圧電アクチュエータおよびその製造方法、液体吐出ヘッド及び画像形成装置
【課題】圧電素子と配線パターンとのはんだによる接合不良が生じた場合に修復が困難である。
【解決手段】ＦＰＣ１５は、基材４１上に各個別外部電極２３に対応して配線パターン４２が形成され、圧電部材１２と配線パターン４２とが重なる接合領域４３にははんだ５１が設けられ、接合領域４３の以外の領域である配線パターン部４４には、圧電部材１２の個別外部電極２３と配線パターン４２との接合に用いられる量以上の量のはんだが貯留されるはんだ溜まり部４５を有している。
【解決手段】ＦＰＣ１５は、基材４１上に各個別外部電極２３に対応して配線パターン４２が形成され、圧電部材１２と配線パターン４２とが重なる接合領域４３にははんだ５１が設けられ、接合領域４３の以外の領域である配線パターン部４４には、圧電部材１２の個別外部電極２３と配線パターン４２との接合に用いられる量以上の量のはんだが貯留されるはんだ溜まり部４５を有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧電アクチュエータおよびその製造方法、液体吐出ヘッド及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ、これらの複合機等の画像形成装置として、例えばインク液滴を吐出する液体吐出ヘッド（液滴吐出ヘッド）からなる記録ヘッドを用いた液体吐出記録方式の画像形成装置としてインクジェット記録装置などが知られている。
【０００３】
液体吐出ヘッドとしては、例えば液室内の液体であるインクを加圧し圧力を発生するための圧力発生手段（アクチュエータ手段）として圧電素子を使用し、圧電素子の変位で液室に壁面を形成する弾性変形可能な振動板部材を変形させ、液室内容積、圧力を変化させて液滴を吐出させるいわゆる圧電型ヘッドが知られている。
【０００４】
この圧電素子を使用した液体吐出ヘッドにおいては、所定のピッチで配列された圧電素子の個別電極にＦＰＣなどの配線部材の配線パターンをはんだによって接合している。
【０００５】
従来、複数の個別電極とそれぞれ電気的に接合された導電性の複数のバンプを突出状に形成し、ＦＰＣの導体部を覆う未硬化の合成樹脂層を塗布してから、未硬化の合成樹脂層に複数のバンプを押し当てて合成樹脂層を貫通させ、複数のバンプと導体部の端子部とを接触させた後合成樹脂層を硬化させ記録ヘッドの製造方法が知られている（特許文献１）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−３４３０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、液体吐出ヘッドにあっては、高画質化を図るために、多数のノズルを高密度に配置する必要があり、一つのヘッド内で配線部材の配線パターンと接合する圧電素子の数も増大し、接合不良が発生するおそれが高まっている。
【０００８】
また、高密度化されたヘッドでは配線部材の配線パターン同士の間隔が狭くなるので、短絡を避けるためにはんだを薄くしておく必要が生じている。そのため、圧電素子と配線部材の配線パターンとの接合不良が生じやすくなっている。
【０００９】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、圧電素子と配線パターンとの接合不良を容易に修復できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するため、本発明に係る圧電アクチュエータは、
複数の圧電素子と、各々の前記圧電素子に接合される複数の配線パターンを有する配線部材と、を備え、
前記圧電素子と前記配線パターンとははんだにより接合され、
前記配線部材の前記配線パターン上には、前記圧電素子と前記配線パターンとが重なる領域以外の部分に、前記圧電素子と前記配線パターンとの接合に用いられる量以上の量のはんだが貯留されるはんだ溜まり部を有している
構成とした。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、圧電素子と配線パターンとの接合不良を容易に修復できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る液体吐出ヘッドの一例の外観斜視説明図である。
【図２】同ヘッドのノズル配列方向と直交する方向（液室長手方向：図１のＡ−Ａ線）に沿う断面説明図である。
【図３】同ヘッドのノズル配列方向（液室短手方向：図１のＢ−Ｂ線）に沿う断面説明図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る圧電アクチュエータにおける配線部材と圧電部材との接合部分の接合前の状態の側面説明図である。
【図５】同配線部材を配線パターン側から見た正面説明図である。
【図６】本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法の説明供する配線部材と圧電部材との接合部分の接合後の状態の側面説明図である。
【図７】同じく接合不良が生じた状態の側面説明図である。
【図８】同じく接合不良箇所の修復の説明に供する側面説明図である。
【図９】同じく接合不良箇所の修復の他の例の説明に供する側面説明図である。
【図１０】同じく接合不良箇所をスポット的に修復した配線部材の状態を説明する斜視説明図である。
【図１１】比較例の配線部材と圧電部材との接合部分の接合前の状態の側面説明図である。
【図１２】同じく接合後の状態の側面説明図である。
【図１３】本発明の第２実施形態に係る圧電アクチュエータにおける配線部材を配線パターン側から見た正面説明図である。
【図１４】本発明の第３実施形態に係る圧電アクチュエータにおける配線部材を配線パターン側から見た正面説明図である。
【図１５】本発明の第４実施形態に係る圧電アクチュエータにおける配線部材を配線パターン側から見た正面説明図である。
【図１６】本発明の第５実施形態に係る圧電アクチュエータにおける配線部材を配線パターン側から見た正面説明図である。
【図１７】本発明の第６実施形態に係る圧電アクチュエータにおける配線部材を配線パターン側から見た正面説明図である。
【図１８】本発明の第７実施形態に係る圧電アクチュエータにおける配線部材を配線パターン側から見た正面説明図である。
【図１９】本発明の第８実施形態に係る圧電アクチュエータにおける配線部材を配線パターン側から見た正面説明図である。
【図２０】本発明の第９実施形態に係る圧電アクチュエータにおける配線部材を配線パターン側から見た正面説明図である。
【図２１】本発明に係る画像形成装置の一例の機構部の側面説明図である。
【図２２】同機構部の要部平面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。本発明に係る液体吐出ヘッドの一例について図１ないし図３を参照して説明する。図１は同ヘッドの外観斜視説明図、図２は同ヘッドのノズル配列方向と直交する方向（液室長手方向：図１のＡ−Ａ線）に沿う断面説明図、図３は同ヘッドのノズル配列方向（液室短手方向：図１のＢ−Ｂ線）に沿う断面説明図である。
【００１４】
この液体吐出ヘッドは、ＳＵＳ基板などで形成した流路板（流路部材、流路基板、液室基板）１と、この流路板１の下面に接合した振動板を形成する振動板部材２と、流路板１の上面に接合したノズル板３とを有している。これらの部材によって、液滴を吐出する複数のノズル４がそれぞれ通じる個別流路としての複数の個別液室（加圧液室、圧力室、加圧室、流路などとも称される。）６、個別液室６にインクを供給する供給路を兼ねた流体抵抗部７、この流体抵抗部７を介して個別液室６に通じる液体導入部８を形成し、液体導入部８に振動板部材２に形成した供給口９を介して後述するフレーム部材１７に形成した共通液室１０からインクを供給する。
【００１５】
流路板１は、ＳＵＳ基板を、酸性エッチング液を用いてエッチング、あるいは打ち抜き（プレス）などの機械加工することで、個別液室６、流体抵抗部７などの開口をそれぞれ形成している。なお、流路板１は、例えば単結晶シリコン基板をエッチングして形成することなどもできる。
【００１６】
振動板部材２は、第１層２Ａと第２層２Ｂとで形成されて、第１層２Ａで薄肉部を形成し、第１層２Ａ及び第２層２Ｂで厚肉部を形成している。そして、この振動板部材２は、各液室６に対応してその壁面を形成する第１層２Ａで形成された各振動領域（ダイアフラム部）２ａを有し、この振動領域２ａの中に、面外側（液室６と反対面側）に第１層２Ａ及び第２層２Ｂの厚肉部で形成された島状凸部２ｂが設けられ、また、液室間隔壁３０に対応する部分に同様に厚肉部２ｃが設けられている。
【００１７】
そして、この振動板部材２の液室６と反対側に振動領域２ａを変形させる駆動手段（アクチュエータ手段、圧力発生手段）としての電気機械変換素子を含む圧電アクチュエータ１１を配置している。
【００１８】
この圧電アクチュエータ１１は、ベース部材１３上に接着剤接合した複数（ここでは２つとする）の本発明に係る積層型圧電素子である積層型圧電部材１２を有し、圧電部材１２にはハーフカットダイシングによって溝加工して１つの圧電部材１２に対して所要数の柱状の圧電素子である圧電柱１２Ａ、１２Ｂを所定の間隔で櫛歯状に形成している。
【００１９】
なお、圧電部材１２の圧電柱１２Ａ、１２Ｂは、同じものであるが、駆動波形を与えて駆動させる圧電柱を駆動柱１２Ａ、駆動波形を与えないで単なる支持柱として使用する圧電柱を非駆動柱１２Ｂとして区別している。つまり、所謂バイピッチ構成としている。
【００２０】
そして、駆動柱１２Ａの上端面（接合面）を振動板部材２の島状凸部２ｂに接合して接合している。また、非駆動柱１２Ｂの上端面は液室間隔壁３０に対応する位置で振動板部材２の厚肉部２ｃに接合している。
【００２１】
ここで、圧電部材１２は、圧電材料層（圧電層）２１と内部電極２２Ａ、２２Ｂとを交互に積層したものであり、内部電極２２Ａ、２２Ｂをそれぞれ端面、即ち圧電部材１２の振動板部材２に略垂直な側面（積層方向に沿う面）に引き出して、この側面に形成された端面電極である個別外部電極２３、共通外部電極２４に接続し、外部電極２３、２４間に電圧を印加することで積層方向の変位を生じる。なお、共通外部電極２４は図示しない内部電極を通じて個別外部電極２３側の端面であって、圧電部材１２のノズル配列方向の端部に引出されている。
【００２２】
また、ベース部材１３のノズル配列方向と直交する方向の両側面には配線部材としてのフレキシブル配線基板である例えばＦＰＣ１５が設けられている。そして、圧電部材１２の駆動柱１２Ａの個別外部電極２３及び共通外部電極２４と導通しＦＰＣ１５側に引き出された取出し用共通外部電極（不図示）とＦＰＣ１５の配線電極（以下「配線パターン」という。）とははんだ接合で接続され、ＦＰＣ１５には駆動柱１２Ａに駆動信号を与える駆動回路（ドライバＩＣ）が実装されている。
【００２３】
ノズル板３は、ニッケル（Ｎｉ）の金属プレートから形成したもので、エレクトロフォーミング法（電鋳）で製造している。このノズル板３には各液室６に対応して直径１０〜３５μｍのノズル４を形成し、流路板１に接着剤接合している。そして、このノズル板３の液滴吐出側面（吐出方向の表面：吐出面、又は液室６側と反対の面）には撥水層を設けている。
【００２４】
さらに、これらの圧電部材１２、ベース部材１３及びＦＰＣ１５などで構成される圧電アクチュエータ１１の外周側には、エポキシ系樹脂或いはポリフェニレンサルファイトで射出成形により形成したフレーム部材１７を接合している。そして、このフレーム部材１７には前述した共通液室１０を形成し、更に共通液室１０に外部からインクを供給するための供給口を形成し、この供給口１９は更に図示しないサブタンクやインクカートリッジなどのインク供給源に接続される。
【００２５】
このヘッドでは、圧電柱１２Ａ、１２Ｂは３００ｄｐｉの間隔でダイシングされており．それが対向して２列配置され、個別液室６及びノズル４は、１列１５０ｄｐｉの間隔で２列がそれぞれ千鳥配置に整列しており，３００ｄｐｉの解像度を１スキャンで得ることができる構成としている。
【００２６】
このように構成した液体吐出ヘッドにおいては、例えば駆動柱１２Ａに印加する電圧を基準電位から下げることによって駆動柱１２Ａが収縮し、振動板部材２の液室壁面を形成する振動領域２ａが下降して個別液室６の容積が膨張することで、個別液室６内にインクが流入し、その後駆動柱１２Ａに印加する電圧を上げて駆動柱１２Ａを積層方向に伸長させ、振動板部材２の振動領域２ａをノズル４方向に変形させて液室６の容積を収縮させることにより、液室６内のインクが加圧され、ノズル４からインク滴が吐出（噴射）される。
【００２７】
そして、駆動柱１２Ａに印加する電圧を基準電位に戻すことによって振動板部材２の振動領域２ａが初期位置に復元し、液室６が膨張して負圧が発生するので、このとき、共通液室１０から液室６内にインクが充填される。そこで、ノズル４のメニスカス面の振動が減衰して安定した後、次の液滴吐出のための動作に移行する。
【００２８】
なお、このヘッドの駆動方法については上記の例（引き−押し打ち）に限るものではなく、駆動波形の与えた方によって引き打ちや押し打ちなどを行なうこともできる。
【００２９】
次に、本発明の第１実施形態に係る圧電アクチュエータについて図４及び図５を参照して説明する。図４は同実施形態における配線部材について図４及び図５を参照して説明する。同配線部材と圧電部材との接合部分の接合前の状態の側面説明図、図５は同配線部材を配線パターン側から見た正面説明図である。
【００３０】
配線部材としてのＦＰＣ１５は、基材４１上に各個別外部電極２３に対応して配線パターン４２が形成されている。そして、圧電素子（圧電部材１２）と配線パターン４２とが重なる領域（これを、以下「接合領域」という。）４３にははんだ５１が設けられている。
【００３１】
また、ＦＰＣ１５には、配線パターン上の接合領域４３以外の領域である部分４４には、圧電部材１２の個別外部電極２３と配線パターン４２との接合に用いられる量以上の量のはんだが貯留されるはんだ溜まり部４５を有している。このはんだ溜まり部４５は、ＦＰＣ１５を配線パターン側から見た形状を正面形状とするとき、正面形状で、配線パターン４２と同じ幅の矩形状に形成されている。
【００３２】
次に、この配線部材であるＦＰＣ１５を圧電部材１２に接合してヘッドを製造する本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法について図６ないし図９を参照して説明する。
【００３３】
まず、ＦＰＣ１５の配線パターン４２上の接合領域４３及びはんだ溜まり部４５にはんだ５１を配置する（図４参照）。そして、ＦＰＣ１５と圧電部材１２を密着させ、ＦＰＣ１５の基材４１側から接合領域４３にレーザーを照射してはんだ５１を溶融させ、配線パターン４２と圧電部材１２の個別外部電極２３に接合する（第１ステップ）。
【００３４】
このとき、配線パターン４２と圧電部材１２の個別外部電極２３とをはんだ５１で良好に接合できれば、図６に示すように、配線パターン４２と個別外部電極２３の全面がはんだ５１で接合される。
【００３５】
これに対し、ＦＰＣ１５と圧電部材１２の密着が不十分であったり、接合領域４３のはんだの量が配線パターンごとにばらついて不足気味であったりすると、図７に示すように、配線パターン４２と個別外部電極２３との間で、溶融されたはんだ５１が個別外部電極２３に接合されずに、配線パターン４２と個別外部電極２３との接合不良が生じることがある。
【００３６】
そこで、この場合には、配線パターン部４４のはんだ溜まり部４５に溜まったはんだ５１を溶融させ、接合領域４３側へ移動させることで、配線パターン４２と個別外部電極２３とを接合する（第２ステップ）。
【００３７】
この場合、はんだ溜まり部４５から溶融されたはんだ５１を接合領域４３に向けて移動させるには、次の方法による。
【００３８】
例えば、図８に示すように、配線パターン部４４側から空気圧を与えて溶融したはんだ５１を移動させる。あるいは、図９に示すように、圧電部材１２とＦＰＣ１５とからなるワークの上下逆にして、配線パターン部４４側から重力によって溶融したはんだ５１を移動させる。
【００３９】
このように、はんだ溜まり部を有することで、接合不良が生じた場合には、はんだ溜まり部のはんだを再溶融させて接合領域に移動させることができ、接合不良を容易に修復して、信頼性の高い接合を行うことができる。
【００４０】
ここで、前記第２ステップは接合不良の配線パターンのみではなく、全ての配線パターンに対して行ってもよい。この場合、はんだ溜まり部のはんだは接合領域とは異なる位置に配置されているので加圧等がされることなく、ＦＰＣの配線パターンと圧電部材の隙間を埋める分だけが供給されるため、良好に接合ができている領域に第２ステップを施したとしても接合性に不具合を与えることはない。
【００４１】
また、第１ステップ完了後に接合不良箇所を検出し、接合不良箇所に対応するはんだ溜まり部のみをスポット的に溶融させて接合不良箇所を修復してもよい。この場合、はんだ溜まり部のはんだは、スポット的に溶融させた部分のみが流れだすため、このように製造された圧電アクチュエータでは、スポット的に溶融させたはんだ溜まり部のはんだ量がそれ以外のはんだ溜まり部のはんだ量に比べて少なく形成される。
【００４２】
このように、接合不良箇所に対応するはんだ溜まり部のみをスポット的に溶融させて接合不良箇所を修復した場合、図１０に示すように、修復した配線パターン４２に対応するはんだ溜まり部４５Ａに貯留されるはんだ５１の量は、圧電部材１２と配線パターン４２との接合に用いられるはんだ５１の量よりも少なくなる。
【００４３】
ここで、比較例について図１１及び図１２を参照して説明する。
【００４４】
この比較例は、図１１に示すように、配線パターン４２上に同じ厚みではんだ５１を配置したものである。このような構成にあっては、接合時に、前述したように、溶融されたはんだ５１が個別外部電極２３に接合されずに、配線パターン４２と個別外部電極２３との接合不良が生じることがある。
【００４５】
このような状態でたとえ再溶融を行ったとしても、前述のような接合不良の原因となる不具合（ＦＰＣ１５と圧電部材１２の密着が不十分であったり、接合領域４３のはんだの量が配線パターンごとにばらついて不足気味であったりすること）は改善されていないため、同様の接合不良が再現する可能性が高く、接合不良を改善することはできない。
【００４６】
次に、本発明の第２実施形態に係る圧電アクチュエータについて図１３を参照して説明する。図１３は同実施形態における配線部材を配線パターン側から見た正面説明図である。
【００４７】
本実施形態では、ＦＰＣ１５には、配線パターン部４４に配線パターン４２よりも幅広のはんだ溜まり部４５を有している。このはんだ溜まり部４５は、ＦＰＣ１５を配線パターン側から見た形状を正面形状とするとき、正面形状でほぼ矩形状に形成されている。
【００４８】
はんだ溜まり部４５の面積を広くすることで、より多くのはんだ５１を溜めることができ、接合不良部の再接合を容易に行うことができる。
【００４９】
次に、本発明の第３実施形態に係る圧電アクチュエータについて図１４を参照して説明する。図１４は同実施形態における配線部材を配線パターン側から見た正面説明図である。
【００５０】
本実施形態では、ＦＰＣ１５のはんだ溜まり部４５は、正面形状で、接合領域４３側に向かって細くなる三角形状としている。
【００５１】
これにより、はんだ溜まり部４５で溶融されたはんだ５１は接合領域４３に向かって移動し易くなる。
【００５２】
次に、本発明の第４実施形態に係る圧電アクチュエータについて図１５を参照して説明する。図１５は同実施形態における配線部材を配線パターン側から見た正面説明図である。
【００５３】
本実施形態では、ＦＰＣ１５のはんだ溜まり部４５は、正面形状で、配線パターン４２の並び方向（形成方向と直交する方向）に長い長方形状としている。そして、各配線パターン４２のはんだ溜まり部４５は、配線パターン４２の並び方向で千鳥状に（配線パターン４２の形成方向の位置が互い違いになるように）配置している。
【００５４】
すなわち、はんだ溜まり部４５は、できるかぎり広い面積であることが好ましいが、隣接する配線パターン４２との間で短絡しないようにしなければならない。はんだ溜まり部４５を千鳥状に配置することで、はんだ溜まり部４５の面積を確保しながら、隣接する配線パターン４２との短絡を防止できる。
【００５５】
次に、本発明の第５実施形態に係る圧電アクチュエータについて図１６を参照して説明する。図１６は同実施形態における配線部材を配線パターン側から見た正面説明図である。
【００５６】
本実施形態では、ＦＰＣ１５のはんだ溜まり部４５は、正面形状で、平行四辺形状としている。これにより、千鳥配置としないでも、はんだ溜まり部４５の面積を確保しながら、隣接する配線パターン４２との短絡を防止できる。
【００５７】
次に、本発明の第６実施形態に係る圧電アクチュエータについて図１７を参照して説明する。図１７は同実施形態における配線部材を配線パターン側から見た正面説明図である。
【００５８】
本実施形態では、前記第２実施形態のＦＰＣ１５において、配線パターン４２の圧電部材１２との接合領域４３を先端部側（下流側）とし、配線パターン部４４側を後端部側（上流側）とするとき、はんだ溜まり部４５よりも後端側（上流側）には、配線パターン４２を覆うレジストパターン４７が全面に形成されている。
【００５９】
つまり、配線部材であるＦＰＣ１５は、配線パターン４２の圧電部材１２と重なる領域とはんだ溜まり部４５を挟んで反対側の領域がレジストパターン４７で覆われている。
【００６０】
これによって、はんだ溜まり部４５のはんだを溶融する際に溶融したはんだ５１が圧電部材１２との接合領域４３と反対側に流れ出すことを防止できる。つまり、このレジストパターン４７ははんだ５１の流れ出しを規制する規制手段を構成している。
【００６１】
次に、本発明の第７実施形態に係る圧電アクチュエータについて図１８を参照して説明する。図１８は同実施形態における配線部材を配線パターン側から見た正面説明図である。
【００６２】
本実施形態では、前記第４実施形態のＦＰＣ１５において、前記第６実施形態と同様に、前記配線パターン４２のはんだ５１が配置されない領域、すなわち、はんだ溜まり部４５よりも後端側（上流側）には、配線パターン４２を覆うレジストパターン４７が全面に形成されている。これにより、前記第６実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００６３】
次に、本発明の第８実施形態に係る圧電アクチュエータについて図１９を参照して説明する。図１９は同実施形態における配線部材を配線パターン側から見た正面説明図である。
【００６４】
本実施形態では、前記第６実施形態のＦＰＣ１５において、配線パターン４２を覆うレジストパターン４７を配線パターン４２上に形成したものである。このように構成しても、溶融はんだ５１の流れ出しを防止できる。
【００６５】
次に、本発明の第９実施形態に係る圧電アクチュエータについて図２０を参照して説明する。図２０は同実施形態における配線部材を配線パターン側から見た正面説明図である。
【００６６】
本実施形態では、前記第７実施形態のＦＰＣ１５において、配線パターン４２を覆うレジストパターン４７を配線パターン４２上に形成したものである。このように構成しても、溶融はんだ５１の流れ出しを防止できる。
【００６７】
なお、以上の圧電アクチュエータの実施形態において、はんだ溜まり部４５の配置はＦＰＣ１５の全ての配線パターン上に設けてもよいし、特定の配線パターン上にのみ設けてもよい。例えば、長尺の圧電アクチュエータを形成してＦＰＣ１５と圧電部材１２を接合する場合などは、アクチュエータの端部は比較的容易に加圧できてＦＰＣ１５と圧電部材１２の密着が確保できるが、中央部付近を均一に加圧することは難しく、接合不良が発生しやすい。そのため、ＦＰＣ１５の中央付近の配線パターンにのみはんだ溜まり部４５を設ける構成とすることで、ＦＰＣ１５にめっき等で付着させるはんだの量を低減し、製造コストを低減することができる。
【００６８】
本発明に係る液体吐出ヘッドは上記各実施形態に係る圧電アクチュエータを備えることができる。これにより、信頼性の高いヘッドを得ることができる。上記各実施形態の圧電アクチュエータを備える実施形態の液体吐出ヘッドにインクを供給するタンクを一体にしてインクタンク一体型ヘッドを構成することもできる。
【００６９】
次に、本発明に係る液体吐出ヘッドを備える本発明に係る画像形成装置の一例について図２１及び図２２を参照して説明する。なお、図２１は同装置の機構部の側面説明図、図２２は同機構部の要部平面説明図である。
【００７０】
この画像形成装置はシリアル型画像形成装置であり、左右の側板２２１Ａ、２２１Ｂに横架したガイド部材である主従のガイドロッド２３１、２３２でキャリッジ２３３を主走査方向に摺動自在に保持し、図示しない主走査モータによってタイミングベルトを介して矢示方向（キャリッジ主走査方向）に移動走査する。
【００７１】
このキャリッジ２３３には、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の各色のインク滴を吐出するための本発明に係る液体吐出ヘッドと同ヘッドに供給するインクを収容するタンクを一体化した記録ヘッド２３４を複数のノズルからなるノズル列を主走査方向と直交する副走査方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。
【００７２】
記録ヘッド２３４は、それぞれ２つのノズル列を有し、一方の記録ヘッド２３４ａの一方のノズル列はブラック（Ｋ）の液滴を、他方のノズル列はシアン（Ｃ）の液滴を、他方の記録ヘッド２３４ｂの一方のノズル列はマゼンタ（Ｍ）の液滴を、他方のノズル列はイエロー（Ｙ）の液滴を、それぞれ吐出する。なお、ここでは２ヘッド構成で４色の液滴を吐出する構成としているが、１ヘッド当たり４ノズル列配置とし、１個のヘッドで４色の各色を吐出させることもできる。
【００７３】
また、記録ヘッド２３４のタンク２３５には各色の供給チューブ２３６を介して、供給ユニット２２４によって各色のインクカートリッジ２１０から各色のインクが補充供給される。
【００７４】
一方、給紙トレイ２０２の用紙積載部（圧板）２４１上に積載した用紙２４２を給紙するための給紙部として、用紙積載部２４１から用紙２４２を１枚ずつ分離給送する半月コロ（給紙コロ）２４３及び給紙コロ２４３に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド２４４を備え、この分離パッド２４４は給紙コロ２４３側に付勢されている。
【００７５】
そして、この給紙部から給紙された用紙２４２を記録ヘッド２３４の下方側に送り込むために、用紙２４２を案内するガイド２４５と、カウンタローラ２４６と、搬送ガイド部材２４７と、先端加圧コロ２４９を有する押さえ部材２４８とを備えるとともに、給送された用紙２４２を静電吸着して記録ヘッド２３４に対向する位置で搬送するための搬送手段である搬送ベルト２５１を備えている。
【００７６】
この搬送ベルト２５１は、無端状ベルトであり、搬送ローラ２５２とテンションローラ２５３との間に掛け渡されて、ベルト搬送方向（副走査方向）に周回するように構成している。また、この搬送ベルト２５１の表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ２５６を備えている。この帯電ローラ２５６は、搬送ベルト２５１の表層に接触し、搬送ベルト２５１の回動に従動して回転するように配置されている。この搬送ベルト２５１は、図示しない副走査モータによってタイミングを介して搬送ローラ２５２が回転駆動されることによってベルト搬送方向に周回移動する。
【００７７】
さらに、記録ヘッド２３４で記録された用紙２４２を排紙するための排紙部として、搬送ベルト２５１から用紙２４２を分離するための分離爪２６１と、排紙ローラ２６２及び排紙コロ２６３とを備え、排紙ローラ２６２の下方に排紙トレイ２０３を備えている。
【００７８】
また、装置本体の背面部には両面ユニット２７１が着脱自在に装着されている。この両面ユニット２７１は搬送ベルト２５１の逆方向回転で戻される用紙２４２を取り込んで反転させて再度カウンタローラ２４６と搬送ベルト２５１との間に給紙する。また、この両面ユニット２７１の上面は手差しトレイ２７２としている。
【００７９】
さらに、キャリッジ２３３の走査方向一方側の非印字領域には、記録ヘッド２３４のノズルの状態を維持し、回復するための回復手段を含む本発明に係るヘッドの維持回復装置である維持回復機構２８１を配置している。この維持回復機構２８１には、記録ヘッド２３４の各ノズル面をキャピングするための各キャップ部材（以下「キャップ」という。）２８２ａ、２８２ｂ（区別しないときは「キャップ２８２」という。）と、ノズル面をワイピングするためのブレード部材であるワイパーブレード２８３と、増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行うときの液滴を受ける空吐出受け２８４などを備えている。
【００８０】
また、キャリッジ２３３の走査方向他方側の非印字領域には、記録中などに増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行うときの液滴を受ける空吐出受け２８８を配置し、この空吐出受け２８８には記録ヘッド２３４のノズル列方向に沿った開口部２８９などを備えている。
【００８１】
このように構成したこの画像形成装置においては、給紙トレイ２０２から用紙２４２が１枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙２４２はガイド２４５で案内され、搬送ベルト２５１とカウンタローラ２４６との間に挟まれて搬送され、更に先端を搬送ガイド２３７で案内されて先端加圧コロ２４９で搬送ベルト２５１に押し付けられ、略９０°搬送方向を転換される。
【００８２】
このとき、帯電ローラ２５６に対してプラス出力とマイナス出力とが交互に繰り返すように、つまり交番する電圧が印加され、搬送ベルト２５１が交番する帯電電圧パターン、すなわち、周回方向である副走査方向に、プラスとマイナスが所定の幅で帯状に交互に帯電されたものとなる。このプラス、マイナス交互に帯電した搬送ベルト２５１上に用紙２４２が給送されると、用紙２４２が搬送ベルト２５１に吸着され、搬送ベルト２５１の周回移動によって用紙２４２が副走査方向に搬送される。
【００８３】
そこで、キャリッジ２３３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド２３４を駆動することにより、停止している用紙２４２にインク滴を吐出して１行分を記録し、用紙２４２を所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号又は用紙２４２の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了して、用紙２４２を排紙トレイ２０３に排紙する。
【００８４】
このように、この画像形成装置では、本発明に係る液体吐出ヘッドを記録ヘッドとして備えるので、高画質画像を安定して形成することができる。
【００８５】
なお、本願において、「用紙」とは材質を紙に限定するものではなく、ＯＨＰ、布、ガラス、基板などを含み、インク滴、その他の液体などが付着可能なものの意味であり、被記録媒体、記録媒体、記録紙、記録用紙などと称されるものを含む。また、画像形成、記録、印字、印写、印刷はいずれも同義語とする。
【００８６】
また、「画像形成装置」は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の媒体に液体を吐出して画像形成を行う装置を意味し、また、「画像形成」とは、文字や図形等の意味を持つ画像を媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を媒体に付与すること（単に液滴を媒体に着弾させること）をも意味する。
【００８７】
また、「インク」とは、特に限定しない限り、インクと称されるものに限らず、記録液、定着処理液、液体などと称されるものなど、画像形成を行うことができるすべての液体の総称として用い、例えば、ＤＮＡ試料、レジスト、パターン材料、樹脂なども含まれる。
【００８８】
また、「画像」とは平面的なものに限らず、立体的に形成されたものに付与された画像、また立体自体を三次元的に造形して形成された像も含まれる。
【００８９】
また、画像形成装置には、特に限定しない限り、シリアル型画像形成装置及びライン型画像形成装置のいずれも含まれる。
【符号の説明】
【００９０】
１ 流路板
２ 振動板部材
３ ノズル板
４ ノズル
５ ノズル連通路
６ 加圧液室（個別液室、個別液室）
１０ 共通液室
１２ 圧電部材
１２Ａ、１２Ｂ 圧電柱
１５ ＦＰＣ（配線部材）
２３ 個別外部電極
４１ 基材
４２ 配線パターン
４３ 圧電素子と配線パターンが重なる領域（接合領域）
４４ 圧電素子と配線パターンが重なる領域以外の領域
４５ はんだ溜まり部
４７ レジストパターン
５１ はんだ
２３３ キャリッジ
２３４ａ、２３４ｂ 記録ヘッド
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧電アクチュエータおよびその製造方法、液体吐出ヘッド及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ、これらの複合機等の画像形成装置として、例えばインク液滴を吐出する液体吐出ヘッド（液滴吐出ヘッド）からなる記録ヘッドを用いた液体吐出記録方式の画像形成装置としてインクジェット記録装置などが知られている。
【０００３】
液体吐出ヘッドとしては、例えば液室内の液体であるインクを加圧し圧力を発生するための圧力発生手段（アクチュエータ手段）として圧電素子を使用し、圧電素子の変位で液室に壁面を形成する弾性変形可能な振動板部材を変形させ、液室内容積、圧力を変化させて液滴を吐出させるいわゆる圧電型ヘッドが知られている。
【０００４】
この圧電素子を使用した液体吐出ヘッドにおいては、所定のピッチで配列された圧電素子の個別電極にＦＰＣなどの配線部材の配線パターンをはんだによって接合している。
【０００５】
従来、複数の個別電極とそれぞれ電気的に接合された導電性の複数のバンプを突出状に形成し、ＦＰＣの導体部を覆う未硬化の合成樹脂層を塗布してから、未硬化の合成樹脂層に複数のバンプを押し当てて合成樹脂層を貫通させ、複数のバンプと導体部の端子部とを接触させた後合成樹脂層を硬化させ記録ヘッドの製造方法が知られている（特許文献１）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−３４３０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、液体吐出ヘッドにあっては、高画質化を図るために、多数のノズルを高密度に配置する必要があり、一つのヘッド内で配線部材の配線パターンと接合する圧電素子の数も増大し、接合不良が発生するおそれが高まっている。
【０００８】
また、高密度化されたヘッドでは配線部材の配線パターン同士の間隔が狭くなるので、短絡を避けるためにはんだを薄くしておく必要が生じている。そのため、圧電素子と配線部材の配線パターンとの接合不良が生じやすくなっている。
【０００９】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、圧電素子と配線パターンとの接合不良を容易に修復できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するため、本発明に係る圧電アクチュエータは、
複数の圧電素子と、各々の前記圧電素子に接合される複数の配線パターンを有する配線部材と、を備え、
前記圧電素子と前記配線パターンとははんだにより接合され、
前記配線部材の前記配線パターン上には、前記圧電素子と前記配線パターンとが重なる領域以外の部分に、前記圧電素子と前記配線パターンとの接合に用いられる量以上の量のはんだが貯留されるはんだ溜まり部を有している
構成とした。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、圧電素子と配線パターンとの接合不良を容易に修復できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る液体吐出ヘッドの一例の外観斜視説明図である。
【図２】同ヘッドのノズル配列方向と直交する方向（液室長手方向：図１のＡ−Ａ線）に沿う断面説明図である。
【図３】同ヘッドのノズル配列方向（液室短手方向：図１のＢ−Ｂ線）に沿う断面説明図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る圧電アクチュエータにおける配線部材と圧電部材との接合部分の接合前の状態の側面説明図である。
【図５】同配線部材を配線パターン側から見た正面説明図である。
【図６】本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法の説明供する配線部材と圧電部材との接合部分の接合後の状態の側面説明図である。
【図７】同じく接合不良が生じた状態の側面説明図である。
【図８】同じく接合不良箇所の修復の説明に供する側面説明図である。
【図９】同じく接合不良箇所の修復の他の例の説明に供する側面説明図である。
【図１０】同じく接合不良箇所をスポット的に修復した配線部材の状態を説明する斜視説明図である。
【図１１】比較例の配線部材と圧電部材との接合部分の接合前の状態の側面説明図である。
【図１２】同じく接合後の状態の側面説明図である。
【図１３】本発明の第２実施形態に係る圧電アクチュエータにおける配線部材を配線パターン側から見た正面説明図である。
【図１４】本発明の第３実施形態に係る圧電アクチュエータにおける配線部材を配線パターン側から見た正面説明図である。
【図１５】本発明の第４実施形態に係る圧電アクチュエータにおける配線部材を配線パターン側から見た正面説明図である。
【図１６】本発明の第５実施形態に係る圧電アクチュエータにおける配線部材を配線パターン側から見た正面説明図である。
【図１７】本発明の第６実施形態に係る圧電アクチュエータにおける配線部材を配線パターン側から見た正面説明図である。
【図１８】本発明の第７実施形態に係る圧電アクチュエータにおける配線部材を配線パターン側から見た正面説明図である。
【図１９】本発明の第８実施形態に係る圧電アクチュエータにおける配線部材を配線パターン側から見た正面説明図である。
【図２０】本発明の第９実施形態に係る圧電アクチュエータにおける配線部材を配線パターン側から見た正面説明図である。
【図２１】本発明に係る画像形成装置の一例の機構部の側面説明図である。
【図２２】同機構部の要部平面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。本発明に係る液体吐出ヘッドの一例について図１ないし図３を参照して説明する。図１は同ヘッドの外観斜視説明図、図２は同ヘッドのノズル配列方向と直交する方向（液室長手方向：図１のＡ−Ａ線）に沿う断面説明図、図３は同ヘッドのノズル配列方向（液室短手方向：図１のＢ−Ｂ線）に沿う断面説明図である。
【００１４】
この液体吐出ヘッドは、ＳＵＳ基板などで形成した流路板（流路部材、流路基板、液室基板）１と、この流路板１の下面に接合した振動板を形成する振動板部材２と、流路板１の上面に接合したノズル板３とを有している。これらの部材によって、液滴を吐出する複数のノズル４がそれぞれ通じる個別流路としての複数の個別液室（加圧液室、圧力室、加圧室、流路などとも称される。）６、個別液室６にインクを供給する供給路を兼ねた流体抵抗部７、この流体抵抗部７を介して個別液室６に通じる液体導入部８を形成し、液体導入部８に振動板部材２に形成した供給口９を介して後述するフレーム部材１７に形成した共通液室１０からインクを供給する。
【００１５】
流路板１は、ＳＵＳ基板を、酸性エッチング液を用いてエッチング、あるいは打ち抜き（プレス）などの機械加工することで、個別液室６、流体抵抗部７などの開口をそれぞれ形成している。なお、流路板１は、例えば単結晶シリコン基板をエッチングして形成することなどもできる。
【００１６】
振動板部材２は、第１層２Ａと第２層２Ｂとで形成されて、第１層２Ａで薄肉部を形成し、第１層２Ａ及び第２層２Ｂで厚肉部を形成している。そして、この振動板部材２は、各液室６に対応してその壁面を形成する第１層２Ａで形成された各振動領域（ダイアフラム部）２ａを有し、この振動領域２ａの中に、面外側（液室６と反対面側）に第１層２Ａ及び第２層２Ｂの厚肉部で形成された島状凸部２ｂが設けられ、また、液室間隔壁３０に対応する部分に同様に厚肉部２ｃが設けられている。
【００１７】
そして、この振動板部材２の液室６と反対側に振動領域２ａを変形させる駆動手段（アクチュエータ手段、圧力発生手段）としての電気機械変換素子を含む圧電アクチュエータ１１を配置している。
【００１８】
この圧電アクチュエータ１１は、ベース部材１３上に接着剤接合した複数（ここでは２つとする）の本発明に係る積層型圧電素子である積層型圧電部材１２を有し、圧電部材１２にはハーフカットダイシングによって溝加工して１つの圧電部材１２に対して所要数の柱状の圧電素子である圧電柱１２Ａ、１２Ｂを所定の間隔で櫛歯状に形成している。
【００１９】
なお、圧電部材１２の圧電柱１２Ａ、１２Ｂは、同じものであるが、駆動波形を与えて駆動させる圧電柱を駆動柱１２Ａ、駆動波形を与えないで単なる支持柱として使用する圧電柱を非駆動柱１２Ｂとして区別している。つまり、所謂バイピッチ構成としている。
【００２０】
そして、駆動柱１２Ａの上端面（接合面）を振動板部材２の島状凸部２ｂに接合して接合している。また、非駆動柱１２Ｂの上端面は液室間隔壁３０に対応する位置で振動板部材２の厚肉部２ｃに接合している。
【００２１】
ここで、圧電部材１２は、圧電材料層（圧電層）２１と内部電極２２Ａ、２２Ｂとを交互に積層したものであり、内部電極２２Ａ、２２Ｂをそれぞれ端面、即ち圧電部材１２の振動板部材２に略垂直な側面（積層方向に沿う面）に引き出して、この側面に形成された端面電極である個別外部電極２３、共通外部電極２４に接続し、外部電極２３、２４間に電圧を印加することで積層方向の変位を生じる。なお、共通外部電極２４は図示しない内部電極を通じて個別外部電極２３側の端面であって、圧電部材１２のノズル配列方向の端部に引出されている。
【００２２】
また、ベース部材１３のノズル配列方向と直交する方向の両側面には配線部材としてのフレキシブル配線基板である例えばＦＰＣ１５が設けられている。そして、圧電部材１２の駆動柱１２Ａの個別外部電極２３及び共通外部電極２４と導通しＦＰＣ１５側に引き出された取出し用共通外部電極（不図示）とＦＰＣ１５の配線電極（以下「配線パターン」という。）とははんだ接合で接続され、ＦＰＣ１５には駆動柱１２Ａに駆動信号を与える駆動回路（ドライバＩＣ）が実装されている。
【００２３】
ノズル板３は、ニッケル（Ｎｉ）の金属プレートから形成したもので、エレクトロフォーミング法（電鋳）で製造している。このノズル板３には各液室６に対応して直径１０〜３５μｍのノズル４を形成し、流路板１に接着剤接合している。そして、このノズル板３の液滴吐出側面（吐出方向の表面：吐出面、又は液室６側と反対の面）には撥水層を設けている。
【００２４】
さらに、これらの圧電部材１２、ベース部材１３及びＦＰＣ１５などで構成される圧電アクチュエータ１１の外周側には、エポキシ系樹脂或いはポリフェニレンサルファイトで射出成形により形成したフレーム部材１７を接合している。そして、このフレーム部材１７には前述した共通液室１０を形成し、更に共通液室１０に外部からインクを供給するための供給口を形成し、この供給口１９は更に図示しないサブタンクやインクカートリッジなどのインク供給源に接続される。
【００２５】
このヘッドでは、圧電柱１２Ａ、１２Ｂは３００ｄｐｉの間隔でダイシングされており．それが対向して２列配置され、個別液室６及びノズル４は、１列１５０ｄｐｉの間隔で２列がそれぞれ千鳥配置に整列しており，３００ｄｐｉの解像度を１スキャンで得ることができる構成としている。
【００２６】
このように構成した液体吐出ヘッドにおいては、例えば駆動柱１２Ａに印加する電圧を基準電位から下げることによって駆動柱１２Ａが収縮し、振動板部材２の液室壁面を形成する振動領域２ａが下降して個別液室６の容積が膨張することで、個別液室６内にインクが流入し、その後駆動柱１２Ａに印加する電圧を上げて駆動柱１２Ａを積層方向に伸長させ、振動板部材２の振動領域２ａをノズル４方向に変形させて液室６の容積を収縮させることにより、液室６内のインクが加圧され、ノズル４からインク滴が吐出（噴射）される。
【００２７】
そして、駆動柱１２Ａに印加する電圧を基準電位に戻すことによって振動板部材２の振動領域２ａが初期位置に復元し、液室６が膨張して負圧が発生するので、このとき、共通液室１０から液室６内にインクが充填される。そこで、ノズル４のメニスカス面の振動が減衰して安定した後、次の液滴吐出のための動作に移行する。
【００２８】
なお、このヘッドの駆動方法については上記の例（引き−押し打ち）に限るものではなく、駆動波形の与えた方によって引き打ちや押し打ちなどを行なうこともできる。
【００２９】
次に、本発明の第１実施形態に係る圧電アクチュエータについて図４及び図５を参照して説明する。図４は同実施形態における配線部材について図４及び図５を参照して説明する。同配線部材と圧電部材との接合部分の接合前の状態の側面説明図、図５は同配線部材を配線パターン側から見た正面説明図である。
【００３０】
配線部材としてのＦＰＣ１５は、基材４１上に各個別外部電極２３に対応して配線パターン４２が形成されている。そして、圧電素子（圧電部材１２）と配線パターン４２とが重なる領域（これを、以下「接合領域」という。）４３にははんだ５１が設けられている。
【００３１】
また、ＦＰＣ１５には、配線パターン上の接合領域４３以外の領域である部分４４には、圧電部材１２の個別外部電極２３と配線パターン４２との接合に用いられる量以上の量のはんだが貯留されるはんだ溜まり部４５を有している。このはんだ溜まり部４５は、ＦＰＣ１５を配線パターン側から見た形状を正面形状とするとき、正面形状で、配線パターン４２と同じ幅の矩形状に形成されている。
【００３２】
次に、この配線部材であるＦＰＣ１５を圧電部材１２に接合してヘッドを製造する本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法について図６ないし図９を参照して説明する。
【００３３】
まず、ＦＰＣ１５の配線パターン４２上の接合領域４３及びはんだ溜まり部４５にはんだ５１を配置する（図４参照）。そして、ＦＰＣ１５と圧電部材１２を密着させ、ＦＰＣ１５の基材４１側から接合領域４３にレーザーを照射してはんだ５１を溶融させ、配線パターン４２と圧電部材１２の個別外部電極２３に接合する（第１ステップ）。
【００３４】
このとき、配線パターン４２と圧電部材１２の個別外部電極２３とをはんだ５１で良好に接合できれば、図６に示すように、配線パターン４２と個別外部電極２３の全面がはんだ５１で接合される。
【００３５】
これに対し、ＦＰＣ１５と圧電部材１２の密着が不十分であったり、接合領域４３のはんだの量が配線パターンごとにばらついて不足気味であったりすると、図７に示すように、配線パターン４２と個別外部電極２３との間で、溶融されたはんだ５１が個別外部電極２３に接合されずに、配線パターン４２と個別外部電極２３との接合不良が生じることがある。
【００３６】
そこで、この場合には、配線パターン部４４のはんだ溜まり部４５に溜まったはんだ５１を溶融させ、接合領域４３側へ移動させることで、配線パターン４２と個別外部電極２３とを接合する（第２ステップ）。
【００３７】
この場合、はんだ溜まり部４５から溶融されたはんだ５１を接合領域４３に向けて移動させるには、次の方法による。
【００３８】
例えば、図８に示すように、配線パターン部４４側から空気圧を与えて溶融したはんだ５１を移動させる。あるいは、図９に示すように、圧電部材１２とＦＰＣ１５とからなるワークの上下逆にして、配線パターン部４４側から重力によって溶融したはんだ５１を移動させる。
【００３９】
このように、はんだ溜まり部を有することで、接合不良が生じた場合には、はんだ溜まり部のはんだを再溶融させて接合領域に移動させることができ、接合不良を容易に修復して、信頼性の高い接合を行うことができる。
【００４０】
ここで、前記第２ステップは接合不良の配線パターンのみではなく、全ての配線パターンに対して行ってもよい。この場合、はんだ溜まり部のはんだは接合領域とは異なる位置に配置されているので加圧等がされることなく、ＦＰＣの配線パターンと圧電部材の隙間を埋める分だけが供給されるため、良好に接合ができている領域に第２ステップを施したとしても接合性に不具合を与えることはない。
【００４１】
また、第１ステップ完了後に接合不良箇所を検出し、接合不良箇所に対応するはんだ溜まり部のみをスポット的に溶融させて接合不良箇所を修復してもよい。この場合、はんだ溜まり部のはんだは、スポット的に溶融させた部分のみが流れだすため、このように製造された圧電アクチュエータでは、スポット的に溶融させたはんだ溜まり部のはんだ量がそれ以外のはんだ溜まり部のはんだ量に比べて少なく形成される。
【００４２】
このように、接合不良箇所に対応するはんだ溜まり部のみをスポット的に溶融させて接合不良箇所を修復した場合、図１０に示すように、修復した配線パターン４２に対応するはんだ溜まり部４５Ａに貯留されるはんだ５１の量は、圧電部材１２と配線パターン４２との接合に用いられるはんだ５１の量よりも少なくなる。
【００４３】
ここで、比較例について図１１及び図１２を参照して説明する。
【００４４】
この比較例は、図１１に示すように、配線パターン４２上に同じ厚みではんだ５１を配置したものである。このような構成にあっては、接合時に、前述したように、溶融されたはんだ５１が個別外部電極２３に接合されずに、配線パターン４２と個別外部電極２３との接合不良が生じることがある。
【００４５】
このような状態でたとえ再溶融を行ったとしても、前述のような接合不良の原因となる不具合（ＦＰＣ１５と圧電部材１２の密着が不十分であったり、接合領域４３のはんだの量が配線パターンごとにばらついて不足気味であったりすること）は改善されていないため、同様の接合不良が再現する可能性が高く、接合不良を改善することはできない。
【００４６】
次に、本発明の第２実施形態に係る圧電アクチュエータについて図１３を参照して説明する。図１３は同実施形態における配線部材を配線パターン側から見た正面説明図である。
【００４７】
本実施形態では、ＦＰＣ１５には、配線パターン部４４に配線パターン４２よりも幅広のはんだ溜まり部４５を有している。このはんだ溜まり部４５は、ＦＰＣ１５を配線パターン側から見た形状を正面形状とするとき、正面形状でほぼ矩形状に形成されている。
【００４８】
はんだ溜まり部４５の面積を広くすることで、より多くのはんだ５１を溜めることができ、接合不良部の再接合を容易に行うことができる。
【００４９】
次に、本発明の第３実施形態に係る圧電アクチュエータについて図１４を参照して説明する。図１４は同実施形態における配線部材を配線パターン側から見た正面説明図である。
【００５０】
本実施形態では、ＦＰＣ１５のはんだ溜まり部４５は、正面形状で、接合領域４３側に向かって細くなる三角形状としている。
【００５１】
これにより、はんだ溜まり部４５で溶融されたはんだ５１は接合領域４３に向かって移動し易くなる。
【００５２】
次に、本発明の第４実施形態に係る圧電アクチュエータについて図１５を参照して説明する。図１５は同実施形態における配線部材を配線パターン側から見た正面説明図である。
【００５３】
本実施形態では、ＦＰＣ１５のはんだ溜まり部４５は、正面形状で、配線パターン４２の並び方向（形成方向と直交する方向）に長い長方形状としている。そして、各配線パターン４２のはんだ溜まり部４５は、配線パターン４２の並び方向で千鳥状に（配線パターン４２の形成方向の位置が互い違いになるように）配置している。
【００５４】
すなわち、はんだ溜まり部４５は、できるかぎり広い面積であることが好ましいが、隣接する配線パターン４２との間で短絡しないようにしなければならない。はんだ溜まり部４５を千鳥状に配置することで、はんだ溜まり部４５の面積を確保しながら、隣接する配線パターン４２との短絡を防止できる。
【００５５】
次に、本発明の第５実施形態に係る圧電アクチュエータについて図１６を参照して説明する。図１６は同実施形態における配線部材を配線パターン側から見た正面説明図である。
【００５６】
本実施形態では、ＦＰＣ１５のはんだ溜まり部４５は、正面形状で、平行四辺形状としている。これにより、千鳥配置としないでも、はんだ溜まり部４５の面積を確保しながら、隣接する配線パターン４２との短絡を防止できる。
【００５７】
次に、本発明の第６実施形態に係る圧電アクチュエータについて図１７を参照して説明する。図１７は同実施形態における配線部材を配線パターン側から見た正面説明図である。
【００５８】
本実施形態では、前記第２実施形態のＦＰＣ１５において、配線パターン４２の圧電部材１２との接合領域４３を先端部側（下流側）とし、配線パターン部４４側を後端部側（上流側）とするとき、はんだ溜まり部４５よりも後端側（上流側）には、配線パターン４２を覆うレジストパターン４７が全面に形成されている。
【００５９】
つまり、配線部材であるＦＰＣ１５は、配線パターン４２の圧電部材１２と重なる領域とはんだ溜まり部４５を挟んで反対側の領域がレジストパターン４７で覆われている。
【００６０】
これによって、はんだ溜まり部４５のはんだを溶融する際に溶融したはんだ５１が圧電部材１２との接合領域４３と反対側に流れ出すことを防止できる。つまり、このレジストパターン４７ははんだ５１の流れ出しを規制する規制手段を構成している。
【００６１】
次に、本発明の第７実施形態に係る圧電アクチュエータについて図１８を参照して説明する。図１８は同実施形態における配線部材を配線パターン側から見た正面説明図である。
【００６２】
本実施形態では、前記第４実施形態のＦＰＣ１５において、前記第６実施形態と同様に、前記配線パターン４２のはんだ５１が配置されない領域、すなわち、はんだ溜まり部４５よりも後端側（上流側）には、配線パターン４２を覆うレジストパターン４７が全面に形成されている。これにより、前記第６実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００６３】
次に、本発明の第８実施形態に係る圧電アクチュエータについて図１９を参照して説明する。図１９は同実施形態における配線部材を配線パターン側から見た正面説明図である。
【００６４】
本実施形態では、前記第６実施形態のＦＰＣ１５において、配線パターン４２を覆うレジストパターン４７を配線パターン４２上に形成したものである。このように構成しても、溶融はんだ５１の流れ出しを防止できる。
【００６５】
次に、本発明の第９実施形態に係る圧電アクチュエータについて図２０を参照して説明する。図２０は同実施形態における配線部材を配線パターン側から見た正面説明図である。
【００６６】
本実施形態では、前記第７実施形態のＦＰＣ１５において、配線パターン４２を覆うレジストパターン４７を配線パターン４２上に形成したものである。このように構成しても、溶融はんだ５１の流れ出しを防止できる。
【００６７】
なお、以上の圧電アクチュエータの実施形態において、はんだ溜まり部４５の配置はＦＰＣ１５の全ての配線パターン上に設けてもよいし、特定の配線パターン上にのみ設けてもよい。例えば、長尺の圧電アクチュエータを形成してＦＰＣ１５と圧電部材１２を接合する場合などは、アクチュエータの端部は比較的容易に加圧できてＦＰＣ１５と圧電部材１２の密着が確保できるが、中央部付近を均一に加圧することは難しく、接合不良が発生しやすい。そのため、ＦＰＣ１５の中央付近の配線パターンにのみはんだ溜まり部４５を設ける構成とすることで、ＦＰＣ１５にめっき等で付着させるはんだの量を低減し、製造コストを低減することができる。
【００６８】
本発明に係る液体吐出ヘッドは上記各実施形態に係る圧電アクチュエータを備えることができる。これにより、信頼性の高いヘッドを得ることができる。上記各実施形態の圧電アクチュエータを備える実施形態の液体吐出ヘッドにインクを供給するタンクを一体にしてインクタンク一体型ヘッドを構成することもできる。
【００６９】
次に、本発明に係る液体吐出ヘッドを備える本発明に係る画像形成装置の一例について図２１及び図２２を参照して説明する。なお、図２１は同装置の機構部の側面説明図、図２２は同機構部の要部平面説明図である。
【００７０】
この画像形成装置はシリアル型画像形成装置であり、左右の側板２２１Ａ、２２１Ｂに横架したガイド部材である主従のガイドロッド２３１、２３２でキャリッジ２３３を主走査方向に摺動自在に保持し、図示しない主走査モータによってタイミングベルトを介して矢示方向（キャリッジ主走査方向）に移動走査する。
【００７１】
このキャリッジ２３３には、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の各色のインク滴を吐出するための本発明に係る液体吐出ヘッドと同ヘッドに供給するインクを収容するタンクを一体化した記録ヘッド２３４を複数のノズルからなるノズル列を主走査方向と直交する副走査方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。
【００７２】
記録ヘッド２３４は、それぞれ２つのノズル列を有し、一方の記録ヘッド２３４ａの一方のノズル列はブラック（Ｋ）の液滴を、他方のノズル列はシアン（Ｃ）の液滴を、他方の記録ヘッド２３４ｂの一方のノズル列はマゼンタ（Ｍ）の液滴を、他方のノズル列はイエロー（Ｙ）の液滴を、それぞれ吐出する。なお、ここでは２ヘッド構成で４色の液滴を吐出する構成としているが、１ヘッド当たり４ノズル列配置とし、１個のヘッドで４色の各色を吐出させることもできる。
【００７３】
また、記録ヘッド２３４のタンク２３５には各色の供給チューブ２３６を介して、供給ユニット２２４によって各色のインクカートリッジ２１０から各色のインクが補充供給される。
【００７４】
一方、給紙トレイ２０２の用紙積載部（圧板）２４１上に積載した用紙２４２を給紙するための給紙部として、用紙積載部２４１から用紙２４２を１枚ずつ分離給送する半月コロ（給紙コロ）２４３及び給紙コロ２４３に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド２４４を備え、この分離パッド２４４は給紙コロ２４３側に付勢されている。
【００７５】
そして、この給紙部から給紙された用紙２４２を記録ヘッド２３４の下方側に送り込むために、用紙２４２を案内するガイド２４５と、カウンタローラ２４６と、搬送ガイド部材２４７と、先端加圧コロ２４９を有する押さえ部材２４８とを備えるとともに、給送された用紙２４２を静電吸着して記録ヘッド２３４に対向する位置で搬送するための搬送手段である搬送ベルト２５１を備えている。
【００７６】
この搬送ベルト２５１は、無端状ベルトであり、搬送ローラ２５２とテンションローラ２５３との間に掛け渡されて、ベルト搬送方向（副走査方向）に周回するように構成している。また、この搬送ベルト２５１の表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ２５６を備えている。この帯電ローラ２５６は、搬送ベルト２５１の表層に接触し、搬送ベルト２５１の回動に従動して回転するように配置されている。この搬送ベルト２５１は、図示しない副走査モータによってタイミングを介して搬送ローラ２５２が回転駆動されることによってベルト搬送方向に周回移動する。
【００７７】
さらに、記録ヘッド２３４で記録された用紙２４２を排紙するための排紙部として、搬送ベルト２５１から用紙２４２を分離するための分離爪２６１と、排紙ローラ２６２及び排紙コロ２６３とを備え、排紙ローラ２６２の下方に排紙トレイ２０３を備えている。
【００７８】
また、装置本体の背面部には両面ユニット２７１が着脱自在に装着されている。この両面ユニット２７１は搬送ベルト２５１の逆方向回転で戻される用紙２４２を取り込んで反転させて再度カウンタローラ２４６と搬送ベルト２５１との間に給紙する。また、この両面ユニット２７１の上面は手差しトレイ２７２としている。
【００７９】
さらに、キャリッジ２３３の走査方向一方側の非印字領域には、記録ヘッド２３４のノズルの状態を維持し、回復するための回復手段を含む本発明に係るヘッドの維持回復装置である維持回復機構２８１を配置している。この維持回復機構２８１には、記録ヘッド２３４の各ノズル面をキャピングするための各キャップ部材（以下「キャップ」という。）２８２ａ、２８２ｂ（区別しないときは「キャップ２８２」という。）と、ノズル面をワイピングするためのブレード部材であるワイパーブレード２８３と、増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行うときの液滴を受ける空吐出受け２８４などを備えている。
【００８０】
また、キャリッジ２３３の走査方向他方側の非印字領域には、記録中などに増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行うときの液滴を受ける空吐出受け２８８を配置し、この空吐出受け２８８には記録ヘッド２３４のノズル列方向に沿った開口部２８９などを備えている。
【００８１】
このように構成したこの画像形成装置においては、給紙トレイ２０２から用紙２４２が１枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙２４２はガイド２４５で案内され、搬送ベルト２５１とカウンタローラ２４６との間に挟まれて搬送され、更に先端を搬送ガイド２３７で案内されて先端加圧コロ２４９で搬送ベルト２５１に押し付けられ、略９０°搬送方向を転換される。
【００８２】
このとき、帯電ローラ２５６に対してプラス出力とマイナス出力とが交互に繰り返すように、つまり交番する電圧が印加され、搬送ベルト２５１が交番する帯電電圧パターン、すなわち、周回方向である副走査方向に、プラスとマイナスが所定の幅で帯状に交互に帯電されたものとなる。このプラス、マイナス交互に帯電した搬送ベルト２５１上に用紙２４２が給送されると、用紙２４２が搬送ベルト２５１に吸着され、搬送ベルト２５１の周回移動によって用紙２４２が副走査方向に搬送される。
【００８３】
そこで、キャリッジ２３３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド２３４を駆動することにより、停止している用紙２４２にインク滴を吐出して１行分を記録し、用紙２４２を所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号又は用紙２４２の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了して、用紙２４２を排紙トレイ２０３に排紙する。
【００８４】
このように、この画像形成装置では、本発明に係る液体吐出ヘッドを記録ヘッドとして備えるので、高画質画像を安定して形成することができる。
【００８５】
なお、本願において、「用紙」とは材質を紙に限定するものではなく、ＯＨＰ、布、ガラス、基板などを含み、インク滴、その他の液体などが付着可能なものの意味であり、被記録媒体、記録媒体、記録紙、記録用紙などと称されるものを含む。また、画像形成、記録、印字、印写、印刷はいずれも同義語とする。
【００８６】
また、「画像形成装置」は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の媒体に液体を吐出して画像形成を行う装置を意味し、また、「画像形成」とは、文字や図形等の意味を持つ画像を媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を媒体に付与すること（単に液滴を媒体に着弾させること）をも意味する。
【００８７】
また、「インク」とは、特に限定しない限り、インクと称されるものに限らず、記録液、定着処理液、液体などと称されるものなど、画像形成を行うことができるすべての液体の総称として用い、例えば、ＤＮＡ試料、レジスト、パターン材料、樹脂なども含まれる。
【００８８】
また、「画像」とは平面的なものに限らず、立体的に形成されたものに付与された画像、また立体自体を三次元的に造形して形成された像も含まれる。
【００８９】
また、画像形成装置には、特に限定しない限り、シリアル型画像形成装置及びライン型画像形成装置のいずれも含まれる。
【符号の説明】
【００９０】
１ 流路板
２ 振動板部材
３ ノズル板
４ ノズル
５ ノズル連通路
６ 加圧液室（個別液室、個別液室）
１０ 共通液室
１２ 圧電部材
１２Ａ、１２Ｂ 圧電柱
１５ ＦＰＣ（配線部材）
２３ 個別外部電極
４１ 基材
４２ 配線パターン
４３ 圧電素子と配線パターンが重なる領域（接合領域）
４４ 圧電素子と配線パターンが重なる領域以外の領域
４５ はんだ溜まり部
４７ レジストパターン
５１ はんだ
２３３ キャリッジ
２３４ａ、２３４ｂ 記録ヘッド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の圧電素子と、各々の前記圧電素子に接合される複数の配線パターンを有する配線部材と、を備え、
前記圧電素子と前記配線パターンとははんだにより接合され、
前記配線部材の前記配線パターン上には、前記圧電素子と前記配線パターンとが重なる領域以外の部分に、前記圧電素子と前記配線パターンとの接合に用いられる量以上の量のはんだが貯留されるはんだ溜まり部を有している
ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項２】
前記配線部材に設けられた複数の前記配線パターンのうち、一部の配線パターンに対応する前記はんだ溜まり部に貯留されるはんだの量が、他の配線パターンに対応する前記はんだ溜り部に貯留されるはんだの量よりも少ないことを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項３】
前記一部の配線パターンに対応する前記はんだ溜まり部に貯留されるはんだの量は、前記圧電素子と前記配線パターンとの接合に用いられるはんだの量よりも少ないことを特徴とする請求項２に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項４】
前記圧電素子と前記配線パターンが重なる領域以外の前記配線パターン部に、前記配線パターンよりも幅の広いはんだ溜まり部が設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか２に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項５】
複数の前記配線パターン部に各々設けられた前記はんだ溜まり部は、前記配線パターンの並び方向で千鳥状に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項６】
前記配線部材は、前記配線パターンの前記圧電素子と重なる領域と前記はんだ溜まり部を挟んで反対側の領域がレジストパターンで覆われていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の圧電アクチュエータを備えていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項８】
請求項７に記載の液体吐出ヘッドを備えていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項９】
複数の圧電素子と、各々の前記圧電素子に接合される複数の配線パターンを有する配線部材と備え、
前記圧電素子と前記配線パターンとの接合をはんだにより行う圧電アクチュエータの製造方法において、
前記圧電素子と前記配線パターンが重なる領域に配置されたはんだを溶融し、前記圧電素子と前記配線パターンとの接合を行う第１のステップと、
前記圧電素子と前記配線パターンとがはんだ接合されていない接合不良箇所に対して、前記圧電素子と前記配線パターンが重なる領域以外の配線パターン部に設けられたはんだを溶融し、前記圧電素子と前記配線パターンが重なる領域へ移動させて接合を行う第２のステップとを有する
ことを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項１】
複数の圧電素子と、各々の前記圧電素子に接合される複数の配線パターンを有する配線部材と、を備え、
前記圧電素子と前記配線パターンとははんだにより接合され、
前記配線部材の前記配線パターン上には、前記圧電素子と前記配線パターンとが重なる領域以外の部分に、前記圧電素子と前記配線パターンとの接合に用いられる量以上の量のはんだが貯留されるはんだ溜まり部を有している
ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項２】
前記配線部材に設けられた複数の前記配線パターンのうち、一部の配線パターンに対応する前記はんだ溜まり部に貯留されるはんだの量が、他の配線パターンに対応する前記はんだ溜り部に貯留されるはんだの量よりも少ないことを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項３】
前記一部の配線パターンに対応する前記はんだ溜まり部に貯留されるはんだの量は、前記圧電素子と前記配線パターンとの接合に用いられるはんだの量よりも少ないことを特徴とする請求項２に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項４】
前記圧電素子と前記配線パターンが重なる領域以外の前記配線パターン部に、前記配線パターンよりも幅の広いはんだ溜まり部が設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか２に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項５】
複数の前記配線パターン部に各々設けられた前記はんだ溜まり部は、前記配線パターンの並び方向で千鳥状に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項６】
前記配線部材は、前記配線パターンの前記圧電素子と重なる領域と前記はんだ溜まり部を挟んで反対側の領域がレジストパターンで覆われていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の圧電アクチュエータを備えていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項８】
請求項７に記載の液体吐出ヘッドを備えていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項９】
複数の圧電素子と、各々の前記圧電素子に接合される複数の配線パターンを有する配線部材と備え、
前記圧電素子と前記配線パターンとの接合をはんだにより行う圧電アクチュエータの製造方法において、
前記圧電素子と前記配線パターンが重なる領域に配置されたはんだを溶融し、前記圧電素子と前記配線パターンとの接合を行う第１のステップと、
前記圧電素子と前記配線パターンとがはんだ接合されていない接合不良箇所に対して、前記圧電素子と前記配線パターンが重なる領域以外の配線パターン部に設けられたはんだを溶融し、前記圧電素子と前記配線パターンが重なる領域へ移動させて接合を行う第２のステップとを有する
ことを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
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【図１０】
【図１１】
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【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２０１３−５９９３２（Ｐ２０１３−５９９３２Ａ）
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２００２８１（Ｐ２０１１−２００２８１）
【出願日】平成２３年９月１４日（２０１１．９．１４）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１４日（２０１１．９．１４）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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