JP6281221B2 - インクジェットヘッド及びインクジェットヘッドの製造方法 - Google Patents

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Description

本発明はインクジェットヘッド及びインクジェットヘッドの製造方法に関し、詳しくは、ヘッドチップの後面に形成された引き出し電極とFPCとの位置合わせが容易で、電気的接続の信頼性も高いインクジェットヘッド及びそのインクジェットヘッドの製造方法に関する。
せん断モード型のインクジェットヘッドとして、前面と後面とに亘るストレート状のチャネルを有する六面体形状のヘッドチップを有するものが知られている。このようなインクジェットヘッドは、隣り合うチャネル間の隔壁が圧電素子を含む駆動壁となっており、この駆動壁の両面に形成された駆動電極に所定の電圧を印加することによって駆動壁をせん断変形させ、チャネル内のインクに吐出のための圧力を付与するものである。
このようなインクジェットヘッドは駆動電極がチャネル内に臨んでいるため、この駆動電極と電気的に接続された引き出し電極をヘッドチップの後面に形成し、この引き出し電極を利用してFPC(フレキシブルプリント基板)によって駆動回路と電気的に接続することが提案されている。しかし、チャネル列数が増加するにつれて、特に内側に位置するチャネル列の各引き出し電極をFPCによってヘッドチップの外部に電気的に引き出すことが難しいという問題がある。
このため、特許文献1は、板状の引き出し部材の表面にFPCを貼り付け、ヘッドチップの後面に形成された引き出し電極とFPCとが直接的に電気的接続されるように、FPC付きの引き出し部材をヘッドチップの後面に接着し、この引き出し部材によってFPCをヘッドチップの後方に引き出すことを提案している。
また、特許文献2は、ヘッドチップの後面にチャネル列に沿って溝を形成すると共に、その溝内の側面に引き出し電極の端部を配置させ、溝にFPCの一端を挿入することで、溝の内部でFPCと引き出し電極とを直接的に電気的に接続し、FPCの他端をヘッドチップの後方に引き出すことを提案している。溝内のFPCの背面側には発泡樹脂材料が充填され、これを発泡させることによってFPCに引き出し電極と接続する方向への押圧力を付与し、電気的接続の確実性を図るようにしている。
これらの技術によれば、ヘッドチップのチャネル列数が増加しても、内側に位置するチャネル列の引き出し電極にもFPCを直接的に電気的接続することができる。また、FPCをヘッドチップの後方に引き出すので、側方への張り出しが抑えられ、インクジェットヘッドの小型化を図る上でも有利である。
特開2011−183574号公報 国際公開第2011/074412号パンフレット
しかし、ヘッドチップの後面の引き出し電極にFPCを電気的接続する際に、別途の部品として引き出し部材を使用したり、ヘッドチップの後面に溝を形成したりする必要がある。このため、部品点数の増加や溝加工することによる作業工程の増加によってコスト高となる。しかも、いずれも引き出し電極とFPC(FPCに設けられている配線)との接続部位を直接観察しながら位置合わせすることができないため、引き出し電極とFPCとの電気的接続の信頼性を向上させる上で課題を残している。
また、引き出し電極とFPCの配線とが電気的に接続されている電気的接続部位の後方には、引き出し部材や発泡樹脂材料が存在する構成となっている。FPCはこれら引き出し部材や発泡樹脂材料と固着されているため、両者の熱膨張率の相違によって固着面に負荷が掛かり易く、場合によってはFPCの剥離に繋がるおそれもある。
そこで、本発明の課題は、ヘッドチップの後面に形成された引き出し電極にFPCを電気的に接続するインクジェットヘッドの利点を生かしつつ、引き出し電極とFPCとの位置合わせが容易で、電気的接続の信頼性も高く、FPCに負荷を与えることもないインクジェットヘッドを提供することにある。
また、本発明の他の課題は、ヘッドチップの後面に形成された引き出し電極にFPCを電気的に接続するインクジェットヘッドの利点を生かしつつ、引き出し電極とFPCとの位置合わせが容易であり、電気的接続の信頼性も高く、FPCに負荷を与えることもないインクジェットヘッドの製造方法を提供することにある。
本発明の他の課題は、以下の記載により明らかとなる。
上記課題は、以下の各発明によって解決される。
1.圧電素子を含む駆動壁とチャネルとが交互に並設されたチャネル列を有すると共に前面及び後面にそれぞれ前記チャネルの出口と入口とが配置され、前記チャネル内に臨む前記駆動壁の壁面に駆動電極が形成されてなるヘッドチップを有するインクジェットヘッドにおいて、
前記ヘッドチップの後面に、前記チャネル内の前記駆動電極と電気的に接続された引き出し電極が前記チャネル毎に形成されていると共に、前記引き出し電極にFPCの配線が電気的に接続されており、
前記FPCは、溝が形成されていない前記引き出し電極と前記配線との電気的接続部位の近傍から折り曲げられて前記ヘッドチップの後方に延びていると共に、前記電気的接続部位の後方に空間を有していることを特徴とするインクジェットヘッド。
2.前記ヘッドチップの後面の前記電気的接続部位から外れた部位に、前記チャネル列の前記チャネルに共通のインク流路を形成する共通流路部材が接合されていることを特徴とする前記1記載のインクジェットヘッド。
3.前記FPCは、前記共通流路部材に固着されていないことを特徴とする前記2記載のインクジェットヘッド。
4.前記チャネル列は複数並設されており、
前記FPCは、隣り合う2列の前記チャネル列の間から前記ヘッドチップの後方に延びていることを特徴とする前記1、2又は3記載のインクジェットヘッド。
5.隣り合う2列の前記チャネル列の前記引き出し電極と電気的に接続される配線が、1枚の前記FPCに形成されていることを特徴とする前記4記載のインクジェットヘッド。
6.一方の前記チャネル列の前記引き出し電極と電気的に接続される配線と、他方の前記チャネル列の前記引き出し電極と電気的に接続される配線とが、前記FPCの中程に配置された前記電気的接続部位から前記電気的接続部位の近傍の折り曲げ部を経由して互いに前記FPCの反対端部に向けて延びるように配列され、該FPCの両端部がそれぞれ前記ヘッドチップの後方に延びていることを特徴とする前記5記載インクジェットヘッド。
7.前記FPCは、前記電気的接続部位を除いてカバーレイが設けられており、前記電気的接続部位の近傍の前記カバーレイのない部位で折り曲げられ、折り曲げ部にRが設けられていることを特徴とする前記1〜6のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
8.前記FPCの前記配線は、前記引き出し電極と電気的に接続される端子部表面が、銅箔の表面にNiによる下地処理を施すことなく金めっき処理されていることを特徴とする前記1〜7のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
9.前記銅箔は、圧延銅箔であることを特徴とする前記8記載のインクジェットヘッド。
10.前記FPCは、ベースフィルムにスルーホールが形成され、配線が前記ベースフィルムの一方の面から前記スルーホールを介して他方の面に引き出され、該他方の面において前記引き出し電極と電気的に接続されており、前記一方の面には少なくとも前記電気的接続部位及びその近傍の折り曲げ部を覆うようにカバーレイが設けられていることを特徴とする前記1〜6のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
11.前記FPCは、ACF又はACPによって前記引き出し電極と電気的に接続されていることを特徴とする前記1〜10のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
12.前記FPCの折り曲げ部の外側と前記ヘッドチップの後面とに亘って、接着剤によるフィレットが形成されていることを特徴とする前記1〜11のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
13.前記共通流路部材は、前記FPCを取り囲むように設けられていることを特徴とする前記2又は3に記載のインクジェットヘッド。
14.前記溝が形成されていない前記後面は、前記前面に対向していることを特徴とする前記1〜13のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
15.前記FPCにおける前記ヘッドチップの後方に延びている部位には、他の部材が固着されていないことを特徴とする前記1〜14のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
16.前記空間は、前記電気的接続部位に隣接して形成されていることを特徴とする前記1〜15のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
17.圧電素子を含む駆動壁とチャネルとが交互に並設されたチャネル列を有すると共に前面及び後面にそれぞれ前記チャネルの出口と入口とが配置され、前記チャネル内に臨む前記駆動壁の壁面に駆動電極が形成されてなるヘッドチップを用意し、該ヘッドチップの後面に、前記チャネル内の前記駆動電極と電気的に接続された該チャネル毎の引き出し電極を形成する第1の工程と、
前記ヘッドチップの後面にFPCを重ね、前記ヘッドチップの後方から該FPCを観察することにより、前記引き出し電極と前記FPCに設けられている配線との位置合わせを行う第2の工程と、
位置合わせされた前記FPCの前記配線と前記引き出し電極とを圧着する第3の工程と、
前記FPCを、前記引き出し電極との電気的接続部位の近傍から前記ヘッドチップの後方に延びるように折り曲げる第4の工程とを、この順に有することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
18.前記第4の工程の後に、前記チャネル列の前記チャネルに共通のインク流路を形成する共通流路部材を、前記電気的接続部位から外れた前記ヘッドチップの後面に接合する第5の工程を有することを特徴とする前記17記載のインクジェットヘッドの製造方法。
19.前記第3の工程において、前記FPCの背面側から前記電気的接続部位を、圧着治具の先端面を押し当てて圧着することを特徴とする前記17又は18記載のインクジェットヘッドの製造方法。
20.前記圧着治具は、前記先端面に隣接して、前記ヘッドチップの後方に向けて延びる側面を有し、
前記第4の工程において、前記圧着治具の前記側面に沿って前記FPCを前記ヘッドチップの後方に延びるように折り曲げた後、前記圧着治具を取り除くことを特徴とする前記19記載のインクジェットヘッドの製造方法。
21.前記第2の工程において、前記ヘッドチップの後面に前記引き出し電極を覆うようにACF又はACPを設けた後、前記FPCを重ねることを特徴とする前記17〜20のいずれかに記載のインクジェットヘッドの製造方法。
22.前記第4の工程において、前記FPCを折り曲げた後、折り曲げ部の外側と前記ヘッドチップの後面とに亘って、接着剤によるフィレットを形成することを特徴とする前記17〜21のいずれかに記載のインクジェットヘッドの製造方法。
本発明によれば、ヘッドチップの後面に形成された引き出し電極にFPCを電気的に接続するインクジェットヘッドの利点を生かしつつ、引き出し電極とFPCとの位置合わせが容易で、電気的接続の信頼性も高く、FPCに負荷を与えることもないインクジェットヘッドを提供することができる。
また、本発明によれば、ヘッドチップの後面に形成された引き出し電極にFPCを電気的に接続するインクジェットヘッドの利点を生かしつつ、引き出し電極とFPCとの位置合わせが容易であり、電気的接続の信頼性も高く、FPCに負荷を与えることもないインクジェットヘッドの製造方法を提供することができる。
本発明に係るインクジェットヘッドの一例を示すインクジェットヘッドを背面側から見た斜視図 図1中の(ii)−(ii)線に沿う切断面を示す端面図 ヘッドチップの部分背面図 FPCを展開して示す平面図 FPCの部分断面図 4列のチャネル列を有するインクジェットヘッドの切断面を示す端面図 1列のチャネル列を有するインクジェットヘッドの切断面を示す端面図 3列のチャネル列を有するインクジェットヘッドの切断面を示す端面図 別の態様に係るFPCを使用したインクジェットヘッドの切断面を示す端面図 インクジェットヘッドの製造方法の一例を説明する図 インクジェットヘッドの製造方法の一例を説明する図 インクジェットヘッドの製造方法の一例を説明する図 インクジェットヘッドの製造方法の一例を説明する図 インクジェットヘッドの製造方法の一例を説明する図 インクジェットヘッドの製造方法の一例を説明する図 インクジェットヘッドの製造方法の一例を説明する図
以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
図1は、本発明に係るインクジェットヘッドの一例を示しており、インクジェットヘッドを背面側から見た斜視図である。図2は、図1中の(ii)−(ii)線に沿う切断面を示す端面図、図3は、ヘッドチップの部分背面図、図4は、FPCを展開して示す平面図、図5は、FPCの部分断面図である。
図中、H1はインクジェットヘッド、1はヘッドチップ、2はヘッドチップ1の前面1aに接合されるノズルプレート、3はヘッドチップ1の後面1bに接合されるFPC(フレキシブルプリント基板)、4はヘッドチップ1に対してインクを供給する共通流路部材である。
ヘッドチップ1はA列、B列の2列のチャネル列を有する六面体からなる。ここでは図2、図3に示す上側のチャネル列をA列、下側のチャネル列をB列とする。各チャネル列は、チャネル11と、隣り合うチャネル11、11の間を隔てている駆動壁12とが交互に並設されている。駆動壁12は全部又は一部に圧電素子を含んでいる。
各チャネル11は、ヘッドチップ1の前面1aと後面1bとにそれぞれ矩形状に開口し、前面1aと後面1bとに亘るストレート状に形成されている。図3に示すように、各チャネル11内に臨んでいる壁面のうちの少なくとも駆動壁12の表面には、駆動電極13がそれぞれ形成されている。駆動電極13は、少なくとも駆動壁12の表面に形成されていればよいが、本実施形態では、図2、図3に示すように、チャネル11内に臨む両駆動壁12、12と、これら駆動壁12、12を繋ぐ壁面11aとに亘って形成されている。
ヘッドチップ1は、各駆動電極13に不図示の駆動回路から所定電圧の駆動信号を印加することによって、1対の駆動電極13、13に挟まれた駆動壁12がせん断変形する。これによってチャネル11内の容積が変化し、該チャネル11に供給されたインクに吐出のための圧力変化が与えられ、ヘッドチップ1の前面1aに接合されたノズルプレート2のノズル21からインク滴が吐出する。
なお、本発明では、ヘッドチップ1において、ノズル21が配置されてインクが吐出される側の面を「前面」、その反対側の面を「後面」と定義する。また、ヘッドチップ1の後面1bから離れる方向を「後方」、ヘッドチップ1の前面1a又は後面1bと平行な方向であって該ヘッドチップ1から離れる方向をヘッドチップ1の「側方」と定義する。
また、本実施形態では、各チャネル列の全てのチャネル11が、ノズル21からインク滴を吐出する吐出チャネルであるヘッドチップ1を例示している。しかし、本発明においてヘッドチップは、各チャネル列が、インク滴を吐出する吐出チャネルと、インク滴を吐出しないダミーチャネルとが交互に並設されることによって構成されるものであってもよい。後者のヘッドチップの場合、ノズルプレート2にはダミーチャネルに対応する位置にノズル21が形成されない。
ヘッドチップ1の後面1bには、チャネル11毎に引き出し電極14が形成されている。図2、図3中の符号14AはA列のチャネル列の引き出し電極、14BはB列のチャネル列の引き出し電極を示している。各引き出し電極14A、14Bの一端は、対応するチャネル11内の壁面11a上の駆動電極13と電気的に接続され、他端は、それぞれヘッドチップ1の後面1bの中央に向けて延び、互いに接触することなく間隔をあけて止まっている。
FPC3は、ヘッドチップ1の後面1bにおいて、引き出し電極14A、14Bの形成領域内に接合されている。FPC3は、図4に示すように、ポリイミド等の可撓性を有する樹脂フィルムからなる1枚のベースフィルム31上に、各引き出し電極14A、14Bに対応する配線32が配列されている。図2、図4中の符号32Aは引き出し電極14Aに対応する配線、32Bは引き出し電極14Bに対応する配線を示している。
各配線32Aは、A列のチャネル列の引き出し電極14Aに対応するピッチでそれぞれ並設され、各配線32Bは、B列のチャネル列の引き出し電極14Bに対応するピッチでそれぞれ並設されている。配線32A、32Bの一端は、FPC3の中程の部位を挟んで互いに接触することなく間隔をおいて配置され、他端はそれぞれFPC3の反対端部に向けて延びるように振り分けられている。このため、各チャネル列のチャネル11の間隔が密になっても、各チャネル列に対応する配線32A、32B同士が短絡するおそれがない。 また、ヘッドチップ1の後面1bに対して1枚のFPC3を接合するだけで、2列のチャネル列の各チャネル11の駆動電極13の外部への取り出し作業を行うことができるため、組立作業の簡略化を図ることもできる。
FPC3には、ベースフィルム31との間で各配線32A、32Bを挟むように、ポリイミド等の可撓性を有する樹脂フィルムからなるカバーレイ33が設けられている。カバーレイ33は、各配線32A、32Bと引き出し電極14A、14Bとの電気的接続部位とするための接続領域34と、駆動回路との電気的接続部位とするための接続領域(不図示)以外の領域に亘って積層されている。従って、上記接続領域34には、各配線32A、32Bの一端の端子部32Aa、32Baが、互いに接触することなく向かい合うように配列されて露出している。
各引き出し電極14A、14Bと、FPC3の配線32A、32Bの端子部32Aa、32Baとは、ヘッドチップ1の後面1b上で直接的に電気的接続されていることが好ましい。「直接的に」とは、引き出し電極14A、14Bと、FPC3の配線32A、32Bの端子部32Aa、32Baとが、両者を接着するための手段(導電性粒子を有する接着剤の場合は導電性粒子も含む)以外に、両者の間に他の電気的な中継部材を何ら介在させることがないことをいう。このようにFPC3が引き出し電極14A、14Bに直接的に電気的接続されていることにより、構造が簡素で済み、部品点数が増加することもなく、低コストとすることができる。
また、FPC3とヘッドチップ1の後面1bとの間には、両者を接着するための手段としてACP(異方性導電ペースト)又はACF(異方性導電フィルム)が介在されている。ACPやACFを使用することにより電気的接続の信頼性を更に向上させることができる。本実施形態ではACP5を使用した例を示している。
FPC3は、両端部が引き出し電極14A、14Bとの電気的接続部位の近傍から、ヘッドチップ1の後面1bに対して垂直方向に折り曲げられ、2列のチャネル列の間からそれぞれヘッドチップ1の後方に向けて延びている。これにより、FPC3における各引き出し電極14A、14Bとの電気的接続部位(接続領域34)の後方には、何も存在しない空間Sを有している。
また、FPC3は2列のチャネル列の間からヘッドチップ1の後方に延びていることにより、ヘッドチップ1の後面1bのいずれのチャネル11の入口も塞ぐことはなく、該入口の後方に差し掛かることもない。このため、FPC3にチャネル11へのインク供給のための開口部を形成する手間が必要ない。また、ヘッドチップ1の側方へのFPC3の張り出しが抑えられるため、インクジェットヘッドH1をコンパクトにすることができる。
FPC3の折り曲げ部30A、30Bは、引き出し電極14A、14Bとの電気的接続部位の近傍であってカバーレイ33が存在しない接続領域34内に配置されている。各折り曲げ部30A、30BにはR(アール)が設けられており、このRによってFPC3は緩やかに折り曲げられている。このため、FPC3をカバーレイ33のない部位で折り曲げる際に配線32A、32Bにかかる負荷を軽減することができる。これは電気的接続の信頼性を更に向上させる上で好ましい態様である。
FPC3とヘッドチップ1との間には十分なACP5が塗布されることにより、折り曲げ部30A、30Bの外側とヘッドチップ1の後面1bとに亘って、接着剤(ACP5)によるフィレット5aが形成されている。これにより、FPC3の折り曲げ部30A、30Bの外側がフィレット5aによって固定されるので、FPC3の接着強度を高めることができる。また、各折り曲げ部30A、30Bの折り曲げ状態が保持されるので、電気的接続の信頼性を更に向上させる観点から好ましい態様である。このフィレット5aは、ACP5の塗布量が少ない場合や、ACP5に代えてACFを使用する場合等では、FPC3をヘッドチップ1の後面1bに接合した後に、各折り曲げ部30A、30Bの外側に更にACPやエポキシ系接着剤等の接着剤をディスペンサー等で塗布することによって形成してもよい。
FPC3の配線32A、32Bには主として銅箔が使用されている。また、図5に示すように、引き出し電極14A、14Bと電気的に接続される端子部32Aa、32Baにおける銅箔321の表面に金めっき322が直接被覆されている。表面を金めっき322とすることによって電気的接続の信頼性を更に向上させることができる。
なお、一般に、銅箔の表面にこのような金めっき処理を施す場合、金めっきの密着性を高めるため、銅箔の表面にNiによる下地処理を施した後、そのNiの表面に金めっきを施すようにしている。しかし、Niによる下地処理を施すと配線が硬くなることにより、折り曲げ難くなって、折り曲げ時にFPC3の配線32A、32Bと引き出し電極14A、14Bとが剥離し易くなり、接合作業が煩雑になる等の問題がある。このため、銅箔321の表面にNiによる下地処理を施すことなく金めっき322を直接被覆することは、FPC3を折り曲げ易くして、FPC3と引き出し電極14A、14Bとの電気的接続の信頼性を更に向上させる上で好ましい態様である。
FPC3の配線32A、32Bに使用される銅箔は圧延銅箔であることが好ましい。圧延銅箔は屈曲性に優れ、折り曲げ易いため、FPC3の折り曲げ加工を更に容易に行うことができる。
共通流路部材4は、FPC3の配線32A、32Bと引き出し電極14A、14Bとの電気的接続部位から外れたヘッドチップ1の後面1bに接着剤によって接合されている。この共通流路部材4は、ヘッドチップ1の後面1bから後方に延びているFPC3を取り囲むように形成されており、その中央には、FPC3を挿通させる挿通穴42が形成されている。FPC3の各折り曲げ部30A、30Bよりも後方の部位は、共通流路部材4に対して固着されていない。
FPC3は、共通流路部材4の挿通穴42を通ってヘッドチップ1の後方に延びている。これにより、FPC3に対して外側に広げる方向の力が作用しても挿通穴42によって広がりが阻止されるので、FPC3と引き出し電極14A、14Bとの電気的接続部位の接続状態に何ら影響を及ぼすおそれはない。これはFPC3と引き出し電極14A、14Bとの電気的接続の信頼性を更に向上させる上で好ましい態様である。
共通流路部材4の内部には、ヘッドチップ1の2列のチャネル列の全てのチャネル11と連通して、各チャネル11に共通にインクを供給可能となる1つのインク流路41が形成されている。すなわち、インク流路41は、FPC3の周囲を完全に取り囲むように環状に形成されている。図1中の符号41aはインク流入口、41bはインク流出口である。
共通流路部材4は、ヘッドチップ1の後方に折り曲げられたFPC3よりも外側に配置されているので、FPC3は共通流路部材4のインク流路41からは完全に隔離されている。これにより、FPC3の配線32A、32Bがインクと直に接触することによるトラブル(断線、腐食、短絡等)のおそれがないと共に、FPC3の後方の空間Sを何ら邪魔することはない。
共通流路部材4は、ヘッドチップ1の後面1bと接合される面の最外周の大きさが、該後面1bの外周と同じ大きさとなっており、ヘッドチップ1の側方に張り出していない。従って、FPC3が側方に張り出していないことと相俟って、インクジェットヘッドH1を更にコンパクトにすることができる。
このインクジェットヘッドH1は、ヘッドチップ1の後面1bに形成された引き出し電極14A、14BにFPC3の配線32A、32Bを直接的に電気的接続しているため、電気的接続の信頼性が高い。FPC3の電気的接続部位の後方には空間Sを有し、従来の引き出し部材や発泡樹脂材料等のようなFPC3の電気的接続部位の後方を埋める別途の部材が存在しないため、それだけ低コスト化を図ることができる。しかも、従来の引き出し部材や発泡樹脂材料を用いる場合のように、熱膨張率の相違に起因してFPC3に負荷が掛かるようなこともないため、電気的接続の信頼性を更に高めることができる。FPC3の電気的接続部位の後方の空間Sは、ヘッドチップ1の放熱を高める観点からも有効である。
また、本実施形態のようにFPC3と共通流路部材4とが固着されないようにすることで、FPC3と共通流路部材4との間でも、熱膨張率の相違に起因して剥離等が生じるような無理な負荷がFPC3に掛かることもない。
更に、従来のようにFPC3の後方に別途の引き出し部材や発泡樹脂材料を設けていないため、詳細には後述するが、FPC3の配線32A、32Bと引き出し電極14A、14Bとの位置合わせ時、FPC3の電気的接続部位の後方から該FPC3を観察しながら容易に位置合わせを行うことができる。このためFPC3の配線32A、32Bを引き出し電極14A、14Bと直接的に電気的接続していることと相俟って、電気的接続の信頼性を更に高めることができる。
また、共通流路部材4は側方に張り出していないため、図6に示すように、このインクジェットヘッドH1を複数積層することによって、チャネル列を更に増加させることが容易に可能である。この場合、内側に配置されるチャネル列の引き出し電極14A、14Bに対しても、ヘッドチップ1の後方に延びるFPC3によって駆動回路からの駆動信号を容易に印加することができる。
図6ではインクジェットヘッドH1を2つ積層することにより、4列のチャネル列を有するインクジェットヘッドH2としたが、インクジェットヘッドH1の積層数を更に増加させることにより、6列、8列・・・というように容易にチャネル列数を増加させることができる。このようにインクジェットヘッドH1を複数積層したインクジェットヘッドH2とする場合、ノズルプレート2はインクジェットヘッドH2で1枚となるように構成してもよい。
また、本発明は、図7に示すように、1列のチャネル列のみを有するインクジェットヘッドH3とすることもできる。この場合のFPC3’は、図4に示すFPC3を接続領域34の中央で切断したうちの半分の構造のものを使用すればよい。
この場合のFPC3’も引き出し電極14との電気的接続部位の近傍から折り曲げられ、ヘッドチップ1の後方に向けて延び、電気的接続部位の後方には空間Sを有している。また、共通流路部材4は、FPC3’の折り曲げ部30よりも後方の部位を固着することなく、該FPC3’の電気的接続部位から外れた位置に、全てのチャネル11の入口を覆うように接合されており、インクジェットヘッドH1と同様の効果を有している。
なお、図7中のFPC3’に付された符号のうち、図2に示したFPC3に付された符号と同一の符号の部位は、同一の構成の部位を示している。また、図7中の符号32aは配線32の端子部である。
この1列のチャネル列を有するインクジェットヘッドH3は、図8に示すように、偶数列(2列、4列・・・)のチャネル列を有するインクジェットヘッドH1と積層することによって、奇数列(3列、5列・・・)のチャネル列を有するインクジェットヘッドH4を容易に構成することができる。このように構成されるインクジェットヘッドH4も、ノズルプレート2はインクジェットヘッドH4で1枚となるように構成してもよい。
なお、図6、図8に示したように複数のインクジェットヘッドを積層する場合、共通流路部材4を積層したヘッドチップ1毎に1つずつ設けるようにする態様に限らず、複数のヘッドチップ1を積層した後の全てのチャネル列に対して共通となる1つの共通流路部材を設ける態様としてもよい。
また、インクジェットヘッドが2列以上のチャネル列を有する場合は、ヘッドチップ1の数にかかわらず、1列のチャネル列毎に独立した共通流路部材をそれぞれ設ける態様とすることもできる。このように1つのインクジェットヘッドに複数の共通流路部材を設ける場合、例えば共通流路部材毎に異なる色のインクを供給すれば、1つのインクジェットヘッドで異なる色のインクを吐出させることもできる。
図9は、インクジェットヘッドH1のFPC3に代えて別態様のFPC6を使用したインクジェットヘッドH5を示している。図2と同一符号の部位は同一構成の部位であるため、それらの説明は図2の説明を援用し、ここでは省略する。
このFPC6は、ヘッドチップ1の後面1bの引き出し電極14A、14Bに対応する配線62A、62Bをポリイミド等の可撓性を有する樹脂フィルムからなるベースフィルム61との間で挟むように、ポリイミド等の可撓性を有する樹脂フィルムからなるカバーレイ63が積層されている点でFPC3と同一であるが、カバーレイ63が引き出し電極14A、14Bとの接続領域にも形成され、更に空間S側に面するように配置されている点でFPC3とは異なっている。
このFPC6のベースフィルム61には、各引き出し電極14A、14Bに対応する部位にスルーホール61a、61aがそれぞれ貫通形成されている。配線62A、62Bの各々の一端側は、ベースフィルム61の一方の面(カバーレイ63が積層される面)からスルーホール61a、61aを介して他方の面(引き出し電極14A、14Bに対向する面)に引き出されており、ベースフィルム61の表面に沿ってそれぞれ端子部62Aa、62Baを形成している。
FPC6は、ベースフィルム61の他方の面に配置された各端子部62Aa、62Baが、対応する引き出し電極14A、14Bに電気的接続され、その電気的接続部位の近傍で折り曲げられてヘッドチップ1の後方に延びている。従って、このFPC6も、いずれのチャネル11の入口にも差し掛かっておらず、該入口を塞ぐことはない。
また、このFPC6の折り曲げ部60A、60Bにも、図2に示したFPC3のようなR(アール)を設けてもよい。しかし、各端子部62Aa、62Baを含む電気的接続部位及びその近傍もカバーレイ63で被覆されているため、必ずしもR(アール)を設けなくても、FPC6の折り曲げ部60A、60Bで配線62A、62Bに折り曲げによる負荷が掛かりにくい効果がある。
なお、この配線62A、62Bに折り曲げによる負荷が掛かりにくい効果を得るためには、カバーレイ63は、FPC6の全面に形成されていなくてもよく、少なくとも各端子部62Aa、62Baを含む電気的接続部位及びその近傍の折り曲げ部60A、60Bを覆うように形成されていればよい。
このインクジェットヘッドH5に使用したFPC6は、一方の配線62A又は62Bのみを有する半分の大きさに形成し、図7に示した1列のチャネル列を有するFPC3’に代えて使用することにより、インクジェットヘッドH3にも同様に適用できることはもちろんである。
次に、本発明に係るインクジェットヘッドの製造方法について、図10〜図16を用いて、2列のチャネル列を有するインクジェットヘッドH1を例に挙げて説明する。なお、このインクジェットヘッドH1では、図4に示したFPC3を使用したが、図9に示したFPC6を使用する場合も同様に適用できる。
まず、圧電素子を含む基板101の上面から、複数の溝を平行に研削することによって、チャネル11と駆動壁12とが交互に並設されるように形成すると共に、各チャネル11の内面全面に駆動電極13を形成する。そして、この基板101に、チャネル11の上方を塞ぐように1枚のカバー基板102を積層することにより、1枚の大判のチャネル基板100を形成する(図10(a))。
次いで、同様に形成したチャネル基板100を2枚用意し、カバー基板102が外側となるように接合して2列のチャネル列となる大判のチャネル基板200を作製する(図10(b))。
そして、この大判のチャネル基板200を、チャネル11の長さ方向と直交する方向に沿う複数のカットラインc、c・・・に沿って切断(フルカット)することにより、2列のチャネル列を有するヘッドチップ1、1・・・を作製する(図11)。各ヘッドチップ1のチャネル11の駆動長さは、カットラインc、c・・・の間隔によって調整することができる。
次いで、この2列のチャネル列を有するヘッドチップ1の後面1bに対し、図3に示したように、各チャネル11内の駆動電極13に一端が電気的に接続されるチャネル11毎の引き出し電極14A、14Bをパターン形成する(第1の工程)。
この引き出し電極14A、14Bの形成は、ドライフィルムを用いた露光・現像処理、蒸着法による金属膜の形成、金属膜形成後のドライフィルムの除去を行う公知のパターニング技術を採用することができる。
蒸着は、ヘッドチップ1の後面1bに対して方向を変えて2度行うことが好ましい。具体的には、後面1bに垂直な方向から、チャネル列の並設方向に沿う上下に各30度の方向から行うことが好ましい。これにより、各引き出し電極14A、14Bと各チャネル11内の駆動電極13との電気的接続を確実にすることができる。
また、引き出し電極14A、14Bの形成は、蒸着法に代えてスパッタリング法によって行ってもよい。スパッタリング法は、飛来する金属粒子の方向がランダムなため、特に方向を変えなくてもチャネル22の内部まで金属膜を形成できるので好適である。
この他、引き出し電極14A、14Bを無電解めっき法によって形成することもできる。
次いで、ヘッドチップ1の後面2bに引き出し電極14A、14Bを覆うようにACP5を塗布し、FPC3の接続領域34を重ね合わせる(図12)。
FPC3には、図4に示したように、予めベースフィルム31上に配線32A、32Bが形成され、これら配線32A、32Bをベースフィルム31との間で挟むようにカバーレイ33が積層されている。カバーレイ33は接続領域34には設けられておらず、この接続領域34に、各配線32A、32Bの端子部32Aa、32Baが露出している。FPC3は、これら端子部32Aa、32Baがヘッドチップ1の後面1bに対向するように配置されて重ね合される。
ヘッドチップ1の後面1bにFPC3を重ね合わせた後、ヘッドチップ1の後方からFPC3を観察することにより、引き出し電極14A、14BとFPC3に設けられている配線32A、32Bとの位置合わせを行う(第2の工程、図13)。
図13中の符号300は、位置合わせ時にFPC3を後方から観察するためのカメラである。本発明では、ヘッドチップ1の後面1bに対してFPC3を接合するために従来用いられていた引き出し部材や発泡樹脂材料を使用しておらず、また、溝を形成してその溝内にFPCを挿入する構成でもないため、位置合わせ時にFPC3の後方には何も存在しない広い空間を確保でき、このようにカメラ300を使用してFPC3を後方から容易に観察することができる。
カメラ300は、FPC3のベースフィルム31を透過して、接続領域34内の配線32A、32Bと引き出し電極14A、14Bとを撮影可能であり、不図示のモニタ画面に像を投影する。作業者は、このモニタ画面を観察することにより、FPC3の位置合わせを容易且つ確実に行うことができる。これにより、FPC3の配線32A、32Bと引き出し電極14A、14Bとの電気的接続の信頼性を向上させることができる。
FPC3の位置合わせが完了したら、FPC3の配線32A、32Bと引き出し電極14A、14Bとを圧着させる(第3の工程、図14)。
図14中の符号400は、この圧着時に好ましく使用される圧着治具である。圧着治具400は、厚みがヘッドチップ1のチャネル列間の間隔よりも薄い板状部材によって形成されている。FPC3と当接して圧着する圧着治具400の先端は、平坦に形成された先端面401となっており、この先端面401に隣接する側面402、402は、ヘッドチップ1の後方に向けて延びるように、ヘッドチップ1の後面1bに垂直な面で構成されている。圧着治具400は、先端面401をFPC3の接続領域34の背面側から所定の圧力で押し当てることにより、配線32A、32Bの端子部32Aa、32Baを引き出し電極14A、14Bに圧着させる。
圧着治具400によってFPC3をヘッドチップ1の後面1bに圧着させた後、その圧着状態を保ったまま、FPC3の両端部を引き出し電極14A、14Bとの電気的接続部位の近傍のカバーレイ33のない部位から、圧着治具400の側面402、402に沿わせて、ヘッドチップ1の後方に延びるように折り曲げる(第4の工程)。
この圧着治具400の先端面401の両角部401a、401aは丸め加工されることによってR(アール)が設けられている。これによりFPC3を圧着治具400の側面402、402に沿って折り曲げた際、その折り曲げ部30A、30B(図2参照)が鋭角になることなく、容易にRを形成することができる。
ヘッドチップ1の後面1bとFPC3との間のACP5が十分な量で塗布されれば、圧着治具400を用いた圧着、接合時、図2に示すように、ACP5はFPC3の折り曲げ部30A、30Bの外側にも回り込むことで、該部位にフィレット5a、5aを形成することができる。しかし、ACP5の塗布量が少ない等の理由によってフィレット5a、5aの形成が不十分となる場合は、図15に示すように、FPC3を折り曲げた後または後述するように圧着治具400を取り除いた後に、折り曲げ部30A、30Bの外側にディスペンサー500等を用いて、ACPやエポキシ接着剤等の追加の接着剤を塗布することによってフィレット5aを形成することが好ましい。
FPC3の折り曲げが完了し、ACP5(接着剤)が硬化した後(接合完了後)、圧着治具400を取り除く。これにより、FPC3における引き出し電極14A、14Bとの電気的接続部位の後方には、何も存在しない空間Sが形成される。このため、従来の引き出し部材や発泡樹脂材料を用いる場合のように、FPC3との熱膨張率の相違に起因して、FPC3に負荷が掛かるようなことはない。
次いで、予め挿通穴42を有する形状に形成しておいた共通流路部材4を、FPC3と引き出し電極14A、14Bとの電気的接続部位から外れたヘッドチップ1の後面1bに接合する(第5の工程、図16)。
すなわち、ヘッドチップ1の後方に延びるように接合されたFPC3の両端部を、共通流路部材4の挿通穴42に挿通させ、各チャネル列の全てのチャネル11の入口がインク流路41で被覆されるように、共通流路部材4をヘッドチップ1の後面1bにエポキシ系接着剤等を用いて接合する。FPC3は共通流路部材4の挿通穴42に挿通するだけであり、挿通穴42の内面とは何ら固着されないと共に、FPC3の後方の空間Sが塞がれることもない。
ノズルプレート2は、図16に示すように、ここでヘッドチップ1の前面1aに接合されるようにしたが、チャネル基板200からヘッドチップ1を切り出した後で、FPC3を重ね合わせる前に接合してもよい。
以上により、ヘッドチップ1の後面1bの引き出し電極14A、14Bに容易にFPC3を直接的に電気的接続することができる2列のチャネル列を有するコンパクトなインクジェットヘッドH1を構成することができる。FPC3の電気的接続は、引き出し電極14A、14Bに対して直接的に行っていると共に、引き出し電極14A、14Bとの位置合わせも容易であるため、信頼性の高い電気的接続を行うことができる。
チャネル列を増加する場合は、このインクジェットヘッドH1を複数積層すればよい。このとき、共通流路部材を全てのチャネル列で共通とする場合、FPC3を接合した後で、共通流路部材4を接合する前のヘッドチップ1を複数積層した後、各FPC3をそれぞれ個別に挿通することのできる挿通穴と、内部に全てのチャネル列で共通のインク流路を有する1つの共通流路部材を接合すればよい。
また、図10(a)に示すチャネル基板100からヘッドチップ1を切り出し、そのヘッドチップ1に一方の配線32のみを有するFPC3’を接合すれば、図7に示した1列のチャネル列を有するインクジェットヘッドH3も同様にして形成することができる。
1:ヘッドチップ
1a:前面
1b:後面
11:チャネル
11a:壁面
12:駆動壁
13:駆動電極
14、14A、14B:引き出し電極
2:ノズルプレート
21:ノズル
3、3’:FPC
30、30A、30B:折り曲げ部
31:ベースフィルム
32、32A、32B:配線
32a、32Aa、32Ba:端子部
321:銅箔
322:金めっき
33:カバーレイ
34:接続領域
4:共通流路部材
41:インク流路
41a:インク流入口
41b:インク流出口
42:挿通穴
5:ACP
5a:フィレット
6:FPC
60A、60B:折り曲げ部
61:ベースフィルム
61a:スルーホール
62A、62B:配線
62Aa、62Ba:端子部
63:カバーレイ
100:チャネル基板
101:基板
102:カバー基板
200:大判のチャネル基板
300:カメラ
400:圧着治具
401:先端面
401a:角部
402:側面
500:ディスペンサー
H1、H2、H3、H4、H5:インクジェットヘッド
S:空間
c:カットライン

Claims (22)

  1. 圧電素子を含む駆動壁とチャネルとが交互に並設されたチャネル列を有すると共に前面及び後面にそれぞれ前記チャネルの出口と入口とが配置され、前記チャネル内に臨む前記駆動壁の壁面に駆動電極が形成されてなるヘッドチップを有するインクジェットヘッドにおいて、
    前記ヘッドチップの後面に、前記チャネル内の前記駆動電極と電気的に接続された引き出し電極が前記チャネル毎に形成されていると共に、前記引き出し電極にFPCの配線が電気的に接続されており、
    前記FPCは、溝が形成されていない前記後面に形成された前記引き出し電極と前記配線との電気的接続部位の近傍から折り曲げられて前記ヘッドチップの後方に延びていると共に、前記電気的接続部位の後方に空間を有していることを特徴とするインクジェットヘッド。
  2. 前記ヘッドチップの後面の前記電気的接続部位から外れた部位に、前記チャネル列の前記チャネルに共通のインク流路を形成する共通流路部材が接合されてい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。
  3. 前記FPCは、前記共通流路部材に固着されていないことを特徴とする請求項2記載のインクジェットヘッド。
  4. 前記チャネル列は複数並設されており、
    前記FPCは、隣り合う2列の前記チャネル列の間から前記ヘッドチップの後方に延びていることを特徴とする請求項1、2又は3記載のインクジェットヘッド。
  5. 隣り合う2列の前記チャネル列の前記引き出し電極と電気的に接続される配線が、1枚の前記FPCに形成されていることを特徴とする請求項4記載のインクジェットヘッド。
  6. 一方の前記チャネル列の前記引き出し電極と電気的に接続される配線と、他方の前記チャネル列の前記引き出し電極と電気的に接続される配線とが、前記FPCの中程に配置された前記電気的接続部位から前記電気的接続部位の近傍の折り曲げ部を経由して互いに前記FPCの反対端部に向けて延びるように配列され、該FPCの両端部がそれぞれ前記ヘッドチップの後方に延びていることを特徴とする請求項5記載インクジェットヘッド。
  7. 前記FPCは、前記電気的接続部位を除いてカバーレイが設けられており、前記電気的接続部位の近傍の前記カバーレイのない部位で折り曲げられ、折り曲げ部にRが設けられていることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
  8. 前記FPCの前記配線は、前記引き出し電極と電気的に接続される端子部表面が、銅箔の表面にNiによる下地処理を施すことなく金めっき処理されていることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
  9. 前記銅箔は、圧延銅箔であることを特徴とする請求項8記載のインクジェットヘッド。
  10. 前記FPCは、ベースフィルムにスルーホールが形成され、配線が前記ベースフィルムの一方の面から前記スルーホールを介して他方の面に引き出され、該他方の面において前記引き出し電極と電気的に接続されており、前記一方の面には少なくとも前記電気的接続部位及びその近傍の折り曲げ部を覆うようにカバーレイが設けられていることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
  11. 前記FPCは、ACF又はACPによって前記引き出し電極と電気的に接続されていることを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
  12. 前記FPCの折り曲げ部の外側と前記ヘッドチップの後面とに亘って、接着剤によるフィレットが形成されていることを特徴とする請求項1〜11のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
  13. 前記共通流路部材は、前記FPCを取り囲むように設けられていることを特徴とする請求項2又は3に記載のインクジェットヘッド。
  14. 前記溝が形成されていない前記後面は、前記前面に対向していることを特徴とする請求項1〜13のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
  15. 前記FPCにおける前記ヘッドチップの後方に延びている部位には、他の部材が固着されていないことを特徴とする請求項1〜14のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
  16. 前記空間は、前記電気的接続部位に隣接して形成されていることを特徴とする請求項1〜15のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
  17. 圧電素子を含む駆動壁とチャネルとが交互に並設されたチャネル列を有すると共に前面及び後面にそれぞれ前記チャネルの出口と入口とが配置され、前記チャネル内に臨む前記駆動壁の壁面に駆動電極が形成されてなるヘッドチップを用意し、該ヘッドチップの後面に、前記チャネル内の前記駆動電極と電気的に接続された該チャネル毎の引き出し電極を形成する第1の工程と、
    前記ヘッドチップの後面にFPCを重ね、前記ヘッドチップの後方から該FPCを観察することにより、前記引き出し電極と前記FPCに設けられている配線との位置合わせを行う第2の工程と、
    位置合わせされた前記FPCの前記配線と前記引き出し電極とを圧着する第3の工程と、
    前記FPCを、前記引き出し電極との電気的接続部位の近傍から前記ヘッドチップの後方に延びるように折り曲げる第4の工程とを、この順に有することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
  18. 前記第4の工程の後に、前記チャネル列の前記チャネルに共通のインク流路を形成する共通流路部材を、前記電気的接続部位から外れた前記ヘッドチップの後面に接合する第5の工程を有することを特徴とする請求項17記載のインクジェットヘッドの製造方法。
  19. 前記第3の工程において、前記FPCの背面側から前記電気的接続部位を、圧着治具の先端面を押し当てて圧着することを特徴とする請求項17又は18記載のインクジェットヘッドの製造方法。
  20. 前記圧着治具は、前記先端面に隣接して、前記ヘッドチップの後方に向けて延びる側面を有し、
    前記第4の工程において、前記圧着治具の前記側面に沿って前記FPCを前記ヘッドチップの後方に延びるように折り曲げた後、前記圧着治具を取り除くことを特徴とする請求項19記載のインクジェットヘッドの製造方法。
  21. 前記第2の工程において、前記ヘッドチップの後面に前記引き出し電極を覆うようにACF又はACPを設けた後、前記FPCを重ねることを特徴とする請求項17〜20のいずれかに記載のインクジェットヘッドの製造方法。
  22. 前記第4の工程において、前記FPCを折り曲げた後、折り曲げ部の外側と前記ヘッドチップの後面とに亘って、接着剤によるフィレットを形成することを特徴とする請求項17〜21のいずれかに記載のインクジェットヘッドの製造方法。
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