JPH05104711A - インクジエツトヘツド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧電素子の電気的接続とシーリングが同時に
行えるインクジェットヘッドに関し、組み立てが容易で
電気的接続の信頼性を確保できるインクリジェットヘッ
ドとその製造方法を提供することを目的とする。 【構成】 ノズル10及び圧力室９を持つ複数のインク供
給通路11を有するヘッドベース14と、各圧力室９に対向
する複数の圧電素子15とを備え、圧電素子15に選択的に
電圧を印加し圧力室９に圧力を加えてノズル10からイン
クを射出するヘッドとその製造方法であって、片側の圧
電素子15が嵌入する複数の貫通孔21を有し、弾性と熱融
着性を持つ材料で圧電素子15より僅か厚く形成したシー
ト部材20と、各圧電素子15にはんだ層を有する回路パタ
ーン17を対向させてシート部材20の外側に配置したＦＰ
Ｃ16とを備え、シート部材20の加熱で回路パターン17と
圧電素子15をはんだ溶接し、シート部材20とＦＰＣ16及
びヘッドベース14を融着させる構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクジェットプリン
タのインクジェットヘッド及びその製造方法に係り、特
に圧電素子の電気的接続とシーリングを同時に行うこと
ができる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。

【０００２】近来、印字媒体にインクの微小粒子を直接
吹きつけて記録するインクジェットプリンタが、印字媒
体に対する制限がなく、且つ高速印字、低騒音であり、
カラー化が容易であることから急速に普及しつつある。

【０００３】このインクジェットプリンタのインクジェ
ットヘッドの圧電素子に駆動信号を送るフレキシブルプ
リント基板の配線と圧電素子の電気的接続方法として、
圧接やはんだ付けによる方法があったが、圧接の場合は
各圧電素子に対して接触圧力が不均一になって信頼性が
低下し、またはんだ付けの場合は防湿のためにシーリン
グの必要があって組み立ての作業性が悪いので、組み立
てが容易で電気的接続の信頼性を確保できる方法が望ま
れている。

【０００４】

【従来の技術】図６にインクジェットプリンタの概要を
示す。図に示すように、インクジェットヘッド(以下印
字ヘッドという)１を搭載したキャリア２にガイドシャ
フト３が嵌合し、又キャリア２に送りねじ４が螺合し、
送りねじ４は図示省略したモータに連結されている。キ
ャリア２はプラテン５の前面に配置され、モータの正逆
回転により送りねじ４によってプラテン５に平行に矢印
Ａ，Ｂ方向に移動する。

【０００５】印字ヘッド１はプラテン５に所定の間隙を
介して対向し、先端に配列した複数のノズル（図７に示
すノズル10₁,10₂,─) を有している。従ってキャリア２
が移動しながら、印字ヘッド１のノズル10₁,10₂,─ (例
えば12個ずつ２列で24個) からインク６を選択的に射出
して印字用紙７にマトリックスドットによって印字が形
成される。印字用紙７は図示していない移動機構の駆動
及びプラテン５の回転によって矢印Ｃ方向に行送りされ
る。

【０００６】図７に印字ヘッド１の内部を示す。図に示
すように、共通インク室８から分岐し、中間位置に圧力
室9₁,9₂,─が設けられ、先端にノズル10₁,10₂,─を有す
るノズル部10ａを形成した１列で12個のインク供給通路
11₁,11₂,─がプレート12に形成されている。

【０００７】このインク供給通路11₁,11₂,─が２列にな
るように、プレート12とブランクのプレート (図８に示
すブランク13a,13b)を交互に積層して例えば拡散溶接に
よって固着してヘッドベース14ａが形成されている。

【０００８】このヘッドベース14ａの２列の圧力室9₁,9
₂,─に対向してブランクの外側に、夫々図示していない
複数の分極処理（例えば温度 200Ｃ^O で１分間）された
圧電素子 (図８に示す圧電素子15₁,15₂,─) が配置さ
れ、圧電素子に駆動信号を送る配線が接続されて印字ヘ
ッド１が構成される。

【０００９】従って圧電素子に選択的に電圧を印加させ
て振動させることによって上記のようにノズル10₁,10₂,
─からインク６の粒子を射出する。ここにおいて、圧電
素子に電圧を印加する駆動信号を送るフレキシブルプリ
ント基板（以下ＦＰＣという) と圧電素子の電気的接続
方法の構成を図８によって説明する。

【００１０】図８（一部破断した断面図）に示すよう
に、プレート12とブランク13a,13b で形成されたヘッド
ベース14ａ (例えば厚さ約1.5mm)の左右の外側に配置さ
れた圧電素子15₁,15₂,─に、ＦＰＣ16a,16b の回路パタ
ーン17_1,17₂,─が接触し、例えばゴムで形成された弾性
体18a,18b によってＦＰＣ16a,16b の背面から押圧し
て、圧電素子14₁,14₂,─に回路パターン17_1,17₂,─を圧
接させている。 また弾性体18a,18b の外側が合成樹脂
材で形成されたカバー19a,19b で覆われている。

【００１１】また他の方法として、図示していないが、
ＦＰＣ16a,16bの回路パターン17_1,17₂,─から引き出し
たリードを圧電素子15₁,15₂,─にはんだ付けし、間隙に
シリコーンゴムを充填する方法がある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記従来方法によれ
ば、 圧接による場合には、ＦＰＣの回路パターンが各圧電
素子に接する圧力が不均一になって信頼性が低く、また
部品点数も多くなり、外側のカバーを樹脂等で構成する
と経時的に撓みを生じて接続が一層不安定になる。

【００１３】はんだ付けによる場合には、湿度の影響
を防止するためにシリコーンゴム等によりシーリングを
する必要があって組み立ての作業性を阻害している。と
いう問題点がある。

【００１４】本発明は、組み立てが容易で電気的接続の
信頼性を確保することができるインクリジェットヘッド
及びその製造方法を提供することを目的としている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】

１）請求項１に対応する手段 図１は本発明の請求項１に対応する原理図である。

【００１６】図１(a) 及び(b) において、９は圧力室、
10はノズル、17は回路パターン、11はヘッドベース14に
設けられ、先端にノズル10を形成し、ノズル10の手前に
圧力室９を有するインク供給通路、14は複数のインク供
給通路11を有するヘッドベース、15はヘッドベース14の
外側の複数の圧力室９に対向する位置に夫々配置され、
圧力室９に圧力を加えてノズル10からインクの粒子を射
出させるために選択的に電圧が印加される複数の圧電素
子、20はヘッドベース14の外側に設けられ、片側の全て
の圧電素子15が夫々嵌入する複数の貫通孔21を有し、弾
性及び熱融着性を有する材料で圧電素子15の厚さより僅
か厚く形成されたシート部材、16はシート部材20の外側
に接触して設けられ、複数の圧電素子15に表面にはんだ
層を有する回路パターン17が接触するフレキシブルプリ
ント基板（ＦＰＣ）である。

【００１７】従って、回路パターン17及び圧電素子15の
接触面がはんだ溶接され、シート部材20及びＦＰＣ16の
接触面が融着した構成である。 ２）請求項２に対応する手段 図２は本発明の請求項２に対応する原理図である。

【００１８】図２(a) 〜(c) において、９は圧力室、10
はノズル、17は回路パターン、11はヘッドベース14に設
けられ、先端にノズル10を形成し、ノズル10の手前に圧
力室９を有するインク供給通路、14は複数のインク供給
通路11を有するヘッドベース、15はヘッドベース14の外
側の複数の圧力室９に対向する位置に夫々配置され、圧
力室９に圧力を加えてノズル10からインクの粒子を射出
させるために選択的に電圧が印加される複数の圧電素
子、20はヘッドベース14の片側の全ての圧電素子15が夫
々嵌入する複数の貫通孔21を有し、弾性及び熱融着性を
有する材料で圧電素子15の厚さより僅か厚く形成された
シート部材、16は複数の圧電素子15に対向する位置に表
面にはんだ層を有する回路パターン17を有するフレキシ
ブルプリント基板（ＦＰＣ）である。

【００１９】従って、シート部材20を複数の圧電素子15
に夫々複数の貫通孔21を嵌入させてヘッドベース14の外
側に配置し、ＦＰＣ16を圧電素子15に回路パターン17を
対向させてシート部材20の外側に配置し、ＦＰＣ16を加
熱して、回路パターン17及び圧電素子素子15の接触面を
はんだ溶接し、シート部材20とＦＰＣ16及びヘッドベー
ス14の夫々の接触面を融着させるように構成されてい
る。

【００２０】

【作用】

１）請求項１に対応する作用 シート部材20の夫々の貫通孔21が対応する圧電素子15に
嵌入してヘッドベース14の外側に配置され、ヘッドベー
ス14の外側にＦＰＣ16を回路パターン17のはんだ層が各
圧電素子15に対向して配置され、回路パターン及び圧電
素子15の面がはんだ溶接し、シート部材20とＦＰＣ16及
びヘッドベース14の接触面が融着されており、ＦＰＣ16
及び圧電素子15の電気的接続と、圧電素子15の周辺のシ
ート部材20によるシーリングを同時に行うことができて
組み立ての作業性が向上し、電気的接続の信頼性が高
く、且つ部品点数の少ないインクジェットヘッドを得る
ことができる。 ２）請求項２に対応する作用 シート部材20の夫々複数の貫通孔21に各圧電素子15を嵌
入してヘッドベース14の外側に配置し、ＦＰＣ16を圧電
素子素子15に回路パターン17を対向させてシート部材20
の外側に配置し、ＦＰＣ16を加熱して、回路パターン17
及び圧電素子素子15の接触面をはんだ溶接し、シート部
材20とＦＰＣ16及びヘッドベース14の夫々の接触面を融
着させることにより、ＦＰＣ16と圧電素子15の電気的接
続と、圧電素子15の周辺のシーリングを同時に行うこと
ができて組み立ての作業性が向上し、電気的接続の信頼
性が高く、且つ部品点数の少ないインクジェットヘッド
を得ることができる。

【００２１】

【実施例】

１）請求項１に対応する実施例 図３により本発明の請求項１に対応する一実施例を説明
する。図８と同一符号は同一対象物を示す。

【００２２】図３に示すように、ヘッドベース14ａの２
列の圧力室9₁,9₂,─に対向して左右のブランク13a,13c
の外側に夫々複数の圧電素子15₁,15₂,─が配置され、圧
電素子15₁,15₂,─の周辺がシート部材20a,20b でシーリ
ングされている。また圧電素子15₁,15₂,─の上面には低
温はんだのメッキ層が形成されている。

【００２３】シート部材20ａは、圧電素子15₁,15₂,─が
嵌入する貫通孔21₁,21₂,─を有し、圧電素子15₁,15₂,─
の厚さより僅か厚い寸法（例えば0.2 mm) の、弾性及び
熱融着性を有する材料、例えばポリエチレンシートで形
成されている。

【００２４】またシート部材20a,20b の外側に夫々対応
してＦＰＣ16a,16b が配置されており、ＦＰＣ16a,16b
は、表面に低温はんだのメッキ層が形成された回路パタ
ーン17₁,17₂,─が圧電素子15₁,15₂,─に対向して位置決
めされている。またＦＰＣ16a,16b の面はシート部材20
a,20bに接触している。

【００２５】このような構成を有するので、ＦＰＣ16a,
16b をシート部材20a,20b 及び圧電素子15₁,15₂,─に僅
か押圧しながら所定時間 (例えば５秒）で加熱すると、
圧電素子15₁,15₂,─と回路パターン17₁,17₂,─がはんだ
溶接され、シート部材20a,20b が夫々接触したＦＰＣ16
a,16b 及びヘッドベース14ａに融着される。

【００２６】従って、圧電素子15₁,15₂,─と回路パター
ン17₁,17₂,─がはんだで接続され、且つ圧電素子15₁,15
₂,─の周辺のシーリングにより湿度を防止することがで
きるので、電気的接続の信頼性が高められる。

【００２７】また圧電素子15₁,15₂,─と回路パターン17
₁,17₂,─の電気的接続を、圧電素子15₁,15₂,─の周辺の
シーリングと同時に行うことができて組み立ての作業性
が向上し、部品点数も減少してコストの改善を図ること
ができる。 ２）請求項２に対応する実施例 図４及び図５により本発明の請求項２に対応する一実施
例を説明する。全図を通じて同一符号は同一対象物を示
す。

【００２８】図４(a) に示すように、組み立て治具（以
下治具という)22 の左端に、各部品の基準面を有し、治
具22に着脱自在に装着されたホルダー23が設けられ、治
具22の右端に、治具22の上面に着脱自在に装着され、水
平方向にスライドして組み立てられた部材を押さえるホ
ルダー24が設けられている。また治具22の右端にはスト
ッパ25が形成されている。

【００２９】ホルダー23には基準面ａ〜ｃ, 突出部26a,
26b 及把手27が設けられ、ホルダー24には押え面ｄ〜
ｆ,突出部28a,28b 及び把手29が設けられている。まず
図示のごとく、治具22のホルダー24を右端のストッパ25
まで逃げておき、ホルダー23の基準面ａにＦＰＣ16ａの
左端を突き当ててセットし、次にその上にシート部材20
ａを同様に基準面ａに突き当ててセットする。この時、
ＦＰＣ16ａの回路パターン17₁,17₂,─の位置にシート部
材20ａの貫通孔21₁,21₂,─が夫々対向している。

【００３０】次に図４(b) に示すように、圧電素子15₁,
15₂,─が取り付けられたヘッドベース14ａを左端をホル
ダー23の基準面ｂに突当てて、圧電素子15₁,15₂,─を貫
通孔21₁,21₂,─に嵌入させてシート部材20ａの上にセッ
トする。

【００３１】次いで図４(c) に示すように、左端をホル
ダー22の基準面ｃに突き当ててヘッドベース14ａの上に
圧電素子15₁,15₂,─を貫通孔21₁,21₂,─に嵌入させてシ
ート部材20ｂをセットする。更にシート部材20ｂの上に
同様にホルダー23の基準面ｃにＦＰＣ16ｂの左端を突き
当ててセットする。この時、ＦＰＣ16ｂの回路パターン
17₁,17₂,─は圧電素子15₁,15₂,─に対向している。

【００３２】この状態で左端は最下のＦＰＣ16ａから最
上のＦＰＣ16ｂまでが突起部26a,26b によって押さえら
れている。そして右端のホルダー23を矢印Ａ方向に移動
させて、面ｄ〜ｆ及び突出部27a,27ｂで最下のＦＰＣ16
ａから最上のＦＰＣ16ｂまでを押さえる。

【００３３】このように両端をホルダー23,24 で押さえ
たまま、把手27,29 で持ち上げて治具22から外して、図
５(d) に示すような姿勢で、電熱板30a,30b で両側から
ＦＰＣ16a,16b を挟んで僅か押圧しながら所定時間（例
えば５秒）加熱する。すると回路パターン17₁,17₂,─と
圧電素子15₁,15₂,─がはんだ溶接され、シート部材20a,
20b とＦＰＣ16a,16b 及びヘッドベース14ａが夫々融着
される。

【００３４】このようにして、回路パターン17₁,17₂,─
と圧電素子15₁,15₂,─の電気的接続、及びシート部材20
a,20b とＦＰＣ16a,16b 及びヘッドベース14ａの融着を
同時に行うことができ、また圧電素子15₁,15₂,─の周辺
がシート部材20a,20b でシーリングされるので、電気的
接続の信頼性が高められ、且つ組み立ての作業性が向上
し、部品点数も減少してコストの改善を図ることができ
る。

【００３５】上記例において、必要時、即ち、加熱によ
って圧電素子15₁,15₂,─の分極が消去される場合には、
例えば温度 200Ｃ^O で１分間の再分極処理が行われる。
また上記例では、ノズル10₁,10₂,─が２列の場合、即
ち、ヘッドベース14ａの両側に圧電素子15₁,15₂,─が配
置されて、シート部材20a,20b 及びＦＰＣ16a,16b でシ
ーリング及び接続を行った場合を説明したが、ノズル10
₁,10₂,─が１列の場合、即ち、ヘッドベースの片側だけ
に圧電素子15₁,15₂,─が配置された場合でも適用するこ
とができる。

【００３６】この場合には、片側の圧電素子15₁,15₂,─
に対して、例えばシート部材20ａ及びＦＰＣ16ａでシー
リング及び接続を行うことになる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ヘ
ッドベースの外側に設けられ、片側の全ての圧電素子が
夫々嵌入する複数の貫通孔を有し、弾性及び熱融着性を
有する材料で圧電素子の厚さより僅か厚く形成されたシ
ート部材と、シート部材の外側に複数の圧電素子に表面
にはんだ層を有する回路パターンを対向させて配置した
ＦＰＣとを備えて、ＦＰＣの加熱によって回路パターン
と圧電素子が接触面ではんだ溶接され、同時にシート部
材とＦＰＣ及びヘッドベースの接触面が融着されるの
で、圧電素子の周辺がシート部材でシーリングされて、
電気的接続の信頼性が高められ、また圧電素子及び回路
パターンの電気的接続と圧電素子の周辺のシーリングと
を同時に行うことができて組み立ての作業性が向上し、
部品点数も減少してコストの改善を図ることができると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の請求項１に対応する原理図

【図２】 本発明の請求項２に対応する原理図

【図３】 本発明の請求項１に対応する実施例を示す断
面図

【図４】 本発明の請求項２に対応する実施例を示す工
程図（その１）

【図５】 本発明の請求項２に対応する実施例を示す工
程図（その２）

【図６】 インクジェットプリンタの概要を示す斜視図

【図７】 印字ヘッドの内部構成図

【図８】 従来例を示すＡ−Ａ′線に沿う断面図

【符号の説明】

９,9₁,9₂は圧力室、 10,10₁,10₂はノズル、11,1
1₁,11₂はインク供給通路、 14,14aは
ヘッドベース、15,15₁,15₂は圧電素子、 16,16a,16bは
フレキシブルプリント基板(ＦＰＣ)、17,17₁,17₂は回路
パターン、 20,20a,20bはシート部
材、21,21₁,21₂は貫通孔、 22は治具、
23,24 はホルダー、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川名 千佳子 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 河本 修治 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端にノズル(10)を形成し、該ノズル(1
   0)の手前に圧力室(9) が設けられた複数のインク供給通
   路(11)を有するヘッドベース(14)と、 該ヘッドベース(14)の外側の該複数の該圧力室(9) に対
   向する位置に夫々配置された複数の圧電素子(15)とを備
   え、 該圧電素子(15)に選択的に電圧を印加して該圧力室(9)
   に圧力を加えることにより該ノズル部(10)からインクの
   粒子を射出させるインクジェットヘッドであって、 前記ヘッドベース(14)の外側に設けられ、片側の全ての
   前記圧電素子(15)が夫々嵌入する複数の貫通孔(21)を有
   し、弾性及び熱融着性を有する材料で該圧電素子(15)の
   厚さより僅か厚く形成されたシート部材(20)と、 該シート部材(20)の外側に接触して設けられ、該複数の
   圧電素子(15)に表面にはんだ層を有する回路パターン(1
   7)が接触するフレキシブルプリント基板(16)とを備え、 該回路パターン(17)及び該圧電素子(15)の接触面がはん
   だ溶接され、該シート部材(20)と該フレキシブルプリン
   ト基板(16)及び該ヘッドベース(14)の接触面が融着した
   構成を有することを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 【請求項２】 先端にノズル(10)を形成し、該ノズル(1
   0)の手前に圧力室(9) が設けられた複数のインク供給通
   路(11)を有するヘッドベース(14)と、 該ヘッドベース(14)の外側の該複数の該圧力室(9) に対
   向する位置に夫々配置された複数の圧電素子(15)とを備
   え、 該圧電素子(15)に選択的に電圧を印加して該圧力室(9)
   に圧力を加えることにより該ノズル部(10)からインクの
   粒子を射出させるインクジェットヘッドの製造方法であ
   って、 前記ヘッドベース(14)の片側の全ての前記圧電素子(15)
   が夫々嵌入する複数の貫通孔(21)を有し、弾性及び熱融
   着性を有する材料で該圧電素子(15)の厚さより僅か厚く
   に形成されたシート部材(20)、及び 該複数の圧電素子(15)に対向する位置に表面にはんだ層
   を有する回路パターン(17)を有するフレキシブルプリン
   ト基板(16)とを設け、 該シート部材(20)を該複数の圧電素子(15)に夫々該複数
   の貫通孔(21)を嵌入させて該ヘッドベース(14)の外側に
   配置し、 該フレキシブルプリント基板(16)を該圧電素子素子(15)
   に該回路パターン(17)を対向させて該シート部材(20)の
   外側に配置し、 該フレキシブルプリント基板(16)を加熱して、該回路パ
   ターン(17)と該圧電素子素子(15)の接触面をはんだ溶接
   し、該シート部材(20)と該フレキシブルプリント基板(1
   6)及び該ヘッドベース(14)の接触面を融着させることを
   特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。