JP2005153478A - インクジェットプリントヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】 フレキシブルケーブルを積層圧電素子の個別電極に接合するために、むき出しにした部分を個別電極に設置する際の取付が簡単なインクジェットプリントヘッドを提供する。
【解決手段】 積層圧電素子と、導電性のある金属からなる積層圧電素子固定板の連結領域の少なくとも一部を絶縁し、前記導電性のある金属よりなる積層圧電素子固定板上に設けたフレキシブルケーブルの一方の極と、前記積層圧電素子の個別電極とを導電性接着剤により導通し、前記積層圧電素子の共通電極と、前記導電性のある金属からなる積層圧電素子固定板と、前記フレキシブルケーブルの他方の極とを夫々導電性接着剤により導通してなるインクジェットプリントヘッドにおいて、前記積層圧電素子を前記圧力室に対応させて切断する際に、フレキシブルケーブルの絶縁部も同時に切断する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、インクを吐出するノズルと、インクに圧力を加える圧力室と、圧力室の圧力を変化させる圧電素子などの圧力発生手段とを備えて、圧力発生手段に印加する信号で圧力室の容積を変化させることによってインクを吐出させるインクジェットヘッドに関する。

従来のインクジェットプリントヘッドには、導電性金属からなる積層圧電素子固定板とこれに接続する積層圧電素子端部との連結領域の少なくとも一部を絶縁し、前記導電性金属からなる積層圧電素子固定板上に設けたフレキシブルケーブルの一方の極と前記積層圧電素子の個別電極とを導電性接着剤により導通し、前記積層圧電素子の共通電極と前記導電性金属からなる積層圧電素子固定板と前記フレキシブルケーブルの他方の極とを夫々導電性接着剤により導通して、前記フレキシブルケーブルの個別電極の導通部をむき出しにし、その部分を前記積層圧電素子個別電極側に導電性接着剤等で接合を施したものがある（例えば、特許文献１参照）。

以下、図７により従来技術の複数の積層圧電素子１５とそれを固定する導通性の積層圧電素子固定板１６との接合部の接続処理手順について説明する。

まず、導通性のある積層圧電素子固定板１６に、積層圧電素子棒を設置して絶縁性の接着剤等で固定する。その後、フレキシブルケーブル１７の個別電極１７−ｂを前記積層圧電素子１５の外部電極１５−ａとの接合部のみをむき出しにした部分１７−ｂ１の先端部を前記積層圧電素子１５に導電性接着剤等で接合する。なお、前記フレキシブルケーブル１７は、耐熱性および絶縁性のあるポリイミドフィルム等で複数の個別電極１７−ｂ、共通電極１７−ｃを覆った構造である。

その後、ダイシングソー、ワイヤソー等を利用して、前記フレキシブルケーブル１７の個別電極１７−ｂの１本ずつに対応する様に積層圧電素子棒を切断、分割する。この際、フレキシブルケーブル１７の個別電極１７−ｂ幅と積層圧電素子１５の分割加工後の幅との関係は、「積層圧電素子幅＞個別電極幅」とし、分割加工のピッチ誤差を吸収できるようになっている。また、分割された各々の積層圧電体素子１５は圧力室３の一つずつに対応する。更に、前記フレキシブルケーブル１７の他端は外部駆動回路に接続されている。

このように、導通性の積層圧電素子固定板１６上にフレキシブルケーブル１７を介し、前記積層圧電素子１５と導通させる構成となっている。

個別電極側は前記フレキシブルケーブル１７の個別電極１７−ｂを積層圧電素子１５の外部電極１５−ａと導電性接着剤２２等により導通させ、共通電極１７−ｃ側は積層圧電素子１５と前記導通性のある金属からなる積層圧電素子固定板１６とを導電性接着剤２２等により直接導通をとり、更に、前記フレキシブルケーブル１７と前記導通性のある金属からなる積層圧電素子固定板１６と導電性接着剤２２等により導通するような構成である。

このような構成とすることにより、積層圧電素子固定板１６に個別電極側および共通電極側の両面に電極をパターニングする必要もなくなり、更に、汎用の導電性の金属板等を使用することにより、材料費も安価となり、更に、前記積層圧電素子を固定する端面および位置決め穴の機械加工性が向上するため、安価な部品を提供することが可能となる。そして、前記積層圧電素子固定板の材質をステンレス材とした場合、従来技術からなるセラミックプレートの積層圧電素子固定板を用いたインクジェットプリントヘッドの特性と、同等の性能が得られる。

特開２００３−７２０６６号公報

しかし、上述した構成の場合、フレキシブルケーブルを積層圧電素子の個別電極に接合するために、むき出しにした部分を個別電極に設置する際に、数十ミクロンの薄さのむき出し部分がよれて導電接着剤による取付に支障が出ないように慎重な作業が求められ、取り扱いが煩雑で、作業性が悪く、工数が高いものになっている。

本発明は、上記した従来の問題点を解決するもので、その目的は、製作がより簡単で安価なインクジェットプリントヘッドを提供することである。

上記課題を解決するため、本発明では、インクを蓄える複数の圧力室と、共通電極と個別電極とを備え、電気信号の印加により前記圧力室内に圧力変動を発生させる積層圧電素子と、導電性の積層圧電素子固定板との連結領域の少なくとも一部を絶縁し、前記導電性の積層圧電素子固定板上に設けたフレキシブルケーブルの一方の極と、前記積層圧電素子の個別電極とを導電性接着剤により導通し、前記積層圧電素子の共通電極と、前記導電性の積層圧電素子固定板と、前記フレキシブルケーブルの他方の極とを夫々導電性接着剤により導通してなるインクジェットプリントヘッドにおいて、棒状の積層圧電素子を前記圧力室に対応するように切断して前記積層圧電素子を形成する際に、フレキシブルケーブルの絶縁部も同時に切断して個別電極の導通部を形成することを特徴とする。

また、複数の電極を備えて各個別電極間が保持部材により連結したフレキシブルケーブルと、切断により複数の積層圧電素子を形成する棒状の積層圧電素子とを導電性接着剤で接着し、前記積層圧電素子と保持部材を一緒に切断して形成されることを特徴とする。

更に、前記保持部材は絶縁性部材であることを特徴とする。

本発明によれば、導通性のある積層圧電素子固定板上にフレキシブルケーブルを介し、積層圧電素子と導通することにより、積層圧電素子固定板の両面に個別電極側及び共通電極側の電極としてパターニングする必要が無く、フレキシブルケーブルが容易に取り付けられるという作業性を確保しつつ、且つ、積層圧電素子の個別電極への導通に必要なフレキシブルケーブルの取付時には、フレキシブルケーブルの個々の導通部が絶縁性の素材で連結した状態のため、取り付けの困難・煩雑さが無くなり作業性が向上すると共に、従来よりも取り扱いが容易となる。

そのため、作業工数が低下し、安価なインクジェットプリントヘッドを提供可能とする。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施例を示すインクジェットヘッドの部品構成を示す斜視図である。

また、図２は、本発明の実施例を示すインクジェットヘッドの組立構成を示す断面図である。

図のように、複数のノズル１を形成したオリフィスプレート２を有する。ノズル１の開口形状の加工精度はインクジェットプリントヘッドのインク吐出特性に大きな影響を及ぼす。複数のノズル１間において、ノズル精度ばらつきを低く押さえるため、オリフィスプレート２の製法は高い加工精度が要求され、ニッケル電鋳加工、ステンレス板の精密プレス加工法あるいはレーザ加工法等により形成される。

圧力室３が形成されたチャンバプレート４、共通インク供給路１２と圧力室３とを連通して圧力室３へのインク流入量を制御するリストリクタ５が形成されたリストリクタプレート６を備える。なお、チャンバプレート４、リストリクタプレート６はステンレス材のエッチング加工法で製作されている。

そして、積層圧電素子１５の圧力を効率よく圧力室に伝えるための振動伝達部７と共通インク通路１２からリストリクタ５に流入するインク中の異物等を取り除くフィルタ部８が形成されたダイヤフラムプレート９を備える。フィルタ部８にはノズル１の穴径よりも小さな無数の微細な穴が形成されている。ダイヤフラムプレート９は、ステンレス材、ニッケル材、または高分子材料の薄板で、エッチング加工法、電鋳加工法、レーザ加工法等で作られている。

また、振動伝達部７と積層圧電素子１５とを接着剤２４で固定する時に、接着箇所からはみ出た接着剤が振動伝達部７上で広がるのを規定する枠１０が形成されたサポートプレート１１を備える。サポートプレート１１はステンレス材のエッチング加工法等で作られる。

また、共通インク通路１２および、積層圧電素子１５を固定する積層圧電素子固定板１６に固定した積層圧電素子組２１より大きな開口部１３−ａを設けたハウジング１３を有し、ハウジング１３は、金属または樹脂のモールド加工法等で作られ安価な部品となっている。

前記オリフィスプレート２、チャンバプレート４、リストリクタプレート６、ダイヤフラムプレート９、サポートプレート１１は、ハウジング１３の基準穴２０を基準として、各プレートの基準穴１８を位置合わせして順次、接着剤等を適量塗布され、重ねて圧着されて、接着剤の加熱硬化後に、流路形成部材を形成する。

上記構成部品をフロントエンド組２０と呼ぶ。また、１５は積層圧電素子、１６は金属等の導通性の素材を用いた積層圧電素子固定板、１７はフレキシブルケーブルである。これらの構成部品の部クミを積層圧電素子クミ２１と呼ぶ。

図３は、本発明となる、フレキシブルケーブル１７の積層圧電素子棒への取付を示す斜視図である。積層圧電素子固定板１６に積層圧電素子棒２５を１本または複数本並べて絶縁性の接着剤で固定する（図では１本の場合を示す）。なお、積層圧電素子棒２５の個別電極側を形成する積層圧電素子固定板１６との接着面の隅部は、図５で示すように切り欠き部１５−ｂが設けられている。また、その対抗面となる積層圧電素子固定板１６の隅部も切り欠き１６−ａが設けられている。

まず、取付は、フレキシブルケーブル１７をフレキシブルケーブル位置決め穴１７−ｄにピンを挿入し、積層圧電素子固定板１６にフレキシブルケーブル１７を設置する。フレキシブルケーブル１７の積層圧電素子棒２５に取り付く部分の電極は、むき出しになっており、積層圧電素子棒２５の外部電極と導通が形成できるように導電性接着剤を塗布して、加熱硬化させ接着する。

各個別電極の幅は非常に狭いため、予め個別電極として分割してある構成では、接着時にヨレ等が発生するが、本発明では、図のように、フレキシブルケーブルの先端の各個別電極間がフレキシブルケーブルの絶縁素材で接続された状態となっているため、各個別電極の接着部分がヨレてしまったりすることが無く、適切且つ容易に接着することが可能となる。

なお、フレキシブルケーブルの各個別電極１７−ｂ間が、導電素材で繋がっている構成であっても、後で切断する際に各個別電極となるように分離・絶縁される構成の場合は、問題無く使用可能である。

図４は、本発明によるフレキシブルケーブル１７と積層圧電素子棒組の加工を示す斜視図である。

加工は、ダイシングソー、ワイヤソー等を利用して行われるが、ここではダイシングソーの場合で示す。図において、ダイシンソー２６で、積層圧電素子棒２５とフレキシブルケーブル１７を、所望の幅となるように切断し、複数の積層圧電素子１５を形成する。

図５は、本発明による積層圧電素子組の概略構成を示す横断面図である。

前記したが、前記積層圧電素子１５と前記積層圧電素子固定板１６との絶縁性を確保するため、前記積層圧電素子１５の外部電極１５−ａが前記積層圧電素子固定板１６と導通しないように切り欠き部１５−ｂを設けられ、また、更に絶縁性を向上させるため前記積層圧電素子固定板１６にも切り欠き部１６−ａが設けられている。

フレキシブルケーブル１７の個別電極１７−ｂの剥き出しになった先端部の電極１７−ｂ１と、前記積層圧電素子１５の外部電極１５−ａとは、導電性接着剤で接合されている。前記フレキシブルケーブル１７の個別電極１７−ｂと共通電極１７−ｃは、図２に示すように、耐熱性および絶縁性のあるポリイミドフィルム等で覆われている。

また、図５に示すように、フレキシブルケーブル１７において、積層圧電素子１５と積層圧電素子固定板１６の絶縁性を確保するため、絶縁部１７−ａ１が前記積層圧電素子１５の個別電極１５−ａ側の一部にかかり、積層圧電素子との境界を覆っている。

なお、フレキシブルケーブル１７が取り付けられた積層圧電素子棒２５は、ダイシングソー２６で、前記フレキシブルケーブル１７の個別電極１７−ｂの１本ずつに対応する様に、積層圧電素子とフレキシブルケーブルを一緒に切断して分割する。

この際、フレキシブルケーブル１７の個別電極１７−ｂ幅と積層圧電素子１５の分割加工後の幅との関係は、「積層圧電素子幅＞個別電極幅」となっており、分割加工時のピッチ誤差による個別電極１７−ｂの破損で導通不良などが起こらないようになっている。分割された各積層圧電素子１５は、それぞれの圧力室３に対応し、前記フレキシブルケーブル１９の端末は外部駆動回路にノズル単位で接続されている。

前述のように、分割された前記積層圧電素子１５の個別電極側は、導通性のある金属からなる積層圧電素子固定板１６上のフレキシブルケーブル１７を介して、駆動電源と導通させる。一方、共通電極１７−ｃ側は、積層圧電素子１５と前記導通性のある金属からなる積層圧電素子固定板１６とを導電性接着剤２２等により直接導通をとり、更に前記フレキシブルケーブル１７と前記導通性のある金属からなる積層圧電素子固定板１６と導電性接着剤２２により導通するような構成となっている。

このような構成により、積層圧電素子固定板１６に個別電極側および共通電極側の両面に電極をパターニングする必要がなく、更に、汎用の金属材料を用いることにより、材料費は安価となり、更に、前記積層圧電素子を固定する端面および位置決め穴の機械加工性が向上する。なお、本発明によるインクジェットプリントヘッドでは、従来技術によるインクジェットプリントヘッドと、同等の性能を発揮することが確認されている。

図６は、本発明による一例を示すフロントエンド組と積層圧電素子組の位置決め接着作業を示す正面断面図である。

図において、フロントエンド組２０及び図示しない位置決め用ダミーサポートプレートを位置決めする位置決めピンを具備した図示しないベースＡ、積層圧電素子組２１を固定する図示しないベースＢ、積層圧電素子組２１を微小移動をさせるための複数の図示しないマイクロメータヘッド、積層圧電素子組２１を微小移動後固定するための図示しない固定ネジ等、前記フロントエンド組２０を固定した前記ベースＡに積層圧電素子組２１を固定した前記ベースＢを接着させるために、図中矢印方向に移動を可能にするための直動ガイド等を具備した図示しない位置決め治具により、前記位置決め用ダミーサポートプレートを前記ベースＢに位置決め穴１８を用いセットする。

また、積層圧電素子組２１は前記ベースＢに固定し、積層圧電素子１５と反対側の面から観察しつつ、前記ダミーサポートプレートの開口部を基準に前記マイクロメータヘッドにより、ＸおよびＹ方向に位置合わせをし、前記固定ネジ等により積層圧電素子組２１を固定する。

次に、前記ダミーサポートプレートを前記ベースＡより取り外し、前記フロントエンド組２０を、位置決め穴１８を用いて前記ベースＡの位置決めピンに挿入しセットする。

次に、前記振動板７もしくは積層圧電素子１５に接着剤２４を塗布し、前記直動ガイドにより前記積層圧電素子組２１をフロントエンド組２０側の矢印方向に移動して、前記積層圧電素子組２１の積層圧電素子１５を振動板７に前記接着剤２４で接着する。この時、積層圧電素子１５は前記位置決め用ダミーサポートプレートに対して既に位置決めがなされているので、正確に規定の位置に合わせて接着することが可能となる。

この際、前述したように、前記ハウジング１３の開口部１３−ａと前記積層圧電素子組２１の間には隙間がある状態で位置決めされ、接着されている。更に、前記ハウジング１３の開口部１３−ａと前記積層圧電素子組２１の隙間にインクが侵入して前記積層圧電素子１５の地絡による破損を防止するためのインクシール目的のシーリング剤２３等を充填して組み立て工程を終了する。

上記の様な構成で組み立てることにより、前記積層圧電素子と振動板との位置決め精度はある程度の加工ばらつきを持った部品でも、接着位置のばらつきを最小限に押さえられることが可能となり、安価でインク噴射特性ばらつきを低減することが可能となる。また、フロントエンド組２０と積層圧電素子組２１を位置決め後、前記ハウジング１３の開口部１４と前記積層圧電素子固定板１６との隙間にインクシール目的のシーリング剤２３等を充填することにより、インクによる積層圧電素子１５の地絡による破損を防止することが可能となる。

また、前記インクシール目的のシーリング剤２３等の接着剤硬度が９０度（ショア−Ａ）以下の接着剤を前記積層圧電素子固定板１６と前記ハウジング１３との隙間に充填することによっても、前記積層圧電素子１５と振動板７の接着位置を保持したまま、温度差による伸縮によるひずみを前記硬度の接着剤で吸収することが可能となる。

以上説明した構成をとることにより、安価なインクジェットプリントヘッドを提供することが可能となる。

本発明によるインクジェットプリントヘッドの概略構成を示す斜視図である。 本発明によるインクジェットプリントヘッドの概略構成を示す横断面図である。 本発明によるフレキシブルケーブルと積層圧電素子棒組への取付を示す斜視図である。 本発明によるフレキシブルケーブルと積層圧電素子棒組の加工を示す斜視図である。 本発明による積層圧電素子組の概略構成を示す横断面図である。 本発明による一例を示すフロントエンド組と積層圧電素子組の位置決め接着を示す図である。 従来技術からなるインクジェットヘッドの概略構成を示す斜視図である。

符号の説明

１はノズル、２はオリフィスプレート、３は圧力室、４はチャンバプレート、５はリストリクタ、６はリストリクタプレート、７は振動板、８はフィルタ部、９はダイヤフラムプレート、１０は枠、１１はサポートプレート、１２は共通インク通路、１３はハウジング、１４は開口部、１５は積層圧電素子、１５−ａは積層圧電素子外部電極、１５−ｂは積層圧電素子切り欠き部、１６は積層圧電素子固定板、１６−ａは積層圧電素子固定板切り欠き部、１６−ｂは個別電極、１６−ｃは共通電極、１６−ｄはスルーホール、１６−ｅは位置決め穴、１７はフレキシブルケーブル、１７−ａはフレキシブルケーブルフィルム部、１７−ｂはフレキシブルケーブル個別電極、１７−ｂ１はフレキシブルケーブル個別電極むき出し部、１７−ｃはフレキシブルケーブル共通電極、１７−ｄはフレキシブルケーブル位置決め穴、１８は位置決め穴、１９はハウジング位置決め穴、２０はフロントエンド組、２１は積層圧電素子組、２２は導電性接着剤、２３はシーリング剤、２４は接着剤、２５は積層圧電素子棒、２６はダイシングソーである。

Claims (3)

1. インクを蓄える複数の圧力室と、共通電極と個別電極とを備え、電気信号の印加により前記圧力室内に圧力変動を発生させる積層圧電素子と、導電性の積層圧電素子固定板との連結領域の少なくとも一部を絶縁し、
   前記導電性の積層圧電素子固定板上に設けたフレキシブルケーブルの一方の極と、前記積層圧電素子の個別電極とを導電性接着剤により導通し、
   前記積層圧電素子の共通電極と、前記導電性の積層圧電素子固定板と、前記フレキシブルケーブルの他方の極とを夫々導電性接着剤により導通してなるインクジェットプリントヘッドにおいて、
   棒状の積層圧電素子を前記圧力室に対応するように切断して前記積層圧電素子を形成する際に、フレキシブルケーブルの絶縁部も同時に切断して個別電極の導通部を形成することを特徴とするインクジェットプリントヘッド。
2. 複数の電極を備えて各個別電極間が保持部材により連結したフレキシブルケーブルと、切断により複数の積層圧電素子を形成する棒状の積層圧電素子とを導電性接着剤で接着し、前記積層圧電素子と保持部材を一緒に切断して形成されることを特徴とするインクジェットプリントヘッド。
3. 前記保持部材は絶縁性部材であることを特徴とする請求項２記載のインクジェットプリントヘッド。
   

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