JP2010023341A - インクジェット記録ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】記録幅の大きい記録ヘッドであっても、安価かつ簡単に記録素子基板の配置精度が高く、インク漏れなどが生じない信頼性の高い記録ヘッドを提供する。
【解決手段】インクを吐出するための複数の吐出口と、インクを吐出するための吐出エネルギを発生させる記録素子と、インクを前記複数の吐出口に供給するための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、前記インク供給口にインクを供給するための複数のインク導入口を有する支持部材と、前記支持部材と接合し、インクを貯蔵するためのインク貯蔵室を有するインク供給部材と、を有するインクジェット記録ヘッドであって、前記支持部材は、前記インク導入口が形成された第１の部材と、該第１の部材と異なる材料であって、第１の部材を取り囲むように形成された第２の部材とにより一体的に形成され、前記第１の部材と前記第２の部材との接合面および前記第２の部材と、前記インク貯蔵室とは、接触しないように接合されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、インクジェット記録ヘッドに関し、特に、インク等の記録液を記録媒体に吐出させることで記録動作を行うインクジェット記録装置の記録ヘッドに関するものである。

インクジェット記録装置は、いわゆるノンインパクト記録方式の記録装置であり、記録時における騒音がほとんど生じない。また、インクジェット記録装置は、高速な記録が可能であり、様々な記録メディアに対して記録することが可能である。よって、インクジェット記録装置は、プリンタ、ワードプロセッサ、ファクシミリ、及び複写機などの記録を行なう装置として広く採用されている。

インクジェット記録装置における代表的なインク吐出方式に、記録素子として電気熱変換素子を用いる方式がある。この電気熱変換素子を用いたインクジェット記録ヘッドは、電気熱変換素子を記録液室内に設け、これに記録信号となる電気パルスを与えることによりインクに熱エネルギを与える。そして、その時のインクの相変化により生じるインクの発泡時（沸騰時）の気泡圧力をインク液滴の吐出に利用する。

ところで、記録幅の大きい記録ヘッドを用いると、高速に記録を行うことができる。例えば、１インチ＋αの記録素子基板を、重複する領域（Ｌ）を設けるようにして千鳥状に配置し、全体として４インチの記録幅をもった記録ヘッドが知られている（例えば、特許文献１参照）。

図１０は、従来の記録ヘッドを示す斜視図である。複数の記録素子基板Ｈ１１００が、大型の支持部材Ｈ１２００の上に支持固定されている。記録素子基板Ｈ１１００は、それぞれ重複する領域（Ｌ）を設け、千鳥状に配置されている。

また、近年では、更なる記録の高速化が求められており、４インチから１２インチ等の記録幅を持つ記録ヘッドも知られている。

特開２００７−１６０８３４号公報

しかしながら、複数の記録素子板を千鳥状に配置する記録ヘッドでは、特に写真画像のような高精細、高品位の記録を行う場合、複数の記録素子基板を互いに数μｍ程度の高精度で配置しなければならない。しかしながら支持部材は、コストの観点から、アルミナの焼成体が用いられている。このアルミナ焼成体は一般的には±１％程度の寸法誤差が生じる。それゆえ、４インチやそれ以上の例えば１２インチなどの長尺の支持部材でインク供給口を焼成して形成した場合、インク供給口の位置寸法精度は満足できないものとなる。

図１１は、図１０に示す記録素子基板Ｈ１１００のインク供給口Ｈ１１０１と支持部材Ｈ１２００のインク導入口Ｈ１２０１との位置ずれが生じた状態を説明する模式図である。本図は、図８のＤ−Ｄ断面における概略を示す断面図である。記録素子基板は互いに数μｍの位置精度で支持部材Ｈ１２００上に配置されるが、支持部材Ｈ１２００のインク導入口Ｈ１２０１は４インチの記録長のヘッドの場合最も離れた位置（距離Ｍ）では±1ｍｍ程度のバラつきが生じる。従って、記録素子基板Ｈ１１００のインク供給口Ｈ１１０１と支持部材Ｈ１２００のインク導入口Ｈ１２０１は互いに位置ずれが生じる。そして、記録素子基板Ｈ１１００と支持部材Ｈ１２００の接着しろが十分に確保できず、インクがリークすることがある。さらに、接着しろが全く確保できなくなることもある。

このような不具合をなくすべく、インク導入口Ｈ１２０１を位置精度良く形成するためには、アルミナ焼成後に機械加工等によりインク導入口を形成する方法もあるが、記録ヘッドの大幅なコストアップにつながる。

本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、記録幅の大きい記録ヘッドであっても、安価かつ簡単に記録素子基板の配置精度が高く、インク漏れなどが生じない信頼性の高い記録ヘッドの提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のインクジェット記録ヘッドは、インクを吐出するための複数の吐出口と、インクを吐出するための吐出エネルギを発生させる記録素子と、インクを前記複数の吐出口に供給するための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、前記インク供給口にインクを供給するための複数のインク導入口を有する支持部材と、前記支持部材と接合し、インクを貯蔵するためのインク貯蔵室を有するインク供給部材と、を有するインクジェット記録ヘッドであって、前記支持部材は、前記インク導入口が形成された第１の部材と、該第１の部材と異なる材料であって、第１の部材を取り囲むように形成された第２の部材とにより一体的に形成され、前記第１の部材と前記第２の部材との接合面および前記第２の部材と、前記インク貯蔵室とは、接触しないように接合されていることを特徴とする。

以上の構成によれば、第１の部材と、第２の部材との接合面は、インク供給部材のインク貯蔵室と接触しないように接合され、枠体部材とインクとが接触しない。このため、記録幅の大きい記録ヘッドであっても、安価かつ簡単に記録素子基板の配置精度が高く、インク漏れなどが生じない信頼性の高い記録ヘッドの提供を提供することができる。

以下に図面を参照して本発明における実施形態を詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１は、本実施形態の記録ヘッドを示す斜視図である。また、図２は、本実施形態の記録ヘッドを示す分解斜視図である。

本実施形態の記録ヘッド２００は、複数の記録素子基板１０が配列された支持部材２０と、電気配線部材３０と、インク供給部材４０から構成されている。

支持部材２０は、記録素子基板１０を支持固定し、保持するための部材である。支持部材２０には、記録素子基板搭載部材２２が、枠体部材２３が一体に成形されている。記録素子基板搭載部材２２は、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）から成る。

またインク供給部材４０の支持部材２０との接合面は支持部材２０の記録素子搭載部材２２に対応した位置に記録素子基板搭載部材２２の外形寸法より小さい寸法の開口４３が形成されている。

そして、インク供給部材４０と支持部材２０は互いに接着固定されている。この接合手段は接着剤による接着に限らず、熱溶着、超音波溶着、レーザ溶着等の接合手段でも良く、またシールゴムや弾性フィルム等を圧接した接合方法でも良く、シールゴムや弾性フィルム等を圧接した接合方法であってもよい。

電気配線基板３０は、記録素子基板１０を組み込むための開口部３１、記録素子基板１０の電極１４に対応する電極端子３２、および、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３３を有している。

インク供給部材４０は、インクタンク（不図示）から記録素子基板１０にインクを供給するための部品であり、例えば、樹脂材料を用いた射出成型によって形成されている。インク供給部材４０には、複数の記録素子基板１０にインクを供給するインク貯蔵室４１が形成されている。インク貯蔵室４１には、インクタンクからインク供給チューブ（不図示）を介し、開口部４２からインクが導入される。インク供給チューブと開口部４２との間には、インク中に混入された異物を取り除くためのフィルタ部材（不図示）が設けられている。

図３は、本実施形態の記録素子基板１０の構成を説明する説明図である。図３（ａ）は、記録素子基板１０を示す斜視図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＣ−Ｃ断面における概略を示す断面図である。

記録素子基板１０はインクを吐出するためのデバイスである。記録素子基板１０には、厚さ０．０５〜０．６２５mmのＳｉ基板１１に長溝状のインク供給口１２がウェットエッチングやドライエッチング等によって高精度に形成されている。また、Ｓｉ基板１１の表面には、インク供給口１２を挟みインクを吐出する吐出エネルギを発生させる複数の電気熱変換素子（記録素子）１３と、電気熱変換素子１３と連通するＡｌ等の電気配線（不図示）が成膜技術によって形成されている。さらに、記録素子基板１０の長手方向両端部には、電気配線部材３０と電気的に接続し、電気熱変換素子１３に電力を供給するための電極１４が形成されている。

また、Ｓｉ基板１１上には樹脂材料でできた吐出口形成部材１５が形成されており、電気熱変換素子１３に対応する複数の吐出口１６と、それに連通するインク貯蔵室１７がフォトリソ技術によって形成されている。

図４は、図１のＡ−Ａ断面における概略を示す断面図である。

また、図５は、図１のＢ−Ｂ断面における概略を示す断面図である。

記録素子基板搭載部材２２には記録素子基板１０のインク供給口１２に対応する位置にインク導入口２１が形成されている。記録素子基板１０は記録素子基板搭載部材２２に第１の接着剤７１で接着されている。

電気配線基板３０は、記録素子基板１０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、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。電気配線基板３０は、第２の接着剤７４により支持部材２０の主面に接着固定されている。また、開口部３１と記録素子基板１０の隙間は第１の封止剤７２で封止されている。さらに、電気配線基板３０の電極端子３２は、記録素子基板１０の電極１４と金ワイヤー（不図示）を用いたワイヤーボンディング技術等によって電気的に接続され、電気接続部は、第２の封止剤７３で封止されている。

支持部材２０は、アルミナで形成された複数の小さな記録素子基板搭載部材２２が樹脂の枠体部材２３にインサートモールド成型により一体に成形されている。インサートモールド成型に際し、複数の記録素子基板搭載部材２２は支持部材２０を成型するインジェクション型に位置決めピン等を用いて精度良く配置固定され、枠体樹脂によりインサートモールド成型により一体化に成形される。従って複数の記録素子基板搭載部材２２はほぼインジェクション型内の配置精度（例えば相対位置精度±５０μｍ程度）で枠体部材２３の中に精度良く配置形成されている。また、支持部材２０は、記録素子基板搭載部材２２や枠体部材２３の表面の平坦度を確保するために一体成型された後、研磨等が行われる。したがって、記録幅の大きい記録ヘッドであっても、支持部材２０のインク導入口２１を位置精度良く形成することが可能であり、記録素子基板１０のインク供給口１２との位置ずれを非常に少なくすることができる。

また、この構成において記録素子基板１０は、剛性が高くかつ線膨張係数の小さいアルミナで形成された記録素子基板搭載部材２２とのみ接合される。このため、記録素子基板１０が接着後に位置ずれしたり、温度変化を受けた際に記録素子基板１０が変形したり破損することを抑制することができる。

本実施形態の記録素子基板１０は、支持部材２０を形成している記録素子基板搭載部材２２の外周部および枠体部材２３が、インク供給部材４０のインク貯蔵室４１に板状部材を配置することにより露出しないように接着されている。すなわち、図２および図４に示されるように、インク供給部材４０は支持部材２０と接合する面である板状部材が側面と一体的に形成されている。したがって、枠体部材２３や、記録素子基板搭載部材２２の外周部である記録素子基板搭載部材２２と枠体部材２３の境界部では、インクが触れることはない。このような構成にすることにより、枠体部材２３の樹脂材料は、耐インク性を有する必要がない。

すなわち、支持部材２０は記録素子基板１０を数μｍの高精度で配置する必要があるため、この枠体部材２３の樹脂材料は常温のみならず記録素子基板の実装における百数十度の加熱工程においても高い寸法安定性が要求される。またアルミナの記録素子基板搭載部材２２を精度良くインサ−ト成型し固定しなければならないため高い成型性も要求される。そのため樹脂材料として特別なベース樹脂やさまざまな添加剤が使用される。一方、これらの特別な樹脂や種々の添加剤は一般的にインクに対して悪影響を及ぼすことがある。したがって本実施形態の構成の記録素子基板１０では、枠体部材２３とインクとが接触しないため、使用可能な材料の選択肢を広げることができる。

また、アルミナの記録素子基板搭載部材２２は樹脂材料の枠体部材２３にインサ−ト成型されているが、それぞれの部材は互いに密着勘合した状態である。記録素子基板搭載部材２２と枠体部材２３は線膨張率が互いに異なり枠体部材２３の方が線膨張率が大きい。このため、温度変化等により互いの部材の接合面に隙間ができインクシール性を失う恐れがある。しかしながら、本実施形態の記録素子基板では、記録素子基板搭載部材２２と枠体部材２３の接合面は第３の接着剤やインク供給部材４０でカバーされることとなる。したがって、接合面のインクシール性は必要がない。

以上のように、本実施形態の支持部材２０の記録素子基板搭載部材２２（第１の部材）と、記録素子基板搭載部材２２と枠体部材２３（第２の部材）との接合面は、インク供給部材４０のインク貯蔵室と接触しないように接合されている。このような構成により、枠体部材２３とインクとが接触しないため、使用可能な材料の選択肢を広げることができる。したがって、記録幅の大きい記録ヘッドであっても、安価かつ簡単に記録素子基板の配置精度が高く、インク漏れなどが生じない信頼性の高い記録ヘッドを提供することができる。

なお、本実施形態のインク供給部材４０は支持部材２０と接合する面は板状部材であるが、本発明はこのような部材に限定されるものではなく、例えば、フィルム状部材のようなものであってもよい。

（第１実施形態の変形例）
図７は、第１実施形態の変形例に係る、図１のＡ−Ａ断面における概略を示す断面図である。図７に示すように、本変形例では、記録素子基板搭載部材２２と枠体部材２３の間に溝２４を形成している。この溝２４を形成することにより、溝２４の中に第３の接着剤７５が入り込む。このため、記録素子基板搭載部材２２と枠体部材２３の接合面は第３の接着剤によりさらにカバーされることにより、本発明の記録素子基板１０はさらに信頼性を高めることができる。

（第２実施形態）
本発明の記録素子基板１０は、支持部材２０とインク供給部材４０との間にサポート部材５０を備えたものであってもよい。

図７は、本実施形態の記録ヘッドを示す分解斜視図である。また、図８は、図１のＡ−Ａ断面における概略を示す断面図である。

本実施形態では、枠体部材２３と記録素子基板搭載部材２２で形成された支持部材２０とインク供給部材４０との間にサポート部材５０が配置されている。図８に示すように、サポート部材５０は支持部材２０の記録素子搭載部材２２に対応した位置に記録素子基板搭載部材２２の外形寸法より小さい寸法の開口５１が形成されている。そして、サポート部材５０は、支持部材２０とインク供給部材４０との間に配置され、支持部材２０とは接着剤７５で、インク供給部材とは不図示の接着剤または他の接合手段で接合されている。

なお、サポート部材５０はあらかじめ支持部材２０に接着を行ってからインク供給部材４０と接合してもよく、また、インク供給部材４０と接合してから支持部材２０との接着を行ってもよく、さらにすべての接合を同時に行ってもよい。

また、サポート部材５０は、耐インク性を有していればどのような材料を用いてもよい。ただし、透明性を有した材料を用いることにより、光硬化性の接着剤を用いたり、レーザ溶着等によりあらかじめ支持部材２０やインク供給部材４０との接合を行うことができる。

さらに、サポート部材５０は単純なプレート形状であるため、接合面の平面性を確保しやすいため、支持部材２０やインク供給部材４０との接合信頼性を高めることができる。

（他の実施形態）
上述した実施形態では、１つの記録素子基板搭載部材２２に対して記録素子基板１０が１つ配置されたものであったが、本発明はこのような個数に限定されるものではない。

図９（ａ）および（ｂ）は、本発明の他の実施形態の支持部材２０を示す模式図である。図９（ａ）の支持部材２０は、１つの記録素子基板搭載部材２２に４つの記録素子基板１０が配置されている形状である。また、図９（ｂ）の支持部材２０は、１つの記録素子基板搭載部材２２に２つの記録素子基板１０が配置されている形状である。すなわち、本発明は、インク導入口２１の位置ずれが許容される寸法範囲内であれば、１つの記録素子基板搭載部材に配置される記録素子基板１０の個数に制限はない。

本発明の第１実施形態の記録ヘッドを示す斜視図である。 本発明の第１実施形態の記録ヘッドを示す分解斜視図である。 本発明の第１実施形態の記録素子基板の構成を説明する説明図である。 本発明の第１実施形態の図１のＡ−Ａ断面における概略を示す断面図である。 本発明の第１実施形態の図１のＢ−Ｂ断面における概略を示す断面図である。 本発明の第１実施形態の変形例の図１のＡ−Ａ断面における概略を示す断面図である。 本発明の第２実施形態の記録ヘッドを示す分解斜視図である。 本発明の第２実施形態の図１のＡ−Ａ断面における概略を示す断面図である。 本発明の他の実施形態の支持部材を示す模式図である。 従来の記録ヘッドを示す斜視図である。 インク供給口とインク導入口との位置ずれが生じた状態を説明する模式図である。

符号の説明

１０ 記録素子基板
１２ インク供給口
１６ 吐出口
２０ 支持部材
２１ インク導入口
２２ 記録素子基板搭載部材
２３ 枠体部材
３０ 電気配線部材
４０ インク供給部材
４１ インク貯蔵室
５０ シール部材

Claims (6)

1. インクを吐出するための複数の吐出口と、インクを吐出するための吐出エネルギを発生させる記録素子と、インクを前記複数の吐出口に供給するための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、前記インク供給口にインクを供給するための複数のインク導入口を有する支持部材と、前記支持部材と接合し、インクを貯蔵するためのインク貯蔵室を有するインク供給部材と、を有するインクジェット記録ヘッドであって、
   前記支持部材は、前記インク導入口が形成された第１の部材と、該第１の部材と異なる材料であって、第１の部材を取り囲むように形成された第２の部材とにより一体的に形成され、
   前記第１の部材と前記第２の部材との接合面および前記第２の部材と、前記インク貯蔵室とは、接触しないように接合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。
2. 前記支持部材と前記インク供給部材との間に、板状部材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。
3. 前記支持部材と前記インク供給部材との間に、フィルム状部材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。
4. 前記第１の部材は、アルミナであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
5. 前記第２の部材は、樹脂であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
6. 前記第１の部材と前記第２の部材は、インサートモールド成型により一体化されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。

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