JPH1134309A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半田の飛散、流れ出しによる隣接チャンネル
への電気的なリークが発生する。 【解決手段】 ＦＰＣケーブル５３の電極パターン６
１，６２の端部に成膜する半田６４の厚みを５±３μｍ
にした。

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記録
装置に関し、特に基板上に電気機械変換素子を配設して
フレキシブルプリントケーブルと基板上の電極とを半田
接合で接続するインクジェット記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、プリンタ、ファクシミリ、複写
装置等に用いられるインクジェット記録装置の記録ヘッ
ドを構成す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孔と、各ノズル孔に対応するイン
ク液室（「加圧液室」ともいう。）と、このインク液室
内のインクを加圧する圧電素子等の電気機械変換素子や
ヒータ等の電気熱変換素子などのエネルギー発生手段を
備え、エネルギー発生手段を記録信号に応じて駆動する
ことで所要のインク液室内のインクを加圧してノズル孔
からインク滴を噴射させるものである。

【０００３】ここで圧電素子などの電気機械変換素子を
用いるインクジェットヘッドとしては、例えば特開平８
−１４２３２４号公報に記載されているように、基板上
に複数の積層型圧電素子を複数列列状に接合して配設す
ると共に、圧電素子の周囲に位置するフレーム部材を接
合し、これらの圧電素子及びフレーム部材上に、ダイア
フラム部を有する振動板を積層し、この振動板上に積層
型圧電素子でダイアフラム部を介して加圧される加圧液
室及びこの液室にインクを供給するインク供給路を形成
する液室隔壁部材を積層し、更にこの液室隔壁部材上に
ノズルを形成したノズルプレートを積層して、積層型圧
電素子のｄ３３方向の変位でノズルからインク滴を吐出
させるようにしたものがある。

【０００４】この積層型圧電素子のｄ３３方向の変位を
用いるインクジェットヘッドを使用するには、ヘッドの
積層型圧電素子の内部電極を交互に接続した両端面の端
面電極と積層型圧電素子に所要の駆動波形を印加するた
めにドライバ（駆動ＩＣ）との間を電気的に接続する必
要がある。そこで、例えば、上述した公報記載のインク
ジェットヘッドにおいては、積層型圧電素子を固定した
基板上に共通電極パターン及び個別電極（選択電極）パ
ターンを形成し、積層型圧電素子と各電極パターンとを
導電性接着剤などで電気的に接続すると共に、基板の各
電極パターンにフレキシブルプリントケーブル（以下
「ＦＰＣケーブル」という。）を半田接合し、このＦＰ
Ｃケーブルをドライバに接続することで電気的な接続を
とるようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したインクジェッ
トヘッドのように、圧電素子を配設した基板上に電極パ
ターンを形成して、電極パターンとＦＰＣケーブルとを
半田接合で接続するようにした場合、ノズルの高密度化
に伴って電極間隔が短くなり、半田の飛散による隣接チ
ャンネルへの電気的なリークが生じることあり、また、
半田の飛散を少なくするために半田厚みを薄くすると機
械的な接合強度が不足して、剥離を生じることがある。
さらに、ＦＰＣケーブルの共通電極パターンから半田が
流れ出して粒塊を形成し、これが脱落してショートなど
を発生する原因となる。

【０００６】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、半田接合に伴う不都合を回避して歩留りを向上す
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のインクジェット記録装置は、基板上に配
設した電気機械変換素子による変位でインク液室内のイ
ンクを加圧してノズルからインク滴を吐出させるインク
ジェットヘッドを備えたインクジェット記録装置におい
て、前記インクジェットヘッドの基板に形成した電極に
フレキシブルプリントケーブルを半田接合で接合し、こ
の半田厚みを５±３μｍとした構成とした。

【０００８】請求項２のインクジェット記録装置は、上
記請求項１のインクジェット記録装置において、前記フ
レキシブルプリントケーブルに設けた電極パターンのピ
ッチが１２０μｍ以下で、パターン幅が６０μｍ以下で
ある構成とした。

【０００９】請求項３のインクジェット記録装置は、基
板上に配設した電気機械変換素子による変位でインク液
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
るインクジェットヘッドを備えたインクジェット記録装
置において、前記インクジェットヘッドの基板に形成し
た電極にフレキシブルプリントケーブルを半田接合で接
合し、このフレキシブルプリントケーブルの共通電極パ
ターンの少なくとも半田接合部分をメッシュ状又は複数
の細線パターンに形成した構成とした。

【００１０】請求項４のインクジェット記録装置は、基
板上に配設した電気機械変換素子による変位でインク液
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
るインクジェットヘッドを備えたインクジェット記録装
置において、前記インクジェットヘッドの基板に形成し
た電極にフレキシブルプリントケーブルを半田接合で接
合し、このフレキシブルプリントケーブルの共通電極パ
ターンの半田厚みを個別電極パターンの半田厚みより薄
くした構成とした。

【００１１】

【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は本発明を適用したイン
クジェット記録装置の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。

【００１２】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、エネルギー発生手段である複数の
積層型圧電素子１２を列状に２列配置して接合し、これ
ら２列の各圧電素子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。

【００１３】複数の圧電素子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圧電素子
（これを「駆動部」という。）１７，１７…と、駆動部
１７，１７間に位置し、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
る圧電素子（これを「非駆動部」という。）１８，１８
…とを交互に構成している。

【００１４】ここで、圧電素子１２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μ
ｍ／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、その他の電
気機械変換素子を用いることもできる。

【００１５】各圧電素子１２の内部電極２１は１層おき
にＡgＰdからなる左右の端面電極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。）に接続している。一
方、基板１１上には、図１に示すようにＮi・Ａu蒸着、
Ａuメッキ、ＡgＰtペースト印刷、ＡgＰdペースト印刷
等によって共通電極２４及び個別電極２５の各パターン
を設けている。

【００１６】そして、各列の各圧電素子１２の対向する
端面電極２２を導電性接着剤２６を介して共通電極２４
に接続し、他方、各列の各圧電素子１２の対向しない端
面電極２３を同じく導電性接着剤２６を介してそれぞれ
個別電極２５に接続している。これにより、駆動部１７
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、駆動部１７には積層方向の伸びの変位（ｄ３３
方向の変位）が生起される。なお、共通電極２４は、図
２にも示すように、フレーム部材１３に設けた穴１３ａ
内に導電性接着剤２６を充填することで各圧電素子に接
続されたパターンの導通を取っている。

【００１７】一方、液室ユニット２は、金属材料、樹脂
等からなる振動板３１と、ドライフィルムレジスト（Ｄ
ＦＲ）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、金属材料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３６，３６
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。

【００１８】振動板３１は、金属材料、例えば電鋳工法
によるＮiメッキ膜、或いは樹脂等で形成したもので、
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４
３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。

【００１９】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。

【００２０】ノズルプレート３３は金属材料、例えば電
鋳工法によるＮiメッキ膜等で形成したもので、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。

【００２１】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。

【００２２】なお、駆動ユニット１の基板１１と圧電素
子１２及びフレーム部材１３とは接着剤４９で接合して
組付け、また、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。

【００２３】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ＰＣＢ５２と駆動ユニット１の各圧電素子
１２（駆動部１７）に接続した各電極２４，２５とをＦ
ＰＣケーブル５３，５３を介して接続している。なお、
基板１１上の電極２４，２５とＦＰＣケーブル５３，５
３との接続については後述する。

【００２４】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
箱状に形成した金属材料からなり、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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】次に、このインクジェットヘッドにおける
ＦＰＣケーブル５３と基板１１上の電極２４，２５との
接合について図４を参照して説明する。ＦＰＣケーブル
５３は、図４に示すように基板１１上の共通電極２４に
接続する共通電極パターン６１と基板１１上の個別電極
（選択電極）２５に接続する個別電極パターン６２とを
ポリイミドフィルム６３，６３間に挟んで形成してい
る。このＦＰＣケーブル５３の電極パターン６１，６２
のピッチは１００μｍ前後で、パターン幅は５０μｍ前
後である。

【００２８】そして、このＦＰＣケーブル５３の電極パ
ターン６１，６２の端部に半田６４を成膜して、ＦＰＣ
ケーブル５３の電極パターン６１，６２を基板１１の共
通電極２４及び個別電極２５に半田接合する。ここで、
ＦＰＣケーブル５３の電極パターン６１，６２の端部に
成膜する半田６４の厚みを５±３μｍにしている。

【００２９】このように半田６４の厚みを５±３μｍの
することによって、接合強度を維持しつつ、半田が飛散
して隣接チャンネルへ電気的なリークが生じ、歩留りが
低下することを防止できる。すなわち、ＦＰＣケーブル
５３の電極パターン６１，６２のピッチが１２０μｍ以
下で、パターン幅が６０μｍ以下になると、通常の１０
μｍ程度の半田厚みに設定すると、半田接合する際に半
田が飛散して隣接チャンネル間にリークを発生し、半田
の量が少なすぎると機械的強度不足による接合部の剥離
が生じることになる。

【００３０】そして、ＦＰＣケーブル５３の電極パター
ン６１，６２のピッチを１２０μｍ以下で、パターン幅
を６０μｍ以下にすることで、高密度マルチノズルヘッ
ドを高い歩留りで得ることが可能になる。

【００３１】次に、本発明の他の実施例について図５及
び図６を参照して説明する。この実施例では、ＦＰＣケ
ーブル５３の共通電極パターン６１の半田成膜部（半田
塗布部）６１ａをメッシュ状に形成している。このよう
にすることで、半田接合する際の半田の粒塊の発生を防
止できる。なお、半田成膜部（半田塗布部）６１ａをメ
ッシュ状にする代わりに複数本の細線パターンにしても
よい。

【００３２】すなわち、共通電極パターン６１はパター
ン幅が大きく、半田の量が多くなるため、半田接合をす
る際に半田が流れて図６に示すように半田の粒塊６５が
生じやすくなり、この粒塊６５が他のパターンや基板１
１側の他の電極パターンに接触して電気的リークを生じ
ることがある。半田塗布部６１ａをメッシュ状にするこ
とで、半田の量を少なくすることができ、粒塊の発生が
防止されて電気リークが低減し、歩留りが向上する。

【００３３】次に、本発明の更に他の実施例について図
７を参照して説明する。この実施例では、ＦＰＣケーブ
ル５３の共通電極パターン６１の半田成膜部（半田塗布
部）に成膜する半田６４ａの厚みを個別電極パターン６
２の半田成膜部に成膜する半田６４ｂの厚みよりも薄く
している。このようにしても、共通電極パターン６１の
半田の量を少なくすることができて、粒塊の発生が防止
されて電気リークが低減し、歩留りが向上する。この実
施例は、共通電極パターンの幅が狭いときに特有効であ
る。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１のインク
ジェット記録装置によれば、インクジェットヘッドの基
板に形成した電極にフレキシブルプリントケーブルを半
田接合で接合し、この半田厚みを５±３μｍとしたの
で、半田接合による半田の飛散を防止できて隣接チャン
ネルへの電気的リークを防止でき、歩留りが向上する。

【００３５】請求項２のインクジェット記録装置によれ
ば、上記請求項１のインクジェット記録装置において、
フレキシブルプリントケーブルに設けた電極パターンの
ピッチが１２０μｍ以下で、パターン幅が６０μｍ以下
である構成としたので、信頼性の高い高密度マルチノズ
ルヘッドを得ることができる。

【００３６】請求項３のインクジェット記録装置によれ
ば、インクジェットヘッドの基板に形成した電極にフレ
キシブルプリントケーブルを半田接合で接合し、このフ
レキシブルプリントケーブルの共通電極パターンの少な
くとも半田接合部分をメッシュ状又は複数の細線パター
ンに形成したので、半田流れ出しによる粒塊形成を防止
できて隣接チャンネルへの電気的リークを防止でき、歩
留りが向上する。

【００３７】請求項４のインクジェット記録装置によれ
ば、インクジェットヘッドの基板に形成した電極にフレ
キシブルプリントケーブルを半田接合で接合し、このフ
レキシブルプリントケーブルの共通電極パターンの半田
厚みを個別電極パターンの半田厚みより薄くしたので、
半田流れ出しによる粒塊形成を防止できて隣接チャンネ
ルへの電気的リークを防止でき、歩留りが向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るインクジェット記録装置のインク
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】本発明の一実施例を示すＦＰＣケーブルの要部
説明図

【図５】本発明の他の実施例を示すＦＰＣケーブルの要
部説明図

【図６】半田流れ出しによる粒塊形成の説明図

【図７】本発明の他の実施例を示すＦＰＣケーブルの要
部説明図

【符号の説明】

１…駆動ユニット、２…液室ユニット、３…ノズルカバ
ー、１１…基板、１２…圧電素子、１３…フレーム部
材、２４…共通電極、２５…個別電極、３２…液室隔壁
部材、３３…ノズルプレート、４２…振動板、５３…Ｆ
ＰＣケーブル、６１…共通電極パターン、６１ａ…半田
塗布部、６２…個別電極パターン、６４，６４ａ，６４
ｂ…半田。

フロントページの続き (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 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 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 佐々木 勉 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 (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に配設した電気機械変換素子によ
   る変位で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インクジェットヘッドを備えたイン
   クジェット記録装置において、前記インクジェットヘッ
   ドの基板に形成した電極にフレキシブルプリントケーブ
   ルを半田接合で接合し、この半田厚みを５±３μｍとし
   たことを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のインクジェット記録装
   置において、前記フレキシブルプリントケーブルに設け
   た電極パターンのピッチが１２０μｍ以下で、パターン
   幅が６０μｍ以下であることを特徴とするインクジェッ
   ト記録装置。
3. 【請求項３】 基板上に配設した電気機械変換素子によ
   る変位で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インクジェットヘッドを備えたイン
   クジェット記録装置において、前記インクジェットヘッ
   ドの基板に形成した電極にフレキシブルプリントケーブ
   ルを半田接合で接合し、このフレキシブルプリントケー
   ブルの共通電極パターンの半田接合部分をメッシュ状又
   は複数の細線パターンに形成したことを特徴とするイン
   クジェット記録装置。
4. 【請求項４】 基板上に配設した電気機械変換素子によ
   る変位で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インクジェットヘッドを備えたイン
   クジェット記録装置において、前記インクジェットヘッ
   ドの基板に形成した電極にフレキシブルプリントケーブ
   ルを半田接合で接合し、このフレキシブルプリントケー
   ブルの共通電極パターンの半田厚みを個別電極パターン
   の半田厚みより薄くしたことを特徴とするインクジェッ
   ト記録装置。