JP2007055090A - インクジェット記録ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】高品位なプリントを行える安価のインクジェット記録ヘッドを提供すること。
【解決手段】インク液滴が吐出される吐出口と、この吐出口へインク液滴を供給するためのインク通路となるインク供給口を具備する記録素子基板と、前記記録素子基板を収納するように凹形状を有する収納部とインク収納部よりインク取り出し口を具備するベース部材（支持部材）と、前記記録素子基板のインク供給口と前記ベース部材のインク取り出し口の間をシーリングするように封入される第１の接着剤と、前記記録素子基板の側面部と前記ベース部材の凹部を接着する第２の接着剤から構成され、前記ベース部材と収納される前記記録素子基板の側面部を前記第２の接着剤で固定する部分に凸部を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、インク等の液体を吐出して記録動作を行う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に関する。本発明は、一般的なプリント装置の他、複写機、通信システムを有するファクシミリ、
プリント部を有するワードプロセッサ等の装置、或はこれらの装置を複合した多機能記録装置等に適用することができる。

インクジェット記録装置は、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媒体に対して記録することが可能であって、記録における騒音が殆ど生じないと言った特徴を持つ。このようなことから、インクジェット記録装置は、プリンタ、複写機、
ファクシミリ、ワードプロセッサ等の記録機構を担う装置として広く採用されている。

このようなインクジェット記録装置に搭載される記録ヘッドにおける代表的なインク吐出方式としては、ピエゾ素子等の電気機械変換体を用いたもの、レーザー等の電磁波を照射して発熱させ、この発熱による作用でインク滴を吐出させるもの、或は発熱抵抗体を有する電気熱変換素子によってインクを加熱し、膜沸騰の作用によりインク滴を吐出させるもの等が知られている。

電気熱変換素子を用いたインクジェット記録ヘッドは、電気熱変換素子を記録液室内に設け、
これに記録信号となる電気パルスを供給して発熱させることによりインク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砲時（沸騰時）の気泡圧力を利用して、微小な吐出口から微小なインク滴を吐出させて、記録媒体に対し記録を行うものであり、一般にインク滴を吐出するためのインクジェット記録ノズルと、このノズルにインクを供給する供給系とを有している。

このようなインクジェット記録ヘッドを備えた記録装置は、低コストで高品位な文字や画像が出力可能である。

従来から低価格でカラープリントが出力できる利点から、液体に膜沸騰を生じせしめ気泡の形成（発生、成長、消泡、消滅）に伴って液滴を吐出させ、本出願人であるキヤノン株式会社提案のバブルジェット方式の吐出原理に基づく、ｂｕｂｂｌｅ ｊｅｔ方式（以下、「ＢＪ方式」と称す）が主流となったプリンタが市場の大半を占めている。このプリンタは、黒系液体としてのブラックインク及びシアン、マゼンタ、イエローのカラー系液体を吐出する各ヘッド部に共通してＢＪ方式を用いている。

又、前記ＢＪ方式の改良として、本出願人が提案した新方式として、前記気泡を大気に連通させることで、液体を一定化せしめ、微小液滴の吐出を可能にした大気連通方式、いわゆるｂｕｂｂｌｅ ｔｈｒｏｕｇｈ ｊｅｔ方式（以下、「ＢＴＪ方式」と称す）を用いたプリンタが市場に投入されている。このプリンタも、前記プリンタ同様のブラック、シアン、
マゼンタ、 イエローの各色用のヘッド部を有し、それぞれＢＴＪ方式を共通して用いることで、微小液滴の安定吐出量の確保に基づく高画質プリントを達成している。

即ち、銀塩写真と同等の高品位カラー記録を達成するためには、紙上でドットが見えない（粒状感が無い）程度に小ドット化することが必要であり、カラーインクの液滴は、約５ｐｌ（ピコリットル、１０⁻¹² リットル）、ドット径４０〜５０μｍ、解像度６００×１２００〜１２００×１２００ｄｐｉ（ｄｐｉは１インチ当たりのドット数を示す単位）程度の設定がなされるが、十分対応可能である。

従来のインクジェット記録ヘッド及びその製造方法は、前記ＢＴＪ方式で凹部（支持部材）に記録素子基板を接着しているものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−０１９１１９号公報

近年ではインクジェット記録装置の低価格化が著しく、インクジェット記録ヘッドを如何に安く作るかが課題となっており、ベース部材の材料として従来使用されてきた高価なセラミック等に代わり、安価な樹脂材料等を用いることが考案されてきている。これらインクジェット記録ヘッドの記録素子基板と、ベース部材（支持部材）の接着剤には耐インク性のあるものが望ましく、例えばエポキシ樹脂を主成分とした熱硬化型接着剤が好まれ使用されている。従来の熱硬化型接着剤としては、ベース部材（支持部材）は耐熱性が高く線膨張が小さいセラミックが使用されていたため、高温、且つ、短時間で硬化する接着剤が使用可能であった。

しかしながら、インクタンク一体型等のベース部材に樹脂材料等を用いた場合、セラミックに比べて耐熱性が低く線膨張が大きいため、従来のような高温で硬化する接着剤を使用すると、ベース部材（支持部材）の変形や加熱・冷却時に掛かる記録素子基板との線膨張の差により、ベース部材と記録素子基板との位置ずれや記録素子基板が外れるという問題が発生してしまう。よって、接着剤は低温で硬化する接着剤が必要となり、且つ、低温で硬化させて耐インク性等の特性を満足させるためには、一般に長時間の加熱が必要となる。

しかしながら、接着剤が硬化するまでの長時間に渡り記録素子基板を保持するのは生産性が悪いため、別の短時間で固定できる接着剤による仮止めが必要となる。この場合、ベース部材と記録素子基板を接合・圧着すると接着剤のはみ出しが生じて、仮止め剤を塗布するスペースが確保できないという問題があった。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもの、その目的とする処は、高品位なプリントを行える安価のインクジェット記録ヘッドを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、インク液滴が吐出される吐出口と、この吐出口へインク液滴を供給するためのインク通路となるインク供給口を具備する記録素子基板と、前記記録素子基板を収納するように凹形状を有する収納部とインク収納部よりインク取り出し口を具備するベース部材（支持部材）と、前記記録素子基板のインク供給口と前記ベース部材のインク取り出し口の間をシーリングするように封入される第１の接着剤と、前記記録素子基板の側面部と前記ベース部材の凹部を接着する第２の接着剤から構成され、前記ベース部材と収納される前記記録素子基板の側面部を前記第２の接着剤で固定する部分に凸部を設けたことを特徴とする。

本発明によれば、前記構成のインクジェット記録ヘッドにおいて、２種類の接着剤を用い、且つ、凸部を設けることで前記記載のシーリングするように封入される第１の接着剤がはみ出しても凸部が堤防の役目をし、接着剤の広がりを抑えるため第２の接着剤で記録素子基板がベース部材に確実に固定される。これらによりベース部材（支持部材）に樹脂材料等の耐熱性が低く、線膨張が大きい材料を用いても第１の接着剤が低温で長時間掛けて硬化するの対して、短時間で硬化する第２の接着剤を用いて仮固定することでインクジェット記録ヘッドの生産性を落とすことなく作ることが可能となる。よって、高品位なプリントを行える安価のインクジェット記録ヘッドを提供することができる。

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〜図９は本発明が実施または適用される好適な記録ヘッドを説明するための説明図である。以下、これらの図面を参照して各構成要素について説明する。

本発明の記録ヘッドは、図４に示すように、インクタンク一体構成となっており、図４左の第１の記録ヘッドＨ１００はブラックインクを、図４右の第２の記録ヘッドＨ１０１はカラーインク（シアンインク、マゼンタインク、イエローインク）をそれぞれ搭載している。これら記録ヘッドＨ１００及びＨ１０１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の位置決め手段及び電気的接点によって固定支持されるとともに、キャリッジに対して着脱可能となっており、搭載したインクが消費されるとそれぞれ交換される。

次に、これら記録ヘッドに関して、更に詳しく記録ヘッドを構成しているそれぞれの構成要素毎に順を追って説明する。
（１）記録ヘッド
本実施の形態における第１の記録ヘッドＨ１００及び第２の記録ヘッドＨ１０１は、電気信号に応じて膜沸騰をインクに対して生じせしめるための熱エネルギーを生成する電気熱変換体を用いたバブルジェット（登録商標）方式の記録ヘッドであり、電気熱変換体とインク吐出口とが対向するように配置された、いわゆるサイドシュータ型の記録ヘッドである。
（１−１）第１の記録ヘッド
第１の記録ヘッドＨ１００は、ブラックインク用として使用されるもので、図３の分解斜視図に示すように、記録素子基板Ｈ１１００、電気配線テープＨ１３００、インク供給保持（ベース）部材１から構成されている。
（１−１−１）第１の記録素子基板
図５は第１の記録素子基板Ｈ１１００の構成を説明するために一部破断して示す斜視図である。第１の記録素子基板Ｈ１１００は、例えば、厚さ０．５〜１ｍｍのＳｉ基板Ｈ１１１０にインク流路である長溝状の貫通口のインク供給口Ｈ１１０２がＳｉの結晶方位を利用した異方性エッチングやサンドブラストなどの方法で形成されている。

インク供給口Ｈ１１０２を挟んだ両側には、電気熱変換素子Ｈ１１０３がそれぞれ１列ずつ並べて配置されて形成されており、更に電気熱変換素子Ｈ１１０３に電力を供給するＡｌ等から成る不図示の電気配線が形成されている。これら電気熱変換素子Ｈ１１０３と電気配線とは成膜技術により形成されている。

電気熱変換素子Ｈ１１０３は、各列千鳥状に配列されて、各列の吐出口の位置が、その並び列方向に直交する方向に並ばないように少しずれて配置されている。更に、この電気配線に電力を供給したり、電気熱変換素子Ｈ１１０３を駆動するための電気信号を供給したりするための電極部Ｈ１１０４が電気熱変換素子Ｈ１１０３の両外側の側辺に沿って配列して形成されており、電極部Ｈ１１０４上にはＡｕ等から成るバンプＨ１１０５が形成されている。

Ｓｉ基板Ｈ１１１０上のこれらパターンが形成された面上には、電気熱変換素子Ｈ１１０３に対応したインク流路を形成するインク流路壁Ｈ１１０６とその上方を覆う天上部とを有し、天井部に吐出口Ｈ１１０７が開口された、樹脂材料から成る構造体がフォトリソ技術によって形成されている。吐出口Ｈ１１０７は、電気熱変換素子Ｈ１１０３に対向して設けられており、吐出口群Ｈ１１０８を形成している。この第１の記録素子Ｈ１１００において、インク流路Ｈ１１０２から供給されたインクは、各電気熱変換素子Ｈ１１０３の発熱によって発生した気泡の圧力によって、各電気熱変換素子Ｈ１１０３に対向する吐出口Ｈ１１０７から吐出される。
（１−１−２）電気配線テープ
図３の電気配線テープＨ１３００は、第１の記録素子基板Ｈ１１００に対してインクを吐出するための電気信号を印加する電気信号経路を形成するものであり、ポリイミドのベース基材上に銅箔の配線パターンを形成することで構成されている。

又、記録素子基板を組み込むための開口部Ｈ１３０４が形成されており、この開口部の縁付近には、記録素子基板の電極部Ｈ１１０４に接続される電極端子Ｈ１３０２が形成されている。更に、電気配線テープＨ１３００には、本体装置からの電気信号を受け取るための外部信号入力端子Ｈ１３０６も形成されており、電極端子Ｈ１３０２と外部信号入力端子Ｈ１３０６が連続した銅箔の配線パターンで繋がれている。

電気配線テープＨ１３００と第１の記録素子基板Ｈ１１００の電気的接続は、例えば、第１の記録素子基板Ｈ１１００の電極部Ｈ１１０４に形成されたバンプＨ１１０５と、第１の記録素子基板Ｈ１１００の電極部Ｈ１１０４に対応する電気配線テープＨ１３００の電極端子Ｈ１３０２とが熱超音波圧着法により電気接合されることでなされている。
（１−１−３）インク供給保持部材
図３のインク供給保持（ベース）部材１は、例えば樹脂成形により形成されている。樹脂材料には、形状的剛性を向上させるためにガラスフィラーを５〜４０％混入した樹脂材料を使用することが望ましい。

インク流路の下流部には、第１の記録素子基板Ｈ１１００にブラックのインクを供給するためのインク供給口５が形成されており、第１の記録素子基板Ｈ１１００のインク供給口Ｈ１１０２がインク供給保持（ベース）部材１のインク供給口５に連通するよう、第１の記録素子基板Ｈ１１００がインク供給保持（ベース）部材１に対して位置精度良く接着固定される。この接着に用いられる（図１参照）第１の接着剤９と第２の接着剤１０は、硬化温度が低く、短時間で硬化し、且つ、耐インク性のあるものが望ましい。その際には第１の接着剤９の接着層は厚み５０μｍ程度が望ましく、第２の接着剤１０は第１の接着剤９より先に硬化する。

又、インク供給口５付近周囲の平面には、電気配線テープＨ１３００の一部の裏面が第３の接着剤により接着固定される。第１の記録素子基板Ｈ１１００と電気配線テープＨ１３００との電気接続部分は、第１の封止剤１１及び第２の封止剤１３（図７参照）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されている。

第１の封止剤は、主に電気配線テープＨ１３００の電極端子Ｈ１３０２と記録素子基板のバンプＨ１１０５との接続部の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１３は、上述の接続部の表側を封止している。そして、電気配線テープＨ１３００の未接着部は折り曲げられ、インク供給保持（ベース）部材１の第１の記録素子基板Ｈ１１００接着面にほぼ垂直な側面に熱カシメ若しくは接着等で固定される。
（１−２）第２の記録ヘッド
第２の記録ヘッドＨ１００１は、シアン、マゼンタ、イエローの３色のインクを吐出させるためのもので、図３の分解斜視図に示すように、記録素子基板Ｈ１１０１、電気配線テープＨ１３０１、インク供給保持（ベース）部材２から構成されている。
（１−２−１）第２の記録素子基板
図６は第２の記録素子基板Ｈ１１０１の構成を説明するために一部破断して示す斜視図であり、シアン、マゼンタ、イエロー用の３個のインク供給口Ｈ１１０２が並列して形成されている点が第１の記録素子基板Ｈ１１００と大きく異なる。それぞれのインク供給口Ｈ１１０２を挟んでその両側に電気熱変換素子Ｈ１１０３と吐出口Ｈ１１０７とが一列に並んで千鳥状に配置されて形成されている。

Ｓｉ基板Ｈ１１１０上には、第１の記録素子基板Ｈ１１００におけるＳｉ基板Ｈ１１１０同様に、電気配線、ヒューズ若しくは抵抗等、電極部Ｈ１１０４等が形成されており、その上に樹脂材料でフォトリソグラフィ技術によってインク流路壁Ｈ１１０６や吐出口Ｈ１１０７が形成されており、電気配線に電力を供給するための電極部Ｈ１１０４にはＡｕ等のバンプＨ１１０５が形成されている。
（１−２−２）電気配線テープ
図３の電気配線テープＨ１３０１は、ポリイミドのベース基材上に銅箔の配線パターンを形成することで構成されており、第２の記録素子基板Ｈ１１０１に対してインクを吐出するための電気信号を印加する電気信号経路を形成するものであり、記録素子基板を組み込むための開口部Ｈ１３０５が形成されており、この開口部の縁付近には、記録素子基板の電極部Ｈ１１０４に接続される電極端子Ｈ１３０３が形成されている。又、電気配線テープＨ１３０１には、本体装置からの電気信号を受け取るための外部信号入力端子Ｈ１３０７が形成されており、電極端子Ｈ１３０３と外部信号入力端子Ｈ１３０７は連続した銅箔の配線パターンで繋がれている。

電気配線テープＨ１３０１と第２の記録素子基板Ｈ１１０１の電気的接続は、例えば、第２の記録素子基板Ｈ１１０１の電極部Ｈ１１０４に形成されたバンプＨ１１０５と、第２の記録素子基板Ｈ１１０１の電極部Ｈ１１０４に対応する電気配線テープＨ１３０１の電極端子Ｈ１３０３とが熱超音波圧着法により電気接合されることでなされている。
（１−２−３）インク供給保持部材
図３のインク供給保持（ベース）部材２は、例えば、樹脂成形により形成されている。樹脂材料には、形状的剛性を向上させるためにガラスフィラーを５〜４０％混入した樹脂材料を使用することが望ましい。
インク流路の下流部には、第２の記録素子基板Ｈ１１０１にシアン、マゼンタ、イエローの各インクを供給するためのインク供給口６が形成されており、第２の記録素子基板Ｈ１１０１の各インク供給口Ｈ１１０２がインク供給保持（ベース）部材２の各インク供給口６に連通するよう、第２の記録素子基板Ｈ１１０１がインク供給保持（ベース）部材２に対して位置精度良く接着固定される。この接着に用いられる（図１参照）第１の接着剤９と第２の接着剤１０は、硬化温度が低く、短時間で硬化し、且つ、耐インク性のあるものが望ましい。その際には第１の接着剤９の接着層は厚み５０μｍ程度が望ましく、第２の接着剤１０は第１の接着剤９より先に硬化する。

又、インク供給口６付近周囲の平面には、電気配線テープＨ１３０１の一部の裏面が第３の接着剤により接着固定される。第２の記録素子基板Ｈ１１０１と電気配線テープＨ１３０１との電気接続部分は、第１の封止剤１２及び第２の封止剤１４（図７参照）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されている。第１の封止剤１２は、主に電気配線テープＨ１３０１の電極端子Ｈ１３０３と記録素子基板のバンプＨ１１０５との接続部の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１４は、上述の接続部の表側を封止している。そして、電気配線テープＨ１３０１の未接着部は折り曲げられ、インク供給保持（ベース）部材２のインク供給口６を有する面にほぼ直交した側面に熱カシメ若しくは接着等で固定される。

本発明の実施例１について図１、図２及び図８を参照して説明する。ここでは、前記第１の記録ヘッドを例にしているが、第２の記録ヘッド記載も同じことである。

図２は記録ヘッドにおける記録素子基板Ｈ１１００とベース部材１を拡大したものであり、記録素子基板Ｈ１１００がマウントされる凹部７がある。又、記録素子基板Ｈ１１００とベース部材１とを正確に仮止めするように凹部の一部に凸部３がある。

図１は図２のベース部材１に記録素子基板Ｈ１１００を接合した後のＡ−Ａ断面である。

記録素子基板Ｈ１１００とベース部材１は接着剤にて固定され、記録素子基板Ｈ１１００のインク供給口Ｈ１１０２とベース部材１のインク供給口５は、第１の接着剤９でシーリングされることでインク流路を形成する。ベース部材１の凸部３には第１の接着剤９が硬化するまで、記録素子基板Ｈ１１００を仮固定する第２の接着剤１０がある。凸部３は図のように接着剤がはみ出た場合でも、記録素子基板Ｈ１１００とベース部材１の接着を十分に行えるような高さを備えている。

又、第２の接着剤１０の硬化収縮により、記録素子基板Ｈ１１００に応力が加わるため図８の凸部３は記録素子基板Ｈ１１００を挟み、概略対称に設けることで記録素子基板Ｈ１１００の位置精度をより安定して接合するのに有効である。

本発明のインクジェット記録ヘッドの製造順序は以下の通りである。
（段階１）：第１の塗布手段によりインク供給保持（ベース部材）１のインク供給口５周囲に第１の接着剤９を塗布する。第１の接着剤は、高い硬化温度を必要としないエポキシ樹脂を主成分とした熱硬化の接着剤。例えば、一般的なプラスチックの熱変形温度（１００℃）以下で硬化する接着剤を用いる。又は、シリコーン系やシロキサン混合物等の常温湿気硬化の接着剤を用いても良い。
（段階２）：位置合せ手段によりベース部材１に記録素子基板Ｈ１１００を位置合せする。

位置合せは、画像処理技術を用いるのが好ましい。
（段階３）：第２の塗布手段により図１の記録素子基板Ｈ１１００の側面とベース部材１の凸部３に第２の接着剤１０を塗布する。第２の接着剤は有機化合物を主成分とした光硬化や熱硬化、光熱硬化併用等の樹脂接着剤を用いる。
（段階４）：第２の接着剤１０を硬化させる。光硬化型では紫外線照射、熱硬化型では加熱手段として熱風ブローやドライヤー等の局所的に加熱ができる公知手段を用いる。光熱硬化併用型は、前記光硬化と熱硬化を合せた公知手段を用いる。
（段階５）：第１の接着剤を硬化させる。高温炉等の長時間加熱ができる公知手段を用いる。

このように、本発明の凸部３を設けることで、ベース部材１と記録素子基板Ｈ１１００の接合の際にはみ出した第１の接着剤９に影響されることなく、ベース部材１と記録素子基板Ｈ１１００を第２の接着剤１０で、確実に仮固定することが可能となる。

本発明の実施例２について図９を参照して説明する。

図９はベース部材１の凸部３に傾斜を付けることで第２の接着剤１０の塗布手段、例えばディスペンサとニードルでの塗布において、ニードル位置がずれても接着剤１０が記録素子基板Ｈ１１００に向かって流れていくので確実に記録素子基板Ｈ１１００とベース部材１を仮固定することが可能となる。

本発明の実施例１の断面図である。 本発明の実施例の拡大図である。 第１の記録ヘッド及び第２の記録ヘッドの分解図である。 第１の記録ヘッド及び第２の記録ヘッドである。 第１の記録素子基板の一部を破断した斜視図である。 第２の記録素子基板の一部を破断した斜視図である。 記録ヘッドの一部断面図である。 本発明の実施例１の補足図である。 本発明の実施例２の断面図である。

符号の説明

１ 第１のインク供給保持（ベース）部材
２ 第２のインク供給保持（ベース）部材
３ 第１の仮固定の凸部
４ 第２の仮固定の凸部
５ 第１のインク供給口
６ 第２のインク供給口
７ 第１の凹部（マウント面）
８ 第２の凹部（マウント面）
９ 第１の接着剤
１０ 第２の接着剤
１１ 第１の封止剤
１２ 第１の封止剤
１３ 第２の封止剤
１４ 第２の封止剤
Ｈ１００ 第１の記録ヘッド
Ｈ１０１ 第２の記録ヘッド
Ｈ１１００ 第１の記録素子基板
Ｈ１１０１ 第２の記録素子基板
Ｈ１１０２ インク供給口
Ｈ１１０３ 電気熱変換素子
Ｈ１１０４ 電極部
Ｈ１１０５ バンプ
Ｈ１１０６ インク流路壁
Ｈ１１０７ 吐出口
Ｈ１１０８ 吐出口列
Ｈ１１１０ Ｓｉ基板
Ｈ１３００ 電気配線テープ
Ｈ１３０１ 電気配線テープ
Ｈ１３０２ 電極端子
Ｈ１３０３ 電極端子
Ｈ１３０４ 開口部
Ｈ１３０５ 開口部
Ｈ１３０６ 外部信号入力端子
Ｈ１３０７ 外部信号入力端子

Claims (1)

1. インク液滴が吐出される吐出口と、この吐出口へインク液滴を供給するためのインク通路となるインク供給口を具備する記録素子基板と、前記記録素子基板を収納するように凹形状を有する収納部とインク収納部よりインク取り出し口を具備するベース部材（支持部材）と、前記記録素子基板のインク供給口と前記ベース部材のインク取り出し口の間をシーリングするように封入される第１の接着剤と、前記記録素子基板の側面部と前記ベース部材の凹部を接着する第２の接着剤から構成され、前記ベース部材と収納される前記記録素子基板の側面部を前記第２の接着剤で固定する部分に凸部を設けたことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。

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