JP2008307828A - 記録ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】記録ヘッドの吐出口面と記録媒体との距離を近づけることで、記録の際のインクの吐出精度が向上した記録ヘッドを提供すること。
【解決手段】本発明の記録ヘッド１は、ヒータ７が液室１１に面した位置における基板２の裏面に配置されているバックシューティング方式の記録ヘッドである。そして、ヒータ７に接続されている電極８が基板２の裏面に形成され、電極８と、電極８を介してヒータ７へ電気を供給する支持体内配線１５とが、基板２の裏面側で接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、液滴が気泡の成長方向に対して反対の方向に吐出されるいわゆるバックシューティング方式のインクジェット記録ヘッドに関する。

インクジェット記録装置に搭載されるインクジェット記録ヘッドは、微小な吐出口から微小なインク滴を吐出させて、記録媒体に対し記録を行うものである。インクの吐出エネルギー発生手段として電気熱変換体（ヒータ）を用いる記録ヘッドは、インク滴を吐出する際に、ヒータの周囲のインクを短時間の内に加熱することによって記録ヘッドの液室の内部に充填されたインク内で気泡を生成させる。そして、その生成された気泡が膨脹することで、液室内に充填されたインクに対して圧力を加える。これによって吐出口付近にあるインクが吐出口を通って液滴として吐出される。記録ヘッドにおけるインクの吐出方式は、気泡の成長方向とインクの吐出方向の関係に応じて分類されることがある。インクの吐出方式としてのバックシューティング方式は、気泡の成長方向と液滴の吐出方向とが互いに反対である。

このようなバックシューティング方式のインクジェット記録装置としては、例えば特許文献１に提案されているものがある。特許文献１においては、吐出口が形成されているプレートは、記録媒体に対向する表面の層となる熱発散層が比較的厚く形成されている。これにより、吐出口の長さを十分に長くし、吐出口を通って吐出されるインクの直進性を向上させるようになっている。

図１１に、従来のバックシューティング方式による記録ヘッドの一例を示す。図１１は、ＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）によって配線部を基板上に実装した際の、記録ヘッドの構造を示す断面図である。記録ヘッドにおけるシリコン基板１００には、その表面側に、後述するオリフィスプレート１３０と接合された際に液室１０６を画成するための液路が所定深さに形成されている。液室１０６には、記録ヘッドによって吐出されるインクが充填されることになる。そして、その裏面側には、液室１０６にインクを供給するためのインク供給口１０２が形成されている。

シリコン基板１００の上部にはオリフィスプレート１３０が接合される。オリフィスプレート１３０は、シリコン基板に接合されて液室１０６の上部壁をなす。このオリフィスプレート１３０には、液室１０６からインクを吐出するための複数の吐出口１０４が、オリフィスプレート１３０の厚さ方向に貫通して２列に形成されている。オリフィスプレート１３０は、シリコン基板１００上に積層された複数の層からなり、それらの層の間にはヒータ１０８が配置されている。ヒータ１０８は、導体１１２によってボンディングパッド１０１に電気的に接続されている。

ボンディングパッド１０１と、記録装置側のＴＡＢによって形成されているインナーリード１２０とは、バンプ１２１を介して電気的に接続されている。このような電気的な接続部分は、外部環境から保護するために封止剤１２４によって被覆されている。封止剤１２４は、ボンディングパッド１０１の周辺部分では凸形状を形成している。このため、封止剤１２４は、オリフィスプレート１３０における吐出口の形成面から突出している。支持体１２３は、記録ヘッドの支持体１２３である。

以下に、このようなバックシューティング方式の記録ヘッドを用い、吐出口１０４を通ってインクが吐出されるメカニズムを説明する。

まず、液室１０６及び吐出口１０４の内部にインクが充填された状態で、導体１１２を通じてヒータ１０８にパルス状の電流が印加される。その電気エネルギーが熱エネルギーに変換されて、ヒータ１０８から熱が発生する。ヒータ１０８によって生み出された熱によってヒータ１０８上のインクが加熱され、インクが自身の沸点を超える温度にまで上昇すると、ヒータ１０８上のインクが沸騰して気泡が生成される。生成された気泡は、継続的に熱が供給されることによってヒータ１０８上から図１１中の下方に向かって生長し、これにより吐出口１０４の周囲のインクの一部が吐出口１０４から図１１中の上方に押し出される。このようにして、液室１０６内部に収容されているインクは、気泡の生長方向と反対の方向（記録媒体に向かう方向）に液滴として吐出される。

そして、ヒータ１０８に印加した電流を遮断すると、気泡は収縮し、ついには消滅する。気泡の収縮に伴い、インク供給口１０２からインク流路１０５を通じて液室１０６の内部にインクが供給されて、液室１０６の内部にインクが再充填される。そして、インクの再充填が完了して初期状態に復帰すると、前述したような工程が反復される。このようにして、連続的に吐出口１０４からインクが吐出される。

このような記録ヘッドにおいて、高品位の記録を維持するためには、インク滴の吐出の際に高い吐出精度を確保することが求められる。インク滴の高い吐出精度を確保する上においては、吐出口面を記録媒体に極力近づけて、それらの間の距離を小さくすることが有効である。

特開２００４−３５１９３１号公報

しかしながら、図１１に示されるような従来のバックシューティング式のインクジェット記録ヘッドにおいては、オリフィスプレート１３０の表面側に位置する配線部が封止剤１２４によって被覆されている。しかも、封止剤１２４は、記録ヘッド吐出口面よりも記録媒体側（図１１中の上方側）に突出している。

このように封止剤１２４が吐出口面よりも記録媒体側に突出しているため、記録ヘッドの吐出口面と記録媒体との近接が妨げられてしまう。その結果、記録ヘッドの吐出口面と記録媒体との間の距離を充分に小さくすることができず、その分、インクの吐出精度を高めることが難しくなる。

そこで、本発明の目的は上記の事情に鑑み、記録ヘッドの吐出口面を記録媒体に充分に近づけて、それらの間の距離を小さくすることによりインクの吐出精度を向上させることができる記録ヘッドを提供することである。

本発明の記録ヘッドによれば、表面と裏面との間を貫通する吐出口が形成され、且つ、前記吐出口に供給する液体を貯留するための液室が形成される裏面側に、前記吐出口から液体を吐出するために利用される熱エネルギーを発生する電気熱変換素子を具えた基板と、前記基板を裏面側から支持する支持体と、を具える記録ヘッドにおいて、前記基板の裏面に、前記電気熱変換素子に接続される導電体を形成し、支持体に、前記電気熱変換素子の駆動を入力可能な配線を形成し、前記導電体と前記配線は、前記基板の裏面側で接続されることを特徴とする。

また、本発明の記録ヘッドの製造方法によれば、表面と裏面との間を貫通する吐出口が形成され、且つ、前記吐出口に供給する液体を貯留するための液室が形成される裏面側に、前記吐出口から液体を吐出するために利用される熱エネルギーを発生する電気熱変換素子を具えた基板と、前記基板を裏面側から支持する支持体と、前記液室を形成するために前記基板と前記支持体との間に配置された液室用壁部材と、を具えた記録ヘッドの製造方法であって、前記基板に電気熱変換素子及び前記導電体を形成するステップと、前記基板に、加工を行う前の液室用壁部材を接合させるステップと、前記基板に接合された前記液室用壁部材を所定形状に加工するステップと、前記基板と前記液室用壁部材とが接合されたものに前記支持体を接合すると共に、前記導電体と前記配線とを接続する接続ステップと、を有することを特徴とする。

本発明によれば、電気的な接続部を基板よりも裏面側に位置させたことから、吐出口面よりも突出した部分を少なくさせることができる。従って、この記録ヘッドによって記録する際に、記録ヘッドの吐出口面を記録媒体に対してより近接させることができる。従って、吐出する液滴の吐出精度を向上させることができ、記録によって得られる画像の品質を向上させることができる。

（第一実施形態）
以下、本発明の第一実施形態について図面を参照して説明する。
図１に、本発明によるバックシューティング方式の記録ヘッドの断面図を示す。本実施形態の記録ヘッド１は、基板２と、液室用壁部材３と、支持体４とを有している。

基板２はシリコンによって形成されており、記録媒体に対向する表面から、後述する液室１１を画成する裏面までを貫通するように複数の吐出口５が形成されている。従って、基板２は自身の裏面側で液室１１に面している。図２は、基板２の要部を記録媒体側から見た平面図、図３は、図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。複数の吐出口５は、本実施形態においては千鳥状に２列に配列されている。基板２における裏面の、吐出口５に近接した位置には、吐出口５から液体としてのインクを吐出するために利用される熱エネルギーを発生させる電気熱変換素子としてのヒータ７が配置されている。さらに、吐出口５の配列方向（図２中の上下方向）におけるヒータ７の両側部には、吐出口５の列の配列方向に対して直交する方向に延びる電極（導電体）８がヒータ７に電気的に接続されている。基板２の裏面には、複数の層が重ねて配置され、それらの層の間にヒータ７及び電極８が挟まれて配置されている。

液室用壁部材３は、その表面から裏面にかけて貫通するようにインク供給口９が形成されている。インク供給口９は、吐出口５が形成されている範囲の全体に亘って、吐出口５の配列方向に延在している。また、インク供給口９から、それぞれの吐出口５に向かって延在するようにインク流路１０が形成されている。これらの液室用壁部材３によって画成されたインク供給口９及びインク流路１０を合わせて液室１１とも言う。液室１１は、吐出口５に供給するインクを貯留するための空間である。ここで、液室用壁部材３は、光を照射することで硬化する物質によって形成されている。本実施形態における液室用壁部材３は、光が照射されることで硬化する感光性のエポキシ樹脂によって形成されている。

支持体４は、本実施形態では、複数のセラミックシート１２を貼り合わせた積層体として形成されている。図４は、支持体４の要部の平面図、図５は、図４におけるＶ−Ｖ線に沿う断面図である。支持体４を形成するセラミックシート１２の中央部には、インク供給口９に対応するようにインク流通路１３が形成されている。インク流通路１３は、それぞれのセラミックシート１２の中央を、その表面から裏面に貫通するように形成されている。また、吐出口５の配列方向に直交する方向におけるセラミックシート１２の両側部（図４、図５中左右の両側部）には、セラミックシート１２をその表面から裏面に厚さ方向に貫通するように、ビアホール（「スルーホール」ともいう）１４が形成されている。ビアホール１４の内部には支持体内配線１５が配置され、セラミックシート１２の相互の間には、それぞれの支持体内配線１５を接続するための導体配線１６が配置されている。これらの支持体内配線１５及び導体配線１６の配線によって、ヒータ７の駆動を入力可能としている。支持体４において、基板２及び液室用壁部材３に接合される側の面（図５中の上面）には、支持体内配線１５に対応した位置に接続端子１７が配置されている。

本実施形態の記録ヘッド１によれば、支持体４は、複数のセラミックシート１２の貼り合わせにより形成されている。従来、支持体４に相当する部分は、図１１に示されるようにシリコン基板１００によって形成されており、例えばエッチング等を用いて、インク供給口や液室等が形成されている。シリコンの価格と、セラミックの原料となるアルミナの価格とを比較すると、一般にアルミナの方が安価である。従って、本実施形態の記録ヘッド１によれば、支持体４がセラミックシート１２によって形成されているため、従来よりも材料のコストを低減することができる。

また、本実施形態の支持体４は、厚さ方向に貫通するインク流通路１３が形成されたセラミックシート１２を複数（本例では２枚）貼り合わされることで形成される。従って、本実施形態の支持体４は、図１１に示される従来の記録ヘッドと比較して、容易に製造することができる。

記録ヘッド１は、上述した基板２、液室用壁部材３及び支持体４が接合された構成となっており、これらの部材によって液室１１が画成されている。図１に示されるように、基板２の裏面（下面）の一部及び支持体４の表面（上面）の一部は、液室１１の壁面をなしている。インク流通路１３によって液室１１内部に導入されたインクは、吐出口５から図１中の上方に向かって吐出される。支持体４に配置された接続端子１７と、基板２の裏面に配置された電極８とは、基板２の裏面側で電気的に接続されている。本実施形態では、液室用壁部材３が接合される支持体４の面の一部が液室１１を画成している。

接続端子１７と電極８は金バンプ１８を介して電気的に接続され、それらの接続部１９が封止剤２０によって被覆される。この封止剤２０によって、基板２、液室用壁部材３及び支持体４の間の接着状態が強固に維持される。本実施形態では、この接続部１９は、基板２の裏面側に形成されることとされる。

記録ヘッド１を製造する際には、本実施形態においては、まず基板２の裏面にヒータ７及び電極８が通常の配線技術（例えば、フォトリソグラフィ法）によって形成される。具体的には、予め基板２の上にフォトレジストを塗布しておき、ヒータ７及び電極８の形状に対応するマスクを介して、基板２上を露光させることでヒータ７及び電極８を形成する。そして、それらの上を図３のように保護層２２によって被覆する。

そして、このようにヒータ７及び電極８が形成された基板２に対して、インク供給口９及びインク流路１０が形成される前の段階の板状の液室用壁部材３が接合される。液室用壁部材３は、光によって硬化するエポキシ樹脂等によって形成されている。インク供給口９及びインク流路１０が形成されていない板状の液室用壁部材３は、基板２に接合された状態で、インク供給口９及びインク流路１０の形状のマスクを介して露光される。それから、マスクによって露光されなかった部分を、エッチング等によって除去する。エッチングによるエポキシ樹脂への浸食により、液室用壁部材３のみを貫通するインク供給口９及びインク流路１０が形成される。

その後、もしくは液室用壁部材３にインク供給口９及びインク流路１０を形成する工程に並行して、基板２に吐出口５が形成される。吐出口５の形成の際にもフォトリソグラフィ法を用いて、パターニングを行った後にエッチングを行って形成しても良いし、その他の手法を用いて形成しても良い。

このようにして、基板２に貼り付けられた液室用壁部材３に対して、インク供給口９及びインク流路１０をフォトリソグラフィ法によって所定形状に加工するので、基板２と液室用壁部材３とを接合する際の位置合わせは高精度でなくても良い。ちなみに、インク供給口９及びインク流路１０が形成された後の液室用壁部材３を基板２に接合する場合には、それらを高精度に位置合わせをする必要がある。

その後、液室用壁部材３の裏面と支持体４の裏面とを接合して、接続端子１７と電極８とを金バンプ１８を介して電気的に接続する。そして、接続端子１７と金バンプ１８との接続部と、電極８と金バンプ１８との接続部とを含む接続部１９の全体を封止剤２０によって被覆する。

このように本実施形態では、基板２の裏面側に、基板２側の電極８と支持体４側の支持体内配線１５とを電気的に接続する接続部１９が位置する。従って、接続部１９を被覆する封止剤２０は、吐出口５の形成される吐出口面２１からは表面側に突出しない。これにより、記録を行う際には、記録ヘッド１の吐出口面２１を記録媒体に対してより近づけることが可能となる。

このような記録ヘッド１により、記録媒体に対して記録が行われる際には、記録ヘッド１における液室１１内部にインクが貯留されている状態で、ヒータ７を通電させる。その電気エネルギーが熱エネルギーに変換されて、ヒータ７の表面が発熱することにより、ヒータ７上のインクの温度が上昇する。そして、そのインクの温度が自身の沸点を超えたところで気泡が生じて、図１中の下方に向かって生長する。このような気泡の生長に伴って、吐出口５周辺のインクが吐出口５から図１中の上方（記録媒体と対向する方向）に向かって押し出される。このようにして、気泡の生長方向と反対方向にインクが吐出されて、記録が行われる。

そして、本実施形態の記録ヘッド１によれば、記録の際に、吐出口面２１と記録媒体との距離を小さくしてインクの吐出精度を向上させることができる。これにより、記録画像の品質をより向上させることができる。

なお、本実施形態においては、接続端子１７と電極８との間を電気的に接続させるために金バンプ１８を用いたが、本発明はこれに限定されない。基板２の裏面側で接続されるのであれば、接続端子１７と電極８との間を電気的に接続させるために他の接続方法が用いられても良い。また、ビアホール内部の支持体内配線１５が、電極８に直接的に接続されても良い。

（第二実施形態）
次に、本発明による第二実施形態について図面（図６から図１０）を参照して説明する。

本発明による第二実施形態の記録ヘッド１’（図１０参照）が前述の第一実施形態における記録ヘッド１と異なる点は、液室用壁部材３’がセラミックによって形成されている点である。

本実施形態においては、液室用壁部材３’がセラミックによって形成されているので、インク供給口９とインク流路１０が形成された後の液室用壁部材３’を基板２に取り付けた後に、その基板２を支持体４に取り付けても良い。または、インク供給口９とインク流路１０が形成された後の液室用壁部材３’を支持体４に取り付けた後に、その支持体４を基板２に取り付けても良い。本実施形態の記録ヘッド１’においては、液室用壁部材３’がセラミックによって形成されているので、光を照射することで硬化するエポキシ樹脂を用いる場合と比較して、材料が安価である分、製造コストを抑えることができる。

本例における記録ヘッド１’の製造の際には、まず図６に示されるように、インク供給口９とインク流路１０が形成された後の液室用壁部材３’を支持体４に接合する。図７は、図６におけるＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。それから、液室用壁部材３’が取り付けられた支持体４に対して、図８に示される基板２が接合される。図９は、図８におけるＩＸ−ＩＸ線に沿う断面図である。このようにして、液室用壁部材３’が接合された 支持体４に対して、基板２が接合されることで記録ヘッド１’が組み立てられる。第二実施形態の記録ヘッド１’の全体における断面図を図１０に示す。その他の製造工程は、第一実施形態と同様である。また、液室用壁部材３’以外の構成についても第一実施形態と同様である。

本発明の第一実施形態における記録ヘッドの断面図である。 図１の記録ヘッドにおける基板と液室用壁部材の部分の記録媒体側から見た平面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。 図１の記録ヘッドにおける支持体の記録媒体側から見た平面図である。 図４のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。 本発明の第二実施形態における記録ヘッドの、液室用壁部材と支持体の部分の記録媒体側から見た平面図である。 図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。 本発明の第二実施形態における記録ヘッドの、基板の平面図である。 図８のＩＸ−ＩＸ線に沿う断面図である。 本発明の第二実施形態における記録ヘッドの全体の断面図である。 従来のバックシューティング方式の記録ヘッドの断面図である。

符号の説明

１ 記録ヘッド
２ 基板
３ 液室用壁部材
４ 支持体
８ 電極
１５ 支持体内配線
１７ 接続端子
１８ 金バンプ
１９ 接続部

Claims (7)

1. 表面と裏面との間を貫通する吐出口が形成され、且つ、前記吐出口に供給する液体を貯留するための液室が形成される裏面側に、前記吐出口から液体を吐出するために利用される熱エネルギーを発生する電気熱変換素子を具えた基板と、
   前記基板を裏面側から支持する支持体と、
   を具える記録ヘッドにおいて、
   前記基板の裏面に、前記電気熱変換素子に接続される導電体を形成し、
   前記支持体に、前記電気熱変換素子の駆動を入力可能な配線を形成し、
   前記導電体と前記配線は、前記基板の裏面側で接続される
   ことを特徴とする記録ヘッド。
2. 前記支持体にはビアホールが形成され、前記配線は、前記ビアホールの内部に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の記録ヘッド。
3. 前記支持体は複数のセラミックシートから形成され、前記ビアホールは前記セラミックシートを厚さ方向に貫通することで形成されていることを特徴とする請求項２に記載の記録ヘッド。
4. 前記基板と前記支持体との間に、前記液室を形成するための液室用壁部材を具えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の記録ヘッド。
5. 前記液室用壁部材は、光を照射することで硬化する物質によって形成されていることを特徴とする請求項４に記載の記録ヘッド。
6. 前記液室用壁部材は、セラミックによって形成されることを特徴とする請求項４に記載の記録ヘッド。
7. 表面と裏面との間を貫通する吐出口が形成され、且つ、前記吐出口に供給する液体を貯留するための液室が形成される裏面側に、前記吐出口から液体を吐出するために利用される熱エネルギーを発生する電気熱変換素子を具えた基板と、
   前記基板を裏面側から支持し、前記電気熱変換素子の駆動を入力可能な配線が形成された支持体と、
   前記液室を形成するために前記基板と前記支持体との間に配置された液室用壁部材と、
   を具えた記録ヘッドの製造方法であって、
   前記基板に前記電気熱変換素子及び前記電気熱変換素子に接続される導電体を形成するステップと、
   前記基板に、加工を行う前の液室用壁部材を接合させるステップと、
   前記基板に接合された前記液室用壁部材を所定形状に加工するステップと、
   前記基板と前記液室用壁部材とが接合されたものに前記支持体を接合すると共に、前記導電体と前記配線とを接続する接続ステップと、
   を有することを特徴とする記録ヘッドの製造方法。

Images