JP4613708B2 - 回路基板及びインクジェットヘッド - Google Patents

Description

本発明は、電極、配線及び貫通孔が基板に形成してあり、例えばインクジェットヘッドのアクチュエータに接続するために用いる回路基板及びインクジェットヘッドに関する。

インクジェットヘッドは、記録用紙と相対移動しつつ、ノズル孔からインクを噴射して記録用紙に文字、図柄等の画像を記録する。インクジェットヘッドには、記録用紙の移動方向に沿う列状に並設された複数のノズル孔が複数列形成してあり、各ノズル孔から夫々インクを噴射させるためのアクチュエータ（例えば圧電素子）と、アクチュエータを駆動するＩＣチップと、アクチュエータ及びＩＣチップを接続する回路基板とを内蔵している（特許文献１参照）。

図６は従来の回路基板の構成を示す平面図であり、図７は図６のVI−VI線の断面図である。絶縁フィルムを用いてなるフレキシブルシート１の一面には、平面視が夫々長円形状の複数の電極３１，３１，…が形成してある。電極３１，３１，…は、電極３１，３１，…の短手方向に列設されて電極列３０，３０，…をなし、更に、隣り合う電極列３０，３０に夫々含まれる電極３１，３１，…が千鳥配置になるようにして、電極列３０，３０，…が電極３１，３１，…の長手方向に並設してある。

各電極３１には、長手方向の一端部に、電極３１の短手方向の長さ（以下、幅という）より狭い幅を有する配線３２が接続されており、列方向に隣り合う電極３１，３１間を電極列３０，３０，…の並設方向に通過して、図示しないＩＣチップに接続されている。

フレキシブルシート１の一面側は、電極３１，３１，…及び配線３２，３２，…上を覆って、絶縁層１１が形成してある。

また、フレキシブルシート１には、電極３１，３１，…の形成位置に、その長手方向が電極３１，３１，…の長手方向に等しく平面視が夫々長円形状の貫通孔１０，１０，…が形成してある。各貫通孔１０のフレキシブルシート１一面側（電極３１，３１，…形成面側）の開口面積は電極３１の面積より小さい。また、他面側の開口面積は前記開口面積より大きく、電極３１の面積と略等しい。

各電極３１には、フレキシブルシート１の他面側から貫通孔１０を通って、フレキシブルシート１の厚みよりも厚く導電性ろう材（ハンダ）Ｈが付着され、付着されたハンダＨを介して、電極３１は、例えばアクチュエータ４の図示しないノズル孔個々に対応する個別電極４１と接続する。
特開２００４−１１４６０９号公報

近年、画像の解像度の向上、インクの色数の増加等のためにノズル孔の個数をより多くかつ高密度に配置する要求があり、回路基板に関しても、電極列３０，３０，…及び各電極列３０の電極３１，３１，…をより多くかつ高密度に配置する必要がある。電極列３０，３０，…の本数を増加させる場合は、電極３１，３１間を通過する配線３２，３２，…の本数も増加させる必要がある。また、電極３１，３１，…を高密度にするには、列方向に隣り合う電極３１，３１間の形成ピッチを小さくする必要がある。

以上のような場合、電極３１とアクチュエータ４の個別電極４１との接続面積を確保した上で、配線３２を電極３１，３１間に通そうとすると、配線３２，３２，…の電極列３０，３０，…方向の配線ピッチを小さくする必要があり、回路基板の製造コストが高くなる。また、配線ピッチが製造限界を超えるような高密度のノズル孔の配置は実現できない。

この問題を解決するために、電極３１，３１，…夫々の面積を小さくして、電極３１，３１，…の電極列３０，３０，…方向の離隔距離を大きくし、配線ピッチを必要な長さだけ確保することが考えられるが、電極３１の面積を小さくした場合、貫通孔１０の開口面積も小さくする必要があり、このため貫通孔１０を通って電極３１にハンダＨが付着し難くなり、更にハンダＨの付着量も減少する。以上の結果、ハンダＨを介した電極３１と個別電極４１との接続に不良が生じることがあった。

また、電極３１，３１，…夫々の面積を変えず、電極３１，３１，…の電極列３０，３０，…方向の形成ピッチを大きくする場合、電極列３０，３０，…の長さが長くなって回路基板が大型化し、ひいてはインクジェットヘッドが大型化する。換言すると、高解像度のインクジェットヘッドの実現が難しくなる。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、基板の一面に形成された電極に接続する電極接続部を、基板の他面に形成する構成とすることにより、電極接続部の大きさに制限されることなく電極の形成ピッチ及び配線ピッチを確保し、高密度に電極を配置することができる回路基板及び該回路基板を備えて高解像度あるいは多数ノズル孔のインクジェットヘッドを提供することを目的とする。

本発明の他の目的は、電極を千鳥配置し、配線の長手方向に長い電極接続部を備えることにより、電極の形成ピッチを小さくしながらも電極接続部と外部の電極との接続面積を確保することができる回路基板を提供することにある。

第１発明に係る回路基板は、基板の一面に複数並設された電極列と、該電極列に含まれる複数の電極夫々に接続して前記一面に形成された配線と、前記基板の前記複数の電極の夫々に対応する位置に形成された貫通孔とを備え、一の前記電極列に含まれる電極に接続された配線が、他の前記電極列に含まれる電極の間を、前記電極列の並設方向に通過して形成してある回路基板において、前記貫通孔の面積は前記電極の面積より小さく、外部の電極群に対向して接続すべく、前記基板の他面に形成され、前記電極の面積より大きい面積を有し、前記貫通孔を介して前記電極に接続する電極接続部を備えることを特徴とする。

第２発明に係る回路基板は、相隣る電極列に含まれる電極を、列方向の位置を異ならせて千鳥配置してあり、前記電極接続部は、前記並設方向に長い形状であることを特徴とする。

第３発明に係るインクジェットヘッドは、複数のノズル孔夫々に対応した電極群を有し、前記ノズル孔夫々からインクを噴射させるためのアクチュエータと、該アクチュエータに接続する回路基板とを備えるインクジェットヘッドにおいて、前記回路基板は第１発明又は第２発明の回路基板であり、複数の前記電極接続部夫々を前記電極群に対向させて、前記電極接続部と前記電極群に含まれる電極とを接続してあることを特徴とする。

第１発明の回路基板及び第３発明のインクジェットヘッドによれば、電極及び配線は基板の一面に形成してあり、基板の他面に貫通孔を介して、電極に接続する電極接続部が形成してある。該電極接続部は、基板一面側の電極よりも大きい面積を有し、外部の電極群に接続される。このため、電極列及び配線に拘わらず電極接続部は外部の電極群に大きい面積で接続することができ、電極列と外部の電極群との接続不良を抑制することができる。

更に、電極の面積を小さくすることができるため、電極の形成ピッチが同じである場合は電極間の離隔距離を大きくすることができ、電極間を通過する配線の列方向の配線ピッチを十分な長さだけ確保して配線の本数を多くすることができる。換言すると、電極間を通過する配線の本数が同じである場合は、電極の形成ピッチを小さくできる。従って、高密度又は多数電極の回路基板を実現することができる。

このような回路基板をインクジェットヘッドに備え、電極列と、アクチュエータの電極群とを接続する場合、電極列と電極群とが上記のように構成されているため、接続不良によるインクジェットヘッドの製造不良を抑制することができる。また、アクチュエータの電極群の個数が増加するか又は高密度化した場合でも、回路基板側の電極及び配線のピッチを確保して、ノズル孔を多数又は高密度に備えるインクジェットヘッドを実現できる。

第２発明の回路基板によれば、電極が千鳥配列されているため電極接続部も千鳥配列され、このため、電極列の並設方向に隣り合う電極接続部の間隔を、並設方向から見た間隔よりも大きくし、電極接続部と外部の電極との接続面積を大きくすることができる。しかも上記のように電極接続部の面積を大きくしても、基板の一面側においては、上記のように電極および配線のピッチを確保して電極を高密度又は多数配置することができる。

以下、本発明を、その実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。インクジェットヘッド８は、大略、箱状をなすフレーム８ｆと、フレーム８ｆの下部に内蔵された記録ヘッド７ａ，７ｂと、上部に内蔵されたインクタンク５ｋ，５ｃ，５ｙ，５ｍとを備え、記録ヘッド７ａ，７ｂの下面にノズル孔を開口し、下方に向けてインク滴を噴射する。ノズル孔は、公知のものと同様にインク色ごとに２列ずつ千鳥状に配列してある。インクジェットヘッド８は、公知のように記録用紙に対向配置されて、該記録用紙と平行な方向に往復移動（図１，２中矢符方向）する。

インクタンク５ｋ，５ｃ，５ｙ，５ｍは、ブラック、シアン、イエロー、及びマゼンタのカラーインク夫々を収容している。以下では、ブラック（シアン、イエロー、マゼンタ）に対応する部分の符号にはｋ（ｃ、ｙ、ｍ）を付す。インクタンク５ｋ，５ｃ，５ｙ，５ｍの上側には、プリンタ本体側の制御回路と接続されるプリント基板９が水平方向に配置してある。

記録ヘッド７ａ，７ｂは、同じ構成の物が２個、インクジェットヘッド８の移動方向に並置してあり、夫々キャビティプレート６ａ，６ｂと圧電アクチュエータプレート４ａ，４ｂとで構成されている。キャビティプレート６ａ，６ｂには、インクタンク５ｋ，５ｃ，５ｙ，５ｍとインク供給管５１ｋ，５１ｃ，５１ｙ，５１ｍを介して連通するインク供給口（図２には、インク供給口６１ｙ，６１ｍが図示）が形成してある。圧電アクチュエータプレート４ａ，４ｂは、キャビティプレート６ａ，６ｂ上に積層固着してあり、キャビティプレート６ａ，６ｂ内に各ノズル孔とそれぞれ接続して形成された各インク流路に対応する図示しない各圧電駆動部を有し、圧電駆動部を選択的に変形させることによりそれに対応するインク流路内のインクに圧力を加え、ノズル孔からインク滴を噴射させる。

圧電アクチュエータプレート４ａ，４ｂの上面には、圧電アクチュエータプレート４ａ，４ｂの各圧電駆動部を変形させるための駆動信号が与えられる第１個別電極が、前記ノズル孔の位置にほぼ対応して、各色毎に２列ずつ千鳥配置に形成してある。また、圧電アクチュエータプレート４ａ，４ｂの上面の周縁部には、後述する第２共通電極を介して接地される第１共通電極が形成してある。図２には、第１個別電極４１ｙ，４１ｙ，…，４１ｍ，４１ｍ，…と、第１共通電極４２，４２，…とが図示してある。各第１個別電極４１ｙ，４１ｙ，…，４１ｍ，４１ｍ，…は、各圧電駆動部の一端と一対一で接続し、第１共通電極４２，４２，…は、全圧電駆動部の他端と共通に接続している。第１共通電極４２は１個でもまた複数個あってもよい。

インクジェットヘッド８は、記録ヘッド７ａ，７ｂに対応して回路基板２ａ，２ｂを備える。記録ヘッド７ａ及び回路基板２ａと、記録ヘッド７ｂ及び回路基板２ｂとは、記録ヘッド７ａ及び回路基板２ａと記録ヘッド７ｂ及び回路基板２ｂとの中間部に対して移動方向に対称的に略同じ構成（略左右対称）であるため、以下では、記録ヘッド７ａ及び回路基板２ａに関して説明する。

回路基板２ａは、可撓性を有するポリイミド製の絶縁フィルムを用いてなる矩形状のフレキシブルシート１ａの長手方向一端部に、プリント基板９の上面に形成されたコネクタ９１ａに接続する端子部２２ａが形成してある。また、長手方向他端部に、第１個別電極４１ｙ，４１ｙ，…，４１ｍ，４１ｍ，…及び第１共通電極４２，４２，…夫々と接続する電極部３０を備える。駆動回路（ＩＣチップ）２１ａは、フレキシブルシート１ａ長手方向中央部に実装してあり、プリント基板９を介して、前記プリンタ本体側の制御回路から、電力、駆動信号を供給され電極部３０へと出力する。

回路基板２ａは、その長手方向が第１個別電極４１ｙ，４１ｙ，…，４１ｍ，４１ｍ，…の列方向に直交する水平方向（横移動方向）に配されて、前記長手方向他端部が圧電アクチュエータプレート４ａの上面に積層されて、電極部３０が第１個別電極４１ｙ，４１ｙ，…，４１ｍ，４１ｍ，…及び第１共通電極４２，４２，…夫々と接続される。更に、回路基板２ａの長手方向一端部の端子部２２ａはプリント基板９のコネクタ９１ａに接続される。（回路基板２ｂは、コネクタ９１ｂに接続され、回路基板２ｂに実装されたＩＣチップ２１ｂも、プリント基板９を介して電力、駆動信号を供給される。）

電極部３０は、回路基板２ａの長手方向他端部の中央部に、圧電アクチュエータプレート４ａ上の各２列の第１個別電極４１ｙ，４１ｙ，…及び第１個別電極４１ｍ，４１ｍ，…に対応する各２列の電極列３０ｙ，３０ｙ及び電極列３０ｍ，３０ｍを備える。各電極列３０ｙは第１個別電極４１ｙ，４１ｙ，…夫々に対応する第２個別電極３１ｙ，３１ｙ，…を含み、図３に示すように相隣る電極列３０ｙ，３０ｙに含まれる第２個別電極３１ｙ，３１ｙ，…は、互いに列方向の位置を異ならせて千鳥配置してある。同様に、各電極列３０ｍは第１個別電極４１ｍ，４１ｍ，…夫々に対応する第２個別電極３１ｍ，３１ｍ，…を含み、相隣る電極列３０ｍ，３０ｍに含まれる第２個別電極３１ｍ，３１ｍ，…は、列方向の位置を異ならせて千鳥配置してある。

また、電極部３０は、回路基板２ａの長手方向他端部の周縁部に、第１共通電極４２，４２，…に対応する第２共通電極３５，３５，…を備える。第２共通電極３５，３５，…は、夫々図示しない接地用の配線を介して接地されている。

各第２個別電極３１ｙ，３１ｙ，…，３１ｍ，３１ｍ，…の一側には、第２個別電極３１ｙ，３１ｙ，…，３１ｍ，３１ｍ，…の外径より狭い幅を有する配線３２ｙ，３２ｙ，…，３２ｍ，３２ｍ，…が接続されフレキシブルシート１ａの長手方向すなわち電極列３０ｙ，３０ｍ，３０ｍを横切る方向に延びている。つまり、配線３２ｙ，３２ｙ，…，３２ｍ，３２ｍ，…は、それが接続された第２個別電極３１ｙ，３１ｙ，…，３１ｍ，３１ｍ，…よりもＩＣチップ２１ａ側に位置する電極列の第２個別電極３１ｙ，３１ｙ，…，３１ｍ，３１ｍ，…間を電極列３０ｙ，３０ｙ，３０ｍ，３０ｍの並設方向に通過して、ＩＣチップ２１ａに接続されている。

フレキシブルシート１ａの一面（以下、表面という）側は、第２個別電極３１ｙ，３１ｙ，…，３１ｍ，３１ｍ，…及び配線３２ｙ，３２ｙ，…，３２ｍ，３２ｍ，…上を覆って、絶縁層１１ａ（図４）が形成してある。また、フレキシブルシート１ａには、第２個別電極３１ｙ，３１ｙ，…，３１ｍ，３１ｍ，…の形成位置に、その中心位置が第２個別電極３１ｙ，３１ｙ，…，３１ｍ，３１ｍ，…の中心位置に一致して平面視が夫々円形状の貫通孔１０ｙ，１０ｙ，…，１０ｍ，１０ｍ，…が形成してある。

各貫通孔１０ｙ，１０ｙ，…，１０ｍ，１０ｍ，…のフレキシブルシート１ａ表面側の開口面積は第２個別電極３１ｙ，３１ｙ，…，３１ｍ，３１ｍ，…の面積より小さい。また、図４に示すように他面（裏面）側の開口面積は前記開口面積より大きいが、第２個別電極３１ｙ，３１ｙ，…，３１ｍ，３１ｍ，…の面積より小さい。

第２個別電極３１ｙ，３１ｙ，…，３１ｍ，３１ｍ，…夫々に関し、貫通孔１０ｙ，１０ｙ，…，１０ｍ，１０ｍ，…夫々及びフレキシブルシート１ａの裏面にわたって、銅製の電極接続部３３ｙ，３３ｙ，…，３３ｍ，３３ｍ，…が形成されている。以下では、１個の第２個別電極３１ｍに関して説明する（図４）。

第２個別電極３１ｍに関し、電極接続部３３ｍは、平面形状が電極列３０ｙ，３０ｙ，３０ｍ，３０ｍの並設方向（配線３２ｙ，３２ｙ，…，３２ｍ，３２ｍ，…の長手方向）に長い長円形状であり、第２個別電極３１ｍの面積より大きい面積を有し、また、貫通孔１０ｍを介して、第２個別電極３１ｍに電気的に接続している。電極接続部３３ｍとフレキシブルシート１ａ裏面との間には、下電極層３４ｍが介在している。下電極層３４ｍは、第２個別電極３１ｍを形成している導電性材料と同じ導電性材料で形成してある。

電極接続部３３ｍには導電性ろう材（ハンダ）Ｈが付着される。このとき、電極接続部３３ｍに覆われた貫通孔１０ｍを通って、ハンダＨと第２個別電極３１ｍとが接続されるが、ハンダＨと第２個別電極３１ｍとの直接的な接続が不良である場合でも、電極接続部３３ｍを介してハンダＨと第２個別電極３１ｍとが接続されるため、問題は生じない。

第２共通電極３５は、第２個別電極３１ｍと同様の構成で、フレキシブルシート１ａの下面に圧電アクチュエータプレート４ａ上の第１共通電極４２と対向する電極接続部（図示せず）と接続し、また該電極接続部の下面に導電性ろう材（ハンダ）が付着されている。

圧電アクチュエータプレート４ａ上の第１個別電極４１ｙ，４１ｍおよび第１共通電極４２に、回路基板２ａの第２個別電極３１ｙ，３１ｍおよび第２共通電極３５を重ね、加熱することにより、第２個別電極３１ｙ，３１ｍおよび第２共通電極３５にあらかじめ付着したハンダＨを溶融させ、第１個別電極４１ｙ，４１ｍおよび第１共通電極４２に、第２個別電極３１ｙ，３１ｍおよび第２共通電極３５を電気的に接続することができる。

フレキシブルシート１ａの裏面側において電極接続部３３ｙ，３３ｍを第１個別電極４１ｙ，４１ｍに接続するので、電極接続部３３ｙ，３３ｍの面積を第１個別電極４１ｙ，４１ｍとの接続のために、表面側の配線３２ｙ，３２ｍに関係なく十分確保できる。これにより、表面側の第２個別電極３１ｙ，３１ｍの面積は、電極接続部３３ｙ，３３ｍと貫通孔１０ｙ，１０ｍを介して接続するのに最小限の面積にすれば足る。

この結果、表面側の第２個別電極３１ｙ，３１ｍおよび電極接続部３３ｙ，３３ｍの形成ピッチを小さくすることが可能となる。この結果、ノズル孔の列の長さを変更することなくノズル孔の列方向の形成ピッチを小さくしてノズル孔を増すことができるため、画像の解像度を向上させることができる。又は、同数のノズル孔を形成してインクジェットヘッド８を小型化することができる。又は、第２個別電極３１ｙ，３１ｍ間を通過する配線数を多く、即ち例えば電極列３０ｙ，３０ｙ，３０ｍ，３０ｍの本数を従来の電極列の本数よりも増加させて、更に解像度を向上させるか、インクの色数を増加させることができる。

以上のような回路基板２ａを形成するには、図５（ａ）に示すように、まず、フレキシブルシート１ａの表面に、第２個別電極３１ｙ，３１ｍ、第２共通電極３５およびそれらに接続する配線を、公知のように、エッチング、印刷によって形成し、絶縁層１１ａによって覆う。また、フレキシブルシート１ａの裏面側の全面にわたって、下電極層となる導電材料層を形成する。以下、第２個別電極、第２共通電極を第２個別電極３１ｍ、配線を配線３２ｍ、電極接続部を電極接続部３３ｍ、下電極層を下電極層３４ｍ、導電材料層を導電材料層３４０ｍでそれぞれ代表させて説明する。

次いで、図５（ｂ）に示すように、フレキシブルシート１ａの裏面の、第２個別電極３１ｍに対応する位置に、レーザ光を照射して下電極層３４ｍとなる導電材料層３４０ｍおよびフレキシブルシート１ａをアブレーションにより除去し、貫通孔１０ｍを形成する。

その後、図５（ｃ）に示すように、下電極層３４ｍとなる導電材料層３４０ｍ上に、下電極層３４ｍに対応する部分のみ残して、レジスト膜３６を形成するとともに、レジスト膜３６から露出した導電材料層３４０ｍおよび第２個別電極３１ｍ上に、銅メッキによって電極接続部３３ｍを形成する。電極接続部３３ｍは下電極層３４ｍよりも厚く、また下電極層３４ｍ上の銅と第２個別電極３１ｍ上の銅とを接続するように貫通孔１０ｍの内面に沿っても形成される。

さらにその後、上記レジスト膜３６を除去し、さらに電極接続部３３ｍおよび導電材料層３４０ｍをエッチング処理して、図５（ｄ）に示すように、下電極層３４ｍを構成する導電材料層３４０ｍのうち電極接続部３３ｍに重なっていない部分を除去して下電極層３４ｍを形成する。この際、電極接続部３３ｍも厚さが減少するが、完全に除去されることがない程度にエッチング処理される。

そして、電極接続部３３ｍ上に、ハンダＨがメッキにより付着される。

本発明に係る回路基板を備えるインクジェットヘッドの構成を示す側面断面図である。 インクジェットヘッドが備える回路基板、及び記録ヘッドの構成を示す分解斜視図である。 回路基板における電極部の構成を示す拡大平面図である。 図３におけるIV−IV線の断面図である。 回路基板の製造方法を説明する断面図である。 従来の回路基板の構成を示す平面図である。 図６のVI−VI線の断面図である。

符号の説明

１ａ フレキシブルシート（基板）
１０ｙ，１０ｍ 貫通孔
２ａ 回路基板
３０ｙ，３０ｍ 電極列
３１ｙ，３１ｍ 第２個別電極（電極列に含まれる複数の電極）
３２ｙ，３２ｍ 配線
３３ｙ，３３ｍ 電極接続部
４ａ 圧電アクチュエータプレート（アクチュエータ）
４１ｙ，４１ｍ 第１個別電極（電極群）
８ インクジェットヘッド

Claims (3)

1. 基板の一面に複数並設された電極列と、
   該電極列に含まれる複数の電極夫々に接続して前記一面に形成された配線と、
   前記基板の前記複数の電極の夫々に対応する位置に形成された貫通孔と
   を備え、
   一の前記電極列に含まれる電極に接続された配線が、他の前記電極列に含まれる電極の間を、前記電極列の並設方向に通過して形成してある回路基板において、
   前記貫通孔の面積は前記電極の面積より小さく、
   外部の電極群に対向して接続すべく、前記基板の他面に形成され、前記電極の面積より大きい面積を有し、前記貫通孔を介して前記電極に接続する電極接続部
   を備えることを特徴とする回路基板。
2. 相隣る電極列に含まれる電極を、列方向の位置を異ならせて千鳥配置してあり、
   前記電極接続部は、前記並設方向に長い形状であることを特徴とする請求項１に記載の回路基板。
3. 複数のノズル孔夫々に対応した電極群を有し、前記ノズル孔夫々からインクを噴射させるためのアクチュエータと、
   該アクチュエータに接続する回路基板と
   を備えるインクジェットヘッドにおいて、
   前記回路基板は請求項１又は２に記載の回路基板であり、
   複数の前記電極接続部夫々を前記電極群に対向させて、前記電極接続部と前記電極群に含まれる電極とを接続してあることを特徴とするインクジェットヘッド。

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