JP3149532B2 - インクジェットヘッド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、印字信号に応じてイン
ク滴を吐出して、記録紙等の記録媒体上にインク像を形
成するオンデマンド型インクジェットプリンタの記録ヘ
ッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のインクジェットヘッドの構造は、
特公平２−５２６２５号明細書に開示されてある。

【０００３】このインクジェットヘッドは、棒状の変換
器の一端をプリント回路の櫛歯間の溝に装填し、プリン
ト回路上の導電性パターンと変換器の電極をはんだ等の
手段により結合することにより、変換器を駆動（付勢と
消勢）させるための回路接点をプリント回路の平面に展
開し、ヘッド外部の駆動回路と回路接点とを連結手段を
用いて結合している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】複数の変換器を列状に
配置し記録ヘッドの高密度化を図ると、変換器相互の間
隔は非常に狭くなり、ヘッド外部の駆動回路との連結が
困難となる。

【０００５】従って、高密度に配置された変換器と、比
較的低密度の外部駆動回路との連結が、容易にかつ確実
に行えることが重要である。

【０００６】前出の公報の構成においては、変換器に電
気的に接続された回路接点がプリント回路の平面に展開
されているため、ヘッド外部の駆動回路との連結を平面
状に形成された配線手段を用いて容易に行うことができ
る。

【０００７】しかし、変換器の２つの電気接点が、プリ
ント回路の導電性パターンの面に対して直交し互いに対
向する２平面に形成されているため、プリント回路に櫛
歯を形成し櫛歯間の溝に変換器を装填し、櫛歯に面した
変換器の電気接点を櫛歯を経由してプリント回路上の導
電性パターンと結合している。

【０００８】このように、従来例の発明では次のような
問題点が有った。（１）櫛歯を高密度に形成するには加
工上と強度上で限界が有る。（２）プリント回路上の導
電性パターンと変換器の電気接点の結合手段が平面に展
開されていないため連結が困難である。

【０００９】そこで本発明の課題は、これらの問題点を
解決することで、その目的とするところは、列状に配置
された複数の変換器と外部駆動回路との連結を容易にか
つ確実に行い、高密度で信頼性の高いインクジェットヘ
ッドを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
ヘッドは、インク滴を吐出する複数のノズルと、該ノズ
ルとそれぞれ連通する複数のインク室と、一端側がイン
ク室に対応して配置され他端側が変換器ユニット基板に
固定されておりインク室を加圧する方向に伸縮自在の変
換器とを有するインクジェットヘッドにおいて、複数の
変換器は列状に変換器ユニット基板に配置されると共
に、変換器の配列方向に平行な両面にそれぞれ電気接点
を備え、複数の変換器の一方の面に形成された電気接点
は導電部材で連結され、且つ少なくとも１つの変換器の
両面に形成された電気接点が電気的に導通していること
を特徴とする。また、両面の電気接点が電気的に導通し
ている変換器が、配列方向両端に位置するダミーの変換
器であることを特徴とする。

【００１１】

【実施例】以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１２】図１は、本発明のインクジェットヘッドの
実施例の構成を示す斜視図であり、各部品を分解し内部
構造が見えるように示してある。図２は、図１に示した
実施例の部分断面図である。図１に示す本発明の実施例
は、機能で分けると、流路ユニットと変換器ユニットで
構成される。

【００１３】初めに流路ユニットを説明する。図１にお
いて、流路形成基板３には、後述するインク室を形成す
る細長いキャビティ５１が、列状に等間隔で２列に形成
されており、それぞれのキャビティの一端は、後述する
共通インク室を形成する窓４１に連通している。流路ユ
ニットは、この流路形成基板３をノズル基板１と振動板
８とで挟み込むように接合してできており、前述の細長
いキャビティ５１の部分にインク室５が、窓４１の部分
には共通インク室４が形成される。ノズル基板１にはノ
ズル２が、キャビティ４１に対応して形成されており、
従って、インク室５の一端はノズル２に連通している。

【００１４】次に変換器ユニットを説明する。インク滴
吐出の駆動源となる変換器である棒状の積層圧電素子２
２は、図１のＸ方向に列状に配置されている。積層圧電
素子２２は、その長手方向の約半分の一面を変換器ユニ
ット基板２１に固着され、固着されない部分が変換器ユ
ニット基板２１から梁状に突き出ている。積層圧電素子
２２は、図２に示すように積層圧電素子２２の梁状部分
で互い違いに交差する電極層２６、２７からなる活性部
を有し、一方の電極層２７は個別電極として、他方の電
極層２６は共通電極として、図示していない外部の駆動
回路へリードフレーム２５を経て接続している。変換器
である積層圧電素子２２の配置は、一つの積層圧電素子
２２が一つのインク室５に対応するように、インク室５
の間隔と同じである。図１に示す実施例では、２列のイ
ンク室５に対応して変換器ユニットが２つ実装されてい
る。

【００１５】流路ユニットと変換器ユニットは、ヘッド
フレーム１１によって相互に固定されている。ヘッドフ
レーム１１には、インク供給管３１が圧入接着されてい
る。インクは図示していない外部のインクタンクよりイ
ンク供給管３１と振動板８にあるインク連絡口３３を経
て、流路ユニットの共通インク室４、更にインク室５へ
と供給される。流路ユニットと変換器ユニットの関係を
図２を用いて説明する。各インク室５の壁を構成する振
動板８の部分は、インク室５と反対面にインク室毎に形
成されている島状の足７を持つダイアフラムとなってお
り、個々のインク室の島状の足７に積層圧電素子２２の
梁状の先端が接合されている。

【００１６】図示していない外部の駆動回路より、積層
圧電素子２２の個別電極２７と共通電極２６間に電圧が
印加されると、積層圧電素子２２の活性部は長手方向に
縮み、インク室５のダイアフラムを下方にたわませ、イ
ンク室５の容積を拡大させる。インク室５の容積の拡大
によって、インクが共通インク室４より供給流路６を経
て、インク室５に供給される。引き続く時間で個別電極
２７と共通電極２６間の電圧印加が解除されると、積層
圧電素子２２の活性部は元の長さに伸びインク室５の容
積を縮小させ、発生する圧力によってインク室５を満た
すインクの一部をインク室５に連通するノズル２よりイ
ンク滴として吐出させる。

【００１７】次に図３、図４、図５を用いて、本発明の
変換器ユニットを更に詳細に説明する。

【００１８】図３は、図１に示した実施例の変換器ユニ
ットを拡大した図である。変換器ユニット基板２１は厚
さ１ｍｍのアルミナ基板を加工して作られている。梁状
の突出部４２は変換器ユニットとヘッドフレーム１１を
位置決めするために設けられている。列状に配置された
変換器である積層圧電素子２２は、図２に示すように、
その積層電極の一方は積層圧電素子の梁状先端で外部の
電極に接続し、更に側面の電極２８に接続している。ま
た、積層電極の他方は積層圧電素子の変換器ユニット基
板２１に固定されている方の先端で外部の電極に接続
し、電極２８と対向する側面に形成された電極２９に接
続している。図３に示すように、列状に配置された変換
器２２の側面に設けられた電極２８は、変換器２２の並
び方向Ｘに直交する面に形成されており、複数の変換器
２２の電極２８が同一平面に揃って配置されている。反
対側の電極２９も同様である。変換器列の両側にある積
層圧電素子２２ｂはその間にある積層圧電素子２２ａと
は異る。他の積層圧電素子２２ａの電極が図２、図３の
３５部と３６部で個別電極２９と共通電極２８に分離さ
れているのに対し、変換器列の両側の積層圧電素子２２
ｂは図３に示すように、個別電極２９と共通電極２８が
側面で導通している。

【００１９】積層圧電素子２２の変換器ユニット基板２
１との接合面に設けられた電極２９は個別電極の電気接
点として、積層圧電素子２２と変換器ユニット基板２１
との接合と同時に、変換器ユニット基板２１に積層圧電
素子２２の個々に対応して設けられた導電性パターン２
４へ電気的に接続される。積層圧電素子２２の他方の面
に設けられた電極２８は共通電極の電気接点として、導
電性部材２３と連結されている。従って、各積層圧電素
子２２ａの共通電極２８は、導電性部材２３で電気的に
結合され、更に変換器列の両側の積層圧電素子２２ｂを
経由して変換器ユニット基板２１の導電性パターン２４
ｂへ電気的に接続されている。よって、変換器列の両側
の積層圧電素子２２ｂは、ダミーの変換器としてインク
滴の吐出には機能していない。また、リードフレーム２
５の両側の端子は共通電極の端子として、内側の端子は
ダミーの変換器を除く個々の変換器の個別電極の端子と
して、外部の駆動回路に連結される。

【００２０】次に図３に示す本発明の変換器ユニットの
製造方法を、図４、図５を用いて説明する。

【００２１】厚さ方向に電極を積層した圧電素子のブロ
ック３２は、厚さが０．５ｍｍ、幅が４．５ｍｍ、長さ
が８ｍｍで、活性部の長さはおよそ４ｍｍである。その
表面にはスパッタリングによってＮｉとＡｕからなる電
極３８が形成され、更に３６部と図２に示すように反対
面の３５部に対応する部分の電極がエッチングによって
除去されている。また、変換器ユニット基板２１には、
９０分の１インチピッチでストライプ状の導電性パター
ン２４が形成されており、外側のパターン２４ｂの幅は
太くなっている。圧電素子のブロック３２は変換器ユニ
ット基板２１の導電性パターン上に、張りだし長さが活
性部の長さ程度になるように接着剤を用いて接合する。
このとき、接着剤の厚さは非常に薄いため、圧電素子の
ブロックと変換器ユニット基板の導電性パターンは、そ
の接合面で電気的に導通する。

【００２２】圧電素子のブロック３２と変換器ユニット
基板２１を接合した後、図５に示すように圧電素子のブ
ロックを切断し、個々の変換器に分離する。切断は変換
器ユニット基板２１の導電性パターン２４の間で行い、
従って変換器の並び方向のピッチは９０分の１インチと
なる。先に述べたように、圧電性素子のブロックは３６
部の電極が除去されているため、両端を除く内側の積層
圧電素子２２ａは個別電極２９と共通電極２８が分離す
るが、両端の積層圧電素子２２ｂは個別電極と共通電極
が一つの電極３０として電気的に接続される。この後
に、積層圧電素子２２の共通電極２８を厚さ３０μｍの
Ｎｉ板からなる導電性部材２３を半田付けすることで連
結し、変換器ユニット基板の導電性パターン２４にリー
ドフレーム２５を半田付けすることにより、図３に示す
ように変換器ユニットが製造される。

【００２３】以上、本発明の第１の実施例では、共通電
極と導電性部材の接続、個別電極と導電性パターンの接
続が、全ての変換器にわたって平面同志の接合で行われ
ているため、一つの工程で複数の変換素子を接合するこ
とが可能となり、高密度の電極接続を高い信頼度で行え
る。また、共通電極２８（３０）と導電性部材２３の接
続、個別電極２９（３０）と導電性パターン２４の接続
において、一方の面が全て同じ材質でできているため、
最適な接合方法を選ぶことが容易であり、信頼性の高い
接合が得られる。特に本発明に用いている積層圧電素子
２２は非常に脆い材料であり、切断後の幅は０．１ｍｍ
程度しかないため、切断後に共通電極を外部の配線に接
続する工程は、非常に慎重に行う必要が有る。しかし、
本発明では平面的な接合で良いため、積層圧電素子を破
壊するようなせん断力が加わることが無くなり、容易に
配線を行える。

【００２４】次に、本発明の他の実施例を図６、図７を
用いて説明する。

【００２５】図７は本発明の実施例の変換器ユニットを
示す図で、インクジェットヘッドに組み込んだ状態は先
に説明した実施例の図１と同じである。本実施例では、
図６に示すように圧電素子のブロック３２の電極３８、
３９が３６部で切れているため、圧電素子のブロック３
２と変換器ユニット基板２１を接合した後に圧電素子の
ブロック３２を切断し、個々の変換器に分離すと、図５
に示す先の実施例とは異り、両端の積層圧電素子２２ｂ
の個別電極と共通電極も分離される。従って、図７に示
すように本実施例では共通電極２８を連結する導電性部
材２３がコの字型をしており、この導電性部材２３によ
って両端の積層圧電素子２２ｂの個別電極と共通電極を
接続している。また、本実施例では、積層圧電素子２２
の電気接点２９と変換器ユニット基板２１の導電性パタ
ーン２４の接続４３を、ワイヤーボンディングによって
行っている。本実施例では、図７に示すように圧電素子
のブロックの表面の電極２８、２９が単純であるため、
先の実施例のようにエッチングでパターンを形成せず、
スクリーン印刷で形成できる。また、変換器ユニット基
板２１の導電性パターン２４と積層圧電素子２２の電気
接点２９の接続が、個別電極と共通電極とが同じストロ
ークのワイヤーボンディングで行えるため、製造工程が
非常に単純である。

【００２６】次に、本発明の他の実施例を図８、図９を
用いて説明する。

【００２７】図８に示す実施例において、ガラスからな
る流路形成基板６３にはノズル６２、インク室６５、共
通インク室６４がエッチングで形成されている。その上
に振動板６８を接着あるいは拡散接合によって重ね接合
することにより、インク流路が形成される。流路形成基
板６３はガラスの他にプラスチックの成型によっても作
ることができる。また、振動板６８はステンレス板ある
いはガラス板あるいはプラスチック板で作ることができ
る。振動板６８には図示していない外部のインクタンク
より共通インク室６４へインクを供給するためのインク
連絡口６９が設けられている。更に、インク室６５に対
応する振動板６８の外部位置に、変換器である圧電素子
６１ａが接着されており、その圧電素子の並びの外側に
は圧電素子６１ａと同じ厚さの圧電素子の小片６１ｂが
接着されている。インク室６５に対応する圧電素子の上
下面には電極が電気接点として形成されており、この電
極間に電気信号を印加すると、圧電素子に歪みが生じて
振動板６８が変位する。その結果、インク室６５の容積
が変化し、インク室６５に連通するノズル６２よりイン
ク滴が吐出する。本実施例の圧電素子へ図示していない
外部の駆動回路より電気信号を印加する手段を、図９を
用いて説明する。本実施例の振動板６８の外部の面は導
電性を有している。これは、振動板がガラスやプラスチ
ックなどの絶縁性部材からなる場合には、表面に金属膜
を蒸着などで形成することで得られる。従って、振動板
６８上に接着された圧電素子６１の下面の電極は振動板
６８によって電気的に連結されている。また、圧電素子
の小片６１ｂの上下面の電極は、端面にも電極が有るた
め、電気的に導通している。従って、各インク室６５に
対応する圧電素子６１ａの下面の電極は、共通電極とし
て圧電素子の小片６１ｂの上面につながっている。これ
により、圧電素子へ電気信号を印加するための個別電極
と共通電極は、その電気接点が上面に平面上に展開され
る。よって、本実施例では、図示していない外部の駆動
回路と圧電素子６１の上面の電気接点を、フレキシブル
プリント基板７０で連結することにより、変換器と外部
の駆動回路を容易に連結することができる。

【００２８】

【発明の効果】本発明のインクジェットヘッドは、イン
ク滴を吐出する複数のノズルと、該ノズルとそれぞれ連
通する複数のインク室と、一端側がインク室に対応して
配置され他端側が変換器ユニット基板に固定されており
インク室を加圧する方向に伸縮自在の変換器とを有する
インクジェットヘッドにおいて、複数の変換器は列状に
変換器ユニット基板に配置されると共に、変換器の配列
方向に平行な両面にそれぞれ電気接点を備え、複数の変
換器の一方の面に形成された電気接点は導電部材で連結
され、且つ少なくとも１つの変換器の両面に形成された
電気接点が電気的に導通していることにより、インク室
に縦振動を与えることが可能な全ての変換器と外部駆動
回路とを接続する電気接点を効率的に平面状で展開する
ことができ、高密度に配置された変換器と外部駆動回路
との接続を容易にすることができる。また、係るインク
ジェットヘッドにおいて、両面の電気接点が電気的に導
通している変換器が、配列方向両端に位置するダミーの
変換器であることにより、各変換器を連結させるための
導電部材をダミー素子を介することで、共通電極と個別
電極とが同じストロークのワイヤーボンディングで行え
るため製造工程が非常に単純にすることができるという
効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の構成を示す斜視図であ
る。

【図２】本発明の第１の実施例の部分断面図である。

【図３】本発明の第１の実施例の主要部の構成を示す斜
視図である。

【図４】本発明の第１の実施例の主要部の製造方法を示
す斜視図である。

【図５】本発明の第１の実施例の主要部の製造方法を示
す斜視図である。

【図６】本発明の第２の実施例の主要部の製造方法を示
す斜視図である。

【図７】本発明の第１の実施例の主要部の構成を示す斜
視図である。

【図８】本発明の第１の実施例の構成を示す斜視図であ
る。

【図９】本発明の第１の実施例の構成を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１ ノズル基板 ２，６２ ノズル ３，６３ 流路形成基板 ４，６４ 共通インク室 ５，６５ インク室 ８，６８ 振動板 １１ ヘッドフレーム ２１ 変換器ユニット基板 ２２ 積層圧電素子（変換器） ２３ 導電性部材 ２４ 導電性パターン ３２ 圧電素子のブロック ６１ 圧電素子（変換器）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/045 B41J 2/055

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インク滴を吐出する複数のノズルと、該
   ノズルとそれぞれ連通する複数のインク室と、一端側が
   前記インク室に対応して配置され他端側が変換器ユニッ
   ト基板に固定されており前記インク室を加圧する方向に
   伸縮自在の変換器とを有するインクジェットヘッドにお
   いて、 前記複数の変換器は、列状に変換器ユニット基板に配置
   されると共に、前記変換器の配列方向に平行な両面にそ
   れぞれ電気接点を備え、複数の変換器の一方の面に形成
   された前記電気接点は導電部材で連結され、且つ少なく
   とも１つの前記変換器の両面に形成された電気接点が電
   気的に導通していることを特徴とするインクジェットヘ
   ッド。
2. 【請求項２】 前記両面の電気接点が電気的に導通して
   いる変換器が、配列方向両端に位置するダミーの変換器
   であることを特徴とする請求項１記載のインクジェット
   ヘッド。