JP2007276210A - インクジェット記録ヘッド、及びインクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インクジェット記録装置における記録ヘッドと記録メディアの間隔を狭めることにより、吐出口から吐出されるインク滴の着弾位置のばらつきを減少させ、高画質な印字を可能とする。
【解決手段】インクを吐出するための熱エネルギーを生成する複数の発熱抵抗体１０８が形成されたヒーターボード１０１とＴＡＢフィルムのＩＬＢ（インナーリードボンディング）において、オリフィスプレート１０５と同材料からなる絶縁部材１１０をヒーターボードの縁部に設けた構成としている。
【選択図】図１

Description

本発明は、インク等の記録液を吐出して記録動作を行うインクジェット記録装置、この記録装置に適用されるインクジェット記録ヘッド、この記録ヘッドに適用される液体吐出基板、及び、この液体吐出基板と電源などとの接続を行う電気配線基板などに関するものである。

なお、本発明は、一般的なプリント装置のほか、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、さらには、各種処理装置と複合的に組み合わされた産業用記録装置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、高速な記録や、様々な記録メディアに対する記録が可能であるとともに、記録時における騒音がほとんど生じないという特徴を有するため、プリンタ、ワードプロセッサ、ファクシミリ、複写機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は、インクを吐出する方式として、ピエゾ素子などの電気機械変換体を用いたもの、レーザーなど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、あるい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などが知られている。

また、上述した記録液の吐出方式においては、電気熱変換素子が配列された基板に対して平行に記録液を吐出させる方式（エッジシューター）と、電気熱変換素子が配列された基板に対して垂直に記録液を吐出させる方式（サイドシューター）とがある。

図４（ａ）は、熱作用部面から垂直に吐出するタイプの一般的なヘッドの構成を示したものである。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＢ−Ｂ断面を示したものである。

即ち、図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように、シリコン製の基板の中央にインク供給口１０４が長穴の形状で開いており、この基板上には複数の発熱抵抗体１０８がほぼ等間隔でインク供給口１０４の両側に並んでいる。このような発熱抵抗体１０８を形成した基板はヒーターボード１０１と呼ばれている。そして、インクはヒーターボード１０１のインク供給口１０４から供給される。

ヒーターボード１０１の外部には発熱抵抗体１０８に電力を供給するための配線（不図示）が引き回されていて、ヒーターボード上の両端に設置されている外部取り出し電極パッド１０２と結線されている。そして、このようなヒーターボード１０１上に複数の吐出口１０６を有するオリフィスプレート１０５を貼り付けて、図４（ａ）に示すような液体吐出基板１００が完成する。

ところで、このようなタイプの記録ヘッドにおいて外部取り出し電極パッドと外部配線を結線する方法として、外部取り出し電極パッド１０２上にバンプ１０３を形成し、外部配線板との間を薄い板状の部材によって、電気接合することが知られている。（ＴＡＢ実装法と呼ばれている）
ここで、外部配線基板２００は、ポリイミドテープ２０１上に銅箔２０３を接着剤２０２により接着し、パターニングし、銅箔２０３をリード線として、外部配線２００と液体吐出基板１００のバンプ１０３を電気接続するのが一般的である。この外部配線をＴＡＢテープ（ＴＡＢフィルム）と呼び、ＴＡＢテープ２００の窓部（デバイスホール）から液体吐出基板１００に伸びるリード線をインナーリード２０４と呼んでいる。

このようにＴＡＢ実装した後、ディスペンサーを用いてバンプ１０３とインナーリード２０４の接続部分に封止剤４００、４０１を塗布し、これを熱によって硬化させる。なお、図４（ａ）は、電気接続部の説明のために封止剤４００を透視した図となっている。

また、液体吐出基板１００は、支持部材３００にそれぞれのインク供給口１０４、及び３０２が連通するように接着剤１０７により接着される。

また、支持部材３００は、液体吐出基板１００の電極部に対して、電気配線基板２００がほぼ水平に接続できるように段３０１を設け、接着剤２０５により、電気配線基板２００を接着固定している。

又、別の従来例としては、特許文献１及び特許文献２をあげることが出来る。
特開平１０−７７６号公報 特開平１０−５８６８６号公報

従来例のような記録ヘッドにおいては、ＴＡＢテープ２００のインナーリード２０４とヒーターボード１０１の電気配線面のエッジ１０９（縁部の角）で電気的に短絡（エッジショート）が起こらないように、ヒーターボード１００と電気配線基板２００高低差をつける必要があるが、記録ヘッドとしての印字品位を良好なものにするためには、インク吐出口１０６と記録メディアの間隔を狭くすることが望ましく、特許文献１、特許文献２でボールバンプを用いた手法が述べられている。

しかしながら、上述したインクジェット記録ヘッドには、以下のような課題がある。

すなわち、近年のインクジェット記録装置は、フォトグレードに代表される高画質化、多色化（バンプの高密度化）に対応した改良が必要である。

高画質化においては、吐出口と記録メディアの間隔を狭めることにより、吐出口から吐出されるインク滴の着弾位置のばらつきをより減少させることができるが、従来の構造においては、エッジショートを防止するため、ＴＡＢ実装時に液体吐出基板の保持固定面からバンプ頂上までの高さｈ１と、同じく液体吐出基板の保持固定面から電気配線基板の保持固定面までの高さｈ２の関係をｈ１≦ｈ２（図４（ｂ））とする必要があった。また、吐出口と記録メディアの間隔を狭める別の方法として、インナーリード上の封止剤層を薄くする方法もあるが、封止剤層を薄くした場合、インク、水分等の透過率が上がり、電気接続部の耐腐食性が低下する恐れがあった。

また、多色化においては、複数の吐出列を配置する必要があり、その方法として、第１の液体吐出基板の吐出口配列に対して、第２、第３の液体吐出基板の吐出口配列を平行に配列することが一般的である。そうすることにより、記録ヘッドの走査領域前後に位置する２つの紙押さえローラの間隔を縮めることができ、記録メディアの浮き上がりが低減し、印字品位が良好になる。そのため、液体吐出基板のバンプを吐出口配列方向（長手方向）の両縁部に配置する必要があるが、一般的に、そのようにバンプを配置した場合、バンプ配置の高密度化に伴ない隣接間で電気的短絡（ショート）しやすくなるため、バンプサイズを小さくするか、バンプの配列を千鳥状にする必要があった。しかし、バンプサイズを小さくした場合は電気的接続性が不利となり、また、千鳥配置の場合は直線的な配置に比べて、インナーリードの長さが伸びるため封止時などの外力に対して弱くなる可能性があった。

本発明は上記従来技術の問題点に着目してなされたものであり、以下の目的を達成するものとなっている。

すなわち、本発明の目的は、インクジェット記録装置における記録ヘッドと記録メディアの間隔を狭めることにより、吐出口から吐出されるインク滴の着弾位置のばらつきを減少させ、高画質な印字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である。

また、本発明の他の目的は、千鳥配置のバンプに対するＴＡＢ実装において、外力に対する強度を向上させることにより、電気的信頼性をアップし、多色化（バンプの高密度化）に対応できるインクジェット記録ヘッドを提供することである。

本発明は、上記課題を達成するために、インクジェット記録ヘッド、及び、該インクジェット記録ヘッドを搭載したインクジェット記録装置を次のように構成したことを特徴とするものである。

（１） 本発明のインクジェット記録ヘッドは、電気信号に応じて吐出口からインクを吐出するエネルギー発生手段を備えた液体吐出基板と、前記液体吐出基板に対して駆動電力を供給する電源と前記液体吐出基板との電気的接続を行うための電気配線基板と、を備えたインクジェット記録ヘッドであって、前記液体吐出基板に、前記電気配線基板との電気的接続を行う電極部を設け、前記電極部の外面に、所定の突出量で突出するバンプを形成すると共に、前記バンプ近傍に前記電極部の外面と同一面上に絶縁部材を形成する一方、前記液体吐出基板と前記電気配線基板の電気接続はＴＡＢ実装方法によって行い、前記絶縁部材は、前記液体吐出基板の吐出口を形成する吐出面の材料と同一材料で形成されていることを特徴としている。

（２） 前記電気配線基板は、ＴＡＢフィルムであり、前記液体吐出基板のバンプと、該ＴＡＢフィルムのインナーリードのボンディングにより電気接続をしていることを特徴としている。

（３） 前記絶縁部材は、前記液体吐出基板の電極部の外面と同一面上に配設された吐出口部材と同一厚みに形成されていることを特徴としている。

（４） 前記絶縁部材は、前記液体吐出基板の電極部の外面と同一面上で、かつ、前記液体吐出基板の縁部に配設されていることを特徴としている。

（５） 前記絶縁部材は、前記液体吐出基板の電極部を囲む、枠状に形成されていることを特徴としている。

（６） 前記液体吐出基板の電極は千鳥配列されると共に、対応する前記ＴＡＢフィルムのインナーリードの長さが千鳥状に形成されていることを特徴としている。

（７） 前記液体吐出基板と前記電気配線基板を保持固定する支持部材であり、該支持部材は、該液体吐出基板と該電気配線基板の電気接続をほぼ水平に行うための段を備え、前記段は、前記支持部材の該液体吐出基板の保持固定面から前記バンプ頂上までの高さｈ３と、同じく該液体吐出基板の保持固定面から該電気配線基板の保持固定面までの高さｈ４の関係が、ｈ３≧ｈ４となる高さであることを特徴としている。

（８） （１）から（７）に記載の記録ヘッドと、該記録ヘッド記録媒体との相対移動を行う移動手段とを備えたことを特徴としている。

（作用）
インクジェット記録ヘッドを上記した（１）〜（８）ような構成にすることで、インクジェット記録装置における記録ヘッドと記録メディアの間隔を狭めることができ、吐出口から吐出されるインク滴の着弾位置のばらつきを減少させ、高画質な印字が可能となる。

また、千鳥配置のバンプに対するＴＡＢ実装において、外力に対する強度を向上させることができるため、電気的信頼性がアップし、多色化（バンプの高密度化）が可能となる。

以上説明したように、本発明によると、オリフィスプレートと同材料の絶縁部材により、ヒーターボードのエッジとインナーリードが電気的短絡をすることなく、電気接続部の封止剤高さを下げることができるため、インクジェット記録ヘッドの吐出口と記録メディアの間隔を狭めることができ、インク滴の着弾位置のばらつきが少なく、高画質な印字が可能なインクジェット記録ヘッド及び記録装置を安価に提供することができる。

また、本発明によると、千鳥配置のバンプに対するＴＡＢ実装において、外力に対する強度を向上させることができ、電気的信頼性をアップし、多色化（バンプの高密度化）に対応できるインクジェット記録ヘッドを提供することができる。

次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。

以下、図面を参照して本発明の記録装置に係る実施形態の基本的構成及び作用を説明する。

また、本明細書において「プリント」（「記録」と言う場合もある）とは、文字、図形等有意の情報を形成する場合のみならず、有意無意を問わず、また人間が視覚で知覚し得るように顕在化したものであるか否かを問わず、広くプリント媒体上に画像、模様、パターン等を形成する、また、媒体の加工を行う場合も言うものとする。

ここで、「プリント媒体」（「記録メディア」と言う場合もある）とは、一般的なプリント装置で用いられる紙のみならず、広く、布、プラスチック・フィルム、金属板等、ガラス、セラミックス、木材、皮革等、インクを受容可能な物も言うものとする。

さらに、「インク」（「液体」と言う場合もある）とは、上記「プリント」の定義と同様広く解釈されるべきもので、プリント媒体上に付与されることによって、画像、模様、パターン等の形成またはプリント媒体の加工、或いはインクの処理（例えばプリント媒体に付与されるインク中の色材の凝固または不溶化）に供され得る液体を言い、記録に関して用いる全ての液体を含むものとする。

図１（ａ）は、本発明の第１の実施例のインクジェット記録ヘッドの斜視図であり、電気接続部の説明のために封止剤４００を透視した図となっている。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すインクジェット記録ヘッドのＡ−Ａ断面図である。これらの図では、図４の従来技術と同一の構成要素については同一符号を付してある。

本実施例の記録ヘッドは、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て記録を行うバブルジェット（登録商標）方式のサイドシューター型とされる記録ヘッドである。

記録ヘッドは、図１（ａ）、図１（ｂ）に示すように、シリコン製の基板の中央にインク供給口１０４が長穴の形状で開いており、この基板上には複数の発熱抵抗体１０８がほぼ等間隔でインク供給口１０４の両側に並んでいる。このような発熱抵抗体１０８を形成した基板はヒーターボード１０１と呼ばれている。そして、インクはヒーターボード１０１のインク供給口１０４から供給される。

ヒーターボード１０１の外部には発熱抵抗体１０８に電力を供給するための配線（不図示）が引き回されていて、ヒーターボード１０１上の両端に設置されている外部取り出し電極パッド１０２と結線されている。そして、このようなヒーターボード１０１上に複数の吐出口１０６を有するオリフィスプレート１０５（例えば厚み２５μｍ）及び絶縁部材１１０（例えば厚み２５μｍ）を貼り付けて、図１（ａ）に示すような液体吐出基板１００が完成する。該絶縁部材１１０は、インナーリード２０４とヒーターボード１０１の間に介在し、かつ、ヒーターボード１０１の縁部に設けられている。また、オリフィスプレート１０５と絶縁部材１１０は、同一の絶縁材料とすることにより、フォトリソ技術で同時に形成することができる。

そして、外部取り出し電極パッド１０２上にバンプ１０３（例えば高さ３５μｍ）を形成し、電気配線基板２００との間をインナーリード２０４を用いたＴＡＢ実装法によって、電気接合する。

ここで、電気配線基板２００は、ポリイミドテープ２０１上に銅箔２０３を接着し、パターニングし、銅箔２０３をリード線としている。

このようにＴＡＢ実装した後、ディスペンサーを用いてバンプ１０３とインナーリード２０４の接続部分に封止剤４００、４０１を塗布し、これを熱によって硬化させる。なお、図１（ａ）は、電気接続部を説明するために封止剤４００を透視した図となっている。

また、液体吐出基板１００は、支持部材３００にそれぞれのインク供給口１０４、及び３０２が連通するように接着剤１０７により接着される。

また、支持部材３００は、液体吐出基板の保持面からバンプ頂上までの高さｈ３と、同じく液体吐出基板の保持面から電気配線基板の銅箔２０３までの高さｈ４の高さ関係が、ｈ３≧ｈ４（図１（ｂ））になるように段３０１を設け、接着剤２０５により、電気配線基板２００を接着固定している。

以上のように構成されたインクジェット記録ヘッドは、絶縁部材により、ヒーターボードのエッジとインナーリードが電気的短絡をすることなく、電気配線基板のポリイミドテープ面の高さを下げることができるため、封止剤の高さｈ５を下げることができる。（図１（ｂ）、図４（ｂ）、ｈ５＜ｈ６） 図１（ａ）は、電気接続部の説明のために封止剤４００を透視した図となっている。

また、オリフィスプレートと絶縁部材を同一の材料とし、同時にフォトリソ技術により形成するためコストや製造タクトの面において有利である。

したがって、本実施例のインクジェット記録ヘッドを搭載する記録装置においては、吐出口と記録メディアの間隔を狭めることができるため、インク滴の着弾位置のばらつきが少なく、高画質な印字が可能となる。

図２は、本発明の第２の実施例のインクジェット記録ヘッドの斜視図であり、電気接続部の説明のために封止剤４００を透視した図となっている。

実施例２においては、バンプ１０３の周囲を囲むように絶縁部材１１０が枠状に形成されている。図２では、絶縁部材１１０とオリフィスプレート１０５が分離した形状になっているが、一体化されていても構わない。

一般的に、バンプ１０３はヒーターボード１０１の縁部に配置されるため、絶縁部材１１０の形状は、棒状になりやすい。そのため絶縁部材１１０は、ヒーターボード面に対して、押圧される方向に対しては、剛性があるが、せん断方向に対しては、比較的、剛性が小さくなる。

しかし、図２のように絶縁部材１１０を枠状に形成することにより、ヒーターボード１０１に対する絶縁部材１１０の接着力が向上するため、外力に対する信頼性が向上する。

このように構成された第２の実施例のインクジェット記録ヘッドにおいては、シリコンウェハーからヒーターボードを切断分離する際に噴射されるダイシング装置の冷却水による外力や、ＴＡＢ実装時のインナーリードの押圧力に対しても十分剛性があり、構造的に信頼性の高いものとなる。

図３は、本発明の第３の実施例のインクジェット記録ヘッドであり、電気接続部の説明のために封止剤４００を透視した図となっている。

近年、インクジェット記録ヘッドは、フォトグレードに代表されるように、多色化、そして、インク吐出ノズルの高密度化がなされている。多色化においては、複数の吐出口列を配置する必要があり、その一つの方法として、第１の液体吐出基板の吐出口配列に対して、第２、第３の液体吐出基板の吐出口配列を平行に配列し、図３に示すように、液体吐出基板１００のバンプ１０３を吐出口１０６配列方向（長手方向）の両縁部に配置することすることにより、多色で小型な記録ヘッドが可能となる。さらに、高密度化されるバンプ１０３の配置を千鳥状にすることにより、バンプサイズを小型化することなく電気的接続性が保たれる。また、千鳥配置により隣接バンプ間の間隔が広がるため電気的短絡（ショート）の危険性が低減する。さらに、千鳥配列のバンプ１０３近傍、特にヒーターボード１０１の縁部に絶縁部材１１０を配置することにより、インナーリード２０４が絶縁部材１１０によって支えられ、電気接続部の封止時などに加わる外力に対する強度が向上する。特に、バンプ１０３が千鳥配置の場合、バンプがストレート配置の場合に対して、リード１０３の長さが長くなるため、絶縁部材１１０の配置が、電気接続部の強度向上に大いに寄与する。

したがって、本発明のインクジェット記録ヘッドは、千鳥配置のバンプに対するＴＡＢ実装において、外力に対する強度が向上するため、電気的信頼性がアップし、多色化（バンプの高密度化）に対応できるインクジェット記録ヘッドを提供することができる。

本発明の第１の実施例のインクジェット記録ヘッドである。図１（ａ）は、斜視図。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すインクジェット記録ヘッドのＡ−Ａ断面図である。 本発明の第２の実施例のインクジェット記録ヘッドの斜視図である。 本発明の第３の実施例のインクジェット記録ヘッドである。 従来のインクジェット記録ヘッドである。図４（ａ）は、熱作用部面から垂直に吐出するタイプの一般的なヘッドの構成を示したものである。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＢ−Ｂ断面を示したものである。

符号の説明

１００ 液体吐出基板
１０１ ヒーターボード
１０２ 電極パッド
１０３ バンプ
１０４ インク供給口
１０５ オリフィスプレート
１０６ 吐出口
１０７ 接着剤
１０８ 発熱抵抗体
１０９ エッジ
１１０ 絶縁部材
２００ 電気配線基板
２０１ ポリイミドテープ
２０２ 接着剤
２０３ 銅箔
２０４ インナーリード
２０５ 接着剤
３００ 支持部材
３０１ 段
３０２ インク供給口
４００ リード封止剤
４０１ 封止剤

Claims (8)

1. 電気信号に応じて吐出口からインクを吐出するエネルギー発生手段を備えた液体吐出基板と、
   前記液体吐出基板に対して駆動電力を供給する電源と前記液体吐出基板との電気的接続を行うための電気配線基板と、を備えたインクジェット記録ヘッドであって、
   前記液体吐出基板に、前記電気配線基板との電気的接続を行う電極部を設け、
   前記電極部の外面に、所定の突出量で突出するバンプを形成すると共に、前記バンプ近傍に前記電極部の外面と同一面上に絶縁部材を形成する一方、
   前記液体吐出基板は前記電気配線基板と電気接続され、
   前記絶縁部材は、前記液体吐出基板の吐出口を形成する吐出面の材料と同一材料で形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。
2. 前記電気配線基板は、ＴＡＢフィルムであり、前記液体吐出基板のバンプと、該ＴＡＢフィルムのインナーリードのボンディングにより電気接続をしてい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。
3. 前記絶縁部材は、前記液体吐出基板の電極部の外面と同一面上に配設された吐出口部材と同一厚みに形成されてい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。
4. 前記絶縁部材は、前記液体吐出基板の電極部の外面と同一面上で、かつ、前記液体吐出基板の縁部に配設されてい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。
5. 前記絶縁部材は、前記液体吐出基板の電極部を囲む、枠状に形成されてい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。
6. 前記液体吐出基板の電極は千鳥配列されると共に、対応する前記ＴＡＢフィルムのインナーリードの長さが千鳥状に形成されていることを特徴とする請求項２に記載のインクジェット記録ヘッド。
7. 前記液体吐出基板と前記電気配線基板を保持固定する支持部材であり、該支持部材は、該液体吐出基板と該電気配線基板の電気接続をほぼ水平に行うための段を備え、
   前記段は、前記支持部材の該液体吐出基板の保持固定面から前記バンプ頂上までの高さｈ３と、同じく該液体吐出基板の保持固定面から該電気配線基板の保持固定面までの高さｈ４の関係が、ｈ３≧ｈ４となる高さ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。
8. 請求項１から請求項７のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッドと、該記録ヘッド記録媒体との相対移動を行う移動手段とを備えたことを特徴とするインクジェット記録装置。

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