JP2008183766A - 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】 印刷画質の低下等の問題を解決し、高画質の、信頼性の高い、小型で、安価なインクジェット記録ヘッドを提供する。
【解決手段】 液体吐出基板の巾を一部広くすることで、見かけ上液体吐出基板の巾が広がり、支持部材に対して液体吐出基板が貼り付けられる際の傾き角度を低減する。
【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記録装置、この記録装置に適用される記録ヘッド、この記録ヘッドに適用される記録素子基板との配線基板の接続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、記録時における騒音がほとんど生じないといった特徴を持つ。このようなことからインクジェット記録装置は、プリンター、ワードプロセッサ、ファクシミリ、及び複写機などの記録機構を担う装置として広く採用されている。

このインクジェット記録装置における代表的なインク吐出方式としては、電気熱変換素子を用いた方式がある。この方式は、微小な吐出口から微少な液滴を吐出させて、記録媒体に対し記録を行うものとなっており、一般に、液滴を形成するためのインクジェット記録ノズルと、このヘッドに対してインクを供給する供給系とから構成される。

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与えることにより記録液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泡時(沸騰時)の気泡圧力を記録液滴の吐出に利用したものである。さらに電気熱変換方式を用いたインクジェット記録ヘッドの場合、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)とがある。

特許文献１（液体吐出記録ヘッド、それを備える記録装置，および、液体吐出記録ヘッドの製造方法、キヤノン）にて複数の記録素子基板が支持部材上に位置決めされ、接着により固定されるインクジェット記録ヘッドが開示されている。また、支持部材は、記録素子基板が駆動時に発する熱を放熱する役目とともに、その配される基板取付け面に対して互いに平行にする役割を果たすと開示されている。

特許文献２（インクジェット記録ヘッド、キヤノン）にて、複数の記録素子ユニットを支持板を介して支持部材の上面に複数の接着樹脂により接着固定するインクジェット記録ヘッドが開示されている。

特許文献３（インクジェット記録ヘッドおよびその製造方法、キヤノン）にて複数の記録素子基板を第１の支持部材に接着剤により固定するインクジェット記録ヘッドが開示されている。

図２は、上述の文献に基くサイドシュータ方式のインクジェット記録ヘッドに使用されるインクジェット記録ヘッドチップ２０を表す図で、（ａ）はその平面図、（ｂ）はそのＢ−Ｂ‘断面図である。ここでインクジェット記録ヘッドチップ２０は、Ｓｉウエハーから切り出され、インクを発泡させて吐出させるためのヒーター２と、ヒーター２を駆動する回路（不図示）に電気信号を供給する電極４が設けられた記録素子基板１上に、インク吐出口６と液室６ａが設けられたノズル材５が形成されており、また、記録素子基板１には前記液室６ａと連通するインク供給口３が空けられている。

さらに、記録素子基板に使用されるＳｉ基板等の半導体基板は、ダイヤモンド粒子等を散りばめた切断ブレードを使用する切断分離装置であるブレードダイサーにより分離切断され、それらの装置は株式会社東京精密や株式会社ディスコ等で販売されている。

特許文献４（切断起点領域形成方法及び加工対象物切断方法、浜松ホトニクス）、特許文献５（レーザ加工方法、浜松ホトニクス）にて、従来ブレードダイサー等を用いて加工対象物を切断分離していたものを、加工対象物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射し、加工対象物の切断予定ラインに沿って加工対象物の内部に多光子吸収による改質領域を形成する工程を備え、切断する箇所に前記改質領域による起点があると加工対象物はその起点から割れるので、比較的小さな力で加工対象物を切断する、加工対象物切断方法及びレーザ加工方法が開示されている。

図５は、特許文献４、特許文献５に開示されているＳｉウエハー等の加工対象物５１に対する切断予定ライン５２の一例を示しており、このように、切断予定ライン５２が複雑な形状であっても、切断加工が可能となる。すなわち、加工対象物５１の切断加工にレーザ光を用いるので、ダイヤモンドカッタを用いたダイシングのように、交差する2つの終端のない直線で構成される形態よりも複雑な、終端のある直線での加工や、曲線での加工等が可能となる。
特開２００１−１２９９７７号公報 特開平11-138814号公報 特開２００２−１９１１９号公報 特登録３４０８８０５号公報 特開２００２−１９２３７０号公報

しかしながら、上述した特許文献１乃至特許文献３におけるインクジェット記録ヘッドには、印字品位を低下させる以下のような可能性がある。

すなわち、特許文献１乃至特許文献３において、支持部材は、記録素子基板が駆動時に発する熱を放熱する役目とともに、その配される基板取付け面に対して互いに平行にする役割を果たすとあるが、下記のような傾きθ₀を持つ可能性がある。

すなわち、インクジェット記録装置の価格競争上および多色化等の多機能化のために、インクジェット記録ヘッドのコストを下げる必要があり、Ｓｉウエハー（不図示）上の記録素子基板１の取り個数を増やすことが有効で、発明者は、図２（ｂ）に示す記録素子基板１の巾Ｗ１が１ｍｍ以下にする検討をしてきた。

図３は、複数の記録素子基板を支持部材上に位置決めする主要工程を説明する要部断面図で、（ａ）は記録素子基板２０ａ、２１ａ、２２ａを使用した複数のインクジェット記録ヘッドチップ２０、２１、２２を真空吸着する為の貼付ヘッド１５０で、貼付ヘッドベース１５１に吸引穴１５２が各インクジェット記録ヘッドチップ２０、２１、２２毎に独立に設けられている。また、インクジェット記録ヘッドチップ２０、２１、２２のインク吐出口６にごみ等で傷を付けない為の逃げ部１５３が各インクジェット記録ヘッドチップ２０、２１、２２毎に独立に設けられている。

図３（ｂ）は、貼付ヘッド１５０でインクジェット記録ヘッドチップ２０、２１、２２をそれぞれのインクジェット記録ヘッドチップに対応する液体供給口９が設けられた支持部材８に貼り付けている途中工程を示すもので、図３（ｃ）は、インクジェット記録ヘッドチップ２０、２１、２２が支持部材８に接着剤７により固定されたインクジェット記録ヘッドユニット２００の完成図である。

図３（ｂ）で予め支持部材８に塗布されたインクジェット記録ヘッドチップ２０、２１、２２それぞれに対応する接着剤７に、貼付ヘッド１５０によりインクジェット記録ヘッドチップ２０、２１、２２を接着剤７の厚さｔが１０μｍ以下になるように押圧し、はみ出した接着剤７ａ、７ｂ等を紫外線で仮硬化させる。ここで接着剤７は、紫外線硬化と熱硬化の併用型のエポキシ接着剤を使用する。次に、貼付ヘッド１５０が上昇して、インクジェット記録ヘッドユニット２００を１５０℃３時間程度オーブンにて加熱硬化させ、図３（ｃ）に示すようにインクジェット記録ヘッドユニット２００が完成する。このとき、はみ出した接着剤７ａ、７ｂの量が異なる、或は、例えば図３（ｂ）に示すようにインクジェット記録ヘッドチップ２１に用いられる記録素子基板２１ａの厚みが薄いことによるインクジェット記録ヘッドチップ２１ａの押圧不足で接着剤７の厚さが厚い等で、図３（ｃ）に示すように接着剤７の硬化収縮量の差によるインクジェット記録ヘッドチップ２１ａの傾きθ₁が生じることがある。この傾きθ₁は接着剤７の厚さｔは１０μｍ以下に抑えてあるが、２〜３μｍのばらつきがあり、例えば記録素子基板１の巾Ｗ１が１ｍｍで、その巾内で接着剤７の厚さｔが３μｍ変るとインクはインクジェット記録ヘッドチップ２１ａの傾きθ₁に影響されて例えば紙との距離が２ｍｍであった場合は、着弾位置が６μｍずれる。すなわち、解像度が例えば２４００ｄｐｉの場合のドット間距離10.6μｍに対しては半分以上のずれが生じることになり、印刷画質の低下が生じてしまう。

本発明の目的は、上記各問題を解決し、高画質の、信頼性の高い、小型で、安価なインクジェット記録ヘッドを提供することにある。さらにはその記録ヘッドを用いたインクジェット記録装置を提供することにある。

前述の従来例の特許文献１乃至特許文献３の記録素子基板１の巾Ｗ１を狭くする場合の課題に対して、本発明では、特許文献４のレーザ加工方法を終端のある直線での加工に応用し、液体吐出基板１の巾を一部広くすることで、見かけ上液体吐出基板１の巾が広がり、支持部材８に対して液体吐出基板１が貼り付けられる際の傾き角度を低減するもので、請求項１では前記記録素子基板の短辺方向の幅が長辺方向の少なくとも一端部近傍で変化していることを特徴とする。

また、請求項２では前記記録素子基板の短辺方向の幅が長辺方向の少なくとも一端部で広くなっていることを特徴とする。更に、請求項３では前記長辺方向の端部での記録素子基板短辺方向の幅拡大が記録素子基板幅方向の中心振分けであることを特徴とする。加えて、請求項４では前記記録素子基板の隅部の一部又は全部に面取り状の切り欠きがあることを特徴とする。

ここで、請求項５では前記記録素子基板を貫通し、前記吐出口及び前記液路と連通するインク供給口を有することを特徴とする。また、請求項６では前記ノズル材は、前記記録素子基板の外周部近傍、及び電極取出し部を除いて前記記録素子基板を覆っていることを特徴とする。さらに、請求項７では、前記記録素子基板の電極取出し部は、前記記録素子基板の長辺方向の一端部に設けられていることを特徴とする
そして、請求項８では、前記記録素子基板の外周部の切断分離を、前記記録素子基板の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射し、前記記録素子基板の切断予定ラインに沿って前記記録素子基板の内部に多光子吸収による改質領域を形成する工程を備えるレーザ加工を施したことを特徴とする。

さらに、請求項９では本発明の記録装置は、上述の記録ヘッドが搭載されていることを特徴とする。

上記のように構成された本発明においては、記録素子基板の組立精度（平行度）に優れ、かつ端子配置自由度の高く、画像品位の優れた、信頼性の高い、小型で、安価なインクジェット記録ヘッドを提供可能である。

（実施例１）
以下に、本発明の実施例について、図を用いて説明する。

図１は、本発明のインクジェット記録ヘッドに使用されるインクジェット記録ヘッドユニット３００の説明図で、図１（ａ）はＳｉウエハー上での記録素子基板の要部レイアウト図、図１（ｂ）はインクジェット記録ヘッドユニット３００の平面図、図１（ｃ）は図１（ｂ）におけるＡ−Ａ‘断面について表す要部断面模式図である。

図１（ａ）および図１（ｂ）において、本発明のインクジェット記録ヘッドに使用されるインクジェット記録ヘッドチップ３０、３１、３２の記録素子基板３０ａ、３１ａ、３２ａは、記録素子基板３０ａを例にとると、長辺方向の端部での短辺方向の幅Ｗ２が前記従来例での課題で説明した図２（ｂ）に示す記録素子基板１の巾Ｗ１の２倍に拡大し、記録素子基板幅方向の中心振分けのＴ字型になっている。これにより、図３（ｃ）に示したインクジェット記録ヘッドチップ２１ａの傾きθ₁は半分に抑えることが可能で、着弾位置のずれは３μｍに低減される。

ＳｉウエハーからＴ字型の記録素子基板を切りだす為には、図１（ａ）の様に切断予定ライン１０は従来のブレードダイシングで行っていた交差する2つの終端のない直線で構成される形態ではなく、終端のある直線での加工が必要で、記録素子基板３０ａ他の切断予定ライン１０の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射し、前記切断予定ライン１０に沿って前記記録素子基板３０ａ他の切断予定ライン１０の内部に多光子吸収による改質領域を形成する工程を備えるレーザ加工を施したのち、ダイシングテープをエキスパンドして前記記録素子基板３０ａ他を引き離す力を加えることで、切断分離が可能である。

また、記録素子基板３０ａ、３１ａ、３２ａの短辺方向の幅Ｗ２の部分は図３（ａ）に示した貼付ヘッド１５０での真空吸着する為の吸引穴１５２の位置も広げることや、数を増やすことが可能な為、貼付時の保持も確実となり、更に好都合である。尚、真空吸着する為の吸引穴１５２と記録素子基板３０ａ、３１ａ、３２ａの短辺方向の幅Ｗ２の部分を確実に密着させる為には、幅Ｗ２の部分にもノズル材５を設ける必要がある。

本実施例では、短辺方向の幅Ｗ２を拡大した長辺方向の一端部に外部取出し電極４を集中させたため、外部取出し用の配線基板（不図示）の面積を小さくすることが可能で、更に低コストなインクジェット記録ヘッドが提供できる。また、外部取出し電極４の数は従来例の図２（ａ）の巾一定の長方形のものと同一である為、Ｓｉウエハー上の記録素子基板３０ａ、３１ａ、３２ａの取り個数は変らず、インクジェット記録に最小限必要な巾Ｗ１で決る為、コストアップの要因はなく、コストダウンのために取り個数を増やすことは可能である。

但し、長辺方向の一端部に外部取出し電極４を集中させる場合、外部取出し電極４から最も遠いヒーターを駆動する回路への配線抵抗が増加してしまう為、金メッキ配線等の配線抵抗低減対策が必要である。

なお、本実施例の場合、インクジェット記録ヘッドチップ３０、３１、３２の配列ピッチＰ１が図３の従来例よりも拡がっているが、図１（ａ）のＳｉウエハー上での記録素子基板の配置のように互い違いにすることで対応可能である。

（実施例２）
以下に、本発明の第２の実施例について、図４（ａ）を用いて説明する。

図４（ａ）は、本発明の第２の実施例の記録ヘッドに使用されるインクジェット記録ヘッドチップ１００のＳｉウエハー上での記録素子基板の要部レイアウト図で、前述の実施例でＴ字型の記録素子基板を用いていたのに加え、巾狭部の隅とＴ字型の根元に面取り１００ａ、及び１００ｂを設けたものである。これにより、インクジェット記録ヘッドチップの貼付工程でのインクジェット記録ヘッドチップの取扱い時の隅部の欠け（チッピング）や、接着剤押圧貼付時のＴ字型の根元の亀裂発生の恐れが低減できる。尚、本実施例では、Ｔ字型の隅部には面取りを設けていないが、切断予定ライン１１０の内部に、多光子吸収による改質領域を形成する工程を備えるレーザ加工を施したのち、ダイシングテープをエキスパンドしてインクジェット記録ヘッドチップ１００他を引き離す力を加えることで、切断分離が可能であるため、Ｔ字型の隅部にも面取りを設けても構わない。但し、Ｔ字型の隅部の面取りで記録ヘッドユニット１００側に残らない部分はダイシングテープに残ることになるため、ごみ等の管理が必要となる。

（実施例３）
以下に、本発明の第３の実施例について、図４（ｂ）を用いて説明する。図４（ｂ）は、本発明の第３の実施例の記録ヘッドに使用されるインクジェット記録ヘッドチップ１０１のＳｉウエハー上での記録素子基板の要部レイアウト図で、前述の実施例でＴ字型の記録素子基板を用いていたのに対し、Ｌ字型の記録素子基板を用いているものである。前述のＴ字型の実施例では、上下方向の切断予定ライン１０、１１０が全て終端があるものであり、レーザ光を照射して多光子吸収による改質領域を形成する際の、正確な照射の為の入り切り制御による速度低下が生じていた。

本実施例では上下方向の切断予定ライン１１１の半分は終端がないものであり、レーザー加工の速度向上が可能になっている。

更に、本実施例に使用するＬ字型のインクジェット記録ヘッドチップ１０１のＬ字部のノズル材５Ｌは、インク吐出口６と液室６ａが設けられた ノズル材５と分離されて形成されている。これは、前述の従来例の説明でも述べたように、ノズル材５の形成工程においては、最終工程で除去後に前記液室６ａとなるパターニングされた型材（不図示）の有無によりノズル材５の厚さがばらつくのを防止するために、ダミーの型材を形成し、最終工程で除去したもので、これにより、Ｌ字部のノズル材５Ｌの厚さがノズル材５とほぼ等しく出来、インクジェット記録ヘッドチップ１０１の貼付後の傾きを抑えることが可能で、着弾位置のずれが低減され可能である。

本実施例でも、実施例１同様、短辺方向の幅Ｗ２を拡大した長辺方向の一端部に外部取出し電極４を集中させたため、外部取出し用の配線基板（不図示）の面積を小さくすることが可能で、更に低コストなインクジェット記録ヘッドが提供できる。また、外部取出し電極４の数も実施例１同様であり、コストアップの要因はなく、コストダウンのために取り個数を増やすことは可能である。

更に、本実施例の場合も実施例１同様、外部取出し電極４を一方向に集中して配列させた場合、インクジェット記録ヘッドチップ１０１の配列ピッチが図３の従来例よりも拡がるが、図４（ｂ）のＳｉウエハー上での記録素子基板の配置のように互い違いにすることで対応可能である。尚、図４（ｂ）ではインク供給口３の位置が隣のインクジェット記録ヘッドチップとずれているが、配列ピッチを最小にする場合は合せた方が効率的であることは言うまでもない。

（実施例４）
以下に、本発明の第４の実施例について、図４（ｃ）を用いて説明する。図４（ｃ）は、本発明の第４の実施例の記録ヘッドに使用されるインクジェット記録ヘッドチップ１０２のＳｉウエハー上での記録素子基板の要部レイアウト図で、前述の実施例では記録素子基板の一端部のみ巾を変化させていたのに対し、両端部の巾を変化させていた記録素子基板を用いているものである。

前述の実施例の一端部のみ巾を変化させていたものでは、インクジェット記録ヘッドチップの配列ピッチや方向に制限があったが、本実施例の場合は、自由な配列が可能である。

また、外部取出し電極４を一方向に集中していないため、金メッキ配線等の配線抵抗低減対策が必要ではなくなり、構造的にも従来の巾一定の長方形の記録素子基板とほぼ同等であるため、安価なインクジェット記録ヘッドが提供できる。

（実施例５）
また、本発明のインクジェット記録ヘッドが搭載されている記録装置についても、以上述べたインクジェット記録ヘッドと同様、本発明によりインクジェット記録ヘッドの記録素子基板の貼付時の傾き抑制が可能であり、それによりインクジェット記録に最小限必要な巾Ｗ１の記録素子基板を使用したものであっても確実に着弾位置のずれの抑制が行えるため、高画質の、信頼性の高い、安価なインクジェット記録装置が提供できる。

本発明の実施例のインクジェット記録ヘッドに使用されるインクジェット記録ヘッドユニット３００を示す図、（ａ）：Ｓｉウエハー上での記録素子基板の要部レイアウト図、（ｂ）：インクジェット記録ヘッドユニット３００の平面図、（ｃ）：図１（ｂ）におけるＡ−Ａ‘断面について表す要部断面模式図である。 従来のサイドシュータ方式のインクジェット記録ヘッドに使用されるインクジェット記録ヘッドチップ２０を表す図、（ａ）：平面図、（ｂ）：Ｂ−Ｂ‘断面図。 複数の記録素子基板を支持部材上に位置決めする主要工程を説明する要部断面図、（ａ）：貼付ヘッド１５０の要部断面図、（ｂ）：途中工程を説明する要部断面図、（ｃ）：インクジェット記録ヘッドユニット２００の完成図。 本発明の第２乃至第４の実施例の記録素子基板の要部レイアウト図。 従来のＳｉウエハー等の加工対象物に対する切断予定ラインの一例を示す図。

符号の説明

１、３０ａ、３１ａ、３２ａ 記録素子基板
２ ヒーター
３ インク供給口
４ 電極
５ ノズル材
６ インク吐出口
６ａ 液室
７、７ａ、７ｂ 接着剤
８ 支持部材
９ 液体供給口
１０、１１０〜１１２ 切断予定ライン
１１ 底面
１３ 表面
２０〜２２、３０〜３２、１００〜１０２ インクジェット記録ヘッドチップ
３０ａ 切断面
３４ Ｓｉウエハー
３６ 溝
５１ 加工対象物
５２ 切断予定ライン
１５０ 貼付ヘッド
１５１ 貼付ヘッドベース
１５２ 吸引穴
１５３ 逃げ部
２００、３００ インクジェット記録ヘッドユニット
ｔ 接着剤厚
Ｗ１、Ｗ２ チップ巾
θ₁ 傾き

Claims (9)

1. インク吐出圧力発生素子が形成された記録素子基板と、前記基板上に設けられインクを吐出するための吐出口を有するノズル材とを備え、前記基板と前記ノズル材間に液路を有するインクジェット記録ヘッドにおいて、
   前記記録素子基板の長辺方向の切断ラインが、少なくとも一端部近傍で変化していることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
2. 前記記録素子基板の短辺方向の幅が長辺方向の少なくとも一端部で広くなっていることを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録ヘッド。
3. 前記長辺方向の端部での記録素子基板短辺方向の幅が記録素子基板幅方向の中心振分けで拡がっていることを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録ヘッド。
4. 前記記録素子基板の隅部の一部又は全部に面取り状の切り欠きがあることを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録ヘッド。
5. 前記記録素子基板を貫通し、前記吐出口及び前記液路と連通するインク供給口を有することを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録ヘッド。
6. 前記ノズル材は、前記記録素子基板の外周部近傍、及び電極取出し部を除いて前記記録素子基板を覆っていることを特徴とする請求項１ないし請求項５記載のインクジェット記録ヘッド。
7. 前記記録素子基板の電極取出し部は、前記記録素子基板の長辺方向の一端部に設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項６記載のインクジェット記録ヘッド。
8. 前記記録素子基板の外周部の切断分離を、前記記録素子基板の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射し、前記記録素子基板の切断予定ラインに沿って前記記録素子基板の内部に多光子吸収による改質領域を形成する工程を備えるレーザ加工を施したことを特徴とする請求項１ないし請求項７記載のインクジェット記録ヘッド。
9. 前記請求項１から８に記載のインクジェット記録ヘッドが搭載されていることを特徴とするインクジェット記録装置。

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