JP6932571B2 - 液体吐出ヘッド - Google Patents
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Description
高速記録を実現するためには、液体吐出装置の本体から入力される、液体吐出ヘッドを制御するための制御信号を高速に処理する必要がある。このため、液体吐出ヘッドには、特定用途向け集積回路(ASIC)のような制御信号を処理するための集積回路を搭載するものがある(特許文献1および2参照)。
しかしながら、クロック周波数を高くすると、制御信号がノイズの影響を受けやすくなる。このため、制御信号の波形が乱れ、その結果、液体の吐出に影響を与える恐れがある。例えば、制御信号内の記録データやクロックなどを伝送する信号線の近傍に、他の配線が存在すると、制御信号の波形が乱れてしまうことがある。特に他の配線が記録データやクロックなどよりも電位の高い電気信号を伝送する高電位の配線の場合、駆動時に電源信号の変動によって、制御信号の信号波形が大きく乱れてしまうことがある。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態の液体吐出装置を示す斜視図である。図1に示す液体吐出装置100は、被記録媒体Pを連続的または間欠的に搬送しながら1パスで記録を行うページワイド型(ライン型)の記録装置である。液体吐出装置100は、被記録媒体Pを搬送する搬送部(不図示)と、被記録媒体Pの搬送方向と略直交して配置される液体吐出ヘッド1とを備える。液体吐出ヘッド1は、被記録媒体Pの幅(搬送方向とは略直交する方向の長さ)に対応したサイズを有する。液体吐出ヘッド1は、本実施形態では、液体としてCMYK(シアン、マゼンタ、イエロー、ブラック)のインクを吐出することでフルカラー印刷を行うことが可能である。
図2および図3に示すように液体吐出ヘッド1は、液体を吐出する複数の素子基板10と、素子基板10と電気的に接続される電気配線基板11と、電気配線基板11を支持する支持部材12と、電気配線基板11を保護する保護板金13とを有する。保護板金13は、電気配線基板11を覆うように支持部材12に取り付けられるが、図3では、図示を省略している。ページワイド型の液体吐出ヘッド1は、複数の素子基板10が直線状(インライン)に配列されている。
複数の素子基板10は、支持部材12の下面に設けられ、支持部材12の長手方向に沿って直線上に配列されている。複数の素子基板10の全体の長さは、被記録媒体Pの幅以上である。本実施形態では、支持部材12の長手方向は略水平方向であるX方向を向いている。
素子基板10は、液体を吐出する吐出口(図示せず)と、吐出口から吐出する液体を貯留する圧力室(図示せず)と、液体を吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子(図示せず)とを備える。本実施形態では、エネルギー発生素子はヒータである。素子基板10は、素子基板10の温度調整を行うためのサブヒータ(図示せず)なども備えている。
各素子基板10は、別々のフレキシブル配線基板17と電気的に接続されている。各フレキシブル配線基板17は電気配線基板11と電気的に接続されている。したがって、電気配線基板11は、フレキシブル配線基板17を介して複数の素子基板10と電気的に接続される。
電気配線基板11は、支持部材12における素子基板10が設けられた面とは別の面に設けられる。本実施形態では、電気配線基板11は支持部材12の側面に設けられる。電気配線基板11の長手方向はX方向を向き、電気配線基板11の短手方向は略垂直方向であるZ方向を向いている。なお、図3では、電気配線基板11に設けられた電気配線基板コネクタ22〜24および信号配線コネクタ25が示されているが、これらについては後述する。
支持部材12は、液体吐出装置100の本体から、液体吐出ヘッドを動作させるための電気信号が入力されるコネクタ(図6)を有する電気入力部材(図6)を支持するコネクタ支持部12aが設けられている。
集積回路基板14は、図の例では、素子基板10が設けられた面と略平行、かつ、電気配線基板11と略直交するように配置される。集積回路基板14は、支持部材12における素子基板10が設けられた面とは反対側の面に設けられる。
上記のように集積回路基板14を配置することにより、液体吐出ヘッド1の大型化を抑制することが可能になる。より具体的には、液体吐出ヘッド1の高さ方向(Z方向)および奥行き方向(Y方向)の小型化が可能となり、その結果、液体吐出装置100の設計自由度を向上させることが可能になる。特にスキャナなどのユニットを液体吐出装置100の上部に搭載する場合、高さ方向の小型化は重要となるため、集積回路基板14の配置は図の例が望ましい。なお、図の例では、集積回路基板14の長手方向はX方向を向き、集積回路基板14の短手方向はX方向およびY方向の両方と略直交するZ方向を向いている。
電気配線基板11および集積回路基板14は、複数の層で構成された複層基板である。本実施形態では、電気配線基板11および集積回路基板14として、4層で構成された4層基板が使用されている。
保護板金15および16は、それぞれ集積回路基板14の別の面を覆うことで、それらの面を保護する。図の例では、保護板金15は、集積回路基板14の下面(うら面)を覆い、保護板金16は、集積回路基板14の上面(おもて面)を覆う。保護板金15は、集積回路基板14を覆う面の反対の面が支持部材12と対向するように支持部材12に取り付けられる。このため、集積回路基板14は保護板金15を介して支持部材12に取り付けられる。
なお、液体吐出ヘッド1には、上記構成の他に、液体を一時的に貯留するサブタンクや、素子基板10を保護するヘッドカバーなどの部品が設けられるが、ここでは、説明を省略している。
図4に示すように電気配線基板11は、フレキシブル配線基板17と電気的に接続される配線接続部21を備える。配線接続部21は、フレキシブル配線基板17と電気的に接続された後に、ウェッジボンデングなどによって封止される。
また、電気配線基板11は、液体吐出装置100の本体から液体吐出ヘッド1を動作させるための電気信号が入力される電力入力部である電気配線基板コネクタ22〜24と、集積回路基板14との間で信号の入出力を行う信号配線コネクタ25とを有する。信号配線コネクタ25は、集積回路基板14から制御信号が入力される信号入力部として機能する。また、電気配線基板11は、ビス(不図示)を介して電気配線基板11を接地するためのビス孔27をさらに有する。
電気配線基板コネクタ22〜24は、電気配線基板11の長手方向であるX方向と直交する中心線Cよりも、図2のコネクタ支持部12aにて支持される電気入力部材(図示せず)側に設けられる。信号配線コネクタ25は、コネクタや電気配線基板コネクタ22〜24とは、中心線Cを挟んで逆側に設けられる。信号配線コネクタ25は、信号配線26を介して配線接続部21と電気的に接続されている。信号配線26は、電気配線基板11に入力された制御信号をフレキシブル配線基板17まで伝送させる。
図5(a)に示すように集積回路基板14のおもて面には、集積回路30と、集積回路30と電気的に接続されたメモリ31とが設けられる。また、集積回路基板14のおもて面には、液体吐出装置100の本体との間で信号の入出力を行うHDMI(High-Definition Multimedia Interface)コネクタ32が設けられている。HDMIコネクタ32は、液体吐出装置100の本体から素子基板10を制御するための制御信号である外部制御信号が入力される外部入力部として機能する。
また、図5(b)に示すように集積回路基板14のうら面には、集積回路基板コネクタ33と、高電位系配線34と、DC/DCコンバータ35と、スルーホール群36と、信号配線コネクタ37とを有する。また、集積回路基板14には、電解コンデンサ38のような他の回路が設けられていてもよい。
集積回路基板コネクタ33は、電気配線基板11から高電位の電気信号である第1の電気信号が入力される接続部である。第1の電気信号の詳細な説明は後述する。高電位系配線34は、集積回路基板コネクタ33に入力された第1の電気信号を伝送する配線である。図示されている高電位系配線34は、集積回路基板コネクタ33とDC/DCコンバータ35とを電気的に接続する配線の一部である。
DC/DCコンバータ35は、集積回路基板コネクタ33の近傍に設けられる。DC/DCコンバータ35は、高電位系配線34を伝送してきた第1の電気信号を降圧する降圧部である。DC/DCコンバータ35による降圧方法は、特に限定されない。
DC/DCコンバータ35によって降圧された電気信号は集積回路30に供給される。集積回路30は、DC/DCコンバータ35からの電気信号とHDMIコネクタ32からの外部制御信号に基づいて動作する。例えば、集積回路30は、電気信号によって駆動され、外部制御信号に基づいて制御信号を出力する。
スルーホール群36は、集積回路30のおもて面に設けられた集積回路30と電気的に接続される。信号配線コネクタ37は、スルーホール群36を介して集積回路30と電気的に接続される。また、信号配線コネクタ37は、図4に示した電気配線基板11の信号配線コネクタ25と電気的に接続され、集積回路30からの制御信号を電気配線基板11の信号配線コネクタ25に出力する出力部として機能する。信号配線コネクタ25および信号配線コネクタ37は、本実施形態では、BtoBコネクタであるが、他の種類のコネクタでもよい。
また、集積回路基板14には、集積回路基板14のおもて面からうら面まで貫通する複数のビス孔39が設けられている。ビス孔39は、ビス(不図示)を介して集積回路基板14を接地するために使用される。
上記構成において、HDMIコネクタ32と集積回路基板コネクタ33とはできるだけ離れた位置に配置されることが望ましい。また、集積回路基板コネクタ33とDC/DCコンバータ35とを電気的に接続する配線は、他の配線(例えば、集積回路30とHDMIコネクタ32とを電気的に接続する配線など)と交差や並走しないことが望ましい。また、集積回路30と信号配線コネクタ37とはできるだけ近い位置に配置されることが望ましい。以上のような構成とすることで、高電位の電気信号を伝送する配線網と低電位の電気信号を伝送する配線網とを分離することが可能になり、電気信号に対するノイズの影響を低減することが可能になる。なお、並走とは、隣接して平行に延びることである。
電気配線基板11には、液体吐出ヘッド1を動作させるための電気信号である動作信号が入力される。この動作信号を伝送する電源系統には、電気配線基板11などに搭載されている種々の回路を制御するための低電位の電源系統(ロジック系の電源系統)と、素子基板10のヒータやサブヒータを駆動するための高電位の電源系統(駆動系の電源系統)とがある。このため、液体吐出装置100の本体から動作信号が入力されるコネクタとしては、複数の電源系統をまとめることができるドロワ―コネクタが望ましい。
図6は、ドロワーコネクタを有する電気入力部材を示す斜視図である。図6に示す電気入力部材200は、図2に示したコネクタ支持部12aに支持される。
電気入力部材200は、ドロワーコネクタ50と、ドロワーコネクタ50と接続されたケーブルであるハーネス(配線の束)51とを有する。ハーネス51は、ドロワーコネクタ50とは逆側で4つのハーネス51a〜51dに分割されている。ハーネス51a〜51dのそれぞれのドロワーコネクタ50とは逆側の端部には、端子52〜55が設けられている。
ハーネス51a、51bおよび51dは、高電位の電源系統のケーブル、つまり動作信号のうち高電位の第1の電気信号を伝送する第1のケーブルである。ハーネス51aおよび51bの端部に設けられた端子52および53は、それぞれ電気配線基板11の電気配線基板コネクタ22および23と接続される。ハーネス51aおよび51bを伝送する電気信号は、素子基板10のヒータやサブヒータなどを駆動するため使用される。
ハーネス51dの端部に設けられた端子55は、集積回路基板14の集積回路基板コネクタ33と接続される。ハーネス51dを伝送する電気信号は、集積回路30のような集積回路基板14に搭載されている回路を駆動するために使用される。
ハーネス51cは、低電位の電源系統のケーブル、つまり動作信号のうち低電位の第2の電気信号を伝送する第2のケーブルである。ハーネス51cの端部に設けられた端子54は、電気配線基板11の電気配線基板コネクタ24と接続される。ハーネス51dを伝送する電気信号は、電気配線基板11に搭載されたロジック回路(図示せず)のような回路を制御するために使用される。
第2の電気信号の電位は、第1の電気信号の電位よりも低い。本実施形態では、第1の電気信号の電位は15V以上であり、第2の電気信号の電位は10V未満である。
なお、集積回路30は低電位で駆動するため、集積回路基板コネクタ33に供給された第1の電気信号は、上述したように集積回路基板14に設けられたDC/DCコンバータ35を用いて降圧されてから集積回路30に供給される。集積回路基板コネクタ33に供給される電気信号が低電位の場合、その低電位の電気信号が電気配線基板11に供給されている高電位の電気信号による電磁誘導の影響で変動してしまう恐れがある。このため、本実施形態では、集積回路基板コネクタ33に供給される電気信号を高電位とすることで、電気信号の変動を軽減することを可能にしている。
図7(a)は、ハーネス51a〜51dの接続関係を示す。図7に示すようにドロワーコネクタ50を有する電気入力部材200は支持部材12のコネクタ支持部12aに支持され、ドロワーコネクタ50は液体吐出装置100の本体と電気的に接続される。また、集積回路基板14のHDMIコネクタ32は、液体吐出装置100の本体と電気的に接続される。
図7(a)に示すようにドロワーコネクタ50から延びたハーネス51aの端部に設けられた端子52は、電気配線基板11の電気配線基板コネクタ22と接続されている。ハーネス51bの端部に設けられた端子53は、電気配線基板11の電気配線基板コネクタ23と接続されている。ハーネス51cの端部に設けられた端子54は、電気配線基板11の電気配線基板コネクタ24と接続されている。ハーネス51dの端部に設けられた端子55は、集積回路基板14の集積回路基板コネクタ33と接続されている。
ハーネス51dは、ハーネス51cと並走しないように配置される。具体的には、ハーネス51dは、ドロワーコネクタ50の近傍でハーネス51cとは略直交する方向(略垂直方向(電気配線基板11の短手方向)であるZ方向)に延びている。これにより、ハーネス51dを伝送する高電位の電気信号がハーネス51cを伝送する低電位の電気信号に与える影響を軽減することが可能になる。さらに、ハーネス51dは、電気配線基板11の上面までZ方向に延び、その後、集積回路基板コネクタ33に接続する位置まで概ね電気配線基板11の上面をX方向に沿って配置される。これにより、ハーネス51dはハーネス51aおよび51bに対しても並走しないように配置される。
上記の配置のためには、ハーネス51dはハーネス51cよりも長いことが望ましい。また、電気配線基板コネクタ22〜24のうち、ハーネス51cの端子54と接続される電気配線基板コネクタ24がドロワーコネクタ50に最も近い位置にあることが望ましい。
電気配線基板11における第1の電気信号を伝送する第1の配線(図示せず)と第2の電気信号を伝送する第2の配線(図示せず)とは、電気配線基板11において互いに並走しないように配置される。なお、第1の配線は、例えば、第1の電気信号が電気配線基板コネクタ22および23に入力された直後にスルーホール(図示せず)によって下層に伝送され、その後、電解コンデンサ28の近傍で表層に伝送されるように設けられる。電解コンデンサ28は、フレキシブル配線基板17の近傍でX方向に並設されている。
また、上述したように信号配線コネクタ25は、ドロワーコネクタ50や電気配線基板コネクタ22〜24とは、電気配線基板11の長手方向であるX方向と直交する中心線Cを挟んで逆側に設けられる。この場合、電気配線基板11上の信号配線26をハーネス51a〜51cと接触させずに配置することができる。なお、集積回路基板コネクタ33に接続されるハーネス51dも電気配線基板11の上面を沿って配置されるため、信号配線26とハーネス51dとが接触することはない。
また、図7(b)に示したように電気配線基板11には、ビス41を用いて保護板金13が取り付けられる。これにより、電気配線基板11は、ビス41を介して保護板金13とグランド接続される。また、図9に示すように集積回路基板14には、ビス42を用いて保護板金15および16が取り付けられる。これにより、集積回路基板14は、ビス42を介して保護板金15および16とグランド接続される。このとき、保護板金13、15および16は互いに電気的に接続されるように取り付けられることが望ましい。この場合、電気配線基板11、集積回路基板14、保護板金13、15および16が全て電気的に接続されるため、広いグランド面を確保することが可能になり、電気的に安定した液体吐出ヘッド1を構成することが可能になる。
図10〜図12は、液体吐出ヘッド1の別の構成を例示する図である。具体的には、図10〜図12は、電気配線基板11や集積回路基板14などの位置関係を例示する図である。
図10(a)および図10(b)の例では、電気配線基板11と集積回路基板14とが互いに略平行に配置される。図10(a)では、上から見て、集積回路基板14は電気配線基板11からフレキシブル配線基板17が設けられた側と反対側にはみ出している。図10(b)では、上から見て、集積回路基板14は電気配線基板11の中に収まっている。
図11および図12では、電気配線基板11と集積回路基板14の位置関係を明確に示すために、位置関係の説明に不要な部材を省略して描いている。また、図11および図12では、横から見た液体吐出ヘッド1が示されている。
図11(a)の例では、第1の実施形態と同様に電気配線基板11と集積回路基板14とが互いに略直交するように配置されているが、第1の実施形態とは異なり、電気配線基板11の長手方向Aと集積回路基板14の長手方向Bとが略直交している。
図11(b)の例では、電気配線基板11と集積回路基板14の両方が略垂直方向に沿って配置され、かかつ、電気配線基板11と集積回路基板14とが略垂直方向に並設されている。
図11(c)の例では、電気配線基板11と集積回路基板14とが互いに略平行に配置され、かつ、電気配線基板11の短手方向Cと集積回路基板14の長手方向Bとが略平行に配置されている。また、素子基板10が略水平方向に沿って配置され、電気配線基板11と素子基板10とが略水平方向に並設されている。
図12(b)の例では、図11(c)の例と同様に、電気配線基板11と集積回路基板14とが互いに略平行に配置され、かつ、電気配線基板11の短手方向Cと集積回路基板14の長手方向Bとが略平行に配置されている。しかし、素子基板10の配置が図10(c)の例とは異なる。具体的には、素子基板10が略水平方向に沿って配置され、電気配線基板11と素子基板10とが略垂直方向に並設されている。
図12(c)の例では、第1の実施形態と同様に電気配線基板11と集積回路基板14とが互いに略直交するように配置されているが、第1の実施形態とは異なり、電気配線基板11が集積回路基板14の中央付近で集積回路基板14と接続される。また、素子基板10は、電気配線基板11の略水平方向の両側に電気配線基板11と略直交するように配置されている。
図12(d)は、複数の電気配線基板11が設けられている例を示している。具体的には、図12(d)の例では、第1の実施形態と同様に電気配線基板11と集積回路基板14とが互いに略直交するように配置されている。しかしながら、第1の実施形態とは異なり、集積回路基板14の長手方向Bの両端にそれぞれ電気配線基板11が接続されている。また、水平方向における2つの電気配線基板11の間に、両方の電気配線基板11とフレキシブル配線基板17を介して接続されるように素子基板10が設けられている。
以上説明した配置例は単なる一例であって、電気信号の変動による制御信号の波形の乱れを低減することができるものであれば、他の配置でもよい。なお、スキャナなどのユニットを液体吐出装置100の上部に搭載しない場合には、第1の実施形態で説明したような集積回路基板14が電気配線基板11と略直交するような配置である必要はない。
例えば、液体吐出装置100は、ページワイド型の記録装置に限らず、シリアル型の記録装置などでもよい。また、各実施形態で説明したHDMIコネクタ32などの各種コネクタの種類は、単なる一例であって、それらに限定されるものではない。
10 素子基板
11 電気配線基板
14 集積回路基板
22〜24 電気配線基板コネクタ(電力入力部)
25 信号配線コネクタ(信号入力部)
30 集積回路
33 集積回路基板コネクタ(接続部)
32 HDMIコネクタ(外部入力部)
35 DC/DCコンバータ(降圧部)
37 信号配線コネクタ(出力部)
51a〜51d ハーネス(ケーブル)
50 ドロワーコネクタ(コネクタ)
200 電気入力部材
Claims (12)
- 液体を吐出する素子基板と、前記素子基板を制御するための制御信号を出力する集積回路を備える集積回路基板と、前記素子基板と電気的に接続された電気配線基板と、を備える液体吐出ヘッドにおいて、
前記電気配線基板は、前記制御信号が入力される信号入力部と、当該液体吐出ヘッドを動作させるための電気信号が入力される電力入力部と、を有し、
前記信号入力部と前記電力入力部とが前記電気配線基板の長手方向と直交する中心線を挟んで互いに反対側に配置されており、
前記電力入力部と接続されたケーブルを含む複数のケーブルと、当該複数のケーブルと接続されたコネクタとを有する電気入力部材をさらに備え、
前記複数のケーブルは、前記電気信号として第1の電気信号を伝送する第1のケーブルと、前記第1の電気信号よりも電位の低い第2の電気信号を伝送する第2のケーブルとを含み、
前記第1のケーブルは、前記集積回路基板と接続され、
前記第2のケーブルは、前記電力入力部と接続されることを特徴とする液体吐出ヘッド。 - 前記第1のケーブルと前記第2のケーブルとが並走しないように配置されることを特徴とする請求項1に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記第1のケーブルと前記第2のケーブルとが互いに直交するように配置されることを特徴とする請求項2に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記第1のケーブルは、前記第2のケーブルよりも長いことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記集積回路基板は、前記第1のケーブルと接続する接続部と、前記制御信号を出力する出力部とを有し、
前記接続部は、前記集積回路基板の長手方向において前記コネクタと前記出力部との間に設けられていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。 - 前記集積回路基板は、前記第1のケーブルを伝送してきた前記第1の電気信号を降圧する降圧部を有し、
前記集積回路は、前記降圧部にて降圧された第1の電気信号によって駆動することを特徴とする請求項5に記載の液体吐出ヘッド。 - 前記接続部と前記降圧部とを電気的に接続する配線は、他の配線と交差しないことを特徴とする請求項6に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記集積回路基板は、外部制御信号が入力される外部入力部を有し、
前記集積回路は、前記外部制御信号に基づいて前記制御信号を前記出力部から出力し、
前記外部入力部と前記接続部とは、前記集積回路を挟んで互いに反対側に設けられることを特徴とする請求項5ないし7のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。 - 前記コネクタは、ドロワーコネクタであることを特徴とする請求項1ないし8のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記第1の電気信号の電位は15V以上であり、前記第2の電気信号の電位は10V未満であることを特徴とする請求項1ないし9のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
- 当該液体吐出ヘッドは、ページワイド型の液体吐出ヘッドであって、複数の前記素子基板が液体吐出ヘッドの長手方向に沿って配列されていることを特徴とする請求項1ないし10のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記複数の素子基板は直線状に配列されていることを特徴とする請求項11に記載の液体吐出ヘッド。
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