JP5294720B2 - インクジェット記録ヘッド - Google Patents

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Description

本発明は、基板に設けられた吐出口からインクを吐出して記録を行うインクジェット記録ヘッドに関し、更に詳しくは、基板上にテスト端子が配置されたインクジェット記録ヘッドに関するものである。
インクジェット記録ヘッド(以下、単に記録ヘッドともいう)には、インクを吐出するためのエネルギ発生素子として、電気−熱エネルギ変換素子を用いるものや、電気−機械エネルギ変換素子を用いるものなどが広く用いられている。このような記録ヘッドでは、エネルギ発生素子にパルス状の電気エネルギを付与するか、あるいは電位を瞬間的に変位させることにより、数kHzから100kHzの駆動周波数でインクを吐出する。電気−熱エネルギ変換素子を用いる記録ヘッドでは、通常1素子あたり数〜数百mAの電流が流れるため、パワートランジスタなどでスイッチングすることが好ましい。トランジスタを含む駆動に関わる素子は、シリコン製の基板上に半導体と同じ製造プロセスによって形成される。
このような実回路の動作確認は、半導体と同じくテストエレメントグループ(TEG)と呼ばれるダミー回路にてなされるが、そのダミー回路が必ずしも実回路の特性と一致するものではない。そのため、実回路の特性を測定するためには、実回路から直接配線を引出してテスト端子に導き、チェック用の探針でチェックするのが好ましい。
このようなテスト端子は、実際の駆動には関わらないため、特許文献1が開示するように、記録用の信号を受信するための端子とは別に設けられ、通常は基板の大きさに影響しないような位置に設けられる。
図8は、従来の記録ヘッドの一例であり、顔料ブラックインクを吐出する記録ヘッド1001を示す図である。記録ヘッド1001は、エネルギ発生素子としてヒータを用いて、このヒータを発熱させることにより、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記録素子1008を備えている。また記録ヘッド1001には、インクジェット記録装置からの駆動信号等を伝達する電気配線基板1002と、記録素子1008と電気配線基板1002との電気接続部を絶縁・保護する電気接続部封止部1007が設けられている。
図9は、記録ヘッド1001においてインクが吐出する部分の一部を拡大して示した斜視図である。なお、説明を容易にするために電気接続部封止部1007を途中で除いた(ハッチング部がその断面になる)図面となっている。基板1021には、ヒータ(不図示)と、駆動に関わる素子(不図示)と、テスト端子1025と、電気配線基板1002のリード1024が接合される接続端子1022と、がパターニングされている。また、基板1021上には、オリフィス1028に連通するノズルを形成するノズル形成部材1033が設けられており、ノズル形成部材1033と基板1021との間には中間層1027が設けられている。
テスト端子は、記録素子1008のサイズを大きくすることなく、一般的に記録素子の端部に配置され、かつノズル形成部材あるいは中間層1027で覆われてインクから保護されるようにしている。さらに、特許文献2が開示するように、封止剤1030にも電気接続部封止部1007と同様に熱硬化型の封止剤が用いられ、横から入り込むインクをブロックする構成になっている。
図10は、テスト端子が設けられた基板1021の回路の一部を示した回路図である。駆動時には端子1(電源)から端子2(GND)に向けて電流を流すことでヒータが加熱され、発泡とそれにつづくインク吐出を行なう。一方、基板1021の良否を判定する項目の1つに、図中のトランジスタ部の抵抗値が所定の値で、正常に駆動するか判断するというものがある。この場合、テスト端子Aとテスト端子Bとの間で抵抗値を測定することでトランジスタ部の抵抗値を直接測定し良否判定を行なう。
特開平07−323549号公報 特開2005−132102号公報
しかし、封止剤1030や電気接続部封止部1007を構成する熱硬化型エポキシ樹脂が、硬化する時の熱の影響でノズル形成部材に応力を生じさせる。この応力によってノズル形成部材に反りが生じることでノズル形成部材の端部が剥れて隙間1032が生じることがあった。そして、テスト端子1025は基板1021の大きさが大きくならないようにちょうど隙間1032が生じる位置に配置されることが多く、場合によっては外部と微小な隙間でつながってインクや湿気に触れる場合がある。図Cに示すように、テスト端子Aはグランド(GND)に対して大きな電位を持っており、これにインクや湿気が触れると腐食に至る場合がある。
また、テスト端子1025が例えば5μmの厚さの金メッキに覆われている場合、中間層1027がおおよそ3〜5μmであるとすると、金メッキされたテスト端子1025の上にはわずか約2μm以下の中間層しか無いことになる。この状態でノズル形成部材が剥れると、もともと金は反応性が悪いこともあり、テスト端子1025の上の中間層1027もノズル形成部材側に付いて一緒に剥れてしまう。その結果、テスト端子1025が外部と微小な隙間でつながってインクや湿気に触れて腐食に至る場合がある。
更にまた、中間層1027に絶縁層の機能を持たせている場合、金メッキされたテスト端子1025上の中間層1027が破断されていると、そこが封止剤で塞がれていても、イオンがノズル形成部材を泳動してテスト端子1025を腐食させる場合がある。このような、テスト端子1025の腐食が即インクジェット記録ヘッドの不具合になるわけではない。しかし、図Cのテスト端子Aのように電位がかかっている場合、腐食が基板1021中の配線を伝わって電位の高い方に進行し、途中の回路や配線にダメージを与えることがまれに生じる。
よって本発明は、テスト端子がインクや湿気に触れて腐食したり、他の回路や配線にダメージを与えることがないインクジェット記録ヘッドを提供することを目的とする。
そのため本発明のインクジェット記録ヘッドは、インクを吐出するノズルが設けられた部材と、前記インクの吐出に用いるエネルギを発生させるエネルギ変換素子を含む回路と、該回路を駆動し前記ノズルからインクを吐出して記録を行うための吐出用端子と、該回路を検査するためのテスト端子と、が設けられた、前記部材と接合される基板と、前記吐出用端子と電気的に接続される電気配線基板と、を備えたインクジェット記録ヘッドにおいて、前記テスト端子と前記電気配線基板とは電気的に接続されておらず、前記部材は、前記テスト端子上に対応する第1の領域と、前記第1の領域以外の第2の領域とを有し、前記第1の領域と前記第2の領域との間には凹部が形成されており、前記第1の領域は前記第2の領域より小さいことを特徴とする。
本発明によれば、テスト端子と電気配線基板とは電気的に接続されておらず、部材は、テスト端子上に対応する第1の領域と、第1の領域以外の第2の領域とを有し、第1の領域と第2の領域との間には凹部が形成されており、第1の領域は第2の領域より小さくする。これによって、テスト端子が、インクや湿気に触れて腐食したり、他の回路や配線にダメージを与えることがないインクジェット記録ヘッドを提供することができた。
(第1の実施形態)
以下、図面を参照して本発明の第1の実施形態を説明する。
図1(a)および(b)は、ブラックインク用のインクジェット記録ヘッド(以下、単に記録ヘッドともいう)1101を構成するパーツの斜視図であり、(a)は記録素子1108側から、(b)はタンク蓋1010側から見た図面である。本実施形態の記録ヘッド1101はインクを吐出するヘッド部1011と、インクを貯蔵するタンク部1006とに分かれている。記録素子基板1108と電気配線基板1002とは電気接続部にて接続されインクタンク1006の所定の位置に接着剤で精密に固定されている。記録素子基板1008が接合されるヘッド部1011は、電気配線基板1002が接合される部位よりも低くなっている。また、記録素子基板1108と電気配線基板1002とが接続される電気接続部は、電気接続部封止部1007によって絶縁・保護されている。電気接続部以外の記録素子1108の周囲と電気配線基板1002に設けられたデバイスホール1013との間も、封止剤で封止されているとより好ましい。
電気配線基板1002は折り曲げられ、インクジェット記録装置本体と電気信号を送受信するための端子1009が配置された面を、タンク部1006の側面に突き出たピン1020で熱カシメによってタンク部1006側面に固定されている。
タンク部1006の所定の位置にはインクろ過フィルタ1040が溶着されており、タンク部1006内には負圧発生機構1014が設けられ、タンク蓋1010が溶着されてインクの貯留部を形成している。タンク蓋1010には、大気連通口1017と、その大気連通口1017に連通する細溝1018、インクジェット記録装置本体に装着する時に荷重をかける部位1016が一体で形成されている。またタンク蓋1010の上部にはインクの色情報等が記載されたラベル1019が貼り付けられている。
本実施形態インクジェット記録ヘッドも従来と同様に、封止剤1030や電気接続部封止部1007には熱硬化型の封止剤が用いられている。したがって、封止剤が硬化する時には熱が加えられ、その熱の影響で冷却後には記録素子基板1108のノズルを形成する後述するノズル形成部材の内部に応力を生じさせる。しかし本実施形態の従来と異なる点は、テスト端子1025を配置した部分近傍のノズル形成部材を、他の部分のノズル形成部材と分離している点である。以下にこの点について説明する。
図2は、本実施形態の記録ヘッド1101の記録素子基板1108を拡大して示した斜視図であり、図9と同一の部位は同一の符号で示している。基板1021に、エネルギ変換素子であるヒータと、駆動に関わる素子と、検査用の複数のテスト端子1025と、電気配線基板1002のリード1024が接合される接続端子1022と、がパターニングされている構成は従来と同様である。そして、テスト端子1025の表面には接続端子1022と同様の厚さ5μmの金のバンプがメッキによって形成されている。このようなテスト端子1025は、表面に金が積層されていても良い。また、ノズル形成部材1108と基板1021との間には、絶縁層や密着補助層等の中間層1027が設けられている。
テスト端子1025近傍のノズル形成部材102と、それ以外のノズル形成部材1133との間には、ノズル形成部材102をそれ以外のノズル形成部材1133の応力等の影響が及ばないように凹部101が設けられている。この凹部101によって、ノズル形成部材102(第1の部材)はノズル形成部材1133(第2の部材)から分離されて設けられている。そしてこの凹部101には熱硬化型の封止剤が充填されている。しかし、凹部101は狭い領域で設けられているため、充填される封止剤の量は少ない。また、ノズル形成部材102の体積も小さくなるように設けられているため、封止剤を硬化するために熱が加えられ、その後冷却してもノズル形成部材102内部に発生する応力が小さいため反りは発生しない。したがって、従来のようにノズル形成部材の端部が剥れて隙間を生じることがなく、テスト端子1025がインクや湿気に触れて腐食したり、その他の回路や配線にダメージを与えることがない。
このように、テスト端子を配置した部分近傍のノズル形成部材の体積が少なくなるように、他の部分のノズル形成部材から分離して設ける。こうすることで、テスト端子を配置した部分近傍のノズル形成部材に生じる応力が低減されて、ノズル形成部材の端部が剥れて隙間を生じることがなく、テスト端子や配線等に腐食やダメージを与えることがなくなった。
(第2の実施形態)
以下、図面を参照して本発明の第2の実施形態を説明する。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、以下では特徴的な部分についてのみ説明する。
図3は、本実施形態の記録ヘッドの記録素子基板1208を拡大して示した斜視図であり、図9と同一の部位は同一の符号で示している。テスト端子1025近傍のノズル形成部材103と、それ以外のノズル形成部材1233との間には、ノズル形成部材103をそれ以外のノズル形成部材1233の応力等の影響が及ばないように凹部101が設けられている。本実施形態も第1の実施形態と同様に、凹部101によってノズル形成部材103はノズル形成部材1233から分離して設けられている。
テスト端子1025近傍のノズル形成部材103は、体積が少なくなるように設けられており冷却時に発生する応力は小さいため剥れはほとんどないが、周囲部、特に角部で微小に剥れる場合もある。そこで本実施形態では、これを防ぐために、テスト端子1025近傍のノズル形成部材103の四隅(角部)およびノズル形成部材1233の角部を円弧状(アール)にしている。
なお、本実施形態ではノズル形成部材の角部を円弧状(アール)にしたが、所謂面取りでもよい。
このように、テスト端子を配置した部分近傍のノズル形成部材の体積が少なくなるように、他の部分のノズル形成部材から分離して設け、各ノズル形成部材の角部を円弧状にする。こうすることで、ノズル形成部材の端部が剥れて隙間を生じることがなく、テスト端子や配線等に腐食やダメージを与えることがなくなった。
(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。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、以下では特徴的な部分についてのみ説明する。
図4は、本実施形態の記録ヘッドの記録素子基板1308を拡大して示した斜視図であり、図9と同一の部位は同一の符号で示している。本実施形態では、テスト端子1025近傍のノズル形成部材107をそれ以外のノズル形成部材1333の応力の影響を低減させるための凹部105を設けている。テスト端子1025近傍のノズル形成部材107は、それ以外のノズル形成部材1333から完全には分離おらず、一部でつながって一体となっている。しかし、ノズル形成部材107のごく一部で繋がっているにすぎない。そして、テスト端子1025近傍のノズル形成部材107は、体積が少なくなるように設けられているため、ノズル形成部材107内に冷却時に発生する応力は小さい。したがってノズル形成部材107に反りが生じて中間層1027からの剥れることはない。また、本実施形態においても、凹部105は通常は封止剤1030または電気接続部封止部1007を構成する封止剤によって充填されている。また、本実施形態においても第2の実施形態で述べたように、テスト端子近傍のノズル形成部材の角部にアールや面取りを設けてもよい。
このように、テスト端子を配置した部分近傍のノズル形成部材の体積が少なくなるように、他の部分のノズル形成部材の応力の影響をを低減させるために凹部を設ける。こうすることで、テスト端子を配置した部分近傍のノズル形成部材は、他の部分のノズル形成部材から完全には分離していないが、応力が低減されることで端部が剥れて隙間を生じることがなく、テスト端子や配線等に腐食やダメージを与えることがなくなった。
(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。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、以下では特徴的な部分についてのみ説明する。
図5は、本実施形態の記録ヘッドの記録素子基板1408を拡大して示した斜視図であり、図9と同一の部位は同一の符号で示している。本実施形態ではテスト端子1025を、記録素子基板1408の角部ではないところに配置した。テスト端子1025は、ノズル形成部材1433の角部ではなく、ノズル形成部材1433を形成する一辺の中間部に形成されている。また、テスト端子1025表面には接続端子と同様に、厚さ5μmの金のバンプがメッキによって形成されている。
テスト端子1025近傍のノズル形成部材108と、それ以外のノズル形成部材1433との間には、ノズル形成部材108をそれ以外のノズル形成部材1433の応力等の影響が及ばないように凹部104が設けられている。そしてこの凹部104には熱硬化型の封止剤が充填されている。しかし、凹部104は狭い領域で設けられているため、充填される封止剤の量は少ない。また、ノズル形成部材108の体積も小さくなるように設けられているため、封止剤を硬化するために熱が加えられ、その後冷却してもノズル形成部材108内部に発生する応力が小さいため反りは発生しない。
このように、テスト端子を配置した部分近傍のノズル形成部材の体積が少なくなるように、他の部分のノズル形成部材から分離して設ける。こうすることで、テスト端子を配置した部分近傍のノズル形成部材に生じる応力が低減されて、ノズル形成部材の端部が剥れて隙間を生じることがなく、テスト端子や配線等に腐食やダメージを与えることがなくなった。
(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。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、以下では特徴的な部分についてのみ説明する。
図6は、本実施形態の記録ヘッドの記録素子基板1508を拡大して示した斜視図であり、図9と同一の部位は同一の符号で示している。本実施形態では、テスト端子1025近傍のノズル形成部材111をそれ以外のノズル形成部材1033の応力等の影響から解放するための凹部109を設けており、この凹部109は封止剤が充填されている。テスト端子1025の表面には接続端子と同様に、厚さ5μmの金のバンプがメッキによって形成されている。
凹部109は、基板1021上に中間層1027をパターニングし、ノズル(不図示)を形成する工程で同じ型剤を所望の形状にパターニングし、ノズル形成部材を塗布してパターニング・硬化させた後に、型剤を溶剤にて除去することで形成する。テスト端子1025近傍のノズル形成部材111は、中間層1027を底面としたトンネル状の凹部109以外の部分はノズル形成部材1033とつながっているが、ノズル形成部材1533の応力等の影響から解放するには充分である。そして、テスト端子1025近傍のノズル形成部材111は、体積が少なくなるように設けられているため、ノズル形成部材111内に冷却時に発生する応力は小さい。したがって、中間層1027からの剥れはほとんどない。
このように、テスト端子を配置した部分近傍のノズル形成部材の体積が少なくなるように、他の部分のノズル形成部材の応力の影響をを低減させるために凹部を設ける。こうすることで、テスト端子を配置した部分近傍のノズル形成部材は、他の部分のノズル形成部材から完全には分離していないが、応力が低減されることで端部が剥れて隙間を生じることがなく、テスト端子や配線等に腐食やダメージを与えることがなくなった。
(第6の実施形態)
以下、図面を参照して本発明の第6の実施形態を説明する。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、以下では特徴的な部分についてのみ説明する。
図7は、本実施形態の記録ヘッドの記録素子基板1608を拡大して示した斜視図であり、図9と同一の部位は同一の符号で示している。本実施形態では、テスト端子1025近傍のノズル形成部材112をそれ以外のノズル形成部材1633の応力等の影響から解放するための凹部110を設けており、この凹部110は封止剤が充填されている。テスト端子1025の表面には接続端子と同様に、厚さ5μmの金のバンプがメッキによって形成されている。
凹部110は、基板1021上に中間層1027をパターニングし、光硬化性樹脂であるノズル形成部材を塗布してパターニングする際に、ノズル形成部材が中間層までの厚さに亘ってパターニングできる線幅よりも狭いパターンで露光することで形成される。または、凹部110の形状に透過率が減少する手段を有するマスクを用いても同様の結果が得られる。
テスト端子1025近傍のノズル形成部材112は、ハーフカット状の凹部110よりも中間層1027に近い部分では外部のノズル形成部材1633とつながっている。しかし凹部110は、ノズル形成部材112がノズル形成部材1633の応力等の影響から解放するには充分である。そして、テスト端子1025近傍のノズル形成部材112は、体積が少なくなるように設けられているため、ノズル形成部材112内に冷却時に発生する応力は小さい。したがって、中間層1027からの剥れはほとんどない。
なお、本実施形態においても第2の実施形態で述べたように、テスト端子近傍のノズル形成部材112の角部にアールや面取りを設けてもよい。
このように、テスト端子を配置した部分近傍のノズル形成部材の体積が少なくなるように、他の部分のノズル形成部材の応力の影響をを低減させるために凹部を設ける。こうすることで、テスト端子を配置した部分近傍のノズル形成部材は、他の部分のノズル形成部材から完全には分離していないが、応力が低減されることで端部が剥れて隙間を生じることがなく、テスト端子や配線等に腐食やダメージを与えることがなくなった。
上記各実施形態では、ブラックインク用のインクジェット記録ヘッドを例に述べてきたが、本発明はインクの色等を限定するものではなく、ノズル形成部材に応力のかかり得るインクジェット記録ヘッドすべてに適用可能である。
(a)および(b)は、ブラックインク用のインクジェット記録ヘッドを構成するパーツの斜視図である。 第1の実施形態の記録ヘッドの記録素子基板を拡大して示した斜視図である。 第2の実施形態の記録ヘッドの記録素子基板を拡大して示した斜視図である。 第3の実施形態の記録ヘッドの記録素子基板を拡大して示した斜視図である。 第4の実施形態の記録ヘッドの記録素子基板を拡大して示した斜視図である。 第5の実施形態の記録ヘッドの記録素子基板を拡大して示した斜視図である。 第6の実施形態の記録ヘッドの記録素子基板を拡大して示した斜視図である。 従来の記録ヘッドの一例であり、顔料ブラックインクを吐出する記録ヘッドを示す図である。 従来の記録ヘッドにおいてインクが吐出する部分の一部を拡大して示した斜視図である。 テスト端子が設けられた基板の回路の一部を示した回路図である。
符号の説明
102 ノズル形成部材
103 ノズル形成部材
107 ノズル形成部材
108 ノズル形成部材
111 ノズル形成部材
112 ノズル形成部材
1002 電気配線基板
1006 タンク部
1011 ヘッド部
1021 基板
1025 テスト端子
1027 中間層
1030 封止剤
1033 ノズル形成部材
1101 記録ヘッド
1133 ノズル形成部材
1233 ノズル形成部材
1333 ノズル形成部材
1433 ノズル形成部材
1533 ノズル形成部材
1633 ノズル形成部材

Claims (13)

  1. インクを吐出するノズルが設けられた部材と、
    前記インクの吐出に用いるエネルギを発生させるエネルギ変換素子を含む回路と、該回路を駆動し前記ノズルからインクを吐出して記録を行うための吐出用端子と、該回路を検査するためのテスト端子と、が設けられた、前記部材と接合される基板と、
    前記吐出用端子と電気的に接続される電気配線基板と、
    を備えたインクジェット記録ヘッドにおいて、
    前記テスト端子と前記電気配線基板とは電気的に接続されておらず、
    前記部材は、前記テスト端子上に対応する第1の領域と、前記第1の領域以外の第2の領域とを有し、前記第1の領域と前記第2の領域との間には凹部が形成されており、前記第1の領域は前記第2の領域より小さいことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
  2. 前記ノズルを形成する部材は、前記凹部によって前記第1の領域である第1の部材と、前記第2の領域である第2の部材とに分離されていることを特徴とする請求項1に記載のインクジェット記録ヘッド。
  3. 前記凹部は、封止剤によって封止されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のインクジェット記録ヘッド。
  4. 前記ノズル形成部材の前記第1の部材の少なくとも一部の角部は、円弧状になっていることを特徴とする請求項2または請求項3に記載のインクジェット記録ヘッド。
  5. 前記ノズル形成部材の前記第1の部材の少なくとも一部の角部は、面取りされていることを特徴とする請求項2または請求項3に記載のインクジェット記録ヘッド。
  6. 前記テスト端子は複数であり、該テスト端子の少なくとも1つは、表面に金が積層されていることを特徴とする、請求項1ないし5のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
  7. 前記ノズル形成部材と前記基板との間には、中間層が設けられていることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
  8. 前記中間層は絶縁層であることを特徴とする請求項7に記載のインクジェット記録ヘッド。
  9. 前記中間層は密着補助層であることを特徴とする請求項7に記載のインクジェット記録ヘッド。
  10. 前記凹部は、前記中間層を底面として、前記ノズル形成部材にトンネル状に形成されていることを特徴とする請求項7ないし請求項9のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
  11. 前記インクの吐出に用いるエネルギを発生させるエネルギ変換素子を含む回路と、該回路を駆動し、ノズルからインクを吐出して記録を行うための吐出用端子と、該回路を検査するためのテスト端子と、が設けられた基板と、
    インクを吐出する前記ノズルが設けられた、前記基板と接合される第1の部材と、
    前記テスト端子上に設けられた、前記基板と接合される第2の部材と、
    前記吐出用端子と電気的に接続される電気配線基板と、
    を備えたインクジェット記録ヘッドにおいて、
    前記テスト端子と前記電気配線基板とは電気的に接続されておらず、
    前記第1の部材と前記第2の部材とは離間して配されており、前記第2の部材は前記第1の部材より小さいことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
  12. 前記第1の部材の少なくとも一部の角部は、円弧状になっていることを特徴とする請求項11に記載のインクジェット記録ヘッド。
  13. 前記テスト端子は複数であり、該テスト端子の少なくとも1つは、表面に金が積層されていることを特徴とする、請求項11または12に記載のインクジェット記録ヘッド。
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