JP2003300319A

JP2003300319A - インクジェットヘッド

Info

Publication number: JP2003300319A
Application number: JP2002108825A
Authority: JP
Inventors: Masami Yokota; 雅実横田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-04-11
Filing date: 2002-04-11
Publication date: 2003-10-21

Abstract

(57)【要約】【課題】ノズル配列方向の反りを容易に矯正することが
でき、印字品質が高く、安価なインクジェットヘッドを
提供する。【解決手段】基板上に少なくともインク吐出圧発生素
子、インク流路、吐出口を有する吐出圧発生ユニットを
平板状の支持部材に固定してなるインクジェットヘッド
において、前記支持部材に直線状の溝部が形成され、該
溝部に前記吐出圧発生ユニットを構成する基板の一部が
挿入されるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクを吐出口か
ら噴射してインク液滴を形成するインクジェットヘッド
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液体噴射記録方式は、液体噴射記録ヘッ
ドに配設された吐出口（オリフィス）からインク等の記
録液を微小液滴として吐出させ、これを紙等の被記録媒
体に付着させて記録を行なう方式であり、騒音の発生が
極めて少なく、かつ高速記録が可能である。なかでも、
熱ェネルギーをインク等の記録液に作用させて、記録液
を急激に加熱して膜沸騰現象を生じさせることにより気
泡を発生させ、この気泡の体積膨脹により液流路内の記
録液を吐出口から微小液滴として噴射し、気泡の消減時
に液室から液流路内に記録液を導入するようにした型式
の液体噴射記録ヘッドは、記録信号に対する応答性が良
いことおよび高マルチ化が容易であること等の利点を有
している。

【０００３】この様なインクジェットヘッドの従来例を
図３〜図５に示す。図３は、インクジェットヘッド全体
構成を表わす模式的斜視図、図４は、吐出圧発生ユニッ
ト及び支持部材の詳細を表わす模式的斜視図であり、ま
た、図５（ａ）は図４の上面図であり、図５（ｂ）は図
４の側面図である。図６（ａ）は、反りが生じたは吐出
圧発生ユニット及び支持体の上面図、図６（ｂ）は、図
６（ａ）のＵ−Ｕ’、Ｖ−Ｖ’、Ｗ−Ｗ’部分の断面図
である。

【０００４】上記各図により、それぞれの構成について
簡単に説明すると、シリコン、ガラス、セラミックス、
金属等から成る基板１、該基板１上に形成された発熱素
子、圧電素子等から成る、吐出圧発生素子２、不図示の
インク流路及び該インク流路の支持体及びインク液室を
構成する天板部材３、前記インク流路の端部に形成され
た吐出口４、前記吐出圧発生素子２を独立して駆動する
為に前記基板上に電気実装された駆動ＩＣ５、上記１〜
５により構成された吐出圧発生ユニット６が該ユニット
の支持部材７上に固定されている。

【０００５】また、前記支持部材７上には、回路基板８
が設けられており、前記吐出圧発生ユニット６とボンデ
ィングワイヤーで接続されている。そして、前記吐出圧
発生ユニットにインクを供給する為のインク供給継手９
及びインク供給管１０が前記ユニットに接続されてい
る。

【０００６】前記の様なインクジェットヘッドの製造方
法として、例えば特開昭６２−２５３４５７号公報等に
開示されている方法により、シリコン等から成る基板１
とガラス等から成る天板部材３の間に吐出圧発生素子２
及びインク流路がフォトリソグラフィー等により形成さ
れる。次いで、吐出口予定部位を切断することにより吐
出口４が形成される。

【０００７】また、近年加工性の良さ、熱伝導性の良
さ、材料の安価さ等の利点から、例えば特願平９−３３
１６３８号公報に開示されている様に、例えばアルミニ
ウムあるいは、アルミニウム合金等の様な金属基板の検
討がなされている。また、従来技術として、前記駆動用
ＩＣ５を実装する手段として、いわゆるワイヤーボンデ
ィングにより電気的接続を得ていたが、近年インクジェ
ットヘッドの多ノズル化、高機能化により、前記駆動用
ＩＣの接線数は多量となってきており、例えばＡ３サイ
ズの紙巾全域に６００ｄｐｉの密度でノズルを有するい
わゆるフルマルチアレイタイプのインクジェットヘッド
の場合、前記ワイヤーボンディングの数は７０００点以
上となり、工数、歩留まり、配線の引き回し等の点から
大きな問題となっていた。

【０００８】上記問題を解決する手段として、前記駆動
ＩＣの中に半田バンプを形成し、前記基板１上に形成さ
れた金バンプ上に直接ＩＣをフェースダウンで載置した
後、リフロー炉に入れて二百数十度に加熱し前記半田バ
ンプの半田を溶融させて前記基板１上のバンプと前記駆
動ＩＣ５のバンプを接続するいわゆる半田リフロー方式
がある。

【０００９】また、別の手段として、前記駆動ＩＣ５及
び前記基板１上にそれぞれ金等からなるバンプを形成
し、熱硬化性の樹脂フィルムあるいは樹脂ペースト中に
導電性粒子を分散させたいわゆる異方性導電フィルムあ
るいは異方性導電ペースト等を介して両者を約２００℃
に押圧加熱し、前記バンプ同志が接続された状態で前記
熱硬化性樹脂を硬化させる方法がある。以下ＡＣＦ（Ａ
ｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃＣｏｎｄｕｃｔｉｖｅＦｉｌ
ｍ）法及びＡＣＰ（ＡｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃＣｏｎｄ
ｕｃｔｉｖｅＰａｓｔｅ）法と称す。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
開昭６２−２５３４５７号公報等に開示されている第１
の従来例の場合、シリコンから成る基板１の内部応力、
前記シリコン基板とガラスから成る天板３の熱膨張差あ
るいは、吐出口加工時の加工歪み等により、図３のＸ、
Ｙ、Ｚ、それぞれの方向に前記吐出圧発生ユニットが反
ってしまうという問題があった。また、前記特願平９−
３３１６３８号公報に開示されている第２の従来例の様
にアルミニウム合金等の様な金属基板を用い、前記駆動
用ＩＣを前記半田リフロー法やＡＣＦ法あるいはＡＣＰ
法の様な熱的手段により接続する場合、特に前記金属よ
り成る基板１とシリコンより成る駆動用ＩＣ５では、著
しく熱膨張差が異なる為、前記半田あるいは前記樹脂が
固化する際の温度から常温に冷却された状態で第１の従
来例よりも更に大きく図３のＸ、Ｙ、Ｚそれぞれの方向
に反ってしまう。

【００１１】一方、前記基板１の板厚方向（Ｚ方向）の
反りは、吐出口列が直線でなくなり所望の位置にインク
滴を噴射できないという問題が生じるが、いわゆるベー
スプレート等の平面が形成された支持体上に押し付けて
接着することにより容易に矯正することができる。ある
いはプリンターのデータを、予め前記反りによる吐出口
の位置ずれの分を補正することにより印字物としては問
題が生じない様にする事が容易にできる。また、前記ノ
ズル配列と直角の方向（Ｙ方向）の反りは、反っていて
も特に問題は生じない。

【００１２】他方、ノズル配列方向（Ｘ方向）の反りは
図６に示す如く、被印字物１１と各ノズルの距離ｌが異
なり、中央部では被印字物１１との距離ｌｖが両端部の
距離ｌｕ又はｌｗと比べて大きくなり、吐出口より噴射
された液滴の初期的飛翔方向のズレ、サテライト、外乱
に対して被印字物１１上での影響が顕著に現われ印字品
位が劣化するという問題があった。特に、被印字物１１
の巾方向全巾に旦ってノズルが配列された、いわゆるフ
ルマルチアレイタイプの様な長尺ヘッドの場合、該反り
量は極めて大きくなり、印字品位の劣化は顕著である。

【００１３】そこで、本発明は、上記課題を解決し、ノ
ズル配列方向の反りを容易に矯正することができ、印字
品質が高く、安価なインクジェットヘッドを提供するこ
とを目的とするものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、つぎの（１）〜（５）のように構成した
インクジェットヘッドを提供するものである。（１）基板上に少なくともインク吐出圧発生素子、イン
ク流路、吐出口を有する吐出圧発生ユニットを平板状の
支持部材に固定してなるインクジェットヘッドにおい
て、前記支持部材に直線状の溝部が形成され、該溝部に
前記吐出圧発生ユニットを構成する基板の一部が挿入さ
れるように構成されていることを特徴とするインクジェ
ットヘッド。（２）前記支持部材には、底部が広くなる断面が台形状
の直線状の溝が形成される一方、前記基板の少なくとも
一部に前記溝と対応する台形状の凸部が設けられ、前記
溝に前記基板の凸部を挿入して構成されていることを特
徴とする上記（１）に記載のインクジェットヘッド。（３）前記吐出圧発生ユニットを構成する基板が金属よ
りなり、少なくともＩＣが前記金属基板上に熱的手段に
より搭載されていることを特徴とする上記（１）または
上記（２）に記載のインクジェットヘッド。（４）前記金属基板が、アルミニウムあるいはアルミニ
ウムを主成分とするアルミニウム合金であることを特徴
とする上記（３）に記載のインクジェットヘッド。（５）前記吐出圧発生ユニットが、ヘッドが被印字物の
巾方向全巾に旦ってノズルを有するフルマルチアレイタ
イプであることを特徴とする上記（１）〜（４）のいず
れかに記載のインクジェットヘッド。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態においては、
上記構成を適用し、前記支持体の溝の端部から前記吐出
圧発生ユニットを挿入する際に、前記吐出圧発生ユニッ
トを、前記支持体の直線状の溝にならって挿入して固定
するように構成することで、前記吐出圧発生ユニットも
反りが矯正され、前記インクジェットヘッドの複数の吐
出口各々と、被印字物の距離を一定にすることができ、
被印字物全域に旦って印字劣化のない高品位の印字を得
ることが可能となる。また、上記構成を適用し、前記支
持部材に底部が広くなる断面が台形状の直線状の溝を形
成し、前記基板の少なくとも一部に前記溝と対応するよ
う、断面が台形状の直線状の凸部を設け、前記溝に前記
基板の凸部が前記支持体の溝の端部より挿入して固定す
るように構成することで、前記基板の板厚方向（図中ｚ
方向）の反りも容易に矯正しながら、前記支持体に固定
することが可能となる。また、上記構成を適用し、前記
吐出圧発生ユニットを構成する基板が金属よりなり、少
なくともＩＣが前記基板上に熱的手段により搭載される
ように構成することで、安価な加工性の良い基板を使用
することが可能となる。また、上記構成を適用し、前記
基板にアルミニウムあるいはアルミニウムを主成分とす
るアルミニウム合金を使用することにより、加工性の良
好な平面性の良い基板が得易く、且つ吐出口を加工する
際も容易に加工でき、高品質のヘッドを安価に製造でき
る。また、熱伝導率が高い為、前記吐出圧発生素子が発
熱素子である場合、吐出応答性の高い高性能なヘッドを
容易に得ることができる。また、上記構成を適用し、ヘ
ッドが被印字物の巾方向全巾に旦ってノズルを有するい
わゆるフルマルチアレイタイプのインクジェットヘッド
を構成することにより、超高速で高品質なヘッドを安価
に得ることができる。

【００１６】

【実施例】以下に、本発明の実施例について説明する。［実施例１］図１に、本発明の実施例１に係わる吐出圧
発生ユニットを矯正して支持体に固定した図を示す。図
１（ａ）はその上面図、図１（ｂ）はその側面図であ
る。つぎに、図１に基づいて本実施例の吐出圧発生ユニ
ットの構成及び製造方法について説明する。まず、アル
ミニウム合金等からなる金属基板１上に不図示の電気絶
縁層（蓄熱層を兼ねても良い）上にフォトリソグラフィ
ー等の技術により吐出圧発生素子であるヒータ群を形成
する。次いで、不図示のインク流路を該流路の支持体及
びインク液室を構成するアルミ等からなる天板部材３と
の間に形成する。次いで、吐出口予定部位を切断及び必
要に応じて研削、研磨等が施され吐出口が形成される。
本実施例に於いては基板１の材料、天板部材３の材料、
吐出圧発生素子２、インク流路、吐出口等の形成方法を
述べたが本発明においては、特に限定されるものではな
くいかなる方法で作成されても良い。次いで、不図示の
給電線を介して前記吐出圧発生素子２に駆動パルスを与
えるＩＣ５が例えば以下の手段により実装される。

【００１７】以下に、前記ＩＣ５の実装方法について詳
細に述べる。前記基板１上には、吐出圧発生素子２、給
電用配線と共にメッキやいわゆるスタッドバンプ等の周
知の手段により金又は銅、ニッケル等の金属上に金が形
成された金バンプが形成されている。一方、前記ＩＣ５
の表面には前記と同様の手段により前記基板と同様の金
バンプが形成されている。次いで、前記基板側又は、Ｉ
Ｃ側の少なくとも一方のバンプ上に導電粒子が分散され
た熱硬化性の樹脂フィルムいわゆる異方性導電フィルム
（ＡＣＦ）が積層される。

【００１８】前記ＡＣＦの具体例としては、以下の様な
商品例がある。ソニーケミカル（株）製異方性導電膜ＣＰ８４３０
ＩＱ日立化成（株）製ＡＮＩＳＯＬＭＦＣ１６１ＢＸ
−３０等種々の製品が上市されている。本実施例に於いては、
前記ソニーケミカル（株）社製異方性導電フィルム
ＣＰ８４３０ＩＱを使用した。前記ＡＣＦは、予め前記
バンプ列の巾に対して約０．１〜０．５ｍｍ大きい範囲
に積層できる様、プレカットされテープ状になってい
る。前記テープを前記基板１上に形成されたバンプに載
置する。

【００１９】次に、前記ＩＣ５のバンプと前記基板１側
のバンプ同志が前記ＡＣＦを介して位置が合う様、ダイ
ボンダー等の周知の手段装置により載置される。次い
で、前記ＩＣ５の裏面をヒートツールにより押圧、加熱
し、前記バンプ同志が前記導電粒子を介して電気的に接
続され且つ、前記加熱を行う事により、前記ＡＣＦが硬
化し、前記基板１と前記ＩＣ５のバンプのない部分全域
が接着され、前記バンプ同志の機械的接合状態が維持さ
れる。

【００２０】前記押圧及び加熱の具体的条件としては、
下記の様な条件が好的であった。押圧力：４０〜１００^gr／１００μｍ² 加熱温度／時間：１５０℃〜２５０℃ １０秒〜９０秒
（ＡＣＦ内部での温度）前記加熱温度を得る為には、基板１側とＩＣを同時に２
００℃以上に加熱する手段も可能であるが、基板側の加
熱ツールの冷却を考慮すると、基板側を前記ＡＧＦの硬
化が進まない温度、例えば１００℃〜１５０℃前後で予
め熱しておき、前記ＩＣ５側の裏面を約３００℃〜５０
０℃で加熱する事により前記ＡＣＦ層内部の温度を１５
０℃〜２５０℃にする事ができる。

【００２１】上記方法によれば、基板側加熱ツールの冷
却を必要とせず、短時間で多くの前記ＩＣを実装するこ
とができる。また、前記ＩＣが１ヘッド内に複数個ある
場合には、前記複数個のＩＣを同時に押圧加熱する事も
好適に使用できる。また、前記実施例では、ＡＣＦを用
いたがいわゆる異方性導電ペースト（ＡＣＰ）も好適に
使用できる。

【００２２】以上により、本実施例の一方の構成要素で
ある吐出圧発生ユニット６ができあがる。次に、本実施
例のもう一方の構成要素である前記吐出圧発生ユニット
６が従来例では、接着等の手段により固定されるが、前
記ユニットの反りの為、従来例の項で説明した図６
（ａ），（ｂ）の様に、被印字物１１との距離がヘッド
内で大きく異なってしまう。

【００２３】本実施例においては、前記支持部材７に前
記ユニット６の巾とほぼ同等の巾を有する直線状の溝７
ａを設けて、該溝７ａの端部より、前記ユニット６を挿
入することにより、前記ユニット６は、直線状に矯正さ
れて前記支持体７に固定される。次いで、必要に応じて
接着剤等で固定される。

【００２４】上記の方法によれば吐出口４と被印字物１
１の距離は、ヘッド内総ての領域で一定となる。次い
で、図３と同様に回路基板８及びインク継手９、インク
供給管１０が接着等により前記支持部材７上に固定され
前記回路基板８と前記ユニット６の端部に設けられた電
極パッド等がワイヤボンディング等の手段により電気的
に接続されてインクジェットヘッドが完成する。

【００２５】［実施例２］実施例２について、図２
（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。図の構成符号等は、
図１と同様である。前記支持体７に図２（ｃ）に示す様
に底部が広くなる様な溝７ａをアリ溝カッター等を用い
て形成する。次いで、前記実施例１と同様な手段で形成
された前記吐出圧発生ユニット６の前記基板１の断面に
前記溝７ａの断面と残った部分が一致する様に切り欠き
７ｂを前記アリ溝カッターにより加工し、断面が台形形
状を有する凸部７ｃを形成する。次いで、前記支持体の
溝７ａ端部より前記ユニット６の基板１の底部に形成さ
れた凸部７ｃを挿入され、直線状に矯正され且つ図中ｚ
方向の反りに矯正された状態で固定される。

【００２６】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、ノズル配列方向の反りを容易に矯正することがで
き、印字品質が高く、安価なインクジェットヘッドを実
現することができる。また、本発明によれば、前記した
ように吐出圧発生ユニットを、前記支持体の直線状の溝
にならって挿入するように構成することで、インクジェ
ットヘッドの複数の吐出口各々と被印字物の距離を一定
にすることができ、被印字物の全域に亘って印字劣化の
ない高品位の印字を得ることができる。また、本発明に
よれば、前記したように支持部材に形成された底部が広
くなる断面が台形状の直線状の溝に、前記基板の凸部を
挿入するように構成することで、ｚ方向も容易に矯正且
つ固定されるため、特殊なジグ等を必要とせず、また、
該ジグを長時間拘束せず容易に且つ大量にヘッドを生産
することができる。また、本発明によれば、前記吐出圧
発生ユニットを構成する基板が金属よりなり、少なくと
もＩＣが前記金属基板上に熱的手段により搭載されるよ
うに構成することで、上記した各構成の機能を十分に発
揮させることができると共に、大型の基板を安価に容易
に得ることができ、且つ多数の接続点を同時に容易に接
続することができ、いわゆるフルマルチアレイ等の長尺
ヘッドを容易に製作することが可能となり、高速印字可
能なインクジェットヘッド及びプリンターを安価に提供
することができる。また、本発明によれば、前記金属基
板を、アルミニウムあるいはアルミニウムを主成分とす
るアルミニウム合金で構成することで、平面性の良く且
つ吐出口の加工性が良好な基板を得ることができ、高品
質のヘッドを安価に製造できる。また、これによると熱
伝導率が高いため、吐出応答性の高い高性能なヘッドを
容易に得ることができ、上記した各構成の機能を十分に
発揮させることが可能となる。また、本発明によれば、
吐出圧発生ユニットを、ヘッドが被印字物の巾方向全巾
に旦ってノズルを有するいわゆるフルマルチアレイタイ
プとすることにより、上記した各構成の機能を十分に発
揮させることが可能となり、高印字品位で高速印字可能
なインクジェットヘッド及びプリンターを提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１に係わる吐出圧発生ユニットを矯正し
て支持体に固定した図である。

【図２】実施例２に係わる吐出圧発生ユニットを矯正し
て支持体に固定した図である。

【図３】従来例におけるインクジェットヘッド全体構成
を表す模式的斜視図。

【図４】従来例のインクジェットヘッドにおける吐出圧
発生ユニット及び支持部材の詳細を表す模式的斜視図。

【図５】（ａ）は図４の上面図であり、（ｂ）は図４の
側面図である。

【図６】従来例の問題点を説明するための図であり、
（ａ）は反りが生じたは吐出圧発生ユニット及び支持体
の上面図、（ｂ）は、前記（ａ）のＵ−Ｕ’、Ｖ−
Ｖ’、Ｗ−Ｗ’部分の断面図である。

【符号の説明】

１：基板２：吐出圧発生素子３：天板４：吐出口５：駆動ＩＣ６：１〜５により構成される吐出圧発生ユニット７：支持部材７ａ：支持部材に設けられた溝７ｂ：切り欠き７ｃ：凸部８：回路基板９：インク供給継手１０：インク供給管１１：被印字物

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に少なくともインク吐出圧発生素
子、インク流路、吐出口を有する吐出圧発生ユニットを
平板状の支持部材に固定してなるインクジェットヘッド
において、前記支持部材に直線状の溝部が形成され、該溝部に前記
吐出圧発生ユニットを構成する基板の一部が挿入される
ように構成されていることを特徴とするインクジェット
ヘッド。
【請求項２】前記支持部材には、底部が広くなる断面が
台形状の直線状の溝が形成される一方、前記基板の少な
くとも一部に前記溝と対応する台形状の凸部が設けら
れ、前記溝に前記基板の凸部を挿入して構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッ
ド。
【請求項３】前記吐出圧発生ユニットを構成する基板が
金属よりなり、少なくともＩＣが前記金属基板上に熱的
手段により搭載されていることを特徴とする請求項１ま
たは請求項２に記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】前記金属基板が、アルミニウムあるいはア
ルミニウムを主成分とするアルミニウム合金であること
を特徴とする請求項３に記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】前記吐出圧発生ユニットが、ヘッドが被印
字物の巾方向全巾に旦ってノズルを有するフルマルチア
レイタイプであることを特徴とする請求項１〜４のいず
れか１項に記載のインクジェットヘッド。