JP2019181879A - 液体吐出ヘッドおよび液体吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性が高く耐久性に優れた液体吐出ヘッドおよび液体吐出ヘッドの製造方法を提供すること。【解決手段】記録素子基板の電気接続部非形成側面２３ｂに沿った溝部に、封止剤貯留部と、電気配線基板を支持する面から延在する面を支える支持部と、を形成し、リード端子群３２の下方を十分に封止しつつ、溝部４６が設けられている部分に対応する接続部非形成側面２３ｂを封止剤６で覆わない。【選択図】図４

Description

本発明は、液体吐出ヘッドおよび液体吐出ヘッドの製造方法に関する。

インクジェットプリンタのような液体吐出装置は、液体吐出ヘッドを有する。液体吐出ヘッドとして、液体を吐出する吐出口群と接続端子群とが形成された記録素子基板と、記録素子基板を支持する支持部材と、記録素子基板の接続端子群に接続されるリード端子群を有する電気配線基板と、を備えるものがある。記録素子基板は接着剤を介して支持部材に支持される。記録素子基板の外周部と、記録素子基板と電気配線基板との接続部は、インクによる腐食や外力による断線などの接続不良を抑制するために封止剤で封止されることがある。

近年製造コストの低減が求められるなか、記録素子基板の小型化が求められているが、記録素子基板の剛性の低下により、支持部材と記録素子基板との材料が異なることに起因する熱膨張率の違いや封止剤による応力の影響が課題となる。

特許文献１には、記録素子基板の電気接続部側の溝を封止剤で封止し、電気接続部側と異なる基板側面側の溝を電気配線テープで覆い、電気配線テープと記録素子基板の上面とを少ない封止剤で封止することが記載されている。これによって、残留応力を低減し、記録素子基板のクラックを防止する。

特開２０１２−０１６８９３号公報

近年、記録素子基板のサイズがさらに小さくなり、さらに記録素子基板の剛性が低下する傾向にある。そのため、特許文献１のように記録素子基板の側面側で、電気配線テープと記録素子基板の上面とを少ない封止剤で封止しても、封止剤の拘束力を軽減しきれず、記録素子基板の変形が発生し液体吐出ヘッドの信頼性を低下させることがあった。さらに封止剤の拘束力を軽減する方法として、記録素子基板の電気接続部の設けられていない部分について、記録素子基板と支持部材との隙間を広くすることが考えられる。そうすることで、封止剤を薄く広がるようにして記録素子基板の側面に触れないようにできる。しかし、記録素子基板と支持部材の隙間が広くなることで記録素子基板表面のワイピング時にワイパにダメージを与え、耐久性が落ちる可能性がある。

よって本発明は、信頼性が高く耐久性に優れた液体吐出ヘッドおよび液体吐出ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。

そのため本発明の液体吐出ヘッドは、液体を吐出する吐出口が設けられた吐出口面と、前記吐出口面の側部に設けられた複数の側面と、前記吐出口から液体を吐出するための電気信号を受け取る接続部と、を備えた記録素子基板と、前記記録素子基板における前記吐出口面とは反対の面を支持する支持部材と、前記支持部材に支持され、前記記録素子基板の前記接続部と接続される配線を備えた電気配線基板と、を備えた液体吐出ヘッドにおいて、前記複数の側面は、前記接続部が設けられている接続部形成側面と、前記接続部が設けられていない接続部非形成側面と、を含み、前記支持部材は、前記記録素子基板を支持した状態で収容し、前記記録素子基板の前記接続部非形成側面に沿って設けられた溝部を有する凹部を備え、前記電気配線基板を支持する面から延在する面が、前記電気配線基板を支持する面から前記記録素子基板に向かって延在することで、部分的に前記凹部の前記接続部非形成側面との幅が狭くなっており、前記溝部は、前記電気配線基板を支持する面から延在する面の間に、封止剤を貯留可能な封止剤貯留部を備え、前記接続部と前記配線とは、封止剤によって封止されている、ことを特徴とする。

本発明によれば、信頼性が高く耐久性に優れた液体吐出ヘッドおよび液体吐出ヘッドの製造方法を提供することができる。

液体吐出ヘッドの概略斜視図を示した図である。 記録素子基板を示した斜視図である。 記録素子基板と電気配線基板とが固定された支持部材を示した図である。 溝部と封止剤貯留部とリード端子群の下方の空間を封止した図である。 参考例を示した図である。 第２の実施形態の支持部材を示した図である。

（第１の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第１の実施形態について説明する。
図１（ａ）、（ｂ）は、本実施形態における液体吐出ヘッド１の概略斜視図を示した図である。図１（ａ）は液体吐出ヘッド１の分解斜視図であり、図１（ｂ）は組み立て斜視図である。液体吐出ヘッド１は、記録素子基板２と、電気配線基板３と、支持部材４と、を備えている。記録素子基板２は、支持部材４と接着され、電気配線基板３と電気的に接続される。電気配線基板は、外部信号入力端子３３を備えており、外部信号入力端子３３から入力された信号を記録素子基板２に電気接続部を介して伝達することができる。記録素子基板２と電気配線基板３との接続部である電気接続部は封止剤で封止される。

図２は、記録素子基板２を示した斜視図である。記録素子基板２は、接続端子群２７を備えた厚さ０.６〜０.８ｍｍのシリコン製の基板２９と、吐出口を備える吐出口形成部材３０とから形成される。記録素子基板２は、吐出口群２６が形成された吐出口面２１と、吐出口面２１の裏面２２と、吐出口面２１の側部に設けられる複数の側面（ここでは４つの側面）２３と、を有している。吐出口面２１には、液体を吐出するために利用されるエネルギを発生するエネルギ発生素子としての複数の電気熱変換素子２４と、各電気熱変換素子２４に電力を供給する電気配線（不図示）とが成膜技術により形成されている。また、吐出口面２１には、電気熱変換素子２４に対応した吐出口群２６がフォトリソグラフィ技術により形成されている。

記録素子基板２の基板２９の少なくとも１辺（本実施形態では２辺）には、後述するリード端子群と電気接続され駆動信号と駆動電力を受け取るための接続端子群２７が形成されている。吐出口群２６に液体（以下、インクともいう）を供給するインク供給口２８が記録素子基板２の裏面２２に開口して設けられている。

図３（ａ）は、記録素子基板２と電気配線基板３とが固定された支持部材４を示した図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図であり、図３（ｃ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。

記録素子基板２は、吐出口群２６が形成された吐出口面２１と反対の面が、支持部材４によって支持されている。記録素子基板２の複数の側面２３は、吐出口面２１の電気接続部５が設けられている接続部形成側面２３ａと、吐出口面２１の電気接続部５が設けられていない接続部非形成側面２３ｂとを含む。接続部形成側面２３ａは、記録素子基板２の短辺側の側面２３を形成し、接続部非形成側面２３ｂは記録素子基板２の長辺側の側面２３を形成している。

支持部材４を構成する材料は、樹脂材料、あるいはＡ１２０３に代表されるセラミック材料等を幅広く用いることができる。例えば、支持部材４の剛性向上を目的として、ガラスフィラが３０〜４０質量％含有された変性ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）樹脂を用いる。支持部材４には記録素子基板２を収容可能な凹部４１が形成されており、記録素子基板２は、凹部４１内に収容されて支持されている。記録素子基板２は、流路４３が形成された主平面４４に接着剤４７によって接着されており、記録素子基板２のインク供給口２８と流路４３とが連通するように位置決めされて接着されている。

凹部４１には、主平面４４と凹部４１の側壁４５との間に延びる溝部４６が形成されている。主平面４４はインク流路の外周部に沿って接着剤４７を塗布したときに、溝部４６との境界部４８でメニスカスを生じ、接着剤４７が外側に流れ出すのを防止する。このように溝部４６を設けることによって、接着剤の塗布時にメニスカスが形成され、接着剤を厚く安定的に塗布することが可能となる。

凹部４１（及び溝部４６）は、溝部４６と繋がり封止剤を貯留可能な封止剤貯留部３５を備えている。封止剤貯留部３５は、吐出口面２１と対向する側からみたときに、後述するワイパ支持面とワイパ支持面との間に設けられている。また、封止剤貯留部３５が設けられている部分には、電気配線基板を支持する面４９から延在する面がある。この延在する面は、後述するワイパを支持する面である（以下、ワイパ支持面とする）。ワイパ支持面は、下側に土台となる支持部（以下、ワイパ支持部３６）に支えられている。ワイパ支持面は、電気配線基板を支持する面４９と同一高さの面であることが好ましい。支持部材４における電気配線基板３を支持する面４９から封止剤貯留部３５の底面までの距離は、面４９から支持部材４の記録素子基板２を支持する主平面４４までの距離よりも長くなっている。ワイパ支持部３６は、ワイパ支持面が電気配線基板を支持する面４９から記録素子基板２に向かって延在しつつ凹部４１の内側に突出している。これにより、部分的に凹部４１における電気接続部非形成側面との幅が狭くなっている。封止剤貯留部３５とワイパ支持部３６とは、いずれも複数ある。そして、これらは交互に配置されており、ワイパ支持部３６は櫛歯状に形成されている。このようにワイパ支持部３６を形成することで、ワイパによって吐出口面２１のワイピングを行う際に、支持部材４と記録素子基板２とのギャップが狭くなり、ワイピング時のワイパへのダメージを軽減することができる。本実施形態では、溝部４６は凹部４１の側壁４５と記録素子基板２の接続部非形成側面２３ｂとの間にのみ配置しているが、インク流路４３の開口４３ａの外周全域に配置してもよい。

電気配線基板３は、支持部材４の凹部４１が形成された面４９上に、記録素子基板２にインクを供給するための電気信号を印加する目的で設けられている。電気配線基板３は、記録素子基板２を組み込むためのデバイスホール３１を有し（図１参照）、デバイスホール３１の２辺に記録素子基板２の接続端子群２７に対応したリード端子群３２が形成されている。リード端子群３２は、基板２９の２辺に沿って形成された接続端子群２７とともに、電気接続部５を形成している。電気接続部５は、インクによる腐食や外力による断線などの接続不良を抑制するために封止剤で封止される。電気配線基板３はさらに、インクジェット記録装置から駆動信号と駆動電力を受け取るための外部信号入力端子３３を有している（図１参照）。

次に、液体吐出ヘッドであるインクジェット記録ヘッド１の製造方法について説明する。

先ず、記録素子基板２と電気配線基板３を、記録素子基板２の接続端子群２７と電気配線基板３のリード端子群３２とが接続できるように位置決めし、ＴＡＢ実装技術により接続端子群２７とリード端子群３２とを電気接続する。これによって電気接続部５が形成される。続いて、支持部材４の主平面４４上に、インク流路４３の開口４３ａの周囲に沿って接着剤４７を塗布し、記録素子基板２を支持部材４に接合して支持させる（記録素子基板支持工程）。これによって、支持部材４のインク流路４３と記録素子基板２のインク供給口２８とが連通する。

記録素子基板２を支持部材４に接合する際は、接着剤４７の塗布高さが大きく変動しないように、接着剤４７を塗布した後、接着剤４７を記録素子基板２の裏面２２で押し付ける。押し付けることで、接着剤４７は潰れて記録素子基板２の側面２３全周にはみ出る。これによって、支持部材４と記録素子基板２の間からのインクの漏洩が防止される。その後、電気配線基板３を支持部材４の主平面４４に接着剤を用いて接合して支持させる（電気配線基板支持工程）。これらの接合工程で用いられる接着剤は、耐インク性の良好なものが好ましく、例えばエポキシ樹脂を主成分とした熱硬化性接着剤を使用することができる。

次に、溝部４６と封止剤貯留部３５とリード端子群３２の下方の空間に、封止剤６を流し込むことによってリード端子群３２の下方を封止する。具体的には、４箇所ある供給位置３４に封止剤を供給するニードルを位置決めし、各ニードルから略同時に封止剤を供給する。ニードルから封止剤が供給されると、封止剤は、溝部４６と封止剤貯留部３５とリード端子群３２の下方に流れ込み、この部分を封止する。

図４（ａ）から（ｄ）は、溝部４６と封止剤貯留部３５とリード端子群３２の下方の空間を、封止剤６で封止した状態を示した図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図であり、図４（ｃ）、（ｄ）は、図４（ａ）のＤ−Ｄ線に沿った断面図である。リード端子群３２の下方である記録素子基板２の接続部形成側面２３ａと支持部材４における凹部４１の側壁４５との間は、記録素子基板２の接続部非形成側面２３ｂと凹部４１の側壁４５との間よりも狭く形成されている。従って、封止剤６の表面張力によってリード端子群３２の下方では、高い位置まで封止されやすい。そこで、図４（ｂ）のように、基板２９の接続端子群２７が設けられた面の高さまで封止剤６が上がって封止されるように封止剤６の量を調節して供給する。この状態で、リード端子群３２の下方は十分に封止されていることになる。

また、接続部非形成側面２３ｂと凹部４１の側壁４５との間では、溝部４６と封止剤貯留部３５とに封止剤６が流れ込むことから、封止剤６は広く薄く広がる。リード端子群３２の下方が十分に封止される量の封止剤６を供給すると、供給位置３４と隣接する接続部非形成側面２３ｂでは、記録素子基板２が延在する方向に沿って封止される位置が、基板２９の接続端子群２７が設けられた面の高さから徐々に低くなる。そして、溝部４６と対応する位置では、図４（ｃ）に示すように、記録素子基板２の接続部非形成側面２３ｂは、封止剤６で覆われずに露出している。溝部４６と封止剤貯留部３５とが形成されていることによって、封止剤６は溝部４６と封止剤貯留部３５に流れ込み広く薄く広がる。従って、リード端子群３２の下方を十分に封止できる量の封止剤６を供給しても、溝部４６が形成されている部分では封止剤６の高さは、接続部非形成側面２３ｂまで到達しない。つまり、接続部非形成側面２３ｂでは、溝部４６と対応していない一部の部分だけが封止剤６で封止されている。

このように、リード端子群３２の下方を十分に封止しつつ、溝部４６が設けられている部分に対応する接続部非形成側面２３ｂが封止剤６で覆われない状態とすることで、接続部非形成側面２３ｂは封止剤６の硬化収縮の影響を受けにくい。その結果、拘束効果が軽減され、記録素子基板２に生じる内部応力を抑制することができる。

また、インクの吐出状態を回復する回復手段として、ワイパ８によるワイピングが行われることがある。ワイパ８は、図４（ｄ）の矢印８１方向に移動しながら、記録素子基板２の吐出口面２１を払拭する。封止剤貯留部３５と交互に配置されたワイパ支持部３６が設けられていることで、支持部材４と記録素子基板２とのギャップが狭くなっていることから、ワイピングを行う際のワイパ８へのダメージを軽減することができる。

図５（ａ）、（ｂ）は、参考例として、封止剤貯留部が形成されていない支持部材に封止剤を供給した状態を示した図である。電気接続部の下方を十分に封止できる量の封止剤を供給すると、封止剤貯留部が存在しないことから封止剤は、溝部に貯まり、記録素子基板の接続部非形成側面を覆ってしまう。この状態で硬化すると、記録素子基板は、硬化収縮の影響を受けて残留応力が生じクラックが発生する虞がある。

なお、封止剤貯留部３５の大きさを大きくしたり、配置数を増やしたりすることで、封止剤６をより薄く広げることができる。しかし、大きすぎたり配置数を増やしすぎたりすると、ワイパ支持部３６が小さくなり、ワイピング時にワイパ８にダメージを与えやすくなる。そのため、リード端子群３２の下方を確実に封止できる量の封止剤６を塗布した時に、電気接続部非形成側面２３ｂを封止剤６が覆わない範囲で、封止剤貯留部３５を適切に設定する必要がある。本実施形態では、封止剤貯留部の大きさ３５ａ（図３参照）は１ｍｍ、接続部非形成側面２３ｂ近傍の支持部材４の１辺あたり３か所配置している。

また、一方端部に配置されたワイパ支持部３６から、他方端部に配置されたワイパ支持部３６までの長さである幅３６ａ（図４参照）は、ワイパ８の幅より広い方が好ましい。そうすることで、ワイパ８を確実に支えることが可能となり、ワイパ８の耐久性を向上させることができる。

また、本実施形態では１種類のインクのインクジェット記録ヘッドを示したが、複数のインク種を搭載するインクジェット記録ヘッドでも同様に適用することができる。

その後、下方を封止されたリード端子群３２の上方を封止剤で封止し、インクジェット記録ヘッド１の記録検査を行い、最後に記録素子基板２の表面（吐出口面２１）を洗浄、乾燥しテープでシールする。このようにしてインクジェット記録ヘッド１が製造される。

（第２の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第２の実施形態を説明する。なお、本実施形態の基本的な構成は第１の実施形態と同様であるため、以下では特徴的な構成についてのみ説明する。

図６（ａ）から（ｃ）は、本実施形態の支持部材４を示した図である。本実施形態における支持部材４は、図６（ａ）、（ｂ）のように、封止剤誘導溝（貯留溝）３７を備えている。封止剤誘導溝３７の底面は、封止剤貯留部３５の一部を形成する面と接続されている。封止剤誘導溝３７を支持部材４に設け、封止剤６を供給位置３４から供給する際、封止剤誘導溝３７にも封止剤６を供給する。封止剤誘導溝３７に供給された封止剤６は、封止剤貯留部３５へ流れて、封止剤貯留部３５に溜まった封止剤６と繋がる。このように、封止剤誘導溝３７の封止剤６と封止剤貯留部３５に溜まった封止剤６とが繋がることで、封止剤貯留部３５に溜まった封止剤６は、表面張力により図６（ｃ）に示すように壁側に引っ張られる。これにより更に、電気接続部非形成側面２３ｂを封止剤６が覆いにくくなり、記録素子基板２に生じる内部応力を抑制することができる。

１ 液体吐出ヘッド
２ 記録素子基板
３ 電気配線基板
４ 支持部材
６ 封止剤
８ ワイパ
３２ リード端子群
３４ 供給位置
３５ 封止剤貯留部
３６ ワイパ支持部
３７ 封止剤誘導溝

Claims (11)

1. 液体を吐出する吐出口が設けられた吐出口面と、前記吐出口面の側部に設けられた複数の側面と、前記吐出口から液体を吐出するための電気信号を受け取る接続部と、を備えた記録素子基板と、前記記録素子基板における前記吐出口面とは反対の面を支持する支持部材と、前記支持部材に支持され、前記記録素子基板の前記接続部と接続される配線を備えた電気配線基板と、を備えた液体吐出ヘッドにおいて、
   前記複数の側面は、前記接続部が設けられている接続部形成側面と、前記接続部が設けられていない接続部非形成側面と、を含み、
   前記支持部材は、前記記録素子基板を支持した状態で収容し、前記記録素子基板の前記接続部非形成側面に沿って設けられた溝部を有する凹部を備え、
   前記電気配線基板を支持する面から延在する面が、前記電気配線基板を支持する面から前記記録素子基板に向かって延在することで、部分的に前記凹部の前記接続部非形成側面との幅が狭くなっており、
   前記溝部は、前記電気配線基板を支持する面から延在する面の間に、封止剤を貯留可能な封止剤貯留部を備え、
   前記接続部と前記配線とは、封止剤によって封止されている、
   ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記接続部非形成側面は、前記凹部に供給された封止剤によって部分的に封止され、前記封止剤貯留部に貯留された封止剤では封止されていない請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記延在する面を支える支持部と、前記封止剤貯留部とは、いずれも複数あり、
   前記支持部と前記封止剤貯留部とは、交互に配置されている請求項１または請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記吐出口面を払拭するワイパを備え、
   配置された複数の前記支持部において、一方端部に配置された前記支持部から、他方端部に配置された前記支持部までの長さは、前記ワイパの幅よりも長い請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記接続部形成側面は、封止剤によって封止されている請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記凹部は、前記接続部形成側面に沿った第１凹部と、前記接続部非形成側面に沿った第２凹部と、を備え、
   前記第１凹部と前記第２凹部とは連通している請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記支持部材における前記電気配線基板を支持する第１面から前記封止剤貯留部の底面までの距離は、
   前記第１面から前記支持部材の前記記録素子基板を支持する第２面までの距離よりも長い請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
8. 前記第１面には、封止剤を貯留可能な貯留溝が設けられており、
   前記封止剤貯留部の一部を形成する面と、前記貯留溝の底面とは接続されている請求項７に記載の液体吐出ヘッド。
9. 液体を吐出する吐出口が設けられた吐出口面と、前記吐出口面の側部に設けられた複数の側面と、前記吐出口から液体を吐出するための電気信号を受け取る接続部と、を備えた記録素子基板を、支持部材の凹部に収容し、前記吐出口面とは反対の面を、前記支持部材の前記凹部の内部で支持する記録素子基板支持工程と、
   前記記録素子基板の前記接続部と接続される配線を備えた電気配線基板を前記支持部材で支持する電気配線基板支持工程と、を有する液体吐出ヘッドの製造方法において、
   前記複数の側面を、前記接続部が設けられた側の接続部形成側面と、前記接続部が設けられていない側の接続部非形成側面として、前記凹部に前記記録素子基板が収容されると前記接続部非形成側面に沿って設けられる溝部に、
   前記電気配線基板を支持する面から延在する面が、前記電気配線基板を支持する面から前記記録素子基板に向かって延在することで、部分的に前記溝部の幅が狭くなっており、
   前記溝部に、前記電気配線基板を支持する面から延在する面の間に、封止剤を貯留可能な封止剤貯留部と、を形成し、
   前記接続部形成側面と、前記接続部非形成側面の一部とを、封止剤によって封止することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
10. 前記凹部を、前記接続部形成側面に沿った第１凹部と、前記接続部非形成側面に沿った第２凹部と、として、
    前記第２凹部に封止剤を供給することで、前記第２凹部から前記第１凹部に流れ込んだ封止剤によって、前記接続部形成側面を封止する請求項９に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
11. 前記第２凹部に封止剤を供給して硬化させることで、前記接続部非形成側面を部分的に露出させつつ、封止剤貯留部を封止剤で封止する請求項１０に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。

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