JP2006212902A - 液体吐出ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】吐出素子をマウント基板にマウントするための接着剤の途切れやはみ出しを防ぐ。
【解決手段】吐出素子１、２を接着・固定するマウント基板１０の、インク供給口１１、１２を囲むマウント領域にＶ形溝１３、１４を設けて、転写ピンによって塗布される接着剤をＶ形溝１３、１４に保持させることで、接着剤の安定塗布を可能にするとともに、チップマウントによる接着剤の広がりを防ぐ。吐出素子１、２をマウントした後、補助板２０を介して電気配線板３０を接合し、吐出素子１、２の周囲を封止剤４１、４２によって封止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、インクジェットプリンタ等液体吐出方式の記録装置に用いられる液体吐出ヘッドに関するものである。

図９は、特許文献１等に開示された従来の液体吐出ヘッドの主要部を示すもので、吐出素子ユニット１１００は、例えば黒インク用の吐出素子１００１とカラーインク用の吐出素子１００２とを有し、これらを担持するマウント基板１０１０は、インク供給口１０１１、１０１２を備え、吐出素子１００１、１００２の吐出口列をインク供給口１０１１、１０１２に位置合わせして、接着剤によってマウント基板１０１０に固定する。

さらに、マウント基板１０１０と電気配線板１０３０の間に補助板１０２０を介在させて接着し、補助板１０２０の開口１０２１、１０２２および電気配線板１０３０のデバイスホール１０３１、１０３２からそれぞれ露出する吐出素子１００１、１００２の端子電極を電気配線板１０３０のリードに電気接続し、吐出素子１００１、１００２の周囲を封止剤１０４１、１０４２によって封止する。

吐出素子１００１、１００２をマウント基板１０１０に接着剤によりマウントする工程では、接着剤の塗布をディスペンスまたは転写などの方法で行う。ディスペンスは、３軸塗布機にワークとシリンジ（ニードルつきシリンジの中に接着剤を入れたもの）をセットして、あらかじめティーチングされたポイントに対してラインもしくはポイントなどの塗布を行う。

転写は、等速回転する円盤上に均一高さに延びた接着剤を、予め塗布領域を満たすように形成されたパターンを有する転写ピンを上下させることによって接着剤を供給する手法である。回転する円盤とスキージの距離によって円盤状に広がる接着剤の高さを制御し、塗布領域は転写ピンのパターンによって任意に調整することができる。マウントに必要な転写量は円盤とスキージとの距離および転写ピンのパターンにより決定される。

接着剤は、紫外線を照射することによって硬化する紫外線硬化型、加熱によって硬化する熱硬化型、または両者混合型等が一般に使用されている。

少量かつ均一高さの塗布が必要な吐出素子のマウント工程では、このような転写による手法が有効である。また、量産においてもタクトが短縮できるため、液体吐出ヘッドの実装前工程では広く利用されている。
特開２００３−２１１６７８号公報

しかしながら、接着剤を転写によってマウント基板に塗布する工程で以下のような問題が発生する。すなわち、接着剤はそれぞれ形状の異なる転写ピンによってマウント基板の各インク供給口の周縁領域に転写され、吐出素子がマウントされると、塗布された接着剤は吐出素子のチップ裏面に押し潰されて広がる。このように、接着剤は吐出素子とマウント基板の間に接着層として介在するが、特にカラーチップでは複数のインク供給口を有するため色間を形成する領域には少量かつ安定した転写状態が求められる。

ところが、接着剤は一般に粘度が低いため、長手方向に途切れたり中抜けしたりするなどして、安定塗布するための条件出しが非常に困難であった。特に複数のインク供給口が並列に配列されたカラーチップの色間での転写領域では、インク供給口への接着剤の入り込みによる接着剤詰まりや、接着剤の途切れによる混色などが発生するおそれがある。

本発明は、上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、液体吐出ヘッドの吐出素子をマウント基板に接着する工程において、少量の接着剤で所定の領域に安定して塗布することのできる液体吐出ヘッドを提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するため、本発明の液体吐出ヘッドは、液体を吐出する吐出口列を有する吐出素子と、前記吐出口列に連通する液体供給口を備えたマウント基板と、前記マウント基板上に前記吐出素子を接着剤によって固定する接着固定部と、前記接着固定部の前記接着剤を、前記マウント基板の前記液体供給口を囲む所定の領域に保持するための接着剤保持手段と、を備えたことを特徴とする。

マウント基板の液体供給口を囲むように接着剤保持手段を設けるので、塗布量が少ない接着剤を途切れや中抜けなく転写することができる。その結果、少量の接着剤を安定的に供給することが可能となるため接着剤詰まりや混色を防止できる。

図１に示すように、液体吐出ヘッドの吐出素子ユニット１００は、例えば液体である黒インク用の吐出素子１と、液体であるカラーインク用の吐出素子２とを有し、これらを担持するマウント基板１０は、液体供給口であるインク供給口１１、１２を備え、吐出素子１、２の吐出口列とマウント基板１０のインク供給口１１、１２とを位置合わせして、マウント基板１０に接着・固定する。

さらに、マウント基板１０と電気配線板３０の間に補助板２０を介在させて接着し、補助板２０の開口２１、２２および電気配線板３０のデバイスホール３１、３２からそれぞれ露出する吐出素子１、２の端子電極を電気配線板３０のリードに電気接続し、吐出素子１、２の周囲を封止剤４１、４２によって封止する。

各吐出素子１、２が固定されるマウント基板１０の接着固定部であるマウント領域１０ａ、１０ｂ（図２参照）には、各インク供給口１１、１２を囲むように接着剤保持手段（凹凸形状部）であるＶ形溝１３、１４が形成され、マウント基板１０上に転写された接着剤１５は、インク供給口１１、１２の周囲のＶ形溝１３、１４による表面張力の増大により、転写された直後のパターンを保持し、接着剤１５が少量であっても、吐出素子１、２のマウント領域１０ａ、１０ｂ内で途切れたり、インク供給口１１、１２へ流出したりすることはない。そして、接着剤１５を保持するＶ形溝１３、１４の幅や高さを変えることにより、場所によって接着剤保持量を任意に制御することができる。

なお、Ｖ形溝１３、１４に代えて、半円形や方形の断面をもつ溝を用いてもよいし、任意の凸形状部を設けてもよい。

また、マウント基板のインク供給口の周囲に、接着剤１５と同等の物性を有する前記処理材を予め塗布してから接着剤１５を転写することにより、接着剤１５の塗布性を向上させてもよい。

図１に示すサイドシューター型の液体吐出ヘッドにおいて、吐出素子１、２は、ブラックとカラーのインクを吐出する記録素子であり、インクは図示上方向に向かって吐出する。図１の（ａ）は吐出素子ユニット１００の構成部品を示す分解斜視図、（ｂ）は組立後の吐出素子ユニット１００を示す斜視図である。

吐出素子１、２は、インクを吐出するエネルギー素子であるヒーターと吐出口列を有し、電気配線板３０はテープ基材、配線、カバー層の積層体である。

吐出素子１、２は、予め接着・固定された補助板２０とマウント基板１０の接合体に精度よく位置合わせのうえで、接着によってマウントされる。図２に示す接着剤１５は光硬化型接着剤（紫外線硬化型接着剤）と熱硬化型接着剤を含有する紫外線・熱硬化型であり、マウント基板１０に対して高精度でアライメントを行った吐出素子１、２と、マウント基板１０を接合させた状態で紫外線を照射して位置決め固定する。さらに別ステージで紫外線照射を追加し、高温（略１５０℃）に設定したクリーンオーブンに所定の時間保管する熱キュアにより、接着剤１５を完全に硬化させて接着・固化する。

接着剤１５は、それぞれ形状の異なる転写ピンによってマウント基板１０の各マウント領域１０ａ、１０ｂに転写され、吐出素子１、２がマウントされると、塗布された接着剤１５はチップ裏面に押し潰されて広がる。例えば図２の（ａ）に示すように、カラーチップである吐出素子２の色間を形成する領域Ａでは特に少量かつ安定した転写状態が求められるため、（ｂ）に示すように断面Ｖ形のＶ形溝１４を設けることで、接着剤１５の途切れ、中抜け等を防ぎ、転写パターンを維持する。吐出素子１をマウントするマウント領域１０ａについても、同様に接着剤１５を保持するためのＶ形溝１３を設ける。

図３は、カラーチップのマウント領域１０ｂにおける接着剤１５の転写状態を示すもので、Ｖ形溝１４を設けた場合は同図の（ａ）に示すようにインク供給口１２間で接着剤１５は良好な転写パターンを維持するが、Ｖ形溝１４を設けない場合は（ｂ）に示すように、チップ長手方向の領域Ａにおいて途切れたり中抜けしたりすることがあり、転写の条件出しが困難である。

図４に示すように、接着剤１５は低粘度で表面張力γｌが小さいために、マウント基板１０との間の界面張力γｓｌが弱く、マウント基板１０に転写されると、同図の（ｂ）に示すようにマウント基板１０の表面に沿って矢印γｓの方向に広がっていく傾向がある。そこで、図４の（ａ）に示すように、吐出素子２のマウント領域１０ｂにＶ形溝１４を形成し、転写された接着剤１５にＶ形溝１４の中央へ向かう流れを発生させる。これによって、接着剤１５がインク供給口１２へ向かう流れを抑えて、転写時の塗布パターンを維持することができる。また、吐出素子２がマウントされたときはチップ裏面とＶ形溝１４のなす空間に接着剤１５を溜めることができるため、インク供給口１２の周囲に転写幅のバラツキや途切れ、あるいはインク供給口１２に対する流れ出しによるインク詰まり等のトラブルを生じることのない安定した転写を行うことができる。吐出素子１のマウント領域１０ａについても同様である。

なお、Ｖ形溝の幅や高さは任意に選定することができる。また、Ｖ形溝に限らず、例えば図５の（ａ）に示す半球形状の溝１６や、（ｂ）に示す矩形状の溝１７、あるいは任意の凸形状部を用いてもよい。

また、長尺系の吐出素子のマウント領域では、Ｖ形溝等の溝幅や溝高さを適宜選定することにより、吐出素子中央部における接着剤の硬化収縮や線膨張の影響を軽減することもできる。

このように、マウント基板のインク供給口の周囲にＶ形溝等による接着剤保持手段が形成されていることにより、転写によって塗布された接着剤が転写状態のままで保持され、マウント領域内において途切れが発生しない。これにより、少量かつ安定した転写を行うことができると同時に、インク供給口に接着剤が詰まることによる不吐出や途切れよる混色などの不良発生をなくすことができる。

また、Ｖ形溝等の幅や高さを任意に選定することにより吐出素子に対する接着剤の硬化収縮や線膨張の影響を軽減することができる。

図６の（ａ）に示すように、マウント基板１０のカラーチップマウント領域におけるインク供給口間（色間部）に、予め接着剤１５と同等の物性（表面張力）を有する前処理材である接着剤１８を塗布し、前処理材層を形成する。これは、スクリーン印刷などによる手法で非常に薄く塗布されていればよい。また、前記色間部の両端には段差１０ｃが設けられる。次に、転写ピンＴの先端に、図示しない回転皿から接着剤１５をピックアップし、色間部の接着剤１８上に転写すると、両者の物性が近いことにより接着剤１５が接着剤１８に引き寄せられる。２つの接着剤１５、１８は同種のものがよい。

図６の（ｂ）に示すように、吐出素子２がマウントされると、吐出素子２の貼り合わせにより押し広げられた接着剤１５の一部を段差１０ｃに貯留させることができる。

本実施例においては、実施例１と同様に途切れがない安定した転写を行うと同時に、チップマウントした時に広がる接着剤１５のインク供給口側へのはみ出しに対して、段差１０ｃによる転写量のマージンを得ることができる。

図７は記録装置に搭載される液体吐出ヘッド全体を示すもので、吐出素子ユニット１００と、チップタンクの接合体であるチップタンクユニット１０１と、複数のインクタンク１０３を収容するタンクホルダ１０２とが組み付けられて構成されている。

チップタンクユニット１０１の構成要素である吐出素子ユニット１００は、前述のように、インクを吐出する吐出口列を有する吐出素子１、２、プリンタ本体からの電気信号を受け取るための外部信号入力端子を有する電気配線板３０、吐出素子１、２が接着によりマウントされるマウント基板１０、および電気配線板３０との間に接着により貼り合わされる補助板２０から構成されている。

チップタンクには吐出素子組み付けの位置決め部と吐出素子ユニットへのインク供給路が形成されており、該インク供給路にはフィルターが溶着され、その周囲にはシールゴムが組み付けられている。

吐出素子ユニット１００は、前記チップタンクと精度良く位置決めしてネジで固定する。その後、電気配線板３０の外部信号入力端子とプリンタ本体からの電気信号を受け取るＰＷＢ基板を電気的に接続する。

電気接続部分はインクによる腐食や外的衝撃から保護するために、第１の封止剤４１、第２の封止剤４２により封止される。第１の封止剤４１は、主に吐出素子１、２の外周部を封止し、第２の封止剤４２は、吐出素子１、２と電気配線板３０との接続部の表側を封止している。封止後、電気配線板３０の外部入力端子側をチップタンクの外形に合わせて折り曲げ、さらにＰＷＢを熱加締めによってチップタンクに固定する。こうしてチップタンクユニットが完成する。

電気配線板３０はテープ基材、配線、カバー層の積層体であり、吐出素子１、２に対してインクを吐出するための電気信号を印加する。一例としてＴＡＢテープが考えられる。電気配線板３０はカバー層の側をタンク表面に接着層を介して接着固定される。

電気配線板３０と吐出素子１、２は、それぞれ熱超音波圧着法や異方性導電テープを介して電気的に接続される。ＴＡＢテープの場合は熱超音波圧着法によるインナーリードボンディング（ＩＬＢ）が好適である。

図８は吐出素子１の構成を示すもので、これは、サイドシューター型の吐出素子として公知の構造であり、厚さ０．５〜１ｍｍのＳｉ基板１ａにインク流路として長溝状の貫通口からなるインク供給口１ｂと、インク供給口１ｂを挟んだ両側にそれぞれ１列ずつ千鳥状に配列された吐出手段であるヒーター列１ｃ、各ヒーターに電気配線により接続される接続パッド１ｄを有する。接続パッド１ｄにはＡｕスタッドバンプが形成されている。また吐出口列１ｅは樹脂材料でフォトリソ技術により形成されている。

実施例１を示すもので、（ａ）は液体吐出ヘッドの主要部を分解して示す分解斜視図、（ｂ）は組立後を示す斜視図である。 図１のマウント基板のマウント領域と転写された接着剤を示す図である。 カラーチップのマウント領域に転写された接着剤を示す平面図である。 Ｖ形溝を有するマウント基板と、Ｖ形溝を持たないマウント基板を比較して説明する図である。 実施例１の変形例を示す図である。 実施例２を説明する図である。 液体吐出ヘッドの全体を示す斜視図である。 長尺な吐出素子の内部構成を説明する図である。 一従来例を説明する図である。

符号の説明

１、２ 吐出素子
１０ マウント基板
１１、１２ インク供給口
１３、１４ Ｖ形溝
１５、１８ 接着剤
１６、１７ 溝
３０ 電気配線板

Claims (5)

1. 液体を吐出する吐出口列を有する吐出素子と、前記吐出口列に連通する液体供給口を備えたマウント基板と、前記マウント基板上に前記吐出素子を接着剤によって固定する接着固定部と、前記接着固定部の前記接着剤を、前記マウント基板の前記液体供給口を囲む所定の領域に保持するための接着剤保持手段と、を備えたことを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記接着剤保持手段が、前記液体供給口を囲んで前記マウント基板に形成された凹凸形状部を有することを特徴とする請求項１記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記接着剤保持手段が、前記マウント基板の前記液体供給口の周囲に被着された前処理材層を有することを特徴とする請求項１記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記接着剤保持手段が、前記液体供給口に隣接する段差を有することを特徴とする請求項３記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記接着剤が、光硬化型の接着剤および熱硬化型の接着剤を含有することを特徴とする請求項１ないし４いずれか１項記載の液体吐出ヘッド。

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