JP5939777B2 - インクジェット記録ヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェット記録ヘッドにおいて基準プレートに連続的に所定幅で液体を塗布するインクジェット記録ヘッドの製造方法に関する。

従来、転写媒体上に液体を所定幅で連続的に塗布する場合には、以下のような方法が採られていた。
（１）転写媒体が対称形の場合は、転写媒体の形状に合わせて、連続的に転写する転写体（ローラやスキージ等）に作用する圧力を可変することで、転写媒体の転写領域内での転写圧力を均一に保つ方法。
（２）転写媒体の形状が、転写する幅の中心線を挟んだ両側で非対称（左右非対称）である場合には、中心線を挟んだ両側をそれぞれ連続的に転写する転写媒体を別々に設けることで、転写媒体の形状に合わせて圧力を可変し、転写圧力を均一に保つ方法。
（３）転写媒体の形状が、左右非対称である場合には、ディスペンス等で転写媒体の形状に合わせて液体を描画する方法。

特開２００７−２２３１７３号公報 特開平１０−１００４１９号公報

しかしながら、上述した従来の転写方式では以下のような課題がある。

図８（ａ）に、転写液を連続的に塗布する転写方向に交差する短辺方向Ｗの中心線Ｍに対して、非対称形状の第１の基板の一例を示す。

図８（ａ）に示すように、転写媒体としての第１の基板１０２は、インク供給口等を構成する複数の溝部１０１を有しており、複数の溝部１０１が、短辺方向Ｗの中央線Ｍに対して非対称に配置されている。

第１の基板１０２に、図８（ｂ）に示すように、転写方向に平行な所定幅で転写液を転写方向に沿って連続的に転写する。

図９に、図８（ａ）及び図８（ｂ）中に破線で示すＡ’−Ａ’線、Ｂ’−Ｂ’線、Ｃ’−Ｃ’線、Ｄ’−Ｄ’線のそれぞれに沿った各断面を示す。

図９に示すように、転写体１０３の表面に転写液１０５が定量塗布されており、転写体１０３によって第１の基板１０２を所定の荷重Ｆで押し付けながら、転写体１０３に塗布された転写液１０５を所定幅で連続的に第１の基板１０２に転写する。

図９（ａ）に示すように、第１の基板１０２のＡ’−Ａ’断面では、溝部１０１が形成されていないので、転写液１０５を押し付ける力Fが第１の基板１０２の短辺方向にわたって均一に押圧力が作用する。

図９（ｂ）及び図９（ｄ）に示すように、第１の基板１０２のＢ’−Ｂ’断面及びＤ’−Ｄ’断面では、第１の基板１０２の一部に溝部１０１が形成されている。このため、転写液１０５を押し付ける荷重Ｆが第１の基板１０２に均一に作用せずに、溝部１０１内の圧力が高くなってしまう。したがって、第１の基板１０２を保持する力が弱い場合は、第１の基板１０２が、図９（ｃ）に示すように傾いてしまう。その結果、転写体１０３に対して第１の基板１０２が傾いて浮いた側において、転写液１０５が転写されないといった不良が発生することがある。

また、第１の基板１０２を保持する力が強い場合は、溝部１０１が無い断面に比べて第１の基板１０２が転写液１０５を多く潰すので、溝部１０１の内壁部に転写液１０５が付着するといった弊害が発生することがある。

図９（ｄ）及び図９（ｅ）に示すように、Ｃ’−Ｃ’断面では、第１の基板１０２において溝部１０１の個数が最大であるので、押圧力がＡ’−Ａ’断面に比べて非常に高くなっている。

このように、転写液１０５を連続的に塗布する転写方向に沿って連続的な溝部１０１が第１の基板１０２に存在する場合、溝部１０１の有無に応じて、第１の基板１０２と転写体１０３との間に存在する転写液１０５に作用する圧力が異なってしまう。その結果、第１の基板１０２全域において同一の転写条件で転写液１０５を転写することができない。

また、溝部１０１では、転写液１０５に作用する圧力が、溝部１０１が形成されていない平坦部に比べて高くなるので、溝部１０１内への転写液１０５の入り込みが多くなり、転写不良になることがある。

そこで、本発明は、凹部または貫通溝を有する第１の基板に対して、転写液を安定的に転写することができるインクジェット記録ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法は、インクを流すための凹部または貫通溝からなる流路を表面に備える第１の基板と、インクを吐出するために利用されるエネルギを発生するエネルギ発生素子を備える第２の基板と、を用意する工程と、第１の基板の表面上に、ローラ状の転写体によって転写液を所定の方向に沿って転写する工程と、第１の基板と第２の基板とを転写液を介して貼り合わせる工程と、を備え、転写液を転写する工程において、所定の方向と直交する方向に関して、転写体と第１の基板とが転写液を介して接する長さは等しいことを特徴とする。

なお、本発明において、転写方向とは、所定幅で連続的に転写液を転写する方向を指す。

本発明によれば、転写時に転写体と第１の基板とが転写液を介して接する所定幅の面積の転写領域において、転写圧力が均一に保たれるので、転写領域において転写液を安定して転写することができる。

第１の実施形態における第１の基板の形状を示す平面図である。 第１の実施形態において、転写時の第１の基板、転写体、転写液の状態を示す断面図である。 第２の実施形態における転写体の断面形状及び転写状態を示す模式図である。 第２の実施形態において、転写体に転写液を塗布する塗布方法を説明するための断面図である。 第３の実施形態における転写方法を示す模式図である。 実施形態の製造方法を用いたインクジェット記録ヘッドを示す斜視図である。 実施形態におけるインクジェット記録ヘッドが備える、エネルギ発生素子を有する第２の基板を示す斜視図である。 従来の第１の基板の形状を説明するための模式図である。 従来において、転写時の転写媒体、転写体、転写液の状態を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

転写媒体である第１の基板の上に所定幅で連続的に転写液を転写する際に、第１の基板の転写方向におけるいずれの位置においても均一な転写状態を保つことを可能にする実施形態のインクジェット記録ヘッドの製造方法について説明する。

（第１の実施形態）
図１に、第１の実施形態における第１の基板の平面図を示す。本実施形態のインクジェット記録ヘッドの製造方法は、図１に示すように、凹部または貫通溝１１を含むインク流路を有する矩形状の第１の基板２の上に、ローラ状の転写体を用いて、転写方向に平行な所定幅で連続的に転写液を転写する工程を有している。本実施形態では、第１の基板２の上に転写液を塗布した後に、インクにエネルギを付与するエネルギ発生素子を有する第２の基板を、第１の基板２に転写液を介して貼り合せる。

図１に示すように、第１の基板２には、矩形状をなす複数の溝部１が設けられている。また、第１の基板２には、表面積を減らすための複数の表面積調整用凹部１１が設けられている。

図２に、転写時の、図１における各Ａ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線に沿った各断面図を示す。図２中において、表面積調整用凹部１１の深さをＶ、ロール状の転写体３の周面上に一定厚で塗布された転写液５の塗布厚をｔで示す。

図１に示すように、第１の基板２には、Ａ−Ａ線及びＣ−Ｃ線に沿った断面において、溝部１が、第１の基板２の転写方向に直交する短辺方向Ｗに対する片側に溝部１が偏って配置されている。

図２（ｂ）に示すように、Ｂ−Ｂ断面においては、複数の溝部１が第１の基板２の短辺方向Ｗの両側にそれぞれ配置されている。

このように、第１の基板２の上に形成された溝部１は、転写液５を連続的に転写する転写方向に沿った各断面で様々な形状であるので、転写時に生じる転写圧力が、転写方向に沿った断面ごとに変化してしまう。

そのため、本実施形態では、第１の基板２に、表面積調整用凹部１１を各断面に設ける。

表面積調整用凹部１１の大きさは、第１の基板２の表面積が最小となる部分の表面積に応じて設定される。

本実施形態では、Ｂ−Ｂ線に沿った断面（Ｂ−Ｂ断面）における、溝部１が占める割合（溝部の総幅寸法）が最大なので、各断面での溝部１の総幅寸法と、Ｂ−Ｂ断面での溝部１の総幅寸法との差分を、表面積調整用凹部１１の総幅寸法として設定する。

また、本実施形態においては、第１の基板２の溝部１の上に、エネルギ発生素子を有する第２の基板（不図示）が、後工程で配置される。

そして、溝部１は、インクにエネルギを付与するエネルギ発生素子を有する第２の基板に、インクを供給するために、転写液５によって溝部１の周囲をそれぞれ覆う必要がある。図１（ｃ）に示すように、Ｃ―Ｃ線に沿った断面において、矩形状の溝部１の短辺方向における第１の基板２の両端部に表面積調整用凹部１１を配置した場合、転写液５が、エネルギ発生素子を有する第２の基板の裏面に十分に付着しなくなる。そのため、溝部１の周囲を転写液５で覆うことができなくなる。

このような場合には、図１に示すように、表面積調整用凹部１１を所望の幅寸法で溝部１の短辺方向の両側に相当する位置に、溝部１の周囲から離して配置する。加えて、第１の基板２のＡ−Ａ線に沿った断面を含む所定幅における表面積を、他の断面を含む所定幅における表面積と同じにする。

このようにして、本実施形態では、第１の基板２の各断面を含む所定幅における表面積が一定に揃えられる。すなわち、転写時に転写体３と第１の基板２とが転写液５を介して接する所定幅の面積が、転写方向にわたって同一にされている。これによって、図２に示すように、第１の基板２に一定の荷重Ｆを掛け、転写体３の周面に一定厚で塗布された転写液５に押し付けて転写を行なったときに、各断面の位置において押圧力（転写圧力）が等しくなる。

なお、表面積調整用凹部１１は、転写体３の移動方向に対して直交する方向で、溝部１と対称に配置することが望ましい。

しかし、溝部１の配置等によって、表面積調整用凹部１１を対称に配置することが難しい場合には、ほぼ対象となるように表面積調整用凹部１１を配置することが望ましい。

また、転写体３上の転写液５を転写時に一定の荷重Ｆで第１の基板２を押圧したとき、転写液５が押し潰されて薄くなる。そのため、潰された転写液５が表面積調整用凹部１１内に入ったときに、潰れた量の転写液５によって、表面積調整用凹部１１内が埋められてしまった場合、表面積調整用凹部１１が設けられていない状態と実質的に等しくなってしまう。その結果、第１の基板２と転写液５との接触面積が変わってしまい、所定幅における第１の基板２の押圧力が変化してしまう。

だだし、所定の荷重Ｆによって転写液５が潰れる量は、転写液５の粘度等の材料的な要因や、所定の荷重Ｆの荷重条件等の装置条件によって異なっている。そこで、転写液５によって表面積調整用凹部１１内が埋まることを避けるために、表面積調整用凹部１１の深さＶは、転写体３上に一定厚で塗布された転写液５の塗布厚ｔよりも大きくなるように形成することが望ましい。

上述したように、本実施形態によれば、転写時に転写体３と第１の基板２とが転写液５を介して接する所定幅の面積が、転写方向にわたって同一にされている。これによって、転写時に転写体３と第１の基板２とが転写液５を介して接する所定幅の面積の転写領域において、転写圧力が均一に保つことが可能になる。その結果、転写領域において転写液５を安定して転写することができる。

（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について説明する。図３に、第２の実施形態における転写体の模式図を示す。図３（ａ）に第１の基板の側面図を示し、図３（ｂ）に第１の基板のＤ−Ｄ線に沿った断面図を示し、図３（ｃ）に転写体によって転写液を転写する状態の断面図を示す。

図３に示すように、転写体３には、転写体３の表面積を減らすための表面積調整用凹部１２が設けられており、転写体３の周面に転写液５が塗布される。

第１の基板２の、溝部１が設けられていない平坦な部分が少ないために、第１の実施形態のような表面積調整用凹部１１を第１の基板２に設けることが困難な場合がある。このような場合等には、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、転写体３側に表面積調整用凹部１２を設けることによって、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

第１の基板２は、転写液５を連続的に転写するときの所定幅において、第１の基板２の表面積が最小となる部分（最小表面積）がある。表面積調整用凹部１２は、第１の基板２に転写液５を連続的に転写するときの所定幅において、第１の基板２の最小表面積と、第１の基板２の他の部分の表面積とが等しくなるように設けられる。表面積調整用凹部１２は、第１の基板２に形成された溝部１に対応する以外の部分に設けられている。

図３（ｃ）に、本実施形態において、転写時の第１の基板２、転写体３、転写液５及び表面積調整用凹部１２の状態の模式図を示す。

図３ｃに示すように、表面積調整用凹部１２は、溝部１と第１の基板２の転写方向に対して対称位置になるように配置することが望ましい。

第１の基板２上の溝部１等の配置によって、表面積調整用凹部１２を、短辺方向Ｗの中心線Ｍに対して対称位置に配置することができない場合は、可能な限り対称位置に近い位置に配置することが好ましい。表面積調整用凹部１２を対称位置に近い位置に配置することで、第１の基板２に作用する荷重Ｆが、転写液５を潰すときに均等に作用し、安定した転写を行うことができる。

図４に、本実施形態において、転写体３の表面に転写液５を塗布する状態の断面図を示す。
図４に示すように、転写体３上に塗布される転写液５の塗布厚を調整するためにスキージ８を用いてもよい。

図４に示すように、転写体３の一部を、容器に溜めた転写液５に浸漬させ、図４中における反時計回りに転写体３を回転させることで、転写液５が転写体３の周面に塗布される。

その後、スキージ８と転写体３との隙間を予め調整することで、転写体３に塗布された余分な転写液５が除去され、転写液５が所望の膜厚で転写体３上に塗布される。このとき、表面積調整用凹部１２は、転写体３を転写液５に浸漬させたときに、転写液５で埋まらない深さに設定することが望ましい。

（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態について説明する。図５に、本実施形態における転写方法を説明するための模式図を示す。

図５（ａ）に示すように、予め転写体３の周面上に転写液５を所望の厚みで塗布する。その後、図５（ｂ）に示すように、第１の基板２の、転写液５を転写させたい転写面を鉛直下方に向けて配置する。その際、第１の基板２と転写体３の高さの関係では、第１の基板２の厚み及び反り等のばらつきを考慮し、転写体３の周面の最も上の位置よりも第１の基板２の転写面が必ず鉛直下方に位置するように設定することが望ましい。

また、第１の基板２は、転写体３に対して一定の荷重Fを負荷する押圧機構（不図示）によって押圧される。

そして、図５（ｃ）に示すように、第１の基板２を図５中の矢印ａ方向に移動させることで、転写面を転写体３上に沿って移動させる。このとき、転写体３は、第１の基板２の移動に伴って図５中の反時計回りに回転され、転写体３の周面に連続的に転写液５が供給される。

また、第１の基板２は、一定の荷重Fが作用する方向と反対方向に移動可能に支持されている。このため、第１の基板２の厚みまたは反り等がばらついた場合でも、一定の荷重Ｆ以上の反力が生じたときに、第１の基板２は、一定の荷重Fが作用する方向と反対方向に逃げるように支持されている。

以上のようなインクジェット記録ヘッドの製造方法を用いて製造されたインクジェット記録ヘッドを示す。

インクジェット記録ヘッドは、いずれも電気信号に応じて膜沸騰をインクに対して生じさせるための熱エネルギを生成する電気熱変換素子を用いたバブルジェット（登録商標）方式のインクジェット記録ヘッドである。

さらに、電気熱変換素子とインク吐出口とが対向して配置された、いわゆるサイドシュータ型のインクジェット記録ヘッドである。

（１）インクジェット記録ヘッド
図６に、インクジェット記録ヘッドの分解斜視図を示す。図６に示すように、インクジェット記録ヘッドは、第１の基板としての基準プレートＨ１５００、エネルギ発生素子を有する第２の基板としての素子基板Ｈ１１００、フレキシブル配線部材Ｈ１３００、転写液としての接着剤H１６００を備えて構成されている。

（１−１）エネルギ発生素子を有する基板Ｈ１１００
図７に、エネルギ発生素子を有する素子基板Ｈ１１００の構成を説明するための斜視図を、一部破断して示す。図７に示すように、素子基板Ｈ１１００は、例えば、厚さ０．５ｍｍ〜１ｍｍ程度のＳｉ基板Ｈ１１１０を用いて形成されている。素子基板Ｈ１１００は、Ｓｉ基板Ｈ１１１０に、インク流路としての長溝状の貫通口であるインク供給口Ｈ１１０２が、Ｓｉの結晶方位を利用した異方性エッチングやサンドブラスト等の方法で形成されている。

Ｓｉ基板Ｈ１１１０には、インク供給口Ｈ１１０２を間に挟んでその両側に、エネルギ発生素子としての電気熱変換素子Ｈ１１０３が１列ずつ並べて配置されている。さらに、Ｓｉ基板Ｈ１１１０には、電気熱変換素子Ｈ１１０３に電力を供給する不図示の電気配線が、Ａｌ等によって形成されている。これら電気熱変換素子Ｈ１１０３と電気配線は、既存の成膜技術を利用して形成することができる。

各列の電気熱変換素子Ｈ１１０３は、互いに千鳥状になるように配列されている。すなわち、各列の吐出口の位置が、その列方向に直交する方向に並ばないように、列方向に対して位置をずらして配置されている。

電気熱変換素子Ｈ１１０３を有する素子基板Ｈ１１００では、インク供給口Ｈ１１０２から供給されたインクは、各電気熱変換素子Ｈ１１０３の発熱によって発生した気泡の圧力によって、各電気熱変換素子Ｈ１１０３に対向する吐出口１１０７から吐出される。

（１−２）フレキシブル配線部材Ｈ１３００
フレキシブル配線部材Ｈ１３００は、電気熱変換素子Ｈ１１０３を有する素子基板Ｈ１１００に対して、インクを吐出用の電気信号を印加する電気信号経路が形成されており、ポリイミドのベース基材上に、銅箔の配線パターンが形成されてなる。

また、電気熱変換素子Ｈ１１０３を有する素子基板Ｈ１１００を組み込むための開口部が形成されている。この開口部の縁付近には、電気熱変換素子Ｈ１１０３を有する素子基板Ｈ１１００の電気接続端子部Ｈ１１０４に相当する位置に電極部Ｈ１３０４が形成されている。

さらに、フレキシブル配線部材Ｈ１３００には、装置本体からの電気信号を受け取るための外部信号入力端子Ｈ１３０２が形成されており、この外部信号入力端子Ｈ１３０２と電極部Ｈ１３０４が連続した銅箔の配線パターンで繋がれている。

（１−３）基準プレートＨ１５００
基準プレートＨ１５００は、例えば、セラミックによって形成されている。基準プレートＨ１５００には、インク流路の下流部に、電気熱変換素子Ｈ１１０３を有する基板Ｈ１１００にインクを供給するための溝部であるインク供給口Ｈ１１０２が形成されている。

また、基準プレートＨ１５００には、表面積を減らすための表面積調整用凹部１１が配置されている。基板Ｈ１１００と基準プレートＨ１５００とを接合するために用いられる接着剤H１６００としては、低粘度で硬化温度が低く、短時間で硬化し、硬化後は、比較的高い硬度を有し、かつ、耐インク性を有するものが望ましい。この接着剤Ｈ１６００としては、例えばエポキシ樹脂を主成分とした熱硬化接着剤が挙げられる。この熱硬化接着剤を用いた場合には、その接着層の厚みが１０μｍ程度になることが望ましい。

また、電気熱変換素子Ｈ１１０３を有する素子基板Ｈ１１００の接着面の周囲の平面には、フレキシブル配線部材Ｈ１３００の一部の裏面が、同一の接着剤によって接着固定される。

１ 溝部
２ 第１の基板
３ 転写体
５ 転写液

Claims (10)

1. インクジェット記録ヘッドの製造方法において、
   インクを流すための凹部または貫通溝からなる流路を表面に備える第１の基板と、インクを吐出するために利用されるエネルギを発生するエネルギ発生素子を備える第２の基板と、を用意する工程と、
   前記第１の基板の前記表面上に、ローラ状の転写体によって転写液を所定の方向に沿って転写する工程と、
   前記第１の基板と前記第２の基板とを前記転写液を介して貼り合わせる工程と、を備え、
   前記転写液を転写する工程において、前記所定の方向と直交する方向に関して、前記転写体と前記第１の基板とが前記転写液を介して接する長さは等しいことを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。
2. 前記転写体と前記第１の基板とが前記転写液を介して接する領域は、前記所定の方向に平行な中心線に対して対称である、請求項１に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
3. 前記第１の基板は、表面積を減らすための表面積調整用凹部を有する、請求項２に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
4. 前記表面積調整用凹部の深さは、前記転写体の周面に塗布されている前記転写液の厚みよりも大きい、請求項３に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
5. 前記第１の基板の前記表面の前記所定の方向に平行な中心線の両側における表面積は互いに等しい、請求項３または４に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
6. インクジェット記録ヘッドの製造方法において、
   インクを流すための凹部または貫通溝からなる流路と、インクを流すためには使用されない凹部または貫通溝からなる調整部と、を表面に備える第１の基板と、インクを吐出するために利用されるエネルギを発生するエネルギ発生素子を備える第２の基板と、を用意する工程と、
   前記第１の基板の前記表面上に、ローラ状の転写体によって転写液を所定の方向に沿って転写する工程と、
   前記第１の基板と前記第２の基板とを前記転写液を介して貼り合わせる工程と、を備え、
   前記第１の基板の前記表面において、前記所定の方向と直交する方向に関して、前記流路と前記調整部とが並べて配されていることを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。
7. 前記第１の基板の前記表面において、前記所定の方向に関して、前記流路と前記調整部とが並べて配されている、請求項６に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
8. 前記第１の基板の前記表面において、前記所定の方向に関して、前記流路と前記調整部とが交互に配されている、請求項６または７に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
9. 前記調整部の深さは前記流路の深さよりも浅い、請求項６ないし８のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
10. 前記第１の基板の前記表面には、前記流路と前記調整部とを備えている第１の領域と、前記流路を備えており前記調整部を備えていない第２の領域とが、前記所定の方向に関して並んでおり、
    前記第１の領域が前記第２の領域よりも、前記所定の方向の長さが同一である範囲内において前記表面上で前記流路が占める面積が小さくなるようにする、請求項６ないし９のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。

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