JP5256771B2

JP5256771B2 - 液滴吐出ヘッド、インクカートリッジ及び画像形成装置

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Publication number: JP5256771B2
Application number: JP2008042275A
Authority: JP
Inventors: 邦裕山中
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2008-02-23
Filing date: 2008-02-23
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2028-02-23
Also published as: JP2009196283A; US7992967B2; US20090213182A1

Description

本発明は液滴吐出ヘッド、インクカートリッジ及び画像形成装置に関する。

一般に、プリンタ、ファックス、コピア、プロッタ、或いはこれらの内の複数の機能を複合した画像形成装置（画像記録装置）としては、例えば、インクの液滴を吐出する液滴吐出ヘッド（液体吐出ヘッド）で構成した記録ヘッドを備え、媒体（以下「用紙」ともいうが材質を限定するものではなく、また、被記録媒体、記録媒体、転写材、記録紙なども同義で使用する。）を搬送しながら、インク滴を用紙に付着させて画像形成（記録、印刷、印写、印字も同義語で用いる。）を行なうものがある。

なお、「画像形成装置」は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の媒体に液体を吐出して画像形成を行う装置を意味し、また、「画像形成」とは、文字や図形等の意味を持つ画像を媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を媒体に付与する（単に液滴を吐出する）ことをも意味する。また、「インク」とは、狭義のインクに限るものではなく、吐出されるときに液体となるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、ＤＮＡ試料、レジスト、パターン材料なども含まれる。

このような画像形成装置においては、パーソナル・コンピュータ等の情報処理装置の処理能力の向上に伴い、記録速度（プリント速度）の高速化及び高画質化が進んでいる。高速化への対応のため、記録ヘッドについては、ノズル数を増加した長尺化や、複数のヘッドをライン状に繋いだライン化等が図られている。また、高画質化への対応の一つとして、インク色を多く使用できるようにノズル列（ヘッド）の多列化が図られている。そのため、従来に比べこれらの記録ヘッドを搭載した記録装置は大型化、高コスト化してしまうという問題があり、記録ヘッドや記録ヘッドを搭載するキャリッジ（シリアル型の場合）に対して更なる小型化及び低コスト化が求められている。

ここで、記録ヘッドに記録装置本体側からの記録情報などの電気信号を与えるためにフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ：Ｆlexible Ｐrinted Ｃircuit）が使用される。

従来、フレキシブルプリント基板を用いたヘッド構成として、例えば特許文献１には、ノズル面に対して垂直な両側面にそれぞれ対向してＦＰＣが設けられ、各ＦＰＣは一端部が記録ヘッドのアクチュエータに接続され、他端部は記録装置本体側と電気的に繋げるコネクタに接続される構成が記載されている。
特開２００２−０４６２５６号公報

また、特許文献２には、２列の駆動素子列を有し、駆動回路基板は同形状のものを駆動素子１列分ごとに１枚ずつ設置され、２枚の駆動回路基板は互いに同じ面で対向する形態で配置されている構成が記載されている。
特開２００２−０９０４８１号公報

また、特許文献３には、一種類のフレキシブル配線基板で、二種類の形状のフレキシブル配線基板として機能するフレキシブル配線基板を備えため、フレキシブル配線基板は、記録ヘッドの各接続部と対応して一対設けられ、当該接続部との接続部分が互いに対向する状態で配置され、録ヘッドと駆動回路基板との間で、長手方向に対してほぼ直角に折り曲げられ、且つ、１８０度折り返されているようにしたものが記載されている。
特開２００２−３２１３７１号公報

しかしながら、特許文献１に記載されているようにノズル面に対して垂直な両側面にそれぞれ対向してＦＰＣが設けられ、各ＦＰＣは一端部が記録ヘッドのアクチュエータに接続され、他端部は記録装置本体側と電気的に繋げるコネクタに接続される構成にあっては、コネクタ部もＦＰＣと同様に対向する構成となってしまい、記録ヘッドの幅（短手方向）を小さくすることができなくなるという課題がある。

また、特許文献２に記載されているように２列の駆動素子列を有し、駆動回路基板は同形状のものを駆動素子１列分ごとに１枚ずつ設置され、２枚の駆動回路基板は互いに同じ面で対向する形態で配置されている構成の場合、駆動回路基板とＦＰＣ２枚ずつ要しており、部品点数が多くヘッドコストが高くなるという課題がある。また、駆動回路基板を1枚にしようとした場合でも、２枚のＦＰＣの入力端子は駆動回路基板を介して対向する位置になるので、駆動回路基板において配線が集中してしまい、駆動回路基板の層数を増やす必要が生じ、そのため基板コストも上昇して、コストを低減することができない。

また、特許文献３に記載のようにフレキシブル配線基板を折り返す等して同一部品化して部品コストを低減させているが、記録ヘッドを含めたキャリッジの小型化や、フレキシブル配線基板の小型化による部品コストの低コスト化については不充分であるという課題がある。

さらに、図２５に示すように、例えば短尺のヘッド１００１を複数個千鳥状に並べてヘッド支持部材１００２に保持することで、ライン型画像形成装置で使用するライン型ヘッドユニット１０００を構成した場合、ヘッドユニット１０００だけで大きなものとなるので装置本体が非常に大きなものとなる。ヘッドユニット１０００の長さＬは、装置に使用される記録媒体のサイズに依存するが、ヘッドユニット１０００の幅Ｗは、記録媒体のサイズに依らず、装置本体のサイズに直接的に影響を与える。この例では１つのヘッド１００１は幅ｗであることからヘッドユニット１０００の幅Ｗは少なくとも２ｗになり、１つのヘッドユニット１００１の幅ｗを小さくすることが、ヘッドユニット１０００の幅Ｗを小さくすることにつながる。

そのため、ヘッドユニット幅の縮小化がライン型装置本体を小型化する上で重要であり、ヘッドユニットを構成するヘッドの幅を縮小して記録ヘッドを小型化することが求められている。この点は、シリアル型装置においても、記録ヘッドの幅が大きいと走査キャリッジの幅も大きくなり、装置本体の小型化や高速印刷の妨げとなるという点で同様の要求がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、記録ヘッドの小型化を図ることを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、
ノズルから液滴を吐出させるエネルギーを発生する複数の駆動素子が並べて配列された複数の駆動素子列と、
複数の駆動素子列に信号を入力する複数のフレキシブルプリント基板と、
前記フレキシブルプリント基板の入力端子が接続されている配線基板と、を備えた液滴吐出ヘッドにおいて、
前記配線基板の表面は前記ノズルを有する面と垂直で、かつ、前記配線基板は前記ヘッド長手方向と平行であり、ヘッド短手方向における前記ノズルを有する面の幅内に配置されており、
前記複数のフレキシブルプリント基板は互いに前記配線基板を挟んで対面して配置され、一枚の配線基板に接続される前記入力端子部同士は前記対面方向に互いに対向しない位置に設けられており、
前記フレキシブルプリント基板の入力端子部は出力端子部と平行に設けられ、前記入力端子部の前記駆動素子列の列方向の長さが前記出力端子の長さの半分以下であり、
前記配線基板はバイパスコンデンサが実装されたプリント配線基板であり、
前記フレキシブルプリント基板には駆動ＩＣが実装されて前記出力端子側の接続配線の本数よりも前記入力端子側の接続配線の本数が少なく形成されており、
前記駆動ＩＣは、前記入力端子部と前記出力端子部に挟まれる領域であって、前記入力端子部の幅よりも内側の領域に実装されている
構成とした。

また、前記配線基板はバイパスコンデンサが実装された配線基板である構成とできる。

本発明に係るインクカートリッジは、本発明に係る液滴吐出ヘッドからなるインクジェットヘッドとインクタンクを一体化したものである。

本発明に係る画像形成装置は、本発明に係る液滴吐出ヘッド又はインクカートリッジを備えたものである。

本発明に係る液滴吐出ヘッドによれば、配線基板の接続部も基板を介して対向しなくなり、配線基板における配線の集中を回避することができて、配線基板の形成層数を低減でき、配線基板のコストを低減できる。

本発明に係るインクカートリッジによれば、本発明に係る液滴吐出ヘッドを一体化したので、カートリッジの小型化を図れる。

本発明に係る画像形成装置によれば、本発明に係る液滴吐出ヘッドを備えているので、装置本体の小型化を図れる。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。本発明に係る液滴吐出ヘッドの一例について図１ないし図４を参照して説明する。なお、図１は同ヘッドの分解斜視説明図、図２は同ヘッドのノズル配列方向と直交する方向（液室長手方向）に沿う断面説明図、図３及び図４は同ヘッドのノズル配列方向（液室短手方向）に沿う異なる例の断面説明図である。

この液滴吐出ヘッドは、ＳＵＳ基板で形成した流路基板（液室基板）１と、この流路基板１の下面に接合した振動板部材２と、流路基板１の上面に接合したノズル板３とを有し、これらによって液滴（液体の滴）を吐出する複数のノズル４がそれぞれノズル連通路５を介して連通する個別流路としての複数の液室（加圧液室、圧力室、加圧室、流路などとも称される。）６、液室６にインクを供給する供給路を兼ねた流体抵抗部７、この流体抵抗部７を介して液室６と連通する連通部８を形成し、連通部８に振動板部材２に形成した供給口９を介して後述するフレーム部材１７に形成した共通液室１０からインクを供給する。

流路基板１は、流路板１Ａと連通板１Ｂとを接着して構成している。この流路基板１は、ＳＵＳ基板を、酸性エッチング液を用いてエッチング、あるいは打ち抜き（プレス）などの機械加工することで、連通路５、加圧液室６、流体抵抗部７などの開口をそれぞれ形成している。

振動板部材２は各液室６に対応してその壁面を形成する各振動領域（ダイアフラム部）２ａを有し、振動領域２ａの面外側（液室６と反対面側）に島状凸部２ｂが設けられ、この島状凸部２ｂに振動領域２ａを変形させ、液滴を吐出させるエネルギーを発生する駆動素子（アクチュエータ手段、圧力発生手段）としての積層型圧電素子１２、１２の各圧電素子柱１２Ａ、１２Ｂの上端面（接合面）を接合している。また、積層型圧電素子１２の下端面はベース部材１３に接合している。

ここで、圧電素子１２は、ＰＺＴなどの圧電材料層２１と内部電極２２ａ、２２ｂとを交互に積層したものであり、内部電極２２ａ、２２ｂをそれぞれ端面、即ち圧電素子１２の振動板２に略垂直な側面に引き出して、この側面に形成された端面電極（外部電極）２３ａ、２３ｂに接続し、端面電極（外部電極）２３ａ、２３ｂに電圧を印加することで積層方向の変位を生じる。この圧電素子１２は、ハーフカットダイシングによる溝加工を施して１つの圧電素子部材に対して所要数の圧電素子柱１２Ａ、１２Ｂを形成したものである。

なお、圧電素子１２の圧電素子柱１２Ａ、１２Ｂは、同じものであるが、駆動波形を与えて駆動させる圧電素子柱を圧電素子柱１２Ａ、駆動波形を与えないで単なる支柱として使用する圧電素子柱を圧電素子柱１２Ｂとして区別している。この場合、図３に示すように、駆動用圧電素子柱１２Ａと支柱用圧電素子柱１２Ｂとを交互に使用するバイピッチ構成でも、あるいは、図４に示すようにすべての圧電素子柱を駆動用圧電素子柱１２Ａとして使用するノーマルピッチ構成のいずれでも採用できる。

これにより、ベース部材１３上に駆動素子としての複数の駆動用圧電素子柱１２Ａが並べて配置された駆動素子列（駆動用圧電素子柱１２Ａの列）が２列設けられた構成としている。

また、積層型圧電素子１２の圧電方向としてｄ３３方向の変位を用いて液室６内インクを加圧する構成としているが、積層型圧電素子１２の圧電方向としてｄ３１方向の変位を用いて加圧液室６内インクを加圧する構成とすることもできる。

また、圧電素子として用いる材料についても本実施例に限られるものでなく、一般に圧電素子材料として用いられるＢaＴｉＯ_３、ＰｂＴｉＯ_３、（ＮaＫ）ＮｂＯ_３等の強誘電体などの電気機械変換素子を用いることもできる。さらに、圧電素子に積層型のものを用いているが、単板の圧電素子を用いても良い。単板の圧電素子としては切削加工したものや、スクリーン印刷して焼結した厚膜のものや、スパッタや蒸着、或いはゾルゲル法により形成する薄膜のものでも良い。また、１つのベース部材１３に設けられる積層型圧電素子１２は１列としても、複数列設けられた構造としてもよい。

そして、圧電素子１２の各駆動用圧電素子柱１２Ａの外部電極２３ａには駆動信号を与えるために半田部材で配線手段としてのＦＰＣ１５を直接接続し、このＦＰＣ１５には圧電素子１２の各駆動用圧電素子柱１２Ａに対して選択的に駆動波形を印加するための駆動回路（ドライバＩＣ）１６が実装されている。なお、すべての圧電素子柱１２Ａの外部電極２３ｂは電気的に共通に接続されてＦＰＣ１５の共通配線に同じく半田部材で接続される。また、ここでは、ＦＰＣ１５の圧電素子１２と接合される出力端子部には半田メッキが施されており、半田接合を可能にしているが、ＦＰＣ１５ではなく圧電素子１２側に半田メッキを施しても良い。また、接合方法についても半田接合の他に異方導電性膜による接合やワイヤボンディングを用いることもできる

ノズル板３は、ニッケル（Ｎｉ）の金属プレートから形成したもので、エレクトロフォーミング法（電鋳）で製造している。このノズル板３には各液室６に対応して直径１０〜３５μｍのノズル４を形成し、流路板１に接着剤接合している。そして、このノズル板３の液滴吐出側面（吐出方向の表面：吐出面、又は液室６側と反対の面）には撥水層を設けている。

また、ＦＰＣ１５を実装した（接続した）圧電素子１２及びベース部材１３などで構成される圧電型アクチュエータユニット１００の外周側には、エポキシ系樹脂或いはポリフェニレンサルファイトで射出成形により形成したフレーム部材１７を接合している。そして、このフレーム部材１７には前述した共通液室１０を形成し、更に共通液室１０に外部からインクを供給するための供給口１９を形成し、この供給口１９は更に図示しないサブタンクやインクカートリッジなどのインク供給源に接続される。

このように構成した液滴吐出ヘッドにおいては、例えば駆動用圧電素子柱１２Ａに印加する電圧を基準電位から下げることによって圧電素子柱１２Ａが収縮し、振動板２が下降して液室６の容積が膨張することで、液室６内にインクが流入し、その後圧電素子柱１２Ａに印加する電圧を上げて圧電素子柱１２Ａを積層方向に伸長させ、振動板２をノズル４方向に変形させて液室６の容積／体積を収縮させることにより、液室６内のインクが加圧され、ノズル４からインク滴が吐出（噴射）される。

そして、圧電素子柱１２Ａに印加する電圧を基準電位に戻すことによって振動板２が初期位置に復元し、液室６が膨張して負圧が発生するので、このとき、共通液室１０から液室６内にインクが充填される。そこで、ノズル４のメニスカス面の振動が減衰して安定した後、次の液滴吐出のための動作に移行する。

なお、このヘッドの駆動方法については上記の例（引き−押し打ち）に限るものではなく、駆動波形の与えた方によって引き打ちや押し打ちなどを行なうこともできる。

次に、本発明の第１実施形態について図５ないし図７を参照して説明する。なお、図５はＦＰＣ１５の説明図、図６は同ＦＰＣ１５を実装したヘッドのアクチュエータユニット１００の斜視説明図、図７は配線基板を実装したヘッドのノズル面と反対側から見た斜視説明図である。
ＦＰＣ１５は、図５に示すように、駆動素子としての各圧電素子１２、１２の駆動用圧電素子柱１２Ａに選択的に駆動波形を印加するための駆動ＩＣ（ドライバＩＣ）１６が実装されている。ノズル数増加に伴い配線数は増加し、駆動ＩＣ１６が装置本体の制御部（以下「本体制御部」という。）あるいは本体制御部と繋がる中継基板に実装されていると、駆動素子（駆動用圧電素子柱１２Ａ）と駆動ＩＣ１６とを接続する実装が困難になるが、駆動素子と駆動ＩＣ１６とを接続するための配線を微細なピッチで配線加工が可能なＦＰＣ１５で行うことで実装が容易になる。また、本体制御部や本体制御部とつながる中間基板との接続配線を減らすことができ、本体制御部との接続を容易に行うことができる。さらに、駆動素子と駆動ＩＣ１６とは、高速に信号伝達を行うために配線容量を小さくすることが好ましく、できる限り短距離（短い配線）で繋ぎためには駆動素子と繋がるＦＰＣ１５に実装されていることが好ましい。

ここで、ＦＰＣ１５は、圧電素子１２と接続される接続端子部（出力端子部）２２と本体制御部からのデータや信号が入力される接続端子部（入力端子部）２１が設けられている。この場合、出力端子部２２に対して入力端子部２１は出力端子部２の中央より端に偏った位置に設けられている。

アクチュエータユニット１００は、前述したように、複数の駆動用圧電素子１２Ａが形成された圧電素子１２、１２をベース基板（ベース部材）１３上に配置することによって、駆動用圧電素子柱１２の列が２列配置され、各圧電素子柱１２Ａ列に対応して同一の２列（ここでは２枚）のＦＰＣ１５、１５がベース基板１３を挟んで対面して設けられている。このときに入力端子部２１、２１同士は対向しない位置に配置され、アクチュエータユニット１００の中央部Ｓには入力端子部２１が位置しないようになる。

これにより、インク供給口１９をヘッド長さ方向における中央近くに配置しても、インク供給口１９にインクを供給するために接続されるインクチューブやパッキン等（図示しない）とＦＰＣ１５が干渉することがなくなり、インク供給口１９からインクが漏れない構造にすることが容易となる。このように、ヘッドの中央付近にインク供給口を配置する構成とすることで、インクを安定してヘッドに供給することができる。

ここで、図７に示すように配線基板２４の接続端子部にＦＰＣ１５の接続端子（入力端子部）２１が接続され、電気的に導通している。配線基板２４は、表面がヘッドのノズル面（ノズル４を有する面）と垂直で、かつ、ヘッド長手方向と平行であり、ヘッド短手方向におけるノズル面の幅内に配置されている。このとき、複数のＦＰＣ１５、１５は、互いに配線基板２４を挟んで対面して配置されるが、一枚の配線基板２４に接続される入力端子部２１、２１同士は対面方向に互いに対向しない位置に設けられていることになる。

このように、ＦＰＣ１５の接続端子（入力端子部）２１、２１同士は配線基板２４を介して対向しないため、配線基板２４の接続部で配線の集中を回避することができ、配線基板２４の形成層数を低減できるので、配線基板２４のコストを低減することができる。

また、配線基板２４はヘッド幅方向にヘッド幅内に納められているので、ヘッド幅方向（圧電素子１２、１２の並び方向、ノズル４の配列方向と直交する方向になる）にヘッドのサイズを大きくさせることなく、省スペースでのパッケージが可能となりヘッドを小型にできる。

ここで、配線基板２４には本体制御部の基板と繋ぐためのコネクタ２５が設けられており、本体制御部と容易に接続することができる。また、図７に示すように、配線基板２４には、バイパスコンデンサ２６が搭載されていることが好ましい。配線基板２４には、駆動ＩＣ１６へ安定して信号を供給するためのバイパスコンデンサ２６をＦＰＣ１５に搭載せずに配線基板２４に搭載することで、高価な部品であるＦＰＣ１５のコストを低減できる。配線基板２４を使用せずにＦＦＣ（フレキシブルフラットケーブル）を使用した場合、バイパスコンデンサは駆動ＩＣ１６に近いＦＰＣに設ける必要があり、その場合はＦＰＣの大型化によりＦＰＣのコスト増加に繋がるため好ましくない。

このように、ノズルから液滴を吐出させるエネルギーを発生する複数の駆動素子が並べて配列された複数の駆動素子列と、複数の駆動素子列に信号を入力する複数のフレキシブルプリント基板と、フレキシブルプリント基板の入力端子が接続されている配線基板と、を備え、配線基板の表面はノズルを有する面と垂直で、かつ、配線基板はヘッド長手方向と平行であり、ヘッド短手方向におけるノズルを有する面の幅内に配置されており、複数のフレキシブルプリント基板は互いに配線基板を挟んで対面して配置され、一枚の配線基板に接続される入力端子部同士は対面方向に互いに対向しない位置に設けられている構成とすることで、ヘッドを幅方向に小型化でき、配線基板における配線の集中を回避することができて、配線基板の形成層数を低減でき、配線基板のコストを低減できる。

なお、本実施形態では駆動素子として圧電素子を用いた例で説明しているが、これに限られるものではない。駆動素子としては発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いて液体の膜沸騰による相変化を利用するサーマルアクチュエータ、温度変化による金属相変化を用いる形状記憶合金アクチュエータ、静電力を用いる静電アクチュエータなどを使用するヘッドにも適用することができる（以下の実施形態でも同様である。）。

次に、本発明の第２実施形態について図８を参照して説明する。なお、図８は同実施形態を説明する斜視説明図である。
この実施形態では、駆動素子として複数の静電型アクチュエータを複数列並べて配置した２列の駆動素子列を有する静電型アクチュエータユニット１０１をベース部材１０３上に配置し、静電型アクチュエータユニット１０１の各駆動素子列に対応して２枚のＦＰＣ１５、１５を備えている。

この場合、２枚のＦＰＣ１５，１５は折り曲げられてベース部材１０３の両側面側に配置されることによって対面して配置されている構成としている。つまり、本発明における「対面して配置される」フレキシブルプリント基板は、ＦＰＣが駆動素子と接続されている部分に関しては対面していない構成であっても、折曲げられていて対向する面（対面）が生じている場合も含む意味である。

次に、本発明の第３実施形態について図９ないし図１４を参照して説明する。なお、図９はＦＰＣ１５の説明図、図１０は同ＦＰＣの部品採りの説明に供する説明図、図１１は同実施形態に係るヘッドの概略斜視説明図、図１２は同ヘッドのＦＰＣ１５を実装した１つのアクチュエータユニットの斜視説明図、図１３は同じく配線基板を実装したヘッドのノズル面と反対側から見た斜視説明図、図１４は同じくＦＰＣを除いた図１３のＡ−Ａ線に沿う断面斜視説明図である。

ここでは、ＦＰＣ１５は、図９に示すように、入力端子部２１の長さＬ１が出力端子部２２の長さＬ２の長さの半分以下として、入力端子部２１は出力端子部２２に対して中央より端に偏って位置する形状に形成し、更には入力端子部２１の端部Ｅ１は出力端子部２２の端部Ｅ２より外側にない構成としている。

このように構成することで、ＦＰＣ１５は、前記第１実施形態の図５で説明したＦＰＣ１５に比べ、ヘッドがヘッド長さ方向に大きくなることを回避できる。また、通常、ＦＰＣ１５は、図１０に示すようにリール状のフィルム材料３０に１部品単位の配線パターンや駆動ＩＣ１６の実装が繰り返し複数枚形成されて製造され、ＦＰＣのコストは材料費が高価であるため、できる限り材料費を抑えることが好ましく、ある幅のリール状のフィルム材料３０からできる限り多くの部品を採ることが低コスト化において重要となる。この図１０に示す例では、リール幅Ｗで、２つのＦＰＣ１５、１５が採れるようにレイアウトし、ＦＰＣ１５の形状を図９に示すようにすることで、幅Ｗの１リールのフィルム材料３０からの部品採れ数を稼ぐことができるようになる。

そして、この実施形態では、図１２に示すように、ヘッド構成は２つのアクチュエータユニット１００（１００ａ、１００ｂ）をノズル配列方向と直交する方向に並べて配置し、圧電素子１２（駆動素子列）を４列有する構成としている。なお、これら２つのアクチュエータユニット１００ａ、１００ｂは、１つのフレーム部材３７内に収納されている。また、１つのアクチュエータユニット１００には、前記実施形態と同様に、２枚の同一のＦＰＣ１５がベース部材１３を介して対面して設けられており、ＦＰＣ１５、１５の各入力端子部２１は対向しない構成としている。これにより、駆動素子列の並び方向と直交する方向に４列のＦＰＣ１５が配置された構成となる。

一方、ヘッドには図１３及び図１４に示すように、４列（４枚）のＦＰＣ１５の各入力端子部２１−１、２１−２、２２−３、２２−４が各々１枚の配線基板２４に接続される。このとき、接続端子（入力端子部）２１−１と２１−２、２１−３と２１−４は対向していないため、配線基板２４の接続部で配線の集中を回避することができ、配線基板２４の形成層数を低減でき、配線基板２４のコストを低減することができる。

なお、ここでは、駆動素子列を４列とし、ＦＰＣ１５を４列配置しているが、配置する列の数は３列以上であれば何列に配置されていても良く、４列に限定されるものではない。

次に、本発明の第４実施形態について図１５を参照して説明する。なお、図１５は同実施形態におけるヘッドのＦＰＣを実装したアクチュエータユニットの斜視説明図である。
このアクチュエータユニット１００は、ベース部材１３上に相対的に長さの短い圧電素子１２ａ、１２ｂとを並べて配置し、これらの２つの圧電素子１２ａ、１２ｂを並べた長さ相当分の長さを有する圧電素子１２ｃとを並列に並べて配置して構成している。

そして、複数種類のＦＰＣ１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃの３枚を使用し、ＦＰＣ１５ＡとＦＰＣ１５Ｂが同じ面に設けられ、ベース基板１３を介してこれらと対向してＦＰＣ１５Ｃが設けられている。ここで、ＦＰＣ１５Ｃの接続端子（入力端子部）２１Ｃは、ＦＰＣ１５Ａ、１５Ｂの接続端子（入力端子部）２１Ａと２１Ｂとは対向しないように設けられている。そして、前記第１実施形態と同様に、接続端子（入力端子部）２１Ｃ、２１Ａ、２１Ｂが、図示しない１枚の配線基板２４に接続される。

このように、ＦＰＣの数や駆動素子列の数に限らず対面して設けられたＦＰＣ同士の入力端子部が対向しない形態とすることで、配線基板の接続部で配線の集中を回避することができ、配線基板の形成層数を低減でき、配線基板のコストを低減することができる。

次に、本発明の第５実施形態について図１６ないし図２０を参照して説明する。なお、図１６は同実施形態におけるＦＰＣを実装したヘッド一体型カートリッジ（ヘッドユニット）の側面説明図、図１７は同じくユニットのインクタンク側から見た底面説明図、図１８は同じくＦＰＣ上にヘッドを取り付けた状態の平面説明図、図１９はヘッドの平面説明図、図２０はＦＰＣの説明図である。

ここでは、駆動素子として静電アクチュエータを用いた液滴吐出ヘッド３００と、このヘッド３００にインクを供給する液体容器としてのインクタンク５００とを一体化して、液体カートリッジとしてのインクカートリッジ(ヘッドユニット)を構成し、ヘッド３００にはＦＰＣ４００を実装している。

ヘッド３００は、図１７に示すように、ノズル４を並べたノズル列が４列配置されており、接続端子群３０１、接続端子群３０２が設けられている。このヘッド３００の静電アクチュエータ（駆動素子）に接続されるＦＰＣ４００は、図１８に示すように、２つの出力端子部４０１、４０２と、２つの第１、第２の入力端子部４０３、４０４が設けられている。２つの第１、第２の入力端子部４０３、４０４は、ヘッド３００の長さ方向（ノズル配列方向）の異なる位置であって、ノズル配列方向と直交する方向に折り曲げられたときに重ならない位置に配置されている。

そして、図１９及び図２０にも示すように、ヘッド３００とＦＰＣ４００とは、接続端子群３０１と出力端子部４０１、接続端子群３０２と出力端子部４０２がそれぞれワイヤボンドで接続される、なお、この接続はワイヤボンドに限らず、異方導電性膜や半田を用いることもできる。

一方、図１６に示すように、インクタンク５００の裏面側にはコネクタ６２５を備える配線基板６００が設けられている。ＦＰＣ４００はインクタンク５００を包み込むように実装されることで、入力端子部４０３、４０４が配線基板６００に接続されている。

この場合、ＦＰＣ４００の第１の入力端子部４０３と第２の入力端子部４０４が配線基板６００を介して対向していないので、配線基板６００の接続部で配線の集中を回避することができ、配線基板の形成層数を低減でき、配線基板のコストを低減することができる。本実施形態のヘッドユニットはインクタンクとヘッドが一体化されたインクカートリッジの形態となり、ヘッド幅方向に小型のインクカートリッジが得られる。

このように、配線基板の表面はノズルを有する面と垂直で、かつ、配線基板はヘッド長手方向と平行であり、ヘッド短手方向におけるノズルを有する面の幅内に配置されており、フレキシブルプリント基板は第１の入力端子部と第２の入力端子部を有し、フレキシブルプリント基板の第１、第２の入力端子部に連続する配線領域の少なくとも一部が対面し、第１の入力端子部と第２の入力端子部は一枚の配線基板に接続されており、かつ、第１の入力端子部と第２の入力端子部は対面方向に互いに対向しない位置に設けられているので、ヘッドを幅方向に小型化でき、配線基板における配線の集中を回避することができて、配線基板の形成層数を低減でき、配線基板のコストを低減できる。これにより、ヘッド一体型インクカートリッジの小型化も図れる。

なお、この実施形態では、インクタンクとヘッドが一体型のインクカートリッジを挙げたが、インクタンクに相当する部品はインクタンクに限らず、インクタンクとの中間ユニットやヘッド支持基板であっても良く、本発明は本実施形態に限定されるものではない。

次に、本発明の第６実施形態について図２１を参照して説明する。なお、図２１は同実施形態におけるＦＰＣ上にヘッドを取り付けた状態の平面説明図である。
ここでは、ヘッド３００のヘッド長さ方向の両端部に接続端子群を配置してＦＰＣ４００の出力端子部４０１、４０２と接続する配置としている。このように、ヘッドの接続部やＦＰＣの出力端子部の配置については上記実施形態に限るものではない。

次に、本発明の第７実施形態について図２２を参照して説明する。なお、図２２は同実施形態におけるＦＰＣ上にヘッドを取り付けた状態の平面説明図である。
ここでは、駆動素子が静電アクチュエータである２つのヘッド３００Ａ、３００Ｂを備え、ＦＰＣ４００には３つの入力端子部４０５、４０６、４０７を設けている。ヘッド３００Ａは例えばカラーインクの液滴を吐出するヘッドとして、ヘッド３００Ｂは例えばブラックインクの液滴を吐出するヘッドとして使用する。

このＦＰＣ４００の入力端子部４０６は、実装したときに配線基板を介して他の２つの入力端子部４０５、４０７と対向しない（ここでは重ならない）構成となっており、配線基板の接続部で配線の集中を回避することができる。このように、本発明は入力端子部の数は２つ以上であればよく、入力端子部の数や駆動素子の数に関して実施形態に限られるものではない。

なお、ここでも、駆動素子として静電力を用いる静電アクチュエータに限らず、駆動素子としては発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いて液体の膜沸騰による相変化を利用するサーマルアクチュエータや前述した圧電アクチュエータなどを使用できる。

次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドを備える画像形成装置の一例について図２３及び図２４を参照して説明する。なお、図２３は同装置の機構部の全体構成を説明する概略構成図、図２４は同機構部の要部平面説明図である。
この画像形成装置はシリアル型画像形成装置であり、左右の側板２０１Ａ、２０１Ｂに横架したガイド部材である主従のガイドロッド２３１、２３２でキャリッジ２３３を主走査方向に摺動自在に保持し、図示しない主走査モータによってタイミングベルトを介して矢示方向（キャリッジ主走査方向）に移動走査する。

このキャリッジ２３３には、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の各色のインク滴を吐出するための本発明に係る液滴吐出ヘッドからなる記録ヘッド２３４ａ、２３４ｂ（区別しないときは「記録ヘッド２３４」という。）を複数のノズルからなるノズル列を主走査方向と直交する副走査方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。

記録ヘッド２３４は、それぞれ２つのノズル列を有し、記録ヘッド２３４ａの一方のノズル列はブラック（Ｋ）の液滴を、他方のノズル列はシアン（Ｃ）の液滴を、記録ヘッド２３４ｂの一方のノズル列はマゼンタ（Ｍ）の液滴を、他方のノズル列はイエロー（Ｙ）の液滴を、それぞれ吐出する。

また、キャリッジ２３３には、記録ヘッド２３４のノズル列に対応して各色のインクを供給するためのヘッドタンク２３５ａ、２３５ｂ（区別しないときは「ヘッドタンク３５」という。）を搭載している。このサブタンク２３５には各色の供給チューブ３６を介して、各色のインクカートリッジ２１０ｋ、２１０ｃ、２１０ｍ、２１０ｙから各色のインクが補充供給される。

一方、給紙トレイ２０２の用紙積載部（圧板）２４１上に積載した用紙２４２を給紙するための給紙部として、用紙積載部２４１から用紙２４２を１枚ずつ分離給送する半月コロ（給紙コロ）２４３及び給紙コロ２４３に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド２４４を備え、この分離パッド２４４は給紙コロ２４３側に付勢されている。

そして、この給紙部から給紙された用紙２４２を記録ヘッド２３４の下方側に送り込むために、用紙２４２を案内するガイド部材２４５と、カウンタローラ２４６と、搬送ガイド部材２４７と、先端加圧コロ２４９を有する押さえ部材２４８とを備えるとともに、給送された用紙２４２を静電吸着して記録ヘッド２３４に対向する位置で搬送するための搬送手段である搬送ベルト２５１を備えている。

この搬送ベルト２５１は、無端状ベルトであり、搬送ローラ２５２とテンションローラ２５３との間に掛け渡されて、ベルト搬送方向（副走査方向）に周回するように構成している。また、この搬送ベルト２５１の表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ２５６を備えている。この帯電ローラ２５６は、搬送ベルト２５１の表層に接触し、搬送ベルト２５１の回動に従動して回転するように配置されている。この搬送ベルト２５１は、図示しない副走査モータによってタイミングを介して搬送ローラ２５２が回転駆動されることによってベルト搬送方向に周回移動する。

さらに、記録ヘッド２３４で記録された用紙２４２を排紙するための排紙部として、搬送ベルト２５１から用紙２４２を分離するための分離爪２６１と、排紙ローラ２６２及び排紙コロ２６３とを備え、排紙ローラ２６２の下方に排紙トレイ２０３を備えている。

また、装置本体の背面部には両面ユニット２７１が着脱自在に装着されている。この両面ユニット２７１は搬送ベルト２５１の逆方向回転で戻される用紙２４２を取り込んで反転させて再度カウンタローラ２４６と搬送ベルト２５１との間に給紙する。また、この両面ユニット２７１の上面は手差しトレイ２７２としている。

さらに、キャリッジ２３３の走査方向一方側の非印字領域には、記録ヘッド２３４のノズルの状態を維持し、回復するための維持回復機構２８１を配置している。この維持回復機構２８１には、記録ヘッド２３４の各ノズル面をキャピングするための各キャップ部材（以下「キャップ」という。）２８２ａ、２８２ｂ（区別しないときは「キャップ２８２」という。）と、ノズル面をワイピングするためのブレード部材であるワイパーブレード２８３と、増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行うときの液滴を受ける空吐出受け２８４などを備えている。

また、キャリッジ２３３の走査方向他方側の非印字領域には、記録中などに増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行うときの液滴を受ける液体回収容器であるインク回収ユニット（空吐出受け）２８８を配置し、このインク回収ユニット２８８には記録ヘッド２３４のノズル列方向に沿った開口部２８９などを備えている。

このように構成したこの画像形成装置においては、給紙トレイ２０２から用紙２４２が１枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙２４２はガイド２４５で案内され、搬送ベルト２５１とカウンタローラ２４６との間に挟まれて搬送され、更に先端を搬送ガイド２３７で案内されて先端加圧コロ２４９で搬送ベルト２５１に押し付けられ、略９０°搬送方向を転換される。

このとき、帯電ローラ２５６に対してプラス出力とマイナス出力とが交互に繰り返すように、つまり交番する電圧が印加され、搬送ベルト２５１が交番する帯電電圧パターン、すなわち、周回方向である副走査方向に、プラスとマイナスが所定の幅で帯状に交互に帯電されたものとなる。このプラス、マイナス交互に帯電した搬送ベルト２５１上に用紙２４２が給送されると、用紙２４２が搬送ベルト２５１に吸着され、搬送ベルト２５１の周回移動によって用紙２４２が副走査方向に搬送される。

そこで、キャリッジ２３３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド２３４を駆動することにより、停止している用紙２４２にインク滴を吐出して１行分を記録し、用紙２４２を所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号又は用紙２４２の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了して、用紙２４２を排紙トレイ２０３に排紙する。

このように、この画像形成装置は本発明に係る液滴吐出ヘッドを備えているので、装置の小型化を図れる。

なお、上記実施形態では本発明をプリンタ構成の画像形成装置に適用した例で説明したが、これに限るものではなく、例えば、プリンタ／ファックス／コピア複合機などの画像形成装置に適用することができる。また、インク以外の液体である記録液、レジスト、ＤＮＡ試料などを用いる液滴吐出ヘッドや画像形成装置にも適用することができる。また、例えば図２５で説明したヘッドユニットのようなライン型液滴吐出ヘッドやライン型画像形成装置にも同様に適用することができる。

本発明を適用する液滴吐出ヘッドの一例を示す分解斜視説明図である、同ヘッドのノズル配列方向と直交する方向に沿う断面説明図である。同ヘッドのノズル配列方向に沿う断面説明図である。同じく他の例を示すノズル配列方向に沿う断面説明図である。本発明の第１実施形態におけるＦＰＣの説明図である。同ＦＰＣを実装したヘッドのアクチュエータユニットの斜視説明図である。同じく配線基板を実装したヘッドのノズル面と反対側から見た斜視説明図である。本発明の第２実施形態を説明する斜視説明図である。本発明の第３実施形態におけるＦＰＣの説明図である。同ＦＰＣの部品採りの説明に供する説明図である。同実施形態に係るヘッドの概略斜視説明図である。同ヘッドのＦＰＣを実装した１つのアクチュエータユニットの斜視説明図である。同じく配線基板を実装したヘッドのノズル面と反対側から見た斜視説明図である。同じくＦＰＣを除いた図１３のＡ−Ａ線に沿う断面斜視説明図である。本発明の第４実施形態におけるヘッドのＦＰＣを実装したアクチュエータユニットの斜視説明図である。本発明の第５実施形態におけるＦＰＣを実装したヘッド一体型カートリッジ（ヘッドユニット）の側面説明図である。同じくユニットのインクタンク側から見た底面説明図である。同じくＦＰＣ上にヘッドを取り付けた状態の平面説明図である。同じくヘッドの平面説明図である。同じくＦＰＣの説明図である。本発明の第６実施形態におけるＦＰＣ上にヘッドを取り付けた状態の平面説明図である。本発明の第７実施形態におけるＦＰＣ上にヘッドを取り付けた状態の平面説明図である。本発明に係る液滴吐出ヘッドを備える画像形成装置の一例を示す機構部の全体構成を説明する概略構成図である。同じく機構部の要部平面説明図である。ライン型ヘッドの一例の説明に供する説明図である。

符号の説明

１…流路板
２…ノズル板
３…振動板
４…ノズル
６…個別液室
１０…共通液室
１２…圧電素子
１２Ａ、１２Ｂ…圧電素子柱
１３…ベース部材
１５…ＦＰＣ（プリントフレキシブル基板）
２１…入力端子部
２２…出力端子部
２４…配線基板
２３４…キャリッジ
２３５…記録ヘッド
３００…ヘッド
４００…ＦＰＣ
５００…インクタンク
６００…配線基板

Claims

ノズルから液滴を吐出させるエネルギーを発生する複数の駆動素子が並べて配列された複数の駆動素子列と、
複数の駆動素子列に信号を入力する複数のフレキシブルプリント基板と、
前記フレキシブルプリント基板の入力端子が接続されている配線基板と、を備えた液滴吐出ヘッドにおいて、
前記配線基板の表面は前記ノズルを有する面と垂直で、かつ、前記配線基板は前記ヘッド長手方向と平行であり、ヘッド短手方向における前記ノズルを有する面の幅内に配置されており、
前記複数のフレキシブルプリント基板は互いに前記配線基板を挟んで対面して配置され、一枚の配線基板に接続される前記入力端子部同士は前記対面方向に互いに対向しない位置に設けられており、
前記フレキシブルプリント基板の入力端子部は出力端子部と平行に設けられ、前記入力端子部の前記駆動素子列の列方向の長さが前記出力端子の長さの半分以下であり、
前記配線基板はバイパスコンデンサが実装されたプリント配線基板であり、
前記フレキシブルプリント基板には駆動ＩＣが実装されて前記出力端子側の接続配線の本数よりも前記入力端子側の接続配線の本数が少なく形成されており、
前記駆動ＩＣは、前記入力端子部と前記出力端子部に挟まれる領域であって、前記入力端子部の幅よりも内側の領域に実装されている
ことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
請求項１に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記フレキシブルプリント基板の入力端子部は前記駆動素子列の中央部に位置していないことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
請求項１又は２に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、複数の前記フレキシブルプリント基板は同じ形状であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
インクジェットヘッドとインクタンクを一体化したインクカートリッジにおいて、前記インクジェットヘッドが請求項１ないし３のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とするインクカートリッジ。
請求項１ないし３のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド又は請求項４に記載のインクカートリッジを備えていることを特徴とする画像形成装置。