JP7013281B2 - 液体吐出ヘッド及びインクジェット記録装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体吐出ヘッド及びインクジェット記録装置に関する。

フルライン型のインクジェット記録装置に搭載されるような液体吐出ヘッドでは、長尺化と製造時の歩留まり向上を満たすために、複数の記録素子基板を記録媒体の幅方向に配列して構成されるものがある。例えば特許文献１には、一列に配列する複数の記録素子基板のそれぞれに対し、電気基板から電力や吐出信号を供給する構成が開示されている。また、特許文献２には、複数の記録素子基板を２列に配列し、これら２列の更に両側に吐出信号や電力を供給するための電気基板をレイアウトする構成が開示されている。

特許文献２のように配列された個々の記録素子基板を両側の２つの電気基板に電気接続するようにすれば、特許文献１のように電気基板を１列に配置するよりも、記録素子基板に電力を供給する際の電圧降下を抑えることができる。その結果、個々の記録素子基板に更に多くの吐出素子を配備し、更に高密度且つ高速に画像を記録することが可能となる。

米国特許第７７５８１４２号明細書 特開平７－１８６３８６号公報

しかしながら、特許文献２の構成では、記録素子基板が配列する面の、記録素子基板の配列方向に交差する方向における記録素子基板の更に外側に電気基板を配置させることになるため、液体吐出ヘッドの奥行き方向のサイズが大きくなってしまう。

本発明は上記問題点を解消するためになされたものである。よってその目的とするところは、奥行き方向のサイズを抑えながらも高速の吐出動作が可能な液体吐出ヘッドを提供することである。

そのために本発明は、液体を吐出する素子が配列された複数の素子基板と、第１端子を備え、前記素子基板に電力及び吐出信号を供給する複数の電気基板と、前記第１端子と電気接続される第２端子を備え、前記素子基板と前記電気基板とを電気接続する複数のフレキシブル基板と、を備える液体吐出ヘッドであって、前記複数の電気基板は、前記複数の素子基板が配列する面と異なる面に沿い、且つ前記複数の素子基板が配列する方向に沿って配列された複数の電気基板列を形成し、前記フレキシブル基板は湾曲した状態で前記素子基板と前記電気基板とを電気接続し、前記複数の電気基板列は、前記電気基板の第１面の少なくとも一部が互いに対向するように配置された２列の前記電気基板列を含み、前記電気基板の前記第１面の裏面である第２面の側に、前記第１端子と前記第２端子との電気接続部が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、奥行き方向のサイズを抑えながらも高速の吐出動作が可能な液体吐出ヘッドを提供することができる。

液体吐出ヘッドの使用例を示す図である。 液体吐出ヘッドに対するインク循環流路を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は、液体吐出ヘッドの外観斜視図である。 液体吐出ヘッドの分解斜視図である。 （ａ）及び（ｂ）は、電気基板支持部の結合状態を示す図である。 （ａ）～（ｅ）は、第１流路部材と第２流路部材の連結を示す図である。 第１流路部材と第２流路部材をＺ方向から見た透視図である。 液体吐出ヘッドの流路断面図である。 （ａ）～（ｃ）は、記録素子基板の層構造を説明するための図である。 カバープレートを除いた記録素子基板の平面拡大図である。 隣接する記録素子基板の接続状態を示す図である。 記録素子基板の断面図である。 記録素子基板に対する吐出データの分配状態を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は、吐出モジュールの詳細構成を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は吐出モジュールと電気基板の接続状態図である。 （ａ）及び（ｂ）は、フレキシブル基板の拡大図である。 液体吐出ヘッドの断面図である。 （ａ）～（ｃ）は、各種基板の接続状態の別形態を示す図である。

図１は、本発明の液体吐出ヘッド３をインクジェット記録ヘッドとして使用した例を示す図である。インクジェット記録装置１０００は、フルラインタイプのカラーインクジェット記録装置であり、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）のインクを吐出する４つの液体吐出ヘッド３が、Ｘ方向に配置している。液体吐出ヘッド３のそれぞれには、複数の吐出口がＹ方向に配列しており、搬送部１によって一定の速度でＸ方向に搬送される記録媒体２に対しＺ方向にインクを吐出する。これにより、記録媒体２には、所望の画像が記録される。

図２は、液体吐出ヘッド３に対するインクを供給及び回収するための循環流路を示す図である。ここでは、１色のインクについての循環流路を示しているが、記録装置１０００にはこのような循環流路が、ＣＭＹＫのインク色ごとに用意されている。バッファタンク１００３は、循環ポンプＰ１～Ｐ３と接続されており、これらポンプによって液体吐出ヘッド３を含む循環流路でインクが循環されるようになっている。一方、バッファタンク１００３内のインク残量が少なくなると、補充ポンプＰ０が作動し、装置内に固定されている大容量のメインタンク１００６からインクが補充される。バッファタンク１００３には大気連通口が形成されており、流入した気泡を液体循環流路から排出できるようになっている。

循環ポンプＰ１は、液体接続部１１１を介して液体供給ユニット４から流出されるインクを、バッファタンク１００３に導く。循環ポンプＰ１を配備しておくことにより、液体吐出ヘッド３に対するバッファタンク１００３の水頭圧の影響を低減し、結果として、インクジェット記録装置１０００内におけるバッファタンク１００３のレイアウトに自由度をもたせることができる。なお、循環ポンプＰ１の代わりに、例えば負圧制御ユニット２３０に対して所定の水頭差をもって配置された水頭タンクを接続しても、上記作用効果を得ることはできる。一方、循環ポンプＰ２及びＰ３は、バッファタンク１００３に貯留されたインクを、液体接続部１１１を介して液体供給ユニット４に供給する。

液体供給ユニット４は、液体接続部１１１より収容したインクを、フィルタ２２１を介して異物を取り除いた後、液体吐出ユニット３００に供給する。一方、液体吐出ユニット３００より回収されるインクは、液体供給ユニット４の負圧制御ユニット２３０に流入する。

負圧制御ユニット２３０には、高流圧でインクを流出する負圧制御ユニットＨと低流圧でインクを流出する負圧制御ユニットＬがあり、これよりも上流に位置する液体吐出ユニット３００内の共通供給流路６２１と共通回収流路６２２にそれぞれ連結されている。負圧制御ユニット２３０は所謂背圧レギュレータのように作用し、液体吐出ユニット３００の吐出動作に伴うインクの消費に関わらず、共通供給流路６２１と共通回収流路６２２の流圧を一定範囲内に収めている。

液体吐出ユニット３００には、負圧制御ユニットＨにより高圧力でインクが流れる共通供給流路６２１と、負圧制御ユニットＬにより低圧力でインクが流れる共通回収流路６２２のほか、複数の記録素子を備えた記録素子基板１０がＹ方向に複数配列されている。個々の記録素子基板１０には、共通供給流路６２１と接続する個別供給流路５２１と、共通回収流路６２２と接続する個別回収流路５２２が接続されており、共通供給流路６２１と共通回収流路６２２の流圧差に伴うインク流れが発生する。すなわち、高圧力を有する共通供給流路６２１より個別供給流路５２１を介してインクが流入され、更にそのインクが個別回収流路５２２を介して共通回収流路６２２へ流出される。個々の記録素子基板１０で吐出動作が行われると、循環中のインクの一部が吐出によって消費され、残りのインクは個別回収流路５２２及び共通回収流路６２２を経て、液体供給ユニット４に排出される。

以上のような循環供給回路を用いた液体吐出ヘッド３においては、吐出動作で発生した熱を流動する液体が奪って行くので、蓄熱に伴う吐出不良が起こり難くなる。また、増粘インクや異物も停滞し難く、すべてのノズルの吐出状態を安定させることができる。更に、本実施形態のように、負圧制御ユニットＨと負圧制御ユニットＬを液体吐出ヘッド３の両端部に配した構成では、記録素子基板１０を挟んで並列する共通供給流路６２１の流方向（右から左）と共通回収流路６２２の流方向（左から右）が対向する状態となる。このため、個々の記録素子基板１０を介して共通供給流路６２１と共通回収流路６２２の間で熱交換が促進され、複数の記録素子基板１０の温度も平均化される。結果、温度差に起因する吐出量のばらつきが抑えられ、濃度むらが低減される。

図３（ａ）および（ｂ）は、液体吐出ヘッド３の外観斜視図である。本実施形態の液体吐出ヘッド３は、記録媒体２の全幅をカバーするフルライン型のカラーインクジェット記録ヘッドであり、Ｙ方向には多数の記録素子基板１０が配列し、個々の記録素子基板１０が吐出データに従って所定色のインクをＺ方向に吐出する。記録素子基板１０内を循環するインクは、Ｙ方向の両端に配された液体供給ユニット４を介して供給されたり排出されたりする。液体接続部１１１のそれぞれには、循環ポンプＰ１、Ｐ２、Ｐ３と連通するチューブが接続される。

一方、吐出データや吐出動作のための電力は、様々な用途の電気配線がレイアウトされた電気基板９０の信号入力端子９１及び電力供給端子９２に入力され、図３では不図示のフレキシブル基板４０を介して、個々の記録素子基板１０に供給される。本実施形態において、信号入力端子９１及び電力供給端子９２は、電気基板９０のＸ方向の両面に対称的に配されており、図３では不図示のフレキシブル基板４０も電気基板９０の両面から個々の記録素子基板１０の両側に接続されている。シールド板１３２は、このような電気基板９０の電気的接続をＸ方向の両面から保護している。

図４は、液体吐出ヘッド３の分解斜視図である。Ｙ方向に延在する電気基板支持部８２には、±Ｘ方向の両面において、複数の電気基板９０がＹ方向に連続するように取り付けられる。そして、これら部材の＋Ｚ方向側には液体吐出ユニット３００を構成する第２の流路部材６０、第１の流路部材５０、吐出モジュール２００及びカバー部材１３０がこの順に積層される。液体吐出ヘッド３全体の剛性は、主に第２流路部材６０によって担保されている。カバー部材１３０には開口１３１が形成されており、吐出モジュール２００の一部として配列する記録素子基板１０の吐出口面が露出されるようになっている。２つの液体吐出ユニット支持部８１は、液体吐出ユニット３００の±Ｙ方向より取り付けられ、電気基板支持部８２（支持板）にビス止めされる。そして、片方には高圧力用の負圧制御ユニットＨを備えた液体供給ユニット４が、もう片方には低圧力用の負圧制御ユニットＬを備えた液体供給ユニット４が、それぞれ－Ｚ方向側から装着される。これにより、液体供給ユニット４と第２流路部材６０が流体的に接続される。

図５（ａ）および（ｂ）は、液体吐出ユニット支持部８１と電気基板支持部８２との結合状態を示す図である。図５（ａ）はＸ方向から見た側断面図、図５（ｂ）は－Ｚ方向から見た上面図である。

電気基板支持部８２は、片方の端部がＸ方向に突出した電気基板固定部８２ａ、もう片方の端部が－Ｘ方向に突出した電気基板固定部８２ｂとなっている。それぞれの側面に液体吐出ユニット支持部８１が電気基板固定部８２ａに設けられたビス穴８５ａと電気基板固定部８２ｂに設けられたビス穴８５ｂとを介してビス止めされる。２つの液体吐出ユニット支持部８１が電気基板支持部８２に対し点対称に固定されることにより、電気基板支持部８２の剛性は強化され、液体吐出ヘッドの変形が抑えられる。

この際、片方の電気基板固定部８２ｂにおけるビス穴８５ｂをＹ方向に長い可動穴としておくことにより、電気基板支持部８２と第２流路部材６０の間で線膨張係数の差に伴うずれが生じても、互いの連結状態を確保しておくことができる。更に、液体吐出ヘッド３が図１のように複数並列する場合は、いずれの液体吐出ヘッドにおいても可動穴をＹ方向の同じ側に配備しておくことにより、各色の記録位置ずれを防ぐことができる。なお、このような可動穴はＹ方向についてのみ用意しておけば十分である。一般に、線形膨張係数の差に伴う材質間のズレは延在距離が大きい方向に現れやすく、短い方向すなわちＸ方向やＺ方向にも可動領域を確保してしまうと、電気基板９０の様々な方向への振動を許容してしまうからである。

図では、可動領域を拡大するための一例として液体吐出ユニット支持部８１ｂのビス穴を長径にする方法を示したが、長径のビス穴はもう片側の液体吐出ユニット支持部８１ａに設けてもよいし、液体吐出ユニット支持部８１ａと８１ｂの両方に設けてもよい。また、電気基板支持部８２と液体吐出ユニット支持部８１ａ、８１ｂは、段付ねじを用いて固定してもよいしネジ止め以外の方法で固定してもよい。

図６（ａ）～（ｅ）は、第１流路部材５０と第２流路部材６０の詳細な連結構成を説明するための図である。図６（ａ）および（ｂ）は第１流路部材５０の表裏面、図６（ｃ）～（ｅ）は第２流路部材６０の表面、断面、裏面をそれぞれ示している。図６（ａ）が吐出モジュール２００の記録素子基板１０と当接する面となり、図６（ｅ）が液体供給ユニット４と当接する側の面となる。また、図６（ｂ）に示す第１流路部材５０の面と図６（ｃ）に示す第２流路部材６０の面が当接する。液体供給ユニット４より供給されたインクを吐出モジュール２００の個々の記録素子基板１０に導くための流路構成と、個々の記録素子基板１０で消費されなかったインクを液体供給ユニット４に戻すための流路構成が、これら流路部材によって実現されている。

液体吐出ヘッド３全体の剛性は、平板形状を有する第２流路部材６０によって主に担保されている。このため、第２流路部材６０の材質としては、液体に対する十分な耐食性と高い機械強度を有するものが好ましい。具体的にはＳＵＳやＴｉ、アルミナなどを好ましく用いることができる。一方、第１流路部材５０は、第２流路部材６０よりも小型であって個々の吐出モジュール２００すなわち個々の記録素子基板１０に対応する平板形状が、第２流路部材６０に対応する距離だけＹ方向に配列することによって構成されている。

第２流路部材６０において、液体供給ユニット４と当接する面（図５（ｅ））には、図２で説明した液体供給ユニット４の液体接続部１１１と接続する位置に、複数の連通口７２が形成されている。連通口７２は中間層に形成されたＹ方向に延在する共通流路溝７１に連通しており、これら２本の共通流路溝７１のうち、片方は共通供給流路６２１に、もう片方は共通回収流路６２２に相当する。また、第２流路部材６０において、第１流路部材５０の図６Ｂに示す面と当接する面（図６（ｃ））には、２つの共通流路溝７１に沿って、複数の連通口６１が個々の記録素子基板１０に対応する位置に形成されている。

第１流路部材５０において、第２流路部材６０の図６Ｃに示す面と当接する面（図６（ｂ））には、第２流路部材６０に形成された連通口６１に対応する位置に個別連通口５３が形成されている。個別連通口５３は、吐出モジュール２００の記録素子基板１０と当接する面（図６（ａ））において、ノズル列が形成された位置までインクを導くための個別流路５１に接続している。

図７は、第１流路部材５０と第２流路部材６０をＺ方向から見た透視図である。ここでは、１つ分の第１流路部材５０（１つ分の記録素子基板）に対応する領域についてのみ示している。また、図８は、図７におけるＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ断面に記録素子基板１０を追加して示した図である。記録素子基板１０は開口部が形成された支持部材３０に接着された状態で第１流路部材５０に搭載される。支持部材３０における開口部が、記録素子基板１０と第１流路部材５０との間において液体供給口３１となる。

第２流路部材６０の共通供給流路６２１をＹ方向に進行するインクは、連通口６１から第１流路部材５０の個別連通口５３に流入し、連通口５１にてＸ方向に移動する。その後液体供給口３１を介して記録素子基板１０に供給される。記録素子基板１０で消費されなかったインクは、上記とは別の液体供給口３１、連通口５１、個別連通口５３、連通口６１を経て、第２流路部材６０の共通回収流路６２２に回収される。図８における別の断面においては、このような回収時のインク経路が確認される。図２で説明したように、共通供給流路６２１は高流圧用の負圧制御ユニットＨに、共通回収流路６２２は低流圧用の負圧制御ユニットＬにそれぞれ接続されている。このため、図８に示す液体供給口３１においては、記録素子基板１０における吐出頻度に因らず、図の左から右に向かう安定したインク流れが生成される。

図９（ａ）～（ｃ）は、記録素子基板１０の層構造を説明するための図である。図９（ａ）は記録素子基板１０を吐出口面側（＋Ｚ方向側）から見た図、図９（ｂ）は内部構造図、図９（ｃ）は記録素子基板１０を背面側（－Ｚ方向側）から見た図である。これら図に示すように本実施形態の記録素子基板１０は平行四辺形を呈し、その中心に対し点対照な構造を有している。

図９（ａ）に示すように、記録素子基板１０には複数の吐出口１３がＹ方向に配列して成る吐出口列１４がＸ方向に２０列、並列配置している。記録素子基板１０の内部には、図９（ｂ）に示すように、個々の吐出口列１４に対応する液体供給路１８と液体回収路１９が、Ｘ方向に交互に２０列ずつ並列配置している。記録素子基板１０の背面においては、図９Ｃに示すように、液体供給路１８と液体回収路１９に接続する開口２１が、それぞれに対応する位置に形成されたカバープレート２０が配備されている。

図１０は、カバープレート２０を除いた記録素子基板１０の平面拡大図である。本実施形態の液体吐出ヘッド３において、１つの記録素子（ノズル）は、エネルギ発生素子１５、圧力室２３、及び吐出口１３によって構成される。圧力室２３はＹ方向に並ぶ２つの隔壁２２によって規定され、１つの圧力室に１つのエネルギ発生素子が配備されている。エネルギ発生素子１５は図９（ａ）に示す端子１６と電気的に接続されており、電気基板９０及びフレキシブル基板４０を介して、駆動制御される。このような構成のもと、吐出データに従ってエネルギ発生素子１５に電圧パルスが印加されると、圧力室２３に供給されたインク中に膜沸騰が生じ、その泡の成長エネルギによって、エネルギ発生素子１５と対向する位置にある吐出口１３からインクが吐出される。

一方、吐出口列のＸ方向両側には、共通供給流路６２１と接続し圧力室２３にインクを供給するための液体供給路１８と、共通回収流路６２２と接続し圧力室２３からのインクを回収するための液体回収路１９が、Ｙ方向に延在している。また、液体供給路１８及び液体回収路１９のそれぞれには、圧力室２３と連通する供給口１７ａと回収口１７ｂが形成されており、圧力室２３が収容するインクは外部との間で循環される。

以上の構成により、記録素子基板１０において、インクは開口２１→液体供給路１８→供給口１７ａ→圧力室２３→回収口１７ｂ→液体回収路１９→開口２１の順にインクが流れる。そして、圧力室２３内を流動する時にエネルギ発生素子１５が駆動された場合に、その一部が吐出口１３より吐出される。圧力室２３のインクは吐出頻度によらず安定して流動しているので、増粘インク、泡、異物などが混在しても、これらは特定の位置に滞留せず、液体回収路１９へ導出（排出）される。

図１１は、隣接する記録素子基板１０の接続状態を示す図である。図９（ａ）でも説明したように、本実施形態の記録素子基板１０は平行四辺形を呈しており、夫々にＹ方向に延在する短尺の吐出口列が２０列ずつ形成されている。そして、このような記録素子基板１０の複数が、互いの側辺を当接させながら吐出口１３がＹ方向に連続するように配置することにより、２０列の吐出口列１４が完成する。

本実施形態の液体吐出ヘッドにおいて、Ｘ方向に搬送される記録媒体の同じ画素ラインは、異なるノズル列に含まれる２０個のノズルによって代わる代わるドットを記録することができる。すなわち、１列のノズル列しか有さない液体吐出ヘッドに比べて、約２０倍の周波数でドットを記録することができる。また、同じ画素ラインを記録する２０個のノズルのうち一部に吐出不良が生じても、他のノズルによってその吐出動作を補うことができる。

図１１に示すように、２つの記録素子基板１０の接続箇所において、一方の記録素子基板１０の最端部の吐出口１３と、もう一方の記録素子基板１０の最端部の吐出口１３は、Ｙ方向の同じ画素位置にレイアウトされている。即ち、Ｙ方向延在する液体吐出ヘッド３には、異なる記録素子基板がＹ方向に重複する領域が含まれている。言い換えると、そのようにレイアウト可能なように、平行四辺形の傾き角度が設計されている。図では、Ｄ線上の２つの吐出口１３が、Ｙ方向の同じ位置にレイアウトされている。

このような構成によれば、液体吐出ヘッド製造時に２つの記録素子基板１０が多少ずれて接続されてしまっても、接続部に相当する位置の画像は、オーバーラップ領域に含まれる複数の吐出口の協同によって記録することができる。よって、紙面上にされた画像においては、上記ずれに伴う黒スジや白抜けを目立たなくすることができる。

図１２は、記録素子基板１０の断面図である。通常、記録素子基板１０は、インク供給口が形成された基板３０１上にエネルギ発生素子１５やこれに電力を供給する配線が形成され、更にその上に圧力室２３や吐出口１３及び隔壁２２などが形成されたノズル部材が積層されて完成する。ここでは説明のため、ノズル部材を積層する前の状態を示している。

エネルギ発生素子１５（ヒータ）、これに電力を供給する配線３０３、パッド３０２等の配線機構は、図１０で説明した供給口１７ａや回収口１７ｂが形成された基板３０１に対し、互いに干渉しないようにパターンニングされる。これらインク流路及び電気配線の構造は中心線２０３に対し左右対称に形成されており、電気配線については図の右側の領域と左側の領域で分離されている。そして、右側１０列のノズル列１４は右側のパッド３０２ａと配線３０３ａを介して、左側１０列のノズル列１４は左側のパッド３０２ｂと配線３０３ｂを介して、電力及び吐出信号が供給される。即ち、個々のエネルギ発生素子１５は、パッド３０２ａと３０２ｂのうち、より近い方から電力と吐出信号が供給されるようになっている。

図１３は、１つの記録素子基板１０に対する吐出データの分配状態を示す図である。吐出データは、右側の領域と左側の領域に分配され、それぞれのパッド３０２ａまたは３０２ｂ、配線３０３ａまたは３０３ｂを介して個々のエネルギ発生素子１５に供給される。このとき、平行四辺形の記録素子基板１０は電気的にも回点対称な構造を有しているため、片側のパッド列２０１ａに入力する吐出データともう片側のパッド列２０１ｂに入力する吐出データとは、セグメント配置において反転した関係で分配することになる。

図１４（ａ）および（ｂ）は、１つの吐出モジュール２００の詳細構成を示す図である。図１４（ａ）は斜視図、図１４（ｂ）は分解図をそれぞれ示している。吐出モジュール２００は、図１４（ｂ）に示すように、支持部材３０の上に記録素子基板１０を接着し、記録素子基板１０の両側の端子１６にフレキシブル基板４０の端子４２をワイヤーボンディングすることによって形成される。ワイヤーボンディングはコネクタ接続に比べて電気抵抗が小さいため、電圧降下を小さく抑えることができ、本実施形態のような長尺で高速駆動を行うインクジェット記録ヘッドには有効である。なお、ワイヤーボンディング部については、更に封止材４００が塗布され電気的に封止される。支持部材３０においては、記録素子基板１０の背面を第１流路部材５０と流体的に接続するための液体供給口３１が設けられている。

２つのフレキシブル基板４０において、記録素子基板１０との接続部とは反対の位置にある端子４１（第２端子）は、電気基板９０の接続端子９３（第１端子）と電気的に接続される。支持部材３０には、第１流路部材５０の連通口５１と接続するための液体連通口３１が形成されている。支持部材３０は、記録素子基板１０の支持体であると同時に、記録素子基板１０と第１流路部材５０との間に位置する１つの流路部材でもある。このため、平面度が高く、十分に高い信頼性をもって記録素子基板１０と接合できるものが好ましい。好適に使用可能な材質としては例えばアルミナや樹脂材料が挙げられる。

図１５（ａ）および（ｂ）は、図１４（ａ）で示した吐出モジュール２００を３６個並列させて、個々のフレキシブル基板４０を電気基板９０に接続した様子を示す図である。なお、吐出モジュール２００がフレキシブル基板４０を介して電気基板９０に接続された後、後述する図１７のようにフレキシブル基板４０が曲げられる。図１５（ａ）および（ｂ）は、吐出モジュール２００と電気基板９０との電気接続が行われた後であって、フレキシブル基板４０を曲げる前の状態を示している。図１５（ａ）に示すように、本実施形態では、９個のフレキシブル基板４０が接続された電気基板９０が、記録素子基板１０の配列方向の両側に４つずつ並列配置している。フレキシブル基板４０が曲げられる前の状態では、１つの記録素子基板１０は、配列方向（Ｙ方向）と交差する方向の両側に位置する２つの電気基板９０に接続され、それぞれから電力及び吐出信号が供給される。なお、本実施形態のように１つの電気基板９０に複数のフレキシブル基板４０が接続させる場合、個々の記録素子基板１０に対する電源系配線は、電気基板９０上で纏めておくことが好ましい。このようにすれば電力供給端子９２の数を少なく抑え液体吐出ヘッドのコストを削減することが出来るからである。

さらに、図３（ｂ）および図１５（ａ）に示すように、電力供給端子９２などの記録装置本体との電気接続を行うための電気接続端子（第３端子）は－Ｚ方向（液体吐出方向に対して反対の方向）に取り出されるように配置されている。すなわち、電気基板９０の電気接続端子は、電気基板９０における－Ｚ方向の端部に配置されている。さらに、本実施形態では、電気接続端子である電力供給端子９２のコネクタが－Ｚ方向に開口しており、記録装置本体側の端子が電力供給端子９２に対してＺ方向に移動することで両者が電気接続される。電気基板９０に接続される各記録素子基板１０からそれらを纏めて接続された電気接続端子までの距離を同じような長さにすることができ、電気特性を均一にしやすくなる。また、電気基板９０をＹ方向に複数並べる場合においても、電気接続端子に接続される配線類が近傍の電気基板９０に干渉することなく構成をシンプルにすることができる。また、図１に示すように、複数の液体吐出ヘッド３がＸ方向に配置される記録装置１０００において、Ｘ方向に隣接する液体吐出ヘッド３同士が干渉することを防ぐことができる。

図１５（ｂ）は、図１５（ａ）のように複数の吐出モジュール２００と複数の電気基板９０を接続した場合の電気回路レイアウトを示す図である。平行四辺形を呈する記録素子基板１０の複数が一列に配列し、その両側に複数の電気基板９０が対称的に配置され、電気回路全体としても点対称（回転対称）な構造になっている。

この際、個々の記録素子基板１０が平行四辺形であるため、向かい合う端子１６は図９（ａ）に示すように互いにＹ方向にずれた関係にある。よって、ここに接続されるフレキシブル基板４０もＹ方向にずれ、電気基板支持部８２の表裏面に配される電気基板９０も、図５（ｂ）に示すようにＹ方向にずれた関係となる。但し、電気基板９０に配されている信号入力端子９１や電力供給端子９２については、電気基板９０を電気基板支持部８２に取り付けた状態において、図５（ｂ）のようにＹ方向の同じ位置に来るようになっている。言い換えると、本実施形態の電気基板９０は、電気基板支持部８２の＋Ｘ側に配されても-Ｘ側に配されても、信号入力端子９１と電力供給端子９２がＹ方向の同じ位置に配されるように設計されている。即ち、電気基板支持部８２の両側に配され、記録装置本体の基板から信号入力端子９１や電力供給端子９２に接続される不図示のＦＰＣやＦＦＣについても、これらを並行且つ対称に配することができ、装置内の配線をシンプルに構成することができる。

本実施形態では、記録素子基板１０の配列数（３６）が、その片側で配列する電気基板の配列数（４）の倍数になっているため、同数（９）ずつのフレキシブル基板４０に接続される８つの電気基板９０を全て同形にすることができる。また、個々の吐出モジュール２００を構成する記録素子基板１０とフレキシブル基板４０も全て同形である。よって、これら記録素子基板１０、フレキシブル基板４０、電気基板９０をそれぞれ多数製造し、電気検査を個別に行った後、合格品のみを図１５Ａのように組み合わせて長尺の液体吐出ヘッド３を製造することができる。このため、長尺の電気配線基盤や長尺の記録素子基板を製造する構成に比べ、液体吐出ヘッド３を製造する時の歩留まりを向上させ、製造コストを低減することができる。言い換えると、製造コストを大幅に増大させるこよなく、液体吐出ヘッドの長尺化を更に推し進めることができる。

図１６（ａ）および（ｂ）は、記録素子基板１０と電気基板９０を接続するフレキシブル基板４０を示す拡大図である。図１６（ａ）は接続部に対して封止材を塗布する前、図１６（ｂ）は塗布した後をそれぞれ示している。なお、図１６（ａ）および（ｂ）は、吐出モジュール２００と電気基板９０との電気接続が行われた後であって、フレキシブル基板４０を曲げる前の状態を示している。

本実施形態において、個々のフレキシブル基板４０のＹ方向の幅は一様ではない。具体的には、電気基板９０と接続する端子４１の近傍の幅Ｗａは、中央領域の幅Ｗｂよりも小さくなっている。また、記録素子基板１０と接続する端子４２の近傍の幅Ｗｃは、端子４１の近傍の幅Ｗａよりも大きく、中央領域の幅Ｗｂよりも小さくなっている。すなわち、Ｗａ＜Ｗｃ＜Ｗｂの関係が成り立っている。そして、端子４１の近傍であって幅Ｗａを有する領域の長さＬａは、中央領域の幅Ｗｂを有する領域の長さＬｂよりも小さくなっている。すなわちＬａ＜Ｌｂの関係が満たされている。

隣接する２つの電気基板９０の間には、配線をレイアウトすることができない連結のための領域が必要になる。また、端子４１及び端子４２のそれぞれは、ワイヤーボンディングの後に封止材４００が個別に塗布されるが、個々の端子４２は互いに干渉が起こらないように十分な間隔ｄをおいて配置されることが好ましい。つまり、電気基板９０の幅は、これに接続する９個のフレキシブル基板４０の端子４１の幅の総和よりも大きく設計され、９つのフレキシブル基板４０は、互いに間隔ｄをおいて電気基板９０に接続される。

その一方、電気基板９０と記録素子基板１０を接続し１０列分の記録素子列を高速駆動するための電流が流れるフレキシブル基板４０において、経路内での電圧降下はできるだけ低く抑えること、即ち電気抵抗をできるだけ低く抑えることが求められる。特に、本実施形態のインク循環型の液体吐出ヘッドのように、個々のノズル列１４に対し液体供給路１８と液体回収路１９の２列の流路が配される場合、図９（ｂ）に示すようにＸ方向の幅が大きくなり電圧降下の要因となる。このような状況を鑑み、本実施形態のフレキシブル基板４０では、電流が流れる方向と直交する方向の幅Ｗｂを出来るだけ広くし、長さ方向においてはそのような領域を出来るだけ多くＬｂを確保した構成としている。

また、フレキシブル基板４０においては、内部の配線が多層構造となっていることが好ましい。多層構造とすることで、複数の電源系の配線をまとめ、配線断面積を実質的に大きく電気抵抗を実質的に小さく抑えることができるからである。また、電源系配線内においては、電圧降下を抑制するためにコンデンサを実装することも効果的である。コンデンサを配しておけば、吐出頻度が増大し瞬間的に多大な電流が流れたとしても、急激な電圧降下を緩和することができる。

図１７は、図３で示した液体吐出ヘッド３の断面図である。図３では省略したが、図１７では記録素子基板１０と電気基板９０を接続するフレキシブル基板４０も示している。

液体吐出ヘッド３は、電気基板支持部８２を中心に左右対称な構成になっている。電気基板支持部８２は、記録素子基板１０の面に対し直交する姿勢で真上中央に配され、その両側において電気基板９０を平行に支持している。これら電気基板支持部８２と電気基板９０は、Ｘ方向において、液体吐出ヘッド３全体の剛性を担保する第２流路部材６０の内側に収まっている。

そして、記録素子基板１０の両側に接続された２つのフレキシブル基板４０は、第２流路部材６０の外周囲に沿って配され、それぞれの電気基板９０に接続している。詳しく説明すると、フレキシブル基板４０は、第２流路部材６０の底面から角に沿って内側に９０度曲がり、第２流路部材６０の側壁に沿って上昇し、再び角に沿って上面に湾曲し、更に第２流路部材６０から離れる方向に湾曲した先で電気基板９０に接続している。そして、シールド板１３２は、これら部材全体を保護している。

図１７のようにフレキシブル基板４０が曲げられ、完成された状態の液体吐出ヘッド３では、複数の記録素子基板１０の配列方向（Ｙ方向）に沿って複数の電気基板９０が配列される。また、この電気基板９０の列（電気基板列）は、複数列（本実施形態では２列）配列され、この複数の電気基板９０の列は、電気基板９０の面９５ａの少なくとも一部が互いに対向するように配置される。

さらに、図１７に示すように、フレキシブル基板４０の端子４１と電気基板９０の端子９３との電気接続部４３は、他の列の電気基板９０に対向する電気基板９０の面９５ａ（第１面）の裏面９５ｂ（第２面）の側に配置されている。この構成は以下の点で好ましい。すなわち、電気基板９０は、フレキシブル基板４０との電気接続部４３と電気接続端子（信号入力端子９１や電力供給端子９２）が同じ面にある方が低コストに製造することが可能である。そして、電気接続端子は他の列の電気基板９０に対向する電気基板９０の面９５ａの裏面９５ｂの側に配置すると、対向する電気基板９０と干渉することなく端子を接続することができ、作業性をよくすることができる。よって、フレキシブル基板４０と電気基板９０との電気接続部４３を他の列の電気基板９０に対向する電気基板９０の面９５ａの裏面９５ｂの側に配置することで作業性を高めることが可能となる。

以上のようなレイアウトによれば、電気基板９０に実装された電気部品が多少突出していても、これらを第２流路部材６０の幅領域（Ｘ方向の領域）からなるべくはみ出さないようにし、液体吐出ヘッド３全体を記録素子基板１０の幅相当に抑えることができる。この際、電気基板支持部８２は、記録素子基板１０の面の真上において必ずしも直交する姿勢で配されていなくてもよい。電気基板支持部８２は、記録素子基板１０が配列する面の法線方向の領域に含まれる面に沿って複数列（本実施形態では２列）に配列していれば、液体吐出ヘッド３の幅方向のサイズを抑えるという作用効果を得ることはできる。

また、以上では、図１６（ａ）を用い、端子４１の近傍の幅Ｗａ、中央領域の幅Ｗｂ、及び端子４２の近傍の幅ＷｃにおいてＷａ＜Ｗｃ＜Ｗｂの関係が成り立っている場合について説明したが、本発明はこの関係に限定されるものではない。少なくとも端子４１の近傍の幅Ｗａとそれ以外の領域の幅Ｗｂにおいて、Ｗａ＜Ｗｂの関係が成り立っていれば本発明の効果を発揮することができる。

また、図１６（ａ）および（ｂ）に示すように、電気基板９０を電気基板支持部８２に取り付けるための電気基板９０に設けられた穴９４はＺ方向に長い長穴であるとよい。図１５（ａ）および（ｂ）に示す電気基板９０を記録素子基板１０と同じ面に配置した状態でフレキシブル基板４０を介して接続した状態を考える。この場合、フレキシブル基板４０を折り曲げて、例えば図１７に示すように電気基板９０を記録素子基板１０の面に対し直交する姿勢にすると、電気基板９０を定まった位置に配置することは困難である。つまり、フレキシブル基板４０を曲げる際に特定の位置で曲げることは困難であり、電気基板９０はフレキシブル基板４０の曲げ状態に倣ったＺ方向の位置に配置される。ここで、電気基板支持部８２に設けられたねじ穴に対して電気基板９０を取り付けるための穴が丸穴である場合は、電気基板９０がフレキシブル基板４０の曲げ状態に倣った位置ではなくねじ穴の位置に配置される。この場合、フレキシブル基板４０はストレスの掛かった状態となり破損等が生じる恐れがある。これに対して、電気基板９０の取り付け穴９４がＺ方向に長い長穴である場合は、電気基板９０をフレキシブル基板４０の曲げ状態に倣った位置に配置することが可能となり、フレキシブル基板４０の破損の恐れを抑制することが可能となる。

但し、端子４２の近傍の幅ＷｃにおいてもＷｂより小さくすれば、電気基板９０同士の関係と同様、隣接する記録素子基板１０同士の間で組み立て時の干渉や組み立て後の干渉を抑制することができる。その上で、記録素子基板は電気基板と比べて連結のための領域は小さくて済むことから、必要最小限の連結領域を確保しつつなるべく電気抵抗を抑えることを優先すると、Ｗａ＜Ｗｃ＜Ｗｂの関係が好ましいことになる。

以上説明したように本実施形態によれば、個々の吐出モジュール２００のフレキシブル基板４０において、電気基板９０と接続する側の端子近傍の幅Ｗａよりもこれ以外の領域の幅を大きくしている。これにより、電圧降下を抑制し、高速記録が可能な長尺記録ヘッドを低コストに製造することが可能となる。

（その他の実施形態）
上記実施形態では、平行四辺形を呈する記録素子基板１０をＹ方向に１列に配置し、９つの記録素子基板１０に対し、両側に１つずつの電気基板９０を配する構成とした。そして、１つの記録素子基板１０には、２つずつのフレキシブル基板４０を接続させる形態とした。しかしながら、本発明はそのような構成に限定されるものではない。

図１８（ａ）～（ｃ）は、本発明で使用可能な記録素子基板１０、フレキシブル基板４０、及び電気基板９０の接続状態の別形態を示す図である。なお、図１８（ａ）～（ｃ）は、吐出モジュール２００に含まれる記録素子基板１０と電気基板９０との電気接続が行われた後であって、フレキシブル基板４０を曲げる前の状態を示している。図１８（ａ）は、長方形の記録素子基板１０を、Ｘ方向に交互にずらしながらＹ方向に連続するようにレイアウトした場合を示している。また、図１８（ｂ）は、台形の記録素子基板１０を、その向きを交互に変えながらＹ方向に連続するようにレイアウトした場合を示している。どちらの構成においても、記録素子基板１０は、オーバーラッピング領域Ｒを含みながらＹ方向に配列しており、幅Ｗの記録領域が確保される。また、個々の記録素子基板１０には１つのみのフレキシブル基板４０が接続され、Ｙ方向に並ぶ２つのフレキシブル基板４０が１つの電気基板９０に接続されている。

一方、図１８（ｃ）は、上記実施形態と同様に平行四辺形の記録素子基板１０の両側に２つずつのフレキシブル基板４０が接続された構成を示している。但し、本構成において、フレキシブル基板４０は、個別の電気基板９０に接続されている。

これらいずれの構成であっても上記実施形態と同様、電気基板９０と接続する端子４１近傍の幅Ｗａよりも中央領域の幅Ｗｂを大きくしたフレキシブル基板４０を用いることにより、電気基板９０から記録素子基板１０への電圧降下を抑えることができる。すなわち、高速記録が可能な長尺記録ヘッドを低コストに製造することが可能となる。

なお、以上の実施形態では、エネルギ発生素子１５としてヒータを用いた液体吐出ヘッドを例に説明してきたが、本発明においてエネルギ発生素子１５はこれに限定されるものではない。例えば、電圧を印加することによってその体積を膨張するピエゾ素子等をエネルギ発生素子として用いることもできる。

また、液体吐出ヘッド３より吐出する液体においても、必ずしも図２に示した構成で循環させる必要は無い。例えば、液体吐出ヘッド３の上流側と下流側に２つのタンクを設け、一方のタンクから他方のタンクへインク流すことで、圧力室内のインクを流動させる形態とすることもできる。また、回収経路を備えず供給経路のみを備えた液体吐出ヘッドとすることもできる。

いずれにしても、複数の液体吐出モジュールを並列させて構成される液体吐出ヘッドにおいて、複数の記録素子基板のそれぞれを、フレキシブル基板を介して複数の電気基板に接続する形態であれば、本発明の効果を有効に機能させることはできる。すなわち、フレキシブル基板において、電気基板と接続する側の端子近傍の幅よりもこれ以外の領域の幅を大きくすることにより電圧降下を抑制し、高速記録が可能な液体吐出ヘッドを実現することができる。

３ 液体吐出ヘッド
１０ 記録素子基板
４０ フレキシブル基板
９０ 電気基板

Claims (20)

1. 液体を吐出する素子が配列された複数の素子基板と、
   第１端子を備え、前記素子基板に電力及び吐出信号を供給する複数の電気基板と、
   前記第１端子と電気接続される第２端子を備え、前記素子基板と前記電気基板とを電気接続する複数のフレキシブル基板と、
   を備える液体吐出ヘッドであって、
   前記複数の電気基板は、前記複数の素子基板が配列する面と異なる面に沿い、且つ前記複数の素子基板が配列する方向に沿って配列された複数の電気基板列を形成し、前記フレキシブル基板は湾曲した状態で前記素子基板と前記電気基板とを電気接続し、
   前記複数の電気基板列は、前記電気基板の第１面の少なくとも一部が互いに対向するように配置された２列の前記電気基板列を含み、
   前記電気基板の前記第１面の裏面である第２面の側に、前記第１端子と前記第２端子との電気接続部が設けられていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記２列の電気基板列は、前記複数の素子基板が配列する面の法線方向の領域に含まれる面に沿って配列されていることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記２列の電気基板列は、前記複数の素子基板が配列する面と直交する面に沿って配列されていることを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記複数の素子基板は、前記複数の素子基板に液体を供給するための流路部材の底面に配列され、前記複数のフレキシブル基板のそれぞれは、前記流路部材の前記底面から角に沿って９０度曲がり、側壁に沿って延在し、再び角に沿って上面に湾曲し、更に前記流路部材から離れる方向に湾曲した先で、前記２列の電気基板列のうちの一方の列の前記電気基板に接続する請求項１から３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記複数の素子基板が配列された底面を有し前記複数の素子基板に液体を供給するための流路部材を更に備え、
   前記流路部材の前記底面に直交する方向から見て、前記複数の電気基板は、前記流路部材の前記底面の領域よりも内側に配されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記複数の電気基板を支持する支持板を更に備え、
   前記支持板の第１の面と、前記第１の面の裏面である第２の面と、に前記複数の電気基板が配されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記複数の素子基板は、前記素子基板の配列方向において前記素子の配列が連続するように、互いに重複しながら配列し、
   前記複数の素子基板のそれぞれは、前記配列方向と交差する方向の両側で前記フレキシブル基板と接続し、当該フレキシブル基板は前記２列の電気基板列を形成する前記電気基板のそれぞれに接続することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
8. 前記複数の電気基板のそれぞれは、前記フレキシブル基板を介して１より大きい同数の前記素子基板と電気接続することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
9. 前記複数の電気基板は等しい構造を有し、前記複数の素子基板、前記複数の電気基板及び前記複数のフレキシブル基板が配列された構造は、回転対称であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
10. 前記フレキシブル基板において、前記電気基板と接続する側の幅よりも他の領域の幅が大きいことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
11. 前記フレキシブル基板は前記素子基板および前記電気基板とワイヤーボンディングによって電気接続され、当該電気接続の領域は封止材が塗布されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
12. 前記フレキシブル基板の配線は多層構造であることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
13. 前記フレキシブル基板の電源系配線はコンデンサを含んでいることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
14. 前記素子基板は、液体を吐出するためのエネルギを発生するエネルギ発生素子と、該エネルギ発生素子を内部に含み吐出される液体を収容する圧力室とを備え、
    前記液体は前記圧力室の内部と外部との間で循環されることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
15. 前記電気基板は、前記液体吐出ヘッドが搭載されるインクジェット記録装置の装置本体と電気接続される第３端子を前記第２面に備えることを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
16. 前記電気基板は、前記第３端子を、前記第２面の、液体の吐出方向とは反対の方向の端部に備えることを特徴とする請求項１５に記載の液体吐出ヘッド。
17. 前記装置本体の端子が、液体の吐出方向に沿って移動することで前記第３端子と電気接続されるように、前記第３端子が配置されていることを特徴とする請求項１６に記載の液体吐出ヘッド。
18. 液体吐出ヘッドを用い、吐出信号に従ってインクを吐出することにより記録媒体に画像を記録するインクジェット記録装置であって、
    前記液体吐出ヘッドは、
    液体を吐出する素子が配列された複数の素子基板と、
    第１端子を備え、前記素子基板に電力及び吐出信号を供給する複数の電気基板と、
    前記第１端子と電気接続される第２端子を備え、前記素子基板と前記電気基板とを電気接続する複数のフレキシブル基板と、
    を備え、
    前記複数の電気基板は、前記複数の素子基板が配列する面と異なる面に沿い、且つ前記複数の素子基板が配列する方向に沿って配列された複数の電気基板列を形成し、前記フレキシブル基板は湾曲した状態で前記素子基板と前記電気基板とを電気接続し、
    前記複数の電気基板列は、前記電気基板の第１面の少なくとも一部が互いに対向するように配置された２列の前記電気基板列を含み、
    前記電気基板の前記第１面の裏面である第２面の側に、前記第１端子と前記第２端子との電気接続部が設けられていることを特徴とするインクジェット記録装置。
19. 前記２列の電気基板列は、前記複数の素子基板が配列する面と直交する面に沿って配列されていることを特徴とする請求項１８に記載のインクジェット記録装置。
20. 前記液体吐出ヘッドが搭載される記録装置本体を含み、前記電気基板は、前記記録装置本体と電気接続される第３端子を前記第２面に備えることを特徴とする請求項１８または１９に記載のインクジェット記録装置。

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