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JP4124055B2 - インクジェットヘッド及びインクジェットプリンタ - Google Patents

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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Description

本発明は、インクジェットヘッド、及び、それを用いたインクジェットプリンタに関する。
従来より、圧電素子を駆動して、圧電素子に隣接する圧力室に充填されたインクを押圧し、その圧力室に連通されたノズルから、紙などの記録媒体に向けてインクを吐出して、その記録媒体に画像を形成するインクジェットヘッドが知られている。
例えば特許文献1記載のインクジェットヘッドは、キャビティプレートに菱形の圧力室が複数列形成されたものである。このインクジェットヘッドのキャビティプレート表面には、キャビティプレートの各圧力室に共通する共通電極を圧力室側に備え、それと対向する面に各圧力室毎の個別電極(駆動電極)を備えるシート状の圧電素子が積層されている。このインクジェットヘッドは、個別電極と共通電極との間に駆動電圧を印加し、圧電素子を圧力室方向に変位させて、圧力室内のインクを押圧し、その圧力室に連通するノズルからインクを吐出する。
特開平3−150165号公報
ところで、この種のインクジェットヘッドでは、共通電極が個別電極とは反対側の面に設けられているため、個別電極及び共通電極から駆動回路への配線が煩雑になる。このため、個別電極が設けられた圧電素子表面に、個別電極とは別のランドを設けて、共通電極とそのランドをスルーホールを介して電気的に接続することが考えられている。
このようにスルーホールを介して共通電極とランドとを接続すると、圧電素子の表面に、駆動回路に繋がる配線層(パッド)を備える基板を載置して、その配線層と個別電極及び上記ランドとを接合する程度で、煩雑な配線を行うことなしに、個別電極及び共通電極を駆動回路に電気的に接続することができる。
しかしながら、上記ランド及びスルーホールを圧電素子に設けると、そのランド及びスルーホールが原因で、個別電極と上記ランドとが隣接する領域において圧電素子の変形ムラが生じ、各個別電極に対応するノズルのインク吐出特性にばらつきが生じる。また、変形ムラが生じるのを抑制するために、共通電極とランドとの接続経路(スルーホール)を一系統しか設けないようにすると、断線等が起こった場合の予備配線がないため、製品の耐久性・信頼性が低下する。
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであって、複数の個別電極と、その各個別電極に共通して設けられた内部電極にスルーホールを介して電気的に接続された複数のランド部とを、表面に備える圧電シートを有するインクジェットヘッドにおいて、製品の耐久性を高め、インクの吐出特性のばらつきを抑えることを目的とする。
かかる目的を達成するためになされた請求項1記載のインクジェットヘッドは、表面に複数の個別電極が配設された個別電極形成領域を有し、内部に個別電極形成領域の各個別電極と対向する内部電極を有するプレート型の圧電シートを備える。圧電シートの表面には、更に、上記内部電極とスルーホールを介して電気的に接続された複数のランド部が、個別電極形成領域の周囲に設けられている。また、このインクジェットヘッドは、上記各個別電極の夫々、及び、各ランド部の夫々と電気的に接続される接続端子を有する基板、を備え、基板を介して上記圧電シートの各個別電極と各ランド部との間に駆動電圧を印加して、各個別電極に対応するノズルからインクを吐出する。
また、本発明においては、圧電シートが、個別電極を表面に有する圧電層を最上層とする複数の圧電層からなる積層構造体にされ、各個別電極及び各ランド部は、圧電シートの表面のみに形成されている。また、各個別電極は、圧電シートの中央部にマトリクス状に配設されて個別電極形成領域を構成し、各ランド部は、個別電極形成領域より所定間隔離れた圧電シートの端縁側で、個別電極形成領域の外縁に沿って配列され、個別電極形成領域の外縁に沿って長尺に形成され、長尺方向の一方の端部で、基板の接続端子と接合されて接続端子と電気的に接続され、他方の端部で、自身下方に形成されたスルーホールと接合されて、内部電極と電気的に接続されている。
このように、請求項1記載のインクジェットヘッドでは、各ランド部を個別電極形成領域の外縁に沿って配列し、ランド部を個別電極形成領域側に広げることなく、各ランド部を個別電極形成領域の外縁に沿って長尺に形成するようにした。このため、本発明によれば、基板の接続端子とランド部との接合面積を十分に確保しつつ、各ノズルにおけるインクの吐出特性にばらつきが生じるのを抑制することができる。
即ち、本発明(請求項1)によれば、接合面積が広いので基板−ランド部間(しいては基板−内部電極間)の電気的接続を良好に保つことができる。また、個別電極形成領域に対して間隔を空けてランド部及びスルーホールを設けているので、高性能で耐久性の高いインクジェットヘッドを提供することができる。
また、本発明では、複数のランド部を下方のスルーホールと接続して、基板−内部電極の接続経路を複数系統設けるようにしたので、一の接続経路が断線した場合であっても、他の接続経路で基板−内部電極間の電気的接続を保つことができる。
ところで、上記のランド部は、請求項2記載のように構成されるとよい。請求項2記載のインクジェットヘッドにおける各ランド部は、個別電極形成領域の外縁に沿って長尺に形成されたランド本体部と、そのランド本体部の一方の端部から圧電シートの端縁側に延びる延設部と、を備える。このランド部は、ランド本体部及び延設部の境界領域である屈曲部位で、基板の接続端子と接合されて、その接続端子と電気的に接続され、ランド本体部の他方の端部で、下方に形成されたスルーホールと接合されて、内部電極と電気的に接続される。
請求項2記載のインクジェットヘッドでは、ランド本体部を個別電極形成領域の外縁に沿って長尺に形成することで、ランド部を個別電極形成領域側に近づけることなく、そのランド部の表面積を大きくするようにしているので、基板−ランド部間(しいては基板−内部電極間)の電気的接続を良好にすることができ、更には、各ノズルにおけるインクの吐出特性にばらつきが生じるのを抑制することができる。
また特に、請求項2記載のインクジェットヘッドでは、ランド本体部と圧電シート端縁との間の領域に延設部を設けて、基板の接続端子と接合されるランド部の面積を広くしたので、基板−ランド部間(しいては基板−内部電極間)の電気的接続を一層良好にするこ
とができる。従って、この発明(請求項2)によれば、製品の耐久性・信頼性が一層向上する。
その他、各個別電極、及び、各ランド部における基板の接続端子が接合される部位には、請求項3記載のように、凸状の接点部を設けるとよい。凸状の接点部を設けると、圧電シートと基板とを対向させて接合する際に、その圧電シートと基板との間に微小な隙間が形成される。従って、この発明(請求項3)によれば、圧電シート上に微小なゴミ等が付着している場合であっても、接合時に、そのゴミによって圧電シートや基板が傷つくのを防止することができる。よって、本発明(請求項3)によれば、製品の信頼性を高めることができ、製品の歩留まりを向上させることができる。
また請求項3記載のインクジェットヘッドにおいては、請求項4記載のように、各個別電極が備える接点部及び各ランド部が備える接点部の高さを略同一とするのが良い。請求項4記載のようにインクジェットヘッドを構成すると、ランド部の接点部及び個別電極の接点部に基板を均一に接続することができる。
従って、組み立て時に基板や圧電シートに局所的な負荷がかかるのを防止することができ、接触不良となる接点部が発生するのを防止することができる。その他、夫々の接点部の高さが同一にされているので、各接点部と基板の接続端子との間の電気的特性を揃えることができ、インクの吐出特性にばらつきが生じるのを抑えることができる。
その他、個別電極形成領域には、各個別電極の間に、接点部と略同一高さの凸状の突起部を設けるとよい(請求項5)。また、各個別電極の接点部及び各ランド部の接点部を、基板の接続端子にはんだ付けする場合には、請求項6記載のように、それら各接点部の表面積を略同一とするのが好ましい。はんだ付けにより接点部と基板の接続端子とを接合する場合に、各接点部の表面積が異なると、接点部に付着するはんだの量にばらつきが生じることになる。このような場合には、はんだの量が多すぎて全てのはんだが溶融せず接合が不完全になる接点部や、はんだの量が少なすぎてはんだが蒸発し接合が不完全になる接点部が現れる。
本発明(請求項6)のように表面積を略同一とすると、はんだの量を各接点部において均一にすることができ、接合の不完全な接点部が発生するのを防止することができる。従って、この発明(請求項6)によれば、耐久性・信頼性の高いインクジェットヘッドを製造することができる。尚、各接点部の表面積の差が、接合が不完全になる接点部が生じない程度にはんだの量が均一となる面積差である場合、その面積差は許容され、それら表面積は略同一であるとみなされる。
また上述したインクジェットヘッドにおいては、圧電シート側に開口された圧力室を各個別電極に対応する位置に備えるキャビティプレートが、圧電シートの裏面に接合されることになるが、各個別電極が有する接点部、及び、各ランド部が有する接点部は、キャビティプレートに対して請求項7記載のように設けられるのが好ましい。
請求項7記載のインクジェットヘッドでは、各個別電極の接点部及び各ランド部の接点部の夫々が、圧電シートの裏面に接合されるキャビティプレートの接合面に対向する圧電シート表面の一部に配置されている。
キャビティプレート表面において圧力室が形成されていない領域(即ち、圧力室の周囲領域)は、圧電シートとキャビティプレートとの接合面を構成するものとなるが、各個別電極の接点部及び各ランド部の接点部を、圧力室に対向する圧電シート表面に(即ち圧力室上に)配置すると、圧電シート上に基板を載置して基板を取り付ける際、接点部を介して圧電シートに押圧力がかかり、キャビティプレートにより支持されていない圧電シートの領域が歪み損傷するといった問題が発生する。
請求項7記載のように、各個別電極の接点部及び各ランド部の接点部を、圧電シート表面においてキャビティプレートの接合面上に配置すると、圧電シート上に基板を載置して基板を取り付ける際に、圧電シートが破損するのを防止することができる。従って、請求項7記載のインクジェットヘッドによれば、製品の歩留まりが向上する。
また、上記のインクジェットヘッドは、次のように構成されてもよい。即ち、圧電シート及び個別電極形成領域は、台形状にされ、個別電極形成領域は、対辺が互いに非平行な左右の辺が圧電シートの対応する辺と平行となるようにされ、圧電シートの中央部において、上底及び下底が、圧電シートの上底及び下底と平行となるように設けられてもよい。その他、各個別電極は、個別電極形成領域の上底及び下底とは直交する方向に長尺に形成されて、圧電シートの表面に配設され、各ランド部は、個別電極形成領域の対辺が互いに非平行な左右の辺より所定間隔離れた圧電シートの端縁側で、個別電極形成領域の右左の辺に沿って配列され、その配列方向に沿って長尺に形成されてもよい(請求項8)。
以上、インクジェットヘッドの構成について説明したが、請求項1〜請求項8記載のインクジェットヘッドを用いて、請求項9記載のようにインクジェットプリンタを構成すれば、画質が良好で、耐久性に優れたインクジェットプリンタを提供することができる。またインクジェットヘッドの歩留まりが向上するので、インクジェットプリンタを安価に提供することができる。
以下に本発明の実施例について図面とともに説明する。尚、図1は、本発明が適用されたインクジェットヘッド9を備えるインクジェットプリンタ1の構成を表すブロック図である。
本実施例のインクジェットプリンタ1は、マイクロコンピュータなどからなる制御部3、USBインタフェース等に代表されるPCインタフェース5、搬送ローラなどからなる用紙搬送部6、ユーザが当該インクジェットプリンタ1を操作するために必要な各種キーを備える操作部7、インクが充填されたインクタンク8、インクタンク8に接続されインクタンク8から提供されるインクをインク滴にしてノズル111から噴射する上記インクジェットヘッド9、を備える。
このインクジェットプリンタ1には、PCインタフェース5を介してパーソナルコンピュータ(PC)等が接続される。当該インクジェットプリンタ1を統括制御する制御部3は、PCインタフェース5を介して外部(PC)から画像データを受信すると、用紙搬送部6を制御して、図示しない給紙トレイから用紙を取り出し、その用紙をインクジェットヘッド9側へと搬送する。
一方で、制御部3は、インクジェットヘッド9を主走査方向へ走査すると共に、外部(PC)から取得した画像データに基づき、インクジェットヘッド9を制御して、インクジェットヘッド9のノズル111からインク滴を噴射させ、そのインク滴によって外部(PC)から取得した画像データに基づく画像を用紙に形成する。この際、用紙は、インクジェットヘッド9の動作と連動して副走査方向に搬送される。また画像形成後、制御部3は、画像が形成された用紙を図示しない排紙トレイに排出し、印刷処理を終了する。
図2は、このインクジェットプリンタ1が備えるインクジェットヘッド9の概略構成を表した分解斜視図である。また図3は、インクジェットヘッド9の積層構造を表した分解斜視図であり、図4は、インクジェットヘッド9の積層構造を表した概略断面図である。
本実施例のインクジェットヘッド9は、略長方形に形成された薄い金属板が複数枚積層された構造にされている。具体的に、このインクジェットヘッド9は、略長方形の薄い金属板が9枚積層された9層構造となっており、図2〜図4に示すように、下層から、ノズルプレート100、カバープレート200、第一マニホールドプレート300、第二マニホールドプレート400、第三マニホールドプレート500、サプライプレート600、アパーチャプレート700、ベースプレート800、キャビティプレート900が積層された構造にされている。
そして、このキャビティプレート900の表面(即ち、上面)には、略台形状のプレー
ト型の4枚の各圧電シート10が重ならないように互い違いに積層される。この各圧電シート10の上側には、フレキシブルプリント配線基板(以下、「FPC基板」という)50の先端部51が載置され、圧電シート10と電気的に接続される。尚、キャビティプレート900において、積層された各圧電シート10の周囲には、インクタンク8に連通されたインク供給口901が設けられている。
次に、各プレートについて説明する。図5は、ノズルプレート100の構成を表す平面図であり、図6は、第一マニホールドプレート300表面の構成を表す平面図である。また、図7は、第二マニホールドプレート400表面の構成を表す平面図であり、図8は、第三マニホールドプレート500表面の構成を表す平面図である。
図3〜図5に示すように、ノズルプレート100には、略台形状の4つの領域110をそれぞれ一群にして、微小径のインク噴出用のノズル111が、要求される印字密度に対応して、多数個穿設されている。また、カバープレート200の表面には、略台形状の4つの領域210をそれぞれ一群にして、微小径のインク通路用の貫通孔211が多数穿設されている。カバープレート200の各貫通孔211は、ノズルプレート100の各ノズル111と対向する位置に配設されており、カバープレート200とノズルプレート100とが積層された際に、ノズルプレート100の各ノズル111と連通する。
また、第一マニホールドプレート300には、図6に示すように、微小径のインク通路用の貫通孔311が多数穿設されている。各貫通孔311は、カバープレート200の各貫通孔211に対向する位置に配設されており(図4参照)、第一マニホールドプレート300とカバープレート200とが積層された際に、カバープレート200の各貫通孔211と連通する。
その他、第一マニホールドプレート300には、インクマニホールド流路2(図4参照)を構成する2つの溝貫通部312が長手方向に形成されている。上述した各貫通孔311は、この溝貫通部312の外周及び、溝貫通部312に囲まれた複数の浮島部313に配設されている。
また、複数の浮島部313は、下側をハーフエッチングされた複数の連結片314によって支持されている。尚、各連結片314は、第一マニホールドプレート300の約半分程度の厚みで形成されている。その他、溝貫通部312には、複数のインク供給部315が延設されている。
また、第二マニホールドプレート400には、図7に示すように、インクマニホールド流路2を構成する2つの溝貫通部412が長手方向に形成されている。この第二マニホールドプレート400の各溝貫通部412は、第一マニホールドプレート300の各溝貫通部312に対向する位置に配設されており、第二マニホールドプレート400と第一マニホールドプレート300とが積層された際に、第一マニホールドプレート300の各溝貫通部312と連通する(図4参照)。
その他、溝貫通部412の外周、及び、溝貫通部412に囲まれた複数の浮島部413には、微小径のインク通路用の貫通孔411が多数穿設されている。この第二マニホールドプレート400の各貫通孔411は、第一マニホールドプレート300の各貫通孔311に対向する位置に配設されており、第二マニホールドプレート400と第一マニホールドプレート300とが積層された際に、第一マニホールドプレート300の各貫通孔311と連通する。
また、複数の浮島部413は、上側をハーフエッチングされた複数の連結片414によ
って支持されている。尚、各連結片414は、第二マニホールドプレート400の約半分程度の厚みで形成されている。
その他、溝貫通部412には、複数のインク供給部415が延設されている。この第二マニホールドプレート400の各インク供給部415は、第一マニホールドプレート300の各インク供給部315に対向する位置に配設されており、第二マニホールドプレート400と第一マニホールドプレート300とが積層された際に、第一マニホールドプレート300の各インク供給部315と連通する。
また、第三マニホールドプレート500には、図8に示すように、インクマニホールド流路2を構成する2つの溝貫通部512が長手方向に形成されている。この第三マニホールドプレート500の各溝貫通部512は、第二マニホールドプレート400の各溝貫通部412に対向する位置に配設されており、第三マニホールドプレート500と第二マニホールドプレート400とが積層された際に、第二マニホールドプレート400の各溝貫通部412と連通する。
その他、溝貫通部512の外周及び、溝貫通部512に囲まれた複数の浮島部513には、微小径のインク通路用の貫通孔511が多数穿設されている。この第三マニホールドプレート500の各貫通孔511は、おおよそ第二マニホールドプレート400の各貫通孔411に対向する位置に配設されており、第三マニホールドプレート500と第二マニホールドプレート400とが積層された際に、第二マニホールドプレート400の各貫通孔411と連通する。
また、複数の浮島部513は、上側をハーフエッチングされた複数の連結片514によって支持されている。尚、各連結片514は、第三マニホールドプレート500の約半分程度の厚みで形成されている。
その他、溝貫通部512には、複数のインク供給部515が延設されている。この第三マニホールドプレート500の各インク供給部515は、第二マニホールドプレート400の各インク供給部415に対向する位置に配設されており、第三マニホールドプレート500と第二マニホールドプレート400とが積層された際に、第二マニホールドプレート400の各インク供給部415と連通する。
続いて、サプライプレート600、アパーチャプレート700、ベースプレート800、キャビティプレート900について説明する。尚、図9は、サプライプレート600に設けられた貫通孔612の拡大平面図(a)及び拡大断面図(b)であり、図10は、サプライプレート600に設けられたインク供給口601の拡大平面図である。また、図11は、アパーチャプレート700に設けられたインク導入用の絞り部712の構成を表す平面図である。その他、図12は、キャビティプレート900表面の構成を表す平面図である。
サプライプレート600には、略台形状の4つの領域610(図3参照)をそれぞれ一群にして、微小径のインク通路用の貫通孔611、及び、微小径のインク導入用の貫通孔612が多数個設けられている(図4参照)。そして、サプライプレート600の各貫通孔612には、図9に示すように、インク内のゴミが侵入するのを防ぐためのフィルター孔613が多数個穿設されている。
このサプライプレート600の各貫通孔611は、おおよそ第三マニホールドプレート500の各貫通孔511に対向する位置に配設されており、サプライプレート600と第三マニホールドプレート500とが積層された際に、第三マニホールドプレート500の
各貫通孔511と連通する。
一方、サプライプレート600の各貫通孔612は、第三マニホールドプレート500の2つの溝貫通部512のいずれかと対向する位置に配設されており、サプライプレート600と第三マニホールドプレート500とが積層された際に、第三マニホールドプレート500の2つの溝貫通部512のいずれかと連通する。
その他、サプライプレート600には、略台形状の4つの領域610の外側に、小径のインク供給用のインク供給口601が複数個穿設されている(図3参照)。このサプライプレート600の各インク供給口601は、第三マニホールドプレート500の各インク供給部515に対向する位置に配設されており、サプライプレート600と第三マニホールドプレート500とが積層された際に、第三マニホールドプレート500の各インク供給部515と連通する。また、サプライプレート600の各インク供給口601には、図10に示すように、インク内のゴミが侵入するのを防ぐためのフィルター孔602が多数個穿設されている。
また、アパーチャプレート700には、略台形状の4つの領域710をそれぞれ一群にして、図4に示すように、微小径のインク通路用の貫通孔711、及び、インク導入用の絞り部712が多数穿設されている。このアパーチャプレート700の各貫通孔711は、おおよそサプライプレート600の各貫通孔611に対向する位置に配設されており、アパーチャプレート700とサプライプレート600とが積層された際に、サプライプレート600の各貫通孔611と連通する。
一方、アパーチャプレート700の各絞り部712は、図11に示すように、インク入口713及びインク出口714と、そのインク入口713及びインク出口714を連通させる溝貫通部715とによって構成されている。各絞り部712のインク入口713は、おおよそサプライプレート600の各貫通孔612に対向する位置に配設されており、アパーチャプレート700とサプライプレート600とが積層された際に、サプライプレート600の各貫通孔612と連通する。
その他、アパーチャプレート700には、略台形状の4つの領域710の外側に、インク供給用のインク供給口701が複数個穿設されている(図3参照)。このアパーチャプレート700の各インク供給口701は、サプライプレート600の各インク供給口601に対向する位置に配設されており、アパーチャプレート700とサプライプレート600とが積層された際に、サプライプレート600の各インク供給口601と連通する。
また、ベースプレート800には、略台形状の4つの領域810をそれぞれ一群にして、微小径のインク通路用の貫通孔811、及び、微小径のインク導入用の貫通孔812が多数個設けられている。このベースプレート800の各貫通孔811は、おおよそアパーチャプレート700の各貫通孔711に対向する位置に配設されており、ベースプレート800とアパーチャプレート700とが積層された際に、アパーチャプレート700の各貫通孔711と連通する。
一方、ベースプレート800の各貫通孔812は、アパーチャプレート700の各絞り部712のインク出口714に対向する位置に配設されており、ベースプレート800とアパーチャプレート700とが積層された際に、アパーチャプレート700の各絞り部712のインク出口714と連通する。
その他、ベースプレート800には、略台形状の4つの領域810の外側に、インク供給用のインク供給口801が複数個穿設されている(図3参照)。各インク供給口801
は、アパーチャプレート700の各インク供給口701に対向する位置に配設されており、ベースプレート800とアパーチャプレート700とが積層された際に、アパーチャプレート700の各インク供給口701と連通する。
また、キャビティプレート900には、略台形状の4つの領域910をそれぞれ一群にして、圧電シート10及びベースプレート800側に開口されたインク圧力室911が、要求される印字密度に対応して、マトリクス状に多数個貫設されている(図12参照)。即ち、このキャビティプレート900の各インク圧力室911は、前後方向及び左右方向に等間隔に配列されている。
この各インク圧力室911の先端部は、おおよそベースプレート800の各貫通孔811に対向する位置に配設されており、キャビティプレート900とベースプレート800とが積層された際に、ベースプレート800の各貫通孔811と連通する(図4参照)。
一方、各インク圧力室911の後端部は、おおよそベースプレート800の各貫通孔812に対向する位置に配設されており、キャビティプレート900とベースプレート800とが積層された際に、ベースプレート800の各貫通孔812と連通する。
その他、キャビティプレート900には、略台形状の4つの領域910の外側に、インク供給用のインク供給口901が複数個設けられている。上述したこのキャビティプレート900の各インク供給口901は、ベースプレート800の各インク供給口801に対向する位置に配設されており、キャビティプレート900とベースプレート800とが積層された際に、ベースプレート800の各インク供給口801と連通する。尚、このキャビティプレート900の表面には、台形状にされた圧電シート10の裏面が接合される。
次に、圧電シート10について説明する。図13は、圧電シート10表面の構成を表す平面図であり、図14は、圧電シート10表面における右後端部の拡大平面図である。また、図15は、圧電シート10に形成された個別電極11の拡大平面図(a)及び拡大断面図(b)であり、図16は、圧電シート10に形成された表面共通電極31,32の拡大平面図(a)及び表面共通電極31,31’の拡大断面図(b)並びに表面共通電極32の拡大断面図(c)である。その他、図17は、キャビティプレート900に設けられたインク圧力室911と、圧電シート10に設けられた個別電極11及び表面共通電極31,32との位置関係を表した圧電シート10の一部透過平面図である。また、図18は、FPC基板50載置前のインクジェットヘッド9の構成を表す断面図である。
本実施例の圧電シート10には、図13に示すように、個別電極11が、要求される印字密度に対応して、マトリクス状に多数個形成されている。即ち、圧電シート10中央部に設けられた個別電極形成領域13には、個別電極11が同一のパターンで等間隔に複数個配置されている。
この圧電シート10の各個別電極11は、キャビティプレート900の各インク圧力室911に対向する位置に配設されており、圧電シート10がキャビティプレート900に積層され、キャビティプレート900の各インク圧力室911の上部が圧電シート10によって塞がれた際、各個別電極11は、キャビティプレート900の各インク圧力室911の上部に配置される(図17及び図18参照)。
また、各個別電極11には、インク圧力室911に対向する面を形成する個別電極11の対向部15から延き出された延設部16の端に、凸形状の接点部17が形成されている(図14及び図15参照)。この接点部17は、キャビティプレート900におけるインク圧力室911の周囲領域である圧電シート10とキャビティプレート900との接合面
SS上に(即ち、インク圧力室911から外れた位置に)設けられている。
また、圧電シート10は、図16に示すように、第1圧電層21、第2圧電層23、第3圧電層24、第4圧電層26が積層された構造にされており、第1圧電層21と第2圧電層23との間に、個別電極形成領域13の各個別電極11と対向する内部電極22を備え、第2圧電層23と第3圧電層24との間に、内部電極25を備える。
この内部電極22は、導電材が充填された複数のスルーホール33を介して、圧電シート10の表面に形成された概略L字形状の表面共通電極31,31’に電気的に接続されている。また、内部電極25は、スルーホール34を介して、圧電シート10の表面に形成された表面共通電極32に電気的に接続されている。尚、上記各表面共通電極31,32は、圧電シート10の表面において、上記個別電極11が形成された個別電極形成領域13には該当しない領域である個別電極形成領域13の外周領域に設けられている。
表面共通電極31,32は、スルーホール33,34により異なる内部電極22,25と接続されている以外は同一構成にされており、個別電極形成領域13より圧電シート10の端縁側に所定間隔離れた位置で、個別電極形成領域13の外縁(即ち、圧電シート10の左右の辺)に沿って長尺に形成された本体部35と、本体部35の長尺方向後端から圧電シート10の上下辺に沿って圧電シート10の端縁側に延びる延設部36と、を備える。この本体部35及び延設部36は互いに滑らかに接続されており、本体部35及び延設部36の境界領域は屈曲部37として構成されている。そして、この屈曲部37には凸形状の接点部38が形成されている。
また、内部電極22に接続されたスルーホール33は、表面共通電極31における本体部35の長尺方向先端側に接合されており、内部電極25に接続されたスルーホール34は、表面共通電極32における本体部35の長尺方向先端側に接合されている。尚、表面共通電極31,32が備える接点部38は、いずれもインク圧力室911周囲に位置するキャビティプレート900と圧電シート10との接合面SS上に(即ち、インク圧力室911から外れた位置に)設けられている。
その他、圧電シート10には、押圧力をキャビティプレート900と圧電シート10との接合面SS上に伝達して、キャビティプレート900と圧電シート10との均一な接合を図るための突起部18が、隣り合う個別電極11の間に設けられている。尚、突起部18及び接点部17,38は、本実施例において同一高さにされている。その他、突起部18及び接点部17,38の表面積は、本実施例において略同一にされている。
次に、FPC基板50の概略構造について説明する。図19は、パッド52,53の配置を表すFPC基板50の平面図であり、図20は、そのFPC基板50表面における右後端部の拡大平面図である(但し、図20では、下層の個別電極11及び表面共通電極31,31’,32を透過して表す)。また、図21は、FPC基板50に設けられたパッド52,53及び配線層54の概略構成を表すFPC基板50の拡大断面図である。その他、図22は、FPC基板50の個別電極であるパッド52と圧電シート10の個別電極11との接続態様を表す断面図(a)、及び、FPC基板50の共通電極であるパッド53と圧電シート10の表面共通電極31との接続態様を表す断面図(b)である。また、図23は、FPC基板50の電気的構成を概略的に表すブロック図である。
FPC基板50は、内部に配線層54を有するものであり、先端部51に、その配線層54を構成する導体が一部露出されてなるパッド52,53を備える。このパッド52,53は、圧電シート10の接点部17,38に接続される接続端子であり、接点部17,38と同一のパターンで配設されている。即ち、各パッド52は、圧電シート10におけ
る個別電極11の接点部17に対向する位置に設けられている。このパッド52には、圧電シート10の個別電極11に形成された接点部17に接合されるニッケルめっき層55及びはんだ層56が形成されている。
一方、各パッド53は、表面共通電極31,32の接点部38に対向する位置に設けられている。このパッド53には、パッド52と同様に、圧電シート10の表面共通電極31,32に形成された接点部38に接合されるニッケルめっき層55及びはんだ層56が形成されている。
このような構成のFPC基板50が圧電シート10に載置され、熱圧着によりはんだ付けが行われると、FPC基板50の各パッド52は、圧電シート10の各個別電極11の接点部17とはんだ層56を介して接合され、対向する個別電極11と電気的に接続される。一方、各パッド53は、圧電シート10の各表面共通電極31,32の接点部38とはんだ層56を介して接合され、対向する表面共通電極31,32と電気的に接続される。また、このはんだ付けにより、FPC基板50は圧電シート10に固定される。
はんだ付けの際、圧電シート10の各個別電極11とパッド52との接合部は、個別電極11に塗布された絶縁樹脂であるN.C.P19により、その周囲を覆われる。同様に、圧電シート10の各表面共通電極31,32とパッド53との接合部は、表面共通電極31,32に塗布された絶縁樹脂であるN.C.P19により、その周囲を覆われる。
このように圧電シート10と接合されるFPC基板50は、図24に示すように、駆動回路60を備える。このFPC基板50は、制御部3に制御されて、パッド52,53を介し圧電シート10の各個別電極11と表面共通電極31,32との間に駆動電圧を印加し、圧電シート10を駆動する。
このFPC基板50によって、個別電極11に駆動電圧が印加されると、駆動電圧が印加された個別電極11の真下に位置する圧電シート10の圧電層21,23,24,26は、インク圧力室911方向に変形し、インク圧力室911内のインクを押圧する。これによりインク圧力室911に連通されたノズル111からはインク滴が吐出される。
次に、インクジェットヘッド9におけるインクの流れについて説明する。図1に示すように、下層から、ノズルプレート100、カバープレート200、第一マニホールドプレート300、第二マニホールドプレート400、第三マニホールドプレート500、サプライプレート600、アパーチャプレート700、ベースプレート800、キャビティプレート900、圧電シート10を積層すると、ノズルプレート100のノズル111から吐出されるインクの流路は、図18断面図で示されるようになる。
ノズルプレート100のノズル111から吐出されるインクは、まずインクタンク8からインクマニホールド流路2に供給される。尚、インクタンク8からインクマニホールド流路2へのインク供給は、キャビティプレート900のインク供給口901、ベースプレート800のインク供給口801、アパーチャプレート700のインク供給口701、サプライプレート600のインク供給口601、第三マニホールドプレート500のインク供給部515、第二マニホールドプレート400のインク供給部415、第一マニホールドプレート300のインク供給部315が連通されてなるインク供給路を介して行われる。このとき、サプライプレート600のインク供給口601では、フィルター孔602によりインク内のゴミが除去される。
インクマニホールド流路2は、第三マニホールドプレート500の溝貫通部512及び、第二マニホールドプレート400の溝貫通部412、第一マニホールドプレート300
の溝貫通部312にて形成されている。インクマニホールド流路2を流れるインクは、サプライプレート600の貫通孔612、アパーチャプレート700の絞り部712のインク入口713、溝貫通部715、インク出口714、ベースプレート800の貫通孔812を経て、キャビティプレート900のインク圧力室911に導入される。このとき、サプライプレート600の貫通孔612では、フィルター孔613により、インク内のゴミが除去される。
このような状態でFPC基板50を介して圧電シート10の個別電極11に駆動電圧が印加されると、圧電シート10は、キャビティプレート900のインク圧力室911側に変形する。そして、このとき、キャビティプレート900のインク圧力室911内のインクは、ベースプレート800の貫通孔811に押し出される。
ベースプレート800の貫通孔811に押し出されたインクは、ベースプレート800の貫通孔811、アパーチャプレート700の貫通孔711、サプライプレート600の貫通孔611、第三マニホールドプレート500の貫通孔511、第二マニホールドプレート400の貫通孔411、第一マニホールドプレート300の貫通孔311、カバープレート200の貫通孔211を経て、ノズルプレート100のノズル111から吐出される。
以上、本実施例のインクジェットプリンタ1及びインクジェットヘッド9について説明したが、本実施例ではスルーホール33,34に接続される表面共通電極31,32の本体部35を、個別電極形成領域13の外縁に沿って長尺に形成することで、表面共通電極31,32を個別電極形成領域13側に広げることなく、表面共通電極31,32とパッド53との接合面積が必要十分な大きさとなるようにした。
特に、このインクジェットヘッド9では、スルーホール33,34の断線等を予防するために設けられた本体部35と圧電シート10端縁との間の冗長な空間に、延設部36を設けるようにして、表面共通電極31,32の面積を効率よく大きくし、表面共通電極31,32及びスルーホール33,34を個別電極形成領域13から効率よく離して形成できるようにした。
このインクジェットヘッド9によれば、接合面積が広いのでFPC基板50のパッド53−表面共通電極31,32間の電気的接続を良好に保つことができる。また、表面共通電極31,32及びスルーホール33,34を個別電極形成領域13から離して形成できるので、駆動電圧印加時に圧電シート10の変形ムラが生じ、各ノズル111におけるインクの吐出特性にばらつきが生じるのを抑制することができる。
その他、本実施例によれば、圧電シート10に複数の表面共通電極31,32及び複数のスルーホール33,34を設けて、FPC基板50のパッド53−内部電極22,25間の接続経路を複数系統設けるようにしたので、FPC基板50−内部電極22,25間の電気的接続を一層良好に保つことができる。よって、本実施例によれば、高性能で耐久性・信頼性の高いインクジェットヘッド及びインクジェットプリンタを製造することができる。
また本実施例では、各個別電極11及び各表面共通電極31,32において、FPC基板50のパッド52,53にはんだ付けされる部位に、凸状の接点部17,38を設け、圧電シート10とFPC基板50とを対向させてはんだ付けする際に、その圧電シート10とFPC基板50との間に微小な隙間が形成されるようにした。
これにより、本実施例のインクジェットヘッド9によれば、圧電シート10上に微小な
ゴミ等が付着している場合であっても、はんだ付け時に、そのゴミによって圧電シート10やFPC基板50が傷つくのを防止することができる。よって、本実施例によれば、インクジェットヘッド9の製造過程における歩留まりを向上させることができる。
その他、本実施例では、個別電極11の接点部17及び表面共通電極31,32の接点部38の高さ(圧電シート10における第一圧電層21表面からの高さ)を同一とすることで、接点部17,38に、基板50のパッド52,53を均一に接続できるようにした。従って、本実施例によれば、組み立て時にFPC基板50や圧電シート10に局所的な負荷がかかるのを防止することができ、接触不良となる接点部17,38が発生するのを防止することができる。
特に、本実施例では、はんだ付けされる各接点部17,38の表面積を略同一にするこ
とで、各接点部17,38に付着するはんだの量が均一となるようにし、接合の不完全な接点部17,38が発生しないようにした。したがって、本実施例によれば、信頼性の高いインクジェットヘッド9を製造することができる。
また、各個別電極11の接点部17、及び、各表面共通電極31,32の接点部38を、インク圧力室911に対向する圧電シート10表面に(即ちインク圧力室911上に)配置すると、上述したように、圧電シート10にFPC基板50を取り付ける際、接点部17,38を介して圧電シート10に押圧力がかかり、キャビティプレート900により支持されていない圧電シート10の領域が歪み損傷するといった問題が発生するが、本実施例では、各個別電極11の接点部17及び各表面共通電極31,32の接点部38を、圧電シート10表面において、インク圧力室911の周囲領域であるキャビティプレート900の接合面SS上に配置するようにしたので、圧電シート10上にFPC基板50を取り付ける際に圧電シート10が破損するのを防止することができる。
また本実施例では、突起部18を圧電シート10上に設けることで、圧電シート10をキャビティプレート900に接着する際に、キャビティプレート900と圧電シート10の接合面において、接着ムラが生じるのを抑制するようにした。圧電シート10の上部から押圧力を加える際には、接点部17,38を通じて、圧電シート10とキャビティプレート900との接合面にその力が伝達されることになるが、この際に突起部18がないと、接点部17,38周囲と、それ以外の領域とで接合面に加わる押圧力にムラが生じ、その結果として接着ムラが生じる。対して、本実施例のように突起部18を設けると、押圧時に、接点部17,38及び突起部18を通じて、圧電シート10とキャビティプレート900との接合面に均等にその力が伝達されることになるため、圧電シート10裏面をキャビティプレート900に均一に接着することができるのである。このような均一な接着が得られると、インクの吐出特性は、各ノズル111で均一となるため、インクジェットヘッド9の性能が向上する。
尚、本発明のランド部は、本実施例の表面共通電極31,31’,32に相当し、ランド本体部は、表面共通電極31,31’,32を構成する本体部35に相当し、延設部は、表面共通電極31,31’,32を構成する延設部36に相当する。その他、基板の接続端子は、FPC基板50に形成されたパッド52,53に相当する。
また、本発明のインクジェットヘッド及びインクジェットプリンタは、上記実施例に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。
上記実施例では表面共通電極31,32を本体部35及び延設部36を備える概略L字形状の電極としたが、図24に示すように、延設部36を設けないで直線形状としても良い。図24は、変形例の圧電シート1010表面における右後端部の拡大平面図である。変形例の表面共通電極1031,1032は、個別電極形成領域13の外縁に沿って長尺
に形成されており、長尺方向の一端において、FPC基板50のパッド53にはんだ付けされる凸形状の接点部1038を備える。
また表面共通電極1031は、パッド53と接続される端部とは反対側の端部で、その下方に形成されたスルーホール33と接合されて、内部電極22と電気的に接続されている。その他、表面共通電極1032は、パッド53と接続される端部とは反対側の端部で、下方に形成されたスルーホール34と接合されて、内部電極25と電気的に接続されている。
このように構成された圧電シート1010を備えるインクジェットヘッドによれば、上述したインクジェットヘッド9と同様に、製品の耐久性・信頼性を良好にしつつ、インクの吐出特性のばらつきを抑えることができる。
その他、上記実施例では、個別電極11がマトリクス状に二次元配置された圧電シート10を備えるインクジェットヘッド9を例に挙げたが、例えば、一方向にのみ個別電極が配列されたインクジェットヘッドについて、本発明を適用してもよい。
また、上記実施例ではFPC基板50に駆動回路60を設けたが、FPC基板50と別個に駆動回路60を設けてもよい。この場合、FPC基板50は、個別電極11及び表面共通電極31,32と、駆動回路とを電気的に接続する接続線としての機能を有する配線基板にされればよい。その他、複数の個別電極11の配置は、マトリクス状に限定されるものではなく、所定の規則性を有する配置であればよい。
本発明が適用されたインクジェットプリンタ1の概略構成を表すブロック図である。 インクジェットヘッド9の概略構成を表す分解斜視図である。 インクジェットヘッド9の積層構造を表す分解斜視図である。 インクジェットヘッド9の積層構造を表す概略断面図である。 ノズルプレート100の構成を表す平面図である。 第一マニホールドプレート300表面の構成を表す平面図である。 第二マニホールドプレート400表面の構成を表す平面図である。 第三マニホールドプレート500表面の構成を表す平面図である。 サプライプレート600に設けられたインク導入用の貫通孔612の構成を表す拡大平面図(a)及び拡大断面図(b)である。 サプライプレート600に設けられたインク供給口601の構成を表す拡大平面図である。 アパーチャプレート700に設けられたインク導入用の絞り部712の構成を表す平面図である。 キャビティプレート900表面の構成を表す平面図である。 圧電シート10表面の構成を表す平面図である。 圧電シート10表面における右後端部の拡大平面図である。 圧電シート10に形成された個別電極11の拡大平面図(a)及び拡大断面図(b)である。 圧電シート10に形成された表面共通電極31,32の拡大平面図(a)及び表面共通電極31,31’のA−A断面図(b)並びに表面共通電極32のA−A断面図(c)である。 キャビティプレート900に設けられたインク圧力室911と、圧電シート10に設けられた各種電極との位置関係を表す圧電シート10の一部透過平面図である。 FPC基板50載置前のインクジェットヘッド9の構成を表す断面図である。 パッド52,53の配置を表すFPC基板50の平面図である。 FPC基板50表面における右後端部の拡大平面図である。 パッド52,53の概略構成を表すFPC基板50の拡大断面図である。 FPC基板50のパッド52と圧電シート10の個別電極11との接続態様を表す断面図(a)、及び、FPC基板50のパッド53と圧電シート10の表面共通電極31,32との接続態様を表す断面図(b)である。 FPC基板50の電気的構成を概略的に表すブロック図である。 変形例の圧電シート1010表面における右後端部の拡大平面図である。
符号の説明
1…インクジェットプリンタ、3…制御部、5…PCインタフェース、6…用紙搬送部、7…操作部、8…インクタンク、9…インクジェットヘッド、10,1010…圧電シート、11…個別電極、13…個別電極形成領域、15…対向部、16…延設部、17,38,1038…接点部、18…突起部、21,23,24,26…圧電層、22,25…内部電極、31,31’,32,1031,1032,…表面共通電極、33,34…スルーホール、35…本体部、36…延設部、37…屈曲部、50…FPC基板、52,53…パッド、54…配線層、55…ニッケルめっき層、56…はんだ層、60…駆動回路、100…ノズルプレート、111…ノズル、200…カバープレート、300…第一マニホールドプレート、211,311,411,511,611,612,711,811,812…貫通孔、312,412,512…溝貫通部、315,415,515…インク供給部、400…第二マニホールドプレート、500…第三マニホールドプレート、600…サプライプレート、601,701,801,901…インク供給口、700…アパーチャプレート、712…絞り部、713…インク入口、714…インク出口、715…溝貫通部、800…ベースプレート、900…キャビティプレート、911…インク圧力室、SS…接合面

Claims (9)

  1. 表面に、複数の個別電極が配設された個別電極形成領域を有し、内部に、該個別電極形成領域の各個別電極と対向する内部電極を有し、前記表面における前記個別電極形成領域の周囲に、前記内部電極とスルーホールを介して電気的に接続された複数のランド部を備えるプレート型の圧電シートと、
    前記各個別電極及び前記各ランド部の夫々と電気的に接続される接続端子を有する基板と、
    を備え、該基板を介して前記圧電シートの前記各個別電極と前記各ランド部との間に駆動電圧を印加して、各個別電極に対応するノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドであって、
    前記圧電シートは、前記個別電極を表面に有する圧電層を最上層とする複数の圧電層からなる積層構造体にされ、
    前記各個別電極及び各ランド部は、前記圧電シートの表面のみに形成され、
    前記各個別電極は、前記圧電シートの中央部にマトリクス状に配設されて前記個別電極形成領域を構成し、
    前記各ランド部は、前記個別電極形成領域より所定間隔離れた前記圧電シートの端縁側で、前記個別電極形成領域の外縁に沿って配列され、前記個別電極形成領域の外縁に沿って長尺に形成され、長尺方向の一方の端部で、前記基板の接続端子と接合されて該接続端子と電気的に接続され、他方の端部で、自身下方に形成された前記スルーホールと接合されて、前記内部電極と電気的に接続されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
  2. 前記各ランド部は、
    前記個別電極形成領域の外縁に沿って長尺に形成されたランド本体部と、
    該ランド本体部の一方の端部から、前記圧電シートの端縁側に延びる延設部と、
    からなり、前記ランド本体部及び前記延設部の境界領域である屈曲部位で、前記基板の接続端子と接合されて該接続端子と電気的に接続され、前記ランド本体部の他方の端部で、自身下方に形成された前記スルーホールと接合されて、前記内部電極と電気的に接続されていることを特徴とする請求項1記載のインクジェットヘッド。
  3. 前記各個別電極、及び、前記各ランド部の前記基板の接続端子に接合される部位には、凸状の接点部が設けられていることを特徴とする請求項1又は請求項2記載のインクジェットヘッド。
  4. 前記各個別電極が備える接点部及び前記各ランド部が備える接点部の高さは、略同一にされていることを特徴とする請求項3記載のインクジェットヘッド。
  5. 前記個別電極形成領域には、各個別電極の間に、前記接点部と略同一高さの凸状の突起部が設けられていることを特徴とする請求項4記載のインクジェットヘッド。
  6. 前記各個別電極が備える接点部及び前記各ランド部が備える接点部は、前記基板に設けられた接続端子にはんだ付けされるものであり、それら各接点部の表面積は、略同一にされていることを特徴とする請求項3〜請求項5のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
  7. 前記圧電シートの裏面には、前記各個別電極に対応する位置に、前記圧電シート側に開口された圧力室を有するキャビティプレートが接合されており、
    前記各個別電極が備える接点部及び前記各ランド部が備える接点部は、夫々、前記圧電シートの裏面に接合される前記キャビティプレートの該接合面に対向する圧電シート表面の一部に配置されていることを特徴とする請求項3〜請求項6のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
  8. 前記圧電シート及び個別電極形成領域は、台形状にされ、
    前記個別電極形成領域は、対辺が互いに非平行な左右の辺が前記圧電シートの対応する辺と平行な構成にされ、前記圧電シートの中央部において、上底及び下底が、前記圧電シートの上底及び下底と平行となるように設けられ、
    前記各個別電極は、前記個別電極形成領域の上底及び下底とは直交する方向に長尺に形成されて、前記圧電シートの表面に配設され、
    前記各ランド部は、前記個別電極形成領域の対辺が互いに非平行な左右の辺より所定間隔離れた前記圧電シートの端縁側で、前記個別電極形成領域の右左の辺に沿って配列され、その配列方向に沿って長尺に形成されていることを特徴とする請求項1〜請求項7のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
  9. 請求項1〜請求項8のいずれかに記載のインクジェットヘッドを備えることを特徴とするインクジェットプリンタ。
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