘッド2では、フレキシブル配線板13に定電位電極接続部として第一接続ランド32と第二接続ランド34,34とが設けられているが、このうち何れが圧電アクチュエータ12の下部定電位電極50と電気的に接続され、また、何れが上部定電位電極46と電気的に接続されるかは、第二電極結合体56と第一電極結合体55との内部抵抗によるインピーダンス(電圧降下)により定められている。つまり、下部定電位電極50を含む第二電極結合体56と、上部定電位電極46を含む第一電極結合体55のうち、インピーダンスの大きい方と第二接続ランド34,34とが接続され、インピーダンスの小さい方と第一接続ランド32とが接続されるように、第一接続ランド32又は第二接続ランド34,34と接続される定電位電極との組合せが決定されている。第二接続ランド34,34は、電極結合体のうち電流が集中する箇所(第二共通伝導部47,第三共通伝導部51)により近いので、電源から電極までの電圧降下を少しでも低減することができるという点で有利な条件で電極結合体に電位を付与することができる。このようにして、定電位電極に亘って略均一に付与されるべき電位と実際に定電位電極に付与される電位との差異をより小さくして、圧電層23が安定して動作できるようにしている。
これを本実施の形態に当てはめて具体的に説明すれば、以下の通りである。
上部定電位電極46は箔状であって、しかも、1つの第一共通伝導部45から枝分かれしたように複数の上部定電位電極46が連結されている。一方、下部定電位電極50は箔状であるが、第一共通伝導部45よりも幅広の帯状である。第一電極結合体55と第二電極結合体56とは、形状や材質が異なるために、同じ電流を供給したときに電極結合体中に存在する内部抵抗により発生する電圧降下に差が生じる。従って、第一共通伝導部45と上部定電位電極46とが同一素材且つ同一厚さの箔で構成されていて、この第一電極結合体55と第二電極結合体56とに同一の電流をかけたと仮定すると、第二電極結合体56で生じる電圧降下よりも第一電極結合体55で生じる電圧降下の方が大きいこととなる。
換言すれば、第一電極結合体55の角部に位置する第二共通伝導部47の端部での電圧変動と、第二電極結合体56の角部に位置する第三共通伝導部51の端部での電圧変動とを比較すると、第一電極結合体55の方がインピーダンスが大きいことから前者の方が電圧変動が大きいこととなる。なお、ここで電圧変動とは、液滴吐出ヘッド2において、待機時の電位と、具備される全チャンネルを駆動した時に発生する電位との差である。
以上の理由から、本実施の形態に係る液滴吐出ヘッド2では、フレキシブル配線板13の第一接続ランド32には圧電アクチュエータ12の下部定電位電極50を含む第二電極結合体56が電気的に接続され、フレキシブル配線板13の第二接続ランド34,34には圧電アクチュエータ12の上部定電位電極46を含む第一電極結合体55が電気的に接続されている。
<実施の形態2>
以下、本発明の実施の形態2に係る液滴吐出ヘッド2について、図10〜12を用いて説明する。図10は実施の形態2に係る圧電アクチュエータの上部定電位電極と中間層の平面図、図11は実施の形態2に係る圧電アクチュエータの下部定電位電極とボトム層の平面図、図12は実施の形態2に係る圧電アクチュエータの電極の配置を説明する図である。なお、実施の形態2に係る液滴吐出ヘッド2では、圧電アクチュエータ12に具備される定電位電極の形状を除いて、実施の形態1に記載した液滴吐出ヘッド2と同一の構成である。よって、以下では。圧電アクチュエータ12の電極形状及びその配線構造について説明し、他の重複する説明は適宜省略する。
[圧電アクチュエータ12の電極形状]
次に、液滴吐出ヘッド2に備える圧電アクチュエータ12に設けられた個別電極42、下部定電位電極50(GND電極)、及び上部定電位電極46(VDD電極)の各電極の形状とその配線構造について説明する。このうち、個別電極42の構成は実施の形態1に記載したものと同じであるので、説明を省略する。
[上部定電位電極46]
図10及び図11に示すように、中間層22の上面には、上部定電位電極46を含む第一電極結合体55と、中間層22の四隅に配置された第一接続部58,58,,と、第一接続部58,58の間に配置された2つの第一中継電極59,59とが設けられている。第一中継電極59は、フレキシブル配線板13の第一接続ランド32と積層方向Zに重複する位置に設けられた導電部である。このように、フレキシブル配線板13の第一接続ランド32と、トップ層21の第一表面電極43と、中間層22の第一中継電極59とを積層方向Zに重複して、第二表面電極44から第一中継電極59までの電位変化を低減できるようにしている。また、第一接続部58は、フレキシブル配線板13の第二接続ランド34と積層方向Zに重複する位置に設けられている。この第一接続部58と中間層22とを貫通し且つスルーホール44aと連通するスルーホール58aが、第二接続ランド34と下層の電極部と電気的に接続するために形成されている。
上部定電位電極46は略矩形状の電極箔であって、各個別電極42に対応してノズル列方向Xに略一定ピッチで並べられて列を成している。この上部定電位電極46の列は、複数がノズル行方向Yに並べられている。そして、隣接する上部定電位電極46の列の間にノズル列方向Xに延びる第一共通伝導部45が設けられて、該第一共通伝導部45と上部定電位電極46とが接続されている。また、第一中継電極59,59と隣接する上部定電位電極46の列では、上部定電位電極46と第一中継電極59とが接続されている。さらに、第一共通伝導部45のノズル列方向Xの両端は、ノズル行方向Yに延びる2本の第二共通伝導部47,47にそれぞれ接続されている。このようにして、中間層22上に設けられた全ての上部定電位電極46は第一共通伝導部45及び第二共通伝導部47により電気的に1つに接続されて、中間層22上で網目状の第一電極結合体55が形成されている。
[下部定電位電極50]
図11及び図12に示すように、ボトム層24の上面には、下部定電位電極50を含む第二電極結合体56と、2つの第二中継電極52,52とが設けられている。第二中継電極52,52は、フレキシブル配線板13の第二接続ランド34と積層方向Zに重複する位置に設けられた導電部であって、ボトム層24の両端部においてノズル列方向Xに延びる帯状を成している。このように、フレキシブル配線板13の第二接続ランド34と、トップ層21の第二表面電極44と、中間層22の第一接続部58とを積層方向Zに重複して、第二表面電極44から第二中継電極52までの電位変化を低減できるようにしている。
下部定電位電極50は、ノズル列方向Xに並ぶ圧力室83(図2,3、参照)に共通の電極となるように、ノズル列方向Xに延びる帯状の共通電極として形成されている。本実施の形態において、1列の個別電極42の列に対して一本の下部定電位電極50が設けられて、複数の下部定電位電極50はノズル行方向Yに間をおいて並べられている。下部定電位電極50と下部定電位電極50との間には、積層方向Zにおいて、個別電極42の接続部42aと、上部定電位電極46に接続された第一共通伝導部45とが重複している。このように下部定電位電極50を帯状に形成して、隣接する下部定電位電極50を離間するとともに、第一共通伝導部45と下部定電位電極50とが積層方向Zに重複しないようにすることで、圧電アクチュエータ12に電荷がたまらないようにしている。
下部定電位電極50のノズル列方向Xの両端は、2本の第三共通伝導部51,51にそれぞれ接続されている。この第三共通伝導部51の両端は、それぞれ第二中継電極52,52に接続されている。このようにして、ボトム層24上に設けられた全ての下部定電位電極50は第三共通伝導部51,51により電気的に1つに接続されて、ボトム層24上に第二電極結合体56が形成されている。
上記構成の液滴吐出ヘッド2において、フレキシブル配線板13の第一接続ランド32には圧電アクチュエータ12の上部定電位電極46を含む第一電極結合体55が電気的に接続され、フレキシブル配線板13の第二接続ランド34,34には圧電アクチュエータ12の下部定電位電極50を含む第二電極結合体56が電気的に接続されている。
本実施の形態において、下部定電位電極50は1列の個別電極42の列に対して一本が設けられていることから、実施の形態1と比較して、下部定電位電極50の幅は小さくなり、下部定電位電極50の本数が増えて、第二電極結合体56のインピーダンスは増大する。一方、上部定電位電極46の列の間にはそれぞれに第一共通伝導部45が設けられて、第一電極結合体55は網目状に形成されていることから、実施の形態1と比較して、第一電極結合体55のインピーダンスは低下する。ここで、第一共通伝導部45と上部定電位電極46とが同一素材且つ同一厚さの箔で構成されて第一電極結合体55と第二電極結合体56とに同一の電流をかけたと仮定すると、第一電極結合体55で生じる電圧降下よりも第二電極結合体56で生じる電圧降下の方が大きいこととなる。
換言すれば、第一電極結合体55の角部に位置する第二共通伝導部47の端部での電圧変動と、第二電極結合体56の角部に位置する第三共通伝導部51の端部での電圧変動とを比較すると、第二電極結合体56の方がインピーダンスが大きいことから前者の方が電圧変動が大きいこととなる。
以上の理由から、本実施の形態において、フレキシブル配線板13の第一接続ランド32には圧電アクチュエータ12の上部定電位電極46を含む第一電極結合体55が電気的に接続され、フレキシブル配線板13の第二接続ランド34,34には圧電アクチュエータ12の下部定電位電極50を含む第二電極結合体56が電気的に接続されている。
本発明は、例えば、インクジェットヘッドなどの液滴吐出ヘッド、及びこの液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置に適用することができる。
液滴吐出ヘッドの構成を示す分解斜視図である。 圧電アクチュエータと流路ユニットの構成を示すノズル列方向の一部断面図である。 圧電アクチュエータと流路ユニットの構成を示すノズル行方向の一部断面図である。 圧電アクチュエータの電極の配置を説明する図である。 電極へ電圧を付与するタイミングチャート図である。 液滴吐出ヘッドのフレキシブル配線板の平面図である。 実施の形態1に係る圧電アクチュエータの個別電極とトップ層の平面図である。 実施の形態1に係る圧電アクチュエータの上部定電位電極と中間層の平面図である。 実施の形態1に係る圧電アクチュエータの下部定電位電極とボトム層の平面図である。 実施の形態2に係る圧電アクチュエータの上部定電位電極と中間層の平面図である。 実施の形態2に係る圧電アクチュエータの下部定電位電極とボトム層の平面図である。 実施の形態2に係る圧電アクチュエータの電極の配置を説明する図である。
符号の説明
X ノズル列方向
Y ノズル行方向
Z 積層方向
2 液滴吐出ヘッド
11 流路ユニット
12 圧電アクチュエータ
13 フレキシブル配線板
21 トップ層
22 中間層
23 圧電層
24 ボトム層
30 ドライバIC
31 第一接続線
32 第一接続ランド
33 第二接続線
34 第二接続ランド
35 入力電極部
36 第一活性部
37 第二活性部
81 マニホールド
82 連通孔
83 圧力室
84 連通孔
85 吐出孔
42 個別電極
43 第一表面電極
44 第二表面電極
45 第一共通伝導部
46 上部定電位電極
47 第二共通伝導部
48 第一中継電極
49 第一接続部
50 下部定電位電極
51 第三共通伝導部
52 第二中継電極
55 第一電極結合体
56 第二電極結合体
58 第一接続部
59 第一中継電極

Claims (7)

  1. 第一方向に列を成している複数の圧力室及び前記圧力室に連通された吐出孔を有する流路ユニットと、
    前記圧力室の各々に対応して設けられて前記第一方向に列を成している複数の個別電極と、前記個別電極の各々に対応して設けられて該個別電極の前記流路ユニット側に第一の圧電層を介して積層された上部定電位電極と、前記個別電極の列に対応して設けられて前記上部定電位電極に第二の圧電層を介して積層された下部定電位電極とを 有する圧電アクチュエータと、
    前記個別電極に電位を与える個別電極接続部と、前記上部定電位電極と前記下部定電位電極とに電位を与える定電位電極接続部とを 有する配線板とを、
    順に積層して成る液滴吐出ヘッドであって、
    前記圧電アクチュエータには、前記第一方向に延在する第一共通伝導部、前記第一共通伝導部の両端が接続されて前記第一方向と略直交する方向に延在する第二共通伝導部、及び前記第一共通伝導部に接続された前記上部定電位電極を含む第一電極結合体と、前記第一方向と略直交する方向に延在する第三共通伝導部及び該第三共通伝導部に両端が接続された前記下部定電位電極を含む第二電極結合体とが形成され、
    前記配線板の前記定電位電極接続部には、第一方向に延在する第一接続ランドと、前記第一接続ランドの前記第一方向の両側に配置された第二接続ランドとが形成され、
    前記圧電アクチュエータの前記第一電極結合体と前記第二電極結合体のうち、同一電流を付与したときに電極結合体中に存在する内部抵抗による電圧降下の大きい方の電極結合体が前記第二接続ランドに電気的に接続され、同じく電圧降下の小さい方の電極結合体が前記第一接続ランドに電気的に接続されている、
    液滴吐出ヘッド。
  2. 第一方向に列を成している複数の圧力室及び前記圧力室に連通された吐出孔を有する流路ユニットと、
    前記圧力室の各々に対応して設けられて前記第一方向に列を成している複数の個別電極と、前記個別電極の各々に対応して設けられて該個別電極の前記流路ユニット側に第一の圧電層を介して積層された上部定電位電極と、前記個別電極の列に対応して設けられて前記上部定電位電極に第二の圧電層を介して積層された下部定電位電極とを 有する圧電アクチュエータと、
    前記個別電極に電位を与える個別電極接続部と、前記上部定電位電極と前記下部定電位電極とに電位を与える定電位電極接続部とを 有する配線板とを、
    順に積層して成る液滴吐出ヘッドであって、
    前記圧電アクチュエータには、前記第一方向に延在する第一共通伝導部、前記第一共通伝導部の両端が接続されて前記第一方向と略直交する方向に延在する第二共通伝導部、及び前記第一共通伝導部に接続された前記上部定電位電極を含む第一電極結合体と、前記第一方向と略直交する方向に延在する第三共通伝導部及び該第三共通伝導部に両端が接続された前記下部定電位電極を含む第二電極結合体とが形成され、
    前記配線板の前記定電位電極接続部は、第一方向に延在する第一接続ランドと、前記第一接続ランドの前記第一方向の両側に配置された第二接続ランドとが形成され、
    前記圧電アクチュエータの前記第一電極結合体と前記第二電極結合体のうち、静止時と駆動時とに各電極結合体の角部に最も近い部分に発生する電位の差が大きい方の電極結合体が前記第二接続ランドに電気的に接続され、同じく電位の差が小さい方の電極結合体が前記第一接続ランドに電気的に接続されている、
    液滴吐出ヘッド。
  3. 前記配線板の前記定電位電極接続部は、1つの端縁部、又は、対向する2つの端縁部に沿って設けられている、
    請求項1又は請求項2に記載の液滴吐出ヘッド。
  4. 前記圧電アクチュエータの前記配線板の前記定電位電極接続部と積層方向に重複する位置には、前記定電位電極接続部と、前記第一電極結合体又は前記第二電極結合体とを電気的に接続するスルーホールが設けられている、
    請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッド。
  5. 第一方向に列を成している複数の圧力室及び前記圧力室に連通された吐出孔を有する流路ユニットと、
    前記圧力室の各々に対応して設けられて前記第一方向に列を成している複数の個別電極と、前記個別電極の各々に対応して設けられて該個別電極の前記流路ユニット側に第一の圧電層を介して積層された上部定電位電極と、前記個別電極の列に対応して設けられて前記上部定電位電極に第二の圧電層を介して積層された下部定電位電極とを 有する圧電アクチュエータと、
    前記個別電極に電位を与える個別電極接続部と、前記上部定電位電極と前記下部定電位電極とに電位を与える定電位電極接続部とを 有する配線板とを、
    順に積層して成る液滴吐出ヘッドであって、
    前記圧電アクチュエータには、前記上部定電位電極、該上部定電位電極が接続されて前記第一方向に延在する第一共通伝導部、及び前記第一共通伝導部の両端が接続されて前記第一方向と略直交する方向に延在する第二共通伝導部を含む第一電極結合体と、前記第二共通伝導部の両端にそれぞれ接続されて圧電アクチュエータの四隅に配置された第一中継電極と、前記下部定電位電極及び該下部定電位電極の両端が接続されて第一方向と略直交する方向に延在する第三共通伝導部を含む第二電極結合体と、前記第三共通伝導部に両端が接続されて前記第一方向に延在する第二中継電極とが形成され、
    前記配線板の前記定電位電極接続部には、第一方向に延在する第一接続ランドと、前記第一接続ランドの前記第一方向の両側に配置された第二接続ランドとが形成され、前記第二接続ランドに前記第一中継電極が電気的に接続され、前記第一接続ランドに前記第二中継電極が電気的に接続されている、
    液滴吐出ヘッド。
  6. 第一方向に列を成している複数の圧力室及び前記圧力室に連通された吐出孔を有する流路ユニットと、
    前記圧力室の各々に対応して設けられて前記第一方向に列を成している複数の個別電極と、前記個別電極の各々に対応して設けられて該個別電極の前記流路ユニット側に第一の圧電層を介して積層された上部定電位電極と、前記個別電極の列に対応して設けられて前記上部定電位電極に第二の圧電層を介して積層された下部定電位電極とを 有する圧電アクチュエータと、
    前記個別電極に電位を与える個別電極接続部と、前記上部定電位電極と前記下部定電位電極とに電位を与える定電位電極接続部とを 有する配線板とを、
    順に積層して成る液滴吐出ヘッドであって、
    前記圧電アクチュエータには、前記上部定電位電極及び該上部定電位電極が接続されて前記第一方向に延在する第一共通伝導部を含む第一電極結合体と、前記上部定電位電極に接続されて圧電アクチュエータの前記第一方向略中央部に配置された第一中継電極と、前記下部定電位電極及び該下部定電位電極の両端が接続されて第一方向と略直交する方向に延在する第三共通伝導部を含む第二電極結合体と、前記第三共通伝導部に両端が接続されて前記第一方向に延在する第二中継電極とが形成され、
    前記配線板の前記定電位電極接続部には、第一方向に延在する第一接続ランドと、前記第一接続ランドの前記第一方向の両側に配置された第二接続ランドとが形成され、前記第一接続ランドに前記第一中継電極が電気的に接続され、前記第二接続ランドに前記第二中継電極が電気的に接続されている、
    液滴吐出ヘッド。
  7. 請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッドを備えている、
    液滴吐出装置。
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