CN101456284B

CN101456284B - 液体喷出头

Info

Publication number: CN101456284B
Application number: CN2008101832809A
Authority: CN
Inventors: 池龟健; 永田真吾; 福井茂树
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2007-12-14
Filing date: 2008-12-12
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2028-12-12
Also published as: CN101456284A; JP5183187B2; US20090153620A1; US8061809B2; JP2009143139A

Abstract

一种液体喷出头，其包括：基板，其具有用于供给液体的供给口以及沿供给口设置并且用于产生用于喷出液体的能量的多个能量产生元件；喷嘴板，其具有与能量产生元件对应地设置在该喷嘴板中的喷嘴；以及流路，其设置在基板和喷嘴板之间。喷嘴板具有围绕流路的槽。该槽包括设置在喷嘴板的接合到基板的一个面中的第一槽以及设置在喷嘴板的设置有喷嘴的另一个面中的第二槽。第一槽的边缘呈具有许多非常小的凹口的锯齿形状，第二槽的边缘呈大致直线状。

Description

液体喷出头

技术领域

本发明涉及通过以液滴的形式喷出液体而在目标表面上进行记录的液体喷出头，特别地，本发明涉及均包括具有喷出墨的喷嘴的喷嘴板和具有能量产生元件的基板的喷墨记录头。

背景技术

所谓的侧射(side-shooter)记录头包括基板、具有与设置在基板中的能量产生元件对应地设置在喷嘴板中的喷嘴的喷嘴板以及设置在基板和喷嘴板之间的流路。

参照图7，在美国专利No.6,799,831中公开了一种典型的已知技术，其中，由用于防止喷嘴板与基板分离的槽包围沿着各供给口设置的喷嘴列(row)。图7所示的记录头H1101具有多个喷嘴6以及各包围一组喷嘴6的槽3。由于基板、喷嘴板以及保持基板的容器壳体(tank case，基板保持构件)的线膨胀系数不同，因此，如果在打印过程中产生热或者如果存储记录头的环境变化，则部件之间的界面经受应力。这些应力包括归因于用于粘合或密封容器壳体和基板的粘合剂或密封剂的硬化收缩的应力。此外，因为设置在记录头的基板中的供给口，因此，基板自身容易变形。

这些应力对喷嘴板终止处(喷嘴板的端部)、即限定流路的流路壁的端部以及设置在喷嘴和流路周围的槽的区域产生特别影响。因此，可能产生喷嘴板与基板的分离。为了避免该分离，根据美国专利6,799,831中公开的技术的槽3具有锯齿形状，从而缓和施加到基板和喷嘴板之间的接合部的应力。

然而，已经发现锯齿状槽可能引发其它问题。一般地，当致动打印机时，由记录介质产生如纸屑(paper lint)和纸粉等异物。如果在喷嘴板的表面上附着有异物的状态下进行打印，则喷嘴板的表面的包括润湿性(wettability)等特性可能变化。在一些情况下，这些异物可能覆盖一些喷嘴，这导致如喷出方向的偏转以及未喷出墨等打印不良。

为了解决该问题，一些具有记录头的已知打印机均包括去除附着到喷嘴周围的异物以进行稳定的喷出的机构。一般地，该机构包括恢复泵(recovery pump)和擦拭构件。图9示出了为记录头1000设置的典型的恢复抽吸机构(recovery pumpingmechanism)。参照图9，包括盖住记录头的盖构件13的恢复抽吸机构抽吸附着在喷嘴板的表面上的异物并且从记录头抽吸少量的墨。随后，由擦拭构件12去除在由恢复抽吸机构抽吸之后残留在喷嘴板的表面上的墨。

然而，近年来，存在如下需求：在不使性能劣化的前提下通过去除该恢复抽吸机构来实现低成本的打印机主体。如果去除了恢复抽吸机构，则恢复操作仅包括用擦拭构件擦拭喷嘴板的表面。参照图8，如果因为设置在喷嘴板中的槽3具有锯齿形状而由槽3捕捉到如纸屑等异物8，则在一些情况下难以仅通过擦拭去除异物。如果异物仍然附着在喷嘴6周围，则喷嘴板的表面的包括润湿性等等特性可能变化，并且一些喷嘴可能被阻塞，这导致如喷出方向的偏转以及未喷出墨等打印不良。

发明内容

根据上述情况，本发明提供设置有槽的液体喷出头，用于在抑制异物被捕捉到槽的周围的状态下确保喷嘴板和基板的粘着性。在该液体喷出头中，即使异物被捕捉到槽的周围，也能够容易地去除该异物。

根据本发明的第一方面，一种液体喷出头包括：基板，其具有用于供给液体的供给口以及沿供给口设置并且用于产生用于喷出液体的能量的多个能量产生元件；喷嘴板，其具有与能量产生元件对应地设置在该喷嘴板中的喷嘴；以及流路，其设置在基板和喷嘴板之间。喷嘴板具有围绕流路的槽。该槽包括设置在喷嘴板的接合到基板的一个面中的第一槽以及设置在喷嘴板的设置有喷嘴的另一个面中的第二槽。第一槽的边缘呈具有许多凹口的锯齿形状，第二槽的边缘呈大致直线状。

根据本发明的第二方面，一种液体喷出头包括：基板，其具有用于供给液体的供给口以及沿供给口设置并且用于产生用于喷出液体的能量的多个能量产生元件；喷嘴板，其具有与能量产生元件对应地设置在该喷嘴板中的喷嘴；以及流路，其设置在基板和喷嘴板之间。喷嘴板具有围绕流路的槽。该槽包括设置在喷嘴板的接合到基板的一个面中的第一槽以及设置在喷嘴板的设置有喷嘴的另一个面中的第二槽。第一槽的边缘呈具有许多凹口的锯齿形状，第二槽的边缘呈曲线状。

在根据本发明的第一方面或第二方面的液体喷出头中，在能够抑制异物被捕捉到槽的周围的状态下能够确保喷嘴板和基板之间的粘着性。此外，即使异物被捕捉到槽的周围，也能够容易地去除该异物。

通过下面参照附图对典型实施例的说明，本发明的其它特征将变得明显。

附图说明

图1的(a)至图1的(g)是示出根据本发明的第一实施例和第二实施例的记录头的俯视图和剖视图。

图2A至图2H示出了制造根据本发明的第一实施例的记录头的步骤。

图3A至图3H示出了制造根据本发明的第二实施例的记录头的步骤。

图4A和图4B是根据本发明的第一实施例的记录头的变型例的俯视图和剖视图。

图5是根据本发明的一个典型实施例的液体喷出头的立体图。

图6是根据本发明的典型实施例的记录头的透视图。

图7是已知记录头的俯视图。

图8示意性示出了已知记录头。

图9示意性示出了包括在已知打印机中的恢复机构。

具体实施方式

现在将参照附图说明本发明的典型实施例。

根据本发明的一个典型实施例的记录头与储墨器一体地设置。图5和图6均示出了分别喷出青色、品红色和黄色三种颜色的墨的典型液体喷出头和记录头。

参照图6，记录头(液体喷出头)H1101包括：各颜色用的供给口H1102；布置在各供给口H1102的两侧的用作能量产生元件的电热转换器H1103列；以及与电热转换器H1103对应设置的喷嘴H1107列。硅基板H1110设置有电气配线(未示出)、电极部H1104等。通过对树脂材料进行光刻(photolithographically)处理制成的喷嘴板H1106叠加在基板H1110上。在具有喷嘴H1107的喷嘴板H1106和基板H1110之间设置由流路壁限定的流路。在图6中，槽3被设置成包围流路并且延伸贯通喷嘴板H1106。

将参照图5说明液体喷出头盒(cartridge)1000。参照图5，例如通过成型树脂材料制成墨供给/保持构件(容器壳体)1002，并且该墨供给/保持构件1002还用作保持基板H1110的基板保持构件。在本发明的典型实施例中，以高位置精度将记录头H1101粘合到墨供给/保持构件1002，使得设置在基板H1110中的供给口H1102与设置在墨供给/保持构件1002中的各供给开口连通。期望用于将记录头H1101粘合到墨供给/保持构件1002的粘合剂具有低粘度，在低温下、在短时间内硬化，并且具有耐墨性。具体地，期望的粘合层由主要由环氧树脂构成的热固性粘合剂制成并且具有大约50μm的厚度。

记录头H1101与电气配线带1300电连接。设置在记录头H1101和墨供给/保持构件1002之间的第一密封剂1400和第二密封剂1500防止墨聚集到基板H1110的(纵向上的)端部附近，并且保护电连接免受归因于墨的腐蚀和外部冲击。

图1的(a)、图1的(b)和图1的(e)示出了本发明的第一实施例。图1的(a)是记录头H1101的俯视图。图1的(b)是图1的(a)所示的区域A的放大的示意性俯视图。图1的(e)是沿图1的(b)所示的线IE-IE截取的剖视图。图1的(a)、图1的(b)和图1的(e)所示的各记录头H1101均包括基板1(参见图2E)、喷嘴板2、包括第一槽3a和第二槽3b的槽3以及喷嘴6。

基板1由用半导体制造技术加工的硅半导体基板等制成。在第一实施例中，基板1具有大致矩形形状并且设置有作为在纵向上沿基板1的中央延伸的通孔的供给口9(参见图2G)。在供给口9的两侧设置多个能量产生元件4(参见图2E)。能量产生元件4对通过供给口9供给的墨进行加热，从而使墨发泡，由此使墨滴通过喷嘴6被喷出。

图2A至图2H示出了根据第一实施例的记录头的制造步骤。图2A是记录头的俯视图。图2E是沿图2A中的线IIE-IIE截取的剖视图。

依照图2A至图2H所示的步骤制造根据第一实施例的记录头的样品。首先，在具有配线(未示出)的基板1上设置由正抗蚀层(positive resist)等构成的流路形成构件5。对流路形成构件5进行光刻处理，由此提供流路7和第一槽3a。在该步骤中，第一槽3a的边缘成形为锯齿形状。锯齿状边缘之间的最窄部位处的间隔被设定为20μm。随后，参照图2B和图2F，在流路形成构件5上设置将变成喷嘴板2的喷嘴材料，并且对该喷嘴材料进行光刻处理，由此提供喷嘴6和第二槽3b。在该步骤中，第一槽3a有助于在防止靠近基板1的端部侧的喷嘴材料高度(level)比其它区域的高度低的同时使涂布到第一槽3a上的喷嘴材料的厚度均一。参照图2B，第二槽3b的边缘成形为大致直线状，并且边缘之间的间隔被设定为20μm，由此用喷嘴材料覆盖整个第一槽3a。由于喷嘴材料将与墨等接触，因此，期望喷嘴材料由耐墨性树脂构成，或者更具体地由负型的可光固化的环氧树脂构成。

在第一实施例中，第一槽3a设置在喷嘴板2的被粘合到基板1的一个表面中，并且边缘具有许多非常小的锯齿状凹口。相反地，第二槽3b设置在喷嘴板2的设置喷嘴6的另一个表面中，并且具有大致直线状的边缘。

随后，参照图2C和图2G，通过各向异性蚀刻等来提供供给口9。然后，参照图2D和图2H，通过向流路形成构件5涂布溶剂等来去除流路形成构件5，由此提供流路7。从而，获得样品记录头。如上所述获得的样品记录头与电气配线带1300(参见图5)电连接并且利用粘合剂和密封剂将该样品记录头粘合到墨供给/保持构件1002。这样，制造出了样品液体喷出头。

使用如上所述制造的样品液体喷出头进行温度循环试验。具体地，将液体喷出头的温度保持在60℃两个小时，然后花费两个小时将液体喷出头的温度等速降低到-30℃。在将温度保持在-30℃两个小时之后，花费两个小时将温度等速升高到60℃。重复该循环十次。

该试验示出在第一实施例的样品液体喷出头的槽3的边缘处，喷嘴板2没有与基板1严重分离。虽然观察到了非常微小的分离，但是，该分离不会产生实质问题。在温度循环试验前后利用样品液体喷出头进行的试验打印中，在温度循环试验前后的打印中未发现变化，并且获得满意的结果。

接着，在喷嘴板2的喷嘴表面上喷洒纸屑，并且进行用于检查包括在记录设备的主体中的擦拭机构12的异物去除能力的试验。在该试验中，不使用抽吸机构而是仅使用擦拭机构12。该试验示出仅通过用擦拭构件12的擦拭去除了喷洒的纸屑。在纸屑试验前后利用样品液体喷出头进行的试验打印中，在前后打印中未发现变化，并且获得满意的结果。

如果对仍附着于、槽3的一些异物进行重复擦拭，则应力集中在槽3的具有这些异物的部分。然而，利用具有大致直线状边缘的第二槽3b和具有锯齿状边缘的第一槽3a，能够由第一槽3a分散由于由此附着的异物而施加到第二槽3b的任何局部应力。

在第一实施例中，槽的设置在喷嘴面中的边缘之间的间隔被设定为20μm。在上述试验中观察的包括纸屑、硅粒子等的异物之中，大部分异物是纸屑片，并且最小片具有大约20μm的宽度。因此，通过将槽的宽度设定为20μm以下，防止了异物频繁地被槽捕捉，并且能够仅通过擦拭去除任何异物。如图1的(c)和图1的(f)所示，只要确保用于供流路形成构件从中通过且去除流路形成构件的足够的宽度，在第一实施例中为20μm的槽的宽度可以小于20μm。具体地，槽3b的宽度仅需要小于或等于第一槽3a的最窄部位的宽度。总之，边缘不弯曲的第二槽3b防止了异物被第二槽3b捕捉。此外，即使异物附着到槽的周围，也能够容易地去除该异物。

另外，如图4A和图4A的剖视图图4B所示，在第一实施例中被设置成大致直线状的第二槽3b可以被设置成连续弯曲的形状。在这情况下，曲线需要充分地平缓，从而在利用擦拭机构12进行的擦拭操作过程中不会捕捉异物。

图1的(d)和图1的(g)均示出了根据本发明的第二实施例的记录头。图1的(d)是图1的(a)所示的区域A的放大的示意性俯视图。图1的(g)是沿图1的(d)中的线IG-IG截取的剖视图。图3A至图3H示出了根据第二实施例的记录头的制造步骤。

依照图3A和图3E所示的步骤制造根据第二实施例的记录头的样品。首先，在具有配线(未示出)的基板1上设置第一喷嘴板10。将与墨等接触的第一喷嘴板10可以由耐墨性树脂构成，具体地，由负型的可光固化环氧树脂构成。随后，参照图3B和图3F，对第一喷嘴板10进行光刻处理，使得去除与流路7和第一槽3a对应的区域。在该步骤中，第一槽3a的边缘成形为锯齿形状。锯齿状边缘之间的最窄部位的间隔被设定为5μm。然后，参照图3C和图3G，在第一喷嘴板10上设置将变成第二喷嘴板11的材料。将变成第二喷嘴板11的材料之前通过涂布被单独形成为具有均一厚度的干燥膜，将该材料层叠在第一喷嘴板10上。与第一喷嘴板10相似，将与墨等接触的第二喷嘴板11可以由耐墨性树脂构成，具体地，由负型的可光固化环氧树脂构成。取决于例如考虑与基板1的粘着性等情况，用于第一喷嘴板10和第二喷嘴板11的材料可以相同或不同。随后，对第二喷嘴板11进行光刻处理，由此在第二喷嘴板11中提供喷嘴6和第二槽3b。在该步骤中，第二槽3b的边缘成形为大致直线状，并且边缘之间的间隔被设定成20μm。此外，进行各向异性蚀刻等，由此提供供给口9。从而，获得如图3D和图3H所示的样品液体喷出头。

以与第一实施例中所述的方式相同的方式对如上所述制造的样品液体喷出头进行温度循环试验和纸屑试验。这些试验示出槽处没有分离并且没有残留纸屑。在这些试验前后利用样品液体喷出头进行的试验打印中，在前后打印中未发现变化，并且获得满意的结果。

在第二实施例中，以第一槽3a的边缘的锯齿前端延伸超过第二槽3b的大致直线状边缘的方式设置槽3。也就是说，第一槽3a的宽度小于第二槽3b的宽度。在该构造中，即使在擦拭操作等过程中向大致直线状边缘施加力，锯齿状边缘的前端也较少受该应力的影响。因此，在锯齿状边缘的前端增强了喷嘴板和基板之间的粘着性，这大大抑制了喷嘴板与基板的分离。

在第一和第二实施例中分别具有相同形状的第一槽3a的边缘和第二槽3b的边缘可取决于擦拭方法以及随着打印设备自身的规格而变化的异物的类型而具有不同的形状(即，非对称)。另外，在第一和第二实施例中具有相同高度的锯齿状边缘的槽和流路可取决于相同的因素而具有不同的高度。

虽然已经参照典型实施例说明了本发明，但是，应该理解，本发明不限于所公开的典型实施例。所附权利要求书的范围将符合最宽的解释，以包含所有的变型、等同结构和功能。

Claims

1.一种液体喷出头，其包括：

基板，其具有用于供给液体的供给口以及沿所述供给口设置并且用于产生用于喷出所述液体的能量的多个能量产生元件；

喷嘴板，其具有与所述能量产生元件对应地设置在该喷嘴板中的喷嘴；以及

流路，其设置在所述基板和所述喷嘴板之间，

其中，所述喷嘴板具有围绕所述流路的槽，所述槽包括：设置在所述喷嘴板的一个面中的第一槽，所述喷嘴板在该面处接合到所述基板；以及设置在所述喷嘴板的另一个面中的第二槽，在该另一个面中设置有所述喷嘴，并且

所述第一槽的边缘呈具有许多凹口的锯齿形状，所述第二槽的边缘呈大致直线状。

2.根据权利要求1所述的液体喷出头，其特征在于，所述第二槽的宽度小于或等于所述第一槽的最窄部位的宽度。

3.根据权利要求1所述的液体喷出头，其特征在于，所述第二槽的宽度大于所述第一槽的最窄部位的宽度。

4.根据权利要求3所述的液体喷出头，其特征在于，所述第二槽的宽度为20μm以内。

5.一种液体喷出头，其包括：

喷嘴板，其具有与所述能量产生元件对应地设置在该中喷嘴板的喷嘴；以及

流路，其设置在所述基板和所述喷嘴板之间，

所述第一槽的边缘呈具有许多凹口的锯齿形状，所述第二槽的边缘呈曲线状。

6.根据权利要求5所述的液体喷出头，其特征在于，所述第二槽的宽度小于或等于所述第一槽的最窄部位的宽度。

7.根据权利要求5所述的液体喷出头，其特征在于，所述第二槽的宽度大于所述第一槽的最窄部位的宽度。