JP6195368B2 - 液体吐出ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、インクのような液体を吐出する液体吐出ヘッドに関し、特に、複数の記録素子基板を備える液体吐出ヘッドに関する。

インクジェット（ＩＪ）プリンタは、記録ヘッドから記録媒体に対してインクを吐出させて記録を行う。業務用途におけるインクジェットプリンタの記録ヘッドは、高速での記録を強く要求される。高速記録を実現させるための方法の１つとして、記録ヘッドとして記録媒体の幅よりも長い幅を有するラインヘッドを採用し、記録媒体の幅単位で記録を行う方法がある。

長尺の記録ヘッドに関し、特許文献１は、着脱可能な複数のヘッドモジュールを単一の支持部材上に搭載する構成を開示している。複数のヘッドモジュールには電気配線基板がそれぞれ個別に固定されている。

米国特許出願第２００５／０１６２４６６号明細書

しかしながら、複数の記録素子基板を備える液体吐出ヘッドの構成において、各記録素子基板に対応して個別に電気配線基板を設ける場合、電源系の配線の引き回しが困難であり、また、高速化のために十分な電源系が確保できない可能性がある。

これに対し、複数の記録素子基板に共通する一括の電気配線基板を設ける場合は、電源系の確保はできるが、液体吐出ヘッドの構成部材は、実装工程における加熱および冷却による電気配線基板の線膨張の影響を受けやすくなる。すなわち、熱によって電気配線基板に寸法変化が生じ、これによって電気配線基板と接合された流路部材に位置ズレが生じ、その結果、流路部材に搭載された記録素子基板間の位置精度が低下する。

複数の記録素子基板が搭載された液体吐出ヘッドにおいては、記録素子基板間の搭載位置の精度は重要である。記録素子基板間の搭載位置の精度が低いと、吐出されたインク液滴の記録媒体上の着弾位置の精度も低くなり、画像にスジやムラ等が発生し、画像品質が劣化してしまうためである。したがって、記録素子基板間の搭載位置の精度が高い液体吐出ヘッドに対する要求がある。

そこで本発明は、記録素子基板間の搭載位置の精度に優れた液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明の液体吐出ヘッドは、複数の第１支持部材と、第１支持部材上に接合された、開口部を備えた第２支持部材と、開口部内に位置付けられ第１支持部材上に接合された、液体を吐出させるための複数の記録素子基板と、第２支持部材上に接合された、複数の記録素子基板のそれぞれの記録素子に電気的信号を付与するための配線を備えた電気配線基板と、を備え、第２支持部材の線膨張率は電気配線基板の線膨張率よりも低いことを特徴とする。

本発明によれば、記録素子基板間の搭載位置の精度に優れた、複数の記録素子を搭載する液体吐出ヘッドを提供することができる。

本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッドの概略斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る液体吐出ヘッドの分解斜視図である。 本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッドの記録素子基板近傍の上面模式図である。 本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッドの一部の断面模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る液体吐出記録ヘッドの分解斜視図である。 比較例の液体吐出ヘッドの一部の断面模式図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。
（第１の実施形態）
図１から図５を参照して、第１の実施形態に係る液体吐出ヘッドについて説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る液体吐出ヘッドの概略斜視図である。図２は、第１の実施形態に係る液体吐出ヘッドの分解斜視図である。本実施形態の液体吐出ヘッド１（以下、ヘッド１ともいう）は、記録素子基板２と、電気配線基板３と、記録素子基板用の支持部材（以下、第１支持部材ともいう）４と、電気配線基板用の支持部材（以下、第２支持部材ともいう）５と、支持プレート６とを備える。

支持プレート６は、ヘッド１の各構成要素を支持するための土台となる部材であり、第１支持部材４を通して記録素子基板２に液体を供給するための供給口（不図示）を備えている。支持プレート６は、吐出するインク等の液体に対する耐腐食性を有することが必要であり、記録素子基板２の位置精度に影響を及ぼし得る変形の観点から、線膨張率が低く、剛性が高いことが望ましい。支持プレート６の材質としては、例えば酸化アルミニウム、炭化ケイ素などを好適に用いることができる。支持プレート６上には、複数の第１支持部材４が接合されている。ヘッド１の各構成要素の接合には、当技術分野において一般的な接着剤を使用することができる。

第１支持部材４は、上面に記録素子基板２を接合して支持する支持部材としての役割を持つとともに、支持プレート６の供給口と記録素子基板２の吐出口とを連通する液体流路（不図示）が形成されており、流路部材としての役割を持つ。第１支持部材４の上面には、記録素子基板２、および第２支持部材５が接合されている（図３（ａ）および図４（ａ）参照）。

記録素子基板２は、インク等の吐出させるべき液体を吐出させるエネルギーを発生するための記録素子を備え、記録素子に対応した吐出口（不図示）が形成されている。記録素子基板２は、外部との電気的な接続を構成するための電極を端部に備え、外部からの電気的信号に応じて、吐出口から液体を吐出させる。吐出口は列状に配列されている。複数の記録素子基板２が記録媒体の全幅に対応して液体を吐出することが可能なフルライン型のヘッド１を構成している。

図１を参照して、複数の記録素子基板２は、吐出口の配列方向がヘッド１の長辺方向Ｔに沿うような向きで、２列に配されている。このとき、記録素子基板２の列は、一方の列における隣接する記録素子基板２間に他方の列における記録素子基板２が位置付けられるように、千鳥状に配されている。方向Ｔにおいて、一方の列の記録素子基板２の端部近傍のいくつかの吐出口は、他方の列の記録素子基板２の端部近傍のいくつかの吐出口と、位置が重複して配されており、これにより重複領域Ｌが形成されている。重複領域Ｌの吐出口により、記録素子基板２を第１支持部材４上に接合する際の多少の位置ズレや、記録素子基板２間のばらつきによる吐出量の差などに起因する、液体吐出に関する不良が補正できるようになっている。図１の例では、ヘッド１は、１８個の記録素子基板２を備え、全体で１２インチ程度の記録幅を有する。第１支持部材４および記録素子基板２の数を増やしていけば、記録幅をさらに増大させることも可能である。

第２支持部材５は、ヘッド１に搭載される記録素子基板２の位置および数に対応した開口部を備えている。第２支持部材５は、開口部内に記録素子基板２が位置付けられるように、複数の第１支持部材４に跨って、第１支持部材上に接合されている。第２支持部材５は、液体流路とは接触しない部位に接合されていることが好ましい。第２支持部材５上には、電気配線基板３が接合されている。本発明において、第２支持部材５の材質としては、電気配線基板３よりも線膨張率が低く、剛性の高いものを用いる。例えば、酸化アルミニウム等が好適に用いられる。

電気配線基板３は、ヘッド１に搭載される記録素子基板２の位置および数に対応した開口部を備えている。電気配線基板３は、開口部内に記録素子基板２が位置付けられるように、第２支持部材４上に接合されている。電気配線基板３は、記録素子基板２に外部からの電気的な駆動信号を付与するために設けられており、そのための電極端子を表面に備えている。電気配線基板３の電極端子と記録素子基板２の電極とは、ワイヤボンディング等の接続部材によって電気的に接続されている。電気配線基板３には、例えば可とう性を有するフレキシブルフィルム等の当技術分野において一般的な材料を使用することができる。

図３（ａ）は、第１の実施形態に係る液体吐出ヘッド１の上面を示す模式図であり、電気配線基板３を接合する前の状態を示す。第２支持部材５は、記録素子基板２との間に隙間が形成されるように、第１支持部材４上に接合されている。

図３（ｃ）は、第１の実施形態に係る液体吐出ヘッド１の上面を示す模式図である。図４（ａ）は、図１のＡ−Ａ’線に沿って取ったヘッド１の断面の一部を示す図である。第２支持部材５と記録素子基板２との間の隙間には、第１樹脂剤７が配設されている。また、電気配線基板３の電極端子と記録素子基板２の電極との間の電気的接続部には、第２樹脂剤８が塗布および熱硬化を経て配設されている。本実施形態の第１樹脂剤および第２樹脂剤は熱硬化性エポキシ樹脂からなる。第１樹脂剤７および第２樹脂剤８は、外力などに対する機械的な保護および／または液体による腐食等に対する化学的な保護を目的として配設されている。第１樹脂剤および第２樹脂剤は、目的に応じて同一材料であってもよく異なる材料であってもよい。使用時のワイピング等による外力から接続部材、電極および電極端子を保護することができるように、第２樹脂剤には、弾性率の高い樹脂からなるものが好適に使用される。

（第２の実施形態）
図４および図５を参照して、本発明の第２の実施形態について説明する。

第２の実施形態に係る液体吐出ヘッドは、第１の実施形態に係る液体吐出ヘッドと同様の、図１に示すような外観を有する。図４（ｂ）は、図１のＡ−Ａ’線に該当する線に沿って取った第２の実施形態の液体吐出ヘッドの断面の一部を示す図である。図５は、第２の実施形態の液体吐出ヘッドの分解斜視図である。第２の実施形態の構成のうち、第１の実施形態と同様の構成については、図中、同様の符号を用いて示すものとし、共通する事項については説明を割愛する。

第２の実施形態は、第１の実施形態と、電気配線基板３を支持する部材である第２支持部材の構成が異なる。詳細には、第１の実施形態の第２支持部材５は、図２および図４（ａ）に示されるように、複数の記録素子基板４に対応する開口部を一括に有する部材である。これに対し、第２の実施形態の第２支持部材９は、図５および図４（ｂ）に示されるように、複数の記録素子基板４のそれぞれに対応する開口部を有する部材であり、ヘッド１には複数の第２支持部材９が設けられる。各第２支持部材９は、開口部内に記録素子基板２が位置付けられるように、第１支持部材４上に接合されている。第２支持部材９上には、電気配線基板３が接合されている。本例では、第２支持部材９の数は、記録素子基板２および第１記録素子基板４と同数である。本発明において、第２支持部材９の材質としては、電気配線基板３よりも線膨張率が低く、剛性の高いものを用いる。

（発明の効果）
参考例を示しつつ、本発明の効果について説明する。

［参考例］
参考例の液体吐出ヘッドについて説明する。参考例の液体吐出ヘッドは、第１の実施形態に係る液体吐出ヘッドと同様の、図１に示すような外観を有する。図６は、図１のＡ−Ａ’線に該当する線に沿って取った比較例の液体吐出ヘッドの断面の一部を示す図である。参考例の液体吐出ヘッドの構成のうち、第１の実施形態と同様の構成については、図中、同様の符号を用いて示すものとし、共通する事項については説明を割愛する。参考例の液体吐出ヘッドは、電気配線基板３を支持する部材である第２支持部材を備えていない点で、第１の実施形態および第２の実施形態と構成が異なる。すなわち、参考例の液体吐出ヘッドでは、電気配線基板３が第２支持部材５または９を介さずに直接的に第１支持部材４上に接合されている。

［試験方法］
上述の構成を有する第１の実施形態、第２の実施形態および参考例の液体吐出ヘッドを作製し、それぞれ実施例１、実施例２および参考例とした。試料数は各３つとした。各構成要素の実装工程における記録素子基板の初期搭載位置（基準位置０）から最終的な搭載位置まで間の移動量を測定し、位置精度を評価した。

各液体吐出ヘッドの作製に用いた各構成要素の材質、ならびに接着に用いた接着剤の種類、塗布量および加熱処理の条件等は、全て同じになるようにした。各構成要素の線膨張率は、電気配線基板３が１６ｐｐｍ程度、第１支持部材が１５ｐｐｍ程度、支持プレート６が７ｐｐｍ程度であった。位置変化が顕著なヘッドの長手方向（図１の方向Ｔに相当）に着目して、ヘッドの長手方向における記録素子基板６個のみについて移動量を測定した。各３つの試料の測定値から、最大移動量および移動量のバラツキ（標準偏差）を求めた。結果を第１表に示す。

［結果および考察］

第１表より、参考例では、記録素子基板の最終的な搭載位置は、初期搭載位置から最大５．７μｍ程度、移動している事が分かる。それに対して、本発明の実施形態についての最大移動量は、実施例１では３．６μｍ、および実施例２では３．０μｍとなっている。すなわち、本発明の実施形態によれば、参考例よりも最大移動量を抑制できる結果となった。

ここで、たとえ移動量が大きくとも、ヘッド毎にバラツキが少なく、記録素子基板が同程度および同方向に移動するならば、その量と方向とに基づいて記録素子基板の初期搭載位置を事前に補正することで、移動への対応が可能である。しかしながら、第１表に示されるとおり、参考例においては、バラツキも大きい結果となった。このようなバラツキがあると、初期搭載位置の事前補正を適切に行うことができない。一方、実施例１および実施例２においては、バラツキが小さい。そのため、移動を予測した初期搭載位置の事前補正に基づいて記録素子基板を搭載することで、最終的な搭載位置を本来所望する位置に近づけることが可能となる。すなわち、本発明の実施形態によれば、記録素子基板を複数並べたラインヘッドにおいて、記録素子基板間の良好な相対位置精度を確保することができる。

以上の本発明の効果を、構成面から検討する。上述の各構成を有する液体吐出ヘッドを作製する際の各構成要素の実装工程において、第１樹脂剤の配設時および第２樹脂剤の配設時に、樹脂剤を熱硬化させるために加熱処理が行われる。加熱により高温となりその後常温に冷える過程において、各構成要素は線膨張率の違いによる影響を受ける。

本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッドと、参考例の液体吐出ヘッドは、第２支持部材の有無の点で構成が異なる。第２支持部材を有さない参考例においては、図６に示されるように、熱により電気配線基板３が伸縮すると、これに接合する第１支持部材４は、引張および圧縮の影響を受けて変形する。これに伴い、第１支持部材４上に接合された記録素子基板２は、本来所望される位置（正規位置）より移動する。

これに対し、第１の実施形態に係る液体吐出ヘッド（実施例１）は、電気配線基板３は、第２支持部材５を介して、第１支持部材４に対して間接的に接合されている。第２支持部材５は電気配線基板３よりも線膨張率が低いため、電気配線基板３の熱による変形は第２支持部材に拘束される。したがって、第２支持部材５と接合する第１支持部材４の変形は、第２支持部材５が無いときと比べて抑制される。その結果、記録素子基板４の正規位置からの移動が抑制される。第２の実施形態に係る液体吐出ヘッド（実施例２）についても、同様に第２支持部材を有するので、第１の実施形態についての上記検討が適用される。

このようにして、本願発明の構成によれば、液体吐出ヘッドに搭載された記録素子基板間の位置精度が良好に保たれる。

第２の実施形態は、第１の実施形態と異なる構成の第２支持部材を用いることにより、本発明の効果に加えて、次のような利点を有する。すなわち、第２の実施形態における第２支持部材９は、第１の実施形態における長尺な第２支持部材５と比べて、製造が安易で低コストであり、また、第１支持部材４に対して高精度に接合することができる。

なお、第１支持部材４の上面に第２支持部材が平坦に接合されることで、液体吐出ヘッドの液体吐出機能を回復させるための回復動作においてヘッドの吐出面を覆う際のキャッピング性も確保できる。例えば、図４に示されるような、第１支持部材と記録素子基板との接合面と、第２支持部材と電気配線基板との接合面とが、略同一平面内に位置付けられている構成は、キャッピング性確保のために好ましい構成である。

１ 液体吐出ヘッド（ヘッド）
２ 記録素子基板
３ 電気配線基板
４ 第１支持部材
５、９ 第２支持部材
６ 支持プレート
７ 第１樹脂剤
８ 第２樹脂剤

Claims (10)

1. 複数の第１支持部材と、
   前記第１支持部材上に接合された、開口部を備えた第２支持部材と、
   前記開口部内に位置付けられ前記第１支持部材上に接合された、液体を吐出させるための複数の記録素子基板と、
   前記第２支持部材上に接合された、前記複数の記録素子基板のそれぞれの記録素子に電気的信号を付与するための配線を備えた電気配線基板と、
   を備え、
   前記第２支持部材の線膨張率は前記電気配線基板の線膨張率よりも低いことを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記第２支持部材は、前記複数の第１支持部材に跨って接合されていることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 複数の前記第２支持部材を備え、複数の前記第２支持部材のそれぞれは、前記複数の第１支持部材のそれぞれに接合されていることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記電気配線基板は、開口部を備え、および前記記録素子基板が前記開口部内に位置付けられるように、前記第２支持部材上に接合されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記記録素子基板は、前記第２支持部材および前記電気配線基板と接触しないように位置付けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記第１支持部材と前記記録素子基板との接合面と、前記第２支持部材と前記電気配線基板との接合面とが、略同一平面内に位置付けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記第２支持部材は、前記電気配線基板よりも剛性が高いことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
8. 前記電気配線基板と前記記録素子基板との間には、電気的接続のための接続部材が配設されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
9. 前記電気配線基板と前記記録素子基板との間、および前記第２支持部材と前記記録素子基板との間の少なくとも一方に、液体吐出ヘッドを機械的または化学的に保護するための樹脂剤が配設されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
10. 前記複数の第１支持部材は、共通する支持プレートに接合されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。

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