JP2006297668A - インクジェット記録ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】 インクジェット記録装置の小型化や多ノズル化に伴い、配線基板上の配線数やコンタクトパッドが増加する。この限られた領域内で効率良く配線の引き回しやコンタクトパッドの配置を行う。また、インクミストによるパッド間のショートを防止する。
【解決手段】 インク吐出口に近いコンタクトパッドほどパッドの幅を小さくする。さらに、インク吐出口が存在する平面近傍に位置決めの基準面を設け、インク吐出口に近いコンタクトパッドほどパッドの幅を小さくする。
【選択図】 図４

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。

図６は、記録情報に基づいて、紙、プラスチックシート、ＯＨＰ用シート等の記録媒体に向けてインクを吐出して記録をするインクジェット記録装置に用いられる従来のインクジェット記録ヘッドを示す。

図６に示すインクジェット記録ヘッドは概して、インクを吐出する吐出口が配列された記録素子ユニットＨ１００２と、不図示のインクタンクを着脱可能に保持するとともに、記録素子ユニットＨ１００２に対するインク供給路を等が形成されたインク供給ユニットＨ１００３からなり、インクジェット記録装置のキャリッジに搭載される形態を有している。また、インクジェット記録ヘッドには、インクジェット記録ヘッドがキャリッジに搭載されたときに、キャリッジに設けた記録装置本体側コンタクトパッドと接触するコンタクトパッドＨ１００４と、これを介して記録装置本体側から供給されてくる駆動信号を記録素子ユニットＨ１００２に伝達するための配線部Ｈ１００５とを有したフレキシブル配線基板Ｈ１００６が設けられる。

さらに、図６に示すインクジェット記録ヘッドは、直交座標系３軸方向の位置決めを行うために、インクジェット記録装置のキャリッジに設けられた例えば突起部形状の位置決め基準に突き当てられるＸ方向突き当て部Ｈ１５０９、Ｙ方向突き当て部Ｈ１５１０およびＺ方向突き当て部Ｈ１５１１が設けられており、それらの突き当てによってインクジェット記録ヘッドとキャリッジとの相対位置が保持されるように構成される（特許文献１）。

図７は従来のインクジェット記録ヘッドの他の例であり、インクタンク２８を一体不可分に有した構成であるほかは、フレキシブル配線基板Ｈ１００６等に関して図６とほぼ同様の構成を有する（特許文献２）。

インクジェット記録装置は、低騒音、低ランニングコスト等の面から、装置の小型化が比較的容易であり、また、カラー化も容易である等の観点から、プリンタ、複写機、ファクシミリ等へ広く応用されている。そして、インクジェット記録装置の小型化に伴いインクジェット記録ヘッドも小型化し、また、多ノズル化に伴い配線基板上の配線数及びコンタクトパッド数が増加する。従って、限られた範囲内で配線を引き回さなければならないこととなり、また、インクジェト記録ヘッドをインクジェット記録装置のキャリッジに装着し記録動作を行うと、インク吐出口からのインク吐出の繰り返しにより発生するインクミストが、インクジェット記録ヘッドの各部に蓄積しインク滴を形成する。インク吐出口に近いほどこのインク滴が大きくなり、付着インク滴による電極間ショートの可能性が大きくなる。

図８に示すインクジェット記録ヘッドでは、配線基板２に設けられるコンタクトパッド３の配置間隔を吐出口６に近く位置するものほど大きくすることでインク浸入によるコンタクトパッド間のショートを防止する形態が開示されている（特許文献３）。

特開２００２−１９１４６号公報 特開２００２−２５４６６１号公報 特開平５−２４６０３２号公報

しかしながら、多ノズル化に伴って配線基板上の配線数及びコンタクトパッド数がさらに増加する傾向にある状況下、特許文献１〜特許文献３には配線基板上のスペース効率を向上し、配線基板に設けられるコンタクトパッドの数の増加に対応する構成については開示も示唆もされていない。また、電極間ショートの問題に対処した特許文献３の構成では、配線基板上のコンタクトパッドの配置間隔が広くなり、配線基板を大きくしなければならないため、インクジェット記録ヘッドの小型化に有効に対応することができない。

また、その他の問題としては次のようなものがある。
特許文献１に開示された構成のように、位置決め基準は記録素子ユニットの近傍に設けられていることが強く望ましい。記録素子ユニットは記録媒体に近接対向してインクを吐出することで記録を行うものであるからである。これに対し、コンタクトパッドはキャリッジ側のコンタクトパッドとの接続がし易い位置に設けられ、上記した電極間ショートの恐れを小さくする観点からは、記録素子ユニットから離れた位置に設けられることが望ましい。すると、記録素子ユニットの近傍ではキャリッジに対する位置決めが確保されていたとしても、各構成部品の寸法精度や組立精度等の影響により、記録素子ユニットから遠くに位置するコンタクトパッドほど位置精度を確保できず、またガタの影響を受けて、キャリッジ側コンタクトパッドとの電気的接続状態が不安定となってしまい易いのである。

本発明はこのような観点からなされたものであり、インクジェット記録装置の小型化や多ノズル化に伴い、限られた範囲内で配線を引き回さなければならない場合であっても、効率良く配線を引き回し、コンタクトパッド間のショートを防止することを可能とするインクジェット記録ヘッドを提供することを目的とする。

また、本発明の他の目的は、記録素子ユニットからの距離によらずコンタクトパッドの電気的接続状態を安定化できるようにすることにある。

上記目的を達成するために本発明のインクジェット記録ヘッドは、インク吐出口および該インク吐出口からインクを吐出させるためのエネルギーを発生する素子を有した記録素子基板と、インクジェット記録装置の本体から前記素子を駆動する電気信号を受けるための複数のコンタクトパッドおよび前記電気信号を伝達するために前記コンタクトパッドから前記素子に向けて延在する配線を有する配線基板とを具えるインクジェット記録ヘッドにおいて、前記コンタクトパッドのうち、前記吐出口に近いコンタクトパッドほど、前記配線の延在方向を横切る方向における前記コンタクトパッドの長さを小としたことを特徴とする。

ここで、前記インクジェット記録装置の所定の装着位置基準に位置決めするための位置決め部を前記記録素子基板の近傍に有するものとすることができる。

以上の構成によれば、吐出口近くのコンタクトパッドの幅を小さくすることにより、インクジェット記録装置の小型化や、多ノズル化に伴う配線基板上の配線数の増加及びコンタクトパッド数の増加の場合においても限られた平面内で配線の引き回しや、コンタクトパッドの配置が効率よく行える。さらに、コンタクトパッドの高密度配置においてもインクミスト等によるインク浸入によりコンタクトパッド間がショートする危険性を軽減できる。

また、記録ヘッドカートリッジをキャリッジの所定装着位置に位置決めするための突き当て基準から近いコンタクトパッドは小さく、遠いコンタクトパッドは大きくすることで、インクジェット記録ヘッドの各部品精度や組立精度等によるインク吐出口への影響を受けずに配線の引き回し、コンタクトパッドの配置が効率よく行える。

以下に図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１および図２は本発明の第１の実施形態に係るインクジェット記録カートリッジを示し、それぞれ、インクジェット記録カートリッジをフレキシブル配線基板側およびインクタンク側から見た斜視図である。

記録ヘッドカートリッジ１０００は、記録ヘッド１００１とインクタンク１９００から構成され、記録ヘッド１００１に対してインクタンク１９００が着脱可能に搭載される。この記録ヘッド１００１は、インクタンク１９００を保持するインク供給ユニット１４０５と、フレキシブル配線基板１４００とを具える。フレキシブル配線基板１４００は、インクジェット記録装置本体からの電気信号を受けるためのコンタクトパッド１４０３を複数有する。そして、フレキシブル配線基板１４００は、第１の封止剤１３０７と第２の封止剤１３０８とで封止された記録素子基板１１００を担持するプレート１２００により、インク供給ユニット１４０５に接着固定される。

また、記録ヘッド１００１には、記録ヘッドカートリッジ１０００をキャリッジの所定の装着位置に位置決めするための突き当て基準として記録素子基板１４００の近傍に、Ｘ方向（記録ヘッド移動方向）の突き当て部Ｈ１５０９と、Ｙ方向（記録媒体搬送方向）の突き当て部Ｈ１５１０と、Ｚ方向（インク吐出方向）の突き当て部Ｈ１５１１とが形成されている。

記録素子基板１１００は、インクを吐出するために利用されるエネルギーとして、例えばインクに熱エネルギーを付与する電気熱変換素子と、その時のインクの相変化により生じるインクの発泡時（沸騰時）の気泡圧力で、インクを吐出する吐出口とが配列されている。

図３は、図１に示した記録素子基板を一部省略して示した斜視図である。記録素子基板１１００は、例えば幅４．３ｍｍ、長さ８．９ｍｍ、厚さ０．６２５ｍｍのＳｉ基板１１０１に、吐出口が形成された薄膜のオリフィスプレートが接合されてなるものである。また、記録素子基板１１００には、長溝状のインク供給口１１０２が３列形成され、各インク供給口１１０２の両側に沿って電気熱変換素子１１０３が配置される。電気熱変換素子１１０３および電気熱変換素子１１０３に電力を供給するＡｌ等の電気配線は、成膜技術により形成される。

また、記録素子基板１１０１には、インク供給口の配列方向に対して垂直方向に位置する両端のそれぞれに、電気配線から電気信号を電気熱変換素子に供給するための複数の電極パッド１１０５が、例えば２１個ずつ、すなわち合計で４２個配列されている。そして、電極パッド１１０５にはＡｕ等のバンプがそれぞれ設けられ、電気配線と接続されている。

インク供給口１１０２は、Ｓｉ基板１１０１の結晶方位を利用して、異方性エッチングにより形成される。ウエハー面内に＜１００＞、厚さ方向に＜１１１＞の結晶方位を持つ場合、アルカリ系（ＫＯＨ、ＴＭＡＨ、ヒトラジン等）の異方性エッチングにより、約５４．７度の角度でエッチングが進行する。この方法を用いて、所望の深さにエッチングすることができる。

また、Ｓｉ基板１１０１上には、電気熱変換素子１１０３に対応したインク流路を形成するためのインク流路壁１１０９と吐出口１１０８がフォトリソグラフィー技術により形成され、例えばイエロー、マゼンタ、およびシアンの３色のインクに対応して、６列の吐出口列１１０８ａを形成している。また、吐出口１１０８は電気熱変換素子１１０３に対向するように設けられており、インク流路から供給されたインクを電気熱変換素子１１０３により気泡を発生させてインクをインク吐出口１１０８から吐出する。

図１に示したプレート１２００には、記録素子基板１１００に３色のインクを供給するためのインク流路（図示せず）が形成されており、記録素子基板１１００に有する３つのインク供給口１１０２にそれぞれ連通する。そして、記録素子基板１１００はプレート１２００に第１の接着剤で接着固定される。ここで、第１の接着剤は、プレート１２００上に記録素子基板１１００とほぼ同形状で、それぞれ隣り合うインク供給口にエアーパスが発生しないように塗布される。第１の接着剤は、粘度が低く、接触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し、かつ、耐インク性のあるものが望ましい。例えば、エポキシ樹脂を主成分とした熱硬化接着剤であり、接着層の厚みは５０μｍ程度である。

プレート１２００は、例えば、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）材料で形成されるが、プレートの素材は、アルミナに限られることなく、記録素子基板１１００と同等の線膨張率を有し、かつ、それらの熱伝導率と同等もしくは同等以上の熱伝導率を有する材料で作られてもよい。そして、記録素子基板１１００とフレキシブル配線基板１４００を平面的に電気接続できるようにプレート１２００に接着固定される。

図４は、図１に示したインクジェット記録ヘッドに用いられるフレキシブル配線基板の展開図である。フレキシブル配線基板は、ポリイミドフィルムを基材とし、基材上に厚さ０．０３５ｍｍの銅箔配線パターンが形成される。フレキシブル配線基板１４００は、幅１９ｍｍ、長さ４４ｍｍの長方形状であり、記録素子基板１１００を組み込むための幅７．３ｍｍ、長さ１０．１ｍｍの開口部（デバイスホール）１４０１と、複数のコンタクトパッド１４０３とを具える。開口部１４０１は、記録素子基板１１００に設けられた複数の電極パッド１１０５にそれぞれ対応する複数の電極端子１４０２を有している。それぞれの電極端子１４０２と、本体装置からの電気信号を受け取るためのそれぞれのコンタクトパッド１４０３とは、配線１４０４（本実施の形態では４２本）で連結されている。配線１４０４は、開口部１４０１に近い位置では隣り合うコンタクトパッドの間には、多数（本実施の形態では６本）の配線が通る。また、コンタクトパッド１４０３は、配線の延在方向に同数（本実施の形態では６）、配線の延在方向を横切る方向に同数（本実施の形態では７）、それぞれ配列している。

フレキシブル配線基板１４００と記録素子基板１１００は、電気的に接続されており、例えば、記録素子基板１１００の電極パッド１１０５とフレキシブル配線基板１４００の電極端子１４０２との間に熱硬化接着樹脂（図示せず）を塗布後、記録素子基板１１００の電極パッド１１０５とフレキシブル配線基板１４００の電極端子１４０２をヒートツールにて一括で加熱加圧して、熱硬化接着樹脂を硬化させることにより、電極パッド１１０５と前記電極端子１４０２は電気的に一括接続される。以上のように構成された記録素子基板１１００とフレキシブル配線基板１４００の電気接続部分は、第１の封止剤１３０７及び第２の封止剤１３０８により封止され、電気接続部分をインクによる腐食や外的衝撃から保護している。

フレキシブル配線基板１４００に備えられた複数のコンタクトパッド１４０３は、それぞれ隣り合うコンタクトパッドとの中心の間隔が、配線の延在方向を横切る方向に一定の長さＰｂ、配線の延在方向に一定の長さＰｈとなるように配置されている。本実施形態ではＰｂは２．３ｍｍ、Ｐｈは２．７ｍｍである。そして、コンタクトパッド１４０３は配線の延在方向の長さが一定の長さＨである。また、配線の延在方向に隣り合うコンタクトパッドとの間隔は一定の長さＳｈとなるように配置されている。本実施形態ではＨは２．０ｍｍ、Ｓｈは０．７ｍｍである。一方、コンタクトパッド１４０３の、配線の延在方向を横切る方向の長さＢは、開口部１４０１に近い程短く、遠い程長い。したがって、配線の延在方向を横切る方向の、コンタクトパッド１４０３のそれぞれの間隔Ｓｂは開口部１４０１に近い程長く、遠い程短くなる。本実施形態では、開口部の最も近くの列に配置されたコンタクトパッド１４０３は、Ｂは１．６ｍｍ、Ｓｂは０．７ｍｍであり、フレキシブル配線基板１４００の開口部１４０１から最も遠くの列に配置されたコンタクトパッド１４０３は、Ｂは１．６９ｍｍ、Ｓｂは０．６１ｍｍである。本構成では、３５μｍ厚の銅箔で、好ましくパターニング可能な配線幅３５μｍ、配線スペース８０μｍで回路を構成し、効率の良い配線の引き回しを行っている。

また、高密度配置においても、インク吐出口からのインク吐出の繰り返しにより発生するインクミストがインクジェット記録ヘッドの各部に蓄積しインク滴を形成する場合、その付着インク滴による電極間ショートを防止することができる。

なお、図４に示すコンタクトパッドの長さＢおよび間隔Ｓｂはそれぞれ等しいが、それぞれの長さおよび間隔が異なっても構わない。

また、インクジェット記録ヘッドカートリッジをインクジェット記録装置本体のキャリッジに装着した場合、記録素子基板１４００近くに形成された、突き当て部Ｈ１５０９と、Ｈ１５１０と、Ｈ１５１１とがキャリッジ上の基準面に突き当たることにより位置決めがなされる。このため、インクジェット記録ヘッドやキャリッジの各部品精度、組立精度、ガタ等によるずれが、キャリッジに設けられた電気的接点とコンタクトパッドの接続に影響しないように、コンタクトパッドはある程度の大きさが必要になる。しかしながら、突き当て部の精度により生ずるわずかなずれによる傾きの影響は、基準面より遠い程位置のずれが大きくなるため、本実施形態のように、基準面に近いコンタクトパッドほど小さくしても、ずれによる電気的接点とコンタクトパッドとの接続には影響が少ない。

本実施形態では、配線基板は、記録素子基板と電気接続されたフレキシブル配線基板である例について示したが、配線基板は、フレキシブルでないものであっても良い。

（第２の実施形態）
上記第１の実施形態では、配線の延在方向に配列されたコンタクトパッド１４０３の中心が実質的に一直線上に並ぶコンタクトパッドが配列された配線基板について説明したが、本発明はかかる形態に限られない。図５は本発明の第２の実施形態に係るフレキシブル配線基板を示し、この図に示すように、配線の延在方向に隣り合うコンタクトパッド１４０３の中心がＰｂ／２ずれている構成となっている。

これは、コンタクトパッド１４０３は配線の延在方向を横切る方向に隣り合うコンタクトパッドの間隔Ｐｂ、配線の延在方向に隣り合うコンタクトパッドの間隔Ｐｈがそれぞれ同間隔であるが、配線の延在方向に隣り合う列とでは配置位置がＰｂ／２だけずれている。こうすることで、インクジェット記録装置のキャリッジ上のピンタイプコンタクトコネクタが、千鳥状に配列されたタイプのものに対応する。

図５に示すフレキシブル配線基板１４００は、幅１９ｍｍ、長さ４７ｍｍの長方形状であり、図４に示す第１の実施形態におけるフレキシブル配線基板と同一の開口部１４０１を具えている。

それぞれの電極端子１４０２と、本体装置からの電気信号を受け取るためのそれぞれのコンタクトパッド１４０３とは、配線１４０４で連結されているため、第１の実施形態と同一の開口部を備えたフレキシブル配線基板の場合には、第１の実施形態と同数のコンタクトパッド１４０３を具えることとなる。

配線の延在方向を横切る方向に配列したコンタクトパッド１４０３の列のうち、開口部１４０１から最も近い列、最も近い列から３列目および５列目にはコンタクトパッド１４０３が７つ配列されており、最も近い列から２列目、４列目および６列目にはコンタクトパッド１４０３が６つ配列されている。また、７列目にはコンタクトパッド１４０３が３つ配列されている。

本実施形態ではＰｂは２．３ｍｍ、Ｐｈは２．８ｍｍである。また配線の延在方向を横切る方向のコンタクトパッドの長さＢは１．５１ｍｍ、隣り合うコンタクトパッドの間隔Ｓｂは０．７９ｍｍであり、隣り合うコンタクトパッドの間には、６本の配線１４０４が通っている。また、開口部１４０１から最も近い列から２列目に配置されたコンタクトパッド１４０３は、長さＢが１．６ｍｍ、間隔Ｓｂが０．７ｍｍであり、隣り合うコンタクトパッド１４０３の間には、５本の配線１４０４が通っている。開口部１４０１から離れるほど隣り合うコンタクトパッド１４０３の間を通る配線は減り、コンタクトパッド１４０３の配線の延在方向を横切る方向の長さＢは１列ごと離れるごとに０．０９ｍｍ大きくなり、隣り合うコンタクトパッドの間隔Ｓｂは小さくなる。開口部１４０１から最も遠い列から２列目に配置されたコンタクトパッドの長さＢは２．０５ｍｍであり、コンタクトパッドの間隔Ｓｂは０．２５ｍｍである。また、開口部１４０１から最も遠い列に配置されたコンタクトパッドの長さＢは２．１４ｍｍである。

本実施例では、配線の延在方向に隣り合うコンタクトパッド１４０３の中心のずれ量をＰｂ／２としたが、ずれ量はこれに限定されたものではなく、インクジェット記録装置のキャリッジ上のピンタイプコンタクトコネクタの効率よい配列に合うよう設定されるものである。

（その他）
なお、以上の実施形態では、インクタンクが着脱可能な形態のインクジェット記録ヘッドに本発明を適用した場合について説明したが、インクタンクが一体不可分に構成されるインクジェット記録ヘッドに対しても本発明を有効に適用できることは勿論である。また、インクタンクを一体に有さない形態であってもよい。

また、インクジェット記録ヘッドには種々のインク吐出方式を採用するものがあり、上述のように通電に応じインクに膜沸騰を生じさせる熱エネルギーを発生する電気熱変換素子が設けられているもののほか、ピエゾ素子など電気機械エネルギー変換素子が設けられているものを用いてもよい。

本発明の第１実施形態に係るインクジェット記録ヘッドをフレキシブル配線部材側から見た斜視図である。 本発明の第１実施形態に係るインクジェット記録ヘッドをインクタンク側から見た斜視図である。 本発明の第１実施形態の記録素子基板の斜視図である。 本発明の第１実施形態のフレキシブル配線基板の展開図である。 本発明の第２実施形態のフレキシブル配線基板の正面図である。 従来のインクジェット記録ヘッドの一例を示す斜視図である。 従来のインクジェット記録ヘッドの他の例を示す斜視図である。 従来のインクジェット記録ヘッドのさらに他の例を示す斜視図である。

符号の説明

１０００ 記録ヘッドカートリッジ
１００１ インクジェット記録ヘッド
１１００ 記録素子基板
１１０１ Ｓｉ基板
１１０２ インク供給口
１１０３ 電気熱変換素子
１１０５ 電極パッド
１１０８ 吐出口
１１０８ａ 吐出口列
１１０９ インク流路壁
１２００ プレート
１４００、Ｈ１００６ フレキシブル配線基板
１４０１ 開口部
１４０２ 電極端子
１４０３、Ｈ１００４、３ コンタクトパッド
１４０４ 配線
１４０５、Ｈ１００３ インク供給ユニット
１９００ インクタンク
Ｈ１００２ 記録素子ユニット
Ｈ１００５ 配線部
Ｈ１５０９ Ｘ方向突き当て部
Ｈ１５１０ Ｙ方向突き当て部
Ｈ１５１１ Ｚ方向突き当て部

Claims (7)

1. インク吐出口および該インク吐出口からインクを吐出させるためのエネルギーを発生する素子を有した記録素子基板と、インクジェット記録装置の本体から前記素子を駆動する電気信号を受けるための複数のコンタクトパッドおよび前記電気信号を伝達するために前記コンタクトパッドから前記素子に向けて延在する配線を有する配線基板と、を具えるインクジェット記録ヘッドにおいて、
   前記コンタクトパッドのうち、前記吐出口に近いコンタクトパッドほど、前記配線の延在方向を横切る方向における前記コンタクトパッドの長さを小としたことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
2. 前記インクジェット記録装置の所定の装着位置基準に位置決めするための位置決め部を前記記録素子基板の近傍に有す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. 前記コンタクトパッドは、前記配線の延在方向を横切る方向の隣り合うコンタクトパッドとの間隔が一定となるように配列されて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記録ヘッド。
4. 前記コンタクトパッドは、前記配線の延在方向の隣り合うコンタクトパッドとの間隔が一定となるように配列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記録ヘッド。
5. 前記配線の延在方向の隣り合うコンタクトパッドとの間隔が、前記配線の延在方向を横切る方向の隣り合うコンタクトパッドとの間隔よりも広い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記録ヘッド。
6. 前記配線の延在方向に偶数番目に配列されたコンタクトパッドの前記配線の延在方向を横切る方向の中心位置と、奇数番目に配列されたコンタクトパッドの前記配線の延在方向を横切る方向の中心位置とは、異なることを特徴とする請求項３に記載のインクジェット記録ヘッド。
7. 前記配線基板は、フレキシブル配線基板の形態を有することを特徴とする、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
   

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