JP5661357B2 - インクジェット記録ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、記録媒体に向けてインクを噴射し記録を行うインクジェット記録ヘッドに関する。

現在、記録媒体に記録を行う方法としてインクジェット記録ヘッドを用いるインクジェット記録方式が幅広く利用されている。インクジェット記録ヘッドの一例として、基板に対して垂直にインク液滴を噴射するサイドシュータタイプのインクジェット記録ヘッドが開示されている（例えば特許文献１）。

従来技術の一例のサイドシュータタイプのインクジェット記録ヘッドは、複数の吐出口を有する被覆樹脂層が基板上に接合された構成を有する。基板には、インク供給口が開口しており、基板の被覆樹脂層と接合する面には、被覆樹脂層の吐出口と対応する位置にエネルギー発生素子が配置されている。基板と被覆樹脂層とが接合することによって、基板のインク供給口からエネルギー発生素子の上方の被覆樹脂層の吐出口まで連通するインク流路が形成されている。インクは、インク供給口からインク流路に供給され、エネルギー発生素子の発熱作用により発生する気泡によって、吐出口から吐出され、記録媒体に付着する。このような構成のインクジェット記録ヘッドにおいては、被覆樹脂層の中央部は、吐出口やインク流路が設けられている分だけ、外周部に比べて体積が小さくなっている。

一方、特許文献２には、被覆樹脂層の外周部が中央部に比べて薄く形成されることで、外周部の被覆樹脂層の体積が小さくなっているインクジェット記録ヘッドが開示されている。

特開２００７−２６１１６９号公報 特開２００３−０８０７１７号公報

近年、プリンタの出力速度のより一層の高速化が要求されている。これは、コンピュータの処理速度が向上したことや、より高精細の画像を出力するためにインク液滴を微小化することに伴って、より高密度のインク液滴密度が要求されることを一因とする。

また、大判プリンタやネットワークにつながれたプリンタでは、高速化の要求はさらに顕著である。プリンタの出力速度の高速化は、時間当りのインク液滴発生数、すなわちインク吐出周波数を向上することと、吐出口の数を増やすことの２つによって達成可能である。通常は、この両方を行うことでプリンタ出力の高速化を達成している。

しかしながら、吐出口の数を増やすことは、インクジェット記録ヘッドを長尺化することになる。インクジェット記録ヘッドの長尺化に伴い、被覆樹脂層の外周部が基板から剥離する可能性が高まることが種々の試験により明らかになっている。つまり、被覆樹脂層の外周部分である、吐出口やインク流路が形成された領域の外側部分は、被覆樹脂層の中央部に比べ大きい応力が生じる。また、基板と被覆樹脂層の間の密着性はそれほど大きくない。このため、被覆樹脂層の外周部は、基板と被覆樹脂層との剥離の発生する頻度および程度がより高くなる。さらに、被覆樹脂層の厚さが厚いほど、つまり被覆樹脂層の体積が大きいほど被覆樹脂層に生じる応力が大きくなるので、剥離がより発生しやすいということも明らかになっている。

上述の特許文献２では、被覆樹脂層の外周部が被覆樹脂層の内側に比べて体積が小さくなるようにしているが、外周部には縁部が鋸形状をした溝を設けるため、加工が複雑化する。また、溝よりさらに外側部分では内側に比べて被覆樹脂層を薄くするため、インクジェット記録ヘッドの強度が低下する可能性がある。

そこで本発明は、上記の諸問題に鑑み、被覆樹脂層の基板からの剥離の発生を抑制することができる信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを提供することを目的とする。

本発明のインクジェット記録ヘッドは、インクを吐出するための複数の吐出口および各吐出口に連通する複数のインク流路を有する被覆樹脂層と、インクを吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子を有する基板とを有している。さらに、被覆樹脂層と基板との密着性を向上させるために被覆樹脂層と基板との間に密着向上層を有している。また、基板の端部のうちの互いに対向する少なくとも１対の端部に対応する位置の密着向上層の厚さは、エネルギー発生素子側の位置の密着向上層の厚さよりも厚くなっている。基板の端部に対応する位置の被覆樹脂層の厚みをｈ、エネルギー発生素子側の位置の被覆樹脂層の厚みをｈ１とすると、ｈ１／ｈ≧２となっている。

本発明によれば、被覆樹脂層の剥離の発生を抑制することができ、インクジェット記録ヘッドの信頼性を高めることができる。

本発明に係るインクジェット記録ヘッドの第１の実施形態の概略斜視図である。 図１のインクジェット記録ヘッドの概略図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡＡ'断面の概略図である。 図１のインクジェット記録ヘッドの密着向上層の段部を増やした構成を示す断面図である。 図１のインクジェット記録ヘッドの製造工程を示す図である。 本発明に係るインクジェット記録ヘッドの第２の実施形態の概略斜視図である。 図５のインクジェット記録ヘッドの概略図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡＡ'断面の概略図である。

以下に、添付の図面に基づき、本発明の実施の形態を説明する。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。
［第１の実施形態］
図１に、本発明に係るインクジェット記録ヘッドの第１の実施形態の概略斜視図を示す。なお、内部構造がわかるように、被覆樹脂層３の一部分を省略している。

このインクジェット記録ヘッドは、エネルギー発生素子１が所定のピッチで２列並んで形成され、外部との電気的接続を行うコンタクトパッド１３が形成された基板２を有している。基板２にはインク供給口７がエネルギー発生素子１の２つの列の間に開口されている。基板２上には、密着向上層５と、各エネルギー発生素子１の上方に開口する吐出口６とインク供給口７から吐出口６に連通するインク流路８とが形成されたエポキシ樹脂からなる被覆樹脂層３が順に積層されている。図２（ａ）に図１のインクジェット記録ヘッドの上面図を示す。また、図２（ｂ）に図２（ａ）のＡＡ'断面の概略図を示す。

前述のように被覆樹脂層３の厚さによって被覆樹脂層３に生じる応力が異なる。具体的には被覆樹脂層３の厚さが厚いほど、被覆樹脂層３に生じる応力は大きくなる。従来技術のインクジェット記録ヘッドでは、この応力により、被覆樹脂層３と基板２との間に剥離が生じる可能性があり、インクジェット記録ヘッドの信頼性を損ねる場合がある。

そこで、本実施形態は、被覆樹脂層３の外周部の厚さが外周部以外の部分の厚さより薄くなるように被覆樹脂層３と基板２との間に密着向上層５を設けている。以下、詳細に説明する。

本実施形態のインクジェット記録ヘッドは、図２（ｂ）に示すように基板２と被覆樹脂層３との間に密着向上層５が配置されている。密着向上層５の基板２と接する面とは反対側の面は、平坦な面からなる階段状になっており、密着向上層５の、外周部の厚さがｔ＋ｔ１、中央部の厚さはｔとなっている。ｔ１＞０にすれば、密着向上層５の外周部の厚さが中央部の厚さより厚くなり、被覆樹脂層３の外周部の厚さｈが中央部の厚さｈ１に比べ薄くなるので、被覆樹脂層３の外周部に生じる応力を中央部に生じる応力に比べ小さくすることが可能となる。つまり、本発明の被覆樹脂層３の外周部は厚さがｈ（＜ｈ１）であり被覆樹脂層３の外周部の体積が中央部の体積よりも小さいので、被覆樹脂層３の外周部に発生する応力が中央部に比べて小さくできる。よって、本実施形態のように外周部の厚みが中央部に比べて厚い密着向上層５を設けることによって、応力を被覆樹脂層３と密着向上層５とに分散させることができる。そのため、被覆樹脂層３の外周部の応力は従来の被覆樹脂層の外周部より小さくなり、密着向上層５の外周部の応力も従来の被覆樹脂層の外周部より小さくなる。したがって、被覆樹脂層３と密着向上層５との間の剥離を抑制でき、密着向上層５と基板２との間の剥離も抑制することができる。

また、本実施形態においては、密着向上層５と被覆樹脂層３とを合わせた厚みは、外周部と中央部とで実質的に同じにしているため、基板２の外周領域においても記録ヘッドの強度の低下を抑制することができる。また、密着向上層５の階段状になっている基板２と反対側の面は平坦なため、密着向上層５の外周部の厚さｔ＋ｔ１によって被覆樹脂層３の外周部の厚さｈが決まる。本実施形態では被覆樹脂層３の内側の厚さｈ１は約３５μｍから約７５μｍで、被覆樹脂層３の外周部の厚さｈが約１７μｍから約３７μｍである。このときｈ１／ｈ≧２であることが望ましい。また、被覆樹脂層３の外周部の厚さｈ１はこれに限った値ではなく、被覆樹脂層３の外周部と密着向上層５の外周部間に剥離を生じない厚さにすればよい。

また、本実施形態では密着向上層５には高さがｔ１の１段の段部を有する外周部を設けているが、外周部には２段以上の段部を連続的に設けてもよい。つまり、図３に示すように厚さｔ＋ｔ１となる外周部の内側に高さがｔ１より小さい複数の段部が階段状に形成されているものであってよい。ただし、この場合、最外周の段部の高さが最大となるような構成にすることが好ましい。このような構成にすることによって、最大応力が発生する最外周の被覆樹脂層３の厚さｈを最小にすることができ、外周部に発生する応力をより低減させることができるためである。

このように、密着向上層５の厚さが外周から内側に向かって段階的に薄くなるように複数の段部を形成すると、被覆樹脂層３の厚さが内側から外周に向けて段階的に薄くなるように複数の段部が形成されることになる。これによって、被覆樹脂層３の外周部に発生する応力を厚さに応じて分散させることができ、剥離抑制効果をさらに向上させることができる。

次に、本実施形態のインクジェット記録ヘッドの製造方法の一例について図４を参照しながら説明する。

図４（ａ）に示すように、エネルギー発生素子１を含む基板２上に、密着向上層５を形成する。本実施形態では、密着向上層５として熱可塑性ポリエーテルアミド（日立化成工業（株）製、商品名：ＨＬ−１２００）を用いた。これは熱可塑性ポリエーテルアミドを溶剤に溶解した溶液の状態で市販されている。密着向上層５は、このような熱可塑性ポリエーテルアミドをスピンコート等によってＳｉ（シリコン）からなる基板２の面上に塗布する。密着向上層５を形成する熱可塑性の樹脂としては、ポリエーテルアミド樹脂以外に、ポリエーテルアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂等が適用可能である。次に、図４（ｂ）に示すように、その後形成するインク流路８となるパターンに沿った形状に密着向上層５をパターニングする。密着向上層５のパターニング方法は、例えば、基板２全体に形成された厚さｔ＋ｔ１の密着向上層５に、ナノインプリント技術を利用して、厚さが異なる外周領域を形成する。またはハーフエッチングによっても形成可能である。次に図４（ｃ）のように溶解可能な樹脂層４を形成する。溶解可能な樹脂層４は、インク流路８となるパターンで形成されている。この溶解可能な樹脂層４は、例えばドライフィルムのラミネートまたはレジストのスピンコート等により塗布された後、例えば紫外線（Ｄｅｅｐ−ＵＶ光）による露光および現像などによりパターニングされる。具体的な例としては、ポリメチルイソプロペニルケトン（東京応化工業株式会社製ＯＤＵＲ−１０１０）がスピンコートにより塗布されて乾燥された後、Ｄｅｅｐ−ＵＶ光による露光および現像によりパターニングが行われる。

次に、図４（ｄ）に示すように、溶解可能な樹脂層４の上にエポキシ樹脂からなる被覆樹脂層３を形成する。そして、図４（ｅ）に示すように、被覆樹脂層３に対し、例えば紫外線（Ｄｅｅｐ−ＵＶ光）による露光および現像を行い、吐出口６のパターンを形成する。次に、図４（ｆ）に示すように、インク供給口７をアルカリ溶液によるウェットエッチング等やドライエッチングにより形成し、溶解可能な樹脂層４を除去する。その後、熱キュアを行いインクジェット記録ヘッドが完成する。

以上、本実施形態によれば、被覆樹脂層３と基板２の間に密着向上層５を設け、被覆樹脂層３の外周部の厚さを中央部より薄くすることで、被覆樹脂層３の外周部に生じる応力を低減させることができ、被覆樹脂層３の外周部の剥離を抑制させることができる。また、被覆樹脂層の吐出口６が設けられている側の表面は段差がなく平坦な面とすることができる。また本実施形態においては、図１に示すように基板２の短手方向に関する被覆樹脂層３の端部において、被覆樹脂層３の厚みを低減、つまり、被服樹脂層３の厚さを厚くするする構成を示した。これはその領域において被覆樹脂層の体積が大きいため、特に、被覆樹脂層３が基板２から剥離する可能性が高いためである。しかしながら、本発明はこれに限らず、基板２の長手方向の端部、または、被覆樹脂層３の外周全体において、被覆樹脂層３の厚みを低減する構成を設けても良い。つまり、基板２の端部のうちの互いに対向する少なくとも１対の端部に重なる位置の密着向上層５の厚さを、それ以外の位置の密着向上層５の厚さよりも厚くしてやればよい。
［第２の実施形態］
本発明に係るインクジェット記録ヘッドの第２の実施形態について説明する。図５に、本発明に係るインクジェット記録ヘッドの第２の実施形態の概略斜視図を示す。なお、内部構造がわかるように、基板２の上層の一部分を省略している。図６（ａ）は図５のインクジェット記録ヘッドの上面図、（ｂ）は図６（ａ）のＡＡ'断面の概略図である。

第１の実施形態では、基板２と被覆樹脂層３との間に密着向上層５が設けられ、この密着向上層５により被覆樹脂層３の外周部の厚さを内側の厚さより薄くしていた。一方、本実施形態では、被覆樹脂層３の外周部において、密着向上層５が被覆樹脂層３に挟まれるように設けられている。つまり、密着向上層５の外周部において、密着向上層５が被覆樹脂層３を厚さ方向に分割するように配置されている。以下、この構成について詳細に説明する。なお、本実施形態のインクジェット記録ヘッドの構成は密着向上層５の外周部が被覆樹脂層３の外周部を厚さ方向に分割している以外は、第１の実施形態で説明したインクジェット記録ヘッドと同様である。よって、第１の実施形態と同様の点についての詳細の説明は省略するとともに、第１の実施形態と同じ構成要素については第１の実施形態で用いた符号と同じ符号を用いて説明する。

密着向上層５は階段形状をした薄い層であり、基板２の中央部では、基板２と被覆樹脂層３とに挟まれて配置されている。また、密着向上層５は、基板２の外周部では基板２の表面から離れ、被覆樹脂層３の外周部の内部に入り込み、被覆樹脂層３の外周部を厚さ方向に分割する層となる。この密着向上層５により、被覆樹脂層３は、中央部では厚さｈの単層であるが、外周部では、厚さがｈより小さいｈ１の上側層と、厚さがｈより小さいｈ２の下側層とに分割されている。密着向上層５によって分割された被覆樹脂層３の外周部に生じる応力はそれぞれの厚さに応じた応力に分割されるため、従来の形状と比較して応力が小さくなり、剥離を抑制することが可能となる。仮に、外周部で分割された下側層の被覆樹脂層３と基板２との間で剥離が生じたとしても、下側層の被覆樹脂層３の厚みは薄いため、下側層の被覆樹脂層３に生じる応力は小さい。また、密着性が小さい基板２と下側層の被覆樹脂層３と間で剥離が生じても、基板２と被覆樹脂層３との間よりも被服樹脂層３と密着向上層５との間の方が密着性が大きい。そのため、下側層の被覆樹脂層３と密着向上層５との間で剥離は生じない。したがって、密着向上層５が基板２から剥離することを防止することができる。本実施形態において、密着向上層５の外周部の上側の被覆樹脂層３の厚さｈ１は第１の実施例と同様に約２０μｍから約４０μｍである。

なお、上記の説明では密着向上層５は被覆樹脂層３の外周部を厚さ方向に分割するように１段の段差を有する構成である。これに加えて、密着向上層５を中央部から外周部に向かって段階的に上昇する複数の段差を有する階段状に形成し、それによって被覆樹脂層３を厚さ方向に分割する構成にしてもよい。

また、密着向上層５は、被覆樹脂層３の外周全体ではなく、基板２の端部のうちの互いに対向する少なくとも１対の端部に重なる位置において、被覆樹脂層３を厚さ方向に上側層と下側層とに分割するように配置されればよい。

上記説明において示した数値等は一例であり、本発明は、これら数値に限定されるものではない。

次に、本実施形態のインクジェット記録ヘッドの製造方法の一例について説明する。エネルギー発生素子１を含む基板２上に、被覆樹脂層３を形成した後に、外周部の下側層となる部分以外を除去する。そして、基板２と被覆樹脂層３の外周部の下側層全体を密着向上層で覆い、その後形成するインク流路８となるパターンに沿った形状に密着向上層５をパターニングする。次に溶解可能な樹脂層４をインク流路８となるパターンで形成し、全体を被覆樹脂層３で覆う。この被覆樹脂層３が、外周部においては上側層となる。次に吐出口６の形成を行うが、これ以降は上述の第１の実施形態で述べたのと同じ方法であるため、以降の説明を省略する。

１ エネルギー発生素子
２ 基板
３ 被覆樹脂層
５ 密着向上層
６ 吐出口

Claims (4)

1. インクを吐出するための複数の吐出口および各前記吐出口に連通する複数のインク流路を有する被覆樹脂層と、インクを吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子を有する基板と、前記被覆樹脂層と前記基板との間に、前記被覆樹脂層と前記基板との密着性を向上させるための密着向上層と、を備えるインクジェット記録ヘッドであって、
   前記基板の端部のうちの互いに対向する少なくとも１対の端部に対応する位置の前記密着向上層の厚さは、前記エネルギー発生素子側の位置の前記密着向上層の厚さよりも厚く、
   前記端部に対応する位置の前記被覆樹脂層の厚みをｈ、前記エネルギー発生素子側の位置の前記被覆樹脂層の厚みをｈ１とすると、
   ｈ１／ｈ≧２となっている、インクジェット記録ヘッド。
2. 前記基板の短手方向における端部に対応する位置の前記密着向上層の厚さは、前記エネルギー発生素子側の位置の前記密着向上層の厚さよりも厚くなっている、請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
3. 前記密着向上層は、前記基板の中央部から前記互いに対向する少なくとも１対の端部に向かって段階的に厚くなっている、請求項１または請求項２に記載のインクジェット記録ヘッド。
4. 前記基板の端部における、前記密着向上層と前記被覆樹脂層とを合わせた厚みは、前記基板の中央部における、前記密着向上層と前記被覆樹脂層とを合わせた厚みと等しい、請求項１から３のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。

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