JP2002254650A

JP2002254650A - インクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録装置

Info

Publication number: JP2002254650A
Application number: JP2001384653A
Authority: JP
Inventors: Ikutomo Watabe; 育朋渡部
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-12-28
Filing date: 2001-12-18
Publication date: 2002-09-11
Anticipated expiration: 2021-12-18
Also published as: JP3970016B2

Abstract

(57)【要約】【課題】封止材が凸とならないような構成とすること
によって信頼性向上を図ることができるインクジェット
記録ヘッドを提供すること。【解決手段】基板（絶縁基体）１０上に形成された液
滴を吐出するためのインク流路３０と、該インク流路３
０にインクを供給する共通のインク室と、インク流路３
０に形成されたインクを吐出させるためのエネルギー発
生体２１と、該エネルギー発生体に電気的に接続されて
エネルギー発生体を駆動するための電気信号と電力を供
給するための電気配線基板（配線）６０と、該電気配線
基板６０から基板１０外に電気的に接続するために基体
１０上に形成された電気的接続電極５０を、前記インク
流路３０及びエネルギー発生体２１を形成している平面
とは別の平面上に形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェット記
録ヘッド及びインクジェット記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、インクジェット記録技術、特にバ
ブルジェット（登録商標）記録技術はオフィスの印刷に
おいてカラー化、パーソナル化が進展するに従って急速
に普及してきた。つまり、バブルジェット記録ヘッドは
高密度化、多ノズル化、小液滴化が容易であり、記録装
置のコンパクト化、低価格化、高品質化が非常に容易で
あること、又、ヘッドの設計変更のみで様々な用途に対
して容易に対応できる等の特徴を有しており、このため
にオフィスの主流となっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前述したような高品質
化、特に高画質化に関しては、インク液滴を吐出する際
の液滴を同一方向に吐出する性能が高画質化に大きく影
響している。即ち、インク液滴を吐出する際の吐出方向
のずれ（ヨレ）がインクを着弾させる媒体（多くの場合
は紙）に到達するまでに本来着弾すべき位置（理想着弾
点）からずれて着弾した際、その部分にインクが定着す
ることがないため、すじ状に印字されない部分が生じる
ことがある。

【０００４】上記すじは人間の視覚上認識され易いた
め、画像の劣化要因として重要であり、インクジェット
記録において重要課題の一つとなっている。具体的に
は、例えば８ｐｌの吐出量を有する記録ヘッドで印字し
た場合、印字のモードにもよるが、媒体上で数１０μｍ
ずれると十分にすじとして認識される。この吐出方向の
ずれはインク液滴が吐出される方向とインク吐出口と媒
体との距離とで決定される。即ち、吐出方向が理想着弾
に近ければ近いほど、又、インク吐出口と媒体との距離
が近ければ近いほど、前記ずれは小さくなる。

【０００５】インク吐出口と媒体との距離は近似的に０
であれば、吐出方向によらずずれは０になる訳である
が、以下の理由で上記距離を小さくすることは困難であ
った。１．媒体に対してヘッド吐出口が接触した場合、
ヘッド吐出口に障害を生じることがある。又、媒体に着
弾したインクが擦過して画像を劣化させる。２．上記の
ようにヘッド吐出口が媒体に接触しないまでも、近づけ
ることに対してインクが着弾した媒体がインクを吸収す
ることにより、膨張して凸凹となり（コックリング）、
前記インク吐出口と媒体との距離が不定となり、最悪の
場合、上記１．に述べたような障害を発生させることが
ある。又、ヘッド側はインク吐出口よりも媒体側に凸と
なっている部分があるため、媒体とインク吐出口との距
離を凸になっている分だけ広げる必要がある。該凸部分
は、インク流路及びインクを吐出させるエネルギー発生
体を形成した絶縁基体上に、該エネルギー発生体に電気
的信号や電力を送るために形成した電気的接続電極をイ
ンクから保護するための封止材となる。封止材が無い場
合、インクは電解液であることが多いので、絶縁基体上
に形成されたエネルギー発生体を駆動するために必要な
配線電極や前記電気的接続電極を腐食若しくは溶解させ
る等の障書を生じることがある。３．そのため、封止材
が必要となるが、インク吐出口と媒体との距離が１〜２
ｍｍの距離の中で、封止材の高さが０．２〜０．６ｍｍ
程度は必要であり、前記すじとなる着弾ずれに対して影
響していた。

【０００６】本発明は上記問題に鑑みてなされたもの
で、その目的の一つは、封止材が凸とならないような構
成とすることによって信頼性向上を図ることができるイ
ンクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録装置を
提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のインクジェット記録ヘッドは、端面と該端
面に比べて大きな面積を有する表裏二つの主平面とを有
する平板状の基板と、該基板の前記表側の主平面上に形
成された、吐出口からインクを吐出するために利用され
るエネルギーを発生するエネルギー発生体と、前記基板
の前記表側の主平面上に形成された、前記エネルギー発
生体に接続される配線電極と、該配線電極に接続され、
前記基板外から供給される電気信号を受ける接続電極
と、を有し、前記接続電極が、前記基板の、前記表裏二
つの主平面とは別の面上に設けられていることを特徴と
する。また、本発明のインクジェット記録装置は、当該
インクジェット記録ヘッドと、該インクジェット記録ヘ
ッドを載置するための部材と、を具備することを特徴と
する。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。

【０００９】＜実施の形態１＞図１は本発明の実施の形
態１に係るインクジェット記録ヘッドの部分断面図であ
る。

【００１０】本実施の形態に係るインクジェット記録ヘ
ッドは、平板状の絶縁基体である基板１０と、該基板１
０上に形成されたエネルギー発生体（本実施の形態では
ヒータ：電気熱変換体）２１と、該ヒータに電気的に接
続するための配線電極２０と、ヒータ上にインクを吐出
するためのインク流路３０と、該インク流路３０にイン
クを供給するための不図示のインク液室と、インクの吐
出方向を決定するインク吐出口４０と、前記配線電極２
０に電気的信号若しくは電力を外部から供給するための
接続電極５０と、該接続電極５０に電気的に接続して成
る電気配線基板（例えば、フレキシブルプリント基板、
ＴＡＢ等）６０と、接続電極５０と電気配線基板６０と
の接続部を封止するための封止部材７０を有している。
基板１０は、端面１１ａと該端面に比べて大きな面積を
有する表裏二つの主平面とを有する。前記配線電極２０
を形成している基板１０に段差を設けて、インク吐出口
を形成した平面と接続電極５０を配置した平面とが別平
面となっている。接続電極５０を配置した平面は、基板
の表側の主平面に対して平行な平面である。

【００１１】本実施の形態では、配線電極２０を形成し
ている基板１０の材料としてＳｉを選定し、段差を形成
する方法を異方性エッチングによっている。ここで、そ
の形成方法について説明する。

【００１２】絶縁基板１０として使用するＳｉ基板は単
結晶Ｓｉ基板であり、且つ、その面方位は（１００）で
あることが望ましい。その基板１０を使用して第１にＳ
ｉ基板上に所望の形状にエッチングするためのレジスト
材をフォトリソ工程によりパターン形成する。

【００１３】次に、レジストパターンをマスクにして、
エッチング液（ＫＯＨ等）に所定の時間だけ浸漬する。
エッチング後、エッチング液を洗浄し、レジストを剥離
し、形成された段差に絶縁材料をコーティングする。絶
縁方法としては、例えばポリイミド等の有機絶縁材料を
塗布して加熱硬化させる方法、ＳｉＯ_２等の無機絶縁材
料をスパッタリング等の真空成膜法により形成する方法
等がある。

【００１４】次に、絶縁膜９０上に前記エネルギー発生
体を接続して電気信号を供給する配線電極２０に接続
し、前記段差状に形成する電気接続材料をパターン形成
する。尚、電気接続材料のパターン形成には、Ａｌ、Ｃ
ｕ等を真空成膜する方法やＡｕ、Ｐｄ等の厚膜を印刷す
る方法等があり、又、パターニングにはスクリーン印刷
による方法やフォトリソグラフィによる方法等がある。

【００１５】次に、接続電極５０上にバンプ状の電極８
０を形成する。バンプ電極８０の形成は必ずしも必須と
は言えないが、バンプ電極８０を形成することにより、
該電極８０へ供給される電気信号等を接続する配線基板
６０との接続信頼性が格段に向上するために形成するこ
とが望ましい。バンプ電極８０の形成方法としては、Ａ
ｕの細線ワイヤーからボールボンディングにより形成す
る方法（スタッドボンディング）やＡｕ、Ｐｔ等の電鋳
による方法等がある。

【００１６】このバンプ電極８０上に、所望のパターン
を形成した配線基板（ＴＡＢ、ＰＰＣ等）６０を位置合
わせして接合する。配線基板６０を接合する方法には、
金属結合、ＡＣＦ（異方性導電フィルム）による接合、
Ａｇペーストによる接合等がある。

【００１７】バンプ電極８０と配線基板６０との接合
後、該接続部を漏れなく覆うように封止材７０によって
封止する。封止材７０は様々な材料があるが、ここでは
信頼性を得やすいエポキシ系の封止材料を塗布して加熱
により反応、硬化させている。このとき、前述にように
形成した段差により、封止材７０の凸部はインク吐出口
４０より飛び出すことはなく、インク吐出口４０と媒体
との間の距離に影響を及ぼすことはない。

【００１８】＜実施の形態２＞次に、本発明の実施の形
態２を図２に基づいて説明する。尚、図２は本実施の形
態に係るインクジェット記録ヘッドの部分断面図であ
る。

【００１９】本実施の形態に係るインクジェット記録ヘ
ッドは、絶縁基体である基板１０と該基板１０上に形成
されたエネルギー発生体（本実施の形態ではヒータ）
と、該ヒータに電気的に接続するための配線電極２０
と、ヒータ上にインクを吐出するためのインク流路３０
と、該インク流路３０にインクを供給するためのインク
液室と、インクの吐出方向を決定するインク吐出口４０
と、前記配線電極２０に電気的信号若しくは電力を外部
から供給するための接続電極５０と、該接続電極５０に
電気的に接続して成る電気配線基板（例えば、フレキシ
ブルプリント基板、ＴＡＢ等）６０と、接続電極５０と
配線基板６０との接続部を封止するための封止材７０を
有している。前記配線電極２０を形成している基板１０
にほぼ垂直（略９０°）の平面を設け、その垂直な端面
に前記配線基板６０を接続するための接続電極５０を形
成している。

【００２０】従って、インク吐出口４０を形成している
平面と接続電極５０を形成した平面とが別平面となって
いる。

【００２１】本実施の形態において使用した基板１０
は、面方位が（１００）の単結晶Ｓｉ基板であり、その
形成方法は前記実施の形態１に示した通りである。

【００２２】＜実施の形態３＞次に、本発明の実施の形
態３を図３に基づいて説明する。尚、図３は本実施の形
態に係るインクジェット記録ヘッドの部分断面図であ
る。

【００２３】本実施の形態に係るインクジェット記録ヘ
ッドは、絶縁基体である基板１０と該基板１０上に形成
されたエネルギー発生体（本実施の形態ではヒータ）
と、該ヒータに電気的に接続するための配線電極２０
と、ヒータ上にインクを吐出するためのインク流路３０
と、該インク流路３０にインクを供給するためのインク
液室と、インクの吐出方向を決定するインク吐出口４０
と、前記配線電極２０に電気的信号若しくは電力を外部
から供給するための接続電極５０と、該接続電極５０に
電気的に接続して成る電気配線基板（例えば、フレキシ
ブルプリント基板、ＴＡＢ等）６０と、接続電極５０と
配線基板６０との接続部を封止するための封止材７０を
有している。前記配線電極２０を形成している基板１０
に略５４°傾いた平面を設け、該平面に前記線基板６０
を接続するための接続電極５０を形成している。

【００２４】従って、インク吐出口４０を形成している
平面と接続電極５０を形成した平面とが別平面となって
いる。

【００２５】本実施の形態において使用した基板１０
は、面方位が（１００）の単結晶Ｓｉ基板であり、その
形成方法は前記実施の形態１に示した通りである。

【００２６】本発明の実施形態におけるインクジェット
ヘッド１１の全体的外観を図５に示し、その要部である
ヘッドチップ１２を図４に破断状態で示す。ヘッドチッ
プ１２は、例えば厚さ０．５〜１ｍｍのＳｉウェハを用
いて製造され、相互に平行に配列する６本の細長いイン
ク供給口１５がこのインクジェットヘッド１１で用いら
れる６色のインクに対応して形成されている。

【００２７】各インク供給口１５には、このインク供給
口１５の長手方向に沿って所定間隔で配列するインク室
１３が当該インク供給口１５を挟むように２列に形成さ
れており、各インク室１３には電気熱変換素子１４とこ
の電気熱変換素子１４と対向してインクを滴として吐出
するための吐出口１６とが設けられている。

【００２８】本実施形態では、インク供給口１５を挟ん
で相互に平行な２列の吐出口１６を相互に半ピッチずら
していわゆる千鳥状に配列しており、各列の吐出口１６
に対応するインク室１３の間隔を６００ｄｐｉのピッチ
でそれぞれ配列させているため、各色のインクに対応し
てインク供給口１５の長手方向に沿って配列する吐出口
１６の間隔は、見かけ上、１２００ｄｐｉの高密度に配
置された状態となっている。また、電気熱変換素子１４
およびＡｌなどで形成されて電気熱変換素子１４に電力
を供給する電極配線１７は、成膜技術によりＳｉウェハ
の表面に形成され、電極配線１７の他方の端末は、Ａｕ
などで形成されて発熱基板１２の表面から突出するバン
プ１８となっている。図４においては省略されている
が、本発明ではこのバンブ１８の周辺領域が、図１〜３
で説明した様な電気的接続構造をとっている。

【００２９】本実施形態における電気熱変換素子１４
は、Ａｌなどで形成される電極配線１７によって覆われ
ていない、例えばＴａＮ，ＴａＳｉＮ，Ｔａ，Ａｌなど
で形成される発熱抵抗体層１９の一部であり、５３Ωの
シート抵抗値を有する。また、これら電気熱変換素子１
４および電極配線１７は、４０００Åの厚みのＳｉＮで
形成された保護層２０で覆われ、さらに電気熱変換素子
１４の上の保護層２０の表面は、２３００Åの厚みのＴ
ａによる耐キャビテーション層２１が成膜されている。

【００３０】上述したインク供給口１５は、発熱基板１
２として用いられるＳｉウェハの結晶方位を利用し、異
方性エッチングにより形成される。つまり、Ｓｉウェハ
の表面が＜１００＞で、その厚さ方向に＜１１１＞の結
晶方位を持つ場合、例えばＫＯＨやテトラメチルアンモ
ニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）あるいはヒドラ
ジンなどのアルカリ系異方性エッチング液を用い、エッ
チング方向に選択性を持たせて所望の深さにエッチング
を行う。また、インク室１３および吐出口１６は、フォ
トリソグラフィ技術によって形成され、電気熱変換素子
１４に電力を供給することによって、例えば４ピコリッ
トルのインク滴を吐出口１６から吐出させる。

【００３１】図６および図７にインクジェット記録方式
を用いたプリンタの概略構成を示す。

【００３２】図６において、この実施形態におけるプリ
ンタの外殻をなす装置本体Ｍ１０００は、下ケースＭ１
００１、上ケースＭ１００２、アクセスカバーＭ１００
３および排出トレイＭ１００４の外装部材と、その外装
部材内に収納されたシャシーＭ３０１９（図７参照）と
から構成される。

【００３３】前記シャシーＭ３０１９は、所定の剛性を
有する複数の板状金属部材によって構成され、記録装置
の骨格をなし、後述の各記録動作機構を保持するものと
なっている。

【００３４】また、前記下ケースＭ１００１は装置本体
Ｍ１０００の略下半部を、上ケースＭ１００２は装置上
本体Ｍ１０００の略上半部をそれぞれ形成しており、両
ケースの組合せによって内部に後述の各機構を収納する
収納空間を有する中空体構造をなし、その上面部および
前面部にはそれぞれ開口部が形成されている。

【００３５】さらに、前記排出トレイＭ１００４はその
一端部が下ケースＭ１００１に回転自在に保持され、そ
の回転によって下ケースＭ１００１の前面部に形成され
る前記開口部を開閉させ得るようになっている。このた
め、記録動作を実行させる際には、排出トレイＭ１００
４を前面側へと回転させて開口部を開成させることによ
り、ここから記録シートが排出可能となると共に排出さ
れた記録シートＰを順次積載し得るようになっている。
また、排紙トレイＭ１００４には、２枚の補助トレイＭ
１００４ａ，Ｍ１００４ｂが収納されており、必要に応
じて各トレイを手前に引き出すことにより、用紙の支持
面積を３段階に拡大、縮小させ得るようになっている。

【００３６】アクセスカバーＭ１００３は、その一端部
が上ケースＭ１００２に回転自在に保持され、上面に形
成される開口部を開閉し得るようになっており、このア
クセスカバーＭ１００３を開くことによって本体内部に
収納されている記録ヘッドカートリッジあるいはインク
タンクなどの交換が可能となる。なお、ここでは特に図
示しないが、アクセスカバーＭ１００３を開閉させる
と、その裏面に形成された突起がカバー開閉レバーを回
転させるようになっており、そのレバーの回転位置をマ
イクロスイッチなどで検出することにより、アクセスカ
バーの開閉状態を検出し得るようになっている。

【００３７】また、上ケースＭ１００２の後部上面に
は、電源キーＥ００１８およびレジュームキーＥ００１
９が押下可能に設けられると共に、ＬＥＤＥ００２０
が設けられており、電源キーＥ００１８を押下すると、
ＬＥＤＥ００２０が点灯して記録可能であることをオ
ペレータに知らせるものとなっている。また、ＬＥＤＥ
００２０は点滅の仕方や色の変化をさせたり、ブザーＥ
００２１をならすことによりプリンタのトラブルなどを
オペレータに知らせるなど種々の表示機能を有する。な
お、トラブルなどが解決した場合には、レジュームキー
Ｅ００１９を押下することによって記録が再開されるよ
うになっている。

【００３８】次に、上記プリンタの装置本体Ｍ１０００
に収納、保持される本実施形態における記録動作機構に
ついて説明する。本実施形態における記録動作機構とし
ては、記録シートＰを装置本体内へと自動的に給送する
自動給送部Ｍ３０２２と、自動給送部から１枚ずつ送出
される記録シートＰを所望の記録位置へと導くと共に、
記録位置から排出部Ｍ３０３０へと記録シートＰを導く
搬送部Ｍ３０２９と、搬送部Ｍ３０２９に搬送された記
録シートＰに所望の記録を行う記録部と、前記記録部な
どに対する回復処理を行う回復部（Ｍ５０００）とから
構成されている。記録部は、キャリッジ軸Ｍ４０２１に
よって移動可能に支持されたキャリッジＭ４００１と、
このキャリッジＭ４００１に着脱可能に搭載される記録
ヘッドカートリッジとから主に構成される。

【００３９】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、封止材が凸とならないような構成とすることが
でき、これによってインクジェット記録ヘッドの信頼性
向上を図ることができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係るインクジェット記
録ヘッドの部分断面図である。

【図２】本発明の実施の形態２に係るインクジェット記
録ヘッドの部分断面図である。

【図３】本発明の実施の形態３に係るインクジェット記
録ヘッドの部分断面図である。

【図４】本発明の実施形態に係るインクジェットヘッド
の要部を示す部分的破断斜視図である。

【図５】本発明の実施形態に係るインクジェットヘッド
の全体的概観を示す斜視図である。

【図６】本発明の実施形態に係るインクジェット記録装
置の全体的概観を示す斜視図である。

【図７】本発明の実施形態に係るインクジェット記録装
置の要部を示す斜視図である。

【符号の説明】

１０基板（絶縁基体）２０配線電極３０インク流路４０インク吐出口５０接続電極６０電気配線基板７０封止材８０バンプ電極９０絶縁膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】端面と該端面に比べて大きな面積を有す
る表裏二つの主平面とを有する平板状の基板と、該基板の前記表側の主平面上に形成された、吐出口から
インクを吐出するために利用されるエネルギーを発生す
るエネルギー発生体と、前記基板の前記表側の主平面上に形成された、前記エネ
ルギー発生体に接続される配線電極と、該配線電極に接続され、前記基板外から供給される電気
信号を受ける接続電極と、を有し、前記接続電極が、前
記基板の、前記表裏二つの主平面とは別の面上に設けら
れていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【請求項２】前記基板が単結晶Ｓｉを基材とし該基材
の表面が絶縁性を有しており、前記別の面が異方性エッ
チングによって形成されたことを特徴とする請求項１記
載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項３】前記基板は、前記端面の近傍で段差状に
厚さが薄くなっていることを特徴とする請求項２記載の
インクジェット記録ヘッド。
【請求項４】前記別の面が前記基板の前記表側の主平
面に対して平行な平面であることを特徴とする請求項３
記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項５】前記別の面が前記基板の前記表側の主平
面に対して略５４度の角度傾いた平面であることを特徴
とする請求項２記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項６】前記別の面が基板の前記表側の主平面に
対して略９０度の角度をもつ平らな前記端面であること
を特徴とする請求項１記載のインクジェット記録ヘッ
ド。
【請求項７】前記エネルギー発生体は、熱エネルギー
を発生する電気熱変換体である請求項１記載のインクジ
ェット記録ヘッド。
【請求項８】前記吐出口と前記エネルギー発生体とは
対面して配されている請求項１記載のインクジェット記
録ヘッド。
【請求項９】端面と該端面に比べて大きな面積を有す
る表裏二つの主平面とを有する平板状の基板と、該基板
の前記表側の主平面上に形成された、吐出口からインク
を吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネ
ルギー発生体と、前記基板の前記表側の主平面上に形成
された、前記エネルギー発生体に接続される配線電極
と、該配線電極に接続され、前記基板外から供給される
電気信号を受ける接続電極と、を有し、前記接続電極
が、前記基板の、前記表裏二つの主平面とは別の面上に
設けられているインクジェット記録ヘッドと、該インクジェット記録ヘッドを載置するための部材と、
を具備することを特徴とするインクジェット記録装置。