JPH09300629A

JPH09300629A - インクジェットヘッドの製造方法

Info

Publication number: JPH09300629A
Application number: JP12066096A
Authority: JP
Inventors: Naoki Kobayashi; 小林　　直樹; Kazuhiko Sato; 和彦佐藤; Masahiro Fujii; 正寛藤井
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1996-05-15
Filing date: 1996-05-15
Publication date: 1997-11-25

Abstract

(57)【要約】【課題】インクジェットヘッドの基板端子にＦＰＣ基板
を接続する方法に関し、隣接する端子間の絶縁性を損な
うことなく、共通電極部分に生じる抵抗成分を低減す
る。【解決手段】複数のノズルを有し、記録内容に応じて各
ノズルよりインク滴を吐出させるための複数の圧力発生
手段を備えたインクジェットヘッドに可撓性基板を熱圧
着するインクジェットの製造方法において、各圧力発生
手段の一方の極２１と接続する複数の個別端子２３と、
各圧力発生手段の他方の極５に共通に接続する共通端子
１７とを、互いに近接する位置に形成し、可撓性基板の
端子１０２ａ、１０２ｂを、端子上に位置決めした後、
共通端子１７部分に加える加熱量または加圧量を、個別
端子２３部分に加えられる所定の加熱量または加圧量よ
り大きな値に設定して、双方の端子を同時に、熱圧着す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェットヘ
ッド基板の端子に可撓性基板を接続する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】静電アクチュエータの応用例として、イ
ンクジェットヘッドは振動板に静電気による吸引力を利
用したものが提案されており、例えば、特開平２−２８
９３５１号公報にはその種のインクジェットヘッドが開
示されている。特開平２−２８９３５１号公報の４頁
１４行より５頁の１１行にわたり、述べられたごとく、
このインクジェットヘッドは、ノズルと、ノズルに連通
するインク流路と、流路の一部に形成された振動板と、
振動板に対向して形成された電極とを有し、振動板と電
極との間に順方向の電気パルスを印加し、振動板を静電
気力により変形させ、ノズルからインク液滴を吐出する
ようにしたものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、特開平２−
２８９３５１号公報に記載されているように、振動板
と、振動板に対向して形成された電極との間に準方向の
電気パルスを印可して、振動板、電極間に発生する静電
気力を利用してインク滴を吐出する方式では、電極間に
電圧を加えた時の振動板の変位速度は、共通電極と各個
別電極から構成されるコンデンサの容量Ｃと配線抵抗Ｒ
の積からなる時定数によって支配される。

【０００４】特に、共通電極と外部駆動回路を接続する
部分に大きな抵抗成分が生じると、駆動するノズル数の
変化に伴って、各コンデンサにかかる電圧も変化し、従
って、振動板の変位速度も変化してしまい、多くのノズ
ルを同時に駆動する場合、インク滴を吐出するための変
位速度が得られない場合がある。従って、特に共通電極
側の抵抗成分は低く押さえる必要がある。

【０００５】一方、静電アクチュエータを用いたインク
ジェットヘッドは、基板にシリコンを用い、流路形成、
電極配線に半導体プロセスを応用することによって、極
めて小型かつ高密度のインクジェットヘッドを安価に製
造することが可能であり、これらの長所を生かすために
は、インクジェットヘッドに信号を伝え、電力を供給す
るための端子と外部駆動回路するための端子も高密度に
形成する必要がある。

【０００６】このような、高密度に配置された端子を接
続する方法としては、２つの被着体を異方性導電接着剤
を用いて熱圧着し、静電アクチュエータ側の端子と可撓
性基板（以下ＦＰＣ、Flexible Print Circuitとも呼
ぶ）間を接続する方法が有効であるが、既存の方法で
は、接続する端子間の導電性、隣接する端子間の絶縁性
能を両立させるために、共通電極側に生じる抵抗成分を
十分に押さえることが困難であった。

【０００７】本発明は、このような課題を解決するため
になされたものであり、インクジェットヘッドの基板端
子に対し、所望の特性を満足するように、ＦＰＣ基板を
接続する方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載のインクジ
ェットヘッドの製造方法によれば、複数のノズルを有
し、記録内容に応じて各ノズルよりインク滴を吐出させ
るための複数の圧力発生手段を備えたインクジェットヘ
ッドに可撓性基板を熱圧着するインクジェットの製造方
法において、各圧力発生手段の一方の極と接続する複数
の第１の端子と、各圧力発生手段の他方の極に共通に接
続する第２の端子とを、互いに近接する位置に形成し、
少なくとも２以上の端子を有する可撓性基板の端子を、
各々前記第１、第２の端子上に位置決めした後、前記第
２の端子部分に加える加熱量を、前記第１の端子部分に
加えられる所定の加熱量より大きな値に設定して、双方
の端子を同時に加圧し、熱圧着することを特徴とする。

【０００９】また、請求項２記載のインクジェットヘッ
ドの製造方法によれば、複数のノズルを有し、記録内容
に応じて各ノズルよりインク滴を吐出させるための複数
の圧力発生手段を備えたインクジェットヘッドに可撓性
基板を熱圧着するインクジェットの製造方法において、
各圧力発生手段の一方の極と接続する複数の第１の端子
と、各圧力発生手段の他方の極に共通に接続する第２の
端子とを、互いに近接する位置に形成し、少なくとも２
以上の端子を有する可撓性基板の端子を、各々前記第
１、第２の端子上に位置決めした後、前記第２の端子部
分に加える加圧量を、前記第１の端子部分に加えられる
所定の加圧量より大きな値に設定して、双方の端子を同
時に熱圧着することを特徴とする。

【００１０】このように、個別電極側の端子について
は、十分な接着強度、接続する端子間の導電性、隣接す
る端子間の絶縁性能の全てを満足する熱圧着時の加熱
量、加圧量に設定し、共通電極側の端子については、個
別側よりも、加熱量もしくは、加圧量をより大きい値に
設定して、熱圧着を行うことにより、共通電極側の端子
の接続部に生じる抵抗成分を低減することができる。こ
のようにしても、共通電極側の端子間のピッチは、個別
側に比べて十分広いので、共通電極側の端子に隣接する
端子との絶縁性能を、十分に保つことが可能である。

【００１１】また、請求項３に記載された発明に記載さ
れるように、可撓性基板の共通端子と個別端子の間に切
り込みを設けることにより、熱圧着後の可撓性基板に応
力が残留しないため、十分な接続強度を得ることができ
る。

【００１２】また、静電アクチュエータ側の基板端子
と、可撓性基板側の端子を接着するために、予め、可撓
性基板の端子上に異方性導電接着剤からなる接着層を形
成されていることが望ましい。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、各図を参照して、本発明に
係わるインクジェットヘッド製造方法の好ましい実施の
形態について説明する。

【００１４】図１は本発明の一実施の形態に係るインク
ジェットヘッドの分解斜視図であり、一部断面図で示し
てある。図２は図１のＡ部の拡大図、図３は図１の実施
の形態のインクジェットヘッドの組立て後の斜視図、図
４は図１の実施の形態のインクジェットヘッドの断面側
面図であり、図５は図４のＡ−Ａ断面図である。本実施
の形態はインク液滴を基板の端部に設けたノズル孔から
吐出させるエッジイジュクトタイプの例を示すものであ
るが、基板の上面部に設けたノズル孔からインク液滴を
吐出させるフェイスイジュクトタイプのものでもよい。
本実施の形態のインクジェットヘッド１０は次に詳述す
る構造を持つ３枚の基板１、２、３を重ねて接合した積
層構造となっている。

【００１５】中間の第２の基板２は、シリコン基板であ
り、複数のノズル孔４を構成するように、基板２の表面
に一端より平行に等間隔で形成された複数のノズル溝１
１と、各々のノズル溝１１に連通し、底壁を振動板５と
する吐出室６を構成することになる凹部１２と、凹部１
２の後部に設けられたインク流入口のための細溝１３
と、各々の吐出室６にインクを供給するための共通のイ
ンクキャビティ８を構成することになる凹部１４とを有
する。そして、凹部１４の後方にはインク流入口１３ａ
が設けられており、これはノズル孔４よりも小さい寸法
から構成されており、インク内のごみがヘッド内に入る
のを防止するフィルタとしての機能も発揮する。なお、
細溝１３は、基板２と第３の基板３とが接合されるとオ
リフィス７を構成することになる。

【００１６】また、第２の基板２への共通電極１７（第
２の端子）の付与については、半導体及び電極である金
属の材料による仕事関数の大小が重要であり、本実施の
形態では共通電極材料にはチタンを下付けとし白金、又
はクロムを下付けとし金を使用しているが、本実施の形
態に限定されるものではなく、半導体及び電極材料の特
性により別の組合わせでもよい。なお、振動板５は、第
２の基板２にボロンドープしてエッチストップさせるこ
とにより形成されており、薄く均一な厚さのものが得ら
れている。

【００１７】また、図２に示すように、第２の基板２に
は共通電極１７を除く全面に厚さ１μｍ程度に酸化膜２
４が形成され、これはインクジェットヘッドの駆動時に
振動板５と後述する個別電極２１とが接触した場合に、
絶縁破壊、ショート等を防止するための絶縁層として機
能する。

【００１８】第２の基板２の下面に接合される下側の第
１の基板１にはホウ珪酸系ガラスを使用し、第１の基板
１の上面には振動室９を構成することになる、中央付近
に細長い支柱３５を有する凹部１５が設けられている。
なお、振動板５の厚みを厚く形成することによりインク
吐出に必要な所定の剛性が得られる時は、支柱３５は設
けなくともよい。本実施の形態においては、振動板５と
これに対向して配置される個別電極２１との対向間隔、
即ちギャップ部１６の長さＧ（図３参照、以下「ギャッ
プ長」と記す。）が、凹部１５の深さと個別電極２１の
厚さとの差になるように、間隔保持手段を第２の基板２
の上面に形成した振動室用の凹部１５により構成されて
いる。また、別の例として凹部の形成は第２の基板２の
下面でもよい。ここでは、凹部１５の深さをエッチング
により０．３μｍとしている。なお、ノズル溝１１のピ
ッチは０．２ｍｍであり、その幅は８０μｍである。

【００１９】この第１の基板１を第２の基板２に接合す
ることによって振動室９を構成するとともに、第１の基
板１上の振動板５に対応する各々の位置に、金を０．１
μｍスパッタし、支柱３５取り囲むように振動板５とほ
ぼ同じ形状に金パターンを形成して個別電極２１として
いる。個別電極２１は、リード部２２及び端子部２３
（第１の端子）を備えている。これらの電極等２１，２
２，２３の材料は金の代わりにＩＴＯ等の酸性導電膜で
もよい。

【００２０】第２の基板２の上面に接合される上側の第
３の基板３は、第１の基板１と同じくホウ珪酸系ガラス
を用いている。この第３の基板３の接合によって、ノズ
ル孔４、吐出室６、オリフィス７及びインクキャビティ
８が構成される。そして、このインクキャビティ８に
は、第２の基板２と第３の基板３とを接合するときにそ
の凹部がつぶれないように強度をもたせるために凸部３
６が設けられている。

【００２１】次に、第１の基板１と第２の基板２を温度
２７０〜４００℃、電圧５００〜８００Ｖの印加で陽極
接合し、また同条件で第２の基板２と第３の基板３とを
接合し、図３のようにインクジェットヘッドを組み立て
る。陽極接合後に、振動板５と第２の基板２上の個別電
極２１との間に形成されるギャップ長Ｇは、上述のよう
に凹部１５の深さと個別電極２１の厚さとの差であり、
本実施の形態では０．２μｍとしてある。

【００２２】上記のようにインクジェットヘッドを組み
立てた後は、図３又は図４に示されるように、共通電極
１７と個別電極２１の端子部２３間にそれぞれ配線（Ｆ
ＰＣ：フレキシブル・プリント・サーキット）１０１に
より駆動回路１０２を接続する。

【００２３】配線１０１と電極１７，２３との接合手段
として、本実施の形態においては異方性導電膜を使用し
ている（この点の詳細については後述する）。振動室９
には窒素ガスが送入され、絶縁封止剤３０により気密封
止されている。本実施の形態においては端子部２３の近
傍にて封止されており、アクチュエータの容積に振動室
９のみならず、リード部２２によって形成される溝の容
積も含まれるようにしてある。

【００２４】インク１０３は、図示しないインクタンク
よりインク供給管３３、インクジェットヘッド後部に外
嵌されたインク供給容器３２を経て第１の基板１の内部
に供給され、インクキャビティ８、吐出室６等を満たし
ている。そして、吐出室６のインクは、図３に示される
ように、振動板５とこれに対向する個別電極２１からな
る静電アクチュエータに所定のタイミングで充放電を繰
り返すことにより、振動板５は、振動板５と個別電極間
に発生する静電気力によって振動し、インクジェットヘ
ッド１０のノズル孔４よりインク液滴１０４となって吐
出され、記録紙１０５に印字される。

【００２５】次に、図６及び図７を参照して、本発明に
係わる端子間接続装置の好ましい実施の形態について説
明する。

【００２６】図６は、本発明の一実施の形態に係わる端
子間接続装置を示す概略図であり、前述のインクジェッ
トヘッド１０の第１の基板上に形成された端子２３と、
第２の基板２上に形成された共通電極１７とＦＰＣ上に
形成された端子１０２ａ、１０２ｂとを接続する事例に
適用したものである。図７は、図６において、インクジ
ェットヘッド１０に接着されるＦＰＣを示す平面図であ
る。

【００２７】図中、１１０は、接着剤中に、カーボンや
ニッケル等の導電粒子が分散された異方性導電接着剤で
あり、予め、ＦＰＣ１０１の端子１０２ａ、１０２ｂの
表面に所定の厚みで塗布されている。

【００２８】第１の加圧機構２０４に固定された第１の
ヒータブロック２０１には、ヒータ２０２が内部に挿入
されている。温度制御用の熱電対２０３は、ヒータブロ
ック２０１の中央部に設置固定され、温度コントローラ
２０５に接続され、設定温度に応じてヒータ２０２の電
流値又はオンオフを制御してヒータ２０２に給電する。
このことにより、ヒータブロック２０１は、一定の設定
温度に加熱される。

【００２９】また、同様に、第２の加圧機構２０９に固
定された第１のヒータブロック２０６にも、ヒータ２０
７が内部に挿入され、温度制御用の熱電対２０８が、ヒ
ータブロック２０９の中央部に設置固定されており、温
度コントローラ２０５により、一定の設定温度に加熱さ
れる。尚、第１、第２のヒートブロックの温度、加熱時
間の設定、第１、第２の加圧機構の加圧力、加圧時間の
設定は、個別に行うことができる。

【００３０】このように構成された端子間接続装置２０
０に、インクジェットヘッド１０をセットし、第１の端
子２３の上に、端子１０２ａが、第２の端子１７の上に
端子１０２ｂが重なるように、ＦＰＣ１０１をセットす
る。このとき、ヒートブロック２０１、２０７は、イン
クジェットヘッド１０及びＦＰＣ１０１がセットしやす
いように、図６に示す位置よりも上方の位置に待避した
状態となっている。

【００３１】インクジェットヘッド１０の各端子に対す
るＦＰＣの位置あわせは、顕微鏡を用いて、双方に予め
設けられたアライメントマーク（不図示）が一致するよ
うに、調整することで行われる。

【００３２】なお、本実施の形態では、端子２３が列設
されている第１の基板１の凹部の深さＧは、０．２５μ
ｍであり、第２の基板の厚みは、１００μｍであり、端
子１７、２３の厚みは、０．１μｍである。ゆえに、第
１の端子２３と、第２の端子１７間には、１００．２５
μｍの段差が生じている。

【００３３】端子間接続装置２００にインクジェットヘ
ッド１０、ＦＰＣ１０１をセットした後、端子間接続装
置に設けられたコントロールパネル（不図示）から、端
子１７、１０２ｂ側に加えるヒートブロック２０６の温
度、加圧機構２０９の加圧量、加圧時間、端子２３、１
０２ａ側に加えるヒートブロック２０１の温度、加圧機
構２０４の加圧量、加圧時間をそれぞれ設定する。設定
後、コントロールパネルに設けれれたスイッチ等によ
り、熱圧着を開始する。各ヒータブロックの加熱を開始
し、ヒータブロックの温度が設定温度に達し、安定した
ことを温度コントローラが検出すると、各ヒータブロッ
クは、加圧機構によりインクジェットヘッド１０の方向
に押し下げられ、設定された加圧量で、ＦＰＣ１０１に
圧力を加える。

【００３４】設定された加圧時間終了後、再び各ヒート
ブロックは上方に待避し、熱圧着が終了する。

【００３５】なお、本実施の形態では、端子２３、１０
２ａ側の加熱温度を２７０℃、端子１７、１０２ｂ側の
加熱温度を４００℃、双方の端子とも、加圧力１５０ｇ
ｆ、加圧時間２０秒にて、熱圧着を行ったところ良好な
結果が得られた。

【００３６】なお、端子１７、１０２ｂ側の温度設定を
個別側より高く設定しているが、これは、端子１７が共
通電極であり、より十分な導電性を得ることが望ましい
からである。また、このようにしても、共通電極側の端
子間のピッチは、個別側に比べて十分広いので、共通電
極側の端子に隣接する端子との絶縁性能を、十分に保つ
ことが可能である。

【００３７】一方、端子２３、１０２ａ側は、微細ピッ
チで列設された個別電極であり、設置温度を高くする
と、隣接する端子間の絶縁が十分にとれないおそれがあ
るため、設定温度は低めに設定されている。同じ理由か
ら、加圧量に差をつける必要が生じたときも、微細ピッ
チ側の端子の加圧量を若干低めに設定することが望まし
い。

【００３８】また、このように、わずかな量でも端子間
に段差がある場合、もしくは、各端子間を異なる条件で
熱圧着する場合、図７に示すように、段差に対応するＦ
ＰＣの端子間に切り込み１０３を設けることが望まし
い。

【００３９】これにより、共通電極側の端子と、個別電
極側の端子の接合を異なる加熱量、加圧量で行っても、
熱圧着後の可撓性基板に応力を切り込み部分で吸収する
ことができ、十分な接続強度を得ることができる。

【００４０】以上述べたように、本発明によれば、個別
電極側の端子については、十分な接着強度、接続する端
子間の導電性、隣接する端子間の絶縁性能の全てを満足
する熱圧着時の加熱量、加圧量に設定し、共通電極側の
端子については、個別側よりも、加熱量もしくは、加圧
量をより大きい値に設定して、熱圧着を行うことによ
り、共通電極側の端子の接続部に生じる抵抗成分を低減
することができる。

【００４１】これによって、駆動するノズル数の変化に
伴う、各コンデンサにかかる電圧の変化も小さく押さえ
ることができ、より多くのノズルを同時に駆動でき、よ
り高い印刷速度を得ることが可能となる。

【００４２】なお、本発明は上述の実施の形態に限られ
ることなく、種々の変更を行うことができる。

【００４３】例えば、上述の実施の形態においては、圧
力発生手段として、静電アクチュエータを用いたインク
ジェットヘッドに適用した場合を説明したが、本発明は
これに限られることなく、バブル方式、ピエゾ方式等の
種々の印字ヘッドを用いた場合であっても、共通電極側
の端子抵抗が問題となる場合は、本発明の製造方法を適
用することによって、同様の効果が得られる。

【００４４】また、上述の実施の形態では、第２の基板
にシリコン基板を用いたが、本発明はこれに限定される
ものではなく、例えば金属等の導体であってもよいし、
電極が配線された絶縁体であってもよい。ただし、シリ
コン基板は、表面に微細な加工が可能なため、インクジ
ェットヘッドの基板としては最適である。

【００４５】

【発明の効果】以上述べたように、請求項１記載の発明
によれば、複数のノズルを有し、記録内容に応じて各ノ
ズルよりインク滴を吐出させるための複数の圧力発生手
段を備えたインクジェットヘッドに可撓性基板を熱圧着
するインクジェットの製造方法において、個別電極側の
端子については、十分な接着強度、接続する端子間の導
電性、隣接する端子間の絶縁性能の全てを満足する加熱
量に設定し、共通電極側の端子については、個別側の加
熱量より大きい値に設定して、熱圧着を行うことによ
り、各端子に隣接する端子との絶縁性能を、損なうこと
なく、共通電極側の端子の接続部に生じる抵抗成分を低
減することができる。

【００４６】また、請求項２記載の発明のように、加熱
量の代わりに加圧量を所定の値に設定しても、請求項１
記載の発明と同様の効果を奏する。

【００４７】また、請求項３に記載された発明に記載さ
れるように、可撓性基板の共通端子と個別端子の間に切
り込みを設けることにより、熱圧着後の可撓性基板に応
力が残留しないため、十分な接続強度を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係るインクジェットヘ
ッドの分解斜視図である。

【図２】図１のＡ部拡大図である。

【図３】図１の実施例のインクジェットヘッドの組立て
後の斜視図である。

【図４】図１のインクジェットヘッドの断面側面図であ
る。

【図５】図５は図４のＡ−Ａ断面図である。

【図６】本発明の一実施の形態に係る端子間接合装置の
概略図である。

【図７】本発明の一実施の形態に係るＦＰＣ基板の平面
図である。

【符号の説明】

１第１の基板２第２の基板３第３の基板４ノズル孔５振動板１０インクジェットヘッド１７第２の端子（共通端子）２１対向電極２３第１の端子（個別端子）１０１可撓性配線基板（ＦＰＣ）１０２端子２００端子間接合装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のノズルを有し、記録内容に応じて
各ノズルよりインク滴を吐出させるための複数の圧力発
生手段を備えたインクジェットヘッドに可撓性基板を熱
圧着するインクジェットの製造方法において、各圧力発
生手段の一方の極と接続する複数の第１の端子と、各圧
力発生手段の他方の極に共通に接続する第２の端子と
を、互いに近接する位置に形成し、少なくとも２以上の
端子を有する可撓性基板の端子を、各々前記第１、第２
の端子上に位置決めした後、前記第２の端子部分に加え
る加熱量を、前記第１の端子部分に加えられる所定の加
熱量より大きな値に設定して、双方の端子を同時に加圧
し、熱圧着することを特徴とするインクジェットヘッド
の製造方法。
【請求項２】複数のノズルを有し、記録内容に応じて
各ノズルよりインク滴を吐出させるための複数の圧力発
生手段を備えたインクジェットヘッドに可撓性基板を熱
圧着するインクジェットの製造方法において、各圧力発
生手段の一方の極と接続する複数の第１の端子と、各圧
力発生手段の他方の極に共通に接続する第２の端子と
を、互いに近接する位置に形成し、少なくとも２以上の
端子を有する可撓性基板の端子を、各々前記第１、第２
の端子上に位置決めした後、前記第２の端子部分に加え
る加圧量を、前記第１の端子部分に加えられる所定の加
圧量より大きな値に設定して、双方の端子を同時に熱圧
着することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方
法。
【請求項３】請求項１もしくは２記載のインクジェッ
トヘッドの製造方法において、前記可撓性基板の端子間
に切り込みを設けたことを特徴とするインクジェットヘ
ッドの製造方法。
【請求項４】請求項１乃至３記載のインクジェットヘ
ッドの製造方法において、前記可撓性基板の端子上に異
方性導電接着剤からなる接着層を形成したことを特徴と
するインクジェットヘッドの製造方法。