JP2006289919A - 液体吐出ヘッドおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】吐出素子基板を実装した電気配線板の表面に封止剤が盛り上がるのを防ぐ。
【解決手段】吐出素子基板１、２はプレート２００に固定され、電気配線板３００のリード３１１をバンプ材４に接合することによって電気接続部が形成される。この電気接続部を覆うように電気配線板３００の表面にフィルムカバー８００を貼り付けたうえで、各吐出素子基板１、２の側縁部から封止剤７００を注入して、吐出素子基板１、２の周囲を封止する。電気接続部を第２の封止剤で封止する場合のように、電気配線板３００の表面に封止剤が盛り上がり、ワイピングの障害となる等のトラブルを回避できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、インクジェットプリンタなどの液体吐出方式の記録装置に搭載される液体吐出ヘッドおよびその製造方法に関するものである。

図８は、例えば特許文献１に開示された、吐出素子基板の基板面から略垂直方向に液滴を吐出するサイドシュータ型の液体吐出ヘッドを示すもので、液体であるインクの小滴を吐出する２つの吐出素子基板１００１、１００２を搭載している。吐出素子基板１００１は、図９に示すように、電気配線部および吐出エネルギ発生素子等のヒータ部を具備する基板本体１００５と、インクを一時溜める共通液室や微小な各室に区画したノズルなどが形成された樹脂部分１００３から構成されている。吐出素子基板１００２についても同様である。

吐出素子基板１００１、１００２はプレート１２００に固着され、電気配線板１３００はスペーサ１１００を介してプレート１２００に固着される。スペーサ１１００には吐出素子基板１００１、１００２を収納するように開口部１１０１が開けられており、電気配線板１３００にも吐出素子基板１００１、１００２のインク滴吐出部分が露出するように開口部１３０１が設けられている。

電気配線板１３００の開口部１３０１には、各吐出素子基板１００１、１００２の図示しない電気接続パッドにあらかじめ固着されたバンプ材１００４に対応して、リード１３１１が配置されている。各吐出素子基板１００１、１００２に固着されたバンプ材１００４とリード１３１１は、超音波融着などを利用したボンディング工程（インナーリードボンディング）により電気的接続が達成される。またプリンタ機器本体などとの電気接点部１５０１を具備するプリント基板１５００は枠体１６００に固着され、電気配線板１３００配線経路のリードの逆端部側の接点と、ハンダ融着接合、異方性導電フィルム圧着接合などによる電気的接続がなされる。

インクは、枠体１６００に装着された図示しないインクタンクより、プレート１２００に開口された供給口１２０１、１２０２を通って、吐出素子基板１００１、１００２へ供給される。

また、吐出素子基板１００１、１００２の基板本体１００５の外周切断面、電気パッド、バンプ材１００４、電気配線板１３００のリード１３１１およびそれらの接続部は、チップ周囲に第１の封止剤１７００を充填することで、インク滴などが侵入しないように保護され、さらに、リード１３１１による電気接続部の上部を第２の封止剤１４００によって覆うことで、対向する記録紙との擦れなどの機械的外力から保護している。
特開２００２−１９１２０号公報

電気接続部を保護する第２の封止剤１４００は、エポキシ樹脂等を主材とした熱硬化型封止剤などが用いられている。さらに、第２の封止剤１４００には、対向する記録紙との擦れなど機械的外力への耐性が要求されるため、シリカなどの無機フィラを添加させることで、封止剤自身の硬度（機械的強度）を強固にしている。

一方、チップ周囲を封止する第１の封止剤１７００は、エポキシ樹脂等を主材とした熱硬化型封止剤などが用いられるが、吐出素子基板１００１、１００２の基板本体１００５の外周切断面、電気パッド、バンプ材１００４、電気配線板１３００のリード１３１１およびそれらの接続部に、封止材料を充分にかつ速やかに充填させるために、低粘度（おおよそ３０Ｐａ．ｓ以下が望ましい）で細部まで廻り込みやすい封止剤が用いられる。さらに、第１の封止剤１７００自体の硬化時収縮や、環境温度による収縮による基板本体１００５へのダメージを低減するために、シリコーンゴムやポリブタジエンゴムなどを含有させて柔軟性を持たせた柔らかい封止剤が用いられる。

一般的に封止剤の塗布方法としては、印刷法やディスペンス法が用いられる。しかし、液体吐出ヘッドにおいては、封止剤の塗布部分および周辺の構成部品の形状が複雑であったり、印刷マスクなどの異部品との接触による構成部品（吐出素子基板の樹脂部分など）の表面劣化（傷など）の懸念があるため、ディスペンス法を用いることが多い。

他方、電気接続部を保護する第２の封止剤１４００においては、封止剤塗布後（硬化後）の形状異常により、機能的不具合を生じる場合がある。例えば図９に示すように、インクを吐出するノズル位置Ｅから封止剤１４００の両端部までの紙面水平方向の距離を寸法Ｘ、寸法Ｙ、吐出素子基板の樹脂部分１００３の表面から第２の封止剤１４００の厚み（高さ）を寸法Ｚとしたとき、寸法Ｘが大きいか、または寸法Ｙが小さいと、バンプ材１００４、リード１３１１、およびリード１３１１を被覆している第１の封止剤１７００の薄い膜が表面に露出してしまう。その場合に記録紙との擦れなどによる機械的外力を受けると、前述のように柔らかく、従って破壊しやすい第１の封止剤１７００の被覆膜が剥がれて、内包するバンプ材１００４、リード１３１１等に損傷などを生じさせてしまう。

また、この液体吐出ヘッドを搭載するプリンタ本体には、図１０に示すような、ゴム製のワイピング部材３１００による、吐出素子基板の樹脂部分１００３の表面のインク汚れや付着ゴミを除去するための、クリーニング機構が具備されている。この時、寸法Ｘが小さいか、または寸法Ｚが大きいと、ワイピング部材３１００が樹脂部分１００３の表面に対して接触を開始する地点が、ノズル位置Ｅより紙面右側（ワイピング方向下流側）に移動してしまい、ノズル近傍のインク汚れ、付着ゴミの除去が不完全となることで、ノズルからのインク滴吐出に不良を生じることがある。

また、寸法Ｚが大きくなることは、対向する記録紙との間隔が近くなり、第２の封止剤１４００と記録紙との擦れが発生しやすくなる弊害も生じる。

一方、液体吐出ヘッドを搭載するプリンタ本体には、図１１に示すような、ゴム製のキャッピング材３０００を当接し、図示しないプリンタ本体の吸引ポンプによりキャッピング材３０００内部を減圧して、インクを吸い上げることでノズル内にインクを不足なく充填させる機構が装備されている。この時、寸法Ｙが大きいと、キャッピング材３０００のシール部３００１と第２の封止剤１４００が干渉し、シール部３００１の当接不良が生じて、キャッピング材３０００内の密閉性が保持できない。よって、プリンタ本体の吸引ポンプによるキャッピング材３０００内部が所望の減圧値を得られず、ノズル内へのインク充填不良などの不具合が生じてしまう。

上記のように、第２の封止剤１４００の塗布・硬化後の形状の異常により、種々の不具合が生じる。このため、その生産現場においては、電気接続部を封止する第２の封止剤の形状異常を発生させないように、塗布位置および塗布量を精度良く制御可能な高度な塗布装置を導入して設備投資の増大を招いたり、またその安定性を維持すべく頻繁な塗布装置のメンテナンスや、日々の生産品の抜き取り品質検査といった装置停止による生産効率の低下に陥っている状況にある。

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、吐出不良等の一因となる封止剤の盛り上がりを防ぎ、かつ、組立作業性を大幅に改善できる液体吐出ヘッドおよびその製造方法を提供することを目的とするものである。

上記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手段を有する吐出素子基板と、前記吐出素子基板を装着する開口部を有する電気配線板と、前記開口部において、前記吐出素子基板と前記電気配線板を電気的に接続する電気接続部と、前記電気配線板の前記開口部に充填される封止剤によって前記吐出素子基板の周囲を封止する封止部と、少なくとも前記電気接続部を覆うように前記電気配線板に被着されたカバー部材と、を有することを特徴とする。

吐出素子基板と電気配線板との電気接続部を覆うようにカバー部材を配置することで、バンプ材、リード等を含む電気接続部を、記録媒体との擦れなど機械的外力から保護する。

例えば樹脂製の封止剤のような形状が変動する液状材を塗布する代わりに、樹脂フィルム等のカバー部材を接合するものであるため、組立作業性の簡略化による大幅な生産性向上を達成できるうえに、封止剤の盛り上がりによるトラブルも回避できる。

すなわち、電気配線板と吐出素子基板の電気接続部の保護のために、封止剤ではなくフィルム状のカバー部材を用いることで、構成および組立作業性を大幅に簡略化し、液体吐出ヘッドの性能および生産性を向上させることができる。また、チップ周囲を封止する封止部のみに封止剤を用いることで、２種類の封止剤を用いる場合のような異種封止剤間の硬化阻害などの懸念事項が払拭され、封止剤選定の自由度が広がるといった効果も得られる。

本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は実施例１を示すもので、吐出素子基板１は、液体であるインクを吐出する吐出手段であるノズルを備えた樹脂層３と、吐出エネルギ発生素子等を備えた基板本体５を有し、スペーサ１００とともにプレート２００に固着される。吐出素子基板２についても同様である。スペーサ１００には、吐出素子基板１、２を収納するように開口部１０１が開けられており、スペーサ１００に固着された電気配線板３００には、吐出素子基板１、２の液滴吐出部分が露出するように開口部が設けられている。

電気配線板３００の開口部には、吐出素子基板１、２の図示しない電気接続パッドにあらかじめ固着されたバンプ材４に対応して、リード３１１が配置されている。バンプ材４とリード３１１は、超音波融着などを利用したボンディング工程（インナーリードボンディング）により電気的に接続される。吐出素子基板１、２の周囲を封止する封止剤７００は、スペーサ１００の開口部１０１の空き領域に注入される。また、電気配線板３００の表面には、カバー部材であるフィルムカバー８００が貼り付けられている。

フィルムカバー８００の開口部８１１の形状は、図２に示すように、フィルムカバー８００が電気配線板３００のリード３１１とバンプ材４による電気接続部を覆い、かつ、スペーサ１００の開口部１０１の空き領域の一部を露出させるのが望ましい。これは、フィルムカバー８００を貼り付けた後に、図２および図３に示すように、スペーサ１００の開口部１０１から封止剤７００を注入し、各吐出素子基板１、２の周囲に流し込むためである。

フィルムカバー８００の、リード３１１を覆う部分では、図１の（ｂ）に示すように、リード先端が充分に封止剤７００によって覆われるように、開口端がリード先端位置から距離Ｔだけ突出し、プリンタ本体のワイピング材のクリーニング効果を阻害しないためにも、吐出素子基板１、２の樹脂部分３のノズル位置Ｅより外側（紙面左側）に所望の距離Ｕを保った位置に設定する。本実施例では、フィルムカバー８００の開口端の位置は、距離Ｔが０．０５ｍｍ以上、距離Ｕが０．５ｍｍ以上の範囲に設定した。

また、フィルムカバー８００の表面位置は、各吐出素子基板１、２の基板本体５上に積層された樹脂部分３の表面からの高さが上限値Ｖ＝０．５ｍｍ以内になるように設定した。

フィルムカバー８００の材質は、インクミストに曝されるために、一般に耐薬品性、好ましくは耐アルカリ性に優れたポリイミド、ポリプロピレンなどのオレフィン系樹脂、ポリサルホン、ポリエーテルサルホンなどのエンジニアリングプラスチックをフィルム化したものが考えられる。また例えば、電鋳法によるＮｉ箔などの金属を用いたり、その他種々の金属材料を用いてもよい。

電気配線板３００に対するフィルムカバー８００の接合においては、開口部８１１を前述のように位置決めをする必要がある。位置決め方法は、ＣＣＤカメラによる画像処理を用いた方法や、図４に示すように、プレート２００の位置決めピン２０３に、フィルムカバー８００に設けた位置決め穴８０５を挿入または嵌合して接合位置を決める方法などが考えられる。

また本実施例では、位置決めしたフィルムカバー８００が、封止剤７００を充填する次工程に移行する間にずれることを防止するために、フィルムカバー８００の位置決め後に仮止め剤８０１にて数箇所を電気配線板３００に固定している。仮止め剤８０１は、瞬間接着剤やＵＶ光硬化型のような、瞬時に固定できる接着剤が望ましい。一方、前述した位置決めピン２０３と位置決め穴８０５の挿入または嵌合により所望の位置精度が次工程まで維持できるのならば、仮止め剤は必要ない。

図２および図３は、封止剤７００を注入した後の廻り込みの推移を示すもので、封止剤７００は、エポキシ樹脂等を主材とした熱硬化型封止剤などが用いられる。特に、各吐出素子基板１、２の基板本体５の外周切断面、電気パッド、バンプ材４、電気配線板３００のリード３１１およびそれらの電気的接続部に、封止剤が充分にかつ速やかに充填していくために、低粘度（おおよそ３０Ｐａ．ｓ以下が望ましい）で細部まで廻り込みやすい封止剤が用いられる。さらに、封止剤７００自体の硬化時収縮や環境温度による収縮にって、基板本体５へダメージを与えるのを低減するために、シリコーンゴムやポリブタジエンゴムなどを含有させて柔軟性を持たせた封止剤が用いられる。

図２の（ａ）に示すように、封止剤７００は、スペーサ１００の開口部１０１内の吐出素子基板２の側縁部に塗布されると、周辺部材の角部などで発生する毛細管現象により、図２の（ｂ）および図３の（ａ）に示すように、細部に廻り込んでいく。これにより、吐出素子基板２の基板本体５の切断面、リード３１１の表面、バンプ材４の表面、およびリード３１１とフィルムカバー８００の隙間に封止剤７００が充填される。また最終的には、図３の（ｂ）に示すように、フィルムカバー８００と電気配線板３００との隙間にも封止剤７００が廻り込み、封止剤７００が熱硬化型封止剤ならば、熱キュア後に、この廻り込んだ封止剤７００が、フィルムカバー８００を電気配線板３００へ固定する接着剤の機能を果たす。吐出素子基板１を封止する封止剤７００においても同様である。

電気配線板３００とフィルムカバー８００の接着を確実に行うため、電気配線板３００の表面とフィルムカバー８００の双方あるいはいずれか一方に、予め、濡れ性向上のための表面処理、例えば、酸素プラズマ処理、コロナ処理、ＵＶオゾン処理を施してもよい。

本実施例では、２つの吐出素子基板１、２に対応して、２つの開口部８１１が開けられた一枚のフィルムカバー８００を用いたが、図５に示すように、各吐出素子基板１、２ごとに個別のフィルムカバー８００ａ、８００ｂを接合する方式でもよい。

本実施例によれば、プリンタ本体のワイピング部材によるクリーニング機能は、吐出素子基板の樹脂部分の汚れ除去のみではなく、フィルムカバーの表面の汚れも除去する目的がある。従って、フィルムカバー表面の全域または部分的にインク滴が強固に付着しないような処理（例えばフッ素系撥水剤などのコーティング）をあらかじめ施しておくことで、強固なインク付着を防ぎ、クリーニングの効果を向上させることができる。

また、従来は２種類の全く要求特性の異なる封止剤を使用しているため、両者の界面での硬化阻害などの不具合を考慮すると、封止剤の選定には非常に限られたものに限定されていたが、本実施例ではフィルムカバーの採用で、使用する封止剤を１種類にすることができるため、封止剤選定の自由度が広がり、封止剤の価格、使い勝手などの色々な観点から有利なものを選べるという利点もある。

図６は実施例２を示す。これは、電気配線板３００とフィルムカバー８００との固定を、専用のフィルムカバー接着剤８０２を用いて接着するもので、フィルムカバー接着剤８０２は、あらかじめフィルムカバー８００または電気配線板３００側に膜状に塗布し、位置決め後にフィルムカバー８００を接合して、接着させる。

この場合の次工程における封止剤７００の塗布は、フィルムカバー接着剤８０２が完全に硬化した後、あるいは封止剤７００と硬化阻害を生じないレベルまで半硬化させた後に、実施するのが望ましい。

図７は実施例３を示すもので、開口部にリード３１１を有する電気配線板３００の代わりに、リードを持たずに電気接点であるパッドを具備した電気配線板５００を用いる。電気配線板５００の図示しないパッドと吐出素子基板１の電気接続パッドとの間は、ワイヤ５１１にて電気接続（ワイヤボンディング）されている。また、フィルムカバー８００がワイヤ５１１に接触するのを防ぐために、電気配線板５００とフィルムカバー８００の間にスペーサ１００が配置されている。

このように、電気配線板と吐出素子基板間の接続をワイヤボンディングによって行う構成においても実施例１、２と同様の効果を得ることができる。

なお、上記実施例１〜３の材料、形状、構造等に限定するものではなく、例えば搭載する吐出素子基板の数は、１つでも、３個以上でもよい。

実施例１を示すもので、（ａ）は液体吐出ヘッドの主要部を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）の円Ａで示す部位を拡大して示す拡大部分断面図である。 封止剤を充填する工程の前半を説明する工程図である。 封止剤を充填する工程の後半を説明する工程図である。 一変形例を説明する図である。 別の変形例を示す斜視図である。 実施例２を説明する図である。 実施例３を説明する図である。 一従来例を説明する図である。 図８の（ａ）の円Ａで示す部位を拡大して示す拡大部分断面図である。 液体吐出ヘッドの動作中のトラブルを説明する図である。 液体吐出ヘッドの動作中の別のトラブルを説明する図である。

符号の説明

１、２ 吐出素子基板
３ 樹脂部分
４ バンプ材
５ 基板本体
１００ スペーサ
２００ プレート
２０３ 位置決めピン
３００、５００ 電気配線板
３１１ リード
５１１ ワイヤ
７００ 封止剤
８００、８００ａ、８００ｂ フィルムカバー

Claims (4)

1. 液体を吐出する吐出手段を有する吐出素子基板と、前記吐出素子基板を装着する開口部を有する電気配線板と、前記開口部において、前記吐出素子基板と前記電気配線板を電気的に接続する電気接続部と、前記電気配線板の前記開口部に充填される封止剤によって前記吐出素子基板の周囲を封止する封止部と、少なくとも前記電気接続部を覆うように前記電気配線板に被着されたカバー部材と、を有することを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 吐出素子基板の周囲を封止する封止剤によって、カバー部材が電気配線板に固定されていることを特徴とする請求項１記載の液体吐出ヘッド。
3. カバー部材が、樹脂製のフィルムであることを特徴とする請求項１または２記載の液体吐出ヘッド。
4. 液体を吐出する吐出手段を有する吐出素子基板を電気配線板の開口部に位置決めする工程と、
   位置決めされた吐出素子基板と電気配線板を電気的に接続するための電気接続部を形成する工程と、
   形成された電気接続部を覆うようにカバー部材を電気配線板に被着させる工程と、
   電気配線板に被着されたカバー部材の開口部から吐出素子基板の周囲に封止剤を充填する工程と、を有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。

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