JP2008143126A - 記録ヘッドの製造方法及び記録ヘッド - Google Patents

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Abstract

【課題】アクチュエータユニットとプリント配線板との接合を好適に行うことを可能とすると共に、コストを抑制する。
【解決手段】まず、アクチュエータユニットの複数の個別電極上に、個別電極と電気的に接続された導電性のバンプをそれぞれ形成する。次に、FPCにおける複数の端子部53上にハンダペースト体155をそれぞれ部分的に塗布する。さらに、各ハンダペースト体155をリフローさせることによって、各端子部53上の全域にハンダ層55を形成すると共に、各端子部53及びハンダ層55を未硬化の合成樹脂層56で覆った後、ハンダ層55を可撓性を有するFPCのサポート部として機能させつつ、合成樹脂層56のハンダ層55を覆う領域とバンプとを押し当てて、合成樹脂層56を変形させることによって、バンプとハンダ層55とを接触させる。最後に、未硬化の合成樹脂層56を硬化させる。
【選択図】図8

Description

本発明は、記録媒体に記録する記録ヘッドの製造方法及び記録ヘッドに関する。
一般的な記録ヘッドは、複数の記録素子に対応して設けられた複数の個別電極を有するアクチュエータユニットを備えている。そして、複数の個別電極には、アクチュエータユニットに接合されたプリント配線板を介して選択的に駆動信号が供給されるように構成されている。かかるアクチュエータユニットにおいては、個別電極に駆動信号が供給されたときに、当該個別電極に対応する記録素子が駆動され記録媒体に記録される。
特許文献1の記録ヘッドにおいては、個別電極に駆動信号を供給するプリント配線板として、ポリイミドフィルムからなる基材上に配線部分が形成されたフレキシブルプリント配線板(FPC:Flexible Printed Circuits)が用いられている。そして、特許文献1には、FPCに形成された配線部分に含まれる端子部と、アクチュエータユニットの個別電極とを電気的に接続させる方法が開示されている。すなわち、アクチュエータユニットにおける複数の個別電極の表面には、金属材料からなり導電性を有するバンプが突出してそれぞれ形成されている。一方、FPCにおける複数の端子部の表面には、ハンダ層がそれぞれ形成されており、基材の表面には、複数の端子部及びハンダ層を覆うように未硬化の合成樹脂層が形成されている。かかるFPCを、バンプとハンダ層とを位置合わせしつつ、アクチュエータユニットの個別電極が形成されている側の面に押し付けることによって、バンプが未硬化の合成樹脂層を貫通し、バンプとハンダ層とが接触する。その後、未硬化の合成樹脂層を硬化させ、アクチュエータユニットとプリント配線板とを接合する。なお、FPCとアクチュエータユニットとを押し付ける際には、ハンダ層が可撓性を有するFPCのサポート部材として機能するので、バンプとハンダ層とを確実に接触させることができる。
特開2005−305847号公報(図10)
特許文献1に開示されている記録ヘッドの製造工程において、FPCにおける端子部の表面にハンダペーストを塗布し、ハンダ層を形成する際には、塗布位置の精度として極めて高い精度が要求される。すなわち、例えば、端子部に対応する箇所に端子部の大きさとほぼ同一の大きさを有する開口が形成されたマスクを用いてハンダペーストを塗布する場合には、マスクに高精度に開口を形成すると共に、マスクの開口と端子部との位置合わせを高精度に行う必要がある。したがって、記録ヘッドを製造するためのコストが増大する。
そこで、本発明の目的は、アクチュエータユニットとプリント配線板との接合を好適に行うことができると共に、コストを抑制することができる記録ヘッドの製造方法及び記録ヘッドを提供することである。
本発明の記録ヘッドの製造方法は、複数の記録素子に対応する複数の個別電極を有するアクチュエータユニットと、前記記録素子を駆動するための信号を前記個別電極に供給する可撓性のプリント配線板とを備えた記録ヘッドの製造方法である。そして、前記アクチュエータユニットの表面に、前記複数の個別電極とそれぞれ電気的に接続された導電性の複数のバンプを形成するバンプ形成工程と、前記プリント配線板に形成された配線部分の複数の端子部上にハンダペースト体をそれぞれ部分的に塗布するハンダペースト塗布工程と、前記複数の端子部上に塗布された前記複数のハンダペースト体のそれぞれを加熱することによって、前記複数の端子部上に複数のハンダ層を形成する加熱工程と、前記複数の端子部及び前記複数のハンダ層を未硬化の合成樹脂層で覆う被覆工程と、前記合成樹脂層の前記ハンダ層を覆う領域と前記バンプとをそれぞれ押し当てて前記合成樹脂層を変形させることによって、前記複数のバンプと前記複数のハンダ層とを接触させる接触工程と、未硬化の前記合成樹脂層を硬化させる硬化工程とを備えている。
この構成によると、ハンダペースト塗布工程において、端子部上にハンダペースト体を部分的に塗布すればよく、塗布位置に自由度がある。すなわち、塗布位置の精度として極めて高い精度が要求されることによるコストの増大を抑制することができる。したがって、接触工程時において可撓性を有するプリント配線板のサポート部として機能するハンダ層が形成されており、アクチュエータユニットとプリント配線板との接合を好適に行うことができる記録ヘッドを、低コストで製造することができる。
本発明の記録ヘッドの製造方法は、前記端子部と前記配線部分の残部とが、前記端子部及び前記残部よりも幅の狭いくびれ領域を介して接続されていてもよい。この構成によると、加熱工程時に溶けたハンダペースト体が端子部の外に流れ出しにくくなる。したがって、端子部上に比較的厚いハンダ層を形成することができるようになる。よって、ハンダ層のプリント配線板のサポート部材としての機能を高めることができる。また、プリント配線板とアクチュエータユニットとの間の隙間を大きくし、プリント配線板とアクチュエータユニットとの接触を確実に防ぐことができる。これにより、未硬化の合成樹脂がアクチュエータユニットの活性部に接触した状態で固まることで、アクチュエータユニットの駆動を阻害するのを防ぐことができる。
本発明の記録ヘッドの製造方法では、前記加熱工程において、前記端子部の全域を覆う前記ハンダ層を形成してもよい。この構成によると、接触工程時におけるバンプとハンダ層との位置合わせ精度として極めて高い精度を要求しなくともよくなる。したがって、記録ヘッドの製造コストをさらに抑制することができる。
本発明の記録ヘッドの製造方法では、前記記録ヘッドは、インクを吐出するノズルに連通した複数の圧力室とこれら複数の圧力室に連通した共通インク室とを有する流路ユニットを備えたインクジェットヘッドであり、前記アクチュエータユニットは、前記流路ユニットの表面に設けられて前記圧力室の容積を変化させる圧電シートと、前記圧電シートの表面に前記複数の圧力室にそれぞれ対応して形成された前記複数の個別電極とを有し、前記個別電極は、前記圧電シートに垂直な方向から見て、前記圧電シートの表面の前記圧力室に重なる領域に形成された主電極部と、前記圧電シートに垂直な方向から見て、前記主電極部から前記圧力室に重ならない領域まで引き出されたランド部とを有し、前記バンプ形成工程において、前記バンプを前記ランド部の表面に形成してもよい。
圧力室に対向する圧電シートを変形させることによりノズルからインクを吐出させる形式のインクジェットヘッドにおいて、圧力室に重なる領域に形成された主電極部上にバンプを形成すると、バンプやこのバンプ周辺に付着し硬化工程において硬化した合成樹脂により、圧電シートの圧力室に対向する部分の変形が妨げられ、インクを安定して吐出することができなくなる虞がある。しかしながら、上述の構成によると、主電極部から圧力室に重ならない領域に引き出されたランド部にバンプを形成するため、圧電シートの圧力室に対向する部分の変形がバンプやその周囲に付着した合成樹脂により阻害されることがなく、インクを安定して吐出することが可能になる。
本発明の記録ヘッドの製造方法は、前記ハンダペースト塗布工程の前に、前記複数の端子部をそれぞれ個別に露出させる前記端子部よりも大きな複数の開口を有しており、前記プリント配線板の前記配線部分が形成されている面を覆う硬化状態の合成樹脂層を形成する事前被覆工程をさらに備えていることが好ましい。この構成によると、ハンダペースト塗布工程においてハンダペースト体を塗布し、加熱工程においてハンダ層を形成することを可能としつつ、配線部分の端子部近傍以外の箇所を合成樹脂層で保護することができる。したがって、配線部分へ異物が付着し短絡が生じるのを抑制することができる。
本発明の記録ヘッドの製造方法では前記被覆工程において、前記事前被覆工程において形成された前記合成樹脂層の前記複数の開口を未硬化の前記合成樹脂層でそれぞれ覆ってもよい。この構成によると、例えば、事前被覆工程において形成された合成樹脂層における複数の開口間の領域を半硬化の合成樹脂層で覆う場合に比べて、プリント配線板とアクチュエータユニットとの間の隙間を大きくすることができる。したがって、プリント配線板とアクチュエータユニットとの接触を一層確実に防ぐことができる。
本発明の記録ヘッドの製造方法では、前記被覆工程において、前記事前被覆工程において形成された前記合成樹脂層における前記複数の開口を内包する領域を未硬化の前記合成樹脂層で覆ってもよい。この構成によると、被覆工程において、複数の開口に対応する微細なマスクパターンを有するマスク等を用いることなく、容易に半硬化の合成樹脂層を形成することができる。
本発明の記録ヘッドは、複数の記録素子に対応する複数の個別電極を有するアクチュエータユニットと、前記記録素子を駆動するための信号を前記個別電極に供給する可撓性のプリント配線板とを備えた記録ヘッドである。そして、前記アクチュエータユニットが、その表面に形成されており、前記複数の個別電極とそれぞれ電気的に接続された導電性の複数のバンプを備えている。また、前記プリント配線板が、複数の端子部を含む配線部分と、前記複数の端子部をそれぞれ個別に露出させる前記端子部よりも大きな複数の開口を有しており、前記配線部分を覆う第1の合成樹脂層と、前記複数の端子部上にそれぞれ形成されたハンダ層と、少なくとも前記複数の開口を覆う第2の合成樹脂層とを備えている。さらに、前記第2の合成樹脂層の前記ハンダ層を覆う領域と前記バンプとがそれぞれ押し当てられ、前記第2の合成樹脂層が変形することによって、前記複数のバンプと前記複数のハンダ層とが接触している。
この構成によると、第1の合成樹脂層の開口から端子部が露出するので、端子部にハンダ層を形成する前の段階において、第1の合成樹脂層を形成し、配線部分の端子部近傍以外の箇所を第1の合成樹脂層で保護することができる。したがって、配線部分へ異物が付着し短絡が生じるのを抑制することができる。
本発明の記録ヘッドは、前記第2の合成樹脂層が、前記バンプと前記ハンダ層との接触部分を全周に亘って被覆し、且つ前記接触部分を介して前記アクチュエータユニットと前記プリント配線板とを接合していてもよい。この構成によると、第2の合成樹脂層によって、アクチュエータユニットとプリント配線板とが機械的に接合されることとなる。したがって、バンプとハンダ層との間の電気的接続状態を確実に維持することができる。
本発明の記録ヘッドでは、前記第2の合成樹脂層が、前記複数の端子部毎に形成され、その端縁部が、前記第1の合成樹脂層に前記端子部に対応して形成された前記開口の端縁部とそれぞれ重なっていてもよい。第2の合成樹脂層がアクチュエータユニットの活性部に付着すると、アクチュエータユニットの駆動が阻害されてしまうこととなる。この構成によると、プリント配線板とアクチュエータユニットとの間の隙間を大きくすることができる。したがって、プリント配線板とアクチュエータユニットとの接触を防ぐことができる。よって、第2の合成樹脂層によりアクチュエータユニットの駆動が阻害されるのを防ぐことができる。
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。本実施の形態は、インクを吐出するインクジェットヘッドに本発明を適用した例である。
<第1の実施の形態>
本実施の形態のインクジェットヘッドは、記録用紙の搬送方向(副走査方向)と直交する方向(主走査方向)の記録領域全体にインク吐出面が位置するように固定配置される、いわゆるライン式である。図1は、本実施の形態に係るインクジェットヘッドの副走査方向に沿う断面図である。図2は、ヘッド本体の平面図である。図1に示すように、本実施の形態のインクジェットヘッド1は、記録用紙に対してインクを吐出する複数のノズル8(図3参照)を備えたヘッド本体70と、ヘッド本体70の上方に配置されていると共に、ヘッド本体70に供給するインクが貯留されている2つのインク溜まり3が形成されたベースブロック71とを備えている。
ヘッド本体70の平面形状は、図2に示すように、主走査方向に沿う長辺を有する矩形形状である。そして、ヘッド本体70は、その内部に後述するように複数の圧力室10(図3参照)を含むインク流路が形成された流路ユニット4と、流路ユニット4の上面に接合されていると共に、略台形の平面形状を有しており、圧力室10の容積を変化させることによって、圧力室10に繋がっているノズル8(図3参照)からインクを吐出する複数のアクチュエータユニット21とを有している。なお、流路ユニット4におけるアクチュエータユニット21の接合領域とは反対側の下面は、多数のノズル8がマトリクス状に配列されたインク吐出領域となっている。すなわち、流路ユニット4の下面(インク吐出面)には、複数のインク吐出領域が形成されている。
また、図1に示すように、各アクチュエータユニット21の上面には、アクチュエータユニット21とアクチュエータユニット21の駆動を制御するためのドライバIC80とを電気的に接続するフレキシブルプリント配線板(FPC:Flexible Printed Circuits)50がそれぞれ接合され、左右に引き出されている。なお、FPC50のアクチュエータユニット21と接合されている側とは反対側の端部近傍には、図示しないフレキシブルフラットケーブル(FFC:Flexible Flat Cable)が接合される。FFCは、装置全体の制御を司る制御装置と電気的に接続された中継基板に接続されている。これにより、制御装置からの信号をドライバIC80に伝達することができる。
さらに、図1に示すように、ベースブロック71には、インク溜まり3に連通するインク供給路3bが下方に突出して設けられている。そして、ベースブロック71は、インク供給路3bが、図2に示すように、流路ユニット4の上面に形成されており、後述するように流路ユニット4の内部に形成されているマニホールド5(図3参照)に連通する開口4aに繋がるように配置されている。すなわち、ベースブロック71は、インク供給路3bの下端部においてのみ流路ユニット4と接触している。これにより、ベースブロック71の下面73におけるインク供給路3bの下端部以外の領域は、流路ユニット4から離隔しており、その間の空間にアクチュエータユニット21が配設されている。
次に、ヘッド本体70の内部構造について説明する。ヘッド本体70の部分断面図である図3に示すように、ヘッド本体70は、上から、アクチュエータユニット21、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の合計10枚プレートが積層された積層構造を有している。そして、これらのうち、アクチュエータユニット21を除いた9枚のプレート22〜30から流路ユニット4が構成されている。
流路ユニット4を構成する9枚のプレート22〜30は、いずれも金属プレートであり、後述する個別インク流路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。キャビティプレート22には、後述するように略菱形の平面形状を有する圧力室10を形成する開口が複数設けられており、アパーチャプレート24には、ハーフエッチングにより形成されたアパーチャ12が、1つの圧力室10につき1つずつ設けられており、マニホールドプレート26、27、28には、主走査方向に沿って延びており、複数の圧力室10に共通のマニホールド5が設けられており、ノズルプレート30には、1つの圧力室10につき1つずつノズル8が設けられている。そして、圧力室10の長手方向一端部(図3中右側端部)が、アパーチャ12を介してマニホールド5に連通するように、ベースプレート23及びサプライプレート25には、連通孔がそれぞれ形成されている。さらに、圧力室10とノズル8との間に位置する各プレート23〜29には、圧力室10のマニホールド5と連通している側とは反対側の端部(図3中左側端部)からノズル8への連通孔がそれぞれ形成されている。
これにより、流路ユニット4の内部には、マニホールド5から、アパーチャ12及び圧力室10を経てノズル8に至る個別インク流路32が複数の圧力室10ごとに形成されている。なお、かかる個別インク流路32は、流路ユニット4内におけるインク吐出領域に対応する箇所に多数形成されている。
次に、流路ユニット4の最上層のキャビティプレート22に積層された、アクチュエータユニット21の構成について説明する。図4(a)はアクチュエータユニット21と圧力室10との部分拡大断面図であり、図4(b)はアクチュエータユニット21の表面に形成された個別電極35の平面図である。
図4(a)に示すように、アクチュエータユニット21は、4枚の圧電シート41、42、43、44を有している。圧電シート41〜44は、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)系のセラミック材料からなるものであり、いずれも流路ユニット4内の1つのインク吐出領域に対応する箇所に形成された複数の圧力室10に跨って連続して配置されている。最上層の圧電シート41の表面には、個別電極35が形成されており、圧電シート41とその下側の圧電シート42との間には、シート全面に形成された共通電極34が介在している。個別電極35及び共通電極34は、いずれも例えばAg−Pd系などの金属材料からなる。なお、共通電極34は、グランド電位に保持されている。
図4(b)に示すように、個別電極35は、圧力室10よりも一回り小さな略菱形の平面形状を有しており、平面視で圧力室10に重なる領域に形成されている主電極部35aと、平面形状が円形であり、略菱形の主電極部35aにおける鋭角部の一方から平面視で圧力室10と重ならない領域まで引き出されて形成されているランド部35bとを有する。さらに、ランド部35b上には、Agを含む金属材料からなり導電性及び熱硬化性を有するバンプ90が上方に突出して形成されている。そして、後述するように、バンプ90を介してFPC50の端子部53(図5参照)が、個別電極35に電気的に接続される。これにより、各個別電極35の電位をそれぞれ制御することができるようになっている。
ここで、アクチュエータユニット21の作用について説明する。アクチュエータユニット21は、最上層の圧電シート41における共通電極34と個別電極35とに挟まれている箇所が活性層となっており、圧電シート42〜44が非活性層となっている。なお、圧電シート41は、その厚み方向に分極されている。複数の個別電極35に対して選択的に駆動電位を付与することによって、圧電シート41における当該個別電極35に対応する活性層に厚み方向の電界を印加すると、当該活性層は、分極方向である厚み方向と直交する水平方向に収縮する。このとき、圧電シート41の活性層の収縮に伴って、圧電シート41〜44が非活性層側に凸となるように変形する。これにより、圧電シート41の活性層と対向している圧力室10の容積が減少して圧力室10内のインクに圧力が付与され、当該圧力室10に連通するノズル8(図3参照)からインクの液滴が吐出される。
次に、FPC50とアクチュエータユニット21のランド部35b及びバンプ90との部分拡大断面図である図5を参照しつつ、FPC50の構成について説明する。
FPC50は、図5に示すように、ポリイミドからなるベース材51と、ベース材51上(図中下方)に、導電性金属(本実施の形態においては銅とする)により形成された複数の導体部52とを有する。そして、複数の導体部52により、ドライバIC80と複数の個別電極35とをそれぞれ接続する配線パターンが形成されている。また、各導体部52の末端に設けられた複数の端子部53の表面(図中下面)には、後述する加熱工程によって形成されるハンダ層55がそれぞれ形成されている。なお、導体部52の端子部53以外の部分を残部54とする。
さらに、ベース材51上(図中下方)には、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂により、複数の導体部52及び複数のハンダ層55を覆う、電気絶縁性の合成樹脂層56が形成されている。そして、この合成樹脂層56を、個別電極35のランド部35bに設けられた複数のバンプ90が貫通しており、バンプ90とハンダ層55とがそれぞれ接触している。つまり、バンプ90及びハンダ層55を介して、FPC50の導体部52と個別電極35とが電気的に接続されている。
次に、インクジェットヘッド1の製造方法について説明する。まず、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の9枚のプレートを、その内部に個別インク流路32が形成されるように位置合わせしつつ積層し、接着剤によって接合することで、流路ユニット4を作製する。
続いて、アクチュエータユニット21を作製する。具体的には、まず、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)系のセラミック粉末、バインダ及び溶剤を混合して、PET(ポリエチレンテレフタラート)等の樹脂フィルム上に広げて乾燥させることによってグリーンシートを作製する。このとき作製されるグリーンシートは、1枚で複数のアクチュエータユニット21の圧電シートを形成することができる、比較的大判のものである。
次に、この大判のグリーンシートを2種類用意する。1つは、グリーンシートのほぼ全面に共通電極34が形成されている。このグリーンシートは、焼成されて圧電シート42となる。他は、グリーンシート単体であって、電極は形成されていない。さらに、最上層に電極の形成されていないグリーンシートを配置して、4枚のグリーンシートからなる積層体を構成する。この積層体を脱脂及び焼成することで、圧電シート41〜44とする。その後、圧電シート41の表面に、マスク印刷で複数のペースト状個別電極35を印刷する。これを焼成後に、さらにバンプ90を、個別電極35のランド部35bに形成し乾燥する。これによって得られた大判の圧電シート41〜44を、図2に示すような台形形状に切断して個別のアクチュエータユニット21を形成する。
なお、バンプ90の形成は、マスクを用いて行われる。マスクは、各ランド部35bに対応して、複数の円形形状をした開口が形成されている。この開口は、ランド部35bよりも一回り小さい。この開口を通して、熱硬化性の銀ペーストが塗布される。これによって、図6に示すように、複数のランド部35bの表面に略半球状のバンプ90をそれぞれ形成する(バンプ形成工程)。なお、本実施の形態では、バンプ90の高さは35μm程度となっている。また、この段階では、バンプ90は銀ペーストの乾燥された状態であり、完全に硬化されていない。その後、流路ユニット4(より詳細には、キャビティプレート22)の表面に接着剤を塗布して、アクチュエータユニット21を流路ユニット4に接合する。
一方、厚さ約40μmのベース材51上に厚さ約8μmの複数の導体部52が形成された状態のFPC50の表面に、図7に示すように、複数の導体部52における複数の端子部53に対応するように、平面視円形状(図8参照)の端子部53の大きさよりも十分小さな(本実施の形態では端子部53の径の半分以下程度の径を有する)円形の開口161が複数形成されたメタルマスク160を用いて、ハンダペースト体155を塗布する。より詳細には、まず、図7(a)に示すように、メタルマスク160の複数の開口161が、各端子部53とそれぞれ対向するように、メタルマスク160とFPC50との位置合わせを行う。次に、図7(b)に示すように、メタルマスク160の上面に配された半固化状のハンダペースト150をスキージ165によって伸ばし、開口161内に落とし込む。これにより、図8(a)、図9(b)に示すように、複数の導体部52における複数の端子部53上にハンダペースト体155をそれぞれ部分的に塗布する(ハンダペースト塗布工程)。
なお、上記ハンダペースト塗布工程において塗布されるハンダペースト150(すなわちハンダペースト体155)は、本実施の形態においては、錫を主成分としており、銀、銅の他、ロジン等の有機物質を含んでおり、融点が220℃程度のものを用いることとする。具体的には、ハンダペースト150(ハンダペースト体155)の成分は、錫が80〜90wt%、銀が1〜4wt%、銅が1wt以下、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテルが2〜4wt%、2−エチル−1.3−ヘキサンジオールが1wt%以下、ロジンが4〜6wt%である。
続いて、端子部53上にハンダペースト体155が塗布された状態(図8(a)、図9(a)参照)のFPC50を加熱することにより、ハンダペースト体155をリフローさせる。より詳細には、まず、FPC50がある程度の温度となるまで予熱を加え、その後、ハンダペースト体155の融点以上の高温で短時間本加熱を行う。本実施の形態においては、本加熱は、380〜400℃程度の温度で1〜2分加熱することとする。これにより、ハンダペースト体155が溶けて、さらに揮発成分が蒸発し、表面張力によって端子部53上に均一に広がることで、図8(b)、図9(b)に示すように、厚さ約40μmのハンダ層55が形成される。なお、このとき、溶けたハンダペースト体155は、端子部53上の全領域に広がることとする。すなわち、端子部53の全域を覆うハンダ層55が形成される(加熱工程)。
次に、FPC50の表面における複数の端子部53が形成された領域に、マスク印刷により未硬化の熱硬化性樹脂を塗布し、図8(c)、図9(c)に示すように、複数の導体部52及び複数のハンダ層55を覆う、厚さ約25μmの未硬化の合成樹脂層56を形成する(被覆工程)。複数の端子部53の形成領域は、アクチュエータユニット21の外形形状に対応して略台形である。そのため、合成樹脂層56の形成領域も略台形であり、その領域内に全ての端子部53が内包されている。なお、このとき、温度等の諸条件を適切に調整して、合成樹脂層56をFPC50から垂れ落ちない程度の未硬化(半硬化)の状態に維持しておく。
その後、図10(a)に示すように、バンプ90とハンダ層55とが対向するように、アクチュエータユニット21とFPC50との位置合わせを行った状態で、未硬化の合成樹脂層56のハンダ層55を覆う領域とバンプ90とをそれぞれ押し当てて、バンプ90が合成樹脂層56を貫通するように合成樹脂層56を変形させることによって、図10(b)に示すように、複数のバンプ90と複数のハンダ層55とを接触させる(接触工程)。
なお、接触工程において、合成樹脂層56が圧電シート41(とりわけ圧力室10と対向する箇所)に接触し、後述する硬化工程において硬化すると、圧電シート41〜44の変形が阻害されしまう。したがって、合成樹脂層56と圧電シート41との接触を防ぐために、バンプ90はある程度高いことが好ましい(本実施の形態では、35μm程度)。しかしながら、バンプ90を高くすると、複数のバンプ90間で高さにばらつきが生じ易くなる。そこで、接触工程においては、FPC50とアクチュエータユニット21との押し付け荷重を高くし、未だ完全に硬化していないバンプ90を、図10(b)に示すように押し潰すことによって、バンプ90の高さを均一として、全てのバンプ90と端子部53とを確実に接触させる。このとき、硬質なハンダ層55が高剛性なサポート部として機能するので、可撓性を有するFPC50であっても、加えられた荷重はハンダ層55に集中する。これにより、バンプ90を好適に押し潰すことが可能となっている。
最後に、180℃程度で加熱することにより、合成樹脂層56及びバンプ90を硬化させる(硬化工程)。これにより、バンプ90とハンダ層55とが接合される。ここで、図10(b)に示すように、バンプ90とハンダ層55との接続部においては、合成樹脂層56がバンプ90の表面を完全に覆っており、アクチュエータユニット21の表面、より詳細には、ランド部35b上まで達している。すなわち、合成樹脂層56がFPC50とアクチュエータユニット21とに跨って形成されている。これにより、その接続部の強度がより高いものになっている。また、本実施の形態においては、合成樹脂層56は、圧電シート41における圧力室10と対向する箇所には達していないので、圧電シート41〜44の変形を阻害することはない。
以上のように、本実施の形態では、まず、アクチュエータユニット21における、複数のランド部35b上に、個別電極35と電気的に接続される導電性のバンプ90をそれぞれ形成するバンプ形成工程を行う。次に、複数の端子部53に対応するように、平面視における端子部53の大きさよりも十分小さな複数の開口161が形成されたメタルマスク160を用いて、各端子部53上にハンダペースト体155を部分的に塗布するハンダペースト塗布工程を行う。さらに、加熱により各ハンダペースト体155をリフローさせることによって、複数の端子部53上に複数のハンダ層55を形成する加熱工程と、複数の端子部53及び複数のハンダ層55を未硬化の合成樹脂層56で覆う被覆工程と、合成樹脂層56のハンダ層55を覆う領域とバンプ90とをそれぞれ押し当てて合成樹脂層56を変形させることによって、複数のバンプ90と複数のハンダ層55とを接触させる接触工程と、未硬化の合成樹脂層56を硬化させる硬化工程とを行う。したがって、ハンダペースト塗布工程における、メタルマスク160の開口161と端子部53との位置合わせの自由度は比較的高い。また、メタルマスク160に、複数の端子部53に対応するように開口161を形成する際にも、高い精度が要求されることはない。したがって、接触工程時においてFPC50のサポート部として機能するハンダ層55が形成されており、アクチュエータユニット21とFPC50との接合を好適に行うことができるインクジェットヘッド1を、低コストで製造することができる。
また、本実施の形態では、加熱工程において、端子部53の全域を覆うハンダ層55を形成する。したがって、接触工程時におけるバンプ90とハンダ層55との位置合わせ精度として極めて高い精度を要求しなくともよくなる。したがって、インクジェットヘッド1の製造コストをさらに抑制することができる。
さらに、本実施の形態では、インクジェットヘッド1は、インクを吐出するノズル8に連通した複数の圧力室10と、これら複数の圧力室10に連通したマニホールド5とを有する流路ユニット4を備えている。さらに、アクチュエータユニット21は、流路ユニット4の表面に設けられて圧力室10の容積を変化させる圧電シート41〜44と、圧電シート41の表面に複数の圧力室10にそれぞれ対応して形成された複数の個別電極35とを有している。また、個別電極35は、平面視で圧電シート41の表面の圧力室10に重なる領域に形成された主電極部35aと、平面視で主電極部35aから圧力室10に重ならない領域まで引き出されたランド部35bとを有している。そして、バンプ形成工程において、バンプ90をランド部35bの表面に形成する。したがって、主電極部35aから圧力室10に重ならない領域に引き出されたランド部35bにバンプ90を形成するため、圧電シート41〜44の圧力室10と対向する部分の変形が、バンプ90によって阻害されることがない。また、接触工程において、ランド部35bの周囲の圧電シート41に合成樹脂層56が付着してしまった場合にも、圧電シート41〜44の圧力室10と対向する部分の変形が阻害されることがない。よって、インクと安定して吐出することが可能となる。さらに、この工程で加えられる荷重が、圧電シート41〜44だけでなく、その下にある流路ユニット4によっても支えられている。そのため、バンプ90とハンダ層55との接合時に、荷重によって圧電シート41〜44が破損することがない。
加えて、本実施の形態では、端子部53上にハンダ層55が形成されているので、ハンダ層55の厚み分だけFPC50の合成樹脂層56とアクチュエータユニット21の圧電シート41との間の隙間を大きくすることができる。したがって、接触工程において、合成樹脂層56が圧電シート41(とりわけ圧力室10と対向する箇所)に付着し、その後硬化工程において硬化することによって、圧電シート41〜44の変形を阻害するのをより確実に防ぐことができる。
次に、図11を参照しつつ、上述の実施の形態の一変形例について説明する。本変形例は、上述の実施の形態におけるFPC50の導体部52の構成のみを変更したものである。図11は、本変形例におけるFPC250のベース材51上に形成された複数の導体部252の末端に設けられた端子部253近傍の拡大平面図である。
図11に示すように、本変形例のFPC250においては、導体部252の末端に設けられた端子部253と導体部252の残部254とが、端子部253及び残部254のそれぞれの幅(図中左右方向に沿う長さ)よりも狭い幅のくびれ領域252aを介して接続されている。このくびれ領域252aにより、加熱工程時の本加熱によって溶けたハンダペースト体155が、導体部252の残部254に流れ出しにくくなる。したがって、端子部253上に比較的厚いハンダ層55を形成することができるようになる。よって、ハンダ層55のFPC250のサポート部材としての機能を高めることができると共に、FPC250とアクチュエータユニット21との間の隙間を大きくし、FPC250とアクチュエータユニット21との接触を一層確実に防ぐことができる。
<第2の実施の形態>
次に、図12〜14を参照しつつ、本発明の第2の実施の形態について説明する。図12は、本実施の形態のFPCとアクチュエータユニットとの接合部分の拡大断面図であり、図13は、図12に示すFPCの製造過程における断面図であり、図14は、図13(b)に示す製造過程におけるFPCの平面図である。本実施の形態は、FPC350の構成を除いては、第1の実施の形態と同様である。したがって、以下の説明においては、FPC350の構成及びその製造方法についてのみ説明する。
第2の実施の形態に係るFPC350の構成と、第1の実施の形態に係るFPC50の構成との主な相違点は、FPC50では、一層の合成樹脂層56のみが形成されているが、本実施の形態のFPC350では、二層の合成樹脂層356、357が形成されていることである。なお、以下の説明において、第1の実施の形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。
図12に示すように、本実施の形態のFPC350では、導体部52が形成されたベース材51上(図中下方)に、導体部52の末端に設けられた複数の端子部53を、それぞれ個別に露出させる複数の開口357aを有する第1の合成樹脂層357が形成されている。そして、第1の合成樹脂層357から露出している端子部53の表面に、ハンダ層55が形成されている。さらに、ベース材51上には、第1の合成樹脂層357と第1の合成樹脂層357に形成された開口357aとを覆う第2の合成樹脂層356が形成されている。そして、この第2の合成樹脂層356を、個別電極35のランド部35bに設けられた複数のバンプ90が貫通しており、バンプ90とハンダ層55とがそれぞれ接触している。
また、第2の合成樹脂層356は、FPC350と圧電シート41(アクチュエータユニット21)とに跨って形成される。本実施の形態では、第2の合成樹脂層356は、ハンダ層55とバンプ90との接触部分の周囲を全周に亘って被覆している。そして、FPC350とアクチュエータユニット21とは、バンプ90とハンダ層55とが接触することで電気的に接続されていると共に、第2の合成樹脂層356が両者の接触部を覆うように圧電シート41の表面に接着することで機械的に接合されている。このように、第1の実施の形態と同様に、接触部が第2の合成樹脂層356に被覆されて、ハンダ層55とバンプ90との接触状態が維持されている。
次に、本実施の形態のFPC350の製造方法について説明する。まず、図13(a)に示すように、厚さ約40μmのベース材51上に厚さ約8μmの複数の導体部52が形成された状態のFPC350の表面に、マスク印刷により、図13(b)に示すように、端子部53を露出させるようにして、第1の合成樹脂層357を形成する。このとき、厚さは約25μmとし、印刷後に硬化させる(事前被覆工程)。なお、FPC350は、この状態で搬送され、また比較的長期間保管されることもある。
ここで、図14に示すように、端子部53は、直径約250μmの略円形である。そして、端子部53を露出させるべく第1の合成樹脂層357に形成された開口357aは、直径約400μmの円形である。このように、本実施の形態においては、開口357aは、端子部53の直径に対して、約1.6倍の直径を有しているので、第1の合成樹脂層357を形成する際に、高度な印刷精度は不要である。また、このように、開口357aが、端子部53に対して比較的大きいために、図14に示すように、端子部53の近傍に位置する導体部52の残部54も第1の合成樹脂層357から露出することとなるが、導体部52の大部分は第1の合成樹脂層357によって覆われる。なお、導体部52の第1の合成樹脂層357から露出している部分には、腐食等を防ぐために錫メッキやハンダメッキ等の処理が施されていてもよい。
続いて、第1の実施の形態と同様に、複数の端子部53上にハンダペースト体155を部分的に塗布するハンダペースト工程、及び加熱によりハンダペースト体155をリフローさせる加熱工程とを行うことで、図13(c)に示すように、端子部53の全域を覆う、厚さ約40μmのハンダ層55を形成する。さらに、図13(d)に示すように、複数の端子部53及び複数のハンダ層55を覆うべく、第1の合成樹脂層357が形成された状態のFPC350の表面における全ての端子部53を内包する略台形の領域に、厚さ約25μmの未硬化の第2の合成樹脂層356を形成する(被覆工程)。第2の合成樹脂層356は、第1の合成樹脂層357と同様に、マスク印刷により形成され、その後乾燥される。なお、その後、第1の実施の形態と同様に、半硬化の第2の合成樹脂層356で覆われた複数のハンダ層55は、アクチュエータユニット21の複数のバンプ90と接触させられ(接触工程)、さらに第2の合成樹脂層356が硬化される(硬化工程)ことによって、バンプ90と接合されることとなる。接触工程では、バンプ90が、第2の合成樹脂層356を貫通してハンダ層55と電気的に接続される。硬化工程では、アクチュエータユニット21が硬化した第2の合成樹脂層356によって、FPC350と機械的に接合される。
以上のように、本実施の形態では、第1の実施の形態と同様に、アクチュエータユニット21とFPC350との接合を好適に行うことができるインクジェットヘッド1を、低コストで製造することができる。
また、本実施の形態では、ハンダペースト塗布工程の前に、複数の導体部52における末端の複数の端子部53を露出させる端子部53よりも大きな開口357aを有しており、導体部52を覆う硬化状態の第1の合成樹脂層357を形成する事前被覆工程を行う。したがって、ハンダペースト塗布工程において端子部53の表面にハンダペースト体155を塗布し、加熱工程においてハンダ層55を形成することを可能としつつ、導体部52の大部分を第1の合成樹脂層357で保護することができる。したがって、導体部52へ異物が付着し短絡が生じるのを抑制することができる。
さらに、本実施の形態では、第1の合成樹脂層357が形成された状態のFPC350の表面における全ての端子部53を内包する略台形の領域に、半硬化の第2の合成樹脂層356を形成する。したがって、例えば、複数の開口357aに対応する微細なマスクパターンを有するマスク等を用いて、複数の開口部357aをそれぞれ第2の合成樹脂層356で覆う場合に比べて、複数の端子部53及び複数のハンダ層55を容易に覆うことができる。
次に、図15を参照しつつ、上述の第2の実施の形態の一変形例について説明する。本変形例は、上述の第2の実施の形態における第2の合成樹脂層356の構成のみを変更したものである。図15は、本変形例におけるFPCの断面図である。図15に示すように、本変形例の第2の合成樹脂層456は、第1の合成樹脂層357に形成された複数の開口357aをそれぞれ個別に覆うことによって、複数の端子部53及び複数のハンダ層55を覆っている。すなわち、第2の合成樹脂層456は、複数の端子部53毎に形成されており、その端縁部は、第1の合成樹脂層357の開口357aの端縁部とそれぞれ重なっている。つまり、複数の開口357aの間の領域(第1の合成樹脂層357のほとんど全ての領域)は、第2の合成樹脂層456で覆われない。したがって、FPC450の表面において、第1の合成樹脂層357の開口357a以外の領域が第2の合成樹脂層456で覆われている場合に比べて、FPC450とアクチュエータユニット21との間の隙間を大きくし、FPC450とアクチュエータユニット21との接触をさらに確実に防ぐことができる。
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて、様々な設計変更を行うことが可能なものである。例えば、上述の実施の形態では、加熱工程において、端子部53の全域を覆うハンダ層55を形成する場合について説明したが、ハンダ層55は端子部53の全領域を覆うものでなくてもよい。
また、上述の実施の形態では、個別電極35における平面視で圧力室10と重ならない領域まで引き出されたランド部35b上にバンプ90を形成し、バンプ90とFPC50のハンダ層55とを接触させる場合について説明したが、これには限られない。バンプ90は、個別電極35における平面視で圧力室10と重なる領域上に形成されてもよい。この形態では、圧力室10の内側にオーバーハング部を形成し、このオーバーハング部上にバンプ90を配置することが好適である。オーバーハング部は、キャビティプレート22のアクチュエータユニット21側の上面部が、圧力室10の内側に向かって部分的に迫り出して形成される。このオーバーハング部が接触工程で加えられる荷重を支える。そのため、圧電シート41〜44の破損を防ぐことができる。なお、本実施の形態では、圧力室10は略菱形形状を有している。オーバーハング部は、圧電シート41〜44の変形を妨げないように、菱形の鋭角部に形成されるのがよい。
また、上述の実施の形態では、錫を主成分としており、銀、銅、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、2−エチル−1.3−ヘキサンジオール、及びロジンを含むハンダペースト体155を端子部53に塗布する場合について説明したが、ハンダペースト体155の成分及びその含有比率は適宜変更可能である。
さらに、上述の実施の形態では、インクジェットヘッド1に本発明を適用する場合について説明したが、本発明は、例えば、ドットプリンタ等の記録ヘッドにも適用可能である。
本発明の第1の実施の形態に係るインクジェットヘッドの断面図である。 図1に示すヘッド本体の平面図である。 図2に示すヘッド本体の部分断面図である。 図2に示すアクチュエータユニット表しており、(a)はアクチュエータユニットの断面図、(b)は個別電極の平面図である。 図1に示すFPCとアクチュエータユニットとの接合部分の拡大断面図である。 図1に示すインクジェットヘッドの製造工程におけるバンプ形成工程後の状態を示す図である。 図1に示すインクジェットヘッドの製造工程におけるハンダペースト塗布工程を示しており、(a)はメタルマスクとFPCとの位置合わせを行っている状態、(b)はメタルマスク上のハンダペーストを伸ばしている状態である。 図1に示すインクジェットヘッドの製造過程におけるFPCの導体部の平面図であり、(a)はハンダペースト塗布工程後の状態、(b)は加熱工程後の状態、(c)は被覆工程後の状態を示す図である。 図1に示すインクジェットヘッドの製造過程におけるFPCの断面図であり、(a)はハンダペースト塗布工程後の状態、(b)は加熱工程後の状態、(c)は被覆工程後の状態を示す図である。 図1に示すインクジェットヘッドの製造過程における接触工程を示しており、(a)はアクチュエータユニットとFPCとの位置合わせを行っている状態、(b)はアクチュエータユニットとFPCとを押し当てた状態である。 本発明の第1の実施の形態の一変形例を示す図であり、FPCの部分拡大平面図である。 本発明の第2の実施の形態に係るFPCとアクチュエータユニットとの接合部分の拡大図である。 図12に示すFPCの製造過程における断面図であり、(a)は事前被覆工程前の状態、(b)は事前被覆工程後の状態、(c)は加熱工程後の状態、(d)は被覆工程後の状態を示す図である。 図13(b)に示す製造過程におけるFPCの平面図である。 本発明の第2の実施の形態の一変形例を示す図であり、FPCの断面図である。
符号の説明
1 インクジェットヘッド(記録ヘッド)
4 流路ユニット
5 マニホールド(共通インク室)
8 ノズル
10 圧力室
21 アクチュエータユニット
32 個別インク流路(記録素子)
35 個別電極
35a 主電極部
35b ランド部
41、42、43、44 圧電シート
50、250、350、450 FPC(プリント配線板)
52、252 導体部(配線部分)
53、253 端子部
54、254 残部
55 ハンダ層
56 合成樹脂層
90 バンプ
252a くびれ領域
357 第1の合成樹脂層
357、457 第2の合成樹脂層
357a 開口

Claims (10)

  1. 複数の記録素子に対応する複数の個別電極を有するアクチュエータユニットと、前記記録素子を駆動するための信号を前記個別電極に供給する可撓性のプリント配線板とを備えた記録ヘッドの製造方法であって、
    前記アクチュエータユニットの表面に、前記複数の個別電極とそれぞれ電気的に接続された導電性の複数のバンプを形成するバンプ形成工程と、
    前記プリント配線板に形成された配線部分の複数の端子部上にハンダペースト体をそれぞれ部分的に塗布するハンダペースト塗布工程と、
    前記複数の端子部上に塗布された前記複数のハンダペースト体のそれぞれを加熱することによって、前記複数の端子部上に複数のハンダ層を形成する加熱工程と、
    前記複数の端子部及び前記複数のハンダ層を未硬化の合成樹脂層で覆う被覆工程と、
    前記合成樹脂層の前記ハンダ層を覆う領域と前記バンプとをそれぞれ押し当てて前記合成樹脂層を変形させることによって、前記複数のバンプと前記複数のハンダ層とを接触させる接触工程と、
    未硬化の前記合成樹脂層を硬化させる硬化工程とを備えていることを特徴とする記録ヘッドの製造方法。
  2. 前記端子部と前記配線部分の残部とが、前記端子部及び前記残部よりも幅の狭いくびれ領域を介して接続されていることを特徴とする請求項1に記載の記録ヘッドの製造方法。
  3. 前記加熱工程において、前記端子部の全域を覆う前記ハンダ層を形成することを特徴とする請求項1または2に記載の記録ヘッドの製造方法。
  4. 前記記録ヘッドは、インクを吐出するノズルに連通した複数の圧力室とこれら複数の圧力室に連通した共通インク室とを有する流路ユニットを備えたインクジェットヘッドであり、
    前記アクチュエータユニットは、前記流路ユニットの表面に設けられて前記圧力室の容積を変化させる圧電シートと、前記圧電シートの表面に前記複数の圧力室にそれぞれ対応して形成された前記複数の個別電極とを有し、
    前記個別電極は、前記圧電シートに垂直な方向から見て、前記圧電シートの表面の前記圧力室に重なる領域に形成された主電極部と、前記圧電シートに垂直な方向から見て、前記主電極部から前記圧力室に重ならない領域まで引き出されたランド部とを有し、
    前記バンプ形成工程において、前記バンプを前記ランド部の表面に形成することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の記録ヘッドの製造方法。
  5. 前記ハンダペースト塗布工程の前に、前記複数の端子部をそれぞれ個別に露出させる前記端子部よりも大きな複数の開口を有しており、前記プリント配線板の前記配線部分が形成されている面を覆う硬化状態の合成樹脂層を形成する事前被覆工程をさらに備えていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の記録ヘッドの製造方法。
  6. 前記被覆工程において、前記事前被覆工程において形成された前記合成樹脂層の前記複数の開口を未硬化の前記合成樹脂層でそれぞれ覆うことを特徴とする請求項5に記載の記録ヘッドの製造方法。
  7. 前記被覆工程において、前記事前被覆工程において形成された前記合成樹脂層における前記複数の開口を内包する領域を未硬化の前記合成樹脂層で覆うことを特徴とする請求項5に記載の記録ヘッドの製造方法。
  8. 複数の記録素子に対応する複数の個別電極を有するアクチュエータユニットと、前記記録素子を駆動するための信号を前記個別電極に供給する可撓性のプリント配線板とを備えた記録ヘッドであって、
    前記アクチュエータユニットが、
    その表面に形成されており、前記複数の個別電極とそれぞれ電気的に接続された導電性の複数のバンプを備えており、
    前記プリント配線板が、
    複数の端子部を含む配線部分と、
    前記複数の端子部をそれぞれ個別に露出させる前記端子部よりも大きな複数の開口を有しており、前記配線部分を覆う第1の合成樹脂層と、
    前記複数の端子部上にそれぞれ形成されたハンダ層と、
    少なくとも前記複数の開口を覆う第2の合成樹脂層とを備えており、
    前記第2の合成樹脂層の前記ハンダ層を覆う領域と前記バンプとがそれぞれ押し当てられ、前記第2の合成樹脂層が変形することによって、前記複数のバンプと前記複数のハンダ層とが接触していることを特徴とする記録ヘッド。
  9. 前記第2の合成樹脂層が、
    前記バンプと前記ハンダ層との接触部分を全周に亘って被覆し、且つ前記接触部分を介して前記アクチュエータユニットと前記プリント配線板とを接合していることを特徴とする請求項8に記載の記録ヘッド。
  10. 前記第2の合成樹脂層が、前記複数の端子部毎に形成され、その端縁部が、前記第1の合成樹脂層に前記端子部に対応して形成された前記開口の端縁部とそれぞれ重なっていることを特徴とする請求項9に記載の記録ヘッド。
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