JP4325693B2 - ヘッドモジュール、液体吐出ヘッド、及び液体吐出装置 - Google Patents

ヘッドモジュール、液体吐出ヘッド、及び液体吐出装置 Download PDF

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本発明は、配線基板を介してヘッドチップのエネルギー発生素子を駆動し、液体を吐出させるヘッドモジュールと、このヘッドモジュールを複数用いた液体吐出ヘッド及び液体吐出装置に係るものである。そして、詳しくは、配線基板の接続のために必要となるスペースを大幅に縮小できるようにした技術に関するものである。
従来より、液体吐出装置の一例として、インク(液体)を吐出するためのノズルを記録用紙の幅に対応する長さに配列したラインヘッド方式のインクジェットプリンタが知られている。そして、このようなインクジェットプリンタに用いるラインヘッド(液体吐出ヘッド)は、インクを吐出させるための発熱抵抗体(エネルギー発生素子)をノズルと対向させて配置し、発熱抵抗体を駆動してノズルからインクを吐出させるようにしている。
このようなラインヘッドによって記録用紙の幅に対応する印画を可能としたラインヘッド方式のインクジェットプリンタは、シリアルヘッド(液体吐出ヘッド)を記録用紙の幅方向に移動させて印画を行うシリアル方式のインクジェットプリンタと比較すると、記録用紙の幅方向への移動手段を必要としないため、振動や騒音が低減されるだけでなく、印画速度を格段に速くできるという利点がある。
ここで、ラインヘッドとしては、発熱抵抗体が配置された比較的小さなヘッドチップを一方向に配列してヘッドチップ列とし、このヘッドチップ列を2列備えて各ヘッドチップ列中の各ヘッドチップを千鳥状に配置することにより、複数のヘッドチップの全体で記録用紙の幅に対応させるようにした技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特許第3405757号公報
ところが、上記の特許文献1に記載の技術では、ラインヘッドの全体を1つのものとして製造するので、ヘッドチップの不良等によってラインヘッドの一部だけでも不具合が生じると、ラインヘッドの全体が不良品になる。そのため、ラインヘッドの品質管理が難しく、量産性が劣る原因となったり、ラインヘッドの部分的な故障であっても、ラインヘッド全体を交換する必要があるので、修理費が高額になるという問題がある。
そこで、複数のヘッドモジュールを組み合わせてラインヘッドを構成する技術が知られている。すなわち、記録用紙の幅の何分の1かの長さにヘッドチップを配列してヘッドチップ列とし、ヘッドチップ列中の各ヘッドチップの電極に配線基板の配線を接続してこれを1つのヘッドモジュールとする。そして、このヘッドモジュールを複数組み合わせることにより、記録用紙の幅に対応するラインヘッドとしたものである(例えば、特許文献2参照)。
特開2005−138528号公報
このようなモジュール式のラインヘッドによれば、ヘッドモジュール単位での生産や品質管理が可能なので、不良率の低減と、それに伴う量産性の向上とが期待できる。また、サービス面においても、不良のヘッドモジュールだけを交換すれば済むため、効率的なものとなる。さらにまた、ヘッドモジュールの数や組合せの変更により、様々なサイズのラインヘッドを簡単に提供できるので、効率的な設計及び製造が可能となる。
しかし、上記の特許文献2に記載の技術では、ヘッドチップの電極と制御基板とを電気的に接続するために、大きなスペースが必要となる。すなわち、特許文献2に開示されたラインヘッドは、2つのヘッドチップを一方向に配列したヘッドチップ列を2列備え、各ヘッドチップ列中の各ヘッドチップ(合計4個)を千鳥状に配置して1つのヘッドモジュールとし、このヘッドモジュールを4つ組み合わせて記録用紙の幅に対応させている。そして、Y(イエロー)、M(マゼンタ)、C(シアン)、及びK(ブラック)の4色のインクを吐出させるために4段配置としているので、合計で16個のヘッドモジュールが必要になっている。
ここで、各ヘッドモジュールは、それぞれ配線基板を備えている。そして、各配線基板は、配線の一端側がヘッドチップの電極に接続され、他端側が制御基板のコネクターに挿入するための端子部となっている。そのため、ラインヘッドを組み立てるには、16個の端子部を16個のコネクターにそれぞれ接続しなければならない。その結果、接続作業のための作業スペースが多く必要となり、ラインヘッドを短時間で組み立てるには、各コネクター同士の間隔も広くする必要がある。
この場合、1つのヘッドモジュール当たりのヘッドチップの数を増やせば、ヘッドモジュールの数が減り、配線基板と制御基板との接続箇所も少なくなるが、今度は、配線基板の配線本数が多くなるため、端子部の幅が広くなってしまう。すると、配線の引き回し等が複雑になり、配線基板の製造工程やヘッドモジュールの組立て工程における工数や手間が増加して煩雑となる。また、制御基板のコネクターへの接続作業において、幅の広い端子部に応じた作業スペースが必要となる。
図12は、比較例1の配線基板50を示す平面図である。
図12に示す比較例1の配線基板50は、上記の特許文献2に開示されたラインヘッドに対し、1つのヘッドモジュール当たりのヘッドチップ20の数を4個から6個に増やした場合に対応するものである。
図12に示すように、各ヘッドチップ20には、複数の電極23(回路電源用、発熱抵抗体駆動用、クロック用、データ通信用、アース用、その他の制御信号用等)が設けられている。そして、配線基板50の各配線51は、一端側の接続部51aで各電極23にそれぞれ接続され、他端側は、各配線51を制御基板(図示せず)に接続するための端子部51cとなっている。また、2列のヘッドチップ列20a中の一方側に各配線51が集められ、端子部51cとなっている。
このように、各配線51が集められて端子部51cを形成するため、端子部51cの幅は、配線51の本数(ヘッドチップ20の個数)に応じて広くなる。そのため、1つのヘッドモジュール当たりのヘッドチップ20の数を、特許文献2に記載されているような4個から図12に示す6個に増やしたとしても、ヘッドモジュールの電気的な接続のために必要となるスペースを縮小できるものではない。
一方、上記の特許文献1に開示されたラインヘッドの場合には、ラインヘッドの全体を1つのものとして製造するので、各ヘッドチップ20の各電極23に接続する配線基板50の配線51の本数がもっと多い。そのため、配線基板50の端子部51cの幅が広くなり過ぎないように、後述するような2つの配線基板60を用いている。
図13は、比較例2の配線基板60を示す平面図である。
図13に示す比較例2の配線基板60は、上記の特許文献1に開示されたラインヘッドのように、2列のヘッドチップ20a列に対応して、2つの配線基板60を接続したものである。
図13に示す比較例2は、図12に示す比較例1の場合と同様に、1つのヘッドモジュール当たりのヘッドチップ20の数が6個となっている。そして、図13に示す比較例2では、2列のヘッドチップ20a列のそれぞれに、配線基板60の接続部61aが接続されている。そのため、配線基板60が2つとなり、配線61の本数が半分に減るので、各端子部61cの幅が狭くなる。
しかしながら、図13に示す配線基板60では、端子部61cの数が2つに増えてしまうので、各配線基板60の各端子部61cと制御基板(図示せず)とを接続するために、作業スペースが多く必要となってしまう。また、短時間で接続作業を終えるためには、制御基板の各コネクター(図示せず)同士の間隔も広くする必要がある。
このように、比較例1の配線基板50や比較例2の配線基板60を使用して制御基板(図示せず)と接続するには、多くの問題がある。そして、このような問題を放置すれば、ラインヘッドの生産性や組立性が悪くなってしまう。
したがって、本発明が解決しようとする課題は、ラインヘッドの生産性や組立性を向上させつつ、配線基板と制御基板との電気的な接続のために必要となるスペースを大幅に縮小できるようにすることである。
本発明は、以下の解決手段によって、上述の課題を解決する。
請求項1に記載の発明は、液体を吐出させるためのエネルギー発生素子が配置され、前記エネルギー発生素子と制御基板とを電気的に接続するための電極が設けられたヘッドチップと、前記ヘッドチップの前記電極と前記制御基板とを電気的に接続するための配線を有する配線基板とを備え、前記配線基板を介して前記ヘッドチップの前記エネルギー発生素子を駆動し、液体を吐出させるヘッドモジュールであって、複数の前記ヘッドチップを一方向に配列したヘッドチップ列を複数列備えており、前記配線基板は、各前記ヘッドチップ列中の各前記ヘッドチップの前記電極にそれぞれ前記配線を接続するための接続部と、各前記ヘッドチップ列中の各前記ヘッドチップに共通する複数の前記配線をまとめた共通配線部と、前記配線基板の一辺側で、前記制御基板に前記配線を接続するための端子部とを備え、前記接続部及び前記端子部の前記配線は、水平方向に並べられた単層構造であり、前記共通配線部の前記配線は、垂直方向に重ねられた部分を有する多層構造であり、前記ヘッドチップの前記電極に接続された前記配線は、前記接続部から前記共通配線部を経て前記端子部に導かれ、前記制御基板と接続されている
また、請求項8に記載の発明は、請求項1に記載のヘッドモジュールを複数用いた液体吐出ヘッドに係るものであり、請求項9に記載の発明は、請求項1に記載のヘッドモジュールを複数用いた液体吐出装置に係るものである。
(作用)
上記の各発明において、配線基板は、各ヘッドチップ列中の各ヘッドチップの電極にそれぞれ配線を接続するための接続部と、各ヘッドチップ列中の各ヘッドチップに共通する複数の配線をまとめた共通配線部と、配線基板の一辺側で、制御基板に配線を接続するための端子部とを備えている。そして、接続部及び端子部の配線は、水平方向に並べられた単層構造であるが、共通配線部の配線は、垂直方向に重ねられた部分を有する多層構造となっている。そのため、接続部と端子部との間の多層構造の共通配線部によって共通する複数の配線がまとめられ、端子部の配線本数が少なくなる。また、端子部は、配線基板の一辺側にある。
本発明によれば、配線基板は、各ヘッドチップの電極に接続される接続部と制御基板に接続される端子部との間に、多層構造の共通配線部があり、この共通配線部によって各ヘッドチップに共通する複数の配線がまとめられる。そのため、端子部の配線本数が少なくなり、端子部の幅を狭くできる。また、端子部は、配線基板の一辺側にある。その結果、幅の狭い1辺側の端子部によって配線基板と制御基板とを電気的に接続でき、接続のために必要となるスペースを大幅に縮小できる。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
なお、以下の実施形態では、本発明の液体吐出装置として、Y(イエロー)、M(マゼンタ)、C(シアン)、及びK(ブラック)の4色のインク(液体)を吐出するカラーインクジェットプリンタを例に挙げて説明する。そして、本発明の液体吐出ヘッドは、このカラーインクジェットプリンタに用いるラインヘッド1であり、本発明のヘッドモジュールは、このラインヘッド1を構成するヘッドモジュール10である。
図1は、本実施形態のラインヘッド1を示す平面図であり、インクの吐出面側から見た図である。
図1に示すように、ラインヘッド1は、ヘッドフレーム2に複数のヘッドモジュール10をネジ3によって固定したものである。すなわち、各ヘッドモジュール10は、ヘッドフレーム2のヘッドモジュール配置孔2a内で、長手方向に2個直列に配置されてヘッドモジュール列10aを構成しており、各ヘッドモジュール列10aによってA4の記録用紙の横幅の長さをカバーする。そして、このヘッドモジュール列10aが4段(4列並列)に配置され、各列ごとに、Y(イエロー)、M(マゼンタ)、C(シアン)、及びK(ブラック)の4色のインクを吐出する。
ここで、各ヘッドモジュール10は、4個のヘッドチップ20を一方向に配列したヘッドチップ列20aを2列備えている。そして、各ヘッドチップ列20a中の各ヘッドチップ20は、可撓性を有するフレキシブル配線基板30(本発明における配線基板に相当するもの)の裏面側(インクの吐出面とは反対側)に、千鳥状に8個配置されており、フレキシブル配線基板30と電気的に接続されている。なお、このフレキシブル配線基板30には、各ヘッドチップ20から吐出されるインクを通過させるための開口部30aが形成されている。
また、各ヘッドモジュール10は、フレキシブル配線基板30の裏面側に、バッファタンク40を備えている。このバッファタンク40は、各ヘッドチップ20から吐出するインクの共通流路を形成するためのものであり、各ヘッドチップ20の上部を覆うようにして、フレキシブル配線基板30と接合されている。そのため、1つのヘッドモジュール10中の各ヘッドチップ20は、バッファタンク40内の1色のインクを吐出する。
図2は、本実施形態のヘッドモジュール10におけるヘッドチップ20を示す一部断面斜視図である。
図2に示すように、ヘッドチップ20には、インクを吐出させるための複数の発熱抵抗体22(本発明におけるエネルギー発生素子に相当するもの)が配置されるとともに、各発熱抵抗体22とフレキシブル配線基板30(図1参照)とを電気的に接続するための電極23が設けられている。また、ヘッドチップ20には、各発熱抵抗体22と対向するように、インクを吐出するためのノズル25aが形成されている。なお、本発明のエネルギー発生素子としては、発熱抵抗体22(ヒータ等)以外の発熱素子や、ピエゾ素子等の圧電素子等を用いることも可能である。
ここで、ヘッドチップ20は、半導体の技術を用いて製作することができる。例えば、Si(シリコン)等からなる半導体基板21の一方の面に、Ta(タンタル)を用いて発熱抵抗体22を形成する。また、半導体基板21の発熱抵抗体22が形成された面と同一面側で、発熱抵抗体22を形成した縁部と反対側の縁部に、外部から供給される電源や信号を受け取るための電極23を形成する。さらにまた、発熱抵抗体22と電極23との間に、発熱抵抗体22の駆動素子24(N型のMOSトランジスタ)を形成する。
その後、発熱抵抗体22を囲むように、インク液室26を形成するためのポジ型フォトレジスト(東京応化工業(株)製PMER−LA900等)をスピンコートで塗布し、膜厚が10μmになるようにする。そして、マスクアライナーで露光した後、現像液(水酸化テトラメチルアンモニウム3%水溶液)で現像し、純水でリンス処理を行ってインク液室26に対応するレジストパターンを形成する。さらに、このレジストパターン上に、マスクアライナーで全面露光を行い、窒素雰囲気中で24時間自然放置する。
次に、このレジストパターン及び半導体基板21上に、ノズル形成層25を積層する。すなわち、レジストパターン上の膜厚が10μmになるように回転数を調整して、スピンコートによって駆動素子24を含む領域に光硬化型のネガ型フォトレジストを塗布する。そして、マスクアライナーで露光した後、現像液(東京応化工業(株)製OK73シンナー)で現像し、リンス液(IPA)でリンスを行ってノズル形成層25を積層する。さらに、発熱抵抗体22と対向するように、ノズル形成層25にノズル25a(直径15μm)を形成する。
続いて、インク液室26に対応するレジストパターン(ポジ型フォトレジスト)に対して溶解性を有する有機溶剤(PGMEA)に浸漬し、超音波振動を加えながらレジストパターンを完全に溶解・溶出させる。そして、洗浄を行ってインク液室26を形成した後、電極23に金バンプを付け、半導体基板21を所望の大きさにカットしてヘッドチップ20とする。
このようなヘッドチップ20において、各発熱抵抗体22及び各ノズル25aの配列ピッチは、約42.3μmであり、600dpiの解像度となっている。そして、図1に示すように、このヘッドチップ20を千鳥状に8個配置してヘッドモジュール10を構成するとともに、2つのヘッドモジュール10の端部を重ねて直列に配置することにより、A4の記録用紙の横幅全体で600dpiの解像度を保持する。
また、ヘッドチップ20の各インク液室26は、半導体基板21上に形成されている。すなわち、半導体基板21の発熱抵抗体22が形成された面がインク液室26の底壁を構成し、ノズル形成層25の発熱抵抗体22を略凹状に囲む部分がインク液室26の側壁を構成し、ノズル形成層25のノズル25aが形成された面がインク液室26の天壁を構成している。そのため、半導体基板21に貫通穴等を設けることなく、図2の左下方向が開口し、この開口からインク液室26内にインクを供給できる。その結果、ヘッドチップ20の剛性は、半導体基板21によって維持されることとなる。
さらにまた、インク液室26内に供給されたインクは、発熱抵抗体22の駆動によって吐出される。すなわち、駆動素子24によって発熱抵抗体22を駆動することで、その発熱抵抗体22に対応するインク液室26内のインクがノズル25aから吐出される。そのため、電極23には、フレキシブル配線基板30(図1参照)が接続される。なお、図1に示すように、本実施形態のヘッドモジュール10は、ヘッドチップ20が千鳥状に8個配置されているので、フレキシブル配線基板30は、8個のヘッドチップ20の各電極23と接続される。
図3は、本実施形態のヘッドモジュール10におけるヘッドチップ20とフレキシブル配線基板30との接続関係を示す部分斜視図である。なお、図3では、図面の理解の容易のために、フレキシブル配線基板30の一部をめくって図示している。
図3に示すように、各ヘッドチップ20は、それぞれフレキシブル配線基板30の裏面側にマウントされる。そして、フレキシブル配線基板30は、各ヘッドチップ20の各電極23と後述する制御基板4(図示せず)とを電気的に接続するための配線31を有している。そのため、各ヘッドチップ20の各発熱抵抗体22(図2参照)は、各電極23及び各配線31を介して制御基板4と電気的に接続されることとなる。
ここで、フレキシブル配線基板30は、各配線31をポリイミド樹脂製のフィルムで両面側から挟み込んだ、いわゆるサンドイッチ構造をなすもので、可撓性を有している。そして、各配線31は、ポリイミド樹脂製のフィルムの上に銅箔を貼り付けた後、エッチングすることによって形成されており、各ヘッドチップ20の各電極23(回路電源用、発熱抵抗体駆動用、クロック用、データ通信用、アース用、その他の制御信号用等)に合わせた配線パターンとなっている。
また、フレキシブル配線基板30には、開口部30aが形成されている。この開口部30aは、ヘッドチップ20の各ノズル25aから吐出されるインクを通過させるためのものであり、刃の付いた型抜き用の型をフレキシブル配線基板30に押し当てて、打ち抜くことによって形成されている。なお、開口部30aは、レーザーやドリル等を用いて形成しても良い。
このようなフレキシブル配線基板30に対し、ヘッドチップ20は、開口部30a内に各ノズル25aが位置するようにしてフレキシブル配線基板30に接着される。この際、フレキシブル配線基板30には、位置決めマークが付けられているので、この位置決めマークに合わせてヘッドチップ20をマウントする。また、フレキシブル配線基板30の裏面側には、ヘッドチップ20のノズル形成層25(図2参照)が接する部分に、熱によって溶解する接着シートが貼り付けられているので、ヘッドチップ20のマウント時に熱を加えれば、ヘッドチップ20とフレキシブル配線基板30との接着が完了する。
さらにまた、開口部30aの近傍は、各ヘッドチップ20の各電極23にそれぞれ配線31を接続するための接続部31aとなっている。そして、ヘッドチップ20のマウント位置で、接続部31aにある各配線31と各電極23とが対向するので、対向部分のみに圧力と熱を加えれば、金バンプを付けた各電極23と各配線31とが接続される。なお、各電極23と各配線31との接続は、バンプに限らず、フライングリードやワイヤーボンドで行っても良い。
図4は、本実施形態のヘッドモジュール10におけるフレキシブル配線基板30を示す平面図であり、インクの吐出面側から見た図である。
図4に示すように、フレキシブル配線基板30の開口部30aに合わせて8個のヘッドチップ20が接着されると、4個のヘッドチップ20を一方向に配列したヘッドチップ列20aが2列に並び、各ヘッドチップ列20a中の各ヘッドチップ20は、千鳥状に配置されることとなる。
ここで、フレキシブル配線基板30の開口部30aは、ヘッドチップ20の各ノズル25a(図3参照)よりも大きなサイズで開口しているので、インクの吐出時にフレキシブル配線基板30が邪魔にならないだけでなく、ヘッドチップ20の貼付け精度も、フレキシブル配線基板30が各ノズル25aを塞がない程度の精度であれば良い。そのため、治具等を使用した簡易的な組立てにより、8個のヘッドチップ20を千鳥状に配置することができる。
また、各ヘッドチップ20に対しては、フレキシブル配線基板30を介して電力や信号等が送られる。すなわち、フレキシブル配線基板30は、各ヘッドチップ列20a中の各ヘッドチップ20の電極23(図3参照)にそれぞれ配線31(図3参照)を接続するための接続部31aと、各ヘッドチップ列20a中の各ヘッドチップ20に共通する複数の配線31をまとめた共通配線部31bと、制御基板4(図示せず)に配線31を接続するための端子部31cとを備えている。
さらにまた、ヘッドチップ列20aが2列に並んでいるので、接続部31aは、対向する2つのヘッドチップ列20aの外側にそれぞれ配置され、共通配線部31bは、接続部31aの外側にそれぞれ配置されている。そして、端子部31cは、一方のヘッドチップ列20a側(図4では、フレキシブル配線基板30の下の一辺側)だけにあるので、他方のヘッドチップ列20a側(図4では、フレキシブル配線基板30の上の一辺側)の共通配線部31bを端子部31cに導くため、2つの共通配線部31bを接続するための連絡部31dが設けられている。そのため、接続部31aを含む連絡部31dの部分がインクの吐出面となり、開口部30aは、この連絡部31dに形成されることとなる。
このように、フレキシブル配線基板30は、2列のヘッドチップ列20aに対応して、2つの接続部31a及び2つの共通配線部31bを備えており、2つの共通配線部31bが連絡部31dで接続され、1つの端子部31cにまとめられている。そして、接続部31a、連絡部31d、及び端子部31cは、各配線31(図3参照)が水平方向に並べられた単層構造であり、共通配線部31bの配線31は、垂直方向に重ねられた部分を有する多層構造となっている。
図5は、本実施形態のヘッドモジュール10におけるフレキシブル配線基板30の配線構造を示す平面図である。
図5に示すように、フレキシブル配線基板30の各配線31は、接続部31aで、各ヘッドチップ20の各電極23と接続される。そのため、接続部31aの各配線31は、各電極23に対応する本数が水平方向に並べられた単層構造となっている。
ここで、各ヘッドチップ20の各電極23は、回路電源用、発熱抵抗体駆動用、クロック用、データ通信用、アース用、その他の制御信号用等に分かれているが、この中には、各ヘッドチップ20で個別に必要なものだけでなく、全てのヘッドチップ20に共通するものもある。すなわち、ヘッドチップ20に送信する吐出用のデータやヘッドチップ20の状態を伝える信号は、各ヘッドチップ20ごとに異なるが、それ以外の信号や電力供給のための電極は、全てのヘッドチップ20に共通している。そのため、接続部31aの各配線31の中には、共通化できるものがある。
そこで、共通化可能な各配線31をそれぞれまとめて共通配線部31bとしている。この共通配線部31bは、図5に示すように、フレキシブル配線基板30の長手方向に沿って配置されており、接続部31aの各配線31中の共通化できるものだけが接続されている。そのため、各ヘッドチップ20ごとの吐出制御を可能としつつ、フレキシブル配線基板30の配線31の本数を減らすことができる。しかも、共通配線部31bでは、垂直方向に重ねられた部分を有する多層構造の配線31となっており、配線31の方向が90°切り替わるので、フレキシブル配線基板30の配線31に必要な幅を小さくすることができる。
一方、接続部31aは、各配線31が水平方向に並べられた単層構造であるが、配線31に必要な幅は、ヘッドチップ20の配列数によって決まるものなので、特に問題とならない。逆に、接続部31aの配線31を多層構造にしてしまうと、ヘッドチップ20が貼り付けられた部分のフレキシブル配線基板30(ヘッドチップ20の吐出面)が厚くなるので、開口部30a(図4参照)が大きく凹んだ形状となる。すると、開口部30a内にインクやゴミ等がたまりやすくなってしまう。そのため、接続部31aでは、配線31を単層構造とすることにより、ヘッドチップ20の吐出面が薄く(開口部30aが浅く)なるようにしている。
また、フレキシブル配線基板30の2つの共通配線部31bの間は、連絡部31dで接続されるが、すでに共通配線部31bで各ヘッドチップ20に共通する複数の配線31がまとめられているので、連絡部31dの配線31の本数も、接続部31aに比べて大幅に減っている。そのため、ヘッドチップ20の吐出面を横断する連絡部31dは、接続部31aの配線31と平行に、水平方向に並べられた単層構造とすることができ、その結果、本実施形態のヘッドモジュール10は、フレキシブル配線基板30におけるヘッドチップ20の吐出面を薄くできる。しかも、ヘッドチップ20の吐出面を横断する配線31の本数が少ないため、千鳥状に配置された各ヘッドチップ20間の距離を可能な限り狭めることができ、インクを吐出させるために押え具等を設置できないヘッドモジュール10の幅方向をコンパクトにできる。
このように、フレキシブル配線基板30には、8個のヘッドチップ20が千鳥状に配置され、各ヘッドチップ20の各電極23に、それぞれ配線31が接続される。そして、端子部31c(図4参照)側のヘッドチップ列20a(図4参照)の各配線31は、単層構造の接続部31aから多層構造の共通配線部31bを経て単層構造の端子部31cに導かれ、端子部31cとは反対側のヘッドチップ列20aの各配線31は、単層構造の接続部31aから多層構造の共通配線部31b、単層構造の連絡部31d、及び多層構造の共通配線部31bを経て単層構造の端子部31cに導かれる。なお、端子部31cが単層構造となっているのは、制御基板4(図示せず)に配線31を接続するためである。
また、フレキシブル配線基板30には、各ヘッドチップ20の上部を覆うように、バッファタンク40(図1参照)が接合される。すなわち、各ヘッドチップ20の全てのインク液室26(図2参照)と連通する共通流路を形成し、各ヘッドチップ20から吐出するインクを全てのインク液室26に供給できるように、フレキシブル配線基板30及び各ヘッドチップ20の上に、バッファタンク40を接合する。
図6は、本実施形態のヘッドモジュール10におけるバッファタンク40を示す平面図であり、インクの吐出面側から見た図である。
図6に示すように、バッファタンク40は、一面側が開口する空洞状の共通流路形成部41を備えている。そして、この共通流路形成部41によってインクの共通流路が形成され、インク液室26(図2参照)へのインクの供給源となる。なお、共通流路には、インク供給口42からインクが供給される。
また、バッファタンク40は、インクの共通流路とインク液室26(図2参照)とが連通するように各ヘッドチップ20(図2参照)を支持するため、ヘッドチップ支持部43を備えている。さらにまた、フレキシブル配線基板30(図4参照)を支持するため、配線基板支持部44を備えている。さらに、フレキシブル配線基板30を接合するための位置決めマークを備えている。そして、各ヘッドチップ20及びフレキシブル配線基板30とバッファタンク40とを接合することにより、本実施形態のヘッドモジュール10となる。なお、バッファタンク40には、ネジ穴45が形成されており、このネジ穴45によってヘッドモジュール10をヘッドフレーム2(図1参照)に固定できる。
図7は、本実施形態のヘッドモジュール10を示す平面図であり、インクの吐出面側から見た図である。
図7に示すように、ヘッドモジュール10は、フレキシブル配線基板30がバッファタンク40の配線基板支持部44に支持され、各ヘッドチップ20は、バッファタンク40のヘッドチップ支持部43にそれぞれ支持されている。
ここで、各ヘッドチップ20は、ヘッドチップ20の各電極23(図3参照)とフレキシブル配線基板30の各配線31(図3参照)とが対向するとともに、各ノズル25a(図3参照)から吐出されるインクがフレキシブル配線基板30の各開口部30aを通過可能なように、フレキシブル配線基板30に貼り付けられている。そのため、バッファタンク40に接着剤を塗布した後、各ヘッドチップ20が貼り付けられたフレキシブル配線基板30をバッファタンク40に接合すれば、図7に示すヘッドモジュール10となる。
したがって、各ヘッドチップ20は、バッファタンク40の配線基板支持部44へのフレキシブル配線基板30の接合と同時に、各ヘッドチップ支持部43に支持される。そして、フレキシブル配線基板30によって共通流路形成部41の開口面が覆われ、フレキシブル配線基板30と共通流路形成部41との間にインクの共通流路が形成される。
また、各ヘッドチップ20は、共通流路形成部41の開口面内で支持され、各インク液室26(図2参照)がインクの共通流路に連通するようになる。そして、各ヘッドチップ20の剛性は、半導体基板21(図2参照)によって維持されているので、ヘッドチップ20が直接ヘッドチップ支持部43に支持されていても、ヘッドチップ20が壊れるようなことはない。その結果、ヘッドチップ20、フレキシブル配線基板30、及びバッファタンク40の部品3点のみで、本実施形態のヘッドモジュール10を構成できることとなる。
図8は、本実施形態のヘッドモジュール10におけるヘッドチップ20の周囲を示す部分断面図である。
図8に示すように、ヘッドチップ20は、接着剤によってバッファタンク40のヘッドチップ支持部43に固定されている。また、バッファタンク40には、フレキシブル配線基板30も接合されている。なお、ヘッドチップ20とフレキシブル配線基板30とは、ノズル25aから吐出されるインクが開口部30aを通過可能なようにして、ノズル形成層25で貼り付けられている。
このように、ヘッドモジュール10は、ヘッドチップ20及びフレキシブル配線基板30がバッファタンク40に接合されたものである。そして、バッファタンク40の共通流路形成部41によってインクの共通流路が形成され、この共通流路がヘッドチップ20のインク液室26と連通するようになっている。すなわち、バッファタンク40は、1つのヘッドモジュール10における全てのヘッドチップ20に共通するインクの共通流路を形成し、インク液室26に供給するインクを一時貯留する。
また、フレキシブル配線基板30は、配線31が接続部31aでヘッドチップ20の電極23と接続されている。そして、フレキシブル配線基板30の共通配線部31bは、バッファタンク40の外側にあり、フレキシブル配線基板30は、端子部31c(図4参照)によって制御基板4(図示せず)と接続される。
このようなヘッドモジュール10は、制御基板4(図示せず)からの指令により、駆動素子24を介して発熱抵抗体22を選択的に駆動すれば、その発熱抵抗体22に対応するインク液室26内のインクをノズル25aから吐出させることができる。すなわち、インク液室26にインクを満たした状態で、制御基板4の指令に基づいて、発熱抵抗体22に短時間(例えば、1〜3μsec)のパルス電流を流す。すると、発熱抵抗体22が急速に加熱されるため、インクが沸騰して発熱抵抗体22と接する部分に気泡が発生し、その気泡の膨張によってある体積のインクが押しのけられる。その結果、押しのけられたインクと同等の体積のインクがノズル25aからインク液滴となって吐出され、印画が行われる。
また、印画品位を保つため、ノズル25aの近辺にたまったインクやゴミ等を除去する回復動作が必要となるが、本実施形態のヘッドモジュール10は、フレキシブル配線基板30の接続部31aが単層構造となっているので、ノズル25aの近辺からインクやゴミ等を容易に除去することができる。すなわち、インクの吐出面となる接続部31aは、多層構造の共通配線部31bのように、フレキシブル配線基板30が厚くならないので、開口部30aが浅くなっている。具体的には、多層構造の共通配線部31bの厚さが約130μmであるのに対して、単層構造の接続部31aや開口部30aの厚さは、約50μmと薄い。そのため、ゴム製の薄いブレード等で開口部30aの周辺をぬぐえば、余計なインクやゴミ等が簡単に除去される。
さらに、このようなヘッドモジュール10を複数用いて、1つのラインヘッド1が構成される。すなわち、図1に示すように、剛性のあるヘッドフレーム2には、ヘッドモジュール配置孔2aが形成されており、このヘッドモジュール配置孔2a内に、本実施形態では、8個のヘッドモジュール10を並べて配置している(2つのヘッドモジュール10を直列に接続するとともに、その直列に接続されたヘッドモジュール10を4段に並べている)。そして、各ヘッドモジュール10は、ネジ3によってヘッドフレーム2にネジ止めされ、位置決めされる。また、この際、フレキシブル配線基板30の共通配線部31bがバッファタンク40の側面に沿って上方に折り曲げられる。
図9は、本実施形態のヘッドモジュール10を全てヘッドフレーム2に配置した状態のラインヘッド1を示す平面図であり、図1と反対側の面から見た図である。
図9に示すように、各ヘッドモジュール10は、ヘッドフレーム2のヘッドモジュール配置孔2a内に配置される。
ここで、ヘッドモジュール10のA−A断面図に示すように、フレキシブル配線基板30は、バッファタンク40の側面に沿って上方に折り曲げられている。すなわち、フレキシブル配線基板30は、可撓性を有しているので、簡単に折り曲げることができる。そして、フレキシブル配線基板30の単層構造の接続部31a(連絡部31d)をインクの吐出面とし、この吐出面に段差が生じないように、しかも、吐出面の幅が広くならないように、両側の多層構造の共通配線部31bを折り曲げて、A−A断面図に示す状態としたヘッドモジュール10をヘッドモジュール配置孔2a内に配置する。すると、フレキシブル配線基板30の端子部31cが上に伸びた状態となり、ヘッドモジュール10の上面から露出する。
このように、ヘッドモジュール配置孔2a内に配置された各ヘッドモジュール10は、フレキシブル配線基板30の端子部31cが露出した状態となるが、端子部31cは、図4に示すように、共通配線部31bを経た部分なので、単層構造でも幅が狭く、フレキシブル配線基板30の中心からずれた位置に配置されている。そのため、ヘッドモジュール配置孔2a内に全てのヘッドモジュール10を配置しても、図9に示すように、各端子部31cが各ヘッドモジュール列10a間で相互にずれた位置となり、相互に干渉し合うことがない。
また、各バッファタンク40の両端部には、インク供給口42が形成されている。そして、このインク供給口42を介してインクカートリッジ(図示せず)からバッファタンク40内にインクが供給されるようになっている。さらにまた、バッファタンク40の上面側には、全てのバッファタンク40を覆うようにして、ヘッドフレーム2のネジ穴2bにネジ止めされる制御基板4(図示せず)が配置される。
図10は、本実施形態のラインヘッド1における制御基板4を示す平面図である。
図10に示す制御基板4は、ラインヘッド1のインクの吐出等を制御するためのものであり、制御基板4上には、各種コンデンサの他、図9に示すフレキシブル配線基板30の端子部31cを接続するために、コネクタ4aが装着されている。また、このコネクタ4aの近傍には、フレキシブル配線基板30の端子部31cを引き出すための切欠き部4bが形成されている。
ここで、コネクタ4a及び切欠き部4bは、図8に示すフレキシブル配線基板30の露出した端子部31cに対応して設けられている。そのため、合計では、2個直列×4段のヘッドモジュール10に対して、コネクタ4aが8個あれば良いので、必要最小限の部品点数となり(特許文献2に記載の技術では、コネクタ4aが16個必要)、コネクタ4aの間隔が広くなっている。なお、切欠き部4bは、隣接して露出する2つの端子部31cに共通のものとして4ヶ所あり、各切欠き部4bに向けて、2つのコネクタ4aが千鳥状に配置されている。
また、制御基板4には、インク供給口42(図9参照)と対向する部分に、中間開口部4c及び接続口部4dが形成されている。この中間開口部4cは、4段のヘッドモジュール10(図9参照)の中央部に対応して4つ形成されており、接続口部4dは、4段のヘッドモジュール10の両端部に対応して4つずつ(合計8つ)形成されている。なお、この制御基板4は、ネジ穴4eにより、図9に示す状態のヘッドフレーム2のネジ穴2bにネジ止めされる。
図11は、本実施形態のラインヘッド1を示す平面図であり、図1と反対側の面から見た図である。
図11に示すように、制御基板4は、ネジ7によってヘッドフレーム2にネジ止めされている。この際、可撓性のあるフレキシブル配線基板30の端子部31cは、制御基板4の切欠き部4bを通って制御基板4の下側から上側に抜け、B−B断面図に示すように、直角に折り曲げられて、開閉式の蓋部を有するコネクタ4aに接続される。そのため、各ヘッドモジュール10(図9参照)は、フレキシブル配線基板30を介して、背後にある制御基板4と電気的に接続されることとなる。
ここで、各フレキシブル配線基板30の端子部31cが接続される各コネクタ4aは、各切欠き部4bの両側で、2つのコネクタ4aが1つの切欠き部4bに向けて千鳥状に配置されている。そのため、図11に示すように、コネクタ4aの間隔Lが広く、作業性が良くなっているので、各端子部31cを各コネクタ4aに接続するには、各切欠き部4bから引き出された各端子部31cを1つずつ指でつまんで折り曲げ、対応するコネクタ4aに差し込めば良い。すると、幅の狭い1つの端子部31cが1つのコネクタ4aに簡単に差し込まれ、1つのヘッドモジュール10(図9参照)の接続が完了する。なお、各端子部31cの接続は、コネクタ4aに限らず、ハンダ付けや圧着等であっても良い。
また、制御基板4の各中間開口部4c及び各接続口部4dにより、図9に示すバッファタンク40の全てのインク供給口42は、制御基板4により隠蔽されることなく、外部に露出する。そのため、制御基板4の外部から、バッファタンク40の各段ごとにU字管5の両端部及びインク供給管6の一端部をインク供給口42に差し込めば、各段のバッファタンク40にインクが供給されるようになる。そして、直列に接続された2つのバッファタンク40を1段として、A4の記録用紙の横幅の長さがカバーされ、それが4段に並べられているので、Y(イエロー)、M(マゼンタ)、C(シアン)、及びK(ブラック)の4色のインクを吐出可能なラインヘッド1となる。
このように、本実施形態のラインヘッド1は、1つのヘッドモジュール10ごとに、1つのフレキシブル配線基板30が接合され、フレキシブル配線基板30の各配線31は、1つのヘッドモジュール10の各ヘッドチップ20に共通する複数の配線31をまとめた多層構造の共通配線部31bを経て単層構造の端子部31cに導かれる。そのため、フレキシブル配線基板30の端子部31cは、幅の狭い1つのものとなっている。そして、このようなヘッドモジュール10が2個直列×4段に配列されてラインヘッド1となり、各段の2つのフレキシブル配線基板30は、制御基板4の1つの切欠き部4bから各端子部31cが引き出され、切欠き部4bに向けて千鳥状に配置された2つのコネクタ4aにそれぞれ接続される。
したがって、本実施形態のラインヘッド1は、フレキシブル配線基板30の幅の狭い1つの端子部31cにより、隣接する端子部31cと重複することなく、制御基板4のごく限られたスペース内で、コネクタ4aに電気的に接続される。また、フレキシブル配線基板30の端子部31cが制御基板4の実装部品(コンデンサ等)の設置スペースを奪ったり、実装部品に干渉したりすることもない。その結果、端子部31cの接続のために必要なスペースが大幅に縮小されるとともに、接続が簡単なので、ラインヘッド1の生産性や組立性が向上する。
また、ラインヘッド1のインクの吐出面は、フレキシブル配線基板30の単層構造の接続部31a及び連絡部31dの部分なので、吐出面の幅を狭くできるだけでなく、厚さが薄くなっている。そのため、幅方向にコンパクトなものとなり、しかも、回復動作によってフレキシブル配線基板30の開口部30a内にたまったインクやゴミ等を簡単に除去でき、印画品位が維持される。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、例えば、以下のような種々の変形等が可能である。
(1)本実施形態では、ヘッドチップ20のノズル形成層25にノズル25aを形成するとともに、フレキシブル配線基板30の連絡部30aにノズル25aから吐出されるインクが通過可能な開口部30aを形成した。しかし、ヘッドチップ20にノズル25aを形成するのではなく、フレキシブル配線基板30の連絡部30aにノズルを形成しても良い。なお、この場合、ヘッドチップ20の発熱抵抗体22とフレキシブル配線基板30の連絡部30aのノズルとが対向するようにする。
(2)本実施形態では、フレキシブル配線基板30の端子部31cの位置を一方のヘッドチップ列20a側(フレキシブル配線基板30の長辺側)とした。しかし、これに限らず、フレキシブル配線基板30の短辺側に端子部31cを配置することもできる。なお、この場合、制御基板4のコネクタ4aの位置を端子部31cに合わせて変更しておく。
本実施形態のラインヘッドを示す平面図であり、インクの吐出面側から見た図である。 本実施形態のヘッドモジュールにおけるヘッドチップを示す一部断面斜視図である。 本実施形態のヘッドモジュールにおけるヘッドチップとフレキシブル配線基板との接続関係を示す部分斜視図である。 本実施形態のヘッドモジュールにおけるフレキシブル配線基板を示す平面図であり、インクの吐出面側から見た図である。 本実施形態のヘッドモジュールにおけるフレキシブル配線基板の配線構造を示す平面図である。 本実施形態のヘッドモジュールにおけるバッファタンクを示す平面図であり、インクの吐出面側から見た図である。 本実施形態のヘッドモジュールを示す平面図であり、インクの吐出面側から見た図である。 本実施形態のヘッドモジュールにおけるヘッドチップの周囲を示す部分断面図である。 本実施形態のヘッドモジュールを全てヘッドフレームに配置した状態のラインヘッドを示す平面図であり、図1と反対側の面から見た図である。 本実施形態のラインヘッドにおける制御基板を示す平面図である。 本実施形態のラインヘッドを示す平面図であり、図1と反対側の面から見た図である。 比較例1の配線基板を示す平面図である。 比較例2の配線基板を示す平面図である。
符号の説明
1 ラインヘッド(液体吐出ヘッド)
4 制御基板
10 ヘッドモジュール
20 ヘッドチップ
20a ヘッドチップ列
22 発熱抵抗体(エネルギー発生素子)
23 電極
25a ノズル
30 フレキシブル配線基板(配線基板)
30a 開口部
31 配線
31a 接続部
31b 共通配線部
31c 端子部
31d 連絡部

Claims (9)

  1. 液体を吐出させるためのエネルギー発生素子が配置され、前記エネルギー発生素子と制御基板とを電気的に接続するための電極が設けられたヘッドチップと、
    前記ヘッドチップの前記電極と前記制御基板とを電気的に接続するための配線を有する配線基板と
    を備え、
    前記配線基板を介して前記ヘッドチップの前記エネルギー発生素子を駆動し、液体を吐出させるヘッドモジュールであって、
    複数の前記ヘッドチップを一方向に配列したヘッドチップ列を複数列備えており、
    前記配線基板は、
    各前記ヘッドチップ列中の各前記ヘッドチップの前記電極にそれぞれ前記配線を接続するための接続部と、
    各前記ヘッドチップ列中の各前記ヘッドチップに共通する複数の前記配線をまとめた共通配線部と、
    前記配線基板の一辺側で、前記制御基板に前記配線を接続するための端子部と
    を備え、
    前記接続部及び前記端子部の前記配線は、水平方向に並べられた単層構造であり、
    前記共通配線部の前記配線は、垂直方向に重ねられた部分を有する多層構造であり、
    前記ヘッドチップの前記電極に接続された前記配線は、前記接続部から前記共通配線部を経て前記端子部に導かれ、前記制御基板と接続されている
    ヘッドモジュール。
  2. 請求項1に記載のヘッドモジュールにおいて、
    前記配線基板の前記端子部は、各前記ヘッドチップ列中の1つの前記ヘッドチップ列側で、前記制御基板に前記配線を接続す
    ヘッドモジュール。
  3. 請求項1に記載のヘッドモジュールにおいて、
    前記配線基板の前記端子部は、前記配線基板の中心からずれた位置に配置されてい
    ヘッドモジュール。
  4. 請求項1に記載のヘッドモジュールにおいて、
    前記配線基板の前記共通配線部は、対向する2つの前記ヘッドチップ列の外側にそれぞれ配置され、
    前記配線基板は、一方の前記共通配線部と他方の前記共通配線部とを接続するための連絡部を備え、
    前記連絡部の前記配線は、前記接続部の前記配線と平行に、水平方向に並べられた単層構造であ
    ヘッドモジュール。
  5. 請求項1に記載のヘッドモジュールにおいて、
    各前記ヘッドチップ列中の各前記ヘッドチップは、前記エネルギー発生素子と対向するように、液体を吐出するためのノズルが形成されており、
    前記配線基板の前記共通配線部は、対向する2つの前記ヘッドチップ列の外側にそれぞれ配置され、
    前記配線基板は、一方の前記共通配線部と他方の前記共通配線部とを接続するための連絡部を備え、
    前記連絡部は、前記ノズルから吐出される液体が通過可能な開口部が形成されてい
    ヘッドモジュール。
  6. 請求項1に記載のヘッドモジュールにおいて、
    前記配線基板の前記共通配線部は、対向する2つの前記ヘッドチップ列の外側にそれぞれ配置され、
    前記配線基板は、一方の前記共通配線部と他方の前記共通配線部とを接続するための連絡部を備え、
    前記連絡部は、各前記ヘッドチップ列中の各前記ヘッドチップの前記エネルギー発生素子と対向するように、液体を吐出するためのノズルが形成されてい
    ことを特徴とするヘッドモジュール。
  7. 請求項1に記載のヘッドモジュールにおいて、
    前記配線基板は、可撓性を有す
    ヘッドモジュール。
  8. 複数のヘッドモジュールと、
    各前記ヘッドモジュールを制御するための制御基板と
    を備えるとともに、
    各前記ヘッドモジュールは、
    液体を吐出させるためのエネルギー発生素子が配置され、前記エネルギー発生素子と前記制御基板とを電気的に接続するための電極が設けられたヘッドチップと、
    前記ヘッドチップの前記電極と前記制御基板とを電気的に接続するための配線を有する配線基板と
    を備え、
    前記配線基板を介して前記ヘッドチップの前記エネルギー発生素子を駆動し、液体を吐出させる液体吐出ヘッドであって、
    複数の前記ヘッドチップを一方向に配列したヘッドチップ列を複数列備えており、
    前記配線基板は、
    各前記ヘッドチップ列中の各前記ヘッドチップの前記電極にそれぞれ前記配線を接続するための接続部と、
    各前記ヘッドチップ列中の各前記ヘッドチップに共通する複数の前記配線をまとめた共通配線部と、
    前記配線基板の一辺側で、前記制御基板に前記配線を接続するための端子部と
    を備え、
    前記接続部及び前記端子部の前記配線は、水平方向に並べられた単層構造であり、
    前記共通配線部の前記配線は、垂直方向に重ねられた部分を有する多層構造であり、
    前記ヘッドチップの前記電極に接続された前記配線は、前記接続部から前記共通配線部を経て前記端子部に導かれ、前記制御基板と接続されている
    液体吐出ヘッド。
  9. 複数のヘッドモジュールと、
    各前記ヘッドモジュールを制御するための制御基板と
    を備えるとともに、
    各前記ヘッドモジュールは、
    液体を吐出させるためのエネルギー発生素子が配置され、前記エネルギー発生素子と前記制御基板とを電気的に接続するための電極が設けられたヘッドチップと、
    前記ヘッドチップの前記電極と前記制御基板とを電気的に接続するための配線を有する配線基板と
    を備え、
    前記配線基板を介して前記ヘッドチップの前記エネルギー発生素子を駆動し、液体を吐出させる液体吐出装置であって、
    複数の前記ヘッドチップを一方向に配列したヘッドチップ列を複数列備えており、
    前記配線基板は、
    各前記ヘッドチップ列中の各前記ヘッドチップの前記電極にそれぞれ前記配線を接続するための接続部と、
    各前記ヘッドチップ列中の各前記ヘッドチップに共通する複数の前記配線をまとめた共通配線部と、
    前記配線基板の一辺側で、前記制御基板に前記配線を接続するための端子部と
    を備え、
    前記接続部及び前記端子部の前記配線は、水平方向に並べられた単層構造であり、
    前記共通配線部の前記配線は、垂直方向に重ねられた部分を有する多層構造であり、
    前記ヘッドチップの前記電極に接続された前記配線は、前記接続部から前記共通配線部を経て前記端子部に導かれ、前記制御基板と接続されている
    液体吐出装置。
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