JP3129104B2

JP3129104B2 - プリンタヘッド及びその製造方法

Info

Publication number: JP3129104B2
Application number: JP22335594A
Authority: JP
Inventors: 豊慈角田; 宏平須山; 康英園田; 一三大坪
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-09-19
Filing date: 1994-09-19
Publication date: 2001-01-29
Anticipated expiration: 2016-01-29
Also published as: JPH0885213A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はプリンタ、プロッタ、複
写機、ファクシミリ装置などに用いられるインクジェッ
ト記録装置のインク吐出部であるプリンタヘッド及びそ
の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、プリンタは印字の高速化、カラー
化、低騒音化の要求が高まってきており、中でもこれら
の要求を満たすものとしてインクジェットプリンタが注
目されてきている。

【０００３】インクジェット記録方式としては電気機械
エネルギ変換いわゆるピエゾ効果を利用したもの、静電
的に吸引してインク液滴を飛翔させるもの、またジュー
ル熱発生によるいわゆるサーマルヘッドによりインク液
滴を吐出させるものが実用化されている。特に、ジュー
ル熱を利用したいわゆるバブルジェットは構造が簡単で
あり、薄膜プロセスないしは半導体プロセスを利用して
インク吐き出し部を高密度に配列することができるた
め、印字品質を向上したり、高速の印字を行わせるのに
適している。

【０００４】以下に従来のプリンタヘッドについて説明
する。図４は従来のプリンタヘッドの要部断面図であ
る。図５（ａ）は従来のプリンタヘッドの平面図であ
り、図５（ｂ）は従来のプリンタヘッドのＡ−Ａ’線断
面端面図である。図４、図５（ａ）、及び図５（ｂ）に
おいて、１は気泡の発生するインク室、２はインク室１
の上壁部に穿孔されたノズル孔、３はインク室１の底部
を形成する基板、４はインク室１の底部に配設された１
対の電極、５は電極４及び基板３上に積層された絶縁
膜、６はインク室１の上壁面を形成するノズル板、７は
電極４と外部からの導電部とを結ぶＡｕまたはＡｌによ
り形成されている配線、８は配線７と外部からの配線で
あるフレキシブルプリント基板の銅箔とを熱圧着、共晶
ボンド、ハンダ溶融ボンド等により接続するＡｕまたは
ハンダからなる接続用パット、９は外部から配線された
フレキシブルプリント基板の銅箔、１０は外部から配線
されたフレキシブルプリント基板のポリイミド樹脂から
なるベースフィルム、１１はノズル板６とフレキシブル
プリント基板を封止している封止樹脂、１２はプリンタ
ヘッドを支持すると同時にインク流路１３とインクタン
ク（図示せず）を連結している樹脂成形部材、１３はイ
ンク室１に連設されたインク流路、１４は電極４に電圧
を印加する信号発生装置である。

【０００５】以上のように構成されたプリンタヘッドに
ついて、以下にその製造方法について説明する。

【０００６】始めに、ガラスあるいはシリコン等のセラ
ミックスからなる非導電性の基板３上にＴｉ、Ｔａ、Ａ
ｕ、Ｐｔ、Ｎｉ等の導電性の電極４を蒸着法、スパッタ
リング法などの物理成膜法あるいはメッキ法等により膜
厚を０．５〜３μｍに積層する。この電極４を積層した
基板３をフォトリソグラフィ法により電極４のパターン
を形成し、電極４以外の部分をイオンミーリングまたは
ケミカルエッチングにより除去する。次に、電極４のイ
ンク室１に露出している以外の部分と基板３上にポリイ
ミド樹脂、シリコン樹脂等の高分子樹脂あるいはセラミ
ックス等の絶縁膜５を塗布またはスパッタリング法によ
り膜厚を０．５〜３μｍに形成する。厚さが５０〜１０
０μｍのポリイミドシートまたはポリエステルシート等
の高分子樹脂からなるノズル板６にエキシマレーザ加工
機により孔径が３０〜５０μｍであるノズル孔２を形成
する。このノズル板６のノズル孔２を２つの電極４を結
ぶ線の中央部に位置するように絶縁膜５と電極４とを積
層した基板３上にノズル板６を接着する。

【０００７】以上のようにして製造されたプリンタヘッ
ドについて、以下その動作について説明する。まず、イ
ンク室１、インク流路１３にはインク供給口（図示せ
ず）から供給されたインクが充満している。信号発生装
置１４で発生された高周波の交番電圧は電極４間に電圧
を印加する。次に、電極４間に充満しているインク中に
電流が発生する。インクは所定の体積電気抵抗率を有す
るので、インク中にジュール熱が発生する。その結果、
インクの温度が上昇し、インク室１内の電極４上にバブ
ル（図示せず）が発生する。このバブルが大きくなる
と、インク室１内の圧力が急激に上昇し、インク室１内
のインクがインク孔２から記録媒体（図示せず）に向か
って吐出する。インク室１及びインク流路１３にインク
供給口からインクを供給して、インク吐出の一サイクル
を完了する。信号発生装置１４からの信号に応じてこの
サイクルを繰り返すことにより記録媒体に任意の連続的
なドットが形成される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
のプリンタヘッドでは、ノズル板表面には飛翔したイン
ク滴の残留物が付着している。この残留インク滴はイン
ク滴が飛翔する際にインク滴に接触して飛翔するインク
滴の飛翔方向やインク滴のサイズを変化させてしまい、
記録媒体に正常なドットが形成されない。この残留イン
ク滴を除去するには、残留インク滴をブレード等でワイ
ピングすれば良いが、ノズル板の表面に封止樹脂が凸状
に形成されていてノズル板表面が平坦でないので、イン
ク滴の残留物を除去することができないという問題点を
有していた。また電極間に配線のためにフレキシブルプ
リント基板やそれを封止する封止部が介在しているの
で、ノズル孔の間隔を狭くしてプリンタヘッドのサイズ
を小さくすることができないという問題点を有してい
た。またノズル板は幅が２ｍｍ程度であり極めて微細で
あるので、ノズル板に穿孔されたノズル孔を２つの電極
を結んだ線分の中央部に固定するにはノズル孔の細かな
チャッキングが必要であり、組み立て装置が複雑にな
り、作業性が悪いという問題点を有していた。

【０００９】また従来のプリンタヘッドの製造方法で
は、ノズル板にノズル孔、インク室、及びインク流路等
をエキシマレーザを用いて加工するにはエキシマレーザ
の出力を微妙に制御しなければならないので、作業性が
悪く、製造歩留りが低いという問題点を有していた。

【００１０】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、ノズル板表面に付着したインク滴の残留物を容易に
取り除くことができ、サイズを小型化することのできる
プリンタヘッドの提供及びサイズを小型化することがで
きるとともに組み立て作業性の極めて高いプリンタヘッ
ドの製造方法を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の請求項１に記載のプリンタヘッドは、気泡の
発生するインク室と、インク室の上壁部に穿孔されたノ
ズル孔と、インク室の底部に配設された１対の電極と、
インク室に連設されたインク流路と、電極の端部と外部
から配線されたフレキシブルプリント基板の金属箔とを
固定する接続用パットと、を有するプリンタヘッドであ
って、側壁がフレキシブルプリント基板の金属箔からな
り、かつ上壁面がフレキシブルプリント基板のベースフ
ィルムからなるインク室及びインク流路と、フレキシブ
ルプリント基板のベースフィルムに穿孔されたノズル孔
と、を有する構成からなる。

【００１２】本発明の請求項２に記載のプリンタヘッド
の製造方法は、プリンタヘッドの製造方法であって、ノ
ズル孔をフレキシブルプリント基板のベースフィルムに
エキシマレーザを用いて穿孔し形成する穿孔工程を有す
る構成からなる。

【００１３】本発明の請求項３に記載のプリンタヘッド
の製造方法は、プリンタヘッドの製造方法であって、イ
ンク室及びインク流路のパターンがフレキシブルプリン
ト基板に積層された金属箔をエッチングして形成される
エッチング工程を有する構成からなる。

【００１４】本発明の請求項４に記載のプリンタヘッド
の製造方法は、プリンタヘッドの製造方法であって、接
続用パットとフレキシブルプリント基板の外部から配線
された金属箔とを圧着した後に、紫外線硬化型樹脂を用
いて接続用パットと金属箔とを固定する固定工程を有す
る構成からなる。

【００１５】ここで、フレキシブルプリント基板のベー
スフィルムとしては、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹
脂、等が用いられる。フレキシブルプリント基板の金属
箔としては、電解銅箔、圧延銅箔、及びこれらの銅箔上
にニッケル、金などのめっき皮膜を形成したもの等が用
いられる。

【００１６】金属箔のエッチング方法としては、金属箔
が銅からなる場合は、塩化第２鉄溶液に浸す方法や塩化
銅溶液をスプレー状に吹きつけてエッチングする方法等
が用いられる。

【００１７】フレキシブルプリント基板の金属箔のイン
ク室及びインク流路のパターンの形成方法はアデティブ
法によりインク室及びインク流路のパターンを形成した
金属箔を絶縁フィルムに積層しても良い。

【００１８】エキシマレーザとは、励起状態でのみ強い
結合を有する２原子分子であるエキシマの反転分布から
紫外域のレーザーを発振するものである。発振線として
は希ガスダイマー（Ｘｅ₂、Ａｒ₂等が挙げられる。）、
希ガスハライド（ＡｒＦ、ＡｒＣｌ、ＫｒＦ、ＫｒＣ
ｌ、ＸｅＦ、ＸｅＣｌ、ＸｅＢｒ等が挙げられる。）、
希ガス酸素（ＸｅＯ、ＫｒＯ、ＡｒＯ等が挙げられ
る。）、水銀ハライド（ＨｇＣｌ、ＨｇＢｒ、ＨｇＩ等
が挙げられる。）、多原子エキシマ（Ｋｒ₂Ｆ、Ｘｅ₂Ｃ
ｌ等が挙げられる。）等が用いられている。

【００１９】紫外線硬化型樹脂としては、変性アクリル
樹脂、変性シリコーン樹脂、変性エポキシ樹脂等が用い
られる。

【００２０】

【作用】この構成によって、ノズル板がフレキシブルプ
リント基板のベースフィルム及びインク室とインク流路
のパターンを形成した金属箔により形成されるので、外
部からの配線を基板に接続するフレキシブルプリント基
板やフレキシブルプリント基板を封止する封止樹脂を必
要としない。従って、ノズル板の表面が平滑であり、ノ
ズル板の表面に付着したインク滴の残留物を容易に取り
除くことができる。また、フレキシブルプリント基板上
にノズル孔を密に穿孔することができるので、プリンタ
ヘッドを小型化することができる。さらに多数のノズル
孔を有するノズル板が１枚のフレキシブルプリント基板
により形成されるので、基板とフレキシブルプリント基
板を接着することが容易であり、プリンタヘッドの組み
立ての作業性を向上させることができる。

【００２１】また、この構成によって、ノズル孔をフレ
キシブルプリント基板のベースフィルムにエキシマレー
ザを用いて穿孔し形成されるので、位置精度の優れたノ
ズル孔を形成することができる。

【００２２】また、この構成によって、インク室及びイ
ンク流路のパターンがフレキシブルプリント基板に積層
された金属箔をエッチングにより形成するので、インク
室及びインク流路のパターンの形成を容易におこなうこ
とができる。

【００２３】また、この構成によって、接続用パットと
フレキシブルプリント基板に積層された金属箔が紫外線
硬化型樹脂を用いて固定されるので、接続用パット及び
金属箔の固定を安定して作業性良く行うことができる。

【００２４】

【実施例】以下本発明の一実施例について、図面を参照
しながら説明する。図１は本発明の一実施例におけるプ
リンタヘッドの要部断面図である。図１において、１は
インク室、２はノズル孔、３は基板、４は電極、５は絶
縁膜、７は配線、８は接続用パット、１２は樹脂成形部
材である。これらは従来例と同様のものであり、同一の
符号を付けて説明を省略する。

【００２５】１５はインク室１及びインク流路（図示せ
ず）の側壁を形成するフレキシブルプリント基板の銅
箔、１６はインク室１及びインク流路の上壁面を形成し
ノズル孔２を穿孔されたフレキシブルプリント基板のポ
リイミド樹脂からなるベースフィルム、１７は接着剤が
充填する凹部である。

【００２６】以上のように構成されたプリンタヘッドに
ついて、図面を用いてその製造方法を説明する。図２
（ａ）は銅箔にインク室及びインク流路のパターンを形
成したフレキシブルプリント基板の断面図であり、図２
（ｂ）はベースフィルムにノズル孔を穿孔したフレキシ
ブルプリント基板の断面図である。ここで、１はインク
室、２はノズル孔、１５は銅箔、１６はベースフィル
ム、１７は凹部である。図３（ａ）はフレキシブルプリ
ント基板と接着用パットを設けた基板の断面図であり、
図３（ｂ）は銅箔と接着用パットを固定したフレキシブ
ルプリント基板と基板の断面図である。ここで、３は基
板、８はＡｕメッキにより形成された接続用パット、１
５は銅箔、１６はベースフィルム、１７は凹部、１８は
銅箔１５と接続用パット８の接触抵抗を少なくするため
のメッキ部、１９はフレキシブルプリント基板と基板３
とを固定する紫外線硬化型樹脂である。まず、フレキシ
ブルプリント基板の銅箔１５にインク室１及びインク流
路のパターンを形成したドライフィルムレジストまたは
環化系ゴムレジストのマスクを積層し、塩化第２銅エッ
チング液（ＣｕＣｌ₂・２Ｈ₂Ｏを２００ｇ／ｌ、ＨＣｌ
を１５０ｇ／ｌ、残部が水である。）に１５０秒間浸積
し、図２（ａ）に示すようなインク室１、インク流路、
及び、凹部１７のパターンを銅箔１５に形成した。次
に、図２（ｂ）に示すように、インク室１の上壁面に希
ガスハライド（ＫｒＦ）エキシマレーザー（波長が２４
８ｎｍであり、出力エネルギ密度が３．３Ｊ／cm²であ
る。また、照射エネルギが０．８Ｊ／cm²であり、エッ
チング速度が０．２μｍ／パルスである。）を用いて、
直径が４０μｍのノズル孔２をベースフィルムに穿孔し
た。次に、図３（ａ）に示すようにフレキシブルプリン
ト基板の銅箔１５と接続用パット８が接触する部分周辺
にＡｕを１〜２μｍの厚さでメッキした。次に、図３
（ｂ）に示すように、銅箔１５と接続用パット８を圧着
した後に、紫外線（ＵＶとも呼ぶ。）を変性アクリル樹
脂（例えばスリーボンド社製、品名３０３４）からなる
紫外線硬化型樹脂１９に３０００Ｊ／cm²を照射する。
紫外線硬化型樹脂１９を硬化させることにより、フレキ
シブルプリント基板と基板３を固定させる。

【００２７】以上のように本実施例によれば、インク室
１及びインク流路のパターンを形成した銅箔１５を積層
したフレキシブルプリント基板がインク室１及びインク
流路の上壁面及び側面を形成しているので、プリンタヘ
ッドのインク吐出面が平坦であり、インク吐出面に残留
したインク滴を容易に取り除くことができる。また、ノ
ズル孔２が穿孔されたフレキシブルプリント基板の銅箔
１５に外部からの配線を接続するので、従来のプリンタ
ヘッドに存在した外部からの配線を接続するフレキシブ
ルプリント基板やこのフレキシブルプリント基板を封止
する封止樹脂等が電極間に介在せず、プリンタヘッドを
小型化することができる。さらに複数のインク室１やイ
ンク流路の上壁及び側壁を１枚のフレキシブルプリンタ
基板に形成するので、プリンタヘッドの組み立て時のチ
ャッキングが容易であり、組み立ての作業性が向上す
る。

【００２８】また、ノズル孔２をフレキシブルプリント
基板のベースフィルム１６にエキシマレーザを用いて穿
孔し形成されるので、位置精度の優れたノズル孔２を形
成することができる。従って、フレキシブルプリント基
板と基板３との接合する際の位置決めが容易であり、組
み立ての作業性が上がると共に、製造歩留りを高くする
ことができる。

【００２９】また、インク室１及びインク流路のパター
ンをフレキシブルプリント基板に積層された銅箔１５に
塩化第２銅エッチング液を用いてエッチングされるの
で、インク室１及びインク流路のパターンの形成を容易
に行うことができ、組み立ての作業性が向上する。

【００３０】また、接続用パット８とフレキシブルプリ
ント基板に積層された銅箔１５を紫外線硬化型樹脂１９
を用いて固定するので、他の構成に影響を与えずに接続
用パット８及び銅箔１５の固定を安定して作業性良く行
うことができる。

【００３１】

【発明の効果】以上のように本発明は、側壁がフレキシ
ブルプリント基板の金属箔からなり、かつ上壁面がフレ
キシブルプリント基板のベースフィルムからなるインク
室及びインク流路と、フレキシブルプリント基板のベー
スフィルムに穿孔されたノズル孔と、を設けたので、イ
ンク滴の吐出する吐出面の表面を平滑にすることができ
る。従って、吐出面に残留したインク滴をブレードのワ
イピング等により容易に取り除くことができる。その結
果、残留したインク滴により飛翔するインク滴の飛翔方
向やサイズが変更されることが防止でき、正常な印字を
行うことができる。また従来のプリンタヘッドにおいて
は存在した電極間に介在したフレキシブルプリント基板
やこのフレキシブルプリント基板を封止する封止樹脂が
本発明のプリンタヘッドには存在しない。従って、プリ
ンタヘッドのサイズを小さくすることができる。さらに
複数のノズル孔、インク室、インク流路を１枚のフレキ
シブルプリント基板に形成できるので、プリンタヘッド
の組み立てが容易であり、作業性が良く生産歩留りを高
く生産できるので、製造原価を低くすることができる優
れたプリンタヘッドを実現することができる。

【００３２】また本発明は、ノズル孔をフレキシブルプ
リント基板のベースフィルムにエキシマレーザを用いて
穿孔し形成する穿孔工程を設けたので、ノズル孔を精度
良く形成することができる。従って、組み立て時にノズ
ル孔の位置決めが容易であり、作業性が向上する優れた
プリンタヘッドの製造方法を実現することができる。

【００３３】また本発明は、インク室及びインク流路の
パターンがフレキシブルプリント基板に積層された金属
箔をエッチングして形成されるエッチング工程を設けた
ので、金属箔のパターンの形成が正確である。また金属
箔のパターンの形成を生産性良く、生産歩留りも高く生
産できるので、製造原価を極めて低くすることのできる
優れたプリンタヘッドの製造方法を実現することができ
る。

【００３４】また本発明は、接続用パットとフレキシブ
ルプリント基板の外部から配線された金属箔とを圧着し
た後に、紫外線硬化型樹脂を用いて接続用パットと金属
箔とを固定する固定工程を設けたので、フレキシブルプ
リント基板と電極を有する基板を熱や溶剤を用いないの
で他の構成に影響を与えずに強固に固定することができ
る優れたプリンタヘッドの製造方法を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例におけるプリンタヘッドの要
部断面図

【図２】（ａ）銅箔にインク室及びインク流路のパター
ンを形成したフレキシブルプリント基板の断面図（ｂ）ベースフィルムにノズル孔を穿孔したフレキシブ
ルプリント基板の断面図

【図３】（ａ）フレキシブルプリント基板と接着用パッ
トを設けた基板の断面図（ｂ）銅箔と接着用パットを固定したフレキシブルプリ
ント基板と基板の断面図

【図４】従来のプリンタヘッドの要部断面図

【図５】（ａ）従来のプリンタヘッドの平面図（ｂ）従来のプリンタヘッドのＡ−Ａ’線断面端面図

【符号の説明】

１インク室２ノズル孔３基板４電極５絶縁膜６ノズル板７配線８接続用パット９銅箔１０ベースフィルム１１封止樹脂１２樹脂成形部材１３インク流路１４信号発生装置１５銅箔１６ベースフィルム１７凹部１８メッキ部１９紫外線硬化型樹脂

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大坪一三大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (56)参考文献特開平６−79874（ＪＰ，Ａ) 実開昭61−93247（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/05 B41J 2/16 B41J 2/135

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】気泡の発生するインク室と、前記インク室
の上壁部に穿孔されたノズル孔と、前記インク室の底部
に配設された１対の電極と、前記インク室に連設された
インク流路と、前記電極の端部と外部から配線されたフ
レキシブルプリント基板の金属箔とを固定する接続用パ
ットと、を有するプリンタヘッドであって、側壁がフレ
キシブルプリント基板の金属箔からなり、かつ上壁面が
前記フレキシブルプリント基板のベースフィルムからな
る前記インク室及び前記インク流路と、前記フレキシブ
ルプリント基板のベースフィルムに穿孔されたノズル孔
と、を有することを特徴とするプリンタヘッド。
【請求項２】気泡の発生するインク室と、前記インク
室の上壁部に穿孔されたノズル孔と、前記インク室の底
部に配設された１対の電極と、前記インク室に連設され
たインク流路と、前記電極の端部と外部から配線された
フレキシブルプリント基板の金属箔とを固定する接続用
パットと、を有するプリンタヘッドであって、側壁がフ
レキシブルプリント基板の金属箔からなり、かつ上壁面
が前記フレキシブルプリント基板のベースフィルムから
なる前記インク室及び前記インク流路と、前記フレキシ
ブルプリント基板のベースフィルムに穿孔されたノズル
孔と、を有するプリンタヘッドの製造方法であって、前
記ノズル孔を前記フレキシブルプリント基板のベースフ
ィルムにエキシマレーザを用いて穿孔し形成する穿孔工
程を有することを特徴とするプリンタヘッドの製造方
法。
【請求項３】気泡の発生するインク室と、前記インク
室の上壁部に穿孔されたノズル孔と、前記インク室の底
部に配設された１対の電極と、前記インク室に連設され
たインク流路と、前記電極の端部と外部から配線された
フレキシブルプリント基板の金属箔とを固定する接続用
パットと、を有するプリンタヘッドであって、側壁がフ
レキシブルプリント基板の金属箔からなり、かつ上壁面
が前記フレキシブルプリント基板のベースフィルムから
なる前記インク室及び前記インク流路と、前記フレキシ
ブルプリント基板のベースフィルムに穿孔されたノズル
孔と、を有するプリンタヘッドの製造方法であって、前
記インク室及びインク流路のパターンが前記フレキシブ
ルプリント基板に積層された金属箔をエッチングして形
成されるエッチング工程を有することを特徴とするプリ
ンタヘッドの製造方法。
【請求項４】気泡の発生するインク室と、前記インク
室の上壁部に穿孔されたノズル孔と、前記インク室の底
部に配設された１対の電極と、前記インク室に連設され
たインク流路と、前記電極の端部と外部から配線された
フレキシブルプリント基板の金属箔とを固定する接続用
パットと、を有するプリンタヘッドであって、側壁がフ
レキシブルプリント基板の金属箔からなり、かつ上壁面
が前記フレキシブルプリント基板のベースフィルムから
なる前記インク室及び前記インク流路と、前記フレキシ
ブルプリント基板のベースフィルムに穿孔されたノズル
孔と、を有するプリンタヘッドの製造方法であって、前
記接続用パットと前記フレキシブルプリント基板の外部
から配線された金属箔とを圧着した後に、紫外線硬化型
樹脂を用いて前記接続用パットと前記金属箔とを固定す
る固定工程を有することを特徴とするプリンタヘッドの
製造方法。