JP5273984B2 - インクジェット記録ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、インク等の液体を吐出して記録動作を行うインクジェット記録装置に用いられるインクジェット記録ヘッドに関する。

インクジェット記録装置に搭載されるインクジェット記録ヘッドは、インク滴を吐出するためのインク吐出口と、このインク吐出口にインクを供給する供給系とを有している。そして、インク吐出口に対応して設けられた吐出エネルギー発生素子（例えば電気熱変換素子や電気機械振動変換素子など）に記録信号となる電気信号を供給して吐出圧力を発生させる。このときの発生圧力は、記録媒体に対する記録を行なう微小なインク滴を微小なインク吐出口から吐出させる。

このようなインクジェット記録ヘッドを備えた記録装置は低コストで高品位な文字や画像が出力可能であり、今ではプリンタ市場の大半を占めている。特許文献１には、現在、低価格なインクジェット記録装置に使用されるインクジェト記録ヘッドの代表的な構成例が示されている。

また、特許文献２及び特許文献３でも示されるように、インクジェット記録へッドは、インク吐出口を備えた記録素子基板を取り囲むようにフレキシブル配線基板が取り付けられ、平坦な面を形成している。記録動作をしばらく行わない時は、インク吐出口からのインクの蒸発を防ぐためにこの平坦な面に記録装置本体のキャップ部材が当接することで、インク吐出口を外部環境から遮断している。

図８は、従来よりインクジェット記録装置に使用されるインクジェト記録ヘッドを、記録素子基板の搭載側から見た斜視図である。このインクジェット記録へッド２００１は、インク吐出口２１０３を備えた記録素子基板２１０１と、フレキシブル配線基板２３０１と、インクを貯留するインク貯留部２５０１と、を主要な構成としている。このうち、記録素子基板２１０１は中でも最も高価な部品で、できる限り小さくなるよう作られている。次に高価な部品であるフレキシブル配線基板２３０１は、その開口部２３０２に記録素子基板２１０１を収容して記録素子基板２１０１と電気的に接続されている。また、フレキシブル配線基板２３０１は、非記録時にインク吐出口２１０３からのインクの蒸発を防ぐために、インク吐出口２１０３を覆って密閉する、インクジェット記録装置本体側に設けられた弾性を有するキャップ部材との当接面を形成している。図８の点線２３１０は、キャップ部材の先端がフレキシブル配線基板２３０１に接触する部位を示すものである。このように、キャップ部材の先端は、フレキシブル配線基板２３０１に対して、記録素子基板２１０１の周囲を囲むように接触することで、インク吐出口２１０３を覆って密閉する。そのため、記録素子基板の小型化や電気配線の高密度化、配線数の低減化が進んでも、フレキシブル配線基板の表面には一定の広さのキャップ当接面が必要であり、フレキシブル配線基板はあまり小さくすることはできない。仮に、フレキシブル配線基板を、点線２３１０の内側に収まるように小さくすると、インク貯留部２５０１の側面にある電気接続部にフレキシブル配線基板２３０１を引き出す際に、フレキシブル配線基板２３０１と点線２３１０とが交差する箇所が生じてしまう。この場合、点線２３１０は、直接インク貯留部２５０１に接する部位と、フレキシブル配線基板２３０１と交差して接する部位と、の境界で段差が生じ、この段差からのリークにより、キャップ部材の密閉性が低下してしまう。
特開２００２−２５４６６１号公報 特開２００１−６３０５３号公報 特開２００１−６３０５７号公報

本発明の目的は、上記背景技術の課題を解決できるインクジェット記録ヘッドを提供することにある。その目的の一つは、新たな部品を必要とせず簡単な構成でキャップ当接面を形成することにある。

本発明の一の態様は、インク吐出口からインクを吐出するためのエネルギーを発生させるエネルギー発生素子を備える記録素子基板と、
前記記録素子基板と電気的に接続されたフレキシブル配線テープと、
前記記録素子基板と前記フレキシブル配線テープとを支持する支持部材と、
を備えるインクジェット記録ヘッドであって、
前記支持部材には、
前記記録素子基板が搭載された搭載面と、前記搭載面と当該搭載面と異なる面とを連通し、内部に前記フレキシブル配線テープが延在する貫通孔と、前記搭載面の周囲に形成され当該搭載面よりインク吐出方向へ突出した、前記インク吐出口を覆い吸引することで前記インク吐出口からインクを排出可能なキャップ部材と当接する当接部位と、が形成されており、前記貫通孔の前記搭載面側の端部である開口は封止材で埋められている、インクジェット記録ヘッドを提供することにある。

本発明によれば、インクジェット記録ヘッドにおいて、新たな部品を必要とせず簡単な構成でキャップ当接面を形成することができる。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

本実施例の記録ヘッドは、図１に示すようにインクタンクに一体にされた構成となっている。図１中の記録ヘッド１００１は、液体のカラーインク（シアンインク、マゼンタインク、イエローインク）を保持している。このインクジェット記録ヘッド１００１は、インクジェット記録装置本体に載置されているキャリッジの位置決め手段および電気的接点によって固定支持される。そして、インクジェット記録ヘッド１００１はキャリッジに対して着脱可能となっており、保持したインクが消費されると交換される。

図２の分解斜視図にて、インクジェット記録ヘッドの構成要素を示す。インクジェット記録ヘッド１００１は、記録素子基板１１０１、電気配線部材としての電気配線テープ（フレキシブル電気配線基板）１３０１、インク貯留部１５０１等により構成される。

図３は記録素子基板１１０１の構成を説明するために一部破断して示す斜視図であり、記録素子基板には、シアン、マゼンタ、イエロー用の３個のインク供給口１１０２が並列して形成されている。それぞれのインク供給口１１０２を挟んでその両側には、複数のエネルギー発生素子としての電気熱変換素子１１０３と複数のインク吐出口１１０７とが夫々列状に配置されて形成されている。Ｓｉ基板１１１０上には電気熱変換素子１１０３の他に、電気配線、電気回路、電極部１１０４などが形成されている。その上に樹脂材料でフォトリソグラフィ技術によってインク流路壁１１０６やインク吐出口１１０７が形成されている。電気配線に電力を供給するための電極部１１０４は四辺形の記録素子基板１１０１の１辺に沿って位置し、Ａｕ等のバンプ１１０５が形成されている。

図２の電気配線テープ１３０１は、ポリイミドのベース基材上に銅箔の配線パターンを形成することで構成されており、記録素子基板１１０１に対してインクを吐出するための電気信号を印加する電気信号経路を形成するものである。電気配線テープ１３０１は、インク貯留部１５０１の筐体外面に沿って曲げられて約９０度折り曲がったＬ字形状をしており、短辺側の端部には記録素子基板１１０１の電極部１１０４に接続される電極端子部１３０４が形成されている。また、長辺側には本体装置からの電気信号を受け取るための外部信号入力端子１３０２が形成されており、電極端子部１３０４と外部信号入力端子１３０２は連続した銅箔の配線パターンでつながれている。

図２のインク貯留部１５０１は、例えばノリル樹脂の樹脂成形により形成されている。

図４（Ａ）はインク貯留部１５０１の側面の一部の模式図であり、図４（Ｂ）はインク貯留部１５０１をインク供給口１２０１側から見た下面図である。記録素子基板１１０１を接着して搭載する部位（搭載部）である搭載面１５０４には、インク供給口１２０１が開口している。また、インク貯留部１５０１は、記録素子基板１１０１を搭載する搭載面１５０４よりインク吐出方向に向かって突出した当接面１５０３を有する。この当接面１５０３は、キャップ部材１０５の先端１０５ａ（図４（Ｃ））が直接当接する部位である線状の当接部位１３１０を有する面であり、記録素子基板１１０１を搭載する搭載面１５０４の周囲を囲っている。また、スリット１５０２が、記録素子基板１１０１が搭載される搭載面１５０４に開口している。このスリット１５０２は、保持面１５０３に保持される電気配線テープ１３０１の、外部信号入力端子１３０２へ向かう配線テープ部１３０２ａが挿入可能な開口部となっている（図２参照）。

本実施例では、記録素子基板１１０１の電極部１１０４と接続する電気配線テープ１３０１は、当接部位１３１０で囲まれた領域から当接部位１３１０と交差することなく、配線テープ部１３０２ａをインク貯留部１５０１の筐体外面に案内することができる。スリット１５０２は、配線テープ部１３０２ａを、当接部位１３１０で囲まれた領域の外である、インク貯留部１５０１の筐体外面に案内する案内部となっている。そのため、従来のような、電気配線テープ上にキャップ当接部位を設定する必要がなく、当接面１５０３自体を、キャップ部材１０５の密着性を低下させることなく、記録素子基板１１０１のキャッピングに必要な最小限の広さにまで小さくすることが可能となる。

本実施例のインクジェット記録ヘッドを製造するには、まず、インク貯留部１５０１、電気配線テープ１３０１及び記録素子基板１１０１を準備する。そして、記録素子基板１１０１の端部の電極部１１０４と電気配線テープ１３０１の一端の電極端子部１３０４とが電気的に接続される。その電気的接続部は、封止剤１３０７により封止されることで（図５参照）、電気的接続部をインクによる腐食や外的衝撃から保護される。つまり、封止材１３０７は保護部材の役割も兼ねる。その後、電気配線テープ１３０１は約９０度折り曲げられる。この状態で、記録素子基板１１０１の各インク供給口１１０２がインク貯留部１５０１の各インク供給口１２０１に連通するよう位置精度良く接着固定される。この接着に用いられる接着剤１３０７としては、エポキシ樹脂を主成分とした熱硬化接着剤が用いられている。この時、電気配線テープ１３０１の他端がインク貯留部１５０１に設けられたスリット１５０２に挿入されて、電気配線テープ１３０１の外部信号入力端子１３０２を有する長辺部分はスリット１５０２を貫通している。そして、電気配線テープ１３０１とスリット１５０２との隙間は封止剤１３０７で埋められている。なお、電気配線テープ１３０１をスリット（開口）１５０２に挿入した状態において、電気配線テープ１３０１とスリット１５０２との隙間が、実質的に空気の通過が無視できる程度であるならば、封止剤１３０７による隙間の埋め込みは不要である。ここで、「空気の通過が無視できる」とは、当接面１５０３へのキャップ部材１０５の先端１０５ａ当接後において、スリット１５０２を介した空気の漏れが、吸引回復動作に支障のない程度に無視できる程度のことをいう。

また、電気配線テープ１３０１はインク貯留部１５０１のインク供給口１２０１を有する面にほぼ直交した側面に熱カシメもしくは接着等で固定される（図１参照）。

別の製造方法としては、記録素子基板１１０１のインク貯留部１５０１への接着固定前に電気配線テープ１３０１を曲げなくてもよい。つまり、記録素子基板１１０１と接続された電気配線テープ１３０１を、スリット１５０２に貫通させながら約９０度曲げ、記録素子基板１１０１をインク貯留部１５０１に位置決めし接着しても良い。

更に別の製造方法としては、記録素子基板１１０１をインク貯留部１５０１上に位置決め接着した後、約９０度折り曲げられた電気配線テープ１３０１をスリット１５０２に挿入しつつ記録素子基板１１０１に位置決めし電気接続しても良い。

図１に示したように、インクジェット記録ヘッド１００１には、インクジェット記録装置本体のキャリッジの装着位置に案内するための装着ガイド１５６０と、キャリッジに装着固定するための係合部１９３０とを有する。また、キャリッジの所定の装着位置に位置決めするためのＸ方向（キャリッジスキャン方向）の突き当て部１５７０、Ｙ方向（記録媒体搬送方向）の突き当て部１５８０、Ｚ方向（インク吐出方向）の突き当て部１５９０を備えている。この突き当て部により位置決めされることで、電気配線テープ１３０１上の外部信号入力端子１３０２がキャリッジに設けられた電気接続部のコンタクトピンと正確に電気的接触を行う。また、インクジェット記録本体の回復ユニット１０４のキャップ部材１０５が当接するための当接面１５０３を有している。回復ユニット１０４は、インク吐出口１１０７が開口する側をキャップ部材で覆った状態でインク吐出口１１０７からインクを吸引することで、インク吐出口１１０７に連通する流路内のインク詰まり等を解消し、インクの吐出を正常状態に回復させるものである。

また、電気配線テープの他の形態を用いたときのインクジェット記録へッドの記録素子基板の搭載側を見た形態を図６に示す。この形態では、電気配線テープ１３０１が当接部位１３１０の内側に収まる範囲内の大きさであって、記録素子基板１１０１をその内側に収める大きさの開口１３０１ｂを有している。この構成では、電気配線テープ１３０１の２つの電極端子部１３０４と記録素子基板１１０１の対向する短辺それぞれに設けた２つの電極部１１０４とが、それぞれ電気接続して２組の電気接続部を形成する。これにより、記録素子基板１１０１の２箇所で電気接続を行なうことができるので、１つあたりの電極部１１０４を余裕を持って電極形成することができる。この場合であっても、電気配線テープ１３０１を、当接部位１３１０を交差することなく、スリット１５０２を通ってインク貯留部１５０１の筐体側面に引き出すことが可能である。

なお、インクジェット記録ヘッド１００１は、記録素子基板１１０１とインク貯留部１５０１との間に、アルミナ製の支持部材を配する構成としてもよい。この場合、支持部材は、スリット１５０２と連通し、スリット１５０２に挿入されるフレキシブル配線テープ１３０１を通すスリット状の開口を備える。支持部材は、低い線膨脹率や高い熱伝導率等の優れた温度特性を備え、シリコン基板である記録素子基板１１０１と、樹脂製のインク貯留部１５０１筐体と、の間の温度特性を備える部材である。これにより、インク貯留部１５０１への記録素子基板１１０１の安定した搭載が実現できる。

図７は、本発明のインクジェット記録ヘッドを搭載可能なインクジェット記録装置の一例を示す説明図である。キャリッジ１０２には、図１に示したインクジェット記録ヘッド１００１が位置決めして交換可能に搭載されている。キャリッジ１０２には、インクジェット記録ヘッド１０００に設けられた外部信号入力端子を介して、夫々の電気熱変換素子１１０３に駆動信号等を伝達するための電気接続部が設けられている。

キャリッジ１０２は、主走査方向に延在して装置本体に設置されたガイドシャフト１０３に沿って往復移動可能に案内支持されている。ホームポジションにはインクジェット記録ヘッド１０００のインク吐出口１１０７を覆うキャップ部材１０５を備える回復ユニット１０４がある。回復ユニット１０４は、キャップ部材１０５を介して、インク吐出口１１０７からのインクの吸引やインク吐出口１１０７からのインクの蒸発を防ぐためのキャッピング等を行う。

用紙やプラスチック薄板等の記録媒体１０１は搬送ローラ１０６の回転により、インクジェット記録ヘッド１０００インク吐出口１１０７と対向する位置を通って搬送（副走査）される。

以上の実施例によるインクジェット記録ヘッドは、電気配線テープ（フレキシブル電気配線基板）の面上にキャップ部材の当接面を形成できないくらいに小型化された形態であっても、インク貯留部に、キャップ部材が当接する当接面を形成することができる。その結果、インクジェット記録ヘッドの信頼性を維持しながら更なるコストダウンが可能となる。

本発明の実施例に係るインクジェット記録ヘッドの記録素子基板の搭載側を見た斜視図である。 本発明の実施例に係るインクジェット記録ヘッドについて記録素子基板の搭載側から見た分解斜視図である。 実施例に係るインクジェット記録ヘッドの記録素子基板を一部破断して表した斜視図である。 （Ａ）はインク貯留部の側面の一部の模式図、（Ｂ）はインク貯留部をインク供給口側から見た下面図、（Ｃ）はキャップ部材の模式的斜視図である。 実施例のインクジェット記録ヘッドの一部断面図である。 電気配線テープの他の形態を用いたときのインクジェット記録へッドの記録素子基板の搭載側を見た斜視図である。 本発明のインクジェット記録ヘッドを適用するインクジェット記録装置を示す模式的平面図である。 従来のインクジェット記録へッドの記録素子基板の搭載側を見た斜視図である。

符号の説明

１０００、１００１ 記録ヘッド
１１０１ 記録素子基板
１１０３ 電気熱変換素子
１１０７ 吐出口
１３００ 電気配線テープ
１３０７ 封止材
１４０１ 支持部材
１５０１ インク供給部材
１５０２ スリット
１５０３ 平坦面

Claims (3)

1. インク吐出口からインクを吐出するためのエネルギーを発生させるエネルギー発生素子を備える記録素子基板と、
   前記記録素子基板と電気的に接続されたフレキシブル配線テープと、
   前記記録素子基板と前記フレキシブル配線テープとを支持する支持部材と、
   を備えるインクジェット記録ヘッドであって、
   前記支持部材には、
   前記記録素子基板が搭載された搭載面と、前記搭載面と当該搭載面と異なる面とを連通し、内部に前記フレキシブル配線テープが延在する貫通孔と、前記搭載面の周囲に形成され当該搭載面よりインク吐出方向へ突出した、前記インク吐出口を覆い吸引することで前記インク吐出口からインクを排出可能なキャップ部材と当接する当接部位と、が形成されており、前記貫通孔の前記搭載面側の端部である開口は封止材で埋められている、インクジェット記録ヘッド。
2. 前記フレキシブル配線テープの一端部と前記記録素子基板の一端部とが電気接続されている、請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
3. 前記開口は、前記キャップ部材と当接する前記当接部位で囲まれる領域内に形成されている、請求項１または２に記載のインクジェット記録ヘッド。

Images