(57)【要約】      （修正有）【課題】液体吐出ヘッドのノズル形状の精度を高め、安定性を確保するとともに、吐出チップの密閉性を向上させることで、寿命を安定させることが可能な液体吐出ヘッドと液体吐出装置を提供する。【解決手段】複数の素子と、複数の素子にそれぞれ対応したノズルを構成するための複数の流路壁と、ノズル及びノズルと連通する共通液室の外周を画成する液室枠３ｂと、が形成された基板と、基板上に配置され、共通液室に液体を供給するための流路が形成された天板とを接着層９を介して接着して形成した吐出チップを備えた液体吐出ヘッドにおいて、液室枠に接着させる部分の接着層の厚みが流路壁に接着させる部分の接着層の厚みよりも大きい。【選択図】図５
2020097137.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出するためのエネルギーを発生する複数の素子と、
前記複数の素子にそれぞれ対応したノズルを構成するための複数の流路壁と、
前記ノズル及び前記ノズルと連通する共通液室の外周を画成する液室枠と、
が形成された基板と、
前記基板上に配置され、前記共通液室に液体を供給するための流路が形成された天板とを備え、
前記天板と前記複数の流路壁および前記液室枠とが接着層を介して接着された吐出チップを備えた液体吐出ヘッドにおいて、
前記液室枠に接着される部分の接着層の厚みが前記流路壁に接着される部分の接着層の厚みよりも大きいことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記流路壁の高さが前記液室枠の高さよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記液室枠に接着される部分の接着層と前記流路壁に接着される部分の接着層の厚みの差が、
前記流路壁の高さと前記液室枠の高さの差よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記流路壁、前記液室枠および前記接着層が感光性樹脂により形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッドを有することを特徴とする液体吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は記録のために液体を吐出する液体吐出ヘッドと液体吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット印刷装置などに用いられる液体吐出ヘッドは、液路に満たされた液体であるインクを吐出させるために利用される吐出エネルギーを発生するエネルギー発生素子を有している。そして、インク供給口から共通液室を介してインクを液路に導き、ここでインクにエネルギー発生素子からエネルギーを作用させ、これに応じて液路先端の吐出口からインクを液滴として吐出させ、印刷媒体上にドットを形成して印刷が行われるよう構成されている。中でも、熱エネルギーを利用してインクを吐出する液体吐出ヘッドは、吐出口、液路およびエネルギー発生素子である発熱素子を高密度に多数配列することが可能である。そしてこのような高密度化によって、高解像度および高画質の画像を高速度にて得られ、印刷装置のコンパクト化やカラー化が容易であることなどの利点から、パーソナルまたはオフィスユースの印刷装置に適用されている。
【０００３】
このような装置に用いられる液体吐出ヘッドは、例えば特許文献１に示されている。
【０００４】
図６はそのような従来の液体吐出ヘッドのインク吐出部（以後、吐出チップと呼ぶ）の概略構造を模式的に示す断面図である。図示の吐出チップは、液体を滴として吐出するために利用されるエネルギー発生素子１が図面と直交する方向に所定間隔で配列されたヒーター基板２を備える。基板２上には、隣接するエネルギー発生素子１間に配設され、個々のノズルを形成するためのノズル側壁３ａと、共通液室７を形成するための液室枠３ｂとが形成されている。このノズル側壁３ａと液室枠３ｂの上面に対して、共通液室７内に液体を供給するための液体供給口４ａを有する天板４を接合することで、先端側が吐出口５に連通する複数のノズル６と、ノズルに連通する共通液室７とが形成される。
【０００５】
このような工程を経て形成される吐出チップにおいて、ノズル側壁３ａおよび液室枠３ｂと天板４との間に接着剤としての接着層９が配される。例えば特許文献１では、天板４の接着面にあらかじめ接着層９を形成し、ヒーター基板２を当接させ一体的に接合したあと、所定の大きさの吐出チップに分離する製造方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−６６９７３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような製造方法において、ノズル部は接合信頼性を確保するとともに接合後の形状を精度良く安定的に形成することが重要である。ノズル部の接合が不十分であったり、形状が不安定な場合、吐出不良が生じたり、吐出性能が保証されない。
【０００８】
一方、ノズル側壁３ａとともに液室枠３ｂの接合が不十分な場合、共通液室内のインクが吐出チップ外に流出する恐れがある。そのため、吐出チップの外面は封止剤等で封止されている。しかし、封止剤はインクが長時間接触することにより劣化し、剥離が発生する恐れがある。剥離部が進行し外部と連通すると、液体吐出ヘッドの密閉性が損なわれ、外部への液体の漏れや外部から液体吐出ヘッド内への空気の侵入が発生し、正常な動作が行われない可能性がある。したがって、吐出チップはノズル部とともに液室枠部も接合信頼性を確保することが望ましい。
【０００９】
よって本発明は、液体吐出ヘッドのノズル形状の精度を高め、安定性を確保するとともに、吐出チップの密閉性を向上させることで、寿命を安定させることが可能な液体吐出ヘッドと液体吐出装置、および各々の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
そのため、本発明の液体吐出ヘッドは、
液体を吐出するためのエネルギーを発生する複数の素子と、
前記複数の素子にそれぞれ対応したノズルを構成するための複数の流路壁と、
前記ノズル及び前記ノズルと連通する共通液室の外周を画成する液室枠と、
が形成された基板と、
前記基板上に配置され、前記共通液室に液体を供給するための流路が形成された天板とを備え、
前記天板と前記複数の流路壁および前記液室枠とが接着層を介して接着された吐出チップを備えた液体吐出ヘッドにおいて、
前記液室枠に接着される部分の接着層の厚みが前記流路壁に接着される部分の接着層の厚みよりも大きいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、液体吐出ヘッドのノズル形状を安定させ、吐出チップの密閉性を向上させることができるため、高品位の印刷を可能とし、液体吐出ヘッドの寿命を安定化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】液体吐出装置を模式的に示した正面図である。
【図２】（ａ）は本実施形態の液体吐出ヘッドの内部構造を示す正面図であり、（ｂ）は正面図ＩＩｂ−ＩＩｂ線に沿う断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は従来の液体吐出ヘッドの吐出チップ部の製造工程を説明するための図であり、左側は吐出口側から見た図、右側は吐出口側面側から見た図である。
【図４】（ｅ）〜（ｈ）は従来の液体吐出ヘッドの吐出チップ部の製造工程を説明するための図であり、左側は吐出口側から見た図、右側は吐出口側面側から見た図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は本実施形態の液体吐出ヘッドの吐出チップ部の製造工程を説明するための図であり、左側は吐出口側から見た図、右側は吐出口側面側から見た図である。
【図６】は従来の液体吐出ヘッドの吐出チップの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施形態を詳しく説明する。
【００１４】
図１は、本実施形態を適用可能な液体吐出記録装置（以下、単に記録装置ともいう）を模式的に示した正面図である。記録装置１００はホストＰＣ１１０と接続されている。そして記録装置１００は、ホストＰＣ１１０から送信される記録情報に基づいて４つの液体吐出記録ヘッド（以下、単にヘッドともいう）２２Ｋ、２２Ｃ、２２Ｍ、２２Ｙから記録媒体（以下、ロール紙ともいう）Ｐに液体を吐出して記録を行う。４つの液体吐出記録ヘッド２２Ｋ、２２Ｃ、２２Ｍ、２２Ｙは、記録媒体Ｐの搬送方向（矢印Ａ方向）に沿って配置されている。各液体吐出記録ヘッドは搬送方向に黒インク用液体吐出記録ヘッ ド２２Ｋ、シアンインク用液体吐出記録ヘッド２２Ｃ、マゼンタインク用液体吐出記録ヘッド２２Ｍ、イエローインク用液体吐出記録ヘッド２２Ｙの順で互いに平行に配置されている。液体吐出記録ヘッド２２Ｋ、２２Ｃ、２２Ｍ、２２Ｙは、いわゆるラインヘッドであり、記録媒体搬送方向と交差する方向（図では、直交する方向）に沿ってノズルを所定の密度で配置したものとなっている。ノズルの配置幅（記録媒体の搬送方向における配列範囲）は、使用する記録媒体の最大記録幅以上の幅となっている。記録装置が記録を行う際は、各ヘッドを移動させることなく、液体吐出記録ヘッドに設けられたヒーターを駆動することによってノズルから液体を吐出して記録を行う。
【００１５】
液体吐出記録ヘッドは記録に伴って、ノズルの開口部である吐出口が形成された面（以下、吐出口面ともいう）２２Ｋｓ、２２Ｃｓ、２２Ｍｓ、２２Ｙｓにゴミやインク滴等の異物が付着することで吐出状態が変わり、記録に影響を与えることがある。そのため、各ヘッド２２Ｋ、２２Ｃ、２２Ｍ、２２Ｙから安定して液体を吐出できるように、記録装置１００には回復ユニット４０が組み込まれている。この回復ユニット４０による吐出口面のクリーニングを定期的に行うことによって、液体吐出記録ヘッド２２Ｋ、２２Ｃ、２２Ｍ、２２Ｙのノズルからの液体吐出記録状態を初期の良好な吐出状態に回復させることができる。回復ユニット４０には、クリ−ニング動作のときに４つの液体吐出記録ヘッド２２Ｋ、２２Ｃ、２２Ｍ、２２Ｙの吐出口面２２Ｋｓ、２２Ｃｓ、２２Ｍｓ、２２Ｙｓから液体および微細な気泡を除去する際に使用されるキャップ５０が備えられている。このキャップ５０は各液体吐出記録ヘッド２２Ｋ、２２Ｃ、２２Ｍ、２２Ｙに独立して設けられている。
【００１６】
記録媒体Ｐは、ロール紙供給ユニット２４から供給され、記録装置１００に組み込まれた搬送機構２６によって矢印Ａ方向に搬送される。搬送機構２６は、ロ−ル紙Ｐを載置して搬送する搬送ベルト２６ａ、この搬送ベルト２６ａを回転させる搬送モータ２６ｂ、搬送ベルト２６ａに張力を与えるローラ２６ｃなどから構成されている。記録を行う際には、搬送中のロール紙Ｐがブラックの液体吐出記録ヘッド２２Ｋの下に到達すると、ホストＰＣ１１０から送られた記録情報に基づいて、液体吐出記録ヘッド２２Ｋからブラックインクが吐出される。同様に液体吐出記録ヘッド２２Ｃ、液体吐出記録ヘッド２２Ｍ、液体吐出記録ヘッド２２Ｙの順に、各色のインクが吐出されてロール紙Ｐへのカラー記録が完成する。
【００１７】
本実施形態による液体吐出記録装置は、記録用紙Ｐの記録領域の幅方向の全域に渡って延在する長尺な液体吐出記録ヘッド２２を用いた記録装置としての適用例である。しかし本発明は、液体吐出記録ヘッドの主走査方向の記録走査と、その主走査方向と交差する副走査方向における記録用紙の所定量の搬送とを繰り返すシリアルスキャン方式の記録装置にも適用することができる。
【００１８】
図２（ａ）は本実施形態の液体吐出ヘッドの構造を説明するための正面図であり、（ｂ）はＩＩｂ−ＩＩｂ線に沿う断面図である。
【００１９】
これらの図において、セラミック製のベースプレート１０はシリコンウエハにより形成されるヒーター基板１１を支持している。ヒーター基板１１には、液体の吐出エネルギー発生素子としての複数の電気熱変換体（ヒーターまたはエネルギー発生部）とこれらの電気熱変換体に対応するノズル３９を構成するための複数の流路壁とが形成されている。また、ヒーター基板１１には各ノズルに連通する共通液室１２の外周を囲む液室枠も形成されている。このように形成されたノズルの側壁および液室枠の上には、シリコンウエハに共通液室１２が形成された天板１３が接合されている。したがって、ヒーター基板１１と天板１３は互いに一体化した状態（以後、吐出チップと呼ぶ）でベースプレート１０に積層接着されている。ベースプレート１０におけるヒーター基板１１の後方には、実装済みのＰＣＢ（電気配線基板）１４が接着部材（図示せず）により支持されている。ヒーター基板１１上の各吐出エネルギー発生素子とＰＣＢ１４とは、各々の配線に対応するワイヤーボンディング１５により電気的に接続されている。
【００２０】
天板の上面には液体供給部材２７が実装されている。外部より供給される液体は、液体供給部材２７のジョイント部、供給フィルター２９、メイン液体供給室２６を介して天板の供給口から共通液室、ノズルに供給される。
【００２１】
このような構成において、液体供給部材２７と吐出チップ８の接合部は接着剤によって接着されており、液体吐出ヘッドからの液体のもれや外部との空気の連通を防止するため完全に封止する必要がある。本実施例においてはその機能を示すため、使用する接着剤を封止剤と呼ぶ。本実施例における封止剤の一例としてシリコーン系の接着剤が用いられる。
【００２２】
次に、図３および図４を用いて、従来の液体吐出ヘッドにおける吐出チップの製造工程について説明する。図３（ａ）〜（ｄ）および図４（ｅ）〜（ｈ）は吐出チップ８の製造工程の説明図であり、左側は吐出チップ端部を含む吐出口側、右側は吐出口側面から見た図に対応している。
【００２３】
まず、図３（ａ）に示すシリコンウエハからなるヒーター基板２は、次工程における感光性樹脂との密着性の向上を目的として、洗浄および表面処理が行われる。
【００２４】
次に、密着性を向上したヒーター基板２上に図３（ｂ）に示すように液状の感光性樹脂１８を塗布する。感光性樹脂１８の塗布方法には、当分野で一般的な方法が用いられる。本例においてはスピンコートを用い、５μｍの厚みに設定する。
【００２５】
そして、図３（ｃ）に示すように、フォトマスクを介してノズル台座１７として残す感光性樹脂上に紫外線を照射する。そして、現像液で現像し、感光性樹脂の未露光部分を融解させる。これにより図３（ｄ）のようにノズル台座１７が形成される。ノズル台座部分の形状は、後述するノズル側壁と積層される部分を含み、かつ液室枠のパターンと重複する部分を除いていれば良く、ヒーター基板全体もしくはその一部であっても良い。
【００２６】
次の工程では、図４（ｅ）に示すように、ノズル台座１７が形成されたヒーター基板２上にさらに感光性樹脂１８をスピンコートにて塗布する。本例においては、ノズル側壁部の高さがノズル台座部を含め２４．５μｍの厚みになるように設定する。このノズル側壁部と液室枠として残す部分に、フォトマスクを介して紫外線を照射し、再度、現像液で現像した後、感光性樹脂の未露光部分を融解させる。これにより、図４（ｆ）のように露光して硬化した部分にノズル側壁３ａおよび液室枠３ｂが形成される。
【００２７】
以上のように、ノズル側壁３ａはスピンコート工程および露光、現像工程を各々２回経て形成され、液室枠３ｂは各工程が１回で形成される。この工程により、ノズル側壁３ａと液室枠３ｂの高さには差異が発生し、本実施形態においてはノズル側壁３ａが液室枠３ｂよりも最大１．５μｍ程度高く形成される。これは、２回目のスピンコート後の感光性樹脂の高さが、ノズル台座１７の凹凸にならうことにより、ノズル台座１７があるノズル側壁部分はノズル台座１７がない液室枠部よりも高く形成されるためである。
【００２８】
一方、図４（ｇ）に示すシリコンウエハからなる天板基板１３は、エッチング製法により共通液室および共通液室に連通する供給口が形成される。その後、共通液室側の面に感光性樹脂からなる接着層９をスプレーコートにより形成する。本例においてはスプレーコートの厚みを３．５μｍ程度に設定する。次に、天板基板１３の接着層面に紫外線を照射した後、ノズル側壁３ａおよび液室枠３ｂが形成されたヒーター基板２を位置決めして圧着接合する。
【００２９】
その後、加熱工程にて接着層を硬化させた後、ノズル側壁３ａおよび液室枠３ｂの近傍を切断することで、図４（ｈ）のように液体吐出ヘッドに搭載される吐出チップの形態に分離される。
【００３０】
天板基板１３とヒーター基板２の接合圧着工程において、ノズル側壁３ａは液室枠３ｂよりも高く形成されているため、スプレーコートで形成した接着層９に対して深く押し込まれる。そのためノズル部分の接合信頼性は確保されやすい。一方で、接着層９は接合時に柔軟性を有しているため、接合時にノズル側壁３ａに当接した接着層がノズル内部に垂れ込む量が増えると、ノズルの断面形状および断面積を不安定にする恐れがある。したがって、所望の吐出特性の確保や吐出性能の安定性を確保することが困難となる。
【００３１】
さらに、液室枠３ｂはノズル側壁３ａよりも低いため、接着層に対して接合信頼性を確保することが難しい。すなわち、液室枠とノズル側壁の段差が大きい場合、図４（ｈ）に示すように、接着層９の厚みでその差異を吸収することができず、液室枠３ｂ側が接合されない場合ある。その結果、液体吐出ヘッドの使用時に内部の液体が吐出チップの外部に漏れ出す恐れがある。そのため、上述したように、吐出チップの周囲は封止剤により封止されているが、漏れ出した液体によって封止剤の界面接着力が低下し、経時的に封止剤を剥がす可能性がある。よって、液体吐出ヘッド内部の液体が外部へ流出したり、外部の空気が連通する恐れがある。
【００３２】
以上のような問題を回避するため、本実施形態における液体吐出ヘッドは、天板基板１３に塗布する接着層９の厚みに対して、所望の箇所に段差を設けるものである。
【００３３】
本発明の工程および構成について図５（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。ヒーター基板２上にノズル側壁３ａおよび液室枠３ｂを形成する工程については従来例と同一である。本実施形態においては、ノズル側壁３ａが液室枠３ｂよりも高く形成されることが望ましく、ノズル側壁３ａが液室枠３ｂよりも最大１．５μｍ程度高い。
【００３４】
図５に示すシリコンウエハからなる天板基板１３は、共通液室側の面に感光性樹脂からなる接着層９を形成する。接着層９の形成は、例えば、スプレーコート法、スピンコーティング法、ディップ法、ドクターブレード法、ディスペンサー、印刷法、またはこれらの組み合わせ等を用いることができる。好ましくはスプレーコート法である。本実施形態においては、スプレーコート工程を２回実施する。
【００３５】
まず１回目に、図５（ａ）のように全体に均一の厚みの感光性樹脂を塗布する。次に、図５（ｂ）に示すように、マスクを介して２回目のスプレーコートを実施する。使用するマスクは、ノズル側壁が接合される箇所およびその近傍を遮蔽するパターンが形成されている。そのため、このマスクを介してスプレーコートすることで、ノズル側壁接合部分を除く箇所のみ接着層が厚く形成される。本実施形態においては、１回目と２回目のスプレーコートの厚みの差が１．５μｍ以上になるように厚さを調整する。
【００３６】
その後、図５（ｃ）のように天板基板１３の接着層面に紫外線を照射した後、ノズル側壁３ａおよび液室枠３ｂが形成されたヒーター基板２と位置決めをし、圧着接合する。
【００３７】
次に、加熱工程にて接着層９を硬化させた後、ノズル側壁３ａおよび液室枠３ｂの近傍を切断することで、図５（ｄ）のように液体吐出ヘッドに搭載される吐出チップの形態に分離される。
【００３８】
本実施形態の液体吐出ヘッドによれば、天板基板１３の接着層９の厚みにおいて、ノズル側壁接合部分よりも液室枠接合部分が１．５μｍ以上厚いため、液室枠の接着層への押し込み量が増し、液室枠の接合信頼性が向上する。一方、ノズル側壁３ａは液室枠３ｂよりも高く、かつノズル側壁接合部分に相当する箇所の接着層の厚みが小さいため、接合時にノズル内部に垂れ込む接着層の量を低減でき、ノズルの断面積および形状を安定させることができる。
【００３９】
本実施形態のように、ヒーター基板においてノズル側壁３ａが液室枠３ｂよりも高く、かつ天板基板１３に形成した接着層９の厚みにおいてノズル側壁接合部分よりも液室枠接合部分が厚く、さらにノズル側壁と液室枠の高さの差異よりもノズル側壁接合部分と液室枠接合部分のスプレーコートの厚さの差異が大きいことで、吐出チップ全体の接合信頼性を向上させることができる。本発明の他の実施態様においては、天板基板１３に形成した接着層９の厚みを、ノズル側壁接合部分よりも液室枠接合部分を厚くし、その厚みの差異を調整することで、ノズル側壁３ａと液室枠３ｂの高さが同一もしくはノズル側壁３ａが液室枠３ｂよりも低い場合でも有効となる。
【００４０】
以上、本発明によれば液体吐出ヘッドのノズル形状の精度を高め、安定性を確保することができるため、吐出性能を安定化させることが可能となる。また、吐出チップの密閉性を向上させることで、安定した寿命の液体吐出ヘッドを提供できる。
【符号の説明】
【００４１】
２  ヒーター基板
３ａノズル側壁
３ｂ液室枠
４  天板
４ａ液体供給口
５  吐出口
６  ノズル
７  共通液室
８  吐出チップ
９  接着層
１０  ベースプレート
１１  ヒーター基板
１２  共通液室
１３  天板基板
１４  ＰＣＢ
１５  ワイヤーボンディング
１６  液体供給部材
１７  ノズル台座
１８  感光性樹脂
２２  液体吐出記録ヘッド
２２K  黒インク用ヘッド
２２C  シアンインク用ヘッド
２２M  マゼンタインク用ヘッド
２２Y  イエローインク用ヘッド
２２Ks  黒インク用ヘッド 吐出口面
２２Cs  シアンインク用ヘッド 吐出口面
２２Ms  マゼンタインク用ヘッド 吐出口面
２２Ys  イエローインク用ヘッド 吐出口面
２６  メイン液体供給室
２７  液体供給部材
２８  液体タンク
２９  供給フィルター
３９  ノズル
１００  記録装置
１１０  ホストＰＣ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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