JP2008062463A - 液体吐出ヘッドおよび記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】記録素子基板と電気配線基板との電気的な接続部分の封止構造を改善し、画像性能および吐出動作の信頼性、生産性を向上させる。
【解決手段】電気配線基板１００１は、ノズル１１０３を露出させるデバイスホール１０２と、このデバイスホール１０２に近接する位置に設けられた補助開口１０１と、補助開口１０１とデバイスホール１０２とを仕切る堤体部１０３と、補助開口１０１内に突出されて延ばされ補助開口１０１内で記録素子基板１００３の電気接続パッド１２０７に電気的に接続されるインナーリード１１０２とを有する。インナーリード１１０２は補助開口１０１内で封止剤１１０１によって被覆される。そして、堤体部１０３は、ノズル部材１２０８の少なくとも一部を覆うようにノズル部材１２０８の積層方向に対してノズル部材１２０８に近接して配置される。
【選択図】図２

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ヘッドおよび記録装置に関する。

インクジェットプリンタ等の液体吐出方式の記録装置は、いわゆるノンインパクト記録方式の記録装置である。この記録装置は、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、複写機等の記録装置として広く採用されている。

図８は、このようなインクジェット記録ヘッドの主要部を示し、図８（ａ）が、吐出面（フェイス面）側から示す斜視図、図８（ｂ）が、フェイス面の反対側であるインクタンク側から示す斜視図である。図８に示すように、インクジェット記録ヘッド１０００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基板１００３を備えている。記録素子基板１００３には、インクを吐出する複数のノズルを有するノズル部材が積層されて設けられている。また、インクジェット記録ヘッド１０００は、記録素子基板１００３に記録装置側の制御部（不図示）からの駆動信号等を印加する電気配線基板１００１と、記録素子基板１００３にインクを供給するインクタンク１０１０とを備えている。

インクタンク１０１０は、インクを保持して負圧を発生させる負圧発生機構（不図示）を有している。また、インクタンク１０１０には、インクジェット記録ヘッド１０００を記録装置側に装着するときのガイド１００２、突き当て基準１００５、１００６、１００７がそれぞれ形成されている。また、蓋部材１０１１には、記録装置側のヘッドセットレバーが係合されることによって、キャリッジに装着された状態で固定するための係合部１００８が設けられている。

図９は、フェイス面の周辺を拡大して示す平面図である。図９を参照してインクジェット記録ヘッドの製造方法の一例を述べる。インクタンク１０１０は、熱可塑性樹脂を射出成型することによって形成されている。インクタンク１０１０には、インク中の塵埃をろ過するステンレス繊維で形成されたフィルタ（不図示）を溶着する。一方、電気熱変換体、ノズルおよびインク供給口がパターニングされた記録素子基板１００３の電気接続パッドと、電気配線基板１００１のインナーリード１１０２とが電気的に接続された記録素子ユニットを用意する。インクタンク１０１０の記録素子基板１００３が接合される面と、電気配線基板１００１が貼り付けられる面にそれぞれ接着剤を塗布し、記録素子ユニットを所定の位置に貼り付ける。

次に、第１の封止剤１１０１をディスペンサーで、記録素子基板１００３とインクタンク１０１０、電気配線基板１００１によって構成された空間に塗布する。この空間内に第１の封止剤１１０１が充分に回り込んだ後、第２の封止剤１００４で、記録素子基板１００３の電気接続パッドと電気配線基板１００１のインナーリード１１０２との接続部を封止する。接着剤や封止剤の種類によっては、熱キュアによって硬化させる。その後、インクを保持して負圧を発生させる多孔質樹脂材からなるインク吸収体（不図示）を挿入し、このインク吸収体にインクを所定量注入し、蓋部材１０１１を接合する。

図１０は、図９におけるＡ−Ａ断面図である。図１０に示すように、電気配線基板１００１は、インナーリード１１０２、ベースフィルム１２０１、配線１２０３を接着する接着剤１２０２、カバーフィルム１２０５を接着するための接着剤１２０４を備えている。また、記録素子基板１００３は、シリコン基板１２１０、シリコン基板１２１０上にパターニングされた電気接続パッド１２０７、シリコン基板１２１０上にパターニングされたノズル部材１２０８の密着向上層１２０９を備えている。また、記録素子基板１００３および電気配線基板１００１は、それぞれ接着層１２１１、１２０６によって、インクタンク１０１０に接合されている。

ところで、この構成では、記録素子基板１００３の側面周囲に充填する第１の封止剤１１０１としては、直接塗布することができないインナーリード１１０２の裏面側にも浸透するように、粘度が比較的小さい封止剤が使用される。これに対してインナーリード１１０２の表面側を封止する第２の封止剤１００４としては、複数のノズル１００４を有するノズル部材１２０８のフェイス面上に過度に広がらないように、粘度が比較的高く、流動性が比較的低い封止剤が使用される。加えて、第２の封止剤１００４には、外力に対する剛性も必要とされている。

このように、記録素子基板と電気配線基板との電気的な接続部分を封止剤等で被覆する構成としては、特許文献１、２、３に開示されている。
特開平１０−０００７７６号公報 特開２００１−１３０００１号公報 特開平０８−０４８０４２号公報

ところで、記録装置において、記録ヘッド１０００と被記録材との間隔は、両者が接触しないように、一般的に２ｍｍ程度の間隔を空けている。しかしながら、電気配線基板１００１上に設けられた第２の封止剤１００４のノズル部材１２０８の積層方向の膨出量が大きくなるほど、ノズル部材１２０８と被記録材の主面との間隔を大きく確保する必要があり、これに伴っ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では、材料コストの増加を招くという未解決の課題があった。

また、第２の封止剤は、粘度が比較的高く、流動性が比較的低い封止剤であっても、封止剤がノズル部材１２０８のフェイス面上を流れ込んで硬化する位置を制御するのは困難である。記録ヘッドの吐出特性を回復する際に、ノズル近傍に付着したインクを拭き取るワイパー部材が動作する領域にまで封止剤が流れてしまった場合には、インクの拭き残しが生じ、特出特性の信頼性を損なってしまう。

また、工程条件等で第２の封止剤がノズル部材１２０８側に流れ込んで停止する位置を制御しようとした場合、条件の設定等に大幅な時間を要し、生産性の低下を招く。

そこで、本発明は、記録素子基板と電気配線基板との電気的な接続部分の封止構造を改善し、画像性能および吐出動作の信頼性、生産性を向上させることができる液体吐出ヘッドおよび記録装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明に係る液体吐出ヘッドは、液体を吐出するノズルを有するノズル部材が積層された記録素子基板と、この録素子基板と電気的に接続される電気配線基板とを備える。電気配線基板は、ノズルを露出させる開口部と、この開口部に近接する位置に設けられた補助開口と、この補助開口と開口部とを仕切る堤体部と、補助開口内に突出されて延ばされ補助開口内で記録素子基板の電極部に電気的に接続される配線部材とを有する。配線部材は補助開口内で封止剤によって被覆される。そして、堤体部は、ノズル部材の少なくとも一部を覆うようにノズル部材の積層方向に対してノズル部材に近接して配置される。

本発明によれば、電気配線基板に、ノズルが露出される開口部と、記録素子基板と電気配線基板の電気的な接続部分に対応して形成された補助開口とが互いに独立して設けられることで、封止剤の塗布性、接着性が改善され、ノズル部材の積層方向に対する封止剤の膨出量を小さくすることができる。したがって、本発明によれば、記録品位を大幅に向上させることができる。

また、本発明は、開口部と補助開口とを仕切る堤体部を、記録素子基板側に近づく方向に湾曲させることによって、記録素子基板と堤体部との間隙による毛細管現象を利用して堤体部の下方に封止剤を確実に充填させることができ、電気的な接続部分の信頼性を向上させることができる。

以下、本発明の具体的な実施形態について、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１に、本実施形態のインクジェット記録ヘッドの平面図を示す。図１に示すように、インクジェット記録ヘッド１０００は、インクを吐出する複数のノズル（吐出口）１１０３を有するノズル部材１２０８およびインクを吐出するためのエネルギー発生素子（不図示）が設けられた記録素子基板１００３を備えている。また、インクジェット記録ヘッド１０００は、インクが収容されたインクタンク１０１０を備えている。また、このインクジェット記録ヘッド１０００は、記録素子基板１００３と記録装置側の制御部（不図示）との電気信号の送受信に係わる電気配線基板１００１を備えている。

電気配線基板１００１には、記録素子基板１００３における複数のノズル１１０３が配列された吐出面（以下、フェイス面と称する。）の大部分を露出させる開口部としてのデバイスホール１０２が設けられている。また、電気配線基板１００１には、電気配線基板１００１と記録素子基板１００３との電気的な接合部分に対応する位置に補助開口１０１が設けられている。電気配線基板１００１には、デバイスホール１０２と補助開口１０１とが隣接して設けられており、これらデバイスホイール１０２と補助開口１０１とを仕切る帯状の堤体部１０３が設けられている。

補助開口１０１内には、電気配線基板１００１の配線部材としてのインナーリード１１０２が突出されて延ばされており、このインナーリード１１０２の一端が、記録素子基板１００３の電極部としての電気接続パッド１２０７に接合されている。

図２は、図１に示したインクジェット記録ヘッドを示す斜視図である。デバイスホール１０２と補助開口１０１とを仕切る堤体部１０３は、図２に示すように、記録素子基板１００３側に近づく方向に湾曲されている。

図３は、図１におけるＢ−Ｂ断面図であり、Ｂ−Ｂ断面図が示す中央部で、電気配線基板１００１のベースフィルム１２０１からなる堤体部１０３は、記録素子基板１００３側に近づく方向に湾曲されている。図３に示すように、堤体部１０３の長手方向の中央部は、シリコン基板１２１０上にパターニングされたノズル部材１２０８に近接されており、封止剤１１０１が堤体部１０３の長辺方向に平行に側端部で精度良く停止される。

ここで、図３に示した堤体部１０３とノズル部材１２０８との間の、ノズル部材１２０８の積層方向に対する隙間をＫとし、封止剤１１０１の堤体部１０３の側端部からデバイスホール１０２内への最大はみ出し量をＬとする。表１に、隙間Ｋとはみ出し量Ｌとの関係を示す。表１に示すように、隙間Ｋが小さいほど封止剤１１０１の最大はみ出し量Ｌを抑えることができ、かつ精度良くはみ出し量Ｌを制御することができる。

さらに、本実施形態は、従来のインクジェット記録ヘッドと異なり、粘度が比較的高い封止剤を用いていないので、本実施形態では、封止剤１１０１が、図１０に示した第２の封止剤１００４のように盛り上がっていない。このため、本実施形態によれば、記録装置側のキャリッジに装着した際に、インクジェット記録ヘッドのフェイス面と被記録材の主面との間の距離を小さく抑えることが可能となる。

そして、堤体部１０３は、記録素子基板１００３のフェイス面上に接着されている。また、記録素子基板１００３のフェイス面は、必要に応じて撥水処理が施されていても良い。さらに、記録素子基板１００３の周囲、および記録素子基板１００３とインナーリード１１０２の一端との電気的な接合部分は、同じ封止剤１１０１で封止されている方が好ましい。

以下、インクジェット記録ヘッドの製造方法について説明する。記録素子基板１００３の電気接続パッド１２０７と、電気配線基板１００１のインナーリード１１０２の一端とを電気的に接続された記録素子ユニットを用意する。インクタンク１０１０には、記録素子基板１００３が接合される面、および電気配線基板１００１が貼り付けられる面にそれぞれ接着剤１２１１，１２０６が塗布され、記録素子ユニットが所定の位置に貼り付けられる。

次に、例えばディスペンサー等を用いて、封止剤１１０１をデバイスホール１０２内の、記録素子基板１００３とインクタンク１０１０、電気配線基板１００１によって構成される空間に塗布する。封止剤１１０１の塗布量と、塗布後の放置時間を管理することで、補助開口１０１内の記録素子基板１００３の電気接続パッド１２０７と、電気配線基板１００１のインナーリード１１０２の一端との電気的な接合部も封止剤１１０１で満たされて覆われる。

なお、比較的短時間で補助開口１０１内も封止剤１１０１で封止する必要がある場合には、補助開口１０１内に封止剤１１０１を塗布しても良い。接着剤や封止剤の種類によっては、塗布した後に、熱キュアリング処理によって硬化させる。その後、インクタンク１０１０内には、インクを保持して負圧を発生させる多孔質樹脂材からなるインク吸収体（不図示）が挿入され、このインク吸収体に所定量のインクを注入し、蓋部材１０１１が接合される。

本実施形態のインクジェット記録ヘッドによれば、電気配線基板１００１に、ノズルが露出されるデバイスホール１０２と、記録素子基板１００３と電気配線基板１００１との電気的な接続部分に対応して形成された補助開口１０１とが互に独立して設けられる。これによって、このインクジェット記録ヘッドによれば、封止剤１１０１の塗布性、接着性が改善され、また、ノズル部材１２０８の積層方向に対する封止剤１１０１の膨出量を小さくすることができる。このため、本実施形態は、インクジェット記録ヘッドのフェイス面と被記録材の主面との間の距離を小さくすることが可能になり、記録品位を大幅に向上させることができる。

また、本実施形態によれば、デバイスホール１０２と補助開口１０１とを仕切る堤体部１０３が、記録素子基板１００３側に近づく方向に湾曲されている。これによって、本実施形態は、記録素子基板１００３と堤体部１０３との間隙による毛細管現象を利用して堤体部１０３の下方に封止剤１１０１を確実に充填させることができ、電気的な接合部分の信頼性を向上させることができる。

さらに、本実施形態によれば、デバイスホール１０２と補助開口１０１とを仕切る堤体部１０３を記録素子基板１００３側に湾曲させた形状に形成することによって、毛細管現象を利用して堤体部１０３の下方に封止剤１１０１が充填される。このため、本実施形態は、相対的に大きな空間であるデバイスホール１０２で封止剤１１０１の流れ込みが良好に停止する。したがって、ノズル部材１２０８上における封止剤１１０１の位置が厳密に定まり、塗布工程の稼働率、ひいては製造コストの削減につながる。さらに、本実施形態によれば、ノズル部材１２０８上をノズル付近まで流れ込んだ封止剤によってワイパー部材による拭き取りが妨げられることもなく、吐出特性の信頼性を向上することができる。

また、本実施形態によれば、従来より用いられていた２つの封止剤を、１つの封止剤のみで良好に封止することが可能となり、材料コストを削減することができる。

（第２の実施形態）
上述した実施形態では、堤体部１０３が、記録素子基板１００３の主面側に近づく方向に湾曲された構造に形成されていることを前提とした。しかしながら、実際には堤体部１０３の幅と長さ、電気配線基板１００１のベースフィルムの厚さや、製造条件などによって、必ずしも上述のように堤体部１０３が湾曲されない場合がある。

このような場合には、堤体部１０３を記録素子基板１００３側に近づく方向に強制的に湾曲させた形状に構成する必要がある。

図４は、第２の実施形態を示す斜視図である。図４に示すように、インナーリード４０２は、堤体部１０３から補助開口１０１内に突出されて延ばされ、一端が記録素子基板１００３上の電気接続パッド４０１に接合されている。この構成によって、堤体部１０３を、記録素子基板１００３側に湾曲させた形状に構成することが可能になる。この構成の場合、電気接続パッド４０１としては、インクジェット記録ヘッドの駆動や信号のやり取りとは関係がない、電気的に孤立したダミーの接続パッドであってもよく、また、実際に信号をやり取りする接続パッドであってもよい。

図５は、図４におけるＣ−Ｃ断面図である。図５に示すように、堤体部１０３は、ベースフィルム１２０１と、配線１２０３を接着する接着剤１２０２と、堤体部１０３から補助開口１０１内に延ばされたインナーリード４０２とを有して構成されている。インナーリード４０２の一端と電気接続パッド４０１が接合されることによって、堤体部１０３は、インナーリード４０２に引っ張られ、記録素子基板１００３側に近づく方向に湾曲された形状になる。この構成の場合も、デバイスホール１０２側に流れ込む封止剤１１０１は、堤体部１０３の側端部で精度良く停止する。

堤体部１０３から補助開口１０１内に突出されて延ばされて記録素子基板１００３上の電気接続パッド４０１に接合されるインナーリード４０２は、堤体部１０３の長辺方向の略中央部に１本だけ設けられる構成でもよい。また、このインナーリード４０２は、堤体部１０３の長辺方向の略中央部に対して、長手方向に略対称な位置にそれぞれ一対のインナーリードが偶数本設けられる構成であってもよい。また、堤体部１０３の長辺方向の略中央部に１本のインナーリードが設けられるとともに略中央部に対して長手方向に略対称な位置に各一対のインナーリードが偶数本設けられる構成であってもよい。

また、堤体部１０３から補助開口１０１内に突出されて延ばされた記録素子基板１００３上の電気接続パッド４０１に接合されるインナーリード４０２は、実際に電気信号をやり取りに用いられるものでもよい。なお、この構成の場合、インナーリード４０２は、記録素子基板１００３の接地電極に電気的に接続される共通のグランド信号線であるのが好ましい。

（第３の実施形態）
堤体部１０３を強制的に記録素子基板１００３側に湾曲させた形状に構成することができる、他の実施形態について説明する。図６は、第３の実施形態を示す斜視図である。図７は、図６におけるＤ―Ｄ断面図である。

図６および図７に示すように、インナーリード６０２は、通常のインナーリードと同様に、補助開口１０１を跨いで延ばされており、その一端が堤体部１０３に接合されている。また、インナーリード６０２の中途部は、記録素子基板１００３上の電気接続パッド６０１に電気的に接続されている。図７に示すように、堤体部１０３は、ベースフィルム１２０１、配線１２０３を接着する接着剤１２０２と、堤体部１０３に一端が接合されているインナーリード６０２とを有して構成されている。

したがって、堤体部１０３は、インナーリード６０２の一端に連結されているため、インナーリード６０２を介して、記録素子基板１００３側に引っ張られている。これによって堤体部１０３を記録素子基板１００３側に近づく方向に湾曲させた形状に構成することが可能となる。この構成の場合も、デバイスホール１０２側に流れ込む封止剤１１０１は、堤体部１０３の側端部で精度良く停止する。

なお、堤体部１０３に接合される複数のインナーリード６０２の全てが、上述した構成のように、中途部が記録素子基板１００３側に接合される構成が採られてもよく、複数のインナーリード６０２の一部のみに上述した構成が採られてもよい。

なお、本発明に係るインクジェット記録ヘッドは、一般的な記録装置の他に、複写機、通信システムを有するファクシミリや、プリント部の他に画像読取機構部等を有する複合機の記録装置に用いられて好適である。さらに、本発明に係るインクジェット記録ヘッドは、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用いられても好適である。

本実施形態のインクジェット記録ヘッドを示す平面図である。 第１の実施形態のインクジェット記録ヘッドを示す斜視図である。 図２におけるＢ−Ｂ断面図である。 第２の実施形態のインクジェット記録ヘッドを示す斜視図である。 図４におけるＣ−Ｃ断面図である。 第３の実施形態のインクジェット記録ヘッドを示す斜視図である。 図６におけるＤ−Ｄ断面図である。 従来のインクジェット記録ヘッドを示す斜視図である。 従来のインクジェット記録ヘッドをフェイス面側から示す平面図である。 図９におけるＡ−Ａ断面図である。

符号の説明

１０１ 補助開口
１０２ デバイスホール
１０３ 堤体部
１０００ インクジェット記録ヘッド
１００１ 電気配線基板
１００３ 記録素子基板
１１０１ 封止剤
１１０２ インナーリード
１１０３ ノズル
１２０７ 電気接続パッド
１２０８ ノズル部材

Claims (12)

1. 液体を吐出するノズルを有するノズル部材が積層された記録素子基板と、該録素子基板と電気的に接続される電気配線基板とを備え、
   前記電気配線基板は、前記ノズルを露出させる開口部と、該開口部に近接する位置に設けられた補助開口と、該補助開口と前記開口部とを仕切る堤体部と、前記補助開口内に突出されて延ばされ前記補助開口内で前記記録素子基板の電極部に電気的に接続される配線部材とを有し、前記配線部材が前記補助開口内で封止剤によって被覆され、
   前記堤体部は、前記ノズル部材の少なくとも一部を覆うように前記ノズル部材の積層方向に対して前記ノズル部材に近接して配置されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記堤体部は、前記記録素子基板側に近づく方向に湾曲されている請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記配線部材の少なくとも１つは、前記堤体部から前記補助開口内に突出されて延ばされて、前記記録素子基板に電気的に接続され、該配線部材によって前記堤体部が前記記録素子基板側に近づく方向に湾曲されている、請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記堤体部から前記補助開口内に突出されて延ばされた前記配線部材は、前記記録素子基板の前記電極部に電気的に接続されている、請求項３に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記堤体部から前記補助開口内に突出されて延ばされた前記配線部材が電気的に接続される前記記録素子基板の前記電極部の少なくとも１つは、電気的に孤立している、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記堤体部から前記補助開口内に突出されて延ばされた前記配線部材の少なくとも１つは、前記記録素子基板の接地電極に接続されている、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記配線部材の少なくとも１つは、前記補助開口を跨いで前記堤体部まで延ばされて前記堤体部に接合され、該堤体部まで延ばされた該配線部材の中途部が前記記録素子基板に電気的に接続され、該配線部材によって前記堤体部が前記記録素子基板側に近づく方向に湾曲されている、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
8. 前記補助開口を跨いで前記堤体部まで延ばされた前記配線部材は、前記記録素子基板の前記電極部に電気的に接続されている、請求項７に記載の液体吐出ヘッド。
9. 前記補助開口を跨いで前記堤体部まで延ばされた前記配線部材が電気的に接続される前記記録素子基板の前記電極部の少なくとも１つは、電気的に孤立している、請求項１または７に記載の液体吐出ヘッド。
10. 前記補助開口を跨いで前記堤体部まで延ばされた前記配線部材の少なくとも１つは、前記記録素子基板の接地電極に接続されている、請求項１、７、８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
11. 前記堤体部は、帯状に形成され、長辺方向の中央部、または中央部に対して前記長手方向の対称な一対の位置の少なくともいずれか一方で、前記配線部材の一端が前記堤体部に接合されている、請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
12. 請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドを備え、前記液体吐出ヘッドによって被記録材にインクを吐出して記録を行う記録装置。

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