JP2007111902A - インクジェット記録ヘッドおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 記録素子基板の記録液供給口への接着剤の進入を防止する。
【解決手段】 記録素子基板の裏面に溝形状をもうけ、支持部材上の接着剤塗布形状に不連続部を作り張り合わせる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、記録液を記録媒体へ吐出して記録を行うインクジェット記録ヘッドおよびその製造方法に関する。

液体噴射記録装置は、いわゆるノンインパクト記録方式の記録装置であり、高速な記録と様々な記録メディアに対して記録することが可能であって、記録時における騒音がほとんど生じないといった特徴を有している。この種の液体噴射記録装置で用いられる液体噴射記録方式は、代表的な例としては、吐出エネルギー発生素子として電気熱変換素子を用いた方式がある。この方式を用いた液体噴射記録ヘッドは、電気熱変換素子を加圧室内に設け、これに記録信号となる電気パルスを印加する事により記録液に熱エネルギーを与え、その時の記録液の相変化により生じる記録液の発泡時（沸騰時）の気泡圧力を記録液滴の吐出に利用したものである。

さらに、電気熱変換方式を用いた液体噴射記録ヘッドには、電気熱変換素子が配列された基板に対して平行に記録液を吐出させる方式（エッジシュータ）のものと、電気熱変換素子が配列された基板に対して垂直に記録液を吐出させる方式（サイドシュータ）のものとがある。

図４は、本願の背景技術となる支持部材に記録素子基板を搭載した状態を示す図である。

図４に示すように、記録素子基板１０２の表面側に設けられている吐出ロプレート１０３には、記録液を吐出するための複数の吐出口１０３ａが、記録素子である吐出エネルギー発生素子（例えば、電気熱変換素子）１０２ａに対向する位置に２列にわたって開口され、２列で１組を成す吐出口列が構成されている。
また支持部材１０１と記録素子基板１０２の組立方法は、記録素子基板を精度良く位置決めし、紫外線・熱硬化併用型接着剤１０４で記録素子基板１０２を固定している。

特許文献１、特許文献２に、インクジェット記録ヘッドの記録素子基板の記録液吐出口部の構造及び製造方法が記載されている。
特開平１１−３４８２８２号公報 特開２００１−１６２８０２号公報

上述したような記録素子基板およびそれを含むインクジェット記録ヘッド製造の記録素子基板の搭載方法には、
(1)支持部材１０１へ紫外線・熱硬化併用型接着剤１０４を転写または塗布（以下、転写と略す）する。

(2)支持部材１０１に対して記録素子基板１０２の位置決めは画像処理等で精度良く位置決めし記録素子基板を押圧する。

(3)記録素子基板１０２の押圧にて記録素子基板の外周部に延出した紫外線・熱硬化併用型接着剤１０４を紫外線光にて照射し仮固定を行う。

(4)紫外線・熱硬化併用型接着剤１０４が転写された場所のうち記録素子基板と支持部材間は紫外線光の影部分になるため接着剤は未硬化状態である。この接着剤を熱硬化工程により完全硬化を行う。
等の製造方法が用いられる。

紫外線・熱硬化併用型接着剤１０４は支持部材１０１と記録素子基板１０２の固定および複数ある記録液室間の封止をすることを要求する。

前述の製造方法は支持部材１０１へ紫外線・熱硬化併用型接着剤１０４を転写した後の状態の異常が生じた場合、記録素子基板１０２を搭載後、熱硬化工程において機能的に不具合を生じる場合がある。紫外線・熱硬化併用型接着剤１０４転写後状態の異常には過大量転写や転写位置ズレなどが挙げられる。

図５はその不具合が生じた状態を図に示す。

記録素子基板１０２外周部の紫外線・熱硬化併用型接着剤１０４は紫外線光により硬化（記録素子基板１０２の仮固定）させるが記録素子基板１０２と支持部材１０４の間は紫外線光の影部分となるため紫外線・熱硬化併用型接着剤１０４は未硬化状態である。そのため接着剤未硬化部分は熱硬化工程において硬化させるが熱を加えることで硬化の直前に接着剤粘度が低粘度化し、毛管力により記録液流路角部の稜線部分を伝わり、吐出ノズル方向へ進む。

この時、紫外線・熱硬化併用型接着剤１０４転写後の異常状態（過大量転写や転写位置ズレなど）が発生している場合、吐出ノズル方向へ進入する接着剤の絶対量が多いためダミーノズルを経由し吐出本ノズルまで到達することがあり機能的に不具合が生じる。

図６は前述した接着剤転写状態に異常が生じた場合について接着剤が吐出本ノズルまで到達するまでの流れを図で説明する。

＜ａ＞は支持部材１０１へ紫外線・熱硬化併用型接着剤１０４を転写後、記録素子基板１０２の押圧し紫外線光にて仮固定した状態を示す。この時紫外線・熱硬化併用型接着剤１０４は記録素子基板１０２の底辺部に存在する。＜ｂ＞では紫外線・熱硬化併用型接着剤１０４が紫外線光で影部分となった未硬化接着剤を熱硬化させるため熱硬化炉へ投入した直後の状態を示す。この時、未硬化状態である接着剤が熱により接着剤粘度が低粘度化し、毛管力により記録素子基板１０２の記録液流路角部の稜線部分から吐出口プレート１０３の方向へ進む。＜ｃ＞では紫外線・熱硬化併用型接着剤１０４が吐出口プレート１０３の端部まで進入した状態を示す。＜ｄ＞では紫外線・熱硬化併用型接着剤１０４が吐出口プレート１０３のダミーノズル部まで進入した状態を示す。＜ｅ＞では紫外線・熱硬化併用型接着剤１０４が吐出口プレート１０３の吐出本ノズル部まで進入した状態を示す。この時点で本製品について機能的な不具合となる。

ここで従来、記録素子基板の記録液流路へはみ出す接着剤を記録液吐出口部への進入を防止するインクジェット記録ヘッドとしては特開平１１−３４８２８２号及び、特開２００１−１６２８０２号に代表される構造及び製造方法が知られている。この方法は記録液流路の近傍部に接着剤溜め込み領域を配置することで接着剤を記録液吐出口部への進入を防止する構造としている。しかし、この方法では記録液内部への接着剤はみ出しは完全に抑えられない。インクジェット記録ヘッドには記録素子基板の平行度が要求されるため、記録素子基板を押圧することが必要とされる。この記録素子基板の押圧行為で接着剤は必ず記録液流路部へはみ出すこととなる。

はみ出し量を抑える方法としては接着剤の転写量や転写状態を規制する方法があるが製造上、接着剤の転写規格幅は非常に狭い領域となり、製造時には大変困難な管理が要求されることとなる。

インクジェット記録ヘッドにおいて記録素子基板の接着で平行度が必要な理由としては以下が挙げられる。

インクジェット記録ヘッドにおいて吐出する記録液は記録媒体への着弾精度が必要となる。この記録液着弾精度にて画像形成精度が決定する。記録素子基板から直接記録液を吐出させるインクジェット記録ヘッドは記録素子基板と記録媒体への平行度が要求され、記録素子基板の接着は単に固定だけでは無く高精度な接着が必要であり、記録媒体との平行度についてもひとつの重要な要素である。この平行度を達成させるためには記録素子基板は支持部材に対して押圧することが必須な条件となる。

本発明は上記の不具合点を改善したものであり吐出特性及び記録液供給特性に関して最適化を図ることができるインクジェット記録ヘッドを提供することを目的とする。

記録液を吐出する複数の記録素子を具備するとともに、該記録素子が設けられた面とは反対側の面に設けられ、前記記録素子に前記記録液を供給する１つまたは複数の供給口を具備する記録素子基板と、該記録素子基板が組込まれるための部位を有し、前記記録素子基板と接続されることにより、前記記録素子基板に対して前記記録液を吐出するための電気パルスを印加する配線基板とを有する少なくとも１つの記録素子ユニットと、前記記録素子基板を保持固定する支持部材とを有してなるインクジェット記録ヘッドにおいて、
前記記録素子基板の記録液流路内に隣接する四隅部にインク吐出口部方向へ毛管力による接着剤の這い上がりを規制する領域を有することを特徴とするインクジェット記録ヘッドである。

本出願にかかる発明によれば、接着剤転写状態に異常が生じた場合において、熱硬化工程の熱硬化直前に接着剤粘度が低下し、毛管力により記録液流路の隅（角部）部分を伝わろうとする接着剤を接着剤這い上がり規制領域内で硬化させ記録液流路内に接着剤進入を防ぐ工程を有することを特徴とする。

本発明により前記記録素子基板の記録液流路内に隣接する四隅部にインク吐出口部への接着剤流れ込みを防止する接着剤這い上がり規制領域を有することで紫外線・熱硬化併用型接着剤が塗布された場所の接着剤未硬化部分は熱硬化工程において熱硬化の直前に接着剤粘度が低粘度化し、毛管力により記録液流路角部の稜線部分を伝わり、吐出本ノズルに接着剤を詰まらせてしまう不具合ケースを防止することが可能となる。

また、紫外線・熱硬化併用型接着剤が吐出本ノズル１本目の脇まで接着剤が進入しているケースに於いて吐出本ノズル端部に気泡が残り、その気泡が記録液の吐出に影響を与える問題に対しても前記接着剤這い上がり規制領域を有することで、ダミーノズルの確保ができ気泡による吐出への影響がなくなり、安定した吐出が得られる信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを提供することが可能となる。

以下、図を参照しつつ本発明の内容を説明する。

図７は本発明によるインクジェットヘッド記録素子基板上の吐出口プレート１０３の製造方法が示されており、まず、本発明の製造方法について簡潔に説明する。（ａ）に示される記録素子基板１０２上には電気熱変換素子あるいは圧電素子等のインク吐出エネルギー発生素子１０２ａが所望の個数配置される。次いで（ｂ）に示すように、インク吐出エネルギー発生素子１０２ａを含む記録素子基板１０２上に、溶解可能な樹脂層１０５を形成する。そして該樹脂層１０５に（ｃ）に示すようにインク流路パターンとなる形状に形成する。次いで前記溶解可能な樹脂層１０５上に（ｄ）に示す様に被覆樹脂層１０６を形成する。そして該被覆樹脂層１０６にインク吐出口１０３ａを形成する（ｅ）。該インク吐出口１０３ａの形成は従来から行なわれている手法で、Ｏ2プラズマによるエッチング、エキシマレーザー穴明け、あるいは紫外線、Ｄｅｅｐ−ＵＶ光などによる露光など、あらゆる手法で形成可能である。

次に記録素子基板１０２にインク供給口１０２ｂを設ける。該インク供給口１０２ｂは、基板を化学的にエッチングすることにより形成する。より具体的には基板としてＳｉ（シリコン）基板を用い、ＫＯＨ、ＮａＯＨ、ＴＭＡＨなどの強アルカリ溶液による異方性エッチングにより形成する。Ｓｉ基板の結晶方位が（１００）面では異方性エッチングの角度はθ＝５４．７°となる（ｆ）。そしてインク流路パターン、リブ構造となる様なパターンやインク吐出口を形成後にインク供給口を形成するための手段としては、レーザー等の光エネルギーの使用も考えられるが、これらの手法では先に形成したインク流路パターンや記録素子自身などにダメージを与えてしまう可能性があり、採用し難い。そこでインク供給口の形成としては、化学的なエッチング、中でもＳｉ基板の異方性エッチングにより行うことが最適である。続いて（ｇ）に示すように、溶解可能な樹脂層１０５を溶出することにより、インク流路およびインク発泡室ができる。

本発明では前記該インク供給口１０２ｂの形成（ｆ）時に強アルカリ溶液による異方性エッチングと同じ手法で記録素子の記録液流路内の四隅部に接着剤這い上がり規制領域を形成する。この時の異方性エッチングの角度もθ＝５４．７°となる。

記録液形成と同じ手法を用いることで特別な工程や設備を増やさなくてすむ。

以下、図を参照し本実施例について説明する。

本実施例においては、前述の図７（ａ）〜（ｇ）に示した手順に従ってインクジェットヘッドを製作する。（図３は参考に従来の記録液流路形状を示す）
この記録素子基板の記録液流路形成時、図１に示す様に記録液流路内の四隅部に接着剤這い上がり規制領域を異方性エッチングにより記録液流路と接着剤這い上がり規制領域を形成する。接着剤這い上がり規制領域は密閉形状にはせず、記録液流路を介して大気との開放状態をつくり接着剤の進入を促進させる。

接着剤の進入状態としては記録素子基板を支持部材に押圧後、接着剤が接着剤這い上がり規制領域にある絶対量の接着剤が進入する。この後、接着剤熱硬化工程にて接着剤粘度が一時低粘度化し毛管力にて接着剤這い上がり規制領域の稜線部分を伝わり這い上がろうとする。この這い上がりと記録液流路との段差内で接着剤を熱により硬化させる。

接着剤這い上がり規制領域のサイズについては各インクジェット記録素子基板等のサイズにより必要な記録素子基板の接着面積／接着剤転写量／接着剤はみ出し量、及び接着剤熱硬化条件に対して接着剤這い上がりスピードと接着剤硬化スピードにより記録液流路との段差内で接着剤が熱により硬化する様に接着剤這い上がり規制領域のサイズを決定する。

従来の吐出記録液流路形状ではある絶対量が全て吐出本ノズル方向へ接着剤が進入するため、ある確率で本ノズルまで到達し不具合が発生していた。本実施例では記録液流路内に隣接する四隅部に接着剤這い上がり規制領域を形成することで接着剤を接着剤這い上がり規制領域へ進入させ、記録液流路までの接着剤進入を回避することができる。

第１の実施例による別の効果として以下が挙げられる。

接着剤が吐出本ノズルまでの到達はしていないが、吐出本ノズル１本目の脇まで接着剤が進入しているケースに於いて記録液の吐出は可能であるが、吐出本ノズル端部に気泡が残り、その気泡が記録液の吐出に影響を与えていた。液室の記録液の流れは液室中央部と液室端部を比較すると液室端部の方が記録液の流れは悪いため発生した気泡は吐出本ノズル端部に残り易い。また、気泡は液室の壁に付着しやすいためノズル列方向端部に気泡が残り易くなる。本問題は接着剤が壁と同じ働きをしてしまうため、接着剤に気泡が付着し、記録液の吐出に影響を与えてしまうケースがある。本来はダミーノズル部がノズル列方向の端部であるため、気泡がダミーノズルの端部に付着していても吐出本ノズルに影響なく安定した吐出が得られる。本件の様な場合に於いても前記記録素子基板の記録液流路内に隣接する四隅部に記録液流路への接着剤進入を防止する接着剤這い上がり規制領域を有することでダミーノズルへの接着剤進入がなくなり、ダミーノズルの確保ができ気泡による吐出への影響がなくなり安定した吐出が得られる。

図２の接着剤這い上がり規制領域の形状パターンは実施例１同様に前記記録素子基板の記録液流路内に隣接する四隅部にインク吐出口部への接着剤流れ込みを防止する接着剤這い上がり規制領域を形成するが、接着剤這い上がり規制領域の位置を変えているパターンである。

接着剤這い上がり規制領域の位置を変えることで接着剤の転写形状に合わせて選択すると有効である。また、各製品の記録素子基板の形状から任意に最適な形状を選択することができる。

本発明の第１実施例の説明図。 本発明の第２実施例の説明図。 本発明の第１〜２実施例の説明に対する従来図。 本願の背景技術となる支持部材に記録素子基板を搭載した説明図。 紫外線・熱硬化併用型接着剤が吐出本ノズルまで到達した様子の説明図。 紫外線・熱硬化併用型接着剤が吐出本ノズルまで到達するまでの説明図。 本発明による吐出口プレートの製造方法のフロー説明図。

符号の説明

１０１ 支持部材
１０１ａ 支持部材の隔壁
１０１ｂ 記録液供給流路
１０２ 記録素子基板
１０２ａ 吐出エネルギー発生素子
１０２ｂ 記録液供給口
１０３ 吐出口プレート
１０３ａ 吐出口
１０４ 紫外線・熱硬化併用型接着剤
１０５ 溶解可能な樹脂層
１０６ 被覆樹脂層
１０７ａ 第1の溝
１０７ｂ 第２の溝
２０１ 本ノズル
２０２ ダミーノズル

Claims (7)

1. 記録液を吐出する複数の記録素子を具備するとともに、該記録素子が設けられた面とは反対側の面に設けられ、前記記録素子に前記記録液を供給する１つまたは複数の供給口を具備する記録素子基板と、該記録素子基板が組込まれるための部位を有し、前記記録素子基板と接続されることにより、前記記録素子基板に対して前記記録液を吐出するための電気パルスを印加する配線基板とを有する少なくとも１つの記録素子ユニットと、前記記録素子基板を紫外線・熱硬化併用型接着剤で保持固定する支持部材とを有してなるインクジェット記録ヘッドにおいて、
   前記記録素子基板の記録液流路内に隣接する四隅部にインク吐出口部方向へ接着剤の進入を規制する為の第１の溝と不連続な接着剤塗布形状と前記記録素子基板裏面に不連続な前記接着剤を導く接着剤導入する第２の溝とを有することを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
2. 前記記録素子基板となる部材はＳｉ（シリコン）で結晶方位が（１００）面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記録ヘッド。
3. 前記記録素子基板裏面に形成される接着剤の進入を規制する前記第1の溝は記録液供給口の外周部全域に形成させ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。
4. 前記記録素子基板裏面に形成される接着剤の進入を規制する前記第1の溝は記録液供給口の四隅部に形成させ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。
5. 前記記録素子基板裏面に形成される不連続な接着剤を導く接着剤導入する第2の溝は前記記録素子の端部を通して大気開放状態にすることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
6. 前記記録素子基板裏面に形成される第1の溝と第2の溝は異方性エッチングにより形成す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の製造方法。
7. 前記不連続な接着剤塗布形状は描画もしくは転写によって接着剤の重なる交点部のみに形成され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の製造方法。

Images