JPH04129748A - 液体飛翔記録ヘッドユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、インク等を用いた液体飛翔記録ヘッド、より
詳細には、ウェハプロセスを利用してインク飛翔部を形
成したようなインク飛翔記録ヘッド及びこのヘッドへ画
情報入力信号を駆動信号として導くためのプリント基板
等を搭載してなるノンインパクト記録のための液体飛翔
記録ヘッドユニットに関する。

従来の技術 ノンインパクト記録法は、記録時の騒音発生が無視でき
る程度に小さい点で、オフィス用等として注目されてい
る。その内、高速記録可能で、いわゆる普通紙に特別の
定着処理を要せずに記録できる、いわゆるインクジェッ
ト記録法は極めて有力な方法であり、従来から種々の方
式が提案され、又は既に製品化されて実用されている。

このようなインクジェット記録法は、いわゆるインクと
称される記録液体の小滴を飛翔させ、被記録体に付着さ
せて記録を行うもので、記録液体の小滴の発生法及び小
滴の飛翔方向を制御するための制御方法により、幾つか
の方式に大別される。

第１の方式は、例えば米国特許第３０６０４２９号明細
書に開示されているものである。これは、Ｔｅ１ｅ　ｔ
ｙｐｅ方式と称され、記録液体の小滴の発生を静電吸引
的に行い、発生した小滴を記録信号に応じて電界制御し
、被記録体上にこの小滴を選択的に付着させて記録を行
うものである。

より詳細には、ノズルと加速電極間に電界をかけて、−
様に帯電した記録液体の小滴をノズルより吐出させ、吐
出した小滴を記録信号に応じて電気制御可能なように構
成されたｘｙ偏向電極間を飛翔させ、電界の強度変化に
よって選択的に小滴を被記録体上に付着させるものであ
る。

第２の方式は、例えば米国特許第３５９６２７５号明細
書、米国特許第３２９８０３０号明細書等に開示されて
いるものである。これは、Ｓ　ｗｅｅｔ方式と称され、
連続振動発生法により帯電量の制御された記録液体の小
滴を発生させ、この帯電量の制御された小滴を、−様電
界がかけられている偏向電極間を飛翔させて、被記録体
上に記録を行わせるものである。

具体的には、ピエゾ振動素子の付設されている記録ヘッ
ドを構成する一部であるノズルのオリフィス（吐出口）
の前に記録信号が印加されるようにした帯電電極を所定
距離離間させて配置し、前記ピエゾ振動素子に一定周波
数の電気信号を印加することでピエゾ振動素子を機械的
に振動させ、オリフィスより記録液体の小滴を吐出させ
る。この時、吐出する小滴には帯電電極により電荷が静
電誘導され、小滴は記録信号に応じた電荷量で帯電され
る。帯電量の制御された小滴は、一定電界が一様にかけ
られている偏向電極間を飛翔する時に、付加された帯電
量に応じて偏向を受け、記録信号を担う小滴のみが被記
録体上に付着することになる。

第３の方式は、例えば米国特許第３４１６１５３号明細
書に開示されているものである。これは、Ｈｅｒｔｚ方
式と称され、ノズルとリング状の帯電電極間に電界をか
け、連続振動発生法によって、記録液体の小滴を発生霧
化させて記録させる方式である。即ち、ノズルと帯ａｔ
電極間かける電界強度を記録信号に応じて変調すること
により小滴の霧化状態を制御し、記録画像の階調性を出
して記録させるものである。

第４の方式は、例えば米国特許第３７４７１２０号明細
書に開示されているものである。これは、Ｓ　ｔｅｍｍ
ｅ方式と称され、第１〜３の方式とは根本的に原理が異
なるものである。即ち、第１〜３の方式が、何れもノズ
ルより吐出された記録液体の小滴を、飛翔している途中
で電気的に制御し、記録信号を担った小滴を選択的に被
記録体上に付着させて記録を行わせるのに対し、このＳ
　ｔｅｍｍｅ方式では、記録信号に応じて吐出口より記
録液体の小滴を吐出飛翔させて記録するものである。

つまり、Ｓ　ｔｅｍｍｅ方式は、記録液体を吐出する吐
出口を有する記録ヘッドに付設されているピエゾ振動素
子に、電気的な記録信号を印加してピエゾ振動素子の機
械的振動に変え、この機械的振動に従い吐出口より記録
液体の小滴を吐出飛翔させて被記録体に付着させるもの
である。

これらの４方式は、各々に特長を有するが、同時に、解
決すべき課題点もある。

まず、第１〜第３の方式は、記録液体の小滴を発生させ
るための直接的エネルギーが電気的エネルギーであり、
かつ、）Ｊｚ滴の偏向制御も電界制御による。よって、
第１の方式は、構成上はシンプルであるが、小滴の発生
に高電圧を要し、がっ、記録ヘッドのマルチノズル化が
困難で高速記録には不向きである。

第２の方式は、記録ヘッドのマルチノズル化が可能で高
速記録に向くが、構成上複雑であり、かつ、記録液体の
小滴の電気的制御が高度で困難であり、被記録体上にサ
テライトドツトが生じやすい。

第３の方式は、記録液体の小滴を霧化することにより階
調性に優れた記録が可能ではあるが、他方、霧化状態の
制御が困難である。また、記録画像にカブリが生ずると
か、記録ヘッドのマルチノズル化が困難で高速記録には
不向きであるといった欠点がある。

一方、第４の方式は、比較的多くの利点を持つ。

まず、構成がシンプルである。また、オンデマンドで記
録液体をノズルの吐出口より吐出させて記録を行うため
に、第１〜第３の方式のように吐出飛翔する小滴の内、
画像記録に要しなかった小滴を回収する必要がない。ま
た、第１，２の方式のよ°うに、導電性の記録液体を使
用する必要はなく、記録液体の物質上の自由度が大きい
といった利点を持つ。しかし、反面、記録ヘッドの加工
上に問題がある、所望の共振周波数を有するピエゾ振動
素子の小型化が極めて困難である等の理由から、記録ヘ
ッドのマルチノズル化が難しい。また、ピエゾ振動素子
の機械的振動という機械的エネルギーによって記録液体
の小滴の吐出飛翔を行わせるので、上記のマルチノズル
化の困難さと相俟って、高速記録には不向きなものとな
っている。

このように、従来法には、構成上、高速記録上、記録ヘ
ッドのマルチノズル化上、サテライトドツトの発生及び
記録画像のカブリ発生等の点において、一長一短があり
、その長所が発揮される用途にしか適用し得ないという
制約を受けるものである。

しかし、このような不都合も本出願人により提案された
特公昭５６−９４２９号公報に開示のインクジェット記
録方式によればほぼ解消し得る。

これは、液室内のインクを加熱して気泡を発生させて、
インクに圧力上昇を生じさせ、微細な毛細管ノズルから
インクを飛び出させて記録させるものである。

その後、この原理を利用した多くの提案がなされている
。その内、例えば特開昭６０−２６２６５７号公報、或
いは特開昭６２−１５２８６４号公報に示される発明が
ある。これは、コスト削減、歩留まり向上を図ったもの
である。

発明が解決しようとする課題 しかし、これらの公報中に詳述されていないものの、上
記特開昭６０−２６２６５７号公報中の第４図及び第７
図、或いは上記特開昭６２−１５２８６４号公報中の第
９図を見ると、まだ、解決すべき課題がある。即ち、こ
れらの公報に示されている液体噴射記録ヘッドは、ＩＣ
，ＬＳＩなどの半導体工業分野で広く知られている、い
わゆるウェハプロセスによって製造されており、微細な
パターン配列が可能となっている。しかし、上記図面中
に示されるように、これらの技術では、ウェハプロセス
によって製造された記録ヘッド基板と、この記録ヘッド
基板上の電気熱変換体を駆動するための電気信号を供給
するための配線板とが、各々のワイヤポンディングパッ
ド部が同じ配列密度で形成されて互いにボンディングワ
イヤによって接続されている。一般に、配線板（プリン
ト基板）のパッド部の配列密度は、その製造方法故に、
ウェハプロセスによって形成されるパターン程に微細に
することは困難である。現状では、最小ピッチのもので
も１■当り８〜１０本程度でパッド部及び対応する電極
パターンを配列形成するのが限界である。よって、上記
公報に図示された例から判断すると、記録ヘッドのパッ
ド部はプリント基板側のパッド部の配列密度に一致する
ように制約を受けて形成されたものとなり、ウェハプロ
セス本来の利点である微細パターンによる高密度配列及
びチップの小型化が損なわれてしまうものである。

課題を解決するための手段 複数個の記録液飛翔部と各記録液飛翔部に個別に導通さ
せた駆動用の複数本の制御電極とこれらの制御電極に外
部信号を個別に導くための複数個のチップ側パッド部と
をウェハプロセスにより形成した１枚のへラドチップと
、前記チップ側パッド部に対応する複数個の基板側パッ
ド部を有する１枚のプリント基板とを共通の支持基体に
搭載し、対応する各チップ側パッド部と基板側パッド部
との間をボンディングワイヤにより接続するようにした
液体飛翔記録ヘッドユニットにおいて、前記チップ側パ
ッド部の配列ピッチを前記基板側パッド部の配列ピッチ
より小さくして、これらの前記チップ側パッド部と前記
基板側パッド部とをともに列状に配列形成した。

また、対応する各チップ側パッド部と基板側パッド部と
の間を接続するボンディングワイヤの長さを接続すべき
各パッド部間距離に応じて異ならせた。このとき、最大
ワイヤ長を最小ワイヤ長の１０倍以下とした。

さらには、対応する各チップ側パッド部と基板側パッド
部との間を接続するボンディングワイヤの長さを、接続
すべき各パッド部の中心間距離よりも長くした。

作用 チップ側パッド部の配列ピッチを、基板側パッド部の配
列ピッチよりも小さくしたので、ヘッドチップ側は微細
形成の困難なプリント基板側の制約を受けることなく、
ウェハプロセスの特徴を活かして小型に形成でき、高価
な材料によるヘッドチップの低コスト化を図ることがで
きる。

この際、ボンディングワイヤの長さを接続すべき各パッ
ド部間距離に応じて異ならせることにより、配列ピッチ
の違いに容易に対処できる。二のとき、最大ワイヤ長を
最小ワイヤ長の１０倍以下とし、又は、ボンディングワ
イヤの長さを、接続すべき各パッド部の中心間距離より
も長くしたので、ワイヤのたるみ、よじれないしは緊張
がなく、信頼性の高いワイヤボンディングとすることが
できる。

実施例 本発明の第一の実施例を第１図ないし第９図に基づいて
説明する。

本実施例は、インクジェットヘッドの−っであるバブル
ジェットヘッドに適用したものであり、その構成及び動
作原理を第３図ないし第９図を参照して説明する。この
ヘッドチップ１は第７図に示すように発熱体基板２上に
蓋基板３を重ねてなる。ここに、蓋基板３は第５図（ａ
）に示すように記録液体（インク）の流入口４が形成さ
れているとともに、裏返して示す第６図のようにオリフ
ィス５を形成するための流路６が複数本形成されている
。前記流入口４は流路６に連なった液室７に連通してい
る。また、発熱体基板２上には第５図（ｂ）に示すよう
に各オリフィス５に対応させた発熱体（ヒータ）８が複
数個形成され、各々個別に制御電極９に接続されている
とともに共通電極１０に共通接続されている。

このようなヘッドチップｌ構成において、バブルジェッ
トによるインク噴射は第３図に示すようなプロセスによ
り行われる。まず、定常状態では同図（ａ）に示すよう
な状態にあり、オリフィス面でインク１１の表面張力と
外圧とが平衡状態にある。ついで、ヒータ８が加熱され
、その表面温度が急上昇し隣接インク層に沸騰現象が起
きるまで加熱されると同図（ｂ）に示すように、微小な
気泡１２が点在する状態となる。さらに、ヒータ８全面
で急激に加熱された隣接インク層が瞬時に気化し、沸騰
膜を作り、同図（Ｃ）に示すように気泡１２が成長する
。この時、ノズル内の圧力は、気泡１２の成長した分だ
け上昇し、オリフィス面での外圧とのバランスが崩れ、
オリフィス５よりインク柱１３か成長し始める。同図（
ｃｌ）は気泡〕２か最大に成長した状態を示し、オリフ
ィス面より気泡１２の体積に相当する分のインク】ｌが
押出される。この時、ヒータ８には既に電流が流れてい
ない状態にあり、ヒータ８の表面温度は降下しつつある
。気泡１２の体積の最大値は電気パルス印加のタイミン
グよりやや遅れたものとなる。やかて、気泡１２はイン
ク）ゴなどにより冷却されて同図（ｅ）に示すように収
縮し始める。インク柱１３の先端部では押出された速度
を保ちつつ前進し、後端部では気泡１２の収縮に伴いノ
ズル内圧の減少によってオリフィス面からノズル内にイ
ンク１１が逆流し、インク柱１３基部にくびれが生ずる
。

その後、同図（ｆ）に示すように気泡１２がさらに収縮
し、ヒータ８面にインク１１が接し、ヒータ８面がさら
に冷却される。オリフィス面では外圧がノズル内圧より
高い状態になるため、メニスカスが太き（ノズル内に入
り込んでくる。インク柱１３の先端部は液滴１４となっ
て記録紙（図示せず）の方向へ５〜１０　ｍ　／　ｓｅ
ｃの速度で飛翔する。

その後、同図（ｇ）に示すように毛細管現象によりオリ
フィス５にインク１１が再び供給（リフィル）されて同
図（ａ）の定常状態に戻る過程で、気泡１２は完全に消
滅する。

ここに、第７図及び第８図はこのような原理による液体
噴射記録ヘッドの要部構成をより具体的に示す典型例で
ある。第７図はヘッドチップ１をオリフィス５側から見
た正面詳細図であり、第８図はそのＡ−Ａ線断面図であ
る。このヘッドチップ１は、裏面に電気熱変換体２０が
設けられた発熱体基板２上に、所定の線密度で所定の幅
と深さの溝とを所定数設けた溝付き板（蓋基板）３を発
熱体基板２を覆うように接合させることにより、液体を
飛翔させるためのオリフィス５を含む液吐出部２１を形
成した構造とされている。液吐出部２１はオリフィス５
と電気熱変換体２０より発生される熱エネルギーが液体
に作用して気泡を発生させ、その体積の膨張と収縮によ
る急激な状態変化を引き起こすところとなる熱作用部２
２とを有する。熱作用部２２は電気熱変換体２０の熱発
生部２３の上部に位置し、熱発生部２３の液体と接触す
る面としての熱作用面２４をその底面としている。熱発
生部２３は、基板２上に順次設けられた下部層２５、発
熱抵抗層（ヒータ）８及び上部層（保護層）２６により
構成されている。発熱抵抗層８には熱を発生させるため
にこの発熱抵抗層８に通電するための電極９，１０がそ
の表面に設けられており、これらの電極９，１０間の発
熱抵抗層８によって熱発生部２３が形成されている。

電極９は各熱発生部２３を選択して発熱させるための制
御電極であって、液吐出部２１の液流路に沿って設けら
れ、電極１０は各液吐出部２１の熱発生部２３に共通の
共通電極である。

保護層２６は、熱作用部２２においては発熱抵抗層８を
使用する液体から化学的、物理的に保護するために発熱
抵抗層８と液吐出部２１の液流路を満たしている液体と
を隔絶するとともに、液体を通じて電ｔｆｆｉ９．１０
間が短絡するのを防止し、さらに隣接する電極間におけ
る電気的リークを防止するためのものである。

各液吐出部２１に設けられている液流路は、各液吐出部
２１の上流において、液流路の一部を構成する共通液室
（図示せず）を介して連通されている。各液吐出部２１
に設けられた電気熱変換体２ｏに接続されている電極９
，１０は、その設計上の都合により、上部層２６に保護
されて熱作用部２２の上流側において共通液室下を通る
ように設けられている。

第９図は発熱抵抗体を用いた気泡発生手段の構造を示す
ための詳細図である。図中、２７は電源装置を示す。発
熱抵抗体８を構成する材料として、有用なものには、例
えばタンタル−８１０，の混合物、窒化タンタル、ニク
ロム、銀−パラジウム合金、シリコン半導体、或いはハ
フニウム、ランタン、ジルコニウム、チタン、タンタル
、タングステン、モリブデン、ニオブ、クロム、バナジ
ウム等の金属の硼化物が挙げられる。これらの発熱抵抗
体８を構成する材料の内、特に金属硼化物が好ましく、
その中でも、特に特性の優れた順に列記すると、硼化ハ
フニウム、硼化ジルコニウム、硼化ランタン、硼化タン
タル、硼化バナジウム、硼化ニオブの順となる。発熱抵
抗体８はこのような材料を用いて、電子ビーム蒸着やス
パッタリング等の手法を用いて形成することができる。

発熱抵抗体８の膜厚は、単位時間当りの発熱量が所望通
りとなるように、その面積、材質及び熱作用部分の形状
及び大きさ、さらには、実際面での消費電力等に従って
決定されるが、通常の場合、０゜００１〜５μｍ、好ま
しくは０．０１〜１μｍとされる。

電極９．１０を構成する材料としては、通常使用されて
いる電極材料の多くのものが有効に使用され、具体的に
は、例えばＡＱ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕ等が挙げられ
、これらを使用して蒸着等の手法で所定位置に、所定の
大きさ、形状、厚さで設けられる。保護層２６に要求さ
れる特性は、発熱抵抗体８で発生した熱を記録液体（イ
ンク１１）に効果的に伝達することを妨げず、記録液体
より発熱抵抗体８を保護することである。このような保
護層２６を構成する材料として有用なものに、例えば酸
化シリコン、窒化シリコン、酸化マグネシウム、酸化ア
ルミニウム、酸化タンタル、酸化ジルコニウム等が挙げ
られる。これらは電子ビーム蒸着やスパッタリング等の
手法を用いて形成することができる。保護層２６の膜厚
は、通常は０．０１〜１０μｍ、好ましくは０．１〜５
μｍ（最適には、０．１〜３μｍ）とされる。

このように、本発明が適用されるインクシェツト記録用
のへラドチップ１は、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体工業分野
で広く知られている、いわゆるウェハプロセスによって
製造される。従って、微細なパターン配列が可能で、高
密度配列、高集積化されたヘッドチップ１を容易に製造
できる。ところで、上述したような微細パターンが形成
される発熱体基板２は、その熱的特性から材料としては
熱伝導率の高いシリコンウェハ、或いはアルミナ等のセ
ラミックが好適に用いられており、これらの材料は材料
コストが高いので、できるだけ小さいチップとして同一
ウェハから多数のヘッドチップがとれるように設計する
ことが望ましい。一方、このようなヘッドチップ１を実
際に駆動させるためには、各々の記録液飛翔部（ここで
は、電気熱変換体ないしは発熱抵抗体によるヒータ部８
）に駆動信号を供給するためのプリント基板が必要であ
る。このようなプリント基板はヘッドチップ１とともに
、これらを保持する共通の支持基体上に搭載され、ヘッ
ドチップ１とプリント基板との間のポンディングパッド
部は互いにボンディングワイヤにより接続されて、ヘッ
ドユニットを構成することになる。本実施例は、このよ
うなボンディング方式について工夫したものである。

第１図及び第２図に基づいて、本実施例のボンディング
方式を説明する。まず、第２図はヘッドユニット全体の
概略を示すものであり、第４図等に図示したヘッドチッ
プ１はプリント基板３］とともに、共通の支持基体３２
上に隣接状態で搭載されている。支持基体３２はへラド
チップ１より発生する熱を効率よく逃がすような構造、
材料とされている。これは、ヘッドチップｌの熱により
インク物性（粘度、表面張力等）が変化すると、インク
飛翔特性も変化し、画質を乱すことになるからである。

具体的には、支持基体３２としてはアルミニウム又はア
ルミニウム合金のように熱伝導率の高い金属板が用いら
れる。また、空気中に対して放熱作用が効率よく行われ
るように空気に触れる領域を大きくした構造とされてい
る。例えば、支持基体３２の裏面に溝加工を行い空気に
触れる面積を増やしたり、或いは、ヒートシンクが付設
されている。もっとも、ヘッドチップ１の発熱抵抗体８
の数が比較的少ない場合（例えば、１００個以下）には
、単なるアルミニウム板又はアルミニウム合金板たけで
あっても、自己放熱により実用上支障ないものとなる。

ここに、前記へラドチップ１の発熱体基板２にあっては
制御電極９が端部側まで引出し形成され、その端部はチ
ップ側パッド部３３として列状に配列形成されている。

プリント基板３】側にあっても前記各制御電極９に個別
に対応する基板側パッド部３４が列状に配列形成されて
いる。さらに、これらのパッド部３３．３４間は対応す
る各パッドがホンディングワイヤ３５により接続されて
いる。

第１図はこのようなボンディング領域のみを拡大抽出し
て模式的に示すものである。図示のように、チップ側パ
ッド部３３は配列ピッチＰａで列状に配列され、基板側
パッド部３４は配列ピッチｐｂで列状に配列され、互い
に近傍に位置するようにヘッドチップ１とプリント基板
３１とが搭載される。ここに、配列ピッチＰａ、Ｐｂは
、Ｐａ≠ｐｂではなく、Ｐ　ａ　（Ｐ　ｂとなるように
設定されている。

この点について説明する。一般に、プリント基板３１は
ガラスエポキシ樹脂等の材質よりなる基板上にスクリー
ン印刷などの方法によって、パッド部３４等のパターン
が形成されている。つまり、プリント基板３１の基板側
パッド部３４は、ウェハプロセスによるヘッドチップ１
のチップ側パッド部３３とは全くその製法が異なり、そ
のパターン配列密度を細かくすることは困難である。現
状では、従来例で説明したように、ＩＭ当り８〜１０本
のパターン配列が限界である。このようなことから、い
ま、ヘッドチップ１におけるチップ側パッド部３３の配
列ピッチＰａを、プリント基板３１の基板側パッド部３
４の配列ピッチｐｂと同じ、又はそれ以上とすると（Ｐ
ａ≧ｐｂ）、ヘッドチップ１はそのチップ側パッド部３
３の配列方向の長さが必然的にプリント基板３１の基板
側パッド部３４の配列方向の長さ以上となり、これに対
応してヘッドチップ１自体も大きくなってしまう。これ
では、高価なシリコンウェハ等を材料としているため、
コスト的に非常に不利なものとなってしまう。

しかるに、本実施例にあっては、Ｐａ（Ｐｂとなるよう
にパッド部３３．３４を形成しているので、ヘッドチッ
プ１側にあってはウェハプロセスの特徴を活かしたまま
の微細パターンとして作製すればよいものとなる。即ち
、チップ側パッド部３３のパターン配列の細かさは、ス
クリーン印刷等でパターニングされる基板側パッド部３
４のパターン配列に比して著しく小さいものとすること
ができる。換言すれば、ヘッドユニットにおけるヘッド
チップ１をプリント基板３１より非常に小さくすること
ができ、コスト的にも有利なものとなる。

いま、具体例として、ヒータ部８を２５６個、チップ側
パッド部３３の個数を２５６個、その配列ピッチＰａを
１００１１ｍ、基板側パッド部３４の配列ピッチｐｂを
２００μｍとしてヘッドチップ１及びプリント基板３１
を作製して支持基体３２に搭載し、対応するパッド部３
３．３４間を径３５μｍのアルミニウム製のボンディン
グワイヤ３５によりボンディングしてヘッドユニットを
試作したところ、ヘッドチップ１のサイズは２７ｍｍＸ
８ｍｍとなったものである。ちなみに、比較例として、
上記条件中、チップ側パッド部３３の配列ピッチＰａの
みを２５０μｍとし、他は上記条件のままとしてヘッド
ユニットを試作したところ、ヘッドチップサイズは６５
ｍｍＸ８ｍｒｎとなったものである。

この具体例と比較例とのへラドチップサイズからも判る
ように、配列ピッチＰａの違いにより、比較例のほうが
約２．４倍も大きなものとなってしまい、その分、コス
ト高ともなる。

ところで、対応するパッド部３３．３４が等ピッチでな
い本実施例にあっても、各ボンディングワイヤ３５の長
さを全て同一とすることが不可能ではないが、同一にす
ることによるメリットはなく、逆に、長すぎる部分では
たるみ等により断線等の原因ともなる。そこで、本実施
例では、第１図に示すように、各ボンディングワイヤ３
５の長さは接続すべきパッド部３３．３４間の距離に応
じて適宜設定される。

つづいて、本発明の第二の実施例を第１０図により説明
する。本実施例は、チップ側パッド部３３と基板側パッ
ド部３４とをともに複数列、ここでは２列に千鳥状配列
させたものである。ここに、本発明にいうパッド部３３
．３４の配列ピッチＰａ、Ｐｂは第３図中に示すように
各々のパッド部３３．３４の各列内で定義されるもので
ある。ちなみに、本実施例のような千鳥状複数列配列に
よれば、ヘッドチップ１側はもちろん、プリント基板３
１側も配列密度を上げることができる。

さらに、本発明の第三の実施例を第１１図及び第１２図
により説明する。ボンディングワイヤ３５は基本的には
前述したように接続すべきパッド部３３．３５の距離に
応じて個別に設定され、個々に長さが異なり得るものと
なるが、最大ワイヤ長は無限に長くてよいわけではない
。これは、ワイヤボンディング等によるアセンブリ終了
後のヘッドユニットの信頼性に大きく影響するがらであ
り、上限がある。本実施例は、このボンディングワイヤ
３５の長さを考察したものである。

まず、第１１図はワイヤボンディング部を断面的に見た
図であり、第１２図はワイヤボンディング部を平面的に
見た図である。第１１図（ａ）及び第１２図（ａ）はパ
ッド部３３．３４間距離が短く、ボンディングワイヤ３
５の長さも短くて良好なる例を示す。一方、第１１図（
ｂ）（ｃ）及び第１２図（ｂ）はパッド部３３．３４間
距離が長めの場合を示し、その中で、第１１図（ｂ）は
ボンディングワイヤ３５の長さも適当なる良好例を示す
が、第１１図（ｃ）及び第１２図（ｂ）はボンディング
ワイヤ３５が長すぎる好ましくない例を示す。

即ち、第１１図（ａ、）及び第１２図（ａ）のようにボ
ンディングワイヤ３５の長さが短めの場合にはワイヤの
たるみ、よじれ等の不良は発生しにくく、また、パッド
部間距離が長めの場合には第１１図（ｂ）に示すように
良好なる場合もあるが、第１１図（ｃ）及び第１２図（
ｂ）のような場合にはワイヤにたるみ又はよじれが発生
しやすく、アセンブリ終了後の信頼性が低下してしまう
。

そこで、本実施例ではボンディングワイヤ３５の長さを
種々変えてワイヤボンディングを行ってヘッドユニット
を作製し、その信頼性を調べた。

ここに、使用したボンディングワイヤ３５はアルミニウ
ム製で径が３５μｍのものによるウェッジボンディング
とした。また、パッド部の大きさは、チップ側パッド部
３３を８０１１ｍＸ　１５０１１ｍ、基板側パッド部３
４を１２０ｐｍＸ　２００１Ｉｍ、配列ピッチＰａを１
６０１１ｍ、Ｐｂを２５０１１ｍとした。チップ側パッ
ド部３３の表面材質はアルミニウム、基板側パッド部３
４の表面材質は金とした。また、ワイヤ長は厳密に測定
することは難しいので、接続すべき各パッド部３３．３
４の中心間距離で代表させた。なお、ボンディング後、
全てのサンプルのボンディング部は弾性のあるエポキシ
樹脂で封止した。評価方法は、アセンブリ後のヘッドユ
ニットを５０ｃＩＴｌの高さから落下させ、ボンディン
グ部に断線が生じた否かの落下試験により行った。

試験したサンプル数は何れも５個である。結果は次表の
通りである。

即ち、最小ワイヤ長を８６０μｍとすると、最大ワイヤ
長はその１０倍以下に収まる程度の長さにすると、信頼
性の高いものとなる。

ところで、このように両パッド部３３．３４間をボンデ
ィングワイヤ３５により接続する際には、第１１図（ａ
）（ｂ）に示すようにアーチ状となるように両パッド部
３３．３４間をつなぐ。これは、仮に、ボンディングワ
イヤ３５がパッド部３３゜３４の表面とほぼ同一面とな
るようにフラットに接続すると緊張状態にあり、その結
合は殆ど自由度のないものとなって、逆に断線等により
こわれやすくなってしまうからである。これは、何れの
結合部にあっても、ボンディングワイヤ３５の長さが接
続すべきパッド部３３．３４の中心間距離よりも長く、
アーチ状に結合し得る程度に長さに余裕があることを意
味する。

ところで、本発明は第３図ないし第９図に示したような
液体飛翔記録方式のヘッドに限らず、例えば第１３図な
いし第１７図に示すような構造及び飛翔原理の液体飛翔
記録方式のヘッドにも同様に適用できる。これは、本出
願人により特願平１２２５７７７号として提案されてい
るものであり、その概要を以下に説明する。

このインクジェット記録ヘッド４１は、インク供給手段
として作用するインク供給管４２に接続された中空のイ
ンク供給室４３を有して台形状に形成されたマニホール
ド４４をベース材として構成されている。マニホールド
４４頂部にはインク供給室４３に連通ずるスリット４５
が形成された発熱体基板４６が固定されている。この発
熱体基板４６上にはスリット４５両側に位置させて互い
違いに櫛歯状の障壁４７が形成され、障壁４７間にイン
ク液面保持手段として機能する流路４８が形成されてい
る。これらの流路４８は障壁４７とは逆に互い違いに櫛
歯状となってスリット４５に連通されている。また、前
記発熱体基板４６上には各流路４８毎に最奥部側に位置
させて各々記録液飛翔部となるヒータ部４９が形成され
ている。

よって、ヒータ部４９の平面的な配列を見ると、第３４
図のようにスリット両側で千鳥状配列となる。また、各
流路４８の途中に位置させて発熱体基板４６上には障壁
４７と同等の高さの流体抵抗部５０が形成されている。

さらに、発熱体基板４６の周囲を覆い枠状の保持部材５
１により押え固定される薄膜状導電性リード（信号入力
手段）５２がマニホールド４４上に設けられている。

ここに、前記ヒータ部４９付近の構造例を第１６図に示
す。このヒータ部４９は発熱体基板４６上に蓄熱層５３
を形成し、その上に発熱体層５４を制御電極５５、アー
ス電極５６とともに形成し、さらに、インクとの直接的
な接触を避けるために表面を保護層５７、電極保護層５
８により覆ったものである。各発熱体層５４は前記制御
電極５５やアース電極５６のパッド部を介してボンディ
ングワイヤ（図示せず）により薄膜状導電性リード５２
に電気的に接続されている。この薄膜状導電性リード５
２は画像情報信号入力手段（図示せず）に接続されてい
る。

このような構成において、まず、インク供給管４２より
インク供給室４３に供給されたインク５９　（第１７図
参照）は、毛管現象により微細なスリット４５を通って
障壁４７により囲まれた櫛歯状の流路４８全域に満たさ
れることになる。なお、スリット４５や流路４８の寸法
によっては、毛管現象だけではインク５９を十分に流路
４８全域に供給・保持させることができないが、このよ
うな場合には、インク供給管４２の元にあるインクタン
ク（図示せず）と記録ヘッド４１との高さを調整するこ
とにより、水頭差を利用すればよい。このように流路４
８全域にインク５９が満たされ、各ヒータ部４９もイン
ク５９に覆われた状態となるように、インク液面の高さ
を調整した定常状態において、画像情報に応じて各発熱
体層５４に対して個別に通電を行うと、発熱した発熱体
層５４上でインク液中に気泡が発生する。この気泡の推
進力によりインク５９がヒータ部４９の面（基板面）に
略垂直なる方向に飛翔することになる。

第１７図により、より詳細に飛翔原理を説明する。なお
、第１７図ではヒータ部４９及びその周辺部を拡大して
示すが、簡単のため、電極等は省略しである。まず、同
図（ａ）は定常状態を示し、流路４８全域にインク５９
が満たされ、ヒータ部４９上もインク５９により覆われ
ている。ヒータ部４９を加熱させると、ヒータ部４９の
表面温度が急上昇し、隣接インク層に沸騰現象が起きる
まで熱せられ、同図（ｂ）に示すように微小な気泡６０
が点在した状態となる。ヒータ部４９の全面で急激に加
熱された隣接インク層が瞬時に気化して同図（ｃ）に示
すように沸騰膜を作る。このように気泡６ｏが成長した
状態において、表面温度は３００〜３５０’Ｃになり、
いわゆる膜沸騰状態にある。また、ヒータ部４９の上部
にあるインク５９層は、気泡成長の推進力により、図示
の如く、インク液面が盛り上がった状態となる。同図（
ｄ）は気泡６０が最大に成長した状態を示し、インク液
面からインク柱６１がさらに成長した状態となる。

このような最大気泡となるまでに要する時間は、ヘッド
（発熱体基板４６）構造、印加パルス条件等にもよるが
、通常、パルス印加後、５〜３０μｓｅｃ程度要する。

最大気泡となった時点では、ヒータ部４９は既に通電さ
れていない状態にあり、ヒータ部４９の表面温度は降下
しつつある。気泡６０が最大となる時のタイミングは、
電気パルス印加のタイミングから若干遅れたものとなる
。同図（ｅ）は気泡６ｏがインク５９等により冷却され
収縮を開始した状態を示す。インク柱６１の先端部では
押出された速度を保ちつつ前進し、後端部では気泡６０
の収縮に伴ってインク液面にインク５９が逆流すること
により、図示の如く、インク柱６１にくびれが生ずる。

気泡６０がさらに収縮すると、同図（ｆ）に示すように
、ヒータ部４９面にインク５９が接し、ヒータ部４９面
がさらに急激に冷却される状態となる。インク柱６１は
インク液面から切断され、被記録体（図示せず）の方向
へ２〜Ｉｏｍ／ｓの速度で飛翔する。なお、この時の飛
翔速度はヘッド（発熱体基板４６）構造、インク物性、
印加パルス条件等に依存するが、飛翔速度が比較的遅い
場合（２〜３ｍ／ｓ　）にはインク５９は滴状となって
飛翔し、比較的速い場合（７〜１０ｍ／ｓ　）にはイン
ク５９は細長い柱状となって飛翔する。この後、同図（
ｇ）に示すように同図（ａ）と同様な定常状態に戻り、
流路４８全域にインク５９が満たされ、気泡６０も完全
に消滅した状態となる。

発明の効果 本発明は、上述したようにチップ側パッド部の配列ピッ
チを、基板側パッド部の配列ピッチよりも小さくして配
列形成したので、ヘッドチップ側は微細形成の困難なプ
リント基板側の制約を受けることなく、ウェハプロヤス
の特徴を活かして小型に形成でき、高価な材料によるヘ
ッドチップの低コスト化を図ることができ、この際、ボ
ンディングワイヤの長さを接続すべき各パッド部間距離
に応じて異ならせたので、配列ピッチの違いに容易に対
処でき、このとき、最大ワイヤ長を最小ワイヤ長の１０
倍以下とし、又は、ボンディングワイヤの長さを、接続
すべき各パッド部の中心間距離よりも長くしたので、ワ
イヤのたるみ、よじれ、ないしは緊張がなく、断線の少
ない信頼性の高いワイヤボンディングとすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一の実施例を示す模式的平面図、第
２図はヘッドユニットの外観斜視図、第３図ないし第９
図は適用される記録方式を示すもので、第３図はその記
録原理を示す工程断面図、第４図はへラドチップの外観
斜視図、第５図は分解して示す斜視図、第６図は裏返し
て示す蓋基板の斜視図、第７図はより具体的なヘッド構
造例を示す正面図、第８図はそのＡ−Ａ線断面図、第９
図はその気泡発生手段の構造例を示す断面図、第１０図
は本発明の第二の実施例を示す模式的平面図、第１１図
及び第１２図は本発明の第三の実施例を説明するための
接続状態を示すもので、第１１図は断面図、第１２図は
平面図、第１３図ないし第１７図は適用される記録方式
の変形例を示すもので、第１３図は分解斜視図、第１４
図は平面図、第１５図はそのＢ−Ｂ線断面図、第１６図
はヒータ部付近の断面図、第１７図はその記録飛翔原理
を示す工程断面図である。 １・・・ヘッドチップ、８・・・記録液飛翔部、９・・
・制御電極、３１・・・プリント基板、３２・・・支持
基体、３３・・・チップ側パッド部、３４・・・基板側
パッド部、３５・・・ボンディングワイヤ、４９・・・
記録液飛翔部、５５・・・制御電極、 Ｐａ。 ｂ ・配列ピッチ３５ 出 願 人 株式会社 ヲ コ ｊゴ匙ご。 図 あ　７１５　しハ ］」６ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数個の記録液飛翔部と各記録液飛翔部に個別に導
   通させた駆動用の複数本の制御電極とこれらの制御電極
   に外部信号を個別に導くための複数個のチップ側パッド
   部とをウェハプロセスにより形成した１枚のヘッドチッ
   プと、前記チップ側パッド部に対応する複数個の基板側
   パッド部を有する１枚のプリント基板とを共通の支持基
   体に搭載し、対応する各チップ側パッド部と基板側パッ
   ド部との間をボンディングワイヤにより接続するように
   した液体飛翔記録ヘッドユニットにおいて、前記チップ
   側パッド部の配列ピッチを前記基板側パッド部の配列ピ
   ッチより小さくして、これらの前記チップ側パッド部と
   前記基板側パッド部とをともに列状に配列形成したこと
   を特徴とする液体飛翔記録ヘッドユニット。 ２、対応する各チップ側パッド部と基板側パッド部との
   間を接続するボンディングワイヤの長さを接続すべき各
   パッド部間距離に応じて異ならせたことを特徴とする請
   求項１記載の液体飛翔記録ヘッドユニット。 ３、対応する各チップ側パッド部と基板側パッド部との
   間を接続するボンディングワイヤの長さを、最大ワイヤ
   長が最小ワイヤ長の１０倍以下となるようにしたことを
   特徴とする請求項２記載の液体飛翔記録ヘッドユニット
   。 ４、対応する各チップ側パッド部と基板側パッド部との
   間を接続するボンディングワイヤの長さを、接続すべき
   各パッド部の中心間距離よりも長くしたことを特徴とす
   る請求項１記載の液体飛翔記録ヘッドユニット。