JP2009073035A - 記録ヘッド及びそれを備えたインクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＩＬＢパッドとＴＡＢリードの間に障壁部を設ける構成において、
障壁部高さを大幅に高くすることなく、リードとＨＢエッジの非接触信頼性を向上させること。
【解決手段】 障壁部天面が、パッド側よりもＴＡＢ基板側の方が高くなる様な傾斜を持つようにする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、インクを吐出して記録媒体に記録を行うインクジェット記録装置に関連する。より詳細には記録ヘッドの記録素子基板上に、上面が傾斜を持った障壁部材を設けることにより電気接続信頼性を向上させる記録ヘッド及びインクジェット記録装置に関する。

インクジェット方式による記録技術は、ランニングコストが安く、静かな記録方法として注目されている。近年、市場からはより一層の画像品位の向上が求められており、記録液滴の体積をより小さくすることにより、画像における粒状感等を低減させてきた。

しかしながら、吐出する液滴体積が小さくなればなるほど、記録ヘッド周りの気流等の影響を受けやすくなる。つまり気流に押された飛翔液滴は、飛翔方向が僅かではあるが曲がり、紙などの記録媒体上での着弾位置のバラツキが大きくなる。このバラツキが濃度ムラなどの画像品位劣化の要因となる。記録ヘッドと記録媒体との距離を短くすることが出来れば、記録液滴の同程度の飛翔方向曲がりでも着弾点位置ズレを小さくすることが出来る。従って、記録ヘッドと記録媒体との距離を縮めることが、以前から試みられていた。

特許文献１では、記録素子基板と、ＴＡＢ（Tape Automated Bondingの略）部材とが示され、ＴＡＢ部材から延伸しているリード部が記録素子基板上のパッドに接続される構成が開示されている。ここで、リード部が記録素子基板表面に接触することの無いように、記録素子基板上に絶縁性材料から成る障壁部材を設けている。

図９は従来の記録ヘッドの記録素子基板とＴＡＢ部材との構成を表す模式図である。図９において、電気配線テープＨ２３００の配線部（不図示）に導通している電極端子Ｈ２３０４の先端部は、電極部Ｈ２１０４の直上部にて電気的に接続されている。電気配線テープＨ２３００と記録素子基板Ｈ２１１０が電気的接続された後、記録素子基板Ｈ２１００に接着固定されている。また、電気配線テープＨ２３００はインク貯留部材Ｈ１５００に接着剤により接着固定されている。

図１０は従来の記録ヘッドと記録媒体との距離を縮めるために、インクが吐出する面Ｈ２１０７を記録媒体側に近づけた状態を表す図である。図１０において、電極部Ｈ２１０４の高さは、電極端子Ｈ２３０４の電気配線シートＨ２３００と接続されている部分の高さより高いため、電極端子Ｈ２３０４は記録素子基板Ｈ２１１０の稜線Ａに接触する。

図１１は、電極端子Ｈ２３０４が記録素子基板Ｈ２１００に接触するのを防ぐため、電極部Ｈ２１０４と記録素子基板Ｈ２１００の稜線Ａとの間に障壁部材Ｈ２１１１を設けた状態を示す模式図である。障壁部材Ｈ２１１１を設けた構成では、記録素子基板を記録媒体方向に近づけても、電極端子Ｈ２３０４が記録素子基板表面に接触し難くなる。従って、記録ヘッドのインク吐出面と記録媒体との距離を縮めることができる。

ところで、記録素子基板は、記録素子上で記録液を保持・発泡させる機能を持ったノズル部材を備えている。このノズル部材形状の厚みは極めて薄く、また、記録液を吐出する部分はミクロンオーダーでの精度を必要とする為、フォトリソ製法によって形成される。ノズル部材は、エポキシ系樹脂材料をスピンコート方法等により塗布し、パターニング後に不要部分を除去することにより形成される。

また、先ほどの記録素子基板上に設けられた障壁部材も同等に高い精度が要求される為、同様にフォトリソ製法により形成される。この隔壁部材も電極端子が記録素子基板上に接触するのを防止する重要な役割を担っている為、その高さは重要となる。

特許文献２では、記録素子基板上に設けられる予定のノズル部材の周囲を、予め型材にて取り囲むことにより、ノズル部の高さバラツキを低減させる構成が開示されている。遠心力を用いたスピンコート塗布方法は外周部において、塗布した接着材が厚くなる傾向がある。ここでは型材により、接着剤の不必要な移動を防止し、接着剤膜厚の安定化を図っている。
特表２００５−５０６９１７号公報 特許第３４５９７０３号公報

しかしながら、障壁部材によりＴＡＢ部材の電極端子が記録素子基板のエッジ部に接触しない訳ではなく、周囲の関連寸法によっては接触する場合がある。障壁部材高さにはバラツキがあり、これがリード部と記録素子基板が接触する接触率を上げることになる。接触率低減の為、障壁部材高さを極端に高くすればほとんど接触しなくなる。しかし、その分障壁部材の上に乗る電極端子の高さが高くなり、その電極端子を被覆する封止材高さが高くなる。結局、記録ヘッドと記録媒体との距離を縮めることが出来なくなる。

従って、課題は障壁部材高さを高くすることなく、接触防止の信頼性を向上させることである。

上記目的を達成するため、本発明の記録ヘッドは、インクを吐出する複数の吐出口を備えた記録素子基板と、電気エネルギを受け入れる記録素子基板上に設けられたパッドと、パッドと電気接続するフレキシブル部材から延伸した電極端子と、記録素子基板端部とパッドとの間に設けられた絶縁性の障壁部材によって構成されており、前記障壁部材天面のパッド側の高さが反パッド側に比べ低くなる様に傾斜していることを特徴としている。

上述のように、本発明によれば、障壁部材高さを高くすることなく、ＴＡＢ部材の電極端子がＳｉ基盤端部のエッジに接触する確率を低減させることが可能となる。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図1から図８は、本発明に係る液体吐出ヘッドもしくは液体吐出装置の一実施例としてのインクジェット記録ヘッドもしくはインクジェット記録装置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各構成要素について説明する。

図２は本実施形態におけるインクジェット記録装置の概略の構成を示す模式図であり、以下に、その動作について説明する。

図２に示すインクジェット記録装置は、第一の記録ヘッドＨ１０００、第二の記録ヘッドＨ１００１の往復移動（主走査）と、記録媒体１０８の所定ピッチごとの搬送（副走査）とを繰り返している。これらの動きと同期させながら第一の記録ヘッドＨ１０００、第二の記録ヘッドＨ１００１から選択的にインクを吐出させ、記録媒体１０８に付着させることで、文字や記号、画像等を形成するシリアル型の記録装置である。

第一の記録ヘッドＨ１０００、第二の記録ヘッドＨ１００１は、ガイドシャフト１０３に摺動自在に支持され、不図示のモータ等の駆動手段によりガイドシャフト１０３に沿って往復移動されるキャリッジ１０２に着脱可能に搭載されている。記録媒体１０８は、搬送ローラ１０９により第一の記録ヘッドＨ１０００、第二の記録ヘッドＨ１００１のインク吐出面に対面する。そして、インク吐出面との距離を一定に維持するように、キャリッジ１０２の移動方向と交差する方向（例えば、直交する方向である矢印Ａ方向）に搬送される。第一の記録ヘッドＨ１０００、第二の記録ヘッドＨ１００１は、いわゆるカートリッジ方式を採るものであり、前述したキャリッジ１０２に対して着脱可能となっている。従って、充填されているインクが消費されて無くなった場合は、記録ヘッドを交換することができる。

本実施形態の記録ヘッドは、インクタンク一体型のものであり、図３（ａ）、図３（ｂ）に示すような、ブラックインクが充填された第１の記録ヘッドＨ１０００と、複数のカラーインクが充填された第２の記録ヘッドＨ１００１との２形態を有する。

以下、第一の記録ヘッドＨ１０００を一例として、その構成を詳細に説明する。

第１の記録ヘッドＨ１０００は、いずれも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を生成する電気熱変換体を用いた記録ヘッドである。また、この記録ヘッドは記録素子としての電気熱変換体とインク吐出口とが対向するように配置されている。本実施例では、これら記録ヘッドはインクを吐出する記録素子基板（液体を吐出するための吐出口を備え、供給された電力を用いて液体を吐出する液体吐出部材の実施例である。）と、記録素子基板へ供給されるインクを保持・貯留するインクタンクとを、一体に備えた構造のものを用いて説明しているが、インクタンクを別体とした構造の記録ヘッドであっても構わない。

図４は、第１の記録ヘッドＨ１０００の分解斜視図である。第１の記録ヘッドＨ１０００は、第１の記録素子基板Ｈ１１００、電気配線部材としての電気配線テープＨ１３００、インク貯留部材Ｈ１５００を含んで構成されている。

図５は、第１の記録素子基板Ｈ１１００の構成を説明するための図で、一部破断して示す斜視図である。第１の記録素子基板Ｈ１１００は、例えば、厚さ０．２ｍｍ〜１ｍｍのＳｉ基板Ｈ１１１０に、インク流路である長溝状の貫通口のインク供給口Ｈ１１０２を形成したものである。そして、第１の記録素子基板Ｈ１１００のインク供給口１１０２がインク貯留部材Ｈ１５００のインク供給口Ｈ１２００（図４）に連通するよう、第１の記録素子基板Ｈ１１００がインク貯留部材Ｈ１５００（図４）に対して位置精度良く接着固定される。

Ｓｉ基板Ｈ１１１０には、インク供給口Ｈ１１０２を挟んでその両側に、電気熱変換素子Ｈ１１０３が１列ずつ並べて配置され、さらに電気熱変換素子Ｈ１１０３に電力を供給するＡｌなどからなる不図示の電気配線が形成されている。

また、Ｓｉ基板Ｈ１１１０には、電気配線に電力を供給したり、電気熱変換素子Ｈ１１０３を駆動するための電気信号を供給したりするための電極部Ｈ１１０４が、電気熱変換素子Ｈ１１０３の列の両端に位置する側の辺部に沿って配列されている。また、それぞれの電極部Ｈ１１０４上にはＡｕなどからなるバンプＨ１１０５が形成されている。また、電極部Ｈ１１０４とＳｉ基板Ｈ１１１０の端部との間に、障壁部材Ｈ１１１１が設けられている。

本実施例では、電極部Ｈ１１０４上にはＡｕなどからなるバンプＨ１１０５が形成されているが、必ずしもバンプ形状でなくてもよく、電極部Ｈ１１０４上にＡｕなどのメッキを施しても構わない。

図６（ａ）〜図６（ｅ）は本発明の障壁部材Ｈ１１１１の形成方法のひとつの方法を示すものであり、図５における障壁部材と直交する方向の断面模式図である。

形成方法の概要は、障壁部材の形成予定位置から所定間隔をおいた位置に溶解可能な型部材を予め設け、その上に光硬化性樹脂を形成し、最後に型材を除去するものである。

次に、図６（ａ）〜図６（ｅ）を用いて、形成方法について詳細に説明を行う。

まず、ヒータおよびインク供給口が形成されたＳｉ基板Ｈ１１１０上に光反応性ポジ型レジスト材を塗布し、フォトリソ工程により障壁部材の周囲に後で溶解可能な型部材Ｋ０００１を形成する（図６（ａ））。

さらに、Ｓｉ基板Ｈ１１１０および型部材Ｋ０００１上に、障壁部材となる光反応型ネガ型レジストである樹脂Ｈ１２１２をスピンコート等の方法により塗布を行う。このとき、樹脂Ｈ１２１２の厚みは、型部材Ｋ００１上が厚くなり、型部材と型部材との間は、型部材が無い箇所に比べ薄くなる。（図６（ｂ））
障壁部材の樹脂Ｈ１２１２は光により選択的に硬化可能である。本実施例では硬化予定部分から型部材Ｋ０００１までの距離が、所定の距離Ｌ１、Ｌ２だけ離れた場所のみに光を照射し硬化させる（図６（ｃ））。ここで、Ｌ１＜Ｌ２の関係の場合、樹脂Ｈ１２１２の上面は斜面となる。本実施例ではＬ１、Ｌ２の寸法を、Ｌ１＝０．０１ｍｍ、Ｌ２＝０．０８ｍｍとしている。

次に、図６（ｃ）にて光が当たらなかった樹脂Ｈ１２１２の未硬化部分Ｈ１２１３を現像液にて洗い流す（図６（ｄ））。

ここで、障壁部材Ｈ１１１１は二つの型材Ｋ０００１の中間ではなく、Ｓｉ基盤端部側に寄っているため、上面は平らではなく、Ｔ１＞Ｔ２の関係の寸法となる。これは、型部材Ｋ０００１の近傍に塗布されたノズル部材樹脂表面が平面にならずに斜面になることを逆に利用したものである。

ここで図７（ａ）は、図６（ｄ）を矢印Ｂより観た矢視図である。型材Ｋ０００１は障壁部材Ｈ１１１１を挟むように配置されており、型材Ｋ０００１の長さは、障壁部材Ｈ１１１１とほぼ同じ長さとなっている。本実施例では、型材Ｋ０００１は直線形状になっているが、所望の形状が得られれば、図７（ｂ）で示す様に取り囲む構成でも、図７（ｃ）で示す様に部分的に欠落した構成でも、それ以外の構成でも構わない。

次に、型部材Ｋ０００１を除去液にて溶解し、障壁部材Ｈ１１１１の形成が完了する。（図６（ｅ））。

また、本発明者は、型部材Ｋ０００１が無い場合に比べ、型部材Ｋ０００１があることにより、障壁部材Ｈ１１１１の高さ寸法バラツキが小さくなることを発見した。

また、本実施例では障壁部材Ｈ１１１１形成工程はノズル部材形成と同工程にて行っているが、必ずしもその必要はない。また、本実施例では、型部材に光反応性ポジ型レジストを用いているが、ネガ型レジストでも構わない。同様に本実施例では、障壁部材に光反応性ネガ型レジストを用いているが、ポジ型レジストでも構わない。

ところで、図７において型部材Ｋ０００１を設けたが、型部材を配置する効果は他にもある。図８を用いてその効果を説明する。

図８（ａ）はＳｉ基板Ｈ１１１０を切断する前のＳｉウエハー状態を示した図である。ここで、格子状に描かれた線は切断ラインＳ０００１であり、この線に沿って厚みがおよそ０．０６ｍｍの円盤状の砥石で切断する。切断後の長方形のチップ片がＳｉ基板Ｈ１１１０となる。

図８（ｂ）は、図８（ａ）で示されたＣ部の拡大図である。また、Ｓｉ基板Ｈ１１１０の長手方向の両端部には電極部Ｈ１１０４が配置されている。ここで、型部材Ｋ０００２は、前述した切断ラインＳ０００１上に設けられ、型部材Ｋ０００３は電極部Ｈ１１０４上に設けられている。

型部材Ｋ０００２を切断ラインＳ０００１上に設けることにより、図８（ａ）上に樹脂Ｈ１２１２を遠心力を用いたスピンコート等の方法にて塗布する場合、ウエハー全体の膜厚がより均一になる効果がある。ここで、チップ上にはインクを吐出する為のノズル部材などの必要部材が無駄なく配置されている為、型部材を配置するスペースに不足しがちであるが、切断ラインＳ０００１は切断時に無くなってしまうので、配置することが可能である。本実施例では型部材Ｋ０００２の幅は、切断幅以下の幅である０．０５ｍｍとしている。

また、図６（ｃ）において、光が当たらなかった樹脂Ｈ１２１２の未硬化部分Ｋ０００１を現像液にて洗い流す際に、電極部Ｈ１１０４の表面の金属膜を腐食させることがある。型部材Ｋ０００３を電極部Ｈ１１０４上に設け、金属膜を保護することにより、この腐食を防止する効果がある。

従って、図７（ａ），図７（ｂ），図７（ｃ）で説明した型部材を、上記の効果が出る様な位置に設けると、記録ヘッドの品質向上にもなる。

図４において、電気配線テープＨ１３００は、第１の記録素子基板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電気信号経路を形成するものであり、ポリイミドのベース基材上に銅箔の配線パターンを形成することで構成されている。また、第１の記録素子基板Ｈ１１００を組み込むための開口部Ｈ１３０３が形成されており、この開口部の縁付近には、第１の記録素子基板Ｈ１１００の電極部Ｈ１１０４に接続される電極端子Ｈ１３０４が形成されている。さらに、電気配線テープＨ１３００には、本体装置からの電気信号を受け取るための外部信号入力端子Ｈ１３０２が形成されており、この外部信号入力端子Ｈ１３０２と電極端子Ｈ１３０４が連続した銅箔の配線パターンでつながれている。

図１は、電気配線テープＨ１３００と第１の記録素子基板Ｈ１１００の電気的接続を示すものである。電気配線テープＨ１３００の配線部（不図示）に導通している電極端子Ｈ１３０４の先端部は、電極部Ｈ１１０４の直上部にて電気的に接続されている。その接続は、熱をかけながら荷重及び振動を加えて電極端子Ｈ１３０４の表面のＡｕ層と電極部Ｈ１１０４上のバンプＨ１１０５のＡｕ同士を溶着する方法にて行う。

電気配線テープＨ１３００と第１の記録素子基板Ｈ１１００が電気的接続された後、第１の記録素子基板Ｈ１１００のインク供給口Ｈ１１０２（図５）がインク貯留部材Ｈ１５００のインク供給口Ｈ１２００（図４）に連通するように接着固定を行う。

次に、電気配線テープＨ１３００の裏面をインク貯留部材Ｈ１５００に接着剤により接着固定する。さらに、電気配線テープＨ１３００の未接着部は折り曲げられ、第１の記録素子基板Ｈ１１００がインク貯留部材Ｈ１５００に接着されている面にほぼ垂直な側面に接着剤等で固定される。

電極部Ｈ２１０４の高さは、電極端子Ｈ２３０４の電気配線シートＨ１３００と接続されている部分の高さより高いため、図１で示したように電極端子Ｈ１３０４はわん曲する。

その際、障壁部材Ｈ１１１１があることにより、電極端子Ｈ１３０４が、Ｓｉ基板Ｈ１１１０の端部の稜線Ａに接触し難くなる。

ここで、障壁部材Ｈ１１１１の天面は電極部Ｈ１１０４側から電気配線シートＨ１３００側に向かって高くなるように傾斜しており、Ｔ１＞Ｔ２となる寸法関係となっている。この傾斜により、電極端子Ｈ１３０４が湾曲する軌跡が変わり、Ｓｉ基板Ｈ１１１０の端部の稜線Ａにより接触し難くなる。

本実施例では、Ｗ１寸法が０．０４ｍｍ、Ｗ２寸法が０．０６ｍｍであり、Ｔ２寸法が０．０２０ｍｍに対し、Ｔ１寸法が０．０２２ｍｍとなっている。この傾斜により、リードＨ１２１１のＳｉ基板Ｈ１１１０の端部の稜線Ａへの接触率が約０．１％から約０．０２％に低減した。

ところで、Ｗ２寸法は０（ゼロ）にできれば、理論上は電極端子Ｈ１３０４がＳｉ基板Ｈ１１１０の端部の稜線Ａに接触し無くなるが、その場合Ｓｉ基盤を切断する際の切断位置バラツキにより、障壁部材Ｈ１１１１を構成する樹脂を切断することがある。その場合、切断ブレードに樹脂が付着し、その後の切断時にＳｉ基盤のチッピングを引き起こし易くなる。よって、切断ブレードが接触しない程度の間隔が必要となる。

上記のように構成された第１の記録素子Ｈ１１００では、インク流路Ｈ１１０２（図５）から供給されたインクは、各電気熱変換素子Ｈ１１０３（図５）の発熱によって発生した気泡の圧力によって、各電気熱変換素子Ｈ１１０３（図５）に対向する吐出口１１０７（図５）から吐出される。従来の記録ヘッドに比べ、吐出口Ｈ１１０７（図５）を備えたノズル部材Ｈ１１０６の上面が記録媒体に近づくため、インク滴の着弾点位置のバラツキがより小さくなり、印字品位が向上する。

また、本実施例では、シリアル型のインクジェット記録装置を用いて説明したが、記録ヘッドが記録媒体の移動方向と直交する方向に移動しないライン型のインクジェット記録装置でも、当然同様な効果が得られる。

本発明の実施例である記録ヘッドの障壁部材を示す断面模式図である。 本発明の実施例であるインクジェット記録装置の全体構成を示す模式図である。 図１に示す記録ヘッドを説明するための斜視図である。 図３に示す記録ヘッドの分解斜視図である。 図１に示す記録ヘッドを構成する第１の記録素子基板の一部を破断して示す斜視図である。 図１に示す障壁部材を形成する工程を説明する断面模式図である。 図６に示す断面模式図のＢ方向から観た矢視図である。 別の効果を生み出す型部材のレイアウトを示す模式図である。 従来の記録ヘッドを示す模式図。 従来の記録ヘッドにおいて、インク吐出面を記録媒体に近づけた状態を示す模式図。 従来の障壁部材を備えた記録ヘッドにおいて、インク吐出面を記録媒体に近づけた状態を示す模式図。

符号の説明

Ｈ１１００ Ｓｉ基盤
Ｈ１１１１ 障壁部材
Ｈ１３００ 電気配線テープ
Ｋ０００１ 型材

Claims (2)

1. インクを吐出する複数の吐出口を備えた記録素子基板と、
   電気エネルギを受け入れる記録素子基板上に設けられたパッドと、
   パッドと電気接続するフレキシブル部材から延伸したリードと、
   記録素子基板端部とパッドとの間に設けられた絶縁性の障壁部材と、
   によって構成された記録ヘッドにおいて、
   前記障壁部材上面のパッド側の高さが反パッド側に比べ低くなる様に傾斜していることを特徴とした記録ヘッド。
2. 請求項１に記載の記録ヘッドを備えたインクジェット記録装置。

Images