JP5284488B2 - 記録ヘッドおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、記録媒体に記録を行うための記録ヘッドとその製造方法に関する。

記録ヘッドとして代表的なインクジェット記録ヘッドは、一般的に、インク（液体）を吐出する記録素子基板と、インクを収納する容器であるインクタンクと、記録素子基板に吐出制御信号や吐出のための電力を伝達する電気配線基板とで構成されている。記録素子基板は、保持部材としてのインクタンクに固定されており、電気配線基板もインクタンクに固定されている。

図８は、従来の電気配線基板Ｈ２０００の接着固定を示している図である。

図８（ａ）は、インクジェット記録ヘッドを記録素子基板Ｈ１０００側から見た図である。なお、図８（ａ）は、説明のために、配線Ｈ２００２を透かして見えるように記載してある。図８（ｂ）は、図８（ａ）のＸ-Ｘ断面を示している。また、図８（ｃ）は、図８（ｂ）のＡ部の拡大図である。

図８（ａ）に示すように、電気配線基板Ｈ２０００の有する開口部Ｈ２００３の内側に、記録素子基板Ｈ１０００が収められており、電気配線基板Ｈ２０００及び記録素子基板Ｈ１０００はインクタンクＨ３０００に固定されている。

電気配線基板Ｈ２０００は図８（ｃ）に示すように、絶縁体からなる第１のフィルムＨ２０１０、第２のフィルムＨ２０２０、配線Ｈ２００２を有する配線層Ｈ２０３０とで構成される層状となっている。この配線Ｈ２００２は、その一端において記録素子基板Ｈ１０００に接続されており、インクジェット記録ヘッドの搭載される本体からの制御信号や電力を記録素子基板Ｈ１０００に伝達する。

一般的に、電気配線基板Ｈ２０００は、接着剤Ｈ４１００によってインクタンクＨ３０００に固定されており、更に電気配線基板Ｈ２０００の外周は、封止剤Ｈ４０００によって封止されている（特許文献１）。

特開２０００−１７７１３４号公報

しかし、接着剤を塗布することで電気配線基板を保持部材に固定する従来の方法では、接着剤の塗布のばらつき等により電気配線基板の端部まで接着剤が塗布されない場合がある。

図９（ａ）に示すように、接着剤Ｈ４１００による固定で電気配線基板の端部まで接着されていないために、電気配線基板Ｈ２０００の端部がインクタンクＨ３０００から浮いた状態となってしまうことがある。この状態で記録を行うために記録ヘッドを走査すると、図９（ｂ）に示すように、紙などの記録媒体Ｐと接触して電気配線基板が捲れてしまう可能性がある。その場合、記録素子基板に電気信号が送られなくなり、記録ヘッドの吐出の機能が失われる恐れがある。近年は、記録媒体の種類が増えているが、特に腰の強い記録媒体を用いて印刷する場合は、電気配線基板が捲れてしまう可能性が高い。

本発明の記録ヘッドの製造方法は、液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生する記録素子を有する記録素子基板と、前記記録素子基板を内部に配置するための開口部と、前記記録素子と電気的に接続される複数の配線と、前記複数の配線を挟む、膜状の第１の絶縁体及び第２の絶縁体と、前記複数の配線の間に配され、前記第１の絶縁体と前記第２の絶縁体とを接着する接着剤と、を有する電気配線基板と、前記記録素子基板を保持するための保持部材と、を有する記録ヘッドの製造方法であって、前記保持部材はレーザー光に対して吸収性を有し、前記第１の絶縁体、前記第２の絶縁体、及び前記接着剤はレーザー光に対して透過性を有しており、前記保持部材の前記記録素子基板が固定される面と前記電気配線基板とを、前記電気配線基板の外周部の少なくとも一部で当接させ、該当接がなされた当接部に向けて、前記電気配線基板のうち、前記配線が配置されていない部分を介してレーザー光を照射することにより、前記電気配線基板と前記保持部材とを溶着することを特徴とする。

レーザー光を照射することによって、電気配線基板の外周の少なくとも一部で、電気配線基板を保持部材に固定する。これにより、保持部材に対して電気配線基板の端部まで精度よく電気配線基板を接合することが可能であり、記録媒体の接触による電気配線基板の捲れの恐れを低減し、記録ヘッドの電気的信頼性を向上することができる。

本発明の第１の実施形態を示す模式図である。 （ａ）は本発明を適用可能なインクジェット記録ヘッドの概略模式図であり、（ｂ）はその分解模式図である。 本発明を適用可能なインクジェット記録ヘッドを構成する記録素子基板を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態を説明するための模式図である。 本発明の実施形態を示す模式図であり、インクタンクの溶着される部分の形状に関して説明するための図である。 本発明の第２の実施形態を説明するための図である。 本発明の第２の実施形態を示す模式図である。 従来の接着剤を用いて電気配線基板をインクタンクに固定する方法を説明するための図である。 電気配線基板の捲れによる、電気配線基板の記録媒体への接触を説明するための図である。

（第１の実施形態）
次に、本発明の実施形態を図１〜図５を用いて説明する。

図２（ａ）は、本発明を適用可能なインクジェット記録ヘッド１の概略模式図であり、図２（ｂ）はその分解模式図である。インクジェット記録ヘッド１は、記録素子基板１０、電気配線基板２０、インクタンク３０とで構成される。記録素子基板１０は保持部材としてのインクタンク３０の一面（第１の面３１）に固定されており、インクタンク３０のこの第１の面３１に電気配線基板２０も固定されている。

インクジェット記録ヘッド１は、インクジェット記録装置に設置されているキャリッジの位置決め手段によって固定支持されるとともに、キャリッジに対して着脱可能となっている。

記録素子基板１０は、液体（インク）を吐出する吐出口と、インクを吐出するための記録素子を有している。インクジェット記録ヘッド１は、インクジェット記録装置から送られる電気信号に応じて、インクを吐出するために利用されるエネルギーを発生する記録素子を駆動する。これにより、インク（液体）を収容するインクタンク３０から供給されるインクを吐出口から吐出し、記録媒体に記録を行う。記録素子としては、発熱抵抗素子やピエゾ素子などが挙げられる。

図３は、記録素子基板１０の構成を説明するために一部を切断した斜視図である。

記録素子基板１０は、インクを吐出するための吐出口１１、吐出口１１と連通して吐出口１１にインクを供給するためのインク供給口１２とを有する。インク供給口１２はシリコン基板１３に形成される。

シリコン基板１３は、厚さ０．５ｍｍ〜１．０ｍｍを有しており、異方性エッチングによりインク供給口１２が形成される。また、シリコン基板１３上には、記録素子としての発熱抵抗素子１４が形成され、その発熱抵抗素子１４と吐出口１１とが対応するように、シリコン基板１３上にフォトリソグラフィー技術を用いて、吐出口１１が形成される。さらにシリコン基板１３上には発熱抵抗素子１４を駆動するための電気信号や電力を供給するための電極部としてＡｕ等のバンプ１５が設けられている。

次に、図１を用いて電気配線基板２０について説明する。図１（ａ）は、インクジェット記録ヘッドを記録素子基板１０側から見た図である。なお、図１（ａ）は、説明のために配線２４を透かして描いた図となっており、以降のインクジェット記録ヘッドを記録素子基板１０側から見た図も同様に記載している。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＹ-Ｙ断面を示している。また、図１（ｃ）は、図１（ｂ）のＢ部の拡大図である。

記録素子基板１０には、電気配線基板２０が電気的に接続されており、この電気配線基板２０を介して記録素子基板１０の有する発熱抵抗素子１４に電気信号が送られる。電気配線基板２０に設けられた開口部２６に収まるようにして、記録素子基板１０が配置されている。

電気配線基板２０は図１（ｃ）に示すように、膜状の絶縁体からなる第１のフィルム２１（第１の絶縁体）及び第２のフィルム２２（第２の絶縁体）、配線２４を有する配線層２３で構成される層状である。第１のフィルム２１及び第２のフィルム２２は配線２４を挟むことで保護している。配線層２３は、配線２４の隙間を埋めることと、第１のフィルム２１、第２のフィルム２２と配線層２３とを接着する目的で、接着剤２５が塗布されている。配線２４は、例えばＣｕなどの導電性の良い金属製で、印字制御に必要な本数が並列に配置されている（簡略化のため本数を減らして図示）。この配線２４は、その一端が記録素子基板１０のバンプ１５に接続されており、インクジェット記録ヘッド１が搭載されるインクジェット記録装置からの制御信号や電力を、記録素子基板１０に伝達している。

また、図１（ｂ）に示すように、配線２４の他端は、インクジェット記録装置からの信号を受け取るために電気配線基板２０に設けられた信号入力端子２７に接続される。電気配線基板２０のうち、記録素子基板１０を収めるための開口部２６が設けられた部分はインクタンク３０の第１の面３１に、信号入力端子２７が設けられた部分は第１の面３１とは異なる第２の面３２に対して固定される。すなわち、電気配線基板２０は、第１の面３１から第２の面３２に向かって屈曲する屈曲部２８を有している。

次に、本実施形態における電気配線基板２０のインクタンク３０への固定について説明する。

本発明は、レーザー光を用いて、電気配線基板２０をインクタンク３０に対して固定する。したがって、本実施形態では、インクタンク３０をレーザー光に対して吸収性を有する部材とし、電気配線基板２０の配線２４以外の部分である、第１のフィルム２１、第２のフィルム２２、及び接着剤２５を透過性を有する部材とする。

次に、本実施形態の記録ヘッドのレーザー光を用いた製造方法に関して説明する。

まず、電気配線基板２０とインクタンク３０とを、溶着する面を内側にして当接する。次に、電気配線基板２０のうち、透過性を有している第１のフィルム２１、第２のフィルム２２、及び接着剤２５を介して、第２のフィルム２２とインクタンク３０とが当接する当接部に向けてレーザー光を照射する。筐体であるインクタンク３０ではなく、薄い層状である電気配線基板２０を介してレーザー光を照射するため、容易にレーザー光を照射することが可能である。

レーザー光が照射されることにより、吸収性を有する部材であるインクタンク３０が含有している染料または顔料が発熱して溶融し、この発生した熱は第２のフィルム２２に伝達される。第２のフィルムとしてインクタンク３０の融点に近い融点を有する材料を用いることで、伝達された熱によって第２のフィルム２２も溶融し、当接部は溶着部となり、電気配線基板２０とインクタンク３０とが接合される。

次に、電気配線基板２０とインクタンク３０とがレーザー光によって溶着される位置について図１を用いて説明する。

２００（２００ａ、２００ｂ）は、レーザー光の照射によってインクタンク３０と電気配線基板２０とが溶着された部分（溶着部）を示している。金属製である配線２４はレーザー光を透過しないため、溶着部２００は配線２４が配置されていない領域に対応する部分に設けられる。溶着部２００ａは、溶着部２００のうち、電気配線基板２０の外周部の端部に形成された溶着部であり、電気配線基板２０の外周部の端部に点在して形成されている。

レーザー光を用いて部材同士を溶着すると、所望の位置における溶着が可能である。そのため、レーザー光を用いて電気配線基板２０とインクタンク３０とを溶着すると、電気配線基板２０の端部まで精度よく、電気配線基板２０をインクタンク３０に接合することが可能である。したがって、レーザー光によって電気配線基板２０の外周部に溶着部２００ａを形成することで、印刷時において紙などの記録媒体が電気配線基板２０に接触して捲れる可能性を低減し、記録ヘッドの電気的信頼性を向上することが可能である。

記録媒体による電気配線基板２０の捲れの問題は、電気配線基板２０の外周部のうち、記録ヘッドが走査される方向（図１（ａ）の矢印Ａの方向）に関する電気配線基板２０の端部や、電気配線基板２０の隅の部分で生じ易い。そのため、電気配線基板２０の外周部のうち、これらの部分の近傍に溶着部２００ａを設けると、上記の問題に対してより効果的な構成とすることが可能である。

また、従来の接着剤を用いた方法では、接着剤を硬化するために長時間放置したり、電気配線基板２０の外周部を封止剤によって封止したりする必要があったが、本実施形態のようにレーザー光を用いて溶着を行うことで、製造方法にかかる工数を減らすことができる。

さらに、本実施形態では、電気配線基板２０のインクタンク３０に対する固定の強度を確保するため、配線２４の間に対応する部分においても溶着を行っており、溶着部２００ｂが複数形成されている。配線２４の間に対応する部分においても溶着することで、外周部の溶着部２００ａのみで溶着された場合と比較して、インクタンク３０に対して電気配線基板２０をより確実に固定することが可能である。

この溶着部２００ｂを設ける位置のより好適な形態について、図４を用いて説明する。図４（ａ）は、インクジェット記録ヘッドを記録素子基板１０側から見た図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）の波線領域Ｄを拡大した図である。

図４（ｃ）は、記録素子基板１０と並列に配置された配線２４の間に、溶着部２３０を設けた図である。このように、電気配線基板２０のうち、記録素子基板１０と並列に配線２４が配置された部分は、記録素子基板１０を収めるための開口部２６が配置されているために、配線２４の配置される密度が他の部分と比較して高い。そのため、電気配線部材２０の面積を大きくせずにこの部分に溶着部２３０を形成するためには、図４（ｃ）のように配線２４を細くして溶着するための領域を確保する必要がある。しかし、配線２４の幅を細くすると、電気抵抗が大きくなってしまう。

そこで、図４（ａ）の領域Ｄや領域Ｅのように配線２４が屈曲する角の部分において、外側の配線２４は直角に屈曲させ、内側の配線２４を、溶着部の面積を確保できるように屈曲させた配置とした。そして、確保した領域において溶着部２００ｂを形成した。これにより、配線２４を細くする必要がないので、適正な印加電力で使用することができ、より記録ヘッドの耐久性を向上させることが可能となる。

また、図４（ａ）の領域Ｆは、開口部２６に対して並列に配線２４が配置された部分ではないため、複数の配線２４を配置する領域が十分に確保できている。そのため、この部分においても領域Ｆのように配線２４を屈曲させて配置することで、配線２４を細くする必要がなくレーザー溶着部２００ｂを設けることが可能である。

本実施形態では、図４（ａ）に示すように、領域Ｄ、Ｅ、Ｆに配線２４を屈曲させて溶着する領域を確保したが、配線２４の屈曲の仕方は図で示すものに限定されず、溶着するための領域を確保できるように屈曲させればよい。

次に、図５を参照して、溶着部２００における溶着をより強固なものにするための構成について説明する。

レーザー光の照射によって部材同士を溶着して固定する場合では、レーザー照射時における部材同士の当接部の密着性が、固定の強度を左右する。図５（ｄ）は電気配線基板２０の層の構造を示す図である。このように内部に金属製の配線２４を有する電気配線基板２０では、配線２４のある場所と配線２４の無い接着剤２５が埋まっている場所とで若干の厚みの差が生じている。ただし、図５（ｄ）は、厚みの差を誇張している。第２のフィルム２２において、配線２４の無い薄い部分に対応する部分が溶着される領域である。

そこで、図５（ａ）の領域Ｃの拡大図である図５（ｂ）に示すように、溶着を行う前のインクタンク３０のうち溶着される部分に、インクタンク３０の第１の面３１に対して電気配線基板２０と当接する方向に凸である凸形状部３３を設けた。これにより、インクタンク３０と電気配線基板２０とを当接した際に、当接部における密着性を向上させ、部材同士をより強固に固定することが可能となる。

また、本実施形態では、電気配線基板２０の第１のフィルム２１、第２のフィルム２２、接着剤２５を介して、レーザー光を照射する。接着剤２５を介するために、レーザー光が当接部に適切に照射されない可能性がある。そこで、より確実に溶着させるためには、電気配線基板２０の構造を以下のように工夫することが好ましい。

例えば、電気配線基板２０のうち溶着部に対応する部分には接着剤２５がなく空洞である構成や、同じく対応する部分に接着剤２５及び第１のフィルムも設けずに第２のフィルムのみ設けた構成が挙げられる。また、電気配線基板２０のうち溶着部に対応する部分には接着剤２５でなく、レーザー光に対する透過性の高い部材を配した構成とすることで、電気配線基板２０の平面性を確保しつつ、より確実に溶着を行うことが可能となる。

なお、本発明の実施形態において、レーザー光に対して透過性を有する部材とは、部材に対してレーザー光を照射した場合の透過率が３０％以上の部材を意味する。また、本発明においてレーザー光に対して吸収性を有する部材とは、部材に対してレーザー光を照射した場合の吸収率が９０％以上の部材を意味する。上述のような透過率及び吸収率の部材を用いることで、透過性部材と吸収性部材とのレーザー溶着が可能となる。また、レーザー照射に用いられるレーザー光は、透過性を有する部材を透過可能である波長を有するものであればよい。

なお、レーザー光の照射方法に関しては、溶着部に沿ってレーザー光を照射するスキャン方式と、溶着部のみにレーザー光が照射可能となるようにマスクを設けて一斉にレーザー光を照射する一括方式とがある。本発明においてはどちらの方法を採用してもよく、レーザーの照射方法は特に限定されない。

本実施形態では、インクタンク３０が吸収性を有し、配線２４以外の電気配線基板２０が透過性を有している。しかし、本発明は、溶着する二つの部材のうち、いずれか一方が吸収性を有し、他方が透過性を有していればよい。本実施形態とは反対に、インクタンク３０が透過性を有する場合は、インクタンク３０を介してレーザー光を照射するため、電気配線基板２０のうち、第２のフィルム２２のみが吸収性を有する部材であればよい。また、この場合は、配線２４が配置された位置に対応する部分で溶着することも可能であるので、溶着する位置の自由度が増す。

本実施形態では、インクタンク３０と一体である記録ヘッドに関して説明したが、インクタンク３０を保持するタンクホルダを有する記録ヘッドであってもよく、この場合は、タンクホルダに記録素子基板及び電気配線基板を接合すればよい。

また、電気配線基板２０の外周部の一部においてレーザーを用いた溶着を行うことで、記録媒体の接触によって電気配線基板２０が捲れてしまう恐れを低減できるので、外周部以外の部分は接着剤を用いて接着する構成であってもよい。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について図７を用いて説明する。

本実施形態は、第１の実施形態のように電気配線部材２０の外周部における溶着部を部分的に設けるのではなく、図７に示すように溶着部２１０を隙間無く繋がるように設けた構成である。その他の構成は第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。

インクジェット記録装置を駆動させると、インクミストなどが電気配線基板２０の周囲に付着するが、これらのインクがインクジェット記録ヘッド１に及ぼす課題について図６を用いて説明する。

図６（ａ）は、インクジェット記録ヘッド１を記録素子基板１０側から見た図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）のＺ-Ｚ断面を示している。

電気配線基板２０の周囲に付着したインクＩ１００は、図６（ａ）のＩ１００で示す矢印Ｂで示すように電気配線基板２０の外周部のうち、溶着部が形成されていない部分から侵入する可能性がある。すなわち、図６（ｂ）に示すように、電気配線基板２０とインクタンク３０とが溶着されていない隙間に沿って侵入する。この場合に、インクＩ１００は電気配線基板２０から露出した配線と記録素子基板１０との接続部まで到達し、配線間の不具合を引き起こす恐れがある。

そこで、本実施形態では、図７に示すように、インクタンク３０の第１の面３１に配される電気配線基板２０のうち、屈曲部２８（図２参照）を除く電気配線基板２０の外周部に、レーザー光を照射することで溶着部２１０が隙間無く形成した構成である。これにより、電気配線基板２０とインクタンク３０の隙間からインクが侵入し、配線２４と記録素子基板１０との接続部にインクが付着する恐れを低減することが可能である。したがって、インクジェット記録ヘッドの電気的信頼性を更に向上させることが可能である。

また、本実施形態では、インクジェット記録ヘッドの走査方向に関する電気配線基板２０の開口部２６の端部についても、同様に隙間のない溶着部２２０を設けている。これにより、インクが侵入する恐れを更に低減することが可能である。

１ インクジェット記録ヘッド（記録ヘッド）
１０ 記録素子基板
２０ 電気配線基板
２４ 配線
３０ インクタンク（保持部材）
２００ａ 溶着部（電気配線基板の外周部に設けられた溶着部）

Claims (7)

1. 液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生する記録素子を有する記録素子基板と、前記記録素子基板を内部に配置するための開口部と、前記記録素子と電気的に接続される複数の配線と、前記複数の配線を挟む、膜状の第１の絶縁体及び第２の絶縁体と、前記複数の配線の間に配され、前記第１の絶縁体と前記第２の絶縁体とを接着する接着剤と、を有する電気配線基板と、前記記録素子基板を保持するための保持部材と、を有する記録ヘッドの製造方法であって、
   前記保持部材はレーザー光に対して吸収性を有し、前記第１の絶縁体、前記第２の絶縁体、及び前記接着剤はレーザー光に対して透過性を有しており、
   前記保持部材の前記記録素子基板が固定される面と前記電気配線基板とを、前記電気配線基板の外周部の少なくとも一部で当接させ、該当接がなされた当接部に向けて、前記電気配線基板のうち、前記配線が配置されていない部分を介してレーザー光を照射することにより、前記電気配線基板と前記保持部材とを溶着することを特徴とする記録ヘッドの製造方法。
2. 前記溶着の前において、前記保持部材における前記当接部は、前記保持部材の一面に対して前記当接部の方向に凸である凸形状を有することを特徴とする請求項１に記載の記録ヘッドの製造方法。
3. 液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生する記録素子を有する記録素子基板と、
   前記記録素子基板を内部に配置するための開口部と、前記記録素子と電気的に接続される複数の配線と、複数の前記配線を挟む、膜状の第１の絶縁体及び第２の絶縁体と、複数の前記配線の間に配され、前記第１の絶縁体と前記第２の絶縁体とを接着する接着剤と、を有する電気配線基板と、
   前記記録素子基板を固定するための保持部材と、
   を有する記録ヘッドであって、
   前記保持部材がレーザー光に対して吸収性を有し、前記第１の絶縁体、前記第２の絶縁体、及び前記接着剤がレーザー光に対して透過性を有しており、
   前記保持部材の前記記録素子基板が固定された面に、レーザー光により前記電気配線基板が溶着されており、該溶着がなされた溶着部が、前記電気配線基板の外周部のうちの、複数の前記配線が配されていない領域に対応する部分に形成されていることを特徴とする記録ヘッド。
4. 前記溶着部は、前記外周部のうちの、前記記録ヘッドが走査される方向に関する前記電気配線基板の端部の少なくとも一部に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の記録ヘッド。
5. 前記溶着部は、前記電気配線基板の隅の近傍に形成されていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の記録ヘッド。
6. 複数の前記配線が屈曲して配置されることで設けられた複数の前記配線の間の領域に対応する部分において、前記溶着部が形成されていることを特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれか一項に記載の記録ヘッド。
7. 前記電気配線基板は、前記記録素子基板が固定された面とは異なる前記保持部材の面に向かって屈曲する屈曲部を有しており、
   前記溶着部は、前記記録素子基板が固定された面における、前記屈曲部を除く前記電気配線基板の外周部に隙間無く繋がるように形成されていることを特徴とする請求項３乃至請求項６のいずれか一項に記載の記録ヘッド。

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