JP4968253B2 - 液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置 - Google Patents

Description

本発明は、液滴吐出ヘッド、及びこれを備えた液滴吐出装置に関するものである。

一般的なインクジェット記録装置は、往復走査するキャリッジと、このキャリッジに搭載された液滴吐出ヘッドとを備えている。液滴吐出ヘッドは、液滴を吐出する複数のノズルと共通液体室からノズルに至る複数の個別液体流路が形成された流路ユニットと、個別液体流路内の液体に吐出エネルギーを付与する吐出エネルギー付与部と、駆動信号を生成する駆動ＩＣ及び吐出エネルギー付与部に駆動信号を供給する信号回路や電源配線が設けられた配線ユニットとを備えている。このような吐出エネルギー付与部としては、例えば、個別液体流路に備えた圧力室の容積を変化させることにより圧力室内の液体に吐出エネルギーとしての圧力を付加する圧電アクチュエータが知られている。

圧電アクチュエータは、例えば、特許文献１に示されるように、各圧力室に対向する位置に設けられた個別電極と、複数の圧力室に跨る共通電極と、複数の個別電極と共通電極とによって挟まれた圧電シートを備えている。そして、個別電極及び共通電極に挟まれた圧電シートの部分は分極されることにより活性化されており、この活性化された圧電シートと、これを挟む個別電極及び共通電極が、圧力室に液滴の吐出圧を付与する吐出エネルギー付与部となっている。このように構成された圧電アクチュエータは、各吐出エネルギー付与部と各圧力室とが対応するように流路ユニットに接合されている。

また、前記配線ユニットは、駆動信号を生成する駆動ＩＣと、圧電アクチュエータの個別電極に駆動信号を付与するための信号配線や、共通電極に電位を付与する電源配線などが設けられたフレキシブル配線基板を備えている。このフレキシブル配線基板は、圧電アクチュエータの上面に固定されている。

上記のような液滴吐出ヘッドの製造時に行われる圧電アクチュエータの分極に関して、特許文献１には、駆動ＩＣから個別電極に正の電位（３０Ｖ）を付与するとともに、負電源から共通電極に負の電位（−４０Ｖ）を付与することで、これらの電極に挟まれた圧電変形部に高電圧（７０Ｖ）を印加して圧電変形部を分極する方法が記載されている。この分極方法によれば、駆動ＩＣに掛かる負荷が小さくなり、駆動ＩＣの保護を図ることができる。
特開２００２−１６０３７２号公報

インクジェット記録装置に対して、印字の高解像度化及び高速化の要望がある。印字の高解像度化及び高速化は、液滴吐出ヘッドの流路ユニットが備えるノズル数を増大することにより実現可能である。しかし、液滴吐出ヘッドの大きさを維持しながらノズル数を増やすと、流路ユニットにノズルが高密度で配置されるため、各ノズルに対応する吐出エネルギー付与部も圧電アクチュエータに高密度で配置されることとなる。このように、吐出エネルギー付与部が密に配置された圧電アクチュエータを備える液滴吐出ヘッドでは、隣接する吐出エネルギー付与部の圧電変形部（圧電シート）の変形が相互に干渉しないようにするための構造が必要となっている。

そこで、本発明では、吐出エネルギー付与部を密に配置しても、隣接する吐出エネルギー付与部の圧電変形部の変形が相互に干渉しないようにするための構造を備えた圧電アクチュエータを具備する液滴吐出ヘッドを提供することを目的とする。併せて、このような液滴吐出ヘッドに好適な配線構造を提案する。

本発明の液滴吐出ヘッドは、共通液体室から圧力室を介してノズルに至る複数の個別液体流路を有する流路ユニットと、前記流路ユニットに積層固定されて前記個別液体流路の各々に対して個別に液体の吐出圧を与える圧電アクチュエータと、前記圧電アクチュエータに接合されて少なくとも第一電位と第二電位とをとりえる駆動信号を前記圧電アクチュエータに付与する駆動ＩＣを設けた配線基板とを、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、前記複数の圧力室に対応して設けられた複数の個別電極と、前記複数の個別電極に対応して設けられて前記複数の個別電極の前記流路ユニット側に第一圧電層を介して積層された前記個別電極より一回り小さい複数の上部定電位電極と、前記複数の個別電極に対応して設けられて前記上部定電位電極に第二圧電層を介して積層された複数の下部定電位電極と、前記複数の下部定電位電極の全てに接続された第一接続電極と、前記複数の上部定電位電極の全てに接続された第二接続電極とを、備え、前記配線基板は、前記複数の個別電極に対応して設けられた複数の個別電極接続ランドと、前記第一接続電極に対応して設けられた第一接続ランドと、前記第二接続電極に対応して設けられた第二接続ランドと、前記駆動ＩＣに記録信号を入力するための記録信号入力線と、前記駆動ＩＣから記録信号に対応して生成された前記駆動信号を前記複数の個別接続端子に出力するための複数の駆動信号出力線と、前記駆動ＩＣに第一電位及び第二電位を供給する第一電位供給線及び第二電位供給線と、前記第一接続ランドに接続されて前記複数の下部定電位電極に対して第一電位を付与する第一電源配線と、前記第二接続ランドに接続されて前記複数の上部定電位電極に対して第二電位を付与する第二電源配線とを、備え、前記配線基板上において、前記第二電位供給線と前記第二電源配線とは少なくとも一部に共通配線部分を有し、前記第一電位供給線と前記第一電源配線とは前記共通配線部分を間に挟んで互いに離間して配置されるとともに、前記第一電位供給線と前記第一電源配線とを接続する接続線が設けられているものである。

上記構成の液滴吐出ヘッドでは、圧電アクチュエータにおいて圧電変形部を密に配置しても、隣接する圧電変形部の間の変形を相殺するように圧電変形部が変形するので、隣接する圧電変形部の変形が相互に干渉しない。また、第二電位供給線と第二電源配線とは少なくとも一部に共通配線部分を有するので、これらの配線と接続される端子数やコネクタ数が少なくなり、コストダウンに寄与することができる。さらに、配線基板での配線面積を低減することができるため、配線基板の大きさを縮小することができ、コストダウン及び小型化に寄与することができる。

前記第一電源配線は、前記配線基板の端縁に沿って配置され、前記第二電源配線及び第二電位供給線の共通配線部分は、前記第一電源配線と平行してその内側に配置されていることがよい。

さらに、前記第一電位供給線は、前記第二電位供給線と平行してその内側に配置されていることがよい。

また、前記圧電アクチュエータにおいて、前記複数の個別電極は前記配線基板と接合される面の略中央部に配置され、前記第一接続電極は前記配線基板と接合される面の第一方向に延びる対向する二辺の縁に沿って配置され、前記第二接続電極は前記第一接続電極が設けられた前記第一方向に延びる対向する二辺の縁において前記第一接続電極を前記第一方向の両側から挟むように配置され、前記配線基板において、前記第一接続ランドと前記第二接続ランドとは、前記圧電アクチュエータが積層される接続範囲において前記第一接続電極と前記第二接続電極と対応するように前記第一方向に並んで配置されるとともに、前記第一接続ランドは第一電源配線よりも内側に配置されていることが望ましい。

また、本発明の液滴吐出装置は、前記液滴吐出ヘッドと、前記液滴吐出ヘッドに有色液体を供給する液体供給源と、前記液滴吐出ヘッドを保持するキャリッジと、前記キャリッジを往復走査可能に支持する本体フレームとを、備えるものである。

本発明は、以下に示すような効果を奏する。

本発明によれば、液滴吐出ヘッドが備える圧電アクチュエータにおいて、圧電変形部を密に配置しても隣接する圧電変形部の変形を相互不干渉とすることができる。さらに、駆動ＩＣに駆動電位を付与する第二電位供給線と上部定電位電極に電位を付与する第二電源配線とが少なくとも一部に共通配線部分を有することで、液滴吐出ヘッドのコストダウン及び小型化に寄与することができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複説明を省略する。また、以下において、液滴を吐出する側を下面および下方向とし、その反対側を上面および上方向とする。

［実施の形態１］
まず、本発明の実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置であるインクジェット記録装置１００の構成の概要を、図１を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドを備えたインクジェット記録装置の平面図である。

インクジェット記録装置１００は、例えば、単独のプリンタ装置としてだけでなく、コピー機能、スキャナ機能、ファクシミリ機能等を備えた多機能装置（ＭＦＤ：Multi Function Device）のプリンタ機能としても適用することができるものである。図１に示すように、インクジェット記録装置１００は、本体フレーム２の内部に、主走査方向（以下、「Ｙ方向」という。）に沿って往復走査するキャリッジ３と、このキャリッジ３に搭載された液滴吐出ヘッド１を備えている。

キャリッジ３は、本体フレーム２内にＹ方向に沿って平行状に設けられた後ガイド軸６と前ガイド軸７とに摺動自在に支持されるとともに、キャリッジ駆動モータ１７と無端帯であるタイミングベルト１８とにより、Ｙ方向へ往復移動するように構成されている。キャリッジ３には、本体フレーム２内に設けられた４色の有色液体（例えば、ブラック、イエロー、マゼンタ、及びシアンのインク）の各液体供給源５ａ〜５ｄから液体供給管１４ａ〜１４ｄを介して供給された有色液体が貯留され、ここから、液滴吐出ヘッド１に有色液体が色毎に独立して供給される。

そして、被記録媒体である記録用紙Ｐａが、図示しない公知の記録用紙搬送機構により、Ｙ方向と直交する方向（以下、「Ｘ方向」という。）に沿って、液滴吐出ヘッド１の下面側を水平状に搬送され、この記録用紙Ｐａに対して、Ｙ方向に移動する液滴吐出ヘッド１のノズルから下向きに有色液体（インク）の液滴が吐出されて、記録用紙Ｐａに印字される。

〔液滴吐出ヘッド１〕
次に、液滴吐出ヘッド１の構成について、図２〜７を用いて説明する。図２は実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの構成を示す分解斜視図、図３はヘッド本体のＸ方向の一部断面図、図４はヘッド本体のＹ方向の一部断面図、図５は実施の形態１に係る圧電アクチュエータの平面図、図６は実施の形態１に係る配線ユニットの底面図、図７は配線ユニットの断面図である。

図２〜４に示すように、液滴吐出ヘッド１は、共通液体室であるマニホールド８１から圧力室８３を介してノズル８５に至る複数の個別液体流路が形成されている流路ユニット１１と、複数のノズル８５のうち所定のノズル８５から選択的に液滴を吐出するように個別液体流路の各々に対応して設けられた複数の吐出エネルギー付与部４０を有する圧電アクチュエータ１２と、この圧電アクチュエータ１２の吐出エネルギー付与部４０に駆動信号を供給する信号回路や電源配線が設けられた配線ユニット１３とを、下方から順に積層して備えている。この液滴吐出ヘッド１では、積層固定された流路ユニット１１と圧電アクチュエータ１２とで、ヘッド本体１５が構成されている。

〔流路ユニット１１〕
まず、流路ユニット１１について説明する。流路ユニット１１は、複数のプレート部材の積層体であって、その下面には複数のノズル８５が開口している。複数のノズル８５は、Ｘ方向に延びる一又は複数の列を成している。１つのノズル列に並ぶ複数のノズル８５は、互いに所定間隔をおいて配置されて同色の液滴が吐出される。このノズル列は、Ｙ方向に適宜間隔で配置されて、ノズル８５から吐出される液体の色ごとに６列ずつ設けられている。

流路ユニット１１の内部には、有色液体を色別に貯留する共通液体室であるマニホールド８１と、マニホールド８１と各ノズル８５とを連通する個別液体流路とが形成されている。個別液体流路は、各ノズル８５に対応して設けられて液体を一時的に貯留する圧力室８３、マニホールド８１と圧力室８３とを連通する絞り部８２、及びノズル８５と圧力室８３とを連通するディセンダ孔８４などの各空間で構成されている。

流路ユニット１１の上面には液体供給源５ａ〜５ｄ（図１）に接続されている液体供給口１４が液体の色別に設けられている。液タンクから各液体供給口１９に供給された有色液体は、流路ユニット１１内のマニホールド８１に流入し、絞り部８２を介して圧力室８３に至る。圧力室８３内の液体は、該圧力室８３内が吐出圧を受けることによってディセンダ孔８４を通じてノズル８５から吐出される。

〔圧電アクチュエータ１２〕
次に、圧電アクチュエータ１２について説明する。図２〜図５に示すように、圧電アクチュエータ１２は、基板となるボトム層２４上に、上部圧電層２１と下部圧電層２２との上下二層の圧電層２３を積層して備えている。圧電層２３は、例えばＰＺＴ等の圧電材料で構成された圧電シートで形成されている。以下、圧電層２３の積層方向を「Ｚ方向」という。

上部圧電層２１の上部側には、各圧力室８３に１対１で対応する複数の個別電極４２が設けられている。上部圧電層２１と下部圧電層２２との間には、各個別電極４２（圧力室８３）に１対１で対応する複数の上部定電位電極４６が設けられている。下部圧電層２２とボトム層２４との間には、Ｘ方向に並ぶ複数の圧力室８３に跨る複数の下部定電位電極４７が形成されている。この個別電極４２と下部定電位電極４７との間に挟まれた圧電層２３の部分が吐出エネルギー付与部４０の圧電変形部であって、この吐出エネルギー付与部４０の圧電変形部が変形することによって圧力室８３の液体に吐出圧を付与することができる。

複数の個別電極４２は、圧力室８３と対向するように上部圧電層２１の上にＸ方向に略一定間隔で並設され、この個別電極４２の列はＹ方向には千鳥状にずれて配置されている。個別電極４２の一部分はＹ方向に突出して、この突出部は配線ユニット１３が備える個別電極接続ランド６０に接続される接続端子４１となっている。

複数の上部定電位電極４６は、下部圧電層２２の上であって、個別電極４２とＺ方向に対応する位置に設けられている。圧電アクチュエータ１２に具備される全ての上部定電位電極４６は電気的に接続されていて、全ての上部定電位電極４６に対して共通の電位が付与される。

下部定電位電極４７は、Ｘ方向に並ぶ複数の圧力室８３に跨る帯状に形成され、この複数の帯状の電極がＹ方向に並んでいる。圧電アクチュエータ１２に具備される全ての下部定電位電極４７は電気的に接続されていて、全ての下部定電位電極４７に対して共通の電位が付与される。

これらの電極４２，４６，４７において、上部定電位電極４６のＸ方向の長さは、個別電極４２のＸ方向の長さよりも短い。従って、個別電極４２のＸ方向の略中央部では、個別電極４２、上部定電位電極４６、及び下部定電位電極４７がＺ方向に重複している。このように圧電アクチュエータ１２において三層の電極４２，４６，４７がＺ方向に重複している部分の個別電極４２と上部定電位電極４６に挟まれた上部圧電層２１の部分を、以下、「第一活性部３６」という。また、三層の電極４２，４６，４７がＺ方向に重複している部分の上部定電位電極４６と下部定電位電極４７に挟まれた上部圧電層２１の部分を、以下、「第三活性部３８」という。

一方、個別電極４２のＸ方向の両端部では、個別電極４２と下部定電位電極４７とがＺ方向に重複しており、これらの電極の間に上部定電位電極４６が存在しない。このように圧電アクチュエータ１２においてＺ方向に重複している個別電極４２及び下部定電位電極４７に挟まれた圧電層２３の部分を、以下、「第二活性部３７，３７」という。これらの活性部３６，３７，３８はコンデンサとしての機能を有し、これらの活性部３６，３７，３８のうち、第一活性部３６と第二活性部３７とは液滴吐出時に掛かる電圧の方向と同じ方向に分極されて活性化されている。

圧電アクチュエータ１２の上面には、Ｙ方向の両端縁に沿って第一接続電極４３と第二接続電極４４とが形成されている。第二接続電極４４は、圧電アクチュエータ１２の上面の四隅にそれぞれ配置されており、第一接続電極４３はＸ方向に並ぶ２つの第二接続電極４４，４４に挟まれるように配置されている。第一接続電極４３は、上部圧電層２１及び下部圧電層２２をＺ方向に貫通したスルーホールに充填された導電性材料を介して、下部定電位電極４７と電気的に接続されている。また、第二接続電極４４は、上部圧電層２１をＺ方向に貫通したスルーホールに充填された導電性材料を介して、上部定電位電極４６と電気的に接続されている。

〔配線ユニット１３〕
次に、配線ユニット１３について説明する。図２、図６及び図７に示すように、配線ユニット１３は、電気絶縁性を有する可撓性の合成樹脂材から成るフレキシブル配線基板３０と、このフレキシブル配線基板３０に搭載された２つの駆動ＩＣ５０，５０を備えている。フレキシブル配線基板３０は、駆動ＩＣ５０，５０が実装された第一のフレキシブル配線基板としてのＣＯＦ（チップ・オン・フィルム）３０ａと、ＣＯＦ３０ａの記録信号入力線７１の数と対応する配線数を有する平行な配線パターンが形成された第二のフレキシブル配線基板としてのＦＦＣ（フレキシブル・フラット・ケーブル）３０ｂ，３０ｂとから構成されている。これらの第一および第二のフレキシブル配線基板は、いずれも配線がプリントされたプリント基板である。

フレキシブル配線基板３０は、電気絶縁性を有する可撓性の合成樹脂材（例えば、ポリイミド樹脂）をベース材５８としている。このベース材５８の片面には、銅箔層５７が形成され、この銅箔層５７には複数の個別電極接続ランド６０、及び複数の定電位電極接続ランド３２，３４そして複数の配線パターン７１，７２，３１，３３がフォトレジスト等により形成されている。そして、銅箔層５７の表面が、電気絶縁性を有する可撓性の合成樹脂（例えば、ポリイミド樹脂）からなるカバー層５６で被覆されている。ベース材５８の個別電極接続ランド６０及び定電位電極接続ランド３２，３４と重複する部位には孔があけられて、この孔内に露出する個別電極接続ランド６０及び定電位電極接続ランド３２，３４にハンダバンプ６３が固着されている。

フレキシブル配線基板３０の、図６中の二点差線２９で囲まれた部分には、圧電アクチュエータ１２が接合される。個別電極接続ランド６０は、圧電アクチュエータ１２の表面に設けられた接続端子４１とＺ方向に対応する位置に設けられ、個別電極接続ランド６０は、ハンダバンプ６３を介して接続端子４１と電気的に接続されている。さらに、個別電極接続ランド６０は、駆動ＩＣ５０，５０の出力側と駆動信号出力線７２で接続されている。かかる構成により、駆動ＩＣ５０，５０で生成された駆動信号が、駆動信号出力線７２と個別電極接続ランド６０とを介して各吐出エネルギー付与部４０の接続端子４１に付与される。

また、定電位電極接続ランド３２，３４のうち、第二接続ランド３４は圧電アクチュエータ１２の第二接続電極４４とＺ方向に対応する位置に設けられ、第一接続ランド３２は圧電アクチュエータ１２の第一接続電極４３とＺ方向に対応する位置に設けられている。そして、第二接続ランド３４はハンダバンプ６３を介して第二接続電極４４と電気的に接続され、第一接続ランド３２はハンダバンプ６３を介して第一接続電極４３と電気的に接続されている。さらに、定電位電極接続ランド３２，３４は、フレキシブル配線基板３０に設けられた第一電源配線３１又は第二電源配線３３を介して、電源と接続されている。かかる構成により、電源配線３１，３３及び定電位電極接続ランド３２，３４を介して、上部定電位電極４６と下部定電位電極４７とに電源電圧が付与される。

フレキシブル配線基板３０に設けられた接続ランド６０，３２，３４の群のＸ方向の両側には、駆動ＩＣ５０，５０が設けられている。駆動ＩＣ５０には、印字データを入力するための記録信号入力線７１と、駆動信号を出力するための駆動信号出力線７２とが接続されている。そして、記録信号入力線７１からの記録信号を受けた駆動ＩＣ５０は、その記録信号に対応させて少なくとも第一電位と第二電位とをとりえる駆動信号を生成し、駆動信号出力線７２を通じて圧電アクチュエータ１２の吐出エネルギー付与部４０に駆動信号を付与する。

第一電源配線３１は、フレキシブル配線基板３０のＹ方向の両端縁に沿ってＸ方向に延びている。フレキシブル配線基板３０の圧電アクチュエータ１２と接合される範囲２９のＸ方向の略中央部において、第一電源配線３１は内側へ突出して、この突出部に複数の第一接続ランド３２が設けられている。つまり、第一接続ランド３２は、第一電源配線３１よりも内側に配置されている。この第一電源配線３１は、圧電アクチュエータ１２の下部定電位電極４７に第一電位を付与するＶ_ＳＳ３配線である。

また、フレキシブル配線基板３０において、各第一電源配線３１，３１の内側には、Ｘ方向に延びる４本の第二電源配線３３，３３，，が配線されている。第二電源配線３３は、圧電アクチュエータ１２の上部定電位電極４６に第二電位を付与するＶ_ＤＤ３配線である。

第二電源配線３３は、フレキシブル配線基板３０のＹ方向の両端に沿ってそれぞれ２本ずつ設けられている。そして、Ｙ方向に並ぶ２つの第二電源配線３３，３３の間は、駆動ＩＣ５０，５０の高電位側入力部と接続された第二電位供給線７４で繋がれている。この第二電位供給線７４は、駆動ＩＣ５０，５０に第一電位よりも高電位である第二電位を付与するＶ_ＤＤ２配線である。

上述の圧電アクチュエータ１２の吐出エネルギー付与部４０へ第二電位を付与する第二電源配線３３と、駆動ＩＣ５０へ第二電位を付与する第二電位供給線７４とは、フレキシブル配線基板３０上において、少なくとも一部に共通配線部分を有している。なお、この共通配線部分は、第二電源配線３３から第二電位供給線７４が分岐するまでの配線部分である。このように、第二電源配線３３と第二電位供給線７４とが共通配線部分を有することによれば、これらの配線と接続される端子数やコネクタ数が少なくなり、コストダウンに寄与することができる。さらに、フレキシブル配線基板３０での電源配線面積を低減することができるため、フレキシブル配線基板３０の大きさを縮小することができ、コストダウン及び小型化に寄与することができる。

さらに、Ｙ方向に並ぶ２つの第二電源配線３３，３３と、これに接続された第二電位供給線７４により形成された略Ｕ字状の内側に沿って、駆動ＩＣ５０，５０の低電位側入力部と接続された第一電位供給線２８が配線されている。第一電位供給線２８の更に内側には、一端が駆動ＩＣ５０に接続された記録信号入力線７１が複数配置されている。第一電位供給線２８は、駆動ＩＣ５０，５０に第一電位（グランド電位）を付与するＶ_ＳＳ２配線である。この第一電位供給線２８と第一電源配線３１とは、第二電源配線３３と第一電位供給線２８の共通配線部分を跨ぐ例えばジャンパ線からなる接続線７０により電気的に接続されて共通の電位（例えば、接地されて０Ｖ）とされている。

〔インクジェット記録装置１００の駆動回路〕
ここで、インクジェット記録装置１００全体の電気回路について説明する。図８はインクジェット記録装置の駆動回路図である。

図８に示すように、インクジェット記録装置１００の本体側に設けられた本体側基板９０及びヘッド基板９１と、液滴吐出ヘッド１に設けられた駆動ＩＣ５０及び圧電アクチュエータ１２とは、互いに接続されている。本体側基板９０には制御回路９３と制御信号用電源９４と吐出用電源９５とが搭載されている。本体側基板９０は、液滴吐出ヘッド１を搭載したキャリッジ３の外側の静止位置に設置され、ヘッド基板９１は、駆動ＩＣ５０及び圧電アクチュエータ１２とともにキャリッジ３に搭載されている。

駆動ＩＣ５０は、データ出力部９６と、ドライバ部９７とを備えている。駆動ＩＣ５０のデータ出力部９６は、シフトレジスタ１０６、Ｄフリップフロップ１０７及びＡＮＤゲート１０８を各々吐出エネルギー付与部４０の数（ノズル８５、圧力室８３の数）に対応して備えている。また、ドライバ部９７は、データ出力部９６が出力した駆動データを圧電アクチュエータ１２の吐出エネルギー付与部４０を駆動するための電圧に変換して個別電極４２へ出力するためのドライバ回路１１０を、吐出エネルギー付与部４０の数に対応して備えている。

本体側基板９０の制御回路９３は、駆動ＩＣ５０のデータ出力部９６に所定の記録情報に基づきイネーブル、印字データ、クロック、ストローブ信号等の制御信号を出力するもので、その制御信号を出力するために制御信号配線９８を介してデータ出力部９６に配線接続されている。本体側基板９０の制御信号用電源９４は、データ出力部９６に電圧（例えば、５ボルト）を供給するもので、駆動用配線Ｖ_ＤＤ１とアース用配線Ｖ_ＳＳ１とを介してデータ出力部９６に接続されている。また、本体側基板９０の吐出用電源９５は、ドライバ部９７に電圧（例えば、３０ボルト）を供給するもので、駆動電圧を印加する駆動用のＶ_ＤＤ２配線とアース用のＶ_ＳＳ２配線とを介してドライバ部９７に接続されている。また、Ｖ_ＤＤ２配線とＶ_ＳＳ２配線とには、ヘッド基板９１上において電解コンデンサ１０９がバイパス接続されており、この電解コンデンサ１０９はドライバ部９７に供給する電荷を貯え、ドライバ部９７に瞬時の大電流が流れた場合の電圧降下の発生を抑制している。

圧電アクチュエータ１２が備える各吐出エネルギー付与部４０には、コンデンサとして機能する３つの活性部３６，３７，３８が設けられている。下部定電位電極４７にはＶ_ＳＳ３配線が接続されており、このＶ_ＳＳ３配線は吐出用電源９５に接続されたＶ_ＳＳ２配線とフレキシブル配線基板３０上で接続線７０により結線されている。かかる構成により、吐出用電源９５から、Ｖ_ＳＳ２配線，Ｖ_ＳＳ３配線を通じて低い側の電位（第一電位）が下部定電位電極４７に付与される。

一方、上部定電位電極４６にはＶ_ＤＤ３配線が接続されており、このＶ_ＤＤ３配線は、吐出用電源９５に接続された駆動用Ｖ_ＤＤ２配線とフレキシブル配線基板３０上で結線されている。かかる構成により、吐出用電源９５から、Ｖ_ＤＤ２配線，Ｖ_ＤＤ３配線を通じて高い側の電位（第二電位）が上部定電位電極４６に付与される。

〔液滴吐出ヘッド１の動作〕
次に、上記構成の液滴吐出ヘッド１の動作について説明する。図９は吐出エネルギー付与部の駆動のタイミングチャート図である。

図９に示すように、液滴吐出ヘッド１の待機時及び駆動時に関わらず、上部定電位電極４６には、Ｖ_ＤＤ２配線，Ｖ_ＤＤ３配線を通じて第二電位（例えば、３０Ｖ）が常時付与され、下部定電位電極４７には、Ｖ_ＳＳ２配線，Ｖ_ＳＳ３配線を通じて第一電位（例えば、０Ｖ）が常時付与されている。

駆動ＩＣ５０のデータ出力部９６のシフトレジスタ１０６及びＤフリップフロップ１０７のリセット信号がＬの状態にあるとき、周知のように、制御回路９３のイメージメモリから印字データ（吐出ありのとき０、吐出なしのとき１）がシリアルに読み出されてシフトレジスタ１０６に入力される。シフトレジスタ１０６では、この印字データが１つの液滴吐出ヘッド１のノズル８５の数に対応するパラレルデータに変換される。さらに、パラレルデータに変換された印字データは、Ｄフリップフロップ１０７にラッチされ、ストローブ信号に同期してＡＮＤゲート１０８に出力される。

そして、待機時の駆動ＩＣ５０では、データ出力部９６の各ＡＮＤゲート１０８に対してＬのイネーブル信号が付与されており、駆動ＩＣ５０はドライバ部９７の各ドライバ回路１１０をオフさせ、Ｖ_ＳＳ２配線を通じて第一電位を個別電極４２に付与する。

従って、待機時の吐出エネルギー付与部４０では、個別電極４２と下部定電位電極４７とに第一電位が付与され、上部定電位電極４６が第二電位が付与されていることとなる。これにより、分極方向と同じ方向に電圧が印加されている第一活性部３６の上部圧電層２１が圧力室８３に向かうＺ方向に伸張してＸ方向に収縮する（図３、参照）。このとき、下部圧電層２２はボトム層２４に接合されているので、上部圧電層２１と下部圧電層２２との間でＸ方向への歪みに差が生じる。このようにして圧電層２３とボトム層２４とが、圧力室８３に向かうＺ方向へ突出変形し、圧力室８３の容積が低下する。

一方、駆動時の駆動ＩＣ５０では、ＡＮＤゲート１０８にＨのイネーブル信号が所定時間だけ付与される。このとき、Ｄフリップフロップ１０７にラッチされたデータが吐出なしの１ならば、駆動ＩＣ５０は、そのデータに対応するドライバ回路１１０のオフを継続する。一方、Ｄフリップフロップ１０７にラッチされたデータが吐出ありの０ならば、駆動ＩＣ５０は、そのデータに対応するドライバ回路１１０をオンし、Ｖ_ＤＤ２配線を通じて第二電位を個別電極４２に付与する。そして、所定時間経過後にＡＮＤゲート１０８にＬのイネーブル信号が付与され、駆動ＩＣ５０は、各ドライバ回路１１０をオフさせ、Ｖ_ＳＳ２配線を介して第一電位を個別電極４２に付与する。

上述の通り、駆動される吐出エネルギー付与部４０の個別電極４２と上部定電位電極４６とには第二電位が付与され、下部定電位電極４７には第一電位が付与される。このとき、分極方向と平行に電圧が印加されない第一活性部３６の上部圧電層２１は変形から回復し、分極方向と平行に電圧が印加されている第二活性部３７，３７は、圧力室８３に向かうＺ方向に伸張してＸ方向に収縮しようとする。これにより、第二活性部３７，３７の圧電層２３が圧力室８３から離れる方向に反るように変形して、圧力室８３の容積が増大し、マニホールド８１から圧力室８３に液体が吸い込まれる。

そして、吐出エネルギー付与部４０を駆動してから所定時間経過後には、待機時と同じ電位が各電極４２，４６，４７に付与される。このとき、待機時と同様に、第一活性部３６に分極方向と平行に電圧が印加されて、圧電層２３とボトム層２４とが圧力室８３に向かうＺ方向へ突出変形し、圧力室８３の容積が一気に減少する。これにより、ノズル８５から液体が吐出する。

上述のように動作する液滴吐出ヘッド１では、第二活性部３７が第一活性部３６の変位を抑制するように変位するので、圧電アクチュエータの吐出エネルギー付与部を高密度化しても、隣接する吐出エネルギー付与部の圧電変形部の変形の相互不干渉が実現されている。

〔分極方法〕
次に、液滴吐出ヘッド１が備える圧電アクチュエータ１２の分極方法について説明する。図１０は分極時の液滴吐出ヘッドの回路図、図１１は分極第一段階の圧電アクチュエータの断面図、図１２は分極第二段階の圧電アクチュエータの断面図である。

液滴吐出ヘッド１の製造工程において、流路ユニット１１に圧電アクチュエータ１２を重合し、更に、圧電アクチュエータ１２の接続端子４１及び表面定電位電極４４，４３を配線ユニット１３の接続ランド６０，３２，３４にハンダで接合したあと、圧電アクチュエータ１２の圧電層２３の分極が行われる。ここでは、この分極の工程を説明する。

図１０に示すように、分極装置は、分極用電圧の一部を発生する分極用回路１１３と、分極用電圧の残りの部分を発生するための電源１１２と、イネーブル信号およびリセット信号等の信号を発生する信号発生回路１１１とを、備えている。電源１１２は、圧電アクチュエータ１２の駆動電源と同等のものである。

各回路１１１，１１３及び電源１１２は、フレキシブル配線基板３０上に形成された各配線や各信号線の端子部分に接続されている。分極用回路１１３は、全ての吐出エネルギー付与部４０の下部定電位電極４７を共通接続したＶ_ＳＳ３配線と、全てのドライバ部９７に付与される共通電位のアース側に共通接続したＶ_ＳＳ２配線との間に分極用電圧を印加するための回路で、負電源Ｖ_ＣＣ２と、スイッチＳＷ１とからなる。また、Ｖ_ＤＤ１配線とＶ_ＳＳ１配線との間、及びＶ_ＤＤ２配線とＶ_ＳＳ２配線との間には、前述した吐出動作を行うための電源と同等の電源１１２が接続されている。なお、このとき、Ｖ_ＳＳ３配線とＶ_ＳＳ２配線との間には、接続線７０が設けられていない。

上述の構成の回路を用いて、全ての吐出エネルギー付与部４０の圧電層２３の分極が行われる。分極を開始する際には、スイッチＳＷ１はＧ側（負電源Ｖ_ＣＣ２をＶ_ＳＳ３配線に接続しない側）とされ、上部定電位電極４６にはＶ_ＤＤ２配線，Ｖ_ＤＤ３配線を介して第二電位（例えば、３０Ｖ）が付与されている。

この状態において、シフトレジスタ１０６及びＤフリップフロップ１０７のリセット信号をＨとし、シフトレジスタ１０６及びＤフリップフロップ１０７の全データを吐出あり０の状態にする。そして、イネーブル信号をＬからＨに立ち上げると、ＡＮＤゲート１０８の出力がＨとなり、全てのドライバ回路１１０が吐出エネルギー付与部４０への通電を開始する。これにより、個別電極４２にはＶ_ＤＤ２配線を介して第二電位（例えば、３０Ｖ）が付与される。

ここで、スイッチＳＷ１をＮ側に切り替えると、下部定電位電極４７にＶ_ＳＳ３配線を介して負電源Ｖ_ＣＣ２から負の電位（ここでは−３０Ｖ）が付与される。これにより、図１１に示すように、第二活性部３７に６０Ｖの分極電圧が印加され、第三活性部３８に３０Ｖの分極電圧が印加されて、第二活性部３７と第三活性部３８との第一段階の分極が行われてこれらが活性化される。なお、ここで第三活性部３８に生じる電界は、第二活性部３７に生じる電界のおよそ２倍の強さとなる。

続いて、ＡＮＤゲート１０８に付与するイネーブル信号をＨからＬに切り替えると、ＡＮＤゲート１０８の出力がＬとなり、全てのドライバ回路１１０が吐出エネルギー付与部４０への通電を停止する。これにより、個別電極４２にはＶ_ＳＳ２配線を介して第一電位（例えば、０Ｖ）が付与される。ここで、スイッチＳＷ１をＧ側に切り替えると、下部定電位電極４７にＶ_ＳＳ２配線，Ｖ_ＳＳ３配線を介して第一電位が付与される。このとき、図１２に示すように、第一活性部３６に３０Ｖの分極電圧が印加され、第三活性部３８に３０Ｖの分極電圧が印加されて、第一活性部３６と第三活性部３８との第二段階の分極が行われてこれらが活性化される。

そして所定時間経過後に、電源１１２からの通電を停止すると、吐出エネルギー付与部４０の圧電変形部に掛かる電圧がゼロとなる。こうして分極が完了したのち、分極用回路１１３等を含む分極装置をフレキシブル配線基板３０から取り外し、接続線７０で第一電位供給線２８と第一電源配線３１とを結線し、液滴吐出ヘッド１をインクジェット記録装置１００のキャリッジ３に取り付ける。

上述の通り、流路ユニット１１と圧電アクチュエータ１２とのハンダ付けによる接合を行なったあとに分極を行なうことによれば、分極の劣化を抑制することができる。しかも分極に用いる電圧は、吐出用の電源電圧に対し、駆動ＩＣ５０から電位を供給する個別電極４２とは逆側の、下部定電位電極４７の電位を下げることにより行われるので、駆動ＩＣ５０に極端に高い電圧が掛かることはなく、駆動ＩＣ５０が分極中に故障することを防止できる。さらに、第一段階と第二段階との二段階に分けて分極を行うことにより、第一活性部３６と第二活性部３７との境界部分において電界の相殺が生じないため、これらの境界部分での分極が弱められることがない。

［実施の形態２］
本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態２に係る液滴吐出ヘッド１及びインクジェット記録装置１００は、実施の形態１で説明したものと比較して、液滴吐出ヘッド１に具備される圧電アクチュエータ１２の表面定電位電極４４，４３の構成と、これに対応するフレキシブル配線基板３０の配線パターンが異なる。そこで、以下では、圧電アクチュエータ１２の表面定電位電極４４，４３との配置と、これに対応するフレキシブル配線基板３０の配線パターンについてのみ説明し、他の部分の説明については省略する。

まず、圧電アクチュエータ１２の表面定電位電極４４，４３の構成について説明する。図１３は実施の形態２に係る圧電アクチュエータの平面図である。

図１３に示すように、圧電アクチュエータ１２の上面には、Ｙ方向の両端縁に沿って第二接続電極４４と第一接続電極４３とが形成されている。第一接続電極４３は、圧電アクチュエータ１２の上面の四隅にそれぞれ配置されており、第二接続電極４４はＸ方向に並ぶ２つの第一接続電極４３，４３に挟まれるように配置されている。第二接続電極４４は、上部圧電層２１をＺ方向に貫通したスルーホールに充填された導電性材料を介して、上部定電位電極４６と電気的に接続されている。また、第一接続電極４３は、上部圧電層２１及び下部圧電層２２をＺ方向に貫通したスルーホールに充填された導電性材料を介して、下部定電位電極４７と電気的に接続されている。

以下、配線ユニット１３の配線パターンについて説明する。図１４は実施の形態２に係る配線ユニットの底面図である。

図１４に示すように、フレキシブル配線基板３０の、図１４中の二点差線２９で囲まれた部分には、圧電アクチュエータ１２が接合される。フレキシブル配線基板３０この二点差線２９で囲まれた範囲の略中央において、複数の個別電極接続ランド６０が設けられている。そして、これら複数の個別電極接続ランド６０のＹ方向両側に、定電位電極接続ランド３２，３４が設けられている。

第一接続ランド３２は、フレキシブル配線基板３０において、圧電アクチュエータ１２の第一接続電極４３とＺ方向に対応する位置に設けられている。即ち、フレキシブル配線基板３０の圧電アクチュエータ１２が接合される範囲（図１４中の二点差線２９で囲まれた範囲）の四隅に第一接続ランド３２が配置されている。そして、定電位電極接続ランド３２は、ハンダバンプ６３を介して圧電アクチュエータ１２の第一接続電極４３と電気的に接続されている。

一方、第二接続ランド３４は、圧電アクチュエータ１２の第二接続電極４４とＺ方向に対応する位置に設けられている。即ち、第二接続ランド３４は、フレキシブル配線基板３０において、Ｙ方向の端辺に沿って並ぶ第一接続ランド３２の群の間に配置されている。そして、第二接続ランド３４は、ハンダバンプ６３を介して圧電アクチュエータ１２の第二接続電極４４と電気的に接続されている。

フレキシブル配線基板３０には、Ｙ方向の両端縁に沿ってＸ方向に延びる４本の第一電源配線３１，３１，，が設けられている。各第一電源配線３１は、フレキシブル配線基板３０の圧電アクチュエータ１２が接合される範囲の四隅に分散して配置された各第一接続ランド３２の群と接続されている。この第一電源配線３１は、圧電アクチュエータ１２の下部定電位電極４７に第一電位（グランド電位）を付与するＶ_ＳＳ３配線である。

また、フレキシブル配線基板３０に設けられた第一電源配線３１の内側に沿って、Ｘ方向に延びる第二電源配線３３，３３が設けられている。フレキシブル配線基板３０の圧電アクチュエータ１２が接合される範囲のＸ方向の略中央において、第二電源配線３３の一部が外側へ突出して、この突出部に複数の第二接続ランド３４が設けられている。この第二電源配線３３は、圧電アクチュエータ１２の上部定電位電極４６に第二電位を付与するＶ_ＤＤ３配線である。

そして、Ｙ方向に並ぶ２つの第二電源配線３３，３３の間は、駆動ＩＣ５０，５０の高電位側入力部と接続された第二電位供給線７４で繋がれている。この第二電位供給線７４は、駆動ＩＣ５０，５０に第二電位（駆動電位）を付与するＶ_ＤＤ２配線である。

上述の圧電アクチュエータ１２の吐出エネルギー付与部４０へ第二電位を付与する第二電源配線３３と、駆動ＩＣ５０へ第二電位を付与する第二電位供給線７４とは、フレキシブル配線基板３０上において、少なくとも一部に共通配線部分を有している。なお、この共通配線部分は、第二電源配線３３から第二電位供給線７４が分岐するまでの配線部分である。このように、第二電源配線３３と第二電位供給線７４とが共通配線部分を有することによれば、これらの配線と接続される端子数やコネクタ数が少なくなり、コストダウンに寄与することができる。さらに、フレキシブル配線基板３０での電源配線面積を低減することができるため、フレキシブル配線基板３０の大きさを縮小することができ、コストダウン及び小型化に寄与することができる。

さらに、Ｙ方向に並ぶ２つの第二電源配線３３，３３と、これに接続された第二電位供給線７４により形成された略Ｕ字状の内側に沿って、駆動ＩＣ５０，５０の低電位側入力部と接続された第一電位供給線２８が配線されている。第一電位供給線２８の更に内側には、一端が駆動ＩＣ５０に接続された記録信号入力線７１が複数配置されている。第一電位供給線２８は、駆動ＩＣ５０，５０に第一電位（グランド電位）を付与するＶ_ＳＳ２配線である。この第一電位供給線２８と第一電源配線３１とは、接続線７０により電気的に接続されて共通の電位（例えば、接地されて０Ｖ）とされている。

上述の通り、実施の形態２に係る液滴吐出ヘッド１では、実施の形態１に係る液滴吐出ヘッド１と比較して、圧電アクチュエータ１２の表面に配置される第二接続電極４４と第一接続電極４３の位置が逆転している。これに応じて、配線ユニット１３のフレキシブル配線基板３０に形成される第一電源配線３１及び第二電源配線３３，３３の形状が変化している。但し、インクジェット記録装置１００の駆動回路の構成並びに液滴吐出ヘッド１の動作方法、及び圧電アクチュエータ１２の分極方法は、実施の形態１と実施の形態２とで同一である。

なお、上述した各実施の形態において、接続線７０は、ＦＦＣ３０ｂの裏面（駆動ＩＣ５０が搭載された面と反対の面）に、予めプリントされた配線として設けてもよい。
具体的には、第一電位供給線２８と第一電源配線３１にそれぞれスルーホールを通じて導通する２つの配線を、ＦＦＣ３０ｂの裏面に互いに近接して位置するよう形成しておき、ハンダなどをポイント付着するだけで両者の導通がとれるように構成すればよい。これによれば、ジャンパ線を後付けする場合よりも導通作業が簡易化し、また、誤って他の配線と短絡することも確実に回避することができる。

本発明は、例えば、インクジェットヘッドなどの液滴吐出ヘッド、及びこの液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置に適用することができる。

本発明の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドを備えたインクジェット記録装置の平面図である。 実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの構成を示す分解斜視図である。 ヘッド本体のＸ方向の一部断面図である。 ヘッド本体のＹ方向の一部断面図である。 実施の形態１に係る圧電アクチュエータの平面図である。 実施の形態１に係る配線ユニットの底面図である。 配線ユニットの断面図である。 インクジェット記録装置の駆動回路図である。 吐出エネルギー付与部の駆動のタイミングチャート図である。 分極時の液滴吐出ヘッドの回路図である。 分極第一段階の圧電アクチュエータの断面図である。 分極第二段階の圧電アクチュエータの断面図である。 実施の形態２に係る圧電アクチュエータの平面図である。 実施の形態２に係る配線ユニットの底面図である。

符号の説明

１ 液滴吐出ヘッド
２ 本体フレーム
３ キャリッジ
１１ 流路ユニット
１２ 圧電アクチュエータ
１３ 配線ユニット
１５ ヘッド本体
２１ 上部圧電層
２２ 下部圧電層
２３ 圧電シート
２４ 基板
２８ 第一電位供給線（Ｖ_ＳＳ２配線）
３０ フレキシブル配線基板
３１ 第一電源配線（Ｖ_ＳＳ３配線）
３２ 第一接続ランド
３３ 第二電源配線（Ｖ_ＤＤ３配線）
３４ 第二接続ランド
４１ 接続端子
４２ 個別電極
４３ 第一接続電極
４４ 第二接続電極
５０ 駆動ＩＣ
６０ 個別電極接続ランド
６３ ハンダバンプ
７１ 記録信号入力線
７２ 駆動信号出力線
７４ 第二電位供給線（Ｖ_ＤＤ２配線）
７０ 接続線
８１ マニホールド
８２ 絞り部
８３ 圧力室
８４ ディセンダ孔
８５ ノズル
１００ インクジェット記録装置

Claims (5)

1. 共通液体室から圧力室を介してノズルに至る複数の個別液体流路を有する流路ユニットと、前記流路ユニットに積層固定されて前記個別液体流路の各々に対して個別に液体の吐出圧を与える圧電アクチュエータと、前記圧電アクチュエータに接合されて少なくとも第一電位と第二電位とをとりえる駆動信号を前記圧電アクチュエータに付与する駆動ＩＣを設けた配線基板とを、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、
   前記複数の圧力室に対応して設けられた複数の個別電極と、前記複数の個別電極に対応して設けられて前記複数の個別電極の前記流路ユニット側に第一圧電層を介して積層された前記個別電極より一回り小さい複数の上部定電位電極と、前記複数の個別電極に対応して設けられて前記上部定電位電極に第二圧電層を介して積層された複数の下部定電位電極と、前記複数の下部定電位電極の全てに接続された第一接続電極と、前記複数の上部定電位電極の全てに接続された第二接続電極とを、備え、
   前記配線基板は、
   前記複数の個別電極に対応して設けられた複数の個別電極接続ランドと、前記第一接続電極に対応して設けられた第一接続ランドと、前記第二接続電極に対応して設けられた第二接続ランドと、前記駆動ＩＣに記録信号を入力するための記録信号入力線と、前記駆動ＩＣから記録信号に対応して生成された前記駆動信号を前記複数の個別接続端子に出力するための複数の駆動信号出力線と、前記駆動ＩＣに第一電位及び第二電位を供給する第一電位供給線及び第二電位供給線と、前記第一接続ランドに接続されて前記複数の下部定電位電極に対して第一電位を付与する第一電源配線と、前記第二接続ランドに接続されて前記複数の上部定電位電極に対して第二電位を付与する第二電源配線とを、備え、
   前記配線基板上において、前記第二電位供給線と前記第二電源配線とは少なくとも一部に共通配線部分を有し、前記第一電位供給線と前記第一電源配線とは前記共通配線部分を間に挟んで互いに離間して配置されるとともに、前記第一電位供給線と前記第一電源配線とを接続する接続線が設けられている、
   液滴吐出ヘッド。
2. 前記第一電源配線は、前記配線基板の端縁に沿って配置され、
   前記第二電源配線及び第二電位供給線の共通配線部分は、前記第一電源配線と平行してその内側に配置されている、
   請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
3. 前記第一電位供給線は、前記第二電位供給線と平行してその内側に配置されている、
   請求項２に記載の液滴吐出ヘッド。
4. 前記圧電アクチュエータにおいて、
   前記複数の個別電極は前記配線基板と接合される面の略中央部に配置され、前記第一接続電極は前記配線基板と接合される面の第一方向に延びる対向する二辺の縁に沿って配置され、前記第二接続電極は前記第一接続電極が設けられた前記第一方向に延びる対向する二辺の縁において前記第一接続電極を前記第一方向の両側から挟むように配置され、
   前記配線基板において、
   前記第一接続ランドと前記第二接続ランドとは、前記圧電アクチュエータが積層される接続範囲において前記第一接続電極と前記第二接続電極と対応するように前記第一方向に並んで配置されるとともに、前記第一接続ランドは第一電源配線よりも内側に配置されている、
   請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッド。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載の液滴吐出ヘッドと、
   前記液滴吐出ヘッドに有色液体を供給する液体供給源と、
   前記液滴吐出ヘッドを保持するキャリッジと、
   前記キャリッジを往復走査可能に支持する本体フレームとを、備えた、
   液滴吐出装置。

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