JP2011020440A - 液体吐出ヘッドおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 基板と流路壁部材との接合信頼性を向上させる。
【解決手段】 液体を吐出する吐出口と、該吐出口に連通する流路の壁と、を備えた流路壁部材を一方の面上の一部に備えた基板を有する液体吐出ヘッドにおいて、前記流路壁部材の側外面と前記一方の面との交線の少なくとも一部に、撥液部材が設けられていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【選択図】 図１
【解決手段】 液体を吐出する吐出口と、該吐出口に連通する流路の壁と、を備えた流路壁部材を一方の面上の一部に備えた基板を有する液体吐出ヘッドにおいて、前記流路壁部材の側外面と前記一方の面との交線の少なくとも一部に、撥液部材が設けられていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【選択図】 図１
Description
本発明は液体を吐出する液体吐出ヘッドの製造方法に関し、具体的には被記録媒体に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ヘッドの製造方法に関する。
液体を吐出する液体吐出ヘッドを用いる例としては、インクを被記録媒体に吐出して記録を行うインクジェット記録方式に適用されるインクジェット記録ヘッドが適用される。
インクジェット記録ヘッドについて、特許文献１には以下のような開示がある。インク等の液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子が設けられた基板と、該基板の表面に設けられ、液体の吐出口、流路が設けられた流路壁部材を有する吐出素子基板がフレキシブル配線基板と電気的に接続されている。基板の側面には、側面をインクやゴミ等から保護するための端面封止部材が封止部材を塗布することにより設けられている。
しかしながら、シリコンなどの基板と、樹脂からなる流路壁部材と、のように両者の線膨張係数が大きく異なる場合等には、流路壁部材の応力により、基板と流路壁部材との間の接合強度が十分でない場合が想定され、剥れが生じる可能性がある。剥れが生じた場合には以下の懸念がある。例えば、基板の側面の保護を確実に行うため、基板の側面全体を被覆するように端面封止部材を設けようとした場合には、封止部材を形成するための封止用材料の粘度、流動性によっては、封止用材料が基板の表面に達する場合が想定される。このような場合、封止用材料は、流路壁部材の側面まで達し、封止用材料の物性によっては、流路壁部材と基板との隙間から浸入することが考えられる。浸入した封止用材料により、基板、流路壁部材との接合部において、接合力が弱まり、剥離へとつながることが懸念される。また、同様の箇所にインク等の液体の浸入なども懸念される。特にインクジェット記録ヘッドが長尺化、流路壁部材が厚膜化した場合には、流路壁部材の応力が高まる傾向にあるため、上記の懸念が強い。
本発明は上記の課題を鑑みなされたものであって、流路壁部材と基板との間に他の物体が浸入することを抑制し、信頼性の高い液体吐出ヘッドを提供することを目的の一つとする。またそのような液体吐出ヘッドを簡易に製造する方法を提供することを他の目的とする。
本発明は、液体を吐出する吐出口に連通する流路の壁を備える流路壁部材と、基板と、該基板の端面を覆うように設けられた樹脂組成物から形成された被覆樹脂部材と、を有し、前記流路壁部材と前記基板の一方の面とが接することで前記流路が形成されている液体吐出ヘッドにおいて、前記流路壁部材の側外面と前記一方の面との交線の少なくとも一部を覆う様に、前記流路壁部材と前記一方の面とのいずれよりも前記樹脂組成物の接触角が大きい撥液部材が設けられていることを特徴とする液体吐出ヘッドである。
また本発明は、液体を吐出する吐出口に連通する流路の壁を備える流路壁部材と、基板と、該基板の端面を覆うように設けられた樹脂組成物から形成された被覆樹脂部材と、を有し、前記壁と前記基板の一方の面とが接することで前記流路が形成されている液体吐出ヘッドの製造方法において、前記流路が形成されている前記流路壁部材と前記基板とを用意する工程と、前記流路壁部材の側外面と前記一方の面との交線を覆う様に、前記流路壁部材と前記一方の面とのいずれよりも前記樹脂組成物の接触角が大きい撥液部材を設ける工程と、前記基板の端面の少なくとも一部に接するように前記封止部材を形成するための前記樹脂組成物を設ける工程と、をこの順に有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法である。
本発明によれば、流路壁部材と基板との間に他の物体が浸入することが抑制され、信頼性の高い液体吐出ヘッドを提供することが可能となる。また、そのような液体吐出ヘッドを簡易に、工程に負荷をかけずに製造することが可能となる。
以下に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図６は、本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッドの模式的斜視図であり、図１はその上面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ―Ａ’断面である。また図１（ｃ）は図１（ｂ）の一部分を拡大した図である。
図１、６に示されるように、本発明の液体吐出ヘッドは、インク等の液体を吐出させるエネルギーを発生させるエネルギー発生素子１が所定のピッチで２列並んで形成され、外部との電気的接続を行う接続電極１３が形成された基板２を有している。基板２には供給口７がエネルギー発生素子１の２つの列の間に開口されている。基板２の一方の面である表面１０２上には、各エネルギー発生素子１の上方に開口する吐出口６と、供給口７から各吐出口６に連通する個別流路８が流路壁部材３で形成されている。基板２の表面には、流路壁部材３との密着を向上させるための密着層（不図示）が設けられてもよい。流路壁部材はエポキシ樹脂等の硬化物で設けられるがこれに限定されるものではなく、金属等も使用可能である。
図１、６（ａ）に示されるように、本発明の実施形態の液体吐出ヘッドは、基板２の一方の面である表面１０２と、表面上に設けられた流路壁部材３の側外面１０４との接合部にある交線１０３の少なくとも一部を覆うように撥液部材２０が設けられている。図１（ａ）、（ｂ）に示されるように、基板２の端面１０１を覆うように、樹脂組成物から形成された封止部材としての被覆樹脂部材１４が設けられている。撥液部材２０の、被覆樹脂部材１４を形成するための樹脂組成物の接触角が、流路壁部材３と表面１０２の、被覆樹脂部材１４を形成するための樹脂組成物の接触角より大きい。また、撥液部材２０は、流路壁部材３と表面１０２との両方よりも水の接触角が大きいものである。撥液部材２０が交線に設けられることで、これにより、インク等の液体や、後述する被覆樹脂部材１４が交線に向いにくくなっている。撥液部材２０は純水静的前進接触角が８０度以上であることが好ましく、さらに９０度以上であるとより好ましい。より好ましくは１００度以上である。表面１０２は、無機または有機絶縁膜、金属保護膜、が設けられているが、金属保護膜、無機膜の場合の接触角は５０度以下、熱可塑性樹脂等の有機絶縁膜でも７０度以下である。流路壁部材の接触角は、金属である場合には、５０度以下、樹脂の硬化物である場合でも７０度以下である。
撥液部材２０を形成する材料としては、フッ素、シリコン含有の化合物、樹脂等が挙げられる。
撥液部材２０は、図１（ｂ）に示されるように層状で、流路壁部材の側外面１０４と表面１０２に接して角をもつように設けられてもよいし、図１（ｃ）に示されるように、外面が丸みを帯びていてもよい。流路壁部材３を囲むように交線全体に設けられていてもよい。
また、基板２は液体吐出ヘッドのリード線１２を介して、電気配線部材１００と電気的接続が行われている。また、基板２の端面１０１には、周囲を囲むようにディスペンス法などにより被覆樹脂部材１４が設けられ、さらにリードを保護するリード封止部材１５が施されている。
なお、上記した形態では、流路壁部材３に吐出口６が設けられているが、流路壁部材と吐出口６を形成する吐出口部材とが別体で設けられていてもよい。この点については製造方法の説明において例示する。
また、図６（ｂ）に示される形態では、流路壁部材３の周囲を囲むように周囲部材１０５が配され、周囲部材の流路壁部材３と反対側の側外面１０６と表面１０２との交線１０７の少なくとも一部を覆うように撥液部材２０が設けられている。周囲部材１０５は、流路壁部材が樹脂の硬化物で形成される場合、同硬化物により形成されることが好ましい。例えば、流路壁部材と同等の高さの周囲部材１０５を設けることにより、ワイピング特性向上が向上されたり、基板の素子面保護が向上したりする等の効果を奏する。また図６（ａ）の形態と同様に撥液部材２０は、周囲部材と表面１０２との両方よりも水の接触角が大きいものである。撥液部材２０が交線１０７に設けられることで、これにより、インク等の液体や、後述する被覆樹脂部材１４が基板側面に接触し難い形態となっている。
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態の液体吐出ヘッドの製造方法の一例を以下に示す。図２は本発明の液体吐出ヘッドの製造方法の一例を示す模式的断面図であり、図１（ｂ）と同様の断面図である。
本発明の第１の実施形態の液体吐出ヘッドの製造方法の一例を以下に示す。図２は本発明の液体吐出ヘッドの製造方法の一例を示す模式的断面図であり、図１（ｂ）と同様の断面図である。
図２（ａ）に示すようにエネルギー発生素子１（不図示）を含む基板２上に、流路の型である溶解可能な樹脂層４を形成する。溶解可能な樹脂層４は、流路８の形状のパターンで構成されている。この溶解可能な樹脂層４は、例えばドライフィルムのラミネート、レジストのスピンコート等による塗布の後、例えば紫外線（Ｄｅｅｐ−ＵＶ光）による露光及び現像などによりパターニングされる。具体的な例としては、ポリメチルイソプロペニルケトン（東京応化工業（株）社製ＯＤＵＲ−１０１０）がスピンコートにより塗布されて乾燥された後、Ｄｅｅｐ−ＵＶ光により露光され、現像によりパターニングが行われる。
次に、図２（ｂ）に示すように溶解可能な樹脂層４の上に流路壁部材３を塗布した後、紫外線（Ｄｅｅｐ−ＵＶ光）露光を行い、現像することによって吐出口６が形成された流路壁部材を形成する。
次に、図２（ｃ）に示すように流路壁部材３を被覆し、側外面１０４、表面１０２と接し、交線１０３を覆うように撥液材料層１０８を設ける。この撥液材料はスピンコート、ラミネート等により塗布され、例えば紫外線（Ｄｅｅｐ−ＵＶ光）による露光および現像によりパターニングが可能な感光性の撥液材料である。例えば、フッ素原子含有のエポキシ基を有する樹脂と、光重合開始剤とを、フィルム化したものが挙げられる。
撥液材料を設けた後、図２（ｄ）に示すようにフォトマスク２１を用意し、紫外線（Ｄｅｅｐ−ＵＶ光）露光、現像を行うことによって、図６（ｅ）に示す必要な領域のみに撥液部材２０を形成することができる。
次に、図２（ｆ）に示すように基板２を化学的にエッチングして液体の供給口７を形成する。例えば、基板２としてＳｉ基板を用いる場合、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供給口７を形成する。
続いて、溶解可能な樹脂層４を溶解して、流路８内の樹脂を除去する。溶解可能な樹脂層４の除去は、Ｄｅｅｐ−ＵＶ光による全面露光を行った後、溶解および乾燥を行うことにより行うことができ、さらに、溶解の際に超音波処理を行えばより確実に短時間で行える。
図示しないが、以上の工程によりインクジェット機構がそれぞれ設けられた基板２はチップが多数連なったウエハ形態で製造される。したがってこの後、基板２をダイシングソーなどにより分離切断してチップ化する。
次に、図２（ｆ）に示すように、エネルギー発生素子１を駆動するための電気接続等を行った後、インク供給のためのインクタンク等の部材を接合する。そして、基板の周囲を充填する被覆樹脂部材１４と伴にリードを保護するリード封止部材１５が設けられ、液体吐出ヘッドが完成する。
被覆樹脂部材１４としては、アミン硬化型エポキシ樹脂組成物等が使用可能で、その主剤は、ブタジエン骨格を有するエポキシ樹脂や、脂環式エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂を使用できる。樹脂組成物は、主材の樹脂、硬化剤のほか、フィラー、硬化補助触媒、溶媒等を含み、封止方法としては、ディスペンス法等で組成物を塗布し、熱、光などにより硬化させることで、封止を行う。撥液部材２０における被覆樹脂部材１４用の組成物の接触角は、流路壁部材３、表面１０２の両方の封止部材用の組成物の接触角それぞれよりも大きい。そのため、被覆樹脂部材１４用の組成物が表面１０２の上にあふれた場合であっても、交線１０３へ当該組成物が近接することを抑制することができる。
また、本実施形態では基板上の流路壁部材３の厚さが約７５μｍであり、基板側面から流路壁部材側面までの距離は１０〜５０μｍ程度である。
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態の液体吐出ヘッドの製造方法の一例を以下に示す。図３は本発明の液体吐出ヘッドの製造方法の一例を示す模式的断面図であり、図１（ｂ）と同様の断面図である。
本発明の第２の実施形態の液体吐出ヘッドの製造方法の一例を以下に示す。図３は本発明の液体吐出ヘッドの製造方法の一例を示す模式的断面図であり、図１（ｂ）と同様の断面図である。
図３（ａ）に示すようにエネルギー発生素子１を含む基板２上に、流路壁部分を形成する流路壁部材となる材料をスピンコートにより塗布する。この材料は感光性のレジストであり、紫外線（Ｄｅｅｐ−ＵＶ光）露光及び現像によりパターニングが行われて流路壁部材３が形成される。
次に、図３（ｂ）に示すように吐出口が設けられる吐出口部材としてのオリフィスプレート部分となるオリフィスプレート用層１０をドライフィルムのラミネートによって形成する。
このドライフィルム状のオリフィスプレート用層１０は流路壁部材３と同じ感光性のレジストであり、流路壁上部の接合性の観点から同一材料によって形成されるのが一般的である。
またこのドライフィルム状のオリフィスプレート用層１０は適正な条件でラミネートされるため流路壁部材３によって形成された流路壁の間のインク流路を埋めることなく、蓋をするような形で形成される。
次に、図３（ｃ）に示すようにドライフィルム状のオリフィスプレート用層１０を紫外線（Ｄｅｅｐ−ＵＶ光）露光を行い、現像することによって吐出口６及を形成する。
以降の工程は第１の実施形態と同様に行う。撥液部材は図３（ｃ）における表面１０２と側外面１０４との交線１０３に設けられる。
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態の液体吐出ヘッドの製造方法の一例を以下に示す。図４は本発明の液体吐出ヘッドの製造方法の一例を示す模式的断面図であり、図１（ｂ）と同様の断面図である。
本発明の第３の実施形態の液体吐出ヘッドの製造方法の一例を以下に示す。図４は本発明の液体吐出ヘッドの製造方法の一例を示す模式的断面図であり、図１（ｂ）と同様の断面図である。
図４（ａ）に示すようにエネルギー発生素子１を含む基板２上に、流路壁のみを形成する流路壁部材３をスピンコートにより塗布する。
この材料は感光性のレジストであり、紫外線（Ｄｅｅｐ−ＵＶ光）露光及び現像によりパターニングが行われ流路壁部材３が形成される。
次に、図４（ｂ）に示すように基板２と流路壁部材３を覆う様に埋め込み材料５を堆積させる。この埋め込み材料は次工程の化学的機械研磨（ＣＭＰ）の際における流路壁倒れを防ぐためにアクリル系材料を用いることが好ましい。
次に、埋め込み材料５の上面を化学的機械研磨（ＣＭＰ）により流路壁の上面が露出するまで研磨、洗浄し、平坦化処理された図４（ｃ）の形態となる。
次に、図４（ｂ）に示すように吐出口のオリフィスプレート部分となるオリフィスプレート用層９をスピンコートにより塗布する。
このオリフィスプレート用層１０は流路壁部材３と同じ感光性のレジストであり、流路壁上部の接合性の観点から同一材料によって形成されるのが一般的である。またこのオリフィスプレート用層１０はドライフィルムのラミネートによって形成してもよい。
次に、図４（ｅ）に示すようにドライフィルム状のオリフィスプレート用層１０を紫外線（Ｄｅｅｐ−ＵＶ光）露光を行い、現像することによって吐出口６を形成する。さらに不用なった埋め込み材料５除去し、表面１０２と側外面１０４と交線１０３が形成され、図４（ｆ）の形態となる。
以降の工程は第１の実施形態と同様に行う。
（第４の実施形態）
図５は第４の実施形態の製造方法を示す図であり、図２と同様の断面図である。
図５は第４の実施形態の製造方法を示す図であり、図２と同様の断面図である。
図５（ａ）に示すように既にエネルギー発生素子１を駆動するための電気接続等を行った後、液体供給のための液体収納部材等の部材を接合し後、ニードル２３により撥液用材料を塗布している。このとき利用可能な撥液用材料は、フッ素含有基を有するシラン化合物と、カチオン重合性基を有するシラン化合物と、の縮合物と、光酸発生剤と、を含む組成物が挙げられる。無論これに限定されるものではない。
その後、図５（ｂ）に示すように紫外線（Ｄｅｅｐ−ＵＶ光）２３を照射し、撥液用材料を硬化させ撥液部材を設ける。
その後に図５（ｃ）に示すように基板の周囲を充填する被覆樹脂部材１４と伴にリードを保護する封止部材が施され、液体吐出ヘッドが完成する。
本実施形態は撥液処理をフォトリソ工程ではなく実装工程で行うことから、大掛かりな生産装置を使用せずとも簡便に行える利点がある。
また液体吐出ヘッドは、インクジェット記録方式以外に、配線形成材料、電子部品形成用材料の吐出等様々な産業分野に応用できる。
１ エネルギー発生素子
２ 基板
３ ９ 流路壁部材
１０２ 一方の面
１０３ 撥液部材
１０４ １０６ 側外面
２ 基板
３ ９ 流路壁部材
１０２ 一方の面
１０３ 撥液部材
１０４ １０６ 側外面
Claims (10)
- 液体を吐出する吐出口に連通する流路の壁を備える流路壁部材と、基板と、該基板の端面を覆うように設けられた樹脂組成物から形成された被覆樹脂部材と、を有し、前記流路壁部材と前記基板の一方の面とが接することで前記流路が形成されている液体吐出ヘッドにおいて、
前記流路壁部材の側外面と前記一方の面との交線の少なくとも一部を覆う様に、前記流路壁部材と前記一方の面とのいずれよりも前記樹脂組成物の接触角が大きい撥液部材が設けられていることを特徴とする液体吐出ヘッド。 - 前記撥液部材の水の接触角が９０度以上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。
- 前記撥液部材は、前記側外面と前記一方の面とに渡って設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記撥液部材は、前記交線全体に渡って設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記基板の端面と前記一方の面とに接するように、封止部材が設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
- 樹脂の硬化物からなり、液体を吐出する吐出口に連通する流路の壁を備えた流路壁部材と、基板と、該基板の端面を覆うように設けられ、樹脂組成物から形成された被覆樹脂部材と、を有し、前記壁と前記基板の一方の面とが接することで前記流路が形成されており、前記一方の面上で前記流路壁部材を囲む様に前記硬化物からなる周囲部材が設けられた液体吐出ヘッドにおいて、
前記周囲部材の側外面と前記一方の面との交線の少なくとも一部を覆う様に、前記周囲部材と前記一方の面とのいずれよりも前記樹脂組成物の接触角が大きい撥液部材が設けられていることを特徴とする液体吐出ヘッド。 - 液体を吐出する吐出口に連通する流路の壁を備える流路壁部材と、基板と、該基板の端面を覆うように設けられ、樹脂から形成された被覆樹脂部材と、を有し、前記流路壁部材と前記基板の一方の面とが接することで前記流路が形成されている液体吐出ヘッドにおいて、
前記流路壁部材の側外面と前記一方の面との交線の少なくとも一部を覆う様に、前記流路壁部材と前記一方の面とのいずれよりも水の接触角が大きい撥液部材が設けられていることを特徴とする液体吐出ヘッド。 - 樹脂の硬化物からなり、液体を吐出する吐出口に連通する流路の壁を備えた流路壁部材と、基板と、該基板の端面を覆うように設けられ、樹脂から形成された被覆樹脂部材と、を有し、前記壁と前記基板の一方の面とが接することで前記流路が形成されており、前記一方の面上で前記流路壁部材を囲む様に前記硬化物からなる周囲部材が設けられた液体吐出ヘッドにおいて、
前記周囲部材の側外面と前記一方の面との交線の少なくとも一部を覆う様に、前記周囲部材と前記一方の面とのいずれよりも水の接触角が大きい撥液部材が設けられていることを特徴とする液体吐出ヘッド。 - 液体を吐出する吐出口に連通する流路の壁を備える流路壁部材と、基板と、該基板の端面を覆うように設けられた樹脂組成物から形成された被覆樹脂部材と、を有し、前記壁と前記基板の一方の面とが接することで前記流路が形成されている液体吐出ヘッドの製造方法において、
前記流路が形成されている前記流路壁部材と前記基板とを用意する工程と、
前記流路壁部材の側外面と前記一方の面との交線を覆う様に、前記流路壁部材と前記一方の面とのいずれよりも前記樹脂組成物の接触角が大きい撥液部材を設ける工程と、
前記基板の端面の少なくとも一部に接するように前記封止部材を形成するための前記樹脂組成物を設ける工程と、
をこの順に有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。 - 前記撥液部材を設ける工程は、
撥液部材を形成するための感光性の材料層を、前記側外面から前記一方の面にかけて、前記交線を覆うように設ける工程と、
前記材料層の少なくとも前記交線を覆う部分を露光する工程と、
前記材料層の露光が行われなかった部分を除去する工程と、
を有することを特徴とする請求項９に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
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