JP2008238691A - 液体吐出ヘッド、および液体吐出記録装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】印刷品位を大幅に向上させ、信頼性の高い、安価で高性能な液体吐出ヘッドを提供する。
【解決手段】液体吐出基板200の表面側に液体吐出口301および液体供給流路溝204が形成されている。さらに、液体吐出基板200の裏面に、支持部材上の電気配線基板と導通をとるための電極202(破線で示す。)が配置されている。
【選択図】図1
【解決手段】液体吐出基板200の表面側に液体吐出口301および液体供給流路溝204が形成されている。さらに、液体吐出基板200の裏面に、支持部材上の電気配線基板と導通をとるための電極202(破線で示す。)が配置されている。
【選択図】図1
Description
本発明は、インク等の液体を吐出して記録動作を行う液体吐出記録装置に搭載される液体吐出ヘッド、特に、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。
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、インクに圧力を付与して、微小な吐出口から微少な液滴を吐出させるものとなっている。このような記録装置は、一般に、液滴を形成するための液体吐出ヘッドと、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。また、液体吐出ヘッドは、吐出エネルギー発生手段が形成された基板上にノズル(流路や吐出口など)を設けてなる液体吐出基板と、この液体吐出基板の吐出エネルギー発生手段を電気的に駆動するための電気配線基板とを有する。
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、液体吐出基板の表面側に形成された吐出エネルギー発生手段としての電気熱変換素子に繋がる電極と、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導体を介して電気的に接続されている。この電気接続部は絶縁樹脂により完全に覆われている。また、液体吐出基板の裏面を支持する支持部材は、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。
また、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。
一方、特許文献4には、液体吐出基板の表面側の一部を掘り込む方法で溝を形成し、その溝に液体を流し入れて液室内に供給す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
特公平06−004330号公報
しかしながら、上述した液体吐出ヘッドに於いては、以下に述べる各種問題点がある。
1)液体吐出基板と電気配線基板の電極接続部を樹脂でシールした部分は、液体吐出基板の吐出口が形成された面(以下、吐出口形成面と略す)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、印刷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、吐出口形成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る。その場合、印刷品位の低下等の悪影響を及ぼす。
2)超高速印字(例えば530行/分)に対応させるためには、液体吐出基板のノズル(インク吐出口)、および、電気熱変換素子を増やす必要があり、それに伴い、電極数も増やす必要がある。しかしながら、ゴムブレードによる拭き取りの方向により、上記の突出部の領域が制限されてしまう。そのため、現状の主流製品では突出部の領域は、液体吐出基板の短手側の端部(エッジ近傍付近)の極小エリアに限定されている。その極小エリア内で、高密度で確実な接合・接続を行うためには、高価なILB(Inner Lead Bonding)装置等の接合用設備が必要となるため、コストアップとなっている。
3)液体吐出基板の吐出口形成面側には、電気配線基板との電極接続部が存在しており、常に液体雰囲気中に置かれている。電極接続部は、電気的トラブルを防止するため、樹脂によりシール処理されている。しかし、もし外的要因によるトラブルや、系時的な劣化等により、シール部分にクラックや、剥がれ・メクレ等が生じてしまった場合、その部分から電気接続部に液体が浸入・浸蝕する虞がある。その場合、致命的な電気的トラブルを引き起こし、液体吐出ヘッドの故障を招くかもしれない。また、最悪の場合は、液体吐出ヘッドが取り付けられる記録装置までもが致命的な電気的トラブルを引き起こす虞がある。そうならないように電極接続部を注意深くシール処理していた。
4)液体吐出基板では、その基板の表面側に形成された液室に液体を供給する液体供給口をその基板の裏面より形成されている。このような基板を貫通する液体供給口を形成する方法として、異方性エッチング製法を用いるが、異方性エッチング製法は、工程管理が非常に難しく、安定性に乏しい。そのため、同一ロット内、さらには、同一基板内であっても、品質がばらつきやすく、歩留まりを大きく左右させている。
5)液体吐出ヘッドの製造工程に於いては、高温による加熱・加温処理が数回必要となる。液体吐出基板は、その都度、熱によるストレスを受ける事になり、線膨張による伸縮を繰り返す。そのため、液体吐出基板上に形成・接着されているオリフィスプレート(液体吐出口、液室、流路などを形成する部材)との線膨張率の差により、液体吐出口の剥がれ・変形等、不具合が発生する虞が非常に高い。液体を供給するための貫通する液体供給口を有する液体吐出基板に対しては、特に留意する必要がある。また、上記2)に述べた様に、近年の超高速印字化を達成させるために、近年はノズル数を大幅に増やして対応させる傾向がある。ノズル数が増えると、必然的に増えた分だけ、液体吐出基板も長尺化/大型化される事になるが、長尺化/大型化されると線膨張による伸縮の度合は、より大きくなるため、さらに不具合が発生する恐れが高くなる。
6)上述した4)、および、5)の問題を解決であろう技術として特許文献4に開示された構成がある。しかし、この構成に於いては、液体を供給・流動するための溝と電極接続部が、液体吐出基板の表面側(吐出エネルギー発生素子が形成された面側)に必然的に同居してしまう事になる。そのため、上述した3)の問題が発生する虞が高い。また、電極接続部を形成・配置するスペースがさらに狭くなるため、先述した2)の問題についての制限がさらに厳しくなる。
7)先述した、特許文献3に開示された構成では、液体吐出基板裏面の液体供給口の開口部周囲が十分にシールされていないと、電極の接合部分が常にインクにさらされる事になる。そのため、電極の接合部分の腐食、インクの特性の変質、電気的ショート・リーク等、予期せぬトラブルが発生する虞が大きい。
以上の問題点を図面に基づいて説明する。
図13は、液体吐出基板200に液体供給口206を形成した場合(従来例)である。この場合、液体供給口206は、液体吐出基板200の表面側と裏面側を貫通する大口径の孔になっている。そのため、先述した問題点の4)、および、5)がある。
図14は、図13に示される構成の問題点を改善した場合である。この場合、液体供給流路溝204を形成した分だけ、電極202を形成する面積が狭くなり、先述した問題点の2)がある。
図15は、図14に示される構成の問題点を改善した場合である。この場合、ゴムブレード400が液体吐出基板200の拭き動作が行なわれる度毎に、ゴムブレード400がシール部(電極)202に触れる事になるため、シール部202が擦られる事になり、磨耗していく事になる。そのため、先述した問題点の1)、および、3)が発生する懸念が大きい。
なお、図13、図14、および、図15に於いて、ノズル301は、液体吐出基板200上の電極202の領域を除いた領域に接合された例えば透明樹脂からなるオリフィスプレート(不図示)により形成されている。そして、電極202はTAB(不図示)と呼ばれる電気配線フィルムのリード(不図示)と接合されている。さらに、接合部分は封止絶縁材(不図示)で覆われ、保護されているが、その最大高さは、ノズル301の高さよりも僅かに高い。そのため、ゴムブレード400での拭き動作の際は、その封止絶縁材(不図示)部分である電極202部を避ける様にして動作させなければならない。また、ノズル301の高さより、封止絶縁材(不図示)部分である電極202部の方が高いため、被記録媒体とノズル301の距離を必然的に広くとらなければならない。この事は、印字品位、および、歩留まりを大きく左右し、コストを大きく左右する重要なファクターとなっている。
本発明の目的は、上記の各問題を解決し、印刷品位を大幅に向上させ、信頼性の高い、安価で高性能な液体吐出ヘッドを提供する事にある。
本発明は、一方の面側に液体吐出口、および電気信号に応じて該液体吐出口から液体を吐出させるためのエネルギーを発生するエネルギー発生手段を複数備える液体吐出基板と、
前記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と、
前記液体吐出基板を支持し、液体を供給する支持部材とを備える液体吐出ヘッドにおいて、以下の特徴を備えることで、上記課題が解決される。
前記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と、
前記液体吐出基板を支持し、液体を供給する支持部材とを備える液体吐出ヘッドにおいて、以下の特徴を備えることで、上記課題が解決される。
すなわち、本発明の液体吐出ヘッドは、
前記液体吐出基板の前記一方の面側に形成された、前記液体吐出口に前記液体を供給するための液体供給流路溝と、
前記液体吐出基板の対向する2辺近傍に形成された、前記一方の面側とこの反対面側とを電気的に導通させるための貫通スルーホールと、
前記貫通スルーホールの前記反対面側に形成された、前記電気配線基板との導通をとるための電極と、を有し
前記液体を前記液体吐出基板の短手側端部より供給し、前記液体供給流路溝に流入させる構成にしたことを特徴とする。
前記液体吐出基板の前記一方の面側に形成された、前記液体吐出口に前記液体を供給するための液体供給流路溝と、
前記液体吐出基板の対向する2辺近傍に形成された、前記一方の面側とこの反対面側とを電気的に導通させるための貫通スルーホールと、
前記貫通スルーホールの前記反対面側に形成された、前記電気配線基板との導通をとるための電極と、を有し
前記液体を前記液体吐出基板の短手側端部より供給し、前記液体供給流路溝に流入させる構成にしたことを特徴とする。
上記電極は、前記貫通スルーホールとの導通をとるために前記電気配線基板に形成されていてもよい。
本発明によれば、印刷品位を大幅に向上させ、信頼性の高い、安価で高性能な液体吐出ヘッドを提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図1は、図15に示される従来例の問題点を解決した本発明に於ける構成の概略図である。この構成に於いては、表面側に液体供給流路溝204が形成された液体吐出基板200の裏面に電極202(破線で示す。)を配置する事により、ゴムブレード400の拭き動作に於ける問題点を、すべて解決する事ができる。
以下に基本となる実施形態1について、図2から図7を用いて説明する。
図2、および、図3は、支持部材100に液体吐出基板200が接合された状態を示している。図2は、液体吐出基板200の短手側方向から見た場合を示す図であり、図3は、液体吐出基板200の長手側方向から見た場合を示す図である。液体吐出基板200は対向する2辺近傍に、表面側と裏面側を電気的に導通させるための、絶縁層を具備する貫通スルーホール201を有している。貫通スルーホール201の裏面側(ヒーター203の形成面とは反対面側)には電極202が形成されている。また、液体吐出基板200の表面には、液体に対して吐出エネルギーを与えるためのヒーター203、および、液体をヒーター203に流入させるための液体供給流路溝204が設けられている。ヒーター203は液体供給流路溝204を挟んで対向する位置にそれぞれ、液体供給流路溝204の長手方向に複数配置されている。支持部材100は、液体吐出基板200に液体を供給するための液体供給口102を有しており、液体吐出基板200に電気制御信号と駆動電力を与えるための電気配線基板101を具備している。液体吐出基板200は、支持部材100に対して固定される。このとき、液体供給口102と液体供給流路溝204、および、電気配線基板101と電極202とが、それぞれ位置が合う様に精密に位置決めされ、電気配線基板101と電極202が電気的に導通する様、金属接合されている。接合した後に発生する隙間は、熱伝導率に優れるシール剤205が充填され、密封されている。ここで、電極202は、金バンプ等が好適である。また、電極202は、電気配線基板101側に形成しても良い。
図4、および、図5は、液体吐出基板200に接合されるオリフィスプレート300の概略構成を示している。図4は、液体吐出基板200の短手側方向から見た図であり、図5は、液体吐出基板200の長手側方向から見た図である。オリフィスプレート300は、液体吐出口301と、液体吐出口301と連通する液体流路の液体流路壁302と、支持部材100の液体供給口102と接続される液体導入流路壁303とで構成されている。さらに、支持部材100と接合する面が接着部304になり、液体吐出基板200と接合する面が接着部305になっている。
図6および図7は、図2および図3に示される支持部材100と液体吐出基板200との接合体に、図4および図5に示されるオリフィスプレート300を組み合わせた、本実施形態の液体吐出ヘッドの構成を示している。図6は、液体吐出基板200の短手側方向から見た場合を示す図であり、図7は、液体吐出基板200の長手側方向から見た場合を示す図である。オリフィスプレート300は、液体吐出基板200に対して、ヒーター203と液体吐出口301との位置が合う様に精密に位置決めされており、液体吐出基板200との接着部305で接着され、隙間が密封されている。同時に、支持部材100に対しても液体吐出基板200は、液体供給口102と液体導入流路壁303との位置が合う様に精密に位置決めされており、支持部材100との接着部304で接着され、隙間が密封されている。
この構成に於いて、液体は、支持部材100の液体供給口102より供給され、液体吐出基板200の基板短手側端部付近の、オリフィスプレート300の液体導入流路壁303を通過する。その後、液体吐出基板200の液体供給流路溝204を流れ、液体流路壁302でヒーター203ごとに仕切られた液室306内に充填される。そして、ヒーター203に電気信号を印加する事によって、ヒーター203の熱でヒーター203上のインク等の液体が発泡し、その発泡圧で液体吐出口301より液滴が吐出される。なお、本明細書に添付した図面の全ての図において液体流路壁302を簡単に示しているが、上記のように液体供給流路溝204内の液体が各々のヒーター203上を通って、対応する吐出口301に案内されるよう、液体流路壁302が形成されている。
以上の説明は、1種類の液体に対応する液体吐出ヘッドについての場合であるが、2種類以上の液体を用いる場合についても基本的には同様である。つまり、図6および図7に示されるオリフィスプレート300と液体吐出基板200からなるユニットを、並列に複数ユニットを並べて配置する事により、多色印刷用ヘッドなどのマルチヘッド(不図示)を構成する事が可能である(実施形態2)。
また、多種類の液体を吐出できるマルチヘッドは、上記実施形態2を構成するユニットを複数並べるのではなく、一つのユニットで構成することも可能である。具体的には、図8に示すように、一つの液体吐出基板200に複数種類分の液体に対応する様に、ヒーター203、貫通スルーホール201、電極202、および、液体供給流路溝204が形成されている。また、このような液体吐出基板200の構成部分に対応する様に、液体吐出口301、記録流路壁302、および、液体導入流路壁303を形成した一つのオリフィスプレート300が、液体吐出基板200に対して、精密に位置決めされ、接着されている。
以上、本発明に於ける基本的な構成・概要について説明した。
なお、電極202を液体吐出基板200の裏面側(ヒーター203が形成されている側とは反対側)に形成した場合、電気配線基板101との電気接合は、フリップチップボンダー等の装置で接合する事になる。これは、ILB(Inner Lead Bonding)装置で電極202を1箇所毎にTAB(不図示)のリードと接合していく方式とは違い、電気配線基板101に液体吐出基板200を、電極202を介して1アクションで接合する方式である。このため、先述した従来例の問題点の2)が解消される事になり、接合エリアについての制限が基本的に解消される。したがって、本発明によれば、電極202を、液体吐出基板200の裏面側に任意の辺に沿って形成し配置する事が可能である。
つまり、先に述べた実施形態3では電極202を液体吐出基板200の裏面側に基板長手方向端部の辺に沿って形成し配置した場合を示したが、液体吐出基板200の裏面の電極202を基板短手方向端部の辺に沿って形成し配置することも可能である。この場合の構成を図9に実施形態4として示した。図9は実施形態4の液体吐出ヘッドを、液体吐出基板短手側方向から見た概略図である。ここで、図9に於ける支持部材100の上面図・正面(断面)図を図10(A)・(B)に示す。また、液体吐出基板200の上面図・正面(断面)図を図11(A)・(B)に示し、さらに、オリフィスプレート300の上面図・正面(断面)図を図12(A)・(B)に示した。図10〜図12に示される支持部材100と電気配線基板101と液体吐出基板200とオリフィスプレート300を互いに接合して組み合わせることで、図9に示される実施形態4の液体吐出ヘッドが完成する。
以上各実施形態を挙げて説明したとおりの構成によれば、次のような効果が得られる。
i)液体吐出基板表面側の電極接続部が不要になるために、シールも不要になる。つまり、液体吐出基板表面側には、オリフィスプレート以外は、存在しない事になるため、液体吐出ヘッドと被記録媒体との間の距離を大幅に狭める事ができ、また、ゴムブレードによるゴミ等の拭き取り動作の制限もなくなる。その結果、ゴムブレードの拭き取り効率が向上するため、被記録部材への液体の着弾精度が飛躍的に向上する。したがって、印刷品位を大幅に高める事ができる。
ii)液体吐出基板の表面側の高密度な電気的接続をなくす事ができるため、ILB(Inner Lead Bonding)装置等、高価な接続関連装置・設備が不要になり、コストを下げる事ができる。
iii)液体吐出基板の裏面側に電極202を配置する事により、表面側に電気接続部が存在しない事になるため、電気接続部のシール処理も不要になる。また、電気接続部を、常に液体雰囲気中に置かれている液体吐出基板の表面側と完全に分離できるため、電気的ショート等のトラブルの発生もなくす事ができる。
iv)液体吐出基板に液体供給流路溝204を形成する事により、液体吐出口301に液体を供給するために液体吐出基板に貫通する液体供給口206を形成する異方性エッチング工程をなくす事ができる。そのため、品質歩留まりを安定的に向上させる事ができる。
v)液体供給流路溝204を形成する事により、貫通する液体供給口206を形成する必要がなくなる。そのため、液体吐出ヘッドの製造時に於いて、熱ストレスによる伸縮を大幅に緩和させる事ができるため、液体吐出口の剥がれ・変形等の不具合の発生を大幅に抑える事ができる。
vi)液体吐出基板の表面側に液体供給流路溝204を形成し、裏面側に電極接続部(電極202など)を形成する事で、液体雰囲気面と電極接続部とを、完全に分離する事ができるため、干渉による不具合の発生を防ぐ事ができる。また、電極接続部を表面側に形成する必要がないため、スペース制約がなくなる。結果として、設計自由度を高める事ができる。
vii)電極接続部を液体吐出基板の裏面側に配置し、その部分を、熱伝導率に優れ、かつ、インク等の物質に対して耐性のあるシール剤205でシールする事により、電極接続部の電気的トラブル、腐食、インクの性質変化等の不具合を防止できる。また、液体吐出基板内より生ずる熱をよりいっそう効率的に放熱させる事ができる。
本発明による構成を実施する事により、上記の効果を得る事ができる。結果として、印字品位を大幅に向上させ、信頼性の高い、安価で高性能な液体吐出ヘッドを提供する事が可能になる。
なお、吐出エネルギー発生手段としてヒーターなどの電気熱変換素子を用いた液体吐出ヘッドを例示したが、本発明はこれに限られない。例えば、振動素子によってインクを吐出する等、その他の吐出方式を適用したものであってもよい。また、上述した各実施形態では、電気熱変換素子が配列された基板に対して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)を示したが、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)でもよい。
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。
100 支持部材
101 電気配線基板
102 液体供給路
200 液体吐出基板
201 貫通スルーホール
202 電極(シール部)
203 ヒーター
204 液体供給流路溝
205 シール剤
300 オリフィスプレート
301 液体吐出口
302 液体流路壁
303 液体導入流路壁
304 支持部材との接着部
305 液体吐出基板との接着部
306 液室
400 ゴムブレード
101 電気配線基板
102 液体供給路
200 液体吐出基板
201 貫通スルーホール
202 電極(シール部)
203 ヒーター
204 液体供給流路溝
205 シール剤
300 オリフィスプレート
301 液体吐出口
302 液体流路壁
303 液体導入流路壁
304 支持部材との接着部
305 液体吐出基板との接着部
306 液室
400 ゴムブレード
Claims (3)
- 一方の面側に液体吐出口、および電気信号に応じて該液体吐出口から液体を吐出させるためのエネルギーを発生するエネルギー発生手段を複数備える液体吐出基板と、
前記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と、
前記液体吐出基板を支持し、液体を供給する支持部材とを備える液体吐出ヘッドにおいて、
前記液体吐出基板の前記一方の面側に形成され、前記液体吐出口に前記液体を供給する液体供給流路溝と、
前記液体吐出基板の対向する2辺近傍に形成され、前記一方の面側とこの反対面側とを電気的に導通させる貫通スルーホールと、
前記貫通スルーホールの前記反対面側に形成され、前記電気配線基板との導通をとる電極と、を有し
前記液体を前記液体吐出基板の短手側端部より供給し、前記液体供給流路溝に流入させる構成にしたことを特徴とする液体吐出ヘッド。 - 一方の面側に液体吐出口、および電気信号に応じて該液体吐出口から液体を吐出させるためのエネルギーを発生するエネルギー発生手段を複数備える液体吐出基板と、
前記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と、
前記液体吐出基板を支持し、液体を供給する支持部材とを備える液体吐出ヘッドにおいて、
前記液体吐出基板の前記一方の面側に形成され、前記液体吐出口に前記液体を供給する液体供給流路溝と、
前記液体吐出基板の対向する2辺近傍に形成され、前記一方の面側とこの反対面側とを電気的に導通させる貫通スルーホールと、
前記電気配線基板に形成され、前記貫通スルーホールとの導通をとる電極と、を有し
前記液体を前記液体吐出基板の短手側端部より供給し、前記液体供給流路溝に流入させる構成にしたことを特徴とする液体吐出ヘッド。 - 請求項1または請求項2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記録装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007084577A JP2008238691A (ja) | 2007-03-28 | 2007-03-28 | 液体吐出ヘッド、および液体吐出記録装置 |
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Publication Number | Publication Date |
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