JP-2026076950-A - 液体吐出ヘッドの製造方法、液体吐出ヘッド及び液体吐出装置

Abstract

【課題】液体吐出ヘッドの基板に設けられた開口への接着剤のはみ出しを抑制する。 【解決手段】本開示の一実施形態は、Ｘ方向における凹部の幅およびＹ方向における前記凹部の幅について、Ｚ方向における第１の基板と第２の基板との間の基板間距離をＨとし、接合領域を形成する工程の後、且つ、硬化させる工程の前における、接着剤が前記接合領域からはみ出さない場合の、前記接合領域内において流路に接する前記接着剤の端面としての液面に対して生じる圧力をＰ１、前記接着剤が前記接合領域からはみ出した場合の、前記接着剤のはみ出し長さをＬとした場合に１．０Ｈ≦Ｌ≦１．５Ｈを満たす範囲で前記流路に接する前記接着剤の端面としての液面に対して生じる圧力をＰ２、前記凹部内で前記接着剤の液面に対して生じる圧力をＰ３としたときに、Ｐ１≧Ｐ３≧Ｐ２を満たすように形成されている、ことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法である。 【選択図】図１１

Inventors

• 大塚 学

Assignees

• キヤノン株式会社

Dates

Publication Date

20260512

Application Date

20250723

Priority Date

20241024

Claims (20)

1. 第１の基板と第２の基板とが接着剤を介して接合した液体吐出ヘッドの製造方法であって、 少なくともいずれか一方に、液体の流路となる第１の開口と、前記接着剤の一部が収容される凹部と、が形成された前記第１の基板および前記第２の基板を用意する工程と、 前記第１の基板と前記第２の基板とを、接着剤を介して接合させて、前記第１の基板と前記第２の基板との間に前記接着剤による接合領域を形成する工程と、 前記接着剤を硬化させる工程と、 を含み、 前記第１の基板の短手方向における前記凹部の幅および前記第１の基板の長手方向における前記凹部の幅について、前記第１の基板と前記第２の基板との積層方向における前記第１の基板と前記第２の基板との間の基板間距離をＨとし、前記接合領域を形成する工程の後、且つ、前記硬化させる工程の前における、前記接着剤が前記接合領域からはみ出さない場合の、前記接合領域内において前記流路に接する前記接着剤の端面としての液面に対して生じる圧力をＰ１、前記接着剤が前記接合領域からはみ出した場合の、前記接着剤のはみ出し長さをＬとした場合に１．０Ｈ≦Ｌ≦１．５Ｈを満たす範囲で前記流路に接する前記接着剤の端面としての液面に対して生じる圧力をＰ２、前記凹部内で前記接着剤の液面に対して生じる圧力をＰ３としたときに、Ｐ１≧Ｐ３≧Ｐ２を満たすように形成されている、 ことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
2. 前記第１の基板において前記流路に接する端面の前記短手方向における位置と、前記第２の基板において前記流路に接する端面の前記短手方向における位置とが異なる、 ことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
3. 前記接着剤を硬化させる工程は、前記接着剤が流動する温度において平衡状態になった後に行われる、 ことを特徴とする請求項２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
4. １．５μｍ≦Ｈ≦５．０μｍを満たす、 ことを特徴とする請求項３に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
5. １．５μｍ≦Ｈ≦４．０μｍを満たす、 ことを特徴とする請求項４に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
6. 前記凹部として、第１の凹部と、前記第１の凹部とは前記短手方向における幅と前記長手方向における幅との少なくとも一方が異なる第２の凹部とが、１又は複数配置されており、 前記第１の凹部と、前記第２の凹部とのそれぞれで形成される前記接着剤の液面に対して生じる圧力のうち最も大きなものをＰ４としたときに、Ｐ１≧Ｐ４≧Ｐ２を満たす、 ことを特徴とする請求項５に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
7. 前記接合領域において、前記第１の基板と、第２の基板との少なくとも一方に、圧電素子を配置するための第２の開口が形成されており、前記圧電素子はアクチュエータを構成し、前記第２の開口と、前記流路となる前記第１の開口との間に前記凹部が配置される、 ことを特徴とする請求項６に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
8. 前記接合領域における前記基板間距離について、前記第１の開口側と、前記第２の開口側とで異なる、 ことを特徴とする請求項７に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
9. 前記流路として、第１のアクチュエータに対応する第１の圧力室に接続する第１の流路と、第２のアクチュエータに対応する第２の圧力室に接続する第２の流路とが形成され、 前記接合領域において、前記凹部は、前記第１の流路と前記第２の流路との間に配置されている、 ことを特徴とする請求項８に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
10. 前記第１の開口として、異なる大きさの複数の開口が配置されている、 ことを特徴とする請求項９に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
11. 前記第１の開口の前記異なる大きさに応じて、前記複数の開口のそれぞれに対する前記第１の基板と前記第２の基板との間の前記積層方向における距離が異なる、 ことを特徴とする請求項１０に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
12. 第１の基板と、 前記第１の基板と接着剤を介して接合された第２の基板と、 を有し、 前記第１の基板と前記第２の基板の少なくともいずれか一方に、流路となる開口部と、凹部と、が形成された液体吐出ヘッドであって、 前記第１の基板の短手方向における前記凹部の幅をｄ１、前記第１の基板の長手方向における前記凹部の幅をｄ２、前記第１の基板と前記第２の基板との積層方向における前記第１の基板と前記第２の基板との間の基板間距離をＨとしたとき、１≧Ｈ（１／ｄ１＋１／ｄ２）≧０．１５を満たす、 ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
13. １≧Ｈ（１／ｄ１＋１／ｄ２）≧０．２１を満たす、 ことを特徴とする請求項１２に記載の液体吐出ヘッド。
14. 第１の基板と、前記第１の基板と接着剤を介して接合された第２の基板と、を有する液体吐出ヘッドであって、前記第１の基板と前記第２の基板の少なくともいずれか一方に、流路となる開口部と、凹部と、が形成された前記液体吐出ヘッドを有し、 前記第１の基板の短手方向における前記凹部の幅をｄ１、前記第１の基板の長手方向における前記凹部の幅をｄ２、前記第１の基板と前記第２の基板との積層方向における前記第１の基板と前記第２の基板との間の基板間距離をＨとしたとき、１≧Ｈ（１／ｄ１＋１／ｄ２）≧０．１５を満たす、 ことを特徴とする液体吐出装置。
15. １≧Ｈ（１／ｄ１＋１／ｄ２）≧０．２１を満たす、 ことを特徴とする請求項１４に記載の液体吐出装置。
16. 第１の基板と、 前記第１の基板と接着剤を介して接合された第２の基板と、 を有し、 前記第１の基板と前記第２の基板との少なくともいずれか一方に、流路となる開口部と、凹部と、が形成された液体吐出ヘッドであって、 前記第１の基板の前記凹部の接合面に水平な平面形状の全周囲をＤ、平面形状の面積をＳとすると、前記第１の基板と前記第２の基板との積層方向における前記第１の基板と前記第２の基板との間の基板間距離をＨとしたとき、１≧ＨＤ／２Ｓ≧０．１５を満たす、 ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
17. １≧ＨＤ／２Ｓ≧０．２１を満たす、 ことを特徴とする請求項１６に記載の液体吐出ヘッド。
18. 前記第１の基板の前記凹部の接合面に水平な平面形状が半径ｒの円形であって、 前記第１の基板と前記第２の基板との積層方向における前記第１の基板と前記第２の基板との間の基板間距離をＨとしたとき、１≧Ｈ／ｒ≧０．１５を満たす、 ことを特徴とする請求項１６に記載の液体吐出ヘッド。
19. 前記第１の基板の前記凹部の接合面に水平な平面形状が半径ｒの円形であって、 前記第１の基板と前記第２の基板との積層方向における前記第１の基板と前記第２の基板との間の基板間距離をＨとしたとき、１≧Ｈ／ｒ≧０．２１を満たす、 ことを特徴とする請求項１６に記載の液体吐出ヘッド。
20. 前記第１の基板の前記凹部の接合面に水平な平面形状が正ｎ角形（ｎ＝４）であって、 前記正ｎ角形の１辺の長さをａとし、前記平面形状の中心と隣り合う頂点とを結ぶ直線で形成される角度を３６０／ｎ（°）とし、前記第１の基板と前記第２の基板との積層方向における前記第１の基板と前記第２の基板との間の基板間距離をＨとしたとき、１≧２Ｈtan（１８０／ｎ）／ａ≧０．１５を満たす、 ことを特徴とする請求項１６に記載の液体吐出ヘッド。

Description

本開示は、液体吐出ヘッドの製造方法、液体吐出ヘッド及び液体吐出装置に関する。 近年、圧力センサーや加速度センサーなどのＭＥＭＳ（微小電気機械システム）やマイクロ流体デバイスなどの機能デバイスの製造において、接着剤を介して基板同士を接合した基板接合体から構成されるデバイスが作成されている。その一例として液体を吐出する液体吐出ヘッドが挙げられる。液体吐出ヘッドの例としてインクジェット記録ヘッドが挙げられる。 このようなインクジェット記録ヘッドは、インクを吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子を有する。また、基板表面上には吐出口部材が形成され、吐出口部材にはインクを吐出する吐出口（ノズルともいう）が複数配置されている。また、基板にはインクの流路としての貫通孔が形成され、貫通孔を通り基板の裏面側から表面側に向かってインクが供給される。貫通孔と吐出口とは連通しており、貫通孔を通過したインクはエネルギー発生素子から与えられる力により吐出口から吐出される。エネルギー発生素子としては、ヒーター素子のような通電加熱によりインクを沸騰させる素子や、圧電素子のような体積変化を利用して液体に圧力を加える素子が挙げられる。 特許文献１には、基板接合体から構成されるデバイスの例として、液体吐出装置が開示されている。具体的には、液体吐出装置のヘッドは、ノズル開口に連通する圧力発生室と、圧電体層に設けられた電極を備えた圧電素子と、を有しており、当該圧力発生室に溜められた液体は、当該ノズル開口を介して発射される。一般的に、特許文献１のような液体吐出装置では、複数の基板が接着剤を用いて接合されている。 特開２００７－３２０１７１号公報 第１実施形態における記録装置の構成を示す図第１実施形態における接合基板の断面模式図基板端部の接着剤の液面で生じる圧力Ｐ１の説明図基板端部からはみ出した接着剤の液面で生じる圧力Ｐ２の説明図凹部における接着剤の液面で生じる圧力Ｐ３の説明図第１実施形態における断面模式図第１実施形態における断面模式図第１実施形態における断面模式図第１実施形態における断面模式図基板の端部からの接着剤の引き込みを示す図第１実施形態における圧力の範囲を示す断面模式図第１実施形態における圧力の範囲を示す断面模式図第１実施形態における圧力の範囲を示す断面模式図第１実施形態における凹部による毛管上昇を示す図第１実施形態における凹部による毛管上昇を示す図接合基板の平面模式図第１実施形態における接合基板の製造方法を示す断面模式図第１実施形態における接合基板の製造方法を示す断面模式図第１実施形態における接合基板の製造方法を示す断面模式図接合基板を用いて製造した液体吐出ヘッドを有する液体吐出装置第１実施形態における凹部内の接着剤の挙動を示す断面模式図第１実施形態における凹部の平面形状の模式図第１実施形態における凹部の平面形状の模式図第１実施形態における凹部の平面形状の模式図第１実施形態における凹部の平面形状の模式図第１実施形態における凹部の平面形状の模式図第１実施形態における凹部の平面形状の模式図第１実施形態における凹部の平面形状の模式図第１実施形態における凹部の平面形状の模式図 以下、本開示の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。尚、以下に説明する実施形態では、本開示を十分に説明するため具体的説明を行う場合があるが、これは技術的に好ましい一例を示しているに過ぎず、本開示の範囲を必要以上に限定する趣旨ではない。例えば、以下の実施形態に説明されている構成部品の寸法、材質、形状及びその相対配置などは、特に記載がない限りは、本開示の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。また、以下の実施形態では、２枚又は３枚の基板の接合を例に挙げて説明しているが、本開示はこれに限定されるものではなく、複数の基板を接合する場合であれば、本開示の技術を適用することができる。 尚、以下の説明で一度説明した部材についての材質、形状などは、特に改めて記載しない限り、後の説明においても初めの説明と同様のものである。 ［第１実施形態］ 以下、本実施形態における液体吐出ヘッド用基板について説明する。 ＜記録装置の構成＞ 液体吐出ヘッドは、インクジェットプリンタ等の記録装置が有する部材である。かかる記録装置には、液体吐出ヘッドの他に、当該液体吐出ヘッドに供給する液体を収容する液体収容部、画像が記録される記録媒体を搬送する搬送機構などが設けられている。 図１（ａ）は、本実施形態における液体吐出装置の一例である記録装置１００を模式的に示す図である。記録装置１００は、記録媒体１０２を一度に移動させて記録媒体１０２に対して画像を記録するワンパスタイプの液体吐出ヘッドモジュール１０１（以下、液体吐出ヘッドと表記する）を有する。液体吐出ヘッド１０１には、記録媒体１０２の全幅に対応する長さにわたり吐出口（ノズルともいう）が配列されている。本実施形態の液体吐出ヘッド１０１は、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）及びブラック（Ｋ）の４色に対応したヘッドであり、図１（ａ）においては、それぞれＫａ、Ｋｂ、Ｙａ、Ｙｂ、Ｍａ、Ｍｂ、Ｃａ、Ｃｂで示される。このように、記録装置１００において、同一のインク色に対する２つの液体吐出ヘッドが設けられている。記録媒体１０２は、搬送部１０３によって矢印Ａの方向に搬送され、当該搬送される記録媒体１０２に対し、液体吐出ヘッド１０１によってインク吐出を伴う画像記録が行われる。尚、図１（ａ）に示す記録装置１００は、一例に過ぎず、任意の形態の液体吐出ヘッドを搭載可能に構成してよい。例えば、記録装置１００は、１種類のみの液体吐出ヘッドを有してもよいし、４種類以外の複数種類の液体吐出ヘッドを有してもよい。 図１（ａ）に示すように座標軸をとる。つまり、記録媒体の幅方向をＹ方向、重力方向（高さ方向ともいう）をＺ方向、Ｙ方向且つＺ方向に直交する方向をＸ方向とする。記録媒体１０２が搬送される矢印Ａの方向は、－Ｘ方向である。この座標軸は、必要に応じて、他の図面にも同様に適用する。この座標軸について、図１（ｂ）及び図１（ｃ）に示すように、Ｘ方向は基板の短手方向、Ｙ方向は基板の長手方向であり、また、図２以降に示すように、Ｚ方向は基板の積層方向である。但し、Ｘ方向が基板の長手方向、Ｙ方向が基板の短手方向であってもよい。 ＜液体吐出ヘッドの構成＞ 図１（ｂ）は、本実施形態における液体吐出ヘッド１０１を説明する図であり、図１（ａ）に示す複数の液体吐出ヘッドのうちの任意の１色分且つ１つの液体吐出ヘッドの斜視図である。図１（ｂ）に示すように、液体吐出ヘッド１０１は、ヘッド本体１０４を有する。ヘッド本体１０４には、接合基板８０を含んで形成される液体吐出基板が複数配置されるところ、図１（ｂ）の例では、４つの液体吐出基板が配置されている。各液体吐出基板には、吐出口１３が複数備えられている（図１（ｃ）参照）。液体吐出ヘッドから吐出されるインクは、インクタンク（不図示）から、ヘッド本体１０４の共通供給口（不図示）を介して、液体吐出基板に供給される。図１（ｂ）に示すように、４つの液体吐出基板が、Ｙ方向に沿って配置されており、また、Ｙ方向で直近する２つの液体吐出基板について、Ｘ方向位置が異なるように配置されている。これにより、ある液体吐出基板（第１液体吐出基板）が有する一部の（Ｙ方向端部の）吐出口１３と、当該第１液体吐出基板とＹ方向で直近の液体吐出基板（第２液体吐出基板）が有する一部の（Ｙ方向端部の）吐出口１３とについて、Ｙ方向位置が同じとなる。このように複数の液体吐出基板を配置することで、長尺の吐出口列による記録を実現可能としている。 図１（ｃ）は、液体吐出基板を吐出口１３面から見た平面図である。 図２は、図１（ｃ）に示す断面線ＩＩ－ＩＩ’における接合基板８０の断面模式図である。尚、図２は、吐出口１つ分の領域の模式図であり、また、開口へ流入する接着剤の影響は図示していない。尚、本明細書では、開口を開口部とも呼ぶ。 接合基板８０は、第１の基板１と、第２の基板２と、第３の基板３とを有し、第１の基板１と第２の基板２とが接着剤６で接合され、第２の基板２と第３の基板３とが接着剤６で接合される。このように本実施形態の接合基板は、接着剤によって構成される接合面を少なくとも１つ有している（図２の例では、接合基板８０は２つの接合面を有する）。 第１の基板１は、例えばシリコン基板から成り、振動膜１１の上に圧電素子９が形成された構造を有する。第２の基板２には圧力室１２を形成する開口が形成されている。振動膜１１は圧力室１２の天壁を形成しており、複数の圧力室１２を区画している。さらに、第１の基板１には、液体を圧力室１２に供給するための第１の開口７、第２の開口８などが形成されている。 接合基板８０の上部は、第１の基板１と第２の基板２とが接着剤６を介して接合することで形成されている。ここで、第１の基板１には、第１の開口７と第２の開口８とが形成されており、第２の基板２には、圧力室１２が形成されている。また、第２の開口８内には、複数の圧力室１２のそれぞれに対応するように、圧電素子９が収容されている。尚、図示するように、第１の基板１においてインク流路に接する端面のＸ方向位置と、第２の基板２においてインク流路に接する端面のＸ方向位置とは異なる。 第３の基板３は、例えばシリコン基板から成り、液体を吐出する吐出口１３が形成されている。吐出口１３は、圧力室１２と連通し、また第３の基板３を貫通しているので、圧力室１２の容積変化が生じると、圧力室１２に溜められた液体は、吐出口１３から吐出される。 第１の基板１には、第１の凹部４と、第２の凹部５とが、それぞれ形成されている。第１の基板１の上には、インクタンク（不図示）が配置されている。そして、第１の基板１及び第２の基板２を貫通して圧力室１２に連通するように、第１の開口７が形成されている。従って、インクタンク内の液体は、第１の開口７を通って圧力室１２に供給される。 振動膜１１上に圧電素子９が配置されることにより、圧電アクチュエータが構成されている。この圧電アクチュエータは、振動膜形成層上に形成された下部電極（不図示）と、下部電極上に形成された圧電素子９と、圧電素子９上に形成された上部電極（不図示）とを備えている。 振動膜形成層は、例えばプラズマＣＶＤによって形成される。次に、水素バリア膜（不図示）、下部電極（不図示）、圧電体膜及び上部電極（不図示）が順に形成される。下部電極及び上部電極は、例えばスパッタ法によって形成され、圧電体膜は、ゾルゲル法によって形成されるが、スパッタ法によって形成してもよい。 圧電素子９として、例えばゾルゲル法又はスパッタ法によって形成されたＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）膜を適用することができる。このような圧電素子９は、金属酸化物結晶の焼結体から成る。アクチュエータ部を駆動できるように層間膜や配線１０を形成することで、アクチュエータ基板を形成することができる。配線１０は、圧電アクチュエータに接続される。 圧電素子９は、振動膜１１を挟んで圧力室１２に対向する位置に形成されている。即ち、圧電素子９は、振動膜１１の圧力室１２とは反対側の表面に接するように形成されている。振動膜１１は、圧力室１２に対向する方向に変形可能な特性を有している。そして、駆動ＩＣ（不図示）から配線１０を伝わって圧電素子９に駆動電圧が印加されると、逆圧電効果によって圧電素子９が変形する。これにより、圧電素子９とともに振動膜１１が変形する。その結果、圧力室１２の容積変化がもたらされ液体が加圧される。加圧された液体は、吐出口１３から微小液滴となって吐出される。 以下、本実施形態における開口及び凹部について説明する。第１の基板１に第２の基板２が接着剤６を介して接合する際に、接着剤が、接合面に形成され