JP6891033B2 - 液体吐出ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、インク等の記録液を吐出して記録動作を行う記録装置に適用されるインクジェット方式に代表される液体吐出ヘッドに関するものである。

従来、インクジェット方式に代表される液体吐出ヘッドは、記録素子基板に対してＴＡＢフィルムなどのフレキシブル配線基板を電気接続したものが一般的に知られている。インナーリードボンディングやワイヤーボンディング等による電気接続部は、耐インク性のあるエポキシ樹脂を主成分とする封止材などで覆われ、電気接続部に対するインク付着による不具合を抑制している。一例として、ＴＡＢフィルムはポリイミドフィルムで形成されたベースフィルム上に銅の配線体がパターニングされ、配線はさらにアラミドフィルムなどのカバーフィルムで保護されている。ポリイミドフィルムやアラミドフィルムは封止材との接着力を向上させるためにプラズマ処理などの表面改質を行うことがある。
電気接続部へのインク付着を抑制する技術として、特許文献１に示すように、電極が設けられたアクチュエータ部材よりもノズル板を大きくし、電気接続部を覆う技術がある。

特開２００１−３２２２７４

しかしながら、特許文献１に示す技術においては、電気接続部があるアクチュエータ基板とノズル板の間でエポキシ樹脂等の封止材を硬化させるため、両者の線膨張率の差によってノズル板に反りが発生し、印字品位が悪化するおそれがある。そのため使用できる封止樹脂は、硬化温度の低い二液混合型接着剤や、紫外線硬化型接着剤など比較的低粘度のものに限定されてしまう。

本発明の目的は、フレキシブル配線基板と熱硬化性封止材を用いた液体吐出ヘッドの構成において、電気接続部へのインクの浸入を抑制した、電気的信頼性の高い液体吐出ヘッドを提供することである。

上記目的を達成する本発明は、液体を吐出する吐出口を備える記録素子基板と、前記記録素子基板に電気的に接続される配線を備える帯状の配線部材と、前記記録素子基板と前記配線部材とを電気的に接続する接続部と、前記配線部材を支持する支持部材と、前記接続部を封止する第１の封止材と、前記支持部材上に設けられるカバー部材と、を備える液体吐出ヘッドであって、前記支持部材の前記配線部材が設けられる側の面には、前記配線部材の短手方向の長さよりも長い開口を有する溝が設けられており、前記吐出口から液体が吐出される方向からみて、前記記録素子基板と前記カバー部材との間の領域には前記第１の封止材と、当該第１の封止材より弾性率の低い第２の封止材とが設けられており、
前記支持部材の前記面に位置する前記配線部材の全面は、前記第１および第２の封止材と前記カバー部材とによって覆われるとともに、前記配線部材の一部は前記溝の開口上に位置しており、当該配線部材の一部は前記第２の封止材によって全周が覆われていることを特徴とする。

また本発明は、液体を吐出する吐出口を備える記録素子基板と、前記記録素子基板に電気的に接続される配線を備える配線基板と、前記記録素子基板と前記配線基板とを電気的に接続する接続部と、前記配線基板を支持する支持部材と、を備える液体吐出ヘッドであって、前記支持部材の前記配線基板を支持する面に設けられる前記配線部材の部分は、露出されることなく前記支持部材に設けられていることを特徴とする。

以上の構成によれば、フレキシブル配線基板と熱硬化性封止材を用いた液体吐出ヘッドの構成において、電気接続部にインクが浸入しにくい構成を提供することができるため、電気的信頼性を向上させることができる。

本発明の第１の実施形態の液体吐出ヘッドを説明する斜視図。 第１の実施形態の液体吐出ヘッドの製造過程を説明する斜視図。 第１の実施形態の液体吐出ヘッドの製造過程を説明する上面図。 図３に示すＢ−Ｂ断面図。 図４に示すＨ部分の拡大図。 図１に示すＡ−Ａ断面の部分拡大図。 本発明の第２の実施形態の液体吐出ヘッドを説明する上面図。 図７に示すＣ−Ｃ断面の部分拡大図。 本発明の第３の実施形態の液体吐出ヘッドを説明する上面図。 図９に示すＤ−Ｄ断面図。 図１０に示すＪ部分の拡大図。 本発明の第４の実施形態の液体吐出ヘッドを説明する上面図。 図１２に示すＥ−Ｅ断面図。 図１３に示すＫ部分の拡大図。 本発明の第５の実施形態の液体吐出ヘッドを説明する斜視図。 第５の実施形態の液体吐出ヘッドの分解斜視図。 本発明の第６の実施形態の液体吐出ヘッドを説明する斜視図。 図１７に示すＦ−Ｆ断面の部分拡大図。 本発明の第７の実施形態の液体吐出ヘッドを説明する上面図。 第７の実施形態の液体吐出ヘッドの分解斜視図。 図２０に示すＧ−Ｇ断面図。 図２１に示すＬ部分の拡大図。

（第１の実施形態）
以下、図面を用いて本発明の実施の形態の例を説明する。ただし、以下の記載は本発明の範囲を限定するものではない。一例として、本実施形態では発熱素子により液体中に気泡を発生させて液体を吐出するサーマル方式が採用されているが、ピエゾ方式およびその他の各種液体吐出方式が採用された液体吐出ヘッドにも本発明を適用することができる。なお、本発明は、一般的なプリント装置のほか、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に適用することができる。

第１の実施形態に係る液体吐出ヘッドの構成について説明する。図１は本実施形態に係る液体吐出ヘッドの斜視図である。図２は液体吐出ヘッドの製造過程を説明する斜視図、図３はその製造過程における液体吐出ヘッドの上面図であり、図４は図３に示すＢ−Ｂ断面図であり、図５は図４に示すＨ部分の拡大図である。そして、図６は図１に示すＡ−Ａ断面の部分拡大図である。

図１に示すように、液体吐出ヘッド３はインク等の液体を吐出する記録素子基板１０を中央に配置した液体吐出ヘッドである。図２に示すように、記録素子基板１０を支持部材上に配置し、記録装置本体からの駆動信号等を付与する配線部材である帯状のフレキシブル配線基板４０と電気的に接続している。

記録素子基板１０は、０．６〜０．８ｍｍ程度の厚みのＳｉ基板に電気回路および発熱抵抗体を形成し、Ｓｉ基板上に吐出口１３を備える吐出口形成部材１２を積層させている。Ｓｉ基板の表面の一端側には、フレキシブル配線基板４０と電気的な接続を行う端子１６を有している。支持部材３０は、記録素子基板１０にインクを供給するための液体連通口３１を備えており、記録素子基板１０の裏面に備わる流路１１と連通するように第１の接着剤６０によって接着固定される。

フレキシブル配線基板４０は、厚みが０．０２５〜０．０５０ｍｍのポリイミドフィルムのベースフィルム４２に厚みが０．０１〜０．０２ｍｍの銅の配線体がパタ−ニングされている。また、端部には記録素子基板１０と電気的な接続を行うための端子４１が形成されている。端子４１となる部分以外は、防食のため厚みが０．００４〜０．０５０ｍｍのポリイミドフィルムやアラミドフィルムのカバーフィルム４３で被覆されている。端子４１には腐食防止のため金メッキが施されている。フレキシブル配線基板４０はベースフィルム４２の面が第２の接着剤６１によって支持部材３０の上面に接着固定され、支持部材３０の上面およびそれに隣接する側面に渡って設けられている。

記録素子基板１０上の端子１６と、フレキシブル配線基板４０の長手方向の一端側に設けられる端子４１とをワイヤーボンディングによって電気接続している。そして、図３、図４、図５に示すように、第１の封止材１１０で電気接続部を覆って封止する。

第１の封止材１１０は、電気接続部の金ワイヤー５０を覆うように記録素子基板１０の主面に備わる吐出口形成部材１２からフレキシブル配線基板４０のカバーフィルム４３にかけて封止している。第１の封止材１１０は、電気接続部を外力から保護するために高弾性（１ＧＰａ以上）であり、かつ、吐出口１３側に流出しにくく、塗布形状が安定する高粘度の熱硬化性エポキシ樹脂を使用している。

支持部材３０の吐出口面側の縁部を囲む開口１３１を備える板状のカバー部材１３０を、第３の接着剤６２によって接着固定しダムを形成する。カバー部材１３０の表面の高さは記録素子基板１０とほぼ同等の高さとしている。図１、図６に示すようにカバー部材１３０の開口１３１と記録素子基板１０の間に第２の封止材１１１を充填し、フレキシブル配線基板４０を埋没させている。第１の封止材１１０は第２の封止材１１１の表面に対して突出するように設けられている。

カバー部材１３０は、記録待機時に液体吐出ヘッド３をキャップするキャップ部材の当接面としての機能を有する。このため、開口１３１に封止材、充填材等を塗布し、吐出口面の凹凸や隙間を埋めることで、キャップ時に閉空間が形成されるようにすることが好ましい。

第２の封止材１１１は、低弾性（０．０１ＧＰａ以下）の常温で硬化できる二液混合型ゴム変性エポキシ樹脂を使用し、浅く上方が解放した領域に充填するため、記録素子基板１０や周囲の構成部品へ外力を与え難い構成となっている。

したがって、液体吐出ヘッド３の吐出口面側のフレキシブル配線基板４０の部分は、記録素子基板１０との電気接続部を含めて、カバー部材１３０と、第１の封止材１１０と、第２の封止材１１１で実質的に全面が覆われている。つまり、支持部材３０の上面に設けられるフレキシブル配線基板４０の部分は、カバー部材１３０と、封止材とのよって、外部に露出されることなく覆われている。本実施形態では２種類の封止材を用いたが、これに限らず１種類の封止材でフレキシブル配線基板４０を覆う構成であっても良い。本実施形態の構成によれば、電気接続部にインク等の液体が浸入しにくい構成となり、電気的信頼性を向上させることができる。

（第２の実施形態）
図７は、第２の実施形態の液体吐出ヘッドを説明するための液体吐出ヘッドの上面図であり、説明のため第２の封止材１１１を透過した図となっている。図８は図７に示すＣ−Ｃ断面の部分拡大図であり、第２の封止材１１１を示した図となっている。

本発明の第２の実施形態は、図７に示すように、支持部材３０は、吐出口面側のフレキシブル配線基板４０の中間部の下側にフレキシブル配線基板の幅よりも広く形成された溝３２を有している。ダム部に充填された第２の封止材１１１は、その溝３２によってフレキシブル配線基板４０の一部を表側と裏側の両面から封止する構成としている。

複数種類の材料が複雑に接合された部分は線膨張率の違いから接着力が低下する恐れがある。例えば、カバー部材１３０と支持部材３０に挟まれたフレキシブル配線基板４０は、第２の接着剤６１と第３の接着剤６２で接合されている部分がある。しかし、本実施形態のように、フレキシブル配線基板４０の電気接続部までの間の領域で、第２の封止材１１１だけで接合している部分を作ることで接着力の低下を防ぐ。それにより液体吐出ヘッド側面にインクが付着した場合でも電気接続部へのインク侵入を困難にすることができる。

（第３の実施形態）
図９は、第３の実施形態の液体吐出ヘッドを説明するための液体吐出ヘッドの上面図であり、説明のため第２の封止材１１１を透過した図となっている。図１０は図９に示すＤ−Ｄ断面図であり、説明のため第２の封止材１１１を示した図となっている。そして、図１１は図１０に示すＪ部分の拡大図である。

本発明の第３の実施形態は、図９に示すように、記録素子基板１０は支持部材３０の上に設けられた支持板７０に接着固定されている。支持板７０は、記録素子基板１０を支持する支持体であるとともに、記録素子基板１０と支持部材３０とを流体的に連通させる流路部材であり、材質としては例えばアルミナや樹脂材料が好ましい。

支持部材３０は、支持板７０を囲むように縁部３３を有している。その縁部３３の高さは接着固定される支持板７０とほぼ同じ高さになるように構成され、縁部３３と支持板７０の間に溝を形成している。フレキシブル配線基板４０は、記録素子基板１０との電気接続部が支持板７０の上で行われるように第２の接着剤６１で固定され、また、縁部３３でも第２の接着剤６１で固定され液体吐出ヘッドの側面に伸びている。縁部３３は支持部材３０と一体で形成されても構わない。

縁部３３と支持板７０の間に形成される溝は第２の実施形態の溝と同様の効果をもたらす。すなわち、フレキシブル配線基板４０の一部を第２の封止材１１１で表裏の両面から全周に渡って封止する構成となり、電気接続部へのインク侵入を困難にすることができる。

（第４の実施形態）
図１２は、第４の実施形態の液体吐出ヘッドを説明するための液体吐出ヘッドの上面図であり、説明のため第２の封止材１１１を透過した図となっている。図１３は図１２に示すＥ−Ｅ断面図であり、第２の封止材１１１を示した図となっている。そして、図１４は図１３に示すＫ部分の拡大図である。

本発明の第４の実施形態は、図１２に示すように、液体吐出ヘッド３の吐出口面側の縁部に第３の封止材１１２によってダムを形成している。第３の封止材１１２としては塗布形状が安定する高粘度のものを用い、先述のカバー部材と同等の形状を形成する。塗布で形状を形成するため、カバー部材用の接着剤が不要となる。

そして、図１２、図１４に示すように、第３の封止材１１２と記録素子基板１０の間に第２の封止材１１１を充填し、フレキシブル配線基板４０を埋没した構成としている。このような構成でも、先述の実施形態と同様に電気的信頼性を向上させることができる。

（第５の実施形態）
図１５は、第５の実施形態の液体吐出ヘッドを説明する斜視図であり、図１６は、その分解斜視図である。本発明の第５の実施形態の液体吐出ヘッドは記録媒体の幅に対応した長さを備える所謂ページワイド型の液体吐出ヘッドである。図１５に示すように、液体吐出ヘッド３に複数の記録素子基板１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄが千鳥状に配置される構成となっている。また、図１６に示すように、複数のフレキシブル配線基板４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄが備わっている。そして、カバー部材１３０は、千鳥状に配置された記録素子基板に合わせた形状で一つの開口を有し、この開口内に複数の記録素子基板が設けられている。各記録素子基板１０の長手方向に延在する端辺の一部には各フレキシブル配線基板４０と電気接続を行うための接点が設けられている。そして、カバー部材１３０と記録素子基板１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの間に第２の封止材１１１を充填して各フレキシブル配線基板４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄを埋没する構成となっている。

複数の記録素子基板に対して、一つの開口１３１となっているため、充填する第２の封止材１１１の塗布量は、各記録素子基板の位置でばらつきが少なく安定したものとなる。本実施形態のページワイド型の液体吐出ヘッドのように、複数の記録素子基板１０を備える形態においては、電気接続部の数を増加するため、本発明の適用が特に好ましい。

（第６の実施形態）
図１７は、第６の実施形態の液体吐出ヘッドを説明する斜視図であり、図１８は、図１７に示すＦ−Ｆ断面の部分拡大図である。本発明の第６の実施形態は、第５の実施形態と同様にページワイド型の液体吐出ヘッドに関するものであり、図１７に示すように、複数の記録素子基板１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄが直線状に配置される構成となっている。

カバー部材１３０の一つの開口１３１と、支持部材３０の縁部３３で形成される枠の中に複数の記録素子基板を吐出口列方向に吐出口が近接するように配置されている。そして、カバー部材１３０と複数の記録素子基板１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの間に第２の封止材を充填し、吐出口面側のそれぞれのフレキシブル配線基板を埋没する構成となっている。

記録素子基板の周囲に充填する第２の封止材１１１は、低粘度のものを使用するため、図１８の断面図に示すように、近接配置された記録素子基板１０ａ、１０ｂなどの隙間にも充填される。本実施形態においては複数の記録素子基板１０を直線状に配列させることで液体吐出ヘッドの小型化が可能となる。それにより電気接続部同士の間隔も第５の実施形態に比べて小さくなるが、本発明の構成を備えることで電気的信頼性を向上させることができる。また第５および第６の実施形態に示すようなページワイド型の液体吐出ヘッドにおいては液体を循環するような液体吐出ヘッドに適用することも可能である。具体的には、液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生する素子を内部に備える圧力室内の液体が外部との間で循環されるような構成の液体吐出ヘッドである。このような循環型のページワイド型の液体吐出ヘッドにおいては、液体の流動量が比較的多く、液体吐出ヘッドの稼働時間も比較的多くなるため、本発明の構成の適用が特に好ましい。

（第７の実施形態）
図１９は、本発明の第７の実施形態の液体吐出ヘッドを説明するための液体吐出ヘッド上面図であり、図２０はその分解斜視図である。そして、図２１は、図１９に示すＧ−Ｇ断面図であり、図２２は図２１に示すＬ部分の拡大図である。

本発明の第７の実施形態は、裏面に電気接続部を有する記録素子基板１０を使用した形態である。図２０に示すように、裏面にフレキシブル配線基板４０が電気接続され、第１の封止材１１０により封止された記録素子基板１０が支持板７０の上に接着固定される。そして、フレキシブル配線基板４０は支持部材３０の縁部３３に接着固定される。さらに、縁部３３の上にカバー部材１３０が接着固定される。そして、図２２に示すように、カバー部材１３０と記録素子基板１０の間に、第２の封止材１１１が充填され、吐出口面側のフレキシブル配線基板４０とその電気接続部が埋没した構成となる。本実施形態においても先述の実施形態と同様に電気的信頼性を向上させることができる。

３ 液体吐出ヘッド
１０ 記録素子基板
１１ 流路
１２ 吐出口形成部材
１３ 吐出口
１６ 端子
３０ 支持部材
３１ 液体連通口
４０ フレキシブル配線基板
４１ 端子
７０ 支持板
１１０ 第１の封止材
１１１ 第２の封止材
１１２ 第３の封止材
１３０ カバー部材
１３１ 開口
２００ 吐出モジュール
３００ 液体吐出ユニット

Claims (12)

1. 液体を吐出する吐出口を備える記録素子基板と、前記記録素子基板に電気的に接続される配線を備える帯状の配線部材と、前記記録素子基板と前記配線部材とを電気的に接続する接続部と、前記配線部材を支持する支持部材と、前記接続部を封止する第１の封止材と、前記支持部材上に設けられるカバー部材と、を備える液体吐出ヘッドであって、
   前記支持部材の前記配線部材が設けられる側の面には、前記配線部材の短手方向の長さよりも長い開口を有する溝が設けられており、
   前記吐出口から液体が吐出される方向からみて、前記記録素子基板と前記カバー部材との間の領域には前記第１の封止材と、当該第１の封止材より弾性率の低い第２の封止材とが設けられており、
   前記支持部材の前記面に位置する前記配線部材の全面は、前記第１および第２の封止材と前記カバー部材とによって覆われるとともに、前記配線部材の一部は前記溝の開口上に位置しており、当該配線部材の一部は前記第２の封止材によって全周が覆われていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記第１の封止材の粘度は前記第２の封止材より高い、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記配線部材の長手方向の一端側には、前記記録素子基板に設けられた端子と電気的に接続される端子が設けられている、請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記カバー部材は開口を備える板状の部材であり、前記記録素子基板は前記カバー部材の開口内に配されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記配線部材は、前記支持部材の前記面と、当該面に隣接する側面とに渡って設けられている、請求項１から４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記第１の封止材は、前記第２の封止材の表面から突出している、請求項１から５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記支持部材には複数の前記記録素子基板が設けられており、前記配線部材は複数の前記記録素子基板の各々に設けられている、請求項１から６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
8. 複数の前記記録素子基板は直線状に配されている、請求項７に記載の液体吐出ヘッド。
9. 前記カバー部材の前記開口内には複数の前記記録素子基板が配されている、請求項４に記載の液体吐出ヘッド。
10. 前記記録素子基板の前記端子は、当該記録素子基板の長手方向に延在する端辺の一部に設けられている、請求項３に記載の液体吐出ヘッド。
11. 記録媒体の幅に対応した長さを備えるページワイド型の液体吐出ヘッドである、請求項１から１０のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
12. 液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生する素子と、前記素子を内部に備える圧力室とを備え、前記圧力室内の液体は当該圧力室の外部との間で循環される、請求項１から１１のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。

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