(57)【要約】【課題】  長尺のプリントヘッドを精度良く実現する。【解決手段】  配線体基板よりなるサブプレートと、サブプレートを支持するメインプレートよりなるベースプレートを含むプリントヘッドとする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを吐出する複数のノズルと、吐出エネルギーを発生する複数の記録素子を具備し、インクが供給されるインク供給口が形成された複数の記録素子基板と前記記録素子基板を保持し、記録素子基板にインクを供給するための複数のインク供給口を有する支持部材とで構成され、複数の記録素子基板がノズル列方向に沿って配置されるインクジェット記録ヘッドにおいて、前記支持部材は、配線を備えた複数のサブプレートと、前記サブプレートを支持、固定するメインプレートとの組み合わせより構成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】
前記サブプレートに、前記記録素子が配置されている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】
前記インクジェット記録ヘッドに使用する複数の前記サブプレートに、
サブプレートの位置や高さ、角度とその配列の少なくとも1つ以上の座標を固定する位置決め装置、またはサブプレートを入力座標に配置するサブプレート配置装置においてサブプレートの座標を調整するコントローラ部に付随の基準甲部に迎合する1つ以上の基準乙部、
または座標認識ユニット部へ入力指定された座標情報に基づいて、コントローラ部がサブプレートの座標を調整するサブプレート配置装置において、座標認識ユニット部に付属の画像認識装置で認識可能な1つ以上の基準パターンが形成されている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４】
前記サブプレートの基準乙部と、前記基準乙部に迎合する基準甲部を伴った前記位置決め装置またはサブプレート配置装置において、
前記基準乙部と基準甲部を迎合させることで前記サブプレートが位置決め装置上に固定され、サブプレートの位置座標や高さ、角度とその配列の少なくとも1つ以上の座標が一意的に決定される、
または前記基準乙部と基準甲部を迎合させることで、サブプレートの位置や高さ、角度とその配列の少なくとも1つ以上の座標がコントローラ部の動作により調整ならびに決定される、
ことを特徴とする請求項3に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項５】
前記サブプレートの前記基準パターンと、基準パターンを認識する画像認識装置において、前記基準パターンを認識することでサブプレートの座標を認識し、前記コントローラ部が入力指定された座標に基づいてサブプレートの座標調整を行うことを特徴とする請求項３に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項６】
前記サブプレートのインク供給口と、前記インク供給口を認識する画像認識装置において、前記インク供給口のパターンを認識することでサブプレートの座標を認識し、前記コントローラ部が入力指定された座標に基づいてサブプレートの座標調整を行う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７】
前記サブプレートと、前記メインプレートよりなる支持基板において、サブプレートはメインプレートに設けられた開口内部に配置され、サブプレートをメインプレートに固定してなることを特徴とする、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項８】
前記サブプレートと、前記メインプレートよりなる支持基板において、メインプレートの形成工程で、配置が決定されたサブプレートをメインプレート材料で支持し、メインプレートの硬化形成を以って、支持基板とすることを特徴とする、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項９】
前記サブプレートと、前記メインプレートよりなる支持基板において、サブプレートはメインプレートに設けられた開口の上部に配置され、サブプレートをメインプレートに固定することを特徴とする、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項１０】
前記サブプレートはその表面に、プレート中に形成された配線の少なくとも一端の端子が露出し、支持板上に搭載される電気配線基板の端子と接続されることを特徴とする、請求項１ないし請求項９のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項１１】
前記サブプレートとメインプレートは、其々のプレート内または表面に形成されている配線の端子がその表面に露出し、各端子間が接続されることを特徴とする、請求項１ないし請求項９のいずれかに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、例えば記録用紙等の被記録媒体にインクを吐出して記録動作を行うインクジェット記録ヘッド、およびインクジェット記録ヘッドの製造装置、製造方法に関する。
【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比較的低く、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、製品化されている。最近では、より一層高精細の記録を行うために、インクを吐出するためのノズルを、フォトリソグラフィ技術を用いて高精度に作製する方法等も利用されてきている。
【０００３】
また、ヘッド構成による印刷方式においては、従来の一般的なプリンタヘッドはシリアル方式であり、ノズルを有するヘッドを記録媒体の幅方向に移動させて印画を行う。また近年では、多数のヘッドを記録媒体の幅方向に並べて配置し、印画幅分のラインヘッドを形成することでヘッドの移動を伴わずに印画を行うライン方式も知られている。ライン方式においては、記録媒体の全幅にわたるヘッドを一体で形成することは、製造方法、歩留まり問題、発熱問題、コスト問題等の問題により現実的ではない。このため、小さなヘッドを、端部同士が繋がるように複数並設して、それぞれのヘッドに信号を分割して処理を行わせることで、記録媒体の全幅にわたる記録を行うようにしている。
【０００４】
また同時に、プリンタヘッド小型化への要望は開発当初から挙がっており、近年ではプリントヘッドに貫通配線を形成し、ヘッド裏面に電極端子を形成して電源や制御用基板と電気的接続を確立することでプリンタヘッドの駆動並びに制御を行う構造が提案されている。この構造では、ヘッド裏面の電極端子と接続される電極端子が記録素子支持基板であるベースプレート上に形成されており、ベースプレートは積層配線体構造となっているので表面の電極端子はベースプレート内で再配線されて、電源や制御用基板と接続する為の外部取り出し電極をベースプレート上に形成している。この構造では記録素子基板であるヘッドのチップ面積から電極端子の面積を取り除き、またベースプレート上の記録素子基板実装面積内にベースプレート上の電極端子を収めることが可能となり、プリンタヘッドの小型化が実現される。
【０００５】
上記の例として、下記特許文献１、特許文献２と特許文献３をあげることが出来る。
【特許文献１】特開平07-242004号公報
【特許文献２】特開2004-050445号公報
【特許文献３】特開2002-086742号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年では、より一層高速に高精細な画像の記録を実現するために、記録幅がより一層長い記録ヘッドの実現も望まれている。具体的には、記録ヘッドの長さが４インチ〜１２インチ等の長さのものも要求されてきている。
【０００７】
このように記録幅が長い記録ヘッドを実現するにあたって、様々な課題を有している。
【０００８】
例えば図１３に示すような、多数の記録素子基板100を記録媒体の幅方向に並べて配置するラインヘッドにおいては、高品位な印作画質を実現する為には記録素子基板の同色ノズル列を幅方向全体に渡って等間隔で欠けることなく、また並行に配置する必要があるので、記録素子基板のマウントに高い位置精度が要求される。記録素子支持基板であるベースプレート120上に任意の原点を取り、そこからの相対座標で記録素子基板をマウントする方式の場合は、マウント精度を除けばノズル配列は設計値通りとなる。
【０００９】
一方、記録素子基板には貫通電極端子やインク供給口が設けられており、供給口はベースプレートに設けられたインク供給口を通してインクタンク内のインクとつながり、其々はインクを通して液体的に接続される。記録素子基板は原点や各チップ間の相対座標に基づいてマウントされるが、同時に記録素子基板の電極端子やインク供給口はそのマウントされる位置においてベースプレートに設けられた電極端子やインク供給口と整合しなければならない。そのため、ベースプレートの寸法とベースプレート上の電極端子やインク供給口位置は共に記録素子基板マウント精度に反映される為、其々の設計値を高精度に実現したベースプレートが形成されなければ成らない。
【００１０】
ペースプレートは一般にアルミナ(Al3O3)材料に代表される焼結体で形成され、ベースプレートの寸法と電極端子やインク供給口は焼結前に加工形成されるが、焼結工体において材料の変形がおき、その変形の割合は材料の種類や純度などによってほぼ一定の値となるので、ラインヘッドに代表される大型のベースプレートを形成する場合はその大きさに比例して変形量が大きくなり、結果として電極端子やインク供給口位置精度が設計値許容誤差を上回り、高品質な印字画質が実現できなくなる。また、焼結体の加工形成を焼結後に行うこともできるが、焼結体の硬度は高いので加工に必要とされる費用並びに時間が増大するため量産品の製造工程に用いることは難しい。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した目的を達成するため、本発明に係るインクジェット記録ヘッドは、インクを吐出する複数のノズルと、吐出エネルギーを発生する複数の記録素子を具備し、インクが供給されるインク供給口が形成された複数の記録素子基板と前記記録素子基板を保持し、記録素子基板にインクを供給するための複数のインク供給口を有する支持部材とで構成され、複数の記録素子基板がノズル列方向に沿って配置され、前記支持部材は、配線を備えた複数のサブプレートと、前記サブプレートを支持、固定するメインプレートとの組み合わせより構成している。
【発明の効果】
【００１２】
上述したように本発明によれば、高い位置精度が必要な電極端子やインク供給口のみを小片の積層配線体として形成し、支持プレ−トに精度良く配置することによって支持プレ−トにおける複数のインク供給口や電極端子の位置精度を比較的簡単に高めることが可能となる。よって記録素子基板を高精度で配置することができるため安価で信頼性が高い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】
【００１３】
次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。
【００１４】
以下、本発明の具体的な実施形態について、図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は本実施形態のヘッド構造を示す分解斜視図であり、図２は図１のヘッドの概略斜視図であり、図３は本発明を適用したインクジェット記録ヘッドを示す外観斜視図である。また図４は本実施例に用いられる記録素子基板の概略斜視図で、図５は図４のＢ-Ｂ'断面を示す模式断面図、図６は図３のＡ-Ａ’断面を示す模式断面図である。
【００１６】
図１〜図３において記録ヘッド101は、記録素子基板100と支持部材120、液体供給部材150とからなる。
【００１７】
記録素子基板100は図４,図５に示すようにＳｉ基板110からなりその中央部には表面から裏面に貫通する液体供給口102が開口され、表面には複数の電気熱変換素子103が所定の位置に配置され、その電気熱変換素子に対応するように発泡室109や吐出口107が樹脂等の部材で形成されている。さらに記録素子基板100の端部には記録素子基板100の電気熱変換素子103に電力や記録信号を外部から送るための電極111がＳｉ基板を貫通して記録素子基板100の裏面に形成されている。
【００１８】
また支持部材120は図1に示すようにサブプレ−ト010とメインプレ−ト020で構成されている。メインプレ−ト020には複数の開口030が形成されており、サブプレ−ト010には記録素子基板100に電力や記録信号を供給するための電極021と液体供給穴031が形成されている。そしてサブプレ−ト010はメインプレ−ト020の開口030のなかに配置され固定されている。  そしてサブプレ−ト上には記録素子基板100が正確に位置決め固定され、メインプレ−ト020の表面には電気配線部材130が配置固定されている。  そして図6に示すように記録素子基板100の電極111とサブプレ−ト010の電極端子021は金属バンプなどを用いて、さらにサブプレ−ト010の電極端子022と電気配線部材130の電極端子131はワイヤーボンディングにより互いに電気的に接続されておりその部分は封止剤140で封止されている。
【００１９】
そして液体供給部材150はメインプレ−ト020と接合されており、インクタンクからの記録液を記録素子基板100に供給する。
【００２０】
本実施例では図9に示すようにサブプレート010は複数の絶縁シ−ト210と配線部材220を積層して形成された積層配線基板である。記録素子基板100の電極111と接続するための電極端子021と、この電極端子021と電気的につながっており、記録装置本体からの電気信号を受け取る為の端子125とを有している。例えばサブプレートの絶縁シ−ト210は、厚さ0.1mm〜5mmのアルミナ(Al3O3)材料で形成されており、配線部材220は銀ペースト等の導電材料で、各絶縁シ−トにインク供給口031を形成した後に積層し、焼成することで形成されている。サブプレート010の素材は、アルミナに限定されることなく、メインプレート020や記録素子基板100の線膨張率と同等の線膨張率を有し、かつ、メインプレート020や記録素子基板100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良い。
【００２１】
本実施例ではまずこのサブプレート010の大きさを記録素子基板と同等かそれより一回り大きい程度にすることにより焼成工程によるプレートの変形量をできるだけ小さくし、高精度に供給口や電極を形成した。
【００２２】
次にサブプレ−ト010をメインプレ−ト020に高精度に配置するため、サブプレート010の裏面に、図９(ｃ)に示すように、位置決め用の穴15を２個設けた。この位置決め用の穴15はインク供給口031の形成と同じ工程（同じ打ち抜き型を用いて）で形成され、また互いの寸法距離が短いので位置決め用の穴15と電極端子021やインク供給口031の相対位置は高い精度精度を確保できる。そしてサブプレ−ト010をメインプレ−ト020に位置決め固定するための位置決め用の冶具（不図示）を用意し、サブプレ−トの穴15に勘合する突起を治具に精度良く配置し、この突起とサブプレ−トの穴15を勘合させてサブプレートを固定した。
【００２３】
以上よりメインプレ−ト020に複数のサブプレ−ト010の電極端子021やインク供給口031が精度よく配置された支持部材120が形成できる。よって記録素子基板100を支持部材120上に高精度で配置することができるため高品位の記録が行える安価で信頼性が高い記録ヘッドを提供できる。
【００２４】
また上記方法と同様にサブプレ−トを射出形成用の型の中で正確に配置固定し、メインプレ−トを射出成型することによって、メインプレ−トの中にサブプレ−トをインサ−トした支持部材が簡単に形成できる。
【００２５】
このときメインプレートは、例えば、厚さ0.5mm〜10mmのポリフェニレンサルファイド（PPS）樹脂を主原料とした射出形成樹脂材料で形成すると良好な結果が得られているがPPSに限定されることなく、サブプレートや記録素子基板の線膨張率と同等の線膨張率を有し、かつ、サブプレートや記録素子基板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良い。
【００２６】
さらにまた、図８に示すようにメインプレ−トはサブプレ−トと同様に複数の絶縁シ−ト210と配線部材220の積層を繰り返すことにより形成される積層配線体であっても構わない。
【００２７】
また記録素子基板100に電力や記録信号を供給するための電極111が記録素子基板100の表面に配置されている場合には図７に示すように記録素子基板100の電極111とサブプレ−トの電極端子021を互いにワイヤボンディング技術により金属ワイヤ−で接続し、さらに電極端子021と電気配線部材130の電極端子131とを同様にワイヤ−ボンディングで接続してもよい。
【実施例２】
【００２８】
次に、第２の実施形態における記録ヘッドの構成について説明する。
【００２９】
第２の実施形態は、サブプレ−トの位置を画像処理方法を用い画像認識しメインプレ−トに正確に位置決め固定し、支持部材を形成する形態である。
【００３０】
メインプレ−トとサブプレ−トの構成は第一図で示した第一の実施例と同様である。
【００３１】
図１０は本実施例を示すサブプレ−トである。サブプレート010の表面にアライメントマ−ク16を設け、このアライメントマ−ク16を基準点としてサブプレート010の位置を調整し固定する方法である。この方法としては例えばアライメントマ−ク16を画像認識装置で読み取りこれを画像処理で識別してサブプレートのX、Y、Z、θ位置を、マニピュレータ等の機械で調整し、メインプレ−トに対して配置固定する。
【００３２】
このとき使用するメインプレート020の形成は第一の実施例に記載の樹脂の射出成型品やサブプレート010と同様の焼結体でも良い。サブプレート010はメインプレート020に形成された、サブプレート010より大きな穴030に挿入され、支持固定されることで支持部材を形成する。サブプレート010の位置決め調整は、メインプレ−ト020の開口030への挿入前でも後でも良く、前の場合はサブプレート010を位置決め治具上に配置固定した状態でメインプレート020を上から載せ、サブプレ−ト010とメインプレ−ト020の開口030の間の隙間を接着剤または封止剤で埋めて固定する。後の場合はメインプレート020を作業台上配置し、開口030にサブプレート010を挿入し、その後にサブプレート010のX、Y、Z、θ位置を調整しサブプレ−ト010とメインプレ−ト020の開口030の間の隙間を接着剤または封止剤で埋めて固定する。接着剤または封止剤050は、例えば、粘度が低く、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く、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等が好適である。
【００３３】
以上よりメインプレ−ト020に複数のサブプレ−ト010の電極端子021やインク供給口031が精度よく配置された支持部材120が形成できる。よって記録素子基板100を支持部材120上に高精度で配置することができるため高品位の記録が行える安価で信頼性が高い記録ヘッドを提供できる。
【００３４】
本実施例ではサブプレ−トの位置決め方法としてアライメントマ−クを用いたがサブプレ−トの位置を認識し調整できればどのような手段を用いても良い。従ってサブプレートに形成されているインク供給口の形状を画像認識し、メインプレートに対して正確に配置しても良い。
【００３５】
さらにサブプレ−トはメインプレ−トの開口の中に配置される構成で説明したが図１１に示すようにメインプレ−トの開口を覆うようにサブプレ−トを配置して本実施例を行っても良い。
【実施例３】
【００３６】
次に、第３の実施形態における記録ヘッドの構成について説明する。
【００３７】
第３の実施形態は、メインプレ−トの外周部にサブプレ−トの少なくとも一辺を露出させその辺を用いて外部装置とエレキ接続を行う形態である。
【００３８】
図１２は本実施例を示す支持部材である。サブプレ−ト010はメインプレ−ト020の開口内部に収容され、サブプレ−ト010の外辺一辺がメインプレ−トの外周部に露出するように配置されている。そしてサブプレ−ト010の外辺Fは記録装置本体からの電気信号の一部、または全てを受け取るための外部信号入力端子017を備えている(図12(ｂ))。この外部信号入力端子はサブプレート010の積層配線形成技術を用いてサブプレート側面に形成されており、記録装置本体に設けられたコネクタなどを用いてエレキ接続される。したがって図１に示したような電気配線部材を用いない構成が可能となり、記録ヘッドの実装構成の簡略化やコストダウンが図れる。
【００３９】
また第1、第2の実施例と同様にサブプレ−ト010をメインプレ−ト020の開口部を覆うように配置した場合においても本実施例は適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本実施形態の記録ヘッド構造を示す分解斜視図である。
【図２】本実施形態の記録ヘッド構造を示す組み立て斜視図である。
【図３】本実施形態のインク供給部材まで含めた記録ヘッドを示す組み立て斜視図である。
【図４】記録素子基板を説明するための斜視図である。
【図５】図４（a）のB-B'断面である。
【図６】本実施形態の記録ヘッド構造を示す、図3A-A'断面図の１例である。
【図７】本実施形態の記録ヘッド構造を示す、図3A-A'断面図の１例である。
【図８】本実施形態の記録ヘッド構造を示す、図3A-A'断面図の１例である。本実施形態の記録ヘッドを示す俯瞰図であり、（a）が記録素子基板の実装付近の図、（ｂ）が第2の実施形態におけるサブプレートの裏面図、（ｃ）が第３の実施形態におけるベースプレートの拡大図である。
【図９】本実施形態のサブプレートを示す図であり、（a）が上面図、(b)が(a)C-C'の断面図、(c)が裏面図である。
【図１０】第2の実施形態の記録ヘッドを示す拡大図である。
【図１１】第2の実施形態に記載の記録ヘッドを示す図であり、（a）がメインプレートであり、（ｂ）が（a）にサブプレートを実装した図、（ｃ）が（ｂ）に記録素子基板を実装した図であり、（ｄ）が（ｃ）のD-D'断面図である。
【図１２】第3の実施形態に記載の記録ヘッドを示す図であり、（a）が組立図であり、（ｂ）が（a）に記載のEより見た図である。
【図１３】従来の記録ヘッドを示す外観斜視図であり、（a）が外観斜視図で（ｂ）が模式断面図である。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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