JP2014087973A - 液体吐出ヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電気配線を覆うための紫外線硬化型封止材において未硬化の部分を低減することが可能な液体吐出ヘッドを提供する。
【解決手段】凹部６を備えた支持部材３と、凹部６の底面に固定され、通電によってインクを吐出可能な記録素子基板１と、凹部６が形成される支持部材３の面に固定された電気配線基板２であって、記録素子基板１を露出させる開口部２ａと、開口部２ａの周縁部から記録素子基板１まで延び、記録素子基板１に通電するための電気配線４と、を備えた電気配線部材２と、電気配線４を覆うように凹部６の内側面と記録素子基板１との間の領域に充填されている紫外線硬化型封止材１１と、を有し、凹部６の内側面に、紫外線を反射する反射面９が形成されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、紫外線硬化型封止材で電気配線を覆うインク等の液体を吐出する液体吐出ヘッド及びその製造方法に関する。

液体吐出ヘッドは、近年、プリンタ、複写機等多くのオフィス機器に利用されており、さらに捺染装置等の産業用システムにまで急速に普及しつつある。特許文献１には、熱硬化型封止材により、インクの吐出口が形成された記録素子基板と電気配線部材との接続を行う電気配線の封止方法が提案されている。電気配線の封止は、インクによる腐食や外力による断線などの接続不良を防止するために行われる。熱硬化型封止材は、電気配線を覆うように封止領域に充填される。その後、加熱により熱硬化型封止材は硬化する。

熱硬化型封止材で電気配線を封止する場合、加熱してから硬化するまでに多くの時間を要する。硬化時間を短縮するためには、硬化剤を多く配合する方法が考えられる。しかし、液体吐出ヘッドに用いられる封止材では、電気的な絶縁性に加えてインクに対する耐性が求められる。このため、上記の方法では、インク耐性を確保することが難しい。

そこで、熱硬化型封止材よりも硬化が進行しやすい紫外線硬化型封止材を使用する技術が知られている。図５は、電気配線が紫外線硬化型封止材で覆われた液体吐出ヘッドの斜視図である。図６は、図５に示す切断線Ａ−Ａに沿った断面図である。図７は、図５に示す切断Ｂ−Ｂに沿った断面図である。図６（ａ）および図７（ａ）は、電気配線が紫外線硬化型封止材で覆われる前の状態を示す断面図である。図５に示す液体吐出ヘッド１００では、支持部材１０３は凹部１０６を備えている（図６（ａ）参照）。凹部１０６の底面には記録素子基板１０１が固定されている。凹部１０６の上面には電気配線部材１０２が固定されている。記録素子基板記録素子基板１０１は、電気配線１０４によって電気配線部材２と電気的に接続されている。電気配線１０４は、紫外線硬化型封止材に覆われる。図６（ｂ）および図７（ｂ）に示すように、電気配線１０４を覆った紫外線硬化型封止材１１には、紫外線照射装置２０が紫外線２１を照射する。紫外線２１の照射によって紫外線硬化型封止材１１は硬化する。

紫外線硬化型封止材を用いると、熱硬化型封止材よりも硬化に要する時間を短縮することが可能となる。さらに、硬化のために周囲環境を長時間高温にする必要がなくなるので、熱硬化型封止材に比べキュア装置を小型化にすることが可能となる。

特開２００１−１３０００１号公報

液体吐出ヘッド１００に充填された紫外線硬化型封止材１１には、紫外線２１の照射が遮られる箇所が存在する。例えば、電気配線１０４の下部の空間に充填された部分１１ａ（図６（ｃ）参照）は、電気配線１０４によって紫外線２１の照射が遮られる。また、電気配線部材１０２の下部の空間に充填された部分１１ｂ（図７（ｃ）参照）は、電気配線部材１０２によって紫外線２１の照射が遮られる。これらの部分１１ａ、１１ｂは、硬化されない可能性が高い。

本発明の目的は、電気配線を覆うための紫外線硬化型封止材において未硬化の部分を低減することが可能な液体吐出ヘッド及びその製造方法を提供することである。

上記目的を達成するために本発明の液体吐出ヘッドは、凹部を備えた支持部材と、前記凹部の底面に固定され、通電によってインクを吐出可能な記録素子基板と、前記凹部が形成される支持部材の面に固定された電気配線部材であって、前記記録素子基板を露出させる開口部と、前記開口部の周縁部から前記記録素子基板まで延び、前記記録素子基板に通電するための電気配線と、を備えた電気配線部材と、前記電気配線を覆うように、前記凹部の内側面と前記記録素子基板との間の領域に充填されている紫外線硬化型封止材と、を有し、前記凹部の前記内側面に、紫外線を反射する反射面が形成されている。

上記目的を達成するために本発明の他の液体吐出ヘッドは、凹部を備えた支持部材と、前記凹部の底面に固定され、通電によってインクを吐出可能な記録素子基板と、前記凹部が形成される支持部材の面に固定された電気配線部材であって、前記記録素子基板を露出させる開口部と、前記開口部の周縁部から前記記録素子基板まで延び、前記記録素子基板に通電するための電気配線と、を備えた電気配線部材と、前記電気配線を覆うように、前記凹部の内側面と前記記録素子基板との間の領域に充填されている紫外線硬化型封止材と、を有し、前記記録素子基板の前記紫外線硬化型封止材が充填される側の側面に、前記紫外線を反射する反射面が形成されている。

上記目的を達成するために本発明の液体吐出ヘッドの製造方法は、内側面に紫外線を反射する反射面が形成された凹部と、該凹部の底面に固定される、通電によってインクを吐出可能な記録素子基板と、前記凹部が形成される面に固定される、前記記録素子基板に通電するための電気配線を備えた電気配線部材と、を備える支持部材を用意する工程と、前記凹部の内側面と前記記録素子基板との間の空間に紫外線硬化型封止材を充填して前記電気配線を覆い、前記反射面に紫外線を照射することによって前記紫外線硬化型封止材を硬化させる工程と、を有する。

上記目的を達成するために本発明の他の液体吐出ヘッドの製造方法は、一面に形成される凹部と、該凹部の底面に固定される、少なくとも一側面に紫外線を反射する反射面が形成される記録素子基板と、前記凹部が形成される面に固定される、前記記録素子基板に通電するための電気配線を備えた電気配線部材と、を備える支持部材を用意する工程と、前記凹部の内側面と前記記録素子基板との間の空間に紫外線硬化型封止材を充填して前記電気配線を覆い、前記反射面に紫外線を照射することによって前記紫外線硬化型封止材を硬化させる工程と、を有する。

本発明によれば、電気配線を覆うための紫外線硬化型封止材において未硬化の部分を低減することが可能となる。

実施形態１の液体吐出ヘッドの斜視図である。 図１に示す液体吐出ヘッドをインクの吐出口側から見た平面図である。 図１に示す切断線Ａ−Ａに沿った断面図である。 実施形態２の液体吐出装置の要部を示す断面図で、図１に示す切断線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。 電気配線が紫外線硬化型封止材で覆われた液体吐出ヘッドの斜視図である。 図５に示す切断線Ａ−Ａに沿った断面図である。 図５に示す切断Ｂ−Ｂに沿った断面図である。

（実施形態１）
以下、本発明の実施形態１を説明する。図１は、実施形態１の液体吐出ヘッドの斜視図である。図１（ａ）は、実施形態１の液体吐出ヘッドの外観斜視図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す液体吐出ヘッドの分解斜視図である。

図２は、図１に示す液体吐出ヘッドをインク等の液体を吐出する吐出口側から見た平面図である。図２（ａ）は、電気配線４を封止する前の状態を示す。図２（ｂ）は、紫外線硬化型封止材１１で電気配線４を封止した後の状態を示す。

図３は、図１に示す切断線Ａ−Ａに沿った断面図である。図３（ａ）は、電気配線が紫外線硬化型封止材で覆われる前の状態を示す。図３（ｂ）は、電気配線を覆った紫外線硬化型封止材に紫外線を照射している状態を示す。図３（ｃ）は、紫外線硬化型封止材に紫外線を照射した後の状態を示す。

本実施形態の液体吐出ヘッド１０は、インク等の液体を吐出可能な記録素子基板１と、電気配線部材２と、支持部材３と、を有している。

記録素子基板１には、厚さ０．６〜０．８ｍｍのシリコン基板の片面にインクを吐出するためのエネルギーを発生する複数の電気熱変換体（不図示）と、各電気熱変換体に電力を送るための配線が製膜技術により形成されている。更に、各電気熱変換体に対応した複数のインク流路（不図示）と、複数の吐出口１３（図１（ｂ）参照）がフォトリソグラフィー技術により形成されている。さらに、各インク流路にインクを供給するためのインク供給路（不図示）が裏面に開口するように形成されている。各電気熱変換体は、通電によりインクを加熱する。インクの加熱によって気泡が発生する。この気泡によって、インク滴が吐出口１３から吐出される。

電気配線部材２は、記録素子基板１にインクを吐出するための電力および電気信号を供給するための部材である。電気配線部材２には、記録素子基板１を露出させるための開口部２ａ（図１（ｂ）参照）が形成されている。開口部２ａの周縁部にはリード状の電気配線４が形成されている。電気配線４は、内部空間１２（図２（ａ）参照）を渡って記録素子基板１の接続端子５まで延びている。

記録素子基板１と電気配線部材２の電気接合には、ギャングボンディング方式が用いられている。具体的には、記録素子基板１の接続端子５をメッキし、メッキされた接続端子５と、電気配線４とが一括接合されている。記録素子基板１と電気配線部材２の電気接合には、接続端子５にバンプを形成し、形成されたバンプと、電気配線４とを超音波圧着による電気接合方法を用いてもよい。

支持部材３は、一面に形成された凹部６と、記録素子基板１にインクを供給するためのインク流路（不図示）とを備えている。支持部材３の素材には、樹脂材料、または酸化アルミニウムに代表されるセラミック材料などが適用できる。本実施形態の液体吐出ヘッドでは、支持部材３の素材として変性ポリフェニレンエーテルが用いられている。

凹部６の底面６ａ（図３（ａ）参照）には、記録素子基板１が接着剤７で固定されている。これにより、支持部材３のインク流路（不図示）と記録素子基板１のインク供給路（不図示）が連通する。凹部６の上面６ｂ（図３（ａ）参照）には、電気配線部材２が接着剤８で固定されている。接着材７、８は、耐インク性に優れていることが好ましい。例えば、エポキシ樹脂を主成分とした紫外線硬化型接着剤が好ましい。

記録素子基板１は、凹部６の底面６ａに配置されると、記録素子基板１と電気配線部材２には段差が形成される（図３参照）。この段差は、記録媒体との衝突等によって、吐出口１３に傷がつくことを防止するのに役立つ。吐出口１３が傷つくと、吐出不良が発生する可能性が高くなる。そのため、この段差を設けることによって、吐出不良を防ぐことが可能となる。

本実施形態の液体吐出ヘッド１０では、凹部６の内側面６ｃには、紫外線を反射する反射面９（図３（ａ）参照）が形成されている。図３に示すように反射面９は、底面６ａに対して鈍角の角度で傾斜している。反射面９は、アルミニウム、およびアルミニウムの化合物に代表される紫外線の反射率の高い物質で形成されることが望ましい。本実施形態では、凹部６の内側面６ｃにアルミニウムを蒸着することによって反射面９が形成されている。反射面９は、変性ポリフェニレンエーテルと、アルミニウム（またはアルミニウムの化合物）とのインサート成型によって形成されていてもよい。また、反射面９には、インク耐性を向上させるために金メッキ処理が施されていてもよい。

以下、本実施形態の液体吐出ヘッド１０の製造工程の一つである封止工程について説明する。本実施形態では、紫外線硬化型封止材１１の主成分は、エポキシ樹脂である。

記録素子基板１の接続端子５と、電気配線部材２の電気配線４とは、紫外線硬化型封止材１１によって覆われる。このとき、紫外線硬化型封止材１１が電気配線４の隙間から内部空間１２に流れ込むことによって、電気配線４が紫外線硬化型封止材１０に囲まれるように封止される。続いて、紫外線照射装置２０が紫外線２１を凹部６の上面側から照射する（図３（ｂ）参照）。紫外線２１の照射によって、紫外線硬化型封止材１１は硬化し始める。このとき、紫外線硬化型封止材１１の硬化を推進させるため、紫外線２１の照射後に加熱キュアを行ってもよい。

紫外線２１の一部は、反射面９で反射する。反射した紫外線２２は、内部空間１２における電気配線４の下部空間に位置する紫外線硬化型封止材１１に照射される。電気配線４の下部空間に充填された紫外線硬化型封止材１１は、従来、紫外線の照射が遮られて未硬化となる可能性が高かった。しかし、本実施形態の液体吐出ヘッド１００では、反射面９を形成することによって紫外線を照射することが可能となる。そのため、従来は未硬化のまま残る領域を硬化させることが可能となる。これにより電気配線４を覆うための紫外線硬化型封止材において未硬化の部分を低減することが可能となる。

（実施形態２）
本発明の実施形態２について、実施形態１と相違する点を中心に説明する。図４は、実施形態２の液体吐出装置の要部を示す断面図である。図４は、図１に示す切断線Ｂ−Ｂの断面図に対応している。図４では、上述した実施形態１と同様の構成要素については同じ符号を付す。

図４（ａ）は、電気配線が紫外線硬化型封止材で覆われる前の状態を示す。図４（ｂ）は、電気配線を覆った紫外線硬化型封止材に紫外線を照射している状態を示す。図４（ｃ）は、紫外線硬化型封止材に紫外線を照射した後の状態を示す。

本実施形態の液体吐出ヘッドでは、記録素子基板１の端面１４に紫外線を反射する反射面１５が形成されている（図４（ａ）参照）。端面１４は、内部空間１２に接している。本実施形態では、反射面１５は、凹部６の底面に対して鈍角の角度で傾斜している。反射面１５は、異方性エッチング、またはダイシング及びレーザーによる切削で形成される。異方性エッチングで反射面１５を形成する場合、反射面１５にはインク耐性がある。一方、ダイシング及びレーザーによる切削で反射面１５を形成する場合には、反射面１５の角度を任意の角度に設定できる。また、インク耐性を上げるために反射面１５に金メッキ処理が施されていてもよい。

本実施形態でも、実施形態１と同様、紫外線照射装置２０から紫外線２１が、紫外線硬化型封止材１１に照射される（図４（ｂ）参照）。このとき、反射面１５で紫外線２１が反射する。反射した紫外線２２は、内部空間１２における電気配線部材２の下部空間に位置する紫外線硬化型封止材１１に照射される。電気配線部材２の下部空間に充填された紫外線硬化型封止材１１は、従来、紫外線の照射が遮られて未硬化となる可能性が高かった。しかし、本実施形態の液体吐出ヘッドでは、反射面１５を形成することによって紫外線の照射が可能となる。そのため、従来は未硬化のまま残る領域を硬化させることが可能となる。これにより電気配線４を覆うための紫外線硬化型封止材において未硬化の部分を低減することが可能となる。なお、本実施形態の液体吐出ヘッドに実施形態１で説明した反射面９が形成されていてもよい。また、実施形態１の液体吐出ヘッド１００に、本実施形態で説明した反射面１５が形成されていてもよい。

１ 記録素子基板
２ 電気配線部材
２ａ 開口部
３ 支持部材
４ 電気配線
６ 凹部
９ 反射面
１１ 紫外線硬化型封止材

Claims (12)

1. 凹部を備えた支持部材と、
   前記凹部の底面に固定され、通電によってインクを吐出可能な記録素子基板と、
   前記凹部が形成される支持部材の面に固定された電気配線部材であって、前記記録素子基板を露出させる開口部と、前記開口部の周縁部から前記記録素子基板まで延び、前記記録素子基板に通電するための電気配線と、を備えた電気配線部材と、
   前記電気配線を覆うように、前記凹部の内側面と前記記録素子基板との間の領域に充填されている紫外線硬化型封止材と、を有し、
   前記凹部の前記内側面に、紫外線を反射する反射面が形成されている、液体吐出ヘッド。
2. 前記反射面が、前記底面に対して鈍角の角度で傾斜している、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記内側面に前記紫外線を反射させる部材が蒸着されている、請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記反射面がインサート成型により形成されている、請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド
5. 前記反射面にメッキ処理が施されている、請求項１から４のいずれか１項に記載されている液体吐出ヘッド。
6. 内側面に紫外線を反射する反射面が形成された凹部と、該凹部の底面に固定される、通電によってインクを吐出可能な記録素子基板と、前記凹部が形成される面に固定される、前記記録素子基板に通電するための電気配線を備えた電気配線部材と、を備える支持部材を用意する工程と、
   前記凹部の内側面と前記記録素子基板との間の空間に紫外線硬化型封止材を充填して前記電気配線を覆い、前記反射面に紫外線を照射することによって前記紫外線硬化型封止材を硬化させる工程と、
   を有する液体吐出ヘッドの製造方法。
7. 凹部を備えた支持部材と、
   前記凹部の底面に固定され、通電によってインクを吐出可能な記録素子基板と、
   前記凹部が形成される支持部材の面に固定された電気配線部材であって、前記記録素子基板を露出させる開口部と、前記開口部の周縁部から前記記録素子基板まで延び、前記記録素子基板に通電するための電気配線と、を備えた電気配線部材と、
   前記電気配線を覆うように、前記凹部の内側面と前記記録素子基板との間の領域に充填されている紫外線硬化型封止材と、を有し、
   前記記録素子基板の前記紫外線硬化型封止材が充填される側の側面に、前記紫外線を反射する反射面が形成されている、液体吐出ヘッド。
8. 前記反射面が、前記底面に対して鈍角の角度で傾斜している、請求項７に記載の液体吐出ヘッド。
9. 前記反射面が、異方性エッチングによって形成されている、請求項７または８に記載の液体吐出ヘッド。
10. 前記反射面が、ダイシング及びレーザーによる切削で形成されている、請求項７または８に記載の液体吐出ヘッド。
11. 前記反射面にメッキ処理が施されている、請求項７から１０のいずれか１項に記載されている液体吐出ヘッド。
12. 一面に形成される凹部と、該凹部の底面に固定される、少なくとも一側面に紫外線を反射する反射面が形成される記録素子基板と、前記凹部が形成される面に固定される、前記記録素子基板に通電するための電気配線を備えた電気配線部材と、を備える支持部材を用意する工程と、
    前記凹部の内側面と前記記録素子基板との間の空間に紫外線硬化型封止材を充填して前記電気配線を覆い、前記反射面に紫外線を照射することによって前記紫外線硬化型封止材を硬化させる工程と、
    を有する、液体吐出ヘッドの製造方法。

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