JP2017019170A - 液体吐出ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】コストの上昇を抑えつつ、電気配線基板の温度上昇を抑制することが可能な液体吐出ヘッドを提供する。【解決手段】液体吐出ヘッド１は、電気信号に応じて液体を吐出する記録素子基板と、記録素子基板に電気信号を供給する電気配線４４、４５を有する電気配線基板４とを有する。電気配線基板４は、電気配線４４、４５を覆う絶縁フィルムを備え、絶縁フィルムは、電気配線４４、４５の一部を露出させる開口部４６を有する。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、インク等の液体を吐出して画像形成や記録を行う液体吐出装置に用いる液体吐出ヘッドに関する。

画像形成や記録のためにインク等の液体を吐出する技術としては、従来、レーザのような電磁波やピエゾ素子を利用して液体を吐出させるものや、発熱抵抗素子を用いて液体を加熱して、膜沸騰の作用により液体を吐出するものなどがある。一般的な液体吐出装置では、その液体吐出装置の本体に、上記の技術を用いて液体を吐出する液体吐出ヘッドが搭載されている。液体吐出ヘッドは、液体吐出装置から出力される制御信号等の電気信号によって制御および駆動され、画像形成や記録が行われる。
したがって、液体吐出ヘッドを駆動するためには、液体吐出装置と液体吐出ヘッドとの間で通信を可能にする必要がある。この通信のために、液体吐出ヘッドには、導電性を備えたコンタクトパッドが設置されたコンタクトパッドエリアが設けられ、液体吐出装置には、コンタクトパッドに対応するコンタクトピンが設けられる。このコンタクトパッドとコンタクトピンとが電気的に接続することで、液体吐出装置と液体吐出ヘッドとの間の通信が可能となる。
コンタクトパッドは、特許文献１に記載されているように、液体を吐出する記録素子基板が設けられる電気配線基板に直接設けられることが多い。また、コンパクトパッドを、電気配線基板に接続した多層配線基板に設ける構成も知られている。この構成では、複数の電気配線をコンタクトパッドエリア付近に積層させることができるため、コンタクトパッドエリアの小型化を図ることが可能になる。
また、近年、画像形成や記録の高速化のために、記録素子基板を長尺化して、吐出口の数を増大化させることが求められている。しかしながら、この場合、電気配線基板に流れる電流も増大するため、電気配線基板の温度が上昇するという課題が生じる。この課題に対して、特許文献２には、フレキシブル配線材が設けられた配線部に放熱体を配置させ、熱を放熱する構成が開示されている。

特開２００７−３２０２２９号公報 特開２００８−８０５４８号公報

しかしながら、特許文献２に記載の技術では、放熱体のような新しい部材を導入する必要があるため、コストが高くなるという問題がある。

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、コストの上昇を抑えつつ、電気配線基板の温度上昇を抑制することが可能な液体吐出ヘッドを提供することである。

本発明による第１の液体吐出ヘッドは、
電気信号に応じて液体を吐出する記録素子基板と、前記記録素子基板に前記電気信号を供給する電気配線を有する電気配線基板とを備えた液体吐出ヘッドにおいて、
前記電気配線基板は、前記電気配線を覆う絶縁フィルムを備え、前記絶縁フィルムは、前記電気配線の一部を露出させる開口部と、を有することを特徴とする。
また、本発明による第２の液体吐出ヘッドは、
前記記録素子基板に電気信号を供給するための配線と、前記配線を挟持する複数の絶縁フィルムと、を備え、前記配線の一端側は前記記録素子基板と電気的に接続され、他端側は外部から電気信号を受けるためのコンタクトパッドと電気的に接続される電気配線基板と、を備える液体吐出ヘッドであって、
前記絶縁フィルムの一部には、前記配線の一端側と他端側との間の部分を露出させる開口部が形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、電気配線基板における電気配線の一部が露出するので、放熱効果を高めることが可能になる。したがって、放熱体のような新しい部材を使用せずに、電気配線基板の温度上昇を抑制することが可能になるため、コストの上昇を抑えつつ、電気配線基板の温度上昇を抑制することが可能になる。

本発明の第１の実施形態の液体吐出ヘッドの外観図である。 本発明の第１の実施形態の電気配線基板の斜視図である。 本発明の第１の実施形態の電気配線基板の上面図である。 本発明の第１の実施形態の電気配線基板の透視図である。 本発明の第１の実施形態の電気配線基板の断面図である 本発明の第２の実施形態の液体吐出ヘッドの外観図である。 本発明の第２の実施形態の電気配線基板の斜視図である。 本発明の第２の実施形態の電気配線基板の上面図である。 本発明の第２の実施形態の電気配線基板の透視図である。 本発明の第２の実施形態の電気配線基板の断面図である 本発明の第３の実施形態の電気配線基板の断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各図面において同じ機能を有するものには同じ符号を付け、その説明を省略する場合がある。

（第１の実施形態）
図１Ａは、本発明の第１の実施形態の液体吐出ヘッドを示す外観図である。図１Ａに示す液体吐出ヘッド１は、筐体２と、筐体２に取り付けられた多層配線基板３および電気配線基板４とを備える。以下では、液体吐出ヘッド１として、液体吐出ヘッド１を走査して画像形成や記録を行うシリアルプリンタ用のインクジェット記録ヘッドを想定して説明するが、液体吐出ヘッド１はこの例に限らない。
多層配線基板３は、電気信号入力部またはＰＷＢ（Printed Wiring Board）とも呼ばれる。多層配線基板３は、複数の電気配線が積層された基板である。多層配線基板３は、筐体２における図中のＸＺ平面に平行な面に設けられる。
多層配線基板３は、筐体２に固定するための加締め部３１と、外部（具体的には、液体吐出装置本体（図示せず））から電気信号が入力されるコンタクトパッド３２とを備える。図１Ａの例では、加締め部３１は多層配線基板３の４隅に一つずつ、合計４つ設けられる。コンタクトパッド３２は、複数あり、マトリックス状に配置されている。
電気配線基板４は、フレキシブル電気配線基板またはＴＡＢ（Tape Automated Bond）とも呼ばれる。電気配線基板４は、可撓性を有する基板であり、電気配線（単に配線とも呼ばれる）が設けられている。電気配線基板４は、筐体２に対して折り曲げられて設けられる。具体的には、電気配線基板４は、筐体２におけるＸＹ平面に平行な面に張り付けられ、そして筐体２の角部に沿って約９０°折り曲げられ、筐体２におけるＸＺ平面に平行な面に沿って固定される。電気配線基板４内の電気配線は、筐体２におけるＸＺ平面に平行な面上で多層配線基板３内の電気配線と電気的に接続される。

図１Ｂ〜図１Ｄは、折り曲げられていない状態の電気配線基板４を示す図である。具体的には、図１Ｂは、記録素子基板５と支持部材６とが接合した状態の電気配線基板４を示す斜視図であり、図１Ｃは、電気配線基板４をより詳細に示す上面図である。図１Ｄは、電気配線基板４の透視図である。
記録素子基板５は、電気信号に応じて液体であるインクを吐出するエネルギー発生素子（図示せず）を備えており、支持部材６によって支持されている。支持部材６は、電気配線基板４の一部の領域と記録素子基板５とに当接し、電気配線基板４および記録素子基板５を支持する。
電気配線基板４は、電気接合部４１および４２を備える。電気接合部４１は、多層配線基板３と電気的に接続し、多層配線基板３から電気信号を受け付ける。電気接合部４２は、記録素子基板５と接続し、電気接合部４１が受け付けた電気信号を記録素子基板５に供給する。電気信号は、記録素子基板５（具体的には、エネルギー発生素子）を制御する制御信号や、記録素子基板５（具体的には、エネルギー発生素子）を駆動して液体と吐出させるための駆動電圧信号などを含む。
電気配線基板４は、多層配線基板３からの電気信号を記録素子基板５に供給する電気配線４３として、駆動電圧信号を記録素子基板５に供給する電源配線（ＶＨ配線）４４および接地配線（ＧＮＤ配線）４５を有する。さらに電気配線基板４は、クロックを伝送するクロック配線、ロジック信号を伝送するロジック信号配線、およびデータを伝送するデータ配線等を含む。これらの電気配線４３の一端側は、電気接合部４２を介して記録素子基板５と電気的に接続され、他端側は電気接合部４１を介して多層配線基板３上のコンタクトパッド３２に電気的に接続される。また、電気配線基板４は、電気配線４３の一部を露出させる開口部４６を備える。なお、開口部は、電気配線４３の一端側と他端側との間の部分にある。

図１Ｅは、図１Ｄに示した電気配線基板４のＡ−Ａ’線に沿った断面図である（だたし、図１Ｄに対して上下が反転している）。図１Ｅに示すように電気配線基板４は、電気配線４３と、この電気配線を挟持する、絶縁フィルムであるカバーフィルム４７とベースフィルム４８とを含む構成である。また、電気配線４３とカバーフィルム４７との間には、電気配線４３とカバーフィルム４７とを接着するためのカバーフィルム接着剤４９ａが設けられる。また、電気配線４３とベースフィルム４８との間には、電気配線４３とベースフィルム４８とを接着するためのベースフィルム接着剤４９ｂが設けられる。ベースフィルム４８およびベースフィルム接着剤４９ｂの一部がくり抜かれ、そのくり抜け部がベースフィルム４８およびベースフィルム接着剤４９から電気配線４３を露出させる開口部４６として形成されている。

本実施形態では、開口部４６は、電気配線４３のうち電源配線４４および接地配線４５のそれぞれの一部のみが大気に露出するように形成されている。また、開口部４６は、電気配線４３が設けられた配線部４３ａのうち電流密度が高い個所にある電気配線４３を露出することが好ましい。電流密度は、配線部４３ａを垂直に切った面を流れる単位時間および単位面積当たりの電流量である。電流密度が高い個所とは、例えば、電流密度が配線部４３ａの全体の平均電流密度よりも高い個所である。このような箇所は、例えば、配線間の間隔が他よりも狭く、単位長さ当たりの熱量が他よりも大きい個所である。なお、平均電流密度は、配線部４３ａの各箇所の電流密度の平均値である。
また、電気配線基板４が筐体２に設けられる場合、電気配線基板４は、支持部材６と当接する領域の端付近の折り曲げ部５１で折り曲げられる。記録素子基板５と接続する電気接合部４２と開口部４６とは、折り曲げ部５１を介して連結された複数の面５２、５３のうち互いに異なる面に設けられる。本実施形態では、記録素子基板５は、電気配線基板４が筐体２に設けられた状態で図１のＸＹ平面と平行な面となる面５２に設けられ、開口部４６は、電気配線基板４が筐体２に設けられた状態で図１のＸＺ平面と平行な面となる面５３に設けられている。したがって、電気配線４３は、記録素子基板５が配される第１面である面５２と、コンタクトパッド３２が配される第２面である面５３とにわたって設けられ、開口部４６は、第２面に配されることとなる。
また、本実施形態では、上述したように液体吐出ヘッド１が走査するシリアルプリンタを想定している。この場合、液体吐出ヘッド１が主走査方向（図中のＸ方向）に移動した際に、その移動した向きとは逆向きに気流が発生する。開口部４６は、電気配線基板のうち、この気流が強く通過する箇所に設けられることが好ましい。具体的には、主走査方向に気流が流れるので、開口部４６は、主走査方向と平行な面（例えば、ＸＺ平面）に設けられることが好ましい。なお、一般的には、気流は液体吐出装置の構造や液体吐出ヘッド１と液体吐出装置との位置関係に応じて変化するため、開口部４６は、その構造や位置関係に応じた、気流が強くなる箇所に設けられることが好ましい。
ところで、本実施例は、ヘッドがスキャンするいわゆるシリアルプリンタを想定しているが、シリアルプリンタの場合、ヘッドの主走査方向と相対的に逆方向に、気流が発生する。すなわち、ヘッドとプリンタ本体の構造と位置関係によって決まる気流が、強く通過する部分に、くり抜き部を設けた構成の方が、放熱効果が向上するため好ましい。

なお、本実施形態では、電気配線基板４の両面のうちベースフィルム４８側の面が液体吐出ヘッド１の外側の面となる構成を示していたが、カバーフィルム４７側の面が液体吐出ヘッド１の外側の面となる構成でもよい。この場合、開口部４６は、カバーフィルム４７側に設けられることが好ましい。具体的には、開口部４６は、カバーフィルム４７およびカバーフィルム接着剤４９ａの一部がくり抜かれて形成されることが好ましい。

以上説明したように本実施形態によれば、電気配線４３の一部が露出する開口部４６が設けられるため、放熱効果を高めることが可能になる。したがって、放熱体のような新しい部材を使用せずに、電気配線基板４の温度上昇を抑制することが可能になるため、コストの上昇を抑えつつ、電気配線基板４の温度上昇を抑制することが可能になる。その結果、電気配線基板４のカバーフィルム４７などの各層が変形したり、破損したりすることを防ぐことが可能になる。
また、インクを吐出する吐出口を備える記録素子基板５では、液体を吐出する面にインクや付着物が付着すると、インクの吐出機能が阻害され、インクを正常に吐出することができなくなることがある。このため、液体吐出装置には、液体吐出装置本体に備わったワイパーを用いて、記録素子基板５の液体を吐出する面に付着したインクや付着物を所定の頻度で拭き取る機構が備わっている。その際、拭き取られたインクや付着物が開口部４６に付着すると、不具合が発生する可能性がある。なお、付着物とは、結露などによって偶発的に発生した液体や塵などである。
これに対して本実施形態では、開口部４６は、記録素子基板５とは異なる面に配置されるので、拭き取られたインクや付着物が開口部４６に付着することを抑制することが可能になる。
また、本実施形態では、開口部４６は、駆動電圧信号を伝送する電源配線４４および接地配線４５を露出している。これにより、電源配線４４および接地配線４５は、制御信号などの他の電気信号を伝送する配線よりも高い値の電流が流れるため、効率的に放熱を行うことが可能になる。したがって、電気配線基板４の温度上昇をより効率的に抑制することが可能になる。
また、本実施形態では、開口部４６は、電流密度が高い個所にある電気配線４３を露出させるので、効率的に放熱を行うことが可能になり、電気配線基板４の温度上昇をより効率的に抑制することが可能になる。
また、本実施形態では、開口部４６は、気流が通過する箇所にある電気配線４３を露出させるので、効率的に放熱を行うことが可能になり、電気配線基板４の温度上昇をより効率的に抑制することが可能になる。

（第２の実施形態）
図２Ａは、本発明の第２の実施形態の液体吐出ヘッドである液体吐出ヘッド１を示す外観図である。図１Ｂは、記録素子基板５と支持部材６とが接合した状態の電気配線基板４を示す斜視図である。図２Ｃは、電気配線基板４をより詳細に示す上面図である。また、図２Ｄは、電気配線基板４の透視図である。図２Ｅは、図２Ｄに示した電気配線基板４のＡ−Ａ’線に沿った断面図である（だたし、図２Ｄに対して上下が反転している）。
第１の実施形態では、開口部４６は、電気配線４３のうち電源配線４４および接地配線４５のそれぞれの一部のみを露出させていた。これに対して本実施形態では、開口部４６は、電気配線４３のうち接地配線４５の一部のみを露出させている。
本実施形態の場合、仮にインクや付着物が開口部４６に付着しても、通常、インクや付着物の電位は接地配線４５と同様に０Ｖであるため、電気配線４３に対する所望の電気特性の変化を抑制することが可能になる。したがって、電気配線４３の電気特性を正常に保つ可能性が向上する。また、インクや付着物が開口部４６に付着してもよいため、記録素子基板５が設けられた面５２に開口部４６を設置してもよい。

（第３の実施形態）
図３は、本発明の第３の実施形態の電気配線基板を示す断面図である。具体的には、図３は、支持部材６と接合された電気配線基板４を示す断面図である。なお、液体吐出ヘッドの外観図、電気配線基板４の斜視図、上面図および透視図は、第１の実施形態または第２の実施形態と同様である。
図３に示す電気配線基板４では、開口部４６に加えて、支持部材６と当接する箇所にも開口部４６ａが設けられ、開口部４６ａにおいて支持部材６は電気配線４３に直接接触する。また、支持部材６は、電気配線基板４で発生した熱を放熱する放熱体としても機能し、熱容量および熱伝導率の少なくとも一方がカバーフィルム４７およびカバーフィルム接着剤４９ａよりも大きい。
本実施形態によれば、電気配線４３と支持部材６との間を断熱していたカバーフィルム４７およびカバーフィルム接着剤４９ａがなくなり、電気配線４３が放熱部材でもある支持部材６に直接接触するため、効率的に放熱を行うことが可能になる。したがって、電気配線基板４の温度上昇をより効率的に抑制することが可能になる。
なお、本実施形態では、開口部４６および４６ａの両方が設けられていたが、開口部４６ａのみ設けられていてもよい。

以上説明した各実施形態において、図示した構成は単なる一例であって、本発明はその構成に限定されるものではない。例えば、上述した各実施形態では、電気配線基板４と多層配線基板３とを電気的に接続する構成について説明したが、本発明はこれに限られず、電気配線基板４に、液体吐出装置本体から電気信号が入力されるコンタクトパッド３２とを備える構成であってもよい。
また、電気配線基板４に設けられる開口部４６および４６ａは上述した形態に限られず、電気配線基板４に設けられた配線を露出させる構成であれば良い。例えば、開口部４６および４６ａは、電気配線基板の側端部から「コ」の字状に電気配線基板を切り欠いたものでも良い。

１ 液体吐出ヘッド
４ 電気配線基板
５ 記録素子基板
６ 支持部材
４３ 電気配線
４３ａ 配線部
４４ 電源配線
４５ 接地配線
４６ 開口部
４７ カバーフィルム（絶縁フィルム）
４９ ベースフィルム（絶縁フィルム）

Claims (12)

1. 電気信号に応じて液体を吐出する記録素子基板と、前記記録素子基板に前記電気信号を供給する電気配線を有する電気配線基板とを備えた液体吐出ヘッドにおいて、
   前記電気配線基板は、前記電気配線を覆う絶縁フィルムを備え、前記絶縁フィルムは、前記電気配線の一部を露出させる開口部を有することを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記電気配線基板は、前記記録素子基板に接続する電気接合部を有し、折り曲げられて設けられ、
   前記電気接合部および前記開口部は、前記電気配線基板の折り曲げ部を介して連結された複数の面のうち互いに異なる面に設けられることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記開口部は、当該液体吐出ヘッドが走査する主走査方向と平行になる面に設けられることを特徴とする、請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記開口部は、前記電気配線が配置された配線部のうち電流密度が前記配線部の全体の平均電流密度よりも高い個所を露出させることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記開口部は、前記電気配線基板のうち前記液体吐出ヘッドが主走査方向に移動した際に生じる気流が通過する箇所に設けられることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記電気配線は、前記電気信号として前記液体を吐出させるための駆動電圧信号を供給する電源配線および接地配線を含み、
   前記開口部は、前記電源配線および前記接地配線を露出させることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記電気配線は、前記電気信号として前記液体を吐出させるための駆動電圧信号を供給する電源配線および接地配線を含み、
   前記開口部は、前記接地配線を露出させることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
8. 前記電気配線基板を支持し、熱容量および熱伝導率の少なくとも一方が前記絶縁フィルムよりも大きい支持部材をさらに備え、
   前記開口部は、前記電気配線基板における前記支持部材と当接する箇所に設けられ、
   前記電気配線と前記支持部材とが直接接触することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
9. 前記電気配線基板は、前記絶縁フィルムと前記電気配線とを接着し、熱容量および熱伝導率の少なくとも一方が前記支持部材よりも小さい接着剤をさらに有することを特徴とする請求項８に記載の液体吐出ヘッド。
10. 液体を吐出する吐出口を備える記録素子基板と、
    前記記録素子基板に電気信号を供給するための配線と、前記配線を挟持する複数の絶縁フィルムと、を備え、前記配線の一端側は前記記録素子基板と電気的に接続され、他端側は外部から電気信号を受けるためのコンタクトパッドと電気的に接続される電気配線基板と、を備える液体吐出ヘッドであって、
    前記絶縁フィルムの一部には、前記配線の一端側と他端側との間の部分を露出させる開口部が形成されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
11. 前記記録素子基板が配される第１面と、前記コンタクトパッドが配される第２面と、を備える筐体を有し、前記電気配線基板は前記第１面と前記第２面とにわたって設けられており、前記開口部は前記第２面に配されていることを特徴とする請求項１０に記載の液体吐出ヘッド。
12. 前記電気配線は、電源配線および接地配線を含み、前記開口部は、前記電源配線および前記接地配線の少なくとも一方を露出させることを特徴とする請求項１０または１１に記載の液体吐出ヘッド。