JP2020116773A - Liquid discharge head and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液体を吐出する液体吐出ヘッドとその製造方法に関し、特に封止材の構成に関する。 The present invention relates to a liquid ejection head that ejects a liquid and a method for manufacturing the same, and more particularly to the configuration of a sealing material.
液体吐出ヘッドは一般に、素子基板と、素子基板を支持する支持部材と、を有している。素子基板は吐出口形成部材と基板とを有している。吐出口形成部材はインクなどの液体が吐出する吐出口を備え、基板は、液体に吐出のためのエネルギーを発生させるエネルギー発生素子と、液体を供給する供給路と、を備えている。基板と支持部材との間には、基板の周縁に沿って延びる溝が形成され、エネルギー発生素子に電気信号と電力とを伝える電気接続部がこの溝を跨ぐように設けられている。溝は封止剤で充填され、電気接続部は封止材で覆われている。
封止材は温度変化によって膨張や収縮をするため、封止材を高温で硬化させて常温に戻す際や、環境温度の変化があった際に、基板が封止材から力を受けて変形することがある。特に、細長い供給口が設けられた基板では、供給口の端部近傍で割れが発生する可能性がある。特許文献1にはフィラーを含有する封止材を用いた液体吐出ヘッドが開示されている。封止材にフィラーを含有させることで、封止材の線膨張率を低減させ、封止材の熱変形を抑えることができる。
The liquid ejection head generally has an element substrate and a support member that supports the element substrate. The element substrate has a discharge port forming member and a substrate. The ejection port forming member includes an ejection port through which a liquid such as ink is ejected, and the substrate includes an energy generating element that generates energy for ejecting the liquid, and a supply path that supplies the liquid. A groove extending along the peripheral edge of the substrate is formed between the substrate and the supporting member, and an electric connection portion for transmitting an electric signal and electric power to the energy generating element is provided so as to straddle the groove. The groove is filled with a sealant and the electrical connection is covered with a sealant.
Since the encapsulant expands and contracts due to temperature changes, when the encapsulant is cured at high temperature and returned to room temperature, or when the environmental temperature changes, the substrate receives force from the encapsulant and deforms. There is something to do. In particular, in a substrate provided with an elongated supply port, cracks may occur near the end of the supply port. Patent Document 1 discloses a liquid ejection head using a sealing material containing a filler. By including a filler in the sealing material, the coefficient of linear expansion of the sealing material can be reduced and thermal deformation of the sealing material can be suppressed.
基板の変形を抑制するためには、封止材にフィラーを多く含有させることが好ましい。一方、液体吐出ヘッドの製造時には、未硬化の封止材は溝を充填し電気接続部を覆うことが可能な十分な流動性が求められる。しかし、フィラーに封止材を含有させることで封止材の粘度が増加し、流動性が低下する傾向があるため、十分な封止機能が得られない可能性がある
本発明は、基板の割れの発生を抑制するとともに封止機能を確保することが容易な液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。
In order to suppress the deformation of the substrate, it is preferable that the sealing material contains a large amount of filler. On the other hand, at the time of manufacturing the liquid ejection head, the uncured encapsulant is required to have sufficient fluidity so as to fill the groove and cover the electrical connection portion. However, since the viscosity of the encapsulating material and the fluidity of the encapsulating material tend to decrease due to the inclusion of the encapsulating material in the filler, a sufficient sealing function may not be obtained. An object of the present invention is to provide a liquid ejection head that can easily prevent the occurrence of cracks and ensure a sealing function.
本発明の液体吐出ヘッドは、液体が吐出する吐出口を備えた吐出口形成部材と、液体が吐出口から吐出するためのエネルギーを発生させるエネルギー発生素子と、吐出口形成部材と対向する面に配置され長軸を有する液体の供給口と、を有する基板と、基板を支持し、基板との間に基板の周縁に沿って延びる溝を形成する支持部材と、溝を跨ぎ、エネルギー発生素子に電気信号と電力とを伝える電気接続部と、フィラーを含み、溝を充填し電気接続部を被覆する封止材と、を有している。封止材は長軸と平行に延びる第1の部分を有し、第1の部分は、長軸と直交する方向に供給口の端部と対向しフィラー含有率が他の領域より高い高含有率領域を有する。 The liquid ejection head of the present invention includes an ejection port forming member having an ejection port for ejecting a liquid, an energy generating element for generating energy for ejecting the liquid from the ejection port, and a surface facing the ejection port forming member. A substrate having a liquid supply port arranged and having a long axis, a support member that supports the substrate and forms a groove extending along the peripheral edge of the substrate between the substrate and the groove, straddles the groove, and forms an energy generating element. It has an electric connection part for transmitting an electric signal and electric power, and a sealing material containing a filler and filling the groove to cover the electric connection part. The encapsulant has a first portion extending parallel to the long axis, and the first portion faces the end of the supply port in a direction orthogonal to the long axis and has a higher filler content than other regions. Has a rate area.
本発明によれば、基板の割れの発生を抑制するとともに封止機能を確保することが容易な液体吐出ヘッドを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a liquid ejection head that can easily prevent a substrate from cracking and ensure a sealing function.
以下、図面を参照して、本発明のいくつかの実施形態と実施例について説明する。これらの実施形態及び実施例はインクを吐出するインクジェット記録ヘッドを対象とするが、本発明はインク以外の液体を吐出する液体吐出ヘッドにも広く適用することができる。 Hereinafter, some embodiments and examples of the present invention will be described with reference to the drawings. Although these embodiments and examples are intended for inkjet recording heads that eject ink, the present invention can be widely applied to liquid ejection heads that eject liquid other than ink.
(第1の実施形態)
まず、第1の実施形態について説明する。図1(a)は本発明の第1の実施形態に係る液体吐出ヘッドの斜視図、図1(b)はその分解斜視図である。図2(a)は、図1に示す液体吐出ヘッドの素子基板の吐出口側の面を示す平面図、図2(b)は、その裏面側を示す平面図である。図3(a)は図1に示す液体吐出ヘッドの平面図、図3(b)は図3(a)のA−A線に沿った断面図、図3(c)は図3(a)のB−B線に沿った断面図である。なお、便宜上図3(a)では吐出口形成部材116の図示を省略している。図1に示すように、液体吐出ヘッド100は、素子基板101と、電気配線部材102と、支持部材111と、筐体103とを含んでいる。筐体103はインク収容部を有している。インク収容部は筐体103と一体化されているが、筐体103に対して着脱可能であってもよい。素子基板101は、基板117と、基板117に支持され吐出口104を備えた吐出口形成部材116と、を有している。
(First embodiment)
First, the first embodiment will be described. FIG. 1A is a perspective view of a liquid ejection head according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is an exploded perspective view thereof. 2A is a plan view showing a surface of the liquid discharge head on the ejection port side of the element substrate of FIG. 1, and FIG. 2B is a plan view showing the back surface side thereof. 3A is a plan view of the liquid ejection head shown in FIG. 1, FIG. 3B is a sectional view taken along the line AA of FIG. 3A, and FIG. 3C is FIG. 3A. It is sectional drawing which followed the BB line. Note that the discharge
基板117は、インクが吐出口104から吐出するためのエネルギーを発生させる複数のエネルギー発生素子112と、電気配線部材102に接続される複数の電極パッド107と、を有している。エネルギー発生素子112と電極パッド107は、基板117の内部配線(図示せず)によって電気的に接続されている。本実施形態では、エネルギー発生素子112は電気熱変換素子であるが、圧電素子を用いたものであってもよい。基板117はエネルギー発生素子112及び吐出口104の配列方向と平行な長辺117aと、これと交差(本実施形態では直交)する短辺117bとを有する長方形形状を有している。基板117は長方形以外の平行四辺形形状であってもよい。基板117には、基板117を厚さ方向に貫通するインクの供給路105が形成されている。供給路105は電極パッド107の内側に形成された長溝状の貫通孔である。供給路105は異方性エッチング等によって四角錐台形状に形成されているが、直方体形状に形成されてもよい。供給路105は、基板117の吐出口形成部材116と対向する面にインクの供給口105を有している。供給口105は、エネルギー発生素子112及び吐出口104の配列方向と平行な長軸105bを有する細長い開口である。吐出口形成部材116には、複数のエネルギー発生素子112に対応した複数の吐出口104が形成されている。吐出口104は基板117と吐出口形成部材116との間に設けられた圧力室108によって、供給口105と連通している。
The
支持部材111は筐体103に固定されるとともに、支持面111aにおいて素子基板101(基板117)を支持している。支持部材111は、インク収容部を基板117の供給路105と連通させるインク供給流路106を有している。支持部材111は、剛性を向上させるために、樹脂(変性ポリフェニレンエーテル)にガラスフィラーを35質量%混合した材料を用い、樹脂成形により作成されている。支持部材111の支持面111aは素子基板101が配置される凹部113となっている。これにより、支持部材111と基板117との間に基板117の周縁に沿って延びる溝109が形成される。溝109は、支持部材111の凹部113の側壁と基板117の側壁との間に形成され、基板117の長辺117aと短辺117bに沿って周回している。基板117は、接着剤が塗布された支持部材111の支持面111aに位置合わせし、押圧することによって、支持部材111に接合される。支持部材111の縁部には、素子基板101を接着する接着剤とは別の接着剤で電気配線部材102が接着されている。
The
電気配線部材102は、インクを吐出するための電気信号と電力とを記録装置本体(図示せず)からエネルギー発生素子112に伝えるための、可撓性を有する配線部材である。可撓性を有する配線部材の一例として、TAB(Tape Automated Bonding)方式のテープが挙げられる。電気配線部材102は、電気配線と、電気配線を被覆する樹脂フィルムと、から形成されている。電気配線部材102の一端に記録装置本体のコネクタピン(図示せず)と電気的に接続されるコンタクト部102aが、他端にインナーリード102bが形成されている。インナーリード102bは樹脂フィルムの端面から露出するリード配線である。インナーリード102bはボンディングによって電極パッド107に接続されている。電極パッド107とインナーリード102bは、基板117と支持部材111との間の溝109を跨ぎ、エネルギー発生素子112に電気信号と電力とを伝える電気接続部120を構成する。素子基板101が凹部113に設置されるため、電気配線部材102のインナーリード102bが素子基板101の電極パッド107とほぼ同じ高さとなり、電気接続部120の信頼性を向上させることができる。液体吐出ヘッド100のレイアウトを効率化するため、電気接続部120は基板117の短辺117bに沿った領域に配置されている。電気接続部120は両側の短辺117bに沿った領域に配置されているが、一方の短辺117bに沿った領域だけに配置されてもよい。電気接続部120は、電極パッドと、電気配線部材の接続端子と、電極パッドと接続端子を接続するワイヤと、によって構成されてもよい。
The
インク収容部に収容されたインクは、支持部材111のインク供給流路106と基板117の供給路105を通って圧力室108に導入される。エネルギー発生素子112は記録装置本体から電気接続部120を介して送られる電気信号と電力によって所定のタイミングで作動し、インクに吐出のためのエネルギーを付与する。これによって、圧力室108のインクが吐出口104から吐出される。
The ink contained in the ink container is introduced into the
基板117と支持部材111との間の溝109には封止材110が充填されている。封止材110はまた、電気接続部120を保護のために被覆している。封止材110は溝109の全周に渡って充填される。従って、封止材110は、供給口105の長軸105bと平行に延びる第1の部分110aと、第1の部分110aと交差(本実施形態では直交)する第2の部分110bと、を有する。封止材110はエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂で形成され、溝109に充填され電気接続部120を被覆した後に加熱されることによって硬化する。封止材110は加熱硬化した後、冷却される際に熱収縮する。この封止材110の熱収縮によって、基板117に、供給口105の長軸105bと平行な方向における端部105aを起点とする割れが発生する可能性がある。封止材110の線膨張率が大きいほど封止材110の熱収縮が大きいため、基板117の割れが発生しやすい。このため、封止材110の線膨張率を低下させるため、封止材110はフィラー109を含有している。以下の説明では、封止材110におけるフィラー109の体積含有率をフィラー含有率という。
The
本実施形態では、封止材110のフィラー含有率が局所的に高められている。その理由は、基板117の割れの発生を抑制するためには、フィラー含有率を封止材110の全域で高くする必要はないためである。すなわち、基板117の割れが発生しやすい、供給口105の端部105aの近傍で封止材110のフィラー含有率が高ければ、基板117の割れの発生を抑制する効果が得られる。封止材110のフィラー含有率が局所的に高められている領域(以下、高含有率領域121という)は、供給口105の長軸105bと直交する方向において、第1の部分110aの供給口105の端部105aと対向する領域に設けられる。高含有率領域121は、供給口105の端部105aを通り第2の部分110bと平行に延びる直線L1を跨いで配置されるのが好ましい。
In this embodiment, the filler content of the sealing
封止材110を形成するには、まず、未硬化の液状の封止材110で溝109を充填し、電気接続部120を被覆する。しかし、フィラー含有率の高い封止材110は粘度が高く、充填性や塗布性に劣る。素子基板101と支持部材111との間の溝109は例えば1mm弱しかなく、このような狭い空間に速やかに且つ確実に封止材110を塗布するためには、溝109の全域で封止材110の粘度が低いことが好ましい。一方、基板117の割れの発生を抑制するためには、上述のように局所的にフィラー含有率の高い領域を設ければよい。
To form the
そこで、本実施形態では、フィラー109として磁性体フィラー109aを用い、比較的フィラー含有率の低い封止材110を溝109に充填し、その後磁性体フィラー109aを磁力によって特定の領域に移動させることで高含有率領域121を形成している。フィラー109は磁性体フィラー109aのみで構成される。本実施形態によれば、磁性体フィラー109aを含む未硬化の封止材110を溝109に充填し、封止材110の第1の部分110aと第2の部分110bとを形成する。このときフィラー含有率は封止材110の全域に渡ってほぼ均一であるため、封止材110を溝109や電気接続部120の隙間等の細部に充填することが容易である。次に、第1の部分110aの、供給口105の長軸105bと直交する方向において供給口105の端部105aと対向する領域に、フィラー含有率が他の領域より高い高含有率領域121が形成されるように、磁性体フィラー109aを磁力によって移動させる。磁力は、支持部材111の支持面111aの裏面111bの、少なくとも高含有率領域121と対向する位置に設置された永久磁石M1によって印加される。その後、高含有率領域121が形成された封止材110を加熱して硬化させる。これによって、フィラー109の充填性と基板117の割れの発生の抑制の両立が可能となる。磁性体フィラー109aは、フェライト、ネオジウムなどから形成することができ、磁性体フィラー109aの磁気特性及び粒径は適宜選択することができる。図1には、磁石M1が配置される位置を示している。本実施形態では、磁石M1は支持面111aの裏面111bの高含有率領域121と対向する位置のみに設置される。磁石M1の幅及び磁力は適宜選択可能である。磁石M1は封止材110を加熱硬化させる際にも設置したままであるが、磁性体フィラー109aを所望の場所に移動させた後、封止材110を硬化させる前に、磁石M1を支持部材111から遠ざけてもよい。
Therefore, in the present embodiment, the
(第1の実施例)
線膨張率60ppm、ヤング率4GPaのエポキシ樹脂に、線膨張率10ppm、ヤング率100GPaのフェライト粒子をフィラー含有率30%で含有させ、未硬化の封止材110を作成した。フェライト粒子の磁気特性は残留磁束密度200mT、保持力100kA/mであり、平均粒径は1μmであった。封止材110を塗布した後、支持面111aの裏面111bの、高含有率領域121が形成される位置と対向する位置に幅Wが1mmの磁石M1を配置した。磁石M1は両側の第1の部分110aにそれぞれ配置した。磁石M1を保持した状態で、100℃で1時間加熱し、封止材110を硬化させた。封止材110が硬化した後、図3(a)のB−B線に沿って封止材110を切断し、断面を観察した。図3(c)に示すように、フィラー含有率は、磁石M1を配置した領域(高含有率領域121)で高く、その両側の磁石M1を配置していない領域122では低くなっていた。高含有率領域121では、フィラー含有率は60%程度であり、封止材110の線膨張率は18ppm、ヤング率は10GPaであった。領域122では、フィラー109のフィラー含有率は10%程度であり、封止材110の線膨張率は50ppm、ヤング率は2GPaであった。
(First embodiment)
An epoxy resin having a linear expansion coefficient of 60 ppm and a Young's modulus of 4 GPa was made to contain ferrite particles having a linear expansion coefficient of 10 ppm and a Young's modulus of 100 GPa at a filler content of 30% to prepare an
基板117の割れに対する耐性の評価を行うため、液体吐出ヘッド全体を−25℃まで冷却した。硬化温度との温度差が大きいほど封止材110がより収縮するため、基板117の変形が大きくなる。−25℃という厳しい評価環境において、本実施例の液体吐出ヘッド100は、基板117の割れの発生が抑制されることが確認された。定量的に評価するため、基板117の供給口105の端部105aにおける最大主応力を測定した。割れの起点は供給口105の端部105aであり、この部位の最大主応力が高いほど、割れが発生し易くなる。最大主応力は、ラマン分光法によるラマンシフトによって測定した。実施例と同じ封止材110を用い、磁石M1による磁性体フィラー109aの移動を省略した比較例では、基板117の最大主応力が100MPaであったのに対して、本実施例では、最大主応力は25MPaと1/4に低下した。最大主応力が比較例の7割程度まで低下すれば基板117の割れに対して十分な抑制効果がある。本実施形態では25%に低下するため、基板117の割れに対して十分な耐性を有することが確認された。
In order to evaluate the resistance of the
フィラー含有率が高くなると封止材110の線膨張率は低下するが、ヤング率は増加する。封止材110のヤング率が大きいと、封止材110のひずみは減少しても収縮時の応力が緩和されないため、基板117を引っ張る力が強まり、基板117が割れやすくなる。封止材110のヤング率は、フィラー含有率が低い場合はフィラー含有率の増加とともに緩やかに大きくなる。しかし、フィラー含有率が高くなると、フィラー含有率の増加とともに、ヤング率は急激に大きくなる。ヤング率の増加については、非特許文献1に示されるようないくつかの理論が知られており、理想的な仮定では、Reuss則と言われる理論に従うことが知られている。そこで、本実施例においてフィラー含有率と封止材110のヤング率との関係について実測した。図4に結果を示す。ヤング率はフィラー含有率が60%程度から非線形的に増加し、80%を超えると急激に増加した。
When the filler content is high, the linear expansion coefficient of the sealing
次に、高含有率領域121のフィラー含有率が互いに異なる複数の液体吐出ヘッドを作成し、上述と同様にして、液体吐出ヘッド全体を−25℃まで冷却させた。高含有率領域121のフィラー含有率が80%を超えると基板117の割れが発生した。このため、フィラー109の体積含有率は80%程度以下とするのが好ましい。この範囲では封止材110の線膨張率が低下する効果の方が大きいため、基板117の割れの発生を抑制する効果が得られる。上記実施例ではフィラー含有率30%の封止材110を用い、高含有率領域121ではフィラー含有率は60%程度、これと隣接する領域122ではフィラー含有率は10%程度であった。これを踏まえると高含有率領域121で80%程度のフィラー含有率を得るためにはフィラー含有率が40%程度の封止材を用いればよいことになる。フィラー含有率が40%程度以下であれば封止材110の粘度が低いため、封止材110の塗布性、充填性は損なわれない。従って、高含有率領域121のフィラー含有率が80%程度であれば封止材110の塗布性、充填性は損なわれない。また、フィラー含有率が40%以上あれば封止材110の線膨張率を十分に低下させることができる。以上より、高含有率領域121のフィラー含有率は40%以上80%以下であることが好ましい。
Next, a plurality of liquid ejection heads having different filler contents in the
次に、高含有率領域121の位置を変更し、高含有率領域121の中心位置と、供給路105の端部105aにおける最大主応力との関係を求めた。フィラー含有率は30%とした。図5に結果を示す。破線は磁石M1による磁性体フィラー109aの移動を省略したことを除き、実施例と同様に作成した比較例を示している。図3(a)に示すように、供給口105の端部105aから供給口105の長軸105bと直角に引いた直線L1が第1の部分110aと交わる位置を0(基準位置)とし、その外側をマイナス、内側をプラスとした。基準位置の近傍では最大主応力が小さいが、高含有率領域121を供給口105の端部105aから外側または内側に移動していくと最大主応力は大きくなる。最大主応力は基準位置より外側に0.5mm程度離れた位置で最小となった。高含有率領域121が基準位置に対して−0.5mm〜2mm離れた領域で、最大主応力が比較例の7割程度まで低下し、割れの発生を抑制するために必要な耐性を示すことが確認された。これより、フィラー含有率が最も高い部位は、上記直線L1から基板117の中央側に2.0mm離れた位置と、上記直線L1からその反対側に0.5mm離れた位置との間にあることが好ましい。
Next, the position of the high
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態について説明する。ここでは第1の実施形態との差異を中心に説明する。説明を省略した構成や工程については第1の実施形態と同様である。図6(a)は本発明の第2の実施形態に係る液体吐出ヘッド100の平面図、図6(b)は図6(a)のA−A線に沿った断面図、図6(c)は図6(a)のB−B線に沿った断面図、図6(d)は図6(a)のC−C線に沿った断面図である。
封止材110は第1の実施形態と同様、支持部材111と基板117との間の溝109に充填され、電気接続部120は封止材110で被覆されている。フィラー109は上述の通り封止材110の線膨張率を低下させるが、封止材110の第2の部分110bの収縮は基板117の割れに実質的に影響を与えない。このため、封止材110の第2の部分110bでは高いフィラー含有率は不要である。一方、フィラー109と封止材110の樹脂との界面は水分を吸湿し易い構造となっている。そして、液体吐出ヘッド100を駆動した際に、インナーリード102bや電極パッド107の近傍の水分が多いほど、デンドライトと言われる金属析出物がインナーリード102bや電極パッド107で成長しやすくなる。デンドライトによって、例えば電極パッド107の陽極陰極間で短絡が生じ、電気的な不良が生じる可能性がある。以上より、封止材110の第2の部分110bではフィラー含有率は小さい方が好ましい。
(Second embodiment)
Next, a second embodiment will be described. Here, the difference from the first embodiment will be mainly described. The configuration and steps of which description is omitted are the same as those in the first embodiment. FIG. 6A is a plan view of the
Similar to the first embodiment, the sealing
本実施形態では、磁石M2が支持面111aの裏面111bの第1の部分110aと対向する位置に、第1の部分110aに沿って連続的に配置される。このため、未硬化の封止材110に含まれる磁性体フィラー109aが第2の部分110bから第1の部分110aに移動しやすくなる。これによってインナーリード102bや電極パッド107の近傍で金属析出物の成長が抑制されるため、電気接続部120の電気的な信頼性が向上する。本実施形態では第2の部分110bにおけるフィラー含有率は、第1の部分110aにおけるフィラー含有率より低くなっている。また、第1の部分110aではフィラー含有率は全体的に高くなり、高含有率領域123が第1の実施形態より広い範囲で形成される。本実施形態においても、供給口105の端部105aと対向する領域は高含有率領域123に含まれるため、第1の実施形態と同様の効果を奏することができる。
In the present embodiment, the magnet M2 is continuously arranged along the
(第2の実施例)
フィラー含有率30%の封止材110を塗布した後、上述の磁石M2を配置し、磁石M2を保持した状態で、100℃で1時間加熱し、封止材110を硬化させた。封止材110が硬化した後、図6(a)のB−B線に沿って封止材110を切断し、断面を観察した。図6(c)に示すように、磁性体フィラー109aは、磁石M2を配置した領域(高含有率領域123)に高い含有率で存在していた。高含有率領域123では、フィラー含有率は60%程度であり、封止材110の線膨張率は18ppm、ヤング率は10GPaであった。また、図6(a)のC−C線に沿って封止材110を切断し、断面を観察した。図6(d)に示すように、第2の部分110bにおけるフィラー含有率は10%程度であった。これによって、フィラー109に起因して電気的な不良が発生する確率は、磁石M2による磁性体フィラー109aの移動を行わない場合(第2の部分110bのフィラー含有率が30%)の1/3程度となった。
(Second embodiment)
After applying the
(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態について説明する。ここでは第1の実施形態との差異を中心に説明する。説明を省略した構成や工程については第1の実施形態と同様である。図7(a)は本発明の第3の実施形態に係る液体吐出ヘッド100の平面図、図7(b)は図7(a)のA−A線に沿った断面図、図7(c)は図7(a)のB−B線に沿った断面図である。本実施形態では、フィラー109は磁性体フィラー109aと非磁性体フィラー109bとを含んでいる。磁性体フィラー109aは第1の実施形態と同様、磁石M1によって移動するため、封止材110の特定の領域(高含有率領域121)のフィラー含有率を他の領域のフィラー含有率より高くすることができる。非磁性体フィラー109bは磁石M1によって移動しないため、封止材110の任意の場所でフィラー含有率を一定の値以上となるようにすることができる。磁性体フィラー109aと非磁性体フィラー109bの比率は適宜選定することができる。高含有率領域121におけるフィラー含有率(磁性体フィラー109aの体積含有率と非磁性体フィラー109bの体積含有率の合計)は40%以上80%以下であることが好ましい。
(Third Embodiment)
Next, a third embodiment will be described. Here, the difference from the first embodiment will be mainly described. The configuration and steps of which description is omitted are the same as those in the first embodiment. FIG. 7A is a plan view of the
(第3の実施例)
封止材110を塗布した後、第1の実施形態と同様に、支持面111aの裏面111bの、高含有率領域121が形成される位置と対向する位置に幅1mmの磁石M1を配置し、磁石M1を保持した状態で、100℃で1時間加熱し、封止材110を硬化させた。封止材110の樹脂と磁性体フィラー109aには、第1の実施例と同じものを用いた。非磁性体フィラー109bとしては、線膨張率0.5ppm、ヤング率70GPaのシリカを用いた。磁性体フィラー109aと非磁性体フィラー109bのフィラー含有率はともに15%とした。従って、磁性体フィラー109aと非磁性体フィラー109bを合わせたフィラー含有率は30%である。封止材110が硬化した後、図7(a)のB−B線に沿って封止材110を切断し、断面を観察した。図7(c)において黒丸は磁性体フィラー109aを、白丸は非磁性体フィラー109bを示している。磁石M1と対向する領域(高含有率領域121)では、封止材110は磁性体フィラー109aと非磁性体フィラー109bとを含んでおり、60%程度のフィラー含有率を示した。磁石M1を配置していない領域122では、磁性体フィラー109aが移動したため磁性体フィラー109aの密度は低下したが、非磁性体フィラー109bによってある程度のフィラー含有率は維持された。領域122では、フィラー含有率は20%程度であり、封止材110の線膨張率は40ppm、ヤング率は2.5GPaであった。
第1の実施例と同様に、液体吐出ヘッド100全体を−25℃まで冷却させる評価を行った。基板117の割れの発生は抑制され、ラマン分光法によるラマンシフトによって測定した最大主応力は20MPaであった。
(Third embodiment)
After applying the sealing
Similar to the first example, evaluation was performed to cool the entire
(第4の実施形態)
次に、第4の実施形態について説明する。ここでは第1の実施形態との差異を中心に説明する。説明を省略した構成や工程については第1の実施形態と同様である。図8(a)は本発明の第4の実施形態に係る液体吐出ヘッド100の平面図、図8(b)は図8(a)のA−A線に沿った断面図、図8(c)は図8(a)のB−B線に沿った断面図、図8(d)はフィラーの拡大図である。本実施形態では、第3の実施形態と同様、フィラー109は磁性体フィラー109aと非磁性体フィラー109bとを含んでおり、さらに磁性体フィラー109aの平均サイズが、非磁性体フィラー109bの平均サイズより小さくされている。これによって、磁性体フィラー109aが磁力によって移動しやすくなる。なお、平均サイズは例えば、磁性体フィラー109a及び非磁性体フィラー109bと容積が等価な球体の平均半径として算定することができる。
(Fourth Embodiment)
Next, a fourth embodiment will be described. Here, the difference from the first embodiment will be mainly described. The configuration and steps of which description is omitted are the same as those in the first embodiment. 8A is a plan view of the
図8(d)に示すように、半径rの3つの球状粒子が互いに隣接している場合、その隙間を通過可能な球状粒子の最大半径は(2/√3−1)r以下(約0.154r以下)である。つまり、磁性体フィラー109aの平均サイズに対する非磁性体フィラー109bの平均サイズの比が15%以下ないし(2/√3−1)以下であれば、磁性体フィラー109aの移動は少なくとも非磁性体フィラー109bによっては妨げられない。また、磁性体フィラー109aの半径がこれより大きくても、磁性体フィラー109aと非磁性体フィラー109bの粒径が同等の場合と比べて、磁性体フィラー109aが非磁性体フィラー109bの間を通過しやすくなる。このように、本実施形態では磁石M1によって磁性体フィラー109aをよりスムーズに移動させることができるため、高含有率領域121におけるフィラー含有率を高めるのが容易である。
As shown in FIG. 8D, when three spherical particles having a radius r are adjacent to each other, the maximum radius of the spherical particles that can pass through the gap is (2/√3-1)r or less (about 0). .154r or less). That is, if the ratio of the average size of the
(第4の実施例)
封止材110を塗布した後、第1の実施形態と同様に、支持面111aの裏面111bの、高含有率領域121が形成される位置と対向する位置に幅1mmの磁石M1を配置し、磁石M1を保持した状態で、100℃で1時間加熱し、封止材110を硬化させた。第3の実施例と同様に、磁性体フィラー109aと非磁性体フィラー109bとを含む封止材110を用いた。磁性体フィラー109aにはフェライトを用い、非磁性体フィラー109bにはシリカを用いた。磁性体フィラー109aのサイズは非磁性体フィラー109bのサイズの1/10程度とした。磁性体フィラー109aの体積含有率は15%、非磁性体フィラー109bの体積含有率は25%、合計のフィラー含有率は40%とした。封止材110が硬化した後、図8(a)のB−B線に沿って封止材110を切断し、断面を観察した。図8(c)において小さな黒丸は磁性体フィラー109aを、白丸は非磁性体フィラー109bを示している。磁石M1と対向する領域(高含有率領域121)では、封止材110は磁性体フィラー109aと非磁性体フィラー109bとを含んでおり、70%程度のフィラー含有率を示した。磁石M1を配置していない領域122では、磁性体フィラー109aが移動したため、磁性体フィラー109aの密度は低下したが、非磁性体フィラー109bによってある程度のフィラー含有率は維持された。領域122では、フィラー含有率は15%程度であり、封止材110の線膨張率は47ppm、ヤング率は2.2GPaであった。
第1の実施例と同様に、液体吐出ヘッド100全体を−25℃まで冷却させる評価を行った。基板117の割れの発生は抑制され、ラマン分光法によるラマンシフトによって測定した最大主応力は、10MPaであった。
(Fourth embodiment)
After applying the sealing
Similar to the first example, evaluation was performed to cool the entire
(第5の実施形態)
次に、第5の実施形態について説明する。ここでは第1の実施形態との差異を中心に説明する。説明を省略した構成や工程については第1の実施形態と同様である。図9(a)は本発明の第5の実施形態に係る液体吐出ヘッド100の平面図、図9(b)は図9(a)のA−A線に沿った断面図、図9(c),9(d)は図9(a)のB−B線に沿った断面図である。上述の各実施形態では、磁石M1は高含有率領域121に固定しているが、本実施形態では、磁石M1を移動させることで封止材110が受ける磁界強度を時間的及び場所的に変化させている。すなわち、本実施形態では支持面111aの裏面111bの、高含有率領域121が形成される位置と対向する位置の両側に一対の磁石M1を配置し、各磁石M1を当該位置に向けて動かしている。磁力は、最大磁界強度の印加位置が、支持面111aの裏面111bの供給口105の端部105aと対向する位置に向けて時間とともに移動するように印加される。図9(c)は、移動前の磁石M1の位置と磁石M1の移動方向を、図9(d)は移動後の磁石M1の位置を示している。磁石M1を固定した場合、磁性体フィラー109aが移動する間は磁力を保持する必要があるが、磁石M1を移動させることで保持する時間を低減できる場合がある。
(Fifth Embodiment)
Next, a fifth embodiment will be described. Here, the difference from the first embodiment will be mainly described. The configuration and steps of which description is omitted are the same as those in the first embodiment. 9A is a plan view of the
磁力の発生手段として永久磁石M1の代わりに電磁石M3を用いてもよい。図10(a)は本発明の第5の実施形態の変形例に係る液体吐出ヘッド100の平面図、図10(b)は図10(a)のA−A線に沿った断面図、図10(c)は図10(a)のB−B線に沿った断面図である。本変形例では、支持面111aの裏面111bの、高含有率領域121が形成される位置と対向する位置の両側に各々複数の電磁石M3を配置する。そして、複数の電磁石M3を、高含有率領域121が形成される位置からみて遠い電磁石M3から近い電磁石M3の順に通電する。従って、本変形例でも、磁力は、最大磁界強度の印加位置が、封止材110の高含有率領域121が形成される位置に向けて時間とともに移動するように印加される。電磁石M3は電流が流れているときだけ磁石として機能するため、電流のONとOFFを切り替えることで、必要なタイミングで、磁力を発生させることができる。まず、高含有率領域121から最も遠い領域142に配置された電磁石M3をONにし、磁性体フィラー109aを集めた後OFFにする。続いて、領域142よりも高含有率領域121に近い領域141の電磁石M3を同様にONにし、磁性体フィラー109aを集めた後OFFにする。最後に領域140の磁石M1をONにして、高含有率領域121に磁性体フィラー109aを集める。
An electromagnet M3 may be used instead of the permanent magnet M1 as a magnetic force generating means. 10A is a plan view of a
電磁石M3は液体吐出ヘッド100に組み込んでもよい。具体的には、支持部材111の裏面111bの、高含有率領域121が形成される位置と対向する位置に電磁石M3を形成する。予め電磁石M3を液体吐出ヘッド100に組み込むことで、製造時に磁石を用意する必要がない。電磁石M3は製造時のみ通電し、製造後には通電しないようにしてもよい。
The electromagnet M3 may be incorporated in the
110 封止材
111 支持部材
117 基板
120 電気接続部
110a 第1の部分
121 高含有率領域
110
Claims (18)
前記液体が前記吐出口から吐出するためのエネルギーを発生させるエネルギー発生素子と、前記吐出口形成部材と対向する面に配置され長軸を有する前記液体の供給口と、を有する基板と、
前記基板を支持し、前記基板との間に前記基板の周縁に沿って延びる溝を形成する支持部材と、
前記溝を跨ぎ、前記エネルギー発生素子に電気信号と電力とを伝える電気接続部と、
フィラーを含み、前記溝を充填し前記電気接続部を被覆する封止材と、を有し、
前記封止材は前記長軸と平行に延びる第1の部分を有し、前記第1の部分は、前記長軸と直交する方向に前記供給口の端部と対向しフィラー含有率が他の領域より高い高含有率領域を有する、液体吐出ヘッド。 A discharge port forming member having a discharge port for discharging liquid,
A substrate having an energy generating element for generating energy for the liquid to be ejected from the ejection port, and a liquid supply port having a long axis arranged on a surface facing the ejection port forming member,
A support member that supports the substrate and forms a groove extending along the peripheral edge of the substrate between the substrate and the substrate,
An electric connecting portion that crosses the groove and transmits an electric signal and electric power to the energy generating element,
A sealing material including a filler, which fills the groove and covers the electrical connection portion,
The encapsulant has a first portion extending parallel to the long axis, the first portion faces the end of the supply port in a direction orthogonal to the long axis, and has a filler content other than that. A liquid ejection head having a high content area higher than the area.
前記液体が前記吐出口から吐出するためのエネルギーを発生させるエネルギー発生素子と、前記吐出口形成部材と対向する面に配置され長軸を有する前記液体の供給口と、を有する基板と、
前記基板を支持し、前記基板との間に前記基板の周縁に沿って延びる溝を形成する支持部材と、
前記溝を跨ぎ、前記エネルギー発生素子に電気信号と電力とを伝える電気接続部と、を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
磁性体フィラーを含む未硬化の封止材で、前記溝を充填し前記電気接続部を被覆することと、
前記未硬化の封止材の前記長軸と平行に延びる第1の部分の、前記長軸と直交する方向に前記供給口の端部と対向する領域に、前記フィラー含有率が他の領域より高い高含有率領域が形成されるように、前記磁性体フィラーを磁力によって移動させることと、
前記高含有率領域が形成された前記封止材を硬化させることと、を有する、液体吐出ヘッドの製造方法。 A discharge port forming member having a discharge port for discharging liquid,
A substrate having an energy generating element for generating energy for the liquid to be ejected from the ejection port, and a liquid supply port having a long axis arranged on a surface facing the ejection port forming member,
A support member that supports the substrate and forms a groove extending along the peripheral edge of the substrate between the substrate and the substrate,
A method for manufacturing a liquid ejection head, comprising: an electric connection portion that crosses the groove and transmits an electric signal and electric power to the energy generating element,
With an uncured encapsulant containing a magnetic filler, filling the groove and covering the electrical connection,
In the region of the first portion of the uncured encapsulant that extends parallel to the major axis, facing the end of the supply port in the direction orthogonal to the major axis, the filler content is higher than other regions. Moving the magnetic filler by magnetic force so that a high high content region is formed;
A method of manufacturing a liquid ejection head, comprising: curing the sealing material in which the high content region is formed.
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