JP2018083365A - Liquid discharge head and manufacturing method of liquid discharge head - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a liquid discharge head that discharges ink and a manufacturing method thereof.
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。 In a liquid discharge head typified by an ink jet recording head, image recording is performed by discharging fine droplets of ink from a plurality of ink discharge ports. In general, an inkjet head includes a recording element substrate made of silicon having an energy generating element and a supply port, and a discharge port forming member having a discharge port, and the supply port is formed by anisotropic etching with an alkaline liquid. In this etching, the (111) plane which is a fine silicon surface is exposed as an etching plane. The (111) plane of silicon forms an angle of 54.7 ° with respect to the plane of the silicon substrate, and the progress of dissolution by ink is extremely slow.
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。 In recent years, it has been desired to provide a liquid discharge head capable of high-definition and high-speed printing. As a means for performing high-speed printing, there is a means for increasing the number of ejection ports and increasing the printing area in one head scan. As a result, the discharge port array becomes longer, and the supply port for supplying the liquid becomes longer. As a result, there is an increased possibility that the recording element substrate is damaged or the recording element substrate is warped due to the influence of the difference in linear expansion coefficient between the recording element substrate and the support member that supports the recording element substrate.
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)。 As a countermeasure, there is a method of increasing the rigidity of the recording element substrate by providing a beam as a reinforcing portion in the supply port (Patent Document 1).
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。 However, there is a problem that the beam itself in the supply port is dissolved by the ink. As a countermeasure against the dissolution of silicon, a configuration in which a protective film is provided is known (Patent Document 2), but there is an influence of an increase in the process for providing the protective film and an increase in cost.
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。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a liquid ejecting head and a method of manufacturing the same, which can provide a high-quality printing with a simple structure and a high-speed printing over a long period of time even with an elongated recording element substrate.
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。 In order to achieve the above object, a liquid ejection having a recording element substrate comprising: an energy generation element that generates energy used to eject a liquid; and a supply port for supplying the energy to the energy generation element. In the head, a reinforcing portion made of silicon is provided in the supply port, and at least a part of the reinforcing portion is covered with a resin member.
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。 According to the present invention, it is possible to provide a liquid discharge head that can increase rigidity with a simple configuration even in an elongated recording element substrate, has good print quality, and can obtain high-speed printing over a long period of time, and a method for manufacturing the same. Is possible.
(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。
(First embodiment)
Hereinafter, a liquid discharge head and a manufacturing method thereof according to each embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The liquid discharge head and the liquid discharge apparatus equipped with the liquid discharge head according to the present invention include a printer, a copier, a facsimile having a communication system, a word processor having a printer unit, and a combination of various processing apparatuses. It can be applied to a recording apparatus. For example, it can be used for applications such as biochip fabrication, electronic circuit printing, and semiconductor substrate fabrication.
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。 Each embodiment described below is an appropriate specific example of the present invention, and thus has various technically preferable limitations. However, the present embodiment is not limited to the embodiments of the present specification and other specific methods as long as the concept of the present invention is met.
本発明の第1の実施形態について説明する。 A first embodiment of the present invention will be described.
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。
FIG. 2 is an exploded perspective view showing the configuration of the liquid discharge head according to the first embodiment of the present invention. The recording element unit 7 includes a recording element substrate 1 having an ejection energy generating element that generates energy used to eject a liquid, and a
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。
FIG. 3 is a perspective view of the recording element unit 7. For ease of explanation, the components of the plate 3, the
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。
4A is a perspective view showing the lower surface side of the recording element substrate 1, and FIG. 4B is a perspective view of the reinforcing
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。
In the present embodiment, the recording element substrate 1 is made of silicon, and the
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。
5A is a view of the recording element substrate 1 as viewed from the bottom side, FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG. 5A, and FIG. 5C is a view in FIG. , DD cross section. 6A is a view of the
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。
FIG. 1A is a cross-sectional view of the recording element unit 7 showing the first embodiment of the present invention, and corresponds to a cross-sectional view taken along line AA in FIG. FIG.1 (b) is GG section sectional drawing in Fig.1 (a). The recording element substrate 1 and the
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。
In particular, since the
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。
In the first embodiment, the substrate portion of the recording element substrate 1 is made of silicon and the
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。
Ink was injected into the liquid discharge head 8 made in this way and a durability test was performed. However, the influence of the
(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。
(Second Embodiment)
In the first embodiment, all the reinforcing portions are covered with the adhesive by joining the reinforcing
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。
In addition, since the dissolution rate varies depending on the ink, if there is little influence in actual use, only the specific reinforcing
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。
In any case, since the
(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。
(Third embodiment)
In each embodiment mentioned above, joining was performed after transferring
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。
The application with the dispenser is easy to partially adjust the application amount. Therefore, in order to ensure the covering of the reinforcing
(Fourth embodiment)
Even in the transfer system, it is possible to change the transfer amount of the partial adhesive. For example, the adhesive is applied to the support member while partially changing the surface roughness of the transfer plate. Specifically, by making the surface roughness of the transfer plate corresponding to the reinforcing portion 11 (F surface 14) rougher than others, the transfer amount of the adhesive at that portion can be increased.
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。
FIG. 7 shows a process of applying an adhesive to the
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。
FIG. 7B shows the
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。
As shown in FIG. 7C, when the
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。
In this embodiment, the surface roughness of the
(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。
(Fifth embodiment)
In the present embodiment, the coverage of the reinforcing
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。
The manufacturing method of this embodiment is demonstrated to FIG. In FIG. 9, the ultraviolet curable adhesive is selectively irradiated with ultraviolet rays using a
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。
In this embodiment, silicon is used as the recording element substrate 1 and alumina is used as the
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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Recording element board |
Claims (16)
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。 A liquid discharge head having a recording element substrate comprising: an energy generating element that generates energy used to discharge liquid; and a supply port for supplying liquid to the energy generating element,
A liquid discharge head, wherein a reinforcing portion made of silicon is provided in the supply port, and at least a part of the reinforcing portion is covered with a resin member.
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。 A support member for supporting the recording element substrate;
5. The liquid ejection head according to claim 1, wherein the recording element substrate and the support member are bonded together by an adhesive.
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。 A liquid chamber for holding a liquid to be supplied to the recording element substrate, and a support member for supporting the recording element substrate,
The liquid discharge head according to claim 1, wherein a beam is provided in the liquid chamber.
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。 A recording element substrate comprising: an energy generating element that generates energy used to eject liquid; a supply port for supplying liquid to the energy generating element; and a reinforcing portion made of silicon provided in the supply port; Preparing a support member for supporting the recording element substrate;
A bonding step of bonding the recording element substrate and the support member with an adhesive;
A method of manufacturing a liquid ejection head comprising:
In the bonding step, the adhesive covers at least a part of the reinforcing portion.
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