JP4609014B2 - インクジェットヘッド - Google Patents

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Description

本発明は、記録媒体にインクを吐出して印刷を行うインクジェットヘッドに関する。
特許文献1には、圧電シートの圧力室対向領域に個別電極がそれぞれ形成されたインクジェットヘッドが開示されている。このインクジェットヘッドにおいて、圧電シートが積層されてなるアクチュエータユニットは、ノズル及び圧電シートが多数形成された流路ユニットに接着されている。そして、アクチュエータユニットの表面に形成された各個別電極は、FPC(Flexible Printed Circuit)やCOF(Chip On Film)などのフレキシブルケーブルのコンタクトと電気的に接続されている。
特許文献1に記載されたインクジェットヘッドにおいては、圧電シートが圧電横効果によってユニモルフ変形する。したがって、圧電シートの変形効率を高めるために、アクチュエータユニットの圧力室対向領域には、FPCが接触しないようにする必要がある。このような観点から、特許文献1のインクジェットヘッドにおいては、ランドと称される個別電極よりも厚みの大きい導電部材が個別電極と接合されるように圧電シートの圧力室非対向領域に形成されており、個別電極とFPCに形成されたコンタクトとがランドを介して電気的に接続されている。さらに、平面視において台形形状を有する圧電シートの上下辺に沿って、多数のダミー電極が形成されている。これらダミー電極は、FPCに形成されたコンタクトと接合されている。
特開2004−114342号公報(図17、図22、図26)
特許文献1に記載されたインクジェットヘッドにおいて、ランド及びダミー電極をFPCに形成されたコンタクトと接合するには、接合剤として半田又は熱硬化型の導電性接着剤などが用いられるため、接合時に加熱処理を行う必要がある。しかしながら、かかる加熱処理時にFPCが下垂変形し、圧電シートにおいて圧力室対向領域に接触すると、常温に戻った後もFPCは圧電シートから離れないため、吐出時にアクチュエータユニットの変形が阻害されて吐出特性が悪化してしまうことになる。
本発明の主たる目的は、インク吐出に伴うアクチュエータユニットの変形がフレキシブルケーブルの接触によって阻害されることを抑制することである。
課題を解決するための手段及び発明の効果
本発明のインクジェットヘッドは、複数のノズル及びそれぞれが前記ノズルと連通した複数の圧力室を有し、前記複数の圧力室が互いに隣接するように規則的に二次元配列された流路ユニットと、それぞれが前記圧力室に対向する複数の個別電極、前記複数の個別電極に跨って形成された共通電極、及び、前記複数の個別電極と前記共通電極とによって挟まれた圧電シートを有しており、前記流路ユニットに接着されたアクチュエータユニットと、複数の配線が形成されたフレキシブルケーブルとを備えており、前記アクチュエータユニットと前記フレキシブルケーブルとの間には、前記個別電極と前記配線とを電気的に接続する複数の導電体と、これら導電体が存在しない位置において前記アクチュエータユニットと前記フレキシブルケーブルとを離間させ且つ前記個別電極と前記配線との電気的接続に関与しない複数のスペーサとが介在しており、前記複数の導電体によって取り囲まれた領域内に、少なくとも1個の前記スペーサが存在しており、前記スペーサが、前記導電体が設けられた位置における前記アクチュエータユニットと前記フレキシブルケーブルとの離隔距離と実質的に同じ高さを有していると共に、前記アクチュエータユニット及び前記フレキシブルケーブルに接合されている。
この構成によると、フレキシブルケーブルとアクチュエータユニットとの間にスペーサがあるので、フレキシブルケーブルがアクチュエータユニットの圧力室対向領域に接触しにくくなる。そのため、インク吐出に伴うアクチュエータユニットの変形がフレキシブルケーブルによって阻害されることが少なくなる。また、フレキシブルケーブルをアクチュエータユニットに接合する際に、フレキシブルケーブルがアクチュエータユニットの圧力室対向領域に接触するのを抑制しつつ、接合に係る押圧荷重を高くすることができる。そのため、フレキシブルケーブルの反りなどに起因したオープン不良を減少させることができる。また、フレキシブルケーブルとアクチュエータユニットとの接合個所が増えることによって両者間の接合強度が大きくなるので、フレキシブルケーブルの反りなどに起因したオープン不良をさらに減少させることができる。
本発明のインクジェットヘッドにおいては、前記複数の導電体を取り囲む領域内に、複数の前記スペーサが実質的に均一に分布していてよい。これにより、フレキシブルケーブルがアクチュエータユニットの圧力室対向領域にさらに接触しにくくなる。
この場合、各導電体に対して1つ以上の前記スペーサが設けられていることが好ましい。これにより、フレキシブルケーブルがアクチュエータユニットの圧力室対向領域により一層接触しにくくなる。
本発明のインクジェットヘッドにおいては、各圧力室の中心に関して、複数の前記導電体及び複数の前記スペーサが対称に配置されていることが好ましい。例えば、各圧力室の中心に関して、3つの前記導電体及び3つの前記スペーサが対称に配置されていてもよい。これにより、フレキシブルケーブルをアクチュエータユニットに接合する際に、フレキシブルケーブルがアクチュエータユニットの圧力室対向領域に接触するのを効果的に抑制することができる。
本発明のインクジェットヘッドにおいては、前記導電体及び前記スペーサが、前記アクチュエータユニットを支持する前記複数の圧力室の間にある桁部に対向していることが好ましい。これにより、インク吐出に伴うアクチュエータユニットの変形が、導電体及びスペーサによって阻害されにくくなる。さらに、フレキシブルケーブルをアクチュエータユニットに接合する際にアクチュエータユニットに加えられる加圧力が桁部によって受けられるので、アクチュエータユニットの破損を防止しつつ加圧力を大きくすることができる。
本発明のインクジェットヘッドにおいては、前記スペーサが、前記導電体が設けられた位置における前記アクチュエータユニットと前記フレキシブルケーブルとの間と同じ層構造を有していることが好ましい。これにより、スペーサの製造工程を簡略化することができる。
この場合、前記個別電極が、前記アクチュエータユニットにおいて前記フレキシブルケーブルに面した表面に形成されていることが好ましい。これにより、アクチュエータユニットにスルーホールなどを形成することなく、個別電極とフレキシブルケーブルに形成された配線とを容易に電気的に接続することができる。また、アクチュエータユニットの最外層が圧電シートとなるので、圧電横効果によるアクチュエータユニットのユニモルフ変形の変形効率が優れたものとなる。
一例として、前記スペーサが、前記個別電極と同じ導電材料からなり且つ前記個別電極と実質的に同じ厚みを有する第1スペーサ層と、前記導電体と同じ導電材料からなり且つ前記導電体と実質的に同じ厚みを有する第2スペーサ層とから構成されていてよい。これにより、個別電極と第1スペーサ層とを同一工程で形成することができると共に導電体と第2スペーサ層とを同一工程で形成することができるので、製造工程を簡略化することができる。
この場合、前記導電体及び前記第2スペーサ層が、導電性接着剤からなるものであってよい。これにより、半田を用いるよりも製造工程を簡略化することができる。
また、前記個別電極には、前記アクチュエータユニットの表面からの最大離隔距離が前記個別電極よりも大きい導電性のランドが接合されていてよい。そして、このとき、前記ランドが、前記アクチュエータユニットの表面から最も離隔した部分において前記導電体と接合されていることが好ましい。これにより、フレキシブルケーブルがアクチュエータユニットの圧力室対向領域にさらに接触しにくくなる。
一例として、前記ランドが前記個別電極上に形成されており、前記スペーサが、前記個別電極と同じ導電材料からなり且つ前記個別電極と実質的に同じ厚みを有する第1スペーサ層と、前記ランドと同じ導電材料からなり且つ前記ランドと実質的に同じ厚みを有する第2スペーサ層と、前記導電体と同じ導電材料からなり且つ前記導電体と実質的に同じ厚みを有する第3スペーサ層とから構成されていてよい。これにより、個別電極と第1スペーサ層とを同一工程で形成することができ、ランドと第2スペーサ層とを同一工程で形成することができると共に、導電体と第3スペーサ層とを同一工程で形成することができるので、製造工程を簡略化することができる。
この場合、前記導電体及び前記第3スペーサ層が、導電性接着剤からなるものであってよい。これにより、半田を用いるよりも製造工程を簡略化することができる。
本発明のインクジェットヘッドにおいては、前記スペーサが、前記アクチュエータユニットにおいて前記フレキシブルケーブルに面した表面から突出した単一部材であってよい。或いは、前記スペーサが、前記フレキシブルケーブルにおいて前記アクチュエータユニットに面した表面から突出した単一部材であってよい。これにより、スペーサの構造を簡略化することができる。
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
[第1の実施の形態]
まず、本発明の第1の実施の形態によるインクジェットヘッドについて説明する。図1に、本実施の形態に係るインクジェットヘッド2を含むプリンタ1を示す。図1に示すプリンタ1は、平面視において図1紙面と直交する方向に細長い矩形である4つの固定されたインクジェットヘッド2を有するラインヘッド型カラーインクジェットプリンタである。プリンタ1には、図中下方に給紙装置114が、図中上方に紙受け部116が、図中中央部に搬送ユニット120がそれぞれ設けられている。さらに、プリンタ1には、これらの動作を制御する制御部100が備えられている。
給紙装置114は、積層された複数の矩形印刷用紙Pを収容可能な用紙収容部115と、用紙収容部115内において最も上にある印刷用紙Pを1枚ずつ搬送ユニット120に向けて送り出す給紙ローラ145とを有している。用紙収容部115内には、印刷用紙Pがその長辺と平行な方向に給紙されるように収容されている。用紙収容部115と搬送ユニット120との間には、搬送経路に沿って、二対の送りローラ118a、118b;119a、119bが配置されている。給紙装置114から排出された印刷用紙Pは、その一方の短辺を先端として、送りローラ118a、118bによって図1中上方へ送られ、その後送りローラ119a、119bによって搬送ユニット120に向けて左方へと送られる。
搬送ユニット120は、エンドレスの搬送ベルト111と、搬送ベルト111が巻き掛けられた2つのベルトローラ106、107とを備えている。搬送ベルト111の長さは、2つのベルトローラ106、107間に巻き掛けられた搬送ベルト111に所定の張力が発生するような長さに調整されている。2つのベルトローラ106、107に巻き掛けられることによって、搬送ベルト111には、ベルトローラ106、107の共通接線をそれぞれ含む互いに平行な2つの平面が形成されている。これら2つの平面のうちインクジェットヘッド2と対向する方が印刷用紙Pの搬送面127となる。給紙装置114から送り出された印刷用紙Pは、その上面(印刷面)にインクジェットヘッド2によって印刷が施されつつ搬送ベルト111によって形成された搬送面127上を搬送されて、紙受け部116に到達する。紙受け部116では、印刷が施された複数の印刷用紙Pが重なり合うように載置される。
4つのインクジェットヘッド2は、それぞれ、その下端にヘッド本体13を有している。ヘッド本体13は、後述するように、ノズル8に連通した圧力室10を含む個別インク流路32が多数形成された流路ユニット4に、多数の圧力室10のうち、所望の圧力室10内のインクに圧力を与えることができる4つのアクチュエータユニット21が貼り合わされたものである(図2及び図4参照)。そして、各アクチュエータユニット21には、FPC50が貼り合わされている(図8参照)。
ヘッド本体13は、平面視において図1紙面と直交する方向に細長い直方体形状を有している。4つのヘッド本体13は、図1紙面における左右方向に沿って互いに近接配置されている。4つのヘッド本体13の各底面(インク吐出面)には、微小径を有する多数のノズル8が設けられている(図3参照)。ノズル8から吐出されるインク色は、マゼンタ(M)、イエロー(Y)、シアン(C)、ブラック(K)のいずれかであって、1つのヘッド本体13に属する多数のノズル8から吐出されるインク色は同じである。なおかつ、4つのヘッド本体13に属する多数のインク吐出口からは、マゼンタ、イエロー、シアン、ブラックの4色から選択された互いに異なる色のインクが吐出される。
ヘッド本体13の底面と搬送ベルト111の搬送面127との間には、僅かな隙間が形成されている。印刷用紙Pは、この隙間を貫通する搬送経路に沿って図1中右から左へと搬送される。4つのヘッド本体13の下方を印刷用紙Pが順次通過する際、印刷用紙Pの上面に向けてノズル8からインクが画像データに応じて吐出されることで、印刷用紙P上に所望のカラー画像が形成される。
2つのベルトローラ106、107は、搬送ベルト11の内周面111bと接している。搬送ユニット120の2つのベルトローラ106、107のうち、搬送経路の下流側に位置するベルトローラ106は、搬送モータ174と接続されている。搬送モータ174は、制御部100の制御に基づいて回転駆動される。他方のベルトローラ107は、ベルトローラ106の回転に伴って搬送ベルト111から付与される回転力によって回転する従動ローラである。
ベルトローラ107の近傍にはニップローラ138とニップ受けローラ139とが、搬送ベルト111を挟むように配置されている。ニップローラ138は、搬送ユニット120に供給された印刷用紙Pを搬送面127に押し付けることができるように、図示しないばねによって下方に付勢されている。そしてニップローラ138とニップ受けローラ139とが、搬送ベルト111と共に印刷用紙Pを挟み込むため、印刷用紙Pは搬送面127に確実に粘着させられる。
搬送ユニット120の図1中左方には剥離プレート140が設けられている。剥離プレート140は、その右端が印刷用紙Pと搬送ベルト111との間に入り込むことによって、搬送ベルト111の搬送面127に粘着させられているカット紙を搬送面127から剥離する。
搬送ユニット120と紙受け部116との間には、二対の送りローラ121a、121b;122a、122bが配置されている。搬送ユニット120から排出された印刷用紙Pは、その一方の短辺を先端として、送りローラ121a、121bによって図1中上方へ送られ、送りローラ122a、122bによって紙受け部116へ送られる。
図1に示すように、ニップローラ138と最も上流側にあるインクジェットヘッド2との間には、搬送経路上における印刷用紙Pの先端位置を検出するために、発光素子と受光素子とから構成される光学センサである紙面センサ133が配置されている。
次に、ヘッド本体13の詳細について説明する。図2は、図1に示したヘッド本体13の平面図である。図3は、図2の一点鎖線で囲まれたブロックの拡大平面図である。図2及び図3に示すように、ヘッド本体13は、4つの圧力室群9を構成する多数の圧力室10及び各圧力室10に連通した多数のノズル8が形成された流路ユニット4を有している。流路ユニット4の上面には、千鳥状になって2列に配列された4つの台形のアクチュエータユニット21が接着されている。より詳細には、各アクチュエータユニット21は、その平行対向辺(上辺及び下辺)が流路ユニット4の長手方向に沿うように配置されている。また、隣接するアクチュエータユニット21の斜辺同士が、流路ユニット4の幅方向にオーバーラップしている。
アクチュエータユニット21の接着領域に対向した流路ユニット4の下面は、インク吐出領域となっている。図3に示すように、インク吐出領域の表面には、多数のノズル8が規則的に配列されている。流路ユニット4の上面には、多数の圧力室10がマトリクス状に配列されており、流路ユニット4の上面において1つのアクチュエータユニット21の接着領域に対向した領域内に存在する複数の圧力室10が、1つの圧力室群9を構成している。
流路ユニット4内には、共通インク室であるマニホールド流路5及びその分岐流路である副マニホールド流路5aが形成されている。1つのインク吐出領域には、流路ユニット4の長手方向に延在した4本の副マニホールド流路5aが対向している。流路ユニット4の上面に設けられているマニホールド流路5の開口部5bは、図示しないインク流出流路と接合されている。そのため、図示しないインクタンクからインク流出流路を介してマニホールド流路5及び副マニホールド流路5aにインクが供給されるようになっている。
各ノズル8は、平面形状がほぼ菱形の圧力室10及びアパーチャ12を介して副マニホールド流路5aと連通している。流路ユニット4の長手方向に延在する互いに隣接した4つのノズル列に含まれるノズル8は、同じ副マニホールド流路5aに連通している。なお、図2及び図3において、図面を分かりやすくするために、アクチュエータユニット21の下方にあって破線で描くべき圧力室10(圧力室群9)、アパーチャ12を実線で描いている。
流路ユニット4に形成された多数のノズル8は、これらノズル8を流路ユニット4の長手方向に延びた仮想線上にこの仮想線と直交する方向から射影した射影点が、600dpiで等間隔に並ぶような位置に形成されている。
ヘッド本体13の断面構造について説明する。図4は、図3のIV−IV線における断面図である。図4に示すように、ヘッド本体13は、流路ユニット4とアクチュエータユニット21とが貼り合わされたものである。そして、流路ユニット4は、上から、キャビティプレート22、ベースプレート23、アパーチャプレート24、サプライプレート25、マニホールドプレート26、27、28、カバープレート29及びノズルプレート30が積層された積層構造を有している。
キャビティプレート22は、圧力室10となるほぼ菱形の孔が多数形成された金属プレートである。ベースプレート23は、各圧力室10とこれに対応するアパーチャ12とを連通させるための連通孔及び各圧力室10とこれに対応するノズル8とを連通させるための連通孔が多数形成された金属プレートである。アパーチャプレート24は、各アパーチャ12となる孔及び各圧力室10とこれに対応するノズル8とを連通させるための連通孔が多数形成された金属プレートである。サプライプレート25は、各アパーチャ12と副マニホールド流路5aとを連通させるための連通孔及び各圧力室10とこれに対応するノズル8とを連通させるための連通孔が多数形成された金属プレートである。マニホールドプレート26、27、28は、副マニホールド流路5aとなる孔及び各圧力室10とこれに対応するノズル8とを連通させるための多数の連通孔が形成された金属プレートである。カバープレート29は、各圧力室10とこれに対応するノズル8とを連通させるための連通孔が多数形成された金属プレートである。ノズルプレート30は、ノズル8が多数形成された金属プレートである。これら9枚の金属プレートは、個別インク流路32が形成されるように、互いに位置合わせして積層されている。
アクチュエータユニット21の構成について説明する。図5はアクチュエータユニット21の部分拡大断面図である。図5に示すように、アクチュエータユニット21は、4枚の圧電シート41、42、43、44が積層された積層構造を有している。これら圧電シート41〜44は、すべて厚みが15μm程度である。いずれの圧電シート41〜44も、ヘッド本体13内の1つのインク吐出領域内に形成された多数の圧力室10に跨って配置されるように連続した層状の平板(連続平板層)となっている。圧電シート41〜44は、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)系のセラミックス材料からなるものである。
アクチュエータユニット21の平面図である図6に描かれているように、最上層の圧電シート41上には、そのほぼ全域にわたって多数の個別電極35が規則的に二次元配列されている。個別電極35及び後述する共通電極34は共に、例えばAg−Pd系などの金属材料からなる。そして、アクチュエータユニット21の部分拡大平面図である図7には、個別電極35が圧力室10に対向するように且つ平面視において大部分が圧力室10内に収まるように形成されている様子が描かれている。個別電極35は、厚みが1μm程度であって、圧力室10と相似であるほぼ菱形の平面形状を有している。本実施の形態では、個別電極35がアクチュエータユニット21の表面だけに形成されているので、アクチュエータユニット21の最外層である圧電シート41だけが活性領域を含むことになる。そのため、アクチュエータユニット21におけるユニモルフ変形の変形効率が優れたものとなる。
個別電極35の一方(アクチュエータユニット21の長辺に近い方)の鋭角部は、キャビティプレート22においてアクチュエータユニット21と接着されてこれを支持している桁部(キャビティプレート22において圧力室10が形成されていない部分)41a上にまで延出されている。そして、その延出部の先端近傍上には、厚み15μm程度の円柱形状を有するランド36が形成されている。個別電極35とランド36とは、電気的に接合されている。ランド36は、例えばガラスフリットを含む金からなる。
さらに、圧電シート41上において桁部41aと対向する部分には、個別電極35と同じ厚みでランド36と同じ径を有する円形の下スペーサ層61が形成されている。下スペーサ層61は、個別電極35と同じ導電材料からなる。しかしながら、下スペーサ層61は、ダミー電極であって、駆動信号が付与されない。下スペーサ層61は、個別電極35の中心に対してランド36と点対称の位置にある。また、下スペーサ層61上の全域には、ランド36と同じ厚みを有する中スペーサ層(ダミーランド)62が形成されている。中スペーサ層62は、ランド36と同じ導電材料からなる。
図6から明らかなように、アクチュエータユニット21の上面の全域には、多数の個別電極35、ランド36、下スペーサ層61及び中スペーサ層62のそれぞれが実質的に均一な配置密度となるように規則的に分布している。これら個別電極35、ランド36、下スペーサ層61及び中スペーサ層62は、同数ずつ形成されている。
図7に示すように、個別電極35がヘッド2の長手方向に関して千鳥状に配置されているので、互いに近接した3つのランド36及び3個の中スペーサ層62(具体的には、任意の個別電極35に接合されたランド36及び当該個別電極35に対してアクチュエータユニット21の短辺方向に隣接する中スペーサ層62、当該個別電極35の右上及び左上にそれぞれ隣接する各個別電極35に接合された2つのランド36、並びに、当該個別電極35の右下及び左下にそれぞれ隣接する各個別電極35に対してアクチュエータユニット21の短辺方向に隣接する2つの中スペーサ層62)は、平面視において正六角形の頂点にそれぞれ位置している。
任意の個別電極35と、その右下及び左下にそれぞれ隣接する個別電極35との合計3つの個別電極35に接合された3つのランド36の中心を結ぶと、正三角形が形成される。このように形成された正三角形の重心位置には、中スペーサ層62の中心が存在している。言い換えると、中スペーサ層62は、正三角形をなすように互いに近接した3つのランド36によって取り囲まれた領域内にある。
最上層の圧電シート41とその下側の圧電シート42との間には、シート全面に形成された厚み2μm程度の共通電極34が介在している。なお、圧電シート42と圧電シート43の間に、電極は配置されていない。
共通電極34は、図示しない領域において接地されている。これにより、共通電極34は、すべての圧力室10に対向する領域において等しくグランド電位に保たれている。多数の個別電極35は、個別に電位を制御することができるように、それぞれがFPC50上の配線53を介して個別に制御部100の一部である図示しないドライバICに電気的に接続されている(図8参照)。
ここで、アクチュエータユニット21の動作について述べる。アクチュエータユニット21においては、4枚の圧電シート41〜44のうち圧電シート41だけが個別電極35から共通電極34に向かう方向に分極されている。ドライバICから駆動信号を与えることによって、個別電極35を正の所定電位とすると、圧電シート41のうち個別電極35と対向する領域(活性領域)が圧電横効果のために分極方向と直角方向に縮む。その他の圧電シート42〜44は、電界が印加されないので自発的には縮まない。したがって、圧電シート41〜44において活性領域と対向する部分には、全体として、圧力室10側に凸となるユニモルフ変形が生じる。すると、圧力室10の容積が低下してインクの圧力が上昇し、図4に示したノズル8からインクが吐出される。その後、個別電極35がグランド電位に戻ると、圧電シート41〜44は元の形状に戻って圧力室10も元の容積に戻る。そのため、副マニホールド流路5aから個別インク流路32へとインクが吸い込まれる。
他の駆動方法としては、予め個別電極35に正電位を与えておき、吐出要求があるごとに一旦個別電極35をグランド電位とし、その後所定のタイミングにて再び個別電極35を正電位とする方法もある。この場合、個別電極35がグランド電位となるタイミングで圧電シート41〜44が元の状態に戻ることにより、圧力室10の容積は初期状態(予め電圧が印加された状態)と比較して増加し、副マニホールド流路5aから個別インク流路32へとインクが吸い込まれる。その後、再び個別電極35に正電位が与えられたタイミングで圧電シート41〜44において活性領域と対向する部分が圧力室10側に凸となるように変形し、圧力室10の容積低下によりインクの圧力が上昇し、ノズル8からインクが吐出される。
次に、FPC50を含むインクジェットヘッド2の断面構造について説明する。図8に示すように、FPC50は、厚み25μm程度のベースフィルム51と、ベースフィルム51の下面のほぼ全域を覆う厚み20μm程度のレジストからなるカバーフィルム52とを含んでいる。そして、ベースフィルム51とカバーフィルム52との間には、厚み9μm程度の多数の配線53が挟まれている。カバーフィルム52においてランド36に対向する位置には、ランド36よりも平面積が小さい貫通孔52aがそれぞれ形成されている。
ベースフィルム51及びカバーフィルム52は、いずれも絶縁性を有するシート部材である。ベースフィルム51はポリイミド樹脂からなり、カバーフィルム52は感光性材料からなる。このようにカバーフィルム52として感光性材料を用いているので、多数の貫通孔52aを容易に形成することができるという利点がある。
銅からなる配線53は、個別電極35ごとに設けられている。各配線53は、それぞれ別々にドライバICに接続されている。各配線53はその先端が貫通孔52aにまで達するように延在している。配線53の先端には、ランド36と同程度の平面積となるように膨らんだコンタクト54が形成されている。コンタクト54の中心は、貫通孔52aの中心とほぼ一致している。配線53及びコンタクト54は、下スペーサ層61に対しては設けられていない。
ランド36は、厚み40μm程度の熱硬化性の導電性接着剤層37を介してコンタクト54と電気的に接合されている。これによって、配線53、導電性接着剤55及びランド36を介して個別電極35の電位を個別に制御できるようになっている。本実施の形態では、上述したように個別電極35がアクチュエータユニット21の表面に形成されているので、アクチュエータユニット21にスルーホールなどを形成する必要がなく比較的容易に個別電極35とFPC50の配線53との電気的接続を実現することができている。
一方、中スペーサ層62は、熱硬化性の導電性接着剤からなる上スペーサ層63を介してカバーフィルム52の下面と接合されている。カバーフィルム52の下面において上スペーサ層63に対応する位置には、凹部52bが予め形成されている。上スペーサ層63の上端に形成された凸部63aは、凹部52bと嵌合している。そのため、上スペーサ層63は、安定して強固にFPC50に接合されている。
図8に示されているように、下スペーサ層61、中スペーサ層62及び上スペーサ層63の3つは、個別電極35の電位制御に関与しておらず浮遊電位となっている。そして、これらが一体となってアクチュエータユニット21とFPC50との間のクリアランスを確保するスペーサ65を構成している。上スペーサ層63の厚みは、導電性接着剤層37と同じく40μm程度である。したがって、スペーサ65の高さは、ランド36及び導電性接着剤層37が設けられた位置におけるアクチュエータユニット21とFPC50との離隔距離(つまり、個別電極35の厚みとランド36の厚みと導電性接着剤層37の厚みとの合計)と等しくなっている。アクチュエータユニット21とFPC50との離隔距離が場所によらず同じであるため、FPC50は全域に亘って湾曲しておらずほぼ平板形状となっている。
上述したインクジェットヘッド2を製造するには、まず、流路ユニット4及びアクチュエータユニット21をそれぞれ別々に作製する。流路ユニット4は、位置合わせしつつ積層した各プレート22〜30を接着剤によって接合することによって作製される。アクチュエータユニット21を作製するには、共通電極34が含まれるように積層された4枚のグリーンシートを焼成し、その後、その焼成体をアクチュエータユニット21の形状に切断する。そして、圧電シート41上に個別電極35及び下スペーサ層61となる導電性ペーストを同じ厚さに塗布する。さらに、ランド36及び中スペーサ層62となる導電性ペーストを同じ厚さに塗布する。その後、加熱処理を行うことによって、アクチュエータユニット21が得られる。
FPC50をアクチュエータユニット21に接合するには、まず、ランド36上及び中スペーサ層62上に熱硬化性の導電性接着剤をほぼ同量塗布する。これによって、ランド36上及び中スペーサ層62上には、それぞれ、導電性接着剤層37及び上スペーサ層63が形成される。しかる後、各貫通孔52aが対応するランド36上の導電性接着剤層37と重なり合うようにFPC50をアクチュエータユニット21に対して位置合わせする。そして、FPC50上にセラミックヒータを設置して、硬化温度以上となるように導電性接着剤層37及び上スペーサ層63を加熱しつつFPC50をアクチュエータユニット21に対して押圧する。この加熱加圧処理によって、導電性接着剤層37及び上スペーサ層63が硬化するため、FPC50がアクチュエータユニット21に強固に接合されると共に、コンタクト54とランド36とを導電性接着剤層37を介して電気的に接続させることができる。
このように、本実施の形態のインクジェットヘッド2を製造するには、個別電極35と下スペーサ層61とを同一工程で形成することができると共に、ランド36と中スペーサ層62とを同一工程で形成することができ、導電性接着剤層37と上スペーサ層63とを同一工程で形成することができる。したがって、製造工程が非常に簡略なものとなる。
特に、FPC50とアクチュエータユニット21とを接合するのに導電性接着剤を用いているので、半田を用いるよりも製造工程を簡略化することができる。
インクジェットヘッド2には、上述したように互いに正三角形をなすように近接した3つのランド36によって取り囲まれた領域内にスペーサ65があるので、FPC50をアクチュエータユニット21に接合する際の加熱処理やその後の反り・うねりなどの経時的変形によってFPC50が部分的に下垂したとしても、FPC50がスペーサ65によって支えられる。そのため、FPC50がアクチュエータユニット21の圧力室対向領域に接触しにくい。したがって、インク吐出に伴うアクチュエータユニット21の変形がFPC50によって阻害されることが少なくなる。FPC50がアクチュエータユニット21の圧力室対向領域に接触しにくくなる効果は、各圧力室10の中心に関して複数のランド36及びスペーサ65が対称に配置されていることによって、増強されている。
さらに、スペーサ65が、ランド36が形成された位置におけるアクチュエータユニット21とFPC50との離隔距離と同じ高さを有しているので、FPC50のアクチュエータユニット21の圧力室対向領域への接触を抑制しつつランド36とコンタクト54との接合に係る押圧荷重を大きくすることができる。その結果、FPC50の反りなどに起因したオープン不良を減少させることができる。
また、スペーサ65がFPC50に接合されることによって、これらが接合されていない場合に比べてFPC50とアクチュエータユニット21との接合個所が2倍となっている。その分両者間の接合強度が大きくなるので、インクジェットヘッド2においては、FPC50の反りなどに起因したオープン不良がほとんど発生することがない。さらに、アクチュエータユニット21とFPC50との密着力が大きいために、FPC50を接合した後におけるヘッド2のハンドリング性が向上する。しかも、個別電極35の中心に対して点対称の位置関係にあるランド36及び導電性接着剤層37とスペーサ65とが共にFPC50に接合されているので、インクの吐出時において圧電シート41の活性領域が周囲から受ける応力の方向依存性が減少する。このため、ノズルからのインク吐出特性のばらつきが減少する。
加えて、各個別電極35について1つのスペーサ65が設けられており、これら多数のスペーサ65がアクチュエータユニット21の上面の全域に均一に分布しているので、FPC50がアクチュエータユニット21の圧力室対向領域にさらに接触しにくくなっている。
さらに、本実施の形態によるインクジェットヘッド2では、ランド36及びスペーサ65がキャビティプレート22において圧力室10間にある桁部41aに対向しているので、インク吐出に伴うアクチュエータユニット21の変形がランド36及びスペーサ65によって阻害されにくくなっている。そして、FPC50をアクチュエータユニット21に接合する際に、アクチュエータユニット21に加えられる加圧力が桁部41aによって受けられるので、アクチュエータユニット21の破損を防止しつつ加圧力を大きくすることができるという利点もある。
[第2の実施の形態]
次に、本発明の第2の実施の形態によるインクジェットヘッドについて、さらに図9を参照して説明する。本実施の形態によるインクジェットヘッドは、ランド36及び中スペーサ層62が形成されていない点においてのみ、上述した第1の実施の形態のヘッド2と相違している。そこで、以下の説明では、両者の相違点を中心として説明することとする。また、第1の実施の形態で説明したのと同じ部材には同じ符号を付することとしてその説明を省略する。
図9に示すように、本実施の形態のインクジェットヘッドにおいては、アクチュエータユニット71が、ランド36及び中スペーサ層62を有していない。そのため、個別電極35上に導電性接着剤層37が形成されており、両者が電気的に接合している。同様に、下スペーサ層61上に上スペーサ層63が形成されており、両者が電気的に接合している。下スペーサ層61及び上スペーサ層63がスペーサ66を構成している。スペーサ66の高さは、導電性接着剤層37が設けられた位置におけるアクチュエータユニット71とFPC50との離隔距離(個別電極35の厚みと導電性接着剤層37の厚みとの合計)と等しくなっている。
本実施の形態では、ランド36及び中スペーサ層62が形成されていない分だけ、アクチュエータユニット71とFPC50との離隔距離が第1の実施の形態によるインクジェットヘッド2よりも短くなっている。そのため、導電性接着剤層37とコンタクト54との接合に係る押圧荷重を大きくし過ぎると、FPC50がアクチュエータユニット71の圧力室対向領域に接触することがある。しかしながら、本実施の形態においても、互いに正三角形をなすように近接した3つの導電性接着剤層37によって取り囲まれた領域内にスペーサ66があるので、FPC50をアクチュエータユニット71に接合する際の加熱処理やその後の反り・うねりなどの経時的変形によってFPC50が部分的に下垂したとしても、FPC50がスペーサ66によって支えられる。そのため、FPC50がアクチュエータユニット71の圧力室対向領域に接触しにくい。したがって、インク吐出に伴うアクチュエータユニット71の変形がFPC50によって阻害されることが少なくなる。その他、第1の実施の形態によるのと同様の効果が得られる。
[第3の実施の形態]
次に、本発明の第3の実施の形態によるインクジェットヘッドについて、さらに図10を参照して説明する。本実施の形態によるインクジェットヘッドは、スペーサが単一部材からなる点においてのみ、上述した第1の実施の形態のヘッド2と相違している。そこで、以下の説明では、両者の相違点を中心として説明することとする。また、第1の実施の形態で説明したのと同じ部材には同じ符号を付することとしてその説明を省略する。
図10に示すように、本実施の形態のインクジェットヘッドにおいて、アクチュエータユニット72は、下スペーサ層61及び中スペーサ層62を有していない。圧電シート41上において個別電極35の中心に対してランド36と点対称の位置には、導電性接着剤からなる単一部材であるスペーサ67が配置されている。スペーサ67は、圧電シート41の上面に上向きに突出するように接着されている。スペーサ67の高さは、導電性接着剤層37が設けられた位置におけるアクチュエータユニット72とFPC50との離隔距離(個別電極35の厚みとランド36の厚みと導電性接着剤層37の厚みとの合計)と等しくなっている。スペーサ67の頂面は、FPC50の下面に接合されている。本実施の形態では、スペーサ67が上記したような高さを有しているので、アクチュエータユニット72とFPC50との離隔距離は場所によらず第1の実施の形態によるインクジェットヘッド2の場合と同じになっている。
図10に示すようなインクジェットヘッドの製造工程例について説明する。まず、第1の実施の形態で説明したのと同様にして、圧電シート41上に個別電極35及びランド36を形成し、さらにランド36上に導電性接着剤層37を形成する。その後、圧電シート41上にフォトレジストをスペーサ67と同じ厚みに塗布し、そのフォトレジストをスペーサ67の位置に開孔を有するようにパターニングし、その開孔に導電性接着剤を充填する。しかる後に、フォトレジストをリフトオフする。その後アクチュエータユニット72とFPC50とを加熱接合することによって、図10に示すような構造を得ることができる。以上の説明から分かるように、本実施の形態のインクジェットヘッドを製造するに当たっては、個別電極35、ランド36及び導電性接着剤層37の形成と同時にスペーサ67を形成することができない。そのため、工程数の点で第1の実施の形態よりも不利となる。しかしながら、スペーサ67が単一部材からなるため、スペーサ67の構造が簡単で強度が強いという利点がある。その他、本実施の形態によっても、第1の実施の形態によるのと同様の効果が得られる。
[第4の実施の形態]
次に、本発明の第4の実施の形態によるインクジェットヘッドについて、さらに図11を参照して説明する。本実施の形態によるインクジェットヘッドは、スペーサが単一部材からなる点においてのみ、上述した第1の実施の形態のヘッド2と相違している。そこで、以下の説明では、両者の相違点を中心として説明することとする。また、第1の実施の形態で説明したのと同じ部材には同じ符号を付することとしてその説明を省略する。
図11に示すように、本実施の形態のインクジェットヘッドにおいて、アクチュエータユニット73は、下スペーサ層61及び中スペーサ層62を有していない。圧電シート41上において個別電極35の中心に対してランド36と点対称の位置には、何も配置されていない。その代わりとして、圧電シート41上において個別電極35の中心に対してランド36と点対称の位置と対向するカバーフィルム52の下面には、導電性接着剤からなる単一部材であるスペーサ68が下向きに突出するように接着されている。スペーサ68の高さは、導電性接着剤層37が設けられた位置におけるアクチュエータユニット73とFPC50との離隔距離(個別電極35の厚みとランド36の厚みと導電性接着剤層37の厚みとの合計)と等しくなっている。スペーサ68の底面は、圧電シート41の上面に接合されている。本実施の形態では、スペーサ68が上記したような高さを有しているので、アクチュエータユニット73とFPC50との離隔距離は場所によらず第1の実施の形態によるインクジェットヘッド2の場合と同じになっている。
図11に示すようなインクジェットヘッドの製造工程例について説明する。まず、第1の実施の形態で説明したのと同様にして、圧電シート41上に個別電極35及びランド36を形成し、さらにランド36上に導電性接着剤層37を形成する。その後、カバーフィルム52上にフォトレジストをスペーサ68と同じ厚みに塗布し、そのフォトレジストをスペーサ68の位置に開孔を有するようにパターニングし、その開孔に導電性接着剤を充填する。しかる後に、フォトレジストをリフトオフする。その後アクチュエータユニット73とFPC50とを加熱接合することによって、図11に示すような構造を得ることができる。以上の説明から分かるように、本実施の形態のインクジェットヘッドを製造するに当たっては、個別電極35、ランド36及び導電性接着剤層37の形成と同時にスペーサ68を形成することができない。そのため、工程数の点で第1の実施の形態よりも不利となる。しかしながら、スペーサ68が単一部材からなるため、スペーサ68の構造が簡単で強度が強いという利点がある。その他、本実施の形態によっても、第1の実施の形態によるのと同様の効果が得られる。
以上本発明の好適な実施の形態を説明したが、本発明は上記実施の形態の構成に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した限度において様々な変更を施すことが可能なものである。例えば、上述の実施の形態では、正三角形をなすように互いに近接した3つの導電性接着剤層37によって取り囲まれた領域内にスペーサ65,66,67,68があるが、スペーサは、アクチュエータユニットにおいて多数の導電性接着剤層37を取り囲む台形領域内に少なくとも1つあればよい。この場合においても、FPCなどのフレキシブルケーブルが接合時にアクチュエータユニットの圧力室対向領域に接触しにくくなる。
スペーサの材料は個別電極やランド36などと同じである必要はない。例えばスペーサが絶縁材料を含んでいてもよい。上述した実施の形態では、1つの個別電極に1個のスペーサが設けられているが、1つの個別電極に2個以上のスペーサが設けられていてもよい。また、スペーサはFPCに接合されていなくてもよい。さらに、スペーサの高さは導電性接着剤層37が形成された位置におけるFPC50とアクチュエータユニット21との離隔距離より低くても高くてもよい。また、スペーサが4層以上の層構造を有していてもよい。
上述の実施の形態ではランド36を個別電極35上に形成しているが、ランド36は個別電極35との電気的接続が保たれている限り、圧電シート41上に形成されていてもよい。この場合、ランド36のアクチュエータユニットの表面からの最大離隔距離を個別電極35よりも大きくすると共に、アクチュエータユニットの表面から最も離隔した部分においてランド36と導電性接着剤層37とを接合する必要がある。
上述した実施の形態では、スペーサ、導電性接着剤層37及びランド36が圧力室10に対向しないようにしているが、圧力室に対向していてもよい。また、スペーサ65,66,67,68は、多数の導電性接着剤層37を取り囲む台形領域内に均一分布していなくてよい。
上述した実施の形態では個別電極35がアクチュエータユニット21の表面に形成されているが、個別電極35が例えば圧電シート42と圧電シート43との間など、アクチュエータユニット21の表面以外の場所に形成されていてもよい。
上述した実施の形態ではアクチュエータユニットとFPCとを接合するのに導電性接着剤を用いているが、半田などの接合剤で両者が接合されていてもよい。また、上述した実施の形態によるインクジェットヘッドはラインタイプであるが、本発明はシリアルタイプのインクジェットヘッドにも適用可能である。
本発明に係る第1の実施の形態であるインクジェットヘッドを含むインクジェットプリンタの概略構成図である。 図1に示すヘッド本体の平面図である。 図2に描かれた一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。 図3のIV−IV線に沿った断面図である。 図2に描かれたアクチュエータユニットの拡大図である。 図2に描かれたアクチュエータユニットの平面図である。 図6の部分拡大図である。 図1に示すインクジェットヘッドにおいて、FPCとアクチュエータユニットとの接合状態を示した断面図である。 本発明の第2の実施の形態によるインクジェットヘッドにおいて、FPCとアクチュエータユニットとの接合状態を示した断面図である。 本発明の第3の実施の形態によるインクジェットヘッドにおいて、FPCとアクチュエータユニットとの接合状態を示した断面図である。 本発明の第4の実施の形態によるインクジェットヘッドにおいて、FPCとアクチュエータユニットとの接合状態を示した断面図である。
符号の説明
1 インクジェットプリンタ
2 インクジェットヘッド
4 流路ユニット
5 マニホールド流路(共通インク室)
5a 副マニホールド流路
8 ノズル
10 圧力室
21 アクチュエータユニット
13 ヘッド本体
35 個別電極
36 ランド
37 導電性接着剤層(導電体)
41〜44 圧電シート
41a 桁部
50 FPC(フレキシブルケーブル)
53 配線
54 コンタクト
61 下スペーサ層
62 中スペーサ層
63 上スペーサ層
65 スペーサ

Claims (15)

  1. 複数のノズル及びそれぞれが前記ノズルと連通した複数の圧力室を有し、前記複数の圧力室が互いに隣接するように規則的に二次元配列された流路ユニットと、
    それぞれが前記圧力室に対向する複数の個別電極、前記複数の個別電極に跨って形成された共通電極、及び、前記複数の個別電極と前記共通電極とによって挟まれた圧電シートを有しており、前記流路ユニットに接着されたアクチュエータユニットと、
    複数の配線が形成されたフレキシブルケーブルとを備えており、
    前記アクチュエータユニットと前記フレキシブルケーブルとの間には、前記個別電極と前記配線とを電気的に接続する複数の導電体と、これら導電体が存在しない位置において前記アクチュエータユニットと前記フレキシブルケーブルとを離間させ且つ前記個別電極と前記配線との電気的接続に関与しない複数のスペーサとが介在しており、
    前記複数の導電体によって取り囲まれた領域内に、少なくとも1個の前記スペーサが存在しており、
    前記スペーサが、前記導電体が設けられた位置における前記アクチュエータユニットと前記フレキシブルケーブルとの離隔距離と実質的に同じ高さを有していると共に、前記アクチュエータユニット及び前記フレキシブルケーブルに接合されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
  2. 前記複数の導電体を取り囲む領域内に、複数の前記スペーサが実質的に均一に分布していることを特徴とする請求項1に記載のインクジェットヘッド。
  3. 各導電体に対して1つ以上の前記スペーサが設けられていることを特徴とする請求項に記載のインクジェットヘッド。
  4. 各圧力室の中心に関して、複数の前記導電体及び複数の前記スペーサが対称に配置されていることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載のインクジェットヘッド。
  5. 各圧力室の中心に関して、3つの前記導電体及び3つの前記スペーサが対称に配置されていることを特徴とする請求項に記載のインクジェットヘッド。
  6. 前記導電体及び前記スペーサが、前記アクチュエータユニットを支持する前記複数の圧力室の間にある桁部に対向していることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載のインクジェットヘッド。
  7. 前記スペーサが、前記導電体が設けられた位置における前記アクチュエータユニットと前記フレキシブルケーブルとの間と同じ層構造を有していることを特徴とする請求項1に記載のインクジェットヘッド。
  8. 前記個別電極が、前記アクチュエータユニットにおいて前記フレキシブルケーブルに面した表面に形成されていることを特徴とする請求項に記載のインクジェットヘッド。
  9. 前記スペーサが、
    前記個別電極と同じ導電材料からなり且つ前記個別電極と実質的に同じ厚みを有する第1スペーサ層と、
    前記導電体と同じ導電材料からなり且つ前記導電体と実質的に同じ厚みを有する第2スペーサ層とから構成されていることを特徴とする請求項に記載のインクジェットヘッド。
  10. 前記導電体及び前記第2スペーサ層が、導電性接着剤からなることを特徴とする請求項に記載のインクジェットヘッド。
  11. 前記個別電極には、前記アクチュエータユニットの表面からの最大離隔距離が前記個別電極よりも大きい導電性のランドが接合されており、
    前記ランドが、前記アクチュエータユニットの表面から最も離隔した部分において前記導電体と接合されていることを特徴とする請求項に記載のインクジェットヘッド。
  12. 前記ランドが前記個別電極上に形成されており、
    前記スペーサが、
    前記個別電極と同じ導電材料からなり且つ前記個別電極と実質的に同じ厚みを有する第1スペーサ層と、
    前記ランドと同じ導電材料からなり且つ前記ランドと実質的に同じ厚みを有する第2スペーサ層と、
    前記導電体と同じ導電材料からなり且つ前記導電体と実質的に同じ厚みを有する第3スペーサ層とから構成されていることを特徴とする請求項11に記載のインクジェットヘッド。
  13. 前記導電体及び前記第3スペーサ層が、導電性接着剤からなることを特徴とする請求項12に記載のインクジェットヘッド。
  14. 前記スペーサが、前記アクチュエータユニットにおいて前記フレキシブルケーブルに面した表面から突出した単一部材であることを特徴とする請求項1に記載のインクジェットヘッド。
  15. 前記スペーサが、前記フレキシブルケーブルにおいて前記アクチュエータユニットに面した表面から突出した単一部材であることを特徴とする請求項1に記載のインクジェットヘッド。
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