JP2006095960A - インクジェットヘッドおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板をチッププレートに接着する際、基板の角部を伝わって接着剤が流路に流れ込むのを防止する。
【解決手段】 基板を接着する前にインク供給路の少なくとも一部に接着剤流れ込み防止部材を設けたインクジェットヘッドおよびその製造方法。
【選択図】 図１

Description

本発明は、インクを噴射し飛翔液滴を形成して記録を行うインクジェットヘッドと、インクを噴射する吐出口の形成に関するものである。

また本発明は紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の被記録媒体に対し記録を行う、プリンタ，複写機，通信システムを有するファクシミリ、プリンタ部を有するワードプロセッサ等の装置、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できる発明である。

なお、本発明における、『記録』とは、文字や図形等の意味を持つ画像を被記録媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を付与することも意味する。

従来より、インクジェットヘッドの吐出口から記録液（インク）を吐出することにより記録を行うインクジェット記録装置が、低騒音、高速記録などの点で優れた記録装置として知られている。

このインクジェット記録法については、これまでにもさまざまな方式が提案され改良が加えられて商品化されたものもあれば現在実用化への努力が続けられているものもある。

従来のインクジェットヘッドは、例えば図４，５，６に示される。

図４は従来のインクジェットヘッドを示す模式的斜視図である。

従来のインクジェットヘッドの構造を説明すると、まず図４に示すようにオリフィスプレート１５にインクを吐出するための吐出口１１を有する素子基板１０が、素子基板を設置する凹部２１を有するチッププレートに接着されている。

チッププレートはインクを貯蔵したホルダー４０に接合される。素子基板には外部から電気配線部材３０に設けられたリード３１を通して電気及びインク吐出信号が供給される。実際のインクジェットヘッドでは、凹部の素子基板の隙間及びリードはインクの接触や機械的ダメージから守るため封止材により埋められているが、本明細書中の図においては説明をわかりやすくするため封止材は除いて記載している。

素子基板１０の材質はガラス、金属、セラミック等から選ばれる。エネルギー発生素子として発熱素子を使用している場合は通常単結晶シリコンが使用される。

オリフィスプレート１５はスピンコート等の手法によって材料をコーティングした後、フォトリゾグラフィー技術を用いて開口部の形状を形成している。オリフィスプレート１５の材料については、例えば、ビスフェノールAとエピクロヒドリンとの反応物のうち分子量がおよそ900以上のもの、含ブロモスフェノールAとエピクロヒドリンとの反応物、フェノールノボラックあるいはo―クレゾールノボラックとエピクロヒドリンとの反応物、特開昭60-161973号公報、特開昭63-221121号公報、特開昭64-9216号公報、特開平2-140219号公報に記載のオキシシクロヘキサン骨格を有する多官能エポキシ樹脂等があげられるが、もちろん本発明はこれら化合物に限定されるわけではない。上記エポキシ樹脂を硬化させるための開始剤としては、旭電化工業株式会社より市販されている光カチオン重合開始剤SP-150,SP-170（SP-150,SP-170は商品名）等があげられる。

また、チッププレート２０は、Al、マグネシウム合金等の金属材料、アルミナ等のセラミック材料、ポリサルフォン等の樹脂材料あるいは、それらの複合材料が使用される。

図５は従来のインクジェットヘッドの素子基板及びチッププレートの模式的分解斜視図である。チッププレートの凹部にはホルダーからインクを供給するインク供給路２２が形成されている。

図６は素子基板の裏面側から見た模式的斜視図、裏面図及びＢＢ断面図である。

素子基板１０には裏面より吐出口にインクを供給するためのインク供給路１３が設けられている。インク供給路において素子基板を異方性エッチングで形成した場合は、角部１６が形成されている。

図７は従来のインクジェットヘッドの図４のＡＡにおける素子基板及びチッププレートの模式的断面図である。これを用いてインクの流れに従いインクジェットヘッドの構成と作用についてもう少し詳しく説明すると、ホルダーより供給されるインクはチッププレート２０の連結部２２及び素子基板１０裏面からインク供給路１３を通って基板反対側の流路１４に供給される。ここで、エネルギー発生素子１２に記録情報に応じた信号が印加されると吐出エネルギーが発生し、インクが吐出口から吐出される。

上記構成において、素子基板１０とチッププレート２０とを結合する方法としては、両者をバネ等によってメカ的に組み付ける方法や、両者に勘合部を設け、勘合して結合する方法や、接着剤５０による結合方法等が考えられる。しかし、素子基板１０とチッププレート２０とをバネ等によってメカ的に組み付ける方法では、インクが素子基板１０とチッププレート２０との間から外部へ染み出さないために非常に強い荷重で吐出口側、即ちオリフィスプレートをバネ等によって押え付けなければならない。それによって吐出口に微妙な変形が発生して吐出状態を劣化させる可能性が考えられる。また、両者に勘合部を設け、勘合して結合する方法では、勘合部を作り込む際に出来る微小な凹凸で、インクが素子基板１０とチッププレート２０との間から外部へ染み出ることが懸念される。このため現在では、素子基板１０とチッププレート２０とを結合する方法としては、接着剤を用いる方法が一般的となっている。

接着剤５０は、後述する素子基板の位置合わせの問題があるので光硬化性を併用するものが好ましい。また、素子基板を接着固定し、インクが通過する通路を形成するものであるから耐インク性の有することが必須条件となる。素子基板もしくはオリフィスプレートは光不透過性もしくはほとんど透過性の無い材質であるのが一般的であるため、光硬化性と共に熱硬化性を有するものを使用することが多い。例えば旭電化工業株式会社より市販されているKS-820（KS-820は商品名）等があげられる。

図８及び９には、本実施例にかかるインクジェットヘッドにおいて、素子基板１０をチッププレート２０に接着する工程を示す図である。

図８はチッププレート２０の接着面へ接着剤５０が転写された状態を示す。接着剤の塗布領域は、素子基板１０の設置予定位置より広めに塗布される。塗布する方法は転写、ディスペンス、スキージ等で行われる。

次に図９に示すように、素子基板が接合される。まず、素子基板はフィンガー６０で吸着固定されチッププレートから離れた状態でチッププレートとの位置合わせが成される。次に、フィンガーが下降し接着剤５０を介して素子基板とチッププレートの位置合わせが成された状態で接触、加圧される。この状態では、接着剤は硬化していないのでフィンガーを離すと位置がずれてしまう可能性がある。従って、素子基板が固定されるまでフィンガーを離すことができない。素子基板の仮止めは接着剤が活性エネルギー線硬化性を有するものであればフィンガーからはみ出た接着剤に活性エネルギー線を照射し固定することができる。活性エネルギー線としては紫外線が良く使用される。また、熱でのみ硬化するタイプのものであれば別途素子基板とチッププレートを橋渡しするように硬化時間の早い接着剤を塗布し硬化させることで仮止めされるか、接着剤５０自体が硬化の早いものであれば硬化が完了するまでフィンガーで固定する方法をとっても良い。

そして、インクジェットヘッドがインクジェット装置の本体と電気的接続を行うための電気配線部材３０とチッププレート２０とを電気配線部材３０と素子基板１０とが電気的に接続可能な位置で接合した後、電気配線部材３０のリード３１と素子基板１０を電気的に接続する。電気接続部は、電気的信頼性の観点から封止剤等によって封止される。（不図示）その後、インクを貯蔵するインクタンクが取り付くホルダー４０を結合して、インクジェットヘッドが完成する。
特開昭６０−１６１９７３号公報 特開昭６３−２２１１２１号公報 特開昭６４−９２１６号公報 特開平２−１４０２１９号公報

上記構成のインクジェット記録ヘッドにおいて、接着剤５０の塗布量は歩留まりを維持する上で重要な管理項目である。塗布量が少ければ素子基板の接着が十分行われず素子基板の離脱やインクの漏れと言った不都合が生じる。逆に必要以上に多くすると、接着剤５０がインク供給路１３と連通部２２の間にはみ出し、更に流路１４まで達する。それによって流路形状や吐出口が変形したり閉塞したりして、吐出特性に対して悪影響を及ぼす。いずれにしても不良品であり歩留まりが低下する。

接着剤５０が熱硬化性のものである時は、硬化の加熱時に一度粘度が著しく低下し、より流れ込みやすくなるため、よりシビアに管理することが要求される。

また、エネルギー発生素子が発熱素子の場合は、素子基板の熱が速やかに放熱する様に接着剤層厚はできるだけ薄くするのが好ましい。このことから、粘度は低いものが好ましいが粘度の低いものは前述したインク供給路１３や流路１４へのはみ出す可能性が高くなる。

ただし従来は、塗布量を管理することでほとんど歩留まりを低下させること無く生産することが可能であった。

しかしながら今後、素子基板１０のシュリンクが更に進み、インク供給路間のピッチが益々狭くなる傾向にあり、従来の素子基板１０とチッププレート２０とを接着する接着剤量のバラツキ管理では、歩留まりを高く維持できないことが考えられる。

特にインク供給路に角部を有するタイプの素子基板では、角部に沿って接着剤が流れ込みやすいのでより管理が厳しくなることが考えられる。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、少なくとも、液滴を吐出させるためのエネルギを発生させる複数の発熱素子、及びエネルギー発生素子に対応して設けられた複数の吐出口を備え、が設けられた面へ反対側の面からインクを供給するためのインク供給路を有する素子基板を有し、前記素子基板を支持するとともに、インク供給路と連通する連通部を有するチッププレートより成るインクジェットヘッドにおいて、前記素子基板と前記チッププレートは接着剤によって接着されており、前記インク供給部の少なくとも一部流れ込み素子基板の接着面における前記供給部の外周が凸状である段差を有することを特徴とするインクジェットヘッドである。

また、前記凸状の段差は、前記供給部を形成する際のマスク材、あるいは前記供給部を形成するマスク材をパターニングするマスク材インク供給部し、流れ込みは少なくとも角部の一部に形成されているであることを特徴とするインクジェットヘッドである。

また、前記素子基板は単結晶シリコンであって、インク供給部は異方性エッチングにより形成されたものであることを特徴とするインクジェットヘッドである。

また、前記流れ込み凸部は有機材料であることを特徴とするインクジェットヘッドである。

また、前記流れ込み接着剤はUV光を照射すること、或いは加熱すること、或いはそれらの併用によって硬化することを特徴とするインクジェットヘッドである。

また、少なくとも、液滴を吐出させるためのエネルギを発生させる複数の発熱素子、及びエネルギー発生素子に対応して設けられた複数の吐出口を備え、が設けられた面へ反対側の面からインクを供給するためのインク供給路を有する素子基板を有し、前記素子基板を支持するとともに、インク供給部と連通する連通部を有するチッププレートより成るインクジェットヘッドの製造方法において、予め、前記インク供給部の少なくとも一部流れ込みを設けた後に、素子基板とチッププレートを接着剤により接着する素子基板の接着面における前記供給部の外周が凸状である段差を有することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法である。

また、前記凸状の段差は、前記供給部を形成する際のマスク材、あるいは前記供給部を形成するマスク材をパターニングするマスク材インク供給部し、流れ込みは少なくとも角部の一部に形成されているであることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法である。

また、前記素子基板は単結晶シリコンであって、インク供給部は異方性エッチングにより形成されたものであることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法である。

また、前記流れ込み凸部は有機材料であることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法である。

また、前記流れ込み接着剤はUV光を照射すること、或いは加熱すること、或いはそれらの併用によって硬化することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法である。

以上説明したように、本発明のインクジェットヘッドは、素子基板のインク供給部に接着剤流れ込み防止部材を設けたことにより、素子基板とチッププレートを接着剤で接着する際、接着剤が流路まで達することがなくなる。それによって、高品質なインクジェットヘッドを歩留まり良く、安定的に提供が可能となる。

以下、本発明を詳細に説明する。

尚、本発明は素子基板とチッププレートの接着に関するものであるので、その他の説明は従来のインクジェットヘッドの構成、工程の説明が利用できるので省略する。

まず、本発明が適用されるインクジェットヘッドの概略構成を説明する。

本発明では、素子基板を接合する際、特に加熱硬化の際、接着剤の粘度が低下してインク供給路に流れ込むのを防止するための接着剤流れ込み防止部材をインク供給路に設ける事を特徴とする。特にインク供給路に角部を有する素子基板に対して有効である。

接着剤流れ込み部押し部材の材質としては、光硬化性の接着剤が好適に使用される。接合前に素子基板のインク供給路の少なくとも一部に光硬化接着剤を塗布した後、光硬化することで塗布した位置から、ほとんど移動することなく形成できるからである。また、熱硬化性のものであっても粘度が高く加熱硬化時にほとんど移動しないものであれば使用できうる。いずれの場合もインクが通過する場所なので耐インク性の有する材質であることは言うまでも無い。

以下実施例により具体的に説明する。

以下本発明の実施例を第１及び２図により説明する。

図１は、チッププレートに接合する前の接着剤流れ防止部材７１が設置された素子基板の裏面図及びＣＣ断面図である。

この、接着剤流れ防止部材の設置方法を以下に説明する。

素子基板１０は単結晶シリコンを用い、インク供給路１３は異方性エッチングにより形成したものを用いたので角部１６を有している。接着剤流れ込み防止部材７１は素子基板の接着に用いる接着剤５０と同じＫＳ―８２０（ＫＳ―８２０は旭電化工業株式会社の商品名）を用いた。塗布領域は、基板厚さのほぼ真中あたりに全周に渡って塗布した。塗布後は素子基板裏面より紫外線を照射し速やかに硬化した。

この素子基板を用い従来と同様にチッププレートに接合した。

接合後のインクジェットヘッドのオリフィスプレート側から、流路部を観察したが接着剤の流れ込みは見られなかった。また、ダイヤモンドソーを用いてチッププレートを削り素子基板裏面からインク供給路を観察した。裏面より角部に沿って接着剤が流れ込んでいたが、接着剤流れ込み防止部材のところで止まっているのが観察された。図２参照。

以下本発明の第２の実施例を、図３により説明する。

実施例２では、接着剤流れ込み防止部材７２を素子基板の角部のみに設け、全周に設けることはしなかった。その他は実施例１と同様にインクジェットヘッドを作成した。

結果は実施例１と同様、接合後のインクジェットヘッドの流路部を観察したが接着剤の流れ込みは見られなかった。また、ダイヤモンドソーを用いてチッププレートを削り素子基板裏面からインク供給路を観察したが、裏面より角部に沿って接着剤が流れ込んでいるのが観察されたが、接着剤流れ込み防止部材のところで止まっているのが観察された。

（比較例）
比較例として、図１０にインクジェットヘッドの素子基板をチッププレートから分解し、裏面から見た図及びＣＣ断面図を示す。接着剤流れ込み防止部材を設けない事以外は、実施例と同様にインクジェットヘッドを作成した。実施例１と同様ダイヤモンドソーを用いてチッププレートを削り素子基板裏面からインク供給路を観察した。裏面より角部に沿って接着剤が流れ込んでいるのが観察され一部はほぼ流路まで達するものもあった。

本発明に係るインクジェットヘッドの第1の実施例を示す素子裏面図及び素子断面図である。 本発明に係るインクジェットヘッドの第１の実施例における効果を示す素子断面図である。 本発明に係るインクジェットヘッドの第２の実施例を示す素子裏面図である。 従来のインクジェットヘッドを示す模式的斜視図である。 従来のインクジェットヘッドの素子基板及びチッププレートの模式的分解斜視図である。 素子基板の裏面図及びＢＢ断面図である。 従来のインクジェットヘッドの図５のＡＡにおける素子基板及びチッププレートの模式的断面図である。 従来のインクジェットヘッドの製造方法を示す図である。 従来のインクジェットヘッドの製造方法を示す図である。 比較例で作成したインクジェットヘッドの素子基板をチッププレートから分解し、裏面から見た図及びＣＣ断面図である。

符号の説明

１０ 素子基板
１１ 吐出口
１２ エネルギー発生素子
１３ インク供給路
１４ 流路
１５ オリフィスプレート
１６ 角部
２０ チッププレート
２１ 凹部
２２ 連通部
３０ 電気配線部材
３１ リード
４０ ホルダー
５０ 接着剤
５１ 流れ込んだ接着剤
６０ フィンガー
７１，７２ 接着剤流れ込み防止部材

Claims (10)

1. 少なくとも、液滴を吐出させるためのエネルギを発生させる複数の発熱素子、及びエネルギー発生素子に対応して設けられた複数の吐出口を備え、が設けられた面へ反対側の面からインクを供給するためのインク供給路を有する素子基板を有し、前記素子基板を支持するとともに、インク供給路と連通する連通部を有するチッププレートより成るインクジェットヘッドにおいて、前記素子基板と前記チッププレートは接着剤によって接着されており、前記インク供給部の少なくとも一部流れ込み素子基板の接着面における前記供給部の外周が凸状である段差を有することを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 前記凸状の段差は、前記供給部を形成する際のマスク材、あるいは前記供給部を形成するマスク材をパターニングするマスク材インク供給部し、流れ込みは少なくとも角部の一部に形成されているであることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
3. 前記素子基板は単結晶シリコンであって、インク供給部は異方性エッチングにより形成されたものであることを特徴とする請求項２に記載のインクジェットヘッド。
4. 前記流れ込み凸部は有機材料であることを特徴とする請求項１もしくは２もしくは３に記載のインクジェットヘッド。
5. 前記流れ込み接着剤はUV光を照射すること、或いは加熱すること、或いはそれらの併用によって硬化することを特徴とする請求項１もしくは２もしくは３及び２に記載のインクジェットヘッド。
6. 少なくとも、液滴を吐出させるためのエネルギを発生させる複数の発熱素子、及びエネルギー発生素子に対応して設けられた複数の吐出口を備え、が設けられた面へ反対側の面からインクを供給するためのインク供給路を有する素子基板を有し、前記素子基板を支持するとともに、インク供給部と連通する連通部を有するチッププレートより成るインクジェットヘッドの製造方法において、予め、前記インク供給部の少なくとも一部流れ込みを設けた後に、素子基板とチッププレートを接着剤により接着する素子基板の接着面における前記供給部の外周が凸状である段差を有することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
7. 前記凸状の段差は、前記供給部を形成する際のマスク材、あるいは前記供給部を形成するマスク材をパターニングするマスク材インク供給部し、流れ込みは少なくとも角部の一部に形成されているであることを特徴とする請求項６に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
8. 前記素子基板は単結晶シリコンであって、インク供給部は異方性エッチングにより形成されたものであることを特徴とする請求項７に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
9. 前記流れ込み凸部は有機材料であることを特徴とする請求項６もしくは７もしくは８に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
10. 前記流れ込み接着剤はUV光を照射すること、或いは加熱すること、或いはそれらの併用によって硬化することを特徴とする請求項６もしくは７もしくは８及び２に記載のインクジェットヘッドの製造方法。

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