JP7406894B2

JP7406894B2 - 液体吐出ヘッド

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Publication number: JP7406894B2
Application number: JP2019192819A
Authority: JP
Inventors: 拓真小土井
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2019-10-23
Filing date: 2019-10-23
Publication date: 2023-12-28
Anticipated expiration: 2039-10-23
Also published as: JP2021066083A

Description

本発明は、液体吐出ヘッドに関するものである。

吐出口から液体を吐出して記録を行う液体吐出ヘッドは、液体を吐出する吐出口を有する素子基板を備え、素子基板を駆動するための電力や信号が電気配線基板から素子基板に供給される。特許文献１に記載の構成のように、一般に、電気配線基板と素子基板はフレキシブル配線基板を介して電気的に接続され、電力や信号が素子基板に供給される。フレキシブル配線基板と電気配線基板との接続は、所謂ワイヤーボンディングにより行われる。また、素子基板とフレキシブル配線基板との電気接続もワイヤーボンディングにより行われている。

特開２０１９－００１０７２号公報

しかしながら、ワイヤーボンディングによる接続方法は、加熱されたワイヤーを直接、電気接続箇所に付着させるため、再接続可能な状態でその電気接続を解除することが困難である。そのため、例えば、一つの素子基板のみに不具合が生じる場合や、一か所だけワイヤーボンディングによる電気接続が適当に行われなかった場合においても、その不具合の箇所のみを交換することができず、液体吐出ヘッド全体を処分しなければならなかった。特に、紙等の被記録媒体の幅に対応した、所謂ページワイド型ヘッドの場合には、多数の素子基板を備え、電気接続箇所も多数あるため、不具合が生じる場合が多かった。

上記課題を鑑み、本発明は、フレキシブル配線基板と電気配線基板との電気接続を、着脱可能な状態で行うことができる液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。

上記課題は、以下の本発明によって解決される。即ち本発明は、吐出口から液体を吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子を備える素子基板と、前記素子基板を駆動するための信号を前記素子基板に伝達する電気配線基板と、前記素子基板と前記電気配線基板とを電気的に接続するフレキシブル配線基板と、を有する液体吐出ヘッドにおいて、前記電気配線基板には第１のコネクタが設けられており、前記フレキシブル配線基板には前記第１のコネクタに着脱可能な第２のコネクタが設けられており、前記フレキシブル配線基板と前記電気配線基板は、前記第１のコネクタと前記第２のコネクタとが互いに篏合することにより接続されており、前記フレキシブル配線基板は、前記フレキシブル配線基板の第１の面が内側となるように曲げられており、前記第２のコネクタは、前記フレキシブル配線基板の前記第１の面の裏面である第２の面に設けられており、前記フレキシブル配線基板の前記第１の面であって、前記第２のコネクタが設けられている位置の反対側の位置に当接する当接部を有することを特徴とする。

本発明によれば、フレキシブル配線基板と電気配線基板との電気接続を、着脱可能な状態で行うことができる液体吐出ヘッドを提供することができる。

液体吐出ヘッドの斜視図。吐出モジュールおよび電気配線基板を示す概略図。図１（ｃ）に示すＡ－Ａ´断面の概略図。第２のコネクタを示す概略図。第２の実施形態における図１（ｃ）に示すＡ－Ａ´断面の概略図。他の実施形態の液体吐出ヘッドの斜視図および断面図。他の実施形態の液体吐出ヘッドの断面図。他の実施形態の液体吐出ヘッドの断面図。

以下、図面を用いて、本発明の実施の形態の例を説明する。以下の説明においては、液体を吐出して記録を行う液体吐出ヘッドとして、インクを吐出して記録を行うインクジェットプリンターに搭載される液体吐出ヘッドを例に、説明を行う。

（第１の実施形態）
（液体吐出ヘッド）
液体吐出ヘッドについて、図１および図２を参照しながら説明する。図１（ａ）は、液体吐出ヘッド２の斜視図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す液体吐出ヘッドの分解斜視図である。図１（ｃ）は、保護板金２２を取り外して液体吐出ヘッド２を見た斜視図である。図２（ａ）は、図１（ｃ）に示す破線で囲った部分である吐出モジュール５６を示す概略図である。図２（ｂ）は、電気配線基板２１を示す概略図である。液体吐出ヘッド２は、紙等の被記録媒体１に対して１パスで記録を行うことができる、所謂ページワイド型ヘッドである。液体吐出ヘッド２は、ＣＭＹＫ（シアン、マゼンタ、イエロー、ブラック）インクによるフルカラー印刷が可能である。

液体吐出ヘッド２は、主に、素子基板１４と、電気配線基板２１と、フレキシブル配線基板１７と、集積回路基板１１と、から構成されている。素子基板１４は、液体を吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子（不図示）を有しており、エネルギー発生素子を駆動することにより吐出口６（図２（ａ））から液体を被記録媒体１に吐出する。電気配線基板２１は、エネルギー発生素子を駆動するための電力と液体の吐出を制御する信号とを素子基板１４に伝達しており、複数の電気部品が搭載されている。フレキシブル配線基板１７は、素子基板１４と電気配線基板２１とを電気的に接続するために、素子基板１４と電気配線基板２１のそれぞれと接続されている。集積回路基板１１は、吐出を制御する信号を電気配線基板２１に伝達するための集積回路素子１０を搭載し、信号の送信などを行っている。また、液体吐出ヘッド２には、集積回路基板１１を保護するための保護板金１２や保護板金１３、電気配線基板２１を保護するための保護板金２２が取り付けられている。電気配線基板２１は、固定部材５５を用いて電気配線基板支持筐体５４（以下、支持筐体５４と称す。）に固定されている。

吐出モジュール５６は、図２に示すように、素子基板１４とフレキシブル配線基板１７とから構成される。素子基板１４とフレキシブル配線基板１７とは、ワイヤー（不図示）を用いたワイヤーボンディングにより接続されている。図２（ｓ）においては、素子基板１４とフレキシブル配線基板１７との電気接続部が熱硬化性樹脂５７により封止されているため、ワイヤーは図示されていない。

電気配線基板２１には、オスまたはメスの第１のコネクタ５０が設けられている。フレキシブル配線基板１７には、第１のコネクタ５０と対（第１のコネクタ５０がオスの場合にはメス）になり、第１のコネクタ５０に着脱可能な第２のコネクタ５１が設けられている。この第１のコネクタ５０と第２のコネクタ５１とが互いに篏合することにより、フレキシブル配線基板１７と電気配線基板２１とが電気的に接続される。

（電気接続）
フレキシブル配線基板１７と電気配線基板２１との電気接続について、図３および図４を参照しながら説明する。図３は、図１（ｃ）に示すＡ－Ａ´断面の概略図である。前述したように、従来は、フレキシブル配線基板１７と電気配線基板２１とをワイヤーボンディングにより接続していた。したがって、電気接続箇所を再度電気接続可能な状態で容易に取り外すことが困難であった。

そこで、本発明においては、上述したように、電気配線基板２１に第１のコネクタ５０を、フレキシブル配線基板１７に第２のコネクタ５１をそれぞれ設ける。そして、第１のコネクタ５０と第２のコネクタ５１とを篏合することにより、両部材の電気接続を行う。これにより、電気接続した後に電気検査等により素子基板１４（吐出モジュール５６）に不具合が生じていることが判明しても、その不具合が生じている吐出モジュール５６のみを再度電気接続可能な状態で電気配線基板２１から取り外すことができる。したがって、その後、新たな素子基板（吐出モジュール）を電気配線基板２１に取り付けることができる。不具合が生じた部品のみを交換することができるため、液体吐出ヘッドの製造コストを抑えることが可能となる。フレキシブル配線基板１７の配線ピッチは狭ピッチであるため、使用するコネクタは狭ピッチに対応するものが好ましい。具体的には、例えばパナソニック製のＰ４Ｓシールドタイプ（０．４ｍｍピッチ）を使用することができる。素子基板１４の吐出口は、インクの固着等によりインクを吐出することが困難となる場合がある。したがって、例えば、電気配線基板２１に搭載された各種部品よりも素子基板１４は不具合となる場合が多い。このため、素子基板１４と接合されているフレキシブル配線基板１７と電気配線基板２１のそれぞれにコネクタを設け、容易に吐出モジュール５６を取り外すことができるようにした。特に、ページワイド型の液体吐出ヘッドは、搭載する素子基板１４の数が多い分、不具合となる素子基板１４も生じやすいため、本発明の効果がより発揮される。

また、従来は、ワイヤーボンディングによる電気配線基板２１とフレキシブル配線基板１７との接続箇所を封止する封止部材を硬化させるために、数時間にわたって１００度以上の温度を電気配線基板２１にかけていた。この熱による影響が電気配線基板２１に及ぶことを避けるため、電気配線基板２１等の電気部品には高温耐性のある部品を使用せざるを得なかった。しかしながら、上述したように、本発明においては、フレキシブル配線基板１７と電気配線基板２１との接続をコネクタにより行っているので、電気接続箇所を封止する封止部材を使用しなくて済むようになった。したがって、本発明によれば、高温耐性のある部品を使用しなくてもよいため、電気配線基板２１等の部品の選択の自由度が高まり、液体吐出ヘッド２の製造のコストダウンにも寄与することができる。

また、本実施形態においては、吐出口から液体（インク）を吐出する際に発生するインクミストがコネクタの電気接続の箇所に付着することを抑制するため、フレキシブル配線基板１７を覆うようにカバー部材５８を設けている。ここでは、板金形状のカバー部材５８を示している。

図４（ａ）は、第２のコネクタ５１を示す概略図である。図４（ｂ）は、メスの第１のコネクタ５０とオスの第２のコネクタ５１とが篏合している様子を示す概略図である。オスの第２のコネクタ５１には電極１５が複数設けられており、この電極１５がメスの第１のコネクタ５０に挿入されることにより、第１のコネクタ５０と第２のコネクタ５１の電気接続が行われる。第２のコネクタ５１の篏合ストローク（第１のコネクタ５０内部に挿入される部分）の長さをＳ、フレキシブル配線基板１７の第１の面３（内側に曲げられる側の面）と支持筐体５４との距離をＴ、とする。このとき、Ｓ＞Ｔの関係になっていることが、コネクタ間の接続の安定性を確保する観点からより好ましい。第２のコネクタ５１に＋Ｙ方向の何らかの力が加わって第２のコネクタ５１が第１のコネクタ５０から外れようとする場合であっても、Ｓ＞Ｔを満たすことにより、第２のコネクタ５１が完全に外れる前に、第２のコネクタ５１が支持筐体５４に接触する。これにより、第２のコネクタ５１が第１のコネクタ５０から外れることを抑制することができる。また、フレキシブル配線基板１７と支持筐体５４との間に隙間がなく（Ｔ＝０）、フレキシブル配線基板１７が支持筐体５４に当接している構成であっても、同様の効果が得られる。

（フレキシブル配線基板の曲げ）
フレキシブル配線基板１７の曲げについて、図３を参照しながら説明する。図３に示すように、フレキシブル配線基板１７は、電気配線基板２１側の面（第２の面）４の裏面（第１の面）３が内側となるように、ほぼ直角に曲げられている。そして、このように曲げられたフレキシブル配線基板１７の第１の面３に第２のコネクタ５１が取り付けられている。曲げられたフレキシブル配線基板１７には、元の形状に戻ろうとする力（復元力）が生じるため、第２のコネクタ５１が取り付けられている側の端部は、－Ｙ方向に動こうとする。

第１のコネクタ５０と第２のコネクタ５１との接続は、第２のコネクタ５１を第１のコネクタ５０に押圧して第１のコネクタ５０と篏合させることにより行われている。即ち、コネクタの接続方向（－Ｙ方向）とフレキシブル配線基板１７が元に戻ろうとする方向（－Ｙ方向）が同じである。このため、コネクタ間の接続が安定し、例えば、液体吐出ヘッド２の組み立て過程においてコネクタ間の接続が外れることを抑制することができる。したがって、フレキシブル配線基板１７に設けられる第２のコネクタ５１は、復元しようとする方向に面する面（第２の面）に設けることが好ましい。

図２（ｂ）に示した電気配線基板２１の第１のコネクタ５０以外の部品は、電気配線基板２１の両面のうちどちらの面に搭載してもよい。しかしながら、部品実装の工程であるリフローを簡略化するために、第１のコネクタ５０が搭載されている同一面に全て載せた方が効率やコストの面でより好ましい。また、各種部品が支持筐体５４側と向きあう側の面にあると、記録により生じるインクミストが部品に付着することも抑制することができる。

曲げられたフレキシブル配線基板１７の復元力による第２のコネクタ５１を第１のコネクタ５０に篏合させるようとする力（モーメント）は、フレキシブル配線基板１７の曲げの箇所から遠い位置ほど強い。したがって、フレキシブル配線基板１７に設けられる第２のコネクタ５１は、電気配線基板側の端部７からフレキシブル配線基板１７の全長の５分の１の位置までの間に設けられていることがより好ましい。さらには、電気配線基板側の端部７からフレキシブル配線基板１７の全長の７分の１の位置までの間に第２のコネクタ５１が設けられていることが、コネクタ同士の接合をより安定させるために好ましい。より好ましくは、電気配線基板側の端部７からフレキシブル配線基板１７の全長の９分の１の位置までの間に第２のコネクタ５１を設ける。

（第２の実施形態）
第２の実施形態について、図５を参照しながら説明する。なお、第１の実施形態と同様の箇所については同一の符号を付し、説明は省略する。図５は、図１（ｃ）に示すＡ－Ａ´断面の本実施形態における概略図である。本実施形態においては、フレキシブル配線基板１７の第１の面３であって第２のコネクタ５１が設けられている位置の反対側の位置に当接し、第２のコネクタ５１を電気配線基板２１側に押圧するコネクタ押さえ部（当接部）５３を支持筐体５４に設けている。コネクタ押さえ部５３を設けることにより、コネクタ押さえ部５３が第２のコネクタ５１を－Ｙ方向に押圧し、第１のコネクタ５０と第２のコネクタ５１とが外れることをより抑制することができる。

コネクタ押さえ部５３の材質は、ある程度軟質なものであって絶縁体であるものが好ましい。コネクタによる接続箇所が複数ある液体吐出ヘッド２においては、それぞれのコネクタの取り付け位置（場所）が製造誤差などにより多少ばらつくため、コネクタ間の接触力が取り付け位置によって異なる。そのため、コネクタ押さえ部５３の材質を軟質とすることにより、取り付け位置によっては接触力が強い箇所においても接触力をコネクタ押さえ部５３で和らげることができ、コネクタやフレキシブル配線基板の損傷を抑制することができる。

（他の実施形態）
他の実施形態について、図６ないし図８を参照しながら説明する。なお、第１の実施形態と同様の箇所については同一の符号を付し、説明は省略する。図６（ａ）は、他の実施形態の一つの液体吐出ヘッド５を示す斜視図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）に示すＢ面における断面図である。液体吐出ヘッド５は、１つの素子基板１４に複数（２つ）のフレキシブル配線基板１７が取り付けられている。本発明は、このように１つの素子基板１４に複数のフレキシブル配線基板１７が取り付けられ、そのそれぞれのフレキシブル配線基板１７に設けた第２のコネクタ５１と、電気配線基板２１に設けた第１のコネクタ５０とを篏合して接続してもよい。

図７は、図６に示す液体吐出ヘッドとは異なる他の実施形態の液体吐出ヘッドの断面図である。図７に示す液体吐出ヘッドにおいては、支持筐体５４を複数有し、電気配線基板２１が支持筐体５４の内側に配置されている。電気配線基板２１が内側に配されることで、電気接続部へのインクミストの侵入を更に抑制することができる。

図８は、図６および図７に示す液体吐出ヘッドとは異なる他の実施形態の液体吐出ヘッドの断面図である。図８に示す液体吐出ヘッドのフレキシブル配線基板１８は、２回曲げられている。１つ目の曲げの箇所は、素子基板１４とフレキシブル配線基板１８との接続部の近傍８である。２つ目の曲げの箇所は、支持筐体５４の近傍９である。このように、本発明は、フレキシブル配線基板が複数回曲げられていてもよい。フレキシブル配線基板を複数回曲げて電気接続することにより、任意の箇所に電気接続箇所を設定することができる。なお、複数回曲げられる方向は、同じ方向に（同じ面が内側となるように）曲げられていることがより好ましい。同じ方向に複数回曲げられることにより、フレキシブル配線基板が元の形状に戻ろうとする力がより強くなり、コネクタ間の接続がより安定する。

２液体吐出ヘッド
１４素子基板
１７フレキシブル配線基板
２１電気配線基板
５０第１のコネクタ
５１第２のコネクタ

Claims

吐出口から液体を吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子を備える素子基板と、
前記素子基板を駆動するための信号を前記素子基板に伝達する電気配線基板と、
前記素子基板と前記電気配線基板とを電気的に接続するフレキシブル配線基板と、
を有する液体吐出ヘッドにおいて、
前記電気配線基板には第１のコネクタが設けられており、
前記フレキシブル配線基板には前記第１のコネクタに着脱可能な第２のコネクタが設けられており、
前記フレキシブル配線基板と前記電気配線基板は、前記第１のコネクタと前記第２のコネクタとが互いに篏合することにより接続されており、
前記フレキシブル配線基板は、前記フレキシブル配線基板の第１の面が内側となるように曲げられており、
前記第２のコネクタは、前記フレキシブル配線基板の前記第１の面の裏面である第２の面に設けられており、
前記フレキシブル配線基板の前記第１の面であって、前記第２のコネクタが設けられている位置の反対側の位置に当接する当接部を有することを特徴とする液体吐出ヘッド。
前記第２のコネクタは、前記フレキシブル配線基板の前記電気配線基板側の端部から全長の５分の１の位置までの位置に設けられている請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
前記第２のコネクタは、前記フレキシブル配線基板の前記電気配線基板側の端部から全長の７分の１の位置までの位置に設けられている請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
前記第２のコネクタは、前記フレキシブル配線基板の前記電気配線基板側の端部から全長の９分の１の位置までの位置に設けられている請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
前記電気配線基板を支持し、前記第１の面に面する支持筐体を有し、
前記第１のコネクタまたは第２のコネクタのうちオスの方のコネクタの篏合ストロークをＳ、前記フレキシブル配線基板の前記第１の面と前記支持筐体との距離をＴ、とするとき、Ｓ＞Ｔを満たす請求項１ないし４のいずれか１項に液体吐出ヘッド。
前記フレキシブル配線基板は、複数回曲げられている請求項１ないし５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
前記フレキシブル配線基板は、同じ方向に複数回曲げられている請求項６に記載の液体吐出ヘッド。
前記第１のコネクタと前記第２のコネクタとの接続部を覆うカバー部材を有する請求項１ないし７のいずれか１項の記載の液体吐出ヘッド。
前記電気配線基板を支持する複数の支持筐体を有し、前記電気配線基板は前記複数の支持筐体の間に配されている請求項１ないし８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
前記液体吐出ヘッドは、被記録媒体の幅に対応したページワイド型ヘッドである請求項１ないし９のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。