JP5843444B2 - 液体吐出ヘッドの製造方法および液体吐出ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、液体を吐出する液体吐出ヘッドの製造方法および液体吐出ヘッドに関するものである。

液体吐出ヘッドは、インクに代表される液体を吐出するための吐出口群と、各吐出口に対応して設けられるエネルギー発生素子とが設けられた素子基板を備える構成が知られている。また、液体吐出ヘッドには、エネルギー発生素子の駆動に用いられる電気信号や電力をインクジェット記録装置本体から受け取るためのコンタクト部が設けられている。このコンタクト部と素子基板との接続は、可撓性を有する電気配線部材が一般的に用いられる。

液体吐出ヘッドの筐体の一部である支持部材と素子基板との接合は、支持部材に接着剤を塗布した後、素子基板を位置合わせすることにより行われる。電気配線部材と素子基板とは、電気配線部材から露出したインナーリードと、素子基板に設けられた接続端子と、により電気的に接続される。そして、この電気接合部は封止材によって覆われ保護される。この封止材は、電気接合部の隙間等の細部をすみやかに満たす必要があるので、比較的粘度の低い封止材が一般的に使われる。

このような封止材は、素子基板の側面とできるだけ接触しない方が好ましい。その理由の一つは、環境変化等によって封止材が膨張や収縮し、素子基板に外力を与えてしまうからである。液体吐出ヘッドの小型化の要求に伴い素子基板のサイズも小さくなってきており、このような素子基板に封止材からの外力がかかった場合、素子基板が変形してしまう場合がある。

そこで、接続端子以外の素子基板の側面に封止材が流れ込まないように、別の接着剤で壁を作る方法が特許文献１に記載されている。素子基板の接続端子と、接続端子以外の素子基板の側面との間に、別の接着剤で壁を形成した後、電気接合部を覆うように封止材を流し込み、封止材の広がりを防止するものである。

米国特許第７２４０９９１号明細書

しかしながら、特許文献１の構成では封止材の流れ込みを防ぐ壁を形成するのに別の接着剤を用いるため、部品数が増えてしまう。また、この接着剤を塗布する工程や、接着剤を硬化させる工程が増えることからも、液体吐出ヘッドの製造コストが増加してしまう。

本発明の目的は、素子基板の接続端子とインナーリードの電気接合部分を保護するために封止材を使用した場合においても、簡易な構成により信頼性の高い液体吐出ヘッドを提供することである。

上記目的を達成するため本発明は、液体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素子と該エネルギー発生素子と電気的に接続される接続端子とを備える素子基板と、前記接続端子と電気的に接続されるリード配線を備える電気配線部材と、前記素子基板を収容する凹部と該凹部の内側面から該凹部の内方に向かって突出する凸部とを備え、前記凹部内で接着剤を介して前記素子基板を支持するための支持部材と、前記接続端子と前記リード配線とが接続された接続部を封止するための封止材と、を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記支持部材の、前記凹部の底面に接着剤を設ける工程と、前記凹部内に前記素子基板を設け、前記底面に設けられた前記接着剤を押圧して前記凸部と前記素子基板との間に前記接着剤の一部を導入する工程と、前記接続部を封止材で封止するに当たり、前記接着剤の一部によって前記封止材の流れを抑制する工程と、を含むことを特徴とする。

また本発明は、液体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素子と該エネルギー発生素子と電気的に接続される接続端子とを備える素子基板と、前記接続端子と電気的に接続されるリード配線を備える電気配線部材と、前記素子基板を収容する凹部を備え、接着剤を介して前記素子基板を支持するための支持部材と、前記接続端子と前記リード配線とが接続された接続部を封止するための封止材と、を有する液体吐出ヘッドであって、前記支持部材は、前記凹部の側面から前記素子基板の前記側面に対向する部分に向かって突出する凸部を備え、該凸部と前記部分との間に前記接着剤の一部が前記封止材と接するように設けられており、前記接続端子は前記素子基板の一端部と当該一端部とは反対の他端部とに設けられており、前記凸部に対向する前記部分は前記一端部と前記他端部とを結ぶ方向と交差する方向の前記素子基板の側面に設けられていることを特徴とする。

素子基板の接続端子と電気配線部材のリード配線とが接続された接続部を封止するための封止材の広がりを、簡易な構成によって抑制できるので、必要な部位を確実に封止した、信頼性の高い液体吐出ヘッドおよびその製造方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッドの斜視図 本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッドを構成する記録素子基板の正面図 本発明の実施形態の記録素子基板面の正面図 本発明の実施形態の液体吐出ヘッドの斜視図 本発明の実施形態の液体吐出ヘッドのＢ−Ｂ’断面図 本発明の実施形態の液体吐出ヘッドのＣ−Ｃ’断面図 本発明の実施形態の液体吐出ヘッドの断面図

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。図１及び図２は、本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッド１００の全体構成を示す図である。図１（ａ）は、液体吐出ヘッド１００の斜視図を示し、図１（ｂ）は、図１（ａ）の液体吐出ヘッド１００の各部を分解して示す分解斜視図である。図２（ａ）は、液体吐出ヘッド１００を構成する素子基板１０１の吐出口１０４が形成された表面側を示す平面図であり、図２（ｂ）は、素子基板１０１のインク供給口１０５が形成された裏面側を示す底面図である。

液体吐出ヘッド１００は、図１（ａ）に示されるように、素子基板１０１、電気配線部材１０２と、インク収容部１０３とを含んでいる。インク収容部１０３の内部には、注入されたインクが保持されている。そして、インク収容部１０３と連通したインク供給流路１０６を介して素子基板１０１にインクが導かれ、素子基板１０１に設けられた吐出口１０４からインクが吐出される。なお、本実施形態では、液体吐出ヘッド１００とインク収容部１０３とが一体型の形態で説明するが、液体吐出ヘッド１００に対してインク収容部１０３が着脱可能な方式であっても本発明は適用可能である。

図４に示すように、素子基板１０１を構成する基板１１７には、長溝状の貫通口からなるインク供給口１０５が形成されており、インク供給流路１０６と連通している。インク供給口１０５の両側には、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素子として、電気熱変換素子（不図示）が設けられている。また、基板１１７には電気熱変換素子に電力や電気信号を供給するための配線が形成されている。さらに、素子基板１０１の基板１１７の一端部と反対の他端部には、電気配線部材１０２から電気信号や電力を受け取るための接続端子１０７が複数配列されている。また基板１１７に積層されるノズルプレート１１６には、複数の電気熱変換素子に対応した吐出口１０４が形成されている。吐出口１０４とインク供給口１０５とを連通する流路（不図示）が、ノズルプレート１１６と基板１１７との間に形成されている。

電気配線部材１０２はインクを吐出するための電気信号や電力を記録装置本体から素子基板１０１へ伝達するための配線部材であり、可撓性を有している。電気配線部材１０２は、コンタクト部１０８、樹脂のフィルムに挟まれた電気配線（不図示）、樹脂フィルムの端面から露出するリード配線であるインナーリード１０９が形成されている。このような可撓性を有する電気配線部材１０２の一例として、ＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）方式のテープが挙げられる。コンタクト部１０８は、複数のコンタクトパッドで構成されており、液体吐出ヘッド１００が記録装置本体に装着される際に、記録装置本体側のコネクタピン（不図示）と接触して電気的接続がなされる。電気配線部材に形成される電気配線は、コンタクト部１０８とインナーリード１０９を接続している。インナーリード１０９は、素子基板１０１の縁に設けられた接続端子１０７とボンディングにより電気的に接続される。なお、このインナーリード１０９と素子基板１０１の接続端子１０７とが接続された後、インク等の液体からこれらの接続端子部分を被覆し、保護するために樹脂材である封止材１１０が塗布される。

液体吐出ヘッド１００の筐体の一部である支持部材１１１と素子基板１０１との接合は、支持部材１１１に接着剤１１２を塗布した後、素子基板１０１を位置合わせすることにより行われる。また、支持部材１１１には、素子基板を接着する際の接着剤とは別の接着剤にて電気配線部材１０２が接着固定される。

支持部材１１１は、樹脂成形により形成されており、本実施形態で使用した樹脂材料（変性ポリフェニレンエーテル）は、剛性を向上させるためにガラスフィラーを３５質量％混合している。この支持部材１１１は、素子基板１０１を配置する部分が、その周囲の電気配線部材１０２を接着、固定する部分よりも凹んでいる形状（凹部１１３）になっている。これは、電気配線部材１０２のインナーリード１０９と素子基板１０１の接続端子１０７とをほぼ同じ高さにして、両者の電気接合部の信頼性を向上させるためである（図５参照）。

図３から図６は、本発明の実施形態の液体吐出ヘッド１００の模式図である。図３は、液体吐出ヘッド１００を素子基板１０１側からみた図であり、図４は素子基板１０１と電気配線部材１０２との接続端子の周囲を示す斜視図である。

図３、図４において示すように、支持部材１１１には、凹部１１３の内側面から内方に向かって突出する凸部が形成されている。具体的には、凹部１１３の側壁と底面からそれぞれ凸となる凸部１１４が形成されている。凸部１１４と素子基板１０１との間の領域には後述するように接着剤１１２が設けられており、凸部１１４と接着剤１１２とにより、図３における領域Ａと領域Ｂとを分断している。本実施形態において、凸部１１４は支持部材１１１と一体に構成されており、射出成型等により、支持部材を成形する際に凸部も一括して成形している。凸部１１４の形状は本実施形態では凸型であるが、図に示す形状に限らず、素子基板１０１の側面と支持部材１１１の凹部１１３の側面の間隔を、部分的に小さくするような形状であればよい。

本実施形態では、図２に示すように、接続端子１０７が素子基板１０１の短辺側、つまり、素子基板の長手方向の両端の２箇所に配置されている。このような構成の場合、図３及び図４に示すように、素子基板１０１の接続端子が形成されない長辺の、接続端子が形成される短辺寄りの位置に、部分的に凸部を設けることが好ましい。本実施形態においては対となる位置に、計４か所の凸部１１４を設けている。ただし、接続端子１０７が１箇所であれば、対の凸部１１４はその接続端子１０７に近い位置に計２か所設ければよい。また、図３に示すように、凸部１１４の位置は、素子基板１０１のインク供給口１０５が配置された位置よりも所定距離（Ｘ）だけ、素子基板の端部側に離して設ける方が好ましい。これは、凸部の位置が供給口に近いと、封止材が供給口の近傍まで侵入するため、素子基板１０１のインク供給口１０５が配置された部分への影響が大きくなるためである。Ｘは数１０μｍ以上が好ましいが、０でも構わない。また凸部の、吐出口が配列される方向における長さは、供給口が設けられた領域にかからない程度の長さが好ましい。

このように本実施形態においては、素子基板の一端部側と反対の他端部に接続端子１０７が設けられており、一端側と他端側とを結ぶ方向と直交する方向の素子基板の側面に凸部１１４が形成されている。詳細には、凸部が形成される凹部の側面において、素子基板の一端部側と他端部側とに夫々凸部が形成される。この構成により、凸部の長さを大きくすることなく、封止材が広がる範囲を抑えることができる。しかしながら本発明はこれに限らず、例えば素子基板の各コーナー部に対応した位置に、夫々複数の凸部１１４を設けてもよい。さらには、接続端子１０７が形成された素子基板の辺に対応した位置に凸部１１４を設けてもよい。この場合、複数配列された接続端子１０７の両端部に対応した位置に凸部１１４を形成することで封止材１１０の広がりを抑制することができる。

次に図５、図６を用いて、支持部材１１１に対して素子基板１０１を接着し固定する工程について説明する。図５は、図３における液体吐出ヘッド１００のＢ−Ｂ’断面図を示し、支持部材１１１に対して素子基板１０１を接着固定する工程を示す。また、図６は、図３における液体吐出ヘッド１００のＣ−Ｃ’断面図を示すものであり、図５同様、支持部材１１１に対して素子基板１０１を接着固定する工程を示す。

まず、図５（ａ）及び図６（ａ）に示すように、支持部材１１１の凹部１１３の底面である、素子基板１０１が配置される領域に接着剤１１２を塗布する。接着剤１１２の種類については、熱硬化型接着剤を使用することが望ましい。また、接着剤１１２が十分に硬化するまでの間、位置合わせされた精度を保持する必要があるため、ＵＶ光を照写させ仮硬化させた後、素子基板を加熱させ硬化させる接着剤１１２を使用することが望ましい。また、接着剤１１２の塗布量については凸部１１４の近傍の領域に、他に比べてより多くの量の接着剤を塗布することが望ましい。

また本実施形においては、素子基板を支持部材に配置させる前に、素子基板１０１と電気配線部材１０２のインナーリードとを電気的に接続している。しかしながら本発明はこれに限定されず、支持部材１１１に素子基板１０１と電気配線部材１０２とを接着した後に、素子基板１０１と電気配線部材１０２のインナーリードとを電気的に接続してもよい。

次に、図５（ｂ）及び図６（ｂ）に示すように、接着剤１１２が塗布された支持部材１１１の凹部内に、吸引式や加熱式の治具を用いて素子基板をハンドリングし、位置決めを行いつつ素子基板１０１を配置させる。素子基板を凹部内に設置する際、素子基板１０１により接着剤が押圧され、素子基板１０１と支持部材１１１の凸部１１４との間の領域に接着剤が押し出される。図６（ｂ）に示すように、凸部１１４と素子基板１０１の側壁との間隔が、他の領域に比べて小さくなっているため、接着剤１１２がその領域に導入されやすい。また、間隔が小さいため、少量の接着剤でその隙間が埋まりやすい。また、その部位に働く毛管力により、接着剤を素子基板の上面側に向かって引っ張り上げる力が働くためすみやかに接着剤が導入される点で好ましい。また、この領域に導入される接着剤１１２の高さは、素子基板１０１の高さに対して、少なくとも半分の高さ以上であることが好ましく、より確実に封止材の流れ込みを抑制するためには素子基板と同等位の高さまで接着剤が導入されることが望ましい。

次に、電気配線部材１０２のインナーリード１０９と素子基板１０１の接続端子１０７との接合部分をインク等の液体や外力から保護するために、エポキシ系の樹脂材からなる封止材１１０を塗布する。接続部分を被覆する封止材１１０は、素子基板１０１の側壁と、支持部材１１１の凹部１１３の内壁と、接着剤１１２と、凸部１１４の側壁とで囲まれた空間（図３の領域Ａ）に閉じ込められる。本実施形態では、凸部と接着剤１１２とにより、領域Ａと、領域Ｂ（素子基板の長辺部の側壁と支持部材との間の領域）とを分断しているので、領域Ａに塗布される封止材１１０が領域Ｂに流れ込むことを抑制できる。よって、封止材１１０の膨張・収縮によって、素子基板１０１が外力を受けることが抑制できる。凸部と素子基板との間の接着剤の膨張、収縮により素子基板に多少の外力が働くが、部分的であるため影響が少ない。また、供給口と素子基板の端部との間の領域に凸部があるため、流路や吐出口への影響もさらに抑制されるので好ましいものである。

また、凸部の素子基板に対向する面に複数の溝をもうけることで、接着剤の這い上がりを促進できる。その際に、溝の形状を凹部の底面から上部に向かって幅を狭くすることで毛管力が大きくなるので、接着剤の這い上がりが促進される。

領域Ａと領域Ｂとを分断するため、凸部の接着剤は素子基板と同等の高さまで導入することが好ましい。しかしながら、接着剤が素子基板の高さ以上まで這い上がってしまい、素子基板の吐出口面まで流れ出すことがないように管理することが好ましい。図７に、凸部が形成された部分の断面図を示す。図７に示すように凹部の内面の上部近傍に傾斜部１１５をつけてテーパー構成とすることで、素子基板の側壁と凹部の内面との間隔が、凹部の底面側から上面側にかけて大きくなっている。それにより接着剤が這い上がるスピードを上部にいくに従って減少させることができ、接着剤の高さも管理し易くなるので好ましい。図７に示すように直線からテーパーになるはじまりを、素子基板の高さの半分以上の位置とすることが好ましい。

上述した実施形態によれば、比較的低粘度の封止材１１０を使用した場合においても、別部材や製造工程を増やすことなく、必要な電気接合部分だけを封止した液体吐出ヘッド１００を提供することができる。

さらにインナーリード１０９と素子基板１０１の接続端子１０７の接合部分を強固に保護するために、先に充填した封止材に対して比較的高粘度の封止材１１０をインナーリードと素子基板の接続端子１０７の接合部分に塗布してもよい。

１００ 液体吐出ヘッド
１０１ 素子基板
１０２ 電気配線部材
１０３ インク収容部
１０４ 吐出口
１０５ インク供給口
１０６ インク供給流路
１０７ 接続端子
１０８ コンタクト部
１０９ インナーリード
１１０ 封止材
１１１ 支持部材
１１２ 接着剤
１１３ 凹部
１１４ 凸部

Claims (9)

1. 液体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素子と該エネルギー発生素子と電気的に接続される接続端子とを備える素子基板と、前記接続端子と電気的に接続されるリード配線を備える電気配線部材と、前記素子基板を収容する凹部と該凹部の内側面から該凹部の内方に向かって突出する凸部とを備え、前記凹部内で接着剤を介して前記素子基板を支持するための支持部材と、前記接続端子と前記リード配線とが接続された接続部を封止するための封止材と、を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記支持部材の、前記凹部の底面に接着剤を設ける工程と、
   前記凹部内に前記素子基板を設け、前記底面に設けられた前記接着剤を押圧して前記凸部と前記素子基板との間に前記接着剤の一部を導入する工程と、
   前記接続部を封止材で封止するに当たり、前記接着剤の一部によって前記封止材の流れを抑制する工程と、
   を含むことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
2. 前記接続端子は前記素子基板の一端部と当該一端部とは反対の他端部とに形成されており、前記凸部は、前記一端部と前記他端部とを結ぶ方向と直交する方向の前記素子基板の側面に対向して設けられていることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
3. 前記素子基板には前記エネルギー発生素子にインクを供給する、貫通口からなる供給口が設けられており、前記凸部は、前記一端部と前記他端部とを結ぶ方向に関して、前記供給口の端部よりも前記素子基板の端部側に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
4. 前記凸部と前記素子基板との間に導入される接着剤の高さは、前記素子基板の高さの半分以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
5. 液体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素子と該エネルギー発生素子と電気的に接続される接続端子とを備える素子基板と、
   前記接続端子と電気的に接続されるリード配線を備える電気配線部材と、
   前記素子基板を収容する凹部を備え、接着剤を介して前記素子基板を支持するための支持部材と、
   前記接続端子と前記リード配線とが接続された接続部を封止するための封止材と、
   を有する液体吐出ヘッドであって、
   前記支持部材は、前記凹部の側面から前記素子基板の前記側面に対向する部分に向かって突出する凸部を備え、該凸部と前記部分との間に前記接着剤の一部が前記封止材と接するように設けられており、
   前記接続端子は前記素子基板の一端部と当該一端部とは反対の他端部とに設けられており、前記凸部に対向する前記部分は前記一端部と前記他端部とを結ぶ方向と交差する方向の前記素子基板の側面に設けられていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
6. 前記凸部に対向する前記部分は、前記素子基板の側面の前記一端部側および前記他端部側に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記素子基板には前記エネルギー発生素子にインクを供給する、貫通口からなる供給口が設けられており、前記凸部に対向する前記部分は前記一端部と前記他端部とを結ぶ方向に関して、前記供給口の端部よりも前記素子基板の端部側に設けられていることを特徴とする請求項６に記載の液体吐出ヘッド。
8. 前記凸部と該凸部に対向する前記部分との間隔は、前記凹部の底面側よりも上面側のほうが大きいことを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
9. 前記凸部に対向する前記部分に設けられる接着剤の高さは前記素子基板の高さの半分以上であることを特徴とする請求項５乃至請求項８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。

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