JP2009255448A - インクジェット記録ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】 ＦＭヘッド用に供給口寸法・位置精度の良いベースプレートを供給する。
【解決手段】 供給口が形成されたサブプレートと、複数の開口が形成されたメインプレートでベースプレートを構成し、メインプレートの開口部にサブプレートを配置固定する。
【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。

従来、インクジェット記録装置は、ランニングコストが比較的低く、装置の小型化も可能であり、さらに、複数色のインクを用いてカラー画像記録に対応することも容易であることから、コンピュータ関係の出力機器等に幅広く利用され、製品化されている。

一方、記録ヘッドの吐出口からインクを吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子としては、ピエゾ素子などの電気機械変換体を用いるものや、レーザー等の電磁波を照射して発熱させ、この発熱による作用でインク滴を吐出させるもの等がある。また、エネルギー発生素子としては、発熱抵抗体を有する電気熱変換素子によって液体を加熱させるものが知られている。

その中でも熱エネルギーを利用してインク滴を吐出させる方式のインクジェット記録方式の記録ヘッドは、吐出口を高密度に配列することができるので、高解像度の記録が可能である。さらに、その中でも電気熱変換素子をエネルギー発生素子として用いた記録ヘッドは、小型化も容易である。さらに、電気熱変換素子を用いた記録ヘッドは、最近の半導体分野における技術の進歩と信頼性の向上が著しいＩＣ技術やマイクロ加工技術の長所を十二分に活用でき、高密度実装化が容易で製造コストも安価なことから有利である。

また、最近では、より一層高精細の記録を行うために、インクを吐出するためのノズルを、フォトリソグラフィ技術を用いて高精度に作製する方法等も利用されてきている。近年では、より一層高速に高精細な画像の記録を実現するために、記録幅がより一層長い記録ヘッドの実現も望まれている。具体的には、記録ヘッドの長さが４インチ〜１２インチ等の長さのものも要求されてきている。

そこで、このような記録幅の長い記録ヘッドを実現するにあたり、多数の記録素子を単一の記録素子基板に構成した場合には、記録素子基板が非常に長くなり、記録素子基板の割れや反り等の問題が発生する。また、記録素子基板が非常に長いことで、製造工程での記録素子基板自体の歩留りが低下する問題がある。

そこで、例えば特許文献１では、適度な個数のノズルを有する複数個の記録素子基板を一体のキャリア上に配置して、全体として長い記録幅の記録ヘッドを実現する構成が提案されている。（図９、図10を参照。）
特開2002-086742号公報

しかしながら、このような構成のインクジェット記録ヘッドでは、以下のような問題があった。

複数個の記録素子基板を搭載し、記録幅の長い記録ヘッドを構成する場合、複数の記録素子基板に形成された記録ノズルの位置が整列不良にならないように正確に配置することが必要となる。一方、記録素子基板とキャリアを通じるインク流路を形成するため、記録素子基板のインク供給口の形状・寸法に合わせて、キャリア側にも精度よくインク供給口を形成する必要がある。特許文献１で提案されているように、キャリアとしてセラミクスを原料とする積層配線基板を使用する場合、セラミクスがその焼成工程によって収縮し、その収縮率が一定のばらつきを持つことが知られており、積層配線基板に形成した液体供給口の開口精度も一定のばらつきを持つ。

一方、コスト削減を目的として記録素子基板の極細化が進められており、それに応じてインク供給口とその周囲の寸法が徐々に極細化してきており、キャリア側に必要なインク供給口精度は高くなってきている。

焼成後に液体供給口を加工することも可能ではあるが、セラミクスの機械加工は非常に時間とコストが必要となるため、現実的ではない。

そのため、積層配線基板をキャリアとして複数の記録素子基板を搭載する構成で記録幅の長いインクジェット記録ヘッドを構成する場合、
記録素子基板の縮小がより進み、さらに記録幅の長い記録ヘッドを構成する場合には、キャリア側の液体供給口の寸法・位置精度が不十分であり、記録素子基板の液体供給口と正しくインク流路を形成できない場合があった。

本発明の目的は、これらの問題を解決した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、そのインクジェット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。

上述した課題を解決するために、本発明のインクジェット記録ヘッドはインクを吐出する複数のノズルと、吐出エネルギーを発生する複数の記録素子を具備し、インクが供給されるインク供給口が形成された複数の記録素子基板と、
前記記録素子基板を保持し、記録素子基板にインクを供給するための複数のインク供給口を有する支持部材と、で構成され、
複数の記録素子基板がノズル配列方向に沿って配置されるインクジェット記録ヘッドにおいて、
前記支持部材が、供給口の形成されたサブプレ−トと、前記記録素子基板に電気信号を供給する為の電極と、開口が形成されたメインプレ−トとで構成され、メインプレ−トの開口部に前記サブプレ−トが配置固定されることで構成される。

上述したように本発明によれば、液体供給口が精度良く形成された支持部材を供給することができるので、より極細化された記録素子基板を使用する場合や、より記録幅の長い記録ヘッドを構成する場合であっても、精度良く記録素子基板を配置した信頼性の高いインクジェット記録ヘッドが提供できる。

次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。

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。

図１は本実施形態を示すインクジェット記録ヘッドの断面図であり、図３のＡ-Ａ'断面を表す。図２は本発明を適用したインクジェットヘッドを示す外観斜視図であり、図３は図２の上面から見た図である。図２は本発明を適用したインクジェットヘッドを示す外観斜視図であり、図４は本発明のインクジェット記録ヘッドを構成する記録素子基板を示す全体斜視図、図５は図４の記録素子基板の一部を拡大した詳細図である。

図１〜図５において
101は記録ヘッドで、記録素子基板100と支持部材120、液体供給部材150とからなる。

記録素子基板100は図４、図５に示すようにＳｉ基板110からなりその中央部には表面から裏面に貫通する液体供給口102が開口され、表面には複数の電気熱変換素子103が所定の位置に配置され、その電気熱変換素子に対応するように発泡室109や吐出口107が樹脂等の部材で形成されている。さらに記録素子基板の端部には記録素子基板の電気熱変換素子に電力や記録信号を外部から送るための電極111（不図示）が形成されている。

支持部材120はセラミクスにより形成されたサブプレ−ト10とセラミクス積層配線基板により形成されたメインプレ−ト20で構成されている。メインプレ−ト20には複数の開口30と、記録素子基板に電力や記録信号を供給する為の電極021が形成されており、サブプレ−ト10が開口30を覆う位置に配置されている。サブプレ−ト10の液体供給穴131とメインプレ−トの開口30は互いに連通しインク流路を形成している。記録素子基板100は接着剤Ｂ 113によりサブプレート10に固定されている。また記録素子基板の電極（不図示）とメインプレート20の電極端子124はワイヤーボンディングにより電気的接続されており、接続部は封止剤Ａにより封止されている。液体供給部材150から供給されたインクは開口30を通じてサブプレ−ト10の液体供給穴131、記録素子基板の液体供給口102へと順に供給される。液体供給部材150はインクジェット記録装置に装着固定される部材であり、インクタンクからの記録液を記録素子基板100に供給するためのインク供給路（不図示）が形成されている。

本実施例ではサブプレ−ト10は、アルミナの焼結体で、本実施例においてはひとつひとつの記録素子基板に対応して形成されているため支持部材全体の寸法と比較して小さな寸法の焼結体である。そのため、サブプレ−ト10の個々の液体供給穴131形状や位置寸法は非常に精度良く形成することが可能である。

本構成のインクジェット記録ヘッドにおいてはサブプレ−ト10をメインプレ−ト20に精度良く配置固定する必要があるが例えばサブプレ−ト10の液体供給穴の外形を画像認識装置で認識させ液体供給穴がメインプレ−ト20上の所定の位置へ配置されるようにサブプレ−トの位置を調整し配置固定するとよい。サブプレ−ト10の固定は接着剤や封止剤を用いるが接着剤や封止剤Ｂ113の塗布はサブプレ−ト10を搭載する前でも後でもどちらでも良い。ただし用いる樹脂としては硬化収縮の小さいもの、さらには線膨張による位置ズレを防ぐため、加熱を必要としない例えばＵＶ硬化型の樹脂などがより好ましい。

以上のような支持部材の構成により、一枚のセラミクス積層配線体で支持部材を形成する場合よりも、高精度で液体供給穴を配置した支持部材が形成できるため記録素子基板の極細化が進んだ場合や記録幅の広い記録ヘッドであっても記録素子基板を高精度に配置することができるため高品位の記録を行うことができる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明するが、主に第１の実施形態と異なる点について説明する。第１の実施形態では、支持部材の構成としてメインプレ−ト上に複数のサブプレ−トが搭載されている例を示したが、本実施形態では、図６に示すようにサブプレ−トがメインプレ−トの開口の中に配置する構成とした。図６に示すようにサブプレ−ト10はメインプレ−ト20の開口30に埋め込まれており、サブプレ−ト10とメインプレ−ト20のすき間は封止剤Ｃ114により封止され固定されている。また記録素子基板100はサブプレ−ト10の上面に搭載され、記録素子基板100の端部に設けられた電極111（不図示）とメインプレ−ト20の電極124はワイヤーボンディングにより電気的に接合される。

本実施例においてもサブプレ−ト10とメインプレ−ト20との位置決めは実施形態１と同じくサブプレ−ト10の液体供給穴131を画像認識して配置固定することが好ましいが、サブプレート10とメインプレート20それぞれに対応する基準部を設けた冶具に、それぞれの位置決め基準部を突き当てる方法や位置決め穴とピンを勘合させる方法など種々の方法を用いても良い。

本実施形態ではサブプレ−ト10がメインプレ−ト20の開口内に配置されているため、記録素子基板100とメインプレ−ト20の高低差が小さく、電気接続部の信頼性をより高めることができる。

次に、本発明の第３の実施形態について説明するが、主に第２の実施形態と異なる点について説明する。第２の実施形態では、支持部材の構成としてセラミック積層配線体のメインプレ−トの開口の中に複数のセラミックのサブプレ−トが配置固定されている例を示したが、本実施形態では、セラミックのサブプレ−トを樹脂のメインプレ−トの開口の中に配置固定する構成とした。本実施形態では図７に示すように、メインプレ−ト30を樹脂とし、サブプレ−ト10をセラミックスとしてサブプレ−ト10をインサート成形することで支持部材を構成した。メインプレ−ト20は表面に電極端子124が形成されており、サブプレ−トの上部に配置固定された記録素子基板100と電気的接続されている。このときサブプレ−ト10の裏面には、位置決め穴40を設けインサート成形の際には、金型の位置決めピンと位置決め穴40を勘合させサブプレ−ト10の平面内の位置を決める。（図８）
サブプレ−ト10の位置決め穴40は、サブプレ−ト10を形成する際に、液体供給穴131と同時に形成しておくことにより、液体供給穴131と位置決め穴の位置精度が確保される。なお本実施例においては位置決め穴の位置が、液体供給穴131の近傍である例を示したが、精度が確保できればサブプレ−トのいかなる位置に設けてもよい。

本実施形態においてもサブプレ−ト10がメインプレ−ト20の開口内に配置されているため、記録素子基板100とメインプレ−ト20の高低差が小さく、電気接続部の信頼性をより高めることができる。またサブプレ−トとメインプレ−トの位置決め固定及び支持部材形成がほぼ同時に比較的容易にできるメリットがある。

なお、第１から第３の実施例において説明した封止材Ａ，Ｂ，Ｃは異種の材料を用いても同種の材料を用いても良い。

本発明の第1の実施例を示す断面概略図。 本発明の第1の実施例を示すヘッド外観斜視図。 本発明の第1の実施例を示す上面図。 本発明の第1の実施例を示す記録素子基板の外観。 図４の部分拡大図。 本発明の第２の実施例を示す断面概略図。 本発明の第３の実施例を示す断面概略図。 サブプレートの配置時の位置決め基準と位置決め基準ピンの位置関係を表す図。 従来技術を説明する概略斜視図。 従来技術を示す概略断面図。

符号の説明

100 記録素子基板
101 記録ヘッド
102 液体供給口
103 電気熱変換素子
107 吐出口
109 発泡室
110 Ｓｉ基板
111 電極
112 封止剤Ａ
113 封止剤Ｂ
114 封止剤Ｃ
120 支持部材
124 電極端子
127 液体供給路
131 液体供給穴
150 液体供給部材
10 サブプレ−ト
20 メインプレ−ト
30 開口
21 電極（メインプレ−トの）
40 位置決め基準

Claims (7)

1. インクを吐出する複数のノズルと、吐出エネルギーを発生する複数の記録素子を具備し、インクが供給されるインク供給口が形成された複数の記録素子基板と、
   前記記録素子基板を保持し、記録素子基板にインクを供給するための複数のインク供給口を有する支持部材と、で構成され、
   複数の記録素子基板がノズル配列方向に沿って配置されるインクジェット記録ヘッドにおいて、
   前記支持部材が、供給口の形成されたサブプレ−トと、前記記録素子基板に電気信号を供給する為の電極と、開口が形成されたメインプレ−トとで構成され、メインプレ−トの開口部に前記サブプレ−トが配置固定されている、
   ことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
2. 前記サブプレ−トに前記記録素子基板が配置固定されていることを特徴とする請求項1に記載のインクジェット記録ヘッド。
3. 前記サブプレ−トの液体供給口を画像認識装置においてパタ−ン認識し、メインプレ−トのあらかじめ決められた座標位置にサブプレ−トが配置固定されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインクジェット記録ヘッド。
4. 前記サブプレ−トは前記メインプレ−トの開口を覆うように配置固定されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
5. 前記サブプレ−トは、前記メインプレ−トの開口内に配置固定されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
6. 前記サブプレ−トは、前記メインプレ−トの開口内に配置され、サブプレ−トと、メインプレ−トの開口の隙間が樹脂によりシールされていることを特徴とする請求項５に記載のインクジェット記録ヘッド。
7. 前記記録素子基板と、前記電気配線部材とが電気的に接続されていることを特徴とする、請求項１〜請求項６のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。

Images