JP4455555B2

JP4455555B2 - 液体吐出記録ヘッド及びその製造方法

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Publication number: JP4455555B2
Application number: JP2006224371A
Authority: JP
Inventors: 直樹中條; 恒深井
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2006-08-21
Filing date: 2006-08-21
Publication date: 2010-04-21
Anticipated expiration: 2026-08-21
Also published as: JP2008044316A

Description

本発明は、インク等の液体を吐出して記録を行う記録装置に搭載される液体吐出記録ヘッド及びその製造方法に関する。

インクジェットプリンタ等の液体吐出方式の記録装置は、いわゆるノンインパクト記録方式の記録装置であり、高速な記録や、様々な記録メディアに対する記録が可能であるとともに、記録時における騒音がほとんど生じないという特徴を有する。このため、液体吐出記録ヘッドは、プリンタ、ワードプロセッサ、ファクシミリ、複写機等の記録装置として広く採用されている。

図５は、一従来例による液体吐出記録ヘッドの主要部を示す斜視図である。同図（ａ）は吐出面を示す斜視図であり、同図（ｂ）は（ａ）の反対側からみた斜視図である。

図５（ａ）に示すように、液体吐出記録ヘッドである記録ヘッド１００１は、一つまたは複数の記録素子１１００、電気配線基板１３００、インクタンク（図示せず）に接続される支持部材１５００等から構成されている。記録素子１１００は、発熱抵抗体である電気熱変換体によってインクを加熱し、膜沸騰の作用によりインク滴を吐出させる。電気配線基板１３００は、ベースフィルム１３０７、接着剤層１３０８、および配線１３０９から構成され（図８（ｂ）参照）、記録装置本体（図示せず）からの駆動信号等を記録素子１１００に印加する。支持部材１５００は、インクタンクから記録素子１１００にインクを供給するためのインク流路を備えている。支持部材１５００は、図５（ｂ）に示すように、接続部にフィルター１５０４およびシールゴム１５０５を備えている。

図６の分解斜視図に示すように、記録素子１１００は接着剤１５０１によって支持部材１５００に固定され、記録素子１１００の吐出口列（図示せず）が、支持部材１５００のインク供給口（図示せず）と接続されている。記録素子１１００は電気配線基板１３００と電気的に接続されている。電気配線基板１３００は記録素子１１００を組み込む開口部１３０３を有している。電気配線基板１３００は、電気配線基板１３００のインナーリード１３０２が、支持部材１５００に接着固定された記録素子１１００の電極部１１０３（図７（ｂ）参照）と接続するように、支持部材１５００に対して位置決めされる。その後、電気配線基板１３００は接着剤１５０２によって支持部材１５００に固定される。電気配線基板１３００は、装置本体からの駆動信号等が入力される外部信号入力端子１３０１を有している。外部信号入力端子１３０１を備えた電気配線基板１３００の曲折面は、支持部材１５００の側面に接着剤１５０３によって接着固定される。

図７は、記録ヘッドの組み立て過程を示す概念図である。同図（ａ）は記録ヘッドの斜視図、同図（ｂ）は同図（ａ）の円Ｃ５で囲んだ部分の部分拡大斜視図である。記録素子１１００の主面には、吐出口列１１０１を備えるノズルプレート１１０２と、電極部１１０３とが備えられている。これらは、電気配線基板１３００の開口部１３０３に組み込まれている。開口部１３０３にはインナーリード１３０２も配設されている。電極部１１０３には金のバンプ１１０４が形成され、インナーリード１３０２と電極部１１０３とがバンプ１１０４を介してＴＡＢ(Tape Automated Bonding)実装技術によって電気的に接続される（特許文献１参照）。

図８は記録ヘッドの封止部を示す図で、同図（ａ）は記録素子の一端の封止部の部分拡大斜視図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線に沿った部分断面図である。図８（ａ）に示すように、記録素子１１００の側面周囲を、封止剤１２０１によって封止する。さらに、インナーリード１３０２を含む電気接続部１４００を封止剤１２０２によって封止し、電気接続部１４００をインクによる腐食や外力から保護する（特許文献２参照）。

記録素子１１００の側面周囲に充填する封止剤１２０１は、図８（ｂ）に示すように、電気接続部１４００の裏面には直接塗布できない。そこで電気接続部の裏面にも浸透するように、封止剤１２０１としては、低粘度で、記録素子１１００に応力をかけない弾性のある封止剤が使用される。これに対して、電気接続部１４００の表側を封止する封止材１２０２は、吐出口列１１０１を備えるノズルプレート１１０２の面上に広がらないように、高い粘度と、外力に対する剛性が必要であるため、封止剤１２０１とは特性の違う封止剤が使われる。ノズルプレート面への封止剤の広がりを防止するため、ノズルプレート面に中断部を設ける場合もある（特許文献３参照）。
特開平１０−０００７７６号公報特開２００１−１３０００１号公報特開平０８−０４８０４２号公報

インナーリード１３０２の先端側の封止幅Ｌ₇は、封止剤塗布装置の性能や、封止剤の封止性能を考慮した幅が必要である。しかし、封止幅Ｌ₇が大きいと、ノズルプレート１１０２と電極部１１０３（バンプ１１０４）との距離が拡大するため、記録素子１１００の寸法増加を招く。

また、電気接続部を、粘度が高く流動性に劣る封止剤１２０２で確実に封止するためには、開口部１３０３の縁から距離Ｌ₁だけ封止剤１２０２をオーバーラップさせ、さらに、ベースフィルム１３０７上に高さＨ₁だけ塗布する必要があった。特許文献３に述べられている技術も、電気配線基板のベースフィルム上を封止する点では、同様に高さＨ₁が必要である。記録装置においては、記録ヘッド１００１と記録紙等の記録媒体との間に、両者が接触しないように、例えば２ｍｍ程度の間隔を空けている。しかし、電気配線基板１３００上の封止剤１２０２の高さが大きいほど、ノズルプレート１１０２と記録媒体の間隔を大きくする必要があり、画像性能の低下を招く。

本発明は、上記従来技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、封止剤のノズルプレート面への拡散を防止しつつ、封止剤の幅および高さを抑えることの容易な液体吐出記録ヘッドを提供することを目的とする。具体的には、記録素子と電気配線基板との間の電気接続部に対する改善された封止構造を提供することを目的とする。

本発明の液体吐出記録ヘッドは、液体を吐出する吐出口列を備えた記録素子と、記録素子に電気エネルギーを供給する電気配線基板と、記録素子と電気配線基板とを電気的に接続する電気接続部と、を有している。電気配線基板は、記録素子の吐出口列を露出させるように記録素子に対して位置決めされたデバイスホールと、デバイスホールと近接して設けられ、電気接続部を露出させるように記録素子に対して位置決めされた補助開口と、を有している。電気配線基板はまた、デバイスホールと連結して設けられ、デバイスホールの辺のうち補助開口が設けられる側の辺から補助開口の側部に沿って延びるスリットと、デバイスホールと補助開口とを仕切る分離帯と、を有している。電気配線基板はさらに、記録素子と分離帯との間に毛細管現象によって充填されて、分離帯を持上げて硬化した第１の封止材と、電気接続部を封止する第２の封止材と、を有している。分離帯は、デバイスホールと、スリットと、補助開口との間で略コの字状に形成されている。また、本発明の液体吐出記録ヘッドの製造方法は、液体を吐出する吐出口列を備えた記録素子と、記録素子に電気エネルギーを供給する電気配線基板と、記録素子と電気配線基板とを電気的に接続する電気接続部と、を有し、電気配線基板は、記録素子の吐出口列を露出させるように記録素子に対して位置決めされたデバイスホールと、デバイスホールと近接して設けられ、電気接続部を露出させるように記録素子に対して位置決めされた補助開口と、デバイスホールと連結して設けられ、デバイスホールの辺のうち補助開口が設けられる側の辺から補助開口の側部に沿って延びるスリットと、デバイスホールと補助開口とを仕切る分離帯と、を有し、分離帯は、デバイスホールと、スリットと、補助開口との間で略コの字状に形成されている液体吐出記録ヘッドの製造方法である。この製造方法は、電気接続部によって記録素子と電気配線基板とを電気的に接続する工程と、電気配線基板と電気的に接続された記録素子と、分離帯と、の間に、第１の封止材を毛細管現象によって充填し、分離帯を持上げて硬化させる工程と、電気接続部を第２の封止材で封止する工程と、を含んでいる。

このように、本発明によれば封止剤のノズルプレート面への拡散を防止しつつ、封止剤の幅および高さを抑えることの容易な液体吐出記録ヘッドを提供することができる。すなわち、記録素子と電気配線基板との間の電気接続部に対する改善された封止構造を提供することが可能となる。

本発明の液体吐出記録ヘッドは、一般的なプリント装置のほかに、複写機、ファクシミリ、ワードプロセッサ等の記録装置、さらには、各種処理装置と複合的に組み合わされた産業用の記録装置に適用することができる。以下、図１から図４を参照して、本発明の記録ヘッドの一実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態にかかる記録ヘッドの斜視図である。同図（ａ）はその主要部を示す斜視図、同図（ｂ）は同図（ａ）の方形範囲Ｃ₁で囲んだ部分の部分拡大斜視図である。図２は、図１の記録ヘッドの分解斜視図である。図３は、図１の記録ヘッドの封止剤による封止前の状態を示す図で、同図（ａ）はその斜視図、同図（ｂ）は同図（ａ）中、円Ｃ₂で囲んだ部分の部分拡大斜視図である。図４は、図１（ｂ）のＢ−Ｂ線に沿った図１の記録ヘッドの部分断面図である。

本実施形態の液体吐出記録ヘッド（以下、記録ヘッド１００という。）は、記録素子１１０に設けられた電気熱変換体を用いて、液体であるインクに電気信号に応じて膜沸騰を生ぜしめ記録を行う、インクジェット方式のサイドシューター型記録ヘッドである。

液体吐出記録ヘッド１００は、液体を吐出する吐出口列１１１を備えた記録素子１１０と、記録素子１１０に電気エネルギーを供給する電気配線基板１３０と、記録素子１１０と電気配線基板１３０とを電気的に接続する電気接続部１４０と、を有している。

記録素子１１０は、シリコン製の基板を有している。基板の中央にはインク供給口（図示せず）が長穴の形状で開いており、基板上のインク供給口の両側には、複数の発熱抵抗体からなる電気熱変換体（図示せず）がほぼ等間隔で並んでいる。このような発熱抵抗体が形成された基板はヒーターボード１１０ａ（図４参照）と呼ばれる。記録素子１１０の本体であるヒーターボード１１０ａの主面（記録媒体と対向する面）には、発熱抵抗体に電力を供給する配線（図示せず）が設けられ、図３に示すように、記録素子１１０の両端に設置された電極部１１３と結線されている。ヒーターボード１１０ａ上には、保護膜と吐出口列１１１を有するノズルプレート１１２が形成されている。発熱抵抗体は、装置本体からの駆動信号によってインクを加熱し、膜沸騰の作用により吐出口列１１１からインク滴を吐出させる。

ノズルプレート１１２の表面は撥水処理されている。ノズルプレート１１２の厚みは、例えば、２５μｍあるいは７５μｍと多様であり、図１に示すような複数の記録素子１１０を搭載する記録ヘッド１００の場合、ノズルプレート１１２の厚みが異なる記録素子１１０が用いられる。

電気配線基板１３０は、デバイスホール１３４と一対の補助開口１３５とを有している。デバイスホール１３４はノズルプレート１１２よりも大きく形成され、記録素子１１０のノズルプレート１１２（吐出口列１１１）を露出させるように記録素子１１０に対して位置決めされている。一対の補助開口１３５は、デバイスホール１３４と近接して、デバイスホール１３４の両側に設けられ、電気接続部１４０を露出させるように記録素子１１０に対して位置決めされている。電気配線基板１３０はさらに、デバイスホール１３４と連結して設けられ、デバイスホール１３４の補助開口１３５と対向する辺１６１から補助開口１３５の側部１６２に沿って延びるスリット１３６を有している。デバイスホール１３４と補助開口１３５とは、電気接続部１４０と平行に延在する分離手段である分離帯１３０ａによって仕切られ、互いに独立して配設されている。この結果、分離帯１３０ａは、デバイスホール１３４と、スリット１３６と、補助開口１３５との間で略コの字状に形成されている。電気配線基板１３０はさらに、図示しない外部配線と接続される外部信号入力端子１３１を有している。

デバイスホール１３４内の記録素子１１０の側面および分離帯１３０ａの下方は第１の封止材１２１で充填されている。補助開口１３５は電気接続部１４０を保護するために、電気配線基板１３０の表面側から第２の封止材１２２で封止されている。

電気配線基板１３０は、記録媒体を記録ヘッド１００に対向するように搬送する搬送手段を備えた記録装置の本体から、外部信号入力端子１３１を経て供給される駆動信号を電気接続手段であるインナーリード１３２によって記録素子１１０に伝える。電気配線基板１３０としては、例えばＴＡＢテープが用いられる。図４に示すように、電気配線基板１３０は、ベースフィルム１３７に接着剤１３８を介して、インナーリード１３２に接続する配線１３９が積層された積層構造を有している。各材料の厚みは、例えば、ベースフィルム１３７が５０μｍ、接着剤１３８が２０μｍ、配線１３９が２５μｍである。ノズルプレート１１２を露出させるデバイスホール１３４と、電気接続部１４０を露出させる補助開口１３５はベースフィルム１３７に形成され、その一部である分離帯１３０ａによって分離される構成となっている。

分離帯１３０ａの幅Ｌ₂は、広いほど記録素子１１０のサイズも大きくなってしまうため、できるだけ狭い方が望ましい。本実施形態では、デバイスホール１３４および補助開口１３５の打ち抜きを行う金型の加工精度や、ベースフィルム１３７の材料の剛性を考慮し、分離帯１３０ａの幅Ｌ₂を０．３５ｍｍとしている。分離帯１３０ａからインナーリード１３２の先端までの距離Ｌ₃も、できるだけ狭くすることによって、記録素子１１０のサイズを小さくすることができる。本実施形態では、ＴＡＢテープの加工精度を考慮し、距離Ｌ₃を０．１ｍｍとしている。

デバイスホール１３４から延びるスリット１３６は、分離帯１３０ａの可動性を高めるため、できるだけ長く延びていることが望ましい。分離帯１３０ａの可動性は以下のようにして高められる。上述したように、分離帯１３０ａは略コの字状に形成されている。具体的には、分離帯１３０ａはデバイスホール１３４と隣接して延びる主部１３０ｂと、主部１３０ｂの両側を延びる連結部１３０ｃと、を有している。連結部１３０ｃはスリット１３６を設けることによってはじめて形成される。主部１３０ｂは、片持ち梁あるいはアームの機能を有する連結部１３０ｃの先端に支持される。この結果、主部１３０ｂは連結部１３０ｃが変形することによって、上下方向に動きやすくなる。

本実施形態では、補助開口１３５内に設けられるインナーリード１３２のリード群の根元の線（補助開口１３５の、デバイスホール１３４からみて遠い側の辺）１６３の位置までスリット１３６を形成している。しかし、スリット１３６は、分離帯１３０ａの変形性を高めるという目的が達成される限り、線１６３の位置まで延びている必要はない。

図２および図４に示すように、記録素子１１０は接着剤１５１によって支持部材１５０に固定され、電気配線基板１３０は接着剤１５２、１５３によって支持部材１５０に固定されている。支持部材１５０には、インクタンク（図示せず）から記録素子１１０にインクを供給するためのインク流路（図示せず）が形成され、上面のインクタンクとの接続位置には、フィルターおよびシールゴムが備えられている。記録素子１１０は、支持部材１５０の凹部１５７に組み込まれる。

記録素子１１０は、インク供給口（図示せず）が支持部材１５０のインク流路１５６に対応するように位置決めされ、接着剤１５１によって固定される。記録素子１１０は、ノズルプレート１１２が電気配線基板１３０のデバイスホール１３４に組み込まれ、補助開口１３５内に突出するインナーリード１３２に電気接続される。すなわち、電気配線基板１３０は、図３に示すように、電気配線基板１３０のインナーリード１３２が支持部材１５０に固定された記録素子１１０の電極部１１３に接続できる位置に位置決めされる。その状態で、電気配線基板１３０の主要部が接着剤１５２で、装置本体からの駆動信号を受け取る外部信号入力端子１３１を有する曲折部が接着剤１５３で、それぞれ支持部材１５０に接着固定される。位置決め固定された記録素子１１０の電極部１１３と電気配線基板１３０のインナーリード１３２は、電極部１１３に設けたバンプ１１４を介して、ＴＡＢ実装技術によって電気的に接続され、電気接続部１４０が形成される。

電気配線基板１３０が支持部材１５０に接着固定されると、分離帯１３０ａの上述した構成によって、分離帯１３０ａは自重で変形し、記録素子１１０のヒーターボード１１０ａ上に接触（接地）する。この際、ノズルプレート１１２の厚みが異なる複数の記録素子１１０を搭載する記録ヘッド１００においては、分離帯１３０ａの変形形状は各ノズルプレート１１２の厚みに左右されることはない。最も好ましい形態としては、厚みの異なるノズルプレート１１２に対しても、分離帯１３０ａがヒーターボード１１０ａに対して同様の曲げ形状で接触するものである。

次いで、電気配線基板１３０のデバイスホール１３４から、記録素子１１０の側面周囲に、第１の封止剤１２１を充填する。第１の封止剤１２１は、直接塗布することのできない電気接続部１４０の裏側まで充填させる必要があるため、初期の粘度が低く流動性の良いものが用いられる。本実施形態では、熱硬化型の封止剤であるサンユレック社製ＮＲ２００Ｃを使用している。第１の封止剤１２１を、例えば１００℃で１時間から４時間程度加熱することにより、第１の封止剤１２１の一部１２１ａを記録素子１１０の側面全体に充填し、仮硬化させる。これと同時に、ヒーターボード１１０ａと分離帯１３０ａの間にも、第１の封止剤１２１の一部１２１ｂが毛細管現象によって充填され仮硬化する。これにより分離帯１３０ａは、第１の封止剤１２１（１２１ｂ）を介してヒーターボード１１０ａから持ち上げられ、その状態で記録素子１１０の主面に接着固定される。分離帯１３０ａは、ノズルプレート１１２と補助開口１３５とを仕切る土手（ダム）として機能する（図４参照）。また、補助開口１３５は、分離帯１３０ａおよび電気配線基板１３０の一般部に周囲を取り囲まれ、ピット状の開口となる。

本実施形態においては、ノズルプレート１１２の外形をデバイスホール１３４より若干小さくしているため、分離帯１３０ａの近傍に段差が形成される。さらに、ノズルプレート１１２の表面は撥水処理されている。これらによって、第１の封止剤１２１（１２１ｂ）がノズルプレート１１２の表面に広がることが防止される。

次に、ピット状となった補助開口１３５に第２の封止剤１２２を充填し、電気接続部１４０を封止する。第２の封止剤１２２は、深さが例えば０．１ｍｍほどのダム状部に充填するため、第１の封止剤１２１と同様に初期粘度が低く、レベリング性の良いものを用いることができる。これによって、第２の封止剤１２２の高さを電気配線基板１３０のベースフィルム１３７の表面とほぼ同じにすることができる。第２の封止剤１２２は、その外周がベースフィルム１３７で囲われるため、外力を受けにくくなり、例えば、記録装置本体に備わるワイピング機構のワイパーブレードから受ける接触時の外力が小さくなる。

本実施形態では、第１の封止剤１２１と同じく、サンユレック社製ＮＲ２００Ｃを第２の封止剤１２２に用いている。第１、第２の第１の封止剤１２１、１２２を同一の材料にすることにより、両者の接着性を向上させることができ、生産性を高めることができる。第２の封止剤１２２を充填した後、例えば、１５０℃で３時間程度、加熱することにより、第１の封止剤１２１および第２の封止剤１２２を完全に硬化させる。

本実施形態の記録ヘッドにおいては、封止剤の記録素子側への流出を封止剤自体の粘性ではなく、分離帯によって防止しているので、従来技術のように封止剤の幅が大きく増えることはない。また、補助開口は持ち上げられた分離帯に囲まれて凹状となるため、電気接続部にも適量の第２の封止剤を充填することが可能となり、封止高さが抑制される。それによって、記録ヘッドと、図示しない搬送手段によって記録ヘッドと対向するように搬送される記録媒体との間隔を縮め、記録装置の印字品位等を向上させることができる。さらに、流動性の良い一種類の封止剤で、記録素子の周囲および電気接続部を封止することができるので、封止剤の塗布性、接着性を向上させ、かつ材料コストの低減を図ることができる。

また、ノズルプレートの厚みが異なる複数の記録素子を搭載した記録ヘッドの場合においても、分離帯のヒーターボードに対する変形は、その厚みに左右されることはない。そのため、分離帯は、各記録素子のヒーターボードに対して同様の位置関係で接触することとなる。したがって、分離帯とヒーターボードの間の隙間には同程度の封止剤が流入し、分離帯はノズルプレートの厚みが異なる各記録素子のヒーターボードに対して、その固定される高さは影響されることはない。最も好ましくは、分離帯はヒーターボードに対して、同一の高さ位置で固定される。この結果、ワイパーブレードから受ける接触時の外力による電気配線基板の損傷、剥がれを防止することができる。

本発明の一実施形態による記録ヘッドの斜視図である。図１に示す記録ヘッドの分解斜視図である。図１に示す記録ヘッドの、封止剤による封止前の状態を示す図である。図１（ｂ）のＢ−Ｂ線に沿った、図１の記録ヘッドの部分断面図である。記録ヘッドの一従来例を示す斜視図である。図５に示す記録ヘッドの分解斜視図である。図５に示す記録ヘッドの封止前の状態を示す図である。図５に示す記録ヘッドの封止部を示す図である。

符号の説明

１１０記録素子
１１１吐出口列
１１２ノズルプレート
１２１第１の封止剤
１２２第２の封止剤
１３０電気配線基板
１３０ａ分離帯
１３４デバイスホール
１３５補助開口
１３６スリット
１４０電気接続部

Claims

液体を吐出する吐出口列を備えた記録素子と、
前記記録素子に電気エネルギーを供給する電気配線基板と、
前記記録素子と前記電気配線基板とを電気的に接続する電気接続部と、
を有し、
前記電気配線基板は、
前記記録素子の前記吐出口列を露出させるように該記録素子に対して位置決めされたデバイスホールと、
前記デバイスホールと近接して設けられ、前記電気接続部を露出させるように前記記録素子に対して位置決めされた補助開口と、
前記デバイスホールと連結して設けられ、該デバイスホールの辺のうち前記補助開口が設けられる側の辺から該補助開口の側部に沿って延びるスリットと、
前記デバイスホールと前記補助開口とを仕切る分離帯と、
前記記録素子と前記分離帯との間に毛細管現象によって充填されて、前記分離帯を持上げて硬化した第１の封止材と、
前記電気接続部を封止する第２の封止材と、
を有し、
前記分離帯は、前記デバイスホールと、前記スリットと、前記補助開口との間で略コの字状に形成されている、
液体吐出記録ヘッド。
前記第１の封止材と前記第２の封止材は同一の封止材である、請求項１に記載の液体吐出記録ヘッド。
液体を吐出する吐出口列を備えた記録素子と、前記記録素子に電気エネルギーを供給する電気配線基板と、前記記録素子と前記電気配線基板とを電気的に接続する電気接続部と、を有し、前記電気配線基板は、前記記録素子の前記吐出口列を露出させるように該記録素子に対して位置決めされたデバイスホールと、前記デバイスホールと近接して設けられ、前記電気接続部を露出させるように前記記録素子に対して位置決めされた補助開口と、前記デバイスホールと連結して設けられ、該デバイスホールの辺のうち前記補助開口が設けられる側の辺から該補助開口の側部に沿って延びるスリットと、前記デバイスホールと前記補助開口とを仕切る分離帯と、を有し、前記分離帯は、前記デバイスホールと、前記スリットと、前記補助開口との間で略コの字状に形成されている液体吐出記録ヘッドの製造方法であって、
前記電気接続部によって前記記録素子と前記電気配線基板とを電気的に接続する工程と、
前記電気配線基板と電気的に接続された前記記録素子と、前記分離帯と、の間に、第１の封止材を毛細管現象によって充填し、前記分離帯を持上げて硬化させる工程と、
前記電気接続部を第２の封止材で封止する工程と、を含む、液体吐出記録ヘッドの製造方法。
前記第１の封止材と前記第２の封止材は同一の封止材である、請求項３に記載の液体吐出記録ヘッドの製造方法。