JPH07195690A - インクジェット記録ヘッドおよびインクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＩＣ基板とボンディングパッドを介して電気
的に接続されるヒート基板を有するインクジェット記録
ヘッドにおいて、廉価で特に駆動電極の耐久性を高める
と共に幅の小型化に貢献できるインクジェット記録ヘッ
ドを提供する。 【構成】 電気熱変換素子（２１Ａ〜２１Ｘ）とその個
別電極（２２）および共通電極（３５，３７）と、これ
らを外部の駆動回路と接続するための個別電極用パッド
（２８）および共通電極用パッド（２７）とを同一基板
（２０）上の同一面に有し、共通電極用ボンディングパ
ッド（２７）の配列と個別電極用ボンディングパッド
（２８）の列とを異なる位置に設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はインクジェット記録ヘッ
ドおよびインクジェット記録装置に関し、特に基板上に
インク吐出エネルギーを発生させるための電気熱変換素
子と素子駆動用の配線電極およびボンディングパッドと
が配設される形態のインクジェット記録ヘッドおよびイ
ンクジェット記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のインクジェット記録ヘッ
ドでは、同一基板上に電気熱変換素子と共にダイオード
等のスイッチング機能素子群（駆動用ＩＣ）が一緒に組
込まれている形態のものと、電気熱変換素子と駆動用Ｉ
Ｃとが別体の基板上に形成されて１つのヘッドに実装さ
れる形態のものと、電気熱変換素子のみがその配線電極
と共に基板上に実装される形態のものとに大別される。
本発明は、これらの形態のもののうち、電気熱変換素子
と駆動用ＩＣとが別体のチップ基板上に配設される形態
のインクジェット記録ヘッドおよびインクジェット記録
装置にかかわるものであるが、図３〜図５に従って従来
のこの種の形態の記録ヘッドにおける回路構成について
説明する。

【０００３】図３の（Ａ）は電気熱変換素子とその駆動
用配線電極およびボンディングパッドが配設される基板
（以下でヒート基板という）の構成を示す。ここで、２
０はそのヒート基板、２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，…は電
気熱変換素子、２２は電気熱変換素子２１Ａ，２１Ｂ，
２１Ｃ，…を個別に駆動するための個別電極、２３，２
４および２５は共通電極であり、このうち２３は個々の
電気熱変換素子の一方の端部に接続される共通電極、２
４はブロック別に駆動される電気熱変換素子（本例では
２１Ａ〜２１Ｄ，２１Ｅ〜２１Ｈ，…，２１Ｕ〜２１Ｘ
の４個ずつがそれぞれブロック別に形成されている）を
ブロック別に接続している共通電極２３から引出された
共通電極である。なお、これらの共通電極２３および２
４は基板２０上の一層目に形成されるもので、２６はス
ルーホールであり共通電極２４はスルーホール２６を介
して２層目に形成される共通電極２５に接続される。２
７は共通電極２５用のボンディングパッド、２８は個別
電極２２用のボンディングパッドである。

【０００４】個別電極２２用のボンディングパッド２８
は図３の（Ｂ）に示す駆動用ＩＣ基板３０上の端子３１
に接続され、また共通電極２５用のボンディングパッド
２７には図４に示すようにして電源供給用のワイヤ４１
がボンディングされる。なお、駆動用ＩＣ基板３０上の
端子３１は例えば駆動素子がトランジスタである場合は
コレクタ端子に相当するものである。ここで、端子３１
は図３の（Ｂ）に示すようにＬ４のピッチで配設される
もので、このピッチＬ４と図３の（Ａ）に示すパッド２
８のピッチＬ３とは同一とした方がボンディングするに
あたって不良発生率を小さくすることができるので望ま
しい。そこで、例えば３６０ｄｐｉのインク吐出口（不
図示）が形成される記録ヘッドの場合このピッチＬ３，
Ｌ４はそれぞれ約１４１μｍ程度に保たれる。

【０００５】図４は上述したヒート基板２０の断面構造
の一例を示す。この図に示すように電気熱変換素子（以
下ではヒータという）２１は抵抗形成薄膜４２上に形成
される個別電極２２と共通電極２３との間に構成される
もので、４３はこれらの上部に形成された絶縁層、４４
はヒータ２１の上面を気泡発生時の繰返し衝撃から防止
するために形成された耐キャビテーション膜、また、４
５は第２の電極（層）２５をインクから保護するために
耐熱性ポリマーであるポリイミドなどで形成された絶縁
膜である。なお、ここで、個別電極２２側のパッドにつ
いては示されていない。

【０００６】図５は上述したインクジェット記録ヘッド
を実際に駆動するときの駆動タイミング例を示す。な
お、ヒータ２１Ａ〜２１Ｗは共通電極２３，２４を介し
てブロック別に分けられているもののうちから１つだけ
が図５の（Ａ）〜（Ｄ）に示す１つのタイミングに合わ
せて駆動されるもので、例えば（Ａ）のタイミングでは
ヒータ２１Ａ，２１Ｅ，…，２１Ｕのいずれかが、以下
同様に（Ｂ）ではヒータ２１Ｂ，２１Ｆ，…，２１Ｖの
いずれかが、（Ｃ）ではヒータ２１Ｃ，２１Ｇ，…，２
１Ｗのいずれかが、また（Ｄ）ではヒータ２１Ｄ，２１
Ｈ，…，２１Ｘのいずれかがそれぞれ駆動されるように
制御される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、ヒー
ト基板２０を２層の電極層構造とすることにより基板２
０上のパッド２７，２８の配列を図３に示したような等
間隔配置とすることが可能である。しかし、この場合、
図４にも示した電極２３と２５とのように２層構造とす
るためにスルーホール２６を設けなければならず、一層
に形成する場合に比べて膜形成の工程が多くなりヒート
基板形成のためにコストが高くつくと共に製造過程にお
いて欠陥が発生し易く、基板としての製品歩留りが低下
する。

【０００８】また、ヒータ駆動の際に共通電極２５には
各ブロック別に同一タイミングで駆動されるヒータ２１
の数に応じた合計電流が実際には０．２〜２．０Ａ程度
の幅で変化するために、共通電極２５の配線抵抗による
電圧降下値に大きいばらつきが生じるという問題があ
る。なお、この問題を解決するために第１の手段として
考えられることは、共通電極２５の配線抵抗を少なくす
るように基板のレイアウトを設定することで、例えば共
通電極２５の形成幅を広くするか若しくは電極層の厚さ
を厚くすればよい。

【０００９】しかしながら、共通電極２５の形成幅を広
くすることは結果としてヒート基板２０自体の寸法を大
きくすることになり、コスト増の要因となる。また、電
極層の厚さを厚くすると、共通電極２５の上に被覆され
る絶縁膜４５の段付き部分の被覆性が悪くなり、歩留り
の低下につながる。

【００１０】そこで、図６の（Ａ）に示すようにヒート
基板２０上に形成される共通電極３５および３６に大電
流が流れないようにすることが考えられる。本例の場
合、ヒータ２１Ａ，２１Ｂ，〜，２１Ｈおよびヒータ２
１Ｑ，２１Ｒ，〜，２１Ｘがそれぞれ１つのブロックと
して形成されるもので、２８は個別電極２２用のパッ
ド、２７は共通電極３６用のパッドである。また、図６
の（Ｂ）において、３１は駆動用ＩＣ基板３０上に配設
され、ヒート基板２０上のボンディングパッド２８に接
続される端子である。

【００１１】このようにヒート基板２０およびＩＣ基板
３０上にパッド２７，２８および端子３１を形成したと
すると、共通電極３５および３６にはそれぞれのブロッ
クに属するヒータ２１のうちの１つしか同じタイミング
では駆動されないことによって、電圧降下の差が生じな
い。なお、共通電極３６はボンディングパッド２７を介
して外部のプリント配線板（ＰＣＢ）上に配設される端
子（不図示）と接続されることになるが、この場合ＰＣ
Ｂ上の配線抵抗はヒート基板２０上の配線抵抗に比して
小さいので、ＰＣＢ上での駆動素子数の違いによる電圧
降下のばらつきは無視できる程度のものとなる。

【００１２】しかしながら、図６のような配線になるヒ
ート基板２０，ＩＣ基板３０とした場合は、その（Ａ）
および（Ｂ）に示すように個別電極用パッド２８の配列
を連続的に形成することが難しくなり、ＩＣ基板３０側
の端子３１内に（Ｂ）に示すようにあきが生じ、その間
のピッチＬ６が他の端子間のピッチＬ５の２倍となっ
て、不図示のＩＣをレイアウトする上で、ＩＣ基板３０
上に無駄な領域ができてしまう。

【００１３】本発明の目的は、上述したような従来の問
題点に着目し、その解決を図るべく、ヒート基板とＩＣ
基板とがボンディングパッドを介して電気的に接続され
る形態のインクジェット記録ヘッドおよびインクジェッ
ト記録装置において、廉価でヒート基板上の共通電極の
耐久性を高めると共に、幅の小型化に貢献できる記録ヘ
ッドの構造を提供するものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明のインクジェット記録ヘッドは、複数の電
気熱変換素子と、該電気熱変換素子を個々に駆動するた
めの個別電極および共通電極と、該個別電極および共通
電極を駆動回路と接続するために配列させた個別電極用
ボンディングパッドおよび共通電極用ボンディングパッ
ドとを同一基板上に有し、前記共通電極用ボンディング
パッドの配列を前記個別電極用ボンディングパッドの配
列とは異なる位置に設けたことを特徴とするものであ
る。

【００１５】

【作用】本発明によれば、同一基板の同一面上に複数の
電気熱変換素子と共に、個別電極および共通電極と、こ
れらを駆動回路に接続するためのそれぞれのボンディン
グパッドの配列とを設けることによって、このようなヒ
ート基板の製造歩留りを２層電極構造とするものに比べ
て向上させ、しかもコストを低減させることができ、ま
た、上記の共通電極用ボンディングパッドの配列を個別
電極用ボンディングパッドの配列と同一面上の異なる位
置に配設することにより特に個別電極用ボンディングパ
ッドに接続される駆動回路用基板上の端子間の間隔の短
縮を図り、その基板の幅の縮少、記録ヘッドのコンパク
ト化に貢献できる。

【００１６】

【実施例】以下に、図面に基づいて本発明の実施例を詳
細かつ具体的に説明する。

【００１７】先にも述べたように、図６の（Ａ），
（Ｂ）に示す試案では、その共通電極３５および３６に
流れる電流が限られることによって電圧降下が生じない
ようにすることが可能であったが、この場合の欠点は図
６の（Ｂ）に示すようにＩＣ基板３０の側の個別電極２
２用接続端子３１の間隔が不揃になるために、ＩＣ回路
３０上に無用な空きが生じることであった。そこで、本
発明では図６に示した試案の長所を生かしつつ、しかも
ＩＣ基板３０側の端子配列に発生する無用のすき間が抑
制されるようにする。

【００１８】図１の本発明の一実施例を示す。ここで、
２１Ａ〜２１Ｈ，２１Ｑ〜２１Ｘは本例の場合それぞれ
１ブロックに形成されたヒータであり、８個ずつのヒー
タ２１に対して１本の共通電極３５および３７がヒート
基板２０上に一層に形成されている。なお、共通電極３
７用の配線は個別電極２２よりヒート基板２０の端部側
に延在されていて、延在された共通電極３７の端部に共
通電極用ボンディングパッド２７が設けられている。な
お、本例の場合、個別電極２２と共通電極３７とはその
配線が等間隔に形成されるため、個別電極２２にはＬ１
とＬ２との２種のピッチが生じるが、これにより不図示
のＩＣ基板側に設けられる個別電極駆動用の接続端子の
間隔を図６の（Ｂ）に示した例より短縮し、ＩＣ基板の
幅を短縮することができる。

【００１９】なお、上記の実施例では個別電極２２用の
パッド２８の幅が広く、また、電極配線形成の関係から
個別電極用パッド２８が２列で、しかも配線間隔が等間
隔となる場合についてであったが、これらの条件次第で
は間隔Ｌ１とＬ２とを等しくすることが可能であり、こ
の場合は図示しないがＩＣ基板側の個別電極用端子配列
を無駄のない等間隔とすることができる。

【００２０】図２は本発明の更に他の実施例を示す。本
例は、電極配線およびボンディングパッド形成方法の関
係から個別電極用パッド３８を一列に配置することが可
能であり、かつ個別電極２２およびその電極用パッド３
８間に共通電極３７の配線が可能な場合の例を示す。３
９は共通電極用ボンディングパッドである。本例の場合
も、また個別電極用パッド３８に対応するＩＣ基板上の
端子間隔（不図示）を十分に狭く、かつ無駄のないよう
に配列可能なことはいうまでもない。

【００２１】図７は本発明の適用が可能なインクジェッ
ト記録装置の構成例を示す。ここで、５１は本発明にか
かるインクジェット記録ヘッドであり、ここで、インク
ジェット記録ヘッド５１にはプリント基板５２およびフ
レキシブル配線基板５３を介して記録ヘッド５１のヒー
タ２１Ａ〜２１Ｘ（図１および図２参照）に駆動信号が
供給される。５４はインクジェット記録ヘッドを搭載
し、案内軸５５に沿って移動するキャリッジ、５６は所
定のタイミングでキャリッジ５４を移動させるシフト用
モータ、５７は被記録材である記録シート５８をシート
送りするモータ、５９は記録シート５８をシート送り可
能に保持するプラテンローラ、６０はインクジェット記
録ヘッド５１のインク吐出面５１Ａに冠着され、回復動
作を行う回復手段である。

【００２２】なお、このようなインクジェット記録装置
による記録動作については公知と変わらず、その説明は
省略する。また、本例では記録装置に着脱自在としたイ
ンクタンク６１が設けられていて、インクタンク６１か
らインクチューブ６２を介してキャリッジ５４搭載のサ
ブインクタンク６３にインクが供給され、サブインクタ
ンク６３からインクジェット記録ヘッド５１にインクが
導かれるものであるが、本発明にかかるインクジェット
記録ヘッドはこのようにインクタンク６１が装置に着脱
自在に構成される形態の記録装置に限られるものでない
ことはいうまでもない。

【００２３】（その他）なお、本発明は、特にインクジ
ェット記録方式の中でも、インク吐出を行わせるために
利用されるエネルギとして熱エネルギを発生する手段
（例えば電気熱変換素子やレーザ光等）を備え、前記熱
エネルギによりインクの状態変化を生起させる方式の記
録ヘッド、記録装置において優れた効果をもたらすもの
である。かかる方式によれば記録の高密度化，高精細化
が達成できるからである。

【００２４】その代表的な構成や原理については、例え
ば、米国特許第４７２３１２９号明細書，同第４７４０
７９６号明細書に開示されている基本的な原理を用いて
行うものが好ましい。この方式は所謂オンデマンド型，
コンティニュアス型のいずれにも適用可能であるが、特
に、オンデマンド型の場合には、液体（インク）が保持
されているシートや液路に対応して配置されている電気
熱変換素子に、記録情報に対応していて核沸騰を越える
急速な温度上昇を与える少なくとも１つの駆動信号を印
加することによって、電気熱変換素子に熱エネルギを発
生せしめ、記録ヘッドの熱作用面に膜沸騰を生じさせ
て、結果的にこの駆動信号に一対一で対応した液体（イ
ンク）内の気泡を形成できるので有効である。この気泡
の成長，収縮により吐出用開口を介して液体（インク）
を吐出させて、少なくとも１つの滴を形成する。この駆
動信号をパルス形状とすると、即時適切に気泡の成長収
縮が行われるので、特に応答性に優れた液体（インク）
の吐出が達成でき、より好ましい。このパルス形状の駆
動信号としては、米国特許第４４６３３５９号明細書，
同第４３４５２６２号明細書に記載されているようなも
のが適している。なお、上記熱作用面の温度上昇率に関
する発明の米国特許第４３１３１２４号明細書に記載さ
れている条件を採用すると、さらに優れた記録を行うこ
とができる。

【００２５】記録ヘッドの構成としては、上述の各明細
書に開示されているような吐出口，液路，電気熱変換素
子の組合せ構成（直線状液流路または直角液流路）の他
に熱作用部が屈曲する領域に配置されている構成を開示
する米国特許第４５５８３３３号明細書，米国特許第４
４５９６００号明細書を用いた構成も本発明に含まれる
ものである。加えて、複数の電気熱変換素子に対して、
共通するスリットを電気熱変換素子の吐出部とする構成
を開示する特開昭５９−１２３６７０号公報や熱エネル
ギの圧力波を吸収する開孔を吐出部に対応させる構成を
開示する特開昭５９−１３８４６１号公報に基いた構成
としても本発明の効果は有効である。すなわち、記録ヘ
ッドの形態がどのようなものであっても、本発明によれ
ば記録を確実に効率よく行うことができるようになるか
らである。

【００２６】さらに、記録装置が記録できる被記録媒材
の最大幅に対応した長さを有するフルラインタイプの記
録ヘッドに対しても本発明は有効に適用できる。そのよ
うな記録ヘッドとしては、複数記録ヘッドの組合せによ
ってその長さを満たす構成や、一体的に形成された１個
の記録ヘッドとしての構成のいずれでもよい。

【００２７】加えて、上例のようなシリアルタイプのも
のでも、装置本体に固定された記録ヘッド、あるいは装
置本体に装着されることで装置本体との電気的な接続や
装置本体からのインクの供給が可能になる交換自在のチ
ップタイプの記録ヘッド、あるいは記録ヘッド自体に一
体的にインクタンクが設けられたカートリッジタイプの
記録ヘッドを用いた場合にも本発明は有効である。

【００２８】また、本発明の記録装置の構成として、記
録ヘッドの吐出回復手段、予備的な補助手段等を付加す
ることは本発明の効果を一層安定できるので、好ましい
ものである。これらを具体的に挙げれば、記録ヘッドに
対してのキャッピング手段、クリーニング手段、加圧或
は吸引手段、電気熱変換素子或はこれとは別の加熱素子
或はこれらの組み合わせを用いて加熱を行う予備加熱手
段、記録とは別の吐出を行なう予備吐出手段を挙げるこ
とができる。

【００２９】また、搭載される記録ヘッドの種類ないし
個数についても、例えば単色のインクに対応して１個の
みが設けられたものの他、記録色や濃度を異にする複数
のインクに対応して複数個数設けられるものであっても
よい。すなわち、例えば記録装置の記録モードとしては
黒色等の主流色のみの記録モードだけではなく、記録ヘ
ッドを一体的に構成するか複数個の組み合わせによるか
いずれでもよいが、異なる色の複色カラー、または混色
によるフルカラーの各記録モードの少なくとも一つを備
えた装置にも本発明は極めて有効である。

【００３０】さらに加えて、以上説明した本発明実施例
においては、インクを液体として説明しているが、室温
やそれ以下で固化するインクであって、室温で軟化もし
くは液化するものを用いてもよく、あるいはインクジェ
ット方式ではインク自体を３０℃以上７０℃以下の範囲
内で温度調整を行ってインクの粘性を安定吐出範囲にあ
るように温度制御するものが一般的であるから、使用記
録信号付与時にインクが液状をなすものを用いてもよ
い。加えて、熱エネルギによる昇温を、インクの固形状
態から液体状態への状態変化のエネルギとして使用せし
めることで積極的に防止するため、またはインクの蒸発
を防止するため、放置状態で固化し加熱によって液化す
るインクを用いてもよい。いずれにしても熱エネルギの
記録信号に応じた付与によってインクが液化し、液状イ
ンクが吐出されるものや、被記録材に到達する時点では
すでに固化し始めるもの等のような、熱エネルギの付与
によって初めて液化する性質のインクを使用する場合も
本発明は適用可能である。このような場合のインクは、
特開昭５４−５６８４７号公報あるいは特開昭６０−７
１２６０号公報に記載されるような、多孔質シート凹部
または貫通孔に液状又は固形物として保持された状態
で、電気熱変換素子に対して対向するような形態として
もよい。本発明においては、上述した各インクに対して
最も有効なものは、上述した膜沸騰方式を実行するもの
である。

【００３１】さらに加えて、本発明インクジェット記録
装置の形態としては、コンピュータ等の情報処理機器の
画像出力端末として用いられるものの他、リーダ等と組
合せた複写装置、さらには送受信機能を有するファクシ
ミリ装置の形態を採るもの等であってもよい。

【００３２】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、複数の電気熱変換素子と、該電気熱変換素子を個々
に駆動するための個別電極および共通電極と、該個別電
極および共通電極を駆動回路と接続するために配列させ
た個別電極用ボンディングパッドおよび共通電極用ボン
ディングパッドとを同一基板上に有し、前記共通電極用
ボンディングパッドの配列を前記個別電極用ボンディン
グパッドの配列とは異なる位置に設けたので、ヒート基
板の製造歩留り向上に貢献し、コスト低減を図ることが
できるのみならず、電極配線の耐久性能が高められ、電
気熱変換素子など吐出エネルギー発生素子間の記録時の
出力にばらつきが生じたりするのを抑制する効果が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による記録ヘッドのヒート
基板上の回路構成を示す配線図である。

【図２】本発明の第２実施例による記録ヘッドのヒート
基板上の回路構成を示す配線図である。

【図３】従来例による記録ヘッドの構成をヒート基板上
の回路構成（Ａ）およびＩＣ基板上の端子配置（Ｂ）に
よって示す説明図である。

【図４】図３に示す形態のインクジェット記録ヘッドに
おけるヒート基板の断面図である。

【図５】記録ヘッドのブロック別ヒータに駆動タイミン
グを（Ａ）〜（Ｄ）によって示す波形図である。

【図６】他の従来例による記録ヘッドの構成をヒート基
板上の回路構成（Ａ）およびＩＣ基板上の端子配置
（Ｂ）によって示す説明図である。

【図７】本発明の適用が可能なインクジェット記録装置
の構成例を示す斜視図である。

【符号の説明】

２０ ヒート基板 ２１Ａ〜２１Ｘ，２１ 電気熱変換素子（ヒータ） ２２ 個別電極 ２７，２８ ボンディングパッド ３０ ＩＣ用基板 ３５，３７ 共通電極 ３８，３９ ボンディングパッド ５１ （インクジェット）記録ヘッド

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の電気熱変換素子と、該電気熱変換
   素子を個々に駆動するための個別電極および共通電極
   と、該個別電極および共通電極を駆動回路と接続するた
   めに配列させた個別電極用ボンディングパッドおよび共
   通電極用ボンディングパッドとを同一基板上に有し、 前記共通電極用ボンディングパッドの配列を前記個別電
   極用ボンディングパッドの配列とは異なる位置に設けた
   ことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
2. 【請求項２】 複数の電気熱変換素子を選択的に駆動
   し、該電気熱変換素子に接するインクに発泡を生じさせ
   て、該発泡による圧力変化に伴ってインクを吐出するイ
   ンクジェット記録ヘッドの前記複数の電気熱変換素子が
   配設される基板の同一面上に、前記電気熱変換素子を個
   々に駆動するための個別電極および共通電極と、該個別
   電極および共通電極を駆動回路と接続するために配列さ
   せた個別電極用ボンディングパッドおよび共通電極用ボ
   ンディングパッドとを有し、前記共通電極用ボンディン
   グパッドの配列を前記個別電極用ボンディングパッドの
   配列とは異なる位置に設けたことを特徴とするインクジ
   ェット記録装置。