JP2023071362A - 液体吐出ヘッドと液体吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電気接続部の信頼性低下を抑制することができる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】屈曲することで設けられた屈曲部９が有するひさし部７で電気接続部の封止材５を覆う。【選択図】図２

Description

本発明は、液体を吐出する液体吐出ヘッドと液体吐出ヘッドの製造方法に関する。

特許文献１には、電気接続部の封止材の上にフィルムを貼り合わせることで、封止剤の盛り上がりを防ぎ、吐出不良の発生を抑制することが記載されている。

特開２００６－２８９９１９号公報

しかし、フィルムは剛性が高くないことから、封止材の硬化時の熱収縮によりフィルムが封止材液面に合わせて凹んだり、沈んだりする。その結果、フィルムが記録素子基板と電気配線基板とを接続するワイヤに干渉し、損傷のきっかけとなり電気接続部の信頼性低下を招く虞がある。

よって本発明は、電気接続部の信頼性低下を抑制することができる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、第１電極パッドを備え、液体を吐出する記録素子基板と、前記第１電極パッドとワイヤによって電気的に接続される第２電極パッドを備えた電気配線基板と、前記記録素子基板と前記電気配線基板とを支持する支持部材と、前記第１電極パッドと前記第２電極パッドとの接続部である電気接続部を封止する封止材と、前記支持部材に支持される支持部と、前記支持部と隣接し、前記電気接続部を覆うひさし部を有した屈曲した屈曲部と、を備えた保護部材と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、電気接続部の信頼性低下を抑制することができる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。

液体吐出ヘッドを示した図である。 支持部材に接着される保護部材を示した図である。 封止材による記録素子基板の周囲への封止を工程順に示した図である。 液体吐出ヘッドを示した図である。 封止材による記録素子基板の周囲への封止を工程順に示した図である。 液体吐出ヘッドを示した図である。 図６のVII-VIIにおける断面図である。 液体吐出ヘッドを示した図である。 液体吐出ヘッドを示した図である。

（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は、本実施形態を適用可能な液体吐出ヘッド１０を示した図である。図１（ａ）は、液体吐出ヘッド１０の斜視図であり、図１（ｂ）は、液体吐出ヘッド１０の上面図であり、図１（ｃ）は、保護部材４を支持部材３に接着する工程を示した図である。図１（ｄ）は、加熱圧着ブロックによって加熱圧着される保護部材４を示した図である。液体吐出ヘッド１０は、記録素子基板１と、電気配線基板２と、記録素子基板１を支持する支持部材３と、保護部材４と、封止材５とを備えている。記録素子基板１と電気配線基板２とは、支持部材３に接着されており支持部材３に支持されている。記録素子基板１の不図示の電極パッドと電気配線基板２の不図示の電極パッドとは、ワイヤ６により電気的に接続されている。記録素子基板１は、不図示の複数の吐出口を備えており、電気配線基板２からの信号に基づいて吐出口から液体を吐出する。

記録素子基板１と電気配線基板２との電気接続部および記録素子基板１の周囲は、封止材５によって封止されている。記録素子基板１と電気配線基板２との電気接続部が封止材５によって封止されることで、電気接続部のワイヤ６も封止材５によって包埋されるよう封止されている。

保護部材４は、支持部材３に支持される支持部と、支持部と隣接し、屈曲することで電気接続部を覆うひさし構造を有する屈曲部と、を備えている。保護部材４の支持部は、支持部材３に電気配線基板２を介して接着剤で固定されている。保護部材４には、記録素子基板１と対応する部分が矩形に切り抜かれており、記録素子基板１と干渉しないように矩形の穴（切り抜き部）が設けられている。

ここで、液体吐出ヘッド１０の製造方法について工程順に説明する。まず、記録素子基板１を準備し、支持部材３に記録素子基板１を固定するための接着剤を塗布し、位置合わせした記録素子基板１を支持部材３に荷重をかけて貼り合わせる。次に、記録素子基板１と同様に、電気接続基板２を支持部材３に貼り合わせる。記録素子基板１、電気配線基板２ともに、接着剤は加熱硬化型のエポキシ系樹脂を採用し、荷重をかけ接着剤を薄く潰し拡げた状態で、加熱することで硬化させる。記録素子基板１、電気配線基板２を貼り付ける支持部材３は、それらを貼り合わせることができるサイズであれば形状、大きさに制約は特になく、材質もセラミック、樹脂、金属など幅広く選択は可能である。本実施形態では加熱硬化型接着剤採用するため、耐熱性と熱線膨張の小さいアルミナ製のプレートを採用している。

次に、記録素子基板１と電気配線基板２とをワイヤ６で電気接続する。接続方式としてはワイヤーボンディングを採用している。ワイヤーボンディングでは、ワイヤ６がループ形状を描きながら記録素子基板１と電気配線基板２とのそれぞれの電極パッドに接続する。ワイヤ６のループの登頂は、記録素子基板１の電極パッドから約０．１ｍｍの高さであり、高さ約０．１ｍｍのループによって記録素子基板１の電極パッドと電気配線基板２の電極パッドとが電気接続されている。

その後、記録素子基板１と電気配線基板２とを接着した支持部材３に接着剤を塗布した後、保護部材４を当接させ荷重をかけることで、保護部材４を接着固定する。接着剤には加熱硬化型のエポキシ系樹脂を採用しており、保護部材４には、支持部材３と同様に耐熱性と熱線膨張係数の小さいアルミナ製プレートを採用し、保護部材４から加熱ブロックで熱を加え接着剤を硬化している（図１（ｃ）参照）。保護部材４の接着後、電気接続部を含めた記録素子基板１の周囲を封止材５で封止する。

図２（ａ）は、支持部材３に接着される保護部材４を示した図であり、図２（ｂ）は、図１（ｂ）のIIｂ－IIｂにおける断面図である。保護部材４は薄いプレート状であり、前述の通り矩形の穴を備えており、矩形の穴の記録素子基板１の接続部と対応する一辺には、天面の下部に空間が設けられたひさし部７が設けられている。保護部材４は、支持部材３に支持される支持部８と、支持部８と隣接し屈曲した屈曲部９とを備えている。なお図中の一点鎖線は実際には存在しない線であるが、支持部８と屈曲部９とを分かり易くするために描いている。ひさし部７は、保護部材４の屈曲部９の一部であり、支持部材３に保護部材４の支持部８が接着された際に、記録素子基板１と電気配線基板２との電気接続部を覆うように設けられている（覆設されている）。記録素子基板１の周囲が封止材５で封止されると、ひさし部７の下部の空間には封止材５が流れ込む（図２（ｂ）参照）。

以下、封止材５による封止について説明する。

図３（ａ）、（ｂ）は、封止材５による記録素子基板１の周囲への封止を工程順に示した図である。封止材５による封止では、図３（ａ）に示すように、保護部材４と記録素子基板１との隙間に、記録素子基板１の所定の３辺に沿ってニードルによってディスペンサを用いて封止材５を充填する。ここで、記録素子基板１の所定の３辺とは、記録素子基板１における電極パッドが設けられていない３辺である。充填時には、記録素子基板１や保護部材４に封止材５が乗り上げないように、記録素子基板１と保護部材４との間に満遍なく充填する。その後、充填された封止材５の一部が、記録素子基板１の封止材５を充填しなかった１辺に沿ってひさし部７の下部に流れ込み、記録素子基板１と電気配線基板２との電気接続部を封止材５が覆う。

封止材５にはインクへの耐性があり、かつ流動性のよい材料、かつ硬化可能な材料を選定する必要がある。例えばエポキシ樹脂、アクリル樹脂などが挙げられる。本実施形態では熱硬化性のエポキシ樹脂を採用する。熱硬化性樹脂のため、封止材５の硬化反応温度以下の熱をかけることで軟化し粘度が下がり、また硬化剤が反応する温度以上の熱を加えることで硬化する特徴を持つ。硬化反応温度以下の温度で封止材５を加熱することにより軟化し粘度が下がり流動性がよくなる。これにより、ひさし部７の下部の記録素子基板１と電気配線基板２との接続部に封止材５が流れ込み、ワイヤーボンディングされたワイヤ６を包埋することができる（図３（ｂ）参照）。

本実施形態で採用する封止材５は、常温下では粘度４０Ｐａ・ｓだが、記録素子基板１に封止材５を充填し流し込ませる際には、封止材５および支持部材３に５５℃程度の熱を加え、封止材５の粘度を約５Ｐａ・sまで低粘度化させ、充填および流し込みを行う。この場合、流れ込みに要する時間は約１０分程度となる。

なお、保護部材４の材料やひさし部７の厚さの選定は、使用する封止材５の量や種類によって適宜設定することが好ましい。

封止材５の硬化の際には熱収縮が生じるが、アルミナ製プレートの保護部材４は、封止材５の液面に合わせて凹んだり、沈んだりすることなく電気接続部の封止材５を覆っている。保護部材４の屈曲部９を屈曲構造によるひさし構成とすることで、ひさし構造をより強固にすることができ、封止材５の硬化時の収縮に対してもひさし部７が変形することなく、電気接続部の封止材５を覆っている。

このように、封止材が硬化時に収縮しても変形することが無い、屈曲構造によるひさし部７で電気接続部の封止材５を覆う。これにより、ワイヤ６と干渉して損傷させることを抑制し、電気接続部の信頼性低下を抑制することができる。また、保護部材４が電気接続部を覆っていることにより、電気接続部をインクの浸透から保護することが可能となり、さらには外的衝撃からの保護機能も向上する、高い信頼性を有する液体吐出ヘッド１０を提供することができる。

（第２の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第３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説明する。

図４は、本実施形態における液体吐出ヘッド２０を示した図であり、図５（ａ）、（ｂ）は、封止材５による記録素子基板１の周囲への封止を工程順に示した図である。本実施形態における液体吐出ヘッド２０では、ひさし部７を電気接続部の直上部のみ（電気接続部の真上）に限定している。また、ひさし部７を電気接続部の直上部に限定した分、ニードルによって封止材５を充填する部分を増やしている（図５（ａ）参照）。このように、ひさし部７を電気接続部の直上部に限定することで、封止材５を充填する範囲を増やし、封止材５が流れ込みによって封止する部分も電気接続部に限定され短くなる。その結果、ひさし部７の下部の電気接続部への封止材５の流れ込みに要する時間を短くすることができ、生産性を向上することができる。

（第３の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第３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説明する。

図６は、本実施形態における液体吐出ヘッド３０を示した図であり、図７は、図６のVII-VIIにおける断面図である。上記各実施形態のように、電気接続部への封止材５の流れ込みの際に、電気接続部の両側から封止材５を流し込むと、空気が両側から挟み込まれて逃げづらくなり、流れ込みに時間を要することがある。

そこで、本実施形態における液体吐出ヘッド３０は、ひさし部７を貫通しており空気が逃げる長穴３１を設けている。長穴３１を設けることで、封止材５が電気接続部に流れ込む際に、長穴３１から空気が逃げることで（図７参照）、空気による流抵抗が少なくなり、流れ込みに要する時間が短くなり、生産性を向上することができる。なお、図７では長穴３１を１つ設けた例を示しているが、これに限定するものでなく、１つの円形穴や、複数の長穴、複数の円形穴が設けられていてもよい。

（第４の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第４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説明する。

図８は、本実施形態における液体吐出ヘッド４０を示した図である。本実施形態における液体吐出ヘッド４０は、複数の記録素子基板１を備えている。このような複数の記録素子基板１に対応して、保護部材４は、それぞれが電気接続部を覆う複数のひさし部７を備えていてもよい。

（第５の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第５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説明する。

図９は、本実施形態における液体吐出ヘッド５０を示した図である。上記第４の実施形態における構成では、記録素子基板１の間に電気配線基板２を設ける必要があり、電気配線基板２の分だけ記録素子基板１同士の距離を離さなければならなかった。

そこで、本実施形態における液体吐出ヘッド５０では、記録素子基板１を左右対称の線対称に設け、電気配線基板２をそれぞれ記録素子基板１の外側に配置させ、記録素子基板１同士の距離を近づけた構成としている。このように左右対称の線対称に設けられた記録素子基板１に対応して、保護部材４は、電気接続部に対応した左右対称の線対称のひさし部７を備えていている。これによって、記録素子基板１同士の距離が短くなり、装置の小型化や印刷速度の高速化を実現することができる。

なお、上記各実施形態は、適宜組み合わせて実施してもよい。例えば、第１の実施形態のように電気接続部およびその両側を覆うひさし部７に、第３の実施形態のような長穴３１を設けてもよい。また、第４の実施形態のように複数の記録素子基板１を備えた液体吐出ヘッド４０において、それぞれが電気接続部を覆う複数のひさし部７が第３の実施形態のような長穴３１を設けてもよい。また、第２の実施形態のようなひさし部７の形状を第４の実施形態、第５の実施形態に適用してもよい。

１ 記録素子基板
２ 電気配線基板
３ 支持部材
４ 保護部材
５ 封止材
６ ワイヤ
７ ひさし部
８ 支持部
９ 屈曲部
１０ 液体吐出ヘッド
３１ 長穴

Claims (13)

1. 第１電極パッドを備え、液体を吐出する記録素子基板と、
   前記第１電極パッドとワイヤによって電気的に接続される第２電極パッドを備えた電気配線基板と、
   前記記録素子基板と前記電気配線基板とを支持する支持部材と、
   前記第１電極パッドと前記第２電極パッドとの接続部である電気接続部を封止する封止材と、
   前記支持部材に支持される支持部と、前記支持部と隣接し、前記電気接続部を覆うひさし部を有した屈曲した屈曲部と、を備えた保護部材と、
   を備えたことを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記保護部材は、前記記録素子基板と対応する切り抜き部を備えており、前記保護部材が前記記録素子基板の周囲に設けられてい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. 前記封止材は、前記記録素子基板の周囲を封止してい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. 前記封止材は、熱硬化性樹脂であ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. 前記保護部材は、その一部が前記電気配線基板を介して、前記支持部材に支持されてい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. 前記ひさし部は、前記電気接続部の真上で覆ってい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. 前記ひさし部は、前記ひさし部を貫通する穴を備えていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
8. 前記穴は長穴であることを特徴とする請求項７に記載の液体吐出ヘッド。
9. 複数の前記記録素子基板を備えていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
10. 前記記録素子基板は、左右対称の線対称に設けられ、前記電気配線基板は、前記記録素子基板の外側に設けられていることを特徴とする請求項９に記載の液体吐出ヘッド。
11. 前記保護部材は、アルミナ製プレートであることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
12. 第１電極パッドを備えた記録素子基板を準備する工程と、
    第２電極パッドを備えた電気配線基板を準備する工程と、
    前記記録素子基板と前記電気配線基板とを支持部材で支持する支持工程と、
    前記第１電極パッドと前記第２電極パッドとをワイヤにて電気的に接続する接続工程と、
    前記接続工程で接続された前記第１電極パッドと前記第２電極パッドとの電気接続部を保護部材で覆う覆設工程と、
    前記電気接続部を封止材で封止する封止工程と、
    を有した液体吐出ヘッドの製造方法であって、
    前記保護部材は、前記支持部材に支持される支持部と、前記支持部と隣接し、前記電気接続部を覆うひさし部を有した屈曲した屈曲部と、を備えることを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
13. 前記封止工程では、前記記録素子基板の前記第１電極パッドが設けられていない辺に沿って前記封止材を充填することを特徴とする請求項１２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。

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