JP2010129873A - 配線部材の接続方法、配線部材の製造方法、及び、配線部材 - Google Patents

配線部材の接続方法、配線部材の製造方法、及び、配線部材 Download PDF

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Abstract

【課題】フレキシブル層に形成された配線を覆うように塗布された合成樹脂材料が未硬化状態で他の部材に接触して付着することを防止する。
【解決手段】まず、圧電層42の表面に形成された上部電極45の接続端子45aに導電性バンプ46を形成する。また、ランド52及び配線53を形成する。その後、フレキシブル層51の、ランド52を取り囲むように凹部51aを形成する。その後、フレキシブル層51のランド52が形成された領域を除き、且つ、配線53が形成された領域を覆うように下面全体に未硬化の合成樹脂材料61を塗布し、を硬化させる。そして、ランド52を覆うように未硬化の合成樹脂材料62を塗布する。続いて、COF50を圧電層42と反対側から圧電層42に向かって押圧し、導電性バンプ46をランド52と接触させる。その後、合成樹脂材料62を硬化させる。
【選択図】 図8

Description

本発明は、配線部材の接続方法、配線部材の製造方法、及び、配線部材に関する。
特許文献1には、圧電アクチュエータの駆動により圧力室内のインクに圧力を付与することによってノズルからインクを吐出する記録ヘッドを製造する方法について記載されている。この記録ヘッドを製造する際には、最も上方に配置された圧電シートの上面に配置された個別電極や共通電極のランドの表面にバンプを形成するとともに、端子部や配線が形成されたフレキシブル配線部材(FPC)の圧電シートと対向する面に未硬化の合成樹脂層を形成し、FPCを圧電シートに向かって熱を加えて押圧することにより、圧電シート側のバンプが合成樹脂層を貫通してFPC側の端子部に接触した状態で、合成樹脂層が熱により硬化し、圧電シートとFPCとが接合されている。
特開2005−305847号公報(図10)
しかしながら、特許文献1に記載の記録ヘッドの製造方法では、FPCの圧電シートと対向する面に形成された合成樹脂層は、配線保護のため配線を覆い端子部以外の領域に塗布され、未硬化の状態でFPCを圧電シートに向かって押圧しているため、この端子部以外の領域に塗布された未硬化の合成樹脂材料が接続対象である圧電シートに付着するおそれがある。例えば、圧電シートに未硬化の合成樹脂材料が付着して硬化してしまうと、圧電シートの変形が阻害されてしまうおそれがある。特に、FPCは、熱膨張性の高い基材層に配線が配置されているため、加熱押圧させたときに基材が膨張した状態で下垂しやすく、圧電シートに付着して変形阻害しやすい。
そこで、本発明の目的は、基材層に形成された配線を覆うように塗布された合成樹脂材料が未硬化状態で他の部材に接触して付着することを防止する配線部材の接続方法、配線部材の製造方法、及び、配線部材を提供することである。
本発明の配線部材の接続方法は、絶縁性の基材層と、前記基材層の一表面に形成された配線及び前記配線に接続された第1接続端子と、を有する配線部材を、前記第1接続端子と接続される第2接続端子が前記一表面と対向する対向面に形成された基材に接続する配線部材の接続方法であって、前記基材層の前記一表面において、前記第1接続端子を除き、且つ、少なくとも前記配線を覆うように未硬化の合成樹脂材料を塗布する第1塗布工程と、前記第1塗布工程において塗布された合成樹脂材料を硬化させる第1硬化工程と、前記第1接続端子及び前記第2接続端子のいずれか一方の接続端子を覆うように未硬化の合成樹脂材料を塗布する第2塗布工程と、前記第2塗布工程において合成樹脂材料が塗布された前記一方の接続端子に、他方の接続端子を相対的に押し当てて、前記第1接続端子と前記第2接続端子とを接触させる接触工程と、前記第2塗布工程において塗布された合成樹脂材料を硬化させる第2硬化工程と、を備えている。
本発明の配線部材の接続方法によると、少なくとも配線を覆うように塗布された未硬化の合成樹脂材料が、接触工程における第1接続端子と第2接続端子との接触時にはすでに硬化している。したがって、配線を覆うように塗布された合成樹脂材料が、接触工程において未硬化状態で第2接続端子と接続される第1接続端子の周囲領域以外で他の部材に接触して付着することを防止することができる。
また、前記第1塗布工程の前に、前記第1接続端子の外周を取り囲むように前記基材層の前記一表面に凹部を形成する凹部形成工程をさらに備えていることが好ましい。一般的に、第1接続端子の表面を除いては、基材層には保護の観点から合成樹脂が全面に塗布されていることが望ましい。そこで、未硬化の合成樹脂材料を第1接続端子の側壁まで塗布すると、この未硬化の合成樹脂材料が硬化するまでの間に第1接続端子の表面に滲んで、第1硬化工程において第1接続端子の表面で硬化することがある。すると、接触工程における第2接続端子の接触可能な第1接触端子の表面積が小さくなってしまい、第1接続端子と第2接続端子との接触時に位置ズレが起きると、第1硬化工程において硬化した合成樹脂材料の上に第2接続端子が接触してしまい、第1接続端子と第2接続端子との間で接続不良がおきたり、たとえ導通できたとしても電気抵抗が高くなったりしてしまう。しかしながら、それを見越して、第1接続端子の第2接続端子と対向する表面の表面積を大きくすると、配線を高密度に配置することが困難となる。しかし、本発明の配線部材の接続方法によると、凹部が第1接続端子の外周を取り囲むように基材層に形成されていることで、第1塗布工程において塗布された未硬化の合成樹脂材料が凹部に流れ込み、第1接続端子の表面上に滲むのを防止することができるため、第1接続端子の表面の表面積を小さくすることができる。このようにして、導通不良を防ぐことができるとともに、配線を高密度に配置することができる。
加えて、前記第1塗布工程において、前記第1接続端子を除き、且つ、前記基材層の前記一表面全面に未硬化の合成樹脂材料を塗布することが好ましい。これによると、合成樹脂材料は第1接続端子の側壁まで塗布されており、第1接続端子と隣接する配線との間に起こるマイグレーションを防止することができる。
また、前記他方の接続端子に導電性バンプを形成するバンプ形成工程をさらに備えていることが好ましい。これによると、他方の接続端子に導電性バンプが形成されているため、接触工程において、導電性バンプを介して第2塗布工程において塗布された合成樹脂層を貫通して他方の接続端子を一方の接続端子に接触させやすく、導通不良を防ぐことができる。また、導電性バンプの高さだけ、配線部材と基材との間に間隔をあけることができ、基材と配線部材との接触を防止することができる。
さらに、前記バンプ形成工程において、前記第2接続端子に導電性バンプを形成し、前記第2塗布工程において、前記第1接続端子を覆うように未硬化の合成樹脂材料を塗布することが好ましい。これによると、バンプが形成された第2接続端子に比べて、バンプが形成されていない第1接続端子の方が合成樹脂材料を塗布しやすい。
本発明の配線部材の接続方法は、絶縁性の基材層と、前記基材層の一表面に形成された配線及び前記配線に接続された第1接続端子と、を有する配線部材を、圧電層、及び、前記配線部材との対向面に形成され、前記第1接続端子と接続される第2接続端子、を有する圧電アクチュエータに接続する配線部材の接続方法であって、前記基材層の前記一表面において、前記第1接続端子を除き、且つ、少なくとも前記配線を覆うように未硬化の合成樹脂材料を塗布する第1塗布工程と、前記第1塗布工程において塗布された合成樹脂材料を硬化させる第1硬化工程と、前記第1接続端子及び前記第2接続端子のいずれか一方の接続端子を覆うように未硬化の合成樹脂材料を塗布する第2塗布工程と、前記第2塗布工程において合成樹脂材料が塗布された前記一方の接続端子に、他方の接続端子を相対的に押し当てて、前記第1接続端子と前記第2接続端子とを接触させる接触工程と、前記第2塗布工程において塗布された合成樹脂材料を硬化させる第2硬化工程と、を備えている。
本発明の配線部材の接続方法によると、少なくとも配線を覆うように塗布された未硬化の合成樹脂材料が、接触工程における第1接続端子と第2接続端子との接触時にはすでに硬化している。したがって、配線を覆うように塗布された合成樹脂材料が、接触工程において未硬化状態で第2接続端子と接続される第1接続端子の周囲領域以外で他の部材に接触して付着することを防止することができる。例えば、未硬化の合成樹脂が圧電層に付着して、圧電層の変形を阻害することを防止することができる。
本発明の配線部材の接続方法によると、圧力室を含む液体流路が形成された流路ユニットと、前記圧力室内の液体に圧力を付与する圧電アクチュエータユニットとを備えており、前記圧電アクチュエータユニットが、絶縁性の基材層と、前記基材層の一表面に形成された配線及び前記配線に接続された第1接続端子と、を有する配線部材と、圧電層、及び、前記配線部材との対向面に形成され、前記第1接続端子と接続される第2接続端子、を有する圧電アクチュエータと、を備えた液体吐出ヘッドにおける配線部材の接続方法であって、前記基材層の前記一表面において、前記第1接続端子を除き、且つ、少なくとも前記配線を覆うように未硬化の合成樹脂材料を塗布する第1塗布工程と、前記第1塗布工程において塗布された合成樹脂材料を硬化させる第1硬化工程と、前記第1接続端子及び前記第2接続端子のいずれか一方の接続端子を覆うように未硬化の合成樹脂材料を塗布する第2塗布工程と、前記第2塗布工程において合成樹脂材料が塗布された前記一方の接続端子に、他方の接続端子を相対的に押し当てて、前記第1接続端子と前記第2接続端子とを接触させる接触工程と、前記第2塗布工程において塗布された合成樹脂材料を硬化させる第2硬化工程と、を備えている。
本発明の配線部材の接続方法によると、少なくとも配線を覆うように塗布された未硬化の合成樹脂材料が、接触工程における第1接続端子と第2接続端子との接触時にはすでに硬化している。したがって、配線を覆うように塗布された合成樹脂材料が、接触工程において未硬化状態で第2接続端子と接続される第1接続端子の周囲領域以外で他の部材に接触して付着することを防止することができる。例えば、未硬化の合成樹脂が圧電層に付着して、圧電層が変形することによる液体吐出ヘッドにおける液体の吐出特性の変動を防止することができる。
本発明の配線部材の製造方法は、絶縁性の基材層の一表面に配線と前記配線に接続された第1接続端子とが形成されており、前記第1接続端子と接続される第2接続端子が前記一表面と対向する対向面に形成された基材に接続される配線部材の製造方法であって、前記第1接続端子の外周を取り囲むように前記基材層の前記一表面に凹部を形成する凹部形成工程と、前記基材層の前記一表面において、前記第1接続端子を除き、且つ、少なくとも前記配線を覆うように未硬化の合成樹脂材料を塗布する第1塗布工程と、前記第1塗布工程において塗布された合成樹脂材料を硬化させる第1硬化工程と、を備えている。
本発明の配線部材の製造方法により製造された配線部材において、基材層に形成された第1接続端子に未硬化の合成樹脂材料を塗布して、この第1接続端子を基材に形成された第2接続端子を押し当てて接触させる場合には、基材層に形成された配線を覆うように先に塗布されている別の合成樹脂材料がすでに硬化しており、未硬化状態で他の部材に接触して付着することを防止することができる。また、第2接続端子により押し出された後付けの未硬化の合成樹脂材料が、凹部に流れ込み、凹部の外側にはみ出しにくくなる。また、本発明の配線部材の製造方法によると、第1塗布工程において塗布された未硬化の合成樹脂材料が凹部に流れ込み、第1接続端子の表面に滲むのを防止することができる。そのため、この製造方法で形成された配線部材を別の基材と電気接続するときに、導通不良の少ない配線部材を製造することができるため、歩留まりを良くすることができる。また、第1接続端子の表面で合成樹脂材料が硬化することがないので、第1接続端子の第2接続端子との接触面積が小さくても導通できるため、高密度配線可能な配線部材を製造することができる。
本発明の配線部材は、絶縁性の基材層と、前記基材層の一表面に形成された配線と、前記基材層の一表面に形成され、前記配線と接続された第1接続端子と、前記基材層の前記一表面に、前記第1接続端子の外周を取り囲むように形成された凹部と、前記基材層の前記一表面において、前記第1接続端子を除く全面を覆う合成樹脂層と、を備えており、前記凹部上を覆う前記合成樹脂層の表面高さは、前記第1接続端子の表面高さよりも低い。
本発明の配線部材によると、基材層に形成された第1接続端子に未硬化の合成樹脂材料を塗布して、この第1接続端子を基材に形成された第2接続端子を押し当てて接触させる場合に、基材層に形成された配線を覆うように先に塗布されている別の合成樹脂材料がすでに硬化しており、未硬化状態で基材など他の部材に接触して付着することを防止することができる。また、基材層の凹部上を覆った合成樹脂層の表面高さが、第1接続端子の表面高さよりも低くなっているので、第2接続端子により押し出された後付けの未硬化の合成樹脂材料が、第1接続端子の表面高さよりも低い凹部に流れ込み、凹部の外側にはみ出しにくくなる。
基材層に形成された配線を覆うように塗布された合成樹脂材料が未硬化状態で他の部材に接触して付着することを防止することができる。
以下、本発明の好適な実施形態について説明する。図1は、本実施形態に係るプリンタの概略構成図である。このプリンタは、単独のプリンタ装置に適用してもよいし、あるいは、ファクシミリ機能やコピー機能などの複数の機能を備えた多機能装置のプリンタ装置に適用してもよい。
図1に示すように、プリンタ1は、本体内にキャリッジ2、インクジェットヘッド3、用紙搬送ローラ4などを備えている。なお、以下の説明ではノズルからインクを吐出する方向を下方向とし、その反対方向を上方向としている。また、必要に応じて図中の方向を定める場合は、適宜説明を付与する。
キャリッジ2は、その上面が開口された略箱状の樹脂製のケースで、図1の左右方向(走査方向)に延びるガイド軸5に移動可能に載置され、図示しない駆動ユニットによって走査方向(左右方向)に往復移動するように構成されている。装置本体内には、複数種類のインク(例えば、ブラック、イエロー、シアン、マゼンタの4種類)を供給するための交換式のインクカートリッジ(図示せず)が静置されており、各インクカートリッジはインクチューブ(図示せず)を介してキャリッジ2内に載置されたインクジェットヘッド3に接続されている。
また、キャリッジ2の紙送り方向下流側には、用紙搬送ローラ4とプラテン6が対向して配置されており、その両者の間に挟持されながら記録用紙Pは図1の手前方向(紙送り方向)に搬送される。インクジェットヘッド3は、キャリッジ2の下面に配置されており、複数のノズル15(図5参照)をキャリッジ2の下面に露出開口している。そして、プリンタ1は、用紙搬送ローラ4により紙送り方向に搬送される記録用紙Pに、キャリッジ2とともに走査方向に往復移動するインクジェットヘッド3からインクを吐出させることにより、この搬送される記録用紙Pに印刷を行う。
次に、インクジェットヘッド3について説明する。図2はインクジェットヘッドの斜視図である。図3はインクジェットヘッドの平面図である。図4(a)は図3の部分拡大図である。図4(b)〜(d)は、図4(a)における後述する振動板40及び各圧電層41、42の表面をそれぞれ示す図である。図5は、図4(a)のV−V線断面図である。図6は図4(a)のVI−VI線断面図である。図7は、バンプ及びその近傍の部分断面図である。
なお、図面を分かりやすくするため、図2においては、後述するランド52と配線53とを透過した状態で図示している。また、図3、図4においては、後述する流路ユニット31のインク流路の一部の図示を省略し、図3においては、圧電アクチュエータ32の下部電極43及び中間電極44の図示を省略している。また、図4(a)においては、ともに点線で図示すべき下部電極43及び中間電極44を、それぞれ二点鎖線及び一点鎖線で図示している。さらに、図4(b)〜(d)においては、圧力室10と後述する下部電極43、中間電極44及び上部電極45との平面視での位置関係を示していて、各電極43、44、45にハッチングを付している。
図2〜図7に示すように、インクジェットヘッド3は、ノズル15や圧力室10などを含むインク流路が複数形成された流路ユニット31と、流路ユニット31の上面に配置され、ノズル15からインクを吐出するのための圧力を圧力室10内のインクに付与する圧電アクチュエータユニット33と、を備えている。
圧電アクチュエータユニット33は、圧電アクチュエータ32と、その上面に電気的且つ機械的に接続されたCOF50(Chip On Film)(配線部材)と、を有している。流路ユニット31は、インク流路となる複数の貫通孔が形成された複数のプレート21〜24が互いに積層されることによって、インク供給口9からインクが供給されるマニホールド流路11、及び、マニホールド流路11の出口から流路12を経て圧力室10に至り、さらに、圧力室10から流路13、14を経てノズル15に至るインク流路が形成されている。そして、後述するように、圧電アクチュエータ32により、圧力室10内のインクに圧力が付与されると、圧力室10に連通するノズル15からインクが吐出される。ノズルプレート24を除く3枚のプレート21〜23はステンレス板やニッケル合金鋼板などの金属材料により構成されており、ノズルプレート24はポリイミドなどの合成樹脂材料によって構成されている。
流路ユニット31の最上層のプレート21には、複数のノズル15に対応して複数の圧力室10が板厚を貫通して形成され、圧力室10は、走査方向(図3の左右方向)を長手方向とする略楕円形の平面形状(図4も参照)を有し、その一端を流路12と、他端がノズル15と連通するように形成されており、複数の圧力室10は紙送り方向(図3の上下方向)に沿って配列されて1つの圧力室列8を構成しており、このような圧力室列8が、走査方向に2列に配列されることによって1つの圧力室群7を構成している。さらに、このような圧力室群7が走査方向に沿って5つ配列されている。ここで、1つの圧力室群7に含まれる2列の圧力室列8を構成する圧力室10同士は、紙送り方向に関して互いにずれて配置されている。また、流路ユニット31の最下層のノズルプレート24には、複数の圧力室10の長手方向の一端と連通する複数のノズル15が下方に開口して貫通形成されていて、図示しないが、複数の圧力室10と同様に送り方向に配列しているとともに、ノズル列群をなし、走査方向に5つのノズル列群をなしている。
そして、5つの圧力室群7のうち、図3の右側の2つを構成する圧力室10に対応するノズル15からは使用頻度の高いブラックのインクが吐出され、図3の左側の3つの圧力室群7の圧力室10に対応するノズル15からは、図3の右側に配列されているものから順に、イエロー、シアン、マゼンタのインクが吐出される。また、プレート22には、平面視で圧力室10の長手方向の両端部に重なる位置にそれぞれ流路12、13となる貫通孔が形成され、プレート23には、マニホールド流路11となる貫通孔が圧力室10の列に対応して紙送り方向に延び、平面視で圧力室10の長手方向と重なるとともにインク供給口9と連通する位置まで延設されている。
次に、圧電アクチュエータ32について説明する。圧電アクチュエータ32は、振動板40、圧電層41、42、下部電極43、中間電極44、上部電極45、及び、導電性バンプ46を有している。振動板40は、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との混晶であるチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電材料からなり、複数の圧力室10を覆うように、流路ユニット31の上面に配置されている。また、振動板40の厚みは20μm程度となっている。なお、この振動板40は必ずしも圧電材料からなる必要はない。圧電層41、42は、振動板40と同様の圧電材料からなり、互いに積層されて振動板40の上面に配置されている。また圧電層41、42の厚みは、それぞれ20μm程度となっている。
下部電極43は、振動板40と圧電層41との間に配置されており、図4(b)に示すように各圧力室群7に対応して、各圧力室群7を構成する2列の圧力室列8に沿って紙送り方向に延びており、これら2列の圧力室列8を構成する複数の圧力室10と平面視で重なり合うように対向している。また、図示しないが、各圧力室群7に対応して上記紙送り方向に延びた部分同士は互いに接続され、図示しない接続端子が設けられている。接続端子は、COF50上の図示しない配線のランドに接続され、配線を介して下部電極43は、常にグランド電位に保持されている。
中間電極44は、圧電層41と圧電層42との間に配置されており、図4(c)に示すように各圧力室群7毎に、それぞれ、複数の対向部44a及び接続部44b、44cを有している。複数の対向部44aは、紙送り方向に関する長さが圧力室10よりも短い略矩形の平面形状を有しており、複数の圧力室10の紙送り方向に関する略中央部と対向するように配置されている。
接続部44bは、紙送り方向に延びて、各圧力室群7を構成する2列の圧力室列8のうち、図4(c)の右側に配置された圧力室列8を構成する複数の圧力室10に対応する複数の対向部44aの図4(c)の右側の端同士を接続している。接続部44cは、紙送り方向に延びて、各圧力室群7を構成する2列の圧力室列8のうち、図4(c)の左側に配置された圧力室列8を構成する複数の圧力室10に対応する複数の対向部44aの図4(c)の左側の端同士を接続している。また、中間電極44は、図示しない接続端子と、COF50上の中間電極用の配線のランドに接続されており、配線を介して常に所定の正の電位(例えば、20V程度)に保持されている。
複数の上部電極45は、図3、図4(d)に示すように圧電層42の上面(COF50との対向面)に、複数の圧力室10に対応して、複数の圧力室10のほぼ全域と対向するように配置されており、紙送り方向に配列しているとともに、上部電極列群をなし、1つの上部電極列群に含まれる2列の上部電極45の列を構成する上部電極45同士は、紙送り方向に関して互いにずれて配置されている。また、上部電極45は、紙送り方向に関する長さが中間電極44の対向部44aよりも長い、略矩形の平面形状を有している。上部電極45は、走査方向に関するノズル15と反対側の端における一部分が、走査方向に圧力室10と対向しない部分まで延びており、この部分がCOF50のランド52(第1接続端子:図5参照)に接続され、Ag-Pd系の材料からなる接続端子45a(第2接続端子)となっている。接続端子45aは、金属などの導電性材料(本実施形態では樹脂を含み、Agを含む導電性材料、例えば、ニホンハンダ社製のNH-070A(T)等)からなり、上方に突出した導電性バンプ46を有している。
上部電極45は、後述するように、導電性バンプ46とCOF50上のランド52とが接触することで、ランド52と接続された配線と接続され、この配線を介してCOF50に実装されたドライバIC54に接続されており、グランド電位と上述した所定の電位(例えば、20V)との間でその電位が切り替えられる。なお、上述した中間電極44と下部電極43の図示しない接続端子も上部電極45と同様に導電性バンプを介してCOF50上の図示しないランドと接続された配線と電気的に接続されている。
また、上述した圧電層42は、予め上部電極45と中間電極44とに挟まれた部分が上向きに分極されており、圧電層41、42は、上部電極45と下部電極43とに挟まれた部分が、上部電極45から下部電極43に向かって下向きに分極されている。なお、圧電層41のうち、中間電極44と下部電極43とに挟まれた部分は、中間電極44から下部電極43に向かって下向きに分極されている。
次に、COF50について説明する。圧電アクチュエータ32に電位を付与するCOF50は、フレキシブル層51(基材層)、複数のランド52(第1接続端子)、複数の配線53及びドライバIC54を有している。COF50は、圧電アクチュエータ32の上方に配置されて接続されており、走査方向に引き出されている。
フレキシブル層51はポリイミドなどの樹脂材からなり絶縁性および可撓性を有した帯状体で、圧電層41、42を形成する圧電材料よりも線膨張係数が大きい。また、フレキシブル層51は、その下面が圧電層42と対向して圧電アクチュエータ32上に配置されている。フレキシブル層51の下面におけるランド52とランド52と隣接する配線53との間には、ランド52の外周を取り囲むように凹部51aが形成されている。
複数のランド52は、銅などの導電性材料からなり、フレキシブル層51の下面に印刷形成されている。複数の配線53は、銅などの導電性材料からなり、フレキシブル層51の下面に印刷形成されており、フレキシブル層51の下面において複数のランド52とそれぞれ接続されている。
また、フレキシブル層51と圧電層42とは、導電性バンプ46及びランド52と対向する部分において、導電性バンプ46及びランド52の表面を覆うように、熱硬化性の合成樹脂層55により接合されている。また、合成樹脂層55は、フレキシブル層51の下面全面を覆っており、導電性バンプ46及びランド52と対向する部分以外の配線53なども覆っている。なお、合成樹脂層55の導電性バンプ46及びランド52と対向する部分を除いた部分は、圧電層42に接触しておらず、フレキシブル層51と圧電層42との接合に関与していない。
ドライバIC54は、圧電アクチュエータ32に印加する駆動信号を供給するための駆動回路を内蔵していて、COF50の引き出された部分の上面に配置されている。ドライバIC54には、電極43〜45に駆動信号を出力するため、または、本体側から駆動信号が入力される配線53が接続されている。
ここで、圧電アクチュエータ32の動作について説明する。まず、圧電アクチュエータ32がインクを吐出させる動作を行う前の待機状態においては、上述したように、下部電極43及び中間電極44が、それぞれ、常にグランド電位及び上記所定の電位(例えば、20V)に保持されているとともに、上部電極45の電位が予めグランド電位に保持されている。この状態では、上部電極45が中間電極44よりも低電位になっているとともに、下部電極43と同電位となっている。
これにより、上部電極45と中間電極44との間の電位差が生じ、圧電層42のこれらの電極に挟まれた部分にその分極方向と同じ上向きの電界が発生し、圧電層42のこの部分がこの電界と直交する水平方向に収縮する。これにより、いわゆるユニモルフ変形が生じ、圧電層41、42及び振動板40の圧力室10と対向する部分が全体として圧力室10に向かって凸となるように変形する。この状態では、圧電層41、42及び振動板40が変形していない場合と比較して、圧力室10の容積が小さくなっている。
そして、インクを吐出させるべく圧電アクチュエータ32を駆動させる際には、上部電極45の電位を、一旦、所定の電位に切り替えた後、グランド電位に戻す。上部電極45の電位を所定の電位に切り替えると、上部電極45が中間電極44と同電位となるとともに、下部電極43よりも高電位となる。これにより、圧電層42の収縮が元に戻る。そして、これと同時に、上部電極45と下部電極43との間に電位差が生じ、圧電層41、42のこれらの電極に挟まれた部分にはその分極方向と同じ下向きの電界が発生し、圧電層41、42のこの部分が水平方向に収縮する。これにより、圧電層41、42及び振動板40が全体として、圧力室10と反対側に凸となるように変形し、圧力室10の容積が増加する。
この後、上部電極45の電位をグランド電位に戻すと、上述したのと同様、圧電層41、42及び振動板40の圧力室10と対向する部分が全体として圧力室10に向かって凸となるように変形し、圧力室10の容積が小さくなる。これにより、圧力室10内のインクの圧力が上昇し、圧力室10に連通するノズル15からインクが吐出される。
また、上述したようにして圧電アクチュエータ32を駆動させる場合、上部電極45の電位をグランド電位から所定の電位に切り替えたときには、圧電層42の上部電極45と中間電極44とに挟まれた部分が収縮した状態から収縮前の状態に伸長すると同時に、圧電層41、42の上部電極45と下部電極43とに挟まれた部分が収縮するため、圧電層42の伸長が、圧電層41、42の収縮に一部吸収される。
一方、上部電極45の電位を所定の電位からグランド電位に戻したときには、圧電層42の上部電極45と中間電極44とに挟まれた部分が収縮するとともに、圧電層41、42の上部電極45と下部電極43とに挟まれた部分が収縮前の状態まで伸長するため、圧電層42の収縮が圧電層41、42の伸長によって一部吸収される。
以上のことから、圧電層41、42の圧力室10と対向する部分の変形が、他の圧力室10と対向する部分に伝達して当該他の圧力室10に連通するノズル15からのインクの吐出特性が変動してしまう、いわゆるクロストークが抑制される。
なお、上述した待機状態及び圧電アクチュエータ32が駆動されている間においては、圧電層41の中間電極44と下部電極43との間の部分には常に電位差が生じており、圧電層41のこの部分には、その分極方向と同じ方向の電界が発生している。これにより、圧電層41のこの部分は常に収縮した状態となっている。なお、アクチュエータの構成や駆動方式は、圧力室に充満されたインクをノズルから吐出させるための圧力が付与できれば、上述した実施形態に限られることはない。
次に、インクジェットヘッド3(圧電アクチュエータユニット33)の製造方法について説明する。図8は、インクジェットヘッドの製造工程を示す工程図であり、図8(a)はバンプ形成工程であり、図8(b)は配線及びランド形成工程であり、図8(c)は凹部形成工程であり、図8(d)は第1塗布工程であり、図8(e)は第1硬化工程であり、図8(f)は第2塗布工程であり、図8(g)は接触工程であり、図8(h)は第2硬化工程である。インクジェットヘッド3の製造においては、まず、複数枚のプレート21〜24を積層して接合して流路ユニット31を構成して、この流路ユニット31に振動板40を接合して、圧電層41、42及び電極43〜45を形成して積層体を構成する。以下は、特に、積層体に対するCOF50の接続方法について説明する。
まず、図8(a)に示すように、振動板40、圧電層41、42、電極43〜45及び流路ユニット31(図示省略)の積層体における、圧電層42の表面に形成された上部電極45の接続端子45aの表面に印刷などにより導電性バンプ46を形成する(バンプ形成工程)。導電性バンプ46は、樹脂を含有したAgなどの導電性ペーストにより形成されており、弾性を有している。
また、図8(a)に示す工程とは、別の工程で、図8(b)に示すように、印刷などでランド52及び配線53を形成する(配線及びランド形成工程)。その後に、図8(c)に示すように、フレキシブル層51の下面(後工程において圧電層42と対向する面)の、ランド52の形成されるべき領域と当該ランド52と隣接する配線53が形成されるべき領域との間にランド52を取り囲むように、レーザ加工、エッチング、サンドブラスト加工などにより凹部51aを形成する(凹部形成工程)。
次に、図8(d)に示すように、フレキシブル層51のランド52が形成された領域を除き、且つ、配線53が形成された領域を覆うように下面全体にソルダーレジストなどの熱硬化性合成樹脂材料61を印刷する(第1塗布工程)。この第1塗布工程においては、ランド52と対向する領域を除いて開口101が形成されたマスク100を介して合成樹脂材料61を図示しないスキージにて印刷する。合成樹脂材料61は、温度や粘度などの諸条件を適切に調整して、フレキシブル層51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。このとき、マスク100の開口101は、ランド52を取り囲む凹部51aも含む、ランド52と対向する領域を除いた領域に開口されているため、フレキシブル層51上に印刷される合成樹脂材料61の厚みは、ランド52を取り囲むように凹部51aの部分を含めて同じ厚みとなっていて、フレキシブル層51上に凹部51aが形成されていることで、凹部51a上に沿って塗布された合成樹脂材料61は、凹部52aを形成し、合成樹脂材料61の表面高さは、ランド52の表面高さよりも低くなっている。
次に、図8(e)に示すように、図示しないヒータによりフレキシブル層51を上側(合成樹脂材料61が印刷されていない側)から加熱して、合成樹脂材料61を硬化させる(第1硬化工程)。このとき、合成樹脂材料61はランド52の側壁まで密着して塗布されており、ランド52と隣接する配線53との間に起こるマイグレーションを確実に防止することができる。マイグレーションとは、配線を高密度化してランド52と配線53の間隔が小さくなると、配線53を介して駆動信号が伝送されたときの両者の電位差により、ランド52または配線53を形成する材料が金属イオンとなって溶出して、電界によりフレキシブル層51の表面上において隣接するランド52及び配線53間を移動し金属として析出して両者を導通させる現象である。そして、図8(f)に示すように、ランド52を覆うように、ランド52と対向する領域にだけ開口が形成されたマスクを介して、ソルダーレジストなどの未硬化の熱硬化性合成樹脂材料62を塗布する(第2塗布工程)。
続いて、図8(g)に示すように、平面視でランド52と導電性バンプ46とが対向するように位置合わせした状態で、COF50を圧電層42と反対側から圧電層42に向かって図示しないヒータにて加熱しながら押圧する(加熱・接触工程)。すると、導電性バンプ46が未硬化の合成樹脂材料62を貫通して、ランド52に接触して電気的に接続されるとともに、導電性バンプ46が貫通したことにより押し出された合成樹脂材料62が導電性バンプ46を取り囲む部分を重力にしたがって流れて圧電層42の接続端子45a上面に達するとともに、COF50のランド51の周囲の凹部52aに流れ込み、凹部52aよりも配線53側には流れ込まない。
なお、未硬化の合成樹脂材料62は、加熱して硬化されるまでの間に一時的に粘性が低下し、より導電性バンプ46の表面を流れやすくなっている。特に、未硬化の合成樹脂材料62は、先に配線53を覆って硬化した合成樹脂材料61と同じソルダーレジストを用いた場合、両者のなじみが良いことで、未硬化の合成樹脂材料62が、硬化した合成樹脂材料61表面の配線53側に流れ込みやすく、配線53側に流れ込んだ未硬化の合成樹脂材料62が、圧電層と接触してしまう虞がある。しかしながら、凹部52aが形成されていることで、押し出された未硬化の合成樹脂材料62が凹部52a内に留まることができるため、配線53側に流れ出すことを防止することができる。
また、図8(f)に示すように、未硬化の合成樹脂材料62をランド62を覆うように塗布させる際に、合成樹脂材料62は、導電性バンプと接触した際にその周囲を囲う合成樹脂材料62が少ないと、機械的接続強度が小さく、剥がれやすくなってしまうため、合成樹脂材料62の塗布量は、導電性バンプを貫通させたときに、図8(g)に示すように、バンプの表面を覆う未硬化の合繊樹脂が接続端子45aの表面にまで達することが好ましい。(例えば、合成樹脂層は15〜20μm程度で、バンプ高さは35μm)。そのため、図8(f)に示すように、ランド62を覆う塗布段階において、未硬化の合成樹脂材料62がランド62上から流れ出てしまう場合も考えられるが、本実施形態では、ランド62の周囲に凹部52aが形成されているため、塗布段階で流れ出す未硬化の合成樹脂材料62の流れ出しも防止することができる。
なお、導電性バンプ46は、樹脂を含み、Agを含んだ導電性材料で形成されているため、弾性を有しており、導電性バンプ46の先端部が押しつぶされる状態となり、接触面積を稼ぐことができ、導電性バンプ46とランド52との電気的接続の信頼性を向上させるとともに、COF50と圧電層との間隔を稼ぐことができる。また、導電性バンプ46が形成されていることで、合成樹脂材料62を貫通してランド52に接触させやすく、導通不良を防ぐことができる。
ヒータにより加熱が行われているため、図8(h)に示すように、COF50及び圧電層42間の合成樹脂材料62が硬化する(第2硬化工程)。これにより、ランド52と導電性バンプ46とが電気的接続に加えて、機械的にも接続されるとともに、COF50と圧電層42とが接合される。このようにして、合成樹脂材料61、62が硬化して、導電性バンプ46及びランド52の表面を覆うとともに、フレキシブル層51の下面全面を覆った合成樹脂層55が形成される。このようにして、先に合成樹脂材料61を硬化し、後から合成樹脂材料62を硬化して得られたフレキシブル層51の下面全面を覆う合成樹脂層55が、導電性バンプ46、ランド52の表面を覆うとともに、配線領域を覆って形成することができる。
本実施形態では、配線53を保護するために、配線53を覆うように塗布された合成樹脂材料61が、接触工程におけるランド52と導電性バンプ46との接触時にはすでに硬化している。仮に、合成樹脂材料61が未硬化の状態で、接触工程を行い、フレキシブル層51が圧電層42に接触してしまうと、圧電層42の表面に合成樹脂材料61が付着して残留してしまうおそれがある。特に、COF50のような、フレキシブル層51の線膨張係数が高いものでは、ヒータによる押圧・硬化工程において、フレキシブル層51が膨張して下垂しやすい。この状態で、合成樹脂材料61を硬化させて、上述したように圧電アクチュエータ32を駆動させると、圧電層41、42及び振動板40の変形が阻害されてしまい、ノズル15からのインクの吐出特性が変動してしまうおそれがある。特に、本実施形態のように、いわゆるユニモルフ変形を用いた圧電アクチュエータ32においては、圧電層41、42及び振動板40の変形が阻害されたときの、ノズル15からのインクの吐出特性の変動は大きなものとなる。したがって、本実施形態では、配線53を覆うように塗布された合成樹脂材料61を接触工程の前に硬化させておくことで、この合成樹脂材料61は、接触工程において未硬化状態で圧電層42など他の部材に接触して付着することを防止することができる。
また、ランド52を取り囲むように凹部51aが形成されていないと、例えば、マイグレーション防止のため、ランド52の側壁まで未硬化の合成樹脂材料61を塗布したときに、未硬化の合成樹脂材料61のチキソ性が小さいため、第1硬化工程に至るまでの間にこの合成樹脂材料61がランド52の表面に滲んで、その状態で第1硬化工程においてランド52の表面で硬化することがある。すると、接触工程における導電性バンプ46の接触可能なランド52の表面積が小さくなってしまい、ランド52と導電性バンプ46との接触時に位置ズレが起きた時に、合成樹脂材料61の上にランド52が接触してしまい、ランド52と導電性バンプ46との間で接続不良がおきたり、たとえ導通できたとしても電気抵抗が高くなったりしてしまう。そこで、ランド52の導電性バンプ46と対向する表面の表面積を大きくすることが考えられるが、配線53を高密度に配置することが困難となる。本実施形態では、凹部51aがランド52の外周を取り囲むように形成されていることで、第1塗布工程において塗布された未硬化の合成樹脂材料61が凹部51aに沿って流れ込み凹部52aを形成し、凹部52aの表面高さは、ランド52の表面高さよりも低くなっている。そのため、ランド52の側壁によって未硬化の合成樹脂材料61が遮られ、ランド52の表面に滲むのを防止することができる。このようにして、導通不良を防ぐことができるとともに、ランド52の表面の表面積を小さくして、配線53を高密度に配置したCOFを製造することもでき、また、ランド52のみを除外して合成樹脂層61が塗布されたCOFを製造する際に、ランド52上に表面に滲みを防止できるため、歩留まりを良くすることができる。
次に、本実施形態に種々の変更を加えた変形例について説明する。ただし、本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、適宜その説明を省略する。
本実施形態においては、第2塗布工程において、ランド52のみを覆うように、合成樹脂材料62を塗布していたが、ランド52及び凹部51aを覆うように合成樹脂材料62を塗布してもよい。これにより、図9に示すように、接触工程において、COF50と圧電層42とを接触させたときに、接触する領域の周囲の合成樹脂材料62が厚い層となっており、導電性バンプ46及びランド52を取り囲んだ合成樹脂材料62が凹部51aまで裾広がりとなり、COF50と圧電層42との接合強度を向上させることができる。したがって、COF50が圧電層42から剥離してしまって、ランド52と導電性バンプ46との電気的接続が断線するのを防止することができる。なお、フレキシブル層51に形成された凹部51aの深さを深くすることで、凹部51a内に受容可能な合成樹脂材料62が増大し、よりCOF50と圧電層42との接合強度を向上させることができる。なお、凹部は、必ずしもランド52周囲の全周を取り囲むように形成しなくとも、ランドと隣接する配線領域との間に形成されていればよく、連続的でなく、断続的にランド52の周囲に数箇所に形成してもよい。
また、上述した実施形態では、接続端子45aの上面に導電性バンプ46を形成していたが、導電性バンプは、COF50側のランド52に形成されていてもよい。この場合、第2塗布工程における合成樹脂材料62の塗布しやすさの観点から、合成樹脂材料62は、導電性バンプの形成されていないフレキシブル層51側の接続端子45aに塗布するのが好ましい。また、必ずしも導電性バンプ46は用いなくてもよい。
また、上述した実施形態では、凹部形成工程を配線及びランド形成工程の後に執り行うようにしたが、凹部形成工程は、配線及びランド形成工程の前でもよい。さらに、上述した実施形態では、COF50と圧電層42とが導電性がない絶縁性の合成樹脂材料62を介して接合されていたが、導電性を有する合成樹脂によって接合されてもよい。
さらに、上述した実施形態では、第1塗布工程において、ランド52の側壁まで合成樹脂材料61を塗布していたが、図10に示すように、合成樹脂材料67は少なくとも配線53を覆うように塗布されていればよい。これにより、ランド52の表面に合成樹脂材料61が滲むのを防止することができる。このとき、接触工程において、導電性バンプ46によって押し出された合成樹脂材料62は合成樹脂材料61とランド52との間に流れ込むため、凹部51aを形成しなくてもよい。ただし、凹部51aを形成して、合成樹脂材料61がランド52の表面に滲まないようにした上で、マイグレーション防止の観点からランド52の側壁まで合成樹脂材料61を塗布するのが好ましい。
また、本実施形態では、圧電アクチュエータ32がいわゆるユニモルフ変形により圧力室10内のインクに圧力を付与するものであったが、これには限られない。例えば、厚み方向に分極された複数の圧電層が圧力室上に積層されており、これらの圧電層にその厚み方向の電界を発生させることにより圧電層をその厚み方向に伸長させて、圧力室10内のインクに圧力を付与する圧電アクチュエータなど、ユニモルフ変形とは異なる変形によって圧力室10内のインクに圧力を付与する圧電アクチュエータに本発明を適用することも可能である。
また、以上の説明では、インクジェットヘッド3において圧力室10内のインクに圧力を付与するための圧電アクチュエータユニットに本発明を適用した例について説明したが、インクジェットヘッド以外の装置に用いられる圧電アクチュエータユニットに本発明を適用することも可能である。
また、以上の説明では圧電アクチュエータ32に駆動電位などを付与するためのCOF50に本発明を適用したが、圧電アクチュエータ32以外の装置に用いられる配線部材に本発明を適用することも可能である。
本実施形態に係るプリンタの概略構成図である。 インクジェットヘッドの斜視図である。 インクジェットヘッドの平面図である。 (a)が図3の部分拡大図であり、(b)〜(d)が、(a)の振動板及び各圧電層の表面の図である。 図4(a)のV−V線断面図である。 図4(a)のVI−VI線断面図である。 バンプ及びその近傍の部分断面図である。 インクジェットヘッドの製造工程を示す工程図であり、図8(a)はバンプ形成工程であり、図8(b)は凹部形成工程であり、図8(c)は配線及びランド形成工程であり、図8(d)は第1塗布工程であり、図8(e)は第1硬化工程であり、図8(f)は第2塗布工程であり、図8(g)は接触工程であり、図8(h)は第2硬化工程である。 変形例における図5相当の図である。 変形例におけるフレキシブル層の断面図である。
符号の説明
32 圧電アクチュエータ
33 圧電アクチュエータユニット
40 振動板
41、42 圧電層
45 上部電極
45a 接続端子
46 導電性バンプ
50 COF
51 フレキシブル層
51a 凹部
52 ランド
53 配線
55 合成樹脂層
61、62 合成樹脂材料

Claims (9)

  1. 絶縁性の基材層と、前記基材層の一表面に形成された配線及び前記配線に接続された第1接続端子と、を有する配線部材を、前記第1接続端子と接続される第2接続端子が前記一表面と対向する対向面に形成された基材に接続する配線部材の接続方法であって、
    前記基材層の前記一表面において、前記第1接続端子を除き、且つ、少なくとも前記配線を覆うように未硬化の合成樹脂材料を塗布する第1塗布工程と、
    前記第1塗布工程において塗布された合成樹脂材料を硬化させる第1硬化工程と、
    前記第1接続端子及び前記第2接続端子のいずれか一方の接続端子を覆うように未硬化の合成樹脂材料を塗布する第2塗布工程と、
    前記第2塗布工程において合成樹脂材料が塗布された前記一方の接続端子に、他方の接続端子を相対的に押し当てて、前記第1接続端子と前記第2接続端子とを接触させる接触工程と、
    前記第2塗布工程において塗布された合成樹脂材料を硬化させる第2硬化工程と、を備えていることを特徴とする配線部材の接続方法。
  2. 前記第1塗布工程の前に、前記第1接続端子の外周を取り囲むように前記基材層の前記一表面に凹部を形成する凹部形成工程をさらに備えていることを特徴とする請求項1に記載の配線部材の接続方法。
  3. 前記第1塗布工程において、前記第1接続端子を除き、且つ、前記基材層の前記一表面全面に未硬化の合成樹脂材料を塗布することを特徴とする請求項2に記載の配線部材の接続方法。
  4. 前記他方の接続端子に導電性バンプを形成するバンプ形成工程をさらに備えていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の配線部材の接続方法。
  5. 前記バンプ形成工程において、前記第2の接続端子に導電性バンプを形成し、
    前記第2塗布工程において、前記第1接続端子を覆うように未硬化の合成樹脂材料を塗布することを特徴とする請求項4に記載の配線部材の接続方法。
  6. 絶縁性の基材層と、前記基材層の一表面に形成された配線及び前記配線に接続された第1接続端子と、を有する配線部材を、圧電層、及び、前記配線部材との対向面に形成され、前記第1接続端子と接続される第2接続端子、を有する圧電アクチュエータに接続する配線部材の接続方法であって、
    前記基材層の前記一表面において、前記第1接続端子を除き、且つ、少なくとも前記配線を覆うように未硬化の合成樹脂材料を塗布する第1塗布工程と、
    前記第1塗布工程において塗布された合成樹脂材料を硬化させる第1硬化工程と、
    前記第1接続端子及び前記第2接続端子のいずれか一方の接続端子を覆うように未硬化の合成樹脂材料を塗布する第2塗布工程と、
    前記第2塗布工程において合成樹脂材料が塗布された前記一方の接続端子に、他方の接続端子を相対的に押し当てて、前記第1接続端子と前記第2接続端子とを接触させる接触工程と、
    前記第2塗布工程において塗布された合成樹脂材料を硬化させる第2硬化工程と、を備えていることを特徴とする配線部材の接続方法。
  7. 圧力室を含む液体流路が形成された流路ユニットと、
    前記圧力室内の液体に圧力を付与する圧電アクチュエータユニットとを備えており、
    前記圧電アクチュエータユニットが、
    絶縁性の基材層と、前記基材層の一表面に形成された配線及び前記配線に接続された第1接続端子と、を有する配線部材と、
    圧電層、及び、前記配線部材との対向面に形成され、前記第1接続端子と接続される第2接続端子、を有する圧電アクチュエータと、を備えた液体吐出ヘッドにおける配線部材の接続方法であって、
    前記基材層の前記一表面において、前記第1接続端子を除き、且つ、少なくとも前記配線を覆うように未硬化の合成樹脂材料を塗布する第1塗布工程と、
    前記第1塗布工程において塗布された合成樹脂材料を硬化させる第1硬化工程と、
    前記第1接続端子及び前記第2接続端子のいずれか一方の接続端子を覆うように未硬化の合成樹脂材料を塗布する第2塗布工程と、
    前記第2塗布工程において合成樹脂材料が塗布された前記一方の接続端子に、他方の接続端子を相対的に押し当てて、前記第1接続端子と前記第2接続端子とを接触させる接触工程と、
    前記第2塗布工程において塗布された合成樹脂材料を硬化させる第2硬化工程と、を備えていることを特徴とする配線部材の接続方法。
  8. 絶縁性の基材層の一表面に配線と前記配線に接続された第1接続端子とが形成されており、前記第1接続端子と接続される第2接続端子が前記一表面と対向する対向面に形成された基材に接続される配線部材の製造方法であって、
    前記第1接続端子の外周を取り囲むように前記基材層の前記一表面に凹部を形成する凹部形成工程と、
    前記基材層の前記一表面において、前記第1接続端子を除き、且つ、少なくとも前記配線を覆うように未硬化の合成樹脂材料を塗布する第1塗布工程と、
    前記第1塗布工程において塗布された合成樹脂材料を硬化させる第1硬化工程と、を備えていることを特徴とする配線部材の製造方法。
  9. 絶縁性の基材層と、
    前記基材層の一表面に形成された配線と、
    前記基材層の一表面に形成され、前記配線と接続された第1接続端子と、
    前記基材層の前記一表面に、前記第1接続端子の外周を取り囲むように形成された凹部と、
    前記基材層の前記一表面において、前記第1接続端子を除く全面を覆う合成樹脂層と、を備えており、
    前記凹部上を覆う前記合成樹脂層の表面高さは、前記第1接続端子の表面高さよりも低いことを特徴とする配線部材。
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