JP5858813B2 - 液体吐出ヘッド及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の液体吐出ヘッドは、インクを被記録媒体に吐出して記録を行うインクジェット記録ヘッドや、バイオチップ作製や電子回路印刷用途の液体吐出ヘッドとして使用することができる。
図1は、本発明の液体吐出ヘッドの一例を示す模式的斜視図であり、図2は、本発明に用いることのできる吐出素子基板(チップ)の一例の模式的斜視図であり、図3は、本発明の液体吐出ヘッドの一例の一部に着目した図である。なお、図3(a)は、液体吐出ヘッドの一例の一部を吐出口面(吐出口部材の吐出口を有する面)の上方から見た模式的平面図であり、図3(b)は、図3(a)のA−A’断面図である。この図3(a)及び後述する図4(a)では、ヘッドの長辺方向を一部省略して記載しており、後述する液体供給口4と吐出口1との位置関係を明確化するため、液体供給口4を記載している。
チップ101は、図1及び2に示すように、液体(例えば、インク)を吐出する吐出口1を有する吐出口部材11、この吐出口から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3を有する基板12、及び、電力を受け取るためのパッド(電極端子)13を有する。
パッド13は、基板12のおもて面(基板12の対向する2つの面のうち、吐出口部材11が設けられる面)の端部に設けられており、このパッドを通じて外部から電力をチップに供給することが可能である。
電気配線基板102は、リード配線14を有し、このリード配線をパッド13に電気的に接続することよって、チップと電気的に接続されている。また、電気配線基板は、チップ101を組み込むための貫通孔と、チップの電極端子に対応するリード端子(不図示)と、例えばプリンタ本体からの電気信号を受け取るための入力端子(不図示)とを有することができる。なお、この貫通孔の内部に、チップの少なくとも一部を配置することができ、図3(b)では、電気配線基板102は、チップ、より具体的には、吐出口部材11を囲むように配置されている。
支持部材103は、図3に示すように、電気配線基板102を支持(接着固定)し、かつチップを囲む開口部を有する。即ち、支持部材の開口部の内部に、チップの少なくとも一部を配置することができる。なお、この支持部材の開口部は有底、即ち凹みであることができる。また、電気配線基板の裏面を支持部材103に接着固定することにより、チップと、電気配線基板とをほぼ同一平面で電気的に接続することができる。なお、支持部材は、液体供給口4に液体を供給する液体供給流路5を有することができるが、この供給流路5はチップを囲む支持部材の開口部には含まれず、封止部材が配置されることはない。また、支持部材は、樹脂エンプラ、アルミナ、セラミック、金属等を用いて作製することができ、支持部材の形状は例えばプレート状とすることができる。
チップ周囲封止部材104は、支持部材103の少なくとも一部に接触させた状態で配置することができ、図3(b)では、支持部材の開口部(凹み)の底面及び側面に接触させた状態で配置されている。また、封止部材104は、基板12の外周に設けることができ、基板の外周面を構成する各側面(端面)12aの少なくとも一部に接触させた状態で配置されていても良く、基板12の外周面全体に接触させた状態で配置されていても良い。さらに、チップ周囲封止部材は、吐出口部材(特に図2に示す吐出口部材の外側面11a)や、電気配線基板102の一部や、接着部材(特に接着部材の外側面)や、リード配線14に接触させた状態で配置することもできる。
チップ周囲封止材料は、チップ及び配線基板を支持する支持体と、チップとの間の隙間15を短時間で充填し、かつインク等の液体やその他の要因からチップ(特に基板)を保護することが望まれる。なお、この隙間15は、通常、幅が1mm以下であるため、チップ周囲封止材料は流動性があることが望まれる。
この機能を満たすために、チップ周囲封止材料として、低粘度で流れ性が良好であり、かつ幅広い環境温度域において柔軟性を有する低チキソ性の材料を使用することが望ましい。
同時に、チップ周囲封止材料は、後述する主材、硬化材および各種添加剤を含むことができるが、本発明では、チップ周囲封止材料の表面張力を低下させ、本発明の効果を得る目的で、以下の表面調整剤を含む。即ち、チップ周囲封止材料は、ポリエーテル変性ポリジメチルシロキサン、ポリエステル変性ポリジメチルシロキサン、及びアラルキル変性ポリメチルアルキルシロキサンのうちの少なくとも1種を用いる。また、2種以上を併用してもよい。
ポリエーテル変性ポリジメチルシロキサン:BYK−333、BYK−306、BYK−331、BYK−349(いずれも商品名、ビックケミー・ジャパン社製)。
ポリエーテル変性水酸基含有ポリジメチルシロキサン:BYK−377(商品名、ビックケミー・ジャパン社製)。
アラルキル変性ポリメチルアルキルシロキサン:BYK−322、BYK−323(いずれも商品名、ビックケミー・ジャパン社製)。
ポリエステル変性水酸基含有ポリジメチルシロキサン:BYK−370(商品名、ビックケミー・ジャパン社製)。
JP200(商品名、日本曹達社製)、R45EPT(商品名、ナガセケムテックス社製)、PB1000(商品名、ダイセル化学社製)。
アミン系硬化剤としては、例えば、以下の脂肪族アミン、脂環式アミン、芳香族アミン及びその他のポリアミノアミドを挙げることができる。
具体的に、脂肪族酸無水物としては、例えば、ドデセニル無水コハク酸(DDSA)、ポリアジピン酸無水物(PADA)、ポリアゼライン酸無水物(PAPA)、ポリセバシン酸無水物(PSPA)、ポリ(エチルオクタデカンニ酸)無水物(SB−20AH)、ポリ(フェニルヘキサデカンニ酸)無水物(ST−2PAH)を挙げることができる。
ハロゲン系酸無水物としては、例えば、無水ヘット酸(HET)、テトラブロモ無水フタル酸(TBPA)を挙げることができる。
BN−1015(商品名、日本曹達社製)、R131MA8(商品名、サートマー社製)、R131MA5(商品名、サートマー社製)。
電気接続部封止部材105は、チップ周囲封止部材に接触して配置され、かつチップと電気配線基板との電気接続部を被覆しており、この電気接続部封止部材によって電気接続部が封止されている。この電気接続部は、チップ101と電気配線部材102とを電気的に接続するリード配線14、リード配線とチップとの接続部(パッド13)、及びリード線と電気配線基板との接続部(不図示)を含むことができる。
また、電気接続部封止部材は、以下の電気接続部封止材料の硬化物であることができる。
電気接続部封止部材105は、電気接続部分の封止を確実に行うことはもちろんのこと、プリンタ等に設置され、吐出口配設面を清掃するブレードやワイパー等によるこすりや、紙ジャムによる紙等との接触によっても剥れないことが求められる。よって、電気接続部封止材料は、硬化後の硬度が高く、高粘度、高チキソ性の形状が保持しやすい材料であることが好ましく、この観点からフィラーを含有する。
接着部材106は、例えば熱硬化型エポキシ樹脂等の接着剤からなることができ、基板12と支持部材103とは、この接着部材を介して接合されることができる。
通常、望まれる特性の違いから、チップ周囲封止部材の線膨張係数は、電気接続部封止部材の線膨張係数より大きくなる。チップ周囲封止部材の線膨張係数は、例えば80ppm/℃以上200ppm/℃以下とすることができる。しかしながら、収縮応力等がチップに対して与える影響をできるだけ小さくする観点から、チップ周囲封止部材の線膨張係数は、85ppm/℃以上180ppm/℃以下とすることが好ましく、90ppm/℃以上150ppm/℃以下とすることがより好ましい。一方、電気接続部封止部材の線膨張係数は、例えば8ppm/℃以上30ppm/℃以下のものを用いることができる。
次いで、本発明の製造方法を、図3及び4を用いて詳しく述べる。図4(a)は、後述するチップ周囲封止材料塗布工程(充填工程)前のヘッドにおける一部(封止部)の上面図である。また図4(b)は、図4(a)のB‐B’断面図である。
図4に示す、チップ101と、チップに電気的に接続された電気配線基板102と、チップ及び配線基板102を固定した支持部材103とを有するヘッドに、チップ周囲封止材料及び電気接続部封止材料をそれぞれ塗布し、これらの材料を同時に加熱した。
また、各例について以下に示す評価を行った。尚、表1中のチップ周囲封止材料組成に記載の数字は質量部を示す。
・主材
EP−4100E(商品名):ADEKA社製、ビスA型エポキシ樹脂 100質量部
・硬化材
ヘキサヒドロフタル酸無水物 80質量部
・硬化触媒
2E4MZ(商品名):四国化成社製、イミダゾール系硬化触媒 1質量部
・フィラー
FB−940(商品名):DENKA社製、シリカフィラー 600質量部
・シランカップリング剤
A−187(商品名):日本ユニカー社製 5質量部
流れ性と粘度には相関があるため、硬化前の液状樹脂組成物(チップ周囲封止材料)の25℃での粘度(回転数2.5rpm(min−1))を、TVE−22H型粘度計(商品名、東機産業社製)を用いて測定し、以下の基準に基づき評価を行った。
○:粘度が20Pa・s未満で流れ性が良好、
△:粘度が20Pa・s以上で使用に問題はないが改良の余地あり。
各例について、上記組成の電気接続部封止材料を用いて作製した電気接続部封止部材と、表1に示す各チップ周囲封止材料を用いて作製したチップ周囲封止部材とのCTE差を、以下の基準に基づき評価した。なお、この電気接続部封止部材の線膨張係数は、20ppm/℃であった。CTEの測定には、EXSTAR TMA/SS6100(商品名、エスアイアイ・ナノテクノロジー社製)を用いた。
大:CTE差が50ppm/℃以上、
小:CTE差が50ppm/℃未満。
各例において、作製した液体吐出ヘッドを、−30℃に30min置いた後、100℃に30min置く操作を1セットとして、連続して100セット行うヒートサイクル試験を行い、以下の基準に基づき評価した。ヒートサイクル装置はTSE−11−A(商品名、エスペック社製)を用いた。
○:特に変化なし(封止部材にクラックが発生しない)。
×:封止部材にクラックが発生した。
1)R45EPT(商品名):ナガセケムテックス社製、ポリブタジエン骨格エポキシ樹脂
2)EP−4100E(商品名):ADEKA社製、ビスA型エポキシ樹脂
・硬化材
3)BN−1015(商品名):日本曹達社製、ポリブタジエン骨格酸無水物
・硬化触媒
4)PN−23(商品名):味の素ファインテクノ社製、イミダゾール系アミンアダクト硬化触媒
・フィラー
5)FB−940(商品名):DENKA社製、シリカフィラー
・表面調整剤
6)BYK−333(商品名):ビックケミー・ジャパン社製、ポリエーテル変性ポリジメチルシロキサン
7)BYK−306(商品名):ビックケミー・ジャパン社製、ポリエーテル変性ポリジメチルシロキサン
8)BYK−349(商品名):ビックケミー・ジャパン社製、ポリエーテル変性ポリジメチルシロキサン(ポリエーテル変性シロキサン)
9)BYK−322(商品名):ビックケミー・ジャパン社製、アラルキル変性ポリメチルアルキルシロキサン
10)BYK−323(商品名):ビックケミー・ジャパン社製、アラルキル変性ポリメチルアルキルシロキサン
11)BYK−370(商品名):ビックケミー・ジャパン社製、ポリエステル変性水酸基含有ポリジメチルシロキサン。
12)BYK−381(商品名):ビックケミー・ジャパン社製、アクリル系共重合物。
2 流路
3 エネルギー発生素子
4 供給口
5 供給流路
11 吐出口部材
11a 吐出口部材の側面
12 基板
12a 基板の側面
13 パッド(電極端子)
14 リード配線
15 チップと支持部材の開口部との隙間
101 吐出素子基板(チップ)
102 配線基板
103 支持部材
104 チップ周囲封止部材
105 電気接続部封止部材
106 接着部材
107 部材
1000 液体吐出ヘッド
Claims (3)
- 液体を吐出する吐出口を有する吐出口部材、該吐出口から液体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、および電力を受け取るための電極端子を有するチップと、
該電極端子に電気的に接続されるリード配線を有する電気配線基板と、
該電気配線基板を支持し、かつ該チップを囲む開口部を有する支持体と、
該チップと該支持体の開口部との間の隙間を埋めるチップ周囲封止部材と、
該チップ周囲封止部材に接触して配置され、かつ該チップと該電気配線基板との電気接続部を覆う電気接続部封止部材と
を含む液体吐出ヘッドであって、
該電気接続部封止部材は、フィラーを含有する電気接続部封止部材形成用材料の硬化物であり、
該チップ周囲封止部材は、ポリエーテル変性ポリジメチルシロキサン、ポリエステル変性ポリジメチルシロキサン、およびアラルキル変性ポリメチルアルキルシロキサンのうちの少なくとも1種を含有するチップ周囲封止部材形成用材料の硬化物であり、
該チップ周囲封止部材と該電気接続部封止部材との線膨張係数の差が50ppm/℃以上であることを特徴とする液体吐出ヘッド。 - 前記チップ周囲封止部材形成用材料が、ポリブタジエン骨格を有するエポキシ樹脂と、ポリブタジエン骨格を有する酸無水物と、硬化触媒とを含むことを特徴とする請求項1記載の液体吐出ヘッド。
- 液体を吐出する吐出口を有する吐出口部材、該吐出口から液体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、および電力を受け取るための電極端子を有するチップと、
該電極端子に電気的に接続されるリード配線を有する電気配線基板と、
該電気配線基板を支持し、かつ該チップを囲む開口部を有する支持体と、
該チップと該支持体の開口部との間の隙間を埋めるチップ周囲封止部材と、
該チップ周囲封止部材に接触して配置され、かつ該チップと該電気配線基板との電気接続部を覆う電気接続部封止部材と
を含み、該チップ周囲封止部材と該電気接続部封止部材との線膨張係数の差が50ppm/℃以上である液体吐出ヘッドを製造する方法であって、
該チップと該支持体の開口部との間の隙間を、ポリエーテル変性ポリジメチルシロキサン、ポリエステル変性ポリジメチルシロキサン、およびアラルキル変性ポリメチルアルキルシロキサンのうちの少なくとも1種を含有するチップ周囲封止部材形成用材料で埋める工程と、
該電気接続部を、フィラーを含有する電気接続部封止部材形成用材料で被覆し、その際、該電気接続部封止部材形成用材料を該チップ周囲封止部材形成用材料に接触させる工程と、
該チップ周囲封止部材形成用材料および該電気接続部封止部材形成用材料を硬化し、該チップ周囲封止部材および該電気接続部封止部材を形成する工程と
を含むことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
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