JP2011093105A - 液体噴射ヘッド及び記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】共通配線パターンは全ての圧電素子に共通に接続されているため、駆動信号が供給される圧電素子が多くなると、共通配線パターンの端子部に流れる電流が多くなるため、接合部分で発熱してしまうという課題がある。
【解決手段】液滴が吐出されるノズル開口２４に連通し、圧電素子１０の駆動によって圧力変化が生じる圧力室２１と、複数の共通電極１３が接続される共通配線パターン１１に形成された共通配線端子部２５と、個別電極１４と個別に接続される個別配線パターン１２に形成された個別配線端子部１７と、異方性導電接着材を介して、共通配線端子部２５と接合される第１の端子および個別配線端子部１７と接合される第２の端子を有するフィルム状のフレキシブル配線基板と、を備え、共通配線端子部２５と第１の端子との接合面積は、個別配線端子部１７と第２の端子との接合面積より広い液体噴射ヘッドを提供する。
【選択図】図７

Description

本発明は、液体噴射ヘッド及び記録装置に関するものである。

液体噴射装置として、液体噴射ヘッドに形成された複数のノズルから例えば紙などの記録媒体に液滴としてのインクを噴射するインクジェット式記録装置が知られている。このような液体噴射ヘッドの一種に、振動板等の表面に形成された圧電素子を変形させることで液滴を噴射させるようにしたものがある。
この液体噴射ヘッドは、複数のノズル開口や共通インク室を備えた流路ユニットと、圧力室と圧電素子を備えたアクチュエーターユニットを有している。圧電素子は、ノズル開口ごとに備えられ、振動板を挟んで圧力室と対向する位置にある。そのため、個別電極に駆動信号を供給して圧電素子に設けられた共通電極と個別電極間に電圧が印加されると、圧力室の容積が変形し、圧力室内に貯留された液体に圧力変動が生じ、複数のノズル開口から液滴が噴射される。
アクチュエーターユニットには、全ての共通電極に接続された共通配線パターンと、個別電極ごとに接続された複数の個別配線パターンとが形成されている。そして、これらの共通配線パターン、個別配線パターンにそれぞれ設けられた端子部は、ポリイミド等のベースフィルムの表面に銅箔等の導体パターンが形成されたＦＰＣ（フレキシブル・プリンティング・サーキット）やＴＣＰ（テープ・キャリア・パッケージ）等のフィルム状の配線基板の端子部と半田付けによって接合されている。

しかし、半田付けによる接合では、フラックスによるリーク電流やマイグレーションが発生し、隣接する電極パターン間での絶縁抵抗値が低下してしまったり、電極パターンに設けられた端子部からフィルム状の配線基板が剥離してしまったりする場合がある。
そこで、例えば、特許文献１では、異方性導電フィルム（ＡＣＦ：Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｆｉｌｍ）や異方性導電ペースト（ＡＣＰ：Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｐａｓｔｅ）を含む異方性導電接着材を用いる方法が提案されている。

特開２００９−４０００６号公報

異方性導電接着材を用いる方法では、共通配線パターンおよび個別配線パターンに設けられた端子部と、フィルム状の配線基板の端子部とは、異方性導電接着材に含まれた金メッキを施した樹脂ボールによって導通が確保される。上述したように、共通配線パターンは全ての圧電素子の共通電極に共通に接続されているため、個別電極を介して駆動信号が供給される圧電素子が多くなると、共通配線パターンの端子部に流れる電流が多くなる。そのため、共通配線パターンの端子部とフィルム状の配線基板の端子部との接合部分に、必要な量の樹脂ボールが確保されていないと、接合部分で発熱してしまうという課題がある。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］共通電極と、圧電体層と、個別電極と、を有する複数の圧電素子と、液滴が吐出されるノズル開口に連通し、前記圧電素子の駆動によって圧力変化が生じる圧力室と、複数の前記共通電極が接続される共通配線パターンに形成された共通配線端子部と、前記個別電極と個別に接続される個別配線パターンに形成された個別配線端子部と、異方性導電接着材を介して、前記共通配線端子部と接合される第１の端子および前記個別配線端子部と接合される第２の端子を有するフィルム状のフレキシブル配線基板と、を備え、前記共通配線端子部と前記第１の端子との接合面積は、前記個別配線端子部と前記第２の端子との接合面積より広いことを特徴とする液体噴射ヘッド。

この構成によれば、共通配線端子部と第１の端子との接合面積は、個別配線端子部と第２の端子との接合面積より広い。これにより、共通配線端子部とフレキシブル配線基板の第１の端子との接合部に備えられる異方性導電接着材の量が多くなるので、接合部における導電性が向上する。これにより、共通電極と個別電極に電圧が印加される圧電素子が多くなり、共通配線パターンに形成された共通配線端子部に流れる電流が増加した場合に、共通配線端子部が発熱することを抑制できる。

［適用例２］前記共通配線端子部の前記第１の端子が接合される面は、周縁部が中央部より高い凹状に形成されていることを特徴とする上記液体噴射ヘッド。

この構成によれば、共通配線端子部の、フレキシブル配線基板の第１の端子が接合される接合面の周縁部に突出した土手部分が形成される。これにより、接合面から異方性導電接着材が流出することを抑制でき、より確実に共通配線端子部と第１の端子の導通を確保することができる。

［適用例３］前記個別配線端子部の前記第２の端子が接合される面は、周縁部が中央部より高い凹状に形成されていることを特徴とする上記液体噴射ヘッド。

この構成によれば、個別配線端子部の、フレキシブル配線基板の第２の端子が接合される接合面の周縁部に突出した土手部分が形成される。これにより、接合面から異方性導電接着材が流出することを抑制できる。そのため、個別配線端子部とフレキシブル配線基板の第２の端子との接合部に備えられる異方性導電接着材の量が多くなるので、より確実に個別配線端子部と第２の端子の導通を確保することができる。

［適用例４］上記液体噴射ヘッドを備えることを特徴とする記録装置。
この構成によれば、共通電極と個別電極に電圧が印加される圧電素子が多くなり、共通配線パターンに形成された共通配線端子部に流れる電流が増加した場合に、共通配線端子部が発熱することを抑制できる。

インクジェット式記録装置の概略斜視図。 インクジェット式液体噴射ヘッドの要部を示す概略斜視図。 インクジェット式液体噴射ヘッドの概略分解斜視図。 アクチュエーター部をケースヘッド側から見た平面図。 ヘッドユニットの構成を説明する要部断面図。 フレキシブル配線基板の部分を示す平面図。 （ａ）は、アクチュエーター部の部分拡大図、（ｂ）は、アクチュエーター部の部分断面図、（ｃ）は、アクチュエーター部の部分断面図。 アクチュエーター部とフレキシブル配線基板との接合状態を示す要部拡大断面図。 （ａ）は、第２実施形態の液体噴射ヘッドのアクチュエーター部における共通配線パターンの部分断面図、（ｂ）は、第２実施形態の液体噴射ヘッドのアクチュエーター部における個別配線パターンの部分断面図。

以下、実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
（第１実施形態）
図１は、本実施形態の液体噴射装置としてのインクジェット式記録装置（以下「記録装置」という）１００の概略斜視図である。記録装置１００のキャリッジ１０１は、キャリッジモーター１０２により駆動されるタイミングベルト１０３によって、ガイド部材１０４に案内されてプラテン１０５の軸方向に往復移動されるように構成されている。

図２は、インクジェット式液体噴射ヘッド（以下「液体噴射ヘッド」という）３００の要部を示す概略斜視図である。図１のキャリッジ１０１の記録用紙２００に対向する側には、図２の液体噴射ヘッド３００が搭載され、液体噴射ヘッド３００の図面上側には、液体噴射ヘッド３００に液体としてのインクを供給するブラックインクカートリッジ１０６及びカラーインクカートリッジ１０７が着脱可能に装填されている。図１の記録用紙２００は、印刷領域Ｐに配置され、液体噴射ヘッド３００によってインクが吐出され、文字や画像が形成される構成となっている。

また、図１に示すように、記録用紙２００が配置されない非印刷領域である例えば、ホームポジションＨには、キャップ部材や吸引手段等を有するクリーニング手段である例えば、キャッピング手段１２０、吸引ポンプ１３０、そしてワイピング部材１４０が配置されている。

図３は、図２の液体噴射ヘッド３００の概略分解斜視図である。図２の液体噴射ヘッド３００は、ケースヘッド３１０やカバーケース３１１を有している。また、ケースヘッド３１０の図面下部の底部にはカバーケース３４０が備えられる。

図３のケースヘッド３１０には、図１のブラックインクカートリッジ１０６やカラーインクカートリッジ１０７からインクを導く針３１２やインクを濾すフィルター３１３を有している。また、ケースヘッド３１０は、後述するフレキシブル配線基板３３０を接続するためのケースヘッド側基板３１４、そして、ケースヘッド側基板３１４を覆うためのカバーケース３１１等を有している。

図３に示すように、アクチュエーター部３２１とケースヘッド３１０との間には、アクチュエーター部３２１に駆動信号を供給するフレキシブル配線基板３３０が配置されている。フレキシブル配線基板３３０の図面右側の一方は、アクチュエーター部３２１に接続されている。図面左側にある他方は、図面右側の一方に対して直角方向に折り曲げられ、先端部がケースヘッド３１０側を向いている。

フレキシブル配線基板３３０の図面左側の先端部は、ケースヘッド３１０に備えられたケースヘッド側基板３１４と接続され、ケースヘッド側基板３１４から電力の供給を受ける構成となっている。

図３のケースヘッド３１０の図面下側には、ヘッドユニット３２０が配置される。図４は、図３のアクチュエーター部３２１をケースヘッド３１０側から見た平面図である。圧電素子１０が長手方向を図面左右方向（ノズル列と直角方向）にして、図面上下方向（ノズル列方向）に２列に並んで配置されている。

共通配線パターン１１は、圧電素子１０の全てと共通に接続され、個別配線パターン１２は、圧電素子１０と個別に接続される。共通配線パターン１１、個別配線パターン１２、圧電素子１０は、振動子プレート１８上に線対称に配置される。

図５は、ヘッドユニット３２０の構成を説明する要部断面図である。ノズルプレート３２４には、インクを吐出するためのノズル開口２４が形成されている。

ノズル開口２４は、ドット形成密度に応じたピッチで開設されている。図３および図５に示すように、ノズルプレート３２４の図面上側には、インクの流路を形成するための供給プレート３２３やリザーバプレート３２２が配置されている。

図５のアクチュエーター部３２１は、圧力室２１となる通孔を開設した圧力室プレート１９、圧電素子１０が実装されると共に圧力室２１の一部を区画する振動子プレート１８、及び、供給側連通口２２及びノズル連通口２３を形成した連通口プレート２０を積層してなる。圧力室２１は、ノズル開口２４ごとに形成されている。この圧力室２１はノズル開口に連通し、圧電素子１０の駆動によって圧力変化が生じる流路である。

圧電素子１０は、個別電極１４と共通電極１３とで圧電体層１５を挟んだ状態に形成されている。圧電素子１０は、振動子プレート１８の圧力室２１とは反対側の表面に、圧力室２１が形成されている領域を覆うように形成されている。

ノズルプレート３２４、供給プレート３２３、リザーバプレート３２２及びアクチュエーター部３２１は、接着されて一体化され、ヘッドユニット３２０を構成している。

アクチュエーター部３２１には、共通配線パターン１１と個別配線パターン１２が配設される。共通配線パターン１１は共通電極１３に接続されている。個別配線パターン１２は、連結部１６と個別配線端子部１７とから構成され、連結部１６は個別電極１４に接続される。

駆動信号が個別配線パターン１２を介して個別電極１４に印加されると、共通電極１３と個別電極１４との間に電圧が生じて圧電体層１５がたわみ振動し、その振動によって圧力室２１の容積が変形し、圧力室２１内に貯留されたインクに圧力変動が生じ、ノズルプレート３２４のノズル開口２４から液滴であるインク滴が吐出される構成となっている。

図６は、図３のフレキシブル配線基板３３０における端子３０が形成された側の部分を示す平面図である。フレキシブル配線基板３３０は、ポリイミド等の絶縁フィルムから成るベースフィルム４３の表面に、銅箔等の導体材料で、導体パターン（配線パターン）が形成されたフィルム状のフレキシブル配線基板である。

フレキシブル配線基板３３０の一方の片側部分には、第１の端子３２と、第２の端子３３とから構成される端子３０が、図面上下方向に２列並んで形成されている。第１の端子３２の接合面の面積は、第２の端子３３の接合面の面積より広い。

フレキシブル配線基板３３０の他方の片側部分（不図示）には、ケースヘッド側基板３１４の端子（図示せず）と電気的に接続される端子３１（図３参照）が形成されており、これら端子３０，３１以外の範囲がレジスト４５で覆われて構成されている。

フレキシブル配線基板３３０には、ケースヘッド側基板３１４からの駆動信号を圧電素子１０に対して選択的に供給する制御を行うＩＣチップ４６が実装されている。

図７（ａ）は、図４のアクチュエーター部３２１をケースヘッド３１０側から見た平面図において、破線で囲んだ範囲Ａの部分拡大図である。振動子プレート１８上に形成された共通配線パターン１１には、破線で囲んだ範囲Ｄに示す共通配線端子部２５が含まれる。

図７（ｂ）は、図７（ａ）のアクチュエーター部３２１における矢印Ｂの位置での部分断面図である。振動子プレート１８の表面を基準として図面上下方向における高さにおいて、共通配線端子部２５の接合面２６までの高さｈ１は、共通配線端子部２５が形成されていない部位の高さｈ２より高い。

図７（ｃ）は、図７（ａ）のアクチュエーター部３２１における矢印Ｃの位置での部分断面図である。振動子プレート１８の表面を基準として図面上下方向における高さにおいて、個別配線端子部１７の接合面２７までの高さｈ３は、連結部１６の高さｈ４より高い。

図８は、アクチュエーター部３２１とフレキシブル配線基板３３０との接合状態を示す要部拡大断面図である。本実施形態では、アクチュエーター部３２１とフレキシブル配線基板３３０とが異方性導電フィルム（ＡＣＦ：Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｆｉｌｍ）や異方性導電ペースト（ＡＣＰ：Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｐａｓｔｅ）を含む異方性導電接着材５０を用いて接合されている。

異方性導電接着材５０内に分散された導電粒子によって、共通配線端子部２５（図７参照）と、フレキシブル配線基板３３０の第１の端子３２（図６参照）とが導電接続されている。

また、異方性導電接着材５０内に分散された導電粒子によって、個別配線端子部１７（図７参照）と、フレキシブル配線基板３３０の第２の端子３３（図６参照）とが導電接続されている。

本実施形態では、図７（ａ）の共通配線端子部２５の接合面２６の面形状は、図６の第１の端子３２の接合面の面形状と略同一面形状であり、個別配線端子部１７の接合面２７の面形状は、図６の第２の端子３３の面形状と略同一面形状である。

また、図４の共通配線端子部２５、個別配線端子部１７の配置は、図６の第１の端子３２、第２の端子３３の配置と同じである。従って、図８に示すように、共通配線端子部２５は第１の端子３２と対向する位置で異方性導電接着材５０を介して接合される。同様に、個別配線端子部１７は第２の端子３３と対向する位置で異方性導電接着材５０を介して接合される。

従って、共通配線端子部２５と第１の端子３２との接合面積は、個別配線端子部１７と第２の端子３３との接合面積より広い。そのため、共通配線端子部２５と第１の端子３２との接合部に備えられる異方性導電接着材５０の量は、個別配線端子部１７と第２の端子３３との接合部に備えられる異方性導電接着材５０の量より多い。これにより、共通配線端子部２５と第１の端子３２との接合部における抵抗値は、個別配線端子部１７と第２の端子３３との接合部における抵抗値より小さい。

異方性導電接着材５０は、アクチュエーター部３２１及びフレキシブル配線基板３３０間の隙間を埋めるように配置（充填）されており、共通配線端子部２５と第１の端子３２とが対向しない部分および個別配線端子部１７と第２の端子３３とが対向しない部分では絶縁性を保った状態で、通常の接着材として機能する。

以上、本実施形態における記録装置１００に備えられた液体噴射ヘッド３００は、電圧が印加される共通電極１３と個別電極１４とが設けられた複数の圧電素子１０と、全ての共通電極１３と共通に接続される共通配線パターン１１に形成された共通配線端子部２５と、個別電極１４と個別に接続される個別配線パターン１２に形成された個別配線端子部１７と、異方性導電接着材５０を介して、共通配線端子部２５と接合される第１の端子３２および個別配線端子部１７と接合される第２の端子３３を有するフィルム状のフレキシブル配線基板３３０と、を備え、共通配線端子部２５と第１の端子３２との接合面積は、個別配線端子部１７と第２の端子３３との接合面積より広い。

この構成によれば、共通配線パターン１１に形成された共通配線端子部２５とフレキシブル配線基板３３０の第１の端子３２との接合部に備えられる異方性導電接着材５０の量が多くなるので、接合部における導電性が向上する。これにより、共通電極１３と個別電極１４に電圧が印加される圧電素子１０が多くなり、共通配線端子部２５に流れる電流が増加した場合に、共通配線端子部２５が発熱することを抑制できる。

（第２実施形態）
第２実施形態では、共通配線端子部と個別配線端子部の接合面は、凹状に形成されている液体噴射ヘッドについて説明する。

図９（ａ）は、第２実施形態の液体噴射ヘッドのアクチュエーター部における共通配線パターンの部分断面図を示す。第１実施形態では、図７（ｂ）に示すように、共通配線端子部２５の接合面２６は平面であったが、第２実施形態では、図９（ａ）に示すように、共通配線端子部２５ａの接合面２６ａは、周縁部が中央部より高い凹状の面を有する。

この構成によれば、共通配線端子部２５ａの接合面２６ａの周縁部に突出した土手部分ｍが形成される。これにより、異方性導電接着材５０を介して共通配線端子部２５ａと第１の端子３２とを接続するとき、接合面２６ａから異方性導電接着材５０が流出することを抑制できる。そのため、より確実に共通配線端子部２５ａと第１の端子３２の導通を確保することができる。

図９（ｂ）は、第２実施形態の液体噴射ヘッドのアクチュエーター部における個別配線パターンの部分断面図を示す。第１実施形態では、図７（ｃ）に示すように、個別配線端子部１７の接合面２７は平面であったが、第２実施形態では、図９（ｂ）に示すように、個別配線端子部１７ａの接合面２７ａは、周縁部が中央部より高い凹状の面を有する。

この構成によれば、個別配線端子部１７ａの接合面２７ａの周縁部に突出した土手部分ｎが形成される。これにより、異方性導電接着材５０を介して個別配線端子部１７ａと第２の端子３３とを接続するとき、接合面２７ａから異方性導電接着材５０が流出することを抑制できる。そのため、より確実に個別配線端子部１７ａと第２の端子３３の導通を確保することができる。

本発明は、上述の実施の形態に限定されない。さらに、上述の各実施の形態は、相互に組み合わせて構成するようにしてもよい。また、本発明は、インクジェット式記録装置に限らず、プリンター等の画像記録装置に用いられる液体噴射ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（面発光ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材噴射ヘッド、バイオチップ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等の液体を吐出する流体噴射ヘッドを用いた液体噴射装置、精密ピペットとしての試料噴射装置等にも適用できる。

１０…圧電素子、１１…共通配線パターン、１２…個別配線パターン、１３…共通電極、１４…個別電極、１７…個別配線端子部、２５…共通配線端子部、３２…第１の端子、３３…第２の端子、５０…異方性導電接着材、１００…記録装置、３００…液体噴射ヘッド、３３０…フレキシブル配線基板。

Claims (4)

1. 共通電極と、圧電体層と、個別電極と、を有する複数の圧電素子と、
   液滴が吐出されるノズル開口に連通し、前記圧電素子の駆動によって圧力変化が生じる圧力室と、
   複数の前記共通電極が接続される共通配線パターンに形成された共通配線端子部と、
   前記個別電極と個別に接続される個別配線パターンに形成された個別配線端子部と、
   異方性導電接着材を介して、前記共通配線端子部と接合される第１の端子および前記個別配線端子部と接合される第２の端子を有するフィルム状のフレキシブル配線基板と、を備え、
   前記共通配線端子部と前記第１の端子との接合面積は、前記個別配線端子部と前記第２の端子との接合面積より広いことを特徴とする液体噴射ヘッド。
2. 請求項１に記載の液体噴射ヘッドであって、
   前記共通配線端子部の前記第１の端子が接合される面は、周縁部が中央部より高い凹状に形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
3. 請求項１または請求項２に記載の液体噴射ヘッドであって、
   前記個別配線端子部の前記第２の端子が接合される面は、周縁部が中央部より高い凹状に形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
4. 請求項１乃至３何れか一項に記載の液体噴射ヘッドを備えることを特徴とする記録装置。

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