(57)【要約】【課題】素子基板の変形の抑制と、コストダウンを両立した液体吐出ヘッドを提供する。【解決手段】素子基板、チッププレート、マウント接着剤及び周囲封止剤を有する液体吐出ヘッドにおいて、  使用温度での温度変化によって発生する前記チッププレートの変形に追従する前記素子基板の変形を、前記周囲封止剤の変形によって抑制し、ＢをＡより大きくする寸法変化を生じさせないことを特徴とする。  Ａ:素子基板における供給部を含まない吐出口列と垂直の寸法  Ｂ:素子基板における供給部を含む吐出口列と垂直の寸法【選択図】図１
2007015309.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を吐出させるための複数の吐出口と液滴を吐出させるためのエネルギーを発生させる発熱素子と前記吐出口の並びに概平行に位置し、液体を前記吐出口へ供給するための供給部とを備えた素子基板と、
前記供給部と連通する連通口を有し、デバイスホールによって前記素子基板を支持するチッププレートと、
前記素子基板と前記チッププレートを結合させるためのマウント接着剤と、
前記素子基板の外周を封止する周囲封止剤と、
を有する液体吐出ヘッドにおいて、
使用温度での温度変化によって発生する前記チッププレートの変形に追従する前記素子基板の変形を、前記周囲封止剤の変形によって抑制し、且つＢをＡより大きくする寸法変化を生じさせないことを特徴とする液体吐出ヘッド。
Ａ:素子基板における供給部を含まない吐出口列と垂直の寸法
Ｂ:素子基板における供給部を含む吐出口列と垂直の寸法
【請求項２】
前記素子基板は単結晶シリコンであ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】
前記チッププレートは、樹脂であ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】
前記マウント接着剤は熱硬化型接着剤であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
前記周囲封止剤は熱硬化型封止剤であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】
前記マウント接着剤と前記周囲封止剤は、同時硬化であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項７】
前記マウント接着剤の硬化温度は、60〜150℃であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項８】
前記周囲封止剤の硬化温度は、60〜150℃であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項９】
前記チッププレートと前記周囲封止剤の弾性率は、概同等であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１０】
液滴を吐出させるための複数の吐出口と液滴を吐出させるためのエネルギーを発生させる発熱素子と前記吐出口の並びに概平行に位置し、液体を前記吐出口へ供給するための供給部とを備えた素子基板と、
前記供給部と連通する連通口を有し、前記素子基板を支持するチッププレートと、
前記素子基板と前記チッププレートを結合させるためのマウント接着剤と、
前記素子基板の外周を封止する周囲封止剤と、
を有する液体吐出ヘッドにおいて、
前記マウント接着剤と前記周囲封止剤が同一温度にて硬化される際の前記素子基板の前記吐出口列と垂直の方向の幅をx、前記xと平行なデバイスホールの幅をy、素子基板の線膨張係数をα１、チッププレートの線膨張係数をα２、周囲封止剤の線膨張係数をα３とすると、
（y・α2−x・α1）/（ｙ−x）≧ α3 ≧ α2  ・・・式(１)
であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項１１】
前記チッププレートにおける前記デバイスホールの形状が底面に向かって傾斜していることを特徴とする請求項１〜10のいずれか１項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、液体を噴射し飛翔液滴を形成して記録を行う液体吐出ヘッドに関するものである。
【０００２】
また本発明は紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の被記録媒体に対し記録を行う、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等の装置、さらには各種処理装置と複合的に組み合わせた産業記録装置に適用できる発明である。
【０００３】
なお、本発明における、『記録』とは、文字や図形等の意味を持つ画像を被記録媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を付与することも意味する。
【背景技術】
【０００４】
従来、液体吐出ヘッドの吐出口から記録液(インク)を吐出することにより記録を行う液体吐出記録装置が、低騒音、高速記録などの点で優れた記録装置として知られている。
【０００５】
この液体吐出記録法については、これまでにもさまざまな方式が提案され改良が加えられて商品化されたものもあれば現在実用化への努力が続けられているものもある。
【０００６】
この種の液体吐出ヘッドは、例えば図５、図６に示すようにインクを吐出するための吐出口３を有するオリフィスプレート４と各吐出口３に連通した流路５と、流路５の一部を構成し、かつ吐出のためのエネルギーを発生する発熱素子２と各流路５に液体を供給する供給部６を有する素子基板１と、素子基板１がデバイスホール７上でマウント接着剤８によって接着され、供給部６に連通している連通口９を有するチッププレート10と、チッププレート10上に固定され、素子基板１とリード部11によって電気的に接続されることで液体を吐出させるための電気信号を素子基板１へ伝える電気配線部材12と、素子基板１と電気配線部材12との電気接続部を保護するための電気部封止剤13と、素子基板１の側面を保護し、素子基板１とデバイスホール７の間に液体が溜まるのを防止するための周囲封止剤14と、更に、液体を貯蔵するタンク部17によって構成されている。
【０００７】
上記のような構成を有するヘッドにおいて、素子基板１は単結晶シリコンを用いるのが一般的である。単結晶シリコンは線膨張係数が非常に小さいため、マウント接着剤８の硬化温度よりも低温環境下では、チッププレート10が素子基板１より大きく収縮し、チッププレート10とマウント接着剤８で接着されている素子基板１は、その収縮に追随して大きく変形する。素子基板１の変形は、素子基板１で最も変形し易い最外供給部外部15で発生し、基板内側への弓形変形が起こる。このような変形が起こることで液体の吐出方向が所望の位置と異なる位置に着弾する不具合が発生するのである。このような不具合を防止するため、特開2001-129977号公報(特許文献１)では、素子基板１とチッププレート10との線膨張係数の差を小さくすることで素子基板の変形を抑える手法として、チッププレート10の材質にアルミナ等のセラミックを用いることが開示されている。また、素子基板１の変形は、最外供給部外部15で発生するため、最外供給部外部15の領域を広げ、その部分の剛性を上げることで変形を防止する方法もとられている。また、特開平６-246920号公報(特許文献２)では、更に別の部材を接合することで、所望の部材同士の変形量を合わせ込む方法も開示されている。
【特許文献１】特開2001-129977号公報
【特許文献２】特開平６-246920号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記構成の液体吐出ヘッドは、良好な液体の吐出が可能であり、安定的に生産可能である。
【０００９】
しかしながら、高価なセラミックをチッププレート10の材料として採用することや、素子基板１の最外供給部外部15の領域を広げることで素子基板１が大きくなり、ウェハからの取り個数が減少すること、更に別の部材を接合することは、液体吐出ヘッドが高価なものとなってしまう。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
液滴を吐出させるための複数の吐出口と液滴を吐出させるためのエネルギーを発生させる発熱素子と前記吐出口の並びに概平行に位置し、液体を前記吐出口へ供給するための供給部とを備えた素子基板と、
前記供給部と連通する連通口を有し、デバイスホールによって前記素子基板を支持するチッププレートと、
前記素子基板と前記チッププレートを結合させるためのマウント接着剤と、
前記素子基板の外周を封止する周囲封止剤と、
を有する液体吐出ヘッドにおいて、
使用温度での温度変化によって発生する前記チッププレートの変形に追従する前記素子基板の変形を、前記周囲封止剤の変形によって抑制し、且つＢをＡより大きくする寸法変化を生じさせないことを特徴とする。
【００１１】
Ａ:素子基板における供給部を含まない吐出口列と垂直の寸法
Ｂ:素子基板における供給部を含む吐出口列と垂直の寸法
周囲封止剤が使用温度内で収縮変形することによって、素子基板の側面から素子基板を引っ張り、素子基板の収縮変形を抑制する。また、周囲封止剤が素子基板を引っ張りすぎて、素子基板が太鼓状に膨らんだ場合、素子基板の供給部の角部は非常に脆いので亀裂が生じるため、周囲封止剤は素子基板が太鼓状にならない範囲内で引っ張ることで、素子基板の変形が抑制された液体吐出ヘッドが可能となる。なお、図３には、太鼓状に変形した素子基板の供給部から亀裂が生じた状態を示す。ここでいう使用温度とは、液体吐出ヘッドの駆動環境温度、及び搬送時の環境温度で、-30〜60℃の間を意味する。
【００１２】
また、前記素子基板は単結晶シリコンであることを特徴とする。
【００１３】
また、前記チッププレートは、樹脂であることを特徴とする。
【００１４】
また、前記マウント接着剤は熱硬化型接着剤であることを特徴とする。
【００１５】
また、前記周囲封止剤は熱硬化型封止剤であることを特徴とする。
【００１６】
また、前記マウント接着剤と前記周囲封止剤は、同時硬化であることを特徴とする。
【００１７】
また、前記マウント接着剤の硬化温度は、60〜150℃であることを特徴とする。
【００１８】
また、前記周囲封止剤の硬化温度は、60〜150℃であることを特徴とする。
【００１９】
また、前記チッププレートと前記周囲封止剤の弾性率は、概同等であることを特徴とする。
【００２０】
また、液滴を吐出させるための複数の吐出口と液滴を吐出させるためのエネルギーを発生させる発熱素子と前記吐出口の並びに概平行に位置し、液体を前記吐出口へ供給するための供給部とを備えた素子基板と、
前記供給部と連通する連通口を有し、前記素子基板を支持するチッププレートと、
前記素子基板と前記チッププレートを結合させるためのマウント接着剤と、
前記素子基板の外周を封止する周囲封止剤と、
を有する液体吐出ヘッドにおいて、
前記マウント接着剤と前記周囲封止剤が同一温度にて硬化される際の前記素子基板の前記吐出口列と垂直の方向の幅をx、前記xと平行なデバイスホールの幅をy、素子基板の線膨張係数をα１、チッププレートの線膨張係数をα２、周囲封止剤の線膨張係数をα３とすると、
（y・α2−x・α1）/（ｙ−x）≧ α3 ≧ α2  ・・・式(１)
であることを特徴とする。
【００２１】
また、前記チッププレートにおける前記デバイスホールの形状が底面に向かって傾斜していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の液体吐出ヘッドは、チッププレートに結合された素子基板の温度変化による変形を、周囲封止剤の変形を規定することで抑制し、コストアップ無しに、温度環境の変化が発生しても良好な液体の吐出が実現可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に、本発明のより具体的な態様を示す。
【００２４】
図２(a)には、マウント接着剤、周囲封止剤が硬化した状態の概略図を示す(電気配線部材、電気部封止剤は略す)。そして、周囲封止剤が無い場合のある温度Δtだけ低下したときの状態を図２(b)、周囲封止剤が有る場合のある温度Δtだけ低下したときの状態を図２(c)に示す。ある温度Δtだけ低下したときの最外供給部外部における周囲封止剤領域の寸法変化は、デバイスホールの収縮量y・Δt・α２から素子基板の収縮量２・aを引いた値である。
【００２５】
素子基板の収縮量はチッププレートに追従するため、その収縮量は最大でx・Δt・α２である。よって、周囲封止剤領域の寸法変化は、最小で(y-x)・Δt・α２  である。
【００２６】
一方、周囲封止剤の寸歩変化は、(y-x)・Δt・α３である。
【００２７】
よって、周囲封止剤が素子基板を引っ張るためには、周囲封止剤の収縮量の方が、周囲封止剤領域の寸法変化よりも大きくならなければならない。よって、
(y-x)・Δt・α３ ≧(y-x)・Δt・α２
また、周囲封止剤が素子基板を引っ張りすぎて、素子基板を破壊する恐れがあるため、素子基板が太鼓状にならない範囲で引っ張る必要がある。即ち、周囲封止剤の変形量は最大で、素子基板の最大変形部が真っ直ぐになるところまでであるから、
(y-x)・Δt・α２ + x・Δt・(α２-α１)≧(y-x)・Δt・α３
よって、
（y・α2−x・α1）/（ｙ−x）≧ α3 ≧ α2  ・・・式(１)
となる。
【実施例】
【００２８】
(実施例１)
まず、本発明が適用される液体吐出ヘッドの概略構成を説明する。
【００２９】
図１には、チッププレート10上のデバイスホール７に塗布されたマウント接着剤８を介して素子基板１が配され、その後、チッププレート10に固定された電気配線部材12と素子基板１とを電気的に接続し、更に周囲封止剤14が素子基板１周辺に塗布された後、電気配線部材12と素子基板１との電気接続部を電気部封止剤13で封止した後、加熱されることでマウント接着剤８、周囲封止剤14、電気部封止剤13が熱硬化し、その後常温に戻った状態を示す。
【００３０】
素子基板１は、シリコンウェハ上にフォトリソグラフィーで回路を形成し、その回路の一部に液体を吐出させるための発熱素子２と、異方性エッチングによって形成された液体を発熱素子２へ供給するための供給部６とを有する。また、チッププレート10は、ＰＰＯ(ポリフェニレンオキサイド)とポリスチレンとの変性物から成り、マウント接着剤８、周囲封止剤14及び電気部封止剤13にはいずれも熱硬化型エポキシ材料を用いる。
【００３１】
本実施例においては、周囲封止剤14の硬化時における素子基板１の幅xが5.8ｍｍ、チッププレート10のデバイスホールの幅yが8.5ｍｍであり、素子基板１の線膨張係数α１は２ppｍ、チッププレート10の線膨張係数α２は30ppｍ、硬化後の周囲封止剤14の線膨張係数α３は60ppｍである。
【００３２】
式(１)より、
（y・α2−x・α1）/（ｙ−x）≧ α3 ≧ α2
（y・α2−x・α1）/（ｙ−x）≒90
α３ ≒60
α２ ≒30
よって、式(１)を満たしている。
【００３３】
マウント接着剤８、周囲封止剤14の硬化温度が100℃で、常温(25℃)に戻った場合、
この時の素子基板の変形量は、
周囲封止剤が無い場合の素子基板の収縮量≪:x・Δt・α２≫から、周囲封止剤の収縮によって素子基板が引っ張られる量≪・・・即ち、周囲封止剤領域の寸法変化から周囲封止剤の寸法変化を引いた値:(y-x)・Δt・α３-(y-x)・Δt・α２≫を引いた値となるため、
x・Δt・α２-[(y-x)・Δt・α３]-y・Δt・α２
[5.8・(100-25)・30  -(8.5-5.8)・(100-25)・(60-30)]/1000000
＝2.6・75・30/1000000≒0.0059ｍｍ
である。周囲封止剤14による引っ張りがなければ、最大5.8・(100-25)・30≒0.013ｍｍであり、変形量は大きく抑制され、液体の吐出の精度も向上する。
【００３４】
但し、周囲封止剤の弾性率が非常に低い場合には、周囲封止剤の変形で素子基板の変形を抑制することが難しくなっていくため、周囲封止剤の弾性率はチッププレートの弾性率と概同等であることが望ましい。
【００３５】
(実施例２)
さらに、本発明のより好ましい形態に対応する実施例を、図４を用いて説明する。
【００３６】
この実施形態においては、チッププレート10におけるデバイスホール７の形状が底面に向かって傾斜していることで、図１、図２に示す一般的な形態に比べて、周囲封止剤14の流れがさらに良く、効率的に流れを作ることが出来る。その際、デバイスホールの幅y’は、周囲封止剤14の封止領域の断面積Ｓ、平均封止高さhとすると、
Ｓ≒(y’-x)・h
となる。
【００３７】
他の点については前記実施例１における議論がそのまま成り立つ。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る液体吐出ヘッドの第１の実施例を示す概略図である。
【図２】(a)本発明に係る液体吐出ヘッドにおいて、加熱によってマウント接着剤、周囲封止剤が硬化した際の状態を示した概略図である。
【００３９】
(b)液体吐出ヘッドのマウント接着剤が硬化し、周囲封止剤がない場合の常温での状態を示した本発明の効果を説明するための概略図である。
【００４０】
(c)本発明に係る液体吐出ヘッドのマウント接着剤、周囲封止剤が硬化し、常温の状態を示した概略図である。
【図３】従来の液体吐出ヘッドが太鼓状に変形し、素子基板に亀裂が生じた状態を示す概略図である。
【図４】本発明に係る液体吐出ヘッドの第２の実施例を示す概略図である。
【図５】従来の液体吐出ヘッドを示す概略図である。
【図６】従来の液体吐出ヘッドを示す概略斜視図である。
【符号の説明】
【００４１】
１      素子基板
２      発生素子
３      吐出口
４      オリフィスプレート
５      流路
６      供給部
７      デバイスホール
８      マウント接着剤
９      連通口
10      チッププレート
11      リード部
12      電気配線部材
13      電気部封止剤
14      周囲封止剤
15      最外供給部外部
16      亀裂
17      タンク部
【図１】
2007015309.tif 000003
【図２】
2007015309.tif 000004
【図３】
2007015309.tif 000005
【図４】
2007015309.tif 000006
【図５】
2007015309.tif 000007
【図６】
2007015309.tif 000008