WO2010103793A1

WO2010103793A1 - インク吐出装置

Info

Publication number: WO2010103793A1
Application number: PCT/JP2010/001622
Authority: WO
Inventors: 相良智行
Original assignee: シャープ株式会社
Priority date: 2009-03-10
Filing date: 2010-03-08
Publication date: 2010-09-16
Also published as: JP2010208149A

Abstract

　ヘッド部（２５）から離れたところに駆動回路部（２８）を配置することで、ヘッド部（２５）は駆動回路の発熱からの影響を受けず、インクの粘度変化を生じないため、インクの安定した吐出が可能である。また、配線部（１０）と配線変換部（１２）との接続は、実装材料を介して接続することで、着脱不可能な接続となり、端子部（１０ａ、１０ｂ、１２ａ）をコネクタ（１３、１９）に挿入する時の傾きやずれなどの不具合による端子間ショートが発生しない。

Description

インク吐出装置

　この発明はインク吐出装置に関し、より詳しくは、複数のノズルからインクを吐出するインクジェットヘッド部と、上記ヘッド部の圧電素子へ圧力を発生させるための駆動信号を送る駆動回路部とを備えたインク吐出装置に関する。この発明のインク吐出装置は、プリンタに用いられるとともに、液晶のカラーフィルタ、配線パターン描画等のために生産装置に用いられる。

　一般に、この種のインク吐出装置は、ピエゾ素子（圧電素子）が発生した圧力によって複数のノズルからインクを吐出するインクジェットヘッド部と、上記インクジェットヘッド部のピエゾ素子へ圧力を発生させるための駆動信号を送る駆動回路部とを備えている。駆動回路部は、上記駆動信号を作成する駆動素子をＩＣ（集積回路）の形態で含んでいる。

　知られているように、インクジェットヘッド部では、使用されるインクの温度がインクの吐出特性に影響し、ヘッド部の温度が上昇してインクの温度が高くなった場合はインクの粘度が低くなり、インクが吐出され易くなるが、インクの温度が低い場合はインクの粘度が高くなり、インクが吐出され難くなる。特に、上記インクジェットヘッド部では、ノズルから数ｐＬ（ピコリットル）から数十ｐＬ程度の微量なインク液滴を吐出するため、インクの温度変化がインクの吐出特性に大きく影響を及ぼす。

　また、生産装置に用いられるインクジェットヘッド装置の場合、ヘッドを高密度に配置し、描画を行っており、ヘッド部を交換する場合においては、駆動信号経路をコネクタにより簡単に着脱可能にし、容易にヘッド交換ができるような配慮をしている。

　特許文献１では、ＦＰＣを介してヘッドのドライバ基板をコネクタにより配線変換部に接続し、配線変換部はコネクタを介して本体ボックスへ着脱自在に取り付けられる。

　なお、ドライバ基板は駆動電圧を選択的に圧電アクチュエータに供給する回路であり、ヘッドベースに取り付けられている。

　特許文献２では、圧力発生手段を駆動するための駆動回路であるＩＣチップが実装されたＣＯＦ（チップ・オン・フィルム）とＦＦＣ（フレキシブル・フラット・ケーブル）から構成されたフレキシブル配線ケーブルと配線変換部をコネクタにより接続している。

　ＣＯＦの出力側配線パターンはノズル数以上の配線が必要であるが、ＣＯＦにはＩＣチップを実装しており、入力側配線パターンは極めて少なく、ＣＯＦの入力側配線パターンとＦＦＣはハンダ接続されている。

　上記の特許文献１および特許文献２には以下のような共通点がある。
共通点１は、ヘッド部と配線変換部間に駆動回路を介在させている。
共通点２は、配線変換部と接続されるフレキシブル配線部は、コネクタにより着脱自在に取り付けられている。

日本国公開特許公報「特開２００５－７４７６３号公報」日本国公開特許公報「特開２００５－２１９３３７号公報」

　インクの吐出特性に影響を与えないレベルにインクの粘度変化を抑えるためには、インクの温度変化を５℃以下程度の範囲内に抑える必要があるが、特許文献１および特許文献２に記載のヘッド構成は、比較的ヘッドに近い部分に駆動回路であるドライバ基板やＩＣチップを搭載しているため、放熱板を搭載しても、熱の影響によりインクの粘度が変化し、吐出特性に影響を及ぼしてしまう恐れがある。

　また、ヘッド部を簡単に着脱可能にし、コネクタを介してＦＰＣやＦＦＣのようなフレキシブル配線ケーブルと配線変換部とを接続し、容易にヘッド交換ができるようにしている。しかし、フレキシブル配線ケーブルは、端子部が等ピッチで１次元配列しており、端子数が多く、狭ピッチに形成された１次元配列の端子部をコネクタに挿入し、勘合する場合にコネクタに対して少しでも傾いた状態で挿入すると、端子間ショートが起こる可能性が高くなる。

　そのため、通常は端子部をコネクタに挿入した後にオープンショートチェックを行うが、ＩＣチップを実装している場合はオープンショートの確認が出来ず、実際にＩＣチップを駆動させ、動作確認を行う必要がある。しかし、端子間ショートしていた場合は、ＩＣチップの破損あるいは駆動回路の破損等を引き起こす可能性がある。

　このようにＩＣチップを実装したフレキシブル配線ケーブルをコネクタに接続する場合は、端子間ショートが致命的な障害になる可能性があるため、端子間ショートの生じない確実な接続が必要である。

　また、オープンショートチェックを行うには、ヘッド部とコネクタ間にＩＣチップを搭載せずに、コネクタ以降にＩＣチップを搭載する方法が考えられる。しかしながら、この場合は、フレキシブル配線ケーブルの端子数が増大し、端子間のピッチが狭くなることで、より端子間ショートの恐れが増す。なお、フレキシブル配線ケーブルの端子部に対応する１次元配列のコネクタは１００ピン程度のものは市販されているが、これ以上の多ピンに対応したコネクタは市販されていない。

　そこで、本発明は、熱源をヘッド部から遠ざけることによりインクの粘度が変化しない構成にすることで、吐出特性に影響を及ぼさず、また、端子間ショートの生じない確実な接続を行うインクジェットヘッド構成を目的としている。

　上記課題を解決するため、この発明のインク吐出装置は、駆動信号により複数のノズル孔から選択的にインクを吐出する長尺ヘッドを有するヘッド部と、前記駆動信号を伝達するため前記ヘッド部に接続された配線部と、前記配線部の配線ピッチを変換する配線変換部と、前記駆動信号を作成する駆動素子を回路部に有する駆動回路部と、からなるインク吐出装置であって、ヘッド部、配線部、配線変換部、駆動回路部の順で接続されており、前記配線部と前記配線変換部は、実装材料を介して接続することを特徴とする。

　この発明のインク吐出装置では、駆動回路部の駆動素子がヘッド部を駆動するための駆動信号を作成し、ヘッド部は、その駆動信号により複数のノズルを用いてインクを吐出し、印刷またはインクによる描画が行われる。なお、「駆動素子」は、部品として回路部に搭載可能な形態にあるものを指しており、駆動素子には放熱部材が取り付けられているのが望ましい。その場合、駆動素子からの放熱効率が高くなる。

　ここで、「ヘッド部」は、例えば圧電素子が発生した圧力によって複数のノズルを用いてインクを吐出するインクジェットヘッドからなり、駆動素子が作成する駆動信号は、ヘッド部の圧電素子へ圧力を発生させるための駆動信号である。

　また、このインク吐出装置では、ヘッド部から離れたところに駆動回路部を配置することで、ヘッド部は駆動回路の発熱からの影響を受けず、インクの粘度変化を生じないため、インクの安定した吐出が可能である。また、配線部と配線変換部との接続は、実装材料を介して接続することで、着脱不可能な接続となり、端子部をコネクタに挿入する時の傾きやずれなどの不具合による端子間ショートが発生しない。

　本発明によれば、ヘッド部から離れたところに駆動回路部を配置することで、ヘッド部は駆動回路の発熱からの影響を受けず、インクの粘度変化を生じないため、インクの安定した吐出が可能である。また、配線部と配線変換部との接続は、実装材料を介して接続することで、着脱不可能な接続となり、端子部をコネクタに挿入する時の傾きやずれなどの不具合による端子間ショートが発生しない。

本発明における実施形態のインク吐出装置を示す斜視図である。本発明における図１のインク吐出装置を分解状態で示す斜視図である。本発明におけるインク吐出装置の主要部を分解状態で示す斜視図である。本発明におけるインク吐出装置の駆動回路部の発熱気体の流路とヘッド部との位置関係を表す模式図である。

　図１は一実施形態のインク吐出装置５０を斜めから見たところを示し、さらに、解りやすくするために、図２は図１のインク吐出装置５０を分解状態で示している。なお、図２では後述するインクチューブの図示が省略されている。また、図３は、本発明におけるインク吐出装置５０の主要部の更なる分解図である。

　以下の説明では、便宜上、図１、図２、図３における上下左右を用いて説明する。

　このインク吐出装置５０は、概略、ヘッド部２５と、配線部１０、配線変換部１２、駆動回路部２８と、筐体２９と、インクチューブ１６ａ、１６ｂとを備えている。駆動回路部２８はヘッド部２５を駆動し、インクチューブ１６ａ、１６ｂは、ヘッド部２５へインクを供給、または、ヘッド部２５からインクを排出する。

　ヘッド部２５は、ベース１５と、このベース１５上に取り付けられたインクジェットヘッドチップ１と、インクジェットヘッドチップ１を介して両側に相対するように配置されたノズルプレート保持部材１１ａ、１１ｂと、インクジェットヘッドチップ１およびノズルプレート保持部材１１ａ、１１ｂに跨るように配置されたノズルプレート２１と、配線部１０と、配線変換部１２とを含んでいる。

　ベース１５は、図１、図２における長手方向（ｙ軸方向）に延在している。ベース１５の長手方向の両端にはフランジ部１５ｅ、１５ｆが一体に形成され、フランジ部１５ｅ、１５ｆを上下（ｚ軸方向）に貫通して固定穴１４が形成されている。この固定穴１４は、このインク吐出装置５０を例えば図示しない生産装置へ搭載する場合に、インク吐出装置５０を生産装置にネジで固定するのに利用可能になっている。また、本実施例では、ベース１５上にインクジェットヘッドチップ１が接着して取り付けられている。

　インクジェットヘッドチップ１は、溝加工により互いに平行に形成された複数の溝状のインク室（適宜、「個別インク室」と呼ぶ。）２を有する圧電基板からなる。インク室２同士はそれぞれ隔壁３で分離され、インク室２の内壁には電極４が形成されている。電極４はＡｌ、Ｃｕ等の金属材料を、蒸着、スパッタなどの成膜により形成し、インクジェットヘッドチップ１の側面まで延長されて外部引き出し用電極４ａを形成している。

　本発明のインクジェットヘッドチップ１は、インク室２を３００ｃｈ有する長尺ヘッドである。一般的に長尺ヘッドとは、複数のノズル孔を配置して描画幅を広げたものであり、本発明では、１００ｃｈ以上の吐出ｃｈを有するインクジェットヘッドチップ１、または、ｃｈ配置方向の長さが３０ｍｍ以上のインクジェットヘッドチップ１を長尺ヘッドと定義している。

　ノズルプレート保持部材１１ａ、１１ｂは、インクジェットヘッドチップ１の長手方向（図１、図２におけるｙ軸方向）の寸法と同等程度の寸法を有し、インクジェットヘッドチップ１の両側面に接着して取り付けられている。ノズルプレート保持部材１１ａ、１１ｂの上面は、インクジェットヘッドチップ１の隔壁３の上面とほぼ面一、または凹んでいるように位置調整が行われている。ノズルプレート保持部材１１ａ、１１ｂの上部には、インクジェットヘッドチップ１のインク室２に連通するように、略円弧状に窪んだ段差５ａ、５ｂが形成されている。インクジェットヘッドチップ１の側面、ノズルプレート保持部材１１ａ、１１ｂの段差５ａ、５ｂ、およびノズルプレート２１の下面によって囲まれた空間が、マニホールドとしての共通インク室（以下、段差と同じ符号５ａ、５ｂとする。）を形成している。なお、インクジェットヘッドチップ１内には共通インク室が形成されていない。

　ノズルプレート保持部材１１ａ、１１ｂを貫通して、共通インク室５ａ、５ｂとノズルプレート保持部材１１ａ、１１ｂの裏面とを連通する連通穴７ａ、７ｂが形成されている。ノズルプレート保持部材１１ａ、１１ｂの連通穴７ａ、７ｂには、下方からインクチューブ１６ａ、１６ｂの一端がそれぞれ接続されている。インクチューブ１６ａ、１６ｂの他端はそれぞれ図示しない第１のインクタンク、第２のインクタンクに接続されている。

　ノズルプレート２１は、インクジェットヘッドチップ１の隔壁３上とノズルプレート保持部材１１ａ、１１ｂとに跨るように接着して取り付けられている。ノズルプレート２１は、インクジェットヘッドチップ１上の各インク室２にそれぞれ対応するように配置された複数のノズル孔２０を有する。

　この例では、ヘッド部２５の方式は、圧電材料のシェアモード変形を利用したインクジェット方式に分類される。この方式は、圧電材料からなるインク室２の隔壁３の両内壁面に形成した電極４を用いて、圧電材料の分極方向と直交する方向に電界を生じさせることで、シェアモードでインク室２の隔壁３を変形させ、その際に生じる圧力波変動を利用してインク滴を吐出するものである。この方式は、ノズルの高密度化、低消費電力化、高駆動周波数化に適している。

　ここで、インクの流れについて説明する。図示しない第１のインクタンクからインクチューブ１６ａを通してヘッド部２５に供給されたインクは、連通穴７ａを通して共通インク室５ａへ流れ込む。第１共通インク室５ａに入ったインクは、引き続き、圧電基板に形成された複数の個別インク室２へ流れ込み、ノズル孔２０の直近を通過して、第２共通インク室５ｂへ流れ込む。インクが複数の個別インク室２を通過する際には、ノズル孔２０が配置されている個別インク室２のすべてが流路として用いられる。さらに、第２共通インク室５ｂに入ったインクは、連通穴７ｂ、インクチューブ１６ｂを通して、図示しない第２のインクタンクへ排出される。

　ヘッド部２５は、インクジェットヘッドチップ１を構成する圧電基板の厚さ方向にインクを吐出する。この構成ではノズル孔２０に接するように溝状のインク室２が形成されており、ノズル孔２０の直近までインクを循環可能な構成となっている。圧電基板の厚さ方向にインクを吐出させるヘッド部２５に対向するインク被着材は圧電基板とほぼ平行に配置された状態である。

　この圧電基板の長手方向（図１、図２におけるｙ軸方向）の両側面に接着して取り付けたノズルプレート保持部材１１ａ、１１ｂを通じてインクを循環させることにより、ノズル孔２０のインク吐出方向以外は循環するインク流路が配置された状態となり、いわばラジエータの中にノズル孔を設けたような構造となる。したがってノズル孔２０の直近は駆動回路の発熱や、外気の温度影響を受けにくい構造とすることができ、インクの温度変化がなく、インク粘度が一定でありインクの吐出特性を安定化することができる。

　本実施の形態におけるヘッド部２５の構成によれば、インクは、第１共通インク室５ａから第２共通インク室５ｂへと移動する際に複数の個別インク室２に分かれて流れる。複数の個別インク室２のうちノズル孔２０が配置されている個別インク室２を通ったインクの一部はノズル孔２０から吐出されることによって消費されるが、個別インク室２を通ったインクのうちノズル孔２０から吐出されなかったインクは全て第２共通インク室５ｂへと円滑に流れる。したがって、インクを円滑に循環させることが可能となり、ノズル孔２０の直近の空間であるインク室２の内部においても通過するインク流れを積極的に形成することが可能となる。

　配線部１０は、フレキシブル配線により構成され、インクジェットヘッドチップ１の電極４を外部に引き出すためのインクジェットヘッドチップ１の側面に形成された外部引き出し用電極４ａに、配線部の端子部１０ａを重ね合わせて配置されている。

　配線部の端子部１０aは、１次元配列である。この接続は、配線部の端子部１０ａをヘッド部２５の外部引き出し用電極４ａに重ね合わせるように配置し、ＡＣＦ（異方性導電フィルム）を介してヒートツールにて加圧、加熱して接続する。この場合、ツールが接続部である配線部の端子部１０ａに対して均一に接触する必要がある。

　フレキシブル配線は、厚みを管理されたポリイミドフィルム上に配線パターンを形成したもので、ポリイミドフィルムは、厚さバラツキが小さく、ツールで加圧した際に均一な加圧が可能となり、接続信頼性が向上する。また、厚みが薄く、柔軟性があるため、配線引き回しの自由度があり、好都合である。

　配線変換部１２は、駆動回路部２８からの駆動信号波形を変化させること無く配線部１０を介してヘッド部２５へ伝達するためのものである。なお、配線変換部１２は１次元に配列された配線変換部の端子部１２ａと配線部の端子部１０ｂとを実装材料を介して接続しており、配線変換部１２と駆動回路部２８は、配線変換部のコネクタ１３と駆動回路部側のコネクタ１９同士を勘合させることにより、電気的かつ機械的に接続している。

　配線部の端子部１０ｂと配線変換部の端子部１２ａとの接続についても、配線部の端子部１０ｂを配線変換部の端子部１２ａに重ね合わせるように配置し、実装材料であるＡＣＦ（異方性導電フィルム）を介してヒートツールにて加圧、加熱して接続する。この場合においても、ツールが接続部である配線部の端子部に対して均一に接触する必要がある。

　このため、配線部の端子部１０ｂは１次元配列とする。１次元配列することにより、配線部の端子部１０ｂの横幅（配列幅）は広がるが、接続長さ方向は１ｍｍ程度でよく、ツール形状としては、１ｍｍ幅で長さが数十ｍｍのツール形状となる。このようなツールで加圧する場合、配線部の端子部１０ｂとの長さ方向の傾きを調整するだけでよく、１ｍｍ幅方向の傾きは無視することができるため、複雑な調整を必要としなくても、均一な荷重を配線部の端子部１０ｂに加えることが可能となり、信頼性の高い接続ができる。

　例えば、配線部の端子部１０ｂと配線変換部の端子部１２ａとはＡＣＦを介してツール温度２００℃、１端子当たり２０Ｎの荷重で２０秒間加圧することで接続を行うことができる。

　反対に、配線部の端子部１０ｂを２次元配列にすると、長さ方向は短くなるが幅方向には長くなるツール形状となり、加圧時に配線部の端子部１０ｂとの長さ方向の傾きの調整だけでなく幅方向の傾きの調整も必要となる。また、ツール加工形状および調整が煩雑となり、片当たりが生じやすくなるため、接続信頼性の低下を招くことになる。したがって、配線部の端子部１０ｂは、幅方向の傾きを無視できる１次元配列が望ましい。

　また、加熱状態で加圧して接続を行った後、室温への冷却を行うと、加熱温度と室温との温度差により、それぞれの部材が収縮する。部材により熱膨張率および収縮率は異なり、熱膨張の大きい配線部の端子部１０ｂの収縮量の方が配線変換部の端子部１２ａの収縮量より大きいため、接続部には圧縮応力が加わった状態となる。この状態で温度サイクル等の信頼性テストを行うと、接続部の剥離、クラック等が生じ、接続信頼性の低下を招くことになる。したがって、配線部の端子部の接続は、可能な限り室温に近い温度で接続を行うことが望ましく、ハンダ接合や金属間接合よりも接合温度の低いＡＣＦによる接続が望ましい。

　また、ＡＣＦにエラストマを混入させ、弾性を持たせ、応力緩和させることも可能である。

　配線変換部の端子部の配線ピッチは、ヘッド部の接続ピッチより広く設定され、２００μｍ以上に設定されている場合が多い。これは、ヘッド部と配線部との接続よりも更に接続信頼性を向上させるためである。チャンネル数が３００ｃｈを超えるような長尺ヘッドで２００μｍの接続ピッチの１次元配列の場合、６０ｍｍを超える接続幅となる。１次元配列の配線変換部の端子を２次元配列のコネクタ端子と配線結合させるためには、配線同士が交差してしまうため、配線変換部を多層基板にして配線を基板厚さ方向にスルーホールで結合し、３次元配線を行う。それにより、配線変換部の面積を増大せずに１次元配列の配線変換部の端子と２次元配列のコネクタ端子とを配線結合できる。

　駆動回路部２８は、図示しない配線が形成された回路部４０と、この回路部４０上に複数並べて搭載された駆動素子１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ、１８ｆ（以下、駆動素子１８ａ～１８ｆと記載）と、各駆動素子の表面にそれぞれ取り付けられた放熱部材１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、１７ｅ、１７ｆ（以下、放熱部材１７ａ～１７ｆと記載）と、回路部４０に配置された駆動回路部側のコネクタ１９とを含んでいる。各駆動素子１８ａ～１８ｆは、ヘッド部２５を駆動するために、インクジェットヘッドチップ１の電極４に印加されるべき駆動信号を作成する。図1～図3の例では、駆動素子１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、回路部４０の上段に並べて配置され、駆動素子１８ｄ、１８ｅ、１８ｆは、回路部４０の下段で、駆動素子１８ａ、１８ｂ、１８ｃにそれぞれ対応する位置に配置されている。

　ヘッド部２５側の配線変換部のコネクタ１３と駆動回路部側のコネクタ１９とを嵌合して連結することにより、ヘッド部２５と駆動回路部２８とは機械的および電気的に接続されており、ヘッド部２５と駆動回路部２８は配線変換部のコネクタ１３および駆動回路部側のコネクタ１９により着脱可能である。

　ヘッド部２５側の配線変換部のコネクタ１３と駆動回路部側のコネクタ１９の端子数はノズル孔数以上の端子数であり、駆動回路部の駆動素子がヘッド部を駆動するための駆動信号は、コネクタにより配線変換部と接続され、配線変換部と配線部は実装材料を介して接続され、ヘッド部へと伝達される。

　なお、ヘッド部２５側の配線変換部のコネクタ１３と駆動回路部側のコネクタ１９は２次元配列されている。

　１次元配列のフレキシブル配線部をコネクタに接続する場合、コネクタに対してフレキシブル配線部が斜め方向に挿入された場合に端子間ショート等のトラブルが生じる可能性があり、これは、端子ピッチが狭い場合や、端子数が多い場合に顕著となる。このように、フレキシブル配線をメス側のコネクタに対して挿入する接続方法では、接続トラブルが生じやすい。

　これに対して、２次元配列されたコネクタの場合、コネクタのオス側とメス側を勘合することにより接続するため、誤挿入が回避され、端子間ショート等の接続トラブルが解消できる。本実施例では、１００ピン×４列のコネクタを使用している。

　駆動回路部２８の熱をヘッド部２５に伝熱させないようにするためには、駆動回路部２８とヘッド部２５との接続は、必要最小限に留めておくことが望ましい。

　インク吐出装置５０では、ヘッド部２５と駆動回路部２８とは配線変換部のコネクタ１３、１９を介して連結されているので、駆動回路部２８の発熱が直接ヘッド部２５へ伝わることがなく、駆動回路部２８の発熱がヘッド部２５へ伝わり難い。この結果、インクの粘度変化を抑えることができ、インクの吐出特性を安定化できる。また、ヘッド部２５と駆動回路部２８とは着脱可能になっているので、ヘッド部２５を交換する必要が生じた場合においても、ヘッド部２５のみを交換し、駆動回路部２８を継続して用いることができる。

　筐体２９は、回路部４０の表面（駆動素子が搭載されている面）を駆動素子１８ａ～１８ｆとともに覆う直方体の箱状の表カバー２９ａと、回路部４０の裏面（表面と反対側の面）に沿って配置される矩形の平板状の裏カバー２９ｂとからなっている。これらの表カバー２９ａ、裏カバー２９ｂは、黒色にした金属（例えばＣｕまたはＡｌ等）等の伝熱特性、放射特性のよい材料から作製されるのが好ましい。

　表カバー２９ａの内部は、駆動素子１８ａ～１８ｆを収容する気体流路室２２である。気体流路室２２の上端（図１および図２）に相当する箇所には、この表カバー２９ａの外部から内部へ冷却用の気体を供給するための気体供給口である開口２６ａ，２６ｂ，２６ｃが設けられている。表カバー２９ａの下面のうち、気体流路室２２の下端（図１および図２）に相当する箇所には、気体流路室２２内から気体を排出するための気体排出口２７が、この表カバー２９ａの下面に沿って奥、手前（ｙ軸方向）に延びる細長い矩形状に形成されている。なお、表カバー２９ａの壁面のうち気体流路室２２の左側に相当する面（図２において駆動素子１８ａ～１８ｆに対向する面）は、駆動素子１８ａ～１８ｆを円滑に収容できるように開放されている。また、開口２６ａ，２６ｂ，２６ｃは、上段の駆動素子１８ａ、１８ｂ、１８ｃに対応し、したがって下段の駆動素子１８ｄ、１８ｅ、１８ｆにも対応する位置に形成されている。

　インク吐出装置５０は、次のように作製される。まず、ヘッド部２５と駆動回路部２８とをそれぞれ作製し、ヘッド部２５側の配線変換部のコネクタ１３と駆動回路部側のコネクタ１９とを連結する。この後、回路部４０とともに駆動素子１８ａ～１８ｆを覆うように筐体２９を取り付ける。この例では、回路部４０を挟んで、表カバー２９ａと裏カバー２９ｂとを接着する。さらに、筐体２９の外面に沿って、インクチューブ１６ａ、１６ｂを取り付ける。これにより、図１に示す、インク吐出装置５０を容易に作製することができる。その後、この例では、冷却用の気体として空気（例えば温度２５℃程度）を供給するための図示しない空気配管（生産工場に通常設けられている）が、筐体２９の気体供給口となる開口２６ａ，２６ｂ，２６ｃに接続される。

　また、インク吐出装置５０の作製手順として、上記作製手順に代えて、先に筐体２９を取り付けた後、ヘッド部２５側の配線変換部のコネクタ１３と駆動回路部側のコネクタ１９とを連結するようにしても良い。すなわち、ヘッド部２５と駆動回路部２８とをそれぞれ作成し、回路部４０とともに駆動素子１８ａ～１８ｆを覆うように筐体２９を取り付ける。この後、ヘッド部２５側の配線変換部のコネクタ１３と駆動回路部側のコネクタ１９とを連結し、さらに、筐体２９の外面に沿って、インクチューブ１６ａ、１６ｂを取り付ける。このようにした場合も同様に、インク吐出装置５０を容易に作製することができる。

　このような構成のインク吐出装置５０は、ベース１５の固定穴１４を利用して生産装置等へ多数取り付けられて、任意の指定アドレスにインクを着弾させ、カラーフィルタや配線描画を行うのに用いられる。

　また、このインク吐出装置５０は、生産装置等への搭載時において、重力方向にインクを吐出するようにヘッド部２５が配置され、配線部１０、配線変換部１２、駆動回路部２８は高さ方向に配置されている。

　この構成によれば、ヘッド部から離れたところに駆動回路部を配置しているため、ヘッド部は駆動回路の発熱の影響を直接受けることは無く、また、駆動回路部の発熱により暖められて比重が小さくなった気体は、自然対流により上昇するため、駆動回路部よりも下方向に存在するヘッド部は、暖められた空気の影響を受けない。よって、インクの粘度変化を生じないため、インクの安定した吐出が可能である。

　このインク吐出装置５０は、次のように動作する。まず、駆動回路部２８の駆動素子１８ａ～１８ｆが、ヘッド部２５を駆動するための駆動信号を作成する。その駆動信号は、回路部４０上の駆動回路部側のコネクタ１９から配線変換部のコネクタ１３を通じて、配線変換部の端子部１２ａを介し、配線部１０を経由してインクジェットヘッドチップ１の電極４へ送られる。電極４は、既述のように、インク室２の隔壁３の両内壁面に形成されている。これにより、インクジェットヘッドチップ１をなす圧電材料の分極方向と直交する方向に電界が生じて、シェアモードでインク室２の隔壁３が変形する。その際に生じる圧力波変動によって、ノズルプレート２１のノズル孔２０からインク滴が吐出される。これにより、印刷またはインクによる描画が行われる。

　上述のように、配線変換部のコネクタ１３を通じて、配線変換部の端子部１２ａを介し、配線部１０を経由してインクジェットヘッドチップ１の電極４へ送られる間に、余計な回路部品は搭載せず、発熱部品が存在しない。したがって、ヘッド部は配線部からの発熱の影響を受けず、インクの粘度変化を生じないため、インクの安定した吐出が可能である。

　動作時には、気体供給口である開口２６ａ，２６ｂ，２６ｃから空気が、この例では約１００リットル毎分（ｌ／ｍｉｎ）程度の流量で気体流路室２２内へ導かれ、供給される。

　気体流路室２２内への空気の流れについて、図４を用いて説明する。なお、図４に示すインク吐出装置５０は、装置へ搭載した状態を示すため、図１～３と上下逆転した状態で配置している。

　図４を参照して、気体流路室２２では、矢印３３で示すように、空気が駆動素子１８ａ～１８ｆおよび放熱部材１７ａ～１７ｆの外面に接触するように流れて、駆動素子１８ａ～１８ｆが冷却される。なお、各駆動素子１８ａ～１８ｆにはそれぞれ放熱部材１７ａ～１７ｆが取り付けられているので放熱効率が高まる。これにより、駆動回路部２８の発熱が有効に抑えられる。駆動素子１８ａ～１８ｆおよび放熱部材１７ａ～１７ｆから熱を奪った空気は、矢印３４で示すように、筐体２９から気体排出口２７を通して、ヘッド部２５から遠ざかる向きに排出される。

　また、上記開口２６ａ，２６ｂ，２６ｃは、気体流路室２２の上面のうち、水平方向に関して、上段の駆動素子１８ａ、１８ｂ、１８ｃおよび下段の駆動素子１８ｄ、１８ｅ、１８ｆに対応する位置に形成されている。したがって、各駆動素子がそれぞれ対応する開口２６ａ，２６ｂ，２６ｃを通した矢印３３で示す空気の流れによって冷却される。開口２６ａ，２６ｂ，２６ｃに対して均一な圧力で一定流速の空気を供給することによって、各駆動素子の冷却の程度が略同じになり、駆動素子同士の間で温度バラツキが少なくなる。したがって、各駆動素子の温度に起因した特性バラツキを抑えることが可能である。

　このインク吐出装置５０では、筐体２９によって回路部４０とともに駆動素子１８ａ～１８ｆが覆われている。筐体２９に設けられた開口２６ａ，２６ｂ，２６ｃを通して、このカバーの外部から内部へ冷却用の気体が供給され、この気体と接触することによって、駆動素子１８ａ～１８ｆが冷却される。これにより、駆動回路部２８の発熱が抑えられる。

　既述のように、このインク吐出装置を生産装置に応用して、液晶のカラーフィルタ、配線パターン描画等のために用いる場合は、指定アドレスにインクを着弾させる必要があり、高精度な着弾精度が要求される。例えば筐体２９内へ約１００リットル毎分（ｌ／ｍｉｎ）程度の流量で空気を供給する場合、仮に上記空気がヘッド部２５へ流れ込むと、インクの温度上昇により、ヘッド部２５によるインク滴の着弾に影響が生じて、指定アドレスにインクを着弾させることができなくなる可能性が高くなる。

　ここで、このインク吐出装置５０では、上述のように、駆動素子１８ａ～１８ｆおよび放熱部材１７ａ～１７ｆから熱を奪った空気は、矢印３４で示すように、筐体２９から気体排出口２７を通してヘッド部２５から遠ざかる向きに排出される。したがって、加熱された空気がヘッド部２５のインク吐出特性に影響を与えるような事態が、避けられる。

　また、気体流路室２２内でヘッド部２５から遠ざかる向きに空気が流れ、気体排出口２７を通して排出される。さらに、矢印３９で示すヘッド部２５によってインクが吐出される向きと、矢印３４で示す筐体から空気が排出される向きとが互いに反対である。したがって、排出される空気がヘッド部２５のインク吐出特性に影響を与えるような事態が、より確実に避けられる。

　一実施形態のインク吐出装置では、気体供給口である開口２６ａ，２６ｂ，２６ｃが、上記気体流路室をなす隔壁のうちヘッド部に近い側の隔壁に形成されて、重力に相反する向きに上記気体が流れるようになっている。駆動回路部２８の発熱により、暖められて比重が小さくなった気体は、自然対流により上昇し、この自然対流を助長するようにヘッド部側から重力に相反する向きに気体が流れるようにすることで、上記気体が上記ヘッド部のインク吐出特性に影響を与える事をより確実に避けられる。

　さて、インクの吐出特性に影響を与えないレベルにインクの粘度変化を抑えるためには、インクの温度変化を５℃以下程度の範囲内に抑える必要がある。一方、駆動回路部２８では、各駆動素子１８ａ～１８ｆが温度保証範囲である８０度（℃）程度以下の温度に冷却されていれば、安定に動作し、問題が生じない。したがって、駆動回路部２８の発熱を如何にしてヘッド部２５に伝熱させないようにするかが肝要である。

　そのため、このインク吐出装置５０では、ヘッド部２５と駆動回路部２８との間に気体供給口となる開口２６ａ，２６ｂ，２６ｃを設け、空気を流すことで、駆動回路部２８の発熱が気体供給口となる開口２６ａ，２６ｂ，２６ｃからの気体の流入によって阻まれて、ヘッド部２５へは伝わらない。よって、インクの温度変化を５℃以下程度の範囲内に抑えることができ、インクの吐出特性に影響を与えないレベルにインクの粘度変化を抑えられる。これにより、インクの吐出特性を安定化できる。

　また、このインク吐出装置５０では、既述のように、筐体２９を構成する表カバー２９ａ、裏カバー２９ｂは、黒色にした金属（例えばＣｕまたはＡｌ等）等の伝熱特性、放射特性のよい材料から作製されている。それにより、駆動回路部２８の発熱が筐体２９自体に蓄積せず、筐体２９の壁面を通して周囲の環境に容易に放出され、装置内での熱の蓄積による温度上昇を抑えられ、駆動素子１８ａ～１８ｆ等の安定動作に有効である。

　上述の実施形態では、冷却用の気体として空気を用いたが、当然ながらこれに限られるものではなく、他の気体、例えばＮ２ガスを用いても良い。

　また、上述の実施形態では、冷却用の気体の流量を約１００リットル毎分（ｌ／ｍｉｎ）としたが、当然ながら、これに限られるものではない。駆動回路部２８の駆動素子を冷却するのに必要な気体の流量は、回路部４０に搭載されている駆動素子の数や駆動回路、駆動状態等により適宜可変して設定するのが望ましい。

　以上のように、本発明のインク吐出装置は、駆動信号により複数のノズル孔から選択的にインクを吐出する長尺ヘッドを有するヘッド部と、前記駆動信号を伝達するため前記ヘッド部に接続された配線部と、前記配線部の配線ピッチを変換する配線変換部と、前記駆動信号を作成する駆動素子を回路部に有する駆動回路部と、からなるインク吐出装置であって、ヘッド部、配線部、配線変換部、駆動回路部の順で接続されており、前記配線部と前記配線変換部は、実装材料を介して接続することを特徴とする。

　さらには、配線部はフレキシブル配線を用い、駆動回路部からの駆動信号波形を変化させること無くヘッド部へ伝達することが好ましい。

　この発明のインク吐出装置では、配線部および配線変換部には回路部品を搭載せず、発熱する部品が存在しないことで、ヘッド部は配線部からの熱の影響を受けず、インクの粘度変化を生じないため、インクの安定した吐出が可能である。

　さらには、配線部の端子部は、ヘッド部および配線変換部と、それぞれにＡＣＦ（異方性導電フィルム）により接続することが好ましい。

　この発明のインク吐出装置では、配線部の端子部、詳しくはヘッド部と配線部および配線部と配線変換部は、実装材料を介して接続を行っている。これらの接続は、配線部の端子部をヘッド部、配線変換部の端子部に重ね合わせるように配置し、加圧、加熱して接続する手法が採用されている。この場合、ツールにより端子部を加圧、加熱するため、厚さばらつきの大きな配線部の場合は、端子部全域にわたって均一な加圧を行うことが出来ないため、厚さばらつきの小さな配線部が必要となる。フレキシブル配線部は通常、厚みを管理されたポリイミドフィルム上に配線パターンを形成しており、厚さバラツキが小さく、ツールで加圧した際に均一な加圧が可能となり、接続信頼性が向上する。また、厚みが薄く、柔軟性があるため、配線部に引き回しの自由度がある。

　また、インク吐出装置は、チャンネル数の増大により、ヘッド部の幅が５０ｍｍ以上、チャンネル数も３００ｃｈを超えるような長尺ヘッドも開発されている。このような長尺ヘッドの場合、ヘッド部と配線部の実装材料を介した接続時に熱膨張差による応力が加わり、この状態で温度サイクル等の信頼性テストを行うと、接続部の剥離、クラック等が生じ、接続信頼性の低下を招く。したがって、配線部の端子部の接続は、他の接続方法よりも加熱温度の低いＡＣＦ（異方性導電フィルム）による接続が接続信頼性の低下を招きにくい。

　さらには、配線変換部と駆動回路部は、各々に配置されたコネクタにより着脱可能に接続することが好ましい。

　この発明のインク吐出装置では、ヘッド部と駆動回路部とはコネクタを介して連結され、着脱可能になっているため、ヘッド部を交換する必要が生じた場合に、コネクタの着脱によりヘッド部のみを交換し、駆動回路部を継続して用いることができる。

　さらには、駆動回路部は、筐体内に配置され、重力とは反対方向に形成された気体流路により冷却することが好ましい。

　この発明のインク吐出装置では、筐体によって回路部とともに駆動素子が覆われており、筐体の外部から内部へ冷却用の気体が供給される。この気体と接触することによって、駆動素子が冷却され、駆動回路部の発熱が抑えられる。なお、「駆動素子」は、部品として回路部に搭載可能な形態にあるものを指しており、駆動素子には放熱部材が取り付けられているのが望ましく、駆動素子からの放熱効率が高くなる。

　また、駆動回路部の発熱により、暖められて比重が小さくなった気体は、自然対流により、上昇する。そのため、この自然対流を助長するようにヘッド部側から重力に相反する向きに気体が流れるようにすることで、暖められた気体がヘッド部のインク吐出特性に影響を与えることをより確実に避けることができる。よって、駆動回路部よりも下方向に存在するヘッド部は、暖かい空気の影響によるインクの粘度変化を生じず、インクの安定した吐出が可能となる。

　本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても、本発明の技術的範囲に含まれる。

　発明の詳細な説明の項においてなされた具体的な実施態様または実施例は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発明の精神と次に記載する特許請求事項との範囲内で、種々変更して実施することができるものである。

　この発明のインク吐出装置は、プリンタに用いられるとともに、液晶のカラーフィルタ、配線パターン描画等のために生産装置に用いられ、ヘッド部は、駆動回路部からの発熱の影響を受けないため、ノズル孔から数ｐＬ（ピコリットル）から数十ｐＬ程度の微量なインク液滴を吐出する液晶のカラーフィルタ、配線パターン描画等のための生産装置に用いることができる。

１　インクジェットヘッドチップ
１０　配線部
１０ａ、１０ｂ　配線部の端子部
１１ａ、１１ｂ　ノズルプレート保持部材
１２　配線変換部
１２ａ　配線変換部の端子部
１３　配線変換部のコネクタ
１５　ベース
１６ａ、１６ｂ　インクチューブ
１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、１７ｅ、１７ｆ、１７　放熱部材
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ、１８ｆ、１８　駆動素子
１９　駆動回路部側のコネクタ
２０　ノズル孔
２１　ノズルプレート
２２　気体流路室
２５　ヘッド部
２６ａ、２６ｂ、２６ｃ　開口
２７　気体排出口
２８　駆動回路部
２９　筐体
２９ａ　表カバー
２９ｂ　裏カバー
４０　回路部
５０　インク吐出装置

Claims

　駆動信号により複数のノズル孔から選択的にインクを吐出する長尺ヘッドを有するヘッド部と、
　前記駆動信号を伝達するため前記ヘッド部に接続された配線部と、
　前記配線部の配線ピッチを変換する配線変換部と、
　前記駆動信号を作成する駆動素子を回路部に有する駆動回路部と、
からなるインク吐出装置であって、
　ヘッド部、配線部、配線変換部、駆動回路部の順で接続されており、前記配線部と前記配線変換部は、実装材料を介して接続することを特徴とするインク吐出装置。
　前記配線部はフレキシブル配線を用い、前記駆動回路部からの駆動信号波形を変化させること無く前記ヘッド部へ伝達することを特徴とする請求項１に記載のインク吐出装置。
　前記配線部の端子部は、前記ヘッド部および前記配線変換部と、それぞれにＡＣＦ（異方性導電フィルム）により接続することを特徴とする請求項１または２に記載のインク吐出装置。
　前記配線変換部と前記駆動回路部は、各々に配置されたコネクタにより着脱可能に接続することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のインク吐出装置。
　前記駆動回路部は、筐体内に配置され、重力とは反対方向に形成された気体流路により冷却することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のインク吐出装置。