JP2006272687A - 液体吐出ヘッドおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】記録素子の周囲に充填される封止材が記録素子基板の表面に拡散するのを防ぐ。
【解決手段】電気配線基板１０のデバイスホール１０ａに実装される記録素子基板２０は、その周囲を流動性のある第１の封止材５１によって封止される。また、電気配線基板１０のリード１１と記録素子基板２０の電気接続パッド２２からなる電気接続部は、リード等を保護するための第２の封止材５２によって封止される。記録素子基板２０の表面に流動性のある第１の封止材５１が乗り上げてノズル２１に向かって広がるのを防ぐために、記録素子基板２０の外周部に凹部２３を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、インク等液体を吐出することにより記録を行う記録装置に搭載される液体吐出ヘッドおよびその製造方法に関するものである。

一般に、インクジェットプリンタ等液体吐出方式の記録装置は、ノズル（吐出口）から記録媒体に対して記録液を吐出することにより記録を行う記録装置であり、ノズルから吐出される液滴を形成するための液体吐出ヘッドである記録ヘッドと、記録ヘッドに対して記録液を供給する供給系とから構成されている。このような記録装置は、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、様々な記録媒体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ため、プリンタ、ワードプロセッサ、ファクシミリ、複写機等の記録機構を担う装置として広く採用されている。

液体吐出方式のうち代表的なものとしては、電気熱変換素子を用いた方法があり、この方法は、ノズル付近に設けられた加圧室に電気熱変換素子を設け、これに記録信号となる電気パルスを印加することにより泡（沸騰）の圧力を利用して微小なノズルから記録液を吐出させて記録を行うものである。

なお、上述した記録液の吐出方式においては、電気熱変換素子が配列された記録素子基板に対して平行に記録液を吐出させる方式（エッジシューター）と、電気熱変換素子が配列された記録素子基板に対して垂直に記録液を吐出させる方式（サイドシューター）とがある。

図２は、一般的な記録ヘッド１００１を示す斜視図であって、同図の（ａ）に示すように、記録素子ユニット１００２と、多色プリント用の複数のインクタンクを保持するタンクホルダー１００３を有する。記録素子ユニット１００２は、図２の（ｂ）に示すように、外部接続用の端子部１１１０ｂとデバイスホール１１１０ａを有する電気配線基板１１１０と、電気配線基板１１１０のデバイスホール１１１０ａに実装される記録素子基板１１２０と、電気配線基板１１１０および記録素子基板１１２０を支持し、これにインク（記録液）を供給する供給口１１３１を有する支持板１１３０と、支持板１１３０と電気配線基板１１１０の間に介在する補助板１１４０とを備えている。

図３は、複数の記録素子基板１１２０が電気配線基板１１１０に電気接続された状態を示す図である。記録素子基板１１２０の記録媒体に対向する表面にはインクを吐出するための複数のノズル１１２１が設けられ、裏面側には各ノズル１１２１にインクを供給するための供給口がノズル列の長さとほぼ等しい長さで開口して設けられている。各記録素子基板１１２０に対してインクを吐出するための電気パルスを印加するための電気配線基板１１１０のリード１１１１は、ＴＡＢ実装技術によって、記録素子基板１１２０上に設けられた電気接続パッド１１２２に接続されて記録素子ユニット１００２が形成される。

特許文献１および特許文献２に開示されたように、記録素子ユニット１００２には、電気接続パッド１１２２とリード１１１１をインクによる腐食や外部から作用する力による断線から保護するための封止材１１５２が塗布されている。

なお、電気配線基板１１１０の配線は裏面側に設けられており、補助板１１４０を介して支持板１１３０に保持固定されている。支持板１１３０と補助板１１４０は、記録素子基板１１２０が発生する熱を放出する放熱部材としての役割があるため、アルミ、あるいはセラミック等の放熱性のよい材料を使用するのが一般的となっている。これらはインクによっては腐食される場合があるため、流動性のある封止材１１５１を記録素子基板１１２０の周囲に充填することで、インクから保護する必要がある。

記録液であるインクとしては、デジタルカメラなどで撮影した画像を銀塩写真のかわりに印刷してファイルあるいはディスプレーするために、耐光性および耐候性の優れた顔料インクが用いられる。顔料インクでは、記録素子基板のノズルが設けられた表面（ノズル面）には、次に述べる理由により、撥インク・撥油の効果のある撥水剤は塗布されない。すなわち、顔料インクの場合には染料インクに比して高粘度・低表面張力であり、撥水剤の効果はあまり期待できないからである。また、ノズル面の、特にノズル近傍に撥水剤が塗布されていると、使用中に撥水性のムラが発生した場合に撥水性の低下した部分に顔料インクが集中し、ヨレや不吐出になることがあり、信頼性の面で大きな不具合となるからである。
特開平１０−４４４１７号公報 特開平１０−４４４１２号公報

しかしながら、記録素子基板１１２０の表面に撥水剤を塗布していない記録ヘッドでは、記録素子基板１１２０の周囲に封止材１１５１を充填・硬化するときに記録素子基板１１２０の表面に乗り上げてしまう場合がある。このように表面に乗り上げて硬化した封止材１１５１は、ノズル１１２１に達すれば不吐出となり、歩留り低下の原因となる。さらに、ノズル１１２１に達していなくとも、ノズル面に乗り上げた封止材１１５１が、プリント中にノズル面についた紙粉やインクをワイパーによってクリーニングする際の妨げとなり、信頼性を低下させる。

また、記録ヘッドにインクを充填させるときにノズル面にゴムキャップをして中をポンプで減圧し、インク供給系にあるインクをノズル１１２１まで充填させるが、ノズル面に乗り上げた封止材１１５１は減圧時のリーク、すなわちインク充填不良の原因となる場合もある。

本発明は、上記従来の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、吐出手段を有する素子基板の周囲を封止する充填材を精度良く充填し、素子基板の表面へ乗り上げた充填材の拡散を防ぐことのできる液体吐出ヘッドおよびその製造方法を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するため、本発明の液体吐出ヘッドは、液体を吐出する吐出手段を有する素子基板と、前記素子基板の電気接続部に電気的に接続される電気配線基板と、前記素子基板および前記電気配線基板を支持する支持板と、前記素子基板の周囲を充填材によって封止する封止部と、前記封止部の前記充填材が前記素子基板の表面に乗り上げて拡散するのを防ぐために、前記電気接続部を除く前記素子基板の外周部に設けられた拡散防止手段と、を有することを特徴とする。

素子基板の周囲を充填材によって封止する工程で、素子基板の表面に充填材が乗り上げて吐出手段まで拡散するのを防ぎ、素子基板の周囲に精度良く充填を行うことができる。これによって、吐出性能にすぐれた信頼性の高い液体吐出ヘッドを低コストで製造できる。

図１は一実施の形態による液体吐出ヘッドである記録ヘッドの主要部を示すもので、図示しない外部接続用の端子部とデバイスホール１０ａを有する電気配線基板１０と、電気配線基板１０のデバイスホール１０ａに実装される素子基板である記録素子基板２０と、電気配線基板１０および記録素子基板２０を支持し、これに液体であるインクを供給する供給口を有する支持板３０と、支持板３０と電気配線基板１０の間に介在する補助板４０とを備えている。

記録素子基板２０は、その表面に吐出手段であるノズル２１を有し、ノズル２１の近傍の表面（ノズル面）は撥水処理されていない。記録素子基板２０に電気的に接続される電気配線基板１０は、記録素子基板２０とともに支持板３０に固定され、記録素子基板２０の周囲は流動性のある充填材である第１の封止材５１によって封止される。記録素子基板２０の両端に配設された電気接続部である電気接続パッド２２は、電気配線基板１０のリード１１に電気接続され、このリード１１等を保護するための第２の封止材５２によって覆われる。

記録素子基板２０の電気接続パッド２２が配されていない外周部には、記録素子基板２０の表面に第１の封止材５１が乗り上げてもノズル２１に向かう進行（拡散）を防ぐための拡散防止手段である凹部２３が形成されている。

第１の封止材５１を記録素子基板２０の周囲に充填する工程においては、まず充填を必要とする領域に連通した充填材溜め部に熱硬化性充填材を注入し、加熱することにより、充填材溜め部に注入された熱硬化性充填材を流動させて記録素子基板２０の周囲に充填したうえで、熱硬化性充填材を硬化させる。

すなわち、第１の封止材５１の充填領域は、支持板３０と、記録素子基板２０と、電気配線基板１０とによって構成されるエリアであり、充填材溜め部は、支持板３０の段差部分３０ａの、記録素子基板２０の電気接続パッド２２が配されていない側面に隣接した部位に設けるのが好ましい。

図１の（ａ）は、実施例１による記録ヘッドの主要部を示す部分平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線に沿ってとった部分断面図である。

記録素子基板２０は、記録素子を形成したシリコン基板２０ａを本体とし、その上に形成されたノズル部材２１ａを有し、ノズル部材２１ａには、ノズル２１に連通する流路が形成されている。記録素子基板２０の表面の端縁から０．１ｍｍのところに、幅０．０５ｍｍの拡散防止手段である凹部２３を設けた。端部に溝ができることになるが、記録ヘッドにインクを充填させるときに装着するゴムキャップの妨げにならない寸法であり、またワイピングでも支障はおきない。

本実施例の記録ヘッドの製造方法を以下に述べる。ノズル部材２１ａのパターニングと同時に凹部２３を形成したウエハから、記録素子基板２０をダイシングにより分離し、支持板３０の段差部分３０ａに接着剤２４により接着・固定する。電気配線基板１０は、支持板３０の上面に接着される。記録素子基板２０の電気接続パッド２２と、電気配線基板１０のリード１１との電気接続は、ＩＬＢ実装により行われる。

第１の封止材５１となる熱硬化性充填材は、ニードルによって、支持板３０の段差部分３０ａによって形成される充填材溜め部に塗布され、塗布時あるいはその後に加える熱により、記録素子基板２０の電気接続パッド２２が設けられた側の側面や、互いに隣接する記録素子基板２０間の狭いエリアに流れ込み、その後に硬化する。このとき、各記録素子基板２０の表面に乗り上げた第１の封止材５１は凹部２３に流入するため、凹部２３を越えてノズル２１側に流れ出ることはない。

第１の封止材５１が硬化した後に、リード１１等を保護するための第２の封止材５２を塗布し、硬化させる。

なお、記録素子基板２０の凹部２３は、ウエハ上のノズル部材２１ａをパターニングした後に、個々の記録素子基板２０にダイシングする際に、ダイシングソーにて切り込みをつけて形成してもよいし、他の方法で形成してもよい。

実施例１による記録ヘッドを示すもので、（ａ）はその主要部を示す部分平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿ってとった部分断面図である。 一従来例による記録ヘッドを示すもので、（ａ）はその斜視図、（ｂ）は記録素子ユニットを分解して示す分解斜視面である。 従来例による記録ヘッドの主要部を示す部分平面図である。

符号の説明

１０ 電気配線基板
１１ リード
２０ 記録素子基板
２１ ノズル
２２ 電気接続パッド
２３ 凹部
２４ 接着剤
３０ 支持板
４０ 補助板
５１ 第１の封止材
５２ 第２の封止材

Claims (4)

1. 液体を吐出する吐出手段を有する素子基板と、前記素子基板の電気接続部に電気的に接続される電気配線基板と、前記素子基板および前記電気配線基板を支持する支持板と、前記素子基板の周囲を充填材によって封止する封止部と、前記封止部の前記充填材が前記素子基板の表面に乗り上げて拡散するのを防ぐために、前記電気接続部を除く前記素子基板の外周部に設けられた拡散防止手段と、を有することを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 拡散防止手段が、基板の表面に乗り上げた充填材を捕捉する凹部を有することを特徴とする請求項１記載の液体吐出ヘッド。
3. 液体を吐出する吐出手段を有する素子基板と、前記素子基板の電気接続部に電気的に接続される電気配線基板と、前記素子基板および前記電気配線基板を支持する支持板と、前記素子基板の周囲を充填材によって封止する封止部と、前記封止部の前記充填材が前記素子基板の表面に乗り上げて拡散するのを防ぐために、前記電気接続部を除く前記素子基板の外周部に設けられた拡散防止手段と、を有する液体吐出ヘッドの製造方法において、
   充填材溜め部に熱硬化性充填材を注入する工程と、
   前記充填材溜め部に注入された熱硬化性充填材を流動させて前記素子基板の周囲に充填する工程と、
   充填された熱硬化性充填材を硬化する工程と、を有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
4. 充填材溜め部は、素子基板の電気接続部を除く外周部に対向する支持板の段差部分に配設されていることを特徴とする請求項３記載の液体吐出ヘッドの製造方法。

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