JP2009078564A - 記録ヘッドの製造方法及び記録ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】 アクチュエータユニットとプリント配線板との電気的接続を安価に且つ確実に行うことの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。
【解決手段】 複数の個別電極３５を有するアクチュエータユニット２１の表面に、複数の個別電極３５と夫々電気的に接続された導電性の複数のバンプ９０を突出状に形成し、ＦＰＣ５０の導体部５２を覆う未硬化の合成樹脂層５５を塗布してから、未硬化の合成樹脂層５５に複数のバンプ９０を押し当てて合成樹脂層５５を貫通させ、複数のバンプ９０と導体部５２の端子部５３とを接触させた後、合成樹脂層５５を硬化させる。
【選択図】 図１０

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おり、このアクチュエータユニットは、複数の個別電極に対して選択的に駆動信号が供給されたときに、その記録素子を駆動して記録媒体に記録するように構成されている。このようなアクチュエータユニットとしては、例えば、複数の平板状の圧電素子と、これら複数の圧電素子に夫々対応する複数の個別電極（信号電極）を備えた圧電アクチュエータがある（例えば、特許文献１参照）。

このような圧電アクチュエータの一例を図１２に示す。この圧電アクチュエータ１００においては、圧電素子の表面に設けられた複数の個別電極１０２に、フレキシブルプリント配線板１０３（Flexible Printed Circuits：ＦＰＣ）が電気的に接続される。ここで、ＦＰＣ１０３は、ベースフィルム１０４と、複数の個別電極１０２に夫々対応する配線パターンを形成する導電性の複数の導体部１０５と、電気絶縁性を有し導体部１０５を被覆するカバーコート１０６とが積層された３層構造を有する。そして、各導体部１０５には端子部１０５ａ（電気接合用パッド）が設けられており、端子部１０５ａの表面のカバーコート１０６は部分的に除去されて端子部１０５ａが露出している。さらに、この露出した端子部１０５ａの表面には、Ｎｉ等の金属材料により個別電極１０２側に突出したコア材１０７ａとこのコア材１０７ａの表面を覆う半田等の接合材１０７ｂとからなるバンプ１０７が形成されている。そして、この圧電アクチュエータ１００を製造する際には、バンプ１０７を個別電極１０２に押し当てて接触させた状態で、加熱、加圧あるいは加振を行って接合材１０７ｂを溶融させることにより、ＦＰＣ１０３の端子部１０５ａと個別電極１０２とをバンプ１０７を介して電気的に接続する。
特開２００３−６９１０３号公報（図２、図３参照）

しかし、前述の圧電アクチュエータ１００を製造する場合には、導体部１０５の端子部１０５ａを露出させるためにカバーコート１０６を部分的に除去して開口部１０６ａを形成する必要があるが、個別電極１０２と端子部１０５ａとを確実に接続するためには、カバーコート１０６に開口部１０６ａを形成する際の誤差を見越して端子部１０５ａを予め大き目に形成しておくことが必要となる。しかし、ＦＰＣ１０３全体の面積に対する端子部１０５ａの占める面積（図１２のＡ）の割合が大きくなると、必然的に配線パターンを形成する導体部１０５のピッチが狭くなり、配線密度が高密度になってしまうため、ＦＰＣ１０３の製造コストが高くなる。さらには、導体部１０５を高密度に配置するにも限度があるため、必要な所定本数の導体部１０５を１枚のＦＰＣ１０３に形成することが困難になる場合もある。一方、端子部１０５ａの面積をできるだけ小さくするためには、カバーコート１０６の開口部１０６ａの形成を非常に高精度に行う必要があり、ＦＰＣ１０３のコストアップにつながる。

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電気的接続を安価に且つ確実に行うことの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。

課題を解決するための手段及び発明の効果

第１の発明の記録ヘッドの製造方法は、複数の記録素子に夫々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、前記複数の個別電極に電気的に接続され、前記個別電極に前記記録素子を駆動する為の信号を供給する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夫々電気的に接続された導電性の複数のバンプを突出状に形成する第１工程と、前記プリント配線板の配線部分を覆う未硬化の合成樹脂層を塗布する第２工程と、前記プリント配線板に塗布された前記未硬化の合成樹脂層に前記複数のバンプを押し当ててこの合成樹脂層を貫通させ、前記複数のバンプと前記配線部分の端子部とを接触させる第３工程と、前記合成樹脂層を硬化させる第４工程とを備えたことを特徴とするものである。

この記録ヘッドの製造方法においては、まず、第１工程において、アクチュエータユニットの表面に、複数の個別電極と夫々電気的に接続された導電性の複数のバンプを突出状に形成する。一方、第２工程において、プリント配線板の配線部分が形成された面には、電気絶縁性を有する合成樹脂を未硬化の状態で印刷等の種々の方法を用いて塗布することにより、配線部分を覆う未硬化の合成樹脂層を形成する。次に、第３工程において、プリント配線板に塗布された未硬化の合成樹脂層に、アクチュエータユニット側の複数のバンプを押し当てて合成樹脂層を貫通させ、バンプと端子部とを接触させる。そして、最後に、第４工程において、未硬化の合成樹脂層を硬化させて、個別電極と端子部とをバンプを介して接続する。

このように、プリント配線板側に未硬化の合成樹脂層を塗布により形成してから、アクチュエータユニット側のバンプを押しつけて合成樹脂層を貫通させることにより、導体部を合成樹脂層により確実に絶縁しつつ、バンプと端子部とを容易に接触させることができる。そのため、導体部の端子部を露出させるために端子部付近のカバーコートを高精度に開口させる工程が不要となり、プリント配線板の製造コストを低減できる。また、アクチュエータユニット側にバンプを設けるため、プリント配線板の端子部の大きさは、バンプの先端が確実に接触することのできる大きさがあれば十分である。そのため、カバーコートの開口精度等を勘案して端子部を大き目に形成する必要のある、前述のプリント配線板側にバンプを設ける従来の製造方法（図１２参照）と比較して、プリント配線板の端子部の大きさを小さくすることができる。その分、プリント配線板の配線密度を粗くすることが可能になる。さらに、合成樹脂層が未硬化の状態であるので、バンプの先端が尖鋭な形状でなくても、この合成樹脂層にバンプを押し当てて合成樹脂層を貫通することができることから、バンプの形成が容易になる。

尚、この第１の発明においては、バンプを端子部に単に接触させるだけで、バンプを介して端子部と個別電極とを電気的に接続してもよいし、あるいは、第４工程において合成樹脂層を硬化させる前、あるいは、合成樹脂層を硬化させた後に、バンプと端子部とを接合してもよい（第２、第３の発明）。この場合には、端子部とバンプとの電気的接続の信頼性が向上する。

第４の発明の記録ヘッドの製造方法は、前記第１〜第３の何れかの発明において、前記第２工程において、少なくとも前記端子部の表面にＳｎ層を形成することを特徴とするものである。この場合、例えば、バンプにＡｇ等が含まれていると、バンプと端子部の接続部にＡｇ−Ｓｎ等の金属接合部を形成することができるため、接合部の強度をさらに高めることができる。

第５の発明の記録ヘッドの製造方法は、前記第１〜第４の何れかの発明において、前記第３工程において、前記複数のバンプを前記合成樹脂層に押し当ててこの合成樹脂層を貫通させたときに、未硬化の合成樹脂が前記アクチュエータユニットの表面まで達することを特徴とするものである。このように、未硬化の合成樹脂がアクチュエータユニット表面まで達した状態で合成樹脂を硬化させることにより、バンプと端子部との間の接続強度をさらに高めることができる。

第６の発明の記録ヘッドの製造方法は、前記第１〜第５の何れかの発明において、前記複数のバンプを、Ａｇを含む導電性且つ熱硬化性を有する接着材で形成することを特徴とするものである。このように、接着材からなるバンプによってプリント配線板とアクチュエータユニットとが接合されるため、バンプと端子部との間の接続強度をさらに高めることができる。

第７の発明の記録ヘッドの製造方法は、前記第１〜第６の何れかの発明において、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夫々対応して形成された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、前記第１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ものである。

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た未硬化の合成樹脂により、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、この第７の発明においては、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。

第８の発明の記録ヘッドは、複数の記録素子に夫々対応する複数の個別電極を備えたアクチュエータユニットと、前記複数の個別電極に電気的に接続され、前記個別電極に前記記録素子を駆動する為の信号を供給するプリント配線板とを備え、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夫々電気的に接続された導電性の複数のバンプが突出状に形成され、前記プリント配線板に、その配線部分を覆う合成樹脂層が形成され、前記複数のバンプが、前記プリント配線板に形成された前記合成樹脂層を貫通して前記配線部分の端子部に電気的に接続されていることを特徴とするものである。

この記録ヘッドにおいては、アクチュエータユニット側にバンプが設けられているため、プリント配線板の端子部の大きさを小さくすることができ、その分、プリント配線板の配線密度を粗くすることが可能になる。

第９の発明の記録ヘッドは、前記第８の発明において、前記バンプと前記端子部との接続部において、前記合成樹脂層が前記プリント配線板と前記アクチュエータユニットに亙って形成されていることを特徴とするものである。この記録ヘッドでは、バンプと端子部との接続強度が高くなり、電気的接続の信頼性が向上する。

本発明の実施の形態について説明する。本実施形態は、ノズルから用紙に対して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一例である。

図１、図２に示すように、本実施形態のインクジェットヘッド１は、主走査方向に延在した矩形平面形状を有し且つ用紙に対してインクを吐出する複数のノズル８（図４、図５参照）を備えたヘッド本体７０と、このヘッド本体７０の上方に配置され且つヘッド本体７０に供給されるインクの流路である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は、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の上面に接着された複数のアクチュエータユニット２１とを含んでいる。これら流路ユニット４及びアクチュエータユニット２１は、積層された複数の薄板が互いに接着された構成となっている。また、アクチュエータユニット２１の上面には、フレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ：Flexible Printed Circuit）５０ が接着され、左右に引き出されている。ベースブロック７１は、例えばステンレスなどの金属材料からなる。ベースブロック７１内のインク溜まり３は、ベースブロック７１の長手方向に沿って形成された略直方体の中空領域である。

図２に示すように、ベースブロック７１の下面７３は、開口３ｂの近傍において周囲よりも下方に飛び出している。そして、ベースブロック７１は、下面７３の開口３ｂの近傍部分７３ａにおいてのみ流路ユニット４と接触している。そのため、ベースブロック７１の下面７３の開口３ｂの近傍部分７３ａ以外の領域はヘッド本体７０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。

ベースブロック７１は、ホルダ７２の把持部７２ａの下面に形成された凹部内に接着固定されている。ホルダ７２は、把持部７２ａと、把持部７２ａの上面からこれと直交する方向に所定間隔をなして延出された平板状の一対の突出部７２ｂとを有する。また、アクチュエータユニット２１の表面に接着されたＦＰＣ５０は、スポンジなどの弾性部材８３を介してホルダ７２の突出部７２ｂ表面に沿うように配置されて、その端部が基板８１に接続されている。また、ホルダ７２の突出部７２ｂ表面に配置されたＦＰＣ５０上にドライバＩＣ８０が設置されており、ＦＰＣ５０は、ドライバＩＣ８０から出力された駆動信号をヘッド本体７０のアクチュエータユニット２１（後に詳述）に伝達するように、ドライバＩＣ８０及びアクチュエータユニット２１に夫々電気的に接続されている。

ドライバＩＣ８０の外側には略直方体形状のヒートシンク８２がドライバＩＣ８０に密着した状態で配置されており、このヒートシンク８２を介してドライバＩＣ８０で発生した熱が外部に放散される。ヒートシンク８２の上面と基板８１との間、及び、ヒートシンク８２の下面とＦＰＣ５０との間には、夫々シール部材８４が装着されている。

図３は、図１に示したヘッド本体７０の平面図である。尚、図３においては、ベースブロック７１内に形成されたインク溜まり３が仮想的に破線で描かれている。２つのインク溜まり３は、ヘッド本体７０の長手方向に沿って、互いに所定間隔をあけて平行に延在している。２つのインク溜まり３の一端には夫々開口３ａが形成され、この開口３ａを介してインク溜まり３がインクタンク（図示省略）と連通しており、常にインクで満たされた状態となっている。また、各インク溜まり３には、ヘッド本体７０の長手方向に沿って多数の開口３ｂが設けられており、これら開口３ｂにより各インク溜まり３と流路ユニット４とが接続されている。多数の開口３ｂは、対となる２つずつがヘッド本体７０の長手方向に沿って近接配置されている。一方のインク溜まり３に連通した開口３ｂの対と、他方のインク溜まり３に連通した開口３ｂの対とは、平面視で千鳥状に配置されている。

開口３ｂが配置されていない領域には、台形の平面形状を有する複数のアクチュエータユニット２１が、開口３ｂの対とは逆のパターンで、平面視で千鳥状に配置されている。各アクチュエータユニット２１の平行対向辺（台形の平行な２辺）は、ヘッド本体７０の長手方向と平行である。また、隣接するアクチュエータユニット２１の斜辺は、主走査方向から見て部分的に重なっている。

図４は、図３内に描かれた一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。図４に示すように、各インク溜まり３に設けられた開口３ｂはマニホールド５に連通し、さらに各マニホールド５の先端部は２つに分岐して共通インク室としての副マニホールド５ａを形成している。また、平面視において、アクチュエータユニット２１における２つの斜辺に夫々隣接する開口３ｂから、分岐した２つの副マニホールド５ａが延出している。つまり、アクチュエータユニット２１の下方には、アクチュエータユニット２１の平行対向辺に沿って互いに離隔した計４つの副マニホールド５ａが延在している。

アクチュエータユニット２１の接着領域と反対側の流路ユニット４の下面は、インク吐出領域となっており、このインク吐出領域には、後述するように、多数のノズル８がマトリクス状に配列されている。尚、図４においては、図面を簡略化するためにノズル８のうちの一部のみが描かれているが、実際には、ノズル８はインク吐出領域全体に配列されている。

図５は、図４に描かれた一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。図４及び図５は、流路ユニット４における多数の圧力室１０がマトリクス状に配置された平面を、インク吐出面に対して垂直な方向から見た状態を示している。各圧力室１０は、角部にアールが施された略菱形の平面形状を有し、その長い方の対角線は流路ユニット４の幅方向に平行である。図６に示すように、各圧力室１０の一端はノズル８に連通しており、他端はアパーチャ１２を介して共通インク流路としての副マニホールド５ａに連通している。平面視において各圧力室１０と重なり合う位置には、圧力室１０と相似でこれよりも一回り小さい平面形状を有する個別電極３５が、アクチュエータユニット２１上に形成されている。尚、図面を簡略化するために、図５においては多数の個別電極３５のうちの一部だけが描かれている。さらに、図４及び図５においては、アクチュエータユニット２１内又は流路ユニット４内にあって破線で描かれるべき圧力室１０及びアパーチャ１２等が実線で描かれている。

図５において、圧力室１０（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ）がそれぞれ収容された仮想的な複数の菱形領域１０ｘは、互いに重なり合うことなく各辺を共有するように、配列方向Ａ及び配列方向Ｂの２方向にマトリクス状に隣接配置されている。配列方向Ａは、インクジェットヘッド１の長手方向、即ち、副マニホールド５ａの延在方向であって、菱形領域１０ｘの短い方の対角線と平行である。配列方向Ｂは、配列方向Ａと鈍角θをなす菱形領域１０ｘの一斜辺方向である。圧力室１０は、対応する菱形領域１０ｘと中心位置が共通であって、両者の輪郭線は平面視において互いに離隔している。

配列方向Ａ及び配列方向Ｂの２方向にマトリクス状に隣接配置された圧力室１０は、配列方向Ａに沿って３７．５ｄｐｉに相当する距離ずつ離隔している。また、圧力室１０は、１つのインク吐出領域内において、配列方向Ｂに１６個並べられている。配列方向Ｂの両端にある圧力室はダミーであって、インク吐出に寄与しない。

マトリクス状に配置された複数の圧力室１０は、図５に示す配列方向Ａに沿って、複数の圧力室列を形成している。圧力室列は、図５の紙面に対して垂直な方向から見て、副マニホールド５ａとの相対位置に応じて、第１の圧力室列１１ａ、第２の圧力室列１１ｂ、第３の圧力室列１１ｃ、及び、第４の圧力室列１１ｄに分けられる。これら第１〜第４の圧力室列１１ａ〜１１ｄは、アクチュエータユニット２１の上辺から下辺に向けて、１１ｃ→１１ｄ→１１ａ→１１ｂ→１１ｃ→１１ｄ→…→１１ｂという順番で周期的に４個ずつ配置されている。

第１の圧力室列１１ａを構成する圧力室１０ａ及び第２の圧力室列１１ｂを構成する圧力室１０ｂにおいては、図５の紙面に対して垂直な方向から見て、配列方向Ａと直交する方向に関して、ノズル８が図５の紙面下側に偏在している。そして、ノズル８が、それぞれ対応する菱形領域１０ｘの下端部に位置している。一方、第３の圧力室列１１ｃを構成する圧力室１０ｃ及び第４の圧力室列１１ｄを構成する圧力室１０ｄにおいては、第４の方向に関して、ノズル８が図５の紙面上側に偏在している。そして、ノズル８が、それぞれ対応する菱形領域１０ｘの上端部に位置している。第１及び第４の圧力室列１１ａ、１１ｄにおいては、図５の紙面に対して垂直な方向から見て、圧力室１０ａ、１０ｄの半分以上の領域が、副マニホールド５ａと重なっている。第２及び第３の圧力室列１１ｂ、１１ｃにおいては、圧力室１０ｂ、１０ｃの全領域が、副マニホールド５ａと重なっていない。そのため、いずれの圧力室列に属する圧力室１０についてもこれに連通するノズル８が副マニホールド５ａと重ならないようにしつつ、副マニホールド５ａの幅が可能な限り広く形成されており、各圧力室１０にインクを円滑に供給することが可能となっている。

次に、ヘッド本体７０の断面構造について、図６及び図７を参照して説明する。図６に示すように、各ノズル８は、圧力室１０及びアパーチャ１２を介して副マニホールド５ａと連通している。このようにして、ヘッド本体７０には、副マニホールド５ａの出口からアパーチャ１２、圧力室１０を経てノズル８に至る個別インク流路３２が圧力室１０ごとに形成されている。

図６に示すように、複数の薄板の積層方向において、圧力室１０とアパーチャ１２とは異なる深さに設けられている。これにより、図５に示すように、アクチュエータユニット２１の下方にあるインク吐出領域に対応した流路ユニット４内において、１つの圧力室１０と連通したアパーチャ１２を、当該圧力室に隣接する圧力室１０と平面視で同じ位置に重ねて配置することが可能となっている。その結果、圧力室１０同士が密着して高密度に配列されるため、インク吐出領域の面積が比較的小さなインクジェットヘッド１により高解像度の画像印刷を実現できる。

図７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枚のプレートが積層された積層構造を有している。これらのうち、アクチュエータユニット２１を除いた９枚のプレートから流路ユニット４が構成されている。

アクチュエータユニット２１は、後で詳述するように、４枚の圧電シート４１〜４４（図８（ａ）参照）が積層され且つ電極が配されることによって、圧電シート４１〜４４の最上層だけが電界印加時に活性層となる部分を有する層（以下、単に「活性層を有する層」という）となり、一方、残り３層が非活性層となるように構成されている。キャビティプレート２２は、圧力室１０を形成する平面視で略菱形の開口が多数設けられた金属プレートである。ベースプレート２３は、キャビティプレート２２の１つの圧力室１０について、圧力室１０とアパーチャ１２との連絡孔及び圧力室１０からノズル８への連絡孔がそれぞれ設けられた金属プレートである。アパーチャプレート２４は、キャビティプレート２２の１つの圧力室１０について、２つの孔及びその間を結ぶハーフエッチング領域で形成されたアパーチャ１２と、圧力室１０からノズル８への連絡孔がそれぞれ設けられた金属プレートである。サプライプレート２５は、キャビティプレート２２の１つの圧力室１０について、アパーチャ１２と副マニホールド５ａとの連絡孔及び圧力室１０からノズル８への連絡孔がそれぞれ設けら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５ａに加えて、キャビティプレート２２の１つの圧力室１０について、圧力室１０からノズル８への連絡孔がそれぞれ設けられた金属プレートである。カバープレート２９は、キャビティプレート２２の１つの圧力室１０について、圧力室１０からノズル８への連絡孔がそれぞれ設けられた金属プレートである。ノズルプレート３０は、キャビティプレート２２の１つの圧力室１０について、ノズル８がそれぞれ設けられた金属プレートである。

これら１０枚のシート２１〜３０は、図６に示す個別インク流路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。この個別インク流路３２は、副マニホールド５ａからまず上方へ向かい、アパーチャ１２において水平に延在し、それからさらに上方に向かい、圧力室１０において再び水平に延在し、それからしばらくアパーチャ１２から離れる方向に斜め下方に向かってから垂直下方にノズル８へと向かうように形成されている。

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８（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８（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８（ａ）に示すように、アクチュエータユニット２１は、厚みが１５μｍ程度の４枚の圧電シート４１、４２、４３、４４を有する。そして、これら４枚の圧電シート４１〜４４は、ヘッド本体７０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に跨って連続して配置された層状の平板（連続平板層）となっている。圧電シート４１〜４４が連続平板層として多数の圧力室１０に跨って配置されることで、例えばスクリーン印刷技術を用いることにより圧電シート４１上に次述の個別電極３５を高密度に配置することが可能となっている。また、個別電極３５に対応する位置に形成される圧力室１０をも高密度に配置することが可能であり、高解像度画像の印刷ができるようになる。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）系のセラミックス材料からなるものである。

最上層の圧電シート４１上には、個別電極３５が形成されている。さらに、最上層の圧電シート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略２μｍの厚みの共通電極３４が介在している。これら個別電極３５及び共通電極３４は共に、例えばＡｇ−Ｐｄ系などの金属材料からなる。

個別電極３５は、略１μｍの厚みで圧電シート４１上に形成され、個別電極３５は、圧力室１０とほぼ相似の略菱形の平面形状を有する主電極部３５ａと、この略菱形の主電極部３５ａの鋭角部の一方から引き出され、略１６０μｍの径を有する平面視で円形のランド部３５ｂとを有する。図８（ｂ）に示すように、圧電シート４１の表面において、主電極部３５ａは、平面視で圧力室１０と重なる領域に設けられ、一方、ランド部３５ｂは、主電極部３５ａ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いる。ランド部３５ｂは、例えばガラスフリットを含む金からなる。また、個別電極３５のランド部３５ｂの表面には、Ａｇを含む金属材料からなり導電性を有するバンプ９０が上方突出状に形成されている。そして、後述するように、バンプ９０を介してＦＰＣ３５の端子部５３（図９参照）が個別電極３５に電気的に接続される。尚、本実施形態では、バンプ９０は略半球状に形成されており、その高さは３５μｍ程度となっている。

共通電極３４は、図示しない領域において接地されており、共通電極３４は、全ての圧力室１０に対向する領域において等しくグランド電位に保たれている。また、個別電極３５は、各圧力室１０に対応するものごとに電位を制御することができるように、各個別電極３５ごとに独立した導体部を有する次述のＦＰＣ５０を介してドライバＩＣ８０に接続されている（図１及び図２参照）。

次に、アクチュエータユニット２１の複数の個別電極３５とドライバＩＣ８０とを電気的に接続するＦＰＣ５０について説明する。

図９に示すように、ＦＰＣ５０は、ポリイミドフィルムからなるベース材５１と、このベース材５１の下側の面に銅箔等の導電性金属により形成された複数の導体部５２（配線部分）とを有する。そして、複数の導体部５２により、ドライバＩＣ８０（図１、図２参照）と複数の個別電極３５の各々とを個別に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の末端部には、端子部５３が設けられ、銅箔の端子部５３の表面は半田等の導電性ろう材からなる接合材５４で覆われている。

さらに、ＦＰＣ５０の下面側には、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂により、端子部５３を含む導体部５２を覆う電気絶縁性の合成樹脂層５５が塗布されている。そして、この合成樹脂層５５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、接合材５４を介してバンプ９０が導体部５２末端の端子部５３に接合されている。つまり、バンプ９０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。また、バンプ９０と端子部５３との接続部においては、合成樹脂層５５がアクチュエータユニット２１の表面まで達して、合成樹脂層５５がＦＰＣ５０とアクチュエータユニット２１とに亙って形成されており、その接続部の強度がより高いものとなっている。

次に、アクチュエータユニット２１の作用について述べる。アクチュエータユニット２１の最上層の圧電シート４１の分極方向はその厚み方向であり、アクチュエータユニット２１は、上側（つまり、圧力室１０とは離れた）１枚の圧電シート４１を活性層が存在する層とし且つ下側（つまり、圧力室１０に近い）３枚の圧電シート４２〜４４を非活性層とした、いわゆるユニモルフタイプの構成となっている。従って、個別電極３５に正又は負の所定電圧を印加すると、例えば電界と分極とが同方向であれば圧電シート４１中の電極に挟まれた電界印加部分が活性層として働き、圧電横効果により分極方向と直角方向に縮む。一方、圧電シート４２〜４４は、電界の影響を受けないため自発的には縮まないので、上層の圧電シート４１と下層の圧電シート４２〜４４との間で、分極方向と垂直な方向への歪みに差を生じることとなり、圧電シート４１〜４４全体が非活性側に凸となるように変形しようとする（ユニモルフ変形）。このとき、図８（ａ）に示したように、圧電シート４１〜４４の下面は、キャビティプレート２２に形成された、圧力室１０を区画する隔壁の上面に固定されているので、結果的に圧電シート４１〜４４は圧力室１０側へ凸になるように変形する。このため、圧力室１０の容積が低下して、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。その後、個別電極３５を共通電極３４と同じ電位に戻すと、圧電シート４１〜４４は元の形状になって圧力室１０の容積が元の容積に戻るので、インクをマニホールド５側から吸い込む。

また、他の駆動方法として、予め個別電極３５を共通電極３４と異なる電位にしておき、吐出要求があるごとに個別電極３５を共通電極３４と一旦同じ電位とし、その後所定のタイミングにて再び個別電極３５を共通電極３４と異なる電位にすることもできる。この場合は、個別電極３５と共通電極３４とが同じ電位になるタイミングで、圧電シート４１〜４４が元の形状に戻ることにより、圧力室１０の容積は初期状態（両電極の電位が異なる状態）と比較して増加し、インクがマニホールド５側から圧力室１０内に吸い込まれる。その後再び個別電極３５を共通電極３４と異なる電位にしたタイミングで、圧電シート４１〜４４が圧力室１０側へ凸となるように変形し、圧力室１０の容積低下によりインクへの圧力が上昇し、インクが吐出される。

次に、この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２２〜３０を、その内部に個別インク流路３２が形成される状態に積層して接着剤により接合し、流路ユニット４を作製する。

次に、アクチュエータユニット２１を以下のような工程で作製する。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レート）等の樹脂フィルム上に広げて乾燥させたグリーンシートを形成する。このグリーンシートは、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。

そして、圧電シート４１となるグリーンシートの表面に、導電性ペーストを印刷して複数の個別電極３５を形成する。また、圧電シート４２となるグリーンシートの表面に、導電性ペーストを印刷して共通電極３４を形成する。そして、４枚の圧電シート４１〜４４となる４枚のグリーンシートを積層方向に加圧して一体化させた後、この大判のグリーンシートの積層体から、１つのインクジェットヘッド１に対応するアクチュエータユニット２１に対応する領域を切り出し、切り出されたグリーンシートの積層体を焼成する。

そして、流路ユニット４（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に接着する。

次に、図１０（ａ）に示すように、圧電シート４１の上面に、平面視で圧力室１０に重ならない領域に形成された複数の個別電極３５のランド部３５ｂを、多数の孔を有するメタルマスクで覆った状態で、Ａｇを含む導電性ペーストを印刷することにより、複数のランド部３５ｂに、略半球状に突出する複数のバンプ９０を夫々形成する（第１工程）。

一方、ＦＰＣ５０の端子部５３の表面に半田等の導電性ろう材からなる接合材５４の層を形成してから、ＦＰＣ５０の下面全体に未硬化の熱硬化性樹脂を印刷等の方法により塗布し、導体部５２の全体を覆う未硬化の合成樹脂層５５を形成する（第２工程）。尚、このとき、温度等の諸条件を適切に調整して、合成樹脂層５５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。

次に、図１０（ｂ）に示すように、バンプ９０に対するＦＰＣ５０の端子部５３の位置を合わせてから、ＦＰＣ５０を圧電シート４１側に押しつけることにより、未硬化の合成樹脂層５５に複数のバンプ９０を押し当てて合成樹脂層５５を貫通させ、複数のバンプ９０の先端と端子部５３表面の接合材５４とを接触させる（第３工程）。このとき、端子部５３に接触したバンプ９０の表面が未硬化の合成樹脂により覆われることになる。ここで、合成樹脂層５５は未硬化の状態であるため、バンプ９０の形状が尖鋭な形状でない半球状であっても、バンプ９０が容易に合成樹脂層５５を貫通することができる。さらに、合成樹脂層５５の厚さや硬化度合等の条件を適宜設定することにより、合成樹脂層５５にバンプ９０を貫通させたときに、図１０（ｂ）に示すように、バンプ９０の表面を覆う未硬化の合成樹脂がランド部３５ｂ（アクチュエータユニット２１）の表面にまで達することが好ましい。

尚、本実施形態においては、導体部５２の厚さは９μｍ程度である。一方、導体部５２を覆う合成樹脂層５５は１５〜２０μｍ程度であり、合成樹脂層５５により導体部５２が確実に被覆されるとともに、合成樹脂層５５にバンプ９０を貫通させた状態では未硬化の合成樹脂がランド部３５ｂの表面にまで達する厚さとなっている。また、本実施形態では、合成樹脂層５５が未硬化状態であり、バンプ９０を端子部５３に接触させる際にバンプ９０が合成樹脂層５５を貫通しやすくなっているため、バンプ９０は略半球状に形成されている。しかし、バンプ９０が合成樹脂層５５を貫通した上で、バンプ９０と端子部５３との、より確実な電気的導通を確保するという観点からは、バンプ９０の先端形状は尖鋭な形状に形成されることが好ましい。

次に、熱硬化性樹脂である未硬化の合成樹脂層５５を加熱して（例えば、１５０℃）、合成樹脂層５５を硬化させる（第４工程）。さらに加熱することにより（例えば、２４０℃）接合材５４を溶融させ、バンプ９０と端子部５３とを接合材５４により接合する。このように、バンプ９０を覆う合成樹脂層５５を硬化させ、さらに、バンプ９０と端子部５３とを接合材５４を用いて接合させることにより、ＦＰＣ５０の端子部５３と個別電極３５側のバンプ９０との接合強度が高くなる。また、前述のように、バンプ９０の表面を覆う未硬化の合成樹脂がランド部３５ｂの表面にまで達している場合には、ＦＰＣ５０の端子部５３と個別電極３５側のバンプ９０との接合強度が高まり、その電気的接続の信頼性がより向上する。さらに、合成樹脂層５５が、バンプ９０と端子部５３との接触部分を含んだ状態でバンプ９０を覆うため、端子部５３の上に形成されている接合材５４が溶融しても、隣接する導体部５３との電気的絶縁性が十分に確保される。

以上説明したインクジェットヘッド１の製造方法では、ＦＰＣ５０に未硬化の合成樹脂層５５を塗布により形成してから、アクチュエータユニット２１側のバンプ９０を押しつけて合成樹脂層５５を貫通させることにより、導体部５２を合成樹脂層５５により確実に絶縁しつつ、バンプ９０と端子部５３とを容易に接触させることができる。そのため、従来の製造方法（図１２参照）のように、ＦＰＣ５０側に絶縁用のカバーコートが不要となり、さらに、導体部５２の端子部３５を露出させるために端子部３５付近のカバーコートを高精度に開口させる工程も不要となり、ＦＰＣ５０の製造コストを低減できる。また、アクチュエータユニット２１側にバンプ９０を設けるため、ＦＰＣ５０の端子部５３の大きさは、バンプ９０の先端が確実に接触することのできる大きさがあれば十分であることから、カバーコートの開口精度等を勘案して端子部５３を大き目に形成する必要のある、ＦＰＣ５０側にバンプ９０を設ける従来の製造方法（図１２参照）と比較して、端子部５３の大きさ（図９のＡ１）を小さくすることができ、その分、ＦＰＣ５０の配線密度を粗くすることが可能になる。さらに、合成樹脂層５５が未硬化の状態で、合成樹脂層５５にバンプ９０を押し当てるため、合成樹脂層５５を貫通させるためにバンプ９０の先端を尖鋭な形状にする必要がなく、バンプ９０の形成が容易である。

また、前述したように、ＦＰＣ５０の端子部５３と個別電極３５とを電気的に接続するバンプ９０は、平面視で圧力室１０と重なる領域に設けられた主電極部３５ａ上ではなく、主電極部３５ａ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たランド部３５ｂ上に設けられている。そのため、バンプ９０と端子部５３とを接合したときに、溶融した接合材５４や未硬化の熱硬化性樹脂がランド部３５ｂの表面に付着した状態でも、ドライバＩＣ８０からＦＰＣ５０及びバンプ９０を介してランド部３５ｂに駆動信号が入力されたときに、圧電シート４１〜４４の、圧力室１０に対向する部分の変形が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。

次に、前記実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。但し、前記実施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。

１］前記実施形態では、熱硬化性樹脂を硬化させた後に、接合材５４を溶融させてバンプ９０と端子部５３とを接合するようにしているが、別の硬化温度の熱硬化性樹脂や、別の溶融温度の接合材を適宜選択することにより、接合材５４を溶融させてバンプ９０と端子部５３とを接合してから、合成樹脂層５５を硬化させるようにしてもよい。

２］前記実施形態のように、接合材５４を用いてバンプ９０と端子部５３とを接合する場合には、その接合だけで比較的高い接合強度を確保できるため、バンプ９０により合成樹脂層５５を貫通させたときに、未硬化の合成樹脂層５５がランド部３５ｂ（アクチュエータユニット２１の表面）に達して、合成樹脂層５５がＦＰＣ５０とアクチュエータユニット２１に亙って形成される必要は必ずしもない。即ち、合成樹脂層５５がバンプ９０の表面を部分的にしか覆っていない状態で合成樹脂層５５を硬化させてもよい。

３］バンプ９０と端子部５３とを接合する必要は必ずしもなく、バンプ９０と端子部５３が単に接触しているだけの状態で、合成樹脂層５５を硬化させることにより、バンプ９０と端子部５３との電気的接続を完了するようにしてもよい。また、この場合、銅箔等からなる端子部５３の表面に酸化膜が形成されて、端子部５３とバンプ９０の電気的接続の信頼性が低下するのを防止するために、端子部５３の表面にＡｕ等の酸化防止層を形成してもよい。尚、このように、バンプ９０と端子部５３と接合材を用いて接合しない場合には、バンプ９０と端子部５３との間の接続強度を高めるために、前記実施形態の図１０（ｂ）に示すように、未硬化の合成樹脂層５５がランド部３５ｂ（アクチュエータユニット２１の表面）に達して、合成樹脂層５５がＦＰＣ５０とアクチュエータユニット２１に亙って形成されていることが特に好ましい。

４］図１１（ａ）に示すように、少なくとも端子部５３の表面にＳｎの層９５を形成し、Ａｇを含むバンプ９０と端子部５３側のＳｎ層９５とを接触させた状態で所定温度まで加熱することにより、図１１（ｂ）に示すように、端子部５３とバンプ９０との間に、Ａｇ−Ｓｎの金属接合層９６を形成するようにしてもよい。ここで、このＡｇとＳｎという組み合わせにおける溶融開始の温度は約２３０℃であるので、例えば、接合時の作業温度を２４０℃に設定して接合層を形成する。この場合には、端子部５３とバンプ９０との間の接続強度が高まり、電気的接続の信頼性が向上する。

５］複数のバンプを、Ａｇを含む導電性且つ熱硬化性を有する接着材で形成してもよい。この場合、半硬化状態のバンプで合成樹脂層５５を貫通させて、バンプを端子部５３に接触させてから、バンプを加熱して硬化させることにより、ＦＰＣ５０の端子部５３と個別電極３５のランド部３５ｂとを接着するため、ＦＰＣ５０と個別電極３５の電気的接続の信頼性がより高くなる。

６］前記実施形態においては、大判のグリーンシートの積層体から、１つのインクジェットヘッド１に対応するアクチュエータユニット２１に対応する領域を切り出し、切り出されたグリーンシートの積層体を焼成した後に、個別電極３５のランド部３５ｂの表面にバンプ９０を印刷しているが、大判のグリーンシートの積層体の状態で、ランド部３５ｂの表面にバンプ９０を印刷してもよい。

７］未硬化の合成樹脂としては、前記実施形態のエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂の他、照射された紫外線により硬化する紫外線硬化性樹脂など、種々の合成樹脂を用いることができる。

８］前記実施形態は、アクチュエータユニット２１に可撓性を有するＦＰＣ５０を接続する場合に本発明を適用した一例であるが、アクチュエータユニット２１にプリント配線板を接続する場合にも本発明を適用できる。

９］本発明は、例えば、サーマルプリンタやドットプリンタ等のインクジェットヘッド以外の他の記録ヘッドにも適用可能である。

本発明の実施形態に係るインクジェットヘッドの斜視図である。 図１のII-II線断面図である。 ヘッド本体の平面図である。 図３の一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。 図４の一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。 図５のVI-VI線断面図である。 ヘッド本体の部分分解斜視図である。 アクチュエータユニットを示す図であり、（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８（ａ）のIX-IX線断面図である。 アクチュエータユニットとＦＰＣとを接続する工程を示す図であり、（ａ）は接続前の状態を示す図、（ｂ）は接続後の状態を示す図である。 変更形態のアクチュエータユニットとＦＰＣとを接続する工程を示す図であり、（ａ）は接続前の状態を示す図、（ｂ）は接続後の状態を示す図である。 従来の圧電アクチュエータとＦＰＣとの接続部の断面図である。

符号の説明

１ 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
４１〜４４ 圧電シート
２１ アクチュエータユニット
３５ａ 主電極部
３５ｂ ランド部
３５ 個別電極
３５ 端子部
５０ フレキシブルプリント配線板
５２ 導体部
５３ 端子部
５４ 接合材
５５ 合成樹脂層
９０ バンプ

Claims (9)

1. 複数の記録素子に夫々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、前記複数の個別電極に電気的に接続され、前記個別電極に前記記録素子を駆動する為の信号を供給する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夫々電気的に接続された導電性の複数のバンプを突出状に形成する第１工程と、
   前記プリント配線板の配線部分を覆う未硬化の合成樹脂層を塗布する第２工程と、
   前記プリント配線板に塗布された前記未硬化の合成樹脂層に前記複数のバンプを押し当ててこの合成樹脂層を貫通させ、前記複数のバンプと前記配線部分の端子部とを接触させる第３工程と、
   前記合成樹脂層を硬化させる第４工程と、
   を備えたことを特徴とする記録ヘッドの製造方法。
2. 前記第４工程において合成樹脂層を硬化させる前に、前記バンプと前記端子部とを接合す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. 前記第４工程において合成樹脂層を硬化させた後に、前記バンプと前記端子部とを接合す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。
4. 前記第２工程において、少なくとも前記端子部の表面にＳｎ層を形成することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の記録ヘッドの製造方法。
5. 前記第３工程において、前記複数のバンプを前記合成樹脂層に押し当ててこの合成樹脂層を貫通させたときに、未硬化の合成樹脂が前記アクチュエータユニットの表面まで達することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の記録ヘッドの製造方法。
6. 前記複数のバンプを、Ａｇを含む導電性且つ熱硬化性を有する接着材で形成することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の記録ヘッドの製造方法。
7. 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夫々対応して形成された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、
   前記第１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１〜６の何れかに記載の記録ヘッドの製造方法。
8. 複数の記録素子に夫々対応する複数の個別電極を備えたアクチュエータユニットと、前記複数の個別電極に電気的に接続され、前記個別電極に前記記録素子を駆動する為の信号を供給するプリント配線板とを備え、
   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夫々電気的に接続された導電性の複数のバンプが突出状に形成され、
   前記プリント配線板に、その配線部分を覆う合成樹脂層が形成され、
   前記複数のバンプが、前記プリント配線板に形成された前記合成樹脂層を貫通して前記配線部分の端子部に電気的に接続されていることを特徴とする記録ヘッド。
9. 前記バンプと前記端子部との接続部において、前記合成樹脂層が前記プリント配線板と前記アクチュエータユニットに亙って形成されていることを特徴とする請求項８に記載の記録ヘッド。

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