JP2015000569A - 液体吐出ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】 複数種類の封止剤を適用した場合の封止剤同士の硬化阻害と、封止剤の膨潤による流路部材への影響。
【解決手段】 電気接続部の下部を封止する第１の封止剤と、電気接続部の上部領域を封止する第３の封止剤と、基板の複数の側面のうち電気接続部が形成されない側の側面を封止する第２の封止剤と、を有し、
第３の封止剤の弾性率は第１の封止剤の弾性率より大きく、第２の封止剤の弾性率は第１の封止剤の弾性率より小さく、
第１の封止剤と第３の封止剤は同じ種類の樹脂を含む液体吐出ヘッド。
【選択図】 図１

Description

本発明は、インク等の液体を吐出する液体吐出ヘッドに関する。

インクジェット記録ヘッドに代表される液体吐出ヘッドによる記録方式は、インク等の液体に熱エネルギーや振動エネルギーを与え、インクを微小な液滴として吐出口より吐出し、被記録媒体上に画像を形成するものである。このようなインクジェットヘッドを製造する方法としては、特許文献１の方法がある。

この種の液体吐出ヘッドの製造方法としては、まずシリコン基板上に吐出エネルギー発生素子と、吐出エネルギー発生素子に電力を供給するための配線導体を設ける。そして、その配線導体に保護膜をもうけた後、インク流路及びインク吐出口をレジストによりパターニングする。次に、シリコン基板の裏面側から吐出エネルギー発生素子部へインクを供給するための貫通孔（インク供給口）をシリコン基板に空ける。

そして、この記録素子基板をアルミナ等の支持プレートに張り付け、記録素子基板と電気配線部材とを電気的に接合する。

次に、記録素子基板の側面をインクやゴミ等から保護するための周囲封止剤を塗布する。その周囲封止剤が硬化した後、その上から電気接続部を封止するＩＬＢ（ｉｎｎｅｒ ｌｅａｄ ｂｏｎｄｉｎｇ）封止剤（電気接続部封止剤）の塗布を行う。

ここで使用される、記録素子基板の周囲を封止する周囲封止剤と電気接続部封止剤との２つの封止剤に求められる機能は次のとおりである。

周囲封止剤としては、支持プレート上の部位と記録素子基板との間に形成される１ｍｍ弱の幅の隙間を短時間に流れ、すみやかに充填される事が要求される。加えて、インクやその他の要因から記録素子基板を保護することも求められる。

電気接続部封止剤としては、電気接続部の封止を行うことはもちろんのこと、インク吐出口配設面を清掃するブレードやワイパー等によるこすりや紙ジャムによる紙等との接触によっても封止剤が剥がれないことが求められる。

周囲封止剤と、電気接続部封止剤との２種類の封止剤を塗布するための方法としては、特許文献２に記載されている。ここでは、電気接続部封止剤の硬化後の硬度を、周囲封止剤の硬化後の高度より硬くし、かつ電気接続部封止剤と周囲封止剤の材料の主剤及び、硬化剤を同一にする方法について記載されている。

この方法により、周囲封止剤と電気接続部封止剤が同時に硬化しても、硬化スピードの相違による両封止剤間での硬化材の奪い合い（硬化阻害）はなくなる。

特開２００２−０１９１２０号公報 特開２００５−１３２１０２号公報

近年では、高精細な画像を高速で印字できる、安価な液体吐出ヘッドが望まれていている。液体吐出ヘッドにおいて、高精細な画像を記録する為には、吐出エネルギー発生素子の集積密度をあげて高密度化することが有効である。 また、高い発色性をもつインクを用いるのも有効な手段である。 そして、高速な印字を行うには、エネルギー発生素子の数を増やして液体吐出ヘッドを長尺化することも有効である。

図３（ａ）は、高密度化、長尺化したインクジェッド記録ヘッドをインクが吐出する方向よりみた模式図である。図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＡ−Ａ断面の図である。一つの記録素子基板に、二つインク供給口１６をもうけ、吐出口が並んだ吐出口列を四列配置し、ふたつのインク供給口に、同一種のインクを充填し、インクを吐出させるものである。

このようなインク記録ヘッドの場合、記録素子基板に長手方向に延在するインク供給口を並列して二つ備え、かつ記録素子基板の長さも長いため、記録素子基板の長手方向における中央部の側面は、応力に対して弱い構造になる。

一方、電気接続部封止剤は、リードを保護する機能を有する為に、高い弾性率（高い硬度）を有する。周囲封止剤は、電気接続部封止剤より硬度は低いが、材料の主材、硬化剤に電気接続部封止剤と同じものを用いる為、ある程度の硬度を有さざるをえない。そして、周囲封止剤は、インクが接触する部分でもあるため、使用環境によっては、インクを吸収し膨潤することで、記録素子基板の中央部の側面に応力をかけることになる。

このような周囲封止剤の膨潤により記録素子基板の中央部の側面に、応力がかかる構成は、従来は問題視されてはいない。しかしながら、 さらなるヘッドの長尺化、高密度化をおこなう場合には、その応力が記録素子基板の変形を生じさせ、流路部材１７の変形を引き起こし、印字品位に影響を及ぼす要因となる可能性がある。また、インクの選択の自由度を奪い、高発色な画質の獲得にも影響を及ぼす要因となりえる。

本発明の目的は、高密度で長尺化された記録素子基板でも、高品位で、良好な印字が長期にわたり得られる事ができる液体吐出ヘッドを提供する事を目的とする。

上記目的を達成するために、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吐出エネルギー発生素子を備える基板と、液体を供給する流路を形成する、前記基板上に形成される流路部材と、前記吐出エネルギー発生素子を駆動するための信号を送信するための電気配線部材と、前記基板と前記電気配線部材とを電気的に接続する電気接続部と、を備える液体吐出ヘッドであって、前記電気接続部の下部領域を封止する第１の封止剤と、前記電気接続部の上部領域を封止する第３の封止剤と、前記基板の複数の側面のうち前記電気接続部が形成されない側の側面を封止する第２の封止剤と、を有し、前記第３の封止剤の弾性率は前記第１の封止剤の弾性率より大きく、前記第２の封止剤の弾性率は前記第１の封止剤の弾性率より小さく、前記第１の封止剤と前記第３の封止剤は同じ種類の樹脂を含む、ことを特徴とする。

以上の構成によれば、封止剤同士の硬化阻害を抑制し、また、封止剤の膨潤による流路部材への影響を軽減した、信頼性が高く、高密度で長尺化された液体吐出ヘッドの提供が可能となる。

本発明の第１の実施形態を示す記録素子ユニットの模式図 本発明の第１の実施形態の液体吐出ヘッドの構成を示した模式的斜視図 従来の液体吐出ヘッドの構成を示す模式図 封止剤塗布工程を示す模式図 本発明の第２の実施形態を示す記録素子ユニットの模式図 本実施形態で使用した封止剤の特性を示す表

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について、図面を用いて説明する。図２は、本発明の第１の実施形態の液体吐出ヘッドの構成を示した模式的斜視図であり、記録素子基板の構成をわかり易くする為に一部を破断させて示している。図２において、１は記録素子基板であり、シリコン基板上には、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為の吐出エネルギー発生素子２が形成されている。３はインクを吐出するための吐出口であり、４は吐出させるインクを一時的に貯留するためのサブタンクである。５は電気配線部材であり、電気接続部であるリード６を介して記録素子基板１の端子部と接続され、吐出エネルギー発生素子を駆動するための電気的信号を記録素子基板１に送信する。７は記録素子基板１を支持する支持部材であり、８は電気配線部材５を支持するプレート（図３参照）である。１０は、後述するリード下封止剤と、周囲封止剤とを分断する、遮断部である。１１は、リード６部の上部領域を保護する為の、第３の封止剤であるところのリード上封止剤である。また図３に示すように記録素子基板１は、吐出エネルギー発生素子が形成される基板と、この基板上に形成される、インクを供給する流路を形成するための流路部材１７とから構成されている。

図１は、本発明の第１の実施形態を示す記録素子ユニットの模式図である。１２は記録素子基板１とプレート８との間の、リード６が存在する領域の隙間を封止するための、リード下封止剤（第１の封止剤）である。１３は、記録素子基板１とプレート８との間の、リードが存在しない領域の隙間を封止するための周囲封止剤（第２の封止剤）である。

遮断部１０により、周囲封止剤と、リードの下部領域を封止するリード下封止剤１２とは分離されている。このように作製された、記録素子ユニット１４は、サブタンク４と接合されて液体吐出ヘッドとなる。

第１の実施形態では、図４の封止剤塗布工程の模式図に示す手順により記録素子ユニットを作製した。また、本実施形態における記録素子基板１の大きさは、３．６ｍｍ×３２．５ｍｍ（図１における、（Ｘ方向）×（Ｙ方向））で、厚さは０．６２ｍｍのものを用いた。また、記録素子基板１とプレート８との間の、リード６が存在する領域の隙間は、０．６ｍｍとし、記録素子基板１とプレート８との間の、リードが存在しない領域の隙間は、１．８ｍｍとした。

図４（ａ）は、各封止剤が塗布される前の記録素子ユニット１４である。支持部材７の上に記録素子基板１とプレート８を設け、プレート８の上に電気配線部材５を設けて、電気配線部材５と記録素子基板１とを電気接合した状態である。

まず、図４（ｂ）に示すように、記録素子基板の長手の側面の一部に、ＩＬＢの上部の封止を行うための封止剤と同じリード上封止剤１１を塗布し、半硬化させ遮断部１０を形成する。ここでは、封止剤が塗布された記録素子ユニット１４を１５０℃のホットプレート上に３分静置し封止剤を半硬化させた。遮断部１０を形成するのに、リード上封止剤１１を用いたのは、リード上封止剤１１はチキソ性が高いからである。遮断部１０としての機能をえるには、完全に硬化をさせる必要はなく、その後の封止剤の硬化工程で完全に硬化させることができるので、この段階では半硬化させれば良い。それによりタクトが短縮できるので好ましい。またチキソ性が高い事により、封止剤が他の領域に流れだす事が抑制でき、記録素子基板１の上面部付近（図２おけるＺ方向）まで、遮断部１０を形成できる。

次に図４（ｃ）に示すように、ＩＬＢ下封止部１５にリード下封止剤（第１の封止剤）１２を塗布する。スペースの関係上、リード６の下部にはディスペンサーにより直接塗布する事ができないため、ディスペンサーにより、リード部の横の領域にリード下封止剤１２を塗布し、リードの下部に封止剤を流し込ませる。本実施形態においては、封止剤を塗布後３分程放置し、リード下封止剤１２がリードの下部に流れるのを待ち、図４（ｄ）の状態とした。リード下封止剤１２は、後に塗布されるリード上封止剤（第３の封止剤）と、主剤、硬化剤の組成は同じくすることで硬化阻害を抑制した。また封止剤の流れ性を確保するため、リード上封止剤に比べてフィラーの量を少なくした。尚、封止剤同士の硬化阻害を抑制するためには、リード上封止剤とリード下封止剤とが同種類の樹脂を含んでいることが好ましい。さらに、両封止剤が同じ種類の硬化剤を含んでいるとより好ましい。尚、ここでの同種類の樹脂とは、夫々の分子量は異なっていてもかまわない。本実施形態においては、共にビスフェノールＡ型エポキシ樹脂を主剤として用いた。

次に、図４（ｅ）に示すように、記録素子基板の周囲の隙間のうち、リードが形成されない領域に周囲封止剤（第２の封止剤）１３を塗布する。本実施形態では矩形の基板に形成される複数の側面のうち、リードが形成されない側の側面（基板の長手方向に沿って形成される側面）に周囲封止剤を塗布する。周囲封止剤１３は、仮にインクなどを吸収して膨潤しても、記録素子基板１に過度な応力をかけないようにするために、硬化時後においても比較的柔らかく（弾性率が低い）なる物を用いた。各封止剤の弾性率としては、第２の封止剤＜第１の封止剤＜第３の封止剤とした。

次に、図４（ｆ）に示すように、リードの上部（リード下封止剤の上部）にリード上封止剤（第３の封止剤）１１を塗布する。その後、封止剤を塗布することで形成した遮断部１０と、リード下封止剤、周囲封止剤を一括して固める為、１５０℃オーブン内に３．５時間入れて、加温した。

本実施形態のような構成によると、リード下封止剤と、リード上封止剤の接合力においては硬化阻害が抑制される。遮断部１０はリード上封止剤で形成されているため、リード下封止剤との接合力は良好である。遮断部１０と、チップ周囲封止剤との接合に関しては、材料の組成が異なる為、接合面が剥離するといった硬化阻害がおきる可能性がある。しかし、硬化阻害がおきたとしてもその箇所は、リード６より離れた位置である。よって、仮にその部分に剥離が生じインクが侵入したとしても、遮断部１０とリード下封止剤の界面の密着が良好であるため、そのインクの侵入を遮断することができる。

また、遮断部１０は使用される封止剤の性質上、剛性が比較的高い。この部分に適用される封止剤の剛性が高すぎると、インクを吸収し膨潤することで記録素子基板１を過度に押圧することになる。しかし、遮断部１０自体が小さく、記録素子基板１の側面に応力をかける領域は狭いため、記録素子基板１に影響は抑制できる。また、遮断部１０は、チップ基板の長手方向の側面のうち、両端部近傍の位置に形成される。このように記録素子基板１の両端部側は中央部に比べて応力（変形）に対して強い構造であるため、仮に遮断部１０により記録素子基板１に応力がかかってもその影響は抑制される。

このようにして作成した記録素子ユニット１４とサブタンク４とを接合し液体吐出ヘッドにした。この液体吐出ヘッドを、過酷な使用条件を想定し、記録素子基板１の上面をインクに漬けて７０℃で１週間保存し印字をおこなった所、良好な印字を得る事ができた。しかしながら、本特許構成を用いない比較例としての記録素子基板（図３参照）を用い、同様の使用条件で印字をした所、良好な印字を得る事はできなかった。

図６に本第１の実施形態において各部位に使用した封止剤の一覧とその特性を示す。図６に記載の各封止剤の特性値の範囲おいて、本特許の効果が確認された。図６に示すようにリード上封止剤とリード下封止剤とは同じ種類の樹脂（ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂）を含んでいる。これにより両者の硬化阻害が抑制される。

（第２の実施形態）
図５は、支持部材上に、記録素子基板１を複数個ならべた液体吐出ヘッドの模式図である。図５において、互いに並列する記録素子基板１同士の間には隙間１８が形成される。このような液体吐出ヘッドの場合も、図４に示した封止剤塗布工程の模式図の方法で、各封止剤を塗布する事ができる。隙間１８には、その毛間力により、リード下封止剤が充填される。本実施形態では、封止充填の際のタクトを短縮するため、記録素子基板を４０℃のオーブンに約１時間いれて加温した。これは、リード下封止剤の硬化が始まらず、かつ、封止剤の粘度を下げる事ができる温度である。他の各封止剤の加温工程は、実施形態１と同様である。

この様にして作製した液体吐出ヘッドは、使用条件によっては、隙間１８のリード下封止剤がインクを吸収することで膨張し、記録素子基板１の中央部に圧力をかけることになる。この隙間１８は液体吐出ヘッドの小型化を考慮し、極力狭くされているため、隙間１８に塗布するリード下封止剤の体積は少なく、そこで発生する応力も比較的少ない。ゆえに、基板上に形成される流路部材１７の変形は抑制される。本実施形態においては、隙間１８の幅（Ｘ方向の長さ）が１２０μｍである液体吐出ヘッドを作り、第１の実施形態同様の使用条件で印字をした所、良好な印字を得る事ができた。

本実施形態において使用した各封止剤の一覧と特性ならびに硬化条件は図６と同じである。

上記構成では、隙間１８には遮断部をもうけなかったが本発明は、隙間１８に遮断部を設けても良い。隙間１８がそれなりに広い場合には、隙間１８に遮断部をもうけ、この隙間部に周囲封止剤を塗布することが好ましい。

また上述した各実施形態では、遮断部を形成する封止剤と、リード上封止剤を同じくしたが、本発明はこれに限らずリード６の保護性あるいは、遮断部の位置精度を考慮し、封止剤の種類を適宜変えても良い。また、遮断部の形成は封止剤でなく射出成型等により支持部を成形する際に遮断部も一括して樹脂で成形してもよい。

１ 記録素子基板
２ 吐出エネルギー発生素子
３ 吐出口
５ 電気配線部材
６ リード
７ 支持部材
９ 周囲封止部
１０ 遮断部
１１ リード上封止剤
１２ リード下封止剤
１３ 周囲封止剤

Claims (10)

1. 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吐出エネルギー発生素子を備える基板と、液体を供給する流路を形成する、前記基板上に形成される流路部材と、前記吐出エネルギー発生素子を駆動するための信号を送信するための電気配線部材と、前記基板と前記電気配線部材とを電気的に接続する電気接続部と、を備える液体吐出ヘッドであって、
   前記電気接続部の下部領域を封止する第１の封止剤と、前記電気接続部の上部領域を封止する第３の封止剤と、前記基板の複数の側面のうち前記電気接続部が形成されない側の側面を封止する第２の封止剤と、を有し、
   前記第３の封止剤の弾性率は前記第１の封止剤の弾性率より大きく、前記第２の封止剤の弾性率は前記第１の封止剤の弾性率より小さく、
   前記第１の封止剤と前記第３の封止剤は同じ種類の樹脂を含む、ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記第１の封止剤と前記第３の封止剤は同じ種類の硬化剤を含む、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記第１の封止剤と前記第３の封止剤は共にフィラーを含む、請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記第１の封止剤に含まれるフィラーの量は前記第３の封止剤に含まれるフィラーの量より少ない、請求項１から３いずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記第１の封止剤は前記第３の封止剤よりチキソ性が低い、請求項１から４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記第１の封止剤と前記第２の封止剤との間には遮断部を有する、請求項１から５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記遮断部は封止剤により形成されている、請求項６に記載の液体吐出ヘッド。
8. 前記遮断部は第３の封止剤と同じ種類の封止剤で形成されている、請求項７に記載の液体吐出ヘッド。
9. 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吐出エネルギー発生素子を備える基板と、液体を供給する流路を形成する、前記基板上に形成される流路部材と、前記吐出エネルギー発生素子を駆動するための信号を送信するための電気配線部材と、前記基板と前記電気配線部材とを電気的に接続する電気接続部と、を備える液体吐出ヘッドであって、
   前記電気接続部の下部領域を封止する第１の封止剤と、前記電気接続部の上部領域を封止する第３の封止剤と、前記基板の複数の側面のうち前記電気接続部が形成されない側の側面を封止する第２の封止剤と、を有し、
   前記第２の封止剤の弾性率は前記第１の封止剤の弾性率より小さく、
   前記第１の封止剤と前記第３の封止剤は同じ種類のエポキシ樹脂を含む、ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
10. 前記第１の封止剤と前記第３の封止剤は同じ種類の硬化剤を含む、請求項９に記載の液体吐出ヘッド。
    

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