JP3595129B2

JP3595129B2 - インクジェットヘッド

Info

Publication number: JP3595129B2
Application number: JP26949197A
Authority: JP
Inventors: 勉佐々木; 道夫梅沢; 修成瀬; 誠治長場; 政之岩瀬; 信保中根; 秀行牧田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1997-10-02
Filing date: 1997-10-02
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2017-10-02
Also published as: JPH11105277A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はインクジェットヘッドに関し、特に電気機械変換素子のｄ３３方向の変位を用いてインク滴を吐出させるインクジェットヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の画像形成装置として用いるインクジェット記録装置において用いるインクジェットヘッドとして、インク滴を吐出する複数のノズルと、各ノズルが連通するインク液室と、各インク液室内のインクを加圧してノズルからインク滴を吐出させるためのエネルギーを発生する圧電素子等の電気機械変換素子とを備え、この電気機械変換素子を印字データに応じて駆動することで所要のノズルからインク滴を吐出させて画像を記録する。
【０００３】
このようなインクジェットヘッドにおいて、電気機械変換素子として例えば積層型圧電素子を用いてこの積層型圧電素子のｄ３３方向の変位を利用する（特開平３−７３３４７号公報参照）ようなヘッドの場合に、高集積化が進むに従って圧電素子の端面電極と圧電素子を駆動する駆動用ＩＣとの電気的接続を確実に行うことが要求される。
【０００４】
そこで、例えば特開平８−３１８６２５号公報に記載されているように、複数の圧電素子を接合した基板上に電極を形成し、圧電素子の端面電極（積層方向と平行な面に形成される電極）と基板上の電極とを銀ペースト等の導電性接着剤で接続した上、基板上の電極にフレキシブルプリントケーブル（ＦＰＣ）を接続して、圧電素子を駆動用ＩＣと電気的に接続するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このように圧電素子の端面電極と基板上の電極とを導電性接着剤で接続するようにした場合、基板上への電極面の形成、導電性接着剤の塗布作業等が必要になって製造コストが掛かると共に、圧電素子にスリット加工を施して複数の圧電素子及び電極に分割する工法を採用したときに、導電性接着剤が剥離するおそれが生じる。
【０００６】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、製造コストが廉価で、しかも、電気的信頼性の高いインクジェットヘッドを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、請求項１のインクジェットヘッドは、電気機械変換素子がこの電気機械変換素子よりも幅広の保持部に接合されて断面形状が凸形状をなす部材が構成され、保持部上にも電気機械変換素子の個別電極となる端面電極及び／又は共通電極となる端面電極が形成されて、この保持部上の端面電極に直接フレキシブルプリントケーブルが接続されている構成とした。
【０００８】
請求項２のインクジェットヘッドは、電気機械変換素子と一体にこの電気機械変換素子よりも幅広の電気機械変換素子材料からなる保持部が成形されて断面形状が凸形状をなす部材が構成され、保持部上にも電気機械変換素子の個別電極となる端面電極及び／又は共通電極となる端面電極が形成されて、この保持部上の端面電極に直接フレキシブルプリントケーブルが接続されている構成とした。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。図１は本発明に係るインクジェットヘッドの一例を示す分解斜視図、図２は同ヘッドのチャンネル方向（ノズル配列方向）と直交する方向の要部拡大断面図、図３は同ヘッドのチャンネル方向の要部拡大断面図である。
【００１０】
このインクジェットヘッドは、駆動ユニット１と、液室ユニット２と、ヘッドカバー３とを備えている。
駆動ユニット１は、セラミックス基板、例えばチタン酸バリウム、アルミナ、フォルステライトなどの絶縁性の基板１１上に、インク滴を吐出させるためのエネルギーを発生するエネルギー発生手段１２を列状に２列配置して接合し、これら各列のエネルギー発生手段１２の周囲を取り囲む樹脂、セラミック等からなるフレーム部材１３を接着剤１４によって接合している。
【００１１】
なお、複数のエネルギー発生手段１２は、インクを液滴化して飛翔させるための駆動パルスが与えられる駆動部と、２つの駆動部間に位置して、駆動パルスが与えられずに単に液室ユニット２を基板１１に固定する液室支柱部材となる非駆動部とを交互に構成している。
【００１２】
ここで、エネルギー発生手段１２は、図４にも示すように積層型電気機械変換素子である積層型圧電素子１７をこれより幅広の保持部１８に接着接合して保持し、全体として断面形状が凸形状をなしている。圧電素子１７としては１０層以上の積層型圧電素子を用いている。この積層型圧電素子は、例えば図２に示すように、厚さ１０〜５０μｍ／１層のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）２０と、厚さ数μｍ／１層の銀・パラジューム（ＡgＰd）からなる内部電極２１とを交互に積層したものであるが、圧電素子として用いる材料は上記に限られるものでなく、その他の材料やその他の電気機械変換素子を用いることもできる。
【００１３】
そして、各圧電素子１７の積層方向と平行な両端面にＡgＰd等からなる端面電極２２，２３（２つの圧電素子列の対向する面側を端面電極２２とし、対向しない面側を端面電極２３とする。）を形成し、圧電素子１７の内部電極２１を１層おきに左右の端面電極２２，２３に接続している。これらの端面電極２２，２３間に駆動電圧を与えることによって、積層方向に電界が発生して、積層方向の伸びの変位（ｄ３３方向の変位）が生起される。
【００１４】
一方、液室ユニット２は、金属或いは樹脂の薄膜からなる振動板３１と、ドライフィルムレジスト（ＤＦＲ）からなる感光性樹脂層で形成した２層構造の液室隔壁部材３２と、金属、樹脂等からなるノズルプレート３３とを順次を積層し、熱融着して形成している。これらの各部材によって、１つの圧電素子１２（駆動部１７）と、この１つの圧電素子１２に対応するダイアフラム部３４と、各ダイアフラム部３４を介して加圧される加圧液室３５と、この加圧液室３５の両側に位置して加圧液室３５に供給するインクを導入する共通液室３６，３６と、加圧液室３５と共通液室３６，３６とを連通するインク供給路３７，３７と、加圧液室３５に連通するノズル３８とによって１つのチャンネルを形成し、このチャンネルを複数個２列設けている。
【００１５】
振動板３１は、駆動部１７に対応する前記ダイアフラム部３４と、非駆動部１８に接合する梁４１及びフレーム部材１３に接合するベース４２とを形成している。ダイアフラム部３４は、駆動部１７に接合する島状凸部４３と、この凸部４３の周囲に形成した厚み３〜１０μｍ程度の最薄膜部分（ダイアフラム領域）４４とからなる。
【００１６】
液室隔壁部材３２は、振動板３１側に予めドライフィルムレジストをラミネートして所要のマスクを用いて露光し、現像して所定の液室パターンを形成した第１感光性樹脂層４５と、ノズルプレート３３側に予めドライフィルムレジストをラミネートして所要のマスクを用いて露光し、現像して所定の液室パターンを形成した第２感光性樹脂層４６とを熱圧着で接合してなる。
【００１７】
ノズルプレート３３にはインク滴を飛翔させるための微細な吐出口であるノズル３８を多数を形成している。このノズル３８の内部形状（内側形状）は、ホーン形状（略円柱形状又は略円錘台形状でもよい。）に形成している。また、このノズル３８の径はインク滴出口側の直径で約２５〜３５μｍである。
【００１８】
このノズルプレート３３のインク吐出面（ノズル表面側）は、図１に示すように撥水性の表面処理を施した撥水処理面４７としている。例えば、ＰＴＦＥ−Ｎi共析メッキやフッ素樹脂の電着塗装、蒸発性のあるフッ素樹脂（例えばフッ化ピッチなど）を蒸着コートしたもの、シリコン系樹脂・フッ素系樹脂の溶剤塗布後の焼き付け等、インク物性に応じて選定した撥水処理膜を設けて、インクの滴形状、飛翔特性を安定化し、高品位の画像品質を得られるようにしている。なお、ノズルプレート３３の周縁部は撥水処理膜を形成しない非撥水処理面４８としている。
【００１９】
なお、液室ユニット２も駆動ユニット１とは別個に加工、組立を行なった後、液室ユニット２の振動板３１と駆動ユニット１の圧電素子１２及びフレーム部材１３とを接着剤５０で接合してインクジェットヘッドとしている。
【００２０】
そして、基板１１をヘッド支持部材であるスペーサ部材（ヘッドホルダ）５１上に支持して保持し、このスペーサ部材５１内に配設したヘッド駆動用ＩＣ等を有するＰＣＢ基板５２と駆動ユニット１の各圧電素子１２の端面電極２２，２３とをＦＰＣケーブル５３，５３を介して接続している。
【００２１】
また、ノズルカバー（ヘッドカバー）３は、ノズルプレート３３の周縁部及びヘッド側面を覆う箱状に形成したものであり、ノズルプレート３３の撥水処理面４７に対応して開口部を形成し、ノズルプレート３３の周縁部に残した非撥水処理面４８に接着剤にて接着接合している。さらに、このインクジェットヘッドには、図示しないインクカートリッジからのインクを液室に供給するため、スペーサ部材５１、基板１１、フレーム部材１３及び振動板３１にそれぞれインク供給穴５４〜５７を設けている。
【００２２】
このように構成したインクジェットヘッドにおいては、記録信号に応じて駆動部１７に駆動波形（１０〜５０Ｖのパルス電圧）を印加することによって、駆動部１７に積層方向の変位が生起し、振動板３１のダイアフラム部３４を介して加圧液室３５が加圧されて圧力が上昇し、ノズル３８からインク滴が吐出される。このとき、加圧液室３５から共通液室３６へ通じるインク供給路３７，３７方向へもインクの流れが発生するが、インク供給路３７，３７の断面積を狭小にすることで流体抵抗部として機能させて共通液室３６，３６側へのインクの流れを低減し、インク吐出効率の低下を防いでいる。
【００２３】
そして、インク滴吐出の終了に伴い、加圧液室３５内のインク圧力が低減し、インクの流れの慣性と駆動パルスの放電過程によって加圧液室３４内に負圧が発生してインク充填行程へ移行する。このとき、インクタンクから供給されたインクは共通液室３６，３６に流入し、共通液室３６，３６からインク供給路３７，３７を経て加圧液室３５内に充填される。そして、ノズル３８の出口付近のインクメニスカス面の振動が減衰し、表面張力によってノズル３８の出口付近に戻されて（リフィル）安定状態に至れば、次のインク滴吐出動作に移行する。
【００２４】
そこで、このインクジェットヘッドにおける駆動ユニット１の詳細について図５以降をも参照して説明する。
まず、図５に示すように基板１１上に分割前のエネルギー発生手段１２，１２（これを「エネルギー発生手段６１，６１」とする。）を所定の方向に並べて配置して接着剤１４で接合する。ここで、エネルギー発生手段６１は、分割前の積層型圧電素子１７を幅広の保持部１８に接着接合することで断面形状は凸形状をなしている。保持部１８としては、圧電材料若しくは圧電材料とは異なる異種材料で形成することができる。
【００２５】
このように、エネルギー発生手段６１（分割後はエネルギー発生手段１２）を断面形状が凸形状になるように形成することで、図７（ａ）に示すように後述する端面電極２２，２３へのＦＰＣ５３の圧着方向が平面上になるので、圧着作業の作業性が極めて良好になる。なお、同図（ｂ）に示すようにエネルギー発生手段６１を圧電素子１７のみとして側面にＦＰＣ５３を圧着することもできないことではない。また、凸形状のエネルギー発生手段１２は、積層型圧電素子１７と保持部１８とを接着接合して形成するのではなく、積層型圧電素子１７を焼成するときに保持部１８も圧電材料で一体成形するようにすることもできる。
【００２６】
またエネルギー発生手段６１には基板１１上に接合する前に端面電極２２，２３を蒸着、メッキなどの工法で形成する。この端面電極２２，２３の材料としては、金、銀、白金などが好ましい。このとき、端面電極２２，２３は圧電素子１７の端面だけでなく保持部１８の平面部上まで形成する。
【００２７】
その後、図８に示すようにダイシングソーなどを用いてエネルギー発生手段６１に所定のピッチでスリット加工を施して複数のエネルギー発生手段１２に分割する。このとき、スリット溝１１ａを基板１１上にまで入れることによって確実に複数のエネルギー発生手段１２に分割することができる。
【００２８】
そこで、図９に示すようにエネルギー発生手段１２の保持部１８上に形成されている圧電素子１７の個別電極側の端面電極２３にＦＰＣ５３を熱圧着して接続する。このＦＰＣ５３には図１０に示すように個別電極形状にパターンニングされた電極面５３ａの形成している。ＦＰＣ５３を熱圧着するときの熱圧着材料としては半田などが好ましい。この場合、図１１に示すようにＦＰＣ５３の一部を基板１１上に接着剤などで固定することによって、次工程からの取り扱い上ＦＰＣ圧着部が剥離することを防止できる。
【００２９】
また、図１２に示すようにエネルギー発生手段１２の保持部１８上に形成されている圧電素子１７の共通電極側の端面電極２２にもＦＰＣ５３を熱圧着で接続する。このＦＰＣ５３には上述した個別電極形状の電極５３ａと共に図１３に示すように共通電極形状にパターンニングされた電極面５３ｂを形成している。
【００３０】
このようにこのインクジェットヘッドにおいては、圧電素子の個別電極及び共通電極となる各端面電極に直接ＦＰＣを接続しているので、ディスペンサーなどによる導電性接着剤の塗布工程がなく、電極接続工法が簡略化して低コスト化を図れ、また電気的接続の信頼性が向上し、更に導電性接着剤を用いる場合に比べて各チャンネル間の抵抗値のバラツキが低減し、断線不良なども低減する。
【００３１】
すなわち、従前のように基板上に形成した電極と圧電素子の端面電極とを予め導電性接着剤（銀ペースト等）で接続した後圧電素子にスリット加工を施して複数の圧電素子に分割する場合、銀ペーストが剥離不良を起こすことがあり、結果的に断線不良が発生し、また、銀ペースト材料の固有抵抗値に製造ロット内でバラツキが発生すると、製造ロットの異なる銀ペースト材料を同じヘッドに用いたときに抵抗値にバラツキが生じることになる。これに対して、本発明では導電性接着剤を用いていないので、断線不良や抵抗値のバラツキを低減する。
【００３２】
なお、圧電素子の個別電極及び共通電極となる各端面電極のいずれか一一方のみに直接ＦＰＣを接続するようにしても、その限りで本発明の作用効果を得られることは勿論である。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るインクジェットヘッドによれば、電気機械変換素子と一体にこの電気機械変換素子よりも幅広の電気機械変換素子材料からなる保持部が成形されて断面形状が凸形状をなす部材が構成され、あるいは、電気機械変換素子と一体にこの電気機械変換素子よりも幅広の電気機械変換素子材料からなる保持部が成形されて断面形状が凸形状をなす部材が構成され、保持部上にも電気機械変換素子の個別電極となる端面電極及び／又は共通電極となる端面電極が形成されて、この保持部上の端面電極に直接フレキシブルプリントケーブルが接続されているので、フレキシブルプリントケーブルを電気機械変換素子の端面と平行な方向から圧着することができて、製造コストの低減、信頼性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るインクジェットヘッドの一例を示す分解斜視図
【図２】同ヘッドのチャンネル方向（ノズル配列方向）と直交する方向の要部拡大断面図
【図３】同ヘッドのチャンネル方向の要部拡大断面図
【図４】同ヘッドのエネルギー発生手段の斜視図
【図５】圧電素子を分割する前の状態を説明する斜視図
【図６】図５のエネルギー発生手段の製作過程を説明する説明図
【図７】エネルギー発生手段の例を説明する正面図
【図８】圧電素子を分割した後の状態を説明する斜視図
【図９】圧電素子の個別電極側端面電極とＦＰＣとの接続を説明する説明図
【図１０】ＦＰＣの要部概略平面図
【図１１】圧電素子の電極とＦＰＣとの接続後の状態を説明する説明図
【図１２】圧電素子の共通電極側端面電極とＦＰＣとの接続を説明する説明図
【図１３】ＦＰＣの要部概略平面図
【符号の説明】
１…駆動ユニット、２…液室ユニット、１２…エネルギー発生手段、１７…圧電素子、１８…保持部、２２…共通電極側端面電極、２３…個別電極側端面電極、５３…ＦＰＣ、５３ａ，５３ｂ…電極。

Claims

電気機械変換素子のｄ３３方向の変位を用いてインク滴を吐出させるインクジェットヘッドにおいて、前記電気機械変換素子がこの電気機械変換素子よりも幅広の保持部に接合されて断面形状が凸形状をなす部材が構成され、前記保持部上にも前記電気機械変換素子の個別電極となる端面電極及び／又は共通電極となる端面電極が形成されて、この保持部上の端面電極に直接フレキシブルプリントケーブルが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。
電気機械変換素子のｄ３３方向の変位を用いてインク滴を吐出させるインクジェットヘッドにおいて、前記電気機械変換素子と一体にこの電気機械変換素子よりも幅広の電気機械変換素子材料からなる保持部が成形されて断面形状が凸形状をなす部材が構成され、前記保持部上にも前記電気機械変換素子の個別電極となる端面電極及び／又は共通電極となる端面電極が形成されて、この保持部上の端面電極に直接フレキシブルプリントケーブルが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。