JP4161213B2 - インクジェット記録ヘッドにおける配線基板の接合構造及びその接合方法 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェット記録ヘッドにおける配線基板の接合構造及びその接合方法に係り、より詳しくは、給電する配線基板に対するインクジェット記録ヘッドにおけるアクチュエータの表面に形成される接合端子の構造に関するものである。

先行技術のオンディマンド型のインクジェット記録ヘッドにおいては、特許文献１等に開示されているように、複数枚のプレートを積層したキャビティユニットに、２列に配置した複数の圧力室が設けられ、各圧力室に対応する活性部（エネルギー発生手段）を有する圧電アクチュエータがキャビティユニットと接合されている。そして、圧電アクチュエータの各活性部に電圧印加するために、該圧電アクチュエータの表面にその長手方向の両側縁に沿って上記各活性部と対応した表面電極が設けられ、外部からの制御信号を伝達するためのフレキシブルフラットケーブルにおける接合電極部と圧電アクチュエータの表面電極とが重ねられて接合される。

その場合、特許文献２に示すように、フレキシブルフラットケーブルを、片面に配線を有する複数の基板層の積層体にて構成し、その複数の基板層の少なくとも１つに開口部を有して、その後側に配置された基板層の配線を前記開口部を介して露出させてバンプ電極を形成し、これを圧電アクチュエータの表面電極に接合することが考えられた。

このバンプ電極は、加熱により軟化・溶融状態となる半田合金からなることが一般的であった。

他方、圧電アクチュエータは、一般的に表面に個別電極のパターンを形成した圧電材料からなるセラミックス材のグリーンシートと表面にコモン電極のパターンを形成した同じくグリーンシートと、表面に表面電極が形成された同じくトッププレートとを重ねて後焼成したものであり、個別電極やコモン電極及びこれらに導通する表面電極は銀−パラジュウム系の導電性ペーストをグリーンシートにスクリーン印刷形成したものである。
特開２００３−１５９７９５号公報 特開平１１−１４７３１１号公報

しかしながら、この種の個別電極やコモン電極用の表面電極は、半田合金との濡れ性が良好であるものの、層厚さが薄いことから、表面電極と圧電アクチュエータのシート表面との接合強度が弱いので、次のような欠点があった。

即ち、フレキシブルフラットケーブルは一般的に可撓性を有する合成樹脂製の基板を有するので、温度膨張・収縮性が大きいため、温度変化の大きい環境下で繰り返し使用すると、フレキシブルフラットケーブル側のバンプ電極の間隔が伸縮し、これに接合されている表面電極と圧電アクチュエータのシート表面との接合強度が弱い部分で剥がれてしまい、電気的断線となり易かった。

本出願人は、この問題を解決するため、先に、表面電極の表面に厚膜の外部電極を付加することを考えた。

これにより、バンプ電極の半田合金と外部電極との接合強度が増大することがわかった。しかしながら、溶融した半田合金が外部電極の表面から表面電極の表面にわたって流れた後固化した隅肉部分が、温度変化（変動）によるフレキシブルフラットケーブルの膨張・収縮、特に収縮時に亀裂が発生し、電気的断線の原因になる問題は解決できなかった。

本発明は、上記問題点を解決することを技術的課題とするものである。

上記技術的課題を解決するため、請求項１に記載の発明のインクジェット記録ヘッドにおける配線基板の接合構造は、第１の方向に沿って列状に配置された複数個のノズルと、各ノズルに対応した圧力室と、前記各圧力室に対応しインクに選択的に噴出エネルギーを与える複数個のエネルギー発生手段を有するアクチュエータと、該アクチュエータの表面に前記各エネルギー発生手段に個別に対応して島状に配置された複数の接合端子に回路素子から所定電圧の波形信号を出力する配線基板とを備えるインクジェット記録ヘッドにおいて前記配線基板を前記接合端子に接続する接合構造であって、前記配線基板は、溶融可能なバンプ電極を前記接合端子と重ね接合される位置に備え、前記接合端子は、前記アクチュエータの表面に形成した表面電極と、該表面電極の表面上に突出して形成され、前記バンプ電極との接合性が前記表面電極よりも良い外部電極とからなり、前記表面電極は、第１の方向に並んで配列されるとともに、その第１の方向と直交する第２の方向に前記外部電極よりも長く形成され、かつ一端に平面視において前記各外部電極を囲む周縁を有する広幅部を有するとともに、該広幅部から前記第２の方向に延び該広幅部よりも前記第１の方向の幅を狭くした細幅部を有し、前記複数の表面電極は、該表面電極の前記広幅部と前記細幅部とが交互に逆向きに位置するように、前記第１の方向に配置されているとともに、前記外部電極は、前記各表面電極の広幅部上に配置され、前記バンプ電極は、溶融した後固化した状態で、前記外部電極及び前記表面電極を覆っていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のインクジェット記録ヘッドにおける配線基板の接合構造において、前記インクジェット記録ヘッドは、第１の方向に沿って列状に配置された複数個のノズルからなるノズル列及びそれに対応する圧力室の列を、第２の方向に複数列備えるとともに、前記複数の圧力室の列に対応して、複数個のエネルギー発生手段を備え、前記アクチュエータの表面に、複数個のエネルギー発生手段に接続した前記表面電極を備え、前記複数の表面電極は、各表面電極の列ごとに、該表面電極の前記広幅部と前記細幅部とが交互に逆向きに位置するように、前記第１の方向に配置されていることを特徴とする。請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のインクジェット記録ヘッドにおける配線基板の接合構造において、前記外部電極は、前記広幅部の表面に、該広幅部の周縁よりも内周側に該外部電極の周縁が位置するように配置され、前記バンプ電極は、前記外部電極の上面及び側面を覆い、前記広幅部の表面を周縁近傍まで覆っていることを特徴とする。請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッドにおける配線基板の接合構造において、前記表面電極及び前記外部電極は、前記各圧力室間を仕切る隔壁と対応して位置することを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッドにおける配線基板の接合構造において、前記アクチュエータは、圧電シートを含む複数のシートを積層して焼成したものから構成され、該シートのうち最上層のシートの表面に前記表面電極が形成され、該表面電極の表面に前記外部電極が形成されていることを特徴とする。請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のインクジェット記録ヘッドにおける配線基板の接合構造において、前記最上層のシートは、該シートを板厚方向に貫通しかつ上面において前記表面電極と接続した内部導通電極を有し、該内部導通電極の上面部位に対し、充填電極と、該充填電極を兼用する前記外部電極とを、前記表面電極の列方向に、交互に配置したことを特徴とする。請求項７に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッドにおける配線基板の接合構造において、前記インクジェット記録ヘッドは、前記複数のエネルギー発生手段に共通に接続されたコモン電極用接合端子を備え、該コモン電極用接合端子は、前記アクチュエータの表面のうち外周縁寄り部位に帯状に形成された表面電極と、該表面電極の表面に形成された外部電極とからなり、前記配線基板は、該外部電極と対応するバンプ電極を備えることを特徴とする。請求項８に記載の発明は、請求項１ないし７のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッドにおける配線基板の接合構造において、前記表面電極は、銀−パラジュウム系導電材料であり、前記外部電極は、銀−ガラスフリット系導電材料であることを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、請求項１に記載のインクジェット記録ヘッドにおける配線基板の接合構造における、前記配線基板を、前記接合端子に接続する、前記配線基板の接合方法であって、前記バンプ電極を前記外部電極に重ねて加熱押圧することで、該バンプ電極を溶融して、前記外部電極及び前記表面電極を覆った状態で固化させることを特徴とする。

請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載のインクジェット記録ヘッドにおける配線基板の接合方法において、前記アクチュエータは、圧電シートを含む積層した複数のシートを含み、該シートの元材料であるグリーンシートの表面に、前記表面電極を印刷形成した後焼成し、該焼成した前記表面電極の表面に、前記外部電極を印刷形成した後、前記焼成温度よりも低い温度で焼成することを特徴とする。

請求項１１に記載の発明は、請求項９または１０に記載のインクジェット記録ヘッドのにおける配線基板の接合方法において、前記表面電極に、銀−パラジュウム系導電材料を用い、前記外部電極に、銀−ガラスフリット系導電材料を用いることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、アクチュエータの表面に形成された表面電極を、広幅部と細幅部が交互に逆向きに位置するように配列し、広幅部上に外部電極を突出して形成し、配線基板のバンプ電極が外部電極及び表面電極を覆っているものであるから、広幅部を有するように接合端子を形成しても、隣接する接合端子の間隔を充分に確保することができ、電気的に短絡する危険性を少なくすることができる。また、配線基板を確実に接合でき、また接合強度も大きくできるので、配線基板が温度変化等にて伸縮しても接合の剥がれを発生することがなく断線事故を無くして信頼性を向上させることができる。

請求項２に記載の発明によれば、表面電極の列ごとに、表面電極の広幅部と細幅部とが交互に逆向きに位置するように表面電極を配列することで、ノズル列を複数列備えるものに請求項１の発明を好適に実施することができる。また、請求項３に記載の発明によれば、広幅部の周縁よりも内周側に該外部電極の周縁が位置し、バンプ電極が、外部電極の上面及び側面、広幅部の表面を周縁近傍まで覆うので、バンプ電極と外部電極及び表面電極との接合を確保することができる。

請求項４に記載の発明によれば、表面電極が、各圧力室間を仕切る隔壁と対向する位置にあることで、バンプ電極を外部電極と対面させて押圧するとき、圧力室の配列の間の隔壁にて押圧力を支持でき、空洞である圧力室の変形を防止できる。そして、請求項５に記載の発明によれば、圧電シートを含む複数のシートを積層して焼成して構成したアクチュエータにおいて、最上層のシートの表面に表面電極を、さらにその表面に外部電極を形成することで、請求項１以下の各発明を好適に実施することができる。

請求項６に記載の発明によれば、最上層のシートにおいて表面電極と接続した内部導通電極の上面部位に対し、充填電極と、該充填電極を兼用する外部電極とを、表面電極の列方向に交互に配置することで、アクチュエータの表面に露出する内部導通電極と表面電極との接続箇所を保護することができる。請求項７に記載の発明によれば、複数のエネルギー発生手段に共通に接続されたコモン電極用接合端子も、アクチュエータの表面のうち外周縁寄り部位に帯状に形成された表面電極と、該表面電極の表面に形成された外部電極とから構成し、配線基板のバンプ電極と表面電極及び外部電極とを接続することができる。

請求項８に記載の発明によれば、表面電極が、銀−パラジュウム系導電材料であり、銀−パラジュウム系導電部材は融点が高いため、焼成温度が高温となっても蒸発することがなく、外部電極が、銀−ガラスフリット系導電材料であって、銀−パラジュウム系導電材料よりもバンプ電極との接合性が良いので、溶融した後固化したバンプ電極が外部電極に良好に接合し、かつそのバンプ電極の隅肉部を外部電極の周縁と表面電極の周縁よりも内周側の表面との領域に確実に形成できる。その結果、アクチュエータの表面の接合端子と配線基板におけるバンプ電極とが確実に接合でき、また接合強度も大きくできる。

請求項９に記載の発明によれば、請求項１に記載の構造において、バンプ電極を外部電極に重ねて加熱押圧することで、該バンプ電極を溶融して、外部電極及び表面電極を覆った状態で固化させることで、配線基板を確実に接合でき、また接合強度も大きくできるので、配線基板が温度変化等にて伸縮しても接合の剥がれを発生することがなく断線事故を無くして信頼性を向上させることができる。

請求項１０に記載の発明によれば、グリーンシートの表面に、表面電極を印刷形成した後焼成し、該焼成した表面電極の表面に、外部電極を印刷形成した後、焼成温度よりも低い温度で焼成することで、表面電極及び外部電極を形成することができる。さらに、請求項１１に記載の発明によれば、表面電極が、銀−パラジュウム系導電材料であり、銀−パラジュウム系導電部材は融点が高いため、焼成温度が高温となっても蒸発することがなく、また、外部電極が、銀−ガラスフリット系導電材料であって、銀−パラジュウム系導電材料よりもバンプ電極との接合性が良いので、溶融した後固化したバンプ電極が外部電極に良好に接合し、かつそのバンプ電極の隅肉部を外部電極の周縁と表面電極の周縁よりも内周側の表面との領域に確実に形成できる。その結果、アクチュエータの表面の接合端子と配線基板におけるバンプ電極とが確実に接合でき、また接合強度も大きくできる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

本実施形態に係るカラー記録用のインクジェット記録ヘッドは、図示しないが、用紙の搬送方向（副走査方向、以下第１の方向またはＹ方向という）と直交する方向（主走査方向、以下第２の方向、Ｘ方向という）に往復移動するキャリッジに搭載されたヘッドユニット１を有し、そのヘッドユニット１上には、例えば、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの４色のカラーインクがぞれぞれ充填されたインクカートリッジが着脱可能に搭載されるか、または画像形成装置の本体に静置されたインクカートリッジから図示しない供給パイプ及びキャリッジに搭載されたダンパー室（図示せず）を介して各色のインクが供給されるように構成されている。

ヘッドユニット１は、 図２に示すように、前面（ 図２における下面）に複数個のノズル１１ａを備えたキャビティユニット１０と、その上面に対して接着剤または接着シートを介して接着し積層されるプレート型の圧電アクチュエータ１２と、その背面（上面）に外部機器との電気的接続のために重ね接合された配線基板の１例としてのフレキシブルフラットケーブル４０とにより構成されている。

キャビティユニット１０は 図２に示すように構成されている。すなわち、下層から順にノズルプレート１１、カバープレート１５、ダンパープレート１６、二枚のマニホールドプレート１７，１８、２枚のスペーサプレート１９，２０及び圧力室２３が形成されているベースプレート２１の合計８枚の偏平な板をそれぞれ接着剤にて接合して積層した構成である。合成樹脂製のノズルプレート１１を除き、各プレート１５〜２１は、４２％ニッケル合金鋼板製であり、それらの板厚を５０μｍ〜１５０μｍ程度としている。

前記ノズルプレート１１には、微小径（本実施形態では２５μｍ程度）の多数のインク噴出用のノズル１１ａが、当該ノズルプレート１１における第１の方向に沿って千鳥配列状に設けられている。また各ノズル列ＮはＸ方向に適宜間隔で５列（個別の列には、符号Ｎ１〜Ｎ５を付する、但し、Ｎ４，Ｎ５は図示せず）に配列されている。本実施形態では、第１列〜第５列の各々のノズル列Ｎの長さは１インチ、各々のノズル１１ａの数は７５個で、つまり配列密度は７５（ｄｐｉ［ドット・パー・インチ］）である。

そして、 図２において、右から順番にノズル列Ｎ１〜Ｎ５（但し、Ｎ４，Ｎ５は図示せず）とするとき、ノズル列Ｎ１はシアンインク（Ｃ）用であり、ノズル列Ｎ２はイエローインク（Ｙ）用であり、ノズル列Ｎ３はマゼンタインク（Ｍ）用であり、ノズル列Ｎ４及びＮ５はブラックインク（ＢＫ）用とする。

上下マニホールドプレート１７，１８には、Ｙ方向に長いインク通路が各ノズル列Ｎ１〜Ｎ５に対応して板厚方向に貫通するように形成され、上側の第１スペーサプレート１９と下側のダンパープレート１６とに挟まれて積層されることにより、前記インク通路が５列の共通インク室（マニホールド室）２６となる。そして、 図２において、右から順に共通インク室２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ，２６ｅとするとき、共通インク室２６ａはシアンインク（Ｃ）用であり、共通インク室２６ｂはイエローインク（Ｙ）用であり、共通インク室２６ｃはマゼンタインク（Ｍ）用であり、第４番目と第５番目の共通インク室２６ｄ，２６ｅの対はブラックインク（ＢＫ）用となる。

図２において、ベースプレート２１のＹ方向の一端部にＸ方向に適宜間隔で穿設された４つのインク供給口を右から順に符号３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄとするとき、インク供給口３１ａ，３１ｂ，３１ｃは、右端から順の共通インク室２６ａ，２６ｂ，２６ｃに対応し、右から４番目のインク供給口３１ｄは、２つの共通インク室２６ｄ，２６ｅの互いに近接した端部に共通に対応している。そして、 図２に示すように、インク供給口３１ａ，３１ｂ，３１ｃの位置に対応して、第２スペーサプレート２０及び第１スペーサプレート９１の一端部に穿設されたインク供給通路３２が対応する共通インク室２６ａ，２６ｂ，２６ｃの一端部に連通している。

また、下側のマニホールドプレート１７の下面に接着されるダンパープレート１６の下面側には、各共通インク室２６に対応する位置にＹ方向に長いダンパー室２７が下面方向にのみ開放するように凹み形成され、その下面側のカバープレート１５にて塞がれて完全な密閉状のダンパー室２７が構成される。

この構成により、圧電アクチュエータ１２の駆動で圧力室２３に作用する圧力波のうち、インクにより伝播されて共通インク室２６の方向に向かう後退成分を、板厚の薄いダンパープレート１６の振動により吸収し、いわゆるクロストークが発生することを防止するのである。

第１スペーサプレート１９には、各ノズル列Ｎ１〜Ｎ５のノズル１１ａに対応する絞り部２８がＸ方向に若干長く、Ｙ方向に細幅の凹溝状に形成されている。この各絞り部２８の一端は対応するマニホールドプレート１８における共通インク室２６ａ〜２６ｅに連通し、各絞り部２８の他端は後述するように、上側の第２スペーサプレート２０における上下貫通する連通孔２９に連通するように形成されている（ 図３参照）。

カバープレート１５、ダンパープレート１６、２枚のマニホールド１７，１８、第１及び第２スペーサプレート１９，２０には、それぞれ、各ノズル列Ｎ１〜Ｎ５毎にノズル１１ａに連通する連通路２５が、共通インク室２６及びダンパー室２７と上下に重ならない位置で上下に貫通するように形成されている。

また、ベースプレート２１には、各ノズル列Ｎ毎に、Ｘ方向に沿って延びる細幅の圧力室２３（各圧力室の列を符合２３−１，２３−２，２３−３，２３−４，２３−５とする）がノズル１１ａの個数に対応してベースプレート２１を厚さ方向に貫通して形成されている。そして、各圧力室２３の長手方向（Ｘ方向）の一端は、第２スペーサプレート２０に穿設された連通孔２９を介して第１スペーサプレート１９における各絞り部２８の他端に連通しており、各圧力室２３の長手方向の他端は、第２スペーサプレート２０に穿設された各連通路２５に連通している。各列の圧力室２３は隔壁２４を介してＹ方向に配置され、圧力室２３は隣接する列の圧力室２３に対してＹ方向に半ピッチずれ、いわゆる千鳥状に配列されている。

これにより、各インク供給口３１ａ〜３１ｄから各共通インク通路２６内に流入したインクは、絞り部２８、連通孔２９を通って各圧力室２３内に分配されたのち、この各圧力室２３内から連通路２５を通って、この圧力室２３に対応するノズル１１ａに至るという構成になっている。

次に、圧電アクチュエータ１２の構成について説明する。圧電アクチュエータ１２は、後に詳述するように、圧電シートを積層方向に挟んで形成されている個別電極３６とコモン電極３７と間の前記圧電シートを活性部（エネルギー発生手段）として有し、任意の個別電極３６とコモン電極３７との間に電圧を印加することにより、その印加された個別電極３６に対応した圧電シートの活性部に、当該積層方向に圧電縦効果による歪みを発生するものである。該活性部（エネルギー発生手段）は、圧力室２３と対応する位置に形成されている。

即ち、前記活性部は、圧力室２３の列方向（Ｙ方向）に沿って並べられ、且つ前記圧力室２３の列の数（５つ）と同じ数だけ、第２の方向（Ｘ方向）に並べられている。また、各活性部は、前記第２の方向（Ｘ方向）に圧力室２３の長手方向に長く形成され、且つ隣接する活性部の配置間隔（ピッチＰ）も後述する圧力室２３の配置と同様であって、千鳥状配列されることになる。

圧電アクチュエータ１２は、 図４に示すように、１枚の厚さが３０μｍ程度の圧電セラミックス板からなる複数枚（本実施形態では７枚）の圧電シート３３，３４とが交互に積層された群と、この群の上面に１枚のシート４６からなる拘束層を積層し、さらにその上面に表面シートとしてのトップシート３５を積層した構造である。拘束層のシ−ト及びトップシ−トは圧電セラミックス板でも良いし、他の材料でも良く、電気的絶縁性を有すれば良い。

最下層の圧電シート３４から上方へ数えて偶数番目の圧電シート３３の上面（平板面）には、 図４に示すように、前記キャビティユニット１１における各圧力室２３に対応した真上箇所ごとに細幅の個別電極３６が、スクリーン印刷形成される。

図４は圧電シート３３の一部のみを示し、前述した第１列〜第５列の圧力室列２３−１，２３−２，２３−３，２３−４，２３−５に対応して第１列目〜第５列目の個別電極３６（各列に対して、 図４で符号３６−１、３６−２、３６−３、３６−４、３６−５を付する）が形成されている。各個別電極３６の直線部３６ｂは、前記各圧力室２３（ 図６の点線参照）とほぼ同じ長さで平面視で重複しており、且つ各圧力室よりもやや狭い幅の直線状に形成されている（ 図７（ａ）参照）。

各個別電極３６における一端部３６ａは、 図７（ａ）に示すように、それぞれ平面視で直線部３６ｂに対して屈曲形成されて、圧力室２３の外に延びている。なお、第３列目の個別電極３６−３における一端部３６ａは、 図４に示すように、圧力室２３の外側一端に対して交互に外に延びている。

また、この各端部３６ａは、上下に隣接する圧電シート３４における第１の島状個別導通部としてのダミー個別電極３８及び後述する拘束層シート４６の接続パターン５３とそれぞれ少なくとも一部が平面視で重なり（ 図４、 図７（ａ）参照）、圧電シート３４及び拘束層シート４６を貫通するスルーホール状の内部導通電極４２とそれぞれ電気的に接続可能な位置に配置される。

さらに、圧電シート３３には、圧電シート３４におけるコモン電極３７と平面視で一部重複する個所であって、圧電シート３３の平板面における短辺及び長辺に沿う外周部位等にダミーコモン電極４３が形成されている（ 図４参照）。

コモン電極３７は、最下層の圧電シート３４とそれから上方へ数えて奇数番目の圧電シート３４の各上面（平板面）にスクリーン印刷形成されるものである（ 図４参照）。最下層の圧電シート３４におけるコモン電極３７は当該圧電シート３４の上面全体に形成されている。それより上層の各圧電シート３４におけるコモン電極３７は、各圧力室列２３−１〜２３−５ひいては各個別電極列３６−１〜３６−５の配置位置と平面視で重複し、且つ圧電シート３４の長辺に沿ってＹ方向に長い第１電気導通部分３７ａと、圧電シート３４の短辺に沿ってＸ方向に長く、第１電気導通部分３７ａの両端に連結する第２電気導通部分３７ｂとからなる。コモン電極３７はこれら圧電シート３４に形成される島状のダミー個別電極３８の列部分を囲んで形成されている。

平面視略矩形状の各ダミー個別電極３８は、各個別電極３６の直線部３６ｂではなく、各一端部３６ａの少なくとも一部と平面視で重複するように一定間隔で配置形成されている。

拘束層シート４６の上面には、 図４に示すように、平面視で略矩形型の接続用パターン５３が前記圧電シート３４における各ダミー個別電極３８の少なくとも一部と平面視で重複するように一定間隔で配置形成されている。また、拘束層シート４６の上面の短辺に沿う部位等には、圧電シ−ト３４におけるコモン電極３７の一部及び圧電シ−ト３３におけるダミーコモン電極４３の一部にそれぞれ平面視で重複する位置にコモン導通部としての連絡用パターン５４が形成されている。

そして、最下層の圧電シート３４を除き、それより上層の圧電シート３４、３３及び拘束層シート４６には、電気導通部分３７ａ，３７ｂとダミーコモン電極４３との複数箇所を上下方向に電気的に接続するために、電極３７、４３の位置において、各圧電シート３４、３３の板厚を貫通するように穿設された複数のスルーホール内にそれぞれ充填した導電部材（導電性ペースト）にて内部導通電極（図示せず）を形成する。同様に、複数枚の圧電シート３３における各個別電極３６の端部３６ａと、圧電シート３４における各ダミー個別電極３８と、拘束層シート４６における連絡用パターン５４には、それぞれを上下方向に電気的に接続するために、各圧電シート３３、３４、４６の板厚を貫通するように穿設された複数のスルーホール内にそれぞれ充填した導電部材（導電性ペースト）にて内部導通電極４２が形成されている。その場合、各内部導通電極４２は、上下に隣接する圧電シート３３、３４、４６で平面視で上下に重複しない位置に適宜距離だけ隔てて形成されている（ 図６、 図７（ａ）参照）。

図４〜 図７に示すように、圧電アクチュエータ１２の最上層である表面シートとしてのトップシ−ト３５の上面（平坦面）には、フレキシブルフラットケーブル４０の後述する接合電極部７７、７８とそれぞれ接合させるためのコモン電極接続用の接合端子９０及び個別電極接続用の接合端子９１とがそれぞれ島状に形成されている。

接合端子９０及び接合端子９１は、それぞれ、トップシ−ト３５の表面上に形成される層厚の薄い表面電極９２及び９３と、その表面電極９２及び９３の表面上に形成される層厚の厚い外部電極９４及び９５とからなる。トップシ−ト３５の接合端子９０及び接合端子９１と、対応する拘束層シート４６の連絡用パターン５４及び接続用パターン５３とを、それぞれ上下方向に電気的に接続するために、前記と同様に、トップシ−ト３５の板厚を貫通するように穿設された複数のスルーホール内にそれぞれ充填した導電部材（導電性ペースト）にて内部導通電極４４が形成されている。

表面電極９２及び９３は、トップシート３５の元材料であるグリーンシートの表面にスクリーン印刷形成される。個別電極３６、コモン電極３７、ダミー個別電極３８、ダミーコモン電極４３、スルーホール内に充填する内部導通電極４２，４４、接続用パターン５３、連絡用パターン５４及び表面電極９２及び９３を、銀−パラジュウム系導電部材（導電性ペースト）を用いて圧電シート３３、３４、拘束層シート４６及びトップシート３５の元材料であるグリーンシートの表面にスクリーン印刷形成した後、それらシートを所定の順に積層し，さらに焼成してアクチュエータ１２が形成される。銀−パラジュウム系導電部材は融点が高いため、焼成温度が高温となるグリーンシートの焼成が行われても蒸発することがないが、半田合金との接合性は良くない。

外部電極９４及び９５は銀−ガラスフリット系の厚膜用の導電性ペーストを用いて前記焼成後に表面電極９２及び９３の表面に印刷形成した後に前記焼成温度より低い温度で焼成して形成される。銀−ガラスフリット系の導電部材は、銀−パラジュウム系導電部材に比べると、融点は低いが半田合金との接合性は良好である。従って、接合端子９０，９１は、表面電極９２及び９３の表面上に外部電極９４及び９５が形成されることによって、外部電極９４及び９５が形成されない場合に比べてバンプ電極１０３との接合性が向上する。

個別電極接続用の接合端子９１の構成をさらに詳述すると、トップシ−ト３５の上面には、拘束層シ−ト４６における各接続用パターン５３にそれぞれ平面視で少なくとも一部が重複するように、層厚の薄い表面電極９３が一定間隔で配置形成されている。この各表面電極９３は、 図６、 図７（ａ）及び 図７（ｂ）に示すように、トップシ−ト３５の短辺縁（Ｘ方向と平行な縁）ひいては各個別電極３６における各直線部３６ｂと略平行であって、 図７（ｂ）に示すように、その各下方に並列状に位置する相隣接する圧力室２３、２３の間の隔壁２４の上方に配置されている。従って、表面電極９３は、圧力室２３の第１の方向の配置間隔Ｐと同じ間隔にて、かつそれと半ピッチずれて配列され、圧力室の各列と対応して第２の方向に複数列配置されることになる。そして、表面電極９３の大部分は隔壁２４の幅寸法Ｗ１よりも狭い幅寸法Ｗ２（Ｗ２＜Ｗ１）を有する細幅部９３ａであり、この細幅部９３ａに連接して広幅部９３ｂが形成される。広幅部９３ｂの幅寸法Ｗ３は隔壁２４の幅寸法Ｗ１より若干広く設定されている。本実施形態では、Ｐ＝0.339μm 、Ｗ１＝ 120μm 〜 150μm 、Ｗ２＝ 100μm 、Ｗ３＝ 150〜300 μm 程度であり、Ｗ３＝ 200〜220 μm 程度が好ましい。広幅部９３ｂの長さ寸法Ｌ３＝ 360μm 程度である。また、表面電極９３の層厚は１〜２μm 程度である。

表面電極９３は、図７に示すように、列方向（Ｙ方向）において交互に、広幅部９３ｂと細幅部９３ａとが反対方向に位置するように配置される。内部導通電極４４は、各列の表面電極９３の一端側に接続されるため、列方向に広幅部９３ｂと細幅部９３ａとに交互に接続されることになる。外部電極９５は、各広幅部９３ｂの表面に付着され、列方向に１つおきの内部導通電極４４の上方に位置し、且つ表面電極９３の両端に交互に、すなわち千鳥配列状に位置することになる。そして、外部電極９５の平面視の大きさは広幅部９３ｂの面積よりも小さく、且つ外部電極９５の平面視の周縁が広幅部９３ｂの周縁よりも内周側に位置するように配置されている。本実施形態では外部電極９５の幅寸法Ｗ４≒ 150〜 200μm 程度であり、外部電極９５の周縁と広幅部９３ｂの周縁との間の平面視の間隔寸法Ｗ５が25μm 程度あることが望ましい（ 図９（ａ）参照）。外部電極９５の層厚は20μm である。

同様に、コモン電極接続用の接合端子９０における層厚の薄い表面電極９２は、拘束層シ−ト４６における連絡用パターン５４の少なくとも一部に平面視で重複するように配置され、且つトップシ−ト３５の上面のうち外周縁寄り部位に帯状等にて形成されている（ 図４参照）。また、表面電極９２の表面に後付けとしての層厚の厚い外部電極９４を適宜形状にて配置する。

個別電極用の接合端子９１において、図６及び図７（ｂ）に示すように、表面電極９３の、内部導通電極４４と接続する箇所に充填電極９６が形成される。つまり、表面電極の広幅部９３ｂ上の外部電極９５は、充填電極９６を兼用することになり、表面電極の列方向に外部電極９５と充填電極９６とが交互に位置することになる。充填電極９６は、内部導通電極４２，４４が表面電極９２，９３と接続する箇所が圧電アクチュエータ２０の上面として外部に露出するので、各スルーホール部分を含めて内部導通電極４２，４４の上面部位を前記外部電極９４及び９５と同じ材料で充填することにより、内部導通電極４２，４４と表面電極９２，９３との接続箇所を保護することができる。なお、上記のようにＹ方向に接合端子９１の広幅部９３ｂと細幅部９３ａとが交互に形成されることから、広幅部９３ｂを有するように接合端子９１を形成したとしても、Ｙ方向において、隣接する２つの接合端子９１間の間隔を充分に確保することができ、これらが電気的に短絡する危険性を少なくすることができる。これら充填電極９６、外部電極９４及び９５は平面視矩形状、小判型または楕円状等の適宜形状を採用し得る。
次に、フレキシブルフラットケーブル４０の構成について、 図８（ａ）及び 図８（ｂ）を参照しながら説明する。
フレキシブルフラットケーブル４０は、トップシート３５の上面に重ねられ、ノズル列と直交する方向（Ｘ方向）に外方へ突出して配置される（ 図１参照）。フレキシブルフラットケーブル４０は、帯状のベース材１００と、その片面に形成された配線７９及びコモン電極用の接合電極部７７、個別電極用の接合電極部７８と、これらの表面を被覆するカバーレイ１０１とで構成されている。ベース材１００及びカバーレイ１０１は、電気絶縁性を有し、可撓性の合成樹脂材（例えば、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂）からなる。接合電極部７７，７及び配線７９はベース材１００の片面に銅箔にてフォトレジスト法等により形成されている。配線７９はベース材１００に搭載された駆動用の集積回路１０２に電気的に接合されている。フレキシブルフラットケーブル４０の外方へ突出した端部に設けられた複数の端子１０５は、集積回路１０２と接続されている。なお、島状の個別電極用の接合電極部７８は、トップシート３５上の接合端子９１の外部電極９５とそれぞれ対面する位置にあって、その対面する部位のベース材１００に開けられた孔（開口部）の部位に半田合金からなるバンプ電極１０３を固着している（ 図８（ｂ）参照）。同様に、帯状のコモン電極用の接合電極部７７（後述する７７−１及び７７−２）のうち、トップシート３５上の接合端子９０の外部電極９４とそれぞれ対面する箇所に開けられた孔（開口部）の部位にバンプ電極１０３を固着している。

コモン電極用接合電極部７７は、図８（ａ）に示すように、第２の方向（Ｘ方向）に沿って延びるフレキシブルフラットケーブル４０の対の側縁に沿って形成された帯状の２本の第１コモン接合電極部７７−１を少なくとも有する。また、第１の方向（Ｙ方向）に沿って延びる側縁に沿って形成された帯状の１本の第２コモン接合電極部７７−２を有し、さらに、第２コモン接合電極部７７−２の両端が各第１コモン接合電極部７７−１の先端部に電気的に接続されている。２本の第１コモン接合電極部７７−１の他端部は、フレキシブルフラットケーブル４０の外方へ突出した端部に設けられた接続端子１０４に電気的に接続されている。

他方、個別電極用接合電極部７８は、各列の外部電極９５に対向して配置されている。 即ち、前述のとおり外部電極９５は表面電極２３の各列において表面電極２３の両端に交互に配列されているため、接合電極部７８もこれに対応して千鳥状に配列された群をなし、図８（ａ）に示すように、表面電極２３の複数列（つまり圧力室の列２３−１〜２３−５と対応した列）に対応して複数の群７８−１〜７８−５をなしている。

そして、全ての列の各個別電極用接合電極部７８に接続する配線７９は、第２の方向（Ｘ方向）に沿って延びる配線パターンにて形成されている。

駆動用の集積回路１０２は、外部機器（画像形成装置本体の制御基板）からシリアル転送されてくる記録データを、各ノズルに対応するパラレルデータに変換し、かつ記録データに対応した所定電圧の波形信号を生成して、各配線７９に出力するものである。集積回路１０２とアクチュエータ１２との間の接続は、ノズル数に対応した配線７９を高密度に形成する必要があるが、集積回路１０２よりも制御基板側では、記録データをシリアル転送するので、低密度な配線パターンでよい。

半田合金製のバンプ電極１０３は、コモン電極用接合端子９０の外部電極９４及び個別電極用接合端子９１の外部電極９５にそれぞれ重ねて加熱押圧して接合される。その場合、 図９（ｂ）に示すように、バンプ電極１０３の溶融した半田合金は、外部電極９５の上面及び側面を覆い、且つ表面電極９３における広幅部９３ｂの表面を周縁近傍まで覆う。そして、銀−パラジュウム系の表面電極９３の広幅部９３ｂの表面は溶融した半田合金との濡れ性が大きい一方、銀−ガラスフリット系の外部電極９５と半田合金とは共晶結合して接合強度は高い。なお、半田合金の量が多く、広幅部９３ｂから溢れ出した場合は、細幅部９３ａに流れ込んで固化するので、隣接する表面電極９３との間で電気的に短絡（ショート）する危険性は少ない。

外部電極９５の周縁から広幅部９３ｂの周縁までの寸法Ｗ５が大きいと、外部電極９５の周縁と広幅部９３ｂの表面との間の隅肉部（フィレット）１０３ａ（ 図９（ｂ）参照）の断面の半径を大きくでき、材料力学でいう圧力集中係数（形状係数）を小さくできる。従って、温度変化の大きいもとでの繰り返し使用により、フレキシブルフラットケーブル４０が大きく伸縮して、バンプ電極１０３の間隔が伸縮し、これに接合されている外部電極９５との間の隅肉部（フィレット）１０３ａに大きい応力集中が作用した場合や繰り返し応力を受けても、隅肉部１０３ａに亀裂が発生難いから電気的断線事故も発生しないのである。

なお、前記応力集中は、フレキシブルフラットケーブル４０の幅方向（Ｙ方向）の収縮時に大きくなるので、これに耐久性を持たせるためには、上記のように、隅肉部１０３ａが形成される土台（領域）となる広幅部９３ｂの幅寸法Ｗ５を大きくすることが望ましいのである。

個別電極用の接合端子９１ひいては表面電極９３及び外部電極９５を、キャビティユニット１０における圧力室２３の配列の間、即ち隔壁２４上に相当する箇所に配置すれば、フレキシブルフラットケーブル４０のバンプ電極１０３を外部電極９５と対面させて押圧するとき、隔壁２４にて押圧力を支持でき、空洞である圧力室２３の変形を防止できるという効果を奏する。

前記実施形態では、ノズルの列は５列ひいては個別電極用接合電極７８が千鳥配列で１０列であったが、本発明では３列以上の個別電極用接合電極７８に対して適用できるものである。

本発明の実施形態による圧電式インクジェット記録ヘッドのキャビティユニットと圧電アクチュエータと、フラットケーブルとを分離して示す斜視図である。 キャビティユニットの分解斜視図である。 キャビティユニットの一部分解斜視図である。 圧電アクチュエータの一部切欠き分解斜視図である。 圧電シートにおける個別電極とダミー電極とそれらの内部導通電極の位置を示す部分拡大断面図である。 トップシートの表面の接合端子等の配置を示す一部切欠き斜視図である。 （ａ）は圧力室と個別電極と接続用パターンと個別電極用の接合端子等の配置を示す部分拡大平面図、（ｂ）は個別電極用の接合端子における表面電極と外部電極等の配置関係を示す部分拡大平面図である。 （ａ）はフレキシブルフラットケーブルにおけるコモン接合電極、個別接合電極、配線、集積回路等の配置関係を示す概略平面図、（ｂ）は側面図である。 （ａ）は個別電極用の接合端子における表面電極と外部電極と配置関係を示す部分拡大平面図、（ｂ）は 図９（ａ）のIXb −IXb 線矢視で示すバンプ電極との接合状態を示す拡大断面図である。

符号の説明

１ インクジェット記録ヘッド
１１ キャビティユニット
１１ａ ノズル
１２ 圧電アクチュエータ
２２ ベースプレート
２３ 圧力室
３３，３４ 圧電シート
３５ トップシート
３６ 個別電極
３７ コモン電極
４０ フラットケーブル
５３ 接続用パターン
５４ 連絡用パターン
７７ コモン電極用の接合電極部
７８ 個別電極用の接合電極部
７９ 配線
９０ コモン電極用接合端子
９１ 個別電極用接合端子
９２、９３ 表面電極
９４、９５ 外部電極
１０２ 集積回路
１０３ バンプ電極
１０３ａ 隅肉部

Claims (11)

1. 第１の方向に沿って列状に配置された複数個のノズルと、各ノズルに対応した圧力室と、前記各圧力室に対応しインクに選択的に噴出エネルギーを与える複数個のエネルギー発生手段を有するアクチュエータと、該アクチュエータの表面に前記各エネルギー発生手段に個別に対応して島状に配置された複数の接合端子に回路素子から所定電圧の波形信号を出力する配線基板とを備えるインクジェット記録ヘッドにおいて前記配線基板を前記接合端子に接続する接合構造であって、
   前記配線基板は、溶融可能なバンプ電極を前記接合端子と重ね接合される位置に備え、
   前記接合端子は、前記アクチュエータの表面に形成した表面電極と、該表面電極の表面上に突出して形成され、前記バンプ電極との接合性が前記表面電極よりも良い外部電極とからなり、
   前記表面電極は、第１の方向に並んで配列されるとともに、その第１の方向と直交する第２の方向に前記外部電極よりも長く形成され、かつ一端に平面視において前記各外部電極を囲む周縁を有する広幅部を有するとともに、該広幅部から前記第２の方向に延び該広幅部よりも前記第１の方向の幅を狭くした細幅部を有し、
   前記複数の表面電極は、該表面電極の前記広幅部と前記細幅部とが交互に逆向きに位置するように、前記第１の方向に配置されているとともに、前記外部電極は、前記各表面電極の広幅部上に配置され、
   前記バンプ電極は、溶融した後固化した状態で、前記外部電極及び前記表面電極を覆っていることを特徴とするインクジェット記録ヘッドにおける配線基板の接合構造。
2. 前記インクジェット記録ヘッドは、第１の方向に沿って列状に配置された複数個のノズルからなるノズルの列及びそれに対応する圧力室の列を、第２の方向に複数列備えるとともに、前記複数の圧力室の列に対応して、複数個のエネルギー発生手段を備え、前記アクチュエータの表面に、複数個のエネルギー発生手段に接続した前記表面電極を備え、
   前記複数の表面電極は、各表面電極の列ごとに、該表面電極の前記広幅部と前記細幅部とが交互に逆向きに位置するように、前記第１の方向に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録ヘッドにおける配線基板の接合構造。
3. 前記外部電極は、前記広幅部の表面に、該広幅部の周縁よりも内周側に該外部電極の周縁が位置するように配置され、
   前記バンプ電極は、前記外部電極の上面及び側面を覆い、前記広幅部の表面を周縁近傍まで覆っていることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェット記録ヘッドにおける配線基板の接合構造。
4. 前記表面電極及び前記外部電極は、前記各圧力室間を仕切る隔壁と対応して位置することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッドにおける配線基板の接合構造。
5. 前記アクチュエータは、圧電シートを含む複数のシートを積層して焼成したものから構成され、該シートのうち最上層のシートの表面に前記表面電極が形成され、該表面電極の表面に前記外部電極が形成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッドにおける配線基板の接合構造。
6. 前記最上層のシートは、該シートを板厚方向に貫通しかつ上面において前記表面電極と接続した内部導通電極を有し、該内部導通電極の上面部位に対し、充填電極と、該充填電極を兼用する前記外部電極とを、前記表面電極の列方向に、交互に配置したことを特徴とする請求項５に記載のインクジェット記録ヘッドにおける配線基板の接合構造。
7. 前記インクジェット記録ヘッドは、前記複数のエネルギー発生手段に共通に接続されたコモン電極用接合端子を備え、該コモン電極用接合端子は、前記アクチュエータの表面のうち外周縁寄り部位に帯状に形成された表面電極と、該表面電極の表面に形成された外部電極とからなり、前記配線基板は、該外部電極と対応するバンプ電極を備えることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッドにおける配線基板の接合構造。
8. 前記表面電極は、銀−パラジュウム系導電材料であり、前記外部電極は、銀−ガラスフリット系導電材料であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッドにおける配線基板の接合構造。
9. 請求項１に記載のインクジェット記録ヘッドにおける配線基板の接合構造における、前記配線基板を、前記接合端子に接続する、前記配線基板の接合方法であって、
   前記バンプ電極を前記外部電極に重ねて加熱押圧することで、該バンプ電極を溶融して、前記外部電極及び前記表面電極を覆った状態で固化させることを特徴とするインクジェット記録ヘッドにおける配線基板の接合方法。
10. 前記アクチュエータは、圧電シートを含む積層した複数のシートを含み、
    該シートの元材料であるグリーンシートの表面に、前記表面電極を印刷形成した後焼成し、該焼成した前記表面電極の表面に、前記外部電極を印刷形成した後、前記焼成温度よりも低い温度で焼成することを特徴とする請求項９に記載のインクジェット記録ヘッドにおける配線基板の接合方法。
11. 前記表面電極に、銀−パラジュウム系導電材料を用い、前記外部電極に、銀−ガラスフリット系導電材料を用いることを特徴とする請求項９または１０に記載のインクジェット記録ヘッドにおける配線基板の接合方法。

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