JP2854405B2 - 液体飛翔記録ヘッドユニット - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、インク等を用いた液体飛翔記録ヘッド、よ
り詳細には、ウエハプロセスを利用してインク飛翔部を
形成したようなインク飛翔記録ヘッド及びこのヘッドへ
画情報入力信号を駆動信号として導くためのプリント基
板等を搭載してなるノンインパクト記録のための液体飛
翔記録ヘッドユニットに関する。

従来の技術 ノンインパクト記録法は、記録時の騒音発生が無視で
きる程度に小さい点で、オフィス用等として注目されて
いる。その内、高速記録可能で、いわゆる普通紙に特別
の定着処理を要せずに記録できる、いわゆるインクジェ
ット記録法は極めて有力な方法であり、従来から種々の
方式が提案され、又は既に製品化されて実用されてい
る。

このようなインクジェット記録法は、いわゆるインク
と称される記録液体の小滴を飛翔させ、被記録体に付着
させて記録を行うもので、記録液体の小滴の発生法及び
小滴の飛翔方向を制御するための制御方法により、幾つ
かの方式に大別される。

第１の方式は、例えば米国特許第3060429号明細書に
開示されているものである。これは、Tele type方式と
称され、記録液体の小滴の発生を静電吸引的に行い、発
生した小滴を記録信号に応じて電界制御し、被記録体上
にこの小滴を選択的に付着させて記録を行うものであ
る。

より詳細には、ノズルと加速電極間に電界をかけて、
一様に帯電した記録液体の小滴をノズルより吐出させ、
吐出した小滴を記録信号に応じて電気制御可能なように
構成されたxy偏向電極間を飛翔させ、電界の強度変化に
よって選択滴に小滴を被記録体上に付着させるものであ
る。

第２の方式は、例えば米国特許第3596275号明細書、
米国特許第3298030号明細書等に開示されているもので
ある。これは、Sweet方式と称され、連続振動発生法に
より帯電量の制御された記録液体の小滴を発生させ、こ
の帯電量の制御された小滴を、一様電界がかけられてい
る偏向電極間を飛翔させて、被記録体上に記録を行なわ
せるものである。

具体的には、ピエゾ振動素子の付設されている記録ヘ
ッドを構成する一部であるノズルのオリフィス（吐出
口）の前に記録信号が印加されるようにした帯電電極を
所定距離離間させて配置し、前記ピエゾ振動素子に一定
周波数の電気信号を印加することでピエゾ振動素子を機
械的に振動させ、オリフィスより記録液体の小滴を吐出
させる。この時、吐出する小滴には帯電電極により電荷
が静電誘導され、小滴は記録信号に応じた電荷量で帯電
される。帯電量の制御された小滴は、一定電界が一様に
かけられている偏向電極間を飛翔する時に、付加された
帯電量に応じて偏向を受け、記録信号を担う小滴のみが
被記録体上に付着することになる。

第３の方式は、例えば米国特許第3416153号明細書に
開示されているものである。これは、Hertz方式と称さ
れ、ノズルとリング状の帯電電極間に電界をかけ、連続
振動発生法によって、記録液体の小滴を発生霧化させて
記録させる方式である。即ち、ノズルと帯電電極間にか
ける電界強度を記録信号に応じて変調することにより小
滴の霧化状態を制御し、記録画像の階調性を出して記録
させるものである。

第４の方式は、例えば米国特許第3747120号明細書に
開示されているものである。これは、Stemme方式と称さ
れ、第１〜３の方式のは根本的に原理が異なるものであ
る。即ち、第１〜３の方式が、何れもノズルより吐出さ
れた記録液体の小滴を、飛翔している途中で電気的に制
御し、記録信号を担った小滴を選択的に被記録体上に付
着させて記録を行わせるのに対し、このStemme方式で
は、記録信号に応じて吐出口より記録液体の小滴を吐出
飛翔させて記録するものである。

つまり、Stemme方式は、記録液体を吐出する吐出口を
有する記録ヘッドに付設されているピエゾ振動素子に、
電気的な記録信号を印加してピエゾ振動素子の機械的振
動に変え、この機械的振動に従い吐出口より記録液体の
小滴を吐出飛翔させて被記録体に付着させるものであ
る。

これらの４方式は、各々に特長を有するが、同時に、
解決すべき課題点もある。

まず、第１〜第３の方式は、記録液体の小滴を発生さ
せるための直接的エネルギーが電気的エネルギーであ
り、かつ、小滴の偏向制御も電界制御による。よって、
第１の方式は、構成上はシンプルであるが、小滴の発生
に高電圧を要し、かつ、記録ヘッドのマルチノズル化が
困難で高速記録には不向きである。

第２の方式は、記録ヘッドのマルチノズル化が可能で
高速記録に向くが、構成上複雑であり、かつ、記録液体
の小滴の電気的制御が高度で困難であり、被記録体上に
サテライトドットが生じやすい。

第３の方式は、記録液体の小滴を霧化することにより
階調性に優れた記録が可能ではあるが、他方、霧化状態
の制御が困難である。また、記録画像にカブリが生ずる
とか、記録ヘッドのマルチノズル化が困難で高速記録に
は不向きであるといった欠点がある。

一方、第４の方式は、比較的多くの利点を持つ。ま
ず、構成がシンプルである。また、オンデマンドで記録
液体をノズルの吐出口より吐出させて記録を行うため
に、第１〜第３の方式のように吐出飛翔する小滴の内、
画像記録に要しなかった小滴を回収する必要がない。ま
た、第1,2の方式のように、導電性の記録液体を使用す
る必要はなく、記録液体の物質上の自由度が大きいとい
った利点を持つ。しかし、反面、記録ヘッドの加工上に
問題がある、所望の共振周波数を有するピエゾ振動素子
の小型化が極めて困難である等の理由から、記録ヘッド
のマルチノズル化が難しい。また、ピエゾ振動素子の機
械的振動という機械的エネルギーによって記録液体の小
滴の吐出飛翔を行わせるので、上記のマルチノズル化の
困難さと相俟って、高速記録には不向きなものとなって
いる。

このように、従来法には、構成上、高速記録上、記録
ヘッドのマルチノズル化上、サテライトドットの発生及
び記録画像のカブリ発生等の点において、一長一短があ
り、その長所が発揮される用途にしか適用し得ないとい
う制約を受けるものである。

しかし、このような不都合も本出願人により提案され
た特公昭56−9429号公報に開示のインクジェット記録方
式によればほぼ解消し得る。これは、液室内のインクを
加熱して気泡を発生させて、インクに圧力上昇を生じさ
せ、微細な毛細管ノズルからインクを飛び出させて記録
させるものである。

その後、この原理を利用した多くの提案がなされてい
る。その内、例えば特開昭60−2626587号公報、或いは
特開昭62−152864号公報に示される発明がある。これ
は、コスト削減、歩留まり向上を図ったものである。

発明が解決しようとする課題 しかし、これらの公報中に詳述されていないものの、
上記特開昭60−262657号公報中の第４図及び第７図、或
いは上記特開昭62−152864号公報中の第９図を見ると、
まだ、解決すべき課題がある。即ち、これらの公報に示
されている液体噴射記録ヘッドは、IC,LSIなどの半導体
工業分野で広く知られている、いわゆるウエハプロセス
によって製造されており、微細なパターン配列が可能と
なっている。しかし、上記図面中に示されるように、こ
れらの技術では、ウエハプロセスによって製造された記
録ヘッド基板と、この記録ヘッド基板上の電気熱変換体
を駆動するための電気信号を供給するための配線板と
が、各々のワイヤボンディングパッド部が同じ配列密度
で形成されて互いにボンディングワイヤによって接続さ
れている。一般に、配線板（プリント基板）のパッド部
の配列密度は、その製造方法故に、ウエハプロセスによ
って形成されるパターン程に微細にすることは困難であ
る。現状では、最小ピッチのものでも1mm当り８〜10本
程度でパッド部及び対応する電極パターンを配列形成す
るのが限界である。よって、上記公報に図示された例か
ら判断すると、記録ヘッドのパッド部はプリント基板側
のパッド部の配列密度に一致するように制約を受けて形
成されたものとなり、ウエハプロセス本来の利点である
微細パターンによる高密度配列及びチップの小型化が損
なわれてしまうものである。

課題を解決するための手段 複数個の記録液飛翔部と各記録液飛翔部に導通させた
駆動用の制御電極とこれらの制御電極に外部信号を導く
ための複数個のチップ側パッド部とをウエハプロセスに
より形成した１枚のヘッドチップと、前記チップ側パッ
ド部に対応する複数個の基板側パッド部を有する１枚の
プリント基板とを共通の支持基体に搭載し、対応する各
チップ側パッド部と基板側パッド部との間をボンディン
グワイヤにより接続するようにした液体飛翔記録ヘッド
ユニットにおいて、前記チップ側パッド部の配列ピッチ
を前記基板側パッド部の配列ピッチより小さくして、こ
れらの前記チップ側パッド部と前記基板側パッド部とを
ともに列状に配列形成した。

また、対応する各チップ側パッド部と基板側パッド部
との間を接続するボンディングワイヤの長さを接続すべ
き各パッド部間距離に応じて異ならせた。このとき、最
大ワイヤ長を最小ワイヤ長の10倍以下とした。

さらには、対応する各チップ側パッド部と基板側パッ
ド部との間を接続するボンディングワイヤの長さを、接
続すべき各パッド部の中心間距離よりも長くした。

作用 チップ側パッド部の配列ピッチを、基板側パッド部の
配列ピッチよりも小さくしたので、ヘッドチップ側は微
細形成の困難なプリント基板側の制約を受けることな
く、ウエハプロセスの特徴を活かして小型に形成でき、
高価な材料によるヘッドチップの低コスト化を図ること
ができる。

この際、ボンディングワイヤの長さを接続すべき各パ
ッド部間距離に応じて異ならせることにより、配列ピッ
チの違いに容易に対処できる。このとき、最大ワイヤ長
を最小ワイヤ長の10倍以下とし、又は、ボンディングワ
イヤの長さを、接続すべき各パッド部の中心間距離より
も長くしたので、ワイヤのたるみ、よじれないしは緊張
がなく、信頼性の高いワイヤボンディングとすることが
できる。

実施例 本発明の第一の実施例を第１図ないし第９図に基づい
て説明する。

本実施例は、インクジェットヘッドの一つであるバブ
ルジェットヘッドに適用したものであり、その構成及び
動作原理を第３図ないし第９図を参照して説明する。こ
のヘッドチップ１は第７図に示すように発熱体基板２上
に蓋基板３を重ねてなる。ここに、蓋基板３は第５図
（ａ）に示すように記録液体（インク）の流入口４が形
成されているとともに、裏返して示す第６図のようにオ
リフィス５を形成するための流路６が複数本形成されて
いる。前記流入口４は流路６に連なった液室７に連通し
ている。また、発熱体基板２上には第５図（ｂ）に示す
ように各オリフィス５に対応させた発熱体（ヒータ）８
が複数個形成され、各々個別に制御電極９に接続されて
いるとともに共通電極10に共通接続されている。

このようなヘッドチップ１構成において、バブルジェ
ットによるインク噴射は第３図に示すようなプロセスに
より行われる。まず、定常状態では同図（ａ）ｋに示す
ような状態にあり、オリフィス面でインク11の表面張力
と外圧とが平衡状態にある。ついで、ヒータ８が加熱さ
れ、その表面温度が急上昇し隣接インク層に沸騰現象が
起きるまで加熱されると同図（ｂ）に示すように、微小
な気泡12が点在する状態となる。さらに、ヒータ８全面
で急激に加熱された隣接インク層が瞬時に気化し、沸騰
膜を作り、同図（ｃ）に示すように気泡12が成長する。
この時、ノズル内の圧力は、気泡12の成長した分だけ上
昇し、オリフィス面での外圧とのバランスが崩れ、オリ
フィス５よりインク柱13が成長し始める。同図（ｄ）は
気泡12が最大に成長した状態を示し、オリフィス面より
気泡12の体積に相当する分のインク11が押出される。こ
の時、ヒータ８には既に電流が流れていない状態にあ
り、ヒータ８の表面温度は降下しつつある。気泡12の体
積の最大値は電気パルス印加のタイミングよりやや遅れ
たものとなる。やがて、気泡12はインク11などにより冷
却されて同図（ｅ）に示すように収縮し始める。インク
柱13の先端部では押出された速度を保ちつつ前進し、後
端部では気泡12の収縮に伴いノズル内圧の減少によって
オリフィス面からノズル内にインク11が逆流し、インク
柱13基部にくびれが生ずる。その後、同図（ｆ）に示す
ように気泡12がさらに収縮し、ヒータ８面にインク11が
接し、ヒータ８面がさらに冷却される。オリフィス面で
は外圧がノズル内圧より高い状態になるため、メニスカ
スが大きくノズル内に入り込んでくる。インク柱13の先
端部は液滴14となって記録紙（図示せず）の方向へ５〜
10m/secの速度で飛翔する。その後、同図（ｇ）に示す
ように毛細管現象によりオリフィス５にインク11が再び
供給（リフィル）されて同図（ａ）の定常状態に戻る過
程で、気泡12は完全に消滅する。

ここに、第７図及び第８図はこのような原理による液
体噴射記録ヘッドの要部構成をより具体的に示す典型例
である。第７図はヘッドチップ１をオリフィス５側から
見た正面詳細図であり、第８図はそのＡ−Ａ線断面図で
ある。このヘッドチップ１は、裏面に電気熱変換体20が
設けられた発熱体基板２上に、所定の線密度で所定の幅
と深さの溝とを所定数設けた溝付き板（蓋基板）３を発
熱体基板２を覆うように接合させることにより、液体を
飛翔させるためのオリフィス５を含む液吐出部21を形成
した構造とさている。液吐出部21はオリフィス５と電気
熱変換体20より発生される熱エネルギーが液体に作用し
て気泡を発生させ、その体積の膨張と収縮による急激な
状態変化を引き起こすことろとなる熱作用部22とを有す
る。熱作用部22は電気熱変換体20の熱発生部23の上部に
位置し、熱発生部23の液体と接触する面としての熱作用
面24をその底面としている。熱発生部23は、基板２上に
順次設けられた下部層25、発熱抵抗層（ヒータ）８及び
上部層（保護層）26により構成されている。発熱抵抗層
８には熱を発生させるためにこの発熱抵抗層８に通電す
るための電極9,10がその表面に設けられており、これら
の電極9,10間の発熱抵抗層８によって熱発生部23が形成
されている。電極９は各熱発生部23を選択して発熱させ
るための制御電極であって、液吐出部21の液流路に沿っ
て設けられ、電極10は各液吐出部21の熱発生部23に共通
の共通電極である。

保護層26は、熱作用部22においては発熱抵抗層８を使
用する液体から化学的、物理的に保護するために発熱抵
抗層８と液吐出部21の液流路を満たしている液体とを隔
絶するとともに、液体を通じて電極9,10間が短絡するの
を防止し、さらに隣接る電極間における電気的リークを
防止するためのものである。

各液吐出部21に設けられている液流路は、各液吐出部
21の上流において、液流路の一部を構成する共通液室
（図示せず）を介して連通されている。各液吐出部21に
設けられた電気熱変換体20に接続されている電極9,10
は、その設計上の都合により、上部層26に保護されて熱
作用部22の上流側において共通液室下を通るように設け
られている。

第９図は発熱抵抗体を用いた気泡発生手段の構造を示
すための詳細図である。図中、27は電源装置を示す。発
熱抵抗体８を構成する材料として、有用なものには、例
えばタンタル−SiO₂の混合物、窒化タンタル、ニクロ
ム、銀−パラジウム合金、シリコン半導体、或いはハフ
ニウム、ランタン、ジルコニウム、チタン、タンタル、
タングステン、モリブデン、ニオブ、クロム、バナジウ
ム等の金属の硼化物が挙げられる。これらの発熱抵抗体
８を構成する材料の内、特に金属硼化物が好ましく、そ
の中でも、特に特性の優れた順に列記すると、硼化ハフ
ニウム、硼化ジルコニウム、硼化ランタン、硼化タンタ
ル、硼化バナジウム、硼化ニオブの順となる。発熱抵抗
体８はこのような材料を用いて、電子ビーム蒸着やスパ
ッタリング等の手法を用いて形成することができる。発
熱抵抗体８の膜厚は、単位時間当りの発熱量が所望通り
となるように、その面積、材質及び熱作用部分の形状及
び大きさ、さらには、実際面での消費電力等に従って決
定されるが、通常の場合、0.001〜５μｍ、好ましくは
0.01〜１μｍとされる。

電極9,10を構成する材料としては、通常使用されてい
る電極材料の多くのものが有効に使用され、具体的に
は、例えばAl,Ag,Au,Pt,Cu等が挙げられ、これらを使用
して蒸着等の手法で所定位置に、所定の大きさ、形状、
厚さで設けられる。保護層26に要求される特性は、発熱
抵抗体８で発生した熱を記録液体（インク11）に効果的
に伝達することを妨げず、記録液体より発熱抵抗体８を
保護することである。このような保護層26を構成する材
料として有用なものに、例えば酸化シリコン、窒化シリ
コン、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化タン
タル、酸化ジルコニウム等が挙げられる。これらは電子
ビーム蒸着やスパッタリング等の手法を用い形成するこ
とができる。保護層26の膜厚は、通常は0.01〜10μｍ、
好ましくは0.1〜５μｍ（最適には、0.1〜３μｍ）とさ
れる。

このように、本発明が適用されるインクジェット記録
用のヘッドチップ１は、IC,LSI等の半導体工業分野で広
く知られている、いわゆるウエハプロセスによって製造
される。従って、微細なパターン配列が可能で、高密度
配列、高集積化されたヘッドチップ１を容易に製造でき
る。ところで、上述したような微細パターンが形成され
る発熱体基板２は、その熱的特性から材料としては熱伝
導率の高いシリコンウエハ、或いはアルミナ等のセラミ
ックが好適に用いられており、これらの材料は材料コス
トが高いので、できるだけ小さいチップとして同一ウエ
ハから多数のヘッドチップがとれるように設計すること
が望ましい。一方、このようなヘッドチップ１を実際に
駆動させるためには、各々の記録液飛翔部（ここでは、
電気熱変換体ないしは発熱抵抗体によるヒータ部８）に
駆動信号を供給するためのプリント基板が必要である。
このようなプリント基板はヘッドチップ１とともに、こ
れらを保持する共通の支持基体上に搭載され、ヘッドチ
ップ１とプリント基板との間のボンディングパッド部は
互いにボンディングワイヤにより接続されて、ヘッドユ
ニットを構成することになる。本実施例は、このような
ボンディング方式について工夫したものである。

第１図及び第２図に基づいて、本実施例のボンディン
グ方式を説明する。まず、第２図はヘッドユニット全体
の概略を示すものであり、第４図等に図示したヘッドチ
ップ１はプリント基板31とともに、共通の支持基体32上
に隣接状態で搭載されている。支持基体32はヘッドチッ
プ１より発生する熱を効率よく逃がすような構造、材料
とされている。これは、ヘッドチップ１の熱によりイン
ク物性（粘度、表面張力等）が変化すると、インク飛翔
特性も変化し、画質を乱すことになるからである。具体
的には、支持基体32としてはアルミニウム又はアルミニ
ウム合金のように熱伝導率の高い金属板が用いられる。
また、空気中に対して放熱作用が効率よく行われるよう
に空気に触れる領域を大きくした構造とされている。例
えば、支持基体32の裏面に溝加工を行い空気に触れる面
積を増やしたり、或いは、ヒートシンクが付設されてい
る。もっとも、ヘッドチップ１の発熱抵抗体８の数が比
較的少ない場合（例えば、100個以下）には、単なるア
ルミニウム板又はアルミニウム合金板だけであっても、
自己放熱により実用上支障ないものとなる。

ここに、前記ヘッドチップ１の発熱体基板２にあって
は制御電極９が端部側まで引出し形成され、その端部は
チップ側パッド部33として列状に配列形成されている。
プリント基板31側にあっても前記各制御電極９に個別に
対応する基板側パッド部34が列状に配列形成されてい
る。さらに、これらのパッド部33,34間は対応する各パ
ッドがボンディングワイヤ35により接続されている。

第１図はこのようなボンディング領域のみを拡大抽出
して模式的に示すものである。図示のように、チップ側
パッド部33は配列ピッチPaで列状に配列され、基板側パ
ッド部34は配列ピッチPbで列状に配列され、互いに近傍
に位置するようにヘッドチップ１とプリント基板31とが
搭載される。ここに、配列ピッチPa,Pbは、Pa≠Pbでは
なく、Pa＜Pbとなるように設定されている。

この点について説明する。一般に、プリント基板31は
ガラスエポキシ樹脂等の材質よりなる基板上にスクリー
ン印刷などの方法によって、パッド部34等のパターンが
形成されている。つまり、プリント基板31の基板側パッ
ド部34は、ウエハプロセスによるヘッドチップ１のチッ
プ側パッド部33とは全くその製法が異なり、そのパター
ン配列密度を細かくすることは困難である。現状では、
従来例で説明したように、1mm当り８〜10本のパターン
配列が限界である。このようなことから、いま、ヘッド
チップ１におけるチップ側パッド部33の配列ピッチPa
を、プリント基板31の基板側パッド部34の配列ピッチPb
と同じ、又はそれ以上とすると（Pa≧Pb）、ヘッドチッ
プ１はそのチップ側パッド部33の配列方向の長さが必然
的にプリント基板31の基板側パッド部34の配列方向の長
さ以上となり、それに対応してヘッドチップ１自体も大
きくなってしまう。これでは、高価なシリコンウエハ等
を材料としているため、コスト的に非常に不利なものと
なってしまう。

しかるに、本実施例にあっては、Pa＜Pbとなるように
パッド部33,34を形成しているので、ヘッドチップ１側
にあってはウエハプロセスの特徴を活かしたままの微細
パターンとして作製すればよいものとなる。即ち、チッ
プ側パッド部33のパターン配列の細かさは、スクリーン
印刷等でパターニングされる基板側パッド部34のパター
ン配列に比して著しく小さいものとすることができる。
換言すれば、ヘッドユニットにおけるヘッドチップ１を
プリント基板31より非常に小さくすることができ、コス
ト的にも有利なものとなる。

いま、具体例として、ヒータ部８を256個、チップ側
パッド部33の個数を256個、その配列ピッチPaを100μ
ｍ、基板側パッド部34の配列ピッチPbを200μｍとして
ヘッドチップ１及びプリント基板31を作製して支持基体
32に搭載し、対応するパッド部33,34間を径35μｍのア
ルミニウム製のボンディングワイヤ35によりボンディン
グしてヘッドユニットを試作したところ、ヘッドチップ
１のサイズは27mm×8mmとなったものである。ちなみ
に、比較例として、上記条件中、チップ側パッド部33の
配列ピッチPaのみを250μｍとし、他は上記条件のまま
としてヘッドユニットを試作したところ、ヘッドチップ
サイズは65mm×8mmとなったものである。この具体例と
比較例とのヘッドチップサイズからも判るように、配列
ピッチPaの違いにより、比較例のほうが約2.4倍も大き
なものとなってしまい、その分、コスト高ともなる。

ところで、対応するパッド部33,34が等ピッチでない
本実施例にあっても、各ボンディングワイヤ35の長さを
全て同一とすることが不可能ではないが、同一にするこ
とによるメリットはなく、逆に、長すぎる部分ではたる
み等により断線等の原因ともなる。そこで、本実施例で
は、第１図に示すように、各ボンディングワイヤ35の長
さは接続すべきパッド部33,34間の距離に応じて適宜設
定される。

つづいて、本発明の第二の実施例を第10図により説明
する。本実施例は、チップ側パッド部33と基板側パッド
部33とをともに複数列、ここでは２列に千鳥状配列させ
たものである。ここに、本発明にいうパッド部33,34の
配列ピッチPa,Pbは第３図中に示すように各々のパッド
部33,34の各列内で定義されるものである。ちなみに、
本実施例のような千鳥状複数列配列によれば、ヘッドチ
ップ１側はもちろん、プリント基板31側も配列密度を上
げることができる。

さらに、本発明の第三の実施例を第11図及び第12図に
より説明する。ボンディングワイヤ35は基板的には前述
したように接続すべきパッド部33,35の距離に応じて個
別に設定され、個々に長さが異なり得るものとなるが、
最大ワイヤ長は無限に長くてよいわけではない。これ
は、ワイヤボンディング等によるアセンブリ終了後のヘ
ッドユニットの信頼性に大きく影響するからであり、上
限がある。本実施例は、このボンディングワイヤ35の長
さを考察したものである。

まず、第11図はワイヤボンディング部を断面的に見た
図であり、第12図はワイヤボンディング部を平面的に見
た図である。第11図（ａ）及び第12図（ａ）はパッド部
33,34間距離が短く、ボンディングワイヤ35の長さも短
くて良好なる例を示す。一方、第11図（ｂ）（ｃ）及び
第12図（ｂ）はパッド部33,34間距離が長めの場合を示
し、その中で、第11図（ｂ）はボンディングワイヤ35の
長さも適当なる良好例を示すが、第11図（ｃ）及び第12
図（ｂ）はボンディングワイヤ35が長すぎる好ましくな
い例を示す。

即ち、第11図（ａ）及び第12図（ａ）のようにボンデ
ィングワイヤ35の長さが短めの場合にはワイヤのたる
み、よじれ等の不良は発生しにくく、また、パッド部間
距離が長めの場合には第11図（ｂ）に示すように良好な
る場合もあるが、第11図（ｃ）及び第12図（ｂ）のよう
な場合にはワイヤにたるみ又はよじれが発生しやすく、
アセンブリ終了後の信頼性が低下してしまう。

そこで、本実施例ではボンディングワイヤ35の長さを
種々変えてワイヤボンディングを行ってヘッドユニット
を作製し、その信頼性を調べた。ここに、使用したボン
ディングワイヤ35はアルミニウム製で径が35μｍのもの
によるウェッジボンディングとした。また、パッド部の
大きさは、チップ側パッド部33を80μｍ×150μｍ、基
板側パッド部34を120μｍ×200μｍ、配列ピッチPaを16
0μｍ、Pbを250μｍとした。チップ側パッド部33の表面
材質はアルミニウム、基板側パッド部34の表面材質は金
とした。また、ワイヤ長は厳密に測定することは難しい
ので、接続すべき各パッド部33,34の中心間距離で代表
させた。なお、ボンディング後、全てのサンプルのボン
ディング部は弾性のあるエポキシ樹脂で封止した。評価
方法は、アセンブリ後のヘッドユニットを50cmの高さか
ら落下させ、ボンディング部に断線が生じたか否かの落
下試験により行った。試験したサンプル数は何れも５個
である。結果は次表の通りである。

即ち、最小ワイヤ長を860μｍとすると、最大ワイヤ
長はその10倍以下に収まる程度の長さにすると、信頼性
の高いものとなる。

ところで、このように両パッド部33,34間をボンディ
ングワイヤ35により接続する際には、第11図（ａ）
（ｂ）に示すようにアーチ状となるように両パッド部3
3,34間をつなぐ。これは、仮に、ボンディングワイヤ35
がパッド部33,34の表面とほぼ同一面となるようにフラ
ットに接続すると緊張状態にあり、その結合は殆ど自由
度のないものとなって、逆に断線等によりこわれやすく
なってしまうからである。これは、何れの結合部にあっ
ても、ボンディングワイヤ35の長さが接続すべきパッド
部33,34の中心間距離よりも長く、アーチ状に結合し得
る程度に長さに余裕があることを意味する。

ところで、本発明は第３図ないし第９図に示したよう
な液体飛翔記録方式のヘッドに限らず、例えば第13図な
いし第17図に示すような構造及び飛翔原理の液体飛翔記
録方式のヘッドにも同様に適用できる。これは、本出願
人により特願平１−225777号として提案されているもの
であり、その概要を以下に説明する。

このインクジェット記録ヘッド41は、インク供給手段
として作用するインク供給管42に接続された中空のイン
ク供給室43を有して台形状に形成されたマニホールド44
をベース材として構成されている。マニホールド44頂部
にはインク供給室43に連通するスリット45が形成された
発熱体基板46が固定されている。この発熱体基板46上に
はスリット45両側に位置させて互い違いに櫛歯状の障壁
47が形成され、障壁47間にインク液面保持手段として機
能する流路48が形成されている。これらの流路48は障壁
47とは逆に互い違いに櫛歯状となってスリット45に連通
されている。また、前記発熱体基板46上には各流路48毎
に最奥部側に位置させて各々記録液飛翔部となるヒータ
部49が形成されている。よって、ヒータ部49の平面的な
配列を見ると、第14図のようにスリット両側で千鳥状配
列となる。また、各流路48の途中に位置させて発熱体基
板46上には障壁47と同等の高さの流体抵抗部50が形成さ
れている。さらに、発熱体基板46の周囲を覆い枠状の保
持部材51により押え固定される薄膜状導電性リード（信
号入力手段）52がマニホールド44上に設けられている。

ここに、前記ヒータ部49付近の構造例を第16図に示
す。このヒータ部49は発熱体基板46上に畜熱層53を形成
し、その上に発熱体層54を制御電極55、アース電極56と
ともに形成し、さらに、インクとの直接的な接触を避け
るために表面を保護層57、電極保護層58により覆ったも
のである。各発熱体層54は前記制御電極55やアース電極
56のパッド部を介してボンディングワイヤ（図示せず）
により薄膜状導電性リード52に電気的に接続されてい
る。この薄膜状導電性リード52は画像情報信号入力手段
（図示せず）に接続されている。

このような構成において、まず、インク供給管42によ
りインク供給室43に供給されたインク59（第17図参照）
は、毛管現象により微細なスリット45を通って障壁47に
より囲まれた櫛歯状の流路48全域に満たされることにな
る。なお、スリット45や流路48の寸法によっては、毛管
現象だけではインク59を十分に流路48全域に供給・保持
させることができないが、このような場合には、インク
供給管42の元にあるインクタンク（図示せず）と記録ヘ
ッド41との高さを調整することにより、水頭差を利用す
ればよい。このように流路48全域にインク59が満たさ
れ、各ヒータ部49もインク59に覆われた状態となるよう
に、インク液面の高さを調整した定常状態において、画
像情報に応じて各発熱体層54に対して個別に通電を行う
と、発熱した発熱体層54上でインク液中に気泡が発生す
る。この気泡の推進力によりインク59がヒータ部49の面
（基板面）に略垂直なる方向に飛翔することになる。

第17図により、より詳細に飛翔原理を説明する。な
お、第17図ではヒータ部49及びその周辺部を拡大して示
すが、簡単のため、電極等は省略してある。まず、同図
（ａ）は定常状態を示し、流路48全域にインク59が満た
され、ヒータ部49上もインク59により覆われている。ヒ
ータ部49を加熱させると、ヒータ部49の表面温度が急上
昇し、隣接インク層に沸騰現象が起きるまで熱せられ、
同図（ｂ）に示すように微小な気泡60が点在した状態と
なる。ヒータ部49の全面で急激に加熱された隣接インク
層が瞬時に気化して同図（ｃ）に示すように沸騰膜を作
る。このように気泡60が成長した状態において、表面温
度は300〜350℃になり、いわゆる膜沸騰状態にある。ま
た、ヒータ部49の上部にあるインク59層は、気泡成長の
推進力により、図示の如く、インク液面が盛り上がった
状態となる。同図（ｄ）は気泡60が最大に成長した状態
を示し、インク液面からインク柱61がさらに成長した状
態となる。このような最大気泡となるまでに要する時間
は、ヘッド（発熱体基板46）構造、印加パルス条件等に
もよるが、通常、パルス印加後、５〜30μsec程度要す
る。最大気泡となった時点では、ヒータ部49は既に通電
されていない状態にあり、ヒータ部49の表面温度は降下
しつつある。気泡60が最大となる時のタイミングは、電
気パルス印加のタイミングから若干遅れたものとなる。
同図（ｅ）は気泡60がインク59等により冷却され収縮を
開始した状態を示す。インク柱61の先端部では押出され
た速度を保ちつつ前進し、後端部では気泡60の収縮に伴
ってインク液面にインク59が逆流することにより、図示
の如く、インク柱61にくびれが生ずる。気泡60がさらに
収縮すると、同図（ｆ）に示すように、ヒータ部49面に
インク59が接し、ヒータ部49面がさらに急激に冷却され
る状態となる。インク柱61はインク液面から切断され、
被記録体（図示せず）の方向へ２〜10m/sの速度で飛翔
する。なお、この時の飛翔速度はヘッド（発熱体基板4
6）構造、インク物性、印加パルス条件等に依存する
が、飛翔速度が比較的遅い場合（２〜3m/s）にはインク
59は滴状となって飛翔し、比較的速い場合（７〜10m/
s）にはインク59には細長い柱状となって飛翔する。こ
の後、同図（ｇ）に示すように同図（ａ）と同様な定常
状態に戻り、流路48全域にインク59が満たされ、気泡60
も完全に消滅した状態となる。

発明の効果 本発明は、上述したようにチップ側パッド部の配列ピ
ッチを、基板側パッド部の配列ピッチよりも小さくして
配列形成したので、ヘッドチップ側は微細形成の困難な
プリント基板側の制約を受けることなく、ウエハプロセ
スの特徴を活かして小型に形成でき、高価な材料による
ヘッドチップの低コスト化を図ることができ、この際、
ボンディングワイヤの長さを接続すべき各パッド部間距
離に応じて異ならせたので、配列ピッチの違いに容易に
対処でき、このとき、最大ワイヤ長を最小ワイヤ長の10
倍以下とし、又はボンディングワイヤの長さを、接続す
べき各パッド部の中心間距離よりも長くしたので、ワイ
ヤのたるみ、よじれ、ないしは緊張がなく、断線の少な
い信頼性の高いワイヤボンディングとすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一の実施例を示す模式的平面図、第
２図はヘッドユニットの外観斜視図、第３図ないしは第
９図は適用される記録方式を示すもので、第３図はその
記録原理を示す工程断面図、第４図はヘッドチップの外
観斜視図、第５図は分解して示す斜視図、第６図は裏返
して示す蓋基板の斜視図、第７図はより具体的なヘッド
構造例を示す正面図、第８図はそのＡ−Ａ線断面図、第
９図はその気泡発生手段の構造例を示す断面図、第10図
は本発明の第二の実施例を示す模式的平面図、第11図及
び第12図は本発明の第三の実施例を説明するための接続
状態を示すもので、第11図は断面図、第12図は平面図、
第13図ないし第17図は適用される記録方式の変形例を示
すもので、第13図は分解斜視図、第14図は平面図、第15
図はそのＢ−Ｂ線断面図、第16図はヒータ部付近の断面
図、第17図はその記録飛翔原理を示す工程断面図であ
る。 １……ヘッドチップ、８……記録液飛翔部、９……制御
電極、31……プリント基板、32……支持基体、33……チ
ップ側パッド部、34……基板側パッド部、35……ボンデ
ィングワイヤ、49……記録液飛翔部、55……制御電極、
Pa,Pb……配列ピッチ35

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 好夫 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株 式会社リコー内 (72)発明者 本村 修二 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株 式会社リコー内 (72)発明者 鈴木 栄子 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株 式会社リコー内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B41J 2/01,2/05

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数個の記録液飛翔部と各記録液飛翔部に
   導通させた駆動用の制御電極とこれらの制御電極に外部
   信号を導くための複数個のチップ側パッド部とをウエハ
   プロセスにより形成した１枚のヘッドチップと、前記チ
   ップ側パッド部に対応する複数個の基板側パッド部を有
   する１枚のプリント基板とを共通の支持基体に搭載し、
   対応する各チップ側パッド部と基板側パッド部との間を
   ボンディングワイヤにより接続するようにした液体飛翔
   記録ヘッドユニットにおいて、前記チップ側パッド部の
   配列ピッチを前記基板側パッド部の配列ピッチより小さ
   くして、これらの前記チップ側パッド部と前記基板側パ
   ッド部とをともに列状に配列形成したことを特徴とする
   液体飛翔記録ヘッドユニット。
2. 【請求項２】対応する各チップ側パッド部と基板側パッ
   ド部との間を接続するボンディングワイヤの長さを接続
   すべき各パッド部間距離に応じて異ならせたことを特徴
   とする請求項１記載の液体飛翔記録ヘッドユニット。
3. 【請求項３】対応する各チップ側パッド部と基板側パッ
   ド部との間を接続するボンディングワイヤの長さを、最
   大ワイヤ長が最小ワイヤ長の10倍以下となるようにした
   ことを特徴とする請求項２記載の液体飛翔記録ヘッドユ
   ニット。
4. 【請求項４】対応する各チップ側パッド部と基体側パッ
   ド部との間を接続するボンディングワイヤの長さを、接
   続すべき各パッド部の中心間距離よりも長くしたことを
   特徴とする請求項１記載の液体飛翔記録ヘッドユニッ
   ト。