JP2008302589A - インクジェット記録ヘッドおよびインクジェットプリンタ - Google Patents

Abstract

【課題】ダムＴＡＢのリード端子窓明け部の補強、及びチップ周囲封止剤の塗布を確実なものにする。
【解決手段】電気配線基板Ｈ１３００のリード端子Ｈ１３０３は窓状にあけられた端部から露出するとともに、ヘッド基板と接続されないリードが窓部を橋渡しするように設けられている。すなわちリード端子露出部の反対側に橋渡し部Ｈ１３０４を設け、窓部を形成し、さらにリード端子先端が橋渡し部Ｈ１３０４まで伸びた連結リードＨ１３０６を有する電気配線基板Ｈ１３００である。
【選択図】図１

Description

本発明は、記録紙等の記録媒体に対して記録液を吐出することにより記録を行うインクジェット記録ヘッドおよびそれを用いたインクジェットプリンタに関する。

インクジェットプリンタは、いわゆるノンインパクト方式の画像形成装置であって、プリント時における騒音がほとんど生じない特徴を持ち、高速プリントおよび種々のプリント媒体に対してプリントすることが可能である。このようなことから、一般的なプリンタの他にファクシミリ，複写機などのプリント機構を担う装置としても広く採用されている。

従来のインクジェット記録ヘッドの構成や製法については、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、等に記載がある。

特許文献１に開示されている一般的なインクジェットプリンタの概略構成を図２及び図３に示す。

また、図４及び図５にプリンタの一部を構成するヘッドカートリッジＨ１０００についての概略構成を示す。

ヘッドカートリッジを構成するプリントヘッドＨ１００１について以下に説明する。

プリントヘッドＨ１００１の外観を図６に示し、そのヘッド基板Ｈ１１００と電気配線基板との接続部分（図６のＡＡの断面構造）を図７に示し、そのB−B矢視断面構造を図８に示し、ヘッド基板の破断構造を図９に示す。すなわち、ベース板Ｈ１２００は、厚さが例えば０.５〜１０mmのアルミナ（Ａl2Ｏ3）で形成されている。ベース板Ｈ１２００には、ヘッド基板Ｈ１１００に複数のインクを供給するための各々のインク供給路Ｈ１２０１が形成されており、ヘッド基板Ｈ１１００のインク通路１２がベース板Ｈ１２００のインク供給路Ｈ１２０１にそれぞれ対応し、かつヘッド基板Ｈ１１００はベース板Ｈ１２００に対して所定位置に精度良く接着固定される。

支持板Ｈ１４００は、厚さが例えば０.５〜１mmのアルミナにて形成されている。この支持板Ｈ１４００は、ベース板Ｈ１２００に接着固定されたヘッド基板Ｈ１１００の外形寸法よりも大きな開口部Ｈ１４０１を有し、ヘッド基板Ｈ１１００と電気配線基板Ｈ１３００とをほぼ同一平面で電気的に接続できるように、ベース板Ｈ１２００に接着されており、この支持板Ｈ１４００に電気配線基板Ｈ１３００の裏面が接着固定される。電気配線基板Ｈ１３００は、ヘッド基板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ものであり、ヘッド基板Ｈ１１００を組み込むための開口部Ｈ１３０２と、ヘッド基板Ｈ１１００の接続端子１４に対応するリード端子Ｈ１３０３と、その配線端部に位置してプリンタ本体Ｍ１０００からの電気信号を受け取るための外部信号入力端子Ｈ１３０１とを有している。

ヘッド基板Ｈ１１００の外観は図９で示されるように、厚さが０.５〜１mmのシリコン基板１１の上に成膜技術を用いて吐出エネルギー発生部，インク室１５，吐出口１６などを形成したものである。

シリコン基板１１には、これを貫通する長孔状のインク通路１２が形成されている。このインク通路１２の両側には、インク通路１２の長手方向に沿って所定間隔で２列に並ぶ複数（たとえば片側１２８個）の電気熱変換体１３が相互に半ピッチずらした状態で形成され、吐出エネルギー発生部を構成している。

シリコン基板１１には、これら電気熱変換体１３および接続端子１４の他、電気熱変換体１３と接続端子１４とを導通する図示しない電気配線などが設けられており、これら接続端子１４を介して図示しない駆動ＩＣから電気熱変換体１３に対する駆動信号が駆動電力と共に与えられる。このシリコン基板１１上には、インク通路１２に連通するインク室１５を介して電気熱変換体１３とそれぞれ正対する複数の吐出口１６を有する上板部材１７が形成される。すなわち、この上板部材１７とシリコン基板１１との間にはインク通路１２と個々のインク室１５とに連通するインク路１８が形成され、これらは吐出口１６と同様にフォトリソグラフィ技術により上板部材１７と共に形成される。

インク通路１２から各インク室１５内に供給されたインクは、対応するインク室１５内の電気熱変換体１３に駆動信号が与えられることにより、電気熱変換体１３の発熱に伴って沸騰し、これにより発生する気泡の圧力によって吐出口１６から吐出される。

支持板Ｈ１４００には、ヘッド基板Ｈ１１００を囲む矩形の開口部Ｈ１４０１が形成され、この開口部とベース板Ｈ１２００及びヘッド基板Ｈ１１００の側面で形成される溝部にはインクやゴミ等からヘッド基板側面を保護する為のチップ周囲封止剤19が充填されている。

また、接続端子14及びリード端子Ｈ１３０３はインクの付着による電気的不具合や上板部材に付着したインクやゴミの除去の為に行うゴムブレードによるふき取りに対して機械的強度を確保する目的でリード封止剤20が設けられている。

上述したプリントヘッドの製造手順を図１１〜図１３を参照して簡単に説明すると、まずベース板Ｈ１２００の表面の所定位置にヘッド基板Ｈ１１００を接着剤を用いて一体的に接合し、ベース板Ｈ１２００のインク供給路Ｈ１２０１とシリコン基板１１のインク通路１２とを連通させる。同様に、ヘッド基板Ｈ１１００を囲むように支持板Ｈ１４００をベース板Ｈ１２００の表面に接着剤を用いて接合する（図１１参照）。

しかる後、この支持板Ｈ１４００に電気配線基板Ｈ１３００を接着固定するが、この時、ヘッド基板Ｈ１１００の接続端子１４に対して電気配線基板Ｈ１３００のリード端子Ｈ１３０３が接続可能な範囲で位置決めされ、ＴＡＢ実装技術により電気接続される（図１２参照）。

図１２に至る工程は、ヘッド基板Ｈ１１００と電気的配線基板Ｈ１３００を予め電気に接続しておき、支持板Ｈ１４００とベース板Ｈ１２００が接合されたものに接合する工程で行っても良い。

次いで、ベース板Ｈ１２００上のヘッド基板Ｈ１１００と支持板Ｈ１４００の開口部Ｈ１４０１で形成される空間にチップ周囲封止剤１９を流し込む。このときリード端子Ｈ１３０３の下部にはヘッド基板側面の開口部より充填したチップ周囲封止剤を流し込む事で行われる（図１３参照）。

チップ周囲封止剤の硬化はこの段階で行っても良いし、次に述べるリード封止剤の塗布が終わった時点で同時に行っても良い。

次いで、リード端子Ｈ１３０３の上部については、リード封止剤がリード端子を覆うように塗布する。リード下部には前述したチップ周囲封止剤が確実に回り込んでいる事がプリントヘッドの信頼性を確保する点で重要である。リード封止剤を塗布後、硬化し封止される。（図７及び図８参照）
なお、インクジェット記録方式としては、本発明では特に限定はしないが、液体の吐出を行わせるために利用されるエネルギーとして熱エネルギーを発生する手段（例えば電気熱変換体やレーザ光など）を具え、この熱エネルギーにより液体の状態変化を生起させるインクジェット方式で特に有効である。かかる方式によれば、プリントの高密度化および高精細化が達成できるからである。

従来のインクジェット記録ヘッドでは、リード端子の保護の為リード端子上にリード封止剤を設けていた。リード封止剤が盛り上がっている分、紙等の記録媒体に接触しない様一定の間隔が設けられていたので印字品位の低下をもたらしていた。

本出願人は、この問題を解決する手段として、リード封止剤を用いない電気配線基板を提案済である。（図１４参照）この電気配線基板はリード端子露出部の反対側に橋渡し部Ｈ１３０４を設け、窓部Ｈ１３０５を形成するものである。チップ周囲封止剤は窓部にメニスカスを張る様に設けられ、リード端子がチップ周囲封止剤に埋没することでリード端子の封止が成される。（図１５及び断面図１６参照）チップ周囲封止剤は窓部から僅かにへこんでいるか僅かに盛り上がりを有しているのみなのでインクジェット記録ヘッドと記録媒体間の間隔を狭くすることが出来る。また、ゴムブレードの拭きに対してもほとんど抵抗とならない為、機械的なダメージを受けることが無い。
特開2002-79675号公報 特開2000-177134号公報 特開平11-138814号公報 特開平10-44412号公報

上記した本出願により改良されたインクジェット記録ヘッドにおいても以下の問題があった。

すなわち、窓部を形成する橋渡し部Ｈ１３０４はあまり吐出口に近づけないという設計上に制約を受けているため、あまり広くすることは出来ない。このため強度が弱く製造工程中に変形を起こしやすくリード端子と接触しリード端子の変形を発生することが挙げられる。この傾向は、多色のヘッド基板の場合には橋渡し部が長くなるのでより問題となる。また、リード端子上部を保護するチップ周囲封止剤の厚さが薄いという問題も有していた。

そこで、本発明は上記の諸点に鑑み、先願の改良の為になされたものであって、印字品位良好な信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを歩留り良く安価に提供する事を目的としている。

上記目的を達成する本発明は次のようなものである。

液滴が吐出される吐出口と、吐出口から液滴を吐出するための吐出エネルギーを発生する吐出エネルギー発生部と、この吐出エネルギー発生部に接続する接続端子とを有するヘッド基板と、
ヘッド基板を配置する凹部を有する支持部材、
この支持部材の表面に取り付けられ、ヘッド基板を配置する開口及びヘッド基板の接続端子に接続されて吐出エネルギー発生部に駆動信号および駆動電力を伝達するためのリード端子を有する電気配線基板と、
ヘッド基板周囲及び接続端子及びリード端子を覆うチップ周囲封止剤
からなるインクジェット記録ヘッドにおいて、
電気配線基板のリード端子は窓状にあけられた端部から露出するとともに、ヘッド基板と接続されないリードが窓部を橋渡しするように設けられている電気配線基板を用いる事を特徴とするインクジェット記録ヘッド、及びこれを用いたインクジェットプリンタである。

以上説明した様に、本発明を実施することによりリード封止剤をなくす事ができること、また塗布、硬化する工程が省略できるので安価なインクジェット記録ヘッドを提供できる。リード封止剤の盛り上がりが無い為、紙間を近づける事が出来るので印字品位の良いインクジェットプリンタが実現できる。また、橋渡し部が補強されるので工程中の取り扱いが容易となる。リード端子部上部のチップ周囲封止剤がより厚く塗布できる為信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを提供する事ができる。

以下本発明の実施例を詳細に説明するが、本発明はこのような実施例に限らず、これらをさらに組み合わせたり、この明細書の特許請求の範囲に記載された本発明の観念に包含されるべき他の技術にも応用することができる。

電気配線基板Ｈ１３００として、図１７に示す電気配線基板を用いた。すなわち、リード端子露出部の反対側に橋渡し部Ｈ１３０４を設け、窓部Ｈ１３０５を形成し、さらにリード端子先端が橋渡し部まで伸びた連結リードＨ１３０６を有する電気配線基板である連結リードは片側の窓部に３本ずつ設けたものを用いたが本数や配置については本発明の目的を満たす限り自由に設ける事ができる。

この電気配線基板及びヘッド基板を支持部材に接合し、電気接合を行った後、エポキシ系のチップ周囲封止剤をヘッド基板と支持部材の間より流し込むように塗布した。チップ周囲封止剤はヘッド基板の周囲及び窓部を塞ぐように満たした。電気的接続を行うリード端子はチップ周囲封止剤に完全に埋没した。連結リードもほぼチップ周囲封止剤で覆われた。

次に、加熱炉に投入しチップ周囲封止剤を硬化させたインクジェット記録ヘッドを作成した。（図１参照）
窓部から電気配線基板の上にチップ周囲封止剤がはみ出すことは無かった。
また、チップ周囲封止剤は連結リードにもメニスカスを張るように塗布されているため、リード端子上は確実に覆われていた。

図１８で示す電気配線基板を用いた以外は、実施例１と同様に行ない、インクジェット記録ヘッドを作成した。窓部から電気配線基板の上にチップ周囲封止剤がはみ出すことは無かった。

（比較例）
図１０で示す電気配線基板を用い従来例で示す方法でインクジェット記録ヘッドを作成した。リード端子上部にはリード封止剤を塗布し硬化した。リード封止剤の盛り上がりは電気配線基板より０．３ｍｍであった。

実施例及び比較例で作成したインクジェット記録ヘッドをインクジェットプリンタに装着し印字を行った。

印字品位を測定するに先立ち、インクジェット記録ヘッドと記録媒体との距離（紙間）を設定する為、紙間を０．１ｍｍごとに変えながら１００枚の印字を行い紙とのこすれが発生しない距離をそれぞれ測定した。実施例のインクジェット記録ヘッドでは０．５ｍｍ以上離すことで紙とのこすれは発生しなかったが比較例では０．８ｍｍ以上離す必要があった。紙とのこすれは印字によりインクを吸った紙が変形すること、特に紙の最終端で発生しやすかった。

上記の測定の結果、印字品位サンプルの作成は、実施例については紙間０．６ｍｍよる作成し、比較例については、０．９ｍｍから作成した。結果は紙間の短い実施例の方が良好な印字が得られた。同じ紙間では印字品位に有意な差は見られなかったが、記録媒体との接触を考慮すると比較例より実施例の方が紙間を短く設定する事ができるのでより良好な印字が得られることになる。

また、実施例について１００００枚の印字耐久試験を行った。印字耐久は２枚印字するごとに吐出口を含む上板部材上にゴムブレード拭きを行い、付着したインクおよびごみを取る回復操作を行った。結果は、初期と耐久試験後で印字の変化はほとんど認められず電気的耐久性及びゴムブレードこすりによる回復性・耐久性についても問題ない事が確認された。

本発明のインクジェット記録ヘッドの断面図である。 従来のインクジェットプリンタの外観を示す斜視図である。 図２に示したインクジェットプリンタの外装部材を取り外した状態を示す斜視図である。 図２に示したヘッドカートリッジにインクタンクを組み込んだ状態の斜視図である。 図４に示したヘッドカートリッジを斜め下方から見た分解斜視図である。 従来のインクジェット記録ヘッドの部分拡大斜視図である。 図６に示したインクジェット記録ヘッドの概略構造を示すＡＡ断面図である。 図７中のＢ−Ｂ矢視断面図である。 ヘッド基板の外観を示す破断斜視図である。 支持板と電気配線基板との接続前の状態を示す分解斜視図である。 電気配線基板を接合する前のベース板、ヘッド基板および支持板を破断状態で示す断面図である。 チップ周囲封止剤を塗布する前のインクジェット記録ヘッドの概略構造を破断状態で示す断面図である。 チップ周囲封止剤を塗布した後のインクジェット記録ヘッドの概略構造を破断状態で示す断面図である。 本出願人により出願済の電気配線基板を示す斜視図である。 本出願人により出願済のインクジェット記録ヘッドの斜視図である。 本出願人により出願済のインクジェット記録ヘッドのＣＣ断面図である。 本発明の実施例１の電気配線基板の斜視図である。 本発明の実施例１の電気配線基板の斜視図である。

符号の説明

１１ シリコン基板
１２ インク通路
１３ 電気熱変換体
１４ 接続端子
１５ インク室
１６ 吐出口
１７ 上板部材
１８ インク路
１９ チップ周囲封止剤
２０ リード封止剤
２１ 堰部
２２ チップ周囲封止剤供給用の開口
２３ 連通部
Ｍ１０００ プリンタ本体
Ｍ１００１ 下ケース
Ｍ１００２ 上ケース
Ｍ１００３ アクセサリーカバー
Ｍ１００４ 排出トレイ
Ｍ１００４ａ、Ｍ１００４ｂ 補助トレイ
Ｍ２００３ 排紙ローラ
Ｍ３００１ ＬＦローラ
Ｍ３０１９ シャーシ
Ｍ３０２２ 自動給送部
Ｍ３０２９ 搬送部
Ｍ３０３０ 排出部
Ｍ４０００ プリント部
Ｍ４００１ キャリッジ
Ｍ４００２ キャリッジカバー
Ｍ４００７ ヘッドセットレバー
Ｍ４０２１ キャリッジ軸
Ｍ５０００ 回復部
Ｈ１０００ ヘッドカートリッジ
Ｈ１００１ プリントヘッド
Ｈ１１００ ヘッド基板
Ｈ１２００ ベース板
Ｈ１２０１ インク供給路
Ｈ１３００ 電気配線基板
Ｈ１３０１ コンタクト部（外部信号入力端子）
Ｈ１３０２ 開口部
Ｈ１３０３ リード端子
Ｈ１３０４ 橋渡し部
Ｈ１３０５ 窓部
Ｈ１３０６ 連結リード
Ｈ１４００ 支持板
Ｈ１４０１ 開口部
Ｈ１５００ タンクホルダ
Ｈ１５０１ インク流路
Ｈ１６００ 流路形成部材
Ｈ１７００ フィルター
Ｈ１８００ シールゴム
Ｈ１９００ インクタンク
Ｈ１９０１ 取り外し用レバー

Claims (2)

1. 液滴が吐出される吐出口と、吐出口から液滴を吐出するための吐出エネルギーを発生する吐出エネルギー発生部と、この吐出エネルギー発生部に接続する接続端子とを有するヘッド基板と、
   ヘッド基板を配置する凹部を有する支持部材、
   この支持部材の表面に取り付けられ、ヘッド基板を配置する開口及びヘッド基板の接続端子に接続されて吐出エネルギー発生部に駆動信号および駆動電力を伝達するためのリード端子を有する電気配線基板と、
   ヘッド基板周囲及び接続端子及びリード端子を覆うチップ周囲封止剤
   からなるインクジェット記録ヘッドにおいて、
   電気配線基板のリード端子は窓状にあけられた端部から露出するとともに、ヘッド基板と接続されないリードが窓部を橋渡しするように設けられている電気配線基板を用いる事を特徴とするインクジェット記録ヘッド。
2. 液滴が吐出される吐出口と、吐出口から液滴を吐出するための吐出エネルギーを発生する吐出エネルギー発生部と、この吐出エネルギー発生部に接続する接続端子とを有するヘッド基板と、
   ヘッド基板を配置する凹部を有する支持部材、
   この支持部材の表面に取り付けられ、ヘッド基板を配置する開口及びヘッド基板の接続端子に接続されて吐出エネルギー発生部に駆動信号および駆動電力を伝達するためのリード端子を有する電気配線基板と、
   ヘッド基板周囲及び接続端子及びリード端子を覆うチップ周囲封止剤
   からなるインクジェット記録ヘッドを用いたインクジェットプリンタにおいて、
   電気配線基板のリード端子は窓状にあけられた端部から露出するとともに、ヘッド基板と接続されないリードが窓部を橋渡しするように設けられている電気配線基板を用いる事を特徴とするインクジェット記録ヘッドを用いたインクジェットプリンタ。

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