JP6271905B2 - 液体吐出ヘッド、液体吐出装置、および液体吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液体を吐出する液体吐出ヘッド、当該液体吐出ヘッドを備えた液体吐出装置、および液体吐出ヘッドの製造方法に関する。

インクジェット記録装置に代表される液体吐出装置が知られている。液体吐出装置は、インクといった液体を吐出する液体吐出ヘッドを備える。液体吐出ヘッドには複数の吐出口が形成されており、エネルギー発生素子から発せられたエネルギーが液体に加えられることで、当該液体が各吐出口から吐出される。

特許文献１に開示される液体吐出ヘッドは、エネルギー発生素子が設けられた基板と、基板上に配置された流路形成部材と、を備える。流路形成部材に設けられた仕切り部を用いて、複数の流路と、各流路に連通する吐出口と、が形成されている。複数の流路は、各吐出口に対して対称に配されている。

特開２００９−１３７１５５号公報

近年、液体吐出ヘッドにおける吐出速度の高速化が求められている。吐出速度の高速化に伴い、液体のリフィル速度を速めることが望まれる。液体のリフィル速度を速める手段として、流路形成部材の仕切り部の数を減らすあるいは仕切り部を縮小し、流路の体積を大きくすることが考えられる。

しかしながら、特許文献１に開示される液体吐出ヘッドにおいて、流路形成部材の仕切り部の数を減らすあるいは仕切り部を縮小するといったことをすると、複数の吐出口がその間に仕切り部を挟むことなく隣り合うことになる。このような液体吐出ヘッドに衝撃が加えられて隣り合う吐出口の一方を起点にクラックが発生した場合、隣り合う吐出口の間が仕切り部で遮られておらず、当該クラックが他方の吐出口に達し、隣り合う吐出口の両方が破損する可能性がある。

そこで、本発明の目的は、上述した課題に鑑み、一の吐出口を起点に生じたクラックを原因とする他の吐出口の破損を抑制することにある。

上記課題を解決するため本発明の一態様は、液体を吐出するエネルギーを発生させるエネルギー発生素子が設けられた基板と、前記基板の上に配された流路形成部材であって、前記エネルギー発生素子を内包する流路と、該流路に連通し、配列方向に配列された複数の吐出口とが形成された流路形成部材と、を備え、前記流路形成部材の、前記配列方向で隣り合う前記吐出口の間に、前記配列方向に対して斜めに延びる溝部が形成されており、該溝部が形成されている部分が、前記流路の側に凸状に屈曲した形態を有していることを特徴とする液体吐出ヘッドである。また、本発明の他の態様は、液体を吐出するエネルギーを発生させるエネルギー発生素子が設けられた基板と、前記基板の上に配された流路形成部材であって、前記エネルギー発生素子を内包する流路と、該流路に連通し、配列方向に配列された複数の吐出口とが形成された流路形成部材と、を備え、前記流路形成部材の、前記配列方向で隣り合う前記吐出口の間に、前記配列方向に対して斜めに延びる溝部が形成されており、前記流路形成部材には、前記隣り合う吐出口の少なくとも一方を取り囲む囲い溝が形成されており、前記溝部は前記囲い溝の一部であり、複数の前記囲い溝が前記流路形成部材に形成されており、該複数の囲い溝が前記隣り合う吐出口の少なくとも一方を多重に取り囲んでいる、液体吐出ヘッドであって、前記複数の囲い溝は、互いに相似の関係にある形状を有しており、相似の位置にないことを特徴とするか、あるいは、各前記囲い溝が円形形状または楕円形形状を有し、前記複数の囲い溝のうちの一部の囲い溝の中心が、前記隣り合う吐出口の一方の中心よりも、前記配列方向である第１の方向と交わる第２の方向の側に位置しており、前記複数の囲い溝のうちの他の囲い溝の中心が、前記隣り合う吐出口の一方の中心よりも、前記第２の方向と交わる第３の方向の側に位置していることを特徴とするか、あるいは、各前記囲い溝が多角形形状を有し、前記複数の囲い溝のうちの一部の囲い溝に含まれる第１の直線状溝部が、他の囲い溝に含まれ前記第１の直線状溝部の隣に位置する第２の直線状溝部に対して斜めに延びていることを特徴とする液体吐出ヘッドである。

本発明によれば、一の吐出口を起点に生じたクラックを原因とする他の吐出口の破損を抑制することができる。

本発明に係る液体吐出ヘッドの部分断面斜視図、および断面図。 本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法を説明するための図。 第１の実施例に係る液体吐出ヘッドの拡大平面図。 第１の実施例を変形してなる液体吐出ヘッドの拡大平面図。 第２の実施例に係る液体吐出ヘッドの拡大平面図。 第２の実施例を変形してなる液体吐出ヘッドの拡大平面図。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１（ａ）は本発明を適用できる液体吐出ヘッドの一例を示す部分断面斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示されるＡ−Ａ面における液体吐出ヘッドの断面図である。図１（ａ）および（ｂ）に示されるように、本実施形態に係る液体吐出ヘッド１は、エネルギー発生素子２が設けられた基板３と、基板３上に配置された流路形成部材４と、を備える。

基板３は、例えばシリコンで形成される。エネルギー発生素子２は、例えば、タンタルシリコンナイトライド（ＴａＳｉＮ）を含む熱変換素子（ヒータ）や、圧電素子である。エネルギー発生素子２は基板３上に設けられているが、基板３に接していなくてもよく、基板３に対して少なくとも一部が宙に浮いていてもよい。

流路形成部材４は、樹脂材料、金属材料、または無機材料で形成されている。樹脂材料としては、例えばエポキシ樹脂のような感光性樹脂が挙げられる。金属材料からなる流路形成部材４としては、例えばニッケルプレートが挙げられる。無機材料としては、例えば窒化ケイ素（ＳｉＮ）や炭化ケイ素（ＳｉＣ）等が挙げられる。

流路形成部材４を用いて、エネルギー発生素子２を内包する流路５が形成されている。また、流路形成部材４には、流路５に連通する複数の吐出口６が形成されている。流路５は、１つの吐出口６が連通する１つの液室、または複数の吐出口６が連通する１つの大液室を含む。

流路形成部材４のうち、吐出口６が形成されている板状の部分はオリフィスプレートとも呼ばれる。オリフィスプレートの上面は吐出口面（フェイス面）である。吐出口面は、流路形成部材４の最表面として形成されており、吐出口面には吐出口６が開口している。

基板３は、流路５に連通する供給口７を含む。供給口７は、例えば、反応性イオンエッチング等のドライエッチングや、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）等を用いたウェットエッチングを基板３に施すことで形成される。液体は、供給口７から流路５へ供給され、エネルギー発生素子２を用いてエネルギーを加えられ、吐出口６から吐出される。

流路形成部材４は、屈曲部８を含む。図１では、屈曲部８は複数設けられ、流路５側に凸状に屈曲している。各屈曲部８によって流路形成部材４の表側面（吐出口面）に形成される凹みは、各吐出口６の周囲に沿って延びており、各吐出口６を囲むように囲い溝９ａ，９ｂをなしている。

本実施形態では、囲い溝９ｂは、囲い溝９ａの内側に配されている。そして、囲い溝９ａおよび９ｂは円形形状を有しているが、囲い溝９ａおよび９ｂはこの形態に限られない。例えば、溝９ａおよび９ｂは、楕円形形状、または多角形形状（例えば、四角形形状や三角形形状）を有していてもよい。

囲い溝９ａのうち、隣り合う吐出口６の間に位置する溝部（以下、当該溝部を「中間溝部１０ａ」と称する）は、隣り合う吐出口６が並ぶ第１の方向（以下、第１の方向を「Ｘ方向」とも称する）に対して斜めに延びている。

なお、中間溝部１０ａが本実施形態のように曲線状に延びている場合には、隣り合う吐出口６を結ぶ仮想線上における中間溝部１０ａの接線がＸ方向に対して傾斜していればよい。また、中間溝部１０ａが屈折しており、かつ、屈折された中間溝部１０ａにおける、隣り合う吐出口６を結ぶ仮想線上に位置している屈折箇所では、中間溝部１０ａのうち当該屈折箇所から直線状に延びる溝部分がＸ方向に対して傾斜していればよい。

溝の底部には、溝の断面（溝の延在方向と交わる面で溝を切断したときの断面をいう。以下、同じ）の形状や寸法によらず、溝周辺の平坦部よりも応力が集中する。クラックは応力が集中する部分を伝って進行するので、溝周辺の平坦部から溝に達したクラックは、溝の延在方向と溝に達するクラックの進行方向とが垂直に交わっている場合を除き、溝の延在方向に沿って進行する。すなわち、溝を設けることで、クラックの進行方向を制御することが可能になる。

液体吐出ヘッド１では、応力は、吐出口６といった開口部にも集中する。したがって、液体吐出ヘッド１に衝撃が加えられた場合、流路形成部材４に吐出口６を起点としてクラックが発生する場合がある。

また、オリフィスプレートが平坦な形状を有する場合、クラックは直線的に進行する。したがって、このようなオリフィスプレートにおいては、隣り合う吐出口６の一方を起点として他方の吐出口６へ向かうクラックが生じると、当該クラックは他方の吐出口６へ達しやすい。その結果、隣り合う吐出口６の両方が破損する可能性が高くなる。

本実施形態では、中間溝部１０ａはＸ方向に対して斜めに延びている。したがって、隣り合う吐出口６の一方から他方の吐出口６へ向かうクラックは、中間溝部１０ａに達したところで中間溝部１０ａの延在方向に沿って進行する。その結果、当該クラックは他方の吐出口６へ達しなくなり、隣り合う吐出口６の一方に生じたクラックを原因とする他方の吐出口６の破損が抑制される。

溝は、屈曲部８のように、流路５側に凸状に屈曲した構造でなくともよい。例えば、吐出口面に凹みが形成されており、流路形成部材の流路５側の面は平らな形状であってもよいし、吐出口面に凹みが形成されておらず、流路形成部材の流路５側の面に凹みまたは凸状に突出した形状が形成されていてもよい。但し、流路形成部材の厚みがなるべく揃っている方が、流路形成部材の厚みが薄い部分を起点とするクラックの発生を抑制できる。この点から、図１（ｂ）に示すような屈曲部、即ち、吐出口面側では凹み、流路５側では凸状に突出した形状を有する屈曲部であることが好ましい。尚、吐出口面側に凸状に突出させることもできるが、記録媒体等との接触を考慮する必要がでてくる。この為、吐出口面側では、凹みを形成するか、または平らな形状とすることが好ましい。

無機材料からなる流路形成部材４には、樹脂材料や金属材料からなる流路形成部材４に比べ、流路形成部材４に加えられる衝撃が原因でクラックが生じやすい。したがって、流路形成部材４が無機材料を用いて形成されている液体吐出ヘッド１に本発明を適用することがより好ましい。

中間溝部１０ａの断面が半楕円形形状を有する場合、中間溝部１０ａ周辺の平坦部に対する中間溝部１０ａへの応力の集中の程度は、中間溝部１０ａの深さに比例しかつ中間溝部１０ａの幅（中間溝部１０の側壁間の寸法をいう。以下同じ）に反比例する。中間溝部１０ａの断面が楕円形形状を有していなくても楕円形形状に近い形状を有していれば、中間溝部１０ａへの応力の集中の程度は、中間溝部１０ａの深さに比例しかつ中間溝部１０ａの幅に反比例すると近似することができる。

中間溝部１０ａの深さや幅にかかわらず、中間溝部１０ａはクラックの進行方向を変えることができるが、中間溝部１０ａの幅に比して中間溝部１０ａの深さが大きければ大きいほど、クラックの進行方向を変える能力の向上が期待される。このような理由から、中間溝部１０ａの幅は可能な限り狭く、中間溝部１０ａの深さは可能な限り深い方が好ましい。

また、流路形成部材４の、中間溝部１０ａが配された部分が、流路５の側に凸状に屈曲した形態を有している。したがって、中間溝部１０ａが配された部分におけるオリフィスプレートの厚さと、中間溝部１０ａが配されていない部分におけるオリフィスプレートの厚さと、を同じにすることができる。その結果、中間溝部１０ａが配された部分におけるオリフィスプレートの強度の低下を抑制することができる。

また、中間溝部１０ａが囲い溝９ａの一部として形成されているので、中間溝部１０ａにおいて向きを変えられたクラックは、囲い溝９ａに沿って吐出口６の周囲を進行する。したがって、クラックが進行する範囲を制限することが可能になる。

図１（ａ）に示される囲い溝９ａは一続きの溝で形成されているが、本発明では、囲い溝９ａは、断続的な溝部を並べてなる形態であってもよい。

囲い溝９ａが断続的な溝部を並べてなる形態の場合、断続的な溝部どうしの間の非溝部が隣り合う吐出口６の間に位置すると、隣り合う吐出口６の一方を起点として他方の吐出口６へ向かうクラックは当該非溝部を通って他の吐出口６にまで達してしまう。このような理由から、隣り合う吐出口６の間に非溝部が位置しないように断続的な溝部を配置する。隣り合う吐出口６の間に配置された断続的な溝部が中間溝部１０ａとなる。

また、図１（ａ）に示される囲い溝９ａは、囲い溝９ａの内側に位置するある仮想点に対して対称的な形状を有しているが、本発明では、囲い溝９ａは、囲い溝９ａの内側に位置するある仮想点に対して対称的でなくてもよい。

流路形成部材４の表面に付着した液体が液体吐出ヘッド１における吐出動作に対してできる限り影響を及ぼさないように、囲い溝９ａおよび９ｂのうち最も内側に位置する囲い溝９ｂは、吐出口６の中心に対して対称的な形状を有していることが好ましい。

１つの吐出口６が複数の囲い溝９ａおよび９ｂを用いて多重に取り囲まれていることがより好ましい。囲い溝９ａおよび９ｂを用いて１つの吐出口６を多重に取り囲むことで、応力が複数の囲い溝９ａおよび９ｂに分散し、吐出口６を起点としたクラックの拡大が抑制されやすくなる。

１つの吐出口６が複数の囲い溝９ａおよび９ｂを用いて多重に取り囲まれている場合、複数の囲い溝９ａおよび９ｂが相似の位置にないことがより好ましい。複数の囲い溝９ａおよび９ｂが相似の位置にあると、相似の中心からクラックが発生した場合、クラックと複数の囲い溝９ａおよび９ｂがなす角度が等しくなるため、クラックの拡大が抑制されにくい。複数の囲い溝９ａおよび９ｂが相似の位置にないと、相似の中心からクラックが発生してもクラックと複数の囲い溝９ａおよび９ｂがなす角度は等しくならない。このため、クラックと囲い溝９ｂがなす角度の関係によって囲い溝９ｂでクラックの進行方向が変化しなくても、囲い溝９ａで進行方向が変化し、吐出口６を起点としたクラックの拡大が抑制されやすくなる。

囲い溝９ｂにおけるクラックの進行方向の変化が十分でなくても、クラックの進行方向は、囲い溝９ａを用いて変えられる。その結果、隣り合う吐出口６の一方を起点としたクラックは、他方の吐出口６へ達しにくくなり、隣り合う吐出口６の一方に生じたクラックを原因とする他方の吐出口６の破損がより抑制される。

本実施形態では、囲い溝９ａは円形形状を有し、当該円形形状の中心が、吐出口６の中心よりも、Ｘ方向と交わる第２の方向（以下、第２の方向を「Ｙ方向」とも称する）側に配置されている。このようにすることで、囲い溝９ａの中間溝部１０ａの延在方向がＸ方向に対して傾斜する。

なお、囲い溝９ｂは円形形状を有し、当該円形形状の中心は吐出口６の中心に位置している。したがって、囲い溝９ｂのうち、隣り合う吐出口６の間に位置する溝部（以下、当該溝部を「中間溝部１０ｂ」と称する）は、Ｘ方向に対して垂直に延びている。そのため、吐出口６を起点としてＸ方向に進行するクラックは、中間溝部１０ｂに達した後もＸ方向に進行する。

中間溝部１０ａがＸ方向に対して傾斜しているので、中間溝部１０ｂを通り抜けたクラックは、中間溝部１０ａに達したところで中間溝部１０ａの延在方向に沿って進行する。その結果、隣り合う吐出口６の一方に生じたクラックは、他方の吐出口６へ達しにくく、他方の吐出口６の破損が抑制される。

もちろん、１つの吐出口６を取り囲む囲い溝の数は２つに限られず、３つ以上であってもよい。円形形状を有する３つ以上の囲い溝が１つの吐出口６を取り囲んでいる場合には、少なくとも１つの囲い溝の中心が、吐出口６の中心よりもＹ方向側に配置されていればよい。

囲い溝９ａおよび９ｂは、互いに相似の関係にある形状を有している必要はなく、例えば、囲い溝９ａが四角形形状を有し囲い溝９ｂが三角形形状を有していてもよい。中間溝部１０ａおよび１０ｂの少なくとも一方が、Ｘ方向に対して斜めに延びていればよい。

囲い溝９ａおよび９ｂが断続的な溝部を並べてなる形態の場合には、囲い溝９ａをなす断続的な溝部どうしの間の第１の非溝部と、囲い溝９ｂをなす断続的な溝部どうしの間の第２の非溝部と、が千鳥状、または互い違いに並んでいることが好ましい。第１および第２の非溝部を千鳥状、または互い違いに並べることで、囲い溝９ａおよび９ｂの内側で生じたクラックが囲い溝９ａおよび９ｂの外側に進行しにくくなる。

本実施形態では、囲い溝９ａの一部が、Ｘ方向に対して斜めに延びる中間溝部１０ａとして形成されているが、中間溝部１０ａは、囲い溝９ａの一部でなくてもよい。例えば、中間溝部１０ａは、吐出口６を中心に渦巻き状に延びる溝の一部であってもよい。中間溝部１０ａは、隣り合う吐出口６の間をＸ方向に対して斜めに直線状に延びる溝であってもよい。

液体吐出ヘッド１は、吐出不良補完動作を実行する制御部を備えた液体吐出装置に搭載されることがより好ましい。「吐出不良補完動作」は、隣り合う吐出口の一方のみが破損した状態において、一方の吐出口の代わりに他方の吐出口から液体を吐出することで、一方の吐出口の吐出不良を補う動作である。 隣り合う吐出口のうちの一方に生じたクラックを原因として他方の吐出口が破損しやすい液体吐出ヘッドでは、隣り合う吐出口の両方が破損した状態になりやすい。この状態においては、吐出不良補完動作を行うことが困難である。そのため、液体が所望の位置に吐出されなくなり、液体吐出ヘッドの性能が低下してしまう。

本発明に係る液体吐出ヘッドでは、隣り合う吐出口のうちの一方に生じたクラックを原因とする他方の吐出口の破損が抑制されている。したがって、隣り合う吐出口の両方が破損した状態になりにくい。そのため、吐出不良補完動作を行うと、液体が所望の位置に吐出され、液体吐出ヘッドの性能の低下が抑制される。なお、隣り合う吐出口とはある吐出口とそれに最近接の吐出口に限られず、任意の吐出口同士が並ぶ方向（配列方向）について、ある吐出口とその前後の吐出口のいずれかを指す。

また、液体吐出ヘッド１がインクジェット記録装置に搭載されて使用される場合、印刷用紙といった記録媒体と液体吐出ヘッド１との接触が原因で流路形成部材４に衝撃が加えられ、流路形成部材４にクラックが生じやすい。このような理由から、インクジェット記録装置に搭載される液体吐出ヘッドに本発明を適用することがより好ましい。

続いて、液体吐出ヘッド１の製造方法を、図２を用いて説明する。図２は、液体吐出ヘッド１の製造方法を説明するための図である。なお、図２では、製造方法の各工程が、図１（ａ）に示されるＡ−Ａ面における断面図として描かれている。

まず、図２（ａ）に示されるように、エネルギー発生素子２が設けられた基板３を用意する。基板３は、シリコン単結晶からなっていることが好ましい。シリコン単結晶からなる基板３を用いることで、エネルギー発生素子２を駆動する駆動回路を比較的容易に基板３に形成することができる。エネルギー発生素子２は、例えばＴａＳｉＮ等の熱変換素子（ヒータ）や圧電素子で形成される。

次に、図２（ｂ）に示されるように、液室または流路５（図１参照）を形成するための型材１１を、基板３の、エネルギー発生素子２が設けられた側に形成する。

型材１１の材料は、流路５の周辺の部材の材料に対する除去性との兼ね合いで決定される。流路形成部材４（図１参照）に無機材料が用いられる場合には、型材１１は樹脂材料または金属材料で形成されることが好ましい。

型材１１の形成に用いられる樹脂材料としては、後の工程、特に流路形成部材４を形成する工程における耐熱性を考慮して、ポリイミドが好ましい。

樹脂材料からなる型材１１を形成するには、まず、スピンコート法等を用いて、基板３上に樹脂膜を形成する。樹脂材料として感光性樹脂を用いる場合、フォトリソグラフィを用いて樹脂膜をパターニングすることで、型材１１が形成される。樹脂材料として非感光性樹脂を用いる場合、樹脂膜上に型材形成用マスク（不図示）を感光性樹脂等で形成し、塩素ガスを用いて樹脂膜にエッチングを施すことで、樹脂膜がパターニングされ、型材１１が形成される。

型材１１の形成に用いられる金属材料としては、型材１１の除去性を考慮して、アルミニウムまたはアルミニウム合金が好ましい。

金属材料からなる型材１１を形成するには、まず、スパッタリング等の物理的気相蒸着法（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ法：ＰＶＤ法）を用いて、基板３上に金属膜を形成する。その後、金属膜上に型材形成用マスク（不図示）を形成する。

そして、金属膜に対応したガスを用いて反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ：ＲＩＥ）を金属膜に施すことで型材１１が基板３上に形成される。金属材料がアルミニウムである場合には、エッチングガスとして塩素ガスを用いることが好ましい。

型材１１を基板３上に形成したところで、図２（ｃ）に示されるように、型材１１の、基板３の側とは反対側の面１１ａ上に、長穴１２を含むマスク（「凹部形成用マスク」とも称す）１３を形成する。マスク１３は、型材１１上に塗布された感光性樹脂に、フォトリソグラフィを用いて長穴１２をパターニングすることで形成される。長穴１２は、Ｘ方向に対して傾斜する所定の方向に延びている。

続いて、図２（ｄ）に示されるように、マスク１３を介して型材１１にエッチングを施し、その後、マスク１３を除去する。型材１１にエッチングを施すことで、マスク１３の長穴１２に対応する位置に凹部１４が形成される。長穴１２の長手方向がＸ方向に対して傾斜しているので、凹部１４は、長穴１２の長手方向に沿う方向、すなわちＸ方向に対して傾斜した方向に延在する。

型材１１が金属材料からなる場合には、ウェットエッチングや等方性ドライエッチングが用いられる。型材１１が樹脂材料の場合には、酸素ガスを用いたエッチングが用いられる。

また、図２に示される例では、型材１１にエッチングを施す、すなわち型材１１の一部を除去することで凹部１４を形成したが、他の方法を用いて凹部１４を形成してもよい。例えば、板状の型材１１に複数の凸部を設け、隣り合う凸部の間を凹部１４としてもよい。型材１１に凹部１４と凸部との両方を形成してもよい。

凹部１４を型材１１に形成したところで、図２（ｅ）に示されるように、化学的気相蒸着法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ法：ＣＶＤ法）を用いて無機材料からなる膜を面１１ａ上に形成する。基板３および型材１１を覆う膜を形成することで、当該膜が、オリフィスプレートを含む流路形成部材４となる。

流路形成部材４に用いられる無機材料としては、吐出される液体に対して比較的高い耐性を有するとともに、比較的高い機械強度を有するものが好ましい。例えば、ケイ素と、酸素、窒素および炭素のいずれかと、の化合物が好ましい。具体的には、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等が挙げられる。

型材１１の耐熱性を考慮すると、流路形成部材４となる無機材料の膜の形成方法は、成膜温度を比較的低くできるＰＥＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ ＣＶＤ）法が好ましい。成膜方法は、無機材料がコンフォーマルに成膜される方法であれば、ＣＶＤ法に限られない。流路形成部材４が金属材料からなる場合には、成膜方法としてメッキ法が用いられても良い。

無機材料の膜がコンフォーマルに成膜されることで、型材１１の凹部１４が無機材料の膜に転写されて無機材料の膜に凹凸が形成される。その結果、流路形成部材４のオリフィスプレートに屈曲部８が形成される。図２（ｅ）に示される例では、屈曲部８の断面は略半円形形状を有しているが、屈曲部８の断面形状は、略半楕円形形状であっても楔形形状であっても良い。

凹部１４がＸ方向に対して傾斜した方向に延びているので、屈曲部８によって流路形成部材４の表側面に形成される凹みは、Ｘ方向に対して傾斜した方向に延在する。

流路形成部材４を形成したところで、流路形成部材４に複数の吐出口６（図１（ａ）および（ｂ）参照）を形成する。複数の吐出口６は、その間に屈曲部８を挟むように、Ｘ方向に並べられる。その結果、屈曲部８によって流路形成部材４の表側面に形成される凹みが、隣り合う吐出口６の間に配置された中間溝部１０ａ（図１（ａ）参照）となる。

複数の吐出口６は、例えば、流路形成部材４にエッチングを施すことで形成される。

具体的には、まず、流路形成部材４上に感光性樹脂を塗布し、フォトリソグラフィを用いてマスクを形成する。続いて、当該マスクを介して流路形成部材４にドライエッチングを施す。その結果、流路形成部材４の一部が除去され、オリフィスプレートに吐出口６が形成される。

吐出口６が形成されたところで、型材１１を除去して流路５（図１（ａ）および（ｂ）参照）を形成する。その後、基板３に供給口７（図１（ａ）および（ｂ）参照）を形成することで、液体吐出ヘッド１が完成する。

型材１１が金属材料からなる場合、当該金属材料に対応したガスを用いた反応性イオンエッチング、または当該金属材料に対応した薬液を用いたウェットエッチングで型材１１を除去することができる。型材１１が樹脂材料からなる場合、酸素ガスを用いたエッチングで型材１１を除去できる。

以上の製造方法によれば、型材１１に形成された凹部１４が流路形成部材４に転写されるので、流路形成部材４の、屈曲部８をなす部分の厚さが、屈曲部８周辺の部分の厚さと同じになる。その結果、オリフィスプレートの厚さのばらつきが小さい流路形成部材４を比較的容易に形成することができる。

特に、板状の流路形成部材を切削して中間溝部１０ａを形成する方法では、当該流路形成部材が割れる虞がある。本製造方法によれば、中間溝部１０ａは、凹部１４の形状に対応した屈曲部８を用いて形成されるので、中間溝部１０ａを形成する際に流路形成部材４が割れにくい。

また、隣り合う吐出口６の間に、Ｘ方向に対して斜めに延びる中間溝部１０ａが形成されているので、隣り合う吐出口６の一方を起点にクラックが発生しても、他方の吐出口６へ当該クラックが達しにくくなる。その結果、複数の吐出口の１つに生じたクラックを原因とする他の吐出口の破損が抑制される。

以下、実施例を用いて本発明をより具体的に説明する。

（第１の実施例）
図３は、本発明の第１の実施例に係る液体吐出ヘッド１の拡大平面図である。図３に示される例では、６つの吐出口６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅおよび６ｆが形成されている。吐出口６ａおよび６ｂが並ぶ方向をＸ１方向とし、吐出口６ａ，６ｃおよび６ｅが並ぶ方向をＸ２方向とする。

吐出口６ａは、略円形形状の囲い溝９ａ，９ｂおよび９ｃを用いて多重に囲われている。

囲い溝９ｂの中心Ｃｂは、吐出口６ａの中心に位置している。したがって、囲い溝９ｂのうち、Ｘ１方向に関して隣り合う吐出口６ａおよび６ｂの間に位置する中間溝部は、Ｘ１方向に対して垂直に延びている。そのため、吐出口６ａを起点としてＸ１方向に進行するクラックは、囲い溝９ｂに達した後もＸ１方向に進行する。

囲い溝９ａの中心Ｃａは、吐出口６の中心よりも、Ｘ１方向と交わるＹ１方向側に配置されている。したがって、囲い溝９ａのうち、Ｘ１方向に関して隣り合う吐出口６ａおよび６ｂの間に位置する中間溝部は、Ｘ１方向に対して斜めに延びている。そのため、吐出口６ａを起点としてＸ１方向に進行するクラックは、囲い溝９ａに達したところで囲い溝９ａに沿って進行する。

Ｙ１方向は、Ｘ２方向とも交わっている。したがって、囲い溝９ａのうち、Ｘ２方向に関して隣り合う吐出口６ａおよび６ｃの間に位置する中間溝部は、Ｘ２方向に対して斜めに延びている。そのため、吐出口６ａを起点としてＸ２方向に進行するクラックは、囲い溝９ａに達したところで囲い溝９ａに沿って進行する。

このように、本実施例に係る液体吐出ヘッドでは、吐出口６ａを起点に生じたクラックは、他の吐出口６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅおよび６ｆに達しない。したがって、隣り合う吐出口６の一方に生じたクラックを原因とする他方の吐出口６の破損が抑制される。

囲い溝９ｃの中心Ｃｃは、吐出口６の中心よりも、Ｙ１方向と交わるＹ２方向（「第３の方向」とも称される）側に配置されている。したがって、囲い溝９ｃのうち、吐出口６ａの中心からＹ１方向へ向かったところに位置する部分は、Ｙ１方向に対して斜めに延びている。そのため、吐出口６ａを起点としてＹ１方向に進行するクラックは、囲い溝９ｂおよび９ａを突き抜けるが、囲い溝９ｃに達したところで囲い溝９ａに沿って進行する。

このように、本実施例にかかる液体吐出ヘッドでは、囲い溝９ａおよび９ｃの中心ＣａおよびＣｃが、吐出口６ａの中心から、それぞれ、Ｙ１およびＹ２方向側に離れているので、吐出口６ａを起点に生じるクラックの広がりが抑制される。囲い溝９ａ、９ｂおよび９ｃのうちの少なくとも２つの囲い溝の中心が、吐出口６ａの中心から異なる２つの方向に離れていればよい。

図３に示される例では、３つの囲い溝９ａ，９ｂおよび９ｃは円形形状を有しているが、図４に示されるように、多角形状を有する２つの囲い溝９ａおよび９ｂであってもよい。

吐出口６が多角形状を有する２つの囲い溝９ａおよび９ｂを用いて取り囲まれている場合には、囲い溝９ａに含まれる第１の直線状溝部が、囲い溝９ｂに含まれ当該第１の直線状溝部の隣に位置する第２の直線状溝部に対して斜めに延びていればよい。ここで、「囲い溝９ｂに含まれ第１の直線状溝部の隣に位置する第２の直線状溝部」とは、例えば、囲い溝９ｂのうち、囲い溝９ａに含まれる第１の直線状溝部と、吐出口６と、の間にある直線状溝部を意味する。

続いて、第１の実施例に係る液体吐出ヘッド１の製造方法を具体的に説明する。

まず、エネルギー発生素子２が設けられた基板３を用意した（図２（ａ）参照）。基板３として、表面の結晶方位が＜１００＞であるシリコン基板を用いた。エネルギー発生素子２をＴａＳｉＮで形成し、エネルギー発生素子２上に絶縁層としてのＳｉＮ膜（不図示）を形成し、ＳｉＮ膜上に耐キャビテーション層としてのＴａ膜（不図示）を形成した。また、基板３上に、エネルギー発生素子２と電気的に接続するＡｌ配線および電極パッド（不図示）を形成した。

次に、各エネルギー発生素子２に対応した流路の型となる型材１１を基板３上に形成した（図２（ｂ）参照）。

ここで、型材１１の形成方法を詳述する。まず、スピンコート法を用いて基板３上にポリイミド膜を１４μｍの膜厚で形成し、ポリイミド膜上に感光性樹脂からなる型材成形用マスク（不図示）を形成した。次に、型材成形用マスクを用いて、ポリイミド膜に対して酸素ガスを用いたアッシングを施すことで、型材１１を形成した。その後、感光性樹脂からなる型材成形用マスクを剥離した。

型材１１を形成したところで、長穴１２を含む凹部成形用マスク１３を型材１１上に形成した（図２（ｃ）参照）。具体的には、型材１１上に感光性樹脂を塗布し、フォトリソグラフィを用いて、長手方向がＸ方向に対して傾斜している長穴１２をパターニングすることで凹部成形用マスク１３を形成した。

次に、凹部成形用マスク１３を介して型材１１にアッシングを施すことで型材１１に凹部１４を形成し、その後、凹部成形用マスク１３を除去した（図２（ｄ）参照）。型材１１の凹部１４の深さを４μｍとした。

型材１１に凹部１４が形成されたところで、基板３および型材１１上に流路形成部材４を形成した（図２（ｅ）参照）。具体的には、ＣＶＤ法を用いて無機材料からなる膜を基板３上に形成し、型材１１を覆う無機材料膜を流路形成部材４とした。無機材料としては、ＳｉＮを用いた。ＳｉＮからなる膜の厚さを７．０μｍとした。

ＳｉＮ膜は型材１１の形状に沿って形成されるので、流路形成部材４には型材１１の凹部１４に対応する屈曲部８が形成された。凹部１４がＸ方向に対して傾斜した方向に延びているので、屈曲部８によって流路形成部材４の表側面に形成される溝部は、Ｘ方向に対して傾斜した方向に延在した。幅が９μｍ、深さが４μｍの溝部が形成された。

流路形成部材４を形成したところで、流路形成部材４に複数の吐出口６（図１（ａ）および（ｂ）参照）を形成した。隣り合う吐出口６の間に屈曲部８を挟むように、吐出口６をＸ方向に並べた。したがって、屈曲部８がなす溝部が、隣り合う吐出口６の間に配置された中間溝部１０ａ（図１（ａ）参照）となった。

以上の製造方法を用いることで、屈曲部８を有する流路形成部材４を比較的高い精度で形成することができた。屈曲部８がなす溝は略円形形状の囲い溝９ａ，９ｂをなしており、囲い溝９ａ，９ｂの内側に吐出口６が配されている。

隣り合う吐出口６の間に複数の中間溝部１０ａおよび１０ｂが形成されているので、応力が複数の中間溝部１０ａおよび１０ｂに分散する。

また、囲い溝９ａの中心が、吐出口６の中心よりも、Ｘ方向と交わるＹ方向側に配置されているので、囲い溝９ａの中間溝部１０ａの延在方向はＸ方向に対して傾斜している。したがって、中間溝部１０ｂの延在方向がＸ方向に対して垂直であっても、吐出口６を起点としてＸ方向に進行するクラックは、中間溝部１０ａにおいて中間溝部１０の延在方向に沿って進む。

液体吐出ヘッド１に中間溝部１０ａを設けたことで、隣り合う吐出口６の一方に生じたクラックは、他方の吐出口６へ達しにくくなる。その結果、複数の吐出口６のうちの１つで生じたクラックを原因とする他の吐出口６の破損が抑制される。

尚、本実施例では、型材１１に凹部１４を形成したが、型材１１には凹部１４を形成しなくてもよい。この場合、型材１１の表面は平らな状態となり、その上にＳｉＮをＣＶＤ法によって例えば７．０μｍの厚みで形成する。このようにして、流路形成部材４を形成する。その後、流路形成部材４であるＳｉＮを、凹部成形用マスクを用いてアッシングし、流路形成部材に溝を形成することができる。この溝は、流路形成部材の吐出口面では凹みを形成しており、流路側では凸状に突出していない形状である。

（第２の実施例）
図５は、本発明の第２の実施例に係る液体吐出ヘッドの拡大平面図である。ここでは、第１の実施例とおなじ構成要素についてはその説明を割愛し、第１の実施例と異なる構成要素について説明する。

第１の実施例では、各囲い溝９ａおよび９ｂの形状は、互いに相似の関係にあるが、本実施例では、各囲い溝９ａおよび９ｂの形状は、互いに相似の関係にない。具体的には、囲い溝９ａは四角形状を有し、囲い溝９ｂは三角形状を有する。

囲い溝９ａのある直線溝部と、吐出口６との間にある囲い溝９ｂの直線溝部が、囲い溝９ａの当該直線溝部に対して斜めに延在している。したがって、進行方向が囲い溝９ｂのある直線溝部と直交するクラックは、囲い溝９ｂを突き抜けても、囲い溝９ａに達したところで囲い溝９ａに沿って進行する。その結果、吐出口６を起点に生じるクラックの広がりが抑制され、隣り合う吐出口６の一方に生じたクラックを原因とする他方の吐出口６の破損が抑制される。

図５に示される例では、１つの吐出口６が２つの囲い溝９ａおよび９ｂに取り囲まれているが、１つの吐出口が３つ以上の囲い溝に取り囲まれていてもよい。この場合、必ずしもすべての囲い溝の形状が他の全ての囲い溝の形状と相似でない関係にある必要はなく、少なくとも２つの囲い溝が互いに相似でない関係にあり、一方の囲い溝の溝部が他方の囲い溝の溝部に対して斜めに延在していればよい。

図５に示される囲い溝９ａは一続きの溝で形成されているが、図６に示されるように、囲い溝９ａは、断続的な溝部を並べてなる形態であってもよい。図６は、他の例に係る液体吐出ヘッドの拡大正面図である。

また、図５および図６に示される例では、囲い溝９ａおよび９ｂの中心は吐出口６の中心に位置しているが、囲い溝９ａおよび９ｂの中心は吐出口６の中心に一致していなくてもよい。

（比較例）
比較例として、流路形成部材４（図１（ａ）および（ｂ）参照）に囲い溝が形成されていない液体吐出ヘッドを製造した。これ以外は、第１の実施例と同様にした。

（耐久試験）
液体吐出ヘッドに衝撃を与え、クラックを発生させる耐久試験を行った。この結果、１つのクラックで破損する吐出口の数の平均は、比較例に係る液体吐出ヘッドよりも実施例１に係る液体吐出ヘッドおよび実施例２に係る液体吐出ヘッドの方が少なくなった。

また、その後、実施例１に係る液体吐出ヘッドおよび実施例２に係る液体吐出ヘッドを記録装置に搭載して記録を行ったところ、比較例に係る液体吐出ヘッドに比べ、吐出不良および記録性能の低下の低減が確認された。

１ 液体吐出ヘッド
２ エネルギー発生素子
３ 基板
４ 流路形成部材
５ 流路
６ 吐出口
１０ａ 溝部

Claims (16)

1. 液体を吐出するエネルギーを発生させるエネルギー発生素子が設けられた基板と、前記基板の上に配された流路形成部材であって、前記エネルギー発生素子を内包する流路と、該流路に連通し、配列方向に配列された複数の吐出口とが形成された流路形成部材と、を備え、
   前記流路形成部材の、前記配列方向で隣り合う前記吐出口の間に、前記配列方向に対して斜めに延びる溝部が形成されており、該溝部が形成されている部分が、前記流路の側に凸状に屈曲した形態を有していることを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 液体を吐出するエネルギーを発生させるエネルギー発生素子が設けられた基板と、前記基板の上に配された流路形成部材であって、前記エネルギー発生素子を内包する流路と、該流路に連通し、配列方向に配列された複数の吐出口とが形成された流路形成部材と、を備え、
   前記流路形成部材の、前記配列方向で隣り合う前記吐出口の間に、前記配列方向に対して斜めに延びる溝部が形成されており、
   前記流路形成部材には、前記隣り合う吐出口の少なくとも一方を取り囲む囲い溝が形成されており、前記溝部は前記囲い溝の一部であり、
   複数の前記囲い溝が前記流路形成部材に形成されており、該複数の囲い溝が前記隣り合う吐出口の少なくとも一方を多重に取り囲んでおり、
   前記複数の囲い溝は、互いに相似の関係にある形状を有しており、相似の位置にないことを特徴とする液体吐出ヘッド。
3. 液体を吐出するエネルギーを発生させるエネルギー発生素子が設けられた基板と、前記基板の上に配された流路形成部材であって、前記エネルギー発生素子を内包する流路と、該流路に連通し、配列方向に配列された複数の吐出口とが形成された流路形成部材と、を備え、
   前記流路形成部材の、前記配列方向で隣り合う前記吐出口の間に、前記配列方向に対して斜めに延びる溝部が形成されており、
   前記流路形成部材には、前記隣り合う吐出口の少なくとも一方を取り囲む囲い溝が形成されており、前記溝部は前記囲い溝の一部であり、
   複数の前記囲い溝が前記流路形成部材に形成されており、該複数の囲い溝が前記隣り合う吐出口の少なくとも一方を多重に取り囲んでおり、
   各前記囲い溝が円形形状または楕円形形状を有し、
   前記複数の囲い溝のうちの一部の囲い溝の中心が、前記隣り合う吐出口の一方の中心よりも、前記配列方向である第１の方向と交わる第２の方向の側に位置しており、前記複数の囲い溝のうちの他の囲い溝の中心が、前記隣り合う吐出口の一方の中心よりも、前記第２の方向と交わる第３の方向の側に位置していることを特徴とする液体吐出ヘッド。
4. 液体を吐出するエネルギーを発生させるエネルギー発生素子が設けられた基板と、前記基板の上に配された流路形成部材であって、前記エネルギー発生素子を内包する流路と、該流路に連通し、配列方向に配列された複数の吐出口とが形成された流路形成部材と、を備え、
   前記流路形成部材の、前記配列方向で隣り合う前記吐出口の間に、前記配列方向に対して斜めに延びる溝部が形成されており、
   前記流路形成部材には、前記隣り合う吐出口の少なくとも一方を取り囲む囲い溝が形成されており、前記溝部は前記囲い溝の一部であり、
   複数の前記囲い溝が前記流路形成部材に形成されており、該複数の囲い溝が前記隣り合う吐出口の少なくとも一方を多重に取り囲んでおり、
   各前記囲い溝が多角形形状を有し、
   前記複数の囲い溝のうちの一部の囲い溝に含まれる第１の直線状溝部が、他の囲い溝に含まれ前記第１の直線状溝部の隣に位置する第２の直線状溝部に対して斜めに延びていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
5. 前記流路形成部材の、前記溝部が形成されている部分が、前記流路の側に凸状に屈曲した形態を有している、請求項２ないし４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記流路形成部材には、前記隣り合う吐出口の少なくとも一方を取り囲む囲い溝が形成されており、
   前記溝部は前記囲い溝の一部である、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
7. 複数の前記囲い溝が前記流路形成部材に形成されており、該複数の囲い溝が前記隣り合う吐出口の少なくとも一方を多重に取り囲んでいる、請求項６に記載の液体吐出ヘッド。
8. 前記複数の囲い溝は、互いに相似の関係にある形状を有しており、相似の位置にない、請求項７に記載の液体吐出ヘッド。
9. 各前記囲い溝が円形形状または楕円形形状を有し、
   前記複数の囲い溝のうちの一部の囲い溝の中心が、前記隣り合う吐出口の一方の中心よりも、前記配列方向である第１の方向と交わる第２の方向の側に位置しており、
   前記複数の囲い溝のうちの他の囲い溝の中心が、前記隣り合う吐出口の一方の中心よりも、前記第２の方向と交わる第３の方向の側に位置している、請求項７または８に記載の液体吐出ヘッド。
10. 各前記囲い溝が多角形形状を有し、
    前記複数の囲い溝のうちの一部の囲い溝に含まれる第１の直線状溝部が、他の囲い溝に含まれ前記第１の直線状溝部の隣に位置する第２の直線状溝部に対して斜めに延びている、請求項７または８に記載の液体吐出ヘッド。
11. 前記複数の囲い溝が互いに相似でない関係にある形状を有している、請求項７に記載の液体吐出ヘッド。
12. 前記流路形成部材が無機材料で形成されている、請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
13. 請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドと、
    前記隣り合う吐出口の一方の代わりに他方の吐出口から液体を吐出させる制御部と、を備える液体吐出装置。
14. 液体を吐出するエネルギーを発生させるエネルギー発生素子が設けられた基板を備える液体吐出ヘッドの製造方法であって、
    前記エネルギー発生素子が設けられた前記基板を用意する工程と、
    前記基板の、前記エネルギー発生素子が設けられた側に、前記基板の側とは反対側の面に所定の方向に延びる凹部を含む型材を形成する工程と、
    前記型材の前記面の上に、前記凹部の形状に対応した屈曲部を含み該屈曲部によって表側面に形成される溝部が前記所定の方向に延びる流路形成部材を形成する工程と、
    前記流路形成部材に、前記屈曲部を挟みかつ前記所定の方向に対して斜めの配列方向に配列する複数の吐出口を形成する工程と、
    前記型材を除去し、前記複数の吐出口に連通する流路を形成する工程と、を含むことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
15. 前記流路形成部材を形成する工程において、化学的気相蒸着法を用いて前記流路形成部材を形成する、請求項１４に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
16. 前記屈曲部は、前記配列方向で隣り合う前記吐出口の間で、前記配列方向に対して斜めに延びる、請求項１４または１５に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
    

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