JP2001063036A

JP2001063036A - インクジェットヘッド

Info

Publication number: JP2001063036A
Application number: JP23991099A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kimura; 隆木村
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1999-08-26
Filing date: 1999-08-26
Publication date: 2001-03-13

Abstract

(57)【要約】【課題】高集積・高密度のノズル配列を実現したイン
クジェットヘッドにおいて、電極基板の電極とＦＰＣの
電極との接続の信頼性を高める。【解決手段】液室の容積変化によりノズルからインク
を吐出させる圧力発生手段に電圧を印加するための電極
を形成した電極基板と、該電極に駆動電圧を印加するた
めの可撓性のプリント基板（ＦＰＣ）とを設けるととも
に、これら基板の電極同士を接続したインクジェットヘ
ッドにおいて、電極基板の電極ピッチをＴ１、個別電極
パターンの数をＮ、電極幅をＷ１とし、ＦＰＣ電極の幅
をＷ２とした場合、Ｔ１×（Ｎ−１）×０．００３≧Ｔ
１−（Ｗ１＋Ｗ２）／２のときには電極同士の接続が不
良となる（隣り合う電極と接触してしまう）ので、Ｔ１
×（Ｎ−１）×０．００３＜Ｔ１−（Ｗ１＋Ｗ２）／２
が成り立つようにプリント基板の電極を分割して、電極
同士の位置合わせを行うことにより、良好な接続状態と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【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、特に圧電素子により液室の壁を変形させるこ
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。このインクジェットヘッドを備えたインクジェ
ット記録装置はプリンタ、複写機、ＦＡＸに有効に用い
られる。

【０００２】

【従来の技術】ノンインパクト記録法は、記録時の騒音
発生が無視できる程度に小さい点で、オフィス用などと
して注目されている。そのうち、高速記録可能で、いわ
ゆる普通紙に特別の定着処理を要せずに記録できる、い
わゆるインクジェット記録法は極めて有力な方法であ
り、従来から種々の方式が提案され、又は既に製品化さ
れて実用されている。このようなインクジェット記録法
は、いわゆる、インクと称される記録液体の小滴を飛翔
させ、被記録体に付着させて記録を行うもので、記録液
体の小滴の発生法及び小滴の飛翔方向を制御するための
制御方法により、幾つかの方式に大別される。

【０００３】第１の方式は、例えば米国特許第３０６０
４２９号明細書に開示されているものである。これは、
Ｔｅｌｅｔｙｐｅ方式と称され、記録液体の小滴の発
生を静電吸引的に行い、発生した小滴を記録信号に応じ
て電界制御し、被記録体上にこの小滴を選択的に付着さ
せて記録を行うものである。より詳細には、ノズルと加
速電極間に電界をかけて、一様に帯電した記録液体の小
滴をノズルより吐出させ、吐出した小滴を記録信号に応
じて電気制御可能なように構成されたｘ，ｙ偏向電極間
を飛翔させ、電界の強度変化によって選択的に小滴を被
記録体上に付着させるものである。

【０００４】第２の方式は、例えば米国特許第３５９６
２７５号明細書、米国特許第３２９８０３０号明細書等
に開示されているものである。これは、Ｓｗｅｅｔ方式
と称され、連続振動発生法により帯電量を制御した記録
液体の小滴を発生させ、この小滴を、一様電界がかけら
れている偏向電極間を飛翔させて、被記録体上に記録す
るものである。

【０００５】具体的には、ピエゾ振動素子の付設されて
いる記録ヘッドを構成する一部であるノズルのオリフィ
ス（吐出口）の前に記録信号が印加されるようにした帯
電電極を所定距離離間させて配置し、前記ピエゾ振動素
子に一定周波数の電気信号を印加することでピエゾ振動
素子を機械的に振動させ、オリフィスより記録液体の小
滴を吐出させる。この時、吐出する小滴には帯電電極に
より電荷が静電誘導され、小滴は記録信号に応じた電荷
量で帯電される。帯電量の制御された小滴は、一定電界
が一様にかけられている偏向電極間を飛翔する時に、付
加された帯電量に応じて偏向を受け、記録信号を担う小
滴のみが被記録体上に付着することになる。

【０００６】第３の方式は、例えば米国特許第３４１６
１５３号明細書に開示されているものである。これはＨ
ｅｒｔz 方式と称され、ノズルとリング状の帯電電極間
に電界をかけ、連続振動発生法によって、記録液体の小
滴を発生霧化させて記録する方式である。即ち、ノズル
と帯電電極間にかける電界強度を記録信号に応じて変調
することにより小滴の霧化状態を制御し、記録画像の階
調性を出して記録させるものである。

【０００７】第４の方式は、例えば米国特許第３７４７
１２０号明細書に開示されているものである。これは、
Ｓｔｅｍｍｅ方式と称され、第１〜３の方式とは根本的
に原理が異なるものである。即ち、第１〜第３の方式
が、何れもノズルより吐出された記録液体の小滴を、飛
翔している途中で電気的に制御し、記録信号を担った小
滴を選択的に被記録体上に付着させて記録を行わせるの
に対し、このＳｔｅｍｍｅ方式では、記録信号に応じて
吐出口より記録液体の小滴を吐出飛翔させて記録するも
のである。つまり、Ｓｔｅｍｍｅ方式は、記録液体を吐
出する吐出口を有する記録ヘッドに付設されているピエ
ゾ振動素子に、電気的な記録信号を印加してピエゾ振動
素子の機械的振動に変え、この機械的振動に従い吐出口
より記録液体の小滴を吐出飛翔させて被記録体に付着さ
せるものである。

【０００８】これらの４方式は、各々に特長を有する
が、同時に、解決すべき問題点もある。まず、第１〜第
３の方式は、記録液体の小滴を発生させるための直接的
エネルギーが電気的エネルギーであり、かつ、小滴の偏
向制御も電界制御による。よって、第１の方式は、構成
上はシンプルであるが、小滴の発生に高電圧を要し、か
つ、記録ヘッドのマルチノズル化が困難で高速記録には
不向きである。第２の方式は、記録ヘッドのマルチノズ
ル化が可能で高速記録に向くが、構成上複雑であり、か
つ、記録液体の小滴の電気的制御が高度で困難であり、
被記録体上にサテライトドットが生じやすい。

【０００９】第３の方式は、記録液体の小滴を霧化する
ことにより階調性に優れた記録が可能ではあるが、他
方、霧化状態の制御が困難である。また、記録画像にカ
ブリが生ずるとか、記録ヘッドのマルチノズル化が困難
で高速記録には不向きであるといった欠点がある。

【００１０】一方、第４の方式は、比較的多くの利点を
持つ。まず、構成がシンプルである。また、オンデマン
ドで記録液体をノズルの吐出口より吐出させて記録を行
うために、第１〜第３の方式のように吐出飛翔する小滴
の内、画像記録に要しなかった小滴を回収する必要がな
い。また、第１，２の方式のように、導電性の記録液体
を使用する必要はなく、記録液体の物質上の自由度が大
きいといった利点を持つ。しかし、反面、吐出に必要な
ピエゾ振動子の大きさが大きく、ピエゾ振動素子の小型
化が極めて困難である等の理由から、記録ヘッドのマル
チノズル化が難しい。

【００１１】圧電素子に駆動電圧を供給する手段として
は、制御素子を搭載したＰＣＢ基板や、ＦＰＣ基板が使
用される。制御素子の出力側の信号数は、区切られた圧
電素子それぞれに信号を送るため、圧電素子のチャンネ
ル数が必要となる。ＰＣＢ基板やＦＰＣ基板と、圧電素
子の電極とを接続する方法としてはワイヤーボンディン
グが使用されるが、この場合ワイヤーの高さ、さらには
機械的、電気的にワイヤーを保護する封止材の高さが必
要となり（通常１ｍｍ以上）、例えばサイドシューター
型ヘッドの場合には、圧電素子の電極面からノズル面ま
での高さが液室高さ（１ｍｍ以下）であるため、封止材
がノズル面以上になってしまう。

【００１２】この不具合を解決する手段として、例え
ば、特開平６−３２０７２１号公報に示されているよう
に、圧電素子の電極とＦＰＣ（フレキシブル・プリント
・ケーブル）とを、直接ハンダ、異方導電テープで接続
する方法がある。この方法は、すべての電極を一括で接
続することができるため、低コストの接続方法として優
れている。しかしながら、この方法ではＦＰＣの接触部
が、基板面のノズルと同じ方向にあるため、インクが付
着して電極間がリークするのを防止するための万全の保
護をする必要がある。また、接触部は流路板、共通液室
板、ノズルプレートがなく、表面が出ている必要がある
ため、少なくとも接続部の長さ以上、圧電素子を余分に
出す必要がある。そのため、圧電体の大きさが大きくな
るという不具合も生じる。

【００１３】一方、フレキシブル配線板の接続方法とし
ては、実開平５−２８６７３号公報に示されている方法
がある。これは、周りに電極を配した板状圧電体を下基
板と上基板とで挟み、一方の基板及び板状圧電体のそれ
ぞれの周辺に複数個のスルーホール電極を穿設して、駆
動電極とフレキシブル基板とをスルーホールを通して接
続するものである。この方法を用いれば、圧電体と反対
の基板面でフレキシブル基板と接続できるため、前述し
たようなインクによる汚染や、圧電素子を大きく作る必
要性が解決できる。しかしながら、基板はスルーホール
を形成するために、かなり凹凸が大きく、そのためにフ
レキシブル基板と信頼性よく、歩留まりよく接続するこ
とが容易ではないにもかかわらず、基板とフレキシブル
基板とをどのように接続するのかが全く述べられてな
い。

【００１４】また、一般的にＦＰＣに電極を作成する場
合、電極の形成精度には限界があり、特に電極数が多く
なった場合の累積誤差は非常に大きい。さらに、ノズル
数が多くなった場合には、ＦＰＣ電極の累積ピッチの悪
さによって、隣接ＰＺＴと接触するなどの不具合が生じ
てしまう。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、これら従来
技術の問題点に鑑みなされたもので、高集積・高密度の
ノズル配列を実現したインクジェットヘッドにおいて、
ＦＰＣとの接続を信頼性良く行なうことを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載のインク
ジェットヘッドは、インクを吐出するためのノズルと、
該ノズルに連通する液室と、該液室内の容積を変化させ
て前記ノズルからインクを吐出させるための圧力発生手
段が形成されるとともに、該圧力発生手段に電圧を印加
するための電極が形成された電極基板と、該電極に駆動
電圧を印加するための可撓性のプリント基板（ＦＰＣ）
とを有するインクジェットヘッドにおいて、前記電極の
配列ピッチをＴ１、ヘッド個別電極の数をＮ、その幅を
Ｗ１、ＦＰＣ電極の幅をＷ２とした場合、Ｔ１×（Ｎ−
１）×０．００３≧Ｔ１−（Ｗ１＋Ｗ２）／２のときに
は、前記プリント基板の電極との接触部を分割して設け
ることを特徴とする。

【００１７】請求項２に記載のインクジェットヘッド
は、インクを吐出するためのノズルと、該ノズルに連通
する液室と、該液室内の容積を変化させて前記ノズルか
らインクを吐出させるための圧力発生手段が形成される
とともに、該圧力発生手段に電圧を印加するための電極
が形成された電極基板と、前記圧力発生手段に供給する
駆動信号を画像情報に応じて制御する駆動回路と電極が
形成された駆動回路基板と、一端が該電極に接続し、異
なる端部が前記駆動回路基板に接続し、前記圧力発生手
段に駆動電圧を印加するための可撓性のプリント基板と
を有するインクジェットヘッドにおいて、前記電極の配
列ピッチをＴ１、駆動回路基板の電極の数をＮ、その幅
をＷ３、ＦＰＣ電極の幅をＷ２とした場合、Ｔ１×（Ｎ
−１）×０．００３≧Ｔ１−（Ｗ３＋Ｗ２）／２のとき
には、前記プリント基板の駆動回路基板電極との接触部
を分割して設けることを特徴とするものである。

【００１８】請求項３に記載のインクジェットヘッド
は、請求項１又は２において、複数の異なるプリント基
板に分割されていることを特徴とする。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照しながら説明する。第１の実施の形態（請求項１）図１はインクジェットヘッドの概略斜視図、図２は図１
の基板２７を裏（圧電体を設けない面）から見た図であ
る。図３は図１の分解斜視図、図４は図１のＡ−Ａ線断
面図、図５は図１のＢ−Ｂ線断面図である。図６は図４
の主要部分を示す断面図である。

【００２０】このインクジェットヘッドは、アクチュエ
ータユニット１５と、このアクチュエータユニット１５
上に接合された液室ユニット１６とからなる。アクチュ
エータユニット１５では、絶縁基板２７上に複数の積層
型圧電素子を列状に配置（列設）してなる２列の圧電素
子列１７と、これら２列の圧電素子列１７の周囲を取り
囲むフレーム部材１８とを、接着剤１９によって接合し
ている。圧電素子列１７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複数の圧電素子２５
で構成されている。

【００２１】液室ユニット１６は、ダイアフラム部２０
を形成した振動板２１上に、加圧液室、共通インク流路
等を形成する感光性樹脂フィルム（ドライフィルムレジ
スト）、あるいはＳＵＳなどの金属プレートからなる液
室流路形成部材２２をドライフィルムレジストの熱圧着
や、接着剤により接着し、この液室流路形成部材２２上
に複数のノズル２３を形成したノズルプレート２４を接
着してなり、これら振動板２１、液室流路形成部材２２
及びノズルプレート２４によって、圧電素子列１７の各
駆動部圧電素子２５に対向するダイヤフラム部２０を有
するそれぞれ略独立した複数の加圧液室２６を形成し、
かつノズル２３を圧電素子列１７の各駆動部圧電素子２
５に対向して配列している。そして、この液室ユニット
１６はその振動板２１が接着剤によってアクチュエータ
ユニット１５上に高い剛性で接合されている。

【００２２】ここで、アクチュエータユニット１５の基
板２７は、厚さ０．５〜５ｍｍ程度で、しかも圧電素子
に似た材質のものからなり、圧電素子と共に例えばダイ
ヤモンド砥石による切削が可能なものであることが好ま
しい。また、駆動部圧電素子に対応して、高密度でスル
ーホールが作成できることが望ましい。

【００２３】この基板２７上の圧電素子の列設方向と直
交する方向の両端部には、各圧電素子列１７の個々の駆
動部圧電素子２５の対向しない端面側を接続するスリッ
ト溝２８で分割された個別引出電極２９が形成されてい
る。また、それぞれの個別引き出し電極には、スルーホ
ールが形成されている。

【００２４】ここで、駆動部圧電素子２５と個別引出電
極２９及び共通電極３０との位置関係は、図６に示すよ
うに僅かに隙間をあけている。これは、駆動部圧電素子
２５が各電極２９，３０上に載ると、電極２９，３０の
厚みや誤差が圧電素子２５の接合品質、すなわち接合の
均一性や接合後の面平行精度に影響を与えることになっ
て好ましくないからである。ただし、駆動部圧電素子２
５と個別引出電極２９及び共通電極３０とが僅かにオー
バラップする程度であれば悪影響は少ない。

【００２５】圧電素子列１７を構成している駆動部圧電
素子２５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４及び図６に
示すように、厚さ２０〜５０μｍ／１層のＰＺＴ（＝Ｐ
ｂ（Ｚｒ・Ｔｉ）Ｏ₃）３１と、厚さ数μｍ／１層の銀
・パラジウム（ＡｇＰｄ）からなる内部電極３２とを交
互に積層したものである。そして、これらの駆動部圧電
素子２５の最上層３１ａの上面には内部電極３２に相当
する電極を形成しないで不活性層としている。なお、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、
一般に圧電素子材料として用いられるＢａＴｉＯ₃，Ｐ
ｂＴｉＯ₃，（ＮａＫ）ＮｂＯ₃等の強誘電体などを用
いることもできる。

【００２６】そして、各圧電素子列１７の駆動部圧電素
子２５の多数の内部電極３２を１層おきに交互に両端面
に取り出して、両端面に形成した例えばＡｇＰｄからな
る個別端面電極３３，３４に接続し、各圧電素子列１７
の各駆動部圧電素子２５の対向する端面側の個別端面電
極３３を基板２７上の共通電極３０に、ヤング率２００
ｋｇｆ／ｍｍ²以上の導通処理材料３５を介して接続
し、各圧電素子列１７の各駆動部圧電素子２５の対向し
ない端面側の個別端面電極３４を基板２７上の個別引出
電極２９に導通処理材料３６を介して接続している。各
個別引出電極２９及び共通電極３０にはＦＰＣ３７が接
続されて、駆動電圧を与えられることによって積層方向
に電界が発生して、駆動部圧電素子２５には積層方向の
伸びの変位（電界と同方向のｄ３３方向の変位）が生起
される。

【００２７】フレーム部材１８は、線膨張係数が２×１
０^-6／℃以下のエポキシ樹脂系の熱硬化性成形材料から
なる板状部材であって、圧電素子列１７に対応する透孔
部１８ａ，１８ｂを穿設して、各駆動部圧電素子２５の
列設方向と直交する方向の一方側に固定部３７，３８を
形成すると共に、２つの圧電素子列１７の他方側である
中央部にも固定部３９を形成し、これらの固定部３７，
３８，３９の各駆動部圧電素子２５の列設方向の両端部
に架橋部４０を形成したものである。

【００２８】なお、フレーム部材１８の一方の架橋部４
０には基板２７のインク供給孔２７ａに対応するインク
供給孔１８ｄが形成されている。そして、このフレーム
部材１８の固定部下面には、図４に示すように導電性ぺ
一スト（導電性接合剤）４１を前面に塗布して、スリッ
ト溝２８で個々の圧電素子２５毎（各チャンネル）に分
割された共通電極３０を相互に接続して、一体の共通電
極３０を形成している。

【００２９】次に、液室ユニット１６の振動板２１は、
図４に示すように下側液室流路形成部材４２側は平坦面
とし、圧電素子列１７側はそれぞれ厚みの異なるダイア
フラム領域２１ａ、接合領域２１ｂを形成して、圧電素
子列１７の駆動部圧電素子２５に対応してダイアフラム
部２０を形成したものである。この振動板２１はＮｉ
（ニッケル）の金属プレートからなり、エレクトロフォ
ーミング法によって製造している。なお、振動板２１に
もインク供給孔２１ｄを形成している。

【００３０】液室流路形成部材２２は、振動板２１上面
とノズルプレート２４との間に位置して加圧液室２６の
流路等を形成するものであり、その製造工程から下側液
室流路形成部材４２及び上側液室流路形成部材４３で構
成している。下側液室流路形成部材４２は、振動板２１
上面に接着された感光性樹脂フィルムまたはＳＵＳ基板
からなり、図３に示すように上側液室流路形成部材４３
と相俟って圧電素子列１７の各駆動部圧電素子２５に対
応して各々独立した加圧液室２６の流路を形成すると共
に、各加圧液室２６へのインク供給路を兼ねた流体抵抗
部４４を形成する多数の内側隔壁部４５と、加圧液室２
６の周囲に共通インク流路４６を形成する外周隔壁部４
７とからなる。上側液室流路形成部材４３は、下側液室
流路形成部材４２と略同様の構成であるが、下側液室流
路形成部材４２の流体低抗部４４に相当する部分がない
点で異なる。

【００３１】ノズルプレート２４にはインク滴を飛翔さ
せるための微細孔である多数のノズル２３が形成されて
おり、このノズル２３の径はインク滴出口側の直径で５
０μｍ以下に形成し、かつノズル２３は加圧液室２６の
中心近傍に対応する位置に設けている。このノズルプレ
ート２４も振動板２１と同様にＮｉ（ニッケル）の金属
プレートからなり、エレクトロフォーミング法によって
製造している。

【００３２】本実施の形態では、加圧液室２１の両側に
共通液室を設け、両側からインク供給を行なう例を示し
たが、共通液室、流体低抗部を一方だけに設け、片側か
らインク供給する構成でもよい。また、ノズルの位置は
特に中央に限ったものではなく、加圧液室の端部近傍に
設けても良い。

【００３３】次に、このインクジェットヘッドの製造工
程について説明する。このインクジェットヘッドは、予
めアクチュエータユニット１５と液室ユニット１６とを
別々に組付けた後、両ユニット１５，１６を接着接合し
て製造している。このような製造工程を採用することに
よって、両ユニット１５，１６の良品同士を選んで組み
付けることができて歩留りが向上すると共に、加工組付
け工程で塵埃が発生しやすいアクチュエータユニット１
５と、塵挨の付着を完全に避けたい液室ユニット１６と
を別々の工程で組付けることができるので、完成したイ
ンクジェットヘッドの品質自体が向上する。以下、具体
的に説明する。

【００３４】先ず、アクチュエータユニット１５の加工
及び組付け工程は、次のとおりである。すなわち、図
３、図６、図７及び図８に示すように、セラミックス、
高剛性の樹脂等の電気絶縁性材料から形成した基板２７
に予めインク供給孔２７ａを形成する。さらに個別引き
出し電極となる位置及び共通電極となる位置の一部に、
スルーホール５５を形成する。そして、この基板２７の
両側部分に個別引出電極２９を形成するための導電性材
料からなる個別引出電極用パターン４８を形成すると共
に、基板２７中央及び個別引出電極用パターン４８を迂
回して基板２７の両端部に臨むように導電性材料からな
る共通電極用パターン４９を形成し、個別引出電極用パ
ターン４８と共通電極用パターン４９との間を圧電素子
接合領域５０とする（図７参照）。

【００３５】さらに個別引出電極用パターン４８と共通
電極用パターン４９の形成と同時に、または、それらを
形成した後に、スルーホール内部壁にも導電性材料から
なる層を形成しておいてもよい。また、この基板の裏面
には、図２に示すように、ＦＰＣ３７の電極と接続する
ためのパッド５９が設けられ、スルーホール５５，５６
からパッド５９までの範囲にパターン５７，５８が形成
されている。また、ＦＰＣ３７の接続部としては、図２
のようにスルーホール５５，５６の位置より、基板２７
の内側に形成する。これにより、ＦＰＣ３７の接続部を
形成する際に基板２７が大きくなることがなく、ヘッド
の小型化がはかれる。

【００３６】これらの各電極パターン４８，４９，５
７，５８は、例えばＮｉ，Ａｕ，Ｃｕ等の金属蒸着、又
は同種金属の電解、無電界メッキ、あるいはＡｇＰｄ，
ＡｇＰｔ，Ａｕぺースト等の厚膜導体ぺーストの印刷等
の方法によって形成して基板２７表面に密着させてい
る。

【００３７】そして、図８に示すように基板２７上の前
記圧電素子接合領域５０に積層型圧電素子をプレート状
に形成してなる圧電素子プレート５１を接着剤（図４参
照）を用いて接着接合する。この圧電素子プレート５１
の基板２７への接合に用いる接着剤としてはヤング率２
００ｋｇｆ／ｍｍ²以上のものがよく、ここでは加熱硬
化型のエポキシ系接着剤を使用している。接着剤の形態
としては、１液タイプ、２液混合タイプ、フィルムタイ
プ等のいずれでも使用可能である。

【００３８】そして、これらの圧電素子プレート５１の
長辺部端面には予め前記個別端面電極（個別外部電極）
３３，３４を形成するための端面電極５２，５３を形成
しておき、基板２７上への接着接合後、これらの２枚の
圧電素子プレート５１の対向する側の端面電極５２を基
板２７上の共通電極用パターン４９に導通処理材料３５
にて電気的に接続すると共に、２枚の圧電素子プレート
５１の対向しない端面電極５３を基板２７上の各個別引
出電極用パターン４８に導通処理材料３６にて電気的に
接続する。この導通処理材料３５，３６としてはヤング
率２００ｋｇｆ／ｍｍ²以上のものを用いている。ま
た、導通処理材料としては、例えば導電性接着剤、Ａｕ
等のスパッタリング、Ａｕ等の蒸着、ＡｇＰｄ等のディ
ッピングなどを用いることができる。

【００３９】次いで、ダイヤモンド砥石をセットしたダ
イサー等によって、２枚の圧電素子プレート５１及び基
板２７の表面部を、その端面電極５２，５３と直交する
方向に所定のピッチ、例えぱ１ビッチ当たり１００μｍ
程度の幅の圧電素子が形成されるピッチで切断するスリ
ット加工を施して、駆動部圧電素子２５となる複数の積
層型圧電素子を分割形成する同時に、端面電極５２，５
３を個々の駆動部圧電素子２５に対応する個別端面電極
３３，３４に分割する。

【００４０】このとき、図３にも示すように基板２７に
所定の深さまで切込んでスリット溝２８を入れて切断す
ることによって、個々の駆動部圧電素子２５を完全に独
立させると共に、個別引出電極用パターン４８を個々の
駆動部圧電素子２５にそれぞれ個別的に対応する個別引
出電極２９に分割する。この場合、基板２７上の共通電
極用パターン４９もその一部が個々の駆動部圧電素子２
５に対応して分割されることになる。

【００４１】なお、分割形成された個別引出電極２９
は、個々の駆動部圧電素子２５の対向しない端面側の個
別端面電極３４と導電処理材料３６を介して接続された
ままである。また、共通電極用パターン４９も圧電素子
列１７の駆動部圧電素子２５に対向する端面側のすべて
の個別端面電極３３と導電処理材料３５を介して接続さ
れたままである。

【００４２】このように、絶縁性基板２７上に、引出電
極用パターン４８を形成すると共に、予め内部電極３２
を交互に両端面に取り出して各端面に形成した端面電極
５２，５３に導通接続した積層型圧電素子５１を接合
し、引出電極用パターン４８と積層型圧電素子５１の端
面電極５２，５３とを導通処理して接続した後、積層型
圧電素子５１及び基板２７の表面部に同時にスリット加
工を施して、複数の積層型圧電素子（駆動部圧電素子）
２５を形成すると共に、引出電極用パターン４８及び端
面電極５２，５３を複数の積層型圧電素子にそれぞれ個
別的に対応する個別引出電極２９及び個別端面電極３
３，３４に分割することによって、複数の積層型圧電素
子の高密度集積化が図られ、内部電極からの電極の取出
しが容易になるうえ、積層型圧電素子と基板が接合され
て接合強度が高くなっているため、スリット加工時の積
層型圧電素子の破損が低減して、歩留りが向上し、コス
トの削減を図ることができる。

【００４３】そして、積層型圧電素子の端面電極と基板
上の引出電極とを導通させる導通処理材料３５，３６と
してヤング率２００ｋｇｆ／ｍｍ²以上のものを用いる
ことによって、積層型圧電素子と基板との振動を低減す
ることができて、スリット加工時の積層型圧電素子の破
損が一層少なくなる。また、基板２７と駆動部圧電素子
２５との接着剤としてヤング率２００ｋｇｆ／ｍｍ²以
上のものを用いることによって、積層型圧電素子と基板
との振動を低減することができ、スリット加工時の圧電
素子の破損を少なくすることができると共に、駆動部圧
電素子２５の駆動時の変位効率の低下を防止してヘッド
の特性を向上させることができる。

【００４４】このようにして、圧電素子プレート５１等
のスリット加工が終了した基板２７上にフレーム部材１
８を、ヤング率２００ｋｇｆ／ｍｍ²以上の加熱硬化型
エポキシ系接着剤からなる接着剤を用いて接着接合す
る。その後、このフレーム部材１８のスリット１８ｃ内
に図３に示すように導電性ペースト４１を塗布すること
によってスリット加工で分割された共通電極形成用パタ
ーン４９を相互に接続して、共通電極３０を形成する。

【００４５】ここで、フレーム部材１８接合後のフレー
ム部材の上面と圧電素子列１７の上面とは、精度良く同
一平面となっている必要がある。これは、後述するよう
にこの部分に液室ユニット１６の振動板２１を接合する
ため、面精度が悪いと接着されないダイアフラム部が発
生するからである。そこで、駆動部圧電素子２５の最上
層３１ａの上面に電極を形成しないで不活性層として表
面加工を可能にし、圧電素子列１７の高さよりも僅かに
高いフレーム部材１８を接着接合した後、表面の研削加
工を行い、圧電素子列１７の各圧電素子２５上面が僅か
に削れて同一平面になるまで研削を行うようにして、両
部品の寸法精度及び接着工法の困難性を解消している。

【００４６】そして、このようにして完成したアクチュ
ェータユニット１５上に、別途加工組付けを行った液室
ユニット１６をその振動板２１側（接合面）を下方にし
て、位置合わせしながら接着接合する。

【００４７】その後、図９に示すように、基板２７裏面
の裏面個別電極パターン５８及び裏面共通電極パターン
５７のスルーホール部を除く一部を接続領域５９とし
て、ＦＰＣケーブル３７を熱と加圧で接合する。なお、
ＦＰＣケーブル３７は圧電素子列１７内の駆動部圧電素
子２５を選択的に駆動できるパターンを有し、その接合
部には予め半田メッキを施している。この場合、ＦＰＣ
を熱圧着する時の温度は、半田の溶融温度以上が必要
で、通常２００℃以上である。スルーホールは、例え
ば、金属線などの電気伝導性の良い材料をあらかじめ、
セラミックスの中に配列し、焼成することで作ることが
できる。しかしながら、この方法は加工が難しく、か
つ、所望の配列を精度良く実現することが難しい。それ
に対して、基板にドリルなどで穿孔して作る方法があ
る。

【００４８】これは、基板に貫通孔をドリルで作製し、
それに金属などの電気伝導性の良い材料を貫通孔内壁に
形成したり、あるいはその材料を充填することで作製す
る。この方法は、比較的精度良く所望の位置に、所望の
大きさの貫通孔を形成でき、しかも低コストであるとい
う点で、優れた形成方法である。しかし、この方法で
は、スルーホールの周囲には、バリが多く発生する。そ
のために、スルーホール部は基板の凹凸が激しく、この
部分ハンダを熱圧着した場合には、接触不良が生じやす
い。本発明のようにスルーホールから電極パターンを形
成して、スルーホールを避けて、比較的フラットな基板
部分で熱圧着することで信頼性の良いＦＰＣ実装が可能
となる。

【００４９】また、ＦＰＣと裏面個別電極パターン及び
裏面共通電極パターンとの電気的接続方法としては、半
田以外に、異方導電性フィルムを用いることもできる。
異方導電性フィルムは、熱硬化性、あるいは熱可塑性樹
脂フィルムの中に、フィラーと呼ばれる導電性粒子（金
属粒子やカーボン粒子）を分散させたもので、裏面個別
電極パターン及び個別共通電極パターンとＦＰＣの間
に、異方導電性フィルムを挟んで、加熱・加圧すること
により、フィラーを通じて裏面個別電極パターン及び裏
面共通電極パターンとＦＰＣの電極が導通する。

【００５０】異方導電性フィルムの場合でも、同様にス
ルーホール以外のフラットな部分で熱圧着することで信
頼性が向上するのはもちろんである。さらに、半田接続
方法が電極部の半田のみで基板２７とＦＰＣとが固定さ
れるのに対して、異方導電性フィルムの場合、電極部は
もちろんであるが電極が形成されていない部分でも、異
方導電性フィルムの樹脂が接着剤となって、基板とＦＰ
Ｃを固定するので、接着強度を得る上ではより好まし
い。また、１５０℃以下で熱圧着が可能であるため、Ｆ
ＰＣを加熱・加圧することによりＦＰＣの樹脂基板が熱
膨張後に収縮して生じる応力の発生が低減されて、電極
の剥がれなどがなくなるので好ましい。

【００５１】このようにしてＦＰＣを実装した後に、最
後に、基板２７のインク供給孔２７ａにインク供給パイ
プ５４を挿入して接着剤を塗布硬化して固定する。ここ
で、アクチュエータユニット１５のフレーム部材１８を
線膨張係数が２×１０^-6／℃以下のエポキシ樹脂系の熱
硬化性成形材料から形成しているので、液室ユニット１
６の振動板２１とフレーム部材１８とを接着接合すると
きに、加熱接着をしても振動板２１の変形を来さない。
このようにフレーム部材１８と液室ユニット１６とを加
熱接着することができるので、組立性が向上し、コスト
も低減する。また、上述したように、絶縁基板２７とフ
レーム部材１８、アクチュエータユニット１５と液室ユ
ニット１６、圧電素子１７と絶縁基板２７とを接合する
接着剤として、ヤング率が２００ｋｇｆ／ｍｍ²以上
で、同一のエポキシ系加熱硬化型接着剤を用いることに
よって、コストが低減する。

【００５２】次に、以上のように構成したインクジェッ
トヘッドの作用について説明すると、記録信号に応じて
選択的に駆動部圧電素子２５に２０〜５０Ｖの駆動パル
ス電圧を印加することによって、パルス電圧が印加され
た駆動部圧電素子２５が変位して振動板２１の対応する
ダイアフラム部２０をノズル２３方向に変形させ、加圧
液室２６の容積（体積）変化によって加圧液室２６内の
インクを加圧し、インクがノズルプレート２４のノズル
２３から液滴となって噴射され、記録を行うことができ
る。

【００５３】そして、インク滴の吐出に伴って加圧液室
１７内のインク圧力が低下し、このときのインク流れの
慣性によって加圧液室２６内には若干の負圧が発生す
る。この状態の下において、駆動部圧電素子２５への電
圧の印加をオフ状態にすることによって、振動板２１の
ダイアフラム部２０が元の位置に戻って加圧液室２６が
元の形状になるため、さらに負圧が発生する。

【００５４】このとき、図示しないインクタンクに通じ
るインク供給パイプ５４から入ったインクは、共通イン
ク流路４６を通って流体抵抗部４４から加圧液室２６内
に充填される。そこで、ノズル２３のインクメニスカス
面の振動が減衰して安定した後、次のインク滴吐出のた
めに駆動部圧電素子２５にパルス電圧を印加する。

【００５５】なお、上記実施の形態においては、駆動部
圧電素子２５の両端面の個別端面電極３３，３４と共通
電極３０、個別引出電極２９とを導通処理する導通処理
材料３５，３６は個別端面電極３３，３４の外面の一部
に付着させているが、導通処理材料３５，３６を個別端
面電極３３，３４の全面に付着させて導通処理を行うこ
とによって、駆動部圧電素子２５となる前の圧電素子プ
レート５１に対するスリット加工前の圧電素子プレート
５１と基板２７との接合強度を飛躍的に向上させること
ができ、スリット加工時の積層型圧電素子の破損を一層
低減することができる。

【００５６】さらに、上記実施の形態では、ノズルの開
口方向を圧電素子の変位方向と同軸上にしたサイドシュ
ータ方式のインクジェットヘッドに適用した例で説明し
たが、ノズルの開口方向を圧電素子の変位方向と直交す
る方向にしたエッジシュータ方式のインクジェットヘッ
ドにも適用することができる。

【００５７】

〔実験条件〕

・電極パターン数（Ｎ）：１２８，１９４・電極幅（Ｗ１）：５５μｍ、６５μｍ，１０５μｍ・電極ピッチ（Ｔ１）：８４μｍ，１６９μｍ・ＦＰＣ圧着条件加熱温度：３２０℃ 圧着時間：５ｓｅｃ．加圧力：２ｋｇ／ｃｍ²

【００５８】

【表１】

【００５９】接続が良好の場合、Ｔ１×（Ｎ−１）×
０．００３＜Ｔ１−（Ｗ１＋Ｗ２）／２であり、接続が
不良（隣と接触）の場合には、Ｔ１×（Ｎ−１）×０．
００３≧Ｔ１−（Ｗ１＋Ｗ２）／２であることが判っ
た。

【００６０】接続不良となったヘッドでＦＰＣを図８に
示すように２分割し、１つのＦＰＣ電極ブロックがＴ１
×（Ｎ−１）×０．００３＜Ｔ１−（Ｗ１＋Ｗ２）／２
となるようにして、それぞれのブロックで基板個別電極
と位置合わせをして接続したところ、全ての接続不良と
なった組み合わせで、良好な接続が得られた。

【００６１】第２の実施の形態（請求項２）ヘッドのアクチュエータを画像信号に応じて、電圧を印
加する方法としては、電圧を各チャンネルごとにオン／
オフするためのドライバーＩＣをＰＣＢ基板に搭載し、
そのＰＣＢ基板にＦＰＣ接続用の電極パッドを形成し
て、ＦＰＣを介してヘッドの電極と接続する方法が取ら
れる。この場合にも、電極数が多くなると同様の接続不
良が発生する。

【００６２】そこで、第１の実施の形態についての実験
例１と同様の試験を行なったところ、実験例１と同様の
結果が得られ、Ｔ１×（Ｎ−１）×０．００３≧Ｔ１−
（Ｗ３＋Ｗ２）／２のとき、接続不良が生じていること
がわかった。ここで、Ｗ３はＰＣＢ電極の幅である。こ
れで接続不良となったＰＣＢとＦＰＣの組み合わせで、
ＦＰＣを同様に図２のように２分割し、１つのＦＰＣ電
極ブロックがＴ１×（Ｎ−１）×０．００３＜Ｔ１−
（Ｗ３＋Ｗ２）／２となるようにして、それぞれのブロ
ックでＰＣＢ電極と位置合わせをして接続したところ、
全ての接続不良となった組み合わせで、良好な接続が得
られた。

【００６３】第３の実施の形態（請求項３）図９を参照して説明する。図８のように接続部のみを分
割した場合、位置合わせを行なうときに、既に接続が終
わった一方の電極ブロックによってＦＰＣが拘束されて
いるため、位置合わせに多大な労力を必要としたり、接
続部に多大な力がかかったりする。これに対し本実施の
形態では、ＦＰＣを分割した（複数の異なるプリント基
板に分割した）のでこの問題がなく、容易に位置合わせ
や接続ができる。

【００６４】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
係るインクジェットでは、接続不良が生じやすい電極ピ
ッチ・幅・電極数の条件のときに、ＦＰＣを分割してそ
れぞれ別個に位置合わせを行なってから電極接続したの
で接続不良がなく、信頼性のある電極接続が可能となっ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態に係るインクジェットヘッド
の概略斜視図である。

【図２】図１の基板の裏面図である。

【図３】図１の分解斜視図である。

【図４】図１のＡ−Ａ線断面図である。

【図５】図１のＢ−Ｂ線断面図である。

【図６】図３の主要部分を示す断面図である。

【図７】図１のインクジェットヘッドの製造工程に係る
もので、インク供給孔などを形成した状態の基板を示す
斜視図である。

【図８】図１のインクジェットヘッドの製造工程に係る
もので、図６の基板上に圧電素子プレートを接着した状
態を示す斜視図である。

【図９】図１のインクジェットヘッドの製造工程を示す
基板裏面図であって、基板へのＦＰＣケーブルの実装方
法を示すものである。

【符号の説明】

１５アクチュエータユニット１６液室ユニット１７圧電素子列１８フレーム部材１８ａ透孔部１８ｂ透孔部１８ｃスリット１８ｄインク供給孔１９接着剤２０ダイアフラム部２１振動板２１ａダイアフラム領域２１ｂ接合領域２１ｄインク供給孔２２液室流路形成部材２３ノズル２４ノズルプレート２５駆動部圧電素子２６加圧液室２７基板２７ａインク供給孔２８スリット溝２９個別引出電極３０共通電極３１ＰＺＴ３１ａ最上層３２内部電極３３個別端面電極３４個別端面電極３５導通処理材料３６導通処理材料３７ＦＰＣケーブル（固定部）３８固定部３９固定部４０架橋部４１導電性ぺースト（導電性接合剤）４２下側液室流路形成部材４３上側液室流路形成部材４４流体抵抗部４５内側隔壁部４６共通インク流路４７外周隔壁部４８個別引出電極用パターン４９共通電極用パターン５０圧電素子接合領域５１圧電素子プレート５２端面電極５３端面電極５４インク供給パイプ５５スルーホール５６スルーホール５７裏面共通電極パターン５８裏面個別電極パターン５９パッド（接続領域）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インクを吐出するためのノズルと、該ノ
ズルに連通する液室と、該液室内の容積を変化させて前
記ノズルからインクを吐出させるための圧力発生手段が
形成されるとともに、該圧力発生手段に電圧を印加する
ための電極が形成された電極基板と、該電極に駆動電圧
を印加するための可撓性のプリント基板（ＦＰＣ）とを
有するインクジェットヘッドにおいて、前記電極の配列
ピッチをＴ１、ヘッド個別電極の数をＮ、その幅をＷ
１、ＦＰＣ電極の幅をＷ２とした場合、Ｔ１×（Ｎ−１）×０．００３≧Ｔ１−（Ｗ１＋Ｗ２）
／２のときには、前記プリント基板の電極との接触部を
分割して設けることを特徴とするインクジェットヘッ
ド。
【請求項２】インクを吐出するためのノズルと、該ノ
ズルに連通する液室と、該液室内の容積を変化させて前
記ノズルからインクを吐出させるための圧力発生手段が
形成されるとともに、該圧力発生手段に電圧を印加する
ための電極が形成された電極基板と、前記圧力発生手段
に供給する駆動信号を画像情報に応じて制御する駆動回
路と電極が形成された駆動回路基板と、一端が該電極に
接続し、異なる端部が前記駆動回路基板に接続し、前記
圧力発生手段に駆動電圧を印加するための可撓性のプリ
ント基板とを有するインクジェットヘッドにおいて、前
記電極の配列ピッチをＴ１、駆動回路基板の電極の数を
Ｎ、その幅をＷ３、ＦＰＣ電極の幅をＷ２とした場合、Ｔ１×（Ｎ−１）×０．００３≧Ｔ１−（Ｗ３＋Ｗ２）
／２のときには、前記プリント基板の駆動回路基板電極
との接触部を分割して設けることを特徴とするインクジ
ェットヘッド。
【請求項３】複数の異なるプリント基板に分割されて
いることを特徴とする請求項１又は２に記載のインクジ
ェットヘッド。