JP2008049521A - 液体吐出記録ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】記録素子と電気配線基板との間の封止構造を改善する。
【解決手段】記録素子１１０に電気信号を入力するための電気配線基板１３０に、記録素子１１０の吐出口列１１１が形成されている面を露出させるデバイスホール１３４と、デバイスホール１３４から独立した補助開口部１３５とを設ける。また、補助開口部１３５内に、記録素子１１０と接続される複数のインナーリード１３２を並列配置する。さらに、補助開口部１３５には、その開口領域がインナーリード１３２の配列方向と交差する方向に拡張された拡張部１３５ａ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を行う記録装置に搭載される液体吐出記録ヘッドに関するものである。

尚、本発明の液体吐出記録ヘッドは、一般的なプリント装置の他に複写機、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記録装置に適用することができる。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の記録装置に適用することもできる。

図５は、従来の液体吐出記録ヘッド（以下「記録ヘッド」と略す場合もある。）の主要部を示す図であって、（ａ）は、吐出面を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）の反対面の斜視図である。また、図６は、同分解斜視図である。

図５（ａ）に示すように、記録ヘッド１００１は、次の３つの構成に大別することができる。一つは、発熱抵抗体である電気熱変換体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記録素子１１００である。一つは、記録素子１１００に装置本体（不図示）からの駆動信号等を印加する電気配線基板１３００である。一つは、インクタンク（不図示）から記録素子１１００にインクを供給するためのインク流路を形成する支持部材１５００である。

ここで、支持部材１５００は、図５（ｂ）に示すように、接続部にフィルタ１５０４およびシールゴム１５０５を備え、インクタンクからのインクを記録素子１１００へと導く流路を形成している。

図６に示すように、支持部材１５００と、記録素子１１００とは、上記流路の出口であるインク供給口１５０６が記録素子１１００のインク供給口（不図示）と対応するようにして、接着剤１５０１によって接続される。また、記録素子１１００は、該記録素子１１００を組み込むための開口部１３０３を有する電気配線基板１３００と電気的に接続される。具体的には、支持部材１５００に接着固定された記録素子１１００の電極部１１０３に対して、電気配線基板１３００のインナーリード１３０２を接続できるように、電気配線基板１３００を支持部材１５００に接着剤１５０２で固定する。また、電気配線基板１３００には、装置本体からの駆動信号等を入力する外部信号入力端子１３０１が設けられており、該端子１３０１の形成部位は、支持部材１５００の側面に接着剤１５０３によって接着固定される。

次に、図７（ａ）（ｂ）および図８（ａ）（ｂ）を参照して、記録ヘッド１００１の組み立て過程について概説する。図７（ａ）（ｂ）に示すように、記録素子１１００の主面には、吐出口列１１０１が形成されたノズルプレート１１０２と電極部１１０３とが設けられている。これらは、電気配線基板１３００の開口部１３０３から露出している。また、開口部１１０３には、電気配線基板１３００のインナーリード１３０２が配設されている。インナーリード１３０２は、記録素子１１００の電極部１１０３と金バンプ１１０４を介してＴＡＢ実装技術によって電気的に接続される（特許文献１参照）。

その後、図８（ａ）に示すように、記録素子１１００の側面周囲を、第１の封止剤１２０１によって封止する。さらにインナーリード１３０２（図７（ｂ））による電気接続部を第２の封止剤１２０２によって封止し、電気接続部をインクによる腐食や外力から保護する（特許文献２参照）。

上記構成では、図８（ｂ）に示すように、記録素子１１００の側面周囲に充填される第１の封止剤１２０１を、直接塗布できない電気接続部の裏面にも浸透させる。よって、第１の封止剤１２０１には、低粘度で記録素子１１００に応力をかけない弾性のある封止剤が使用される。

一方、電気接続部の表側を封止する第２の封止材１２０２には、吐出口列１１０１（図８（ａ））が形成されたノズルプレート１１０２の面上に広がらないことが要求される。よって、第２の封止材１２０２には、高い粘度と外力に対する剛性が必要であり、第１の封止剤１２０１とは特性の異なる封止剤を使用する必要があった。

また、インナーリード１３０２の先端側の封止幅Ｌ７は、封止剤塗布装置の性能や、封止剤の封止性能を考慮した幅が必要となる。

ここで、電気配線基板１３００は、ベースフィルム１３０７、接着剤層１３０８および１４００、配線１３０９、カバーフィルム１４０１から構成されている。この電気配線基板１３００の電気接続部を粘度が高く流動性の低い第２の封止剤１２０２によって確実に封止するためには、開口部１３０３（図８（ａ））の縁から距離Ｌ１だけ封止剤１２０２をオーバーラップさせる必要があった。さらに、ベースフィルム１３０７上に、高さＨ１だけ第２の封止剤１２０２を盛る必要があった。

ここで、ノズルプレートの面上への封止剤の広がりを防止する技術が特許文献３に開示されている。この技術は、ノズルプレートの面上に中断部を設け、封止剤の広がりを防止するものである。しかし、電気配線基板のベースフィルム上に封止剤を塗布する点は共通であり、高さＨ１だけ封止剤を盛る必要がある点では変わりがない。
特開平１０−０００７７６号公報 特開２００１−１３０００１号公報 特開平０８−０４８０４２号公報

記録装置に記録ヘッドを搭載する場合には、記録ヘッドと記録紙等の記録媒体との接触を避けるべく、両者の間に例えば２ｍｍ程度の間隔が空けられる。この間隔は、電気配線基板上に盛られた封止剤の高さが高い程、大きくなる。しかし、記録ヘッドと記録媒体との間の間隔が大きくなると、インクの着弾精度が低下するなどして画像性能の低下を招く。また、２種類の封止剤を用いる構成は、材料コストの上昇を招いていた。

そこで、少なくとも記録素子の吐出口列が形成された領域を露出させるデバイスホールと、デバイスホールに近接する補助開口部とが形成された電気配線基板を用いた記録ヘッドが考案された。

この記録ヘッドでは、記録素子の吐出口を露出させるデバイスホールと、記録素子と電気配線基板の電気接続部を形成する補助開口部とが互いに独立して設けられているので、封止部材の高さを下げることが可能となる。この結果、記録ヘッドと記録媒体との間隔を縮めることが可能となり、画像性能を向上させることが可能となった。また、１種類の封止剤で封止するため、材料コストの削減も可能になった。

上記記録ヘッドの製造に際しては、封止剤を記録素子側面周囲から全ての必要領域に充填することが望ましい。しかし、全ての領域に必要な量の封止剤を安定して流し込むことは困難であり、補助開口部上面からの封止剤塗布が製造上必須となっている。

しかし、補助開口部上面からの封止剤塗布時に、封止剤が「ダマ」になりやすく、また塗布終了時に「糸引き」を起こし、電気配線基板表面に封止剤が付着し、封止不良の発生に繋がることがあった。また、電気配線基板表面に付着した封止剤をクリーニング時にブレードで削り取ってしまい、ゴミの発生に繋がるという未解決の課題があった。

本発明は、上記従来技術が有する未解決の課題に鑑みてなされたものである。本発明は、記録素子と電気配線基板との間の電気接続部の封止構造を改善し、液体吐出記録ヘッドの生産性および画像性能を向上させることを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の液体吐出記録ヘッドは、次のような構成を有する。即ち、本発明の本発明の液体吐出記録ヘッドは、入力された電気信号に応じて吐出口から液滴を吐出する記録素子と、記録素子に電気信号を入力するための電気配線基板と、記録素子および電気配線基板を固定支持する支持手段とを有する。そして、電気配線基板は、記録素子の吐出口が形成されている面を露出させる第１の開口部と、第１の開口部から独立した第２の開口部と、第２の開口部内に並列配置され、記録素子と接続された複数のリードとを備える。さらに、電気配線基板の第２の開口部には、その開口領域がリードの配列方向と交差する方向に拡張された拡張部が設けられている。

本発明によれば、記録素子と電気配線基板との間の電気接続部の封止構造が改善され、液体吐出記録ヘッドの生産性および画像性能を向上させることができる。

（実施形態１）
以下、本発明の液体吐出記録ヘッド（以下「記録ヘッド」と略す場合もある。）の実施形態の一例について詳細に説明する。図１、図２に示すように、本例の記録ヘッド１００は、液体（インク）を吐出させるためのエネルギーを発生するエネルギー発生手段を備えた記録素子１１０と、記録素子１１０と電気的に接続された電気配線基板１３０とを備えている。そして、記録素子１１０と電気配線基板１３０との間は、封止剤１２０によって封止されている。

電気配線基板１３０は、記録素子１１０が備えるノズルプレート１１２に形成された吐出口列１１１を外部に露出させる第１の開口部（デバイスホール１３４）を有する。また、記録素子１１０との電気接続部に対応して設けられた第２の開口部（補助開口部１３５）を有する。

補助開口部１３５は、デバイスホール１３４を挟んで２つ設けられており、それぞれの補助開口部１３５とデバイスホール１３４とは、電気接続部と平行に延在する分離帯１３０ａ、１３０ｂによってそれぞれ分離されている。ここで、デバイスホール１３４と補助開口部１３５とを分離している分離帯１３０ａ、１３０ｂは、記録素子１１０の主面（ノズルプレート１１２）に接着されていることが望ましい。

本例の記録ヘッド１００についてさらに詳しく説明する。図１は、本例の記録ヘッド１００を吐出口側から見た模式的平面図であり、図２は図１におけるＡ−Ａ断面図である。

ここでは、説明の便宜上、記録素子１１０が１個の場合を例にとって説明するが、記録素子１１０の数に制限はない。

本例の記録ヘッド１００は、電気信号に応じて、液体（インク）に対して膜沸騰を生じせしめるための電気熱変換体を有する記録素子１１０を用いて記録を行うバブルジェット方式のサイドシューター型記録ヘッドである。

記録ヘッド１００は、ノズルプレート１１２を有する記録素子１１０、電気配線基板１３０、これらを固定支持する支持手段である支持部材１５０などから構成されている。

記録素子１１０は、シリコン製の基板の中央にインク供給口（不図示）が長穴の形状で開口されており、この基板上には複数の発熱抵抗体からなる電気熱変換体がほぼ等間隔でインク供給口の両側に並んでいる。このような形態の基板は、ヒーターボード１１０ａと呼ばれている。

記録素子１１０の本体であるヒーターボード１１０ａの主面には、発熱抵抗体に電力を供給するための配線（不図示）が設けられ、記録素子１１０の両端に設置された電極部１１３と結線されている。さらに、ヒーターボード１１０ａ上には、保護膜と吐出口列１１１とを有するノズルプレート１１２が積層され、記録素子１１０が完成している。発熱抵抗体は、装置本体から出力される駆動信号に応じてインクを加熱し、膜沸騰の作用によりインク滴を吐出させる。

ノズルプレート１１２の表面は撥水処理されている。また、ノズルプレート１１２の厚みは、例えば、２５μｍである。

電気配線基板１３０は、外部配線と接続される外部信号入力端子（不図示）と、記録素子１１０のノズルプレート１１２を露出させるデバイスホール１３４と、デバイスホール１３４を挟んで配置された一対の補助開口部１３５とを有する。

各補助開口部１３５は、記録素子１１０の電極部１１３の配列方向に沿って細長い略長方形の形状を有する。さらに、各補助開口部１３５の一方の長辺部には、複数のインナーリード１３２が並列配置されており、各インナーリード１３２が対応する電極部１１３に金バンプ１１４を介して接続されている。換言すれば、補助開口部１３５は、インナーリード１３２の配列方向に沿って細長い長方形の形状を有する。そして、補助開口部１３５の長手方向両端には、開口領域が他の部分よりも幅方向に拡張された拡張部１３５ａが形成されている。ここで、補助開口部１３５の幅方向とは、インナーリード１３２の配列方向と直交する方向を意味する。

さらにデバイスホール１３４内の記録素子１１０の周囲には、封止剤１２１が充填され、補助開口部１３５には、封止剤１２２が充填されている。そして、デバイスホール１３４と、その両側の補助開口部１３５との間は、分離帯１３０ａ、１３０ｂによって分離されている。

ここで、電気配線基板１３０は、記録装置の本体から出力され、外部信号入力端子に入力された駆動信号を電気接続手段であるインナーリード１３２を介して記録素子１１０に伝えるものである。電気配線基板１３０には、例えばＴＡＢテープが用いられる。本例の電気配線基板１３０は、ベースフィルム１３７に、接着剤１３８を介して、インナーリード１３２に接続する配線１３９が積層され、配線層１３９に、接着剤１４０を介して、カバーフィルム１４１が積層された積層構造を有するＴＡＢテープである。また、各層の厚みは、例えば、ベースフィルム１３７が５０μｍ、接着剤１３８が２０μｍ、配線１３９が２５μｍ、接着剤１４０が１５μｍ、カバーフィルム１４１が１０μｍである。

電気配線基板１３０に上記のようなＴＡＢテープを用いる場合、金バンプ１１４を介した電極部１１３とインナーリード１３２との電気的接続には、例えばＴＡＢ実装技術が用いられる。また、バンプの形成方法は、例えばスタッドバンプや各種めっき法によるメッキバンプであっても良い。もっとも、インナーリード１３２を直接電極部１１３に接続するバンプレス構造を採用することもできる。

ノズルプレート１１２を露出させる電気配線基板１３０のデバイスホール１３４と、電気接続部を露出させる補助開口部１３５とは、電気配線基板１３０のベースフィルム１３７に形成されている。また、デバイスホール１３４と補助開口部１３５とを隔てる分離帯１３０ａ、１３０ｂは、ベースフィルム１３７の一部によって形成されている。

ここで、分離帯１３０ａの幅が広いほど、対応する記録素子１１０のサイズも大きくなってしまうので、分離帯１３０ａの幅はできるだけ狭い方が望ましい。また、分離帯１３０ａからインナーリード１３２の先端までの距離Ｌ３をできるだけ狭くすることによって、対応する記録素子１１０のサイズを小さくすることができる。

本例では、デバイスホール１３４の打ち抜きを行う金型の加工精度や、ベースフィルム１３７の材料特性、ＴＡＢテープの加工精度を考慮し、分離帯１３０ａの幅を０．３５ｍｍとし、分離帯１３０ｂの値を０．１ｍｍ、距離Ｌ３を０．０５ｍｍとしてある。

記録素子１１０は接着剤１５１によって支持部材１５０に固定され、電気配線基板１３０は接着剤１５２によって支持部材１５０に固定されている。記録素子１１０は、支持部材１５０に設けられたインク流路（不図示）に、記録素子１１０のインク供給口（不図示）が対応するように位置決めされた上で、接着剤１５１によって支持部材１５０に固定されている。

また、記録素子１１０の周囲には、電気配線基板１３０のデバイスホール１３４から注入された封止剤１２１が充填されている。封止剤１２１は、直接注入することのできない電気接続部の裏側まで充填する必要があるため、初期の粘度が低く流動性の良いものを用いた。具体的には、熱硬化型の封止剤であるサンユレック社製ＮＲ２００Ｃをエアーディスペンス方式で充填した。

ここで、記録素子１１０の厚さは０.６ｍｍ、記録素子１１０と支持部材１５０とのＸ方向の片側隙間は２ｍｍ、Ｘ方向と直交するＹ方向の片側隙間は０.６ｍｍとしてある。これは、毛細管現象によって封止剤１２１の一部１２１ａを記録素子１１０の側面全体に充填するためである。また、封止剤１２１の他の一部１２１ｂは、記録素子１１０と分離帯１３０ａの間に充填されている。

上記のようにして封止剤１２１を充填した際、記録素子１１０と分離帯１３０ａおよび１３０ｂとの間には、毛細管現象によって封止剤１２１が保持される。よって、分離帯１３０ａおよび１３０ｂと記録素子１１０の主面との間に、封止剤１２１の壁が形成される（補助開口部１３５がダム形状となる）。

また本例では、ノズルプレート１１２の外寸をデバイスホール１３４より若干小さくすることにより、分離帯１３０ａに近接する段差を形成してある。また、前述のとおり、ノズルプレート１１２の表面は撥水処理されている。以上によって、封止剤１２１（１２１ｂ）がノズルプレート１１２の表面に広がるのが防止されている。

補助開口部１３５への封止剤１２２の充填は、充填用ニードルを補助開口部１３５の一方の拡張部１３５ａからインナーリード１３２の配列方向に沿って他方の拡張部１３５まで移動させることによって行う。このとき、充填用ニードルの先端は、補助開口部１３５の上方０．１ｍｍの高さを維持した。かかる封止剤１２２の充填では、充填開始時に充填用ニードルの先端に、封止剤１２２の「ダマ」ができる。また、充填終了時には「糸引き」が起こる。しかし、充填の始点および終点となる補助開口部１３５の両拡張部１３５ａは、他の部分に比べて幅が広いので、封止剤１２２が電気配線基板１３０上面に付着することはない。

以上のようにして封止剤１２２を充填することによって、封止剤１２２の高さを電気配線基板１３０のベースフィルム１３７の表面とほぼ同じにすることが可能となり、補助開口部１３５にメニスカス保持力を持たせることができる。この結果、補助開口部１３５のメニスカス保持力によって、熱硬化による粘度変化による封止剤１２１、１２２の液面位置の低下が防止され、インナーリード１３２の露出を回避することもできる。

また、熱硬化時に封止剤１２２の硬化収縮による応力がインナーリード１３２に作用するが、補助開口部１３５の両端が大きく開口しているので、その応力を低減させることも可能となる。

本例では、封止剤１２２に、封止剤１２１と同じ、サンユレック社製ＮＲ２００Ｃを用いることにより、両者が互いの硬化を阻害することなく硬化が可能となるようにしている。

封止剤１２２を充填した後、例えば１５０℃で３時間程度、加熱することにより、封止剤１２１、１２２を完全に硬化させる。

本例では補助開口部１３５の両拡張部１３５ａを四角形としているが、形状はこれに限定されない。また、拡張部を２以上設ける場合、すべての拡張部の形状や寸法を同一に揃えることは必須ではない。

これまでの説明によって、本発明の記録ヘッドでは、流動性の良い一種類の封止剤によって、記録素子の周囲および電気接続部が封止されていることが理解できる。よって、本発明の記録ヘッドでは、封止剤の塗布性、接着性の向上が図られ、かつ材料コストの低減も図られている。

また、前述のように封止部の高さを下げることによって、記録ヘッドと記録媒体との間の間隔を縮め、記録装置の印字品位等を向上させることができる。

さらに、従来よりも口径の大きな充填用ニードルを使用することが可能となり、封止剤の充填作業時間を短縮することもできる。

加えて、電気配線基板に拡張部を形成するために工程数が増加するなどの弊害もないので、コストアップを招くことなく上記利点を得ることができる。
（実施形態２）
図３は、本発明の記録ヘッドの実施形態の他例を示す図であって、吐出面側から見た模式的平面図である。本例の記録ヘッド２００は、実施形態１の記録ヘッド１００と基本構成を共通にする。よって、共通する構成について同一の符号を用いることによって説明を省略する。

また、本例においても、説明の便宜上、記録素子が１個の場合を例にとって説明を行うが、記録素子の数が限定されないことは実施形態１と同様である。

本例の記録ヘッド２００が実施形態１の記録ヘッド１００と相違する点は、補助開口部１３５に対する拡張部１３５ａの位置関係である。具体的には、図３に示すように、補助開口部１３５の長手方向一端にのみ拡張部１３５ａが設けられている。かかる形態の補助開口部１３５に封止剤を充填する場合には、封止剤充填の始点と終点とが同じ位置となる。即ち、充填用ニードルを拡張部１３５ａからインナーリード１３２の配列方向に沿って補助開口部１３５の他方端部まで移動させ、他方端部で折り返して拡張部１３５ａまで戻す。この場合も、充填用ニードルの先端は、補助開口部１３５の上方０．１ｍｍの高さを終始維持することが望ましい。

尚、図３には、補助開口部１３５の紙面左側に拡張部１３５ａが設けられた形態が示されているが、拡張部１３５ａは紙面右側に設けることもできる。また、一方の補助開口部１３５には、その左側に拡張部１３５ａを設け、他方の補助開口部１３５には、その右側に拡張部１３５ａを設けることもできる。
（実施形態３）
図４は、本発明の記録ヘッドの実施形態のさらに他例を示す図であって、吐出面側から見た模式的平面図である。本例の記録ヘッド３００は、実施形態１の記録ヘッド１００と基本構成を共通にする。よって、共通する構成について同一の符号を用いることによって説明を省略する。

また、本例においても、説明の便宜上、記録素子が１個の場合を例にとって説明を行うが、記録素子の数が限定されないことは実施形態１と同様である。

本例の記録ヘッド３００が実施形態１の記録ヘッド１００と相違する点は、補助開口部１３５に対する拡張部１３５ａの位置関係である。具体的には、図４に示すように、補助開口部１３５の長手方向中央に拡張部１３５ａが設けられている。かかる形態の補助開口部１３５に封止剤を充填する場合には、封止剤充填の始点と終点とが同じ位置となる。即ち、充填用ニードルを拡張部１３５ａからインナーリード１３２の配列方向に沿って補助開口部１３５の一方端部まで移動させ、該端部で折り返す。次いで、折り返した充填用ニードルを、拡張部１３５ａを経由して補助開口部１３５の他方端部まで移動させ、該端部で再度折り返し、拡張部１３５ａまで移動させて停止させる。この場合も、充填用ニードルの先端は、補助開口部１３５の上方０．１ｍｍの高さを終始維持することが望ましい。

実施形態１による記録ヘッドの模式的平面図である。 図１の記録ヘッドのＡ−Ａ断面図である。 実施形態１による記録ヘッドの模式的平面図である。 実施形態１による記録ヘッドの模式的平面図である。 （ａ）は、従来の記録ヘッドを示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す支持部材の斜視図である。 図５に示す記録ヘッドの分解斜視図である。 （ａ）は、図５に示す記録ヘッドをその吐出口面側から見た斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）の部分拡大図である。 （ａ）は、図７に示す記録素子周辺の封止状態を示す部分拡大図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

符号の説明

１００、２００、３００ 記録ヘッド
１１０ 記録素子
１１１ 吐出口列
１３０ 電気配線基板
１３２ インナーリード
１３４ デバイスホール
１３５ 補助開口部
１３５ａ 拡張部

Claims (3)

1. 入力された電気信号に応じて吐出口から液滴を吐出する記録素子と、前記記録素子に電気信号を入力するための電気配線基板と、前記記録素子および前記電気配線基板を固定支持する支持手段とを有する液体吐出記録ヘッドであって、
   前記電気配線基板は、前記記録素子の前記吐出口が形成されている面を露出させる第１の開口部と、
   前記第１の開口部から独立した第２の開口部と、
   前記第２の開口部内に並列配置され、前記記録素子と接続された複数のリードとを備え、
   前記第２の開口部には、その開口領域が前記リードの配列方向と交差する方向に拡張された拡張部が設けられていることを特徴とする液体吐出記録ヘッド。
2. 前記第２の開口部における前記リードの配列方向両端または一端に、前記拡張部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の液体吐出記録ヘッド。
3. 前記第２の開口部における前記リードの配列方向中央に、前記拡張部が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の液体吐出記録ヘッド。

Images