JPH0970970A

JPH0970970A - インクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録装置

Info

Publication number: JPH0970970A
Application number: JP22910395A
Authority: JP
Inventors: Mitsuji Kitani; 充志木谷; Kunihiko Maeoka; 邦彦前岡
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-09-06
Filing date: 1995-09-06
Publication date: 1997-03-18

Abstract

(57)【要約】【目的】配線基板１５０とシリコン基板１００の電気
的接続後にワイヤボンディングのワイヤ及び駆動回路Ｉ
Ｃ１２０を樹脂封止を行い、その硬化後に、さらに凹部
を有する天板１１０上にインク供給口を取付けた後、こ
の天板１１０と前記インク供給部の境界部を樹脂封止す
る従来の複雑な製造工程を簡略化して、製造コストを低
減するための手段を提供する。【構成】このため、インク流路と前記凹部を有する天
板１１０との接合部、及び前記駆動回路ＩＣ１２０と前
記電気的接続部との樹脂封止を、例えば加熱硬化型のＴ
ＳＪ３１５（商品名）等の同一樹脂材料を用いて同一工
程で行うようにして製造工程を簡略化した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インク等の記録用液体
を飛翔液滴として吐出口（オリフィス）から吐出させ
て、記録媒体に付着させることにより記録を行うインク
ジェット記録装置に装着されるインクジェット記録ヘッ
ド及びこの記録ヘッドを備えたインクジェット記録装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のインクジェット記録ヘッ
ドにおいては、例えば特開昭５５−１３２２５３号公報
に記載されているように、シリコン基板上に形成された
電気・熱変換体と、このシリコン基板上の記録用インク
吐出口と、前記電気・熱変換体による熱作用部を有する
インク流路と、このインク流路にインクを供給する共通
液室とを備え、このインク流路及び共通液室を構成する
ための凹部を有する天板とシリコン基板とを接合するこ
とにより構成されている。

【０００３】また、この種のインクジェット記録ヘッド
においては、前記シリコン基板上に配設された電気・熱
変換体を駆動するための駆動回路ＩＣ、及びシリコン基
板、前記駆動回路ＩＣからの配線を引き出す配線板等を
備えている場合が多い。これらのシリコン基板、駆動回
路ＩＣ及び配線板等は、放熱部材上に隣接して配置され
ている。

【０００４】前記駆動回路ＩＣとシリコン基板上に配さ
れた電気・熱変換体の一方の端子との間は、この電気・
熱変換体より引き出されたアルミ配線端に設けられたパ
ッドと前記駆動回路ＩＣ端に設けられたパッド間をワイ
ヤボンディングによって電気的に接続されている。

【０００５】また、この電気・熱変換体の他方の電源コ
モン端子は、一括し２層配線により前記シリコン基板の
端部に引き出されワイヤボンディングによって配線板上
の電源のコモン端子に接続されている。

【０００６】従来、前記配線板と電気・熱変換体を備え
たシリコン基板との間に前記駆動回路ＩＣを配し、この
配線板から電気・熱変換体を備えたシリコン基板の電源
コモン端子にワイヤボンディングによって電気的接続を
行っており、ワイヤボンディング後、シリコーン樹脂あ
るいはエポキシ系のチップコート材にて駆動回路ＩＣ及
びボンディングワイヤを封止している。

【０００７】更に、凹部を有する天板上にインクの供給
口を備え、この供給口にインク流路を付設する構成とし
て、前記インク流路と天板との境界部をシリコーン樹脂
にてシールする構成になっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例にあっては、前記配線板と電気・熱変換体を備えた
シリコン基板との間に前記駆動回路ＩＣを配設し、この
配線板から電気・熱変換体を備えたシリコン基板の電源
端子にワイヤボンディングによって電気的接続を行った
後、ワイヤボンディングのワイヤ及び駆動回路ＩＣに樹
脂封止を行い、封止樹脂の硬化後、更に凹部を有する天
板上にインクの供給口を取り付けた後、天板とインクの
供給口の境界部を更に樹脂封止する工程がとられていた
ため、製造工程が増加して複雑になり、コスト高となっ
ていた。

【０００９】本発明は、以上のような従来例のインクジ
ェット記録ヘッド構成の問題点にかんがみてなされたも
ので、前記インク流路と前記凹部を有する天板との接合
部及び駆動回路ＩＣ部及び前記電気的接合部の封止を同
一材料の同一工程で行うことにより製造工程を簡略化し
て、低コスト化する手段の提供を目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このため、本発明におい
ては、記録用インクの吐出エネルギーを発生する複数の
電気・熱変換体とこの電気・熱変換体を挟持して一対の
対向する電極とが配置された基板及び、前記電気・熱変
換体を駆動するため駆動部を対向して配置して前記基板
と前記駆動部との間を電気的に接続し、記録用インク吐
出口と前記電気・熱変換体による熱作用部を有するイン
ク流路とこのインク流路にインクを供給する共通液室と
を構成するための凹部を有する天板を接合することによ
り構成され、前記電気・熱変換体と前記電気・熱変換体
を挟持して一対の対向する電極とが配置された前記基板
から発生する熱を逃すための放熱部材を備えたインクジ
ェット記録ヘッドにおいて、前記インク流路と前記凹部
を有する前記天板との接合部、及び前記駆動回路ＩＣ部
と前記電気的接続部との封止を同一材料で行うよう構成
することにより、前記目的を達成しようとするものであ
る。

【００１１】

【作用】以上のような本発明構成によれば、電気・熱変
換体を備えた例えばシリコン基板に隣接して配線板を配
設し、この配線板上に例えば駆動用ＩＣ部を載置し、こ
の駆動用ＩＣ部とシリコン基板間、前記配線板とシリコ
ン基板間を例えばワイヤボンディングで接続をとった
後、このワイヤボンディングのワイヤ及び前記駆動回路
ＩＣ、凹部を有する天板上にインク供給口を取り付けた
後、前記天板とインク供給口との境界部を同一樹脂材料
により封止することにより、従来、ワイヤボンディング
のワイヤ及び駆動回路ＩＣを樹脂封止と、凹部を有する
天板上にインク供給口を取り付けた後、前記天板とイン
ク供給口の境界部の樹脂封止とが同一材料及び同一工程
でできるようになり、この種のインクジェット記録ヘッ
ドをさらに低コストで作製することが可能となった。

【００１２】

【実施例】以下に本発明を実施例に基づいて詳細に説明
する：（実施例１）図１に、本発明に係る第１の実施例の概要
構成の断面図を示す。１００は、電気・熱変換体及び電
気配線を備えたシリコン基板、１１０は、このシリコン
基板１００上に作られたインク吐出口及び共通液室形成
部材（以後、“天板”と呼ぶ）、１２０は駆動用ドライ
バＩＣ、１３０は、シリコン基板１００と駆動用ドライ
バＩＣ１２０との電気的接続をとるためのボンディング
ワイヤで、不図示のワイヤボンディングパッドを千鳥状
に配置するとともにボンディングワイヤ１３０のループ
の高さを変えることにより、ボンディング密度の向上を
計っている。

【００１３】１３５は、配線板、シリコン基板１００間
のボンディングワイヤで、ループの高さは、ボンディン
グワイヤ１３０のループの高さより低くしてある。これ
で、各ボンディングワイヤのループは３段となる。１４
０は放熱部材で、材質はアルミで出来ている。１５０は
配線基板で、本実施例ではプリント基板であり、その上
に駆動用ＩＣ１２０を搭載しており、前記電気・熱変換
体及び電気配線を備えたシリコン基板１００から前記ボ
ンディングワイヤ１３５で電気的配線を引き出してい
る。

【００１４】本実施例においては、吐出口及び共通液室
形成部材と駆動用ドライバＩＣ１３０との間にワイヤボ
ンディングを行う必要があり、Ａｕボールのサーモソニ
ックボンディングが望ましい。１６０は配線基板１５０
の配線導体で特に前記ワイヤボンディングパッドは、ワ
イヤボンディング仕様のＡｕメッキが施されている。１
８０は、前記配線基板１５０の配線を覆っている熱硬化
のエポキシ系ソルダーレジストあるいはＵＶ硬化のソル
ダーレジストである。１９０は、前記配線基板１５０と
前記放熱部材１４０とを接着するための接着層、２００
は、前記シリコン基板１００と前記放熱部材１４０とを
接着するための接着層である。

【００１５】なお、図中、２１０は、ドライバＩＣ１２
０の下に設けられた配線パターン、２２０は、ドライバ
ＩＣ１２０の下に設けられたソルダーレジストである。
また３２０は、天板１１０とインク供給口の境界部、３
３０はインク流路部材を示す。

【００１６】また、図１において、インク流路３００
は、凹部を有する天板１１０上にインク供給口を取り付
けた後、封止樹脂３１０により要部を封止する。この封
止樹脂３１０は、天板１１０と、インク供給口の境界部
３２０の樹脂封止と、駆動ＩＣ１２０及びボンディング
ワイヤ１３０の樹脂封止とは、同一材料３１０で、また
同一工程で行われることを特徴としている。

【００１７】樹脂材料としては、シリコーン系のＪＣＲ
グレードで例えば加熱硬化型の東芝シリコーン社製のＴ
ＳＪ３１５（商品名）、あるいは不純物レベルが５ｐｐ
ｍ以下の準ＪＣＲグレード、加熱硬化型のエポキシ系の
ＣＯＢ用のチップコート材の樹脂がある。この場合、全
て駆動ＩＣアルミ配線の腐食が発生しないように、樹脂
中の不純物レベルを５ｐｐｍ以下に抑える必要がある。

【００１８】また、シリコン基板１００上の前記電気・
熱変換体及び電気配線は、例えば、まずシリコンウエハ
ー表面に熱酸化によりＳｉＯ₂ 膜を 1〜３μｍ形成し、
その上に発熱抵抗体となるＨｆＢ₂ 膜を４００〜２，０
００Å、密着向上層であるＴｉを１０〜１００Å、電極
材料Ａｌを３，０００〜１０，０００Åスパッタリング
によって成膜し、フォトリソグラフ工程によって所望の
発熱体形状及び電極形状が得られるようにパターン形成
する。次に、保護層としてＳｉＯ₂ またはＳｉ₃ Ｎ₄ 膜
を１〜２μｍスパッタリングまたはＣＶＤ法により形成
する。

【００１９】従って、本実施例によれば、凹部を有する
天板１１０上にインク供給口を取り付けた後、天板１１
０とインクの供給口の境界部３２０の樹脂封止と、駆動
ＩＣ１２０及びボンディングワイヤ１３０の樹脂封止
は、同一樹脂材料及び同一工程で行うことが可能とな
り、更に低コストのインクジェット記録ヘッドを提供す
ることが可能となった。

【００２０】（実施例２）図２は、本発明に係る第２の
実施例の概要構成を示す断面図である。前記図１におけ
ると同一（相当）構成要素は同一符号で示す。重複説明
を行うと、１００は電気・熱変換体及び電気配線を備え
たシリコン基板、１１０は、このシリコン基板１００上
に作られた吐出口及び共通液室形成部材（天板）、１２
０は駆動用ドライバＩＣ、１３０は、シリコン基板１０
０と駆動用ドライバＩＣ１２０の電気的接続をとるボン
ディングワイヤで、不図示のボンディングパッドを千鳥
状に配置するとともにボンディングワイヤ１３０のルー
プの高さを変えることにより、ボンディング密度の向上
を図ってる。

【００２１】１３５は配線板、シリコン基板１００間の
ボンディングワイヤで、ループの高さはボンディングワ
イヤ１３０のループの高さより低くしてある。これで各
ボンディングワイヤのループは３段となる。１４０は放
熱部材で、材質はアルミで出来ている。１５０は配線基
板で、本実施例ではプリント基板であり、その上に駆動
用ＩＣ１２０を搭載しており、前記電気、熱変換体及び
電気配線を備えたシリコン基板１００から前記ボンディ
ングワイヤ１３５で電気的配線を引き出している。

【００２２】本実施例においては、吐出口及び共通液室
形成部材と駆動用ドライバＩＣ１３０との間にワイヤボ
ンデインク行う必要があり、Ａｕボールのサーモソニッ
クボンディングが望ましい。配線基板１５０の配線導体
で特にワイヤボンディングパッドはワイヤボンディング
仕様のＡｕメッキが施されている。１８０は、前記配線
基板の配線を覆っている熱硬化のエポキシ系ソルダーレ
ジストあるいはＵＶ硬化のソルダーレジストである。１
９０は、前記配線基板１５０と前記放熱部材１４０とを
接着するための接着層、２００は、前記シリコン基板１
００と前記放熱部材１４０とを接着するための接着層で
ある。

【００２３】また、図２において、インク流路３００
は、凹部を有する天板１１０上にインク供給口を取り付
けた後、封止樹脂３１０により要部を封止する。この封
止樹脂３１０は、天板１１０とインク供給口の境界部３
２０の樹脂封止と、駆動ＩＣ１２０及びボンディングワ
イヤ１３５の樹脂封止とは、同一材料３１０で、また同
一工程で行われてることを特徴としている。

【００２４】材料としては一液性の脱アルコール型のシ
リコーン系のＪＣＲグレードで例えば東レシリコーン社
製のＪＣＲ６１８２（商品名）あるいは不純物レベルが
５ｐｐｍ以下の一液性の脱アルコール型の準ＪＣＲグレ
ード、あるいはウレタン系の樹脂でグレースジャパン社
製のＣＰＣ３９（商品名）等がある。

【００２５】このような封止材を用いることにより、常
温で硬化するか、あるいは加熱した場合でも６０〜７０
℃程度の低い温度で反応が進むため、インク流路に用い
る材料の熱変形温度が低い材料を用いることが可能とな
り、インク流路の材料を低コストで作製できることにな
る。

【００２６】従って、本実施例によれば、凹部を有する
天板１１０上にインク供給口を取り付けた後、天板１１
０とインク供給口３２０の境界部の樹脂封止と、駆動Ｉ
Ｃ１２０及びボンディングワイヤ１３０の樹脂封止は、
同一材料及び同一工程で行うことが可能となり、更にイ
ンク流路に安価な材料を用いることが可能となるため、
更により低コストのインクジェット記録ヘッドを提供す
ることが可能となった。

【００２７】次に、以上のような各実施例のインクジェ
ット記録ヘッドカートリッジを使用したインクジェット
記録装置（ＩＪＲＡ）としてのプリンタについて説明す
る：図３に、本発明のインクジェット記録ヘッドカート
リッジが適用されているインクジェット記録装置ＩＪＲ
Ａの一例の概略図を示す。記録ヘッドとインクタンクと
が一体になっているインクジェット記録ヘッドカートリ
ッジを用いたものである。

【００２８】ここでキャリッジＨＣは、駆動モータ５０
１３の正転逆転に連動して駆動力伝達ギア５０１１，５
０１０，５００９を介して回転するリードスクリュー５
００５の螺旋溝５００４に対して係合するよう構成さ
れ、キャリッジＨＣは、不図示のピンを有し、矢印ａ，
ｂ方向に往復移動される。キャリッジＨＣには、記録ヘ
ッド部５０２５、インクタンク部５０２６が装着されて
いる。５００２は紙押え板であり、キャリッジＨＣの移
動方向にわたって記録紙Ｐをプラテン５０００に対して
押圧している。５００７，５００８は各フォトカプラで
あり、キャリッジＨＣのレバー５００６のこの領域での
存在を確認してモータ５０１３の回転方向切り替え等を
行うためのホームポジション検知手段である。

【００２９】５０１６は、記録ヘッド５０２５の両面を
キャップするためのキャップ部材５０２２を支持する部
材、５０１５は、このキャップ内を吸引する吸引手段で
あり、キャッブ内開口５０２３を介して記録ヘッドの吸
引回復を行う。５０１７はクリーニングブレード、５０
１９は、このブレード５０１７を前後方向に移動可能に
する部材であり、本体支持体５０１８にこれらは支持さ
れている。ブレード５０１７は、この図例の形態のみで
なく、周知のクリーニングブレードが本例に適用できる
ことは言うまでもない。また、５０１２は、吸引回復の
吸引を開始するためのレバーであり、キャリッジＨＣと
系合するカム５０２０の移動に伴って移動し、駆動モー
タ５０１３からの駆動力がクラッチ切り替え等の公知の
伝達手段で移動制御される。

【００３０】これらのキャッピング、クリーニング、吸
引回復は、キャリッジＨＣがホームポジション側領域に
位置付けられたときに、リードスクリュー５００５の作
用によってそれらの対応位置で所望の処理が行えるよう
に構成されているが、周知のタイミングで所望の動作を
行うようにすれば、本例にはいずれも適用できる。

【００３１】また本説明事例に限らず、記録ヘッド５０
２５とインクタンク５００２６とが分離可能に構成され
ているインクジェットヘッドカートリッジにおいも本例
は適用可能であるなお、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為に利用されるエネルギーと
して熱エネルギーを発生する手段（例えば電気・熱変換
体やレーザ光等）を備え、前記熱エネルギーによりイン
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。その代表的
な構成や原理については、例えば、米国特許第４７２３
１２９号明細書，同第４７４０７９６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。

【００３２】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体
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一つの駆動信号を印加すること
によって、電気熱変換体に熱エネルギーを発生せしめ、
記録ヘッドの熱作用面に膜沸騰させて、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
成出来るので有効である。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
くとも一つの滴を形成する。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。

【００３３】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、更に優れた記録を行うことができる。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・熱変換体の組み合せ構成（直
線状液流路又は直角液流路）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４５５
８３３３号明細書，米国特許第４４５９６００号明細書
を用いた構成も本発明に含まれるものである。

【００３４】加えて、複数の電気・熱変換体に対して、
共通するスリットを電気・熱変換体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
ギー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号公報に基づいた
構成としても本発明の効果は有効である。

【００３５】加えて、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。

【００３６】また、本発明に記録装置の構成として設け
られる、記録ヘッドに対しての回復手段，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，電気熱変換体或はこれと
は別の加熱素子あるいはこれらの組み合わせによる予備
加熱手段，記録とは別の吐出を行う予備吐出モードを行
うことも安定した記録を行うために有効である。

【００３７】さらに、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。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に依れば、
電気・熱変換体を備えたシリコン基板に隣接して配線板
を配し、配線板上に駆動用ＩＣ部を乗せ、駆動用ＩＣ部
とシリコン基板間、配線板とシリコン基板間をワイヤボ
ンディングで接続し、凹部を有する天板上にインク供給
口を取り付け後、天板とインク供給口の境界部の樹脂封
止と、駆動ＩＣ及びボンディングワイヤの樹脂封止は同
一材料及び同一工程で行うことにより、更に安価にイン
クジェット記録ヘッドを作ることが可能となった。

【００３９】さらには、前記天板とインクの供給口の境
界部の樹脂封止と、駆動ＩＣ及びボンデイングワイヤの
樹脂封止とに、例えば１液性の脱アルコール型のシリコ
ーン系あるいは２液ウレタン系の樹脂を用いることによ
り、インク流路の材質をより安価にすることが可能とな
り更に低コストでこの種のインクジェット記録ヘッドを
作製するることが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の概要構成断面図

【図２】第２実施例の概要構成断面図

【図３】インクジェット記録装置の一例の概観図

【符号の説明】

１００シリコン基板１１０天板（吐出口及び共通液室形成部材）１２０ドライバＩＣ１３０ボンディングワイヤ１３５ボンディングワイヤ１４０放熱部材１５０配線（プリント）基板１８０ソルダーレジスト１９０接着層２００接着層２１０配線パターン２２０ソルダーレジスト３００インク流路３１０封止樹脂３２０天板とインクの供給口との境界部３３０インク流路部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】記録用インクの吐出エネルギーを発生す
る複数の電気・熱変換体とこの電気・熱変換体を挟持し
て一対の対向する電極とが配置された基板及び、前記電
気・熱変換体を駆動するため駆動部を対向して配置して
前記基板と前記駆動部との間を電気的に接続し、記録用
インク吐出口と前記電気・熱変換体による熱作用部を有
するインク流路とこのインク流路にインクを供給する共
通液室とを構成するための凹部を有する天板を接合する
ことにより構成され、前記電気・熱変換体と前記電気・
熱変換体を挟持して一対の対向する電極とが配置された
前記基板から発生する熱を逃すための放熱部材を備えた
インクジェット記録ヘッドにおいて、前記インク流路と
前記凹部を有する前記天板との接合部、及び前記駆動回
路ＩＣ部と前記電気的接続部との封止を同一材料で行う
ことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【請求項２】前記同一材料の不純物濃度が５ｐｐｍ以
下であることを特徴とする請求項１記載のインクジェッ
ト記録ヘッド。
【請求項３】前記同一材料がシリコーン系、エポキシ
系あるいはウレタン系の樹脂材料であることを特徴とす
る請求項１記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項４】インクを吐出して所望の画像の形成を行
う画像形成部材と、前記画像形成部材から吐出されるイ
ンクを貯流したインク貯留部材とを有し、これらを連接
した状態で装着し得る装着部と、この装着部の間で相対
的な移動を行い、所望の画像形成を行う被記録部材の搬
送手段とを有するインクジェット記録装置において、請
求項１記載のインクジェット記録ヘッドを備えたことを
特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項５】請求項２記載のインクジェット記録ヘッ
ドを備えたことを特徴とする請求項４記載のインクジッ
ェト記録装置。
【請求項６】請求項３記載のインクジェット記録ヘッ
ドを備えたことを特徴とする請求項４記載のインクジェ
ット記録装置。