JPH11105277A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造コストが高く、電気的信頼性が十分でな
い。 【解決手段】 エネルギー発生手段１２の圧電素子１７
の保持部１８上に形成されている個別電極側の端面電極
２３にＦＰＣ５３を直接接続した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はインクジェットヘッ
ドに関し、特に電気機械変換素子のｄ３３方向の変位を
用いてインク滴を吐出させるインクジェットヘッドに関
する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、プリンタ、ファクシミリ、複写
装置等の画像形成装置として用いるインクジェット記録
装置において用いるインクジェットヘッドとして、イン
ク滴を吐出する複数のノズルと、各ノズルが連通するイ
ンク液室と、各インク液室内のインクを加圧してノズル
からインク滴を吐出させるためのエネルギーを発生する
圧電素子等の電気機械変換素子とを備え、この電気機械
変換素子を印字データに応じて駆動することで所要のノ
ズルからインク滴を吐出させて画像を記録する。

【０００３】このようなインクジェットヘッドにおい
て、電気機械変換素子として例えば積層型圧電素子を用
いてこの積層型圧電素子のｄ３３方向の変位を利用する
（特開平３−７３３４７号公報参照）ようなヘッドの場
合に、高集積化が進むに従って圧電素子の端面電極と圧
電素子を駆動する駆動用ＩＣとの電気的接続を確実に行
うことが要求される。

【０００４】そこで、例えば特開平８−３１８６２５号
公報に記載されているように、複数の圧電素子を接合し
た基板上に電極を形成し、圧電素子の端面電極（積層方
向と平行な面に形成される電極）と基板上の電極とを銀
ペースト等の導電性接着剤で接続した上、基板上の電極
にフレキシブルプリントケーブル（ＦＰＣ）を接続し
て、圧電素子を駆動用ＩＣと電気的に接続するようにし
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このように
圧電素子の端面電極と基板上の電極とを導電性接着剤で
接続するようにした場合、基板上への電極面の形成、導
電性接着剤の塗布作業等が必要になって製造コストが掛
かると共に、圧電素子にスリット加工を施して複数の圧
電素子及び電極に分割する工法を採用したときに、導電
性接着剤が剥離するおそれが生じる。

【０００６】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、製造コストが廉価で、しかも、電気的信頼性の高
いインクジェットヘッドを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、請求項１のインクジェットヘッドは、電気機械変換
素子のｄ３３方向の変位を用いてインク滴を吐出させる
インクジェットヘッドにおいて、前記電気機械変換素子
の個別電極となる端面電極に直接フレキシブルプリント
ケーブルを接続した構成とした。

【０００８】請求項２のインクジェットヘッドは、電気
機械変換素子のｄ３３方向の変位を用いてインク滴を吐
出させるインクジェットヘッドにおいて、前記電気機械
変換素子の共通電極となる端面電極に直接フレキシブル
プリントケーブルを接続した構成とした。

【０００９】請求項３のインクジェットヘッドは、電気
機械変換素子のｄ３３方向の変位を用いてインク滴を吐
出させるインクジェットヘッドにおいて、前記電気機械
変換素子の個別電極となる端面電極及び共通電極となる
端面電極それぞれ直接フレキシブルプリントケーブルを
接続した構成とした。

【００１０】請求項４のインクジェットヘッドは、上記
請求項１乃至３のいずれかのインクジェットヘッドにお
いて、前記電気機械変換素子は幅広の保持部に保持され
て断面形状が凸形状をなす構成とした。

【００１１】請求項５のインクジェットヘッドは、上記
請求項４のインクジェットヘッドにおいて、前記電気機
械変換素子は前記保持部に接着接合した構成とした。

【００１２】請求項６のインクジェットヘッドは、上記
請求項４のインクジェットヘッドにおいて、前記電気機
械変換素子は電気機械変換素子材料からなる保持部と一
体成形した構成とした。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面を参照して説明する。図１は本発明に係るインクジ
ェットヘッドの一例を示す分解斜視図、図２は同ヘッド
のチャンネル方向（ノズル配列方向）と直交する方向の
要部拡大断面図、図３は同ヘッドのチャンネル方向の要
部拡大断面図である。

【００１４】このインクジェットヘッドは、駆動ユニッ
ト１と、液室ユニット２と、ヘッドカバー３とを備えて
いる。駆動ユニット１は、セラミックス基板、例えばチ
タン酸バリウム、アルミナ、フォルステライトなどの絶
縁性の基板１１上に、インク滴を吐出させるためのエネ
ルギーを発生するエネルギー発生手段１２を列状に２列
配置して接合し、これら各列のエネルギー発生手段１２
の周囲を取り囲む樹脂、セラミック等からなるフレーム
部材１３を接着剤１４によって接合している。

【００１５】なお、複数のエネルギー発生手段１２は、
インクを液滴化して飛翔させるための駆動パルスが与え
られる駆動部と、２つの駆動部間に位置して、駆動パル
スが与えられずに単に液室ユニット２を基板１１に固定
する液室支柱部材となる非駆動部とを交互に構成してい
る。

【００１６】ここで、エネルギー発生手段１２は、図４
にも示すように積層型電気機械変換素子である積層型圧
電素子１７をこれより幅広の保持部１８に接着接合して
保持し、全体として断面形状が凸形状をなしている。圧
電素子１７としては１０層以上の積層型圧電素子を用い
ている。この積層型圧電素子は、例えば図２に示すよう
に、厚さ１０〜５０μｍ／１層のチタン酸ジルコン酸鉛
（ＰＺＴ）２０と、厚さ数μｍ／１層の銀・パラジュー
ム（ＡgＰd）からなる内部電極２１とを交互に積層した
ものであるが、圧電素子として用いる材料は上記に限ら
れるものでなく、その他の材料やその他の電気機械変換
素子を用いることもできる。

【００１７】そして、各圧電素子１７の積層方向と平行
な両端面にＡgＰd等からなる端面電極２２，２３（２つ
の圧電素子列の対向する面側を端面電極２２とし、対向
しない面側を端面電極２３とする。）を形成し、圧電素
子１７の内部電極２１を１層おきに左右の端面電極２
２，２３に接続している。これらの端面電極２２，２３
間に駆動電圧を与えることによって、積層方向に電界が
発生して、積層方向の伸びの変位（ｄ３３方向の変位）
が生起される。

【００１８】一方、液室ユニット２は、金属或いは樹脂
の薄膜からなる振動板３１と、ドライフィルムレジスト
（ＤＦＲ）からなる感光性樹脂層で形成した２層構造の
液室隔壁部材３２と、金属、樹脂等からなるノズルプレ
ート３３とを順次を積層し、熱融着して形成している。
これらの各部材によって、１つの圧電素子１２（駆動部
１７）と、この１つの圧電素子１２に対応するダイアフ
ラム部３４と、各ダイアフラム部３４を介して加圧され
る加圧液室３５と、この加圧液室３５の両側に位置して
加圧液室３５に供給するインクを導入する共通液室３
６，３６と、加圧液室３５と共通液室３６，３６とを連
通するインク供給路３７，３７と、加圧液室３５に連通
するノズル３８とによって１つのチャンネルを形成し、
このチャンネルを複数個２列設けている。

【００１９】振動板３１は、駆動部１７に対応する前記
ダイアフラム部３４と、非駆動部１８に接合する梁４１
及びフレーム部材１３に接合するベース４２とを形成し
ている。ダイアフラム部３４は、駆動部１７に接合する
島状凸部４３と、この凸部４３の周囲に形成した厚み３
〜１０μｍ程度の最薄膜部分（ダイアフラム領域）４４
とからなる。

【００２０】液室隔壁部材３２は、振動板３１側に予め
ドライフィルムレジストをラミネートして所要のマスク
を用いて露光し、現像して所定の液室パターンを形成し
た第１感光性樹脂層４５と、ノズルプレート３３側に予
めドライフィルムレジストをラミネートして所要のマス
クを用いて露光し、現像して所定の液室パターンを形成
した第２感光性樹脂層４６とを熱圧着で接合してなる。

【００２１】ノズルプレート３３にはインク滴を飛翔さ
せるための微細な吐出口であるノズル３８を多数を形成
している。このノズル３８の内部形状（内側形状）は、
ホーン形状（略円柱形状又は略円錘台形状でもよい。）
に形成している。また、このノズル３８の径はインク滴
出口側の直径で約２５〜３５μｍである。

【００２２】このノズルプレート３３のインク吐出面
（ノズル表面側）は、図１に示すように撥水性の表面処
理を施した撥水処理面４７としている。例えば、ＰＴＦ
Ｅ−Ｎi共析メッキやフッ素樹脂の電着塗装、蒸発性の
あるフッ素樹脂（例えばフッ化ピッチなど）を蒸着コー
トしたもの、シリコン系樹脂・フッ素系樹脂の溶剤塗布
後の焼き付け等、インク物性に応じて選定した撥水処理
膜を設けて、インクの滴形状、飛翔特性を安定化し、高
品位の画像品質を得られるようにしている。なお、ノズ
ルプレート３３の周縁部は撥水処理膜を形成しない非撥
水処理面４８としている。

【００２３】なお、液室ユニット２も駆動ユニット１と
は別個に加工、組立を行なった後、液室ユニット２の振
動板３１と駆動ユニット１の圧電素子１２及びフレーム
部材１３とを接着剤５０で接合してインクジェットヘッ
ドとしている。

【００２４】そして、基板１１をヘッド支持部材である
スペーサ部材（ヘッドホルダ）５１上に支持して保持
し、このスペーサ部材５１内に配設したヘッド駆動用Ｉ
Ｃ等を有するＰＣＢ基板５２と駆動ユニット１の各圧電
素子１２の端面電極２２，２３とをＦＰＣケーブル５
３，５３を介して接続している。

【００２５】また、ノズルカバー（ヘッドカバー）３
は、ノズルプレート３３の周縁部及びヘッド側面を覆う
箱状に形成したものであり、ノズルプレート３３の撥水
処理面４７に対応して開口部を形成し、ノズルプレート
３３の周縁部に残した非撥水処理面４８に接着剤にて接
着接合している。さらに、このインクジェットヘッドに
は、図示しないインクカートリッジからのインクを液室
に供給するため、スペーサ部材５１、基板１１、フレー
ム部材１３及び振動板３１にそれぞれインク供給穴５４
〜５７を設けている。

【００２６】このように構成したインクジェットヘッド
においては、記録信号に応じて駆動部１７に駆動波形
（１０〜５０Ｖのパルス電圧）を印加することによっ
て、駆動部１７に積層方向の変位が生起し、振動板３１
のダイアフラム部３４を介して加圧液室３５が加圧され
て圧力が上昇し、ノズル３８からインク滴が吐出され
る。このとき、加圧液室３５から共通液室３６へ通じる
インク供給路３７，３７方向へもインクの流れが発生す
るが、インク供給路３７，３７の断面積を狭小にするこ
とで流体抵抗部として機能させて共通液室３６，３６側
へのインクの流れを低減し、インク吐出効率の低下を防
いでいる。

【００２７】そして、インク滴吐出の終了に伴い、加圧
液室３５内のインク圧力が低減し、インクの流れの慣性
と駆動パルスの放電過程によって加圧液室３４内に負圧
が発生してインク充填行程へ移行する。このとき、イン
クタンクから供給されたインクは共通液室３６，３６に
流入し、共通液室３６，３６からインク供給路３７，３
７を経て加圧液室３５内に充填される。そして、ノズル
３８の出口付近のインクメニスカス面の振動が減衰し、
表面張力によってノズル３８の出口付近に戻されて（リ
フィル）安定状態に至れば、次のインク滴吐出動作に移
行する。

【００２８】そこで、このインクジェットヘッドにおけ
る駆動ユニット１の詳細について図５以降をも参照して
説明する。まず、図５に示すように基板１１上に分割前
のエネルギー発生手段１２，１２（これを「エネルギー
発生手段６１，６１」とする。）を所定の方向に並べて
配置して接着剤１４で接合する。ここで、エネルギー発
生手段６１は、分割前の積層型圧電素子１７を幅広の保
持部１８に接着接合することで断面形状は凸形状をなし
ている。保持部１８としては、圧電材料若しくは圧電材
料とは異なる異種材料で形成することができる。

【００２９】このように、エネルギー発生手段６１（分
割後はエネルギー発生手段１２）を断面形状が凸形状に
なるように形成することで、図７（ａ）に示すように後
述する端面電極２２，２３へのＦＰＣ５３の圧着方向が
平面上になるので、圧着作業の作業性が極めて良好にな
る。なお、同図（ｂ）に示すようにエネルギー発生手段
６１を圧電素子１７のみとして側面にＦＰＣ５３を圧着
することもできないことではない。また、凸形状のエネ
ルギー発生手段１２は、積層型圧電素子１７と保持部１
８とを接着接合して形成するのではなく、積層型圧電素
子１７を焼成するときに保持部１８も圧電材料で一体成
形するようにすることもできる。

【００３０】またエネルギー発生手段６１には基板１１
上に接合する前に端面電極２２，２３を蒸着、メッキな
どの工法で形成する。この端面電極２２，２３の材料と
しては、金、銀、白金などが好ましい。このとき、端面
電極２２，２３は圧電素子１７の端面だけでなく保持部
１８の平面部上まで形成する。

【００３１】その後、図８に示すようにダイシングソー
などを用いてエネルギー発生手段６１に所定のピッチで
スリット加工を施して複数のエネルギー発生手段１２に
分割する。このとき、スリット溝１１ａを基板１１上に
まで入れることによって確実に複数のエネルギー発生手
段１２に分割することができる。

【００３２】そこで、図９に示すようにエネルギー発生
手段１２の保持部１８上に形成されている圧電素子１７
の個別電極側の端面電極２３にＦＰＣ５３を熱圧着して
接続する。このＦＰＣ５３には図１０に示すように個別
電極形状にパターンニングされた電極面５３ａの形成し
ている。ＦＰＣ５３を熱圧着するときの熱圧着材料とし
ては半田などが好ましい。この場合、図１１に示すよう
にＦＰＣ５３の一部を基板１１上に接着剤などで固定す
ることによって、次工程からの取り扱い上ＦＰＣ圧着部
が剥離することを防止できる。

【００３３】また、図１２に示すようにエネルギー発生
手段１２の保持部１８上に形成されている圧電素子１７
の共通電極側の端面電極２２にもＦＰＣ５３を熱圧着で
接続する。このＦＰＣ５３には上述した個別電極形状の
電極５３ａと共に図１３に示すように共通電極形状にパ
ターンニングされた電極面５３ｂを形成している。

【００３４】このようにこのインクジェットヘッドにお
いては、圧電素子の個別電極及び共通電極となる各端面
電極に直接ＦＰＣを接続しているので、ディスペンサー
などによる導電性接着剤の塗布工程がなく、電極接続工
法が簡略化して低コスト化を図れ、また電気的接続の信
頼性が向上し、更に導電性接着剤を用いる場合に比べて
各チャンネル間の抵抗値のバラツキが低減し、断線不良
なども低減する。

【００３５】すなわち、従前のように基板上に形成した
電極と圧電素子の端面電極とを予め導電性接着剤（銀ペ
ースト等）で接続した後圧電素子にスリット加工を施し
て複数の圧電素子に分割する場合、銀ペーストが剥離不
良を起こすことがあり、結果的に断線不良が発生し、ま
た、銀ペースト材料の固有抵抗値に製造ロット内でバラ
ツキが発生すると、製造ロットの異なる銀ペースト材料
を同じヘッドに用いたときに抵抗値にバラツキが生じる
ことになる。これに対して、本発明では導電性接着剤を
用いていないので、断線不良や抵抗値のバラツキを低減
する。

【００３６】なお、圧電素子の個別電極及び共通電極と
なる各端面電極のいずれか一一方のみに直接ＦＰＣを接
続するようにしても、その限りで本発明の作用効果を得
られることは勿論である。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１のインク
ジェットヘッドによれば、電気機械変換素子の個別電極
となる端面電極に直接フレキシブルプリントケーブルを
接続したので、低コスト化、電気的信頼性の向上を図る
ことができる。

【００３８】請求項２のインクジェットヘッドによれ
ば、電気機械変換素子の共通電極となる端面電極に直接
フレキシブルプリントケーブルを接続したので、低コス
ト化、電気的信頼性の向上を図ることができる。

【００３９】請求項３のインクジェットヘッドによれ
ば、電気機械変換素子の個別電極となる端面電極及び共
通電極となる端面電極それぞれ直接フレキシブルプリン
トケーブルを接続したので、低コスト化、電気的信頼性
の向上を図ることができる。

【００４０】請求項４のインクジェットヘッドによれ
ば、上記請求項１乃至３のいずれかのインクジェットヘ
ッドにおいて、電気機械変換素子は幅広の保持部に保持
されて断面形状が凸形状をなす構成としたので、フレキ
シブルプリントケーブルを電気機械変換素子の端面と平
行な方向から圧着することができて、より製造コストの
低減、信頼性の向上を図ることができる。

【００４１】請求項５のインクジェットヘッドによれ
ば、上記請求項４のインクジェットヘッドにおいて、電
気機械変換素子は保持部に接着接合した構成としたの
で、断面形状が凸形状になる部材を容易に製作すること
ができる。

【００４２】請求項６のインクジェットヘッドによれ
ば、上記請求項４のインクジェットヘッドにおいて、電
気機械変換素子は電気機械変換素子材料からなる保持部
と一体成形した構成としたので、断面形状が凸形状にな
る部材を容易に製作することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るインクジェットヘッドの一例を示
す分解斜視図

【図２】同ヘッドのチャンネル方向（ノズル配列方向）
と直交する方向の要部拡大断面図

【図３】同ヘッドのチャンネル方向の要部拡大断面図

【図４】同ヘッドのエネルギー発生手段の斜視図

【図５】圧電素子を分割する前の状態を説明する斜視図

【図６】図５のエネルギー発生手段の製作過程を説明す
る説明図

【図７】エネルギー発生手段の例を説明する正面図

【図８】圧電素子を分割した後の状態を説明する斜視図

【図９】圧電素子の個別電極側端面電極とＦＰＣとの接
続を説明する説明図

【図１０】ＦＰＣの要部概略平面図

【図１１】圧電素子の電極とＦＰＣとの接続後の状態を
説明する説明図

【図１２】圧電素子の共通電極側端面電極とＦＰＣとの
接続を説明する説明図

【図１３】ＦＰＣの要部概略平面図

【符号の説明】

１…駆動ユニット、２…液室ユニット、１２…エネルギ
ー発生手段、１７…圧電素子、１８…保持部、２２…共
通電極側端面電極、１３…個別電極側端面電極、５３…
ＦＰＣ、５３ａ，５３ｂ…電極。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長場 誠治 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 (72)発明者 岩瀬 政之 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 (72)発明者 中根 信保 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 (72)発明者 牧田 秀行 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気機械変換素子のｄ３３方向の変位を
   用いてインク滴を吐出させるインクジェットヘッドにお
   いて、前記電気機械変換素子の個別電極となる端面電極
   に直接フレキシブルプリントケーブルを接続したことを
   特徴とするインクジェットヘッド。
2. 【請求項２】 電気機械変換素子のｄ３３方向の変位を
   用いてインク滴を吐出させるインクジェットヘッドにお
   いて、前記電気機械変換素子の共通電極となる端面電極
   に直接フレキシブルプリントケーブルを接続したことを
   特徴とするインクジェットヘッド。
3. 【請求項３】 電気機械変換素子のｄ３３方向の変位を
   用いてインク滴を吐出させるインクジェットヘッドにお
   いて、前記電気機械変換素子の個別電極となる端面電極
   及び共通電極となる端面電極それぞれ直接フレキシブル
   プリントケーブルを接続したことを特徴とするインクジ
   ェットヘッド。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれかに記載のイン
   クジェットヘッドにおいて、前記電気機械変換素子は幅
   広の保持部に保持されて断面形状が凸形状をなすことを
   特徴とするインクジェットヘッド。
5. 【請求項５】 請求項４に記載のインクジェットヘッド
   において、前記電気機械変換素子は前記保持部に接着接
   合したことを特徴とするインクジェットヘッド。
6. 【請求項６】 請求項４に記載のインクジェットヘッド
   において、前記電気機械変換素子は電気機械変換素子材
   料からなる保持部と一体成形したことを特徴とするイン
   クジェットヘッド。