(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出する吐出口を備えるエポキシ材を含む吐出口形成部材と、液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子を備えるＳｉ基板と、が積層される記録素子基板と、
前記記録素子基板のＳｉ基板側の面を支持し、前記記録素子基板に液体を供給するための供給口を備えた、樹脂により形成された板状の第１の支持部材と、
前記第１の支持部材を支持し、前記第１の支持部材に液体を供給するための流路が形成された第２の支持部材と、
前記記録素子基板の両側に設けられ、前記第１の支持部材と前記第２の支持部材とを結合するための複数のねじと、
前記複数のねじの間であって、かつ前記第１の支持部材と前記第２の支持部材との間に設けられ、前記第１の支持部材の前記記録素子基板を支持する面と反対の面を押圧する弾性部材と、
を備える液体吐出ヘッドであって、
前記第１の支持部材の前記反対の面における前記ねじが配される部分と前記記録素子基板が配される部分との間には第１の凹部が設けられており、前記第１の凹部が配される部分の前記第１の支持部材の厚みは前記記録素子基板が配される部分の前記第１の支持部材の厚みよりも薄いことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記第１の支持部材には第２の凹部が設けられており、該第２の凹部に前記記録素子基板を固定する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】
前記記録素子基板の周囲の少なくとも一部を封止材で封止していることを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
複数の前記記録素子基板を有す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。
【請求項５】
前記記録素子基板は、前記吐出口に液体を供給可能な液体供給口を備えていることを特徴とする請求項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。
【請求項６】
前記第１の支持部材に直交する方向からみて、前記第１の凹部と前記第２の凹部は互いの一部が重なる位置に配されていることを特徴とする請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はインクなどの記録液を吐出して記録動作を行う液体吐出装置に搭載される液体吐出ヘッドおよび液体吐出ヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、液体供給路が形成されている流路ユニットと記録素子基板を支持した支持部材との間にジョイントシール部材を挟んで、ねじによって圧接させて液体のリークが生じないように結合した液体吐出ヘッドが開示されている。記録素子基板はＳｉウエハから形成されており、支持部材の材料は、記録素子基板と同等の線膨張率を有するアルミナなどを使用している。記録素子基板と支持部材との線膨張率を同等にすることで、温度変化による記録素子基板と支持部材との接着界面に加わる応力を緩和することができ、記録素子基板が支持部材から剥がれてしまうなどの懸念を抑制することができる。また、支持部材に液体を供給する流路ユニットと支持部材との間に弾性部材を挟んでねじ止め固定することで、流路ユニットと支持部材との間におけるインクリークを防止しつつ、製造工程が容易になり、より安価に製造されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１９１４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、近年ビジネス用に改良されたインクなど従来使用してきたインクの弱点であった耐水性や耐マーカー性を克服したインクが開発されるようになってきた。それに伴い、インクの粘度は高粘度してきている。高粘度インクを吐出させるには、通常、インクを温め、低粘度化させる必要があるが、アルミナを使用した支持部材では温めたインクが冷えやすいなど、インクの温度を吐出前に事前に高位安定させることが困難であった。すなわち、支持部材に従来のアルミナを使用した液体吐出ヘッドでは、選択可能なインクが制限されていた。そこで、支持部材の材料を従来のアルミナから樹脂に変更することで、記録素子基板の保温性能を高めることが考えられる。
【０００５】
また、液体吐出ヘッドの記録素子基板は、記録素子を配した基板上に、吐出口および吐出口に液体を導く液体流路を形成する吐出口形成部材を有している。吐出口形成部材は、エポキシ材を主材料としており、基板上にパターニングされて形成されている。パターニングの工程は、エポキシ材を高温加熱することで硬化している。線膨張率がおおよそ７ｐｐｍ／℃のＳｉ基板上に、線膨張がおおよそ５０ｐｐｍ／℃のエポキシ材が高温キュアで硬化されているため、硬化後の常温では、エポキシ材が収縮する方向の応力がＳｉ基板には残っている。
【０００６】
応力が残っているＳｉ基板を樹脂で形成された支持部材に取り付けた場合、以下のような懸念がある。つまり、Ｓｉ基板の残留応力と、Ｓｉ基板と支持部材との線膨張係数の違いに基づく液体吐出ヘッド使用中の温度変化でのそれぞれの膨張、収縮と、の相乗効果によって、Ｓｉ基板が割れたり、吐出口形成部材がＳｉ基板から剥がれることがある。特に、記録素子基板が長尺化したり、高密度化で細幅化することで、Ｓｉ基板の割れや吐出口形成部材の剥がれの懸念は大きくなる。
【０００７】
そこで本発明はＳｉ基板上に吐出口形成部材が形成された記録素子基板を有する液体吐出ヘッドにおいて、Ｓｉ基板の割れ、吐出口形成部材の剥がれを抑制し、環境信頼性が高い液体吐出ヘッド及び液体吐出ヘッド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】
【０００８】
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るエポキシ材を含む吐出口形成部材と、液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子を備えるＳｉ基板と、が積層される記録素子基板と、前記記録素子基板のＳｉ基板側の面を支持し、前記記録素子基板に液体を供給するための供給口を備えた、樹脂により形成された板状の第１の支持部材と、前記第１の支持部材を支持し、前記第１の支持部材に液体を供給するための流路が形成された第２の支持部材と、前記記録素子基板の両側に設けられ、前記第１の支持部材と前記第２の支持部材とを結合するための複数のねじと、前記複数のねじの間であって、かつ前記第１の支持部材と前記第２の支持部材との間に設けられ、前記第１の支持部材の前記記録素子基板を支持する面と反対の面を押圧する弾性部材と、を備える液体吐出ヘッドであって、前記第１の支持部材の前記反対の面における前記ねじが配される部分と前記記録素子基板が配される部分との間には第１の凹部が設けられており、前記第１の凹部が配される部分の前記第１の支持部材の厚みは前記記録素子基板が配される部分の前記第１の支持部材の厚みよりも薄いことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、Ｓｉ基板の割れ、吐出口形成部材の剥がれを抑制し、環境信頼性が高い液体吐出ヘッドを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態の液体吐出ヘッドを示した概略図である。
【図２】液体吐出ヘッドの分解図である。
【図３】液体吐出ヘッドの分解図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は、記録素子ユニットを説明するための図である。
【図５】第１の実施形態の記録素子基板を説明するための図である。
【図６】第１の実施形態の記録素子基板を説明するための図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）は、記録素子基板の残留応力の状態を説明する図である。
【図８】第１の実施形態の液体吐出ヘッドを説明するための断面図である。
【図９】第１の実施形態の液体吐出ヘッドを説明するための図である。
【図１０】第２の実施形態の記録素子ユニットを説明するための図である。
【図１１】第２の実施形態の記録素子ユニットを示した図である。
【図１２】その他の実施形態の記録素子ユニットを説明するための図である。
【図１３】その他の実施形態の記録素子ユニットを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１の実施形態）
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、第１の実施形態の液体吐出ヘッドを示した概略図であり、図２、図３は液体吐出ヘッドの分解図である。液体吐出ヘッド１００は、記録素子ユニット１０と、流路ユニット４０と、弾性部材５０と、電気基板６０と、ねじ７０を有している。記録素子ユニット１０は、記録素子基板１１、１２と、板状の支持部材（第１の支持部材）１３と、電気配線基板１４を有し、流路ユニット４０（第２の支持部材）は、筐体４１と流路プレート４２とを有している。
【００１２】
流路ユニット４０は、筐体４１に流路プレート４２を超音波溶着することで接合固定し、液体を貯留するインクタンク（不図示）から液体導入口へ導く液体供給路を形成している。筐体４１、流路プレート４２は、超音波溶着の加工性を鑑み、変性ポリフェニレンエーテル樹脂などの樹脂で形成されている。部品強度が必要な場合は、必要に応じてガラスフィラーを含有させてもよい。
【００１３】
図４は、第１の実施形態の記録素子ユニット１０を説明するための図であり、図４（ａ）は正面図、図４（ｂ）は断面図である。記録素子基板１１、１２は液体を吐出可能な複数の吐出口を備えており、ＢＫ（ブラック）インク用の記録素子基板１１は、貫通孔１５を１つ有し、ＣＬ（カラー）インク用の記録素子基板１２は、貫通孔１５を６つ有している。ＢＫインク用の記録素子基板１１は、記録スピードを向上させるために、吐出口列を１．１インチと長尺化している。また、ＢＫインク用の記録素子基板１１、ＣＬインク用の記録素子基板１２ともに、より安価に製造するために高密度化をし、細幅化を実施している。具体的には、ＢＫインク用の記録素子基板１１の幅は約２ｍｍ、ＣＬインク用の素子基板１２の幅は約８ｍｍである。記録素子基板１１、１２は、支持部材１３に接着固定されている。支持部材１３は、変性ポリフェニレンエーテル樹脂などの樹脂で形成されている。支持部材１３は、平面性、熱膨張率を鑑み、必要に応じてガラスフィラーを含有させてもよい。記録素子基板１１、１２と支持部材１３との接着に用いる接着材は、熱硬化性のエポキシ樹脂を使用しており、支持部材１３の平面性のバラつきを吸収できるように、厚みは０．０１〜０．２ｍｍ程度で管理されている。
【００１４】
図５および図６は、第１の実施形態の記録素子基板１２を説明するための図である。記録素子基板１２は、ウエハ１６で複数個を一括で製造している。液体にエネルギー発生素子（不図示）を半導体プロセスで形成したＳｉの基板１７上に、吐出口１８と液体流路１９とを形成する吐出口形成部材２０をパターニングして形成する。液体を供給するための貫通孔１５は、エッチングプロセスにより形成される。吐出口形成部材２０は、エポキシ材料を使用している。線膨張率がおおよそ７ｐｐｍ／℃のＳｉ基板上に、線膨張がおおよそ５０ｐｐｍ／℃のエポキシ材が高温キュアで硬化されているため、硬化後の常温では、エポキシ材が収縮する方向の応力が記録素子基板１２には残っている。
【００１５】
図７（ａ）、（ｂ）は、第１の実施形態の記録素子基板１２の残留応力の状態を説明するための図である。（ａ）は残留応力の影響を受けていない記録素子基板１２であり、（ｂ）は残留応力の影響を受けた記録素子基板１２を示している。吐出口形成部材２０が収縮する方向である矢印Ａの方向の応力が残っているため、記録素子基板１２は、残留応力によって中央部が凹むような力が加わる。
【００１６】
図８は、第１の実施形態の液体吐出ヘッド１００を説明するための断面図である。支持部材１３には、記録素子基板１１、１２に液体を供給可能な液体供給口２１が設けられ、流路プレート４２には、液体導入口４３が設けられている。支持部材１３には、その両端にねじ止め用の穴２２が設けられており、流路プレート４２が取り付けられた筐体４１には、ねじ止め部４４が設けられている。支持部材１３の液体供給口２１と流路プレート４２の液体導入口４３とは、対向する位置に配置されており、弾性部材５０は、両者の開口位置に対応する位置に貫通穴を有している。記録素子ユニット１０と流路ユニット４０とは、弾性部材５０を挟んでねじで結合されている。これによって、液体導入口４３と液体供給口２１とが弾性部材５０の貫通穴を介して連通状態となる。
【００１７】
図９は、第１の実施形態の液体吐出ヘッド１００を説明するための図である。支持部材１３は、樹脂材料により形成されているため、弾性部材５０を挟んでねじ止め固定することで、支持部材１３の記録素子基板１１、１２が接着されているのと反対の面が弾性部材５０によって押圧される。この弾性部材５０による押圧力により、支持部材１３には矢印Ｂの方向の応力が加わり、支持部材１３には中央部が凸になるような力が加わる。支持部材１３に接着固定された記録素子基板１１、１２にもこの応力が影響し、記録素子基板１１、１２にも中央部が凸になるように力が加わる。この結果、記録素子基板１１、１２の残留応力が緩和される。
【００１８】
このように、記録素子基板１１、１２を支持部材１３に接着固定した後に、支持部材１３を、弾性部材５０を介してねじ締め固定することで、記録素子基板１１、１２の残留応力を緩和することができる。
【００１９】
これにより、温度変化、湿度変化などの際に、記録素子基板の残留応力が起因して発生する懸念のあるＳｉ基板の割れや吐出口形成部材の剥がれなどを抑制し、環境信頼性が高い液体吐出ヘッドおよび液体吐出ヘッドの製造方法を実現することができた。
【００２０】
また、本実施形態においては、記録素子基板を長尺化、細幅化したことにより記録素子基板に残った残留応力も大きくなるので、残留応力の緩和によるＳｉ基板の割れや吐出口形成部材の剥がれなどの抑制効果は大きい。
【００２１】
なお、本実施形態では、支持部材１３の固定にねじを用いたが、これに限定するものではない。つまり、支持部材１３の中央部が凸になるように弾性部材で押圧して固定できる物であればよく、例えば、止め輪やＥリングとピンとで固定してもよい。
【００２２】
また、本実施形態では、支持部材１３と流路ユニット４０との間に弾性部材５０を挟んで、ねじで固定することで支持部材１３を押圧する構成を説明したがこれに限定するものではない。つまり、固定した時に支持部材１３の中央部が凸になるように押圧できる構成であればよく、例えば、流路ユニット４０と弾性部材とが一体で構成されていてもよい。
【００２３】
（第２の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第２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第１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。
【００２４】
図１０は、第２の実施形態の記録素子ユニットを説明するための図である。記録素子ユニット以外の構成については、第１の実施形態の液体吐出ヘッドと同様なので、説明を割愛する。支持部材１３には、記録素子基板１１、１２を支持部材１３の厚み方向におさめるための凹部２３を有している。支持部材１３の凹部２３に接着固定された記録素子基板１１、１２の外周（の少なくとも一部）は封止材２４により封止されている。支持部材１３は樹脂で形成されているため、容易に凹部２３を設けることができる。記録素子基板１１、１２の外周を封止することで、記録素子基板１１、１２の外周がインクなどにより浸食されることを防止することができる。封止材は、液体吐出ヘッドの実使用時にインクが付着し水分などを吸収することで膨潤することがある。
【００２５】
図１１は、第２の実施形態の記録素子ユニットを示した図である。封止材２４が膨潤すると、図１１に示すように、記録素子基板１１、１２には矢印Ｃの方向の応力が加わり、記録素子基板１１、１２は中央部が凹む方向の応力が促進される。そして、本実施形態においても、支持部材１３は樹脂材料により形成されているため、弾性部材５０を挟んでねじ止め固定することで、弾性部材５０の反発力（押圧力）により、支持部材１３は中央部が凸になるように力が働く。支持部材１３に接着固定された記録素子基板１１、１２にもこの応力が影響し、記録素子基板１１、１２も中央部が凸になるように力が働く。この結果、記録素子基板１１、１２に残っていた残留応力が緩和される。
【００２６】
このように、記録素子基板１１、１２を支持部材１３に接着固定した後に、弾性部材を介してねじ締め固定することで、記録素子基板１１、１２に残っていた残留応力が緩和することができる。これにより、温度変化、湿度変化などの際に、記録素子基板の残留応力が起因して、発生懸念のあるＳｉ基板の割れや吐出口形成部材の剥がれなどを抑制することができ、環境信頼性が高い液体吐出ヘッドおよび液体吐出ヘッドの製造方法を提供することができる。
【００２７】
また、記録素子基板を長尺化、細幅化したことにより記録素子基板に残った残留応力も大きくなるが、ねじ止め固定による残留応力の緩和によるＳｉ基板の割れや吐出口形成部材の剥がれなどを抑制することができる。
【００２８】
また、記録素子基板の周囲に封止材を設けたことで生じる封止材の膨潤による応力についても、ねじ止め固定による残留応力の緩和によるＳｉ基板の割れや吐出口形成部材の剥がれなどを抑制することができる。
【００２９】
（その他の実施形態）
図１２は、その他の実施形態の記録素子ユニットを説明するための図である。記録素子ユニット以外の構成については、第１の実施形態の液体吐出ヘッドと同様なので、説明を割愛する。
【００３０】
支持部材１３の記録素子基板１１、１２が形成される側の裏面側には凹部が形成されており、それにより支持部材１３の厚みが薄い薄肉部２５が形成されている。支持部材１３に薄肉部２５を設けて、ねじ止め固定することで、支持部材１３に加わる応力が変わる。その結果、記録素子基板１１、１２に加わる応力も変わり残留応力を緩和することができる。薄肉部２５の肉厚が薄いと薄肉部の変形が大きくなり、記録素子基板へ加わる応力が小さくなる傾向になる。図１２に示すように、支持部材１３の薄肉部２５の厚みは、記録素子基板１１、１２が配される部分の厚みよりも薄い。このようにねじ止め部と記録素子基板との間に薄肉部２５を設けることで、ねじ止めによる固定時に支持部材１３の中央部が凸になるように変形し易くなるので記録素子基板１１、１２に残る残留応力が緩和される点で好ましい。
【００３１】
支持部材１３は樹脂で形成されているため、支持部材の成形時に容易に薄肉部２５を設けることができる。記録素子基板１１、１２の長さ、幅、貫通孔の数などにより、薄肉部の形状を変えて対応することもできる。本実施形態では、支持部材１３の裏面からザグリを設けて薄肉部２５を設けたが、支持部材１３の表面よりザグリを設けて薄肉部を設けてもよい。
【００３２】
図１３は、その他の実施形態の記録素子ユニットを説明するための図である。記録素子ユニット以外の構成については、第１の実施形態の液体吐出ヘッドと同様なので、説明を割愛する。支持部材１３の凹部２３は、記録素子基板１１、１２が接着固定される面よりも深く設けている。記録素子基板が接着固定される面よりも凹部を深くすることで、記録素子基板１１、１２の周囲に封止材を設けた場合でも、凹部２３への封止材の侵入量を管理することができ、封止材の膨潤による影響を制御することができる。
【００３３】
記録素子基板１１、１２の長さ、幅、貫通孔の数などにより、凹部の形状を変えて対応することができる。本実施形態では、深さ方向での形状で対応したが、平面方向の形状においても、必要に応じて対応することができる。
【００３４】
本実施形態においても、支持部材１３は樹脂材料により形成されているため、弾性部材５０を挟んでねじ止め固定することで、弾性部材５０の反発力により、支持部材１３は中央部が凸になるように変形する。支持部材１３に接着固定された記録素子基板１１、１２にもこの応力が影響し、記録素子基板１１、１２も中央部が凸になるように変形する。この結果、記録素子基板１１、１２に残っていた残留応力が緩和される。
【００３５】
このように、記録素子基板１１、１２を支持部材１３に接着固定した後に、弾性部材を介してねじ締め固定することで、記録素子基板１１、１２に残っていた残留応力が緩和することができる。
【００３６】
これにより、温度変化、湿度変化などの際に、記録素子基板の残留応力が起因して、発生懸念のあるＳｉ基板の割れや吐出口形成部材の剥がれなどを抑制することができ、環境信頼性が高い液体吐出ヘッドおよび液体吐出ヘッドの製造方法を提供することができる。
また、記録素子基板を長尺化、細幅化したことにより記録素子基板に残った残留応力も大きくなるが、ねじ止め固定による残留応力の緩和によるＳｉ基板の割れや吐出口形成部材の剥がれを抑制することができる。
【００３７】
また、支持部材の薄肉部や、凹部の形状を変えることで、記録素子基板の幅、貫通孔の数などに応じて対応することができ、ねじ止め固定による残留応力の緩和で、Ｓｉ基板の割れや吐出口形成部材の剥がれを抑制することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１０  記録素子ユニット
１１  記録素子基板
１２  記録素子基板
１３  支持部材
２４  封止材
２３  凹部
２５  薄肉部
４０  流路ユニット
４４  ねじ止め部
５０  弾性部材
１００  液体吐出ヘッド
【図１】
0005980268.tif 000002
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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