(57)【要約】【課題】長尺ヘッドにおける、電気接続信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを提供することを目的とする。【解決手段】第一の支持板上に、液体を吐出するための複数のノズルと吐出エネルギーを発生する記録素子を複数配列した記録素子基板と、第二の支持板に貼り付けられた配線基板が配置され、記録素子基板と配線基板は電気的に接続されるインクジェット記録ヘッドにおいて、第一の支持板と、配線基板が貼り付けられた第二の支持板とが剛性を有する部材によって拘束されるようにした。これにより信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを提供できる。【選択図】      図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の支持板上に、液体を吐出するための複数のノズルと吐出エネルギーを発生する記録素子を複数配列した記録素子基板と、第二の支持板に貼り付けられた配線基板が配置され、前記記録素子基板と、前記配線基板とが電気的に接続接続されるインクジェット記録ヘッドにおいて、第一の支持板と配線基板が貼り付けられた第二の支持板とが、剛性を有する部材によって拘束されていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【請求項２】
液体を吐出するための複数のノズルと吐出エネルギーを発生する記録素子を複数配列した記録素子基板が支持板上にノズル配列方向に複数個配置されている請求項１記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項３】
ピンと穴の勘合であることを特徴とする請求項１又は２記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項４】
前記拘束部材が、記録素子基板それぞれの電気接続部の近傍にあることを特徴とする請求項１又は２のインクジェット記録ヘッド。
【請求項５】
前記第二の支持板は、複数に分割されていることを特徴とする請求項２〜４いずれか記載のインクジェット記録ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インク等の液体を吐出して記録動作を行うインクジェット記録ヘッドに関する。特に、支持板と記録素子基板と配線基板を備え電気的な接続をしたインクジェット記録ヘッドの構成に関し、高速かつ高画質な印字を行う記録装置に好適に適用される。
【背景技術】
【０００２】
従来、インクジェット記録装置は、ランニングコストが安く、装置の小型化も可能であり、さらに、複数色のインクを用いてカラー画像記録に対応することも容易であることから、コンピュータ関係の出力機器等に幅広く利用され、商品化されている。
【０００３】
一方、記録ヘッドの吐出口からインクを吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子としては、ピエゾ素子などの電気機械変換体を用いたもの、レーザーなどの電磁波を照射して発熱させ、この発熱による作用でインク滴を吐出させるもの、あるいは、発熱抵抗体を有する電気熱変換素子によって液体を加熱させるもの等がある。
【０００４】
その中でも熱エネルギーを利用してインク滴を吐出させる方式のインクジェット記録方式のヘッドは、吐出口を高密度に配列することができるため、高解像度の記録が可能である。電気熱変換素子をエネルギー発生素子として用いた記録ヘッドは、小型化も用意であり、かつ最近の半導体分野における技術の進歩と信頼性の向上が著しいＩＣ技術やマイクロ加工技術の長所を十二分に活用でき、高密度実装化が容易で製造コストも安価なことから有利である。
【０００５】
また、最近では、より高詳細の印字を行うために、インクを吐出するためのノズルを、フォトリソ技術を用いて高精度に作成する方法等も利用されてきている。
【０００６】
近年では、より高速に高詳細の画像の記録を実現するため、より印字幅が長い記録ヘッドの実現も望まれている。具体的には、ヘッドの長さが４インチ〜１３インチなどの長さのものも要求されてきており、開発が進んでいる。
【特許文献１】特開２００１−１３００１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このようにヘッドが長尺化していくと，各部材間の線膨張係数の差による伸びの影響はますます大きなものとなっている。特に、記録素子基板が配列された第一支持板と、配線基板および配線基板を支持する第二の支持板間の伸び量の差は、信頼性の面において致命的なものである。
【０００８】
従来、第一の支持板としては、アルミナが用いられていた。また、第二の支持版としては、加工性やコストも面からＳＵＳや、Ｎｉなどの金属が用いられ、第一の支持板と第二の支持板とは、接着剤のみによって固定されていた。さらにその接着剤は、記録素子基盤が配設された状態で使用することから、記録素子基盤の耐熱性の問題から、高温での硬化ができないという制約があった。そのため従来の様に接着剤による固定では、ヘッド使用による温度変化や、環境温度の変化によって、第一の支持板と第二の支持板との伸び量の差を完全に拘束することは困難であった。その結果、記録素子基板と配線基板の接続部にストレスが発生し、接続部の断線に至るという課題があった。
【０００９】
そこで本発明は、上記従来技術の有する問題点に鑑み、低コストでヘッドの電気的接続信頼性が高いヘッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため本発明のインクジェット記録ヘッドは、液体を吐出するための複数のノズルと吐出エネルギーを発生する記録素子を複数配列した第一の支持板と、配線基板を支持するための第二の支持板とが剛体部材によって、延びが拘束されていることを特徴とする。
【００１１】
なお、さらに説明すれば、本発明の第一の発明について下記のように示す。
【００１２】
（１）第一の支持板上に、液体を吐出するための複数のノズルと吐出エネルギーを発生する記録素子を複数配列した記録素子基板と、第二の支持板に貼り付けられた配線基板が配置され、前記記録素子基板と、前記配線基板とが電気的に接続接続されるインクジェット記録ヘッドにおいて、第一の支持板と配線基板が貼り付けられた第二の支持板とが、剛性を有する部材によって拘束されていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【発明の効果】
【００１３】
本発明では、インクジェット記録ヘッドの記録素子基板を配した第一の支持板と電気配線基板が貼り付けられた第二の支持板とを剛性を有する部材によって固定することにより、温度変化による接続部へのストレスを軽減でき、信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【実施例】
【００１５】
図１から図４は、本発明が実施もしくは適用される好適な記録ヘッドを説明するための説明図である。以下、これらの図面を参照して説明する。
【００１６】
図１に示すように記録ヘッドＨ１０００は、電気信号に応じて膜沸騰をインクに対して生じせしめるための熱エネルギーを生じせしめるための熱エネルギーを生成する電気熱変換体を用いて記録を行うバブルジェット(登録商標)方式のサイドシュータ型とされる記録ヘッドである。
【００１７】
そして、記録ヘッドＨ１０００は、図２の分解斜視図に示すように、記録素子ユニットＨ１００１とインク供給ユニットＨ１００２のインク供給部材Ｈ１５００から構成される。さらに、図３の分解斜視図に示すように、記録素子ユニットＨ１００１は、記録素子基板Ｈ１１００、第一の支持板Ｈ１２００、電気配線基板Ｈ１３００、第二の支持板Ｈ１４００、フィルター部材Ｈ１６００で構成されている。
【００１８】
図４（ａ）は、記録素子基板Ｈ１１００の構成を説明する図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）に示すＡ−Ａ断面図である。記録素子基板Ｈ１１００は、例えば、厚さ０．５〜１ｍｍのＳｉ基板Ｈ１１０８で薄膜が形成されている。また、インク流路として長溝状の貫通口からなるインク供給口Ｈ１１０１が形成され、インク供給口Ｈ１１０１の両側に電気熱変換素子Ｈ１１０２がそれぞれ１列ずつ千鳥状に配列されており、前記電気熱変換素子Ｈ１１０２、及び、Ａｌ等の電気配線が成膜技術により形成されている。また、該電気配線に電力を供給するために電極Ｈ１１０３が設けられている。前記インク供給口Ｈ１１０１は、前記Ｓｉ基板Ｈ１１０８の結晶方位を利用して、異方性エッチングを行う。ウエハー面に＜１００＞、厚さ方向に＜１１１＞の結晶方位を持つ場合、アルカリ系（ＫＯＨ、ＴＭＡＨ、ヒトラジン等）の異方性エッチングにより、約５４．７度の角度でエッチングが進行する。この方法を用いて、所望の深さにエッチングする。また、前記Ｓｉ基板Ｈ１１０８上には、ノズルプレートＨ１１１０が具備され、電気熱変換素子Ｈ１１０２に対応したインク流路Ｈ１１０４、ノズルＨ１１０５、発泡室Ｈ１１０７がフォトリソ技術により形成されている。また、前記ノズルＨ１１０５は前記電気熱変換素子Ｈ１１０２に対向するように設けられており、インク供給口Ｈ１１０１から供給されたインクを電気熱変換素子Ｈ１１０２により気泡を発生させてインクを吐出させるものである。
【００１９】
第１の支持板Ｈ１２００は、例えば、厚さ０．５〜１０ｍｍのアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）材料で形成されている。なお、第１の支持板の素材は、アルミナに限られることなく、記録素子基板Ｈ１１００の材料の線膨張率と同等の線膨張率を有し、かつ、記録素子基板Ｈ１１００材料の熱伝導率と同等もしくは同等以上の熱伝導率を有する材料で作られてもよい。第１の支持板Ｈ１２００の素材は、例えば、シリコン（Ｓｉ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ジルコニア、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、炭化珪素（ＳｉＣ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）のうちいずれであってもよい。第１の支持板Ｈ１２００には、記録素子基板Ｈ１１００にインクを供給するためのインク供給口Ｈ１２０１が形成されており、記録素子基板Ｈ１１００のインク供給口Ｈ１１０１が第１の支持板Ｈ１２００のインク供給口Ｈ１２０１に対応し、かつ、記録素子基板Ｈ１１００は第１の支持板Ｈ１２００に対して位置精度良く接着固定される。
【００２０】
その接着剤は、例えば、粘度が低く、接触面に形成される接着層が薄く、かつ、硬化後、比較的高い硬度を有し、かつ、耐インク性のあるものが望ましい。例えば、エポキシ樹脂を主成分とした熱硬化接着剤、もしくは紫外線硬化併用型の熱硬化接着剤であり、接着層の厚みは５０μｍ以下が望ましい。また、第１の支持板Ｈ１２００は、位置決め基準となるＸ方向基準Ｈ１２０４、Ｙ方向基準Ｈ１２０５、Ｚ方向基準Ｈ１２０６を有している。
【００２１】
記録素子基板Ｈ１１００は、図１に示すように第１の支持板上Ｈ１２００に千鳥状に配置され、同一色による幅広の記録を可能としている。例えば、ノズル群の長さが１インチ＋αの４つの記録素子基板Ｈ１１００ａ、Ｈ１１００ｂ、Ｈ１１００ｃ、Ｈ１１００ｄを千鳥状に配置し、４インチ幅の記録を可能にしている。
【００２２】
また、各記録素子基板の吐出口群の端部は、千鳥状に隣接する記録素子基板のノズル群の端部と、記録方向に対して、重複する領域（Ｌ）を設け、各記録素子基板による印刷に隙間が生じることを防止している。例えば、ノズル群Ｈ１１０６ａとノズル群Ｈ１１０６ｂに重複領域Ｈ１１０９ａ、Ｈ１１０９ｂを設けている。
【００２３】
電気配線基板Ｈ１３００は、記録素子基板Ｈ１１００に対してインクを吐出するための電気信号を印加するものであり、記録素子基板Ｈ１１００を組み込むための開口部を有しており、裏面には第２の支持板Ｈ１４００が接着固定される。また、電気配線基板Ｈ１３００は、記録素子基板Ｈ１１００の電極Ｈ１１０３に対応する電極端子Ｈ１３０２と、この配線端部に位置し記録装置本体からの電気信号を受け取るための外部信号入力端子Ｈ１３０１を有している。電気配線基板Ｈ１３００と記録素子基板Ｈ１１００は、電気的に接続されており、接続方法は、例えば、記録素子基板Ｈ１１００の電極Ｈ１１０３と電気配線基板Ｈ１３００の電極端子Ｈ１３０２を金ワイヤーＨ１３０３（不図示）を用いたワイヤーボンディング技術によりにより電気的に接続される。電気配線基板Ｈ１３００の素材としては、例えば、配線が二層構造のフレキシブル配線基板が使用され、表層はポリイミドフィルムで覆われている。
【００２４】
第２の支持板Ｈ１４００は、例えば、厚さ０．５〜１ｍｍのＳＵＳ板で形成されている。なお、第２の支持板の素材は、ＳＵＳに限られることなく、耐インク性を有し、良好な平面性を有する材料で作られてもよい。そして、第２の支持板Ｈ１４００は、第１の支持板Ｈ１２００に接着固定された記録素子基板Ｈ１１００および該記録素子基板を取り込む開口部を有し、第１の支持板に接着固定される。
【００２５】
第２の支持板の開口部Ｈ１４０２と記録素子基板Ｈ１１００の側面によって形成される溝部には、第１の封止剤Ｈ１３０４が充填され、前記電気配線基板Ｈ１３００の電気実装部を封止している。また、記録素子基板の電極Ｈ１１０３は、第２の封止剤Ｈ１３０５で封止し、電気接続部分をインクによる腐食や外的衝撃から保護している。
【００２６】
また、第１の支持板Ｈ１１００の裏面側インク供給口Ｈ１２０１には、インク中に混入された異物を取り除くためのフィルター部材Ｈ１６００が接着固定される。
【００２７】
インク供給部材Ｈ１５００は、例えば、樹脂成形により形成され、共通液室Ｈ１５０１と、Ｚ方向基準面Ｈ１５０２を具備している。そして、Ｚ基準面Ｈ１５０２は、記録素子ユニットを位置決め固定するとともに、記録ヘッドＨ１０００のＺ基準となっている。
【００２８】
前述の図２に示した通り、記録ヘッドＨ１０００は、記録素子ユニットＨ１００１をインク供給部材Ｈ１５００に結合することにより完成する。
【００２９】
結合は以下のように行われる。
【００３０】
インク供給部材Ｈ１５００の開口部と記録素子ユニットＨ１００１を第３の封止剤Ｈ１５０３により封止し、共通液室Ｈ１５０１を密閉する。そして、インク供給部材のＺ基準Ｈ１５０２に記録素子ユニットＨ１００１のＺ基準Ｈ１５０２を、例えば、ビスＨ１９００等により位置決め固定する。第３の封止剤Ｈ１５０３は、耐インク性があり、かつ、常温で硬化し、かつ、異種材料間の線膨張差に耐えられる柔軟性のある封止剤が望ましい。
【００３１】
また、記録素子ユニットＨ１００１の外部信号入力端子Ｈ１３０１部分は、例えば、インク供給部材Ｈ１５０１の裏面に、位置決め固定される。
【００３２】
支持基板の材質は耐インク性があり熱伝導の良い材質が好ましく、アルミナ、カーボングラファイトなどが使われる。
【００３３】
図５は本発明によるインクジェット記録ヘッドの製造過程を説明する為の模式図、図６（ａ）は途中工程の平面図、（ｂ）は、図６（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。第一の支持板Ｈ１２００には、あらかじめ穴加工が施され、ＳＵＳ製のピンが打ち込まれている。これに記録素子基板Ｈ１１００が精度良く配列される。これに第二の支持板Ｈ１４００に貼り付けられた電気配線基板が貼り付けられる。第二の支持板Ｈ１４００には、前記第一の支持板Ｈ１２００に打ち込まれたピンに勘合するように穴加工が施されており、接着材とともに、ピン穴勘合により第一の支持板Ｈ１２００と第二の支持板Ｈ１４００は、ズレ無いように拘束される。また前記ピンを設置する場所としては、図６（ｂ）Ｄ部に示すように記録素子基板Ｈ１１００と電気配線基板Ｈ１３００が接続される部分の近傍に、それぞれ配置されることが望ましい。
【００３４】
図７は本発明の他の実施例であり、電気配線基板Ｈ１３００を透視するように図示してある。図７Ｅ部に示すように、第二の支持板を分割することにより、第一の支持板Ｈ１２００と第二の支持板Ｈ１４００の間に発生する応力をより低減することができる。
【００３５】
図８は、本発明の別の実施例である、図において、２００は治具上型、３００は治具下型である。
【００３６】
第一の支持板Ｈ１２００には、穴加工が施してある。これに、配線基板が貼られた第二の支持板Ｈ１４００が貼り付けられる。これを図８（ａ）に示すように治具の下型３００の凸部が、第一の支持板Ｈ１４００の穴部に挿入して位置決めされるようにセットする。治具の下型３００と上型２００は正確に調整されており、第一の支持板Ｈ１２００の穴部に位置する第二の支持板Ｈ１４００が上型によりプレスされるようになっている（図８（ｂ））。これにより、第一の支持板Ｈ１２００と第二の支持板Ｈ１４００はズレないように拘束される（図８（ｃ））。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の記録ヘッドの外観斜視図
【図２】本発明の記録ヘッドの分解斜視図
【図３】記録素子ユニットの分解斜視図
【図４】記録素子基板を説明する図で、（ａ）斜視図、（ｂ）Ａ−Ａ断面図
【図５】本発明の記録ヘッドの製造過程を説明する図
【図６】本発明の実施例を説明する図
【図７】本発明の他の実施例を説明する図
【図８】本発明の別の実施例を説明する部分図
【符号の説明】
【００３８】
Ｈ１０００  記録ヘッド
Ｈ１００１  記録素子ユニット
Ｈ１００２  インク供給ユニット
Ｈ１１００  記録素子基板
Ｈ１１０１  インク供給口
Ｈ１１０２  電気熱変換素子
Ｈ１１０３  電極
Ｈ１１０４  インク流路
Ｈ１１０５  ノズル
Ｈ１１０６  ノズル群
Ｈ１１０７  発泡室
Ｈ１１０８  Ｓｉ基板
Ｈ１１１０  ノズルプレート
Ｈ１２００  第１の支持板
Ｈ１２０１  インク供給口
Ｈ１２０４  Ｘ方向基準
Ｈ１２０５  Ｙ方向基準
Ｈ１２０６  Ｚ方向基準
Ｈ１３００  電気配線基板
Ｈ１３０１  外部信号入力端子
Ｈ１３０２  電極端子
Ｈ１３０３  金ワイヤー
Ｈ１３０４  第１の封止剤
Ｈ１３０５  第２の封止剤
Ｈ１４００  第２の支持板
Ｈ１５００  インク供給部材
Ｈ１５０１  液室（不図示）
Ｈ１５０２  Ｚ基準面
Ｈ１５０３  第３の封止剤（不図示）
Ｈ１５０４  インク供給口（不図示）
Ｈ１８００  インクタンク
Ｈ１９００  ビス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2006281737.tif 000007
【図６】
2006281737.tif 000008
【図７】
2006281737.tif 000009
【図８】
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