JP4290154B2 - 液体吐出記録ヘッドおよびインクジェット記録装置 - Google Patents

液体吐出記録ヘッドおよびインクジェット記録装置 Download PDF

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Description

本発明は、液体吐出記録ヘッドおよびインクジェット記録装置に関し、特に液体吐出記録ヘッドにおけるインナーリード実装部の封止構造に関する。
インクジェットプリンタ等の液体吐出方式の記録装置は、いわゆるノンインパクト記録方式の記録装置であり、高速な記録や、様々な記録メディアに対する記録が可能であるとともに、記録時における騒音がほとんど生じないという特徴を有する。このため、液体吐出方式の記録装置は、プリンタ、ワードプロセッサ、ファクシミリ、複写機等の記録装置として広く採用されている。
図22は、一従来例による液体吐出記録ヘッドの主要部を示すもので、同図(a)は、吐出面を示す斜視図、同図(b)は、同図(a)の反対面の斜視図である。
図22(a)に示すように、液体吐出記録ヘッドである記録ヘッド1001は、記録素子1100、フレキシブル配線基板1300、支持部材1500等から構成されている。記録素子1100は、発熱抵抗体である電気熱変換体によってインクを加熱し、膜沸騰の作用によりインク滴を吐出させる。フレキシブル配線基板1300は、記録素子1100に装置本体(不図示)からの駆動信号等を印加する。支持部材1500は、インクタンク(不図示)から記録素子1100にインクを供給するためのインク流路を形成する。
インクタンクに接続される支持部材1500は、図22(b)に示すように、接続部にフィルター1504およびシールゴム1505を備え、インクタンクからのインクを記録素子1100へと導く流路を形成している。
図23の分解斜視図に示すように、流路の出口となるインク供給口1506に対応して、記録素子1100のインク供給口(不図示)が、接着剤1501によって接続されている。記録素子1100は、素子を組み込むための開口部1303を有するフレキシブル配線基板1300に電気的に接続される。具体的には、フレキシブル配線基板1300のインナーリード1302が支持部材1500に接着固定された記録素子1100の電極部1103に接続できるように、フレキシブル配線基板1300が支持部材1500に接着剤1502で固定される。また、フレキシブル配線基板1300に対して装置本体からの駆動信号等を入力する外部信号入力端子1301を有する部位は、支持部材1500の側面に接着剤1503によって接着固定される。
図24(a)、(b)は、記録ヘッド1001の組み立て過程を示す説明図である。記録素子1100の主面には、複数の吐出口1101を備えるノズルプレート1102と電極部1103が備えられ、これらは、フレキシブル配線基板1300の開口部1303に組み込まれている。インナーリード1302も開口部1303に配設されている。電極部1103には金のバンプ1104が形成され、インナーリード1302と電極部1103とが、バンプ1104を介して、TAB(Tape Automated Bonding)実装技術によって、電気的に接続される(特許文献1参照)。
図25(a)に示すように、記録素子1100の側壁1107の周囲は、第1の封止剤1201によって封止される。さらに、インナーリード1302による電気接続部が第2の封止剤1202によって封止され、電気接続部はインクによる腐食や外力から保護される(特許文献2参照)。
特開平10−000776号公報 特開2001−130001号公報 特開平8−048042号公報 特開平6−23997公報 特開2002−79675号公報 特開2004−42453号公報 特開平10−776公報
しかしながら、上記従来技術には以下の問題があった。すなわち、図25(b)に示すように、記録素子1100の側面周囲に充填する第1の封止剤1201は、直接塗布できない電気接続部の裏面にも浸透するように、低粘度のものが使用される。また、封止剤1201が記録素子1100に過度の応力をかけないように、材料として弾性変形する柔軟性を有するものが使用される。これに対して、電気接続部の表側を封止する第2の封止剤1202は、複数の吐出口1101を備えるノズルプレート1102の面上に広がらないように、高い粘度と、外力に対する剛性が必要である。このため、第2の封止剤1202には、第1の封止剤1201とは特性の違う封止剤を使わなければならず、2種類の封止剤を用いる構成となり、材料コストの上昇を招くという未解決の課題があった。
次に、電気接続部を、粘度が高く流動性の悪い封止剤1202で確実に封止するためには、開口部1303の縁から距離L1だけ封止剤1202をオーバーラップさせ、さらに、ベースフィルム1307上に高さH1だけ塗布する必要があった。
ところで、画像記録品位の高精細化の要求により、吐出液滴の大きさは、近年益々微小化する傾向にある。ノズルからの1回あたりのインク吐出量が1pl(ピコリットル)またはそれ以下の大きさまで小液滴化されると、画像記録品質は気流の影響や記録ヘッドの移動速度などの影響を受け易くなる。このため、適正な位置に記録液滴を着弾させるためには、記録ヘッドの吐出口面と記録媒体(記録紙など)との距離(紙間距離)をできる限り縮小することが極めて重要となる。記録装置においては、記録ヘッド1001と記録紙等の記録媒体との間に、両者が接触しないように、例えば、2mm程度の間隔を空けている。しかし、フレキシブル配線基板1300上の封止剤1202の高さが高いほど、ノズルプレート1102と記録媒体との間隔を大きくする必要があり、画像記録品位の低下を招く。換言すれば、上述したような従来の構成は、盛り上がった第2の封止剤が記録媒体と接触しやすくなり、紙間距離の縮小を阻む要因となっていた。
ノズルプレート面への封止剤の広がりを防止する技術として、例えば、特許文献3に述べられているように、ノズルプレート面に中断部を設ける技術があるが、フレキシブル配線基板のベースフィルム上を封止する点では、同じく高さH1が必要である。
本発明は、上記従来技術の有する未解決の課題に鑑みてなされ、記録素子とフレキシブル配線基板との間の電気接続部の封止構造を改善することを目的とする。具体的には、本発明は、封止剤が吐出口を塞ぐことを防止してインク吐出性能の信頼性を維持しつつ、フレキシブル配線基板上の封止剤の盛り上がり高さを抑えて画像記録品位の向上を図った液体吐出記録ヘッドを提供することを目的とする。また、本発明は、かかる液体吐出記録ヘッドを用いたインクジェット記録装置を提供することを目的とする。
本発明の液体吐出記録ヘッドは、液滴を吐出する吐出口と、吐出口に隣接して設けられ、吐出口の吐出を制御する電気信号を受取る電気接続部とを備えた記録素子を有している。液体吐出記録ヘッドはまた、記録素子の少なくとも一部を覆うフレキシブル配線基板であって、吐出口を露出させるデバイスホールと、電気接続部に面して設けられたボンディングホールとを各々独立に備えたフレキシブル配線基板を有している。液体吐出記録ヘッドはさらに、電気接続部の少なくとも一部を覆い、かつボンディングホールの少なくとも一部まで充填された封止剤を有している。
本発明のインクジェット記録装置は、上記の液体吐出記録ヘッドを備えている。
このように、本発明の液体吐出記録ヘッドでは、電気接続部に面するボンディングホールがデバイスホールと独立して設けられている。このため、電気接続部の封止のために封止剤を塗布する際に、封止材がボンディングホールの周縁部で堰き止められ、デバイスホール側に流れていくことを防止でき、吐出口への封止材の流出を有効に防止できる。また、封止材の流出をボンディングホールの物理的な障壁によって防止するため、粘度が高く流動性の小さい封止剤を用いる必要性がなくなる。この結果、封止材を高く盛り上げて塗布する必要性も低減し、紙間距離の低減が容易となる。
以上説明したように、本発明によれば、インク吐出性能の信頼性を維持しつつ、画像記録品位の向上を図り、かつ生産性にも優れた液体吐出記録ヘッドを提供することができる。
まず、本発明の基本的な構成について説明する。図1に示すように、液体吐出記録ヘッド(以下、記録ヘッド100)は、液滴を吐出する吐出口111a(吐出口列111)と、吐出口111aに隣接して設けられ、吐出口111aの吐出を制御する電気信号を受取る電気接続部21(図4参照)とを備えた記録素子110を備えている。記録素子110は、液体であるインクを吐出するエネルギー発生手段(不図示)を備えている。記録ヘッド100はまた、記録素子110の少なくとも一部を覆って延びるフレキシブル配線基板130を備えている。フレキシブル配線基板130は、吐出口111a(吐出口列111)を露出させるデバイスホール134と、電気接続部21に面して設けられたボンディングホール135とを備えている。ホール134,135は、分離帯130aによって分離され、互いに独立して配けられている。第2の封止剤122が電気接続部21の少なくとも一部を覆い、かつボンディングホール135の少なくとも一部まで充填されている。デバイスホール134の周辺も第1の封止剤121によって封止されている。フレキシブル配線基板130は、ボンディングホール135の内側に突出したインナーリード132を有している。記録素子110は、吐出口111aに隣接した電極部113を有し、インナーリード132の先端部と電極部113とが電気的に接続されて電気接続部21が形成されている。
フレキシブル配線基板130のデバイスホール134とボンディングホール135を分離する分離帯130aは、記録素子110の主面(図示上面)に接着されていることが望ましい。
フレキシブル配線基板130のデバイスホール134から露出する記録素子110のノズルプレート112の表面は、撥液処理されているとよい。
製造コストを低減し、生産性を高めるには、各ホール134,135に充填される封止剤121、122として、同じ封止剤を用いることが望ましい。
記録ヘッド100の組立工程においては、まず、第1の封止剤121をデバイスホール134に注入することによって、記録素子110の側面周囲を充填し、硬化または半硬化(少なくとも封止剤がその流動性を喪失するまで硬化した状態)させる。その後、ボンディングホール135に第2の封止剤122を充填し、すべてのホール134,135の封止剤121,122を完全に硬化させる。
(第1の実施形態)
図1〜図4には、第1の実施形態の液体吐出記録ヘッドを示す。液体吐出記録ヘッドである記録ヘッド100は、電気信号に応じて膜沸騰を液体であるインクに対して生じせしめるための電気熱変換体を有する記録素子110を用いて記録をおこなうサイドシューター型記録ヘッドである。
図1に示すように、記録ヘッド100は、ノズルプレート112を有する記録素子110、フレキシブル配線基板130、これらを固定支持する支持手段である支持部材150等で構成されている。フレキシブル配線基板130は、図示しない外部配線と接続される外部信号入力端子131と、記録素子110のノズルプレート112を露出させるデバイスホール134と、補助開口である一対のボンディングホール135とを有している。デバイスホール134内の記録素子110の側面は、第1の封止剤121で封止されている。ボンディングホール135は、第2の封止剤122によって、フレキシブル配線基板130の表面側から封止されている。これらの第1、第2の封止部121,122は封止部120を構成している。ホール134,135の間は分離帯130aによって分離されている。
記録素子110のシリコン製の基板の中央には、インク供給口が長穴の形状で開いている。この基板上には複数の発熱抵抗体からなる電気熱変換体がほぼ等間隔でインク供給口の両側に並んでいる。このような発熱抵抗体が形成された基板は、ヒーターボード110a(図4参照)と呼ばれる。記録素子110の本体であるヒーターボード110aの主面には、発熱抵抗体に電力を供給するための配線が設けられ、図3に示すように、記録素子110の両端に設置された電極部113と結線されている。このようなヒーターボード110a上に保護膜と複数の吐出口111aからなる吐出口列111を有するノズルプレート112を形成して、記録素子110が完成する。発熱抵抗体は、装置本体からの駆動信号によって、インクを加熱し、膜沸騰の作用によりインク滴を吐出させる。ノズルプレート112の表面は撥水処理されている。ノズルプレート112の厚みは、例えば、25μmである。
フレキシブル配線基板130は、記録媒体を記録ヘッド100に対向するように搬送する搬送手段を備えた記録装置の本体から、外部信号入力端子131を経て供給される駆動信号を電気接続手段であるインナーリード132によって記録素子110に伝える。フレキシブル配線基板130としては、例えば、TABテープが用いられる。
図4に示すように、フレキシブル配線基板130は、ベースフィルム137に、接着剤138を介して、インナーリード132に接続する配線139が積層された積層構造を有している。ベースフィルム137は、ユーピレックスやカプトンなどの絶縁性の樹脂からなる。平板状の配線139は複数の配線パターンよりなり、ベースフィルム137の下表面に銅箔等の導電性材料からなる金属箔を接着し、フォトリソグラフィ技術を用いて所望の形状をパターニングすることで得ることができる。パターニング後の金属箔(平板状の配線139)の下表面には、金や錫や半田などのメッキ処理が施され、更に金属面を露出したくない領域は、例えばレジスト層140などにより被覆保護されている。各材料の厚みは、例えば、ベースフィルム137が50μm、接着剤138が20μm、配線139が25μmである。フレキシブル配線基板130のベースフィルム137には、ノズルプレート112を露出させるデバイスホール134と、電気接続部21に面して設けられたボンディングホール135とが形成されている。これらのホール134,135は、ベースフィルム137の一部である分離帯130aによって分離されている。
分離帯130aの幅L2は、広いほど対応する記録素子110のサイズも大きくなってしまうため、できるだけ狭い方が望ましい。本実施形態では、ホール134,135の打ち抜きをおこなう金型の加工精度や、ベースフィルム137の剛性を考慮し、例えば、分離帯130aの幅L2を0.35mmとしている。また、分離帯130aからインナーリード132の先端までの距離L3も、できるだけ狭くすることによって、対応する記録素子110のサイズを小さくすることができる。本実施形態では、TABテープの加工精度を考慮し、距離L3を0.1mmとしている。
図2および図4に示すように、記録素子110は接着剤151によって支持部材150に固定され、フレキシブル配線基板130は接着剤152、153によって支持部材150に固定されている。支持部材150には、インクタンク(不図示)から記録素子110にインクを供給するためのインク流路156が形成されている。上面のインクタンクとの接続部には、フィルターおよびシールゴムが備えられており、記録素子110は、凹部157に組み込まれている。
支持部材150に設けられたインク流路156に記録素子110のインク供給口(不図示)が対応するように位置決めしたうえで、記録素子110が接着剤151によって固定される。記録素子110は、ノズルプレート112からなる主面がフレキシブル配線基板130のデバイスホール134に組み込まれ、ボンディングホール135に突出するインナーリード132に電気接続される。
インナーリード132は、フレキシブルフィルム配線基板130からボンディングホール135の開口内に突出して形成されている。基板110の表面には、アルミニウムなどにより構成される複数の電極部113(電極パッド)が形成されている。さらにこの複数の電極部113の各々には、金若しくは半田などのボールバンプ等により形成されたバンプ114が設けられている。バンプ114には、より高い信頼性を要求する場合には金を、また、より安いコストが要求される場合には半田が選択される。図4ではスタッドバンプが示されているが、バンプはメッキバンプなど他の構造でもよい。さらに、インナーリード132が直接電極部113と接続されるバンプレス構成でもよい。電極部113は、バンプ114を介して、デバイスホール134の開口内に突出しているインナーリード132の先端部と各々一対一で高精度に位置決めされ、電気的に接続されている。
すなわち、図3に示すように、フレキシブル配線基板130の主要部は、支持部材150に固定された記録素子110の電極部113にインナーリード132が接続できる位置に、接着剤152で、支持部材150に接着固定される。同様に、装置本体からの駆動信号を受取る外部信号入力端子131を有する曲折部が、接着剤153によって、支持部材150に接着固定される。このように位置決め固定された記録素子110の電極部113と、フレキシブル配線基板130のインナーリード132は、電極部113に設けたバンプ114を介して、TAB実装技術によって電気的に接続され、電気接続部21が形成される。接続方法としては、サーモソニック方式または加熱加圧接合方式を用いることができる。外部信号は、電気接続部21を介して、記録素子の配線に導入される。
本実施形態では、インナーリード132として、銅(Cu)を主体とする配線に、拡散防止層としてニッケル(Ni)をメッキし、最後に金(Au)をメッキしたものを用いた。バンプ114は金線を用いて形成し、電気的接合は、シングルポイントボンディング方式を用いてAu−Au結合により行った。バンプ114の高さはインナーリード132との接合後にインナーリード132がフレキシブル配線基板130のベースフィルム137より突出しないように設定した。バンプ114の高さで調節することが難しい場合には、フレキシブル配線基板130が接着固定される支持部材150の厚さで調節してもよい。
次いで、フレキシブル配線基板130のデバイスホール134より、記録素子110の側面周囲に、第1の封止剤121が充填される。第1の封止剤121は、直接塗布することのできない電気接続部21の裏側まで充填させる必要があるため、初期の粘度が低く流動性の良いものが用いられる。本実施形態においては、例えば、熱硬化型の封止剤を使用している。そして、第1の封止剤121を、例えば、100℃で1時間から4時間程度、加熱することにより、第1の封止剤121の一部121aを記録素子110の側面全体に充填し、半硬化させる。これと同時に、記録素子110と分離帯130aの間にも、毛細管現象によって第1の封止剤121の一部121bが充填され、半硬化される。これにより分離帯130aは、記録素子110の主面に接着固定され、ボンディングホール135は、ダム形状となる(図4参照)。
本実施形態においては、ノズルプレート112の外形をデバイスホール134より若干小さくすることにより、分離帯130aに近接する段差を形成し、ノズルプレート112とフレキシブル配線基板130との間に表面張力(メニスカス効果)を生じさせている。さらに、ノズルプレート112の表面を撥水処理している。これらの構成によって、第1の封止剤121(121b)がノズルプレート112の表面に広がることが防止される。しかし、ノズルプレート112の外形をデバイスホール134より大きくして、ノズルプレート112とフレキシブル配線基板130とが平面的に重なるような構成にしてもよい(図4(c))。このような構成では、第1の封止剤121は、ノズルプレート112とベースフィルム137と接着剤138とからなるフレキシブル配線基板130の部分との間に毛管作用によって進入する。しかし、重なり部の端部のメニスカス効果で、第1の封止剤121がノズルプレート112に形成された吐出口111aへ向かって拡散することを抑えることができるので、同様の効果が得られる。
次に、ダム形状となったボンディングホール135に、第2の封止剤122を充填し、電気接続部21を封止する。第2の封止剤122は、深さが例えば0.1mmほどのダム形状部に充填するため、第1の封止剤121と同様に初期粘度が低く、レベリング性の良いものを用いることができる。これによって、封止剤122の高さをフレキシブル配線基板130のベースフィルム137の表面とほぼ同じにすることができる。また、外周がベースフィルム137で囲われ、外力を受けにくい構成とすることができるため、例えば、記録装置本体に備わるワイピング機構に対しても、ワイパーブレードから受ける接触時の外力が小さくなる。なお、図4では、第2の封止剤122はボンディングホール135の内部に収められているが、部分的にボンディングホール135の外に張り出していても構わない。
本実施形態では、第1の封止剤121と同じ封止剤を第2の封止剤122として用いている。第1、第2の封止剤121、122を同一の材料にすることにより、両者の接着性を向上させることができる。第2の封止剤122を充填した後、先に述べた半硬化のときの熱処理温度よりも高温、例えば、150℃で3時間程度、加熱することにより、第1の封止剤121および第2の封止剤122を完全に硬化させる。
封止剤の加熱硬化は、所定の温度に管理されたオーブン内で一括しておこなう。この時、インナーリード132の上面を覆っていた第1の封止剤121が加熱されて軟らかくなり、インナーリード132の下方に落ち込んでしまうことがある。この場合は、第2の封止剤122をインナーリード132の上面側から塗布する前に第1の封止剤121を一度加熱硬化(プリキュア)させ、その後に第2の封止剤122をインナーリード132の上面側から塗布し、最終的に一括して完全に加熱硬化させればよい。このプリキュアにおいては、第1の封止剤121を完全に硬化させてもよいし、流動性が無くなる程度に半硬化させてもよい。インナーリード132の上面側から塗布された封止剤がインナーリードの下方に落ち込まないように封止剤をどのような状態にするかは、適宜選択できる。
より具体的な封止剤の充填方法については、後から説明する第5の実施形態から図12のS5を省き、更に図12のS6を「ボンディングホール135内に第2の封止剤122を充填」とした工程で示される。
なお、本実施形態ではボンディングホール135の幅W1がデバイスホール134の幅W3よりも小さく、かつ、記録素子110の幅W2よりも小さくされている。このため、ボンディングホール135の両側端部における隙間が狭く形成され、インナーリード132の上方から塗布される封止剤が両側端部の隙間から記録素子110の両側方向に落ち込むことが抑制される。
なお、記録素子110の吐出口列111が形成された面のクリーニングに用いられるワイピングブレード(図示せず)の幅よりもボンディングホール135の幅W1を狭くすることで、ワイピングブレードは基本的にベースフィルム137の表面を滑るように接触することになる。このため、ボンディングホール135内の封止剤がワイピングブレードと接触し難くなり、ワイピング時に受ける封止剤の損傷が抑えられるという効果もある。
以上説明したように、本実施形態の記録ヘッドにおいては、流動性の良い一種類の封止剤で、記録素子の周囲および電気接続部を封止することで、封止剤の塗布性、接着性を向上させ、かつ材料コストの低減を図ることができる。また、前述のように封止部の高さを下げることによって、記録ヘッドと、図示しない搬送手段によって記録ヘッドと対向するように搬送される記録媒体との間隔を縮め、記録装置の記録品位等を向上させることができる。
(第2の実施形態)
図5〜図7は、第2の実施形態による記録ヘッドを示す。以下、第1の実施形態との差異を中心に説明する。特記ない部分は第1の実施形態と同様である。本実施形態では、図6に示すように、ヒーターボード110a上の、フレキシブル配線基板130の分離帯130aに対向し、かつノズルプレート112の端部に隣接する位置に、リブ状突起112aが設けられている。これによって、分離帯130aに平行して延びる溝112bが形成されている。この溝112bは、第1の封止剤121の一部121bが、フレキシブル配線基板130の分離帯130aと記録素子110との間に毛細管現象で充填される際の、充填経路を確保するためのものである。
図5および図7に示すように、例えば、3色のインクを吐出可能な記録ヘッドであれば、3色のインクに対応したインク供給経路と吐出口列を有している。このため、3色分の記録素子110−1、110−2、110−3を組み込むために、フレキシブル配線基板130のデバイスホール134を大きく開口させる必要がある。その場合、分離帯130aは長尺となるため、たわみ易く、第1の封止剤121を充填する経路の確保が困難となる。しかし、本実施形態のように、各記録素子110−1、110−2、110−3に対応するボンディングホール135−1、135−2、135−3を分割することにより、分離帯130aの剛性を高めることができる。さらに、ノズルプレート112に近接して、分離帯130aに対向したリブ状突起112aが設けられている。これによって、フレキシブル配線基板130のデバイスホール134−1、134−2、134−3の縁に沿って溝112bが形成され、封止剤121の充填経路が確保される。ヒーターボード110a、ノズルプレート112、フレキシブル配線基板130、支持部材150等の組み立て手順は第1の実施形態と同じである。
本実施形態の記録ヘッドにおいては、フレキシブル配線基板のデバイスホールの縁に沿って溝を設けて、封止剤の充填経路を確保している。このため、分離帯の長さが長い記録ヘッドにおいても、流動性の良い一種類の封止剤で、記録素子の周囲と電気接続部とを封止することが可能となる。加えて、第1の実施形態と同様に封止高さを下げることで、記録ヘッドと記録媒体との間隔を縮め、記録品位等を向上させることができる。
(第3の実施形態)
図8および図9は第3の実施形態を示す。以下、第1の実施形態との差異を中心に説明する。特記ない部分は第1の実施形態と同様である。本実施形態の記録ヘッドは、フレキシブル配線基板130のデバイスホール134の中央部の幅が狭くなるように構成されている。具体的には、例えば、図8に示すデバイスホール134の中央部の長さL5が、外周側の長さL4に対して小さくなるように形成されている。つまり、図9の(b)に示すように、デバイスホール134のボンディングホール135に面する辺は、その端部付近で、記録素子110から離れる方向に湾曲している。分離帯130aと記録素子110の側面110bの交差する角度は、分離帯側をθa、第1の開口部側をθbとした場合に、θa>θbとなる。
本実施形態は、記録素子110の主面とフレキシブル配線基板130の分離帯130aとの間の隙間に毛細管現象によって封止剤121を充填する構成である。このため、封止剤121の溜め部121cから分離帯130aの下の隙間につながる部分で第1の封止剤121が記録素子110の主面に若干広がる可能性がある。そこで、上述の構成とすることで、記録素子110の主面に乗り上げる封止剤を、吐出口列端に位置する吐出口111aと分離帯130aとの間の距離L6を拡大することなく遠ざけることができる。
すなわち、封止剤が吐出口111aに近づいた場合、ノズルプレート面に付着したインクを拭き取るワイパーの性能に影響が生じる可能性があるが、本実施形態の記録ヘッドにおいては、記録素子の主面に乗り上げる封止剤の位置を吐出口111aから離すことができる。このため、記録素子のサイズを大きくする必要がないという利点がある。その他の点は、第1の実施形態と同じである。
(第4の実施形態)
図10は第4の実施形態を示す平面図である。以下、第1の実施形態との差異を中心に説明する。特記ない部分は第1の実施形態と同様である。本実施形態では、ボンディングホール135の幅W1が記録素子110の幅W2より広く形成されている。その他は第1の実施形態と同様と同じである。このような構成にすることにより、記録素子110の両側に塗布充填された第1の封止剤121を効率良く短時間にバンプ114の周囲に充填させることが可能となり、製造タクトを短縮する等、生産性を向上させることが可能となる。
(第5の実施形態)
図11は第5の実施形態を示す平面図および断面図である。以下、第1の実施形態との差異を中心に説明する。特記ない部分は第1の実施形態と同様である。ボンディングホール135における第1の封止剤121の表面には、電気接続部21と対向する位置に保持部材19が設けられている。保持部材19は、第1の封止剤121のみに固定されている。保持部材19の上には第2の封止剤122が形成されている。第2の封止剤122の表面は、ベースフィルム137の外面よりも内側に引き込んでおり、第2の封止剤122の記録素子110側の外延はベースフィルム137で決定される。
次に、以上説明した記録ヘッド100の製造方法について図12を参照して説明する。図12は、本実施形態の記録ヘッドの製造方法を示す概略フロー図である。
(ステップS1)支持部材150上に記録素子110を形成する。具体的にはまず、支持部材150上に接着剤16を塗布し、ヒーターボード110aを接着する。その上に、ノズルプレート112を形成する。ノズルプレート112は、インク流路となる樹脂をヒーターボード110a上に形成し、その上にノズルプレートの構造体を形成後、樹脂を溶解させて形成する。
(ステップS2)支持部材150および記録素子110を覆うようにフレキシブル配線基板130を設定する。複数のインナーリード132と、記録素子110の電極部113に接合されたバンプ114とは、重なり合うように位置決めされる。フレキシブル配線基板130は、接着剤152およびレジスト層140を介して支持部材150上に接着固定される。
(ステップS3)フレキシブル配線基板130を位置あわせした後、インナーリード132を電極部113に電気的に接続し、記録素子110上に電気接続部21を形成する。
(ステップS4)記録素子110の周囲に第1の封止剤121を充填する(第1の封止剤充填工程)。第1の封止剤121は、まずデバイスホール134から注入され、記録素子110の両側側面を記録素子110の周囲に沿って次第に拡がっていく。第1の封止剤121はさらにボンディングホール135の下方空間に浸入し、記録素子110の周囲全域を満たしていく。第1の封止剤121は、ベースフィルム137との毛管力によってベースフィルム137の下面を伝わり、バンプ114を被覆する。その後、ボンディングホール135の上部からさらに第1の封止剤121を充填し、インナーリード132の上面全域を覆う。第1の封止剤121が記録素子110の両側側面から盛り上がったり、溢れ出してノズルプレート112の表面である吐出口面(複数の吐出口が形成された、記録素子110の表面)に流れ出したりしないように、塗布量を調節し管理する。第1の封止剤121は、ボンディングホール135の内部まで充填されることが望ましい。なお、本ステップの後、次ステップの前に、第1の封止剤121を半硬化状態にするプリキュア工程をおこなってもよい。
(ステップS5)ボンディングホール135に充填された第1の封止剤121の表面に、保持部材19を、電気接続部21と対向し、かつ第1の封止剤121のみに保持されるように設ける(保持部材設置工程)。第1の封止剤121のみに保持される、とは他の支持構造物によっては保持されないことを意味し、硬化前には単に流体状の樹脂の表面に浮かべられている。保持部材19は、硬化中にはインナーリード132の配列領域に塗布された第1の封止剤121を保持するとともに、硬化後には封止部を強化する機能を有している。保持部材19は、インナーリード132の配列領域全域を覆うように、かつフレキシブル配線基板130の外側表面より突出さないように配置される。保持部材19は、電気絶縁性を有し、かつ封止剤と親水性を有する材料であれば、板状(フィルムなど)の部材でもよいし、封止剤を染み込ませることが可能な繊維状のものでもよい。
保持部材設置工程の前に、保持部材19に、第1の封止剤121に対する親水性を持たせる表面改質処理を施してもよい。保持部材19にプラズマ処理などの表面処理を施して親水性を向上させれば、さらに良好な封止状態を得ることが可能となる。一実施例においては、保持部材19として厚さ0.03mmのポリサルフォンフィルムを所望の形状に加工し、常圧プラズマ処理を施して使用した。
(ステップS6)ボンディングホール135内に、保持部材19を覆うように(したがって、インナーリード132の上面が露出しないように)第2の封止剤122を充填する。この時、第2の封止剤122が、ボンディングホール135の開口周縁部で保持され、かつ、ボンディングホール135の内側に向かって凹む形状となるように充填量を調節することが望ましい。これによって、第2の封止剤122がベースフィルム137上面側から吐出口面に流れ出すことが防止されるとともに、吐出口面に盛り上がらない封止状態を得ることができる。また、第2の封止剤122は、保持部材19を抱き込むようにしてインナーリード領域を被覆するので、被覆部を補強する効果が得られる。
(ステップS7)所定の温度に管理された恒温槽(オーブンなど)で、第1、第2の封止剤121,122を一括して加熱硬化させる。封止剤121,122は加熱され、一時的に軟化するが、保持部材19に引き付けられているために周囲に流れ出すことがなく、ほぼ塗布後の状態を維持したまま硬化する。
以上説明した製造方法では、第1の封止剤121の上に保持部材19を設置し、さらにその上を第2の封止剤122で封止したが、第2の封止剤122の塗布を省略することも可能である。この場合、上述のステップS6は省略される。
(第6の実施形態)
図13および図14は、第6の実施形態を示す。ここで、図14(a)は図13のA−A断面図、図14(a)は図13のB−B断面図である。以下、第1の実施形態との差異を中心に説明する。特記ない部分は第1の実施形態と同様である。
本実施形態は、ボンディングホール135に、インナーリード132同士の間を延びるフィルム部材136が設けられていることが特徴である。フィルム部材136はベースフィルム137の一部として形成されている。すなわち、フィルム部材136は、フレキシブル配線基板130を構成するベースフィルム137と略同一層位置に設けられている。フィルム部材136は、各電極部113に面する位置、より具体的には、電極部113とインナーリード132とが接続される部分に面する位置が開口となるように形成されている。また、フィルム部材136は、インナーリード132の側方を、ボンディングホール135の対向する辺をつなぐように延びている。この結果、ボンディングホール135は、記録素子110の各電極部113に対応する複数の小開口135aの集合体として形成される。
分離帯130aの幅L2は、広いほど対応する記録素子110のサイズも大きくなってしまうため、できるだけ狭い方が望ましい。本実施形態では、開口部134の打ち抜きをおこなう金型の加工精度や、ベースフィルム137の材料特性およびエキシマレーザーによる小開口135aの加工精度を考慮し、例えば、分離帯130aの幅L2を0.35mmとしている。また、小開口135aの開口幅は、インナーリード132の幅0.05mmに対して0.15mmとしている。分離帯130aからインナーリード132の先端までの距離L3も、できるだけ狭くすることによって、対応する記録素子110のサイズを小さくすることができる。本実施形態では、TABテープの加工精度を考慮し、距離L3を0.05mmとしている。
ダム形状となったボンディングホール135には、第2の封止剤122を充填し、電気接続部21を封止する。第2の封止剤122は、深さが例えば、0.1mmほどのダム形状部に充填するため、第1の封止剤121と同様に初期粘度が低く、レベリング性の良いものを用いることができる。これによって、第2の封止剤122の高さを電気配線基板130のベースフィルム137の表面とほぼ同じにすることができる。また、各インナーリード132に面して設けられた小開口135aは、メニスカス保持力により、熱硬化での粘度変化による封止剤121,122の液面位置の低下を防ぎ、インナーリード132の露出を防止することができる。また、フィルム部材136を設けているので、外力を受けにくい構成とすることができる。例えば、記録装置本体に備わるワイピング機構に対しても、ワイパーブレードから受ける接触時の外力が小さくなり、第2の封止剤122が保護される。
フィルム部材136は、ボンディングホール135を完全に横断しないように設けることもできる。例えば、図15に示すように、フィルム部材136aが分離帯130aから延びて、ボンディングホール135の途中で終端するようにしてもよい。同様に、図16に示すように、フィルム部材136bがインナーリード132の配置された面側から分離帯130aに向けて延び、ボンディングホール135の途中で終端するようにしてもよい。これらの変形例においても同様の効果を得ることができる。
(第7の実施形態)
図17および図18は、第7の実施形態を示す。以下、第1の実施形態との差異を中心に説明する。特記ない部分は第1の実施形態と同様である。
本実施形態は、フレキシブル配線基板130が、ボンディングホール135の一部を覆う金属パターン部材141を有していることが特徴である。すなわち、金属パターン部材141は、インナーリード132に接続された金属配線139と略同一層位置に設けられ、かつ、少なくとも各電極部113に面する位置が開口となっている。そして、金属パターン部材141は、インナーリード132同士の間を、ボンディングホール135の対向する辺をつなぐように延びている。この結果、第6の実施形態と同様、ボンディングホール135は開口135aの集合体として形成される。
金属パターン部材141は、記録素子110を駆動する電源、信号などを伝える配線139とは別の独立した部材である。金属パターン部材141は、分離帯130aに設けられた共通部から分岐するように形成されている。金属パターン部材141を一体(共通)の構造とすることで、配線数の増加を最小限とし、フレキシブル配線基板130のサイズの拡大を抑えることができ、また、金属パターン部材141の強度確保上も有利である。さらに、金属パターン部材141は、金属配線139と同一層位置に設けられているので、パターニング工程も同時に可能である。
分離帯130aの幅L2は、広いほど対応する記録素子110のサイズも大きくなってしまうため、できるだけ狭い方が望ましい。本実施形態では、開口部134,135の打ち抜きをおこなう金型の加工精度や、ベースフィルム137の剛性を考慮し、例えば、分離帯130aの幅L2を0.35mmとしている。また、分離帯130aからインナーリード132の先端までの距離L3も、できるだけ狭くすることによって、対応する記録素子110のサイズを小さくすることができる。本実施形態では、TABテープの加工精度を考慮し、距離L3を0.1mmとしている。
金属パターン部材141は、ボンディングホール135を完全に横断しないように設けることもできる。例えば、図19に示すように、金属パターン部材141aが分離帯130aから延びて、ボンディングホール135の途中で終端するようにしてもよい。このような変形例においても同様の効果を得ることができる。
(第8の実施形態)
図20に第8の実施形態を示す。以下、第1の実施形態との差異を中心に説明する。特記ない部分は第1の実施形態と同様である。本実施形態は、インナーリードが、電気接続部からみてボンディングホールの縁部よりも遠い位置から電気接続部までの範囲で、フレキシブル配線基板130の本体から分離していることが特徴である。ここで、本体とは、フレキシブル配線基板130の、ベースフィルム137や金属配線139等が形成された平坦部分である。本実施形態は、上述した課題に加えて、さらに以下の課題に対処することを目的としている。一般的にチクソ性が高い封止剤は非常に硬く、熱膨張係数も小さいことが多い。このため、熱膨張係数が大きいベースフィルム137との接着界面には、第2の封止剤122がベースフィルム137の収縮に追従できずに、引き剥がされようとする力が常に加わっている。加えて、ベースフィルム137にはポリイミドが使用されているが、これらの材料は難接着性を有しているため、結局のところ、接着力が弱い個所に引き剥がし力がかかる状態となっている。そのため、例えば急激な温度変化や落下などによる衝撃で、接着力を超える力が容易にかかり、図21に示すように、接着界面に剥がれを生じることがある(白抜き矢印参照)。このような剥がれが生じると、特にインクジェット記録ヘッドのようにインクなどの液体を使用する場合、インクが、剥がれにより生じた隙間を通り、インナーリードに到達する可能性がある。この結果、隣接するインナーリード間で電気的なショートを引き起こし、正常な画像記録を行なえなくなり、最悪の場合には、記録ヘッドを壊してしまう。
本実施形態では、インナーリード132がフレキシブル配線基板130のベースフィルム137から剥離した分離状リードとなる起点位置(ベースフィルム下面との接着端部)が、電気接続部21からみて、ボンディングホール135の開口縁部より遠い位置、すなわち開口部と反対側に距離Xだけシフトされている。このため、インナーリード132とベースフィルム137との間に、両者が接着されない領域(隙間51)が形成され、この隙間51内にも第1の封止剤121が充填される。仮にボンディングホール135内で第2の封止剤122が剥離して、剥離部からインクが流入する場合、インクは剥離部からベースフィルム137の下面を通ってインナーリード132に達する経路を辿ると考えられる。しかし、剥離部からインナーリード132までは、距離Xだけ離れているため、その分、インクがインナーリード132に辿り着くまでの経路が長くなる。このため、万が一、第2の封止剤122が剥離しても、インクがインナーリード132に到達しにくくなり、信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを提供することができる。
次に、インナーリード132が分離状リードとなる起点位置をずらし、隙間51を形成する方法を述べる。まず、フレキシブルフィルム配線基板130の製造工程において、リード電極となる銅箔を接着する接着剤が一面に塗布されたベースフィルム137に、複数のスプロケットホール(不図示)を金型によるプレス工程により打ち抜く。次に、スプロケットホールを基準として、デバイスホール134とボンディングホール135を一括若しくは個別に打ち抜く。次に、インナーリード132を接着したくない領域の接着剤を除去するか、レーザー光を照射して接着力を無くすなどした後に、銅箔を貼る。次に、銅箔にレジストを塗布し、所望のパターンとなるようにパターニングし、銅をエッチングする。次に、パターニングに用いた不要なレジストを除去し、最後に配線保護層(絶縁フィルムやレジストなど)を設ける。
あるいは、デバイスホール134とボンディングホール135を一括若しくは個別に打ち抜いた後に、直ちに銅箔を貼ってもよい。この場合も引き続いて、銅箔にレジストを塗布し、所望のパターンとなるようにパターニングし、銅をエッチングし、パターニングに用いた不要なレジストを除去する。その後に、形成されたインナーリード132を所定量引き剥がし、最後に配線保護層(絶縁フィルムやレジストなど)を設ける。この方式では、使用する接着剤の接着力が比較的弱いものを選択することが重要である。
第1の封止剤121は、記録素子110の周囲に回り込むと同時に、その一部がフレキシブルフィルム配線基板130のベースフィルム137の下面を伝わり、バンプ114およびインナーリード132を次第に充填していく。そして、第1の封止剤121は、ベースフィルム137とインナーリード132との隙間51内にも充填され、最終的に平衡状態を保つ。
(第1、第2の封止剤121,122の関係)
以上述べた各実施形態において、第1、第2の封止剤121,122は以下のように、同じ封止剤(樹脂)を用いてもよく、成分の異なる封止剤(樹脂)を用いてもよい。これらはインクジェット記録ヘッドの要求仕様によって使い分けることができる。
まず、同じ封止剤を用いる場合、封止剤として一つの封止剤だけを用いればよいので、従来技術と比べ、材料コストの削減および封止剤の硬化工程の簡略化が可能となり、コストダウンや生産効率の改善に寄与する。また、異種の封止剤同士が直接接触することで生じる硬化阻害を抑制することが可能となり(硬化状態の信頼性向上)、インクジェット記録ヘッドの信頼性向上が可能となる。
異なる封止剤を用いる場合、各々に要求される機能を個別に満足するような最適な材料を選択できるというメリットがある。一例として、第1の封止剤121には良好な流動性を有し、かつ、硬化時の収縮により記録素子110を破壊しないように硬化後にゴム弾性を有する樹脂を用いることができる。第2の封止剤122には、記録装置本体のワイピングブレードとの擦れに耐え得る剛性を有する樹脂を用いることができる。このように、個々に最適な材料を選択することで、インクジェット記録ヘッド全体の信頼性を向上させることができる。なお、異なる封止剤を用いる場合、第1、第2の封止剤121,122として、相互に硬化阻害を起こさない材料を選択するか、または硬化阻害を起こさないプロセスを考慮することが望ましい。
第1の封止剤121としては、一液性加熱硬化型エポキシ樹脂を用いることができる。また、第2の封止剤122としては、硬化後に高い硬度を有する材料、例えば一液性加熱硬化型エポキシ樹脂を用いることができる。硬化温度はノズルプレート112の耐熱温度以下に設定することが望ましい。
(その他)
第1の実施形態で、図4(c)に「ノズルプレート112の外形をデバイスホール134より大きくして、ノズルプレート112とフレキシブル配線基板130とが平面的に重なるような構成」を示した。この構成は、第2〜第8の実施形態に用いても、重なり部の端部のメニスカス効果で、第1の封止剤121がノズルプレート112に形成された吐出口111aへ向かって拡散することを抑えることができるものである。
第1の実施形態による記録ヘッドを示す斜視図で、(a)は全体斜視図、(b)は(a)の方形C1で囲んだ部分の拡大部分斜視図である。 図1の記録ヘッドの分解斜視図である。 図1の記録ヘッドの封止剤による封止前の状態を示す斜視図で、(a)はその斜視図、(b)は円C2で囲んだ部分の拡大部分斜視図である。 図1の記録ヘッドの部分詳細図で、(a)は部分平面図、(b)は図1(b)および図4(a)のB−B線に沿った部分断面図、(c)はノズルプレートとフレキシブル配線基板との端部同士が重なっている記録ヘッドの部分断面図である。 第2の実施形態による記録ヘッドの全体斜視図である。 図5の記録ヘッドの、図5のA−A線に沿った部分断面図である。 図5の記録ヘッドの封止前の状態を示す斜視図で、(a)はその分解斜視図、(b)は(a)の円C3で囲んだ部分の拡大部分斜視図である。 第3の実施形態による記録ヘッドの全体斜視図である。 図8の記録ヘッドの部分詳細図で、(a)は記録素子の一端の封止部の拡大平面図、(b)は(a)の円C4で囲んだ部分の拡大部分平面図である。 第4の実施形態による記録ヘッドの部分平面図である。 第5の実施形態による記録ヘッドの部分詳細図で、(a)は部分平面図、(b)は(a)のB−B線に沿った部分断面図である。 図11に示すインクジェット記録ヘッドの製造方法を示す概略フロー図である。 第6の実施形態による記録ヘッドの部分斜視図である。 図13の記録ヘッドの部分断面図で、(a)は図13のA−A線に沿った部分断面図、(b)は図13のB−B線に沿った部分断面図である。 第6の実施形態による記録ヘッドの他の変形例を示す部分斜視図である。 第6の実施形態による記録ヘッドの他の変形例を示す部分斜視図である。 第7の実施形態による記録ヘッドの部分斜視図である。 図17の記録ヘッドの部分断面図で、(a)は図17のA−A線に沿った部分断面図、(b)は図17のB−B線に沿った部分断面図である。 第7の実施形態による記録ヘッドの他の変形例を示す部分斜視図である。 第8の実施形態による記録ヘッドの部分断面図である。 従来技術の課題を示す、記録ヘッドの部分断面図である。 従来技術の記録ヘッドを示す斜視図で、(a)は記録ヘッドの主要部を示す斜視図、(b)は(a)の支持部材の反対側を示す斜視図である。 図22の記録ヘッドの分解斜視図である。 図22の記録ヘッドの封止前の状態を示す斜視図で、(a)はその斜視図、(b)は(a)の円C5で囲んだ部分の拡大部分斜視図である。 図22の記録ヘッドの封止部の部分詳細図で、(a)は記録素子の一端の封止部の拡大部分斜視図、(b)は(a)のA−A線に沿った部分断面図である。
符号の説明
19 保持部材
21 電気接続部
51 隙間
100 記録ヘッド
110 記録素子
112b 溝
113 電極部
121 第1の封止剤
122 第2の封止剤
130 フレキシブル配線基板
130a 分離帯
132 インナーリード
134 デバイスホール
135 ボンディングホール
136 フィルム部材
137 ベースフィルム
141 金属パターン部材
150 支持部材

Claims (14)

  1. 液滴を吐出する吐出口と、該吐出口に隣接して設けられ、該吐出口の吐出を制御する電気信号を受取る電気接続部とを備えた記録素子と、
    前記記録素子の少なくとも一部を覆うフレキシブル配線基板であって、前記吐出口を露出させるデバイスホールと、前記電気接続部に面して設けられたボンディングホールとを各々独立に備えたフレキシブル配線基板と、
    前記電気接続部の少なくとも一部を覆い、かつ前記ボンディングホールの少なくとも一部まで充填された封止剤と、
    を有する、液体吐出記録ヘッド。
  2. 前記フレキシブル配線基板は、少なくとも一部が前記ボンディングホールの内側に突出したインナーリードを有し、
    前記記録素子は、前記吐出口に隣接した電極部を有し、
    前記インナーリードの先端部と前記電極部とが電気的に接続されて前記電気接続部が形成されている、
    請求項1に記載の液体吐出記録ヘッド。
  3. 前記インナーリードは、前記電気接続部からみて前記ボンディングホールの開口縁部よりも遠い位置から該電気接続部までの範囲で、前記フレキシブル配線基板の本体部から分離している、請求項2に記載の液体吐出記録ヘッド。
  4. 前記電極部および前記インナーリードは各々複数個設けられ、
    前記フレキシブル配線基板は、前記ボンディングホールの一部を覆うフィルム部材を有し、該フィルム部材は、該フレキシブル配線基板を構成するベースフィルムと同一層位置に設けられ、かつ、少なくとも各電極部に面する位置が開口となり、少なくとも一つの前記インナーリードの側方を少なくとも部分的に延びるように形成されている、請求項2または3に記載の液体吐出記録ヘッド。
  5. 前記電極部および前記インナーリードは各々複数個設けられ、
    前記フレキシブル配線基板は、前記ボンディングホールの一部を覆う金属パターン部材を有し、該金属パターン部材は、前記フレキシブル配線基板内の、前記インナーリードに接続する金属配線と同一層位置に設けられ、かつ、少なくとも各電極部に面する位置が開口となり、少なくとも一つの前記インナーリードの側方を少なくとも部分的に延びるように形成されている、請求項2または3に記載の液体吐出記録ヘッド。
  6. 前記ボンディングホールに充填された前記封止剤は、成分の異なる複数種類の封止剤を含む、請求項2から5のいずれか1項に記載の液体吐出記録ヘッド。
  7. 前記ボンディングホール内に充填された前記封止剤の頂面に、硬化前の該封止剤を保持する保持部材が設けられている、請求項2または3に記載の液体吐出記録ヘッド。
  8. 前記封止剤と同じ封止剤が、少なくとも前記ボンディングホール内に、前記保持部材を覆って設けられている、請求項7に記載の液体吐出記録ヘッド。
  9. 前記封止剤と成分の異なる封止剤が、少なくとも前記ボンディングホール内に、前記保持部材を覆って設けられている、請求項7に記載の液体吐出記録ヘッド。
  10. 前記記録素子は、前記デバイスホールと前記ボンディングホールとの間の分離帯に面する位置に、該分離帯に沿って延びる溝を有している、請求項1から9のいずれか1項に記載の液体吐出記録ヘッド。
  11. 前記デバイスホールの前記ボンディングホールに面する辺は、その端部付近で、前記記録素子から離れる方向に湾曲している、請求項1から10のいずれか1項に記載の液体吐出記録ヘッド。
  12. 前記ボンディングホールの幅は前記デバイスホールの幅よりも小さい、請求項1から11のいずれか1項に記載の液体吐出記録ヘッド。
  13. 前記ボンディングホールの幅は前記記録素子の幅より小さい、請求項12に記載の液体吐出記録ヘッド。
  14. 請求項1から13のいずれか1項に記載の液体吐出記録ヘッドを備えたインクジェット記録装置。
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