JP2005132102A - インクジェットヘッドおよび該ヘッドを備えるインクジェットプリント装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ヘッド基板の周囲と、ヘッド基板と電気配線基板との電気接続部とを封止する２種類の封止剤を同時に硬化しても、硬化スピードの相違による硬化材の奪い合いがなく、電気的不良、空洞、線膨張係数の違いによる亀裂等の支障がないインクジェットヘッドを提供する。
【解決手段】 本発明のインクジェットヘッドは、インクを吐出するための吐出素子が設けられたヘッド基板と、該ヘッド基板に電気的に接続された電気配線基板と、を有し、ヘッド基板の周囲が第１の封止剤により封止され、ヘッド基板と電気配線基板との電気接続部が第２の封止剤により封止されているインクジェットヘッドにおいて、第２の封止剤の材料は第１の封止剤の材料よりも硬度が高く、かつ第１及び第２の封止剤の材料の主材及び硬化材が同一である。
【選択図】 図５

Description

本発明は、インクジェットヘッドおよび該ヘッドを備えるインクジェットプリント装置に関するものである。

インクジェット記録ヘッドによる記録方式は、インクに熱エネルギーや振動エネルギーを与え、インクを微小な液滴としてノズルより吐出し、被記録媒体上に画像を形成するものであるが、このようなインクジェットヘッドを製造する方法としては、例えば特開２００２−０１９１２０号公報に記載されている。

この種のインクジェット記録ヘッドの製造方法としては、まず、シリコン基板上に発熱抵抗体（吐出素子部）、および発熱抵抗体に電力を供給するための配線導体を設け、その配線導体に保護膜をもうけた後、インク流路及びインク吐出口をレジストによりパターニングする。

次にノズル材を塗布硬化した後、シリコン基板の裏面側から吐出素子部へインクを供給するための穴をシリコン基板に空ける。こうしてできた穴を通して、レジストを除去し、インク流路、吐出口が完成する。

そして、このシリコン基板からヘッドとして必要な大きさのチップ状に切断して得られるヘッド基板をアルミナ等の支持プレートに張り付けた後、ヘッド外部から発熱抵抗体等へ電力を供給するフレキシブル配線基板を接合するために、パッド上にめっきあるいはボールバンプを形成する。このようにして完成した記録ヘッドにフレキシブル配線基板を接合する。

次に、ヘッド基板の側面をインクやゴミ等から保護するためのチップ周囲封止剤を塗布する。そのチップ周囲封止剤の硬化後、その上から電気接続部を封止するＩＬＢ（ｉｎｎｅｒ ｌｅａｄ ｂｏｎｄｉｎｇ）封止剤（電気接続部封止剤）の塗布を行う。

ここで使用されるヘッド基板（チップ）周囲を封止する封止剤とＩＬＢを封止する封止剤（電気接続部を封止する）との２つの封止剤に求められる機能は次のとおりである。

チップ周囲封止剤としては、ヘッド基板を取り付ける支持する支持プレート上の部位とヘッド基板との間にある、チップ周囲にわたって１ｍｍより小さい幅の窪みの中を短時間に隙間なく流れ、かつ、インクやその他の要因からチップを保護することが求められる。ＩＬＢ封止剤としては、電気部分の封止を完全に行うことはもちろんのこと、プリンタに設置されヘッド基板の最上面にあるインク吐出口配設面を清掃するブレードやワイパー等によるこすりや紙ジャムによる紙等との接触によっても剥がれないことが求められる。更に、弗化アルキル化合物や低分子環状シロキサン等のヘッドフェイス面に施されたインク撥水機能を阻害する成分を含まないようにしなくてはならない。

上記機能を満たすために、チップ周囲封止剤は、流れ性の良好かつ幅広い環境温度域において柔軟である低チキソ性のものが適切である。他方、ＩＬＢ封止剤は、硬度が高く、高粘度、高チキソ性の形状保持しやすい材料が好ましい。

従来においては、チップ周囲封止剤としての要求特性を満たす最適な材料とＩＬＢ封止剤としての要求特性を満たす最適な材料とを、それぞれ別々に選択していた。

一例としては、チップ周囲封止剤には、柔軟なポリブタジエン変性エポキシ樹脂とアミン硬化材の材料を用い、他方、ＩＬＢ封止剤には、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂と硬化材に酸無水物、フィラーを７０％程度含有した通称ダム材といわれているものを用いた。
特開２００２−０１９１２０

しかしながら上記従来例には、更に改良を施すべき余地があった。

例えば、チップ周囲封止剤を塗布後硬化し、その後ＩＬＢ封止剤を塗布硬化させた場合、硬化時間が長く、チップ周囲封止剤の硬化とＩＬＢ封止剤の硬化とで各々に専用恒温槽が必要となり、更にそのための場所も必要となるため、製品のコストが高くなってしまうという課題があった。そこで、チップ周囲封止剤を塗布後、ＩＬＢ封止剤を塗布して同時に硬化し、硬化時間の削減を試みたところ、以下に述べるような問題が生じた。

チップ周囲封止剤とＩＬＢ封止剤の境界面に薄い未硬化層ができ、この未硬化層にインクが進入し、電気的不良を生じることがあった。更に、フィラ−を多量に含むために比重の大きいＩＬＢ封止剤がより柔軟なチップ周囲封止剤中に沈むことで、チップ周囲封止剤がチップ上に溢れ出てしまったり、硬化物の中に空洞ができインクが進入してしまったりする場合があった。

本発明の目的は、ヘッド基板を保護するための封止剤（チップ周囲封止剤）と電気接続部封止剤（ＩＬＢ封止剤）との界面に未硬化部が発生しないインクジェットヘッド及びインクジェットプリント装置を提供することにある。

本発明の他の発明は、ヘッド基板を保護するための封止剤（チップ周囲封止剤）と電気接続部封止剤（ＩＬＢ封止剤）との界面の密着性の良いインクジェットヘッド及びインクジェットプリント装置を提供することにある。

上記問題を鋭意研究した結果、上記問題は以下に示す本発明によって解決する。

本発明のインクジェットヘッドは、インクを吐出するための吐出素子が設けられたヘッド基板と、該ヘッド基板に電気的に接続された電気配線基板と、を有し、前記ヘッド基板の周囲が第１の封止剤により封止され、前記ヘッド基板と前記電気配線基板との電気接続部が第２の封止剤により封止され、前記第２の封止剤の硬化後の硬度は前記第１の封止剤の硬化後の硬度よりも高く、かつ前記第１及び第２の封止剤の材料の主材及び硬化材が同一であることを特徴とする。

本発明によると、チップ周囲封止剤とＩＬＢ封止剤とを同時に硬化しても、硬化スピードの相違による両封止剤間での硬化材の奪い合い（硬化阻害）がなく、電気的不良、空洞、線膨張係数の違いによる亀裂（劣低温特性）等の発生といった支障がない、インクジェットヘッドが得られる。また、両封止剤の界面において未硬化部（硬化阻害）を発生させることなく、チップ周囲封止剤とＩＬＢ封止剤を同時の処理で硬化させられる。

したがって、本発明によると、インクジェットヘッドの製造工程の簡易化により製造コストダウンが達成できるほか、線膨張係数の違いによる応力が小さくなるため、２つの封止剤の密着性が良くなり、良好な封止が得られる。

本発明は上記の化学現象のメカニズムを詳細に解明した結果得られた、次に示すような知見に基づいて成されたものである。
（１）硬化開始が早いビスフェノールＡ型エポキシ樹脂が境界面にあるチップ周囲封止剤中の硬化材を奪うために、ポリブタジエン変性エポキシ樹脂の硬化が阻害され、未硬化層ができ、インクの進入経路となり電気的不良が起きる。
（２）封止剤料中より発生した溶媒、加水分解物（低級アルコール、酸等）が気体となり、硬化物の中に空洞を作りＩＬＢ封止剤とチップ周囲封止剤の密着を悪化する。
（３）チップ周囲とＩＬＢ部において異なる主材の封止剤を用いると、線膨張係数の違いから硬化収縮時に発生する応力により界面に隙間が生成し易い。

上述のような得られた知見により成された本発明は、ヘッド基板を保護するための封止剤（チップ周囲封止剤）と電気的接続部を封止するための封止剤（ＩＬＢ封止剤）の主材、硬化材が同一であり、かつこれらの封止剤が部分的に層状に配置されているインクジェットヘッドを用いることで、封止剤の界面において未硬化部（硬化阻害）の発生がなく、ヘッド基板周囲封止剤と電気的接続部封止剤を同時に硬化させられるものである。したがって、インクジェットヘッドの製造工程の簡易化により製造コストダウンが達成できるほか、線膨張係数の違いによる応力が小さくなるため、２つの封止剤の密着性が良くなり、封止が完全に行われる。

なお、本発明において主材、硬化材が等しいというレベルは、材料の硬化物の赤外吸収スペクトルが一致することを意味しており、特に赤外吸収スペクトルに現れない程度の変性は、同一とみなすものである。

次に本発明を具体的に説明する。

本発明において、主に電気的接続部（ＩＬＢ）封止剤に使用される主材としては、ビスフェノール型エポキシ樹脂、含ブロムエポキシ樹脂、フェノールおよびクレゾール型エポキシ樹脂、環状脂肪族エポキシ樹脂、グルシジルエステル系樹脂、グリシジルアミン系樹脂、複素環式エポキシ樹脂、およびこれらのシリコーン変性、ポリブタジエン変性、ウレタン変性したものや、ペンタエリスリトール、トリメチロールプロパン、グリセリン等を使って多官能化したものでもよい。

また、アクリル樹脂、スチレン樹脂、これらの変性体などを用いても良いが、分子内にエポキシ基をもつものは、耐薬品性に優れるため、特に好ましい。

チップ周囲封止剤においても、上述した主材はいずれも使用可能である。しかしながら、チップ間の細い隙間を流れやすく、ヘッドの保存温度差で生じる封止剤とチップ間の線膨張係数の違いにより発生する応力を緩和しやすい、流れ性の良好な低粘度のものが好ましい。

これらの化合物としては、ポリブタジエン骨格、シリコーン骨格または、シリコーンとポリブタジエン骨格を同時にもつエポキシ樹脂が好ましく、それらの中でもエポキシ当量の大きなものが好ましい。特に、エポキシ当量１０００以上が好ましい。１０００より小さいと硬化物が硬くなり、低温環境下で硬化物自身又はチップが割れる。エポキシ当量はＪＩＳＫ７２３２−１９８６に準じた値である。

硬化材としては次に述べるものが好ましい。アミン系硬化剤としては、脂肪族アミンとしてはエチレンジアミン（ＥＤＡ）、ジエチレントリアミン（ＤＥＴＡ）、トリエチレンテトラミン（ＴＥＴＡ）、テトラエチレンペンタミン（ＴＥＰＡ）、ジプロピレンジアミン（ＤＰＤＡ）、ジエチルアミノプロピルアミン（ＤＥＡＰＡ）、ヘキサメチレンジアミン（ＨＭＤＡ）、環状アミンとしてはメンセンジアミン（ＭＤＡ）、インフォロンジアミン（ＩＰＤＡ）、ビス（４−アミノー３−メチルジンクロヘキシル）メタン、ジアミノジンクロヘキシルメタン、ビス（アミノメチル）シクロヘキサン、Ｎ−アミノエチルピペラジン、３，９ビス（３−アミノプロピル）２，４，８，１０−テトラオキサスピロ［５．５］ウンデカン、脂肪族芳香族アミンとしてはｍ−キシレンジアミン、芳香族アミンとしてはメタフェニレンジアミン（ＭＰＤＡ）、ジアミノジフェニルメタン（ＤＤＭ）、ジアミノジフェニルスルフォン（ＤＤＳ）、ジアミノジエチルジフェニルメタン、その他ポリアミノアミド、酸および酸無水物系硬化剤としては、脂肪族酸無水物としてはドデセニル無水コハク酸（ＤＤＳＡ）、ポリアジピン酸無水物（ＰＡＤＡ）、ポリアゼライン酸無水物（ＰＡＰＡ）、ポリセバシン酸無水物（ＰＳＰＡ）、ポリ（エチルオクタデカンニ酸）無水物（ＳＢ−２０ＡＨ）、ポリ（フェニルヘキサデカンニ酸）無水物（ＳＴ−２ＰＡＨ）、脂環式酸無水物としてはメチルテトラヒドロ無水フタル酸（Ｍｅ−ＴＨＰＡ）、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸（Ｍｅ−ＨＨＰＡ）、無水メチルハイミック酸（ＭＨＡＣ）、ヘキサヒドロ無水フタル酸（ＨＨＰＡ）、テトラヒドロ無水フタル酸（ＴＨＰＡ）、トリアルキルテトラヒドロ無水フタル酸（ＴＡＴＨＰＡ）、メチルシクロヘキセンカルボン酸（ＭＣＴＣ）、芳香族酸無水物としては無水フタル酸（ＰＡ）、無水トリメリット酸（ＴＭＡ）、無水ピロメリット酸（ＰＭＤＡ）、ベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物（ＢＴＤＡ）、エチレングリコールビストリメリテート（ＴＭＥＧ）、ハロゲン系酸無水物としては無水ヘット酸（ＨＥＴ）、テトラブロモ無水フタル酸（ＴＢＰＡ）、その他エポキシ樹脂中の水酸基を架橋点とするレゾール型フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、イソシアネート、ブロックイソシアネート系等がある。以上に含まれなくともエポキシ樹脂の硬化材として使用されているものであればいずれでも使用可能である。

加えて、硬化材が主材もしくは同種の樹脂に包まれている、もしくは主材が硬化剤に包まれていて、硬化時の熱により包材が溶けて硬化材と主材の硬化が始まるアミンアダクト、エポキシアダクトタイプ等でも可能である。

また、ＩＬＢ封止剤とチップ周囲封止剤の界面で硬化材の奪い合いが生じても主材の硬化が阻害されないために、ＩＬＢ封止剤とチップ周囲封止剤は等しい硬化材を用いることが好ましい。

ＩＬＢ封止剤においては、硬度、チキソ性、形状維持性を得るためにフィラーを入れると良い。

フィラ−としてはシリカ、カーボンブラック、酸化チタン、カオリン、クレー、炭酸カルシウムなどであるが、ここに記載されていないものでも可能である。また、フィラ−は、粉砕、破砕、溶液重合による球状化、などいずれの状態でもよい。

フィラーの充填量（完成した封止剤の重量に対する充填したフィラーの重量の割合）は、充填するフィラーの種類や、形状により異なるが、好ましくは５０％以上であり、更にＴｈｉｘｏ（チキソ）指数１．７以上であれば、より好ましい。しかしながら、必要なのは所定以上の硬度であり、フィラーを充填しなくても硬度が出せるものであれば、フィラーは充填しなくても良い。

また、チキソ指数は、所定の値以上のものでない場合には、封止剤自身の形状を維持できないため、封止剤が平面状に流れてしまい、電気接続部を完全に覆うように塗布することが困難となる。従って、チキソ指数としては１．７以上の特性が好ましいものである。

また、紙詰まり等が生じ強い力でＩＬＢ封止剤がこすられた場合においてもちぎれを防止するために硬い封止剤が必要である。

後述する実施例に示すが、ＩＬＢ封止剤として必要な特性は、硬化後においてショアＡ（硬度）硬さで６５以上の硬度である。また、チキソ指数（測定条件２３℃、回転数２ｒｐｍ、２０ｒｐｍ）は１．７以上であると更に良い。

チップ周囲封止剤は製造のタクトを上げるために流れ性の良いものが良好であるため、一般的にはフィラ−は充填しないが、粘度等の物性調整のために上記のフィラーを必要量充填することも可能である。

チップ周囲封止剤、ＩＬＢ封止剤ともに諸性能を向上させるために添加材等を加えてもよい。添加材の一例としては、シリコンウェハー等の無機物質への接着性を良好にするためにシランカップリング材を、脱泡性を改良するために消泡材、粘度や反応性の調整を行うために反応性モノマーを加えてもよい。

また、硬化を促進するために、アミン、反応性モノマー、触媒等を使用してもよい。

本発明に係る実施例としてのインクジェット記録ヘッドを搭載するインクジェットプリンタについて、図１〜図７を参照しながら詳細に説明する。

［プリント動作機構］
図１にシリアルタイプのインクジェットプリンタの外装部材を取り外した状態の概略構成を示す。すなわち、プリンタ本体に収納、保持されるプリント動作機構は、プリント媒体（図示せず）をプリンタ本体内へと自動的に給送する自動給送部Ｍ３０２２と、この自動給送部Ｍ３０２２から１枚ずつ送出されるプリント媒体を所望のプリント位置へと導くと共に、プリント位置から排出部Ｍ３０３０へとプリント媒体を導く搬送部Ｍ３０２９と、プリント位置に搬送されたプリント媒体に所定のプリントを行うプリント部と、このプリント部などに対する回復処理を行う回復部Ｍ５０００とから構成されている。

プリント部は、キャリッジ軸Ｍ４０２１によって移動可能に支持されたキャリッジＭ４００１と、このキャリッジＭ４００１に着脱可能に搭載されるヘッドカートリッジＨ１０００とを備えている。

（プリントヘッドカートリッジＨ１０００）
プリント部の一部を構成するヘッドカートリッジＨ１０００について、図２および図３に基づき説明する。すなわち、ヘッドカートリッジＨ１０００は、インクを貯溜するインクタンクＨ１９００が搭載されるタンクホルダＨ１５００と、このタンクホルダＨ１５００を介してインクタンクＨ１９００から供給されるインクをプリント情報に応じて吐出口１６から吐出させるプリントヘッドＨ１００１と、を有する。ヘッドカートリッジＨ１０００は、後述するキャリッジＭ４００１に対して着脱可能に搭載される、いわゆるカートリッジ方式を採用している。

ここに示すヘッドカートリッジＨ１０００に対しては、銀塩写真レベルの高画質なカラープリントを可能とするため、例えば黒色、淡シアン色、淡マゼンタ色、シアン色、マゼンタ色および黄色の各色独立のインクタンクＨ１９００が用意されており、各インクタンクＨ１９００に設けられ、ヘッドカードリッジＨ１０００に対して係止し得る弾性変形可能な取り外し用レバーＨ１９０１を操作することにより、それぞれがプリントヘッドＨ１００１のタンクホルダＨ１５００に対して取り外し可能となっている。

プリントヘッドＨ１００１は、図３の分解斜視図に示すように、ヘッド基板Ｈ１１００、ベース板Ｈ１２００、電気配線基板Ｈ１３００、支持板Ｈ１４００などから構成され、タンクホルダＨ１５００は、流路形成部材Ｈ１６００、フィルタＨ１７００、シールゴムＨ１８００などから構成されている。

ヘッド基板Ｈ１１００には、シリコン基板の片面にインクを吐出するための複数の電気熱変換体１３と、各電気熱変換体に電力を供給するアルミニウムなどの電気配線とが成膜技術により形成され、この電気熱変換体に対応した複数のインク路と複数の吐出口１６とがフォトリソグラフィ技術により形成されると共に、複数のインク路にインクを供給するためのインク通路１２が裏面に開口するように形成されている。ヘッド基板Ｈ１１００は、ベース板Ｈ１２００に接着固定されており、ここにはヘッド基板Ｈ１１００にインクを供給するためのインク供給路Ｈ１２０１が形成されている。さらに、ベース板Ｈ１２００には、開口部Ｈ１４０１を有する支持板Ｈ１４００が接着固定されており、この支持板Ｈ１４００には、ヘッド基板Ｈ１１００に対して電気配線基板Ｈ１３００が電気的に接続するように、電気配線基板Ｈ１３００が接合されている。電気配線基板Ｈ１３００は、ヘッド基板Ｈ１１００にインクを吐出するための電気信号を印加するためのものであり、ヘッド基板Ｈ１１００に対応する電気配線と、この電気配線端部に位置し、プリンタ本体からの電気信号を受け取るための外部信号入力端子Ｈ１３０１とを有しており、外部信号入力端子Ｈ１３０１は、後述のタンクホルダＨ１５００の背面側に位置決め固定されている。なお、このプリントヘッドＨ１００１のさらに詳細な構成については後述する。

インクタンクＨ１９００を着脱可能に保持するタンクホルダＨ１５００には、流路形成部材Ｈ１６００が例えば超音波溶着により固定され、インクタンクＨ１９００から流路形成部材Ｈ１６００に至るインク流路Ｈ１５０１を形成している。インクタンクＨ１９００と係合するインク流路Ｈ１５０１のインクタンク側端部には、フィルタＨ１７００が設けられており、外部からの塵埃の侵入を防止し得るようになっている。インクタンクＨ１９００との係合部にはシールゴムＨ１８００が装着され、係合部からのインクの蒸発を防止し得るようになっている。

流路形成部材Ｈ１６００、フィルタＨ１７００およびシールゴムＨ１８００などが一体的に組み付けられるタンクホルダＨ１５００と、ヘッド基板Ｈ１１００、ベース板Ｈ１２００、電気配線基板Ｈ１３００および支持板Ｈ１４００などから構成されるプリントヘッドＨ１００１とを接着剤などを介して結合することにより、ヘッドカートリッジＨ１０００を構成している。

（キャリッジＭ４００１）
図１に示すように、ヘッドカートリッジＨ１０００を搭載するキャリッジＭ４００１には、ヘッドカートリッジＨ１０００をキャリッジＭ４００１上の所定の装着位置に案内するためのキャリッジカバーＭ４００２と、ヘッドカートリッジＨ１０００のタンクホルダＨ１５００と係合し、ヘッドカートリッジＨ１０００を所定の装着位置にセットさせるよう押圧するヘッドセットレバーＭ４００７とが設けられている。

キャリッジＭ４００１のヘッドカートリッジＨ１０００との別の係合部には、図示しないコンタクトＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔ Ｃａｂｌｅ）が設けられ、コンタクトＦＰＣ上のコンタクト部とヘッドカートリッジＨ１０００に設けられたコンタクト部（外部信号入力端子）Ｈ１３０１とが電気的に導通可能に接触し、プリントのための各種情報の授受やヘッドカートリッジＨ１０００への電力の供給などを行い得るようになっている。コンタクトＦＰＣは、キャリッジＭ４００１の背面に搭載された図示しないキャリッジ基板に接続されている。

［プリントヘッドＨ１００１］
ヘッドカートリッジＨ１０００の一部を構成するプリントヘッドＨ１００１について、図４〜図７を参照してさらに詳細に説明する。プリントヘッドＨ１００１の外観を図４に示し、そのヘッド基板Ｈ１１００と電気配線基板との接続部分の断面構造を図５に示し、そのＶＩＩ−ＶＩＩ矢視断面構造を図６に示し、ヘッド基板の破断構造を図７に示す。すなわち、ベース板Ｈ１２００は、厚さが例えば０．５〜１０ｍｍのアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）で形成されているが、このベース板Ｈ１２００を構成する材料としては、ヘッド基板Ｈ１１００の材料の線膨張率と同等の線膨張率を有し、かつヘッド基板Ｈ１１００の材料の熱伝導率と同等またはそれ以上の熱伝導率を有する材料であればよく、例えばシリコン（Ｓｉ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ジルコニア（ＺｒＯ_２）、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、炭化珪素（ＳｉＣ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）のうち何れであってもよい。

ベース板Ｈ１２００には、ヘッド基板Ｈ１１００に複数のインクを供給するための各々のインク供給路Ｈ１２０１が形成されており、ヘッド基板Ｈ１１００のインク通路１２がベース板Ｈ１２００のインク供給路Ｈ１２０１にそれぞれ対応し、かつヘッド基板Ｈ１１００はベース板Ｈ１２００に対して所定位置に精度良く接着固定される。

支持板Ｈ１４００は、厚さが例えば０．５〜１ｍｍのアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）にて形成されているが、ベース板Ｈ１２００と同様に、ヘッド基板Ｈ１１００と同等の線膨張率を有し、かつその熱伝導率と同等またはそれ以上の熱伝導率を有する材料であることが好ましい。この支持板Ｈ１４００は、ベース板Ｈ１２００に接着固定されたヘッド基板Ｈ１１００の外形寸法よりも大きな開口部Ｈ１４０１を有し、ヘッド基板Ｈ１１００と電気配線基板Ｈ１３００とをほぼ同一平面で電気的に接続できるように、ベース板Ｈ１２００に接着されており、この支持板Ｈ１４００に電気配線基板Ｈ１３００の裏面が接着固定される。電気配線基板Ｈ１３００は、ヘッド基板Ｈ１１００に対してインクを吐出するための電気信号を印加するものであり、ヘッド基板Ｈ１１００を組み込むための開口部Ｈ１３０２と、ヘッド基板Ｈ１１００の接続端子１４に対応するリード端子Ｈ１３０３と、その配線端部に位置してプリンタ本体からの電気信号を受け取るための外部信号入力端子Ｈ１３０１とを有している。

ヘッド基板Ｈ１１００は、厚さが０．５〜１ｍｍのシリコン基板１１の上に成膜技術を用いて吐出エネルギー発生部、インク室１５、吐出口１６などを形成したものである。

シリコン基板１１には、これを貫通する長孔状のインク通路１２が形成されている。このインク通路１２は、シリコン基板１１の結晶方位を利用して異方性エッチングにより形成される。つまり、このシリコン基板１１の表面の結晶方位が＜１００＞かつ厚さ方向の結晶方位が＜１１１＞の場合、ＫＯＨ、ＴＭＡＨ、ヒドラジンなどのアルカリ系エッチング液を用いて異方性エッチングを行うことにより、約５４．７度の角度の傾斜面を持ったインク通路１２が形成される。このインク通路１２の両側には、インク通路１２の長手方向に沿って所定間隔で２列に並ぶ複数（たとえば片側１２８個）の電気熱変換体１３が相互に半ピッチずらした状態で形成され、吐出エネルギー発生部を構成している。

シリコン基板１１には、これら電気熱変換体１３および接続端子１４の他、電気熱変換体１３と接続端子１４とを導通する図示しない電気配線などが設けられており、これら接続端子１４を介して図示しない駆動ＩＣから電気熱変換体１３に対する駆動信号が駆動電力と共に与えられる。このシリコン基板１１上には、インク通路１２に連通するインク室１５を介して電気熱変換体１３とそれぞれ正対する複数の吐出口１６を有する上板部材１７が形成される。すなわち、この上板部材１７とシリコン基板１１との間にはインク通路１２と個々のインク室１５とに連通するインク路１８が形成され、これらは吐出口１６と同様にフォトリソグラフィ技術により上板部材１７と共に形成される。上板部材１７の接続端子１４側には、これら接続端子１４の配列方向に沿って延在する溝状の堰部２１が形成されており、後述する封止剤２０を接続端子１４とリード端子Ｈ１３０３との接続部分に塗布する際に、封止剤２０がこの堰部２１に流れ込んで吐出口１６側に流出するのを防止するようになっている。

インク通路１２から各インク室１５内に供給される液体は、対応するインク室１５内の電気熱変換体１３に駆動信号が与えられることにより、電気熱変換体１３の発熱に伴って沸騰し、これにより発生する気泡の圧力によって吐出口１６から吐出される。この場合、インク室１５内で発生する気泡は、その成長に伴って吐出口１６を介して外部の大気と繋がって、いわゆる大気連通状態となる。

支持板Ｈ１４００には、ヘッド基板Ｈ１１００を囲む矩形の開口部Ｈ１４０１が形成され、さらにヘッド基板Ｈ１１００の接続端子１４に近接する開口部Ｈ１４０１には、封止剤受け１９が一体的に形成されている。支持板Ｈ１４００の厚みｔ１は、電気配線基板Ｈ１３００のリード端子Ｈ１３０３がヘッド基板Ｈ１１００の端縁と接触しないように、ベース板Ｈ１２００の表面からヘッド基板Ｈ１１００の接続端子１４の上端までの高さｈ２よりも厚く設定されている。また、ベース板Ｈ１２００の表面から封止剤受け１９の上端面までの高さｈ１は、シリコン基板１１の厚みｔ２以下に設定することにより、封止剤受け１９が接続端子１４とリード端子Ｈ１３０３との電気接続を阻害しないように配慮している。

（封止工程）
次いで、ヘッド基板Ｈ１１００の接続端子１４と電気配線基板Ｈ１３００のリード端子Ｈ１３０３との接続部分を封止剤により封止する。封止剤は、まずチップ周囲封止剤２２を毛細管力によりリード端子Ｈ１３０３の裏面に回り込ませ、リード端子Ｈ１３０３と封止剤受け１９との間、および封止剤受け１９とヘッド基板Ｈ１１００との間に充填させる。その後、リード端子Ｈ１３０３を保護するようにＩＬＢ封止剤２０をリード端子Ｈ１３０３の上に塗布する。その際に、チップ周囲封止剤２２の上にＩＬＢ封止剤２０を隙間の生じないように層状に重ねて塗布する。リード端子Ｈ１３０３のあるところでは、少なくともリード端子Ｈ１３０３の下はチップ周囲封止剤２２で隙間なく充填し、更にリード端子Ｈ１３０３の上方は、リード端子Ｈ１３０３及びチップ周囲封止剤２２に対して隙間のないようにＩＬＢ封止剤２０を塗布する（図５参照）。

キュアは、チップ周囲封止剤とＩＬＢ封止剤とを塗布後、両封止剤を同時に加熱するもので、例えば１５０℃で４時間の加熱が適当である。

以下に本発明の封止材料を用いて上記に示した手法において上記に示したインクジェットヘッドを作成し、評価を行った。

あらかじめフレキシブル配線基板をヘッド基板の電気コンタクト部に接続する工程が終了し、アルミナプレート等の支持板にこれらが接着されているインクジェットヘッド部品を使って、チップ周囲封止剤２２、ＩＬＢ封止剤２０を塗布し、これら材料の評価を行った。このとき、材料中に揮発成分を多く含むものについてはステップキュアを行い、揮発成分を気泡化せずに硬化させた。

実施例、比較例に使用した材料の主材、硬化材、フィラー充填量、硬化後の硬度、チキソ指数、硬化条件を表１に示す。

封止剤Ａは、主材と硬化材とが同じ材料を使用した、ＩＬＢ封止剤とチップ周囲封止剤の組合せである。

封止剤Ｂは、封止剤Ａと同じく、主材と硬化材とを同じ材料としたものであるが、封止剤Ａと異なるのは、フィラー充填量を多くしたことである。これにより、封止剤Ｂは封止剤Ａよりも硬度とチキソ指数が大きくなっている。

尚、封止剤Ａと封止剤Ｂとの硬化条件は同じであり、ステップキュアにより、１００℃で１時間の加熱後、１５０℃で４時間加熱した。

封止剤Ｃは、従来より使用されている封止剤と同じ材料を選択したものであり、比較例として用いた。表１に示すように、ＩＬＢ封止剤とチップ周囲封止剤とで、それぞれ異なる主材、硬化材が使用されている。加熱条件は、チップ周囲封止剤とＩＬＢ封止剤とを塗布後、両封止剤を同時に１５０℃４時間で加熱した。

封止剤Ｄは、封止剤Ｃと同じものを、加熱条件のみを変更したものであり、具体的には、先に塗布したチップ周囲封止剤が硬化した後に、その上からＩＬＢ封止剤を塗布して各々１５０℃４時間硬化させたものである。

封止剤Ｅは、封止剤ＡのＩＬＢ封止剤とチップ周囲封止剤とのフィラー充填量を逆にしたもので、チップ周囲封止剤の方がＩＬＢ封止剤よりも硬度が高くなっている。硬化条件は、封止剤Ａ及び封止剤Ｂの硬化条件と同じであり、ステップキュアにより、１００℃で１時間加熱した後、１５０℃で４時間加熱した。

上述の方法で作成したインクジェットヘッドについて、封止剤Ａを用いて以下に述べる各評価を行ったものを実施例１、封止剤Ｂを用いて各評価を行ったものを実施例２、封止剤Ｃを用いて各評価を行ったものを比較例１、封止剤Ｄを用いて各評価を行ったものを比較例２、封止剤Ｅを用いて各評価を行ったものを比較例３とした。これらの評価結果を表２に示す。

（外観検査）
ＩＬＢ封止剤とチップ周囲封止剤の境界を走査型電子顕微鏡において観察し、以下の評価基準を下した。
○：チップ側面のＩＬＢ封止部に空洞が見えない。
×：チップ側面にチップ周囲封止剤がはみだし、ＩＬＢ封止剤との界面に空洞ができている。

（断面観察）
作成したインクジェットヘッドをダイサーを用いて切断し、研磨後、切断面を光学顕微鏡で観察した。
○：チップ周囲とＩＬＢ封止剤の界面、もしくは各々の封止剤の内部に空洞が見えない。
×：チップ周囲とＩＬＢ封止剤の界面、もしくは各々の封止剤の内部に空洞が見える。

（タクト）
チップ周囲封止剤、ＩＬＢ封止剤を塗布、硬化に要する時間を調べた。
○：２段階に硬化させた従来方式の約半分の時間を要する。
×：２段階に硬化させた従来方式と同等を要する。

（硬化阻害）
○：ＩＬＢ封止部とチップ周囲封止部の界面が乾燥している。
×：ＩＬＢ封止部とチップ周囲封止部の界面に粘着成分がある。

（紙ジャムテスト）
上記で作成したヘッドをインクジェットプリント装置に搭載して紙ジャムテストを行った。

具体的には、キヤノン株式会社製インクジェットプリンタＢＪＦ８９０に搭載し、普通紙（キヤノン株式会社製 Ａ４版）１枚にベタパターンのインクジェット記録を行う。その際に、プリンターの排紙面をブロックし強制的に紙ジャムを起こさせる。そして、排紙ローラーより一部排紙された紙を手で左右に振りながら強制的に抜き取る。
○：上記の手動排紙操作を１０回繰り返してもＩＬＢ封止剤の欠け、割れ、ちぎれの発生がない。
×：上記の手動排紙操作を繰り返し１０回行うと、ＩＬＢ封止剤に欠け、割れ、ちぎれが認められる。

（温度適性）
作成したインクジェットヘッドを、０℃と６０℃とのヒートサイクルに１００回入れた。
○：特に変化なし。
×：チップが割れた（無機質のチップや支持プレートに比較して、熱膨張係数の大きい有機質の封止剤の熱膨張による体積変化を、そのチップ周囲封止剤の硬度が高い場合に緩衝材とならないで、チップを破損してしまう）。

実施例１及び実施例２は、ともに求められる特性は満足していた。

他方、それぞれの封止剤に異なる主材を選択した比較例１は、チップ周囲封止剤とＩＬＢ封止剤との硬化収縮の違い等により、両封止剤の境界部分での隙間の発生、断面内の気泡の発生、硬化阻害が認められた。また、紙ジャムテストによっても封止剤の剥離が認められた。また、ＩＬＢ封止剤の方がチップ封止剤よりも硬いものの、紙ジャムテストによっても封止剤の剥離が認められた。

比較例２は、従来より使用されている封止剤の材料、硬化条件に最も近いものであり、実用上、必要な特性は満たしている。しかしながら、チップ周囲封止剤を硬化後にＩＬＢ封止剤を塗布、硬化させるので、ヘッドの製造に余分な時間が必要であった。また、断面に気泡が認められた。

比較例３は、チップ封止剤とＩＬＢ封止剤との主材、硬化材ともに、実施例１、２と同じ材料を使用したものの、チップ周囲封止剤の方を硬くしため、チップの割れ、紙ジャムテストによるＩＬＢ封止剤のちぎれによる欠けが発生した。

以上より、電気接続部を封止する封止剤がチップ周囲を封止する封止剤よりも硬度が高く、かつ両封止剤の主材及び硬化材を同一としたことで、チップ周囲封止剤、ＩＬＢ封止剤の２種類の封止剤を同時に硬化しても、両封止剤の硬化スピードを揃えることができるので、硬化スピードの相違による両封止剤間での硬化材の奪い合い（硬化阻害）がなくなった。また、更に、電気的不良、空洞、線膨張係数の違いによる亀裂（劣低温特性）等の発生といった支障もなくなった。

本発明のインクジェットヘッドが適用可能なインクジェットプリンタの外観を示す斜視図である。 図１に示したインクジェットプリンタの外装部材を取り外した状態を示す斜視図である。 本発明のインクジェットヘッドにインクタンクを組み込んだヘッドカートリッジの斜視図である。 図３に示したヘッドカートリッジを斜め下方から見た分解斜視図である。 本発明が適用可能なインクジェットヘッドの概略構造を示す断面図である。 図５中ＶＩＩ−ＶＩＩ矢視断面図である。 ＶＩＩ−ＶＩＩ矢視断面図である。

符号の説明

２０ ＩＬＢ封止剤
２２ チップ周囲封止剤
Ｈ１１００ ヘッド基板
Ｈ１３００ 電気配線基板
Ｈ１３０１ 外部信号入力端子
Ｈ１３０３ リード端子
Ｍ４００１ キャリッジ

Claims (8)

1. インクを吐出するための吐出素子が設けられたヘッド基板と、該ヘッド基板に電気的に接続された電気配線基板と、を備えるインクジェットヘッドにおいて、
   前記ヘッド基板の周囲を第１の封止剤で封止し、前記ヘッド基板と前記電気配線基板との電気接続部を第２の封止剤で封止し、前記第２の封止剤の硬化後の硬度は前記第１の封止剤の硬化後の硬度よりも高く、かつ前記第１及び第２の封止剤の材料の主材及び硬化材が同一であることを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 前記主材の反応基はエポキシ基であることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
3. 前記第１の封止剤及び前記第２の封止剤の材料として、熱により硬化反応が促進する材料が用いられていることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェットヘッド。
4. 前記第２の封止剤の材料は、前記第１の封止剤よりも、チキソ指数が大きいことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
5. 前記第２の封止剤の材料のチキソ指数は、１．７以上であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
6. 前記第２の封止剤は、硬化後のショア硬度が６５以上であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載のインクジェットヘッドと、
   前記インクジェットヘッドを搭載するためのキャリッジと、
   前記インクジェットヘッドをキャリッジに搭載することにより前記電気配線基板と電気的に接続される電気接続部材と、
   を有することを特徴とするインクジェットプリント装置。
8. インクを吐出するための吐出素子が設けられたヘッド基板と、該ヘッド基板に電気的に接続された電気配線基板と、を備えるインクジェットヘッドの製造方法において、
   前記ヘッド基板を支持する部材と当該ヘッド基板との境となるヘッド基板周囲を第１の封止剤で封止する第１封止工程と、
   前記ヘッド基板と前記電気配線基板との電気接続部を、前記第１の封止剤と同じ主材および硬化材であって硬度の高い第２の封止剤を前記第１の封止剤の上から塗布して封止する第２封止工程と、
   前記第１封止工程と前記第２封止工程の後、前記第１の封止剤と前記第２の封止剤とを同時に加熱して硬化させる工程と、
   を有することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
   

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