JP4687879B2 - インクジェットヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、キャビティユニットに、アクチュエータとフレキシブルフラットケーブルとが順次積層される構造のインクジェットヘッド及びその製造方法に関するものである。

従来からインクジェットヘッドとしては、前面に複数のノズル列が配置されて内部にインク流路を有するキャビティユニットと、このキャビティユニット内のインクに選択的に吐出圧力を与える圧電アクチュエータと、この圧電アクチュエータに駆動信号を出力するフレキシブルフラットケーブルとが積層された構造が知られている。

例えば、特許文献１では、キャビティユニットのインク流路として、ノズル毎にそれぞれ連通して設けられ圧電アクチュエータからの吐出圧力を受ける複数の圧力室と、複数の圧力室にインクを分配する共通インク室（特許文献１のマニホールド室に相当）とが備えられている。そして、ノズル及び圧力室がいずれも２列に配置される一方、共通インク室は圧力室の各列に対応して２つの細長形状に形成されており、同じ列に配置された圧力室は、同一の共通インク室に接続されている。

このような構造のインクジェットヘッドでは、インクを吐出させるために圧電アクチュエータが圧力室に吐出圧力を与えると、インクの圧力波はノズル側に伝播するだけでなく、共通インク室側にも伝播する。そのため、共通インク室を介して繋がる他の圧力室に圧力波が影響し、他のノズルから不正にインクを吐出する所謂クロストークという現象が見られる。

従って、特許文献１では、共通インク室の底部に隣接してダンパー室を設けるとともに、前記底部（ダンパー室の天井部）を薄板化し、共通インク室に伝播した圧力波を前記底部の振動で吸収して、クロストークを防止するようにしている。
特開２００４−２５６３６号公報（図２及び図４参照）

ところが、クロストークは、上記だけでなく、例えば、複数の圧力室に同時に吐出圧力を与えるように圧電アクチュエータを変形させたとき、その振動が圧電アクチュエータ自体を介して伝播し、他のノズルからの吐出に悪影響を及ぼす。この現象は、圧電アクチュエータが複数の圧力室の列にわたって配置されているものでは、特許文献１のように共通インク室が異なる圧力室の列間でも発生する。

特に、最近では、カラー化や高解像度化等のために、ノズル数が多くなっているから、ノズルの列数ひいては圧力室の列数が多く（３列以上）なって圧電アクチュエータの平面積が大きくなって剛性が低くなり、また列間も近接している。そのため、前記列間のクロストークも生じ易く、その悪影響が無視できないほど大きくなっている。

本発明は、上記問題を解消するものであって、不正吐出を引き起こすクロストークを防止するために、圧電アクチュエータの剛性を高めたインクジェットヘッド及びその製造方法の提供を目的とするものである。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明におけるインクジェットヘッドは、複数のノズルを外部に開口させ内部にインク流路を有するキャビティユニットと、このキャビティユニット内のインクに選択的に吐出圧力を与えるアクチュエータと、このアクチュエータに駆動信号を出力するフレキシブルフラットケーブルとを備え、前記キャビティユニットに前記アクチュエータと前記フレキシブルフラットケーブルとが順次積層されるインクジェットヘッドにおいて、前記アクチュエータの表面には、該アクチュエータに給電するための表面電極であって、前記フレキシブルフラットケーブルと当接して電気的に接続する複数の表面電極が凸状に形成され、前記フレキシブルフラットケーブルにおける配線パターンと前記複数の表面電極とを電気的に予め接続する一方、前記キャビティユニットの表面には、その略中央部に前記アクチュエータが固着されるとともに当該アクチュエータの周囲に間隔をおいて枠状の補強フレームが固着され、前記アクチュエータと前記補強フレームとの間には、電気絶縁性の第１の接着剤が滴下され、前記第１の接着剤は、前記アクチュエータの少なくとも３方向を被覆するとともに、前記アクチュエータと前記補強フレームとの間を少なくとも３方向で充填し、且つ前記表面電極によって前記アクチュエータと前記フレキシブルフラットケーブルとの間に形成される隙間でかつ前記複数の表面電極間に充填され硬化されていることを特徴とするものである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記フレキシブルフラットケーブルの背面には、剛性のある板が、電気絶縁性の第２の接着剤を介して固着され、この第２の接着剤は、前記第１の接着剤と連続していることを特徴とするものである。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記第１及び第２の接着剤のヤング率は、１０〜１００００ＭＰａであることを特徴とするものである。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれかに記載のインクジェットヘッドにおいて、前記キャビティユニットでは、前記ノズルが複数の列状に配置されるとともに、前記インク流路として、各ノズル毎に対応して列状に設けられ且つ前記アクチュエータからの吐出圧力を受ける圧力室と、この圧力室の列に対応して設けられて複数の圧力室にインクを分配する共通インク室とが備えられていることを特徴とするものである。

請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれかに記載のインクジェットヘッドにおいて、前記アクチュエータは、前記複数の圧力室を覆うシート状の圧電材料上に前記各圧力室と対応する前記複数の表面電極を備え、前記第１の接着剤は、前記表面電極間の前記圧電材料の変形を抑えるように前記圧電材料と前記フレキシブルフラットケーブルとの間に充填されていることを特徴とするものである。

請求項６に記載の発明におけるインクジェットヘッドの製造方法は、複数のノズルを外部に開口させ内部にインク流路を有するキャビティユニットと、このキャビティユニット内のインクに選択的に吐出圧力を与えるアクチュエータと、このアクチュエータに駆動信号を出力するフレキシブルフラットケーブルとを備え、前記アクチュエータの表面には、該アクチュエータに給電するための表面電極であって、前記フレキシブルフラットケーブルと当接して電気的に接続する表面電極が凸状に形成され、前記キャビティユニットの背面に前記アクチュエータと前記フレキシブルフラットケーブルとが順次積層されているインクジェットヘッドの製造方法において、前記表面電極と前記フレキシブルフラットケーブルの配線パターンとを電気的に接続して前記フレキシブルフラットケーブルと前記アクチュエータとを積層する第１の工程と、前記キャビティユニットの表面に、前記アクチュエータの外周と間隔をおいて囲む枠状の補強フレームを固着する工程と、前記キャビティユニットの表面に、前記アクチュエータの外周を間隔をおいて囲む枠状の補強フレームを固着する工程と、前記フレキシブルフラットケーブルと前記アクチュエータとの外周と、前記補強フレームの内周との隙間に、液状の電気絶縁性の第１の接着剤を滴下し、前記アクチュエータの少なくとも３方向を被覆するとともに、前記アクチュエータと前記補強フレームとの間を少なくとも３方向で充填し、前記表面電極によって前記アクチュエータと前記フレキシブルフラットケーブルとの間に形成される隙間でかつ前記複数の表面電極間に、前記第１の接着剤を流入させて充填して硬化させる第２の工程とを備えることを特徴とするものである。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載のインクジェットヘッドの製造方法において、前記第２の工程は、前記第１の接着剤を加熱する工程を備え、前記加熱による接着剤の流動で、前記表面電極によって前記アクチュエータと前記フレキシブルフラットケーブルとの間に形成される隙間でかつ前記複数の表面電極間に、前記第１の接着剤を流入させて充填させ硬化させることを特徴とするものである。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載のインクジェットヘッドの製造方法において、前記第１の接着剤を滴下する前記工程に前後して、前記フレキシブルフラットケーブルの背面に、剛性のある板を、電気絶縁性の第２の接着剤を介して重ね合わせる工程をさらに備え、前記第１の接着剤を加熱する前記工程にて、同時に、前記第２の接着剤を加熱し、前記加熱による接着剤の流動で、前記第１の接着剤の前記隙間への充填とともに、前記第１及び第２の接着剤を連続させることを特徴とするものである。

請求項１に記載の発明によれば、予め、アクチュエータにおける表面電極と前記フレキシブルフラットケーブルの配線パターンとを電気的に接続することによりアクチュエータとフレキシブルフラットケーブルとの間に形成される隙間でかつ複数の表面電極の間の部分は、電気絶縁性の第１の接着剤が充填されて固められているから、アクチュエータは、第１の接着剤に拘束されてその剛性が高められている。その結果、アクチュエータがキャビティユニットに吐出圧力を与えるために変形しても、アクチュエータを介した不正な振動の伝播が生じないので、所望のノズルからのみインクを吐出させることができる。

請求項１に記載の発明によれば、前記キャビティユニットの表面には、その略中央部に前記アクチュエータが固着されるとともに当該アクチュエータの周囲に間隔をおいて枠状の補強フレームが固着され、前記アクチュエータと前記補強フレームとの間には、電気絶縁性の第１の接着剤が滴下され、前記第１の接着剤は、前記アクチュエータの少なくとも３方向を被覆するとともに、前記アクチュエータと前記補強フレームとの間を少なくとも３方向で充填し且つ前記表面電極によって前記アクチュエータと前記フレキシブルフラットケーブルとの間に形成される隙間でかつ前記複数の表面電極間に充填され硬化されているから、アクチュエータはフレキシブルフラットケーブルと接続する表面だけでなく、アクチュエータの側面となる外周もキャビティユニットの表面及び補強フレームの内周に拘束され、その剛性がさらに高められる。

加えて、前記第１の接着剤は前記アクチュエータの少なくとも３方向を被覆するとともに、前記アクチュエータと前記補強フレームとの間を少なくとも３方向で充填された接着剤が流入したものであり、これら接着剤が連続して、アクチュエータの表面と前記補強フレームとの側面（外周）とを一体的に固めているので、アクチュエータの剛性を高める効果がさらに向上される。

請求項１に記載の発明によれば、補強フレームがキャビティユニットに固着されるから、キャビティユニットとアクチュエータとの積層体の剛性が高められる。

また、第１の接着剤は、アクチュエータと補強フレームとの間に滴下されるから、滴下した第１の接着剤が流動する際に、キャビティユニットに固着された補強フレームが、補強フレーム側（外方側）への接着剤の流動をせき止めるので、フレキシブルフラットケーブルとの間に隙間を有するアクチュエータ側（内方側）へのみ、接着剤は効率よく流動する。

請求項２に記載の発明によれば、剛性のある板がフレキシブルフラットケーブルに固着されるから、アクチュエータの剛性をさらに高めることができる。

また、この剛性のある板をフレキシブルフラットケーブルに固着するための電気絶縁性の第２の接着剤が、前記第１の接着剤に連続している、換言すれば、第１の接着剤はフレキシブルフラットケーブルを挟んで第２の接着剤と一体化しているから、接着剤がアクチュエータと剛性のある板との間に多層的に広がるとともにそれらを一体化して、アクチュエータの剛性を高める効果がさらに向上される。

請求項３に記載の発明によれば、硬化した後の接着剤が、前記範囲内のヤング率を有しているから、アクチュエータの剛性を高める効果を確実に発揮することができる。

請求項４に記載の発明によれば、アクチュエータの剛性が高められているから、アクチュエータの変動は、インクを吐出させる所望の圧力室にのみ伝播し、アクチュエータ自体を介して他の列の圧力室に振動が伝播することはなく、列間でのクロストークによる不正吐出を確実に防止することができる。

請求項５に記載の発明によれば、複数の圧力室を覆うシート状の圧電材料は、第1 の接着剤によって表面電極間の変形が抑えられるから、隣接する圧力室への影響が抑えられる。

請求項６に記載の発明によれば、予め、アクチュエータにおける表面電極と前記フレキシブルフラットケーブルの配線パターンとを電気的に接続することによりアクチュエータとフレキシブルフラットケーブルとの間に形成される隙間でかつ複数の表面電極の間の部分は、電気絶縁性の第１の接着剤が充填されて固められているから、アクチュエータは、第１の接着剤に拘束されてその剛性が高められている。その結果、アクチュエータがキャビティユニットに吐出圧力を与えるために変動しても、アクチュエータを介した不正な振動の伝播が生じないので、所望のノズルからのみインクを吐出させることができる。

また、前記隙間に第１の接着剤を流入させる工程は、フレキシブルフラットケーブルとアクチュエータの表面電極とを電気的に接続する工程の後に行われるから、第１の接着剤は表面電極の電気的な接続を損なうことなく充填される。

請求項７に記載の発明によれば、滴下された電気絶縁性の第１の接着剤が加熱時に粘性低下することを利用して、第１の接着剤をアクチュエータとフレキシブルフラットケーブルとの間の隙間に流入させているから、隙間への流入のために特別の工法を付加しなくても、速やかに充填させることができる。

請求項６によれば、アクチュエータの外周と補強フレームの内周との隙間は、アクチュエータの外周において窪み状に形成されるから、この窪み部分に液状の電気絶縁性の第１の接着剤を溜めることができ、アクチュエータとフレキシブルフラットケーブルとの間に流入させるのに十分な接着剤の量を滴下し保持することができる。

さらに、滴下した第１の接着剤が流動する際に、キャビティユニットに固着された補強フレームが、補強フレーム側（外方側）への接着剤の流動をせき止めるので、フレキシブルフラットケーブルとの間に隙間を有するアクチュエータ側（内方側）へのみ、接着剤は効率よく流動する。

請求項８に記載の発明によれば、電気絶縁性の第２の接着剤の加熱硬化を、第１の接着剤の加熱硬化と同じ工程で行うから、加熱工程の回数を減らすことができる。また、第１の接着剤と第２の接着剤とが同時に加熱されて流動し親和するから、これらは滑らかに連続して硬化する。従って、第１及び第２の接着剤の一体化が強固になり、アクチュエータの剛性を高める効果が向上される。

以下に本発明を具体化した実施形態について説明する。図１に示すように、インクジェットプリンタ１００は、本体フレーム１に内包されて被記録媒体である用紙Ｐにインクを吐出させて記録する記録機構部２と、記録機構部２におけるインクジェットヘッド３のメンテナンス処理を行うメンテナンスユニット４と、前記本体フレーム１内に固定して配置されインクジェットヘッド３に供給するインクを貯留する複数のインクタンク（この実施形態では４個）等から構成されている。

フルカラー記録のための複数のインクタンクとしては、ブラックインクが収容されたインクタンク５ａと、シアンインクが収容されたインクタンク５ｂと、マゼンタインクが収容されたインクタンク５ｃと、イエローインクが収容されたインクタンク５ｄとが備えられ、インクの消耗に応じて交換することができる。各インクタンクのインクは、それぞれ可撓性を有するインク供給チューブ１４ａ〜１４ｄ及びキャリッジ９を介してインクジェットヘッド３に供給される。

記録機構部２において、キャリッジ９は、本体フレーム１内に平行状に設けられた左右長手の後ガイド軸６と前ガイド軸７とに摺動自在に載置されている。そして、キャリッジ９は、本体フレーム１の右後側に配置されたキャリッジ駆動モータ１０と、無端帯であるタイミングベルト１１とにより、前記前後ガイド軸６、７に沿って左右方向に往復移動可能に構成されている。インクジェットヘッド３は、このキャリッジ９に取付けられて、用紙Ｐの搬送方向（副走査方向、Ｘ方向）と直交する方向（主走査方向、Ｙ方向）に移動しながら、用紙Ｐに対してインクを吐出する。用紙Ｐは、図示しない公知の用紙搬送機構により、前記インクジェットヘッド３の下面側を水平状に搬送される（図１の矢印Ａ方向）。

搬送される用紙Ｐの幅より外側には、その一端側（実施形態では図１の左端部）に、インク受け部１２が設けられており、他端側には、メンテナンスユニット４が配置されている。これにより、記録動作中に定期的にインクジェットヘッド３は前記インク受け部１２が設けられたフラッシング位置にてノズルの目詰まり防止のためのインク吐出を行い、インク受け部１２にてインクを受ける。他端側のヘッド待機位置では、前記メンテナンスユニット４が配置されてノズル面のクリーニングを行い、また、色毎にインクを選択的に吸引するための回復処理を行う。

キャリッジ９は、合成樹脂材料により箱状に形成されたヘッドホルダ２０と、このヘッドホルダ２０に固着される前記インクジェットヘッド３と、ダンパー装置１３とを有している。インクジェットヘッド3は、後述するヘッドユニット２１と補強フレーム６５とからなり、その略扁平形状をヘッドホルダ２０の底側の壁である底板２０ａとほぼ平行に配置してこの底板２０ａの下面側に固着される。また、前記底板２０ａの上面側には、前記ダンパー装置１３が搭載される。

ヘッドユニット２１の下面には、ノズル２２の列（個別的には図２において左側からブラックインク用のノズル２２ａ、２２ａ′の２列と、シアンインク用のノズル２２ｂの列と、イエローインク用のノズル２２ｃの列と、マゼンタインク用のノズル２２ｄの列）が、キャリッジ９の移動方向と直交する方向（副走査方向、Ｘ方向）に長く形成されている。そして、用紙Ｐの上面に対向するように各ノズルが下向きにて開口している。

前記ヘッドユニット２１は、図３及び図５に示すように、キャビティユニット８０の上面に、インク供給口８１が複数個列状に開口して各インク色（本実施形態では４色）毎に設けられ、これらインク供給口８１（個別には符号８１ａ〜８１ｄを付す）からインクが導入され、圧電アクチュエータ２３の駆動によりノズル２２からインクを吐出させるように構成されている。圧電アクチュエータ２３の上面には、その圧電アクチュエータ２３に電圧を印加するフレキシブルフラットケーブル２４が固定されている。また、フレキシブルフラットケーブル２４の上面には、剛性のある板５６が固定されている。この板５６は熱伝導性の良好な金属板（アルミニウム、銅、ＳＵＳなど）により製作され、圧電アクチュエータ２３に生じる熱を全体に均一化する役目ももっている。以下この板５６は均熱板という。

ヘッドユニット２１においては、圧電アクチュエータ２３の外形状を、キャビティユニット８０の外形状よりも小さくし、キャビティユニット８０の背面の略中央部に圧電アクチュエータ２３が積層され、ヘッドユニット２１の一端の背面側に、前記インク供給口８１が露出するようにしている。

このヘッドユニット２１は、図３に示すように、その背面に枠状の補強フレーム６５を介在させて、前記ダンパー装置１３（ヘッドホルダ２０）に固定されるようになっている。補強フレーム６５は、キャビティユニット８０の剛性を高めるためのもので、キャビティユニット８０の背面に沿った扁平な板形状を有しているとともに、補強フレーム６５の枠内の開口６５ａの大きさは、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、前記圧電アクチュエータ２３の外形状よりも僅かに大きく、且つキャビティユニット８０の外形状よりも小さく形成されている。そのため、補強フレーム６５は、その開口６５ａに圧電アクチュエータ２３が隙間をもって配置され、上側からフレキシブルフラットケーブル２４が引き出されるように、キャビティユニット８０の背面に接着剤によって固着される。

補強フレーム６５とヘッドユニット２１とを接着する接着剤にはシート状の熱可塑性の接着剤６８が用いられている。接着剤６８は、図２に示すように、圧電アクチュエータ２３を連続して囲む形状を有するとともに、さらに、４つのインク供給口８１ａ〜８１ｄをそれぞれ個別に取り囲む形状も有している。

熱可塑性の接着剤６８の種類は多様であるが、本実施形態では、ポリプロピレン樹脂を基材に用いたタイプで、耐インク性に優れたものを使用している。その物性として、ヤング率が１〜１０００ＭＰａ、融点が８０〜１８０℃、ヘッドユニット２１と補強フレーム６５とを接着した後の厚さが５〜１００μｍ、接着強度が１０Ｎ以上（好ましくは２００Ｎ以上）であるものが好適である。

ヘッドユニット２１と固着した状態の補強フレーム６５は、ヘッドホルダ２０の底板２０ａの下側に間隔をもって配置され、その間に接着剤を充填して相互に固着される。補強フレーム６５の厚み寸法は、前記圧電アクチュエータ２３とフレキシブルフラットケーブル２４と放熱板５６とを重ねた状態での厚み（高さ）寸法と同じかそれより大きく設定されており、フレキシブルフラットケーブル２４は、底板２０ａに穿設されたスリット２０ｃを通って底板２０ａの上面側に引き出される。

この補強フレーム６５は、金属製（例えば、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ３０４等）であり、さらにキャビティユニット８０よりも厚くまた外形も大きくして、その剛性を大きくしている。補強フレーム６５は、キャビティユニット８０のインク供給口８１に対応する一端側の位置に、ダンパー装置１３のインク流出口４１と、ヘッドユニット２１のインク供給口８１とを接続するインク通路孔６６が穿設されている。インク通路孔６６は、４つのインク供給口８１に対応させて、４つが列状に並設されている。

ダンパー装置１３と補強フレーム６５との間には、インク通路孔６６の周囲を囲むように弾性シール部材６７が配置され、ダンパー装置１３と補強フレーム６５とを締着することで、ヘッドホルダ２０の底板２０ａに穿設された開口部２０ｂ内において弾性シール部材６７を圧縮状態として、インク通路孔６６とダンパー装置１３のインク流出口４１との接続をシールするようにしている。

図３に示すように、補強フレーム６５に３箇所のネジ穴１７ａ〜１７ｃが設けられている。そして、このネジ穴１７ａ〜１７ｃに対応させて、ダンパー装置１３の外周面に外周方向に突出する縁状の取付部１８を３箇所設け、各取付部１８にそれぞれ取付穴１５ａ〜１５ｃが穿設されている。そして、締結部材としてネジが、各取付穴１５ａ〜１５ｃに挿入されて、ネジ穴１７ａ〜１７ｃにそれぞれ螺合されるようになっている。３箇所のネジ穴のうち、ネジ穴１７ａ、１７ｂの２箇所は、補強フレーム６５の一端側に列状に配置された４つのインク通路孔６６を挟むように配置され、ネジ穴１７ｃは、補強フレーム６５の他端側に配置されている。

ダンパー装置１３は、インク供給口８１及びインクタンク５ａ〜５ｄに対応する数のインク貯留室を有し、インクタンク５ａ〜５ｄから供給されたインクを各インク貯留室のインク流出口４１からキャビティユニット８０に供給するようになっている。

キャビティユニット８０は、図６に示すように、ノズルプレート８３、スペーサプレート８４、補助プレート８５、２枚のマニホールドプレート８６ａ、８６ｂ、サプライプレート８７、ベースプレート８８、及びキャビティプレート８９の合計８枚の薄い板をそれぞれ接着剤にて重ね接合した構造としている。

実施形態では、合成樹脂製（ポリイミド等）のノズルプレート８３を除き、各プレート８３〜８９は、４２％ニッケル合金鋼板製で、５０〜１５０μｍ程度の厚さを有する。前記ノズルプレート８３には、微小径（実施形態では２５μｍ程度）のノズル２２が微小間隔で多数個穿設されている。このノズル２２は、ノズルプレート８３における第１の方向（長辺方向、Ｘ方向）に沿って、平行な５列に配列されている。

また、前記キャビティプレート８９には、複数の圧力室８２がキャビティプレート８９の長辺方向（Ｘ方向）に沿って５列に配列されている。各圧力室８２における先端部は、ベースプレート８８、サプライプレート８７、２枚のマニホールドプレート８６ｂ、８６ａ、補助プレート８５、及びスペーサプレート８４に穿設されている微小径の貫通孔９０を介して、ノズルプレート８３における前記各ノズル２２に連通している。

キャビティプレート８９の下面に隣接するベースプレート８８には、各圧力室８２の他端部に接続する連通孔９１が穿設されている。 ベースプレート８８の下面に隣接するサプライプレート８７には、後述する共通インク室９２から連通孔９１をとおって前記各圧力室８２へインクを供給するための接続流路９３が設けられる。

２枚のマニホールドプレート８６ａ，８６ｂには、その長辺方向（Ｘ方向）に沿って長い５つの共通インク室９２が前記ノズル２２の各列に沿って延びるように板厚方向に貫通して形成されている。すなわち２枚のマニホールドプレート８６ａ、８６ｂを積層し、且つその上面をサプライプレート８７にて覆い、下面を補助プレート８５にて覆うことにより、合計５つの共通インク室（マニホールド室）９２が密閉状に形成される。各共通インク室９２は、各プレートの積層方向から平面視したときに、前記圧力室８２の一部と重なって圧力室８２の列方向に沿って長く延びている。

マニホールドプレート８６ａの下面に隣接する補助プレート８５の下面側には、共通インク室９２と隔絶された補助室９４が凹み形成されている。この各補助室９４の位置および形状は、前記各共通インク室９２と一致させている。この補助プレート８５は、適宜弾性変形し得る金属素材であるため、補助室９４の薄い板状の天井部は、共通インク室９２側にも、補助室９４側にも自由に振動することができる。インク吐出時に、圧力室８２で発生した圧力変動が共通インク室９２に伝播しても、前記天井部が弾性変形して振動することにより、前記圧力変動を吸収減衰させるというダンパー効果を有し、圧力変動が共通インク室９２を介して他の圧力室８２へ伝播するという（列内）クロストークを防止する効果を奏するものである。

また、図６に示すように、キャビティプレート８９、べースプレート８８、及びサプライプレート８７の一端部には、上下の位置を対応させて、それぞれ４つのインク供給口８１が穿設されている。これら４つのインク供給口（個別には、符号８１ａ、８１ｂ、８１ｃ、８１ｄとする）に、前述したように、ダンパー装置１３のインク流出口４１が接続される。

インク供給口８１からノズル２２に至るインク流路では、インクは、インク供給口８１から共通インク室９２に供給された後、サプライプレート８７の接続流路９３及びベースプレート８８の連通孔９１を経由して各圧力室８２の他端部に分配供給される。そして、後述するように、圧電アクチュエータ２３の駆動により、インクは各圧力室８２内から前記貫通孔９０を通って、その圧力室８２に対応するノズル２２に至るという構成になっている。

この実施形態では、インク供給口８１が４つ設けられているのに対して、図６に示すように、共通インク室９２が５つ設けられており、インク供給口８１ａには、図６における左側に配置された２つの共通インク室９２，９２が接続されている。インク供給口８１ａには、ブラックインクが供給されるように設定されており、ブラックインクがその他のカラーインクに比べて使用頻度が高いことを考慮したものである。他のインク供給口８１ｂ、８１ｃ、８１ｄには、シアン、イエロー、マゼンタの各インクがそれぞれ単独に供給される。

一方、前記圧電アクチュエータ２３は、特開平４−３４１８５３号公報等に開示された公知のものと同様に、図７に示すように１枚の厚さが３０μｍ程度の複数枚の圧電材料のシート５１〜５３を積層した構造で、キャビティユニット８０における全圧力室８２にわたる大きさを有している。各圧電シートのうち下から所定数の偶数段目の圧電シート５２の上面（広幅面）には、各圧力室８２に対応した箇所ごとに細幅の個別電極５４が長辺方向（Ｘ方向）に沿って列状に形成されている。下から所定数の奇数段目の圧電シート５１の上面（広幅面）には、複数個の圧力室８２に対して共通のコモン電極５５が形成されており、最上段のシートの上面には表面電極９５として、積層方向に対応する前記個別電極５４の各々に対して電気的に接続される表面電極と、前記コモン電極５５に対して電気的に接続される表面電極とが設けられている。そして、公知のように個別電極５４とコモン電極５５との間に高電圧を印加することで、両電極間に位置する圧電シートの部分が分極され、活性部として形成される。活性部は各圧力室８２ごとにその上方に位置する。

個別電極５４、コモン電極５５、及び表面電極９５は、いずれも導電性ペーストを各圧電シートの表面に印刷することで形成されているが、個別電極５４及びコモン電極５５は、電極形成後に圧電シートが重ねられて焼成されるので、圧電シート間に隙間なく介挿される。ところが、表面電極９５は、焼成時にその上面に圧電シートが重ねられない、あるいは焼成後に導電性ペーストにより形成されるから、最上層の圧電シート５３の上面（背面）に凸状に形成されている。

このプレート型の圧電アクチュエータ２３における下面（圧力室３６と対向する広幅面）全体に、接着剤としてのインク非浸透性の合成樹脂からなる接着剤シート（図示せず）を予め貼着し、次いで、前記キャビティユニット１に対して、圧電アクチュエータ２が、その各個別電極５４を前記キャビティユニット８０における各圧力室８２の各々に対向配置させて接着・固定される。また、この圧電アクチュエータ２３における背面（上面）には、前記フレキシブルフラットケーブル２４が積層され、フレキシブルフラットケーブル２４における各種の配線パターン（図示せず）が、前記各表面電極９５にはんだ付け等により電気的に接合される。

フレキシブルフラットケーブル２４から表面電極９５に対して、インク滴を吐出しようとする圧力室８２に対応する個別電極５４とコモン電極５５との間に、分極方向に電圧を印加すると、その電極間の圧電シートが伸長し、圧力室８２内のインクに対して圧力を印加することができる。

前述したように表面電極９５は、最上層の圧電シート５３の背面（上面）に突設され、各表面電極９５は互いに独立しているから、表面電極９５とフレキシブルフラットケーブル２４とが電気的に接続されると、表面電極９５同士の間では、圧電シート５３の背面（上面）とフレキシブルフラットケーブル２４の前面（下面）との間が隙間になる。この実施形態では隙間は４０μｍ程度の高さとなっている。そのため、図８（ｂ）に示すように、この隙間を埋めるように第１の接着剤５７が充填されて硬化されている。この第１の接着剤５７は、圧電アクチュエータ２３の外周と補強フレーム６５の内周との間にて、圧電アクチュエータ２３の外周を覆うように硬化している接着剤と連続している。

また、均熱板５６は、フレキシブルフラットケーブル２４の背面（上面）に、第２の接着剤５８を介して固着される。この実施形態では、均熱板５６は、平面視で圧電アクチュエータ２３よりもひと回り小さい矩形形状を有しているが、圧電アクチュエータ２３より面積の大きいものであってもよい。第２の接着剤５８は、均熱板５６の前面（下面）からはみだすように、あえて多めの量が塗布されており、硬化した第２の接着剤５８は、フレキシブルフラットケーブル２４の背面（上面）に広がって前記第１の接着剤５７と連続している。

第１の接着剤５７と第２の接着剤５８は、いずれもヤング率は１０〜１００００ＭＰａ好ましくは１０００〜１００００ＭＰａの範囲にあることが望ましい。この実施形態では、第１及び第２の接着剤５７，５８に、エポキシ系の同じ熱硬化性接着剤を用いており、そのヤング率は約２０００ＭＰａである。

次に、上記構成のインクジェットヘッド３の製造方法について説明する。

まず、あらかじめ、キャビティユニット８０の背面（上面）に圧電アクチュエータ２３が積層固定されている。そして、この圧電アクチュエータ２３の背面（上面）に設けられた表面電極９５に、フレキシブルフラットケーブル２４の配線パターンが位置合わせされて、配線パターンの端部にあらかじめ塗布されたはんだを加熱溶融して圧電アクチュエータ２３とフレキシブルフラットケーブル２４とが電気的に接続される。

次に、補強フレーム６５が、キャビティユニット８０の背面（上面）の略中央部に配置された圧電アクチュエータ２３の外周を囲むように、シート状の接着剤を介して固着される。

次に、補強フレーム６５の内周と圧電アクチュエータ２３の外周との隙間に液状の第１の接着剤５７を滴下する。この第１の接着剤５７は、平面視矩形状の圧電アクチュエータ２３の四辺全てに沿って滴下しても良いが、接着剤を加熱硬化する工程（後述）で、空気の逃げ道がなくなって、接着剤が内部に気泡を含んだまま硬化することを防ぐために、この実施形態では、圧電アクチュエータ２３の外周のうちの三辺に沿って、第１の接着剤５７を滴下している。これにより、接着剤が滴下されなかった圧電アクチュエータ２３の一辺側が空気の逃げ道として確保される。

また、この第１の接着剤５７の滴下工程に前後して、均熱板５６を第２の接着剤５８を介してフレキシブルフラットケーブル２４の背面（上面）に重ね合わせる。

そして、均熱板５６をフレキシブルフラットケーブル２４側に押圧しながら、前記第１及び第２の接着剤５７、５８の硬化条件（前記第１及び第２の接着剤５７、５８には、その硬化温度が、補強フレーム６５とキャビティユニット８０との間の熱可塑性である接着剤、圧電アクチュエータ２３とキャビティユニット８０との間の接着剤、及びフレキシブルフラットケーブル24と圧電アクチュエータ２３との間のはんだの軟化温度よりも低く、圧電アクチュエータが分極処理ずみの場合には分極が消えない程度のものが選択されている）に従って、全体を加熱する。第１及び第２の接着剤５７、５８は、いずれもエポキシ系の熱硬化性接着剤であるため、加熱し始めた段階（硬化する前）では一旦流動性が高くなる。そのため、液状の第１の接着剤５７は、圧電アクチュエータ２３とフレキシブルフラットケーブル２４との隙間に流れ込む。すなわち、第１の接着剤５７は、図８（ａ）の矢印Ｂ１〜Ｂ３に示す三方向から圧電アクチュエータ２３の中央に向かって浸入し、表面電極９５同士の間に充填され硬化する。勿論、第１の接着剤５７は、これが滴下されなかった一辺側へ延びて隙間全部を充填するのに十分な量が供給されている。

一方、第２の接着剤５８は、加熱するに従って流動性が高くなることに加え、均熱板５６が加熱時に押圧されている。従って、第２の接着剤５８は、図８（ｂ）に示すように、均熱板５６の下面（前面）からはみ出して、フレキシブルフラットケーブル２４の外周側に広がって第１の接着剤５７と連続する。第２の接着剤５８と第１の接着剤５７とは、互いに硬化前の粘性の低い状態で親和して繋がり、そのまま一体的に硬化する。

このように製造されたインクジェットヘッド３は、圧電アクチュエータ２３の背面（上面）において、フレキシブルフラットケーブル２４との間にできた隙間でかつ表面電極９５同士の間には、第１の接着剤５７が充填されて硬化していることに加え、この第1の接着剤５７が連続して、圧電アクチュエータ２３の外周のうち少なくとも三辺を被覆して固めている。また、この第１の接着剤５７は、フレキシブルフラットケーブル２４の背面（上面）にて硬化する第２の接着剤５８とも連続して一体化している。

すなわち、圧電アクチュエータ２３が第１及び第２の接着剤５７、５８によって多層的に固められて、その剛性が大きく高められる。さらに均熱板56の剛性も、圧電アクチュエータ２３の剛性を高めるのに寄与する。これにより、キャビティユニット８０の圧力室８２に吐出圧力を与えるために圧電アクチュエータ２３が変形しても、その振動が圧電アクチュエータ２３自体を介して他の列の圧力室８２に伝播することが抑えられ、クロストークによる他の圧力室からの不正吐出を防止することができる。また、補強フレーム６５もキャビティユニット８０の剛性を高め、圧電アクチュエータ２３の変形によるキャビティユニット８０の振動を抑え、他の圧力室からの不正吐出を防止することができ、吐出性能に優れたインクジェットへッドを実現できる。

しかも、圧電アクチュエータの駆動によって積層方向の複数の個別電極とコモン電極間の圧電シートが伸長するとき、均熱板５６方向への伸長が、接着剤や均熱板５６によって抑えられ、圧力室８２へむけての変形量が増大し、インクに対して効率よく圧力を印加することができる。

なお、均熱板５６は、圧電アクチュエータ２３において局部的に頻繁な駆動が行われたとしても、それによる発熱を圧電アクチュエータ２３の全体にわたって均一化するので、温度分布の不均一による吐出特性の変化を抑え、全ノズルにわたって均一な吐出性能を得ることができる。

また、第1の接着剤５７を、圧電アクチュエータとフレキシブルフラットケーブル２４との間に全表面電極９５を囲むように充填しておくと、ノズル２２からインクを吐出する際に発生したインクミストが、表面電極９５と配線パターンとを短絡させるなどの電気的障害をなくすことができる。

実施形態のインクジェットヘッドが備えられたインクジェットプリンタの要部平面図である。 キャリッジの下面図である。 キャリッジの分解斜視図である。 図２のIV−IV線矢視断面図である。 ヘッドユニットの斜視図である。 キャビティユニットの分解斜視図である。 図５のVII−VII線矢視断面図である。 （ａ）はフレキシブルフラットケーブルの上面（背面）から見た平面図で第１の接着剤を滴下した状態の模式図、図８（ｂ）は図８（ａ）のVIIIa−VIIIa線矢視断面図で均熱板を積層して第１及び第２の接着剤が硬化した状態を示す模式図である。

符号の説明

１ 本体フレーム
３ インクジェットヘッド
２１ ヘッドユニット
２２ ノズル
２３ 圧電アクチュエータ
２４ フレキシブルフラットケーブル
５１、５２、５３ 圧電シート
５４ 個別電極
５５ コモン電極
５６ 均熱板
５７ 第１の接着剤
５８ 第２の接着剤
６５ 補強フレーム
８０ キャビティユニット
８２ 圧力室
９５ 表面電極
１００ インクジェットプリンタ

Claims (8)

1. 複数のノズルを外部に開口させ内部にインク流路を有するキャビティユニットと、このキャビティユニット内のインクに選択的に吐出圧力を与えるアクチュエータと、このアクチュエータに駆動信号を出力するフレキシブルフラットケーブルとを備え、前記キャビティユニットに前記アクチュエータと前記フレキシブルフラットケーブルとが順次積層されるインクジェットヘッドにおいて、
   前記アクチュエータの表面には、該アクチュエータに給電するための表面電極であって、前記フレキシブルフラットケーブルと当接して電気的に接続する複数の表面電極が凸状に形成され、
   前記フレキシブルフラットケーブルにおける配線パターンと前記複数の表面電極とを予め電気的に接続する一方、
   前記キャビティユニットの表面には、その略中央部に前記アクチュエータが固着されるとともに当該アクチュエータの周囲に間隔をおいて枠状の補強フレームが固着され、
   前記アクチュエータと前記補強フレームとの間には、電気絶縁性の第１の接着剤が滴下され、
   前記第１の接着剤は、前記アクチュエータの少なくとも３方向を被覆するとともに、前記アクチュエータと前記補強フレームとの間を少なくとも３方向で充填し、且つ前記表面電極によって前記アクチュエータと前記フレキシブルフラットケーブルとの間に形成される隙間でかつ前記複数の表面電極間に充填され硬化されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 前記フレキシブルフラットケーブルの背面には、剛性のある板が、電気絶縁性の第２の接着剤を介して固着され、
   この第２の接着剤は、前記第１の接着剤と連続していることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
3. 前記第１及び第２の接着剤のヤング率は、１０〜１００００ＭＰａであることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェットヘッド。
4. 前記キャビティユニットでは、前記ノズルが複数の列状に配置されるとともに、前記インク流路として、各ノズル毎に対応して列状に設けられ且つ前記アクチュエータからの吐出圧力を受ける圧力室と、この圧力室の列に対応して設けられて複数の圧力室にインクを分配する共通インク室とが備えられていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
5. 前記アクチュエータは、前記複数の圧力室を覆うシート状の圧電材料上に前記各圧力室と対応する前記複数の表面電極を備え、
   前記第１の接着剤は、前記表面電極間の前記圧電材料の変形を抑えるように前記圧電材料と前記フレキシブルフラットケーブルとの間に充填されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
6. 複数のノズルを外部に開口させ内部にインク流路を有するキャビティユニットと、このキャビティユニット内のインクに選択的に吐出圧力を与えるアクチュエータと、このアクチュエータに駆動信号を出力するフレキシブルフラットケーブルとを備え、
   前記アクチュエータの表面には、該アクチュエータに給電するための表面電極であって、前記フレキシブルフラットケーブルと当接して電気的に接続する表面電極が凸状に形成され、前記キャビティユニットの背面に前記アクチュエータと前記フレキシブルフラットケーブルとが順次積層されているインクジェットヘッドの製造方法において、
   前記表面電極と前記フレキシブルフラットケーブルの配線パターンとを電気的に接続して前記フレキシブルフラットケーブルと前記アクチュエータとを積層する第１の工程と、
   前記キャビティユニットの表面に、前記アクチュエータの外周と間隔をおいて囲む枠状の補強フレームを固着する工程と、
   前記フレキシブルフラットケーブルと前記アクチュエータとの外周と、前記補強フレームの内周との隙間に、液状の電気絶縁性の第１の接着剤を滴下し、前記アクチュエータの少なくとも３方向を被覆するとともに、前記アクチュエータと前記補強フレームとの間を少なくとも３方向で充填し、前記表面電極によって前記アクチュエータと前記フレキシブルフラットケーブルとの間に形成される隙間でかつ前記複数の表面電極間に、前記第１の接着剤を流入させて充填して硬化させる第２の工程と
   を備えることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
7. 前記第２の工程は、前記第１の接着剤を加熱する工程を備え、前記加熱による接着剤の流動で、前記表面電極によって前記アクチュエータと前記フレキシブルフラットケーブルとの間に形成される隙間でかつ前記複数の表面電極間に、前記第１の接着剤を流入させて充填させ硬化させることを特徴とする請求項６に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
8. 前記第１の接着剤を滴下する前記工程に前後して、前記フレキシブルフラットケーブルの背面に、剛性のある板を、電気絶縁性の第２の接着剤を介して重ね合わせる工程をさらに備え、
   前記第１の接着剤を加熱する前記工程にて、同時に、前記第２の接着剤を加熱し、前記加熱による接着剤の流動で、前記第１の接着剤の前記隙間への充填とともに、前記第１及び第２の接着剤を連続させることを特徴とする請求項７に記載のインクジェットヘッドの製造方法。

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