(57)【要約】【課題】  流路構成部材と基板との密着性の確保。【解決手段】  液体吐出圧力発生素子と、電気信号入力端子と、を有した基板と、基板上に接合されることで吐出口に連通する流路を形成する流路構成部材と、基板と流路構成部材との間の少なくとも一部に形成された密着層と、流路構成部材の少なくとも一部の側面に設けられ、電気信号入力端子を封止する封止材と、備える液体吐出ヘッドであって、前記流路構成部材と前記密着層との前記基板の外周側の界面は、前記封止材が設けられている領域から退避して形成される。【選択図】  図１
2013063514.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吐出口から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液体吐出圧力発生素子と、液体吐出圧力発生素子へ電気信号を送るための電気信号入力端子と、を有した基板と、
前記基板に接合されることで吐出口に連通する流路を形成する流路構成部材と、
前記基板と前記流路構成部材との間の少なくとも一部に形成された、前記基板との密着力及び前記流路構成部材との密着力が前記基板と前記流路構成部材との密着力よりも大きい密着層と、
前記流路構成部材の少なくとも一部の側面に設けられ、前記電気信号入力端子を封止する封止材と、
を備える液体吐出ヘッドであって、
前記流路構成部材と前記密着層との前記基板の外周側の界面は、前記封止材が設けられている領域から退避して形成されることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記外周側の界面と前記流路構成部材の側面との間の、前記流路構成部材と前記基板の接着領域における前記基板の表面にはＳｉＮまたはＳｉＯ２またはＳｉＣからなる保護層が形成されてい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】
液体吐出圧力発生素子の近傍を除く、前記保護膜上と前記密着層との間には耐キャビテーション膜が形成されている請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記流路構成部材はエポキシ樹脂のカチオン重合化合物からなることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
前記流路構成部材の厚みが３０μｍ以上であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか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、インク等の液体を吐出して被記録媒体上に付着させて画像を形成する液体吐出ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的なインクジェット記録装置は、液体吐出ヘッドと、これを搭載するキャリッジおよびその駆動手段と、被記録媒体を搬送する搬送手段と、これを制御する制御手段とを備えている。
【０００３】
液体吐出圧力発生素子が形成された基板上にインクの流路を形成する流路構成部材を接合して液体吐出ヘッドを製造する方法については、様々な提案がされている。例えば、液体吐出圧力発生素子が形成された基板上に、溶解可能な樹脂によって流路パターンを形成する方法が知られている。具体的には、流路パターンを被覆するようにエポキシ樹脂などの樹脂層を形成、硬化し、基板切断後に溶解可能な樹脂を溶出して液体吐出ヘッドを作成する。
【０００４】
上述の製造方法では、いずれの場合も、液体吐出圧力発生素子が形成された基板と流路構成部材との接合は、流路構成部材となる樹脂の密着力に依存して行われている。
【０００５】
液体吐出ヘッドでは、通常使用されている間は流路内にインクが常時満たされており、液体吐出圧力発生素子が形成された基板と流路構成部材との接合部の周りにもインクが接触した状態となっている。そこで、前述のように接合を流路構成部材となる樹脂の密着力によってのみ行った場合には、インクの影響によって経時的に接合部の密着性が損なわれてしまう危惧がある。
【０００６】
また、いわゆる熱エネルギーにより液体を吐出する方式の液体吐出ヘッドの場合、インクによる電蝕やバブル消泡の際のキャビテーションによって液体吐出圧力発生素子である発熱抵抗体などにダメージが生じることがある。これを抑えるために、特に発熱抵抗体上にはＳｉＮやＳｉＯ２やＳｉＣなどからなる保護膜とＴａなどからなる耐キャビテーション膜とが設けられることが一般的である。このＴａ膜は流路構成部材となる樹脂との密着力がＳｉＮ膜と比べて低く、過酷な環境下においては、流路構成部材がＴａ膜から剥離してしまう場合があった。流路構成部材が基板から剥離してしまうと、流路形状が変化し、インクの吐出特性が変化して画像形成に悪影響を及ぼすなどの問題が生じる。これに対して、特許文献１には、基板と流路構成部材との間に、ポリエーテルアミド樹脂からなる密着層を設けることが有効であることが開示されている。同明細書によれば、この密着層を設けることによって、長期にわたって優れた密着性を維持することができる。また、特許文献２は、液体吐出圧力発生素子近傍の流路壁において、剥離方向の応力が集中する流路壁先端部のみ流路構成部材よりも広範囲に密着層を設けることで流路壁先端の剥離を防止する構成が開示されている。
【０００７】
このような密着層を有する従来の液体吐出ヘッドの模式図を図４に示す。図４（ａ）は液体吐出ヘッドを構成する記録素子基板１００を示す斜視図である。記録素子基板１００はシリコン（Ｓｉ）材料よりなる板状部材である。片側の面にはインクを吐出するためのエネルギー発生素子である複数の液体吐出圧力発生素子１０１や、各々の液体吐出圧力発生素子１０１に電力を供給するアルミニウム（Ａｌ）等の材料よりなる電気配線（不図示）が形成されている。さらに、液体吐出圧力発生素子１０１や電気配線等を保護するための保護膜（不図示）も設けられている。また、記録素子基板１００の同じ側の面には、液体吐出圧力発生素子１０１に対応する複数のインク流路（不図示）と複数のインク吐出口１０２が形成された流路構成部材１０３がフォトリソグラフィ技術により形成される。記録素子基板１００と流路構成部材１０３の間には密着層１０４が設けられている。また、記録素子基板１００はインクジェット記録装置本体からの駆動制御信号を受け取るための電気信号入力端子１０５を備えている。この端子とＴＡＢ（Ｔａｐｅ  Ａｕｔｏｍａｔｅｄ  Ｂｏｎｄｉｎｇ）方式の電気配線テープなどの電気配線部材（不図示）から延びる電極リードが接続される。電極リードと電気信号入力端子１０５とが接続された後、インク等の液体や外力から接続部分を保護するために接続部分は封止される。図４（ｂ）は封止後の液体吐出ヘッドを構成する記録素子基板１００を示す模式図である。電極リード（不図示）と電気信号入力端子１０５との接続部分には封止材１０６が塗布されている。図４（ｃ）は図４（ｂ）のＡ−Ａ’線に沿って切断した断面図である。図に示すように、記録素子基板１００の端部において、流路構成部材１０３と記録素子基板１００の間に流路構成部材１０３よりも広い領域で密着層１０４が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−３４８２９０
【特許文献２】特開２００２−２４８７７１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
印字のさらなるスピードアップを図るために駆動周波数を上げる場合、吐出口からインクが吐出された後、液体吐出圧力発生素子上方の吐出口に至る領域に再充填される時間（リフィル時間）を短くする必要がある。一般的に熱エネルギーにより液体を吐出する方式では、インク吐出時に液体吐出圧力発生素子に形成される気泡を吐出口近傍で外気に連通させなければリフィル時間は比較的短い。気泡が外気と連通しないようにするためには、流路構成部材の厚み、特に吐出口近傍における流路構成部材の厚みを増すことが有効である。図５は流路構成部材１０３の厚みを増した場合における、図４（ｂ）のＡ−Ａ’線に沿って切断した断面図である。流路構成部材１０３は環境変化に伴い膨張と収縮を繰り返すが、これにより端部には密着層１０４から剥がれる方向（図５（ａ）の矢印で示した方向）への応力が発生する。この応力は流路構成部材１０３の厚みが増すほど大きくなり、前記先行技術に示した記録素子基板１００と流路構成部材１０３の間に密着層１０４を設けた構成においても、流路構成部材１０３の端部で剥がれが発生する場合がある。この状態で電極リードと電気信号入力端子との接続部分を封止すると、剥がれ部に封止材１０６が侵入する。一般的に、溶解度パラメータの値が近い物質同士は混ざりやすい性質がある。そのため流路構成部材１０３と密着層１０４と封止材１０６の溶解度パラメータの値が近い場合には、剥がれ部において封止材１０６が流路構成部材１０３と密着層１０４の界面を溶解しながら侵入を加速する。封止材１０６の侵入が過度に進行した場合には、侵入の際に発する力で密着層１０４のみならず、記録素子基板１００に設けられた保護膜（不図示）をも割ってしまう場合がある。このとき、例えば保護膜下に設けられたアルミニウム（Ａｌ）等の材料よりなる電気配線（不図示）が剥き出しになりインクと触れてしまうと、配線の腐食を引き起こし電気信頼性の低下を生じる懸念がある。
【００１０】
本発明は上記問題点を鑑みてなされたものである。本発明の目的は、流路構成部材の厚みを増した構成において、流路構成部材と密着層の界面からの封止材の侵入を大幅に抑制し、高い信頼性を有し良好な記録動作を行うことができる液体吐出ヘッドを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した目的を達成するため本発明においては、吐出口から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液体吐出圧力発生素子と、液体吐出圧力発生素子へ電気信号を送るための電気信号入力端子と、を有した基板と、前記基板上に接合されることで吐出口に連通する流路を形成する流路構成部材と、前記基板と前記流路構成部材との間の少なくとも一部に形成された、前記基板との密着力及び前記流路構成部材との密着力が前記基板と前記流路構成部材との密着力よりも大きい密着層と、前記流路構成部材の少なくとも一部の側面に設けられ、前記電気信号入力端子を封止する封止材と、を備える液体吐出ヘッドであって、前記流路構成部材と前記密着層との前記基板の外周側の界面は、前記封止材が設けられている領域から退避して形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
流路構成部材の厚みを増した構成においても、流路構成部材と密着層の界面からの封止材の侵入を抑制し、高い信頼性を有し良好な記録動作を行うことができる液体吐出ヘッドを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態１の液体吐出ヘッドを構成する記録素子基板の模式図
【図２】本発明の実施形態２の液体吐出ヘッドを構成する記録素子基板の模式図
【図３】本発明の実施形態３の液体吐出ヘッドを構成する記録素子基板の模式図
【図４】従来の液体吐出ヘッドを構成する記録素子基板の模式図
【図５】従来の液体吐出ヘッドを構成する記録素子基板の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッドを構成する記録素子基板３００を示す模式図である。記録素子基板３００はシリコン（Ｓｉ）材料よりなる板状部材である。片側の面には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複数の液体吐出圧力発生素子３０１が設けられる。また各々の液体吐出圧力発生素子３０１に電力を供給するアルミニウム（Ａｌ）材料よりなる電気配線も形成されている。さらに、液体吐出圧力発生素子３０１や電気配線等を保護するための保護膜も設けられている。保護膜はＳｉＮで構成されており、さらに上面には部分的に、例えば液体吐出圧力発生素子３０１上には耐キャビテーション膜としてＴａが設けられている。この耐キャビテーション膜は、液体吐出圧力発生素子の近傍を除く、保護膜上と密着層との間に形成されている。
【００１６】
流路構成部材３０３はエポキシ樹脂のカチオン重合化合物からなり、液体吐出圧力発生素子３０１に対応する複数のインク流路とインク吐出口３０２がフォトリソグラフィ技術により形成されている。この吐出口と連通するインク流路は、基板と流路構成部材とが接合されることで形成される。本実施形態における流路構成部材３０３の厚みは５５μｍである。記録素子基板３００と流路構成部材３０３の間には熱可塑性ポリエーテルアミド樹脂からなる密着層３０４が設けられている。密着層３０４は、少なくとも液体吐出圧力発生素子３０１部とインク流路にインクを供給するインク供給口部は開口するように、加えて、その他の領域のうち耐キャビテーション膜であるＴａが設けられた領域は覆うようにパターニングされて形成されている。ここで、本実施形態の密着層の密着力は、基板との密着力及び流路構成部材との密着力が基板と流路構成部材との密着力よりも大きい。また、本実施形態における密着層３０４の厚みは２μｍである。インクジェット記録装置本体からの駆動制御信号を受け取るための電気信号入力端子３０５はＴＡＢ（Ｔａｐｅ  Ａｕｔｏｍａｔｅｄ  Ｂｏｎｄｉｎｇ）方式の電気配線テープから延びる電極リードと接続される。その後、接続部分は熱硬化性エポキシ樹脂からなる封止材３０６で封止される。この封止材３０６は電気接続部を封止するため、流路構成部材の側面の少なくとも一部を覆っている。
【００１７】
図１（ｃ）は図１（ｂ）のＢ−Ｂ’線に沿って切断した断面図である。記録素子基板３００の端部において、流路構成部材３０３と記録素子基板３００の間に密着層３０４が設けられているが、流路構成部材３０３と密着層３０４との界面が封止材３０６から退避して形成されている。つまり、流路構成部材と密着層との基板の外周側の界面は、封止材が設けられている領域から退避して形成されている。退避量、すなわち流路構成部材３０３の端部と密着層３０４の端部との距離は１２μｍである。また、この外周側の界面と流路構成部材の側面との間の、流路構成部材と基板の接着領域における基板の表面にはＳｉＮまたはＳｉＯ２またはＳｉＣからなる保護層が形成されている。
【００１８】
記録ヘッドの製造工程における封止直前の段階では、流路構成部材３０３と記録素子基板３００との界面に微小な剥がれが確認された。この界面における記録素子基板３００の最表面はＳｉＮで構成されているため、流路構成部材３０３との間で大きな剥がれは発生していないが、流路構成部材３０３が比較的厚いため界面への応力集中により微小な剥がれが発生したと考えられる。この状態で封止すると、微小な剥がれへの封止材３０６の侵入は認められるが、封止材の大幅な侵入は確認されなかった。このようにして作製した液体吐出ヘッドの表面を、含有する色材がカーボンブラック顔料であるブラックインクに浸し、温度６０℃、湿度９０％の環境下に５日間放置した。続いて、電気配線に電圧２４Ｖを印加した状態で、温度６０℃、湿度９０％の環境下に３００時間放置した。その後、液体吐出ヘッドの電気検査を行ったところ異常は見当たらず、また外観を確認したところ電気配線に腐食は見受けられなかった。
【００１９】
本実施形態で使用した流路構成部材３０３、密着層３０４、封止材３０６の溶解度パラメータはそれぞれ約２１、約２０、約２１であり、比較的近い値である。しかし、図１（ｃ）に示すように流路構成部材３０３と密着層３０４との界面が封止材３０６から退避して形成されているため、封止材３０６が界面を溶解しながら加速的に侵入することを防止することができ、侵入を大幅に抑制することができたと考えられる。
【００２０】
（実施形態２）
図２は本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッドを構成する記録素子基板４００を示す模式図である。実施形態１に記載した構成とほぼ同様であるが、流路構成部材４０３の厚みは７０μｍである。電気信号入力端子とＴＡＢ方式の電気配線テープから延びる電極リードとの接続部分は熱硬化性エポキシ樹脂からなる封止材４０６で封止されるが、記録素子基板４００の吐出口が配列する方向の端部も熱硬化性エポキシ樹脂からなる封止材４０７で封止されている。これはシリコン（Ｓｉ）と長期間触れた場合に溶解するようなインクを使用する際に、記録素子基板４００の端面の剥き出しになっているシリコン部をインクから保護するためである。
【００２１】
図２（ｃ）は図２（ｂ）のＣ−Ｃ’線に沿って切断した断面図である。記録素子基板４００の端部において、流路構成部材４０３と密着層４０４との界面が封止材４０６から退避して形成されており、その退避量は５μｍである。また図２（ｄ）は図２（ｂ）のＤ−Ｄ’線に沿って切断した断面図である。図２（ｃ）と同様、流路構成部材４０３と密着層４０４との界面が封止材４０７から退避して形成されており、その退避量は５μｍである。このようにして作製した液体吐出ヘッドで実施形態１と同様の試験を行い電気検査を行ったところ異常は見当たらず、また外観を確認したところ電気配線に腐食は見受けられなかった。
【００２２】
（実施形態３）
図３は本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッドを構成する記録素子基板５００を示す模式図である。大小２種類のサイズのインク滴を吐出できるように、液体吐出圧力発生素子５０１およびインク吐出口５０２の大きさは調整されている。また複数種類、本実施形態ではシアン、マゼンタ、イエローの３種類のインクを吐出できるように、大小２種類の液体吐出圧力発生素子５０１およびインク吐出口５０２の組が３組設けられている。さらに、保護膜の最表面はＳｉＮで構成されており耐キャビテーション膜は設けられていない。その他は実施形態１および２に記載した構成とほぼ同様であるが、流路構成部材５０３の厚みは３０μｍである。電気信号入力端子とＴＡＢ方式の電気配線テープから延びる電極リードとの接続部分は熱硬化性エポキシ樹脂からなる封止材５０６で封止されている。
【００２３】
図３（ｃ）は図３（ｂ）のＥ−Ｅ’線に沿って切断した断面図である。記録素子基板５００の端部において、流路構成部材５０３と密着層５０４との界面が封止材５０６から退避して形成されており、その退避量は１２μｍである。このようにして作製した液体吐出ヘッドで実施形態１および２と同様の試験を行い電気検査を行ったところ異常は見当たらず、また外観を確認したところ電気配線に腐食は見受けられなかった。
【００２４】
以上のように流路構成部材の厚みが約３０μｍ以上である場合には本発明の構成は特に有効となる。
【符号の説明】
【００２５】
１００、３００、４００、５００  記録素子基板
１０１、３０１、５０１  液体吐出圧力発生素子
１０２、３０２、５０２  インク吐出口
１０３、３０３、４０３、５０３  流路構成部材
１０４、３０４、４０４、５０４  密着層
１０５、３０５  電気信号入力端子
１０６、３０６、４０６、４０７、５０６  封止材
【図１】
2013063514.tif 000003
【図２】
2013063514.tif 000004
【図３】
2013063514.tif 000005
【図４】
2013063514.tif 000006
【図５】
2013063514.tif 000007