JP5539482B2 - 液体吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、インク等の液体を吐出する液体吐出ヘッドの製造方法に関する。

一般的に、基板に液体を塗布する方法は、さまざまな手法が存在する。例えば、転写版を用いて基板に一括で液体を塗布する方法、あるいは、液体が注入されたシリンジに備え付けた細い針先から液体を吐出して描画塗布する方法などがある。電気実装分野では、接着剤や封止材などは、前述の転写版を用いた塗布方法や、描画塗布する方法を用いることがよく知られている。

ところで、このような液体を基板に塗布する方法のなかで、回転するローラに予め所望の厚みの液体をスキージしておき、そのローラに基板を走査させながらつきあてて液体を転写する方法がある。このようなローラを用いた液体の転写は、一般的な技術としては印刷が挙げられる。例えばオフセット印刷においては、所望の厚みのインクをオフセットローラ上に配置し、そのローラに紙を押し当ててインクを転写する。このローラを用いた液体の転写は、ローラ上の液体の厚み制御を行えば基板上に所望の厚みの液体を厚み分布よく均一に塗布することが可能である。さらにこのローラを用いた転写は、液体塗布にかかる時間を短くすることができ、短時間で液体を一括で分布よく塗布することが可能である。このローラを用いた転写方法を電気実装分野における基板への接着剤や封止材の塗布に応用することは十分に可能である。

電気実装分野において、このようなローラを用いた転写塗布方法として、例えば特許文献１に、封止材を基板に塗布する方法が開示されている。また、特許文献２においては溶融半田を基板に塗布する方法にローラを用いる手法が開示されている。

特開２００２−１３１７６４公報 特開２００５−１１６９１７公報

上述したように、ローラを用いて基板に液体を転写塗布すると、比較的容易に基板全面に液体を均一に転写塗布することができる。ここで電気実装分野において用いる基板とは、ＩＣ（integrated circuit）チップや配線基板が接合される基板があげられる。このＩＣチップや配線基板を接合する基板の面には、ＩＣチップや配線基板を基板に接合するための接着剤を塗布する場合がある。基板への接着剤の塗布にローラによる転写塗布方法を用いると、効率的に接着剤を基板に塗布することが可能である。

しかし、電気実装分野における基板は均一な平面で無い場合がある。例えば、液体吐出ヘッドに用いるプレート基板には、基板表面に配備する記録素子基板にインクを供給するための開口部として液体供給口が設けられている。この液体供給口は、基板の表面から裏面まで貫通した穴で、記録素子基板にインクを供給するための重要な機能を果たしている。この液体供給口が設けられたプレート基板に、例えば記録素子基板を接合するための接着剤をローラにて転写塗布すると、接着剤の物性によっては、液体供給口に接着剤が入り込む場合がある。

液体供給口に接着剤が入り込んでしまうと、接着剤が液体供給口の一部を塞いでしまい、液体供給口を流れるインクの流量が変わってしまう恐れがある。特に、複数の液体供給口を有する液体吐出ヘッドの場合、入り込んだ接着剤により各液体供給口の開口寸法が変化してしまい、各記録素子基板のインク流量が変動し印字特性に問題をきたす恐れがある。

また、液体供給口が小さい液体吐出ヘッドの場合、入り込んだ接着剤により液体供給口が塞がれてしまう恐れもある。

すなわち、プレート基板に液体をローラにて転写塗布する場合は、プレート基板の表面に設けられた開口部である液体供給口に液体が入り込んでしまい、液体供給口の開口寸法が変わってしまう、もしくは液体供給口が塞がれてしまうという課題がある。

そこで本発明は、上記課題を鑑みて、液体の転写時にプレート基板の開口部に液体が入り込むことが抑制される、液体吐出ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。

本発明のローラに付着した接着剤が転写される面に、接着剤が転写される平面部と、液体を供給するための開口部とを有するプレート基板を用いた液体吐出ヘッドの製造方法では、平面部の、接着剤の転写方向における開口部の前方の位置に凹部または貫通孔を形成する。そして、接着剤をローラ上に付着させて、ローラを回転させながら平面部に接着剤を転写させる。接着剤を転写する工程の後に、プレート基板の平面部に、液体を吐出するためのエネルギー発生素子を備えた記録素子基板及び配線基板を接合する。凹部または貫通孔を形成する工程では、記録素子基板及び配線基板を接合するときに、前記面と直交する方向からみて配線基板に設けられた電通パッドと重ならない位置に、凹部または貫通孔を形成する。

本発明により、ローラを用いて接着剤を開口部のあるプレート基板に転写しても、プレート基板の開口部に液体が入り込むことを抑制もしくは入り込む量を制御することが可能となり、安定的な液体の転写塗布を行うことができる。

ローラを用いて液体を基板に転写する装置の概略図である。 実施形態１で用いるプレート基板を含む、液体吐出ヘッドの分解概略図である。 転写時の接着剤の挙動を示す模式図である。 凹部の断面の概略図である。 実施形態２で用いるプレート基板を含む、液体吐出ヘッドの分解概略図である。

以下に、添付の図面に基づき、本発明の実施の形態の詳細について説明する。なお、同一の機能を有する構成には添付図面中、同一の番号を付与し、その説明を省略することがある。

図１に、ローラを用いて液体を基板に転写する装置の概略図を示す。まずプレート基板１０４が用意され、ローラ１００はプレート基板１０４に転写する液体に浸漬している。本実施形態では液体として、プレート基板１０４に後述する記録素子基板１０７や配線基板１０８を接合するための接着剤１０１を用いている。ローラ１００は不図示の回転機構を有しており、任意の速度で回転することが可能である。またローラ１００には、ローラ回転時にローラ１００上の接着剤１０１を一定の厚みに制御するためのスキージ１０２が近接している。スキージ１０２はローラ１００との距離間隔（ギャップ）を変更可能で、ローラ１００上の接着剤１０１の厚みを制御できるようになっている。

接着剤１０１をプレート基板１０４に転写するときは、まずローラ１００を接着剤１０１に浸漬させた状態で回転させ接着剤１０１がローラ１００全体に万遍なく付着されるようにする。その際は、ローラ１００に近接するスキージ１０２により、ローラ１００に付着する接着剤１０１の厚みが均一になるように、余分な接着剤は取り除かれる。

この均一な厚みの接着剤１０１を付着させたローラ１００を回転させながら、液体転写面に開口部を有するプレート基板１０４をローラ１００上に突き当てながら走査し、接着剤１０１をプレート基板１０４に転写する。このときプレート基板１０４に転写される接着剤１０１の厚みはスキージ１０２とローラ１００のギャップを変えることで制御できる。

プレート基板１０４に接着剤１０１を転写後、液体、例えばインクを吐出させるためのエネルギー発生素子を備える記録素子基板１０７や配線基板１０８を接合し、液体吐出ヘッドを製造する。

本発明においては、液体である接着剤１０１を、開口部を有するプレート基板１０４に転写する前に、接着剤１０１が転写される、プレート基板１０４の後述する平面部１１０に凹部を形成しておく。この凹部が開口部への接着剤１０１の入り込みの抑制、もしくは入り込む量の制御を可能とする。このことについて、より詳しく説明をする。

［実施形態１］
本実施形態のプレート基板１０４は、図２に示すように、転写後に記録素子基板１０７及び配線基板１０８が接合される。また、転写する接着剤１０１としては、エポキシ系の液状接着剤を用いた。

記録素子基板１０７を支持する支持基板であるプレート基板１０４には、記録素子基板１０７や配線基板１０８が接合される平面部１１０と、インクを供給する複数の開口部である液体供給口１０５が設けられている。この液体供給口１０５は記録素子基板１０７に所望の量のインクを供給するための寸法が必要となる。もし、接着剤１０１をローラ１００にてプレート基板１０４に転写した際に接着剤１０１が液体供給口１０５に入り込んでしまうと、液体供給口１０５が接着剤１０１で塞がれ、所望の量のインクが流れなくなってしまう恐れがある。さらに、入り込んだ接着剤１０１が液体供給口１０５を完全に塞いでしまうと、記録素子基板１０７にインクが供給されなくなってしまう。

そこで本実施形態では、図２に示すように、プレート基板１０４の接着剤１０１が転写される転写面（主面）であり、平面部１１０の、転写方向で液体供給口１０５の前方の位置に、各液体供給口１０５に対応してそれぞれ凹部１０６が設けられている。この凹部１０６を設けることで、接着剤１０１の転写時に液体供給口１０５への接着剤１０１の入り込みを抑制することが可能となる。

このことをさらに詳しく説明する。まず、転写時に接着剤１０１が液体供給口１０５の内部に入り込む現象を説明する。接着剤１０１を転写中、プレート基板１０４はローラ１００に突き当たるようにしているが、実際は完全に突き当たるわけではない。図３（ａ）に示す転写中のプレート基板１０４及びローラ１００の断面図の通り、転写中のプレート基板１０４は、ローラ１００とは微小な間隔を有し、その間隙に接着剤１０１が介在した状態となる。すなわちプレート基板１０４によってローラ１００上の接着剤１０１がある程度押しつぶされるが、接着剤１０１が完全に押しつぶされるのではなく、そのため、ある程度の接着剤厚みを保持したままプレート基板１０４への転写が行われる。このように接着剤１０１がある程度押しつぶされたまま転写を行うと、図３（ａ）に示すようにローラ１００とプレート基板１０４との間の転写方向後方に接着剤溜まり１０９を生じる。この接着剤溜まり１０９は、他への逃げ場がないので、プレート基板１０４の平面部１１０への転写を続けると増大していく。特に、図２のように液体供給口１０５が千鳥状に配置されているプレート基板１０４では、転写方向で隣接する液体供給口１０５同士の間隔が長くなり、平面部１１０に連続して接着剤１０１を転写せざるをえなくなる。そのため、接着剤溜まり１０９が増大する場合が生じる。

図３（ｂ）に示すように、接着剤溜まり１０９が液体供給口１０５に差し掛かると、接着剤溜まり１０９が液体供給口１０５の、転写方向で前側の側壁１０５ａに接触して付着し、液体供給口１０５への接着剤１０１の液体供給口内１０５内への入り込みが起こる。尚、この現象はローラ１００がプレート基板１０４の平面部１１０から液体供給口１０５に差し掛かるときに発生する。逆に液体供給口１０５からプレート基板１０４の平面部１１０に差し掛かるときは、接着剤１０１の液体供給口１０５への入り込みは実質的に発生しない。なぜなら、液体供給口１０５にローラ１００が差し掛かっているときは、液体供給口１０５が開口しているため、接着剤１０１がプレート基板１０４に押しつぶされることがなく、前述の接着剤溜まり１０９が転写方向後方に生じないからである。すなわち、液体供給口１０５のような開口部があることで接着剤溜まり１０９は実質的に消失するのである。

上述したような原理で液体供給口１０５への接着剤１０１の入り込みが生じる。そのため、本発明では、接着剤１０１が転写される平面部１１０の、転写方向で液体供給口１０５の前方の近接した位置に、各液体供給口１０５に対応してそれぞれ凹部１０６を設けることを特徴としている。この特徴により、転写の際に、平面部１１０で生じた接着剤溜まり１０９は、ローラ１００が液体供給口１０５に差し掛かる前に凹部１０６に入り込み、実質的に消失する。そのため、次にローラ１００が差し掛かる液体供給口１０５に到達する接着剤溜まり１０９の量を最小限に軽減でき、接着剤１０９の液体供給口１０５への入り込みを抑制することが可能となるのである。

この凹部１０６は、転写方向に対して直交する方向の幅は、液体供給口１０５のその幅以上であることが望ましい。なぜならば、凹部１０６の転写方向に対して直交する方向の幅が液体供給口１０５の幅以上であるほうが、より確実に凹部１０６により接着剤溜まり１０９を解消させることができるためである。

またこの凹部１０６の転写面に対する深さは、接着剤溜まり１０９の消失の効果を得るために、ローラ１００に付着した、スキージ１０２によりスキージされた接着剤１０９の厚さより大きいことが好ましい。また、この凹部１０６は、プレート基板１０４を貫通する貫通孔でも良い。

また、この凹部１０６の、転写方向に対し平行な方向の長さは、接着剤溜まり１０９の消失の効果が得られるならばいかなる長さでも構わない。凹部１０６の個数も、特に限定はせず、いかなる個数でも配備可能である。

本実施形態では、プレート基板１０４の平面部１１０には液体吐出ヘッド用の配線基板１０８が接着剤１０１にて接合される。配線基板１０８には電通パッド部（不図示）が設けられており、配線基板１０８が平面部１１０に接合されるときに、電通パット部の位置と凹部１０６の位置とが一致しないことが望ましい。その理由は、配線基板１０８の電通パッドには、記録素子基板１０７と電通をとるためにワイヤボンディング等が行われ、このボンディング時に、ボンディングツールが安定して電通パッドに接触できるようにする必要があるからである。

凹部１０６の形状としては、図４（ａ）に示す断面のように凹部１０６の、転写方向で前側と後側の側壁１０６ａ、１０６ｂをプレート基板１０４の接着剤１０１の転写面（平面部１１０）に対し垂直にするよい。この構成では、凹部１０６に入り込んだ接着剤１０１が凹部１０６の側壁１０６ａと接着するので配線基板１０８の接着力向上の効果が得られる。これは凹部１０６の側壁１０６ａにおける接着剤１０１のせん断接着力が配線基板１０８の接着力に加わるからである。

また、もし接着剤１０１を紫外線硬化型とするならば、凹部１０６の側壁１０６ａに付着あるいは凹部１０６に入り込んだ接着剤１０１に紫外線を照射できる配慮が必要となる。そこで、図４（ｂ）に示すように、プレート基板１０４の、転写方向で後側の側壁１０６ｂを垂直に、転写方向で前側の側壁１０６ａを、側壁１０６ｂに向かって斜めに、つまり接着剤１０１の転写面に対して角度を持たせてもよい。

以上のことより、本発明のプレート基板１０４に接着剤１０１を転写後、記録素子基板１０７及び配線基板１０８を接合して形成した液体吐出ヘッドでは、液体供給口１０５からインクが所望の流量で記録素子基板１０７へ供給される。そのため、印字品質を保つことができる。

次に、以下の条件でプレート基板１０４に対して接着剤１０１の転写を行った。凹部１０６の深さは１ｍｍ、凹部１０６の転写方向に対して平行な方向の長さは４ｍｍとなっている。このプレート基板１０４に対し、スキージ１０２により０．１ｍｍの厚みの接着剤１０１が付着し回転しているローラ１００を突き当て、プレート基板１０４を走査し接着剤１０１を転写した。転写後のプレート基板１０４を観察したところ、液体供給口１０５には接着剤１０１の入り込みは殆ど生じておらず、良好な接着剤１０１の転写を行うことができた。

本実施形態においては、転写方向に関して各々の液体供給口１０５に近接した前方に凹部１０６を形成した。これにより各液体供給口１０５の内部に入り込む接着剤１０１の量を少なくすることが可能となる。ここで、液体供給口１０５と凹部１０６との距離は可能な限り近い方が接着剤の入り込み量を小さくできるので好ましい。しかしながらこれに限らず、転写方向に関して、ある液体供給口１０５（一方の液体供給口）からその前方の凹部１０６までの間隔よりも、この凹部１０６からさらに前方の液体供給口１０５（他方の液体供給口）までの距離が小さい方がより好ましい。

また上述した実施形態においては、ローラ１００に対してプレート基板１０４が移動する形態について説明したがこれに限られず、プレート基板１０４に対してローラ１００が移動してもよいし、互いに移動する形態でもよい。つまり、ローラ１００とプレート基板１０４とが相対移動して、プレート基板の凹部または貫通孔、液体供給口１０５の順に、ローラが対向する位置にくれば良い。
［実施形態２］
本実施形態では、各液体供給口１０５に入り込む接着剤１０１の量のばらつきを抑制することを目的として平面部１１０に凹部１０６を設けた。具体的には、図５に示すように、平面部１１０の、各液体供給口１０５から転写方向で前方への長さが等しくなるように凹部１０６が設けられている。この結果、液体供給口１０５にローラ１００が差し掛かった際、前述の接着剤溜まり１０９の量が、各液体供給口１０５においてほぼ同一となる。

図５に示す本実施形態のプレート基板１０４を用い、他は実施形態１と同様の条件で接着剤１０１の転写を行った。転写後のプレート基板１０４の液体供給口１０５を観察したところ、液体供給口１０５の内部に入り込んでいる接着剤１０１の量は全ての液体供給口１０５においてほぼ同一であった。この結果、接着剤１０１で一部が塞がれた液体供給口１０５の開口寸法は、各液体供給口１０５でほぼ同一となり、各液体供給口１０５でほぼ一定のインク供給量が得られる。このことより、接着剤１０１が液体供給口１０５に入り込むことを前提としても、凹部１０６を所定の位置に配備することにより接着剤１０１が液体供給口１０５に入り込む量を制御することが可能となる。よって、各液体供給口１０５の接着剤１０１の入り込みによる液体供給口１０５の開口寸法ばらつきを抑制することができる。

上述の説明では、接着剤１０１をローラ１００にて転写塗布した場合について説明を行ったが、転写塗布する液体は、接着剤１０１に限らず、封止材やプライマー処理剤など、あらゆる液体に対して本発明を適応することができる。

１００ ローラ
１０１ 接着剤（液体）
１０４ プレート基板
１０５ 液体供給口（開口部）
１０６ 凹部
１０７ 記録素子基板
１０８ 配線基板
１０９ 接着剤溜まり
１１０ 平面部

Claims (16)

1. ローラに付着した接着剤が転写される面に、前記接着剤が転写される平面部と、液体を供給するための開口部とを有するプレート基板を用いた液体吐出ヘッドの製造方法であって、
   前記平面部の、前記接着剤の転写方向における前記開口部の前方の位置に凹部または貫通孔を形成する工程と、
   前記接着剤をローラに付着させて、前記ローラを回転させながら前記平面部に前記接着剤を前記転写方向に転写させていく工程と、
   前記接着剤を転写する工程の後に、前記プレート基板の前記平面部に、前記液体を吐出するためのエネルギー発生素子を備えた記録素子基板及び配線基板を接合する工程と、を含み、
   前記凹部または貫通孔を形成する工程では、前記記録素子基板及び前記配線基板を接合するときに、前記面に直交する方向からみて前記配線基板に設けられた電通パッドと重ならない位置に、前記凹部または貫通孔を形成する、液体吐出ヘッドの製造方法。
2. 前記プレート基板は複数の前記開口部を有しており、
   前記凹部または貫通孔を形成する工程において、各前記開口部に対応して前記凹部または貫通孔を形成する、請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
3. 前記プレート基板は複数の前記開口部を有しており、
   前記凹部または貫通孔を形成する工程において、前記平面部の、各前記開口部から前記転写方向で前方への長さが等しくなるように前記凹部または貫通孔を形成する、請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
4. 前記転写方向と直交する方向において、前記凹部または貫通孔の幅を前記開口部の幅よりも大きくする、請求項１から３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
5. 前記凹部または貫通孔の深さを前記ローラに付着させる前記接着剤の厚さよりも大きくする、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の製造方法。
6. 前記凹部または貫通孔の、前記転写方向で前側の側壁を、前記平面部に対して垂直または斜めに形成し、前記転写方向で後側の側壁を、前記平面部に対して垂直に形成する、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の製造方法。
7. 前記接着剤は、前記記録素子基板及び前記配線基板を前記プレート基板に接合するための接着剤である、請求項１から６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
8. ローラで転写された接着剤によって接合される、液体を吐出するためのエネルギー発生素子を備えた記録素子基板及び電通パッドを備えた配線基板と、前記記録素子基板に前記液体を供給するための開口部と、を有する平面部を備えるプレート基板を有し、
   前記平面部の、前記接着剤の転写方向における前記開口部の前方の位置に凹部または貫通孔が設けられており、
   前記平面部と直交する方向からみて、前記凹部または貫通孔と、前記電通パッドとは互いに重ならない位置に配置されている、液体吐出ヘッド。
9. 前記プレート基板には複数の前記開口部が設けられており、各前記開口部に対応して前記凹部または貫通孔が設けられている、請求項８に記載の液体吐出ヘッド。
10. 前記プレート基板には複数の前記開口部が設けられており、前記平面部の、各前記開口部から前記転写方向で前方への長さが等しい位置に前記凹部または貫通孔が設けられている、請求項８に記載の液体吐出ヘッド。
11. 前記転写方向と直交する方向において、前記凹部または貫通孔の幅が前記開口部の幅よりも大きい、請求項８から１０のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
12. 前記凹部または貫通孔の深さが前記ローラに付着させる前記接着剤の厚さよりも大きい、請求項８から１１のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
13. 前記凹部または貫通孔の、前記接着剤の転写方向で前側の側壁が、前記平面部に対して垂直または斜めであり、前記転写方向で後側の側壁が、前記平面部に対して垂直である、請求項８から１２のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
14. 液体を吐出するためのエネルギー発生素子を備える記録素子基板と、前記記録素子基板に液体を供給するための液体供給口を備え前記記録素子基板を支持する支持基板と、を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
    主面に前記液体供給口と、凹部または貫通孔と、を備える前記支持基板を用意する工程と、
    前記凹部または貫通孔、前記液体供給口の順にローラが対向するように、前記支持基板と前記ローラとを相対移動させることで、前記主面の上に接着剤を転写する工程と、
    前記接着剤により前記支持基板と前記記録素子基板とを接着する工程と、
    を含み、
    前記ローラと前記支持基板との相対移動の方向に関して、前記主面の上には複数の前記液体供給口が形成されており、一方の前記液体供給口と他方の前記液体供給口との間には前記凹部または貫通孔が形成されており、
    前記ローラと前記支持基板との相対移動の方向に関して、前記凹部または貫通孔と、該凹部または貫通孔の前方の前記液体供給口との間隔は、該凹部または貫通孔と、該凹部または貫通孔の後方の前記液体供給口との間隔よりも小さい、液体吐出ヘッドの製造方法。
15. 前記ローラと前記支持基板との相対移動の方向と直交する方向に関して、前記凹部または前記貫通孔の幅は、前記液体供給口の幅以上である、請求項１４に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
16. 液体を吐出するためのエネルギー発生素子を備える記録素子基板と、配線基板と、前記記録素子基板に液体を供給するための液体供給口を備え、前記記録素子基板及び前記配線基板を支持する支持基板と、を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
    主面に前記液体供給口と、凹部または貫通孔と、を備える支持基板を用意する工程と、
    前記凹部または貫通孔、前記液体供給口の順にローラが対向するように、前記支持基板と前記ローラとを相対移動させることで、前記主面の上に接着剤を転写する工程と、
    前記接着剤を転写する工程の後、前記主面と直交する方向からみて前記凹部または貫通孔と、前記通電パッドとが重ならないように、前記接着剤により前記主面に前記記録素子基板及び前記配線基板を接着する工程と、を含む、液体吐出ヘッドの製造方法。

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