JP2006187948A - インクジェット記録ヘッド - Google Patents

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Abstract

【課題】印字時又はワイピング時のよるヘッドのクリーニング時に飛散した記録液が電気接続部に侵入することを防ぎ、且つ、ブレード等の外力から電気接続部を保護することが可能なインクジェット記録ヘッドを提供すること。
【解決手段】複数の吐出口を有し、インク流路を形成するノズル材を有するインクを吐出するための記録素子基板と、記録素子基板に設けられる電極に電気接続される、電圧を印加するためのフレキシブルフィルム配線基板を備え、記録素子基板の外周と記録素子基板と電気配線テープの電気接続部が封止剤により封止されるインクジェット記録ヘッドにおいて、複数の吐出口と前記電極との間に位置した前記封止剤の一端と前記吐出口の間にあり、且つ、前記封止剤の一端の位置を規定する溝を有し、前記記録素子基板とフレキシブルフィルム配線基板の各隣接する電極に壁を有することを特徴とする。
【選択図】図1

Description

本発明は、インクジェット記録装置に用いるインクジェット記録ヘッドに関するものである。
液体噴射記録装置は、いわゆるノンインパクト記録方式の記録装置であり、高速な記録と様々な記録メディアに対して記録することが可能であって、記録時における騒音が殆ど生じないといった特徴を有している。このようなことから、液体噴射記録装置は、プリンタ、ワードプロセッサ、ファクシミリ、複写機等の記録機構を担う装置として広く採用されている。
この種の液体噴射記録装置で用いられる液体噴射記録方式は、代表的な例としては、吐出エネルギー発生素子として電気熱変換素子を用いた方式がある。この方式は、微少な吐出口から記録液の液滴を吐出させ、記録媒体に対し記録を行なうものであって、一般に、液滴を形成するための吐出ノズルを持つ記録ヘッドと、この記録ヘッドに対して記録液を供給する記録液供給系とから構成されている。電気熱変換素子を用いた液体噴射記録ヘッドは、電気熱変換素子を加圧室内に設け、これに記録信号となる電気パルスを印加することにより記録液に熱エネルギーを与え、そのときの記録液の相変化により生じる記録液の発泡時(沸騰時)の気泡圧力を記録液滴の吐出に利用したものである。
又に、電気熱変換方式を用いた液体噴射記録ヘッドには、電気熱変換素子が配列された基板に対して平行に記録液を吐出させる方式(エッジシュータ)のものと、電気熱変換素子が配列された基板に対して垂直に記録液を吐出させる方式(サイドシュータ)のものとがある。
最近は、インクジェット記録ヘッドの小型化、多色化が進み、例えば1つのインクジェット記録ヘッドで、イエロー、マゼンダ、シアン、ブラックの4色の記録液を吐出するもの等が製品化されてきている。
複数の記録素子基板によりそれぞれ異なる色の記録液を吐出するインクジェット記録ヘッドの実装形態の一例を、図3〜図5に示す。
図4は一般的な電気熱変換素子が配列され記録液を吐出させる機能を有する基板(以下、「記録素子基板」と言う)を示す図であり、同図(a)はその平面図、(b)は底面図、(c)は側面図である。又、図4は図3に示した記録素子基板が配線基板に接続された状態を示す図である。
図4に示すように、記録素子基板101にはその裏面から記録液を供給するための共通液室111形成され、記録素子基板101の表面には記録液に吐出エネルギーを付与するための電気熱変換素子(不図示)が共通液室111の両側にそれぞれ複数配列され、又、記録素子基板101上にはノズル材108が設けられ、このノズル材108には、複数の電気熱変換素子にそれぞれ対向するように複数の吐出口109が形成されている。そして、記録素子基板101の表面の両端部には複数の電気熱変換素子にそれぞれ電気的に接続された複数の電極107が配されている。
又、図4に示すように、記録素子基板101に設けられた複数の電極107とフレキシブルフィルム配線基板110に設けられた複数の電極リード106とが、例えばTAB技術等によって電気的に接続されて記録素子ユニット119が構成される。この電気的接続部は、記録液による腐食や外部から作用する力による断線から保護するために、接続部全体が第2の封止剤1001によって被覆保護されている。
図5は図4に示した記録素子ユニットが設けられた従来の液体噴射記録ヘッドの一構成例を示す図であり、同図(a)は外観斜視図、同図(b)は図(a)に示すA−A線断面の部分拡大図である。
図5に示すように、記録素子ユニットは、第1のプレート102の上面に接着樹脂A115により接着固定されている。更に、第1のプレート102の上面には第2のプレート103が接着樹脂B116により接着固定され、第2のプレート103の上面にはフレキシブルフィルム配線基板110が接着樹脂C117により接着固定されている。
又、第1のプレート102の側面には、記録装置本体側から液体噴射記録ヘッドへ記録情報等の電気信号を与える外部入力パッド113が設けられている第2の配線基板118が保持固定されている。第2の配線基板118と各記録素子ユニットとは、フレキシブルフィルム配線基板110を介して電気的に接続されている。
そして、図5(b)に示すように、第2のプレート103と記録素子基板101との間にできる凹部114が、記録液による腐食及び記録液を介してのショートを防止するために、封止剤により被覆保護されている。
図2は従来の他の液体噴射記録ヘッドの構成図である。
図2(a)は図4の拡大図で、図2(b)は図2(a)のA−A1線断面図であり、図2(c)は図2(a)の斜視図である。
この図2(a)は、分かり易くするために、図2(b)で図示されている第1の封止剤1000と第2の封止剤1001は省略されている。
101は記録素子基板、102は記録素子基板101を支持する第1のプレート、103はフレキシブルフィルム配線基板110を支持する第2のプレート、109はインク滴を吐出するための吐出口、111は記録素子基板101に、異方性エッチング又はブラスト加工により形成される共通液室を示す。
108は吐出口109に繋がるノズル材、107は記録素子基板101に設けられた電極、112は第1のプレート102に設けられ、共通液室111にインクを供給するインク流路を示す。
106はフレキシブルフィルム配線基板110に設けられた電極リード、104は上カバーフィルム、105は下カバーフィルムであり、フレキシブルフィルム配線基板110の電極リード106は、上カバーフィルム104と下カバーフィルム105で覆われているが、電気接続部T近傍では、電極リード106は上カバーフィルム104と下カバーフィルムには覆われていない。
記録素子基板101は、第1のプレートに接着固定されている。
記録素子基板101の電極107は、フレキシブルフィルム配線基板110の接続端子となる電極リード106と熱超音波圧着法によって電気接続されており、吐出口109からインクを吐出するための電気信号がフレキシブルフィルム配線基板110の電極リード106から電気接続部Tを通じて供給され、又、フレキシブルフィルム配線基板110は、記録装置本体側からインクジェット記録ヘッドに記録情報等の電気信号を与える外部入力パット113を有する。
電気接続部Tは、インクによる腐食や外的衝撃を保護する観点から第1の封止剤1000と第2の封止剤1001による封止が設けられている。
第1の封止剤1000は主にフレキシブルフィルム配線基板110の電極リード106と記録素子基板101の電極107との接続部裏面側と記録素子基板の外周部分を封止し、第2の封止剤1001は、上述の接続部分の表側をフレキシブルフィルム配線基板110の上カバーフィルム104からノズル材108の上面にかけて封止する。
第1の封止剤1000と第2の封止剤1001は、共に熱硬化性の封止剤であり、第1の封止剤は低粘度で硬化後の硬度が比較的軟らかく、第2の封止剤は高粘度で硬化後の硬度が高く、且つ、耐インク性を有すものを採用している。
特開平10−044417号公報 特開2002−019120号公報
しかし、上述した記録素子基板とフレキシブルフィルム配線基板の電気接続部を封止するインクジェット記録ヘッドにおいては、以下のような問題がある。
即ち、従来のインクジェット記録ヘッドは記録素子基板とフレキシブルフィルム配線基板との電気的接続部に外力からの保護を図るために、硬化後に非常に固くなる封止材料を選択する必要があった。しかし、このような封止樹脂をシリコン等から成る記録素子基板の周囲に塗布すると、硬化収縮時に掛かる力で記録素子基板をクラック等により破壊してしまう可能性がある。そのため、記録素子基板の周囲には硬化後に非常に固くなる材料を充填することができない。
又、封止樹脂の充填量が不十分であると、印字時又はワイピングによるヘッドのクリーニング時に飛散した記録液が記録素子基板の両脇に生じる凹部内に徐々に溜って増粘固着する。この増粘した記録液が、ワイピング時にワイパーに付着し、更に吐出口に付着すると、安定して記録液滴を吐出することに障害を起こす一因となる。
よって、記録素子基板の周囲には硬化後に弾性を有し、記録素子基板のクラックを起こさない、且つ、記録素子基板の周囲に容易に充填可能な低粘度な材料を採用し、第1の封止剤塗布工程として記録素子基板の周囲を封止剤を充填し、その後に記録素子基板とフレキシブルフィルム配線基板との電気接続部を硬化後に非常に固くなる封止材料を要した第2の封止剤塗布工程の2つの封止工程にて記録素子基板とフレキシブルフィルム配線基板の電気接続部を被覆保護している。
しかしながら、第1の封止剤は低粘度なものを採用しているため、記録素子基板の周囲に第1に封止剤が充填されている状態に電気接続部を被覆するための第2の封止剤を塗布すると、第1の封止剤と第2の封止剤が互いに混ざり合いながら、図2(b)に示した通り、混ざり合った封止剤がノズル材との界面に露出してしまう。その混ざり合い露出した封止剤はその硬化特性より、第1の封止剤と第2の封止剤を同時に熱キュアすると硬化反応の早い第2の封止剤と第1の封止剤との界面において、第1の封止剤に含まれる硬化剤を奪い取ってしまうことが分かっており、よって、第1の封止剤は硬化剤が不足するため未硬化部分(硬化阻害)を発生してしまう問題がある。
よって、ノズル材と封止剤の界面に混ざり合った封止剤が存在することは、印字時又はワイピング時のよるヘッドのクリーニング時に飛散した記録液がその未硬化部分を侵入口とし、フレキシブルフィルム配線基板と記録素子基板を接続する電極まで侵入することで隣接端子間にてインクによる電気不良(ショート)が発生させ、印字障害を起こしてしまう。
よって、現状は第1の封止剤塗布工程と第2の封止剤塗布工程との間に他の製造工程と比較して長い時間を必要とする封止剤の熱キュアを行い、第1の封止剤を硬化度、且つ、粘度を上げることで、その後に第2の封止剤を塗布し、例え混ざったとしても、第1の封止剤の粘度が高くなっていることで、ノズル界面への流れ込みによる露出を防止している。
更に、第2の封止剤塗布後に再度、熱キュアを行い、封止剤の完全硬化することで、この問題を回避している。
しかし、前記問題の回避は可能となったものの、新たに生産面2つの課題を抱えること、1つは第1の封止剤の硬化状態を熱キュア時間で調整することが非常に困難であること。2つとしては封止剤を熱キュアに長時間を要すことは生産効率を大きく落としてしまうという課題である。
本発明は、上記の従来技術の有する問題を鑑みてなされたものであり、第1の封止剤と第2の封止剤の界面において硬化阻害が起きても、記録素子基板上ノズル材と記録素子基板とフレキシブルフィルム配線基板の電気接続部の被覆する封止剤の界面には2種類の封止剤が混ざり合って存在する第1の封止剤の未硬化部分(硬化阻害)がなく、印字時又はワイピング時のよるヘッドのクリーニング時に飛散した記録液が電気接続部に侵入することを防ぎ、且つ、ブレード等の外力から電気接続部を保護することが可能なインクジェット記録ヘッドを提供することである。
又、本発明は、第1の封止剤を硬化するための熱キュア時間を短縮し、生産効率の向上、且つ、信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを提供することである。
上記目的を達成するため、本発明は、複数の吐出口を有し、インク流路を形成するノズル材を有するインクを吐出するための記録素子基板と、記録素子基板に設けられる電極に電気接続される、電圧を印加するためのフレキシブルフィルム配線基板を備え、記録素子基板の外周と記録素子基板と電気配線テープの電気接続部が封止剤により封止されるインクジェット記録ヘッドにおいて、複数の吐出口と前記電極との間に位置した前記封止剤の一端と前記吐出口の間にあり、且つ、前記封止剤の一端の位置を規定する溝を有し、前記記録素子基板とフレキシブルフィルム配線基板の各隣接する電極に壁を有することを特徴とする。
本発明のインクジェット記録ヘッドの特徴となる封止剤流れ止めである第1の溝、 第2の溝及び隣接端子間に設ける壁は前記電気接続部より高くなることが好ましい。
本発明のインクジェット記録ヘッドの封止剤流れ止めとなる第1の溝、第2の溝は記録素子基板に有する電極列に対し平行に設け、溝は複数設けられても良い。
本発明のインクジェット記録ヘッドの隣接端子間の壁は記録素子基板に有する電極列に対し垂直に設けることが好ましい。
本発明のインクジェット記録ヘッドの電気接続部、各隣接端子間の壁幅は隣接端子間の間に形成されれば良い。
上記のように構成された本発明のインクジェット記録ヘッドによれば、記録素子基板の外周に形成される凹形状に充填される第1の封止剤が毛管力によって記録素子基板の外周及び電気接続部へ流れ込み、その流れ込んだ第1の封止剤は電気接続部と吐出口を有するノズル材の段差によって堰止められることとなる。更には、隣接端子間に設けたノズル材による樹脂壁によって、第1の封止剤に覆われた電気接続部は例え記録液が侵入した場合でも隣接端子間の電気ショート懸念が解消されることとなる。又、前記第1の封止塗布後の状態にある記録素子基板とフレキシブルフィルム配線基板の電気接続部上へ第2の封止剤を塗布するが、たとえ第2の封止剤と第1の封止剤と混ざりあっても、ノズル材に設けた第一の溝で堰止められることとなる。
又、ノズル材上に設けた第2の溝は、第2の封止剤を直接流し込むための溝であり、この溝へ第2の封止剤を直接流し込むことによって、記録素子基板上ノズル材上においては第1の封止剤と第2の封止剤が混ざり合って存在する第1の封止剤の未硬化部分(硬化阻害)の発生、露出をなくすことが可能となり、よって印字時又はワイピング時のよるヘッドのクリーニング時に飛散した記録液が電気接続部に侵入することを防ぎ、且つ、ブレード等の外力から電気接続部を保護されることとなる。即ち、記録素子基板とフレキシブル配線基板との電気接続部のインク侵入に対するマージンを向上させ、信頼性の高いインクジェット記録ヘッドとなる。
本発明によれば、封止剤流れ止め用の溝を設けることにより、第1の封止剤を塗布し、低粘度な状態の第1の封止剤上に第2の封止剤を塗布しても、溝部で第1の封止剤は堰止めされることとなる。
そして、第2の封止剤は封止流れ止め用土手に塗布されることで第1の封止剤を確実に被覆し、問題であった未硬化部の露出を回避することが可能となる。
又、たとえ電気接続部へ記録液が侵入したとしても、電気接続部の各隣接電極間へ壁を設けてあることで、従来発生した電気不良(ショート)の発生も抑制することが可能となる。
よって、従来の構成で発生していた封止剤未硬化部から記録液が電気接続部へ侵入し、電気的不良の発生なきインクジェット記録ヘッドを提供することが可能となる。
又、封止剤流れ止め用の溝を設けたことで第1の封止剤のキュア工程時間短縮が可能となり、且つ、第1の硬化状態の熱キュア時間で調整する不要となるため、大幅な生産性の向上と電気不良撲滅による信頼性あるインクジェット記録ヘッドを提供することが可能となる。
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。
図1の(a)〜(c)は本発明のインクジェット記録ヘッドの実施の形態を示す図である。尚、本発明に係るインクジェット記録ヘッドの基本的構成要素は、第1の溝2000及び第2の溝2001及び隣接端子間壁2002の構造を除いて前記先行技術におけるものと実質的に同一であるので、同一の構成部分については同一の符号を付し、説明の詳細を省略する。
2000はノズル材108に設けられた封止剤流れ止め用の第1の溝、2001はノズル材108に設けられた封止剤流れ止め用の第2の溝、2002は隣接する電気接続部の間に設けられた壁である。
図1(a)はインク滴の吐出方向から見た平面図で、フレキシブル配線基板110と記録素子基板101の電気接続部Tの端部近傍を示している。
図1(a)は本発明を分かり易くするために図1(b)で記載されている第1の封止剤1000と第2の封止剤1001は省略されている。
図1(b)は図1(a)のA−A1断面図、図1(c)は図1(a)の斜視図である。
本発明のインクジェット記録ヘッドは、例えば、ブラック、イエロー用の記録素子基板101と、例えば、マゼンタ、シアン用の記録素子基板101と、第1のプレート102と第2のプレート103で構成される。
109はインク滴を吐出するための吐出口、111は吐出口に繋がるノズル106にインク供給する共通液室を示す。
通液室111は記録素子基板101に異方性エッチング加工により形成される。
第1のプレート102は記録素子基板101を支持するとともに、共通液室111にインクを供給するインク流路112が形成されている。
更に、記録素子基板101の電極107は、吐出口109列と直角方向に設けられている。
ここで、電極107は、数個しか示していないが、実際の製品では数十〜数百設けられている。
電極107はスタッドバンプ或はメッキバンプにより形成される金バンプである。
記録素子基板101は、その裏面側が第一のプレートに、数〜数十μmといった高精度な接着固定がなされている。
記録素子基板101は、第1のプレートに接着した後、フレキシブルフィルム配線基板110の導電対106と電極107の電気接続部Tが電気的に接続されており、更にフレキシブルフィルム配線基板110には図示していない記録情報等の電気信号を与える外部入力パット113が設けられている。
封止剤流れ止め用である第1の溝2000はノズル材108上の吐出口109と電気接続部Tの間に凹形状として形成されている。
封止剤流れ止め用である第2の溝2001は、ノズル材108上の吐出口109と電気接続部Tの間に凹形状として形成されている。
第1の溝2000及び第2の溝2001、隣接端子間壁2002は記録素子基板101上の各電気接続部Tの隣接間にノズル材108と同材料で形成されている。
第1の溝及び第2の溝となる凹部が形成されるノズル材108はアルカリ現像可能な感光性樹脂で形成されている。
ノズル材108を感光性樹脂で形成することにより、第1の溝及び第2の溝となる凹形状はフォトリソグラフィーに形成されている
隣接端子間壁2002はノズル材108と同材料であるため、アルカリ現像可能な感光性樹脂で形成されている。
隣接端子間壁2002は、感光性樹脂で形成されているため、その形状はフォトリソグラフィーにて形成されている。
隣接端子間壁2002は、電気接続部Tを第1の封止材で被覆するため、その高さは電気接続部Tより高くなる高さとされている。
第1の封止剤1000については、特に温度変化に対する応力及び非腐食性、第2の封止剤1001においては特に耐インク性及び空気バリア性に優れた材料であれば良いため、封止剤の機能分離を行えることができ、総合的に優れた性能を有するものを採用すれば良い。
この構成によって、本実施の形態においては、第1の封止剤には熱硬化性シリコーン変性系エポキシ樹脂、第2の封止剤は熱硬化性エポキシ系封止剤を用い、先ず、第1の封止剤を特定量の塗布すれば、フレキシブルフィルム配線基板の導電対と電気接続部Tと記録素子基板の外周に封止剤が回り込み、且つ、隣接端子間壁近傍まで毛管力を利用して、封止剤を流すことが容易となる。よって、電気接続部Tは隣接端子間壁を通じ、第1の封止剤によって、被覆することが可能となる。又、たとえ塗布直後に第1の封止剤がノズル側へ回り込もうとしても、凹形状である封止流れ止め用の第1の溝で確実に堰止めされることになる。
又、第2の封止剤は、図1(b)のように、電気接続部Tの表面側をフレキシブルフィルム配線基板の上カバーフィルム104からノズル剤108の上面にかけて封止し、凹形状である第2の溝へ直接流し込むことによって、第1の溝で堰止めされた第1の封止剤を被覆するように塗布することが可能となり、これによって記録素子基板上ノズル材上においては第1の封止剤と第2の封止剤が混ざり合って存在する第1の封止剤の未硬化部分(硬化阻害)の発生、露出することが回避可能となる。
以上の構成によって、第1の封止剤1000が低粘度な状態においても、封止流れ止め用の第1の溝2000によって、第1の封止剤は堰止められ、各電気接続部は確実に第1の封止剤に被覆されることになる。更に、第2の封止剤は第2の溝でへ直接流し込むことによって、第1の溝で堰止めされた第1の封止剤を被覆し、記録素子基板上ノズル材上においては第1の封止剤と第2の封止剤が混ざり合って存在する第1の封止剤の未硬化部分(硬化阻害)の発生、露出をなくすことができる
又、たとえ、記録素子基板上ノズル材上においては第1の封止剤と第2の封止剤が混ざり合って存在する第1の封止剤の未硬化部分(硬化阻害)の発生、露出があり、記録液が電気接続部へ侵入した場合でも、隣接端子間壁を設けたことで第1の封止材1000が電気接続部Tを確実に被覆し、隣接端子同士で電気ショートの発生をなくすことが可能となる。
本発明に係るインクジェット記録ヘッドを示す図である。 従来のインクジェット記録ヘッドを示す構成図である。 従来の一般的な電気熱変換素子が配列された記録液を吐出させる機能を有する記録素子基板を示す図である。 図3に示した記録素子基板が配線基板に接続された状態を示す図である。 図4に示した記録素子ユニットが設けられた従来のインクジェット記録ヘッドの構成例を示す図である。
符号の説明
101 記録素子基盤
102 第1のプレート
103 第2のプレート
104 上カバーフィルム
105 下カバーフィルム
106 電極リード
107 電極
108 ノズル材
109 吐出口
110 フレキシブルフィルム配線基板
111 共通液室
112 インク流路
113 外部入力パット
114 凹部
115 接着樹脂A
116 接着樹脂B
117 接着樹脂C
118 第2の配線基板
119 記録素子基板ユニット

X 封止剤未硬化部分

T 電気接続部
1000 第1の封止材
1001 第2の封止材
2000 第1の溝
2001 第2の溝
2002 隣接端子間壁

Claims (12)

  1. 複数の吐出口を有し、インク流路を形成するノズル材を有するインクを吐出するための記録素子基板と、記録素子基板に設けられる電極に電気接続される、電圧を印加するためのフレキシブルフィルム配線基板を備え、記録素子基板の外周と記録素子基板と電気配線テープの電気接続部が封止剤により封止されるインクジェット記録ヘッドにおいて、
    複数の吐出口と前記電極との間に位置した前記封止剤の一端と前記吐出口の間にあり、且つ、前記封止剤の一端の位置を規定する溝を有し、前記記録素子基板とフレキシブルフィルム配線基板の各隣接する電極に壁を有することを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
  2. 前記溝は、前記電極の配列方向に対して平行に設けられ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。
  3. 前記溝の幅は、前記ノズル材上の吐出口と前記電極との間に形成され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。
  4. 前記溝は、記録素子基板上に設けられたノズル材上にパターンによって形成されてい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。
  5. 前記溝は、記録素子基板上に設けられたノズル材と同材料で形成されてい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。
  6. 前記溝は、アルカリ現像可能な感光性樹脂により形成されてい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。
  7. 前記隣接端子間壁は、前記電極の配列方向に対して垂直に設けられ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。
  8. 前記隣接端子間壁は、隣接する前記電極の間に形成され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。
  9. 前記隣接端子間壁の高さは、前記電極より高くな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。

  10. 前記隣接端子間壁の幅は、隣接する前記電極の間に設けることが可能な幅で形成される請求項1記載のインクジェット記録ヘッド。

  11. 前記隣接端子間壁は、記録素子基板上に設けられたノズル材と同材料で形成され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

  12. 前記隣接端子間壁は、アルカリ現像可能な感光性樹脂により形成されてい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。
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