JPH078571B2 - 導体領域の相互接続用ばね - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、フレキシブル（フレックス）回路と電気デバ
イスの相互接触による電気的相互接続に係り、特に、イ
ンクジェット式プリントヘッド等の多数の小さなコンタ
クトパッドをフレキシブル回路のコンタクトパッドに押
しつけるための改良されたばねに関する。

〔従来技術及びその問題点〕

熱インクジェット式プリントヘッド用薄膜抵抗基板を製
造する際、シリコン等の共通の基板の上に加熱用抵抗を
設け、熱インクジェットプリンタで印刷を行う際、これ
らの抵抗を用いて対応する隣接のインク溜めに熱エネル
ギを伝える技術は既に知られている。この熱エネルギに
より、インク溜めの中のインクは、沸騰状態に加熱さ
れ、これにより隣接したノズル板に開けられているオリ
フィス（穴）から放出され、ここから印字媒体へと向け
られる。この動作の間、これら加熱用抵抗は、シリコン
基板の最上部に形成された導体トレース（以下、導体パ
ターンという）を介して加えられたパルス電流により断
続的に付勢されるものであり、中間誘電層により基板か
ら絶縁されている。この誘電層の形成、加熱抵抗のため
の抵抗層の形成、加熱抵抗への導体パターン材料の電気
的パターンを形成するためのアルミ蒸着またはスパッタ
リング工程などは、すべて公知となっており、したがっ
て、ここでは詳しく説明しない。但し、熱インクジェッ
ト・プリントヘッド製造に用いられる様々の工程をさら
に論ずるため、ここに参照用に用いられた「ヒューレッ
ト・パッカード・ジャーナル」第36巻、第５号（1985年
５月）を参照してもよい。

外部のパルス駆動回路と、熱インクジェット・プリント
ヘッド上のこれら導体パターンとの間の電気接続を行う
ために、いわゆるフレキシブル又は「フレックス」回路
（板）と呼ばれるものを用いて薄膜抵抗プリントヘッド
基板上の所定の導体端子パッドに脱着可能な押圧接触を
行うことは一般的な方法である。この接続のためには、
フレキシブル回路板の電気導線が、それと対応する薄膜
抵抗基板上のパッドと十分電気的に接続されるようにす
るために、押圧力をフレキシブル回路に加えることがで
きる手段を設ける必要がでてくる。

フレキシブル回路は、通例薄いフレキシブル絶縁基板材
の上に金属蒸着またはスパッタリングを行い、フォトエ
ッチング処理を施すことにより形成された導体パターン
よりなる。フレックス回路上のこれら電気的接続点の位
置は、突起−凹み形状（bump and dimple configuratio
n）、即ち一面から見て凸、他の一面からみて凹となっ
ている形状（以下凹凸と言う）によって若干持ち上げら
れている。この凹凸形状は、凹みの位置に適合する「釘
床」パンチ構造、即ち共通の基台に複数本の釘が突設さ
れたような形状のパンチ構造を用いて達成することもで
きる。この構造は、フレックス回路上の電気的接続点の
位置をパンチして、絶縁基板材の表面より上の位置に持
ち上げるのに使用される。

このパンチ工程では、フレキシブル回路板における接続
点突起の絶縁基板表面から上にせりあがった距離が、す
べて同じにはならないということが時々起こる。このた
め、より小さい、即ち高さの低い突起に対する接続を形
成する方が、フレックス回路の表面からより多く突出し
ている突起に対する接続を形成するよりも多くの力が必
要である。

フレックス回路への必要な力、及びフレックス回路と薄
膜抵抗基板上の導体パッドとの間に必要な押圧接触を得
る一つの方法は、フレックス回路の凹みの位置に対応す
る位置に複数個の円錐体が隔設されるよう、前もって成
形された、ゴム等の弾性材料を用いることである。この
方法により、これら円錐体の先端がフレックス回路の凹
みに挿入され、フレックス回路上の導体突起と薄膜抵抗
基板上の端子パッドとの良好物理的・電気的接触を行う
のに十分な力でフレックス回路に押圧される。

フレックス回路とプリントヘッド基板との電気的接続点
を形成する上記従来例の方法は、接触する部分の数が少
ない或る種の接続パターンでは、満足のいく結果が得ら
れるが、より数の多い導体パターンを、より多数のフレ
ックス回路上導体突起又はパッドに接続する場合には、
完全に満足のいく結果が得られない。これは、上記弾性
円錐体の非線形の変形特性（deflection）という性質の
結果として生じるものである。この弾性円錐体の非線形
変形特性は、円錐体先端が接続動作の際に動く距離Ｄの
関数としての、円錐体の体積の圧縮量Vcの非線形変化と
考えられる。したがって、この非線形特性のために、フ
レックス回路のすべての突起と、プリントヘッド基板上
の導体パターンまたは端子パッドとの良好な電気的接触
が得られるようにするためには、フレックス回路に加え
る必要のある力の量が増加してしまう傾向がある。場合
によっては、この必要な力が、基板を破砕したりその他
構造的損傷を与える程大きくなることがある。この従来
技術の非線形変形特性については、従来例を示した第4A
図及び第4B図を参照しながら実施例の項において詳細に
説明する。

〔発明が解決しようとする問題点及びその手段〕

本発明の一般的目的は、熱インクジェット・プリントヘ
ッドのフレックス回路と薄膜抵抗基板との間おけるよう
な導体間に、十分な電気的接触を行うのに必要な力の量
を減少させることである。この目的を達成するために、
本願発明の発明者は、フレックス回路とプリントヘッド
基板上の接続パッドとの十分な電気的接触を、最小限の
力を加えることにより実現する新規の線形特性に近いば
ね連結構造を発見し、開発した。この構造は一個の中心
位置決め部材と、この位置決め部材から、またこれらを
貫通して、中心位置決め部材の各主要面から所定の距離
に一体に（integrally）延びる複数個のシリンダとを有
する。本発明の実施例においては、円錐状先端は弾性変
形シリンダの上端に位置し、凹凸の上の対応する導体接
点パッドと良好な電気的接触を生じるのに十分な力で、
フレキシブル回路板の凹みに挿入される。この過程で、
シリンダの変形による体積変化は、これらシリンダの下
端に加えられた力の関数としてほぼ線形に変化するもの
で、この特徴によりこれらシリンダに加えられた所定の
力に対するシリンダ壁の縦方向の変位量を最大とするこ
とができる。この実施例のシリンダにおいて、該シリン
ダは中空部を有し、ゴムまたは同様の弾性材料などより
形成される。

〔実施例〕

まず、第4A図において、概略図示された薄膜抵抗プリン
トヘッド基板10は、周知の半導体加工技術を用いて製造
されたものであり、その上に複数の電気導体パッド12,1
4,16を備えている。これらパッド12,14,16は、フレキシ
ブル（フレックス）回路部材24上の対応する複数のフレ
ックスパッド18,20,22に接続される必要がある。フレッ
クス回路部材24は、通例ポリエステル等、例えばマイラ
（デュポン社の商標）などの材料の薄いフレキシブル絶
縁材料よりなり、その上に導体パターンを所定の形状で
付着、エッチングし、導体パッド18,20,22を図示したよ
うに所定の間隔でその上に形成する。

前述のように、釘床パンチ型プレス等を使用して、導体
パッド18,20,22の輪郭と、フレックス回路24の対応する
下側の凹みを形成するとき、あるパッド18は所望の高さ
まで上方にプレスされているのに、他のパッド20,22は
あまり上がっていないということがよくある。このた
め、従来の非線形特性の円錐体接続ばね構造32のベース
30に、さらに力を加えることによってもっと上に押し上
げないと、パッド20,22の頂上と導体パッド14,16の表面
の間に間隙26,28ができてしまう。この構造32は、通例
図示のように上方に縦に延びる複数個の弾性円錐体34,3
6,38を有する。従来構造32の円錐体34,36,38は、通例ゴ
ムを成形してなり、中空でなく中身がつまっているもの
となっている。

第4B図に示すように、各円錐体34,36,38を下に向かって
変形してゆくと、それぞれの次に変形させる必要がある
体積V0,V1,V2,V3は段々大きくなる。さらにこの体積の
増加関係は、幾何級数的であり、したがって第２図の曲
線で表すように、まったくの非線形ばねとなる。非線形
ばねでは、負荷L1は、デルタΔで表された円錐先端の変
位即ち高さの変化の増加とともに急速に増加する。この
ような特性は、接続部品がより大きく、重くなってしま
い、時には基板材料のクリープ（歪み）を生じ、また薄
膜抵抗基板の破損や破砕をもたらすことがあり、望まし
くない。

他方、本発明の実施例に係る線形特性に近いばねでは、
最終負荷L1′がもっと低くなっており、この負荷L1′は
フレックス回路上の全ての接続パッドを、薄膜抵抗基板
上の対応する端子接続パッドと接触させるのに十分な値
となっている。この特徴によって、すべての対応する接
触パッドが確実に電気的に接触することとなるので、プ
リントヘッド上の接続パッド及びフレックス回路上の接
続パッドの個数及び実装密度を大幅に増加させることが
できる。プリントヘッドとフレックス回路上とにそれぞ
れ密接させて配した対応する接続パッドどうしが、すべ
て良好に電気的に接触するという点における信頼性が改
善されるという点は、第1A図、第1B図及び第３図に関す
る下記の説明により、より明らかに理解される。

第1A図において、プリントヘッド40は、例えば下面に接
続パッド42,44,46を有する薄膜抵抗プリントヘッドであ
るものとする。フレックス回路板材50は、その上に導体
パターンが形成され、図示のように基板40と平行に対向
すべく配置されており。フレックス回路パターンの接続
パッド52,54,56は、プリントヘッド40の接点パッド42,4
4,46にそれぞれ対向する位置に配置されている。

線形に近いばね（以下、近似線形ばねという）連結構造
は、その概略が図中の58で表されるように、水平中心位
置決め部材60と、図示の如くこれを貫通する複数個のゴ
ムシリンダ62,64,66を有する。シリンダ62,64,66は、下
方に延びて剛性体からなる基部支持部材76に当接する下
側筒状部68,70,72を有する。ばね連結構造58、さらに一
部が円筒状、一部が円錐状の複数個の上方部78,80,82を
有し、その円錐先端はフレックス回路50の凹みの下側と
対応する位置に配置される。この一部筒状、一部円錐
（先端）形状は第1B図の拡大等角図でより明らかに見る
ことができる。ここで中心位置決め部材60の上側の筒状
部は中空部を有せず全体がエラストマからなるものであ
り、同部材60の下側筒状部は中空部を有するものであ
る。

第３図において、ばね連結構造58に縦方向に力が加わ
り、フレキシブル回路板58をプリントヘッド上の接続パ
ッド52,54,56と電気接触するように働くと、シリンダ68
等のゴムシリンダには図示のように若干ふくらみができ
る。理想的には、変位の各段階についてその体積は前回
のものの体積に等しい。すなわち、 V0′＝V1′＝V2′＝V3′となる。しかし、シリンダ68の
壁は図示のように若干ふくらむので、連続体積変化は正
確に等しくはならず、これに対応してばねは正確な線形
ではなくて、近似線形となる。しかし、このシリンダ形
状が最小の費用で製造しうるほぼ線形に近いばねであ
り、第２図の距離に対する負荷を表すほぼ直線に近い曲
線を生み出す。このばね構造58により、第4A図、第4B図
に示す従来の非線形ばねがずっと強い力L1を必要として
いたのに対して、第２図に示した約L1′のような最小限
の力を加えることにより、すべてのパッド52,54,56を、
プリントヘッド40上の対応するすべての接続パッド42,4
4,46と電気的に接触させることができる。

上記実施例には、本発明の範囲を逸脱することなく様々
な変形を行うことができる。例えば、筒上カラムは内部
まで同じ物質で形成してもよく、中空でもよい。さら
に、本発明は、熱インクジェット・プリントヘッドのフ
レキシブル回路の電気接続に限ることなく、脱着可能な
押圧接触が必要な、小型接続パッドを有する、その他同
等の小型電子装置へのフレックス回路の接続にも適用し
うるものである。

上記のように、本発明は、熱インクジェット・プリント
ヘッドに対するフレキシブル相互接続回路の脱着可能な
電気的接続、もしくは同様の脱着可能な接続を要するそ
の他の小型電子装置へのフレキシブル回路の接続に用い
る。これらのプリントヘッドは、高速プリント作業中、
熱インクジェット・プリンタからのインクの放出を制御
するのに用いられる。

〔効 果〕

本発明は、上記のように構成され、作用するものである
から、フレキシブル回路板に設けた凹凸状のパッドを用
いた相互接続を行う場合に必要な弾性力を、変位距離が
大きくなっても負荷があまり大きくならないような特性
とすることができる。これにより、フレキシブル回路板
に形成した凹凸の高さが不均一になっても、容易にその
ばらつきを吸収することができる効果が得られる。また
これにより、基板材料のクリープや、パッドの破損等を
防止することができる効果が得られる。また、電気的接
続の信頼性が向上すると言う効果が得られる。また、接
続パッドの個数、及び面積当たりの実装密度を増大させ
ることができると言う効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第1A図は本発明の実施例に係るばね連結構造とフレック
ス回路とプリントヘッド基板との接続を示す断面図、第
1B図は第1A図に示した部分を拡大した斜視図、第２図は
筒・円錐結合からなるシリンダの圧縮距離の変化に対す
る関数としての線形特性を非線形特性と対比したグラフ
を表した図、第３図は第1A図及び第1B図に示したばね連
結構造の円筒部壁面が圧縮され膨らんだ状態を示す拡大
断面図、第4A図は従来例に係る接続構造を示す断面図、
第4B図は従来例に係る円錐形のばねを示す側面図であ
る。 50:フレキシブル回路板、52,54,56:フレキシブル回路板
が有する電気的接続領域、42,44,46:他の部分（プリン
トヘッド）が有する電気的接続領域、58:導体領域の相
互接続用ばね、60:中心位置決め部材、62,64,66:シリン
ダ、78,80,82:シリンダをなす上側筒状部、68,70,72:シ
リンダをなす下側筒状部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電気デバイスにフレキシブル回路板から通
   電するため該電気デバイスが有する複数の第１の導体領
   域と前記フレキシブル回路板に設けられた複数の第２の
   導体領域とを接触させて電気的相互接続を行うべく、前
   記フレキシブル回路板を板状部材により前記電気デバイ
   スに押しつける構成において、前記フレキシブル回路板
   と前記板状部材の間に介挿されて前記第２の導体領域に
   弾性押圧力を加えるばねであって、 複数の弾性シリンダと、該複数の弾性シリンダを位置決
   めするための板状の水平中心位置決め部材とを備えてお
   り、前記弾性シリンダはその軸が前記水平中心位置決め
   部材の主要面に垂直で前記水平中心位置決め部材を貫通
   して又は前記主要面から所定の距離だけ延設されてお
   り、且つ前記弾性シリンダの一端は前記第２の導体領域
   に対向する前記フレキシブル回路板の前記板状部材側領
   域に当接し前記弾性シリンダの他端は前記板状部材に当
   接するべく配設されており、 且つ前記弾性シリンダの軸方向に加わる力に対する軸方
   向の変形が略線形になることを特徴とする導体領域の相
   互接続用ばね。
2. 【請求項２】前記弾性シリンダは、エラストマからな
   り、前記水平中心位置決め部材に対し前記フレキシブル
   回路板側では前記一端を頂部とする錐体状部を有し、前
   記水平中心位置決め部材に対し板状部材側では前記主要
   面に対して垂直方向に延設された円筒状壁面の輪郭を有
   し、中空部を有するか又は内部まですべてエラストマか
   らなるものであることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の導体領域の相互接続用ばね。