JP2009137027A - 液体吐出ヘッド - Google Patents
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Abstract
【課題】樹脂製インクタンクのＳｉ製素子基板を熱硬化型接着剤で貼り合わせる際に、Ｓｉ製素子基板に大きな応力を与えないで変形させることなく、良好な印字が可能な液体吐出ヘッドを製造する。
【解決手段】本発明に係る液体吐出ヘッドは、液体を吐出する吐出口３、吐出口３から前記液体を吐出させるためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子２及び吐出口に液体を供給するための供給口６を少なくとも備えたＳｉ製素子基板１と、供給口６と連通する連通口８を有する樹脂製インクタンク７とを熱硬化型接着剤１１により貼り合せて構成される液体吐出ヘッドにおいて、樹脂製インクタンク７の少なくともＳｉ製素子基板を貼り付ける面にシリカ前駆体を含む表面処理剤を塗布して硬化させた無機膜１４が形成されていることを特徴とする。
【選択図】図３
【解決手段】本発明に係る液体吐出ヘッドは、液体を吐出する吐出口３、吐出口３から前記液体を吐出させるためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子２及び吐出口に液体を供給するための供給口６を少なくとも備えたＳｉ製素子基板１と、供給口６と連通する連通口８を有する樹脂製インクタンク７とを熱硬化型接着剤１１により貼り合せて構成される液体吐出ヘッドにおいて、樹脂製インクタンク７の少なくともＳｉ製素子基板を貼り付ける面にシリカ前駆体を含む表面処理剤を塗布して硬化させた無機膜１４が形成されていることを特徴とする。
【選択図】図３
Description
本発明は、液体を吐出する液体吐出ヘッドに関し、具体的にはインクを被記録媒体に吐出することにより記録を行うインクジェット記録ヘッドに関するものである。また、本発明は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。
従来、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、低騒音や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、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１に示すように、素子基板１と樹脂製インクタンク７によって構成されている。素子基板１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３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ーを発生するエネルギー発生素子２と各流路５に液体を供給する供給口６を有する。樹脂製インクタンク７は、供給口６に連通している連通口８を有する。
上記のような構成を有するヘッドにおいては、特許文献１に記載されているように、オリフィスプレート４と供給口６とが形成された素子基板１を樹脂製インクタンク７へ直接、マウント接着剤１１を用いて接着することが知られている。その際、樹脂製インクタンク７の素子基板貼付け面の表面粗さは必ずしも良くないので、通常、マウント接着剤を厚く塗布することが多い。また、取扱いの容易な一液タイプの熱硬化型接着剤が使用される。その後、電気配線部材１３を樹脂製インクタンク７に貼り合わせ、電気配線部材１３と素子基板１とで電気的に接続を行う。その後、素子基板１の周囲を周囲封止剤９によって封止し、更に、電気配線部材１３と素子基板１との電気接合部をリード封止剤１０によって封止する。
米国特許５０１３３８３号明細書
上記構成の液体吐出ヘッドは、Ｓｉ製素子基板と樹脂製インクタンクの貼付けは熱硬化型接着剤を用いるので、加熱が必要である。この加熱により、Ｓｉ製素子基板と樹脂製インクタンクの双方が熱膨張した状態で、接着剤によって接着された状態となる。しかしながら、Ｓｉ製素子基板と樹脂製インクタンクとには、線膨張係数に差が存在するため、熱硬化終了後、常温に戻った際に樹脂製インクタンクはＳｉ製素子基板よりも大きく収縮する。
この樹脂製インクタンクの大きな収縮は、今まではあまり問題視されていなかったが、今後更なるコストダウンのためにＳｉ製素子基板がさらに微細加工された場合に問題となってくる。例えば、図２(a)に示すように、樹脂製インクタンクの収縮によって、Ｓｉ製素子基板に応力が生じ、Ｓｉ製素子基板が弓なり型に変形することで、吐出口や供給口、オリフィスプレート等が変形して、液体の吐出が不良となる可能性がある。
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る。
本発明に係る液体吐出ヘッドは、
液体を吐出する吐出口、該吐出口から前記液体を吐出させるためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子及び前記吐出口に前記液体を供給するための供給口を少なくとも備えたＳｉ製素子基板と、前記供給口と連通する連通口を有する樹脂製インクタンクとを熱硬化型接着剤により貼り合せて構成される液体吐出ヘッドにおいて、
前記樹脂製インクタンクの少なくともＳｉ製素子基板を貼り付ける面にシリカ前駆体を含む表面処理剤を塗布し、硬化させてなる膜が形成されていることを特徴とする。
液体を吐出する吐出口、該吐出口から前記液体を吐出させるためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子及び前記吐出口に前記液体を供給するための供給口を少なくとも備えたＳｉ製素子基板と、前記供給口と連通する連通口を有する樹脂製インクタンクとを熱硬化型接着剤により貼り合せて構成される液体吐出ヘッドにおいて、
前記樹脂製インクタンクの少なくともＳｉ製素子基板を貼り付ける面にシリカ前駆体を含む表面処理剤を塗布し、硬化させてなる膜が形成されていることを特徴とする。
前記シリカ前駆体は、ポリシラザンであることが好ましい。
前記シリカ前駆体を含む表面処理剤の硬化後の膜厚は、０．５μｍ以上２μｍ未満であることが好ましい。
前記樹脂製インクタンクの材料は、ポリフェニレンエーテルとポリスチレンとから構成される変性樹脂であることが好ましい。
前記シリカ前駆体を含む表面処理剤を硬化する温度は、１２０℃以下であることが好ましい。
本発明では、樹脂製インクタンクのＳｉ製素子基板を貼り付ける面にシリカ前駆体（ポリシラザン）を塗布して、硬化させた膜を形成したことにより、熱硬化型接着剤の熱硬化終了後、常温に戻った際にＳｉ製素子基板に大きな応力を生じることが無く、Ｓｉ製素子基板の変形も起きない。この結果、良好な印字が可能な液体吐出ヘッドが得られる。
以下、本発明に係るインクジェット記録ヘッドの実施形態について説明する。
本発明の液体吐出ヘッドは、樹脂製インクタンクの少なくともＳｉ製素子基板を貼り付ける面にシリカ前駆体を含む表面処理剤を塗布し、硬化させてなる膜（以下、無機膜という）を形成していることに特徴を有している。この無機膜は、Ｓｉ製素子基板と線膨張係数が近いので、熱硬化型接着剤で両者を貼り合わせ加熱冷却しても、Ｓｉ製素子基板に大きな応力を生じさせることが無い。したがって、Ｓｉ製素子基板の変形を抑えることができる。
前記シリカ前駆体としては、ポリシラザンを好ましく用いることができる。空気中の酸素や水分と反応することで緻密なシリカ（ＳｉＯ2）膜を生成することができる。また、この反応は１００℃前後の比較的低温でも進むことが知られている。シリカ前駆体を含む表面処理剤は樹脂と相溶し、また極性基の存在により、樹脂製インクタンクとの高い密着性が得られる。なお、ポリシラザンは下記一般式に示す構造を有する。
なお、ｎは繰り返し単位数を表す。
前記表面処理剤は、シリカ前駆体以外に溶剤や触媒等を含むものである。溶剤としては、前記シリカ前駆体を溶解でき、薄膜コーティング法により塗布可能な程度に適度な揮発性を有するものであれば、特に制限されずに用いることができる。また、このような表面処理剤は、半導体分野におけるスピンオングラス（ＳＯＧ）膜形成用や、自動車外装のシリカ表面コーティング材として一般に市販されており、容易に入手することができる。
本発明の液体吐出ヘッドの製造方法としては、樹脂製インクタンクのＳｉ製素子基板を貼り付ける面に前記表面処理剤を塗布して、樹脂製インクタンクの熱変形温度以下の温度で硬化させることにより、前記無機膜を形成する。次に、マウント接着剤として、熱硬化型接着剤でＳｉ製素子基板と貼り合わせ、熱硬化型接着剤を加熱硬化させる。
前記表面処理剤の硬化後の膜厚は特に制限されるものではないが、ポリシラザンを含む表面処理剤の場合、０．５μｍ以上２μｍ未満とすることが好ましい。無機膜を厚くした方がＳｉ製素子基板にかかる応力を低減することができるとも考えられるが、２μｍ以上としてしまうと塗布条件によってはクラッキングを生じる場合があるためである。
樹脂製インクタンクの材料としては、耐インク性がある樹脂材料であれば何れでも良い。例えば、耐インク性があり、成形が容易で、比較的安価なことから、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）とポリスチレン（ＰＳ）等との変性樹脂（変性ＰＰＥ）を好ましく用いることができる。なお、変性ＰＰＥの熱変形温度は約１２０℃である。
前記熱硬化型接着剤としては、塗布後の加熱により硬化し接着するものであり、特に制限されるものではないが、一液性熱硬化型接着剤が使用面から好ましく用いられる。
以下、実施例及び比較例により、本発明について更に詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限られるものではない。
（実施例１）
ポリシラザンを表１に記載される所定の膜厚になるように塗布し、前記の製造方法で液体吐出ヘッドを作成して、評価を行った。以下、図面を参照しながら説明する。
ポリシラザンを表１に記載される所定の膜厚になるように塗布し、前記の製造方法で液体吐出ヘッドを作成して、評価を行った。以下、図面を参照しながら説明する。
図３には、本発明の一実施例にかかる液体吐出ヘッドの素子基板周辺の断面図を示している。図３に示す液体吐出ヘッドは、主にＳｉ製素子基板１と樹脂製インクタンク７によって構成されている。Ｓｉ製素子基板１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３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ーを発生するエネルギー発生素子２と各流路５に液体を供給する供給口６を有する。樹脂製インクタンク７は、供給口６に連通している連通口８を有し、Ｓｉ製素子基板１と貼りあわされている。また、樹脂製インクタンク７に液体が吐出するための信号をＳｉ製素子基板１へリード部１２を介して伝えるための電気配線部材１３が貼り合わされている。Ｓｉ製素子基板１の外周と素子基板１と樹脂製インクタンク７との間の外周領域へ充填される周囲封止剤９があり、リード部１２を封止するリード封止剤１０とによって構成されている。
本実施例においては、供給口６は例えば異方性エッチング技術によって形成することができる。オリフィスプレート４は例えば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、フォトリソグラフィー技術を用いて吐出口３、流路５の形状を形成することができる。オリフィスプレート４の材料については、例えば、エポキシ樹脂等があげられるが、本発明は特にこれら材料に限定されるわけではない。また、本実施例においては、樹脂製インクタンク７の材料はポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）とポリスチレン（ＰＳ）等との変性樹脂（熱変形温度１２０℃）が用いられており、例えば射出成型で形成することができる。
本発明では図３に示すように、樹脂製インクタンク７のＳｉ製素子基板１を貼り合せる面にポリシラザンを含む表面処理剤（商品名：ＮＰ１１０、ＡＺエレクトロニックマテリアルズ（株））を塗布し、１００℃で３時間硬化して無機膜１４を形成した。さらに、マウント接着剤１１（一液性熱硬化型接着剤）を前記貼り合せる面に塗布し、前記Ｓｉ製素子基板を位置決めして貼り合わせ、１００℃で１時間の硬化を行い、液体記録ヘッドを製造した。なお、液体吐出ヘッドは表面処理剤膜厚が０．５μｍ及び１．１μｍの二種類を製造した。
なお、図４には、液体吐出ヘッドの全体図を示した。
（比較例１）
実施例１において樹脂製インクタンクの貼り合わせ面にポリシラザンを含む表面処理剤を塗布しなかったこと以外は同様の方法で液体吐出ヘッドを製造した。
実施例１において樹脂製インクタンクの貼り合わせ面にポリシラザンを含む表面処理剤を塗布しなかったこと以外は同様の方法で液体吐出ヘッドを製造した。
（評価）
実施例１及び比較例１で製造した三種類の液体吐出ヘッドにおけるＳｉ製素子基板の変形量を評価した。その結果を表１に示す。変形量の測定は、顕微鏡による測長によって、図２(a)に示すように、Ｓｉ製素子基板の端部における長さＡと中央部における長さＢの差により求めた。
実施例１及び比較例１で製造した三種類の液体吐出ヘッドにおけるＳｉ製素子基板の変形量を評価した。その結果を表１に示す。変形量の測定は、顕微鏡による測長によって、図２(a)に示すように、Ｓｉ製素子基板の端部における長さＡと中央部における長さＢの差により求めた。
比較例１であるポリシラザンを塗布していないものは、Ｓｉ製素子基板の変形量が大きいのに対し、実験例であるポリシラザンを塗布したものは、ポリシラザンの膜厚に応じて、Ｓｉ製素子基板の変形量が小さくなった。但し、ポリシラザンの膜厚が２μｍを超えると、ポリシラザン膜にクラックが生じた。
次に、上記の３種の液体記録ヘッドに純水／グリセリン／ダイレクトブラック１５４（水溶性黒色染料）＝６５／３０／５からなるインクを充填して記録を行った。実施例１に示したヘッドは安定な印字が可能であったが、比較例１に示したヘッドではＳｉ製素子基板の変形のため、ごく希に印字不良が見られた。
１ 素子基板
２ エネルギー発生素子
３ 吐出口
４ オリフィスプレート
５ 流路
６ 供給口
７ 樹脂製インクタンク
８ 連通口
９ 周囲封止剤
１０ リード封止剤
１１ マウント接着剤
１２ リード部
１３ 電気配線部材
１４ 無機膜
２ エネルギー発生素子
３ 吐出口
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１０ リード封止剤
１１ マウント接着剤
１２ リード部
１３ 電気配線部材
１４ 無機膜
Claims (5)
- 液体を吐出する吐出口、該吐出口から前記液体を吐出させるためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子及び前記吐出口に前記液体を供給するための供給口を少なくとも備えたＳｉ製素子基板と、前記供給口と連通する連通口を有する樹脂製インクタンクとを熱硬化型接着剤により貼り合せて構成される液体吐出ヘッドにおいて、
前記樹脂製インクタンクの少なくともＳｉ製素子基板を貼り付ける面にシリカ前駆体を含む表面処理剤を塗布し、硬化させてなる無機膜が形成されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。 - 前記シリカ前駆体が、ポリシラザン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。
- 前記シリカ前駆体を含む表面処理剤の硬化後の膜厚が、０．５μｍ以上２μｍ未満であることを特徴とする請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記樹脂製インクタンクの材料が、ポリフェニレンエーテルとポリスチレンとから構成される変性樹脂であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの請求項に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記シリカ前駆体を含む表面処理剤を硬化する温度が、１２０℃以下であることを特徴とする請求項４に記載の液体吐出ヘッド。
Priority Applications (2)
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