JP3353967B2 - インクジェット記録ヘッド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクジェット記録ヘ
ッド、より詳細には、多数のインクジェットノズルを有
するいわゆるマルチノズル式のインクジェット記録ヘッ
ドに関する。

【０００２】

【従来の技術】図９は、従来のインクジェットヘッドの
断面図構成図で、図９（ａ）は縦断面図（図９（ｂ）の
Ａ−Ａ線断面図）、図９（ｂ）は図９（ａ）のＢ−Ｂ線
矢視拡大断面図で、図中、１１は基板、１２は圧電素
子、１２ａは非駆動圧電素子、１２ｂは駆動電圧素子、
１３は流路板、１３ａはインク流路、１３ｂは壁部、１
４は共通液室構成部材、１４ａは共通液室、１５はイン
ク供給パイプ、１６はノズルプレート、１６ａはノズ
ル、１７は駆動用回路プリント板（ＰＣＢ）、１８はリ
ード線、１９は駆動電極、２０は駆動圧電素子１２ｂと
非駆動圧電素子１２ａを区切る溝、２１は保護板、２２
は流体抵抗部材、２３，２４は内部電極（ホット電極２
３，グランド電極２４）、２５は上部隔壁板である。

【０００３】図１０は、図９の駆動電極１９とＰＣＢ
（プリント基板）１７との従来の結線（ワイヤボンディ
ング）を示す要部拡大図で、図中、１９ａは非駆動圧電
素子１２ａ上の電極、１９ｂは駆動圧電素子１２ｂ上の
電極、１９ｃは圧電素子の両端部電極、１９ｄは共通電
極（グランド）で、図示のように、各圧電素子の電極１
９ｂ，１９ｃ，１９ｄは、細いリード線１８で各々に対
応するＰＣＢ１７上の電極に結線されている。

【０００４】しかし、上記従来技術によると、へッド側
電極及びＰＣＢ電極に金メッキを施す必要があり、費用
がかかり、また、共通電極（グランド電極）に流れる電
流は、各々の圧電素子の電極（ホット電極）に流れる電
流の合計となるため、電流容量を大きくする必要があ
る。したがって、ワインボンディングを数回行うか別工
程でハンダ付け等を行わなければならず、時間と費用が
かかり、コストアップとなる。

【０００５】図１１は、特開平５５−８６７６５号公報
に示されている圧電素子電極と信号線電極の接合例を示
す図で、図中、３０は圧電素子３１の一方の側に配設さ
れた上部電極、３１は圧電素子、３２はハンダ付け部、
３３は選択電極、３４は共通電極、３５はヘッド本体、
３６は圧電素子３１の他方の側に配設された下部電極
で、図示のように、圧電素子３１の上下に電極３０，３
６を設け、上部電極３０をハンダ付けにて選択電極３３
と接続し、下部電極３６を圧力室上に配設した振動板の
電極に接合するようにしたものである。

【０００６】しかし、上記特開平５５−８６７６５号公
報の方法では、画像品質の向上等でオリフィスの集積化
が進み、圧電素子が増加された場合、ヘッド本体３５上
に配設される選択電極３３の配置が複雑になり工程に時
間がかかり、電極間の距離も短かくなり、ショートする
恐れもでてくる。

【０００７】上記問題を解決するために、本出願人は、
先に、基板上に設けられた電極パタンを各圧電素子のス
リット加工と同時にパタン分離することによって、圧電
素子から外部への独立した電気的接続とするインクジェ
ット記録装置について提案した（特開平３−７３３４７
号公報）。

【０００８】図１２及び図１３は、本出願人が先に提案
したインクジェット記録ヘッドの一例を説明するための
傾斜図、図１４は、図１３のＡ−Ａ線断面図で、基板４
０は通常シリコン、セラミック、ガラス、樹脂等よりな
り、電極は、通常、圧電素子駆動ＩＣ電極接続用電極４
１ａと、外部リード線接続用電極４１ｂと、グランド電
極用電極４１ｃとから成り、これら電極が基板４０上に
パターニングされて施されている。このように、電極が
パターニングされた基板４０上に、概略の位置決めによ
って圧電素子４２をたとえば、接着等の手段により接合
する（図１２）。つぎにこの圧電素子４２にスリット４
３の加工をたとえば切削加工等により行う（図１３）。
スリット４３の巾を３０〜４０μｍ、圧電素子４２の巾
を８０〜９０μｍ程度で加工することにより８本／ｍｍ
程度の集積化が可能となる。これは通常のダイシングソ
ー等により十分加工可能である。

【０００９】図１４は、上述のごとく、スリット４３を
形成した後の図で、このスリット加工によって圧電素子
４２が実質的に分離されるのと同時に電極パターンも分
離・独立される。つまり、このとき圧電素子４２と同時
に基板４０も一部加工することになる。また、基板４０
の前面（図１４のＭ部）は、グランド電極４１ｃを分離
しないようにするため加工をしないようにする。このあ
とで、駆動ＩＣ４４（分離した電極のパターンのピッチ
に合わせて電極が配置されている）をチップフローなど
によって取付る。基板４０の材質を適当に選択すること
によって、駆動ＩＣ４４の放熱を十分に行うことも可能
となる。

【００１０】しかしながら、上記本出願人が先に提案し
た技術によると、各圧電素子のグランド電極を分離しな
いように圧電素子の前面でスリット加工を中断し、共通
電極としているため、スリット加工中に圧電素子の破損
の恐れがあり、歩留まりが悪い。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述のごと
き実情に鑑みさなされたもので、特に、高密度に集積さ
れたアクチュエータから外部への電気的接続において、
加工性、組立性を向上させ、費用の低減を図ると共に信
頼性を向上させたインクジェット記録ヘッドを提供する
ことを目的とする。

【００１２】

【構成】本発明は、上記目的を達成するために、（１）
記録液体を収容する複数の流路と、該流路の各々に連通
された複数のノズルと、前記流路内の容積を変化させ、
前記ノズルより前記記録液体を吐出させる複数のアクチ
ュエータとを有するインクジェット記録ヘッドにおい
て、外部共通電極と外部選択電極とを同一の共通面に配
設して積層圧電素子に形成し、所定のピッチで前記積層
圧電素子を前記外部共通電極および前記外部選択電極ご
とに、前記流路長手方向全長に亘って所望する数に溝加
工することで、前記積層圧電素子を、前記外部共通電極
および前記外部選択電極を有する複数チャネルのアクチ
ュエータに分離し、共通電極パタンと選択電極パタンを
有する外部導体パタンの共通電極パタン上に前記流路方
向に対して直角に交わるようなスリットを設け、その外
部導体パタンに前記外部共通電極と前記外部選択電極と
を接合したこと、更には、（２）前記（１）において、
前記外部導体の共通電極パタンと、選択電極パタンと
が、フィルム部材によって一体的に保持されていること
を特徴としたものである。

【００１３】

【作用】圧電素子を切断して独立分割するに際し、全長
に亘って切断することにより、切断を途中で止めていた
従来技術に比し生産性を向上させ、更には、圧電素子の
電極と外部の導体パタンとを同一平面上で接合すること
により、電極の位置合わせを容易にし、かつ、一括接合
を可能として量産性を上げる。

【００１４】

【実施例】図１は本発明によるインクジェット記録ヘッ
ドの一実施例を説明するための要部断面図で、図中、１
は圧電素子、２ａは内部共通電極、２ｂは内部選択電
極、３ａは外部共通電極、３ｂは外部選択電極、４はＦ
ＰＣ（フレキシブルプリントケーブル）で、該ＦＰＣ４
は共通電極パタン４ａ、選択電極パタン４ｂ、上側カバ
ーフィルム４ｃ、下側カバーフィルム４ｄから成ってい
る。６，７は半田で、同図は、積層圧電素子１とＦＰＣ
４との接続を、接合部Ａで外部共通電極３ａと共通電極
パタン４ａを半田６により熱圧接して接合し、接合部Ｂ
で外部選択電極３ｂと選択電極パタン４ｂを半田７によ
り熱圧接して接合している。

【００１５】図２は、積層圧電素子１に外部電極３ａ，
３ｂを設けた時の断面図で、外部共通電極３ａは一方の
側面に密着して全内部共通電極２ａと通電し、かつ、該
側面から上側の面に延び、同様に、外部選択電極３ｂは
他方の側面で内部選択電極２ｂと通電し、かつ、該側面
から上方の面に延び前記外部共通電極３ａと同一の共通
面に配設されている。

【００１６】上述のようにして、積層圧電素子に外部電
極３ａ，３ｂを形成した後、所定のピッチで、ダイシン
グソー等により該積層圧電素子を外部電極３ａ，３ｂご
と、インク流路長手方向全長に亘って所望する数に切断
（溝加工）することで、前記積層圧電素子を、外部電極
３ａ，３ｂを有する複数ＣＨ（チャネル）のアクチュエ
ータに分離し、次いで、図１に示したように、各アクチ
ュエータを駆動するためのＦＰＣ４の電極（外部の導体
パタン）４ａ，４ｂと外部電極３ａ，３ｂとの接続をそ
れぞれ行うが、この接続は、ＦＰＣ４の接合部Ａ及びＢ
に相当する部分に予め半田メッキを施こしておき、この
半田メッキ部を矢印方向に熱圧接することにより行う。

【００１７】図３は、前記ＦＰＣ４の平面図（図１のII
I−III線平面図）で、図中、斜線部は電極面を示す。図
３において、ＦＰＣ４は１つの共通電極パタン４ａと所
定のピッチに配列された複数の選択電極パタン４ｂがカ
バーフィルム４ｃ，４ｄにより保持され一体になってい
る。なお、該ＦＰＣ４をアクチュエータに接合すると
き、外部選択電極３ｂと外部選択電極パタン４ｂは、１
対１で接合されるが、外部共通電極３ａは、１枚の共通
電極に接合されるため、半田接合をする場合、半田の量
が多いと、半田のはみ出しによって、共通電極と選択電
極をショートさせてしまう。そのため、この半田のはみ
出しを逃れるために、例えば、接合部Ａにあたる共通電
極パタンに、インク流路に対して直角に交わるようなス
リットＳを設けるか、あるいは、接合部材に、異方性導
電膜を用いてはみ出し部分の絶線性を保ち、選択電極と
共通電極の絶縁性を確保する。

【００１８】なお、上記実施例では、接合部Ａ，Ｂにあ
たる部分で、ＦＰＣ４の上側カバーフィルム４ｃを取り
除いているが、取り除かなくてもよい。更に、熱圧接
時、接合部Ａ，Ｂは、圧電素子の実効部Ｃからできるだ
け離した方が、熱圧接時の加熱による、圧電素子の劣化
が起こりにくく有利である。また、半田のメッキ量が多
すぎると、スリットＳ等を設けても、接合後のはみ出し
によって隣接電極間あるいは溝方向（積層方向）電極間
でショートする恐れがあるので、半田メッキ量をできる
だけ少量にして電気的導通と接合強度が確保するように
するとよい。

【００１９】次に、インクジェット記録ヘッドの例につ
いて説明するが、この例は、積層圧電素子１に外部電極
３ａ，３ｂを付設後、該積層圧電素子１を導体パタンが
配設してある基板８の上に接合したのちに、該積層圧電
素子１と基板８に同時に溝加工８ａを施こし、その後、
該基板８にＦＰＣ４の外部導体パタンを接合するように
したものである。

【００２０】図４は、上記例を説明するための断面図
で、図中、８は基板、９ａは基板上の共通導体パタン、
９ｂは基板上の選択導体パタン、１０は導電性接着剤
で、積層圧電素子１の外部電極（外部共通電極３ａ、外
部選択電極３ｂ）と基板８上の電極パタン（共通電極パ
タン９ａ、選択電極パタン９ｂ）がそれぞれ接着剤１０
により接合され、また、基板８上の電極パタンは外部の
導体パタン（ＦＰＣ４上の共通電極パタン、選択電極パ
タン）と半田６（７）により接合されている。

【００２１】図５ａは、図４に示した基板８の平面図
で、斜線は該基板８上に配設してある電極パタン（共通
電極パタン９ａ、及び、選択電極パタン９ｂ）を示す。
また、図５ｂは、図４に示したＦＰＣ４の平面図で、図
中、４ａは共通電極パタン、４ｂは選択電極パタンであ
る。

【００２２】上記例において、まず、圧電素子１の外部
共通電極３ａを基板８上の共通導体パタン９ａに、外部
選択電極３ｂを、基板８上の選択導体パタン９ｂに導電
性の接着剤１０等により接合した後、ダイシングソーな
どにより、圧電素子１と基板８を同時に溝加工し（図
４，５ａの点線部８ａ）、多数の作用部を有するアクチ
ュエータを形成する。なお、溝加工時、この溝加工を基
板８の共通電極側のエッジ端まで溝加工しないように行
い、距離Ｌを残して溝加工を中止する。前記エッジ端ま
で溝加工すると、基板上の共通導体パタン９ａが複数に
分割してしまい、共通電極の機能を果さなくなる。更
に、溝８ａの加工深さＨは、当然ではあるが、基板８上
の導体パタン９ａ，９ｂの厚さよりは深く削るが、基板
８の強度を極度に弱くしたり破損したりしない程度とす
る。

【００２３】図６は基板８に接着剤の逃げ溝Ｇを設けた
場合の図で、上記例のように、圧電素子１を接着剤１０
により基板８に接合する場合は、導電性の接着剤１０が
はみ出し、基板８上で選択電極と共通電極とがショート
する恐れがあるので、図示のように、基板８上に接着剤
の逃げ場となる溝Ｇを施すと、上記のショートを防止す
ることができる。

【００２４】図７は、他の例を説明するための断面図
で、この例は、圧電素子１及び基板８の溝加工をエッジ
端まで施こしたもので、この例によると、基板８を圧電
素子１より大きくする必要がないので、基板８の大きさ
を、上記例（図４）の場合より小さくすることができ
る。

【００２５】図８（ａ）〜８（ｅ）は、図７に示した基
板８の平面図及び側面図で、図８（ａ）は平面図を示
し、図中に点線にて示すように、基板８の全長に亘って
溝８ａが切られている。このように、溝加工をエッジ端
まで行うと、基板８上の共通電極パタン９ａが複数に分
割され、各々が絶縁された状態になってしまうので、図
において、基板８の右側面に、図８（ｂ）に示すような
共通電極９ａをパターニングするか、或いは、図の左側
面に図８（ｃ）に示すように共通電極９ａをパターニン
グすればよい。或いは、図８（ｄ），図８（ｅ）に示す
ように、側面及び上面に導電性の接着剤９ａを用いて、
電気的な導通をとってもよい。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、圧
電素子の電極部材が外部の導体パタンと同一平面上で接
合できるので位置合わせが容易であり、一括接合でき、
量産性のある電極接合が可能である。また、共通電極の
接合部材が接合時にスリット上にはみ出すので、圧電素
子の積層電極方向へのはみ出しが無く、ショートの恐れ
がない。また、選択電極と共通電極の導体パタンが一体
形成できるので、低コスト化が図れ、取り扱いも簡単に
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例を説明するための断面図であ
る。

【図２】 図１に示した圧電素子１の断面図である。

【図３】 図１の実施例で使用したＦＰＣのIII−III線
平面図である。

【図４】 インクジェット記録ヘッドの例を説明するた
めの断面図である。

【図５】 図２の実施例で使用した基板８の平面図及び
ＦＰＣ４の平面図である。

【図６】 基板に半田逃げ溝Ｇを設けた場合の断面図で
ある。

【図７】 インクジェット記録ヘッドの他の例すなわち
溝加工をエッジ端まで行なったときの例を説明するため
の断面図である。

【図８】図７に示したインクジェット記録ヘッドの他の
例の基板の要部表面図である。

【図９】 従来のインクジェット記録ヘッドの断面図及
び一部拡大断面図である。

【図１０】 従来のインクジェット記録ヘッドの圧電素
子の結線を示す要部拡大図である。

【図１１】 従来のインクジェット記録ヘッドの他の例
を説明する平面図である。

【図１２】 従来のインクジェット記録ヘッドの製造工
程の一部を示す斜視図である。

【図１３】 図１２に示した工程の後工程の一部を示す
斜視図である。

【図１４】 図１３，図１４に示したインクジェット記
録ヘッドの断面図（図１３のＡ−Ａ線断面図）である。

【符号の説明】

１…圧電素子、２ａ…内部共通電極、２ｂ…内部選択電
極、３ａ…外部共通電極、３ｂ…外部選択電極、４…Ｆ
ＰＣ、４ａ…外部導体の共通電極パタン、４ｂ…外部導
体の選択電極パタン、４ｃ…上側カバーフィルム、４ｄ
…下側カバーフィルム、６，７…半田、８…基板、８ａ
…溝、９ａ…基板上の共通電極パタン、９ｂ…基板上の
選択電極パタン、１０…導電性接着剤、１１…基板、１
２…圧電素子、１２ａ…非駆動圧電素子、１２ｂ…駆動
圧電素子、１２ｃ…圧電素子の両端部、１２ｄ…共通電
極、１２ｅ…圧電素子電極、１３…流路板、１３ａ…イ
ンク流路、１３ｂ…壁部、１４…共通液室構成部材、１
４ａ…共通液室、１５…インク供給パイプ、１６…ノズ
ルプレート、１６ａ…ノズル、１７…ＦＰＣ、１８…リ
ード線、１９…駆動電極、２０…溝、２１…保護板、２
２…流体抵抗、２３…ホット電極、２４…グランド電
極、２５…上部隔壁、３０…上部電極、３１…圧電素
子、３２…ハンダ付け、３３…ドット電極、３４…共通
電極、３５…本体、３６…下部電極、４０…基板、４１
ａ〜４１ｃ…電極、４２…圧電素子、４３…スリット、
４４…駆動ＩＣ。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−104715（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−216338（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−125158（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−109668（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−182996（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−110476（ＪＰ，Ｕ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 記録液体を収容する複数の流路と、該流
   路の各々に連通された複数のノズルと、前記流路内の容
   積を変化させ、前記ノズルより前記記録液体を吐出させ
   る複数のアクチュエータとを有するインクジェット記録
   ヘッドにおいて、外部共通電極と外部選択電極とを同一
   の共通面に配設して積層圧電素子に形成し、所定のピッ
   チで前記積層圧電素子を前記外部共通電極および前記外
   部選択電極ごとに、前記流路長手方向全長に亘って所望
   する数に溝加工することで、前記積層圧電素子を、前記
   外部共通電極および前記外部選択電極を有する複数チャ
   ネルのアクチュエータに分離し、共通電極パタンと選択
   電極パタンを有する外部導体パタンの共通電極パタン上
   に前記流路方向に対して直角に交わるようなスリットを
   設け、その外部導体パタンに前記外部共通電極と前記外
   部選択電極とを接合したことを特徴とするインクジェッ
   ト記録ヘッド。
2. 【請求項２】 前記外部導体の共通電極パタンと、選択
   電極パタンとが、フィルム部材によって一体的に保持さ
   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
   ト記録ヘッド。