JP7327982B2

JP7327982B2 - 液体吐出ヘッドおよびその製造方法

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Inventors: 正隆永井; 将文森末; 弘司笹木; 誠一郎柳沼; 慎治岸川
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Description

本発明は、液体吐出ヘッドおよびその製造方法に関する。

液体吐出ヘッドの吐出口から液体が吐出されない状態が続くと、吐出口から液体が徐々に蒸発し、吐出口近傍の液体の粘度が大きくなる場合がある。液体の粘度が大きくなると、記録品位の低下や液体の吐出不良につながるおそれがある。

そこで、特許文献１においては、吐出口付近の液体の増粘を抑制する方法が提案されている。具体的には、圧力室の内部と外部とで液体を循環させた際に、吐出口を形成する吐出口部材を２段構成とすることにより、増粘していない液体を吐出口付近にまで流動させる構成が示されている。

米国特許第９１５６２６２号明細書

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、吐出口部材を２段構成にしたとしても、液体の流速等の条件によっては、吐出口の内部にまでは液体が十分に流動せず、吐出口内部の増粘した液体と増粘していない液体との置換が十分に行えていないおそれがある。

そこで、本発明は上記課題を鑑み、吐出口の内部にまで液体を流動させることにより吐出口内部の液体の粘度が上昇することを抑制することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、液体を吐出する吐出口を有する吐出口部材と、前記吐出口から前記液体を吐出するためのエネルギーを発生させるエネルギー発生素子を内部に備える圧力室と、前記圧力室に向かって前記液体が流動する液流路と、を有する流路部材と、前記液流路に前記液体を供給する液体供給口を有する基板と、を有し、前記圧力室内の液体が前記圧力室の外部との間で循環される液体吐出ヘッドであって、前記圧力室または前記液流路の内部に構造物を有し、前記構造物の前記基板からの高さが最も高い部分の位置が、前記吐出口の中心よりも前記液体が流動する方向の上流側にあり、前記構造物の前記液体が吐出する方向における厚みは、前記液流路の前記液体が吐出する方向における厚みの０．１倍以上であり、前記構造物により、前記吐出口の内部へと向かう前記液体の流れが生じ、前記液流路の内部に発熱素子があり、前記発熱素子を駆動することにより前記圧力室内の液体が前記圧力室の外部との間で循環されることを特徴とする。

本発明によれば、吐出口内部の液体の粘度が上昇することを抑制することができる。

液体吐出ヘッドを示す斜視図。記録素子基板を示す概略図。構造物を有する記録素子基板を示す概略図。構造物の高さと幅を示す概略図。比較例に係る構造物の高さを示す概略図。構造物の概略図。他の実施形態に係る記録素子基板の概略図。第２の実施形態に係る記録素子基板の概略図。第３の実施形態に係る記録素子基板の概略図。第４の実施形態に係る記録素子基板の概略図。第５の実施形態に係る記録素子基板の概略図。第６の実施形態に係る記録素子基板の概略図。第７の実施形態に係る記録素子基板の概略図。第８の実施形態に係る記録素子基板の概略図。記録素子基板の変形例。製造工程を示す概略図。製造工程のフローチャート図。他の製造工程を示す概略図。他の製造工程のフローチャート図。他の製造工程を示す概略図。他の製造工程のフローチャート図。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。

（第１の実施形態）
（液体吐出ヘッド）
液体吐出ヘッド２６について、図１を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る液体吐出ヘッド２６を示す斜視図である。液体吐出ヘッド２６は、液体を吐出する記録素子基板２７と、記録素子基板２７に電力等を供給するためのフレキシブル配線基板２８と、フレキシブル配線基板２８と電気的に接続され、記録装置本体と接続される電気配線基板２９とから主に構成されている。図１に示す液体吐出ヘッド２６は、記録素子基板２７をｘ方向に複数配置することで紙等の記録媒体の幅に対応した、所謂ページワイド型の液体吐出ヘッド２６である。なお、詳しくは後述するが、本発明における液体吐出ヘッド２６は、圧力室２０の内部と外部とで液体が循環する構成である。

（記録素子基板）
記録素子基板２７の構成について、図２を参照しながら説明する。図２（ａ）は、本実施形態における液体吐出ヘッド２６の記録素子基板２７の一部を示した概略図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）に示すａ―ａ´断面を示す概略図である。図２（ｃ）は、図２（ａ）に示すｂ―ｂ´断面を示す概略図である。

記録素子基板２７は、図２（ａ）に示すように、液体を吐出する吐出口３と、液体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２と、吐出口３とエネルギー発生素子２を含む圧力室２０と、から主に構成されている。さらに、記録素子基板２７は循環エネルギー発生素子４を有し、循環エネルギー発生素子４を駆動することで、基板６に形成された液体供給口５から液流路２２、圧力室２０の順に液体を流動させ（矢印１）、圧力室２０内と外部とで液体を循環させている。ここで、循環エネルギー発生素子４とは、例えば、発熱素子や圧電素子である。また、圧力室２０と液流路２２は、流路部材９により形成されている。

液体を循環させることにより、矢印１の向き、すなわち液流路２２のｘ方向およびｙ方向（液体が流動する方向と吐出する方向に直交する方向）において液体が流動している。しかしながら、後述する図３に示すようなｚ方向（液体が吐出する方向）すなわち吐出口３に向かって流動する液体はあまりない。

（構造物）
本発明の特徴部分である構造物８について、図３ないし図６を参照しながら説明する。図３（ａ）は、図２に示した記録素子基板２７に構造物８を設けた場合を示している。図３（ｂ）は、図３（ａ）に示すｄ―ｄ´断面の概略図である。図３（ｃ）は、図３（ａ）に示すｅ―ｅ´断面の概略図である。図３に示すように、構造物８は三角柱の形状であり、三角柱の側面が基板６に面するように構造物８が基板６上に載置されている。また、構造物８は、圧力室２０内または液流路２２内に配置されており、具体的には、構造物８の、基板６の表面からのｚ方向における高さが最も高い部分の位置１１が、ｘ方向において、吐出口３の中心よりも液体が流動する方向の上流側に配置されている。なお、図３においては、構造物の形状として直角三角柱のものを図示している。構造物８は、詳しくは後述するが、製造を容易するために、樹脂を用いて形成することが好ましい。

液体が流動する方向において構造物８よりも上流側の液流路２２では、図３（ｂ）に示すように、液体の流れは図２に示した記録素子基板２７の液体の流れと同様である。しかしながら、構造物８の下流側においては、図３（ｃ）に示すように、吐出口３の内部に向かうような液体の流れが生じている。これは、構造物８があることにより、液体がｘ方向に直線的に流動することができなくなり、構造物８を乗り越えて流動するようなｚ方向にも流動する成分を有することとなったためである。これにより、吐出口３の内部にまで液体を流動させることができるようになり、吐出口３内部の粘度が大きくなった液体と粘度がまだ大きくなっていない液体を置換することができる。したがって、吐出口３内部の液体の粘度が上昇することを抑制することができる。

次に、構造物８の高さおよび幅について、図４および図５を参照しながら説明する。図４（ａ）は図３（ａ）に示すｅ―ｅ´断面の概略図であり、図４（ｂ）は図３（ａ）に示すｆ―ｆ´断面の概略図に構造物８を図示した図である。図５は、図４（ａ）に対する比較例である。構造物８の高さすなわちｚ方向の厚さ（基板６の表面からのｚ方向における最も高い位置までの長さ）をＤ_１とし、圧力室２０のｚ方向の高さをｄ_１とする。この場合に、吐出口３の内部にまで液体を流動させるためには、Ｄ_１をｄ_１の０．１倍以上（Ｄ_１≧０．１ｄ_１）とすることが必要である。これは、吐出口３の内部に液体を流動させることに関して、吐出口３と構造物８との距離が関係するからである。すなわち、Ｄ_１≧０．１ｄ_１の場合には、吐出口３と構造物８の基板表面から最も高い部分の位置１１が比較的近いため、構造物８を乗り越えて流動する液体は吐出口３内部にまで到達する。ここで、圧力室２０のｚ方向の高さｄ_１とは、基板６の表面からのｚ方向における吐出口部材７の液流路２２に面する面までの長さのことである。また、構造物の高さＤ_１は、ｄ_１の０．８倍以下（０．１ｄ_１≦Ｄ_１≦０．８ｄ_１）であることが好ましい。Ｄ_１＞０．８ｄ_１の場合には、圧力室２０に占める構造物８の割合が大きくなるため構造物８で圧力室２０を大きく塞いでしまい、液体のリフィル速度が減少してしまうためである。

一方、Ｄ_１≧０．１ｄ_１の関係を満たさない、すなわちＤ_１＜０．１ｄ_１の場合には、図５に示すように、構造物８の下流側の液体の流れがわずかにｚ方向に流動するだけであり、吐出口３内部にまで液体を流動させる効果はほとんど得られない。これは、吐出口３と構造物８の基板６から最も高い部分の位置１１との距離が離れているからである。したがって、Ｄ_１＜０．１ｄ_１の場合には、吐出口３内部の粘度が上昇した液体を粘度が上昇していない液体と置換することがあまりできず、吐出口３内部の液体の粘度が上昇することを抑制する効果はあまり得られない。なお、図５においては、説明のため、構造物８は、ｄ_１の０．１倍以上の高さを有するものを図示している。

なお、吐出口３内部により液体を流動させるためには、Ｄ_１をｄ_１の０．３倍以上（Ｄ_１≧０．３ｄ_１）とすることがより好ましい。さらには、Ｄ_１をｄ_１の０．５倍以上（Ｄ_１≧０．５ｄ_１）、０．７倍以上（Ｄ_１≧０．７ｄ_１）というように、圧力室２０の高さに対する構造物の高さをより大きくすることで、より多くの液体を吐出口３の内部に流動させることができる。

構造物８のｙ方向の長さ、すなわち構造物８の幅においては、図４（ｂ）に示すように、構造物の幅（ｙ方向の厚み）をＤ_２とし、吐出口３のｙ方向の長さ（幅）をｄ_２とした場合に、Ｄ_２≧ｄ_２の関係を満たすことが好ましい。これは、構造物８を乗り越えてｚ方向に流動する液体のｙ方向の長さは、構造物８の幅と略同じ長さのＤ_２となるためである。すなわち、吐出口３の幅の全領域にわたって吐出口３の内部に液体を流動させたい場合には、Ｄ_２≧ｄ_２の関係を満たすことが必要である。一方、Ｄ_２≧ｄ_２の関係を満たさない、すなわちＤ_２＜ｄ_２の場合には、吐出口３の幅の全領域ｄ_２のうち、Ｄ_２分しか吐出口３の内部に液体が流動しないことになる。したがって、前述したように、吐出口３内部の液体の粘度が上昇することを抑制するためには、Ｄ_２≧ｄ_２の関係を満たすことが好ましい。

次に、構造物８の角度について、図６を参照しながら説明する。図６は構造物８の概略図である。以下、構造物８の、液体の流れの上流側に面する面を面Ａ、基板６に接する面を面Ｂ、液体の流れの下流側に面する面を面Ｃとし、面Ａと面Ｂのなす角をθＡＢ、面Ｂと面Ｃのなす角をθＢＣ、面Ａと面Ｃのなす角をθＡＣと呼ぶ。この場合に、本発明の効果を得るためには、θＡＢは、２０°≦θＡＢ≦９０°を満たすことが好ましい。これは、θＡＢ＜２０°の場合、構造物８を乗り越えた液体の流れは、構造物８を設けない場合の液体の流れとほぼ変わらない状態となり、構造物８による吐出口３内部の液体の置換効果があまり得られないためである。また、θＡＢ＞９０°（θＡＢは鈍角）の場合には、面Ａの斜面に沿って下流側へと流動する液体がほとんどなく、構造物８を乗り越えてｚ方向に流動する液体があまり得られないためである。しかしながら、本発明はこれに限られることはなく、θＡＢは鈍角であってもよい。鈍角であっても少なからずｚ方向に液体を流動させることができるからである。

構造物８を乗り越えて流動する液体がｚ方向に流動する基板６からの傾きは、構造物８のθＡＢと略同じである。そのため、θＡＢが小さい場合、吐出口３まで液体を流動させるためには吐出口３から少し離れた位置に構造物８を設けることが好ましい。言い換えれば、吐出口３の近くに構造物８を設けることが困難な場合に吐出口３まで液体を流動させるためには、例えばθＡＢを３０°とするなどのθＡＢを小さくすることが好ましい。

また、吐出口３の内部に液体を流動させるためには、構造物８の面Ａの延長線３１上に吐出口３があるように構造物８を配置することが好ましい。面Ａの延長線上に吐出口３がない場合には、構造物８を乗り越えて流動する液体が、吐出口３よりも上流側または下流側の吐出口部材７に衝突するだけで吐出口３の内部に流動しにくい場合があるためである。

（第２の実施形態）
第２の実施形態について、図８を参照しながら説明する。なお、第１の実施形態と同様の箇所については同様の符号を付し、説明は省略する。図８（ａ）は、第２の実施形態に係る構造物８ｃを有する記録素子基板を示す概略図である。図８（ｂ）は、図８（ａ）に示すｋ－ｋ´断面における概略図である。図８（ｃ）は、図８（ａ）に示すＫ－Ｋ´断面における概略図である。

本実施形態の特徴は、面Ｂと面Ｃとのなす角（θＢＣ）が鋭角であることである。鋭角にすることで、液体は面Ｃ上をなだらかに流動することができる。このことにより、角ＢＣの近傍で液体の流れがよどむことを抑制することができる。図８においては、一例として、高さが１０μｍの構造物８ｃを図示している。

（第３の実施形態）
第３の実施形態について、図９を参照しながら説明する。なお、第１の実施形態と同様の箇所については同様の符号を付し、説明は省略する。図９（ａ）は、第３の実施形態に係る構造物８ｄを有する記録素子基板を示す概略図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）に示すｌ－ｌ´断面における概略図である。図９（ｃ）は、図９（ａ）に示すＬ－Ｌ´断面における概略図である。

本実施形態の特徴は、面Ａが直線ではなく、吐出口３に向けて湾曲していることである。図９においては、一例として、高さが１０μｍの構造物８ｄを図示している。面Ａが湾曲して急峻な立ち上がりであるため、面Ｂの長さを短くしても十分な高さの構造物を得ることができる。図９においては、面Ｂの長さは５μｍである。また、面Ａと面Ｃとのなす角であるθＡＣはおよそ１５°である。ここで、θＡＣとは、面Ａから無作為に選定した１０点における接線と面Ｃとのそれぞれのなす角の平均値としている。面Ａを曲面とすることにより、より小さい領域で所望の高さを有する構造物を形成することができるため、構造物を設ける領域をあまり確保できないような場合であっても、ｚ方向における液体の流動を十分得ることができる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態について、図１０を参照しながら説明する。なお、第１の実施形態と同様の箇所については同様の符号を付し、説明は省略する。図１０（ａ）は、第４の実施形態に係る構造物８ｅを有する記録素子基板を示す概略図である。図１０（ｂ）は、図１０ａ）に示すｏ－ｏ´断面における概略図である。図１０（ｃ）は、図１０（ａ）に示すＯ－Ｏ´断面における概略図である。

本実施形態の特徴は、直方体の構造物８ｅを用いていることである。図１０においては、一例として、高さが１０μｍの構造物８ｅを図示している。構造物を直方体とすることにより、基板６と構造物８ｅとの設置面積を非常に小さくすることができるため、圧力室２０または液流路２２の中の設置場所の制約を受けにくい利点がある。

（第５の実施形態）
第５の実施形態について、図１１を参照しながら説明する。なお、第１の実施形態と同様の箇所については同様の符号を付し、説明は省略する。図１１（ａ）は、第５の実施形態に係る構造物８ｆを有する記録素子基板を示す概略図である。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に示すｑ－ｑ´断面における概略図である。図１１（ｃ）は、図１１（ａ）に示すＱ－Ｑ´断面における概略図である。図１１（ｄ）は、図１１（ａ）に示すＱａ－Ｑａ´断面における概略図である。

本実施形態の特徴は、構造物８ｆの上部の一部が吐出口部材７と接触していることである。さらに、構造物８ｆの吐出口３近傍は、吐出口３の幅と同じだけ一部くり抜かれたような形状となっている。これにより、液体が流動する際に、より多くの液体が吐出口３の内部を流れることになるため、吐出口３内部の液体の粘度が上昇することをより抑制することができる。図１１においては、一例として、高さが２０μｍであって、面Ｂの長さが２０μｍの構造物８ｆを図示している。なお、図１１においては、吐出口３の幅と同じだけ一部くり抜かれたような構造物を図示したが、本実施形態はこれに限らず、吐出口３の幅よりも大きな部分をくり抜いてもよい。

（第６の実施形態）
第６の実施形態について、図１２を参照しながら説明する。なお、第１の実施形態と同様の箇所については同様の符号を付し、説明は省略する。図１２（ａ）は、第６の実施形態に係る記録素子基板を示す概略図である。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）に示すｒ－ｒ´断面における概略図である。図１２（ｃ）は、図１２（ａ）に示すＲ－Ｒ´断面における概略図である。図１２（ｄ）は、図１２（ａ）に示すＲａ－Ｒａ´断面における概略図である。

本実施形態の特徴は、基板６に溝２１を設けたことである。これにより、液体の吐出後のリフィルを向上させることができる。なお、構造物としては第６の実施形態で示したものと同じものを図１２において図示している。

（第７の実施形態）
第７の実施形態について、図１３を参照しながら説明する。なお、第１の実施形態と同様の箇所については同様の符号を付し、説明は省略する。図１３（ａ）は、第７の実施形態に係る構造物８ｇを有する記録素子基板を示す概略図である。図１３（ｂ）は、図１３（ａ）に示すｓ－ｓ´断面における概略図である。図１３（ｃ）は、図１３（ａ）に示すＳ－Ｓ´断面における概略図である。

本実施形態の特徴は、液体の吐出方向に向かって径が小さくなる吐出口１０の角度θｄと構造物８ｇの面Ａと面Ｂとのなす角であるθＡＢの角度が略同一であることである。これにより、液体は効率良く吐出口１０の内部に流動することができるため、液体の粘度の上昇をより抑制することができる。図１３においては、一例として、θＡＢ＝θｄ＝４５°となるように吐出口１０および構造物８ｇを図示している。なお、本実施形態は、θＡＢとθｄが同一である場合に限らず、θＡＢ＝θｄ±１５°≦９０°の関係を満たせばよく、より好ましくは、θＡＢ＝θｄ±５°≦９０°の関係を満たすことである。

（第８の実施形態）
第８の実施形態について、図１４を参照しながら説明する。なお、第１の実施形態と同様の箇所については同様の符号を付し、説明は省略する。図１４（ａ）は、第８の実施形態に係る記録素子基板を示す概略図である。図１４（ｂ）は、図１４（ａ）に示すｕ－ｕ´断面における概略図である。図１４（ｃ）は、図１４（ａ）に示すＵ－Ｕ´断面における概略図である。

本実施形態の特徴は、吐出口３の中心とエネルギー発生素子２の中心とがずれていることである。これにより、エネルギー発生素子２に構造物を近づけて配置することが困難な場合に、吐出口と構造物との距離を変えることなく、エネルギー発生素子２から離れた位置に構造物を配置することができる。吐出口３と構造物８との距離を変えないことにより、上述した実施形態と同様の吐出口の内部に流動する液体が得られる。図１４においては、一例として、構造物８の高さは１０μｍ、面Ｂの長さは１０μｍ、構造物８をエネルギー発生素子２から５μｍ離れた位置に形成した場合を図示している。

なお、上記の説明において、液流路または圧力室に構造物８を１つだけ設けた例を用いて説明を行ったが、本発明はこれに限らず、図７に示すように、圧力室または液流路に構造物を複数設けても同様の効果が得られるためよい。しかしながら、配置する構造物の数が増加すると、液流路の一部をより塞いでしまうこととなり、リフィル速度等に課題が生じ得る。したがって、圧力室または液流路には構造物を１つのみ設けることが好ましい。

（記録素子基板の変形例）
本発明に係る記録素子基板の変形例を図１５に示す。図１５に示す記録素子基板３０においては、記録素子基板の外部が発生させた差圧により液体が循環する。液体は、基板６に形成された液体供給口５ａから圧力室に流入し、吐出口３から吐出されなかった液体は液体流出口５ｂに流れる。図１５に示す記録素子基板３０においても構造物８を設けない場合には、吐出口３の内部に流動する液体の流れがあまり生じない恐れがある。しかしながら、構造物８を設けることにより、図３に示した場合と同様に、吐出口３の内部に向かって液体が流動し、吐出口３内部の液体の粘度が上昇することを抑制することができる。

（製造方法）
次に、上述した構造物８を有する液体吐出ヘッドの製造方法について、図１６および図１７を参照しながら説明する。なお、構造物を形成するための工程以外の工程は液体吐出ヘッドを製造する通常の工程と同様であるため、ここでは構造物を有する記録素子基板の工程についてのみ説明する。図１６は、記録素子基板に構造物８を形成するための各製造工程を示す概略図である。図１７は、図１６に示す製造工程のフローチャート図である。

まず、図１６（ａ）に示すように、エネルギー発生素子２が形成されたシリコン等の基板６上にポジ型感光性材料１３を被覆する（図１７の工程１）。

次に、図１６（ｂ）に示すように、ポジ型感光性材料１３にグラデーションマスク１４を介して露光光１５を照射し、感光部と非感光部２５を形成する（図１７の工程２）。ここで、グラデーションマスク１４とは、露光光１５の透過率が段階的に変化しているマスクのことである。したがって、グラデーションマスク１４を介して露光光１５をポジ型感光性材料１３（樹脂）に照射すると、ポジ型感光性材料１３の、グラデーションマスク１４の露光光の透過率が高い部分に対応する部分は強く露光され、露光光１５の透過率が低い部分は弱く露光される。このように場所によって露光される度合いが段階的に変化するため、構造物８のような傾きを有する物を形成するための露光工程を容易に行うことができる。

なお、本実施形態ではポジ型感光性材料１３を用いるため、露光光１５を過剰に照射してしまうと、露光光１５を遮蔽しなければならない遮蔽部においても感光してしまう場合がある。そのため、ポジ型感光性材料１３を感光させるために必要な最低限の露光量を選択し、露光される度合いにグラデーションがつきやすいようにすることが必要である。構造物８に大きな傾斜をつけたい場合や緩やかな傾斜をつけたい場合などに応じて、グラデーションマスク１４のグラデーションの諧調度と露光量の最適な組み合わせを適宜選択するが重要である。これにより、所望の形状を有する構造物８を形成することができる。

次に、図１６（ｃ）に示すように、感光したポジ型感光性材料１３を除去して現像を行う（図１７の工程３）。その後、図１６（ｄ）に示すように、熱等のエネルギーを非感光部２５に与えて非感光部２５を硬化させ、構造体８を形成する（図１７の工程４）。最後に、図１６（ｅ）に示すように、基板６の上に流路部材９や吐出口３を有する吐出口部材７を形成し、基板６に液体供給口５をエッチング等により形成することで、所望の形状の構造物８を有する記録素子基板２７を製造することができる（図１７の工程５）。

（製造方法の実施例）
図１６に示した製造方法の詳細を説明する。まず、エネルギー発生素子２が予め形成されたシリコンの基板６を用意した。次に、シリコンの基板６の表面に、ＰＭＥＲなどの一般的なポジ型感光性材料１３を一般的なスピンコーターやラミネーターを用いて被覆した。その際、被覆した層の膜厚が１０μｍとなるようにした。次に、所望の形状が得られるように段階的に露光光１５の透過率を変えたマスクパターンが施されているグラデーションマスク１４を用意し、１００００Ｊ／ｍ^２の露光量でポジ型感光性材料１３の露光を行った。その後現像を行い、感光したポジ型感光性材料１３を除去した。その後、１２０℃で５分間の熱処理を行い、得られたパターンの硬化を行った。これにより、高さＤ１が１０μｍである構造物８を基板６の上に形成した。次に、構造物８が形成された基板６の上に、高さ２０μｍの流路部材９を形成するための部材を被覆し、パターニングを行った。最後に、高さ１０μｍの吐出口部材７を形成するための部材を被覆し、パターニングを行うことで吐出口３を形成した。

（他の製造方法）
液体吐出ヘッドの他の製造方法について、図１８ないし図２１を参照しながら説明する。なお、前述したように、構造物を形成するための工程以外の工程は液体吐出ヘッドを製造する通常の工程と同様であるため、ここでは構造物を有する記録素子基板の工程についてのみ説明する。図１８および図１９は、インプリント材１６と型（モールド）１７を用いた型押しによって構造物８を形成する方法を示している。

まず、図１８（ａ）に示すように、基板６上にインプリント材１６を被覆する（図１９の工程１）。次に、図１８（ｂ）に示すように、インプリント材１６にモールド１７を用いて型押しの圧力１８を加える（図１９の工程２）。ここで、予めモールド１７には所望の形状が形成されており、これにより、急峻な傾きを持つ形状や緩やかな傾きを持つ形状、その他の複雑な形状であっても比較的容易に形成することができる。次に、図１８（ｃ）に示すように、モールド１７をインプリント材１６に型押しした状態で熱等によりインプリント材１６を硬化させる（図１９の工程３）。次に、図１８（ｄ）に示すように、モールド１７を離型させる（図１９の工程４）。最後に、図１８（ｅ）に示すように、基板６の上に流路部材９や吐出口部材７を形成し、液体供給口５を基板６に設けることで、所望の形状の構造物８を有する記録素子基板２７を製造することができる（図１９の工程５）。

図１８に示した製造方法の詳細を説明する。まず、エネルギー発生素子２が予め形成されたシリコンの基板６を用意した。次に、シリコンの基板６の表面に、紫外線硬化性樹脂、熱硬化性樹脂等のインプリント処理に一般的に用いられるインプリント材１６を被覆した。被覆量は所望の構造物８の体積に応じて適宜算出される。ここでは、構造物８の高さが１５μｍとなるように被覆量を調整した。次に、石英ガラス等に三角形の形状が加工されたモールド１７を用意し、インプリント材１６の上から型押しの圧力１８で押し当て構造物８の形状を基板６上に成形した。次に、その状態のまま１２０℃で５分間の加熱を行って構造物８の形状となっているインプリント材１６を硬化し、その後、モールド１７を離型した。次に、構造物８が形成された基板６の上に、高さ２０μｍの流路部材９を形成するための部材を被覆し、パターニングを行った。最後に、高さ１０μｍの吐出口部材７を形成するための部材を被覆し、パターニングを行うことで吐出口３を形成した。

（他の製造方法）
次に、図２０および図２１を参照して、積層部材１９を繰り返し積層することによって構造物８を形成する方法を示す。なお、この方法を用いる場合、パターニングを複数回繰り返すことが必要となるが、グラデーションマスク１４を用いる方法よりも、より再現性良く所望の形状を得ることができる。また、積層部材１９の一層当たりの膜厚や寸法を適宜調整することで、所望の形状の構造物を得ることができる。まず、図２０（ａ）に示すように、基板６の上に感光性材料などの積層部材１９を形成する（図２１の工程１）。次に、図２０（ｂ）に示すように、図２０（ａ）で形成した積層部材１９の上に一回り小さい積層部材１９を形成する（図２１の工程２）。以降、図２０（ｃ）～（ｅ）に示すように徐々に小さい積層部材１９を繰り返し積層する（図２１の工程３）。そして、図２０（ｆ）に示すように、図２０（ａ）～（ｅ）で積層した積層部材１９を熱等のエネルギーを与えて硬化させ、構造物８を形成する（図２１の工程４）。最後に、図２０（ｇ）に示すように、基板６の上に流路部材９や吐出口部材７を形成し、液体供給口５を基板６に設けることで、所望の形状の構造物８を有する記録素子基板２７を製造することができる（図２１の工程５）。

なお、積層部材１９を繰り返し積層させて構造物８を形成する方法では、複数の角部が生じてしまう。そのため、角部を高温ベークすることで丸めてもよい。角部をなくすことにより、液体の流れが角部でよどむことを抑制することができる。

図２０に示した製造方法の詳細を説明する。まず、エネルギー発生素子２が予め形成されたシリコンの基板６を用意した。次に、シリコンの基板６の表面に、積層部材１９の元となる一般的なネガ型の感光性エポキシ樹脂等の層を一般的なスピンコーターやラミネーターを用いて被覆した。その際、被覆した層の膜厚は２μｍとした。次に、所望の形状が得られるように感光性エポキシ樹脂の露光・現像のパターニングを行い、一層目の積層部材１９を得た。このとき、一層目の積層部材１９のｘ方向の長さは１０μｍとした。次に、再度シリコンの基板６の表面に積層部材１９の元となる一般的なネガ型の感光性エポキシ樹脂等の層を一般的なスピンコーターやラミネーターを用いて被覆した。被覆した層の膜厚は同じく２μｍとした。次に、所望の形状が得られるように感光性エポキシ樹脂の露光・現像のパターニングを行い、二層目の積層部材１９を得た。このとき、二層目の積層部材１９のｘ方向の長さは８μｍとした。このパターニングの繰り返しによる積層を計５回繰り返し、高さ１０μｍ、長さ１０μｍの階段状の積層部材１９を得た。その後、１２０℃で５分間の加熱を行い、積層部材１９の硬化を行った。次に、構造物８が形成された基板６の上に、高さ２０μｍの流路部材９を形成するための部材を被覆し、パターニングを行った。最後に、高さ１０μｍの吐出口部材７を形成するための部材を被覆し、パターニングを行うことで吐出口３を形成した。

２エネルギー発生素子
３吐出口
５液体供給口
６基板
７吐出口部材
８構造物
９流路部材
２０圧力室
２２液流路
２６液体吐出ヘッド

Claims

液体を吐出する吐出口を有する吐出口部材と、
前記吐出口から前記液体を吐出するためのエネルギーを発生させるエネルギー発生素子を内部に備える圧力室と、前記圧力室に向かって前記液体が流動する液流路と、を有する流路部材と、
前記液流路に前記液体を供給する液体供給口を有する基板と、
を有し、前記圧力室内の液体が前記圧力室の外部との間で循環される液体吐出ヘッドであって、
前記圧力室または前記液流路の内部に構造物を有し、
前記構造物の前記基板からの高さが最も高い部分の位置が、前記吐出口の中心よりも前記液体が流動する方向の上流側にあり、
前記構造物の前記液体が吐出する方向における厚みは、前記液流路の前記液体が吐出する方向における厚みの０．１倍以上であり、
前記構造物により、前記吐出口の内部へと向かう前記液体の流れが生じ、
前記液流路の内部に発熱素子があり、前記発熱素子を駆動することにより前記圧力室内の液体が前記圧力室の外部との間で循環されることを特徴とする液体吐出ヘッド。
前記構造物の前記液体が吐出する方向における厚みは、前記液流路の前記液体が吐出する方向における厚みの０．３倍以上である請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
前記構造物の前記液体が吐出する方向における厚みは、前記液流路の前記液体が吐出する方向における厚みの０．５倍以上である請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
前記構造物の前記液体が吐出する方向における厚みは、前記液流路の前記液体が吐出する方向における厚みの０．８倍以下である請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
前記液体が流動する方向および前記液体が吐出する方向に直交する方向における前記構造物の長さは、前記直交する方向における前記吐出口の長さ以上である請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
前記構造物は前記基板上に載置されている請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
前記構造物の形状は三角柱であって、前記三角柱の側面が前記基板に面している請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
前記構造物の前記液流路の上流に面する面と、前記構造物の前記基板に面する面と、のなす角は鋭角である請求項７に記載の液体吐出ヘッド。
前記構造物の前記液流路の上流に面する面と、前記構造物の前記基板に面する面と、のなす角は直角である請求項７に記載の液体吐出ヘッド。
前記構造物の前記液流路の上流に面する面と、前記構造物の前記基板に面する面と、のなす角は鈍角である請求項７に記載の液体吐出ヘッド。
前記三角柱は直角三角柱である請求項７ないし請求項９のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
前記構造物の前記液流路の下流に面する面と、前記構造物の前記基板に面する面と、のなす角は鋭角である請求項７ないし請求項１０のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
前記構造物の前記液流路の上流に面する面は曲面である請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
前記構造物の前記液流路の上流に面する面の延長線上に前記吐出口がある請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
前記吐出口は、前記液体が吐出する方向に向かって径が小さくなる斜面を有しており、
前記構造物の前記上流に面する面と、前記構造物の前記基板に面する面と、のなす角は、前記斜面の前記基板からの角度と略同一である請求項１ないし請求項１４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
前記構造物は直方体である請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
前記構造物の前記最も高い部分が前記吐出口部材と接している請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
前記吐出口の中心と前記エネルギー発生素子の中心とがずれている請求項１ないし請求項１７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
前記基板は、前記圧力室から吐出されなかった液体を前記外部に流出する液体流出口をさらに有する請求項１ないし請求項１８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。