JP2007168360A - インクジェットヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電層に不具合を生じさせることなく、十分な高さを有するランドを形成する。
【解決手段】ヘッド本体１３を製造するには、まず、個別電極３５の上面に盛り上がるように導電材料を含む樹脂ペーストをパターン印刷した後、焼成を行うことにより圧電アクチュエータ２１（ランド３６）を形成する（接続部材形成工程）。次に、凹部６０ａをランド３６の中央部分に重なるように位置させて、治具６０によりランド３６を流路ユニット４に対して加熱しながら押圧して、流路ユニット４と圧電アクチュエータ２１とを接合する（接合工程）。次に、接点５３ａを突出部３６ａに重なるように位置させて、ＦＰＣ５０を圧電アクチュエータ２１に対して加熱しながら押圧して、ランド３６と接点５３ａとの電気的接合を行うとともに合成樹脂層５４によりランド３６をＦＰＣ５０に物理的に固定する（接続工程）。
【選択図】図６

Description

本発明は、インク吐出口からインクを吐出するインクジェットヘッドの製造方法に関する。

インク吐出口に連通する圧力室を有する流路ユニットと、流路ユニットに接合され、圧力室内のインクに圧力を付与する圧電アクチュエータとを有するインクジェットヘッドには、圧電アクチュエータの表面において、電極と配線部材とを電気的に接続し、配線部材を介して電極に駆動電圧を供給することによって、圧電アクチュエータを駆動しているものがある。例えば、特許文献１に記載のインクジェットヘッドにおいては、アクチュエータユニット（圧電アクチュエータ）表面に形成された個別電極の上面に、ランド部が形成されており、ランド部を介して、圧電アクチュエータの個別電極と圧電アクチュエータの上方に設けられたＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）（配線部材）との電気的接続を行っている。これにより、ランド部が設けられている部分においてのみ圧電アクチュエータとＦＰＣとが接触し、それ以外の部分において両者は接触しないため、圧電層の変形がＦＰＣにより阻害されることがなく、インク吐出口からのインクの吐出特性が変わってしまうのが防止される。また、このようなランド部は、個別電極の上に金などの金属ペーストをパターン印刷した後、焼成することによって形成される。

特開２００４−１３６６６３号公報（図１０）

しかしながら、特許文献１に記載のインクジェットヘッドでは、ランド部は金属ペーストにより形成されており、焼成の際に高温で加熱する必要があるため、焼成の際に圧電層に反りが発生したり、金属が圧電層の内部に拡散して圧電層の絶縁抵抗が低下したりする。さらに、金等の材料は高価なため、製造コストも高くなってしまう。ここで、このような問題を解決するために、ランド部の材料として、金属材料の代わりに、低温で焼成可能な導電材料を含む樹脂ペーストを用いることも考えられるが、この場合には、樹脂ペーストは金属と比較して柔らかいため、ランド部形成後に圧電アクチュエータを流路ユニットに対して押圧して両者を接合する際に、ランド部が押しつぶされてその高さが低くなってしまい、圧電アクチュエータとＦＰＣとの間に十分な間隔が取れなくなってしまう。あるいは、ランド部が押圧されることによってその上面が平面状になってしまい、ランド部間に高さのばらつきがあった場合に接点との接続に不良が発生してしまう虞がある。一方、流路ユニットと圧電アクチュエータとを接合した後、ランド部を形成すると、圧電アクチュエータの下面の圧力室に重なる部分は空間となっているため、圧電層の表面に樹脂ペーストをパターン印刷する際に圧電層に加わる力により、圧電層にクラックが発生してしまう虞がある。

本発明の目的は、圧電層に反りが発生したり、圧電層の絶縁抵抗が低下したり、圧電層にクラックが発生したりしないとともに、圧電アクチュエータと配線部材との間に十分な間隔を確保することが可能なインクジェットヘッドの製造方法を提供することである。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、インク吐出口に連通する圧力室を有する流路ユニットと、流路ユニットの一表面に配置された圧電層、圧電層の流路ユニットと反対側の表面に圧力室に対応して形成された電極、及び、圧電層の表面に盛り上がるように形成され、電極と電気的に接続された接続部材を有し、圧力室内のインクに圧力を付与する圧電アクチュエータと、基材、及び、基材上に形成され、接続部材と電気的に接続される接点及び接点と電気的に接続された配線を有する配線部材とを備えたインクジェットヘッドの製造方法である。そして、圧電層の表面に導電材料を含む樹脂ペーストにより接続部材を形成する接続部材形成工程と、流路ユニットの一表面に圧電アクチュエータを配置し、接続部材をその一部を残して流路ユニットに対して加熱しながら押圧することによって、流路ユニットと圧電アクチュエータとを接合する接合工程と、接合工程後に、接続部材の接続工程で押圧されなかった一部と接点とを電気的に接続する接続工程とを備えている。

これによると、接続部材を樹脂ペーストにより形成しているため、接続部材を形成する際に高温で焼成する必要がなく、圧電層に反りが発生したり、接続部材に含まれる導電性材料が圧電層の内部に拡散して圧電層の絶縁抵抗が低下したりしにくくなる。さらに、流路ユニットと接合する前に圧電アクチュエータに接続部材を形成しているので、圧電アクチュエータの接続部材と反対側の面に圧力室のような空間が存在しない状態で接続部材を形成することができるため圧電層にクラックが発生しにくくなる。また、流路ユニットと圧電アクチュエータとを接合する際に、接続部材をその一部を残して押圧しているため、接合の際の押圧によって接続部材の盛り上がりの少なくとも一部はつぶれることがなくなる。したがって、接続部材の高さが低くならず、圧電アクチュエータと配線部材との間に十分な隙間を確保することができ、配線部材が圧電アクチュエータに接触したりするのを防止することができる。また、接続部材の押圧されない部分の上面は平面状にならないため、接続部材と接点とを電気的に接続する際に、接続部材の高さのばらつきを吸収することができ、両者が確実に接続される。加えて、流路ユニットと圧電アクチュエータとの接合の際に、圧電層を直接押圧することなく接続部材を押圧しているので、圧電層と治具との間に小さな異物があったり、圧電層の表面に小さな突起があったりしたときに、圧電層にクラック等が発生するのを防止することができる。また、接続部材を樹脂ペーストにより形成しているため、接続部材を金等の金属材料により形成する場合と比べて製造コストを低くすることができる。

また、本発明のインクジェットヘッドの製造方法においては、接合工程において、圧電アクチュエータとの対向面のうち少なくとも接続部材と重なる部分に、圧電層の表面と直交する方向から見て、接続部材の外形よりも小さく且つ接続部材の高さよりも深い凹部又は貫通孔が形成された平板状の治具により、圧電アクチュエータを流路ユニットに対してて押圧してもよい。これによると、このような凹部又は貫通孔が形成された治具を用いることにより、いずれかの凹部又は貫通孔が、接続部材の盛り上がりの中腹から頂点のどこかに重なることになる。そのため、治具が圧電層を直接押圧することがないとともに、接続部材の一部は治具による平坦化を免れることになる。さらに、流路ユニットと圧電アクチュエータとの接合において、圧電アクチュエータの損傷を防ぐことができる。

このとき、凹部又は貫通孔が、治具の接続部材に対向する部分にのみ形成されており、接合工程において、接続部材の一部を残して治具が接続部材を押圧してもよい。これによると、接続部材の治具により押圧されない部分の周囲全体が接続部材の治具により押圧される部分となっているため、押圧された部分が押しつぶされるのにともなって押圧されない部分の高さが低くなってしまうことがなく、圧電アクチュエータと配線部材との間の隙間を確実に確保することができる。

また、本発明のインクジェットヘッドの製造方法においては、配線部材は、少なくとも圧電層との対向面において熱硬化性の合成樹脂材料からなり接点を被覆する合成樹脂層を有し、接続工程前には、合成樹脂層は未硬化であり、接続工程において、配線部材の接点を、対応する接続部材に対して加熱しながら押圧することで、接続部材の一部に未硬化の合成樹脂層を貫通させ、接点と電気的に接続するとともに、合成樹脂層を硬化させて接続部材を配線部材に物理的に固定してもよい。これによると、接続工程においても高温で加熱する必要がなく、圧電層の反りなど熱的な不具合が発生するのを防止することができる。さらに、このときの加熱によって、未硬化の構成樹脂が硬化するので、接続部材と配線部材との接合の機械的強度が向上する。

また、本発明のインクジェットヘッドの製造方法においては、接合工程後で前記接続工程前に、熱硬化性の合成樹脂材料からなり、接続部材を被覆する未硬化の合成樹脂層を形成する樹脂層形成工程を有し、接続工程において、配線部材の接点を、対応する接続部材に対して加熱しながら押圧することで、接続部材の一部に未硬化の合成樹脂層を貫通させ、接点と接続部材とを電気的に接続するとともに、合成樹脂層を硬化させて接続部材を配線部材に物理的に固定してもよい。これによると、接続工程においても高温で加熱する必要がなく、圧電層の反りなど熱的な不具合が発生するのを防止することができる。さらに、このときの加熱によって、未硬化の構成樹脂が硬化するので、接続部材と配線部材との接合の機械的強度が向上する。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

まず、本発明の実施の形態に係るインクジェットヘッドについて説明する。図１に、本実施の形態に係るインクジェットヘッド２を含むプリンタ１を示す。図１に示すプリンタ１は、平面視において図１紙面と直交する方向に細長い矩形である４つの固定されたインクジェットヘッド２を有するラインヘッド型カラーインクジェットプリンタである。プリンタ１には、図中下方に給紙装置１１４が、図中上方に紙受け部１１６が、図中中央部に搬送ユニット１２０がそれぞれ設けられている。さらに、プリンタ１には、これらの動作を制御する制御部１００が備えられている。

給紙装置１１４は、積層された複数の矩形印刷用紙（被記録媒体）Ｐを収容可能な用紙収容部１１５と、用紙収容部１１５内において最も上にある印刷用紙Ｐを１枚ずつ搬送ユニット１２０に向けて送り出す給紙ローラ１４５とを有している。用紙収容部１１５内には、印刷用紙Ｐがその長辺と平行な方向に給紙されるように収容されている。用紙収容部１１５と搬送ユニット１２０との間には、搬送経路に沿って、二対の送りローラ１１８ａ、１１８ｂ；１１９ａ、１１９ｂが配置されている。給紙装置１１４から排出された印刷用紙Ｐは、その一方の短辺を先端として、送りローラ１１８ａ、１１８ｂによって図１中上方へ送られ、その後送りローラ１１９ａ、１１９ｂによって搬送ユニット１２０に向けて左方へと送られる。

搬送ユニット１２０は、エンドレスの搬送ベルト１１１と、搬送ベルト１１１が巻き掛けられた２つのベルトローラ１０６、１０７とを備えている。搬送ベルト１１１の長さは、２つのベルトローラ１０６、１０７間に巻き掛けられた搬送ベルト１１１に所定の張力が発生するような長さに調整されている。２つのベルトローラ１０６、１０７に巻き掛けられることによって、搬送ベルト１１１には、ベルトローラ１０６、１０７の共通接線をそれぞれ含む互いに平行な２つの平面が形成されている。これら２つの平面のうちインクジェットヘッド２と対向する方が印刷用紙Ｐの搬送面１２７となる。給紙装置１１４から送り出された印刷用紙Ｐは、その上面（印刷面）にインクジェットヘッド２によって印刷が施されつつ搬送ベルト１１１によって形成された搬送面１２７上を搬送されて、紙受け部１１６に到達する。紙受け部１１６では、印刷が施された複数の印刷用紙Ｐが重なり合うように載置される。

４つのインクジェットヘッド２は、それぞれ、その下端にヘッド本体１３を有している。ヘッド本体１３は、後述するように、ノズル８に連通した圧力室１０を含む個別インク流路３２が多数形成された流路ユニット４に、多数の圧力室１０のうち、所望の圧力室１０内のインクに圧力を与えることができる４つの圧電アクチュエータ２１が接着剤を介して貼り合わされたものである（図２及び図４参照）。そして、各圧電アクチュエータ２１には、これに印刷信号を供給するＦＰＣ５０（図５参照）が貼り合わされている。

ヘッド本体１３は、平面視において図１紙面と直交する方向に細長い直方体形状を有している（図２参照）。４つのヘッド本体１３は、図１紙面における左右方向に沿って互いに近接配置されている。４つのヘッド本体１３の各底面（インク吐出面）には、微小径を有する多数のノズル８が設けられている（図３参照）。ノズル８から吐出されるインク色は、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）のいずれかであって、１つのヘッド本体１３に属する多数のノズル８から吐出されるインク色は同じである。なおかつ、４つのヘッド本体１３に属する多数のインク吐出口からは、マゼンタ、イエロー、シアン、ブラックの４色から選択された互いに異なる色のインクが吐出される。

ヘッド本体１３の底面と搬送ベルト１１１の搬送面１２７との間には、僅かな隙間が形成されている。印刷用紙Ｐは、この隙間が作る搬送経路に沿って図１中右から左へと搬送される。４つのヘッド本体１３の下方を印刷用紙Ｐが順次通過する際、印刷用紙Ｐの上面に向けてノズル８からインクが画像データに応じて吐出されることで、印刷用紙Ｐ上に所望のカラー画像が形成される。

２つのベルトローラ１０６、１０７は、搬送ベルト１１の内周面１１１ｂと接している。搬送ユニット１２０の２つのベルトローラ１０６、１０７のうち、搬送経路の下流側に位置するベルトローラ１０６は、搬送モータ１７４と接続されている。搬送モータ１７４は、制御部１００の制御に基づいて回転駆動される。他方のベルトローラ１０７は、ベルトローラ１０６の回転に伴って搬送ベルト１１１から付与される回転力によって回転する従動ローラである。

ベルトローラ１０７の近傍にはニップローラ１３８とニップ受けローラ１３９とが、搬送ベルト１１１を挟むように配置されている。ニップローラ１３８は、搬送ユニット１２０に供給された印刷用紙Ｐを搬送面１２７に押し付けることができるように、図示しないばねによって下方に付勢されている。そしてニップローラ１３８とニップ受けローラ１３９とが、搬送ベルト１１１と共に印刷用紙Ｐを挟み込む。本実施の形態では、搬送ベルト１１１の外周面には粘着性のシリコンゴムによる処理が施されており、印刷用紙Ｐは搬送面１２７に確実に粘着させられる。

搬送ユニット１２０の図１中左方には剥離プレート１４０が設けられている。剥離プレート１４０は、その右端が印刷用紙Ｐと搬送ベルト１１１との間に入り込むことによって、搬送ベルト１１１の搬送面１２７に粘着させられている印刷用紙Ｐを搬送面１２７から剥離する。

搬送ユニット１２０と紙受け部１１６との間には、二対の送りローラ１２１ａ、１２１ｂ及び１２２ａ、１２２ｂが配置されている。搬送ユニット１２０から排出された印刷用紙Ｐは、その一方の短辺を先端として、送りローラ１２１ａ、１２１ｂによって図１中上方へ送られ、送りローラ１２２ａ、１２２ｂによって紙受け部１１６へ送られる。

ニップローラ１３８と最も上流側にあるインクジェットヘッド２との間には、搬送経路上における印刷用紙Ｐの先端位置を検出するために、発光素子と受光素子とから構成される光学センサである紙面センサ１３３が配置されている。

次に、ヘッド本体１３の詳細について説明する。図２は、図１に示したヘッド本体１３の平面図である。図３は、図２の一点鎖線で囲まれたブロックの拡大平面図である。図２及び図３に示すように、ヘッド本体１３は、４つの圧力室群９を構成する多数の圧力室１０及び各圧力室１０に連通した多数のノズル８が形成された流路ユニット４を有している。流路ユニット４の上面には、千鳥状になって２列に配列された４つの台形の圧電アクチュエータ２１が接着されている。より詳細には、各圧電アクチュエータ２１は、その平行対向辺（上辺及び下辺）が流路ユニット４の長手方向に沿うように配置されている。また、隣接する圧電アクチュエータ２１の斜辺同士が、流路ユニット４の幅方向にオーバーラップしている。

圧電アクチュエータ２１の接着領域に対向した流路ユニット４の下面は、インク吐出領域となっている。図３に示すように、インク吐出領域の表面には、多数のノズル８が規則的に配列されている。流路ユニット４の上面には、多数の圧力室１０がマトリックス状に配列されており、流路ユニット４の上面において１つの圧電アクチュエータ２１に対向した領域内に存在する複数の圧力室１０が、１つの圧力室群９を構成している。後述するように、各圧力室１０には、圧電アクチュエータ２１に形成された１つの個別電極３５が対向している。

流路ユニット４内には、共通インク室であるマニホールド流路５及びその分岐流路である副マニホールド流路５ａが形成されている。１つのインク吐出領域には、流路ユニット４の長手方向に延在した４本の副マニホールド流路５ａが対向している。また、マニホールド流路５には、流路ユニット４の上面に設けられているインク流入口５ｂからインクが供給される。

各ノズル８は、平面形状がほぼ菱形の圧力室１０及びアパーチャ１２を介して副マニホールド流路５ａと連通している。流路ユニット４の長手方向に延在する互いに隣接した４つのノズル列に含まれるノズル８は、同じ副マニホールド流路５ａに連通している。なお、図２及び図３において、図面を分かりやすくするために、圧電アクチュエータ２１を二点鎖線で描いていると共に、圧電アクチュエータ２１の下方にあって破線で描くべき圧力室１０（圧力室群９）、アパーチャ１２を実線で描いている。

流路ユニット４に形成された多数のノズル８は、これら全てのノズル８を流路ユニット４の長手方向（用紙の搬送方向と直交する方向）に延びた仮想線上にこの仮想線と直交する方向から射影した射影点が、６００ｄｐｉで等間隔に並ぶような位置に形成されている。

ヘッド本体１３の断面構造について説明する。図４は、図３のIV−IV線における断面図である。図４に示すように、ヘッド本体１３は、流路ユニット４と圧電アクチュエータ２１とが貼り合わされたものである。そして、流路ユニット４は、上から、キャビティプレート２２、ベースプレート２３、アパーチャプレート２４、サプライプレート２５、マニホールドプレート２６、２７、２８、カバープレート２９及びノズルプレート３０が積層された積層構造を有している。流路ユニット４の内部には、外部から供給されたインクがインク滴として吐出されるノズル８までのインク流路が形成されている。インク流路としては、インクを一時的に貯留するマニホールド流路５や副マニホールド５ａ、さらには副マニホールド５ａの出口からノズル８に至る個別インク流路３２等が含まれている。各プレート２２〜３０には、このインク流路の構成要素となる凹部や孔がそれぞれ形成されている。

キャビティプレート２２は、圧力室１０となるほぼ菱形の孔が多数形成された金属プレートである。ベースプレート２３は、各圧力室１０とこれに対応するアパーチャ１２とを連通させるための連通孔及び各圧力室１０とこれに対応するノズル８とを連通させるための連通孔が多数形成された金属プレートである。アパーチャプレート２４は、各アパーチャ１２となる孔及び各圧力室１０とこれに対応するノズル８とを連通させるための連通孔が多数形成された金属プレートである。サプライプレート２５は、各アパーチャ１２と副マニホールド流路５ａとを連通させるための連通孔及び各圧力室１０とこれに対応するノズル８とを連通させるための連通孔が多数形成された金属プレートである。マニホールドプレート２６、２７、２８は、副マニホールド流路５ａとなる孔及び各圧力室１０とこれに対応するノズル８とを連通させるための多数の連通孔が形成された金属プレートである。カバープレート２９は、各圧力室１０とこれに対応するノズル８とを連通させるための連通孔が多数形成された金属プレートである。ノズルプレート３０は、ノズル８が多数形成された金属プレートである。これら９枚の金属プレートは、個別インク流路３２が形成されるように、互いに位置合わせして積層されている。

図５に示すように、圧電アクチュエータ２１は、４枚の圧電層４１、４２、４３、４４が積層された積層構造を有している。これら圧電層４１〜４４は、すべて厚みが１５μｍ程度であり、圧電アクチュエータ２１の厚さは６０μｍ程度となっている。いずれの圧電層４１〜４４も、ヘッド本体１３内の１つのインク吐出領域内に形成された多数の圧力室１０に跨って配置されるように連続した層状の平板（連続平板層）となっている。圧電層４１〜４４は、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミックス材料からなるものである。

最上層の圧電層４１上には、厚みが１μｍ程度の個別電極３５が形成されている。個別電極３５及び後述する共通電極３４は、共に、例えば金属などの導電材料を含む導電性ペーストを印刷法を用いて形成したものである。個別電極３５はほぼ菱形の平面形状を有しており、圧力室１０に対向するように且つ平面視において大部分が圧力室１０内に収まるように形成されている。したがって、図３に示すように、最上層の圧電層４１上には、そのほぼ全域にわたって多数の個別電極３５が規則的に二次元配列されている。本実施の形態では、個別電極３５が圧電アクチュエータ２１の表面だけに形成されているので、最外層である圧電層４１だけが外部電界により圧電歪を生じる活性領域を含むことになる。そのため、圧電アクチュエータ２１はユニモルフ変形を起こすアクチュエータとなりその変形効率が優れたものとなる。

個別電極３５の一方の鋭角部は、キャビティプレート２２において圧電アクチュエータ２１と接着されてこれを支持している桁部（キャビティプレート２２において圧力室１０が形成されていない部分）２２ａ上にまで延出されている。そして、その延出部の先端近傍上にはランド（接続部材）３６が形成されている。ランド３６は平面視で略円形であるとともに、図５に示すように、その中央部分には他の部分よりも上方に突出した突出部３６ａが形成されており、突出部３６ａにおいてその厚みが１５μｍ程度になっている。ランド３６は、導電性の樹脂ペーストを印刷法を用いて形成したもので、個別電極３５とランド３６とは、電気的に接続されている。

最上層の圧電層４１とその下側の圧電層４２との間には、シートのほぼ全面に形成された厚み２μｍ程度の共通電極３４が介在している。これにより、圧電層４１は、圧力室１０に対向する部分において、個別電極３５及び共通電極３４の一対の電極によって挟まれる。なお、圧電層４２と圧電層４３の間に、電極は配置されていない。

共通電極３４は、図示しない領域において接地されている。これにより、共通電極３４は、すべての圧力室１０に対向する領域において等しくグランド電位に保持されている。多数の個別電極３５は、後述するように、それぞれがＦＰＣ５０上の配線５３を介して個別に制御部１００の一部である図示しないドライバＩＣに電気的に接続されている。本実施の形態では、圧電層４１上において、個別電極３５が作る電極群を避けて表面電極が形成されている。表面電極は、スルーホールを介して共通電極と電気的に接続されているとともに、多数の個別電極３５と同様に、ＦＰＣ５０上の別の配線５３と接続されている。

圧電アクチュエータ２１の上方には、図５に示すように、ＦＰＣ（配線部材）５０が配置されている。ＦＰＣ５０は、配線５３と配線５３の上面及び下面をそれぞれ保護する被覆５１、５２とを有する。被覆５２のうち、平面視でランド３６の突出部３６ａに重なる部分には、貫通孔５２ａが形成されており、配線５３の貫通孔５２ａから露出していた部分には接点５３ａが形成されている。さらに、貫通孔５２ａ及びランド３６の周辺に重なる部分には、熱硬化性の合成樹脂材料からなる合成樹脂層５４が形成されている。ここで、合成樹脂層５４は、予め貫通孔５２ａ（接点５３ａ）やその周辺を被覆するように形成されていたものであるが、ランド３６の突出部３６ａにより貫通され、さらに突出部３６ａの先端では、接点５３ａと接触している。合成樹脂層５４は、未硬化の状態で貫通孔５２ａを覆っているが、突出部３６ａと接点５３ａとを接触させる接続工程において、加熱硬化される。合成樹脂層５４は、その硬化する過程で、一旦軟化するので、ランド３６やその近傍の圧電層４１の上面をも被覆する。ここで、合成樹脂層５４の材質や加熱温度によってはその軟化の程度は異なるが、突出部３６ａは合成樹脂層５４を容易に貫通でき、接点５３ａにまで達している。さらに、合成樹脂層５４も、少なくともランド３６の側面を被覆し、この部分において圧電アクチュエータ２１とＦＰＣ５０とを物理的に接続している。これにより、表面電極や個別電極３５と配線５３とがランド３６を介して電気的に接続される。また、合成樹脂層５４によって、ランド３６はＦＰＣ５０に固定されている。さらに、合成樹脂層５４が、ランド３６を被覆することから、個別電極３５や表面電極と隣接する他の配線５３との電気的絶縁性が向上する

ここで、アクチュエータユニット２１の動作について述べる。アクチュエータユニット２１においては、４枚の圧電層４１〜４４のうち圧電層４１だけが個別電極３５から共通電極３４に向かう方向に分極されている。ドライバＩＣにより、個別電極３５に所定の電位を付与すると、圧電層４１のうちこの電位が付与された個別電極３５とグランド電位に保持された共通電極４３とに挟まれた領域（活性領域）に電位差が生じる。これにより、圧電層４１のこの部分には厚み方向の電界が発生し、圧電横効果により圧電層４１のこの部分は分極方向と直角方向に縮む。その他の圧電層４２〜４４は、電界が印加されないのでこのように縮むことはない。したがって、圧電層４１〜４４において活性領域と対向する部分には、全体として、圧力室１０側に凸となるユニモルフ変形が生じる。すると、圧力室１０の容積が減少してインクの圧力が上昇し、図４に示したノズル８からインクが吐出される。その後、個別電極３５がグランド電位に戻ると、圧電層４１〜４４は元の形状に戻って圧力室１０も元の容積に戻る。そのため、副マニホールド流路５ａから個別インク流路へとインクが吸い込まれる。

他の駆動方法としては、予め個別電極３５に所定の電位を付与しておき、吐出要求があるごとに一旦個別電極３５をグランド電位にした後、所定のタイミングで再び個別電極３５に所定の電位を付与する方法もある。この場合、個別電極３５がグランド電位となるタイミングで圧電層４１〜４４が元の状態に戻り、圧力室１０の容積は初期状態（予め電圧が印加された状態）と比較して増加し、副マニホールド流路５ａから圧力室１０へとインクが吸い込まれる。その後、再び個別電極３５に所定の電位が付与されたタイミングで圧電層４１〜４４において活性領域と対向する部分が圧力室１０側に凸となるように変形し、圧力室１０の容積変化によりインクの圧力が上昇し、ノズル８からインクが吐出される。

次に、ヘッド本体３の製造方法について図６を用いて説明する。図６は、ヘッド本体３の製造方法を表す工程図である。

ヘッド本体１３を製造するには、予め、プレート２２〜３０を積層させて互いに接合させることにより前述の流路ユニット４を作製しておく。そして、図６（ａ）に示すように、圧電層４２となるセラミックス材料のグリーンシート上に、共通電極３４となる導電材性ペーストをパターン印刷するとともに、圧電層４１となるセラミック材料のグリーンシート上に個別電極３５となる導電性ペーストをパターン印刷する。ここでは、共通電極３４を形成するためにＡｇ−Ｐｄ系ペーストを用い、個別電極３５を形成するためにＡｕ系ペーストを用いている。そして、共通電極３４及び個別電極３５の厚さは、それぞれ約２μｍ、約１μｍである。その後、４枚の圧電層４１〜４４を位置合わせしつつ重ね合わせることによって得られた積層物を所定の温度で焼成することによって圧電層４１〜４４の積層体を形成する。その後、個別電極３５の延出部に、導電材料を含む樹脂ペーストでランド３６を形成する（接続部材形成工程）。この樹脂ペーストは、例えば、セラミック粒子と導電性粒子とを含んで印刷用のペーストにしたもので、各粒子は球形状の粒子からなる。セラミック粒子には、二酸化珪素、酸化アルミ等が用いられる。導電性粒子には、ビニルあるいはアクリル系樹脂粒子をコア材とし、その表面にＡｕ、Ｎｉ、Ｃｕ等の金属層を形成したものである。ランド３６は、印刷法でこの樹脂ペーストを所定パターンに印刷し、約１５０〜２００℃で加熱硬化して形成される。本実施の形態では、作業温度は約１８０℃である。このとき、ランド３６が樹脂ペーストにより形成されているので、ランド３６が金属のペーストにより形成されている従来よりも低温化が可能となり、硬化の際に圧電層４１〜４４に反りが生じたり、金属が圧電層４１〜４４の内部に拡散してその絶縁抵抗が低下したりするのが抑制される。また、樹脂ペーストの構成材料自体が安価であり、印刷が平板上で行えて印刷中に積層体の破損もなく、全体として低コスト化に寄与する。

次に、図６（ｂ）に示すように、流路ユニット４と圧電アクチュエータ２１とを位置合わせして、治具６０によりランド３６を下方に加熱しながら押圧する。これにより、流路ユニット４と圧電アクチュエータ２１とを接着剤により接合する（接合工程）。治具６０の下面には、平面視でランド３６よりも小さく且つランド３６の高さよりも深い凹部６０ａが形成されている。平面視で凹部６０ａがランド３６の中央部分に位置するように治具６０を配置してからランド３６を押圧すると、ランド３６は、平面視で凹部６０ａと重ならない部分のみに押圧力が加えられることになる。凹部６０ａと重なる部分は治具６０によって押圧されない（ランド３６はその一部を残して押圧される）。これにより、ランド３６のうち、押圧力が加えられた部分は治具６０に押しつぶされてその高さが低くなるが、凹部６０ａと重なる部分は治具６０に押圧されないため高さが低くならない。したがって、ランド３６には、他の部分よりも上方に突出した突出部３６ａが中央部分に形成される。ここで、平面視で凹部６０ａがランド３６の中央部分に重なるように治具６０を配置している（凹部６０ａがランド３６に対向する部分にのみ形成されている）ため、突出部３６ａの周囲全体がランド３６の治具６０によって押圧される部分となっている。したがって、ランド３６の突出部３６ａの周囲の部分が治具６０に押圧されて押しつぶされるのに伴って突出部３６ａの高さが低くなってしまうことがなく、突出部３６ａの高さを確実に確保することができる。また、治具６０が当接する部分は、押しつぶされるのにも限度があるので、押圧力が加えられる接合工程中であっても、ランド３６以外の圧電層４１の表面と治具６０との間には隙間が存在している。そのため、圧電層４１の表面に異物があっても、異物により押圧力が偏って加えられることがなく、この工程中における圧電アクチュエータ２１の破損や損傷がなくなる。

次に、図６（ｃ）に示すように、ＦＰＣ５０を平面視で突出部３６ａと貫通孔５２ａとが重なるように圧電アクチュエータ２１の上方に配置する。このＦＰＣ５０には、少なくとも被覆５２に露出した接点５３ａ及びその周辺を覆うように、未硬化状態の合成樹脂層５４が形成されている。そして、図６（ｄ）に示すように、位置合わせされたＦＰＣ５０を圧電アクチュエータ２１に対して加熱しながら押圧する。このとき、ランド３６の突出部３６ａが合成樹脂層５４を貫通し、接点５３ａに達することによりランド３６と接点５３ａとが電気的に接続されるとともに、合成樹脂層５４が硬化して、ランド３６はＦＰＣ５０に物理的に固定される（接続工程）。このとき、合成樹脂層５４は比較的低温で硬化する。ここでの作業温度は約１５０℃である。これにより、接続工程においては、圧電層４１の反りなど熱的な不具合が発生しにくい。以上のようにして、ヘッド本体１３は製造される。

以上に説明した実施の形態によると、ランド３６を導電性材料を含む樹脂ペーストにより形成しているので、硬化する際にランド３６を金属ペーストを焼成して形成する場合ほど高温にする必要がなく、加熱により圧電層４１〜４４に反りが生じたり、金属材料が圧電層４１〜４４の内部に拡散して圧電層４１〜４４の絶縁抵抗が低下したりすることが抑制される。

また、流路ユニット４と圧電アクチュエータ２１とを接合する際に、ランド３６の一部のみを押圧しているため、ランド３６の押圧されなかった部分は押しつぶされることなく、突出部３６ａとなる。ランド３６の押圧された部分も押しつぶされるのには限度があり、流路ユニット４と圧電アクチュエータ２１との接合時には、圧電アクチュエータ２１上に異物があっても、接合用の治具６０の押圧動作で、この異物を起点とする圧電アクチュエータ２１の破損や損傷を防ぐことができる。また、押圧動作時、治具６０の凹部６０ａとランド３６の中央部分とが位置合わせされているので、所望の高さを維持した突出部３６ａがランド３６に形成される。そのため、圧電アクチュエータ２１とＦＰＣ５０との接続時には、両者の間に十分な隙間を残して接続することができる。この接続時にも、加熱しながら押圧力を加えるが、突出部３６ａは押圧力により変形可能で突出部３６ａ高さのばらつきを吸収することができる。これにより、圧電アクチュエータ２１とＦＰＣ５０との確実な電気的接続が可能となる。さらに、ＦＰＣ５０が圧電層４１と接触して、その変形が妨げられることがなくなる。さらに、両者を接合した後にランド３６を形成する場合のように、圧電層４４の下に圧力室１０のような空間が存在した状態でランド３６となる樹脂ペーストをパターン印刷しなくてもよいので、ランド３６の形成の際に圧電層４１〜４４に加わる力により圧電層４１〜４４にクラックが発生することがなくなる。

また、凹部６０ａが形成された治具６０を用いることにより、流路ユニット４と圧電アクチュエータ２１との接合の際の押圧を容易に行うことができる。

さらに、ＦＰＣ５０の被覆５２に形成された貫通孔５２ａ及びその周辺部分に未硬化の熱硬化性の合成樹脂層５４を形成しておき、ＦＰＣ５０を圧電アクチュエータ２１に対して加熱しながら押圧することによりランド３６と接点５３ａとの電気的接続を行うとともにランド３６をＦＰＣ５０に物理的に固定する接続工程において、合成樹脂層５４は比較的低温で硬化し作業が完了する。したがって、接続工程において圧電層４１〜４４の反りなど熱的な不具合が発生しにくい。

次に、本実施の形態に種々の変更を加えた変形例について説明する。ただし、本実施の形態と同様の構成を有するものについては同じ符号を付し、適宜その説明を省略する。

一変形では、図７（ａ）に示すように、ＦＰＣ７０の下面に被覆は形成されておらず、ＦＰＣ７０の下面全体に未硬化の熱硬化性の合成樹脂層７４が形成されており、接続工程において、図７（ｂ）に示すように、ＦＰＣ７０を圧電アクチュエータ２１に対して加熱しながら押圧している（変形例１）。この場合、ＦＰＣ７０を圧電アクチュエータ２１に対して押圧すると、ランド３６の突出部３６ａが合成樹脂層７４を貫通し、接点５３ａに達して、両者が電気的に接続されるとともに、合成樹脂層７４が硬化することによりランド３６がＦＰＣ５０に固定される。さらに合成樹脂層７４が硬化することにより、ＦＰＣ７０の下面全域が合成樹脂層７４により被覆され、配線５３が保護されるとともに、隣接する配線５３との絶縁性が確保される。

別の一変形例では、図８（ａ）に示すように、接合工程の後、ランド３６の上面に熱硬化性の合成樹脂材料からなる未硬化の合成樹脂層８１を形成することによってランド３６を合成樹脂層８１により被覆し（樹脂層形成工程）、接続工程において、ＦＰＣ５０を圧電アクチュエータ２１に対して加熱しながら押圧している（変形例２）。この場合、ＦＰＣ５０を圧電アクチュエータ２１に対して押圧すると、ランド３６の突出部３６ａが合成樹脂層８１を貫通して接点５３ａに達することにより両者が電気的に接続されるとともに、合成樹脂層８１が硬化することによってランド３６がＦＰＣ５０に物理的に固定される。また、この場合も、合成樹脂層８１は比較的低温で硬化するため、高温で加熱する必要がなく、圧電層４１〜４４の反りなど熱的な不具合は発生しにくい。

別の一変形例では、図９（ａ）に示すように、ＦＰＣ８５の下面の平面視で接点５３ａと重なる部分にバンプ８６が形成され、バンプ８６の下面にハンダ８７が形成されている（変形例３）。この場合には、図９（ｂ）に示すように、接続工程において、ＦＰＣ８５を圧電アクチュエータ２１に対して加熱しながら押圧することにより、ハンダ８７が溶解し、ランド３６の突出部３６ａがハンダ８７の内部に入っていく。そして、加熱をやめることにより、ハンダ８７が硬化して、突出部３６ａとバンプ８６及びハンダ８７とが電気的に接続される。これにより、ランド３６と接点５３ａとが電気的に接続される。なお、この場合には、突出部３６ａの上端は、ハンダ８７を貫通してバンプ８６に達していてもよく、ハンダ８７の内部にあってもよい。また、このハンダ接合時には、その加熱温度と時間にもよるが、ランド３６を覆うように未硬化の合成樹脂層が形成されていてもよい。この合成樹脂層は、接合時の温度で硬化して、ＦＰＣ８５と圧電アクチュエータ２１とを直接接合するととともに、溶融したハンダの不必要な広がりを防ぐ。つまり、ハンダの広がりをランド３６の近傍に留めることができる。

別の一変形例では、図１０に示すように、接合工程において、平面視で治具９０を凹部９０ａの一部（図１０の凹部９０ａの右端部付近）とランド９１とが重ならないように治具９０を配置して、ランド９１を押圧している（変形例４）。この場合には、ランド９１の一方（図１０の右側）の端に突出部９１ａが形成される。なお、この場合には、後の接続工程において、平面視で突出部９１ａと接点５３ａとが重なるようにして、ランド９１と接点５３との電気的接続を行えばよい。

別の一変形例では、図１１に示すように、治具９５に貫通孔９５ａが形成されており、接合工程において、平面視で貫通孔９５ａとランド３６との中央部分とが重なるように治具９５を配置して、治具９５によりランド３６を押圧することにより、流路ユニット４（図５参照）と圧電アクチュエータ２１とを接合している（変形例５）。この場合でも、ランド３６の貫通孔９５ａに重なる部分は押圧されないため、接合工程においてランド３６には突出部３６ａが形成される。この場合、突出部３６ａは、貫通孔９５ａを通過して反対側に突出しても、それを規制するものがないので、突出部３６ａを所望の高さに維持することがさらに容易である。

本発明における実施の形態に係るインクジェットプリンタの概略構成図である。 図１のヘッド本体の平面図である。 図２の部分拡大図である。 図３のIV−IV線断面図である。 図４の圧電アクチュエータ部分の拡大図である。 図３のヘッド本体の製造工程を表す工程図である。 変形例１の図６（ｃ）、（ｄ）相当の断面図である。 変形例２の図６（ｃ）、（ｄ）相当の断面図である。 変形例３の図６（ｃ）、（ｄ）相当の断面図である。 変形例４の図６（ｂ）相当の断面図である。 変形例５の図６（ｂ）相当の断面図である。

符号の説明

２ インクジェットヘッド
４ 流路ユニット
８ ノズル
１０ 圧力室
１３ ヘッド本体
２１ 圧電アクチュエータ
３４ 共通電極
３５ 個別電極
３６ ランド
４１〜４４ 圧電層
５０ ＦＰＣ
５３ 配線
５３ａ 接点
５４ 合成樹脂層
６０ 治具
６０ａ 凹部
７４ 合成樹脂層
８１ 合成樹脂層
９０ 治具
９０ａ 凹部
９５ 治具
９５ａ 貫通孔

Claims (5)

1. インク吐出口に連通する圧力室を有する流路ユニットと、
   前記流路ユニットの一表面に配置された圧電層、前記圧電層の前記流路ユニットと反対側の表面に前記圧力室に対応して形成された電極、及び、前記圧電層の表面に盛り上がるように形成され、前記電極と電気的に接続された接続部材を有し、前記圧力室内のインクに圧力を付与する圧電アクチュエータと、
   基材、及び、前記基材上に形成され、前記接続部材と電気的に接続される接点及び前記接点と電気的に接続された配線を有する配線部材とを備えたインクジェットヘッドの製造方法であって、
   前記圧電層の表面に導電材料を含む樹脂ペーストにより前記接続部材を形成する接続部材形成工程と、
   前記流路ユニットの一表面に前記圧電アクチュエータを配置し、前記接続部材をその一部を残して前記流路ユニットに対して加熱しながら押圧することによって、前記流路ユニットと前記圧電アクチュエータとを接合する接合工程と、
   前記接合工程後に、前記接続部材の前記接合工程で押圧されなかった前記一部と前記接点とを電気的に接続する接続工程とを備えていることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
2. 前記接合工程において、前記圧電アクチュエータとの対向面のうち少なくとも前記接続部材と重なる部分に、前記圧電層の表面と直交する方向から見て、前記接続部材の外形よりも小さく且つ前記接続部材の高さよりも深い凹部又は貫通孔が形成された平板状の治具により、前記圧電アクチュエータを前記流路ユニットに対して押圧することを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
3. 前記凹部又は前記貫通孔が、前記治具の前記接続部材に対向する部分にのみ形成されており、前記接合工程において、前記接続部材の前記一部を残して前記治具が前記接続部材を押圧することを特徴とする請求項２に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
4. 前記配線部材は、少なくとも前記圧電層との対向面において熱硬化性の合成樹脂材料からなり前記接点を被覆する合成樹脂層を有し、
   前記接続工程前には、前記合成樹脂層は未硬化であり、
   前記接続工程において、前記配線部材の接点を、対応する前記接続部材に対して加熱しながら押圧することで、前記接続部材の前記一部に前記未硬化の合成樹脂層を貫通させ、前記接点と電気的に接続するとともに、前記合成樹脂層を硬化させて前記接続部材を前記配線部材に物理的に固定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
5. 前記接合工程後で前記接続工程前に、熱硬化性の合成樹脂材料からなり前記接続部材を被覆する未硬化の合成樹脂層を形成する樹脂層形成工程を有し、
   前記接続工程において、前記配線部材の接点を、対応する前記接続部材に対して加熱しながら押圧することで、前記接続部材の前記一部に前記未硬化の合成樹脂層を貫通させ、前記接点と前記接続部材とを電気的に接続するとともに、前記合成樹脂層を硬化させて前記接続部材を前記配線部材に物理的に固定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のインクジェットヘッドの製造方法。

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