JP5183187B2 - 液体吐出ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、液体を噴射し液滴を形成して、被記録面に対して記録を行う液体吐出ヘッドに関する。特にインクを吐出する吐出口が設けられた吐出口プレートとエネルギー発生素子を備える基板とを有するインクジェット記録ヘッドに適したものである。

従来、所謂サイドシュータータイプの液体吐出ヘッドは、基板と、基板上のエネルギー発生素子体と対応する吐出口が設けられた吐出口プレートと、両者の間に形成される流路とから形成されている。

また、従来、図７に示すように、吐出口プレートと基板との剥がれを抑制するために、各供給口に形成されている吐出口列の外側を取り囲むように溝を形成する技術が知られている（特許文献１）。図７の記録ヘッドＨ１１０１には、複数の吐出口６と、その周囲に溝３を有する。これは、基板と、吐出口プレートと、基板を保持するタンクケース（基板保持部材）との線膨張が異なるため、印字による発熱や保存状況などといった環境変化により、各部材間の界面部分に応力がかかる。また、タンクケースと基板を接着・封止するための接着剤や封止材の硬化収縮による応力も各部材にかかる。液体吐出ヘッドの基板には供給口が形成されているため、基板自身の変形が起こりやすい。

そのため、流路を構成する流路壁の先端部や、吐出口および流路の外側に形成されている溝など、吐出口プレートの途切れている部分（端部）に特に応力の影響が大きくなり、吐出口プレートと基板との間が剥がれる現象が起きる場合がある。それに対し、特許文献１には、溝３の形状を所謂、鋸歯形状として、基板と吐出口プレートとの接合部にかかる応力を緩和する手法が開示されている。
特開２００３−８０７１７号公報

しかしながら、上述した鋸歯形状の溝に対して新たな課題が発生し得る場合があることを見出した。プリンタを動作させると、使用媒体から出る紙粉や、埃といった異物が発生し、プリンタ内に溜まる。その異物が吐出口プレート表面に付着したまま印字を行うと、吐出口プレート表面の濡れ性などの状態が変わり、場合によっては吐出口を塞いでしまい、吐出方向のヨレやインクが吐出しないといった印字不良を起こすことがある。

そのために、前記液体吐出ヘッドを搭載したプリンタには、吐出を安定的に行うために吐出口近傍に付着した異物などを取り除く機構、一般的には、回復ポンプおよび拭き取り部材を要している。一例としては、図９に記録ヘッド１０００の回復機構を説明する。図示のように、記録ヘッドをキャッピングするキャップ部材１３を備えた回復ポンプ機構によって、吐出口プレート表面に付着した異物や、液体吐出ヘッド中のインクの若干量を吸い出す。その後、回復ポンプ動作で吐出口プレート表面に付着したインクを、拭き取り部材１２にて除去する。

しかしながら昨今、性能を維持した状態でこの回復ポンプ機構をなくし、プリンタ装置本体を低価格化することが望まれている。しかし、回復ポンプ機構を無くす場合、拭き取り部材で吐出口プレート表面をワイピングするだけの回復動作となる。その場合、図８に示すように、吐出口プレートに形成した溝３が鋸歯状であるため、図示するような紙粉等の異物８が鋸歯状の溝３に引っかかり、ワイピングだけの回復では除去することが困難な場合がある。異物が吐出口６近傍に付着したままとなるため、吐出口プレート表面の濡れ性などが変わるため、また吐出口を塞いでしまう場合があるため、吐出方向のヨレやインクが吐出しないといった印字不良を起こす場合がある。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、溝部により、吐出口プレートと基板との密着性を確保した上で、溝部に異物が付着し難く、また、溝部に異物が付着したとしても容易に異物の除去が行える液体吐出ヘッドの提供を目的とする。

本発明の液体吐出ヘッドは、液体を供給するための供給口と、前記供給口に沿って設けられる液体を吐出するためのエネルギーを発生する複数のエネルギー発生素子と、を備える基板と、前記エネルギー発生素子に対応した吐出口を備える吐出口プレートと、前記基板と前記吐出口プレートの間に形成される流路と、を有する液体吐出ヘッドであって、前記吐出口プレートには前記流路を取り囲むように前記吐出口プレートを貫通する溝が形成されており、前記溝は、前記吐出口プレートの前記基板との接合面側に形成される第１の溝部と、前記吐出口プレートの前記吐出口が配された面側に形成される、前記第１の溝部と連通する第２の溝部と、からなり、前記第１の溝部の縁部は微小な凹凸を多数有する鋸歯状に形成され、かつ、前記第２の溝部の縁部は直線状に形成されていることを特徴とする。

また、液体を供給するための供給口と、前記供給口に沿って設けられる液体を吐出するためのエネルギーを発生する複数のエネルギー発生素子とを備える基板と、前記エネルギー発生素子に対応した吐出口を備える吐出口プレートと、前記基板と前記吐出口プレートの間に形成される流路と、を有する液体吐出ヘッドであって、前記吐出口プレートには前記流路を取り囲むように前記吐出口プレートを貫通する溝が形成されており、前記溝は、前記吐出口プレートの前記基板との接合面側に形成される第１の溝部と、前記吐出口プレートの前記吐出口が配された面側に形成される、前記第１の溝部と連通する第２の溝部と、からなり、前記第１の溝部の縁部は微小な凹凸を多数有する鋸歯状に形成され、かつ、前記第２の溝部の縁部は曲線により形成されていることを特徴とする。

本発明により、吐出口プレートと基板との密着性を確保した上で、吐出口プレートの溝に紙粉等の異物が付着し難く、また異物が付着したとしても容易に異物の除去が可能となる。

以下に図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について説明する。

本発明の実施例における記録ヘッドは、インクタンクと一体構成となっており、その一例としてシアン、マゼンタ、イエローの３色のインクを吐出させる液体吐出ヘッドを図５乃至図６に示す。

図６において、記録ヘッド（液体吐出ヘッド）Ｈ１１０１には、各色におけるそれぞれの供給口Ｈ１１０２を挟んでその両側に、エネルギー発生素子としての電気熱変換素子Ｈ１１０３と、それに対応した吐出口Ｈ１１０７とが列状に並んで配置されている。シリコンからなる基板Ｈ１１１０上には、電気配線（不図示）、電極部Ｈ１１０４などが形成されており、その上に、フォトリソグラフィ技術によって作製される樹脂材料からなる吐出口プレートＨ１１０６が積層されている。この吐出口プレートＨ１１０６には、吐出口Ｈ１１０７が形成され、基板Ｈ１１１０との間には流路が流路壁により構成されている。図示のように、溝３は流路を取り囲むように、また、吐出口プレートを貫通するように設けられている。

図５において、インク供給保持部材（タンクケース）１００２は、例えば、樹脂成形により形成されており、上述した基板Ｈ１１１０を保持する基板保持部材としての役割もはたす。本発明の実施携形態においては、基板Ｈ１１１０の各供給口Ｈ１１０２がインク供給保持部材１００２の各供給開口に連通するよう、記録ヘッドＨ１１０１がインク供給保持部材１００２に対して位置精度良く接着固定される。この際用いられる接着剤は、低粘度で硬化温度が低く、短時間で硬化し、かつ、耐インク性のあるものが望ましい。例えば、エポキシ樹脂を主成分とした熱硬化接着剤が用いられ、その際の接着層の厚みは５０μｍ程度が望ましい。

また、記録ヘッドＨ１１０１は、電気配線テープ１３００と電気的に接続されている。記録ヘッドＨ１１０１とインク供給保持部材１００２との間を、第１の封止剤１４００及び第２の封止材１５００で封止することで、基板の横部分（長手方向部分）へのインク溜まり防止や、電気接続部分をインクによる腐食や外的衝撃から保護している。

（実施例１）
図１に本発明の実施例１の形態を示す。図１（ａ）には記録ヘッドＨ１１０１の上面図を、図１（ｂ１）に図１（ａ）のＡ部を拡大した模式的上面図を、図１（ｂ２）には図１（ｂ１）のＢ−Ｂ断面図を示す。図において、１は基板、２は吐出口プレート、３は溝、３（ａ）は第１の溝部、３（ｂ）は第２の溝部、６は吐出口である。

基板１は、シリコン半導体基板などに半導体製造技術を用いて形成されるものであり、本実施例においては、略矩形状を有し、中央部に長手方向に伸びる貫通孔として形成される供給口９が設けられている。この供給口９の両側に沿って、複数のエネルギー発生素子４が設けられている。このエネルギー発生素子４は、供給口９を介して供給された液体を加熱して、インクが発泡することにより吐出口６からインク液滴を吐出させるためのものである。

次に、図２に実施例１の記録ヘッドの製造工程を示す。図２（ａ１）に上面図、図２（ａ２）に、図２（ａ１）のＣ―Ｃ断面図を示す。

図示のように、配線（不図示）を形成した基板１上にポジレジストなどからなる流路形成部材５を積層し、フォトリソ工程を用いて流路７および第１の溝部３ａ形状を形成した。この際、前記第１の溝部３ａの縁は、鋸歯形状とした。鋸歯形状の溝縁間隔は、最も狭い部分で２０μｍとなるようにした。次に、図２（ｂ１）及び図２（ｂ２）に示すように、流路形成部材５の上に、吐出口プレート２となるノズル材を積層し、フォトリソ工程を用いて吐出口６および第２の溝部３ｂを形成した。ここで、前記第１の溝部３ａは、前記ノズル材を積層する際に、基板の端部側のノズル材の高さが低くならないように（だれないように）、その厚さを均一に塗布するという効果もある。また、図２（ｂ１）に示すように、前記第２の溝部３ｂの縁は略直線状に形成し、その間隔は２０μｍとなるようにし、いずれの部分でも前記第１の溝部３ａが隠れるように作成した。前記ノズル材は、インクなどと接触するため、耐インク性のある樹脂、好ましくはネガ型の光硬化性エポキシ樹脂などがよい。

本実施例においては、第１の溝部３ａは、吐出口プレート２の基板１との接合面側に形成され、その縁部は微小な凹凸を多数有する鋸歯状に形成される。また、第２の溝部３ｂは、吐出口プレート２の吐出口６が配される面側に形成され、その縁部は略直線状に形成される。

その後、図２（ｃ１）及び図２（ｃ２）に示すように、異方性エッチングなどの手法を用いて供給口９を形成し、図２（ｄ１）及び図２（ｄ２）に示すように溶剤などを用いてノズル形成部材５を除去して、流路７を形成し、記録ヘッドを作成した。このようにして作成した記録ヘッドを、電気的に電気配線テープ１３００（図５）と接続し、インク供給保持部材１００２に接着剤および封止材を用いて接合して液体吐出ヘッドを作製した。

この液体吐出ヘッドを用いて、温度サイクル試験を行った。具体的には、まず、液体吐出ヘッドを温度６０℃に２時間保持したのち、温度−３０℃まで２時間かけて等速度で降温する。その後、温度を−３０℃で２時間保持したのち、その後２時間かけて等速度で６０まで昇温する。以上の工程を１サイクルとして、これを１０サイクル行った。

その結果、本実施形態の液体吐出ヘッドの溝３部分において、吐出口プレート２と基板１との縁部の剥離は全く発生しないか、発生しても極わずかであり実質上問題とならないレベルであった。温湿度サイクル試験前後に印字を行っても、何ら変化は認められず、良好な結果が行われた。

次に、吐出口プレート２の吐出口表面に紙粉をふりかけ、本体の拭き取り機構１２での異物除去確認を行う紙粉試験を行った。その際に吸引ポンプ機構は使用しなかった。その結果、拭き取り機構１２の拭き取り動作のみで、振りかけた紙粉は除去することができ、紙紛試験前後に印字を行っても、何ら変化は認められず、良好な結果であった。

ここで、溝３に異物が引っかかったまま拭き取り動作を繰り返すと、異物のある溝のみに集中的に力がかかる。しかし、第２の溝部３ｂの縁を略直線状とし、第１の溝部３ａの縁を鋸歯状とすることで、溝に異物が引っかかり第２の溝部に局所的に応力がかかったとしても、第１の溝部で応力を分散することが可能であるので好ましい。

また、本実施例では溝の吐出面縁間の幅を２０μｍとして行った。異物として、紙粉やシリコン片などの種類があるが、その大半を紙粉が占めており、最も小さい物でも幅が２０μｍ程度であった。そのため、溝の幅を２０μｍ以下にすることで、溝部分に異物が引っかからず、ワイピングにより異物除去を行うことができる。なお、本実施例では溝の幅を２０μｍとして行ったが、図１（ｃ１）、図１（ｃ２）に示すように、それよりも狭い間隔であっても形成可能であり、ノズル形成部材除去が可能な程度の幅があれば問題ない。つまり、第２の溝３ｂの幅を、第１の溝３ａの最も狭い幅以下とする。このように、第２の溝部３ｂの縁は屈曲部を有さない形状とすることで、異物の引っかかりを防止することができ、また異物が付着したとしても容易に除去可能となる。

また、本実施例において第２の溝部３ｂを略直線状としたが、図４に示すように曲線をつなげた形状をしても構わない。その際、曲線は拭き取り機構１２による拭き取り動作により異物が引っかからないように緩やかな曲線である必要がある。

（実施例２）
図１（ｄ１）及び図１（ｄ２）に本発明の実施例２の形態を示す。図１（ｄ１）は、図１（ａ）のＡ部を拡大した模式的上面図、図１（ｄ２）は、図１（ｄ１）のＢ−Ｂ断面図を示し、図３にはその製造方法について示す。

図３（ａ１）及び図３（ａ２）に示すように、配線（不図示）を形成した基板１上に第１の吐出口プレート１０を積層した。前記第１の吐出口プレートは、インクなどと接触するため、耐インク性のある樹脂、好ましくはネガ型の光硬化性エポキシ樹脂などがよい。その後、図３（ｂ１）及び図３（ｂ２）に示すように、流路７および第１の溝部３ａ以外が形成されるようにフォトリソ工程を用いて形成した。この際の第１の溝部３ａの縁は、鋸歯形状となるように形成した。鋸歯形状の溝縁間隔は、最も狭い部分で５μｍとなるようにした。次に、図３（ｃ１）及び図３（ｃ２）に示すように、形成した第１の吐出口プレート１０の上に、第２の吐出口プレート１１となる材料を積層した。本工程は、別工程にて一定厚さとなるように塗布してドライフィルム状とした材料を、ラミネートの手法を用いて積層した。前記第２の吐出口プレート１１も、第１の吐出口プレート１０と同様にインクなどと接触するため、耐インク性のある樹脂、好ましくはネガ型の光硬化性エポキシ樹脂などがよい。また、前記第２の吐出口プレート１１は、前記第１の吐出口プレート１０と同材質であることが好ましいが、基板との密着性などを考慮した場合など、状況に応じて異なる材質を用いても構わない。その後、フォトリソ工程を用いて吐出口６および第２の溝部３ｂを形成した。この際、第２の溝部３ｂの縁は略直線状に形成し、その間隔は２０μｍとなるようにした。さらに異方性エッチングなどの手法を用いて供給口９を形成し、図３（ｄ１）及び図３（ｄ２）に示すような液体吐出ヘッドを作成した。

このようにして作成した液体吐出ヘッドを、実施例１同様に温度サイクル試験および紙紛試験を行った。その結果、いずれの試験においても溝部の剥がれや紙紛の残りは認められず、さらに試験前後の印字を比較しても何ら変化は認められず、良好な結果が行われた。

本実施例における溝３形状は、第１の溝部３ａの鋸歯形状の縁先端が、第２の溝部３ｂの略直線状の縁部分よりもはみ出している。つまり、第１の溝部３ａの幅が、第２の溝部３ｂの幅より広い。よって、拭き取り動作などで略直線状部分に力がかかっても、はみ出した鋸歯形状の部分には応力がかかりにくい構造となっているため、鋸歯形状の先端部分でより基板と密着し、より剥がれにくい形状となっている。

また、本実施例においては、第１の溝部３ａの両側の縁同士、また第２の溝部３ｂの両側の縁同士が同様な形状となるように形成した。しかしながら、拭き取りの方式、プリンタ装置本体の仕様による異物種類の変化などに応じ、溝の両側形状が異なる形状（非対称）としても構わない。また、本実施例においては、溝の鋸歯形状の高さが流路の高さと同一となるように形成したが、上記理由などで異なる高さとしても構わない。

本発明の実施例１及び実施例２の形態を表す上面図及び断面図 本発明の実施例１の形態の工程図 本発明の実施例２の形態の工程図 本発明の実施例１の形体を表す上面図及び断面図 本発明の実施形態を表す液体吐出ヘッドの斜視図 本発明の記録ヘッドを表す斜視図 従来の記録ヘッドの形態を表す上面図 従来の記録ヘッドの形態を表す模式図 従来のプリンタ本体の回復系機構を表す模式図

符号の説明

１ 基板
２ 吐出口プレート
３ 溝
３ａ第１の溝部
３ｂ第２の溝部
４エネルギー発生素子
６吐出口
７流路
９供給口

Claims (6)

1. 液体を供給するための供給口と、前記供給口に沿って設けられる液体を吐出するためのエネルギーを発生する複数のエネルギー発生素子と、を備える基板と、
   前記エネルギー発生素子に対応した吐出口を備える吐出口プレートと、
   前記基板と前記吐出口プレートの間に形成される流路と、を有する液体吐出ヘッドであって、
   前記吐出口プレートには前記流路を取り囲むように前記吐出口プレートを貫通する溝が形成されており、
   前記溝は、前記吐出口プレートの前記基板との接合面側に形成される第１の溝部と、前記吐出口プレートの前記吐出口が配された面側に形成される、前記第１の溝部と連通する第２の溝部と、からなり、
   前記第１の溝部の縁部は微小な凹凸を多数有する鋸歯状に形成され、かつ、前記第２の溝部の縁部は直線状に形成されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記第２の溝部の幅は、前記第１の溝部の最も狭い部分の幅以下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。
3. 前記第２の溝部の幅は、前記第１の溝部の最も狭い部分の幅よりも広いことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
4. 液体を供給するための供給口と、前記供給口に沿って設けられる液体を吐出するためのエネルギーを発生する複数のエネルギー発生素子とを備える基板と、
   前記エネルギー発生素子に対応した吐出口を備える吐出口プレートと、
   前記基板と前記吐出口プレートの間に形成される流路と、を有する液体吐出ヘッドであって、
   前記吐出口プレートには前記流路を取り囲むように前記吐出口プレートを貫通する溝が形成されており、
   前記溝は、前記吐出口プレートの前記基板との接合面側に形成される第１の溝部と、前記吐出口プレートの前記吐出口が配された面側に形成される、前記第１の溝部と連通する第２の溝部と、からなり、
   前記第１の溝部の縁部は微小な凹凸を多数有する鋸歯状に形成され、かつ、前記第２の溝部の縁部は曲線により形成されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
5. 前記第２の溝部の幅は、前記第１の溝部の最も狭い部分の幅以下であることを特徴とする請求項４に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記第２の溝部の幅は、前記第１の溝部の最も狭い部分の幅よりも広いことを特徴とする請求項４に記載の液体吐出ヘッド。

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