(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
端面と、それぞれ該端面に比べて大きな面積を有する表側の主平面と裏側の主平面と、を有する平板状の基板と、
インクが吐出される開口であって、前記表側の主平面上に形成された吐出口と、
前記表側の主平面上に形成された、前記吐出口からインクを吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生体と、
前記表側の主平面の上に形成された、前記エネルギー発生体に接続される配線電極と、
前記基板の端部に、前記基板の厚さを薄くすることで前記表側の主平面より低く設けた別の基板面と、
前記配線電極に接続されて前記別の面に設けられ、前記基板外から供給される電気信号を受ける接続電極と、
前記接続電極にバンプ電極を介して重ねて接続された電気配線部材と、
前記別の基板面の上に順に重ねて接合された前記接続電極と前記バンプ電極と前記電気配線部材とを覆って封止する封止材と、
を有し、前記封止材は、前記吐出口が開口する位置よりも上方へは飛び出さないことを特徴とするインクジェット記録へッド。
【請求項２】
前記基板が単結晶Ｓｉを基材とし該基材の表面が絶縁性を有しており、前記別の基板面が異方性エッチングによって形成されたことを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項３】
前記別の基板面が前記基板の前記表側の主平面に対して段差状に低い平行な平面であることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項４】
前記別の基板面が前記基板の前記表側の主平面に対して略５４度の角度傾いた平面であることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項５】
前記エネルギー発生体は、熱エネルギーを発生する電気熱変換体であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のインクジェット記録へッド。
【請求項６】
前記吐出口と前記エネルギー発生体とは対面して配されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のインクジェット記録へッド。
【請求項７】
端面と、それぞれ該端面に比べて大きな面積を有する表側の主平面と裏側の主平面と、を有する平板状の基板と、インクが吐出される開口であって、前記表側の主平面上に形成された吐出口と、前記表側の主平面上に形成された、前記吐出口からインクを吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生体と、前記表側の主平面の上に形成された、前記エネルギー発生体に接続される配線電極と、前記基板の端部に、前記基板の厚さを前記基板側へ薄くすることで前記表側の主平面より低く設けた別の基板面と、前記配線電極に接続されて前記別の基板面に設けられ、前記基板外から供給される電気信号を受ける接続電極と、前記接続電極にバンプ電極を介して重ねて接続された電気配線部材と、前記別の基板面の上に順に重ねて接合された前記接続電極と前記バンプ電極と前記電気配線部材とを覆って封止する封止材と、を有し、前記封止材は、前記吐出口が開口する位置よりも上方へは飛び出さないインクジェット記録へッドと、
前記インクジェット記録へッドを載置するための部材と、
を具備することを特徴とするインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、インクジェット記録技術、特にバブルジェット記録技術はオフィスの印刷においてカラー化、パーソナル化が進展するに従って急速に普及してきた。つまり、バブルジェット記録ヘッドは高密度化、多ノズル化、小液滴化が容易であり、記録装置のコンパクト化、低価格化、高品質化が非常に容易であること、又、ヘッドの設計変更のみで様々な用途に対して容易に対応できる等の特徴を有しており、このためにオフィスの主流となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前述したような高品質化、特に高画質化に関しては、インク液滴を吐出する際の液滴を同一方向に吐出する性能が高画質化に大きく影響している。即ち、インク液滴を吐出する際の吐出方向のずれ（ヨレ）がインクを着弾させる媒体（多くの場合は紙）に到達するまでに本来着弾すべき位置（理想着弾点）からずれて着弾した際、その部分にインクが定着することがないため、すじ状に印字されない部分が生じることがある。
【０００４】
上記すじは人間の視覚上認識され易いため、画像の劣化要因として重要であり、インクジェット記録において重要課題の一つとなっている。具体的には、例えば８ｐｌの吐出量を有する記録ヘッドで印字した場合、印字のモードにもよるが、媒体上で数１０μｍずれると十分にすじとして認識される。この吐出方向のずれはインク液滴が吐出される方向とインク吐出口と媒体との距離とで決定される。即ち、吐出方向が理想着弾に近ければ近いほど、又、インク吐出口と媒体との距離が近ければ近いほど、前記ずれは小さくなる。
【０００５】
インク吐出口と媒体との距離は近似的に０であれば、吐出方向によらずずれは０になる訳であるが、以下の理由で上記距離を小さくすることは困難であった。
１．媒体に対してヘッド吐出口が接触した場合、ヘッド吐出口に障害を生じることがある。又、媒体に着弾したインクが擦過して画像を劣化させる。
２．上記のようにヘッド吐出口が媒体に接触しないまでも、近づけることに対してインクが着弾した媒体がインクを吸収することにより、膨張して凸凹となり（コックリング）、前記インク吐出口と媒体との距離が不定となり、最悪の場合、上記１．に述べたような障害を発生させることがある。又、ヘッド側はインク吐出口よりも媒体側に凸となっている部分があるため、媒体とインク吐出口との距離を凸になっている分だけ広げる必要がある。該凸部分は、インク流路及びインクを吐出させるエネルギー発生体を形成した絶縁基体上に、該エネルギー発生体に電気的信号や電力を送るために形成した電気的接続電極をインクから保護するための封止材となる。封止材が無い場合、インクは電解液であることが多いので、絶縁基体上に形成されたエネルギー発生体を駆動するために必要な配線電極や前記電気的接続電極を腐食若しくは溶解させる等の障書を生じることがある。
３．そのため、封止材が必要となるが、インク吐出口と媒体との距離が１〜２ｍｍの距離の中で、封止材の高さが０．２〜０．６ｍｍ程度は必要であり、前記すじとなる着弾ずれに対して影響していた。
【０００６】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的の一つは、封止材が吐出口が開口する位置よりも上方へは飛び出さないような構成とすることによって信頼性向上を図ることができるインクジェット記録へッド及びインクジェット記録装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のインクジェット記録へッドは、端面と、それぞれ該端面に比べて大きな面積を有する表側の主平面と裏側の主平面と、を有する平板状の基板と、インクが吐出される開口であって、前記表側の主平面上に形成された吐出口と、前記表側の主平面上に形成された、前記吐出口からインクを吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生体と、前記表側の主平面の上に形成された、前記エネルギー発生体に接続される配線電極と、前記基板の端部に、前記基板の厚さを前記基板側へ薄くすることで前記表側の主平面より低く設けた別の基板面と、前記配線電極に接続されて前記別の基板面に設けられ、前記基板外から供給される電気信号を受ける接続電極と、前記接続電極にバンプ電極を介して重ねて接続された電気配線部材と、前記別の基板面の上に順に重ねて接合された前記接続電極と前記バンプ電極と前記電気配線部材とを覆って封止する封止材と、を有し、前記封止材は、前記吐出口が開口する位置よりも上方へは飛び出さないことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【０００９】
＜実施の形態１＞
図１は本発明の実施の形態１に係るインクジェット記録ヘッドの部分断面図である。
【００１０】
本実施の形態に係るインクジェット記録ヘッドは、平板状の絶縁基体である基板１０と、該基板１０上に形成されたエネルギー発生体（本実施の形態ではヒータ：電気熱変換体）２１と、該ヒータに電気的に接続するための配線電極２０と、ヒータ上にインクを吐出するためのインク流路３０と、該インク流路３０にインクを供給するための不図示のインク液室と、インクの吐出方向を決定するインク吐出口４０と、前記配線電極２０に電気的信号若しくは電力を外部から供給するための接続電極５０と、該接続電極５０に電気的に接続して成る電気配線基板（例えば、フレキシブルプリント基板、ＴＡＢ等）６０と、接続電極５０と電気配線基板６０との接続部を封止するための封止部材７０を有している。基板１０は、端面１１ａと該端面に比べて大きな面積を有する表裏二つの主平面とを有する。前記配線電極２０を形成している基板１０に段差を設けて、インク吐出口を形成した平面と接続電極５０を配置した平面とが別平面となっている。接続電極５０を配置した平面は、基板の表側の主平面に対して平行な平面である。
【００１１】
本実施の形態では、配線電極２０を形成している基板１０の材料としてＳｉを選定し、段差を形成する方法を異方性エッチングによっている。ここで、その形成方法について説明する。
【００１２】
絶縁基板１０として使用するＳｉ基板は単結晶Ｓｉ基板であり、且つ、その面方位は（１００）であることが望ましい。その基板１０を使用して第１にＳｉ基板上に所望の形状にエッチングするためのレジスト材をフォトリソ工程によりパターン形成する。
【００１３】
次に、レジストパターンをマスクにして、エッチング液（ＫＯＨ等）に所定の時間だけ浸漬する。エッチング後、エッチング液を洗浄し、レジストを剥離し、形成された段差に絶縁材料をコーティングする。絶縁方法としては、例えばポリイミド等の有機絶縁材料を塗布して加熱硬化させる方法、ＳｉＯ２等の無機絶縁材料をスパッタリング等の真空成膜法により形成する方法等がある。
【００１４】
次に、絶縁膜９０上に前記エネルギー発生体を接続して電気信号を供給する配線電極２０に接続し、前記段差状に形成する電気接続材料をパターン形成する。尚、電気接続材料のパターン形成には、Ａｌ、Ｃｕ等を真空成膜する方法やＡｕ、Ｐｄ等の厚膜を印刷する方法等があり、又、パターニングにはスクリーン印刷による方法やフォトリソグラフィによる方法等がある。
【００１５】
次に、接続電極５０上にバンプ状の電極８０を形成する。バンプ電極８０の形成は必ずしも必須とは言えないが、バンプ電極８０を形成することにより、該電極８０へ供給される電気信号等を接続する配線基板６０との接続信頼性が格段に向上するために形成することが望ましい。バンプ電極８０の形成方法としては、Ａｕの細線ワイヤーからボールボンディングにより形成する方法（スタッドボンディング）やＡｕ、Ｐｔ等の電鋳による方法等がある。
【００１６】
このバンプ電極８０上に、所望のパターンを形成した配線基板（ＴＡＢ、ＰＰＣ等）６０を位置合わせして接合する。配線基板６０を接合する方法には、金属結合、ＡＣＦ（異方性導電フィルム）による接合、Ａｇペーストによる接合等がある。
【００１７】
バンプ電極８０と配線基板６０との接合後、該接続部を漏れなく覆うように封止材７０によって封止する。封止材７０は様々な材料があるが、ここでは信頼性を得やすいエポキシ系の封止材料を塗布して加熱により反応、硬化させている。このとき、前述にように形成した段差により、封止材７０の凸部はインク吐出口４０より飛び出すことはなく、インク吐出口４０と媒体との間の距離に影響を及ぼすことはない。
【００１８】
＜関連技術の実施の形態＞
次に、本発明に関連する技術の実施の形態を図２に基づいて説明する。尚、図２は本実施の形態に係るインクジェット記録へッドの部分断面図である。
【００１９】
本実施の形態に係るインクジェット記録ヘッドは、絶縁基体である基板１０と該基板１０上に形成されたエネルギー発生体（本実施の形態ではヒータ）と、該ヒータに電気的に接続するための配線電極２０と、ヒータ上にインクを吐出するためのインク流路３０と、該インク流路３０にインクを供給するためのインク液室と、インクの吐出方向を決定するインク吐出口４０と、前記配線電極２０に電気的信号若しくは電力を外部から供給するための接続電極５０と、該接続電極５０に電気的に接続して成る電気配線基板（例えば、フレキシブルプリント基板、ＴＡＢ等）６０と、接続電極５０と配線基板６０との接続部を封止するための封止材７０を有している。前記配線電極２０を形成している基板１０にほぼ垂直（略９０°）の平面を設け、その垂直な端面に前記配線基板６０を接続するための接続電極５０を形成している。
【００２０】
従って、インク吐出口４０を形成している平面と接続電極５０を形成した平面とが別平面となっている。
【００２１】
本実施の形態において使用した基板１０は、面方位が（１００）の単結晶Ｓｉ基板であり、その形成方法は前記実施の形態１に示した通りである。
【００２２】
＜実施の形態２＞
次に、本発明の実施の形態２を図３に基づいて説明する。尚、図３は本実施の形態に係るインクジェット記録へッドの部分断面図である。
【００２３】
本実施の形態に係るインクジェット記録ヘッドは、絶縁基体である基板１０と該基板１０上に形成されたエネルギー発生体（本実施の形態ではヒータ）と、該ヒータに電気的に接続するための配線電極２０と、ヒータ上にインクを吐出するためのインク流路３０と、該インク流路３０にインクを供給するためのインク液室と、インクの吐出方向を決定するインク吐出口４０と、前記配線電極２０に電気的信号若しくは電力を外部から供給するための接続電極５０と、該接続電極５０に電気的に接続して成る電気配線基板（例えば、フレキシブルプリント基板、ＴＡＢ等）６０と、接続電極５０と配線基板６０との接続部を封止するための封止材７０を有している。前記配線電極２０を形成している基板１０に略５４°傾いた平面を設け、該平面に前記線基板６０を接続するための接続電極５０を形成している。
【００２４】
従って、インク吐出口４０を形成している平面と接続電極５０を形成した平面とが別平面となっている。
【００２５】
本実施の形態において使用した基板１０は、面方位が（１００）の単結晶Ｓｉ基板であり、その形成方法は前記実施の形態１に示した通りである。
【００２６】
本発明の実施形態におけるインクジェットヘッド１１の全体的外観を図５に示し、その要部であるヘッドチップ１２を図４に破断状態で示す。ヘッドチップ１２は、例えば厚さ０．５〜１ｍｍのＳｉウェハを用いて製造され、相互に平行に配列する６本の細長いインク供給口１５がこのインクジェットヘッド１１で用いられる６色のインクに対応して形成されている。
【００２７】
各インク供給口１５には、このインク供給口１５の長手方向に沿って所定間隔で配列するインク室１３が当該インク供給口１５を挟むように２列に形成されており、各インク室１３には電気熱変換素子１４とこの電気熱変換素子１４と対向してインクを滴として吐出するための吐出口１６とが設けられている。
【００２８】
本実施形態では、インク供給口１５を挟んで相互に平行な２列の吐出口１６を相互に半ピッチずらしていわゆる千鳥状に配列しており、各列の吐出口１６に対応するインク室１３の間隔を６００ｄｐｉのピッチでそれぞれ配列させているため、各色のインクに対応してインク供給口１５の長手方向に沿って配列する吐出口１６の間隔は、見かけ上、１２００ｄｐｉの高密度に配置された状態となっている。また、電気熱変換素子１４およびＡｌなどで形成されて電気熱変換素子１４に電力を供給する電極配線１７は、成膜技術によりＳｉウェハの表面に形成され、電極配線１７の他方の端末は、Ａｕなどで形成されて発熱基板１２の表面から突出するバンプ１８となっている。図４においては省略されているが、本発明ではこのバンブ１８の周辺領域が、図１〜３で説明した様な電気的接続構造をとっている。
【００２９】
本実施形態における電気熱変換素子１４は、Ａｌなどで形成される電極配線１７によって覆われていない、例えばＴａＮ，ＴａＳｉＮ，Ｔａ，Ａｌなどで形成される発熱抵抗体層１９の一部であり、５３Ωのシート抵抗値を有する。また、これら電気熱変換素子１４および電極配線１７は、４０００Åの厚みのＳｉＮで形成された保護層２０で覆われ、さらに電気熱変換素子１４の上の保護層２０の表面は、２３００Åの厚みのＴａによる耐キャビテーション層２１が成膜されている。
【００３０】
上述したインク供給口１５は、発熱基板１２として用いられるＳｉウェハの結晶方位を利用し、異方性エッチングにより形成される。つまり、Ｓｉウェハの表面が＜１００＞で、その厚さ方向に＜１１１＞の結晶方位を持つ場合、例えばＫＯＨやテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）あるいはヒドラジンなどのアルカリ系異方性エッチング液を用い、エッチング方向に選択性を持たせて所望の深さにエッチングを行う。また、インク室１３および吐出口１６は、フォトリソグラフィ技術によって形成され、電気熱変換素子１４に電力を供給することによって、例えば４ピコリットルのインク滴を吐出口１６から吐出させる。
【００３１】
図６および図７にインクジェット記録方式を用いたプリンタの概略構成を示す。
【００３２】
図６において、この実施形態におけるプリンタの外殻をなす装置本体Ｍ１０００は、下ケースＭ１００１、上ケースＭ１００２、アクセスカバーＭ１００３および排出トレイＭ１００４の外装部材と、その外装部材内に収納されたシャシーＭ３０１９（図７参照）とから構成される。
【００３３】
前記シャシーＭ３０１９は、所定の剛性を有する複数の板状金属部材によって構成され、記録装置の骨格をなし、後述の各記録動作機構を保持するものとなっている。
【００３４】
また、前記下ケースＭ１００１は装置本体Ｍ１０００の略下半部を、上ケースＭ１００２は装置上本体Ｍ１０００の略上半部をそれぞれ形成しており、両ケースの組合せによって内部に後述の各機構を収納する収納空間を有する中空体構造をなし、その上面部および前面部にはそれぞれ開口部が形成されている。
【００３５】
さらに、前記排出トレイＭ１００４はその一端部が下ケースＭ１００１に回転自在に保持され、その回転によって下ケースＭ１００１の前面部に形成される前記開口部を開閉させ得るようになっている。このため、記録動作を実行させる際には、排出トレイＭ１００４を前面側へと回転させて開口部を開成させることにより、ここから記録シートが排出可能となると共に排出された記録シートＰを順次積載し得るようになっている。また、排紙トレイＭ１００４には、２枚の補助トレイＭ１００４ａ，Ｍ１００４ｂが収納されており、必要に応じて各トレイを手前に引き出すことにより、用紙の支持面積を３段階に拡大、縮小させ得るようになっている。
【００３６】
アクセスカバーＭ１００３は、その一端部が上ケースＭ１００２に回転自在に保持され、上面に形成される開口部を開閉し得るようになっており、このアクセスカバーＭ１００３を開くことによって本体内部に収納されている記録ヘッドカートリッジあるいはインクタンクなどの交換が可能となる。なお、ここでは特に図示しないが、アクセスカバーＭ１００３を開閉させると、その裏面に形成された突起がカバー開閉レバーを回転させるようになっており、そのレバーの回転位置をマイクロスイッチなどで検出することにより、アクセスカバーの開閉状態を検出し得るようになっている。
【００３７】
また、上ケースＭ１００２の後部上面には、電源キーＥ００１８およびレジュームキーＥ００１９が押下可能に設けられると共に、ＬＥＤ  Ｅ００２０が設けられており、電源キーＥ００１８を押下すると、ＬＥＤ  Ｅ００２０が点灯して記録可能であることをオペレータに知らせるものとなっている。また、ＬＥＤ  Ｅ００２０は点滅の仕方や色の変化をさせたり、ブザーＥ００２１をならすことによりプリンタのトラブルなどをオペレータに知らせるなど種々の表示機能を有する。なお、トラブルなどが解決した場合には、レジュームキーＥ００１９を押下することによって記録が再開されるようになっている。
【００３８】
次に、上記プリンタの装置本体Ｍ１０００に収納、保持される本実施形態における記録動作機構について説明する。本実施形態における記録動作機構としては、記録シートＰを装置本体内へと自動的に給送する自動給送部Ｍ３０２２と、自動給送部から１枚ずつ送出される記録シートＰを所望の記録位置へと導くと共に、記録位置から排出部Ｍ３０３０へと記録シートＰを導く搬送部Ｍ３０２９と、搬送部Ｍ３０２９に搬送された記録シートＰに所望の記録を行う記録部と、前記記録部などに対する回復処理を行う回復部（Ｍ５０００）とから構成されている。記録部は、キャリッジ軸Ｍ４０２１によって移動可能に支持されたキャリッジＭ４００１と、このキャリッジＭ４００１に着脱可能に搭載される記録ヘッドカートリッジとから主に構成される。
【００３９】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、順に重ねて接合された接続電極とバンプ電極と電気配線部材とを覆って封止する封止材が、吐出口が開口する位置よりも上方へは飛び出さないので、インクジェット記録へッドの信頼性向上を図ることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係るインクジェット記録ヘッドの部分断面図である。
【図２】  本発明に関連する技術の実施の形態に係るインクジェット記録ヘッドの部分断面図である。
【図３】  本発明の実施の形態２に係るインクジェット記録ヘッドの部分断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係るインクジェットヘッドの要部を示す部分的破断斜視図である。
【図５】本発明の実施形態に係るインクジェットヘッドの全体的概観を示す斜視図である。
【図６】本発明の実施形態に係るインクジェット記録装置の全体的概観を示す斜視図である。
【図７】本発明の実施形態に係るインクジェット記録装置の要部を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０  基板（絶縁基体）
２０  配線電極
３０  インク流路
４０  インク吐出口
５０  接続電極
６０  電気配線基板
７０  封止材
８０  バンプ電極
９０  絶縁膜
【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】
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【図６】
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【図７】
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