JP4631976B2 - 液滴吐出ヘッドの配線構造 - Google Patents

Description

本発明は、液体を吐出させるための圧電アクチュエータを備えた液滴吐出ヘッドに適用される配線構造に関する。

液滴吐出ヘッドの一例として、被記録媒体に画像を記録するインクジェットプリンタに搭載されるインクジェットヘッドが知られている。インクジェットヘッドでは、ノズル数を増やして記録される画像を高品質にするため、各ノズルに対応して設けられる圧力室の高密化が求められている。圧力室を高密化すると、隣接する圧力室間の距離が短くなるため、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、所謂クロストークが生じる。例えば特許文献１のインクジェットヘッドによれば、圧電アクチュエータを構成する圧電層のうち最も圧力室から離れた層に個別電極が形成され、個別電極の両側に溝が形成されている。このため圧電効果による活性部の変形時に、圧力室間の領域の変形をこの溝で吸収可能となる。

特開２００３−３１１９５４号公報

このように個別電極の両側に溝を形成すると、溝を形成しない場合と比べ、活性部の変形が隣接する圧力室に伝播しにくくなり、上記クロストークを抑制することができる。しかし、更なる高品質化の要求により圧力室もより一層高密に配列することが求められており、より優れたクロストークの対策が求められている。

そこで本発明は、圧力室を高密化しても良好にクロストークを抑制可能な液滴吐出ヘッドを提供することを目的とし、このような目的を達成すべく構成された液滴吐出ヘッドに適用するに相応しい配線構造を提供することを目的としている。

上記目的を達成すべく、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、複数の圧力室内の液体を選択的に吐出させるための圧電アクチュエータを備えた液滴吐出ヘッドであって、前記圧電アクチュエータは、前記圧力室の中央部に対応する第１活性部と、前記複数の圧力室の中央部分よりも外側の部分に対応する第２活性部とを備え、前記第１活性部は選択的に駆動電圧が付与される個別電極と、第１の定電位が付与される第１定電位電極とで挟まれた部分に形成され、前記第２活性部は前記個別電極と、第２の定電位が付与される第２定電位電極とで挟まれた部分に形成され、前記第１及び第２活性部はそれぞれ、電圧印加時に前記圧力室に向かう第１方向に伸長するとともにその第１方向と直交する第２方向に収縮する変形状態となるよう構成され、前記第１活性部への電圧印加時には前記第２活性部に電圧が印加されず、前記第１活性部に電圧を印加しないときには前記第２活性部に電圧が印加される構成であることを特徴としている。

この液滴吐出ヘッドによれば、圧力室の中央部分に対応する第１活性部と、圧力室の中央部分よりも外側の部分に対応する第２活性部とは、電圧の印加／非印加によって逆方向の変形が生じる。すると、第１活性部の変形が隣接する圧力室に伝達される際に、第２活性部の変形によってキャンセルされる。これにより、圧力室を高密化することによって隣接する圧力室同士が接近するようになっても、第１活性部の変形が隣接する圧力室に伝播するのを防ぐことができ、所謂クロストークを良好に抑制可能となる。

本発明に係る液滴吐出ヘッドの配線構造は、このような液滴吐出ヘッドに適用され、前記圧電アクチュエータに電圧を印加するための配線構造であり、前記配線構造が複数の前記配線が設けられた配線板と、前記配線板上に実装されて駆動電圧を選択的に出力するドライバとを有し、前記複数の配線には、前記ドライバからの駆動電圧を前記個別電極に付与するための個別配線と、前記ドライバに電源供給するための電源線と、前記ドライバをグランド電位に接続するためのグランド線と、前記第１定電位を前記第１定電位電極に付与するための第１定電位配線と、前記第２定電位を前記第２定電位電極に付与するための第２定電位配線と、前記電源線と前記第１定電位配線とを短絡する第１短絡線と、前記グランド線と前記第２定電位配線とを短絡する第２短絡線とが含まれていることを特徴としている。

このような構成とすることにより、配線構造より３種の電極にそれぞれ所定の電位を付与することができ、これら３種の電極によって構成される２種の活性部を備えた圧電アクチュエータを上記のようにクロストークを抑制するよう動作させることができる。

このとき、前記第１短絡線及び前記第２短絡線が前記ドライバ近傍に設けられていることが好ましい。これにより、第１活性部と第１短絡線との間の配線長及び第２活性部と第２短絡線との間の配線長が短くなるため、ドライバに入る電圧の電圧降下が小さくなるため、ドライバの規定電圧を越えることによりドライバが破壊してしまうおそれがない。また、第１及び第２活性部での電圧変動がなるべく小さくなるので、圧電アクチュエータを安定して動作させることができる。

前記配線板が、前記圧電アクチュエータに接合される第１配線板と、前記第１配線板の端縁に接合される接合部を有する第２配線板とを有し、前記ドライバが前記第１配線板の端縁に近接する位置に実装され、前記第１短絡線及び前記第２端絡線のうち少なくとも一方が前記第２配線板の前記接合部に近接する位置に設けられていてもよい。これにより、第１及び第２短絡線をドライバ近傍に設ける構成が実現される。

前記配線板は前記アクチュエータに対して少なくとも一方向に引き延ばされるように配設され、前記ドライバはその長手方向を前記一方向と直交する方向に向けるようにして前記配線板上に実装され、前記電源線、前記グランド線、前記第１定電位配線及び前記第２定電位配線の４つの配線が前記一方向に沿って並んで設けられていてもよい。これにより、４つの配線が整然と並ぶよう集約的に配置される。

前記配線板の外縁側から順に前記第１定電位配線及び前記第２定電位配線の組と、前記グランド線及び前記電源線の組とが並んで設けられており、前記第１定電位配線及び前記第２定電位配線の組は、前記ドライバの外側の領域を前記ドライバに対して前記一方向の両側へと直線状に延在するよう設けられていてもよい。これにより、第１定電位配線及び第２定電位配線を圧電アクチュエータ側に向けて延在させるにあたって直線状に設けることができ、集約的に配置することができる。

前記第２の定電位がグランド電位であり、前記第２定電位配線が前記第１定電位配線に対して外側に設けられており、前記第１短絡線が、前記第２定電位配線を跨ぎ越して設けられるジャンパ線を有し、前記第２短絡線が、前記グランド線を跨いで設けられるジャンパ線を有していてもよい。これにより、グランド電位を付与する側の配線を外側に配置して電気的な不具合が生じにくい配線構造を実現した上で、第１及び第２短絡線を設けた配線構造が実現される。

前記配線板は前記４つの配線が設けられる表面と、その反対側の裏面とを有し、前記第１短絡線のジャンパ線は、前記裏面において、前記電源線が設けられている部分に対応する領域と、前記第１定電位配線が設けられている部分に対応する領域とを跨いで設けられ、前記第２短絡線のジャンパ線は、前記裏面において、前記グランド線が設けられている部分に対応する領域と、前記第２定電位配線が設けられている部分に対応する領域とを跨いで設けられていてもよい。このように表裏両面を利用することにより、ジャンパ線を用いた短絡線を配線板の厚み方向にコンパクトに配置することができる。

本発明によると、圧力室を高密化しても良好にクロストークを抑制可能な液滴吐出ヘッドを提供することができ、このような作用効果を奏する液滴吐出ヘッドに適した配線構造を提供することができる。

本発明の実施形態に係るインクジェットヘッドの分解斜視図である。 図１に示すインクジェットヘッドの部分縦断面図である。 図１に示すインクジェットヘッドの部分横断面図である。 （ａ）が図１に示すインクジェットヘッドに適用される配線構造の平面図、（ｂ）がその背面図である。 図１乃至図４に示す圧電アクチュエータ及び配線構造の電気的構成を示す電気回路図である。 図１乃至図３に示す圧電アクチュエータの製造時における分極工程の説明図である。

これら図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。ここでは、本発明に係る液滴吐出ヘッドをインクジェットプリンタに搭載されるインクジェットヘッドに適用した場合を例示し、該ヘッドよりインクが吐出する方向を下方として説明する。

図１乃至図３に示すインクジェットヘッド１は、流路ユニット２の上側から圧電アクチュエータ３を重ねて接合して構成される。両部品２，３は平面視略矩形状であり、便宜的にその長辺方向を「縦方向」、短辺方向を「横方向」とする。

図３には一部のみ示すが、流路ユニット２の下面にはノズル４が開口し、上面にはノズル４に連通する圧力室孔５が開口している。図１を参照すると、圧力室孔５は、横方向に長い略矩形状で、多数の圧力室孔５が流路ユニット２の上面に高密に配列されている。これら圧力室孔５は縦方向に略一定ピッチで並設されて複数の列をなし、横方向には千鳥状に配置されている。なお、各圧力室孔５は対応する１つのノズル４と連通し、流路ユニット２の下面には多数のノズル４が圧力室孔５と略同パターンで配列される。図３に戻り、これら圧力室孔５が圧電アクチュエータ３の下面で閉鎖されることによりインクジェットヘッド１に多数の圧力室６が形成される。流路ユニット２には、外部のインク供給源からのインクをその種類毎に貯留する共通インク室７が形成され、各圧力室６はこの共通インク室７の何れか１つと連通している。図１にはインクを流路ユニット２に導入するインク供給口４７を示しており、流路ユニット２内には、該インク供給口４７から共通インク室７及び各圧力室６を介して各ノズル４にインクを供給するためのインク流路が形成されている。

図２及び図３に示すように、圧電アクチュエータ３は、振動板であるボトム層８上に２つの圧電層９，１０を積層してなる。ここでは、これら圧電層のうち下側を「中間層９」、上側を「トップ層１０」と呼ぶ。ボトム層８は、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との混晶であるチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電材料からなり、複数の圧力室６を覆うように、流路ユニット２の上面に配置されている。また、ボトム層８の厚みは２０μｍ程度となっている。なお、ボトム層８の材料は、圧電材料には限られない。圧電層９，１０は、ボトム層８と同様の圧電材料からなり、互いに積層されてボトム層８の上面に配置されている。この厚みも各２０μｍ程度となっている。トップ層１０の上部側には各圧力室６に対応し、各圧力室６の面積のほぼ全域と対向するように配置された略矩形状の個別電極１１が設けられている。中間層９とトップ層１０との間には各圧力室６に対応する上部定電位電極１２が設けられ、ボトム層８と中間層９との間には多数の圧力室６に共通する下部定電位電極１３が設けられている。

図２に示すように、個別電極１１及び上部定電位電極１２は互いの縦方向中心が略一致し、個別電極１１の縦方向寸法は上部定電位電極１２のそれよりも長い。そのため、個別電極１１の縦方向中央部は上部定電位電極１２と平面視で重なり、縦方向両端部は下部定電位電極１３と平面視で重なっている。個別電極１１の縦方向中央部と上部定電位電極１２とで挟まれた部分は、これら電極１１，１２間で分極された第１活性部１４をなす。また、個別電極１１の縦方向各端部と下部定電位電極１２とで挟まれた部分は、これら電極１１，１３間で分極された第２活性部１５をなす。つまり、第１活性部１４は圧力室６の中央部に対応して配置され、第２活性部１５はこの第１活性部１４の外側であって圧力室６の中央部の外側の部分に対応して配置される。

図１，図３に示すように、各個別電極１１は、横方向に関してノズル４と反対側の端縁から、圧力室６と対向しない領域にまで横方向に突出するよう延びる部分を有し、この部分に端子部１７が一体的に設けられている。上下の定電位電極１２，１３（図２及び図３参照）はそれぞれ、図示しない領域を上下に貫通するスルーホールを介し、トップ層１０の上面に設けられた端子部１８，１９と電気的に導通している。このトップ層１０の上面側には配線板２０が重ねて設けられる。配線板２０の下面側には、端子部１７〜１９と対応する接続端子が設けられており、配線板２０は、これら接続端子が金属などの導電性材料からなる図示しないバンプ等を介して対応する端子部１７〜１９のそれぞれと電気的に導通するようにして、圧電アクチュエータ３に接合される。

図２及び図３を参照し、各個別電極１１に付与される電位は、配線板２０に実装されたドライバ２３によって高電位とグランド電位との間で切り替えられるようになっている。対応する圧力室６の容積を変動させる駆動時には、個別電極１１には例えば２０Ｖ程度の高電位（以下「第１電位」と呼ぶ）が選択的に付与され、その後グランド電位（以下「第２電位」と呼ぶ）が付与される。一方、インクの吐出を要しない待機時には第２電位が付与される。また、配線板２０を通じて上部定電位電極１２には第１電位が常時付与され、下部定電位電極１３には第２電位が常時付与される。このため、第１活性部１４は、待機時に印加される電圧の方向と同方向に分極されて活性化され、第２活性部１５は、駆動時に印加される電圧の方向と同方向に分極されて活性化されている。これら活性部を形成する一対の電極間に電位差が生じると、これら電極に挟まれた圧電層に電圧が印加されることとなり、積層方向の電界が生じる。圧電層の分極方向と電界方向とが同じ場合には逆圧電効果が生じ、圧電層９，１０はその分極方向である積層方向に伸長し、該積層方向に直交する方向である水平方向に収縮する。

従って、待機時には、逆圧電効果の発揮に有効となる電圧が印加されていない第２活性部１５は変形せず、有効となる電圧が印加されている第１活性部１４は積層方向に伸張して水平方向に収縮する。このとき、中間層９はボトム層８に接合されているので、トップ層１０と中間層９との間で水平方向への歪みに差が生じる。これによりボトム層８及び圧電層９，１０は、圧力室６に向かう積層方向に突出変形する。駆動時は、逆圧電効果の発揮に有効となる電圧が印加されていない第１活性部１４は変形から回復する。他方、有効となる電圧が印加された第２活性部１５は積層方向に伸長して水平方向に収縮しようとするので、第２活性部１５が圧力室６から離れる方向に反るように変形する。これら活性部１４，１５の変形の複合により圧力室６の容積が増大し、共通インク室７から圧力室６へとインクが供給されることとなる。そして、個別電極１１の電位を下部定電位電極１３と同電位にすると、上記同様ボトム層８及び圧電層９，１０が圧力室６に向かうようにして積層方向に突出変形して圧力室６の容積が瞬時に減少する。これにより、この圧力室６内のインクがノズル４より下方に吐出される。

このように本インクジェットヘッド１においては、第１活性部１４に対する電圧の印加と非印加との切替によって第１活性部１４が変形する。これと同時に、第２活性部１５に対する電圧の印加と非印加との切替が行われるが、この切替によって第２活性部１５は、第１活性部１４の変形が隣接する圧力室６に伝播するのを抑制するようにして変形する。このため、多数の圧力室６を高密化しても良好にクロストークを抑制することができる。

なお、本発明に係る液滴吐出ヘッド１の圧電アクチュエータ３の構成は上記のものに限られない。圧電アクチュエータが、各圧力室に対し２種の定電位電極と、１種の個別電極とを有し、これら３種の電極によって圧力室の中央部に対応する第１活性部と、この中央部よりも外側の部分に対応する第２活性部とが形成されていれば、どのように構成されていてもよい。なお、第２活性部１５は圧力室６の外周縁よりも内側の領域を含んでいてもよい。これにより、第１活性部１４だけでなく第２活性部１５も圧力室６の容積変化に貢献することとなり、第１活性部１４だけによる場合と比べ、圧力室６の容積変動量が大きくなる。

この圧電アクチュエータ３の製造時には、まずボトム層８、中間層９、トップ層１０および各電極１１〜１３を前述した位置関係になるように互いに積層する。次に、この圧電アクチュエータ３の第１及び第２活性部１４，１５を分極するための分極工程を行うことにより、前述したようにインクを吐出するよう動作可能な圧電アクチュエータ３が作成される。この分極工程の詳細については後述する。

次に、図１を参照しつつ図４及び図５に基づき、圧電アクチュエータ３に電圧を印加するための配線構造について説明する。図４に示すように本配線構造は前述した配線板２０を備えている。配線板２０には、圧電アクチュエータ３に上側から重ねられて圧電アクチュエータ３の上部側に接合される矩形状のＣＯＦ部２１と、このＣＯＦ部２１の一端縁に接合された帯状のＦＰＣ部２２とが含まれ、ＦＰＣ部２２は、ＣＯＦ部２１を圧電アクチュエータ３に接合した状態において圧電アクチュエータ３から外側へと引き出されるように設けられる。ＣＯＦ部２１及びＦＰＣ部２２は何れも公知のフレキシブル配線板である。ＦＰＣ部２２は例えばハンダ付けによってＣＯＦ部２１に電気的且つ機械的に接合され、この接合によって両部２１，２２に設けられている配線が電気的に導通し合う。なお、ＦＰＣ部２２には、ＣＯＦ部２１との接合部分とは反対側の端縁において、各配線のコンタクトが設けられている。これらコンタクトはインクジェットプリンタの所定箇所に配設された基板上に実装されているレセプタクルコネクタに接続され得る。

配線板２０のＣＯＦ部２１には、各個別電極１１に印加する電圧を選択的に出力するドライバ２３が実装されている。また、配線板２０には、多数の個別配線２４、電源線（ＶＤＤ２）２５、グランド線（ＶＳＳ２）２６、上部定電位配線（ＶＣＯＭ）２７、下部定電位配線（ＣＯＭ）２８、第１短絡線２９、及び第２短絡線３０が設けられている。なお、図示しないが配線板２０のＦＰＣ部２２には、その他に、圧電アクチュエータ３の駆動態様を指定する波形信号線、ドライバ２３から個別電極１１へ出力される駆動信号をチャンネルごと指示する印字データ線、クロック信号等を出力するための複数の制御信号線、ドライバ２３自体の電源電圧線（ＶＤＤ１）（例えば３．３Ｖ）及び接地電圧線（ＶＳＳ１）（例えば０Ｖ）等が設けられており、これら配線がドライバ２３に接続されている。

各個別配線２４は、各個別電極１１に対応して設けられ、各個別電極１１に第１及び第２の電位をインクの吐出タイミングに応じて付与するための配線である。各個別配線２４は、ドライバ２３から各個別電極１１の各端子部１７に対応する配線板２０上の接続端子に向けて延びている。

電源線（ＶＤＤ２）２５は、ドライバ２３に電源供給するための配線であり、ドライバ２３に接続されている。グランド線（ＶＳＳ２）２６はドライバ２３をグランド電位に接続するための配線であり、ドライバ２３に接続されている。

上部定電位配線（ＶＣＯＭ）２７は、上部定電位電極１２に高電位である第１電位を常時付与するための配線であり、上部定電位電極１２の端子部１８に対応する配線板２０上の接続端子に向けて延びている。下部定電位配線（ＣＯＭ）２８は、下部定電位電極１３にグランド電位である第２電位を常時付与するための配線であり、下部定電位電極１３の端子部１９に対応する配線板２０上の接続端子に向けて延びている。

第１短絡線２９は、電源線２５と上部定電位配線２７とを接続する配線である。第２短絡線３０は、グランド線２６と下部定電位配線２８とを接続する配線である。

図５には上記圧電アクチュエータ３及び配線構造の電気的構成を説明する電気回路が示されており、図５に示すように、第１及び第２活性部１４，１５は、各電極１１〜１３を極板とする第１及び第２コンデンサ３１，３２とそれぞれ等価である。上部定電位配線（ＶＣＯＭ）２７と下部定電位配線（ＣＯＭ）２８とはこれらコンデンサ３１，３２を介して接続され、第１コンデンサ３１が高電位側に位置する。コンデンサ３１，３２の充電時にはこれと等価の活性部１４，１５が変形し、コンデンサ３１，３２の放電時にはこれと等価の活性部１４，１５が変形状態から回復する。

ドライバ２３は、第１コンデンサ３１の充電／放電の状態と第２コンデンサ３２の充電／放電の状態とが互いに逆の関係となるようにして、両コンデンサ３１，３２の状態を切り替える回路と等価であり、該回路は例えば電源線（ＶＤＤ２）２５とグランド線（ＶＳＳ２）２６との間に直列的に介在する２つのトランジスタ３４，３５より構成される。つまり、電源線２５が第１トランジスタ３４のコレクタに接続され、第１トランジスタ３４のエミッタが第２トランジスタ３５のコレクタに接続され、第２トランジスタ３５のエミッタがグランド線２６に接続される。そして個別配線２４が、両トランジスタ３４，３５間を結ぶ配線と個別電極１１との間を接続する。個別電極１１は、第１活性部１４と等価である第１コンデンサ３１の低電位側極板として機能し、第２活性部１５と等価である第２コンデンサ３２の高電位側極板としても機能する。

前述したようにインクの吐出に際しては、個別電極１１の電位をグランド電位である第２電位から高電位である第１電位へと立ち上げ、その後第１電位から第２電位へと立ち下げるという手順がとられる。また、待機時は個別電極１１に第２電位が付与される。

個別電極１１の電位の立ち上げは、第１トランジスタ３４をＯＮにして第２トランジスタ３５をＯＦＦにすることと等価である。このとき、電源線２５が、第１トランジスタ３４及び第２コンデンサ３２を介して下部定電位配線２８と接続され、第２コンデンサ３２が充電される。個別電極１１の電位の立ち下げは、第１トランジスタ３４をＯＦＦにして第２トランジスタ３５をＯＮにすることと等価である。このとき、上部定電位配線２７が第１コンデンサ３１及び第２トランジスタ３５を介してグランド線２６と接続され、第１コンデンサ３１が充電される。また、立ち上げ時に充電された第２コンデンサ３２が個別配線２４、グランド線２６、第２短絡線３０及び下部定電位配線２８により構成される閉回路上にあり、第２コンデンサ３２に貯められた電荷が放電される。このときの各トランジスタ３４，３５のＯＮ／ＯＦＦ設定は待機時にも維持される。そのため、個別電極１１の電位の立ち上げ時を再び考慮すると、待機時に充電された第１コンデンサ３１が上部定電位配線２７、第１短絡線２９及び個別配線２４により構成される閉回路上にあり、第１コンデンサ３１に貯められた電荷が放電される。

本配線構造には、個別配線２４、電源線２５、グランド線２６、上部定電位配線２７及び下部定電位配線２８と共に２本の短絡線２９，３０が設けられているため、３種の電極１１〜１３に第１及び／又は第２電位を付与することができ、これら３種の電極１１〜１３によって構成される２種の活性部１４，１５を、クロストークが抑制されるようにして動作させることができる。

但し、ドライバ２３の第１コンデンサ３１から第１短絡線２９までの配線長、及びドライバ２３の第２コンデンサ３２から第２短絡線３０までの配線長が大きいほど、その配線抵抗も大きくなるためコンデンサ３１，３２での電圧降下が大きくなってしまう。ドライバ２３は、ドライバ２３に付与させることができる最大定格電圧が決まっていて、それ以上の電圧が付与されるとドライバ２３が破壊してしまう。最大定格電圧は、主に、ドライバ２３自体の駆動電圧である図示しないＶＤＤ１（例えば３．３Ｖ）が付与されるとともに、圧電アクチュエータ３を駆動させるために付与される高電位ＶＤＤ２（例えば２８Ｖ）に基づいて決定されている。ＦＰＣ部２２のコンタクトと接続される前述の基板上に短絡線を設けた場合には、ＦＰＣ部２２の長さに基づき配線抵抗及び電圧降下が増大する。つまり、ドライバ２３に入力される電圧の電圧降下（例えばΔＶ）が大きくなってしまうため、ドライバ２３が本来耐えうる最大定格電圧に対して、電圧降下分のΔＶがさらに付与されることになり、ドライバ２３が破壊されてしまうおそれが高くなる。また、個別電極１１に所望の第２の電位を付与することが難しくなり、圧電アクチュエータ３に電圧変動を与えやすくなるため安定した動作に影響を及ぼす可能性が生じる。本配線構造では、このような電圧降下の防止を目的としてドライバ２３及び配線のレイアウトがなされており、以下この観点を中心にして説明する。

図４に戻り、ドライバ２３はＣＯＦ部２１の上面側に実装され、ＦＰＣ部２２との接合部となる端縁に近接して配置されている。ドライバ２３は平面視矩形状のＩＣチップの形態をなし、その長手方向が端縁の延在方向と平行となるようにして配置されている。各個別配線２４は、ＣＯＦ部２１上にて、このように配置されるドライバ２３から概ね反対側の端縁に向けて延在している。

ＦＰＣ部２２は略矩形帯状であり、電源線２５、グランド線２６、上部定電位配線２７及び下部定電位配線２８の４つの配線はそれぞれ、ＦＰＣ部２２の延在方向と平行に延在している。なお、ＦＰＣ部２２は少なくとも、その表側面及び裏側面に銅などの配線が印刷形成されるポリイミドなどからなる基板部と、基板部の表側面及び裏側面をソルダレジストなどで被覆する保護部とを有している。上記４つの配線２５〜２８は基板部の表側面に印刷形成されて保護部で被覆されるが、図４（ａ）では便宜的に保護部の図示を省略している。

上記４つの配線２５〜２８からなる配線群が、ＦＰＣ部２２には２群設けられている。帯状のＦＰＣ部２２はその延在方向に延びる一対の外縁を有することとなるが、一方の配線群は一対の外縁のうち一方に近接して設けられ、他方の配線群は一対の外縁のうち他方に近接して設けられている。配線群が配線板２０の外縁に２群設けられているのは、たとえば、どちらか一方の外縁のみに配線群が設けられた場合、各配線２５〜２８が接続されるドライバ２３および圧電アクチュエータ３の各長手方向に対して、一方側からのみ電圧が供給されることとなり、ドライバ２３および圧電アクチュエータ３の長手方向他方側に対して内部で電圧降下が発生して、吐出特性のばらつきを呈することがある。そのため、各配線群は、ドライバ２３および圧電アクチュエータ３の長手方向の両方側から電圧を供給することで、電圧降下が起こらないにして吐出特性を安定するようにしている。また、各配線群の間には、図示しない複数の制御信号線や電源電圧線（ＶＳＳ１）、接地電圧線（ＶＤＤ１）線がＦＰＣ部２２の延在方向と平行に延在している。各配線群においては、下部定電位配線２８、上部定電位配線２７、グランド線２６、電源線２５が外縁側から中央側へとこの順で並んで設けられている。

４つの配線２５〜２８のうち電源線２５及びグランド線２６はドライバ２３に接続される必要がある。また、上部定電位配線２７及び下部定電位配線２８は圧電アクチュエータ３の端子部１８，１９との各接続端子まで延在させる必要があるが、これら接続端子は、ＣＯＦ部２１上において、ＦＰＣ部２２側から見てドライバ２３よりも遠位側に配置されている。そこで、本配線構造においては、上部定電位配線２７及び下部定電位配線２８の組を外縁側に配置し、電源線２５及びグランド線２６の組を中央側に配置している。そのため、配線板２０の延在方向の略全体に亘って設けられる上部定電位配線２７及び下部定電位配線２８を、ドライバ２３の実装箇所の周辺部分において、ドライバ２３の外縁側の領域を直線状に通過させることができる。また、電源線２５及びグランド線２６を、上部定電位配線２７及び下部定電位配線２８と交差するようなことなくドライバ２３に接続することができる。このようにして４つの配線２５〜２８を、これらが印刷形成される平面内において整然とコンパクトに配列することができる。

その上で、グランド電位を付与するための下部定電位配線２８が高電位を付与するための上部定電位配線２７よりも外縁側に配置されている。このため、外部からのノイズが発生する等しても電気的な不具合が生じにくくなる。また、グランド線２６は電源線２５よりも外縁側に配置されており、同様の作用効果を奏する。

なお、ＦＰＣ部２２の上面には、例えば抵抗器やコンデンサ等の複数の電子素子３６が実装されており、これら電子素子３６を介して４つの配線２５〜２８間が適宜接続されている。ここでは該電子素子３６による電気的な作用について詳細に説明しないが、図４（ａ）に示すように、これら電子素子３６は延在方向と直交する方向に略一直線状に並んで設けられている。即ち、これら電子素子３６はＦＰＣ部２２の延在方向に関して略同位置に設けられている。なお、ＦＰＣ部２２に電子素子３６を実装すると、その電子素子３６の実装箇所においてＦＰＣ部２２を自在に曲げにくくなってしまう。そこで複数の電子素子３６をＦＰＣ部２２の延在方向に関して同じ位置に配置したことにより、自在に曲げにくくなる箇所を極力減らし、ＦＰＣ部２２の取り回し易さや屈曲性が極力損なわれないようにしている。

第１短絡線２９及び第２短絡線３０はそれぞれ、上記４つの配線２５〜２８からなる２つの配線群の各々に設けられている。第１短絡線２９は電源線２５と上部定電位配線２７とを接続するため、これら配線２５，２７間に介在するグランド線２６と干渉しないよう配置され、第２短絡線３０はグランド線２６と下部定電位配線２８とを接続するため、これら配線２６，２８間に介在する上部定電位配線２７と干渉しないよう配置される必要がある。他方、４つの配線２５〜２８は前述したようにＦＰＣ部２２の基板部の表側面に整然とコンパクトに配置されている。

このため、第１及び第２短絡線２９，３０はそれぞれ、ジャンパ線３７，３８を基板部の裏側面に設けることによって実現される。具体的には、ジャンパ線３７，３８は基板部の裏側面に印刷形成されて保護部で被覆される所謂両面フレキシブルプリント基板であり、図４（ｂ）では便宜的に保護部の図示を省略している。ジャンパ線３７、３８は、例えば、汎用のジャンパーケーブルで接続したり、ジャンパチップを設けて接続することで、両面フレキシブルプリント基板を用いなくとも、配線が表面のみにある片面フレキシブルプリント基板で行うことが可能である。しかし、短絡させる配線が高密度に形成されている場合には、ジャンパーケーブルでの接続は、接続工程において作業困難で製造しにくく、また、ジャンパチップを設けた場合、ジャンパ線を流れる放電電流が大きいため、チップの定格電流を超えてしまうことがあり、チップが壊れやすい。しかしながら、本実施形態のような構造でジャンパ線を設けることで、上記問題なくジャンパ構造をとることができる。また、基板部の表側面において第１及び第２短絡線２９，３０が、グランド線２６又は上部定電位配線２７を物理的に跨ぎ越すような架橋構造になるのを避けることができ、本配線構造が配線板２０の厚さ方向に大型になるのを避けることができる。

ＦＰＣ部２２の基板部には、第１短絡線２９を構成するジャンパ線３７の一端部及び他端部の各々を貫通するスルーホール３９，４０が形成されている。一端部に設けられたスルーホール３９は、基板部の表側面において、帯状の上部定電位配線２７を部分的に切り欠くようにして形成された導電性を有する島状のランド部４１内で開口している。このランド部４１は、ＦＰＣ部２２の延在方向と直交する方向に、前述の電子素子３６と一直線状に並ぶ位置に設けられている。他端部に設けられたスルーホール４０は、基板部の表側面において、帯状の電源線２６の幅方向中央部にて開口している。このスルーホール４０は、ランド部４１及び電子素子３６から見てドライバ２３の近位側に配置されている。

各スルーホール３９，４０には導電材が充填され、これによりジャンパ線３７とランド部４１、及びジャンパ線３７と電源線２５とがそれぞれ電気的に導通される。この段階において、ランド部４１と上部定電位配線２７とは、後述するようにハンダ等の導電材（図示せず）が設置していないため互いに導通していない。つまり、第１短絡線２９が完全に構成されていない状態である。ランド部４１と上部定電位配線２７との導通は前述の分極工程の後に行われる。

具体的にいえば、未分極状態の圧電アクチュエータ３は、流路ユニット２と積層接合されると共に、ＦＰＣ部２２とは未接合状態のＣＯＦ部２１と接合される。その後、ＣＯＦ部２１にＦＰＣ部２２が接合され、圧電アクチュエータ３の分極工程が行われる。

この分極工程においては、このような組立体を約１００度の雰囲気下におき、ＦＰＣ部２２の端部を分極装置に接続する。そして、個別配線２４、上部定電位配線２７及び下部定電位配線２８を介し、圧電アクチュエータ３の各電極１１〜１３間で高電位差を生じさせることにより、第１及び第２活性部１４，１５を分極させる。

例えば、図６（ａ）では、上部定電位電極１２には３６Ｖ、個別電極１１には０Ｖの電位を付与することにより、第１活性部１４には、高電圧が付与されて第１活性部１４が上向きに分極される。そして、図６（ｂ）では、例えば、上部低電位電極１２には２８Ｖ、下部定電位電極１３には−６０Ｖ、個別電極１１には２８Ｖの電位をそれぞれ付与することにより、第２活性部１５と、第１及び第２定電位電極１２，１３に挟まれた部分とが下向きに分極させる。

この後、ＦＰＣ部２２を分極装置から取り外すと共に、ＦＰＣ部２２の基板部の表側面において、ランド部４１と上部定電位配線２７とを跨ぐようにしてハンダ等の導電材（図示せず）が設置され、ランド部４１が該導電材を介して上部定電位配線２３と電気的に導通される。このようにして、上部定電位配線２７は、導電材、ランド部４１、スルーホール３９、ジャンパ線３７及びスルーホール４０からなる第１短絡線２９を介し、電源線２５と導通される。

第２短絡線３０はこれと同様工程を経て製造されて同様の構成となるため簡単に説明する。つまり、ＦＰＣ部２２の基板部には、第２短絡線３０を構成するジャンパ線３８の各端部を貫通するスルーホール４３，４４が形成されており、基板部の表側面では一方のスルーホール４３が下部定電位配線２８を部分的に切り欠くようにして形成されたランド部４５内で開口し、他方のスルーホール４４がグランド線２７の幅方向中央部にて開口している。ランド部４５は電子素子３６と一直線状に並ぶよう配置され、他方のスルーホール４４はランド部４５及び電子素子３６から見てドライバ２３の近位側に配置されている。各スルーホール４３，４４には導電材が充填される。そして、圧電アクチュエータの分極工程後にランド部４５と下部定電位配線２８とを跨ぐようにしてハンダ等の導電材（図示せず）が設置される。このようにして下部定電位配線２８は、導電材、ランド部４５、スルーホール４３、ジャンパ線３８及びスルーホール４４からなる第２短絡線３０を介し、グランド線２７と導通される。

このように、分極工程を行っているときには、第１及び第２短絡線２９，３０は完全に構成されていない。逆に完全に構成した上で分極工程を行うと、例えば図６（ａ）に示す場合においては、電源線２５と上部定電位配線２７とが同電位となるため、電源線２５を介してドライバ２３に３６Ｖの高電位が付与される。ドライバ２３は、主にドライバ２３自体の電源電圧（例えば３．３Ｖ）と駆動用の電源電圧（例えば２８Ｖ）とによる電圧値が最大定格電圧として規定されているため、第１短絡線２９を構成した状態で分極行程が行われると、この最大定格電圧を超える高電位がドライバ２３に付与されてしまい、ドライバ２３の破壊を招く。同様に図６（ｂ）に示す場合においても、グランド線２６と下部定電位配線２８とが同電位となるため、グランド線２６を介して６０Ｖの高電位がドライバ２３に付与されてしまい、ドライバ２３の破壊を招く。このため、本配線構造においては、圧電アクチュエータ３の分極工程を終了した後に、第１及び第２短絡線２９，３０を構成するようにしている。

このように本配線構造では、圧電アクチュエータの分極工程後に、第１及び第２短絡線２９，３０を、基板部の表側面に導電材を設置することで容易に構成することができる。また、第１及び第２短絡線２９，３０を構成するに際して基板部の表側面に導電材が設置されるが、その導電材の設置箇所がＦＰＣ部２２の延在方向に関して電子素子３６の実装箇所と略同位置となっている。つまり、第１及び第２短絡線２９，３０は、電子素子３６と協働して、ＦＰＣ部２２を自在に曲げ難くなる箇所が極力減るよう構成されており、これによりＦＰＣ部２２の取り回し易さや屈曲性が極力損なわれないようになっている。

このように第１及び第２短絡線２９，３０の一方の接点（即ちスルーホール３９，４３の位置と略同等）を、他の電子素子３６の実装箇所との関係に基づいて配置した場合、他方の接点（即ちスルーホール４０，４４の位置と略同等）はこれら電子素子３６との干渉を避けるためもあってＦＰＣ部２２の延在方向に関して変位させる必要が生じる。本配線構造では、この他方の接点が、電子素子３６の実装箇所でもある一方の接点の位置から見てドライバ２３側に位置している。しかも、第１及び第２短絡線２９，３０自体が、ＦＰＣ部２２上において、ＣＯＦ部２１との接合される端縁に近接して設けられている。

そのため、第１及び第２活性部１４，１５から第１及び第２短絡線２９，３０までの配線長をなるべく短くすることができ、ドライバ２３に入力する電圧の電圧降下をなるべく小さくすることができ、ドライバ２３の破壊を防止できる。また、これら活性部１４，１５における電圧変動をなるべく小さくすることができる。但し、配線長を更に短くするため、これら第１及び第２短絡線２９，３０をＣＯＦ２１部上に設けてもよい。また、ジャンパ線３７，３８の形状は図４（ｂ）に例示するＬ字形状に限られない。上記のような構成を実現することができ、且つ互いに干渉しないように配置可能であれば、どのような形状であってもよい。

これまで本発明の実施形態について説明したが、上記構成は本発明の範囲内で適宜変更可能である。例えば「第１電位」が高電位、「第２電位」がグランド電位であるとしたが、この関係は逆となっていても圧電アクチュエータ３を同様にして動作させることができる。その場合、第１短絡線は、高電位を付与する側となる下部定電位配線と電源線とを短絡する配線となっていればよく、第２短絡線は、グランド電位を付与する側となる上部定電位配線とグランド線とを短絡する配線となっていればよい。

また、ＣＯＦ部２１には、各配線群において、外側から下部定電位配線２８、上部定電位配線２７、グランド線２６、電源線２５いう順で外側から並んでいるのが好ましいが、圧電アクチュエータ３に接続される２本の配線、及びドライバ２３に接続される２本の配線は、それぞれ順序を入れ替え可能である。つまり、圧電アクチュエータ３に接続される下部定電位配線２８及び上部定電位配線２７の２本の配線が４本の配線のうち外側２本の配線をなし、ドライバ２３に接続されるグランド線２６及び電源線２５の２本の配線が４本の配線のうち内側２本の配線をなしていれば、配線の順序は図４に示すものに限られない。例えば、外側から上部定電位配線、下部定電位配線、グランド線及び電源線の順で並べてもよいし、下部定電位配線、上部定電位配線、電源線及びグランド線の順で並べる等してもよい。その場合、第１及び第２短絡線２９，３０は、適宜そのジャンパ線の長さ及び形状が変更される。

また、ＣＯＦ部２１には、単一のドライバが実装され、このドライバに対応する電源線及びグランド線が設けられた単一のＦＰＣ部をＣＯＦ部に接合する場合を例示しているが、本配線構造はこのような所謂片側引き出し方式に限られない。つまり、ＣＯＦ部２１に２つのドライバを実装し、これらドライバの各々に対応する電源線及びグランド線が設けられた２つのＦＰＣ部をＣＯＦ部の各端縁に接合した、所謂両側引き出し方式の配線構造にも好適に適用することができる。

本配線構造は、インクジェットプリンタに搭載されるインクジェットヘッドに限られず、インク以外の液体、例えば着色液を吐出して液晶表示装置のカラーフィルタを製造する装置や、導電液を吐出して電気配線を形成する装置等に使用する液体吐出装置に搭載される液体吐出ヘッドに対しても好適に適用することができる。

本発明は、圧力室を高密化しても良好にクロストークを抑制可能な液滴吐出ヘッドを提供することができ、且つクロストーク抑制のために３種の電極より形成された２種の活性部を夫々安定して動作させることができるという作用効果を奏し、被記録媒体にインクを着弾させることによって該媒体に画像を記録するインクジェットプリンタのインクジェットヘッドに適用すると有益である。

１ インクジェットヘッド（液滴吐出ヘッド）
３ 圧電アクチュエータ
６ 圧力室
１１ 個別電極
１２ 上部定電位電極（第１定電位電極）
１３ 下部定電位電極（第２定電位電極）
１４ 第１活性部
１５ 第２活性部
２０ 配線板
２１ ＣＯＦ部（第１配線板）
２２ ＦＰＣ部（第２配線板）
２３ ドライバ
２４ 個別配線
２５ 電源線
２６ グランド線
２７ 上部低電位配線（第１定電位配線）
２８ 下部定電位配線（第２定電位配線）
２９ 第１短絡線
３０ 第２短絡線

Claims (7)

1. 複数の圧力室内の液体を選択的に吐出させるための圧電アクチュエータを備えた液滴吐出ヘッドに適用され、前記圧電アクチュエータに電圧を印加するための液滴吐出ヘッドの配線構造であって、
   前記圧電アクチュエータは、前記圧力室の中央部に対応する第１活性部と、前記複数の圧力室の中央部分よりも外側の部分に対応する第２活性部とを備え、前記第１活性部は選択的に駆動電圧が付与される個別電極と、第１の定電位が付与される第１定電位電極とで挟まれた部分に形成され、前記第２活性部は前記個別電極と、第２の定電位が付与される第２定電位電極とで挟まれた部分に形成され、
   前記第１及び第２活性部はそれぞれ、電圧印加時に前記圧力室に向かう第１方向に伸長するとともにその第１方向と直交する第２方向に収縮する変形状態となるよう構成され、前記第１活性部への電圧印加時には前記第２活性部に電圧が印加されず、前記第１活性部に電圧を印加しないときには前記第２活性部に電圧が印加され、
   前記配線構造が複数の前記配線が設けられた配線板と、前記配線板上に実装されて駆動電圧を選択的に出力するドライバとを有し、前記複数の配線には、
   前記ドライバからの駆動電圧を前記個別電極に付与するための個別配線と、
   前記ドライバに電源供給するための電源線と、
   前記ドライバをグランド電位に接続するためのグランド線と、
   前記第１定電位を前記第１定電位電極に付与するための第１定電位配線と、
   前記第２定電位を前記第２定電位電極に付与するための第２定電位配線と、
   前記電源線と前記第１定電位配線とを短絡する第１短絡線と、
   前記グランド線と前記第２定電位配線とを短絡する第２短絡線と
   が含まれていることを特徴とする液滴吐出ヘッドの配線構造。
2. 前記第１短絡線及び前記第２短絡線が前記ドライバ近傍に設けられることを特徴とする請求項１記載の液滴吐出ヘッドの配線構造。
3. 前記配線板が、前記圧電アクチュエータに接合される第１配線板と、前記第１配線板の端縁に接合される接合部を有する第２配線板とを有し、
   前記ドライバが前記第１配線板の端縁に近接する位置に実装され、前記第１短絡線及び前記第２端絡線のうち少なくとも一方が前記第２配線板の前記接合部に近接する位置に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の液滴吐出ヘッドの配線構造。
4. 前記配線板は前記アクチュエータに対して少なくとも一方向に引き延ばされるように配設され、前記ドライバはその長手方向を前記一方向と直交する方向に向けるようにして前記配線板上に実装され、
   前記電源線、前記グランド線、前記第１定電位配線及び前記第２定電位配線の４つの配線が前記一方向に沿って並んで設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッドの配線構造。
5. 前記配線板の外縁側から順に前記第１定電位配線及び前記第２定電位配線の組と、前記グランド線及び前記電源線の組とが並んで設けられており、
   前記第１定電位配線及び前記第２定電位配線の組は、前記ドライバの外側の領域を前記ドライバに対して前記一方向の両側へと直線状に延在するよう設けられていることを特徴とする請求項４に記載の液滴吐出ヘッドの配線構造。
6. 前記第２の定電位がグランド電位であり、前記第２定電位配線が前記第１定電位配線に対して外側に設けられており、
   前記第１短絡線が、前記第２定電位配線を跨ぎ越して設けられるジャンパ線を有し、前記第２短絡線が、前記グランド線を跨いで設けられるジャンパ線を有することを特徴とする請求項５に記載の液滴吐出ヘッドの配線構造。
7. 前記配線板は前記４つの配線が設けられる表面と、その反対側の裏面とを有し、
   前記第１短絡線のジャンパ線は、前記裏面において、前記電源線が設けられている部分に対応する領域と、前記第１定電位配線が設けられている部分に対応する領域とを跨いで設けられ、
   前記第２短絡線のジャンパ線は、前記裏面において、前記グランド線が設けられている部分に対応する領域と、前記第２定電位配線が設けられている部分に対応する領域とを跨いで設けられていることを特徴とする請求項６に記載の液滴吐出ヘッドの配線構造。

Images