(57)【要約】【課題】ヘッドチップとそれを駆動する回路基板をＦＰＣ基板で異方性導電膜を介して連結する構造を有するインクジェット用プリントヘッドにおいて、インク及びインク蒸気による異方性導電膜の侵食及び断線を防止し、吐出不良を解消するインクジェット用プリントヘッドを提供する。【解決手段】回路基板と圧電セラミックプレートからなるヘッドチップをＦＰＣ基板でＡＣＦを介して連結する構造を有するインクジェット用プリントヘッドにおいて、前記連結部が外気と遮断されるように連結部の外周を全範囲に渡って封止剤でモールドした。前記封止剤にエポキシ系、シリコン系もしくはアクリル系接着剤を用いた。また前記連結部の１層目封止剤に低粘度（５０ｐａ．ｓ以下）かつ高硬度（８５以上：ＪＩＳＡ規格）のエポキシ系封止剤を用い、２層目封止剤に高粘度（７０ｐａ．ｓ以上）かつシリコン系の接着剤を用い２層モールド構造になるようにした。【選択図】　　図１
2004001382.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電セラミックプレートに形成された溝の容積を変化させてその内部に充填されたインクジェット用インクをノズル開口から吐出するヘッドチップと、該ヘッドチップの前記溝が開口する端面に接合されて前記ノズル開口の設けられたノズルプレートと、前記ヘッドチップのノズルプレート側の外周に設けられたノズル支持プレートと、前記ヘッドチップの前記溝の開口する面側に接合されて前記溝にインクを供給する流路基板と、前記ヘッドチップとそれを駆動する回路基板をＦＰＣ基板で異方性導電膜を介して連結する連結部と、前記連結部をモールドする封止剤と、からなることを特徴とするインクジェット用プリントヘッド。
【請求項２】
前記連結部が、外気と遮断されるように外周全範囲に渡って封止剤をモールドすることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット用プリントヘッド。
【請求項３】
前記封止剤が、エポキシ系、シリコン系またはアクリル系であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインクジェット用プリントヘッド。
【請求項４】
前記連結部の封止剤が、エポキシ系封止剤、シリコン系封止剤またはアクリル系封止剤のいずれかを組み合わせた、もしくは重複して用いた２層モールド構造になっていることを特徴とする請求項３に記載のインクジェット用プリントヘッド。
【請求項５】
前記連結部の２層モールド構造のうち１層目に低粘度（５０ｐａ・ｓ以下）封止剤を用い、２層目に高粘度（７０ｐａ・ｓ以上）封止剤を用いることを特徴とする請求項４に記載のインクジェット用プリントヘッド。
【請求項６】
前記連結部の２層モールド構造のうちどちらか一方の層に高硬度（８５以上：ＪＩＳＡ規格）でありかつエポキシ系である封止剤を用い、もう一方の層にシリコン系封止剤を用いることを特徴とする請求項５に記載のインクジェット用プリントヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回路基板と圧電セラミックプレートからなるヘッドチップをフレキシブルプリント基板で異方性導電膜を介して連結する構造を有した、たとえば記録ユニット、インクジェット式記録装置に適用されるインクジェット用プリントヘッドに関し、特に連続印字動作、記録装置メンテナンス時、ヘッド製造時及び長期梱包保管によってインクやインク蒸気にさらされることによって生じる連結部のＡＣＦ侵食及び断線を防止し、吐出不良を解消する連結部のモールド構造に関する。
【０００２】
【従来技術】
近年インクジェット用プリントヘッドは、回路基板と圧電セラミックプレートからなるヘッドチップをフレキシブルプリント基板（以降、ＦＰＣ基板と呼ぶ。）で異方性導電膜（以降、ＡＣＦと呼ぶ。）を介して連結する構造を有するものが多く製品化されている。
以前より知られているインクジェット用プリントヘッドの構造を図３に示す。図３のようにインクジェット用プリントヘッドは、主用部品としてノズルプレート４０、ノズル支持プレート３０、ヘッドチップ５０、アルミベース２０、流路基板６０、回路基板１０、図示はしていないが回路基板とヘッドチップを連結するＦＰＣ基板から構成されている。
【０００３】
ヘッドチップから打ち出されたインク滴はノズルプレート上に空けた微細な穴を通過して印字紙に着弾するが、着弾できず霧状になった微小インク滴は浮遊しノズルプレート表面やその他ヘッド外周部に付着してしまう。さらにノズルプレート表面には大気中のごみやインク吸引の際に残るインク滴も付着するので連続印字する場合は、定期的にワイパーブレードでノズルプレート表面をワイピングし浮遊して付着した多数の微小インク滴やごみ、残留インク滴を取り払いながら動作させることが必要である。通常の印字ではこのようなメンテナンスを行い連続印字が実現されている。
【０００４】
従来のインクジェット用プリントヘッドは図２のような構造である。図２は、図３に示すインクジェットヘッドのＡ―Ａ’部で切断した従来インクジェットヘッドの断面図である。回路基板１０と圧電セラミックプレートからなるヘッドチップ５０をＦＰＣ基板７０でＡＣＦ８０を介して連結する構造部の断面が示されている。
【０００５】
図示するように、ＡＣＦ８０は、外気に直接触れることのないように接着剤１１０によってモールドされている。その構造は、エポキシ系接着剤、シリコン系接着剤、アクリル系接着剤などの封止剤で封止された一層のモールド構造となっている。これらの封止剤は、空気及び水蒸気の透過性の低いものが用いられ、連結部を温度、湿度等の変化から保護しているが、インクとして油性インク、水性インク、溶剤系インク、紫外線硬化型インクを用いると十分な密封性、耐食性を得るのが困難になり、その機能が要求され提案もされている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
また、本発明の封止部とは異なる箇所であるがヘッドチップ５０と流路基板６０を連結する封止部の密閉性を高める方法として２層のモールド構造としたものも提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特許第２９０４６２９号公報、（第９−１１頁、第１図）
【０００８】
【特許文献２】
特許第３１１７３４０号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
短時間に油性インク、水性インク、溶剤系インク、紫外線硬化型インクを多量に吐出するような印字率の高い印字を長時間連続で行った場合は、以上に述べてきたワイピング動作でも取りきれない滞留インクがヘッド構成部材の隙間に侵入するという不具合が発生する。これはヘッド構成部材同士の隙間、又はヘッドを取りつける筐体との隙間などに働く毛細管現象によるものである。この現象により、やがてインクはヘッドのＦＰＣ基板接着部まで到達し、そこでＡＣＦを侵食し断線させ吐出不良を発生させていた。防湿だけでは不充分となった。
【００１０】
また、ヘッド製造時やヘッドを取りつけた記録装置のメンテナンス時に、作業上誤ってインクを落下させＦＰＣ基板接着部にインクを付着させてしまった場合、そのまま長時間放置させてしまうと同様の不具合が発生していた。
【００１１】
また、ヘッドは梱包出荷の際、インクがある程度残った状態でビニール袋に密閉され保管されるため、インク濃度が非常に高い雰囲気の中で長時間放置される。そのためヘッドのＦＰＣ基板接着部はインク蒸気が侵入し、そこでＡＣＦを侵食し断線させ吐出不良を発生させていた。
【００１２】
本発明はこのような事情に鑑み、インクジェットヘッドのＦＰＣ基板接着部全体を封止剤でモールドすることでインク、インク蒸気、及び空気中の水分によるＡＣＦ侵食及び断線を防止し、吐出不良を解消するインクジェット用プリントヘッドを提供する。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明のインクジェット用プリントヘッドは、回路基板と圧電セラミックプレートからなるヘッドチップをＦＰＣ基板でＡＣＦを介して連結する構造を有するインクジェット用プリントヘッドにおいて、前記連結部が外気と遮断されるように連結部の外周を全範囲に渡って封止剤でモールドした。
【００１４】
前記封止剤にエポキシ系、シリコン系もしくはアクリル系接着剤を用いた。また前記連結部の１層目封止剤に低粘度（５０ｐａ．ｓ以下）かつ高硬度（８５以上：ＪＩＳＡ規格）のエポキシ系封止剤を用い、２層目封止剤に高粘度（７０ｐａ．ｓ以上）かつシリコン系の接着剤を用い２層モールド構造になるようにした。
【００１５】
このような構造によれば、連続印字動作や、ヘッド製造時や記録装置メンテナンス時の不慮のインクたれや、長期梱包保管が原因でインク、インク蒸気及び空気中の水分にさらされて生じる前記連結部のＡＣＦ侵食及び断線を防止し、吐出不良を解消するインクジェット用プリントヘッドが提供される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を以下に説明する。
【００１７】
図１は、図３に示すインクジェットヘッドのＡ―Ａ’部と同様の箇所で切断した本発明のインクジェットヘッドの断面図である。すなわち、回路基板１０とヘッドチップ５０をＦＰＣ基板７０でＡＣＦ８０を介して連結する構造部の断面図である。
【００１８】
図示するように、ＡＣＦ８０は、外気に直接触れることのないように接着剤によってモールドされている。その構造は、エポキシ系接着剤９０とシリコン系接着剤１００の２種の接着剤がモールドされた２層のモールド構造となっている。それぞれのモールド層の厚みは２ｍｍ程度であり、総厚約４ｍｍで形成されている。モールドの厚みは厚いほど密封効果は高いが、コスト、作業性の面から考えると数百μｍから数ｍｍが好ましい。
【００１９】
使用環境からくる必要耐久性を考慮して試験することで接着剤の厚み及びモールド層の数が決定される。本発明の１層目封止剤であるエポキシ系接着剤の粘度は低粘度（５ｐａ・ｓ）であり硬度は高硬度で（８８：ＪＩＳＡ規格）である。一方、２層目封止剤であるシリコン系接着剤の粘度は高粘度（７０ｐａ・ｓ）である。粘度に着目すると、１層目の粘度の低いエポキシ系接着剤９０が、ＡＣＦ８０及びＦＰＣ７０の細い隙間に入り込み密封性を高める働きをする。一方、粘度の高いシリコン系接着剤は、平坦なＦＰＣ基板表面などに厚みをもってとどまりやすいので、そのような平坦な部分の密封性を高める働きをする。これら接着剤の粘度は、上記の値に限定されるものではなく、ＡＣＦ連結部の隙間の大小やＦＰＣの平坦度などに影響を受けるので試験を実施して決定される。
【００２０】
また硬度に着目すると、１層目封止剤であるエポキシ系接着剤の硬度は、高硬度（８５以上：ＪＩＳＡ規格）のものなので油性インク、溶剤系インク及び紫外線硬化型インクに対し密封効果があり（インクによる信頼性試験結果より）、一方、２層目封止剤であるシリコン系接着剤は、水性インク及び空気中の水分に対し密封効果がある。これは一般的に知られている。
【００２１】
また、ＡＣＦ８０部にインクが直接触れることのないような構造として、ＦＰＣ基板露出部全体を覆うカバーを取りつける構造が考えられるが、この場合でもカバーとヘッドの隙間、外部インターフェース用のコネクタ部外周の隙間などがあるため、ＡＣＦ部は外気と完全に遮断されない構造になっている。
【００２２】
このような理由から、カバー構造では密封効果が少なく、やはり本発明のモールド構造が効果的であることが説明できる。また追加の効果を以下に記す。
【００２３】
図１のようにエポキシ系接着剤９０とシリコン系接着剤１００の２種の封止剤でＡＣＦ連結部を封止する際、アルミベース２０部にこれらの封止剤がかからないように塗布した。このようにする事で、プリントヘッドに製造工程や環境動作の影響で熱がかかった際に、線膨張係数の高いアルミベースによって線膨張係数の低い封止剤が破壊されることを防ぐ事が出来る。
【００２４】
このような構造で作製されたインクジェット用プリントヘッドによれば、連続印字動作やヘッド製造時・記録装置メンテナンス時の不慮のインク垂れ及び長期梱包保管によってインク、インク蒸気及び空気中の水分にさらされ発生する連結部のＡＣＦ侵食及び断線を防止することができ、吐出不良を解消することが可能となる。
【００２５】
以上述べてきた構造のインクジェット用プリントヘッドを用いると、表１のように信頼性を向上させることができる。表１は、インクジェット用インクを用いた信頼性試験結果（常温）である。インクは油性インク、水性インク、溶剤系インク、紫外線硬化型インクを用いて行ったがいずれも同じような結果が得られた。
【００２６】
表２は、接着剤粘度を変えてモールド部の接着剤回り込み状態を評価した結果である。この結果から１層のモールドの場合は５０ｐａ・ｓ以下程度の粘度の接着剤でなければ僅かな隙間の密封性（接着剤の回り込み）が保てないことがわかる。よって密閉性が良くなる特性を持つ低粘度接着剤の閾値は５０ｐａ・ｓ以下にすることが望ましい。また表３は平坦部分での接着剤停滞性が良くなる特性をもつ高粘度接着剤の評価を行った結果である。
一層目に低粘度（５ｐａ・ｓ）の接着剤を塗りその上に粘度の違う接着剤を塗りインク浸漬試験を行った。高粘度（７０ｐａ・ｓ）の接着剤は５００μｍの塗付厚みが容易に形成でき試験結果も良好であった。その他の低粘度の接着剤は塗付厚みが容易に増やせず結果が悪かった。この結果からモールド部のインク浸漬性を良好に保つためには封止剤の粘度を７０ｐａ・ｓ以上にする事が望ましい。
【００２７】
また、表４は、エポキシ系封止剤の硬度と油性インク、溶剤系インク及び紫外線硬化型インクに対する密封性（耐インク浸漬性）の相関を評価した結果である。この結果からエポキシ系封止剤の密封性を良好に保つためには、エポキシ系封止剤の硬度は８５以上（ＪＩＳＡ規格）とするのが望ましい。
【００２８】
【表１】
2004001382.tif 000003
【００２９】
【表２】
2004001382.tif 000004
【００３０】
【表３】
2004001382.tif 000005
【００３１】
【表４】
2004001382.tif 000006
本実施形態で用いた接着剤は、エポキシ系がエイブルスティック社製９３１−１Ｔ１Ｎ１であり、シリコン系はスリーボンド社製１２１１であるが、粘度及び密封性が機能上満足するものであればこれらに制限するものではない。その他の具体例を示すと、エポキシ系ではエイブルスティック社製の８６８−７ＵＮＦ、３４２−１３ＡＣＣ、３４２−３７またシリコン系では東レダウコーニング社製の４４８６などがある。
【００３２】
また、本実施形態は、２層モールド構造であるが、シリコン系接着剤による１層モールド構造及びエポキシ系接着剤による１層構造も含むものとする。
【００３３】
また、本発明で使用しているインクは、インクジェット用インクであり、油性インク、水性インク、溶剤系インク、紫外線硬化型インクの全てを含むものである。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のインクジェットヘッドでは、ＦＰＣ基板接着部全体を封止剤でモールドしたため、インク、インク蒸気、空気中の水分によるＡＣＦ侵食及び断線を防止することができ、これにより吐出不良を解消することができるとともに、歩留まりの悪化を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプリントヘッドの断面図である。
【図２】従来のプリントヘッドの断面図である。
【図３】従来のプリントヘッドの斜視図である。
【符号の説明】
１０　　回路基板
２０　　アルミベース
３０　　ノズル支持プレート
４０　　ノズルプレート
５０　　ヘッドチップ
６０　　流路基板
７０　　ＦＰＣ基板
８０　　異方性導電膜（ＡＣＦ）
９０　　エポキシ系接着剤
１００　　シリコン系接着剤
１１０　　接着剤
【図１】
2004001382.tif 000007
【図２】
2004001382.tif 000008
【図３】
2004001382.tif 000009