JP2022127022A - 液体吐出ヘッドおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 記録素子基板と支持部材との接合面積を増やし、接合強度を高める。【解決手段】 液体吐出ヘッド用基板には、液体吐出ヘッド用基板の支持部材に対向する第１面に対して突出する凸部が前記供給口を含む位置に設けられており、支持部材には凸部が入り込む凹部が設けられている。第１面に繋がる凸部の側面の少なくとも一部と、凸部の前記側面に対向する前記凹部の少なくとも一部とが接着剤を介して接合されている。【選択図】 図２

Description

本発明は、インク等の液体を吐出する液体吐出ヘッドおよびその製造方法に関するものである。

インクジェット記録装置に代表される液体吐出装置に用いられる液体吐出ヘッドとして、記録素子基板（液体吐出ヘッド用基板）とこれを支持する支持部材とが接着剤を介して接合される構成が知られている。記録素子基板は液体を吐出する吐出口や液体を供給する供給口を備え、支持部材は供給口に液体を供給する流路を有する。

記録素子基板は、ヘッド原価率低減を目的として、そのサイズ（幅／長さ／高さ）が小さくなっていく傾向があり、特に幅（短手方向の長さ）が狭小化されていく。この狭小化技術が進むと、記録素子基板と支持部材との間の接着剤を介した接着面積が小さくなるため、接着不足が生じる恐れがある。このような接着不足によって液体が外部へ漏れたり記録素子基板が支持部材から剥がれたりする可能性も生じる。

これに対し、特許文献１では、記録素子基板を色間壁と外周壁を有する支持部材と接着剤によって接合する際に、色間壁より外周壁に高く接着剤を塗布することで記録素子基板の外周部が接着剤と当接し外部への液体漏れを防ぐ方法が開示されている。

特開２０１３－２０８８９４号公報

しかしながら、記録素子基板の狭小化が進むと、記録素子基板と支持部材との接合面積を十分に確保できず、記録素子基板の外周部を接着剤と当接させても、両部材同士の接合強度を十分に確保できない恐れがある。

そこで、本発明の目的は、記録素子基板と支持部材との接合強度を高めることを目的とする。

本発明の液体吐出ヘッドは、液体を吐出する吐出口と、液体を供給する供給口と、を備える液体吐出ヘッド用基板と、前記供給口と連通する流路を備え、前記液体吐出ヘッド用基板を支持する支持部材と、を有する液体吐出ヘッドにおいて、前記液体吐出ヘッド用基板には、前記液体吐出ヘッド用基板の前記支持部材に対向する第１面に対して突出する凸部が前記供給口を含む位置に設けられており、前記支持部材には前記凸部が入り込む凹部が設けられており、前記第１面に繋がる前記凸部の側面の少なくとも一部と、前記凸部の前記側面に対向する前記凹部の少なくとも一部とが接着剤を介して接合されていることを特徴とする。

本発明によると、記録素子基板と支持部材との接合面積を増やし、接合強度を高めることが可能になる。

液体吐出ヘッドを説明するための斜視図である。 第１の実施形態に係る液体吐出ヘッドの記録素子基板と支持部材との接合を説明するための断面図であり、図２（ａ）は接合前の断面図であり、図２（ｂ）は接合後の断面図である。 第１の実施形態に係る液体吐出ヘッドの斜視図であり、図３（ａ）は記録素子基板の外周全てが段差を有する構成の斜視図であり、図３（ｂ）は記録素子基板の外周の長手のみが段差を有する構成の斜視図である。 第１の実施形態に係る液体吐出ヘッドの斜視図であり、図４（ａ）は記録素子基板の外周の一部が段差を有する構成の斜視図であり、図４（ｂ）は外周の一部が段差を有する記録素子基板の斜視図である。 第１の実施形態に係る液体吐出ヘッドの断面図である。 第１の実施形態に係る液体吐出ヘッドの断面図である。 第２の実施形態に液体吐出ヘッドの記録素子基板と支持部材との接合を説明するための断面図であり、図７（ａ）は接合前の断面図であり、図７（ｂ）は接合後の断面図である。 第２の実施形態に係る液体吐出ヘッドの断面図である。 第３の実施形態に係る液体吐出ヘッドの断面図である。 第４の実施形態に係る液体吐出ヘッドを示す図である。図１０（ａ）は記録素子基板と支持部材との接合前の斜視図であり、図１０（ｂ）は支持部材の上面図であり、図１０（ｃ）は供給口面の側から見た記録素子基板の斜視図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。ただし、以下の記載は本発明の範囲を限定するものではない。なお、以下説明する実施例の材料、構造及び接合方式では、インクジェット記録方式に限定されず、インク以外の液体を吐出する液体吐出ヘッドに適用する。

［第１の実施形態］
以下、本発明を実施するための形態を説明する。図１は、本発明を適用可能な液体吐出ヘッドの一例を示す図である。ここで示す液体吐出ヘッド１００は、インクタンクのケース１０７と一体型になったものであり、記録素子基板１０１と、電気配線基板１０８と、ケース１０７と一体的に形成された支持部材１０３とを有する。電気配線基板１０８は外部信号入力端子１０９を有する。記録素子基板１０１の表面は、吐出口が開口した吐出口面となっている。

電気配線基板１０８はＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）等ともよばれ、吐出口からインク等を吐出するための電気信号を記録素子基板１０１に印加する経路を形成したものである。電気配線基板１０８の例としては、ポリイミドフィルム上に銅配線を形成したものが挙げられる。電気信号は外部信号入力端子１０９を介してプリンタ本体（不図示）より伝えられ、さらに電気配線基板１０８が記録素子基板１０１にリード端子やワイヤボンディング、バンプボンディング等で接続され記録素子基板１０１へと伝えられる。

図２は、本実施形態に係る液体吐出ヘッド１００の記録素子基板１０１と支持部材１０３との接合を説明するための断面図であり、図２（ａ）は接合前の断面図であり、図２（ｂ）は接合後の断面図である。図２は、図１のＡ－Ａ線における断面に対応する図を示しており、以降の図も同様の断面を示している。

液体吐出ヘッド用基板としての記録素子基板１０１は、例えばシリコンで形成されたシリコン基板と、シリコン基板上に樹脂や無機膜で形成された吐出口形成部材とを有する。シリコン基板は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（不図示）と、エネルギー発生素子に液体を供給するための供給口１０２を備える。不図示の吐出口形成部材は供給口１０２と連通し液体を吐出する吐出口が形成されており、吐出口形成部材の吐出口が開口した面が吐出口面であり、図２では記録素子基板１０１の上側の面が吐出口面に該当する。また、シリコン基板には、薄化に対する補強や液体流路の形成や電気配線の形成などを目的に、別の基板を接合することもある。

本実施形態の記録素子基板１０１は、吐出口面と反対側の面１０１ｂ（第１面）に、第１面１０１ｂに対して突出する凸部１０１ａが形成されている。凸部１０１ａの形成方法としては、サイズや形状の異なる複数の基板を接着剤を介して接合する方法や複数の基板（３枚以上）を接合して中空構造にし、ブレードやレーザーなどでダイシングし個片化する方法などがある。また、ブレードダイシングでハーフカットを行うことで凸部１０１ａを形成する方法もある。

支持部材１０３には、底面１０３ａとその周囲に設けられる側面１０３ｂとを含む第１凹部１０３ｃが形成されている。支持部材の底面１０３ａは記録素子基板１０１の第１面１０１ｂに対向する面であり、支持部材１０３の第２面１０３ａとも呼ぶ。第２面１０３ａには、底面１０３ｄとその周囲に設けられる側面１０３ｅとを含む第２凹部１０３ｆがさらに形成されており、第１凹部１０３ｃの内周部で第２凹部１０３ｆが一段下がったように設けられた構成となっている。第２凹部１０３ｆの底面１０３ｄには、記録素子基板１０１の供給口１０２に液体を供給する流路１０４が設けられている。支持部材１０３は、例えば、変性ポリフェニレンエーテル等の樹脂や、アルミナ等で形成されている。

次に、記録素子基板１０１と支持部材１０３との接合について説明する。記録素子基板１０１と支持部材１０３とは、例えばエポキシ樹脂を主成分とした熱硬化型接着剤によって接着される。図２（ａ）に示すように、接着剤１０５は支持部材１０３の底面１０３ａ上に、記録素子基板１０１と接することが可能な位置にディスペンサや転写、スクリーン印刷等の方法を用いて塗布される。

図２（ｂ）に示すように、記録素子基板１０１の第１面１０１ｂと支持部材１０３の第２面１０３ａとを対向させる。この際、記録素子基板１０１の凸部１０１ａが支持部材１０３の第２凹部１０３ｆに入り込むように、記録素子基板１０１を第１凹部１０３ｃの中に配置する。記録素子基板１０１の凸部１０１ａが支持部材１０３の第２凹部１０３ｆに入り込む際に、記録素子基板１０１の外周部に位置する第１面１０１ｂによって接着剤１０５が押し潰される。さらに、接着剤１０５が凸部１０１ａと第２凹部１０３ｆとの間の隙間に入り込み、接合代１０６として機能する。このようにして記録素子基板１０１と支持部材１０３とが接合されることで、記録素子基板１０１の供給口１０２と支持部材１０３の流路１０４とが流体的に連通する。

なお、記録素子基板１０１と支持部材１０３とを接合する際に、記録素子基板１０１は支持部材１０３と突き当たって接触しても良いし、記録素子基板１０１は接着剤１０５と接触して接着剤１０５を押し潰した状態で中空に浮かせて配置しても良い。また、記録素子基板１０１を搬送するツールにコンスタントもしくはパルスヒーター等の熱源を持たせ、支持部材１０３に接合すると同時に加熱し、熱硬化型の接着剤を熱硬化させ、位置を固定してもよい。

なお、液体吐出ヘッド１００を製造する際に、図２（ａ）のように、接着剤１０５が第２凹部１０３ｆに入り込まないように、第２凹部１０３ｆの外側に位置する底面１０３ａの部分に接着剤１０５ｆを塗布することが好ましい。そして、図２（ｂ）のように接着剤１０５を押し潰すことで凸部１０１ａと第２凹部１０３ｆとの間に接着剤１０５を流し込むことが好ましい。これにより、流路１０４への接着剤１０５のはみだしを抑えることができるためである。しかし、接着剤１０５の塗布位置は図２（ａ）に示す位置に限定されるものではない。

本実施形態では、記録素子基板１０１の凸部１０１ａが支持部材１０３の第２凹部１０３ｆに入り込むことで、水平方向（図２の横方向）に沿う両部材の対向面に加え、高さ方向（図２の上下方向）に沿う両部材の対向面にも接合代１０６が形成される。したがって、本実施形態は、段差のない平面同士で記録素子基板と支持部材とを接合する場合と比べ、両部材の接合面積が増える。そのため、接合強度が高まり、外部へ液体が漏れたり記録素子基板１０１が剥がれたりすることを抑制することが可能になる。

また、支持部材１０３に第２凹部１０３ｆを形成することで支持部材１０３を薄くし、流路１０４を短くすることができ、流路１０４内で供給される液体の圧損を減らすことが可能となる。

特に、記録素子基板１０１の幅が０．４～１．０ｍｍと小さかったり、短手方向の接合代が片側０．５ｍｍ以下のような幅が狭かったりするような基板に対して本実施形態を用いることが好ましい。上記のような製品は接合強度の確保がより求められるため、本実施形態を適用して接合強度を増加させ、外部へ液体が漏れたり記録素子基板１０１が剥がれたりすることを抑制することがより効果的である。

図３は液体吐出ヘッド１００の斜視図を示す。本実施形態は、図３（ａ）に示すように記録素子基板１０１の全外周部に対して内側に凸部１０１ａが位置し、この凸部１０１ａが支持部材１０３の第２凹部１０３ｆ内に入り込むような構成であってもよい。このような構成は接合面積をより確保できる点で好ましい。また、図３（ｂ）に示すように記録素子基板１０１の長手方向の外周部に対して内側に凸部１０１ａが位置し、短手方向の外周部には凸部１０１が延在するような構成であってもよい。すなわち、記録素子基板１０１の長手方向に沿う端辺よりも凸部１０１ａが内側に位置し、短手方向に沿う端辺には凸部１０１ａが設けられるような構成であってもよい。このような構成は、特に細長い形状の記録素子基板１０１である場合に接合面積の増加による接合強度の増加に寄与する。なお、記録素子基板１０１の短手に対応する接着剤１０５は支持部材１０３の第２凹部１０３ｆに塗布しても良いし、記録素子基板１０１の外周に記録素子基板１０１を配置後に塗布しても良い。

図４は液体吐出ヘッド１００の斜視図を示す。図４に示す構成は、図３とは凸部１０１ａの構成が異なっている。図４（ａ）は記録素子基板１０１と支持部材１０３との接合を説明するための斜視図を示し、図４（ｂ）はその記録素子基板１０１の凸部１０１ａ側から見た斜視図を示す。図３は凸部１０１ａと第１面１０１ｂとの間の段差が記録素子基板１０１の辺に沿って連続的に延在するような構成であるが、図４は記録素子基板１０１の一辺の一部に段差が形成されるような構成となっている。支持部材１０３の第２凹部１０３ｆは記録素子基板１０１の凸部１０１ａに合わせた構成とすれば良い。

また、図２では、記録素子基板１０１の凸部１０１ａは、その側面が吐出口面に対して略直角で示しているが、ダイシングの方法などに応じて直角以外の角度でも良いし、Ｒを有しても良い。

本実施形態では好ましくは図２に示すように支持部材１０３の第２凹部１０３ｆの幅Ｗ１はその幅方向で記録素子基板１０１の凸部１０１ａの幅Ｗ２より大きく、記録素子基板１０１の外形幅Ｗ３より小さい関係が望ましい。ここで、幅Ｗ１～Ｗ３は、記録素子基板１０１の短手方向におけるそれぞれの長さを指す。また、Ｗ１は第２凹部１０３ｆの底面１０３ｄの位置における長さであり、Ｗ２は凸部１０１ａの突出する先端部の位置における長さである。

しかし、図５に示す液体吐出ヘッド１００のように支持部材１０３の第２凹部１０３ｆがその幅方向で記録素子基板１０１の凸部１０１ａより大きく、記録素子基板１０１の外形より大きい関係でも接合代の増加による接合強度の増加に寄与する。その際、支持部材１０３の第２凹部１０３ｆのみに接着剤１０５を塗布しても良いし、接着剤１０５を第１凹部１０３ｃの底面１０３ａと第２凹部１０３ｆに跨って塗布しても良い。図５に示す構成よりも図２に示す構成の方が少ない接着剤で接合することができ、コストを抑えることができる点で好ましい。

本実施形態では好ましくは図２に示すように記録素子基板１０１の厚みを変更せずに、外周に段差を設け、凸部１０１ａを形成することで接合代を増加させることが望ましい。しかし図６に示す液体吐出ヘッド１００のように記録素子基板１０１の凸部１０１ａの厚み（第１面１０１ｂに対して突出する高さ）を増やし、支持部材１０３の第２凹部１０３ｆを深く形成してもよい。これにより、単純に記録素子基板１０１と支持部材１０３が互いに対向する面を増やし、接合代を増加させることができる。ただし図６に示す構成よりも図２に示す構成の方が使用する記録素子基板と接着剤の量を少なくすることができ、コストを抑えることができる点で好ましい。

本実施形態では、接着剤１０５を支持部材１０３上に塗布することを前提に説明したが、接着剤１０５を記録素子基板１０１の供給口面側にある外周部段差（第１の面１０１ｂ）に塗布し接合しても良い。接合する際に、記録素子基板１０１を搬送するツールにパルスヒーターの熱源を持たせ、支持部材１０３に接合すると同時に加熱し、熱硬化型の接着剤を熱硬化させ、位置を固定することが可能である。また、支持部材１０３を加熱し、熱硬化型の接着剤を熱硬化させ、位置を固定することも可能である。

［第２の実施形態］
第２の実施形態について図７を参照して説明する。図７は第２の実施形態に係る液体吐出ヘッド１００の記録素子基板１０１と支持部材１０３との接合を説明するための断面図である。図７（ａ）は接合前の断面図であり、図７（ｂ）は接合後の断面図である。本実施形態の基本的な液体吐出ヘッドの構成は第１の実施形態と同じであり、ここでその説明は省略する。

本実施形態では、図７に示すように支持部材１０３は、第１凹部１０３ｃと、その底面１０３ａよりさらに低い底面１０３ｄを備える第２凹部１０３ｆとを有しており、第２凹部１０３ｆの側面１０３ｅは底面１０３から突出する壁２０１によって構成されている。この壁２０１は、記録素子基板１０１の外周の第１面１０１ｂに対向する斜面２０１ａを有している。この斜面２０１ａは、第２凹部１０３ｆから離れる方向において壁２０１の先端部２０１ｂから支持部材１０３の底面１０３ａに向かって下がるように傾斜する構成となっている。

本実施形態によれば、上述の実施形態と同様の効果を得られる他、壁２０１が斜面２０１ａを有することで、互いに対向する距離を伸ばした接合代１０６を形成することができる。そのため、接合代を増やし、接合強度を高め、外部へ液体が漏れたり記録素子基板１０１が剥がれたりすることをより抑制することが可能になる。

図８は、第２の実施形態に係る液体吐出ヘッド１００の記録素子基板１０１と支持部材１０３とを接合した後の断面図であり、図７とは第２凹部１０３ｆの構成が異なっている。図８に示すように、支持部材１０３には凹部１０３ｃの底面１０３ａから突出する壁２０１が設けられており、壁２０１の内側側面１０３ｅと壁２０１の内側に位置する底面１０３ｄによって凹部１０３ｆが構成されている。このように、支持部材１０３の凹部１０３ｆの底面１０３ｄが凹部１０３ｃの底面１０３ａと同一平面上に形成されていても良い。

［第３の実施形態］
第３の実施形態について図９を参照して説明する。図９は、本実施形態の液体吐出ヘッド１００の断面図を示す。本実施形態の基本的な液体吐出ヘッドの構成は第１の実施形態と同じであり、ここでその説明は省略する。

図９に示すように記録素子基板１０１は吐出口面と反対の面（供給口面）の外周に段差を有し、吐出口面に対し供給口面が凸となる形状（凸部１０１ａ）を有している。

支持部材１０３の第２凹部１０３ｆはその側面１０３ｅが記録素子基板１０１の外周の段差部に対向する斜面を有して形成される。この側面１０３ｅは、凹部１０３ｆの底面１０３ｄに向かって凹部１０３ｆの幅が小さくなるように傾斜している。

本実施形態によれば、上述の実施形態と同様の効果を得られる他、第２凹部１０３ｆの側面１０３ｅが斜面を有することで、支持部材１０３をモールド成形で形成する場合、金型への第２凹部１０３ｆの食い付きを抑制し、成形しやすい形状となる。

［第４の実施形態］
第４の実施形態について図１０を参照して説明する。図１０は、本実施形態に係る液体吐出ヘッド１００を示す図である。図１０（ａ）は記録素子基板１０１と支持部材１０３との接合前の斜視図であり、図１０（ｂ）は支持部材１０３の上面図であり、図１０（ｃ）は供給口面の側から見た記録素子基板１０１の斜視図である。本実施形態の基本的な液体吐出ヘッド１００の構成は第１の実施形態と同じであり、ここでその説明は省略する。

図１０（ｃ）に示すように記録素子基板１０１は吐出口面と反対の面（供給口面）の外周に段差を有し、吐出口面に対し供給口面が凸となる形状（凸部１０１ａ）を有している。そして凸部１０１ａはその外周が平面方向に対し、櫛歯形状を有している。すなわち、第１面１０１ｂに対して交差する方向に突出する凸部１０１ａは、前記第１面１０１ｂに直交する方向から見て、供給口１０２から離れる方向に突出する複数の凸部が繋がるような形状となるように設けられている。なお、凸部１０１ａの櫛歯の個数、間隔、形状は特に限定されない。

支持部材１０３の凹部１０３ｆは記録素子基板１０１の櫛歯状の凸部１０１ａの対となり、入れ込むことができるように櫛歯状に形成される。

本実施形態によれば、上述の実施形態と同様の効果を得られる他、記録素子基板１０１の凸部１０１ａと支持部材１０３の凹部１０３ｆが櫛歯形状を有することで、高さ方向だけでなく平面方向にも互いに対向する接合代を増やすことができる。そのため、より接合代を増やし、接合強度を高め、外部へ液体が漏れたり記録素子基板１０１が剥がれたりすることを抑制することが可能になる。

１００ 液体吐出ヘッド
１０１ 記録素子基板
１０１ａ 凸部
１０２ 供給口
１０３ 支持部材
１０３ｆ 第２凹部
１０４ 流路
１０５ 接着剤

Claims (13)

1. 液体を吐出する吐出口と、液体を供給する供給口と、を備える液体吐出ヘッド用基板と、前記供給口と連通する流路を備え、前記液体吐出ヘッド用基板を支持する支持部材と、を有する液体吐出ヘッドにおいて、
   前記液体吐出ヘッド用基板には、前記液体吐出ヘッド用基板の前記支持部材に対向する第１面に対して突出する凸部が前記供給口を含む位置に設けられており、
   前記支持部材には前記凸部が入り込む凹部が設けられており、
   前記第１面に繋がる前記凸部の側面の少なくとも一部と、前記凸部の前記側面に対向する前記凹部の少なくとも一部とが接着剤を介して接合されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記凸部は、前記液体吐出ヘッド用基板の長手方向に沿う前記第１面の端辺よりも内側に位置する、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記凸部は、前記第１面の外周部よりも内側に位置する、請求項１または請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記液体吐出ヘッド用基板の短手方向において、前記凹部の長さは前記液体吐出ヘッド用基板の長さよりも短い、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記液体吐出ヘッド用基板の短手方向において、前記凹部の長さは前記液体吐出ヘッド用基板の長さよりも長い、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記支持部材は前記第１面と対向する第２面を備えており、
   前記第１面の少なくとも一部と前記第２面の少なくとも一部とが前記接着剤を介して接合されている、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記支持部材には、前記第２面を底面として備える、前記凹部とは別の凹部が設けられており、
   前記凹部は前記第２面に設けられている、請求項６に記載の液体吐出ヘッド。
8. 前記支持部材には、前記凸部の前記側面に対向する前記凹部の少なくとも一部を含み、前記第２面に対して突出する壁が設けられている、請求項７に記載の液体吐出ヘッド。
9. 前記凹部は、前記第２面から突出する壁と、前記壁の内側に位置する前記第２面の部分とを含んで構成されている、請求項６に記載の液体吐出ヘッド。
10. 前記壁は、前記凹部から離れる方向において、突出する方向における前記壁の先端部から前記第２面へ繋がる斜面を備える請求項８または請求項９に記載の液体吐出ヘッド。
11. 前記凹部は、前記液体吐出ヘッド用基板の短手方向における前記凹部の長さが、前記凹部の底面に向かって短くなるように傾斜する斜面を備える、請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
12. 前記第１面に直交する方向から見て、前記凸部は前記供給口から離れる方向に突出する複数の凸部を備える、請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
13. 請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドを製造する液体吐出ヘッドの製造方法において、
    前記凹部の外側に位置する、前記液体吐出ヘッド用基板と対向する前記支持部材の部分に前記接着剤を塗布し、
    前記液体吐出ヘッド用基板と前記支持部材とで前記接着剤を押し潰して前記凸部と前記凹部との間に前記接着剤を流れ込ませる、液体吐出ヘッドの製造方法。
    

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