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発明の名称 インクジェット記録装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2000−94673(P2000−94673A)
公開日 平成12年4月4日(2000.4.4)
出願番号 特願平10−269091
出願日 平成10年9月24日(1998.9.24)
代理人 【識別番号】230100631
【弁護士】
【氏名又は名称】稲元 富保
【テーマコード(参考)】
2C057
【Fターム(参考)】
2C057 AF93 AG15 AG54 AG55 AG84 AG85 AG88 AG89 AG90 AG93 AG94 AP02 AP14 AP25 AP52 AP53 AP54 AQ01 AQ02 
発明者 木村 隆
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する液室と、この液室内のインクを加圧して前記ノズルからインク滴を吐出させる圧力を発生する圧力発生手段とを備えたインクジェットヘッドを有し、この圧力発生手段を動作させるための電圧を印加する基板上に形成した電極に導電性材料を介してプリント基板を接続したインクジェット記録装置において、前記導電性材料は接続前の状態で前記プリント基板の端部より内側に位置することを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項2】 インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する液室と、この液室内のインクを加圧して前記ノズルからインク滴を吐出させる圧力を発生する圧力発生手段とを備えたインクジェットヘッドを有し、この圧力発生手段を動作させるための電圧を印加する基板上に形成した電極に導電性材料を介してプリント基板を接続したインクジェット記録装置において、前記導電性材料は前記プリント基板の端部より内側に位置することを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項3】 請求項2に記載の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圧力発生手段が前記の少なくとも一つの壁面を形成する振動板と、この振動板に対向配置した電極とを有し、前記振動板と電極との間に電圧を印加することで前記振動板が静電力によって変形して前記液室のインクを加圧する手段であり、前記振動板を形成する部材が導体又は半導体からなることを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項4】 インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する液室と、この液室の少なくとも一つの壁面を形成する振動板と、この振動板に対向配置した電極とを有し、前記振動板と電極との間に電圧を印加することで前記振動板を静電力によって変形させて前記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有し、このインクジェットヘッドの基板上に形成した電極に導電性材料を介してプリント基板を接続したインクジェット記録装置において、前記振動板を形成する基板と前記プリント基板の端部との間に絶縁性を有する隔壁部材を設けたことを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項5】 請求項4に記載のインクジェット記録装置において、前記離隔手段が前記電極を形成する基板と一体的に形成した凸部であることを特徴とするインクジェット記録装置。
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記録装置に関し、特にインクジェットヘッドとプリント基板との接続部を保護するようにしたインクジェット記録装置に関する。
【0002】
【従来の技術】プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の画像記録装置として用いるインクジェット記録装置において使用するインクジェットヘッドは、インク滴を吐出するノズル孔と、このノズル孔が連通する吐出室(圧力室、加圧液室、液室、インク流路等とも称される。)と、この吐出室内のインクを加圧するエネルギーを発生するエネルギー発生手段とを備えて、エネルギー発生手段を駆動することで吐出室内インクを加圧してノズル孔からインク滴を吐出させるものであり、記録の必要なときにのみインク滴を吐出するインク・オン・デマンド方式のものが主流である。そして、インク滴(記録液体)の発生方法及び飛翔方向を制御するための制御方法により、幾つかの方式に大別される。
【0003】第1の方式は、例えば米国特許第3060429号明細書に開示されているものである。これは、Tele type方式と称され、インク滴の発生を静電吸引的に行い、発生したインク滴を記録信号に応じて電界制御し、被記録体上にこのインク滴を選択的に付着させて記録を行うものである。
【0004】より詳細には、ノズルと加速電極間に電界をかけて、一様に帯電したインク滴をノズルより吐出させ、吐出したインク滴を記録信号に応じて電気制御可能なように構成されたXY偏向電極間を飛翔させ、電界の強度変化によって選択的にインク滴を被記録体上に付着させるものである。
【0005】第2の方式は、例えば米国特許第3596275号明細書、米国特許第3298030号明細書等に開示されているものである。これは、Sweet方式と称され、連続振動発生法により帯電量の制御されたインク滴を発生させ、この帯電量の制御されたインク滴を、一様電界がかけられている偏向電極間を飛翔させて、被記録体上に記録を行わせるものである。
【0006】具体的には、ピエゾ振動素子の付設されている記録ヘッドを構成する一部であるノズルのオリフイス(吐出口)の前に記録信号が印加されるようにした帯電電極を所定距離離間させて配置し、前記ピエゾ振動素子に一定周波数の電気信号を印加することでピエゾ振動素子を機械的に振動させ、オリフィスよりインク滴を吐出させる。この時、吐出するインク滴には帯電電極により電荷が静電誘導され、インク滴は記録信号に応じた電荷量で帯電される。帯電量の制御されたインク滴は、一定電界が一様にかけられている偏向電極間を飛翔する時に、付加された帯電量に応じて偏向を受け、記録信号を担うインク滴のみが被記録体上に付着することになる。
【0007】第3の方式は、例えば米国特許第3416153号明細書に開示されているものである。これは、Hertz方式と称され、ノズルとりング状の帯電電極間に電界をかけ、連続振動発生法によって、インク滴を発生霧化させて記録する方式である。すなわち、ノズルと帯電電極間にかける電界強度を記録信号に応じて変調することによりインク滴の霧化状態を制御し、記録画像の階調性を出して記録させるものである。
【0008】第4の方式は、例えば米国特許第3747120号明細書に開示されているものである。これは、Stemme方式と称され、上記第1〜3の方式とは根本的に原理が異なるものである。すなわち、第1〜3の方式が、いずれもノズルより吐出されたインク滴を、飛翔している途中で電気的に制御し、記録信号を担ったインク滴を選択的に被記録体上に付着させて記録を行わせるのに対し、このStemme方式では、記録信号に応じて吐出口よりインク滴を吐出飛翔させて記録するものである。
【0009】つまり、Stemme方式は、記録液体を吐出する吐出口を有する記録ヘッドに付設されているピエゾ振動素子に、電気的な記録信号を印加してピエゾ振動素子の機械的振動に変え、この機械的振動に従い吐出口よりインク滴を吐出飛翔させて被記録体に付着させるものである。
【0010】これらの4方式は、各々に特長を有するが、同時に、不利な点もある。先ず、第1〜第3の方式は、インク滴を発生させるための直接的エネルギーが電気的エネルギーであり、かつ、インク滴の偏向制御も電界制御による。したがって、第1の方式は、構成上はシンプルであるが、小滴の発生に高電圧を要し、かつ、記録ヘッドのマルチノズル化が困難で高速記録には不向きである。
【0011】また、第2の方式は、記録ヘッドのマルチノズル化が可能で高速記録に向くが、構成上複雑であり、かつ、インク滴の電気的制御が高度で困難であり、被記録体上にサテライトドットが生じやすい。第3の方式は、インク滴を霧化することにより階調性に優れた記録が可能ではあるが、他方、霧化状態の制御が困難である。また、記録画像にカブリが生じたり、記録ヘッドのマルチノズル化が困難で高速記録には不向きであるといった不利な点がある。
【0012】一方、第4の方式は、比較的多くの利点を持っている。つまり、まず、構成が簡単であり、また、オンデマンドでインク滴をノズルより吐出させて記録を行うために、第1〜第3の方式のように吐出飛翔するインク滴の、画像記録に要しなかったインク滴を回収する必要がない。さらに、第1、2の方式のように、導電性のインクを使用する必要はなく、インクの物質上の選択自由度が大きい。
【0013】しかしながら、所望の共振周波数を有するピエゾ振動素子の小型化が極めて困難である等の理由から、記録ヘッドのマルチノズル化が難しい。また、ピエゾ振動素子の機械的振動という機械的エネルギーによってインク滴の吐出飛翔を行わせるために、上記のマルチノズル化の困難さと相俟って、高速記録には不向きのものとなっている。
【0014】そこで、例えば特開昭56−9429号公報に開示されているように、液室内のインクを加熱して気泡を発生させて、インクに圧力上昇を生じさせ、微細な毛細管ノズルからインクを吐出させる方式や特公昭61−59914号公報に開示されているように、液体を所定の方向に吐出させるための吐出口に連通する液路中の液体の一部を熱して膜沸騰を生起させることにより、吐出口より吐出される液体の飛翔的液滴を形成し、この液滴を被記録体に付着させて記録させるものなどがある。
【0015】この方式の記録ヘッドは、特公昭62−59672号公報に記載されているように、基板上の所定位置にインクに液摘発生のためのエネルギーを与えるエネルギー発生手段としての発熱素子、圧電素子等の能動素子を複数個固定的に設置した後(電極は適宜形成される)、基板表面に所定厚さで感光性組成物層を塗布法等により形成し、通常のフオトリソグラフイー法により、オリフィス部、作用部、インク供給路部、インク吐出路部等のインク流路を形成するためのインク流路溝を形成し、この後、上蓋を接合させて記録ヘッドを製造するようにしている。
【0016】このようにフオトリソ技術を用いることにより、高密度化が可能となるが、インクの中で発熱体を高温に発熱させること、さらには気泡を瞬間的に膨張・消滅させるため、その熱ストレスや、衝撃で発熱体が劣化しやすく、また、発熱体が直接インクに接触するために、使用できるインクの自由度が少ないという欠点がある。
【0017】これらの問題点を解決し、しかもフオトリソ技術の使用による高密度化を実現するものとして、特開平4−52214号公報、特開平3−293141号公報などに記載されているように、シリコン基板からなる第1の基板(振動板基板)にエッチングによって液室とこの液室の一壁面を形成する振動板とを形成し、この第1の基板の下側に電極を形成した第2の基板(電極基板)を配置して、振動板に所定ギャップを置いて電極を対向させ、振動板と電極間に電圧を印加することで、静電力によって振動板を撓ませて液室の内容積を変化させて液室に連通するノズルからインク滴を吐出させる静電型インクジェットヘッドが知られている。
【0018】この静電型インクジェットヘッドの電極(個別電極)に駆動波形を印加するための構成としては、例えば特開平7−246706号公報に記載されているように、インクジェットヘッドの個別電極とプリント板とを異方導電性膜で接続するものが知られている。
【0019】
【発明が解決しようとする課題】上述したような電極基板上に振動板基板を設けた静電型インクジェットヘッドにあっては、電極の取り出しのために電極基板を振動板基板より大きく形成し、電極基板上の電極を振動板基板より外側に延設して電極取り出し部とし、この電極取り出し部とプリント基板とを上述した異方性導電膜或いはハンダなどの導電性材料を介して接続することになる。
【0020】この場合、異方導電性膜やハンダなどの導電性材料がプリント基板と電極とを接続するときにはみ出して、振動板や隣接電極間に接触したり、極めて近接することになる。ところが、特に、振動板の変位方向がインク滴吐出方向に一致するいわゆるサイドシュータ方式の静電型インクジェットヘッドの場合にあっては、電極基板の個別電極を形成する電極形成面はノズル面と同方向の面になり、しかも、ヘッドの小型化に従って電極形成面とノズル面とが近接するので、電極とプリント基板との接続部がノズル面に極めて近接した状態にある。
【0021】一方、インクジェット記録装置においては、インク滴吐出やノズル面のワイピング、ノズル内のインクの吸引排出などの信頼性維持動作を行うために、この信頼性回復動作によってノズル面に残留したインクが、振動板や電極とこれに極めて近接している導電性材料との間に侵入してリークが発生し、吐出不能になったり、誤動作をするチャンネルが発生することがあり、長期安定性及び信頼性に欠けることがある。
【0022】なお、上述したような各問題は、アクチュエータ手段として振動板に対向配置した電極を有する静電型インクジェットヘッドに限らず、例えば基板上に積層型圧電素子を配置したインクジェットヘッドにあっても、基板上に電気機械変換素子に駆動波形を与えるための電極取り出し部(電極パターン)を設けて、この電極取り出し部とプリント基板とを接続するような場合には同様に発生するものである。ただし、積層型圧電素子を用いる場合にはノズル面と電極パターンとが静電型インクジェットヘッドに比べて離れているので、前者の問題は静電型インクジェットヘッドの場合ほど顕著ではない。
【0023】本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、低コストで信頼性を向上したインクジェットヘッド記録装置を提供することを目的とする。
【0024】
【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、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する液室と、この液室内のインクを加圧して前記ノズルからインク滴を吐出させる圧力を発生する圧力発生手段とを備えたインクジェットヘッドを有し、この圧力発生手段を動作させるための電圧を印加する基板上に形成した電極に導電性材料を介してプリント基板を接続したインクジェット記録装置において、前記導電性材料は接続前の状態で前記プリント基板の端部より内側に位置する構成とした。
【0025】請求項2のインクジェット記録装置は、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する液室と、この液室内のインクを加圧して前記ノズルからインク滴を吐出させる圧力を発生する圧力発生手段とを備えたインクジェットヘッドを有し、この圧力発生手段を動作させるための電圧を印加する基板上に形成した電極に導電性材料を介してプリント基板を接続したインクジェット記録装置において、前記導電性材料は前記プリント基板の端部より内側に位置する構成とした。
【0026】請求項3のインクジェット記録装置は、上記請求項2の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圧力発生手段が前記の少なくとも一つの壁面を形成する振動板と、この振動板に対向配置した電極とを有し、前記振動板と電極との間に電圧を印加することで前記振動板が静電力によって変形して前記液室のインクを加圧する手段であり、前記振動板を形成する部材が導体又は半導体からなる構成とした。
【0027】請求項4のインクジェット記録装置は、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する液室と、この液室の少なくとも一つの壁面を形成する振動板と、この振動板に対向配置した電極とを有し、前記振動板と電極との間に電圧を印加することで前記振動板を静電力によって変形させて前記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有し、このインクジェットヘッドの基板上に形成した電極に導電性材料を介してプリント基板を接続したインクジェット記録装置において、前記振動板を形成する基板と前記プリント基板の端部との間に絶縁性を有する隔壁部材を設けた構成とした。
【0028】請求項5のインクジェット記録装置は、上記請求項4のインクジェット記録装置において、前記離隔手段が前記電極を形成する基板と一体的に形成した凸部である構成とした。
【0029】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。図1は本発明の第1実施形態に係るインクジェット記録装置のヘッド部の斜視図、図2は同ヘッド部のインクジェットヘッドの斜視図、図3は図1のA−Aに沿う要部拡大断面図、図4は図1のB−B線に沿う要部拡大断面図である。
【0030】インクジェットヘッド1は、図2乃至図4に示すように、振動板基板10と、この振動板基板10の上側に設けた液室基板11と、振動板基板10の下側に設けた電極基板12と、液室基板11の上側に設けたノズルプレート13とを備え、複数のノズル15、各ノズル15が連通する液室16などを形成している。
【0031】振動板基板10には、液室16及びこの液室16の底部をなし、第1の電極で共通電極となる振動板18を形成する凹部17と、各液室16にインクを供給する図示しない共通インク室、共通インク室と液室16とを連通する図示しない流体抵抗部などを形成する凹部、溝等を形成している。この振動板基板10は、SUS基板などの金属基板、シリコン基板等をエッチングすることで所望の微細な液室パターンを形成したものである。この振動板基板10上に液室16に対応する貫通穴19等を形成した液室基板11を接合している。
【0032】電極基板12には凹部20を形成して、この凹部20の底面に振動板18に所定(ここでは、1μmとしている。)のギャップを置いて対向する第2の電極となる個別電極21を形成し、この個別電極21と振動板18によって、振動板18を変位させて液室16の内容積を変化させるアクチュエータ部を構成している。この電極基板12の個別電極21上には短絡、放電によって個別電極21が破損するのを防止するためのSiO2などの絶縁層22を成膜し、また、個別電極21は振動板基板10より外側に延設してプリント基板と接続するための電極パッド23を設けている。
【0033】この電極基板12は、SUSなどの金属や、ガラス、Si等をエッチングして凹部20を形成し、この凹部20にNi、A1、Ti/Pt、Cuなどの電極材料を、スパッタ、CVD、蒸着などの成膜技術で所望の厚さに成膜し、その後、フォトレジストを形成してエッチングすることにより、凹部20にのみ個別電極21を形成したものである。
【0034】ノズルプレート13は、NiやSUSなどの金属板、ガラス、或いは樹脂などで形成し、エッチングやニッケルのエレクトロフォーミング法などの周知の方法で作製することができる。このノズルプレート13にはノズル15を2列千鳥状に配列してノズル密度を高くしたものであり、これに対応して前述した振動板基板10、液室基板11には液室16、振動板18を、電極基板13には個別電極21を、それぞれ2列配列して設けている。さらに、ノズルプレート13のノズル面(吐出方向の表面)には、インクとの撥水性を確保するため、メッキ被膜、あるいは撥水剤コーティングなどの周知の方法で撥水膜を形成している。
【0035】これらの振動板基板10、液室基板11、電極基板12及びノズルプレート13は、接着剤や陽極接合などの直接接合法、共晶接合法等によって接合している。
【0036】このインクジェットヘッド1は、振動板18と個別電極21との間に駆動電圧を印加することによって静電力によって振動板18が変形して、液室16の内容積(体積)が変化することによって、ノズル15からインク滴が吐出される。
【0037】そこで、このインクジェットヘッド1の個別電極21の電極パッド23には、図3に示すように個別電極21に駆動波形を与えるために外部回路(駆動IC等)に接続したフレキシブルプリントケーブル(FPC)からなるプリント基板25を導電性材料である異方導電性膜(或いはハンダなどでもよい。)26を介して接続している。
【0038】このプリント基板25は、ガラスエポキシ樹脂やフェノール樹脂等からなる板状のプリント基板ベースや、ポリイミド樹脂、PET樹脂等からなるフィルム状のプリント基板ベースを用いることができ、このプリント基板ベース27上に個別電極21に電圧を印加するための電極リード28を形成したものである。
【0039】プリント基板25上の電極リード28と個別電極21の電極パッド23を電気的に接続する方法としては、例えば、半田を熱圧着する方法、異方導電性接着剤で熱圧着する方法、電極間同士を圧接する方法、ワイヤボンディングで接続する方法、バンプで接続する方法などがある。これらの中でも、半田や異方導電性接着剤、圧接などの方法を用いることで、複数の電極間同士の接続を一度に行うことができ、接続作業が効率的で、低コスト化を図れる。
【0040】ここで、このインクジェットヘッドにおいては異方導電性膜26を介して個別電極21とプリント基板25とを電気的に接続している。異方導電性膜(異方導電フィルム)26は、既知のように、熱可塑性、或いは熱硬化性の樹脂の中に、フィラと呼ばれる導電性の粒子を分散させたもので、電極の間に挟んで加熱、加圧することによって、異方導電膜が潰れて、フィラーが両電極に接触して、電極間の導通がとれるものである。
【0041】ここで、この異方導電性膜26による接続について図5を参照して説明する。先ず、同図(a)に示すように、圧着ヘッド29を用いてプリント基板25の電極リード28に異方導電性膜26を仮圧着する。なお、異方導電性膜26には保護フィルム26aが貼着されている。この異方導電性膜26は、プリント基板25の端面より内側に位置合せして仮圧着している。このとき、異方導電膜26のプリント基板25からの後退量aは、異方導電性膜26の膜厚にもよるが、圧着実験に基づくと、好ましくは膜厚以上、より好ましくは膜厚の2倍以上にする。
【0042】そして、同図(b)に示すように、異方導電性膜26の保護フィルム26aを除去し、電極基板12の電極パッド部とプリント基板25の電極リード28との位置合せを行なって、加熱した圧着ヘッド29を電極幅以上の領域に押し当てて熱圧着する。これにより、同図(c)に示すように、プリント基板25は異方導電性膜26を介して個別電極21の電極パッド23に接続される。
【0043】このとき、異方導電性膜26はプリント基板25の端部方向に広がるが、予め広がる量を見越して、異方導電性膜26をプリント基板25の端部より後退量aだけ後退させているので、同図(c)に示すように異方導電性膜26がプリント基板25の端部からはみ出すことがなくなる。なお、異方導電性膜26を電極21側に仮圧着する場合には、プリント基板25の位置合せで、プリント基板25の端部より内側に異方導電性膜26が位置するように位置合せして熱圧着すればよい。
【0044】このように、導電性材料は接続前の状態でプリント基板の端部より内側に位置する構成とすることによって、プリント基板を導電性材料で接続したときにプリント基板の先端から導電性材料がはみ出すことを防止でき、導電性材料が振動板や隣接電極間に接触することがなくなり、信頼性が向上する。
【0045】特に、このインクジェットヘッド1のように、インク滴の噴射方向が振動板面と垂直方向である、いわゆるサイドシュータ型インクジェツトヘッドの場合、この電極面はノズル面と同方向になり、しかもヘッドの小型化のために、電極面とノズル面が近接した状態となる。そのため、インク滴吐出や、ノズル面のワイピング、ノズル15内インクの吸引排出などの信頼性を維持するための動作により、インクが個別電極21とプリント基板25との接続部に入り込み、水性インクの場合、導電性を有しているため、入り込んだインクによって隣接する個別電極21がリークしたり、プリント基板25の電極リード28が電気的に誤った個別電極21に接続されて、吐出不良や誤吐出が生じる。本発明は、このようなサイドシュータ型のインクジェットヘッドの対して特に効果的である。
【0046】また、プリント基板の先端から導電性材料がはみ出すことがないので、プリント基板を振動板基板、ノズル基板の近傍まで配置することができ、電極パッドとの接触面積を大きくとることができるようになる。これによって、接触抵抗が小さくなると共に、接着力が大きくなり、電気的、機械的な信頼性が向上する。
【0047】なお、導電性材料としては異方導電性膜に限られるものではなく、ハンダなども使用することができる。この場合には、プリント基板の電極リード面へのハンダめっき位置を、プリント基板の端部より内側の位置にとどめるようにすればよい。
【0048】ここで、インクジェットヘッド1の具体的な構成について説明する。ここで採用したインクジェットヘッドは、インク液室6の幅は0.2mm、奥行き2.0mm、ピッチを0.28mmとした。Si基板をエッチングして厚さ10μmの振動板18を形成した板厚0.2mmの振動板基板10と、パイレックスガラス基板に0.5μmの溝(凹部20、ギャップとなる)の底部に、Niの個別電極21を幅0.2mm、ピッチ0.28mmで形成し、更に個別電極21上に1000ÅのSiO2の絶縁層22を形成した電極基板12とを接着剤で接合し、振動板基板10の上に、板厚150μmの液室基板11、板厚30μmのノズルプレート13とを順次接着剤で接合して、静電型インクジェットヘッドを作製した。このヘッドのノズルピッチは0.28mm、ノズル数は64チャンネルである。
【0049】そして、FPC(プリント基板)25の電極リード28には異方導電性フィルム(株式会社スリーボンド製3370C:商品名)を仮圧着した。この仮圧着は、圧着機の圧着ヘッド温度を150℃、圧着圧力を30kg/cm2、圧着時間を1秒で行なった。さらに、このFPC(プリント基板)25の電極リード28をインクジェットヘッドの電極パッド23に位置合せした状態で、本圧着した。この本圧着は、圧着機の圧着ヘッド温度を150℃、加圧力を30kg/cm2、圧着時間を20秒で行なった。
【0050】これにより、FPC25を異方導電性膜フィルムを介して個別電極21に接続して駆動電圧を供給できるようにした。また、このインクジェットヘッドのインク液室16に連通したインク供給口を通して、インクタンクからインクが供給できるようにした。
【0051】このヘッドは、振動板サイズ :200μm×2mm振動板の配列密度 :90dpi(=ノズルの配列密度)
振動板の数 :32個×2列=64個(ノズルの数)
構成である。
【0052】次に、このようにして形成された記録ヘッドチップは、例えば次のような方法でインク飛翔記録ヘッドユニットとして完成する。このインク飛翔記録ヘッドユニットは、インク供給管(インク供給手段)に接続された中空のインク供給室を有して形成されたマニホールドをベース材として構成し、マニホールドの頂部には記録ヘッドチップを固定し、インク供給管から供給されたインクをインク供給室を通して、マニホールドの頂部に導き、記録ヘッドチップの端に設けたインク供給口から記録ヘッドチップの共通インク室に供給し、その後は、各インク供給チャンネルの毛管現象により、各エネルギー作用部まで運ばれる。さらに、記録ヘッドチップは周囲を覆い、枠状の保持部材により押え固定される。
【0053】そして、このインクジェットヘッドにおいては、インク供給管よりインク供給口に供給されたインクが共通インク室を通ってインク供給チャンネル全域に満たされている状態で、画像情報に応じて各個別電極に対して個別に駆動電圧を与えることで、個別電極と振動板との間で静電気力が発生し、振動板が個別電極側に変位する。この状態から、通電をオフすると、振動板は元の状態に戻ろうとし、この時の急激な容積変化により、インクがノズルより液滴となって飛翔する。
【0054】そこで、このインクジェットヘッドの振動板基板10をグランドにして、個別電極21に、駆動電圧 :120Vパルス幅 :30μsec連続駆動周波数 :2kHz(ベタ印写時)
の駆動波形を印可し、その駆動波形をオシロスコープで観察したところ、グランドとのリーク、隣接電極とのリークの発生は認められなかった。
【0055】これに対して、本発明のように、導電性材料は接続前の状態でプリント基板の端部より内側に位置する構成としないときには、図6に示すように、プリント基板25の端部で間に介した異方導電性膜26(或いはハンダなどの導電性材料)が熱圧着時の圧力によってはみ出して、振動板基板10に接触してグランドとリークしたり、隣接する個別電極21間でのリークが発生する。
【0056】次に、本発明の第2実施形態について図7及び図8を参照して説明する。なお、図7は本発明の第2実施形態に係るインクジェット記録装置のヘッド部の要部断面図、図8は同実施形態における異方導電膜による接続工程を説明する説明図である。なお、第1実施形態と対応する部分には同一符号を付して説明を省略する。
【0057】この実施形態は、プリント基板25と個別電極21とを接続した後の異方導電性膜26がプリント基板25の端部より内側に位置するようにした例である。すなわち、図8(a)に示すように、圧着ヘッド29を用いてプリント基板25の電極リード28に異方導電性膜26を仮圧着する。なお、異方導電性膜26には保護フィルム26aが貼着されている。
【0058】ここで、異方導電性膜26は、上記第1実施形態のようにプリント基板25の端面より内側に位置合せして仮圧着する必要はない。したがって、異方導電性膜26は、位置合せの容易なプリント基板25の端部に合せても良い(図示の例)し、端部から多少はみ出していても、端部より若干内側入り込んでいてもよい。これにより、仮接着時に高精度の位置合せが必要でなくなり、作業時間の短縮、歩留まりの向上を図れる。
【0059】そして、同図(b)に示すように、異方導電性膜26の保護フィルム26aを除去し、電極基板12の電極パッド部とプリント基板25の電極リード28との位置合せを行なって、加熱した圧着ヘッド29を電極幅以上の領域に押し当てて熱圧着する。
【0060】このとき、異方導電性膜26はプリント基板25の端部方向に広がり、場合によっては、同図(c)に示すように異方導電性膜26がプリント基板25の端部よりはみ出すので、圧着後にはみ出した部分26bを除去して、図7に示すように異方導電性膜26をプリント基板25の端部に揃える。
【0061】このように、導電性材料は接続後の状態でプリント基板の端部より内側に位置する構成とすることによって、プリント基板を導電性材料で接続したときに、振動板などの部材に接触することがなくなり、信頼性が向上する。
【0062】特に、このインクジェットヘッド1のように、インク滴の噴射方向が振動板面と垂直方向である、いわゆるサイドシュータ型インクジェツトヘッドの場合、この電極面はノズル面と同方向になり、しかもヘッドの小型化のために、電極面とノズル面が近接した状態となる。そのため、インク滴吐出や、ノズル面のワイピング、ノズル15内インクの吸引排出などの信頼性を維持するための動作により、インクが個別電極21とプリント基板25との接続部に入り込み、水性インクの場合、導電性を有しているため、入り込んだインクによって隣接する個別電極21がリークしたり、プリント基板25の電極リード28が電気的に誤った個別電極21に接続されて、吐出不良や誤吐出が生じる。本発明は、このようなサイドシュータ型のインクジェットヘッドの対して特に効果的である。
【0063】また、プリント基板の先端から導電性材料がはみ出していないので、プリント基板を振動板基板、ノズル基板の近傍まで配置することができ、電極パッドとの接触面積を大きくとることができるようになる。これによって、接触抵抗が小さくなると共に、接着力が大きくなり、電気的、機械的な信頼性が向上する。
【0064】なお、導電性材料としては異方導電性膜26に限られるものではなく、ハンダなども使用することができる。
【0065】また、振動板基板10として絶縁性の材料にボロン等の金属などの導電性材料を性膜して共通電極(振動板)とした場合にも、振動板基板の端部において、露出した共通電極とはみ出した異方導電性膜とが接触してリークが生じるという不都合がなくなるが、さらに、共通電極形成工程の必要のない、振動板自体が金属や半導体で形成された場合には、振動板基板の端部で大きく共通電極が露出することになるが、この場合でもリークが発生せず、より効果的である。
【0066】ここで、インクジェットヘッド1の具体的な構成について説明する。ここで採用したインクジェットヘッドは、インク液室6の幅は0.2mm、奥行き2.0mm、ピッチを0.28mmとした。Si基板をエッチングして厚さ10μmの振動板18を形成した板厚0.2mmの振動板基板10と、パイレックスガラス基板に0.5μmの溝(凹部20、ギャップとなる)の底部に、Niの個別電極21を幅0.2mm、ピッチ0.28mmで形成し、更に個別電極21上に1000ÅのSiO2の絶縁層22を形成した電極基板12とを接着剤で接合し、振動板基板10の上に、板厚150μmの液室基板11、板厚30μmのノズルプレート13とを順次接着剤で接合して、静電型インクジェットヘッドを作製した。このヘッドのノズルピッチは0.28mm、ノズル数は64チャンネルである。
【0067】そして、FPC(プリント基板)25の電極リード28には異方導電性フィルム(株式会社スリーボンド製3370C:商品名)を仮圧着した。10枚のプリント基板を仮圧着したところ、端部からのばらつきは±20μmであった。この仮圧着は、圧着機の圧着ヘッド温度を150℃、圧着圧力を30kg/cm2、圧着時間を1秒で行なった。さらに、このFPC(プリント基板)25の先端が振動板基板10の端面から50μmの位置で、電極リード28と電極パッド23とを位置合せした状態で、本圧着した。この本圧着は、圧着機の圧着ヘッド温度を150℃、加圧力を30kg/cm2、圧着時間を20秒で行なった。
【0068】このとき、異方導電性膜26のFPC25の端部からのはみ出し量を測定すると、5μmから50μm(振動板基板10に接触)の範囲であった。その後、異方導電性膜26のプリント基板25の端部からのはみ出し部分を除去した。このはみ出し部分の除去は、例えば、鋭利なカッターなどで機械的に除去する方法を用いて行なった。これにより、製作したFPC25はすべて振動板基板10と接触することがなく、すべて使用可能となった。
【0069】これにより、FPC25を異方導電性膜フィルムを介して個別電極21に接続して駆動電圧を供給できるようにした。また、このインクジェットヘッドのインク液室16に連通したインク供給口を通して、インクタンクからインクが供給できるようにした。
【0070】このヘッドは、振動板サイズ :200μm×2mm振動板の配列密度 :90dpi(=ノズルの配列密度)
振動板の数 :32個×2列=64個(ノズルの数)
構成である。
【0071】次に、このようにして形成された記録ヘッドチップは、例えば次のような方法でインク飛翔記録ヘッドユニットとして完成する。このインク飛翔記録ヘッドユニットは、インク供給管(インク供給手段)に接続された中空のインク供給室を有して形成されたマニホールドをベース材として構成し、マニホールドの頂部には記録ヘッドチップを固定し、インク供給管から供給されたインクをインク供給室を通して、マニホールドの頂部に導き、記録ヘッドチップの端に設けたインク供給口から記録ヘッドチップの共通インク室に供給し、その後は、各インク供給チャンネルの毛管現象により、各エネルギー作用部まで運ばれる。さらに、記録ヘッドチップは周囲を覆い、枠状の保持部材により押え固定される。
【0072】そして、このインクジェットヘッドにおいては、インク供給管よりインク供給口に供給されたインクが共通インク室を通ってインク供給チャンネル全域に満たされている状態で、画像情報に応じて各個別電極に対して個別に駆動電圧を与えることで、個別電極と振動板との間で静電気力が発生し、振動板が個別電極側に変位する。この状態から、通電をオフすると、振動板は元の状態に戻ろうとし、この時の急激な容積変化により、インクがノズルより液滴となって飛翔する。
【0073】そこで、図7に示すように、このインクジェットヘッドの振動板基板10をグランドにして、個別電極21に、駆動電圧 :120Vパルス幅 :30μsec連続駆動周波数 :2kHz(ベタ印写時)
の駆動波形を印可し、その駆動波形をオシロスコープで観察したところ、グランドとのリーク、隣接電極とのリークの発生は認められなかった。
【0074】次に、本発明の第3実施形態について図9を参照して説明する。なお、同図は、同実施形態のインクジェット記録装置のヘッド部の要部断面図である。この実施形態は、振動板基板10とプリント基板25との間に異方導電性膜26のはみ出しを阻止する絶縁性を有する隔壁部材30を設けたものである。
【0075】この隔壁部材30としては、セラミックスや成形が容易な樹脂材料を用いることが好ましい。また、隔壁部材30の大きさは、振動板基板10とプリント基板25との絶縁を行なえば良いので、加工作業中に壊れない程度に小さくて良い。また、あまり大きすぎると、高さがノズル面より高くなったり、幅方向では、プリント基板25と電極との接続面積を確保する必要があるため、電極基板が大きくなったりすることからも、できるだけ小さい方が好ましい。したがって、隔壁部材30の幅は1mm以下、好ましくは0.5mm以下であり、高さもノズル面以下となるようにする。
【0076】この実施形態におけるプリント基板25の接続方法は、先ず、上記第2実施形態と同様に、プリント基板25の電極リード28に異方導電性膜26を仮圧着し、他方、電極基板12上にヘッドの振動板基板10の端面に接して隔壁部材30を接着剤などで固定して設ける。
【0077】そして、ヘッドの個別電極21と異方導電性膜26を仮接着したプリント基板25の電極リード28とを位置合せした後、圧着ヘッドで本圧着する。このとき、異方導電性膜26は潰されてプリント基板25の端部からはみ出してくるが、隔壁部材30によって阻止されて、異方導電性膜26が振動板基板10に接触することがなく、プリント基板25を介して駆動波形を印加したときに、グランドに接続した振動板基板25とリークすることがなくなる。
【0078】なお、隔壁部材30は、例えば図10に示すように、ノズル面13aの周縁部を覆うノズルカバー31を設けるときには、このノズルカバー31と一体に形成することもできる。
【0079】次に、本発明の第4実施形態について図11及び図12を参照して説明する。なお、図11は、同実施形態のインクジェット記録装置のヘッド部の要部断面図、図12は同実施形態の隔壁部材の形成工程を説明する説明図である。この実施形態は、振動板基板10とプリント基板25との間に、電極基板12と一体に形成した、異方導電性膜26のはみ出しを阻止する絶縁性を有する隔壁部材32を設けたものである。
【0080】すなわち、図12(a)に示すように、電極基板12上に電極21のパターンを形成した後、ドライフィルムレジスト(DFR)33をラミネートし、露光、現像することで、隔壁部材32となる部分を残してDFR33を除去する。たとえば、ネガ型DFR33を用いた場合には、同図(b)に示すように、隔壁部材となる部分に対応する開口部34aを形成したマスク34を用いて露光して、DFR33の隔壁部材となる部分を硬化させ、現像液でスプレー現像、或いは、ディップ現像することで、同図(c)に示すように、隔壁部材32となる部分(硬化部分)を残してDFR33を除去することができる。
【0081】なお、電極基板12と一体の隔壁部材32は、SiO2層の成膜、エッチングなどによっても形成することができる。
【0082】なお、上記各実施形態においては本発明を静電型インクジェットヘッドを搭載するインクジェット記録装置に適用した例で説明したが、特に、アクチュエータ部(例えば、積層型圧電素子などの電気機械変換素子、発熱抵抗体等の電気熱変換素子を用いるもの)よりもこのアクチュエータ部に駆動波形を与えるための電極の取り出し部を形成した基板が大きく、電極を外部に露出させてプリント基板と接続するインクジェットヘッドを搭載するいかなるインクジェット記録装置にも適用することができる。
【0083】
【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圧力発生手段を動作させるための電圧を印加する基板上に形成した電極に導電性材料を介してプリント基板を接続したインクジェット記録装置において、導電性材料は接続前の状態でプリント基板の端部より内側に位置する構成としたので、加圧、加熱による接着時に導電性材料がプリント基板の端部からはみ出て振動板などの導電性の部材に接触することがなくなり、吐出不良や誤吐出が防止されて信頼性が向上する。
【0084】請求項2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圧力発生手段を動作させるための電圧を印加する基板上に形成した電極に導電性材料を介してプリント基板を接続したインクジェット記録装置において、導電性材料はプリント基板の端部より内側に位置する構成としたので、導電性材料が振動板などの導電性の部材に接触することがなくなり、吐出不良や誤吐出が防止されて信頼性が向上する。
【0085】請求項3のインクジェット記録装置によれば、上記請求項2のインクジェット記録装置において、インクジェットヘッドの圧力発生手段がの少なくとも一つの壁面を形成する振動板と、この振動板に対向配置した電極とを有し、振動板と電極との間に電圧を印加することで振動板が静電力によって変形して液室のインクを加圧する手段であり、振動板を形成する部材が導体又は半導体からなる構成としたので、振動板を形成する振動板基板を導電性の材料で形成しなければならない静電型インクジェットヘッドの信頼性を向上することができる。
【0086】請求項4のインクジェット記録装置によれば、静電型インクジェットヘッドの基板上に形成した電極に導電性材料を介してプリント基板を接続したインクジェット記録装置において、振動板を形成する基板とプリント基板の端部との間に絶縁性を有する隔壁部材を設けた構成としたので、プリント基板の端部からはみ出す導電性材料が隔壁部材阻止されて振動板に接触することがなくなり、吐出不良や誤吐出が防止されて信頼性が向上する。
【0087】請求項5のインクジェット記録装置によれば、上記請求項4のインクジェット記録装置において、離隔手段が電極を形成する基板と一体的に形成した凸部である構成としたので、隔壁部材の形成を容易に行なうことができ、低コスト化を図れる。




 

 


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