JP5738018B2 - インクジェット記録ヘッドとその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェット記録ヘッドとその製造方法に関する。

従来、インクジェット記録装置に用いるインクジェット記録ヘッドは、インクを吐出する吐出口群が形成された記録素子基板と、記録素子基板を保持固定する支持部材と、記録素子基板の接続端子群に接続されるリード端子群を有する電気配線基板と、を備えている。記録素子基板に設けられた接続端子群と、電気配線基板から突出して設けられたリード端子群は電気接続部を構成する。

記録素子基板は、接着剤を介して支持部材に保持固定される。記録素子基板の外周部と電気接続部は、インクによる腐食や外力による断線などの接続不良を防止するために封止材で封止される。電気接続部の近傍では、例えば、記録素子基板の外周部に封止材を塗布しリード端子群の下方空間を封止材で封止した後、リード端子群を含む電気接続部が封止材で被覆される。封止材は一般的に、製造工程での取り扱いが比較的容易な熱硬化型樹脂が用いられる。

インクジェット記録ヘッドは、出荷前に印字検査を行った後、記録素子基板表面に付着しているインク液滴を洗浄する。続いて、記録素子基板表面を乾燥させ、最後に、物流時に吐出口からインク漏れが発生するのを防止するため、感圧式接着剤を塗布したテープを記録素子基板表面に貼り、出荷される。

洗浄、乾燥工程後の記録素子基板に洗浄液が残っている場合、次工程へ移動する間に、残っていた洗浄液が振動等で飛散して記録素子基板表面に付着することがある。この状態で記録素子基板表面にテープを貼ると、インク滲みや混色を引き起こすことがある。

この対策として、特許文献１には、支持部材に配置された電気配線基板外周の、インクジェット記録装置とのコンタクト部と対向する面以外の３面にリブを設け、このうちコンタクト部から最も離れたリブに溝を形成する構成が提案されている。溝はリブの一部を開放するように設けられた切欠きである。洗浄工程後の乾燥工程で、コンタクト部と対向するリブに設けられた溝から外部へ洗浄液を排出し、洗浄液の記録素子基板表面への飛散及び記録素子基板表面での残留をなくすことができる。

特開２００６−２３９９９２号公報

近年、高記録品位を維持しつつ、より安価なインクジェット記録ヘッドを市場に提供することが求められている。この要求に答えるには、インクジェット記録ヘッド中で一番高価な記録素子基板のサイズを極力小さくし、ウエハ１枚から生産できる記録素子基板の数を多くする必要がある。しかし、記録素子基板のサイズを小さくすると必然的に吐出口周囲の壁部は細くなり、記録素子基板の剛性が低下する。このため僅かな力により、記録素子基板は変形や割れを生じやすくなる。

インクジェット記録ヘッドは、封止工程を経た後、封止材を硬化させるための熱処理を受ける。封止材の硬化温度は室温より高いため、封止材は室温に戻るときに硬化収縮し、記録素子基板を拘束する。また、支持部材は、安価に製造できるという利点から一般的に樹脂材料が用いられ、一方記録素子基板は主にシリコン材で形成されるため、両者の熱膨張率は互いに異なっている。封止の際には、記録素子基板と支持部材は室温より膨張した状態となるため、記録素子基板と支持部材との間の熱膨張の差が生じ、封止材の硬化後は封止材を介して相互に拘束しあう。

その結果、記録素子基板の内部応力が増大し、記録素子基板が変形する場合があった。このような変形を生じたインクジェット記録ヘッドから吐出されるインクは、吐出方向が変わるため、着弾位置がずれ、記録品位の低下を引き起こす。そこで、記録素子基板の電気接続部の設けられていない部分について封止を省略もしくは簡略化し、封止材の拘束力を軽減することが考えられる。

一方、記録素子基板を支持部材に接合するためには、接合部の周囲に溝を設けることが望ましい。溝を設けることによって、接着剤の塗布時にメニスカスが形成され、接着剤の塗布高さが安定するためである。しかし、接合後に封止材を充填しない場合、記録素子基板の外周部に沿って溝が残存する。この溝部に印字検査後の洗浄工程で洗浄液が入り込むと、その後の乾燥工程で除去するのが困難となる。洗浄液が溝部に残ったまま次工程に移ると、移動の際の振動等により洗浄液が飛散して記録素子基板表面に付着し、テープを貼る際にインク滲みや混色を引き起こす。

特許文献１で提案されている溝は記録素子基板及び電気配線基板上の水を排出させるのに有効であるが、記録素子基板の接合部の近傍の溝部に残存する洗浄液を効果的に排出することは困難である。

本発明は上記の課題に鑑みてなされ、記録素子基板に生じる応力を軽減できるとともに、洗浄液が記録素子基板の周辺に残留しないインクジェット記録ヘッド及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一実施態様に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法は、インクを吐出する吐出口が形成される吐出口面と吐出口面の側部に設けられる複数の側面とを有する記録素子基板と、吐出口面を外方に向けて記録素子基板を収容する凹部を備えた支持部材と、支持部材の凹部が形成された面上に設けられ、記録素子基板の吐出口面の一部の辺との間で電気接続部を形成する電気配線基板と、を有し、記録素子基板の複数の側面は、吐出口面の電気接続部が設けられている側に形成される電気接続部形成側面と、吐出口面の電気接続部が設けられていない側に形成される電気接続部非形成側面と、からなり、凹部の底面は、主平面と、主平面と凹部の側壁との間を電気接続部非形成側面に沿って延びる溝部と、を含むインクジェット記録ヘッドの製造方法である。本製造方法は、記録素子基板を主平面上で、接着剤を介して支持部材に接合する工程と、電気接続部形成側面と凹部の側壁との間の第１の空間を封止材によって封止する工程と、電気接続部非形成側面の少なくとも一部を露出させつつ溝部の少なくとも一部に封止材を充填する工程と、電気接続部を封止材によって封止する工程と、を有している。封止材は第１の空間の両端から外側に張り出した封止材貯蔵部に塗布され、毛管力によって第１の空間に充填される。

本発明の他の実施態様に係るインクジェット記録ヘッドは、インクを吐出する吐出口が形成される吐出口面と吐出口面の側部に設けられる複数の側面とを有する記録素子基板と、吐出口面を外方に向けて記録素子基板を収容する凹部を備えた支持部材と、支持部材の凹部が形成された面上に設けられ、記録素子基板の吐出口面の一部の辺との間で電気接続部を形成する電気配線基板と、を有している。記録素子基板の複数の側面は、吐出口面の電気接続部が設けられている側に形成される電気接続部形成側面と、吐出口面の電気接続部が設けられていない側に形成される電気接続部非形成側面と、からなり、凹部の底面は、主平面と、主平面と凹部の側壁との間を電気接続部非形成側面に沿って延びる溝部と、を含み、記録素子基板は主平面上で、接着剤を介して支持部材に接合されており、支持部材は、電気接続部形成側面と凹部の側壁との間の第１の空間の両端から外側に張り出した封止材貯蔵部を有し、第１の空間が、電気接続部とともに封止材によって封止されており、溝部の少なくとも一部に封止材が充填されており、電気接続部非形成側面の少なくとも一部は封止材で覆われずに露出している。

以上の構成によれば、記録素子基板の電気接続部非形成側面の少なくとも一部が露出するように封止材が充填されるため、記録素子基板が封止材から受ける拘束力が軽減する。また、電気接続部非形成側面に沿って延びる溝部の少なくとも一部に封止材が充填されるため、溝部に洗浄水が残存しにくくなる。

本発明によれば、記録素子基板に生じる応力を軽減できるとともに、洗浄液が記録素子基板の周辺に残留しないインクジェット記録ヘッド及びその製造方法を提供することができる。

本発明のインクジェット記録ヘッドの概略斜視図である。 第１の実施形態における記録素子基板の概略斜視図である。 記録素子基板と電気配線基板が固定された支持基板の平面図である。 図３のＡ−Ａ及びＢ−Ｂ断面図である。 記録素子基板が接合される領域の支持部材の概念図である。 溝部近傍の概略断面図である。 第２の実施形態における記録素子基板の概略斜視図である。 図７に示す記録素子基板が接合される領域の支持部材の概念図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１の実施形態）
図１に、本実施形態のインクジェット記録ヘッドの概略斜視図を示す。図１（ａ）はインクジェット記録ヘッドの分解斜視図であり、図１（ｂ）は組み立てたときの斜視図である。インクジェット記録ヘッド１は、主に、記録素子基板２と、電気配線基板３と、支持部材４と、から構成されている。

図２に、記録素子基板の概略斜視図を示す。記録素子基板２は、厚さ０.６〜０.８ｍｍのシリコン基板から形成され、吐出口面２１と、吐出口面２１の裏面２２と、吐出口面の側部に設けられる複数、ここでは４つの側面２３と、を有している。吐出口面２１には、インクを吐出するための複数の電気熱変換素子２４と、各電気熱変換素子２４に電力を供給する電気配線（不図示）とが成膜技術により形成されている。また、吐出口面２１には、電気熱変換素子２４に対応した吐出口の群（以下、吐出口群２６という）がフォトリソグラフィー技術により形成されている。記録素子基板２の吐出口面２１の少なくとも１辺、本実施形態では２辺には、後述するリード端子群３２と電気接続され駆動信号と駆動電力を受け取るための接続端子群２７が形成されている。吐出口群２６にインクを供給するインク供給口２８が記録素子基板２の裏面２２に開口して設けられている。

図３は、記録素子基板２と電気配線基板３が固定された支持部材４の吐出口面２１の平面図を示している。図４は、記録素子基板２が収容された凹部の断面図を示しており、図４（ａ）は図３のＡ−Ａ線、図４（ｂ）はＢ−Ｂ線に沿った断面図である。図４（ａ）は電気配線基板３の図示を省略している。図５は、記録素子基板２が接合される領域の支持部材４の概念図を示している。図５（ａ）は支持部材４の上面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ−Ａ線に沿った、ニードルによる封止材塗布部の周辺の断面図であり、リード端子群周辺の封止方法も併せて示している。

電気配線基板３は、支持部材４の凹部４１が形成された面４９上に、記録素子基板２にインクを供給するための電気信号を印加する目的で設けられている。電気配線基板３は、図１に示すように、記録素子基板２を組み込むためのデバイスホール３１を有し、図３に示すように、デバイスホール３１の２辺に記録素子基板２の接続端子群２７に対応したリード端子群３２が形成されている。リード端子群３２は吐出口面２１の２辺に沿って形成された接続端子群２７とともに、電気接続部５を形成している。電気配線基板３はさらに、図１に示すように、インクジェット記録装置から駆動信号と駆動電力を受け取るための外部信号入力端子３３を有している。

記録素子基板２の複数の側面２３は、吐出口面２１の電気接続部５が設けられている側に形成される電気接続部形成側面２３ａと、吐出口面２１の電気接続部５が設けられていない側に形成される電気接続部非形成側面２３ｂと、からなっている。電気接続部形成側面２３ａは記録素子基板２の短辺側の側面２３を形成し、電気接続部非形成側面２３ｂは記録素子基板２の長辺側の側面２３を形成している。

支持部材４を構成する材料は、樹脂材料、あるいはＡｌ₂Ｏ₃に代表されるセラミック材料等を幅広く用いることができる。本実施形態では、支持部材４の剛性向上を目的として、ガラスフィラーが３５％程度含有された変性ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）樹脂を用いている。

凹部４１は、吐出口面２１を外方に向けて記録素子基板２を収容している。凹部４１の底面４２は、インク供給口２８と連通し記録素子基板２にインクを供給するインク流路４３の開口４３ａと、主平面４４と、主平面４４と凹部４１の側壁４５との間を延びる溝部４６と、を含んでいる。記録素子基板２は主平面４４で、接着剤４７を介して支持部材４に接合されている。主平面４４はインク流路の外周部に沿って接着剤４７を塗布したときに、溝部４６との境界部４８でメニスカスを生じ、接着剤４７が外側に流れ出すのを防止する。本実施形態では、溝部４６は凹部４１の側壁４５と電気接続部非形成側面２３ｂとの間にのみ配置したが、インク流路４３の開口４３ａの外周全域に配置してもよい。

溝部４６の体積は、凹部４１の側壁４５と記録素子基板２の電気接続部非形成側面２３ｂとの間に流れ込む封止材６の量により決められ、本実施形態では、５.５８ｍｍ³（１５.５ｍｍ×１.２ｍｍ×０.３ｍｍ）とした。

次に、インクジェット記録ヘッド１の製造方法を説明する。

まず、記録素子基板２と電気配線基板３を、記録素子基板２の接続端子群２７と電気配線基板３のリード端子群３２とが接続できるように位置決めし、ＴＡＢ実装技術によりこれらの端子群２７，３２を電気接続する。これによって、記録素子基板２の接続端子群２７と電気配線基板３のリード端子群３２との間に電気接続部５が形成される。続いて、支持部材４の主平面４４上にインク流路４３の開口４３ａの周囲に沿って接着剤４７を塗布し、記録素子基板２を支持部材４に接合する。これによって、支持部材４のインク流路４３と記録素子基板２のインク供給口２８とが連通する。記録素子基板２を支持部材４に接合する際は、接着剤４７の塗布高さが大きく変動しないように、接着剤４７を塗布した後、接着剤４７を記録素子基板２の裏面２２で押し付ける。接着剤４７は潰れて記録素子基板２の側面２３全周にはみ出る。これによって、支持部材４と記録素子基板２の間からのインクの漏洩が防止される。その後、電気配線基板３を支持部材４の主平面４４に接着剤（図示せず）を用いて接合する。これらの接合工程で用いられる接着剤は、耐インク性の良好なものが好ましく、例えば、エポキシ樹脂を主成分とした熱硬化性接着剤を使用することができる。

次に、記録素子基板２の電気接続部形成側面２３ａと凹部４１の側壁４５との間の第１の空間８を封止材６によって封止する。さらに、電気接続部非形成側面２３ｂに沿って延びる溝部４６の少なくとも一部を封止材６で充填する。その後、電気接続部５を封止材６によって封止する。

具体的には、図４に示すように、まずリード端子群３２の下方に位置する第１の空間８にニードル７を用いて封止材６を塗布する。塗布された封止材６は毛管力により第１の空間８内を広がり、第１の空間８を封止する。第１の空間８を封止し終えた残りの封止材６は、電気接続部非形成側面２３ｂに沿って延びる溝部４６に流れ込み、溝部４６を充填する。次に、記録素子基板２の接続端子群２７と電気配線基板３とのリード端子群３２で形成される電気接続部５（リード端子群３２の上方）を封止し、封止材６を加熱硬化させる。溝部４６には、電気接続部５を封止する封止材６と同じ封止材６が充填されてもよく、溝部４６に第１の空間８を封止する封止材６と同じ封止材６が充填され、その後に電気接続部５が別の封止材で封止されてもよい。

図６に溝部近傍の概略断面図を示す。理想的には、封止材６は図中の点線部の位置（レベルＬ２）まで充填される。溝部４６への封止材６の充填状態は、各部材の濡れ性や塗布量のばらつき等によって変動するため、溝部４６の全ての位置で図６の点線部の位置まで充填されていなくてもよく、部分的にレベルＬ３，Ｌ４の付近まで充填されてもよい。しかしながら、記録素子基板２の電気接続部非形成側面２３ｂの少なくとも一部は、封止材６で覆われずに露出していることが望ましい。これによって、封止材６が硬化収縮する際の記録素子基板２への拘束効果が軽減され、記録素子基板２に生じる内部応力を抑制することができる。記録素子基板２の電気接続部非形成側面２３ｂの全部が封止材６で覆われずに露出していることが、さらに好ましい。また、洗浄水が溝部４６に残存しないように、少なくとも溝部４６の底面の両側隅部４６ａ、４６ｂは、封止材６によって覆われていることが望ましい（レベルＬ１）。封止材６を図中の点線部の位置、すなわち記録素子基板２の電気接続部非形成側面２３ｂに接触しない位置まで溝部４６に充填することで、記録素子基板２に生じる内部応力を抑制するとともに、洗浄水の残存を防止することができる。

このように溝部４６への封止材６の充填量を制御するには、塗布位置の制御が重要となる。溝部４６へ流れる封止量を制御するには、ニードル７の位置、すなわち封止材６の塗布位置を、第１の空間８のリード端子配列方向Ｄにおける両端近傍とすることが望ましい。塗布された封止材６は、第１の空間８、すなわちリード端子群３２の下部空間に生じる毛管力によって、第１の空間８の中央に向けて優先的に充填され、残った封止材６が溝部４６に充填される。本検討では、リード端子配列方向Ｄと直交する方向におけるニードル塗布位置Ｙを電気配線基板３の端部３ａから７００μｍ以内の位置となるよう制御した。また、塗布する封止材６の量は２０ｍｇ程度とした。

その後、インクジェット記録ヘッド１の印字検査を行い、最後に記録素子基板２の表面（吐出口面２１）を洗浄、乾燥し、テープでシールする。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態は、複数のインク種を吐出可能なインクジェット記録ヘッドに好適に適用できる。

図７は、本実施形態における記録素子基板２の斜視図である。インク流路４３と吐出口群２６はそれぞれ３つ設けられており、各吐出口群２６にインクを供給するためのインク供給口２８が、記録素子基板２の裏面２２に開口するように３つ形成されている。

図８は、本実施形態における支持部材の平面図である。支持部材４の凹部４１は、記録素子基板２が接合される主面４４と、記録素子基板２にインクを供給するインク流路４３の開口４３ａと、溝部４６とを含んでいる。３つのインク流路４３は等間隔で形成され、溝部４６は、端部のインク流路４３と、凹部４１の側壁４５との間にインク流路４３と平行に配置されている。溝部４６とこれに隣接するインク流路４３との間隔ｔ１、及びインク流路４３同士の間隔ｔ２は全て等間隔とし、接着剤４７の塗布面が全て同一幅となっている。このため、接着剤４７の塗布厚さが揃えられる。溝部４６の体積は、５.２ｍｍ³（８.７ｍｍ×１.２ｍｍ×０.５ｍｍ）とした。これにより、溝部４６に流れ出た封止材６を溝部４６に効率よく収納することができる。

本実施形態では複数のインク種に対応するため、リード端子配列方向Ｄの記録素子基板２のサイズが大きくなっている。このため、リード端子群３２下方の封止領域が拡大し、必要な封止材６の量も増加する。必要な封止材６の量が多い場合、必要量を一度に塗布すると封止材６が記録素子基板２の吐出口面２１に溢れ、印字不良を引き起こす。そのため、第１の実施形態の構成で複数のインク種に対応する場合、封止材６を複数回に分けて塗布する必要がある。本実施形態では、記録素子基板２の接続端子群２７の両端近傍に封止材貯蔵部９が形成されている。封止材貯蔵部９は、第１の空間８の両端から外側に張り出した位置に設けられており、第１の空間８及び溝部４６と連通している。リード端子群３２下の第１の空間８の封止と溝部４６を埋めるために必要な封止材６が封止材貯蔵部９に一時的に貯蔵され、毛管力によって第１の空間８に充填される。さらに余った封止材６が溝部４６に充填される。必要な封止材６は封止材貯蔵部９から順次送られるため、封止材６は１回塗布するだけでよい。

２ 記録素子基板
４ 支持部材
６ 封止材
２３ 記録素子基板の側面
４７ 接着剤

Claims (7)

1. インクを吐出する吐出口が形成される吐出口面と該吐出口面の側部に設けられる複数の側面とを有する記録素子基板と、前記吐出口面を外方に向けて前記記録素子基板を収容する凹部を備えた支持部材と、前記支持部材の前記凹部が形成された面上に設けられ、前記記録素子基板の前記吐出口面の一部の辺との間で電気接続部を形成する電気配線基板と、を有し、前記記録素子基板の前記複数の側面は、前記吐出口面の前記電気接続部が設けられている側に形成される電気接続部形成側面と、前記吐出口面の前記電気接続部が設けられていない側に形成される電気接続部非形成側面と、からなり、前記凹部の底面は、主平面と、前記主平面と前記凹部の側壁との間を前記電気接続部非形成側面に沿って延びる溝部と、を含むインクジェット記録ヘッドの製造方法であって、
   前記記録素子基板を前記主平面上で、接着剤を介して前記支持部材に接合する工程と、前記電気接続部形成側面と前記凹部の前記側壁との間の第１の空間を封止材によって封止する工程と、前記電気接続部非形成側面の少なくとも一部を露出させつつ前記溝部の少なくとも一部に封止材を充填する工程と、前記電気接続部を封止材によって封止する工程と、を有し、前記封止材は前記第１の空間の両端から外側に張り出した封止材貯蔵部に塗布され、毛管力によって前記第１の空間に充填される、インクジェット記録ヘッドの製造方法。
2. 前記溝部に、前記第１の空間及び前記電気接続部を封止する封止材と同じ封止材が充填される、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. 前記溝部に、前記第１の空間を封止する封止材と同じ封止材が充填され、その後に前記電気接続部が別の封止材で封止される、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。
4. 前記封止材貯蔵部は前記溝部と連通しており、前記封止材貯蔵部に塗布された前記封止材は前記溝部に流れ込む、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の製造方法。
5. インクを吐出する吐出口が形成される吐出口面と該吐出口面の側部に設けられる複数の側面とを有する記録素子基板と、前記吐出口面を外方に向けて前記記録素子基板を収容する凹部を備えた支持部材と、前記支持部材の前記凹部が形成された面上に設けられ、前記記録素子基板の前記吐出口面の一部の辺との間で電気接続部を形成する電気配線基板と、を有し、
   前記記録素子基板の前記複数の側面は、前記吐出口面の前記電気接続部が設けられている側に形成される電気接続部形成側面と、前記吐出口面の前記電気接続部が設けられていない側に形成される電気接続部非形成側面と、からなり、前記凹部の底面は、主平面と、前記主平面と前記凹部の側壁との間を前記電気接続部非形成側面に沿って延びる溝部と、を含み、前記記録素子基板は前記主平面上で、接着剤を介して前記支持部材に接合されており、前記支持部材は、前記電気接続部形成側面と前記凹部の前記側壁との間の第１の空間の両端から外側に張り出した封止材貯蔵部を有し、前記第１の空間が、前記電気接続部とともに封止材によって封止されており、前記溝部の少なくとも一部に封止材が充填されており、前記電気接続部非形成側面の少なくとも一部は封止材で覆われずに露出している、インクジェット記録ヘッド。
6. 前記溝部の底面の両側隅部が前記封止材によって覆われている、請求項５に記載のインクジェット記録ヘッド。
7. 前記封止材貯蔵部は、前記溝部と連通している、請求項５または６に記載のインクジェット記録ヘッド。

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