JP7327982B2 - 液体吐出ヘッドおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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/m2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。
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。
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)。
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 (19)
- 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。
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