JP2006103038A

JP2006103038A - 液体吐出ヘッドの製造方法

Info

Publication number: JP2006103038A
Application number: JP2004289998A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Mihara; 弘明三原; Tadaki Inamoto; 忠喜稲本
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-10-01
Filing date: 2004-10-01
Publication date: 2006-04-20

Abstract

【課題】接着剤が流路等へ入り込むことがない高品質、高信頼性の液体吐出ヘッドの提供。
【解決手段】素子基板とチッププレートとを接着剤によって接着結合する際、連通部から供給部へ挿入された光反射部材に、オリフィスプレート側から照射される紫外線が反射し、供給部へはみ出した接着剤に確実に当てることで接着剤を硬化させ、接着剤が供給部エッジを伝わり、流路へ入り込むことを防ぐ。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体を噴射し飛翔液滴を形成して記録を行う液体吐出ヘッドと、液体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、液体吐出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液体吐出記録装置が、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。

この液体吐出記録法については、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。

この種の液体吐出ヘッドは、例えば図5に示すようにインクを吐出するための吐出口3を有するオリフィスプレート4と各吐出口に連通した流路5と、流路5の一部を構成し、かつ吐出のためのエネルギを発生する発熱素子2と各流路5に液体を供給する供給部6を有する素子基板1と、供給部6に連通している連通部7を有し、素子基板1を支持するチッププレート8と、によって構成されている。

上記構成において、素子基板1とチッププレート8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13による結合方法等が考えられる。しかし、素子基板1とチッププレート8とをバネ等によってメカ的に組み付ける方法では、液体が素子基板1とチッププレート8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、液体が素子基板1とチッププレート8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1とチッププレート8とを結合する方法としては、接着剤13を用いる方法が一般的となっている。
公知例として、特開平２−３３１８号公報がある。
特開平２−３３１８号公報

上記構成のインクジェット記録ヘッドは、現在の生産技術で十分生産可能である。

しかしながら今後、素子基板１のシュリンクが更に進み、供給部間のピッチは益々狭くなることで、現状の素子基板1とチッププレート8とを接着する接着剤13の量のバラツキでは、接着剤13が供給部6と連通部7の間にはみ出して、更に流路5まで達することも有りえ、それによって流路形状が変形し、吐出に対して悪影響を及ぼすことが考えられる。

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、
液滴を吐出させるための複数の吐出口と、液滴を吐出させるためのエネルギを発生させる発熱素子を備えた素子基板と、前記素子基板の内部に有り液体を前記吐出口へ供給するための供給部と、前記供給部と連通する連通口を有し、前記素子基板を支持するチッププレートと、前記素子基板と前記チッププレートを接着する接着剤と、を有する液体吐出ヘッドの製造方法において、前記接着剤を前記チッププレート或いは前記素子基板に塗布する工程と、前記素子基板と前記チッププレートを密着させる工程と、前記連通部より光反射部材が前記供給部へ挿入される工程と、前記吐出口側から照射される紫外線が、前記光反射部材の反射部に反射して前記供給部周縁へ照射される工程とを有することを特徴とする。

また、前記接着剤は紫外線を照射すること、或いは紫外線を照射することと加熱することの併用によって硬化することを特徴とする。

前記素子基板と前記チッププレートを接合した際に前記供給部側へはみ出る接着剤は、前記連通部から前記供給部へ挿入された前記光反射部材の前記反射面に前記紫外線が反射し、照射されることによって硬化して、前記流路への流れ込みを防止する。前記素子基板と前記チッププレートとが密着されている接着領域の前記接着剤は、前記反射面で反射した前記紫外線が前記供給部側へはみ出る前記接着剤を透過することで硬化するが、透過する際のエネルギ減衰等も発生するため、更に熱によっても硬化する接着剤を用いて加熱した場合、より硬化反応を促進させ、信頼性を向上させることができる。

また、前記供給部は、前記吐出口側から前記連通部側へ広がる形状であることを特徴とする。

前記供給部が、前記吐出口側から前記連通部側へ広がる形状である場合、領域の小さい前記吐出口側から前記紫外線がはみ出した前記接着剤へ照射されることは非常に困難であり、前記光反射部材を用いるとより効果的である。

また、前記光反射部材における反射面は、前記供給部のエッジ部と対応して配されることを特徴とする。

前記供給部へはみ出た前記接着剤が前記流路まで這い上がる際は、前記供給部のエッジ部から這い上がるため、前記紫外線は少なくとも前記供給部のエッジ部へ照射されなければならない。更に、前記紫外線によって硬化された前記接着剤と加熱によって硬化された前記接着剤では内部応力が異なる。内部応力が異なる領域同士は極力少ない方が素子基板における反り等の観点からよいため、少なくとも前記紫外線が照射されなければならない前記供給部のエッジ部へ前記紫外線が照射されるために、前記光反射部材における反射面は前記供給部のエッジ部と対応して配されることが必要となる。

また、前記光反射部材の一部が素子基板に突き当たることにより、位置決めされることを特徴とする。

また、前記光反射部材の一部がチッププレートに突き当たることにより、位置決めされることを特徴とする。

以上説明したように、本発明の液体吐出ヘッドは、素子基板とチッププレートとを接着剤によって接着結合する際に、連通部から光反射部材を挿入し、それによってオリフィスプレート側から照射される紫外線を供給部へはみ出した接着剤へ確実に当てることで接着剤を硬化させ、接着剤が供給部エッジを伝わり、流路へ入り込むことを防ぐことが出来る。それにより、高品質な液体吐出ヘッドを安定的に提供可能となる。

（実施例１）
まず、本発明が適用される液体吐出ヘッドの概略構成を説明する。

図１には、本発明の一実施例にかかる液体吐出ヘッドにおいて、発熱素子及びチッププレートが結合される際の模式的断面図を、図２は、本発明の一実施例にかかる液体吐出ヘッドにおいて、発熱素子及びチッププレートが結合される際の状態をオリフィスプレート側からの模式図である。また、図３は、本発明の一実施例にかかる液体吐出ヘッドの模式的斜視図を示している。

１、図２及び図３に示す液体吐出ヘッドは、インクを吐出するための吐出口3を有するオリフィスプレート4と、各吐出口に連通した流路5と、流路5の一部を構成し、かつ吐出のためのエネルギを発生する発熱素子2と各流路5に液体を供給する供給部6とを有する素子基板1と、供給部6に連通している連通部7を有し、素子基板1を支持するチッププレート8と、素子基板1とチッププレート8とを接着する接着剤13と、液体吐出ヘッドが液体吐出装置の本体と電気的接続を行うための電気配線部材10と、インクを貯蔵するインクタンク(不図示)が取り付くホルダー12と、によって構成されている。

接着剤13としては、熱硬化とUV硬化の併用によって硬化するものが望ましく、本実施例においては、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）を用いている。

素子基板１がチッププレート8へ結合される際、両者を接着する接着剤13は供給部6へはみ出し、そのはみ出した接着剤13が供給部エッジ14から毛管力によって流路5へ這い上がる。これを完全に防止するため、光反射部材15が連通部7から供給部6へ挿入され、はみ出した接着剤13を硬化させるためにオリフィスプレート8越しに照射された紫外線17が光反射部材15の反射面16で反射し、供給部エッジ14においてはみ出している接着剤13へ確実に当たることによって、接着剤13は硬化し、流路5へ這い上がることは無くなる。

光反射部材15の材料としては、SUS、Al等の金属材料やアルミナ等のセラミック材料があげられ、反射面16は光反射部材15と同材料であってもよいし、別に鏡面仕上げされた別材料を結合させてもよい。本実施例においては、SUS製の光反射部材に単結晶シリコンのミラーウェハを貼り合わせて反射面16としている。

本実施例においては、素子基板1はSi基板から成り、電気信号を供給するためのAl配線等が成膜技術によって形成され、更に、供給部6は異方性エッチング技術によって形成されている。オリフィスプレート4及び流路壁9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。本実施例においては、オリフィスプレート4及び流路壁9の材料が同材質であり、多官能エポキシ樹脂を用いている。但し、本発明はこの化合物に限定されえるわけではなく、オリフィスプレート4及び流路壁9が異材質でも構わない。オリフィスプレート4の他の材質としては、Ni、SUS等の金属材料、ポリイミド、ポリサルフォン、エポキシ樹脂等の樹脂材料及び、それらの複合材料等があげられる。

また、チッププレート8はアルミナで形成されているが、Al、マグネシウム合金等の金属材料、セラミック材料、ポリサルフォン等の樹脂材料あるいは、それらの複合材料でも構わない。

図４には、本実施例にかかる液体吐出ヘッドにおいて、素子基板1とチッププレート8が接合される状態の概略フローを示した。

（A）には、接着剤13が転写されたチッププレート8へ、フィンガー18で吸着された素子基板1が画像処理等によってアライメントされた状態を示した。ここでは素子基板1をフィンガー18へ固定する方法として吸着を挙げているが、勿論他の方法でも構わない。また、接着剤13が素子基板1へ転写されていてもよい。（B）には、アライメントされた素子基板1とチッププレート8が圧着され、それによって素子基板1の外周へはみ出した接着剤13に対して、紫外線17を照射している状態を示した。素子基板1の外周にはみ出した接着剤13へ紫外線17を照射してはみ出た接着剤13を硬化させることによって、素子基板1とチッププレート8との仮固定を行っている。（C）は、連通部7から光反射部材15が挿入され、オリフィスップレート越しに照射された紫外線17が光反射部材15の反射面16へ反射して、供給部6へはみ出た接着剤13に当たって硬化させた状態を示した。（D）では、仮固定された素子基板1とチッププレート8との結合体を更に加熱している状態を示した。これによって、紫外線18が届かない領域にある接着剤13も硬化させている。この後、液体吐出ヘッドが液体吐出装置の本体と電気的接続を行うための電気配線部材10とチッププレート8とを電気配線部材10と素子基板1とが電気的に接続可能な位置で接合し、電気配線部材10のリード11と素子基板1と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。そして、インクを貯蔵するインクタンク(不図示)が取り付くホルダー12を結合させて、液体吐出ヘッドは完成する。

このように製造された液体吐出ヘッドは、高密度に供給部6が配列された素子基板1においても、接着剤13が供給部6を通って吐出口3付近へ入り込むことが無く、印字における劣化等が無い、非常に高品質な液体吐出ヘッドを安定的に提供することが出来る。

本実施例のように供給部6を異方性エッチング等で形成し、オリフィスプレート方向へ狭くその領域が狭くなっている場合などは、光が供給部6へはみ出している接着剤13へ届きにくく、所望の領域へ光を自在に照射可能な光反射部材15の反射面16を用いると更に効果的である。

(実施例２)
以下本発明の実施例を、図６、図７より説明する。

チッププレート8と光反射部材15とのアライメントは、チッププレート位置決め部20が連通部7のエッジにかかることによってセルフアライメントされ、更に、光反射部材15と素子基板1とのアライメントは、供給部のテーパーに素子基板位置決め部21がかかることによってセルフアライメントされる。これにより、素子基板1とチッププレート8とのアライメントに画像処理等の高価な設備を用いず、非常に安価な装置でのアライメントが可能となる。

本発明に係る液体吐出ヘッドの第1の実施例を示す模式的断面図である。本発明に係る液体吐出ヘッドの第1の実施例におけるオリフィスプレート側から見た概略模式図である。本発明に係る液体吐出ヘッドの実施例を示す模式的斜視図である。本発明に係る液体吐出ヘッドの素子基板とチッププレートが接合される状態の概略フロー模式図である。従来の液体吐出ヘッドの一例を示す模式的断面図である。本発明に係る液体吐出ヘッドの第2の実施例におけるオリフィスプレート側から見た概略模式図である。本発明に係る液体吐出ヘッドの第2の実施例を示す模式的断面図である。

符号の説明

１素子基板
２発熱素子
３吐出口
４オリフィスプレート
５流路
６供給部
７連通部
８チッププレート
９流路壁
１０電気配線部材
１１リード
１２ホルダー
１３接着剤
１４供給部エッジ
１５光反射部材
１６反射面
１７紫外線
１８フィンガー
１９加熱状態
２０チッププレート位置決め部
２１素子基板位置決め部

Claims

液滴を吐出させるための複数の吐出口と、液滴を吐出させるためのエネルギを発生させる発熱素子を備えた素子基板と、前記素子基板の内部に有り液体を前記吐出口へ供給するための供給部と、前記供給部と連通する連通口を有し、前記素子基板を支持するチッププレートと、前記素子基板と前記チッププレートを接着する接着剤と、を有する液体吐出ヘッドの製造方法において、前記接着剤を前記チッププレート或いは前記素子基板に塗布する工程と、前記素子基板と前記チッププレートを密着させる工程と、前記連通部より光反射部材が前記供給部へ挿入される工程と、前記吐出口側から照射される紫外線が、前記光反射部材の反射部に反射して前記供給部周縁へ照射される工程とを有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
前記接着剤は紫外線を照射すること、或いは紫外線を照射することと加熱することの併用によって硬化することを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
前記供給部は、前記吐出口側から前記連通部側へ広がる形状であることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
前記光反射部材における反射面は、前記供給部のエッジ部と対応して配されることを特徴とする請求項２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
前記光反射部材の一部が素子基板に突き当たることにより、位置決めされることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
前記光反射部材の一部がチッププレートに突き当たることにより、位置決めされることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。