JP2006297669A - インクジェット記録ヘッド用基板および、該基板を用いるインクジェット記録ヘッド - Google Patents

インクジェット記録ヘッド用基板および、該基板を用いるインクジェット記録ヘッド Download PDF

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Abstract

【課題】 複数の記録素子を共通に電源に接続するための共通電源配線と、複数の記録素子を共通にグランドに接続するための共通グランド配線との低抵抗化のための構成を損なうことのないインクジェット記録ヘッド用基板と外部との電気的接続構成を提供する。
【解決手段】 電極パッド(H1105)を介さずに共通配線(H1106)と電気配線テープ(H1300)の電極リード線(H1107A)とを電気的に接続する。この構成では、基板(H1100)端部の電極パッド近傍で共通配線幅を狭める必要がなく、従って共通配線の低抵抗化を損なうことがない。
【選択図】 図7

Description

本発明は、記録媒体の被記録面に対してインクを吐出し、記録動作を行うインクジェット記録ヘッド用基板および該基板を用いるインクジェット記録ヘッドに関する。特に本発明は、インクを吐出するために利用されるエネルギを発生する素子が配列された、基板の表面とは反対側の面(裏面)から貫通して前記素子上にインクを導く長溝状の複数のインク供給口を持ち、前記素子の駆動に応じて該基板に対して垂直方向にインクを吐出し、長溝状のインク供給口の短辺に平行な基板外周の辺に沿って電極パッドをもつインクジェット記録ヘッド用基板および、該基板を用いたインクジェット記録ヘッドに適用して好適なものである。
図9および図10はこのようなインクジェット記録装置に用いられるインクジェット記録ヘッド(以下、単に記録ヘッドともいう)の一従来例を示し、図9は吐出口等を形成する部材を一部破断し基板の一部を示す斜視図、図10は記録ヘッドの基板上の主に電源配線を示す平面図である。
この型の記録ヘッドは図9に示すように、基板を貫通するインク供給口803を挟んだ両側において千鳥状に配置された複数の発熱部(以下、単にヒータともいう)802が基板805上に設けられる。また、これらの複数の発熱部802それぞれに対応してインクを吐出するためのインク吐出口801やインク流路804を形成するための部材が基板805上に形成されている。
図10に示す基板805上には、複数のヒータ802のそれぞれを記録データに応じて選択的に駆動してインクを吐出するため、電源側に接続される共通配線902aおよび902b、各発熱部802に電力を供給するための電源配線910、トランジスタ等の駆動素子(図中ハッチングされている部分で、発熱部およびこれに関連した配線層の下層として基板に形成されている)、グランド(GND)側の共通配線904aおよび904b等の配線もしくは回路が設けられている。そして、電源側およびGND側の各共通配線は電極パッド903を介して基板外と電気的接続を行うことができる。なお、図ではヒータ、電極配線および駆動素子を形成するための層に関連して配置される所要の層間絶縁膜やインクからの保護を行うための保護膜などの図示は省略されている。
以上の構成を有するインクジェット記録ヘッドにおいて、インクは各吐出口801の近傍でメニスカスを形成して保持され、この状態でヒータ802を記録データに応じて選択的に駆動させることにより、その発生する熱エネルギを利用して熱作用面上のインクを急激に加熱し、膜沸騰を生じさせ、その際に発生する気泡の圧力によってインクを吐出することができる。
ところで、インク吐出のためにヒータに投入される電気エネルギもしくは電力はインクの吐出状態を左右する重要なファクタの一つである。すなわち、投入される電気エネルギが変化すると、それに応じて発泡現象も変化し良好な吐出を行えないことがある。
例えば、投入された駆動エネルギが小さい場合には、エネルギ不足によりインクの膜沸謄現象が不安定になり易く、好ましい膜沸騰が生じなくなることでインク滴の吐出速度や吐出方向さらには吐出量の変動を招き、これらに起因して記録画像の画質劣化を招く場合がある。また逆に、投入された駆動エネルギが高い場合には、過剰な熱エネルギにより発熱部802に機械的なストレスを与えたり膜質に変化を生じさせてしまい、これらによっても上述のような吐出不良を起こしたり、ひどい場合には記録ヘッドを破損させてしまうこともある。このため、各ヒータについて投入されるエネルギは常に実質的に均一であることが望ましい。
一方、各ヒータに投入されるエネルギの変動要因として、一つの記録ヘッドで同時に駆動されるヒータの数が変わることによるものも知られている。すなわち、記録データ等に応じて同時駆動されるヒータの数が変化すると、それによって生じる電圧降下が異なり、結果として各ヒータの駆動エネルギが変化するためである。
この問題の対応策の一つとして、従来は図10に示すように、ヒータ802と電極パッドとの間、および駆動素子と電極パッドとの間の共通配線を、いくつかの発熱部および駆動素子の組を単位として複数に分割し、かつ、各共通配線902a、902b、904a、904bについて配線抵抗値をほぼ等しくする構成が採られてきた(例えば特許文献1)。この構成によれば、それぞれの単位ごとの共通配線について全てのヒータを駆動する時と、一つのヒータを駆動する時との電圧降下の差を小さくすることができる。さらに、それぞれの共通配線に接続されるヒータについて同時に駆動する数を一つのヒータにすることによって、全部のヒータを駆動する場合と一つのヒータを駆動する場合との電圧降下の差をなくすことができ、各ヒータに対して常に一定の駆動エネルギを投入することができる。
この構成は、ヒータを駆動する際に生ずる電圧降下のうち、特にすべてのヒータについて一括した共通配線を施す場合における、ヒータ毎の共通配線の長さがヒータの位置によって異なってしまうことによる電圧降下を小さくすることを前提とするものである。このため、特許文献1の構成では共通配線の幅をできるだけ大きくしてその配線抵抗を小さくし、その上で、図10に示す共通配線の幅A、Bのように各単位への配線の長さに応じて配線の幅を異ならせることにより各電極配線間の配線抵抗を等しくするようにしていた。
特開平10−44416号公報
しかしながら近年のインクジェット記録装置では、高解像度、高画質の画像を高速に得るため、一つの基板内に複数のインク供給口を持ち、前記インク供給口に付随して複数のヒータを高密度で集積する記録ヘッドを用いるのが主流である。そのため、前述の従来技術において、高速記録を実現するために同時駆動数を増やすと、分割配線による接続では、配線幅が大幅に増加し、基板サイズの急激な増加に伴いコストアップを招いてしまう。
一方で記録ヘッド等は小型化の傾向があり、このように記録ヘッドのサイズを容易に大きくできないという制約の下で、従来のような分割配線による接続では基板サイズの小型化は非常に困難な状況となっている。
そこで、前記分割した配線を低抵抗の共通配線とすることによって、基板サイズの増大を抑えることが可能である。低抵抗化を達成するためには、共通配線を厚膜、幅広の形状とするのが一般的である。また、インクジェット記録ヘッド用基板を外部に電気的に接続するには、前記インクジェット記録ヘッド用基板の端部に配置した電極パッドを介して行うのが一般的である。
しかしながら、インクジェット記録ヘッド用基板には、上記共通配線のほか、記録データに応じ各ヒータを個別に駆動するための配線も必要であり、そのため電極パッドを多数配置しなければならない。従って、基板端部における電極パッドの面積が制限されるため、たとえ基板の面上で共通配線の幅を広くしたとしても、これを電極パッドに接続するためには、電極パッドの近傍にて共通配線の幅を電極パッドの幅以下のサイズまで狭める必要があった。(図11参照)このため、前記インクジェット記録ヘッド用基板端部での配線抵抗値が増加してしまい、低抵抗化を図るために共通配線の幅を大とする利点が滅却されてしまうという問題があった。
よって本発明は、上述した問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、共通配線低抵抗化のための構成を損なうことのない外部との接続構成を提供することにある。
そのために、本発明インクジェット記録ヘッド用基板は、
複数の記録素子と、
該複数の記録素子を個別に駆動するための駆動回路と、
前記複数の記録素子を共通に電源に接続するための共通電源配線と、
前記複数の記録素子を共通にグランドに接続するための共通グランド配線と、
前記駆動回路に駆動信号を付与するために前記共通電源配線および前記共通グランド配線より下層に配線される駆動信号配線と、
を具え、該信号配線は電極パッドを介して外部の電極リード線に接続される一方、前記共通電源配線および前記共通グランド配線は、電極パッドを介さずに、外部の電極リード線に直接接続可能に構成されていることを特徴とする。
また、本発明インクジェット記録ヘッドは、
上記インクジェット記録ヘッド用基板と、
前記記録素子が設けられた前記基板の面に接合され、インクを吐出する吐出口が形成された部材と、
前記共通電源配線および前記共通グランド配線にそれぞれ接続される共通配線用の電極リード線、および前記電極パッドに接続される駆動回路用の電極リード線を有する配線部材と、
を具えたことを特徴とする。
本発明によれば、共通配線(共通電源配線および前記共通グランド配線)を外部の電極リード線と直接接続する構成であるので、基板端部の電極パッド近傍で配線幅を狭める必要がなく、従って共通配線の特徴である低抵抗化を損なうことがない。
また、共通配線用の電極パッドを持たない構成であるため、インクジェット記録ヘッド用基板のサイズの増加を抑えることが可能となり、コストアップを防ぐことができる。
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
(第1の実施形態)
図1(a)および(b)は、本発明の一実施形態に係る記録ヘッドH1001を適用可能な記録ヘッドカートリッジH1000を示す斜視図である。
本実施形態の記録ヘッド(インクジェット記録用ヘッド)H1001は、これらの図からわかるように、記録ヘッドカートリッジH1000を構成する一構成要素となっている。この記録ヘッドカートリッジH1000は、記録ヘッドH1001と、記録ヘッドH1001に着脱自在に設けられたインクタンクH1901,H1902,H1903およびH1904(以下、特定しない場合は符号H1900で参照する)とから構成されている。これらのインクタンクは、例えば、ブラック、シアン、マゼンタおよびイエローの各色のインク(記録液)に対応したものとすることができる。記録ヘッドH1001は、インクタンクH1900から供給されるインクを記録情報に応じて吐出口から吐出する。
この記録ヘッドカートリッジH1000は、インクジェット記録装置本体に載置されているキャリッジ(不図示)の位置決め手段および電気的接点によって固定支持されると共に、前記キャリッジに対して着脱可能となっている。記録ヘッドH1001は、電気信号に応じて膜沸騰をインクに対して生じさせるための熱エネルギを生成する発熱抵抗体を用いて記録を行うサイドシュータ型の記録ヘッドである。
図2は記録ヘッドH1001の分解斜視図である。この図に示すように、記録ヘッドH1001は、記録素子ユニットH1002と、インク供給ユニット(記録液供給手段)H1003と、タンクホルダH2000とから構成されている。なお、記録素子ユニットH1002のインク連通口とインク供給ユニットH1003のインク連通口とをインクの漏洩が生じることなく連通させるため、それぞれの連通口周辺に圧着するジョイントシール部材H2300が介挿され、記録ヘッドユニットH1002の2箇所のビス固定位置H1207を通して、インク供給ユニットH1003のビス止めボス部1517にビスH2400を螺着することで固定する。
図3は記録素子ユニットH1002の分解斜視図である。記録素子ユニットH1002は、2種類のインクジェット記録ヘッド用基板H1100、支持部材である第1プレートH1200、可撓性の配線基板である電気配線テープH1300、電気コンタクト基板H2200、および記録素子基板の収容部をなす第2の支持部材である第2のプレートH1400から構成されている。
2種類のインクジェット記録ヘッド用基板H1100は、第1のプレートH1200に接着され固定されている。第1プレートH1200には開口部を有する第2のプレートH1400が接着され固定されており、さらにこの第2のプレートH1400には電気配線テープH1300が接着され固定されて、インクジェット記録ヘッド用基板H1100に対して位置関係が保持されている。この電気配線テープH1300は、インクジェット記録ヘッド用基板H1100にインクを吐出するための電気信号を印加するものであり、インクジェット記録ヘッド用基板H1100に対応する電気配線を持ち、インクジェット記録装置本体からの電気信号を受け取る外部信号入力端子H1301を有する電気コンタクト基板H2200と接続している。電気コンタクト基板H2200は、インク供給ユニットH1003に、端子位置決め穴H1309(2ヶ所)により位置決めされ、固定されている。
なお、図示の例では、例えばブラックインク用のものと、シアン、マゼンタおよびイエローのインク用のものとの、2種類の記録素子基板H1100を有する構成が示されており、前者はブラックインクのインク供給口の両側に発熱部列が配列されたもの、後者はシアン、マゼンタおよびイエローインク用の各インク供給口の両側にそれぞれ発熱部列が配列されたものとなっている。以下では後者の基板についての配線を例示するが、用いるインクの色や種類の数、あるいは1つの記録素子基板上の発熱部の配列はこれに限られない。
図4は本実施形態の記録素子基板H1100の構成を模式的に示す平面図、図5はこれに配列される発熱部群のうち1つの発熱部周辺の部分Pを拡大して模式的に示す平面図、図6は図4において符号Cで示す部分(基板H1100の電極パッド部分)を拡大して詳細に示す平面図である。この記録素子基板H1100はイエロー、マゼンタおよびシアンの3色に対して各2列ずつの発熱部列を一体に有したものである。以下、この記録素子基板H1100上の配線について例示するが、基本的な配線構造はブラックインク用の記録素子基板にも適用可能であることは勿論である。
インクジェット記録ヘッド用基板H1100は、例えば厚さ0.5〜1mmのSi基体を含み、その片面にはインクを吐出するための複数の発熱部802(図5)が形成されている。さらに、各発熱部802にインクの吐出口が対向するよう、吐出口形成部材(不図示)が配置される。図9の一般的構成と同様、吐出口は吐出口形成部材に設けたインク流路を介し、基板H1100上に開口するインク供給口H1104に連通している。インク供給口H1104は吐出口ないし発熱部802の配列に対応した範囲にわたる長溝状であり、基板H1100を貫通してその裏面側にも開口している。その裏面側の開口が第1のプレートH1200に形成されたインク連通口H1201に対応し、インク供給を受けるようになっている。従ってインク供給口H1104から供給されたインクは、発熱部802の発熱作用によって発生した気泡により吐出口から吐出される。
発熱部802は、インク供給口H1104を挟んだ両側にそれぞれ1列ずつ、配列ピッチを1/2だけ図4において縦方向にずらした千鳥状に配列されている。かかる複数の発熱部802は、これらを選択的に駆動するためのスイッチングトランジスタ等の半導体素子でなる駆動素子を含む駆動回路を予め作り込こんでおいた基体H1100上に、発熱部列H1103を形成し、さらに各発熱部802に対する電極配線(ヒータ配線)803を形成するための電極配線層を積層した後に、これらにエッチングを連続的に施して所要のパターニングを行い、さらに電極配線層を部分的に除去してその部分の発熱抵抗体層を露出させることで、形成することができる。
発熱部802の一端はヒータ配線803の一方の部分を介して電源共通配線H1101に接続される。発熱部802の他端はヒータ配線803の他方の部分から例えばスルーホールを介して、下層に形成された駆動回路に接続され、さらにそこからGND共通配線H1102に接続されている。
ここで、本実施形態では、各インク供給口H1104の長辺に沿って発熱部列H1103が設けられ、この発熱部列H1103の外側に電源共通配線H1101が、さらにその外側にGND共通配線H1102が延在している。これらの共通配線は低抵抗化のために金めっきによって厚膜・幅広に形成され、発熱部列H1103と直交する方向の基板側端部付近まで配線幅を狭めることなくレイアウトされている。そして、図6に示すように、これらの共通配線には電気配線テープH1300端部の電極リード線H1107Aが例えば超音波併用熱圧着法等を用いて直接接続される。なお、図6は電源共通配線H1101に係る図4の部分Cに対応した接続構成を示すものであるが、GND側共通配線H1102に関しても同様の接続構成が採用される。従って、以下では電源共通配線およびGND側共通配線を共通配線と総称し、符合H1106で参照する。
また、発熱部802の列の配列方向と直交する方向の基板側部の対向縁部に沿って電極パットH1105が配列される。電極パットH1105は、各色用の複数の発熱部をそれぞれ記録データに応じて駆動するための駆動データや駆動タイミングを定めるためのデータなどの駆動信号を、ロジック回路で構成される駆動回路に与えるための比較的低電圧用(3〜5V)の配線(ロジック配線)H1108が接続され、さらに電極パッドH1105上に形成されたバンプ(不図示)には、電気配線テープH1300の電極リード線H1107Bが例えば超音波併用熱圧着法等を用いて接合される。
上述のように、共通配線H1106は、インクジェット記録ヘッド用基板H1100側端部にて電極リード線H1107Aと、電極パッドH1105を介さずに直接接続されている。そして電極リード線H1107Aは、ロジック配線H1108用の電極パッドH1105の間を通すように配線されている。
ここで、従来は共通配線の膜厚が0.2〜0.6μm程度であったため、本実施形態のように電極リード線を直接当接させると、下層に配置されているロジック配線層を破壊してしまう恐れがあった。これに対し、本実施形態では、めっき技術を利用して共通配線を形成したことで、その膜厚は数μm〜数十μm程度となり、電極リード線H1107Aを共通配線H1106に直接当接させて接続することによっても、下層に配されたロジック配線H1108が破壊されることはない。また、前記めっき形成を行うことで、電極パッド上にもめっきを付けることが可能となり、後工程でのバンプ形成は不要となる。さらに、共通配線H1106用の電極パッドを不要としたことは電極パッド数を減らす上で有効である。
以上のように、厚膜化した共通配線H1106と電極リード線H1107とを直接接続することにより、共通配線の低抵抗接続が可能となるが、より低抵抗の接続が必要であれば、1本の共通配線H1106に対し複数の電極リード線を接続してもよい。実際に図6では1本の共通配線H1106に2本のH1107を接続した例が示されている。
(第2の実施形態)
近年では記録の高速化および高精細化の要望が高く、多数のインク吐出口ないし発熱部の高密度(例えば1200dpi以上のピッチ)の実装化が進んでいる。また、これに伴ってロジック配線ないし電極パッドを小面積に多数配置しなければならなくなってきている。かかる状況下、上述の第1の実施形態のように電極リード線H1107Aの端部を延在させて共通配線H1106に接続する構成では、これが電極パッドH1105上のバンプに接触してしまう恐れがあるので、本実施形態はこれを解決せんとするものである。
図7は本発明の第2の実施形態を示す模式的平面図であり、図8は図7におけるVIII−VIII部の模式的断面図を示す。
本実施形態では、図8に示すように電気配線テープH1300を2段構成とし、上段に電極リード線H1107Aを、下段に電極リード線H1107Bを配置している。そして電極リード線H1107Aを電気配線テープ側から見て奥側にある共通配線H1106に接続し、電極リード線H1107Bを電気配線テープ側から見て手前側にある電極パッド上のバンプH1109に接続する。
この構成によれば、手前側に位置する電極パッドおよびバンプH1109の配設部位の上を通り越して電極リード線H1107Aを共通配線H1106に接続することができるため、電極パッドH1107が密に配置されているインクジェット記録ヘッド用基板H1100においても、電極パッド上のバンプと電極リード線とが接触する恐れを無くすことが可能である。
(その他)
なお、上記実施形態においては、電極リード線と電極パッドとの接続、および、電極リード線と共通配線との接続の方法の一例として超音波併用熱圧着法を挙げたが、他の接続方法を採るものでもよい。
また、上記実施形態において、共通配線は金めっきによって形成されたものとしたが、他の材質を使用してもよく、また所望の厚膜化が達成できるものであれば他の形成方法を採用してもよい。
さらに、上記実施形態では基板平面に対して直交する方向にインクを吐出する所謂サイドシュータ型のインクジェット記録ヘッドおよび該ヘッド用基板に本発明を適用した場合について説明した。しかし本発明は、基板に平行な方向にインク吐出を行う所謂エッジシュータ型のインクジェット記録ヘッドおよび該ヘッド用基板への適用を排除するものではなく、これに対しても有効に適用できるものである。
本発明の一実施形態に係る記録ヘッドを用いた記録ヘッドカートリッジの構成を示す図であり、(a)は斜視図、(b)は(a)の分解斜視図である。 図1に示した記録ヘッドの分解斜視図である。 図2に示した記録素子ユニットの分解斜視図である。 本発明の第1の実施形態によるインクジェット記録ヘッド用基板の模式的平面図である。 図4の基板における発熱部近傍を拡大して示す模式的平面図である。 図4の基板における電極パッド近傍の模式的平面図である。 本発明の第2の実施形態に係るインクジェット記録ヘッド用基板の模式的平面図である。 図7におけるVIII−VIII部の模式的断面図である。 インクジェット記録ヘッドの一般的構成例を説明するために記録ヘッドの一部を破断して示す模式的斜視図である。 図1の記録ヘッドに用いられる従来の基板構成を説明するための模式的平面図である。 従来のインクジェット記録ヘッド用基板における電極パッド近傍の構成を示す模式的平面図である。
符号の説明
802 発熱部
805 記録素子基板(インクジェット記録ヘッド用基板)
902a,902b 電源共通配線
903 電極パッド
904a,904b GND共通配線
H1001 記録ヘッド(インクジェット記録ヘッド)
H1100 記録素子基板(インクジェット記録用基板)
H1101 電源共通配線
H1102 グランド共通配線(GND共通配線)
H1103 発熱部列
H1105 電極パッド
H1106 共通配線
H1107A、H1107B 電極リード
H1108 ロジック配線
H1300 電気配線テープ
H1900 インクタンク

Claims (8)

  1. 複数の記録素子と、
    該複数の記録素子を個別に駆動するための駆動回路と、
    前記複数の記録素子を共通に電源に接続するための共通電源配線と、
    前記複数の記録素子を共通にグランドに接続するための共通グランド配線と、
    前記駆動回路に駆動信号を付与するために前記共通電源配線と、
    前記共通グランド配線より下層に配線される駆動信号配線と、
    を具え、該信号配線は電極パッドを介して外部の電極リード線に接続される一方、前記共通電源配線および前記共通グランド配線は、電極パッドを介さずに、外部の電極リード線に直接接続可能に構成されていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド用基板。
  2. 前記共通電源配線および前記共通グランド配線は、前記電極リード線と接続される部位まで実質的に一定の幅であることを特徴とする請求項1に記載のインクジェット記録ヘッド用基板。
  3. 前記共通電源配線および前記共通グランド配線は、前記記録素子の配列方向と平行に、それぞれ前記基板の異なる側端部近傍まで延在し、前記電極パッドは前記側端部に沿って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用基板。
  4. 前記共通電源配線および前記共通グランド配線は厚膜化して形成されていることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド用基板。
  5. 前記共通電源配線および前記共通グランド配線はめっきが施されて形成されていることを特徴とする請求項4に記載のインクジェット記録ヘッド用基板。
  6. 金めっきを施すことで前記共通電源配線および前記共通グランド配線が形成されていることを特徴とする請求項5に記載のインクジェット記録ヘッド用基板。
  7. 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用基板と、
    前記記録素子が設けられた前記基板の面に接合され、インクを吐出する吐出口が形成された部材と、
    前記共通電源配線および前記共通グランド配線にそれぞれ接続される共通配線用の電極リード線、および前記電極パッドに接続される駆動回路用の電極リード線を有する配線部材と、
    を具えたことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
  8. 前記共通配線用の電極リード線と前記駆動回路用の電極リード線とが、段差を持って前記配線部材に設けられていることを特徴とする請求項7に記載のインクジェット記録ヘッド。
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