JP2007301803A - 液体吐出ヘッド、および、液体吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 液体吐出基板の裏面側に電極を形成した場合であっても、放熱効率を良好にする方法を提供する。
【解決手段】 液体吐出基板２００を有する液体吐出ヘッドに於いて、前記液体吐出基板は裏面側に２面以上の異なる面を有し、前記面の内の少なくとも１面は、薄肉厚で形成されており、前記薄肉厚の面が、電極２２０によって支持部材１００上の電気配線基板１２０と電気的に接合されておると共に、前記薄肉厚の面以外の平面部分が、支持部材に接合する構成とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、インク等の液体を吐出して記録動作を行う記録装置、この記録装置に適用される液体吐出ヘッド、この液体吐出ヘッドに適用される液体吐出基板と電気配線基板との電気接続に関するものである。なお、本発明は、一般的なプリンター・プリント装置の他、複写機、通信システムを有するファクシミリ、プリント部を有するワードプロセッサー等の装置、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記録装置等、幅広く適用する事ができる。

インクジェット記録装置は、いわゆるノンインパクト記録方式の記録装置であり、高速な記録と、様々な記録媒体に対して記録する事が可能であって、記録時に騒音がほとんど発生しない等の特徴を持つ。この様な事により、インクジェット記録装置は、プリンター、ワードプロセッサー、ファクシミリ、及び複写機などの記録機構を担う装置として幅広く利用されている。

このインクジェット記録装置における代表的なインク吐出方式としては、電気熱変換素子を用いた方式がある。この方式は、微小な吐出口から微少な液滴を吐出させて、記録媒体に対し記録を行うものとなっており、一般に、液滴を形成するためのインクジェット記録ノズルと、この液体吐出ヘッドに対してインクを供給する供給系とから構成される。

電気熱変換素子を用いた液体吐出ヘッドは、電気熱変換素子を液体液室内部に設け、これに記録信号となる電気パルスを与える事により、液体に対して熱エネルギーを供給する。その時に生じる液体の相変化による発泡時(沸騰時)の気泡圧力を液体滴の吐出に利用したものである。さらに、電気熱変換方式を用いた液体吐出ヘッドの場合、電気熱変換素子が配列された基板に対して平行方向に液体を吐出させる方式(エッジシューター方式)、および、垂直方向に液体を吐出させる方式(サイドシューター方式)とがある。

この液体吐出ヘッドに適用される液体吐出基板との電気配線基板の接続に関しては、特許文献１や、特許文献２等にて開示されている。すなわち、表面側に電気熱変換素子と電極を備えた液体吐出基板の電極と、液体吐出基板に対して電気制御信号と駆動電力を供給する電気配線基板の電極とが、ＩＬＢ(Ｉｎｎｅｒ Ｌｅａｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ)による金属間結合、または、異方性導電膜（フィルム）を用いた熱圧着により、電気的に接続されている。そして、プリンター等に代表される製品に於いては、インクからの保護、および、インク液滴や紙紛等のゴミを除去するためのゴムブレードによる拭き取り動作から保護するために、電気接続部は、樹脂により完全に覆われている。また、液体吐出基板を支持し、インクを供給する支持部材は、液体吐出基板の温度上昇によりインクの吐出性能が低下しない様に、アルミナ等の液体吐出基板と同等の熱伝導率を有する材料で形成されている。

一方、特許文献３には、液体吐出基板の電極を液体吐出基板の裏面側に配置して、電気配線基板等と接続し、導通をとる方式が開示されている。
特公平０８−０２５２７２号公報 特開平１０−０４４４１８号公報 特開平１１−１９２７０５号公報

しかしながら、上述した液体吐出ヘッドには、印字品位や、信頼性等、性能を低下させる、以下の様な問題がある。

液体吐出基板と電気配線基板の接続電極部を樹脂でシールした部分は、表面より必ず突出する事になり、この突出部の分だけ、液体吐出ヘッドと被記録媒体とのスキマを広く取らなければならない。そのため、印字品位を大きく左右するインクの被記録媒体への着弾精度を低下させる事になる。さらに、突出部は、表面に付着したインク滴や紙紛等のゴミを除去するためのゴムブレードによる拭き取り動作に関して、弊害を生じさせる場合があり、その場合、印字品位の低下等の悪影響を及ぼす。

また、近年は、高速印字に対応するために、液体吐出基板のインク吐出口、および、熱変換素子が増加し、電極数が増加する傾向がある。しかしながら、ゴムブレードによる拭き取り方向により、樹脂の突出部の領域が制限されてしまう。現状の主流製品は、液体吐出基板の短手短部に高密度な接続がされているため、接続用設備が高価になり、コストアップの大きな要因となっている。

上述した問題を解決する手段として、前述した特開平１１−１９２７０５号公報に開示されている様な構成がある。これは、電極を液体吐出基板の裏面側に配置する方式である。しかし、この構成をとる場合、以下の問題が懸念される。従来例として、上から見た場合の概略図である図８、および、図８のＡ−Ａ´ラインの断面である図１に断面概略図を示し、問題点を説明する。

それは、液体吐出基板２００の裏面側に電極２２０を配置した事により、液体吐出基板２００の裏面側の状態が、電極２２０の分だけ凹凸状態になり、非平面状態となるため、電極２２０の高さ分（３０μｍ〜４０μｍ程度）だけ、支持部材１００に対して浮いた状態（ブリッジ状態）で支持させる事になる。つまり、従来（従来図は不図示）は液体吐出基板２００の裏面全体が支持部材１００に密着した状態で支持していたのに対し、この方式では、電極２２０の部分しか支持部材１００に接触させていないため、液体吐出基板２００そのものは、ほとんど中空状態となり、スキマ１３０が発生する。この結果、従来（従来図は不図示）と比較して液体吐出基板２００から発生する熱の放熱が追いつかずに、どんどん蓄熱され、液体吐出基板２００の温度が昇温していく。そのため、液体の吐出性能が劣化していき、最終的には、液体吐出基板２００が熱破壊される可能性が非常に高く、品質信頼性に乏しい。その対策手段として、その浮いているスキマ部１３０を熱伝導率の良好な樹脂１３０でシール１３０して、スキマ１３０を埋める手段がある。しかし、エアパス等の不具合を完全に防ぎ、さらに、本液体吐出ヘッドの液体供給口２３０部分、および、液体供給流路１１０部分へのはみ出しを防止する様にシール１３０するのは、作業的にも、技術的にも非常に高度な技術を要し、困難でもある。また、電極２２０は、通常、レベリング処理を行なうため、ほぼ一定の高さ精度を保っている。それでも最大で約１０μｍ程度のバラツキが発生してしまう。そのため、液体吐出基板２００を支持部材１００に支持させ、スキマ部１３０を完全にシール１３０できたとしても、液体吐出基板２００の表面側の水平／平行度が安定せず、傾斜が生じてしまう。したがって、オリフィス２５０、および、液体吐出口２６０にも必然的に傾斜が発生してしまう。結果的に、液体吐出ヘッドと被記録媒体の距離を従来よりも、これまでよりも相当狭く設定できたとしても、オリフィス２５０内から見た距離は統一されず、バラツキが発生する。そのため、非記録媒体との距離は一定にはならず、印字品位を飛躍的に向上させる事は非常に困難である。

本発明の目的は、上記の各問題を解決し、印字品位を劇的に向上させ、高歩留まりで信頼性の高い、安価で高性能・高品質な液体吐出ヘッド、および、記録装置を提供する事を目的とするものである。

本発明は、上記目的を達成するために２つの手段を提案するものである。

まず、手段１として、
液体吐出ヘッドに於ける液体吐出基板は、
裏面側に２面以上の異なる面を有し、
前記面の内の少なくとも１面は、薄肉厚で形成されており、
前記薄肉厚の面が、電極によって支持部材上の電気配線基板と電気的に接合されており、
前記薄肉厚の面以外の平面部分が、支持部材に接合している事を特徴としている。

そして、前記液体吐出基板に於いて、
前記薄肉厚の面は、前記面に対して１段以上の段差で形成されている事を特徴としている。

あるいは、前記液体吐出基板に於いて、
前記薄肉厚の面は、前記面に対してテーパー状の傾斜面で形成されている事を特徴としている。

次に、手段２として、
液体吐出ヘッドに於ける液体吐出基板を支持する支持部材に於いて、
支持面側に２面以上の異なる面を有し、
前記面の内の少なくとも１面は、薄肉厚で形成されており、
前記薄肉厚の面の１部分に電気配線基板が形成されており、
前記電気配線基板が、電極によって、前記液体吐出基板の裏面側と電気的に接合されており、
前記薄肉厚の面以外の、平面部分の１部分が前記液体吐出基板に接合している事を特徴としている。

そして、前記支持部材に於いて、
前記薄肉厚の面は、前期平面部分の１部分に対して１段以上の段差で形成されている事を特徴としている。

あるいは、前記支持部材に於いて、
前記薄肉厚の面は、前記平面部分の１部分に対してテーパー状の傾斜面で形成されている事を特徴としている。

以上、説明した様に、本発明による構成を実施する事により、液体吐出基板の裏面の貫通スルーホール、あるいは、電極の形成されているエッジ列部分以外の裏面全体を、支持部材に対して完全に密着させて接着・固定する事が可能であるため、接着・固定性が強固で良好であり、また、浮き（スキマ）が発生しない。そのため、非常に効率よく冷却でき、非常に理想的ある。また、液体吐出ヘッドとして、完成状態での表面側のノズル部分の水平／平行度も非常に良好であり、さらに、シールも貫通スルーホール、または、電極の形成されているエッジ列部分のみだけで良いため、生産性も向上し、エアパス等のシールミスも発生せず、また、シール部分の確認も容易で、かつ、確実であり、さらには、液体供給口部分へのはみ出しも発生しない。結果的に製造上に於ける人的・装置的負荷が大幅に軽減されるため、生産性が飛躍的に向上する。また、液体吐出ヘッドの品質、信頼性、および、印字品位、さらには、最終的な歩留まりも向上し、結果的に大幅なコストダウンも図る事が可能になる。

次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。

本発明を上から見た場合の概略図を図８に示し、図８のＡ−Ａ´ラインの断面である断面概略図を図２、図３、図５、および、図６に示した。以下、断面外略図を基に本発明の構成について説明する。

まず、図２を用いて第１の実施例について説明する。

液体吐出基板２００の裏面側のエッジ部３００には、テーパー状に面取り形成がされており、その面取り形成面に掛かる様にして貫通スルーホール２１０が形成されている。貫通スルーホール２１０の裏面側の端部（面取り形成面）には、電気的に導通する様にして電極２２０が形成されている。支持部材１００は、電気配線基板１２０を具備し、液体供給路１１０を有している。液体吐出基板２００は、支持部材１００に対して、精密に位置決めされて、液体吐出基板接着部４００で接着されており、密着・固定されている。そして、この時、電極２２０と電気配線基板１２０は、電気的に接続される事になり、導通する様になる。エッジ部３００のスキマ部１３０は、電極２２０、および、電気配線基板１２０の電気接続部分とともに、樹脂１３０でシール１３０する事により、本発明を実現する事ができる。

次に、図３を用いて第２の実施例について説明する。

液体吐出基板２００の裏面側のエッジ部３００には、２段の段差形成がされており、その段差形成面に掛かる様にして貫通スルーホール２１０が形成されている。貫通スルーホール２１０の裏面側の端部（段差形成面）には、電気的に導通する様にして電極２２０が形成されている。支持部材１００は、電気配線基板１２０を具備し、液体供給路１１０を有している。液体吐出基板２００は、支持部材１００に対して、精密に位置決めされて、液体吐出基板接着部４００で接着されており、密着・固定されている。そして、この時、電極２２０と電気配線基板１２０は、電気的に接続される事になり、導通する様になる。エッジ部３００のスキマ部１３０は、電極２２０、および、電気配線基板１２０の電気接続部とともに、樹脂１３０でシール１３０する事により、本発明を実現する事ができる。

なお、実施例１、実施例２に於いて、電極２２０は、電気配線基板１２０側に形成しても、本発明を実現する事ができる。また、電極２２０の材質としては、金バンプ等が非常に好適である。

ここで、エッジ部３００の形成については、ダイシング装置のハーフカットによる形成や、エッチングによる形成等が好適である。この時、図４に示す様に、液体吐出基板２００の表面側のパターンと、裏面側の加工箇所であるエッジ部３００の相対位置関係は、非常に高い精度が要求されるため、基板１０００のプロセス工程の初期段階で、表面／裏面の基準となる（アライメントマーク的な意味合いを持つ）ダミーの貫通スルーホール１１００を形成する事が重要である。また、基板１０００から液体吐出基板２００にダイシングする際は、エッジ部３００への形成を完了した上で、液体吐出基板切断ライン３１０によって切断する事により、液体吐出基板２００が完成する。

次に、図５を用いて第３の実施例について説明する。

液体吐出基板２００の裏面側のエッジ部３００には、貫通スルーホール２１０が形成されている。貫通スルーホール２１０の裏面側の端部には、電気的に導通する様にして電極２２０が形成されている。支持部材１００は、段差部１０１を有し、その段差部１０１の凹部分（高さの低い部分）に電気配線基板１２０を具備しており、さらに液体供給路１１０を有している。液体吐出基板２００は、支持部材１００の段差部１０１の凸部分（高さの高い部分）に対して、精密に位置決めされて、液体吐出基板接着部４００で接着されており、密着・固定されている。この時、液体吐出基板２００の電極２２０は、支持部材１００の段差部１０１の凸部分に掛からず、凹部分の電気配線基板１２０に電気的に接続される事になるため、液体吐出基板２００の浮きが生じる事はない。エッジ部３００のスキマ部１３０は、電極２２０、および、電気配線基板１２０の電気接続部とともに、樹脂１３０でシール１３０する事により、本発明を実現する事ができる。

次に、図６を用いて第４の実施例について説明する。

液体吐出基板２００の裏面側のエッジ部３００には、貫通スルーホール２１０が形成されている。貫通スルーホール２１０の裏面側の端部には、電気的に導通する様にして電極２２０が形成されている。支持部材１００は、液体供給路１１０を備え、さらに、テーパー面１０１を有し、そのテーパー面１０１の部分に電気配線基板１２０を具備している。液体吐出基板２００は、支持部材１００に於けるテーパー面１０１部以外の部分（肉厚の厚い面）に対して、精密に位置決めされて、液体吐出基板接着部４００で接着されており、密着・固定されている。この時、液体吐出基板２００の電極２２０は、支持部材１００のテーパー面１０１部以外の部分（肉厚の厚い部分）に掛からず、テーパー面１０１部分の電気配線基板１２０に電気的に接続される事になるため、液体吐出基板２００の浮きが生じる事はない。エッジ部３００のスキマ部１３０は、電極２２０、および、電気配線基板１２０の電気接続部とともに、樹脂１３０でシール１３０する事により、本発明を実現する事ができる。

なお、電極２２０は、金バンプ等が好適である。また、電極２２０は、電気配線基板１２０側に形成してもよい。さらに樹脂１３０は、熱伝導率の良い材料を使用する事により、さらに効率よく冷却する事ができる。

以上、第１の実施例、第２の実施例、第３の実施例、および、第４の実施例について概要を説明した。なお、上述した説明に於いては、電極２２０、および、貫通スルーホール２１０を、液体吐出基板２００の長手側方向列に形成した場合を示したが、短手側方向に形成した場合であっても、まったく同様である。ここで、第３の実施例について、電極２２０、および、貫通スルーホール２１０を、液体吐出基板２００の短手側方向列に形成した場合を、第５の実施例として図９に上から見た場合の概略図を示し、図９のＢ−Ｂ´ラインの断面である断面概略図を図７に示した。

電極を液体吐出基板の裏面側に配置した場合の従来例の断面図。 本発明に於ける第１の実施例の断面図。 本発明に於ける第２の実施例の断面図。 ダミーの貫通スルーホール、貫通スルーホール、エッジ部の加工と、液体吐出基板との位置関係を示す基板（ウェハー）状態での断面図。 本発明に於ける第３の実施例の断面図。 本発明に於ける第４の実施例の断面図。 本発明に於ける第５の実施例の断面図。 本発明に於ける実施例１、実施例２、実施例３、および、実施例４、さらに、従来例を、上から見た概略図。 本発明に於ける実施例５を、上から見た概略図。

符号の説明

１００ 支持部材
１０１ 段差部／テーパー面
１１０ 液体供給路
１２０ 電気配線基板
１３０ スキマ（部）／シール（部）／樹脂
２００ 液体吐出基板
２１０ 貫通スルーホール
２２０ 電極
２３０ 液体供給口
２４０ ヒーター
２５０ オリフィス
２６０ 液体吐出口
３００ エッジ部（面取り（部）／テーパー（部））
３１０ 液体吐出基板切断ライン
４００ 液体吐出基板接着部
１０００ 基板
１１００ ダミー貫通スルーホール
Ａ−Ａ´ 断面ライン
Ｂ−Ｂ´ 断面ライン

Claims (7)

1. 液体吐出基板を有する液体吐出ヘッドに於いて、
   前記液体吐出基板は裏面側に２面以上の異なる面を有し、
   前記面の内の少なくとも１面は、薄肉厚で形成されており、
   前記薄肉厚の面が、電極によって支持部材上の電気配線基板と電気的に接合されておると共に、
   前記薄肉厚の面以外の平面部分が、支持部材に接合している事を特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 液体吐出基板を支持する支持部材を有する液体吐出ヘッドに於いて、
   前記支持部材は支持面側に２面以上の異なる面を有し、
   前記面の内の少なくとも１面は、薄肉厚で形成されており、
   前記薄肉厚の面の１部分に電気配線基板が形成されており、
   前記電気配線基板が、電極によって、前記液体吐出基板の裏面側と電気的に接合されておると共に、
   前記薄肉厚の面以外の、平面部分の１部分が前記液体吐出基板に接合している事を特徴とする液体吐出ヘッド。
3. 前記請求項１に記載の液体吐出ヘッドの液体吐出基板に於いて、
   前記薄肉厚の面は、前記面に対して１段以上の段差で形成されている事を特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記請求項１に記載の液体吐出ヘッドの液体吐出基板に於いて、
   前記薄肉厚の面は、前記面に対してテーパー状の傾斜面で形成されている事を特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記請求項２に記載の液体吐出ヘッドの支持部材に於いて、
   前記薄肉厚の面は、前期平面部分の１部分に対して１段以上の段差で形成されている事を特徴とする請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記請求項２に記載の液体吐出ヘッドの支持部材に於いて、
   前記薄肉厚の面は、前記平面部分の１部分に対してテーパー状の傾斜面で形成されている事を特徴とする請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記請求項１〜請求項６のいずれかに記載の液体吐出ヘッドが搭載された液体吐出装置。

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