JP2012232457A

JP2012232457A - アクチュエータユニット

Info

Publication number: JP2012232457A
Application number: JP2011101635A
Authority: JP
Inventors: Satoru Iwata; 哲岩田; Hiroyuki Moriya; 裕之守屋
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2011-04-28
Filing date: 2011-04-28
Publication date: 2012-11-29
Anticipated expiration: 2031-04-28
Also published as: JP5857436B2

Abstract

【課題】ＦＰＣに切れ込みを入れることなく、ＦＰＣ分割面のうねり及び湾曲を矯正して半田接合面の平面度を向上させることにより、ＦＰＣの接続電極とＰＺＴの外部電極との密着性及び半田接合性を向上させて半田接合不良を低減することが可能なアクチュエータユニットを提供する。
【解決手段】ベース部材２に接合された圧電素子３に設けられた複数の外部電極６にフレキシブルプリントケーブル４に設けられた複数の接続電極９をそれぞれ半田接合することにより構成されたアクチュエータユニット１において、各外部電極６と各接続電極９との接合部近傍において、フレキシブルプリントケーブル４に各接続電極９の並び方向と同方向の軸線を有する曲げ加工部１６を設けた。
【選択図】図１３

Description

本発明は、ノズル孔等の穴部からインク液滴等の液体を吐出する液体吐出ヘッドのアクチュエータユニットに関する。

画像形成装置として、ノズル孔からインク液滴を吐出して記録媒体上に着弾させることにより画像形成を行うインクジェットプリンタが広く普及しており、中でも記録に供するインク液滴のみを選択的に吐出する、いわゆるオンデマンド方式のものが主流となっている。このオンデマンド方式は、インク液が吐出する運動エネルギの発生原理により、電気・機械変換素子である圧電素子（以下、ＰＺＴともいう）の動作により生じる加圧液室体積変位によってインク液中に圧力を発生させてこの圧力からインク液滴吐出の運動エネルギを得るいわゆるピエゾ方式、電気・機械変換素子として静電アクチュエータを用いる静電方式、電気・熱変換素子によりインク液中に気泡を発生させてこの気泡の膨張によりインクを排除することによりインク液滴吐出の運動エネルギを得るいわゆるサーマル方式等に分類される。

上述のピエゾ方式における液体吐出ヘッドとして、インク滴を吐出する複数の並列されたノズルに個別に対応して配置された複数の液室の少なくとも一部の壁面を振動板で形成し、この振動板をＰＺＴによって変形させ液室の容積を変化させてインク滴を吐出させる圧電型アクチュエータを用いた圧電型ヘッドが知られており、この圧電型ヘッドとして複数の圧電素子柱が形成された圧電素子部材をベース部材上に複数並べて配置した圧電型アクチュエータを備えるものが知られている。このような圧電型ヘッドでは、例えば積層型ＰＺＴを用い、内部電極を端面に引き出した外部電極にフレキシブルプリントケーブル（以下、ＦＰＣともいう）等のフレキシブル配線基板の電極を接合し、各ＰＺＴに画像信号に応じた駆動信号を与えるように構成している。

このようなＦＰＣの接続電極とＰＺＴの外部電極との半田接合において、ノズルからのエア噴射の圧力によりＦＰＣの接続電極をＰＺＴの外部電極に押さえつけ、ＦＰＣの半田部材をレーザによる加熱で溶融することによりＦＰＣとＰＺＴとを半田接合する技術が、例えば「特許文献１」に開示されている。また、ＦＰＣに切れ込みを形成してＰＺＴ部材間の段差による接合不良の発生を低減させ、ＦＰＣの接続電極間に切れ込みを形成することによりＦＰＣ分割面のうねり及び湾曲を矯正する技術が、例えば「特許文献２」に開示されている。

しかし「特許文献１」に開示された技術では、ＦＰＣはリール状態から金型で分割して使用するが分割時においてＦＰＣ分割面にうねりや湾曲が発生してしまい、ＦＰＣのうねりや湾曲をエア噴射による圧力によって押さえることができないため、半田接合時にＦＰＣの接続電極とＰＺＴの外部電極とが密着できず、半田接合不良が発生するという問題点がある。また「特許文献２」に開示された技術では、圧電素子柱の幅及び間隔は数十μｍと非常に微細な構造となっていることから、ＦＰＣに数十μｍ間隔で微細な切れ込みを形成するには大幅なコスト増加となると共に、エア噴射の圧力により切れ込みを形成したＦＰＣが暴れてしまうため接合位置が定まらず、ＦＰＣ外部電極と圧電素子柱との半田接合が行えないという問題点がある。

本発明は上述の問題点を解消し、ＦＰＣに切れ込みを入れることなく、ＦＰＣ分割面のうねり及び湾曲を矯正して半田接合面の平面度を向上させることにより、ＦＰＣの接続電極とＰＺＴの外部電極との密着性及び半田接合性を向上させて半田接合不良を低減することが可能なアクチュエータユニットの提供を目的とする。

請求項１記載の発明は、圧電素子を駆動させて所望の変位量を得ることにより液室内のインクを吐出させるインクジェットヘッドに用いられ、ベース部材に接合された前記圧電素子に設けられた複数の外部電極にフレキシブルプリントケーブルに設けられた複数の接続電極をそれぞれ半田接合することにより構成されたアクチュエータユニットにおいて、前記各外部電極と前記各接続電極との接合部近傍において、前記フレキシブルプリントケーブルには前記各接続電極の並び方向と同方向の軸線を有する曲げ加工部が設けられていることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のアクチュエータユニットにおいて、さらに前記曲げ加工部は前記フレキシブルプリントケーブルの全幅にわたって設けられていることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項２記載のアクチュエータユニットにおいて、さらに前記曲げ加工部は前記各接続電極よりも先端側に設けられていることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項３記載のアクチュエータユニットにおいて、さらに前記フレキシブルプリントケーブルの先端部は前記圧電素子よりはみ出していないことを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項３または４記載のアクチュエータユニットにおいて、さらに前記曲げ加工部の曲げ方向は前記接合部とは反対側であることを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項３または４記載のアクチュエータユニットにおいて、さらに前記曲げ加工部の曲げ方向は前記接合部側であることを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項６記載のアクチュエータユニットにおいて、さらに前記各外部電極と前記各接続電極との接合位置が前記圧電素子に対して前記フレキシブルプリントケーブルの前記曲げ加工部を突き当てることにより自動的に決定されることを特徴とする。

請求項８記載の発明は、請求項５記載のアクチュエータユニットにおいて、さらに前記曲げ加工部の曲げ角度は９０度以下であることを特徴とする。

請求項９記載の発明は、請求項１ないし８の何れか１つに記載のアクチュエータユニットを用いるインクジェットプリンタヘッドであることを特徴とする。

請求項１０記載の発明は、請求項１ないし８の何れか１つに記載のアクチュエータユニットを用いる画像形成装置であることを特徴とする。

本発明によれば、フレキシブルプリントケーブルに対して曲げ加工部１６を設けることにより、曲げ加工部１６におけるフレキシブルプリントケーブルの強度が増加して平面度が向上し、フレキシブルプリントケーブルのうねり及び湾曲に起因する半田接合不良の発生を防止することができ、半田接合不良のない良好なアクチュエータユニットを提供することができる。

本発明の一実施形態を適用可能なアクチュエータユニットの概略図である。本発明の一実施形態を適用可能なアクチュエータユニットの分解図である。本発明の一実施形態を適用可能なアクチュエータユニットの概略図である。本発明の一実施形態を適用可能なアクチュエータユニットのＰＺＴとＦＰＣとの接合を説明する概略図である。本発明の一実施形態を適用可能なアクチュエータユニットのＰＺＴとＦＰＣとの接合を説明する概略図である。本発明の一実施形態を適用可能なアクチュエータユニットに用いられるＦＰＣを説明する概略図である。本発明の一実施形態を適用可能なアクチュエータユニットにおける問題点を説明する概略図である。本発明の一実施形態を適用可能なアクチュエータユニットにおける問題点を説明する概略図である。本発明の一実施形態を適用可能なアクチュエータユニットにおける問題点を説明する概略図である。本発明の一実施形態に用いられるＦＰＣを説明する概略図である。本発明の一実施形態に用いられるＦＰＣを説明する概略図である。本発明の一実施形態の他の例に用いられるＦＰＣを説明する概略図である。本発明の一実施形態に用いられるＦＰＣを説明する概略図である。本発明の一実施形態に用いられるＦＰＣ及びＰＺＴを説明する概略図である。本発明の一実施形態の変形例に用いられるＰＺＴを説明する概略図である。本発明の一実施形態の変形例に用いられるＦＰＣ及びＰＺＴを説明する概略図である。本発明の一実施形態に用いられるＦＰＣを説明する概略図である。本発明の一実施形態では用いられないＦＰＣを説明する概略図である。本発明の一実施形態に使用可能なＦＰＣを説明する概略図である。本発明の一実施形態に用いられるＦＰＣを説明する概略図である。本発明の一実施形態の変形例に用いられるＰＺＴを説明する概略図である。本発明の一実施形態の変形例に用いられるＦＰＣ及びＰＺＴを説明する概略図である。本発明の一実施形態の変形例に用いられるＦＰＣ及びＰＺＴを説明する概略図である。本発明の一実施形態の変形例に用いられるＦＰＣ及びＰＺＴを説明する概略図である。本発明の一実施形態に使用可能なＦＰＣの問題点を説明する概略図である。本発明の一実施形態に用いられるＦＰＣを説明する概略図である。本発明の一実施形態に用いられるアクチュエータユニットのＰＺＴとＦＰＣとの接合を説明する概略図である。本発明の一実施形態を適用したアクチュエータユニットの概略図である。本発明の一実施形態に用いられるＦＰＣ及びＰＺＴを説明する概略図である。本発明の一実施形態を適用したアクチュエータユニットの概略斜視図である。本発明の一実施形態を適用したアクチュエータユニットの概略断面図である。本発明の一実施形態における問題点を説明する概略図である。

図１は、本発明の一実施形態を適用可能なアクチュエータユニットを示している。同図においてアクチュエータユニット１は、ベース部材２に固定された圧電素子（ＰＺＴともいう）３にフレキシブルプリントケーブル（ＦＰＣともいう）４を接合することによって構成されており、このアクチュエータユニット１を用いることにより、特開２０１０−３４１２７号公報に開示された技術と同様に、インクジェットプリンタヘッド及び画像形成装置を構成することができる。

図２に、アクチュエータユニット１の詳細図を示す。ＰＺＴ３は内部電極５、外部電極６、圧電材料層７をそれぞれ有しており、ＦＰＣ４はテープ部材８、接続電極９、接続電極９にコーティングされた半田部材１０、配線パターン１１等からそれぞれ構成されており、外部電極６と接続電極９とを密着させた状態で半田部材１０を溶融させて接合させることにより、ＰＺＴ３とＦＰＣ４との接合を行っている。

図３は、アクチュエータユニット１をＦＰＣ４側から見た図を示している。同図に示すように、ＰＺＴ３は圧電素子柱１２の集合によって構成されている。外部電極６と接続電極９との半田接合は、圧電素子柱１２内に接続電極９が収まるように圧電素子柱１２と接続電極９との接合位置を調整した状態で行われる。

次に、ＰＺＴ３とＦＰＣ４との半田接合について説明する。ＰＺＴ３の外部電極６に対するＦＰＣ４の接続電極９の押さえ付けには、図４に示すようにエア噴射の圧力を利用する。圧電素子柱１２と外部電極６との位置合わせ後、ＦＰＣ４の上方からエアを噴射し、この圧力によって外部電極６と接続電極９とを接触させ、この状態で半田部材１０に熱を加えて半田接合を行う。

図５は半田接合の様子を示している。図５において、エアノズル１３からのエア噴射によりＦＰＣ４の接続電極９をＰＺＴ３の外部電極６に対して押さえ付けた状態とし、レンズ１４を介して照射口１５から照射されるレーザによって半田部材１０を溶融させることにより、接続電極９と外部電極６との半田接合が行われる。

次に、従来技術の問題点について説明する。ＦＰＣ４は、図６に示すようにその複数が１つのロール状となるように形成されており、金型によって個々に分割して使用する。このように金型によって分割するため、ＦＰＣ４には図７の断面図に示すようにうねり及び湾曲が発生しており、接続電極９の分割面にも同様にうねり及び湾曲が発生する。図７は半田接合前に接続電極９と圧電素子柱１２とをアライメントしたときのＦＰＣ４側から見た図であり、図７の断面図に示すように、エア噴射前の状態では圧電素子柱１２に対して接続電極９が接触していない箇所（隙間が発生する箇所）が存在する。そこでエアを噴射することにより接続電極９を外部電極６に接触させるが、図８に示すようにＰＺＴ３の長手方向全体に対する大きなピッチでのうねり及び湾曲はエア噴出によって押さえ込むことができるが、ア部拡大図に示すように非常に狭いピッチでのうねり及び湾曲は押さえ込むことができず、半田接合時に外部電極６と接続電極９とが離れてしまい接合不良が発生してしまう。これに対し、噴出するエアの圧力を上昇させることで外部電極６と接続電極９との密着性を向上して半田接合不良の発生を抑制する可能性があるが、エアの圧力を上昇させると図９に示すようにＦＰＣ４の接続電極９を含む先端部がばたついてしまい、接続電極９が外部電極６から離間して接合不良が発生してしまうことから、エアの圧力はある程度以上は上昇させることができない。

上述した問題点を解決する本発明の特徴部について説明する。本発明は、ＦＰＣ４の接続電極９の配設位置近傍に曲げ加工を施した曲げ加工部を設けることにより、接続電極９の平面度を向上させてＦＰＣ４の分割により発生するうねり及び湾曲を矯正し、接続電極９と外部電極６との半田接合不良の発生を抑制するものである。ＦＰＣ４の接続電極９の幅は数十μｍ、各接続電極９間のピッチは数百μｍであり、本発明は非常に狭いピッチにおける面の平面度を向上させるものである。曲げ加工部としては、図１０（Ａ）に示すように折り目を有する曲げ加工部１６と、図１０（Ｂ）に示すように折り目を有さずにカーブさせた曲げ加工部１７とがある。曲げ加工部１６は曲げ加工部１７に比して折り曲げ部に強度が増し、より平面度が向上することから本実施形態では曲げ加工部１６を採用している。

図１１は、曲げ加工部１６を有するＦＰＣ４を示している。図１１に示した例ではＦＰＣ４の接続電極９よりもＰＺＴ３側である先端側を曲げているが、接続電極９よりもベース部材２側を曲げても平面度を向上させることができる。図１２は、接続電極９よりもベース部材２側に曲げ加工部１６を有するＦＰＣ４を示しており、この例では曲げ加工部１６の形成箇所に配線パターン１１が配設されている。図１２に示す構成では配線パターン１１も曲げてしまうことから配線パターンに断線の虞があることから、本実施形態では図１１に示すようにＰＺＴ３側に曲げ加工部１６を有する構成を採用している。

次に、曲げ加工部１６におけるＦＰＣ４の折り曲げ方向であるが、図１３（Ａ）に示すように半田部材１０とは反対側、すなわち外部電極６との接合部とは反対側に曲げる方法と、図１３（Ｂ）に示すように半田部材１０側、すなわち外部電極６との接合部側に曲げる方法とがある。しかし、図１３（Ｂ）に示すように接合部側に曲げた場合には、図１４に示すようにＦＰＣ４の先端と外部電極６とが接触する可能性があるため、図１５に示すような加工を施したＰＺＴ３Ａを使用する。このＰＺＴ３Ａは、その静電容量に影響を与えない箇所であって内部電極５が存在しない圧電材料層７の一部を削ることにより作成する。このＰＺＴ３Ａと図１３（Ｂ）に示したＦＰＣ４とを接合すると、図１６に示す構成となる。この構成により、ＰＺＴ３Ａの駆動特性に影響を与えることなく、かつＦＰＣ４の曲げ加工部１６が干渉することなく、ＰＺＴ３ＡとＦＰＣ４とを良好に接合することが可能となる。

図１３（Ａ）に示すように、外部電極６との接合部とは反対側に曲げ加工部１６を曲げたＦＰＣ４の場合には、図１７に示すようにその曲げ角度を９０度以下としている。これは、図１８（Ａ）に示すように曲げ角度を９０度以上とすると、図５に示すように半田接合を行う際に、照射口１５から照射されるレーザが図１８（Ｂ）に示すように曲げ加工部１６の先端がレーザに干渉してしまい、半田接合に悪影響を及ぼすためである。しかし、これはレーザを用いた半田接合の場合であり、リフロ炉等のレーザ照射以外で半田接合を行う場合には、曲げ加工部１６の曲げ角度は図１９に示すように９０度以上であっても問題はなく、接続電極９と外部電極６との接合が可能である。

図１３（Ｂ）に示すように、外部電極６との接合部側に曲げ加工部１６を曲げたＦＰＣ４の場合には、図２０に示すようにその曲げ角度を−９０度以上０度以下としている。ＦＰＣ４を−９０度よりもさらに曲げる場合には、図２１に示すように先端に斜めの切欠部を有するＰＺＴ３Ｂを用いることにより可能となる。この構成ではＰＺＴ３Ｂが先端に傾斜を有しているため、ＦＰＣ４の先端がＰＺＴ３Ｂに引っ掛かることから図２２に示すように接合位置を容易に決定することが可能となる。また、図２３（Ａ）に示すようにＦＰＣ４に曲げ加工部１６を２箇所形成し、図２３（Ｂ）に示すようにＦＰＣ４の形状に応じたＰＺＴ３Ｃを用いることにより、図２４に示すような接合も可能となる。

上述の構成により、ＦＰＣ４に対して曲げ加工部１６を設けることにより、曲げ加工部１６におけるＦＰＣ４の強度が増加して平面度が向上し、ＦＰＣ４のうねり及び湾曲に起因する半田接合不良の発生を防止することができ、半田接合不良のない良好なアクチュエータユニット１を提供することができる。また、ＦＰＣ４の全幅にわたって曲げ加工部１６を設けることにより、アクチュエータユニット１いおける外部電極６と接続電極９との全ての接合箇所において半田接合不良の発生を防止することができる。

本発明では、図１３に示すようにＦＰＣ４の接続電極９よりも先端側のテープ材８のみを折り曲げて曲げ加工部１６を形成しているが、図２５に示すように接続電極９から折り曲げると、折り曲げ時において接続電極９と半田部材１０とが割れる可能性がある。また、割れが発生した場合には割れた場所から電極片や半田部材片等が発生し、異物となってヘッドの吐出特性に悪影響を及ぼす虞がある。このため、本発明ではテープ材８のみを折り曲げる構成を採用している。

図２６（Ａ），（Ｂ）に曲げ加工部１６を設けたＦＰＣ４の斜視図を示す。接続電極９の先端側のテープ部材８に曲げ加工を施して曲げ加工部１６を形成することにより、接続電極９が配設されたＦＰＣ４の平面度を向上させてうねり及び湾曲を矯正している。このＦＰＣ４を用い、図２７に示すように接続電極９と外部電極６とを半田接合することにより、ＦＰＣ４のうねり及び湾曲に起因する半田接合不良の発生を低減することができる。この接合により、図２８（Ａ）または図２８（Ｂ）に示すアクチュエータユニット１が完成する。

図２９に示すように、本実施形態ではＦＰＣ４の曲げ加工部１６先端のテープ部材８がＰＺＴ３の先端からはみ出さないように構成している。テープ部材８がＰＺＴ３の先端部よりはみ出していても、接続電極９と外部電極６との半田接合性には影響を与えることはない。ＰＺＴ３とＦＰＣ４とを接合しアクチュエータユニット１を完成させた後、図３０に示すようにＰＺＴ３に振動板１８を接合するが、このときの断面図が図３１である。このとき、曲げ加工部１６先端のテープ部材８がＰＴＺ３からはみ出した状態であると、図３２に示すようにテープ部材８と振動板１８とが接触し、ヘッドの吐出特性に影響を与える場合がある。そのため本発明では、図２９に示すように曲げ加工部１６先端のテープ部材８がＰＴＺ３からはみ出さないように構成している。しかし、この構成はＰＺＴ３の内部電極５面に垂直方向に伸縮するｄ３３モードに対応している。ＰＺＴ３の内部電極５面に沿った方向に伸縮するｄ３１モードのＰＺＴ３を使用したアクチュエータユニット１に接合される振動板１８の接合位置は上述とは異なるため、この場合にはＦＰＣ４の曲げ加工部１６先端の長さに制約はない。

１アクチュエータユニット
２ベース部材
３圧電素子（ＰＺＴ）
４フレキシブルプリントケーブル（ＦＰＣ）
６外部電極
９接続電極
１６曲げ加工部

特開２００８−２１８９６３号公報特開２０１０−３４１２７号公報

Claims

圧電素子を駆動させて所望の変位量を得ることにより液室内のインクを吐出させるインクジェットヘッドに用いられ、ベース部材に接合された前記圧電素子に設けられた複数の外部電極にフレキシブルプリントケーブルに設けられた複数の接続電極をそれぞれ半田接合することにより構成されたアクチュエータユニットにおいて、
前記各外部電極と前記各接続電極との接合部近傍において、前記フレキシブルプリントケーブルには前記各接続電極の並び方向と同方向の軸線を有する曲げ加工部が設けられていることを特徴とするアクチュエータユニット。
請求項１記載のアクチュエータユニットにおいて、
前記曲げ加工部は前記フレキシブルプリントケーブルの全幅にわたって設けられていることを特徴とするアクチュエータユニット。
請求項２記載のアクチュエータユニットにおいて、
前記曲げ加工部は前記各接続電極よりも先端側に設けられていることを特徴とするアクチュエータユニット。
請求項３記載のアクチュエータユニットにおいて、
前記フレキシブルプリントケーブルの先端部は前記圧電素子よりはみ出していないことを特徴とするアクチュエータユニット。
請求項３または４記載のアクチュエータユニットにおいて、
前記曲げ加工部の曲げ方向は前記接合部とは反対側であることを特徴とするアクチュエータユニット。
請求項３または４記載のアクチュエータユニットにおいて、
前記曲げ加工部の曲げ方向は前記接合部側であることを特徴とするアクチュエータユニット。
請求項６記載のアクチュエータユニットにおいて、
前記各外部電極と前記各接続電極との接合位置が前記圧電素子に対して前記フレキシブルプリントケーブルの前記曲げ加工部を突き当てることにより自動的に決定されることを特徴とするアクチュエータユニット。
請求項５記載のアクチュエータユニットにおいて、
前記曲げ加工部の曲げ角度は９０度以下であることを特徴とするアクチュエータユニット。
請求項１ないし８の何れか１つに記載のアクチュエータユニットを用いることを特徴とするインクジェットプリンタヘッド。
請求項１ないし８の何れか１つに記載のアクチュエータユニットを用いることを特徴とする画像形成装置。