JP2018083365A - 液体吐出ヘッドおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 記録素子基板の供給口内に設けられた補強部のインクによる腐食の抑制。【解決手段】 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、前記エネルギー発生素子に液体を供給するための供給口と、を備える記録素子基板を有する液体吐出ヘッドであって、前記供給口内にはシリコンからなる補強部が設けられており、前記補強部の少なくとも一部は樹脂部材で覆われていることを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、インクを吐出する液体吐出ヘッド及びその製造方法に関する。

インクジェット記録ヘッドに代表される液体吐出ヘッドでは、複数のインク吐出口から、微細な液滴のインクを吐出して画像記録をおこなう。一般に、インクジェットヘッドは、エネルギー発生素子や供給口を備える、シリコンからなる記録素子基板と、吐出口を備える吐出口形成部材とを含み、供給口はアルカリ液体による異方性エッチングにより形成される。このエッチングでは、エッチング面としてシリコンの細密面である（１１１）面が露出する事になる。シリコンの（１１１）面は、シリコン基板平面に対して、５４．７°の角度をなしており、インクによる溶解の進行は極めて遅い。

近年、高精細でかつ高速印字が可能な液体吐出ヘッドの提供が望まれている。高速印字を行う一手段として、吐出口数を増やし、ヘッド１回の走査での印字領域を増やす手段がある。それにより、吐出口列が長くなると共に、液体を供給する供給口もより縦長になる。その結果、記録素子基板とそれを支持する支持部材との線膨張係数の差の影響で、記録素子基板が破損したり、記録素子基板に反りが生じたりする可能性が高まる。

この対策として、供給口内に補強部である梁を設け、記録素子基板の剛性をあげる方法がある（特許文献１）。

特開２００７−５５１８４号公報 特開２００９−２０２４０１号公報

しかし、供給口内の梁自体がインクにより溶解される課題がある。このシリコンの溶解に対する対策としては、保護膜を設ける構成が知られているが（特許文献２）、保護膜を設ける為の工程増加およびコストアップの影響がある。

本発明は、長尺化された記録素子基板でも、簡易な構成により、印字品位がよく、高速な印字が長期にわたり得られる液体吐出ヘッドおよびその製造方法を提供する事を目的とする。

上記目的を達成するために、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、前記エネルギー発生素子に液体を供給するための供給口と、を備える記録素子基板を有する液体吐出ヘッドであって、前記供給口内にはシリコンからなる補強部が設けられており、前記補強部の少なくとも一部は樹脂部材で覆われていることを特徴とする。

本発明によれば、長尺化された記録素子基板においても、簡易な構成で剛性を上げることが出来、印字品位がよく、高速な印字が長期にわたり得られる液体吐出ヘッドおよびその製造方法の提供が可能となる。

本発明の第１の実施形態を示す記録素子ユニットの断面の摸式図。 本発明の液体吐出ヘッドの構成を示す分解斜視図。 本発明の記録素子ユニットの斜視図。 本発明の記録素子基板の部分拡大図。 記録素子基板の底面図および断面図。 支持部材の上面図および断面図。 支持部材に接着剤を付与する工程を示す模式図。 記録素子基板と支持部材との接合工程を示す模式図。 記録素子基板と支持部材との接合工程を示す摸式図。

（第１の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の各実施形態に係る液体吐出ヘッド及びその製造方法について説明する。本発明の液体吐出ヘッド及び液体吐出ヘッドを搭載した液体吐出装置は、プリンター、複写機、通信システムを有するファクシミリ、プリンター部を有するワードプロセッサなどの装置、さらには各種処理装置と複合的に組み合わせた産業記録装置に適用可能である。例えば、バイオチップ作製や電子回路印刷や半導体基板作製などの用途としても用いることができる。

また、以下に述べる各実施形態は、本発明の適切な具体例であるから、技術的に好ましい様々の限定が付けられている。しかし、本発明の思想に沿うものであれば、本実施形態は、本明細書の実施形態やその他の具体的方法に限定されるものではない。

本発明の第１の実施形態について説明する。

図２は、本発明の第１の実施形態の液体吐出ヘッドの構成を示した、分解斜視図である。記録素子ユニット７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吐出エネルギー発生素子を有した記録素子基板１と、記録素子基板１を支持する支持部材２を含む。記録素子ユニット７はさらに、支持部材２と支持部材２に接合された記録素子基板１との段差を緩和するためのプレート３と、記録素子基板１に電気的信号を送るための電気配線テープ４と、電気コネクト基板５を含む。液体吐出ヘッド８は、記録素子ユニット７と、記録液を保持した液体収容容器であるタンク（不図示）を保持するタンクホルダー６とを含む。

図３は、記録素子ユニット７の斜視図を示し、説明を容易にするため、プレート３、電気配線テープ４、電気コネクト基板５の部品は図示せず、また、各構成部位の一部を透過した状態で図示している。図３において、記録素子基板１は、エネルギー発生素子に対応して形成される吐出口９と、吐出口９から吐出するインクを供給するための供給口１０を有する。より詳細に説明すると、記録素子基板１は、エネルギー発生素子と供給口１０とを備える基板と、吐出口を備える吐出口形成部材とが積層されて構成される。本実施形態において、基板はシリコンからなり、吐出口形成部材は樹脂からなる。供給口１０の内部には梁構造としての補強部１１が形成されている。記録素子基板１を支持する支持部材２には、記録素子基板１に供給するインクを保持する液室１２が設けられている。尚、本実施形態における補強部１１は、後述するように接着剤により被覆される構成であるが、ここでは補強部１１の構成を説明するために、接着剤の図示は省略している。

図４（ａ）は記録素子基板１の下面側を示す斜視図であり、図４（ｂ）は補強部１１およびその周囲部の斜視図である。補強部１１は、Ｂ面１３と、Ｂ’面２３とを含む両側面と、底面であるＦ面１４とを有する。供給口１０の内面は、長手方向に沿う、内側面であるＣ面１５を有し、補強部１１はＣ面１５同士の間をつなぐように設けられている。また記録素子基板１の底面はＥ面１６となっており、補強部１１の底面であるＦ面１４と同一平面となっている。

本実施形態において、記録素子基板１はシリコンで形成されおり、その底面であるＥ面１６およびＦ面１４は（１００）面である。供給口１０は異方性エッチングにより形成され、内面であるＣ面１５は（１１１）面である。本実施形態における補強部１１は、供給口１０を形成する際の、異方性エッチングの速度を制御する事により形成する。そのため、Ｂ面１３は（３１１）面となり、異方性エッチングの時間が長くなると形成されるＢ’面２３は（１１１）面である。このＢ’面２３は（１１１）面であるためインク溶解性には強い面であるが、その面を形成するには補強部１１の大きさを小さくせざるをえない。補強部の大きさを確保するために、（３１１面）であるＢ面１３をもうける。図４においては、補強部の形状を正確に説明するために、Ｂ’面２３を記載した。しかし、本発明において、Ｂ’面２３は必須ではなく、形成する際の割合も適宜設定すれば良い。

図５（ａ）は記録素子基板１を底面側から見た図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）におけるＣ−Ｃ断面、図５（ｃ）は、図５（ａ）における、Ｄ−Ｄ断面である。図６（ａ）は支持部材２を記録素子基板１に接合される面からみたものであり、図６（ｂ）は図６（ａ）におけるＥ−Ｅ断面、図５（ｃ）は、図５（ａ）におけるＦ−Ｆ断面である。支持部材２のＥ’面１７は、記録素子基板１が接合される面である。本実施形態において、支持部材２の液室１２には補強部としての梁１８が形成されており、この梁１８は記録素子基板１の補強部１１に対応する位置に、互いに対向して設けられている。梁１８は液室内の深さ方法の全域に渡って設けられている。梁１８の上面であるＦ’面１９は、補強部１１の底面であるＦ面１４に対応した位置にある。

図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態を示す記録素子ユニット７の断面図であり、図３におけるＡ−Ａ部での断面図に対応する。図１（ｂ）は図１（ａ）における、Ｇ−Ｇ部断面図である。記録素子基板１と支持部材２とは、接着剤２１を介して接合されている。補強部１１は供給口内の、支持部材２が接合される側の端部に設けられており、補強部１１と支持部材２の梁１８とは接着剤２０で接合されている。本実施形態では、接着剤２０と接着剤２１とは同一のものにしたが、本発明はこれに限られず互いに異なる種類の接着剤でもかまわないし、接着剤２０に代えて封止材を適用しても良い。つまり補強部１１がインクと触れることを抑制できる構成になっていれば良い。よって補強部１１を樹脂部材等で覆うことが好ましい。この様に記録素子基板１と支持部材２との接合面に接着剤２０および２１を設けた後に両者を接合すると、毛管力によって、接着剤２０が補強部１１を覆うように導かれる。

特に、補強部１１の側面であるＢ面１３は（３１１）面であるため、インクの腐食に対する耐性が弱いが、このＢ面１３を接着剤２０によって覆うことができる。このように、接着剤２０で補強部１１のＢ面１３を覆い、接着剤２０を硬化させることで、Ｂ面１３がインクに直接触れる事がなくなり、腐食を抑制する事が可能となる。これにより、Ｂ面１３よりインクの腐食による耐性がある、Ｆ面１４も接着剤２０で被覆することができ好ましい。本発明においては、補強部１１の全面を接着剤２０に覆う必要はなく、相対的にインクの腐食の耐性が弱い（３１１）面で構成されるＢ面１３を少なくとも接着剤で覆えば良い。

第１の実施形態では、記録素子基板１の基板部をシリコン、支持部材２をアルミナで構成した。接着剤２０、接着剤２１としては、エポキシ接着剤を用いた。接合方法としては、接着剤２０、接着剤２１を支持部材２に転写し、その上に記録素子基板１を接合し液体吐出ヘッド８を作製した。

このようにして作った液体吐出ヘッド８にインクを注入し、耐久試験を行ったが、補強部１１のインクによる腐食による影響を抑制することができ、長期にわたり良好な印字を得ることができた。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、補強部１１と梁１８とを夫々接合することで、全ての補強部を接着剤で被覆した。しかしながら、本発明は、必ずしも全ての補強部１１を接着剤で被覆する必要はない。例えば、複数の種類のインクを吐出する液体吐出ヘッドの場合、シリコンの溶解に対して特に影響の大きいインクに対応する供給口１０内に形成される補強部１１に対して、少なくとも接着剤で被覆すれば良い。シリコンの溶解に影響の少ないインクに対応する補強部１１に関しては、必ずしも接着剤で被覆する必要はない。

また、インクによって溶解速度が異なるため、実使用で影響が少ないのであるならば、特定の補強部１１のみ被覆を施してもかまわない。たとえば、同一の供給口１０に２個以上の補強部１１がある場合、そのうちの少なくとも１つを接着剤で被覆すれば良い。

いずれの場合も、補強部１１の底面であるＦ面１４と、記録素子基板１の底面であるＥ面１６は同一面であるため、接着剤の転写のパターンを変更する事により、特定の補強部１１を被覆することが可能となる。特定の補強部１１を被覆することは、接着剤の使用量を減らすと事にもなり、コスト抑制のメリットがある。

（第３の実施形態）
上述した各実施形態では、接着剤２０、接着剤２１、を支持部材２に転写した後に接合を行ったが、本発明はこれに限定されない。たとえば、ディスペンサー等で、記録素子基板１に塗布し、支持部材２と接合する事により、補強部を被覆しても構わない。

ディスペンサーでの塗布は、塗布量の部分的な調整が容易である。故に補強部１１の接着剤での被覆を確実にするため、Ｆ面１４の接着剤の単位面積当たりの塗布量を、Ｅ面１６より多くするなどの手段が可能になる。そして、補強部１１の被覆性を向上させるため、接着剤２０と接着剤２１との種類をかえる等の手段をとることも可能になる、
（第４の実施形態）
転写方式においても、部分的な接着剤の転写量を変えることは可能である。例えば、転写判の表面粗さを部分的に変えて接着剤を支持部材に塗布することによっておこなう。具体的には、補強部１１（Ｆ面１４）に対応する部位の転写判の表面粗さを他に比べて粗くすることで、その部位の接着剤の転写量を多くすることができる。

図７に、支持部材２に接着剤を付与する工程を示し、図８に、接着剤が付与された支持部材と記録素子基板１との接合の工程を示す。図７（ａ）に転写判２２の平面図とそのＧ−Ｇ断面とを示す。転写判２２は表面凹凸が相対的に小さい（シボ加工が細かい）転写部２５と、表面の凸凹が相対的に大きい（シボ加工が粗い）転写部２４からなる。転写部２４は、支持部材２の梁１８（補強部１１に対応する位置）に接着剤を転写するように、転写判２２上に配置されている。転写部２５は、梁１８のその他の接合部分に対応する支持部材の位置に接着剤を転写するように転写判２２上に配置されている。

図７（ｂ）に転写装置上の転写皿２６を示す。転写皿の上に載せられた接着剤が回転する事により、転写皿２６上に均一な接着剤膜２７が形成され、その接着剤膜２７に、転写判２２の、転写部２４と転写部２５を接触させる。それにより、粗い凹凸部である転写部２４のほうが、転写部２５より、単位面積当たり多くの接着剤を保持することとなる。

図７（ｃ）に示すように、この状態の転写判２２を、用意した支持部材２の、記録素子基板１が接合される面に転写すると、図７（ｄ）のように補強部１１に対応する部分の接着剤２０は相対的に厚く、それ以外の部分の接着剤２１は相対的に薄くなる。図８（ａ）に示すような、接着剤が転写された支持部材２に、図８（ｂ）のように記録素子基板１を接合させると、厚く塗られた接着剤２０は、補強部のＦ面１４におし潰される。押しつぶされることではみ出した接着剤は、補強部１１のＢ面１３とＣ面１５との隙間による毛管力により上方にはいあがると共にＢ面１３を被覆する。

本実施形態では、転写部２４の表面粗さをＲａ２０とし、転写部２５の表面粗さをＲａ１とした。そして、接着剤膜２７を作る接着剤にはエポキシ接着剤をもちい、第１の実施形態と同様にしてヘッドを作成した。

（第５の実施形態）
本実施形態においては、接着剤に遅硬性の紫外線硬化型接着剤を用いることで補強部１１の被覆性を向上させた。遅硬性の紫外線硬化型接着剤は、紫外線が照射される事により、接着剤の硬化反応剤が活性化し、硬化が始まる。活性度は、光量（紫外線の照度×時間）により左右される。反応が進むと、接着剤は硬化が進むと共に粘度があがり、流れ性が低下する。粘性が低いと、Ｂ面１３とＣ面１５からなす隙間の毛管力によりはいある事も容易であり、その後にＢ面１３を被覆する事も容易となる。このように遅硬性の紫外線硬化型接着剤を用いることで、接着剤の粘度（流動性）を調整することができ、補強部１１の被覆性を向上させることが可能となる。

図９に本実施形態の製法について説明する。図９において、減光部２９を備える減光マスクとしてのガラスマスク２８を用いて紫外線硬化型接着剤に選択的に紫外線を照射する。具体的には、支持部材２の梁１８（補強部１１に対応する位置）にある接着剤２０に当たる紫外線光量を、接着剤２１に対する紫外線光量に対して相対的に減らすように、ガラスマスク２８で選択的に紫外線を照射する。

本実施形態では、記録素子基板１としてはシリコンをもちい、支持部材２としてはアルミナをもちいた。そして、接着剤２０、接着剤２１は、同じ遅硬性の紫外線硬化型接着剤を用いた。減光部２９の紫外線透過率を５０％とになるようにしたガラスマスク２８をもちい、ＵＶランプの照度を調整した。接着剤２０への光量は１０００ｍＪ／ｃｍ２とし、接着剤２１への光量は２０００ｍＪ／ｃｍ２となるようしヘッドを作製した。

１ 記録素子基板
２ 支持部材
３ プレート
５ 電気コネクト基板
６ タンクホルダー
７ 記録素子ユニット
８ 記録ヘッド
９ 吐出口
１０ 供給口
１１ 補強部
１２ 液室
１８ 梁
２０ 接着剤
２１ 接着剤

Claims (16)

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、前記エネルギー発生素子に液体を供給するための供給口と、を備える記録素子基板を有する液体吐出ヘッドであって、
   前記供給口内にはシリコンからなる補強部が設けられており、前記補強部の少なくとも一部は樹脂部材で覆われていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記補強部の表面は（３１１）面を含んでおり、前記（３１１）面は前記樹脂部材で覆われている、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記補強部の表面は、（１１１）面と（３１１）面とを含んでおり、少なくとも前記（３１１）面は前記樹脂部材により覆われている、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記記録素子基板は、液体を吐出する吐出口を備える吐出口形成部材と、前記エネルギー発生素子と前記供給口とを備える基板と、を含む、請求項１乃至３のいずれか１項の記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記記録素子基板を支持する支持部材を備え、
   前記記録素子基板と前記支持部材とは接着剤で接合されている、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記樹脂部材は前記接着剤である、請求項５に記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記樹脂部材は紫外線硬化型接着剤である、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
8. 前記補強部は、前記供給口内の前記支持部材が接合される側の端部に設けられている、請求項５に記載の液体吐出ヘッド。
9. 前記記録素子基板に供給する液体を保持する液室を備えるとともに、前記記録素子基板を支持する支持部材を備え、
   前記液室内には梁が設けられている、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
10. 前記梁と前記補強部とは互いに対向して設けられている、請求項９に記載の液体吐出ヘッド。
11. 前記樹脂部材は、前記梁と前記補強部との間に設けられている、請求項１０に記載の液体吐出ヘッド。
12. 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、前記エネルギー発生素子に液体を供給するための供給口、および前記供給口内に設けられるシリコンからなる補強部、を備える記録素子基板と、前記記録素子基板を支持する支持部材とを用意する工程と、
    前記記録素子基板と前記支持部材とを接着剤で接合する接合工程と、
    を備える液体吐出ヘッドの製造方法であって、
    前記接合工程において、前記接着剤が前記補強部の少なくとも一部を覆うことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
13. 前記補強部の表面は、（１１１）面と（３１１）面とを含んでおり、前記接合工程において、前記接着剤で少なくとも前記（３１１）面を覆う、請求項１２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
14. 前記接合工程において、前記支持部材の前記記録素子基板が接合される接合面に接着剤を塗布する塗布工程を含み、前記塗布工程において、前記補強部に対応する位置に塗布する接着剤の単位面積あたりの塗布量は、その他の部分に塗布される接着剤の単位面積当たりの塗布量より多い、請求項１２または１３に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
15. 前記塗布工程において、前記接合面への接着剤の塗布は、転写判による接着剤の転写により行われ、前記補強部に対応する位置に接着剤を転写する前記転写判の表面粗さは、前記その他の部分に転写する前記転写判の表面粗さより粗い、請求項１４に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
16. 前記接着剤は紫外線硬化型の接着剤である、請求項１２乃至１５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。

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