JP6192438B2 - 液体吐出ヘッドおよび記録装置 - Google Patents

Description

本発明は、吐出口から液体を吐出する液体吐出ヘッドおよび記録装置に関する。

インクジェットプリンタは、高速、高画質化に伴い、液体吐出ヘッドの高密度化が進んでいる。そのため、液体吐出ヘッドを構成する各部材はより小さく薄くなっている。それによって、液体吐出ヘッドを構成する主要部材である基板と流路形成部材は、接着などによる応力により変形が起こり易い状態となっている。流路形成部材の変形が起こると、流路形成部材に形成されている液体を吐出する吐出口の変形が生じ、液体を記録媒体上の狙った位置に正確に着弾させることが困難になる。さらに基板と流路形成部材との剥離といった弊害を引き起こすことがある。

このような、基板と流路形成部材の変形を抑制する手段として、特許文献１に開示されている方法がある。特許文献１に開示されている方法では、流路形成部材の上面少なくとも１本以上のスリット、溝、へこみを設けることにより、流路形成部材の体積収縮による応力を緩和し、基板との界面での剥離を抑制している。

特開２００７−３３１２４５号公報

基板を流路形成部材と接合するため接着剤としては、耐インク性の観点から熱硬化性接着剤が採用されている。熱を与えることで接着剤を硬化させ、常温に戻る際に発生する基板の収縮応力は流路形成部材を引っ張る方向に応力が働く。特許文献１に開示される方法は、流路形成部材の上面に溝を設けることで流路形成部材の体積収縮により発生する応力に対する変形や剥離の防止している。

しかしながら、特許文献１のような流路形成部材の上面に溝を有していても、特許文献１では流路形成部材の変形を許容する構成であるため、吐出口の変形が生じ、液体を記録媒体上の狙った位置に正確に着弾させることは困難である。

よって本発明は、基板を流路形成部材と接合する接着剤の収縮応力、流路形成部材の変形、剥離を抑制し、高品位な記録を行う事が出来る液体吐出ヘッドおよび記録装置を提供することを目的とする。

そのため本発明の液体吐出ヘッドは、液体を吐出する吐出口を備えた流路形成部材と、前記流路形成部材を備えシリコンで形成された基板と、前記流路形成部材が設けられた面とは反対側の前記基板の面と接着され、前記基板を支持する支持部材と、を備えた液体吐出ヘッドにおいて、前記基板は、前記流路形成部材が設けられた面とは反対側の前記基板の前記面に沿って延在する溝を側面に備えていることを特徴とする。

本発明によれば液体吐出ヘッドの基板の側面には、溝が設けられている。これによって、基板を流路形成部材と接合する接着剤の収縮応力、流路形成部材の変形、剥離を抑制し、高品位な記録を行う事が出来る液体吐出ヘッドおよび記録装置を実現することができる。

記録装置を示した斜視図である。 液体吐出ヘッドを示した斜視図である。 （ａ）から（ｄ）は、本発明の効果について示した図である。 基板１の応力分散部１１を示した斜視図である。 （Ａ）から（Ｆ）は、液体吐出ヘッドを製造する工程を示した図である。 （ａ）、（ｂ）は、本発明のその他の実施形態を示した図である。

以下、図面を参照して本発明の第１の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態を適用可能な記録装置を示した斜視図である。本実施形態における記録装置は、シリアルスキャン方式の記録装置であり、ガイド軸２０２によって、キャリッジ２００が矢印Ａの主走査方向に移動自在にガイドされている。キャリッジ２００にはベルト２０４が連結され、そのベルト２０４はプーリ２０５、２０６の間に架け渡されている。キャリッジモータ２０３によって駆動されるプーリ２０５の回転方向に応じて、ベルト２０４を介して、キャリッジ２００が主走査方向に往復移動する。キャリッジ２００には、液体吐出ヘッド２０１が搭載されている。液体吐出ヘッド２０１は、液体を吐出可能な液体吐出液体吐出ヘッドであり、キャリッジ２００に４色のインクに対応した液体吐出ヘッド２０１を搭載している。キャリッジ２００にブラックインク用の液体吐出ヘッド２０１Ｋ、シアンインク用の液体吐出ヘッド２０１Ｃ、マゼンタインク用の液体吐出ヘッド２０１Ｍ及びイエローインク用の液体吐出ヘッド２０１Ｙを搭載することで、カラー画像を記録することができる。

図２は、本実施形態の液体吐出ヘッドを示した斜視図である。液体吐出ヘッドは、プリンタ、複写機、通信システムを有するファクシミリ、プリンタ部を有するワードプロセッサなどの装置、各種処理装置と複合的に組み合わせた産業記録装置等に搭載可能である。この液体吐出ヘッド６を用いることによって、紙、糸、繊維、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックスなど種々の記録媒体に記録を行うことができる。

なお、本明細書内で用いられる「記録」とは、文字や図形などを記録媒体に対して付与することだけでなく、パターンなどの意味を持たない画像を付与することも意味することとする。

さらに「インク」とは広く解釈されるべきものであり、記録媒体上に付与されることによって画像、模様、パターン等の形成、記録媒体の加工、或いはインクまたは記録媒体の処理に供される液体を言うものとする。ここで、インクまたは記録媒体の処理としては、例えば、記録媒体に付与されるインク中の色材の凝固または不溶化による定着性の向上や、記録品位ないし発色性の向上、画像耐久性の向上などのことをいう。

本発明の液体吐出ヘッド６は、エネルギー発生素子７を備えた液体吐出ヘッド用基板（以下、単に基板ともいう）１と、液体吐出ヘッド用基板１上に形成する流路形成部材２と、流路を形成し、基板１を支持する部材である支持部材４とを接着剤５により接着することにより構成している。流路形成部材２は、エネルギー発生素子７が設けられた液体吐出ヘッド用基板１の面と対向する対向部を貫通して設けられた複数の貫通孔を有している。このような流路形成部材２は、樹脂材料で構成されており、複数の貫通孔はフォトリソグラフィー技術やエッチング技術を用いて一括して設けられている。ここで、流路形成部材２に設けられた貫通孔は、エネルギー発生素子７が設けられた液体吐出ヘッド用基板１の面と対向する位置に開口する第１の開口部と、液体を吐出する側に設けられた第２の開口部と、を連通することで設けられている。複数の貫通孔は、エネルギー発生素子７により発生されるエネルギーを利用して液体を吐出する吐出口３として用いられ、これらが所定のピッチで一列に配列し、吐出口列を構成している。

液体吐出ヘッド用基板１に設けられるエネルギー発生素子７としては、電気熱変換素子（ヒーター）または、圧電素子（ピエゾ素子）等を用いることができる。液体吐出ヘッド用基板１はシリコンでできており、基板１の吐出口列と対向する位置には、複数のエネルギー発生素子７が列状に設けられ、複数配列することで素子列となっている。この素子列の間には、液体吐出ヘッド用基板１を貫通して設けられ、エネルギー発生素子７に液体を供給するインク供給口８が設けられている。さらに流路形成部材２と液体吐出ヘッド用基板１とが接する事で、その間の空間にはインク流路９が形成される。液体吐出ヘッド用基板１には、エネルギー発生素子７に電気を供給する為の接続端子１０が設けられている。液体吐出ヘッド用基板１の流路形成部材２と対向する面には、支持部材４が接着剤５により接着され、基板１の接続端子１０へ電気的な接続を行い、エネルギー発生素子７に電気が供給されて液体の吐出が行われる。

基板１の側面には、支持部材４と接着される面に沿って延在して、スリット（溝、へこみ）が設けられており、基板１の流路形成部材２と反対側に、基板１と支持部材４との接着により収縮する際に変位可能となる応力分散部１１として設けられている。

図３（ａ）から（ｄ）は、本発明の効果について説明する図である。（ａ）、（ｂ）は従来の基板２１を用いた液体吐出ヘッド２６の断面図であり、（ｃ）、（ｄ）は本実施形態の液体吐出ヘッドの断面図である。（ａ）、（ｂ）のような従来構造では、接着剤２５および支持部材２４の収縮応力が基板２１に対して引っ張り応力として働き、（ｂ）のように流路形成部材２２が上方へ変形することにより、吐出口２３の変形または基板２１との界面からの剥離を生じさせる。従来構造では、基板２１と共に流路形成部材２２まで変形が起こる。対して本実施形態の（ｃ）、（ｄ）のように、基板１の側面に独立して変位可能となる応力分散部１１を作ることで、基板１上部及び流路形成部材２の変位量を緩和することができる。これによって、基板１は剥離することなく、また、吐出口３の変形も抑制することができるため、液滴を所望の位置に着弾させる事が出来る液体吐出ヘッドを実現することができる。

図４は、本実施形態の基板１の応力分散部１１を示した斜視図である。応力分散部１１は、基板１の側面にスリット（溝、へこみ）を設け、基板１の流路形成部材２と対向する側が、流路形成部材２と支持部材４との接着により収縮する際に変位可能となる部分である。応力分散部１１は、片持ち梁として作用する。よって、応力分散部１１の変位量は、片持ち梁の等分布荷重の計算式（δ＝ＰＬ^４/（８ＥＩ））より算出することができる。この計算式は、Ｐ：分布荷重［Ｎ］、Ｉ：断面２次モーメント［ｍｍ^４］、Ｅ：ヤング率［Ｎ／ｍｍ^２］、Ｌ：梁の長さ[ｍｍ]により計算される。さらに断面２次モーメントＩは、Ｉ＝ｂｈ^３／１２で表わされる。ｂ：梁の幅、ｈ：梁の高さである。応力分散部１１を形成するための溝は、支持部材４とは接しない位置に設けられる。応力分散部１１が変位することで上部の基板１及び流路形成部材２にかかる応力を吸収するため、応力分散部１１の高さｈは小さく、長さＬが大きい構造（０＜ｈ≦Ｌ）の関係となる方が好ましい。梁の高さｈは、基板１の厚みｈ’の半分以下となるような構造の方が好ましい。支持部材４の硬化収縮による応力は、基板１の全面にかかるため、応力分散部１１は、基板１の全周にあることが好ましい。応力分散部、即ち溝が全周にあるとは、応力分散部が基板を一周するように形成されていることを意味する。

図５（Ａ）から（Ｆ）は、本実施形態の液体吐出ヘッドを製造する工程を示した図である。以下、この図に沿って本実施形態の液体吐出ヘッドの製造方法を説明する。
（Ａ）に示すように、エネルギー発生素子７が配置されている基板１にポジ型感光性樹脂層を形成し、フォトリソグラフ工程により、ポジ型感光性樹脂層をパターニングしてインク流路９のパターンを形成する。次に（Ｂ）に示すように、インク流路９のパターンが形成された基板１上に、流路形成部材２の部材となるネガ型感光性樹脂層をパターニングして吐出口３のパターンを形成する。そして、（Ｃ）のように、Ｓｉを異方性エッチングすることによってインク供給口８を形成する。その後、（Ｄ）に示すように、インク流路９のパターンを形成していたポジ型感光性樹脂層を除去することで、流路形成部材２にインク流路が形成される。

次に、ウエハからダイサー等でチップ単位に切り出された後、(Ｅ−１)に示すように、本発明による基板側面に開口溝を形成し、応力分散部１１を形成する。具体的には、一般的にウエハ外周部加工用に用いられるべべリングホイール１２の形状を凸型に変更し、切り出した基板１の側面の加工を行うことで作製される。または応力分散部１１の作製方法としては、(Ｅ−２)に示すように、ステルスダイシング技術を用いて、レーザー１３により基板端部に応力で亀裂が成長する改質層１４を作製し、基板１に応力がかかる際に崩落するようにして作製してもよい。本実施形態では、応力分散部１１のサイズをｈ:５０μｍ、Ｌ：１５０μｍとなるように作製した。また、切り出した基板のサイズは２ｍｍ×２０ｍｍである。次に、（Ｆ）に示すように、基板１と支持部材４とを接着剤５を用いて接着する。接着剤５は、基板１の裏面が固定できる範囲に塗布する。接着剤としては、エポキシ樹脂等の熱硬化性を有する樹脂材料を用いた。ここで、硬化の際の過熱による基板１にかかる応力が１００[Ｎ]とすると、応力分散部１１の変位量は、短手側で１.８μm、長手側で０．２μmとなる。このようにして、応力分散部１１を形成した後は、基板１のコンタクトパッド（接続端子）１０へ電気的な接続（不図示）を行い、液体吐出ヘッド６の主要部分が完成する。

このように、基板１の側面に、応力分散部１１を形成することで、基板を流路形成部材と接合する接着剤の収縮応力、流路形成部材の変形、剥離を抑制し、高品位な記録を行う事が出来る液体吐出ヘッドを実現することができた。

（その他の実施形態）
以下、図面を参照して本発明のその他の実施形態を説明する。なお、本実施形態の基本的な構成は前述の実施形態と同様であるため、以下では、特徴的な構成についてのみ説明する。

図６（ａ）、（ｂ）は、本発明のその他の実施形態を示した図である。（ａ）、（ｂ）に示すように、応力分散部１１を形成するためのスリット、溝、へこみは、その形状によらず、応力分散部１１が梁として変位する形状であればよい。

また、スリット、溝、へこみは１つに限らず複数設けられていてもよい。

このように構成することでも、前述と同様の硬化を得ることができ、基板を流路形成部材と接合する接着剤の収縮応力、流路形成部材の変形、剥離を抑制し、高品位な記録を行う事が出来る液体吐出ヘッドを実現することができた。

１ 基板
２ 流路形成部材
３ 吐出口
４ 支持部材
６ 液体吐出ヘッド
７ エネルギー発生素子
１１ 応力分散部

Claims (5)

1. 液体を吐出する吐出口を備えた流路形成部材と、前記流路形成部材を備えシリコンで形成された基板と、前記流路形成部材が設けられた面とは反対側の前記基板の面と接着され、前記基板を支持する支持部材と、を備えた液体吐出ヘッドにおいて、
   前記基板は、前記流路形成部材が設けられた面とは反対側の前記基板の前記面に沿って延在する溝を側面に備えていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記溝は、前記基板の全ての側面に亘る全周に設けられてい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. 前記流路形成部材が設けられた面とは反対の前記基板の前記面から前記溝までの高さを高さｈ、前記溝の深さを深さＬとしたとき、高さｈと深さＬとの関係は、高さｈ≦深さＬであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記溝は、複数の溝であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドを備えていることを特徴とする記録装置。

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