JP2003334958A - インクジェットヘッドおよび該ヘッドを備えた記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリコーン封止剤の揮発性シリコン化合物を
低減することにより、印字歩留りの向上、画質の向上を
図る。 【解決手段】 シリコーン封止剤中の揮発性シリコーン
化合物の量が１０００ｐｐｍ以下の封止剤を用いてＩＪ
Ｃを構成する。揮発性シリコーン化合物はＳｉ原子を２
０以下有する化合物である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はインクジェット記録
ヘッド、その製造方法および該ヘッドを備えた記録装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】インクの小滴を発生させそれを紙等の被
記録媒体に付着せしめて記録を行なうインクジェット記
録方式は、記録時の騒音が極めて少なく、且つ高速記録
が可能であり、しかも記録ヘッドを極めて小型化できる
為、カラー化およびコンパクト化が容易である記録方式
である。該インクジェット記録方式のひとつとして、発
熱素子によってインクを発泡せしめて吐出を行なうバブ
ルジェット（Ｒ）方式は近年注目されている。

【０００３】該バブルジェット（Ｒ）記録ヘッドを製造
する方法としては、例えばシリコン基板上に発熱素子、
駆動回路（シフトレジスター等）および配線パターンを
汎用的なシリコンプロセスにて形成した基板を、記録装
置とのコンタクトを行なうプリント基板をアルミ等にて
形成した基材（ベースプレート）に予め貼り合わせてた
部材にダイボンディングし、次いで基板とプリント基板
をワイヤーボンディングした後、インク液室、インク流
路を射出成型等にて形成し、エキシマレーザーにてイン
ク吐出孔を形成した天板を、発熱素子とインク吐出孔を
位置合せしつつ接合しバネにて固定せしめ、インク供給
の為の部材をベースプレートに熱かしめ等の手段にて固
定し、これら部品の隙間を封止材料にて埋めることによ
って作製する方法を挙げることができる。

【０００４】図１は吐出エレメントの構成を表してい
る。アルミ等の支持体１００４上に発熱素子を形成した
シリコン基板１００１がダイボンディングされ、一方記
録装置とのコンタクトを行なうプリント配線基板１００
３が接着されている。シリコン基板１００１上には発熱
素子、駆動用シフトレジスター、および配線パターンが
シリコンプロセスにて予め形成されている。配線基板１
００３には記録装置とのコンタクトを行なうコンタクト
パッド、シリコン基板とのコンタクトを行なうワイヤー
ボンディングパッドが形成され汎用的なワイヤーボンデ
ィング技術にてシリコン基板との接続を行なう。

【０００５】該基板に対して天板１００２がバネ（図示
せず）にて固定される。天板１００２にはインク流路１
００２ａ、インク液室１００２ｂが射出成型にて形成さ
れている。またインク吐出孔１００２ｃがレーザー加工
等にて形成される。

【０００６】該基板と天板をヒーターと吐出孔を位置合
わせつつバネにて固定した後、天板と基板の隙間、ワイ
ヤーボンディング部をシリコーン系封止剤を注入、硬化
せしめて封止して吐出エレメントが構成される。

【０００７】図２は上記吐出エレメントを使用したイン
クジェットヘッドの形態のひとつを表している。インク
タンク５０１はカシメピンによって図１に示した構成の
吐出エレメント５００に固定されインクジェットヘッド
が構成される。これら部材の隙間は封止剤によって埋め
られ、インク洩れを防止する。

【０００８】該封止材料としては、所定の隙間を完全に
埋め且つ、ノズル等の微細溝造部に侵入しない等の特性
が要求されるとともに、使用の簡便さ等の理由により、
湿気硬化型１液シリコーン封止剤が汎用的に使用され
る。

【０００９】湿気硬化型１液シリコーン封止剤は、一般
的には末端をアルコキシ基にて置換した高分子メチルシ
ロキサン、錫あるいはチタン系硬化触媒、シリカ等のフ
ィラー、カーボンブラック等の着色剤より構成される。

【００１０】該湿気硬化型１液シリコーン封止剤をイン
クジェットヘッドに適用する場合の最も大きな弊害は、
該封止剤より低分子シロキサンの揮発成分が揮発し、イ
ンクジェットヘッドを構成する部品表面に付着し、部材
のインクに対する濡れ性を極めて低下することである。
部材のインク濡れ性が低下すると、ヒーター表面に放て
は均一な発泡が阻害され、ノズル毎の吐出特性が大きく
異なったり、吐出イベント毎の吐出特性がばらつく不具
合が発生し、高画質な記録を行えない場合が多い。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記したよ
うなインクの吐出特性の劣化を起こすことなく、また安
定して封止箇所を封止できることを可能にする湿気硬化
型１液シリコーン封止剤を開発し、該封止剤を用いた高
画質の印字を行うことが可能な液体噴射記録ヘッドおよ
び該ヘッドを用いた記録装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本件出願人らの検討によ
れば、湿気硬化型１液シリコーン封止剤内部には、通常
５０００〜５００００ｐｐｍのシリコン原子を含む揮発
成分が含まれている。

【００１３】これら揮発成分としては、シリコーン高分
子化合物を合成する際に使用する、環状シロキサンとし
てシリコン原子を４個有する４因環モノマー、及び重合
の際に生じる低分子環状シリキサン、更には保存安定剤
やシランカップリング剤等の添加物であることが判明し
た。これら化合物はシリコーン封止剤の硬化の際に架橋
マトリックス内に取込まれる物もあるが、多くは硬化時
に揮発してなくなるものであり、これら揮発分が前記し
たようにインクジェットヘッドの構成部材表面に付着し
て、インク吐出を不安定なものとしている。一般的にシ
リコーン系化合物は、フッ素系化合物と同様に、水等の
液体に対する表面エネルギーが極めて高く、通常撥水性
塗膜としてコーティングに適用されるものであり、該物
質がインクジェットヘッドの構成部材表面に付着するこ
とは、前記した問題を誘発することは明らかと考えられ
る。即ち、インク流路やヒーター表面のインクの濡れ性
が悪く、発泡が不均一になったり、通常の発泡より泡が
小さくなったり、またインク流路に気泡が残存して発泡
パワーが該気泡に吸収される為、所定のインク吐出量を
得られなくことが想定できる。

【００１４】また、インクジェットカートリッジの形成
部材のインク濡れ性が低い場合、ポンプ等による回復動
作を行っても、インクタンクから吐出孔までのインク流
路に気泡が残存し易くなる。このような気泡部材内壁に
が残存付着すると、長時間印字を行わなかった場合、構
成部材を介して外気から空気がインク流路内に侵入し、
気泡が成長して、最後にインク流路を気泡が遮断してし
まう結果に至る。

【００１５】更には、インク吐出孔附近の部材のインク
濡れ性が悪いと、インク吐出孔でのインクメニスカスの
保持力が低下し、カートリッジの印字動作による振動
や、インク使いきりでのインクタンクの負圧の上昇によ
って、メニスカスの落ちる確立が高くなり、印字中に突
然不吐出に至る場合がある。

【００１６】上記した問題に対して、本発明は揮発性シ
リコン化合物を予め除去して成る封止材料を液体噴射記
録ヘッドの製造に適用することを特徴としている。

【００１７】揮発性の低分子シロキサン化合物を低減す
る手段としては、反応怯のプレポリマーを合成する前、
或いは後に蒸留や溶剤抽出により該物質を排除するとと
もに、安定剤やシランカップリング剤等の揮発性の添加
剤の量を低減するか、あるいは不揮発性の添加剤に変え
ることにより対応することが可能である。

【００１８】一般的に湿気硬化型シリコーン封止剤は、
前記したように環状の４量体モノマー（Ｄ４と呼ばれ
る）の開環重合により高分子化され、次いで末端の水酸
基に対して、アルコキシ基を有するシリコーン化合物を
反応させて合成される。該合成工程に於て、低分子シロ
キサン成分を排除する手段としては、高分子化した時点
あるいはアルコキシシランを付加した時点にて真空蒸留
することにより、排除することが可能である。また溶剤
抽出に関しても、ヘキサン等のシリコーンポリマーに対
する非溶剤を添加することにより、高分子成分を沈殿せ
しめる分別法を適用することにより、排除することが可
能である。

【００１９】また、添加剤として使用されるシランカッ
プリング剤は非揮発性の材料を選択することは可能であ
るが、安定剤として一般的に使用されるトリメトキシシ
ランは揮発性が極めて高いため、該安定剤の添加量を５
００ｐｐｍ以下に抑えることが望ましい。該処置に対す
る保存安定性の劣化は、封止剤の容器を機密性の高い物
にすることや保管状態（低温保管）を適性化することで
対応することができる。また、トリメトキシシランの代
りとして、トリメトキシアルキルシランを適用し、アル
キル基の長さを３以上とすれば、その揮発性は問題なく
なる。

【００２０】このようにして作製した封止剤の揮発成分
の量は、硬化前後の封止材料の重量変化を測定すること
で判定できる。例えば東芝シリコーン（株）のＴＳＥ−
３９９ＢＣに於ては、硬化反応により約３〜５ｗｔ％の
重量低減を起こす。この内、硬化反応により生じるメチ
ルアルコールは０．５ｗｔ％程度であり、それ以外は揮
発性の低分子シリコーン化合物である。更に正確には、
密閉容器中にて封止剤を硬化せしめ、該容器中にヘキサ
ン等の溶剤を封入しておき、該ヘキサン中のシリコーン
化合物量をクロマトグラフのて定量分析すれば測定する
ことが可能である。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下実施形態を以て本発明を更に
詳細に説明するが、本発明は下記実施形態に限定される
ものではない。

【００２２】（実施形態１）東芝シリコーン製ＴＳＥ−
３９９ＢＣを真空中で６時間、１２時間及び２４時間処
理することにより、揮発性低分子シロキサンを除去し
た。処理を施さない物に関しては４００００ｐｐｍの揮
発成分が存在するが、該処理により残存揮発性シロキサ
ン量は６時間の物は１０００ｐｐｍ，１２時間では４０
０ｐｐｍ，２４時間では１００ｐｐｍに低減することが
できた（ヘキサンによる抽出とクロマトグラフにより測
定）。

【００２３】該夫々の封止剤を、インクジェットカート
リッジの主要部品である、発熱抵抗素子を形成したシリ
コン基板（基板表面はタンタル）用いてインクに対する
接触角度の変化を測定した。基板は予めＵＶ／０３処理
を行い、汚染の影響を排除した。封止剤２ｇを５０ｃｃ
の機密容器に、前記基板とともに封入し、接触角の変化
を所定時間毎に測定した。

【００２４】図３に示すように、真空による低分子シロ
キサン除去処理により、基板のインクに対する接触角の
上昇を低く抑えることができる。

【００２５】（実施形態２）上記処理を施した封止材料
を使用してインクジェットカートリッジを作製し、その
歩留りと印字品位を比較した。印字歩留りとしては、１
２８のインク吐出孔を有するカートリッジに対して、夫
々の吐出孔より吐出されるインク液滴量の差が８５ｎｇ
±１０ｎｇに入るカートリッジを良品と判断して歩留り
とした。

【００２６】上記手段にてインクジェットヘッドをＴＳ
Ｅ−３９９ＢＣ及び実施形態１と同様にして処理した封
止剤にて夫々１００個試作し、シーラント注入後、１５
０時間経過した後にインクを注入して印字歩留りを判断
した。この結果、２４時間処理した封止剤に関しては９
９個とも良品であったが、１２時間の物は９８個、６時
間は９５個、市販の封止剤をそのまま用いた物は６０個
が良品であった。

【００２７】（実施形態３）本実施形態に於ては、イン
クジェットカートリッジ形成部材のインクに対する濡れ
性が良好であることにより、インク流路内部の気泡が排
除し易くなり、印字の安定性が向上する例を記載する。

【００２８】実施形態２にて試作したカートリッジの
内、良品１０個をプリンターに装着し、そのまま温度３
５℃、湿度１０％の環境に保管し、１２０時間放置した
後印字を行った。この結果、低分子シロキサン除去処理
を行ったカートリッジは全て印字可能であったが、未処
理のカートリッジは８個印字できなかった。これら印字
できなかったカートリッジはインク液室内に大きな気泡
が存在し、インク流路が気泡により遮断されたり、イン
ク吐出孔からメニスカスが落ちていることが原因であっ
た。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
シリコーン封止剤中の揮発性低分子シロキサン量を所定
量以下とすることにより、インクジェットカートリッジ
の構成部材のインクに対する濡れ性の低下を防止するこ
とが可能となり、印字歩留りを高めることができる。

【００３０】更には、ノズル毎のインク吐出体積のバラ
ツキを低く抑えることが可能となり高画質の印字を行う
ことができる。

【００３１】また、インク流路内部の気泡の成長を抑
え、メニスカス保持カを高く維持することが可能とな
り、安定な印字を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】インクジェットヘッドの吐出エレメント部の構
成を示す模式図。

【図２】図１のインク吐出エレメントとインクタンクを
結合して構成されるインクジェットカートリッジの態様
を示す図。

【図３】低分子シロキサン除去の有無および除去時間に
よる基板のインクに対する接触角の変化。

【図４】インクジェットカートリッジにて封止剤が適用
される箇所の一例を示す図。

【図５】本発明のインクジェットカートリッジを用いて
記録を行う、記録装置の一態様を示す図。

【符号の説明】

１６ キャリッジ １７ 駆動モーター １８ 駆動ベルト １９Ａ，Ｂ ガイドシャフト ２０ インクジェットカートリッジ ２２ モーター ２３ 電動機構 ２４ プラテン ２６ ヘッド回復ユニット ２６Ａ キャップ ３０ ブレード ３０ａ ブレード保持部材 ５００ インク吐出ユニット ５０１ インクタンク ８０１ 封止材料 ８０２ インク流路壁 ８０３ インクタンク ８０４ インク吸収体 ８０５ 天板 ８０６ ヒーターボード ８０７ アルミ製放熱板 ８０８ 接続ワイヤー ８０９ 配線基板 ８１０ フィルター ８１１ インク液室 ８１２ インク流路 ８１３ ノズル １００１ シリコン基板 １００１ａ ヒーター １００２ 天板 １００２ａ ノズル １００２ｂ インク液室 １００２ｃ インク吐出孔 １００２ｄ オリフィスプレート １００２ｅ インク供給孔 １００２ｆ インク供給孔壁 １００３ 配電基板

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリコン原子を含む揮発性化合物の量が
   １０００ｐｐｍ以下である湿気硬化型シリコーンＲＴＶ
   にて液状インクのインク使用部分を封止して形成される
   ことを特徴とするインクジェットヘッド及び該ヘッドを
   備えた記録装置。
2. 【請求項２】 揮発性化合物がシリコン原子を２０以下
   含有する低分子化合物であることを特徴とする請求項１
   記載のインクジェットヘッド及び該ヘッドを備えた記録
   装置。
3. 【請求項３】 前記インク使用部分が、インクタンク、
   インクジェットヘッド、キャップ、排インク吸仮体、イ
   ンク経路部材であることを特徴とする請求項１、２記載
   のインクジェット記録装置。
4. 【請求項４】 前記インク使用部分を封止する封止箇所
   が、インク液室およびノズルを形成する部材とエネルギ
   ー発生素子を形成した基板との接合界面、インク液室お
   よびノズルを形成する部材とインク流路部材との接合界
   面、インク流路部材とインクタンクユニットの接合界面
   であることを特徴とする請求項１、２、３記載のインク
   ジェットヘッド。