JP2022091567A - 液体吐出ヘッドおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電気接続部を封止する封止材の不要な広がりを抑制しつつ、電気接続部を確実に封止する方法の提供。【解決手段】液体吐出ヘッドは、液体を吐出する記録素子基板と、記録素子基板に電気的に接続された電気配線基板と、記録素子基板を収容する凹部を有する支持部材２と、記録素子基板と電気配線基板との電気接続部を封止する封止材８と、を有し、支持部材２が、凹部の側面から記録素子基板に向かって突出する壁部１２と、凹部の底面から突出する凸部１３とを有し、壁部１２は、記録素子基板の端部に設けられた電気接続部に近接して配置され、凸部１３は、壁部１２の電気接続部に近接する一方の側面と、記録素子基板の側面と、凹部の側面とで囲まれた第１の隙間領域Ｓ１に配置され、封止材８は、凸部１３の周囲を埋めるように第１の隙間領域Ｓ１に充填されている。【選択図】図５

Description

本発明は、液体吐出ヘッドおよびその製造方法に関する。

インクなどの液体を吐出する記録素子基板と、液体を吐出するための電気信号や電力を記録素子基板に供給する電気配線基板とを有する液体吐出ヘッドが知られている。記録素子基板と電気配線基板は、記録素子基板の接続端子と電気配線基板のインナーリードとが接続されることで電気的に接続され、その電気接続部は、液体や外力から保護するために封止材で封止されている。この封止材は、環境変化などによる膨張または収縮によって記録素子基板に好ましくない外力を与えないように、記録素子基板の側面にできるだけ接触していないことが好ましい。特許文献１には、記録素子基板を収容する支持部材の凹部と記録素子基板との隙間にそれを塞ぐ壁部を形成し、不要な隙間に封止材が流れ込むことを抑制する技術が記載されている。

特開２０１５－２２３８３２号公報

液体吐出ヘッドの電気的な信頼性の観点から、細かな隙間にも封止材を確実に充填することが求められる。しかしながら、特許文献１に記載の技術では、封止材の不要な広がりを抑制できるものの、比較的粘度の高い封止材を使用した場合には、表面張力によって封止材が球状化することで、隙間の隅々にまで行き渡らずに気泡が残存するおそれがある。それにより、硬化後の封止材に望ましくない通気孔が形成されるおそれがある。
そこで、本発明の目的は、電気接続部を封止する封止材の不要な広がりを抑制しつつ、電気接続部を確実に封止する液体吐出ヘッドおよびその製造方法を提供することである。

上述した目的を達成するために、本発明の液体吐出ヘッドは、液体を吐出する記録素子基板と、記録素子基板に電気的に接続された電気配線基板と、記録素子基板を収容する凹部を有する支持部材と、記録素子基板と電気配線基板との電気接続部を封止する封止材と、を有し、支持部材が、凹部の側面から記録素子基板に向かって突出する壁部と、凹部の底面から突出する凸部とを有し、壁部は、記録素子基板の端部に設けられた電気接続部に近接して配置され、凸部は、壁部の電気接続部に近接する一方の側面と、記録素子基板の側面と、凹部の側面とで囲まれた第１の隙間領域に配置され、封止材は、凸部の周囲を埋めるように第１の隙間領域に充填されている。
また、本発明の液体吐出ヘッドの製造方法は、液体を吐出する記録素子基板と、記録素子基板に電気的に接続された電気配線基板と、記録素子基板を収容する凹部を有する支持部材と、記録素子基板と電気配線基板との電気接続部を封止する封止材と、を有し、支持部材が、凹部の側面から記録素子基板に向かって突出する壁部を有し、壁部は、記録素子基板の端部に設けられた電気接続部に近接して配置されている、液体吐出ヘッドの製造方法であって、記録素子基板を凹部に収容して電気配線基板に電気的に接続した後、電気接続部を封止材で封止する工程と、記録素子基板を凹部に収容する前に、支持部材に、凹部の底面から突出する凸部を形成する工程と、を含み、凸部を形成する工程が、記録素子基板が凹部に収容された状態で、壁部の記録素子基板に近接する一方の側面と、記録素子基板の側面と、凹部の側面とで囲まれた隙間領域に凸部が配置されるように、凸部を形成することを含み、電気接続部を封止する工程が、封止材が凸部に接触して周囲に流れ落ちるように、隙間領域に封止材を注入することを含んでいる。

本発明によれば、電気接続部を封止する封止材の不要な広がりを抑制しつつ、電気接続部を確実に封止することができる。

一実施形態に係る液体吐出ヘッドの斜視図である。 一実施形態に係る支持部材の平面図である。 一実施形態に係る液体吐出ヘッドの一部を拡大した図である。 一実施形態に係る接合工程から封止工程の各段階を示す平面図である。 一実施形態に係る封止工程の各段階を示す断面図である。 一実施形態に係る壁部の変形例を示す平面図および側面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッドの斜視図である。
液体吐出ヘッド１０は、液体（例えば、シアン、マゼンダ、イエロー、およびブラックの４色のインク）を吐出して記録媒体に画像を記録するものであり、筐体１と、支持部材２と、２つの記録素子基板３，４と、電気配線基板５とを有している。支持部材２は、筐体１に取り付けられ、記録素子基板３，４と電気配線基板５は、支持部材２に接合されている。記録素子基板３，４は、ブラックのインクを吐出する第１の記録素子基板３と、それ以外の３色のインクを吐出する第２の記録素子基板４とを含んでいる。電気配線基板５は、液体を吐出するための電気信号や電力を記録素子基板３，４に供給するために記録素子基板３，４に電気的に接続されている。記録素子基板３，４には、筺体１に接続された液体供給部（図示せず）から筺体１と支持部材２を通じて液体が供給され、供給された液体は、電気配線基板５を通じて電気信号や電力が供給されることで記録素子基板３，４から吐出される。

図２は、本実施形態の支持部材の平面図である。
支持部材２は、電気配線基板５が接合される接合面２０と、接合面２０に形成され、第１の記録素子基板３を収容する第１の凹部２１と、同じく接合面２０に形成され、第２の記録素子基板４を収容する第２の凹部２２とを有している。凹部２１，２２は、記録素子基板３，４を収容した状態で記録素子基板３，４の接続端子３１（図３（ａ）参照）と電気配線基板５のインナーリード５１（図３（ａ）参照）とがほぼ同じ高さになるようにするために設けられている。これにより、接続端子３１とインナーリード５１との電気接続部の信頼性を向上させることができる。
支持部材２は、樹脂成形により形成されている。本実施形態では、支持部材２の樹脂材料（変性ポリフェニレンエーテル）として、剛性の向上と、線膨張係数を記録素子基板３，４の線膨張係数に近づけることを目的として、フィラーを４０質量％混合したものが用いられている。

ここで、図３を参照して、本実施形態の支持部材の凹部の詳細な構成について説明する。第１の記録素子基板を収容する第１の凹部と第２の記録素子基板を収容する第２の凹部は、実質的に同様の構成を有している。そのため、以下では、第１の凹部の構成のみ説明する。図３（ａ）は、図１の破線で囲まれた領域を拡大して示す平面図であり、図３（ｂ）は、本実施形態の支持部材の一部を拡大した斜視図である。なお、図３（ａ）では、見やすくするために、電気接続部を封止する封止材の図示を省略している。
支持部材２は、第１の記録素子基板（以下、単に「記録素子基板」ともいう）３を収容する第１の凹部（以下、単に「凹部」ともいう）２１の側面２４から記録素子基板３に向かって突出する壁部１２を有している。壁部１２は、矩形状の記録素子基板３の長側面（第２の側面）３ｂのうち短側面（第１の側面）３ａとの交差部３ｃに隣接する端部に対向して配置されている。記録素子基板３の短側面３ａに隣接する端部には、記録素子基板３の接続端子３１と電気配線基板５のインナーリード５１との電気接続部が設けられており、したがって、壁部１２は、その電気接続部３１，５１に近接して配置されている。

また、支持部材２は、凹部２１の底面２３から突出する凸部１３を有している。凸部１３は、記録素子基板３の長側面３ｂに平行な方向において、記録素子基板３の交差部３ｃと壁部１２との間に配置され、したがって、壁部１２の電気接続部３１，５１に近接する一方の側面１２ａに対向して配置されている。換言すると、凸部１３は、壁部１２の一方の側面１２ａと、記録素子基板３の長側面３ｂと、それに対向する凹部２１の側面２４とで囲まれた隙間（第１の隙間領域）Ｓ１に配置されている。詳細は後述するが、この隙間Ｓ１には、電気接続部３１，５１を封止する第１の封止材８が充填されるが、凸部１３は、その第１の封止材８がニードル９から吐出される際に表面張力により球状化したまま充填されることを抑制するために設けられている。すなわち、凸部１３は、ニードル９から吐出される第１の封止材８に接触してその表面張力を壊し、第１の封止材８からなる球体を破壊して隙間Ｓ１の隅々にまで行き渡らせるために設けられている。そのため、凸部１３は、第１の封止材８からなる球体を確実に破壊するために、その先端径（先端の直径または凹部２１の底面２３に平行な方向における最大幅）が第１の封止材８を吐出するニードル９の内径よりも小さいことが好ましい。本実施形態で使用する封止材は、例えば、粘度が４０Ｐａ・ｓ（２５℃）、チクソ性が１．０（２５℃）、ゲル化時間が９０ｓ（１５０℃）である。その場合、ニードルの内径を０．６１ｍｍ（外径を０．９１ｍｍ）とすると、凸部１３は、一例として、断面が０．２ｍｍ×０．２ｍｍの四角柱である。

次に、図４および図５を参照して、本実施形態の液体吐出ヘッドの製造方法のうち、記録素子基板と電気配線基板を支持部材に接合する接合工程から、電気接続部を封止する封止工程までについて説明する。図４（ａ）から図４（ｅ）は、本実施形態の接合工程から封止工程の各段階を示す平面図であり、図３（ａ）に対応する図である。図５（ａ）から図５（ｃ）は、本実施形態の封止工程の各段階を示す、図４（ｄ）のＡ－Ａ線に沿った断面図である。なお、以下でも、第２の記録素子基板に関する接合工程および封止工程の説明は省略し、第１の記録素子基板に関する接合工程および封止工程のみ説明する。

まず、図４（ａ）に示すように、壁部１２と凸部１３が凹部２１内に形成された支持部材２を準備する。なお、支持部材２には、記録素子基板３に液体を供給するための流路１１も形成されている。
次に、図４（ｂ）に示すように、凹部２１の底面２３に、流路１１の開口部の周縁部に沿って熱硬化型の接着剤７を塗布する。そして、記録素子基板３に形成された液体供給路（図示せず）の位置を支持部材２の流路１１の位置に合わせ、記録素子基板３を加熱しながら支持部材２に貼り合わせる。こうして、図４（ｃ）に示すように、記録素子基板３は凹部２１に収容されて支持部材２に接合される。
次に、支持部材２の接合面２０に、記録素子基板３を接合したのとは別の熱硬化型の接着剤（図示せず）を塗布し、加熱圧着により電気配線基板５を支持部材２に接合する。そして、図４（ｄ）に示すように、記録素子基板３の接続端子３１と電気配線基板５のインナーリード５１とを加熱超音波接合により接続し、記録素子基板３と電気配線基板５とを電気的に接続する。

次に、図４（ｄ）中の点線で示す位置に、凸部１３からその先端を所定の距離（例えば、凸部１３の高さ方向に１ｍｍ）だけ離してニードル９（図４（ｄ）には図示せず）を配置し、熱硬化型の熱硬化型の樹脂からなる第１の封止材８を隙間Ｓ１に注入する。なお、このときの注入量は、電気接続部３１，５１を封止するための隙間を第１の封止材８で確実に充填するために、後述するように必要最低限の量よりも多い量である。ニードル９から吐出された第１の封止材８は、表面張力により球状化するが、図５（ａ）に示すように凸部１３に接触することで、その表面張力は壊され、第１の封止材８からなる球体は破壊される。これにより、第１の封止材８は、図５（ｂ）に示すように、凸部１３の周囲に流れ落ち、隙間Ｓ１の隅々にまで行き渡ると、インナーリード５１の下側の隙間Ｓ２に流れ込む。そして、その隙間Ｓ２が第１の封止材８でほぼ充填されると、図５（ｃ）に示すように、メニスカスが形成されるまで第１の封止材８は隙間Ｓ１に充填される。こうして、第１の封止材８は、図４（ｅ）に示すように、凸部１３が形成された隙間Ｓ１から、インナーリード５１の下側の隙間、すなわち、記録素子基板３の短側面３ａとそれに対向する凹部２１の側面２４との隙間（第２の隙間領域）Ｓ２にかけて充填される。
その後、インナーリード５１の上からそれを覆うように、熱硬化型の樹脂からなる第２の封止材（図示せず）を塗布する。そして、支持部材２を一定時間高温に保持し、接着剤７、第１の封止材８、および第２の封止材を熱硬化させることで、電気接続部３１，５１が第１の封止材８と第２の封止材で封止されて液体や外力から保護される。

このように、本実施形態では、ニードル９から吐出される第１の封止材８に凸部１３が接触してその表面張力を壊し、第１の封止材８からなる球体を破壊することで、隙間Ｓ１の隅々にまで第１の封止材８を行き渡らせることができる。そのため、例えば、長期間の信頼性を確保する封止材として比較的粘度の高いものが本発明者らにより見出されているが、そのような比較的粘度の高い封止材であっても、電気接続部３１，５１を封止するための細かな隙間にも確実に充填することができる。また、本実施形態では、壁部１２が設けられていることで、隙間Ｓ１に注入された第１の封止材８が、記録素子基板３の長側面３ｂの方向に流れ込むことが抑制され、第１の封止材８の不要な広がりを抑制することもできる。
なお、本実施形態の封止工程では、第１の封止材８からなる球体が破壊されずに凸部１３の周囲にそのまま流れ落ちることを抑制するために、ニードル９の先端が凸部１３にできるだけ接近していることが好ましく、接触していることがより好ましい。一方で、ニードル９の先端を凸部１３に接近または接触させやすくするためには、凸部１３の高さをできるだけ高くすることも考えられる。ただし、支持部材２の接合面２０から突出するほどに凸部１３の高さが高くなりすぎると、液体吐出ヘッド１０と記録媒体との距離を大きくする必要が生じ、液滴の着弾精度の悪化が懸念される。そのため、凸部１３は、支持部材２の接合面２０から突出しないことが好ましく、すなわち、その高さが凹部２１の深さよりも小さいことが好ましい。

図６（ａ）から図６（ｆ）のそれぞれの上図は、本実施形態の凸部の変形例を示す平面図であり、それぞれの下図は、その側面図である。
凸部１３の形状は、ニードル９から吐出される第１の封止材８からなる球体を破壊することができれば、上述した四角柱に限定されるものではない。例えば、凸部１３は、図６（ａ）に示すように円柱状であってもよく、図６（ｂ）に示すように他の角柱状であってもよく、図６（ｃ）に示すように円錐台状であってもよく、図６（ｄ）および図６（ｅ）に示すように角錐台状であってもよい。あるいは、凸部１３は、図６（ｆ）に示すように、先端に向かって断面積が小さくなる十字柱状であってもよい。

最後に、具体例を挙げて、第１の封止材８の注入量の設定方法について説明する。
第１の封止材８の注入量は、隙間Ｓ２の容積に基づいて算出した必要最低限な充填量と、当該隙間Ｓ２に封止材を確実に充填するための余分量との和として決定される。充填量は、公称寸法から算出した隙間Ｓ２の容積に寸法公差を考慮した補正係数を乗じた値（補正容積）と、使用する封止材の比重（密度）とから算出される。余分量は、隙間Ｓ１を充填するために必要な封止材の注入量に加え、使用する封止材の塗布量のばらつきなどの工程能力から算出される。なお、隙間Ｓ１を充填するための封止材の注入量は、隙間Ｓ２の場合と同様に、隙間Ｓ１の補正容積と、使用する封止材の比重（密度）とから算出される。
例えば、公称寸法から算出した隙間Ｓ２の容積を２．５ｍｍ^３とし、寸法公差を考慮した補正係数を１．２とすると、補正容積は２．５×１．２＝３．０ｍｍ^３になる。また、使用する封止材の密度を１．７ｇ／ｃｍ^２とすると、１つの電気接続部に対して必要最低限な充填量は５．１ｍｇになる。ただし、本実施形態では、１つの電気接続部３１，５１に対する注入箇所として、２つの隙間Ｓ１が設けられているため、１箇所あたりの充填量は２．５５ｍｇになる。そして、それぞれの注入箇所における余分量を８．０ｍｇとすると、１箇所あたりの第１の封止材８の注入量は、２．５５ｍｇ＋８．０ｍｇ＝１０．５５ｍｇに設定される。

２ 支持部材
３ 第１の記録素子基板
５ 電気配線基板
８ 第１の封止材
１２ 壁部
１３ 凸部
２１ 凹部

Claims (11)

1. 液体を吐出する記録素子基板と、前記記録素子基板に電気的に接続された電気配線基板と、前記記録素子基板を収容する凹部を有する支持部材と、前記記録素子基板と前記電気配線基板との電気接続部を封止する封止材と、を有する液体吐出ヘッドであって、
   前記支持部材が、前記凹部の側面から前記記録素子基板に向かって突出する壁部と、前記凹部の底面から突出する凸部とを有し、
   前記壁部は、前記記録素子基板の端部に設けられた前記電気接続部に近接して配置され、前記凸部は、前記壁部の前記電気接続部に近接する一方の側面と、前記記録素子基板の側面と、前記凹部の側面とで囲まれた第１の隙間領域に配置され、
   前記封止材は、前記凸部の周囲を埋めるように前記第１の隙間領域に充填されている、液体吐出ヘッド。
2. 前記記録素子基板は、前記電気接続部が設けられた前記端部に隣接する第１の側面と、前記第１の側面と交差する第２の側面とを有し、前記壁部は、前記記録素子基板の前記第２の側面に対向して配置され、前記第１の隙間領域は、前記壁部の前記一方の側面と、前記記録素子基板の前記第２の側面と、前記第２の側面に対向する前記凹部の側面とで囲まれた領域である、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記封止材は、前記第１の隙間領域から、前記記録素子基板の前記第１の側面と該第１の側面に対向する前記凹部の側面との間の第２の隙間領域にかけて充填されている、請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記凸部は、前記記録素子基板の前記第２の側面に平行な方向において、前記第２の側面と前記第１の側面との交差部と、前記壁部との間に配置されている、請求項２または３に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記凸部の高さは、前記凹部の深さよりも小さい、請求項１から４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記凸部は、円柱状または角柱状に形成されている、請求項１から５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記凸部は、円錐台状または角錐台状に形成されている、請求項１から５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
8. 前記凸部は、先端に向かって断面積が小さくなる十字柱状に形成されている、請求項１から５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
9. 液体を吐出する記録素子基板と、前記記録素子基板に電気的に接続された電気配線基板と、前記記録素子基板を収容する凹部を有する支持部材と、前記記録素子基板と前記電気配線基板との電気接続部を封止する封止材と、を有し、前記支持部材が、前記凹部の側面から前記記録素子基板に向かって突出する壁部を有し、前記壁部は、前記記録素子基板の端部に設けられた前記電気接続部に近接して配置されている、液体吐出ヘッドの製造方法であって、
   前記記録素子基板を前記凹部に収容して前記電気配線基板に電気的に接続した後、前記電気接続部を前記封止材で封止する工程と、
   前記記録素子基板を前記凹部に収容する前に、前記支持部材に、前記凹部の底面から突出する凸部を形成する工程と、を含み、
   前記凸部を形成する工程が、前記記録素子基板が前記凹部に収容された状態で、前記壁部の前記記録素子基板に近接する一方の側面と、前記記録素子基板の側面と、前記凹部の側面とで囲まれた隙間領域に前記凸部が配置されるように、前記凸部を形成することを含み、
   前記電気接続部を封止する工程が、前記封止材が前記凸部に接触して周囲に流れ落ちるように、前記隙間領域に前記封止材を注入することを含む、液体吐出ヘッドの製造方法。
10. 前記封止材を注入する工程が、前記封止材を吐出するニードルの先端を前記凸部に接触させながら、前記封止材を注入することを含む、請求項９に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
11. 前記凸部を形成する工程が、前記封止材を吐出するニードルの内径よりも前記凸部の先端径が小さくなるように、前記凸部を形成することを含む、請求項９または１０に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。

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