JP4616609B2 - インクジェットヘッド - Google Patents

Description

本発明は、記録用紙等にインクを吐出して印刷を行うインクジェットプリンタのインクジェットヘッドに関する。

記録用紙等にインクを吐出するインクジェットヘッドとしては、例えば、インクを吐出するノズルとノズルに連通する圧力室とを備えた流路ユニットと、圧力室内のインクに吐出エネルギーを付与する手段とを備えているものがある。吐出エネルギーを付与する手段としては、圧力室の容積を変化させることにより圧力室に圧力を付加する圧電式のアクチュエータユニットが知られている（例えば、特許文献１参照）。圧電式のアクチュエータユニットは、複数の圧力室に跨る圧電シートと、複数の圧力室に夫々対向する位置に設けられた複数の個別電極と、複数の個別電極に圧電シートを介して対向する共通電極とを有する。そして、個別電極に駆動電圧（駆動信号）が印加されたときには、その個別電極と共通電極との間に挟まれた圧電シートの部分に対してその厚み方向に電界が作用することにより、この部分の圧電シートが収縮するため、圧力室の容積が変化して圧力室内のインクに圧力（吐出エネルギー）が付与される。

そして、電圧が印加される個別電極には、ドライバＩＣから送出される駆動信号を供給するための配線部材が接続される。例えば、特許文献１のインクジェットヘッドは、個別電極と電気的に接続される複数の端子と、これらの端子を介して個別電極の各々に駆動信号を供給する複数の配線パターンが形成されたフレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ：Flexible Printed Circuit）を備えている。

特開２００２−３６５６８号公報（図１）

上述のようなインクジェットヘッドにおいて、ＦＰＣは個別電極の数（圧力室の数）に相当する多数の配線パターンが形成されるため、これらの配線パターンは高密度なものとなり、そのパターンニングには微細な加工が要求される。そのためＦＰＣは高価なものとなり、インクジェットヘッドにかかるコストが高くなる原因の1つになっている。しかも、近年、画像の高解像度化や高速印字の要求に対応するためにノズル及びこれに対応する圧力室が更に高密度に配置されることに伴って、ＦＰＣにかかるコストは更に高騰する傾向にある。

本発明の主な目的は、駆動信号を供給するための配線にかかるコストを低減して安価に構成することができるインクジェットヘッドを提供することである。

課題を解決するための手段及び効果

本発明のインクジェットヘッドは、ノズルに連通するとともに互いに隣接配置された複数の圧力室とこれら複数の圧力室内のインクに吐出エネルギーを付与するエネルギー付与手段とを有するヘッド本体を備えている。さらに、前記エネルギー付与手段を駆動するためのドライバＩＣと、前記エネルギー付与手段に接着される接着面とこの接着面とは反対側の面である前記ドライバＩＣが実装される実装面とを有する基板とを備えている。そして、前記エネルギー付与手段は、前記接着面と対向する面上に、前記複数の圧力室に対応して夫々設けられた前記ドライバＩＣから供給される信号が入力される複数の入力端子を有している。前記基板は、前記実装面において、外部からの信号を伝送する配線部材の端子が接合される複数の外部入力端子と、これらの複数の外部入力端子と前記ドライバＩＣとを導通させる複数の第１信号線と、前記複数の外部入力端子のうちの一部を介して一定の電圧が入力される定電圧配線とを有し、前記接着面において前記複数の入力端子と夫々接合される複数の出力端子を有し、前記基板の内部において前記複数の出力端子と前記ドライバＩＣとを導通させる複数の第２信号線を有し、前記複数の第１信号線のうち少なくとも前記ドライバＩＣと接合される接合部が前記実装面上に形成され、前記複数の第２信号線が前記基板に形成されたスルーホールを通じて前記基板の厚み方向に延在する部分を含んで形成されている。前記実装面における前記ドライバＩＣと対向する配置領域には、前記ドライバＩＣからの前記信号が出力されるマトリクス状に配置されたバンプと夫々接続された複数の駆動信号端子が形成されており、前記基板の内部に配置された前記第２信号線は、一端が前記実装面の前記駆動信号端子に、他端が前記駆動信号端子と対応した前記接着面の前記出力端子に夫々接続されている。前記定電圧配線は、前記実装面上において、前記ドライバＩＣが実装されている領域、前記複数の外部入力端子が形成されている領域、及び前記複数の第１信号線が形成されている領域を除いた残りの領域のほぼ全域を占めて形成されている。

本発明によると、ドライバＩＣを実装された基板がエネルギー付与手段に直接接着されているため、従来のように個別電極の数に相当する多数の配線パターンが高密度に配置された高価なＦＰＣを用いる必要がなくなり、インクジェットヘッドを安価に構成することができる。また、定電圧配線によりエネルギー付与手段が発する電磁波のアース効果を高めることができる。さらに、ドライバＩＣからの発熱を放熱する効果を高めることができる。

このとき、前記複数の第２信号線は前記複数の圧力室と同じ数であり、前記複数の第１信号線の数よりも多いことが好ましい。これによると、外部入力端子に接続される配線部材は信号線の少ない安価なものとなるため、従来に比べて配線部材にかかるコストを抑えることができる。

また、本発明においては、前記基板が多層基板構造を有しており、前記第２信号線が夫々前記実装面を含む層以外の層における前記実装面と平行な面上に延在するように形成されていることが好ましい。これによると、第２信号線を配線可能な領域を広く確保することができる。また、ドライバＩＣの駆動信号を出力する複数の端子の間隔がエネルギー付与手段の複数の入力端子の間隔よりも狭いものであったとしても、これらを確実に導通させることができる。さらに、複数の第２信号線を複数の層の面上に分散して形成することができるため、各層における配線パターンの形成が容易となり、製作コストを抑えることができる。このとき、前記第２信号線は、一端が前記駆動信号端子に接続されつつ前記駆動信号端子から前記基板の層の厚み方向にスルーホールを通って延在するとともに、他端が前記実装面と平行な面上に延在する部分の端部に接続されている部分信号線を含んでいてもよい。

さらに、本発明においては、前記複数の出力端子が、前記接着面上において規則的に二次元配列されていることがより好ましい。これによると、シンプルなパターンで第２信号線を形成することができる。

加えて、本発明においては、前記基板において、前記ドライバＩＣが前記実装面の中心に配置されていることがより一層好ましい。これによると、第２信号線を、ドライバＩＣを中心にあらゆる方向に向かって延在させることが可能となるため、第２信号線間のピッチを広くすることができる。

また、本発明においては、前記流路ユニットの前記一表面に固定されていると共に、前記流路ユニットに供給するインクを貯溜するリザーバを含むリザーバユニットをさらに備えており、前記ドライバＩＣが前記リザーバユニットと熱的に結合されていることが好ましい。これによると、ドライバＩＣが発生した熱を、インクが流れるリザーバユニットを介して効率よく放熱することができる。また、放熱板などを別途備える必要がないため、インクジェットヘッドの小型化を図ることができる。ここでドライバＩＣとリザーバユニットとの熱的な結合とは、ドライバＩＣとリザーバユニットとの間で温度変化の相関関係がある状態をいう。

このとき、前記リザーバユニットと前記流路ユニットとの間に空隙が形成されており、前記アクチュエータユニット、前記ドライバＩＣ及び前記基板が前記空隙内に配置されており、前記空隙が封止剤により封止されていることがさらに好ましい。これによると、アクチュエータユニット、ドライバＩＣ及び基板を、インクの飛沫やダストから保護することができる。

さらに、本発明においては、前記アクチュエータユニットが前記流路ユニットに複数固定されており、これら複数の前記アクチュエータユニットのそれぞれに前記ドライバＩＣが実装された前記基板が接着されていることが好ましい。これによると、流路ユニットに対するアクチュエータユニットの固定位置にずれがある場合でも、各アクチュエータユニットに基板を正確に固定することができる。

または、本発明においては、前記アクチュエータユニットが前記流路ユニットに複数固定されており、これら複数の前記アクチュエータユニットと同数である複数の前記ドライバＩＣが実装された一の前記基板が、複数の前記アクチュエータユニットに対して接着されていることが好ましい。これによると、基板の製造コストを低減することができる。

複数の前記ドライバＩＣがカスケード接続されていることが好ましい。これによると、外部入力端子の数及び外部入力端子に接続されるケーブルの数を減らすことができる。したがって、インクジェットヘッドの製造コストの低減を図ることができる。

また、本発明においては、前記ヘッド本体は、その一表面に沿って前記複数の圧力室が形成された流路ユニットと、前記流路ユニットの一表面に固定された前記エネルギー付与手段を構成するアクチュエータユニットとからなることが好ましい。これにより、高密度に配置された圧力室に対応することができる。

以下、本発明に係る第１の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１は、第１の実施の形態に係るインクジェットヘッドの外観斜視図である。図２は、図１に示すII−II線における断面図である。インクジェットヘッド１は、インクジェットプリンタに搭載されるものであり、記録用紙に対してインクを吐出するための主走査方向に延在した矩形平面形状を有するヘッド本体７０と、ヘッド本体７０の上方に配置され且つヘッド本体７０に供給されるインクを貯溜するインクリザーバ３が形成されたインクリザーバユニット７１とを備えている。

ヘッド本体７０は、マニホールド流路５を含むインク流路が形成された流路ユニット４と、流路ユニット４の上面に接着された４つのアクチュエータユニット２１と各アクチュエータユニット２１の上面に接着されていると共にドライバＩＣ８０が実装された基板５０とを含んでいる（図３参照）。流路ユニット４及びアクチュエータユニット２１は共に、複数の薄板を積層して互いに接着させた構成である。

インクリザーバユニット７１は、例えばステンレスなどの金属材料からなる。インクリザーバユニット７１内のインクリザーバ３は、インクリザーバユニット７１の長手方向に沿って形成された略直方体の中空領域である。インクリザーバユニット７１の下面においては、各アクチュエータユニット２１に対応するように、インクリザーバ３の開口３ｂ及び側面から下面に亘って矩形状に切り欠かれた凹部がそれぞれ形成されている。また、インクリザーバ３は図示しないインクタンクと連通するための連通口（図示せず）をさらに有しており、連通口を介してインクタンクからインクリザーバ３内にインクが供給される。そして、インクリザーバユニット７１は、開口３ｂとマニホールド流路５の開口５ｂとが一致するように流路ユニット４と接続されている。このとき、凹部と流路ユニット４の上面とで画定された４つの空隙７１ａが形成され、各空隙７１ａ内に対応するアクチュエータユニット２１及び基板５０が配置されている。

アクチュエータユニット２１に接着された基板５０は、後述するように絶縁材料としてエポキシ樹脂を用いたガラスエポキシ基板が積層されてなる多層基板であり、アクチュエータユニット２１との接着面の反対側の面にドライバＩＣ８０が実装されている。ドライバＩＣ８０は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）で構成されたベアチップであり、図示しない上位の制御装置からの制御信号に基づいてアクチュエータユニット２１を駆動する駆動信号を出力する。また、ドライバＩＣ８０の上面とインクリザーバユニット７１の下面との間に両者に接するように、放熱シート８２が配置されている。熱伝導性の高い放熱シート８２を媒介することより、ドライバＩＣ８０とインクリザーバユニット７１とが互いに熱伝導性が良い状態で結合している。つまり、ドライバＩＣ８０とインクリザーバユニット７１との間で温度の相関関係が高くなっている。本実施の形態では、このような状態を熱的に結合した状態と称する。後述するように、基板５０には制御装置からの制御信号がドライバＩＣ８０に入力されるように及びドライバＩＣ８０からの駆動信号がアクチュエータユニット２１に出力されるように配線パターンが形成されている。そして、各基板５０には制御信号を伝達するためのＦＦＣ（フラットフレキシブルケーブル）５１が接続されている。ＦＦＣ５１は、空隙７１ａの開口部から外部に引き出されてインクジェットプリンタの図示しない上位の制御装置に接続されている。なお、このＦＰＣ５１は、後述する外部入力端子６１に相当する数の配線を備えるものであるが、その数は、後述する駆動信号端子６９の数（後述する圧力室１０の数と同数）よりも相当に少ないものであるため、安価に構成できるものである。空隙７１ａの開口部分には、シリコン（封止剤）８４が塗布されて空隙７１ａを封止している。

次に、図３及び図４を参照して、ヘッド本体７０の詳細について説明する。図３は、図１に示したヘッド本体７０の平面図である。図４は、図３の一点鎖線で囲まれたブロックの拡大平面図である。図３及び図４に示すように、ヘッド本体７０は、圧力室群９を構成する多数の圧力室１０やノズル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列に配列された台形のアクチュエータユニット２１が４つ接着されている。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。インク吐出領域の表面には、多数のノズル８が副マニホールド流路５ａの延在方向に沿って且つ副マニホールド流路５ａと対向しないように複数配列されている（図５参照）。１つのノズル８に連通された圧力室１０はマトリックス状に配列されており、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流路ユニット４の下面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。後述するように、各圧力室１０には、アクチュエータユニット２１に形成された１つの個別電極３５が対向している。

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、インクリザーバ３の開口３ｂ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リザーバ３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３及び図４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を二点鎖線で描いていると共に、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。

次に、図５を参照して、流路ユニット４について詳細に説明する。図５は、図４のV−V線における断面図である。図５に示すように、ヘッド本体７０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（図２参照）。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（チャネル）３２が形成されるように、互いに位置合わせして積層される。

次に、図６及び図７を参照して、アクチュエータユニット２１の構成について説明する。図６（ａ）はアクチュエータユニット２１と圧力室１０との部分拡大断面図であり、図６（ｂ）はアクチュエータユニット２１の表面に形成された個別電極の形状を示す平面図である。図７は、アクチュエータユニット２１全体の平面図である。

図６（ａ）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、それぞれ厚みが１５μｍ程度で同じになるように形成されている。いずれの圧電シート４１〜４４も、ヘッド本体７０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。

最上層の圧電シート４１上には、各圧力室１０に対向する個別電極３５が形成されている。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略２μｍの厚みの共通電極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。これら個別電極３５及び共通電極３４は共に、例えばＡｇ−Ｐｄ系などの金属材料からなる。

個別電極３５は、略１μｍの厚みで、図６（ｂ）に示すように、図４に示した圧力室１０とほぼ相似である略菱形の平面形状を有している。略菱形の個別電極３５における鋭角部の一方は延出され、その先端に、個別電極３５と電気的に接続された、略１６０μｍの径を有する円形のランド（入力端子）３６が設けられている。ランド３６は、例えばガラスフリットを含む金からなり、図６（ａ）に示すように、個別電極３５における延出部表面上に圧力室１０に対向しないように接着されている。

図７に示すように、アクチュエータユニット２１の平面視において、個別電極３５が圧力室１０に対向するようにマトリックス状に配置されている。そして、アクチュエータユニット２１の斜辺の中点同士を結ぶ直線Ａから上辺側の領域に配置された個別電極３５は上辺側の鋭角部の一方が延出されていると共にその先端にランド３６が設けられている。また、直線Ａから底辺側の領域に配置された個別電極３５は上辺側の鋭角部の一方が延出されていると共にその先端にランド３６が設けられている。さらに、アクチュエータユニット２１の各角部には、圧電シート４１を貫通するように形成された複数のスルーホール電極を介して共通電極３４と電気的に接続される共通電極端子３７が配置されている。後述するように、共通電極３４は共通電極端子３７及び基板５０を介して接地される。これにより、共通電極３４は、すべての圧力室１０に対応する領域において等しくグランド電位に保たれている。また、各個別電極３５は、ランド３６及び基板５０を介してドライバＩＣ８０の各端子と電気的に接続されており、圧力室１０に対応して選択的に電位を制御されるようになっている。

次に、基板５０について図８〜図１０を参照しつつ説明する。図８は、基板５０のドライバＩＣ８０が実装された実装面を示す平面図である。なお、図８においては、ドライバＩＣ８０を破線で示している。図９は、基板５０のアクチュエータユニット２１との接着面を示す平面図である。図１０は、図８に示すX−X線の断面図である。図８〜図１０に示すように、基板５０は、台形状を有する９枚のガラスエポキシ基板が積層された多層基板構造を有しており、ドライバＩＣ８０が実装されている実装面からアクチュエータユニット２１に接着されている接着面までの間に配線パターンが形成される互いに平行な第１層５０ａ〜第１０層５０ｊを有している。

図８及び図１０に示すように、ドライバＩＣ８０が、実装面である第１層５０ａの中心に配置されている。そして、第１層５０ａには、ＦＦＣ５１の端子が接続される外部入力端子６１、アクチュエータユニット２１を駆動するための２０Ｖ系電源線６２、ドライバＩＣ８０を駆動するための３．３Ｖ系電源線６３、ドライバＩＣ８０を制御するための３本の制御用シリアル信号線６４、クロック信号線６５、ストローブ信号線６６、個別電極３５に供給すべき駆動信号の波形パターンを伝送する波形パターン信号線６７、共通電極３４を接地するためのグランド電極６８及びドライバＩＣ８０から駆動信号が出力されるバンプ８１と接続される駆動信号端子６９が形成されている。

外部入力端子６１は、第１層５０ａの底辺部分に沿って配列されている。２０Ｖ系電源線６２、３．３Ｖ系電源線６３、制御用シリアル信号線６４、クロック信号線６５、ストローブ信号線６６及び波形パターン信号線６７（第１信号線）は、外部入力端子６１とドライバＩＣ８０の対応する各端子とを接続（導通）している。なお、３本の制御用シリアル信号線６４から伝送されたシリアル信号はドライバＩＣ８０によってシリアルパラレル変換されることで駆動信号となり、駆動信号端子６９から出力される。グランド電極（低電圧配線）６８は、第１層５０ａにおいて、配列の両端の外部入力端子（低電圧端子）６１に接続されており、外部入力端子６１、ドライバＩＣ８０及び各配線６２〜６７以外の領域を除いた残りの領域のほぼ全域を占めるように形成されている（第１配線部分）。さらに、グランド電極６８は、基板５０を貫通するように形成されているグランド電極用スルーホール（第２配線部分）８５を含んでいる。ドライバＩＣ８０のバンプ８１は、ドライバＩＣ８０の下面においてマトリックス状に配置されており、駆動信号端子６９が、バンプ８１に対応するように第１層５０ａにおけるドライバＩＣ８０の配置領域にマトリックス状に配置されている。

図９及び図１０に示すように、接着面である第１０層５０ｊには、アクチュエータユニット２１のランド３６と接合される出力端子７５がランド３６に対応するようにマトリックス状（規則的な二次元配列）に配置されている。そして、第１層５０ａにおいて各駆動信号端子６９に接続され基板５０の厚み方向にスルーホールを通って部分的に延在する駆動信号信号線８６ａ、各第２層５０ｂ〜第９層５０ｉにおいてそれぞれの面上を延在している駆動信号信号線８７、第１０層５０ｊにおいて出力端子５７に接続されて基板５０の厚み方向にスルーホールを通って部分的に延在する駆動信号信号線８６ｂを介して、各駆動信号端子６９とこれに対応する出力端子５７とが電気的に接続されている。つまり、各駆動信号端子６９に対応する駆動信号信号線８６ａ、８６ｂ及び駆動信号信号線８７により１つの配線（第２信号線）が形成されている。この配線の数は第１層５０ａにおいて外部入力端子６１に接続されている各配線６２〜６７の数よりも多くなっている。

次に、駆動信号信号線８６ａ、８６ｂ及び駆動信号信号線８７の詳細について図１１〜図１３を参照しつつ説明する。図１１は、基板５０における第２層５０ｂの平面図である。図１２は、基板５０における第３層５０ｃの平面図である。図１３は、基板５０における第９層５０ｉの平面図である。図１１に示すように、ドライバＩＣ８０における幅方向両端に配列されているバンプ８１に接続された駆動信号信号線８６ａは、第２層５０ｂまで基板５０の厚み方向にスルーホールを通って延在し、第２層５０ｂにおいて面上を延在している駆動信号信号線８７の一方の端部と接続されている。駆動信号信号線８７の他方の端部は第２層５０ｂの上辺側及び底辺側の両端に配列されている駆動信号信号線８６ｂに接続されている。図１２に示すように、ドライバＩＣ８０における幅方向両端から２番目に配列されているバンプ８１に接続された駆動信号信号線８６ａは、第３層５０ｃまで基板５０の厚み方向にスルーホールを通って延在し、第３層５０ｃにおいて面上を延在している駆動信号信号線８７の一方の端部と接続されている。駆動信号信号線８７の他方の端部は、第３層５０ｃの上辺側及び底辺側の両端に配列されている駆動信号信号線８６ｂに接続されている。図１３に示すように、ドライバＩＣ８０における幅方向両端から８番目に配列されているバンプ８１に接続された駆動信号信号線８６ａは、第９層５０ｃまで基板５０の厚み方向にスルーホールを通って延在し、第９層５０ｉにおいて面上に延在している駆動信号信号線８７の一方の端部と接続されている。駆動信号信号線８７の他方の端部は、第３層５０ｃの上辺側及び底辺側の両端に配列されている駆動信号信号線８６ｂに接続されている。第４層５０ｄ〜第８層５０ｈも同様である。以上、説明した基板５０は、ドライバＩＣ８０とアクチュエータユニット２１との電気的な接続のために、個別電極３５の数に相当する多数の配線（第２信号線）を有するものであるが、これら多数の配線は、複数のガラスエポキシ基板を積層することで形成した第１層５０ａ〜第１０層５０ｊに分散されて形成されている。したがって、各層に形成された配線（特に第２層５０ｂ〜第９層５０ｉの各面上を延在する駆動信号信号線８７）は、さほど高密度化されることなく形成できるため、そのパターン形成の加工が容易となり、比較的安価に製作することができる。

次に、アクチュエータユニット２１の駆動方法について述べる。アクチュエータユニット２１における圧電シート４１の分極方向はその厚み方向である。つまり、アクチュエータユニット２１は、上側（つまり、圧力室１０とは離れた）１枚の圧電シート４１を活性部が存在する層とし且つ下側（つまり、圧力室１０に近い）３枚の圧電シート４２〜４４を非活性部とした、いわゆるユニモルフタイプの構成となっている。従って、個別電極３５を正又は負の所定電位とすると、例えば電界と分極とが同方向であれば圧電シート４１中の電極に挟まれた電界印加部分が活性部として働き、圧電横効果により分極方向と直角方向に縮む。一方、圧電シート４２〜４４は、電界の影響を受けないため自発的には縮まない。そのため、上層の圧電シート４１と下層の圧電シート４２〜４４との間で、分極方向と垂直な方向への歪みに差を生じることとなり、圧電シート４１〜４４全体が非活性側に凸となるように変形しようとする（ユニモルフ変形）。このとき、図５（ａ）に示したように、圧電シート４１〜４４の下面は圧力室を区画するキャビティプレート２２の上面に固定されているので、結果的に圧電シート４１〜４４は圧力室側へ凸になるように変形する。さらに、圧力室１０の容積が低下して、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。その後、個別電極３５を共通電極３４と同じ電位に戻すと、圧電シート４１〜４４は元の形状になって圧力室１０の容積が元の容積に戻るので、インクを副マニホールド流路５ａ側から吸い込む。

上述した第１の実施の形態によると、ドライバＩＣ８０が実装された基板５０がアクチュエータユニット２１に直接接着されているため、従来のように個別電極の数に相当する多数の配線パターンが高密度に配置された高価なＦＰＣを用いる必要がなくなり、高密度に配置されたチャネルを有するインクジェットヘッド１を安価に構成することができる。

また、グランド電極６８が、外部入力端子６１、ドライバＩＣ８０及び各配線６２〜６７以外の領域を除いた残りの領域のほぼ全域を占めるように形成されているため、アクチュエータユニット２１が発する電磁波のアース効果を高めることができる。

さらに、基板５０が第１層５０ａ〜第１０層５０ｊを有しており、第１層５０ａ〜第１０層５０ｊにおいて、各駆動信号端子６９及びこれに対応する出力端子５７が、スルーホールを通じて基板５０の厚み方向に延在する駆動信号信号線８６ａ、８６ｂ及び第２層５０ｂ〜第９層５０ｉの各面上を延在する駆動信号信号線８７を介して電気的に接続されている。このため、これらの駆動信号信号線８６ａ、８６ｂ、８７が形成可能な領域を広く確保することができる。また、各駆動信号端子６９の間隔がアクチュエータユニット２１の複数のランド３６の間隔よりも狭いものであっても、これらを一対一で確実に導通させることができる。また、駆動信号信号線８６ａ、８６ｂ、８７は基板５０の第１層５０ａ〜第１０層５０ｊに分散されて形成されているため、各層の配線はさほど高密度化されることなく、安価に形成することができる。

加えて、基板５０の第１０層５０ｊには、アクチュエータユニット２１のランド３６と接合される出力端子５７がマトリックス状に配置されているため、基板５０においてシンプルな配線パターンを形成することができる。

また、基板５０において、ドライバＩＣ８０が第１層５０ａの中心に配置されているため、基板５０内の配線間のピッチをさらに広くすることができる。

さらに、ドライバＩＣ８０が放熱シート８２を介してインクリザーバユニット７１と熱的に結合されているため、ドライバＩＣ８０が発生した熱を、インクが流れるインクリザーバユニット７１を介して効率よく放熱することができる。また、放熱板などを別途備える必要がないため、インクジェットヘッド１の小型化を図ることができる。

また、アクチュエータユニット２１及び基板５０が空隙７１ａ内に配置され、さらに空隙７１ａがシリコン８４により封止されているため、アクチュエータユニット２１及び基板５０を、インクの飛沫やダストから保護することができる。

さらに、アクチュエータユニット２１が前記流路ユニットに個別に固定されているため、流路ユニット４に対するアクチュエータユニット２１の固定位置にずれがある場合でも、各アクチュエータユニット２１に基板５０を正確に固定することができる。

次に、本発明に係る第２の実施の形態によるインクジェットヘッドについて図１４を参照しつつ説明する。なお、第２の実施の形態にかかる図面において、第１の実施の形態と同じ部材には同じ符号を付してその説明を省略する。

図１４は、第２の実施の形態に係るインクジェットヘッド１０１が備える基板１５０の平面図である。基板１５０は、ガラスエポキシからなる多層基板であり、図１４に示すように、一方向に延在している矩形状を有すると共に４つのアクチュエータユニット２１上に接着されている。また、基板１５０上には４つのアクチュエータユニット２１に対応するように４つのドライバＩＣ８０ａ〜８０ｄが千鳥状に配置されるように実装されている。ドライバＩＣ８０ａ〜８０ｄが実装されている基板１５０の実装面には、ＦＦＣ５１の端子が接続される外部入力端子１６１がドライバＩＣ８０ａの長手方向に沿って配列している。また、基板１５０の実装面には、外部入力端子１６１からドライバＩＣ８０ａ〜８０ｄを順にカスケード接続する制御用シリアル信号線１６４と、外部入力端子１６１から４つに分岐されて各ドライバＩＣ８０ａ〜８０ｄにパラレル接続されるクロック・ストローブ信号線１６５とが形成されている。なお、図１４においては、制御用シリアル信号線１６４及びクロック・ストローブ信号線１６５が模式的に示されている。さらに、基板１５０の実装面には、ドライバＩＣ８０から駆動信号が出力されるバンプ８１と接続される駆動信号端子６９が形成されている（図８参照）。

基板１５０におけるアクチュエータユニット２１との接着面には、アクチュエータユニット２１のランド３６と接合される出力端子５７が各アクチュエータユニット２１に対応するようにマトリックス状に配置されている（図９参照）。そして、各駆動信号端子６９及びこれに対応する出力端子５７とは、基板１５０の中間層において形成されて配線によって電気的に接続されている。具体的な構成は第１の実施の形態と同様であるため説明を省略する。

上述した第２の実施の形態によると、制御用シリアル信号線１６４によりドライバＩＣ８０ａ〜８０ｄがカスケード接続されているため、外部入力端子１６１の数及びＦＦＣ５１の数を減らすことができる。したがって、インクジェットヘッドの製造コストの低減を図ることができる。

また、４つのアクチュエータユニット２１に対して１つの基板１５０を備える構成であるため、基板１５０の製造コストの低減を図ることができる。

なお、本実施の形態においては、４つのアクチュエータユニット２１に対して１つの基板１５０を備える構成であるが、このような構成に限定されるものではない。例えば、図１５に示すように、各アクチュエータユニット２１に対して基板２５０を備える構成でもよい。この場合、各基板２５０における制御用シリアル信号線及びクロック・ストローブ信号線を接続するための接続ケーブル２５１をさらに備える必要がある。これによると、流路ユニット４に対するアクチュエータユニット２１の固定位置にずれがある場合でも、各アクチュエータユニット２１に基板５０を正確に固定することができる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。例えば、第１の実施の形態によると、グランド電極６８が、外部入力端子６１、ドライバＩＣ８０及び各配線６２〜６７以外の領域を除いた残りの領域のほぼ全域を占めるように形成される構成であるが、グランド電極６８の形状は任意のものであってよい。

また、第１の実施の形態は、基板５０が９枚のガラスエポキシ基板を積層して形成される構成であるが、任意の数のガラスエポキシ基板を積層して形成されてもよいし、一枚のガラスエポキシ基板であってもよい。

さらに、第１の実施の形態は、基板５０において、ドライバＩＣ８０が第１層５０ａの中心に配置される構成であるが、ドライバＩＣ８０は任意の位置に配置されていてよい。

加えて、第１の実施の形態は、ドライバＩＣ８０が放熱シート８２を介してインクリザーバユニット７１の下面と熱的に結合する構成であるが、ドライバＩＣ８０はインクリザーバユニット７１と熱的に結合していなくてもよいし、放熱フィンなど他の部材と熱的に結合する構成であってもよい。

また、第１の実施の形態は、アクチュエータユニット２１及び基板５０が空隙７１ａ内に配置され、さらに空隙７１ａがシリコン８４により封止される構成であるが、アクチュエータユニット２１及び基板５０は開放された空間に配置されていてもよい。

さらに、第１の実施の形態は、複数の圧力室１０内インクに対して個別に圧力を付与することができるアクチュエータユニット２１を備える構成であるが、１つの圧力室ごとに個別のアクチュエータを備える構成でもよい。

また、第１の実施の形態は、圧電方式のアクチュエータユニット２１により圧力室内のインクに吐出エネルギーを付与する構成であるが、基板から送られた信号によって各圧力室内のインクを加熱し、圧力室内のインクに吐出エネルギーを付与する構成であってもよい。

また、第１の実施の形態によれば、基板５０は、ドライバＩＣ８０の実装面である第１層５０ａにおいて、ＦＦＣ５１の端子が接続される外部入力端子６１と、２０Ｖ系電源線６２、３．３Ｖ系電源線６３、制御用シリアル信号線６４、クロック信号線６５、ストローブ信号線６６及び波形パターン信号線６７とが（第１信号線として）形成される構成であるが、実装面には、これらの配線６２〜６７のうちの少なくともドライバＩＣ８０の端子と接合される接合部６２ａ〜６７ａ（図８参照）が形成されていればよい。この場合、外部入力端子６１と配線６２〜６７の接合部６２ａ〜６７ａを除いた部分とを基板５０の第２層５０ｂ〜第９層５０ｊに形成し、配線６２〜６７の一部分がスルーホールを延在するように構成すればよい。

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の斜視図である。 図１に示すII−II線における断面図である。 図１に示したヘッド本体の平面図である。 図３に描かれた一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。 図４のV−V線に沿った断面図である。 図５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に示すアクチュエータユニットの平面図である。 図２に示す基板のドライバＩＣが実装される実装面を示す平面図である。 図２に示す基板のアクチュエータユニットとの接着面を示す平面図である。 図８に示すX−X線の断面図である。 図８に示す基板の第２層の平面図である。 図８に示す基板の第３層の平面図である。 図８に示す基板の第９層の平面図である。 本発明に係る第２の実施の形態のインクジェットヘッドが備える基板の平面図である。 図１４に示す基板の変形例を示す図である。

符号の説明

１ インクジェットヘッド
４ 流路ユニット
５ マニホールド
５ａ 副マニホールド
１０ 圧力室
２１ アクチュエータユニット
３４ 共通電極
３５ 個別電極
３６ ランド
５０ 基板
５７ 出力端子
６１ 外部入力端子
６４ 制御用シリアル信号線
６５ クロック信号線
６６ ストローブ信号線
６７ 波形パターン信号線
６８ グランド電極
６９ 駆動信号端子
７０ ヘッド本体
７１ インクリザーバユニット
８０ ドライバＩＣ
８６ａ、８６ｂ 駆動信号用スルーホール
８７ 駆動信号信号線

Claims (12)

1. ノズルに連通するとともに互いに隣接配置された複数の圧力室とこれら複数の圧力室内のインクに吐出エネルギーを付与するエネルギー付与手段とを有するヘッド本体と、
   前記エネルギー付与手段を駆動するためのドライバＩＣと、
   前記エネルギー付与手段に接着される接着面とこの接着面とは反対側の面である前記ドライバＩＣが実装される実装面とを有する基板とを備え、
   前記エネルギー付与手段は、前記接着面と対向する面上に、前記複数の圧力室に対応して夫々設けられた前記ドライバＩＣから供給される信号が入力される複数の入力端子を有し、
   前記基板は、
   前記実装面において、外部からの信号を伝送する配線部材の端子が接合される複数の外部入力端子と、これらの複数の外部入力端子と前記ドライバＩＣとを導通させる複数の第１信号線と、前記複数の外部入力端子のうちの一部を介して一定の電圧が入力される定電圧配線とを有し、前記接着面において前記複数の入力端子と夫々接合される複数の出力端子を有し、前記基板の内部において前記複数の出力端子と前記ドライバＩＣとを導通させる複数の第２信号線を有し、
   前記複数の第１信号線のうち少なくとも前記ドライバＩＣと接合される接合部が前記実装面上に形成され、前記複数の第２信号線が前記基板に形成されたスルーホールを通じて前記基板の厚み方向に延在する部分を含んで形成されており、
   前記実装面における前記ドライバＩＣと対向する配置領域には、前記ドライバＩＣからの前記信号が出力されるマトリクス状に配置されたバンプと夫々接続された複数の駆動信号端子が形成されており、
   前記基板の内部に配置された前記第２信号線は、一端が前記実装面の前記駆動信号端子に、他端が前記駆動信号端子と対応した前記接着面の前記出力端子に夫々接続されており、
   前記定電圧配線は、前記実装面上において、前記ドライバＩＣが実装されている領域、前記複数の外部入力端子が形成されている領域、及び前記複数の第１信号線が形成されている領域を除いた残りの領域のほぼ全域を占めて形成されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 前記複数の第２信号線は前記複数の圧力室と同じ数であり、前記複数の第１信号線の数よりも多い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. 前記基板が多層基板構造を有しており、前記第２信号線が夫々前記実装面を含む層以外の層における前記実装面と平行な面上に延在するように形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のインクジェットヘッド。
4. 前記第２信号線は、一端が前記駆動信号端子に接続されつつ前記駆動信号端子から前記基板の層の厚み方向にスルーホールを通って延在するとともに、他端が前記実装面と平行な面上に延在する部分の端部に接続されている部分信号線を含んでいることを特徴とする請求項３に記載のインクジェットヘッド。
5. 前記複数の出力端子が、前記接着面上において規則的に二次元配列されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
6. 前記基板において、前記ドライバＩＣが前記実装面の中心に配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
7. 前記ヘッド本体は、その一表面に沿って前記複数の圧力室が形成された流路ユニットと、前記流路ユニットの一表面に固定された前記エネルギー付与手段を構成するアクチュエータユニットとからなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
8. 前記流路ユニットの前記一表面に固定されていると共に、前記流路ユニットに供給するインクを貯溜するリザーバを含むリザーバユニットをさらに備えており、
   前記ドライバＩＣが前記リザーバユニットと熱的に結合されていることを特徴とする請求項７に記載のインクジェットヘッド。
9. 前記リザーバユニットと前記流路ユニットとの間に空隙が形成されており、
   前記アクチュエータユニット、前記ドライバＩＣ及び前記基板が前記空隙内に配置されており、
   前記空隙が封止剤により封止されていることを特徴とする請求項８に記載のインクジェットヘッド。
10. 前記アクチュエータユニットが前記流路ユニットに複数固定されており、
    これら複数の前記アクチュエータユニットのそれぞれに、前記ドライバＩＣが実装された前記基板が接着されていることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
11. 前記アクチュエータユニットが前記流路ユニットに複数固定されており、これら複数の前記アクチュエータユニットと同数である複数の前記ドライバＩＣが実装された一の前記基板が、複数の前記アクチュエータユニットに対して接着されていることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
12. 複数の前記ドライバＩＣがカスケード接続されていることを特徴とする請求項１０又は１１に記載のインクジェットヘッド。
    

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