JPH09207338A

JPH09207338A - 記録ヘッド

Info

Publication number: JPH09207338A
Application number: JP2228196A
Authority: JP
Inventors: Toyoji Tsunoda; 豊慈角田; Yasuhide Sonoda; 康英園田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-02-08
Filing date: 1996-02-08
Publication date: 1997-08-12

Abstract

(57)【要約】【課題】ノズル部材とガラス基板との接合の際、接着
剤のはみ出しを軽減して、導電性インクの流れの阻害を
防止するとともに、ノズル部材の変形やガラス基板との
位置ずれを少なくして、導電性インクの吐出制御の安定
性を向上させ高画質の印字品質及び信頼性に優れた記録
ヘッドを提供することを目的とする。【解決手段】導電性インクが吐出されるノズル孔２６
と導電性インクが沸騰するインク沸騰室２７とを有する
ノズル部材２３と、インク沸騰室２７の下部に配設され
導電性インクに気泡を発生させる一対の電極部２４と電
極部２４に接続する配線部３１と配線部３１等を覆う絶
縁層３とを有するガラス基板２２と、ノズル部材２３と
ガラス基板２２とを接合する接着樹脂層２と、を備えた
記録ヘッドであって、接着樹脂層２が、熱可塑性エポキ
シ系樹脂からなり、絶縁層３が環化ゴム系感光樹脂から
なるように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ノズル孔から吐出
される導電性インクを記録紙に付着させて印字を行う記
録ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、プリンタは印字の高速化，低騒音
化の要求が高まってきており、なかでもこれらの要求を
満たすものとして、インクジェットプリンタが注目され
ている。記録ヘッド方式としては、電気機械エネルギー
変換である、いわゆるピエゾ効果を利用したもの、静電
的に吸引してインク液滴を飛翔させるもの、又、ジュー
ル熱発生による、いわゆるサーマルジェットによりイン
ク液滴を吐出させるものが実用化されている。特に、ジ
ュール熱を利用したバブルジェットは構造が簡単であ
り、薄膜プロセス又は半導体プロセスを利用してインク
吐き出し部を高密度に配列することができるため、印字
品質を向上したり、高速の印字を行うのに適している。

【０００３】以下に従来の記録ヘッドプリンタに用いら
れる記録ヘッドについて説明する。図４（ａ）は従来の
記録ヘッドの構造を示す平面模式図であり、図４（ｂ）
は従来の記録ヘッドの構造を示す断面模式図である。図
４において、２１は従来の記録ヘッド、２２は薄膜プロ
セスに用いることができる絶縁体であるガラス基板、２
３は後述のノズル孔２６やインク沸騰室２７が形成され
たポリイミドシートからなるノズル部材、２４は導電性
インクを加熱沸騰させるためにガラス基板２２上にパタ
ーン形成された一対の電極部、２５はガラス基板２２の
上に積層された絶縁層、２６はノズル部材２３に形成さ
れた導電性インクの吐出口であるノズル孔、２７は一対
の電極部２４に電流を流すことにより導電性インクを加
熱沸騰させ気泡が発生するインク沸騰室、２８はインク
沸騰室２７に導電性インクを供給する共通インク室、２
９は外部のインクタンクに繋がり共通インク室２８に導
電性インクを供給するガラス基板２２に穿孔されたイン
ク供給孔、３０はガラス基板２２とノズル部材２３を接
合する接着樹脂層、３１は電極部２４から同一電極材料
でパターンが引き延ばされた配線部、３２は配線部３１
を介して一対の電極部２４間に電圧を印加する信号発生
部（図示せず）を接続するための外部接続用端子であ
る。

【０００４】以上のように構成された従来の記録ヘッド
２１の製造方法について、以下に説明する。ガラス基板
２２の上に白金又はチタンの電極材料を厚さ１〜３μｍ
にスパッタ法により積層し、ホトエッチングを行うこと
により、電極部２４及び配線部３１を形成する。配線部
３１の端部には外部接続用端子３２がチタン，金の順序
で蒸着された後、ホトエッチングされ配線されている。
次に、シリカ（ＳｉＯ ₂）をスパッタ法により積層する
か、ポリイミドを用いてコーティングすることにより厚
さが略２〜４μｍの絶縁層２５が形成される。以上の薄
膜プロセスを施した後に、機械加工によりガラス基板２
２を穿孔することによりインク供給孔２９が形成され
る。インク供給孔２９の孔幅は、略０．３ｍｍであり、
加工方法としては、超音波加工もしくはサンドブラスト
等の方法が用いられる。

【０００５】一方、ノズル部材２３は、厚さ７０〜１２
０μｍのポリイミドシートに予め厚さ２〜４μｍの接着
樹脂層３０となる熱硬化型エポキシ系接着剤がコーティ
ングされており、エキシマレーザあるいはケミカルエッ
チング等の方法で、共通インク室２８、インク沸騰室２
７、ノズル孔２６が順次加工される。インク沸騰室２７
の系は略１００μｍであり、ノズル孔２６の系は３０〜
５０μｍである。ノズル孔２６は、印字密度に応じて、
例えば１５０ｄｐｉ（dot/inch）又は３００ｄｐｉの間
隔で配置される。以上の工程で得られたノズル部材２３
は、ガラス基板２２に対して、位置合わせが行われ、加
圧及び加熱によりノズル部材２３上の熱硬化型エポキシ
系接着剤により接合される。熱硬化型エポキシ系接着剤
に対しては、加重１ｋｇ／ｃｍ²，温度１６０℃の状態
で、１時間で接合が完了する。

【０００６】以上のように製造された従来の記録ヘッド
２１について、以下にその動作を説明する。記録ヘッド
２１に対して、インク供給孔２９によりインク沸騰室２
７に導電性インクが供給される。インク沸騰室２７内に
設けられた一対の電極部２４に電圧を印加することによ
り、電極部２４間の導電性インクへの通電が行われ、導
電性インクのインク温度が上昇し沸騰することにより、
気泡を生じる。この気泡の発生及び気泡の膨張により、
インク沸騰室２７内の圧力が増加し、ノズル孔２６によ
り導電性インクがインク滴として外部に吐出される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この記録ヘッドでは、
ノズル部材とガラス基板とを接着する際に、図５に示す
ように、接着剤が接合面以外の共通インク室やノズル沸
騰室の空間部分にはみ出す現象が発生し、接着剤はみ出
し部３３が形成される。このはみ出した接着剤が、共通
インク室やインク沸騰室での導電性インクの流れを阻害
し、インクの供給不良や異常沸騰を起こし、正常なイン
ク吐出動作ができず、印字画像等の劣化を生じる。これ
を防止するために、接着剤の厚さを薄くした場合、ガラ
ス基板とノズル部材との接着を十分に行うために、接着
の加圧や温度を高める結果となり、接着剤のはみ出しを
改善することができなかった。又、過度の加熱及び加圧
は、ノズル部材の変形やガラス基板とのずれを生じた
り、ガラス基板の割れを発生することがあり、製造工程
における歩留りの低下をきたしていた。そこで、製造工
程における歩留りの低下を防止し、接着剤のはみ出しを
低減する要求がなされている。

【０００８】本発明は、ノズル部材とガラス基板との接
合の際、接着剤のはみ出しを軽減して、導電性インクの
流れの阻害を防止するとともに、ノズル部材の変形やガ
ラス基板との位置ずれを少なくして、導電性インクの吐
出制御の安定性を向上させ高画質の印字品質及び信頼性
に優れた記録ヘッドを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明は、導電性インクが吐出されるノズル孔と導電
性インクが沸騰するインク沸騰室とを有するノズル部材
と、インク沸騰室の下部に配設され導電性インク中に気
泡を発生させる一対の電極部と電極部に接続する配線部
と配線部等を覆う絶縁層とを有するガラス基板と、ノズ
ル部材とガラス基板とを接合する接着樹脂層と、を備え
た記録ヘッドであって、接着樹脂層が、熱可塑性エポキ
シ樹脂からなり、絶縁層が環化ゴム系感光樹脂からなる
ように構成したものである。

【００１０】これにより、接着樹脂層に柔軟性のある変
成ウレタン系接着剤又は変成エポキシ系接着剤等の熱可
塑性エポキシ系樹脂を、更に、絶縁層に柔軟性を有する
環化ゴム系感光樹脂を用いることにより、ガラス基板上
での接着面の段差吸収能力を増大させることができると
ともに、ノズル部材とガラス基板とを低加重で接合し、
少ない量の接着剤で接着効果を向上させることができる
ので、インク沸騰室や共通インク室等への接着剤のはみ
出しを低減することができ、印字品質に優れた信頼性の
高い記録ヘッドを得ることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の記録ヘ
ッドは、導電性インクが吐出されるノズル孔と導電性イ
ンクが沸騰するインク沸騰室とを有するノズル部材と、
インク沸騰室の下部に配設され導電性インク中に気泡を
発生させる一対の電極部と電極部に接続する配線部と配
線部等を覆う絶縁層とを有するガラス基板と、ノズル部
材とガラス基板とを接合する接着樹脂層と、を備えた記
録ヘッドであって、接着樹脂層が、熱可塑性エポキシ樹
脂からなり、絶縁層が環化ゴム系感光樹脂からなる構成
を備えたものであり、接着樹脂層に柔軟性のある変成ウ
レタン接着剤又は変成エポキシ接着剤等の熱可塑性エポ
キシ樹脂を、更に、絶縁層に柔軟性を有する環化ゴム系
感光樹脂を用いることにより、ガラス基板上での接着面
の段差吸収能力を増大させることができるとともに、ノ
ズル部材とガラス基板とを低加重で接合し、少ない量の
接着剤で接着効果を向上させることができるので、イン
ク沸騰室や共通インク室等への接着剤のはみ出しを低減
することができるという作用を有する。

【００１２】請求項２に記載の記録ヘッドは、請求項１
において、配線部の側面部が、屈曲線状に形成された構
成を備えたものであり、ノズル部材とガラス基板の接合
面積を増大することができ、接合強度を向上させるとい
う作用を有する。

【００１３】本発明の請求項３に記載の記録ヘッドは、
請求項１又は２において、配線部の上面部が、複数の凹
部を有する構成を備えたものであり、ノズル部材とガラ
ス基板との接合を複数の凹部による接着樹脂層のアンカ
ー効果により接着の強度を向上させることができるとい
う作用を有する。

【００１４】以下、本発明の実施の形態について、図１
から図３を用いて説明する。（実施の形態１）図１は本発明の第１実施の形態におけ
る記録ヘッドの要部断面図である。図１において、１Ａ
は本発明の第１実施の形態の記録ヘッドである。２２は
ガラス基板、２３はノズル部材、２４は電極部、２６は
ノズル孔、２７はインク沸騰室、２８は共通インク室、
３１は配線部である。これらは、従来例の図４と同様な
ものなので、同一の符号を付して説明を省略する。本実
施の形態１が従来例と異なるのは、接着樹脂層２が、熱
可塑性エポキシ系樹脂からなり、絶縁層３が環化ゴム系
感光樹脂からなる構成を備えた点であり、ガラス基板２
２上での接着面の段差吸収能力を増大させることができ
るとともに、ノズル部材２３とガラス基板２２とを低加
重で接合し、少ない量の接着剤で接着効果を向上させる
ことができるので、インク沸騰室２７や共通インク室２
８等への接着剤のはみ出しを低減することができるとい
う作用を有する。

【００１５】ガラス基板２２は、厚さ１ｍｍの薄膜プロ
セス用の平滑基板であり、薄膜メタライズを行うため、
線膨張係数は９０〜１２０×Ｅ^-7／℃である。このガラ
ス基板２２上にスパッタ法を用いて、白金又はチタンか
らなる厚さ１〜３μｍの導電層を形成する。次に、この
全面導電層に対してホトリソグラフィ技術を用いて電極
部２４及び配線部３１を形成する。不要な部分のメタラ
イズ除去には、フッ酸系のエッチング液又はＥＤＴＡと
過酸化水素水，アンモニア，水の混合溶液のほかドライ
エチング法としてイオンミリング等の手段を用いること
もできる。ここで、導電性インクの気泡発生に重要な役
割を果たす電極部２４の線幅は２０〜３０μｍ、一対の
電極部２４間のギャップは３〜６μｍである。次に、配
線部３１の端部に外部接続用端子３２を形成する。電極
部２４，配線部３１及び外部接続用端子３２を形成した
後に、絶縁層３を形成する。絶縁層３の材料としては、
ホトエッチングで多用されるネガタイプの環化系ゴムレ
ジストである、例えば、東京応化より市販されているマ
イクロレジスト（ＯＭＲ８３等）を用いる。このレジス
トは紫外線光を照射することにより、架橋反応を起こ
し、現像後にパターンとして残る性質を持つと同時に耐
薬品性が高い。環化系ゴムレジストとしては、天然ゴム
又はイソプレンゴムを環化したものであるため、柔軟性
を有している。絶縁層３をガラス基板２２上にコーティ
ングする方法としてはスピンコート法の他、ディップ法
を用いることもできる。スピンコート後のプレポリマー
状の環化系ゴムレジストは９０℃３０分の乾燥の後に所
定のマスクパターンにより紫外線露光を行い、現像液に
より現像して絶縁層３のパターンを形成する。その後、
１１０℃で３０分間、乾燥させ現像リンス液を飛散させ
る。絶縁層３の形成の前段階で、シランカップリング剤
のプレコートを行い、ノズル部材２３とガラス基板２２
との剥離を防ぐことも可能である。次に、ガラス基板２
２にインク供給孔２９を穿孔により形成する。

【００１６】次に、本発明の第１実施の形態の記録ヘッ
ド１Ａにおけるノズル部材２３の形成方法について、説
明する。ノズル部材２３は、ポリイミドシートが素材で
あり、厚さが６０〜１３０μｍ、線膨張係数が２×１０
^-5cm／ｃｍ℃と樹脂の中で比較的寸法変化の小さいもの
を用いている。これは、ノズル孔２６の配置が印字の際
のインク着弾精度そのものに関係することによる。ま
ず、ポリイミドシート上にバーコータで接着樹脂層２と
なる接着剤を塗布する。接着剤の材料としては、柔軟性
に富み、化学的に安定である、ウレタン系接着剤又は変
成エポキシ系接着剤等を用いることが好ましい。ウレタ
ン系接着剤としては、東亜合成化学工業製のＰＵ−８１
００、変成エポキシ系接着剤としては、東亜合成化学工
業製のＡＳ−６０等がある。接着樹脂層２の厚さとして
は、２〜２０μｍ、更に、好ましくは１０〜１５μｍが
好ましい。これにより、ノズル部材２３とガラス基板２
２における接着面での段差吸収能力を増大するととも
に、位置合わせによるノズル部材２３とガラス基板２２
との位置ずれを低減することができる。接着樹脂層２の
形成後、共通インク室２８、インク沸騰室２７、ノズル
孔２６を順次エキシマレーザで加工する。ここで、エキ
シマレーザとは励起状態で強い結合を有する２原子分子
であるエキシマの反転分布により紫外域のレーザを発振
するもので、加工条件の一例としては、発振線として希
ガスハライド（ＫｒＦ）波長２４８ｎｍ、出力エネルギ
ー密度３．３Ｊ／ｃｍ²、照射エネルギー０．８Ｊ／ｃ
ｍ²、エッチング速度０．２μｍ／パルスである。加工
寸法としては、共通インク室２８の幅１２０μｍ、深さ
４０μｍ、インク沸騰室２７の径１００μｍ、ノズル孔
２６の径４０μｍである。

【００１７】以上の工程により得られたノズル部材２３
とガラス基板２２とを位置合わせ後、加圧加熱により接
着する。接着剤がＡＳ−６０の場合には、加重０．３〜
０．５ｋｇ／ｃｍ²、加熱１５０℃にて６０分間加重加
熱して、ノズル部材２３とガラス基板２２との接合を行
う。この結果、接合面における接着剤のはみ出しを低減
することができ、高画質の印字を得ることができた。

【００１８】以上のように本実施の形態によれば、接着
樹脂層に柔軟性のある変成ウレタン接着剤又は変成エポ
キシ接着剤等の熱可塑性エポキシ樹脂を、更に、絶縁層
に柔軟性を有する環化ゴム系感光樹脂を用いることによ
り、ガラス基板上での接着面の段差吸収能力を増大させ
ることができるとともに、ノズル部材とガラス基板とを
低加重で接合し、少ない量の接着剤で接着効果を向上さ
せることができた。この結果、インク沸騰室や共通イン
ク室等への接着剤のはみ出しを低減することができた。
従って、導電性インクを共通インク室からインク沸騰室
に速やかに補給できるとともに、インク沸騰室の容積の
ばらつきを少なくすることができ、インク沸騰室にかか
る気泡発生によるインク吐出圧力のばらつきを小さく
し、インク滴の均一性及び吐出量の安定性を向上させる
ことができた。この結果、高解像度で高階調の印字品質
を得ることができ、装置の信頼性及び量産性を向上させ
ることができた。

【００１９】（実施の形態２）図２（ａ）は本発明の第
２実施の形態における記録ヘッドの要部平面図であり、
図２（ｂ）は本発明の第２実施の形態における記録ヘッ
ドの要部断面図である。図２において、１Ｂは本発明の
第２実施の形態の記録ヘッドである。２は接着樹脂層、
３は絶縁層、２２はガラス基板、２３はノズル部材、２
４は電極部、２６はノズル孔、２７はインク沸騰室、２
８は共通インク室、２９はインク供給孔、３２は外部接
続用端子である。これらは実施の形態１の図１又は従来
例の図４と同様なものなので、同一の符号を付して説明
を省略する。本実施の形態２の記録ヘッド１Ｂが実施の
形態１と異なるのは、配線部４ａの側面部が、屈曲線状
に形成された屈曲部５を備えた点であり、ノズル部材２
３とガラス基板２２の接合面積を増大することができ、
接合強度を向上させるという作用を有する。

【００２０】以上のように本実施の形態２によれば、実
施の形態１の効果に加えて、更に、ノズル部材２３とガ
ラス基板２２の接合面積を増大することができ、接合強
度を向上させることができ、記録ヘッドの耐久性及び信
頼性を向上させることができた。

【００２１】（実施の形態３）図３（ａ）は本発明の第
３実施の形態における記録ヘッドの要部平面図であり、
図３（ｂ）は本発明の第３実施の形態における記録ヘッ
ドの要部断面図である。図３において、１Ｃは本発明の
第３実施の形態の記録ヘッドである。２は接着樹脂層、
３は絶縁層、２２はガラス基板、２３はノズル部材、２
４は電極部、２６はノズル孔、２７はインク沸騰室、２
８は共通インク室、２９はインク供給孔、３２は外部接
続用端子である。これらは実施の形態２の図３と同様な
ものなので、同一の符号を付して説明を省略する。本実
施の形態３の記録ヘッド１Ｃが実施の形態２と異なるの
は、配線部４ｂの上面部が、複数の凹部６を有する構成
を備えた点であり、ノズル部材２３とガラス基板２２と
の接合を、複数の凹部６による接着樹脂層２のアンカー
効果により接着の強度を向上させることができるという
作用を有する。

【００２２】以上のように本実施の形態３によれば、実
施の形態１の効果に加えて、更に、ノズル部材２３とガ
ラス基板２２との接合を、複数の凹部による接着樹脂層
のアンカー効果により接着の強度を向上させることがで
き、記録ヘッドの耐久性及び信頼性を向上させることが
できた。

【００２３】

【発明の効果】以上のように本発明は、接着樹脂層に柔
軟性のある変成ウレタン系接着剤又は変成エポキシ系接
着剤等の熱可塑性エポキシ系樹脂を、更に、絶縁層に柔
軟性を有する環化ゴム系感光樹脂を用いることにより、
インク沸騰室や共通インク室等への接着剤のはみ出しを
低減することができ、インク滴の均一性及び吐出量の安
定性を向上させ、印字品質及び信頼性に優れた記録ヘッ
ドを得ることができるという有利な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施の形態における記録ヘッドの
要部断面図

【図２】（ａ）本発明の第２実施の形態における記録ヘ
ッドの要部平面図（ｂ）本発明の第２実施の形態における記録ヘッドの要
部断面図

【図３】（ａ）本発明の第３実施の形態における記録ヘ
ッドの要部平面図（ｂ）本発明の第３実施の形態における記録ヘッドの要
部断面図

【図４】（ａ）従来の記録ヘッドの構造を示す平面模式
図（ｂ）従来の記録ヘッドの構造を示す断面模式図

【図５】（ａ）従来の記録ヘッドにおける接着剤のはみ
出し状態を示す平面模式図（ｂ）従来の記録ヘッドにおける接着剤のはみ出し状態
を示す断面模式図

【符号の説明】

１Ａ本発明の第１実施の形態の記録ヘッド１Ｂ本発明の第２実施の形態の記録ヘッド１Ｃ本発明の第３実施の形態の記録ヘッド２接着樹脂層３絶縁層４ａ，４ｂ配線部５屈曲部６凹部２１従来の記録ヘッド２２ガラス基板２３ノズル部材２４電極部２５絶縁層２６ノズル孔２７インク沸騰室２８共通インク室２９インク供給孔３０接着樹脂層３１配線部３２外部接続用端子３３接着剤はみ出し部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導電性インクが吐出されるノズル孔と前記
導電性インクが沸騰するインク沸騰室とを有するノズル
部材と、前記インク沸騰室の下部に配設され前記導電性
インク中に気泡を発生させる一対の電極部と前記電極部
に接続する配線部と前記配線部等を覆う絶縁層とを有す
るガラス基板と、前記ノズル部材と前記ガラス基板とを
接合する接着樹脂層と、を備えた記録ヘッドであって、
前記接着樹脂層が、熱可塑性エポキシ系樹脂又は変性ウ
レタン系樹脂からなり、前記絶縁層が環化ゴム系感光樹
脂又はポリ桂皮酸素感光樹脂からなることを特徴とする
記録ヘッド。
【請求項２】前記配線部の側面部が、屈曲線状に形成さ
れたことを特徴とする請求項１に記載の記録ヘッド。
【請求項３】前記配線部の上面部が、複数の凹部を有す
ることを特徴とする請求項１又は２に記載の記録ヘッ
ド。