JP2004042654A

JP2004042654A - 記録ヘッドおよびインクジェット記録装置

Info

Publication number: JP2004042654A
Application number: JP2003273772A
Authority: JP
Inventors: Ikutomo Watabe; 渡部　育朋
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-07-15
Filing date: 2003-07-11
Publication date: 2004-02-12
Anticipated expiration: 2023-07-11
Also published as: JP4311721B2

Abstract

【課題】　簡易な構成で記録ヘッドに信号等を供給するフレキシブル配線基板の電極配線の数または密度を増すことができ、信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを提供する。
【解決手段】　記録ヘッドを構成する記録素子基板を支持する支持基板上に電極配線を形成し、この電極配線とフレキシブル基板の電極配線とを接続することにより、記録素子基板の両側の同一種類の信号等を供給する電極配線同士を接続する。これにより、フレキシブル基板における一方の電極配線のための領域を省略でき、結果として、フレキシブル基板の配線数を多くでき、もしくは配線密度を増すことが可能となる。
【選択図】　図１

Description

　本発明は、インクを吐出するための記録ヘッドおよび該記録ヘッドを用いて記録を行うインクジェット記録装置に関し、詳しくは記録ヘッドの基板等における電気的接続に関するものである。

　記録媒体にインクを吐出して記録を行う装置として、インクジェットプリンタ等が広く普及している。このようなインクジェット記録装置はインクを吐出するための記録ヘッドを具える。そして、この記録ヘッドと装置本体との間では、ヘッド駆動信号などの信号の授受が行われ、また、装置本体から記録ヘッドに電源電力の供給が行われる。

　図５は、一従来例にかかる記録ヘッドを示す分解斜視図である。同図に示す記録ヘッドは、いわゆるサイドシュータータイプのものであり、記録ヘッドのヒータ等を配設した基板に対して垂直な方向にインクを吐出する。

　図５に示すように、記録ヘッド１００は、概略、本体１８、記録素子基板１０、支持基板２０、プリント配線基板３０から構成される。記録素子基板１０は、インク吐出口やこれからインクを吐出するためのエネルギーを発生するためのヒータ等が形成された基板等を有している。支持基板２０は、この基板１０を支持した形態で本体１８に取り付けられる。プリント配線基板３０は記録素子基板１０を囲むように配設され、そこに設けられた配線によって、基板１０に対して吐出のための駆動信号等や電源電力が供給される。本体１８には、インク供給部１８０および電気接続部１８１等が設けられている。インク供給部１８０は、インクタンクＩＴを着脱自在に装着し、この装着したインクタンクから記録素子基板１０までのインク供給路を構成する。また、電気接続部１８１は、記録ヘッド１００がキャリッジ(不図示)に装着されたときキャリッジの電気接続部と接し、これにより、装置本体側との電気接続を行うことができる。

　本体１８は、インク供給部１８０などの上述の各要素を例えば樹脂によって一体に成形したものであり、インク供給部１８０は、支持基板２０を配設するための凹部１８２Ｇを有している。この凹部１８２Ｇの底部は、支持基板２０が接着される被接合面１８３とされる面である。被接合面１８３の一部は、図６(ａ)および（ｂ）に示すように、例えばアルミニウム合金で形成されたブロック片２６の表面によって形成されている。このブロック片２６は、本体１８が成形されるとき、金型内に配置されることにより、本体を形成する樹脂で覆われたものとすることができる。被接合面１８３の略中央部には、インクタンクＩＴからのインクを導入するためのインク供給路１８４の端部が開口している。

　記録素子基板１０を構成する基板は、厚さ０．５ｍｍ〜１．０ｍｍのシリコン材薄膜である。また、この基板には、図５に示すように、支持部材２０の開口部２０ａを介して、上述のインク供給口１８４に連通する開口が形成される。そして、基板上のこの開口部１０ｃの両側には、複数のインク吐出口にそれぞれ対応してヒータおよびこれを区画する隔壁が設けられており、これにより、インクタンクから供給されるインクは、各ヒータが設けられたそれぞれのインク路に供給される。

　記録素子基板１０には、図５および図６(ａ)、(ｂ)に示すように、プリント配線基板３０が電気的に接続する。プリント配線基板３０は、記録素子基板１０を収容して電気接続を行う記録素子収容部１０Ｂと、本体１８の電気接続部１８１に配設される入力端子部１０Ａとを有している。プリント配線基板３０と記録素子基板１０との電気的接続は、ＴＡＢ(テープ・オートメイテッド・ボンディング)方式を用いて行われる。

　記録素子基板１０とインク供給部１８０における凹部１８２Ｇの被接合面１８３との間に配される支持基板２０は、図５および図６(ａ)、(ｂ)に示されるように、長方形の板状に形成されている。支持基板２０は、記録素子基板を形成する基板と同一材料のシリコンによって形成されている。なお、この材料は、これに限られることはなく、記録素子基板の材料と同等の線膨張率を有し、かつ同等かもしくはそれ以上の熱伝導率を有する材料で形成することもできるものである。例えば、支持基板の材料として、アルミナ(Ａｌ２Ｏ３)、窒化アルミ(ＡＩＮ)、炭化珪素(ＳｉＣ)、４窒化３珪素(Ｓｉ３Ｎ４)、モリブデン(Ｍｏ)、タングステン(Ｗ)のいずれかとすることができる。

　支持基板２０は、図６(ａ)に示すように、記録素子基板１０におけるインク供給開口部１０ｃが設けられる面に接着される第２の接合面２０Ｓａと、インク供給部１８０の凹部１８２Gの被接合面１８３に接着される第１の接合面２０Ｓｂとを有している。また、支持基板２０は、上記インク供給開口部１０ｃと上記接合面１８３に設けられるインク供給路１８４にそれぞれ対応する位置に、基板２０の長手方向に延在する連通路２０ａを有している。さらに、支持基板２０の短辺および長辺の長さは、それぞれ記録素子基板１０のそれぞれ短辺および長辺の長さと同一であり、また、厚さも略同一である。

　プリント配線基板３０が接続された記録素子基板１０を本体１８に配設するに際しては、先ず、支持基板２０の第１の接合面２０Ｓｂが被接合面の所定位置に接着剤によって接着される。続いて、図６(ｂ)に示すように、支持基板２０の第２の接合面２０Ｓａが記録素子基板１０におけるインク供給開口部１０ｃが設けられる面に接着剤によって接着される。接着剤としては、例えば粘度が小さく、接着面に形成される接着層が薄く、かつ硬化後比較的高い硬度を有するものを用いることができる。
　以上のように構成される記録ヘッドにおいて、プリント配線基板３０を介して記録素子基板１０の各ヒータに記録情報に応じたヒータ駆動信号が供給されると、これによってヒータが発熱してインクに気泡が生成され、この気泡の圧力によってインクが吐出される。

特開平７‐１４４４１８号公報

　以上説明したような従来の記録ヘッドの一例は、特許文献１に記載されている。しかしながら、このような従来の記録ヘッドとプリント配線基板との電気接続において、以下のようないくつかの技術的課題があった。

　第一に、相互の電極配線を接続する方式としてＴＡＢ方式を用いていることから、プリント配線基板における電極配線の多層化が困難であり、特に高密度の場合に多層化が困難となる。このため、例えば上述のフレキシブル基板(プリント配線基板)の電極配線は単層の配線とされることが多い。その結果、フレキシブル基板における配線の数には、一定の限度があり、フレキシブル基板によって記録ヘッドへ供給できる信号等の種類にも一定の限界があることになる。

　これに対し、配線密度を高くして配線の数を増そうとすることが考えられるが、それらの配線間隔をそれだけ狭める(例えば１００μｍ以下)必要がある。この場合、極めて小さな間隔で配線を形成するため、その工程も複雑になることがある。

　また、上述したヒータを用いた記録ヘッドの消費電力は比較的大きい(数１０Ｗ〜約１００Ｗ)ため、配線の数を増すこと無くこれに見合った電力を供給するには、配線の幅を十分に確保する必要があり、配線基板が大きくなり記録ヘッドのサイズが増すという問題を派生する。

　第二に、ＴＡＢ方式では、プリント配線基板と記録素子基板との間の接続部で、電極端子を露出させて電極同士を接続させるため、封止材を多くして比較的強固な封止が必要となる。その結果、記録ヘッドの吐出口面で封止材が盛り上がった凸状に形成されることになる。その結果、記録ヘッドと記録用紙との間隔をある程度以上確保する必要があり、吐出インク滴の飛翔距離がそれだけ大きくなって記録精度向上の阻害要因ともなる。

　以下、図７(ａ)および(ｂ)を参照して上述の問題を具体的に説明する。これらの図は、図５、図６(ａ)、(ｂ)で示した従来の記録ヘッドユニットにおける電気接続の構成を示す図であり、図７(ａ)は、図７(ｂ)におけるＶIIＡ―ＶIIＡ線断面図である。

　これら図は、説明の簡略化のため記録素子基板１０に信号もしくは電力を供給するための３つの電極が設けられる場合を示している。これに従い、記録素子基板１０の両側にはそれぞれの３つのバンプ電極４０が設けられ、これらにそれぞれフレキシブル基板３０の３つの電極配線３１がＴＡＢ方式によって接続されている。そして、その接続の後、封止剤７０によってそれぞれの接続部が封止された状態を示している。

　この配線構成において、記録素子基板１０に対して対称なそれぞれ右側の配線３１と左側の配線３１が同じ信号もしくは電力を供給するものであるときは共通化されるが、従来は装置本体側で共通化していた。すなわち、これらの配線の接続がＴＡＢ方式を採用することから配線３１を多層化することが困難であり、記録素子基板１０との接続部近傍で共通化した配線とすることができない。このため、左右それぞれの配線を個別の配線として、フレキシブル基板を形成することがほとんどである。その結果、信号等の種類を増すことができないか、あるいは一定の種類の信号等を確保するため、基板自体の幅を大きくすることが必要となる。

　また、図７(ａ)に明らかなように、封止剤７０によって比較的強固な封止を行うため、記録素子の吐出口面には封止剤による凸部が形成される。このため、記録のために搬送される記録用紙が記録ヘッドのこの凸部と接触しないように十分な距離をとる必要がある。そして、このように、記録ヘッドと記録用紙の距離が大きいことにより吐出インク滴の着弾精度が低下し、結果として記録品位の低下をもたらすことがある。

　本発明の目的は、簡易な構成で記録ヘッドに信号等を供給する配線基板の電極配線の数または密度を増すことができ、信頼性の高い記録ヘッドおよびインクジェット記録装置を提供することにある。

　そのために本発明は、インクを吐出するための記録ヘッドにおいて、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素子を備えた記録素子基板と、装置本体から前記記録素子基板に電気信号または電力を供給するための配線基板であって、該供給のために当該記録素子基板の電極と接続する電極配線を備えた配線基板と、前記記録素子基板を支持する支持部材であって、前記記録素子基板の電極と接続する前記配線基板の電極配線のうち、同一種類の信号または電力を供給するための電極配線同士を接続する電極配線が形成された支持部材と、を具えたことを特徴とする。

　また、インクを吐出するための記録ヘッドを用いて記録媒体にインクを吐出して記録を行うインクジェット記録装置において、前記記録ヘッドは、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素子を備えた記録素子基板と、装置本体から前記記録素子基板に電気信号または電力を供給するための配線基板であって、該供給のために当該記録素子基板の電極と接続する電極配線を備えた配線基板と、前記記録素子基板を支持する支持部材であって、前記記録素子基板の電極と接続する前記配線基板の電極配線のうち、同一種類の信号または電力を供給するための電極配線同士を接続する電極配線が形成された支持部材と、を具えたことを特徴とする

　以上の構成によれば、記録素子基板に信号等を供給するための配線基板における、同一種類の、例えば電源電力を供給するための複数の電極配線は、支持部材における電極配線によって相互に接続されるので、配線基板において同一種類である上記電力供給用の電極配線の一部を省略することができ、これにより、配線基板において他の電極配線の配設スペースを相対的に大きくすることができる。換言すれば、本発明は、記録素子基板を支持する支持部材を利用し、これに配線基板における電極配線を共通化するための電極配線を設けるものであり、これにより、配線基板における電極配線を実質的に多層化することができる。また、配線基板の電極配線は、その全体がその配線基板に覆われて記録素子基板の電極との接続が行われるので、接続のための封止剤の量を少なくすることができる。

　この結果、簡易な構成で記録ヘッドに信号等を供給する配線基板の電極配線の数または密度を増すことができる。

　以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
　(実施形態１)
　図１(ａ)、(ｂ)および(ｃ)は、本発明の第一の実施形態にかかる記録ヘッドにおける記録素子基板とフレキシブル配線基板との電気接続の詳細を示す図であり、図１(ａ)、(ｂ)におけるＩＡ―ＩＡ線断面図、また、図１(ｃ)は、図１(ｂ)におけるＩＣ―ＩＣ線断面図をそれぞれ示す。

　本実施形態の記録ヘッドは、図６(ａ)、(ｂ)および図７(ａ)、(ｂ)に示したものと同様であり、図１(ａ)〜(ｃ)において図６(ａ)、(ｂ)等に示した要素と同様の要素には同一の符号を付す。本実施形態は、図６(ａ)、(ｂ)等に示した従来例とは、記録素子基板とフレキシブル基板との電気接続部の構成およびそれに応じたフレキシブル基板の構成が異なる。すなわち、フレキシブル基板３０において、その電極配線３１は全ての部分がフレキシブル基板本体によって覆われ、露出部分を有していない。これに対し、記録素子基板１０には、従来例と同様、バンプ電極４０が設けられる。そして、電極配線３１とバンプ電極４０とは、導電性粒子を含む有機樹脂５０によって互いに接着されている。フレキシブル基板３０は、図１(ｂ)に示すように、記録素子基板１０に対応した位置に開口を有している。この開口には、記録素子基板の大部分とこれを支持する支持基板２０の一部が覗いている。

　支持部材としての支持基板２０は絶縁性の基板であり、この支持基板２０上には電極配線２１が形成される。図１(ｂ)は、この電極配線２１を平面的に示す図であり、これからも分かるように、電極配線２１はフレキシブル基板３０の３種類の電極配線３１のうち、記録素子基板１０両側のそれぞれ中央の配線を相互に接続して共通化するものである。本実施形態では、この中央の配線３１は装置本体からの電源電力を供給するためのものである。そして、これらの電極配線も同様に有機樹脂５０によって互いに接着される。なお、３種類の電極配線３１のうち、電極配線２１と電気的に接続されない配線については、図１(ｃ)に示すように、その配線３１に対応して電極配線２１の上層に絶縁層２２が形成される。すなわち、絶縁層２２は、図１(ｂ)に示す平面位置において電極配線２１と略同じ位置に配設されるが、図１(ａ)に示すように、中央の配線３１に対応する部分には設けられない。

　このように、支持部材上に電極配線を設け、記録素子基板の電極端子と接続するフレキシブル基板の配線を共通化することにより、フレキシブル基板において、従来、この共通化される電極配線３１の一方を配設するために必要としていた領域を空けることができる。その結果、フレキシブル基板の幅を大きくせずに、より多くの電極配線を設け、また、電極配線自体の幅を大きくすることが可能となる。特に、電極の幅を大きくできることにより、電極形成の製造工程上、歩留まりの向上が図れる。

　また、記録素子基板のバンプ電極とフレキシブル基板の配線との接続は、従来のように電極配線が露出した状態で行われないため、大量の封止剤を必要とせず、記録ヘッドの吐出口面に比較的大きな凸部が形成されることを防止でき、記録ヘッドと記録用紙との距離を小さく設定できる。

　(実施形態２)
　本実施形態は、支持基板２０上に形成される配線電極２１を多層化したものに関する。図２(ａ)、(ｂ)および(ｃ)は、本実施形態にかかる記録ヘッドにおける記録素子基板とフレキシブル配線基板との電気接続の詳細を示す図である。

　これらの図に示すように、電極配線２１を配線３１と接続する部分のみ二層とする。すなわち、配線３１と接続する部分以外は支持基板２０の中に埋設し接続部２１Ａのみ露出させる。これにより、電極配線２１と配線３１との接続が容易になる。

　なお、支持基板２０における電極配線２１の多層化については、製造工程上比較的容易であるため、より複雑な配線を行うことができる。

　(実施形態３)
　本実施形態は、上記実施形態２の変形例に係り、フレキシブル基板の略全体を支持基板と同一の材料である絶縁性基板によって覆ったものである。図３(ａ)、(ｂ)および(ｃ)は、本実施形態の電気接続の詳細を示す図である。

　これらの図に示すように、支持基板２０と、これと同材料の絶縁性基板２２は、フレキシブル基板３０を挟みこむように配設され、これにより、基板２２は記録ヘッドの最も外側の面を形成する。すなわち、記録ヘッドの吐出口面の周囲は基板２２によって平滑な面が形成されることになる。

　この結果、非記録時におけるキャッピングを行うためのキャップの記録ヘッドに対する当接が、平滑な面によって良好に行われる。

　図４は、以上説明した各実施形態の記録ヘッドを搭載して記録を行うことが可能なインクジェット記録装置としてのプリンタを示す斜視図である。

　図４において、キャリッジ２００には、上述の各実施形態で説明した記録ヘッドとインクタンクとからなるインクジェットユニット２０１Ｙ、２０１Ｍ、２０１Ｃ、２０１Ｂとして搭載される。すなわち、これらの記録ヘッドは、イエロー(Ｙ)、マゼンタ(Ｍ)、シアン(Ｃ)およびブラック(Ｂ)の各インクをそれぞれ吐出するものとして用いられる。

　キャリッジ２００は、ガイド軸２０２と摺動可能に係合し、また、キャリッジモータ２０３の駆動力がプーリ２０５、２０６によって張られたベルトを介して伝達されることによって、ガイド軸２０２に沿って走査のための移動が可能になる。キャリッジによる記録ヘッドの走査範囲の一方の端部には、記録ヘッドの回復処理を行うためのキャップ等を具えた回復ユニット２１２が設けられる。また、記録ヘッドの走査範囲における記録領域には記録用紙Ｐが、記録ヘッドの走査に同期して間欠的に搬送される。この搬送は、記録領域の上流側および下流側にそれぞれ設けられた搬送ローラ、押さえローラの対２０７、２０８および２０９、２１０によって可能となる。

　また、他のプリンタの実施形態として、搬送可能な記録媒体の搬送方向に関して幅方向全体にわたってインク吐出口を列状に配し、その対向位置を通過するように記録媒体を搬送しつつ、インクジェット記録を行うプリンタにも本発明は適用できる。

　なお、本発明が有効に適用される記録ヘッドの一形態は、電気熱変換体が発生する熱エネルギーを利用してインクに膜沸騰を生じさせこれによって発生する気泡の圧力によってインクを吐出するものである。

図１(ａ)、(ｂ)および(ｃ)は、本発明の第一の実施形態にかかる記録ヘッドにおける記録素子基板とフレキシブル基板との電気的接続を説明する図である。図２(ａ)、(ｂ)および(ｃ)は、本発明の第二の実施形態にかかる記録ヘッドにおける記録素子基板とフレキシブル基板との電気的接続を説明する図である。図３(ａ)、(ｂ)および(ｃ)は、本発明の第三の実施形態にかかる記録ヘッドにおける記録素子基板とフレキシブル基板との電気的接続を説明する図である。本発明の上記各実施形態にかかる記録ヘッドを用いて記録を行うインクジェットプリンタを示す斜視図である。一従来例にかかる記録ヘッドの特に記録素子基板およびフレキシブル基板の構成を示す分解斜視図である。図６(ａ)および(ｂ)は、上記従来の記録ヘッドの構造を示す断面図である。図７(ａ)および(ｂ)は、上記従来の記録ヘッドにおける記録素子基板とフレキシブル基板との電気的接続を説明する図である。

符号の説明

　１０　　記録素子基板
　２０　　支持基板
　２１　　電極配線
　２１Ａ　　電極配線露出部
　２２　　絶縁性基板(絶縁層)
　３０　　フレキシブル基板
　３１　　電極配線
　４０　　バンプ電極
　５０　　有機樹脂

Claims

　インクを吐出するための記録ヘッドにおいて、
　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素子を備えた記録素子基板と、
　装置本体から前記記録素子基板に電気信号または電力を供給するための配線基板であって、該供給のために当該記録素子基板の電極と接続する電極配線を備えた配線基板と、
　前記記録素子基板を支持する支持部材であって、前記記録素子基板の電極と接続する前記配線基板の電極配線のうち、同一種類の信号または電力を供給するための電極配線同士を接続する電極配線が形成された支持部材と、
を具えたことを特徴とする記録ヘッド。
　前記支持部材に形成される電極配線は、当該支持部材上に形成されることを特徴とする請求項１に記載の記録ヘッド。
　前記支持部材に形成される電極配線は、当該支持部材内部に形成され、前記配線基板の電極配線と接続する部分のみ露出することを特徴とする請求項１に記載の記録ヘッド。
　前記配線基板は、前記支持部材と当該記録ヘッドの最外面をなす基板とに挟まれた形態であることを特徴とする請求項１に記載の記録ヘッド。
　前記配線基板の電極配線は、その全体が当該配線基板に覆われて当該接続が行われることを特徴とする請求項１に記載の記録ヘッド。
　インクを吐出するための記録ヘッドを用いて記録媒体にインクを吐出して記録を行うインクジェット記録装置において、
　前記記録ヘッドは、
　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素子を備えた記録素子基板と、
　装置本体から前記記録素子基板に電気信号または電力を供給するための配線基板であって、該供給のために当該記録素子基板の電極と接続する電極配線を備えた配線基板と、
　前記記録素子基板を支持する支持部材であって、前記記録素子基板の電極と接続する前記配線基板の電極配線のうち、同一種類の信号または電力を供給するための電極配線同士を接続する電極配線が形成された支持部材と、
を具えたことを特徴とするインクジェット記録装置。
　前記支持部材に形成される電極配線は、当該支持部材上に形成されることを特徴とする請求項６に記載のインクジェット記録装置。
　前記支持部材に形成される電極配線は、当該支持部材内部に形成され、前記配線基板の電極配線と接続する部分のみ露出することを特徴とする請求項６に記載のインクジェット記録装置。
　前記配線基板は、前記支持部材と当該記録ヘッドの最外面をなす基板とに挟まれた形態であることを特徴とする請求項６に記載のインクジェット記録装置。
　前記配線基板の電極配線は、その全体が当該配線基板に覆われて当該接続が行われることを特徴とする請求項６に記載のインクジェット記録装置。